JPH08222719A - 電荷結合デバイス型の固体撮像素子およびその製造方法 - Google Patents
電荷結合デバイス型の固体撮像素子およびその製造方法Info
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- JPH08222719A JPH08222719A JP7021503A JP2150395A JPH08222719A JP H08222719 A JPH08222719 A JP H08222719A JP 7021503 A JP7021503 A JP 7021503A JP 2150395 A JP2150395 A JP 2150395A JP H08222719 A JPH08222719 A JP H08222719A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、転送中における垂直転送部のウエ
ル中の電荷を深さ方向に移動させて、ＣＣＤ型の固体撮
像素子のセンサ特性を高めて、垂直転送部の取り扱い電
荷能の向上を図る。 【構成】 垂直転送部30の第１伝導型（ｎ型）拡散層31
とオーバフローバリア層12との間におけるｎ型形成層31
側に第２伝導型（ｐ型）ウエル32を設けたＣＣＤ型の固
体撮像素子1 であって、ｐ型ウエル32とオーバフローバ
リア層22とに接合しｐ型ウエル32と同一伝導型の不純物
層33を設けたものである。
ル中の電荷を深さ方向に移動させて、ＣＣＤ型の固体撮
像素子のセンサ特性を高めて、垂直転送部の取り扱い電
荷能の向上を図る。 【構成】 垂直転送部30の第１伝導型（ｎ型）拡散層31
とオーバフローバリア層12との間におけるｎ型形成層31
側に第２伝導型（ｐ型）ウエル32を設けたＣＣＤ型の固
体撮像素子1 であって、ｐ型ウエル32とオーバフローバ
リア層22とに接合しｐ型ウエル32と同一伝導型の不純物
層33を設けたものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電荷結合デバイス（以
下ＣＣＤと記す）型の固体撮像素子およびその製造方法
に関するものである。
下ＣＣＤと記す）型の固体撮像素子およびその製造方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のＣＣＤ型の固体撮像素子では、図
４に示すように、ｎ- 型の半導体基板２１の上層には垂
直転送部３０の第１伝導型のｎ型拡散層３１とその下部
に第２伝導型のｐ型ウエル３２が形成されている。また
ｐ型ウエル３２の下方の半導体基板２１中にはｐ型のオ
ーバフローバリア層２２が形成されている。上記ｐ型ウ
エル３２の不純物濃度のピーク値は１×１０16個・ｃｍ
-3〜３×１０16個・ｃｍ -3程度であり、上記オーバフロ
ーバリア層２２の不純物濃度のピーク濃度は１×１０15
個・ｃｍ-3〜３×１０15個・ｃｍ-3程度である。そして
垂直転送部３０の深さ方向で、上記ｐ型ウエル３２とオ
ーバフローバリア層２２との間は半導体基板２１になっ
ている。すなわち、逆伝導型であるｎ- 型の濃度領域に
なっている。そのため、ｐ型ウエル３２とオーバフロー
バリア層２２とは電気的にほぼ隔離されていた。
４に示すように、ｎ- 型の半導体基板２１の上層には垂
直転送部３０の第１伝導型のｎ型拡散層３１とその下部
に第２伝導型のｐ型ウエル３２が形成されている。また
ｐ型ウエル３２の下方の半導体基板２１中にはｐ型のオ
ーバフローバリア層２２が形成されている。上記ｐ型ウ
エル３２の不純物濃度のピーク値は１×１０16個・ｃｍ
-3〜３×１０16個・ｃｍ -3程度であり、上記オーバフロ
ーバリア層２２の不純物濃度のピーク濃度は１×１０15
個・ｃｍ-3〜３×１０15個・ｃｍ-3程度である。そして
垂直転送部３０の深さ方向で、上記ｐ型ウエル３２とオ
ーバフローバリア層２２との間は半導体基板２１になっ
ている。すなわち、逆伝導型であるｎ- 型の濃度領域に
なっている。そのため、ｐ型ウエル３２とオーバフロー
バリア層２２とは電気的にほぼ隔離されていた。
【０００３】また、半導体基板２１の表面には絶縁膜２
３が形成され、さらに上記垂直転送部３０のｎ型拡散層
３１上方の上記絶縁膜２３上には転送電極２４が形成さ
れている。さらに上記転送電極２４を覆う状態に酸化膜
２５が形成されている。一方、一つの画素内において、
垂直転送部３０の隣にはｐ- 型の読出バリア領域２６を
介してセンサ部４０が形成されている。このセンサ部４
０は、半導体基板２１の上層に設けたｐ+ 型のホール蓄
積部４１と、このホール蓄積部４１の下部に接合する状
態に設けたｎ型の受光部４２とからなる。そして、画素
１１と隣接する画素１２との間にはチャネルストップ領
域２７が形成されている。
３が形成され、さらに上記垂直転送部３０のｎ型拡散層
３１上方の上記絶縁膜２３上には転送電極２４が形成さ
れている。さらに上記転送電極２４を覆う状態に酸化膜
２５が形成されている。一方、一つの画素内において、
垂直転送部３０の隣にはｐ- 型の読出バリア領域２６を
介してセンサ部４０が形成されている。このセンサ部４
０は、半導体基板２１の上層に設けたｐ+ 型のホール蓄
積部４１と、このホール蓄積部４１の下部に接合する状
態に設けたｎ型の受光部４２とからなる。そして、画素
１１と隣接する画素１２との間にはチャネルストップ領
域２７が形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記構成の固体撮像素
子では、垂直転送部において、電荷を転送しているとき
は、転送電荷（例えば電子）とは逆伝導型の電荷（例え
ばホール）はｐ型ウエルから基板中の深さ方向に掃き出
されず、主に素子分離を兼ねたチャネルストップ領域へ
押し出されている。この電流量が小さくない場合には、
チャネルストップ領域の電位の時間変動をもたらし、Ｈ
ＡＤ（Hole accumulated diode）センサの表面電位やオ
ーバフロー電位に変化を与えていた。そのため、センサ
特性が低下する、また垂直転送部の取り扱い電荷能が低
下する等の原因になっていた。
子では、垂直転送部において、電荷を転送しているとき
は、転送電荷（例えば電子）とは逆伝導型の電荷（例え
ばホール）はｐ型ウエルから基板中の深さ方向に掃き出
されず、主に素子分離を兼ねたチャネルストップ領域へ
押し出されている。この電流量が小さくない場合には、
チャネルストップ領域の電位の時間変動をもたらし、Ｈ
ＡＤ（Hole accumulated diode）センサの表面電位やオ
ーバフロー電位に変化を与えていた。そのため、センサ
特性が低下する、また垂直転送部の取り扱い電荷能が低
下する等の原因になっていた。
【０００５】上記従来の構造では、オーバフローバリア
層と垂直転送部（ＣＣＤ）の下部に接合するｐ型ウエル
との間は基板が存在していて、ｐ型ウエルならびにオー
バフローバリア層と同一伝導型の拡散層は存在していな
いかった。すなわち、垂直転送部のｐ型ウエル中の電荷
は転送中にはチャネルストップ領域に押し出されるしか
経路がなかった。これがチャネルストップ電位の変動を
もたらし、電気抵抗を実効的に低下させ、垂直転送部の
取り扱い電荷量の低下を引き起こしていた。
層と垂直転送部（ＣＣＤ）の下部に接合するｐ型ウエル
との間は基板が存在していて、ｐ型ウエルならびにオー
バフローバリア層と同一伝導型の拡散層は存在していな
いかった。すなわち、垂直転送部のｐ型ウエル中の電荷
は転送中にはチャネルストップ領域に押し出されるしか
経路がなかった。これがチャネルストップ電位の変動を
もたらし、電気抵抗を実効的に低下させ、垂直転送部の
取り扱い電荷量の低下を引き起こしていた。
【０００６】図５の（１）に従来の垂直転送部の不純物
濃度分布を示し、（２）にポテンシャル分布とを示す。
図の（１）では、縦軸が不純物濃度を示し、横軸が深さ
を示す。また図の（２）では、縦軸が電位を示し、横軸
が深さを示す。なお、破線は垂直転送部の不純物濃度分
布およびポテンシャル分布を示す。
濃度分布を示し、（２）にポテンシャル分布とを示す。
図の（１）では、縦軸が不純物濃度を示し、横軸が深さ
を示す。また図の（２）では、縦軸が電位を示し、横軸
が深さを示す。なお、破線は垂直転送部の不純物濃度分
布およびポテンシャル分布を示す。
【０００７】図の（１）に示すように、ｐ型ウエルとｐ
型のオーバフローバリア層との間はｎ型の半導体基板の
濃度になっている。そのため、図の（２）の実線で示す
ように、ｐ型ウエルとオーバフローバリア層との間は、
電位が非常に低くなり、電気的にほぼ隔絶された状態に
なっている。したがって、ホール伝導はチャネルストッ
プ領域のみを通して行われることになる。なお破線は垂
直転送部のｎ型拡散層のポテンシャル分布を示してい
る。
型のオーバフローバリア層との間はｎ型の半導体基板の
濃度になっている。そのため、図の（２）の実線で示す
ように、ｐ型ウエルとオーバフローバリア層との間は、
電位が非常に低くなり、電気的にほぼ隔絶された状態に
なっている。したがって、ホール伝導はチャネルストッ
プ領域のみを通して行われることになる。なお破線は垂
直転送部のｎ型拡散層のポテンシャル分布を示してい
る。
【０００８】そこで、単純にチャネルストップ領域を形
成する不純物濃度を高くするとそれだけでチャネルスト
ップ領域の面積が大きくなり、センサ部の面積や垂直転
送部の面積を縮小しなくてはならないため、固体撮像素
子の感度の低下や転送電荷量の低下を来す。そのため、
平面的な解決方法は有効ではない。ＣＣＤ型の固体撮像
素子のセンサ部は電子シャッターを利用する必要から、
ＭＯＳ系ＩＣと比べて垂直ドーピング技術構造（vertic
al-doping-engineered-structure）が重要視され発展し
てきたが、垂直転送部は根本的な技術的対策がなされて
いなかった。
成する不純物濃度を高くするとそれだけでチャネルスト
ップ領域の面積が大きくなり、センサ部の面積や垂直転
送部の面積を縮小しなくてはならないため、固体撮像素
子の感度の低下や転送電荷量の低下を来す。そのため、
平面的な解決方法は有効ではない。ＣＣＤ型の固体撮像
素子のセンサ部は電子シャッターを利用する必要から、
ＭＯＳ系ＩＣと比べて垂直ドーピング技術構造（vertic
al-doping-engineered-structure）が重要視され発展し
てきたが、垂直転送部は根本的な技術的対策がなされて
いなかった。
【０００９】本発明は、垂直転送部の取り扱い電荷能に
優れたＣＣＤ型の固体撮像素子およびその製造方法を提
供することを目的とする。
優れたＣＣＤ型の固体撮像素子およびその製造方法を提
供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされた電荷結合デバイス（ＣＣＤ）型の
固体撮像素子およびその製造方法である。ＣＣＤ型の固
体撮像素子は、垂直転送部の第１伝導型拡散層とオーバ
フローバリア層との間における第１伝導型拡散層側に第
２伝導型ウエルを設けた電荷結合デバイス型の固体撮像
素子であって、第２伝導型ウエルとオーバフローバリア
層とに接合する状態に第２伝導型ウエルと同一伝導型の
不純物層を設けたものである。
成するためになされた電荷結合デバイス（ＣＣＤ）型の
固体撮像素子およびその製造方法である。ＣＣＤ型の固
体撮像素子は、垂直転送部の第１伝導型拡散層とオーバ
フローバリア層との間における第１伝導型拡散層側に第
２伝導型ウエルを設けた電荷結合デバイス型の固体撮像
素子であって、第２伝導型ウエルとオーバフローバリア
層とに接合する状態に第２伝導型ウエルと同一伝導型の
不純物層を設けたものである。
【００１１】ＣＣＤ型の固体撮像素子の製造方法は、半
導体基板の中層にオーバフローバリア層を形成し、さら
に半導体基板の上層に垂直転送部の第１伝導型拡散層お
よび第１伝導型拡散層の下部に接合する第２伝導型ウエ
ルを形成する方法であって、上記第２伝導型ウエルを形
成する際に、イオン注入法によって、第２伝導型ウエル
と同一伝導型の不純物を第２伝導型ウエルの下方の半導
体基板に導入した後拡散して、第２伝導型ウエルとオー
バフローバリア層とに接合する不純物層を形成する工程
を行う。
導体基板の中層にオーバフローバリア層を形成し、さら
に半導体基板の上層に垂直転送部の第１伝導型拡散層お
よび第１伝導型拡散層の下部に接合する第２伝導型ウエ
ルを形成する方法であって、上記第２伝導型ウエルを形
成する際に、イオン注入法によって、第２伝導型ウエル
と同一伝導型の不純物を第２伝導型ウエルの下方の半導
体基板に導入した後拡散して、第２伝導型ウエルとオー
バフローバリア層とに接合する不純物層を形成する工程
を行う。
【００１２】
【作用】上記ＣＣＤ型の固体撮像素子では、垂直転送部
の第２伝導型ウエルとオーバフローバリア層とに接合す
るもので第２伝導型ウエルと同一伝導型の不純物層を設
けたことから、第２伝導型ウエル中の電荷は転送中に不
純物層に押し出され易くなる。このため、半導体基板の
表面方向に移動しなくなるので、例えばチャネルストッ
プ領域は電位変動がなくなり、電気抵抗を実効的に低下
させことがなくなる。また、垂直転送部の取り扱い電荷
量の低下もなくなるので、取り扱い電荷量が少なくてす
む。
の第２伝導型ウエルとオーバフローバリア層とに接合す
るもので第２伝導型ウエルと同一伝導型の不純物層を設
けたことから、第２伝導型ウエル中の電荷は転送中に不
純物層に押し出され易くなる。このため、半導体基板の
表面方向に移動しなくなるので、例えばチャネルストッ
プ領域は電位変動がなくなり、電気抵抗を実効的に低下
させことがなくなる。また、垂直転送部の取り扱い電荷
量の低下もなくなるので、取り扱い電荷量が少なくてす
む。
【００１３】上記ＣＣＤ型の固体撮像素子の製造方法で
は、垂直転送部の第１伝導型拡散層の下部に接合する第
２伝導型ウエルを形成する際に、イオン注入法によっ
て、上記第２伝導型ウエルと同一伝導型の不純物を第２
伝導型ウエル下方の半導体基板に導入した後拡散して、
第２伝導型ウエルとオーバフローバリア層とに接合する
不純物層を形成することから、第２伝導型ウエルを形成
する際のイオン注入条件を変えることにより不純物層が
形成される。
は、垂直転送部の第１伝導型拡散層の下部に接合する第
２伝導型ウエルを形成する際に、イオン注入法によっ
て、上記第２伝導型ウエルと同一伝導型の不純物を第２
伝導型ウエル下方の半導体基板に導入した後拡散して、
第２伝導型ウエルとオーバフローバリア層とに接合する
不純物層を形成することから、第２伝導型ウエルを形成
する際のイオン注入条件を変えることにより不純物層が
形成される。
【００１４】
【実施例】本発明に係わるＣＣＤ型の固体撮像素子の第
１実施例を図１の概略構成断面図によって説明する。図
では、ＣＣＤ素子の有効画素の水平方向断面を示す。な
お、ここでの説明では、第１伝導型をｎ型、第２伝導型
型をｐ型とする。
１実施例を図１の概略構成断面図によって説明する。図
では、ＣＣＤ素子の有効画素の水平方向断面を示す。な
お、ここでの説明では、第１伝導型をｎ型、第２伝導型
型をｐ型とする。
【００１５】図１に示すように、ｎ- 型の半導体基板２
１中にはｐ型のオーバフローバリア層２２が形成され、
この半導体基板２１の上層には垂直転送部３０の第１伝
導型拡散層（以下ｎ型拡散層と記す）３１が形成されて
いる。このオーバフローバリア層２２は、センサ部では
電子シャッター機能を満足させる濃度（例えば１×１０
15個・ｃｍ-3〜３×１０15個・ｃｍ-3程度）に設定して
おく。また垂直転送部３０のｎ型拡散層３１とオーバフ
ローバリア層２２との間の半導体基板２１には、ｎ型拡
散層３１の下部に接合する状態に第２伝導型ウエル（以
下ｐ型ウエルと記す）３２が設けられている。このｐ型
ウエル３２は、例えば１×１０16個・ｃｍ-3〜３×１０
16個・ｃｍ-3程度の濃度に形成されている。
１中にはｐ型のオーバフローバリア層２２が形成され、
この半導体基板２１の上層には垂直転送部３０の第１伝
導型拡散層（以下ｎ型拡散層と記す）３１が形成されて
いる。このオーバフローバリア層２２は、センサ部では
電子シャッター機能を満足させる濃度（例えば１×１０
15個・ｃｍ-3〜３×１０15個・ｃｍ-3程度）に設定して
おく。また垂直転送部３０のｎ型拡散層３１とオーバフ
ローバリア層２２との間の半導体基板２１には、ｎ型拡
散層３１の下部に接合する状態に第２伝導型ウエル（以
下ｐ型ウエルと記す）３２が設けられている。このｐ型
ウエル３２は、例えば１×１０16個・ｃｍ-3〜３×１０
16個・ｃｍ-3程度の濃度に形成されている。
【００１６】さらにｐ型ウエル３２とオーバフローバリ
ア層２２との間には、上記ｐ型ウエル３２と同一伝導型
（ｐ型）の不純物層３３が形成されている。この不純物
層３３は、ｐ型ウエル３２の深さ方向側で接合するとと
もにオーバフローバリア層２２の上部側からその内部に
入り込む状態になっている。上記不純物層３３は、例え
ば第１不純物層３４とこの第１不純物層３４に接合しオ
ーバフローバリア層２２に埋め込まれた状態の第２不純
物層３５とで構成され、深さ方向に不純物濃度が高くな
るように、第１不純物層３４の不純物濃度のピーク値は
例えば１×１０ 16個・ｃｍ-3〜１×１０17個・ｃｍ-3程
度、第２不純物層３５の不純物濃度のピーク値は例えば
１×１０17個・ｃｍ-3〜３×１０17個・ｃｍ-3程度にな
っている。
ア層２２との間には、上記ｐ型ウエル３２と同一伝導型
（ｐ型）の不純物層３３が形成されている。この不純物
層３３は、ｐ型ウエル３２の深さ方向側で接合するとと
もにオーバフローバリア層２２の上部側からその内部に
入り込む状態になっている。上記不純物層３３は、例え
ば第１不純物層３４とこの第１不純物層３４に接合しオ
ーバフローバリア層２２に埋め込まれた状態の第２不純
物層３５とで構成され、深さ方向に不純物濃度が高くな
るように、第１不純物層３４の不純物濃度のピーク値は
例えば１×１０ 16個・ｃｍ-3〜１×１０17個・ｃｍ-3程
度、第２不純物層３５の不純物濃度のピーク値は例えば
１×１０17個・ｃｍ-3〜３×１０17個・ｃｍ-3程度にな
っている。
【００１７】また、半導体基板２１の表面には絶縁膜２
３が形成され、さらに上記垂直転送部３０のｎ型拡散層
３１上方の上記絶縁膜２３上には転送電極２４が形成さ
れている。さらに上記転送電極２４を覆う状態に酸化膜
２５が形成されている。一方、一つの画素内において、
垂直転送部３０の隣にはｐ- 型の読出バリア領域２６を
介してセンサ部４０が形成されている。このセンサ部４
０は、半導体基板２１の上層に設けたｐ+ 型のホール蓄
積部４１と、このホール蓄積部４１の下部に接合する状
態に設けたｎ型の受光部４２とからなる。そして、画素
１１と隣接する画素１２との間にはチャネルストップ領
域２７が形成されている。
３が形成され、さらに上記垂直転送部３０のｎ型拡散層
３１上方の上記絶縁膜２３上には転送電極２４が形成さ
れている。さらに上記転送電極２４を覆う状態に酸化膜
２５が形成されている。一方、一つの画素内において、
垂直転送部３０の隣にはｐ- 型の読出バリア領域２６を
介してセンサ部４０が形成されている。このセンサ部４
０は、半導体基板２１の上層に設けたｐ+ 型のホール蓄
積部４１と、このホール蓄積部４１の下部に接合する状
態に設けたｎ型の受光部４２とからなる。そして、画素
１１と隣接する画素１２との間にはチャネルストップ領
域２７が形成されている。
【００１８】次に上記ＣＣＤ型の固体撮像素子１の深さ
方向の不純物濃度分布とポテンシャル分布との一例を調
べてみた。その結果を図２によって説明する。図２の
（１）は上記垂直転送部３０のｎ型拡散層３１の深さ方
向に対する不純物濃度分布であって、縦軸が不純物濃度
を示し、横軸が深さを示す。図２の（２）は深さ方向に
対するポテンシャル分布であって、縦軸が電位を示し、
横軸が深さを示す。なお、下記の説明で用いた各構成部
品は、上記図１に示した構成部品と同様であるので各構
成部品にはその符号も併記した。
方向の不純物濃度分布とポテンシャル分布との一例を調
べてみた。その結果を図２によって説明する。図２の
（１）は上記垂直転送部３０のｎ型拡散層３１の深さ方
向に対する不純物濃度分布であって、縦軸が不純物濃度
を示し、横軸が深さを示す。図２の（２）は深さ方向に
対するポテンシャル分布であって、縦軸が電位を示し、
横軸が深さを示す。なお、下記の説明で用いた各構成部
品は、上記図１に示した構成部品と同様であるので各構
成部品にはその符号も併記した。
【００１９】図２の（１）に示すように、垂直転送部３
０のｎ型拡散層３１からオーバフローバリア層２２に至
る領域の不純物濃度分布は、ｐ型ウエル３２からオーバ
フローバリア層２２に向かうにしたがい不純物層３３の
濃度になっている。すなわち、半導体基板２１の濃度に
はなっていない。また第１不純物層３４に不純物濃度の
ピークよりも第２不純物層３５の不純物濃度のピークの
ほうが高くなっている。そのため、図２の（２）の実線
で示すように、ホールに対するポテンシャルはｐ型ウエ
ル３２からオーバフローバリア層２２に向かうにしたが
って大きくなり、半導体基板１１の表面（深さ０の位
置）より例えばおよそ３μｍの深さで最も大きくなる。
なお破線はｎ型拡散層３１のポテンシャル分布を示して
いる。またホールの伝導領域となる不純物層３３は受光
領域や垂直転送領域から距離的に離れているため、受光
領域や垂直転送領域に与える影響が小さい。そのため、
チャネルストップ領域２７に比べてポテンシャルを大き
く設定できるので、上記ＣＣＤ型の固体撮像素子１の撮
像領域における総合的なホール抵抗は小さくなる。その
結果、ｐ型ウエル３２とオーバフローバリア層２２との
間は電気的に導通する状態になるので、ホール伝導は不
純物層３３を通して行われることになる。
０のｎ型拡散層３１からオーバフローバリア層２２に至
る領域の不純物濃度分布は、ｐ型ウエル３２からオーバ
フローバリア層２２に向かうにしたがい不純物層３３の
濃度になっている。すなわち、半導体基板２１の濃度に
はなっていない。また第１不純物層３４に不純物濃度の
ピークよりも第２不純物層３５の不純物濃度のピークの
ほうが高くなっている。そのため、図２の（２）の実線
で示すように、ホールに対するポテンシャルはｐ型ウエ
ル３２からオーバフローバリア層２２に向かうにしたが
って大きくなり、半導体基板１１の表面（深さ０の位
置）より例えばおよそ３μｍの深さで最も大きくなる。
なお破線はｎ型拡散層３１のポテンシャル分布を示して
いる。またホールの伝導領域となる不純物層３３は受光
領域や垂直転送領域から距離的に離れているため、受光
領域や垂直転送領域に与える影響が小さい。そのため、
チャネルストップ領域２７に比べてポテンシャルを大き
く設定できるので、上記ＣＣＤ型の固体撮像素子１の撮
像領域における総合的なホール抵抗は小さくなる。その
結果、ｐ型ウエル３２とオーバフローバリア層２２との
間は電気的に導通する状態になるので、ホール伝導は不
純物層３３を通して行われることになる。
【００２０】したがって、上記ＣＣＤ型の固体撮像素子
１では、ｐ型ウエル３２中の電荷は転送中に不純物層３
３に押し出される。このため、表面方向に移動しなくな
るので、例えばチャネルストップ領域２７は電位変動が
なくなり、電気抵抗を実効的に低下させことがなくな
る。また、垂直転送部３０の取り扱い電荷量の低下もな
くなるので、取り扱い電荷量が少なくてすむ。
１では、ｐ型ウエル３２中の電荷は転送中に不純物層３
３に押し出される。このため、表面方向に移動しなくな
るので、例えばチャネルストップ領域２７は電位変動が
なくなり、電気抵抗を実効的に低下させことがなくな
る。また、垂直転送部３０の取り扱い電荷量の低下もな
くなるので、取り扱い電荷量が少なくてすむ。
【００２１】上記実施例では、不純物層３３を深さ方向
に不純物濃度が高くなるように第１，第２不純物層３
４，３５で構成したが、例えばｐ型ウエル３２よりも不
純物濃度が高い一つのｐ型不純物の拡散層で形成しても
よく、またその不純物濃度がｐ型ウエル３２からオーバ
フローバリア層２２に向かうにしたがって連続的に高く
なる状態に形成してもよい。また、上記不純物層３３
は、三つ以上の不純物濃度のピーク値を有する不純物拡
散層で形成してもよい。この構成では、ｐ型ウエル３２
からオーバフローバリア層２２に向かうにしたがって不
純物濃度が高くなるように形成される。
に不純物濃度が高くなるように第１，第２不純物層３
４，３５で構成したが、例えばｐ型ウエル３２よりも不
純物濃度が高い一つのｐ型不純物の拡散層で形成しても
よく、またその不純物濃度がｐ型ウエル３２からオーバ
フローバリア層２２に向かうにしたがって連続的に高く
なる状態に形成してもよい。また、上記不純物層３３
は、三つ以上の不純物濃度のピーク値を有する不純物拡
散層で形成してもよい。この構成では、ｐ型ウエル３２
からオーバフローバリア層２２に向かうにしたがって不
純物濃度が高くなるように形成される。
【００２２】次に、上記ＣＣＤ型の固体撮像素子の一例
として、可視光の固体撮像素子の製造方法を、図３の製
造工程図によって説明する。図では、本発明の製造方法
に係わる製造工程の要部を示し、上記図１で説明したの
と同様の構成部品には同一の符号を付す。
として、可視光の固体撮像素子の製造方法を、図３の製
造工程図によって説明する。図では、本発明の製造方法
に係わる製造工程の要部を示し、上記図１で説明したの
と同様の構成部品には同一の符号を付す。
【００２３】図３の（１）に示すように、熱酸化法また
は化学的気相成長（以下ＣＶＤと記す）法によって、半
導体基板１１の上面に酸化シリコンからなる絶縁膜２３
を形成する。さらに例えばイオン注入法によって、半導
体基板２１中にｐ型の不純物〔例えばホウ素（Ｂ）また
はアンチモン（Ｓｂ）〕を導入して、オーバフローバリ
ア層２２を形成する。このオーバフローバリア２２は、
センサ領域では電子シャッター機能を満足させる濃度
（例えば１×１０15個・ｃｍ-3〜３×１０15個・ｃｍ-3
程度）に設定しておく。
は化学的気相成長（以下ＣＶＤと記す）法によって、半
導体基板１１の上面に酸化シリコンからなる絶縁膜２３
を形成する。さらに例えばイオン注入法によって、半導
体基板２１中にｐ型の不純物〔例えばホウ素（Ｂ）また
はアンチモン（Ｓｂ）〕を導入して、オーバフローバリ
ア層２２を形成する。このオーバフローバリア２２は、
センサ領域では電子シャッター機能を満足させる濃度
（例えば１×１０15個・ｃｍ-3〜３×１０15個・ｃｍ-3
程度）に設定しておく。
【００２４】次いで上記絶縁膜２３上にレジストでマス
ク５１を成膜した後、リソグラフィー技術によって、垂
直転送部３０を形成する領域上に開口部５２を形成す
る。その後上記マスク５１を用いたイオン注入法によっ
て、半導体基板２１の上層に垂直転送部３０のｎ型拡散
層３１を形成する不純物〔例えばリン（Ｐ）またはヒ素
（Ａｓ）〕導入する。このイオン注入条件としては、打
ち込みエネルギーを例えばＡｓの場合１５０ｋｅＶ〜３
００ｋｅＶ、ドーズ量を例えば２×１０12個・ｃｍ-2〜
４×１０12個・ｃｍ-2の範囲内で設定する。
ク５１を成膜した後、リソグラフィー技術によって、垂
直転送部３０を形成する領域上に開口部５２を形成す
る。その後上記マスク５１を用いたイオン注入法によっ
て、半導体基板２１の上層に垂直転送部３０のｎ型拡散
層３１を形成する不純物〔例えばリン（Ｐ）またはヒ素
（Ａｓ）〕導入する。このイオン注入条件としては、打
ち込みエネルギーを例えばＡｓの場合１５０ｋｅＶ〜３
００ｋｅＶ、ドーズ量を例えば２×１０12個・ｃｍ-2〜
４×１０12個・ｃｍ-2の範囲内で設定する。
【００２５】さらに上記マスク５１を用いたイオン注入
法によって、第２伝導型（ｐ型）ウエル３２形成するた
めのｐ型の不純物として、例えばホウ素（Ｂ）を上記半
導体基板２１中に導入する。このイオン注入条件として
は、ｐ型不純物としてホウ素（Ｂ）を用い、打ち込みエ
ネルギーを例えば２００ｋｅＶ〜４００ｋｅＶの範囲の
所定の値とし、ドーズ量を例えば１×１０11個・ｃｍ-2
〜５×１０11個・ｃｍ -2の範囲の所定の値とする。
法によって、第２伝導型（ｐ型）ウエル３２形成するた
めのｐ型の不純物として、例えばホウ素（Ｂ）を上記半
導体基板２１中に導入する。このイオン注入条件として
は、ｐ型不純物としてホウ素（Ｂ）を用い、打ち込みエ
ネルギーを例えば２００ｋｅＶ〜４００ｋｅＶの範囲の
所定の値とし、ドーズ量を例えば１×１０11個・ｃｍ-2
〜５×１０11個・ｃｍ -2の範囲の所定の値とする。
【００２６】次に図３の（２）に示すように、上記図３
の（ａ）で用いたマスク５１を用いたイオン注入法によ
って、ｐ型ウエル３２の下方の半導体基板２１に、第１
不純物層３４を形成するための不純物として、例えばホ
ウ素（Ｂ）を注入する。このイオン注入条件としては、
打ち込みエネルギーを例えば４００ｋｅＶ〜２．０Ｍｅ
Ｖの範囲内で設定し、ドーズ量を１×１０11個・ｃｍ-2
〜１×１０12個・ｃｍ -2の範囲内で設定する。
の（ａ）で用いたマスク５１を用いたイオン注入法によ
って、ｐ型ウエル３２の下方の半導体基板２１に、第１
不純物層３４を形成するための不純物として、例えばホ
ウ素（Ｂ）を注入する。このイオン注入条件としては、
打ち込みエネルギーを例えば４００ｋｅＶ〜２．０Ｍｅ
Ｖの範囲内で設定し、ドーズ量を１×１０11個・ｃｍ-2
〜１×１０12個・ｃｍ -2の範囲内で設定する。
【００２７】さらに続けて、図３の（３）に示すよう
に、第２不純物層３５を形成するための不純物として、
例えばホウ素（Ｂ）を上記第１不純物層３４を形成する
ためのホウ素（Ｂ）よりも深くイオン注入する。このイ
オン注入条件としては、打ち込みエネルギーを例えば
１．０ＭｅＶ〜３．０ＭｅＶの範囲内に設定し、ドーズ
量を例えば１×１０11個・ｃｍ-2〜５×１０14個・ｃｍ
-2程度の範囲内に設定する。上記マスク５１は、当然の
ことながら、上記各イオン注入でのマスク機能を有する
厚さ（例えば１μｍ〜４μｍ程度）に形成されているも
のである。
に、第２不純物層３５を形成するための不純物として、
例えばホウ素（Ｂ）を上記第１不純物層３４を形成する
ためのホウ素（Ｂ）よりも深くイオン注入する。このイ
オン注入条件としては、打ち込みエネルギーを例えば
１．０ＭｅＶ〜３．０ＭｅＶの範囲内に設定し、ドーズ
量を例えば１×１０11個・ｃｍ-2〜５×１０14個・ｃｍ
-2程度の範囲内に設定する。上記マスク５１は、当然の
ことながら、上記各イオン注入でのマスク機能を有する
厚さ（例えば１μｍ〜４μｍ程度）に形成されているも
のである。
【００２８】次いで、上記マスク５１を例えば酸素アッ
シングまたはウェット処理によって除去した後、熱処理
を行って半導体基板２１に導入した不純物を拡散させ、
半導体基板２１の表面側から、垂直転送部３０のｎ型拡
散層３１、ｐ型ウエル３２およびｐ型の第１不純物層３
４とｐ型の第２不純物層３５とからなる不純物層３３と
を順に接合した状態に形成する。ここでは上記第２不純
物層３５がオーバフローバリア層２２に接合する状態に
形成される。そしてｐ型ウエル３２，第１不純物層３
４，第２不純物層３５の順で不純物濃度は高くなる。そ
してこの製造方法では、垂直転送部３０のｐ型ウエル３
２の下方側において深くなるほどｐ型ウエル３２と同一
伝導型の不純物濃度が連続的（または段階的）に高くな
る。
シングまたはウェット処理によって除去した後、熱処理
を行って半導体基板２１に導入した不純物を拡散させ、
半導体基板２１の表面側から、垂直転送部３０のｎ型拡
散層３１、ｐ型ウエル３２およびｐ型の第１不純物層３
４とｐ型の第２不純物層３５とからなる不純物層３３と
を順に接合した状態に形成する。ここでは上記第２不純
物層３５がオーバフローバリア層２２に接合する状態に
形成される。そしてｐ型ウエル３２，第１不純物層３
４，第２不純物層３５の順で不純物濃度は高くなる。そ
してこの製造方法では、垂直転送部３０のｐ型ウエル３
２の下方側において深くなるほどｐ型ウエル３２と同一
伝導型の不純物濃度が連続的（または段階的）に高くな
る。
【００２９】その後、図示はしないが、ホール蓄積部、
受光部、転送電極等の固体撮像素子を構成するその他の
構成部品を形成する。
受光部、転送電極等の固体撮像素子を構成するその他の
構成部品を形成する。
【００３０】なお、上記不純物層３３を形成するための
イオン注入では、ｐ型ウエル３２を形成するためのマス
ク５１を用いたが、例えばｐ型ウエル３２を形成するた
めのイオン注入に用いるマスクと不純物層３３を形成す
るためのイオン注入に用いるマスクとを別のもので形成
しても差し支えはない。
イオン注入では、ｐ型ウエル３２を形成するためのマス
ク５１を用いたが、例えばｐ型ウエル３２を形成するた
めのイオン注入に用いるマスクと不純物層３３を形成す
るためのイオン注入に用いるマスクとを別のもので形成
しても差し支えはない。
【００３１】上記製造方法では、垂直転送部３０のｎ型
拡散層３１の下部に接合するｐ型ウエル３２を形成する
際に、イオン注入法によって、上記ｐ型ウエル３２と同
一伝導型の不純物をｐ型ウエル３２下方の半導体基板２
１に導入した後拡散して、ｐ型ウエル３２とオーバフロ
ーバリア層２２とに接合する不純物層３３を形成するこ
とから、ｐ型ウエル３２を形成する際のイオン注入条件
を変えることにより不純物層３３が形成される。
拡散層３１の下部に接合するｐ型ウエル３２を形成する
際に、イオン注入法によって、上記ｐ型ウエル３２と同
一伝導型の不純物をｐ型ウエル３２下方の半導体基板２
１に導入した後拡散して、ｐ型ウエル３２とオーバフロ
ーバリア層２２とに接合する不純物層３３を形成するこ
とから、ｐ型ウエル３２を形成する際のイオン注入条件
を変えることにより不純物層３３が形成される。
【００３２】また上記製造方法では、不純物層３３を形
成するためのイオン注入を、打ち込みエネルギーとドー
ズ量とを増加させる方向に変化させて、第１不純物層３
４と第２不純物層３５を形成する不純物を導入したこと
から、打ち込まれる不純物は深さ方向に濃度が高くな
る。そのため、不純物を拡散した後には、ｐ型ウエル３
２からオーバフローバリア層２２に向かうにしたがって
不純物濃度が高くなる上記不純物層３３が形成される。
成するためのイオン注入を、打ち込みエネルギーとドー
ズ量とを増加させる方向に変化させて、第１不純物層３
４と第２不純物層３５を形成する不純物を導入したこと
から、打ち込まれる不純物は深さ方向に濃度が高くな
る。そのため、不純物を拡散した後には、ｐ型ウエル３
２からオーバフローバリア層２２に向かうにしたがって
不純物濃度が高くなる上記不純物層３３が形成される。
【００３３】一方、先に上記第２不純物層３５を形成す
る不純物を導入し、その後上記第１不純物層を形成する
不純物を導入してもよい。すなわち、打ち込みエネルギ
ーとドーズ量とを減少させる方向に変化させて、深さが
浅くなるにしたがって不純物濃度が低くなるようにす
る。そのため、不純物を拡散した後には、オーバフロー
バリア層２２からｐ型ウエル３２に向かうにしたがって
不純物濃度が低くなるなるので、上記同様の不純物層３
３の構造になる。
る不純物を導入し、その後上記第１不純物層を形成する
不純物を導入してもよい。すなわち、打ち込みエネルギ
ーとドーズ量とを減少させる方向に変化させて、深さが
浅くなるにしたがって不純物濃度が低くなるようにす
る。そのため、不純物を拡散した後には、オーバフロー
バリア層２２からｐ型ウエル３２に向かうにしたがって
不純物濃度が低くなるなるので、上記同様の不純物層３
３の構造になる。
【００３４】なお、ｐ型ウエル３２からオーバフローバ
リア層２２に至る不純物層３３を形成するためのイオン
注入の回数には制限はない。したがって、イオン注入を
複数回行うことによって、連続的に不純物濃度が変化す
るように不純物層３３を形成することも可能である。
リア層２２に至る不純物層３３を形成するためのイオン
注入の回数には制限はない。したがって、イオン注入を
複数回行うことによって、連続的に不純物濃度が変化す
るように不純物層３３を形成することも可能である。
【００３５】また、オーバフローバリア層２２を形成す
るイオン注入を１×１０13個・ｃｍ -2程度以上３×１０
14個・ｃｍ-2程度以下の範囲内になるようなドーズ量で
行い、さらにセンサ領域だけにｎ型の不純物として、例
えばリン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）を５００ｋｅＶ〜
３．０ＭｅＶの打ち込みエネルギーで１×１０11個・ｃ
ｍ-2〜１×１０14個・ｃｍ-2程度のドーズ量によって、
半導体基板２１中に注入して、オーバフローバリア層２
２のピーク濃度がｐ型で１×１０15個・ｃｍ-3〜３×１
０15個・ｃｍ-3程度になるように調整することも可能で
ある。
るイオン注入を１×１０13個・ｃｍ -2程度以上３×１０
14個・ｃｍ-2程度以下の範囲内になるようなドーズ量で
行い、さらにセンサ領域だけにｎ型の不純物として、例
えばリン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）を５００ｋｅＶ〜
３．０ＭｅＶの打ち込みエネルギーで１×１０11個・ｃ
ｍ-2〜１×１０14個・ｃｍ-2程度のドーズ量によって、
半導体基板２１中に注入して、オーバフローバリア層２
２のピーク濃度がｐ型で１×１０15個・ｃｍ-3〜３×１
０15個・ｃｍ-3程度になるように調整することも可能で
ある。
【００３６】なお、このオーバフローバリア層２２の形
成のためのイオン注入のエネルギーについては可視光を
受光する素子の場合は可視光長波長限界（約８００ｎ
ｍ）により決定する。例えば質量が小さいホウ素（Ｂ）
の場合、約１ＭｅＶ（注入ピークは表面より約１．７μ
ｍ）である。撮像素子として長波長感度を十分得るため
にはホウ素（Ｂ）の場合、約３ＭｅＶ（注入ピークは約
３．８μｍ）あることが望ましい。したがって、可視光
受光用の素子に限定されるものではなく、Ｘ線受光用か
ら遠赤外線受光用の素子まで受光波長範囲を問わない。
また、赤外線受光用の素子であればエネルギーは高くな
り、紫外線やＸ線受光用の素子であればエネルギーは低
くなる。
成のためのイオン注入のエネルギーについては可視光を
受光する素子の場合は可視光長波長限界（約８００ｎ
ｍ）により決定する。例えば質量が小さいホウ素（Ｂ）
の場合、約１ＭｅＶ（注入ピークは表面より約１．７μ
ｍ）である。撮像素子として長波長感度を十分得るため
にはホウ素（Ｂ）の場合、約３ＭｅＶ（注入ピークは約
３．８μｍ）あることが望ましい。したがって、可視光
受光用の素子に限定されるものではなく、Ｘ線受光用か
ら遠赤外線受光用の素子まで受光波長範囲を問わない。
また、赤外線受光用の素子であればエネルギーは高くな
り、紫外線やＸ線受光用の素子であればエネルギーは低
くなる。
【００３７】
【発明の効果】以上、説明したように本発明のＣＣＤ型
の固体撮像素子によれば、垂直転送部の第２伝導型ウエ
ルとオーバフローバリア層とに接合する不純物層を設け
たので、第２伝導型ウエル中の電荷は転送中に不純物層
に押し出されて、半導体基板の表面方向には電荷（ホー
ル）が移動しなくなる。このため、大光量受光時の蓄積
電荷増加量が抑えられるので、ホール抵抗が下がりセン
サ電荷蓄積特性の向上が図れる。したがって、垂直転送
領域が小さい画素設計が可能になり、その分センサ領域
を広げることで受光感度の高い素子を構成することが可
能になる。
の固体撮像素子によれば、垂直転送部の第２伝導型ウエ
ルとオーバフローバリア層とに接合する不純物層を設け
たので、第２伝導型ウエル中の電荷は転送中に不純物層
に押し出されて、半導体基板の表面方向には電荷（ホー
ル）が移動しなくなる。このため、大光量受光時の蓄積
電荷増加量が抑えられるので、ホール抵抗が下がりセン
サ電荷蓄積特性の向上が図れる。したがって、垂直転送
領域が小さい画素設計が可能になり、その分センサ領域
を広げることで受光感度の高い素子を構成することが可
能になる。
【００３８】上記ＣＣＤ型の固体撮像素子の製造方法で
は、垂直転送部の第２伝導型ウエルを形成する際に、第
２伝導型ウエルを形成するイオン注入条件を変えること
によって上記第２伝導型ウエルと同一伝導型の不純物を
第２伝導型ウエル下方の半導体基板に導入し、その後導
入した不純物を拡散するので、第２伝導型ウエルとオー
バフローバリア層とに接合する不純物層を容易に形成す
ることができる。
は、垂直転送部の第２伝導型ウエルを形成する際に、第
２伝導型ウエルを形成するイオン注入条件を変えること
によって上記第２伝導型ウエルと同一伝導型の不純物を
第２伝導型ウエル下方の半導体基板に導入し、その後導
入した不純物を拡散するので、第２伝導型ウエルとオー
バフローバリア層とに接合する不純物層を容易に形成す
ることができる。
【図１】本発明に係わる固体撮像素子の実施例の要部構
成断面図である。
成断面図である。
【図２】実施例の不純物濃度とポテンシャルの分布図で
ある。
ある。
【図３】本発明に係わる製造方法の実施例の製造工程図
である。
である。
【図４】従来例の固体撮像素子の要部構成断面図であ
る。
る。
【図５】従来例の不純物濃度とポテンシャルの分布図で
ある。
ある。
１ ＣＣＤ型の固体撮像素子 ２１ 半導体基板 ２２ オーバフローバリア層 ３１ 第１伝導型（ｎ型）拡散層 ３２ 第２伝導型（ｐ型）ウエル ３３ 不純物層
Claims (4)
- 【請求項１】 垂直転送部の第１伝導型拡散層とオーバ
フローバリア層との間における該第１伝導型拡散層側に
第２伝導型ウエルを設けた電荷結合デバイス型の固体撮
像素子において、 前記第２伝導型ウエルと前記オーバフローバリア層とに
接合する状態に該第２伝導型ウエルと同一伝導型の不純
物層を設けたことを特徴とする電荷結合デバイス型の固
体撮像素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の電荷結合デバイス型の固
体撮像素子において、 前記不純物層は、前記第２伝導型ウエルから前記オーバ
フローバリア層に向かって不純物濃度が高くなる拡散層
からなることを特徴とする電荷結合デバイス型の固体撮
像素子。 - 【請求項３】 半導体基板の中層にオーバフローバリア
層を形成し、さらに該半導体基板の上層に垂直転送部の
第１伝導型拡散層および該第１伝導型拡散層の下部に接
合する第２伝導型ウエルを形成する電荷結合デバイス型
の固体撮像素子の製造方法において、 前記第２伝導型ウエルを形成する際に、イオン注入法に
よって、該第２伝導型ウエルと同一伝導型の不純物を該
第２伝導型ウエルの下方の前記半導体基板に導入した後
拡散して、該第２伝導型ウエルと前記オーバフローバリ
ア層とに接合する不純物層を形成する工程を行うことを
特徴とする電荷結合デバイス型の固体撮像素子の製造方
法。 - 【請求項４】 請求項３記載の電荷結合デバイス型の固
体撮像素子の製造方法において、 前記不純物層を形成するためのイオン注入では、深さ方
向に不純物濃度が高くなる状態に打ち込みエネルギーと
ドーズ量とを変化させることを特徴とする電荷結合デバ
イス型の固体撮像素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02150395A JP3341517B2 (ja) | 1995-02-09 | 1995-02-09 | 電荷結合デバイス型の固体撮像素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP02150395A JP3341517B2 (ja) | 1995-02-09 | 1995-02-09 | 電荷結合デバイス型の固体撮像素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08222719A true JPH08222719A (ja) | 1996-08-30 |
| JP3341517B2 JP3341517B2 (ja) | 2002-11-05 |
Family
ID=12056780
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02150395A Expired - Fee Related JP3341517B2 (ja) | 1995-02-09 | 1995-02-09 | 電荷結合デバイス型の固体撮像素子およびその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3341517B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09162137A (ja) * | 1995-12-13 | 1997-06-20 | Sony Corp | イオン注入方法 |
| JP2002198507A (ja) * | 2000-12-26 | 2002-07-12 | Sony Corp | 固体撮像素子 |
| JP2003060191A (ja) * | 2001-08-17 | 2003-02-28 | Sony Corp | 固体撮像素子及びその製造方法 |
| JP2003069005A (ja) * | 2001-08-22 | 2003-03-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体撮像装置およびその製造方法 |
| JP2011171511A (ja) * | 2010-02-18 | 2011-09-01 | Canon Inc | 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法 |
| JP2014007414A (ja) * | 2004-06-07 | 2014-01-16 | Canon Inc | 固体撮像装置 |
-
1995
- 1995-02-09 JP JP02150395A patent/JP3341517B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2002198507A (ja) * | 2000-12-26 | 2002-07-12 | Sony Corp | 固体撮像素子 |
| JP2003060191A (ja) * | 2001-08-17 | 2003-02-28 | Sony Corp | 固体撮像素子及びその製造方法 |
| JP2003069005A (ja) * | 2001-08-22 | 2003-03-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体撮像装置およびその製造方法 |
| US6765246B2 (en) | 2001-08-22 | 2004-07-20 | Matsushita Electric Industry Co., Ltd. | Solid-state imaging device with multiple impurity regions and method for manufacturing the same |
| JP2014007414A (ja) * | 2004-06-07 | 2014-01-16 | Canon Inc | 固体撮像装置 |
| JP2011171511A (ja) * | 2010-02-18 | 2011-09-01 | Canon Inc | 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法 |
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|---|---|
| JP3341517B2 (ja) | 2002-11-05 |
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