JPH03245568A - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、ＣＣＤ固体撮像素子に係り、特に暗電流低減
のための基板の構造に関する。

（ロ）従来の技術 ＣＣＤ固体撮像素子を形成するＳｉ（シリコン）基板に
は、Ｐ塑成いはＮ型が用いられ、基板のタイプに依り素
子構造も異なる。Ｐ型基板を用いる場合、基板の一面に
Ｎ型の拡散領域を設け、この拡散領域が情報電荷の蓄積
転送チャネルとして用いられる。この拡散領域は、ＬＯ
ＧＯ５等のチャネル分離領域に依り区画されており、こ
のチャネル分離領域内に拡散領域から漏れ出す過剰な情
報電荷を受けるオーバーフロードレインが形成される。

一方、Ｎ型基板を用いる場合、基板の一面にＰ型の拡散
領域、所謂Ｐ−Ｗｅｌｌ領域を形成した後に、このＰ−
Ｗｅｌｌ領域内に蓄積転送チャネルとなるＮ型拡散領域
が形成される。このようにＮ型基板を用いる場合には、
拡散領域内の過剰な情報電荷をＮ型基板側に排出する縦
型オーバーフロードレイン構造となるために、拡散領域
を区画するチャネル分離領域内にオーバーフロードレイ
ンを形成する必要がなく、微細化、即ち画素の高密度化
に有効であり、今後の発展が期待される。しかしながら
、Ｐ型基板を用いたＣＣＤに於いても、Ｎ型基板を用い
た場合に比して赤外線領域で感度が高く、赤外線カメラ
や高感度カメラ等の特定の用途には広く利用されている
。

第３図はＰ型基板を用いたＣＣＤを示す図で、同図（ａ
）はフレームトランスファ型の撮像部の平面図、同図（
ｂ）はそのＸ−Ｙ断面図である。

Ｐ型のＳｉ基板（１０）の−主面には、チャネル分離領
域（１）で区画されるＮ型の拡散領域＜２）（断面図で
省略しである）が互いに平行に配列され、埋込みチャネ
ル構造を成している。またＳｉ基板（１０）上には、拡
散領域（２）と交差し、複数の転送電極（３）がＳｉｎ
！膜（４）を介して配列形成される。この転送電極（３
）は、一部が重なり合う２層構造を成しており、このう
ち上層側はチャネル分離領域（１）上でその幅が狭く形
成される。そして、転送電極（３）に、多相、例えば４
相の転送りロック≠、〜φ４が印加されてＳｉ基板（１
０）内を情報電荷が転送される。

このようなＣＯＤに於いては、Ｓｉ基板（１０）の表面
近傍に結晶欠陥が存在すると、Ｓｉ基板（１０）中を転
送される情報電荷が結晶欠陥にトラップきれて転送効率
か低下するため、Ｓｉ基板（１ｏ）表面にはエピタキシ
ャル層（１２）が形成されて結晶欠陥の低減が図られて
いる。即ち、Ｓｉ基板（１ｏ）は、Ｂ（ボロン）等のＰ
型不純物を含むベース領域（１１）とこのベース領域り
１１）上に積層形成されたＰ型のエピタキシャル層〈１
２）からなり、エピタキシャル層（１２）内に転送チャ
ネルが形成されるように構成きれている。このエピタキ
シャル層（１２）は、ベース領域（１１）と同程度の不
純物濃度を有しており、抵抗率は１０〜２０Ω−―程度
に設定される。

また、製造工程でＳｉ基板（１ｏ）表面に付着するＮａ
（ナトリウム等）のアルカリ金属に依る転送チャネルへ
の影響を低減するために、Ｓｉ基板（１ｏ）にはＩＧ（
イントリンシックゲッタリング）処理が施される。この
ＩＧ処理は、Ｓｉ基板（１ｏ）内部に存在する過飽和酸
素を利用してＳｉ基板（１ｏ）内部に偏析領域を形成す
るもので、Ｓｉ基板（１ｏ）を高温に加熱して表面近傍
の酸素を基板外に拡散移せた後に内部の酸素を析出させ
ている。このようなＩＧ処理に依れば、Ｓｉ基板（１０
）の表面近傍が酸素の析出や結晶欠陥のない領域となり
、Ｓｉ基板（１０）内部に不純物を捕捉する領域が形成
される。

（ハ）発明が解決しようとする課題 上述の如きＣＣＤに於いては、Ｓｉ基板（１０〉の内部
で暗電流が発生し、この暗電流が転送チャネルに流れ込
んで情報電荷に混入するという問題が生じる。このよう
な暗電流は、Ｓｉ基板（１０）全体に不均一に発生し、
特に高温時に多く発生するため、Ｓｉ基板（１０）の温
度が高くなると再生画面上に明暗のムラや色ムラが目立
つことになる。従って、高感度の固体撮像素子であった
としても、高画質の映像を得ることは望めず、色再現性
（カラー撮像の場合）も良好なものではなくなる。

そこで本発明は、情報電荷への暗電流の混入を抑圧し、
高感度で且つ高画質の映像を得ることのできる固体撮像
素子の提供を目的とする。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、
半導体基板の一主面にチャネル分離領域で区画されたチ
ャネル領域が形成され、このチャネル領域上に複数の転
送電極が配列形成されるＣＣＤ固体撮像素子に於いて、
第１の特徴とするところは、上記半導体基板が一導電型
の不純物を含むベース領域と、このベース領域上に積層
きれベース領域より高濃度に一導電型の不純物を含む第
１のエピタキシャル層と、この第１のエピタキシャル層
上に積層され上記ベース領域と同程度に一導電型の不純
物を含む第２のエピタキシャル層と、からなり、この第
２のエピタキシャル層内に上記チャネル領域が形成され
ることにある。

また第２の特徴とするところは、上記半導体基板が、−
導電型の不純物を含むベース領域と、このベース領域の
一面に一導電型の不純物が注入諮れた拡散層と、この拡
散層を覆って積層きれ上記ベース領域と同程度に一導電
型の不純物を含むエピタキシャル層と、からなり、この
エピタキシャル層内に上記チャネル領域が形成されるこ
とにある。

そして第３の特徴とするところは、上記半導体基板が、
−導電型の不純物を高濃度に含むベース領域と、このベ
ース領域上に積層されベース領域より低濃度に一導電型
の不純物を含むエピタキシャル領域と、からなり、この
エピタキシャル領域内に上記チャネル領域が形成される
ことにある。

（ホ）作用 本発明に依れば、半導体基板の内部に設けられた一導電
型の不純物を高濃度に含む低抵抗の領域に、半導体基板
の内部で発生する暗電流が捕捉され、チャネル領域の形
成される半導体基板の表面領域に流れ込む暗電流が減少
する。従って、チャネル領域を転送される情報電荷への
暗電流の混入が抑圧される。

（へ）実施例 本発明の実施例を図面に従って説明する。

第１図は本発明固体撮像素子の要部断面図であり、第３
図と同一部分が示しである。この図に於いて、電極構造
は第３図と同一で、同一部分には同一符号を付してあり
、また、チャネルストップ領域及び埋込みチャネル構造
を成すＮ型の拡散領域についても第３図と同一構成とな
っている。

本発明の特徴とするところは、Ｓｉ基板〈２０〉のＰ型
のベース領域（２１）とエピタキシャルＪ（２３）との
間にＰ”型のエピタキシャル層（２２）を形成すること
にある。即ち、Ｐ型の不純物を含むベース領域（２１）
上にこのベース領域（２１）よりＰ型の不純物、例えば
Ｂを高濃度に含んだエピタキシャル層（２２）を積層し
た後に、転送チャネルの形成されるエピタキシャル層（
２３）が再度形成される。ベース領域（２１）上のエピ
タキシャル層（２２）は、ベース領域（２１）及び転送
チャネルの形成されるエピタキシャル層（２３）より、
Ｐ型の不純物の濃度が一桁程度高く形成され、抵抗率は
１Ω−ＣＩ′１１ｓ度に設定悴れる。

ベース領域（２１）及びエピタキシャル層（２３）の抵
抗率については、第３図と同一の１０〜２ｏΩ−σ程度
である。

このようなＳｉ基板（２０）に於いては、Ｓｉ基板（２
０）内部で発生した暗電流が、抵抗率の低いＰ′″型の
エピタキシャル層（２２）で捕捉され、転送チャネルの
形成される領域には流れ込まなくなる。これは、Ｐ＋型
のエピタキシャル層（２２）内で電子の拡散距離が短く
なることから、転送チャネル領域まで暗電流に依る電子
が拡散し難くなるためと考えられる。従って転送チャネ
ル内を転送される情報電荷に混入する暗電流を低減する
ことができ、再生画面の画質の低下が防止される。

また、本実施例に於いては、ベース領域（２１）上にＰ
′″型のエピタキシャル層（２２）を積層する場合を例
示したが、ベース領域（２１）にＢ等のＰ型不純物を注
入拡散することで、ベース領域（２１）の表面近傍に高
濃度のＰ＋型拡散層を形成した後に、転送チャネルの形
成されるエピタキシャル層（２３）を積層しても良い。

この場合、Ｐ１型拡散層がＰ′″型のエピタキシャル層
（２２）と同様に作用する。

第２図は、本発明の他の実施例を示す断面図である。こ
の図に於いても、第３図と同一部分を示しである。

ここでＳｉ基板〈３０）は、高濃度にＰ型不純物を含む
ベース領域（３１）及びベース領域（３１）よりＰ型の
不純物濃度が低いエピタキシャル層（３２）からなり、
このエピタキシャル層（３２）上に転送電極（３）が配
列形成される。即ち、１Ω−ｍ程度の抵抗率を有するベ
ース領域（３１）上に１０〜２０Ω−〔程度の抵抗率を
有するエピタキシャル領域（３２）を積層してＳｉ基板
（３０）が形成されている。従って、ベース領域〈３１
）自体が第１図のＰ＋型のエピタキシャル領域（２２）
と同様に作用し、Ｓｉ基板〈３０）内部で発生する暗電
流がベース領域（３１）に捕捉され、エピタキシャル領
域（３２）に流れ込まなくなる。ここで、ベース領域（
３１）の抵抗率は、ＩＧ処理の容易きを考慮すると０．
１〜２Ω−σ程度が好ましい。この抵抗率が極端に低く
なる、即ち不純物濃度が高くなると、ＩＧｆｉ理を十分
に行うことが困難となるためであり、ベース領域（３１
）の抵抗率を最低でも０．１Ω−■としている。これは
、Ｓｉ内部に含まれる不純物濃度が高くなると、Ｓｉ基
板（３０）内に酸素が析出し易くなり、正確な制御が困
難になることが原因と考えられる。

このようなＳｉ基板（３０）に於いても、第１図のＳｉ
基板（２０）と同様にＳｉ基板（３０）内部で発生する
暗電流が転送チャネル内を転送される情報電荷に混入す
るのを低減できる。

尚、本実施例に於いては、フレームトランスファ型のＣ
ＣＤ固体撮像素子について示しであるが、ＣＯＤの方式
に拘わらず、インターライン型等に於いても上述の如き
Ｓｉ基板（２０）　、　（３０）を採用すれば、情報電
荷への暗電流の混入が低減される。

（ト）発明の効果 本発明に依れば、情報電荷に混入する暗電流が抑圧され
るため、再生画面の明暗のムラや色ムラといった画質の
劣化が防止され、高感度で且つ高画質の再生画面を得る
ことのできる固体撮像素子を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明固体撮像素子の一実施例を示す断面図、
第２図は他の実施例を示す断面図、第３図は従来の固体
撮像素子を示す平面図及び断面図である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板の一主面にチャネル分離領域で区画さ
   れたチャネル領域が形成され、このチャネル領域上に複
   数の転送電極が配列形成されるＣＣＤ固体撮像素子に於
   いて、 上記半導体基板が、 一導電型の不純物を含むベース領域と、 このベース領域上に積層されベース領域より高濃度に一
   導電型の不純物を含む第１のエピタキシャル層と、 この第１のエピタキシャル層上に積層され上記ベース領
   域と同程度に一導電型の不純物を含む第２のエピタキシ
   ャル層と、 からなり、この第２のエピタキシャル層内に上記チャネ
   ル領域が形成されることを特徴とする固体撮像素子。
2. （２）上記第１のエピタキシャル層の抵抗率を上記ベー
   ス領域或いは上記第２のエピタキシャル層の抵抗率の１
   ０＾−＾１〜１０＾−＾２倍程度とすることを特徴とす
   る請求項第１項記載の固体撮像素子。
3. （３）半導体基板の一主面にチャネル分離領域で区画さ
   れたチャネル領域が形成され、このチャネル領域上に複
   数の転送電極が配列形成されるＣＣＤ固体撮像素子に於
   いて、 上記半導体基板が、 一導電型の不純物を含むベース領域と、 このベース領域の一面に一導電型の不純物が注入された
   拡散層と、 この拡散層を覆って積層され上記ベース領域と同程度に
   一導電型の不純物を含むエピタキシャル層と、 からなり、このエピタキシャル層内に上記チャネル領域
   が形成されることを特徴とする固体撮像素子。
4. （４）上記拡散層の抵抗率を上記ベース領域或いは上記
   エピタキシャル層の抵抗率の１／１０程度とすることを
   特徴とする請求項第３項記載の固体撮像素子。
5. （５）半導体基板の一主面にチャネル分離領域で区画さ
   れたチャネル領域が形成され、このチャネル領域上に複
   数の転送電極が配列形成されるＣＣＤ固体撮像素子に於
   いて、 上記半導体基板が、 一導電型の不純物を高濃度に含むベース領域と、このベ
   ース領域上に積層されベース領域より低濃度に一導電型
   の不純物を含むエピタキシャル領域と、 からなり、このエピタキシャル領域内に上記チャネル領
   域が形成されることを特徴とする固体撮像素子。
6. （６）上記ベース領域の抵抗率を上記エピタキシャル領
   域の抵抗率の１／１０程度とすることを特徴とする請求
   項第５項記載の固体撮像素子。