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

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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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ccd
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Takahiro Yamada
隆博 山田
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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。

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。
従来の技術 CCD型撮像装置(参考文献: C,H,5equin
& 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
【図面の簡単な説明】
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

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (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. (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. (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。
JP63264537A 1988-10-20 1988-10-20 固体撮像装置およびその製造方法 Expired - Lifetime JP2584010B2 (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

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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

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