JP2003037262A - 固体撮像装置並びにその製造方法および駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低スミア、低読み出し電圧および低暗電流を
実現できる固体撮像装置およびその製造方法を提供す
る。 【解決手段】 Ｐ^-型ウェル領域３０２内にＮ型光電変
換領域３０３が形成された固体撮像装置において、Ｎ型
光電変換領域３０３上に第２層間絶縁膜３１４を介して
遮光膜３１５および透明導電膜３２１を形成する。この
遮光膜３１５および透明導電膜３２１にマイナス電圧を
印加することにより、Ｎ型光電変換領域３０３の表層部
にＰ⁺⁺型反転領域３２９を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置並び
にその製造方法および駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光を電荷に変換する光電変換部を有する
ＣＣＤ固体撮像装置およびＭＯＳ固体撮像装置などの固
体撮像装置は、ファクシミリ、ビデオカメラおよびデジ
タルスチルカメラなどの様々な画像入力機器に使用され
ている。

【０００３】図２０は、従来の固体撮像装置における画
素構造の一例を示す断面図である（以下、この固体撮像
装置を「第１の従来例」という。）。この第１の従来例
においては、Ｎ^-型シリコン基板１０１内に形成された
Ｐ^-型ウェル領域１０２内に、Ｎ型光電変換領域１０
３、Ｎ型転送チャネル領域１０４、Ｐ型読み出し領域１
０５およびＰ⁺型チャネルストップ領域１０６が形成さ
れている。また、前記光電変換領域１０３の表層部には
Ｐ⁺⁺型正孔蓄積領域１０７が形成され、前記転送チャネ
ル領域１０４の直下にはＰ型ウェル領域１０８が形成さ
れている。転送チャネル領域１０４、読み出し領域１０
５およびチャネルストップ領域１０６の上方には、ゲー
ト絶縁膜１１０を介して転送電極１１１が形成されてお
り、この転送電極１１１表面には、第１の層間絶縁膜１
１３が形成されている。更に、第２層間絶縁膜１１４を
介して導電性遮光膜１１５が形成されている。この導電
性遮光膜１１５は、転送電極１１１を被覆するように形
成され、且つ、光電変換領域１０３の少なくとも一部に
対応する部分に開口１１６が設けられている。また、こ
の導電性遮光膜１１５は、一般に接地されている。更
に、保護膜１１７、平坦化膜１１８、カラーフィルタ層
１１９およびマイクロレンズ１２０が順次形成されてい
る。

【０００４】図２２は、従来の固体撮像装置の別の一例
を示す断面図である（以下、この固体撮像装置を「第２
の従来例」という。）。この第２の従来例は、例えば、
特開平７−９４６９９号公報に記載されている。第２の
従来例においては、光電変換領域１０３の上方に、Ｐ⁺⁺
型正孔蓄積領域１０７と直接接触するように透明導電膜
１２１が形成されている。この透明導電膜１２１は、接
地された導電性遮光膜１１５と電気的に接続されてい
る。第２の従来例の構造は、透明導電膜１２１が形成さ
れている点を除けば第１の従来例と同様である。

【０００５】第１および第２の従来例においては、前述
したように、光電変換領域１０３の表層部にＰ⁺⁺型正孔
蓄積領域１０７が形成されている。これにより、光電変
換領域表面で熱的に発生する暗電流を、Ｐ⁺⁺型正孔蓄積
領域１０７の正孔でトラップすることができ、その結
果、固体撮像装置の画質を改善することが可能となる。
このＰ⁺⁺型正孔蓄積領域１０７は、高濃度のＰ型不純物
拡散領域であり、イオン注入によって形成される領域で
ある。

【０００６】図２１は、Ｐ⁺⁺型正孔蓄積領域の形成方法
を説明するための模式図である。まず、Ｎ^-型シリコン
基板１０１内にＰ^-型ウェル領域１０２を形成し、その
内にＮ型光電変換領域１０３などを形成する。また、シ
リコン基板１０１表面にゲート絶縁膜１１０を介して転
送電極１１１を形成する。続いて、転送電極１１１表面
に第１層間絶縁膜１１３を形成した後、転送電極１１１
および第１層間絶縁膜１１３をマスクとして用いて、自
己整合的にボロン（Ｂ）またはフッ化ボロン（ＢＦ₂）
などのＰ型不純物をイオン注入することにより、Ｐ⁺⁺型
正孔蓄積領域１０７が形成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記第１および第２の
従来例では、次のような問題点があった。図２３および
図２４は、従来の固体撮像装置における問題点を第２の
従来例の構造を用いて説明する模式図である。

【０００８】第１および第２の従来例では、前述したよ
うに、Ｐ⁺⁺型正孔蓄積領域１０７は、転送電極１１１お
よび第１層間絶縁膜１１３をマスクとして、自己整合的
にＰ型不純物をイオン注入することにより形成される。
このイオン注入は、光電変換領域１０３を極力浸食せ
ず、且つ、基板表面で発生する暗電流を効率良く抑制で
きるように、１０¹³〜１０¹⁴ｃｍ^-2の高ドーズ量、数〜
数十ｋｅＶの低エネルギーで実施される。また、Ｐ⁺⁺型
正孔蓄積領域１０７は、光電変換領域１０３のほぼ全面
を覆うように形成される。

【０００９】しかしながら、Ｐ⁺⁺型正孔蓄積領域１０７
の不純物濃度が光電変換領域１０３に対して相対的に高
濃度であることと、イオン注入時のチャネリングおよび
注入後の活性化アニールの影響のため、Ｐ型不純物を低
エネルギーでイオン注入しても、不純物分布の広がりを
抑制することは難しかった。そのため、従来の固体撮像
装置においては、Ｐ⁺⁺型正孔蓄積領域１０７と光電変換
領域１０３との接合深さ（Ｘ_J）は通常０．３μｍであ
り、これを縮小することは非常に困難であった。

【００１０】その結果、図２３に示すように、光電変換
により発生した信号電荷１２２の一部が、表面拡散電流
１２３として、Ｐ⁺⁺型正孔蓄積領域１０７から転送チャ
ネル領域１０４に容易に流れ込み、スミアが増加すると
いう問題があった。また、信号電荷１２２をＮ型光電変
換領域１０３からＮ型転送チャネル領域１０４に読み出
す際、Ｐ⁺⁺型正孔蓄積領域１０７を回り込むように電荷
読み出し経路１２４が形成されるため、読み出し電圧が
増加するという問題もあった。

【００１１】更に、Ｐ⁺⁺型正孔蓄積領域１０７が横方向
にも広がって形成されるため、Ｐ⁺⁺型正孔蓄積領域と転
送チャネル領域の間隔１２５が狭まり、信号電荷１２２
を読み出すために転送電極１１１に読み出しパルス（通
常１５Ｖ程度）を印加すると、Ｐ⁺⁺型正孔蓄積領域１０
７とＮ型転送チャネル１０４の間の強電界によりホット
エレクトロンが発生し、ランダムノイズの原因となるな
どの問題があった。

【００１２】また、図２４に示すように、第２の従来例
では、透明導電膜１２１が光電変換部１０９上のシリコ
ン基板表面に直接接触するように形成されるため、光電
変換部１０９の表面で接合ダメージ１２６が発生し、い
くらＰ⁺⁺型正孔蓄積領域１０７を接地して最表面の空乏
化を抑制しても、接合ダメージ１２６を介した暗電流が
増加し、画質の劣化が生じるという問題があった。

【００１３】本発明は、低スミア、低読み出し電圧およ
び低暗電流を実現できる固体撮像装置並びにその製造方
法および駆動方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の第１の固体撮像装置は、第１導電型半導体
基板内に形成された第２導電型光電変換領域と、前記基
板の前記第２導電型光電変換領域と隣接する領域上にゲ
ート絶縁膜を介して形成された電極と、前記電極を被覆
し、且つ、前記第２導電型光電変換領域の上方に開口を
有する導電性遮光膜と、前記第２導電型光電変換領域上
に層間絶縁膜を介して形成され、且つ、前記導電性遮光
膜と電気的に接続された透明導電膜とを備えることを特
徴とする。

【００１５】このような固体撮像装置においては、前記
導電性遮光膜および前記透明導電膜に負電圧を印加する
ことによって、前記第２導電型光電変換領域の表層部に
第１導電型の反転領域を形成することができる。

【００１６】前記第１の固体撮像装置においては、前記
第２導電型光電変換領域の表層部に第１導電型半導体領
域が形成されていてもよい。この光電変換領域の表層部
に形成される第１導電型半導体領域は、比較的低濃度、
例えば１０¹⁶〜１０¹⁹ｃｍ^-3、好ましくは１０¹⁷〜１０
¹⁸ｃｍ^-3の不純物拡散領域で構成することができる。こ
の場合、前記導電性遮光膜および前記透明導電膜に電圧
を印加することによって、前記光電変換領域の表層部に
形成される第１導電型半導体領域の表層部に、第１導電
型の蓄積領域を形成することができる。

【００１７】また、前記第１の固体撮像装置において
は、前記反転領域または前記蓄積領域の深さが０．１μ
ｍ以下であることが好ましい。

【００１８】なお、前記第１の固体撮像装置において
は、前記透明導電膜が前記導電性遮光膜上に形成された
構造とすることもできるが、前記導電性遮光膜が前記透
明導電膜上に形成された構造とすることが好ましい。

【００１９】次に、本発明の第１の駆動方法は、前記第
１の固体撮像装置の駆動方法であって、前記第２導電型
光電変換領域において光電変換により発生した信号電荷
を蓄積し、前記転送チャネル領域において信号電荷を転
送するステップと、蓄積された前記信号電荷を前記転送
チャネル領域に読み出すステップとを含み、前記Ｎ型光
電変換領域に前記信号電荷を蓄積し、前記転送チャネル
領域において前記信号電荷を転送するステップにおいて
は、前記導電性遮光膜および前記透明導電膜に負電圧を
印加し、前記信号電荷を前記転送チャネル領域に読み出
すステップにおいては、前記導電性遮光膜および前記透
明導電膜に０Ｖ以上の電圧を印加することを特徴とす
る。

【００２０】また、前記第１の固体撮像装置は、例え
ば、次のような製造方法により作製できる。この製造方
法は、第１導電型半導体基板内に第２導電型光電変換領
域を形成する工程と、前記基板の前記第２導電型光電変
換領域と隣接する領域上にゲート絶縁膜を介して電極を
形成する工程と、前記電極を被覆し、且つ、前記第２導
電型光電変換領域の上方に開口を有する導電性遮光膜を
形成する工程と、前記第２導電型光電変換領域上に層間
絶縁膜を介して透明導電膜を形成し、前記導電性遮光膜
と電気的に接続する工程とを含むことを特徴とする。

【００２１】前記目的を達成するため、本発明の第２の
固体撮像装置は、第１導電型半導体基板内に形成された
第２導電型光電変換領域と、前記基板の前記第２導電型
光電変換領域と隣接する領域上にゲート絶縁膜を介して
形成された電極と、前記第２導電型光電変換領域の端部
を含む領域および前記電極の上方に層間絶縁膜を介して
形成され、且つ、前記第２導電型光電変換領域の前記端
部を除く領域の上方に開口を有する導電性遮光膜と、前
記第２導電型光電変換領域の前記端部を除く領域の表層
部に形成された不純物拡散領域である第１導電型半導体
領域とを備えることを特徴とする。

【００２２】このような固体撮像装置においては、前記
導電性遮光膜に電圧が印加されることによって、前記第
２導電型光電変換領域の前記端部を含む領域の表層部
に、第１導電型の反転領域が形成される。なお、この前
記反転領域の深さは、通常は、０．１μｍ以下で形成さ
れる。

【００２３】また、前記第２の固体撮像装置において
は、前記第２導電型光電変換領域の前記端部を含む領域
の表層部に、第１導電型半導体領域が形成されていても
よい。この光電変換領域の前記端部を含む領域の表層部
に形成される第１導電型半導体領域は、光電変換領域の
前記端部を除く領域の表層部に形成される第１導電型半
導体領域に比べて十分に低い濃度、例えば１０¹⁶〜１０
¹⁹ｃｍ^-3、好ましくは１０¹⁷〜１０¹⁸ｃｍ^-3の不純物拡
散領域で構成することができる。この場合、前記導電性
遮光膜に電圧が印加されることによって、前記光電変換
領域の前記端部を含む領域の表層部に形成される第１導
電型半導体領域の表層部に、第１導電型の蓄積領域が形
成される。なお、この蓄積領域の深さは、通常は、０．
１μｍ以下で形成される。

【００２４】また、前記第２の固体撮像装置において
は、前記第２導電型光電変換領域の端部から、前記光電
変換領域の前記端部を除く領域の表層部に形成される第
１導電型半導体領域の端部までの距離が、０．３μｍ以
上であることが好ましい。

【００２５】次に、本発明の第２の駆動方法は、前記第
２の固体撮像装置の駆動方法であって、前記第２導電型
光電変換領域において光電変換により発生した信号電荷
を蓄積し、前記転送チャネル領域において信号電荷を転
送するステップと、蓄積された前記信号電荷を前記転送
チャネル領域に読み出すステップとを含み、前記第２導
電型光電変換領域に前記信号電荷を蓄積し、前記転送チ
ャネル領域において前記信号電荷を転送するステップに
おいては、導電性遮光膜に負電圧を印加し、前記信号電
荷を前記転送チャネル領域に読み出すステップにおいて
は、導電性遮光膜に０Ｖ以上の電圧を印加することを特
徴とする。

【００２６】次に、本発明の第２の製造方法は、前記第
２の固体撮像装置の製造方法であって、第１導電型半導
体基板内に第２導電型光電変換領域を形成する工程と、
前記基板の前記第２導電型光電変換領域と隣接する領域
上にゲート絶縁膜を介して電極を形成する工程と、前記
第２導電型光電変換領域の端部を含む領域および前記電
極の上方に層間絶縁膜を介して導電性遮光膜を形成する
工程と、前記導電性遮光膜の前記第２導電型光電変換領
域の前記端部を除く領域に対応する部分に開口を形成す
る工程と、前記第２導電型光電変換領域の前記端部を除
く領域の表層部に第１導電型不純物をイオン注入して、
第１導電型半導体領域を形成する工程とを含むことを特
徴とする。

【００２７】前記第２の製造方法においては、前記第２
導電型光電変換領域の前記端部を除く領域の表層部に前
記第１導電型半導体領域を形成する工程が、前記第２導
電型光電変換領域の前記端部を含む領域を被覆し、且
つ、前記第２導電型光電変換領域の前記端部を除く領域
の上方に開口を有するフォトレジストを形成する工程
と、前記フォトレジストをマスクとして、前記第２導電
型光電変換領域に第１導電型不純物をイオン注入する工
程とを含むことが好ましい。

【００２８】また、前記第２の製造方法においては、前
記第２導電型光電変換領域の前記端部を除く領域の表層
部に前記第１導電型半導体領域を形成する工程が、前記
第２導電型光電変換領域の前記端部の少なくとも一方を
含む領域を被覆し、且つ、前記第２導電型光電変換領域
の前記端部を除く領域の上方に開口を有するフォトレジ
ストを形成する工程と、前記フォトレジストをマスクと
して、前記第２導電型光電変換領域に第１導電型不純物
を、前記半導体基板面に対して傾斜した方向から、イオ
ン注入する工程とを含むことが好ましい。

【００２９】また、前記第２の製造方法においては、前
記第２導電型光電変換領域の前記端部を除く領域の表層
部に前記第１導電型半導体領域を形成する工程が、前記
電極を形成し、前記電極の側面に側壁を形成した後、前
記電極および前記側壁をマスクとして、前記第２導電型
光電変換領域に第１導電型不純物をイオン注入する工程
を含むことが好ましい。

【００３０】また、前記第２の製造方法においては、更
に、前記第２導電型光電変換領域の表層部に第１導電型
半導体領域を形成する工程を含むことが好ましい。この
光電変換領域の表層部に形成される第１導電型半導体領
域は、光電変換領域の端部を除く領域の表層部に形成さ
れる第１導電型半導体領域に比べて十分に低い濃度、例
えば１０¹⁶〜１０¹⁹ｃｍ^-3、好ましくは１０¹⁷〜１０¹⁸
ｃｍ^-3の不純物拡散領域で構成することができる。

【００３１】次に、本発明の第３の固体撮像装置は、第
1導電型半導体基板内に形成された第２導電型光電変換
領域と、前記基板上に形成され、且つ、前記第２導電型
光電変換領域の上方に開口を有する導電性遮光膜と、前
記第２導電型光電変換領域上に層間絶縁膜を介して形成
され、且つ、前記導電性遮光膜と電気的に接続された透
明導電膜とを備えることを特徴とする。

【００３２】また、本発明の第４の固体撮像装置は、第
１導電型半導体基板内に形成された第２導電型光電変換
領域と、前記第２導電型光電変換領域の端部を含む領域
の上方に層間絶縁膜を介して形成され、且つ、前記第２
導電型光電変換領域の前記端部を除く領域の上方に開口
を有する導電性遮光膜と、前記第２導電型光電変換領域
の前記端部を除く領域の表層部に形成された不純物拡散
領域である第１導電型半導体領域とを備えることを特徴
とする。

【００３３】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、図面
を用いて説明する。なお、各実施形態は、ＣＣＤ固体撮
像装置を例に挙げて説明しているが、本発明はこれ限定
されるものではなく、ＭＯＳ固体撮像装置に適用するこ
とも可能である。

【００３４】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す模式図であ
る。この固体撮像装置は、複数の光電変換部３０９がマ
トリックス状に配置され、各光電変換部列に対応するよ
うに、光電変換部３０９からの信号電荷を垂直方向に転
送するためのＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ３１２が配
置されている（以下、この領域を「撮像領域」とい
う。）。更に、各垂直転送レジスタ３１２の端部に接続
するように、垂直転送レジスタ３１２からの信号電荷を
水平方向に転送するＣＣＤ構造の水平転送レジスタ３４
１が配置され、水平転送レジスタ３４１の終段に出力部
３４２が配置されている。なお、図中の３４０は一画素
を示す。

【００３５】図２は、上記ＣＣＤ固体撮像装置における
撮像領域の構造の一例を示す断面図であり、図１のＡ−
Ａ’断面図である。

【００３６】Ｎ^-型半導体基板３０１内にＰ^-型ウェル領
域３０２が形成されており、このＰ ^-型ウェル領域３０
２内にＮ型光電変換領域３０３が形成されている。この
Ｎ型光電変換領域３０３とＰ^-型ウェル領域３０２との
ＰＮ接合によりフォトダイオードが構成されており、こ
れにより光電変換部３０９が形成されている。この光電
変換部３０９は、各画素に対応するように配置されてい
る。また、光電変換領域３０３の不純物濃度は、特に限
定するものではないが、例えば１０¹⁵〜１０¹⁸ｃｍ^-3、
好ましくは１０¹⁶〜１０¹⁷ｃｍ^-3である。

【００３７】更に、Ｐ^-型ウェル領域３０２内には、Ｎ
型転送チャネル領域３０４、Ｐ型読み出し領域３０５お
よびＰ⁺型チャネルストップ領域３０６が形成されてい
る。また、Ｎ型転送チャネル領域３０４の直下には、Ｐ
型ウェル領域３０８が形成されている。

【００３８】Ｎ型転送チャネル領域３０４、Ｐ型読み出
し領域３０５およびＰ⁺型チャネルストップ領域３０６
上には、ゲート絶縁膜３１０を介して、転送電極３１１
が形成されている。このＮ型転送チャネル領域３０４、
ゲート絶縁膜３１０および転送電極３１１により、垂直
転送レジスタ３１２が構成されている。ゲート絶縁膜３
１０としては、例えば、シリコン酸化膜およびシリコン
窒化膜などを使用することができ、転送電極３１１とし
ては、例えば、多結晶シリコンを使用することができ
る。

【００３９】転送電極３１１表面には、第１層間絶縁膜
３１３が形成されている。第１層間絶縁膜３１３として
は、例えば、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜など
を使用することができる。

【００４０】光電変換部３０９においては、光電変換領
域３０３上に第２層間絶縁膜３１４が形成されている。
この第２層間絶縁膜３１４は、垂直転送レジスタ３１２
においては第１層間絶縁膜３１１上に形成されている。
第２層間絶縁膜３１４としては、例えば、シリコン酸化
膜およびシリコン窒化膜などを使用することができる。
また、その膜厚は、例えば１０〜３００ｎｍ、好ましく
は５０〜１５０ｎｍである。

【００４１】第２層間絶縁膜３１４上には導電性遮光膜
３１５が形成されている。この導電性遮光膜３１５は、
垂直転送レジスタ３１２に直接光が入射しないように転
送電極３１１表面を被覆するように形成されており、光
電変換領域３０３の少なくとも一部の上方には開口３１
６が設けられている。図示のように、導電性遮光膜３１
５は、マイナス電源に電気的に接続されている。また、
図３に示すように、導電性遮光膜３１５は、駆動パルス
φＰＳが印加されるように配線されていてもよい。な
お、導電性遮光膜３１５としては、例えば、タングステ
ン、アルミニウム、タングステンシリサイドなどを使用
することができる。

【００４２】導電性遮光膜３１５上には透明導電膜３２
１が形成されている。これにより、光電変換領域３０３
上には、導電性遮光膜の開口３１６においては透明導電
膜３２１が、その他の部分においては導電性遮光膜３１
５が、それぞれ、第２層間絶縁膜３１４を介して形成さ
れることとなる。また、本実施形態においては、透明導
電膜３２１と導電性遮光膜３１５とは直接接触するよう
に形成されており、これにより互いに電気的に接続され
ている。

【００４３】透明導電膜３２１としては、例えば、酸化
インジウム錫（ＩＴＯ）、シリコンなどを使用すること
ができる。また、透明導電膜３２１として、半導体基板
の屈折率と保護膜の屈折率との間の屈折率を有する材料
を使用すれば、透明導電膜を反射防止膜として機能させ
ることができ、スミアの更なる低減と感度向上を図るこ
とができるため、好ましい。

【００４４】透明導電膜３２１上には保護膜３１７が形
成されており、この保護膜３１７上には平坦化膜３１８
が形成されている。保護膜３１７としては、例えば、シ
リコン酸化膜、シリコン窒化膜などを使用することがで
き、平坦化膜３１８としては、例えば、シリコン酸化
膜、シリコン窒化膜、樹脂などを使用することができ
る。

【００４５】更に、平坦化膜３１８上にはカラーフィル
タ層３１９が形成され、カラーフィルタ層３１９上に
は、各光電変換部３０９に対応するように、マイクロレ
ンズ３２０が形成されている。

【００４６】本実施形態の固体撮像装置においては、光
電変換領域３０３上に、第２層間絶縁膜３１４を介し
て、導電性遮光膜３１５および透明導電膜３２１が形成
されることにより、ＭＯＳキャパシタ構造が形成されて
いる。このような構造とすることにより、導電性遮光膜
３１５および透明導電膜３２１にマイナス電圧を印加す
ることによって、光電変換領域３０３の表層部にＰ⁺⁺型
反転領域３２９を形成することができる。この電圧印加
により形成されるＰ⁺⁺型反転領域３２９は、光電変換部
３０９の基板表面で発生する暗電流をトラップするとい
う作用を果たす。

【００４７】Ｐ⁺⁺型反転領域３２９の深さ（Ｘ_J）は、
例えば０．１μｍ以下、好ましくは０．０５μｍ以下で
ある。また、その正孔濃度は、例えば１０¹⁷ｃｍ^-3以
上、好ましくは１０¹⁸〜１０¹⁹ｃｍ^-3である。また、導
電性遮光膜３１５および透明導電膜３２１に印加される
マイナス電圧は、特に限定するものではないが、形成さ
れるＰ⁺⁺型反転領域３２９の正孔濃度が前記範囲となる
ように設定することが好ましい。具体的には、例えば−
１〜−１０Ｖ、好ましくは−２〜−８Ｖに設定すること
ができる。

【００４８】次に、本実施形態に係る固体撮像装置の駆
動方法の好ましい一例について、図４を用いて説明す
る。なお、ここで説明する駆動方法は、図３に示すよう
な固体撮像装置、すなわち導電性遮光膜３１５に駆動パ
ルスφＰＳが印加されるように構成された固体撮像装置
に適用されるものである。

【００４９】上記固体撮像装置においては、光電変換領
域３０３に光が入射し、これが光電変換されて、信号電
荷が発生する。発生した信号電荷は、光電変換領域３０
３に蓄積される。そして、蓄積された信号電荷は、転送
チャネル領域３０４に読み出され、転送される。

【００５０】φＶは、電荷転送部の転送電極３１１に印
加されるパルスであり、例えば、ハイレベルＶＨ（例え
ば、１２Ｖ）、ミドルレベルＶＭ（例えば、０Ｖ）およ
びローレベルＶＬ（例えば、−８Ｖ）の三値のパルスか
らなる。このφＶが印加される転送電極３１１は、光電
変換領域３０３に蓄積された信号電荷を転送チャネル領
域３０４に読み出す動作と、読み出された信号電荷を転
送チャネル領域３０８において転送する動作とを行う。
例えば、前記転送電極にハイレベルＶＨのパルスが印加
されると、光電変換領域３０３から転送チャンネル領域
３０４へ信号電荷が読み出される。また、ミドルレベル
ＶＭとローレベルＶＬのパルスが繰り返し印加されるこ
とで、転送チャネル領域３０４における電荷転送が実施
される。

【００５１】φＰＳは、導電性遮光膜３１５および透明
導電膜３２１に印加されるパルスであり、例えば、ハイ
レベルＶＨ’（例えば、１２Ｖ）およびローレベルＶ
Ｌ’（例えば、−８Ｖ）の二値のパルスからなる。導電
性遮光膜３１５および透明導電膜３２１にローレベルＶ
Ｌ’のパルスが印加されると、光電変換領域３０３の表
層部にはＰ⁺⁺型反転領域３２９が形成され、これが暗電
流をトラップするための正孔蓄積領域として機能する。

【００５２】図示のように、転送電極３１１にミドルレ
ベルＶＭとローレベルＶＬのパルスが印加され、電荷転
送が実施される期間（Ｔ１）においては、導電性遮光膜
３１５および透明導電膜３２１にはローレベルＶＬ’の
パルスが印加される。この期間Ｔ１は、光電変換領域３
０３において信号電荷の蓄積が実施される期間でもあ
る。期間Ｔ１においては、前述したように、光電変換領
域３０３の表層部にＰ⁺⁺型反転領域３２９が形成され、
暗電流やスミアの発生が抑制される。一方、転送電極３
１１にハイレベルＶＨのパルスが印加され、光電変換領
域３０３から転送チャンネル領域３０４へ信号電荷が読
み出される期間（Ｔ２）においては、導電性遮光膜３１
５および透明導電膜３２１にはハイレベルＶＨ’のパル
スが印加される。そのため、光電変換領域３０３の表面
近傍の電位が深くなるため、信号電荷の読み出しを更に
低電圧化することが可能となる。

【００５３】なお、本実施形態における固体撮像装置の
駆動方法は、上記方法に限定されるものではない。少な
くとも光電変換領域において信号電荷の蓄積が実施され
る期間に、導電性遮光膜および透明導電膜にマイナス電
圧が印加されればよい。例えば、図２に示すように、導
電性遮光膜および透明導電膜にマイナスの定電圧を印加
してもよい。この場合、マイナスの定電圧として、固体
撮像装置を動作させる際のマイナス電源を使用すれば、
回路の増加を防ぐことができる。

【００５４】次に、本実施形態に係る固体撮像装置によ
り達成される効果について、図５を用いて説明する。

【００５５】従来の固体撮像装置において、暗電流をト
ラップするための正孔蓄積領域（図２０および図２２の
１０７）は、Ｐ型不純物のイオン注入により形成され
る。そのため、従来の正孔蓄積領域の深さを小さくする
には限界があり、０．２μｍ以下とすることは非常に困
難であった。なお、従来の正孔蓄積領域の深さは、一般
に、０．３μｍであった。

【００５６】これに対して、本実施形態の固体撮像装置
においては、前述したように、遮光膜３１５および透明
導電膜３２１にマイナス電圧を印加することにより、Ｐ
⁺⁺型反転領域３２９を形成し、これを暗電流をトラップ
するための正孔蓄積領域として機能させることができ
る。そのため、この正孔蓄積領域の深さを小さく、例え
ば０．１μｍ以下とすることが可能となる。その結果、
次のような効果を実現することができる。

【００５７】まず、第１の効果として、暗電流抑制のた
めの正孔蓄積領域であるＰ⁺⁺型反転領域３２９の深さを
小さくできるため、光電変換により発生した信号電荷３
２２による表面拡散電流３２３が、転送チャネル領域３
０４に流れ込みにくくなり、その結果、スミアを低減す
ることが可能となる。図６は、スミアの大きさと、暗電
流抑制のための正孔蓄積領域の深さ（Ｘ_J）との関係を
示すグラフである。このグラフに示すように、例えば、
正孔蓄積領域であるＰ⁺⁺型反転領域３２９の深さを０．
１μｍとした場合、正孔蓄積領域の深さが０．３μｍで
ある場合に比べて、スミアを約４ｄＢ低減することがで
きる。

【００５８】第２の効果として、信号電荷３２２を光電
変換領域３０３から転送チャネル領域３０４に読み出す
際、読み出し領域３０５の表面付近に電荷読み出し経路
３２４を形成することができ、その結果、信号電荷３２
２が読み出し易くなる。図７は、読み出し電圧の大きさ
と、暗電流抑制のための正孔蓄積領域の深さ（Ｘ_J）と
の関係を示すグラフである。このグラフに示すように、
例えば、正孔蓄積領域であるＰ⁺⁺型反転領域３２９の深
さを０．１μｍとした場合、正孔蓄積領域の深さが０．
３μｍである場合に比べて、読み出し電圧を約２．０Ｖ
低減することができる。

【００５９】また、本実施形態の固体撮像装置において
は、暗電流をトラップするための正孔蓄積領域であるＰ
⁺⁺型反転領域３２９は、遮光膜および透明導電膜への電
圧印加により形成されるため、転送電極３１１に対して
自己整合的に構成される。すなわち、Ｐ型不純物のイオ
ン注入により形成される従来の正孔蓄積領域とは異な
り、転送電極下の領域にまで広がることがなく、正孔蓄
積領域と転送チャンネル領域との間隔３２５は狭くなら
ない。従って、信号電荷３２２を読み出すために転送電
極３１１に読み出し電圧（通常１５Ｖ程度）を印加して
も、Ｐ⁺⁺型反転領域３２９とＮ型転送チャネル３０４の
間で強電界によるホットエレクトロンが発生しにくくな
る。また、同時に、Ｐ⁺⁺型反転領域３２９は、転送電極
３１１に対して自己整合的に構成されるため、読み出し
電圧のバラツキも抑制することができる。

【００６０】また、Ｐ⁺⁺型反転領域３２９の正孔濃度
は、遮光膜３１５および透明導電膜３２１に印加される
マイナス電圧を変えることにより、容易に制御すること
ができる。そのため、高濃度化（例えば１０¹⁸ｃｍ^-3以
上）を容易に実現することができ、第２層間絶縁膜３１
４から不純物イオン（正イオン）がＰ⁺⁺型反転領域３２
９に拡散してきたとしても、Ｐ⁺⁺型反転領域３２９の最
表面が空乏化して暗電流が増加するといった現象を抑制
することができ、より一層の暗電流の低減が可能とな
る。

【００６１】また、Ｐ⁺⁺型反転領域３２９はＮ型光電変
換領域３０３をほとんど浸食しないため、Ｎ型光電変換
領域３０３形成のために注入されるＮ型不純物のドーズ
を低減することが可能となる。従って、イオン注入時の
欠陥によって発生する白キズや暗電流の更なる低減が可
能となる。

【００６２】更に、本実施形態の固体撮像装置において
は、透明導電膜３２１は、シリコン基板上に第２層間絶
縁膜３１４を介して形成されるため、光電変換部３０９
の基板表面で接合ダメージを抑制し、これによる暗電流
を抑制することができる。

【００６３】次に、上記固体撮像装置の製造方法の一例
について説明する。

【００６４】Ｎ^-型シリコン基板内に、ボロンなどのＰ
型不純物をイオン注入し、Ｐ^-型ウェル領域を形成す
る。続いて、Ｐ^-型ウェル領域内に、ボロンなどのＰ型
不純物をイオン注入し、読み出し領域、チャネルストッ
プ領域およびＰ型ウェル領域をそれぞれ形成する。ま
た、Ｐ^-型ウェル領域内に、リンまたはヒ素などのＮ型
不純物をイオン注入し、光電変換領域および転送チャン
ネル領域をそれぞれ形成する。

【００６５】続いて、シリコン基板上に、熱酸化法によ
ってシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜を形成した
後、化学気相成長法（以下、「ＣＶＤ法」という。）な
どによって多結晶シリコンを成膜し、これをパターニン
グして転送電極を形成する。次に、この転送電極を被覆
するように、ＣＶＤ法などによってシリコン酸化膜また
はシリコン窒化膜などからなる第１層間絶縁膜を形成す
る。

【００６６】次に、ＣＶＤ法などによってシリコン酸化
膜またはシリコン窒化膜などからなる第２層間絶縁膜を
形成する。続いて、スパッタリング法またはＣＶＤ法な
どにより、アルミニウム、タングステンまたはタングス
テンシリサイドなどを成膜した後、形成された膜に対し
てフォトリソグラフィーおよびエッチングを実施して、
光電変換領域の端部を除く領域の少なくとも一部上方に
対応する部分に開口を形成することにより、遮光膜を形
成する。

【００６７】続いて、導電性遮光膜上、遮光膜の開口部
においては第２層間絶縁膜上に、スパッタ法などによっ
てインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などからなる透明導電
膜を形成する。

【００６８】その後、ＣＶＤ法などによってシリコン酸
化膜またはシリコン窒化膜などからなる保護膜を形成す
る。更に、ＣＶＤ法などによってシリコン酸化膜または
シリコン窒化膜を形成し、その表面を化学機械研磨法な
どによって平坦化して、平坦化膜を形成する。次に、平
坦化膜上に、カラーレジストを用いたフォトリソグラフ
ィー法によってカラーフィルタを形成した後、マイクロ
レンズを形成する。マイクロレンズは、熱溶融可能な樹
脂を塗布し、これを各受光部に対応するように分割した
後、加熱によるリフロー処理を実施することによって形
成できる。

【００６９】なお、上記説明においては、第２層間絶縁
膜３１４上に導電性遮光膜３１５を形成し、その上に透
明導電膜３２１を形成した構造を例に挙げたが、本実施
形態の固体撮像装置はこれに限定されるものではない。
光電変換領域の少なくとも一部の上方に第２層間絶縁膜
を介して透明導電膜が形成されており、この透明導電膜
が導電性遮光膜と電気的に接続されていればよい。例え
ば、図８に示すように、第２層間絶縁膜３１４上に透明
導電膜３２１を形成し、その上に導電性遮光膜３１５を
形成してもよい。このような構造によっても、前述した
ような効果を達成することができ、更に、遮光膜の開口
３１６を形成する際のエッチングダメージが透明導電膜
３２１により吸収されるため、暗電流の少ない光電変換
部とすることができる。

【００７０】なお、上記説明においては、光電変換領域
および転送チャネル領域の導電型がＮ型である場合を例
示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、こ
れらの領域をＰ型領域としてもよい。この場合、半導体
基板内に形成される各領域（ウェル領域、読み出し領域
およびチャネルストップ領域など）の導電型は、上記例
とは逆の導電型にすればよい。このように、光電変換領
域および転送チャネル領域の導電型がＰ型である場合
は、導電性遮光膜および透明導電膜に印加される電圧と
してプラス電圧を用いることにより、上記と同様の効果
を達成することができる。

【００７１】（第２の実施形態）本実施形態に係る固体
撮像装置においては、第１の実施形態と同様に、光電変
換部および垂直転送レジスタにより撮像領域が形成さ
れ、撮像領域の周辺に水平転送レジスタおよび出力部が
配置されている。

【００７２】図９は、本発明の第２の実施形態に係る固
体撮像装置の撮像領域の構造の一例を示す断面図であ
る。

【００７３】本実施形態の固体撮像装置は、光電変換領
域３０３の表層部にＰ型不純物拡散領域３３０が形成さ
れていること以外は、第１の実施形態と同様の構造を有
する。また、各部材の材質としても、第１の実施形態と
同様の材質を使用することができる。

【００７４】Ｐ型不純物拡散領域３３０の不純物濃度
は、例えば１０¹⁶〜１０¹⁹ｃｍ^-3、好ましくは１０¹⁷〜
１０¹⁸ｃｍ^-3である。また、その拡散深さは、例えば
０．５μｍ以下、好ましくは０．３μｍ以下である。

【００７５】本実施形態の固体撮像装置においては、Ｐ
型不純物拡散領域３３０上に、第２層間絶縁膜３１４を
介して、導電性遮光膜３１５および透明導電膜３２１が
形成されることにより、ＭＯＳキャパシタ構造が形成さ
れている。このような構造とすることにより、導電性遮
光膜３１５および透明導電膜３２１にマイナス電圧を印
加することによって、Ｐ型不純物拡散領域３３０の表層
部にＰ⁺⁺型蓄積領域３３１を形成することができる。こ
の電圧印加により形成されるＰ⁺⁺型蓄積領域３３１は、
光電変換部３０９の基板表面で発生する暗電流をトラッ
プするための正孔蓄積領域として機能する。

【００７６】Ｐ⁺⁺型蓄積領域３３１の深さ（Ｘ_J）は、
例えば０．１μｍ以下、好ましくは０．０１〜０．０５
μｍである。また、その正孔濃度は、例えば１０¹⁸ｃｍ
^-3以上、好ましくは１０¹⁸〜１０¹⁹ｃｍ^-3である。ま
た、導電性遮光膜３１５および透明導電膜３２１に印加
されるマイナス電圧は、特に限定するものではないが、
形成されるＰ⁺⁺型蓄積領域３３１の正孔濃度が前記範囲
となるように設定することが好ましい。具体的には、例
えば−１〜−１０Ｖ、好ましくは−２〜−８Ｖに設定す
ることができる。

【００７７】なお、この固体撮像装置の駆動方法として
は、第１の実施形態で説明したものと同様の駆動方法を
採用することができる。

【００７８】本実施形態においても、前述したような、
第１の実施形態と同様の効果を達成することができる。
更に、本実施形態によれば、第１の実施形態に比べて、
遮光膜および透明導電膜に印加される電圧の絶対値を小
さくすることができるため、遮光膜３１５と転送電極３
１１の間の電界および遮光膜３１５とシリコン基板の間
の電界を緩和し、固体撮像装置の信頼性を向上させるこ
とが可能となる。

【００７９】（第３の実施形態）本実施形態に係る固体
撮像装置においては、第１の実施形態と同様に、光電変
換部および垂直転送レジスタにより撮像領域が形成さ
れ、撮像領域の周辺に水平転送レジスタおよび出力部が
配置されている。

【００８０】図１０は、第３の実施形態の固体撮像装置
における撮像領域の構造の一例を示す断面図である。

【００８１】Ｎ^-型シリコン基板４０１内にＰ^-型ウェル
領域４０２が形成されており、このＰ^-型ウェル領域４
０２内にＮ型光電変換領域４０３が形成され、この部分
が光電変換部４０９となる。なお、光電変換領域４０３
の不純物濃度は、例えば１０ ¹⁵〜１０¹⁸ｃｍ^-3、好まし
くは１０¹⁶〜１０¹⁷ｃｍ^-3である。また、Ｐ^-型ウェル
領域４０２内には、Ｎ型転送チャネル領域４０４、Ｐ型
読み出し領域４０５およびＰ⁺型チャネルストップ領域
４０６が形成されており、Ｎ型転送チャネル領域４０４
の直下にはＰ型ウェル領域４０８が形成されている。Ｎ
型転送チャネル領域４０４上にはゲート絶縁膜４１０を
介して転送電極４１１が形成されており、この部分が垂
直転送レジスタ４１２となる。また、転送電極４１１の
表面には第１の層間絶縁膜４１３が形成されている。

【００８２】更に、本実施形態に係る固体撮像装置にお
いては、光電変換領域４０３の表層部に、Ｐ⁺⁺型不純物
拡散領域４０７が形成されている。このＰ⁺⁺型不純物拡
散領域４０７は、図１１に示すように、光電変換領域４
０３の端部を除く領域に形成されている。換言すれば、
光電変換領域４０３の端部を含む領域には、Ｐ⁺⁺型不純
物拡散領域４０７は形成されない。Ｐ⁺⁺型不純物拡散領
域４０７の端部から光電変換領域４０３の端部までの距
離（以下、「オフセット距離」という。）は、例えば
０．２μｍ以上、好ましくは０．３〜０．５μｍであ
る。また、Ｐ⁺⁺型不純物拡散領域４０７の不純物濃度
は、例えば１０¹⁷〜１０²⁰ｃｍ^-3、好ましくは１０¹⁸〜
１０¹⁹ｃｍ^-3であり、拡散深さは、例えば０．５μｍ以
下、好ましくは０．３μｍ以下である。

【００８３】光電変換部４０９においては光電変換領域
４０３上に、垂直レジスタ４１２においては第１層間絶
縁膜４１３上に、第２の層間絶縁膜４１４が形成されて
おり、この第２層間絶縁膜４１４上に導電性遮光膜４１
５が形成されている。導電性遮光膜４１５は、垂直転送
レジスタ４１２に直接光が入射しないように、転送電極
４１１表面を被覆するように形成されている。なお、第
２層間絶縁膜４１４の膜厚は、例えば１０〜３００ｎ
ｍ、好ましくは５０〜１００ｎｍである。

【００８４】また、導電性遮光膜４１５には、Ｐ⁺⁺型不
純物拡散領域４０７の少なくとも一部に対応する部分に
開口４１６が設けられていいる。この開口４１６は、図
１０に示すように、光電変換領域４０３の端部を除く領
域に形成されている。換言すると、導電性遮光膜４１５
は、光電変換領域４０３の端部を含む領域、すなわち、
Ｐ⁺⁺型不純物拡散領域４０７が形成されていない領域を
被覆するように形成されている。また、この光電変換領
域４０３の端部を含む領域においては、光電変換領域４
０３と導電性遮光膜４１５との間に、第２層間絶縁膜４
１４が介在する。更に、導電性遮光膜４１５は、駆動パ
ルスφＰＳが印加されるように配線されているか、また
は、図１０に示すようにマイナス電源に電気的に接続さ
れている。

【００８５】導電性遮光膜４１５上、および、開口４１
６においては第２層間絶縁膜４１４上に、保護膜４１７
が形成されている。この保護膜４１７上には平坦化膜４
１８が形成され、平坦化膜４１８上にはカラーフィルタ
層４１９が形成され、更にカラーフィルタ層４１９上に
は各光電変換部４０９に対応するようにマイクロレンズ
４２０が形成されている。

【００８６】本実施形態の固体撮像装置では、光電変換
領域４０３の中央部（すなわち、遮光膜の開口部に対応
する部分）においては、基板表層部にＰ⁺⁺型不純物拡散
領域４０７が形成されており、このＰ⁺⁺型不純物拡散領
域４０７が暗電流をトラップするための正孔蓄積領域と
して機能する。

【００８７】また、光電変換領域４０３の端部を含む部
分（すなわち、遮光膜で被覆された部分）においては、
基板上に第２層間絶縁膜４１４を介して導電性遮光膜４
１５が形成されることにより、ＭＯＳキャパシタ構造が
形成されている。そのため、遮光膜４１５にマイナス電
圧を印加することによって、基板表層部にＰ⁺⁺型反転領
域４２９を形成することができ、このＰ⁺⁺型反転領域４
２９を、暗電流をトラップするための正孔蓄積領域とし
て機能させることができる。

【００８８】Ｐ⁺⁺型反転領域４２９の深さ（Ｘ_J）は、
例えば０．１μｍ以下、好ましくは０．０５μｍ以下で
ある。また、その正孔濃度は、例えば１０¹⁸ｃｍ^-3以
上、好ましくは１０¹⁸〜１０¹⁹ｃｍ^-3である。また、遮
光膜４１５に印加されるマイナス電圧は、特に限定する
ものではないが、形成されるＰ⁺⁺型反転領域４２９の正
孔濃度が前記範囲となるように設定することが好まし
い。具体的には、例えば−１〜−１０Ｖ、好ましくは−
２〜−８Ｖに設定することができる。

【００８９】なお、この固体撮像装置の駆動方法として
は、第１の実施形態で説明したものと同様の駆動方法を
採用することができる。

【００９０】次に、本実施形態に係る固体撮像装置によ
り達成される効果について、図１６を用いて説明する。

【００９１】本実施形態の固体撮像装置においては、前
述したように、光電変換領域４０３の中央部（すなわ
ち、遮光膜の開口部に対応する部分）においては、基板
表層部にＰ⁺⁺型不純物拡散領域４０７が形成されてお
り、このＰ⁺⁺型不純物拡散領域４０７が暗電流をトラッ
プするための正孔蓄積領域として機能する。また、光電
変換領域４０３の端部を含む部分（すなわち、遮光膜で
被覆された部分）においては、遮光膜４１５にマイナス
電圧を印加することによってＰ⁺⁺型反転領域４２９を形
成し、これを暗電流をトラップするための正孔蓄積領域
として機能させることができる。そのため、この正孔蓄
積領域の深さを小さく、例えば０．１μｍ以下とするこ
とが可能となる。

【００９２】このように、Ｐ⁺⁺型不純物拡散領域４０７
を光電変換領域４０３からオフセットさせて形成し、尚
且つ、遮光膜にマイナス電圧を印加することによって、
このオフセットされた部分にＰ⁺⁺型反転領域４２９を形
成させる結果、次のような効果を実現することができ
る。

【００９３】第１の効果として、光電変換により発生し
た信号電荷４２２による表面拡散電流４２３が、転送チ
ャネル領域４０４に流れ込みにくくなり、その結果、ス
ミアを低減することが可能となる。図１７は、遮光膜に
マイナス電圧を印加した場合と印加しない場合におけ
る、スミアの大きさと、Ｐ⁺⁺型不純物拡散領域４０７と
光電変換領域４０３とのオフセット距離との関係を示す
グラフである。このグラフに示すように、例えば、オフ
セット距離を０．３μｍとし、且つ、遮光膜にマイナス
電圧を印加した場合、オフセット距離が０μｍである場
合に比べて、スミアを約５ｄＢ低減することができる。

【００９４】第２の効果として、信号電荷４２２を光電
変換領域４０３から転送チャネル領域４０４に読み出す
際、読み出し領域４０５の表面付近に電荷読み出し経路
４２４を形成することができ、その結果、信号電荷４２
２が読み出し易くなる。図１８は、読み出し電圧の大き
さと、Ｐ⁺⁺型不純物拡散領域４０７と光電変換領域４０
３とのオフセット距離との関係を示すグラフである。こ
のグラフに示すように、例えば、オフセット距離を０．
３μｍとした場合、オフセット距離が０μｍである場合
に比べて、読み出し電圧を約３．５Ｖ低減することがで
きる。

【００９５】また、本実施形態の固体撮像装置において
は、正孔蓄積領域（Ｐ⁺⁺型領域）とＮ型転送チャネル領
域の間隔４２５は狭くならないため、信号電荷４２２を
読み出すために転送電極４１１に読み出しパルス（通常
１５Ｖ程度）を印加しても、Ｐ⁺⁺型反転領域４２９とＮ
型転送チャネル４０４の間で強電界によるホットエレク
トロンが発生しにくくなる。また、同時に、Ｐ⁺⁺型反転
領域４２９は、転送電極４１１に対して自己整合的に構
成されるため、読み出し電圧のバラツキも抑制すること
ができる。

【００９６】また、Ｐ⁺⁺型反転領域４２９の正孔濃度
は、遮光膜４１５に印加されるマイナス電圧を変えるこ
とにより、容易に制御することができる。そのため、高
濃度化（例えば１０¹⁸ｃｍ^-3以上）を容易に実現するこ
とができ、より一層の暗電流の低減が可能となる。

【００９７】また、Ｐ⁺⁺型反転領域４２９はＮ型光電変
換領域４０３をほとんど浸食しないため、Ｎ型光電変換
領域４０３形成のために注入されるＮ型不純物のドーズ
を低減することが可能となる。従って、イオン注入時の
欠陥によって発生する白キズや暗電流の更なる低減が可
能となる。

【００９８】また、遮光膜４１５は第２層間絶縁膜４１
４の表面に直接形成されるため、転送電極と遮光膜との
隙間４２７および遮光膜とシリコン基板との隙間４２８
を比較的小さく設定することが可能である。従って、遮
光膜４１５の被覆性の劣化や、遮光膜の開口部４１６の
縮小といった問題を回避することが可能である。

【００９９】次に、上記固体撮像装置の製造方法の一例
について説明する。

【０１００】Ｎ^-型シリコン基板内にＰ^-型ウェル領域を
形成し、このＰ^-型ウェル領域内に、読み出し領域、チ
ャネルストップ領域、Ｐ型ウェル領域をそれぞれ形成す
る。また、Ｐ^-型ウェル領域内に、光電変換領域および
転送チャンネル領域をそれぞれ形成する。続いて、シリ
コン基板上にゲート絶縁膜を形成した後、転送電極を形
成する。次に、この転送電極を被覆するように第１層間
絶縁膜を形成する。なお、ここまでの工程は、第１の実
施形態と同様にして実施することができる。

【０１０１】続いて、Ｐ⁺⁺型不純物拡散領域を形成す
る。この工程は、例えば、次のような第１〜第５の方法
により実施することができる。

【０１０２】図１１は、第１の方法を説明するための模
式図である。この第１の方法においては、まず、シリコ
ン基板上に、光電変換領域４０３の端部を除く部分を開
口したフォトレジスト４３２を形成する。このとき、フ
ォトレジスト４３２の開口は、特に限定するものではな
いが、例えば、画素の垂直方向に伸びるストライプ形状
や、遮光膜の開口形状に対応させたボックス形状とする
ことができる。続いて、このフォトレジスト４３２をマ
スクとして用いて、例えばＢおよびＢＦ₂などのＰ型不
純物をイオン注入する。注入条件は、特に限定するもの
ではないが、例えば、ドーズ量を１０¹³〜１０¹⁴ｃｍ^-2
とし、加速電圧を５〜５０ｋｅＶとすることができる。

【０１０３】図１２は、第２の方法を説明するための模
式図である。この第２の方法においては、まず、光電変
換領域４０３表面のチャネルストップ領域４０６側の端
部を含む部分を被覆するように、フォトレジスト４３２
を形成する。続いて、このフォトレジスト４３２をマス
クとして用いて、例えばＢおよびＢＦ₂などのＰ型不純
物をイオン注入する。このとき、図１２に示すように、
イオンは、基板表面に垂直な方向に対して読み出し領域
４０５側に傾いた方向から注入される。この傾斜角度
（θ１）は、特に限定するものではないが、例えば５〜
４５°、好ましくは７〜３０°である。なお、ドーズ量
および加速電圧は、第１の方法と同様に設定することが
できる。この方法によれば、Ｐ⁺⁺型不純物拡散領域４０
７の読み出し領域４０５側のエッジが転送電極４１１に
対して自己整合的に決定されるため、読み出し電圧のバ
ラツキを抑制できるという効果を奏する。

【０１０４】図１３は、第３の方法を説明するための模
式図である。この第３の方法においては、まず、光電変
換領域４０３表面の読み出し領域４０５側の端部を含む
部分を被覆するように、フォトレジスト４３２を形成す
る。続いて、このフォトレジスト４３２をマスクとして
用いて、例えばＢおよびＢＦ₂などのＰ型不純物をイオ
ン注入する。このとき、図１３に示すように、イオン
は、基板表面に垂直な方向に対してチャンネルストップ
領域４０６側に傾いた方向から注入される。この傾斜角
度（θ２）は、特に限定するものではないが、例えば５
〜４５°、好ましくは７〜３０°である。なお、ドーズ
量および加速電圧は、第１の方法と同様に設定すること
ができる。この方法によれば、Ｐ⁺⁺型不純物拡散領域４
０７のチャンネルストップ領域４０６側のエッジが転送
電極４１１に対して自己整合的に決定されるため、Ｐ⁺⁺
型不純物拡散領域４０７とＮ型転送チャネル領域４０４
との間で強電界により発生するホットエレクトロンを安
定して抑制できるという効果を奏する。

【０１０５】また、第２の方法および第３の方法を併用
することも可能である。すなわち、第２の方法によるイ
オン注入を実施した後、第３の方法によるイオン注入を
実施することも可能である。なお、第２の方法によるイ
オン注入と、第３の方法によるイオン注入とを実施する
順序については、特に限定するものではない。これによ
れば、Ｐ⁺⁺型正孔蓄積領域４０７を、イオン注入の傾斜
角度（θ１およびθ２）を制御することにより、転送電
極４１１から必要なオフセット距離を確保しながら転送
電極４１１に対して自己整合的に形成することができる
ため、ホットエレクトロンを安定して抑制しながら、読
み出し電圧やスミアなどの光電変換部の特性を安定させ
ることができる。

【０１０６】図１４は、第４の方法を説明するための模
式図である。この第４の方法においては、まず、転送電
極４１１の側面に、第１層間絶縁膜４１３を介して、側
壁４３３を形成する。この側壁４３３は、例えば、ＣＶ
Ｄ法などにより成膜した後、形成された膜に対してドラ
イエッチングなどの異方性エッチングを実施することに
より形成できる。また、側壁４３３の材料については特
に限定するものではないが、例えば、シリコン酸化物、
シリコン窒化物、シリコンなどを使用することができ
る。続いて、転送電極４１１および側壁４３３をマスク
として用いて、例えばＢおよびＢＦ₂などのＰ型不純物
をイオン注入する。なお、ドーズ量および加速電圧は、
第１の方法と同様に設定することができる。この方法に
よれば、側壁４３３の膜厚を制御することにより、Ｐ⁺⁺
型不純物拡散領域４０７を、転送電極４１１から適当な
オフセット距離を確保しながら、転送電極４１１に対し
て自己整合的に形成することができるため、ホットエレ
クトロンの発生を安定して抑制しながら、読み出し電圧
やスミアなどの光電変換部の特性を安定させることがで
きる。

【０１０７】次に、ＣＶＤ法などによってシリコン酸化
膜またはシリコン窒化膜などからなる第２層間絶縁膜を
形成する。続いて、スパッタリング法またはＣＶＤ法な
どにより、アルミニウム、タングステンまたはタングス
テンシリサイドなどを成膜した後、形成された膜に対し
てフォトリソグラフィーおよびエッチングを実施して、
光電変換領域の端部を除く領域の少なくとも一部上方に
対応する部分に開口を形成することにより、遮光膜を形
成する。

【０１０８】その後、保護膜、平坦化膜、カラーフィル
タ層およびマイクロレンズを形成する。なお、これらの
工程は、第１の実施形態と同様にして実施することがで
きる。

【０１０９】なお、上記説明においては、Ｐ⁺⁺型不純物
拡散領域の形成を、遮光膜形成前に実施する場合を例に
挙げて説明したが、遮光膜形成後に実施することも可能
である。図１５は、このような製造方法を説明するため
の模式図である。

【０１１０】まず、シリコン基板４０１内に、Ｐ^-型ウ
ェル領域４０２、光電変換領域４０３、転送チャンネル
領域、読み出し領域４０５、チャネルストップ領域４０
６およびＰ型ウェル領域をそれぞれ形成する。続いて、
シリコン基板４０１上に、ゲート絶縁膜４１０、転送電
極４１１および第１層間絶縁膜４１３を形成する。な
お、ここまでの工程は、前述した製造方法と同様にして
実施することができる。

【０１１１】続いて、ＣＶＤ法などによってシリコン酸
化膜またはシリコン窒化膜などからなる第２層間絶縁膜
４１４を形成する。その後、スパッタリング法またはＣ
ＶＤ法などにより、アルミニウム、タングステンまたは
タングステンシリサイドなどを成膜した後、形成された
膜に対してフォトリソグラフィーおよびエッチングを実
施して、光電変換領域４０３の端部を除く領域の少なく
とも一部に対応する部分に開口４１６を形成することに
より、遮光膜４１５を形成する。

【０１１２】その後、遮光膜４１５をマスクとして用い
て、例えばＢおよびＢＦ₂などのＰ型不純物をイオン注
入し、Ｐ⁺⁺型不純物拡散領域４０７を形成する。注入条
件は、特に限定するものではないが、例えば、ドーズ量
を１０¹³〜１０¹⁴ｃｍ^-2とし、加速電圧を５〜５０ｋｅ
Ｖとすることができる。この形成方法によれば、Ｐ⁺⁺型
不純物拡散領域４０７を、遮光膜４１５の開口４１６に
対して自己整合的に形成することができる。その結果、
遮光膜に電圧を印加した際に形成されるＰ⁺⁺型反転領域
４２９と、Ｐ⁺⁺型不純物拡散領域４０７との間に隙間が
生じることを回避することができ、このような隙間に起
因する暗電流および白キズなどの発生を回避することが
できる。

【０１１３】続いて、保護膜、平坦化膜、カラーフィル
タおよびマイクロレンズを形成し、固体撮像装置が得ら
れる。なお、これらの工程は、前述した製造方法と同様
にして実施することができる。

【０１１４】（第４の実施形態）本実施形態に係る固体
撮像装置においては、第１の実施形態と同様に、光電変
換部および垂直転送レジスタにより撮像領域が形成さ
れ、撮像領域の周辺に水平転送レジスタおよび出力部が
配置されている。

【０１１５】図１９は、本発明の第４の実施形態に係る
固体撮像装置の撮像領域の構造の一例を示す断面図であ
る。

【０１１６】本実施形態の固体撮像装置は、光電変換領
域４０３の端部を含む領域（すなわち、遮光膜で被覆さ
れた領域）の表層部に、Ｐ型不純物拡散領域４３０が形
成されていること以外は、第３の実施形態と同様の構造
を有する。また、各部材の材質としても、第３の実施形
態と同様の材質を使用することができる。

【０１１７】Ｐ型不純物拡散領域４３０の不純物濃度
は、例えば１０¹⁶〜１０¹⁹ｃｍ^-3、好ましくは１０¹⁷〜
１０¹⁸ｃｍ^-3である。また、その拡散深さは、例えば
０．５μｍ以下、好ましくは０．３μｍ以下である。

【０１１８】本実施形態の固体撮像装置においては、Ｐ
型不純物拡散領域４３０上に、第２層間絶縁膜４１４を
介して、導電性遮光膜４１５が形成されることにより、
ＭＯＳキャパシタ構造が形成されている。このような構
造とすることにより、導電性遮光膜４１５にマイナス電
圧を印加することによって、Ｐ型不純物拡散領域４３０
の表層部にＰ⁺⁺型蓄積領域４３１を形成することができ
る。この電圧印加により形成されるＰ⁺⁺型蓄積領域４３
１は、光電変換部４０９の基板表面で発生する暗電流を
トラップするための正孔蓄積領域として機能する。

【０１１９】Ｐ⁺⁺型蓄積領域４３１の深さ（Ｘ_J）は、
例えば０．１μｍ以下、好ましくは０．０１〜０．０５
μｍである。また、その正孔濃度は、例えば１０¹⁸ｃｍ
^-3以上、好ましくは１０¹⁸〜１０¹⁹ｃｍ^-3である。ま
た、導電性遮光膜４１５に印加されるマイナス電圧は、
特に限定するものではないが、形成されるＰ⁺⁺型蓄積領
域４３１の正孔濃度が前記範囲となるように設定するこ
とが好ましい。具体的には、例えば−１〜−１０Ｖ、好
ましくは−２〜−８Ｖに設定することができる。

【０１２０】なお、この固体撮像装置の駆動方法として
は、第１の実施形態で説明したものと同様の駆動方法を
採用することができる。

【０１２１】本実施形態においても、前述したような、
第３の実施形態と同様の効果を達成することができる。
更に、本実施形態によれば、第３の実施形態に比べて、
遮光膜に印加される電圧の絶対値を小さくすることがで
きるため、遮光膜４１５と転送電極４１１の間の電界お
よび遮光膜４１５と基板の間の電界を緩和し、固体撮像
装置の信頼性を向上させることが可能となる。

【０１２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体撮像
装置によれば、スミア、読み出し電圧および暗電流を低
減することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置
の構造を示す模式図である。

【図２】 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置
の一例を示す断面図である。

【図３】 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置
の別の一例を示す断面図である。

【図４】 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置
の駆動方法の一例を示すタイミングチャートである。

【図５】 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置
により達成される効果を説明するための模式図である。

【図６】 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置
により達成されるスミア低減効果を示すグラフである。

【図７】 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置
により達成される読み出し電圧低減効果を示すグラフで
ある。

【図８】 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置
の別の一例を示す断面図である。

【図９】 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置
の一例を示す断面図である。

【図１０】 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装
置の一例を示す断面図である。

【図１１】 Ｐ⁺⁺型不純物拡散領域を形成する第１の方
法を示す模式図である。

【図１２】 Ｐ⁺⁺型不純物拡散領域を形成する第２の方
法を示す模式図である。

【図１３】 Ｐ⁺⁺型不純物拡散領域を形成する第３の方
法を示す模式図である。

【図１４】 Ｐ⁺⁺型不純物拡散領域を形成する第４の方
法を示す模式図である。

【図１５】 Ｐ⁺⁺型不純物拡散領域を形成する第５の方
法を示す模式図である。

【図１６】 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装
置により達成される効果を説明するための模式図であ
る。

【図１７】 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装
置により達成されるスミア低減効果を示すグラフであ
る。

【図１８】 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装
置により達成される読み出し電圧低減効果を示すグラフ
である。

【図１９】 本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装
置の一例を示す断面図である。

【図２０】 第１の従来例の固体撮像装置の構造を示す
断面図である。

【図２１】 従来の光電変換部の形成方法を示す模式図
である。

【図２２】 第２の従来例の固体撮像装置の構造を示す
断面図である。

【図２３】 従来の固体撮像装置の問題点を説明するた
めの模式図である。

【図２４】 従来の固体撮像装置の問題点を説明するた
めの模式図である。

【符号の説明】

１０１、３０１、４０１ Ｎ^-型シリコン基板 １０２、３０２、４０２ Ｐ^-型ウェル領域 １０３、３０３、４０３ Ｎ型光電変換領域 １０４、３０４、４０４ Ｎ型転送チャネル領域 １０５、３０５、４０５ Ｐ型読み出し領域 １０６、３０６、４０６ Ｐ⁺型チャネルストップ領域 １０７、３０７、４０７ Ｐ⁺⁺型正孔蓄積領域 １０８、３０８、４０８ Ｐ型ウェル領域 １０９、３０９、４０９ 光電変換部 １１０、３１０、４１０ ゲート絶縁膜 １１１、３１１、４１１ 転送電極 １１２、３１２、４１２ 垂直転送レジスタ １１３、３１３、４１３ 第１層間絶縁膜 １１４、３１４、４１４ 第２層間絶縁膜 １１５、３１５、４１５ 遮光膜 １１６、３１６、４１６ 開口 １１７、３１７、４１７ 保護膜 １１８、３１８、４１８ 平坦化膜 １１９、３１９、４１９ カラーフィルタ層 １２０、３２０、４２０ マイクロレンズ ３２１ 透明導電膜 ３２２、４２２ 信号電荷 ３２３、４２３ 表面拡散電流 ３２４、４２４ 読み出し経路 ３２５、４２５ Ｐ⁺⁺型領域とＮ型転送チャネル領域の
間隔 ３２７ 転送電極と遮光膜の隙間 ３２８ 遮光膜とシリコン基板の隙間 ３２９、４２９ Ｐ⁺⁺型反転領域 ３３０、４３０ Ｐ型不純物領域 ３３１、４３１ Ｐ⁺⁺型蓄積領域 ４３２ フォトレジスト ４３３ 側壁 ３４０ 画素 ３４１ 水平転送レジスタ ３４２ 出力部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA05 AB01 BA10 CA04 CA34 CB14 DA03 DB11 EA01 EA03 EA07 EA14 FA06 FA26 GB11 GB15 GC08 GD04 5C024 AX01 CX13 CX32 CY47 GX03 GX06 GY25 GZ36

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第1導電型半導体基板内に形成された
   第２導電型光電変換領域と、前記第２導電型光電変換領
   域と隣接するように、前記基板内に形成された転送チャ
   ネル領域と、前記転送チャネル領域上にゲート絶縁膜を
   介して形成された転送電極と、前記転送電極を被覆し、
   且つ、前記第２導電型光電変換領域の上方に開口を有す
   る導電性遮光膜と、前記第２導電型光電変換領域上に層
   間絶縁膜を介して形成され、且つ、前記導電性遮光膜と
   電気的に接続された透明導電膜とを備えることを特徴と
   する固体撮像装置。
2. 【請求項２】 前記導電性遮光膜が前記透明導電膜上
   に形成されている請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 【請求項３】 前記第２導電型光電変換領域の表層部
   に、第１導電型半導体領域が形成されている請求項１ま
   たは２に記載の固体撮像装置。
4. 【請求項４】 前記導電性遮光膜および前記透明導電
   膜に電圧が印加されることによって、前記第２導電型光
   電変換領域の表層部に形成された前記第１導電型半導体
   領域の表層部に、第１導電型蓄積領域が形成される請求
   項３に記載の固体撮像装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の固体撮像装置の駆動
   方法であって、前記第２導電型光電変換領域において光
   電変換により発生した信号電荷を蓄積し、前記転送チャ
   ネル領域において信号電荷を転送するステップと、蓄積
   された前記信号電荷を前記転送チャネル領域に読み出す
   ステップとを含み、 前記第２導電型光電変換領域に前記信号電荷を蓄積し、
   前記転送チャネル領域において信号電荷を転送するステ
   ップにおいては、前記導電性遮光膜および前記透明導電
   膜に負電圧を印加し、 前記信号電荷を前記転送チャネル領域に読み出すステッ
   プにおいては、前記導電性遮光膜および前記透明導電膜
   に０Ｖ以上の電圧を印加することを特徴とする固体撮像
   装置の駆動方法。
6. 【請求項６】 第１導電型半導体基板内に形成された
   第２導電型光電変換領域と、前記基板の前記第２導電型
   光電変換領域と隣接する領域上にゲート絶縁膜を介して
   形成された電極と、前記第２導電型光電変換領域の端部
   を含む領域および前記電極の上方に層間絶縁膜を介して
   形成され、且つ、前記第２導電型光電変換領域の前記端
   部を除く領域の上方に開口を有する導電性遮光膜と、前
   記第２導電型光電変換領域の前記端部を除く領域の表層
   部に形成された不純物拡散領域である第１導電型半導体
   領域とを備えることを特徴とする固体撮像装置。
7. 【請求項７】 前記導電性遮光膜に電圧が印加される
   ことによって、前記第２導電型光電変換領域の前記端部
   を含む領域の表層部に第１導電型反転領域が形成される
   請求項６に記載の固体撮像装置。
8. 【請求項８】 前記第２導電型光電変換領域の前記端
   部を含む領域の表層部に、第１導電型半導体領域が形成
   されている請求項６に記載の固体撮像装置。
9. 【請求項９】 前記導電性遮光膜に電圧が印加される
   ことによって、前記第２導電型光電変換領域の前記端部
   を含む領域の表層部に形成された前記第１導電型半導体
   領域の表層部に、第１導電型蓄積領域が形成される請求
   項８に記載の固体撮像装置。
10. 【請求項１０】 請求項６に記載の固体撮像装置の駆動
    方法であって、前記第２導電型光電変換領域において光
    電変換により発生した信号電荷を蓄積し、前記転送チャ
    ネル領域において信号電荷を転送するステップと、蓄積
    された前記信号電荷を前記転送チャネル領域に読み出す
    ステップとを含み、 前記第２導電型光電変換領域に前記信号電荷を蓄積し、
    前記転送チャネル領域において前記信号電荷を転送する
    ステップにおいては、導電性遮光膜に負電圧を印加し、 前記信号電荷を前記転送チャネル領域に読み出すステッ
    プにおいては、導電性遮光膜に０Ｖ以上の電圧を印加す
    ることを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
11. 【請求項１１】 請求項６に記載の固体撮像装置の製造
    方法であって、 第１導電型半導体基板内に第２導電型光電変換領域を形
    成する工程と、前記基板の前記第２導電型光電変換領域
    と隣接する領域上にゲート絶縁膜を介して電極を形成す
    る工程と、前記第２導電型光電変換領域の端部を含む領
    域および前記電極の上方に層間絶縁膜を介して導電性遮
    光膜を形成する工程と、前記導電性遮光膜の前記第２導
    電型光電変換領域の前記端部を除く領域に対応する部分
    に開口を形成する工程と、前記第２導電型光電変換領域
    の前記端部を除く領域の表層部に第１導電型不純物をイ
    オン注入して、第１導電型半導体領域を形成する工程と
    を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記第２導電型光電変換領域の前記
    端部を除く領域の表層部に前記第１導電型半導体領域を
    形成する工程が、前記第２導電型光電変換領域の前記端
    部を含む領域を被覆し、且つ、前記第２導電型光電変換
    領域の前記端部を除く領域の上方に開口を有するフォト
    レジストを形成する工程と、前記フォトレジストをマス
    クとして、前記第２導電型光電変換領域に第１導電型不
    純物をイオン注入する工程とを含む請求項１１に固体撮
    像装置の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記第２導電型光電変換領域の前記
    端部を除く領域の表層部に前記第１導電型半導体領域を
    形成する工程が、前記第２導電型光電変換領域の前記端
    部の少なくとも一方を含む領域を被覆し、且つ、前記第
    ２導電型光電変換領域の前記端部を除く領域の上方に開
    口を有するフォトレジストを形成する工程と、前記フォ
    トレジストをマスクとして、前記第２導電型光電変換領
    域に第１導電型不純物を、前記半導体基板面に対して傾
    斜した方向から、イオン注入する工程とを含む請求項１
    １に固体撮像装置の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記第２導電型光電変換領域の前記
    端部を除く領域の表層部に前記第１導電型半導体領域を
    形成する工程が、前記電極を形成し、前記電極の側面に
    側壁を形成した後、前記電極および前記側壁をマスクと
    して、前記第２導電型光電変換領域に第１導電型不純物
    をイオン注入する工程を含む請求項１１に記載の固体撮
    像装置の製造方法。
15. 【請求項１５】 前記第２導電型光電変換領域の前記
    端部を除く領域の表層部に前記第１導電型半導体領域を
    形成する工程が、前記導電性遮光膜に開口を形成した
    後、前記導電性遮光膜をマスクとして、前記第２導電型
    光電変換領域に第１導電型不純物をイオン注入する工程
    を含む請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
16. 【請求項１６】 第1導電型半導体基板内に形成され
    た第２導電型光電変換領域と、前記基板上に形成され、
    且つ、前記第２導電型光電変換領域の上方に開口を有す
    る導電性遮光膜と、前記第２導電型光電変換領域上に層
    間絶縁膜を介して形成され、且つ、前記導電性遮光膜と
    電気的に接続された透明導電膜とを備えることを特徴と
    する固体撮像装置。
17. 【請求項１７】 第１導電型半導体基板内に形成された
    第２導電型光電変換領域と、前記第２導電型光電変換領
    域の端部を含む領域の上方に層間絶縁膜を介して形成さ
    れ、且つ、前記第２導電型光電変換領域の前記端部を除
    く領域の上方に開口を有する導電性遮光膜と、前記第２
    導電型光電変換領域の前記端部を除く領域の表層部に形
    成された不純物拡散領域である第１導電型半導体領域と
    を備えることを特徴とする固体撮像装置。