JP2575907B2 - 固体撮像装置とその製造方法 - Google Patents
固体撮像装置とその製造方法Info
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
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- H01L27/144—Devices controlled by radiation
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- H01L27/148—Charge coupled imagers
- H01L27/14831—Area CCD imagers
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は固体撮像装置の構造とその製造方法に関し、
特に高集積化固体撮像装置に使用するものである。
特に高集積化固体撮像装置に使用するものである。
（従来の技術） 従来の固体撮像装置のパターン平面図の一部を第６図
に示す。ここで１は第１の転送電極、２は第２の転送電
極で、一般に両者は２層重ね合わせポリシリコン電極構
造からなる。３の斜線部は素子分離領域、４は光電変換
素子、５は電荷転送チャンネル領域を示す。同構造を理
解するために、第６図中のX1−X2線に沿った断面構造を
第７図に示す。領域５は一般にｎ系不純物層（ｎ層）か
らなり、周知の埋め込みチャンネルとして作用する。光
電変換素子は高濃度ｎ系不純物層（n+層）７の表面を高
濃度ｐ形不純物層６で覆ったいわゆる埋め込み形構造が
多く用いられている。これは、表面をｐ形不純物層で覆
い、表面を非空乏状態に保持することによって、界面に
多く存在する暗電流（熱的キャリアの発生による）発生
源を非活性状態にし、暗電流を大幅に減少させる効果を
有することは周知のところである。素子分離領域３は、
高濃度ｐ形不純物層で形成され、n+層７とｎ層５を電気
的に分離する。n+層７とｎ層のもう一方の間は素子分離
層３が形成されず、電極の電圧を制御することにより、
n+層７からｎ層５へ信号電荷（電子）を移動させるため
の電荷読み出しチャンネル部15が形成される。８はｎ形
基板、９はｐ形ウェル層、10は電荷転送装置へ映像光が
入射するのを防ぐために光シールド膜、11は絶縁膜であ
る。
に示す。ここで１は第１の転送電極、２は第２の転送電
極で、一般に両者は２層重ね合わせポリシリコン電極構
造からなる。３の斜線部は素子分離領域、４は光電変換
素子、５は電荷転送チャンネル領域を示す。同構造を理
解するために、第６図中のX1−X2線に沿った断面構造を
第７図に示す。領域５は一般にｎ系不純物層（ｎ層）か
らなり、周知の埋め込みチャンネルとして作用する。光
電変換素子は高濃度ｎ系不純物層（n+層）７の表面を高
濃度ｐ形不純物層６で覆ったいわゆる埋め込み形構造が
多く用いられている。これは、表面をｐ形不純物層で覆
い、表面を非空乏状態に保持することによって、界面に
多く存在する暗電流（熱的キャリアの発生による）発生
源を非活性状態にし、暗電流を大幅に減少させる効果を
有することは周知のところである。素子分離領域３は、
高濃度ｐ形不純物層で形成され、n+層７とｎ層５を電気
的に分離する。n+層７とｎ層のもう一方の間は素子分離
層３が形成されず、電極の電圧を制御することにより、
n+層７からｎ層５へ信号電荷（電子）を移動させるため
の電荷読み出しチャンネル部15が形成される。８はｎ形
基板、９はｐ形ウェル層、10は電荷転送装置へ映像光が
入射するのを防ぐために光シールド膜、11は絶縁膜であ
る。
（発明が解決しようとする課題） 従来の構造においては、製造工程上の層間合わせずれ
に対しても、確実に素子分離領域３を電極の端部に存在
させるために少なくとも0.5〜1.0μｍ以上入り込ませね
ばならず、従って電極２の形成に先だって素子分離領域
３の高濃度ｐ形不純物層が形成されている。一方、固体
撮像装置の性能は、光電変換素子と電荷転送装置の能力
で決定され、共にその平面上の面積に大略比例して向上
する。即ち、高感度にするためには、n+層７の面積を大
きくし、広いダイナミックレンジ（大きな最大信号電荷
量）を得るためには、ｎ層５を大きくしなければならな
い。従って素子分離層３はできるだけ狭い幅で形成する
必要がある。一般に可能な加工技術（リソグラフィー）
の許容範囲の最小寸法は、レジストスペースをマスクに
してイオン注入される。しかるにその後の熱工程によっ
て、素子分子領域３をなすｐ形の不純物が熱拡散し、最
終的には広い領域12を占めてしまう。たとえばイオン注
入幅を1.0μｍに形成しても、工程終了時には2.0μｍに
膨張してしまう。従って、第６図の構造においては、フ
ォトダイオードの両側に素子分離領域３の高濃度ｐ形不
純物層が形成されねばならないので1.0μｍのリングラ
フィー技術を用いても、素子分離領域３の占める幅は４
μｍになってしまう。これは固体撮像装置が指向する高
集積（多画素）化の大きな障害となってしまう。
に対しても、確実に素子分離領域３を電極の端部に存在
させるために少なくとも0.5〜1.0μｍ以上入り込ませね
ばならず、従って電極２の形成に先だって素子分離領域
３の高濃度ｐ形不純物層が形成されている。一方、固体
撮像装置の性能は、光電変換素子と電荷転送装置の能力
で決定され、共にその平面上の面積に大略比例して向上
する。即ち、高感度にするためには、n+層７の面積を大
きくし、広いダイナミックレンジ（大きな最大信号電荷
量）を得るためには、ｎ層５を大きくしなければならな
い。従って素子分離層３はできるだけ狭い幅で形成する
必要がある。一般に可能な加工技術（リソグラフィー）
の許容範囲の最小寸法は、レジストスペースをマスクに
してイオン注入される。しかるにその後の熱工程によっ
て、素子分子領域３をなすｐ形の不純物が熱拡散し、最
終的には広い領域12を占めてしまう。たとえばイオン注
入幅を1.0μｍに形成しても、工程終了時には2.0μｍに
膨張してしまう。従って、第６図の構造においては、フ
ォトダイオードの両側に素子分離領域３の高濃度ｐ形不
純物層が形成されねばならないので1.0μｍのリングラ
フィー技術を用いても、素子分離領域３の占める幅は４
μｍになってしまう。これは固体撮像装置が指向する高
集積（多画素）化の大きな障害となってしまう。
そこで本発明の目的は、従来技術における素子分離領
域の弊害を克服した新しい構造の固体撮像装置とその製
造方法を提供するものである。
域の弊害を克服した新しい構造の固体撮像装置とその製
造方法を提供するものである。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段と作用） 本発明は、（１）一導電形半導体基板又は半導体層上
に形成された複数個の逆導電形の電荷蓄積不純物層と、
前記電荷蓄積不純物層の表面部分を覆う一導電形の表面
不純物層とを有した複数の光電変換素子と、前記各光電
変換素子に隣接した部分上に絶縁膜を介して複数の電極
を有すると共にこの電極の下部に光電変換素子に蓄積さ
れた信号電荷を外部に導出するための電荷転送用のチャ
ンネル領域を有する電荷転送装置とからなる固体撮像装
置において、前記電荷蓄積不純物層の周辺部分のうち前
記電荷転送用のチャンネル領域へ信号電荷を読み出す部
分は、平面的に見て前記電極の端部と一致するように配
設され、かつ前記表面不純物層は前記電極と自己整合し
て配置され前記電荷蓄積不純物層と前記電極との平面的
離間部分に素子分離層として延在させていることを特徴
とする。また、本発明は、（２）前記電荷蓄積不純物層
の周辺部分のうち前記電荷転送用のチャンネル領域へ信
号電荷を読み出す部分では表面不純物層が少なくとも前
記電極の電位の影響下に入り込んでこの表面不純物層が
電位障壁となり、前記電極の電位の絶縁対値が低電位に
保持される限り、前記電荷蓄積不純物層が前記電荷転送
装置と電気的に分離され、前記電極の電位の絶対値が高
電位に保持されることにより前記電荷蓄積不純物層と電
荷転送装置を電気的に結合するべく形成されてなること
を特徴とする上記（１）に記載の固体撮像装置である。
また、本発明は、（３）前記電荷転送装置は、電荷結合
装置（CCD）からなり、前記電荷転送用のチャンネル領
域における電荷転送のチャンネル幅は前記各表面不純物
層の端部相互の離間部分によって規定されていることを
特徴とする上記（２）に記載の固体撮像装置である。ま
た本発明は、（４）上記（１）または（２）の固体撮像
装置を得るに当り、前記電荷蓄積不純物層は、前記電極
又はそれを覆う絶縁膜及びホロレジストをマスクとして
イオン注入により形成され、前記表面不純物層は、前記
電極またはそれを覆う絶縁膜をマスクとしてイオン注入
によって形成されることを特徴とする。また本発明は、
（５）上記（２）の固体撮像装置を得るに当り、前記電
荷転送用のチャンネル領域の一部に所定のしきい値電圧
をもたらす前記電位障壁を形成すべく、熱拡散によって
前記表面不純物層の端部を前記拡散制御層として前記電
極端部から電極下へ延在せしめることを特徴とする。
に形成された複数個の逆導電形の電荷蓄積不純物層と、
前記電荷蓄積不純物層の表面部分を覆う一導電形の表面
不純物層とを有した複数の光電変換素子と、前記各光電
変換素子に隣接した部分上に絶縁膜を介して複数の電極
を有すると共にこの電極の下部に光電変換素子に蓄積さ
れた信号電荷を外部に導出するための電荷転送用のチャ
ンネル領域を有する電荷転送装置とからなる固体撮像装
置において、前記電荷蓄積不純物層の周辺部分のうち前
記電荷転送用のチャンネル領域へ信号電荷を読み出す部
分は、平面的に見て前記電極の端部と一致するように配
設され、かつ前記表面不純物層は前記電極と自己整合し
て配置され前記電荷蓄積不純物層と前記電極との平面的
離間部分に素子分離層として延在させていることを特徴
とする。また、本発明は、（２）前記電荷蓄積不純物層
の周辺部分のうち前記電荷転送用のチャンネル領域へ信
号電荷を読み出す部分では表面不純物層が少なくとも前
記電極の電位の影響下に入り込んでこの表面不純物層が
電位障壁となり、前記電極の電位の絶縁対値が低電位に
保持される限り、前記電荷蓄積不純物層が前記電荷転送
装置と電気的に分離され、前記電極の電位の絶対値が高
電位に保持されることにより前記電荷蓄積不純物層と電
荷転送装置を電気的に結合するべく形成されてなること
を特徴とする上記（１）に記載の固体撮像装置である。
また、本発明は、（３）前記電荷転送装置は、電荷結合
装置（CCD）からなり、前記電荷転送用のチャンネル領
域における電荷転送のチャンネル幅は前記各表面不純物
層の端部相互の離間部分によって規定されていることを
特徴とする上記（２）に記載の固体撮像装置である。ま
た本発明は、（４）上記（１）または（２）の固体撮像
装置を得るに当り、前記電荷蓄積不純物層は、前記電極
又はそれを覆う絶縁膜及びホロレジストをマスクとして
イオン注入により形成され、前記表面不純物層は、前記
電極またはそれを覆う絶縁膜をマスクとしてイオン注入
によって形成されることを特徴とする。また本発明は、
（５）上記（２）の固体撮像装置を得るに当り、前記電
荷転送用のチャンネル領域の一部に所定のしきい値電圧
をもたらす前記電位障壁を形成すべく、熱拡散によって
前記表面不純物層の端部を前記拡散制御層として前記電
極端部から電極下へ延在せしめることを特徴とする。
即ち、本発明は、固体撮像装置における例えばpnp形
光電変換素子の表面層をなすｐ形不純物層を、電荷転送
装置の転送電極端部まで存在せしめて素子分離層として
使用することによって、熱拡散による分離層の膨張化に
よる性能劣化問題を回復すること、及び例えば上記表面
層である高濃度ｐ形不純物層の熱拡散による広がりを利
用して、ショートチャンネル効果による電荷読み出しチ
ャンネルのゲートしきい値低下のない固体撮像装置の構
造とゲートセルファライン手法を用いて層間合わせずれ
を防止する製造方法を提供するものである。
光電変換素子の表面層をなすｐ形不純物層を、電荷転送
装置の転送電極端部まで存在せしめて素子分離層として
使用することによって、熱拡散による分離層の膨張化に
よる性能劣化問題を回復すること、及び例えば上記表面
層である高濃度ｐ形不純物層の熱拡散による広がりを利
用して、ショートチャンネル効果による電荷読み出しチ
ャンネルのゲートしきい値低下のない固体撮像装置の構
造とゲートセルファライン手法を用いて層間合わせずれ
を防止する製造方法を提供するものである。
（実施例） 第１図に本発明の第１実施例の要部のパターン平面図
を示す。なお、本実施例は前記従来例と対応された場合
の例であるから、対応箇所には同一符号を付してある。
第１図において、16,17は電荷転送装置の第１及び第２
の転送電極、斜線部18は素子分離領域（素子分離層）、
19は光電変換素子領域、20は転送チャンネル領域（チャ
ンネル層、単にｎ層ともいう）を示す。本発明の構造を
説明するためのX3−X4線に沿った断面構造を第２図に、
X5−X6線に沿った断面構造を第３図に示す。上記20はｎ
形電荷転送チャンネル層、21は光電変換素子の表面を含
む高濃度ｐ形不純物層で、その延在部23を有する。22は
光電変換素子の主体をなすｎ形不純物層（n+層）で、電
荷蓄積機能を併せて有する。24は電荷読み出しチャンネ
ル部を示す。
を示す。なお、本実施例は前記従来例と対応された場合
の例であるから、対応箇所には同一符号を付してある。
第１図において、16,17は電荷転送装置の第１及び第２
の転送電極、斜線部18は素子分離領域（素子分離層）、
19は光電変換素子領域、20は転送チャンネル領域（チャ
ンネル層、単にｎ層ともいう）を示す。本発明の構造を
説明するためのX3−X4線に沿った断面構造を第２図に、
X5−X6線に沿った断面構造を第３図に示す。上記20はｎ
形電荷転送チャンネル層、21は光電変換素子の表面を含
む高濃度ｐ形不純物層で、その延在部23を有する。22は
光電変換素子の主体をなすｎ形不純物層（n+層）で、電
荷蓄積機能を併せて有する。24は電荷読み出しチャンネ
ル部を示す。
第２図において、第７図の従来技術との相違は、従来
技術における素子分離層３が存在せず、光電変換素子の
表面の高濃度ｐ形不純物層21の延在部が素子分離層とし
て存在する所にある。図示左端の延在部23の左端32は第
２の転送電極17の右端25と平面上（平面的にみて）ほぼ
等しい位置に存在する。これは例えば後述するゲートセ
ルファライン技術を用いて容易に実現することができ
る。高濃度ｐ形不純物層21の延在部23は、n+層22の表面
を覆うべく表面領域においてｐ形ウェル層９に対して少
なくともn+層22より浅い結合を有するので、横方向拡散
でn+層22の面積を減少せしめることは殆どない。従っ
て、延在部23の素子分離層としての幅は、左端部32とn+
層22の左端部33の距離にほぼ等しく規定される。従っ
て、その幅の最小値は、転送電極17とn+層22の形成にお
ける製造上の相対位置精度から許容される限界まで細く
することができる。さらに電荷転送チャンネル層20の幅
を電極17の幅とほぼ等しくできるので、電極17に対向す
る直下の半導体層を全て転送チャンネルとして活用で
き、無効領域を極力小さくすることができる。
技術における素子分離層３が存在せず、光電変換素子の
表面の高濃度ｐ形不純物層21の延在部が素子分離層とし
て存在する所にある。図示左端の延在部23の左端32は第
２の転送電極17の右端25と平面上（平面的にみて）ほぼ
等しい位置に存在する。これは例えば後述するゲートセ
ルファライン技術を用いて容易に実現することができ
る。高濃度ｐ形不純物層21の延在部23は、n+層22の表面
を覆うべく表面領域においてｐ形ウェル層９に対して少
なくともn+層22より浅い結合を有するので、横方向拡散
でn+層22の面積を減少せしめることは殆どない。従っ
て、延在部23の素子分離層としての幅は、左端部32とn+
層22の左端部33の距離にほぼ等しく規定される。従っ
て、その幅の最小値は、転送電極17とn+層22の形成にお
ける製造上の相対位置精度から許容される限界まで細く
することができる。さらに電荷転送チャンネル層20の幅
を電極17の幅とほぼ等しくできるので、電極17に対向す
る直下の半導体層を全て転送チャンネルとして活用で
き、無効領域を極力小さくすることができる。
第３図は電荷読み出しチャンネルを含まない領域の断
面構造であり、高濃度ｐ形不純物層21はその両側に延在
部23を有する。これらは共に素子分離層として機能し、
かつ電極端29,30にほぼ一致する位置27,28で転送チャン
ネル層20の幅を規定する。図示のように平面的に見て延
在部23を除くすべての領域は、光電変換素子と電荷転送
装置の実効活動領域になり、固体撮像装置の性能を大幅
に高めることができる。光電変換の作用を持つn+層22の
幅が広くなることで、入射光量が大きくなり、光感度を
高めることができるし、転送チャンネル層20の幅を電極
16、17の端部にまで広げることにより、電極幅に対して
転送できる電荷量が増加し、装置としてのダイナミック
レンジが広がる。前述のように従来の素子分離層３の幅
は1.0μｍのリソグラフィー技術を用いても、最終的に
2.0μｍ程度になってしまうのに対し、本発明による構
造では、通常の電極左端30とn+層22の右端33の合わせ精
度±0.3μｍの場合でも、最終的素子分離層としての延
在部23の幅を中心値で0.5〜1.0μｍ程度にすることがで
きる。
面構造であり、高濃度ｐ形不純物層21はその両側に延在
部23を有する。これらは共に素子分離層として機能し、
かつ電極端29,30にほぼ一致する位置27,28で転送チャン
ネル層20の幅を規定する。図示のように平面的に見て延
在部23を除くすべての領域は、光電変換素子と電荷転送
装置の実効活動領域になり、固体撮像装置の性能を大幅
に高めることができる。光電変換の作用を持つn+層22の
幅が広くなることで、入射光量が大きくなり、光感度を
高めることができるし、転送チャンネル層20の幅を電極
16、17の端部にまで広げることにより、電極幅に対して
転送できる電荷量が増加し、装置としてのダイナミック
レンジが広がる。前述のように従来の素子分離層３の幅
は1.0μｍのリソグラフィー技術を用いても、最終的に
2.0μｍ程度になってしまうのに対し、本発明による構
造では、通常の電極左端30とn+層22の右端33の合わせ精
度±0.3μｍの場合でも、最終的素子分離層としての延
在部23の幅を中心値で0.5〜1.0μｍ程度にすることがで
きる。
第４図（ａ）に本発明の第２の実施例の断面構造を示
す。ここで34は光電変換素子をなす高濃度のｎ形不純物
層（n+層）、35はn+層34を覆う高濃度ｐ形表面不純物
層、39はn+層35の延在部分で素子分離機能を有する。36
はｎ形不純物層（ｎ層）で、少なくともその大部分は電
荷転送チャンネル層をなす。上記ｐ形表面不純物層35は
高濃度に形成されるため、熱処理工程を経ることによっ
て熱拡散が制御され、高濃度ｐ形表面不純物層35を極く
短い距離だけ、転送電極17の電荷読み出しチャンネル内
へ延在させることができる。40はその延在部分を示す。
この延在部分40は高濃度であるから、たとえ、チャンネ
ル長は短くしてもチャンネルしきい値電圧を支配するこ
とになる。第４図（ｂ）、（ｃ）にn+層34からｎ層36に
至るチャンネル電位分布を示す。ここで41は素子分離機
能を有する高濃度ｐ表面不純物層35の延在部39の電位
で、基準レベルに固定される。42は信号電荷が読み出さ
れ、n+層34を含む光電変換素子が完全に空乏化した状態
のn+層34の電位、43は電荷転送チャンネルの電位であ
り、この場合、電極17がロウレベルで、n+層34、ｎ層36
が電位障壁で電気的に切り離されている場合を示す。ま
た44が延在部40によってもたらされる読み出しチャンネ
ルのしきい値電圧を支配する読み出しチャンネル電位で
あり、電極17によって制御され、この場合オフ状態にあ
る。電極17がハイレベル電位に設定されると、電位44は
45の如く上昇し、光電変換素子であるn+34に蓄積された
信号電荷束46は転送チャンネルのｎ層36に移動する。こ
のように延在部40だけで読み出しチャンネルが形成され
ることになり、従来いわゆるショートチャンネル防止の
ために、２μｍ程度必要とされた読み出しチャンネル長
を実質的に１μｍ以下に短くすることができる。この効
果は、つまり前述の光電変換素子と電荷転送装置の各幅
を広げうることに反映され、装置の有する感度、ダイナ
ミックレンジ等の性能を向上させることになる。なお、
第４図における37はｎ層36の濃度では転送チャンネルと
して不足である場合の追加不純物を示し、この場合に電
位44から43,45から47に至る電位分布に図示のような階
段状分布が出現する。38はｎ層36と基板８がｐ形ウェル
層９の空乏化によってパンチスルーすることを防ぐため
の補強のｐウェルであり、必ずしも必須構成要素ではな
い。又、第１図における48斜線部分は、電極によって分
離された各素子分離層18（第２図、第３図では23）を電
気的に強く結合させるためのｐ形高濃度不純物層で、電
極を形成する先立って形成されるものである。このｐウ
ェル38は、特にｐ形ウェル層９の濃度が低く、素子間の
抵抗値が不具合に大きな場合に必要になる。
す。ここで34は光電変換素子をなす高濃度のｎ形不純物
層（n+層）、35はn+層34を覆う高濃度ｐ形表面不純物
層、39はn+層35の延在部分で素子分離機能を有する。36
はｎ形不純物層（ｎ層）で、少なくともその大部分は電
荷転送チャンネル層をなす。上記ｐ形表面不純物層35は
高濃度に形成されるため、熱処理工程を経ることによっ
て熱拡散が制御され、高濃度ｐ形表面不純物層35を極く
短い距離だけ、転送電極17の電荷読み出しチャンネル内
へ延在させることができる。40はその延在部分を示す。
この延在部分40は高濃度であるから、たとえ、チャンネ
ル長は短くしてもチャンネルしきい値電圧を支配するこ
とになる。第４図（ｂ）、（ｃ）にn+層34からｎ層36に
至るチャンネル電位分布を示す。ここで41は素子分離機
能を有する高濃度ｐ表面不純物層35の延在部39の電位
で、基準レベルに固定される。42は信号電荷が読み出さ
れ、n+層34を含む光電変換素子が完全に空乏化した状態
のn+層34の電位、43は電荷転送チャンネルの電位であ
り、この場合、電極17がロウレベルで、n+層34、ｎ層36
が電位障壁で電気的に切り離されている場合を示す。ま
た44が延在部40によってもたらされる読み出しチャンネ
ルのしきい値電圧を支配する読み出しチャンネル電位で
あり、電極17によって制御され、この場合オフ状態にあ
る。電極17がハイレベル電位に設定されると、電位44は
45の如く上昇し、光電変換素子であるn+34に蓄積された
信号電荷束46は転送チャンネルのｎ層36に移動する。こ
のように延在部40だけで読み出しチャンネルが形成され
ることになり、従来いわゆるショートチャンネル防止の
ために、２μｍ程度必要とされた読み出しチャンネル長
を実質的に１μｍ以下に短くすることができる。この効
果は、つまり前述の光電変換素子と電荷転送装置の各幅
を広げうることに反映され、装置の有する感度、ダイナ
ミックレンジ等の性能を向上させることになる。なお、
第４図における37はｎ層36の濃度では転送チャンネルと
して不足である場合の追加不純物を示し、この場合に電
位44から43,45から47に至る電位分布に図示のような階
段状分布が出現する。38はｎ層36と基板８がｐ形ウェル
層９の空乏化によってパンチスルーすることを防ぐため
の補強のｐウェルであり、必ずしも必須構成要素ではな
い。又、第１図における48斜線部分は、電極によって分
離された各素子分離層18（第２図、第３図では23）を電
気的に強く結合させるためのｐ形高濃度不純物層で、電
極を形成する先立って形成されるものである。このｐウ
ェル38は、特にｐ形ウェル層９の濃度が低く、素子間の
抵抗値が不具合に大きな場合に必要になる。
第５図に本発明の製造方法の一実施例を示す。これは
特に第４図の本発明の第２の実施例を実現する方法であ
るが、第１の実施例でもその本質は同様である。
特に第４図の本発明の第２の実施例を実現する方法であ
るが、第１の実施例でもその本質は同様である。
第５図（ａ）において51はｎ形基板、52は第１のｐウ
ェル、53は第２のｐウェルで、これは必ずしも必須構成
要素ではない。61は絶縁膜である。ｎ基板51上にｐ層5
2,53をイオン注入及び熱拡散で形成した後、ｎ層54,55
をイオン注入で形成する。この場合ｎ層54と55は一体形
成されたもので、第２のｐウェル５内に形成された部分
をｎ層55として区別して示してある。なお、前記本発明
の第１の実施例の第１〜第３図を実施するに当っては、
ｎ層55だけを選択的に形成すればよい。次に第５図
（ｂ）に示す如く多結晶シリコン電極56を、絶縁膜61を
介してｎ層55に対向して選択的に形成する。その後酸化
工程により電極56上に絶縁膜63を形成する。次に絶縁膜
63の１部をマスク（イオン注入阻止層）としたゲートセ
ルファライン工程を用いてn+層57をイオン注入により形
成する。この場合絶縁膜63の左端部64をマスクとして使
用し、右端部65から所定間隔離してイオン注入されてい
る。即ちn+層57の左端は通常のたとえばフォトレジスト
膜をマスクとして規定する。しかる後第５図（ｃ）に示
す高濃度ｐ形層58を、絶縁膜63の右端、左端を共にマス
クとして、全面ゲートセルファラインにより形成する。
その後所定の熱工程や配線工程等を経て固定撮像装置と
しての工程を終了する。ｎ層55はその両端が高濃度ｐ形
層58によって規定された電荷転送チャンネル層となり、
n+層57はその表面部分を高濃度ｐ形層58によって覆われ
た光電変換素子を形成し、高濃度ｐ形層58のうちｎ層55
の左方に延在する部分59は素子分離層として機能する。
また光電変換素子としてのn+57、高濃度ｐ形層58から電
荷転送チャンネル層であるｎ層55へ電荷を読出すための
読み出しチャンネル部60（破線で囲まれた部分）は高濃
度ｐ形層58が熱拡散で広がり電極56の対向する表面層に
伸長した部分において形成され、その濃度、接合長によ
ってしきい値電圧が制御される。
ェル、53は第２のｐウェルで、これは必ずしも必須構成
要素ではない。61は絶縁膜である。ｎ基板51上にｐ層5
2,53をイオン注入及び熱拡散で形成した後、ｎ層54,55
をイオン注入で形成する。この場合ｎ層54と55は一体形
成されたもので、第２のｐウェル５内に形成された部分
をｎ層55として区別して示してある。なお、前記本発明
の第１の実施例の第１〜第３図を実施するに当っては、
ｎ層55だけを選択的に形成すればよい。次に第５図
（ｂ）に示す如く多結晶シリコン電極56を、絶縁膜61を
介してｎ層55に対向して選択的に形成する。その後酸化
工程により電極56上に絶縁膜63を形成する。次に絶縁膜
63の１部をマスク（イオン注入阻止層）としたゲートセ
ルファライン工程を用いてn+層57をイオン注入により形
成する。この場合絶縁膜63の左端部64をマスクとして使
用し、右端部65から所定間隔離してイオン注入されてい
る。即ちn+層57の左端は通常のたとえばフォトレジスト
膜をマスクとして規定する。しかる後第５図（ｃ）に示
す高濃度ｐ形層58を、絶縁膜63の右端、左端を共にマス
クとして、全面ゲートセルファラインにより形成する。
その後所定の熱工程や配線工程等を経て固定撮像装置と
しての工程を終了する。ｎ層55はその両端が高濃度ｐ形
層58によって規定された電荷転送チャンネル層となり、
n+層57はその表面部分を高濃度ｐ形層58によって覆われ
た光電変換素子を形成し、高濃度ｐ形層58のうちｎ層55
の左方に延在する部分59は素子分離層として機能する。
また光電変換素子としてのn+57、高濃度ｐ形層58から電
荷転送チャンネル層であるｎ層55へ電荷を読出すための
読み出しチャンネル部60（破線で囲まれた部分）は高濃
度ｐ形層58が熱拡散で広がり電極56の対向する表面層に
伸長した部分において形成され、その濃度、接合長によ
ってしきい値電圧が制御される。
以上本発明を用いることによって、従来技術における
素子分離層の存在により拡大される素子無効領域を大幅
に小さくでき、さらには、ショートチャンネル効果のた
めに所定のチャンネル長（例えば２μｍ）を必要として
いる電荷読み出し部をサブミクロンチャンネル長にまで
短くできる。従って光電変換素子面積と電荷転送チャン
ネル面積を大きくでき、感度、ダイナミックレンジの大
幅な向上がもたらされる。さらに、当然のことながら、
素子の微細化、高集積化を容易にならしめる効果をもた
らす。
素子分離層の存在により拡大される素子無効領域を大幅
に小さくでき、さらには、ショートチャンネル効果のた
めに所定のチャンネル長（例えば２μｍ）を必要として
いる電荷読み出し部をサブミクロンチャンネル長にまで
短くできる。従って光電変換素子面積と電荷転送チャン
ネル面積を大きくでき、感度、ダイナミックレンジの大
幅な向上がもたらされる。さらに、当然のことながら、
素子の微細化、高集積化を容易にならしめる効果をもた
らす。
なお、本発明は上記実施例に限られず種々の応用が可
能である。例えば構成各部のｐ形、ｎ形が全く逆になっ
ても適用できることは言うまでもない。この場合電位関
係が、前記実施例とは逆方向になる。又製造方法におい
ては表面の高濃度ｐ形層58を光電変換素子を囲む電極を
マスクとして形成（ゲートセルファライン）する所及び
n+57が１部分で電極端部にかかり、その他の部分では電
極所定間隔をもって形成される所が本質であり、その他
の製造工程は問わない。
能である。例えば構成各部のｐ形、ｎ形が全く逆になっ
ても適用できることは言うまでもない。この場合電位関
係が、前記実施例とは逆方向になる。又製造方法におい
ては表面の高濃度ｐ形層58を光電変換素子を囲む電極を
マスクとして形成（ゲートセルファライン）する所及び
n+57が１部分で電極端部にかかり、その他の部分では電
極所定間隔をもって形成される所が本質であり、その他
の製造工程は問わない。
［発明の効果］ 以上説明した如く本発明によれば、ゲートセルファラ
イン手法を用いて、光電変換素子の表面不純物層を転送
電極端部にまで存在せしめて素子分離層として使用する
ことにより、従来の熱拡散による素子分離層の膨張化に
よる性能劣化の問題が改善でき、また表面不純物層の熱
拡散による広がりを利用して、ショートチャンネル効果
による電荷読み出しチャンネルのゲートしきい値低下を
防止でき、また高集積化も容易に達成できるものであ
る。
イン手法を用いて、光電変換素子の表面不純物層を転送
電極端部にまで存在せしめて素子分離層として使用する
ことにより、従来の熱拡散による素子分離層の膨張化に
よる性能劣化の問題が改善でき、また表面不純物層の熱
拡散による広がりを利用して、ショートチャンネル効果
による電荷読み出しチャンネルのゲートしきい値低下を
防止でき、また高集積化も容易に達成できるものであ
る。
第１図は本発明の一実施例のパターン平面図、第２図、
第３図は同断面図、第４図（ａ）は本発明の異なる実施
例の断面図、同図（ｂ），（ｃ）は同作用説明図、第５
図は本発明の製造工程の実施例を示す図、第６図は従来
装置のパターン平面図、第７図は同断面図である。 ８……ｎ基板、９……ｐ形ウェル層、16,17……電極、1
8,23,59……素子分離層（高濃度ｐ形不純物層の延在
部）、20……ｎ形電荷転送チャンネル層、21……光電変
換素子の表面の高濃度ｐ形不純物層、22……光電変換素
子のｎ形不純物層、40……電荷読み出しチャンネル部、
57……ゲートセルファラインでイオン注入されたｎ形
層、58……両端をビートセルファラインでイオン注入さ
れた高濃度ｐ形表面層、60……横方向拡散で形成される
電荷読み出しチャンネル部分
第３図は同断面図、第４図（ａ）は本発明の異なる実施
例の断面図、同図（ｂ），（ｃ）は同作用説明図、第５
図は本発明の製造工程の実施例を示す図、第６図は従来
装置のパターン平面図、第７図は同断面図である。 ８……ｎ基板、９……ｐ形ウェル層、16,17……電極、1
8,23,59……素子分離層（高濃度ｐ形不純物層の延在
部）、20……ｎ形電荷転送チャンネル層、21……光電変
換素子の表面の高濃度ｐ形不純物層、22……光電変換素
子のｎ形不純物層、40……電荷読み出しチャンネル部、
57……ゲートセルファラインでイオン注入されたｎ形
層、58……両端をビートセルファラインでイオン注入さ
れた高濃度ｐ形表面層、60……横方向拡散で形成される
電荷読み出しチャンネル部分
Claims (5)
- 【請求項１】一導電形半導体基板又は半導体層上に形成
された複数個の逆導電形の電荷蓄積不純物層と、前記電
荷蓄積不純物層の表面部分を覆う一導電形の表面不純物
層とを有した複数の光電変換素子と、前記各光電変換素
子に隣接した部分上に絶縁膜を介して複数の電極を有す
ると共にこの電極の下部に光電変換素子に蓄積された信
号電荷を外部に導出するための電荷転送用のチャンネル
領域を有する電荷転送装置とからなる固体撮像装置にお
いて、 前記電荷蓄積不純物層の周辺部分のうち前記電荷転送用
のチャンネル領域へ信号電荷を読み出す部分は、平面的
に見て前記電極の端部と一致するように配設され、かつ
前記表面不純物層は前記電極と自己整合して配置され前
記電荷蓄積不純物層と前記電極との平面的離間部分に素
子分離層として延在させていることを特徴とする固体撮
像装置。 - 【請求項２】前記電荷蓄積不純物層の周辺部分のうち前
記電荷転送用のチャンネル領域へ信号電荷を読み出す部
分では前記表面不純物層が少なくとも前記電極の電位の
影響下に入り込んでこの表面不純物層が電位障壁とな
り、前記電極の電位の絶対値が低電位に保持される限
り、前記電荷蓄積不純物層が前記電荷転送装置と電気的
に分離され、前記電極の電位の絶対値が高電位に保持さ
れることにより前記電荷蓄積不純物層と電荷転送装置を
電気的に結合するべく形成されてなることを特徴とする
請求項１に記載の固体撮像装置。 - 【請求項３】前記電荷転送装置は、電荷結合装置（CC
D）からなり、前記電荷転送用のチャンネル領域におけ
る電荷転送チャンネル幅は前記各表面不純物層の端部相
互の離間部分によって規定されていることを特徴とする
請求項２に記載の固体撮像装置。 - 【請求項４】請求項１または２の固体撮像装置を得るに
当り、前記電荷蓄積不純物層は、前記前極又はそれを覆
う絶縁膜及びフォトレジストをマスクとしてインオン注
入により形成され、前記表面不純物層は、前記電極また
はそれを覆う絶縁膜をマスクとしてイオン注入によって
形成されることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 【請求項５】請求項２の固体撮像装置を得るに当り、前
記電荷転送用のチャンネル領域の一部に所定のしきい値
電圧をもたらす前記電位障壁を形成すべく、熱拡散によ
って前記表面不純物層の端部を前記拡散制御層として前
記電極端部から電極下へ延在せしめることを特徴とする
固体撮像装置の製造方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1338412A JP2575907B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 固体撮像装置とその製造方法 |
| KR1019900021728A KR960001951B1 (ko) | 1989-12-28 | 1990-12-26 | 고체촬상장치의 제조방법 |
| US07/633,943 US5132762A (en) | 1989-12-28 | 1990-12-26 | Solid state image sensing device and method of manufacturing the same |
| DE69030164T DE69030164T2 (de) | 1989-12-28 | 1990-12-28 | Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung und deren Herstellungsmethode |
| EP90125655A EP0435309B1 (en) | 1989-12-28 | 1990-12-28 | Solid state image sensing device and method of manufacturing the same |
| KR1019950034658A KR960001180B1 (ko) | 1989-12-28 | 1995-10-10 | 고체촬상장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1338412A JP2575907B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 固体撮像装置とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03201478A JPH03201478A (ja) | 1991-09-03 |
| JP2575907B2 true JP2575907B2 (ja) | 1997-01-29 |
Family
ID=18317914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1338412A Expired - Fee Related JP2575907B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 固体撮像装置とその製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5132762A (ja) |
| EP (1) | EP0435309B1 (ja) |
| JP (1) | JP2575907B2 (ja) |
| KR (2) | KR960001951B1 (ja) |
| DE (1) | DE69030164T2 (ja) |
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| US5483096A (en) * | 1991-11-07 | 1996-01-09 | Seiko Instruments Inc. | Photo sensor |
| JP2903812B2 (ja) * | 1991-12-10 | 1999-06-14 | 日本電気株式会社 | 固体撮像装置 |
| JP2970158B2 (ja) * | 1991-12-20 | 1999-11-02 | 日本電気株式会社 | 固体撮像装置の製造方法 |
| JPH0785502B2 (ja) * | 1993-01-22 | 1995-09-13 | 日本電気株式会社 | カラーリニアイメージセンサ |
| JP2788388B2 (ja) * | 1993-03-30 | 1998-08-20 | 株式会社東芝 | 固体撮像装置 |
| KR970011376B1 (ko) * | 1993-12-13 | 1997-07-10 | 금성일렉트론 주식회사 | 씨씨디(ccd)형 고체촬상소자 |
| JP2000022121A (ja) * | 1998-06-29 | 2000-01-21 | Sony Corp | 固体撮像素子 |
| JP3727639B2 (ja) | 2004-04-16 | 2005-12-14 | 松下電器産業株式会社 | 固体撮像装置 |
| KR100699849B1 (ko) | 2005-06-21 | 2007-03-27 | 삼성전자주식회사 | 국부적인 불순물 영역을 갖는 ｃｍｏｓ 이미지 소자 및 그제조방법 |
| JP7159568B2 (ja) * | 2018-02-23 | 2022-10-25 | 株式会社リコー | 光電変換素子、画像読取装置、および画像形成装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59191378A (ja) * | 1983-04-14 | 1984-10-30 | Sony Corp | 固体撮像素子の製法 |
| JPS6057780A (ja) * | 1983-09-07 | 1985-04-03 | Toshiba Corp | 固体撮像装置およびその製造方法 |
| JPS6318665A (ja) * | 1986-07-11 | 1988-01-26 | Toshiba Corp | 固体撮像装置 |
| JP2506697B2 (ja) * | 1986-12-05 | 1996-06-12 | 松下電子工業株式会社 | 固体撮像装置 |
| US4984047A (en) * | 1988-03-21 | 1991-01-08 | Eastman Kodak Company | Solid-state image sensor |
| JP2781425B2 (ja) * | 1988-09-22 | 1998-07-30 | 松下電子工業株式会社 | 固体撮像装置の製造方法 |
| JPH0360159A (ja) * | 1989-07-28 | 1991-03-15 | Nec Corp | 固体撮像素子 |
-
1989
- 1989-12-28 JP JP1338412A patent/JP2575907B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-12-26 US US07/633,943 patent/US5132762A/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-12-26 KR KR1019900021728A patent/KR960001951B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1990-12-28 DE DE69030164T patent/DE69030164T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-12-28 EP EP90125655A patent/EP0435309B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-10-10 KR KR1019950034658A patent/KR960001180B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| DE69030164D1 (de) | 1997-04-17 |
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| US5132762A (en) | 1992-07-21 |
| JPH03201478A (ja) | 1991-09-03 |
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