JPH03180072A - 固体撮像素子 - 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、固体撮像素子に関し、特に、受光蓄積領域間
および受光蓄積領域と電荷転送領域との間のチャネル分
離の機構に関する。

［従来の技術１ 従来のこの種の固体撮像素子としては第６図および第７
図に示す構造のものが知られている。

第６図、第７図は、１個の受光Ｍ積領域とそれに対応す
る電荷転送領域の部分を示す断面図である。これらの図
において、６はｎ型半導体基板、５は部分的に深さの異
なるｐ型ウェル、３はｎ型の受光蓄積領域、４はｎ型の
電荷転送領域、７は電荷転送電極、２は金属遮光膜であ
る。

以上の構成において、受光蓄積領域３と電荷転送領域４
との間のチャネル分離の手段としては、第６図の例では
、受光蓄積領域３と電荷転送領域４との間に不純物濃度
の高いｐ型拡散領域１１を設けており、第７図の例では
、受光蓄積領域３と電荷転送領域４との間に厚いＬＯＣ
Ｏ８酸化膜１２を設けその下に高不純物濃度のｐ型拡散
領域１３を設けたいわゆるＬＯＧＯ８分離法を採用して
いる。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した従来のチャネル分離方法では、第６図の方法の
場合、チャネル分離領域として形成したｐ型拡散領域１
１が、製造工程中の熱処理により横方向拡散を起こして
その幅が増大する。そのため、その分だけ実効的に受光
蓄積領域および電荷転送領域の面積が減少し、蓄積電荷
量および転送電荷量が低下する。また、第７図のような
ＬＯＧＯ８分離法の場合、ＬＯＧＯ３端部でのストレス
により下地半導体基板に転移、積層欠陥等の結晶欠陥が
誘発され、固体撮像装置として致命的な白キズ等の固定
欠陥が発生しやすいという欠点がある。さらに、上述の
２つのチャネル分離法ではいずれも、そのチャネル分離
領域の幅を少なくとも１．５μｍ程度とる必要があり、
そのためチャネル分離手段が画素の高密度化に対する障
害となっていた。

［課題を解決するための手段］ 本発明の固体撮像素子は、半導体基板の表面領域内に受
光蓄積領域、電荷読み出し領域および電荷転送領域が設
けられ、半導体基板上にはそれぞれ絶縁膜を介して電荷
転送電極および金属（例えばアルミニウム）遮光膜が設
けられたものであって、金属遮光膜は、受光蓄積領域の
電荷読み出し領域に臨む部分を除く表面外周部と直接接
触している。

本発明においては、この金属−半導体接触部において形
成されるショットキー障壁を利用して、受光蓄積領域間
および受光蓄積領域−電荷転送領域間にチャネルが形成
されるのを防止する。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図（ａ）は、本発明の一実施例を示す単位セルの平
面図であり、第１図（ｂ）、（ｃ）は、それぞれそのＡ
−Ａ’線、Ｂ−Ｂ’線断面図である。第１図に示すよう
に、ｎ型半導体基板６の表面には深いｐ型ウェル５が形
成され、その表面領域内には不純物濃度ＩＱ１４〜１０
１１３のｎ型の受光蓄積領域３および不純物濃度１０ｔ
ｓ〜１０Ｉ６／Ｃ１１’のｎ型の電荷転送領域４が繰り
返し交互に設けられている。受光蓄積領域３と、電荷転
送領域４との間には電荷の読み出し経路となるｐ型不純
物が低濃度にドープされたｐ型拡散領域１０が形成され
ている。このｐ型拡散領域１０は、第１図（ａ）に示す
ようにそのまま隣接する受光蓄積領域３まで引く延ばす
ことができる。また、電荷読み出し経路が形成されない
側の受光蓄積領域３間にも同様のｐ型拡故領域を形成し
ておくことができる。電荷転送領域４の上方には、信号
電荷の転送を制御する第１層目の電荷転送電極７［同図
（ｂ〉］と第２層目の電荷転送電極８［同図（Ｃ）−］
がそれぞれ、絶縁ｗｉ、９を介して配設されている。第
２層目の電荷転送電極８は受光蓄積領域３から電荷転送
領域４へ信号電荷を読み出すための電荷読み出し電極を
兼ねている。

また、半導体基板上は、受光部となる受光蓄積領域３の
上方部分を除いて光が入射しないようにアルミニウム等
からなる金属遮光膜２で覆われている。そして、この金
属遮光膜は、接触部１の部分、すなわち受光蓄積領域３
の電荷読み出し領域となるｐ型拡散領域１０に臨む部分
を除く周囲部分で下地受光蓄積領域と直接接触している
。一般に、アルミニウムや白金のような仕事関数の大き
な金属と不純物濃度が１０”／Ｃ１ｌ’以下の半導体と
を接触させると、その接触界面に電位障壁（シヨツトキ
ー障壁）が形成される。本実施例の受光蓄積領域３につ
いてこのショットキー障壁が形成される様子を第２図に
示す、同図のφＢがショットキー障壁であ゛って、この
障壁は、金属の仕事関数が大きいほど、また、半導体の
不純物濃度が低いほど高くなる。なお、第２図において
、ＶＤは拡散電位、Ｅｃは伝導帯下端のエネルギー、Ｅ
Ｖ価電子帯上端のエネルギー、ＥＦ、ＥＦＭはそれぞれ
半導体、金属のフェルミ準位を示している。

次に、半導体基板の縦方向に関するポテンシャル分布図
である第３図を参照して、本発明の原理について説明す
る。同図において、ｃ−ｃ’〜ＥＥ′は、第１図（ｂ）
の同一記号の断面に関するものであることを示している
。

まず、電荷転送電極８に＋１５Ｖ程度の高レベルパルス
電圧Ｖｌｌが印加されると、電荷転送領域４の縦方向［
第１図（ｂ）Ｅ−Ｅ′］の電位分布は、第３図■のよう
になり、このとき受光蓄積領域３に蓄積されていた信号
電荷は第１図（ｃ）に示す電荷読み出し領域であるｐ型
拡散層領域１０を通って電荷転送領域４に読み出され、
同時に受光蓄積領域３の電位は、第３図■のようにφＶ
１（にセットされる。

金属−半導体接触部１の縦方向［第１図（ｂ）Ｄ−Ｄ’
　］電位分布は、金属遮光膜２が接地されているものと
すると、接触界面での電位がφＢとなり、第３図で■に
示す電位分布となる。

電荷転送領域４での信号電荷の転送は、第３図■と■で
示したような低レベルパルス電圧ＶＬと中レベルパルス
電圧ＶＭを電荷転送型ｆｆ１７．８に順次交互に印加す
ることにより達成される。この場合、信号電荷転送パル
スの低レベル電圧■Ｌを電位φ８以上に設定しておくな
らば、金属−半導体接触部１の形成する電位障壁［第３
図におけるの］が受光蓄積領域３と電荷転送領域４との
間でバリアとなり、電荷が互いにもれ込むことがなくな
る。また、受光蓄積領域３間もこれらの領域の電位が電
荷転送時の電荷転送領域の電位より高く設定されている
ので、接触部ｌの形成するバリアによって分離すること
ができる。

なお、ここで、電荷読み出し領域であるｐ型拡散領域１
０の不純物濃度は、電荷転送領域４の信号電荷転送パル
ス電圧が中レベル電圧ＶＭの時にこの領域が受光蓄積領
域３と電荷転送領域４との間のチャネルとなることがな
いように、１０１７／ｃｍ’程度となされている。

また、第１図（ｂ）に示したように、本実施例の固体撮
像素子は、ｐ型ウェル５とｎ型半導体基板６には逆バイ
アス電圧ｖ　ｓｕａが印加され、受光蓄積領ｔｊ４３で
発生した過剰電荷をｎ型半導体基板６へ引き抜く縦型オ
ーバーフロードレイン構造となされている・が、この逆
バイアス電圧ＶＳＵＢは、第３図に示したように、金属
−半導体接触部１で形成される電位障壁■の最高電位φ
■よりも受光蓄積領域３直下のｐ型ウェル５の電位φｓ
ｕｅが高くなるように、１０〜１５Ｖの電圧に設定され
ている。

次に、第４図を参照して本発明の他の実施例について説
明する。同図は第１図（ａ）のＡ−Ａ’線に相当する部
分に関する断面図である。本実施例においては、第４図
に示すように、信号電荷に含まれる暗電流成分を低減す
るために、受光蓄積領域３の表面に不純物濃度１０１５
〜１０１６／ｃＩ１１３のｐ型拡散領域１４を設けてい
る。

本構造における各領域での半導体基板の縦方向に関す−
るポテンシャル分布図を第５図に示す。同図において、
Ｆ−Ｆ’〜Ｈ−Ｈ’は、第４図の同一記号の断面部分を
指示しており、また、■〜■は、第３図における場合と
同様の場合を示している。第５図から明らかなように、
本実施例においても前述の実施例で説明した原理と同一
の原理により、金属−半導体接触部１が各部間のチャネ
ル分離作用を果たしている。

「発明の効果］ 以上説明したように、本発明は、金属遮光膜と半導体領
域とを直接接触させることにより形成されるショットキ
ー障壁−を１１１用して、固体撮像素子の各部のチャネ
ル分離を行なうものであるので、本発明のチャネル分離
方法を用いれば、従来問題となっていたチャネル分Ｍ頭
域の横方向熱拡散による分離領域の増大や、ＬＯＧＯ３
分離法のときに生じていた結晶欠陥の発生を防止するこ
とができる。したがって、本発明によれば、受光蓄積電
荷量や転送可能電荷量が低下することがなく、また、白
キズ等の発生が抑制されるので、感度が高く良好な画質
の固体撮像素子を提供することができる。

また、本発明の金属−半導体接触の接触幅は、０．５μ
ｍ程度でよく、さらに、リソグラフィー技術が進・歩す
れば、０．２μｍ程度までは縮小可能であることから、
本発明によれば、画素の高密度化とチップの小型化が達
成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明の一実施例を示す平面図、第１
図（ｂ）、第１図（ｃ）は、それぞれ第１図（ａ）のＡ
−Ａ’線、Ｂ−Ｂ’線断面図、第２図、第３図は、その
動作説明図、第４図は、本発明の他の実施例を示す断面
図、第５図は、その動作説明図、第６図、第７図は、そ
れぞれ従来例の断面図である。 １・・・金属遮光膜と受光蓄積領域との接触部、２・・
・金属遮光膜、　３・・・受光蓄積領域、　４・・・電
荷転送領域、　５・・・ｐ型ウェル、　６・・・ｎ型半
導体基板、　７・・・第１層目の電荷転送電極、　８・
・・第２層目の電荷転送電極、　９・・・絶縁膜、　１
０・・・電荷読み出し領域となるｐ型拡散領域、　１１
・・・チャネル分離相ｐ型拡散領域、　　１２・・・Ｌ
ＯＣＯ８酸化膜、　　１３・・・チャネル分離相ｐ型拡
散領域、　　１４・・・ｐ型拡散領域。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１導電型の半導体領域の表面領域に設けられた
   第２導電型の複数の受光蓄積領域と、前記第１導電型の
   半導体領域の表面領域内に設けられた第２導電型の電荷
   転送領域と、前記受光蓄積領域と前記電荷転送領域間に
   設けられた電荷読み出し領域と、前記電荷転送領域上に
   絶縁膜を介して設けられた電荷転送電極と、前記電荷転
   送電極上に絶縁膜を介して形成され、前記受光蓄積領域
   上に開口を有し、前記受光蓄積領域の前記電荷読み出し
   領域に臨む部分を除く表面外周部と接触する金属遮光膜
   とを具備する固体撮像素子。
2. （２）第１導電型の半導体領域の表面領域内に設けられ
   た、表面に第１導電型の半導体薄層を有する第２導電型
   の複数の受光蓄積領域と、前記第１導電型の半導体領域
   の表面領域内に設けられた第２導電型の電荷転送領域と
   、前記受光蓄積領域と前記電荷転送領域間に設けられた
   電荷読み出し領域と、前記電荷転送領域上に絶縁膜を介
   して設けられた電荷転送電極と、前記電荷転送電極上に
   絶縁膜を介して形成され、前記受光蓄積領域上に開口を
   有し、前記受光蓄積領域の前記電荷読み出し領域に臨む
   部分を除く外周部において前記第１導電型の半導体薄層
   と接触する金属遮光膜とを具備する固体撮像素子。