JPH02111069A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents
固体撮像装置およびその製造方法Info
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- JPH02111069A JPH02111069A JP63264537A JP26453788A JPH02111069A JP H02111069 A JPH02111069 A JP H02111069A JP 63264537 A JP63264537 A JP 63264537A JP 26453788 A JP26453788 A JP 26453788A JP H02111069 A JPH02111069 A JP H02111069A
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims abstract description 9
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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。
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
本発明は感度増倍機能を有する光電変換部を備えたCC
D型撮像装置及びその製造方法に関するものである。
D型撮像装置及びその製造方法に関するものである。
従来の技術
CCD型撮像装置(参考文献: C,H,5equin
& M、 F 、Tompsett、 ”Charge
Transfer Device”。
& M、 F 、Tompsett、 ”Charge
Transfer Device”。
Academic Pr5ss) !d、第3図dに示
す様に光電変換領域301と垂直CCD部302から成
る受光部分(撮像部分とも呼ぶ)3o3、水平CCD部
304、および出力アンプ305で構成される。
す様に光電変換領域301と垂直CCD部302から成
る受光部分(撮像部分とも呼ぶ)3o3、水平CCD部
304、および出力アンプ305で構成される。
受光部分303の拡大断面図が第3図すで、p基板30
6表面に形成されたn+領域307がpn接合型フォト
ダイオード(以下、PDと略記する)の光電変換領域3
03を構成し、高抵抗のn−領域308が転送ゲート電
極309と共に垂直CCD部302を構成する。
6表面に形成されたn+領域307がpn接合型フォト
ダイオード(以下、PDと略記する)の光電変換領域3
03を構成し、高抵抗のn−領域308が転送ゲート電
極309と共に垂直CCD部302を構成する。
この様なCCD型撮像装置で受光部分303の面積を維
持したまま(つまシ光学レンズ系をそのままにして)高
解像度化(つまり高密度化)しようとすると、1画素の
セル面積を光電変換領域3o1(この占有面積は、開口
率と呼ばれ、感度に関係する。)と垂直C0D(この占
有面積は転送チオネル幅を決定する為、ダイナミックレ
ンズ(以下DRと略記)に関係する。)とに分配しなけ
ればならず、感度とDRという2大系本性能のトレード
オフを招く。
持したまま(つまシ光学レンズ系をそのままにして)高
解像度化(つまり高密度化)しようとすると、1画素の
セル面積を光電変換領域3o1(この占有面積は、開口
率と呼ばれ、感度に関係する。)と垂直C0D(この占
有面積は転送チオネル幅を決定する為、ダイナミックレ
ンズ(以下DRと略記)に関係する。)とに分配しなけ
ればならず、感度とDRという2大系本性能のトレード
オフを招く。
更に、高解像化と共に光学レンズ系の焦点深度を十分確
保するためにはレンズを絞る事が必要となるため、光電
変換領域301の開口率を100%に近づけても、実効
的に感度低下を招く。
保するためにはレンズを絞る事が必要となるため、光電
変換領域301の開口率を100%に近づけても、実効
的に感度低下を招く。
こうした状況を打開するための有効な対策は、光電変換
領域301としてPDよシも10〜20dB高感度のア
バランシェ・フォトダイオード(以下、APDと略記)
を用いる事である。
領域301としてPDよシも10〜20dB高感度のア
バランシェ・フォトダイオード(以下、APDと略記)
を用いる事である。
第4図a〜dに示したリーチスルー型APDは、空乏層
長りを伸ばして光生成したキャリアをドリフトさせると
同時に、pn接合に隣接して10V / m以上の高電
界領域Mを設けて「なだれ効果」の発生を可能にし、空
乏層中で発生したキャリアの増倍を行なうものである(
診考文献: Kanbe。
長りを伸ばして光生成したキャリアをドリフトさせると
同時に、pn接合に隣接して10V / m以上の高電
界領域Mを設けて「なだれ効果」の発生を可能にし、空
乏層中で発生したキャリアの増倍を行なうものである(
診考文献: Kanbe。
H,、et al、”5ilicon Avalanc
he Photodiodewith low mul
tiplication noise and hig
hspeed response’、 IEEE Tr
ans、ElectronDevice、 ED−23
、p 、 1337〜1976 )。第4図e。
he Photodiodewith low mul
tiplication noise and hig
hspeed response’、 IEEE Tr
ans、ElectronDevice、 ED−23
、p 、 1337〜1976 )。第4図e。
fはその具体的な構造を示す。
n+領域401は熱拡散で形成し、なだれ領域を規定す
るp領域402はイオン注入で形成している(n十領域
401とp領域402との間の高抵抗(π)領域は無く
ても構わないし、それが一般的である。)。さらに、半
導体表面での反射を防ぐ()ニ、Sio2.513Nな
どの反射防止膜403を用い、n十須域401のコーナ
ーでのエツジ・ブレークダウン防止の為に、電界緩和の
役割をもつn領域4o3(これはガードリングと呼ばれ
る)を形成している。
るp領域402はイオン注入で形成している(n十領域
401とp領域402との間の高抵抗(π)領域は無く
ても構わないし、それが一般的である。)。さらに、半
導体表面での反射を防ぐ()ニ、Sio2.513Nな
どの反射防止膜403を用い、n十須域401のコーナ
ーでのエツジ・ブレークダウン防止の為に、電界緩和の
役割をもつn領域4o3(これはガードリングと呼ばれ
る)を形成している。
第4図eと第3図すを比較するとCCDのPD部をAP
Dとする事は困難でない様に思われる。
Dとする事は困難でない様に思われる。
発明が解決しようとする課題
然しなから、現在最も普及しているCCD型撮像装置は
、第5図の断面構造を有している。第6図が第3図すと
異なる点は、■ プルーミング抑制とスミア低減の為に
PDのn領域603がn基板601上のpウェル502
内に形成され、npn構造の縦形オーバーフロードレイ
ン(以下OFDと略記)が形成されていること、■ 低
照度残像をなくするために、n領域503を完全空乏可
能な濃度に設定していること、■ n領域503が完全
空乏になると界面の暗電流が発生しやすぐなる為、p十
領域604をn領域503の界面近傍に形成しているこ
とである。この結果光電変換領域が縦方向にpnpn製
造となるため第5図と第4図eの結合は単純ではない。
、第5図の断面構造を有している。第6図が第3図すと
異なる点は、■ プルーミング抑制とスミア低減の為に
PDのn領域603がn基板601上のpウェル502
内に形成され、npn構造の縦形オーバーフロードレイ
ン(以下OFDと略記)が形成されていること、■ 低
照度残像をなくするために、n領域503を完全空乏可
能な濃度に設定していること、■ n領域503が完全
空乏になると界面の暗電流が発生しやすぐなる為、p十
領域604をn領域503の界面近傍に形成しているこ
とである。この結果光電変換領域が縦方向にpnpn製
造となるため第5図と第4図eの結合は単純ではない。
本発明はこの様な従来技術の課題を省察し、縁形OFD
機能および、感度増倍機能全有する光電変換部を備えた
CCD型撮像装置を提供する事を目的とする。
機能および、感度増倍機能全有する光電変換部を備えた
CCD型撮像装置を提供する事を目的とする。
課題を解決するための手段
本発明は、n型半導体基板上のpウェル内にアバランシ
ェフォトダイオードとCCD i有し、前記アバランシ
ェフォトダイオードの電子蓄積領域と基板との間に縦形
npnトランジスタが形成されるCCD型撮像装置でち
ゃ、また第1導電型の半2D体基板上に第2導電型で完
全空乏可能な第1の領域を形成し、前記第1の領域上に
第1導電型の第2の領域を形成し、前記第2の領域内部
に第2導電型の第3の領域を形成し、前記第3の領域内
部に第2導電型で高4度の第4の領域を形成し、第2の
領域に蓄積したキャリアをCCDK読み出して転送する
CCD型撮像装置である。基板と第1および第2の領域
が縦形OFDを構成し、第2゜第3および第4の領域が
APDを構成する。
ェフォトダイオードとCCD i有し、前記アバランシ
ェフォトダイオードの電子蓄積領域と基板との間に縦形
npnトランジスタが形成されるCCD型撮像装置でち
ゃ、また第1導電型の半2D体基板上に第2導電型で完
全空乏可能な第1の領域を形成し、前記第1の領域上に
第1導電型の第2の領域を形成し、前記第2の領域内部
に第2導電型の第3の領域を形成し、前記第3の領域内
部に第2導電型で高4度の第4の領域を形成し、第2の
領域に蓄積したキャリアをCCDK読み出して転送する
CCD型撮像装置である。基板と第1および第2の領域
が縦形OFDを構成し、第2゜第3および第4の領域が
APDを構成する。
駆動方法としては、第2の領域のキャリアをCCDに読
出す時には、第2の領域と第4の領域との間に逆バイア
スを下げてアバランシェ増倍が生じない様にする事が特
徴である。
出す時には、第2の領域と第4の領域との間に逆バイア
スを下げてアバランシェ増倍が生じない様にする事が特
徴である。
製造方法の特徴は、第2と第3の領域をエピタキシャル
成長で作ることである。
成長で作ることである。
作 用
本究明は前記した構成、構造および駆動方法〈よシ、光
電変換部からCCDにキャリアを読出す時以外は光電変
換部でアバランシェ増倍が生じ、しかも従来標準的な機
能であった縦オーバフロードレインを備えている為、プ
ルーミングは無く、スミアも抑制されている。
電変換部からCCDにキャリアを読出す時以外は光電変
換部でアバランシェ増倍が生じ、しかも従来標準的な機
能であった縦オーバフロードレインを備えている為、プ
ルーミングは無く、スミアも抑制されている。
また、前記した製造方法により、結晶品質がよく、濃度
分布が均一でよく制御された光電変換部が実現する。
分布が均一でよく制御された光電変換部が実現する。
実施例
以下に本発明の実施例を図面に基いて説明する。
第1図は本発明の第1の実施例における撮像装置を示す
ものである。
ものである。
第1図a、bにおいて、n基板101の上にpウェル1
02が形成され、pウェル102上にCCDの電荷転送
領域となるn−領域103、光電変換されたキャリアを
蓄積するn領域104が形成され、n領域104内部に
光電変換のためのp領域105が形成され、p領域10
5内部にp+領域106が形成され、n領域104とp
領域105とp+領域106とがAPD(特にn領域1
04とp領域105の界面近傍でアバランシェ増倍が生
じる。)を構成する。107 、108は転送電極、1
09はチャネルヌトップのp十領域、109はn領域1
04からn−領域103ヘキヤリアを読出すチャネルの
オフセット電圧を決めるp十領域、11oII′i遮光
部である。
02が形成され、pウェル102上にCCDの電荷転送
領域となるn−領域103、光電変換されたキャリアを
蓄積するn領域104が形成され、n領域104内部に
光電変換のためのp領域105が形成され、p領域10
5内部にp+領域106が形成され、n領域104とp
領域105とp+領域106とがAPD(特にn領域1
04とp領域105の界面近傍でアバランシェ増倍が生
じる。)を構成する。107 、108は転送電極、1
09はチャネルヌトップのp十領域、109はn領域1
04からn−領域103ヘキヤリアを読出すチャネルの
オフセット電圧を決めるp十領域、11oII′i遮光
部である。
第1図すのYの範囲で示された部分の等価回路が第1図
Cである。
Cである。
第1図すとCにおいてpウェル102とn領域104は
逆バイアスのダイオード121に等価であシ、n領域1
04とp領域106とp+領域106はAPD122と
等価であシ、n領域104とpウェル1o2とn基板1
01は縦OFDとして機能するトランジスタ124と等
価であシ、n領域104とp中領域109とn−領域1
03とはMOSゲート123と等価である。
逆バイアスのダイオード121に等価であシ、n領域1
04とp領域106とp+領域106はAPD122と
等価であシ、n領域104とpウェル1o2とn基板1
01は縦OFDとして機能するトランジスタ124と等
価であシ、n領域104とp中領域109とn−領域1
03とはMOSゲート123と等価である。
駆動条件は第1図dに示しているように、MOSゲート
123をオン状態例する為にφVとして高いパルス電圧
VHが印加される期間は、p+領域106の電圧をφp
としてアバランシェ増倍の生じるーVAからアバランシ
ェ増倍の生じない0まで下げる。
123をオン状態例する為にφVとして高いパルス電圧
VHが印加される期間は、p+領域106の電圧をφp
としてアバランシェ増倍の生じるーVAからアバランシ
ェ増倍の生じない0まで下げる。
第1図すのz −z’断面のエネルギーバンド図を第1
図e、fに示す。第1図eは熱平衡状態に対応する。第
1図fは$、=−VAでアバランシェ増倍が生じている
時に対応する。
図e、fに示す。第1図eは熱平衡状態に対応する。第
1図fは$、=−VAでアバランシェ増倍が生じている
時に対応する。
第2図は本究明の第1の実施例の製造方法で、光電変換
部のAPD部分を第2図aのように酸化膜201をマス
クにして異方性エツチングしたあと、第2図すのように
選択エピタキシャル成長を行ない、その成長の前半では
P 、Asなどの不純物ドーピング(濃度N’=1o1
4〜1o”cm−3)を行ってn領域104を形成し、
成長の後半ではBなどの不純物ドーピング(N=101
5〜1o16cm、−”)を行ってp領域106を形成
する。
部のAPD部分を第2図aのように酸化膜201をマス
クにして異方性エツチングしたあと、第2図すのように
選択エピタキシャル成長を行ない、その成長の前半では
P 、Asなどの不純物ドーピング(濃度N’=1o1
4〜1o”cm−3)を行ってn領域104を形成し、
成長の後半ではBなどの不純物ドーピング(N=101
5〜1o16cm、−”)を行ってp領域106を形成
する。
以上のように本実施例によれば、光電変換部がアバラン
シェ増倍作用を有し、しかも鉦オーバーフロードレイン
打4造も備えたCCD型撮像装置となるのでプルーミン
グ、スミアは従来性能を維持したまま、高感度化が実現
する。さらに、APDからCCDK電荷を読出す時には
アバランシェ増倍作用を停止する動作を行なう為、誤差
信号のない仇出しが可能となる。
シェ増倍作用を有し、しかも鉦オーバーフロードレイン
打4造も備えたCCD型撮像装置となるのでプルーミン
グ、スミアは従来性能を維持したまま、高感度化が実現
する。さらに、APDからCCDK電荷を読出す時には
アバランシェ増倍作用を停止する動作を行なう為、誤差
信号のない仇出しが可能となる。
また、基板ダメージ、不純物分布の均一性が間:顆とな
るアバランシェ増、倍部分の領域は選択エピタキシャル
成長を用いて製造するので、厳密に制御された領域とす
ることができる。
るアバランシェ増、倍部分の領域は選択エピタキシャル
成長を用いて製造するので、厳密に制御された領域とす
ることができる。
なお、本実施例の4直型を逆にする4Jも可能である。
材料もSt に限定されない。
発明の詳細
な説明したように、本発明は、縦OFD機能を備えた上
で高感度化(アバランシェ増倍)する事ができ、その実
用的効果は大きい。
で高感度化(アバランシェ増倍)する事ができ、その実
用的効果は大きい。
第1図は本発明の一実施例の撮像装置を示すもので、同
図aは平面図、同図すは同図aのX −X/断面図、同
図Cは同図すのY区間の等価回路図、同図dは駆動パル
ス図、同図θは同図すのz −z’断面の熱平衡時のエ
ネルギーバンド図、同図fは同図すのz −z’断断部
面アバランシェ増倍動作時のエネルギーバンド図、第2
図a、bは本発明の一実施例の撮像装置の製造方法の工
程図、第3図は従来の基本的なCCD撮像装置の構造図
、第4図a、bは従来の標準的なAPDで、同図aは等
測的な構造図、同図す、c、dは同図aに対する諸特性
図、同図eは代表的な断面構造図、同図fは同図eに対
応する濃度分布図、第5図は標準的なCCD撮像装置の
構造図である。 104・・・・・・n領域、105・・・・・・p領域
、122・・・・・・APD、124・・・・・・縦o
FD0代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝 ほか1
名第1図 (b) 第1図 (C) φP Y−J (a) (d) 第1図 (e) (f) 第3図 (b) 3(Jl) 第 図 (a) (b) 第 図
図aは平面図、同図すは同図aのX −X/断面図、同
図Cは同図すのY区間の等価回路図、同図dは駆動パル
ス図、同図θは同図すのz −z’断面の熱平衡時のエ
ネルギーバンド図、同図fは同図すのz −z’断断部
面アバランシェ増倍動作時のエネルギーバンド図、第2
図a、bは本発明の一実施例の撮像装置の製造方法の工
程図、第3図は従来の基本的なCCD撮像装置の構造図
、第4図a、bは従来の標準的なAPDで、同図aは等
測的な構造図、同図す、c、dは同図aに対する諸特性
図、同図eは代表的な断面構造図、同図fは同図eに対
応する濃度分布図、第5図は標準的なCCD撮像装置の
構造図である。 104・・・・・・n領域、105・・・・・・p領域
、122・・・・・・APD、124・・・・・・縦o
FD0代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝 ほか1
名第1図 (b) 第1図 (C) φP Y−J (a) (d) 第1図 (e) (f) 第3図 (b) 3(Jl) 第 図 (a) (b) 第 図
Claims (3)
- (1)n型半導体基板上のpウェル内にアバランシェフ
ォトダイオードとCCDを有し、前記アバランシェフォ
トダイオードの電子蓄積領域と基板との間に縦形npn
トランジスタが形成される事を特徴とする固体撮像装置
。 - (2)第1導電型の半導体基板上に第2導電型で完全空
乏可能な第1の領域を形成し、前記第1の領域上に第1
導電型の第2の領域を形成し、前記第2の領域内部に第
2導電型の第3の領域を形成し、前記第3の領域内部に
第2導電型で高不純物濃度の第4の領域を形成し、前記
第2の領域に蓄積したキャリアをCCDに読み出して転
送する固体撮像装置。 - (3)第1導電型の半導体基板上に第2導電型で完全空
乏可能な第1の領域を形成する第1の工程と、前記第1
の領域をエッチングして第1のトレンチを形成する第2
の工程と、前記第1のトレンチ内部(側壁、底部)に第
1導電型の不純物をドーピングしながら選択エピタキシ
ャル成長を行ない、第1導電型の第2の領域を形成し第
1のトレンチより小さい第2のトレンチを残す第3の工
程と、前記第2のトレンチ内部に第2導電型の不純物を
ドーピングしながら選択エピタキシャル成長を行ない第
2導電型の第3の領域を形成する第4の工程と、前記第
3の領域内に第2導電型で高不純物濃度の第4の領域を
形成する第5の工程とを含む固体撮像装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63264537A JP2584010B2 (ja) | 1988-10-20 | 1988-10-20 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63264537A JP2584010B2 (ja) | 1988-10-20 | 1988-10-20 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02111069A true JPH02111069A (ja) | 1990-04-24 |
JP2584010B2 JP2584010B2 (ja) | 1997-02-19 |
Family
ID=17404643
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63264537A Expired - Lifetime JP2584010B2 (ja) | 1988-10-20 | 1988-10-20 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2584010B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5420634A (en) * | 1991-04-01 | 1995-05-30 | Olympus Optical Co., Ltd. | Solid state imaging device |
JP2015005752A (ja) * | 2013-06-20 | 2015-01-08 | アイメック・ヴェーゼットウェーImec Vzw | イメージセンサで使用される埋め込みフォトダイオードの改良 |
WO2022163259A1 (ja) * | 2021-01-27 | 2022-08-04 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 受光素子、受光素子の製造方法及び測距システム |
-
1988
- 1988-10-20 JP JP63264537A patent/JP2584010B2/ja not_active Expired - Lifetime
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