JPH02253658A - Solid-state image sensing element - Google Patents

Solid-state image sensing element

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Publication number
JPH02253658A
JPH02253658A JP1075744A JP7574489A JPH02253658A JP H02253658 A JPH02253658 A JP H02253658A JP 1075744 A JP1075744 A JP 1075744A JP 7574489 A JP7574489 A JP 7574489A JP H02253658 A JPH02253658 A JP H02253658A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
impurity layer
type impurity
photodiode
ccd
image sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP1075744A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Ishihama
石濱 晃
Toshio Yoshida
敏雄 吉田
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Filing date
Publication date
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Priority to JP1075744A priority Critical patent/JPH02253658A/en
Publication of JPH02253658A publication Critical patent/JPH02253658A/en
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Abstract

PURPOSE:To reduce variations of a dark output and further reduce a residual image component included in an output signal by incorporating an impurity in the opposite conductivity type impurity layer in a self-alignment manner. CONSTITUTION:A P-type impurity layer 46 is formed in a self-alignment manner by the use of an ion implantation preventing film 52, so that there are produced less variations at a location of the end of a P-type impurity layer 46 on the side of a charge read gate 48 and are produced less variations of a dark output of a photodiode part 18. Additionally, the P-type impurity layer 46 has very thin thickness and hence is formed substantially over the entire surface of a photodiode N-type impurity layer 38. Hereby, when electric charge stored in a photodiode N-type impurity layer 38 is read out into a CCD channel N-type impurity layer 40 through a charge read gate 48, electric charge trapped in a potential dip is reduced and hence a residual component included in an electric signal outputted from the CCD image sensor is reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は固体撮像素子に関し、特にその出力に含まれ
る残像成分と、暗時出力のばらつきとを低減することが
可能な固体撮像素子に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a solid-state imaging device capable of reducing afterimage components included in its output and variations in dark output.

[従来の技術] 第6図は固体撮像素子の一例であって、電荷結合デバイ
ス(以下CCDと略す)を用いたCCDイメージセンサ
の原理的構成を示す模式図である。
[Prior Art] FIG. 6 is an example of a solid-state image sensor, and is a schematic diagram showing the basic configuration of a CCD image sensor using a charge-coupled device (hereinafter abbreviated as CCD).

第6図を参照して、このCCDイメージセンサ10は、
入射光に応答して電気信号を生成する感光部12と、感
光部12から出力される電気信号を水平に転送する水平
CCD転送部14とを含む。
Referring to FIG. 6, this CCD image sensor 10 is
It includes a photosensitive section 12 that generates an electrical signal in response to incident light, and a horizontal CCD transfer section 14 that horizontally transfers the electrical signal output from the photosensitive section 12.

感光部12は、縦横に行列をなして規則正しく配列され
た複数の単位画素16を含む。
The photosensitive section 12 includes a plurality of unit pixels 16 regularly arranged in rows and columns in all directions.

各単位画素16は、入射した光に応答して光電変換を行
ない、電荷を蓄禎するフォトダイオード部18と、フォ
トダイオード部18から電荷を読出し、水平CCD転送
部14の方向に順次転送する垂直CCD転送部20とを
含む。垂直CCD転送部20は4柑CCDシフトレジス
タと同様の構造を有するものであって、端子22.24
.26.28を有する。
Each unit pixel 16 includes a photodiode section 18 that performs photoelectric conversion in response to incident light and stores charges, and a vertical section that reads charges from the photodiode section 18 and sequentially transfers them in the direction of the horizontal CCD transfer section 14. A CCD transfer unit 20 is included. The vertical CCD transfer section 20 has a structure similar to that of a four-channel CCD shift register, and has terminals 22 and 24.
.. It has 26.28.

水平CCD転送部14は2相CCDシフトレジスタと同
様の構造を有するものであって、端子30.32を有す
る。
The horizontal CCD transfer section 14 has a structure similar to a two-phase CCD shift register, and has terminals 30 and 32.

第7図は単位画素16を詳細に示す拡大平面図であり、
第8図は第7図の■−■方向矢視断面図である。第7図
および第8図を参照して、単位画素16は、N型シリコ
ン基板34上に形成されたP型ウェル層36上に設けら
れる。単位画素16は、P型ウェル層36上に形成され
たフォトダイオードN型不純物層38と、フォトダイオ
ードN型不純物層38と所定の距離をおいて形成された
垂直COD転送部のCCDチャンネルN型不純物層40
と、CCDチャンネルN型不純物層40に隣接して形成
された素子分離用の高濃度のP+不純物層42と、フォ
トダイオードN型不純物層38とCCDチャンネルN型
不純物層40とP+不純物層42等との上に形成された
シリコン酸化膜37と、フォトダイオードN型不純物層
38に隣接して、CCDチャンネルN型不純物層40お
よびP+不純物層42の上部のシリコン酸化膜37上に
設けられた垂直CCDゲート電極44と、フォトダイオ
ードN型不純物層38の表面に形成されたP型不純物層
46とを含む。フォトダイオードN型不純物層38と、
CCDチャンネルN型不純物層40との間のP型ウェル
層36の部分は、電荷読出ゲート48を形成する。
FIG. 7 is an enlarged plan view showing the unit pixel 16 in detail,
FIG. 8 is a cross-sectional view of FIG. Referring to FIGS. 7 and 8, unit pixel 16 is provided on P-type well layer 36 formed on N-type silicon substrate 34. Referring to FIGS. The unit pixel 16 includes a photodiode N-type impurity layer 38 formed on a P-type well layer 36 and a CCD channel N-type of a vertical COD transfer section formed at a predetermined distance from the photodiode N-type impurity layer 38. Impurity layer 40
, a high concentration P+ impurity layer 42 for element isolation formed adjacent to the CCD channel N-type impurity layer 40, a photodiode N-type impurity layer 38, a CCD channel N-type impurity layer 40, a P+ impurity layer 42, etc. and a vertical silicon oxide film 37 formed on the CCD channel N-type impurity layer 40 and the P+ impurity layer 42 adjacent to the photodiode N-type impurity layer 38. It includes a CCD gate electrode 44 and a P-type impurity layer 46 formed on the surface of the photodiode N-type impurity layer 38 . a photodiode N-type impurity layer 38;
A portion of the P-type well layer 36 between the CCD channel N-type impurity layer 40 forms a charge read gate 48 .

第6図〜第8図を参照して、従来の固体撮像素子の一例
としてのCCDイメージセンサ10の動作が説明される
。第8図の矢印りの方向から入射する光に応答して、フ
ォトダイオードN型不純物層38とP型ウェル層36と
の界面のPN接合において、光電変換が起きる。光電変
換により生成された電荷は、所定の時間フォトダイオー
ドN型不純物層38内に蓄積される。
The operation of the CCD image sensor 10 as an example of a conventional solid-state image sensor will be explained with reference to FIGS. 6 to 8. In response to light incident from the direction of the arrow in FIG. 8, photoelectric conversion occurs at the PN junction at the interface between the photodiode N-type impurity layer 38 and the P-type well layer 36. Charges generated by photoelectric conversion are accumulated in the photodiode N-type impurity layer 38 for a predetermined period of time.

垂直CCDゲート電極44にハイレベルの電位が与えら
れると、電荷読出ゲート48の下にチャンネルが形成さ
れる。フォトダイオードN型不純物層38内に蓄積され
た電荷は、このチャンネルを通ってCCDチャンネルN
型不純物層40へと移る。
When a high level potential is applied to the vertical CCD gate electrode 44, a channel is formed under the charge read gate 48. The charges accumulated in the photodiode N-type impurity layer 38 pass through this channel to the CCD channel N.
Moving on to the type impurity layer 40.

CCDチャンネルN型不純物層40に移った電荷は、端
子22.24.26と端子28との間に順次与えられる
パルス電圧により一般的な4相CCDシフトレジスタに
おける電荷の転送と同様に水平CCD転送部14の方向
に転送される。この方向は第6図において矢印Vで示さ
れる。水平CCD転送部14に転送された電荷は、端子
30.32間に与えられるパルス電圧によるシフトレジ
スタ動作で、図示されない処理回路の方向へ順次送られ
る。この方向は第6図において矢印Hで示される。
The charge transferred to the CCD channel N-type impurity layer 40 is transferred to a horizontal CCD similar to the charge transfer in a general four-phase CCD shift register by pulse voltages sequentially applied between terminals 22, 24, 26 and 28. It is transferred in the direction of section 14. This direction is indicated by arrow V in FIG. The charges transferred to the horizontal CCD transfer section 14 are sequentially sent toward a processing circuit (not shown) by a shift register operation using a pulse voltage applied between terminals 30 and 32. This direction is indicated by arrow H in FIG.

上述のようにして2次元の画像情報が電気信号に変換さ
れる。
Two-dimensional image information is converted into electrical signals as described above.

P型不純物層46は、2つの機能を有する。−方の機能
は、フォトダイオード部18の表面電位を固定化するこ
とである。P型不純物層46はP1不純物層42に接続
されている。P+不純物層42は電気的に接地電位(以
下GND)に固定される。P型不純物層46の電位もG
NDに固定される。
P-type impurity layer 46 has two functions. The function of the - side is to fix the surface potential of the photodiode section 18. P-type impurity layer 46 is connected to P1 impurity layer 42. The P+ impurity layer 42 is electrically fixed to a ground potential (hereinafter referred to as GND). The potential of the P-type impurity layer 46 is also G.
Fixed to ND.

P型不純物層46がないと、フォトダイオード部18の
深さ方向のポテンシャルプロファイルの表面電位は、フ
ォトダイオードポテンシャルおよびP型ウェル層46と
N型シリコン基板34間に印加されるオーバフローコン
トロール電圧に依存して深くなる可能性がある。この表
面電位が深くなると、フォトダイオード部18から垂直
CCD転送部20に電荷が読出される際に、この部分に
取残し電荷が生ずる可能性がある。取残し電荷が生じた
場合、CCDイメージセンサlOから出力される電気信
号10には残像成分が発生する。P型不純物層46はフ
ォトダイオード部18の表面電位をGNDに固定化して
ポテンシャルプロファイルが深くなることを防ぐための
ものである。
Without the P-type impurity layer 46, the surface potential of the potential profile in the depth direction of the photodiode section 18 depends on the photodiode potential and the overflow control voltage applied between the P-type well layer 46 and the N-type silicon substrate 34. It may become deeper. If this surface potential becomes deep, there is a possibility that charges will be left behind in this portion when charges are read out from the photodiode section 18 to the vertical CCD transfer section 20. When residual charge is generated, an afterimage component is generated in the electrical signal 10 output from the CCD image sensor IO. The P-type impurity layer 46 is for fixing the surface potential of the photodiode section 18 to GND to prevent the potential profile from becoming deep.

P型不純物層46の他方の機能は、フォトダイオード部
18の暗時出力を低減することである。
The other function of the P-type impurity layer 46 is to reduce the dark output of the photodiode section 18.

フォトダイオードN型不純物層38と、その表面のシリ
コン酸化膜37との界面には、界面準位が存在している
。この界面準位はフォトダイオード部18の暗時出力の
発生原因となる。そこで、フォトダイオードN型不純物
層38の表面に、その導電型式と逆の導電型式の不純物
層、すなわちP型の不純物層を形成する。
An interface level exists at the interface between the photodiode N-type impurity layer 38 and the silicon oxide film 37 on the surface thereof. This interface level causes the dark output of the photodiode section 18 to occur. Therefore, on the surface of the photodiode N-type impurity layer 38, an impurity layer of a conductivity type opposite to that of the photodiode N-type impurity layer 38, that is, a P-type impurity layer is formed.

この場合、P型不純物層46は界面準位へのホールの供
給源として機能し、フォトダイオード表面は空乏化しな
い。そのためフォトダイオード部18においてフォトダ
イオードN型不純物層38とその表面のシリコン酸化膜
37との界面における界面準位が原因で発生する暗時出
力が低減される。
In this case, the P-type impurity layer 46 functions as a source of holes to the interface level, and the photodiode surface is not depleted. Therefore, the dark output generated in the photodiode section 18 due to the interface state at the interface between the photodiode N-type impurity layer 38 and the silicon oxide film 37 on its surface is reduced.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら従来の固体撮像素子には、P型不純物層4
6の、読出ゲート48側の端部の形状のばらつきにより
、暗時出力の大きさにばらつきが生じるという問題点が
ある。また、電荷読出ゲート48とP型不純物層46と
の間においてCCDチャンネルN型不純物層40に読出
されない電荷が生じるという問題がある。このため、フ
ォトダイオード部18の出力信号には残像成分が現われ
る。
[Problem to be solved by the invention] However, in the conventional solid-state image sensor, the P-type impurity layer 4
No. 6, there is a problem in that variations in the shape of the end on the read gate 48 side cause variations in the magnitude of the dark output. Further, there is a problem in that charges that are not read out to the CCD channel N-type impurity layer 40 are generated between the charge readout gate 48 and the P-type impurity layer 46. Therefore, an afterimage component appears in the output signal of the photodiode section 18.

第9図は、P型不純物層46の形成工程を表わす固体撮
像素子の断面図である。第9図を参照して、従来の固体
撮像素子の形成工程においては、フォトダイオードN型
不純物層38の表面のP型不純物層46が、パターニン
グされたフォトレジスト50をマスクとするイオン注入
法によって形成される。
FIG. 9 is a cross-sectional view of the solid-state imaging device showing the process of forming the P-type impurity layer 46. Referring to FIG. 9, in the conventional solid-state imaging device formation process, the P-type impurity layer 46 on the surface of the photodiode N-type impurity layer 38 is removed by ion implantation using a patterned photoresist 50 as a mask. It is formed.

P型不純物層46の電荷読出ゲート48側の端部は、フ
ォトレジスト50によって決定される。
The end of the P-type impurity layer 46 on the charge readout gate 48 side is determined by the photoresist 50.

フォトレジスト50の、垂直CCDゲート電極44の側
壁部分の厚さは、約0.6〜0.8μm程度である。フ
ォト工程では、この側壁部分の厚みにはばらつきが生ず
る。したがってP型不純物層46の、電荷読出ゲート4
8側の端部の位置にもばらつきが生ずる。P型不純物層
46の面積の大小により、フォトダイオードN型不純物
層38とシリコン酸化膜37との界面の界面準位に起因
する暗時出力の値が変動する。そのため、フォトダイオ
ード部18の暗時出力のばらつきが生ずる。
The thickness of the sidewall portion of the vertical CCD gate electrode 44 of the photoresist 50 is about 0.6 to 0.8 μm. In the photo process, variations occur in the thickness of this side wall portion. Therefore, the charge readout gate 4 of the P-type impurity layer 46
Variations also occur in the position of the end on the 8 side. Depending on the size of the area of the P-type impurity layer 46, the value of the dark output due to the interface state at the interface between the photodiode N-type impurity layer 38 and the silicon oxide film 37 varies. Therefore, variations in the dark output of the photodiode section 18 occur.

第10図は、第9図に示されるフォトダイオードのポテ
ンシャルプロファイルである。第10図において実線で
示される曲線aは、第9図のA−A方向矢視断面のポテ
ンシャルプロファイルを示す。第10図において点線で
示される曲線すは第9図のB−B方向矢視断面のポテン
シャルプロファイルを示す。
FIG. 10 is a potential profile of the photodiode shown in FIG. 9. A curve a shown by a solid line in FIG. 10 shows a potential profile of a cross section taken along the line A--A in FIG. 9. The curved line indicated by a dotted line in FIG. 10 represents the potential profile of a cross section taken along the line B--B in FIG. 9.

第10図に示されるように、P型不純物層46が形成さ
れる部分のポテンシャルプロファイルに対し、P型不純
物層46が形成されない部分のそれは深くなる。そのた
め、電荷読出ゲート48の下を通ってフォトダイオード
N型不純物層38から読出される電荷の一部が、このポ
テンシャルプロファイルの深くなったポテンシャルデイ
ツプの部分に溜まる。この部分において電荷の読出が不
完全となり、溜まった電荷が次回の読出時1こ出力され
ることになる。したがって、このフォトダイオードの出
力には残像成分が含まれることになる。
As shown in FIG. 10, the potential profile of the portion where the P-type impurity layer 46 is formed is deeper than that of the portion where the P-type impurity layer 46 is not formed. Therefore, a portion of the charge read out from the photodiode N-type impurity layer 38 passing under the charge readout gate 48 accumulates in the deeper potential dip portion of this potential profile. In this part, the readout of charges becomes incomplete, and one accumulated charge will be outputted at the next readout. Therefore, the output of this photodiode will include an afterimage component.

上述の問題を避けるため、P型不純物層46の電荷読出
ゲート48側の端部を垂直CCDゲート電極44によっ
て決定する方法も考えられる。しかしながらこの場合に
は、P型不純物層46が、読出ゲート48の下のチャン
ネル領域にも形成されてしまう。そのため、電荷をCC
DチャンネルN型不純物層40に読出す際に、フォトダ
イオードN型不純物層38内が空乏化しない。電荷の続
出は不完全となり、この場合にもやはり出力される電気
信号中に残像成分が含まれる。
In order to avoid the above-mentioned problem, a method may be considered in which the end of the P-type impurity layer 46 on the charge readout gate 48 side is determined by the vertical CCD gate electrode 44. However, in this case, the P-type impurity layer 46 is also formed in the channel region under the read gate 48. Therefore, the charge is CC
When reading into the D channel N type impurity layer 40, the inside of the photodiode N type impurity layer 38 is not depleted. The succession of charges is incomplete, and in this case as well, afterimage components are included in the output electrical signal.

したがってこの発明の目的は、暗時出力のばらつきが少
なく、かつ出力信号に含まれる残像成分を低減すること
が可能な固体撮像素子を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to provide a solid-state image sensor that has less variation in dark output and is capable of reducing afterimage components included in the output signal.

[課題を解決するための手段] この発明にかかる固体撮像素子は、半導体基板に配列さ
れた複数個の単位領域を含み、各単位領域は、表面側の
或る導電型式の領域とそれより下層の逆導電型式の領域
との半導体接合部を含む光電変換部と、光電変換部に隣
接する電荷転送部と、光電変換部から電荷転送部への電
荷の読出を制御する電荷読出制御部とを含み、光電変換
部の半導体接合部の表面側の或る導電型式の領域の表面
に形成され、或る導電型式の領域の表面の電位を固定化
するための逆導電型式の不純物層を備える。
[Means for Solving the Problems] A solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of unit regions arranged on a semiconductor substrate, each unit region having a region of a certain conductivity type on the surface side and a layer below the region. a photoelectric conversion section including a semiconductor junction with a region of opposite conductivity type, a charge transfer section adjacent to the photoelectric conversion section, and a charge readout control section that controls readout of charge from the photoelectric conversion section to the charge transfer section. an impurity layer of an opposite conductivity type, which is formed on the surface of a region of a certain conductivity type on the surface side of the semiconductor junction of the photoelectric conversion section, for fixing the potential of the surface of the region of a certain conductivity type.

そしてこの発明にかかる固体撮像素子は、逆導電型式の
不純物層が自己整合的に不純物が導入されていることを
特徴とする。
The solid-state imaging device according to the present invention is characterized in that impurities are introduced into the reverse conductivity type impurity layer in a self-aligned manner.

[作用] 上述の構成を備える固体撮像素子において、逆導電型式
の不純物層は、自己整合的に不純物が導入されている。
[Operation] In the solid-state imaging device having the above-described configuration, impurities are introduced into the reverse conductivity type impurity layer in a self-aligned manner.

そのため、その電荷読出制御部側の端部の位置は、従来
のようにフォトレジストのバターニング工程によるばら
つきを含まない。したがって光電変換部表面において、
逆導電型式の不純物層の面積のばらつきが減少する。
Therefore, the position of the end on the charge readout control section side does not include variations due to the patterning process of the photoresist as in the conventional case. Therefore, on the surface of the photoelectric conversion part,
The variation in area of the opposite conductivity type impurity layer is reduced.

また光電変換部の表面の逆導電型式の不純物層が形成さ
れない部分の面積は、従来のようにフォトレジストを使
用した場合と比較して減少する。
Furthermore, the area of the portion of the surface of the photoelectric conversion section where the reverse conductivity type impurity layer is not formed is reduced compared to the case where a photoresist is used as in the past.

そのため、光電変換部においてそのポテンシャルプロフ
ァイルが深くなる部分が存在しなくなる。
Therefore, there is no portion where the potential profile becomes deep in the photoelectric conversion section.

[実施例] 第1図はこの発明にかかる固体撮像素子の一実施例とし
てのCCDイメージセンサの一単位画素16の拡大平面
図である。第2図は第1図の■−■方向の矢視断面図で
ある。この実施例のCCDイメージセンサの全体の概略
は、第6図を参照して述べられた従来のイメージセンサ
のそれと同様である。
[Embodiment] FIG. 1 is an enlarged plan view of one unit pixel 16 of a CCD image sensor as an embodiment of the solid-state image sensor according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG. The overall outline of the CCD image sensor of this embodiment is similar to that of the conventional image sensor described with reference to FIG.

第1図および第2図を参照して、このイメージセンサは
、N型シリコン基板34と、N型シリコン基板34上に
形成されたP型ウェル層36と、P型ウェル層36上に
形成されたフォトダイオードN型不純物層38と、フォ
トダイオードN型不純物層38の一方側に隣接して設け
られた素子分離用のP+不純物層42と、フォトダイオ
ードN型不純物層38の他方側に、フォトダイオードN
型不純物層38と所定の距離をおいて形成された電荷転
送用のCCDチャンネルN型不純物層40と、P型ウェ
ル層36の表面に形成されたシリコン酸化膜37と、シ
リコン酸化膜37上の、フォトダイオードN型不純物層
38が形成されていない部分に、CCDチャンネルN型
不純物層40を覆い、かつフォトダイオードN型不純物
層38に一方端が接するように形成された垂直CCDゲ
ート電極44と、垂直CCDゲート電極44の表面に熱
酸化によって均一に形成されたイオン注入阻止膜52と
、イオン注入阻止膜52をマスクにイオン注入法により
形成されたP型不純物層46とを含む。CCDチャンネ
ルN型不純物層40は、素子分離用のP+不純物層42
により、隣接する単位画素のフォトダイオードN型不純
物層38と分離されている。
Referring to FIGS. 1 and 2, this image sensor includes an N-type silicon substrate 34, a P-type well layer 36 formed on the N-type silicon substrate 34, and a P-type well layer 36 formed on the P-type well layer 36. A photodiode N-type impurity layer 38 , a P+ impurity layer 42 for element isolation provided adjacent to one side of the photodiode N-type impurity layer 38 , and a photodiode N-type impurity layer 38 on the other side of the photodiode N-type impurity layer 38 . Diode N
A CCD channel N-type impurity layer 40 for charge transfer formed at a predetermined distance from the type impurity layer 38, a silicon oxide film 37 formed on the surface of the P-type well layer 36, and a silicon oxide film 37 on the silicon oxide film 37. , a vertical CCD gate electrode 44 formed in a portion where the photodiode N-type impurity layer 38 is not formed, covering the CCD channel N-type impurity layer 40 and having one end in contact with the photodiode N-type impurity layer 38; , an ion implantation blocking film 52 uniformly formed on the surface of the vertical CCD gate electrode 44 by thermal oxidation, and a P-type impurity layer 46 formed by ion implantation using the ion implantation blocking film 52 as a mask. The CCD channel N-type impurity layer 40 is a P+ impurity layer 42 for element isolation.
Therefore, it is separated from the photodiode N-type impurity layer 38 of the adjacent unit pixel.

フォトダイオードN型不純物層38とCCDチャンネル
N型不純物層40との間のP型ウェル層36の部分は、
垂直CCDゲート電極44をゲートとする電荷読出ゲー
ト48を形成する。
The portion of the P-type well layer 36 between the photodiode N-type impurity layer 38 and the CCD channel N-type impurity layer 40 is
A charge readout gate 48 having the vertical CCD gate electrode 44 as a gate is formed.

イオン注入阻止膜52は、たとえば熱酸化により形成さ
れる。そのためその膜厚を調節することは容易である。
The ion implantation blocking film 52 is formed, for example, by thermal oxidation. Therefore, it is easy to adjust the film thickness.

たとえば、垂直CCDゲート電極44の側壁は、膜厚1
000〜200OAで均一に形成することが可能である
For example, the side walls of the vertical CCD gate electrode 44 have a film thickness of 1
It is possible to form it uniformly with OA of 000 to 200OA.

第1図および第2図に示されるイメージセンサは、第7
図および第8図に示される従来のイメージセンサに対し
、イオン注入阻止膜52が新たに加えらている。また第
1図および第2図に示されるイメージセンサにおいては
、P型不純物層46が、イオン注入阻止膜52をマスク
として自己整合的に形成されていることが、従来のイメ
ージセンサと相違している。−それ以外の点では第1図
および第2図に示されるイメージセンサは第7図および
第8図に示されるイメージセンサと同様の構造を有し、
対応する各部分にはそれぞれ同一の符号および同一の名
称が付けられている。また各部の機能も同一であるため
、ここでは詳細な説明は省略される。
The image sensor shown in FIG. 1 and FIG.
An ion implantation blocking film 52 is newly added to the conventional image sensor shown in FIGS. Furthermore, the image sensor shown in FIGS. 1 and 2 differs from conventional image sensors in that the P-type impurity layer 46 is formed in a self-aligned manner using the ion implantation blocking film 52 as a mask. There is. - otherwise the image sensor shown in FIGS. 1 and 2 has a structure similar to the image sensor shown in FIGS. 7 and 8;
Corresponding parts are given the same reference numerals and names. Furthermore, since the functions of each part are the same, detailed explanation will be omitted here.

第1図および第2図に示されるイメージセンサにおいて
、P型不純物層46は、イオン注入阻止膜52をマスク
として自己整合的に形成されている。そのため、P型不
純物層46の、電荷読出ゲート48側の端部の位置には
ばらつきがない。そのため、フォトダイオード部18の
暗時の出力のばらつきが低減される。またP型不純物層
46は1000〜2000人程度の膜厚を有パフ。この
膜厚は従来の技術におけるフォトレジストの膜厚0.6
〜0.8μmと比較して非常に小さい。したがって、P
型不純物層46は、フォトダイオードN型不純物層38
上のほぼ全面に形成される。
In the image sensor shown in FIGS. 1 and 2, the P-type impurity layer 46 is formed in a self-aligned manner using the ion implantation blocking film 52 as a mask. Therefore, there is no variation in the position of the end of the P-type impurity layer 46 on the charge read gate 48 side. Therefore, variations in the output of the photodiode section 18 during dark times are reduced. Further, the P-type impurity layer 46 is puffed to a thickness of about 1,000 to 2,000 layers. This film thickness is 0.6 the film thickness of the photoresist in the conventional technology.
It is very small compared to ~0.8 μm. Therefore, P
The type impurity layer 46 is the photodiode N type impurity layer 38.
It is formed almost entirely on the top.

逆にいえばフォトダイオードN型不純物層38上におい
て、P型不純物層46の形成されていない部分の面積は
非常に小さい。そのため、フォトダイオードN型不純物
層46において、そのポテンシャルプロファイルが深く
なる部分はほとんど存在しない。
Conversely, the area of the portion on the photodiode N-type impurity layer 38 where the P-type impurity layer 46 is not formed is very small. Therefore, in the photodiode N-type impurity layer 46, there is almost no portion where the potential profile becomes deep.

その結果、フォトダイオードN型不純物層38中の電荷
が電荷読出ゲート48を経てCCDチャンネルN型不純
物層40に読出される際、ポテンシャルデイツブに溜ま
る電荷の量が低減される。
As a result, when the charge in the photodiode N-type impurity layer 38 is read out to the CCD channel N-type impurity layer 40 via the charge readout gate 48, the amount of charge accumulated in the potential data is reduced.

したがってCCDイメージセンサの出力する電気信号に
含まれる残像成分は低減される。
Therefore, the afterimage component included in the electrical signal output from the CCD image sensor is reduced.

イオン注入阻止膜52は垂直CCDゲート電極44の側
壁に所定の膜厚で形成されている。そのため、イオン注
入法による形成の際、P型不純物層46が電荷読出ゲー
ト48下に進入することがない。そのためフォトダイオ
ードN型不純物層38からの電荷の読出は完全に行なわ
れる。したがって、従来の技術においてP型不純物層4
6の端部を垂直CCDゲート電極44によって決定した
場合のように、イメージセンサの信号出力中に残像成分
が含まれるということもない。
The ion implantation blocking film 52 is formed on the side wall of the vertical CCD gate electrode 44 to a predetermined thickness. Therefore, during formation by ion implantation, the P-type impurity layer 46 does not enter under the charge read gate 48. Therefore, charges are completely read out from the photodiode N-type impurity layer 38. Therefore, in the conventional technology, the P-type impurity layer 4
6 is determined by the vertical CCD gate electrode 44, no afterimage components are included in the signal output of the image sensor.

第3A図〜第3C図は、第2図のCCDイメージセンサ
を作製するための工程の一部を示す断面図である。第3
C図は第2図に相当する。
3A to 3C are cross-sectional views showing a part of the process for manufacturing the CCD image sensor of FIG. 2. FIG. Third
Figure C corresponds to Figure 2.

第3A図を参照して、公知の技術によって、N型シリコ
ン基板34上に形成されたP型ウェル層36と、P型ウ
ェル層36上に形成されたフォトダイオードN型不純物
層38と、フォトダイオードN型不純物層38の一方側
に隣接して形成された素子分離用のP+不純物層42と
、フォトダイオードN型不純物層38の他方側に、フォ
トダイオードN型不純物層38と所定の距離をおいて形
成されたCCDチャンネルN型不純物層40と、P型ウ
ェル層36の表面に形成されたシリコン酸化膜37と、
CCDチャンネルN型不純物層40の上に、フォトダイ
オードN型不純物層38と接するように形成された垂直
CCDゲート電極44とが準備される。
Referring to FIG. 3A, a P-type well layer 36 formed on an N-type silicon substrate 34, a photodiode N-type impurity layer 38 formed on the P-type well layer 36, and a photodiode N-type impurity layer 38 formed on the P-type well layer 36 are formed using a known technique. A P+ impurity layer 42 for element isolation formed adjacent to one side of the diode N-type impurity layer 38 and a predetermined distance from the photodiode N-type impurity layer 38 are formed on the other side of the photodiode N-type impurity layer 38. a CCD channel N-type impurity layer 40 formed in
A vertical CCD gate electrode 44 formed on the CCD channel N-type impurity layer 40 and in contact with the photodiode N-type impurity layer 38 is prepared.

第3B図を参照して、垂直CCDゲート電極44の表面
全面を覆って、膜厚1000〜2000人のイオン注入
阻止膜52が熱酸化によって形成される。イオン注入阻
止膜52をマスクにイオン注入が行なわれる。
Referring to FIG. 3B, an ion implantation blocking film 52 having a thickness of 1,000 to 2,000 thick is formed by thermal oxidation to cover the entire surface of the vertical CCD gate electrode 44. Ion implantation is performed using the ion implantation blocking film 52 as a mask.

第3C図を参照して、イオン注入によりP型不純物層4
6が形成され、この実施例のフォトダイオードが得られ
る。
Referring to FIG. 3C, P-type impurity layer 4 is formed by ion implantation.
6 is formed to obtain the photodiode of this example.

第4図は、この発明の他の実施例にかかるCCDイメー
ジセンサの断面図である。この実施例においては、先の
実施例のイオン注入阻止膜52に代えて、垂直CCDゲ
ート電極44の側壁のみに、イオン注入阻止膜54が形
成される。P型不純物層46は、イオン注入阻止膜54
をマスクにイオン注入法により形成されるため、第1の
実施例におけるP型不純物層46と同様の形状に形成さ
れる。したがって、この実施例にかかるCCDCタイセ
ンサも、第1図および第2図に示されるCCDイメージ
センサと同様の効果を奏する。
FIG. 4 is a sectional view of a CCD image sensor according to another embodiment of the invention. In this embodiment, an ion implantation blocking film 54 is formed only on the side walls of the vertical CCD gate electrode 44 in place of the ion implantation blocking film 52 of the previous embodiment. The P-type impurity layer 46 is an ion implantation blocking film 54.
Since it is formed by ion implantation using a mask, it is formed in the same shape as the P-type impurity layer 46 in the first embodiment. Therefore, the CCDC tie sensor according to this embodiment also exhibits the same effects as the CCD image sensor shown in FIGS. 1 and 2.

第5A図〜第5C図は、第4図のCCDイメージセンサ
を得る工程の一部を示す断面図である。
5A to 5C are cross-sectional views showing a part of the process of obtaining the CCD image sensor of FIG. 4.

第5A図は第3A図と全く同様であり、その詳細な説明
は省略される。
FIG. 5A is completely similar to FIG. 3A, and detailed explanation thereof will be omitted.

第5B図を参照して、シリコン酸化膜54がたとえば気
相成長法により垂直CCDゲート電極44を覆って形成
される。その後エッチバック法により垂直CCDゲート
電極44の側壁のみにシリコン酸化膜を残すことにより
、イオン注入阻止膜54が形成される。イオン注入阻止
膜54をマスクにイオン注入法によってボロン等がフォ
トダイオードN型不純物層38の表面に注入され、P型
不純物層46が形成される。
Referring to FIG. 5B, a silicon oxide film 54 is formed over vertical CCD gate electrode 44 by, for example, vapor phase growth. Thereafter, the ion implantation blocking film 54 is formed by leaving the silicon oxide film only on the side walls of the vertical CCD gate electrode 44 using an etch-back method. Using the ion implantation blocking film 54 as a mask, boron or the like is implanted into the surface of the photodiode N-type impurity layer 38 by ion implantation to form a P-type impurity layer 46.

この実施例の場合も、イオン注入阻止膜54は均一の膜
厚で形成される。またその膜厚の調整も容易であり、1
000〜200OA程度の膜厚を有するイオン注入阻止
膜54が形成される。
Also in this embodiment, the ion implantation blocking film 54 is formed to have a uniform thickness. In addition, it is easy to adjust the film thickness, and 1
An ion implantation blocking film 54 having a thickness of approximately 0.000 to 200 OA is formed.

この実施例にかかるCCDイメージセンサにおいても、
P型不純物層46がフォトダイオードN型不純物層38
のほぼ全表面を覆って自己整合的に形成されている。そ
のため、第1の実施例におけると同様に、各フォトダイ
オードの暗時出力のばらつきも、また出力信号中に含ま
れる残像成分も低減される。
Also in the CCD image sensor according to this example,
P-type impurity layer 46 is photodiode N-type impurity layer 38
It is formed in a self-aligned manner covering almost the entire surface of the surface. Therefore, as in the first embodiment, variations in the dark output of each photodiode and afterimage components included in the output signal are reduced.

なお、この発明は上述の実施例に限定されない。Note that this invention is not limited to the above-described embodiments.

たとえば、上述の実施例の各導電型式を逆にした場合に
も同様の効果が得られることは言うまでもない。
For example, it goes without saying that similar effects can be obtained even if the conductivity types of the above-described embodiments are reversed.

[効果] この発明にかかる固体撮像素子において、逆導電型式の
不純物層は、自己整合的に不純物が導入されている。そ
のため、逆導電型式の不純物層の電荷読出制御部側の端
部の位置は一定である。したがって、光電変換部におい
て、その表面の逆導電型式の不純物層の面積のばらつき
が減少し、固体撮像素子の暗時出力のばらつきも減少す
る。
[Effects] In the solid-state imaging device according to the present invention, impurities are introduced into the reverse conductivity type impurity layer in a self-aligned manner. Therefore, the position of the end of the opposite conductivity type impurity layer on the charge readout control section side is constant. Therefore, in the photoelectric conversion section, variations in the area of the reverse conductivity type impurity layer on the surface thereof are reduced, and variations in the dark output of the solid-state image sensor are also reduced.

また、光電変換部の表面において、逆導電型式の不純物
層が形成されない部分の面積は小さい。
Further, on the surface of the photoelectric conversion section, the area of the portion where the reverse conductivity type impurity layer is not formed is small.

そのため、光電変換部において逆導電型式の不純物層が
形成されないためにポテンシャルプロファイルが深くな
る部分が存在しない。したがって、充電変換部の電荷の
読出の際にも、ポテンシャルプロファイルの深い部分に
溜まって読み出されない電荷は少なくなる。そのため、
固体撮像素子の出力中に残像成分が含まれることも少な
くなる。
Therefore, since no reverse conductivity type impurity layer is formed in the photoelectric conversion section, there is no portion where the potential profile becomes deep. Therefore, when reading out the charges of the charge conversion section, the amount of charges that are accumulated in a deep part of the potential profile and are not read out is reduced. Therefore,
Afterimage components are less likely to be included in the output of the solid-state image sensor.

すなわち、暗時出力のばらつきが少なく、かつ出力信号
に含まれる残像成分が低減された固体撮像素子を提供す
ることができる。
That is, it is possible to provide a solid-state imaging device with less variation in dark output and with reduced afterimage components included in the output signal.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例の固体撮像素子としてのCC
Dイメージセンサの一単位画素の拡大平面図であり、 第2図は第1図の■−■方向矢視断面図であり、第3A
図〜第3C図は第1図および第2図に示されるCCDイ
メージセンサの製造工程の一部を示す断面図であり、 第4図は本発明の他の実施例にかかる固体撮像素子とし
てのCCDイメージセンサの一単位画素の断面図であり
、 第5A図〜第5C図は、第4図に示されるCCDイメー
ジセンサの製造工程の一部を示す断面図であり、 第6図は一般的なCCDイメージセンサの構成を示す略
平面図であり、 第7図は従来の固体撮像素子の一例としてのCCDイメ
ージセンサの一単位画素の拡大平面図であり、 第8図は第7図の■−■方向矢視平面図であり、第9図
は従来のフォトダイオードの製造工程の一工程を示す略
断面図であり、 第10図は第9図のA−A方向矢視断面およびB−B方
向矢視断面におけるフォトダイオード部18のポテンシ
ャルプロファイルを示すグラフである。 なお、図中34はN型シリコン基板、36はP型ウェル
層、37はシリコン酸化膜、38はフォトダイオードN
型不純物層、40はCCDチャンネルN型不純物層、4
2はP+不純物層、44は垂直CCDゲート電極、46
はP型不純物層、48は電荷読出ゲート、52.54は
イオン注入阻止膜を示す。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。 第 図 第3A図 第 図 第 図 54:イ左3主λ?且t3更 第 5A図 第5C図 第 図
FIG. 1 shows a CC as a solid-state image sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged plan view of one unit pixel of the D image sensor; FIG.
3C are cross-sectional views showing a part of the manufacturing process of the CCD image sensor shown in FIGS. 1 and 2, and FIG. 4 is a sectional view showing a part of the manufacturing process of the CCD image sensor shown in FIGS. 5A to 5C are sectional views showing a part of the manufacturing process of the CCD image sensor shown in FIG. 4; FIG. 6 is a general sectional view of one unit pixel of a CCD image sensor; FIG. 7 is an enlarged plan view of one unit pixel of a CCD image sensor as an example of a conventional solid-state image sensor, and FIG. 8 is a schematic plan view showing the configuration of a CCD image sensor. 9 is a schematic cross-sectional view showing one step in the manufacturing process of a conventional photodiode, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken in the direction A--A of FIG. It is a graph showing a potential profile of the photodiode section 18 in a cross section taken in the direction of arrow B. In the figure, 34 is an N-type silicon substrate, 36 is a P-type well layer, 37 is a silicon oxide film, and 38 is a photodiode N.
type impurity layer, 40 is a CCD channel N type impurity layer, 4
2 is a P+ impurity layer, 44 is a vertical CCD gate electrode, 46
48 is a charge reading gate, and 52 and 54 are ion implantation blocking films. In addition, in the figures, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts. Figure 3A Figure 54: A left 3 main λ? And t3 further Figure 5A Figure 5C Figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体基板に配列された複数個の単位領域を含み
、 各前記単位領域は、表面側の或る導電型式の領域とそれ
より下層の逆導電型式の領域との半導体接合部を含む光
電変換部と、 前記光電変換部に隣接する電荷転送部と、 前記光電変換部から前記電荷転送部への電荷の読出を制
御する電荷読出制御部とを含み、 前記光電変換部の半導体接合部の表面側の或る導電型式
の領域の表面に形成され、前記或る導電型式の領域の表
面の電位を固定化するための逆導電型式の不純物層を備
える固体撮像素子において、前記逆導電型式の不純物層
は、自己整合的に不純物が導入されていることを特徴と
する、固体撮像素子。
(1) A photovoltaic device including a plurality of unit regions arranged on a semiconductor substrate, each unit region including a semiconductor junction between a region of a certain conductivity type on the front side and a region of an opposite conductivity type in a lower layer. a conversion section; a charge transfer section adjacent to the photoelectric conversion section; and a charge readout control section that controls readout of charges from the photoelectric conversion section to the charge transfer section; In a solid-state image sensing device, an impurity layer of a reverse conductivity type is formed on the surface of a region of a certain conductivity type on the front side and is provided with an impurity layer of a reverse conductivity type for fixing the potential of the surface of the region of the certain conductivity type. A solid-state imaging device characterized in that the impurity layer has impurities introduced in a self-aligned manner.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5567632A (en) * 1991-12-20 1996-10-22 Nakashiba; Yasutaka Method for fabricating solid state image sensor device having buried type photodiode
US6384436B1 (en) 1998-12-04 2002-05-07 Nec Corporation Photoelectric transducer and solid-state image sensing device using the same

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