【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、固体撮像装置に関し、特に、異なる色間のクロストークを低減し、色再現性が良く、高精細、安価でゴーストなどの少ない固体撮像素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
やインターネットの普及に伴い、デジタルカメラの需要が大きく増えてきている。

【０００３】それに伴い、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの固体撮像素子を用いたデジタルカメラにおいては、多画素、高精細化が行われ、携帯性の向上、低コスト化を実現するために、小型化が行われている。

【０００４】そのため、１枚の撮像エリア内にＲ、Ｇ、
Ｂの３色の画素をもち、それぞれの画素にはオンチップカラーフィルターを通った光が入射される方式が広く使われている。 又、更なる小型化のために、固体撮像素子の画素ピッチはさらに小さいものが要求されているが、
画素ピッチが小さくなると、隣接画素間のクロストークを抑制する必要がある。

【０００５】図６は、Ｒ、Ｇ、Ｂ色の色フィルターを用いた従来の固体撮像素子の断面図である。

【０００６】６０１は半導体基板であり、画素領域Ｒ
（６０２）、Ｇ（図示せず）、Ｂ（６０３）と駆動回路６０４をもつ。 オンチップカラーフィルターＲ（６０
５）、Ｇ（図示せず）、Ｂ（６０６）によって、波長を選択された光が画素領域に入射される。 しかしながら、
本来、光線６０７が入射される画素にもカメラ内の部材による反射・散乱などによる不要光線６０８が入射される場合があり、色再現性の低下や解像度の劣化を引きおこす。

【０００７】具体的な従来の画素の構造としては、特公平０８−２８８４９３号公報に開示されているように，
色毎に画素領域の形状を異ならせることによって、画素毎に感度を異ならせ、白キズの低減を図っているものである。 また、その実現手段としてセンサ部のＮ層の形成条件を画素ごとに異ならせるようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の画素構造では、不要光に対する感度を色ごとに低減させてはいない。

【０００９】そこで、本発明は、不要光に対する感度を色ごとに低減し、異なる色間のクロストークを低減し、
色再現性が良く、高精細、安価でゴーストなどの少ない撮像素子を提供することを課題としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するための本発明は、第一の導電型の半導体基板上に第二の導電型のウェルおよび前記第二の導電型のウェル内に形成された第一の導電型の不純物領域および前記第一の導電型の不純物領域表面に形成された第二の導電型の濃い不純物領域によって形成されたフォトダイオードを含む画素が水平および垂直方向に複数個配列されてなる固体撮像装置において、前記第二の導電型の濃い不純物領域の形成されている深さを、前記画素に入射する光の波長領域ごとに異ならせている。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

【００１２】（第一の実施形態）図１（ａ）および図（ｂ）を参照して、第１の実施形態について説明する。
図１（ａ）は例えばＲ画素の構造であり、図１（ｂ）は例えばＢ画素の構造である。 １０１は第一の導電型の半導体基板（以下、半導体基板）であり、１０２は分離領域、１０３は第二の導電型のウェルであり本実施形態ではｐウェル、１０４は第一の導電型の不純物領域（以下、ｎ領域）、１０５、１０５′は第二の導電型の濃い不純物領域（以下、Ｐ ⁺領域）、１０６はゲート電極、
１０７はドレイン領域、１０８は遮光層である。 ｎ領域１０４およびｐウェル１０３、Ｐ ⁺領域（１０５、１０
５′）によってフォトダイオードが形成されている。

【００１３】各画素に入射した光は、遮光層１０８の開口部を通ってフォトダイオードに入射される。 この入射した光が、あらかじめ所定のバイアスを印加することによって空乏化されたＮ領域１０４付近でホール−電子ペアを発生し、電子がＮ領域１０４に蓄積される。 後にゲート電極１０６をＯＮすることで電子はドレイン１０７
に読み出され、図には省略されているが配線を介して出力される。 本実施形態では図１（ａ）の画素と図１
（ｂ）の画素でＰ ⁺領域１０５、１０５′の深さが異なっている（図中Ｐａ、Ｐｂ）。

【００１４】このため相対的に表面に近いところでホール−電子ペアを発生する波長の短い光では、Ｐ ⁺領域１
０５が深い場合、発生した電子はＮ領域１０４に到達する確率が減少する。 いいかえると、図１（ａ）ではＢ光の感度が減少する。 よって、不要な色の光に対する感度を下げることができる。

【００１５】本実施形態においては、Ｒ、Ｇ、Ｂの色毎にすべてＰ ⁺領域の深さを変えても良いし、Ｒ、Ｇを深く、Ｂを浅くしたり、Ｒを深く、Ｇ、Ｂを浅くするなど２種類でＰ ⁺領域の深さを変えてもよい。

【００１６】このようにして、色毎に画素の光電変換率に波長選択性を持たせ、不要光の感度を下げるようにしている。

【００１７】また、Ｐａ、Ｐｂを所望の値とするには、
プロセス条件を変えるとよい。 すなわち、たとえば、Ｐ
⁺領域のイオン注入の加速電圧を変えるとよい。 又、イオン種を変えてもよい。 又、熱履歴を変えてもよい。
又、イオン注入量を変えてもよい。 又、イオン注入前のバッファ酸化膜厚を変えてもよい。

【００１８】（第二の実施形態）図２は、第二の実施形態の固体撮像素子の断面図である。 この第二の実施形態の固体撮像素子は、第一の実施形態の固体撮像素子にオンチップカラーフィルターを付加したものである。 ２０
１は半導体基板であり、画素領域Ｒ（２０２）、Ｇ（図示せず）、Ｂ（２０３）と駆動回路２０４をもつ。 また、オンチップカラーフィルターＲ（２０５）、Ｇ、Ｂ
（２０６）によって、波長を選択された光が画素領域に入射される。

【００１９】光線２０７が入射される画素にも、散乱などの影響で不要光線２０８が入射される場合があるが、
不要な光線２０８に対して、画素２０２の光電変換率を小さくして、不要光による色再現性の劣化や画質の低下を防ぐことができる。

【００２０】なお、カラーフィルターはオンチップ構成に限定されず、半導体基板とは分離させたガラス上の色フィルターでも構わない。 この場合、斜め入射光による混色は、色フィルターと半導体基板の距離が長いほど抑制される。

【００２１】（第三の実施形態）第二の実施形態では一つの撮像領域内にＲ、Ｇ、Ｂの画素を配列している場合について述べたが、第三の実施形態においては、複数の撮像領域を設けている。

【００２２】図３は複数の撮像領域を設けた第三の実施形態の固体撮像装置の断面図である。 ３０１は半導体基板であり、撮像領域Ｒ（３０２）、撮像領域Ｂ（３０
３）、撮像領域Ｇ（図示せず）が形成されている。 それぞれの撮像領域は画素を水平、垂直方向に複数個配列して構成されている。 また、駆動回路３０４が同一チップ上に形成されている。 この実施形態ではオンチップもしくは別の基板上に設けられたカラーフィルターＲ（３０
５）、Ｂ（３０６）、Ｇ（図示せず）を介してそれぞれの撮像領域に画像が結像される。

【００２３】この場合にも光学部材による散乱や反射の影響でＢフィルターを通った不要な光３０７が撮像領域Ｒ（３０２）に入射されることがあるが、この場合にも、不要な光３０７の感度を下げることが可能であり、
コントラストの向上、色再現性の向上を図ることが可能である。

【００２４】また、それぞれの撮像領域を同一チップ上に作り込むことで、実装が簡略化されるが、それぞれ別の半導体基板上に形成した撮像領域を組み合わせて一つのカラー撮像装置を構成してもよい。

【００２５】（第四の実施形態）第一の実施形態では、
Ｐ ⁺領域の深さが画素の色毎に異なる例について示したが、第四の実施形態においては、Ｎ領域の深さも画素の色毎に異ならせている。 すなわち、第四の実施形態においては、Ｐ ⁺領域およびＮ領域の深さが画素により異なっている。

【００２６】図４（ａ）は第四の実施形態の例えばＲ画素の構造であり、図４（ｂ）は例えばＢ画素の構造である。 ４０１は半導体基板であり、４０２は分離領域、４
０３はｐウェル、４０４、４０４′はｎ領域、４０５、
４０５′はＰ ⁺領域、４０６はゲート電極、４０７はドレイン領域、４０８は遮光層である。 ｎ領域４０４、４
０４′および、隣接するｐウェル４０３、Ｐ ⁺領域（４
０５、１０５′）によってフォトダイオードが形成されている。 各画素に入射した光は、遮光層４０８の開口部を通ってフォトダイオードに入射される。 この入射した光が、あらかじめ所定のバイアスを印加することによって空乏化されたＮ領域４０４、４０４′付近でホール−
電子ペアを発生し電子がＮ領域４０４、４０４′に蓄積される。 後にゲート電極４０６をＯＮすることで電子はドレイン４０７に読み出され、図には省略されているが配線を介して出力される。 本実施形態では図１（ａ）の画素と図１（ｂ）の画素でＰ ⁺領域４０５、４０５′の深さ（図中Ｐａ、Ｐｂ）とＮ領域４０４、４０４′の深さ（図中Ｎａ、Ｎｂ）がそれぞれ異なっている。

【００２７】このため、相対的に表面から深いところでホール−電子ペアを発生する波長の長い光では、Ｎ領域４０４′が浅いため、発生した電子はＮ領域４０４′に到達する確率が減少する。 言いかえると、図４（ｂ）ではＲ光の感度が減少する。 よって、本実施形態では図４
（ｂ）の構造の画素に入射する不要Ｒ光に対する感度を下げることが可能である。

【００２８】本実施形態においても、第一の実施形態と同様に画素の色毎にすべてＮ領域の深さを変えても良いし、２種類に分けて単純化することも可能である。

【００２９】またＰ ⁺領域の深さの種類との組み合わせも可能である。 また、従来の技術の説明の欄で説明した特公平０８−２８８４９３号公報の従来の技術では、Ｎ
領域が浅いためにＲ光の感度が下がるという問題があるが、本実施形態ではＲ光の感度を向上することができる。

【００３０】さらに、Ｎ領域４０４、４０４′の深さとＰ ⁺領域４０５、４０５′の深さを同時に調整することで、Ｎ領域４０４、４０４′が完全空乏化する電圧を実質的に同等とすることで、Ｎ領域を深く形成した画素についても、空乏化領域の体積を減らすことができ、暗電流の発生を抑制できる。

【００３１】（第五の実施形態）本実施形態では、第四の実施形態に加えてｐウェル５０３、５０３′の深さを画素の色毎に変えている。 これによって、Ｒ画素に対するＲ光の感度を向上させ、Ｒ画素以外の画素に対するＲ
光の感度を減少させている。 また、Ｒ光のみならず、
Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれに対してｐウェル５０３、５０
３′の深さを変えることで、色再現性の劣化やクロストーク、ゴーストを低減している。 さらに、オートフォーカスに用いられる赤外光の検出画素に対してＰ ⁺領域、
Ｎ領域、ｐウエルのうちのいくつかを深く形成して本発明を実施することも有効である。

【００３２】本実施形態ではｐウェル、Ｎ領域、Ｐ ⁺領域の深さをすべて変えているが、Ｐ ⁺領域とｐウェルの深さのみを変化させ、Ｎ領域は同一の工程で同様の深さに作製してもよい。

【００３３】以上、本発明の５つの実施形態について説明したが、本発明による第二から第五の実施形態を実現するためには、第一の実施形態で説明したのと同様に領域を形成する際のプロセス条件を異ならせることで実現が可能である。

【００３４】さらに、本発明の第一から第五の実施形態では電子蓄積タイプの構造で説明を行ったが、本発明をホール蓄積タイプの固体撮像素子に応用した場合には、
それぞれの伝導型を逆転させてもよい。

【００３５】また、本発明の第一から第五の実施形態では、ＲＧＢのカラーフィルターを用いた例について述べたが、ダイクロイックミラー、回折格子などにより色分解して画素に光を入射する系としてもよいし、Ｙ、Ｍ、
Ｃｙの補色系のカラーフィルター等を用いてもよい。

【００３６】加えて、本発明の第一から第五の実施形態は、いわゆる完全転送型ＣＭＯＳセンサの例であるが、
ＣＣＤや他のタイプのＣＭＯＳセンサなどの場合でも、
フォトダイオード部に本発明による構成を用いて固体撮像装置を形成してもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、異なる色間のクロストークを低減し、色再現性が良く、高精細、
安価でゴーストなどの少ない撮像素子を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態の固体撮像装置の断面図

【図２】本発明の第二の実施形態の固体撮像装置の断面図

【図３】本発明の第三の実施形態の固体撮像装置の断面図

【図４】本発明の第四の実施形態の固体撮像装置の断面図

【図５】本発明の第五の実施形態の固体撮像装置の断面図

【図６】従来の固体撮像装置の断面図

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１ 半導体基板 １０２、４０２、５０２ 分離領域 １０３、４０３、５０３ ｐウエル １０４、４０４、４０４'、５０４、５０４' ｎ領域 １０５、１０５'、４０５４０５'、５０５、５０５'
Ｐ ⁺領域 １０６、４０６、５０６ ゲート電極 １０７、４０７、５０７ ドレイン領域 １０８、４０８、５０８ 遮光層 ２０２、３０２、６０２ 画素領域（Ｒ） ２０３、３０３、６０３ 画素領域（Ｂ） ２０４、３０４、６０４ 駆動回路 ２０５、３０５、６０５ カラーフィルタ（Ｒ） ２０６、３０６、６０６ カラーフィルタ（Ｂ） ２０７、６０７ 光線 ２０８、３０７、６０８ 不要光線