JPH0218964A - 固体撮像装置 - 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〉 本発明は電荷結合素子（ＣＣＤ）を用いた固体撮像装置
の構造に関する。

〈従来の技術〉 ＣＣＤを用いた２次元固体撮像装置は、一般に光電変換
部と電荷転送部を共通にしたフレーム転送方式と両者を
個別に形成したインターライン転送方式とに大別される
か、短波長光感度、スミア。

チップサイズ等の点で後者の方が優れより一般的となっ
ている。なおインターライン転送方式において、光電変
換部から電荷転送部へ信号電荷を移す移送領域は、転送
部との間でポテンシャル差をつけることにより転送部電
極と共通にする移送ゲートレス方式が最近では一般的で
ある。

また強い入射光により光電変換部ないし電荷転送部で信
号電荷があふれ出すブルーミング現象を抑圧する方式と
して、光電変換部と同一平面上に掃出しドレインを形成
する横型オーバーフロードレイン構造と光電変換部の下
側即ち基板側に掃出しドレインを形成する縦型オーバー
フロードレイン構造が知られているが、平面上の面積の
制約を受けない後者の方が性能面で有利でありより一般
的である。後者の場合、当然ながら基板上に別導電型の
ウェルが形成されその上に光電変換部が形成される。

さて以上の理由から、インターライン転送／移送ゲート
レス／縦型オーバーフロードレイン構造とした固体撮像
装置が望ましいが、このような構造の場合でも、画素サ
イズの縮小化がさらに進むと種々問題点が現われてくる
。なお以下の議論では信号電荷が電子の場合を扱うが、
正孔の場合でも極性を反対にすることにより同様の議論
が可能である。

電子を信号とする固体撮像装置では、第４図に示すよう
にＮ基板上にＰウェルが形成されこのＰウェル上にＮ型
の光電変換部、Ｎ型の電荷転送部が形成される。ここで
電荷転送部は埋込みチャネル型とし、表面チャネル型の
移送部との間にポテンシャル差が形成される。

さて光電変換部下のＰウェルはオーバーフローを可能に
するため低濃度かつ浅い接合が必要となるのに対し、転
送部下のＰウェルは基板と転送チャネル間の電荷のやり
取りを禁止するため、高濃度ないし深い接合が必要とな
る。従って一般には図のような二重ウェル構造によりこ
の目的を達成している。

〈発明が解決しようとする問題点〉 画素サイズを縮小化した場合、接合深さの大きい転送部
下Ｐウェルは横方向への拡散により受光部下Ｐウェルへ
影響を与え、受光部下Ｐウェルの濃度及び深さの制御を
困難にする。この対策の１つとして第５図に示すように
、受光部下と転送部下でＰウェルを均一とし、受光部Ｎ
層接合深さを大きくする方法が知られている。この場合
、受光部・移送部間でポテンシャルの突起や窪みを生じ
させないようさらに高濃度のＮ土層が電極形成後膣電極
をマスクとして自己整合的に注入される。

しかしながら上記構造は受光部を主として接合深さの大
きいＮ層で決めているため画素サイズの縮小化にやはり
制約がある上、完全転送モードとすることが困難となる
。即ち受光部Ｎ層全体を完全に空乏化させようとすると
高濃度Ｎ土層が表面に存在するため受光部はきわめて深
いポテンシャルになってしまう。本発明は以上の問題点
に鑑みて発明されたものである。

く問題点を解決するための手段〉 本発明では、第２導電型基板に接合深さＪｐｌの比較的
深い低濃度の第１４電型層、及び、深さＪＰ２　（ＪＰ
Ｉ　＞　ＪＰ２　）の比較的浅い高濃度の第１導電型層
を均一に形成する。次に受光部中のチャネルストップ領
域から離れた領域にＪＰ２　＜ＪＮＩ　＜ＪＰＩなる関
係の接合深さＪＮＩを持った低濃度の第２導電型層を形
成する。その後転送領域にＪＮ２　＜　ＪＰ２なる関係
の接合深さＪＮ２を持った埋込みチャネルＣＣＤを形成
する。さらに転送電極を形成した後、この電極をマスク
として自己整合により受光部のほぼ全域にＪＮａ　＜　
ＪＮＩなる関係の接合深さＪＮａを持った第２導電型層
を形成する。最後に受光部全表面に転送電極をマスクと
して高濃度の第１導電型不純物をＪＮａより十分浅く形
成して固体撮像装置を構成する。

〈作　用〉 上述の半導体基板構造をもつ固体撮像装置では、受光部
の過剰電荷の抑圧には低濃度で深い第１のＰウェル上の
低濃度で深い第１の受光部Ｎ層が作用し、また受光部電
荷を取残しなく転送部へ移送することに対しては、各々
が電極をマスクに自己整合的に形成された比較的濃く浅
い第２の受光部Ｎ層と十分濃く浅い表面Ｐ＋層とが作用
する。さらに埋込みチャネルＣＣＤ下の濃く浅い第２の
Ｐウェルの存在により、Ｎ基板との分離、可扱信号電荷
量の確保、スミアの抑圧が図られる。

〈実施例〉 第１図は本発明の一実施例を示したものであり、（ａ）
は平面図を（ｂ）は（ａ）ＫおけるＡＡ’部分の断面図
を示す。図（ａ）において１はチャネルストップ領域、
２ば１層回転送電極、３は２層回転送電極、４は埋込み
チャネルＣＣＤのＮ層領域、５は第１の受光部８層注入
領域、６は第２の受光部８層注入領域を示す。

まず上記断面構造からなる固体撮像装置の製造工程を説
明する。第１図（ｂ）に示すように低濃度のＮ基板１０
に接合深さＪｐｒなる比較的深い低濃度の第１０Ｐウエ
ル１１を均一に形成する。次に深さＪＰ２なる比較的浅
い高濃度の第２のＰウェル１２を均一に形成する。さら
に光電変換部の中央領域にＪＰ２　＜ＪＮＩ　＜ＪＰＩ
なる関係の接合深さＪＮＩになるよう低濃度の第１の受
光部Ｎ層５を形成する。この場合接合深さＪＮＩが比較
的深いため横方向にも広がる。従ってこの８層５の注入
領域は第１図（ａ）に示したようにチャネルストップ領
域１から十分離れ、移送部電極３からも適度に離れた領
域とする。次に埋込みチャネルＣＣＤ用Ｎ層４をＪＮ２
＜ＪＰ２なる関係の接合深さＪＮ２になるよう形成する
。

さらに１層目及び２層目の転送電極２，３を形成した後
、接合深さＪＮａの第２の受光部Ｎ層６を第１の受光部
Ｎ層５より高濃度で形成する。接合深さＪＮａはＪＮＩ
より小であるがＪｐ２に対しては大小いずれでも良い。

この第２の受光部Ｎ層６のための注入領域は、第１図（
ａ）Ｋ示したように移送部境界では当該電極をマスクと
して自己整合になるようにし、チャネルストップ領域１
からはわずかに離れた受光部のほぼ全域とする。最後に
受光部表面全域に高濃度Ｐ土層７をＪＮａより十分浅く
形成する。

以上の構成において受光部の深さ方向のポテンシャル分
布を示すと第２図の如くなる。即ち曲線Ａｌで示す深さ
とポテンシャル分布の関係をもつ第１の８層部５は第２
の８層部６との加算状態であり、受光部電荷を全て転送
部へ移送した直後は完全に空乏化してポテンシャルはＶ
ＰＩまで深くなる。図中曲線Ｂ１で示す深さとポテンシ
ャル分布の関係をもつ第２の８層部６もこのとき完全に
空乏化してポテンシャルはＶＰ２　（ＶＰ２　＜ＶＰＩ
　）まで深くなる。次に受光部に信号電荷が蓄積してポ
テンシャルｖｐａまで浅くなると第１の８層部５下のＰ
ウェル１１は低濃度でかつ厚さ小であるからＰウェル部
バリヤが消失してＮ基板１０へ電荷が流出し始め、過剰
電荷の抑圧として働く。このときのポテンシャル分布を
曲線Ａ２で示す。また第２のＮ層領域６のポテンシャル
分布は曲線Ｂ２のようになる。なお第１のＮ層領域５は
第２のＮ層単独領域６よりポテンシャルが深いから基板
への電荷排出は第２のＮ層領域６から第１のＮ層領域５
へゆ流れ、受光部Ｎ層全体に対して作用する。

第１図（ａ）のＡＡ’部分における横方向ポテンシャル
分布を示すと第３図の如くなる。ここで受光部と移送部
の境界は第２の受光部Ｎ層６及び表面Ｐ＋層７とも電極
をマスクとして自己整合的かつ横方向への広がりを抑え
て形成されるから、ポテンシャルの突起や窪みの形成が
阻止される。また受光部におけるＮ層完全空乏化時のポ
テンシャルは第１のＮ層領域５のＶＰＩから第２のＮ層
単独領域のＶＰ２にわたって分布する。第１のＮ層領域
５と移送部との間隔を適度に取ると、受光部ポテンシャ
ルの底（ｖｐｔ　）から移送部にかけてわずかにポテン
シャルの山が形成されるものの、電極にｖＨなる高い電
位を印加した時には、移送部のポテンシャルはＶＰＩよ
り深くなり途中のポテンシャルの山は消失して、受光部
電荷を取残すことなく完全に転送部へ移送することが可
能となる。その後電極に電位ＶＬ　−Ｖｌ　（ＶＰ＜Ｖ
ｌ＜ＶＬ　）間チクロックパルスが印加され、転送部中
を電荷が転送され始めると、移送部は転送部に対しｖＢ
のポテンシャルバリヤが存在するため受光部・転送部間
が分離され、受光部での信号電荷の蓄積が再開される。

なお第１図（ｂ）で示したように転送部の埋込みチャネ
ルＣＣＤ用Ｎ層下には濃い第２のＰウェル１１が存在す
るため、転送チャネルとＮ基板間で電荷のやり取りが禁
止されるとともに、転送可能最大電荷量が確保され、さ
らに受光部下で発生する不要電荷の拡散による転送チャ
ネルへの侵入に対してバリヤとなり、スばア現象の抑圧
となる。

〈発明の効果〉 以上述べてきたように本発明の構造によれば、微細化さ
れた素子構造においても受光部の過剰電荷を基板面積に
負担をかけることなく抑制することができ、また受光部
電荷を取り残しなく転送部へ移送することができ、イン
ターライン転送方式の固体撮像装置における画質向上を
図ることができる。さらに埋込みチャネルＣＣＤ下の濃
く浅い第２のＰウェルの存在により、Ｎ基板との分離。

可扱信号電荷量の確保、スミアの抑圧が図られている。

本発明の固体撮像装置は、製造工程においても、第１導
電型ウエルがすべて均一な層状構造であるから微細加工
になる程その有用性を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図で、（ａ）は平面図
、（ｂ）はＡＡ’部分の断面図、第２図は本発明の受光
部深さ方向ポテンシャル分布図、第３図は第１図ＡＡ’
部分の横方向ポテンシャル分布を示す図、第４図及び第
５図はそれぞれ従来装置の基板断面図を示す。 ２．３：転送電極、４．転送部Ｎ型層、５二受光部第１
Ｎ型層、６：受光部第２Ｎ型層、７゛戸層、１１：低濃
度第１Ｐウエル、１２：高濃度第２Ｐウエル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１導電型層内に第２導電型からなる電荷転層部及
   び光電変換部を形成してなる固体撮像装置において、 第１導電型層内に形成された同じ導電型で且つ深さが浅
   い表面第１導電層と、 表面第１導電層内に形成された第２導電型の電荷転層部
   と、 受光領域の前記電荷転送部から離れた中央部分は前記表
   面第１導電層より深く且つ第１導電層より浅い第２導電
   型領域を形成し、受光領域の電荷転送部に近い側は前記
   第２導電型領域より浅く第２導電型領域を形成し、受光
   領域の表面部に高濃度に第１導電型不純物を導入してな
   る光電変換部とを備えてなることを特徴とする固体撮像
   装置。