JPH06105782B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPH06105782B2
JPH06105782B2 JP60287338A JP28733885A JPH06105782B2 JP H06105782 B2 JPH06105782 B2 JP H06105782B2 JP 60287338 A JP60287338 A JP 60287338A JP 28733885 A JP28733885 A JP 28733885A JP H06105782 B2 JPH06105782 B2 JP H06105782B2
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photosensitive
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敦 本庄
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14643Photodiode arrays; MOS imagers

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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は固体撮像装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来の感光部と転送部とが別々になっている固体撮像装
置は、第4図に示されるように、半導体基板1表面にp
型ウェル領域22が形成されていて、このp型ウェル領域
22の接合の深さが例えば3μmと浅く、不純物積分濃度
が低いシャロー・ウェル(Shallow Well)領域表面に感
光部としてn+型不純物領域23が設けられ、またp型ウェ
ル領域12の接合の深さが例えば5μmと深く、不純物積
分濃度が高いディーブ・ウェル(Deep Well)領域表面
に転送部としてのn+型不純物領域25,26が設けられてい
る。そしてp型ウェル領域122は接地され、半導体基板
1には15Vの基板電圧が印加されている。
これらは電荷がp型ウェル領域22を通って半導体基板1
に排出される機能を感光部においてのみ有するようにす
るための縦形オーバフロードレイン(Vertical Overflo
w Drain)構造を形成している。
すなわち感光部としてのn+型不純物領域23の接合の深さ
が2μmとすると、n+型不純物領域23下方のp型ウェル
領域22は厚さが1μmと薄く、不純物積分濃度も低いた
め、信号電荷の多少にもかかわらず、p型ウェル領域22
の上下2つの接合における空乏層が互に結合して、ここ
におけるp型ウェル領域22の電位はOVより高くなり、n+
型不純物領域23に発生した過剰電荷は半導体基板2に排
出される。そして転送部としてのn+型不純物領域25下方
のp型ウェル領域22は厚さが厚く、不純物積分濃度も高
いために、n+型不純物領域25の信号電荷が失われたり、
半導体基板1からn+型不純物領域25に電荷が注入された
りすることが防止される。
また第4図に示されるように、感光部としてのn+型不純
物領域23表面にp+型不純物領域24が設けられ、BPD(Bur
ried Photo Diode埋め込みホトダイオード)構造が形成
されている。これは埋め込まれたn+型不純物領域23の蓄
積容量を大きくし、また完全空乏化を可能にするためで
ある。さらにまた、p+型不純物領域24に蓄積された信号
電荷が読み出し時に完全に転送されずに残留することを
防ぐためである。この残留した信号電荷は、熱運動のエ
ネルギにより、次の読み出し時に流出することによって
残像を起こす。従って、感光部としてのn+型不純物領域
23に蓄積された信号電荷が読み出し時にできるだけ完全
に読み出されて、残像が起きないようにしている。
いま第5図に感光部の中央部におけるA−A′線断面の
深さ方向の完全空乏時にポテンシャル分布を示す。感光
部としてのn+型不純物領域23の完全空乏時の電位の極大
値は例えば7.5V程度に設計されているので、転送部とし
てのn+型不純物領域25の電位が7.5V以上になるように転
送電極9に例えば8V〜10V程度の読み出し電圧を印加す
れば、感光部としてのn+型不純物領域23に蓄積された信
号電荷は読み出し時において転送部としてのn+型不純物
領域25に完全に読み出されると考えられる。
しかしながら、上記従来の固体撮像装置においては、第
4図に示されるように、感光部の端部下方におけるp型
ウェル領域22の接合の深さはn+型不純物領域23の外周方
向に向って徐々に深くなっている。また同一深さにおけ
るp型不純物濃度も同様な傾向で高くなっている。これ
らはn+型不純物領域23の外周に隣接するp型ウェル領域
22のデープ・ウェル領域から感光部下方のp型ウェル領
域22のシャロー・ウェル領域に向って、p型不純物が熱
工程によって横方向に拡散されることから生じる。
いま第6図に感光部の端部におけるB−B′線断面の深
さ方向の完全空乏時のポテンシャル分布を示す。感光部
としてのn+型不純物領域23下方のp型ウェル領域22の不
純物積分濃度が感光部の中央部下方におけるそれよりも
高くなっているため、第6図に示されたn+型不純物領域
23の完全空乏時の電位の極大値は第5図に示されたそれ
よりも低くなっている。
また第7図に、読み出し時の信号電荷の移動に沿った、
T1−M1−M2−T2−T3−T4線断面における例えば9Vの読み
出し電圧を転送電極9に印加した完全空乏時のポテンシ
ャル分布を示す。第5図および第6図から明らかなよう
に、感光部としてのn+型不純物領域23の端部の点M2にお
ける電位は、中央部の点M1における電位よりも低い。こ
のため信号電荷が感光部としてのn+型不純物領域23から
転送部としてのn+型不純物領域25に移動す際、第7図に
示されるようにn+型不純物領域23の端部(点M2)に電位
障壁が生じる。この電位障壁により信号電荷の一部がn+
型不純物領域23に残留し、この残留した信号電荷が熱運
動のエネルギにより徐々に流出して、残像を生じる大き
な原因となる。このようにして上記従来の固体撮像装置
は残像を生じるという問題を有していた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、感光部から転送部に転送される際の信
号電荷の残像をなくし、残像の少ない固体撮像装置を提
供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、半導体基板と、この半導体基板表面に形成さ
れた第1導電型ウェル領域とこの第1導電型ウェル領域
表面に第2導電型不純物を添加して形成され、入射光に
より生成される信号電荷を蓄積する感光部と、第1導電
型ウェル領域表面に第2導電型不純物を添加して形成さ
れ、信号電荷を転送する転送部と、この転送部と感光部
との間に設けられ、感光部に蓄積された信号電荷を転送
部に読み出す読み出し部とを有する固体撮像装置におい
て、感光部の中央部下方および端部下方のそれぞれにお
ける第1導電型ウェル領域の接合の深さがほぼ同一であ
り、感光部の接合の深さが転送部の接合の深さより深い
ことを特徴とする。
これにより感光部の端部に電位障壁が生じないようにし
て、残留電荷のない信号電荷の完全な読み出しが行なわ
れるようにすると共に、感光部下方における第1導電型
ウェル領域の厚さが薄くなり、勘号部の過剰電荷が半導
体基板に排出されるようにしたものである。
〔発明の実施例〕
本発明の一実施例による固体撮像装置の断面を第1図に
示す。例えばn型シリコン基板からなる半導体基板1表
面にp型ウェル領域2が形成されている。このp型ウェ
ル領域2の接合の深さは例えば4μmであり、従来例が
シャロー・ウェル領域(接合の深さは例えば3μmであ
る)とディーブ・ウェル領域(接合の深さは例えば5μ
mである)とを有していたのに比べると、均一な接合の
深さを有している点に特徴がある。またp型ウェル領域
2の不純物濃度分布においても、同一の深さでは同一の
不純物濃度を有している。
p型ウェル領域2表面には、入射光により生成される信
号電荷を蓄積する感光部としてのn+型不純物領域3が形
成されている。このn+型不純物領域3の接合の深さは例
えば3μmであり、従って従来例の接合の深さが例えば
2μmであったのに比べると、接合の深さが深くなって
いる点に特徴がある。
感光部としてのn+型不純物領域3表面にはp+型不純物領
域4が設けられ、BPD構造が形成されている。これによ
り、埋め込まれたn+型不純物領域3は蓄積容量が大きく
なり、また完全空乏化が可能となる。
またp型ウェル領域2表面には、信号電荷を転送する転
送部としてのn+型不純物領域5,6が形成されている。そ
して感光部としてのn+型不純物領域3と転送部としての
n+型不純物領域3に蓄積された信号電荷をn+型不純物領
域3に蓄積された信号電荷をn+型不純物領域5に読み出
す読み出し部が設けられている。さらにn+型不純物領域
3と隣接する画素の転送部としてのn+型不純物領域との
間に、p+型不純物が添加されたチャンネル・ストッパ7
が形成されている。
また転送部としてのn+型不純物領域5,6および読み出し
部の上方には、絶縁膜8を介して転送電極9が形成され
ている。そしてAl−Siからなる光遮蔽膜(図示せず)が
感光部を除いて全面を覆っている。さらに全面を表面保
護膜(図示せず)が覆っている。さらにまたp型ウェル
領域2は接地され、半導体基板1には15Vの基板電圧が
印加されている。
次に本実施例による固体撮像装置の製造工程を説明す
る。まずn型シリコン基板からなる半導体基板1表面を
酸化して絶縁膜8を形成する。そして全面に硼素Bをイ
オン注入し、アニール処理を行なってp型ウェル領域2
を形成する。このp型ウェル領域2表面に燐Pをイオン
注入し、アニール処理を行なって感光部としてのn+型不
純物領域3を形成する。
また、p型ウェル領域2表面に転送部としてのn+型不純
物領域5,6を形成するための砒素p型Asをイオン注入
し、次にチャンネル・ストッパ7を形成するための硼素
Bをイオン注入し、さらに転送部および読み出し部の上
方に絶縁膜8を介して燐Pがドープされたポリシリコン
からなる転送電極8を形成し、さらにまた感光部として
のn+型不純物領域3表面にp+型不純物領域4を形成する
ための硼素Bをイオン注入した後、アニール処理を行な
う。
さらに全面にAl−Siからなる光遮蔽膜を形成した後、感
光部に対応する部分を開口し、シンタリング(Sinterin
g)を行なう。最後に全面に表面保護膜を形成する。
次に本実施例による固体撮像装置の読み出し時の信号電
荷に移動に添ったT1−M1−M2−T2−T3−T4線断面におけ
る完全空乏時のポテンシャル分布を第3図に示す。点M1
および点M2はそれぞれ感光部としてのn+型不純物領域3
の中央部および端部におけるポテンシャル極大点であ
り、n+型不純物領域3の厚さ中程に位置している。点T1
はn+型不純物領域3とチャンネル・ストッパ7との境界
にあって、点M1と同じ深さに位置している。点T2はn+
不純物領域3と読み出し部との境界にあって、点M2と同
じ深さに位置している。点T4は転送部としてのn+型不純
物領域5におけるポテンシャル極大点であり、n+型不純
物領域5の厚さの中程に位置している。点T3はn+型不純
物領域5と読み出し部との境界にあっては、点T4と同じ
深さに位置している。
いま感光部としてのn+型不純物領域3の完全空乏時の電
位の極大値は例えば8Vに設計されているので、転送部と
してのn+型不純物領域5の電位が8V以上になるように転
送電極9に例えば10V程度の読み出し電圧を印加する
と。感光部としてのn+型不純物領域3に蓄積された信号
電荷は読み出し時において転送部としてのn+型不純物領
域5に読み出される。このとき感光部としてのn+型不純
物領域3の中央部下方および端部下方のそれぞれにおけ
るp型ウェル領域2は、接合の深さにおいても、深さ方
向の不純物濃度の分布においても差がないため、第3図
に示されるように、完全空乏時における電位の極大値は
n+型不純物領域3の中央部(点M1)と端部点(M2)とで
差がなく従来例のようなn+型不純物領域3の端部(点
M2)に信号電荷の移動を妨げる電位障壁が生じることは
ない。このため信号電荷はn+型不純物領域3に残留する
ことなく、完全に読み出される。このようにして、本実
施例によれば、感光部に残留電荷を生じさせることな
く、残像の発生を防ぐことができる。
また、接合の深さ4μmのp型ウェル領域2表面に3μ
mという接合の深さの深い感光部としてのn+型不純物領
域3が形成されているため、このn+型不純物領域3下方
のp型ウェル領域2の厚さは縦形オーバフロードレイン
構造を有する従来例と同じ1μmと薄くなっている。こ
のため信号電荷の多少にかかわず、n+型不純物領域3と
p型ウェル領域2の接合およびp型ウェル領域2と半導
体基板1との接合のそれぞれにおける空乏層が互いに結
合して、ここにおけるp型ウェル領域2の電位は0Vより
高くなり、n+型不純物領域3に発生した過剰電荷は半導
体基板1に排出される。このようにして本実施例によれ
ば縦形オーバフロードレイン構造を有する場合と同様
に、感光部に発生した過剰電荷を半導体基板1に排出す
る機能を有し、スミア・ブルーミング現象を防止するこ
とができる。
また転送部としてのn+型不純物領域5は、感光部として
のn+型不純物領域3と比べて相対的に接合の深さが浅く
なっているため、n+型不純物領域5下方のp型ウェル領
域2は厚さが厚く、不純物積分濃度も高くなっている。
このためn+型不純物領域5の信号電荷が失われたり、n+
型不純物領域5に半導体基板1から電荷が注入されたり
することを防止することができる。
なお上記実施例におけるBPD構造を形成しているp+型不
純物領域4は、読み出し部側において感光部としてのn+
型不純物領域3より小さいものであってもよい。この場
合の固体撮像装置の断面を第2図に示す。また製造上の
誤差により逆にp型ウェル領域4がn+型不純物領域より
大きいものであってもよい。
また半導体基板1に印加される基板電圧は、上記実施例
の15Vに限定される必要もない。
また上記実施例において、転送電極および光遮蔽膜はそ
れぞれポリシリコンおよびAl−Siからなっているが、こ
れと異なる他の素材を用いてもよい。
また上記実施例は信号電荷として電子を用いる固体撮像
装置であるが、この装置を構成する全ての領域のp型導
電型とn型導電型とを入れかえて、正孔を信号電荷とす
る固体撮像装置であってもよい。この場合、半導体基板
1や転送電極9等に印加される電圧の正負は逆にされ
る。
〔発明の効果〕
以上の通り、本発明によれば、感光部から転送部への信
号電荷の転送において、信号電荷の残留がなくなり、残
像が生じないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による固体撮像装置に示す断
面図、第2図は本発明の他の実施例による固体撮像装置
を示す断面図、第3図は本発明の一実施例による固体撮
像装置の特性を示すポテンシャル分布図、第4図は従来
の固体撮像装置を示す断面図、第5図ないし第7図は従
来の固体撮像装置の特性を示すポテンシャル分布図であ
る。 1…半導体基板、2,22…p型ウェル領域、3,5,6,23,25,
26…n+型不純物領域、4,14,24…p+型不純物領域、7…
チャンネル・ストッパ、8…絶縁膜、9…転送電極。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板と、 この半導体基板表面に形成された接合の深さがほぼ一様
    な第1導電型ウェル領域と、 この第1導電型ウェル領域表面に形成され、入射光によ
    り生成される信号電荷を蓄積する第2導電型の感光部
    と、 前記感光部表面に形成された第1導電型半導体層と、 前記第1導電型ウェル領域表面に形成され、前記感光部
    よりも接合の深さが浅い、信号電荷を転送する第2導電
    型の転送部と、 この転送部と前記感光部との間に設けられ、前記感光部
    に蓄積された信号電荷を前記転送部に読み出す読み出し
    部と、 前記感光部に隣接して設けられ、この感光部よりも接合
    の深さが浅い第1導電型のチャンネルストップ領域とを
    備えたことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 【請求項2】前記第1導電型ウェル領域の設けられた半
    導体基板上に形成された絶縁膜と、 前記絶縁膜上の前記読み出し部及び転送部に対応する部
    分に設けられた転送電極とを更に有し、 前記絶縁膜がほぼ均一な厚さで形成されていることを特
    徴とする請求項第1記載の固体撮像装置。
JP60287338A 1985-12-20 1985-12-20 固体撮像装置 Expired - Lifetime JPH06105782B2 (ja)

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JPS62145865A JPS62145865A (ja) 1987-06-29
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JP2005167598A (ja) 2003-12-02 2005-06-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置、固体撮像装置を駆動する駆動装置、駆動方法、及び、固体撮像システム

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5762557A (en) * 1980-10-02 1982-04-15 Nec Corp Solid state image pickup device and driving method therefor
JPS57173274A (en) * 1981-04-17 1982-10-25 Nec Corp Solid-state image pickup device

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