JP2723520B2 - 固体撮像素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は受光素子として埋込みフォトダイオードを用
いた固体撮像素子に関し、特に信号電荷の読出し時に受
光素子と信号読出し電極下のチャネルの間に電位障壁を
生じないようにした固体撮像素子の構造に関する。 〔従来の技術〕 一般に、固体撮像素子の受光素子としては、N^-P接合
フォトダイオードが使用されている。このN^-P接合フォ
トダイオードでは、その残像を抑えるために信号読み出
し時の読み出し電極下のャネル電位でフォトダイオード
のN^-領域が完全に空乏化するようにN^-領域の不純物濃度
を低くしているが、このN^-領域の表面が空乏化すること
により、基板表面に存在する対生成中心により生じる電
荷のための暗電流と呼ばれる光電変換によらない雑音成
分が多くなり固体撮像素子のS/N比が低下するという欠
点がある。 この暗電流を低減する方法として、フォトダイオード
のＮ領域の表面に浅い高濃度のＰ層を形成し、この電位
を基準電位に固定して、フォトダイオードのＮ領域を完
全空乏化させた場合にも基板表面、すなわち表面のＰ層
が空乏化しないようにした埋込みフォトダイオードを受
光素子に用いる方法が有効である。 第４図は従来の埋込みフォトダイオードを受光素子と
する固体撮像素子の一例の単位セルの断面図である。Ｎ
型基板１上のＰ型ウェル２内にャネルストップ領域３、
フォトダイオードのＮ型領域4,電荷転送手段のＮ型領域
５がそれぞれ形成されており、信号電荷Ａの読出しおよ
び転送を行なうためのポリシリコン電極６をマスクとし
たイオン注入によりフォトダイオード表面に浅いＰ型層
７を形成している。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上述した従来の埋込みフォトダイオードを受光素子と
する固体撮像素子では、フォトダイオードのチャネルと
信号電荷の読出し電極下のチャネルの間に電位の低い部
分が生じ、これがフォトダイオードから信号電荷を読み
出す際の電位障壁となって信号電荷の読出しが妨げられ
るという問題点がある。 第５図（ａ），（ｂ）は第４図の読出し電極付近の拡
大図およびその破線部の電位図である。図の破線はポリ
シリコン電極６に信号電荷Ａを読み出すためのパルス電
圧を印加した際の、チャネルの最も電位の高い部分を結
んだ線である。この図に示されるように、フォトダイオ
ードのＮ型領域４の端では、フォトダイオード表面の浅
いＰ型層７のためにフォトダイオードのＮ型領域４の幅
が狭くなってしまっており、ポリシリコン電極６の電圧
の影響を及ばないバルク部で電位障壁Ｂが生じ、信号電
荷Ａの読出しを妨げてしまう。 この従来の埋込みフォトダイオードを受光素子とする
固体撮像素子では、単に感度をできるだけ良くするとい
うために、通常のN^-P接合フォトダイオードを受光素子
とした固体撮像素子の場合と同様に、フォトダイオード
の不純物領域上の信号電荷の読出し手段のポリシリコン
電極の飛出し部分がなるべく小さくなるように形成され
ている。そのため前述の問題点が生じている。 本発明の目的は、このような問題を解決し、フォトダ
イオードの不純物領域上の信号電荷の読出しの妨げとな
る電位障壁を除去し、信号電荷の読出しを容易にした固
体撮像素子を提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の構成は、一導電型の第１領域内に形成した他
方導電型の第２領域とこの第２領域の表面に一導電型で
導く形成した第３領域とからなる埋込みフォトダイオー
ドを受光素子とし、前記第３領域が前記受光素子から光
電変換により発生した信号電荷の読出し手段となる電極
と自己整合的に形成された固体撮像素子において、前記
信号電荷の読出し手段となる電極の前記第２領域上への
突出部分の長さを、前記第２領域と前記第１領域との接
合部の深さに相当する長さより長くすることにより、読
み出し時に前記フォトダイオードのチャネルと前記読出
し電極下のチャネルの間に電位障壁を生じさせないよう
にしたことを特徴とする。 〔実施例〕 次に本発明について図面を参照して説明する。 第１図は本発明の第１の実施例の単位セルの断面図で
あり、従来例の第４図に対応するものである。Ｎ型基板
１上のＰ型ウェル２内にチャネルストップ領域3,フォト
ダイオードのＮ型領域4,電荷転送手段のＮ型領域５がそ
れぞれ形成されており、信号電荷の読出しおよび転送を
行うためのポリシリコン電極６をマスクとしたイオン注
入によりフォトダイオード表面に浅いＰ型層７を形成し
ている。 第２図（ａ），（ｂ）は第１図の読出し電極の付近を
拡大した図およびその破線部の電位図である。ポリシリ
コン電極６のフォトダイオードのＮ型領域４上への飛出
しの長さＹを、フォトダイオードのＮ型領域４の接合深
さＸよりも大きくとることによりフォトダイオードのＮ
型領域４はその読出し電極側の端部で幅が狭くならない
から、この部分でＮ型領域４の電位プロファイル（分
布）を均一にして電気障壁（Ｂ）を生しないようにする
ことができる。第２図（ａ）の破線は、第５図と同様に
ポリシリコン電極６に信号電荷を読出すための、パルス
電圧を印加した時のチャネルの最も電位の高い部分を結
んだものである。一方、従来例で説明したように、この
ポリシリコン電極の飛出し長さＹは、感度の点からはな
るべく小さい方がよいので、電位障壁を生じない程度の
接合の深さＸ以上でその長さが長すぎない方が望まし
い。 本実施例は、信号電荷の読出し手段の電極６のフォト
ダイオードの不純物領域４上への突出し部分を、この不
純物領域の接合深さに相当する長さよりも長くすること
により、信号電荷の読出し電極６をマスクとしたイオン
注入工程でフォトダイオード表面に形成した逆導電型の
浅い不純物層７の端と不純物領域４の端との間隔を、こ
の不純物領域４の厚さに相当する幅よりも広くできるの
で、この不純物領域の端で、この不純物領域の幅が狭く
なることが無く、そのため従来の埋込みフォトダイオー
ドを受光素子とする固体撮像素子で問題となっていた信
号電荷の読出しの妨げとなる電位障壁を生じていない。
すなわち、フォトダイオードのＮ型領域４はその読出し
電極側の端部で幅が狭くなっていないために、フォトダ
イオードのＮ型領域４と電荷転送手段のＮ型領域５との
間に信号電荷Ａを読出す際に妨げとなる電位障壁を生じ
ていない。 なお、本実施例は信号電荷の転送手段としてBCCDを使
用した場合の固体撮像素子を示している。 第３図は本発明の第２の実施例の単位セルの断面図で
ある。 Ｎ型基板１上のＰ型ウェル２内にチャネルストップ領
域3,フォトダイオードのＮ型領域4,電荷転送手段のＮ型
領域５がそれぞれ形成されており、信号電荷の読出しを
行うためのポリシリコン電極６をマスクとしたイオン注
入によりフォトダイオード表面に浅いＰ型層７を形成
し、Ｎ型領域５上に信号読出し線の電極８が設けられて
いる。 本実施例は、MOS型固体撮像素子の場合を示している
が、信号読出し部付近については第１の実施例の第２図
と同様な構成になっている。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明は、一導電型半導体層内の
他方導電型領域と、この他方導電型領域の表面に形成さ
れた一導電型の浅い半導体層とからなる埋込みフォトダ
イオードを受光素子とし、この一導電型の薄い半導体層
が信号電荷読み出し用の電極に自己整合に形成されてな
る固体撮像素子において、信号電荷の読み出し部分の電
極の他方導電型領域上への飛び出し部分を他方導電型領
域の接合深さに相当する長さ以上とすることにより、他
方導電型領域が読出し電極側に近くならずに、他方導電
型領域内の電位プロファイルを均一にでき、この部分に
電位電壁を生じることなく、信号電荷の読出しの妨げを
防止できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の固体撮像素子の第１の実施例の単位セ
ルの断面図、第２図（ａ），（ｂ）は第１図の信号電荷
読出し部付近の拡大図、その破線部分のチャネル電位
図、第３図は本発明の固体撮像素子の第２の実施例の単
位セルの断面図、第４図は従来の固体撮像素子の一例の
単位セルの断面図、第５図（ａ），（ｂ）は第４図の信
号電荷読み出し部付近の拡大図およびその破線部分のチ
ャネル電位図である。 １……Ｎ型基板、２……Ｐ型ウェル、３……チャネルス
トップ領域、４……フォトダイオードのＮ型領域、５…
…電荷転送手段のＮ型領域、６……ポリシリコン電極、
７……フォトダイオード表面の浅いＰ型層、８……読出
し電極。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．一導電型の第１領域内に形成した他方導電型の第２
   領域とこの第２領域の表面に一導電型で薄く形成した第
   ３領域とからなる埋込みフォトダイオードを受光素子と
   し、前記第３領域が前記受光素子から光電変換により発
   生した信号電荷の読出し手段となる電極と自己整合的に
   形成された固体撮像素子において、前記信号電荷の読出
   し手段となる電極の前記第２領域上への突出部分の長さ
   を、前記第２領域と前記第１領域との接合部の深さに相
   当する長さより長くすることにより、読み出し時に前記
   フォトダイオードのチャネルと前記読出し電極下のチャ
   ネルの間に電位障壁を生じさせないようにしたことを特
   徴とする固体撮像素子。