JPH03114260A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH03114260A JPH03114260A JP1252650A JP25265089A JPH03114260A JP H03114260 A JPH03114260 A JP H03114260A JP 1252650 A JP1252650 A JP 1252650A JP 25265089 A JP25265089 A JP 25265089A JP H03114260 A JPH03114260 A JP H03114260A
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 54
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 22
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 19
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 15
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 6
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- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
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- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
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Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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〕
この発明は、ＣＭ Ｄ （Ｃｈａｒｇｅ Ｍｏｄｕｌａ
ｔｉｏｎ Ｄｅ−ｖ ｉ ｃｏ）受光素子及び周辺回路
を構成するＣＭＯ３ＩＨＴとを備えた固体撮像装置に関
する。
ｔｉｏｎ Ｄｅ−ｖ ｉ ｃｏ）受光素子及び周辺回路
を構成するＣＭＯ３ＩＨＴとを備えた固体撮像装置に関
する。
従来、ＭＩＳ型受光・蓄積部を有する受光素子からなる
固体撮像装置は種々のものが知られているが、その中、
ＭＩＳ型受光・蓄積部を有し且つ内部増Ｉ！８！能を有
する受光素子を用いた固体撮像装置がある。その−例と
して本件発明者が提案したＣＭＤ受光素子を用いた固体
撮像装置があり、特開昭６１−８４０５９号、及び１９
８６年に開催されたＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ ＤｅｖｉｃｅＭｅｅｔｉｎｇ （Ｉ
Ｅ Ｄ Ｍ ）の予稿集の第３５３〜３５６真の“Ａ
ＮＥ讐ＭＯ３ＩＭＡＧＥ ５ＥＮＳＯＲ０ＰＥＲＡＴＩ
ＮＧ ＩＮＡ Ｎ０Ｎ−ＤＩ！５ＴＲＵＣＴＩＶＥ Ｒ
ＥＡＤＯＵＴ ＭＯＤＥ”という題名の論文で、その内
容について開示がなされている。
固体撮像装置は種々のものが知られているが、その中、
ＭＩＳ型受光・蓄積部を有し且つ内部増Ｉ！８！能を有
する受光素子を用いた固体撮像装置がある。その−例と
して本件発明者が提案したＣＭＤ受光素子を用いた固体
撮像装置があり、特開昭６１−８４０５９号、及び１９
８６年に開催されたＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ ＤｅｖｉｃｅＭｅｅｔｉｎｇ （Ｉ
Ｅ Ｄ Ｍ ）の予稿集の第３５３〜３５６真の“Ａ
ＮＥ讐ＭＯ３ＩＭＡＧＥ ５ＥＮＳＯＲ０ＰＥＲＡＴＩ
ＮＧ ＩＮＡ Ｎ０Ｎ−ＤＩ！５ＴＲＵＣＴＩＶＥ Ｒ
ＥＡＤＯＵＴ ＭＯＤＥ”という題名の論文で、その内
容について開示がなされている。
第３図は、かかるＣＭＤ受光素子を用いた固体を層像装
置における単位画素の概略断面構造を示す図である０図
において、１０１はｐ−基板、１０２はｎ−チャネル層
、１０３はｎ゛ソース拡散層、１０４はｎ４ ドレイン
拡散層、１０５はゲート絶縁膜、１０６はゲートポリシ
リコン電極、１０７はソース電極、１０日はドレイン電
極である。
置における単位画素の概略断面構造を示す図である０図
において、１０１はｐ−基板、１０２はｎ−チャネル層
、１０３はｎ゛ソース拡散層、１０４はｎ４ ドレイン
拡散層、１０５はゲート絶縁膜、１０６はゲートポリシ
リコン電極、１０７はソース電極、１０日はドレイン電
極である。
次に、このような構成のＣＭＤ受光素子の受光動作につ
いて説明する。まず光１０９がゲート電極１０６の上部
より入射すると、入射光１０９はゲート電極１０６．ゲ
ート絶縁膜１０５を通ってｎ−チャネル層１０２に入り
、そこで正孔−電子対を発生させる。そのうちの光発生
正孔が、逆バイアスが印加されているゲート電極１０６
のゲート絶縁膜１０５−ｎ−チャネル層１０２の界面に
蓄積され、その結果、表面電位が上昇する。それより、
ソース拡散層１０３とドレイン拡散層１０４間に存在す
る電子に対する電子障壁が低下し、ｎ−チャネル層１０
２中を電子電流が流れる。この電流を読み取ることによ
り増幅された光信号が得られるようになっている。
いて説明する。まず光１０９がゲート電極１０６の上部
より入射すると、入射光１０９はゲート電極１０６．ゲ
ート絶縁膜１０５を通ってｎ−チャネル層１０２に入り
、そこで正孔−電子対を発生させる。そのうちの光発生
正孔が、逆バイアスが印加されているゲート電極１０６
のゲート絶縁膜１０５−ｎ−チャネル層１０２の界面に
蓄積され、その結果、表面電位が上昇する。それより、
ソース拡散層１０３とドレイン拡散層１０４間に存在す
る電子に対する電子障壁が低下し、ｎ−チャネル層１０
２中を電子電流が流れる。この電流を読み取ることによ
り増幅された光信号が得られるようになっている。
ところで、従来のＣＭＤ受光素子を用いた固体撮像装置
においては、ＣＭＤ受光素子のバックゲート電極は、不
純物濃度が１Ｅ１３〜１Ｅ１６ Ｃ１−”のｐ−型基板
をそのまま使用し、その上に不純物濃度がＩ Ｅ１３〜
Ｉ Ｅ１４ｃｍ１１−”、厚さが３〜１０−のｎ−エピ
タキシャル層を形成している。
においては、ＣＭＤ受光素子のバックゲート電極は、不
純物濃度が１Ｅ１３〜１Ｅ１６ Ｃ１−”のｐ−型基板
をそのまま使用し、その上に不純物濃度がＩ Ｅ１３〜
Ｉ Ｅ１４ｃｍ１１−”、厚さが３〜１０−のｎ−エピ
タキシャル層を形成している。
すなわち第４図（Ａ）、 （Ｂ）に示すように−様な基
板濃度Ｃ１，のｐ型基板上に、高抵抗ｎ−型エピタキシ
ャル層を厚さＸ、に形成している。
板濃度Ｃ１，のｐ型基板上に、高抵抗ｎ−型エピタキシ
ャル層を厚さＸ、に形成している。
このような基板とエピタキシャル層を用いて作成したＣ
ＭＤ受光素子を用いた固体撮像装置の欠点としては、所
望の基板濃度のウェハーを得るのに２〜３ケ月の長期間
を要する点、ゲッタリングに重要となる格子間酸素濃度
、炭素濃度、及びボロン濃度を全て所望の値に入れるの
が困難となる点、基板引き上げの際の成長縞等による不
純物濃度むらが、ＣＭＤ受光素子を用いたイメージセン
サにおいては出力不均一を引き起こし固定パターンノイ
ズ（ＦＰＮ）になる点、及び酸素が原因となるサーマル
ドナーの発生による基板不純物濃度の変化がＦＰＮの原
因となり、熱工程に制限が加わる点などが挙げられ、歩
留りの低下をきたす原因となっていた。
ＭＤ受光素子を用いた固体撮像装置の欠点としては、所
望の基板濃度のウェハーを得るのに２〜３ケ月の長期間
を要する点、ゲッタリングに重要となる格子間酸素濃度
、炭素濃度、及びボロン濃度を全て所望の値に入れるの
が困難となる点、基板引き上げの際の成長縞等による不
純物濃度むらが、ＣＭＤ受光素子を用いたイメージセン
サにおいては出力不均一を引き起こし固定パターンノイ
ズ（ＦＰＮ）になる点、及び酸素が原因となるサーマル
ドナーの発生による基板不純物濃度の変化がＦＰＮの原
因となり、熱工程に制限が加わる点などが挙げられ、歩
留りの低下をきたす原因となっていた。
本発明は、従来のＣＭＤ受光素子を用いた固体撮像装置
における上記問題点を解消するためになされたもので、
ｎ−エピタキシャル層を所望の不純物濃度をもつ拡散層
上に形成でき、ＦＰＮが少なく歩留りの向上した固体撮
像装置を提供することを目的とする。
における上記問題点を解消するためになされたもので、
ｎ−エピタキシャル層を所望の不純物濃度をもつ拡散層
上に形成でき、ＦＰＮが少なく歩留りの向上した固体撮
像装置を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段及び作用〕上記問題点を解
決するため、本発明は、半導体基板部の表面にソース領
域及びドレイン領域を形成すると共に、該ソース領域及
びドレイン領域の間に絶縁膜を介してゲート電極を配置
し、前記基板部表面と平行にソース・ドレイン電流が流
れるように構成したＣＭＤ受光素子及びＣＭＯ３ＦＥＴ
を備えた固体撮像装置において、前記半導体基板部を、
第１型半導体基板と該半導体基板上に形成された第１半
導体層とその表面上に第２半導体層を構成するか或いは
該半導体基板上にエピタキシャル法により形成された第
１型半導体層の少なくとも一部に形成された第１型半導
体拡散層と、その表面上に第２型半導体層を構成した固
体撮像装置である。
決するため、本発明は、半導体基板部の表面にソース領
域及びドレイン領域を形成すると共に、該ソース領域及
びドレイン領域の間に絶縁膜を介してゲート電極を配置
し、前記基板部表面と平行にソース・ドレイン電流が流
れるように構成したＣＭＤ受光素子及びＣＭＯ３ＦＥＴ
を備えた固体撮像装置において、前記半導体基板部を、
第１型半導体基板と該半導体基板上に形成された第１半
導体層とその表面上に第２半導体層を構成するか或いは
該半導体基板上にエピタキシャル法により形成された第
１型半導体層の少なくとも一部に形成された第１型半導
体拡散層と、その表面上に第２型半導体層を構成した固
体撮像装置である。
このように半導体基板部を構成することによりチャネル
領域となる第２型半導体層下の基板部の不純物濃度を、
第１型半導体層若しくは半導体拡散層により、容易にデ
バイス動作を最適な値にすることが可能となる。また、
第１型基板濃度は原理的には任意の不純物濃度でよいの
で、ゲッタリング工程に重要となる酸素濃度。
領域となる第２型半導体層下の基板部の不純物濃度を、
第１型半導体層若しくは半導体拡散層により、容易にデ
バイス動作を最適な値にすることが可能となる。また、
第１型基板濃度は原理的には任意の不純物濃度でよいの
で、ゲッタリング工程に重要となる酸素濃度。
炭素濃度等の濃度の合わせ込みが極めて容易となる。
また、不純物濃度が高精度で制御可能なイオン注入法、
エピタキシャル法等により基板不純物濃度を制御するた
め不純物濃度むらによるＦＰＮの増大や歩留りの低下を
存効に防止することができる。
エピタキシャル法等により基板不純物濃度を制御するた
め不純物濃度むらによるＦＰＮの増大や歩留りの低下を
存効に防止することができる。
以下、この発明に係わる固体撮像装置における実施例を
図面を参照して説明する。なお、説明においては、第１
型基板に設けた第２型エピタキシャル層上の半導体領域
や電極等は上記の従来のＣＭＤと同様であるのでその説
明は省く。
図面を参照して説明する。なお、説明においては、第１
型基板に設けた第２型エピタキシャル層上の半導体領域
や電極等は上記の従来のＣＭＤと同様であるのでその説
明は省く。
第１図（Ａ）、 （Ｂ）はこの発明の第１実施例の半導
体基板部及び不純物濃度分布を示す図である。
体基板部及び不純物濃度分布を示す図である。
第１図（Ａ）、 （Ｂ）において半導体基板の濃度Ｃ１
゜′をもつＰ型半導体基板１１を用い、そしてｎ−型エ
ピタキシャル層１３を積層する前に、Ｐ型基板表面に従
来の半導体基板の濃度Ｃ３，、とほぼ等しい濃度、例え
ばＩ Ｅ１３〜Ｉ Ｅ１６ｃｍ−’となるＰ型エピタキ
シャルＪ１１２の厚さ（ＸＺ Ｘ＋）に形成する。そ
してＰ型エビタシャル層１２の表面に従来のものと同様
にｎ−型エピタキシャル層１３を厚さＸ、で形成して半
導体基板部を構成するものである。なお、図示していな
いが、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴを形成するＰウェル拡散層下に
は、Ｐ型エピタキシャル層１２を形成した後、ｎ−型埋
込層がイオ・ン注入法等を用いて形成されている。
゜′をもつＰ型半導体基板１１を用い、そしてｎ−型エ
ピタキシャル層１３を積層する前に、Ｐ型基板表面に従
来の半導体基板の濃度Ｃ３，、とほぼ等しい濃度、例え
ばＩ Ｅ１３〜Ｉ Ｅ１６ｃｍ−’となるＰ型エピタキ
シャルＪ１１２の厚さ（ＸＺ Ｘ＋）に形成する。そ
してＰ型エビタシャル層１２の表面に従来のものと同様
にｎ−型エピタキシャル層１３を厚さＸ、で形成して半
導体基板部を構成するものである。なお、図示していな
いが、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴを形成するＰウェル拡散層下に
は、Ｐ型エピタキシャル層１２を形成した後、ｎ−型埋
込層がイオ・ン注入法等を用いて形成されている。
また本実施例においては、Ｐ型半導体基板１１の濃度Ｃ
ｔｕｂ′は原理的には任意の濃度でよい。
ｔｕｂ′は原理的には任意の濃度でよい。
この実施例によれば、半導体チップ内の速度分布ばらつ
きが約１％以下である。エピタキシャル法により実効基
板濃度が決まるため、基板濃度ばらつきに起因する固定
パターンノイズが従来例に比べ大幅に減少させることが
できる。
きが約１％以下である。エピタキシャル法により実効基
板濃度が決まるため、基板濃度ばらつきに起因する固定
パターンノイズが従来例に比べ大幅に減少させることが
できる。
次に、この発明の第２実施例について説明する。第２図
（Ａ）、 （Ｂ）は半導体基板部及び不純物濃度分布を
示す図である。第２図（Ａ）、 （Ｂ）において、任意
の濃度をもつＰ型基板１１、上に従来の半導体基板の濃
度Ｃｍｏｂより低い濃度Ｃｍ ｕ ｈ′をもつＰ型エピ
タキシャルＪｉ１２を（Ｘ！ ｘ＋）−約１０〜２０
−の厚さで形成する。そしてｎ−型エピタキシャルＪｉ
１３を積層する前にＰ型エピタキシャルＭ１２表面にピ
ーク濃度がほぼＣｓｏｂとなるＰ型拡散１ｉ１４を形成
する。そしてこのＰ型拡散層１４の表面に従来のものと
同様にｎ−型エピタキシャル層１３を厚さｘ、で形成し
て半導体基板部を構成するものである。
（Ａ）、 （Ｂ）は半導体基板部及び不純物濃度分布を
示す図である。第２図（Ａ）、 （Ｂ）において、任意
の濃度をもつＰ型基板１１、上に従来の半導体基板の濃
度Ｃｍｏｂより低い濃度Ｃｍ ｕ ｈ′をもつＰ型エピ
タキシャルＪｉ１２を（Ｘ！ ｘ＋）−約１０〜２０
−の厚さで形成する。そしてｎ−型エピタキシャルＪｉ
１３を積層する前にＰ型エピタキシャルＭ１２表面にピ
ーク濃度がほぼＣｓｏｂとなるＰ型拡散１ｉ１４を形成
する。そしてこのＰ型拡散層１４の表面に従来のものと
同様にｎ−型エピタキシャル層１３を厚さｘ、で形成し
て半導体基板部を構成するものである。
この実施例においては、Ｃｓｕｂ′はＰ型厚電型が保た
れる範囲において出来るだけ低い濃度であることが望ま
しい。
れる範囲において出来るだけ低い濃度であることが望ま
しい。
また、Ｐ型拡散層１４はイオン注入法等を用いて形成さ
れる。更に、このＰ型拡散層１４はウェハー全面或いは
フォトリソグラフィー法を用いて、上記Ｐ型ウェル以外
の部分に形成する方法等によって達成される。
れる。更に、このＰ型拡散層１４はウェハー全面或いは
フォトリソグラフィー法を用いて、上記Ｐ型ウェル以外
の部分に形成する方法等によって達成される。
この実施例によれば、半導体チップ内の濃度分布ばらつ
きが１％以下であるイオン注入法により実効基板濃度が
決まるため基板濃度ばらつきに起因する固定パターンノ
イズが従来例に比べて大幅に減少する。また上記第１実
施例と比べてイオン注入法により実効基板濃度が決まる
ため基板濃度の値の制御が容易になる。
きが１％以下であるイオン注入法により実効基板濃度が
決まるため基板濃度ばらつきに起因する固定パターンノ
イズが従来例に比べて大幅に減少する。また上記第１実
施例と比べてイオン注入法により実効基板濃度が決まる
ため基板濃度の値の制御が容易になる。
なお、上記各実施例においては、ｎチャネルＣＭＤを用
いたもので説明したが、不純物のタイプを変えることで
ＰチャネルＣＭＤに用い・たちのも勿論適用可能である
。
いたもので説明したが、不純物のタイプを変えることで
ＰチャネルＣＭＤに用い・たちのも勿論適用可能である
。
以上実施例に基づいて説明したように、本発明によれば
、チャネル領域となるｎ−半導体層下のＰ型不純物濃度
を、イオン注入法のドーズ量或いはエピタキシャル法の
ｎ型不純物ガス流量を調整する等によって容易にデバイ
ス動作に最適な値にすることができ、開発・試作期間の
大幅な短縮ができる。また、基板濃度原理的にはＰ型で
あれば任意の不純物濃度でよいのでゲッタリング工程に
重要となる酸素、炭素濃度等の濃度の合わせ込みが容易
になる。また、上記実施例で示したように基板の不純物
濃度むらによるＦＰＮの増大に起因する歩留りの低下を
防止することができる等の効果が得られる。
、チャネル領域となるｎ−半導体層下のＰ型不純物濃度
を、イオン注入法のドーズ量或いはエピタキシャル法の
ｎ型不純物ガス流量を調整する等によって容易にデバイ
ス動作に最適な値にすることができ、開発・試作期間の
大幅な短縮ができる。また、基板濃度原理的にはＰ型で
あれば任意の不純物濃度でよいのでゲッタリング工程に
重要となる酸素、炭素濃度等の濃度の合わせ込みが容易
になる。また、上記実施例で示したように基板の不純物
濃度むらによるＦＰＮの増大に起因する歩留りの低下を
防止することができる等の効果が得られる。
第１図（＾）、 （Ｂ）は、本発明に係る固体撮像装置
の第１実施例の基板部の基本構成及び不純物濃度分布を
説明するための図、第２図（Ａ）、 （Ｂ）は該装置の
第２実施例の基板部の基本構成及び不純物濃度分布を説
明するための図、第３図は、従来のＣＭＤ受光素子を用
いた固体撮像装置の一例を示す断面図、第４図（Ａ）、
（Ｂ）は、従来のＣＭＤ受光素子の基板部の構成及び
不純物濃度分布を示す図である。 図において、１１はＰ型基板、１２はＰ型エピタキシャ
ル層、１３はｎ−型エピタキシャル層、１４はＰ型拡散
層を示す。 Ｘｌ Ｘ２ 深き方向 （Ｂ） 第 Ｉ Ｆ
の第１実施例の基板部の基本構成及び不純物濃度分布を
説明するための図、第２図（Ａ）、 （Ｂ）は該装置の
第２実施例の基板部の基本構成及び不純物濃度分布を説
明するための図、第３図は、従来のＣＭＤ受光素子を用
いた固体撮像装置の一例を示す断面図、第４図（Ａ）、
（Ｂ）は、従来のＣＭＤ受光素子の基板部の構成及び
不純物濃度分布を示す図である。 図において、１１はＰ型基板、１２はＰ型エピタキシャ
ル層、１３はｎ−型エピタキシャル層、１４はＰ型拡散
層を示す。 Ｘｌ Ｘ２ 深き方向 （Ｂ） 第 Ｉ Ｆ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、半導体基板部の表面にソース領域及びドレイン領域
を形成すると共に、該ソース領域及びドレイン領域の間
に絶縁膜を介してゲート電極を配置し、前記基板部表面
と平行にソース・ドレイン電流が流れるように構成した
ＣＭＤ受光素子及びＣＭＯＳＦＥＴを備えた固体撮像装
置において、前記半導体基板部は、第１型半導体基板と
、該基板の表面上に形成した第１型半導体層と、前記第
１型半導体層の表面上に形成した第２型半導体層とで構
成されていることを特徴とする固体撮像装置。 ２、前記第１型半導体層の少なくとも一部に形成した第
１型半導体拡散層の表面上に、第２半導体層を形成した
ことを特徴とする請求項第１項記載の固体撮像装置。 ３、前記第１型半導体層の厚さが１０〜２０μｍで、該
半導体層の不純物濃度がほぼ１Ｅ１３〜１Ｅ１６ｃｍ＾
−＾３を有することを特徴とする請求項第１項記載の固
体撮像装置。 ４、前記第１型半導体拡散層の不純物濃度がほぼ１Ｅ１
３〜１Ｅ１６ｃｍ＾−＾３を有することを特徴とする請
求項第１項記載の固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1252650A JP2868545B2 (ja) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1252650A JP2868545B2 (ja) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03114260A true JPH03114260A (ja) | 1991-05-15 |
| JP2868545B2 JP2868545B2 (ja) | 1999-03-10 |
Family
ID=17240307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1252650A Expired - Fee Related JP2868545B2 (ja) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2868545B2 (ja) |
-
1989
- 1989-09-28 JP JP1252650A patent/JP2868545B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2868545B2 (ja) | 1999-03-10 |
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