JPH06310702A - 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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- JPH06310702A JPH06310702A JP5099139A JP9913993A JPH06310702A JP H06310702 A JPH06310702 A JP H06310702A JP 5099139 A JP5099139 A JP 5099139A JP 9913993 A JP9913993 A JP 9913993A JP H06310702 A JPH06310702 A JP H06310702A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 広帯域な分光特性を有し、かつ残像を引き起
こすことなく、低電圧読み出し駆動が可能となる。 【構成】 Ｓｉ基板１上にｐ型ウェル２を形成し、ｐ型
ウェル２にＣＣＤ転送チャンネル６を形成し、Ｓｉ基板
１上にゲート絶縁膜７ならびにゲート電極８を形成し、
フォトレジストをマスクとして高加速イオン注入法にて
ｐ型ウェル２内の深部に選択的に低濃度ｎ型領域９を形
成し、低濃度ｎ型領域９上にフォトレジストをマスクと
して高加速イオン注入法にて高濃度ｎ型領域１０を形成
し、高濃度ｎ型領域１０上にｐ型領域１１を形成したも
のである。
こすことなく、低電圧読み出し駆動が可能となる。 【構成】 Ｓｉ基板１上にｐ型ウェル２を形成し、ｐ型
ウェル２にＣＣＤ転送チャンネル６を形成し、Ｓｉ基板
１上にゲート絶縁膜７ならびにゲート電極８を形成し、
フォトレジストをマスクとして高加速イオン注入法にて
ｐ型ウェル２内の深部に選択的に低濃度ｎ型領域９を形
成し、低濃度ｎ型領域９上にフォトレジストをマスクと
して高加速イオン注入法にて高濃度ｎ型領域１０を形成
し、高濃度ｎ型領域１０上にｐ型領域１１を形成したも
のである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ＣＣＤ固体撮像素子
における固体撮像装置およびその製造方法に関するもの
である。
における固体撮像装置およびその製造方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】民生用や業務用のビデオカメラで広く用
いられるＣＣＤ固体撮像素子では、ビデオカメラの小型
化、ＨＤＴＶ用の高精度化に伴い単位画素当りの面積が
益々縮小してきている。そのため、その中のＣＣＤやフ
ォトダイオードを微細化する必要がある。微細化するた
めには、例えば、日経マイクロデバイス（１９９１年１
２月号９４Ｐ〜１０１Ｐ）に示されているように、高加
速イオン注入と低温熱処理を用いて不純物領域を形成す
る方法が有力である。これによって、それぞれのｎ型や
ｐ型領域から不純物種が拡散するのを抑制することがで
きる。このため、より微小な領域に所望濃度の不純物領
域を形成することができる。
いられるＣＣＤ固体撮像素子では、ビデオカメラの小型
化、ＨＤＴＶ用の高精度化に伴い単位画素当りの面積が
益々縮小してきている。そのため、その中のＣＣＤやフ
ォトダイオードを微細化する必要がある。微細化するた
めには、例えば、日経マイクロデバイス（１９９１年１
２月号９４Ｐ〜１０１Ｐ）に示されているように、高加
速イオン注入と低温熱処理を用いて不純物領域を形成す
る方法が有力である。これによって、それぞれのｎ型や
ｐ型領域から不純物種が拡散するのを抑制することがで
きる。このため、より微小な領域に所望濃度の不純物領
域を形成することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、高加速イオン
注入法を用いた場合、不純物濃度分布が一様なフォトダ
イオード（以下、単一なフォトダイオードと呼ぶ）構造
では、イオン注入エネルギーの大きさによって種々の問
題が生じる。１つは長波長領域の分光感度の劣化であ
り、他は残像を引き起こすことである。すなわち、高加
速イオン注入法により、単一なフォトダイオード領域を
形成すると、イオン注入エネルギーが比較的低い場合、
例えば２００〜５００ＫｅＶでは、フォトダイオードが
Ｓｉ基板表面に近い領域に形成されるので、分光感度、
特に長波長領域（波長６００ｎｍ以上）の感度が中波長
（波長５００ｎｍ）の光に対して急激に劣化する。一
方、注入エネルギーが高い場合、例えば５００〜１００
０ＫｅＶでは、単一ｎ型フォトダイオードがＳｉ基板深
部に形成されるので、フォトダイオードとＣＣＤチャン
ネルとの距離、つまり信号読み出し経路長は長くなる。
このため、フォトダイオードからＣＣＤチャンネルへの
信号電荷読み出しが阻害され、残像が引き起される。こ
のため、従来技術では、分光感度ならびに読み出し駆動
電圧の劣化が大きくない程度のイオン注入エネルギーと
ドーズ量で、単一なフォトダイオードを形成している。
注入法を用いた場合、不純物濃度分布が一様なフォトダ
イオード（以下、単一なフォトダイオードと呼ぶ）構造
では、イオン注入エネルギーの大きさによって種々の問
題が生じる。１つは長波長領域の分光感度の劣化であ
り、他は残像を引き起こすことである。すなわち、高加
速イオン注入法により、単一なフォトダイオード領域を
形成すると、イオン注入エネルギーが比較的低い場合、
例えば２００〜５００ＫｅＶでは、フォトダイオードが
Ｓｉ基板表面に近い領域に形成されるので、分光感度、
特に長波長領域（波長６００ｎｍ以上）の感度が中波長
（波長５００ｎｍ）の光に対して急激に劣化する。一
方、注入エネルギーが高い場合、例えば５００〜１００
０ＫｅＶでは、単一ｎ型フォトダイオードがＳｉ基板深
部に形成されるので、フォトダイオードとＣＣＤチャン
ネルとの距離、つまり信号読み出し経路長は長くなる。
このため、フォトダイオードからＣＣＤチャンネルへの
信号電荷読み出しが阻害され、残像が引き起される。こ
のため、従来技術では、分光感度ならびに読み出し駆動
電圧の劣化が大きくない程度のイオン注入エネルギーと
ドーズ量で、単一なフォトダイオードを形成している。
【０００４】この発明の目的は、広帯域な分光特性を有
し、かつ残像を引き起こすことなく、低電圧読み出し駆
動が可能となる固体撮像装置およびその製造方法を提供
することである。
し、かつ残像を引き起こすことなく、低電圧読み出し駆
動が可能となる固体撮像装置およびその製造方法を提供
することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１の固体撮像装置
は、半導体基板と、この半導体基板上に形成した一導電
型の第１拡散層と、この第１拡散層内の深部に選択的に
形成した他導電型の低濃度の第２拡散層と、この低濃度
の第２拡散層上に形成した他導電型の高濃度の第３拡散
層と、この高濃度の第３拡散層上に形成した一導電型の
第４拡散層と、第１拡散層に形成したＣＣＤ転送チャン
ネルと、半導体基板上に形成したゲート絶縁膜と、ＣＣ
Ｄ転送チャンネルの上方でゲート絶縁膜上に形成したゲ
ート電極とを備えたものである。
は、半導体基板と、この半導体基板上に形成した一導電
型の第１拡散層と、この第１拡散層内の深部に選択的に
形成した他導電型の低濃度の第２拡散層と、この低濃度
の第２拡散層上に形成した他導電型の高濃度の第３拡散
層と、この高濃度の第３拡散層上に形成した一導電型の
第４拡散層と、第１拡散層に形成したＣＣＤ転送チャン
ネルと、半導体基板上に形成したゲート絶縁膜と、ＣＣ
Ｄ転送チャンネルの上方でゲート絶縁膜上に形成したゲ
ート電極とを備えたものである。
【０００６】請求項２の固体撮像装置の製造方法は、半
導体基板上に一導電型の第１拡散層を形成し、第１拡散
層にＣＣＤ転送チャンネルを形成し、半導体基板上にゲ
ート絶縁膜を形成し、ＣＣＤ転送チャンネルの上方でゲ
ート絶縁膜上にゲート電極を形成し、フォトレジストを
マスクとして高加速イオン注入法にて第１拡散層内の深
部に選択的に他導電型の低濃度の第２拡散層を形成し、
低濃度の第２拡散層上にフォトレジストをマスクとして
高加速イオン注入法にて他導電型の高濃度の第３拡散層
を形成し、高濃度の第３拡散層上に一導電型の第４拡散
層を形成するものである。
導体基板上に一導電型の第１拡散層を形成し、第１拡散
層にＣＣＤ転送チャンネルを形成し、半導体基板上にゲ
ート絶縁膜を形成し、ＣＣＤ転送チャンネルの上方でゲ
ート絶縁膜上にゲート電極を形成し、フォトレジストを
マスクとして高加速イオン注入法にて第１拡散層内の深
部に選択的に他導電型の低濃度の第２拡散層を形成し、
低濃度の第２拡散層上にフォトレジストをマスクとして
高加速イオン注入法にて他導電型の高濃度の第３拡散層
を形成し、高濃度の第３拡散層上に一導電型の第４拡散
層を形成するものである。
【０００７】
【作用】この発明の構成によれば、高加速イオン注入法
を用いると、他導電型の低濃度の第２拡散層は一導電型
の第１拡散層の深部に形成される。このため、入射して
きた光の波長帯域のうち、半導体基板の透過距離の長い
長波長帯域の光によって光電変換率が高められ、長波長
帯域での分光特性を良化させる。また、半導体基板表面
の一導電型の第４拡散層直下の他導電型の高濃度の第３
拡散層は、低濃度である単一なフォトダイオードの場合
よりも、光の散乱確率が高くなる。このため、特に透過
距離の浅い短波長帯域の分光特性を良化させる。さら
に、フォトダイオード内に信号電荷がない状態で、ポテ
ンシャルが最小（φmin ）となる位置は、半導体基板表
面に近い高濃度な第３拡散層に存在する。このため、半
導体基板内に形成されたフォトダイオードからＣＣＤ転
送チャンネルへの信号電荷読み出し経路長は短くなる。
このことから、読み出し経路形成のためのゲート電極印
加電圧、すなわち読み出し駆動電圧を低減することがで
きる。
を用いると、他導電型の低濃度の第２拡散層は一導電型
の第１拡散層の深部に形成される。このため、入射して
きた光の波長帯域のうち、半導体基板の透過距離の長い
長波長帯域の光によって光電変換率が高められ、長波長
帯域での分光特性を良化させる。また、半導体基板表面
の一導電型の第４拡散層直下の他導電型の高濃度の第３
拡散層は、低濃度である単一なフォトダイオードの場合
よりも、光の散乱確率が高くなる。このため、特に透過
距離の浅い短波長帯域の分光特性を良化させる。さら
に、フォトダイオード内に信号電荷がない状態で、ポテ
ンシャルが最小（φmin ）となる位置は、半導体基板表
面に近い高濃度な第３拡散層に存在する。このため、半
導体基板内に形成されたフォトダイオードからＣＣＤ転
送チャンネルへの信号電荷読み出し経路長は短くなる。
このことから、読み出し経路形成のためのゲート電極印
加電圧、すなわち読み出し駆動電圧を低減することがで
きる。
【０００８】
【実施例】図１に、この発明の一実施例であるＣＣＤ固
体撮像素子の一画素部の断面構造模式図を示す。図にお
いて、ｎ型Ｓｉ基板（半導体基板）１の上に低濃度なｐ
型ウェル（第１拡散層）２が形成されている。ｐ型ウェ
ル２は、ブルーミングを抑制するために、１０16ｃｍ-3
以下の濃度に設定されている。この濃度に設定すること
で、ｎ型Ｓｉ基板１に印加する電圧を１５Ｖ以下にで
き、また電子シャッター縦抜き電圧を２５Ｖ以下とする
ことができる。
体撮像素子の一画素部の断面構造模式図を示す。図にお
いて、ｎ型Ｓｉ基板（半導体基板）１の上に低濃度なｐ
型ウェル（第１拡散層）２が形成されている。ｐ型ウェ
ル２は、ブルーミングを抑制するために、１０16ｃｍ-3
以下の濃度に設定されている。この濃度に設定すること
で、ｎ型Ｓｉ基板１に印加する電圧を１５Ｖ以下にで
き、また電子シャッター縦抜き電圧を２５Ｖ以下とする
ことができる。
【０００９】フォトダイオードは、ｐ型ウェル２の深部
に選択的に形成された低濃度ｎ型領域（低濃度の第２拡
散層）９である。フォトダイオードのＳｉ基板１表面側
に選択的に高濃度ｎ型領域（高濃度の第３拡散層）１０
が形成されている。暗電流をなくすために、フォトダイ
オードの高濃度ｎ型領域１０の上部のＳｉ基板１表面に
選択的に高濃度ｐ型領域（第４拡散層）１１が形成され
ている。
に選択的に形成された低濃度ｎ型領域（低濃度の第２拡
散層）９である。フォトダイオードのＳｉ基板１表面側
に選択的に高濃度ｎ型領域（高濃度の第３拡散層）１０
が形成されている。暗電流をなくすために、フォトダイ
オードの高濃度ｎ型領域１０の上部のＳｉ基板１表面に
選択的に高濃度ｐ型領域（第４拡散層）１１が形成され
ている。
【００１０】ｐ型ウェル２の表面部に選択的にｐ型領域
３が形成されている。ｐ型領域３は分離領域であり、フ
ォトダイオードの高濃度ｎ型領域１０とＣＣＤ転送チャ
ンネル６との間を結ぶようにｐ型ウェル２の表面部に選
択的に形成されている。ｐ型領域４は、後述するゲート
電極の読み出し電圧制御領域であり、ｐ型領域３の反対
側にてＣＣＤ転送チャンネル６と高濃度ｎ型領域１０と
の間を結ぶように、ｐ型ウェル２の表面部に選択的に形
成されている。ｐ型領域５は、ＣＣＤ転送チャンネル６
とＳｉ基板１とを分離する領域であり、ｐ型ウェル２の
内部でＣＣＤ転送チャンネル６の直下部に位置し、ｐ型
分離領域３とｐ型読み出しｐ型領域４でＣＣＤ転送チャ
ンネル６を取り囲むように形成されている。
３が形成されている。ｐ型領域３は分離領域であり、フ
ォトダイオードの高濃度ｎ型領域１０とＣＣＤ転送チャ
ンネル６との間を結ぶようにｐ型ウェル２の表面部に選
択的に形成されている。ｐ型領域４は、後述するゲート
電極の読み出し電圧制御領域であり、ｐ型領域３の反対
側にてＣＣＤ転送チャンネル６と高濃度ｎ型領域１０と
の間を結ぶように、ｐ型ウェル２の表面部に選択的に形
成されている。ｐ型領域５は、ＣＣＤ転送チャンネル６
とＳｉ基板１とを分離する領域であり、ｐ型ウェル２の
内部でＣＣＤ転送チャンネル６の直下部に位置し、ｐ型
分離領域３とｐ型読み出しｐ型領域４でＣＣＤ転送チャ
ンネル６を取り囲むように形成されている。
【００１１】Ｓｉ基板１表面には、表面を被膜するゲー
ト絶縁膜７が形成されている。その上の所定領域にゲー
ト電極８が形成されている。さらにその上で、基板全体
に絶縁膜１２が形成されている。また、その上に、フォ
トダイオード以外の領域に光が入射し発生するスメアを
なくすためにアルミニウム（ＡＬ）遮光膜１３が設けら
れている。さらに全面に保護膜１４が形成されている。
１５は、フォトダイオードの真ん中を通り、Ｓｉ基板１
表面から垂直に基板内部に向かう方向を示している。
ト絶縁膜７が形成されている。その上の所定領域にゲー
ト電極８が形成されている。さらにその上で、基板全体
に絶縁膜１２が形成されている。また、その上に、フォ
トダイオード以外の領域に光が入射し発生するスメアを
なくすためにアルミニウム（ＡＬ）遮光膜１３が設けら
れている。さらに全面に保護膜１４が形成されている。
１５は、フォトダイオードの真ん中を通り、Ｓｉ基板１
表面から垂直に基板内部に向かう方向を示している。
【００１２】図２ないし図５に、この発明の一実施例で
あるＣＣＤ固体撮像素子の製造工程の断面模式図を示
す。図２において、ｎ型Ｓｉ基板１にｐ型ウェル２を形
成し、ｐ型領域３，４とＣＣＤ転送部の基板側分離部で
あるｐ型領域５とＣＣＤチャンネル６を形成する。この
後、ゲート絶縁膜７を形成する。
あるＣＣＤ固体撮像素子の製造工程の断面模式図を示
す。図２において、ｎ型Ｓｉ基板１にｐ型ウェル２を形
成し、ｐ型領域３，４とＣＣＤ転送部の基板側分離部で
あるｐ型領域５とＣＣＤチャンネル６を形成する。この
後、ゲート絶縁膜７を形成する。
【００１３】図３において、転送ゲート電極８を形成す
る。その後、フォトレジストをマスクとして、分離部で
あるｐ型領域４に隣接するように、ゲート電極８とセル
フアライメントでリンを７００〜１０００ＫｅＶの加速
エネルギーでイオン注入し、低濃度のｎ型フォトダイオ
ード９を形成する。図４において、同じフォトレジスト
をマスクにリンを３００〜５００ＫｅＶの加速エネルギ
ーで、ゲート電極８とセルフアライメントでイオン注入
し、ｎ型フォトダイオード９内のＳｉ基板１表面に高濃
度のｎ型領域１０を形成する。
る。その後、フォトレジストをマスクとして、分離部で
あるｐ型領域４に隣接するように、ゲート電極８とセル
フアライメントでリンを７００〜１０００ＫｅＶの加速
エネルギーでイオン注入し、低濃度のｎ型フォトダイオ
ード９を形成する。図４において、同じフォトレジスト
をマスクにリンを３００〜５００ＫｅＶの加速エネルギ
ーで、ゲート電極８とセルフアライメントでイオン注入
し、ｎ型フォトダイオード９内のＳｉ基板１表面に高濃
度のｎ型領域１０を形成する。
【００１４】図５において、フォトダイオード表面の高
濃度ｐ型領域１１と絶縁膜１２とＡＬ遮光膜１３と保護
膜１４をこの順序で形成して、ＣＣＤ固体撮像素子を製
造する。図１に示した一実施例のフォトダイオードであ
るｎ型領域９の真ん中を通り、Ｓｉ基板１表面から垂直
に基板深部へ向かう方向１５に沿った一次元不純物分布
を図６（Ａ）の実線４１に示す。基板深部方向１５の不
純物領域区分を３３の実線に表す。また、従来例の単一
なフォトダイオード構造の単一なフォトダイオード２１
（図７（Ｂ）参照）の真ん中を通り、Ｓｉ基板表面から
垂直に基板深部へ向かう方向３２に沿った一次元不純物
分布を図６（Ａ）の破線４２に示し、基板深部方向３２
の不純物領域区分を３４の実線に表す。実線４１では、
フォトダイオードに高濃度のｎ型領域１０が、Ｓｉ基板
１表面側にあるので、Ｓｉ基板１に対して透過距離の短
い、約０．４〜０．７μｍの短波長帯域（４００〜５０
０ｎｍ）の光は散乱され易い。このため、短波長帯域で
の電子−ホール対が、従来例と比較してより発生しやす
くなる。一方従来例の破線４２では、３００〜５００Ｋ
ｅＶの加速エネルギーでイオン注入すると、フォトダイ
オードとｐ型ウェルとの接合Ｘj1′４３′は、１．１〜
１．５μｍとなる。本実施例の実線４１では、低濃度ｎ
型フォトダイオード９では、フォトダイオードとｐ型ウ
ェル２との接合Ｘj1４３は、約２μｍ付近に形成でき
る。このため、Ｓｉ基板に対する透過距離の長い長波長
帯域（６００〜７２０ｎｍ）の光による電子−ホール対
の発生は従来例の場合の２倍になる。
濃度ｐ型領域１１と絶縁膜１２とＡＬ遮光膜１３と保護
膜１４をこの順序で形成して、ＣＣＤ固体撮像素子を製
造する。図１に示した一実施例のフォトダイオードであ
るｎ型領域９の真ん中を通り、Ｓｉ基板１表面から垂直
に基板深部へ向かう方向１５に沿った一次元不純物分布
を図６（Ａ）の実線４１に示す。基板深部方向１５の不
純物領域区分を３３の実線に表す。また、従来例の単一
なフォトダイオード構造の単一なフォトダイオード２１
（図７（Ｂ）参照）の真ん中を通り、Ｓｉ基板表面から
垂直に基板深部へ向かう方向３２に沿った一次元不純物
分布を図６（Ａ）の破線４２に示し、基板深部方向３２
の不純物領域区分を３４の実線に表す。実線４１では、
フォトダイオードに高濃度のｎ型領域１０が、Ｓｉ基板
１表面側にあるので、Ｓｉ基板１に対して透過距離の短
い、約０．４〜０．７μｍの短波長帯域（４００〜５０
０ｎｍ）の光は散乱され易い。このため、短波長帯域で
の電子−ホール対が、従来例と比較してより発生しやす
くなる。一方従来例の破線４２では、３００〜５００Ｋ
ｅＶの加速エネルギーでイオン注入すると、フォトダイ
オードとｐ型ウェルとの接合Ｘj1′４３′は、１．１〜
１．５μｍとなる。本実施例の実線４１では、低濃度ｎ
型フォトダイオード９では、フォトダイオードとｐ型ウ
ェル２との接合Ｘj1４３は、約２μｍ付近に形成でき
る。このため、Ｓｉ基板に対する透過距離の長い長波長
帯域（６００〜７２０ｎｍ）の光による電子−ホール対
の発生は従来例の場合の２倍になる。
【００１５】次に、信号電荷がない状態での電位分布を
用いて、読み出し電圧について説明する。この発明の一
実施例での一次元不純物分布の実線４１に沿った電位分
布を図６（Ｂ）の実線４４に示す。従来例での一次元不
純物分布の破線４２に沿った電位分布を図６（Ｂ）の破
線４５に示す。この発明の一実施例でのゲート下の信号
電荷読み出し電圧制御部近傍の断面拡大図を図７（Ａ）
に示す。従来例でのゲート下の信号電荷読み出し電圧制
御部近傍の断面拡大図を図７（Ｂ）に示す。
用いて、読み出し電圧について説明する。この発明の一
実施例での一次元不純物分布の実線４１に沿った電位分
布を図６（Ｂ）の実線４４に示す。従来例での一次元不
純物分布の破線４２に沿った電位分布を図６（Ｂ）の破
線４５に示す。この発明の一実施例でのゲート下の信号
電荷読み出し電圧制御部近傍の断面拡大図を図７（Ａ）
に示す。従来例でのゲート下の信号電荷読み出し電圧制
御部近傍の断面拡大図を図７（Ｂ）に示す。
【００１６】図７において、実線５１は、実施例での読
み出し時に形成される信号電荷の読み出し経路を示す。
破線５２は、従来例での読み出し時に形成される信号電
荷の読み出し経路を示す。図７（Ａ）では、従来例での
信号電荷読み出し経路５２を重ね合わせて図示する。図
８の実線６１，６２は、読み出し前と，読み出し時の読
み出し経路５１に対するフォトダイオード領域９からＣ
ＣＤ転送チャンネル６への方向の電位曲線を示す。図８
の実線６３，矢印６４は、従来例での読み出し前，読み
出し時の読み出し経路５２のフォトダイオード領域２１
からＣＣＤ転送チャンネル６への方向のポテンシャル曲
線を示す。
み出し時に形成される信号電荷の読み出し経路を示す。
破線５２は、従来例での読み出し時に形成される信号電
荷の読み出し経路を示す。図７（Ａ）では、従来例での
信号電荷読み出し経路５２を重ね合わせて図示する。図
８の実線６１，６２は、読み出し前と，読み出し時の読
み出し経路５１に対するフォトダイオード領域９からＣ
ＣＤ転送チャンネル６への方向の電位曲線を示す。図８
の実線６３，矢印６４は、従来例での読み出し前，読み
出し時の読み出し経路５２のフォトダイオード領域２１
からＣＣＤ転送チャンネル６への方向のポテンシャル曲
線を示す。
【００１７】フォトダイオード内に高濃度ｎ型領域１０
を形成するので、最小電位位置（φ min 点）は、従来例
では、図６（Ｂ）で、ほぼフォトダイオードの真ん中の
４７′の位置から、Ｓｉ基板１表面に近い高濃度ｎ型領
域１０内の４７の位置へ移動する。このため、信号電荷
の読み出し経路は、図７（Ａ）のＯ−Ｂ線５２（ＯＢと
記す）からＯ−Ｂ′線５１（ＯＢ′と記す）になる。図
７（Ａ）より、三平方の定理にしたがい、 ＯＡ2 ＋ＡＢ′2 ＝ＯＢ′2 ＯＡ2 ＋ＡＢ2 ＝ＯＢ2 ＡＢ′2 ＜ＡＢ2 より、ＯＢ′2 ＜ＯＢ2 であるので、信号電荷読み出し経路長は短くなる。
を形成するので、最小電位位置（φ min 点）は、従来例
では、図６（Ｂ）で、ほぼフォトダイオードの真ん中の
４７′の位置から、Ｓｉ基板１表面に近い高濃度ｎ型領
域１０内の４７の位置へ移動する。このため、信号電荷
の読み出し経路は、図７（Ａ）のＯ−Ｂ線５２（ＯＢと
記す）からＯ−Ｂ′線５１（ＯＢ′と記す）になる。図
７（Ａ）より、三平方の定理にしたがい、 ＯＡ2 ＋ＡＢ′2 ＝ＯＢ′2 ＯＡ2 ＋ＡＢ2 ＝ＯＢ2 ＡＢ′2 ＜ＡＢ2 より、ＯＢ′2 ＜ＯＢ2 であるので、信号電荷読み出し経路長は短くなる。
【００１８】同様に、図７（Ａ）のフォトダイオードと
ＣＣＤ転送チャンネル６との間のｐ型領域４の距離も短
くなる（Ｄ′Ｅ′2 ＜ＤＥ2 ）。このためｐ型領域４内
に信号読み出し経路を形成するためのゲート駆動電圧の
値を低減できる。一方、Ｓｉ基板１表面から深さ方向１
５に沿って、信号電荷のない状態での、各不純物領域の
電位差を式で表わすと、 Ｖ1 ＝Ａ×（１／２）×ＮA1×ＷA1 2 ───── （１） Ｖ2 ＝Ａ×（１／２）×ＮD2×ＷD2 2 ───── （２） Ｖ3 ＝Ａ×（１／２）×ＮD2×ＷD3 2 ───── （３） Ｖ4 ＝Ａ×（１／２）×ＮA4×ＷA4 2 ───── （４） となる。ここで、 Ａ：定数 ＮA1：ｐ型領域１１の平均不純物濃度 ＮD2：フォトダイオードの平均不純物濃度 ＮA4：ｐ型ウェル２の平均不純物濃度 ＷA1：ｐ型領域１１内の空乏層幅 ＷD2：フォトダイオードの最小電位位置−ｐ型領域１１
とフォトダイオードとの接合の距離 ＷD3：フォトダイオードとｐウェル２との接合−フォト
ダイオードの最小電位位置 ＷA4：ｐ型ウェル２内の空乏層幅 を示す。また、フォトダイオードの最小電位φmim は、
上式の和で表わされ、 φmim ＝Ｖ1 ＋Ｖ2 ＋Ｖp11 ──── （５） φmim ＝Ｖ3 ＋Ｖ4 ＋Ｖp2 ──── （６） となる。
ＣＣＤ転送チャンネル６との間のｐ型領域４の距離も短
くなる（Ｄ′Ｅ′2 ＜ＤＥ2 ）。このためｐ型領域４内
に信号読み出し経路を形成するためのゲート駆動電圧の
値を低減できる。一方、Ｓｉ基板１表面から深さ方向１
５に沿って、信号電荷のない状態での、各不純物領域の
電位差を式で表わすと、 Ｖ1 ＝Ａ×（１／２）×ＮA1×ＷA1 2 ───── （１） Ｖ2 ＝Ａ×（１／２）×ＮD2×ＷD2 2 ───── （２） Ｖ3 ＝Ａ×（１／２）×ＮD2×ＷD3 2 ───── （３） Ｖ4 ＝Ａ×（１／２）×ＮA4×ＷA4 2 ───── （４） となる。ここで、 Ａ：定数 ＮA1：ｐ型領域１１の平均不純物濃度 ＮD2：フォトダイオードの平均不純物濃度 ＮA4：ｐ型ウェル２の平均不純物濃度 ＷA1：ｐ型領域１１内の空乏層幅 ＷD2：フォトダイオードの最小電位位置−ｐ型領域１１
とフォトダイオードとの接合の距離 ＷD3：フォトダイオードとｐウェル２との接合−フォト
ダイオードの最小電位位置 ＷA4：ｐ型ウェル２内の空乏層幅 を示す。また、フォトダイオードの最小電位φmim は、
上式の和で表わされ、 φmim ＝Ｖ1 ＋Ｖ2 ＋Ｖp11 ──── （５） φmim ＝Ｖ3 ＋Ｖ4 ＋Ｖp2 ──── （６） となる。
【００１９】ここで、ＮA1≒０よりＶ1 ≒０、Ｖp11 ＝
０（接地電位）、フォトダイオードの飽和電荷量を十分
大きくするためにＶp2≒０である。すると、式（５），
（６）は、 φmim ＝Ｖ2 ──── （５′） φmim ＝Ｖ3 ＋Ｖ4 ──── （６′） と記述できる。
０（接地電位）、フォトダイオードの飽和電荷量を十分
大きくするためにＶp2≒０である。すると、式（５），
（６）は、 φmim ＝Ｖ2 ──── （５′） φmim ＝Ｖ3 ＋Ｖ4 ──── （６′） と記述できる。
【００２０】フォトダイオードとなるｎ型領域９は、図
６（Ａ）の破線４２の従来例のフォトダイオード２１と
比較して、低濃度である。つまり、ＮD2′≫Ｎ
D2（ＮD2′は従来例のフォトダイオードの平均濃度であ
り、ＮD2はこの発明の一実施例のフォトダイオードの平
均濃度である）であるので、式（３）、（６′）より、
フォトダイオードの電位の増加に関係しない。
６（Ａ）の破線４２の従来例のフォトダイオード２１と
比較して、低濃度である。つまり、ＮD2′≫Ｎ
D2（ＮD2′は従来例のフォトダイオードの平均濃度であ
り、ＮD2はこの発明の一実施例のフォトダイオードの平
均濃度である）であるので、式（３）、（６′）より、
フォトダイオードの電位の増加に関係しない。
【００２１】高濃度なｎ型領域１０は、９００℃の低温
アニールは行うが、ほとんど拡散しないため、狭い領域
に形成される。このため、フォトダイオードの最小電位
位置（φmim 点）が、高濃度ｎ型領域１０に移り、
ＷD2′≫ＷD2となって、式（２）よりＶ2 ′≫Ｖ2 とな
る。よって、式（５′）より、フォトダイオードの最小
電位φmin は、浅くなる。ここで、ＷD2′は、従来例の
フォトダイオードの最小電位位置（φmim ′点４６′）
−ｐ型領域１１とフォトダイオードとの接合（Ｘj2４
８）の距離、ＷD2は、この発明の一実施例のフォトダイ
オードの最小電位位置（φmim 点４６）−ｐ型領域１１
とフォトダイオートとの接合（Ｘj2４８）の距離を表
す。また、Ｖ2 ′は、従来例のＶ2 、Ｖ2 はこの発明の
一実施例のＶ2 をそれぞれ示す。
アニールは行うが、ほとんど拡散しないため、狭い領域
に形成される。このため、フォトダイオードの最小電位
位置（φmim 点）が、高濃度ｎ型領域１０に移り、
ＷD2′≫ＷD2となって、式（２）よりＶ2 ′≫Ｖ2 とな
る。よって、式（５′）より、フォトダイオードの最小
電位φmin は、浅くなる。ここで、ＷD2′は、従来例の
フォトダイオードの最小電位位置（φmim ′点４６′）
−ｐ型領域１１とフォトダイオードとの接合（Ｘj2４
８）の距離、ＷD2は、この発明の一実施例のフォトダイ
オードの最小電位位置（φmim 点４６）−ｐ型領域１１
とフォトダイオートとの接合（Ｘj2４８）の距離を表
す。また、Ｖ2 ′は、従来例のＶ2 、Ｖ2 はこの発明の
一実施例のＶ2 をそれぞれ示す。
【００２２】したがって、信号電荷読み出し時には、図
８のフォトダイオードとＣＣＤ転送チャンネルとの電位
差Δφ６４は、従来例での電位差Δφ′６４′より大き
くなり、読み出し経路にさらに勾配ができるので、読み
出しが容易になり、残像が発生しない。なお、前記実施
例では、フォトダイオードｎ型領域９をゲート電極８を
形成した後、セルフアライメントで注入したが、上記の
理由により低濃度の領域であって、ポテンシャルの増大
に寄与しないので、ゲート絶縁膜７を形成する直前にフ
ォトレジストをマスクとして行ってもよい。
８のフォトダイオードとＣＣＤ転送チャンネルとの電位
差Δφ６４は、従来例での電位差Δφ′６４′より大き
くなり、読み出し経路にさらに勾配ができるので、読み
出しが容易になり、残像が発生しない。なお、前記実施
例では、フォトダイオードｎ型領域９をゲート電極８を
形成した後、セルフアライメントで注入したが、上記の
理由により低濃度の領域であって、ポテンシャルの増大
に寄与しないので、ゲート絶縁膜７を形成する直前にフ
ォトレジストをマスクとして行ってもよい。
【００２３】また、前記実施例では、高濃度ｎ型フォト
ダイオードを形成するイオン注入の加速エネルギーを３
００〜５００ＫｅＶとした。この加速エネルギーは、ｎ
型領域１０を高濃度ｐ型領域１１の直下部に形成するの
が目的であるので、ｐ型領域１１の深さに応じて加速エ
ネルギーを変える。また、前記実施例では、ｎ型領域
９，１０を同一のレジストマスクで形成したが、別々の
レジストマスクを用いて形成してもよい。
ダイオードを形成するイオン注入の加速エネルギーを３
００〜５００ＫｅＶとした。この加速エネルギーは、ｎ
型領域１０を高濃度ｐ型領域１１の直下部に形成するの
が目的であるので、ｐ型領域１１の深さに応じて加速エ
ネルギーを変える。また、前記実施例では、ｎ型領域
９，１０を同一のレジストマスクで形成したが、別々の
レジストマスクを用いて形成してもよい。
【００２４】また、前記実施例では、ｎ型領域９，１０
の形成を連続して行なっているが、ｎ型領域９とｎ型領
域１０との形成の間に、９００℃〜１０００℃の熱処理
を行なってもよい。さらに、前記実施例では、ｎ型領域
９を形成してから、ｎ型領域１０を形成しているが、順
序を変えてｎ型領域１０を先に形成してもよい。
の形成を連続して行なっているが、ｎ型領域９とｎ型領
域１０との形成の間に、９００℃〜１０００℃の熱処理
を行なってもよい。さらに、前記実施例では、ｎ型領域
９を形成してから、ｎ型領域１０を形成しているが、順
序を変えてｎ型領域１０を先に形成してもよい。
【００２５】
【発明の効果】この発明の構成によれば、高加速イオン
注入法を用いると、他導電型の低濃度の第２拡散層は一
導電型の第１拡散層の深部に形成される。このため、入
射してきた光の波長帯域のうち、半導体基板の透過距離
の長い長波長帯域の光によって光電変換率が高められ、
長波長帯域での分光特性を良化させる。また、半導体基
板表面の一導電型の第４拡散層直下の他導電型の高濃度
の第３拡散層は、低濃度である単一なフォトダイオード
の場合よりも、光の散乱確率が高くなる。このため、特
に透過距離の浅い短波長帯域の分光特性を良化させる。
よって、広帯域な分光特性が得られる。
注入法を用いると、他導電型の低濃度の第２拡散層は一
導電型の第１拡散層の深部に形成される。このため、入
射してきた光の波長帯域のうち、半導体基板の透過距離
の長い長波長帯域の光によって光電変換率が高められ、
長波長帯域での分光特性を良化させる。また、半導体基
板表面の一導電型の第４拡散層直下の他導電型の高濃度
の第３拡散層は、低濃度である単一なフォトダイオード
の場合よりも、光の散乱確率が高くなる。このため、特
に透過距離の浅い短波長帯域の分光特性を良化させる。
よって、広帯域な分光特性が得られる。
【００２６】さらに、フォトダイオード内に信号電荷が
ない状態で、ポテンシャルが最小（φmin ）となる位置
は、半導体基板表面に近い高濃度な第３拡散層に存在す
る。このため、半導体基板内に形成されたフォトダイオ
ードからＣＣＤ転送チャンネルへの信号電荷読み出し経
路長は短くなる。このことから、読み出し経路形成のた
めのゲート電極印加電圧、すなわち読み出し駆動電圧を
低減することができ、かつ残像を引き起こすこともな
い。
ない状態で、ポテンシャルが最小（φmin ）となる位置
は、半導体基板表面に近い高濃度な第３拡散層に存在す
る。このため、半導体基板内に形成されたフォトダイオ
ードからＣＣＤ転送チャンネルへの信号電荷読み出し経
路長は短くなる。このことから、読み出し経路形成のた
めのゲート電極印加電圧、すなわち読み出し駆動電圧を
低減することができ、かつ残像を引き起こすこともな
い。
【図１】この発明の一実施例であるＣＣＤ固体撮像素子
の一画素の断面模式図である。
の一画素の断面模式図である。
【図２】この発明の一実施例であるＣＣＤ固体撮像素子
の工程順断面模式図である。
の工程順断面模式図である。
【図３】この発明の一実施例であるＣＣＤ固体撮像素子
の工程順断面模式図である。
の工程順断面模式図である。
【図４】この発明の一実施例であるＣＣＤ固体撮像素子
の工程順断面模式図である。
の工程順断面模式図である。
【図５】この発明の一実施例であるＣＣＤ固体撮像素子
の工程順断面模式図である。
の工程順断面模式図である。
【図６】Ｓｉ基板表面から基板深部に向かう方向の不純
物分布とポテンシャルを示す図である。
物分布とポテンシャルを示す図である。
【図７】ＣＣＤ固体撮像素子のゲート下の信号電荷読み
出し制御部近傍の断面拡大図である。
出し制御部近傍の断面拡大図である。
【図８】ＣＣＤ固体撮像素子の信号電荷読み出し経路の
ポテンシャル分布を示す図である。
ポテンシャル分布を示す図である。
１ Ｓｉ基板（半導体基板） ２ ｐ型ウェル（第１拡散層） ６ ＣＣＤ転送チャンネル ７ ゲート絶縁膜 ８ ゲート電極 ９ 低濃度ｎ型領域（低濃度の第２拡散層） １０ 高濃度ｎ型領域（高濃度の第３拡散層） １１ ｐ型領域（第４拡散層）
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 8617−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｖ 8422−4Ｍ 31/10 Ａ
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板と、この半導体基板上に形成
した一導電型の第１拡散層と、この第１拡散層内の深部
に選択的に形成した他導電型の低濃度の第２拡散層と、
この低濃度の第２拡散層上に形成した他導電型の高濃度
の第３拡散層と、この高濃度の第３拡散層上に形成した
一導電型の第４拡散層と、前記第１拡散層に形成したＣ
ＣＤ転送チャンネルと、前記半導体基板上に形成したゲ
ート絶縁膜と、前記ＣＣＤ転送チャンネルの上方で前記
ゲート絶縁膜上に形成したゲート電極とを備えた固体撮
像装置。 - 【請求項２】 半導体基板上に一導電型の第１拡散層を
形成する工程と、前記第１拡散層にＣＣＤ転送チャンネ
ルを形成する工程と、前記半導体基板上にゲート絶縁膜
を形成する工程と、前記ＣＣＤ転送チャンネルの上方で
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、フ
ォトレジストをマスクとして高加速イオン注入法にて前
記第１拡散層内の深部に選択的に他導電型の低濃度の第
２拡散層を形成する工程と、前記低濃度の第２拡散層上
にフォトレジストをマスクとして高加速イオン注入法に
て他導電型の高濃度の第３拡散層を形成する工程と、前
記高濃度の第３拡散層上に一導電型の第４拡散層を形成
する工程とを含む固体撮像装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5099139A JPH06310702A (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP5099139A JPH06310702A (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06310702A true JPH06310702A (ja) | 1994-11-04 |
Family
ID=14239382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5099139A Pending JPH06310702A (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06310702A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0923020A (ja) * | 1995-02-27 | 1997-01-21 | Consorzio Per La Ric Sulla Microelettronica Nel Mezzogiorno | 半導体粒子検出器およびその製造方法 |
| US6528342B2 (en) | 1996-09-19 | 2003-03-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Solid state imaging apparatus, method of manufacturing the same and video system using such solid state imaging apparatus |
-
1993
- 1993-04-26 JP JP5099139A patent/JPH06310702A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0923020A (ja) * | 1995-02-27 | 1997-01-21 | Consorzio Per La Ric Sulla Microelettronica Nel Mezzogiorno | 半導体粒子検出器およびその製造方法 |
| US5854506A (en) * | 1995-02-27 | 1998-12-29 | Consorzio Per La Ricerca Sulla Microelettronica Nel Mezzogiorno | Semiconductor particle-detector |
| US6528342B2 (en) | 1996-09-19 | 2003-03-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Solid state imaging apparatus, method of manufacturing the same and video system using such solid state imaging apparatus |
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