JPH0779156B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPH0779156B2
JPH0779156B2 JP63169363A JP16936388A JPH0779156B2 JP H0779156 B2 JPH0779156 B2 JP H0779156B2 JP 63169363 A JP63169363 A JP 63169363A JP 16936388 A JP16936388 A JP 16936388A JP H0779156 B2 JPH0779156 B2 JP H0779156B2
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和夫 橋口
恭志 渡辺
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は電荷結合素子(CCD)を用いた固体撮像装置の
構造に関する。
〈従来の技術〉 CCDを用いた2次元固体撮像装置は、一般に光電変換部
と電荷転送部を共通にしたフレーム転送方式と両者を個
別に形成したインターライン転送方式とに大別される
が、短波長光感度,スミア,チップサイズ等の点で後者
の方が優れより一般的となっている。なおインターライ
ン転送方式において、光電変換部から電荷転送部へ信号
電荷を移す移送領域は、転送部との間でポテンシャル差
をつけることにより転送部電極と共通にする移送ゲート
レス方式が最近では一般的である。
また強い入射光により光電変換部ないし電荷転送部で信
号電荷があふれ出すブルーミング現象を抑圧する方式と
して、光電変換部と同一平面上に掃出しドレインを形成
する横型オーバーフロードレイン構造と光電変換部の下
側即ち基板側に掃出しドレインを形成する縦型オーバー
フロードレイン構造が知られているが、平面上の面積の
制約を受けない後者の方が性能面で有利でありより一般
的である。後者の場合、当然ながら基板上に別導電型の
ウェルが形成されその上に光電変換部が形成される。
さて以上の理由から、インターライン転送/移送ゲート
レス/縦型オーバーフロードレイン構造とした固体撮像
装置が望ましいが、このような構造の場合でも、画素サ
イズの縮小化がさらに進むと種々問題点が現われてく
る。なお以下の議論では信号電荷が電子の場合を扱う
が、正孔の場合でも極性を反対にすることにより同様の
議論が可能である。
電子を信号とする固体撮像装置では、第4図に示すよう
にN基板上にPウェルが形成されこのPウェル上にN型
の光電変換部,N型の電荷転送部が形成される。ここで電
荷転送部は埋込みチャネル型とし、表面チャネル型の移
送部との間にポテンシャル差が形成される。
さて光電変換部下のPウェルはオーバーフローを可能に
するため低濃度かつ浅い接合が必要となるのに対し、転
送部下のPウェルは基板と転送チャネル間の電荷のやり
取りを禁止するため、高濃度ないし深い接合が必要とな
る。従って一般には図のような二重ウェル構造によりこ
の目的を達成している。
〈発明が解決しようとする問題点〉 画素サイズを縮小した場合、接合深さの大きい転送部下
Pウェルは横方向への拡散により受光部下Pウェルへ影
響を与え、受光部下Pウェルの濃度及び深さの制御を困
難にする。この対策の1つとして第5図に示すように、
受光部下と転送部下でPウェルを均一とし、受光部N層
接合深さを大きくする方法が知られている。この場合、
受光部・移送部間でポテンシャルの突起や窪みを生じさ
せないようさらに高濃度のN+層が電極形成後該電極をマ
スクとして自己整合的に注入される。
しかしながら上記構造は受光部を主として接合深さの大
きいN層で決めているため画素サイズの縮小化にやはり
制約がある上、完全転送モードとすることが困難とな
る。即ち受光部N層全体を完全に空乏化させようとする
と高濃度N+層が表面に存在するため受光部はきわめて深
いポテンシャルになってしまう。本発明は以上の問題点
に鑑みて発明されたものである。
〈問題点を解決するための手段〉 本発明では、第2導電型基板に接合深さJP1の比較的深
い低濃度の第1導電型層、及び、深さJP2(JP1>JP2
の比較的浅い高濃度の第1導電型層を均一に形成する。
次に受光部中のチャネルストップ領域から離れた領域に
JP2<JN1<JP1なる関係の接合深さJN1を持った低濃度の
第2導電型層を形成する。その後転送領域にJN2<JP2
る関係の接合深さJN2を持った埋込みチャネルCCDを形成
する。さらに転送電極を形成した後、この電極をマスク
として自己整合により受光部のほぼ全域にJN3<JN1なる
関係の接合深さJN3を持った第2導電型層を形成する。
最後に受光部全表面に転送電極をマスクとして高濃度の
第1導電型不純物をJN3より十分浅く形成して固体撮像
装置を構成する。
〈作用〉 上述の半導体基板構造をもつ固体撮像装置では、受光部
の過剰電荷の抑圧には低濃度で深い第1のPウェル上の
低濃度で深い第1の受光部N層が作用し、また受光部電
荷を取残しなく転送部へ移送することに対しては、各々
が電極をマスクに自己整合的に形成された比較的濃く浅
い第2の受光部N層と十分濃く浅い表面P+層とが作用す
る。さらに埋込みチャネルCCD下の濃く浅い第2のPウ
ェルの存在により、N基板との分離,可扱信号電荷量の
確保,スミアの抑圧が図られる。
〈実施例〉 第1図は本発明の一実施例を示したものであり、(a)
は平面図を(b)は(a)におけるAA′部分の断面図を
示す。図(a)において1はチャネルストップ領域、2
は1層目転送電極、3は2層目転送電極、4は埋込みチ
ャネルCCDのN層領域、5は第1の受光部N層注入領
域、6は第2の受光部N層注入領域を示す。
まず上記断面構造からなる固体撮像装置の製造工程を説
明する。第1図(b)に示すように低濃度のN基板10に
接合深さJP1なる比較的深い低濃度の第1のPウェル11
を均一に形成する。次に深さJP2なる比較的浅い高濃度
の第2のPウェル12を均一に形成する。さらに光電変換
部の中央領域にJP2<JN1<JP1なる関係の接合深さJN1
なるよう低濃度の第1の受光部N層5を形成する。この
場合接合深さJN1が比較的深いため横方向にも広がる。
従ってこのN層5の注入領域は第1図(a)に示したよ
うにチャネルストップ領域1から十分離れ、移送部電極
3からも適度に離れた領域とする。次に埋込みチャネル
CCD用N層4をJN2<JP2なる関係の接合深さJN2になるよ
う形成する。さらに1層目及び2層目の転送電極2,3を
形成した後、接合深さJN3の第2の受光部N層6を第1
の受光部N層5より高濃度で形成する。接合深さJN3はJ
N1より小であるがJP2に対しては大小いずれでも良い。
この第2の受光部N層6のための注入領域は、第1図
(a)に示したように移送部境界では当該電極をマスク
として自己整合になるようにし、チャネルストップ領域
1からはわずかに離れた受光部のほぼ全域とする。最後
に受光部表面全域に高濃度P+層7をJN3より十分浅く形
成する。
以上の構成において受光部の深さ方向のポテンシャル分
布を示すと第2図の如くなる。即ち曲線A1で示す深さと
ポテンシャル分布の関係をもつ第1のN層部5は第2の
N層部6との加算状態であり、受光部電荷を全て転送部
へ移送した直後は完全に空乏可してポテンシャルはVP1
まで深くなる。図中曲線B1で示す深さとポテンシャル分
布の関係をもつ第2のN層部6もこのとき完全に空乏化
してポテンシャルはVP2(VP2<VP1)まで深くなる。次
に受光部に信号電荷が蓄積してポテンシャルVP3まで浅
くなると第1のN層部5下のPウェル11は低濃度でかつ
厚さ小であるからPウェル部バリヤが消失してN基板10
へ電荷が流出し始め、過剰電荷の抑圧として働く。この
ときのポテンシャル分布を曲線A2で示す。また第2のN
層領域6のポテンシャル分布は曲線B2のようになる。な
お第1のN層領域5は第2のN層単独領域6よりポテン
シャルが深いから基板への電荷排出は第2のN層領域6
から第1のN層領域5へ流れ、受光部N層全体に対して
作用する。
第1図(a)のAA′部分における横方向ポテンシャル分
布を示すと第3図の如くなる。ここで受光部と移送部の
境界は第2の受光部N層6及び表面P+層7とも電極をマ
スクとして自己整合的かつ横方向への拡がりを抑えて形
成されるから、ポテンシャルの突起や窪みの形成が阻止
される。また受光部におけるN層完全空乏化時のポテン
シャルは第1のN層領域5のVP1から第2のN層単独領
域のVP2にわたって分布する。第1のN層領域5と移送
部との間隔を適度に取ると、受光部ポテンシャルの底
(VP1)から移送部にかけてわずかにポテンシャルの山
が形成されるものの、電極にVHなる高い電位を印加した
時には、移送部のポテンシャルはVP1より深くなり途中
のポテンシャルの山は消失して、受光部電荷を取残すこ
となく完全に転送部へ移送することが可能となる。その
後電極に電位VL〜VI(VP<VI<VL)間でクロックパルス
が印加され、転送部中を電荷が転送され始めると、移送
部は転送部に対しVBのポテンシャルバリヤが存在するた
め受光部・転送部間が分離され、受光部での信号電荷の
蓄積が再開される。なお第1図(b)で示したように転
送部の埋込みチャネルCCD用N層下には濃い第2のPウ
ェル11が存在するため、転送チャネルとN基板間で電荷
のやり取りが禁止されるとともに、転送可能最大電荷量
が確保され、さらに受光部下で発生する不要電荷の拡散
による転送チャネルへの侵入に対してバリヤとなり、ス
ミア現象の抑圧となる。
〈発明の効果〉 以上述べてきたように本発明の構造によれば、微細化さ
れた素子構造においても受光部の過剰電荷を基板面積に
負担をかけることなく抑制することができ、また受光部
電荷を取り残しなく転送部へ移送することができ、イン
ターライン転送方式の固体撮像装置における画質向上を
図ることができる。さらに埋込みチャネルCCD下の濃く
浅い第2のPウェルの存在により、N基板との分離,可
扱信号電荷量の確保,スミアの抑圧が図られている。本
発明の固体撮像装置は、製造工程においても、第1導電
型ウェルがすべて均一な層用構造であるから微細加工に
なる程その有用性を発揮する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す図で、(a)は平面
図、(b)はAA′部分の断面図、第2図は本発明の受光
部深さ方向ポテンシャル分布図、第3図は第1図AA′部
分の横方向ポテンシャル分布を示す図、第4図及び第5
図はそれぞれ従来装置の基板断面図を示す。 2,3:転送電極、4:転送部N型層、5:受光部第1N型層、6:
受光部第2N型層、7:P+層、11:低濃度第1Pウェル、12:高
濃度第2Pウェル

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第2導電型の半導体基板上に形成された第
    1導電型層内に、第2導電型の不純物領域からなる電荷
    転送部及び光電変換部を形成してなる固体撮像装置にお
    いて、 第1導電型の第1ウエル及び該第1ウエル上に形成され
    た該第1ウエルと同じ導電型であり、且つ該第1ウエル
    より濃度が高い第2ウエルからなる上記第1導電型層
    と、 上記第2ウエル内に形成された第2導電型の不純物領域
    からなる上記電荷転送部と、 受光領域の上記電荷転送部から離れた中央部分では上記
    第2ウエルより深く且つ第1ウエルより浅い第2導電型
    の第1領域が形成され、上記受光領域の上記電荷転送部
    に近い側では上記第1領域より浅く且つ該第1領域より
    不純物濃度が高い第2導電型の第2領域が、転送電極と
    自己整合的に形成されてなる上記光電変換部とを備えて
    なることを特徴とする固体撮像装置。
JP63169363A 1988-07-06 1988-07-06 固体撮像装置 Expired - Lifetime JPH0779156B2 (ja)

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