JPH06302802A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
- Publication number
- JPH06302802A JPH06302802A JP5085830A JP8583093A JPH06302802A JP H06302802 A JPH06302802 A JP H06302802A JP 5085830 A JP5085830 A JP 5085830A JP 8583093 A JP8583093 A JP 8583093A JP H06302802 A JPH06302802 A JP H06302802A
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- Japan
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Abstract
(57)【要約】
【構成】固体撮像装置を構成する埋め込みフォトダイオ
−ド部と読み出し部と電荷転送部のうち、電荷を読み出
す読みだし部を構成する読みだし制御層１７の不純物濃
度の最大になる部分が読み出し電極１８下の基板内部に
局在するように構成されている。 【効果】本発明によれば、微細化を図り画素ピッチを縮
小した際に起こる電荷蓄積部の容量低下を防止し、更
に、読み出し印加電圧の上昇を起こさない固体撮像装置
を得ることができる。
−ド部と読み出し部と電荷転送部のうち、電荷を読み出
す読みだし部を構成する読みだし制御層１７の不純物濃
度の最大になる部分が読み出し電極１８下の基板内部に
局在するように構成されている。 【効果】本発明によれば、微細化を図り画素ピッチを縮
小した際に起こる電荷蓄積部の容量低下を防止し、更
に、読み出し印加電圧の上昇を起こさない固体撮像装置
を得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術の実施例を［図３］〜［図５］
を参照して説明する。従来の固体撮像装置は［図３］に
示すように、同一の電荷転送電極部で駆動する複数列の
垂直電荷転送部３１と、各垂直電荷転送部３１の片側に
隣接し、且つ互いに電気的に分離されたフォトダイオ−
ド部３２と、各垂直電荷転送部３１の一端に電気的結合
した水平電荷転送部３３と、水平電荷転送部３３の一端
に信号電荷を検出する出力装置３４が設けられている。
を参照して説明する。従来の固体撮像装置は［図３］に
示すように、同一の電荷転送電極部で駆動する複数列の
垂直電荷転送部３１と、各垂直電荷転送部３１の片側に
隣接し、且つ互いに電気的に分離されたフォトダイオ−
ド部３２と、各垂直電荷転送部３１の一端に電気的結合
した水平電荷転送部３３と、水平電荷転送部３３の一端
に信号電荷を検出する出力装置３４が設けられている。
【０００３】［図４］は［図３］に示す固体撮像装置に
於けるII−II´線に沿った断面を示した図である。固体
撮像装置は埋め込みフォトダイオ−ド部と電荷転送部、
そして埋め込みフォトダイオ−ド部と電荷転送部との間
にある読み出し部とから構成されている。Ｎ型半導体基
板４１表面領域にＰ型不純物ウエル４２が形成されてお
り、これによりＮ型半導体基板４１領域深部で光電変換
により発生する電荷がフォトダイオ−ド部に収集される
のを防止して、Ｐ型半導体基板のみのものより解像度を
向上させている。このＰ型不純物ウエル４２内には、信
号電荷を蓄積するＮ型電荷蓄積層４３と、このＮ型電荷
蓄積層４３上に形成され、界面の空乏化、界面準位から
発生する暗電流を防止する為のＰ型不純物層からなる空
乏化防止層４４とで構成されたフォトダイオ−ド部と、
読み出しチャネル電位を制御するＰ型の読み出し制御層
４７、そしてＮ型不純物層からなる垂直転送チャネル４
６が設けられている。垂直転送チャネル上にはシリコン
酸化膜４９を介して転送電極４５が設けられ、電荷転送
部を形成する。また、転送電極４５は読み出し電極４８
を兼ねており、読み出し部はこの読み出し電極４８と読
み出しチャネル電位を制御するＰ型の読み出し制御層４
７とで構成され、埋め込みフォトダイオ−ド部の電荷蓄
積層に蓄積された信号電荷を垂直転送チャネルへ読み出
す働きをする。垂直転送チャネル４６のＮ型不純物層
は、界面の結晶の不完全性の高さ、電荷の蓄積や転送に
対して生ずる転送効率や暗電流などの特性上の問題を解
決するために、埋め込みチャネルとして最も深いポテン
シャルの位置を界面から離れた基板深部、Ｎ型不純物領
域のほぼ中央になるようにして界面準位による悪影響を
避けるために設けられたものである。
於けるII−II´線に沿った断面を示した図である。固体
撮像装置は埋め込みフォトダイオ−ド部と電荷転送部、
そして埋め込みフォトダイオ−ド部と電荷転送部との間
にある読み出し部とから構成されている。Ｎ型半導体基
板４１表面領域にＰ型不純物ウエル４２が形成されてお
り、これによりＮ型半導体基板４１領域深部で光電変換
により発生する電荷がフォトダイオ−ド部に収集される
のを防止して、Ｐ型半導体基板のみのものより解像度を
向上させている。このＰ型不純物ウエル４２内には、信
号電荷を蓄積するＮ型電荷蓄積層４３と、このＮ型電荷
蓄積層４３上に形成され、界面の空乏化、界面準位から
発生する暗電流を防止する為のＰ型不純物層からなる空
乏化防止層４４とで構成されたフォトダイオ−ド部と、
読み出しチャネル電位を制御するＰ型の読み出し制御層
４７、そしてＮ型不純物層からなる垂直転送チャネル４
６が設けられている。垂直転送チャネル上にはシリコン
酸化膜４９を介して転送電極４５が設けられ、電荷転送
部を形成する。また、転送電極４５は読み出し電極４８
を兼ねており、読み出し部はこの読み出し電極４８と読
み出しチャネル電位を制御するＰ型の読み出し制御層４
７とで構成され、埋め込みフォトダイオ−ド部の電荷蓄
積層に蓄積された信号電荷を垂直転送チャネルへ読み出
す働きをする。垂直転送チャネル４６のＮ型不純物層
は、界面の結晶の不完全性の高さ、電荷の蓄積や転送に
対して生ずる転送効率や暗電流などの特性上の問題を解
決するために、埋め込みチャネルとして最も深いポテン
シャルの位置を界面から離れた基板深部、Ｎ型不純物領
域のほぼ中央になるようにして界面準位による悪影響を
避けるために設けられたものである。
【０００４】転送チャネル内電荷転送期間中において読
み出し部のチャネル電位は、電荷蓄積層４３の信号電荷
が転送チャネルへ漏れ込まない障壁電位に設定されてお
り、Ｐ型不純物ウエル４２の基準電位（０Ｖ）とほぼ同
じ電位となっている。電荷蓄積層４３の信号電荷を垂直
転送チャネル４６へ読み出す時に於いては、転送電極４
５と兼用された読み出し電極４８に転送動作時より高い
電圧が印加され、読み出し部に於ける読み出しチャネル
電位が電荷蓄積層４３の最大空乏電位より高くなるよう
に設定され、電荷蓄積層４３の信号電荷が垂直転送チャ
ネル４６へ読み出される。
み出し部のチャネル電位は、電荷蓄積層４３の信号電荷
が転送チャネルへ漏れ込まない障壁電位に設定されてお
り、Ｐ型不純物ウエル４２の基準電位（０Ｖ）とほぼ同
じ電位となっている。電荷蓄積層４３の信号電荷を垂直
転送チャネル４６へ読み出す時に於いては、転送電極４
５と兼用された読み出し電極４８に転送動作時より高い
電圧が印加され、読み出し部に於ける読み出しチャネル
電位が電荷蓄積層４３の最大空乏電位より高くなるよう
に設定され、電荷蓄積層４３の信号電荷が垂直転送チャ
ネル４６へ読み出される。
【０００５】水平画素ピッチが１０μｍ以上取れる従来
構造の固体撮像装置装置に於いては、電荷蓄積層４３か
ら信号電荷を読み出す読み出し電極４８幅が２μｍ以上
は取れていた。このとき信号の読み出しチャネルは［図
４］中の矢印に示すように界面を通る経路となる。読み
出し部に於ける半導体基板内の不純物濃度分布を［図
５］に示す。横軸は［図４］図中のIII −III 線断面を
示しており、縦軸がそのIII−III´線に沿った濃度分布
を表している。ここに示されるようにこの場合、垂直転
送チャネル４６内電荷転送期間中に於いて読み出し部の
電位がほぼ０Ｖになるように、界面に最大濃度を持った
読み出し電位制御用の不純物層である読み出し制御層４
７を設けている。
構造の固体撮像装置装置に於いては、電荷蓄積層４３か
ら信号電荷を読み出す読み出し電極４８幅が２μｍ以上
は取れていた。このとき信号の読み出しチャネルは［図
４］中の矢印に示すように界面を通る経路となる。読み
出し部に於ける半導体基板内の不純物濃度分布を［図
５］に示す。横軸は［図４］図中のIII −III 線断面を
示しており、縦軸がそのIII−III´線に沿った濃度分布
を表している。ここに示されるようにこの場合、垂直転
送チャネル４６内電荷転送期間中に於いて読み出し部の
電位がほぼ０Ｖになるように、界面に最大濃度を持った
読み出し電位制御用の不純物層である読み出し制御層４
７を設けている。
【０００６】しかし、水平画素ピッチが１０μｍ以下と
なる微細化された固体撮像装置に於いては、その限られ
た領域で広いダイナミックレンジ化を図るためにフォト
ダイオ−ド部や垂直転送チャネル領域を最大限に大きく
して高感度、低ノイズ化を図ろうとするので、それに従
って代わりに読み出し電極４８長が短縮されることにな
る。この際、電荷蓄積層４３と垂直転送チャネル４６間
でのショ−トチャネル効果により各々の空乏層が読み出
し電極直下に張り出し、読み出しチャネルに設定された
障壁電位が低下してしまい、パンチスル−という空乏層
が接触した状態を引き起こす。この場合、読み出し経路
は半導体基板表面ではなく内部となる上に読み出し電極
４８下の電位上昇を引き起こし、埋め込みフォトダイオ
−ド部の画素のブル−ミング耐量が落ちるか、または電
荷蓄積層４３の面積が微細化で縮小される以上に蓄積容
量の低下をもたらす。
なる微細化された固体撮像装置に於いては、その限られ
た領域で広いダイナミックレンジ化を図るためにフォト
ダイオ−ド部や垂直転送チャネル領域を最大限に大きく
して高感度、低ノイズ化を図ろうとするので、それに従
って代わりに読み出し電極４８長が短縮されることにな
る。この際、電荷蓄積層４３と垂直転送チャネル４６間
でのショ−トチャネル効果により各々の空乏層が読み出
し電極直下に張り出し、読み出しチャネルに設定された
障壁電位が低下してしまい、パンチスル−という空乏層
が接触した状態を引き起こす。この場合、読み出し経路
は半導体基板表面ではなく内部となる上に読み出し電極
４８下の電位上昇を引き起こし、埋め込みフォトダイオ
−ド部の画素のブル−ミング耐量が落ちるか、または電
荷蓄積層４３の面積が微細化で縮小される以上に蓄積容
量の低下をもたらす。
【０００７】これに対し界面に最大濃度を持った読み出
し電位制御用の不純物層の濃度を強化することで読み出
し電極下の電位上昇を抑止しようとすると、読み出し転
送経路に当たる半導体基板内部の該当箇所への読み出し
電極による電界が弱まってしまうので、一層高い読み出
し電圧が必要になるという問題があった。
し電位制御用の不純物層の濃度を強化することで読み出
し電極下の電位上昇を抑止しようとすると、読み出し転
送経路に当たる半導体基板内部の該当箇所への読み出し
電極による電界が弱まってしまうので、一層高い読み出
し電圧が必要になるという問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
固体撮像装置には画素ピッチを縮小した場合に電荷蓄積
部の容量低下が起こるという欠点があった。本発明は上
記欠点を改善し、従来の固体撮像装置と比較して電荷蓄
積部の容量低下を防止し、しかも読み出し印加電圧の上
昇も起こさない固体撮像装置を提供することを目的とす
る。
固体撮像装置には画素ピッチを縮小した場合に電荷蓄積
部の容量低下が起こるという欠点があった。本発明は上
記欠点を改善し、従来の固体撮像装置と比較して電荷蓄
積部の容量低下を防止し、しかも読み出し印加電圧の上
昇も起こさない固体撮像装置を提供することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では第一導電型の半導体基板と、この半導体
基板上に形成された第二導電型の不純物ウエルと、この
不純物ウエル内に形成された第一導電型の電荷蓄積層と
この上部に形成された第二導電型の空乏化防止層とから
なる埋め込みフォトダイオ−ド部、第一導電型の垂直転
送チャネル及び不純物の最大濃度を持つ部分が層の内部
に局在する第二導電型の読み出し制御層と、前記垂直転
送チャネル上にシリコン酸化膜を介して形成された転送
電極と、前記読み出し制御層上にシリコン酸化膜を介し
て形成された読み出し電極とを具備することを特徴とす
る固体撮像装置を提供する。
に、本発明では第一導電型の半導体基板と、この半導体
基板上に形成された第二導電型の不純物ウエルと、この
不純物ウエル内に形成された第一導電型の電荷蓄積層と
この上部に形成された第二導電型の空乏化防止層とから
なる埋め込みフォトダイオ−ド部、第一導電型の垂直転
送チャネル及び不純物の最大濃度を持つ部分が層の内部
に局在する第二導電型の読み出し制御層と、前記垂直転
送チャネル上にシリコン酸化膜を介して形成された転送
電極と、前記読み出し制御層上にシリコン酸化膜を介し
て形成された読み出し電極とを具備することを特徴とす
る固体撮像装置を提供する。
【００１０】
【作用】上述にように構成された本発明の固体撮像装置
によれば、読み出し電極下で界面より深い位置に信号電
荷と反対導電型の読み出し電位制御用の不純物層を局在
させ、しかもこの不純物層の濃度が最大になる深さ位置
を読み出しチャネル経路に位置させたことにより、電荷
蓄積部の容量低下を防止し読み出し印加電圧の上昇を起
こさない固体撮像装置を得ることが可能になる。
によれば、読み出し電極下で界面より深い位置に信号電
荷と反対導電型の読み出し電位制御用の不純物層を局在
させ、しかもこの不純物層の濃度が最大になる深さ位置
を読み出しチャネル経路に位置させたことにより、電荷
蓄積部の容量低下を防止し読み出し印加電圧の上昇を起
こさない固体撮像装置を得ることが可能になる。
【００１１】
【実施例】本発明を用いた第一の実施例について［図
１］〜［図２］を参照して説明する。［図１］は本発明
の固体撮像装置の断面図を示したものである。Ｎ型半導
体基板１１表面領域にＰ型不純物ウエル１２が形成され
ており、このｐ型不純物ウエル１２内には、信号電荷を
蓄積するＮ型の電荷蓄積層１３とその上部のＰ型不純物
層からなる空乏化防止層１４とから構成された埋め込み
フォトダイオ−ド部、Ｐ型の読み出し制御層１７及び電
荷転送を行う垂直転送チャネル１６が設けられている。
また、Ｐ型の読み出し制御層１７と垂直転送チャネル１
６の上にはシリコン酸化膜１９を介して読み出し電極１
８を兼ねた転送電極１５が設けられ各々読み出し部及び
電荷転送部が形成されている。しかし、埋め込みフォト
ダイオ−ド部と電荷転送部とについては従来例と同様の
形成方式であるが、読み出し部については微細化に伴い
短縮された読み出し部の読み出しチャネル電位を制御す
るＰ型の読み出し制御層１７が、半導体基板内部に局在
化された形で形成されている。この読み出し部の不純物
濃度分布を［図２］に示す。この図は横軸に［図１］中
のＩ−Ｉ´線に沿った断面を示し、縦軸はＩ−Ｉ´線上
の不純物濃度分布を示している。［図１］中に矢印で示
した読み出しチャネル経路は電荷蓄積層１３から読み出
し部の読み出し制御層１７内を通り垂直転送チャネル１
６へ至る。読み出し電極１８下で界面より深い位置に信
号電荷と反対導電型の読み出し電位制御用の不純物層で
ある読み出し制御層１７を局在させるように構成されて
いる。そしてこの読み出し制御層１７に於いて不純物層
の濃度が最大になる深さ位置に読み出しチャネル経路が
重なり、電荷が垂直転送チャネル１６へと読み出され
る。
１］〜［図２］を参照して説明する。［図１］は本発明
の固体撮像装置の断面図を示したものである。Ｎ型半導
体基板１１表面領域にＰ型不純物ウエル１２が形成され
ており、このｐ型不純物ウエル１２内には、信号電荷を
蓄積するＮ型の電荷蓄積層１３とその上部のＰ型不純物
層からなる空乏化防止層１４とから構成された埋め込み
フォトダイオ−ド部、Ｐ型の読み出し制御層１７及び電
荷転送を行う垂直転送チャネル１６が設けられている。
また、Ｐ型の読み出し制御層１７と垂直転送チャネル１
６の上にはシリコン酸化膜１９を介して読み出し電極１
８を兼ねた転送電極１５が設けられ各々読み出し部及び
電荷転送部が形成されている。しかし、埋め込みフォト
ダイオ−ド部と電荷転送部とについては従来例と同様の
形成方式であるが、読み出し部については微細化に伴い
短縮された読み出し部の読み出しチャネル電位を制御す
るＰ型の読み出し制御層１７が、半導体基板内部に局在
化された形で形成されている。この読み出し部の不純物
濃度分布を［図２］に示す。この図は横軸に［図１］中
のＩ−Ｉ´線に沿った断面を示し、縦軸はＩ−Ｉ´線上
の不純物濃度分布を示している。［図１］中に矢印で示
した読み出しチャネル経路は電荷蓄積層１３から読み出
し部の読み出し制御層１７内を通り垂直転送チャネル１
６へ至る。読み出し電極１８下で界面より深い位置に信
号電荷と反対導電型の読み出し電位制御用の不純物層で
ある読み出し制御層１７を局在させるように構成されて
いる。そしてこの読み出し制御層１７に於いて不純物層
の濃度が最大になる深さ位置に読み出しチャネル経路が
重なり、電荷が垂直転送チャネル１６へと読み出され
る。
【００１２】濃度が最大になる位置を読み出しチャネル
経路に一致させた読み出し制御層１７の形成は、２価の
イオン種でインプラ形成しても良いし、更には高加速の
インプランタを用いても実現できる。例えば、読み出し
部電極長１μｍ、転送チャネルの接合深さ０．４μｍ、
濃度１×１０17cm-2程度、空乏化防止層の接合深さ０．
３μｍ、濃度１×１０19cm-2程度、電荷蓄積層の接合深
さ２μｍ、濃度１×１０16cm-2程度とするならば、読み
出し制御層は２００〜３００ＫｅＶ程度の加速エネルギ
−、１〜３×１０12cm-2のド−ズ量で形成すれば本構造
を実現できる。
経路に一致させた読み出し制御層１７の形成は、２価の
イオン種でインプラ形成しても良いし、更には高加速の
インプランタを用いても実現できる。例えば、読み出し
部電極長１μｍ、転送チャネルの接合深さ０．４μｍ、
濃度１×１０17cm-2程度、空乏化防止層の接合深さ０．
３μｍ、濃度１×１０19cm-2程度、電荷蓄積層の接合深
さ２μｍ、濃度１×１０16cm-2程度とするならば、読み
出し制御層は２００〜３００ＫｅＶ程度の加速エネルギ
−、１〜３×１０12cm-2のド−ズ量で形成すれば本構造
を実現できる。
【００１３】上述のように構成することにより読み出し
制御層１７内におけるパンチスル−を抑止でき、読み出
し電極１８下の電位上昇を防止することができる。しか
も本構造によって読み出し部の界面のＰ型不純物濃度を
下げることが出来、読み出し電極１８下の電界が高ま
る。従ってこれにより読み出し電圧の上昇は殆ど無いま
ま信号電荷の読み出しが可能となる。読み出し部の界面
の不純物に関してはＰ型不純物層である必要はなく、読
み出し制御層１７の最大濃度が層の内部に局在されてい
ればＮ型の不純物層であっても良い。また、信号電荷が
電子ではなくホ−ルとなる場合に於いては、不純物の導
電性を反対導電型にすれば本発明を適用することも可能
となる。
制御層１７内におけるパンチスル−を抑止でき、読み出
し電極１８下の電位上昇を防止することができる。しか
も本構造によって読み出し部の界面のＰ型不純物濃度を
下げることが出来、読み出し電極１８下の電界が高ま
る。従ってこれにより読み出し電圧の上昇は殆ど無いま
ま信号電荷の読み出しが可能となる。読み出し部の界面
の不純物に関してはＰ型不純物層である必要はなく、読
み出し制御層１７の最大濃度が層の内部に局在されてい
ればＮ型の不純物層であっても良い。また、信号電荷が
電子ではなくホ−ルとなる場合に於いては、不純物の導
電性を反対導電型にすれば本発明を適用することも可能
となる。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば微細化を行ってもパンチ
スル−が抑制された固体撮像装置を提供できる。
スル−が抑制された固体撮像装置を提供できる。
【図１】本発明の実施例に於ける固体撮像装置の断面
図、
図、
【図２】本発明の実施例に於ける固体撮像装置の不純物
濃度分布、
濃度分布、
【図３】従来例に於ける固体撮像装置の平面図、
【図４】従来例に於ける固体撮像装置の断面図、
【図５】従来例に於ける固体撮像装置の不純物濃度分
布。
布。
１１ Ｎ型半導体基板 １２ Ｐ型不純物ウエル １３ 電荷蓄積層 １４ 空乏化防止層 １５ 転送電極 １６ 垂直転送チャネル １７ 読み出し制御層 １８ 読み出し電極 １９ シリコン酸化膜
Claims (1)
- 【請求項１】 第一導電型の半導体基板と、 この半導体基板上に形成された第二導電型の不純物ウエ
ルと、 この不純物ウエル内に形成された第一導電型の電荷蓄積
層とこの上部に形成された第二導電型の空乏化防止層と
からなる埋め込みフォトダイオ−ド部、第一導電型の垂
直転送チャネル及び不純物の最大濃度を持つ部分が層の
内部に局在する第二導電型の読み出し制御層と、 前記垂直転送チャネル上にシリコン酸化膜を介して形成
された転送電極と、 前記読み出し制御層上にシリコン酸化膜を介して形成さ
れた読み出し電極とを具備することを特徴とする固体撮
像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5085830A JPH06302802A (ja) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5085830A JPH06302802A (ja) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06302802A true JPH06302802A (ja) | 1994-10-28 |
Family
ID=13869774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5085830A Pending JPH06302802A (ja) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06302802A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0746034A2 (en) * | 1995-05-29 | 1996-12-04 | Matsushita Electronics Corporation | Solid-state image pick-up device and method for manufacturing the same |
-
1993
- 1993-04-13 JP JP5085830A patent/JPH06302802A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0746034A2 (en) * | 1995-05-29 | 1996-12-04 | Matsushita Electronics Corporation | Solid-state image pick-up device and method for manufacturing the same |
| EP0746034A3 (en) * | 1995-05-29 | 1998-04-29 | Matsushita Electronics Corporation | Solid-state image pick-up device and method for manufacturing the same |
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