JP2001156284A - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
型拡散層12が形成され、このP型拡散層12内に、N
型拡散層14が形成される。N型拡散層14内に、複数
のP型の分離領域13が、一方向に延在し、互いに一定
の距離を隔てて平行に形成される。この分離領域13
は、N型拡散層14よりも浅く形成される。
Description
子及びその製造方法に関する。
子の構成を示す概略図である。
は、撮像部i、蓄積部s、水平転送部h及び出力部dを
有する。撮像部iは、垂直方向に延在し、互いに平行に
配列された複数のシフトレジスタからなり、各シフトレ
ジスタの各ビットが受光画素を構成する。蓄積部sは、
撮像部iのシフトレジスタに連続する遮光された複数の
シフトレジスタからなり、各シフトレジスタの各ビット
が蓄積画素を構成する。水平転送部hは、水平方向に延
在する単一のシフトレジスタからなり、各ビットに蓄積
部sのシフトレジスタの出力が接続される。出力部d
は、水平転送部hから転送出力される電荷を一時的に蓄
積する容量及びその容量に蓄積された電荷を排出するリ
セットトランジスタを含む。これにより、撮像部iの各
受光画素に蓄積される情報電荷は、各画素毎に独立して
蓄積部sの蓄積画素へ転送された後、1行ずつ蓄積部s
から水平転送部hへ転送され、さらに、1画素単位で水
平転送部hから出力部dへ転送される。そして、出力部
dで1画素毎の電荷量が電圧値に変換され、その電圧値
の変化がCCD出力として外部回路へ供給される。
り、図6、図7は、それぞれ図5のX−X線及びY−Y
線の断面図である。
域となるP型の拡散層2が形成される。この拡散層2の
表面領域に、高濃度のP型の分離領域3が、垂直方向に
延在して互いに平行に配置される。これらの分離領域3
の間には、N型の拡散層4が形成され、情報電荷の転送
経路となるチャネル領域が形成される。拡散層4上に
は、酸化シリコン膜からなる絶縁膜5を介して、多結晶
シリコンからなる複数の転送電極6が、それぞれ一定の
距離を隔てて平行に配置される。これらの転送電極6に
は、例えば、3相の転送クロックφ1〜φ3が印加され、
チャネル領域のポテンシャルの状態が制御される。
6のA−A線上)のポテンシャルの状態を示すプロファ
イル図である。
電極6に印加される電位によって表面側のレベルが決定
され、シリコン基板1に印加される電位によって深部の
レベルが決定される。ポテンシャルは、電荷の蓄積時、
ゲート絶縁膜5からN型拡散層4の途中まで徐々に深く
なり、N型拡散層4の途中で極小値を示ように形成され
る。さらに、N型拡散層4の途中からP型拡散層2の途
中まで徐々に浅くなり、P型拡散層2の途中で極大値を
示した後、N型のシリコン基板1深部に向かって深くな
るように形成される。これにより、N型拡散層4内の極
小値とP型拡散層2内の極大値との差がポテンシャル障
壁となり、シリコン基板1内で発生する情報電荷の蓄積
を可能にする。そして、シリコン基板1内に蓄積許容量
を超える量の情報電荷が発生した場合には、過剰な電荷
がポテンシャル障壁を超えてシリコン基板1の深部側へ
排出される。
域3は、チャネル領域となる拡散層4を形成する際のマ
スクずれを考慮し、且つ、電気的な分離が可能なように
十分な幅を確保する必要がある。このため、固体撮像素
子の高解像度化に伴って画素サイズが縮小されると、分
離領域3の占有面積が大きくなり、受光効率が低下す
る。また、シリコン基板11と転送電極6との電位によ
ってブルーミング抑圧制御をする場合には、分離領域3
の影響によって拡散層4内のポテンシャルを精度よく制
御することができなくなる。このような分離領域3によ
る影響は、画素サイズが小さくなった場合に顕著に現れ
るようになる。
となく、画素サイズの縮小に適した固体撮像素子の提供
を目的とする。
は、半導体基板の一主面に形成される一導電型を有する
第1の半導体領域と、上記第1の半導体領域の表面側に
形成され、逆導電型を有する第2の半導体領域と、上記
第2の半導体領域内に一方向に延在して互いに平行に配
置され、一導電型を有する複数の分離領域と、上記半導
体基板上に上記複数の分離領域と交差する方向に延在し
て互いに平行に配置される複数の転送電極と、を備え、
上記分離領域は、上記第2の半導体領域よりも浅く形成
されることを特徴とする。
2の半導体領域よりも分離領域を浅く形成したことで、
分離領域によるポテンシャルの影響が第2の半導体領域
に及びにくくなる。
は、半導体基板の表面領域に形成される一導電型の第1
の半導体領域内に、逆導電型の不純物を所定の深さまで
拡散して第2の半導体領域を形成する第1の工程と、上
記第2の半導体領域内に、一導電型の不純物を一定の距
離を隔ててストライプ状に注入し、複数の分離領域を形
成する第2の工程と、上記半導体基板状に複数の転送電
極を形成する第3の工程と、を有することを特徴とす
る。
離領域を形成しているため、分離領域の形成において、
電荷の転送領域と分離領域との合わせずれが生じなくな
る。
要部を示す断面図である。この図においては、図8と同
一部分を示している。
領域となるP型拡散層12が形成され、このP型拡散層
12の表面領域に、電荷の転送領域となるN型拡散層1
4が形成される。そして、N拡散層14内には、高濃度
のP型の分離領域13が、一方向に延在して一定の間隔
で形成される。この分離領域13は、図8に示す分離領
域3と同等のものであり、電荷の転送方向に沿って形成
される。ここで、N型拡散層14は、P型拡散層12よ
りも浅く形成され、分離領域13は、N型拡散層14よ
りも浅く形成される。
領域13が形成されたシリコン基板11上には、酸化シ
リコン膜からなる絶縁膜15が積層され、この絶縁膜1
5上に、多結晶シリコンからなる複数の転送電極16
が、それぞれ一定の距離を隔てて平行に配置される。こ
れらの転送電極16は、図7に示す転送電極6と同一の
ものであり、分離領域13に交差して配置され、多相の
転送クロックが印加されることで、チャネル領域のポテ
ンシャルの状態を制御する。
領域となるN型拡散層14内に、分離領域13をN型拡
散層14よりも浅く形成することにある。即ち、転送領
域の幅(分離領域13の間隔)が狭くなる、例えば、6
μm以下になると、P型拡散層12部分に形成されるポ
テンシャル障壁よりも分離領域13によって形成される
ポテンシャル障壁の方が、転送領域のポテンシャル状態
へ大きく影響するようになる。そこで、分離領域13を
N型拡散層14よりも浅く形成することで、転送領域の
ポテンシャル状態への影響が、P型拡散層12部分に形
成されるポテンシャル障壁が支配的となるようにしてい
る。
状態を算出したシミュレーションの結果である。この図
において、(a)は、図1の波線で囲んだ領域のポテン
シャルの拡がりを示し、(b)は、分離領域がN型拡散
層より深く形成されている従来の構造の固体撮像素子に
おいて、(a)と同等の領域のポテンシャルの拡がりを
示す。これらの図を比較すると、(b)に示す従来の構
造と比較して、(a)に示す本発明の構造の方が等電位
線の密度が粗く、分離領域13によるポテンシャルの変
化が電荷転送領域に影響しにくくなっていることを確認
できる。
送領域のポテンシャルをP型拡散層12及びN型拡散層
14の不純物濃度分布によって設計できるようになるた
め、構造的な数値の最適化が容易である。
を説明する工程別の断面図である。この図においては、
図1と同一部分の製造工程を示している。
散してP型拡散層12を形成する。このP型拡散層12
が素子の形成領域となる。そして、P型拡散層12内に
N型の不純物を拡散して、P型拡散層12よりも浅いN
型拡散層14を形成する。
る。このマスクパターン20は、シリコン基板11上で
一方向に延在し、互いに一定の距離を隔てて平行に配置
される複数の開口を有する。そして、レジストパターン
20をマスクとしてP型不純物を高濃度に注入すること
により、電荷の転送領域を区画するP型の分離領域13
を形成する。この注入工程においては、注入のエネルギ
ーを制御することで、不純物がN型拡散層14よりも深
くまで注入されないようにしている。
を積層し、絶縁膜15を形成する。この絶縁膜15上に
多結晶シリコンを積層し、その多結晶シリコン膜をパタ
ーニングすることで複数の転送電極16を形成する。
域となるN型拡散層14を先に形成し、そのN型拡散層
14内に分離領域13を形成するようにしているため、
電荷の転送領域と分離領域13との合わせずれが生じる
ことはない。そして、分離領域13が、N型拡散層14
よりも浅く形成されるため、電荷転送領域のポテンシャ
ルをP型拡散層12及びN型拡散層14の不純物濃度に
よって制御可能になる。
を1層構造とした場合を例示したが、この転送電極16
は、隣どうし互いにオーバーラップする2層構造として
もよい。
送領域の幅が狭くなった場合、即ち、画素サイズが小さ
くなった場合でも、電荷転送領域のポテンシャルの状態
を精度よく制御することができ、結果的に、各部に印加
する電位を低くすることができる。また、製造工程にお
いても、分離領域の合わせずれが生じにくくなるため、
微細化に有利であり、製造歩留まりの向上が望める。
面図である。
ン結果を示す図である。
程別の断面図である。
平面図である。
図である。
ファイル図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 半導体基板の一主面に形成される一導電
型を有する第1の半導体領域と、上記第1の半導体領域
の表面側に形成され、逆導電型を有する第2の半導体領
域と、上記第2の半導体領域内に一方向に延在して互い
に平行に配置され、一導電型を有する複数の分離領域
と、上記半導体基板上に上記複数の分離領域と交差する
方向に延在して互いに平行に配置される複数の転送電極
と、を備え、上記分離領域は、上記第2の半導体領域よ
りも浅く形成されることを特徴とする固体撮像素子。 - 【請求項2】 上記複数の転送電極が、上記半導体基板
上の上記複数の分離領域の間の少なくとも一部の領域で
他の領域よりも膜厚が薄く形成される絶縁膜を介して上
記半導体基板上に配置されることを特徴とする請求項1
に記載の固体撮像素子。 - 【請求項3】 半導体基板の表面領域に形成される一導
電型の第1の半導体領域内に、逆導電型の不純物を所定
の深さまで拡散して第2の半導体領域を形成する第1の
工程と、上記第2の半導体領域内に、一導電型の不純物
を一定の距離を隔ててストライプ状に注入し、複数の分
離領域を形成する第2の工程と、上記半導体基板状に複
数の転送電極を形成する第3の工程と、を有することを
特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 【請求項4】 上記第2の工程は、上記第1の工程で逆
導電型の不純物を拡散した深さよりも浅く一導電型の不
純物を注入することを特徴とする請求項3に記載の固体
撮像素子の製造方法。
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