JP2812310B2 - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents
固体撮像装置及びその製造方法Info
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- 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
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/148—Charge coupled imagers
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像装置及びそ
の製造方法に関し、電荷を排出するオーバフロードレイ
ンを備えた固体撮像装置及びその製造方法に関する。
の製造方法に関し、電荷を排出するオーバフロードレイ
ンを備えた固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＣＣＤ型２次元固体撮像装置にお
いては、画素寸法の縮小により垂直ＣＣＤレジスタの面
積を十分に確保できず、最大取扱電荷量の確保が困難に
なっている。一方、多画素化、高機能化に対応するため
に、水平ＣＣＤレジスタの高速化が要求されている。こ
れらの課題を解決するための手段として、例えば、「ア
イ・イー・イー・イー・インターナショナル・ソリッド
ーステイト・サーキッツ・コンファレンス・ダイジェス
ト・オブ・テクニカル・ペーパーズ」（ＩＥＥＥＩＮＴ
ＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＳＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ ＣＩ
ＲＣＵＩＴＳＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ ＤＩＧＥＳＴ Ｏ
Ｆ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＰＡＰＥＲＳ）誌、第３７
巻、１９９４年２月、第２２２頁〜第２２３頁に示され
ているものがある。これは、垂直ＣＣＤレジスタについ
ては最大取扱電荷量の確保を重視し、水平ＣＣＤレジス
タについては転送効率を重視して、それぞれのＣＣＤレ
ジスタの拡散層を個別に適切化するというものである。
いては、画素寸法の縮小により垂直ＣＣＤレジスタの面
積を十分に確保できず、最大取扱電荷量の確保が困難に
なっている。一方、多画素化、高機能化に対応するため
に、水平ＣＣＤレジスタの高速化が要求されている。こ
れらの課題を解決するための手段として、例えば、「ア
イ・イー・イー・イー・インターナショナル・ソリッド
ーステイト・サーキッツ・コンファレンス・ダイジェス
ト・オブ・テクニカル・ペーパーズ」（ＩＥＥＥＩＮＴ
ＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＳＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ ＣＩ
ＲＣＵＩＴＳＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ ＤＩＧＥＳＴ Ｏ
Ｆ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＰＡＰＥＲＳ）誌、第３７
巻、１９９４年２月、第２２２頁〜第２２３頁に示され
ているものがある。これは、垂直ＣＣＤレジスタについ
ては最大取扱電荷量の確保を重視し、水平ＣＣＤレジス
タについては転送効率を重視して、それぞれのＣＣＤレ
ジスタの拡散層を個別に適切化するというものである。
【０００３】図９は、個別に適切化した拡散層構成の説
明のための不純物プロファイルを示すグラフ図である。
垂直ＣＣＤレジスタの埋込チャネルをなすＮ型拡散層１
０１の底面に接して形成されるＰ型拡散層１０２の不純
物濃度を、水平ＣＣＤレジスタの埋込チャネルをなすＮ
型拡散層１０３の底面に接して形成されるＰ型拡散層１
０４の不純物濃度よりも高くし、かつ、その深さを浅く
形成する。また、Ｎ型拡散層１０３の不純物濃度は、Ｎ
型拡散層１０１の不純物濃度よりも低く形成する。これ
は、出力信号波形におけるＤＣオフセット電圧レベルを
低く維持するためである。なお、Ｐ型拡散層１０２およ
びＰ型拡散層１０４の深さは、３０Ｖ前後の基板シャッ
ター電圧が印加されても完全に空乏化しない程度の深さ
に形成する。また、Ｐ型拡散層１０２およびＰ型拡散層
１０４以外にも垂直ＣＣＤレジスタおよび水平ＣＣＤレ
ジスタ部に比較的不純物濃度の低いＰ型拡散層が形成さ
れる場合もあるが、ここでは省略している。上述の構成
により、垂直ＣＣＤレジスタにおいては接合容量が増加
するため最大取扱電荷量が増加し、一方、水平ＣＣＤレ
ジスタにおいては、フリンジ電界が強められるため転送
効率が向上する。
明のための不純物プロファイルを示すグラフ図である。
垂直ＣＣＤレジスタの埋込チャネルをなすＮ型拡散層１
０１の底面に接して形成されるＰ型拡散層１０２の不純
物濃度を、水平ＣＣＤレジスタの埋込チャネルをなすＮ
型拡散層１０３の底面に接して形成されるＰ型拡散層１
０４の不純物濃度よりも高くし、かつ、その深さを浅く
形成する。また、Ｎ型拡散層１０３の不純物濃度は、Ｎ
型拡散層１０１の不純物濃度よりも低く形成する。これ
は、出力信号波形におけるＤＣオフセット電圧レベルを
低く維持するためである。なお、Ｐ型拡散層１０２およ
びＰ型拡散層１０４の深さは、３０Ｖ前後の基板シャッ
ター電圧が印加されても完全に空乏化しない程度の深さ
に形成する。また、Ｐ型拡散層１０２およびＰ型拡散層
１０４以外にも垂直ＣＣＤレジスタおよび水平ＣＣＤレ
ジスタ部に比較的不純物濃度の低いＰ型拡散層が形成さ
れる場合もあるが、ここでは省略している。上述の構成
により、垂直ＣＣＤレジスタにおいては接合容量が増加
するため最大取扱電荷量が増加し、一方、水平ＣＣＤレ
ジスタにおいては、フリンジ電界が強められるため転送
効率が向上する。
【０００４】ところで、最近、固体撮像装置が使用され
た電子スチルカメラの開発が盛んになっている。電子ス
チルカメラの駆動モードの１つに自動焦点調節モードが
ある。撮像された画像を用いた自動焦点調節では、数１
００ｍｓ程度の短時間内に、焦点位置をずらしながらフ
ィードバックをかけて焦点を合わせ込んでいく。それゆ
え、焦点を合わせるには例えば３０フレーム前後の画像
枚数が必要である。このように、撮影モード（例えば５
〜１０フレーム／ｓ）に比べてフレームレートを高くす
るために、自動焦点調節モードではフレーム内の一部の
撮像領域のみの信号を利用する場合がある。
た電子スチルカメラの開発が盛んになっている。電子ス
チルカメラの駆動モードの１つに自動焦点調節モードが
ある。撮像された画像を用いた自動焦点調節では、数１
００ｍｓ程度の短時間内に、焦点位置をずらしながらフ
ィードバックをかけて焦点を合わせ込んでいく。それゆ
え、焦点を合わせるには例えば３０フレーム前後の画像
枚数が必要である。このように、撮影モード（例えば５
〜１０フレーム／ｓ）に比べてフレームレートを高くす
るために、自動焦点調節モードではフレーム内の一部の
撮像領域のみの信号を利用する場合がある。
【０００５】図１０は、自動焦点調節時に利用される撮
像領域の一例を説明するための模式図である。撮像領域
の内、自動焦点調節時に利用されるのは撮像領域ＩＡ１
のみであり、撮像領域ＩＡ２、および撮像領域ＩＡ３の
信号電荷は、後述するように、水平ＣＣＤレジスタ下部
に設けられたオーバフロー障壁を介してオーバフロード
レインに高速で掃き出される。
像領域の一例を説明するための模式図である。撮像領域
の内、自動焦点調節時に利用されるのは撮像領域ＩＡ１
のみであり、撮像領域ＩＡ２、および撮像領域ＩＡ３の
信号電荷は、後述するように、水平ＣＣＤレジスタ下部
に設けられたオーバフロー障壁を介してオーバフロード
レインに高速で掃き出される。
【０００６】上述のことから、垂直ＣＣＤレジスタと水
平ＣＣＤレジスタのウェル構成が個別に適切化されてお
り、かつ、オーバフロードレインを有するような固体撮
像装置が今後要求されるのは必然と考えられる。
平ＣＣＤレジスタのウェル構成が個別に適切化されてお
り、かつ、オーバフロードレインを有するような固体撮
像装置が今後要求されるのは必然と考えられる。
【０００７】図１１は、一般的なオーバフロードレイン
を有するインターライン転送型固体撮像装置の概略構成
を示すブロック図である。この種の固体撮像装置には、
複数のフォトダイオードＰＤ及びフォトダイオードから
の電荷を読み出しゲートＴＧを介して受け取って転送す
る垂直ＣＣＤレジスタＶＲを含む撮像部ＩＡと、垂直Ｃ
ＣＤレジスタからの電荷を受け取って転送する水平ＣＣ
ＤレジスタＨＲと、水平ＣＣＤレジスタにより転送され
てきた電荷を検出する電荷検出部ＣＳと、出力増幅器Ｏ
Ａとが設けられている。さらに、垂直ＣＣＤレジスタＶ
Ｒと水平ＣＣＤレジスタＨＲとの接続部とは反対側に、
水平ＣＣＤレジスタと接するオーバフロー障壁部ＯＦＢ
を介して、オーバフロードレイン部ＯＦＤが設けらてい
る。
を有するインターライン転送型固体撮像装置の概略構成
を示すブロック図である。この種の固体撮像装置には、
複数のフォトダイオードＰＤ及びフォトダイオードから
の電荷を読み出しゲートＴＧを介して受け取って転送す
る垂直ＣＣＤレジスタＶＲを含む撮像部ＩＡと、垂直Ｃ
ＣＤレジスタからの電荷を受け取って転送する水平ＣＣ
ＤレジスタＨＲと、水平ＣＣＤレジスタにより転送され
てきた電荷を検出する電荷検出部ＣＳと、出力増幅器Ｏ
Ａとが設けられている。さらに、垂直ＣＣＤレジスタＶ
Ｒと水平ＣＣＤレジスタＨＲとの接続部とは反対側に、
水平ＣＣＤレジスタと接するオーバフロー障壁部ＯＦＢ
を介して、オーバフロードレイン部ＯＦＤが設けらてい
る。
【０００８】図１２は、従来の固体撮像装置におけるオ
ーバフロー障壁部の構成を説明するための図であり、図
（ａ）は平面図、図（ｂ）は図（ａ）におけるＡ−Ａ線
断面図である。図１２に示す従来例は、特開昭３−２５
４７６７号公報に開示されている技術を、垂直ＣＣＤレ
ジスタと水平ＣＣＤレジスタのウェル構成が個別に適切
化されている固体撮像装置に適用した場合を示してい
る。各垂直ＣＣＤレジスタのチャネル（Ｎ型拡散層１
１）の間には、素子分離領域１０が設けられており、チ
ャネル上部には二酸化シリコン膜や窒化シリコン膜など
からなる絶縁膜７Ａを介して垂直転送電極１３−２１，
１３−１２，１３−２３，１３−１４，…が設けられて
いる。各垂直ＣＣＤレジスタのチャネル（１１）に隣接
して、水平ＣＣＤレジスタのチャネル（Ｎ型拡散層９）
が設けられている。また、水平ＣＣＤレジスタのチャネ
ル（９）に沿って、オーバフロー障壁部ＯＦＢ（Ｐ型拡
散層１８）が設けられており、さらにオーバフロー障壁
部に隣接してオーバフロードレイン部ＯＦＤ（Ｎ+ 型拡
散層１２）が設けられている。水平ＣＣＤレジスタＨ
Ｒ、オーバフロー障壁部ＯＦＢおよびオーバフロードレ
イン部ＯＦＤのシリコン基板上には、絶縁膜７Ａを介し
て水平ストレージ電極１４−１１，１４−１２および水
平バリア電極１４−２１，１４−２２が設けられてい
る。なお、水平ストレージ電極と水平バリア電極との間
にも絶縁膜が設けられている。
ーバフロー障壁部の構成を説明するための図であり、図
（ａ）は平面図、図（ｂ）は図（ａ）におけるＡ−Ａ線
断面図である。図１２に示す従来例は、特開昭３−２５
４７６７号公報に開示されている技術を、垂直ＣＣＤレ
ジスタと水平ＣＣＤレジスタのウェル構成が個別に適切
化されている固体撮像装置に適用した場合を示してい
る。各垂直ＣＣＤレジスタのチャネル（Ｎ型拡散層１
１）の間には、素子分離領域１０が設けられており、チ
ャネル上部には二酸化シリコン膜や窒化シリコン膜など
からなる絶縁膜７Ａを介して垂直転送電極１３−２１，
１３−１２，１３−２３，１３−１４，…が設けられて
いる。各垂直ＣＣＤレジスタのチャネル（１１）に隣接
して、水平ＣＣＤレジスタのチャネル（Ｎ型拡散層９）
が設けられている。また、水平ＣＣＤレジスタのチャネ
ル（９）に沿って、オーバフロー障壁部ＯＦＢ（Ｐ型拡
散層１８）が設けられており、さらにオーバフロー障壁
部に隣接してオーバフロードレイン部ＯＦＤ（Ｎ+ 型拡
散層１２）が設けられている。水平ＣＣＤレジスタＨ
Ｒ、オーバフロー障壁部ＯＦＢおよびオーバフロードレ
イン部ＯＦＤのシリコン基板上には、絶縁膜７Ａを介し
て水平ストレージ電極１４−１１，１４−１２および水
平バリア電極１４−２１，１４−２２が設けられてい
る。なお、水平ストレージ電極と水平バリア電極との間
にも絶縁膜が設けられている。
【０００９】次に、各部の拡散層の構成について説明す
る。Ｎ型シリコン基板１の表面部にＰウェル３が設けら
れ、Ｐウェル３の表面部に、垂直ＣＣＤレジスタＶＲを
構成するＮ型拡散層１１およびその底面に接してＰ型拡
散層４が設けられている。また、Ｎ型シリンコン基板１
の表面部にはＰウェル２が設けられ、Ｐウェル２の表面
部には水平ＣＣＤレジスタＨＲを構成するＮ型拡散層９
が設けられている。ここで、各拡散層の不純物濃度や深
さの相対的な関係は、図９と同様とする。Ｎ型拡散層９
およびＰウェル２は、オーバフロー障壁部ＯＦＢおよび
オーバフロードレイン部ＯＦＤにも拡大して形成されて
いる。なお、水平バリア電極１４−２１，１４−２２下
部のチャネルには、Ｐ型不純物が注入されてＮ- 型バリ
ア層１５を構成している。さらに、オーバフロー障壁部
には、Ｐ型拡散層１８によるオーバフロー障壁が形成さ
れており、オーバフロードレイン部ＯＦＤにはＮ+ 型拡
散層１２が設けられている。なお、水平ＣＣＤレジスタ
ＨＲと反対側のＮ+ 型拡散層１２端には厚い酸化シリコ
ン膜（フィールド酸化膜６）が形成されている。
る。Ｎ型シリコン基板１の表面部にＰウェル３が設けら
れ、Ｐウェル３の表面部に、垂直ＣＣＤレジスタＶＲを
構成するＮ型拡散層１１およびその底面に接してＰ型拡
散層４が設けられている。また、Ｎ型シリンコン基板１
の表面部にはＰウェル２が設けられ、Ｐウェル２の表面
部には水平ＣＣＤレジスタＨＲを構成するＮ型拡散層９
が設けられている。ここで、各拡散層の不純物濃度や深
さの相対的な関係は、図９と同様とする。Ｎ型拡散層９
およびＰウェル２は、オーバフロー障壁部ＯＦＢおよび
オーバフロードレイン部ＯＦＤにも拡大して形成されて
いる。なお、水平バリア電極１４−２１，１４−２２下
部のチャネルには、Ｐ型不純物が注入されてＮ- 型バリ
ア層１５を構成している。さらに、オーバフロー障壁部
には、Ｐ型拡散層１８によるオーバフロー障壁が形成さ
れており、オーバフロードレイン部ＯＦＤにはＮ+ 型拡
散層１２が設けられている。なお、水平ＣＣＤレジスタ
ＨＲと反対側のＮ+ 型拡散層１２端には厚い酸化シリコ
ン膜（フィールド酸化膜６）が形成されている。
【００１０】次に、図１０に示したように、特定の撮像
領域ＩＡ１の信号電荷のみ検出する場合の動作について
説明する。ここで、例えば、垂直ＣＣＤレジスタＶＲは
４相パルス（φＶ１〜φＶ４）で駆動され、水平ＣＣＤ
レジスタＨＲは２相パルス（φＨ１、φＨ２）で駆動さ
れ、オーバフロードレイン部ＯＦＤ（Ｎ+ 型拡散層１
２）には、オーバフロー障壁部ＯＦＢの電位よりも高い
直流電圧（例えば１５Ｖ）が印加される。図１３は、垂
直転送パルス（φＶ１〜φＶ４）および水平転送パルス
（φＨ１、φＨ２）の概略構成を説明するための図であ
る。ここでは、それぞれ代表として、φＶおよびφＨと
して示している。垂直ブランキング期間に、読み出しパ
ルスが印加されると、フォトダイオードＰＤ（Ｐウェル
３の表面部に形成された、Ｎ型拡散層８（表面部にＰ+
型拡散層１７を有している））から読み出しゲートＴＧ
を介して垂直ＣＣＤレジスタＶＲに電荷が読み出され
る。次に、高速転送パルス（例えば数１００ｋＨｚ〜数
ＭＨｚ）により、撮像領域ＩＡ２に対応する各水平ライ
ンの信号電荷を水平ＣＣＤレジスタＨＲに次々に転送す
る。この時、すべての水平ストレージ電極と水平バリア
電極には、ハイレベル（例えば５Ｖ）の電圧が印加され
ている。複数ライン分の電荷が転送されてくるため、水
平ＣＣＤレジスタの最大取扱電荷量を超過するが、オー
バフロー障壁を越えた電荷はオーバフロードレイン部Ｏ
ＦＤに掃き出される。撮像領域ＩＡ２に対応する信号電
荷の転送終了後、撮像領域ＩＡ１に対応する信号電荷を
１水平走査期間毎に１水平ラインずつ垂直ＣＣＤレジス
タＶＲから水平ＣＣＤレジスタＮＲに標準転送パルスに
より転送し、さらに、水平転送パルスにより電荷検出部
ＣＳに転送し、出力増幅器ＯＡを介して出力する。この
動作の繰り返しにより、撮像領域ＩＡ１に対応する信号
電荷をすべて検出した後、撮像領域ＩＡ３に対応する電
荷を、撮像領域ＩＡ２の場合と同様な方法でオーバフロ
ードレイン部ＯＦＤに掃き出す。
領域ＩＡ１の信号電荷のみ検出する場合の動作について
説明する。ここで、例えば、垂直ＣＣＤレジスタＶＲは
４相パルス（φＶ１〜φＶ４）で駆動され、水平ＣＣＤ
レジスタＨＲは２相パルス（φＨ１、φＨ２）で駆動さ
れ、オーバフロードレイン部ＯＦＤ（Ｎ+ 型拡散層１
２）には、オーバフロー障壁部ＯＦＢの電位よりも高い
直流電圧（例えば１５Ｖ）が印加される。図１３は、垂
直転送パルス（φＶ１〜φＶ４）および水平転送パルス
（φＨ１、φＨ２）の概略構成を説明するための図であ
る。ここでは、それぞれ代表として、φＶおよびφＨと
して示している。垂直ブランキング期間に、読み出しパ
ルスが印加されると、フォトダイオードＰＤ（Ｐウェル
３の表面部に形成された、Ｎ型拡散層８（表面部にＰ+
型拡散層１７を有している））から読み出しゲートＴＧ
を介して垂直ＣＣＤレジスタＶＲに電荷が読み出され
る。次に、高速転送パルス（例えば数１００ｋＨｚ〜数
ＭＨｚ）により、撮像領域ＩＡ２に対応する各水平ライ
ンの信号電荷を水平ＣＣＤレジスタＨＲに次々に転送す
る。この時、すべての水平ストレージ電極と水平バリア
電極には、ハイレベル（例えば５Ｖ）の電圧が印加され
ている。複数ライン分の電荷が転送されてくるため、水
平ＣＣＤレジスタの最大取扱電荷量を超過するが、オー
バフロー障壁を越えた電荷はオーバフロードレイン部Ｏ
ＦＤに掃き出される。撮像領域ＩＡ２に対応する信号電
荷の転送終了後、撮像領域ＩＡ１に対応する信号電荷を
１水平走査期間毎に１水平ラインずつ垂直ＣＣＤレジス
タＶＲから水平ＣＣＤレジスタＮＲに標準転送パルスに
より転送し、さらに、水平転送パルスにより電荷検出部
ＣＳに転送し、出力増幅器ＯＡを介して出力する。この
動作の繰り返しにより、撮像領域ＩＡ１に対応する信号
電荷をすべて検出した後、撮像領域ＩＡ３に対応する電
荷を、撮像領域ＩＡ２の場合と同様な方法でオーバフロ
ードレイン部ＯＦＤに掃き出す。
【００１１】次に、オーバフロー障壁部の電位設定につ
いて説明する。図１４は、不要電荷掃き出し動作時の図
１２（ｂ）のチャネル電位分布の模式図である。ここ
で、オーバフロー障壁部ＯＦＢの電位ＶＯＦＢが、垂直
ＣＣＤレジスタＶＲと水平ＣＣＤレジスタＨＲとの接続
部ＴＧVHにおける水平バリア電極下部のチャネル電位Ｖ
Ｃよりも高く、かつハイレベルの電圧が印加されている
水平バリア電極下部のチャネル電位（図示しない）より
も低くなるように、Ｎ- 型拡散層１５の寸法および形成
条件が決定されている。この理由は、通常の水平転送動
作時に、信号電荷が垂直ＣＣＤレジスタに逆戻りした
り、水平ＣＣＤレジスタから漏れ出さないようにするた
めである。このような電位設定にしておくことにより、
垂直ＣＣＤレジスタＶＲから複数ライン分の電荷が水平
ＣＣＤレジスタＶＲに転送され、水平ＣＣＤレジスタの
最大取扱電荷量を越えたとしても、過剰な電荷はすべて
オーバフロー障壁を越えてオーバフロードレイン部ＯＦ
Ｄに掃き出される。なお、オーバフロー障壁部ＯＦＢの
水平ストレージ電極１４−１１，１４−１２と水平バリ
ア電極１４−２１，１４−２２下部のチャネル電位は互
いに異なるが、過剰電荷に対する掃き出し間口はオーバ
フロー障壁部全体となる。
いて説明する。図１４は、不要電荷掃き出し動作時の図
１２（ｂ）のチャネル電位分布の模式図である。ここ
で、オーバフロー障壁部ＯＦＢの電位ＶＯＦＢが、垂直
ＣＣＤレジスタＶＲと水平ＣＣＤレジスタＨＲとの接続
部ＴＧVHにおける水平バリア電極下部のチャネル電位Ｖ
Ｃよりも高く、かつハイレベルの電圧が印加されている
水平バリア電極下部のチャネル電位（図示しない）より
も低くなるように、Ｎ- 型拡散層１５の寸法および形成
条件が決定されている。この理由は、通常の水平転送動
作時に、信号電荷が垂直ＣＣＤレジスタに逆戻りした
り、水平ＣＣＤレジスタから漏れ出さないようにするた
めである。このような電位設定にしておくことにより、
垂直ＣＣＤレジスタＶＲから複数ライン分の電荷が水平
ＣＣＤレジスタＶＲに転送され、水平ＣＣＤレジスタの
最大取扱電荷量を越えたとしても、過剰な電荷はすべて
オーバフロー障壁を越えてオーバフロードレイン部ＯＦ
Ｄに掃き出される。なお、オーバフロー障壁部ＯＦＢの
水平ストレージ電極１４−１１，１４−１２と水平バリ
ア電極１４−２１，１４−２２下部のチャネル電位は互
いに異なるが、過剰電荷に対する掃き出し間口はオーバ
フロー障壁部全体となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上述の構成では、オー
バフロー障壁を形成するために、新たにＰ型拡散層１８
を形成する必要があり、フォトレジスト工程が増加する
という問題がある。ところで、フォトレジスト工程を増
加させないでオーバフロー障壁を形成する方法として、
特開昭６２−１５４８８１号公報に開示されている方法
がある。以下に、この方法について説明する。図１５
は、特開昭６２−１５４８８１号公報に開示されている
技術を、垂直ＣＣＤレジスタと水平ＣＣＤレジスタのウ
ェル構成が個別に適切化されている固体撮像装置に適用
した場合を説明するための構成図であり、図（ａ）は平
面図、図（ｂ）は図（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図であ
る。ここで、オーバフロー障壁部以外は図１２に示した
ものと同様であるので、説明は省略する。水平ＣＣＤレ
ジスタＨＲに隣接して、オーバフロー障壁部ＯＦＢ、お
よび素子分離領域１９（Ｐ+ 型拡散層．素子分離領域１
０と同時に形成）が設けられており、さらにそれらに隣
接してオーバフロードレイン部のＮ+ 型拡散層１２が設
けられている。オーバフロー障壁は、隣合う素子分離領
域１９の間隔Ｗ１を狭めることで狭チャネル効果を利用
して形成される。通常の水平転送時に水平ＣＣＤレジス
タから信号電荷が漏れ出さないようなオーバフロー障壁
を得るためには、水平ストレージ電極１４−１１の電極
長Ｌ１に比べてＷ１を狭くする必要がある。これは、図
１２に示した構造に比べて、掃き出し間口が狭くなるこ
とを意味する。すなわち、掃き出し速度が遅いという欠
点がある。
バフロー障壁を形成するために、新たにＰ型拡散層１８
を形成する必要があり、フォトレジスト工程が増加する
という問題がある。ところで、フォトレジスト工程を増
加させないでオーバフロー障壁を形成する方法として、
特開昭６２−１５４８８１号公報に開示されている方法
がある。以下に、この方法について説明する。図１５
は、特開昭６２−１５４８８１号公報に開示されている
技術を、垂直ＣＣＤレジスタと水平ＣＣＤレジスタのウ
ェル構成が個別に適切化されている固体撮像装置に適用
した場合を説明するための構成図であり、図（ａ）は平
面図、図（ｂ）は図（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図であ
る。ここで、オーバフロー障壁部以外は図１２に示した
ものと同様であるので、説明は省略する。水平ＣＣＤレ
ジスタＨＲに隣接して、オーバフロー障壁部ＯＦＢ、お
よび素子分離領域１９（Ｐ+ 型拡散層．素子分離領域１
０と同時に形成）が設けられており、さらにそれらに隣
接してオーバフロードレイン部のＮ+ 型拡散層１２が設
けられている。オーバフロー障壁は、隣合う素子分離領
域１９の間隔Ｗ１を狭めることで狭チャネル効果を利用
して形成される。通常の水平転送時に水平ＣＣＤレジス
タから信号電荷が漏れ出さないようなオーバフロー障壁
を得るためには、水平ストレージ電極１４−１１の電極
長Ｌ１に比べてＷ１を狭くする必要がある。これは、図
１２に示した構造に比べて、掃き出し間口が狭くなるこ
とを意味する。すなわち、掃き出し速度が遅いという欠
点がある。
【００１３】したがって、本発明の目的は、フォトレジ
スト工程数を増加することなく、掃き出し効率のよいオ
ーバフロー障壁を形成できる固体撮像装置及びその製造
方法を提供することにある。
スト工程数を増加することなく、掃き出し効率のよいオ
ーバフロー障壁を形成できる固体撮像装置及びその製造
方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、表面部にＰ（又はＮ）型領域を有する半導体基板
と、前記Ｐ（又はＮ）型領域の表面部に設けられた第１
のＮ（又はＰ）型拡散層、前記第１のＮ（又はＰ）型拡
散層の底面に接して前記Ｐ（又はＮ）型領域に設けられ
た第１のＰ（又はＮ）型拡散層及び前記第１のＮ（又は
Ｐ）型拡散層上に設けられた垂直転送電極群を含む複数
の並行配置された垂直ＣＣＤレジスタと、前記Ｐ（又は
Ｎ）型領域の表面部に複数の前記第１のＮ（又はＰ）型
拡散層に連結して設けられた第２のＮ（又はＰ）型拡散
層及び前記第２のＮ（又はＰ）型拡散層上に設けられた
水平転送電極群を含む水平ＣＣＤレジスタと、前記水平
ＣＣＤレジスタに連結するオーバフロー障壁部と、前記
オーバフロー障壁部に連結するオーバフロードレイン領
域とを有する固体撮像装置において、前記オーバフロー
障壁部が前記第２のＮ（又はＰ）型拡散層を延在した第
３のＮ（又はＰ）型拡散層及び前記第３のＮ（又はＰ）
型拡散層の底面に接して前記Ｐ（又はＮ）型領域に前記
第１のＰ（又はＮ）型拡散層と同時に形成された第２の
Ｐ（又はＮ）型拡散層を有し、前記第３のＮ（又はＰ）
型拡散層内のチャネル電位が前記第２のＰ（又はＮ）型
拡散層上で前記第２のＮ（又はＰ）型拡散層内より低
（又は高）くなされているというものである。
は、表面部にＰ（又はＮ）型領域を有する半導体基板
と、前記Ｐ（又はＮ）型領域の表面部に設けられた第１
のＮ（又はＰ）型拡散層、前記第１のＮ（又はＰ）型拡
散層の底面に接して前記Ｐ（又はＮ）型領域に設けられ
た第１のＰ（又はＮ）型拡散層及び前記第１のＮ（又は
Ｐ）型拡散層上に設けられた垂直転送電極群を含む複数
の並行配置された垂直ＣＣＤレジスタと、前記Ｐ（又は
Ｎ）型領域の表面部に複数の前記第１のＮ（又はＰ）型
拡散層に連結して設けられた第２のＮ（又はＰ）型拡散
層及び前記第２のＮ（又はＰ）型拡散層上に設けられた
水平転送電極群を含む水平ＣＣＤレジスタと、前記水平
ＣＣＤレジスタに連結するオーバフロー障壁部と、前記
オーバフロー障壁部に連結するオーバフロードレイン領
域とを有する固体撮像装置において、前記オーバフロー
障壁部が前記第２のＮ（又はＰ）型拡散層を延在した第
３のＮ（又はＰ）型拡散層及び前記第３のＮ（又はＰ）
型拡散層の底面に接して前記Ｐ（又はＮ）型領域に前記
第１のＰ（又はＮ）型拡散層と同時に形成された第２の
Ｐ（又はＮ）型拡散層を有し、前記第３のＮ（又はＰ）
型拡散層内のチャネル電位が前記第２のＰ（又はＮ）型
拡散層上で前記第２のＮ（又はＰ）型拡散層内より低
（又は高）くなされているというものである。
【００１５】この場合、第２のＰ（又はＮ）型拡散層が
オーバフロードレイン領域と離れて水平ＣＣＤレジスタ
に近接して設けられていてもよい。
オーバフロードレイン領域と離れて水平ＣＣＤレジスタ
に近接して設けられていてもよい。
【００１６】本発明の固体撮像装置の製造方法は、表面
部にＰ（又はＮ）型領域を有する半導体基板を準備する
工程と、前記Ｐ（又はＮ）型領域の表面部に、複数の第
１のＰ（又はＮ）型拡散層を並行配置して形成するとと
もに前記各第１のＰ（又はＮ）型拡散層から離れて直交
する方向に走行する第２のＰ（又はＮ）型拡散層を形成
する工程と、前記複数の第１のＰ（又はＮ）型拡散層上
にそれぞれ対応して第１のＮ（又はＰ）型拡散層を形成
するとともに前記第２のＰ（又はＮ）型拡散層上とその
両側の前記Ｐ（又はＮ）型領域の表面部に前記複数の第
１のＮ（又はＰ）型拡散層にそれぞれ連結する第２のＮ
（又はＰ）型拡散層を形成する工程と、前記第１のＮ
（又はＰ）型拡散層の前記第２のＮ（又はＰ）型拡散層
との連結部近傍を除きＮ（又はＰ）型不純物濃度を高く
する工程とを有し、前記第１のＮ（又はＰ）型拡散層を
埋込チャネルとする垂直ＣＣＤレジスタ、前記第２のＮ
（又はＰ）型拡散層のうち前記第２のＰ（又はＮ）型拡
散層と接合する部分にポテンシャル障壁をもつオーバフ
ロー障壁部及び前記オーバフロー障壁部と垂直ＣＣＤレ
ジスタとで挟まれた部分の第２のＮ（又はＰ）型拡散層
を埋込チャネルとする水平ＣＣＤレジスタを含むという
ものである。
部にＰ（又はＮ）型領域を有する半導体基板を準備する
工程と、前記Ｐ（又はＮ）型領域の表面部に、複数の第
１のＰ（又はＮ）型拡散層を並行配置して形成するとと
もに前記各第１のＰ（又はＮ）型拡散層から離れて直交
する方向に走行する第２のＰ（又はＮ）型拡散層を形成
する工程と、前記複数の第１のＰ（又はＮ）型拡散層上
にそれぞれ対応して第１のＮ（又はＰ）型拡散層を形成
するとともに前記第２のＰ（又はＮ）型拡散層上とその
両側の前記Ｐ（又はＮ）型領域の表面部に前記複数の第
１のＮ（又はＰ）型拡散層にそれぞれ連結する第２のＮ
（又はＰ）型拡散層を形成する工程と、前記第１のＮ
（又はＰ）型拡散層の前記第２のＮ（又はＰ）型拡散層
との連結部近傍を除きＮ（又はＰ）型不純物濃度を高く
する工程とを有し、前記第１のＮ（又はＰ）型拡散層を
埋込チャネルとする垂直ＣＣＤレジスタ、前記第２のＮ
（又はＰ）型拡散層のうち前記第２のＰ（又はＮ）型拡
散層と接合する部分にポテンシャル障壁をもつオーバフ
ロー障壁部及び前記オーバフロー障壁部と垂直ＣＣＤレ
ジスタとで挟まれた部分の第２のＮ（又はＰ）型拡散層
を埋込チャネルとする水平ＣＣＤレジスタを含むという
ものである。
【００１７】第３のＮ（又はＰ）型拡散層の底面に接し
て第２のＰ（又はＮ）型拡散層が設けられているので、
第２のＰ（又はＮ）型拡散層の不純物濃度と幅に依存し
て第３のＮ（又はＰ）型拡散層内のチャネル電位が低
（又は高）くなる。又、オーバフロー障壁部のオーバフ
ロードレイン領域への間口は狭くならない。
て第２のＰ（又はＮ）型拡散層が設けられているので、
第２のＰ（又はＮ）型拡散層の不純物濃度と幅に依存し
て第３のＮ（又はＰ）型拡散層内のチャネル電位が低
（又は高）くなる。又、オーバフロー障壁部のオーバフ
ロードレイン領域への間口は狭くならない。
【００１８】又、第２のＰ（又はＮ）型拡散層は垂直Ｃ
ＣＤレジスタ部の第１のＰ（又はＮ）型拡散層と同時に
形成されるので工程数の増加を招かない。
ＣＤレジスタ部の第１のＰ（又はＮ）型拡散層と同時に
形成されるので工程数の増加を招かない。
【００１９】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、本発明の一実
施の形態の固体撮像装置は、表面部にＰ型領域（Ｐウェ
ル２及びＰ- ウェル３）を有するＮ型シリコン基板１
と、Ｐ- ウェル３の表面に設けられたＮ型拡散層１１，
Ｎ型拡散層１１の底面に接してＰ- ウェル３に設けられ
たより高濃度のＰ型拡散層４及びＮ型拡散層１１上にこ
れと酸化シリコン膜７Ａを介して直交する垂直転送電極
１３−２１，１３−１２，１３−２３，１３−１４…を
含む複数の並行配置された垂直ＣＣＤレジスタ（ＶＲ）
と、Ｐウェル２の表面部に複数のＮ型拡散層１１に連結
して設けられたＮ型拡散層９及びＮ型拡散層９を酸化シ
リコン膜７Ａを介して横断する水平転送電極１４−１
１，１４−１２，１４−２１，１４−２２…を含む水平
ＣＣＤレジスタＨＲと、水平ＣＣＤレジスタＨＲに連結
するオーバフロー障壁部ＯＦＢと、オーバフロー障壁部
ＯＦＢに連結するオーバフロードレイン部ＯＦＤ（Ｎ+
拡散層１２）とを有している。オーバフロー障壁部ＯＦ
Ｂは、Ｎ型拡散層９の水平ＣＣＤレジスタＨＲ部の延在
部とその底面に接するＰ型拡散層４−１（Ｐ型拡散層４
と同時に形成される）とを有している。
施の形態の固体撮像装置は、表面部にＰ型領域（Ｐウェ
ル２及びＰ- ウェル３）を有するＮ型シリコン基板１
と、Ｐ- ウェル３の表面に設けられたＮ型拡散層１１，
Ｎ型拡散層１１の底面に接してＰ- ウェル３に設けられ
たより高濃度のＰ型拡散層４及びＮ型拡散層１１上にこ
れと酸化シリコン膜７Ａを介して直交する垂直転送電極
１３−２１，１３−１２，１３−２３，１３−１４…を
含む複数の並行配置された垂直ＣＣＤレジスタ（ＶＲ）
と、Ｐウェル２の表面部に複数のＮ型拡散層１１に連結
して設けられたＮ型拡散層９及びＮ型拡散層９を酸化シ
リコン膜７Ａを介して横断する水平転送電極１４−１
１，１４−１２，１４−２１，１４−２２…を含む水平
ＣＣＤレジスタＨＲと、水平ＣＣＤレジスタＨＲに連結
するオーバフロー障壁部ＯＦＢと、オーバフロー障壁部
ＯＦＢに連結するオーバフロードレイン部ＯＦＤ（Ｎ+
拡散層１２）とを有している。オーバフロー障壁部ＯＦ
Ｂは、Ｎ型拡散層９の水平ＣＣＤレジスタＨＲ部の延在
部とその底面に接するＰ型拡散層４−１（Ｐ型拡散層４
と同時に形成される）とを有している。
【００２０】次に、この実施の形態の製造方法について
説明する。
説明する。
【００２１】まず、図２（ａ），（ｂ）に示すように、
不純物濃度２×１０14ｃｍ-3程度のＮ型シリコン基板１
の表面部のうち、撮像部形成領域（撮像部と同一記号Ｉ
Ａで示す）を囲む領域に、１５０〜２００ｋｅＶの注入
エネルギー、１×１０12〜１．５×１０12ｃｍ-2程度ド
ーズ量でボロンの打込みを行ない、１１００〜１２００
℃、５〜６時間程度の押し込み拡散を行なって深さ６μ
ｍ程度のＰウェル２を形成する。次に、撮像部形成領域
ＩＡを含むデバイス形成部のほぼ全域に、ボロンイオン
を、１〜２ＭｅＶのエネルギー、１×１０11〜５×１０
11ｃｍ-2程度のドーズ量で打込み、１０００℃、１０時
間程度の押込み拡散層を行って深さ２μｍ程度のＰ- ウ
ェル３を形成する。
不純物濃度２×１０14ｃｍ-3程度のＮ型シリコン基板１
の表面部のうち、撮像部形成領域（撮像部と同一記号Ｉ
Ａで示す）を囲む領域に、１５０〜２００ｋｅＶの注入
エネルギー、１×１０12〜１．５×１０12ｃｍ-2程度ド
ーズ量でボロンの打込みを行ない、１１００〜１２００
℃、５〜６時間程度の押し込み拡散を行なって深さ６μ
ｍ程度のＰウェル２を形成する。次に、撮像部形成領域
ＩＡを含むデバイス形成部のほぼ全域に、ボロンイオン
を、１〜２ＭｅＶのエネルギー、１×１０11〜５×１０
11ｃｍ-2程度のドーズ量で打込み、１０００℃、１０時
間程度の押込み拡散層を行って深さ２μｍ程度のＰ- ウ
ェル３を形成する。
【００２２】次に、図３（ａ），（ｂ）に示すように、
Ｐ- ウェル３の表面部からＰウェル２の一部にかけて、
３００〜５００ｋｅＶ程度の注入エネルギー、１×１０
12〜１．５×１０12ｃｍ-2程度のドーズ量でボロンイオ
ンを打込み、９００〜１０００℃，３０分程度の押込み
拡散を行なって、複数の並列配置されたＰ型拡散層４
（深さ１μｍ程度）を形成する。このとき、同時に、Ｐ
ウェル２の表面部に、Ｐ型拡散層４と直交する方向に走
行するＰ型拡散層４−１を形成する。
Ｐ- ウェル３の表面部からＰウェル２の一部にかけて、
３００〜５００ｋｅＶ程度の注入エネルギー、１×１０
12〜１．５×１０12ｃｍ-2程度のドーズ量でボロンイオ
ンを打込み、９００〜１０００℃，３０分程度の押込み
拡散を行なって、複数の並列配置されたＰ型拡散層４
（深さ１μｍ程度）を形成する。このとき、同時に、Ｐ
ウェル２の表面部に、Ｐ型拡散層４と直交する方向に走
行するＰ型拡散層４−１を形成する。
【００２３】次に、ボロンイオンを１５０ｋｅＶ程度の
注入エネルギーで１×１０13〜３×１０13ｃｍ-2程度注
入後、１０００℃、１０時間程度のスチーム酸化を行な
い、１μｍ程度の膜厚のフィールド酸化膜６及びＰ+ 型
チャネルストッパ５を形成する。なお、フィールド酸化
膜６を形成しない領域には図示しない窒化シリコン膜が
形成されているので酸化され難く、薄い酸化膜７が形成
される。
注入エネルギーで１×１０13〜３×１０13ｃｍ-2程度注
入後、１０００℃、１０時間程度のスチーム酸化を行な
い、１μｍ程度の膜厚のフィールド酸化膜６及びＰ+ 型
チャネルストッパ５を形成する。なお、フィールド酸化
膜６を形成しない領域には図示しない窒化シリコン膜が
形成されているので酸化され難く、薄い酸化膜７が形成
される。
【００２４】次に、図４（ａ），（ｂ）に示すように、
Ｐ- ウェル３の表面部のうち、Ｎ型拡散層４で挟まれた
部分に選択的にリンイオンを５００ｋｅＶ〜１ＭｅＶ程
の注入エネルギーで、１×１０12〜５×１０12ｃｍ-2程
度のドーズ量で打込み、９５０℃，１時間程度の埋込み
拡散を行なってフォトダイオードのＮ型拡散層８を形成
する。
Ｐ- ウェル３の表面部のうち、Ｎ型拡散層４で挟まれた
部分に選択的にリンイオンを５００ｋｅＶ〜１ＭｅＶ程
の注入エネルギーで、１×１０12〜５×１０12ｃｍ-2程
度のドーズ量で打込み、９５０℃，１時間程度の埋込み
拡散を行なってフォトダイオードのＮ型拡散層８を形成
する。
【００２５】次に、Ｐウェル２の表面部のうち、撮像部
形成領域ＩＡに隣接する領域ＴＧVHとフィールド酸化膜
６とで挟まれた領域と、Ｐ型拡散層４上と、これらの両
者をつなぐ部分に、１００ｋｅＶ程度の注入エネルギ
ー、２×１０12〜３×１０12ｃｍ-2程度のドーズ量でリ
ンイオンの打込みを行ない、Ｎ型拡散層９（イオン注入
後、ランプアニールを行なうか、後の熱工程で活性化さ
れるが、煩しいので単に拡散層と記した。以下同様。）
を形成する。
形成領域ＩＡに隣接する領域ＴＧVHとフィールド酸化膜
６とで挟まれた領域と、Ｐ型拡散層４上と、これらの両
者をつなぐ部分に、１００ｋｅＶ程度の注入エネルギ
ー、２×１０12〜３×１０12ｃｍ-2程度のドーズ量でリ
ンイオンの打込みを行ない、Ｎ型拡散層９（イオン注入
後、ランプアニールを行なうか、後の熱工程で活性化さ
れるが、煩しいので単に拡散層と記した。以下同様。）
を形成する。
【００２６】次に、図５（ａ），（ｂ）に示すように、
Ｎ型拡散層９，８の形成されていない部分に、２０〜３
０ｋｅＶ程度の注入エネルギーで、５×１０13ｃｍ-2程
度のドーズ量でボロンイオンを打込み、素子分離領域１
０を形成する。
Ｎ型拡散層９，８の形成されていない部分に、２０〜３
０ｋｅＶ程度の注入エネルギーで、５×１０13ｃｍ-2程
度のドーズ量でボロンイオンを打込み、素子分離領域１
０を形成する。
【００２７】次に、図６（ａ），（ｂ）に示すように、
撮像部形成領域のＮ型拡散層９に、１００ｋｅＶ程度の
注入エネルギー、５×１０11ｃｍ-2程度のドーズ量でリ
ンイオンを追加して打込み、Ｎ型拡散層１１を形成す
る。
撮像部形成領域のＮ型拡散層９に、１００ｋｅＶ程度の
注入エネルギー、５×１０11ｃｍ-2程度のドーズ量でリ
ンイオンを追加して打込み、Ｎ型拡散層１１を形成す
る。
【００２８】次に、５０〜１００ｋｅＶ程度の注入エネ
ルギー、５×１０13ｃｍ-2程度のドーズ量でリンイオン
を打込み、Ｎ+ 型拡散層１２を形成する。
ルギー、５×１０13ｃｍ-2程度のドーズ量でリンイオン
を打込み、Ｎ+ 型拡散層１２を形成する。
【００２９】次に、フィールド酸化膜の形成されていな
い部分の酸化シリコン膜等を除去し、改めて熱酸化を行
ない、５０〜１００ｎｍ程度の酸化シリコン膜７Ａを形
成する。
い部分の酸化シリコン膜等を除去し、改めて熱酸化を行
ない、５０〜１００ｎｍ程度の酸化シリコン膜７Ａを形
成する。
【００３０】次に、３００〜４００ｎｍ程度の膜厚の第
１ポリコン膜を堆積し、パターニングすることにより、
図７（ａ），（ｂ）に示すように、垂直転送電極１３−
１２，１３−１４及び水平ストレージ電極１４−１１，
１４−１２を形成する。次に、５０ｋｅＶ程度の注入エ
ネルギー、５×１０11ｃｍ-2程度のドーズ量でボロンイ
オンを打み、Ｎ- 型拡散層１５を形成する。
１ポリコン膜を堆積し、パターニングすることにより、
図７（ａ），（ｂ）に示すように、垂直転送電極１３−
１２，１３−１４及び水平ストレージ電極１４−１１，
１４−１２を形成する。次に、５０ｋｅＶ程度の注入エ
ネルギー、５×１０11ｃｍ-2程度のドーズ量でボロンイ
オンを打み、Ｎ- 型拡散層１５を形成する。
【００３１】次に、熱酸化により、図１に示すように、
２００ｎｍ程度の膜厚の酸化シリコン膜１６を形成した
後、３００〜４００ｎｍ程度の膜厚の第２ポリシリコン
膜を堆積し、パターニングすることにより、水平バリア
電極１４−２１，１４−２２，垂直転送電極１３−２
１，１３−２３を形成する。次に、ボロンイオンを２０
〜５０ｋｅＶ程度の注入エネルギー、１×１０13〜５×
１０13ｃｍ-2程度のドーズ量で打込み、Ｎ型拡散層８の
表面にＰ+ 型拡散層１７（深さ０．２μｍ程度）を形成
する。
２００ｎｍ程度の膜厚の酸化シリコン膜１６を形成した
後、３００〜４００ｎｍ程度の膜厚の第２ポリシリコン
膜を堆積し、パターニングすることにより、水平バリア
電極１４−２１，１４−２２，垂直転送電極１３−２
１，１３−２３を形成する。次に、ボロンイオンを２０
〜５０ｋｅＶ程度の注入エネルギー、１×１０13〜５×
１０13ｃｍ-2程度のドーズ量で打込み、Ｎ型拡散層８の
表面にＰ+ 型拡散層１７（深さ０．２μｍ程度）を形成
する。
【００３２】続いて、図示しない層間絶縁膜を形成し、
遮光膜や、転送電極に転送パルスφV1〜φV4，φH1，φ
H2を供給するための配線等を形成する。
遮光膜や、転送電極に転送パルスφV1〜φV4，φH1，φ
H2を供給するための配線等を形成する。
【００３３】オーバフロー障壁部ＯＦＢのうち、Ｐ型拡
散層４−１が設けられていない部分はオフセット領域Ｏ
Ｓであるが、これは、Ｎ+ 型拡散層１２を形成するとき
のイオン注入用のマスクの目合せずれにより、Ｐ型拡散
層４−１上部の電位が影響を受け難くするために設けた
ものであるが、必ずしも設けなくてもよい。
散層４−１が設けられていない部分はオフセット領域Ｏ
Ｓであるが、これは、Ｎ+ 型拡散層１２を形成するとき
のイオン注入用のマスクの目合せずれにより、Ｐ型拡散
層４−１上部の電位が影響を受け難くするために設けた
ものであるが、必ずしも設けなくてもよい。
【００３４】本実施の形態において、図１２に示した従
来例と構成上異なる点は、オーバフロー障壁を形成する
ためのＰ型拡散層４−１の形成を垂直ＣＣＤレジスタの
構成要素であるＰ型拡散層４と同様に行なっている点で
ある。すなわち、オーバフロー障壁を形成するためにフ
ォトレジスト工程を追加する必要がない。また、オーバ
フロー障壁は、図１２の場合と同様に水平ＣＣＤレジス
タに沿って一直線状に形成されているので掃き出し間口
も広くとれ、掃き出し効率もよい。
来例と構成上異なる点は、オーバフロー障壁を形成する
ためのＰ型拡散層４−１の形成を垂直ＣＣＤレジスタの
構成要素であるＰ型拡散層４と同様に行なっている点で
ある。すなわち、オーバフロー障壁を形成するためにフ
ォトレジスト工程を追加する必要がない。また、オーバ
フロー障壁は、図１２の場合と同様に水平ＣＣＤレジス
タに沿って一直線状に形成されているので掃き出し間口
も広くとれ、掃き出し効率もよい。
【００３５】次に、本実施の形態におけるオーバフロー
障壁の高さの制御について説明する。Ｎ型埋め込みＣＣ
Ｄレジスタにおけるチャネル電位は、チャネルとなるＮ
型拡散層とその下部のＰ型拡散層の不純物濃度や接合深
さなどにより変化する。例えば、Ｎ型拡散層の不純物濃
度を高くすればチャネル電位が上昇し、Ｐ型拡散層の不
純物濃度を高くすればチャネル電位が低下する。図１に
示した固体撮像装置では、Ｐ型拡散層４−１の垂直方向
の幅Ｗは、オーバフローする電荷に対するチャネル長方
向の長さに相当する。ここで、幅Ｗを例えば１０μｍ以
上の領域で変化させても、オーバフロー障壁の高さは殆
ど変化しない。一方、幅Ｗを例えば３μｍ以下の領域で
変化させた場合、ショートチャネル効果により、幅Ｗが
短い程オーバフロー障壁部のチャネル電位ＶＯＦＢが高
くなる為、オーバフロー障壁の大きさは小さくなる（図
１４参照）。図８は、オーバフロー障壁の高さとＰ型拡
散層４−１の垂直方向の幅Ｗとの関係のシミュレーショ
ン結果である。ここで、Ｎ型シリコン基板１の不純物濃
度は２×１０14ｃｍ-3程度、Ｎ型拡散層９の不純物濃度
は５×１０15ｃｍ-3程度、接合深さは０．５μｍであ
り、Ｐウェル２の不純物濃度は３×１０15ｃｍ-3程度、
接合深さは６μｍ程度であり、Ｐ型拡散層４−１の不純
物濃度は２×１０16ｃｍ-3程度、接合深さは１．５μｍ
程度である。また、オーバフロー障壁部ＯＦＢにおける
オーバフロードレイン部ＯＦＤとのオフセット量ＯＳは
３μｍとしている。なお、水平ストレージ電極１４−１
１，１４−１２と水平バリア電極１４−２１，１４−２
２には５Ｖの電圧が印加されており、オーバフロードレ
イン部のＮ+ 型拡散層１２には１５Ｖの電圧が印加され
ている。図８より、例えば２．５Ｖ程度のオーバフロー
障壁を形成するには、Ｐ型拡散層４−１の幅Ｗを１．７
μｍ程度にすればよいことがわかる。
障壁の高さの制御について説明する。Ｎ型埋め込みＣＣ
Ｄレジスタにおけるチャネル電位は、チャネルとなるＮ
型拡散層とその下部のＰ型拡散層の不純物濃度や接合深
さなどにより変化する。例えば、Ｎ型拡散層の不純物濃
度を高くすればチャネル電位が上昇し、Ｐ型拡散層の不
純物濃度を高くすればチャネル電位が低下する。図１に
示した固体撮像装置では、Ｐ型拡散層４−１の垂直方向
の幅Ｗは、オーバフローする電荷に対するチャネル長方
向の長さに相当する。ここで、幅Ｗを例えば１０μｍ以
上の領域で変化させても、オーバフロー障壁の高さは殆
ど変化しない。一方、幅Ｗを例えば３μｍ以下の領域で
変化させた場合、ショートチャネル効果により、幅Ｗが
短い程オーバフロー障壁部のチャネル電位ＶＯＦＢが高
くなる為、オーバフロー障壁の大きさは小さくなる（図
１４参照）。図８は、オーバフロー障壁の高さとＰ型拡
散層４−１の垂直方向の幅Ｗとの関係のシミュレーショ
ン結果である。ここで、Ｎ型シリコン基板１の不純物濃
度は２×１０14ｃｍ-3程度、Ｎ型拡散層９の不純物濃度
は５×１０15ｃｍ-3程度、接合深さは０．５μｍであ
り、Ｐウェル２の不純物濃度は３×１０15ｃｍ-3程度、
接合深さは６μｍ程度であり、Ｐ型拡散層４−１の不純
物濃度は２×１０16ｃｍ-3程度、接合深さは１．５μｍ
程度である。また、オーバフロー障壁部ＯＦＢにおける
オーバフロードレイン部ＯＦＤとのオフセット量ＯＳは
３μｍとしている。なお、水平ストレージ電極１４−１
１，１４−１２と水平バリア電極１４−２１，１４−２
２には５Ｖの電圧が印加されており、オーバフロードレ
イン部のＮ+ 型拡散層１２には１５Ｖの電圧が印加され
ている。図８より、例えば２．５Ｖ程度のオーバフロー
障壁を形成するには、Ｐ型拡散層４−１の幅Ｗを１．７
μｍ程度にすればよいことがわかる。
【００３６】不要電荷の掃き出し動作については、従来
と同様に行なわれるので説明を省略する。また、本実施
の形態では、光電変換をフォトダイオードで行なうイン
タライン転送型固体撮像装置について説明したが、撮像
領域下部に蓄積部を有するフレームインターライン転送
型固体撮像装置や、光電変換を垂直ＣＣＤレジスタで行
なうフレーム転送固体撮像装置など、更に、導電型及び
印加電圧を逆にしたものについてにも、本発明を適用で
きることは言うまでもない。
と同様に行なわれるので説明を省略する。また、本実施
の形態では、光電変換をフォトダイオードで行なうイン
タライン転送型固体撮像装置について説明したが、撮像
領域下部に蓄積部を有するフレームインターライン転送
型固体撮像装置や、光電変換を垂直ＣＣＤレジスタで行
なうフレーム転送固体撮像装置など、更に、導電型及び
印加電圧を逆にしたものについてにも、本発明を適用で
きることは言うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は水平ＣＣ
Ｄレジスタの埋込みチャネルである第２のＮ（又はＰ）
型拡散層を延在した第３のＮ（又はＰ）型拡散層の底面
に接して第２のＰ（又はＮ）型拡散層を設けてオーバフ
ロー障壁部を構成したので、水平ＣＣＤレジスタに沿っ
て直線状にオーバフロー障壁部を設けることができ、掃
き出し開口が広くとめ、掃き出し効率は良好であり、更
に、第２のＰ（又はＮ）型拡散層を垂直ＣＣＤレジスタ
の埋込チャネルの第１のＮ（又はＰ）型拡散層の底面に
接する第１のＰ（又はＮ）型拡散層を同時に形成するこ
とにより、フォトレジスト形成工程の増加を伴なうこと
がない。
Ｄレジスタの埋込みチャネルである第２のＮ（又はＰ）
型拡散層を延在した第３のＮ（又はＰ）型拡散層の底面
に接して第２のＰ（又はＮ）型拡散層を設けてオーバフ
ロー障壁部を構成したので、水平ＣＣＤレジスタに沿っ
て直線状にオーバフロー障壁部を設けることができ、掃
き出し開口が広くとめ、掃き出し効率は良好であり、更
に、第２のＰ（又はＮ）型拡散層を垂直ＣＣＤレジスタ
の埋込チャネルの第１のＮ（又はＰ）型拡散層の底面に
接する第１のＰ（又はＮ）型拡散層を同時に形成するこ
とにより、フォトレジスト形成工程の増加を伴なうこと
がない。
【図１】本発明の一実施の形態の固体撮像装置を示す平
面図（図１（ａ））及び図（ａ）のＡ−Ａ線断面図（図
１（ｂ））。
面図（図１（ａ））及び図（ａ）のＡ−Ａ線断面図（図
１（ｂ））。
【図２】本発明の一実施の形態の固体撮像装置の製造方
法について説明するための平面図（図２（ａ））及び図
２（ａ）のＡ−Ａ線断面図（図２（ｂ））。
法について説明するための平面図（図２（ａ））及び図
２（ａ）のＡ−Ａ線断面図（図２（ｂ））。
【図３】図２に続いて示す平面図（図３（ａ））及び図
３（ａ）のＡ−Ａ線断面図（図３（ｂ））。
３（ａ）のＡ−Ａ線断面図（図３（ｂ））。
【図４】図３に続いて示す平面図（図４（ａ））及び図
４（ａ）のＡ−Ａ線断面図（図４（ｂ））。
４（ａ）のＡ−Ａ線断面図（図４（ｂ））。
【図５】図４に続いて示す平面図（図５（ａ））及び図
５（ａ）のＡ−Ａ線断面図（図５（ｂ））。
５（ａ）のＡ−Ａ線断面図（図５（ｂ））。
【図６】図５に続いて示す平面図（図６（ａ））及び図
６（ａ）のＡ−Ａ線断面図（図６（ｂ））。
６（ａ）のＡ−Ａ線断面図（図６（ｂ））。
【図７】図６に続いて示す平面図（図７（ａ））及び図
７（ａ）のＡ−Ａ線断面図（図７（ｂ））。
７（ａ）のＡ−Ａ線断面図（図７（ｂ））。
【図８】本発明の一実施の形態におけるオーバフロー障
壁の高さとＰ型拡散層４−１の幅Ｗとの関係を示すグラ
フ。
壁の高さとＰ型拡散層４−１の幅Ｗとの関係を示すグラ
フ。
【図９】個別に適切化された各拡散層の不純物濃度プロ
ファイルを示すグラフ。
ファイルを示すグラフ。
【図１０】自動焦点調節時に利用される撮像領域の一例
を説明するための模式図。
を説明するための模式図。
【図１１】一般的なオーバフロードレイン部を有するイ
ンターライン転送型固体撮像装置の概略を示すブロック
図。
ンターライン転送型固体撮像装置の概略を示すブロック
図。
【図１２】従来の固体撮像装置におけるオーバフロー障
壁部の構成を説明するための平面図（図１２（ａ））及
び図１２（ａ）のＡ−Ａ線断面図（図１２（ｂ））。
壁部の構成を説明するための平面図（図１２（ａ））及
び図１２（ａ）のＡ−Ａ線断面図（図１２（ｂ））。
【図１３】垂直転送パルス（φV1〜φV4）および水平転
送パルス（φH1、φH2）の概略構成を説明するためのタ
イムチャート。
送パルス（φH1、φH2）の概略構成を説明するためのタ
イムチャート。
【図１４】不要電荷掃き出し動作時のチャネル電位分布
を示すポテンシャル図。
を示すポテンシャル図。
【図１５】特開昭６２−１５４８８１号公報に開示され
ている技術を、垂直ＣＣＤレジスタと水平ＣＣＤレジス
タのウェル構成が個別に適切化されている固体撮像装置
に適用した場合を説明するための平面図（図１５
（ａ））及び図１５（ａ）のＡ−Ａ線断面図（図１５
（ｂ））。
ている技術を、垂直ＣＣＤレジスタと水平ＣＣＤレジス
タのウェル構成が個別に適切化されている固体撮像装置
に適用した場合を説明するための平面図（図１５
（ａ））及び図１５（ａ）のＡ−Ａ線断面図（図１５
（ｂ））。
１ Ｎ型シリコン基板 ２ Ｐウェル ３ Ｐ- ウェル ４，４−１ Ｐ型拡散層 ５ Ｐ+ 型チャネルストッパ ６ フィールド酸化膜 ７，７Ａ 酸化シリコン膜 ８ Ｎ型拡散層 ９ Ｎ型拡散層 １０ 素子分離領域 １１ Ｎ型拡散層 １２ Ｎ+ 型拡散層（オーバフロードレイン領域） １３−１２，１３−１４，１３−２１，１３−２３
垂直転送電極 １４−１１，１４−１２ ストレージ電極（水平転送
電極） １４−２１，１４−２２ バリア電極（水平転送電
極） １５ Ｎ- 型拡散層（バリア領域） １６ 酸化シリコン膜 １７ Ｐ+ 型拡散層 １０１ Ｎ型拡散層 １０２ Ｐ型拡散層 １０３ Ｎ型拡散層 １０４ Ｐ型拡散層 ＣＳ 電荷検出部 ＨＲ 水平ＣＣＤレジスタ ＩＡ 撮像部 ＩＡ１〜ＩＡ３ 撮像領域 ＯＦＢ オーバフロー障壁部 ＯＦＤ オーバフロードレイン部 ＯＳ オフセット領域 ＰＤ フォトダイオード ＴＧVH トランスファゲート（垂直−水平レジスタ
間） ＶＲ 垂直ＣＣＤレジスタ φV1〜φV4 垂直転送パルス φH1，φH2 水平転送パルス
垂直転送電極 １４−１１，１４−１２ ストレージ電極（水平転送
電極） １４−２１，１４−２２ バリア電極（水平転送電
極） １５ Ｎ- 型拡散層（バリア領域） １６ 酸化シリコン膜 １７ Ｐ+ 型拡散層 １０１ Ｎ型拡散層 １０２ Ｐ型拡散層 １０３ Ｎ型拡散層 １０４ Ｐ型拡散層 ＣＳ 電荷検出部 ＨＲ 水平ＣＣＤレジスタ ＩＡ 撮像部 ＩＡ１〜ＩＡ３ 撮像領域 ＯＦＢ オーバフロー障壁部 ＯＦＤ オーバフロードレイン部 ＯＳ オフセット領域 ＰＤ フォトダイオード ＴＧVH トランスファゲート（垂直−水平レジスタ
間） ＶＲ 垂直ＣＣＤレジスタ φV1〜φV4 垂直転送パルス φH1，φH2 水平転送パルス
Claims (3)
- 【請求項１】 表面部にＰ（又はＮ）型領域を有する半
導体基板と、前記Ｐ（又はＮ）型領域の表面部に設けら
れた第１のＮ（又はＰ）型拡散層、前記第１のＮ（又は
Ｐ）型拡散層の底面に接して前記Ｐ（又はＮ）型領域に
設けられた第１のＰ（又はＮ）型拡散層及び前記第１の
Ｎ（又はＰ）型拡散層上に設けられた垂直転送電極群を
含む複数の並行配置された垂直ＣＣＤレジスタと、前記
Ｐ（又はＮ）型領域の表面部に複数の前記第１のＮ（又
はＰ）型拡散層に連結して設けられた第２のＮ（又は
Ｐ）型拡散層及び前記第２のＮ（又はＰ）型拡散層上に
設けられた水平転送電極群を含む水平ＣＣＤレジスタ
と、前記水平ＣＣＤレジスタに連結するオーバフロー障
壁部と、前記オーバフロー障壁部に連結するオーバフロ
ードレイン領域とを有する固体撮像装置において、前記
オーバフロー障壁部が前記第２のＮ（又はＰ）型拡散層
を延在した第３のＮ（又はＰ）型拡散層及び前記第３の
Ｎ（又はＰ）型拡散層の底面に接して前記Ｐ（又はＮ）
型領域に前記第１のＰ（又はＮ）型拡散層と同時に形成
された第２のＰ（又はＮ）型拡散層を有し、前記第３の
Ｎ（又はＰ）型拡散層内のチャネル電位が前記第２のＰ
（又はＮ）型拡散層上で前記第２のＮ（又はＰ）型拡散
層内より低（又は高）くなされていることを特徴とする
固体撮像装置。 - 【請求項２】 第２のＰ（又はＮ）型拡散層がオーバフ
ロードレイン領域と離れて水平ＣＣＤレジスタに近接し
て設けられている請求項１記載の固体撮像装置。 - 【請求項３】 表面部にＰ（又はＮ）型領域を有する半
導体基板を準備する工程と、前記Ｐ（又はＮ）型領域の
表面部に、複数の第１のＰ（又はＮ）型拡散層を並行配
置して形成するとともに前記各第１のＰ（又はＮ）型拡
散層から離れて直交する方向に走行する第２のＰ（又は
Ｎ）型拡散層を形成する工程と、前記複数の第１のＰ
（又はＮ）型拡散層上にそれぞれ対応して第１のＮ（又
はＰ）型拡散層を形成するとともに前記第２のＰ（又は
Ｎ）型拡散層上とその両側の前記Ｐ（又はＮ）型領域の
表面部に前記複数の第１のＮ（又はＰ）型拡散層にそれ
ぞれ連結する第２のＮ（又はＰ）型拡散層を形成する工
程と、前記第１のＮ（又はＰ）型拡散層の前記第２のＮ
（又はＰ）型拡散層との連結部近傍を除きＮ（又はＰ）
型不純物濃度を高くする工程とを有し、前記第１のＮ
（又はＰ）型拡散層を埋込チャネルとする垂直ＣＣＤレ
ジスタ、前記第２のＮ（又はＰ）型拡散層のうち前記第
２のＰ（又はＮ）型拡散層と接合する部分にポテンシャ
ル障壁をもつオーバフロー障壁部及び前記オーバフロー
障壁部と垂直ＣＣＤレジスタとで挟まれた部分の第２の
Ｎ（又はＰ）型拡散層を埋込チャネルとする水平ＣＣＤ
レジスタを含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方
法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8200723A JP2812310B2 (ja) | 1996-07-30 | 1996-07-30 | 固体撮像装置及びその製造方法 |
| US08/901,458 US5902995A (en) | 1996-07-30 | 1997-07-28 | CCD image sensor with overflow barrier for discharging excess electrons at high speed |
| KR1019970035881A KR100263212B1 (ko) | 1996-07-30 | 1997-07-29 | 과잉 전자 고속 방전을 위해 오버플로 배리어를 갖는전하 결합 소자 촬상 센서 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8200723A JP2812310B2 (ja) | 1996-07-30 | 1996-07-30 | 固体撮像装置及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1050975A JPH1050975A (ja) | 1998-02-20 |
| JP2812310B2 true JP2812310B2 (ja) | 1998-10-22 |
Family
ID=16429132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8200723A Expired - Fee Related JP2812310B2 (ja) | 1996-07-30 | 1996-07-30 | 固体撮像装置及びその製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
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| US (1) | US5902995A (ja) |
| JP (1) | JP2812310B2 (ja) |
| KR (1) | KR100263212B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| KR100239409B1 (ko) * | 1997-01-25 | 2000-01-15 | 김영환 | 고체 촬상 소자 |
| JP3317248B2 (ja) * | 1998-09-18 | 2002-08-26 | 日本電気株式会社 | 固体撮像装置 |
| US7102680B2 (en) * | 2000-03-13 | 2006-09-05 | Olympus Corporation | Image pickup device capable of adjusting the overflow level of the sensor based on the read out mode |
| KR100332949B1 (ko) * | 2000-05-23 | 2002-04-20 | 윤종용 | 전자 줌 기능에 적합한 고체 촬상 소자 |
| JP3980302B2 (ja) * | 2001-08-21 | 2007-09-26 | 富士フイルム株式会社 | 固体撮像装置およびその駆動方法 |
| KR100494030B1 (ko) * | 2002-01-10 | 2005-06-10 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 이미지센서 및 그 제조 방법 |
| JP4967237B2 (ja) | 2005-01-28 | 2012-07-04 | パナソニック株式会社 | 固体撮像装置 |
| JP5410738B2 (ja) * | 2008-11-25 | 2014-02-05 | シャープ株式会社 | 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子情報機器 |
| US8605187B2 (en) * | 2009-06-01 | 2013-12-10 | Truesense Imaging, Inc. | CCD image sensors having multiple lateral overflow drain regions for a horizontal shift register |
| US8294802B2 (en) * | 2009-10-30 | 2012-10-23 | Truesense Imaging, Inc. | CCD image sensors having multiple lateral overflow drain regions for a horizontal shift register |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPS63254767A (ja) * | 1987-04-10 | 1988-10-21 | Matsushita Electronics Corp | 固体撮像装置 |
| JPH02113678A (ja) * | 1988-10-21 | 1990-04-25 | Nec Corp | 固体撮像装置 |
-
1996
- 1996-07-30 JP JP8200723A patent/JP2812310B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-07-28 US US08/901,458 patent/US5902995A/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-07-29 KR KR1019970035881A patent/KR100263212B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100263212B1 (ko) | 2000-08-01 |
| KR980012613A (ko) | 1998-04-30 |
| US5902995A (en) | 1999-05-11 |
| JPH1050975A (ja) | 1998-02-20 |
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