JPH08130300A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPH08130300A
JPH08130300A JP6288684A JP28868494A JPH08130300A JP H08130300 A JPH08130300 A JP H08130300A JP 6288684 A JP6288684 A JP 6288684A JP 28868494 A JP28868494 A JP 28868494A JP H08130300 A JPH08130300 A JP H08130300A
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solid
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JP6288684A
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Mutsumi Suzuki
睦 鈴木
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes

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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 出力信号線に読み出される画素出力電圧の低
下を防止した固体撮像装置を得る。 【構成】 複数の画素を構成する光電変換素子と、複数
の画素の各々に対応して設けられた複数の蓄積容量と、
複数の蓄積容量の各々に蓄積された信号電荷を共通の信
号線に読み出すための複数の読出しトランジスタとを備
えた固体撮像装置。複数の読出しトランジスタは、ソー
ス電極が信号線に共通接続された電界効果トランジスタ
（ＦＥＴ）からなり、電界効果トランジスタは、半導体
基板上に形成されたウェル拡散層中にソース領域及びド
レイン領域を形成する予め定められた導電型の拡散層
と、ウェル拡散層内のソース領域に対応する部分に、ソ
ース領域の拡散層よりも深い拡散深さの部分的拡散層又
はウェル拡散層の濃度に比べて低濃度な部分的拡散層と
を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】図７は、従来の一般的な（増幅型）固体
撮像装置の概略構成を示す模式回路図である。図７に示
す固体撮像装置では、光電変換素子を構成する複数の画
素（ＭＯＳ型静電誘導トランジスタ；ＭＯＳＳＩＴ）Ｔ
ji（ｊ＝１〜ｍ，ｉ＝１〜ｎ）が、マトリクス状に配置
された場合を例示しており、ここでは、ソースフォロワ
による信号読み出し方式を用いている。
【０００３】各画素Ｔjiのソースは、マトリクス配置の
各列毎に垂直ソースラインＬＨaiに共通に接続され、ド
レインには電源電圧ＶD が個々に印加されている。ま
た、各画素Ｔjiのゲートは、マトリクス配置の各行毎に
垂直走査回路１１によって走査されるクロックラインＬ
Ｖajに共通接続され、前記垂直走査回路１１から送出さ
れる駆動パルスφＧj によって行単位で駆動されるよう
になっている。
【０００４】また、前記垂直ソースラインＬＨaiは、一
方において、各列毎にトランスファーゲートＴaiを介し
て信号電荷蓄積用コンデンサ（蓄積容量）Ｃaiに接続さ
れると共に、水平読出しトランジスタ（読出しトランジ
スタ）Ｔbiを各々経て水平読出しライン（信号線）ＬＶ
に共通に接続されている。尚、この水平読出しラインＬ
Ｖには、送出される映像信号を増幅する出力アンプ１３
が接続されている。また、前記水平読出しトランジスタ
Ｔbiの各々のゲートには、水平走査回路１２が接続さ
れ、該水平走査回路１２から送出される駆動パルスφＨ
i によって走査されるようになっている。
【０００５】また、前記垂直ソースラインＬＨaiは、他
方において、各列毎にリセット用トランジスタＴciのド
レインとソースフォロワ読み出し用トランジスタＴdiの
ドレインとに接続され、各リセット用トランジスタＴci
のソースは接地され、各ソースフォロワ読み出し用トラ
ンジスタＴdiのソースには電源電圧ＶSSが供給されてい
る。
【０００６】尚、各リセット用トランジスタＴciのゲー
トにはリセットパルスφＲＳＴＶが供給され、このリセ
ットパルスがハイレベルになるとリセット用トランジス
タＴciが導通して垂直ソースラインＬＨaiを接地状態に
することができるようになっている。
【０００７】また、前記ソースフォロワ読み出し用トラ
ンジスタＴdiのゲートには、定電流設定回路１４が共通
接続されており、ソースフォロワによる読み出し動作時
に垂直ソースラインＬＨaiに流れる各読み出し用トラン
ジスタＴdiのソースフォロワバイアス電流が安定した一
定電流となるようにしてある。
【０００８】次に、図８に示すタイミングチャートを参
照しながら、上記従来の固体撮像装置の動作について説
明する。先ず、図８に示すように、期間ｔ1 において、
電荷転送ゲート制御信号φＴ及びリセット信号φＲＳＴ
Ｖをハイレベルにして、トランスファーゲートＴai及び
リセット用トランジスタＴciを導通可能状態にする（図
７参照）。
【０００９】これにより、垂直ソースラインＬＨai及び
信号電荷蓄積用コンデンサＣaiに信号電荷が残っていれ
ばこれらトランジスタが導通して接地レベルにリセット
される。また、このとき、垂直走査回路１１から送出さ
れる駆動パルスφＧj 、例えばφＧ1 の電圧は図８に示
すようにＶG1レベルで、画素Ｔ1iのゲートに、光電変換
された電荷ＱPHが蓄積される状態になっている。
【００１０】次いで、期間ｔ2 において、リセット信号
φＲＳＴＶをローレベルにしてリセット用トランジスタ
Ｔciを遮断状態に保つとともに、前記駆動パルスφＧ1
の電圧をＶG2レベルに上げて該画素Ｔ1iを読み出し状態
にする。
【００１１】この結果、定電流設定回路１４によって定
電流駆動状態となっているソースフォロワ読み出し用ト
ランジスタＴdiのソースフォロワ動作によって、蓄積状
態において画素Ｔ1iのゲートに蓄積された前記電荷ＱPH
に対応する映像信号が垂直ソースラインＬＨaiに読み出
されるとともに、ハイレベルのゲート信号φＴで導通可
能状態にあったトランスファーゲートＴaiを導通させ
て、この映像信号電荷が信号電荷蓄積用コンデンサＣai
に蓄積される。
【００１２】期間ｔ2 の終了時点で、再びリセット信号
φＲＳＴＶをハイレベルにしてリセット用トランジスタ
Ｔciを導通させるとともに、電荷転送ゲート制御信号φ
Ｔをローレベルにして、トランスファーゲートＴaiを遮
断し、これにより垂直ソースラインＬＨaiを接地レベル
にリセットするとともに、前記読み出された映像信号電
荷を信号電荷蓄積用コンデンサＣaiに保持した状態にす
る。
【００１３】次いで、期間ｔ3 において、前記駆動パル
スφＧ1 の電圧をＶG3レベルに更に上げて画素Ｔ1iのゲ
ートに溜っている電荷ＱPHを排出させ、この画素Ｔ1iを
リセットする。
【００１４】期間ｔ3 の終了後、前記駆動パルスφＧ1
の電圧がＶG1レベルに戻され、これにより前記画素Ｔ1i
は、再び光入射による前記電荷ＱPHをゲートに蓄積する
状態となる。
【００１５】その後、次の駆動パルスφＧ2 が垂直走査
回路１１から出力される前の期間ｔ4 において、水平走
査回路１２（図７参照）から駆動パルスφＨi （φＨ
1 、φＨ2 、φＨ3 …φＨn ）が順次水平読出しトラン
ジスタＴbiに与えられ、各列の信号電荷蓄積用コンデン
サＣaiに保持された映像信号が順次水平読出しラインＬ
Ｖに読み出される。
【００１６】以上の動作を画素Ｔ2i、Ｔ3i…Ｔmiと順次
行単位で同様に行うことにより、所謂ラスタースキャン
が行われる。
【００１７】このようなソースフォロワによる読み出し
動作を行う増幅型固体撮像装置では、電荷をソースフォ
ロワアンプで増幅して読み出すためＳ／Ｎ比が高く、映
像信号のリニアリティが良いほか、固定パターンノイズ
（ＦＰＮ）の主原因である画素毎のＶTH（閾値）のばら
つきが、暗状態の映像信号を記憶することにより、明状
態の映像信号との差を取って簡単に除去できるという利
点を有している。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の固体撮像装置においては、感度を良くするために、
光電変換素子を構成する画素Ｔjiの個数を増やすと、こ
れに伴って、水平読出しラインＬＶに読み出される映像
信号の出力電圧が低下してしまうという問題点があっ
た。
【００１９】即ち、固体撮像装置の画素Ｔjiは、通常、
二次元マトリクス（行・列）状に配置されるため、これ
らの画素Ｔjiの個数を増やすということは、行方向にも
画素Ｔjiの個数が増加するということである。従って、
行方向に画素の個数を増加した場合に、垂直ソースライ
ンＬＨaiの配線数が多くなり、これに対応して、前記映
像信号電荷を蓄積する信号電荷蓄積用コンデンサ（蓄積
容量）Ｃaiの個数も増加する。
【００２０】ここで、信号電荷蓄積用コンデンサ（蓄積
容量）Ｃaiに蓄積された映像信号電荷は、水平読出しト
ランジスタ（読出しトランジスタ）Ｔbiを導通状態（Ｏ
Ｎ）にすることで、水平読出しラインＬＶに読み出され
るのであるが、通常、この水平読出しトランジスタＴbi
と水平読出しラインＬＶとの間には、寄生容量ＣK （図
７参照）が存在する。
【００２１】また、前記信号電荷蓄積用コンデンサ（蓄
積容量）Ｃaiは、それぞれ水平読出しラインＬＶを介し
て並列接続されており、このため画素Ｔjiの個数が増加
した場合には、これに伴って、水平読出しラインＬＶを
介した信号電荷蓄積用コンデンサ（蓄積容量）Ｃaiの接
続箇所（個数）が増加するため、いわゆるコンデンサの
並列接続によって寄生容量ＣK が増大する。
【００２２】この結果、水平読出しラインＬＶに読み出
される映像信号の出力電圧が、寄生容量ＣK によって容
量分割され、その出力電圧が低下してしまうのであっ
た。
【００２３】尚、前記映像信号の出力電圧が低下する割
合は、以下に示す式，式によって算出することがで
きる。 Ｖt ＝Ｑt ／Ｃt … ＶO ＝Ｃt ×Ｖt ／（Ｃt ＋ＣV ）… 但し、Ｃt ＝蓄積容量Ｃaiの容量値 Ｑt ＝蓄積容量Ｃaiに蓄えられた電荷量 ＣV ＝水平読出しラインＬＶにおける寄生容量ＣK の容
量値 Ｖt ＝水平読出しトランジスタＴbiを導通（ＯＮ）する
前の蓄積容量Ｃaiの電圧値 ＶO ＝水平読出しトランジスタＴbiを導通（ＯＮ）した
後に水平読出しラインＬＶに出力される電圧値とする。
【００２４】ここで、例えばＣt ＝５[pF]、Ｑt ＝５[p
C]、ＣV ＝５[pF]とすると、 Ｖt ＝Ｑt ／Ｃt … ＝５[pC]／５[pF] ＝１ [Ｖ] ＶO ＝Ｃt ×Ｖt ／（Ｃt ＋ＣV ）… ＝５[pF]×１ [Ｖ] ／（５[pF]＋５[pF]） ＝０．５ [Ｖ] となる。
【００２５】即ち、寄生容量ＣK が存在しなければ、式
から求められた蓄積容量Ｃaiの電圧値１ [Ｖ] がその
まま水平読出しラインＬＶに出力されるのであるが、寄
生容量ＣK が存在するために式より求められた水平読
出しラインＬＶに出力される電圧値が０．５ [Ｖ] とな
り、結果として映像信号の出力電圧が１／２に低下して
しまうのであった。
【００２６】映像信号の出力電圧が低下してしまうと、
そのまま画像情報信号として扱うためには、外部回路で
基準の電圧まで増幅しなければ、例えばＣＲＴ等の表示
装置に表示することができず、また、外部回路によって
増幅した場合には、装置の性能（例えばＳ／Ｎ比）が低
下してしまうという問題点があった。
【００２７】本発明は、上記課題を鑑みて成されたもの
であり、出力信号線に読み出される画素出力電圧の低下
を防止した固体撮像装置を得ることを目的とする。
【００２８】また、本発明の別の目的は、寄生容量を低
減することができる固体撮像装置を得ることである。
【００２９】また、本発明の別の目的は、装置の性能
（例えばＳ／Ｎ比）を向上することができる固体撮像装
置を得ることである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
係る固体撮像装置は、上記目的を達成するために、複数
の画素を構成する光電変換素子と、前記複数の画素の各
々に対応して設けられた複数の蓄積容量と、前記複数の
蓄積容量の各々に蓄積された信号電荷を共通の信号線に
読み出すための複数の読出しトランジスタとを備えた固
体撮像装置において、前記複数の読出しトランジスタ
は、ソース電極が前記信号線に共通接続された電界効果
トランジスタ（ＦＥＴ）からなり、前記電界効果トラン
ジスタは、半導体基板上に形成されたウェル拡散層中に
ソース領域及びドレイン領域を形成する予め定められた
導電型の拡散層と、前記ウェル拡散層内のソース領域に
対応する部分に、前記ソース領域の拡散層よりも深い拡
散深さで形成された部分的拡散層とを備えていることを
特徴とするものである。
【００３１】請求項２に記載の発明に係る固体撮像装置
では、請求項１又は２に記載の固体撮像装置において、
前記部分的拡散層が、前記ウェル拡散層の濃度に比べて
低濃度にされていることを特徴とするものである。
【００３２】また、請求項３に記載の発明に係る固体撮
像装置では、請求項１に記載の固体撮像装置において、
前記部分的拡散層が、前記予め定められた導電型の拡散
層と同一の導電型物質によって形成されることを特徴と
するものである。
【００３３】また、請求項４に記載の発明に係る固体撮
像装置では、請求項１に記載の固体撮像装置において、
前記部分的拡散層が、平面的な拡がりに関してソース領
域内に形成されていることを特徴とするものである。
【００３４】
【作用】請求項１に記載の発明による固体撮像装置は、
光電変換素子と、複数の蓄積容量と、複数の読出しトラ
ンジスタとから主に構成されている。ここで、光電変換
素子は、複数の画素を構成する。複数の蓄積容量は、前
記複数の画素の各々に対応して設けられている。複数の
読出しトランジスタは、前記複数の蓄積容量の各々に蓄
積された信号電荷を共通の信号線に読み出す。
【００３５】ここで、前記複数の読出しトランジスタ
は、ソース電極が前記信号線に共通接続された電界効果
トランジスタ（ＦＥＴ）から構成されており、予め定め
られた導電型の拡散層と、部分的拡散層と備えている。
【００３６】前記予め定められた導電型の拡散層は、半
導体基板上に形成されたウェル拡散層中に形成され、ソ
ース領域及びドレイン領域を形成する。また、部分的拡
散層は、前記ウェル拡散層内の前記ソース領域に対応す
る部分に、前記ソース領域の拡散層よりも深い拡散深さ
で形成されている。
【００３７】即ち、従来の固体撮像装置における問題点
は、画素の個数を増加することに伴い、信号線に読み出
される画素出力が、寄生容量の影響を受け、容量分割さ
れて、その出力電圧が低下することである。従って、寄
生容量を低減すれば、画素出力の出力電圧が低下しない
ものと考えられる。
【００３８】ここで、前記寄生容量は、主として以下の
〜の３つの要素から構成されていると考えられる。 水平読出しトランジスタのソース領域とウェル拡散層
との拡散容量（接合容量）及びソース領域とゲート領域
との酸化膜容量 水平読出しラインの配線容量 出力アンプの入力容量
【００３９】上記〜の各構成要素うち、画素の個数
が増加するにつれて増大する要素はとであり、通常
に比べが格段に大きいため、寄生容量は、ほぼの
要素によって決まる。従って、寄生容量を低減するには
の要素を低減することが最も効果的である。尚、は
画素の個数が増加しても変化することはない。
【００４０】本発明では、の要素のうち、ソース領域
とウェル拡散層との拡散容量（接合容量）を低減するこ
とにより、寄生容量の低減を図る。尚、の要素のう
ち、ソース領域とウェル拡散層との拡散容量（接合容
量）のみを低減することとしたのは、ソース領域とゲー
ト領域との酸化膜容量に比べ比較的取扱いが容易なため
である。また、の要素の大部分は、ソース領域とウェ
ル拡散層との拡散容量（接合容量）によるものである。
【００４１】図１，図２は、本発明の概念を説明する説
明図であり、図１（ａ）は本発明の固体撮像装置に用い
られる読出しトランジスタの概略平面図であり、図１
（ｂ）は図１（ａ）に示すＸ１−Ｘ２矢視断面図であ
る。また、図２（ａ）は従来の固体撮像装置に用いられ
ていた読出しトランジスタの概略平面図であり、図２
（ｂ）は図２（ａ）に示すＹ１−Ｙ２矢視断面図であ
る。
【００４２】図１，図２において、１はシリコン基板、
２はウェル拡散層、３はＬＯＣＯＳ（選択酸化技術）法
によるフィールド酸化膜、４はゲート酸化膜、５は部分
的拡散層、６はゲートポリシリコン、７はドレイン領
域、８はＰＳＧ（リン・シリケート・ガラス膜）、９は
配線用電極、１０はソース領域であり、それぞれ環状の
ゲート電極（ゲートポリシリコン６）を有する読出しト
ランジスタである。
【００４３】図１，図２からも分かるように、本発明
（図１）では、ウェル拡散層２内のソース領域１０に対
応する部分に、部分的拡散層５が形成されている。そし
て、この部分的拡散層５は、ソース領域１０よりも深い
拡散深さで（基板１側に深く）形成されている。従っ
て、前記において説明したソース領域１０とウェル拡
散層２との拡散容量（接合容量）が低減される。
【００４４】これは、ウェル拡散層２の濃度が、一般的
に、拡散深さの深さ方向に深くなればなるほど、その濃
度は低くなっているため、部分的拡散層５をソース領域
１０よりも深い拡散深さで形成することにより、ウェル
拡散層２と部分的拡散層５との接合位置が、拡散深さの
深さ方向に深くなり、この結果、ウェル拡散層２と部分
的拡散層５との接合位置の濃度が下がるためである。
【００４５】従って、ウェル拡散層２内のソース領域１
０に対応する部分に、ソース領域１０よりも深い拡散深
さで部分的拡散層５形成すると、ウェル拡散層２と部分
的拡散層５との接合位置が、前記において説明したソ
ース領域１０とウェル拡散層２との拡散容量（接合容
量）が低減される。
【００４６】この結果、寄生容量を低減することが可能
になり、固体撮像装置の出力信号線に読み出される画素
出力電圧の低下が防止され、装置の性能（例えばＳ／Ｎ
比）を向上することが可能になる。
【００４７】また、請求項２に記載の発明による固体撮
像装置では、請求項１に記載の固体撮像装置において、
前記部分的拡散層が、前記ウェル拡散層の濃度に比べて
低濃度にされている。
【００４８】つまり、ウェル拡散層内のソース領域に対
応する部分を低濃度にすると、ウェル拡散層全体の相対
濃度が下がり、前記において説明したソース領域１０
とウェル拡散層２との拡散容量（接合容量）が低減され
る。
【００４９】この結果、寄生容量を低減することが可能
になり、固体撮像装置の出力信号線に読み出される画素
出力出力電圧の低下が防止され、装置の性能（例えばＳ
／Ｎ比）を向上することが可能になる。
【００５０】請求項３に記載の発明による固体撮像装置
では、請求項１に記載の固体撮像装置において、前記部
分的拡散層が、前記予め定められた導電型の拡散層と同
一の導電型物質によって形成される。
【００５１】つまり、ウェル拡散層内に部分的拡散層を
形成する際には、予め定められた導電型の拡散層（ソー
ス領域）を形成する場合と同様に、例えばウェル拡散層
と反対の導電型の不純物をイオン注入することによって
形成する。
【００５２】ここで、例えば請求項２に記載の部分的拡
散層は、前記ウェル拡散層と反対の導電型（予め定めら
れた拡散層と同一の導電型）の不純物によって形成され
るが、ウェル拡散層と同一の導電型とされる。
【００５３】つまり、請求項２に記載の部分的拡散層
は、ウェル拡散層と同一の導電型とされるが、部分的拡
散層の濃度が、ウェル拡散層の濃度よりも低濃度とされ
ている。即ち、部分的拡散層は、ウェル拡散層内に、該
ウェル拡散層と反対の導電型物質を注入することによっ
て形成されるが、前記反対の導電型物質の注入量は、ウ
ェル拡散層の極性（導電型）が反転しない程度の注入量
である。従って、ウェル拡散層中に形成される部分的拡
散層は、ウェル拡散層と同一の導電型であるが、ウェル
拡散層よりも低濃度とされる。
【００５４】従って、ウェル拡散層よりも低濃度な部分
的拡散層が、前記ウェル拡散層中に形成されるため、ウ
ェル拡散層の全体の相対濃度が下がり、前記において
説明したソース領域１０とウェル拡散層２との拡散容量
（接合容量）が低減される。
【００５５】この結果、寄生容量を低減することが可能
になり、固体撮像装置の出力信号線に読み出される画素
出力出力電圧の低下が防止され、装置の性能（例えばＳ
／Ｎ比）を向上することが可能になる。
【００５６】請求項４に記載の発明による固体撮像装置
では、請求項１に記載の固体撮像装置において、前記部
分的拡散層は、平面的な拡がりに関してソース領域内に
形成されている。
【００５７】つまり、前記部分的拡散層が、平面的な拡
がりに関してソース領域より大きい場合には、ソース領
域とドレイン領域との間の耐圧が低下したり、ソース領
域と半導体基板との間の耐圧が低下するという問題点が
生じる。
【００５８】従って、部分的拡散層は、平面的な拡がり
に関してソース領域内に形成されていることが好まし
い。
【００５９】
【実施例】図３は、本発明の一実施例に係る固体撮像装
置に用いられる読出しトランジスタの製造工程を示す説
明図である。尚、本実施例においては、環状のゲート電
極を有するＮチャネル型ＭＯＳトランジスタの場合を例
にして説明する。また、図３において、（ａ），
（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順に工程が進行する。
【００６０】図３（ａ）に示すように、本実施例に係る
固体撮像装置は、バックゲート領域となるＮ型シリコン
基板１上にＰ型ウェル拡散層２を形成し、このＰ型ウェ
ル拡散層２上に選択的にＬＯＣＯＳ（選択酸化技術）法
によるフィールド酸化膜（以下、「ＬＯＣＯＳ酸化膜」
と称す。）３を形成し、更に、前記Ｐ型ウェル拡散層２
及びＬＯＣＯＳ酸化膜３上に熱酸化法によるゲート酸化
膜（ゲート絶縁膜）４を形成する。これが、図３（ａ）
に示す状態である。
【００６１】次に、後に（図３（ｃ）において）Ｐ型ウ
ェル拡散層２内に形成されるソース領域に対応する部分
に、前記ゲート酸化膜４及びＬＯＣＯＳ酸化膜３を介し
てＮ型不純物をイオン注入（Ｎ+ ）して、Ｎ型拡散層
（部分的拡散層）５を形成する。これが、図３（ｂ）に
示す状態である。
【００６２】尚、このＮ型拡散層５は、後に形成される
ソース領域１０（ドレイン領域７）よりも深さ方向（基
板側）に深く形成されるが、平面的な拡がり（深さ方向
と直交する方向）に関しては後に形成されるソース領域
１０内に形成される。これは、後に形成されるソース領
域１０とドレイン領域７との間の耐圧やソース領域１０
とＮ型シリコン基板１との間の耐圧が低下することを防
止するためである。
【００６３】次に、前記ゲート酸化膜４上に、ゲートポ
リシリコン（環状のゲート電極）６を形成して、このゲ
ートポリシリコン６をマスクとして、Ｎ型不純物を前記
Ｐ型ウェル拡散層２内にイオン注入（Ｎ+ ）する。この
結果、前記Ｐ型ウェル拡散層２内に、ソース領域１０及
びドレイン領域７が形成される。これが、図３（ｃ）に
示す状態である。
【００６４】次に、ゲートポリシリコン６及びゲート酸
化膜４上に、層間絶縁膜であるＰＳＧ（リン・シリケー
ト・ガラス膜）８を形成するとともに、コンタクトホー
ル・スルーホールを形成した後、配線用のＡｌ−Ｓｉ
（アルミ−シリコン）電極９を形成する。この結果、環
状ゲート電極を有する読出しトランジスタ（従来例図７
において示した水平読出しトランジスタＴbiに相当。）
が完成する。これが、図３（ｄ）に示す状態である。
【００６５】上記のように構成された本実施例に係る読
出しトランジスタにおいては、Ｎ型拡散層５が、ソース
領域１０よりも深さ方向（基板側）に深く形成されてい
るため、ソース領域１０とＰ型ウェル拡散層２との拡散
容量（接合容量）が低減され、寄生容量を低減すること
ができる。
【００６６】即ち、図４に示すように、Ｐ型ウェル拡散
層２の濃度は、拡散深さの深さ方向に深くなればなるほ
ど、その濃度は低くなっている。これは、換言すれば、
Ｐ型ウェル拡散層２と、Ｐ型ウェル拡散層２と反対の導
電型物質との接合位置が、拡散深さの深さ方向に深くな
ればなるほど、Ｐ型ウェル拡散層２の濃度が低減される
ということである。
【００６７】従って、Ｐ型ウェル拡散層２と反対の導電
型物質であるＮ型拡散層５を深さ方向に深く形成するこ
とにより、Ｐ型ウェル拡散層２の濃度が低減され、この
結果、寄生容量の主要素である水平読出しトランジスタ
のソース領域１０とＰ型ウェル拡散層２との拡散容量
（接合容量）が低減されるため、寄生容量を低減するこ
とができる。尚、図４は、本実施例に係る読出しトラン
ジスタのＰ型ウェル拡散層２の濃度分布を示すグラフで
ある。
【００６８】本実施例に係る読出しトランジスタにおい
ては、Ｎ型拡散層５の表面濃度が約５×１０18ｃｍ-3、
拡散深さが約１．５μｍであり、又ソース領域１０（ド
レイン領域７）の表面濃度は約１×１０20ｃｍ-3、拡散
深さは約０．３μｍとなるように形成した。尚、Ｎ型拡
散層５の表面濃度は、実際には、最表面にソース領域１
０及びドレイン領域７が形成されているため、上記濃度
よりも高くなる。本実施例では、単一の拡散層として形
成されたときの値を使用している。
【００６９】ここで、例えばＰ型ウェル拡散層２内にＮ
型拡散層５が形成されていない場合では、ソース領域１
０（Ｎ型不純物（Ｎ+ イオン））の拡散深さは約０．３
μｍ程度である。従って、Ｐ型ウェル拡散層２とＮ型拡
散層５との接合位置は約０．３μｍ程度となり、このと
き、Ｐ型ウェル拡散層２の濃度は、図４からも分かるよ
うに、約１．９×１０16ｃｍ-3である。
【００７０】また、Ｐ型ウェル拡散層２内にＮ型拡散層
５が形成されている場合では、Ｎ型拡散層５（Ｎ型不純
物（Ｎ+ イオン））の拡散深さは約１．５μｍ程度であ
る。従って、Ｐ型ウェル拡散層２とＮ型拡散層５との接
合位置は約１．５μｍ程度となり、このとき、Ｐ型ウェ
ル拡散２の濃度は、図４からも分かるように、約１．３
５×１０16ｃｍ-3である。
【００７１】Ｐ型ウェル拡散層２との接合位置が低いほ
ど、このＰ型ウェル拡散層２の濃度が低くなるため、Ｐ
型ウェル拡散層２内にＮ型拡散層５が形成されている場
合の方が、形成されていない場合に比べて、ソース領域
１０とＰ型ウェル拡散層２との拡散容量が小さくなる。
従って、寄生容量を低減することができる。
【００７２】尚、Ｎ型拡散層５の拡散深さが深すぎる
と、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタのソース領域１０
とドレイン領域７との間の耐圧が低下したり、ソース領
域１０とＮ型シリコン基板１との間の耐圧が低下するた
め、Ｎ型拡散層５を形成する拡散深さは約１．５μｍ程
度が好ましい。
【００７３】図５は、本発明の第２の実施例に係る固体
撮像装置に用いられる読出しトランジスタの製造工程を
示す説明図である。この第２の実施例と第１の実施例と
の相違点は、第１の実施例において説明したＮ型拡散層
５を低濃度Ｐ型拡散層５Ａとした点にある。
【００７４】従って、前記低濃度Ｐ型拡散層５Ａを形成
する工程（図５（ｂ））のみが相違し、他の工程は第１
の実施例と同一である。更に、第１の実施例と同一部分
については同一符号を付し説明を省略する。尚、この第
２の実施例においても、環状のゲート電極を有するＮチ
ャネル型ＭＯＳトランジスタの場合を例にして説明す
る。また、図５において、（ａ），（ｂ），（ｃ），
（ｄ）の順に工程が進行する。
【００７５】図５（ｂ）に示す状態は、後に（図５
（ｃ）において）Ｐ型ウェル拡散層２内に形成されるソ
ース領域１０に対応する部分に、ゲート酸化膜４及びＬ
ＯＣＯＳ酸化膜３を介してＮ型不純物をイオン注入（Ｎ
+ ）して、低濃度Ｐ型拡散層（部分的拡散層）５Ａを形
成した状態である。
【００７６】ここで、前記低濃度Ｐ型拡散層５Ａは、Ｐ
型ウェル拡散層２に、Ｎ型不純物をイオン注入（Ｎ+ ）
することによって形成されるが、そのＮ型不純物の注入
量がＰ型ウェル拡散層２内で極性がＮ型に反転しない程
度の注入量である。従って、この低濃度Ｐ型拡散層５Ａ
は、Ｐ型ウェル拡散層２の濃度よりも低濃度のいわゆる
（Ｐ- ）の拡散層である。
【００７７】尚、この低濃度Ｐ型拡散層５Ａは、後に形
成されるソース領域１０（ドレイン領域７）よりも深さ
方向（基板側）に深く形成されるが、平面的な拡がり
（深さ方向と直交する方向）に関しては後に形成される
ソース領域１０内に形成される。これは、後に形成され
るソース領域１０とドレイン領域７との間の耐圧やソー
ス１０領域とＮ型シリコン基板１との間の耐圧が低下す
ることを防止するためである。
【００７８】上記のように構成された第２の実施例に係
る読出しトランジスタにおいては、Ｐ型ウェル拡散層２
内に、低濃度Ｐ型拡散層５Ａが形成されているため、Ｐ
型ウェル拡散層２全体の相対濃度が下がり、Ｐ型ウェル
拡散層２とソース領域１０との拡散容量（接合容量）が
低減され、寄生容量を低減することができる。
【００７９】即ち、図６に示すように、低濃度Ｐ型拡散
層５Ａが形成された領域（拡散深さ約０．３〜１．５μ
ｍ）では、Ｐ型ウェル拡散層濃度が低くなっていること
が分かる。このことは、低濃度Ｐ型拡散層５Ａが形成さ
れていない場合のＰ型ウェル拡散層２の濃度分布を示す
図４のグラフからも明らかである。
【００８０】つまり、図６に示す低濃度Ｐ型拡散層５Ａ
が形成された領域（拡散深さ約０．３〜１．５μｍ）に
相当する領域が、図４においてはＰ型ウェル拡散層２の
濃度が約１．９〜１．３５（×１０16cm-3）となってい
る。これに対して、低濃度Ｐ型拡散層５Ａが形成された
場合を示す図６では、Ｐ型ウェル拡散層の濃度が約０．
２〜０．１（×１０16cm-3）となっている。これは、換
言すれば、Ｐ型ウェル拡散層２の接合位置が低減された
ということである。
【００８１】従って、Ｐ型ウェル拡散層２内に低濃度Ｐ
型拡散層５Ａを形成することにより、Ｐ型ウェル拡散層
２全体の相対濃度が低減され、この結果、寄生容量の主
要素である水平読出しトランジスタのソース領域１０と
Ｐ型ウェル拡散層２との拡散容量（接合容量）が低減さ
れるため、寄生容量を低減することができる。尚、図４
は、第２の実施例に係る読出しトランジスタの拡散層の
濃度分布を示すグラフである。
【００８２】尚、この第２の実施例でも、第１の実施例
と同様に低濃度Ｐ型拡散層５Ａの拡散深さを１．５μｍ
とし、ソース領域１０よりも深さ方向（基板側）に深く
形成しているが、第１の実施例において説明したＮ型拡
散層５と同様に、低濃度Ｐ型拡散層５Ａの拡散深さが深
すぎると、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタのソース領
域１０とドレイン領域７との間の耐圧が低下したり、ソ
ース領域１０とＮ型シリコン基板１との間の耐圧が低下
するため、Ｎ型拡散層５を形成する拡散深さは約１．５
μｍ程度が好ましい。
【００８３】また、従来、水平読出しトランジスタＴbi
と水平読出しラインＬＶ（図７参照）との間に発生した
寄生容量ＣK の容量値が、例えば５［pF］であった場
合、上記各実施例によるＮチャネル型ＭＯＳトランジス
タを前記水平読出しトランジスタＴbiに適用した場合、
前記水平読出しトランジスタＴbiと水平読出しラインＬ
Ｖとの間に発生する寄生容量ＣK の容量値は１．７［p
F］となった。
【００８４】この結果、水平読出しラインＬＶから出力
される映像信号の出力電圧は、以下に示す式，式及
び条件より、 Ｖt ＝Ｑt ／Ｃt … ＶO ＝Ｃt ×Ｖt ／（Ｃt ＋ＣV ）… 但し、Ｃt ＝蓄積容量Ｃaiの容量値 Ｑt ＝蓄積容量Ｃaiに蓄えられた電荷量 ＣV ＝水平読出しラインＬＶにおける寄生容量ＣK の容
量値 Ｖt ＝水平読出しトランジスタＴbiを導通（ＯＮ）する
前の蓄積容量Ｃaiの電圧値 ＶO ＝水平読出しトランジスタＴbiを導通（ＯＮ）した
後に水平読出しラインＬＶに出力される電圧値とする。 ここで、例えばＣt ＝５[pF]、Ｑt ＝５[pC]、ＣV ＝
１．７[pF]とすると、 Ｖt ＝Ｑt ／Ｃt … ＝５[pC]／５[pF] ＝１ [Ｖ] ＶO ＝Ｃt ×Ｖt ／（Ｃt ＋ＣV ）… ＝５[pF]×１ [Ｖ] ／（５[pF]＋１．７[pF]） ＝０．７５ [Ｖ] となる。
【００８５】従って、従来例において用いられていた水
平読出しトランジスタＴbiでは、水平読出しラインＬＶ
に出力される電圧値が０．５ [Ｖ] となり、映像信号の
出力電圧が１／２に低下していたが、上記各実施例によ
るＮチャネル型ＭＯＳトランジスタを前記水平読出しト
ランジスタＴbiに適用した場合には、水平読出しライン
ＬＶに出力される電圧値が０．７５ [Ｖ] となり、映像
信号の出力電圧が蓄積容量Ｃaiの電圧値１ [Ｖ] の２／
３程度まで、水平読出しラインＬＶに出力することがで
き、画素出力出力電圧の低下を防止することができる。
【００８６】尚、上記各実施例では、水平読出しトラン
ジスタとしてＮチャネル型ＭＯＳトランジスタを用いた
場合を例示したが、本発明は、これに限定されることな
く、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタであっても全く同
様に適用することができる。
【００８７】
【発明の効果】本発明は以上説明したとおり、ウェル拡
散層内のソース領域に対応する部分に、該ソース領域の
拡散層よりも深い拡散深さの部分的拡散層を形成したた
め、又前記ウェル拡散層の濃度に比べて低濃度な部分的
拡散層を形成したため、ウェル拡散層の全体の相対濃度
が下がり、ソース領域とウェル拡散層との拡散容量（接
合容量）が低減され、寄生容量を低減することができる
という効果がある。
【００８８】この結果、固体撮像装置の出力信号線に読
み出される画素出力電圧の低下を防止することができる
という効果がある。
【００８９】更に、装置の性能（例えばＳ／Ｎ比）を向
上することもできるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置に用いられる読出しトラ
ンジスタの概念を説明する説明図であり、（ａ）は本発
明の固体撮像装置に用いられる読出しトランジスタの概
略平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＸ１−Ｘ２矢視
断面図である。
【図２】従来の固体撮像装置に用いられていた読出しト
ランジスタの概念を説明する説明図であり、（ａ）は従
来の固体撮像装置に用いられていた読出しトランジスタ
の概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＹ１−Ｙ２
矢視断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る固体撮像装置に用
いられる読出しトランジスタの製造工程を示す説明図で
ある。
【図４】本発明の第１の実施例に係る読出しトランジス
タのウェル拡散層の濃度分布を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施例に係る固体撮像装置に用
いられる読出しトランジスタの製造工程を示す説明図で
ある。
【図６】本発明の第２の実施例に係る読出しトランジス
タの拡散層の濃度分布を示すグラフである。
【図７】従来の一般的な（増幅型）固体撮像装置の概略
構成を示す模式回路図である。
【図８】図７に示す固体撮像装置の動作を示すタイミン
グチャートである。
【符号の説明】
１：Ｎ型シリコン基板 ２：Ｐ型ウェル拡散層 ３：ＬＯＣＯＳ酸化膜 ４：ゲート酸化膜（ゲート絶縁膜） ５：Ｎ型拡散層 ５Ａ：低濃度Ｐ型拡散層 ６：ゲートポリシリコン ７：ドレイン領域 ８：ＰＧＳ（リン・シリケート・ガラス膜） ９：配線用のＡｌ−Ｓｉ電極 １０：ソース領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｆ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の画素を構成する光電変換素子と、
    前記複数の画素の各々に対応して設けられた複数の蓄積
    容量と、前記複数の蓄積容量の各々に蓄積された信号電
    荷を共通の信号線に読み出すための複数の読出しトラン
    ジスタとを備えた固体撮像装置において、 前記複数の読出しトランジスタは、ソース電極が前記信
    号線に共通接続された電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）
    からなり、 前記電界効果トランジスタは、半導体基板上に形成され
    たウェル拡散層中にソース領域及びドレイン領域を形成
    する予め定められた導電型の拡散層と、 前記ウェル拡散層内のソース領域に対応する部分に、前
    記ソース領域の拡散層よりも深い拡散深さで形成された
    部分的拡散層と、を備えていることを特徴とする固体撮
    像装置。
  2. 【請求項２】 前記部分的拡散層が、前記ウェル拡散層
    の濃度に比べて低濃度にされていることを特徴とする固
    体撮像装置。
  3. 【請求項３】 前記部分的拡散層が、前記予め定められ
    た導電型の拡散層と同一の導電型物質によって形成され
    ることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  4. 【請求項４】 前記部分的拡散層が、平面的な拡がりに
    関してソース領域内に形成されていることを特徴とする
    請求項１に記載の固体撮像装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09260628A (ja) * 1996-03-22 1997-10-03 Nikon Corp 固体撮像装置、ｍｏｓトランジスタ及び寄生容量抑制方法
JP2006295231A (ja) * 2005-04-05 2006-10-26 Hamamatsu Photonics Kk 固体撮像装置
US7157758B2 (en) 2003-10-27 2007-01-02 Seiko Epson Corporation Solid-state image sensing device and method of fabricating a solid-state image sensing device

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US7157758B2 (en) 2003-10-27 2007-01-02 Seiko Epson Corporation Solid-state image sensing device and method of fabricating a solid-state image sensing device
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