JP5463373B2 - 固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサなどに代表される固体撮像素子に関する。
ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子が、デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの撮像装置や、カメラ付き携帯電話機、スキャナ、複写機、ファクシミリなどの撮像機能を備えた様々な電子機器に搭載されている。
固体撮像素子は、基板中に例えばフォトダイオードなどの光電変換部を備え、基板中に入射する光を光電変換することで電荷を発生する。発生した電荷は、基板中の蓄積領域に蓄積され、その後転送部によって基板中の読出領域に転送される。そして、読出領域に転送された電荷に基づいて、画像を構成する１つの信号が生成される。
近年、このような固体撮像素子において、高感度化が求められている。しかしながら、固体撮像素子の高感度化のために蓄積領域を大型化すると、転送部による電荷の転送速度が低下するため、問題となる。
この問題について、図２１を参照して説明する。図２１は、従来の固体撮像素子について示す図である。なお、図２１（ａ）は、固体撮像素子が有する１つの画素の平面図であり、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）のＸ−Ｘ断面を示す断面図である。また、図２１（ｃ）は、図２１（ａ）のＸ−Ｘ断面におけるポテンシャルを示すグラフである。
図２１（ａ）及び図２１（ｂ）に示すように、固体撮像素子１００は、基板１０１と、基板１０１中に形成されて光電変換によって生じた電子を蓄積する蓄積領域１０２と、基板１０１中に形成されて蓄積領域１０２が蓄積する電子が転送される読出領域１０３と、蓄積領域１０２から読出領域１０３に電子を転送する転送部１０４と、基板１０１の表面に形成される絶縁膜１０５と、を備える。転送部１０４は、絶縁膜１０５上に形成されるゲート電極であり、蓄積領域１０２及び読出領域１０３の間に形成されている。
基板１０１はＰ型（Ｐ−ｓｕｂ）であり、蓄積領域１０２はＮ型（Ｎ−）であり、読出領域１０３はＮ型（Ｎ＋）である。また、固体撮像素子１００では、蓄積領域１０２内であり転送部１０４に近接する注入領域１０６に対して、Ｎ型不純物を別途注入することで、Ｎ型（Ｎ）のＮ型不純物高濃度領域１０２１が形成されている。そのため、本例の固体撮像素子１００では、基板１０１と蓄積領域１０２とでフォトダイオードが形成され、蓄積領域１０２には電子が蓄積される。
固体撮像素子１００において、転送部１０４に所定の電位を与えると、転送部１０４の直下となる基板１０１内のポテンシャルが低下し、蓄積領域１０２が蓄積する電子が読出領域１０３に転送される。このとき、上述のように蓄積領域１０２の面積が大きいと、蓄積領域１０２内の転送部１０４から遠く離れた位置にも電子が蓄積されることになり、当該電子が転送部１０４に移動するまでに長い時間を要することになる。
固体撮像素子１００は、蓄積領域１０２内にＮ型不純物高濃度領域１０２１を設けることによって、蓄積領域１０２内の電子を集積する。しかしながら、図２１（ｃ）に示すように、Ｎ型不純物高濃度領域１０２１におけるポテンシャルは、Ｎ型不純物の注入によって周囲よりも低くなっているが、平坦である。そのため、Ｎ型不純物高濃度領域１０２１内に蓄積されている電子は、転送部１０４への移動が特段促進されることがなく、転送部１０４に移動するまでに長い時間を要することになる。
そして、所定の読出期間内に、蓄積領域１０２が蓄積する全ての電子を読出領域１０３に転送することができなければ、蓄積領域１０２に電子が残留することになり、当該電子が次に光電変換によって生成される電子に加えられることで、得られる画像中に残像が生じるため、問題となる。
そこで、例えば特許文献１では、蓄積領域のポテンシャルを傾斜させることで、転送部への電子の移動を促進する固体撮像素子が提案されている。この固体撮像素子について、図２２を参照して説明する。図２２は、従来の固体撮像素子について示す図である。なお、図２２（ａ）は、固体撮像素子が有する１つの画素の平面図であり、図２２（ｂ）は、図２２（ａ）のＹ−Ｙ断面を示す断面図である。また、図２２（ｃ）は、図２２（ａ）のＹ−Ｙ断面におけるポテンシャルを示すグラフである。
図２２（ａ）及び図２２（ｂ）に示すように、固体撮像素子２００は、基板２０１と、基板２０１中に形成されて光電変換によって生じた電子を蓄積する蓄積領域２０２１〜２０２４と、基板２０１中に形成されて蓄積領域２０２１〜２０２４が蓄積する電子が転送される読出領域２０３と、蓄積領域２０２４から読出領域２０３に電子を転送する転送部２０４と、基板２０１の表面に形成される絶縁膜２０５と、を備える。転送部２０４は、絶縁膜２０５上に形成されるゲート電極であり、蓄積領域２０２４及び読出領域２０３の間に形成される。
基板２０１はＰ型（Ｐ−ｓｕｂ）であり、蓄積領域２０２１〜２０２４はＮ型であり、読出領域２０３はＮ型（Ｎ＋）である。そのため、本例の固体撮像素子２００では、基板２０１と蓄積領域２０２１〜２０２４とでフォトダイオードが形成され、蓄積領域２０２１〜２０２４には電子が蓄積される。蓄積領域２０２１〜２０２４は、Ｎ型不純物を注入領域２０５１〜２０５４に対して順次注入することで形成される。また、注入領域２０５１〜２０５４は、それぞれが転送部２０４に近接するとともに、注入領域２０５１，２０５２，２０５３，２０５４の順で面積が小さくなっている。
固体撮像素子２００では、転送部２０４から最も遠い蓄積領域２０２１におけるＮ型不純物の濃度（Ｎ―――）が最も低く、その次に遠い蓄積領域２０２２におけるＮ型不純物の濃度（Ｎ――）がその次に低く、その次に遠い蓄積領域２０２３におけるＮ型不純物の濃度（Ｎ―）がその次に低く、転送部２０４に最も近い蓄積領域２０２４におけるＮ型不純物の濃度が最も高くなる（Ｎ）。そのため、図２２（ｃ）に示すように、蓄積領域２０２１〜２０２４におけるポテンシャルを、転送部２０４に近づくほど低くなるように傾斜させることができる。これにより、蓄積領域２０２１〜２０２４内の電子は、転送部２０４への移動が促進される。そのため、蓄積領域２０２１〜２０２４の面積を大きくしたとしても、蓄積領域２０２１〜２０２４が蓄積する電子を、迅速に読出領域２０３に転送することが可能になる。
特開２０００−２３６０８１号公報
しかしながら、図２２に示したように、特許文献１で提案されている固体撮像素子２００では、Ｎ型不純物の濃度が異なる蓄積領域２０２１〜２０２４を形成するために、Ｎ型不純物を、注入領域２０５１〜２０５４のそれぞれに対して注入条件（ドーズ量、注入エネルギーなど）を異ならせつつ順次注入する必要がある。さらに、注入領域２０５１〜２０５４のそれぞれに対してＮ型不純物を注入する度に、位置合わせを行う必要があるが、位置合わせの精度をよほど高めない限り、製造される固体撮像素子２００の特性に大きなばらつきが生じる。したがって、特許文献１で提案されている固体撮像素子２００では、製造工程が煩雑であるとともに高い精度が必要であるため、問題となる。
また、Ｎ型不純物を複数回注入することで製造される固体撮像素子２００では、必然的に蓄積領域２０２１〜２０２４におけるＮ型不純物の濃度制御が段階的になるため、蓄積領域２０２１〜２０２４のポテンシャルが階段状になる（図２２（ｃ）参照）。しかしながら、このような階段状のポテンシャルでは、電子の移動を精度よく制御することができないため、問題となる。
そこで、本発明は、簡易的に製造可能であるとともに、蓄積領域における電荷の移動を精度よく制御可能な固体撮像素子と、その製造方法とを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、第１導電型の基板と、前記基板内の、前記第１導電型とは異なる第２導電型の領域であり、光電変換によって生じた電荷を蓄積する蓄積領域と、前記基板内の、前記第２導電型の領域であり、前記蓄積領域が蓄積する電荷が転送される読出領域と、前記基板の前記蓄積領域及び前記読出領域の間となる領域の上方に形成され、前記蓄積領域から前記読出領域に電荷を転送する転送部と、を備え、前記蓄積領域内の一部に、前記第２導電型の不純物の濃度が局所的に高い、または、前記第１導電型の不純物の濃度が局所的に低い不純物濃度変調領域が形成され、前記不純物濃度変調領域の前記転送部に対する単位距離当たりの面積、または、分散して設けられる前記不純物濃度変調領域の密集度が、前記転送部に近いほど大きいことを特徴とする固体撮像素子を提供する。
この固体撮像素子によれば、蓄積領域が蓄積する電荷の転送部への移動が促進されるように、蓄積領域のポテンシャルを傾斜させることが可能になる。特に、蓄積領域中に形成する不純物濃度変調領域（蓄積領域に対する第１導電型の不純物または第２導電型の不純物の注入領域）の転送部に対する単位距離当たりの面積または密集度を調整するのみで、ポテンシャルを傾斜させることが可能になる。
なお、「第１導電型」及び「第２導電型」とは、Ｐ型及びＮ型である。例えば、「第１導電型」がＰ型であれば、「第２導電型」はＮ型である。また例えば、「第１導電型」がＮ型であれば、「第２導電型」はＰ型である。また、「第１導電型の基板」とは、基板の素子構造が形成される部分が第１導電型であることを示したものであり、全体が第１導電型である基板のみに限られず、ウエルが第１導電型である基板（例えば、全体が第２導電型である基板に第１導電型の不純物を注入することで第１導電型のウエルが形成された基板）も、当然に含まれる。
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記不純物濃度変調領域が、前記転送部に近づくに従って幅が増大すると、好ましい。
この固体撮像素子によれば、不純物濃度変調領域の転送部に対する単位距離当たりの面積が、転送部に近いほど大きくなる。そのため、蓄積領域が蓄積する電荷の転送部への移動が促進されるように、蓄積領域のポテンシャルを傾斜させることが可能になる。
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記不純物濃度変調領域が、前記転送部に近づくに従って連続的に幅が増大すると、好ましい。例えば、前記不純物濃度変調領域が、前記転送部に近づくに従って線形的または指数関数的に幅が増大すると、好ましい。
この固体撮像素子によれば、蓄積領域のポテンシャルを、滑らかに傾斜させることができる。そのため、蓄積領域が蓄積する電荷を、円滑に転送部に移動させることができる。
なお、上記特徴の固体撮像素子において、前記不純物濃度変調領域が、前記転送部に近づくに従って離散的に幅が増大するようにしてもよい。
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記不純物濃度変調領域が、前記転送部から遠ざかる方向に対して、２つ以上に枝分かれしていると、好ましい。
この固体撮像素子によれば、蓄積領域の広範囲において、ポテンシャルを傾斜させることが可能になる。そのため、蓄積領域が蓄積する電荷の転送部への移動を、効果的に促進することが可能になる。
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、複数の前記不純物濃度変調領域が、前記転送部から遠ざかる方向に対して平行に延びていると、好ましい。
この固体撮像素子によれば、複数の不純物濃度変調領域の全体において、転送部に対する単位距離当たりの面積（総面積）または密集度が大きくなるようにすることで、蓄積領域が蓄積する電荷の転送部への移動が促進されるように、蓄積領域のポテンシャルを傾斜させることが可能になる。
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記転送部の中心に近い前記不純物濃度変調領域ほど、隣接する前記不純物濃度変調領域間の間隔が狭いと、好ましい。
この固体撮像素子によれば、転送部に近いほど、不純物濃度変調領域の密集度が大きくなる。そのため、蓄積領域が蓄積する電荷の転送部への移動が促進されるように、蓄積領域のポテンシャルを傾斜させることが可能になる。
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、複数の前記不純物濃度変調領域が、前記転送部から遠ざかる方向に対して放射状に延びていると、好ましい。
この固体撮像素子によれば、転送部に近いほど、不純物濃度変調領域の密集度が大きくなる。そのため、蓄積領域が蓄積する電荷の転送部への移動が促進されるように、蓄積領域のポテンシャルを傾斜させることが可能になる。
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、複数の前記不純物濃度変調領域を包含する輪郭線によって囲まれる輪郭領域が、前記転送部に近づくに従って幅が増大すると、好ましい。
この固体撮像素子によれば、複数の不純物濃度変調領域の全体において、転送部に近いほど、転送部に対する単位距離当たりの面積（総面積）が大きくなる。そのため、蓄積領域が蓄積する電荷の転送部への移動が促進されるように、蓄積領域のポテンシャルを傾斜させることが可能になる。
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記輪郭領域が、前記転送部に近づくに従って連続的に幅が増大すると、好ましい。例えば、前記輪郭領域が、前記転送部に近づくに従って線形的または指数関数的に幅が増大すると、好ましい。
この固体撮像素子によれば、蓄積領域のポテンシャルを、滑らかに傾斜させることができる。そのため、蓄積領域が蓄積する電荷を、円滑に転送部に移動させることができる。
なお、上記特徴の固体撮像素子において、前記輪郭領域が、前記転送部に近づくに従って離散的に幅が増大するようにしてもよい。
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記輪郭領域が、前記転送部から遠ざかる方向に対して、２つ以上に枝分かれしていると、好ましい。
この固体撮像素子によれば、蓄積領域の広範囲において、ポテンシャルを傾斜させることが可能になる。そのため、蓄積領域が蓄積する電荷の転送部への移動を、効果的に促進することが可能になる。
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記不純物濃度変調領域内における前記第２導電型の不純物の濃度が局所的に高い場合、前記不純物濃度変調領域内における前記第２導電型の不純物の濃度が一様であり、前記不純物濃度変調領域内における前記第１導電型の不純物の濃度が局所的に低い場合、前記蓄積領域内であり前記不純物濃度変調領域以外の領域における前記第１導電型の不純物の濃度が一様であると、好ましい。
この固体撮像素子によれば、第１導電型の不純物または第２導電型の不純物の一度の注入で、全ての不純物濃度変調領域を形成することが可能になる。そのため、不純物濃度変調領域を、簡易的に形成することが可能になる。
また、本発明は、第１導電型の基板と、前記基板内の、前記第１導電型とは異なる第２導電型の領域であり、光電変換によって生じた電荷を蓄積する蓄積領域と、前記基板内の、前記第２導電型の領域であり、前記蓄積領域が蓄積する電荷が転送される読出領域と、前記基板の前記蓄積領域及び前記読出領域の間となる領域の上方に形成され、前記蓄積領域から前記読出領域に電荷を転送する転送部と、を備えた固体撮像素子の製造方法であって、前記蓄積領域内の一部に、選択的に前記第１導電型の不純物または前記第２導電型の不純物を注入することで、前記第２導電型の不純物の濃度が局所的に高い、または、前記第１導電型の不純物の濃度が局所的に低い不純物濃度変調領域を形成し、前記不純物濃度変調領域の前記転送部に対する単位距離当たりの面積、または、分散して設けられる前記不純物濃度変調領域の密集度が、前記転送部に近いほど大きいことを特徴とする固体撮像素子の製造方法を提供する。
この固体撮像素子の製造方法によれば、蓄積領域が蓄積する電荷の転送部への移動が促進されるように、蓄積領域のポテンシャルを傾斜させることが可能になる。特に、蓄積領域に対する第１導電型の不純物または第２導電型の不純物の注入領域（蓄積領域中に形成する不純物濃度変調領域）の転送部に対する単位距離当たりの面積または密集度を調整するのみで、ポテンシャルを傾斜させることが可能になる。
上記特徴の固体撮像素子及びその製造方法によれば、蓄積領域中に形成する不純物濃度変調領域（蓄積領域に対する第１導電型の不純物または第２導電型の不純物の注入領域）の転送部に対する単位距離当たりの面積または密集度を、転送部に近いほど大きくなるように調整するだけで、蓄積領域のポテンシャルを傾斜させ、蓄積領域が蓄積する電荷の転送部への移動を促進することが可能になる。そのため、この固体撮像素子は、簡易的に製造することが可能である。
さらに、蓄積領域中に形成する不純物濃度変調領域（蓄積領域に対する第１導電型の不純物または第２導電型の不純物の注入領域）の転送部に対する単位距離当たりの面積または密集度は、無段階で調整することが可能である。そのため、上記特徴の固体撮像素子及びその製造方法によれば、蓄積領域のポテンシャルを任意に傾斜させることが可能になり、蓄積領域における電荷の移動を精度よく制御することが可能になる。
Ｐ型の基板の表面全体にＮ型不純物を注入した状態を示す模式図。 Ｐ型の基板の一部表面にＮ型不純物を注入した状態を示す模式図。 本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第１例について示す図。 本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第２例について示す図。 本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第３例について示す図。 本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第４例について示す図。 本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第５例について示す図。 本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第６例について示す図。 本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第７例について示す図。 本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第８例について示す図。 本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第９例について示す図。 本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第１例について示す図。 本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第２例について示す図。 本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第３例について示す図。 本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第４例について示す図。 本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第５例について示す図。 本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第６例について示す図。 本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第７例について示す図。 本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第８例について示す図。 本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第９例について示す図。 従来の固体撮像素子について示す図。 従来の固体撮像素子について示す図。
以下、本発明の各実施形態に係る固体撮像素子について、図面を参照して説明する。なお、以下では説明の具体化のため、本発明の各実施形態に係る固体撮像素子が、Ｐ型の基板中にＮ型の蓄積領域が形成されて成るＣＭＯＳイメージセンサである場合について例示する。
なお、「Ｐ型の基板」とは、素子構造が形成される部分がＰ型である基板を示したものであり、全体がＰ型となる基板のみに限られず、ウエルがＰ型である基板（例えば、全体がＮ型となる基板にＰ型不純物を注入してＰ型のウエルが形成された基板）も当然に含まれる。ただし、以下の説明において参照する各図では、基板の全体がＰ型であるかのように図示するものとする。
また、基板の材料として、シリコンを用いることができる。この場合、Ｐ型不純物として、ホウ素などを用いることができる。またこの場合、Ｎ型不純物として、リンやヒ素などを用いることができる。さらに、これらの不純物は、例えばイオン注入などの方法を適用することで、基板内に注入することができる。
＜＜基本原理＞＞
本発明の各実施形態に係る固体撮像素子について説明する前に、本発明の各実施形態に係る固体撮像素子の基本原理について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、Ｐ型の基板の表面全体にＮ型不純物を注入した状態を示す模式図である。また、図２は、Ｐ型の基板の一部表面にＮ型不純物を注入した状態を示す模式図である。
図１及び図２に示すように、アクセプタＡを有するＰ型の基板に、Ｎ型不純物であるドナーＤを注入すると、ドナーＤが拡散した領域の境界付近において、イオン化したアクセプタＡＩ及びイオン化したドナーＤＩから成る空乏層ＤＬが生じる。
このとき、図１に示すように基板の表面全面に対してドナーＤを注入すると、空乏層ＤＬは、基板の深さ方向（基板の表面に対して垂直な方向）に対して拡がり、平面方向（基板の表面に対して平行な方向）に対して平行な薄板状となる。また、この空乏層ＤＬの厚さや、空乏層ＤＬが形成される深さ方向の位置は、基板の全面において等しくなる。したがって、図１に示す空乏層ＤＬが形成される場合は、図２１（ｃ）に示したような平坦なポテンシャルが形成される。
一方、図２に示すように、基板の一部表面に対してドナーＤを限定的に注入すると、空乏層ＤＬが、深さ方向だけでなく、平面方向にも拡がる。そして、この図２に示す状態よりも、ドナーＤが存在する領域をさらに増大させると、図１に示した状態に近づき、空乏層ＤＬが深さ方向に対してより深く拡がるようになる。即ち、ドナーＤが存在する領域を増大させることで、空乏層ＤＬをより深く形成し、それによってポテンシャルを低くすることが可能である。
本発明の各実施形態に係る固体撮像素子は、ドナーＤが存在する領域を徐々に増大させるとそれに応じてポテンシャルが徐々に低くなることを利用して、転送部に向かってポテンシャルが低くなるように傾斜した蓄積領域を形成し、蓄積領域が蓄積する電子の転送部への移動を促進することを可能にする。
なお、図１及び図２では、説明の簡略化のために、Ｐ型の基板にＮ型不純物を直接的に注入する場合について例示しているが、Ｐ型の基板中に形成したＮ型の領域に対して、Ｎ型不純物をさらに注入する場合でも、同様の原理によってポテンシャルを傾斜させることが可能である（後述する本発明の第１実施形態）。反対に、Ｐ型の基板中に形成したＮ型の領域に対して、Ｐ型不純物を注入する場合でも、同様の原理によってポテンシャルを傾斜させることが可能である（後述する本発明の第２実施形態）。
＜＜第１実施形態＞＞
＜第１例＞
本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子について、以下図面を参照して説明する。最初に、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第１例について、図３を参照して説明する。図３は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第１例について示す図である。なお、図３（ａ）は、固体撮像素子が有する１つの画素の平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＱ−Ｑ断面を示す断面図である。また、図３（ｃ）は、図３（ａ）のＱ−Ｑ断面におけるポテンシャルを示すグラフである。
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、固体撮像素子１ａは、基板１１と、基板１１中に形成されて光電変換によって生じた電子を蓄積する蓄積領域１２と、基板１１中に形成されて蓄積領域１２が蓄積する電子が転送される読出領域１３と、蓄積領域１２から読出領域１３に電子を転送する転送部１４と、基板１１の表面に形成される絶縁膜１５と、を備える。転送部１４は、絶縁膜１５上に形成されるゲート電極であり、蓄積領域１２及び読出領域１３の間に形成されている。
基板１１はＰ型（Ｐ−ｓｕｂ）であり、蓄積領域１２はＮ型（Ｎ−）であり、読出領域１３はＮ型（Ｎ＋）である。また、固体撮像素子１ａでは、蓄積領域１２内であり転送部１４に近接する注入領域１６ａに対して、Ｎ型不純物を別途注入することで、Ｎ型（Ｎ）のＮ型不純物高濃度領域１２１（不純物濃度変調領域）が形成されている。そのため、本例の固体撮像素子１ａでは、基板１１と蓄積領域１２とでフォトダイオードが形成され、蓄積領域１２には電子が蓄積される。
図３（ａ）に示すように、本例の固体撮像素子１ａでは、注入領域１６ａが、転送部１４に近づくに従って連続的かつ線形的に幅が増大する形状となっている。また、Ｎ型不純物高濃度領域１２１は、注入領域１６ａと同様の形状になる。
そして、このようなＮ型不純物高濃度領域１２１を有する蓄積領域１２を形成することによって、図３（ｃ）に示すように、蓄積領域１２のポテンシャルを、転送部１４に近づくほど低下するように傾斜させることが可能になる。したがって、蓄積領域１２が蓄積する電子の転送部１４への移動を、促進することが可能になる。
さらに、本例の固体撮像素子１ａでは、蓄積領域１２のポテンシャルを、滑らかに傾斜させることができる。そのため、蓄積領域１２が蓄積する電子を、円滑に転送部１４に移動させることが可能になる。
この固体撮像素子１ａにおいて、転送部１４に所定の電位を与えると、転送部１４の直下となる基板１１内のポテンシャルが低下し、蓄積領域１２が蓄積する電子が読出領域１３に転送される。このとき、上述のように蓄積領域１２のポテンシャルが傾斜しているため、蓄積領域１２が蓄積する電子の転送部１４への移動が促進される。したがって、固体撮像素子１ａは、蓄積領域１２が大型であったとしても、蓄積領域１２が蓄積する電子を迅速に（所定の読出期間内に）読出領域１３に転送することができるため、得られる画像中に残像が生じることを防止することが可能となる。
＜第２例＞
次に、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第２例について、図４を参照して説明する。図４は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第２例について示す図である。なお、図４は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第１例について示した図３（ａ）に相当するものである。また、本例と第１例とは、注入領域のみが異なっており、それ以外は同様である。そのため、以下では、本例の注入領域１６ｂについてのみ説明し、それ以外については上述した第１実施形態の第１例の説明及び図３を適宜参酌するものとして、その説明を省略する。
図４に示すように、本例の固体撮像素子１ｂでは、注入領域１６ｂが、転送部１４に近づくに従って離散的に幅が増大する形状となっている。また、Ｎ型不純物高濃度領域１２１は、注入領域１６ｂと同様の形状になる。
そして、このようなＮ型不純物高濃度領域１２１を有する蓄積領域１２を形成することによって、蓄積領域１２のポテンシャルを、転送部１４に近づくほど低下するように傾斜させることが可能になる。したがって、蓄積領域１２が蓄積する電子の転送部１４への移動を、促進することが可能になる。
＜第３例＞
次に、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第３例について、図５を参照して説明する。図５は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第３例について示す図である。なお、図５は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第１例について示した図３（ａ）に相当するものである。また、本例と第１例とは、注入領域のみが異なっており、それ以外は同様である。そのため、以下では、本例の注入領域１６ｃについてのみ説明し、それ以外については上述した第１実施形態の第１例の説明及び図３を適宜参酌するものとして、その説明を省略する。
図５に示すように、本例の固体撮像素子１ｃでは、注入領域１６ｃが、転送部１４に近づくに従って連続的かつ指数関数的に幅が増大する形状となっている。また、Ｎ型不純物高濃度領域１２１は、注入領域１６ｃと同様の形状になる。
そして、このようなＮ型不純物高濃度領域１２１を有する蓄積領域１２を形成することによって、蓄積領域１２のポテンシャルを、転送部１４に近づくほど低下するように傾斜させることが可能になる。したがって、蓄積領域１２が蓄積する電子の転送部１４への移動を、促進することが可能になる。
さらに、本例の固体撮像素子１ｃでは、蓄積領域１２のポテンシャルを、滑らかに傾斜させることができる。そのため、蓄積領域１２が蓄積する電子を、円滑に転送部１４に移動させることが可能になる。
＜第４例＞
次に、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第４例について、図６を参照して説明する。図６は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第４例について示す図である。なお、図６は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第１例について示した図３（ａ）に相当するものである。また、本例と第１例とは、注入領域のみが異なっており、それ以外は同様である。そのため、以下では、本例の注入領域１６ｄについてのみ説明し、それ以外については上述した第１実施形態の第１例の説明及び図３を適宜参酌するものとして、その説明を省略する。
図６に示すように、本例の固体撮像素子１ｄでは、注入領域１６ｄが、転送部１４から遠ざかる方向に対して２つに枝分かれしており、枝分かれしたそれぞれが転送部１４に近づくに従って連続的かつ線形的に幅が増大する形状となっている。また、Ｎ型不純物高濃度領域１２１は、注入領域１６ｄと同様の形状になる。
そして、このようなＮ型不純物高濃度領域１２１を有する蓄積領域１２を形成することによって、蓄積領域１２のポテンシャルを、転送部１４に近づくほど低下するように傾斜させることが可能になる。したがって、蓄積領域１２が蓄積する電子の転送部１４への移動を、促進することが可能になる。
さらに、本例の固体撮像素子１ｄでは、蓄積領域１２のポテンシャルを、滑らかに傾斜させることができる。そのため、蓄積領域１２が蓄積する電子を、円滑に転送部１４に移動させることが可能になる。また、本例の固体撮像素子１ｄでは、蓄積領域１２の広範囲において、ポテンシャルを傾斜させることが可能になる。そのため、蓄積領域１２が蓄積する電子の転送部１４への移動を、効果的に促進することが可能になる。
＜第５例＞
次に、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第５例について、図７を参照して説明する。図７は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第５例について示す図である。なお、図７は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第１例について示した図３（ａ）に相当するものである。また、本例と第１例とは、注入領域のみが異なっており、それ以外は同様である。そのため、以下では、本例の注入領域１６ｅについてのみ説明し、それ以外については上述した第１実施形態の第１例の説明及び図３を適宜参酌するものとして、その説明を省略する。
図７に示すように、本例の固体撮像素子１ｅでは、注入領域１６ｅが、転送部１４から遠ざかる方向に対して２つに枝分かれしており、枝分かれしたそれぞれが転送部１４に近づくに従って連続的かつ指数関数的に幅が増大する形状となっている。また、Ｎ型不純物高濃度領域１２１は、注入領域１６ｅと同様の形状になる。
そして、このようなＮ型不純物高濃度領域１２１を有する蓄積領域１２を形成することによって、蓄積領域１２のポテンシャルを、転送部１４に近づくほど低下するように傾斜させることが可能になる。したがって、蓄積領域１２が蓄積する電子の転送部１４への移動を、促進することが可能になる。
さらに、本例の固体撮像素子１ｅでは、蓄積領域１２のポテンシャルを、滑らかに傾斜させることができる。そのため、蓄積領域１２が蓄積する電子を、円滑に転送部１４に移動させることが可能になる。また、本例の固体撮像素子１ｅでは、蓄積領域１２の広範囲において、ポテンシャルを傾斜させることが可能になる。そのため、蓄積領域１２が蓄積する電子の転送部１４への移動を、効果的に促進することが可能になる。
＜第６例＞
次に、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第６例について、図８を参照して説明する。図８は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第６例について示す図である。なお、図８は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第１例について示した図３（ａ）に相当するものである。また、本例と第１例とは、注入領域のみが異なっており、それ以外は同様である。そのため、以下では、本例の注入領域１６ｆについてのみ説明し、それ以外については上述した第１実施形態の第１例の説明及び図３を適宜参酌するものとして、その説明を省略する。
図８に示すように、本例の固体撮像素子１ｆでは、注入領域１６ｆが、転送部１４から遠ざかる方向に対して３つに枝分かれしており、枝分かれしたそれぞれが転送部１４に近づくに従って連続的かつ線形的に幅が増大する形状となっている。また、Ｎ型不純物高濃度領域１２１は、注入領域１６ｆと同様の形状になる。
そして、このようなＮ型不純物高濃度領域１２１を有する蓄積領域１２を形成することによって、蓄積領域１２のポテンシャルを、転送部１４に近づくほど低下するように傾斜させることが可能になる。したがって、蓄積領域１２が蓄積する電子の転送部１４への移動を、促進することが可能になる。
さらに、本例の固体撮像素子１ｆでは、蓄積領域１２のポテンシャルを、滑らかに傾斜させることができる。そのため、蓄積領域１２が蓄積する電子を、円滑に転送部１４に移動させることが可能になる。また、本例の固体撮像素子１ｆでは、蓄積領域１２の広範囲において、ポテンシャルを傾斜させることが可能になる。そのため、蓄積領域１２が蓄積する電子の転送部１４への移動を、効果的に促進することが可能になる。
＜第７例＞
次に、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第７例について、図９を参照して説明する。図９は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第７例について示す図である。なお、図９は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第１例について示した図３（ａ）に相当するものである。また、本例と第１例とは、注入領域のみが異なっており、それ以外は同様である。そのため、以下では、本例の注入領域１６ｇについてのみ説明し、それ以外については上述した第１実施形態の第１例の説明及び図３を適宜参酌するものとして、その説明を省略する。
図９に示すように、本例の固体撮像素子１ｇでは、複数の注入領域１６ｇが、転送部１４から遠ざかる方向に対して平行に延びた棒状の形状となっている。さらに、複数の注入領域１６ｇは、転送部１４の中心に近い注入領域１６ｇほど、隣接する注入領域１６ｇ間の間隔が狭くなっている。また、Ｎ型不純物高濃度領域１２１は、注入領域１６ｇと同様の形状になる。なお、図９では、複数のＮ型不純物高濃度領域１２１（注入領域１６ｇ）を包含する輪郭線によって囲まれる輪郭領域１７ｇを、併せて示している。
本例の固体撮像素子１ｇでは、輪郭領域１７ｇが、転送部１４に近づくに従って連続的かつ指数関数的に幅が増大する。このように、複数のＮ型不純物高濃度領域１２１（注入領域１６ｇ）の全体において、転送部１４に近いほど転送部１４に対する単位距離当たりの面積（総面積）が大きくなるようにすることで、蓄積領域１２が蓄積する電子の転送部１４への移動が促進されるように、蓄積領域１２のポテンシャルを傾斜させることが可能になる。したがって、本例の固体撮像素子１ｇでは、蓄積領域１２が蓄積する電子の転送部１４への移動を、促進することが可能になる。
さらに、本例の固体撮像素子１ｇでは、蓄積領域１２のポテンシャルを、滑らかに傾斜させることができる。そのため、蓄積領域１２が蓄積する電子を、円滑に転送部１４に移動させることが可能になる。
また、本例の固体撮像素子１ｇでは、転送部１４に近いほど、Ｎ型不純物高濃度領域１２１の密集度が大きくなる。このように、複数のＮ型不純物高濃度領域１２１の密集度が転送部１４に近いほど大きくなるようにすることで、蓄積領域１２が蓄積する電子の転送部１４への移動が促進されるように、蓄積領域１２のポテンシャルを傾斜させることが可能になる。したがって、本例の固体撮像素子１ｇでは、蓄積領域１２が蓄積する電子の転送部１４への移動を、促進することが可能になる。
＜第８例＞
次に、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第８例について、図１０を参照して説明する。図１０は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第８例について示す図である。なお、図１０は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第１例について示した図３（ａ）に相当するものである。また、本例と第１例とは、注入領域のみが異なっており、それ以外は同様である。そのため、以下では、本例の注入領域１６ｈについてのみ説明し、それ以外については上述した第１実施形態の第１例の説明及び図３を適宜参酌するものとして、その説明を省略する。
図１０に示すように、本例の固体撮像素子１ｈでは、複数の注入領域１６ｈが、転送部１４から遠ざかる方向に対して平行に延びた棒状の形状となっている。さらに、隣接する注入領域１６ｈのそれぞれの間隔は、等しくなっている。また、Ｎ型不純物高濃度領域１２１は、注入領域１６ｈと同様の形状になる。なお、図１０では、複数のＮ型不純物高濃度領域１２１（注入領域１６ｈ）を包含する輪郭線によって囲まれる輪郭領域１７ｈを、併せて示している。
本例の固体撮像素子１ｈでは、輪郭領域１７ｈが、転送部１４から遠ざかる方向に対して２つに枝分かれしており、枝分かれしたそれぞれが転送部１４に近づくに従って連続的かつ指数関数的に幅が増大する形状となっている。このように、複数のＮ型不純物高濃度領域１２１（注入領域１６ｈ）の全体において、転送部１４に近いほど転送部１４に対する単位距離当たりの面積（総面積）が大きくなるようにすることで、蓄積領域１２が蓄積する電子の転送部１４への移動が促進されるように、蓄積領域１２のポテンシャルを傾斜させることが可能になる。したがって、本例の固体撮像素子１ｈでは、蓄積領域１２が蓄積する電子の転送部１４への移動を、促進することが可能になる。
さらに、本例の固体撮像素子１ｈでは、蓄積領域１２のポテンシャルを、滑らかに傾斜させることができる。そのため、蓄積領域１２が蓄積する電子を、円滑に転送部１４に移動させることが可能になる。また、本例の固体撮像素子１ｈは、蓄積領域１２の広範囲において、ポテンシャルを傾斜させることが可能になる。そのため、蓄積領域１２が蓄積する電子の転送部１４への移動を、効果的に促進することが可能になる。
＜第９例＞
次に、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第９例について、図１１を参照して説明する。図１１は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第９例について示す図である。なお、図１１は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第１例について示した図３（ａ）に相当するものである。また、本例と第１例とは、注入領域のみが異なっており、それ以外は同様である。そのため、以下では、本例の注入領域１６ｉについてのみ説明し、それ以外については上述した第１実施形態の第１例の説明及び図３を適宜参酌するものとして、その説明を省略する。
図１１に示すように、本例の固体撮像素子１ｉでは、複数の注入領域１６ｉが、転送部１４から遠ざかる方向に対して放射状に延びた棒状の形状となっている。また、Ｎ型不純物高濃度領域１２１は、注入領域１６ｉと同様の形状になる。なお、図１１では、複数のＮ型不純物高濃度領域１２１（注入領域１６ｉ）を包含する輪郭線によって囲まれる輪郭領域１７ｉを、併せて示している。
本例の固体撮像素子１ｉでは、転送部１４に近いほど、Ｎ型不純物高濃度領域１２１の密集度が大きくなる。このように、複数のＮ型不純物高濃度領域１２１の密集度が転送部１４に近いほど大きくなるようにすることで、蓄積領域１２が蓄積する電子の転送部１４への移動が促進されるように、蓄積領域１２のポテンシャルを傾斜させることが可能になる。したがって、本例の固体撮像素子１ｉでは、蓄積領域１２が蓄積する電子の転送部１４への移動を、促進することが可能になる。
＜第１実施形態の各例について＞
以上のように、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１ａ〜１ｉでは、蓄積領域１２中に形成するＮ型不純物高濃度領域１２１（蓄積領域１２に対するＮ型不純物の注入領域１６ａ〜１６ｉ）の転送部１４に対する単位距離当たりの面積または密集度を、転送部１４に近いほど大きくなるように調整するだけで、蓄積領域１２のポテンシャルを傾斜させ、蓄積領域１２が蓄積する電子の転送部１４への移動を促進することが可能になる。そのため、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１ａ〜１ｉは、簡易的に製造することが可能である。
さらに、蓄積領域１２中に形成するＮ型不純物高濃度領域１２１（蓄積領域１２に対するＮ型不純物の注入領域１６ａ〜１６ｉ）の転送部１４に対する単位距離当たりの面積または密集度は、無段階で調整することが可能である。そのため、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１ａ〜１ｉは、蓄積領域１２のポテンシャルを任意に傾斜させることが可能であり、蓄積領域１２における電子の移動を精度よく制御することが可能である。
なお、第１例〜第９例（図３〜図１１）において、注入領域１６ａ〜１６ｉを、その一部が蓄積領域１２の外部（例えば、活性領域の外部、素子分離領域上）にはみ出すように設定してもよい。
また、第４例〜第６例（図６〜図８）において、注入領域１６ｄ〜１６ｆが２つまたは３つに枝分かれする場合について例示しているが、４つ以上に枝分かれさせてもよい。また、枝分かれした注入領域が、転送部１４に近づくに従って離散的に幅が増大する形状（第１実施形態の第２例、図４参照）であってもよい。また、枝分かれした注入領域は、必ずしも全て同様の形状にする必要はなく、異なる形状としてもよい。
また、第７例〜第９例（図９〜図１１）における輪郭領域１７ｇ〜１７ｉの形状として、どのような形状を採用してもよい。例えば、輪郭領域１７ｇ〜１７ｉの形状を、第１実施形態の第１例〜第６例（上記のように変形した場合を含む）におけるＮ型不純物高濃度領域１２１（注入領域１６ａ〜１６ｆ）の形状と同様にしてもよい。また、複数のＮ型不純物高濃度領域１２１（注入領域１６ｇ〜１６ｉ）の形状が、棒状である場合について例示したが、棒状以外の形状であってもよい。
＜＜第２実施形態＞＞
＜第１例＞
本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子について、以下図面を参照して説明する。最初に、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第１例について、図１２を参照して説明する。図１２は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の第１例について示す図である。なお、図１２（ａ）は、固体撮像素子が有する１つの画素の平面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＲ−Ｒ断面を示す断面図である。また、図１２（ｃ）は、図１２（ａ）のＲ−Ｒ断面におけるポテンシャルを示すグラフである。
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、固体撮像素子２ａは、基板２１と、基板２１中に形成されて光電変換によって生じた電子を蓄積する蓄積領域２２と、基板２１中に形成されて蓄積領域２２が蓄積する電子が転送される読出領域２３と、蓄積領域２２から読出領域２３に電子を転送する転送部２４と、基板２１の表面に形成される絶縁膜２５と、を備える。転送部２４は、絶縁膜２５上に形成されるゲート電極であり、蓄積領域２２及び読出領域２３の間に形成されている。
基板２１はＰ型（Ｐ−ｓｕｂ）であり、蓄積領域２２はＮ型（Ｎ）であり、読出領域２３はＮ型（Ｎ＋）である。また、固体撮像素子２ａでは、蓄積領域２２内であり転送部２４に近接する非注入領域２６１ａ（第１実施形態の第１例における注入領域１６ａに対応する領域、図３参照）を除いた注入領域２６２ａに対して、Ｐ型不純物を別途注入することで、Ｐ型不純物が注入されていないＮ型（Ｎ）のＰ型不純物低濃度領域（不純物濃度変調領域）２２１と、Ｐ型不純物が注入されたＰ型（Ｐ＋）のＰ型不純物高濃度領域２２２と、が形成されている。そのため、本例の固体撮像素子２ａでは、基板２１と蓄積領域２２とで埋込型のフォトダイオードが形成され、蓄積領域２２には電子が蓄積される。
図１２（ａ）に示すように、本例の固体撮像素子２ａでは、非注入領域２６１ａが、転送部２４に近づくに従って連続的かつ線形的に幅が増大する形状となっている。また、Ｐ型不純物低濃度領域２２１は、非注入領域２６１ａと同様の形状になる。一方、Ｐ型不純物高濃度領域２２２は、注入領域２６２ａと同様の形状になる。
そして、このようなＰ型不純物低濃度領域２２１を有する蓄積領域２２を形成することによって、図１２（ｃ）に示すように、蓄積領域２２のポテンシャルを、転送部２４に近づくほど低下するように傾斜させることが可能になる。したがって、蓄積領域２２が蓄積する電子の転送部２４への移動を、促進することが可能になる。
さらに、本例の固体撮像素子２ａでは、蓄積領域２２のポテンシャルを、滑らかに傾斜させることができる。そのため、蓄積領域２２が蓄積する電子を、円滑に転送部２４に移動させることが可能になる。
この固体撮像素子２ａにおいて、転送部２４に所定の電位を与えると、転送部２４の直下となる基板２１内のポテンシャルが低下し、蓄積領域２２が蓄積する電子が読出領域２３に転送される。このとき、上述のように蓄積領域２２のポテンシャルが傾斜しているため、蓄積領域２２が蓄積する電子の転送部２４への移動が促進される。したがって、固体撮像素子２ａは、蓄積領域２２が大型であったとしても、蓄積領域２２が蓄積する電子を迅速に（所定の読出期間内に）読出領域２３に転送することができるため、得られる画像中に残像が生じることを防止することが可能となる。さらに、本例の固体撮像素子２ａでは、埋込型のフォトダイオードを形成すると同時に、蓄積領域２２のポテンシャルを傾斜させることが可能になる。
＜第２例＞
次に、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第２例について、図１３を参照して説明する。図１３は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第２例について示す図である。なお、図１３は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第１例について示した図１２（ａ）に相当するものである。また、本例と第１例とは、非注入領域及び注入領域のみが異なっており、それ以外は同様である。そのため、以下では、本例の非注入領域２６１ｂ及び注入領域２６２ｂについてのみ説明し、それ以外については上述した第２実施形態の第１例の説明及び図１２を適宜参酌するものとして、その説明を省略する。
図１３に示すように、本例の固体撮像素子２ｂでは、非注入領域２６１ｂ（第１実施形態の第２例における注入領域１６ｂに対応する領域、図４参照）が、転送部２４に近づくに従って離散的に幅が増大する形状となっている。また、Ｐ型不純物低濃度領域２２１は、非注入領域２６１ｂと同様の形状になる。一方、Ｐ型不純物高濃度領域２２２は、注入領域２６２ｂと同様の形状になる。
そして、このようなＰ型不純物低濃度領域２２１を有する蓄積領域２２を形成することによって、蓄積領域２２のポテンシャルを、転送部２４に近づくほど低下するように傾斜させることが可能になる。したがって、蓄積領域２２が蓄積する電子の転送部２４への移動を、促進することが可能になる。
＜第３例＞
次に、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第３例について、図１４を参照して説明する。図１４は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第３例について示す図である。なお、図１４は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第１例について示した図１２（ａ）に相当するものである。また、本例と第１例とは、非注入領域及び注入領域のみが異なっており、それ以外は同様である。そのため、以下では、本例の非注入領域２６１ｃ及び注入領域２６２ｃについてのみ説明し、それ以外については上述した第２実施形態の第１例の説明及び図１２を適宜参酌するものとして、その説明を省略する。
図１４に示すように、本例の固体撮像素子２ｃでは、非注入領域２６１ｃ（第１実施形態の第３例における注入領域１６ｃに対応する領域、図５参照）が、転送部２４に近づくに従って連続的かつ指数関数的に幅が増大する形状となっている。また、Ｐ型不純物低濃度領域２２１は、非注入領域２６１ｃと同様の形状になる。一方、Ｐ型不純物高濃度領域２２２は、注入領域２６２ｃと同様の形状になる。
そして、このようなＰ型不純物低濃度領域２２１を有する蓄積領域２２を形成することによって、蓄積領域２２のポテンシャルを、転送部２４に近づくほど低下するように傾斜させることが可能になる。したがって、蓄積領域２２が蓄積する電子の転送部２４への移動を、促進することが可能になる。
さらに、本例の固体撮像素子２ｃでは、蓄積領域２２のポテンシャルを、滑らかに傾斜させることができる。そのため、蓄積領域２２が蓄積する電子を、円滑に転送部２４に移動させることが可能になる。
＜第４例＞
次に、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第４例について、図１５を参照して説明する。図１５は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第４例について示す図である。なお、図１５は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第１例について示した図１２（ａ）に相当するものである。また、本例と第１例とは、非注入領域及び注入領域のみが異なっており、それ以外は同様である。そのため、以下では、本例の非注入領域２６１ｄ及び注入領域２６２ｄについてのみ説明し、それ以外については上述した第２実施形態の第１例の説明及び図１２を適宜参酌するものとして、その説明を省略する。
図１５に示すように、本例の固体撮像素子２ｄでは、非注入領域２６１ｄ（第１実施形態の第４例における注入領域１６ｄに対応する領域、図６参照）が、転送部２４から遠ざかる方向に対して２つに枝分かれしており、枝分かれしたそれぞれが転送部２４に近づくに従って連続的かつ線形的に幅が増大する形状となっている。また、Ｐ型不純物低濃度領域２２１は、非注入領域２６１ｄと同様の形状になる。一方、Ｐ型不純物高濃度領域２２２は、注入領域２６２ｄと同様の形状になる。
そして、このようなＰ型不純物低濃度領域２２１を有する蓄積領域２２を形成することによって、蓄積領域２２のポテンシャルを、転送部２４に近づくほど低下するように傾斜させることが可能になる。したがって、蓄積領域２２が蓄積する電子の転送部２４への移動を、促進することが可能になる。
さらに、本例の固体撮像素子２ｄでは、蓄積領域２２のポテンシャルを、滑らかに傾斜させることができる。そのため、蓄積領域２２が蓄積する電子を、円滑に転送部２４に移動させることが可能になる。また、本例の固体撮像素子２ｄでは、蓄積領域２２の広範囲において、ポテンシャルを傾斜させることが可能になる。そのため、蓄積領域２２が蓄積する電子の転送部２４への移動を、効果的に促進することが可能になる。
＜第５例＞
次に、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第５例について、図１６を参照して説明する。図１６は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第５例について示す図である。なお、図１６は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第１例について示した図１２（ａ）に相当するものである。また、本例と第１例とは、非注入領域及び注入領域のみが異なっており、それ以外は同様である。そのため、以下では、本例の非注入領域２６１ｅ及び注入領域２６２ｅについてのみ説明し、それ以外については上述した第２実施形態の第１例の説明及び図１２を適宜参酌するものとして、その説明を省略する。
図１６に示すように、本例の固体撮像素子２ｅでは、非注入領域２６１ｅ（第１実施形態の第５例における注入領域１６ｅに対応する領域、図７参照）が、転送部２４から遠ざかる方向に対して２つに枝分かれしており、枝分かれしたそれぞれが転送部２４に近づくに従って連続的かつ指数関数的に幅が増大する形状となっている。また、Ｐ型不純物低濃度領域２２１は、非注入領域２６１ｅと同様の形状になる。一方、Ｐ型不純物高濃度領域２２２は、注入領域２６２ｅと同様の形状になる。
そして、このようなＰ型不純物低濃度領域２２１を有する蓄積領域２２を形成することによって、蓄積領域２２のポテンシャルを、転送部２４に近づくほど低下するように傾斜させることが可能になる。したがって、蓄積領域２２が蓄積する電子の転送部２４への移動を、促進することが可能になる。
さらに、本例の固体撮像素子２ｅでは、蓄積領域２２のポテンシャルを、滑らかに傾斜させることができる。そのため、蓄積領域２２が蓄積する電子を、円滑に転送部２４に移動させることが可能になる。また、本例の固体撮像素子２ｅでは、蓄積領域２２の広範囲において、ポテンシャルを傾斜させることが可能になる。そのため、蓄積領域２２が蓄積する電子の転送部２４への移動を、効果的に促進することが可能になる。
＜第６例＞
次に、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第６例について、図１７を参照して説明する。図１７は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第６例について示す図である。なお、図１７は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第１例について示した図１２（ａ）に相当するものである。また、本例と第１例とは、非注入領域及び注入領域のみが異なっており、それ以外は同様である。そのため、以下では、本例の非注入領域２６１ｆ及び注入領域２６２ｆについてのみ説明し、それ以外については上述した第２実施形態の第１例の説明及び図１２を適宜参酌するものとして、その説明を省略する。
図１７に示すように、本例の固体撮像素子２ｆでは、非注入領域２６１ｆ（第１実施形態の第６例における注入領域１６ｆに対応する領域、図８参照）が、転送部２４から遠ざかる方向に対して３つに枝分かれしており、枝分かれしたそれぞれが転送部２４に近づくに従って連続的かつ線形的に幅が増大する形状となっている。また、Ｐ型不純物低濃度領域２２１は、非注入領域２６１ｆと同様の形状になる。一方、Ｐ型不純物高濃度領域２２２は、注入領域２６２ｆと同様の形状になる。
そして、このようなＰ型不純物低濃度領域２２１を有する蓄積領域２２を形成することによって、蓄積領域２２のポテンシャルを、転送部２４に近づくほど低下するように傾斜させることが可能になる。したがって、蓄積領域２２が蓄積する電子の転送部２４への移動を、促進することが可能になる。
さらに、本例の固体撮像素子２ｆでは、蓄積領域２２のポテンシャルを、滑らかに傾斜させることができる。そのため、蓄積領域２２が蓄積する電子を、円滑に転送部２４に移動させることが可能になる。また、本例の固体撮像素子２ｆでは、蓄積領域２２の広範囲において、ポテンシャルを傾斜させることが可能になる。そのため、蓄積領域２２が蓄積する電子の転送部２４への移動を、効果的に促進することが可能になる。
＜第７例＞
次に、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第７例について、図１８を参照して説明する。図１８は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第７例について示す図である。なお、図１８は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第１例について示した図１２（ａ）に相当するものである。また、本例と第１例とは、非注入領域及び注入領域のみが異なっており、それ以外は同様である。そのため、以下では、本例の非注入領域２６２ｇ及び注入領域２６２ｇについてのみ説明し、それ以外については上述した第２実施形態の第１例の説明及び図１２を適宜参酌するものとして、その説明を省略する。
図１８に示すように、本例の固体撮像素子２ｇでは、複数の非注入領域２６１ｇ（第１実施形態の第７例における注入領域１６ｇに対応する領域、図９参照）が、転送部２４から遠ざかる方向に対して平行に延びた棒状の形状となっている。さらに、複数の非注入領域２６１ｇは、転送部１４の中心に近い非注入領域２６１ｇほど、隣接する非注入領域２６１ｇ間の間隔が狭くなっている。また、Ｐ型不純物低濃度領域２２１は、非注入領域２６１ｇと同様の形状になる。一方、Ｐ型不純物高濃度領域２２２は、注入領域２６２ｇと同様の形状になる。なお、図１８では、複数のＰ型不純物低濃度領域２２１（非注入領域２６１ｇ）を包含する輪郭線によって囲まれる輪郭領域２７ｇを、併せて示している。
本例の固体撮像素子２ｇでは、輪郭領域２７ｇが、転送部２４に近づくに従って連続的かつ指数関数的に幅が増大する。このように、複数のＰ型不純物低濃度領域２２１（非注入領域２６１ｇ）の全体において、転送部２４に近いほど転送部２４に対する単位距離当たりの面積（総面積）が大きくなるようにすることで、蓄積領域２２が蓄積する電子の転送部２４への移動が促進されるように、蓄積領域２２のポテンシャルを傾斜させることが可能になる。したがって、本例の固体撮像素子２ｇでは、蓄積領域２２が蓄積する電子の転送部２４への移動を、促進することが可能になる。
さらに、本例の固体撮像素子２ｇでは、蓄積領域２２のポテンシャルを、滑らかに傾斜させることができる。そのため、蓄積領域２２が蓄積する電子を、円滑に転送部２４に移動させることが可能になる。
また、本例の固体撮像素子２ｇでは、転送部２４に近いほど、Ｐ型不純物低濃度領域２２１の密集度が大きくなる。このように、複数のＰ型不純物低濃度領域２２１の密集度が転送部２４に近いほど大きくなるようにすることで、蓄積領域２２が蓄積する電子の転送部２４への移動が促進されるように、蓄積領域２２のポテンシャルを傾斜させることが可能になる。したがって、本例の固体撮像素子２ｇでは、蓄積領域２２が蓄積する電子の転送部２４への移動を、促進することが可能になる。
＜第８例＞
次に、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第８例について、図１９を参照して説明する。図１９は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第８例について示す図である。なお、図１９は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第１例について示した図１２（ａ）に相当するものである。また、本例と第１例とは、非注入領域及び注入領域のみが異なっており、それ以外は同様である。そのため、以下では、本例の非注入領域２６１ｈ及び注入領域２６２ｈについてのみ説明し、それ以外については上述した第２実施形態の第１例の説明及び図１２を適宜参酌するものとして、その説明を省略する。
図１９に示すように、本例の固体撮像素子２ｈでは、複数の非注入領域２６１ｈ（第１実施形態の第８例における注入領域１６ｈに対応する領域、図１０参照）が、転送部２４から遠ざかる方向に対して平行に延びた棒状の形状となっている。さらに、隣接する非注入領域２６１ｈのそれぞれの間隔は、等しくなっている。また、Ｐ型不純物低濃度領域２２１は、非注入領域２６１ｈと同様の形状になる。一方、Ｐ型不純物高濃度領域２２２は、注入領域２６２ｈと同様の形状になる。なお、図１９では、複数のＰ型不純物低濃度領域２２１（非注入領域２６１ｈ）を包含する輪郭線によって囲まれる輪郭領域２７ｈを、併せて示している。
本例の固体撮像素子２ｈでは、輪郭領域２７ｈが、転送部２４から遠ざかる方向に対して２つに枝分かれしており、枝分かれしたそれぞれが転送部２４に近づくに従って連続的かつ指数関数的に幅が増大する形状となっている。このように、複数のＰ型不純物低濃度領域２２１（非注入領域２６１ｈ）の全体において、転送部２４に近いほど転送部２４に対する単位距離当たりの面積（総面積）が大きくなるようにすることで、蓄積領域２２が蓄積する電子の転送部２４への移動が促進されるように、蓄積領域２２のポテンシャルを傾斜させることが可能になる。したがって、本例の固体撮像素子２ｈでは、蓄積領域２２が蓄積する電子の転送部２４への移動を、促進することが可能になる。
さらに、本例の固体撮像素子２ｈでは、蓄積領域２２のポテンシャルを、滑らかに傾斜させることができる。そのため、蓄積領域２２が蓄積する電子を、円滑に転送部２４に移動させることが可能になる。また、本例の固体撮像素子２ｈは、蓄積領域２２の広範囲において、ポテンシャルを傾斜させることが可能になる。そのため、蓄積領域２２が蓄積する電子の転送部２４への移動を、効果的に促進することが可能になる。
＜第９例＞
次に、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第９例について、図２０を参照して説明する。図２０は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第９例について示す図である。なお、図２０は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の第１例について示した図１２（ａ）に相当するものである。また、本例と第１例とは、非注入領域及び注入領域のみが異なっており、それ以外は同様である。そのため、以下では、本例の非注入領域２６１ｉ及び注入領域２６２ｉについてのみ説明し、それ以外については上述した第２実施形態の第１例の説明及び図１２を適宜参酌するものとして、その説明を省略する。
図２０に示すように、本例の固体撮像素子２ｉでは、複数の非注入領域２６１ｉ（第１実施形態の第９例における注入領域１６ｉに対応する領域、図１１参照）が、転送部２４から遠ざかる方向に対して放射状に延びた棒状の形状となっている。また、Ｐ型不純物低濃度領域２２１は、非注入領域２６１ｉと同様の形状になる。一方、Ｐ型不純物高濃度領域２２２は、注入領域２６２ｉと同様の形状になる。なお、図２０では、複数のＰ型不純物低濃度領域２２１（非注入領域２６１ｉ）を包含する輪郭線によって囲まれる輪郭領域２７ｉを、併せて示している。
本例の固体撮像素子２ｉでは、転送部２４に近いほど、Ｐ型不純物低濃度領域２２１の密集度が大きくなる。このように、複数のＰ型不純物低濃度領域２２１の密集度が転送部２４に近いほど大きくなるようにすることで、蓄積領域２２が蓄積する電子の転送部２４への移動が促進されるように、蓄積領域２２のポテンシャルを傾斜させることが可能になる。したがって、本例の固体撮像素子２ｉでは、蓄積領域２２が蓄積する電子の転送部２４への移動を、促進することが可能になる。
＜第２実施形態の各例について＞
以上のように、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子２ａ〜２ｉでは、蓄積領域２２中に形成するＰ型不純物低濃度領域２２１（蓄積領域２２に対するＰ型不純物の非注入領域２６１ａ〜２６１ｉ）の転送部２４に対する単位距離当たりの面積または密集度を、転送部２４に近いほど大きくなるように調整するだけで、蓄積領域２２のポテンシャルを傾斜させ、蓄積領域２２が蓄積する電子の転送部２４への移動を促進することが可能になる。そのため、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子２ａ〜２ｉは、簡易的に製造することが可能である。
さらに、蓄積領域１２中に形成するＰ型不純物低濃度領域２２１（蓄積領域２２に対するＰ型不純物の非注入領域２６１ａ〜２６１ｉ）の転送部２４に対する単位距離当たりの面積または密集度は、無段階で調整することが可能である。そのため、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子２ａ〜２ｉは、蓄積領域２２のポテンシャルを任意に傾斜させることが可能であり、蓄積領域２２における電子の移動を精度よく制御することが可能である。
なお、第１例〜第９例（図１２〜図２０）において、注入領域２６２ａ〜２６２ｉを、その一部が蓄積領域２２の外部（例えば、活性領域の外部、素子分離領域上）にはみ出すように設定してもよい。
また、第４例〜第６例（図１５〜図１７）において、非注入領域２６１ｄ〜２６１ｆが２つまたは３つに枝分かれする場合について例示しているが、４つ以上に枝分かれさせてもよい。また、枝分かれした注入領域が、転送部２４に近づくに従って離散的に幅が増大する形状（第１実施形態の第２例、図１３参照）であってもよい。また、枝分かれした注入領域は、必ずしも全て同様の形状にする必要はなく、異なる形状としてもよい。
また、第７例〜第９例（図１８〜図２０）における輪郭領域２７ｇ〜２７ｉの形状として、どのような形状を採用してもよい。例えば、輪郭領域２７ｇ〜２７ｉの形状を、第２実施形態の第１例〜第６例（上記のように変形した場合を含む）におけるＰ型不純物低濃度領域２２１（非注入領域２６１ａ〜２６１ｆ）の形状と同様にしてもよい。また、複数のＰ型不純物低濃度領域２２１（非注入領域２６１ｇ〜２６１ｉ）の形状が、棒状である場合について例示したが、棒状以外の形状であってもよい。
＜＜変形等＞＞
Ｐ型の基板１１，２１中に、Ｎ型の蓄積領域１２，２２を形成する場合（蓄積領域１２，２２に電子を蓄積する場合）について例示したが、これらのＰ型及びＮ型を逆にしてもよい。即ち、Ｎ型の基板中に、Ｐ型の蓄積領域を形成（蓄積領域に正孔を蓄積）してもよい。この場合、上述した本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１ａ〜１ｉにおける、注入領域１６ａ〜１６ｉに相当する注入領域に、Ｐ型不純物を注入することで、Ｐ型不純物高濃度領域（不純物濃度変調領域）を形成すればよい。またこの場合、上述した本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子２ａ〜２ｉにおける、注入領域２６２ａ〜２６２ｉに相当する注入領域に、Ｎ型不純物を注入することで、Ｎ型不純物低濃度領域（不純物濃度変調領域）及びＮ型不純物高濃度領域を形成すればよい。
本発明の各実施形態に係る固体撮像素子１ａ〜１ｉ，２ａ〜２ｉとして、ＣＭＯＳイメージセンサについて例示したが、本発明は、ＣＭＯＳイメージセンサ以外の固体撮像素子（例えば、ＣＣＤイメージセンサ）に対しても、適用可能である。
本発明に係る固体撮像素子は、例えば撮像機能を有する各種電子機器に搭載されるＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサ等に、好適に利用され得る。
１ａ〜１ｉ ： 固体撮像素子
１１ ： 基板
１２ ： 蓄積領域
１２１ ： Ｎ型不純物高濃度領域（不純物濃度変調領域）
１３ ： 読出領域
１４ ： 転送部
１５ ： 絶縁膜
１６ａ〜１６ｉ ： 注入領域
１７ｇ〜１７ｉ ： 輪郭領域
２ａ〜２ｉ ： 固体撮像素子
２１ ： 基板
２２ ： 蓄積領域
２２１ ： Ｐ型不純物高濃度領域
２２２ ： Ｐ型不純物低濃度領域（不純物濃度変調領域）
２３ ： 読出領域
２４ ： 転送部
２５ ： 絶縁膜
２６１ａ〜２６１ｉ ： 非注入領域
２６２ａ〜２６２ｉ ： 注入領域
２７ｇ〜２７ｉ ： 輪郭領域

Claims (15)

  1. 第１導電型の基板と、
    前記基板内の、前記第１導電型とは異なる第２導電型の領域であり、光電変換によって生じた電荷を蓄積する蓄積領域と、
    前記基板内の、前記第２導電型の領域であり、前記蓄積領域が蓄積する電荷が転送される読出領域と、
    前記基板の前記蓄積領域及び前記読出領域の間となる領域の上方に形成され、前記蓄積領域から前記読出領域に電荷を転送する転送部と、を備え、
    前記蓄積領域内の一部に、前記第２導電型の不純物の濃度が局所的に高い、または、前記第１導電型の不純物の濃度が局所的に低い不純物濃度変調領域が形成され、
    複数の前記不純物濃度変調領域が、前記転送部から遠ざかる方向に対して平行に延びており、前記転送部の中心に近い前記不純物濃度変調領域ほど、隣接する前記不純物濃度変調領域間の間隔が狭いことを特徴とする固体撮像素子。
  2. 第１導電型の基板と、
    前記基板内の、前記第１導電型とは異なる第２導電型の領域であり、光電変換によって生じた電荷を蓄積する蓄積領域と、
    前記基板内の、前記第２導電型の領域であり、前記蓄積領域が蓄積する電荷が転送される読出領域と、
    前記基板の前記蓄積領域及び前記読出領域の間となる領域の上方に形成され、前記蓄積領域から前記読出領域に電荷を転送する転送部と、を備え、
    前記蓄積領域内の一部に、前記第２導電型の不純物の濃度が局所的に高い、または、前記第１導電型の不純物の濃度が局所的に低い不純物濃度変調領域が形成され、
    複数の前記不純物濃度変調領域が、前記転送部から遠ざかる方向に対して放射状に延びていることを特徴とする固体撮像素子。
  3. 前記不純物濃度変調領域が、前記転送部に近づくに従って幅が増大することを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
  4. 前記不純物濃度変調領域が、前記転送部に近づくに従って連続的に幅が増大することを特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子。
  5. 前記不純物濃度変調領域が、前記転送部に近づくに従って線形的または指数関数的に幅が増大することを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子。
  6. 前記不純物濃度変調領域が、前記転送部に近づくに従って離散的に幅が増大することを特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子。
  7. 前記不純物濃度変調領域が、前記転送部から遠ざかる方向に対して、２つ以上に枝分かれしていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
  8. 複数の前記不純物濃度変調領域を包含する輪郭線によって囲まれる輪郭領域が、前記転送部に近づくに従って幅が増大することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
  9. 前記輪郭領域が、前記転送部に近づくに従って連続的に幅が増大することを特徴とする請求項８に記載の固体撮像素子。
  10. 前記輪郭領域が、前記転送部に近づくに従って線形的または指数関数的に幅が増大することを特徴とする請求項９に記載の固体撮像素子。
  11. 前記輪郭領域が、前記転送部に近づくに従って離散的に幅が増大することを特徴とする請求項８に記載の固体撮像素子。
  12. 前記輪郭領域が、前記転送部から遠ざかる方向に対して、２本以上に枝分かれしていることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
  13. 前記不純物濃度変調領域内における前記第２導電型の不純物の濃度が局所的に高い場合、前記不純物濃度変調領域内における前記第２導電型の不純物の濃度が一様であり、
    前記不純物濃度変調領域内における前記第１導電型の不純物の濃度が局所的に低い場合、前記蓄積領域内であり前記不純物濃度変調領域以外の領域における前記第１導電型の不純物の濃度が一様であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
  14. 第１導電型の基板と、
    前記基板内の、前記第１導電型とは異なる第２導電型の領域であり、光電変換によって生じた電荷を蓄積する蓄積領域と、
    前記基板内の、前記第２導電型の領域であり、前記蓄積領域が蓄積する電荷が転送される読出領域と、
    前記基板の前記蓄積領域及び前記読出領域の間となる領域の上方に形成され、前記蓄積領域から前記読出領域に電荷を転送する転送部と、を備えた固体撮像素子の製造方法であって、
    前記蓄積領域内の一部に、選択的に前記第１導電型の不純物または前記第２導電型の不純物を注入することで、前記第２導電型の不純物の濃度が局所的に高い、または、前記第１導電型の不純物の濃度が局所的に低い不純物濃度変調領域を形成し、
    複数の前記不純物濃度変調領域が、前記転送部から遠ざかる方向に対して平行に延びており、前記転送部の中心に近い前記不純物濃度変調領域ほど、隣接する前記不純物濃度変調領域間の間隔が狭いことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
  15. 第１導電型の基板と、
    前記基板内の、前記第１導電型とは異なる第２導電型の領域であり、光電変換によって生じた電荷を蓄積する蓄積領域と、
    前記基板内の、前記第２導電型の領域であり、前記蓄積領域が蓄積する電荷が転送される読出領域と、
    前記基板の前記蓄積領域及び前記読出領域の間となる領域の上方に形成され、前記蓄積領域から前記読出領域に電荷を転送する転送部と、を備えた固体撮像素子の製造方法であって、
    前記蓄積領域内の一部に、選択的に前記第１導電型の不純物または前記第２導電型の不純物を注入することで、前記第２導電型の不純物の濃度が局所的に高い、または、前記第１導電型の不純物の濃度が局所的に低い不純物濃度変調領域を形成し、
    複数の前記不純物濃度変調領域が、前記転送部から遠ざかる方向に対して放射状に延びていることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
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