JPH0582770A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents
固体撮像装置およびその製造方法Info
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- JPH0582770A JPH0582770A JP3241005A JP24100591A JPH0582770A JP H0582770 A JPH0582770 A JP H0582770A JP 3241005 A JP3241005 A JP 3241005A JP 24100591 A JP24100591 A JP 24100591A JP H0582770 A JPH0582770 A JP H0582770A
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Abstract
て、読み出し電圧の安定化を実現できる固体撮像装置お
よびその製造方法を提供する。 【構成】 電荷蓄積領域3から光信号電荷を読み出す信
号電荷読み出し領域8aが不純物濃度の低い領域11aと
高い領域12aとからなる。またその製造方法は、信号電
荷読み出し領域8aに不純物濃度の低い領域11aと高い領
域12aとを選択的に形成するために、加速エネルギーま
たは注入角度を変えて複数回イオン注入を行なう工程を
有する
Description
画素化またはチップサイズを小型化した固体撮像装置お
よびその製造方法に関する。
する。図4は従来のインターライン型固体撮像装置の要
部断面図である。図4において、1はN型シリコン基
板、2はP--型ウェル領域、3はP--型ウェル領域2と
で光電変換装置(PN接合フォトダイオードと称する)
を形成するN型電荷蓄積領域(以下N型フォトダイオー
ドと称する)、4はN型フォトダイオード3の上に形成
された暗電流抑制のためのP++型埋め込み領域、5はス
ミアを抑制するためのP-型領域、6はP-型領域5とで
垂直電荷結合素子部(以下垂直CCDと称する)を形成
するN型埋め込みチャネル領域、7はN型フォトダイオ
ード3から垂直CCD部に光検出信号電荷を読み出し制
御するためのポリシリコン膜等で形成された読み出しゲ
ート電極、8はゲート電極7とで信号電荷転送部を形成
するP型信号電荷読み出し領域、9はチャネルストッパ
を形成するP+型領域、10はアルミニウム膜等の遮光
膜である。
来の構成では、受光部で光電変換された光検出信号電荷
は、N型フォトダイオード3から読み出しゲート電極7
の下のチャネル(P型信号電荷読み出し領域8)を通し
て垂直CCDを形成するN型埋め込みチャネル領域6に
読み出されるが、このN型埋め込みチャネル領域6の実
効的な距離と不純物濃度が変動しやすいという課題を有
していた。特に高画素化とチップサイズの小型化によっ
て単位画素面積が縮小されると、N型フォトダイオード
3とN型埋め込みチャネル領域6の間において、微細化
にともなうショートチャネル効果のためバルク内の空乏
層のつながりによるパンチスルー現象が生じやすくなる
という課題を有していた。このようなパンチスルー現象
が生じるとブルーミングが発生し、それを抑制するため
に縦型オーバーフロードレインによって光検出信号電荷
はN型フォトダイオード3からN型シリコン基板1に排
出されるが、その結果、N型フォトダイオード3の信号
蓄積電荷の飽和容量が減少し、出力信号の最大値が低下
するという課題が発生する。
御電圧の安定化とパンチスルー現象抑制のために一般的
なMOSトランジスタで用いられるスケーリング則にし
たがってデザインルールを縮小することは困難である。
その理由の一つは、分光感度特性を維持するためにN型
フォトダイオード3の深さを浅くすることができない点
にある。これに対して、接合の深さ(光電変換領域)を
変えずにパンチスルー現象を抑制する方法の一つとして
P-型領域5の不純物濃度を高くすることが考えられる
が、このP-型領域5は垂直CCD部のウェルを形成し
ているので不純物濃度を高くすると、空乏化電圧の増加
とフリンジング電界の減少によって、駆動電圧の増加と
信号電荷の転送効率の劣化が生じやすくなるという新た
な問題が発生する。
で、残像および信号電荷蓄積容量の劣化を抑制して、読
み出し電圧の安定化を実現できる固体撮像装置およびそ
の製造方法を提供することを目的とする。
に本発明の固体撮像装置は、光信号電荷の読み出し領域
が不純物濃度の低い領域と高い領域からなる構成を有し
ており、またその製造方法は、光検出信号電荷の読み出
し領域に不純物濃度の低い領域と高い領域を選択的に形
成するために、加速エネルギーまたは注入角度を変えて
複数回イオン注入を行なう工程を有している。
すると同時に安定させ、信号電荷の読み出し電圧を安定
させ、暗電流を抑制することができる。
を参照しながら説明する。なおこれらの図において、図
4に示す従来例と同一箇所には同一符号を付して詳細説
明を省略する。
における固体撮像装置の要部断面図である。図1に示す
ように、本実施例では図4に示すP型信号電荷読み出し
領域8が不純物濃度の異なる浅いP型領域11aと深い
P+型領域12aとで構成されており、かつP+型領域1
2aがP-型ウェル領域5とN型チャネル領域6との接
合線上に形成されている。
aは、イオン注入阻止マスクを用いて加速エネルギー5
0keVでボロン原子を注入しP型領域11aを形成し
た後、加速エネルギー200keVで再度ボロン原子を
注入して表面から深いところに不純物濃度の高いP+型
領域12aを形成することで得られる。P型領域11a
によって読み出し電圧の安定化をはかり、P+型領域1
2aによってバルク内の空乏層のつながりを防ぎ、パン
チスルー現象を抑制する。
注入の優れた制御性を利用して読み出し電圧を制御する
ために、信号電荷読み出し領域8aはイオン注入によっ
て形成されるが、このときの加速電圧を増加して信号電
荷読み出し領域8aにおける深いP+型領域12aの不
純物濃度を高くすると、パンチスルー現象を抑制するこ
とができる(選択的に不純物濃度の高い領域を基板深部
のパンチスルー発生領域に形成し、バルク内の空乏層の
広がりを阻止する)。しかしながらイオン注入装置によ
って加速されたイオンは、シリコン原子とランダムな散
乱を繰り返しながらシリコン基板深部に侵入するため、
注入イオンの静止点はある統計的なばらつきを持ち、平
均値のまわりに分布する。実際の注入イオンの分布はガ
ウス分布のような簡単なものではなく、静止イオン分布
のピーク値の左右で標準偏差の異なる非対称の分布とな
る。一般にP型不純物として用いられるボロン原子の場
合は、質量がシリコン原子よりも小さいために原子核衝
突によって広い角度で散乱される確率が高くなり、注入
分布は基板表面側に偏った分布を示す。したがって、加
速エネルギーを高くするほど静止イオンのピーク値(平
均射影飛程)が深くなるため、平均値から離れた表面付
近における不純物濃度のばらつきは大きくなり、また表
面付近における不純物濃度を一定にするためには加速電
圧を高くするに従い注入時のドーズ量を増加しなければ
ならない。表面の不純物濃度とチャネル長にばらつきが
生じると読み出し電圧が不安定となり、さらに残像現象
が生じやすくなるが、特に接合の深さとの関係からチャ
ネル長にばらつきが生じやすい微細な素子では、パンチ
スルー現象を抑制するため高い加速電圧で表面および深
い領域の不純物濃度を制御するには、イオン注入時のド
ーズ量および加速エネルギーの最適化が必要である。こ
の場合、加速エネルギーすなわち平均射影飛程の異なる
複数回のイオン注入によって信号電荷読み出し領域8a
を形成すると、比較的容易に表面から深い領域まで安定
した濃度分布を得ることができる。
における固体撮像装置の要部断面図である。図2に示す
ように、本実施例では図4に示すN型フォトダイオード
3を遮光膜10からの光の漏れよって発生した電荷が垂
直CCDへ入り込むのを防ぐためのベルボトム構造と
し、かつ信号電荷読み出し領域8をP型領域11bとP
+型領域12bとで構成している。この場合、P型領域
11bは埋め込みチャネル領域6と同じ深さまで形成し
ており、P+型領域12bはP型領域11bとN型埋め
込みチャネル領域6との接合部の下部に形成している。
のようにして形成される。まずチャネリング防止のため
にイオン注入角7度、加速エネルギー50keVでボロ
ン原子を注入しP型領域11bを形成した後、垂直CC
D側へイオン注入角60度、加速エネルギー200ke
Vで再度ボロン原子を注入して表面から深いところに不
純物濃度の高いP+型領域12bを形成する。P型領域
11bによって読み出し電圧の安定化をはかり、P+領
域12bによってパンチスルー現象を抑制すると同時に
スミアおよび信号電荷飽和容量の劣化を抑制する。P+
型領域12bの形成時にイオン注入角度を変更して垂直
CCD側へイオン注入しているが、これはN型フォトダ
イオード3をベルボトム構造としたのでP+型領域12
bの形成時にその構造が破壊されるのを防ぐためであ
る。
における固体撮像装置の要部断面図である。図3に示す
ように、本実施例では図4に示すP型信号電荷読み出し
領域8が深いP型領域11cと浅いP+型領域12cと
で構成されており、P型領域11cがP-型ウェル領域
5とN型埋め込みチャネル領域6との接合線上に形成さ
れている。
加速エネルギー50keVでボロン原子を注入し、P+
型領域12cを形成した後、加速エネルギー200ke
Vで再度ボロン原子を注入して表面から深いところに不
純物濃度の低いP型領域11cを形成することで得られ
る。
間の半導体界面部にごく近い部分にしか、キャリアすな
わち光検出信号電荷が流れないような構造をとった場合
は、原理的にチャネルの幅Wと長さLとするとW/Lに
よって電流容量が決定される。しかしながら、信号電荷
読み出しゲート7に印加する電圧によってパンチスルー
現象を強制的に発生させてバルク内にキャリアが流れる
ようにすれば、電流容量はW/Lによって制約を受け
ず、一定時間に読み出す信号容量が増加する。さらに、
欠陥の生じやすい表面近傍をキャリアが通らないことか
ら、暗電流や白傷をも抑制することができる。本実施例
の構造では、P+型領域12cによって表面から電荷が
漏れるのを防ぎ、P型領域11cによってバルク内の不
純物濃度を制御し、読み出しゲート電極7の印加電圧に
よってパンチスルー現象の発生を制御する。
3の実施例において、ボロン原子をイオン注入源とした
が、他の不純物原子でもよい。また安定性を増すために
加速電圧の異なるイオン注入の回数を増加してもよく、
複数回の注入ではイオン注入源として、異なる種類の原
子を用いてもよい。またイオン注入阻止マスクは同一の
ものを用いると工程の省略ができ、マスクの合わせずれ
が生じない。さらに、注入条件を最適化することによっ
て信号電荷読み出し領域8a、8bまたは8cを形成す
るイオン注入は一回でもよく、その場合生産時における
スループットを上げることができる。
の読み出し領域を不純物濃度の低い領域と高い領域とで
形成することにより、残像および信号電荷蓄積容量の劣
化を抑制して、信号電荷読み出し電圧の安定化をはかる
ことのできる優れた固体撮像装置およびその製造方法を
実現できるものである。
要部断面図
要部断面図
要部断面図
面図
Claims (5)
- 【請求項1】 一導電型の半導体基板の主面に反対導電
型のウェル領域が形成され、前記ウェル領域上に複数の
受光部を形成する一導電型の電荷蓄積領域と、電荷転送
のためのシフトレジスタを形成する一導電型の埋め込み
領域と、前記電荷蓄積領域に蓄積された光検出信号電荷
を前記シフトレジスタに読み出し制御するための信号電
荷読み出しゲート電極およびその読み出しゲート電極直
下に反対導電型の信号電荷読み出し領域とを備えた固体
撮像装置において、前記信号電荷読み出し領域が、不純
物濃度の低い領域と高い領域とで形成された固体撮像装
置。 - 【請求項2】 信号電荷読み出し領域における不純物濃
度の高い領域が、ウェル領域と電荷蓄積領域とで形成さ
れる電気的なポテンシャルの最小値と、ウェル領域と埋
め込み領域とで形成される電気的なポテンシャルの最小
値とを結ぶ線上に形成された請求項1記載の固体撮像装
置。 - 【請求項3】 信号電荷読み出し領域における不純物濃
度の高い領域が、ウェル領域と電荷蓄積領域とで形成さ
れる冶金学的な接合と、ウェル領域と埋め込み領域で形
成される冶金学的な接合とを最短距離で結ぶ線上に形成
された請求項1記載の固体撮像装置。 - 【請求項4】 信号電荷読み出し領域を、加速エネルギ
ーの異なる複数回のイオン注入によって形成する請求項
1、2または3記載の固体撮像装置の製造方法。 - 【請求項5】 イオン注入角を2回以上変えてイオン注
入を行なう請求項4記載の固体撮像装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3241005A JP2644937B2 (ja) | 1991-09-20 | 1991-09-20 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3241005A JP2644937B2 (ja) | 1991-09-20 | 1991-09-20 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0582770A true JPH0582770A (ja) | 1993-04-02 |
JP2644937B2 JP2644937B2 (ja) | 1997-08-25 |
Family
ID=17067917
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3241005A Expired - Lifetime JP2644937B2 (ja) | 1991-09-20 | 1991-09-20 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2644937B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06283700A (ja) * | 1993-03-30 | 1994-10-07 | Toshiba Corp | 固体撮像装置 |
JPH07161958A (ja) * | 1993-12-09 | 1995-06-23 | Nec Corp | 固体撮像装置 |
JPH07202158A (ja) * | 1993-12-13 | 1995-08-04 | Lg Semicon Co Ltd | Ccd型固体撮像素子 |
JPH08330561A (ja) * | 1995-05-31 | 1996-12-13 | Nec Corp | 固体撮像装置 |
US5774182A (en) * | 1994-07-28 | 1998-06-30 | Nec Corporation | Solid-state image sensor device with pixel array structure of interline transfer CCD image sensor |
-
1991
- 1991-09-20 JP JP3241005A patent/JP2644937B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06283700A (ja) * | 1993-03-30 | 1994-10-07 | Toshiba Corp | 固体撮像装置 |
JPH07161958A (ja) * | 1993-12-09 | 1995-06-23 | Nec Corp | 固体撮像装置 |
JPH07202158A (ja) * | 1993-12-13 | 1995-08-04 | Lg Semicon Co Ltd | Ccd型固体撮像素子 |
US5774182A (en) * | 1994-07-28 | 1998-06-30 | Nec Corporation | Solid-state image sensor device with pixel array structure of interline transfer CCD image sensor |
JPH08330561A (ja) * | 1995-05-31 | 1996-12-13 | Nec Corp | 固体撮像装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2644937B2 (ja) | 1997-08-25 |
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