JPH05291550A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents
固体撮像装置及びその製造方法Info
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- JPH05291550A JPH05291550A JP4087110A JP8711092A JPH05291550A JP H05291550 A JPH05291550 A JP H05291550A JP 4087110 A JP4087110 A JP 4087110A JP 8711092 A JP8711092 A JP 8711092A JP H05291550 A JPH05291550 A JP H05291550A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、フローティング拡散層の容量を小さ
くし、低照度時などの信号電荷が小さいときにおける感
度を上昇させ、画質の向上を実現することができる固体
撮像装置及びその製造方法を提供することを目的とす
る。 【構成】ＣＣＤの最終段である出力ゲート１４に隣接す
るｐ型シリコン基板１０表面に、ｎ- 型低濃度不純物領
域１６ａとその中央部に設けられたｎ+ 型高濃度不純物
領域１６ｂとを有するＦＤ層１６が形成されている。こ
のＦＤ層１６、ｎ+ 型ドレイン層１８、これらの間のｎ
- 型チャネル層２０上にゲート絶縁膜２２を介してリセ
ットゲート２４を有するリセットＭＯＳトランジスタが
形成されているが、ｎ- 型チャネル層２０とｎ- 型低濃
度不純物領域１６ａとの不純物濃度が同じであるため一
体として形成されている。ＦＤ層１６のｎ+ 型高濃度不
純物領域１６ｂが増幅ＭＯＳトランジスタ２６のゲート
に接続されている。
くし、低照度時などの信号電荷が小さいときにおける感
度を上昇させ、画質の向上を実現することができる固体
撮像装置及びその製造方法を提供することを目的とす
る。 【構成】ＣＣＤの最終段である出力ゲート１４に隣接す
るｐ型シリコン基板１０表面に、ｎ- 型低濃度不純物領
域１６ａとその中央部に設けられたｎ+ 型高濃度不純物
領域１６ｂとを有するＦＤ層１６が形成されている。こ
のＦＤ層１６、ｎ+ 型ドレイン層１８、これらの間のｎ
- 型チャネル層２０上にゲート絶縁膜２２を介してリセ
ットゲート２４を有するリセットＭＯＳトランジスタが
形成されているが、ｎ- 型チャネル層２０とｎ- 型低濃
度不純物領域１６ａとの不純物濃度が同じであるため一
体として形成されている。ＦＤ層１６のｎ+ 型高濃度不
純物領域１６ｂが増幅ＭＯＳトランジスタ２６のゲート
に接続されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体撮像装置及びその製
造方法に係り、特に電荷転送部にＣＣＤ（Charge Coupl
ed Device ）を用い、出力検出部にＦＤＡ（フローティ
ングディフュージョン増幅部）を用いる固体撮像装置及
びその製造方法に関する。近年、ＣＣＤを用いた固体撮
像装置は、カメラ一体型ＶＴＲ（Video Tape Recorder
）用やＨＤＴＶ（High Definition Television；高品
位テレビ）用として急激な普及を遂げている。そして更
にその小型化と共に、低照度時においても高画質を提供
することができるような高性能化が要求されている。
造方法に係り、特に電荷転送部にＣＣＤ（Charge Coupl
ed Device ）を用い、出力検出部にＦＤＡ（フローティ
ングディフュージョン増幅部）を用いる固体撮像装置及
びその製造方法に関する。近年、ＣＣＤを用いた固体撮
像装置は、カメラ一体型ＶＴＲ（Video Tape Recorder
）用やＨＤＴＶ（High Definition Television；高品
位テレビ）用として急激な普及を遂げている。そして更
にその小型化と共に、低照度時においても高画質を提供
することができるような高性能化が要求されている。
【０００２】
【従来の技術】従来の固体撮像装置のＣＣＤの信号電荷
回路は、一般にＦＤＡが用いられている。このような固
体撮像装置を、図３及び図４を用いて説明する。図３
（ａ）は従来の固体撮像装置を示す概略図、図３（ｂ）
はその一部断面図、図４はその出力信号波形を示す図で
ある。
回路は、一般にＦＤＡが用いられている。このような固
体撮像装置を、図３及び図４を用いて説明する。図３
（ａ）は従来の固体撮像装置を示す概略図、図３（ｂ）
はその一部断面図、図４はその出力信号波形を示す図で
ある。
【０００３】固体撮像装置の電荷信号を転送する電荷信
号部はＣＣＤから構成されている。即ち、接地されてい
るｐ型シリコン基板５０表面には、ドーズ量３．５×１
０12ｃｍ-2程度の不純物をイオン注入した薄いｎ--層５
１が形成され、このｎ--層５１上に、絶縁膜５２を介し
て複数個の電荷転送ゲート５４ａ、５４ｂ、５４ｃ等が
アレイ状に配置され、印加されるパルス電圧φ１、φ
２、φ３によってｐ型シリコン基板５０表面の電荷を転
送するようになっている。そしてその最終段には、出力
ゲート５６が設置され、パルス電圧φOUT により転送さ
れてきた電荷をＦＤＡに出力するようになっている。
号部はＣＣＤから構成されている。即ち、接地されてい
るｐ型シリコン基板５０表面には、ドーズ量３．５×１
０12ｃｍ-2程度の不純物をイオン注入した薄いｎ--層５
１が形成され、このｎ--層５１上に、絶縁膜５２を介し
て複数個の電荷転送ゲート５４ａ、５４ｂ、５４ｃ等が
アレイ状に配置され、印加されるパルス電圧φ１、φ
２、φ３によってｐ型シリコン基板５０表面の電荷を転
送するようになっている。そしてその最終段には、出力
ゲート５６が設置され、パルス電圧φOUT により転送さ
れてきた電荷をＦＤＡに出力するようになっている。
【０００４】また、ＦＤＡは、ＣＣＤによって転送され
てきた電荷を蓄積するｎ+ 型ＦＤ（フローティング拡
散）層５８と、ｎ+ 型ＦＤ層５８に蓄積された電荷を流
出させてリセット状態にするディプリーション形のリセ
ットＭＯＳトランジスタと、ｎ+ 型ＦＤ層５８に蓄積さ
れた電荷による信号を増幅して出力電圧信号として取り
出す増幅ＭＯＳトランジスタ６０とを有している。
てきた電荷を蓄積するｎ+ 型ＦＤ（フローティング拡
散）層５８と、ｎ+ 型ＦＤ層５８に蓄積された電荷を流
出させてリセット状態にするディプリーション形のリセ
ットＭＯＳトランジスタと、ｎ+ 型ＦＤ層５８に蓄積さ
れた電荷による信号を増幅して出力電圧信号として取り
出す増幅ＭＯＳトランジスタ６０とを有している。
【０００５】ｎ+ 型ＦＤ層５８は、ＣＣＤの出力ゲート
５６に隣接してｐ型シリコン基板５０表面に形成されて
いる。また、リセットＭＯＳトランジスタは、このｎ+
型ＦＤ層５８をソース層とし、このｎ+ 型ＦＤ層５８と
相対して設けられたｎ+ 型ドレイン層６２と、これらｎ
+ 型ＦＤ層５８とｎ+ 型ドレイン層６２とに挟まれたｎ
- 型チャネル層６４上にゲート絶縁膜６６を介して設け
られ、リセットパルス電圧φR が印加されるリセットゲ
ート６８からなっている。
５６に隣接してｐ型シリコン基板５０表面に形成されて
いる。また、リセットＭＯＳトランジスタは、このｎ+
型ＦＤ層５８をソース層とし、このｎ+ 型ＦＤ層５８と
相対して設けられたｎ+ 型ドレイン層６２と、これらｎ
+ 型ＦＤ層５８とｎ+ 型ドレイン層６２とに挟まれたｎ
- 型チャネル層６４上にゲート絶縁膜６６を介して設け
られ、リセットパルス電圧φR が印加されるリセットゲ
ート６８からなっている。
【０００６】更に、増幅ＭＯＳトランジスタ６０は、ソ
ースホロワされている。即ち、そのゲートがｎ+ 型ＦＤ
層５８に接続され、ドレインが電源電圧ＶDDに接続さ
れ、そしてソースが出力端子ＶOUT に接続されると共
に、抵抗ＲS を介して接地されている。ここで、ｎ+ 型
ＦＤ層５８に転送、蓄積された電荷量をＱS 、ｎ+ 型Ｆ
Ｄ層５８の容量をＣFD、ｎ+ 型ＦＤ層５８表面の増幅Ｍ
ＯＳトランジスタ６０のゲートとの接続点Ａの電位をΔ
ＶA 、増幅ＭＯＳトランジスタ６０のソースホロワの電
圧利得をＡV 、その伝達コンダクタンスをｇｍとする
と、出力端子ＶOUT から出力される信号出力ΔＶは、 ΔＶ＝ＡV ・ΔＶA ＝｛ｇｍＲS ／（１＋ｇｍＲS ）｝・（ＱS ／ＣFD） となり、信号出力ΔＶは信号電荷ＱS に比例し、ｎ+ 型
ＦＤ層５８の容量ＣFDに反比例する。このとき、電圧利
得ＡV は最大で１となる。
ースホロワされている。即ち、そのゲートがｎ+ 型ＦＤ
層５８に接続され、ドレインが電源電圧ＶDDに接続さ
れ、そしてソースが出力端子ＶOUT に接続されると共
に、抵抗ＲS を介して接地されている。ここで、ｎ+ 型
ＦＤ層５８に転送、蓄積された電荷量をＱS 、ｎ+ 型Ｆ
Ｄ層５８の容量をＣFD、ｎ+ 型ＦＤ層５８表面の増幅Ｍ
ＯＳトランジスタ６０のゲートとの接続点Ａの電位をΔ
ＶA 、増幅ＭＯＳトランジスタ６０のソースホロワの電
圧利得をＡV 、その伝達コンダクタンスをｇｍとする
と、出力端子ＶOUT から出力される信号出力ΔＶは、 ΔＶ＝ＡV ・ΔＶA ＝｛ｇｍＲS ／（１＋ｇｍＲS ）｝・（ＱS ／ＣFD） となり、信号出力ΔＶは信号電荷ＱS に比例し、ｎ+ 型
ＦＤ層５８の容量ＣFDに反比例する。このとき、電圧利
得ＡV は最大で１となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように上記従来の
固体撮像装置は、その信号出力ΔＶが信号電荷ＱS に比
例しｎ+ 型ＦＤ層５８の容量ＣFDに反比例するため、電
荷量ＱS が小さい低照度時において信号出力ΔＶを大き
くしようとすると、ｎ+ 型ＦＤ層５８の容量ＣFDをでき
るだけ小さくする必要があった。
固体撮像装置は、その信号出力ΔＶが信号電荷ＱS に比
例しｎ+ 型ＦＤ層５８の容量ＣFDに反比例するため、電
荷量ＱS が小さい低照度時において信号出力ΔＶを大き
くしようとすると、ｎ+ 型ＦＤ層５８の容量ＣFDをでき
るだけ小さくする必要があった。
【０００８】そのため、ｎ+ 型ＦＤ層５８と増幅ＭＯＳ
トランジスタ６０との配線の長さを短くしたりその幅を
狭くしたりして、ＭＯＳトランジスタ６０のゲート浮遊
容量Ｃｇを小さし、このゲート浮遊容量Ｃｇを成分とす
るｎ+ 型ＦＤ層５８の容量Ｃ FDを小さくしていた。しか
し、その微細加工技術にも限度があるため、ｎ+ 型ＦＤ
層５８の容量ＣFDの低減にも限界があった。従って、固
体撮像装置の高集積化に伴い信号電荷ＱSが減少してい
く傾向の中では、更に信号電荷ＱS の小さい低照度にお
ける感度が悪化して、画質の劣化を招くという問題があ
った。
トランジスタ６０との配線の長さを短くしたりその幅を
狭くしたりして、ＭＯＳトランジスタ６０のゲート浮遊
容量Ｃｇを小さし、このゲート浮遊容量Ｃｇを成分とす
るｎ+ 型ＦＤ層５８の容量Ｃ FDを小さくしていた。しか
し、その微細加工技術にも限度があるため、ｎ+ 型ＦＤ
層５８の容量ＣFDの低減にも限界があった。従って、固
体撮像装置の高集積化に伴い信号電荷ＱSが減少してい
く傾向の中では、更に信号電荷ＱS の小さい低照度にお
ける感度が悪化して、画質の劣化を招くという問題があ
った。
【０００９】そこで本発明は、フローティング拡散層の
容量を小さくし、低照度時などの信号電荷が小さいとき
における感度を上昇させ、画質の向上を実現することが
できる固体撮像装置及びその製造方法を提供することを
目的とする。
容量を小さくし、低照度時などの信号電荷が小さいとき
における感度を上昇させ、画質の向上を実現することが
できる固体撮像装置及びその製造方法を提供することを
目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記図３（ｂ）に示され
るように、従来の固体撮像装置におけるＦＤＡのｎ+型
ＦＤ層５８の容量ＣFDは、 ＣFD＝Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃｄ＋Ｃｇ となる。ここで、Ｃ１はＣＣＤの出力ゲート５６との間
の容量、Ｃ２はリセットＭＯＳトランジスタのリセット
ゲート６４との間の容量、Ｃｄはｐ型シリコン基板５０
との間の容量である。
るように、従来の固体撮像装置におけるＦＤＡのｎ+型
ＦＤ層５８の容量ＣFDは、 ＣFD＝Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃｄ＋Ｃｇ となる。ここで、Ｃ１はＣＣＤの出力ゲート５６との間
の容量、Ｃ２はリセットＭＯＳトランジスタのリセット
ゲート６４との間の容量、Ｃｄはｐ型シリコン基板５０
との間の容量である。
【００１１】従って、ｎ+ 型ＦＤ層５８の容量ＣFDの低
減して感度の上昇を図るためには、各容量成分Ｃ１、Ｃ
２、Ｃｄ、Ｃｇを小さくすればよい。容量Ｃｇについて
は、前述の通り最小加工寸法等の制限より、これ以上小
さくすることは困難である。そこで容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ
ｄが問題となる。ところで、従来のＦＤＡのｎ+ 型ＦＤ
層５８は、リセットＭＯＳトランジスタのｎ+ 型ドレイ
ン層６２と同一の拡散工程で同時に形成するというプロ
セス上の要請や増幅ＭＯＳトランジスタ６０のゲートと
のオーミックな接続のために、高濃度の不純物領域とな
っていた。これにより、出力ゲート５６、リセットゲー
ト６４及びｐ型シリコン基板５０との間の容量Ｃ１，Ｃ
２，Ｃｄが大きくなっていた。
減して感度の上昇を図るためには、各容量成分Ｃ１、Ｃ
２、Ｃｄ、Ｃｇを小さくすればよい。容量Ｃｇについて
は、前述の通り最小加工寸法等の制限より、これ以上小
さくすることは困難である。そこで容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ
ｄが問題となる。ところで、従来のＦＤＡのｎ+ 型ＦＤ
層５８は、リセットＭＯＳトランジスタのｎ+ 型ドレイ
ン層６２と同一の拡散工程で同時に形成するというプロ
セス上の要請や増幅ＭＯＳトランジスタ６０のゲートと
のオーミックな接続のために、高濃度の不純物領域とな
っていた。これにより、出力ゲート５６、リセットゲー
ト６４及びｐ型シリコン基板５０との間の容量Ｃ１，Ｃ
２，Ｃｄが大きくなっていた。
【００１２】従って、上記課題は、半導体基板と、前記
半導体基板上に絶縁膜を介してアレイ状に配置され、前
記半導体基板表面の電荷を転送する複数個の電荷転送ゲ
ートと、前記電荷転送ゲートの最終段の出力ゲートに隣
接して前記半導体基板表面に設けられ、前記電荷転送ゲ
ートによって転送された電荷を蓄積するフローティング
拡散層と、前記フローティング拡散層と相対して設けら
れたドレイン層と、前記フローティング拡散層と前記ド
レイン層とに挟まれたチャネル層上に、ゲート絶縁膜を
介して設けられ、前記フローティング拡散層に蓄積され
た電荷を流出させるリセットゲートと、前記フローティ
ング拡散層に接続され、前記フローティング拡散層に蓄
積された電荷による信号を増幅して出力信号を取り出す
増幅トランジスタとを有する固体撮像装置において、前
記フローティング拡散層の不純物濃度が、前記ドレイン
層の不純物濃度よりも低濃度であることを特徴とする固
体撮像装置によって達成される。
半導体基板上に絶縁膜を介してアレイ状に配置され、前
記半導体基板表面の電荷を転送する複数個の電荷転送ゲ
ートと、前記電荷転送ゲートの最終段の出力ゲートに隣
接して前記半導体基板表面に設けられ、前記電荷転送ゲ
ートによって転送された電荷を蓄積するフローティング
拡散層と、前記フローティング拡散層と相対して設けら
れたドレイン層と、前記フローティング拡散層と前記ド
レイン層とに挟まれたチャネル層上に、ゲート絶縁膜を
介して設けられ、前記フローティング拡散層に蓄積され
た電荷を流出させるリセットゲートと、前記フローティ
ング拡散層に接続され、前記フローティング拡散層に蓄
積された電荷による信号を増幅して出力信号を取り出す
増幅トランジスタとを有する固体撮像装置において、前
記フローティング拡散層の不純物濃度が、前記ドレイン
層の不純物濃度よりも低濃度であることを特徴とする固
体撮像装置によって達成される。
【００１３】また、上記の固体撮像装置において、前記
フローティング拡散層の不純物濃度が、前記チャネル層
の不純物濃度と同じ濃度であることを特徴とする固体撮
像装置によって達成される。また、上記の固体撮像装置
において、前記フローティング拡散層の一部に、前記フ
ローティング拡散層の不純物濃度より高濃度の高濃度不
純物領域が設けられていることを特徴とする固体撮像装
置によって達成される。
フローティング拡散層の不純物濃度が、前記チャネル層
の不純物濃度と同じ濃度であることを特徴とする固体撮
像装置によって達成される。また、上記の固体撮像装置
において、前記フローティング拡散層の一部に、前記フ
ローティング拡散層の不純物濃度より高濃度の高濃度不
純物領域が設けられていることを特徴とする固体撮像装
置によって達成される。
【００１４】また、上記の固体撮像装置において、前記
フローティング拡散層の一部に設けられている前記高濃
度不純物領域の不純物濃度が、前記ドレイン層の不純物
濃度と同じ濃度であることを特徴とする固体撮像装置に
よって達成される。また、上記の固体撮像装置におい
て、前記高濃度不純物領域が、前記増幅トランジスタド
レイン層のゲートに接続されていることを特徴とする固
体撮像装置によって達成される。
フローティング拡散層の一部に設けられている前記高濃
度不純物領域の不純物濃度が、前記ドレイン層の不純物
濃度と同じ濃度であることを特徴とする固体撮像装置に
よって達成される。また、上記の固体撮像装置におい
て、前記高濃度不純物領域が、前記増幅トランジスタド
レイン層のゲートに接続されていることを特徴とする固
体撮像装置によって達成される。
【００１５】更に、上記課題は、前記フローティング拡
散層と前記チャネル層とを同一の不純物拡散工程におい
て同時に形成することを特徴とする固体撮像装置の製造
方法によって達成される。また、前記高濃度不純物領域
と前記ドレイン層とを同一の不純物拡散工程において同
時に形成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法
によって達成される。
散層と前記チャネル層とを同一の不純物拡散工程におい
て同時に形成することを特徴とする固体撮像装置の製造
方法によって達成される。また、前記高濃度不純物領域
と前記ドレイン層とを同一の不純物拡散工程において同
時に形成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法
によって達成される。
【００１６】
【作用】本発明では、フローティング拡散層の不純物濃
度がリセットトランジスタのドレイン層の不純物濃度よ
りも低濃度であることにより、出力ゲート、リセットゲ
ート及び半導体基板との間の容量が減少し、従ってフロ
ーティング拡散層の全体の容量も小さくなるため、低照
度などの信号電荷が小さい場合でも大きな信号出力を得
ることができ、感度の上昇を実現することが可能とな
る。
度がリセットトランジスタのドレイン層の不純物濃度よ
りも低濃度であることにより、出力ゲート、リセットゲ
ート及び半導体基板との間の容量が減少し、従ってフロ
ーティング拡散層の全体の容量も小さくなるため、低照
度などの信号電荷が小さい場合でも大きな信号出力を得
ることができ、感度の上昇を実現することが可能とな
る。
【００１７】また、フローティング拡散層の一部に高濃
度不純物領域が設けられていることにより、出力特性に
いわゆるニー（knee）特性をもたせ、最大出力、即ち飽
和出力が大きくなるため、ダイナミックレンジを改善
し、画質の大幅な向上を実現することが可能となる。更
に、フローティング拡散層の高濃度不純物領域とドレイ
ン層とを同じ不純物濃度にすることにより、両者を同一
の不純物拡散工程において同時に形成することができる
ため、また同様に、フローティング拡散層の低濃度不純
物領域とチャネル層とを同じ不純物濃度にすることによ
り、両者を同一の不純物拡散工程において同時に形成す
ることができるため、プロセス上の工程の簡略化を図る
ことが可能となる。
度不純物領域が設けられていることにより、出力特性に
いわゆるニー（knee）特性をもたせ、最大出力、即ち飽
和出力が大きくなるため、ダイナミックレンジを改善
し、画質の大幅な向上を実現することが可能となる。更
に、フローティング拡散層の高濃度不純物領域とドレイ
ン層とを同じ不純物濃度にすることにより、両者を同一
の不純物拡散工程において同時に形成することができる
ため、また同様に、フローティング拡散層の低濃度不純
物領域とチャネル層とを同じ不純物濃度にすることによ
り、両者を同一の不純物拡散工程において同時に形成す
ることができるため、プロセス上の工程の簡略化を図る
ことが可能となる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明を図示する実施例に基づいて具
体的に説明する。図１（ａ）は本発明の一実施例による
固体撮像装置を示す断面図、図１（ａ）はそのＦＤ層に
おけるポテンシャルを示す図、図２は図１の固体撮像装
置の出力特性を示すグラフである。
体的に説明する。図１（ａ）は本発明の一実施例による
固体撮像装置を示す断面図、図１（ａ）はそのＦＤ層に
おけるポテンシャルを示す図、図２は図１の固体撮像装
置の出力特性を示すグラフである。
【００１９】接地されているｐ型シリコン基板１０上
に、絶縁膜１２を介して、電荷を転送するＣＣＤの最終
段である出力ゲート１４が設置され、パルス電圧φOUT
により転送されてきた電荷をＦＤＡに出力するようにな
っている。そしてこの出力ゲート１４に隣接するｐ型シ
リコン基板１０表面にＦＤ層１６が形成され、転送され
てくた電荷を蓄積するようになっている。ここで、この
ＦＤ層１６が、ｎ- 型低濃度不純物領域１６ａとその中
央部に設けられたｎ+ 型高濃度不純物領域１６ｂとを有
している点に、本実施例の特徴がある。
に、絶縁膜１２を介して、電荷を転送するＣＣＤの最終
段である出力ゲート１４が設置され、パルス電圧φOUT
により転送されてきた電荷をＦＤＡに出力するようにな
っている。そしてこの出力ゲート１４に隣接するｐ型シ
リコン基板１０表面にＦＤ層１６が形成され、転送され
てくた電荷を蓄積するようになっている。ここで、この
ＦＤ層１６が、ｎ- 型低濃度不純物領域１６ａとその中
央部に設けられたｎ+ 型高濃度不純物領域１６ｂとを有
している点に、本実施例の特徴がある。
【００２０】また、このＦＤ層１６と相対して、ｐ型シ
リコン基板１０表面にｎ+ 型ドレイン層１８が設けら
れ、更にこれらＦＤ層１６とｎ+ 型ドレイン層１８との
間には、ｎ- 型チャネル層２０が設けられている。ここ
で、ｎ+ 型ドレイン層１８の不純物濃度は、ＦＤ層１６
のｎ+ 型高濃度不純物領域１６ｂの不純物濃度が同じで
ある。また、ｎ- 型チャネル層２０の不純物濃度は、Ｆ
Ｄ層１６のｎ- 型低濃度不純物領域１６ａの不純物濃度
が同じであり、従ってｎ- 型低濃度不純物領域１６ａと
ｎ- 型チャネル層２０とは、ｐ型シリコン基板１０表面
に一体として形成されている。
リコン基板１０表面にｎ+ 型ドレイン層１８が設けら
れ、更にこれらＦＤ層１６とｎ+ 型ドレイン層１８との
間には、ｎ- 型チャネル層２０が設けられている。ここ
で、ｎ+ 型ドレイン層１８の不純物濃度は、ＦＤ層１６
のｎ+ 型高濃度不純物領域１６ｂの不純物濃度が同じで
ある。また、ｎ- 型チャネル層２０の不純物濃度は、Ｆ
Ｄ層１６のｎ- 型低濃度不純物領域１６ａの不純物濃度
が同じであり、従ってｎ- 型低濃度不純物領域１６ａと
ｎ- 型チャネル層２０とは、ｐ型シリコン基板１０表面
に一体として形成されている。
【００２１】そしてこのことにより、本実施例による固
体撮像装置の製造方法において、ｎ+ 型高濃度不純物領
域１６ｂ及びｎ+ 型ドレイン層１８は、同一の不純物拡
散工程において同時に形成することができる。また、同
様に、ｎ- 型低濃度不純物領域１６ａ及びｎ- 型チャネ
ル層２０も、同一の不純物拡散工程において同時に形成
することができる。
体撮像装置の製造方法において、ｎ+ 型高濃度不純物領
域１６ｂ及びｎ+ 型ドレイン層１８は、同一の不純物拡
散工程において同時に形成することができる。また、同
様に、ｎ- 型低濃度不純物領域１６ａ及びｎ- 型チャネ
ル層２０も、同一の不純物拡散工程において同時に形成
することができる。
【００２２】また、ｎ- 型チャネル層２０上には、ゲー
ト絶縁膜２２を介して設けられ、リセットゲート２４が
設けられている。こうして、ＦＤ層１６をソースとし、
ｎ+型ドレイン層２０、ｎ- 型チャネル層２２及びリセ
ットゲート２４を有するディプリーション形のリセット
ＭＯＳトランジスタが形成され、リセットゲート２４に
印加されるリセットパルス電圧φR によってＦＤ層１６
に蓄積された電荷を流出させてリセット状態にするよう
になっている。
ト絶縁膜２２を介して設けられ、リセットゲート２４が
設けられている。こうして、ＦＤ層１６をソースとし、
ｎ+型ドレイン層２０、ｎ- 型チャネル層２２及びリセ
ットゲート２４を有するディプリーション形のリセット
ＭＯＳトランジスタが形成され、リセットゲート２４に
印加されるリセットパルス電圧φR によってＦＤ層１６
に蓄積された電荷を流出させてリセット状態にするよう
になっている。
【００２３】また、ＦＤ層１６に接続され、このＦＤ層
１６に蓄積された電荷による信号を増幅して出力電圧信
号として取り出すソースホロワの増幅ＭＯＳトランジス
タ２６が設けられている。即ち、ＦＤ層１６のｎ+ 型高
濃度不純物領域１６ｂが増幅ＭＯＳトランジスタ２６の
ゲートに接続され、増幅ＭＯＳトランジスタ２６のドレ
インが電源電圧ＶDDに接続され、ソースが出力端子Ｖ
OUT に接続されると共に、抵抗ＲS を介して接地されて
いる。
１６に蓄積された電荷による信号を増幅して出力電圧信
号として取り出すソースホロワの増幅ＭＯＳトランジス
タ２６が設けられている。即ち、ＦＤ層１６のｎ+ 型高
濃度不純物領域１６ｂが増幅ＭＯＳトランジスタ２６の
ゲートに接続され、増幅ＭＯＳトランジスタ２６のドレ
インが電源電圧ＶDDに接続され、ソースが出力端子Ｖ
OUT に接続されると共に、抵抗ＲS を介して接地されて
いる。
【００２４】ところで、以上のように構成される固体撮
像装置においては、ＣＣＤの出力ゲート１４とリセット
ＭＯＳトランジスタのリセットゲート２４の間に挾まれ
たＦＤ層１６及びｎ- 型チャネル層２２のポテンシャル
は、図１（ｂ）に示されるようになる。即ち、ＦＤ層１
６のｎ+ 型高濃度不純物領域１６ｂに対応して、電荷量
Ｑ１を蓄積する深いポテンシャル井戸２８が形成され、
また、ＦＤ層１６のｎ- 型低濃度不純物領域１６ａ及び
ｎ- 型チャネル層２２に対応して、更に電荷量Ｑ２を蓄
積する浅いポテンシャル井戸２８が形成される。
像装置においては、ＣＣＤの出力ゲート１４とリセット
ＭＯＳトランジスタのリセットゲート２４の間に挾まれ
たＦＤ層１６及びｎ- 型チャネル層２２のポテンシャル
は、図１（ｂ）に示されるようになる。即ち、ＦＤ層１
６のｎ+ 型高濃度不純物領域１６ｂに対応して、電荷量
Ｑ１を蓄積する深いポテンシャル井戸２８が形成され、
また、ＦＤ層１６のｎ- 型低濃度不純物領域１６ａ及び
ｎ- 型チャネル層２２に対応して、更に電荷量Ｑ２を蓄
積する浅いポテンシャル井戸２８が形成される。
【００２５】従って、ＣＣＤから転送されてきた電荷量
がＱ１以下の場合、その電荷は深いポテンシャル井戸２
８に蓄積される。更に電荷量が増加してＱ１を越える場
合、その電荷はＱ２として浅いポテンシャル井戸２８に
蓄積される。このように本実施例によれば、ＣＣＤの出
力ゲート１４との近傍のＦＤ層１６にはｎ- 型低濃度不
純物領域１６ａが設けられているため、ＦＤ層１６の出
力ゲート１４との間の容量Ｃ１は、従来のＦＤ層がリセ
ットＭＯＳトランジスタのｎ+ ドレイン層と同じ高濃度
不純物層であった場合と比較すると、小さくなってい
る。
がＱ１以下の場合、その電荷は深いポテンシャル井戸２
８に蓄積される。更に電荷量が増加してＱ１を越える場
合、その電荷はＱ２として浅いポテンシャル井戸２８に
蓄積される。このように本実施例によれば、ＣＣＤの出
力ゲート１４との近傍のＦＤ層１６にはｎ- 型低濃度不
純物領域１６ａが設けられているため、ＦＤ層１６の出
力ゲート１４との間の容量Ｃ１は、従来のＦＤ層がリセ
ットＭＯＳトランジスタのｎ+ ドレイン層と同じ高濃度
不純物層であった場合と比較すると、小さくなってい
る。
【００２６】また同様に、リセットＭＯＳトランジスタ
のリセットゲート２４との近傍のＦＤ層１６にもｎ- 型
低濃度不純物領域１６ａが設けられているため、ＦＤ層
１６のリセットゲート２４との間の容量Ｃ２も、従来例
に比較して、小さくなっている。更に、ＦＤ層１６はｎ
- 型低濃度不純物領域１６ａとｎ+ 型高濃度不純物領域
１６ｂとを有しているが、従来例と比較すると、ｎ+ 型
高濃度不純物領域１６ｂがｐ型シリコン基板１０と接合
している面積は小さく、従ってＦＤ層１６のｐ型シリコ
ン基板１０との間の容量Ｃｇもまた、小さくなってい
る。
のリセットゲート２４との近傍のＦＤ層１６にもｎ- 型
低濃度不純物領域１６ａが設けられているため、ＦＤ層
１６のリセットゲート２４との間の容量Ｃ２も、従来例
に比較して、小さくなっている。更に、ＦＤ層１６はｎ
- 型低濃度不純物領域１６ａとｎ+ 型高濃度不純物領域
１６ｂとを有しているが、従来例と比較すると、ｎ+ 型
高濃度不純物領域１６ｂがｐ型シリコン基板１０と接合
している面積は小さく、従ってＦＤ層１６のｐ型シリコ
ン基板１０との間の容量Ｃｇもまた、小さくなってい
る。
【００２７】こうして、 ＣFD＝Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃｄ＋Ｃｇ で表されるＦＤ層１６の容量ＣFDは全体として小さくな
る。これにより、固体撮像装置の高集積化に伴い信号電
荷ＱS が減少していく傾向にあって、更に信号電荷ＱS
が小さい低照度においても、高感度とすることが可能と
なり、画質の高品質化を実現することができる。
る。これにより、固体撮像装置の高集積化に伴い信号電
荷ＱS が減少していく傾向にあって、更に信号電荷ＱS
が小さい低照度においても、高感度とすることが可能と
なり、画質の高品質化を実現することができる。
【００２８】また、図２の出力特性に示されるように、
転送されてきた電荷量がＱ１以下の場合には、容量の小
さい深いポテンシャル井戸２８に蓄積されるため、電荷
量Ｑの増加に比例して出力電圧が増加する傾きは従来例
と比較して大きくなり、従って感度が高くなる。さら
に、電荷量がＱ１を越える場合には、容量の大きい浅い
ポテンシャル井戸３０に蓄積されるため、電荷量Ｑ比例
する出力電圧の傾きが小さくなって感度は低出力時より
落ちるが、その反面で飽和信号出力は大きくなる。即
ち、出力特性は、図２のグラフに示されるように、ニー
特性をもつようになる。従って、ダイナミックレンジを
改善して、画質を大幅に向上することができる。
転送されてきた電荷量がＱ１以下の場合には、容量の小
さい深いポテンシャル井戸２８に蓄積されるため、電荷
量Ｑの増加に比例して出力電圧が増加する傾きは従来例
と比較して大きくなり、従って感度が高くなる。さら
に、電荷量がＱ１を越える場合には、容量の大きい浅い
ポテンシャル井戸３０に蓄積されるため、電荷量Ｑ比例
する出力電圧の傾きが小さくなって感度は低出力時より
落ちるが、その反面で飽和信号出力は大きくなる。即
ち、出力特性は、図２のグラフに示されるように、ニー
特性をもつようになる。従って、ダイナミックレンジを
改善して、画質を大幅に向上することができる。
【００２９】また、ＦＤ層１６と増幅ＭＯＳトランジス
タ２６との接続において、ＦＤ層１６のｎ+ 型高濃度不
純物領域１６ｂが増幅ＭＯＳトランジスタ２６のゲート
に接続されているため、そのコンタクト抵抗を大きくす
ることもない。また、ＦＤ層１６のｎ+ 型高濃度不純物
領域１６ｂの不純物濃度とｎ+ 型ドレイン層１８の不純
物濃度とが同じであることにより、両者を同一の不純物
拡散工程において同時に形成することができるため、ま
た同様に、ＦＤ層１６のｎ- 型低濃度不純物領域１６ａ
の不純物濃度とｎ- 型チャネル層２０の不純物濃度とが
同じであることにより、両者を同一の不純物拡散工程に
おいて同時に形成することができるため、従来例に比べ
て工程数を増加する必要はない。
タ２６との接続において、ＦＤ層１６のｎ+ 型高濃度不
純物領域１６ｂが増幅ＭＯＳトランジスタ２６のゲート
に接続されているため、そのコンタクト抵抗を大きくす
ることもない。また、ＦＤ層１６のｎ+ 型高濃度不純物
領域１６ｂの不純物濃度とｎ+ 型ドレイン層１８の不純
物濃度とが同じであることにより、両者を同一の不純物
拡散工程において同時に形成することができるため、ま
た同様に、ＦＤ層１６のｎ- 型低濃度不純物領域１６ａ
の不純物濃度とｎ- 型チャネル層２０の不純物濃度とが
同じであることにより、両者を同一の不純物拡散工程に
おいて同時に形成することができるため、従来例に比べ
て工程数を増加する必要はない。
【００３０】勿論、深いポテンシャル井戸２８に蓄積す
る電荷量Ｑ１を制御するために、所定の大きさと濃度を
もつｎ+ 型高濃度不純物領域１６ｂを別途に形成しても
よいが、その不純物濃度をｎ+ 型ドレイン層１８の不純
物濃度とが同じにして、その大きさを調整することによ
り、蓄積する電荷量Ｑ１を制御することができる。な
お、上記実施例においては、ｎ+ 型高濃度不純物領域１
６ｂはｎ- 型低濃度不純物領域１６ａの中央部に設けら
れているが、ｎ+ 型高濃度不純物領域１６ｂの位置は必
ずしも中央部に限定されない。但し、その位置は、ＣＣ
Ｄの出力ゲート１４とリセットＭＯＳトランジスタとの
両者からできるだけ離れていることが望ましい。
る電荷量Ｑ１を制御するために、所定の大きさと濃度を
もつｎ+ 型高濃度不純物領域１６ｂを別途に形成しても
よいが、その不純物濃度をｎ+ 型ドレイン層１８の不純
物濃度とが同じにして、その大きさを調整することによ
り、蓄積する電荷量Ｑ１を制御することができる。な
お、上記実施例においては、ｎ+ 型高濃度不純物領域１
６ｂはｎ- 型低濃度不純物領域１６ａの中央部に設けら
れているが、ｎ+ 型高濃度不純物領域１６ｂの位置は必
ずしも中央部に限定されない。但し、その位置は、ＣＣ
Ｄの出力ゲート１４とリセットＭＯＳトランジスタとの
両者からできるだけ離れていることが望ましい。
【００３１】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、フローテ
ィング拡散層の不純物濃度がリセットトランジスタのド
レイン層の不純物濃度よりも低濃度であることにより、
出力ゲート、リセットゲート及び半導体基板との間の容
量が減少してフローティング拡散層の全体の容量も小さ
くなるため、低照度などの信号電荷が小さい場合でも大
きな信号出力を得ることができる感度の上昇を実現する
ことが可能となる。
ィング拡散層の不純物濃度がリセットトランジスタのド
レイン層の不純物濃度よりも低濃度であることにより、
出力ゲート、リセットゲート及び半導体基板との間の容
量が減少してフローティング拡散層の全体の容量も小さ
くなるため、低照度などの信号電荷が小さい場合でも大
きな信号出力を得ることができる感度の上昇を実現する
ことが可能となる。
【００３２】また、フローティング拡散層の一部に高濃
度不純物領域を設けられていることにより、出力特性が
ニー特性をもち、最大信号出力も大きくなるため、ダイ
ナミックレンジが改善され、画質が大幅に向上する。更
に、フローティング拡散層の高濃度不純物領域とドレイ
ン層とが同じ不純物濃度であることにより、両者を同一
の不純物拡散工程において同時に形成することができる
ため、また同様に、フローティング拡散層の低濃度不純
物領域とチャネル層とが同じ不純物濃度であることによ
り、両者を同一の不純物拡散工程において同時に形成す
ることができるため、プロセス上の工程の簡略化を図る
ことが可能となる。
度不純物領域を設けられていることにより、出力特性が
ニー特性をもち、最大信号出力も大きくなるため、ダイ
ナミックレンジが改善され、画質が大幅に向上する。更
に、フローティング拡散層の高濃度不純物領域とドレイ
ン層とが同じ不純物濃度であることにより、両者を同一
の不純物拡散工程において同時に形成することができる
ため、また同様に、フローティング拡散層の低濃度不純
物領域とチャネル層とが同じ不純物濃度であることによ
り、両者を同一の不純物拡散工程において同時に形成す
ることができるため、プロセス上の工程の簡略化を図る
ことが可能となる。
【図１】本発明の一実施例による固体撮像装置を説明す
るための断面図及びポテンシャル図である。
るための断面図及びポテンシャル図である。
【図２】図１の固体撮像装置の出力特性を示すグラフで
ある。
ある。
【図３】従来の固体撮像装置を説明するための図であ
る。
る。
【図４】図３の固体撮像装置の出力信号波形を示す図で
ある。
ある。
１０…ｐ型シリコン基板 １２…絶縁膜 １４…出力ゲート １６ａ…ｎ- 型低濃度不純物領域 １６ｂ…ｎ+ 型高濃度不純物領域 １６…ＦＤ層 １８…ｎ+ 型ドレイン層 ２０…ｎ- 型チャネル層 ２２…ゲート絶縁膜 ２４…リセットゲート ２６…増幅ＭＯＳトランジスタ ２８…深いポテンシャル井戸 ３０…浅いポテンシャル井戸 ５０…ｐ型シリコン基板 ５１…ｎ--層 ５２…絶縁膜 ５４ａ、５４ｂ、５４ｃ…電荷転送ゲート ５６…出力ゲート ５８…ｎ+ 型ＦＤ層 ６０…増幅ＭＯＳトランジスタ ６２…ｎ+ 型ドレイン層 ６４…ｎ- 型チャネル層 ６６…ゲ−ト絶縁膜 ６８…リセットゲート
Claims (7)
- 【請求項１】 半導体基板と、前記半導体基板上に絶縁
膜を介してアレイ状に配置され、前記半導体基板表面の
電荷を転送する複数個の電荷転送ゲートと、前記電荷転
送ゲートの最終段の出力ゲートに隣接して前記半導体基
板表面に設けられ、前記電荷転送ゲートによって転送さ
れた電荷を蓄積するフローティング拡散層と、前記フロ
ーティング拡散層と相対して設けられたドレイン層と、
前記フローティング拡散層と前記ドレイン層とに挟まれ
たチャネル層上に、ゲート絶縁膜を介して設けられ、前
記フローティング拡散層に蓄積された電荷を流出させる
リセットゲートと、前記フローティング拡散層に接続さ
れ、前記フローティング拡散層に蓄積された電荷による
信号を増幅して出力信号を取り出す増幅トランジスタと
を有する固体撮像装置において、 前記フローティング拡散層の不純物濃度が、前記ドレイ
ン層の不純物濃度よりも低濃度であることを特徴とする
固体撮像装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の固体撮像装置において、 前記フローティング拡散層の不純物濃度が、前記チャネ
ル層の不純物濃度と同じ濃度であることを特徴とする固
体撮像装置。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の固体撮像装置にお
いて、 前記フローティング拡散層の一部に、前記フローティン
グ拡散層の不純物濃度より高濃度の高濃度不純物領域が
設けられていることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項４】 請求項３記載の固体撮像装置において、 前記フローティング拡散層の一部に設けられている前記
高濃度不純物領域の不純物濃度が、前記ドレイン層の不
純物濃度と同じ濃度であることを特徴とする固体撮像装
置。 - 【請求項５】 請求項３又は４記載の固体撮像装置にお
いて、 前記高濃度不純物領域が、前記増幅トランジスタドレイ
ン層のゲートに接続されていることを特徴とする固体撮
像装置。 - 【請求項６】 請求項２記載の前記フローティング拡散
層と前記チャネル層とを同一の不純物拡散工程において
同時に形成することを特徴とする固体撮像装置の製造方
法。 - 【請求項７】 請求項４記載の前記高濃度不純物領域と
前記ドレイン層とを同一の不純物拡散工程において同時
に形成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4087110A JPH05291550A (ja) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | 固体撮像装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4087110A JPH05291550A (ja) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | 固体撮像装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05291550A true JPH05291550A (ja) | 1993-11-05 |
Family
ID=13905819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4087110A Withdrawn JPH05291550A (ja) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | 固体撮像装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05291550A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006086241A (ja) * | 2004-09-15 | 2006-03-30 | Sony Corp | 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法 |
| JP2007027601A (ja) * | 2005-07-21 | 2007-02-01 | Nikon Corp | 撮像装置 |
| KR100910936B1 (ko) * | 2007-08-09 | 2009-08-06 | (주)실리콘화일 | 영상감도 및 다이내믹 레인지를 향상시키는 단위픽셀 |
| US7772624B2 (en) | 2005-07-13 | 2010-08-10 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensors and methods of fabricating same |
| US7880259B2 (en) | 2004-09-07 | 2011-02-01 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Solid-state image sensor |
| US8120077B2 (en) | 2004-12-16 | 2012-02-21 | Panasonic Corporation | Solid-state imaging device comprising doped channel stop at isolation regions to suppress noise |
-
1992
- 1992-04-08 JP JP4087110A patent/JPH05291550A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7880259B2 (en) | 2004-09-07 | 2011-02-01 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Solid-state image sensor |
| JP2006086241A (ja) * | 2004-09-15 | 2006-03-30 | Sony Corp | 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法 |
| JP4604621B2 (ja) * | 2004-09-15 | 2011-01-05 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置の製造方法 |
| US8120077B2 (en) | 2004-12-16 | 2012-02-21 | Panasonic Corporation | Solid-state imaging device comprising doped channel stop at isolation regions to suppress noise |
| US8772844B2 (en) | 2004-12-16 | 2014-07-08 | Wi Lan, Inc. | Solid-state imaging device |
| US7772624B2 (en) | 2005-07-13 | 2010-08-10 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensors and methods of fabricating same |
| JP2007027601A (ja) * | 2005-07-21 | 2007-02-01 | Nikon Corp | 撮像装置 |
| KR100910936B1 (ko) * | 2007-08-09 | 2009-08-06 | (주)실리콘화일 | 영상감도 및 다이내믹 레인지를 향상시키는 단위픽셀 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990608 |