JP4577737B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトダイオードを利用した固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１６の上段は、従来技術による固体撮像装置を概略的に示す断面図である。
【０００３】
半導体基板の一表面側に形成されたｐ型半導体ウエル領域５１、ｎ型半導体領域５４（以下、「電荷蓄積領域５４」という。）、および、電荷蓄積領域５４表面のｐ+ 型半導体領域５５（以下、埋込層５５」という。）は、フォトダイオードを構成する。ｐ型半導体ウエル領域５１内には、電荷転送路を形成するためのｎ型半導体領域５３（以下、「電荷転送用チャネル５３」という。）およびチャネルストップを形成するためのｐ型半導体領域５２（以下、「チャネルストップ領域５２」という。）が形成される。
【０００４】
これらの領域を有する半導体基板の表面上には、絶縁膜５６を介して、所定パターンの電極５７が形成される。電極５７は、電荷蓄積領域５４と電荷転送用チャネル５３との間に介在しているｐ型半導体ウエル領域５１の一領域（以下、この領域を「読出ゲート用チャネル５１ａ」という。）の上方を覆うように形成される。
【０００５】
電荷蓄積領域５４を覆う埋込層５５は、半導体基板表面と絶縁膜５６との界面に生じる電子−ホール対生成再結合（ＧＲ）中心を取り込み、ＧＲ中心で発生する電子−ホール対を再結合させる。これにより、ノイズの発生が防止される。また、埋込層５５は、フォトダイオードのｐｎ接合面積を増加させ、光感度を向上させる機能も果たす。
【０００６】
この埋込層５５は、左端がチャネルストップ領域５２に接続され、右端が読出ゲート用チャネル５１ａに接続される。ただし、埋込層５５とチャネルストップ領域５２との接続箇所は、図１６に示した箇所に限らない。両者は、読出ゲート用チャネル５１ａの形成箇所を除き、電荷蓄積領域５４の平面視上の外周部においても接続している。
【０００７】
埋込層５５は、チャネルストップ領域５２、電荷転送用チャネル５３、電荷蓄積領域５４等を形成した後、電荷蓄積領域５４の表面にイオン注入法によってｐ型不純物を注入してｐ+ 型領域を設け、その後、このｐ型不純物を熱処理により活性化することによって形成される。このときのイオン注入は、イオン注入すべき領域の外縁がチャネルストップ領域５２に接するようにして行われる。
【０００８】
他に、埋込層５５の右端を読出ゲート用チャネル５１ａから若干離した以外は図１６に示した固体撮像装置と同様の構成を有する固体撮像装置が、知られている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図１６の中段は、電極５７に０Ｖを印加した時の半導体基板表面付近の電子に対するポテンシャルＰ１を示す。
【００１０】
本明細書においては、電圧を印加したときに形成される電位の井戸が深い領域程「ポテンシャルが高い」といい、電位の井戸が浅い領域程「ポテンシャルが低い」という。
【００１１】
チャネルストップ領域５２は接地電位にある。電荷蓄積領域５４および電荷転送用チャネル５３の各ポテンシャルは、チャネルストップ領域５２のポテンシャルより高い。読出ゲート用チャネル５１ａのポテンシャルは、電荷蓄積領域５４および電荷転送用チャネル５３のポテンシャルよりも低い。
【００１２】
フォトダイオードに上方から光が入射すると、フォトダイオードは入射光を吸収することにより電荷を生成する。すると、電荷蓄積領域５４には光量に応じた電荷（電子）Ｑが蓄積される。フォトダイオードは画素に相当し、蓄積された電荷Ｑが画素信号に相当する。
【００１３】
このとき、読出ゲート用チャネル５１ａは、フォトダイオードから電荷転送用チャネル５３への電荷Ｑの移動を阻止する。すなわち、読出ゲート用チャネル５１ａには、ポテンシャルバリアが形成される。
【００１４】
図１６の下段は、フォトダイオードに蓄積されている電荷を電荷転送用チャネル５３に移送するための読み出しパルスを電極５７に印加した時の半導体基板表面付近のポテンシャルＰ２を示す。このときも、チャネルストップ領域５２は接地電位にある。
【００１５】
電極５７に例えば１５Ｖの読み出しパルスを印加すると、その下の半導体領域の電子に対するポテンシャルが高くなる。読出ゲート用チャネル５１ａのポテンシャルが高くなり、ポテンシャルバリアとしての機能が低下する。電荷蓄積領域５４内の電荷Ｑが電荷転送用チャネル５３に流れ込む。ただし、読み出しパルスの電位が１５Ｖ程度では、読出ゲート用チャネル５１ａに低いポテンシャルバリアが残ることがある。
【００１６】
読出ゲート用チャネル５１ａにポテンシャルバリアが残ると、電荷Ｑのうちの一部の電荷Ｑ２のみが電荷転送用チャネル５３に移送され、他の一部の電荷Ｑ１が電荷蓄積領域５４内に残る。電荷Ｑ１はノイズとして画像に現れる。具体的には、電荷Ｑ１は残像のノイズとなる。また、残像のノイズ以外にも、ノイズが発生する。
【００１７】
残像のノイズは、読み出しパルスの電位を高くすることにより、低減させることができる。また、埋込層５５の右端を読出ゲート用チャネル５１ａから若干離すことにより、読み出しパルスの電位を例えば１５Ｖに保ったままでも、読出ゲート用チャネル５１ａに形成されるポテンシャルバリアを下げることが可能である。
【００１８】
しかしながら、埋込層５５の右端を読出ゲート用チャネル５１ａから若干離して形成したとしても、残像のノイズ以外のノイズの発生を抑制することは困難である。
【００１９】
本発明の目的は、ノイズの発生を抑制することができる固体撮像装置を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本件発明者は、埋込層を有するフォトダイオードを利用した固体撮像装置において残像のノイズ以外のノイズが発生する原因について鋭意研究した結果、次の知見を得た。
【００２１】
すなわち、従来は、図１６に示した電荷転送用チャネル５３とその右側の埋込層５５との間に大きな電流が流れることはないと考えられていた。
【００２２】
しかしながら、実際には、電荷転送用チャネル５３とその右側の埋込層５５との間に瞬間的に大きな電流が流れることが明らかとなった。この原因は、埋込層５５の形成方法にあると考えられる。
【００２３】
埋込層５５を形成するにあたって、イオン注入すべき領域の外縁がチャネルストップ領域５２に接するようにしてイオン注入を行い、その後に活性化のための熱処理を行うと、この熱処理時にｐ型不純物が熱拡散する。
【００２４】
この熱拡散により、ｐ型不純物はイオン注入によって形成されたｐ+ 型領域の厚さの概ね５０〜８０％、その外側にまで拡がる。
【００２５】
このため、熱拡散したｐ型不純物はチャネルストップ領域５２の表層に達し、ここでのｐ型不純物の濃度がそれより下層でのｐ型不純物の濃度より高くなる。
【００２６】
前述したように、図１６に示した電極５７に読み出しパルスを印加したときでも、チャネルストップ領域５２の電位は接地電位に維持される。
【００２７】
このような状況下で読み出しパルスが瞬間的に電極５７に印加されると、電荷転送用チャネル５３とその右側のチャネルストップ領域５２とのｐｎ接合に逆バイアスが印加される。この逆バイアスは、埋込層５５から熱拡散してきたｐ型不純物によってチャネルストップ領域５２の表層でのｐ型不純物の濃度（キャリア濃度）が高くなっていることから、特に、電荷転送用チャネル５３とその右側のチャネルストップ領域５２の表層とのｐｎ接合に印加される。
【００２８】
この逆バイアスによって、電荷転送用チャネル５３とその右側のチャネルストップ領域５２の表層とのｐｎ接合がブレークダウンする。電荷転送用チャネル５３とその右側の埋込層５５との間に瞬間的に大きな電流が流れる。
【００２９】
このブレークダウンにより電子−ホール対が発生し、チャネルストップ領域５２の右に接続されている埋込層５５にホールが流入する。また、電子が電荷転送用チャネル５３に流入する。
【００３０】
埋込層５５に流入したホールは、実質的に、ノイズの発生要因とならない。しかしながら、電荷転送用チャネル５３に流入した電子はノイズ信号となる。このノイズ信号が画像上のノイズとなって現れる。
【００３１】
したがって、上記のブレークダウンを抑制すれば、ノイズを低減させることができる。そのためには、チャネルストップ領域５２の表層での不純物濃度がそれより下層での不純物濃度よりあまりに高くなることを抑制すればよい。
【００３２】
埋込層５５を形成する際に起こる熱拡散によってチャネルストップ領域５２の表層にまで達してくるｐ型不純物の量を減らせば、チャネルストップ領域５２の表層での不純物濃度がそれより下層での不純物濃度よりあまりに高くなることを抑制することができる。
【００３３】
例えば、埋込層５５を形成する際にイオン注入によって設けられるｐ+ 型領域をチャネルストップ領域５２から離すことにより、熱拡散によってチャネルストップ領域５２にまで達するｐ型不純物の量を低減させることができる。
【００３４】
読出パルスが供給される電極５７の全体形状は、固体撮像装置の仕様に応じて様々である。チャネルストップ領域５２の全体形状についても同様である。
【００３５】
したがって、埋込層５５の平面視上の大きさおよび形状をどのようにするかは、固体撮像装置の仕様に応じて適宜選択される。
【００３６】
本発明の一観点によれば、一表面側に半導体ウエル領域が形成された半導体基板と、前記半導体ウエル領域に形成された複数の電荷蓄積領域によって構成される電荷蓄積領域列であって、前記電荷蓄積領域の各々が前記半導体ウエル領域とは逆の導電型を有する電荷蓄積領域列と、前記電荷蓄積領域列に近接して前記半導体ウエル領域に形成された電荷転送用チャネルであって、前記半導体ウエル領域とは逆の導電型を有し、前記電荷蓄積領域列に沿って延在する電荷転送用チャネルと、前記電荷蓄積領域の各々に１個ずつ対応して前記半導体ウエル領域に形成された読出ゲート用チャネルであって、各々が、前記半導体ウエル領域と同じ導電型を有すると共に、対応する電荷蓄積領域と前記電荷転送用チャネルとに隣接する読出ゲート用チャネルと、前記半導体ウエル領域に形成されたチャネルストップ領域であって、前記半導体ウエルと同じ導電型を有し、少なくとも、前記電荷蓄積領域列の列方向中心線を基準線としたときに前記電荷転送用チャネルとは反対の側において該電荷蓄積領域列に沿って延在するチャネルストップ領域と、前記読出ゲート用チャネルからは離れ、前記チャネルストップ領域とは電気的に接続されつつ前記電荷蓄積領域それぞれの上に１つずつ形成されて該電荷蓄積領域と共に１個のフォトダイオードを構成する埋込層であって、各々が前記半導体ウエル領域と同じ導電型の高不純物濃度領域を含み、該高不純物濃度領域における不純物濃度がほぼ一定で、かつ、前記チャネルストップ領域における不純物濃度よりも高く、前記列方向中心線を基準線としたときに前記電荷転送用チャネルとは反対の側に位置する少なくとも一領域において前記高不純物濃度領域が前記チャネルストップ領域から離れている埋込層とを有する固体撮像装置が提供される。
【００３７】
本発明の他の観点によれば、一表面側に半導体ウエル領域が形成された半導体基板と、前記半導体ウエル領域に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の電荷蓄積領域であって、各々が前記半導体ウエル領域とは逆の導電型を有する多数個の電荷蓄積領域と、電荷蓄積領域列の各々に１本ずつ、該電荷蓄積領域列に近接して前記半導体ウエル領域に形成された電荷転送用チャネルであって、前記半導体ウエル領域とは逆の導電型を有し、対応する電荷蓄積領域列に沿って延在する電荷転送用チャネルと、前記電荷蓄積領域の各々に１個ずつ対応して前記半導体ウエル領域に形成された読出ゲート用チャネルであって、各々が前記半導体ウエル領域と同じ導電型を有し、対応する電荷蓄積領域に隣接すると共に、該電荷蓄積領域に対応する電荷転送用チャネルとも隣接する読出ゲート用チャネルと、前記半導体ウエル領域に形成され、該半導体ウエルと同じ導電型かつより高い不純物濃度を有する１または複数のチャネルストップ領域であって、前記電荷蓄積領域列毎に該電荷蓄積領域列に沿って延在する一領域を含み、該一領域が、前記電荷蓄積領域列に対応する電荷転送用チャネルとはこの電荷蓄積領域列の列方向中心線を基準線としたときの反対の側に延在するチャネルストップ領域と、前記半導体基板上に電気的絶縁膜を介して形成された多数本の読出兼用転送電極および転送専用転送電極であって、前記読出兼用転送電極の各々が、電荷蓄積領域行の各々に１本ずつ形成されて該電荷蓄積領域行に沿って延在すると共に該電荷蓄積領域行中の各電荷蓄積領域に対応する読出ゲート用チャネルの各々を平面視上覆い、前記転送専用転送電極の各々が、前記電荷蓄積領域行の各々に少なくとも１本ずつ形成されて該電荷蓄積領域行に沿って延在し、１行の電荷蓄積領域行に対応して形成された前記読出兼用転送電極と前記転送専用転送電極とが、該電荷蓄積領域行中の電荷蓄積領域の各々を平面視上取り囲む多数本の読出兼用転送電極および転送専用転送電極と、前記読出ゲート用チャネルからは離れ、前記チャネルストップ領域とは電気的に接続されつつ前記電荷蓄積領域それぞれの上に１つずつ形成されて該電荷蓄積領域と共に１個のフォトダイオードを構成する埋込層であって、各々が前記半導体ウエル領域と同じ導電型の高不純物濃度領域を含み、該高不純物濃度領域における不純物濃度がほぼ一定で、かつ、前記チャネルストップ領域における不純物濃度よりも高く、該高不純物濃度領域がその下の前記電荷蓄積領域に対応している読出兼用転送電極から平面視上離隔して形成されている埋込層とを有する固体撮像装置が提供される。
【００３８】
本発明の更に他の観点によれば、一表面側に半導体ウエル領域が形成された半導体基板と、前記半導体ウエル領域に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の電荷蓄積領域であって、各々が前記半導体ウエル領域とは逆の導電型を有する多数個の電荷蓄積領域と、電荷蓄積領域列の各々に１本ずつ、該電荷蓄積領域列に近接して前記半導体ウエル領域に形成された電荷転送用チャネルであって、前記半導体ウエル領域とは逆の導電型を有し、対応する電荷蓄積領域列に沿って延在する電荷転送用チャネルと、前記電荷蓄積領域の各々に１個ずつ対応して前記半導体ウエル領域に形成された読出ゲート用チャネルであって、各々が前記半導体ウエル領域と同じ導電型を有し、対応する電荷蓄積領域に隣接すると共に、該電荷蓄積領域に対応する電荷転送用チャネルとも隣接する読出ゲート用チャネルと、前記半導体ウエル領域に形成され、該半導体ウエルと同じ導電型かつより高い不純物濃度を有する１または複数のチャネルストップ領域であって、前記電荷蓄積領域列毎に該電荷蓄積領域列に沿って延在する一領域を含み、該一領域が、前記電荷蓄積領域列に対応する電荷転送用チャネルとはこの電荷蓄積領域列の列方向中心線を基準線としたときの反対の側に延在するチャネルストップ領域と、前記半導体基板上に電気的絶縁膜を介して形成された多数本の読出兼用転送電極であって、前記電荷蓄積領域行の各々に対してその直ぐ上流側を該電荷蓄積領域行に沿って延在する第１の読出兼用転送電極と、前記電荷蓄積領域行の各々に対してその直ぐ下流側を該電荷蓄積領域行に沿って延在する第２の読出兼用転送電極とを含み、１行の電荷蓄積領域行に対応して形成された前記第１の読出兼用転送電極と前記第２の読出兼用転送電極とが、該電荷蓄積領域行中の電荷蓄積領域の各々を平面視上取り囲む多数本の読出兼用転送電極と、前記読出ゲート用チャネルからは離れ、前記チャネルストップ領域とは電気的に接続されつつ前記電荷蓄積領域それぞれの上に１つずつ形成されて該電荷蓄積領域と共に１個のフォトダイオードを構成する埋込層であって、各々が前記半導体ウエル領域と同じ導電型の高不純物濃度領域を含み、該高不純物濃度領域における不純物濃度がほぼ一定で、かつ、前記チャネルストップ領域における不純物濃度よりも高く、該高不純物濃度領域がその下の前記電荷蓄積領域を平面視上取り囲む第１の読出兼用転送電極および第２の読出兼用転送電極のいずれからも平面視上離隔して形成されている埋込層とを有する固体撮像装置が提供される。
【００３９】
【発明の実施の形態】
図１は、第１の実施例による固体撮像装置３０を模式的に示す平面図である。
この固体撮像装置３０では、例えばシリコン等の半導体基板１の上に複数のフォトダイオード（光電変換素子）２、垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）３、トランスファゲート（読出ゲート）４、水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）６、出力アンプ７、および制御部８が形成され、全体として一つの半導体チップに構成される。
【００４０】
複数のフォトダイオード２が、二次元行列状に配置されている。フォトダイオード２の各々は、受光した光を電荷に変換して蓄積する。フォトダイオード２それぞれの受光部の上には、カラーフィルタが配置される。図１では理解を容易にするために、フォトダイオード（画素）の数を便宜上２４個で描いているが、これに限定されない。実際の固体撮像装置は、１００万個オーダのフォトダイオードを有する。
【００４１】
各フォトダイオード２の右には、読出ゲート４を介して垂直電荷転送路３が延在している。１列のフォトダイオード列に１本ずつ、垂直電荷転送路３が配設される。読出ゲート４は、対応するフォトダイオード２内の電荷を垂直電荷転送路３に読み出す際に利用される。
【００４２】
垂直電荷転送路３は、電荷結合素子（ＣＣＤ）により構成され、フォトダイオード２から読み出された電荷を図１の紙面の上から下方向（垂直方向）に転送する。このとき、１行のフォトダイオード行を構成するフォトダイオード２の各々から読み出された電荷は、垂直電荷転送路３の各々によって同じタイミングで水平電荷転送路６へ向けて転送される。
【００４３】
水平電荷転送路６は、ＣＣＤにより構成され、垂直電荷転送路３から転送された電荷を受け取り、紙面の右から左方向(水平方向)に転送する。
【００４４】
出力アンプ７は、水平電荷転送路６から転送された電荷量に対応する電圧を出力する。この電圧値は、画素値に相当する。各フォトダイオード２は、画素に相当する。フォトダイオード２を二次元に配列することにより、二次元画像の信号を得ることができる。
【００４５】
制御部８は、フォトダイオード２から垂直電荷転送路３に電荷を読み出すための読出ゲート４の制御、垂直電荷転送路３の制御、水平電荷転送路６の制御、および／又はフォトダイオード２内の電荷をクリアするための制御などを行う。
【００４６】
なお、１個のフォトダイオード２の周辺の領域の詳細は、後に図４を参照しながら説明する。
【００４７】
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）および図３は、本実施例による固体撮像装置３０の製造方法を説明するための基板断面図であり、図１中のII−II線に沿った断面図である。
【００４８】
まず、ｎ型半導体基板の一表面側にｐ型半導体ウエル領域を高エネルギイオン注入等によって形成して、半導体基板を得る。
【００４９】
図２（Ａ）に示すように、この半導体基板１の所定箇所、すなわち、ｎ型半導体基板１ａの一表面側に形成されたｐ型半導体ウエル領域１ｂの表面またはその上に、電荷転送用チャネル３ａ、チャネルストップ領域５、絶縁膜（シリコン酸化膜）１０、読み出しパルスおよび電荷転送用の駆動パルスが供給される読出兼用転送電極１１ａ、ならびに、電荷転送用の駆動パルスのみが供給される転送専用転送電極（図２（Ａ）においては見えていない。）を形成する。
【００５０】
電荷転送用チャネル３ａはｎ型半導体によって構成され、チャネルストップ領域５はｐ+ 型半導体によって構成される。これらは、イオン注入等により、ｐ型半導体ウエル領域１ｂの表面に形成する。ｐ+ 型半導体におけるｐ型不純物の濃度は、ｐ型半導体におけるｐ型不純物の濃度よりも高い。
【００５１】
電荷転送用チャネル３ａは、チャネルストップ領域５の水平方向（半導体基板面内方向）の隣に形成される。電荷転送用チャネル３ａとチャネルストップ領域５とは、水平方向に周期的に形成される。
【００５２】
絶縁膜（シリコン酸化膜）１０は、半導体基板１上に、熱酸化又は化学気相堆積（ＣＶＤ）等により形成される。
【００５３】
読出兼用転送電極１１ａおよび転送専用転送電極は、絶縁膜１０上に形成される。先ず転送専用転送電極が形成され、その後、転送専用転送電極の表面を酸化して絶縁膜（シリコン酸化膜）を形成した後、読出兼用転送電極１１ａが形成される。これらの転送電極を形成するためには、一旦、絶縁膜１０上にポリシリコン膜を形成する。その後、このポリシリコン膜をフォトリソグラフィおよびエッチングによりパターニングして、所望の転送電極を得る。転送専用転送電極を形成するためのポリシリコン膜と、読出兼用転送電極１１ａを形成するためのポリシリコン膜とは、別個のものである。
【００５４】
次に、図２（Ｂ）に示すように、読出兼用転送電極１１ａの表面を酸化して絶縁膜（シリコン酸化膜）１２を形成した後、フォトリソグラフィにより、所定パターンのフォトレジスト層１３を基板上に形成する。絶縁膜（シリコン酸化膜）１２を形成するとき、半導体基板１の表面も若干酸化されて絶縁膜１０の厚さが増すが、酸化が進行する程度は低い。
【００５５】
また、フォトレジスト層１３をマスクとして、ｎ型不純物（例えばリン）１４をイオン注入する。イオン注入条件は、例えば、ドーズ量が１×１０12ｃｍ-2、加速エネルギが３００〜８００ｋｅＶである。このイオン注入により、ｐ型半導体ウエル領域１ｂの表面部分に、フォトダイオード用のｎ型領域ＰＤ1 が形成される。その後、フォトレジスト層１３を除去する。
【００５６】
ｎ型領域ＰＤ1 は、近接するチャネルストップ領域５または電荷転送用チャネル３ａから所定の間隔を置いて形成される。
【００５７】
次に、図２（Ｃ）に示すように、フォトリソグラフィにより、所定パターンのフォトレジスト層１５を基板上に形成する。このフォトレジスト層１５は、多数の窓を有する。フォトレジスト層１５の窓の左端は、左の読出兼用転送電極１１ａの右端から水平右方向に距離ｄ１（例えば０．４μｍ）離れ、チャネルストップ領域５から水平右方向に距離ｄ３（例えば０．２μｍ）離れている。フォトレジスト層１５の窓の右端は、右の読出兼用転送電極１１ａの左端から水平左方向に距離ｄ２（例えば０．７μｍ）離れている。
【００５８】
また、フォトレジスト層１５をマスクとして、ｐ型不純物（例えばボロン）１６をイオン注入する。イオン注入条件は、例えば、ドーズ量が１×１０13〜５×１０14ｃｍ-2、加速エネルギが２０〜８０ｋｅＶである。このイオン注入により、ｎ型領域ＰＤ1 の表面部分の一部に、フォトダイオード用のｐ+ 型領域ＰＤ2 が形成される。
【００５９】
その後、フォトレジスト層１５を除去してから熱処理を施して、ｎ型領域ＰＤ1 中のｎ型不純物とｐ+ 型領域ＰＤ2 中のｐ型不純物とを活性化させる。
【００６０】
この熱処理によって、ｎ型領域ＰＤ1 は、ｎ型不純物が熱拡散することからその領域が少し拡がり、フォトダイオード用の電荷蓄積領域となる。以下、この電荷蓄積領域を「電荷蓄積領域２ａ」という。
【００６１】
また、ｐ+ 型領域ＰＤ2 は、上記の熱処理によってｐ型不純物が熱拡散することからその領域が少し拡がり、フォトダイオード用の埋込層となる。以下、この埋込層を「埋込層２ｂ」という。
【００６２】
埋込層２ｂのうちでｐ型不純物の濃度がほぼ一定となっている領域、すなわち、熱処理前のｐ+ 型領域ＰＤ2 が形成されていた領域を「高不純物濃度領域」ということがある。後掲の図３および図４においては、高不純物濃度領域を「埋込層２ｂ」として図示している。
【００６３】
高不純物濃度領域の外側には、この高不純物濃度領域に連なって、熱拡散によって生じた領域が形成されている。熱拡散によって生じた領域では、高不純物濃度領域から離れるに従って、徐々にｐ型不純物の濃度が低くなっている。この領域を、以下、「低不純物濃度領域」ということがある。
【００６４】
電荷蓄積領域２ａとその右の電荷転送用チャネル３ａとの間に介在するｐ型半導体ウエル領域のうち、絶縁膜１０のみを介して読出兼用転送電極１１ａによって平面視上覆われる箇所は、読出ゲート用チャネルとして利用される。後掲の図３および図４においては、読出ゲート用チャネルを符号４ａで示している。
【００６５】
図１に示したフォトダイオード２の各々は、電荷蓄積領域２ａと、この表面に形成された埋込層とを含んで構成される。したがって、１枚の半導体基板１に、多数の電荷蓄積領域２ａが２次元行列状に形成され、これらの電荷蓄積領域２ａのそれぞれに埋込層が形成される。図１に示した固体撮像装置３０は、計４列の電荷蓄積領域列を有する。
【００６６】
１列の電荷蓄積領域列と、この電荷蓄積領域列に対応する電荷転送用チャネル３ａ、各読出ゲート用チャネル４ａ、チャネルストップ領域５および各埋込層２ｂは、１つのユニットを構成する。固体撮像装置３０においてはこのユニットが計４つ、並列に形成されている。
【００６７】
図４は、埋込層２ｂを形成し終えた後の半導体基板を上から見た基板平面図である。図４中のＡ−Ａ線に沿った断面が、図２（Ｃ）に示した構成からフォトレジスト層１５を除いた部分の断面にほぼ相当する。
【００６８】
図４においてハッチで示す埋込層２ｂは、図の水平方向に関して電荷蓄積領域２ａの内側に形成される。埋込層２ｂの左端は、その左の読出兼用転送電極１１ａから距離ｄ１離れている。埋込層２ｂの右端は、その右の読出兼用転送電極１１ａから距離ｄ２離れている。したがって、埋込層２ｂの左側および右側それぞれにおいて、電荷蓄積領域２ａの表面が埋込層２ｂによって覆われずに残る。
【００６９】
図４の紙面の上から下方向（垂直方向）に関しては、埋込層２ｂは電荷蓄積領域２ａの外側にまで達して、チャネルストップ領域（図４においては見えていない。）に接する。
【００７０】
転送専用転送電極１１ｂは第１ポリシリコン層であり、読出兼用転送電極１１ａは第２ポリシリコン層である。まず転送専用転送電極１１ｂが基板上に形成され、その上に絶縁膜を介して読出兼用転送電極１１ａが形成される。読出兼用転送電極１１ａは、電荷蓄積領域２ａの右側方において、絶縁膜を介して転送専用転送電極１１ｂの一部と図の奥行き方向に重なる。読出兼用転送電極１１ａおよび転送専用転送電極１１ｂが図４の紙面の上から下方向（垂直方向）に繰り返し形成される。
【００７１】
読出兼用転送電極１１ａ中の一領域は、読出ゲート用チャネル４ａを平面視上覆って、この読出ゲート用チャネル４ａと共に読出ゲート４を構成する。読出パルスは、読出兼用転送電極１１ａに供給される。
【００７２】
フォトダイオード２に蓄積された電荷は、読出ゲート４を介して、その右側の電荷転送用チャネル３ａに読み出される。
【００７３】
電荷転送用チャネル３ａは、その上方に形成されている読出兼用転送電極１１ａの一領域および転送専用転送電極１１ｂの一領域と共に、垂直電荷転送路３を構成する。
【００７４】
次に、図３に示すように、埋込層２ｂの上方に開口部を有する所定パターンの遮光膜（Ａｌ膜）２０を形成する。次に、基板上に、フォスフォシリケートガラス（ＰＳＧ）等によって第１の平滑層２１を形成し、その上に第２の平滑層２２、カラーフィルタ２３および第３の平滑層２４を形成する。第２の平滑層２２および第３の平滑層２４は、共に、電気絶縁性を有する透明材料によって形成される。
【００７５】
第３の平滑層２４の上に、フォトリソグラフィにより、所定パターンのフォトレジスト膜を形成する。次に、加熱することにより、上記のフォトレジスト膜を溶かし、表面張力によって角を丸めて、中央が***したマイクロレンズ２５を形成する。
【００７６】
フォトダイオード２は、その表面に埋込層２ｂを有する。この埋込層２ｂは、電荷蓄積領域２ａの表面の一部に形成され、その左端がチェネルストップ領域５から離れ、その右端が読出ゲート用チャネル４ａから離れている。
【００７７】
図５は、図３に示した固体撮像装置３０のポテンシャル図である。図５の中段は、読出兼用転送電極１１ａに０Ｖを印加した時の半導体基板表面付近の電子に対するポテンシャルＰ１を示す。図５の下段は、読出兼用転送電極１１ａに正電位（例えば１５Ｖ）を印加した時の半導体基板表面付近の電子に対するポテンシャルＰ２を示す。
【００７８】
図５の中段に示すように、読出兼用転送電極１１ａに０Ｖを印加した時、電荷蓄積領域２ａおよび電荷転送用チャネル３ａはポテンシャルが高く、その間の読出ゲート用チャネル４ａおよびチャネルストップ領域５はポテンシャルが低い。
【００７９】
マイクロレンズ２５は、上方から入射する光をカラーフィルタ２３を介してその下のフォトダイオード２に集光する。カラーフィルタ２３は、所定の波長の光のみを通過させる。フォトダイオード２は、その所定波長の入射光を受けて、これを吸収することにより電荷を生成する。フォトダイオード２の電荷蓄積領域２ａには光量に応じた電荷（電子）Ｑが蓄積される。フォトダイオード２は画素に相当し、蓄積された電荷Ｑが画素信号に相当する。
【００８０】
このとき、読出ゲート用チャネル４ａは、フォトダイオード２から電荷転送用チャネル３ａへの電荷Ｑの移動を阻止する。すなわち、読出ゲート用チャネル４ａには、ポテンシャルバリアが形成される。
【００８１】
図５の下段に示すように、読出兼用転送電極１１ａに正電位（例えば１５Ｖ）を印加すると、読出ゲート用チャネル４ａのポテンシャルが高くなる。埋込層２ｂとその右の読出ゲート用チャネル４ａとの間に電荷蓄積領域２ａが存在するので、読出ゲート用チャネル４ａのポテンシャルバリアが消滅する。
【００８２】
その結果として、電荷蓄積領域２ａ内の電荷Ｑは全て効率的に電荷転送用チャネル３ａ（垂直電荷転送路３）に移送される（読み出される）。残像のノイズの発生を防止することができる。
【００８３】
また、埋込層２ｂとチャネルストップ領域５とが図４での垂直方向において互いに接していることから、読出兼用転送電極１１ａに正電位（例えば１５Ｖ）を印加したときでも、埋込層２ｂの電位を約０Ｖに容易に維持することができる。
【００８４】
読出兼用転送電極１１ａに正電位（例えば１５Ｖ）が印加されるのに伴って、電荷転送用チャネル３ａとその右側のチャネルストップ領域５とのｐｎ接合に逆バイアスが印加される。
【００８５】
しかしながら、図１６に示した固体撮像装置とは異なり、チャネルストップ領域５とその右の埋込層２ｂとの間には電荷蓄積領域２ａが介在する。チャネルストップ領域５における表層での不純物濃度は、それより下層での不純物濃度とほぼ同じである。
【００８６】
このため、上記の逆バイアスによってｐｎ接合がブレークダウンすることが防止される。このブレークダウンが防止されることにより、ノイズの発生も抑制される。画質を向上させることができる。
【００８７】
次に、第２の実施例による固体撮像装置について、図６、図７および図８を用いて説明する。
【００８８】
図６は、本実施例による固体撮像装置３０ａにおけるフォトダイオード、垂直電荷転送路、水平電荷転送路および出力アンプの配置を概略的に示す部分平面図である。
【００８９】
図７は、固体撮像装置３０ａにおける幾つかのフォトダイオードとその周辺を拡大して概略的に示す平面図である。図７中のＢ−Ｂ線に沿った断面が、図３に示した構成から遮光膜２０、第１の平滑層２１およびこれらの上方に形成されている各部材を除いた部分の断面にほぼ相当する。
【００９０】
図８は、固体撮像装置３０ａにおけるフォトダイオード、電荷転送用チャネル、読出ゲート用チャネルおよびチャネルストップ領域の配置を概略的に示す平面図である。
【００９１】
これらの図６〜図８に示した構成要素のうちで図１、図３または図４に示した構成要素と共通するものについては、図１、図３または図４で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００９２】
図示の固体撮像装置３０ａは、下記(1) 〜(4) の点で、第１の実施例による固体撮像装置３０と異なる。なお、以下の説明においては、フォトダイオードから水平電荷転送路に転送される電荷の移動を１つの流れとみなして、個々の部材等の相対的な位置を、必要に応じて「何々の上流」、「何々の下流」等と称して特定する。
(1) フォトダイオード列それぞれの左側に、このフォトダイオード列を構成するフォトダイオード２の各々に対応する垂直電荷転送路３および読出ゲート４が形成されている。
(2) 最も下流の転送専用転送電極１１ｂの下流側に、各垂直電荷転送路３および水平電荷転送路６を簡便に駆動させるための補助転送電極１１ｃ1 、１１ｃ2 、１１ｃ3 が配設されている。
(3) フォトダイオード行同士の間および最も下流のフォトダイオード行の下流側において、読出兼用転送電極１１ａが転送専用転送電極１１ｂまたは補助転送電極１１ｃ1 の上に絶縁膜を介して形成されている。
(4) 図１に示した制御部８が設けられていない。
【００９３】
これら(1) 〜(4) の点を除けば、固体撮像装置３０ａは第１の実施例による固体撮像装置３０と同様の構成を有する。
【００９４】
したがって、固体撮像装置３０ａは、固体撮像装置３０と同様に、半導体ウエル領域１ｂ（図３参照）に形成された複数の電荷蓄積領域２ａによって構成される電荷蓄積領域列を複数列有する。
【００９５】
チャネルストップ領域５は、電荷蓄積領域列毎にこの電荷蓄積領域列に沿って延在する一領域を含む。ある１列の電荷蓄積領域列に沿って延在するチャネルストップ領域５の一領域は、この電荷蓄積領域列の図６〜図８での右側に位置する。すなわち、この電荷蓄積領域列の列方向中心線（図７および図８に一点鎖線ＣＬで示す。）を基準線としたときに、電荷転送用チャネル３ａとは反対の側に位置する。
【００９６】
別言すれば、ある１列の電荷蓄積領域列に沿って延在するチャネルストップ領域５の一領域は、この電荷蓄積領域列の図６〜図８での右隣の電荷蓄積領域列に対応する電荷転送用チャネル３ａに沿って、かつ、この電荷転送用チャネル３ａに隣接して、その左側に延在する。
【００９７】
チャネルストップ領域５における上記の一領域の各々は、各電荷転送チャネル３ａの上流端側で互いに連結して１つに纏まっていてもよいし、互いに分離されていてもよい。
【００９８】
その一方で、ある１列の電荷蓄積領域列に沿って延在するチャネルストップ領域５の一領域は、電荷蓄積領域列方向（図７および図８に矢印Ｄで示す。）に沿って相隣る２個の電荷蓄積領域２ａ同士の間において電荷蓄積領域列方向Ｄと交差する方向に延在し、この電荷蓄積領域列に対応する電荷転送用チャネル３ａにまで達する。
【００９９】
読出兼用転送電極１１ａの各々は、電荷蓄積領域行それぞれの下流側に１本ずつ形成されて、対応する電荷蓄積領域行に沿って延在する。転送専用転送電極１１ｂの各々は、電荷蓄積領域行それぞれの上流側に１本ずつ形成されて、対応する電荷蓄積領域行に沿って延在する。
【０１００】
したがって、個々の読出兼用転送電極１１ａおよび個々の転送専用転送電極１１ｂは、電荷転送用チャネル３ａの各々と平面視上交差する。１行の電荷蓄積領域行に対応して形成された読出兼用転送電極１１ａと転送専用転送電極１１ｂとは、右端（図示せず。）の電荷蓄積領域列中の各電荷蓄積領域２ａを除き、電荷蓄積領域行中の電荷蓄積領域２ａの各々を平面視上取り囲む。
【０１０１】
また、読出兼用転送電極１１ａの各々は、対応する電荷蓄積領域行中の読出ゲート用チャネル４ａの各々を平面視上覆う。読出兼用転送電極１１ａのうちで読出ゲート用チャネル４ａを平面視上覆う部分は、その下の読出ゲート用チャネル４ａと共に、読出ゲート４を構成する。
【０１０２】
補助転送電極１１ｃ1 、１１ｃ2 、１１ｃ3 の各々は、電荷蓄積領域行方向に延在する。これらの補助転送電極１１ｃ1 、１１ｃ2 、１１ｃ3 は、電荷転送用チャネル３ａの各々と平面視上交差する。
【０１０３】
１本の電荷転送用チャネル３ａと各転送専用転送電極１１ｂ、各読出兼用転送電極１１ａ、補助転送電極１１ｃ1 、補助転送電極１１ｃ2 または補助転送電極１１ｃ3 との平面視上の交差部は、電荷蓄積領域列方向Ｄに連なって１本の垂直電荷転送路３を構成する。
【０１０４】
埋込層２ｂの各々は、電荷蓄積領域列方向Ｄに沿って相隣る２個の電荷蓄積領域２ａ同士の間において、チャネルストップ領域５と電気的に接続されている。
【０１０５】
１列の電荷蓄領域列と、この電荷蓄積領域列に対応する電荷転送用チャネル３ａ、読出ゲート用チャネル４ａ、チャネルストップ領域５および各埋込層２ｂは、１つのユニットを構成する。固体撮像装置３０ａにおいては、このユニットと、当該ユニットと同じ構成を有する複数のユニットとが半導体ウエル領域１ｂに並列に形成されている。
【０１０６】
なお、図７および図８においては、埋込層２ｂを構成する高不純物濃度領域２ｂ1 と低不純物濃度領域２ｂ2 とを図示している。図７においては、図面を解りやすくするために、高不純物濃度領域２ｂ1 および低不純物濃度領域２ｂ2 にそれぞれハッチングを付してある。図８においては、図面を解りやすくするために、電荷蓄積領域２ａ、低不純物濃度領域２ｂ2 およびチャネルストップ領域５にそれぞれハッチングを付してある。
【０１０７】
また、図６には、垂直電荷転送路３の各々を４相の駆動信号φＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４によって駆動させる際の配線例、および、水平電荷転送路６を２相駆動型ＣＣＤによって構成した場合の構成例を付記してある。
【０１０８】
フォトダイオード２から垂直電荷転送路３に電荷を読み出すための読出パルスは、駆動信号φＶ２および駆動信号φＶ４に含まれる。
【０１０９】
水平電荷転送路６は、電荷転送用チャネル６ａと、計４種類の転送電極６ｂ1 、６ｂ2 、６ｂ3 、６ｂ4 とを有する。
【０１１０】
電荷転送用チャネル６ａは、例えば、半導体ウエル領域１ｂ（図３参照）にｎ型領域とｎ+ 型領域とを交互に繰り返し形成することによって作製される。ｎ+ 型領域におけるｎ型不純物の濃度は、ｎ型領域におけるｎ型不純物の濃度よりも高い。
【０１１１】
転送電極６ｂ2 および６ｂ4 は、電荷転送用チャネル６ａ中のｎ型領域上に、絶縁膜を介して形成される。転送電極６ｂ1 および６ｂ3 は、電荷転送用チャネル６ａ中のｎ+ 型領域上に、絶縁膜を介して形成される。
【０１１２】
１本の垂直電荷転送路３（電荷転送用チャネル３ａ）あたり転送電極６ｂ1 、６ｂ2 、６ｂ3 、６ｂ4 が１本ずつ形成される。これらの転送電極６ｂ1 、６ｂ2 、６ｂ3 、６ｂ4 は、出力アンプ７側からこの順番で配列される。
【０１１３】
転送電極６ｂ1 と転送電極６ｂ2 とが共通結線され、駆動信号φＨ１の供給を受ける。転送電極６ｂ3 と転送電極６ｂ4 とが供給結線され、駆動信号φＨ２の供給を受ける。
【０１１４】
半導体ウエル領域１ｂ（図３参照）における不純物濃度は、概ね５×１０14／ｃｍ3 以上１×１０17／ｃｍ3 未満の範囲内で適宜選択可能である。好適には、概ね１×１０15〜１×１０16／ｃｍ3 の範囲内で適宜選択される。
【０１１５】
チャネルストップ領域５における不純物濃度は、概ね１×１０16／ｃｍ3 以上１×１０18／ｃｍ3 未満の範囲内で適宜選択可能である。好適には、概ね５×１０16〜５×１０17／ｃｍ3 の範囲内で適宜選択される。
【０１１６】
電荷蓄積領域２ａにおける不純物濃度は、概ね１×１０16／ｃｍ3 以上１×１０17／ｃｍ3 未満の範囲内で適宜選択可能である。好適には、概ね１．５×１０16〜５×１０16／ｃｍ3 の範囲内で適宜選択される。
【０１１７】
高不純物濃度領域２ｂ1 における不純物濃度は、概ね１×１０18／ｃｍ3 以上１×１０20／ｃｍ3 未満の範囲内で適宜選択可能である。好適には、概ね２×１０18〜５×１０19／ｃｍ3 の範囲内で適宜選択される。
【０１１８】
個々のフォトダイオード２における埋込層２ｂは、このフォトダイオード２に対応する読出ゲート用チャネル４ａから離れている。
【０１１９】
埋込層２ｂを構成する高不純物濃度領域２ｂ1 は、列方向中心線ＣＬを基準線としたときに、読出ゲート用チャネル４ａとは反対の側において、チャネルストップ領域５から離れている。
【０１２０】
高不純物濃度領域２ｂ1 の図７または図８での左側および右側それぞれに、熱拡散によって生じた低不純物濃度領域２ｂ2 が連なっている。右側の低不純物濃度領域２ｂ2 とその右のチャネルストップ領域５との間には、電荷蓄積領域２ａが介在する。
【０１２１】
読出パルスの電圧が１５Ｖ程度で、電荷蓄積領域２ａおよび高不純物濃度領域２ｂ1 における不純物濃度がそれぞれ上述の範囲内である場合、埋込層２ｂと読出ゲート用チャネル４ａとの間に平面視上介在する電荷蓄積領域２ａの幅は、概ね０．３〜１．５μｍの範囲内で適宜選定可能である。
【０１２２】
同様に、埋込層２ｂとその右のチャネルストップ領域５との間に平面視上介在する電荷蓄積領域２ａの幅は、概ね０．１〜１．０μｍの範囲内で適宜選定可能である。
【０１２３】
ここで、本明細書で埋込層と読出ゲート用チャネルとの間に平面視上介在する電荷蓄積領域についていう「電荷蓄積領域の幅」とは、読出ゲート用チャネル４ａと電荷転送用チャネル３ａとが隣接する箇所での電荷転送用チャネル３ａの延在方向に平面視上直交する方向について求めた電荷蓄積領域の幅を意味する。
【０１２４】
また、本明細書で埋込層とチャネルストップ領域との間に平面視上介在する電荷蓄積領域についていう「電荷蓄積領域の幅」とは、この電荷蓄積領域が介在している箇所でのチャネルストップ領域の延在方向に平面視上直交する方向について求めた電荷蓄積領域の幅を意味する。後述する第５の実施例による固体撮像装置におけるように、電荷蓄積領域列に沿ってチャネルストップ領域が蛇行しつつ延在する場合には、該当する「電荷蓄積領域の幅」を求めるうえで基準となる「チャネルストップ領域の延在方向」が複数ある場合もある。このような場合には、電荷蓄積領域が介在している箇所毎に、「電荷蓄積領域の幅」を求める。
【０１２５】
読出兼用転送電極１１ａの各々は、前述したように、フォトダイオード行同士の間および最も下流のフォトダイオード行の下流側において、転送専用転送電極１１ｂまたは補助転送電極１１ｃ1 の上に絶縁膜を介して形成されている。このため、フォトダイオード行同士の間および最も下流のフォトダイオード行の下流側においては、読出兼用転送電極１１ａと半導体基板１とが十分に絶縁される。
【０１２６】
埋込層２ｂとチャネルストップ領域５とが、前述のように電気的に接続されていることから、読出兼用転送電極１１ａに読出パルス（例えば１５Ｖ）を印加したときでも、埋込層２ｂの電位を約０Ｖに容易に維持することができる。
【０１２７】
また、第１の実施例の固体撮像装置３０における理由と同様の理由から、残像のノイズの発生を防止することができる。
【０１２８】
さらに、第１の実施例による固体撮像装置３０と同様の理由から、読出兼用転送電極１１ａに読出パルス（例えば１５Ｖ）を印加したときに電荷転送用チャネル３ａとその図８での左側のチャネルストップ領域５とのｐｎ接合がブレークダウンしてしまうことを防止することができる。ノイズの発生を抑制することが可能になる。
【０１２９】
次に、第３の実施例による固体撮像装置について、図９および図１０を用いて説明する。
【０１３０】
図９は、本実施例による固体撮像装置３５における１個のフォトダイオードとその周辺を概略的に示す断面図である。
【０１３１】
図１０は、固体撮像装置３５におけるフォトダイオード、電荷転送用チャネル、読出ゲート用チャネルおよびチャネルストップ領域の配置を概略的に示す平面図である。図１０中のＣ−Ｃ線に沿った断面が、図９に示した構成から電気絶縁膜１０およびその上方に形成されている各部材を除いた部分の断面にほぼ相当する。
【０１３２】
図９または図１０に示した構成要素のうちで図８に示した構成要素と共通するものについては、図８で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。また、図９に示した各構成要素は全て図３に示されているので、図９に示した構成要素のうちで図８には示されておらず図３に示されているものについては、図３で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【０１３３】
ただし、電荷蓄積領域、埋込層、高不純物濃度領域、低不純物濃度領域およびフォトダイオードについては、図８で用いた参照符号に３０を加えた新たな参照符号を付してある。
【０１３４】
図示した固体撮像装置３５は、電荷蓄積領域３２ａの図９での左端がその左のチャネルストップ領域５に接している点、および、電荷蓄積領域３２ａの図９での左端と埋込層３２ｂの図９での左端との距離が第２の実施例による固体撮像装置３０ａにおける該当箇所よりも拡がっている点で、第２の実施例による固体撮像装置３０ａと異なる。他の点は、固体撮像装置３０ａと同様である。図１０においては、図面を解りやすくするために、チャネルストップ領域５、電荷蓄積領域３２ａおよび低不純物濃度領域３２ｂ2 にハッチングを付してある。
【０１３５】
図示の固体撮像装置３５においても、第２の実施例の固体撮像装置３０ａと同様に、読出兼用転送電極１１ａに読出パルス（例えば１５Ｖ）を印加したときでも埋込層３２ｂの電位を約０Ｖに容易に維持することができる。
【０１３６】
また、第２の実施例の固体撮像装置３０ａにおける理由と同様の理由から、残像のノイズの発生を防止することができる。
【０１３７】
さらに、第２の実施例による固体撮像装置３０ａにおける理由と同様の理由から、読出兼用転送電極１１ａに読出パルス（例えば１５Ｖ）を印加したときに電荷転送用チャネル３ａとその図９での右側のチャネルストップ領域５とのｐｎ接合がブレークダウンしてしまうことを防止することができる。ノイズの発生を抑制することが可能になる。
【０１３８】
読出パルスの電圧が１５Ｖ程度で、電荷蓄積領域３２ａおよび高不純物濃度領域３２ｂ1 における不純物濃度がそれぞれ第２の実施例の固体撮像装置３０ａについての説明の中で述べた範囲内である場合、埋込層３２ｂと読出ゲート用チャネル４ａとの間に平面視上介在する電荷蓄積領域３２ａの幅は、第２の実施例による固体撮像装置３０ａにおける該当箇所の幅と同様に、概ね０．３〜１．５μｍの範囲内で適宜選定可能である。
【０１３９】
同様に、埋込層３２ｂとその図１０での右側のチャネルストップ領域５との間に平面視上介在する電荷蓄積領域３２ａの幅は、概ね０．１〜１．０μｍの範囲内で適宜選定可能である。
【０１４０】
次に、第４の実施例による固体撮像装置について、図１１、図１２および図１３を用いて説明する。
【０１４１】
図１１は、本実施例による固体撮像装置４０におけるフォトダイオード、垂直電荷転送路、水平電荷転送路および出力アンプの配置を概略的に示す部分平面図である。
【０１４２】
図１２は、固体撮像装置４０における幾つかのフォトダイオードとその周辺を概略的に示す平面図である。
【０１４３】
図１３は、固体撮像装置４０におけるフォトダイオード、電荷転送用チャネル、読出ゲート用チャネルおよびチャネルストップ領域の配置を概略的に示す平面図である。
【０１４４】
図１１〜図１３に示した構成要素のうちで図６または図７に示した構成要素と機能上共通するものについては、図６または図７で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【０１４５】
ただし、電荷蓄積領域、埋込層、高不純物濃度領域、低不純物濃度領域およびフォトダイオードについては、図６または図７で用いた参照符号に４０を加えた新たな参照符号を付してある。
【０１４６】
また、図１３においては、図面を解りやすくするために、チャネルストップ領域５および低不純物濃度領域４２ｂ2 にハッチングを付してある。
【０１４７】
本実施例による固体撮像装置４０は、下記(1）〜(9) の点で、第２の実施例による固体撮像装置３０ａと異なる。
(1) 個々のフォトダイオードの平面視上の形状がほぼ六角形であり、個々の電荷蓄積領域４２ａの平面視上の形状もほぼ六角形である。
(2) フォトダイオード４２の各々が画素ずらし配置されている。
(3) 電荷転送用チャネル３ａの各々が、対応する電荷蓄積領域列に沿ってその左側を蛇行しつつ、電荷蓄積領域列方向Ｄに延在する。
(4) 個々の読出ゲート用チャネル４ａが、対応する電荷蓄積領域４２ａにおける平面視上の左斜め下の辺に沿って延在する。
(5) 電荷蓄積領域４２ａと読出ゲート用チャネル４ａとの隣接箇所を除いて、チャネルストップ領域５が電荷蓄積領域４２ａを平面視上取り囲んでいる。
(6) 埋込層４２ｂ中の低不純物濃度領域４２ｂ2 が、平面視上、高不純物濃度領域４２ｂ1 を取り囲んでいる。
(7) チャネルストップ領域５と低不純物濃度領域４２ｂ2 とが、読出ゲート用チャネル４ａの形成箇所およびその近傍を除き、互いに接している。
(8) 第２の実施例による固体撮像装置３０ａでの転送専用転送電極１１ｂに相当する電極を有さず、補助転送電極１１ｃ1 、１１ｃ2 、１１ｃ3 以外で垂直電荷転送路３を構成する転送電極が全て読出兼用転送電極１１ａ1 または読出兼用転送電極１１ａ2 である。
(9) 読出兼用転送電極１１ａ1 、１１ａ2 が、対応する電荷蓄積領域行（フォトダイオード行）に沿って蛇行しつつ延在する。
【０１４８】
上記(1) 〜(9) の点を除けば、固体撮像装置４０は固体撮像装置３０ａと同様の構成を有する。
【０１４９】
なお、本明細書で多数個のフォトダイオードについていう「画素ずらし配置」とは、奇数番目に当たるフォトダイオード列を構成する各フォトダイオードに対し、偶数番目に当たるフォトダイオード列を構成するフォトダイオードの各々が、フォトダイオード列内でのフォトダイオード同士のピッチの約１／２、列方向にずれ、奇数番目に当たるフォトダイオード行を構成する各フォトダイオードに対し、偶数番目に当たるフォトダイオード行を構成するフォトダイオードの各々が、フォトダイオード行内での各フォトダイオード同士のピッチの約１／２、行方向にずれ、フォトダイオード列の各々が奇数行または偶数行のフォトダイオードのみを含むようにして複数行、複数列に亘って行列状に配置された多数個のフォトダイオードの配置を意味する。
【０１５０】
「フォトダイオード列内でのフォトダイオード同士のピッチの約１／２」とは、１／２を含む他に、製造誤差、設計上もしくはマスク製作上起こる画素位置の丸め誤差等の要因によって１／２からはずれてはいるものの、得られる固体撮像装置の性能およびその画像の画質からみて実質的に１／２と同等とみなすことができる値をも含むものとする。本明細書でいう「フォトダイオード行内でのフォトダイオード同士のピッチの約１／２」についても同様である。
【０１５１】
多数個のフォトダイオードが画素ずらし配置されているということは、多数個の電荷蓄積領域が同様に配置されていることを意味する。したがって、本明細書においては、多数個の電荷蓄積領域についても「画素ずらし配置」という表現を用いる場合がある。
【０１５２】
読出兼用転送電極１１ａ1 の各々は、電荷蓄積領域行それぞれの上流側に１本ずつ形成される。読出兼用転送電極１１ａ2 の各々は、電荷蓄積領域行それぞれの下流側に１本ずつ形成される。
【０１５３】
個々の読出兼用転送電極１１ａ1 、１１ａ2 は、電荷転送用チャネル３ａの各々と平面視上交差する。１行の電荷蓄積領域行に対応して形成された読出兼用転送電極１１ａ1 、１１ａ2 は、右端（図示せず。）の電荷蓄積領域列中の各電荷蓄積領域４２ａを除き、電荷蓄積領域行中の電荷蓄積領域４２ａの各々を平面視上取り囲む。
【０１５４】
また、読出兼用転送電極１１ａ1 の各々は、水平電荷転送６から数えて偶数番目にあたる電荷蓄積領域行中の読出ゲート用チャネル４ａの各々を平面視上覆う。読出兼用転送電極１１ａ2 の各々は、水平電荷転送６から数えて奇数番目にあたる電荷蓄積領域行中の読出ゲート用チャネル４ａの各々を平面視上覆う。読出兼用転送電極１１ａ1 、１１ａ2 のうちで読出ゲート用チャネル４ａを平面視上覆う部分は、その下の読出ゲート用チャネル４ａと共に、読出ゲート４を構成する。
【０１５５】
１本の電荷転送用チャネル３ａと各読出兼用転送電極１１ａ1 、各読出兼用転送電極１１ａ2 、補助転送電極１１ｃ1 、補助転送電極１１ｃ2 または補助転送電極１１ｃ3 との平面視上の交差部は、全体として電荷蓄積領域列方向Ｄに連なって、１本の垂直電荷転送路３を構成する。
【０１５６】
図示の固体撮像装置４０においても、第２の実施例の固体撮像装置３０ａと同様に、読出兼用転送電極１１ａ1 、１１ａ2 に読出パルス（例えば１５Ｖ）を印加したときでも埋込層４２ｂの電位を約０Ｖに容易に維持することができる。読出パルスは駆動信号φＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４のいずれにも含まれる。
【０１５７】
また、第２の実施例の固体撮像装置３０ａにおける理由と同様の理由から、残像のノイズの発生を防止することができる。
【０１５８】
さらに、第２の実施例による固体撮像装置３０ａにおける理由と同様の理由から、読出兼用転送電極１１ａ1 、１１ａ2 に読出パルス（例えば１５Ｖ）を印加したときに電荷転送用チャネル３ａとこれに隣接するチャネルストップ領域５とのｐｎ接合がブレークダウンしてしまうことを防止することができる。ノイズの発生を抑制することが可能になる。
【０１５９】
読出パルスの電圧が１５Ｖ程度で、電荷蓄積領域４２ａおよび高不純物濃度領域４２ｂ1 における不純物濃度がそれぞれ第２の実施例の固体撮像装置３０ａについての説明の中で述べた範囲内である場合、埋込層４２ｂと読出ゲート用チャネル４ａとの間に平面視上介在する電荷蓄積領域４２ａの幅は、第２の実施例による固体撮像装置３０ａにおける該当箇所の幅と同様に、概ね０．３〜１．５μｍの範囲内で適宜選定可能である。
【０１６０】
また、チャネルストップ領域５と接する箇所での低不純物濃度領域４２ｂ2 の幅は、概ね０．１〜０．４μｍの範囲内で適宜選定可能である。
【０１６１】
ここで、本明細書でいう「チャネルストップ領域と接する箇所での低不純物濃度領域の幅」とは、低不純物濃度領域が接している箇所でのチャネルストップ領域の延在方向に対して平面視上直交する方向について求めた低不純物濃度領域の幅を意味する。本実施例による固体撮像装置４０におけるように、電荷蓄積領域列に沿ってチャネルストップ領域が蛇行しつつ延在する場合には、該当する「低不純物濃度領域の幅」を求めるうえで基準となる「チャネルストップ領域の延在方向」が複数ある場合もある。
【０１６２】
次に、第５の実施例による固体撮像装置について、図１４および図１５を用いて説明する。
【０１６３】
図１４は、本実施例による固体撮像装置４５における幾つかのフォトダイオードとその周辺を概略的に示す平面図である。
【０１６４】
図１５は、固体撮像装置４５におけるフォトダイオード、電荷転送用チャネル、読出ゲート用チャネルおよびチャネルストップ領域の配置を概略的に示す平面図である。
【０１６５】
図１４または図１５に示した構成要素のうちで図１１〜図１３に示した構成要素と機能上共通するものについては、図１１〜図１３で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【０１６６】
図１４においては、チャネルストップ領域５の極く一部のみが示されている。
図１５においては、図面を解りやすくするために、チャネルストップ領域５および低不純物濃度領域４２ｂ2 にハッチングを付してある。
【０１６７】
本実施例による固体撮像装置４５は、下記(1）〜(7) の点で、第４の実施例による固体撮像装置４０と大きく異なる。
(1) 個々のフォトダイオードの平面視上の形状がほぼ八角形であり、個々の電荷蓄積領域４２ａの平面視上の形状もほぼ八角形である。
(2) 電荷転送用チャネル３ａの各々が、対応する電荷蓄積領域列に沿ってその右側を蛇行しつつ、電荷蓄積領域列方向Ｄに延在する。
(3) 電荷蓄積領域４２ａとこれに対応する電荷転送用チャネル３ａとの間に半導体ウエル領域１ｂの一領域が介在し、この一領域のうちで電荷蓄積領域４２ａにおける平面視上の右斜め下の辺に沿って延在する部分およびその近傍が、読み第ゲート用チャネルとして機能する。半導体ウエル領域１ｂの上記一領域は、電荷蓄積領域４２ａの上流側および下流側において、チャネルストップ領域５に平面視上接する。
(4) 列方向中心線ＣＬを基準線としたときに、電荷蓄積領域列の各々に対応するチャネルストップ領域５が、この電荷蓄積領域列に対応する電荷転送用チャネル３ａとは反対の側において電荷蓄積領域列に沿って延在する。ただし、電荷蓄積領域列方向Ｄに沿って相隣る２個の電荷蓄積領域４２ａ同士の間においては、列方向中心線ＣＬよりも更に図１５での右側に張り出して、これらの電荷蓄積領域４２ａに対応する電荷転送用チャネル３ａと接する。
(5) 高不純物濃度領域４２ｂ1 が、電荷蓄積領域４２ａにおける平面視上の左斜め上の辺中の一領域に沿ってチャネルストップ領域５に接し、この箇所を除いて、低不純物濃度領域４２ｂ2 が高不純物濃度領域４２ｂ1 を平面視上取り囲んでいる。
(6) 読出ゲート用チャネルに隣接する箇所およびその近傍に加えて、フォトダイオード４２における平面視上の左斜め下の辺および左の辺それぞれに沿ってその内側に、埋込層４２ｂに覆われないままの電荷蓄積領域４２ａが存在する。
(7) １行のフォトダイオード行あたり、１本の読出兼用転送電極１１ａと１本の転送専用転送電極１１ｂとが配設されている。読出兼用転送電極１１ａの各々は、対応するフォトダイオード行の下流側をこのフォトダイオード行に沿って蛇行しつつ延在する。転送専用転送電極１１ｂの各々は、対応するフォトダイオード行の上流側をこのフォトダイオード行に沿って蛇行しつつ延在する。
【０１６８】
上記(1) 〜(7) の点を除けば、固体撮像装置４５は固体撮像装置４０と同様の構成を有する。
【０１６９】
個々の読出兼用転送電極１１ａおよび個々の転送専用転送電極１１ｂは、電荷転送用チャネル３ａの各々と平面視上交差する。１行の電荷蓄積領域行に対応して形成された読出兼用転送電極１１ａと転送専用転送電極１１ｂとは、右端（図示せず。）の電荷蓄積領域列中の各電荷蓄積領域４２ａを除き、電荷蓄積領域行中の電荷蓄積領域４２ａの各々を平面視上取り囲む。
【０１７０】
また、読出兼用転送電極１１ａの各々は、対応する電荷蓄積領域行中の読出ゲート用チャネルの各々を平面視上覆う。読出兼用転送電極１１ａのうちで読出ゲート用チャネルを平面視上覆う部分は、その下の読出ゲート用チャネルと共に、読出ゲート４を構成する。
【０１７１】
１本の電荷転送用チャネル３ａと各転送専用転送電極１１ｂ、各読出兼用転送電極１１ａおよび図示を省略した各補助転送電極１１ｃ1 、１１ｃ2 、１１ｃ3 との平面視上の交差部は、全体として電荷蓄積領域列方向Ｄに連なって、１本の垂直電荷転送路３を構成する。
【０１７２】
図示の固体撮像装置４５においても、第２の実施例の固体撮像装置３０ａと同様に、読出兼用転送電極１１ａに読出パルス（例えば１５Ｖ）を印加したときでも埋込層４２ｂの電位を約０Ｖに容易に維持することができる。読出パルスは読出兼用転送電極１１ａの各々に供給される。
【０１７３】
また、第２の実施例の固体撮像装置３０ａにおける理由と同様の理由から、残像のノイズの発生を防止することができる。
【０１７４】
さらに、第２の実施例による固体撮像装置３０ａにおける理由と同様の理由から、読出兼用転送電極１１ａに読出パルス（例えば１５Ｖ）を印加したときに電荷転送用チャネル３ａとこれに隣接するチャネルストップ領域５とのｐｎ接合がブレークダウンしてしまうことを防止することができる。ノイズの発生を抑制することが可能になる。
【０１７５】
読出パルスの電圧が１５Ｖ程度で、電荷蓄積領域４２ａおよび高不純物濃度領域４２ｂ1 における不純物濃度がそれぞれ第２の実施例の固体撮像装置３０ａについての説明の中で述べた範囲内である場合、埋込層４２ｂと読出ゲート用チャネルとの間に平面視上介在する電荷蓄積領域４２ａの幅は、第２の実施例による固体撮像装置３０ａにおける該当箇所の幅と同様に、概ね０．３〜１．５μｍの範囲内で適宜選定可能である。
【０１７６】
同様に、埋込層４２ｂとこれに対応するチャネルストップ領域５との間に平面視上介在する電荷蓄積領域４２ａの幅は、概ね０．１〜１．０μｍの範囲内で適宜選定可能である。
【０１７７】
以上、実施例による固体撮像装置について説明したが、本発明はこれらの固体撮像装置に限定されるものではない。
【０１７８】
白黒撮像用の固体撮像装置では、カラーフィルタが省略されるか、または、緑や青等の単色のカラーフィルタが設けられる。
【０１７９】
フォトダイオード等が形成される半導体基板は、ｎ型半導体基板の一表面側にｐ型半導体ウエル領域を形成したものの他、ｎ型半導体基板の一表面上にｐ- 型半導体のエピタキシャル成長層を形成したもの等であってもよい。さらには、電気絶縁性基板の表面に所望の導電型の半導体層を形成し、この半導体層に所望の導電型の不純物領域を形成するか、この半導体層上に所望の導電型の半導体からなるエピタキシャル成長層を形成したもの等であってもよい。
【０１８０】
本明細書においては、半導体以外の材料からなる基板の一面にフォトダイオード、電荷転送用チャネル等を形成するための半導体層を設けたものも、「半導体基板」に含まれるものとする。
【０１８１】
実施例による各固体撮像装置は、電子を電荷として転送するタイプのものであるが、ホールを電荷として転送するタイプの固体撮像装置を構成することも可能である。その場合は、各領域の導電型をｐ型とｎ型とで逆にすればよい。
【０１８２】
フォトダイオード（電荷蓄積領域）の平面視上の形状は、矩形（菱形を含む。）、全ての内角が鈍角となっている五角形以上の多角形、内角に鋭角と鈍角とが含まれる五角形以上の多角形、これらの角部に丸みを付けた形状等、適宜選択可能である。
【０１８３】
垂直電荷転送路を構成する電荷転送用チャネルの平面視上の形状は、個々のフォトダイオードの平面視上の形状、個々のフォトダイオードの配設仕様、目的とする固体撮像装置の性能等に応じて適宜選択可能である。
【０１８４】
同様の観点から、読出兼用転送電極、転送専用転送電極および補助転送電極の平面視上の形状も、適宜選択可能である。
【０１８５】
多数個のフォトダイオードあるいは多数個の電荷蓄積領域を画素ずらし配置する場合でも、電荷転送用チャネルを直線状に形成することができる。
【０１８６】
フォトダイオードを構成する埋込層中の高不純物濃度領域の平面視上の形状は、電荷蓄積領の平面視上の形状、読出兼用転送電極の平面視上の形状、チャネルストップ領域の平面視上の形状等に応じて適宜選定可能である。このとき、残像のノイズの発生を抑制することができ、かつ、電荷転送用チャネルとチャネルストップ領域とのｐｎ接合がブレークダウンすることも抑制することができるように、高不純物濃度領域の平面視上の形状が選定される。
【０１８７】
ここで問題とするｐｎ接合は、例えばエリア・センサ用の固体撮像装置においては、次のｐｎ接合である。すなわち、ある１列の電荷蓄積領域列を「電荷蓄積領域列Ａ」、この電荷蓄積領域列Ａに対応する電荷転送用チャネルを「チャネルＡ」、電荷蓄積領域列Ａの隣の電荷蓄積領域列を「電荷蓄積領域列Ｂ」、この電荷蓄積領域列Ｂに対応し、かつチャネルＡに隣接するチャネルストップ領域を「チャネルストップＢ」としたときの、チャネルＡとチャネルストップＢとのｐｎ接合であって、その上に絶縁膜を介しただけで読出兼用転送電極が配設されている箇所のｐｎ接合である。
【０１８８】
電荷蓄積領域それぞれの上に埋込層を形成する際に、例えば熱拡散によってチャネルストップＢの表層にまで達してくるｐ型不純物の量を減らせば、問題としているｐｎ接合のブレークダウンを抑制することができる。あるいは、ｐ型不純物が熱拡散によってチャネルストップＢの表層にまで達することを阻止すれば、問題としているｐｎ接合のブレークダウンを抑制することができる。
【０１８９】
そのためには、電荷蓄積領の平面視上の形状、読出兼用転送電極の平面視上の形状、チャネルストップ領域の平面視上の形状等に応じて、電荷蓄積領域上の所定箇所に高不純物濃度領域を形成する。高不純物濃度領域は、例えば、平面視上の形状が格子状となるように形成することもできる。
【０１９０】
高不純物濃度領域の周囲に低不純物濃度領域を形成する場合、この低不純物濃度領域は、埋込層を形成する際の熱処理に伴って必然的に起こる熱拡散で形成されたものであってもよいし、イオン注入等の方法によって意図的に形成されたものであってもよい。低不純物濃度領域を意図的に形成する場合、この低不純物濃度領域における不純物濃度は、ほぼ一定であってもよいし、高不純物濃度領域から離れるに従って徐々に、または段階的に低下していてもよい。
【０１９１】
なお、半導体基板上に複数の電荷蓄積領域列を並列に形成した場合、右端および左端のいずれか一方の電荷蓄積領域列に対しては、上記のチャネルストップＢに相当するチャネルストップが存在しない場合もある。チャネルストップＢに相当するチャネルストップが存在しない電荷蓄積領域列については、この電荷蓄積領域列を構成する電荷蓄積領域それぞれの上に、上述したブレークダウンの抑制を考慮することなく、埋込層を形成することも可能である。
【０１９２】
実施例による固体撮像装置の各々は、いずれも、エリア・センサとして利用することができるものであるが、電荷蓄積領域列の数を１〜４程度とすれば、ライン・センサ（リニア・イメージセンサ）として利用することも可能である。その場合、水平電荷転送路を省略して、垂直電荷転送路の下流端に出力アンプを接続することが可能である。この場合の垂直電荷転送路は、２相駆動型のＣＣＤによって構成することもできる。
【０１９３】
また、ライン・センサとして利用する場合には、遮光膜やマイクロレンズをも省略することが可能である。
【０１９４】
実施例による固体撮像装置の各々において配設されていた補助転送電極は、省略することも可能である。最も下流のフォトダイオード行と水平電荷転送路との間に、１フレーム分の電荷を蓄積することができるＣＣＤ蓄積部を設けることもできる。
【０１９５】
垂直電荷転送路の駆動は、４相駆動の他、３相駆動、８相駆動等、適宜変更可能である。また、走査方法も、インターレース走査、プログレッシブ走査、１／４間引き走査等、適宜選択可能である。
【０１９６】
適用する走査方法あるいは駆動方法に伴って、１行の電荷蓄積領域行あたり必要となる転送電極の数が例えば２〜４本と異なってくる。したがって、１行の電荷蓄積領域行行あたり配設すべき転送電極の本数は、電荷蓄積領域行の配置仕様や垂直電荷転送路の駆動方法等に応じて適宜変更可能である。
【０１９７】
第１の実施例による固体撮像装置と第２の実施例による固体撮像装置との対比から明らかなように、読出兼用転送電極と転送専用転送電極とは、１行の電荷蓄積領域行に対してどちらをも上流側に形成することができる。読出兼用転送電極を電荷蓄積領域行の上流側に形成する場合、最も上流の電荷蓄積領域行に対応する読出兼用転送電極については、必要に応じて、その下にダミー電極を形成することができる。ダミー電極の表面に絶縁膜を形成し、その上に読出兼用転送電極を形成することにより、この読出兼用転送電極と半導体基板１とを十分に絶縁させることができる。その結果として、読出兼用転送電極に読出パルス（例えば１５Ｖ）を印加したときでも、埋込層の電位を約０Ｖに容易に維持することができる。同様のことが、第４の実施例による固体撮像装置およびこの固体撮像装置と同様の転送電極構造を有する固体撮像装置についてもいえる。
【０１９８】
縦型オーバーフロードレイン構造を付設することもできる。これに伴って、電子シャッタ機能を付与することができる。縦型オーバーフロードレイン構造を付設するためには、例えば、ｐ型半導体ウエル領域とその下のｎ型半導体基板とに逆バイアスを印加できる構造を付加する。縦型オーバーフロードレイン構造に代えて横型オーバーフロードレイン構造を付設してもよい。縦型または横型のオーバーフロードレイン構造を付設することにより、ブルーミングを抑制することが容易になる。
【０１９９】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能であることは当業者に自明であろう。
【０２００】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、フォトダイオードを利用した固体撮像装置におけるノイズの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例による固体撮像装置を模式的に示す平面図である。
【図２】第１の実施例による固体撮像装置の製造工程を示す基板断面図である。
【図３】図２に示した製造工程に続く製造工程を示す基板断面図である。
【図４】第１の実施例による固体撮像装置を製造する過程で埋込層を形成し終えた後の半導体基板を上から見た基板平面図である。
【図５】第１の実施例による固体撮像装置を概略的に示す断面図およびポテンシャル図である。
【図６】第２の実施例による固体撮像装置におけるフォトダイオード、垂直電荷転送路、水平電荷転送路および出力アンプの配置を概略的に示す部分平面図である。
【図７】第２の実施例による固体撮像装置における幾つかのフォトダイオードとその周辺を拡大して概略的に示す平面図である。
【図８】第２の実施例による固体撮像装置におけるフォトダイオード、電荷転送用チャネル、読出ゲート用チャネルおよびチャネルストップ領域の配置を概略的に示す平面図である。
【図９】第３の実施例による固体撮像装置を概略的に示す断面図である。
【図１０】第３の実施例による固体撮像装置におけるフォトダイオード、電荷転送用チャネル、読出ゲート用チャネルおよびチャネルストップ領域の配置を概略的に示す平面図である。
【図１１】第４の実施例による固体撮像装置におけるフォトダイオード、垂直電荷転送路、水平電荷転送路および出力アンプの配置を概略的に示す部分平面図である。
【図１２】第４の実施例による固体撮像装置における幾つかのフォトダイオードとその周辺を概略的に示す平面図である。
【図１３】第４の実施例による固体撮像装置におけるフォトダイオード、電荷転送用チャネル、読出ゲート用チャネルおよびチャネルストップ領域の配置を概略的に示す平面図である。
【図１４】第５の実施例による固体撮像装置における幾つかのフォトダイオードとその周辺を概略的に示す平面図である。
【図１５】第５の実施例による固体撮像装置におけるフォトダイオード、電荷転送用チャネル、読出ゲート用チャネルおよびチャネルストップ領域の配置を概略的に示す平面図である。
【図１６】従来技術による固体撮像装置を概略的に示す断面図およびポテンシャル図である。
【符号の説明】
１…半導体基板、 ２、３２、４２…フォトダイオード、 ２ａ、３２ａ、４２ａ…電荷蓄積領域、 ２ｂ、３２ｂ、４２ｂ…埋込層、 ２ｂ1 、３２ｂ1 、４２ｂ1 …高不純物濃度領域、 ２ｂ2 、３２ｂ2 、４２ｂ2 …低不純物濃度領域、 ３…垂直電荷転送路、 ４…読出ゲート、 ４ａ…読出ゲート用チャネル、 ５…チャネルストップ領域、 ６…水平電荷転送路、 ７…出力アンプ、 １１ａ、１１ａ1 、１１ａ2 …読出兼用転送電極、 １１ｂ…転送専用転送電極、 ３０、３０ａ、３５、４０、４５…固体撮像装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトダイオードを利用した固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１６の上段は、従来技術による固体撮像装置を概略的に示す断面図である。
【０００３】
半導体基板の一表面側に形成されたｐ型半導体ウエル領域５１、ｎ型半導体領域５４（以下、「電荷蓄積領域５４」という。）、および、電荷蓄積領域５４表面のｐ+ 型半導体領域５５（以下、埋込層５５」という。）は、フォトダイオードを構成する。ｐ型半導体ウエル領域５１内には、電荷転送路を形成するためのｎ型半導体領域５３（以下、「電荷転送用チャネル５３」という。）およびチャネルストップを形成するためのｐ型半導体領域５２（以下、「チャネルストップ領域５２」という。）が形成される。
【０００４】
これらの領域を有する半導体基板の表面上には、絶縁膜５６を介して、所定パターンの電極５７が形成される。電極５７は、電荷蓄積領域５４と電荷転送用チャネル５３との間に介在しているｐ型半導体ウエル領域５１の一領域（以下、この領域を「読出ゲート用チャネル５１ａ」という。）の上方を覆うように形成される。
【０００５】
電荷蓄積領域５４を覆う埋込層５５は、半導体基板表面と絶縁膜５６との界面に生じる電子−ホール対生成再結合（ＧＲ）中心を取り込み、ＧＲ中心で発生する電子−ホール対を再結合させる。これにより、ノイズの発生が防止される。また、埋込層５５は、フォトダイオードのｐｎ接合面積を増加させ、光感度を向上させる機能も果たす。
【０００６】
この埋込層５５は、左端がチャネルストップ領域５２に接続され、右端が読出ゲート用チャネル５１ａに接続される。ただし、埋込層５５とチャネルストップ領域５２との接続箇所は、図１６に示した箇所に限らない。両者は、読出ゲート用チャネル５１ａの形成箇所を除き、電荷蓄積領域５４の平面視上の外周部においても接続している。
【０００７】
埋込層５５は、チャネルストップ領域５２、電荷転送用チャネル５３、電荷蓄積領域５４等を形成した後、電荷蓄積領域５４の表面にイオン注入法によってｐ型不純物を注入してｐ+ 型領域を設け、その後、このｐ型不純物を熱処理により活性化することによって形成される。このときのイオン注入は、イオン注入すべき領域の外縁がチャネルストップ領域５２に接するようにして行われる。
【０００８】
他に、埋込層５５の右端を読出ゲート用チャネル５１ａから若干離した以外は図１６に示した固体撮像装置と同様の構成を有する固体撮像装置が、知られている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図１６の中段は、電極５７に０Ｖを印加した時の半導体基板表面付近の電子に対するポテンシャルＰ１を示す。
【００１０】
本明細書においては、電圧を印加したときに形成される電位の井戸が深い領域程「ポテンシャルが高い」といい、電位の井戸が浅い領域程「ポテンシャルが低い」という。
【００１１】
チャネルストップ領域５２は接地電位にある。電荷蓄積領域５４および電荷転送用チャネル５３の各ポテンシャルは、チャネルストップ領域５２のポテンシャルより高い。読出ゲート用チャネル５１ａのポテンシャルは、電荷蓄積領域５４および電荷転送用チャネル５３のポテンシャルよりも低い。
【００１２】
フォトダイオードに上方から光が入射すると、フォトダイオードは入射光を吸収することにより電荷を生成する。すると、電荷蓄積領域５４には光量に応じた電荷（電子）Ｑが蓄積される。フォトダイオードは画素に相当し、蓄積された電荷Ｑが画素信号に相当する。
【００１３】
このとき、読出ゲート用チャネル５１ａは、フォトダイオードから電荷転送用チャネル５３への電荷Ｑの移動を阻止する。すなわち、読出ゲート用チャネル５１ａには、ポテンシャルバリアが形成される。
【００１４】
図１６の下段は、フォトダイオードに蓄積されている電荷を電荷転送用チャネル５３に移送するための読み出しパルスを電極５７に印加した時の半導体基板表面付近のポテンシャルＰ２を示す。このときも、チャネルストップ領域５２は接地電位にある。
【００１５】
電極５７に例えば１５Ｖの読み出しパルスを印加すると、その下の半導体領域の電子に対するポテンシャルが高くなる。読出ゲート用チャネル５１ａのポテンシャルが高くなり、ポテンシャルバリアとしての機能が低下する。電荷蓄積領域５４内の電荷Ｑが電荷転送用チャネル５３に流れ込む。ただし、読み出しパルスの電位が１５Ｖ程度では、読出ゲート用チャネル５１ａに低いポテンシャルバリアが残ることがある。
【００１６】
読出ゲート用チャネル５１ａにポテンシャルバリアが残ると、電荷Ｑのうちの一部の電荷Ｑ２のみが電荷転送用チャネル５３に移送され、他の一部の電荷Ｑ１が電荷蓄積領域５４内に残る。電荷Ｑ１はノイズとして画像に現れる。具体的には、電荷Ｑ１は残像のノイズとなる。また、残像のノイズ以外にも、ノイズが発生する。
【００１７】
残像のノイズは、読み出しパルスの電位を高くすることにより、低減させることができる。また、埋込層５５の右端を読出ゲート用チャネル５１ａから若干離すことにより、読み出しパルスの電位を例えば１５Ｖに保ったままでも、読出ゲート用チャネル５１ａに形成されるポテンシャルバリアを下げることが可能である。
【００１８】
しかしながら、埋込層５５の右端を読出ゲート用チャネル５１ａから若干離して形成したとしても、残像のノイズ以外のノイズの発生を抑制することは困難である。
【００１９】
本発明の目的は、ノイズの発生を抑制することができる固体撮像装置を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本件発明者は、埋込層を有するフォトダイオードを利用した固体撮像装置において残像のノイズ以外のノイズが発生する原因について鋭意研究した結果、次の知見を得た。
【００２１】
すなわち、従来は、図１６に示した電荷転送用チャネル５３とその右側の埋込層５５との間に大きな電流が流れることはないと考えられていた。
【００２２】
しかしながら、実際には、電荷転送用チャネル５３とその右側の埋込層５５との間に瞬間的に大きな電流が流れることが明らかとなった。この原因は、埋込層５５の形成方法にあると考えられる。
【００２３】
埋込層５５を形成するにあたって、イオン注入すべき領域の外縁がチャネルストップ領域５２に接するようにしてイオン注入を行い、その後に活性化のための熱処理を行うと、この熱処理時にｐ型不純物が熱拡散する。
【００２４】
この熱拡散により、ｐ型不純物はイオン注入によって形成されたｐ+ 型領域の厚さの概ね５０〜８０％、その外側にまで拡がる。
【００２５】
このため、熱拡散したｐ型不純物はチャネルストップ領域５２の表層に達し、ここでのｐ型不純物の濃度がそれより下層でのｐ型不純物の濃度より高くなる。
【００２６】
前述したように、図１６に示した電極５７に読み出しパルスを印加したときでも、チャネルストップ領域５２の電位は接地電位に維持される。
【００２７】
このような状況下で読み出しパルスが瞬間的に電極５７に印加されると、電荷転送用チャネル５３とその右側のチャネルストップ領域５２とのｐｎ接合に逆バイアスが印加される。この逆バイアスは、埋込層５５から熱拡散してきたｐ型不純物によってチャネルストップ領域５２の表層でのｐ型不純物の濃度（キャリア濃度）が高くなっていることから、特に、電荷転送用チャネル５３とその右側のチャネルストップ領域５２の表層とのｐｎ接合に印加される。
【００２８】
この逆バイアスによって、電荷転送用チャネル５３とその右側のチャネルストップ領域５２の表層とのｐｎ接合がブレークダウンする。電荷転送用チャネル５３とその右側の埋込層５５との間に瞬間的に大きな電流が流れる。
【００２９】
このブレークダウンにより電子−ホール対が発生し、チャネルストップ領域５２の右に接続されている埋込層５５にホールが流入する。また、電子が電荷転送用チャネル５３に流入する。
【００３０】
埋込層５５に流入したホールは、実質的に、ノイズの発生要因とならない。しかしながら、電荷転送用チャネル５３に流入した電子はノイズ信号となる。このノイズ信号が画像上のノイズとなって現れる。
【００３１】
したがって、上記のブレークダウンを抑制すれば、ノイズを低減させることができる。そのためには、チャネルストップ領域５２の表層での不純物濃度がそれより下層での不純物濃度よりあまりに高くなることを抑制すればよい。
【００３２】
埋込層５５を形成する際に起こる熱拡散によってチャネルストップ領域５２の表層にまで達してくるｐ型不純物の量を減らせば、チャネルストップ領域５２の表層での不純物濃度がそれより下層での不純物濃度よりあまりに高くなることを抑制することができる。
【００３３】
例えば、埋込層５５を形成する際にイオン注入によって設けられるｐ+ 型領域をチャネルストップ領域５２から離すことにより、熱拡散によってチャネルストップ領域５２にまで達するｐ型不純物の量を低減させることができる。
【００３４】
読出パルスが供給される電極５７の全体形状は、固体撮像装置の仕様に応じて様々である。チャネルストップ領域５２の全体形状についても同様である。
【００３５】
したがって、埋込層５５の平面視上の大きさおよび形状をどのようにするかは、固体撮像装置の仕様に応じて適宜選択される。
【００３６】
本発明の一観点によれば、一表面側に半導体ウエル領域が形成された半導体基板と、前記半導体ウエル領域に形成された複数の電荷蓄積領域によって構成される電荷蓄積領域列であって、前記電荷蓄積領域の各々が前記半導体ウエル領域とは逆の導電型を有する電荷蓄積領域列と、前記電荷蓄積領域列に近接して前記半導体ウエル領域に形成された電荷転送用チャネルであって、前記半導体ウエル領域とは逆の導電型を有し、前記電荷蓄積領域列に沿って延在する電荷転送用チャネルと、前記電荷蓄積領域の各々に１個ずつ対応して前記半導体ウエル領域に形成された読出ゲート用チャネルであって、各々が、前記半導体ウエル領域と同じ導電型を有すると共に、対応する電荷蓄積領域と前記電荷転送用チャネルとに隣接する読出ゲート用チャネルと、前記半導体ウエル領域に形成されたチャネルストップ領域であって、前記半導体ウエルと同じ導電型を有し、少なくとも、前記電荷蓄積領域列の列方向中心線を基準線としたときに前記電荷転送用チャネルとは反対の側において該電荷蓄積領域列に沿って延在するチャネルストップ領域と、前記読出ゲート用チャネルからは離れ、前記チャネルストップ領域とは電気的に接続されつつ前記電荷蓄積領域それぞれの上に１つずつ形成されて該電荷蓄積領域と共に１個のフォトダイオードを構成する埋込層であって、各々が前記半導体ウエル領域と同じ導電型の高不純物濃度領域を含み、該高不純物濃度領域における不純物濃度がほぼ一定で、かつ、前記チャネルストップ領域における不純物濃度よりも高く、前記列方向中心線を基準線としたときに前記電荷転送用チャネルとは反対の側に位置する少なくとも一領域において前記高不純物濃度領域が前記チャネルストップ領域から離れている埋込層とを有する固体撮像装置が提供される。
【００３７】
本発明の他の観点によれば、一表面側に半導体ウエル領域が形成された半導体基板と、前記半導体ウエル領域に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の電荷蓄積領域であって、各々が前記半導体ウエル領域とは逆の導電型を有する多数個の電荷蓄積領域と、電荷蓄積領域列の各々に１本ずつ、該電荷蓄積領域列に近接して前記半導体ウエル領域に形成された電荷転送用チャネルであって、前記半導体ウエル領域とは逆の導電型を有し、対応する電荷蓄積領域列に沿って延在する電荷転送用チャネルと、前記電荷蓄積領域の各々に１個ずつ対応して前記半導体ウエル領域に形成された読出ゲート用チャネルであって、各々が前記半導体ウエル領域と同じ導電型を有し、対応する電荷蓄積領域に隣接すると共に、該電荷蓄積領域に対応する電荷転送用チャネルとも隣接する読出ゲート用チャネルと、前記半導体ウエル領域に形成され、該半導体ウエルと同じ導電型かつより高い不純物濃度を有する１または複数のチャネルストップ領域であって、前記電荷蓄積領域列毎に該電荷蓄積領域列に沿って延在する一領域を含み、該一領域が、前記電荷蓄積領域列に対応する電荷転送用チャネルとはこの電荷蓄積領域列の列方向中心線を基準線としたときの反対の側に延在するチャネルストップ領域と、前記半導体基板上に電気的絶縁膜を介して形成された多数本の読出兼用転送電極および転送専用転送電極であって、前記読出兼用転送電極の各々が、電荷蓄積領域行の各々に１本ずつ形成されて該電荷蓄積領域行に沿って延在すると共に該電荷蓄積領域行中の各電荷蓄積領域に対応する読出ゲート用チャネルの各々を平面視上覆い、前記転送専用転送電極の各々が、前記電荷蓄積領域行の各々に少なくとも１本ずつ形成されて該電荷蓄積領域行に沿って延在し、１行の電荷蓄積領域行に対応して形成された前記読出兼用転送電極と前記転送専用転送電極とが、該電荷蓄積領域行中の電荷蓄積領域の各々を平面視上取り囲む多数本の読出兼用転送電極および転送専用転送電極と、前記読出ゲート用チャネルからは離れ、前記チャネルストップ領域とは電気的に接続されつつ前記電荷蓄積領域それぞれの上に１つずつ形成されて該電荷蓄積領域と共に１個のフォトダイオードを構成する埋込層であって、各々が前記半導体ウエル領域と同じ導電型の高不純物濃度領域を含み、該高不純物濃度領域における不純物濃度がほぼ一定で、かつ、前記チャネルストップ領域における不純物濃度よりも高く、該高不純物濃度領域がその下の前記電荷蓄積領域に対応している読出兼用転送電極から平面視上離隔して形成されている埋込層とを有する固体撮像装置が提供される。
【００３８】
本発明の更に他の観点によれば、一表面側に半導体ウエル領域が形成された半導体基板と、前記半導体ウエル領域に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の電荷蓄積領域であって、各々が前記半導体ウエル領域とは逆の導電型を有する多数個の電荷蓄積領域と、電荷蓄積領域列の各々に１本ずつ、該電荷蓄積領域列に近接して前記半導体ウエル領域に形成された電荷転送用チャネルであって、前記半導体ウエル領域とは逆の導電型を有し、対応する電荷蓄積領域列に沿って延在する電荷転送用チャネルと、前記電荷蓄積領域の各々に１個ずつ対応して前記半導体ウエル領域に形成された読出ゲート用チャネルであって、各々が前記半導体ウエル領域と同じ導電型を有し、対応する電荷蓄積領域に隣接すると共に、該電荷蓄積領域に対応する電荷転送用チャネルとも隣接する読出ゲート用チャネルと、前記半導体ウエル領域に形成され、該半導体ウエルと同じ導電型かつより高い不純物濃度を有する１または複数のチャネルストップ領域であって、前記電荷蓄積領域列毎に該電荷蓄積領域列に沿って延在する一領域を含み、該一領域が、前記電荷蓄積領域列に対応する電荷転送用チャネルとはこの電荷蓄積領域列の列方向中心線を基準線としたときの反対の側に延在するチャネルストップ領域と、前記半導体基板上に電気的絶縁膜を介して形成された多数本の読出兼用転送電極であって、前記電荷蓄積領域行の各々に対してその直ぐ上流側を該電荷蓄積領域行に沿って延在する第１の読出兼用転送電極と、前記電荷蓄積領域行の各々に対してその直ぐ下流側を該電荷蓄積領域行に沿って延在する第２の読出兼用転送電極とを含み、１行の電荷蓄積領域行に対応して形成された前記第１の読出兼用転送電極と前記第２の読出兼用転送電極とが、該電荷蓄積領域行中の電荷蓄積領域の各々を平面視上取り囲む多数本の読出兼用転送電極と、前記読出ゲート用チャネルからは離れ、前記チャネルストップ領域とは電気的に接続されつつ前記電荷蓄積領域それぞれの上に１つずつ形成されて該電荷蓄積領域と共に１個のフォトダイオードを構成する埋込層であって、各々が前記半導体ウエル領域と同じ導電型の高不純物濃度領域を含み、該高不純物濃度領域における不純物濃度がほぼ一定で、かつ、前記チャネルストップ領域における不純物濃度よりも高く、該高不純物濃度領域がその下の前記電荷蓄積領域を平面視上取り囲む第１の読出兼用転送電極および第２の読出兼用転送電極のいずれからも平面視上離隔して形成されている埋込層とを有する固体撮像装置が提供される。
【００３９】
【発明の実施の形態】
図１は、第１の実施例による固体撮像装置３０を模式的に示す平面図である。
この固体撮像装置３０では、例えばシリコン等の半導体基板１の上に複数のフォトダイオード（光電変換素子）２、垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）３、トランスファゲート（読出ゲート）４、水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）６、出力アンプ７、および制御部８が形成され、全体として一つの半導体チップに構成される。
【００４０】
複数のフォトダイオード２が、二次元行列状に配置されている。フォトダイオード２の各々は、受光した光を電荷に変換して蓄積する。フォトダイオード２それぞれの受光部の上には、カラーフィルタが配置される。図１では理解を容易にするために、フォトダイオード（画素）の数を便宜上２４個で描いているが、これに限定されない。実際の固体撮像装置は、１００万個オーダのフォトダイオードを有する。
【００４１】
各フォトダイオード２の右には、読出ゲート４を介して垂直電荷転送路３が延在している。１列のフォトダイオード列に１本ずつ、垂直電荷転送路３が配設される。読出ゲート４は、対応するフォトダイオード２内の電荷を垂直電荷転送路３に読み出す際に利用される。
【００４２】
垂直電荷転送路３は、電荷結合素子（ＣＣＤ）により構成され、フォトダイオード２から読み出された電荷を図１の紙面の上から下方向（垂直方向）に転送する。このとき、１行のフォトダイオード行を構成するフォトダイオード２の各々から読み出された電荷は、垂直電荷転送路３の各々によって同じタイミングで水平電荷転送路６へ向けて転送される。
【００４３】
水平電荷転送路６は、ＣＣＤにより構成され、垂直電荷転送路３から転送された電荷を受け取り、紙面の右から左方向(水平方向)に転送する。
【００４４】
出力アンプ７は、水平電荷転送路６から転送された電荷量に対応する電圧を出力する。この電圧値は、画素値に相当する。各フォトダイオード２は、画素に相当する。フォトダイオード２を二次元に配列することにより、二次元画像の信号を得ることができる。
【００４５】
制御部８は、フォトダイオード２から垂直電荷転送路３に電荷を読み出すための読出ゲート４の制御、垂直電荷転送路３の制御、水平電荷転送路６の制御、および／又はフォトダイオード２内の電荷をクリアするための制御などを行う。
【００４６】
なお、１個のフォトダイオード２の周辺の領域の詳細は、後に図４を参照しながら説明する。
【００４７】
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）および図３は、本実施例による固体撮像装置３０の製造方法を説明するための基板断面図であり、図１中のII−II線に沿った断面図である。
【００４８】
まず、ｎ型半導体基板の一表面側にｐ型半導体ウエル領域を高エネルギイオン注入等によって形成して、半導体基板を得る。
【００４９】
図２（Ａ）に示すように、この半導体基板１の所定箇所、すなわち、ｎ型半導体基板１ａの一表面側に形成されたｐ型半導体ウエル領域１ｂの表面またはその上に、電荷転送用チャネル３ａ、チャネルストップ領域５、絶縁膜（シリコン酸化膜）１０、読み出しパルスおよび電荷転送用の駆動パルスが供給される読出兼用転送電極１１ａ、ならびに、電荷転送用の駆動パルスのみが供給される転送専用転送電極（図２（Ａ）においては見えていない。）を形成する。
【００５０】
電荷転送用チャネル３ａはｎ型半導体によって構成され、チャネルストップ領域５はｐ+ 型半導体によって構成される。これらは、イオン注入等により、ｐ型半導体ウエル領域１ｂの表面に形成する。ｐ+ 型半導体におけるｐ型不純物の濃度は、ｐ型半導体におけるｐ型不純物の濃度よりも高い。
【００５１】
電荷転送用チャネル３ａは、チャネルストップ領域５の水平方向（半導体基板面内方向）の隣に形成される。電荷転送用チャネル３ａとチャネルストップ領域５とは、水平方向に周期的に形成される。
【００５２】
絶縁膜（シリコン酸化膜）１０は、半導体基板１上に、熱酸化又は化学気相堆積（ＣＶＤ）等により形成される。
【００５３】
読出兼用転送電極１１ａおよび転送専用転送電極は、絶縁膜１０上に形成される。先ず転送専用転送電極が形成され、その後、転送専用転送電極の表面を酸化して絶縁膜（シリコン酸化膜）を形成した後、読出兼用転送電極１１ａが形成される。これらの転送電極を形成するためには、一旦、絶縁膜１０上にポリシリコン膜を形成する。その後、このポリシリコン膜をフォトリソグラフィおよびエッチングによりパターニングして、所望の転送電極を得る。転送専用転送電極を形成するためのポリシリコン膜と、読出兼用転送電極１１ａを形成するためのポリシリコン膜とは、別個のものである。
【００５４】
次に、図２（Ｂ）に示すように、読出兼用転送電極１１ａの表面を酸化して絶縁膜（シリコン酸化膜）１２を形成した後、フォトリソグラフィにより、所定パターンのフォトレジスト層１３を基板上に形成する。絶縁膜（シリコン酸化膜）１２を形成するとき、半導体基板１の表面も若干酸化されて絶縁膜１０の厚さが増すが、酸化が進行する程度は低い。
【００５５】
また、フォトレジスト層１３をマスクとして、ｎ型不純物（例えばリン）１４をイオン注入する。イオン注入条件は、例えば、ドーズ量が１×１０12ｃｍ-2、加速エネルギが３００〜８００ｋｅＶである。このイオン注入により、ｐ型半導体ウエル領域１ｂの表面部分に、フォトダイオード用のｎ型領域ＰＤ1 が形成される。その後、フォトレジスト層１３を除去する。
【００５６】
ｎ型領域ＰＤ1 は、近接するチャネルストップ領域５または電荷転送用チャネル３ａから所定の間隔を置いて形成される。
【００５７】
次に、図２（Ｃ）に示すように、フォトリソグラフィにより、所定パターンのフォトレジスト層１５を基板上に形成する。このフォトレジスト層１５は、多数の窓を有する。フォトレジスト層１５の窓の左端は、左の読出兼用転送電極１１ａの右端から水平右方向に距離ｄ１（例えば０．４μｍ）離れ、チャネルストップ領域５から水平右方向に距離ｄ３（例えば０．２μｍ）離れている。フォトレジスト層１５の窓の右端は、右の読出兼用転送電極１１ａの左端から水平左方向に距離ｄ２（例えば０．７μｍ）離れている。
【００５８】
また、フォトレジスト層１５をマスクとして、ｐ型不純物（例えばボロン）１６をイオン注入する。イオン注入条件は、例えば、ドーズ量が１×１０13〜５×１０14ｃｍ-2、加速エネルギが２０〜８０ｋｅＶである。このイオン注入により、ｎ型領域ＰＤ1 の表面部分の一部に、フォトダイオード用のｐ+ 型領域ＰＤ2 が形成される。
【００５９】
その後、フォトレジスト層１５を除去してから熱処理を施して、ｎ型領域ＰＤ1 中のｎ型不純物とｐ+ 型領域ＰＤ2 中のｐ型不純物とを活性化させる。
【００６０】
この熱処理によって、ｎ型領域ＰＤ1 は、ｎ型不純物が熱拡散することからその領域が少し拡がり、フォトダイオード用の電荷蓄積領域となる。以下、この電荷蓄積領域を「電荷蓄積領域２ａ」という。
【００６１】
また、ｐ+ 型領域ＰＤ2 は、上記の熱処理によってｐ型不純物が熱拡散することからその領域が少し拡がり、フォトダイオード用の埋込層となる。以下、この埋込層を「埋込層２ｂ」という。
【００６２】
埋込層２ｂのうちでｐ型不純物の濃度がほぼ一定となっている領域、すなわち、熱処理前のｐ+ 型領域ＰＤ2 が形成されていた領域を「高不純物濃度領域」ということがある。後掲の図３および図４においては、高不純物濃度領域を「埋込層２ｂ」として図示している。
【００６３】
高不純物濃度領域の外側には、この高不純物濃度領域に連なって、熱拡散によって生じた領域が形成されている。熱拡散によって生じた領域では、高不純物濃度領域から離れるに従って、徐々にｐ型不純物の濃度が低くなっている。この領域を、以下、「低不純物濃度領域」ということがある。
【００６４】
電荷蓄積領域２ａとその右の電荷転送用チャネル３ａとの間に介在するｐ型半導体ウエル領域のうち、絶縁膜１０のみを介して読出兼用転送電極１１ａによって平面視上覆われる箇所は、読出ゲート用チャネルとして利用される。後掲の図３および図４においては、読出ゲート用チャネルを符号４ａで示している。
【００６５】
図１に示したフォトダイオード２の各々は、電荷蓄積領域２ａと、この表面に形成された埋込層とを含んで構成される。したがって、１枚の半導体基板１に、多数の電荷蓄積領域２ａが２次元行列状に形成され、これらの電荷蓄積領域２ａのそれぞれに埋込層が形成される。図１に示した固体撮像装置３０は、計４列の電荷蓄積領域列を有する。
【００６６】
１列の電荷蓄積領域列と、この電荷蓄積領域列に対応する電荷転送用チャネル３ａ、各読出ゲート用チャネル４ａ、チャネルストップ領域５および各埋込層２ｂは、１つのユニットを構成する。固体撮像装置３０においてはこのユニットが計４つ、並列に形成されている。
【００６７】
図４は、埋込層２ｂを形成し終えた後の半導体基板を上から見た基板平面図である。図４中のＡ−Ａ線に沿った断面が、図２（Ｃ）に示した構成からフォトレジスト層１５を除いた部分の断面にほぼ相当する。
【００６８】
図４においてハッチで示す埋込層２ｂは、図の水平方向に関して電荷蓄積領域２ａの内側に形成される。埋込層２ｂの左端は、その左の読出兼用転送電極１１ａから距離ｄ１離れている。埋込層２ｂの右端は、その右の読出兼用転送電極１１ａから距離ｄ２離れている。したがって、埋込層２ｂの左側および右側それぞれにおいて、電荷蓄積領域２ａの表面が埋込層２ｂによって覆われずに残る。
【００６９】
図４の紙面の上から下方向（垂直方向）に関しては、埋込層２ｂは電荷蓄積領域２ａの外側にまで達して、チャネルストップ領域（図４においては見えていない。）に接する。
【００７０】
転送専用転送電極１１ｂは第１ポリシリコン層であり、読出兼用転送電極１１ａは第２ポリシリコン層である。まず転送専用転送電極１１ｂが基板上に形成され、その上に絶縁膜を介して読出兼用転送電極１１ａが形成される。読出兼用転送電極１１ａは、電荷蓄積領域２ａの右側方において、絶縁膜を介して転送専用転送電極１１ｂの一部と図の奥行き方向に重なる。読出兼用転送電極１１ａおよび転送専用転送電極１１ｂが図４の紙面の上から下方向（垂直方向）に繰り返し形成される。
【００７１】
読出兼用転送電極１１ａ中の一領域は、読出ゲート用チャネル４ａを平面視上覆って、この読出ゲート用チャネル４ａと共に読出ゲート４を構成する。読出パルスは、読出兼用転送電極１１ａに供給される。
【００７２】
フォトダイオード２に蓄積された電荷は、読出ゲート４を介して、その右側の電荷転送用チャネル３ａに読み出される。
【００７３】
電荷転送用チャネル３ａは、その上方に形成されている読出兼用転送電極１１ａの一領域および転送専用転送電極１１ｂの一領域と共に、垂直電荷転送路３を構成する。
【００７４】
次に、図３に示すように、埋込層２ｂの上方に開口部を有する所定パターンの遮光膜（Ａｌ膜）２０を形成する。次に、基板上に、フォスフォシリケートガラス（ＰＳＧ）等によって第１の平滑層２１を形成し、その上に第２の平滑層２２、カラーフィルタ２３および第３の平滑層２４を形成する。第２の平滑層２２および第３の平滑層２４は、共に、電気絶縁性を有する透明材料によって形成される。
【００７５】
第３の平滑層２４の上に、フォトリソグラフィにより、所定パターンのフォトレジスト膜を形成する。次に、加熱することにより、上記のフォトレジスト膜を溶かし、表面張力によって角を丸めて、中央が***したマイクロレンズ２５を形成する。
【００７６】
フォトダイオード２は、その表面に埋込層２ｂを有する。この埋込層２ｂは、電荷蓄積領域２ａの表面の一部に形成され、その左端がチェネルストップ領域５から離れ、その右端が読出ゲート用チャネル４ａから離れている。
【００７７】
図５は、図３に示した固体撮像装置３０のポテンシャル図である。図５の中段は、読出兼用転送電極１１ａに０Ｖを印加した時の半導体基板表面付近の電子に対するポテンシャルＰ１を示す。図５の下段は、読出兼用転送電極１１ａに正電位（例えば１５Ｖ）を印加した時の半導体基板表面付近の電子に対するポテンシャルＰ２を示す。
【００７８】
図５の中段に示すように、読出兼用転送電極１１ａに０Ｖを印加した時、電荷蓄積領域２ａおよび電荷転送用チャネル３ａはポテンシャルが高く、その間の読出ゲート用チャネル４ａおよびチャネルストップ領域５はポテンシャルが低い。
【００７９】
マイクロレンズ２５は、上方から入射する光をカラーフィルタ２３を介してその下のフォトダイオード２に集光する。カラーフィルタ２３は、所定の波長の光のみを通過させる。フォトダイオード２は、その所定波長の入射光を受けて、これを吸収することにより電荷を生成する。フォトダイオード２の電荷蓄積領域２ａには光量に応じた電荷（電子）Ｑが蓄積される。フォトダイオード２は画素に相当し、蓄積された電荷Ｑが画素信号に相当する。
【００８０】
このとき、読出ゲート用チャネル４ａは、フォトダイオード２から電荷転送用チャネル３ａへの電荷Ｑの移動を阻止する。すなわち、読出ゲート用チャネル４ａには、ポテンシャルバリアが形成される。
【００８１】
図５の下段に示すように、読出兼用転送電極１１ａに正電位（例えば１５Ｖ）を印加すると、読出ゲート用チャネル４ａのポテンシャルが高くなる。埋込層２ｂとその右の読出ゲート用チャネル４ａとの間に電荷蓄積領域２ａが存在するので、読出ゲート用チャネル４ａのポテンシャルバリアが消滅する。
【００８２】
その結果として、電荷蓄積領域２ａ内の電荷Ｑは全て効率的に電荷転送用チャネル３ａ（垂直電荷転送路３）に移送される（読み出される）。残像のノイズの発生を防止することができる。
【００８３】
また、埋込層２ｂとチャネルストップ領域５とが図４での垂直方向において互いに接していることから、読出兼用転送電極１１ａに正電位（例えば１５Ｖ）を印加したときでも、埋込層２ｂの電位を約０Ｖに容易に維持することができる。
【００８４】
読出兼用転送電極１１ａに正電位（例えば１５Ｖ）が印加されるのに伴って、電荷転送用チャネル３ａとその右側のチャネルストップ領域５とのｐｎ接合に逆バイアスが印加される。
【００８５】
しかしながら、図１６に示した固体撮像装置とは異なり、チャネルストップ領域５とその右の埋込層２ｂとの間には電荷蓄積領域２ａが介在する。チャネルストップ領域５における表層での不純物濃度は、それより下層での不純物濃度とほぼ同じである。
【００８６】
このため、上記の逆バイアスによってｐｎ接合がブレークダウンすることが防止される。このブレークダウンが防止されることにより、ノイズの発生も抑制される。画質を向上させることができる。
【００８７】
次に、第２の実施例による固体撮像装置について、図６、図７および図８を用いて説明する。
【００８８】
図６は、本実施例による固体撮像装置３０ａにおけるフォトダイオード、垂直電荷転送路、水平電荷転送路および出力アンプの配置を概略的に示す部分平面図である。
【００８９】
図７は、固体撮像装置３０ａにおける幾つかのフォトダイオードとその周辺を拡大して概略的に示す平面図である。図７中のＢ−Ｂ線に沿った断面が、図３に示した構成から遮光膜２０、第１の平滑層２１およびこれらの上方に形成されている各部材を除いた部分の断面にほぼ相当する。
【００９０】
図８は、固体撮像装置３０ａにおけるフォトダイオード、電荷転送用チャネル、読出ゲート用チャネルおよびチャネルストップ領域の配置を概略的に示す平面図である。
【００９１】
これらの図６〜図８に示した構成要素のうちで図１、図３または図４に示した構成要素と共通するものについては、図１、図３または図４で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００９２】
図示の固体撮像装置３０ａは、下記(1) 〜(4) の点で、第１の実施例による固体撮像装置３０と異なる。なお、以下の説明においては、フォトダイオードから水平電荷転送路に転送される電荷の移動を１つの流れとみなして、個々の部材等の相対的な位置を、必要に応じて「何々の上流」、「何々の下流」等と称して特定する。
(1) フォトダイオード列それぞれの左側に、このフォトダイオード列を構成するフォトダイオード２の各々に対応する垂直電荷転送路３および読出ゲート４が形成されている。
(2) 最も下流の転送専用転送電極１１ｂの下流側に、各垂直電荷転送路３および水平電荷転送路６を簡便に駆動させるための補助転送電極１１ｃ1 、１１ｃ2 、１１ｃ3 が配設されている。
(3) フォトダイオード行同士の間および最も下流のフォトダイオード行の下流側において、読出兼用転送電極１１ａが転送専用転送電極１１ｂまたは補助転送電極１１ｃ1 の上に絶縁膜を介して形成されている。
(4) 図１に示した制御部８が設けられていない。
【００９３】
これら(1) 〜(4) の点を除けば、固体撮像装置３０ａは第１の実施例による固体撮像装置３０と同様の構成を有する。
【００９４】
したがって、固体撮像装置３０ａは、固体撮像装置３０と同様に、半導体ウエル領域１ｂ（図３参照）に形成された複数の電荷蓄積領域２ａによって構成される電荷蓄積領域列を複数列有する。
【００９５】
チャネルストップ領域５は、電荷蓄積領域列毎にこの電荷蓄積領域列に沿って延在する一領域を含む。ある１列の電荷蓄積領域列に沿って延在するチャネルストップ領域５の一領域は、この電荷蓄積領域列の図６〜図８での右側に位置する。すなわち、この電荷蓄積領域列の列方向中心線（図７および図８に一点鎖線ＣＬで示す。）を基準線としたときに、電荷転送用チャネル３ａとは反対の側に位置する。
【００９６】
別言すれば、ある１列の電荷蓄積領域列に沿って延在するチャネルストップ領域５の一領域は、この電荷蓄積領域列の図６〜図８での右隣の電荷蓄積領域列に対応する電荷転送用チャネル３ａに沿って、かつ、この電荷転送用チャネル３ａに隣接して、その左側に延在する。
【００９７】
チャネルストップ領域５における上記の一領域の各々は、各電荷転送チャネル３ａの上流端側で互いに連結して１つに纏まっていてもよいし、互いに分離されていてもよい。
【００９８】
その一方で、ある１列の電荷蓄積領域列に沿って延在するチャネルストップ領域５の一領域は、電荷蓄積領域列方向（図７および図８に矢印Ｄで示す。）に沿って相隣る２個の電荷蓄積領域２ａ同士の間において電荷蓄積領域列方向Ｄと交差する方向に延在し、この電荷蓄積領域列に対応する電荷転送用チャネル３ａにまで達する。
【００９９】
読出兼用転送電極１１ａの各々は、電荷蓄積領域行それぞれの下流側に１本ずつ形成されて、対応する電荷蓄積領域行に沿って延在する。転送専用転送電極１１ｂの各々は、電荷蓄積領域行それぞれの上流側に１本ずつ形成されて、対応する電荷蓄積領域行に沿って延在する。
【０１００】
したがって、個々の読出兼用転送電極１１ａおよび個々の転送専用転送電極１１ｂは、電荷転送用チャネル３ａの各々と平面視上交差する。１行の電荷蓄積領域行に対応して形成された読出兼用転送電極１１ａと転送専用転送電極１１ｂとは、右端（図示せず。）の電荷蓄積領域列中の各電荷蓄積領域２ａを除き、電荷蓄積領域行中の電荷蓄積領域２ａの各々を平面視上取り囲む。
【０１０１】
また、読出兼用転送電極１１ａの各々は、対応する電荷蓄積領域行中の読出ゲート用チャネル４ａの各々を平面視上覆う。読出兼用転送電極１１ａのうちで読出ゲート用チャネル４ａを平面視上覆う部分は、その下の読出ゲート用チャネル４ａと共に、読出ゲート４を構成する。
【０１０２】
補助転送電極１１ｃ1 、１１ｃ2 、１１ｃ3 の各々は、電荷蓄積領域行方向に延在する。これらの補助転送電極１１ｃ1 、１１ｃ2 、１１ｃ3 は、電荷転送用チャネル３ａの各々と平面視上交差する。
【０１０３】
１本の電荷転送用チャネル３ａと各転送専用転送電極１１ｂ、各読出兼用転送電極１１ａ、補助転送電極１１ｃ1 、補助転送電極１１ｃ2 または補助転送電極１１ｃ3 との平面視上の交差部は、電荷蓄積領域列方向Ｄに連なって１本の垂直電荷転送路３を構成する。
【０１０４】
埋込層２ｂの各々は、電荷蓄積領域列方向Ｄに沿って相隣る２個の電荷蓄積領域２ａ同士の間において、チャネルストップ領域５と電気的に接続されている。
【０１０５】
１列の電荷蓄領域列と、この電荷蓄積領域列に対応する電荷転送用チャネル３ａ、読出ゲート用チャネル４ａ、チャネルストップ領域５および各埋込層２ｂは、１つのユニットを構成する。固体撮像装置３０ａにおいては、このユニットと、当該ユニットと同じ構成を有する複数のユニットとが半導体ウエル領域１ｂに並列に形成されている。
【０１０６】
なお、図７および図８においては、埋込層２ｂを構成する高不純物濃度領域２ｂ1 と低不純物濃度領域２ｂ2 とを図示している。図７においては、図面を解りやすくするために、高不純物濃度領域２ｂ1 および低不純物濃度領域２ｂ2 にそれぞれハッチングを付してある。図８においては、図面を解りやすくするために、電荷蓄積領域２ａ、低不純物濃度領域２ｂ2 およびチャネルストップ領域５にそれぞれハッチングを付してある。
【０１０７】
また、図６には、垂直電荷転送路３の各々を４相の駆動信号φＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４によって駆動させる際の配線例、および、水平電荷転送路６を２相駆動型ＣＣＤによって構成した場合の構成例を付記してある。
【０１０８】
フォトダイオード２から垂直電荷転送路３に電荷を読み出すための読出パルスは、駆動信号φＶ２および駆動信号φＶ４に含まれる。
【０１０９】
水平電荷転送路６は、電荷転送用チャネル６ａと、計４種類の転送電極６ｂ1 、６ｂ2 、６ｂ3 、６ｂ4 とを有する。
【０１１０】
電荷転送用チャネル６ａは、例えば、半導体ウエル領域１ｂ（図３参照）にｎ型領域とｎ+ 型領域とを交互に繰り返し形成することによって作製される。ｎ+ 型領域におけるｎ型不純物の濃度は、ｎ型領域におけるｎ型不純物の濃度よりも高い。
【０１１１】
転送電極６ｂ2 および６ｂ4 は、電荷転送用チャネル６ａ中のｎ型領域上に、絶縁膜を介して形成される。転送電極６ｂ1 および６ｂ3 は、電荷転送用チャネル６ａ中のｎ+ 型領域上に、絶縁膜を介して形成される。
【０１１２】
１本の垂直電荷転送路３（電荷転送用チャネル３ａ）あたり転送電極６ｂ1 、６ｂ2 、６ｂ3 、６ｂ4 が１本ずつ形成される。これらの転送電極６ｂ1 、６ｂ2 、６ｂ3 、６ｂ4 は、出力アンプ７側からこの順番で配列される。
【０１１３】
転送電極６ｂ1 と転送電極６ｂ2 とが共通結線され、駆動信号φＨ１の供給を受ける。転送電極６ｂ3 と転送電極６ｂ4 とが供給結線され、駆動信号φＨ２の供給を受ける。
【０１１４】
半導体ウエル領域１ｂ（図３参照）における不純物濃度は、概ね５×１０14／ｃｍ3 以上１×１０17／ｃｍ3 未満の範囲内で適宜選択可能である。好適には、概ね１×１０15〜１×１０16／ｃｍ3 の範囲内で適宜選択される。
【０１１５】
チャネルストップ領域５における不純物濃度は、概ね１×１０16／ｃｍ3 以上１×１０18／ｃｍ3 未満の範囲内で適宜選択可能である。好適には、概ね５×１０16〜５×１０17／ｃｍ3 の範囲内で適宜選択される。
【０１１６】
電荷蓄積領域２ａにおける不純物濃度は、概ね１×１０16／ｃｍ3 以上１×１０17／ｃｍ3 未満の範囲内で適宜選択可能である。好適には、概ね１．５×１０16〜５×１０16／ｃｍ3 の範囲内で適宜選択される。
【０１１７】
高不純物濃度領域２ｂ1 における不純物濃度は、概ね１×１０18／ｃｍ3 以上１×１０20／ｃｍ3 未満の範囲内で適宜選択可能である。好適には、概ね２×１０18〜５×１０19／ｃｍ3 の範囲内で適宜選択される。
【０１１８】
個々のフォトダイオード２における埋込層２ｂは、このフォトダイオード２に対応する読出ゲート用チャネル４ａから離れている。
【０１１９】
埋込層２ｂを構成する高不純物濃度領域２ｂ1 は、列方向中心線ＣＬを基準線としたときに、読出ゲート用チャネル４ａとは反対の側において、チャネルストップ領域５から離れている。
【０１２０】
高不純物濃度領域２ｂ1 の図７または図８での左側および右側それぞれに、熱拡散によって生じた低不純物濃度領域２ｂ2 が連なっている。右側の低不純物濃度領域２ｂ2 とその右のチャネルストップ領域５との間には、電荷蓄積領域２ａが介在する。
【０１２１】
読出パルスの電圧が１５Ｖ程度で、電荷蓄積領域２ａおよび高不純物濃度領域２ｂ1 における不純物濃度がそれぞれ上述の範囲内である場合、埋込層２ｂと読出ゲート用チャネル４ａとの間に平面視上介在する電荷蓄積領域２ａの幅は、概ね０．３〜１．５μｍの範囲内で適宜選定可能である。
【０１２２】
同様に、埋込層２ｂとその右のチャネルストップ領域５との間に平面視上介在する電荷蓄積領域２ａの幅は、概ね０．１〜１．０μｍの範囲内で適宜選定可能である。
【０１２３】
ここで、本明細書で埋込層と読出ゲート用チャネルとの間に平面視上介在する電荷蓄積領域についていう「電荷蓄積領域の幅」とは、読出ゲート用チャネル４ａと電荷転送用チャネル３ａとが隣接する箇所での電荷転送用チャネル３ａの延在方向に平面視上直交する方向について求めた電荷蓄積領域の幅を意味する。
【０１２４】
また、本明細書で埋込層とチャネルストップ領域との間に平面視上介在する電荷蓄積領域についていう「電荷蓄積領域の幅」とは、この電荷蓄積領域が介在している箇所でのチャネルストップ領域の延在方向に平面視上直交する方向について求めた電荷蓄積領域の幅を意味する。後述する第５の実施例による固体撮像装置におけるように、電荷蓄積領域列に沿ってチャネルストップ領域が蛇行しつつ延在する場合には、該当する「電荷蓄積領域の幅」を求めるうえで基準となる「チャネルストップ領域の延在方向」が複数ある場合もある。このような場合には、電荷蓄積領域が介在している箇所毎に、「電荷蓄積領域の幅」を求める。
【０１２５】
読出兼用転送電極１１ａの各々は、前述したように、フォトダイオード行同士の間および最も下流のフォトダイオード行の下流側において、転送専用転送電極１１ｂまたは補助転送電極１１ｃ1 の上に絶縁膜を介して形成されている。このため、フォトダイオード行同士の間および最も下流のフォトダイオード行の下流側においては、読出兼用転送電極１１ａと半導体基板１とが十分に絶縁される。
【０１２６】
埋込層２ｂとチャネルストップ領域５とが、前述のように電気的に接続されていることから、読出兼用転送電極１１ａに読出パルス（例えば１５Ｖ）を印加したときでも、埋込層２ｂの電位を約０Ｖに容易に維持することができる。
【０１２７】
また、第１の実施例の固体撮像装置３０における理由と同様の理由から、残像のノイズの発生を防止することができる。
【０１２８】
さらに、第１の実施例による固体撮像装置３０と同様の理由から、読出兼用転送電極１１ａに読出パルス（例えば１５Ｖ）を印加したときに電荷転送用チャネル３ａとその図８での左側のチャネルストップ領域５とのｐｎ接合がブレークダウンしてしまうことを防止することができる。ノイズの発生を抑制することが可能になる。
【０１２９】
次に、第３の実施例による固体撮像装置について、図９および図１０を用いて説明する。
【０１３０】
図９は、本実施例による固体撮像装置３５における１個のフォトダイオードとその周辺を概略的に示す断面図である。
【０１３１】
図１０は、固体撮像装置３５におけるフォトダイオード、電荷転送用チャネル、読出ゲート用チャネルおよびチャネルストップ領域の配置を概略的に示す平面図である。図１０中のＣ−Ｃ線に沿った断面が、図９に示した構成から電気絶縁膜１０およびその上方に形成されている各部材を除いた部分の断面にほぼ相当する。
【０１３２】
図９または図１０に示した構成要素のうちで図８に示した構成要素と共通するものについては、図８で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。また、図９に示した各構成要素は全て図３に示されているので、図９に示した構成要素のうちで図８には示されておらず図３に示されているものについては、図３で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【０１３３】
ただし、電荷蓄積領域、埋込層、高不純物濃度領域、低不純物濃度領域およびフォトダイオードについては、図８で用いた参照符号に３０を加えた新たな参照符号を付してある。
【０１３４】
図示した固体撮像装置３５は、電荷蓄積領域３２ａの図９での左端がその左のチャネルストップ領域５に接している点、および、電荷蓄積領域３２ａの図９での左端と埋込層３２ｂの図９での左端との距離が第２の実施例による固体撮像装置３０ａにおける該当箇所よりも拡がっている点で、第２の実施例による固体撮像装置３０ａと異なる。他の点は、固体撮像装置３０ａと同様である。図１０においては、図面を解りやすくするために、チャネルストップ領域５、電荷蓄積領域３２ａおよび低不純物濃度領域３２ｂ2 にハッチングを付してある。
【０１３５】
図示の固体撮像装置３５においても、第２の実施例の固体撮像装置３０ａと同様に、読出兼用転送電極１１ａに読出パルス（例えば１５Ｖ）を印加したときでも埋込層３２ｂの電位を約０Ｖに容易に維持することができる。
【０１３６】
また、第２の実施例の固体撮像装置３０ａにおける理由と同様の理由から、残像のノイズの発生を防止することができる。
【０１３７】
さらに、第２の実施例による固体撮像装置３０ａにおける理由と同様の理由から、読出兼用転送電極１１ａに読出パルス（例えば１５Ｖ）を印加したときに電荷転送用チャネル３ａとその図９での右側のチャネルストップ領域５とのｐｎ接合がブレークダウンしてしまうことを防止することができる。ノイズの発生を抑制することが可能になる。
【０１３８】
読出パルスの電圧が１５Ｖ程度で、電荷蓄積領域３２ａおよび高不純物濃度領域３２ｂ1 における不純物濃度がそれぞれ第２の実施例の固体撮像装置３０ａについての説明の中で述べた範囲内である場合、埋込層３２ｂと読出ゲート用チャネル４ａとの間に平面視上介在する電荷蓄積領域３２ａの幅は、第２の実施例による固体撮像装置３０ａにおける該当箇所の幅と同様に、概ね０．３〜１．５μｍの範囲内で適宜選定可能である。
【０１３９】
同様に、埋込層３２ｂとその図１０での右側のチャネルストップ領域５との間に平面視上介在する電荷蓄積領域３２ａの幅は、概ね０．１〜１．０μｍの範囲内で適宜選定可能である。
【０１４０】
次に、第４の実施例による固体撮像装置について、図１１、図１２および図１３を用いて説明する。
【０１４１】
図１１は、本実施例による固体撮像装置４０におけるフォトダイオード、垂直電荷転送路、水平電荷転送路および出力アンプの配置を概略的に示す部分平面図である。
【０１４２】
図１２は、固体撮像装置４０における幾つかのフォトダイオードとその周辺を概略的に示す平面図である。
【０１４３】
図１３は、固体撮像装置４０におけるフォトダイオード、電荷転送用チャネル、読出ゲート用チャネルおよびチャネルストップ領域の配置を概略的に示す平面図である。
【０１４４】
図１１〜図１３に示した構成要素のうちで図６または図７に示した構成要素と機能上共通するものについては、図６または図７で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【０１４５】
ただし、電荷蓄積領域、埋込層、高不純物濃度領域、低不純物濃度領域およびフォトダイオードについては、図６または図７で用いた参照符号に４０を加えた新たな参照符号を付してある。
【０１４６】
また、図１３においては、図面を解りやすくするために、チャネルストップ領域５および低不純物濃度領域４２ｂ2 にハッチングを付してある。
【０１４７】
本実施例による固体撮像装置４０は、下記(1）〜(9) の点で、第２の実施例による固体撮像装置３０ａと異なる。
(1) 個々のフォトダイオードの平面視上の形状がほぼ六角形であり、個々の電荷蓄積領域４２ａの平面視上の形状もほぼ六角形である。
(2) フォトダイオード４２の各々が画素ずらし配置されている。
(3) 電荷転送用チャネル３ａの各々が、対応する電荷蓄積領域列に沿ってその左側を蛇行しつつ、電荷蓄積領域列方向Ｄに延在する。
(4) 個々の読出ゲート用チャネル４ａが、対応する電荷蓄積領域４２ａにおける平面視上の左斜め下の辺に沿って延在する。
(5) 電荷蓄積領域４２ａと読出ゲート用チャネル４ａとの隣接箇所を除いて、チャネルストップ領域５が電荷蓄積領域４２ａを平面視上取り囲んでいる。
(6) 埋込層４２ｂ中の低不純物濃度領域４２ｂ2 が、平面視上、高不純物濃度領域４２ｂ1 を取り囲んでいる。
(7) チャネルストップ領域５と低不純物濃度領域４２ｂ2 とが、読出ゲート用チャネル４ａの形成箇所およびその近傍を除き、互いに接している。
(8) 第２の実施例による固体撮像装置３０ａでの転送専用転送電極１１ｂに相当する電極を有さず、補助転送電極１１ｃ1 、１１ｃ2 、１１ｃ3 以外で垂直電荷転送路３を構成する転送電極が全て読出兼用転送電極１１ａ1 または読出兼用転送電極１１ａ2 である。
(9) 読出兼用転送電極１１ａ1 、１１ａ2 が、対応する電荷蓄積領域行（フォトダイオード行）に沿って蛇行しつつ延在する。
【０１４８】
上記(1) 〜(9) の点を除けば、固体撮像装置４０は固体撮像装置３０ａと同様の構成を有する。
【０１４９】
なお、本明細書で多数個のフォトダイオードについていう「画素ずらし配置」とは、奇数番目に当たるフォトダイオード列を構成する各フォトダイオードに対し、偶数番目に当たるフォトダイオード列を構成するフォトダイオードの各々が、フォトダイオード列内でのフォトダイオード同士のピッチの約１／２、列方向にずれ、奇数番目に当たるフォトダイオード行を構成する各フォトダイオードに対し、偶数番目に当たるフォトダイオード行を構成するフォトダイオードの各々が、フォトダイオード行内での各フォトダイオード同士のピッチの約１／２、行方向にずれ、フォトダイオード列の各々が奇数行または偶数行のフォトダイオードのみを含むようにして複数行、複数列に亘って行列状に配置された多数個のフォトダイオードの配置を意味する。
【０１５０】
「フォトダイオード列内でのフォトダイオード同士のピッチの約１／２」とは、１／２を含む他に、製造誤差、設計上もしくはマスク製作上起こる画素位置の丸め誤差等の要因によって１／２からはずれてはいるものの、得られる固体撮像装置の性能およびその画像の画質からみて実質的に１／２と同等とみなすことができる値をも含むものとする。本明細書でいう「フォトダイオード行内でのフォトダイオード同士のピッチの約１／２」についても同様である。
【０１５１】
多数個のフォトダイオードが画素ずらし配置されているということは、多数個の電荷蓄積領域が同様に配置されていることを意味する。したがって、本明細書においては、多数個の電荷蓄積領域についても「画素ずらし配置」という表現を用いる場合がある。
【０１５２】
読出兼用転送電極１１ａ1 の各々は、電荷蓄積領域行それぞれの上流側に１本ずつ形成される。読出兼用転送電極１１ａ2 の各々は、電荷蓄積領域行それぞれの下流側に１本ずつ形成される。
【０１５３】
個々の読出兼用転送電極１１ａ1 、１１ａ2 は、電荷転送用チャネル３ａの各々と平面視上交差する。１行の電荷蓄積領域行に対応して形成された読出兼用転送電極１１ａ1 、１１ａ2 は、右端（図示せず。）の電荷蓄積領域列中の各電荷蓄積領域４２ａを除き、電荷蓄積領域行中の電荷蓄積領域４２ａの各々を平面視上取り囲む。
【０１５４】
また、読出兼用転送電極１１ａ1 の各々は、水平電荷転送６から数えて偶数番目にあたる電荷蓄積領域行中の読出ゲート用チャネル４ａの各々を平面視上覆う。読出兼用転送電極１１ａ2 の各々は、水平電荷転送６から数えて奇数番目にあたる電荷蓄積領域行中の読出ゲート用チャネル４ａの各々を平面視上覆う。読出兼用転送電極１１ａ1 、１１ａ2 のうちで読出ゲート用チャネル４ａを平面視上覆う部分は、その下の読出ゲート用チャネル４ａと共に、読出ゲート４を構成する。
【０１５５】
１本の電荷転送用チャネル３ａと各読出兼用転送電極１１ａ1 、各読出兼用転送電極１１ａ2 、補助転送電極１１ｃ1 、補助転送電極１１ｃ2 または補助転送電極１１ｃ3 との平面視上の交差部は、全体として電荷蓄積領域列方向Ｄに連なって、１本の垂直電荷転送路３を構成する。
【０１５６】
図示の固体撮像装置４０においても、第２の実施例の固体撮像装置３０ａと同様に、読出兼用転送電極１１ａ1 、１１ａ2 に読出パルス（例えば１５Ｖ）を印加したときでも埋込層４２ｂの電位を約０Ｖに容易に維持することができる。読出パルスは駆動信号φＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４のいずれにも含まれる。
【０１５７】
また、第２の実施例の固体撮像装置３０ａにおける理由と同様の理由から、残像のノイズの発生を防止することができる。
【０１５８】
さらに、第２の実施例による固体撮像装置３０ａにおける理由と同様の理由から、読出兼用転送電極１１ａ1 、１１ａ2 に読出パルス（例えば１５Ｖ）を印加したときに電荷転送用チャネル３ａとこれに隣接するチャネルストップ領域５とのｐｎ接合がブレークダウンしてしまうことを防止することができる。ノイズの発生を抑制することが可能になる。
【０１５９】
読出パルスの電圧が１５Ｖ程度で、電荷蓄積領域４２ａおよび高不純物濃度領域４２ｂ1 における不純物濃度がそれぞれ第２の実施例の固体撮像装置３０ａについての説明の中で述べた範囲内である場合、埋込層４２ｂと読出ゲート用チャネル４ａとの間に平面視上介在する電荷蓄積領域４２ａの幅は、第２の実施例による固体撮像装置３０ａにおける該当箇所の幅と同様に、概ね０．３〜１．５μｍの範囲内で適宜選定可能である。
【０１６０】
また、チャネルストップ領域５と接する箇所での低不純物濃度領域４２ｂ2 の幅は、概ね０．１〜０．４μｍの範囲内で適宜選定可能である。
【０１６１】
ここで、本明細書でいう「チャネルストップ領域と接する箇所での低不純物濃度領域の幅」とは、低不純物濃度領域が接している箇所でのチャネルストップ領域の延在方向に対して平面視上直交する方向について求めた低不純物濃度領域の幅を意味する。本実施例による固体撮像装置４０におけるように、電荷蓄積領域列に沿ってチャネルストップ領域が蛇行しつつ延在する場合には、該当する「低不純物濃度領域の幅」を求めるうえで基準となる「チャネルストップ領域の延在方向」が複数ある場合もある。
【０１６２】
次に、第５の実施例による固体撮像装置について、図１４および図１５を用いて説明する。
【０１６３】
図１４は、本実施例による固体撮像装置４５における幾つかのフォトダイオードとその周辺を概略的に示す平面図である。
【０１６４】
図１５は、固体撮像装置４５におけるフォトダイオード、電荷転送用チャネル、読出ゲート用チャネルおよびチャネルストップ領域の配置を概略的に示す平面図である。
【０１６５】
図１４または図１５に示した構成要素のうちで図１１〜図１３に示した構成要素と機能上共通するものについては、図１１〜図１３で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【０１６６】
図１４においては、チャネルストップ領域５の極く一部のみが示されている。
図１５においては、図面を解りやすくするために、チャネルストップ領域５および低不純物濃度領域４２ｂ2 にハッチングを付してある。
【０１６７】
本実施例による固体撮像装置４５は、下記(1）〜(7) の点で、第４の実施例による固体撮像装置４０と大きく異なる。
(1) 個々のフォトダイオードの平面視上の形状がほぼ八角形であり、個々の電荷蓄積領域４２ａの平面視上の形状もほぼ八角形である。
(2) 電荷転送用チャネル３ａの各々が、対応する電荷蓄積領域列に沿ってその右側を蛇行しつつ、電荷蓄積領域列方向Ｄに延在する。
(3) 電荷蓄積領域４２ａとこれに対応する電荷転送用チャネル３ａとの間に半導体ウエル領域１ｂの一領域が介在し、この一領域のうちで電荷蓄積領域４２ａにおける平面視上の右斜め下の辺に沿って延在する部分およびその近傍が、読み第ゲート用チャネルとして機能する。半導体ウエル領域１ｂの上記一領域は、電荷蓄積領域４２ａの上流側および下流側において、チャネルストップ領域５に平面視上接する。
(4) 列方向中心線ＣＬを基準線としたときに、電荷蓄積領域列の各々に対応するチャネルストップ領域５が、この電荷蓄積領域列に対応する電荷転送用チャネル３ａとは反対の側において電荷蓄積領域列に沿って延在する。ただし、電荷蓄積領域列方向Ｄに沿って相隣る２個の電荷蓄積領域４２ａ同士の間においては、列方向中心線ＣＬよりも更に図１５での右側に張り出して、これらの電荷蓄積領域４２ａに対応する電荷転送用チャネル３ａと接する。
(5) 高不純物濃度領域４２ｂ1 が、電荷蓄積領域４２ａにおける平面視上の左斜め上の辺中の一領域に沿ってチャネルストップ領域５に接し、この箇所を除いて、低不純物濃度領域４２ｂ2 が高不純物濃度領域４２ｂ1 を平面視上取り囲んでいる。
(6) 読出ゲート用チャネルに隣接する箇所およびその近傍に加えて、フォトダイオード４２における平面視上の左斜め下の辺および左の辺それぞれに沿ってその内側に、埋込層４２ｂに覆われないままの電荷蓄積領域４２ａが存在する。
(7) １行のフォトダイオード行あたり、１本の読出兼用転送電極１１ａと１本の転送専用転送電極１１ｂとが配設されている。読出兼用転送電極１１ａの各々は、対応するフォトダイオード行の下流側をこのフォトダイオード行に沿って蛇行しつつ延在する。転送専用転送電極１１ｂの各々は、対応するフォトダイオード行の上流側をこのフォトダイオード行に沿って蛇行しつつ延在する。
【０１６８】
上記(1) 〜(7) の点を除けば、固体撮像装置４５は固体撮像装置４０と同様の構成を有する。
【０１６９】
個々の読出兼用転送電極１１ａおよび個々の転送専用転送電極１１ｂは、電荷転送用チャネル３ａの各々と平面視上交差する。１行の電荷蓄積領域行に対応して形成された読出兼用転送電極１１ａと転送専用転送電極１１ｂとは、右端（図示せず。）の電荷蓄積領域列中の各電荷蓄積領域４２ａを除き、電荷蓄積領域行中の電荷蓄積領域４２ａの各々を平面視上取り囲む。
【０１７０】
また、読出兼用転送電極１１ａの各々は、対応する電荷蓄積領域行中の読出ゲート用チャネルの各々を平面視上覆う。読出兼用転送電極１１ａのうちで読出ゲート用チャネルを平面視上覆う部分は、その下の読出ゲート用チャネルと共に、読出ゲート４を構成する。
【０１７１】
１本の電荷転送用チャネル３ａと各転送専用転送電極１１ｂ、各読出兼用転送電極１１ａおよび図示を省略した各補助転送電極１１ｃ1 、１１ｃ2 、１１ｃ3 との平面視上の交差部は、全体として電荷蓄積領域列方向Ｄに連なって、１本の垂直電荷転送路３を構成する。
【０１７２】
図示の固体撮像装置４５においても、第２の実施例の固体撮像装置３０ａと同様に、読出兼用転送電極１１ａに読出パルス（例えば１５Ｖ）を印加したときでも埋込層４２ｂの電位を約０Ｖに容易に維持することができる。読出パルスは読出兼用転送電極１１ａの各々に供給される。
【０１７３】
また、第２の実施例の固体撮像装置３０ａにおける理由と同様の理由から、残像のノイズの発生を防止することができる。
【０１７４】
さらに、第２の実施例による固体撮像装置３０ａにおける理由と同様の理由から、読出兼用転送電極１１ａに読出パルス（例えば１５Ｖ）を印加したときに電荷転送用チャネル３ａとこれに隣接するチャネルストップ領域５とのｐｎ接合がブレークダウンしてしまうことを防止することができる。ノイズの発生を抑制することが可能になる。
【０１７５】
読出パルスの電圧が１５Ｖ程度で、電荷蓄積領域４２ａおよび高不純物濃度領域４２ｂ1 における不純物濃度がそれぞれ第２の実施例の固体撮像装置３０ａについての説明の中で述べた範囲内である場合、埋込層４２ｂと読出ゲート用チャネルとの間に平面視上介在する電荷蓄積領域４２ａの幅は、第２の実施例による固体撮像装置３０ａにおける該当箇所の幅と同様に、概ね０．３〜１．５μｍの範囲内で適宜選定可能である。
【０１７６】
同様に、埋込層４２ｂとこれに対応するチャネルストップ領域５との間に平面視上介在する電荷蓄積領域４２ａの幅は、概ね０．１〜１．０μｍの範囲内で適宜選定可能である。
【０１７７】
以上、実施例による固体撮像装置について説明したが、本発明はこれらの固体撮像装置に限定されるものではない。
【０１７８】
白黒撮像用の固体撮像装置では、カラーフィルタが省略されるか、または、緑や青等の単色のカラーフィルタが設けられる。
【０１７９】
フォトダイオード等が形成される半導体基板は、ｎ型半導体基板の一表面側にｐ型半導体ウエル領域を形成したものの他、ｎ型半導体基板の一表面上にｐ- 型半導体のエピタキシャル成長層を形成したもの等であってもよい。さらには、電気絶縁性基板の表面に所望の導電型の半導体層を形成し、この半導体層に所望の導電型の不純物領域を形成するか、この半導体層上に所望の導電型の半導体からなるエピタキシャル成長層を形成したもの等であってもよい。
【０１８０】
本明細書においては、半導体以外の材料からなる基板の一面にフォトダイオード、電荷転送用チャネル等を形成するための半導体層を設けたものも、「半導体基板」に含まれるものとする。
【０１８１】
実施例による各固体撮像装置は、電子を電荷として転送するタイプのものであるが、ホールを電荷として転送するタイプの固体撮像装置を構成することも可能である。その場合は、各領域の導電型をｐ型とｎ型とで逆にすればよい。
【０１８２】
フォトダイオード（電荷蓄積領域）の平面視上の形状は、矩形（菱形を含む。）、全ての内角が鈍角となっている五角形以上の多角形、内角に鋭角と鈍角とが含まれる五角形以上の多角形、これらの角部に丸みを付けた形状等、適宜選択可能である。
【０１８３】
垂直電荷転送路を構成する電荷転送用チャネルの平面視上の形状は、個々のフォトダイオードの平面視上の形状、個々のフォトダイオードの配設仕様、目的とする固体撮像装置の性能等に応じて適宜選択可能である。
【０１８４】
同様の観点から、読出兼用転送電極、転送専用転送電極および補助転送電極の平面視上の形状も、適宜選択可能である。
【０１８５】
多数個のフォトダイオードあるいは多数個の電荷蓄積領域を画素ずらし配置する場合でも、電荷転送用チャネルを直線状に形成することができる。
【０１８６】
フォトダイオードを構成する埋込層中の高不純物濃度領域の平面視上の形状は、電荷蓄積領の平面視上の形状、読出兼用転送電極の平面視上の形状、チャネルストップ領域の平面視上の形状等に応じて適宜選定可能である。このとき、残像のノイズの発生を抑制することができ、かつ、電荷転送用チャネルとチャネルストップ領域とのｐｎ接合がブレークダウンすることも抑制することができるように、高不純物濃度領域の平面視上の形状が選定される。
【０１８７】
ここで問題とするｐｎ接合は、例えばエリア・センサ用の固体撮像装置においては、次のｐｎ接合である。すなわち、ある１列の電荷蓄積領域列を「電荷蓄積領域列Ａ」、この電荷蓄積領域列Ａに対応する電荷転送用チャネルを「チャネルＡ」、電荷蓄積領域列Ａの隣の電荷蓄積領域列を「電荷蓄積領域列Ｂ」、この電荷蓄積領域列Ｂに対応し、かつチャネルＡに隣接するチャネルストップ領域を「チャネルストップＢ」としたときの、チャネルＡとチャネルストップＢとのｐｎ接合であって、その上に絶縁膜を介しただけで読出兼用転送電極が配設されている箇所のｐｎ接合である。
【０１８８】
電荷蓄積領域それぞれの上に埋込層を形成する際に、例えば熱拡散によってチャネルストップＢの表層にまで達してくるｐ型不純物の量を減らせば、問題としているｐｎ接合のブレークダウンを抑制することができる。あるいは、ｐ型不純物が熱拡散によってチャネルストップＢの表層にまで達することを阻止すれば、問題としているｐｎ接合のブレークダウンを抑制することができる。
【０１８９】
そのためには、電荷蓄積領の平面視上の形状、読出兼用転送電極の平面視上の形状、チャネルストップ領域の平面視上の形状等に応じて、電荷蓄積領域上の所定箇所に高不純物濃度領域を形成する。高不純物濃度領域は、例えば、平面視上の形状が格子状となるように形成することもできる。
【０１９０】
高不純物濃度領域の周囲に低不純物濃度領域を形成する場合、この低不純物濃度領域は、埋込層を形成する際の熱処理に伴って必然的に起こる熱拡散で形成されたものであってもよいし、イオン注入等の方法によって意図的に形成されたものであってもよい。低不純物濃度領域を意図的に形成する場合、この低不純物濃度領域における不純物濃度は、ほぼ一定であってもよいし、高不純物濃度領域から離れるに従って徐々に、または段階的に低下していてもよい。
【０１９１】
なお、半導体基板上に複数の電荷蓄積領域列を並列に形成した場合、右端および左端のいずれか一方の電荷蓄積領域列に対しては、上記のチャネルストップＢに相当するチャネルストップが存在しない場合もある。チャネルストップＢに相当するチャネルストップが存在しない電荷蓄積領域列については、この電荷蓄積領域列を構成する電荷蓄積領域それぞれの上に、上述したブレークダウンの抑制を考慮することなく、埋込層を形成することも可能である。
【０１９２】
実施例による固体撮像装置の各々は、いずれも、エリア・センサとして利用することができるものであるが、電荷蓄積領域列の数を１〜４程度とすれば、ライン・センサ（リニア・イメージセンサ）として利用することも可能である。その場合、水平電荷転送路を省略して、垂直電荷転送路の下流端に出力アンプを接続することが可能である。この場合の垂直電荷転送路は、２相駆動型のＣＣＤによって構成することもできる。
【０１９３】
また、ライン・センサとして利用する場合には、遮光膜やマイクロレンズをも省略することが可能である。
【０１９４】
実施例による固体撮像装置の各々において配設されていた補助転送電極は、省略することも可能である。最も下流のフォトダイオード行と水平電荷転送路との間に、１フレーム分の電荷を蓄積することができるＣＣＤ蓄積部を設けることもできる。
【０１９５】
垂直電荷転送路の駆動は、４相駆動の他、３相駆動、８相駆動等、適宜変更可能である。また、走査方法も、インターレース走査、プログレッシブ走査、１／４間引き走査等、適宜選択可能である。
【０１９６】
適用する走査方法あるいは駆動方法に伴って、１行の電荷蓄積領域行あたり必要となる転送電極の数が例えば２〜４本と異なってくる。したがって、１行の電荷蓄積領域行行あたり配設すべき転送電極の本数は、電荷蓄積領域行の配置仕様や垂直電荷転送路の駆動方法等に応じて適宜変更可能である。
【０１９７】
第１の実施例による固体撮像装置と第２の実施例による固体撮像装置との対比から明らかなように、読出兼用転送電極と転送専用転送電極とは、１行の電荷蓄積領域行に対してどちらをも上流側に形成することができる。読出兼用転送電極を電荷蓄積領域行の上流側に形成する場合、最も上流の電荷蓄積領域行に対応する読出兼用転送電極については、必要に応じて、その下にダミー電極を形成することができる。ダミー電極の表面に絶縁膜を形成し、その上に読出兼用転送電極を形成することにより、この読出兼用転送電極と半導体基板１とを十分に絶縁させることができる。その結果として、読出兼用転送電極に読出パルス（例えば１５Ｖ）を印加したときでも、埋込層の電位を約０Ｖに容易に維持することができる。同様のことが、第４の実施例による固体撮像装置およびこの固体撮像装置と同様の転送電極構造を有する固体撮像装置についてもいえる。
【０１９８】
縦型オーバーフロードレイン構造を付設することもできる。これに伴って、電子シャッタ機能を付与することができる。縦型オーバーフロードレイン構造を付設するためには、例えば、ｐ型半導体ウエル領域とその下のｎ型半導体基板とに逆バイアスを印加できる構造を付加する。縦型オーバーフロードレイン構造に代えて横型オーバーフロードレイン構造を付設してもよい。縦型または横型のオーバーフロードレイン構造を付設することにより、ブルーミングを抑制することが容易になる。
【０１９９】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能であることは当業者に自明であろう。
【０２００】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、フォトダイオードを利用した固体撮像装置におけるノイズの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例による固体撮像装置を模式的に示す平面図である。
【図２】第１の実施例による固体撮像装置の製造工程を示す基板断面図である。
【図３】図２に示した製造工程に続く製造工程を示す基板断面図である。
【図４】第１の実施例による固体撮像装置を製造する過程で埋込層を形成し終えた後の半導体基板を上から見た基板平面図である。
【図５】第１の実施例による固体撮像装置を概略的に示す断面図およびポテンシャル図である。
【図６】第２の実施例による固体撮像装置におけるフォトダイオード、垂直電荷転送路、水平電荷転送路および出力アンプの配置を概略的に示す部分平面図である。
【図７】第２の実施例による固体撮像装置における幾つかのフォトダイオードとその周辺を拡大して概略的に示す平面図である。
【図８】第２の実施例による固体撮像装置におけるフォトダイオード、電荷転送用チャネル、読出ゲート用チャネルおよびチャネルストップ領域の配置を概略的に示す平面図である。
【図９】第３の実施例による固体撮像装置を概略的に示す断面図である。
【図１０】第３の実施例による固体撮像装置におけるフォトダイオード、電荷転送用チャネル、読出ゲート用チャネルおよびチャネルストップ領域の配置を概略的に示す平面図である。
【図１１】第４の実施例による固体撮像装置におけるフォトダイオード、垂直電荷転送路、水平電荷転送路および出力アンプの配置を概略的に示す部分平面図である。
【図１２】第４の実施例による固体撮像装置における幾つかのフォトダイオードとその周辺を概略的に示す平面図である。
【図１３】第４の実施例による固体撮像装置におけるフォトダイオード、電荷転送用チャネル、読出ゲート用チャネルおよびチャネルストップ領域の配置を概略的に示す平面図である。
【図１４】第５の実施例による固体撮像装置における幾つかのフォトダイオードとその周辺を概略的に示す平面図である。
【図１５】第５の実施例による固体撮像装置におけるフォトダイオード、電荷転送用チャネル、読出ゲート用チャネルおよびチャネルストップ領域の配置を概略的に示す平面図である。
【図１６】従来技術による固体撮像装置を概略的に示す断面図およびポテンシャル図である。
【符号の説明】
１…半導体基板、 ２、３２、４２…フォトダイオード、 ２ａ、３２ａ、４２ａ…電荷蓄積領域、 ２ｂ、３２ｂ、４２ｂ…埋込層、 ２ｂ1 、３２ｂ1 、４２ｂ1 …高不純物濃度領域、 ２ｂ2 、３２ｂ2 、４２ｂ2 …低不純物濃度領域、 ３…垂直電荷転送路、 ４…読出ゲート、 ４ａ…読出ゲート用チャネル、 ５…チャネルストップ領域、 ６…水平電荷転送路、 ７…出力アンプ、 １１ａ、１１ａ1 、１１ａ2 …読出兼用転送電極、 １１ｂ…転送専用転送電極、 ３０、３０ａ、３５、４０、４５…固体撮像装置。
Claims (20)
- 一表面側に半導体ウエル領域が形成された半導体基板と、
前記半導体ウエル領域に形成された複数の電荷蓄積領域によって構成される電荷蓄積領域列であって、前記電荷蓄積領域の各々が前記半導体ウエル領域とは逆の導電型を有する電荷蓄積領域列と、
前記電荷蓄積領域列に近接して前記半導体ウエル領域に形成された電荷転送用チャネルであって、前記半導体ウエル領域とは逆の導電型を有し、前記電荷蓄積領域列に沿って延在する電荷転送用チャネルと、
前記電荷蓄積領域の各々に１個ずつ対応して前記半導体ウエル領域に形成された読出ゲート用チャネルであって、各々が、前記半導体ウエル領域と同じ導電型を有すると共に、対応する電荷蓄積領域と前記電荷転送用チャネルとに隣接する読出ゲート用チャネルと、
前記半導体ウエル領域に形成されたチャネルストップ領域であって、前記半導体ウエルと同じ導電型かつより高い不純物濃度を有し、少なくとも、前記電荷蓄積領域列の列方向中心線を基準線としたときに前記電荷転送用チャネルとは反対の側において該電荷蓄積領域列に沿って延在するチャネルストップ領域と、
前記読出ゲート用チャネルからは離れ、前記チャネルストップ領域とは電気的に接続されつつ前記電荷蓄積領域それぞれの上に１つずつ形成されて該電荷蓄積領域と共に１個のフォトダイオードを構成する埋込層であって、各々が前記半導体ウエル領域と同じ導電型の高不純物濃度領域を含み、該高不純物濃度領域における不純物濃度がほぼ一定で、かつ、前記チャネルストップ領域における不純物濃度よりも高く、前記列方向中心線を基準線としたときに前記電荷転送用チャネルとは反対の側に位置する少なくとも一領域において前記高不純物濃度領域が前記チャネルストップ領域から離れている埋込層と
を有する固体撮像装置。 - 前記チャネルストップ領域が、前記電荷蓄積領域列方向に沿って相隣る２個の電荷蓄積領域同士の間において前記電荷蓄積領域列方向と交差する方向に延在し、前記電荷転送用チャネルにまで達する請求項１に記載の固体撮像装置。
- さらに前記埋め込み層の各々が含む前記半導体ウエル領域と同じ導電型の高不純物濃度領域がチャネルストップ領域から離れている前記一領域に形成され、前記半導体ウエル領域と同じ導電型を有する低不純物濃度領域であって、前記高不純物濃度領域での不純物濃度より低い不純物濃度を有し、前記高不純物濃度領域に連なって該高不純物濃度領域よりも前記チャネルストップ領域側に延在する低不純物濃度領域を有する請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置。
- 前記低不純物濃度領域での不純物濃度が、前記高不純物濃度領域から離れるに従って低下する請求項３に記載の固体撮像装置。
- 削除
- 前記低不純物濃度領域が前記チャネルストップ領域と接する請求項３〜請求項５のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 高不純物濃度領域がチャネルストップ領域から離れている前記一領域において、前記高不純物濃度領域と前記チャネルストップ領域との間に、平面視上、前記電荷蓄積領域が介在する請求項１〜請求項６のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記電荷蓄積領域と前記チャネルストップ領域との間に、前記半導体ウエル領域が介在する請求項１〜請求項７のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記高不純物濃度領域における不純物濃度が１×１０18／ｃｍ3以上１×１０20／ｃｍ3未満である請求項１〜請求項８のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記チャネルストップ領域における不純物濃度が１×１０16／ｃｍ3以上１×１０18／ｃｍ3未満である請求項１〜請求項９のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記半導体ウエル領域における不純物濃度が１×１０15／ｃｍ3以上１×１０17／ｃｍ3未満である請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記電荷蓄積領域における不純物濃度が１×１０ 16 ／ｃｍ 3 以上１×１０17／ｃｍ3未満で、かつ、前記半導体ウエル領域における不純物濃度よりも高い請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記電荷蓄積領域列とこれに対応する前記電荷転送用チャネル、前記各読出ゲート用チャネル、前記チャネルストップ領域および前記各埋込層が１つのユニットを構成し、該ユニットと、各々が前記ユニットと同じ構成を有する複数のユニットとが前記半導体ウエル領域に並列に形成されている請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 一表面側に半導体ウエル領域が形成された半導体基板と、
前記半導体ウエル領域に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の電荷蓄積領域であって、各々が前記半導体ウエル領域とは逆の導電型を有する多数個の電荷蓄積領域と、
電荷蓄積領域列の各々に１本ずつ、該電荷蓄積領域列に近接して前記半導体ウエル領域に形成された電荷転送用チャネルであって、前記半導体ウエル領域とは逆の導電型を有し、対応する電荷蓄積領域列に沿って延在する電荷転送用チャネルと、
前記電荷蓄積領域の各々に１個ずつ対応して前記半導体ウエル領域に形成された読出ゲート用チャネルであって、各々が前記半導体ウエル領域と同じ導電型を有し、対応する電荷蓄積領域に隣接すると共に、該電荷蓄積領域に対応する電荷転送用チャネルとも隣接する読出ゲート用チャネルと、
前記半導体ウエル領域に形成され、該半導体ウエルと同じ導電型かつより高い不純物濃度を有する１または複数のチャネルストップ領域であって、前記電荷蓄積領域列毎に該電荷蓄積領域列に沿って延在する一領域を含み、該一領域が、前記電荷蓄積領域列に対応する電荷転送用チャネルとはこの電荷蓄積領域列の列方向中心線を基準線としたときの反対の側に延在するチャネルストップ領域と、
前記半導体基板上に電気的絶縁膜を介して形成された多数本の読出兼用転送電極および転送専用転送電極であって、前記読出兼用転送電極の各々が、電荷蓄積領域行の各々に１本ずつ形成されて該電荷蓄積領域行に沿って延在すると共に該電荷蓄積領域行中の各電荷蓄積領域に対応する読出ゲート用チャネルの各々を平面視上覆い、前記転送専用転送電極の各々が、前記電荷蓄積領域行の各々に少なくとも１本ずつ形成されて該電荷蓄積領域行に沿って延在し、１行の電荷蓄積領域行に対応して形成された前記読出兼用転送電極と前記転送専用転送電極とが、該電荷蓄積領域行中の電荷蓄積領域の各々を平面視上取り囲む多数本の読出兼用転送電極および転送専用転送電極と、
前記読出ゲート用チャネルからは離れ、前記チャネルストップ領域とは電気的に接続されつつ前記電荷蓄積領域それぞれの上に１つずつ形成されて該電荷蓄積領域と共に１個のフォトダイオードを構成する埋込層であって、各々が前記半導体ウエル領域と同じ導電型の高不純物濃度領域を含み、該高不純物濃度領域における不純物濃度がほぼ一定で、かつ、前記チャネルストップ領域における不純物濃度よりも高く、該高不純物濃度領域がその下の前記電荷蓄積領域に対応している読出兼用転送電極から平面視上離隔して形成されている埋込層と
を有する固体撮像装置。 - さらに、前記高不純物濃度領域と前記読出兼用転送電極との平面視上の間に形成され、前記半導体ウエル領域と同じ導電型を有する低不純物濃度領域であって、前記高不純物濃度領域での不純物濃度よりも低い不純物濃度を有し、前記高不純物濃度領域に連なる低不純物濃度領域を有する請求項１４に記載の固体撮像装置。
- 前記高不純物濃度領域と前記読出兼用転送電極との平面視上の間において、前記高不純物濃度領域と前記チャネルストップ領域との間に、平面視上、前記電荷蓄積領域が介在する請求項１４または請求項１５に記載の固体撮像装置。
- 前記電荷蓄積領域と前記チャネルストップ領域との間に、前記半導体ウエル領域が介在する請求項１４〜請求項１６のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 一表面側に半導体ウエル領域が形成された半導体基板と、
前記半導体ウエル領域に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の電荷蓄積領域であって、各々が前記半導体ウエル領域とは逆の導電型を有する多数個の電荷蓄積領域と、
電荷蓄積領域列の各々に１本ずつ、該電荷蓄積領域列に近接して前記半導体ウエル領域に形成された電荷転送用チャネルであって、前記半導体ウエル領域とは逆の導電型を有し、対応する電荷蓄積領域列に沿って延在する電荷転送用チャネルと、
前記電荷蓄積領域の各々に１個ずつ対応して前記半導体ウエル領域に形成された読出ゲート用チャネルであって、各々が前記半導体ウエル領域と同じ導電型を有し、対応する電荷蓄積領域に隣接すると共に、該電荷蓄積領域に対応する電荷転送用チャネルとも隣接する読出ゲート用チャネルと、
前記半導体ウエル領域に形成され、該半導体ウエルと同じ導電型かつより高い不純物濃度を有する１または複数のチャネルストップ領域であって、前記電荷蓄積領域列毎に該電荷蓄積領域列に沿って延在する一領域を含み、該一領域が、前記電荷蓄積領域列に対応する電荷転送用チャネルとはこの電荷蓄積領域列の列方向中心線を基準線としたときの反対の側に延在するチャネルストップ領域と、
前記半導体基板上に電気的絶縁膜を介して形成された多数本の読出兼用転送電極であって、前記電荷蓄積領域行の各々に対してその直ぐ上流側を該電荷蓄積領域行に沿って延在する第１の読出兼用転送電極と、
前記電荷蓄積領域行の各々に対してその直ぐ下流側を該電荷蓄積領域行に沿って延在する第２の読出兼用転送電極とを含み、１行の電荷蓄積領域行に対応して形成された前記第１の読出兼用転送電極と前記第２の読出兼用転送電極とが、該電荷蓄積領域行中の電荷蓄積領域の各々を平面視上取り囲む多数本の読出兼用転送電極と、
前記読出ゲート用チャネルからは離れ、前記チャネルストップ領域とは電気的に接続されつつ前記電荷蓄積領域それぞれの上に１つずつ形成されて該電荷蓄積領域と共に１個のフォトダイオードを構成する埋込層であって、各々が前記半導体ウエル領域と同じ導電型の高不純物濃度領域を含み、該高不純物濃度領域における不純物濃度がほぼ一定で、かつ、前記チャネルストップ領域における不純物濃度よりも高く、該高不純物濃度領域がその下の前記電荷蓄積領域を平面視上取り囲む第１の読出兼用転送電極および第２の読出兼用転送電極のいずれからも平面視上離隔して形成されている埋込層と
を有する固体撮像装置。 - さらに、前記高不純物濃度領域の平面視上の周囲に形成され、前記半導体ウエル領域と同じ導電型を有する低不純物濃度領域であって、前記高不純物濃度領域での不純物濃度よりも低い不純物濃度を有し、前記高不純物濃度領域に連なると共に前記チャネルストップ領域にも連なる低不純物濃度領域を有する請求項１８に記載の固体撮像装置。
- 前記低不純物濃度領域での不純物濃度が、前記高不純物濃度領域から離れるに従って低下する請求項１９に記載の固体撮像装置。
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