JPH01135184A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は同体＃Ｌ像素子に関し、特にホトダイオード型
固体撮像素子の構造に関する。

〔従来の技術〕

従来、ホ向体撮像素子には、アイ・ニス・ニス・シー−
シー（Ｉ８８ＣＣ）Ｐ、１６８〜１６９（１９８２）石
原他によシ示されているように、基板表面にＮ型不純物
層を配置したＮＰ型ホトダイオードを備えたもの虎この
構造では、光電変換された信号電荷を蓄積するＮ型層が
基板表面と接しているので１表面の励起ｅ再結合センタ
ーやトラップ準位等の影響により、光が入射しないとき
の暗時出力（暗′戒流）の増大、光入射時の信号読出し
に際する電荷の取り残しく残像）ないしは青色感度の低
下等が生じる。そこで、これらを改良スヘくアイ・イー
・デイ−・エム（Ｉ　ＥＤＭ　）２−３，２２８〜３１
　（１９８４）、Ｂ、Ｃ０Ｂｕｒｋｅｙが、基板表面に
Ｐ型不純物層を配置したると今度は、ホトダイオードの
Ｎ型層から読出ゲ−ト下の間に電位障壁が生じ、信号電
荷の読み残しが発生することが報告されている。

この問題を解決すべく、テレビジョン学会全国大会３−
１２．Ｐ６７〜６８（１９８６）本庄等がホトダイオー
ドの構造をすでに提示している。

これを図面を参照に説明する。

この構造に於ては、過剰電荷の掃き出しを基板表面と垂
直方向に行うためにＮ型基板にＰウェルを形成しこの中
にホトダイオードがあるが１本発明の構造に直接関係し
ないので、簡単のためＰ型基板を用いた構造を例に説明
することにする。

第３及び第４図はそれぞれ従来の固体撮像素子の第１及
び第２の例の単位絵素の模式的断面図で。

図中１はＰ型の半導体基板、２はＰ型不純物層からなる
チャネルストッパ、３はＮ型不純物層からなる電荷転送
部、　４’、４ａ’、４“はＮ型不純物層からなる受光
部、５’、５“はＰＮＰ　　ＰｉｎｎｅｄＰｈｏ　ｔｏ
ｄ　１ｏｄｅの表面側のＰ型不純物層、６ｔ／″ｉゲー
ト酸化膜、７はホトダイオードからの電荷読出しと電荷
転送とを兼ねた多結晶シリコン層からなる読出ゲート、
８は多結晶シリコンの熱酸化膜。

９は層間絶縁酸化膜、１０はホトダイオードのみに光が
入射するように配置された元シールド用のＡｌからなる
渡光暎である。

前述のホトダイオードから読出ゲート下部る表面に生ず
る電位障壁を避ける従来構造の１つが、第３図に示した
第１の従来例で、表面側Ｐ形の不純物層５′を読出ゲー
ト７のホトダイオード側の端よシ所定の距離だけ離して
配置し、読出ゲート７に接した細分にＮ型の不純物層か
らなる受光部４２１　’を隣接させることに依り電位障
壁の形成を防止するようにしている。この構造はホトタ
イオードの電荷を蓄積する受光部４′が受光部４　ａ／
の細分に於て基板表面と接することになυ、この細分で
の表面の励起・再結合センタ、トラップ準位等により信
号電荷が安定に読出せないという問題点がある。

もう一方の従来の構造が第４図に示したもので。

読出ゲート７形成後にホトダイオードの受光部４“と表
面Ｐ型の不純物層５“を読出ゲート７に自己整合的にイ
オン注入法で形成すぜるが、この際に受光部４“表面を
前述のＢ　、Ｃ、Ｂｕｒｋｅｙ等よｐ高濃度に２しかも
表面の不純物層５“よシ高加速エネルギーで注入し、し
かも表面の不純物層５″が受光部４“よシも横方向に拡
散しないようにイオン注入後の熱工程を最少限にして電
位障壁の発生を防止している。しかしこの第２の従来例
では両層形成後の熱工程を最小限にすることなどの制限
を受けること、又、第５図に示すように、ホトダイオー
ドと読出ゲート７の下との基板表面から深さ方向への伝
導帯の電位が、ホトダイオード部Ｘ′では最大電位が基
板表面から内部に入った所に形成されているため、読出
ゲートの下部の表面チャネルで信号電荷を完全に読み出
すには、読出ゲートの下部Ｙ′の電位がホトダイオード
の最大電位点よシも深くならなければならず、従って。

読出し時と信号電荷蓄積時の電圧の差すなわち読出ゲー
ト電圧が大きくなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したように従来の尚体ｔｊＬ像素子は、共にＮ型の
受光部が読出ゲートに自己整合的に形成されているが、
第１の例では、表面のＰ形不純物層が読出ゲートに対し
てｏｆｆｓｅｔｌ、た構造となっているので表面の影響
を受けて信号電荷を安定に読出しにくいと、文節２の例
のホトダイオードのＮ型不純物層からなる受光部を高濃
度で深く形成した構造では熱工程に制限を受けるととも
に読出ゲート直圧が高くなるという欠点がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の固体撮像素子は、−導電型の半導体基板表面に
形成された反対導電型の第１及び第２の不純物層からな
る受光部及び電荷転送部と前記受光部表面に形成された
一導電型の第３の不純物層と前記半導体基板上にゲート
絶縁膜を介して形成された前記受光部で生じた信号電荷
を読出す読出ゲートとを少くとも備えた固体撮像素子に
おいて。

前記受光部の前記電荷転送部に対向する細分が前記読出
ゲートに覆われかつ前記第３の不純物層が前記読出ゲー
トに自己整合的に形成されて成る。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について図面を参照に説明する。

第１図は本発明の一実施例の模式的断面図である。

この実施例では、読出ゲート７を形成する前にＰｉｎｎ
ｅｄ　Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅを構成するＮ型不純物層か
らなる受光部４を形成し、しかる後多結晶シリコン層か
らなる読出ゲート７を受光部４の領域Ｎの細分が重なる
ように形成した後、読出ゲート７をマスクとして受光＠
４の表面にＰ型の不純物層５を読出ゲート７ｉＩ′ｃ自
己整合的にイオン注入法等により形成する。

この構造に於て、領域Ａでホトダイオードの受光部４が
表面と接する構造となるが、この領域Ａの上には読出ゲ
ート７が配置されておシ１通常ホトダイオードの受光部
４で電荷を蓄積している間に、電荷転送用電極にクロッ
クパルスを印加しつつ読出された信号を転送している。

この場合、電荷転送用電極に印加しているのと同じ一７
■とＯＶのクロックパルスが読出ゲート７にも印加され
る。

第２図は第１図の固体撮像素子の′区位分布図である。

図中１曲線Ｘはホトダイオード部の′ｉＩ！、位分布で
２曲線Ｙは読出ゲー）１に圧が０■のときの領域への′
成位分布１曲線Ｚ　Ｉｄ　ｉＢｔ出ゲート電圧が一７■
のときの′電位分布を示す。

従って、この構造に於ては読出ゲート電圧が０■のとき
の領域への表面側電位ｖｂ以上に信号電荷を蓄積しなけ
ればホトダイオードは完全に表面と分離した構造となる
。又、領域への電位の最大点は読出ゲートの印加電圧の
増大に伴い基板表面側に近づくので第２の従来例よりも
低い読出ゲート電圧で信号・電荷読出すことになる。

ここでは、受光部の領域への細分と他の細分との不純物
＃度を同一にしであるが、領域Ａの細分を受光部の他の
細分とは異る不純物濃度にすれば領域Ａの電位の設定の
自由度が増すことになる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、）’１ｎｎｅｄ　Ｐｈｏ
ｔｏｄｉｏｄｅの表面のＰ型の不純物層を寵【出ゲート
に自己整合的に配置し、その下の受光部に連らなるＮ型
の不純物層を読出ゲートの下に細分的に１なるようにす
ることにより、受光部を完全に基板表面から分離して表
面の励起・再結合センター及びトラップのＰＮＰ層形層
形成熱工程を制限しなくてもホトダイオードから読出す
ときの読出ゲート下に生じる電位障壁が解〉肖ブ”万丈
＋−、ｌ読出ゲート電圧の低電圧化が可能となるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

及び第４図はそれぞれ従来の１体ｇ＆像素子の第１及び
第２の例の模式的断面図、第５図は第４図の固体撮像素
子の゛電位分布図である。 １・・・・・・半導体基板、２・・・・・・チャネルス
トッパ。 ３・・・・・・電荷転送部、４．４’　、４ａ’　、４
“・・・・・・受光部　Ｓ　、　Ｓ　／　、　Ｓ　／／
・・・・・・不純物層、６・・・・・・ゲート酸化膜、
７・・・・・・読出ゲート、８，９・・・・・・酸化膜
。 １０・・・・・・遮光膜、■ｂコロ：・−・・・・表面
電位。 代理人　弁理士　　内　原　　　音 σ）　　　　０＼１ −旬

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　一導電型の半導体基板表面に形成された反対導電型の
   第１及び第２の不純物層からなる受光部及び電荷転送部
   と前記受光部表面に形成された一導電型の第３の不純物
   層と前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成され
   た前記受光部で生じた信号電荷を読出す読出ゲートとを
   少くとも備えた固体撮像素子において、前記受光部の前
   記電荷転送部に対向する細分が前記読出ゲートに覆われ
   かつ前記第３の不純物層が前記読出ゲートに自己整合的
   に形成されていることを特徴とする固体撮像素子。