JPH06216362A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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Publication number
JPH06216362A
JPH06216362A JP5005717A JP571793A JPH06216362A JP H06216362 A JPH06216362 A JP H06216362A JP 5005717 A JP5005717 A JP 5005717A JP 571793 A JP571793 A JP 571793A JP H06216362 A JPH06216362 A JP H06216362A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
impurity region
type impurity
type
silicon substrate
insulating film
Prior art date
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Pending
Application number
JP5005717A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Oishi
浩 大石
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
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Publication date
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Publication of JPH06216362A publication Critical patent/JPH06216362A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 固体撮像装置のスミアを減少させ、転送効率
を向上させ、電荷転送周波数を高くする。 【構成】 p型シリコン基板1内に電荷蓄積部となるn
型不純物領域2を選択的に形成し、p型シリコン基板1
の表面のn型不純物領域2とは異なる位置に電荷転送部
となるn型不純物領域3を選択的に形成し、p型シリコ
ン基板1内のn型不純物領域3の下方位置にn型不純物
領域3と接しかつn型不純物領域3の下方の全面を覆う
ように屈折率が1.7以上の絶縁膜5を選択的に形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体基板に受光部
および転送部等を形成した固体撮像装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】近年、固体撮像装置は、カメラ一体型ビ
デオテープレコーダの性能および小型軽量化の競争の激
化とともに、高信頼性のものを数多く生産することが要
求されている。以下に、従来の固体撮像装置について図
2を参照しながら説明する。
【0003】図2は従来の固体撮像装置の断面図を示し
ている。図2において、1はp型シリコン基板(一導電
型の半導体基板)である。2はp型シリコン基板1内に
選択的に形成したn型不純物領域(電荷蓄積部となる他
導電型の第1の不純物領域)である。3はp型シリコン
基板1の表面のn型不純物領域2とは異なる位置に選択
的に形成した電荷転送部となるn型不純物領域(電荷転
送部あるいは電荷転送チャンネルとなる他導電型の第2
の不純物領域)である。
【0004】4はp型シリコン基板1の表面のn型不純
物領域2の上方位置にn型不純物領域2と接しかつn型
不純物領域2の上方の全面を覆うように選択的に形成し
たp型高濃度不純物領域である。6はp型シリコン基板
1の表面のn型不純物領域3の上方に絶縁膜を介して形
成したゲート電極である。7はn型不純物領域3および
ゲート電極6の上方を覆う遮光膜である。
【0005】以上のように構成された固体撮像装置につ
いて、以下その動作について説明する。図2の紙面上方
より光が入射すると、p型シリコン基板1の内部におい
て光電変換され、その電子は電荷蓄積部であるn型不純
物領域2に蓄積される。その後、ゲート電極6に高電圧
が印加されると、n型不純物領域2内にある電子は電荷
転送部(電荷転送チャンネル)であるn型不純物領域3
へ転送される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例の構成では、入射光によりp型シリコン基板1の
内部において電荷蓄積部(n型不純物領域2)以外から
発生した電荷が直接に電荷蓄積部であるn型不純物領域
2へ行かず、電荷転送部(電荷転送チャンネル)である
n型不純物領域3に入り込むことにより、スミアといわ
れるノイズが発生したり、また、p型シリコン基板1の
内部での重金属汚染によるリークやα線によるノイズの
発生が生じたりする問題点や、電荷転送周波数を高くし
たり不純物濃度の僅かな変化により転送効率が悪くなる
という問題点を有していた。
【0007】したがって、この発明の目的は、ノイズを
減少させることができ、転送効率を向上させることがで
きるとともに電荷転送周波数を高くすることができる固
体撮像装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明の固体撮像装置
は、一導電型の半導体基板内に電荷蓄積部となる他導電
型の第1の不純物領域を選択的に形成し、半導体基板の
表面の第1の不純物領域とは異なる位置に電荷転送部と
なる他導電型の第2の不純物領域を選択的に形成し、半
導体基板内の第2の不純物領域の下方位置に第2の不純
物領域と接しかつ第2の不純物領域の下方の全面を覆う
ように屈折率が1.7以上の絶縁膜を選択的に形成した
ものである。
【0009】
【作用】この発明の構成によれば、半導体基板に対して
垂直よりも低い角度で入射する光は電荷蓄積部である第
1の不純物領域以外の領域に入り込む可能性があるが、
半導体基板に対して垂直から約35度(基板面とのなす
角度)までの範囲の角度で入射する光は、構造上におい
て直接電荷転送部である第2の不純物領域には入射しな
いので、電荷転送部である第2の不純物領域以外の領域
で電荷が生成されることになる。この場合は、絶縁膜に
よる遮断機能で、生成された電荷は電荷転送部である第
2の不純物領域には漏れ込まない。
【0010】つぎに、半導体基板に対して35度(基板
面とのなす角度)より小さい角度で入射する光に対して
は、いったん半導体基板に入射した光は最初に絶縁膜
(SiN膜)と半導体基板との境界面に入った時、絶縁
膜が屈折率2.0以上であり、半導体基板がSi基板で
あるとすると約3.5であることから全反射の臨界角度
は35度(基板面とのなす角度)であり、結局全反射さ
れることになる。それにより、再度電荷蓄積部である第
1の不純物領域へ反射されることはなく、半導体基板と
絶縁膜との境界面で界面準位に生成電荷が吸収されなが
ら、入射光が減衰していく。
【0011】以上により、半導体基板内部の絶縁膜より
上側に存在する電荷転送部である第2の不純物領域に偽
信号が入り込まなくなってノイズが減少するとともに、
電荷転送部である第2の不純物領域と半導体基板間の転
送容量が減少することにより、転送効率を向上させるこ
とができるとともに、電荷転送周波数を高くすることが
できる。
【0012】なお、絶縁膜としてSiN膜ではなくSi
ON膜を使用する場合もあり、このSiON膜を使用す
る場合、構造上半導体基板に対して35度ではなく、3
0度(基板面とのなす角度)より小さい角度で光が入射
するように設計され、この場合、屈折率が1.7以上の
SiON膜を使用すれば、ノイズを減少させることがで
き、転送効率を向上させ、電荷転送周波数を高くすると
いう上記の目的を達成できる。
【0013】
【実施例】以下、この発明の実施例について、図面を参
照しながら説明する。図1は、この発明の一実施例の固
体撮像装置の断面図を示している。図1において、1は
p型シリコン基板(一導電型の半導体基板)である。2
はp型シリコン基板1内に選択的に形成したn型不純物
領域(電荷蓄積部となる他導電型の第1の不純物領域)
である。3はp型シリコン基板1の表面のn型不純物領
域2とは異なる位置に選択的に形成した電荷転送部とな
るn型不純物領域(電荷転送部あるいは電荷転送チャン
ネルとなる他導電型の第2の不純物領域)である。
【0014】4はp型シリコン基板1の表面のn型不純
物領域2の上方位置にn型不純物領域2と接しかつn型
不純物領域2の上方の全面を覆うように選択的に形成し
たp型高濃度不純物領域である。5はp型シリコン基板
1内のn型不純物領域3の下方位置に前記n型不純物領
域3と接しかつn型不純物領域3の下方の全面を覆うよ
うに選択的に形成した屈折率が2.0以上の絶縁膜であ
り、例えばSiN膜等からなる。屈折率の上限値は特に
ない。
【0015】6はp型シリコン基板1の表面のn型不純
物領域3の上方に絶縁膜を介して形成したゲート電極で
ある。7はn型不純物領域3およびゲート電極6の上方
を覆う遮光膜である。この遮光膜7は、p型シリコン基
板1に対して垂直から約35度(基板面とのなす角度)
までの間の角度で入射する光が直接電荷転送部であるn
型不純物領域3には入射させないように形状、寸法等を
設定している。
【0016】なお、屈折率を2.0以上にする根拠につ
いて、以下に説明する。現状のCCD構造から絶縁膜5
に対する光の入射角度は35度以下であり、この光を絶
縁膜にて全反射させることが条件である。この場合、絶
縁膜5の屈折率をxとし、光の入射角度θを35度とす
ると、Si基板の屈折率が3.5であるので、全反射の
条件は、 x/3.5(Si基板の屈折率)≧sin θ(θ=35
度)/1 を満たすことであり、x≧2.0となる。
【0017】したがって、絶縁膜5の屈折率は2.0以
上にすればよく、屈折率の上限に制限はない。なお、こ
の屈折率は2.0以上というのは、光の入射角度が35
度以下であり、基板の屈折率が3.5の条件で決まるも
のであり、光の入射角度あるいは基板の屈折率が異なれ
ば、絶縁膜5の屈折率の下限もそれに応じて異なること
になる。
【0018】絶縁膜5は、例えば以下のようにして形成
される。第1の方法としては、窒素や酸素等の注入(酸
素注入によるSiO2 形成はある程度、技術確立してい
る。また、窒素についても注入の技術はある。)の後に
熱処理をして膜形成(SIMOXの技術)を行う方法が
ある。第2の方法としては、SOS技術の応用により、
絶縁膜形成後のSiをエピタキシャル成長させる方法が
ある。
【0019】以上のように構成された固体撮像装置につ
いて、従来の固体撮像装置との違いを、図1と図2を参
照して説明する。図1の固体撮像装置では、電荷転送部
であるn型不純物領域3の下方位置に屈折率2.0以上
の絶縁膜(例えばSiN)5をn型不純物領域3と接す
るように形成しているが、図2の固体撮像装置では、絶
縁膜はなく、p型シリコン基板1が直接につながってい
る。
【0020】なお、SiO2 膜は屈折率が1.4であ
り、屈折率が2.0以上ある他の絶縁膜としては、PL
ZT(屈折率が略2.5),LiTaO2 (屈折率が
2.1〜2.2),LiNbO3 (屈折率が2.2〜
2.3)などがある。つぎに、この発明による固体撮像
装置の絶縁膜の役割を図1を参照しながら説明する。
【0021】まず、p型シリコン基板1の上方から入射
した光は、n型不純物領域2に蓄積され、その後ゲート
電極6の高電位に変化させることにより、電荷転送部で
あるn型不純物領域3に送る。この際、p型シリコン基
板1に対してほぼ垂直に入射する光は、直接電荷蓄積部
であるn型不純物領域2に入射するので問題はない。ま
た、p型シリコン基板1に対して垂直から約35度(基
板面とのなす角度)までの間の角度で入射する光は、構
造上において直接電荷転送部であるn型不純物領域3に
は入射しない(このように遮光膜7を形成している)の
で、電荷転送部以外の領域で電荷が生成されることにな
る。なぜなら、図1に示すように遮光膜7のエッジとn
型不純物領域3のエッジとを直線で結んだときの基板面
とのなす角度θは約35度以下であり、この角度よりも
高角度で入射した光は、n型不純物領域3に直接には入
射しないからである。この場合、電荷転送部以外の領域
で生成された電荷は、絶縁膜5により遮断されて電荷転
送部であるn型不純物領域3には漏れ込まない。
【0022】つぎに、p型シリコン基板1に対して35
度(基板面とのなす角度)以下の角度で入射する光に対
しては、いったんp型シリコン基板1に入射した光は、
最初に絶縁膜5とp型シリコン基板1の境界面に入った
とき、絶縁膜5の屈折率が2.0以上であり、p型シリ
コン基板1の屈折率が約3.5であることから、全反射
の臨界角度が35度(基板面とのなす角度)であり、結
局全反射されることになる。それにより、再度電荷蓄積
部であるn型不純物領域2に反射されることはなく、p
型シリコン基板1と絶縁膜5との境界面で界面準位に生
成電荷が吸収されながら、入射光が減衰していくことに
なる。
【0023】以上により、p型シリコン基板1の内部の
絶縁膜5より上側に存在する電荷転送部であるn型不純
物領域3に偽信号が入り込まなくなるとともに、入射光
以外の原因によって発生する電荷、例えば、α線や重金
属,結晶欠陥によるリークで起こる電荷も、直接には電
荷転送部であるn型不純物領域3に入り込まなくなる。
【0024】また、電荷転送の際には、電荷転送部であ
るn型不純物領域3とp型シリコン基板1との間の転送
容量が減少することにより、n型不純物領域3とp型シ
リコン基板1との間の結合容量が減少する。例えば、図
2におけるn型不純物領域3とp型シリコン基板1との
間の空乏層幅と図1の絶縁膜厚が同程度であると仮定
し、絶縁膜5にSiO2 膜を使用すると、比誘電率がS
iでは11.7に対して、SiO2 では3.9であるの
で、SiO2 の方が容量が低くなる。そのため、電荷転
送の際の電荷転送部であるn型不純物領域3とp型シリ
コン基板1との間の容量による遅延が減少することにな
り、転送効率を向上させることができ、転送周波数を高
くすることができる。
【0025】なお、絶縁膜としてSiN膜ではなくSi
ON膜を使用する場合もあり、このSiON膜を使用す
る場合、構造上半導体基板に対して35度ではなく、3
0度(基板面とのなす角度)より小さい角度で光が入射
するように設計され、この場合、屈折率が1.7以上の
SiON膜を使用すれば、ノイズを減少させることがで
き、転送効率を向上させ、電荷転送周波数を高くすると
いう上記の目的を達成できる。
【0026】
【発明の効果】この発明の固体撮像装置によれば、電荷
転送部である第2のn型不純物領域の下方位置に、第2
のn型不純物領域に接しかつ第2のn型不純物領域の下
方の全面を覆うように、屈折率1.7以上の絶縁膜を形
成したので、基板深部で発生する電荷の電荷転送部であ
る第2のn型不純物領域への漏れ込みをなくすことがで
き、また半導体基板に入射する光を屈折率が1.7以上
の絶縁膜で全反射させ、絶縁膜による基板表面方向への
反射をなくすことができ、結果としてノイズを減少させ
ることができるとともに、電荷転送効率や電荷転送周波
数を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例の固体撮像装置の断面図で
ある。
【図2】従来の固体撮像装置の一例を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1 p型シリコン基板 2 n型不純物領域(第1) 3 n型不純物領域(第2) 4 p型高濃度不純物領域 5 絶縁膜 6 ゲート電極 7 遮光膜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一導電型の半導体基板と、この半導体基
    板内に選択的に形成した電荷蓄積部となる他導電型の第
    1の不純物領域と、前記半導体基板の表面の前記第1の
    不純物領域とは異なる位置に選択的に形成した電荷転送
    部となる他導電型の第2の不純物領域と、前記半導体基
    板内の前記第2の不純物領域の下方位置に前記第2の不
    純物領域と接しかつ前記第2の不純物領域の下方の全面
    を覆うように選択的に形成した屈折率が1.7以上の絶
    縁膜とを備えた固体撮像装置。
JP5005717A 1993-01-18 1993-01-18 固体撮像装置 Pending JPH06216362A (ja)

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JP5005717A JPH06216362A (ja) 1993-01-18 1993-01-18 固体撮像装置

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JP5005717A JPH06216362A (ja) 1993-01-18 1993-01-18 固体撮像装置

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JPH06216362A true JPH06216362A (ja) 1994-08-05

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JP (1) JPH06216362A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007323390A (ja) * 2006-06-01 2007-12-13 Nec Electronics Corp 固体撮像装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007323390A (ja) * 2006-06-01 2007-12-13 Nec Electronics Corp 固体撮像装置

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