JPH1126741A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH1126741A JPH1126741A JP9179923A JP17992397A JPH1126741A JP H1126741 A JPH1126741 A JP H1126741A JP 9179923 A JP9179923 A JP 9179923A JP 17992397 A JP17992397 A JP 17992397A JP H1126741 A JPH1126741 A JP H1126741A
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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
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- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光電変換部の低暗電流（低暗時雑音）と高感
度および低混色、低ブルーミングを実現し、さらに雑音
除去回路の高速動作を実現する固体撮像装置を提供する
こと。 【解決手段】 半導体基板２０と、前記半導体基板の上
部に形成された光電変換部２２と、前記光電変換部に隣
接して絶縁膜を介して前記半導体基板上に形成され、前
記光電変換部から読み出された信号の雑音を除去する雑
音除去回路１８とを備え、前記半導体基板は、前記信号
の電荷と逆の導電型を有し、前記導電型を決定する不純
物が高濃度な領域と、その上の前記不純物が低濃度な領
域とを有する。
度および低混色、低ブルーミングを実現し、さらに雑音
除去回路の高速動作を実現する固体撮像装置を提供する
こと。 【解決手段】 半導体基板２０と、前記半導体基板の上
部に形成された光電変換部２２と、前記光電変換部に隣
接して絶縁膜を介して前記半導体基板上に形成され、前
記光電変換部から読み出された信号の雑音を除去する雑
音除去回路１８とを備え、前記半導体基板は、前記信号
の電荷と逆の導電型を有し、前記導電型を決定する不純
物が高濃度な領域と、その上の前記不純物が低濃度な領
域とを有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光電変換効果を用い
て２次元面像を得る固体撮像装置に関する。
て２次元面像を得る固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術を図面を参照して説明する。図
７は、増幅型ＭＯＳセンサと呼ばれる固体撮像素子の回
路図の一例である。図７では、フォトダイオード１−１
−１、１−１−２、…、１−３−３の信号を読み出す増
幅トランジスタ２−１−１、２−１−２、…、２−３−
３、信号を読み出すラインを選択する垂直選択トランジ
スタ３−１−１、３−１−２、…、３−３−３、信号電
荷をリセットするリセットトランジスタ４−１−１、４
−１−２、…、４−３−３からなる単位セル３×３が二
次元状に配列されている。
７は、増幅型ＭＯＳセンサと呼ばれる固体撮像素子の回
路図の一例である。図７では、フォトダイオード１−１
−１、１−１−２、…、１−３−３の信号を読み出す増
幅トランジスタ２−１−１、２−１−２、…、２−３−
３、信号を読み出すラインを選択する垂直選択トランジ
スタ３−１−１、３−１−２、…、３−３−３、信号電
荷をリセットするリセットトランジスタ４−１−１、４
−１−２、…、４−３−３からなる単位セル３×３が二
次元状に配列されている。
【０００３】実際の装置では、これより多くの単位セル
が配列される。垂直シフトレジスタ５から水平方向に配
線されている水平アドレス線６−１、…、６−３は垂直
選択トランジスタ３−１−１、３−１−２、…、３−３
−３のゲートに接続され、信号を読み出すラインを決め
ている。リセット線７−１、…、７−３はリセットトラ
ンジスタ４−１−１、４−１−２、…、４−３−３のゲ
ートに結線されている。増幅トランジスタ２−１−１、
２−１−２、…、２−３−３のソースは垂直信号線８−
１、…、８−３に結線され、その−端には負荷トランジ
スタ９−１、…、９−３が設けられている。垂直信号線
８−１、…、８−３の他端は、水平シフトレジスタ１０
から供拾される選択パルスにより選択される水平選択ト
ランジスタ１９−１、…、１９−３を介して水平信号線
１１に結線されている。
が配列される。垂直シフトレジスタ５から水平方向に配
線されている水平アドレス線６−１、…、６−３は垂直
選択トランジスタ３−１−１、３−１−２、…、３−３
−３のゲートに接続され、信号を読み出すラインを決め
ている。リセット線７−１、…、７−３はリセットトラ
ンジスタ４−１−１、４−１−２、…、４−３−３のゲ
ートに結線されている。増幅トランジスタ２−１−１、
２−１−２、…、２−３−３のソースは垂直信号線８−
１、…、８−３に結線され、その−端には負荷トランジ
スタ９−１、…、９−３が設けられている。垂直信号線
８−１、…、８−３の他端は、水平シフトレジスタ１０
から供拾される選択パルスにより選択される水平選択ト
ランジスタ１９−１、…、１９−３を介して水平信号線
１１に結線されている。
【０００４】図８は、従来のフォトダイオードの断面構
造の一例である。図８において、２０は不純物濃度が一
様なＰ型半導体基板（濃度は約１×１０15ｃｍ-3）、２
１はボロン（Ｂ）などのＰ型不純物をイオン注入して形
成されたＰウェル（濃度は約１×１０17ｃｍ-3）、２２
はリン（Ｐ）などのＮ型不純物をイオン注入して形成さ
れたＮ型領域、２３はＰＮ接合部の空乏領域を示す。
造の一例である。図８において、２０は不純物濃度が一
様なＰ型半導体基板（濃度は約１×１０15ｃｍ-3）、２
１はボロン（Ｂ）などのＰ型不純物をイオン注入して形
成されたＰウェル（濃度は約１×１０17ｃｍ-3）、２２
はリン（Ｐ）などのＮ型不純物をイオン注入して形成さ
れたＮ型領域、２３はＰＮ接合部の空乏領域を示す。
【０００５】図８において、Ｐ型半導体基板２０の濃度
が低濃度（すなわち、高抵抗）で、しかもＰウェル２１
の濃度がそれより高いこの構造では、Ｐ型半導体基板２
０からの拡散電流が大きく、またＰウェル２１中にイオ
ン注入による結晶欠陥が導入されるので、空乏領域２３
において生成電流が大きいという問題があった。そのた
め、上記拡散電流と生成電流の和であるフォトダイオー
ド暗電流が大きいという問題があった。さらに、この従
来の構造では、上記の理由から、光感度が低く、かつ信
号電荷が隣接のフォトダイオードに漏れ込む現象（混
色）が大となる問題があった。
が低濃度（すなわち、高抵抗）で、しかもＰウェル２１
の濃度がそれより高いこの構造では、Ｐ型半導体基板２
０からの拡散電流が大きく、またＰウェル２１中にイオ
ン注入による結晶欠陥が導入されるので、空乏領域２３
において生成電流が大きいという問題があった。そのた
め、上記拡散電流と生成電流の和であるフォトダイオー
ド暗電流が大きいという問題があった。さらに、この従
来の構造では、上記の理由から、光感度が低く、かつ信
号電荷が隣接のフォトダイオードに漏れ込む現象（混
色）が大となる問題があった。
【０００６】図７に示した増幅型ＭＯＳイメージセンサ
は単位画素内に増幅トランジスタ（２−１−１、…、２
−３−３）を有するので高感度であるという特長を有す
るが、増幅トランジスタのゲートしきい値電圧ばらつき
がそのまま固定パターン雑音として現れる欠点を有す
る。これを改善するため雑音除去回路１８−１、…、１
８−３を垂直信号線端に設ける方法が知られている。
は単位画素内に増幅トランジスタ（２−１−１、…、２
−３−３）を有するので高感度であるという特長を有す
るが、増幅トランジスタのゲートしきい値電圧ばらつき
がそのまま固定パターン雑音として現れる欠点を有す
る。これを改善するため雑音除去回路１８−１、…、１
８−３を垂直信号線端に設ける方法が知られている。
【０００７】雑音除去回路１８−１、…、１８−３を付
加した回路図を図９に示し、雑音除去回路の具体的な回
路例を図１０に示す。雑音除去回路１８は主にクランプ
容量Ｃ１、クランプ容量Ｃ１につながるノードをリセッ
トするクランプトランジスタＴｒ１、サンプルホールド
容量Ｃ２、クランプ容量Ｃ１につながるノードから信号
を読み出すサンプルホールドトランジスタＴｒ２などか
ら構成され、この雑音除去回路によって、暗時と明時
（光入射時）の差分信号が垂直信号線１１に出力され
る。この雑音除去回路による雑音除去動作は水平ブラン
キング期間内、例えばＮＴＳＣ方式では１０．９マイク
ロ秒、ハイビジョン方式では３．７７マイクロ秒という
短時間で行われる。従って、雑音除去回路１８を構成す
るトランジスタ及び容量には高速動作が求められる。
加した回路図を図９に示し、雑音除去回路の具体的な回
路例を図１０に示す。雑音除去回路１８は主にクランプ
容量Ｃ１、クランプ容量Ｃ１につながるノードをリセッ
トするクランプトランジスタＴｒ１、サンプルホールド
容量Ｃ２、クランプ容量Ｃ１につながるノードから信号
を読み出すサンプルホールドトランジスタＴｒ２などか
ら構成され、この雑音除去回路によって、暗時と明時
（光入射時）の差分信号が垂直信号線１１に出力され
る。この雑音除去回路による雑音除去動作は水平ブラン
キング期間内、例えばＮＴＳＣ方式では１０．９マイク
ロ秒、ハイビジョン方式では３．７７マイクロ秒という
短時間で行われる。従って、雑音除去回路１８を構成す
るトランジスタ及び容量には高速動作が求められる。
【０００８】図８に示すＰウェルの中にトランジスタを
作った場合には、該トランジスタの応答速度は、基板が
高抵抗のためＰウェルの抵抗とトランジスタのソース・
ドレイン部の空乏層容量との積で決まる。トランジスタ
の電位変動に対して、Ｐウェル上に形成されたウェルコ
ンタクトからソース／ドレインに電流が供給されるから
である。ここで、応答遠度を早めるにはＰウェルを相当
な高濃度（低抵抗）にすれば良いが、その場合トランジ
スタのチャネル部へのイオン注入によるしきい値電圧コ
ントロールが極めて困難になる。図１０中のクランプ容
量Ｃ１及びサンプルホールド容量Ｃ２は、半導体基板上
に形成された絶縁膜の上に形成される。従って、該絶縁
膜の容量が直列又は並列にこれらの容量に付加されるこ
とになる。該絶縁膜容量の応答速度はＰＬの抵抗値とが
いよう領地との関で決まるため、前記トランジスタと同
様な理由により、応答速度の高速化が困難であった。従
って、図８に示す従来のウェハ断面構造を用いる限り、
雑音除去回路を構成するトランジスタ及び容量の高速動
作を実現することが困難であった。
作った場合には、該トランジスタの応答速度は、基板が
高抵抗のためＰウェルの抵抗とトランジスタのソース・
ドレイン部の空乏層容量との積で決まる。トランジスタ
の電位変動に対して、Ｐウェル上に形成されたウェルコ
ンタクトからソース／ドレインに電流が供給されるから
である。ここで、応答遠度を早めるにはＰウェルを相当
な高濃度（低抵抗）にすれば良いが、その場合トランジ
スタのチャネル部へのイオン注入によるしきい値電圧コ
ントロールが極めて困難になる。図１０中のクランプ容
量Ｃ１及びサンプルホールド容量Ｃ２は、半導体基板上
に形成された絶縁膜の上に形成される。従って、該絶縁
膜の容量が直列又は並列にこれらの容量に付加されるこ
とになる。該絶縁膜容量の応答速度はＰＬの抵抗値とが
いよう領地との関で決まるため、前記トランジスタと同
様な理由により、応答速度の高速化が困難であった。従
って、図８に示す従来のウェハ断面構造を用いる限り、
雑音除去回路を構成するトランジスタ及び容量の高速動
作を実現することが困難であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
ＭＯＳ型固体撮像装置においては、光電変換部の暗電流
が大きく、その結果、素子の暗時雑音が高いという問題
があった。また、低感度かつ混色またはブルーミングが
大という問題があった。なお、「ブルーミング」とは、
高輝度光が入射した場合に信号電荷が大量に周辺画素に
溢れてしまう現象をいう。さらに、雑音除去回路を構成
するトランジスタの高速動作が困難という問題があっ
た。
ＭＯＳ型固体撮像装置においては、光電変換部の暗電流
が大きく、その結果、素子の暗時雑音が高いという問題
があった。また、低感度かつ混色またはブルーミングが
大という問題があった。なお、「ブルーミング」とは、
高輝度光が入射した場合に信号電荷が大量に周辺画素に
溢れてしまう現象をいう。さらに、雑音除去回路を構成
するトランジスタの高速動作が困難という問題があっ
た。
【００１０】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
であり、その目的とするところは光電変換部の低暗電流
（低暗時雑音）と高感度および低混色、低ブルーミング
を実現し、さらに雑音除去回路の高速動作を実現する固
体撮像装置を提供することにある。
であり、その目的とするところは光電変換部の低暗電流
（低暗時雑音）と高感度および低混色、低ブルーミング
を実現し、さらに雑音除去回路の高速動作を実現する固
体撮像装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために次のような手段を講じた。本発明の固体
撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上部に形
成された光電変換部と、前記光電変換部に隣接して絶縁
膜を介して前記半導体基板上に形成され、前記光電変換
部から読み出された信号の雑音を除去する雑音除去回路
とを備えた固体撮像装置において、前記半導体基板は、
前記信号の電荷と逆の導電型を有し、前記導電型を決定
する不純物が高濃度な領域と、その上の前記不純物が低
濃度な領域とを有することを特徴とする。
解決するために次のような手段を講じた。本発明の固体
撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上部に形
成された光電変換部と、前記光電変換部に隣接して絶縁
膜を介して前記半導体基板上に形成され、前記光電変換
部から読み出された信号の雑音を除去する雑音除去回路
とを備えた固体撮像装置において、前記半導体基板は、
前記信号の電荷と逆の導電型を有し、前記導電型を決定
する不純物が高濃度な領域と、その上の前記不純物が低
濃度な領域とを有することを特徴とする。
【００１２】上記の固体撮像装置において、前記半導体
基板の低不純物濃度領域において、不純物濃度が半導体
基板表面に向かって次第に小さくなることを特徴とす
る。また、熱固相拡散法により、高不純物濃度領域から
低不純物濃度領域に向かって前記不純物が拡散され、前
記半導体基板の低不純物濃度領域において、所望の濃度
勾配が設けられたことを特徴とする。
基板の低不純物濃度領域において、不純物濃度が半導体
基板表面に向かって次第に小さくなることを特徴とす
る。また、熱固相拡散法により、高不純物濃度領域から
低不純物濃度領域に向かって前記不純物が拡散され、前
記半導体基板の低不純物濃度領域において、所望の濃度
勾配が設けられたことを特徴とする。
【００１３】本発明の固体撮像装置では、半導体基板の
大部分を高不純物濃度領域として、その領域における信
号電荷と同一導電型のキャリアの寿命と移動度を小さく
したので、基板拡散電流成分が小さくなり、その結果、
暗電流を小さくすることができる。
大部分を高不純物濃度領域として、その領域における信
号電荷と同一導電型のキャリアの寿命と移動度を小さく
したので、基板拡散電流成分が小さくなり、その結果、
暗電流を小さくすることができる。
【００１４】また、高不純物濃度領域の上に形成された
低不純物濃度領域において、不純物の濃度が半導体基板
表面に向かって次第に小さくすることにより、該半導体
基板表面に向かってポテンシャル勾配が形成される。そ
のため、光生成された信号電荷の収集効率が向上するの
で、高感度が実現される。同様な理由により、信号電荷
を該ポテンシャル勾配に沿って平行に基板表面に向かわ
せるような力が働くので、横方向に信号電荷は拡散しに
くくなる。
低不純物濃度領域において、不純物の濃度が半導体基板
表面に向かって次第に小さくすることにより、該半導体
基板表面に向かってポテンシャル勾配が形成される。そ
のため、光生成された信号電荷の収集効率が向上するの
で、高感度が実現される。同様な理由により、信号電荷
を該ポテンシャル勾配に沿って平行に基板表面に向かわ
せるような力が働くので、横方向に信号電荷は拡散しに
くくなる。
【００１５】上記の理由により、隣接画素方向への信号
電荷の拡散による漏れ込み、すなわち混色量を小さくす
ることができる。また、ブルーミングも、信号電荷の横
方向拡散が主な原因であるため、本発明の固体撮像装置
により混色と同様に改善される。
電荷の拡散による漏れ込み、すなわち混色量を小さくす
ることができる。また、ブルーミングも、信号電荷の横
方向拡散が主な原因であるため、本発明の固体撮像装置
により混色と同様に改善される。
【００１６】さらに、上記のようなポテンシャル勾配を
有した低不純物濃度領域をエピタキシャル成長法または
熱固相成長法により形成して、半導体基板表面近傍にお
ける不純物濃度を従来のＰウェル濃度と同等にすれば、
イオン注入を用いずとも従来のＰウェルに相当する不純
物濃度領域を形成できる。そのため空乏領域での生成電
流成分を低減できる。従って、本発明により、低暗電流
と、高感度および低混色、更に低ブルーミングが達成さ
れた固体撮像装置を提供する事ができる。
有した低不純物濃度領域をエピタキシャル成長法または
熱固相成長法により形成して、半導体基板表面近傍にお
ける不純物濃度を従来のＰウェル濃度と同等にすれば、
イオン注入を用いずとも従来のＰウェルに相当する不純
物濃度領域を形成できる。そのため空乏領域での生成電
流成分を低減できる。従って、本発明により、低暗電流
と、高感度および低混色、更に低ブルーミングが達成さ
れた固体撮像装置を提供する事ができる。
【００１７】また、基板表面側（例えばＰウェル）をト
ランジスタのしきい値電圧コントロールが可能なほど低
濃度に保ったままでも基板自体を高濃度にすれば、雑音
除去回路を構成するトランジスタ及び容量の応答速度を
決める抵抗値を小さくできる。すなわち、本発明によれ
ば高速動作可能な雑音除去回路を提供できる。
ランジスタのしきい値電圧コントロールが可能なほど低
濃度に保ったままでも基板自体を高濃度にすれば、雑音
除去回路を構成するトランジスタ及び容量の応答速度を
決める抵抗値を小さくできる。すなわち、本発明によれ
ば高速動作可能な雑音除去回路を提供できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】図面を参照して本発明の実施の形
態を説明する。本発明の固体撮像装置の基本的な回路構
成は、従来と同様であるので、具体的な回路図及びその
説明は省略する。本発明の特徴は、増幅型ＭＯＳセンサ
において、半導体基板内の不純物濃度を深さ方向に変化
させていることである。
態を説明する。本発明の固体撮像装置の基本的な回路構
成は、従来と同様であるので、具体的な回路図及びその
説明は省略する。本発明の特徴は、増幅型ＭＯＳセンサ
において、半導体基板内の不純物濃度を深さ方向に変化
させていることである。
【００１９】図１に本発明に係わる光電変換部（フォト
ダイオード部）断面の不純物濃度プロファイル図を示
す。Ｎ型領域のＮ型不純物は例えばリン（Ｐ）、Ｐ型領
域のＰ型不純物は例えばボロン（Ｂ）である。図１
（ａ）及び（ｂ）において、縦軸は不純物の濃度を示
し、横軸はフォトダイオードの表面からの深さを示す。
ダイオード部）断面の不純物濃度プロファイル図を示
す。Ｎ型領域のＮ型不純物は例えばリン（Ｐ）、Ｐ型領
域のＰ型不純物は例えばボロン（Ｂ）である。図１
（ａ）及び（ｂ）において、縦軸は不純物の濃度を示
し、横軸はフォトダイオードの表面からの深さを示す。
【００２０】図１（ａ）は従来の素子の濃度プロファイ
ルを示す図である。図１（ａ）において、Ｐウェルおよ
びフォトダイオードのＮ型領域は、導電型決定不純物を
イオン注入した後に、適切な熱拡散処理を施すことによ
り形成される。そのため、以下のような問題があった。 （１） Ｐ型半導体基板は低濃度であるので、信号電荷
である電子のライフタイムが長い。そのため半導体基板
から熱励起された電子がフォトダイオードに集まりやす
くなり、基板拡散電流が多くなるので、暗電流が大き
い。 （２） Ｐウェルの濃度勾配が基板側に向かって小さく
なるので、Ｐウェル中で発生した信号電荷（電子）が基
板側に拾てられやすいので、感度が低くなる。 （３） 基板側に流入した信号電荷が、高ライフタイム
基板のため容易に隣接画素のフォトダイオード下に漏れ
込んで、その一部が隣接画素のフォトダイオードに集め
られるので、混色・ブルーミングの原因になっていた。
ルを示す図である。図１（ａ）において、Ｐウェルおよ
びフォトダイオードのＮ型領域は、導電型決定不純物を
イオン注入した後に、適切な熱拡散処理を施すことによ
り形成される。そのため、以下のような問題があった。 （１） Ｐ型半導体基板は低濃度であるので、信号電荷
である電子のライフタイムが長い。そのため半導体基板
から熱励起された電子がフォトダイオードに集まりやす
くなり、基板拡散電流が多くなるので、暗電流が大き
い。 （２） Ｐウェルの濃度勾配が基板側に向かって小さく
なるので、Ｐウェル中で発生した信号電荷（電子）が基
板側に拾てられやすいので、感度が低くなる。 （３） 基板側に流入した信号電荷が、高ライフタイム
基板のため容易に隣接画素のフォトダイオード下に漏れ
込んで、その一部が隣接画素のフォトダイオードに集め
られるので、混色・ブルーミングの原因になっていた。
【００２１】図１（ｂ）は本発明の第１実施形態に係わ
る濃度プロファイルを示す図である。図１からわかるよ
うに、本発明では、Ｐ型半導体基板内の不純物濃度を従
来とは逆にフォトダイオード表面から深い方向におい
て、高くなるようにしている。ここで、本発明における
Ｐ型半導体基板の高不純物濃度領域の濃度は電子のライ
フタイムを十分短くするため１×１８ｃｍ-3以上が必要
であり、特に、３×１８ｃｍ-3以上が望ましい。また低
不純物濃度領域における濃度勾配は適切な熱工程を加え
て不純物（Ｂ）を基板側から拡散させる事により形成さ
れる。
る濃度プロファイルを示す図である。図１からわかるよ
うに、本発明では、Ｐ型半導体基板内の不純物濃度を従
来とは逆にフォトダイオード表面から深い方向におい
て、高くなるようにしている。ここで、本発明における
Ｐ型半導体基板の高不純物濃度領域の濃度は電子のライ
フタイムを十分短くするため１×１８ｃｍ-3以上が必要
であり、特に、３×１８ｃｍ-3以上が望ましい。また低
不純物濃度領域における濃度勾配は適切な熱工程を加え
て不純物（Ｂ）を基板側から拡散させる事により形成さ
れる。
【００２２】図２に、本発明と図１（ａ）に示した従来
素子における分光感度の比較図を示す。図２から、本発
明を用いれば、低不純物濃度領域に形成された濃度勾配
により濃度勾配中に発生した信号電子がフォトダイオー
ドに集められるので可視光（波長８００ｎｍ以下）に対
する光感度が増加することがわかる。−方、赤外光（波
長８００ｎｍ以上）に対しては、基板深部の高濃度領域
でかなり吸収されるので低ライフタイムの影響を受けて
量子効率が低下する。
素子における分光感度の比較図を示す。図２から、本発
明を用いれば、低不純物濃度領域に形成された濃度勾配
により濃度勾配中に発生した信号電子がフォトダイオー
ドに集められるので可視光（波長８００ｎｍ以下）に対
する光感度が増加することがわかる。−方、赤外光（波
長８００ｎｍ以上）に対しては、基板深部の高濃度領域
でかなり吸収されるので低ライフタイムの影響を受けて
量子効率が低下する。
【００２３】図３に、高輝度ハロゲン光（標準撮像条件
光の約１００倍強度）を入射した場合のブルーミング現
象に対する本発明の素子と従来素子との比較図を示す。
図３において、横軸は高輝度光入射領域（画素）からの
隣接画素番号を示している。なお、隣接画素は暗時に保
たれており、その番号が大きいぼど入射領域から遠い隣
接画素を意味する。また、縦軸は隣接画素の信号出力を
対数目盛の任意単位で示している。図３から明らかなよ
うに、信号出力は入射領域から離れるにつれて対数関数
的に減衰しており、ブルーミング現像が信号電荷の横方
向拡散により支配されいて、本発明は従来素子に比べて
大きなブルーミング抑制効果を有する。
光の約１００倍強度）を入射した場合のブルーミング現
象に対する本発明の素子と従来素子との比較図を示す。
図３において、横軸は高輝度光入射領域（画素）からの
隣接画素番号を示している。なお、隣接画素は暗時に保
たれており、その番号が大きいぼど入射領域から遠い隣
接画素を意味する。また、縦軸は隣接画素の信号出力を
対数目盛の任意単位で示している。図３から明らかなよ
うに、信号出力は入射領域から離れるにつれて対数関数
的に減衰しており、ブルーミング現像が信号電荷の横方
向拡散により支配されいて、本発明は従来素子に比べて
大きなブルーミング抑制効果を有する。
【００２４】図４は本発明の第２実施形態に係わる固体
撮像装置の濃度プロファイル図である。図４では、図１
（ｂ）において、イオン注入によるＰウェルが形成され
ていないことが異なっている。この場合において、Ｐ型
半導体基板の低濃度領域は一例えばエピタキシャル成長
法を用いて、ＳｉＨ4やＳｉＨＣｌ3の原料ガスに対する
ボロンドーパントガスの混合比を変えて形成すればよ
い。また、フォトダイオード部のＰ型領域濃度が図１
（ａ）又は（ｂ）に示すＰウェル濃度とほぼ等しくなる
ように形成する。
撮像装置の濃度プロファイル図である。図４では、図１
（ｂ）において、イオン注入によるＰウェルが形成され
ていないことが異なっている。この場合において、Ｐ型
半導体基板の低濃度領域は一例えばエピタキシャル成長
法を用いて、ＳｉＨ4やＳｉＨＣｌ3の原料ガスに対する
ボロンドーパントガスの混合比を変えて形成すればよ
い。また、フォトダイオード部のＰ型領域濃度が図１
（ａ）又は（ｂ）に示すＰウェル濃度とほぼ等しくなる
ように形成する。
【００２５】図５は本発明の第３実施形態に係わる固体
撮像装置の濃度プロファイル図である。本実施形態で
は、図４において、熱固相拡散法を用いるためＰ型半導
体基板の高濃度領域と低濃度領域の接続部において濃度
がなめらかに変化する特徴がある。ここで、固相拡散温
度は１０００度Ｃ〜１２００度Ｃの範囲を用いればよ
い。フォトダイオード部のＰ型領域濃度をＰウェル濃度
とほぼ等しくするのは第２実施形態と同様である。
撮像装置の濃度プロファイル図である。本実施形態で
は、図４において、熱固相拡散法を用いるためＰ型半導
体基板の高濃度領域と低濃度領域の接続部において濃度
がなめらかに変化する特徴がある。ここで、固相拡散温
度は１０００度Ｃ〜１２００度Ｃの範囲を用いればよ
い。フォトダイオード部のＰ型領域濃度をＰウェル濃度
とほぼ等しくするのは第２実施形態と同様である。
【００２６】図４、図５で述べたように、フォトダイオ
ード部のＰウェルをイオン注入を用いずに形成すれば、
イオン注入ダメージによる欠陥発生がないため、フォト
ダイオードの暗電流をさらに低減できる効果がある。
ード部のＰウェルをイオン注入を用いずに形成すれば、
イオン注入ダメージによる欠陥発生がないため、フォト
ダイオードの暗電流をさらに低減できる効果がある。
【００２７】図１、図４、図５に示す素子の素子暗電流
および素子混色の値を表１に示す。なお、表１内の数値
は相対値である。ここでいう素子混色とは標準撮像条件
光をあるイメージ領域に入射させた場合において、光入
射域に最隣接する暗時に保たれた画素の信号出力を相対
的に示したものである。
および素子混色の値を表１に示す。なお、表１内の数値
は相対値である。ここでいう素子混色とは標準撮像条件
光をあるイメージ領域に入射させた場合において、光入
射域に最隣接する暗時に保たれた画素の信号出力を相対
的に示したものである。
【００２８】 なお、先に述べたように、本発明を用いれば光感度向
上、ブルーミング抑制に大きな効果を有するのは言うま
でもない。
上、ブルーミング抑制に大きな効果を有するのは言うま
でもない。
【００２９】さらに、図６に示すように、Ｐ型不純物濃
度プロファイルが低濃度領域において多少の凸部を有し
ていても、本発明が有効であることは言うまでもない。
また、本発明を用いれば、半導体基板自体の低抵抗化が
実現するので増幅型ＭＯＳセンサに不可欠な雑音除去回
路の高速動作を実現できる。これにより、水平ブランキ
ング期間が短くなっても増幅型ＭＯＳセンサ特有の固定
パターン雑音を除去できる。つまり高精細多画素素子
（１３０万画素以上）も本発明を用いて実現することが
できる。
度プロファイルが低濃度領域において多少の凸部を有し
ていても、本発明が有効であることは言うまでもない。
また、本発明を用いれば、半導体基板自体の低抵抗化が
実現するので増幅型ＭＯＳセンサに不可欠な雑音除去回
路の高速動作を実現できる。これにより、水平ブランキ
ング期間が短くなっても増幅型ＭＯＳセンサ特有の固定
パターン雑音を除去できる。つまり高精細多画素素子
（１３０万画素以上）も本発明を用いて実現することが
できる。
【００３０】図１（ｂ）、図４、図５において、Ｐウェ
ル領域の深さ方向長さは０μｍから６μｍの範囲、ｐ型
半導体基板の低不純物濃度領域の深さ方向長さは１μｍ
から１５μｍの範囲（好ましくは２μｍから１０μｍの
範囲）にあることが望ましい。特に、Ｐ型半導体基板の
低不純物領域の深さ方向長さが上記の範囲以上の場合に
は、濃度勾配が小さくなりすぎ本発明の効果がなくなる
ので好ましくない。本発明は、上記の発明の実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない
範囲で種々変形して実施できるのは勿論である。
ル領域の深さ方向長さは０μｍから６μｍの範囲、ｐ型
半導体基板の低不純物濃度領域の深さ方向長さは１μｍ
から１５μｍの範囲（好ましくは２μｍから１０μｍの
範囲）にあることが望ましい。特に、Ｐ型半導体基板の
低不純物領域の深さ方向長さが上記の範囲以上の場合に
は、濃度勾配が小さくなりすぎ本発明の効果がなくなる
ので好ましくない。本発明は、上記の発明の実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない
範囲で種々変形して実施できるのは勿論である。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば次のような効果が得られ
る。上記のように、本発明により、低暗電流と高感度お
よび低混色（更に、低ブルーミング）が共に達成された
固体撮像装置を提供する事ができる。さらに、固定パタ
ーン雑音が抑圧された高精細多画素素子を集現できる。
る。上記のように、本発明により、低暗電流と高感度お
よび低混色（更に、低ブルーミング）が共に達成された
固体撮像装置を提供する事ができる。さらに、固定パタ
ーン雑音が抑圧された高精細多画素素子を集現できる。
【図１】 本発明に係わる光電変換部（フォトダイオー
ド部）断面の不純物濃度プロファイル図。
ド部）断面の不純物濃度プロファイル図。
【図２】 本発明と従来素子における分光感度の比較
図。
図。
【図３】 高輝度ハロゲン光（標準撮像条件光の約１０
０倍強度）を入射した場合のブルーミング現像の本発明
の素子と従来素子との比較図。
０倍強度）を入射した場合のブルーミング現像の本発明
の素子と従来素子との比較図。
【図４】 本発明の第２実施形態に係わる固体撮像装置
の濃度プロファイル図。
の濃度プロファイル図。
【図５】 本発明の第３実施形態に係わる固体撮像装置
の濃度プロファイル図。
の濃度プロファイル図。
【図６】 Ｐ型不純物濃度プロファイルが低濃度領域に
おいて先の実施形態と異なる場合を示す図。
おいて先の実施形態と異なる場合を示す図。
【図７】 増幅型ＭＯＳセンサと呼ばれる固体撮像素子
の回路図の一例。
の回路図の一例。
【図８】 従来のフォトダイオードの断面構造の一例。
【図９】 図７の固体撮像装置に雑音除去回路を付加し
た回路図。
た回路図。
【図１０】 雑音除去回路の具体的な回路例を示す図。
１（１−１−１、１−１−２、…、１−３−３）…フォ
トダイオード ２（２−１−１、２−１−２、…、２−３−３）…増幅
トランジスタ ３（３−１−１、３−１−２、…、３−３−３）…垂直
選択トランジスタ ４（４−１−１、４−１−２、…、４−３−３）…リセ
ットトランジスタ ５…垂直シフトレジスタ ６（６−１、…、６−３）…水平アドレス線 ７（７−１、…、７−３）…リセット線 ８（８−１、…、８−３）…垂直信号線 ９（９−１、…、９−３）…負荷トランジスタ １０…水平シフトレジスタ １１…水平信号線 １９（１９−１、…、１９−３）…水平選択トランジス
タ １８（１８−１、…、１８−３）…雑音除去回路 ２０…Ｐ型半導体基板 ２１…Ｐウェル ２２…Ｎ型領域 ２３…空乏領域 Ｔｒ１…クランプトランジスタ Ｃ１…クランプ容量 Ｔｒ２…サンプルホールドトランジスタ Ｃ２…サンプルホールド容量
トダイオード ２（２−１−１、２−１−２、…、２−３−３）…増幅
トランジスタ ３（３−１−１、３−１−２、…、３−３−３）…垂直
選択トランジスタ ４（４−１−１、４−１−２、…、４−３−３）…リセ
ットトランジスタ ５…垂直シフトレジスタ ６（６−１、…、６−３）…水平アドレス線 ７（７−１、…、７−３）…リセット線 ８（８−１、…、８−３）…垂直信号線 ９（９−１、…、９−３）…負荷トランジスタ １０…水平シフトレジスタ １１…水平信号線 １９（１９−１、…、１９−３）…水平選択トランジス
タ １８（１８−１、…、１８−３）…雑音除去回路 ２０…Ｐ型半導体基板 ２１…Ｐウェル ２２…Ｎ型領域 ２３…空乏領域 Ｔｒ１…クランプトランジスタ Ｃ１…クランプ容量 Ｔｒ２…サンプルホールドトランジスタ Ｃ２…サンプルホールド容量
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 鉄也 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 井上 郁子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内
Claims (3)
- 【請求項１】半導体基板と、前記半導体基板の上部に形
成された光電変換部と、前記光電変換部に隣接して絶縁
膜を介して前記半導体基板上に形成され、前記光電変換
部から読み出された信号の雑音を除去する雑音除去回路
とを備えた固体撮像装置において、 前記半導体基板は、前記信号の電荷と逆の導電型を有
し、前記導電型を決定する不純物が高濃度な領域と、そ
の上の前記不純物が低濃度な領域とを有することを特徴
とする固体撮像装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の固体撮像装置において、
前記半導体基板の低不純物濃度領域において、不純物濃
度が半導体基板表面に向かって次第に小さくなることを
特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の固体撮像装置において、
熱固相拡散法により、高不純物濃度領域から低不純物濃
度領域に向かって前記不純物が拡散され、前記半導体基
板の低不純物濃度領域において、所望の濃度勾配が設け
られたことを特徴とする固体撮像装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9179923A JPH1126741A (ja) | 1997-07-04 | 1997-07-04 | 固体撮像装置 |
| US09/110,074 US6271554B1 (en) | 1997-07-04 | 1998-07-02 | Solid-state image sensor having a substrate with an impurity concentration gradient |
| GB9814543A GB2326977B (en) | 1997-07-04 | 1998-07-03 | Solid-state image sensor |
| US09/728,123 US6441411B2 (en) | 1997-07-04 | 2000-12-04 | Solid-state image sensor having a substrate with an impurity concentration gradient |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9179923A JPH1126741A (ja) | 1997-07-04 | 1997-07-04 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1126741A true JPH1126741A (ja) | 1999-01-29 |
Family
ID=16074293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9179923A Pending JPH1126741A (ja) | 1997-07-04 | 1997-07-04 | 固体撮像装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6271554B1 (ja) |
| JP (1) | JPH1126741A (ja) |
| GB (1) | GB2326977B (ja) |
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| JP2016018963A (ja) * | 2014-07-10 | 2016-02-01 | キヤノン株式会社 | 固体撮像装置 |
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