JP3020785B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 52
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- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
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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
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- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/762—Charge transfer devices
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に関する
ものである。
ものである。
【０００２】
【従来の技術】高速に動作している絵柄を固体撮像装置
を用いて撮るとき、固体撮像装置に電子シャッタ動作を
行わせる場合がある。電子シャッタ動作時には、画素部
に蓄積された信号電荷を半導体基板側に引き抜くため
に、半導体基板にパルスを印加する。ところが、微細化
が進み画素寸法が小さくなると、半導体基板の電位変化
に対する画素部のオーバフローチャネル電位の変化が小
さくなり、信号電荷の引き抜きが困難になる。このよう
な事態を改善するためには、半導体基板の不純物濃度を
高める必要がある。
を用いて撮るとき、固体撮像装置に電子シャッタ動作を
行わせる場合がある。電子シャッタ動作時には、画素部
に蓄積された信号電荷を半導体基板側に引き抜くため
に、半導体基板にパルスを印加する。ところが、微細化
が進み画素寸法が小さくなると、半導体基板の電位変化
に対する画素部のオーバフローチャネル電位の変化が小
さくなり、信号電荷の引き抜きが困難になる。このよう
な事態を改善するためには、半導体基板の不純物濃度を
高める必要がある。
【０００３】しかし、半導体基板の不純物濃度が高くな
るとウエルの不純物濃度との差が小さくなる。この結
果、半導体基板にパルスを印加すると出力部のソースフ
ォロワ回路においてパンチスルーが発生する。この現象
を図面を用いて説明する。
るとウエルの不純物濃度との差が小さくなる。この結
果、半導体基板にパルスを印加すると出力部のソースフ
ォロワ回路においてパンチスルーが発生する。この現象
を図面を用いて説明する。
【０００４】図３に、従来の固体撮像装置における出力
部の構造を示す。ｎ型半導体基板１１の表面部分にｐ型
ウエル１２が形成され、このｐ型ウエル１２内に出力部
が形成されている。ｐ型ウエル１２は接地されている。
部の構造を示す。ｎ型半導体基板１１の表面部分にｐ型
ウエル１２が形成され、このｐ型ウエル１２内に出力部
が形成されている。ｐ型ウエル１２は接地されている。
【０００５】信号電荷出力用に、ドレイン及びソース領
域であるｎ型拡散層１５及び１６を有するＮチャネルト
ランジスタＮ２が設けられている。このＮチャネルトラ
ンジスタＮ２の出力ゲートＯＧには、ｎ型拡散層１４
と、リセット用のＮチャネルトランジスタＮ１のソース
が接続されている。
域であるｎ型拡散層１５及び１６を有するＮチャネルト
ランジスタＮ２が設けられている。このＮチャネルトラ
ンジスタＮ２の出力ゲートＯＧには、ｎ型拡散層１４
と、リセット用のＮチャネルトランジスタＮ１のソース
が接続されている。
【０００６】出力用のＮチャネルトランジスタＮ２のソ
ース領域であるｎ型拡散層１６と接地電位端子の間に
は、負荷用のＮチャネルトランジスタＮ３が接続されて
いる。このＮチャネルトランジスタＮ３は、ｎ型拡散層
１６をドレイン領域とし、ｎ型拡散層１７をソース領域
としており、チャネル領域にはｎ型不純物が注入されて
ディプレッション型となっている。また、ソース領域で
あるｎ型拡散層１７は接地電位端子とｐ+ 型拡散層１８
とが接続されている。
ース領域であるｎ型拡散層１６と接地電位端子の間に
は、負荷用のＮチャネルトランジスタＮ３が接続されて
いる。このＮチャネルトランジスタＮ３は、ｎ型拡散層
１６をドレイン領域とし、ｎ型拡散層１７をソース領域
としており、チャネル領域にはｎ型不純物が注入されて
ディプレッション型となっている。また、ソース領域で
あるｎ型拡散層１７は接地電位端子とｐ+ 型拡散層１８
とが接続されている。
【０００７】このような構造を持つ出力部において、上
述のようにｎ型半導体基板１１の不純物濃度が高くなる
と、ｐ型ウエル１２との間の濃度差が小さくなる。これ
により、ｎ型半導体基板１１に電子シャッタ動作時にパ
ルスを印加した場合、ｐ型ウエル１２が空乏化してしま
い、負荷用ＮチャネルトランジスタＮ３の接地されたｎ
型拡散層１７からｎ型半導体基板１１に向かってパンチ
スルー電流Ｉが流れる。この結果、ｎ型拡散層１７の電
位が接地電位よりも上昇し、出力用Ｎチャネルトランジ
スタＮ２から出力される信号のＳ／Ｎ比が劣化してい
た。
述のようにｎ型半導体基板１１の不純物濃度が高くなる
と、ｐ型ウエル１２との間の濃度差が小さくなる。これ
により、ｎ型半導体基板１１に電子シャッタ動作時にパ
ルスを印加した場合、ｐ型ウエル１２が空乏化してしま
い、負荷用ＮチャネルトランジスタＮ３の接地されたｎ
型拡散層１７からｎ型半導体基板１１に向かってパンチ
スルー電流Ｉが流れる。この結果、ｎ型拡散層１７の電
位が接地電位よりも上昇し、出力用Ｎチャネルトランジ
スタＮ２から出力される信号のＳ／Ｎ比が劣化してい
た。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の固体撮像装置では微細化が進むと電子シャッタ動作時
に出力信号のＳ／Ｎ比が劣化するという問題があった。
の固体撮像装置では微細化が進むと電子シャッタ動作時
に出力信号のＳ／Ｎ比が劣化するという問題があった。
【０００９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、微細化が進み画素寸法が縮小された場合にも電子シ
ャッタ動作時におけるパンチスルーの発生が防止され出
力信号のＳ／Ｎ比が向上する固体撮像装置を提供するこ
とを目的とする。
で、微細化が進み画素寸法が縮小された場合にも電子シ
ャッタ動作時におけるパンチスルーの発生が防止され出
力信号のＳ／Ｎ比が向上する固体撮像装置を提供するこ
とを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】また、本発明の固体撮像
装置は、一導電型半導体基板と、前記半導体基板の表面
部分に形成された逆導電型ウエルと、前記ウエル内に形
成されたソースフォロワ回路の負荷トランジスタの一導
電型拡散層と、前記ウエル内において、前記一導電型拡
散層の下方に間隔を空けて局在するように形成され、前
記ウエルよりも高い不純物濃度を有する逆導電型不純物
拡散層とを備えたことを特徴としている。ここで、一導
電型半導体基板の表面部分に逆導電型ウエルが形成さ
れ、この逆導電型ウエルの表面部分に出力部が形成され
ており、前記出力部は、一導電型の第１の不純物拡散層
と第２の不純物拡散層とを有し、信号電荷を出力する出
力トランジスタとして形成された第１のＭＯＳトランジ
スタと、前記第２の不純物拡散層と一導電型の第３の不
純物拡散層とを有し、前記出力トランジスタの一方の端
子と接地端子との間に負荷トランジスタとして形成され
た第２のＭＯＳトランジスタと、前記ウエル内におい
て、前記第３の不純物拡散層の下方に間隔を空けて局在
するように形成され、前記ウエルよりも高い不純物濃度
を有する逆導電型の第４の不純物拡散層とを備えていて
もよい。また、前記ウエルの表面部分において、前記第
３及び第４の不純物拡散層及び接地端子に接続された状
態で、逆導電型の第５の不純物拡散層がさらに形成され
ていてもよい。ここで、前記第２のＭＯＳトランジスタ
は、一導電型不純物が導入されたチャネル領域を有する
デプレッション型であってもよい。さらに、前記第１の
ＭＯＳトランジスタのゲート電極が、前記ウエルの表面
部分に形成された一導電型の不純物拡散層に接続されて
おり、リセット用トランジスタの両端子が、前記不純物
拡散層とリセット端子との間に接続されているものであ
ってもよい。前記ウエルの不純物濃度が１×１０15cm-3
に設定され、前記第２の不純物拡散層の不純物濃度が１
×１０16cm-3に設定されていてもよい。さらに、前記第
４の不純物拡散層は、前記ウエル内において、前記第
１、第２及び第３の不純物拡散層の下方に間隔を空けて
局在するように形成されていてもよい。
装置は、一導電型半導体基板と、前記半導体基板の表面
部分に形成された逆導電型ウエルと、前記ウエル内に形
成されたソースフォロワ回路の負荷トランジスタの一導
電型拡散層と、前記ウエル内において、前記一導電型拡
散層の下方に間隔を空けて局在するように形成され、前
記ウエルよりも高い不純物濃度を有する逆導電型不純物
拡散層とを備えたことを特徴としている。ここで、一導
電型半導体基板の表面部分に逆導電型ウエルが形成さ
れ、この逆導電型ウエルの表面部分に出力部が形成され
ており、前記出力部は、一導電型の第１の不純物拡散層
と第２の不純物拡散層とを有し、信号電荷を出力する出
力トランジスタとして形成された第１のＭＯＳトランジ
スタと、前記第２の不純物拡散層と一導電型の第３の不
純物拡散層とを有し、前記出力トランジスタの一方の端
子と接地端子との間に負荷トランジスタとして形成され
た第２のＭＯＳトランジスタと、前記ウエル内におい
て、前記第３の不純物拡散層の下方に間隔を空けて局在
するように形成され、前記ウエルよりも高い不純物濃度
を有する逆導電型の第４の不純物拡散層とを備えていて
もよい。また、前記ウエルの表面部分において、前記第
３及び第４の不純物拡散層及び接地端子に接続された状
態で、逆導電型の第５の不純物拡散層がさらに形成され
ていてもよい。ここで、前記第２のＭＯＳトランジスタ
は、一導電型不純物が導入されたチャネル領域を有する
デプレッション型であってもよい。さらに、前記第１の
ＭＯＳトランジスタのゲート電極が、前記ウエルの表面
部分に形成された一導電型の不純物拡散層に接続されて
おり、リセット用トランジスタの両端子が、前記不純物
拡散層とリセット端子との間に接続されているものであ
ってもよい。前記ウエルの不純物濃度が１×１０15cm-3
に設定され、前記第２の不純物拡散層の不純物濃度が１
×１０16cm-3に設定されていてもよい。さらに、前記第
４の不純物拡散層は、前記ウエル内において、前記第
１、第２及び第３の不純物拡散層の下方に間隔を空けて
局在するように形成されていてもよい。
【００１１】
【作用】ソースフォロワ回路の負荷トランジスタの一導
電型拡散層の下方に間隔を空けて局在するように、ウエ
ルよりも不純物濃度の高い逆導電型拡散層が形成されて
いるため、電子シャッタ動作時に半導体基板にパルスを
印加しても逆導電型拡散層が空乏化されず、一導電型拡
散層と半導体基板との間にパンチスルーが発生するのが
防止される。
電型拡散層の下方に間隔を空けて局在するように、ウエ
ルよりも不純物濃度の高い逆導電型拡散層が形成されて
いるため、電子シャッタ動作時に半導体基板にパルスを
印加しても逆導電型拡散層が空乏化されず、一導電型拡
散層と半導体基板との間にパンチスルーが発生するのが
防止される。
【００１２】
【実施例】以下、本発明と関連する参考例及び本発明の
実施例について図面を参照して説明する。
実施例について図面を参照して説明する。
【００１３】図１に、本発明と関連する参考例の固体撮
像装置における出力部の縦断面構造を示す。この参考例
は、出力部のソースフォロワ回路における負荷用Ｎチャ
ネルトランジスタＮ３のｎ型拡散層１７の周囲を囲むよ
うに、ｐ+ 型拡散層１３が形成されている点に特徴があ
る。このｐ+ 型拡散層１３の不純物濃度は、例えば１×
１０16cm-3に設定される。また、ｐ型ウエル１２の不純
物濃度は１×１０15cm-3に設定され、ｐ+ 型拡散層１８
は１×１０17cm-3に設定されているとする。他の構成
は、図１に示された固体撮像装置と同一であり同一番号
を付して説明を省略する。
像装置における出力部の縦断面構造を示す。この参考例
は、出力部のソースフォロワ回路における負荷用Ｎチャ
ネルトランジスタＮ３のｎ型拡散層１７の周囲を囲むよ
うに、ｐ+ 型拡散層１３が形成されている点に特徴があ
る。このｐ+ 型拡散層１３の不純物濃度は、例えば１×
１０16cm-3に設定される。また、ｐ型ウエル１２の不純
物濃度は１×１０15cm-3に設定され、ｐ+ 型拡散層１８
は１×１０17cm-3に設定されているとする。他の構成
は、図１に示された固体撮像装置と同一であり同一番号
を付して説明を省略する。
【００１４】上述したように、電子シャッタ動作に対応
するためｎ型半導体基板１１の不純物濃度が高く設定さ
れたことにより、従来は負荷トランジスタＮ３の接地さ
れたｎ型拡散層１７と型半導体基板１１との間でパンチ
スルーが発生していた。これに対し、本実施例ではｐ型
ウエル１２よりも不純物濃度の高いｐ+ 型拡散層１３
が、ｎ型拡散層１６の周囲を覆うように形成されてい
る。このため、ｎ型半導体基板１１に高いパルスを印加
しても、ｐ+ 型拡散層１３は空乏化しない。この結果、
ｎ型拡散層１７からｎ型半導体基板１１へ向かってパン
チスルー電流が流れるのが防止され、出力信号のＳ／Ｎ
比が向上する。
するためｎ型半導体基板１１の不純物濃度が高く設定さ
れたことにより、従来は負荷トランジスタＮ３の接地さ
れたｎ型拡散層１７と型半導体基板１１との間でパンチ
スルーが発生していた。これに対し、本実施例ではｐ型
ウエル１２よりも不純物濃度の高いｐ+ 型拡散層１３
が、ｎ型拡散層１６の周囲を覆うように形成されてい
る。このため、ｎ型半導体基板１１に高いパルスを印加
しても、ｐ+ 型拡散層１３は空乏化しない。この結果、
ｎ型拡散層１７からｎ型半導体基板１１へ向かってパン
チスルー電流が流れるのが防止され、出力信号のＳ／Ｎ
比が向上する。
【００１５】次に、本発明の実施例について説明する。
本実施例は、上記参考例と比較してｐ+ 型拡散層２１の
形成位置が異なっている。上記参考例におけるｐ+ 型拡
散層１３は、負荷用ＮチャネルトランジスタＮ３の接地
されたｎ型拡散層１７の周囲を囲むように形成されてい
る。これに対し、本実施例のｐ+ 型拡散層２１はｎ型拡
散層１７の周囲は覆わずに、ｎ型拡散層１７とｎ型半導
体基板１１との間に局在にするように形成されている。
このような形成は、高い加速電圧を用いて不純物イオン
を注入することにより可能である。ここで、ｐ+ 型拡散
層２１の不純物濃度は、参考例と同様に例えば１×１０
16cm-3に設定されているとする。
本実施例は、上記参考例と比較してｐ+ 型拡散層２１の
形成位置が異なっている。上記参考例におけるｐ+ 型拡
散層１３は、負荷用ＮチャネルトランジスタＮ３の接地
されたｎ型拡散層１７の周囲を囲むように形成されてい
る。これに対し、本実施例のｐ+ 型拡散層２１はｎ型拡
散層１７の周囲は覆わずに、ｎ型拡散層１７とｎ型半導
体基板１１との間に局在にするように形成されている。
このような形成は、高い加速電圧を用いて不純物イオン
を注入することにより可能である。ここで、ｐ+ 型拡散
層２１の不純物濃度は、参考例と同様に例えば１×１０
16cm-3に設定されているとする。
【００１６】本実施例によれば、参考例と同様に、ｐ+
型拡散層２１の存在によりｎ型拡散層１７からｎ型半導
体基板１１へパンチスルー電流が発生するのが防止され
る。さらに、参考例ではｎ型拡散層１７及びＮチャネル
トランジスタＮ３のチャネル領域の周囲を不純物濃度の
高いｐ+ 型拡散層１３が覆っている。このため、Ｎチャ
ネルトランジスタＮ３の閾値電圧に変動を与えないよう
に、ｎ型拡散層１７の濃度を従来の場合よりも高く設定
する必要がある。これに対し、本実施例ではｎ型拡散層
１７及びチャネル領域の周囲は、従来の場合と同様にｐ
型ウエル１２で覆われている。従って、ｐ+ 型拡散層２
１を設けてもＮチャネルトランジスタＮ３の閾値電圧に
は影響が及ばない。
型拡散層２１の存在によりｎ型拡散層１７からｎ型半導
体基板１１へパンチスルー電流が発生するのが防止され
る。さらに、参考例ではｎ型拡散層１７及びＮチャネル
トランジスタＮ３のチャネル領域の周囲を不純物濃度の
高いｐ+ 型拡散層１３が覆っている。このため、Ｎチャ
ネルトランジスタＮ３の閾値電圧に変動を与えないよう
に、ｎ型拡散層１７の濃度を従来の場合よりも高く設定
する必要がある。これに対し、本実施例ではｎ型拡散層
１７及びチャネル領域の周囲は、従来の場合と同様にｐ
型ウエル１２で覆われている。従って、ｐ+ 型拡散層２
１を設けてもＮチャネルトランジスタＮ３の閾値電圧に
は影響が及ばない。
【００１７】上述した実施例は一例であり、本発明を限
定するものではない。例えば、実施例で示された導電型
を全て反転した装置にも本発明を同様に適用することが
できる。また、実施例ではｐ+ 型拡散層１３，２１を、
出力部におけるソースフォロワ回路部が有する接地され
たｎ型拡散層１７の下方に設けている。しかし、この拡
散層１７は接地されている必要は必ずしもなく、電源電
圧よりも低い電圧が印加されるものであればよい。ま
た、保護回路用に設けられたダイオードの拡散層の下方
に、同様にウエルと同導電型であって高濃度の拡散層を
形成してもよい。
定するものではない。例えば、実施例で示された導電型
を全て反転した装置にも本発明を同様に適用することが
できる。また、実施例ではｐ+ 型拡散層１３，２１を、
出力部におけるソースフォロワ回路部が有する接地され
たｎ型拡散層１７の下方に設けている。しかし、この拡
散層１７は接地されている必要は必ずしもなく、電源電
圧よりも低い電圧が印加されるものであればよい。ま
た、保護回路用に設けられたダイオードの拡散層の下方
に、同様にウエルと同導電型であって高濃度の拡散層を
形成してもよい。
【００１８】
【発明の効果】本発明の固体撮像装置は、ソースフォロ
ワ回路の負荷トランジスタの一導電型拡散層の下方に間
隔を空けて局在するようにウエルよりも不純物濃度の高
い逆導電型拡散層が形成されているため、電子シャッタ
動作時に半導体基板にパルスを印加した場合、この逆導
電型拡散層が空乏化されず、負荷トランジスタの一導電
型拡散層と半導体基板との間でパンチスルーが発生せ
ず、出力信号のＳ／Ｎ比が向上する。
ワ回路の負荷トランジスタの一導電型拡散層の下方に間
隔を空けて局在するようにウエルよりも不純物濃度の高
い逆導電型拡散層が形成されているため、電子シャッタ
動作時に半導体基板にパルスを印加した場合、この逆導
電型拡散層が空乏化されず、負荷トランジスタの一導電
型拡散層と半導体基板との間でパンチスルーが発生せ
ず、出力信号のＳ／Ｎ比が向上する。
【図１】本発明と関連する参考例による固体撮像装置の
構成を示した縦断面図。
構成を示した縦断面図。
【図２】本発明の実施例による固体撮像装置の構成を示
した縦断面図。
した縦断面図。
【図３】従来の固体撮像装置の構成を示した縦断面図。
１１ ｎ型半導体基板 １２ ｐ型ウエル １３，１８，２１ ｐ+ 型拡散層 １４〜１７ ｎ型拡散層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 27/146 H04N 5/335
Claims (7)
- 【請求項１】一導電型半導体基板と、 前記半導体基板の表面部分に形成された逆導電型ウエル
と、 前記ウエル内に形成されたソースフォロワ回路の負荷ト
ランジスタの一導電型拡散層と、 前記ウエル内において、前記一導電型拡散層の下方に間
隔を空けて局在するように形成され、前記ウエルよりも
高い不純物濃度を有する逆導電型不純物拡散層と、 を備えたことを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項２】一導電型半導体基板の表面部分に逆導電型
ウエルが形成され、この逆導電型ウエルの表面部分に出
力部が形成されており、 前記出力部は、 一導電型の第１の不純物拡散層と第２の不純物拡散層と
を有し、信号電荷を出力する出力トランジスタとして形
成された第１のＭＯＳトランジスタと、 前記第２の不純物拡散層と一導電型の第３の不純物拡散
層とを有し、前記出力トランジスタの一方の端子と接地
端子との間に負荷トランジスタとして形成された第２の
ＭＯＳトランジスタと、 前記ウエル内において、前記第３の不純物拡散層の下方
に間隔を空けて局在するように形成され、前記ウエルよ
りも高い不純物濃度を有する逆導電型の第４の不純物拡
散層と、 を備えたことを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項３】前記ウエルの表面部分において、前記第３
及び第４の不純物拡散層及び接地端子に接続された状態
で、逆導電型の第５の不純物拡散層がさらに形成されて
いることを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。 - 【請求項４】前記第２のＭＯＳトランジスタは、一導電
型不純物が導入されたチャネル領域を有するデプレッシ
ョン型であることを特徴とする請求項２又は３記載の固
体撮像装置。 - 【請求項５】前記第１のＭＯＳトランジスタのゲート電
極が、前記ウエルの表面部分に形成された一導電型の不
純物拡散層に接続されており、 リセット用トランジスタの両端子が、前記不純物拡散層
とリセット端子との間に接続されていることを特徴とす
る請求項２乃至４のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 【請求項６】前記ウエルの不純物濃度は１×１０15cm-3
に設定され、前記第２の不純物拡散層の不純物濃度は１
×１０16cm-3に設定されていることを特徴とする請求項
２乃至５のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 【請求項７】前記第４の不純物拡散層は、前記ウエル内
において、前記第１、第２及び第３の不純物拡散層の下
方に間隔を空けて局在するように形成されていることを
特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の固体撮像
装置。
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