固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
【課題】固体撮像装置において、画素が微細化してもセルフアラインで形成でき、かつ読み出し特性の改善つまり残像の抑制と、白点発生の抑制とを両立化を図る。
【解決手段】単位画素のフォトダイオード領域に、素子分離領域を介さずに形成され且つｐｎ接合領域部（２４、２５）、（２７，２８）の不純物濃度が異なる複数のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２を有する。
【解決手段】単位画素のフォトダイオード領域に、素子分離領域を介さずに形成され且つｐｎ接合領域部（２４、２５）、（２７，２８）の不純物濃度が異なる複数のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置とその製造方法、及びこの固体撮像装置を備えたカメラ等の電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置として、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のＭＯＳ型イメージセンサに代表される増幅型固体撮像装置が知られている。また、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサに代表される電荷転送型固体撮像装置が知られている。これら固体撮像装置は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどに広く用いられている。近年、カメラ付き携帯電話やＰＤＦ（Personal Digital Assistant）などのモバイル機器に搭載される固体撮像装置としては、電源電圧が低く、消費電力の観点などからＭＯＳ型イメージセンサが多く用いられている。
【０００３】
ＭＯＳ型の固体撮像装置は、単位画素が光電変換部となるフォトダイオードと複数の画素トランジスタで形成され、この複数の単位画素が２次元アレイ状に配列された画素部（撮像領域）と、周辺回路領域を有して構成される。複数の画素トランジスタは、ＭＯＳトランジスタで形成され、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅とトランジスタの３トランジスタ、あるいは選択トランジスタを加えた４トランジスタで構成される。
【０００４】
図１４に、従来、一般的なＭＯＳ型の固体撮像装置１０１の画素１０２の電荷読み出し部分の要部を示す。画素１０２では、例えばｎ型の半導体基板１０３にｐ型の半導体ウェル領域１０４が形成される。このｐ型半導体ウェル領域１０４に光電変換部となるフォトダイオード１０５と、フォトダイオード５の信号電荷が読み出されるｎ型半導体領域によるフローティングディフージョン部１０８が形成される。このフォトダイオード１０５及びフローティングディフージョン部１０８との間にゲート絶縁膜１０９を介して転送ゲート電極１１１を形成してなる転送トランジスタＴｒ１が形成され、ここに電荷読み出し部分が構成される。
【０００５】
フォトダイオード１０５は、信号電荷を蓄積する電荷蓄積領域となるｎ型半導体領域１０６と、その表面の界面部分に形成したホールアキュミュレーション層を兼ねるｐ型半導体領域１０７とを有した埋め込み型フォトダイオードとして構成される。このｐ型半導体層１０７を以下、正孔電荷蓄積層という。正孔電荷蓄積領域１０７は、暗電流を抑制するためのもので、比較的に高濃度のｐ＋領域で形成される。電荷蓄積領域となるｎ型半導体領域１０６も比較的に高濃度のｎ＋領域で形成される。なお、ｎ型半導体領域１０６下に連続して所要深さにわたって、比較的に低濃度のｎ型半導体領域（ｎ−−領域）１１０が形成される。Ｄ１は、基板表面からｎ型半導体領域１１０の底部までの距離を示す。このｎ−−領域１１０とｎ＋領域１０６でフォトダイオード５のｎ型領域が構成される。転送トランジスタＴｒ１における転送ゲート電極１１１の側部には、２層構造の絶縁膜によるサイドウォール１１２が形成される。
【０００６】
フォトダイオード１０５では、電荷蓄積領域となるｎ型半導体領域１０６が転送ゲート電極１１１に一部重なるように形成され、正孔電荷蓄積領域１０７が転送ゲート電極１１１から少し離れたオフセット状態で形成される。これは、ｎ型半導体領域１０６に蓄積された信号電荷の読み出し特性を良好にするためである。例えば正孔電荷蓄積領域１０７を転送ゲート電極１１１に近づけて形成した場合、正孔電荷蓄積領域１０７の電位が基準電位に固定されている為、電荷読み出し時にｎ型半導体領域１０７の転送ゲート端近傍の電位が変調され難くなり、信号電荷が読み出し難くなる。すなわち、正孔電荷蓄積領域１０７がゲート電極１１１に近づくと、転送トランジスタＴｒ１のゲート電圧（読み出し電圧）Ｖｔｇが高くなり、読み出し難くなる。正孔電荷蓄積領域１０７をゲート電極１１１から離すことにより、ｎ型半導体領域１０６の転送ゲート端近傍の電位が変調して、フォトダイオード１０５の信号電荷が読み出し易くなる。
【０００７】
フォトダイオードにおいて、正孔電荷蓄積領域をゲート電極から少し離してオフセット状態で形成するようにした固体撮像装置は、特許文献１，２等において開示されている。また、電荷蓄積領域となるｎ型半導体領域を、正孔電荷蓄積領域を兼ねるｐ型半導体領域より天道ゲート部側に延長させた固体撮像装置も特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２１９２５号公報
【特許文献２】再公表Ｗ０２００３／０９６４２１号公報
【特許文献３】特開平１１−２７４４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の図１４で示すＭＯＳ型の固体撮像装置１０１においては、フォトダイオード１０５における正孔電荷蓄積領域１０７を転送ゲート電極１１１からサイドウォール１１２の距離だけ離して形成しているので、信号電荷を読み出し易くしている。すなわち、残像の発生が抑制される。しかし、正孔電荷蓄積領域１０７がオフセット状態で形成され、サイドウォール１１２直下に形成されていないため、サイドウォール１１２とシリコン表面との界面での電荷（電子）の湧き出しによる白点が発生し易くなる。つまり、残像を抑制すると、白点が発生し易くなり、白点を抑制すると残像が発生し易くなり、この残像と白点は所謂トレードオフの関係になっている。
【００１０】
従来、図１４で示す埋め込み型のフォトダイオード１０５は、セルフアラインで作られていた。先ず、転送ゲート電極１１１を形成した後に、イオン注入でｎ型半導体領域１０６を形成し、次に、サイドウォール１１２を形成した後に、正孔電荷蓄積領域１０７を形成していた。一方、チャネル領域に閾値電圧Ｖｔｈ調整用の濃度の薄いボロン注入がマスクを介して行われていた。
このボロン注入はマスクを介して行われていたため、マスクの重ね合わせずれを起こし、転送ゲート部のエッジ部近傍の不純物濃度プロファイルがばらつき、信号電荷の読み出し特性、あるいは信号電荷の保持特性のばらつきを増大させていた。
【００１１】
また、電荷蓄積領域となるｎ型半導体領域１０６の形成に際し、図１５に示すように、従来はイオン注入の飛程距離（濃度分布のピーク位置）Ｒｐの深さＤ２を、ゲート絶縁膜を含めた転送ゲート電極１１１の膜厚Ｄ３より大きく設定されていた（Ｄ２＞Ｄ３）。理由は、ｎ型半導体領域１０６を浅く形成すると表面側の正孔電荷蓄積領域１０７とオバーラップして正孔電荷蓄積領域１０７の濃度、あるいはｎ型半導体領域１０６の濃度が薄まるのを避けるべく、飛程距離Ｒｐを深くしているためである。
【００１２】
ｎ型半導体領域６を形成するときのイオン注入では、転送ゲート電極１１１に一部重なるように他部をレジストマスク１１４で被覆して行われる。上記の転送ゲート電極１１１の膜厚Ｄ３とイオン注入のＲｐの深さＤ２の関係から、ｎ型不純物１１５をセルフアラインで注入すると、ｎ型不純物１１５が転送ゲート電極１１１を突き抜けてしまう。このため、転送ゲート電極直下のチャネル表面に濃い濃度のｎ型領域が形成される。これを避けるために、図１６に示すように、転送ゲート電極１１１のパターニングで用いたレジストマスク１１６を残し、さらにその上に上記のレジストマスク１１４を形成し、二重レジスト膜を用いて，ｎ型不純物１１５をイオン注入することも行われている。
【００１３】
ところで、近年、更なる画素の微細化が進んできて、ゲート電極の膜厚が薄くなってきている。つまり、微細なパターニング加工の必要からゲート電極の膜厚が薄くなり、併せてレジスト膜厚も薄くなる。このため、上述した二重レジスト膜によるｎ型不純物のイオン注入が出来なくなり、セルフアラインによるフォトダイオードの形成ができない傾向になってきている。画素を微細化して行くと、ちょっとした寸法のずれが特性のずれになる。
【００１４】
本発明は、上述の点に鑑み、画素が微細化してもセルフアラインで形成でき、かつ読み出し特性の改善つまり残像の抑制と、白点発生の抑制とを両立できるようにした、固体撮像装置とその製造方法を提供するものである。
また、本発明は、かかる固体撮像装置を備えた電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る固体撮像装置は、単位画素のフォトダイオード領域に、素子分離領域を介さずに形成され且つｐｎ接合領域部の不純物濃度が異なる複数のフォトダイオードを有する。
【００１６】
本発明の固体撮像装置では、単位画素のフォトダイオード領域に、ｐｎ接合領域部の不純物濃度が異なる複数のフォトダイオードを有するので、転送ゲート電極側の低不純物濃度のフォトダイオードによって電界強度が緩和される。この電界強度の緩和で、転送ゲート電極に読み出し電圧を印加したとき、フォトダイオードの転送ゲート電極の端部近傍下の電位が変調し易くなり、信号電荷が読み出し易くなる。また、転送ゲート電極のサイドウォール下では、低不純物濃度のフォトダイオードのｐｎ接合を形成する一方の半導体領域により基板界面からの電荷湧き出しが抑制される。これら複数のフォトダイオードは、転送ゲート電極又は／及びサイドウォールをマスクとしたイオン注入により、セルフアラインで形成することができる。
【００１７】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、単位画素のフォトダイオードを形成すべき領域に、転送ゲート電極をマスクに不純物をイオン注入して基板表面の第２導電型半導体領域と、これより深い第１導電型半導体領域を形成する工程を有する。この工程は、埋め込み型の第２のフォトダイオードを形成する工程となる。次に、転送ゲート電極にサイドウォールを形成し、前記転送ゲート電極及びサイドウォールをマスクに不純物をイオン注入して不純物濃度を高めた、基板表面の第２導電型半導体領域と、これより深い第１導電型半導体領域を形成する工程を有する。この工程は、埋め込み型の第１のフォトダイオードを形成する工程となる。
【００１８】
本発明の固体撮像装置の製造方法では、転送ゲート電極をマスクにして不純物をイオン注入で第２のフォトダイオードを形成する。次に、転送ゲート電極の側部にサイドウォールを形成した後、サイドウォール及び転送ゲート電極をマスクにして不純物をイオン注入で第１のフォトダイオードを形成する。この工程を有することにより、サイドウォール下に低不純物濃度のｐｎ接合領域部を有する第２のフォトダイオードがセルフアラインで形成される。また、サイドウォールの端縁より外側に高不純物濃度のｐｎ接合領域部を有する第１のフォトダイオードがセルフアラインで形成される。
【００１９】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、単位画素のフォトダイオードを形成すべき領域に、素子分離領域を介さずに形成され且つｐｎ接合領域部の不純物濃度が異なる複数のフォトダイオードを形成する工程を有する。この工程では、転送ゲート電極及び／又は転送ゲート電極のサイドウォールをマスクにした、斜めイオン注入及び垂直イオン注入による複数段のイオン注入を行う。
【００２０】
本発明の固体撮像装置の製造方法では、転送ゲート電極及び／又は転送ゲート電極のサイドウォールをマスクにした、斜めイオン注入及び垂直イオン注入による複数段のイオン注入を行う。この工程を有することにより、-転送ゲート電極下の一部、サイドウォール下及びサイドウォールの外側を含む領域にわたり、転送ゲート電極側に向かって不純物濃度が低くなる複数のフォトダイオードがセルフアラインで形成される。
【００２１】
本発明に係る電子機器は、 固体撮像装置と、固体撮像装置のフォトダイオードに入射光を導く光学系と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備える。固体撮像装置は、単位画素のフォトダイオード領域に、素子分離領域を介さずに形成され且つｐｎ接合領域部の不純物濃度が異なる複数のフォトダイオードを有する。
【００２２】
本発明の電子機器では、上記本発明の固体撮像装置を備えるので、フォトダイオードからの信号電荷の読み出しが容易になり、白点の発生が抑制される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る固体撮像装置によれば、画素が微細化してもセルフアラインで形成でき、かつ読み出し特性の改善つまり残像の抑制と、白点発生の抑制とを両立した、固体撮像装置を提供することができる。
【００２４】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法によれば、画素が微細化してもセルフアラインで形成でき、かつ読み出し特性の改善つまり残像の抑制と、白点発生の抑制とを両立した、固体撮像装置を製造することができる。
【００２５】
本発明に係る電子機器によれば、本発明の固体撮像装置を備えることにより、残像と白点発生の抑制を両立させることができる。従って、高品質の電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の各実施の形態に適用される固体撮像装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る固体撮像装置の第１実施の形態を示す要部の概略断面図である。
【図３】Ａ〜Ｃ 第１実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図（その１）である。
【図４】第１実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図（その２）である。
【図５】本発明に係る固体撮像装置の第２実施の形態を示す要部の概略断面図である。
【図６】本発明に係る固体撮像装置の第３実施の形態を示す要部の概略断面図である。
【図７】本発明に係る固体撮像装置の第４実施の形態を示す要部の概略断面図である。
【図８】Ａ〜Ｃ 第４実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図（その１）である。
【図９】Ｄ〜Ｅ 第４実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図（その２）である。
【図１０】本発明に係る固体撮像装置の第５実施の形態を示す要部の概略断面図である。
【図１１】本発明に係る固体撮像装置の第６実施の形態を示す要部の概略断面図である。
【図１２】本発明に係る固体撮像装置の第７実施の形態を示す要部の概略断面図である。
【図１３】本発明の第８実施の形態に係る電子機器の概略構成図である。
【図１４】従来の固体撮像素子の例を示す要部の断面図である。
【図１５】従来の固体撮像装置の説明に供するイオン注入の説明図である。
【図１６】従来の固体撮像装置の説明に供するイオン注入の他の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．ＭＯＳ固体撮像装置の概略構成例
２．第１実施の形態（固体撮像装置の構成例とその製造方法の例）
３．第２実施の形態（固体撮像装置の構成例）
４．第３実施の形態（固体撮像装置の構成例）
５．第４実施の形態（固体撮像装置の構成例とその製造方法）
６．第５実施の形態（固体撮像装置の構成例）
７．第６実施の形態（固体撮像装置の構成例）
８．第７実施の形態（固体撮像装置の構成例）
９．第８実施の形態（電子機器の構成例）
【００２８】
＜１．ＭＯＳ固体撮像装置の概略構成例＞
図１に、本発明の各実施の形態に適用されるＭＯＳ固体撮像装置の一例の概略構成を示す。本例の固体撮像装置１は、図１に示すように、半導体基板１１例えばシリコン基板に複数の光電変換素子を含む画素２が規則的に２次元的に配列された画素部（いわゆる撮像領域）３と、周辺回路部とを有して構成される。画素２は、光電変換素子となる例えばフォトダイオードと、複数の画素トランジスタ（いわゆるＭＯＳトランジスタ）を有して成る。複数の画素トランジスタは、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ及び増幅トランジスタの３つのトランジスタで構成することができる。その他、選択トランジスタ追加して４つのトランジスタで構成することもできる。単位画素の等価回路は通常と同様であるので、詳細説明は省略する。画素２は、１つの単位画素として構成することができる。また、画素２は、共有画素構造とすることもできる。この画素共有構造は、複数のフォトダイオードと、複数の転送トランジスタと、共有する１つのフローティングディフージョンと、共有する１つずつの他の画素トランジスタとから構成される。すなわち、共有画素では、複数の単位画素を構成するフォトダイオード及び転送トランジスタが、他の１つずつの画素トランジスタを共有して構成される。
【００２９】
周辺回路部は、垂直駆動回路４と、カラム信号処理回路５と、水平駆動回路６と、出力回路７と、制御回路８などを有して構成される。
【００３０】
制御回路８は、入力クロックと、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また固体撮像装置の内部情報などのデータを出力する。すなわち、制御回路８では、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基いて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、これらの信号を垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６等に入力する。
【００３１】
垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素駆動配線を選択し、選択された画素駆動配線に画素を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素を駆動する。すなわち、垂直駆動回路４は、画素領域３の各画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線９を通して各画素２の光電変換素子となる例えばフォトダイオードにおいて受光量に応じて生成した信号電荷に基く画素信号をカラム信号処理回路５に供給する。
【００３２】
カラム信号処理回路５は、画素２の例えば列ごとに配置されており、１行分の画素２から出力される信号を画素列ごとにノイズ除去などの信号処理を行う。すなわちカラム信号処理回路５は、画素２固有の固定パターンノイズを除去するためのＣＤＳや、信号増幅、ＡＤ変換等の信号処理を行う。カラム信号処理回路５の出力段には水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線１０との間に接続されて設けられる。
【００３３】
水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を水平信号線１０に出力させる。
【００３４】
出力回路７は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１０を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。例えば、バファリングだけする場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理などが行われる場合もある。入出力端子１２は、外部と信号のやりとりをする。
【００３５】
＜２．第１実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図２に、本発明に係る固体撮像装置の第１実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、ＭＯＳ固体撮像装置であり、同図はその光電変換素子となるフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部を示す。第１実施の形態に係る固体撮像装置２１は、第１導電型、例えばｎ型の半導体基板（シリコン基板）２２に、第２導電型、例えばｐ型の半導体ウェル領域２３が形成された半導体基体を有する。このｐ型半導体ウェル領域２３の各１つの単位画素の領域に、フォトダイオードＰＤと複数の画素トランジスタ、ここでは代表して転送トランジスタＴｒ１とが形成される。すなわち、各単位画素では、フォトダイオードが形成されるフォトダイオード領域と、複数の画素トランジスタが形成される画素トランジスタ領域を有している。
【００３６】
フォトダイオード領域での上記フォトダイオードＰＤは、素子分離領域に介さずに形成され且つｐｎ接合を形成する半導体領域部（つまりｐｎ接合領域部）の不純物濃度が異なる複数、本例では２つのフォトダイオードＰＤ［ＰＤ１，ＰＤ２］を有する。フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２は、ｐｎ接合を有するいわゆる埋め込み型のフォトダイオードとして形成される。第１のフォトダイオードＰＤ１は転送ゲート部から離れて形成され、第２のフォトダイオードＰＤ２は第１のフォトダイオードＰＤ１に連続して転送ゲート部側に形成される。第２のフォトダイオードＰＤ２は、第１のフォトダイオードＰＤ１より低不純物濃度の半導体領域で形成される。
【００３７】
第１のフォトダイオードＰＤ１は、主たる電荷蓄積領域となる比較的高濃度の第２導電型半導体領域、例えばｎ型半導体領域２４と、その半導体表面に分布する比較的高濃度のｐ型半導体領域２５とを有して構成される。第２のフォトダイオードＰＤ２は、比較的低不純物濃度のｎ型半導体領域２７と、その半導体表面に分布する比較的低不純物濃度のｐ型半導体領域２８とを有して構成される。第１及び第２のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２を構成する夫々のｎ型半導体領域２４及び２７、ｐ型半導体領域２５及び２８の少なくとも１部が連続して形成される。第１のフォトダイオードＰＤ１では、さらに電荷蓄積領域であるｎ型半導体領域２４下に連続して低不純物濃度のｎ型半導体領域２６が形成される。ここで、基板表面から低不純物濃度のｎ型半導体領域２６の底部までの距離４は、前述のＤ１と同じ（Ｄ４＝Ｄ１）にすることもできる。
【００３８】
高不純物濃度のｐ型半導体領域２５は、暗電流抑制、つまり白点発生を抑制するための正孔電荷蓄積領域を兼ねている。また、低不純物濃度のｐ型半導体領域２８も暗電流抑制、つまり白点発生を抑制するための正孔電荷蓄積領域を兼ねている。
【００３９】
転送トランジスタＴｒ１は、フォトダイオードＰＤのｎ型半導体領域２４，２７をソース領域、フローティングディフージョンとなるｎ型半導体領域２９をドレイン領域として、両領域間の基板上にゲート絶縁膜３１を介して転送ゲート電極３２を形成して構成される。転送ゲート電極３２は、例えば不純物、本例ではｎ型不純物がドープされたポリシリコン膜で形成される。転送ゲート電極３２の側部には、絶縁膜によるサイドウォール３３が形成される。本例ではサイドウォール３３が、シリコン酸化膜３４とシリコン窒化膜３５の二層構造で形成される。
【００４０】
そして、本実施の形態においては、第２のフォトダイオードＰＤ２が転送ゲート電極３２をマスクにしたイオン注入で形成され、第１のフォトダイオードＰＤ１がサイドウォール３３及び転送ゲート電極３２をマスクとしたイオン注入で形成される。第２のフォトダイオードＰＤ２のｎ型半導体領域２７及びｐ型半導体領域２８は、１回目の薄い濃度のイオン注入で形成される。第１のフォトダイオードＰＤ１のｎ型半導体領域２４及びｐ型半導体領域は、上記１回目の薄い濃度のイオン注入に加えて２回目の薄い濃度のイオン注入の加算で形成される。従って、第１のフォトダイオードＰＤ１は、それぞれ高不純物濃度のｎ型半導体領域２４及びｐ型半導体領域２５を有して形成される。第２のフォトダイオードＰＤ２は、それぞれ低不純物濃度のｎ型半導体領域２７及びｐ型半導体領域２８を有して形成される。
【００４１】
さらに、第１及び第２のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２を構成するそれぞれのｎ型半導体領域２４、２７、ｐ型半導体領域２５、２８は、打ち込みエネルギー（以下、加速エネルギーという）を低くしたイオン注入条件で形成される。すなわち、この加速エネルギーは、ゲート絶縁膜３１を含んで転送ゲート電極３２を突き抜けない低加速エネルギーにしている。さらに、低ドーズ量のイオン注入で上記の各ｎ型半導体領域２４，２７、各ｐ型半導体領域２５，２８が形成される。
【００４２】
本実施の形態では、低不純物濃度の第２のフォトダイオードＰＤ２が転送ゲート電極３２直下の一部からサイドウォール３３直下にわたる領域に形成される。本例ではｎ型領域２７がサイドウォール３３直下から転送ゲート電極３２の端部直下にわたり形成される。また、ｐ型半導体領域２８は、サイドウォール３３直下の界面に形成される。第１のフォトダイオードＰＤ１は、その高不純物濃度のｎ型半導体領域２４及びｐ型半導体領域２５がサイドウォール３３の端縁から外側に形成されて構成される。
【００４３】
第１及び第２のフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２においては、本例ではそれぞれのｎ型半導体領域２４，２７が同じ深さに形成され、それぞれのｐ型半導体領域２５，２８が同じ深さに形成される。
【００４４】
第１及び第２のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２は、二層レジスト膜を用いずにセルフアラインにより形成される。後述するように、先ず、転送ゲート電極３２を形成した後、転送ゲート電極３２をマスクにして低ドーズ量のｎ型不純物を低い加速エネルギーでイオン注入して浅い領域に低不純物濃度のｎ型半導体領域２７を形成する。次に、同じように転送ゲート電極３２をマスクにして低ドーズ量のｐ型不純物を上記ｎ型不純物のイオン注入よりも低加速エネルギーでイオン注入して基板表面の界面に低不純物濃度のｐ型半導体領域２８を形成する。
【００４５】
ここで、ｎ型半導体領域２７は，転送ゲート電極３２と一部重なるように、所要距離だけ転送ゲート電極３２側に延長して形成することが好ましい。このためには、例えば、転送ゲート電極３２をマスクにｎ型不純物を斜めイオン注入して、転送ゲート電極３２に重なるｎ型半導体領域２７を形成することができる。あるいは、ｎ型不純物とｐ型不純物の拡散係数の違いを利用して、イオン注入後の熱処理で、転送ゲート電極３２に一部重なるｎ型半導体領域２７を形成することもできる。さらには、ｎ型不純物をイオン注入した後にアニールし、その後にｐ型不純物をイオン注入することにより、ｎ型半導体領域２７が一部転送ゲート電極３２と重なるように形成することもできる。
【００４６】
さらには、図示しないが、ｎ型不純物とｐ型不純物の拡散係数の違いを利用して、低不純物濃度のｐ型半導体領域２８をｎ型半導体領域２７よりも延長して転送ゲート電極３２と一部重なるように形成することもできる。いずれにしても、セルフアラインで転送ゲート電極３２の端部近傍下のｎ型半導体領域２７及びｐ型半導体領域２８の不純物濃度プロファイルを独自にコントロールすることができる。すなわち、転送ゲート電極３２の端部近傍下の不純物濃度プロファイルを最適化することができる。画素の微細化に対して有効である。
【００４７】
次に、転送ゲート電極３２の側部にサイドウォール３３を形成した後、サイドウコール３３及び転送ゲート電極３２をマスクにして、例えば、上記と同じ低ドーズ量、低加速エネルギーでイオン注入する。同様に上記と同じドーズ量、低加速エネルギーでｐ型不純物をイオン注入する。ｎ型、ｐ型不純物のそれぞれの２回のイオン注入工程では、後述するように、基板表面からイオン注入の飛程距離Ｒｐまでの深さが、ゲート絶縁膜３１を含む転送ゲート電極３２の膜厚ｔより小さくなるように低加速エネルギーでイオン注入が行われる。
【００４８】
この２回のイオン注入により、サイドウォール３３下には低不純物濃度の第２のフォトダイオードＰＤ２が形成され、サイドウォール３３の端縁より外側には高不純物濃度の第１のフォトダイオードＰＤ１が形成されることになる。しかも、主たる電荷蓄積領域となる高不純物濃度のｎ型半導体領域２４は、基板表面から従来よりも浅い位置に形成される。すなわち、フォトダイオードにおいて、基板表面からｎ型半導体領域２６の底面までの深さＤ４（＝Ｄ１）を一定とすると、図１４の従来の場合の電荷蓄積領域６の深さがＨ２である。これに対して、本実施の形態では、電荷蓄積領域２４の深さＨ１が従来よりも浅くなる（Ｈ１＜Ｈ２）。
【００４９】
固体撮像装置２１においては、図示しないが、フォトダイオードＰＤ、転送トランジスタＴｒ１を含む複数の画素トランジスタを形成した後、層間絶縁膜を介して複数層の配線を形成した多層配線層が形成される。この多層配線層は、フォトダイオードＰＤに対応する部分には配線が形成されない。多層配線層上には、平坦化膜を介してオンチップカラーフィルタ、オンチップマイクロレンズが順次形成される。このＭＯＳ固体撮像装置２１は表面照射型として構成される。
【００５０】
第１実施の形態に係る固体撮像装置２１では、電荷蓄積期間（受光期間）に第１のフォトダイオードＰＤ１で光電変換されて発生した信号電荷（本例では電子）が主として基板表面に近い高濃度のｎ型半導体領域２４に蓄積され、保持される。この信号電荷が保持されている期間においては、第１のフォトダイオードＰＤ１は基板表面の界面近傍に高濃度のｐ型半導体領域２５により、界面からの電荷（電子）の湧き出しが抑制される。
【００５１】
一方、サイドウォール３３下には低不純物濃度の第２のフォトダイオードＰＤ２が形成されているので、サイドウォール３３との界面からの電荷（電子）の湧き出しを、第２のフォトダイオードＰＤ２のｐ型半導体領域２８により抑制することができる。信号電荷が保持される電荷蓄積期間では、転送ゲート電極３２に負バイアス電圧を印加することなく、０Ｖでもサウドウォール３３下での電荷の湧き出しを抑制することができる。従って、白点発生を抑制することができる。
【００５２】
また、固体撮像装置２１では、転送トランジスタＴｒ１の転送ゲート電極３２に読み出し電圧Ｖｔｇを印加することにより、フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷がフローティングディフージョンのｎ型半導体領域２９へ読み出される。このとき、フォトダイオードＰＤでは、転送ゲート部側に低不純物濃度の第２のフォトダイオードＰＤ２が形成されているので、フォトダイオードＰＤの転送ゲート部側の横方向の電界強度が緩和される。つまり、フォトダイオードＰＤの転送ゲート端近傍の電界強度が緩和される。このため、読み出し電圧Ｖｔｇを印加したときに、ｎ型半導体領域２４のゲート端近傍の電位が変調し易くなり、フォトダイオードＰＤの信号電荷が読み出し易くなる。
【００５３】
一方、転送ゲート部をオンしたときに、シリコン中の電界が基板表面側の方がかかり易い。本実施の形態では、第１のフォトダイオードＰＤ１の主たる電荷蓄積領域となるｎ型半導体領域２４が基板の浅い位置に形成されているので、転送ゲート部をオンしたときに、ｎ型半導体領域２４に電界がかかり易くなり、より信号電荷が読み出し易くなる。このため、読み出し電圧Ｖｔｇの低電圧化が可能になる。
【００５４】
本実施の形態では、画素が微細化されてもフォトダイオードＰＤがセルフアラインで形成されるので、信号に対して残像、白点のばらつきが少なくなる。セルフアラインで転送ゲート電極３２の端部近傍下のｎ型半導体領域２７及びｐ型半導体領域２８の不純物濃度プロファイルを独自にコントロールすることができ、転送ゲート電極３２の端部近傍下の不純物濃度プロファイルを最適化することができる。画素の微細化に対して有効である。
【００５５】
本実施の形態では、主たる電荷蓄積領域は高不純物濃度のｎ型半導体領域２４であるが、低不純物濃度のｎ型半導体領域２７にも信号電荷が蓄積されるので、全体では飽和信号電荷量Ｑｓが高くなる。
【００５６】
上述したように、第１実施の形態に係る固体撮像装置２１によれば、画素がより微細化され、画素トランジスタのゲート電極膜厚、レジストマスクの膜厚が薄くなっても、セルフアラインでフォトダイオードＰＤを形成することができる。しかも、読み出し特性を改善して残像を抑制し、かつ白点の発生をさらに抑制することができ、残像と白点の抑制を両立させることができる。
【００５７】
［固体撮像装置の製造方法］
図３〜図４に、第１実施の形態に係る固体撮像装置２１の製造方法の実施の形態を示す。同図は、１つの単位画素のフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部のみを示す。先ず、図３Ａに示すように、第１導電型、例えばｎ型の半導体基板（例えばシリコン基板）２２に第２導電型、例えばｐ型の半導体ウェル領域２３が形成された半導体基体が用意される。このｐ型半導体領域２３の撮像領域となる所要領域において、各単位画素の転送トランジスタを形成すべき領域上に、ゲート絶縁膜（例えばシリコン酸化膜）３１を介して、不純物ドープした例えばポリシリコン膜による転送ゲート電極３２を形成する。転送ゲート電極３２は、例えばｎ型不純物をドープしたポリシリコン膜で形成される。この転送ゲート電極３２は、画素の微細化に伴って、従来よりも電極膜厚がより薄くなるように形成される。
【００５８】
次に、図３Ｂに示すように、フォトダイオードＰＤを形成する領域を除く他部領域上に、一部転送ゲート電極３２上に跨るように、レジストマスク４１を形成する。このレジストマスク４１も、画素の微細化に伴って、従来よりも膜厚がより薄くなるように形成される。そして、転送ゲート電極３２をマスクとして、セルフアラインによりｎ型不純物４２ｎ、例えばヒ素をイオン注入してｎ型半導体領域２７を形成する。ｎ型不純物４２ｎのイオン注入は、低ドーズ量で、基板表面から転送ゲート電極３２の膜厚ｔより小さい深さＤｚｎの位置に飛程距離Ｒｐ（ｎ）が来るような低加速エネルギーで行われる。
【００５９】
続いて、同じ転送ゲート電極３２をマスクとして、セルフアラインによりｐ型不純物４２ｐ、例えばボロンをイオン注入してｎ型半導体領域２７の表面にｐ型半導体領域２８を形成する。ｐ型不純物４２ｐのイオン注入は、低ドーズ量で、基板表面から転送ゲート電極３２の膜厚ｔより小さく、かつＤｚｎより浅い深さＤｚｐの位置に飛程距離Ｒｐ（ｐ）が来るような低加速エネルギーで行われる。
【００６０】
次に、図３Ｃに示すように、通常の方法により転送ゲート電極３２の側部に絶縁膜によるサイドウォール３３を形成する。この例では、サイドウォール３３をシリコン酸化膜３４とシリコン窒化膜３５の二層膜構造で形成する。次いで、上記と同様にフォトダイオードＰＤを形成する領域を除く他部領域上に、一部転送ゲート電極３２上に跨るように、レジストマスク４３を形成する。そして、サイドウォール３３及び転送ゲート電極３２をマスクとして、セルフアラインにより例えば上記と同様のイオン注入条件でｎ型不純物４４ｎをイオン注してｎ型半導体領域２４を形成する。すなわち、本例では、イオン注入におけるｎ型不純物４２ｎ４４ｎの打ち込み深さを、ともに同じにする。
【００６１】
続いて、同じサイドウォール３３及び転送ゲート電極３２をマスクとして、セルフアラインにより例えば上記と同様のイオン注入条件でｐ型不純物４４ｐをイオン注入してｐ型半導体領域２５を形成する。すなわち、本例では、イオン注入におけるｐ型不純物４２ｐ４４ｐの打ち込み深さを、ともに同じにする。ｎ型半導体領域２４及びｐ型半導体領域２５は、同じイオン注入条件で２回のイオン注入で形成されるので、それぞれ１回のイオン注入によるｎ型半導体領域２７及びｐ型半導体領域２８の不純物濃度より高い不純物濃度を有することになる。ｎ型半導体領域２４が、主たる電荷蓄積領域になる。
【００６２】
なお、それぞれ２回目のｎ型不純物、ｐ型不純物のイオン注入では、１回目のイオン注入の飛程距離Ｒｐ（ｐ），Ｒｐ（ｎ）を同じにするも、ドーズ量を１回目より多くし、あるいは少なくすることも可能である。
【００６３】
このようにして、サイドウォール３３下にそれぞれ低不純物濃度のｎ型半導体領域２７及びｐ型半導体領域２８を有する埋め込み型の第２のフォトダイオードＰＤ２が形成される。また、サイドウォール３３の端縁より外側に第２のフォトダイオードＰＤ２に連続してそれぞれ高不純物濃度のｎ型半導体領域２４及びｐ型半導体領域２５を有する埋め込み型の第１のフォトダイオードＰＤ１が形成される。かくして、２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２からなる画素のフォトダイオードＰＤが形成される。
【００６４】
なお、ｐ型不純物とｎ型不純物の拡散係数の違いを利用して、図３Ｂの工程の後、サイドウォール形成の際の熱処理で、ｎ型半導体領域２７を一部転送ゲート電極３２下に延長するように形成することができる。あるいは、図３Ｂの工程で、転送ゲート電極３２をマスクにｎ型不純物を斜めイオン注入して転送ゲート電極３２下に一部重なるｎ型半導体領域２７を選択的に形成することもできる。さらに、ｐ型不純物とｎ型不純物の拡散係数の違いを利用して、図３Ｂの工程の後、サイドウォール形成の際の熱処理で、ｐ型半導体領域２８をｎ型半導体領域２７より延長して転送ゲート電極３２に一部重なるように形成することもできる。
【００６５】
また、図４に示すように、ｐ型半導体ウェル領域２３にはフローティングディフージョン（ＦＤ）となるｎ型半導体領域２９が形成される。さらに、第１のフォトダイオードＰＤ１において、電荷蓄積領域となるｎ型半導体領域２４下に、これに連続して所要深さにわたって低不純物濃度のｎ型半導体領域２６を形成する。このｎ型半導体領域２６は、サイドウォール３３及び転送ゲート電極３２をマスクに低ドーズ量のｎ型不純物をイオン注入して、セルフアラインにて形成される。
【００６６】
フォトダイオードＰＤ及び複数の画素トランジスタを形成した後は、通常の製法により、層間絶縁膜を介して複数層の配線を形成した多層配線層を形成し、さらに平坦化膜を介してオンチップカラーフィルタ及びオンチップマイクロレンズを形成する。かくして、目的の第１実施の形態の固体撮像装置２１を得る。
【００６７】
本実施の形態に係る固体撮像装置２１の製造方法によれば、転送ゲート電極３２をマスクとしたイオン注入と、サイドウォール３３及び転送ゲート電極３２をマスクとしたイオン注入により、セルフアラインでフォトダイオードＰＤを形成することができる。すなわち、転送ゲート電極３２をマスクとした、それぞれの１回目のイオン注入で形成したｎ型半導体領域２７とｐ型半導体領域２８とにより、一部転送ゲート電極に重なるように、サイドウォール３下に低不純物濃度の第２のフォトダイオードＰＤ２が形成される。また、サイドウォール３３を形成した後のそれぞれの２回目のイオン注入で不純物が加算され、サイドウォール端より外側の高不純物濃度の第１のフォトダイオードＰＤ１が形成される。この不純物濃度の異なるフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２を形成することにより、読み出し特性が改善され、残像が抑制され、かつ白点が抑制された固体撮像装置２１を製造することができる。
【００６８】
ｎ型不純物のイオン注入は、転送ゲート電極３２の膜厚より小さい飛程距離Ｒｐ（ｎ）で行われるので、ｎ型不純物が転送ゲート電極３２を突き抜けることがない。第１のイオン注入と第２のイオン注入の加速エネルギーを同じにすることにより、浅い位置に電荷蓄積領域となる高不純物濃度のｎ型半導体領域２４を形成し、その表面側に正孔電荷蓄積領域を兼ねるｐ型半導体領域２５を形成することができる。
【００６９】
従って、画素がより微細化されても、フォトダイオードＰＤをセルフアラインで形成し、しかも残像の抑制と白点発生の抑制とを両立できるようにした固体撮像装置を製造することができる。
【００７０】
＜３．第２実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図５に、本発明に係る固体撮像装置の第２実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、ＭＯＳ固体撮像装置であり、同図はその光電変換素子となるフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部を示す。第２実施の形態に係る固体撮像装置４７は、前述の第１実施の形態と同様に、画素を構成するフォトダイオードＰＤとして、低不純物濃度の第２のフォトダイオードＰＤ２と高不純物濃度の第１のフォトダイオードＰＤ１とを有して構成される。第２のフォトダイオードＰＤ２は、転送ゲート電極３２直下の一部からサイドウォール３３直下にわたる低不純物濃度のｎ型半導体領域２７と、サイドウォール３３直下の低不純物濃度のｐ型半導体領域２８を有して形成される。第１のフォトダイオードＰＤ１は、サイドウォール３３の端縁から外側に電荷蓄積領域となる高不純物濃度のｎ型半導体領域２４と、その表面側の高不純物度のｐ型半導体領域２５を有して形成される。
【００７１】
本実施の形態においては、第２のフォトダイオードＰＤ２の低不純物濃度のｎ型半導体領域２７が電荷蓄積領域のｎ型半導体領域２４の下方にまで延長して形成される。低不純物濃度のｎ型半導体領域２７、ｐ型半導体領域２８は、サイドウォール３３を形成するときの熱処理で少し拡散する。この拡散により、高不純物濃度のｎ型半導体領域２４と低不純物濃度のｎ型半導体領域２７は重ならず、低不純物濃度のｎ型半導体領域３７が高不純物濃度のｎ型半導体領域２４より深く形成されることになる。
さらに、このｎ型半導体領域２４の下方に連続するように、第１のフォトダイオードＰＤ１を構成するさらに低不純物濃度のｎ型半導体領域２６が形成される。
【００７２】
その他のフォトダイオードＰＤ及び転送トランジスタＴｒ１に関する構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
第２実施の形態の固体撮像装置４７の製造方法に関しては、基本的には第１実施の形態で説明した製造方法が適用される。
【００７３】
第２実施の形態に係る固体撮像装置４７によれば、前述の第１実施の形態で説明したと同様に、画素がより微細化され、画素トランジスタのゲート電極膜厚、レジストマスクの膜厚が薄くなっても、セルフアラインでフォトダイオードＰＤを形成することができる。また、第１実施の形態と同様に、転送ゲート電極３２側に低不純物濃度の第２フォトダイオードＰＤ２を有するので、フォトダイオードＰＤの転送ゲート部側の横方向の電界強度が緩和される。主たる電界蓄積領域となるｎ型半導体領域２４の基板の浅い位置に形成される。従ってより信号電荷が読み出し易くなり、読み出し電圧Ｖｔｇの低電圧化が可能になる。さらに、第２のフォトダイオードＰＤ２のｐ型半導体領域２８がサイドウォール３３下の界面近傍に形成されるので、界面からの電荷（電子）の湧き出しを抑制し、白点発生を抑制することができる。このように、第２施の形態においても、読み出し特性を改善して残像を抑制し、かつ白点の発生をさらに抑制することができ、残像と白点の抑制を両立させることができる。
【００７４】
また、低不純物濃度のｎ型半導体領域２７が電荷蓄積領域となる高不純物濃度のｎ型半導体領域２４の下方にまで延長して形成されるので、全体のｎ型半導体領域内では、電荷蓄積領域のｎ型半導体領域２４に向かって電位勾配が形成される。従って、ｎ型半導体領域２６内で生成された信号電荷は、この電位勾配によって電荷蓄積領域であるｎ型半導体領域２４へ効率よく移動して蓄積させることができる。本実施の形態では、その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【００７５】
＜４．第３実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図６に、本発明に係る固体撮像装置の第３実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、ＭＯＳ固体撮像装置であり、同図はその光電変換素子となるフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部を示す。第３実施の形態に係る固体撮像装置４９は、前述の第１実施の形態と同様に、画素を構成するフォトダイオードＰＤとして、低不純物濃度の第２のフォトダイオードＰＤ２と高不純物濃度の第１のフォトダイオードＰＤ１とを有して構成される。第２のフォトダイオードＰＤ２は、転送ゲート電極３２直下の一部からサイドウォール３３直下にわたるように、低不純物濃度のｎ型半導体領域２７とｐ型半導体領域２８を有して形成される。第１のフォトダイオードＰＤ１は、サイドウォール３３の端縁から外側に電荷蓄積領域となる高不純物濃度のｎ型半導体領域２４と、その表面側の高不純物度のｐ型半導体領域２５を有して形成される。
【００７６】
本実施の形態においては、第２のフォトダイオードＰＤ２の低不純物濃度のｐ型半導体領域２８を、低不純物濃度のｎ型半導体領域２７と同様に、転送ゲート電極３２直下の一部に延長するように形成して構成される。すなわち、ｐ型半導体領域２８とｎ型半導体領域２７は、互いに同じ領域にわたって揃うように形成される。さらに、ｎ型半導体領域２７の下方にｎ型半導体領域２７を挟んで連続するように、第１のフォトダイオードＰＤ１を構成するさらに低不純物濃度のｎ型半導体領域２６が形成される。
【００７７】
その他のフォトダイオードＰＤ及び転送トランジスタＴｒ１に関する構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
第３実施の形態の固体撮像装置４９の製造方法に関しては、基本的には第１実施の形態で説明した製造方法が適用される。
【００７８】
第３実施の形態に係る固体撮像装置４９によれば、前述の第１実施の形態で説明したと同様に、画素がより微細化され、画素トランジスタのゲート電極膜厚、レジストマスクの膜厚が薄くなっても、セルフアラインでフォトダイオードＰＤを形成することができる。また、第１実施の形態と同様に、転送ゲート電極３２側に低不純物濃度の第２フォトダイオードＰＤ２を有するので、フォトダイオードＰＤの転送ゲート部側の横方向の電界強度が緩和される。主たる電界蓄積領域となるｎ型半導体領域２４が基板の浅い位置に形成される。従ってより信号電荷が読み出し易くなり、読み出し電圧Ｖｔｇの低電圧化が可能になる。さらに、第２のフォトダイオードＰＤ２のｐ型半導体領域２８がサイドウォール３３下の界面近傍に形成されるので、界面からの電荷（電子）の湧き出しを抑制し、白点発生を抑制することができる。このように、第３施の形態においても、読み出し特性を改善して残像を抑制し、かつ白点の発生をさらに抑制することができ、残像と白点の抑制を両立させることができる。
【００７９】
また、第２のフォトダイオードＰＤ２におけるｐ型半導体領域２８が一部、転送ゲート電極３３下まで延長して形成されるので、さらに白点の発生を抑制することができる。本実施の形態では、その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【００８０】
＜５．第４実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図７に、本発明に係る固体撮像装置の第４実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、ＭＯＳ固体撮像装置であり、同図はその光電変換素子となるフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部を示す。第４実施の形態に係る固体撮像装置５１は、前述の第１実施の形態と同様に、画素を構成するフォトダイオードＰＤとして、ｐｎ接合を形成する半導体領域部の不純物濃度が異なる複数のフォトダイオードＰＤを有して構成される。本例では３つのｐｎ接合を有する埋め込み型のフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３が形成される。
【００８１】
第１のフォトダイオードＰＤ１は、サイドウォール３３の端縁から外側に、それぞれ高不純物濃度の主たる電荷蓄積領域となるｎ型半導体領域２４とその表面側のｐ型半導体領域２５とを有して形成される。さらに、このｎ型半導体領域２４の下方に連続してｎ型半導体領域２４より低不純物濃度のｎ型半導体領域２６が形成される。
【００８２】
第２のフォトダイオードＰＤ２は、第１のフォトダイオードＰＤ１に連続するように、サイドウォール３３下に対応してそれぞれｎ型半導体領域２４、ｐ型半導体領域２５より低不純物濃度のｎ型半導体領域２７、ｐ型半導体領域２８を有して形成される。第３のフォトダイオードＰＤ３は、第２のフォトダイオードＰＤ２に連続するように、転送ゲート電極３２下の一部に対応してそれぞれｎ型半導体領域２７、ｐ型半導体領域２８より低不純物濃度のｎ型半導体領域５２，ｐ型半導体領域５３を有して形成される。
【００８３】
第３のフォトダイオードＰＤ３のｎ型半導体領域５２及びｐ型半導体領域５３は、例えば転送ゲート電極３２をマスクに斜めイオン注入により形成することができる。
【００８４】
その他のフォトダイオードＰＤ及び転送トランジスタＴｒ１に関する構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００８５】
第４実施の形態に係る固体撮像装置５１によれば、転送ゲート電極３２側に向かって不純物濃度が低くなるように第１、第２、第３のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３が形成される。この構成によって、さらにフォトダイオードＰＤの転送ゲート部側の横方向の電界強度を緩和することができる。しかも電荷蓄積領域となる高不純物濃度のｎ型半導体領域２４が基板の浅い位置に形成される。従って、さらに信号電荷が読み出し易くなり、読み出し電圧Ｖｔｇの更なる低電圧化が可能になる。またサイドウォール３３下の界面近傍ｎ型半導体領域２８が形成され、転送ゲート電極３２下の一部界面近傍にｐ型半導体領域５３が形成されるので、界面からの電荷（電子）の湧き出しをさらに抑制し、白点発生をさらに抑制することができる。
【００８６】
このように、第４施の形態においても、読み出し特性を改善して残像を抑制し、かつ白点の発生をさらに抑制することができ、残像と白点の抑制を両立させることができる。本実施の形態では、その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【００８７】
図７の例では、フォトダイオードＰＤを、３つのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３を有するように構成したが、その他、４つ以上の不純物濃度を異にした複数のフォトダイオードを有して構成することも可能である。この場合、転送ゲート電極又は／及びサイドウォールをマスクとした斜めイオン注入及び垂直イオン注入で形成することができる。
【００８８】
［固体撮像装置の製造方法］
図８〜図９に、第４実施の形態に係る固体撮像装置５１の製造方法の実施の形態を示す。同図は、１つの端画素のフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部のみを示す。先ず、図８Ａに示すように、第１導電型、例えばｎ型の半導体基板（例えばシリコン基板）２２に第２導電型、例えばｐ型の半導体ウェル領域２３が形成された半導体基体が用意される。このｐ型半導体領域２３の撮像領域となる所要領域において、各単位画素の転送トランジスタを形成すべき領域上に、ゲート絶縁膜３１を介して、不純物ドープした例えばポリシリコン膜による転送ゲート電極３２を形成する。この転送ゲート電極３２は、画素の微細化に伴って、従来よりも電極膜厚がより薄くなるように形成される。
【００８９】
次に、図８Ｂに示すように、フォトダイオードＰＤを形成する領域を除く他部領域上に、一部転送ゲート電極３２上に跨るように、レジストマスク５０を形成する。このレジストマスク５０も、画素の微細化に伴って、従来よりも膜厚がより薄くなるように形成される。そして、転送ゲート電極３２をマスクとして、セルフアラインによりｎ型不純物５４ｎ、例えばヒ素を斜めイオン注入してｎ型半導体領域５２を形成する。ｎ型不純物５４ｎのイオン注入は、低ドーズ量で、基板表面から転送ゲート電極３２の膜厚ｔより小さい深さの位置に飛程距離Ｒｐ（ｎ）が来るような低加速エネルギーで行われる。
【００９０】
続いて、同じ転送ゲート電極３２をマスクとして、セルフアラインによりｐ型不純物５４ｐ、例えばボロンを斜めイオン注入してｎ型半導体領域５２の表面にｐ型半導体領域５３を形成する。ｐ型不純物５４ｐのイオン注入は、低ドーズ量で、基板表面から転送ゲート電極３２の膜厚ｔより小さく、かつｎ型不純物の飛程距離Ｒｐ（ｎ）より浅い深さ位置に飛程距離Ｒｐ（ｐ）が来るような低加速エネルギーで行われる。
【００９１】
次に、図８Ｃに示すように、同じ転送ゲート電極３２をマスクとして、セルフアラインによりｎ型不純物５５ｎ、例えばヒ素を垂直にイオン注入してｎ型半導体領域２７を形成する。続いて、同じ転送ゲート電極３２をマスクとして、セルフアラインによりｐ型不純物５５ｐ、例えばボロンを垂直にイオン注入してｎ型半導体領域２７の表面にｐ型半導体領域２８を形成する。ｐ型不純物５５ｐの加速エネルギーは、上述と同様に、ｎ型不純物５５ｐの加速エネルギーより低いエネルギーとする。ｎ型半導体領域２７及びｐ型半導体領域２８は、２回のイオン注入で形成されるので、それぞれ１回のイオン注入によるｎ型半導体領域５２及びｐ型半導体領域５３の不純物濃度より高い不純物濃度を有することになる。
【００９２】
ここで、ｎ型不純物５４ｎとｎ型不純物５５ｎの濃度は同じにすることができる。また、ｐ型不純物５４ｐとｐ型不純物５５ｐの濃度は同じにすることができる。もしくはｎ型不純物５４ｎとｎ型不純物５５ｎの濃度、またｐ型不純物５４ｐとｐ型不純物５５ｐの濃度は異ならせることもできる。
図８Ｃのレジストマスク５０は、図８Ｂのレジストマスク５０を用いたが、その他、図８Ｂのレジストマスク５０を除去して、図８Ｃでは新なレジストマスク５０として形成することもできる。
【００９３】
次に、図９Ｄに示すように、通常の方法により転送ゲート電極３２の側部に絶縁膜によるサイドウォール３３を形成する。この例では、サイドウォール３３をシリコン酸化膜３４とシリコン窒化膜３５の二層膜構造で形成する。次いで、上記と同様にフォトダイオードＰＤを形成する領域を除く他部領域上に、一部転送ゲート電極３２上に跨るように、レジストマスク５６を形成する。そして、サイドウォール３３及び転送ゲート電極３２をマスクとして、セルフアラインにより図７Ｃと同様のイオン注入条件でｎ型不純物５７ｎを垂直にイオン注してｎ型半導体領域２４を形成する。
【００９４】
続いて、同じサイドウォール３３及び転送ゲート電極３２をマスクとして、セルフアラインにより図８Ｃと同様のイオン注入条件でｐ型不純物５７ｐを基板に対して垂直にイオン注入してｐ型半導体領域２５を形成する。ｎ型半導体領域２４及びｐ型半導体領域２５は、３回のイオン注入で形成されるので、それぞれ２回のイオン注入によるｎ型半導体領域２７及びｐ型半導体領域２８の不純物濃度より高い不純物濃度を有することになる。ｎ型半導体領域２４が、主たる電荷蓄積領域になる。
【００９５】
ここで、ｎ型不純物５５ｎとｎ型不純物５７ｎの濃度は同じにすることができる。また、ｐ型不純物５５ｐとｐ型不純物５７ｐの濃度は同じにすることができる。もしくはｎ型不純物５５ｎとｎ型不純物５７ｎの濃度、またｐ型不純物５５ｐとｐ型不純物５７ｐの濃度は異ならせることもできる。
【００９６】
このようにして、転送ゲート電極３２下の一部にそれぞれ低不純物濃度のｎ型半導体領域５２及びｐ型半導体領域５３を有する埋め込み型の第３のフォトダイオードＰＤ３が形成される。また、サイドウォール３３下にそれぞれ第３のフォトダイオードＰＤ３より不純物濃度が高いｎ型半導体領域２７及びｐ型半導体領域２８を有する埋め込み型の第２のフォトダイオードＰＤ２が形成される。さらに、サイドウォール３３の端縁より外側に第２のフォトダイオードＰＤ２に連続して、これよりも不純物濃度が高いｎ型半導体領域２４及びｐ型半導体領域２５を有する埋め込み型の第１のフォトダイオードＰＤ１が形成される。かくして、不純物濃度が異なる３つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３からなる画素のフォトダイオードＰＤが形成される。
【００９７】
また、図８Ｅに示すように、ｐ型半導体ウェル領域２３にはフローティングディフージョン（ＦＤ）となるｎ型半導体領域２９が形成される。さらに、第１のフォトダイオードＰＤ１において、電荷蓄積領域となるｎ型半導体領域２４下に、これに連続して所要深さにわたって低不純物濃度のｎ型半導体領域２６を形成する。このｎ型半導体領域２６は、サウドウォール３３及び転送ゲート電極３２をマスクに、低ドーズ量のｎ型不純物をイオン注入してセルフアラインにて形成される。
【００９８】
フォトダイオードＰＤ及び複数の画素トランジスタを形成した後は、通常の製法により、層間絶縁膜を介して複数層の配線を形成した多層配線層を形成し、さらに平坦化膜を介してオンチップカラーフィルタ及びオンチップマイクロレンズを形成する。かくして、目的の第４実施の形態の固体撮像装置５１を得る。
【００９９】
本実施の形態に係る固体撮像装置５１の製造方法によれば、転送ゲート電極３２をマスクとした斜めイオン注入、垂直のイオン注入により、セルフアラインで第３及び第２のフォトダイオードＰＤ３、ＰＤ２を形成することができる。また、サイドウォール３３及び転送ゲート電極３２をマスクとした垂直のイオン注入により、セルフアラインで第１のフォトダイオードＰＤ１を形成することができる。すなわち、３回のイオン注入による不純物加算により、不純物濃度を異にした３つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３からなる画素のフォトダイオードＰＤをセルフアラインで形成することができる。この不純物濃度の異なるフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３を形成することにより、読み出し特性が改善され、残像が抑制され、かつ白点が抑制された固体撮像装置５１を製造することができる。
【０１００】
ｎ型不純物のイオン注入は、転送ゲート電極３２の膜厚より小さい飛程距離Ｒｐ（ｎ）で行われるので、ｎ型不純物が転送ゲート電極３２を突き抜けることがない。第１、第２、第３のイオン注入加速エネルギーをイオン注入領域の深さが同じになるように設定すれば、浅い位置に電荷蓄積領域となる高濃度のｎ型半導体領域２４を形成できる。また。ｎ型半導体領域２４の表面側に正孔電荷蓄積領域を兼ねる高濃度のｐ型半導体領域２５を形成することができる。
【０１０１】
従って、画素がより微細化されても、フォトダイオードＰＤをセルフアラインで形成し、しかも残像の抑制と白点発生の抑制とを両立できるようにした固体撮像装置を製造することができる。
【０１０２】
なお、フォトダイオードＰＤを転送ゲート電極３２側に向かって不純物濃度が低くなるように４つ以上のフォトダイオードで構成するときは、サイドウォール形成後に、サイドウォールをマスクに斜めイオン注入を追加することもできる。すなわち、転送ゲート電極及び／又は転送ゲート電極のサイドウォールをマスクとした斜めイオン注入及び垂直イオン注入による複数段のイオン注入を行って、不純物濃度の異なる複数のフォトダイオードを形成することができる。
【０１０３】
＜６．第５実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１０に、本発明に係る固体撮像装置の第５実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、ＭＯＳ固体撮像装置であり、同図はその光電変換素子となるフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部を示す。第５実施の形態に係る固体撮像装置５８は、前述の第１実施の形態と同様に、画素を構成するフォトダイオードＰＤとして、低不純物濃度の第２のフォトダイオードＰＤ２と高不純物濃度の第１のフォトダイオードＰＤ１とを有して構成される。第２のフォトダイオードＰＤ２は、転送ゲート電極３２直下の一部からサイドウォール３３直下にわたる低不純物濃度のｎ型半導体領域２７と、サイドウォール３３直下の低不純物濃度のｐ型半導体領域２８を有して形成される。第１のフォトダイオードＰＤ１は、サイドウォール３３の端縁から外側に電荷蓄積領域となる高不純物濃度のｎ型半導体領域２４と、その表面側の高不純物度のｐ型半導体領域２５を有して形成される。ｎ型半導体領域２４の下方には、ｎ型半導体領域２４に連続するように、第１のフォトダイオードＰＤ１を構成するさらに低不純物濃度のｎ型半導体領域２６が形成される。
【０１０４】
そして、本実施の形態においては、特に、転送ゲート電極３２をマスクにイオン注入するｐ型不純物としてボロン（Ｂ）を用い、サイドウォール３３及び転送ゲート電極３２をマスクにイオン注入するｐ型不純物としてインジウム（Ｉｎ）を用いる。インジウム（Ｉｎ）は、ボロン（Ｂ）よりも拡散係数が小さい。ボロン（Ｂ）のイオン注入により、低不純物濃度のｐ型半導体領域２８が形成される。また、インジウム（Ｉｎ）による２回目のイオン注入により、高不純物濃度のｐ型半導体領域２５が形成される。インジウム（Ｉｎ）を用いることにより、より基板表面側にｐ型半導体領域２５を形成することができる。
【０１０５】
後工程において、画素トランジスタのソース／ドレインの活性化アニールで、ボロン（Ｂ）は拡散するが、インジウム（Ｉｎ）は殆んど拡散しない。従って、このインジウム（Ｉｎ）による２回目のイオン注入で形成されたｐ型半導体領域２５は、低不純物濃度のｐ型半導体領域２８の表面側に存在することになる。一方、ボロン（Ｂ）による１回目のイオン注入で形成された低不純物濃度のｐ型半導体領域２８は、サイドウォール３３下から高不純物濃度のｐ型半導体領域２５及び高不純物濃度のｎ型半導体領域２４間に延長して存在することになる。
【０１０６】
その他のフォトダイオードＰＤ及び転送トランジスタＴｒ１に関する構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
第５実施の形態の固体撮像装置５８の製造方法に関しては、基本的には第１実施の形態で説明した製造方法が適用される。
【０１０７】
第５実施の形態に係る固体撮像装置５８によれば、前述の第１実施の形態で説明したと同様に、画素がより微細化され、画素トランジスタのゲート電極膜厚、レジストマスクの膜厚が薄くなっても、セルフアラインでフォトダイオードＰＤを形成することができる。また、第１実施の形態と同様に、転送ゲート電極３２側に低不純物濃度の第２フォトダイオードＰＤ２を有するので、フォトダイオードＰＤの転送ゲート部側の横方向の電界強度が緩和される。主たる電界蓄積領域となるｎ型半導体領域２４が基板の浅い位置に形成される。従ってより信号電荷が読み出し易くなり、読み出し電圧Ｖｔｇの低電圧化が可能になる。さらに、第２のフォトダイオードＰＤ２のｐ型半導体領域２８がサイドウォール３３下の界面近傍に形成されるので、界面からの電荷（電子）の湧き出しを抑制し、白点発生を抑制することができる。
【０１０８】
さらに、本実施の形態では、第１のフォトダイオードＰＤ１において、高不純物濃度のｎ型半導体領域２４とｐ型半導体領域２５が離れて形成され、ｐｎ接合部でのｎ型とｐ型の半導体領域の濃度勾配が緩やかとなる。つまり、基板縦方向においけるｐｎ接合での電界強度が低くなる。このｐｎ接合での電界強度が低くなることにより、さらに白点の発生を抑制することができる。このように、第５施の形態においても、読み出し特性を改善して残像を抑制し、かつ白点の発生をさらに抑制することができ、残像と白点の抑制を両立させることができる。本実施の形態では、その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【０１０９】
＜７．第６実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１１に、本発明に係る固体撮像装置の第６実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、ＭＯＳ固体撮像装置であり、同図はその光電変換素子となるフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部を示す。第６実施の形態に係る固体撮像装置６１は、前述の第１実施の形態と同様に、画素を構成するフォトダイオードＰＤとして、低不純物濃度の第２のフォトダイオードＰＤ２と高不純物濃度の第１のフォトダイオードＰＤ１とを有して構成される。第２のフォトダイオードＰＤ２は、転送ゲート電極３２直下の一部からサイドウォール３３直下にわたる低不純物濃度のｎ型半導体領域２７と、サイドウォール３３直下の低不純物濃度のｐ型半導体領域２８を有して形成される。第１のフォトダイオードＰＤ１は、サイドウォール３３の端縁から外側に電荷蓄積領域となる高不純物濃度のｎ型半導体領域２４と、その表面側の高不純物度のｐ型半導体領域２５を有して形成される。ｎ型半導体領域２４の下方には、ｎ型半導体領域２４に連続するように、第１のフォトダイオードＰＤ１を構成するさらに低不純物濃度のｎ型半導体領域２６が形成される。
【０１１０】
転送トランジスタＴｒ１は、フローティングディフージョン（ＦＤ）となる高不純物濃度のｎ型半導体領域２９と、このｎ型半導体領域２９と第２のフォトダイオードＰＤ２間の基板上にゲート絶縁膜３１を介して形成した転送ゲート電極３２とを有して形成される。
【０１１１】
そして、本実施の形態においては、転送ゲート電極３２のフォトダイオードＰＤの側部に、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の絶縁膜６３を介して不純物ドープしたポリシリコン膜によるサイドウォール６２が形成される。また、転送ゲート電極３２のフローティングディフージョン（ＦＤ）側の側部に絶縁膜によるサイドウォール３３が形成される。転送ゲート電極３２は、本例ではｎ型不純物をドープしたｎ＋ポリシリコン膜で形成される。ポリシリコン膜によるサイドウォール６２としては、ｐ型不純物をドープしたｐ＋ポリシリコン、あるいはｎ型不純物をドープしたｎ＋ポリシリコンで形成される。
【０１１２】
ｎ型ポリシリコンとｐ型ポリシリコンとは、仕事関数が１．１Ｖ程度違う。本構成では、サイドウォール６２をｐ＋ポリシリコンで形成した場合、電荷蓄積期間の転送ゲート電極３２に０Ｖの電圧を印加したときに、このゲート電圧が容量結合でサイドウォール６２にも印加される。そして、上記の仕事関数の違いにより、ｐ＋ポリシリコンのサイドウォール６２直下はホール（正孔）が誘起されていわゆるホールピニング状態となる。
【０１１３】
一方、サイドウォール６２をｎ＋ポリシリコンで形成した場合には、電荷蓄積期間の転送ゲート電極３２に負電圧を印加することにより、ｎ＋ポリシリコンのサイドウォール６２直下はホール（正孔）が誘起されていわゆるホールピニング状態となる。また、転送ゲート電極３２に正電圧を印加するときは、ｎ＋ポリシリコンのサイドウォール６２直下ではポテンシャルがなだらかな勾配を有するように変調され、信号電荷が読み出し易くなる。
【０１１４】
その他のフォトダイオードＰＤ及び転送トランジスタＴｒ１に関する構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
第６実施の形態の固体撮像装置６１の製造方法に関しては、基本的には第１実施の形態で説明した製造方法が適用される。
【０１１５】
第６実施の形態に係る固体撮像装置６１によれば、前述の第１実施の形態で説明したと同様に、画素がより微細化され、画素トランジスタのゲート電極膜厚、レジストマスクの膜厚が薄くなっても、セルフアラインでフォトダイオードＰＤを形成することができる。また、第１実施の形態と同様に、転送ゲート電極３２側に低不純物濃度の第２フォトダイオードＰＤ２を有するので、フォトダイオードＰＤの転送ゲート部側の横方向の電界強度が緩和される。主たる電界蓄積領域となるｎ型半導体領域２４が基板の浅い位置に形成される。従ってより信号電荷が読み出し易くなり、読み出し電圧Ｖｔｇの低電圧化が可能になる。さらに、第２のフォトダイオードＰＤ２のｐ型半導体領域２８がサイドウォール３３下の界面近傍に形成されるので、界面からの電荷（電子）の湧き出しを抑制し、白点発生を抑制することができる。
【０１１６】
さらに、本実施の形態では、転送ゲート電極３２のフォトダイオードＰＤ側のサイドウォール６２を所要導電型の不純物をドープしたポリシリコン膜で形成するので、電荷蓄積期間において、サイドウォール直下をホールピニング状態となる。したがって、サイドウォール６２直下での電荷の湧き出しをさらに抑制し、白点発生をさらに抑制することができる。このように、第６施の形態においても、読み出し特性を改善して残像を抑制し、かつ白点の発生をさらに抑制することができ、残像と白点の抑制を両立させることができる。本実施の形態では、その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【０１１７】
＜８．第７実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１２に、本発明に係る固体撮像装置の第７実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、ＭＯＳ固体撮像装置であり、同図はその光電変換素子となるフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部を示す。第７実施の形態に係る固体撮像装置６５は、前述の第１実施の形態と同様に、画素を構成するフォトダイオードＰＤとして、低不純物濃度の第２のフォトダイオードＰＤ２と高不純物濃度の第１のフォトダイオードＰＤ１とを有して構成される。第２のフォトダイオードＰＤ２は、転送ゲート電極３２直下の一部からサイドウォール３３直下にわたる低不純物濃度のｎ型半導体領域２７と、サイドウォール３３直下の低不純物濃度のｐ型半導体領域２８を有して形成される。第１のフォトダイオードＰＤ１は、サイドウォール３３の端縁から外側に主たる電荷蓄積領域となる高不純物濃度のｎ型半導体領域６６と、その表面側の高不純物度のｐ型半導体領域２５を有して形成される。
【０１１８】
転送トランジスタＴｒ１は、フローティングディフージョン（ＦＤ）となる高不純物濃度のｎ型半導体領域２９と、このｎ型半導体領域２９と第２のフォトダイオードＰＤ２間の基板上にゲート絶縁膜３１を介して形成した転送ゲート電極３２とを有して形成される。
【０１１９】
そして、本実施の形態においては、セルフアラインにより第１のフォトダイオードＰＤ１が形成されるが、特に、ｎ型不純物のイオン注入を複数段に行い、深さ方向に不純物濃度を異にした複数のｎ型半導体領域６６，６７，６８が形成される。本例では、低不純物濃度のｎ型半導体領域２７及びｐ型半導体領域２８を形成した後、サイドウォール３３及び転送ゲート電極３２をマスクに、ｎ型半導体領域２７に２回目のｎ型不純物をイオン注入して不純物濃度の高いｎ型（ｎ＋）半導体領域６７が形成される。次に、同マスクを介して３回目のｎ型不純物をイオン注入してｎ型半導体領域６７より浅くかつ不純物濃度の高いｎ型（ｎ＋＋）半導体領域６６が形成される。このｎ型半導体領域６６が主たる電荷蓄積領域となる。さらに、同マスクを介して深い位置に、低不純物濃度のｎ型（ｎ−−）半導体領域６８が形成される。
【０１２０】
その他のフォトダイオードＰＤ及び転送トランジスタに関する構成は、前述の第１実施の形態で説明したと同様であるので、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
第７実施の形態の固体撮像装置６５の製造方法に関しては、基本的には第１実施の形態で説明した製造方法が適用される。
【０１２１】
第７実施の形態に係る固体撮像装置６５によれば、前述の第１実施の形態で説明したと同様に、画素がより微細化され、画素トランジスタのゲート電極膜厚、レジストマスクの膜厚が薄くなっても、セルフアラインでフォトダイオードＰＤを形成することができる。また、第１実施の形態と同様に、転送ゲート電極３２側に低不純物濃度の第２フォトダイオードＰＤ２を有するので、フォトダイオードＰＤの転送ゲート部側の横方向の電界強度が緩和される。主たる電界蓄積領域となるｎ型半導体領域６６が基板の浅い位置に形成される。従ってより信号電荷が読み出し易くなり、読み出し電圧Ｖｔｇの低電圧化が可能になる。さらに、第２のフォトダイオードＰＤ２のｐ型半導体領域２８がサイドウォール３３下の界面近傍に形成されるので、界面からの電荷（電子）の湧き出しを抑制し、白点発生を抑制することができる。このように、第３実施の形態においても、読み出し特性を改善して残像を抑制することと、白点の発生を抑制することを両立させることができる。
【０１２２】
本実施の形態では、第１のフォトダイオードＰＤ１が基板深さ方向に向かって不純物濃度が漸次低くなる複数のｎ型半導体領域６６、６７及び６８を形成して構成される。従って、領域６６、６７、６８からなるｎ型半導体領域においては、光電変換で生成された信号電荷が電位勾配により、電荷蓄積領域となるｎ型半導体領域６６への信号電荷の蓄積をさらに効率よく行うことができる。本実施の形態では、その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【０１２３】
なお、上述の実施の形態に係る固体撮像装置では、信号電荷を電子とし、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型として構成したが、信号電荷を正孔とする固体撮像装置にも適用できる。この場合、各半導体基板あるいは半導体領域の導電型を逆にし、ｐ型が第１導電型，ｎ型が第２導電型となる。
【０１２４】
＜９．第８実施の形態＞
［電子機器の構成例］
本発明に係る固体撮像装置は、固体撮像装置を備えたカメラ、カメラ付き携帯機器、固体撮像装置を備えたその他の機器、等の電子機器に適用することができる。特に、微細な画素ができるので、小型の固体撮像装置を備えたカメラを製造することができる。
【０１２５】
図１２に、本発明の電子機器の一例としてカメラに適用した実施の形態を示す。本実施の形態に係るカメラ９１は、光学系（光学レンズ）９２と、固体撮像装置９３と、信号処理回路９４とを備えてなる。固体撮像装置９３は、上述した各実施の形態のいずれか１つの固体撮像装置が適用される。光学系９２は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置９３の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置９３の光電変換部であるフォトダイオードにおいて一定期間信号電荷が蓄積される。信号処理回路９４は、固体撮像装置９３の出力信号に対して種々の信号処理を施して出力する。本実施の形態のカメラ９１は、光学系９２、固体撮像装置９３、信号処理回路９４がモジュール化したカメラモジュールの形態を含む。
【０１２６】
本発明は、図１２のカメラ、あるいはカメラモジュールを備えた例えば携帯電話に代表されるカメラの構成は、光学系９２、固体撮像装置９３、信号処理回路９４がモジュール化した撮像機能を有するモジュールと構成することができる。すなわち、上記カメラの構成は、いわゆる撮像機能モジュ−ルとして構成することができる。本発明は、このような撮像機能モジュールを備えた電子機器を構成することができる。
【０１２７】
本実施の形態に係る電子機器によれば、固体撮像装置において、高精度に画素の微細化、それに伴う小型化が進んでも、残像と白点発生の抑制を両立させることができ、高画質、高解像度が得られ、高品質の電子機器を提供することができる。
【符号の説明】
【０１２８】
１・・固体撮像装置、２・・画素、３・・画素部、４・・垂直駆動回路、５・・カラム信号処理回路、６・・水平駆動回路、７・・出力回路、８・・制御回路、９・・垂直信号線、１０・・水平信号線、１２・・入出力端子、２１・・固体撮像装置、２２・・第１導電型半導体基板、２３・・第２導電型の半導体ウェル領域、ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３・・フォトダイオード、Ｔｒ１・転送トランジスタ、２４・・高不純物濃度のｎ型半導体領域、２５・・高不純物濃度のｐ型半導体領域、２６・・低不純物濃度のｎ型半導体領域、２７・・低不純物濃度のｎ型半導体領域、２８・・低不純物濃度のｐ型半導体領域、２９・・フローティングディフージョンとなるｎ型半導体領域、３１・・ゲート絶縁膜、３２・・転送ゲート電極、３３・・サイドウォール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置とその製造方法、及びこの固体撮像装置を備えたカメラ等の電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置として、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のＭＯＳ型イメージセンサに代表される増幅型固体撮像装置が知られている。また、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサに代表される電荷転送型固体撮像装置が知られている。これら固体撮像装置は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどに広く用いられている。近年、カメラ付き携帯電話やＰＤＦ（Personal Digital Assistant）などのモバイル機器に搭載される固体撮像装置としては、電源電圧が低く、消費電力の観点などからＭＯＳ型イメージセンサが多く用いられている。
【０００３】
ＭＯＳ型の固体撮像装置は、単位画素が光電変換部となるフォトダイオードと複数の画素トランジスタで形成され、この複数の単位画素が２次元アレイ状に配列された画素部（撮像領域）と、周辺回路領域を有して構成される。複数の画素トランジスタは、ＭＯＳトランジスタで形成され、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅とトランジスタの３トランジスタ、あるいは選択トランジスタを加えた４トランジスタで構成される。
【０００４】
図１４に、従来、一般的なＭＯＳ型の固体撮像装置１０１の画素１０２の電荷読み出し部分の要部を示す。画素１０２では、例えばｎ型の半導体基板１０３にｐ型の半導体ウェル領域１０４が形成される。このｐ型半導体ウェル領域１０４に光電変換部となるフォトダイオード１０５と、フォトダイオード５の信号電荷が読み出されるｎ型半導体領域によるフローティングディフージョン部１０８が形成される。このフォトダイオード１０５及びフローティングディフージョン部１０８との間にゲート絶縁膜１０９を介して転送ゲート電極１１１を形成してなる転送トランジスタＴｒ１が形成され、ここに電荷読み出し部分が構成される。
【０００５】
フォトダイオード１０５は、信号電荷を蓄積する電荷蓄積領域となるｎ型半導体領域１０６と、その表面の界面部分に形成したホールアキュミュレーション層を兼ねるｐ型半導体領域１０７とを有した埋め込み型フォトダイオードとして構成される。このｐ型半導体層１０７を以下、正孔電荷蓄積層という。正孔電荷蓄積領域１０７は、暗電流を抑制するためのもので、比較的に高濃度のｐ＋領域で形成される。電荷蓄積領域となるｎ型半導体領域１０６も比較的に高濃度のｎ＋領域で形成される。なお、ｎ型半導体領域１０６下に連続して所要深さにわたって、比較的に低濃度のｎ型半導体領域（ｎ−−領域）１１０が形成される。Ｄ１は、基板表面からｎ型半導体領域１１０の底部までの距離を示す。このｎ−−領域１１０とｎ＋領域１０６でフォトダイオード５のｎ型領域が構成される。転送トランジスタＴｒ１における転送ゲート電極１１１の側部には、２層構造の絶縁膜によるサイドウォール１１２が形成される。
【０００６】
フォトダイオード１０５では、電荷蓄積領域となるｎ型半導体領域１０６が転送ゲート電極１１１に一部重なるように形成され、正孔電荷蓄積領域１０７が転送ゲート電極１１１から少し離れたオフセット状態で形成される。これは、ｎ型半導体領域１０６に蓄積された信号電荷の読み出し特性を良好にするためである。例えば正孔電荷蓄積領域１０７を転送ゲート電極１１１に近づけて形成した場合、正孔電荷蓄積領域１０７の電位が基準電位に固定されている為、電荷読み出し時にｎ型半導体領域１０７の転送ゲート端近傍の電位が変調され難くなり、信号電荷が読み出し難くなる。すなわち、正孔電荷蓄積領域１０７がゲート電極１１１に近づくと、転送トランジスタＴｒ１のゲート電圧（読み出し電圧）Ｖｔｇが高くなり、読み出し難くなる。正孔電荷蓄積領域１０７をゲート電極１１１から離すことにより、ｎ型半導体領域１０６の転送ゲート端近傍の電位が変調して、フォトダイオード１０５の信号電荷が読み出し易くなる。
【０００７】
フォトダイオードにおいて、正孔電荷蓄積領域をゲート電極から少し離してオフセット状態で形成するようにした固体撮像装置は、特許文献１，２等において開示されている。また、電荷蓄積領域となるｎ型半導体領域を、正孔電荷蓄積領域を兼ねるｐ型半導体領域より天道ゲート部側に延長させた固体撮像装置も特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２１９２５号公報
【特許文献２】再公表Ｗ０２００３／０９６４２１号公報
【特許文献３】特開平１１−２７４４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の図１４で示すＭＯＳ型の固体撮像装置１０１においては、フォトダイオード１０５における正孔電荷蓄積領域１０７を転送ゲート電極１１１からサイドウォール１１２の距離だけ離して形成しているので、信号電荷を読み出し易くしている。すなわち、残像の発生が抑制される。しかし、正孔電荷蓄積領域１０７がオフセット状態で形成され、サイドウォール１１２直下に形成されていないため、サイドウォール１１２とシリコン表面との界面での電荷（電子）の湧き出しによる白点が発生し易くなる。つまり、残像を抑制すると、白点が発生し易くなり、白点を抑制すると残像が発生し易くなり、この残像と白点は所謂トレードオフの関係になっている。
【００１０】
従来、図１４で示す埋め込み型のフォトダイオード１０５は、セルフアラインで作られていた。先ず、転送ゲート電極１１１を形成した後に、イオン注入でｎ型半導体領域１０６を形成し、次に、サイドウォール１１２を形成した後に、正孔電荷蓄積領域１０７を形成していた。一方、チャネル領域に閾値電圧Ｖｔｈ調整用の濃度の薄いボロン注入がマスクを介して行われていた。
このボロン注入はマスクを介して行われていたため、マスクの重ね合わせずれを起こし、転送ゲート部のエッジ部近傍の不純物濃度プロファイルがばらつき、信号電荷の読み出し特性、あるいは信号電荷の保持特性のばらつきを増大させていた。
【００１１】
また、電荷蓄積領域となるｎ型半導体領域１０６の形成に際し、図１５に示すように、従来はイオン注入の飛程距離（濃度分布のピーク位置）Ｒｐの深さＤ２を、ゲート絶縁膜を含めた転送ゲート電極１１１の膜厚Ｄ３より大きく設定されていた（Ｄ２＞Ｄ３）。理由は、ｎ型半導体領域１０６を浅く形成すると表面側の正孔電荷蓄積領域１０７とオバーラップして正孔電荷蓄積領域１０７の濃度、あるいはｎ型半導体領域１０６の濃度が薄まるのを避けるべく、飛程距離Ｒｐを深くしているためである。
【００１２】
ｎ型半導体領域６を形成するときのイオン注入では、転送ゲート電極１１１に一部重なるように他部をレジストマスク１１４で被覆して行われる。上記の転送ゲート電極１１１の膜厚Ｄ３とイオン注入のＲｐの深さＤ２の関係から、ｎ型不純物１１５をセルフアラインで注入すると、ｎ型不純物１１５が転送ゲート電極１１１を突き抜けてしまう。このため、転送ゲート電極直下のチャネル表面に濃い濃度のｎ型領域が形成される。これを避けるために、図１６に示すように、転送ゲート電極１１１のパターニングで用いたレジストマスク１１６を残し、さらにその上に上記のレジストマスク１１４を形成し、二重レジスト膜を用いて，ｎ型不純物１１５をイオン注入することも行われている。
【００１３】
ところで、近年、更なる画素の微細化が進んできて、ゲート電極の膜厚が薄くなってきている。つまり、微細なパターニング加工の必要からゲート電極の膜厚が薄くなり、併せてレジスト膜厚も薄くなる。このため、上述した二重レジスト膜によるｎ型不純物のイオン注入が出来なくなり、セルフアラインによるフォトダイオードの形成ができない傾向になってきている。画素を微細化して行くと、ちょっとした寸法のずれが特性のずれになる。
【００１４】
本発明は、上述の点に鑑み、画素が微細化してもセルフアラインで形成でき、かつ読み出し特性の改善つまり残像の抑制と、白点発生の抑制とを両立できるようにした、固体撮像装置とその製造方法を提供するものである。
また、本発明は、かかる固体撮像装置を備えた電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る固体撮像装置は、単位画素のフォトダイオード領域に、素子分離領域を介さずに形成され且つｐｎ接合領域部の不純物濃度が異なる複数のフォトダイオードを有する。
【００１６】
本発明の固体撮像装置では、単位画素のフォトダイオード領域に、ｐｎ接合領域部の不純物濃度が異なる複数のフォトダイオードを有するので、転送ゲート電極側の低不純物濃度のフォトダイオードによって電界強度が緩和される。この電界強度の緩和で、転送ゲート電極に読み出し電圧を印加したとき、フォトダイオードの転送ゲート電極の端部近傍下の電位が変調し易くなり、信号電荷が読み出し易くなる。また、転送ゲート電極のサイドウォール下では、低不純物濃度のフォトダイオードのｐｎ接合を形成する一方の半導体領域により基板界面からの電荷湧き出しが抑制される。これら複数のフォトダイオードは、転送ゲート電極又は／及びサイドウォールをマスクとしたイオン注入により、セルフアラインで形成することができる。
【００１７】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、単位画素のフォトダイオードを形成すべき領域に、転送ゲート電極をマスクに不純物をイオン注入して基板表面の第２導電型半導体領域と、これより深い第１導電型半導体領域を形成する工程を有する。この工程は、埋め込み型の第２のフォトダイオードを形成する工程となる。次に、転送ゲート電極にサイドウォールを形成し、前記転送ゲート電極及びサイドウォールをマスクに不純物をイオン注入して不純物濃度を高めた、基板表面の第２導電型半導体領域と、これより深い第１導電型半導体領域を形成する工程を有する。この工程は、埋め込み型の第１のフォトダイオードを形成する工程となる。
【００１８】
本発明の固体撮像装置の製造方法では、転送ゲート電極をマスクにして不純物をイオン注入で第２のフォトダイオードを形成する。次に、転送ゲート電極の側部にサイドウォールを形成した後、サイドウォール及び転送ゲート電極をマスクにして不純物をイオン注入で第１のフォトダイオードを形成する。この工程を有することにより、サイドウォール下に低不純物濃度のｐｎ接合領域部を有する第２のフォトダイオードがセルフアラインで形成される。また、サイドウォールの端縁より外側に高不純物濃度のｐｎ接合領域部を有する第１のフォトダイオードがセルフアラインで形成される。
【００１９】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、単位画素のフォトダイオードを形成すべき領域に、素子分離領域を介さずに形成され且つｐｎ接合領域部の不純物濃度が異なる複数のフォトダイオードを形成する工程を有する。この工程では、転送ゲート電極及び／又は転送ゲート電極のサイドウォールをマスクにした、斜めイオン注入及び垂直イオン注入による複数段のイオン注入を行う。
【００２０】
本発明の固体撮像装置の製造方法では、転送ゲート電極及び／又は転送ゲート電極のサイドウォールをマスクにした、斜めイオン注入及び垂直イオン注入による複数段のイオン注入を行う。この工程を有することにより、-転送ゲート電極下の一部、サイドウォール下及びサイドウォールの外側を含む領域にわたり、転送ゲート電極側に向かって不純物濃度が低くなる複数のフォトダイオードがセルフアラインで形成される。
【００２１】
本発明に係る電子機器は、 固体撮像装置と、固体撮像装置のフォトダイオードに入射光を導く光学系と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備える。固体撮像装置は、単位画素のフォトダイオード領域に、素子分離領域を介さずに形成され且つｐｎ接合領域部の不純物濃度が異なる複数のフォトダイオードを有する。
【００２２】
本発明の電子機器では、上記本発明の固体撮像装置を備えるので、フォトダイオードからの信号電荷の読み出しが容易になり、白点の発生が抑制される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る固体撮像装置によれば、画素が微細化してもセルフアラインで形成でき、かつ読み出し特性の改善つまり残像の抑制と、白点発生の抑制とを両立した、固体撮像装置を提供することができる。
【００２４】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法によれば、画素が微細化してもセルフアラインで形成でき、かつ読み出し特性の改善つまり残像の抑制と、白点発生の抑制とを両立した、固体撮像装置を製造することができる。
【００２５】
本発明に係る電子機器によれば、本発明の固体撮像装置を備えることにより、残像と白点発生の抑制を両立させることができる。従って、高品質の電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の各実施の形態に適用される固体撮像装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る固体撮像装置の第１実施の形態を示す要部の概略断面図である。
【図３】Ａ〜Ｃ 第１実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図（その１）である。
【図４】第１実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図（その２）である。
【図５】本発明に係る固体撮像装置の第２実施の形態を示す要部の概略断面図である。
【図６】本発明に係る固体撮像装置の第３実施の形態を示す要部の概略断面図である。
【図７】本発明に係る固体撮像装置の第４実施の形態を示す要部の概略断面図である。
【図８】Ａ〜Ｃ 第４実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図（その１）である。
【図９】Ｄ〜Ｅ 第４実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図（その２）である。
【図１０】本発明に係る固体撮像装置の第５実施の形態を示す要部の概略断面図である。
【図１１】本発明に係る固体撮像装置の第６実施の形態を示す要部の概略断面図である。
【図１２】本発明に係る固体撮像装置の第７実施の形態を示す要部の概略断面図である。
【図１３】本発明の第８実施の形態に係る電子機器の概略構成図である。
【図１４】従来の固体撮像素子の例を示す要部の断面図である。
【図１５】従来の固体撮像装置の説明に供するイオン注入の説明図である。
【図１６】従来の固体撮像装置の説明に供するイオン注入の他の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．ＭＯＳ固体撮像装置の概略構成例
２．第１実施の形態（固体撮像装置の構成例とその製造方法の例）
３．第２実施の形態（固体撮像装置の構成例）
４．第３実施の形態（固体撮像装置の構成例）
５．第４実施の形態（固体撮像装置の構成例とその製造方法）
６．第５実施の形態（固体撮像装置の構成例）
７．第６実施の形態（固体撮像装置の構成例）
８．第７実施の形態（固体撮像装置の構成例）
９．第８実施の形態（電子機器の構成例）
【００２８】
＜１．ＭＯＳ固体撮像装置の概略構成例＞
図１に、本発明の各実施の形態に適用されるＭＯＳ固体撮像装置の一例の概略構成を示す。本例の固体撮像装置１は、図１に示すように、半導体基板１１例えばシリコン基板に複数の光電変換素子を含む画素２が規則的に２次元的に配列された画素部（いわゆる撮像領域）３と、周辺回路部とを有して構成される。画素２は、光電変換素子となる例えばフォトダイオードと、複数の画素トランジスタ（いわゆるＭＯＳトランジスタ）を有して成る。複数の画素トランジスタは、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ及び増幅トランジスタの３つのトランジスタで構成することができる。その他、選択トランジスタ追加して４つのトランジスタで構成することもできる。単位画素の等価回路は通常と同様であるので、詳細説明は省略する。画素２は、１つの単位画素として構成することができる。また、画素２は、共有画素構造とすることもできる。この画素共有構造は、複数のフォトダイオードと、複数の転送トランジスタと、共有する１つのフローティングディフージョンと、共有する１つずつの他の画素トランジスタとから構成される。すなわち、共有画素では、複数の単位画素を構成するフォトダイオード及び転送トランジスタが、他の１つずつの画素トランジスタを共有して構成される。
【００２９】
周辺回路部は、垂直駆動回路４と、カラム信号処理回路５と、水平駆動回路６と、出力回路７と、制御回路８などを有して構成される。
【００３０】
制御回路８は、入力クロックと、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また固体撮像装置の内部情報などのデータを出力する。すなわち、制御回路８では、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基いて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、これらの信号を垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６等に入力する。
【００３１】
垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素駆動配線を選択し、選択された画素駆動配線に画素を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素を駆動する。すなわち、垂直駆動回路４は、画素領域３の各画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線９を通して各画素２の光電変換素子となる例えばフォトダイオードにおいて受光量に応じて生成した信号電荷に基く画素信号をカラム信号処理回路５に供給する。
【００３２】
カラム信号処理回路５は、画素２の例えば列ごとに配置されており、１行分の画素２から出力される信号を画素列ごとにノイズ除去などの信号処理を行う。すなわちカラム信号処理回路５は、画素２固有の固定パターンノイズを除去するためのＣＤＳや、信号増幅、ＡＤ変換等の信号処理を行う。カラム信号処理回路５の出力段には水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線１０との間に接続されて設けられる。
【００３３】
水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を水平信号線１０に出力させる。
【００３４】
出力回路７は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１０を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。例えば、バファリングだけする場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理などが行われる場合もある。入出力端子１２は、外部と信号のやりとりをする。
【００３５】
＜２．第１実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図２に、本発明に係る固体撮像装置の第１実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、ＭＯＳ固体撮像装置であり、同図はその光電変換素子となるフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部を示す。第１実施の形態に係る固体撮像装置２１は、第１導電型、例えばｎ型の半導体基板（シリコン基板）２２に、第２導電型、例えばｐ型の半導体ウェル領域２３が形成された半導体基体を有する。このｐ型半導体ウェル領域２３の各１つの単位画素の領域に、フォトダイオードＰＤと複数の画素トランジスタ、ここでは代表して転送トランジスタＴｒ１とが形成される。すなわち、各単位画素では、フォトダイオードが形成されるフォトダイオード領域と、複数の画素トランジスタが形成される画素トランジスタ領域を有している。
【００３６】
フォトダイオード領域での上記フォトダイオードＰＤは、素子分離領域に介さずに形成され且つｐｎ接合を形成する半導体領域部（つまりｐｎ接合領域部）の不純物濃度が異なる複数、本例では２つのフォトダイオードＰＤ［ＰＤ１，ＰＤ２］を有する。フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２は、ｐｎ接合を有するいわゆる埋め込み型のフォトダイオードとして形成される。第１のフォトダイオードＰＤ１は転送ゲート部から離れて形成され、第２のフォトダイオードＰＤ２は第１のフォトダイオードＰＤ１に連続して転送ゲート部側に形成される。第２のフォトダイオードＰＤ２は、第１のフォトダイオードＰＤ１より低不純物濃度の半導体領域で形成される。
【００３７】
第１のフォトダイオードＰＤ１は、主たる電荷蓄積領域となる比較的高濃度の第２導電型半導体領域、例えばｎ型半導体領域２４と、その半導体表面に分布する比較的高濃度のｐ型半導体領域２５とを有して構成される。第２のフォトダイオードＰＤ２は、比較的低不純物濃度のｎ型半導体領域２７と、その半導体表面に分布する比較的低不純物濃度のｐ型半導体領域２８とを有して構成される。第１及び第２のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２を構成する夫々のｎ型半導体領域２４及び２７、ｐ型半導体領域２５及び２８の少なくとも１部が連続して形成される。第１のフォトダイオードＰＤ１では、さらに電荷蓄積領域であるｎ型半導体領域２４下に連続して低不純物濃度のｎ型半導体領域２６が形成される。ここで、基板表面から低不純物濃度のｎ型半導体領域２６の底部までの距離４は、前述のＤ１と同じ（Ｄ４＝Ｄ１）にすることもできる。
【００３８】
高不純物濃度のｐ型半導体領域２５は、暗電流抑制、つまり白点発生を抑制するための正孔電荷蓄積領域を兼ねている。また、低不純物濃度のｐ型半導体領域２８も暗電流抑制、つまり白点発生を抑制するための正孔電荷蓄積領域を兼ねている。
【００３９】
転送トランジスタＴｒ１は、フォトダイオードＰＤのｎ型半導体領域２４，２７をソース領域、フローティングディフージョンとなるｎ型半導体領域２９をドレイン領域として、両領域間の基板上にゲート絶縁膜３１を介して転送ゲート電極３２を形成して構成される。転送ゲート電極３２は、例えば不純物、本例ではｎ型不純物がドープされたポリシリコン膜で形成される。転送ゲート電極３２の側部には、絶縁膜によるサイドウォール３３が形成される。本例ではサイドウォール３３が、シリコン酸化膜３４とシリコン窒化膜３５の二層構造で形成される。
【００４０】
そして、本実施の形態においては、第２のフォトダイオードＰＤ２が転送ゲート電極３２をマスクにしたイオン注入で形成され、第１のフォトダイオードＰＤ１がサイドウォール３３及び転送ゲート電極３２をマスクとしたイオン注入で形成される。第２のフォトダイオードＰＤ２のｎ型半導体領域２７及びｐ型半導体領域２８は、１回目の薄い濃度のイオン注入で形成される。第１のフォトダイオードＰＤ１のｎ型半導体領域２４及びｐ型半導体領域は、上記１回目の薄い濃度のイオン注入に加えて２回目の薄い濃度のイオン注入の加算で形成される。従って、第１のフォトダイオードＰＤ１は、それぞれ高不純物濃度のｎ型半導体領域２４及びｐ型半導体領域２５を有して形成される。第２のフォトダイオードＰＤ２は、それぞれ低不純物濃度のｎ型半導体領域２７及びｐ型半導体領域２８を有して形成される。
【００４１】
さらに、第１及び第２のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２を構成するそれぞれのｎ型半導体領域２４、２７、ｐ型半導体領域２５、２８は、打ち込みエネルギー（以下、加速エネルギーという）を低くしたイオン注入条件で形成される。すなわち、この加速エネルギーは、ゲート絶縁膜３１を含んで転送ゲート電極３２を突き抜けない低加速エネルギーにしている。さらに、低ドーズ量のイオン注入で上記の各ｎ型半導体領域２４，２７、各ｐ型半導体領域２５，２８が形成される。
【００４２】
本実施の形態では、低不純物濃度の第２のフォトダイオードＰＤ２が転送ゲート電極３２直下の一部からサイドウォール３３直下にわたる領域に形成される。本例ではｎ型領域２７がサイドウォール３３直下から転送ゲート電極３２の端部直下にわたり形成される。また、ｐ型半導体領域２８は、サイドウォール３３直下の界面に形成される。第１のフォトダイオードＰＤ１は、その高不純物濃度のｎ型半導体領域２４及びｐ型半導体領域２５がサイドウォール３３の端縁から外側に形成されて構成される。
【００４３】
第１及び第２のフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２においては、本例ではそれぞれのｎ型半導体領域２４，２７が同じ深さに形成され、それぞれのｐ型半導体領域２５，２８が同じ深さに形成される。
【００４４】
第１及び第２のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２は、二層レジスト膜を用いずにセルフアラインにより形成される。後述するように、先ず、転送ゲート電極３２を形成した後、転送ゲート電極３２をマスクにして低ドーズ量のｎ型不純物を低い加速エネルギーでイオン注入して浅い領域に低不純物濃度のｎ型半導体領域２７を形成する。次に、同じように転送ゲート電極３２をマスクにして低ドーズ量のｐ型不純物を上記ｎ型不純物のイオン注入よりも低加速エネルギーでイオン注入して基板表面の界面に低不純物濃度のｐ型半導体領域２８を形成する。
【００４５】
ここで、ｎ型半導体領域２７は，転送ゲート電極３２と一部重なるように、所要距離だけ転送ゲート電極３２側に延長して形成することが好ましい。このためには、例えば、転送ゲート電極３２をマスクにｎ型不純物を斜めイオン注入して、転送ゲート電極３２に重なるｎ型半導体領域２７を形成することができる。あるいは、ｎ型不純物とｐ型不純物の拡散係数の違いを利用して、イオン注入後の熱処理で、転送ゲート電極３２に一部重なるｎ型半導体領域２７を形成することもできる。さらには、ｎ型不純物をイオン注入した後にアニールし、その後にｐ型不純物をイオン注入することにより、ｎ型半導体領域２７が一部転送ゲート電極３２と重なるように形成することもできる。
【００４６】
さらには、図示しないが、ｎ型不純物とｐ型不純物の拡散係数の違いを利用して、低不純物濃度のｐ型半導体領域２８をｎ型半導体領域２７よりも延長して転送ゲート電極３２と一部重なるように形成することもできる。いずれにしても、セルフアラインで転送ゲート電極３２の端部近傍下のｎ型半導体領域２７及びｐ型半導体領域２８の不純物濃度プロファイルを独自にコントロールすることができる。すなわち、転送ゲート電極３２の端部近傍下の不純物濃度プロファイルを最適化することができる。画素の微細化に対して有効である。
【００４７】
次に、転送ゲート電極３２の側部にサイドウォール３３を形成した後、サイドウコール３３及び転送ゲート電極３２をマスクにして、例えば、上記と同じ低ドーズ量、低加速エネルギーでイオン注入する。同様に上記と同じドーズ量、低加速エネルギーでｐ型不純物をイオン注入する。ｎ型、ｐ型不純物のそれぞれの２回のイオン注入工程では、後述するように、基板表面からイオン注入の飛程距離Ｒｐまでの深さが、ゲート絶縁膜３１を含む転送ゲート電極３２の膜厚ｔより小さくなるように低加速エネルギーでイオン注入が行われる。
【００４８】
この２回のイオン注入により、サイドウォール３３下には低不純物濃度の第２のフォトダイオードＰＤ２が形成され、サイドウォール３３の端縁より外側には高不純物濃度の第１のフォトダイオードＰＤ１が形成されることになる。しかも、主たる電荷蓄積領域となる高不純物濃度のｎ型半導体領域２４は、基板表面から従来よりも浅い位置に形成される。すなわち、フォトダイオードにおいて、基板表面からｎ型半導体領域２６の底面までの深さＤ４（＝Ｄ１）を一定とすると、図１４の従来の場合の電荷蓄積領域６の深さがＨ２である。これに対して、本実施の形態では、電荷蓄積領域２４の深さＨ１が従来よりも浅くなる（Ｈ１＜Ｈ２）。
【００４９】
固体撮像装置２１においては、図示しないが、フォトダイオードＰＤ、転送トランジスタＴｒ１を含む複数の画素トランジスタを形成した後、層間絶縁膜を介して複数層の配線を形成した多層配線層が形成される。この多層配線層は、フォトダイオードＰＤに対応する部分には配線が形成されない。多層配線層上には、平坦化膜を介してオンチップカラーフィルタ、オンチップマイクロレンズが順次形成される。このＭＯＳ固体撮像装置２１は表面照射型として構成される。
【００５０】
第１実施の形態に係る固体撮像装置２１では、電荷蓄積期間（受光期間）に第１のフォトダイオードＰＤ１で光電変換されて発生した信号電荷（本例では電子）が主として基板表面に近い高濃度のｎ型半導体領域２４に蓄積され、保持される。この信号電荷が保持されている期間においては、第１のフォトダイオードＰＤ１は基板表面の界面近傍に高濃度のｐ型半導体領域２５により、界面からの電荷（電子）の湧き出しが抑制される。
【００５１】
一方、サイドウォール３３下には低不純物濃度の第２のフォトダイオードＰＤ２が形成されているので、サイドウォール３３との界面からの電荷（電子）の湧き出しを、第２のフォトダイオードＰＤ２のｐ型半導体領域２８により抑制することができる。信号電荷が保持される電荷蓄積期間では、転送ゲート電極３２に負バイアス電圧を印加することなく、０Ｖでもサウドウォール３３下での電荷の湧き出しを抑制することができる。従って、白点発生を抑制することができる。
【００５２】
また、固体撮像装置２１では、転送トランジスタＴｒ１の転送ゲート電極３２に読み出し電圧Ｖｔｇを印加することにより、フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷がフローティングディフージョンのｎ型半導体領域２９へ読み出される。このとき、フォトダイオードＰＤでは、転送ゲート部側に低不純物濃度の第２のフォトダイオードＰＤ２が形成されているので、フォトダイオードＰＤの転送ゲート部側の横方向の電界強度が緩和される。つまり、フォトダイオードＰＤの転送ゲート端近傍の電界強度が緩和される。このため、読み出し電圧Ｖｔｇを印加したときに、ｎ型半導体領域２４のゲート端近傍の電位が変調し易くなり、フォトダイオードＰＤの信号電荷が読み出し易くなる。
【００５３】
一方、転送ゲート部をオンしたときに、シリコン中の電界が基板表面側の方がかかり易い。本実施の形態では、第１のフォトダイオードＰＤ１の主たる電荷蓄積領域となるｎ型半導体領域２４が基板の浅い位置に形成されているので、転送ゲート部をオンしたときに、ｎ型半導体領域２４に電界がかかり易くなり、より信号電荷が読み出し易くなる。このため、読み出し電圧Ｖｔｇの低電圧化が可能になる。
【００５４】
本実施の形態では、画素が微細化されてもフォトダイオードＰＤがセルフアラインで形成されるので、信号に対して残像、白点のばらつきが少なくなる。セルフアラインで転送ゲート電極３２の端部近傍下のｎ型半導体領域２７及びｐ型半導体領域２８の不純物濃度プロファイルを独自にコントロールすることができ、転送ゲート電極３２の端部近傍下の不純物濃度プロファイルを最適化することができる。画素の微細化に対して有効である。
【００５５】
本実施の形態では、主たる電荷蓄積領域は高不純物濃度のｎ型半導体領域２４であるが、低不純物濃度のｎ型半導体領域２７にも信号電荷が蓄積されるので、全体では飽和信号電荷量Ｑｓが高くなる。
【００５６】
上述したように、第１実施の形態に係る固体撮像装置２１によれば、画素がより微細化され、画素トランジスタのゲート電極膜厚、レジストマスクの膜厚が薄くなっても、セルフアラインでフォトダイオードＰＤを形成することができる。しかも、読み出し特性を改善して残像を抑制し、かつ白点の発生をさらに抑制することができ、残像と白点の抑制を両立させることができる。
【００５７】
［固体撮像装置の製造方法］
図３〜図４に、第１実施の形態に係る固体撮像装置２１の製造方法の実施の形態を示す。同図は、１つの単位画素のフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部のみを示す。先ず、図３Ａに示すように、第１導電型、例えばｎ型の半導体基板（例えばシリコン基板）２２に第２導電型、例えばｐ型の半導体ウェル領域２３が形成された半導体基体が用意される。このｐ型半導体領域２３の撮像領域となる所要領域において、各単位画素の転送トランジスタを形成すべき領域上に、ゲート絶縁膜（例えばシリコン酸化膜）３１を介して、不純物ドープした例えばポリシリコン膜による転送ゲート電極３２を形成する。転送ゲート電極３２は、例えばｎ型不純物をドープしたポリシリコン膜で形成される。この転送ゲート電極３２は、画素の微細化に伴って、従来よりも電極膜厚がより薄くなるように形成される。
【００５８】
次に、図３Ｂに示すように、フォトダイオードＰＤを形成する領域を除く他部領域上に、一部転送ゲート電極３２上に跨るように、レジストマスク４１を形成する。このレジストマスク４１も、画素の微細化に伴って、従来よりも膜厚がより薄くなるように形成される。そして、転送ゲート電極３２をマスクとして、セルフアラインによりｎ型不純物４２ｎ、例えばヒ素をイオン注入してｎ型半導体領域２７を形成する。ｎ型不純物４２ｎのイオン注入は、低ドーズ量で、基板表面から転送ゲート電極３２の膜厚ｔより小さい深さＤｚｎの位置に飛程距離Ｒｐ（ｎ）が来るような低加速エネルギーで行われる。
【００５９】
続いて、同じ転送ゲート電極３２をマスクとして、セルフアラインによりｐ型不純物４２ｐ、例えばボロンをイオン注入してｎ型半導体領域２７の表面にｐ型半導体領域２８を形成する。ｐ型不純物４２ｐのイオン注入は、低ドーズ量で、基板表面から転送ゲート電極３２の膜厚ｔより小さく、かつＤｚｎより浅い深さＤｚｐの位置に飛程距離Ｒｐ（ｐ）が来るような低加速エネルギーで行われる。
【００６０】
次に、図３Ｃに示すように、通常の方法により転送ゲート電極３２の側部に絶縁膜によるサイドウォール３３を形成する。この例では、サイドウォール３３をシリコン酸化膜３４とシリコン窒化膜３５の二層膜構造で形成する。次いで、上記と同様にフォトダイオードＰＤを形成する領域を除く他部領域上に、一部転送ゲート電極３２上に跨るように、レジストマスク４３を形成する。そして、サイドウォール３３及び転送ゲート電極３２をマスクとして、セルフアラインにより例えば上記と同様のイオン注入条件でｎ型不純物４４ｎをイオン注してｎ型半導体領域２４を形成する。すなわち、本例では、イオン注入におけるｎ型不純物４２ｎ４４ｎの打ち込み深さを、ともに同じにする。
【００６１】
続いて、同じサイドウォール３３及び転送ゲート電極３２をマスクとして、セルフアラインにより例えば上記と同様のイオン注入条件でｐ型不純物４４ｐをイオン注入してｐ型半導体領域２５を形成する。すなわち、本例では、イオン注入におけるｐ型不純物４２ｐ４４ｐの打ち込み深さを、ともに同じにする。ｎ型半導体領域２４及びｐ型半導体領域２５は、同じイオン注入条件で２回のイオン注入で形成されるので、それぞれ１回のイオン注入によるｎ型半導体領域２７及びｐ型半導体領域２８の不純物濃度より高い不純物濃度を有することになる。ｎ型半導体領域２４が、主たる電荷蓄積領域になる。
【００６２】
なお、それぞれ２回目のｎ型不純物、ｐ型不純物のイオン注入では、１回目のイオン注入の飛程距離Ｒｐ（ｐ），Ｒｐ（ｎ）を同じにするも、ドーズ量を１回目より多くし、あるいは少なくすることも可能である。
【００６３】
このようにして、サイドウォール３３下にそれぞれ低不純物濃度のｎ型半導体領域２７及びｐ型半導体領域２８を有する埋め込み型の第２のフォトダイオードＰＤ２が形成される。また、サイドウォール３３の端縁より外側に第２のフォトダイオードＰＤ２に連続してそれぞれ高不純物濃度のｎ型半導体領域２４及びｐ型半導体領域２５を有する埋め込み型の第１のフォトダイオードＰＤ１が形成される。かくして、２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２からなる画素のフォトダイオードＰＤが形成される。
【００６４】
なお、ｐ型不純物とｎ型不純物の拡散係数の違いを利用して、図３Ｂの工程の後、サイドウォール形成の際の熱処理で、ｎ型半導体領域２７を一部転送ゲート電極３２下に延長するように形成することができる。あるいは、図３Ｂの工程で、転送ゲート電極３２をマスクにｎ型不純物を斜めイオン注入して転送ゲート電極３２下に一部重なるｎ型半導体領域２７を選択的に形成することもできる。さらに、ｐ型不純物とｎ型不純物の拡散係数の違いを利用して、図３Ｂの工程の後、サイドウォール形成の際の熱処理で、ｐ型半導体領域２８をｎ型半導体領域２７より延長して転送ゲート電極３２に一部重なるように形成することもできる。
【００６５】
また、図４に示すように、ｐ型半導体ウェル領域２３にはフローティングディフージョン（ＦＤ）となるｎ型半導体領域２９が形成される。さらに、第１のフォトダイオードＰＤ１において、電荷蓄積領域となるｎ型半導体領域２４下に、これに連続して所要深さにわたって低不純物濃度のｎ型半導体領域２６を形成する。このｎ型半導体領域２６は、サイドウォール３３及び転送ゲート電極３２をマスクに低ドーズ量のｎ型不純物をイオン注入して、セルフアラインにて形成される。
【００６６】
フォトダイオードＰＤ及び複数の画素トランジスタを形成した後は、通常の製法により、層間絶縁膜を介して複数層の配線を形成した多層配線層を形成し、さらに平坦化膜を介してオンチップカラーフィルタ及びオンチップマイクロレンズを形成する。かくして、目的の第１実施の形態の固体撮像装置２１を得る。
【００６７】
本実施の形態に係る固体撮像装置２１の製造方法によれば、転送ゲート電極３２をマスクとしたイオン注入と、サイドウォール３３及び転送ゲート電極３２をマスクとしたイオン注入により、セルフアラインでフォトダイオードＰＤを形成することができる。すなわち、転送ゲート電極３２をマスクとした、それぞれの１回目のイオン注入で形成したｎ型半導体領域２７とｐ型半導体領域２８とにより、一部転送ゲート電極に重なるように、サイドウォール３下に低不純物濃度の第２のフォトダイオードＰＤ２が形成される。また、サイドウォール３３を形成した後のそれぞれの２回目のイオン注入で不純物が加算され、サイドウォール端より外側の高不純物濃度の第１のフォトダイオードＰＤ１が形成される。この不純物濃度の異なるフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２を形成することにより、読み出し特性が改善され、残像が抑制され、かつ白点が抑制された固体撮像装置２１を製造することができる。
【００６８】
ｎ型不純物のイオン注入は、転送ゲート電極３２の膜厚より小さい飛程距離Ｒｐ（ｎ）で行われるので、ｎ型不純物が転送ゲート電極３２を突き抜けることがない。第１のイオン注入と第２のイオン注入の加速エネルギーを同じにすることにより、浅い位置に電荷蓄積領域となる高不純物濃度のｎ型半導体領域２４を形成し、その表面側に正孔電荷蓄積領域を兼ねるｐ型半導体領域２５を形成することができる。
【００６９】
従って、画素がより微細化されても、フォトダイオードＰＤをセルフアラインで形成し、しかも残像の抑制と白点発生の抑制とを両立できるようにした固体撮像装置を製造することができる。
【００７０】
＜３．第２実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図５に、本発明に係る固体撮像装置の第２実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、ＭＯＳ固体撮像装置であり、同図はその光電変換素子となるフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部を示す。第２実施の形態に係る固体撮像装置４７は、前述の第１実施の形態と同様に、画素を構成するフォトダイオードＰＤとして、低不純物濃度の第２のフォトダイオードＰＤ２と高不純物濃度の第１のフォトダイオードＰＤ１とを有して構成される。第２のフォトダイオードＰＤ２は、転送ゲート電極３２直下の一部からサイドウォール３３直下にわたる低不純物濃度のｎ型半導体領域２７と、サイドウォール３３直下の低不純物濃度のｐ型半導体領域２８を有して形成される。第１のフォトダイオードＰＤ１は、サイドウォール３３の端縁から外側に電荷蓄積領域となる高不純物濃度のｎ型半導体領域２４と、その表面側の高不純物度のｐ型半導体領域２５を有して形成される。
【００７１】
本実施の形態においては、第２のフォトダイオードＰＤ２の低不純物濃度のｎ型半導体領域２７が電荷蓄積領域のｎ型半導体領域２４の下方にまで延長して形成される。低不純物濃度のｎ型半導体領域２７、ｐ型半導体領域２８は、サイドウォール３３を形成するときの熱処理で少し拡散する。この拡散により、高不純物濃度のｎ型半導体領域２４と低不純物濃度のｎ型半導体領域２７は重ならず、低不純物濃度のｎ型半導体領域３７が高不純物濃度のｎ型半導体領域２４より深く形成されることになる。
さらに、このｎ型半導体領域２４の下方に連続するように、第１のフォトダイオードＰＤ１を構成するさらに低不純物濃度のｎ型半導体領域２６が形成される。
【００７２】
その他のフォトダイオードＰＤ及び転送トランジスタＴｒ１に関する構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
第２実施の形態の固体撮像装置４７の製造方法に関しては、基本的には第１実施の形態で説明した製造方法が適用される。
【００７３】
第２実施の形態に係る固体撮像装置４７によれば、前述の第１実施の形態で説明したと同様に、画素がより微細化され、画素トランジスタのゲート電極膜厚、レジストマスクの膜厚が薄くなっても、セルフアラインでフォトダイオードＰＤを形成することができる。また、第１実施の形態と同様に、転送ゲート電極３２側に低不純物濃度の第２フォトダイオードＰＤ２を有するので、フォトダイオードＰＤの転送ゲート部側の横方向の電界強度が緩和される。主たる電界蓄積領域となるｎ型半導体領域２４の基板の浅い位置に形成される。従ってより信号電荷が読み出し易くなり、読み出し電圧Ｖｔｇの低電圧化が可能になる。さらに、第２のフォトダイオードＰＤ２のｐ型半導体領域２８がサイドウォール３３下の界面近傍に形成されるので、界面からの電荷（電子）の湧き出しを抑制し、白点発生を抑制することができる。このように、第２施の形態においても、読み出し特性を改善して残像を抑制し、かつ白点の発生をさらに抑制することができ、残像と白点の抑制を両立させることができる。
【００７４】
また、低不純物濃度のｎ型半導体領域２７が電荷蓄積領域となる高不純物濃度のｎ型半導体領域２４の下方にまで延長して形成されるので、全体のｎ型半導体領域内では、電荷蓄積領域のｎ型半導体領域２４に向かって電位勾配が形成される。従って、ｎ型半導体領域２６内で生成された信号電荷は、この電位勾配によって電荷蓄積領域であるｎ型半導体領域２４へ効率よく移動して蓄積させることができる。本実施の形態では、その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【００７５】
＜４．第３実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図６に、本発明に係る固体撮像装置の第３実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、ＭＯＳ固体撮像装置であり、同図はその光電変換素子となるフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部を示す。第３実施の形態に係る固体撮像装置４９は、前述の第１実施の形態と同様に、画素を構成するフォトダイオードＰＤとして、低不純物濃度の第２のフォトダイオードＰＤ２と高不純物濃度の第１のフォトダイオードＰＤ１とを有して構成される。第２のフォトダイオードＰＤ２は、転送ゲート電極３２直下の一部からサイドウォール３３直下にわたるように、低不純物濃度のｎ型半導体領域２７とｐ型半導体領域２８を有して形成される。第１のフォトダイオードＰＤ１は、サイドウォール３３の端縁から外側に電荷蓄積領域となる高不純物濃度のｎ型半導体領域２４と、その表面側の高不純物度のｐ型半導体領域２５を有して形成される。
【００７６】
本実施の形態においては、第２のフォトダイオードＰＤ２の低不純物濃度のｐ型半導体領域２８を、低不純物濃度のｎ型半導体領域２７と同様に、転送ゲート電極３２直下の一部に延長するように形成して構成される。すなわち、ｐ型半導体領域２８とｎ型半導体領域２７は、互いに同じ領域にわたって揃うように形成される。さらに、ｎ型半導体領域２７の下方にｎ型半導体領域２７を挟んで連続するように、第１のフォトダイオードＰＤ１を構成するさらに低不純物濃度のｎ型半導体領域２６が形成される。
【００７７】
その他のフォトダイオードＰＤ及び転送トランジスタＴｒ１に関する構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
第３実施の形態の固体撮像装置４９の製造方法に関しては、基本的には第１実施の形態で説明した製造方法が適用される。
【００７８】
第３実施の形態に係る固体撮像装置４９によれば、前述の第１実施の形態で説明したと同様に、画素がより微細化され、画素トランジスタのゲート電極膜厚、レジストマスクの膜厚が薄くなっても、セルフアラインでフォトダイオードＰＤを形成することができる。また、第１実施の形態と同様に、転送ゲート電極３２側に低不純物濃度の第２フォトダイオードＰＤ２を有するので、フォトダイオードＰＤの転送ゲート部側の横方向の電界強度が緩和される。主たる電界蓄積領域となるｎ型半導体領域２４が基板の浅い位置に形成される。従ってより信号電荷が読み出し易くなり、読み出し電圧Ｖｔｇの低電圧化が可能になる。さらに、第２のフォトダイオードＰＤ２のｐ型半導体領域２８がサイドウォール３３下の界面近傍に形成されるので、界面からの電荷（電子）の湧き出しを抑制し、白点発生を抑制することができる。このように、第３施の形態においても、読み出し特性を改善して残像を抑制し、かつ白点の発生をさらに抑制することができ、残像と白点の抑制を両立させることができる。
【００７９】
また、第２のフォトダイオードＰＤ２におけるｐ型半導体領域２８が一部、転送ゲート電極３３下まで延長して形成されるので、さらに白点の発生を抑制することができる。本実施の形態では、その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【００８０】
＜５．第４実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図７に、本発明に係る固体撮像装置の第４実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、ＭＯＳ固体撮像装置であり、同図はその光電変換素子となるフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部を示す。第４実施の形態に係る固体撮像装置５１は、前述の第１実施の形態と同様に、画素を構成するフォトダイオードＰＤとして、ｐｎ接合を形成する半導体領域部の不純物濃度が異なる複数のフォトダイオードＰＤを有して構成される。本例では３つのｐｎ接合を有する埋め込み型のフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３が形成される。
【００８１】
第１のフォトダイオードＰＤ１は、サイドウォール３３の端縁から外側に、それぞれ高不純物濃度の主たる電荷蓄積領域となるｎ型半導体領域２４とその表面側のｐ型半導体領域２５とを有して形成される。さらに、このｎ型半導体領域２４の下方に連続してｎ型半導体領域２４より低不純物濃度のｎ型半導体領域２６が形成される。
【００８２】
第２のフォトダイオードＰＤ２は、第１のフォトダイオードＰＤ１に連続するように、サイドウォール３３下に対応してそれぞれｎ型半導体領域２４、ｐ型半導体領域２５より低不純物濃度のｎ型半導体領域２７、ｐ型半導体領域２８を有して形成される。第３のフォトダイオードＰＤ３は、第２のフォトダイオードＰＤ２に連続するように、転送ゲート電極３２下の一部に対応してそれぞれｎ型半導体領域２７、ｐ型半導体領域２８より低不純物濃度のｎ型半導体領域５２，ｐ型半導体領域５３を有して形成される。
【００８３】
第３のフォトダイオードＰＤ３のｎ型半導体領域５２及びｐ型半導体領域５３は、例えば転送ゲート電極３２をマスクに斜めイオン注入により形成することができる。
【００８４】
その他のフォトダイオードＰＤ及び転送トランジスタＴｒ１に関する構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００８５】
第４実施の形態に係る固体撮像装置５１によれば、転送ゲート電極３２側に向かって不純物濃度が低くなるように第１、第２、第３のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３が形成される。この構成によって、さらにフォトダイオードＰＤの転送ゲート部側の横方向の電界強度を緩和することができる。しかも電荷蓄積領域となる高不純物濃度のｎ型半導体領域２４が基板の浅い位置に形成される。従って、さらに信号電荷が読み出し易くなり、読み出し電圧Ｖｔｇの更なる低電圧化が可能になる。またサイドウォール３３下の界面近傍ｎ型半導体領域２８が形成され、転送ゲート電極３２下の一部界面近傍にｐ型半導体領域５３が形成されるので、界面からの電荷（電子）の湧き出しをさらに抑制し、白点発生をさらに抑制することができる。
【００８６】
このように、第４施の形態においても、読み出し特性を改善して残像を抑制し、かつ白点の発生をさらに抑制することができ、残像と白点の抑制を両立させることができる。本実施の形態では、その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【００８７】
図７の例では、フォトダイオードＰＤを、３つのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３を有するように構成したが、その他、４つ以上の不純物濃度を異にした複数のフォトダイオードを有して構成することも可能である。この場合、転送ゲート電極又は／及びサイドウォールをマスクとした斜めイオン注入及び垂直イオン注入で形成することができる。
【００８８】
［固体撮像装置の製造方法］
図８〜図９に、第４実施の形態に係る固体撮像装置５１の製造方法の実施の形態を示す。同図は、１つの端画素のフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部のみを示す。先ず、図８Ａに示すように、第１導電型、例えばｎ型の半導体基板（例えばシリコン基板）２２に第２導電型、例えばｐ型の半導体ウェル領域２３が形成された半導体基体が用意される。このｐ型半導体領域２３の撮像領域となる所要領域において、各単位画素の転送トランジスタを形成すべき領域上に、ゲート絶縁膜３１を介して、不純物ドープした例えばポリシリコン膜による転送ゲート電極３２を形成する。この転送ゲート電極３２は、画素の微細化に伴って、従来よりも電極膜厚がより薄くなるように形成される。
【００８９】
次に、図８Ｂに示すように、フォトダイオードＰＤを形成する領域を除く他部領域上に、一部転送ゲート電極３２上に跨るように、レジストマスク５０を形成する。このレジストマスク５０も、画素の微細化に伴って、従来よりも膜厚がより薄くなるように形成される。そして、転送ゲート電極３２をマスクとして、セルフアラインによりｎ型不純物５４ｎ、例えばヒ素を斜めイオン注入してｎ型半導体領域５２を形成する。ｎ型不純物５４ｎのイオン注入は、低ドーズ量で、基板表面から転送ゲート電極３２の膜厚ｔより小さい深さの位置に飛程距離Ｒｐ（ｎ）が来るような低加速エネルギーで行われる。
【００９０】
続いて、同じ転送ゲート電極３２をマスクとして、セルフアラインによりｐ型不純物５４ｐ、例えばボロンを斜めイオン注入してｎ型半導体領域５２の表面にｐ型半導体領域５３を形成する。ｐ型不純物５４ｐのイオン注入は、低ドーズ量で、基板表面から転送ゲート電極３２の膜厚ｔより小さく、かつｎ型不純物の飛程距離Ｒｐ（ｎ）より浅い深さ位置に飛程距離Ｒｐ（ｐ）が来るような低加速エネルギーで行われる。
【００９１】
次に、図８Ｃに示すように、同じ転送ゲート電極３２をマスクとして、セルフアラインによりｎ型不純物５５ｎ、例えばヒ素を垂直にイオン注入してｎ型半導体領域２７を形成する。続いて、同じ転送ゲート電極３２をマスクとして、セルフアラインによりｐ型不純物５５ｐ、例えばボロンを垂直にイオン注入してｎ型半導体領域２７の表面にｐ型半導体領域２８を形成する。ｐ型不純物５５ｐの加速エネルギーは、上述と同様に、ｎ型不純物５５ｐの加速エネルギーより低いエネルギーとする。ｎ型半導体領域２７及びｐ型半導体領域２８は、２回のイオン注入で形成されるので、それぞれ１回のイオン注入によるｎ型半導体領域５２及びｐ型半導体領域５３の不純物濃度より高い不純物濃度を有することになる。
【００９２】
ここで、ｎ型不純物５４ｎとｎ型不純物５５ｎの濃度は同じにすることができる。また、ｐ型不純物５４ｐとｐ型不純物５５ｐの濃度は同じにすることができる。もしくはｎ型不純物５４ｎとｎ型不純物５５ｎの濃度、またｐ型不純物５４ｐとｐ型不純物５５ｐの濃度は異ならせることもできる。
図８Ｃのレジストマスク５０は、図８Ｂのレジストマスク５０を用いたが、その他、図８Ｂのレジストマスク５０を除去して、図８Ｃでは新なレジストマスク５０として形成することもできる。
【００９３】
次に、図９Ｄに示すように、通常の方法により転送ゲート電極３２の側部に絶縁膜によるサイドウォール３３を形成する。この例では、サイドウォール３３をシリコン酸化膜３４とシリコン窒化膜３５の二層膜構造で形成する。次いで、上記と同様にフォトダイオードＰＤを形成する領域を除く他部領域上に、一部転送ゲート電極３２上に跨るように、レジストマスク５６を形成する。そして、サイドウォール３３及び転送ゲート電極３２をマスクとして、セルフアラインにより図７Ｃと同様のイオン注入条件でｎ型不純物５７ｎを垂直にイオン注してｎ型半導体領域２４を形成する。
【００９４】
続いて、同じサイドウォール３３及び転送ゲート電極３２をマスクとして、セルフアラインにより図８Ｃと同様のイオン注入条件でｐ型不純物５７ｐを基板に対して垂直にイオン注入してｐ型半導体領域２５を形成する。ｎ型半導体領域２４及びｐ型半導体領域２５は、３回のイオン注入で形成されるので、それぞれ２回のイオン注入によるｎ型半導体領域２７及びｐ型半導体領域２８の不純物濃度より高い不純物濃度を有することになる。ｎ型半導体領域２４が、主たる電荷蓄積領域になる。
【００９５】
ここで、ｎ型不純物５５ｎとｎ型不純物５７ｎの濃度は同じにすることができる。また、ｐ型不純物５５ｐとｐ型不純物５７ｐの濃度は同じにすることができる。もしくはｎ型不純物５５ｎとｎ型不純物５７ｎの濃度、またｐ型不純物５５ｐとｐ型不純物５７ｐの濃度は異ならせることもできる。
【００９６】
このようにして、転送ゲート電極３２下の一部にそれぞれ低不純物濃度のｎ型半導体領域５２及びｐ型半導体領域５３を有する埋め込み型の第３のフォトダイオードＰＤ３が形成される。また、サイドウォール３３下にそれぞれ第３のフォトダイオードＰＤ３より不純物濃度が高いｎ型半導体領域２７及びｐ型半導体領域２８を有する埋め込み型の第２のフォトダイオードＰＤ２が形成される。さらに、サイドウォール３３の端縁より外側に第２のフォトダイオードＰＤ２に連続して、これよりも不純物濃度が高いｎ型半導体領域２４及びｐ型半導体領域２５を有する埋め込み型の第１のフォトダイオードＰＤ１が形成される。かくして、不純物濃度が異なる３つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３からなる画素のフォトダイオードＰＤが形成される。
【００９７】
また、図８Ｅに示すように、ｐ型半導体ウェル領域２３にはフローティングディフージョン（ＦＤ）となるｎ型半導体領域２９が形成される。さらに、第１のフォトダイオードＰＤ１において、電荷蓄積領域となるｎ型半導体領域２４下に、これに連続して所要深さにわたって低不純物濃度のｎ型半導体領域２６を形成する。このｎ型半導体領域２６は、サウドウォール３３及び転送ゲート電極３２をマスクに、低ドーズ量のｎ型不純物をイオン注入してセルフアラインにて形成される。
【００９８】
フォトダイオードＰＤ及び複数の画素トランジスタを形成した後は、通常の製法により、層間絶縁膜を介して複数層の配線を形成した多層配線層を形成し、さらに平坦化膜を介してオンチップカラーフィルタ及びオンチップマイクロレンズを形成する。かくして、目的の第４実施の形態の固体撮像装置５１を得る。
【００９９】
本実施の形態に係る固体撮像装置５１の製造方法によれば、転送ゲート電極３２をマスクとした斜めイオン注入、垂直のイオン注入により、セルフアラインで第３及び第２のフォトダイオードＰＤ３、ＰＤ２を形成することができる。また、サイドウォール３３及び転送ゲート電極３２をマスクとした垂直のイオン注入により、セルフアラインで第１のフォトダイオードＰＤ１を形成することができる。すなわち、３回のイオン注入による不純物加算により、不純物濃度を異にした３つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３からなる画素のフォトダイオードＰＤをセルフアラインで形成することができる。この不純物濃度の異なるフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３を形成することにより、読み出し特性が改善され、残像が抑制され、かつ白点が抑制された固体撮像装置５１を製造することができる。
【０１００】
ｎ型不純物のイオン注入は、転送ゲート電極３２の膜厚より小さい飛程距離Ｒｐ（ｎ）で行われるので、ｎ型不純物が転送ゲート電極３２を突き抜けることがない。第１、第２、第３のイオン注入加速エネルギーをイオン注入領域の深さが同じになるように設定すれば、浅い位置に電荷蓄積領域となる高濃度のｎ型半導体領域２４を形成できる。また。ｎ型半導体領域２４の表面側に正孔電荷蓄積領域を兼ねる高濃度のｐ型半導体領域２５を形成することができる。
【０１０１】
従って、画素がより微細化されても、フォトダイオードＰＤをセルフアラインで形成し、しかも残像の抑制と白点発生の抑制とを両立できるようにした固体撮像装置を製造することができる。
【０１０２】
なお、フォトダイオードＰＤを転送ゲート電極３２側に向かって不純物濃度が低くなるように４つ以上のフォトダイオードで構成するときは、サイドウォール形成後に、サイドウォールをマスクに斜めイオン注入を追加することもできる。すなわち、転送ゲート電極及び／又は転送ゲート電極のサイドウォールをマスクとした斜めイオン注入及び垂直イオン注入による複数段のイオン注入を行って、不純物濃度の異なる複数のフォトダイオードを形成することができる。
【０１０３】
＜６．第５実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１０に、本発明に係る固体撮像装置の第５実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、ＭＯＳ固体撮像装置であり、同図はその光電変換素子となるフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部を示す。第５実施の形態に係る固体撮像装置５８は、前述の第１実施の形態と同様に、画素を構成するフォトダイオードＰＤとして、低不純物濃度の第２のフォトダイオードＰＤ２と高不純物濃度の第１のフォトダイオードＰＤ１とを有して構成される。第２のフォトダイオードＰＤ２は、転送ゲート電極３２直下の一部からサイドウォール３３直下にわたる低不純物濃度のｎ型半導体領域２７と、サイドウォール３３直下の低不純物濃度のｐ型半導体領域２８を有して形成される。第１のフォトダイオードＰＤ１は、サイドウォール３３の端縁から外側に電荷蓄積領域となる高不純物濃度のｎ型半導体領域２４と、その表面側の高不純物度のｐ型半導体領域２５を有して形成される。ｎ型半導体領域２４の下方には、ｎ型半導体領域２４に連続するように、第１のフォトダイオードＰＤ１を構成するさらに低不純物濃度のｎ型半導体領域２６が形成される。
【０１０４】
そして、本実施の形態においては、特に、転送ゲート電極３２をマスクにイオン注入するｐ型不純物としてボロン（Ｂ）を用い、サイドウォール３３及び転送ゲート電極３２をマスクにイオン注入するｐ型不純物としてインジウム（Ｉｎ）を用いる。インジウム（Ｉｎ）は、ボロン（Ｂ）よりも拡散係数が小さい。ボロン（Ｂ）のイオン注入により、低不純物濃度のｐ型半導体領域２８が形成される。また、インジウム（Ｉｎ）による２回目のイオン注入により、高不純物濃度のｐ型半導体領域２５が形成される。インジウム（Ｉｎ）を用いることにより、より基板表面側にｐ型半導体領域２５を形成することができる。
【０１０５】
後工程において、画素トランジスタのソース／ドレインの活性化アニールで、ボロン（Ｂ）は拡散するが、インジウム（Ｉｎ）は殆んど拡散しない。従って、このインジウム（Ｉｎ）による２回目のイオン注入で形成されたｐ型半導体領域２５は、低不純物濃度のｐ型半導体領域２８の表面側に存在することになる。一方、ボロン（Ｂ）による１回目のイオン注入で形成された低不純物濃度のｐ型半導体領域２８は、サイドウォール３３下から高不純物濃度のｐ型半導体領域２５及び高不純物濃度のｎ型半導体領域２４間に延長して存在することになる。
【０１０６】
その他のフォトダイオードＰＤ及び転送トランジスタＴｒ１に関する構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
第５実施の形態の固体撮像装置５８の製造方法に関しては、基本的には第１実施の形態で説明した製造方法が適用される。
【０１０７】
第５実施の形態に係る固体撮像装置５８によれば、前述の第１実施の形態で説明したと同様に、画素がより微細化され、画素トランジスタのゲート電極膜厚、レジストマスクの膜厚が薄くなっても、セルフアラインでフォトダイオードＰＤを形成することができる。また、第１実施の形態と同様に、転送ゲート電極３２側に低不純物濃度の第２フォトダイオードＰＤ２を有するので、フォトダイオードＰＤの転送ゲート部側の横方向の電界強度が緩和される。主たる電界蓄積領域となるｎ型半導体領域２４が基板の浅い位置に形成される。従ってより信号電荷が読み出し易くなり、読み出し電圧Ｖｔｇの低電圧化が可能になる。さらに、第２のフォトダイオードＰＤ２のｐ型半導体領域２８がサイドウォール３３下の界面近傍に形成されるので、界面からの電荷（電子）の湧き出しを抑制し、白点発生を抑制することができる。
【０１０８】
さらに、本実施の形態では、第１のフォトダイオードＰＤ１において、高不純物濃度のｎ型半導体領域２４とｐ型半導体領域２５が離れて形成され、ｐｎ接合部でのｎ型とｐ型の半導体領域の濃度勾配が緩やかとなる。つまり、基板縦方向においけるｐｎ接合での電界強度が低くなる。このｐｎ接合での電界強度が低くなることにより、さらに白点の発生を抑制することができる。このように、第５施の形態においても、読み出し特性を改善して残像を抑制し、かつ白点の発生をさらに抑制することができ、残像と白点の抑制を両立させることができる。本実施の形態では、その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【０１０９】
＜７．第６実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１１に、本発明に係る固体撮像装置の第６実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、ＭＯＳ固体撮像装置であり、同図はその光電変換素子となるフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部を示す。第６実施の形態に係る固体撮像装置６１は、前述の第１実施の形態と同様に、画素を構成するフォトダイオードＰＤとして、低不純物濃度の第２のフォトダイオードＰＤ２と高不純物濃度の第１のフォトダイオードＰＤ１とを有して構成される。第２のフォトダイオードＰＤ２は、転送ゲート電極３２直下の一部からサイドウォール３３直下にわたる低不純物濃度のｎ型半導体領域２７と、サイドウォール３３直下の低不純物濃度のｐ型半導体領域２８を有して形成される。第１のフォトダイオードＰＤ１は、サイドウォール３３の端縁から外側に電荷蓄積領域となる高不純物濃度のｎ型半導体領域２４と、その表面側の高不純物度のｐ型半導体領域２５を有して形成される。ｎ型半導体領域２４の下方には、ｎ型半導体領域２４に連続するように、第１のフォトダイオードＰＤ１を構成するさらに低不純物濃度のｎ型半導体領域２６が形成される。
【０１１０】
転送トランジスタＴｒ１は、フローティングディフージョン（ＦＤ）となる高不純物濃度のｎ型半導体領域２９と、このｎ型半導体領域２９と第２のフォトダイオードＰＤ２間の基板上にゲート絶縁膜３１を介して形成した転送ゲート電極３２とを有して形成される。
【０１１１】
そして、本実施の形態においては、転送ゲート電極３２のフォトダイオードＰＤの側部に、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の絶縁膜６３を介して不純物ドープしたポリシリコン膜によるサイドウォール６２が形成される。また、転送ゲート電極３２のフローティングディフージョン（ＦＤ）側の側部に絶縁膜によるサイドウォール３３が形成される。転送ゲート電極３２は、本例ではｎ型不純物をドープしたｎ＋ポリシリコン膜で形成される。ポリシリコン膜によるサイドウォール６２としては、ｐ型不純物をドープしたｐ＋ポリシリコン、あるいはｎ型不純物をドープしたｎ＋ポリシリコンで形成される。
【０１１２】
ｎ型ポリシリコンとｐ型ポリシリコンとは、仕事関数が１．１Ｖ程度違う。本構成では、サイドウォール６２をｐ＋ポリシリコンで形成した場合、電荷蓄積期間の転送ゲート電極３２に０Ｖの電圧を印加したときに、このゲート電圧が容量結合でサイドウォール６２にも印加される。そして、上記の仕事関数の違いにより、ｐ＋ポリシリコンのサイドウォール６２直下はホール（正孔）が誘起されていわゆるホールピニング状態となる。
【０１１３】
一方、サイドウォール６２をｎ＋ポリシリコンで形成した場合には、電荷蓄積期間の転送ゲート電極３２に負電圧を印加することにより、ｎ＋ポリシリコンのサイドウォール６２直下はホール（正孔）が誘起されていわゆるホールピニング状態となる。また、転送ゲート電極３２に正電圧を印加するときは、ｎ＋ポリシリコンのサイドウォール６２直下ではポテンシャルがなだらかな勾配を有するように変調され、信号電荷が読み出し易くなる。
【０１１４】
その他のフォトダイオードＰＤ及び転送トランジスタＴｒ１に関する構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
第６実施の形態の固体撮像装置６１の製造方法に関しては、基本的には第１実施の形態で説明した製造方法が適用される。
【０１１５】
第６実施の形態に係る固体撮像装置６１によれば、前述の第１実施の形態で説明したと同様に、画素がより微細化され、画素トランジスタのゲート電極膜厚、レジストマスクの膜厚が薄くなっても、セルフアラインでフォトダイオードＰＤを形成することができる。また、第１実施の形態と同様に、転送ゲート電極３２側に低不純物濃度の第２フォトダイオードＰＤ２を有するので、フォトダイオードＰＤの転送ゲート部側の横方向の電界強度が緩和される。主たる電界蓄積領域となるｎ型半導体領域２４が基板の浅い位置に形成される。従ってより信号電荷が読み出し易くなり、読み出し電圧Ｖｔｇの低電圧化が可能になる。さらに、第２のフォトダイオードＰＤ２のｐ型半導体領域２８がサイドウォール３３下の界面近傍に形成されるので、界面からの電荷（電子）の湧き出しを抑制し、白点発生を抑制することができる。
【０１１６】
さらに、本実施の形態では、転送ゲート電極３２のフォトダイオードＰＤ側のサイドウォール６２を所要導電型の不純物をドープしたポリシリコン膜で形成するので、電荷蓄積期間において、サイドウォール直下をホールピニング状態となる。したがって、サイドウォール６２直下での電荷の湧き出しをさらに抑制し、白点発生をさらに抑制することができる。このように、第６施の形態においても、読み出し特性を改善して残像を抑制し、かつ白点の発生をさらに抑制することができ、残像と白点の抑制を両立させることができる。本実施の形態では、その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【０１１７】
＜８．第７実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１２に、本発明に係る固体撮像装置の第７実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、ＭＯＳ固体撮像装置であり、同図はその光電変換素子となるフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部を示す。第７実施の形態に係る固体撮像装置６５は、前述の第１実施の形態と同様に、画素を構成するフォトダイオードＰＤとして、低不純物濃度の第２のフォトダイオードＰＤ２と高不純物濃度の第１のフォトダイオードＰＤ１とを有して構成される。第２のフォトダイオードＰＤ２は、転送ゲート電極３２直下の一部からサイドウォール３３直下にわたる低不純物濃度のｎ型半導体領域２７と、サイドウォール３３直下の低不純物濃度のｐ型半導体領域２８を有して形成される。第１のフォトダイオードＰＤ１は、サイドウォール３３の端縁から外側に主たる電荷蓄積領域となる高不純物濃度のｎ型半導体領域６６と、その表面側の高不純物度のｐ型半導体領域２５を有して形成される。
【０１１８】
転送トランジスタＴｒ１は、フローティングディフージョン（ＦＤ）となる高不純物濃度のｎ型半導体領域２９と、このｎ型半導体領域２９と第２のフォトダイオードＰＤ２間の基板上にゲート絶縁膜３１を介して形成した転送ゲート電極３２とを有して形成される。
【０１１９】
そして、本実施の形態においては、セルフアラインにより第１のフォトダイオードＰＤ１が形成されるが、特に、ｎ型不純物のイオン注入を複数段に行い、深さ方向に不純物濃度を異にした複数のｎ型半導体領域６６，６７，６８が形成される。本例では、低不純物濃度のｎ型半導体領域２７及びｐ型半導体領域２８を形成した後、サイドウォール３３及び転送ゲート電極３２をマスクに、ｎ型半導体領域２７に２回目のｎ型不純物をイオン注入して不純物濃度の高いｎ型（ｎ＋）半導体領域６７が形成される。次に、同マスクを介して３回目のｎ型不純物をイオン注入してｎ型半導体領域６７より浅くかつ不純物濃度の高いｎ型（ｎ＋＋）半導体領域６６が形成される。このｎ型半導体領域６６が主たる電荷蓄積領域となる。さらに、同マスクを介して深い位置に、低不純物濃度のｎ型（ｎ−−）半導体領域６８が形成される。
【０１２０】
その他のフォトダイオードＰＤ及び転送トランジスタに関する構成は、前述の第１実施の形態で説明したと同様であるので、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
第７実施の形態の固体撮像装置６５の製造方法に関しては、基本的には第１実施の形態で説明した製造方法が適用される。
【０１２１】
第７実施の形態に係る固体撮像装置６５によれば、前述の第１実施の形態で説明したと同様に、画素がより微細化され、画素トランジスタのゲート電極膜厚、レジストマスクの膜厚が薄くなっても、セルフアラインでフォトダイオードＰＤを形成することができる。また、第１実施の形態と同様に、転送ゲート電極３２側に低不純物濃度の第２フォトダイオードＰＤ２を有するので、フォトダイオードＰＤの転送ゲート部側の横方向の電界強度が緩和される。主たる電界蓄積領域となるｎ型半導体領域６６が基板の浅い位置に形成される。従ってより信号電荷が読み出し易くなり、読み出し電圧Ｖｔｇの低電圧化が可能になる。さらに、第２のフォトダイオードＰＤ２のｐ型半導体領域２８がサイドウォール３３下の界面近傍に形成されるので、界面からの電荷（電子）の湧き出しを抑制し、白点発生を抑制することができる。このように、第３実施の形態においても、読み出し特性を改善して残像を抑制することと、白点の発生を抑制することを両立させることができる。
【０１２２】
本実施の形態では、第１のフォトダイオードＰＤ１が基板深さ方向に向かって不純物濃度が漸次低くなる複数のｎ型半導体領域６６、６７及び６８を形成して構成される。従って、領域６６、６７、６８からなるｎ型半導体領域においては、光電変換で生成された信号電荷が電位勾配により、電荷蓄積領域となるｎ型半導体領域６６への信号電荷の蓄積をさらに効率よく行うことができる。本実施の形態では、その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【０１２３】
なお、上述の実施の形態に係る固体撮像装置では、信号電荷を電子とし、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型として構成したが、信号電荷を正孔とする固体撮像装置にも適用できる。この場合、各半導体基板あるいは半導体領域の導電型を逆にし、ｐ型が第１導電型，ｎ型が第２導電型となる。
【０１２４】
＜９．第８実施の形態＞
［電子機器の構成例］
本発明に係る固体撮像装置は、固体撮像装置を備えたカメラ、カメラ付き携帯機器、固体撮像装置を備えたその他の機器、等の電子機器に適用することができる。特に、微細な画素ができるので、小型の固体撮像装置を備えたカメラを製造することができる。
【０１２５】
図１２に、本発明の電子機器の一例としてカメラに適用した実施の形態を示す。本実施の形態に係るカメラ９１は、光学系（光学レンズ）９２と、固体撮像装置９３と、信号処理回路９４とを備えてなる。固体撮像装置９３は、上述した各実施の形態のいずれか１つの固体撮像装置が適用される。光学系９２は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置９３の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置９３の光電変換部であるフォトダイオードにおいて一定期間信号電荷が蓄積される。信号処理回路９４は、固体撮像装置９３の出力信号に対して種々の信号処理を施して出力する。本実施の形態のカメラ９１は、光学系９２、固体撮像装置９３、信号処理回路９４がモジュール化したカメラモジュールの形態を含む。
【０１２６】
本発明は、図１２のカメラ、あるいはカメラモジュールを備えた例えば携帯電話に代表されるカメラの構成は、光学系９２、固体撮像装置９３、信号処理回路９４がモジュール化した撮像機能を有するモジュールと構成することができる。すなわち、上記カメラの構成は、いわゆる撮像機能モジュ−ルとして構成することができる。本発明は、このような撮像機能モジュールを備えた電子機器を構成することができる。
【０１２７】
本実施の形態に係る電子機器によれば、固体撮像装置において、高精度に画素の微細化、それに伴う小型化が進んでも、残像と白点発生の抑制を両立させることができ、高画質、高解像度が得られ、高品質の電子機器を提供することができる。
【符号の説明】
【０１２８】
１・・固体撮像装置、２・・画素、３・・画素部、４・・垂直駆動回路、５・・カラム信号処理回路、６・・水平駆動回路、７・・出力回路、８・・制御回路、９・・垂直信号線、１０・・水平信号線、１２・・入出力端子、２１・・固体撮像装置、２２・・第１導電型半導体基板、２３・・第２導電型の半導体ウェル領域、ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３・・フォトダイオード、Ｔｒ１・転送トランジスタ、２４・・高不純物濃度のｎ型半導体領域、２５・・高不純物濃度のｐ型半導体領域、２６・・低不純物濃度のｎ型半導体領域、２７・・低不純物濃度のｎ型半導体領域、２８・・低不純物濃度のｐ型半導体領域、２９・・フローティングディフージョンとなるｎ型半導体領域、３１・・ゲート絶縁膜、３２・・転送ゲート電極、３３・・サイドウォール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単位画素のフォトダイオード領域に、素子分離領域を介さずに形成され且つｐｎ接合領域部の不純物濃度が異なる複数のフォトダイオードを有する
固体撮像装置。
【請求項２】
前記複数のフォトダイオードが、第１のフォトダイオード及び第２のフォトダイオードで形成され、
前記第１及び第２のフォトダイオードが、ともに埋め込み型フォトダイオードで形成され、
低不純物濃度の前記第２のフォトダイオードが、高不純物濃度の前記第１のフォトダイオードより転送ゲート部側に形成されている
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１のフォトダイオードは、主たる電荷蓄積領域となる第１導電型半導体領域と、該第１導電型半導体領域より半導体表面側に分布する第２導電型半導体領域を有し、
前記第２のフォトダイオードは、第１導電型半導体領域と、該第１導電型半導体領域より半導体表面側に分布する第２導電型半導体領域を有する
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第２のフォトダイオードの第２導電型半導体領域がボロン導入領域で形成され、
前記第１のフォトダイオードの第２導電型半導体領域がインジウム導入領域で形成されている
請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１のフォトダイオードの高不純物濃度の電荷蓄積領域を含めて第１導電型半導体領域が深さ方向に向かって不純物濃度を低くした複数の領域で形成されている
請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１及び第２のフォトダイオードを構成する夫々の第１導電型半導体領域及び第２導電型半導体領域の少なくとも一部が連続している
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記複数のフォトダイオードが、ともに埋め込み型フォトダイオードで形成され、
前記複数のフォトダイオードが転送ゲート部側を低不純物濃度となるように形成されている
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項８】
単位画素のフォトダイオードを形成すべき領域に、
転送ゲート電極をマスクに不純物をイオン注入して基板表面の第２導電型半導体領域と、該第２導電型半導体領域より深い第１導電型半導体領域を形成し、埋め込み型の第２のフォトダイオードを形成する工程と、
転送ゲート電極にサイドウォールを形成し、前記転送ゲート電極及びサイドウォールをマスクに不純物をイオン注入して不純物濃度を高めた、基板表面の第２導電型半導体領域と該第２導電型半導体領域より深い第１導電型半導体領域を形成し、埋め込み型の第１のフォトダイオードを形成する工程を
有する固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記それぞれのイオン注入を、不純物が前記転送ゲート電極を突き抜けない打ち込みエネルギーで行う
請求項８記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記転送ゲート電極をマスクにしたイオン注入の打ち込み深さと、前記転送ゲート電極及びサイドウォールをマスクにしたイオン注入の打ち込み深さを、ともに同じにする
請求項９記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記転送ゲート電極及びサイドウォールをマスクにして第１導電型不純物を打ち込み深さを異にしてイオン注入し、深さ方向に不純物濃度が異なる第１導電型半導体領域を形成する工程を有する
請求項８記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第２のフォトダイオードの第２導電型半導体領域をボロンのイオン注入で形成し、
前記第１のフォトダイオードの第２導電型半導体領域をインジウムのイオン注入で形成する請求項８記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
単位画素のフォトダイオードを形成すべき領域に、
転送ゲート電極及び／又は転送ゲート電極のサイドウォールをマスクにした、斜めイオン注入及び垂直イオン注入による複数段のイオン注入を行って、素子分離領域を介さずに形成され且つｐｎ接合領域部の不純物濃度が異なる複数のフォトダイオードを形成する工程を有する
固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
固体撮像装置と、
前記固体撮像装置のフォトダイオードに入射光を導く光学系と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備え、
前記固体撮像装置は、
単位画素のフォトダイオード領域に、素子分離領域を介さずに形成され且つｐｎ接合領域部の不純物濃度が異なる複数のフォトダイオードを有する
電子機器。
【請求項１５】
前記固体撮像装置において、
前記複数のフォトダイオードが、第１のフォトダイオード及び第２のフォトダイオードで形成され、
前記第１及び第２のフォトダイオードが、ともに埋め込み型フォトダイオードで形成され、
低不純物濃度の前記第２のフォトダイオードが、高不純物濃度の前記第１のフォトダイオードより転送ゲート部側に形成されている
請求項１３に記載の電子機器。
【請求項１６】
前記固体撮像装置において、
前記第１のフォトダイオードは、主たる電荷蓄積領域となる第１導電型半導体領域と、該第１導電型半導体領域より半導体表面側に分布する第２導電型半導体領域を有し、
前記第２のフォトダイオードは、第１導電型半導体領域と、該第１導電型半導体領域より半導体表面側に分布する第２導電型半導体領域を有する
請求項１４記載の電子機器。
【請求項１】
単位画素のフォトダイオード領域に、素子分離領域を介さずに形成され且つｐｎ接合領域部の不純物濃度が異なる複数のフォトダイオードを有する
固体撮像装置。
【請求項２】
前記複数のフォトダイオードが、第１のフォトダイオード及び第２のフォトダイオードで形成され、
前記第１及び第２のフォトダイオードが、ともに埋め込み型フォトダイオードで形成され、
低不純物濃度の前記第２のフォトダイオードが、高不純物濃度の前記第１のフォトダイオードより転送ゲート部側に形成されている
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１のフォトダイオードは、主たる電荷蓄積領域となる第１導電型半導体領域と、該第１導電型半導体領域より半導体表面側に分布する第２導電型半導体領域を有し、
前記第２のフォトダイオードは、第１導電型半導体領域と、該第１導電型半導体領域より半導体表面側に分布する第２導電型半導体領域を有する
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第２のフォトダイオードの第２導電型半導体領域がボロン導入領域で形成され、
前記第１のフォトダイオードの第２導電型半導体領域がインジウム導入領域で形成されている
請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１のフォトダイオードの高不純物濃度の電荷蓄積領域を含めて第１導電型半導体領域が深さ方向に向かって不純物濃度を低くした複数の領域で形成されている
請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１及び第２のフォトダイオードを構成する夫々の第１導電型半導体領域及び第２導電型半導体領域の少なくとも一部が連続している
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記複数のフォトダイオードが、ともに埋め込み型フォトダイオードで形成され、
前記複数のフォトダイオードが転送ゲート部側を低不純物濃度となるように形成されている
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項８】
単位画素のフォトダイオードを形成すべき領域に、
転送ゲート電極をマスクに不純物をイオン注入して基板表面の第２導電型半導体領域と、該第２導電型半導体領域より深い第１導電型半導体領域を形成し、埋め込み型の第２のフォトダイオードを形成する工程と、
転送ゲート電極にサイドウォールを形成し、前記転送ゲート電極及びサイドウォールをマスクに不純物をイオン注入して不純物濃度を高めた、基板表面の第２導電型半導体領域と該第２導電型半導体領域より深い第１導電型半導体領域を形成し、埋め込み型の第１のフォトダイオードを形成する工程を
有する固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記それぞれのイオン注入を、不純物が前記転送ゲート電極を突き抜けない打ち込みエネルギーで行う
請求項８記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記転送ゲート電極をマスクにしたイオン注入の打ち込み深さと、前記転送ゲート電極及びサイドウォールをマスクにしたイオン注入の打ち込み深さを、ともに同じにする
請求項９記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記転送ゲート電極及びサイドウォールをマスクにして第１導電型不純物を打ち込み深さを異にしてイオン注入し、深さ方向に不純物濃度が異なる第１導電型半導体領域を形成する工程を有する
請求項８記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第２のフォトダイオードの第２導電型半導体領域をボロンのイオン注入で形成し、
前記第１のフォトダイオードの第２導電型半導体領域をインジウムのイオン注入で形成する請求項８記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
単位画素のフォトダイオードを形成すべき領域に、
転送ゲート電極及び／又は転送ゲート電極のサイドウォールをマスクにした、斜めイオン注入及び垂直イオン注入による複数段のイオン注入を行って、素子分離領域を介さずに形成され且つｐｎ接合領域部の不純物濃度が異なる複数のフォトダイオードを形成する工程を有する
固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
固体撮像装置と、
前記固体撮像装置のフォトダイオードに入射光を導く光学系と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備え、
前記固体撮像装置は、
単位画素のフォトダイオード領域に、素子分離領域を介さずに形成され且つｐｎ接合領域部の不純物濃度が異なる複数のフォトダイオードを有する
電子機器。
【請求項１５】
前記固体撮像装置において、
前記複数のフォトダイオードが、第１のフォトダイオード及び第２のフォトダイオードで形成され、
前記第１及び第２のフォトダイオードが、ともに埋め込み型フォトダイオードで形成され、
低不純物濃度の前記第２のフォトダイオードが、高不純物濃度の前記第１のフォトダイオードより転送ゲート部側に形成されている
請求項１３に記載の電子機器。
【請求項１６】
前記固体撮像装置において、
前記第１のフォトダイオードは、主たる電荷蓄積領域となる第１導電型半導体領域と、該第１導電型半導体領域より半導体表面側に分布する第２導電型半導体領域を有し、
前記第２のフォトダイオードは、第１導電型半導体領域と、該第１導電型半導体領域より半導体表面側に分布する第２導電型半導体領域を有する
請求項１４記載の電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−２３９０７５（Ｐ２０１０−２３９０７５Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８８０９５（Ｐ２００９−８８０９５）
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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