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JP2016018980A - 固体撮像装置、製造方法、および電子機器 - Google Patents

固体撮像装置、製造方法、および電子機器 Download PDF

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啓介 畑野
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Abstract

【課題】光電変換部から浮遊拡散層への高い電荷転送効率を得ることができる。
【解決手段】浮遊拡散層は、溝部が矩形状の縦型トランジスタのゲート電極を囲うように矩形状に配置されている。浮遊拡散層に隣接するようにリセットゲートを介してリセットドレインが形成され、リセットゲートに所定の電圧を印加することにより、浮遊拡散層の電位は、リセットドレインと同一の電位にリセットされる。本開示は、例えば、カメラなどの撮像装置に用いられるCMOS固体撮像装置に適用することができる。
【選択図】図３

Description

本開示は、固体撮像装置、製造方法、および電子機器に関し、特に、光電変換部から浮遊拡散層への高い電荷転送効率を得ることができるようにした固体撮像装置、製造方法、および電子機器に関する。
デジタルカメラなどの撮像装置において、配線層による入射光の蹴られを抑制し、高い電荷変換効率を得るために、裏面照射型の固体撮像装置が知られている。また、裏面照射型の固体撮像装置においては、信号電荷読み出し回路に接続される浮遊拡散層は、光入射面と反対側の基板面に形成されるが、光電変換部から浮遊拡散層への信号電荷の読み出し構造として、例えば、特許文献１に示される縦型トランジスタを用いる方法が開示されている。
特開２０１３−８４７８５号公報
このような縦型トランジスタにおいては、光電変換部からの信号電荷は、基板の深さ方向に光電変換部から浮遊拡散層へと電荷移送するのと同時に、浮遊拡散層が形成されている方向へと縦型トランジスタのチャンネルの外周方向に沿って電荷を回転させて移送する必要があった。電荷をチャンネルの外周方向に沿って回転させる場合には、チャンネルの回転方向に沿った電位バリアや電位ディップの存在により、高い転送効率を得るのが難しかった。
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、光電変換部から浮遊拡散層への高い電荷転送効率を得ることができるものである。
本技術の一側面の固体撮像装置は、半導体基板に形成された光電変換部から浮遊拡散層への電荷転送を行う縦型トランジスタと、前記縦型トランジスタのチャンネル領域となる溝部を囲うように形成されている浮遊拡散層とを備える。
前記浮遊拡散層の電位をリセットするためのリセットトランジスタのゲート電極は、前記浮遊拡散層に隣接する位置に配置されている。
前記浮遊拡散層の不純物濃度は、前記浮遊拡散層の全域にわたって均一に形成されている。
前記浮遊拡散層の不純物濃度は、前記リセットトランジスタのゲート電極に隣接する領域に向かって、漸次濃くなるように形成されている。
前記溝部の断面形状が円状である。
前記溝部の断面形状が矩形状である。
前記溝部を囲うように形成された浮遊拡散層の平面形状が矩形形状である。
前記溝部を囲うように形成された浮遊拡散層の平面形状の一部が円弧状である。
前記溝部を囲うように形成された浮遊拡散層の平面形状が円状である。
本技術の一側面の製造方法は、製造装置が、半導体基板に光電変換部を形成し、前記光電変換部が形成された半導体基板に、前記光電変換部から浮遊拡散層への電荷転送を行う縦型トランジスタのチャンネル領域となる溝部が浮遊拡散層で囲まれるように、前記溝部と前記浮遊拡散層とを形成する。
前記光電変換部が形成された半導体基板に、浮遊拡散層を形成し、形成された浮遊拡散層内に、縦型トランジスタのチャンネル領域となる溝部を形成することができる。
前記光電変換部が形成された半導体基板に、縦型トランジスタのチャンネル領域となる溝部を形成し、形成された溝部を内包するように浮遊拡散層を形成することができる。
本技術の一側面の電子機器は、半導体基板に形成された光電変換部から浮遊拡散層への電荷転送を行う縦型トランジスタと、前記縦型トランジスタのチャンネル領域となる溝部を囲うように形成されている浮遊拡散層とを備える固体撮像装置と、前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、入射光を前記固体撮像装置に入射する光学系とを有する。
本技術の一側面においては、光電変換部が形成された半導体基板に、前記光電変換部から浮遊拡散層への電荷転送を行う縦型トランジスタのチャンネル領域となる溝部が浮遊拡散層で囲まれるように、前記溝部と前記浮遊拡散層とが形成される。
本技術によれば、光電変換部から浮遊拡散層への電荷転送を行う縦型トランジスタを用いた固体撮像装置を製造することができる。また、本技術によれば、光電変換部から浮遊拡散層への高い電荷転送効率を得ることができる。
なお、本明細書に記載された効果は、あくまで例示であり、本技術の効果は、本明細書に記載された効果に限定されるものではなく、付加的な効果があってもよい。
本技術を適用した固体撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。 本技術の画素構造の第１の実施の形態を示す断面図である。 図２の固体撮像装置の浮遊拡散層のレイアウトの第１の例を示す平面図である。 図２の固体撮像装置の浮遊拡散層のレイアウトの第２の例を示す平面図である。 図２の固体撮像装置の浮遊拡散層のレイアウトの第３の例を示す平面図である。 図２の固体撮像装置の浮遊拡散層のレイアウトの第４の例を示す平面図である。 本技術の固体撮像装置の製造処理の例を説明するフローチャートである。 図７の製造処理の例を示す工程図である。 図７の製造処理の例を示す工程図である。 図７の製造処理の例を示す工程図である。 図７の製造処理の例を示す工程図である。 図７の製造処理の例を示す工程図である。 本技術の固体撮像装置の製造処理の他の例を説明するフローチャートである。 図１３の製造処理の例を示す工程図である。 図１３の製造処理の例を示す工程図である。 図１３の製造処理の例を示す工程図である。 図１３の製造処理の例を示す工程図である。 図１３の製造処理の例を示す工程図である。 本技術の画素構造の第２の実施の形態を示す断面図である。 本技術を適用した電子機器の構成例を示すブロック図である。
以下、本開示を実施するための形態（以下実施の形態とする）について説明する。
＜固体撮像装置の概略構成例＞
図１は、本技術の各実施の形態に適用されるCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）固体撮像装置の一例の概略構成例を示している。
図１に示されるように、固体撮像装置（素子チップ）１は、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領域（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（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）を有してなる。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、およ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、さらに選択トランジスタを追加して４つのトランジスタで構成することもできる。各画素２（単位画素）の等価回路は一般的なものと同様であるので、ここでは詳細な説明は省略する。
また、画素２は、画素共有構造とすることもできる。画素共有構造は、複数のフォトダイオード、複数の転送トランジスタ、共有される１つのフローティングディフュージョン、および、共有される１つずつの他の画素トランジスタから構成される。フォトダイオードは、光電変換素子である。
周辺回路部は、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、水平駆動回路６、出力回路７、および制御回路８から構成される。
制御回路８は、入力クロックや、動作モード等を指令するデータを受け取り、また、固体撮像装置１の内部情報等のデータを出力する。具体的には、制御回路８は、垂直同期信号、水平同期信号、およびマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、および水平駆動回路６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、制御回路８は、これらの信号を垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、および水平駆動回路６に入力する。
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２を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素２を駆動する。具体的には、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の光電変換素子において受光量に応じて生成した信号電荷に基づいた画素信号をカラム信号処理回路５に供給する。
カラム信号処理回路５は、画素２の例えば列毎に配置されており、１行分の画素２から出力される信号を画素列毎にノイズ除去等の信号処理を行う。具体的には、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（Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング）や、信号増幅、A/D（Analog/Digital）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。
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。
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。出力回路７は、例えば、バッファリングだけを行う場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理等を行う場合もある。
入出力端子１２は、外部と信号のやりとりをするために設けられる。
ところで、特許文献１においては、光電変換部から浮遊拡散層への信号電荷の読出しに縦型トランジスタを用いているが、光電変換部からの信号電荷は、基板の深さ方向に光電変換部から浮遊拡散層へと電荷移送するのと同時に、浮遊拡散層が形成されている方向へと縦型トランジスタのチャンネルの外周方向に沿って電荷を回転させて移送する必要があった。電荷をチャンネルの外周方向に沿って回転させる場合には、チャンネルの回転方向に沿った電位バリアや電位ディップの存在により、高い転送効率を得るのが難しかった。
縦型トランジスタを形成する場合には、基板の深さ方向に延在する溝部を形成したのちに、例えば、熱酸化を施すことによりゲート絶縁膜を形成するが、溝内部には異なる結晶方位が露出しているため、結晶方位により熱酸化における酸化速度が異なり、ゲート絶縁膜には溝の外周方向に沿った膜厚分布が生じる。このため、ゲート電極への電圧印加により生じる縦型トランジスタチャンネルの電位分布には溝の外周方向に沿って差異が生じ、これが電位バリアあるいは電位ディップを生じ、電荷転送が阻害あるいは電荷がトラップされる原因となっている。
これを回避するために、電位バリアや電位ディップを抑制するために不純物分布を制御することが考えられるが、これには、複雑で多くの不純物形成工程が必要であり、工程数が増大するという問題に加え、十分な電位制御性を得ることが難しかった。
また、熱酸化によるゲート絶縁膜の膜厚分布を抑制するために、CVD（化学気相成長）法によりゲート絶縁膜を形成する方法も考えられるが、この場合でも絶縁膜が堆積される初期には、必ず熱酸化が生じるため縦型トランジスタ用の溝の外周方向に沿って完全に均一な膜厚でゲート絶縁膜を被着することは困難であった。
そこで、本技術においては、縦型トランジスタを用い、縦型トランジスタのチャンネル領域となる溝部を囲うように浮遊拡散層が形成される。また、形成された浮遊拡散層に隣接する位置に、浮遊拡散層の電位をリセットするためのリセットトランジスタのゲート電源が配置される。
これにより、光電変換部から浮遊拡散層への高い電荷転送効率を得ることができる。
＜画素構造の構成例＞
図２は、本技術の縦型トランジスタを有する固体撮像装置の画素構造の第１の実施の形態を示す断面図である。図２の例においては、隣接する３画素の例が示されているが、必要に応じて任意の画素数を配置してもよい。
図２に示される画素構造は、半導体基板１０１、フォトダイオード１０２、ゲート絶縁膜１０３、ゲート電極１０４、浮遊拡散層１０５、リセットゲート（電極）１０６、リセットドレイン１０７、および絶縁膜１０８を含むように構成されている。
この画素構造においては、光入射面にフォトダイオード１０２が形成された半導体基板１０１に、ゲート絶縁膜１０３を介して、ゲート電極１０４を有する縦型トランジスタが形成されている。また、半導体基板１０１の光入射面と反対側の面には、縦型トランジスタのチャンネル領域となる溝部（以下、縦型トランジスタの溝部と称する）１０９を囲むように浮遊拡散層１０５が形成されている。さらに、浮遊拡散層１０５に隣接する位置にリセットゲート１０６を介してリセットドレイン１０７が形成されている。そして、それらは絶縁膜１０８で平坦化されている。
このような画素構造においては、フォトダイオード１０２において光電変換された信号電荷は、縦型トランジスタにより、縦型トランジスタのゲート電極を囲うように形成された浮遊拡散層１０５に転送される。
なお、図２の例においては、図示されていないが、固体撮像装置の光入射面には、必要に応じてカラーフィルタやマイクロレンズなどを形成してもよい。また、信号電荷をフォトダイオード１０２から浮遊拡散層１０５へと転送するための縦型トランジスタは、フォトダイオード１０２の任意の場所に接するように配置してもよい。また、縦型トランジスタの深さは、フォトダイオードに食い込むように形成する必要は必ずしもなく、信号転送が可能な任意の深さに形成することが可能である。
図３は、図２の固体撮像装置の浮遊拡散層のレイアウトの第１の例を示す平面図である。図３の例において、浮遊拡散層１０５は、溝部１０９が矩形状の縦型トランジスタのゲート電極１０４を囲うように矩形状に配置されている。
浮遊拡散層１０５には、コンタクト孔１１１が形成されており、コンタクト孔１１１に接続された配線は、例えば、光電変換された信号を外部へと出力するための図示せぬアンプトランジスタのゲート電極へ接続されている。
さらに、浮遊拡散層１０５に隣接するようにリセットゲート１０６を介してリセットドレイン１０７が形成され、リセットゲート１０６に所定の電圧を印加することにより、浮遊拡散層１０５の電位は、リセットドレイン１０７と同一の電位にリセットされる。
図３のレイアウトに示されるように、浮遊拡散層１０５を縦型トランジスタのゲート電極を囲うように形成することで、フォトダイオード１０２からの信号電荷は、縦型トランジスタのチャンネルの延在方向に沿って転送され、縦型トランジスタの溝部１０９の外周に沿って信号電荷を回転させる必要がない。したがって、信号電荷のフォトダイオード１０２から浮遊拡散層への転送において、高い転送効率を得ることができる。
なお、図３の例においては、縦型トランジスタのチャンネル領域となる溝部１０９が矩形状に形成された例が示されているが、円状に形成されてもよい。
＜変形例＞
図４は、図２の固体撮像装置の浮遊拡散層のレイアウトの第２の例を示す平面図である。図４の例は、ゲート電極１０４が、ゲート電極１２１に入れ替わった点と、浮遊拡散層１０５が浮遊拡散層１２２に入れ替わった点が図３の例と異なっている。また、縦型トランジスタの溝部１０９が、縦型トランジスタの溝部１２３に入れ替わった点が図３の例と異なっている。
すなわち、図４の例において、浮遊拡散層１２２は、円状に形成された縦型トランジスタのゲート電極１２１を囲うように配置されており、リセットゲート１０６とは直線状に接するように形成されている。すなわち、浮遊拡散層１２２は、左側は矩形であり、右側は円弧となっている。
図４のレイアウトにおいては、縦型トランジスタのチャンネル領域となる溝部１２３が円状に形成され、これに沿うように浮遊拡散層１２２が円弧状に配された。これにより、図３で上述した効果に加えて、浮遊拡散層１３２の容量を低減することができ、電荷から電圧への変換効率を高めることができる。
なお、図４の例においても、縦型トランジスタのチャンネル領域となる溝部１２３が円状で形成された例が示されているが、矩形状に形成されてもよい。
図５は、図２の固体撮像装置の浮遊拡散層のレイアウトの第３の例を示す平面図である。図５の例は、ゲート電極１０４がゲート電極１３１に入れ替わった点、浮遊拡散層１０５が浮遊拡散層１３２に入れ替わった点、および、リセットゲート１０６がリセットゲート１３３に入れ替わった点が図３の例と異なっている。また、図５の例も、縦型トランジスタの溝部１０９が、縦型トランジスタの溝部１２３に入れ替わった点が図３の例と異なっている。
すなわち、図５の例において、浮遊拡散層１３２は、円状に形成された縦型トランジスタのゲート電極１３１を囲うように円状に配置されている。リセットゲート１３３は、円状に配置された浮遊拡散層１３２に接するように円弧状に配置されている。
浮遊拡散層１３２には、コンタクト孔１１１が形成されており、コンタクト孔１１１に接続された配線は、例えば、光電変換された信号を外部へと出力するための図示せぬアンプトランジスタのゲート電極へ接続されている。
図５のレイアウトに示されるように、浮遊拡散層１３２を縦型トランジスタのゲート電極を囲うように、また、縦型トランジスタの溝部１２３を円状に形成し、これに沿うように浮遊拡散層１３２を円状に配置した。これにより、図３で上述した効果に加えて、浮遊拡散層１３２の容量を低減することができ、電荷から電圧への変換効率を高めることができる。
なお、図５の例においても、縦型トランジスタのチャンネル領域となる溝部１２３が円状で形成された例が示されているが、矩形状に形成されてもよい。
図６は、図２の固体撮像装置の浮遊拡散層のレイアウトの第４の例を示す平面図である。図６の例は、浮遊拡散層１０５が浮遊拡散層１４１に入れ替わった点が図３の例と異なっている。
図３の浮遊拡散層１０５は、第１導電型（P型またはN型）となる不純物濃度が、浮遊拡散層１０５全体に渡って均一に形成されている。これに対して、図６の浮遊拡散層１４１は、第１導電型となる不純物濃度が、リセットゲート１０６に隣接する領域に向かって漸次不純物濃度が濃くなるように形成されている。
具体的には、図６の例において、浮遊拡散層１４１は、溝部１０９が矩形状に形成された縦型トランジスタのゲート電極１０４を囲うように矩形状に配置されている。
また、浮遊拡散層１４１は、不純物濃度が異なる領域で構成されている。具体的には、浮遊拡散層１４１は、リセットゲート１０６から遠い側から、第１不純物濃度領域１４１ａ、第２不純物濃度領域１４１ｂ、第３不純物濃度領域１４１ｃ、第４不純物濃度領域１４１ｄにより構成されている。浮遊拡散層１４１は、不純物濃度が、第１不純物濃度領域１４１ａ乃至第４不純物濃度領域１４１ｄの順で、漸次濃度が濃くなるように形成されている。リセットゲート１０６は、第４不純物濃度領域１４１ｄと隣接するように配置されている。
このように、図６の例の固体撮像装置においては、浮遊拡散層１４１内の空乏化電位に勾配を有しており、特に、浮遊拡散層が空乏化するようにリセット電位が設定されている場合には、フォトダイオード１０２から浮遊拡散層１４１に転送された信号電荷が浮遊拡散層１４１内で電位取り出し部のあるコンタクト孔１１１が配置されている第４不純物濃度領域１４１ｄに向けて電荷が容易に移送される。
図６の例に示されるように、浮遊拡散層１４１内でリセットゲート１０６の配置されている方向に不純物濃度分布を有するため、早い応答速度で信号電荷の取り出しと浮遊拡散層１４１の電位リセットができる。
なお、図６の例においては、本技術の浮遊拡散層の不純物濃度領域の配置は、４つの領域に分割配置するように図示されているが、２以上の任意の領域に分割してもよく、さらに、領域毎に不純物濃度を変化させる方法の他に、リセットゲート１０６に隣接する方向に向けて漸次濃度変化するように形成してもよい。
さらに、図６の浮遊拡散層の形状は、図３に示した浮遊拡散層の平面レイアウトである矩形の浮遊拡散層に対して濃度変化するように示されているが、図４に示した円弧状や、図５に示した円状の浮遊拡散層の形状に適用することも可能である。
＜固体撮像装置の製造処理＞
次に、図７のフローチャートを参照して、本技術の固体撮像装置の製造処理について説明する。なお、図７の製造処理は、図示せぬ固体撮像装置の製造装置により行われるものであり、以下、図８乃至図１２の工程図も適宜参照しながら説明する。
ステップＳ１０１において、製造装置は、半導体基板１０１内に、フォトダイオード１０２を形成する（図８Ａ）。ステップＳ１０２において、製造装置は、半導体基板１０１内に、浮遊拡散層１０５を形成する（図８Ｂ）。
ステップＳ１０３において、製造装置は、浮遊拡散層１０５に内包される領域に、縦型トランジスタの溝部１０９を形成する（図９Ａ）。このとき、縦型トランジスタの溝部１０９は、フォトダイオード１０２に食い込むように図示されているが、縦型トランジスタによりフォトダイオード１０２から信号が読み出し可能な深さであればよい。
ステップＳ１０４において、製造装置は、縦型トランジスタの溝部１０９内と半導体基板１０１の表面に、ゲート絶縁膜１０３を形成する（図９Ｂ）。ステップＳ１０５において、製造装置は、装置全面に、例えば、ポリシリコン膜からなるゲート電極材料膜２１１を被着する（図１０Ａ）。
ステップＳ１０６において、製造装置は、ゲート電極材料膜２１１をエッチング加工する。これにより、縦型トランジスタのゲート電極１０４およびリセットゲート１０６が形成される（図１０Ｂ）。
ステップＳ１０７において、製造装置は、リセットゲート１０６に隣接するようにリセットドレイン１０７を形成する（図１１Ａ）。ステップＳ１０８において、製造装置は、装置全面に、絶縁膜１０８を形成する（図１１Ｂ）。
ステップＳ１０９において、製造装置は、絶縁膜１０８が形成された半導体基板１０１に、支持基板２２１を、例えば、プラズマ接合法により貼り合わせる（図１２Ａ）。ステップＳ１１０において、製造装置は、半導体基板１０１の支持基板２２１との接合面と反対側の面の基板部分を、例えば、研削法により薄膜化する（図１２Ｂ）。
ステップＳ１１１において、製造装置は、半導体基板１０１のフォトダイオード１０２形成側に、図示せぬカラーフィルタやオンチップマイクロレンズを形成する。これにより、固体撮像装置が完成する。
以上のようにすることで、縦型トランジスタのチャンネルを囲うように浮遊拡散層を形成することが可能になる。
なお、図７のステップＳ１０４においては、縦型トランジスタのゲート絶縁膜とリセットトランジスタの絶縁膜とを同時に形成するように示されているが、同時に形成されなくてもよく、必要に応じて異なる絶縁膜を形成してもよい。この場合、トランジスタのゲート絶縁膜をトランジスタ毎に異なる最適な膜厚に設定することができる。
また、図７の製造処理においては、浮遊拡散層の形成後に縦型トランジスタの溝部を形成する処理の例を説明したが、次に説明するように、縦型トランジスタの溝部の形成後に、浮遊拡散層を形成することも可能である。
次に、図１３のフローチャートを参照して、本技術の固体撮像装置の製造処理の他の例について説明する。なお、図１３の製造処理も、図示せぬ固体撮像装置の製造装置により行われるものであり、以下、図１４乃至図１８の工程図も適宜参照しながら説明する。
ステップＳ２０１において、製造装置は、半導体基板１０１内に、フォトダイオード１０２を形成する（図１４Ａ）。
ステップＳ２０２において、製造装置は、縦型トランジスタの溝部１０９を形成する（図１４Ｂ）。このとき、縦型トランジスタの溝部１０９は、フォトダイオード１０２に食い込むように図示されているが、縦型トランジスタによりフォトダイオード１０２から信号が良い出し可能な深さであればよい。
ステップＳ２０３において、製造装置は、縦型トランジスタの溝部１０９内と半導体基板１０１の表面に、ゲート絶縁膜１０３を形成する（図１５Ａ）。ステップＳ２０４において、製造装置は、装置全面に、例えば、ポリシリコン膜からなるゲート電極材料膜２１１を被着する（図１５Ｂ）。
ステップＳ２０５において、製造装置は、ゲート電極材料膜２１１をエッチング加工する。これにより、縦型トランジスタのゲート電極１０４およびリセットゲート１０６が形成される（図１６Ａ）。
ステップＳ２０６において、製造装置は、浮遊拡散層１０５およびリセットドレイン１０７を形成する（図１６Ｂ）。このとき、浮遊拡散層１０５およびリセットドレイン１０７は、縦型トランジスタのゲート電極１０４およびリセットゲート１０６に対して自己整合的にイオン注入を行うことで形成される。
なお、図１６Ｂにおいては、浮遊拡散層１０５の形式を縦型トランジスタのゲート電極と自己整合でイオン注入すると記載したが、半導体基板１０１上の縦型トランジスタゲートの形成位置によっては、ゲート電極下に食い込むように斜め方向からのイオン注入となる。これにより、ゲート電極のひさしとなる領域の下部に浮遊拡散層となる領域を形成することも可能である。
ステップＳ２０７において、製造装置は、装置全面に絶縁膜１０８を形成する（図１７Ａ）。ステップＳ２０８において、製造装置は、絶縁膜１０８が形成された半導体基板１０１に、支持基板２２１を、例えば、プラズマ接合法により貼り合わせる（図１７Ｂ）。
ステップＳ２０９において、製造装置は、半導体基板１０１の支持基板２２１との接合面と反対側の面の基板部分を、例えば、研削法により薄膜化する（図１８）。
ステップＳ２１０において、製造装置は、半導体基板１０１のフォトダイオード１０２形成側に、図示せぬカラーフィルタやオンチップマイクロレンズを形成する。これにより、固体撮像装置が完成する。
なお、図１３のステップＳ２０３においても、縦型トランジスタのゲート絶縁膜とリセットトランジスタの絶縁膜とを同時に形成するように示されているが、同時に形成されなくてもよく、必要に応じて異なる絶縁膜を形成してもよい。この場合、トランジスタのゲート絶縁膜をトランジスタ毎に異なる最適な膜厚に設定することができる。
以上のように、縦型トランジスタのチャンネルを囲うように浮遊拡散層を形成するようにしたので、その後熱処理工程が少なくなる。これにより、熱拡散による浮遊拡散層の広がりを抑制でき、浮遊拡散層の容量を低減し、電荷から電圧への変換効率を高めることができる。
また、浮遊拡散層をリセットゲートと自己整合で形成できるので、リセット電圧のばらつきを抑制することができる。
＜画素構造の他の構成例＞
図１９は、本技術の縦型トランジスタを有する固体撮像装置の画素構造の第２の実施の形態を示す断面図である。図１９の例においては、隣接する３画素の例が示されているが、必要に応じて任意の画素数を配置してもよい。
図１９に示される画素構造は、半導体基板３０１、第１のフォトダイオード３０２、ゲート絶縁膜３０３、第１の信号電荷読み出し電極３０４、第１の浮遊拡散層３０５、絶縁膜３０８、縦型トランジスタの溝部３０９、第２のフォトダイオード３１３、第２の信号電荷読み出し電極３１４、第２の浮遊拡散層３１５を含むように構成されている。
この画素構造においては、単位画素領域として、第１のフォトダイオード３０２および第２のフォトダイオード３１３が積層して形成されている。第１のフォトダイオード３０２からの信号電荷を、第１の浮遊拡散層３０５へと読み出すために、ゲート絶縁膜３０３を介して、第１の信号電荷読み出し電極３０４を有する縦型とトランジスタが形成されている。そして、縦型トランジスタの溝部３０９を囲うように第１の浮遊拡散層が形成されている。
また、第２のフォトダイオード３１３からの信号電荷は、第２の信号電荷読み出し電極３１４を介して、第２の浮遊拡散層３１５へと読み出される。
図１９に示される画素構造においては、複数のフォトダイオードを積層形成することで、深さ方向の光吸収率の差異を利用し、波長の異なる光の強度、すなわち、色信号をカラーフィルタの形成なしに得ることができる。
このとき、本技術においては、積層されたフォトダイオードのうち、読み出し回路部から遠い光入射面側の基板面に形成された第１のフォトダイオードからの信号電荷の読み出しに、縦型トランジスタが用いられ、この縦型トランジスタの溝部を囲うように第１の浮遊拡散層が形成される。
これにより、第１のフォトダイオードから第１の浮遊拡散層への信号電荷の読み出し効率を向上させることができる。
なお、図１９の例においては、２つのフォトダイオードが積層されている例が示されているが、積層されるフォトダイオードの数は、３つ、４つでもよく、２つに限定されない。
以上のように、本技術によれば、光電変換部からの信号電荷を縦型トランジスタを用いて浮遊拡散層に読み出す裏面照射型の固体撮像装置において、縦型トランジスタのゲート電極を囲うように浮遊拡散層を配置するようにした。これにより、光電変換部から浮遊拡散層への高い電荷転送効率を得ることができる。
なお、以上においては、本技術を、CMOS固体撮像装置に適用した構成について説明してきたが、CCD（Charge Coupled Device）固体撮像装置といった固体撮像装置に適用するようにしてもよい。
なお、本技術は、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、撮像装置にも適用可能である。ここで、撮像装置とは、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機等の撮像機能を有する電子機器のことをいう。なお、電子機器に搭載されるモジュール状の形態、すなわちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。
＜電子機器の構成例＞
図２０は、本技術を適用した電子機器としての、カメラ装置の構成例を示すブロック図である。
図２０のカメラ装置６００は、レンズ群などからなる光学部６０１、本技術の各構造が採用される固体撮像装置（撮像デバイス）６０２、およびカメラ信号処理回路であるＤＳＰ回路６０３を備える。また、カメラ装置６００は、フレームメモリ６０４、表示部６０５、記録部６０６、操作部６０７、および電源部６０８も備える。ＤＳＰ回路６０３、フレームメモリ６０４、表示部６０５、記録部６０６、操作部６０７および電源部６０８は、バスライン６０９を介して相互に接続されている。
光学部６０１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで固体撮像装置６０２の撮像面上に結像する。固体撮像装置６０２は、光学部６０１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この固体撮像装置６０２として、上述した実施の形態に係る固体撮像装置を用いることができる。
表示部６０５は、例えば、液晶パネルや有機ＥＬ(Electro Luminescence)パネル等のパネル型表示装置からなり、固体撮像装置６０２で撮像された動画または静止画を表示する。記録部６０６は、固体撮像装置６０２で撮像された動画または静止画を、ビデオテープやＤＶＤ(Digital Versatile Disk)等の記録媒体に記録する。
操作部６０７は、ユーザによる操作の下に、カメラ装置６００が有する様々な機能について操作指令を発する。電源部６０８は、ＤＳＰ回路６０３、フレームメモリ６０４、表示部６０５、記録部６０６および操作部６０７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
なお、本明細書において、上述した一連の処理を記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
また、本開示における実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
また、上述のフローチャートで説明した各ステップは、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
さらに、１つのステップに複数の処理が含まれる場合には、その１つのステップに含まれる複数の処理は、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
また、以上において、１つの装置（または処理部）として説明した構成を分割し、複数の装置（または処理部）として構成するようにしてもよい。逆に、以上において複数の装置（または処理部）として説明した構成をまとめて１つの装置（または処理部）として構成されるようにしてもよい。また、各装置（または各処理部）の構成に上述した以外の構成を付加するようにしてももちろんよい。さらに、システム全体としての構成や動作が実質的に同じであれば、ある装置（または処理部）の構成の一部を他の装置（または他の処理部）の構成に含めるようにしてもよい。つまり、本技術は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、開示はかかる例に限定されない。本開示の属する技術の分野における通常の知識を有するのであれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例また修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１） 半導体基板に形成された光電変換部から浮遊拡散層への電荷転送を行う縦型トランジスタと、
前記縦型トランジスタのチャンネル領域となる溝部を囲うように形成されている浮遊拡散層と
を備える固体撮像装置。
（２） 前記浮遊拡散層の電位をリセットするためのリセットトランジスタのゲート電極は、前記浮遊拡散層に隣接する位置に配置されている
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３） 前記浮遊拡散層の不純物濃度は、前記浮遊拡散層の全域にわたって均一に形成されている
前記（１）または（２）に記載の固体撮像装置。
（４） 前記浮遊拡散層の不純物濃度は、前記リセットトランジスタのゲート電極に隣接する領域に向かって、漸次濃くなるように形成されている
前記（１）または（２）に記載の固体撮像装置。
（５） 前記溝部の断面形状が円状である
前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（６） 前記溝部の断面形状が矩形状である
前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（７） 前記溝部を囲うように形成された浮遊拡散層の平面形状が矩形形状である
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（８） 前記溝部を囲うように形成された浮遊拡散層の平面形状の一部が円弧状である
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（９） 前記溝部を囲うように形成された浮遊拡散層の平面形状が円状である
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１０） 製造装置が、
半導体基板に光電変換部を形成し、
前記光電変換部が形成された半導体基板に、前記光電変換部から浮遊拡散層への電荷転送を行う縦型トランジスタのチャンネル領域となる溝部が浮遊拡散層で囲まれるように、前記溝部と前記浮遊拡散層とを形成する
製造方法。
（１１） 前記光電変換部が形成された半導体基板に、浮遊拡散層を形成し、
形成された浮遊拡散層内に、縦型トランジスタのチャンネル領域となる溝部を形成する
前記（１０）に記載の製造方法。
（１２） 前記光電変換部が形成された半導体基板に、縦型トランジスタのチャンネル領域となる溝部を形成し、
形成された溝部を内包するように浮遊拡散層を形成する
前記（１０）に記載の製造方法。
（１３） 半導体基板に形成された光電変換部から浮遊拡散層への電荷転送を行う縦型トランジスタと、
前記縦型トランジスタのチャンネル領域となる溝部を囲うように形成されている浮遊拡散層と
を備える固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
入射光を前記固体撮像装置に入射する光学系と
を有する電子機器。
１ 固体撮像装置， ２ 画素， １０１ 半導体基板， １０２ フォトダイオード， １０３ ゲート絶縁膜， １０４ ゲート電球， １０５ 浮遊拡散層， １０６ リセットゲート， １０７ リセットドレイン， １０８ 絶縁膜， １０９ 縦型トランジスタの溝部， １２１ 浮遊拡散層，１２２ 浮遊拡散層，１２３ 縦型トランジスタの溝部, ２１１ ゲート電極材料膜， ２２１ 支持基板

Claims (13)

  1. 半導体基板に形成された光電変換部から浮遊拡散層への電荷転送を行う縦型トランジスタと、
    前記縦型トランジスタのチャンネル領域となる溝部を囲うように形成されている浮遊拡散層と
    を備える固体撮像装置。
  2. 前記浮遊拡散層の電位をリセットするためのリセットトランジスタのゲート電極は、前記浮遊拡散層に隣接する位置に配置されている
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記浮遊拡散層の不純物濃度は、前記浮遊拡散層の全域にわたって均一に形成されている
    請求項２に記載の固体撮像装置。
  4. 前記浮遊拡散層の不純物濃度は、前記リセットトランジスタのゲート電極に隣接する領域に向かって、漸次濃くなるように形成されている
    請求項２に記載の固体撮像装置。
  5. 前記溝部の断面形状が円状である
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  6. 前記溝部の断面形状が矩形状である
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  7. 前記溝部を囲うように形成された浮遊拡散層の平面形状が矩形形状である
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  8. 前記溝部を囲うように形成された浮遊拡散層の平面形状の一部が円弧状である
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  9. 前記溝部を囲うように形成された浮遊拡散層の平面形状が円状である
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  10. 製造装置が、
    半導体基板に光電変換部を形成し、
    前記光電変換部が形成された半導体基板に、前記光電変換部から浮遊拡散層への電荷転送を行う縦型トランジスタのチャンネル領域となる溝部が浮遊拡散層で囲まれるように、前記溝部と前記浮遊拡散層とを形成する
    製造方法。
  11. 前記光電変換部が形成された半導体基板に、浮遊拡散層を形成し、
    形成された浮遊拡散層内に、縦型トランジスタのチャンネル領域となる溝部を形成する
    請求項１０に記載の製造方法。
  12. 前記光電変換部が形成された半導体基板に、縦型トランジスタのチャンネル領域となる溝部を形成し、
    形成された溝部を内包するように浮遊拡散層を形成する
    請求項１０に記載の製造方法。
  13. 半導体基板に形成された光電変換部から浮遊拡散層への電荷転送を行う縦型トランジスタと、
    前記縦型トランジスタのチャンネル領域となる溝部を囲うように形成されている浮遊拡散層と
    を備える固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
    入射光を前記固体撮像装置に入射する光学系と
    を有する電子機器。
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