JPH10257394A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents
固体撮像装置及びその製造方法Info
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- JPH10257394A JPH10257394A JP9059244A JP5924497A JPH10257394A JP H10257394 A JPH10257394 A JP H10257394A JP 9059244 A JP9059244 A JP 9059244A JP 5924497 A JP5924497 A JP 5924497A JP H10257394 A JPH10257394 A JP H10257394A
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Abstract
く、ダイナミックレンジの大きい固体撮像装置及びその
製造方法を提供すること。 【解決手段】本発明の固体撮像装置は、半導体基板の上
に形成されたp型半導体層1と、上記p型半導体層1の
表面に形成されたn型半導体層2、n型半導体層3と、
上記p型半導体層1の表面に酸化膜4を挟んで堆積され
たゲート電極5とを有し、上記p型半導体層1とn型半
導体層2によりダイオードを形成し、上記半導体層1乃
至3によりトランジスタを形成し、当該トランジスタの
ドレインに相当するn型半導体層3を深く形成し、当該
ドレインに拡散電流を集めることを特徴とするものであ
る。
Description
り、特に増幅機能を有する増幅型の固体撮像装置及びそ
の製造方法に関するものである。
謂増幅型固体撮像装置に関する種々の技術が提案されて
いる。かかる増幅型固体撮像装置は、画素数の増加やイ
メージサイズの縮小による画素サイズの縮小に適したも
のとして期待されている。
体撮像装置の概略構成を示し説明する。同図に示される
ように、この固体撮像装置は、多画素化されており、同
一基板上に、光電変換素子とトランジスタが並設された
構成がとられている。そして、光電変換素子による光電
変換により発生した信号電荷で信号電荷蓄積部の電位を
変調して、その電位により画素内部の増幅トランジスタ
を変調することで画素内部に増幅機能を持たせている。
た増幅型固体撮像装置のように、多画素化してくると、
1画素に対応する光電変換素子の面積が小さくなるた
め、当該光電変換素子からの出力が小さくなる。この画
素の面積の減少比に伴う出力の減少を改善する方法とし
ては、フォトダイオードの空乏層を広げるべく基板の不
純物濃度を減少させる事が考えられるが、かかる基板の
不純物濃度の減少は、基板の拡散電流を増やすといった
問題を発生させてしまう。
図7に示されるように、低濃度のp型半導体層201に
n型半導体層202、n型半導体層203が形成されて
おり、更に当該半導体層201の所定位置にシリコン酸
化膜204、ゲート電極205が堆積されている。この
ような構成では、フォトダイオードの空乏層206が基
板の深さ方向にたどり着く深さにて、拡散電流を吸収し
てしまう。従って、フォトダイオードに拡散電流が集ま
り、フォトダイオードの暗時のリーク電流も増加させ、
その結果としてダイナミックレンジを下げてしまう。
で、その目的とするところは、半導体基板からの拡散電
流の影響を減少させ、フォトダイオードの暗時のリーク
電流が小さく、ダイナミックレンジの大きい固体撮像装
置及びその製造方法を提供することにある。
に、本発明は、光を電荷に変換する光電変換素子と、ト
ランジスタとを有する固体撮像装置において、半導体基
板の上に形成された第1の半導体層と、上記第1の半導
体層の表面に形成された第2及び第3の半導体層と、上
記第1の半導体層の表面に酸化膜を挟んで堆積された転
送電極層と、を有し、上記第1及び第2の半導体層によ
り上記光電変換素子を形成し、上記第1乃至第3半導体
層により上記トランジスタを形成し、当該トランジスタ
のドレインに相当する上記第3の半導体層を溝により形
成し、当該ドレインに第1の半導体層の拡散電流を集め
ることを特徴とする。
記光電変換素子たるフォトダイオードの周囲の空乏層が
基板の深さ方向にたどり着く深さよりも深い位置にて、
拡散電流を上記トランジスタのドレインに相当する第3
の半導体層に吸収できる作用を奏する。さらに、当該第
3の半導体層の先が尖っていれば、電界の効果が相乗さ
れ、より大きな作用をもたらす。
実施の形態について説明する。図1には、一実施の形態
に係る固体撮像装置の断面図を示し説明する。同図に示
されるように、本固体撮像装置では、低濃度のp型半導
体層1の表面にn型半導体層2、n型半導体層3が形成
されており、更に所定領域にシリコン酸化膜4を介し
て、ゲート電極5が堆積された構造となっている。そし
て、上記p型半導体層1とn型半導体層2によりフォト
ダイオードが形成され、上記p型半導体層1と上記n型
半導体層2、n型半導体層3、ゲート電極5によってリ
セットトランジスタが形成されている。
イオードの近傍にリセットトランジスタを配設した構造
となっている。本実施の形態の場合には、低濃度のp型
半導体層1にフォトダイオードの空乏層6が広がってお
り、固体撮像装置の感度の向上に寄与している。尚、こ
のフォトダイオードを、低濃度のn型半導体層とp型半
導体層により構成しても、同様の効果が得られる。
ードのリーク電流の低減と、画素の分離性能を向上させ
るべく、フォトダイオードの空乏層6の深さよりも深い
位置まで、上記高濃度のn型半導体層3を形成してい
る。この高濃度のn型半導体層3は、上記リセットトラ
ンジスタがp型のMOSトランジスタである場合には、
p型であっても、十分な撮像機能を発揮することができ
る。
ように、フォトダイオードの空乏層6が基板の深さ方向
にたどり着く深さよりも深い位置にて、拡散電流7をリ
セットトランジスタのドレインに相当するn型半導体層
3に吸収できる。図2では、概略的に矢印で拡散電流7
の流れを示したが、本発明によれば、フォトダイオード
に拡散電流7が集まる割合が減少し、固体撮像装置のダ
イナミックレンジが向上する。尚、上記ドレイン溝の先
が尖っていれば、電界の効果が相乗され、さらに上記し
た効果が増すことは勿論である。
拡散電流を集めることを特徴とする実施の形態に係る固
体撮像装置を説明したが、例えば上記フォトダイオード
とリセットトランジスタを図3に示すようにレイアウト
することが考えられる。
像装置は、p型シリコン半導体基板の表面層にp層(素
子分離領域)20、n層(フォトダイオード)15a乃
至15cを形成する。そして、読み出しトランジスタ1
8a乃至18c、リセットトランジスタ16a乃至16
cを形成する領域にn層を形成する。この後、表面を酸
化膜で覆い、更に電極配線材料を堆積する。
18c、読み出し/リセット線13a乃至13c、リセ
ットトランジスタ16a乃至16cのゲート及びリセッ
ト線を形成するために、電極配線材料を所望の形状に加
工して読み出し線とリセットトランジスタの配線を形成
する。このとき、読み出し線とリセット線は兼用するた
め、一度にパターニングして読み出し/リセット線13
a乃至13cを形成することができる。この後、固体撮
像装置の素子部分を形成した後、信号電流を読み出すた
めの配線(信号線1)と信号を排出するための配線(ド
レイン線2)を配線する。
うなリセットトランジスタとフォトダイオードの位置関
係とはならないが、少なくとも1つのリセットトランジ
スタのドレインがフォトダイオードの空乏層より深けれ
ば、上述したような本発明の効果は同様に得られる。概
して、拡散長は、数十ミクロンオーダーであるから、基
板の深さ方で数十ミクロンのオーダーからフォトダイオ
ードに向けての拡散電流が流れる事になる。これは、現
状の画素の数倍から数十倍の寸法であることから考えて
も、基板表面で、フォトダイオードと拡散電流を吸収す
るドレインの位置が離れても問題とはならないことは明
らかである。
ルの構成は図4に示される。図4は、3つの単位セルの
構成を示しており、1画素1単位セル構成の固体撮像装
置を想定している。また、この図には、3つの単位セル
のみを示したが、この固体撮像装置は、かかる単位セル
が2次元的に配列されているものとする。
電荷に変換するフォトダイオード15a、フォトダイオ
ード15aに蓄積された電荷を検出部23aに読み出す
読み出しトランジスタ18a、信号電荷を読み出すライ
ンを選択するアドレス容量19a、フォトダイオードの
検出信号を増幅して信号線1に出力する増幅トランジス
タ14a、検出部23aに蓄積された電荷をリセットす
るリセットトランジスタ16aを備えた構成となってい
る。
実施の形態に係る撮像装置の作成方法の一例を説明す
る。尚、ここでは、本発明の特徴となる拡散電流を吸収
するドレインの作成方法を中心に説明する。
トランジスタのドレインとなる部分だけ開口したパター
ンのレジスト8を形成する。この後、例えば反応性イオ
ンエッチング法(RIE ;Reactive Ion Etching)等を
用いて、上記ドレインとなる部分をエッチングして、ト
レンチを形成する(図6(a)参照)。
スト8を除去する。この後、トレンチに対してカバーレ
ージの良い条件でn型ポリシリコン9を形成する。この
方法としては、アモルファスシリコンを用いて、後に再
加熱してポリシリコンとする方法を用いることもできる
(図6(b)参照)。
ッチング技術等の方法を用いて、表面を研磨し、トレン
チの部分のみにn型半導体層3を形成する(図6(c)
参照)。この後、シリコン酸化膜4、ゲート電極5をp
型半導体層1の所定領域に堆積する(図6(d)参
照)。
徴となる拡散電流を吸収するドレインに相当するn型半
導体層3を形成することができる。以上、本発明の実施
の形態について説明したが、本発明はこれに限定される
ことなく、その主旨を逸脱しない範囲で種々の改良・変
更が可能であることは勿論である。例えば、上記実施の
形態では、ドレインを基板深くに形成する方法としてト
レンチ技術を例に挙げて説明したが、これに限定される
ことなく、加速されたイオンをシリコン基板などに打ち
込むイオン注入法(ion implantation )を採用するこ
ともできることは勿論である。また、2段、3段打ちに
より、n型半導体層の先端を鋭利形状にすると本発明の
効果をより一層高めることができる。
半導体基板からの拡散電流の影響を減少させ、フォトダ
イオードの暗時のリーク電流が小さく、ダイナミックレ
ンジの大きい固体撮像装置及びその製造方法を提供する
ことができる。
を示す図である。
ための図である。
ード、リセットトランジスタのレイアウトの一例を示す
図である。
成方法の一例を示す図である。
例を示す図である。
を説明するための図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 光を電荷に変換する光電変換素子と、ト
ランジスタとを有する固体撮像装置において、 半導体基板の上に形成された第1の半導体層と、 上記第1の半導体層の表面に形成された第2及び第3の
半導体層と、 上記第1の半導体層の表面に酸化膜を挟んで堆積された
転送電極層と、を有し、 上記第1及び第2の半導体層により上記光電変換素子を
形成し、上記第1乃至第3半導体層及び上記転送電極層
により上記トランジスタを形成し、当該トランジスタの
ドレインに相当する上記第3の半導体層を溝により形成
し、当該ドレインに第1の半導体層の拡散電流を集める
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項2】 上記トランジスタのドレインに相当する
上記第3の半導体層の溝の深さが、上記光電変換素子を
形成する第2の半導体層の深さよりも深いことを特徴と
する請求項1に記載の固体撮像装置。 - 【請求項3】 上記トランジスタのドレインに相当する
上記第3の半導体層の先が鋭利形状であることを特徴と
する請求項1に記載の固体撮像装置。 - 【請求項4】 光電変換素子とトランジスタからなる固
体撮像装置において、上記トランジスタのドレインが光
電変換素子であるフォトダイオードが形成する空乏層の
深さより深いことを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項5】 光を電荷に変換する光電変換素子と、ト
ランジスタとを有する固体撮像装置の製造方法であっ
て、 半導体基板の上に第1の半導体層を堆積する第1の工程
と、上記第1の半導体層の表面に第2及び第3の半導体
層を形成する第2の工程と、上記第1の半導体層の表面
に酸化膜を挟んで転送電極層を堆積する第3の工程と、
を有し、 上記第1及び第2の半導体層により上記光電変換素子を
形成し、上記第1乃至第3半導体層及び上記転送電極層
により上記トランジスタを形成し、当該トランジスタの
ドレインに相当する上記第3の半導体層を上記光電変換
素子を形成する第2の半導体層より深く形成することを
特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 【請求項6】 上記トランジスタのドレインに相当する
上記第3の半導体層を、イオン注入法の加速電圧を変え
ることにより、上記光電変換素子を形成する第2の半導
体層の深さよりも深く形成することを特徴とする請求項
5に記載の固体撮像装置の製造方法。 - 【請求項7】 上記トランジスタのドレインに相当する
上記第3の半導体層を、数回のイオン注入法により形成
することで、上記第3の半導体層の先を鋭利な形状とす
ることを特徴とする請求項5に記載の固体撮像装置の製
造方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP5924497A JP3597663B2 (ja) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5924497A JP3597663B2 (ja) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH10257394A true JPH10257394A (ja) | 1998-09-25 |
JP3597663B2 JP3597663B2 (ja) | 2004-12-08 |
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JP5924497A Expired - Fee Related JP3597663B2 (ja) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | 固体撮像装置 |
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JP (1) | JP3597663B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7166828B2 (en) | 2004-03-26 | 2007-01-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Solid-state image sensing device and cellphone having image processing function |
-
1997
- 1997-03-13 JP JP5924497A patent/JP3597663B2/ja not_active Expired - Fee Related
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