JP3695748B2

JP3695748B2 - 固体撮像装置並びにその製造方法および駆動方法

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Publication number: JP3695748B2
Application number: JP2002141884A
Authority: JP
Inventors: 徹山田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2022-05-16
Also published as: JP2003037262A

Description

【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１０３、Ｎ型転送チャネル領域１０４、Ｐ型読み出し領域１０５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１０５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１１３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１０７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】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
前記目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、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、前記導電性遮光膜に所定の電圧を印加するための電圧印加手段を備え、前記電圧印加手段から前記導電性遮光膜に一の極性の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導電型蓄積領域が形成されることを特徴とする。
【００２２】
この前記蓄積領域の深さは、通常は、０．１μｍ以下で形成される。
【００２３】
また、前記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１０¹⁶〜１０¹⁹ｃｍ^-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、本発明の駆動方法は、前記本発明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、前記電圧印加手段から前記導電性遮光膜に一の極性の電圧を印加し、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、前記電圧印加手段から前記導電性遮光膜に０Ｖまたは前記一の極性と逆極性の電圧を印加することを特徴とする。
【００２６】
次に、本発明の製造方法は、前記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１０¹⁷〜１０¹⁸ｃｍ^-3の不純物拡散領域で構成することができる。
【００３１】
【００３２】
【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の参考形態）
図１は、本発明の第１の参考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３４１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３０２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３１０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３１６が設けられている。図示のように、導電性遮光膜３１５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３２１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３１５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、本参考形態においては、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】
本参考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⁺⁺型蓄積領域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⁺⁺型蓄積領域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⁺⁺型蓄積領域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⁺⁺型蓄積領域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、本参考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３０３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ＶＬ’（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ＶＬ’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⁺⁺型蓄積領域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３０３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⁺⁺型蓄積領域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３１１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３１５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、本参考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、本参考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、本参考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⁺⁺型蓄積領域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⁺⁺型蓄積領域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３２２による表面拡散電流３２３が、転送チャネル領域３０４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⁺⁺型蓄積領域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３２２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⁺⁺型蓄積領域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、本参考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⁺⁺型蓄積領域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⁺⁺型蓄積領域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⁺⁺型蓄積領域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⁺⁺型蓄積領域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３１４から不純物イオン（正イオン）がＰ⁺⁺型蓄積領域３２９に拡散してきたとしても、Ｐ⁺⁺型蓄積領域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⁺⁺型蓄積領域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、本参考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、本参考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の参考形態）
本参考形態に係る固体撮像装置においては、第１の参考形態と同様に、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の参考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】
本参考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の参考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の参考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】
本参考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０．０１〜０．０５μｍ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の参考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】
本参考形態においても、前述したような、第１の参考形態と同様の効果を達成することができる。更に、本参考形態によれば、第１の参考形態に比べて、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３１１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１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の参考形態と同様に、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１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４０２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１０¹⁵〜１０¹⁸ｃｍ^-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４０３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４１５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１０〜３００ｎｍ、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４０３と導電性遮光膜４１５との間に、第２層間絶縁膜４１４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４１６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４１８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。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⁺⁺型蓄積領域４２９を形成することができ、このＰ⁺⁺型蓄積領域４２９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⁺⁺型蓄積領域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⁺⁺型蓄積領域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の参考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⁺⁺型蓄積領域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⁺⁺型蓄積領域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４２２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⁺⁺型蓄積領域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⁺⁺型蓄積領域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⁺⁺型蓄積領域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⁺⁺型蓄積領域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４１４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の参考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４０７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４０７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、ＣＶＤ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の参考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４０６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５〜５０ｋｅＶ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⁺⁺型蓄積領域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の参考形態と同様に、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。
【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。
【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４３１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０．０１〜０．０５μｍ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の参考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の参考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の参考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の参考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の参考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の参考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の参考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の参考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の参考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の参考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１７】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１８】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１９】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、４０１Ｎ^-型シリコン基板
１０２、３０２、４０２Ｐ^-型ウェル領域
１０３、３０３、４０３Ｎ型光電変換領域
１０４、３０４、４０４Ｎ型転送チャネル領域
１０５、３０５、４０５Ｐ型読み出し領域
１０６、３０６、４０６Ｐ⁺型チャネルストップ領域
１０７、３０７、４０７Ｐ⁺⁺型正孔蓄積領域
１０８、３０８、４０８Ｐ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、４２５Ｐ⁺⁺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、４２９Ｐ⁺⁺型蓄積領域
３３０、４３０Ｐ型不純物領域
３３１、４３１Ｐ⁺⁺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

Claims

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、前記導電性遮光膜に所定の電圧を印加するための電圧印加手段を備え、
前記電圧印加手段から前記導電性遮光膜に一の極性の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導電型蓄積領域が形成されることを特徴とする固体撮像装置。
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前記信号電荷を転送するステップにおいては、前記電圧印加手段から前記導電性遮光膜に一の極性の電圧を印加し、
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、前記電圧印加手段から前記導電性遮光膜に０Ｖまたは前記一の極性と逆極性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。
請求項１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。
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３に記載の固体撮像装置の製造方法。
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３に記載の固体撮像装置の製造方法。
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３に記載の固体撮像装置の製造方法。
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３に記載の固体撮像装置の製造方法。