JPS59196669A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPS59196669A JPS59196669A JP58071914A JP7191483A JPS59196669A JP S59196669 A JPS59196669 A JP S59196669A JP 58071914 A JP58071914 A JP 58071914A JP 7191483 A JP7191483 A JP 7191483A JP S59196669 A JPS59196669 A JP S59196669A
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- 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
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- 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
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は固体撮像装置に関する。
従来例の構成とその問題点
固体撮像装置は、小型軽量、高信頼性、低消費電力等の
利点を有する反面、プルーミング現象（高輝度被写体撮
像時に過剰電荷が溢れ出すことによって画像情報が消滅
する現象）を生じやすいことが問題とされていた。これ
に列して多くの改善策が試みられている。それらの中で
ＰＮ接合を光電変換部とし、そのＰＮ接合の基板側の不
純物層を空乏化させて過剰電荷を基板側へ排ｄトする方
法は、極めて強いプルーミング抑制力をもつ。
利点を有する反面、プルーミング現象（高輝度被写体撮
像時に過剰電荷が溢れ出すことによって画像情報が消滅
する現象）を生じやすいことが問題とされていた。これ
に列して多くの改善策が試みられている。それらの中で
ＰＮ接合を光電変換部とし、そのＰＮ接合の基板側の不
純物層を空乏化させて過剰電荷を基板側へ排ｄトする方
法は、極めて強いプルーミング抑制力をもつ。
しかしながら、この方法は飽和光■８以上で、固定パタ
ーンノイズが発生ずること、或いは不純物濃度に敏感な
ため、量産時の工程管理が煩雑であることなどの欠点を
もつ。
ーンノイズが発生ずること、或いは不純物濃度に敏感な
ため、量産時の工程管理が煩雑であることなどの欠点を
もつ。
寸ず光電変換部に蓄積された信号電荷の読み出しにＭｏ
８ ）ランシスタを用いたいわゆるＭｏ３型センサーと
呼ばれるタイプを第１図を例にとって説明する。第１図
において、Ｍｏ８型センサータイプは光電変換部１、垂
直走査回路２及び水平シフトレジスター３を有し、それ
らは不純物層４内に形成されている。又、５ｉ＃ｊ：光
電変換素子を示す。
８ ）ランシスタを用いたいわゆるＭｏ３型センサーと
呼ばれるタイプを第１図を例にとって説明する。第１図
において、Ｍｏ８型センサータイプは光電変換部１、垂
直走査回路２及び水平シフトレジスター３を有し、それ
らは不純物層４内に形成されている。又、５ｉ＃ｊ：光
電変換素子を示す。
第１図の光電変換素子５の断面構造を第２図に示す。同
図で、７ばｎ型基板６に形成された接合深さの浅い不純
物層、８は不純物層７内に設けられたｎ１層、９はｎ−
１８に蓄えられた信号電荷を読み出すＭｏ５ｔ−７７ジ
スターのゲー１−１”ｕ％’。
図で、７ばｎ型基板６に形成された接合深さの浅い不純
物層、８は不純物層７内に設けられたｎ１層、９はｎ−
１８に蓄えられた信号電荷を読み出すＭｏ５ｔ−７７ジ
スターのゲー１−１”ｕ％’。
み出しドレイン、１１は垂直伝送線を示す。ｎ型基板６
と不純物層７との間には不純物層７が空乏化する（“１
層度以にの逆バイアス電圧Ｖｓｕｂ、が印加されている
０尚、１２はチャンネルス１−ツバ−１１３は絶縁膜で
ある。この場合のプルーミング抑制機能を説明する。第
２図Ａ −Ｘ線に沿った電位分布換式図を第３図に示す
。
と不純物層７との間には不純物層７が空乏化する（“１
層度以にの逆バイアス電圧Ｖｓｕｂ、が印加されている
０尚、１２はチャンネルス１−ツバ−１１３は絶縁膜で
ある。この場合のプルーミング抑制機能を説明する。第
２図Ａ −Ｘ線に沿った電位分布換式図を第３図に示す
。
Ｍｏ３ ＋・ランシスターのゲー１−９によって信号電
荷が読み出された直後のｎ＋層８の電位は垂直伝送線１
１の電位φＡＬに設定される。このときの電位分布を曲
線ａで示す。次に、信号電荷が増加するとともにｎ１層
８の電位は低下し、曲線すのようになる。更に信号電荷
が増加するとｎ＋層８の電位は、不純物層７の最低電位
φＴ と殆んど等しくなる。このときの電位分布を曲線
Ｃで示す。更に信号電荷が流入してきてもそれ以上の信
号電荷は電界ニよりｎ型基板６へ排出され、これによっ
てプルーミング抑制が実現される。この方法によればｎ
′″一層８から溢れ出た過剰電荷は電界がかかった状態
でｎ型基板６に排出されるため、そのプルーミング抑制
能力は極めて高い。この方法においてもは１層８に蓄え
らｆＬる信号電荷の最小電位を表わす。即ち各ｎ層層８
に蓄えられる信号電荷の最大量を規定する。このときφ
Ｔ が光電変換素子の各１４一層８の全てにわたって等
しければ問題はない力（盾しくない場合には、各１層８
の信号量が異なるプこめ、飽和光量以上では、固定パタ
ーンノイズとなる。このときのφ丁 の値は不純物層７
の濃度に敏感である。この不純物層７け通常ｎ５７ｇ板
６にボロンイオン等をイオン注入し、載板不純物と補イ
ＩＫすることによって形成される。よって不純物層γの
不純物濃度はイオン注入によるボロン濃度とｎ型基板６
の濃度の差で定まる。イオン注入法による濃度分布は均
一性が良いのに対し、最も一般的なＣＺ法或いはＦＺ法
によって製作された単結晶のｎ５基板６の不純物濃度は
結晶成長時のムラを反映し、ウェーハの中心から同心円
状の不純物濃度ムラをもっている。このため不純物層７
の不純物濃度も基板不純物の濃度ムラをその寸ま反映し
たムラをもつ。したがって、各ｎ層８のφＴ も基板不
純物濃度ムラをもつため再生画像上ではウエーハノ中心
から同心円状の固定パターンノイズをもつ。これは画質
を損うために問題となっていた。
荷が読み出された直後のｎ＋層８の電位は垂直伝送線１
１の電位φＡＬに設定される。このときの電位分布を曲
線ａで示す。次に、信号電荷が増加するとともにｎ１層
８の電位は低下し、曲線すのようになる。更に信号電荷
が増加するとｎ＋層８の電位は、不純物層７の最低電位
φＴ と殆んど等しくなる。このときの電位分布を曲線
Ｃで示す。更に信号電荷が流入してきてもそれ以上の信
号電荷は電界ニよりｎ型基板６へ排出され、これによっ
てプルーミング抑制が実現される。この方法によればｎ
′″一層８から溢れ出た過剰電荷は電界がかかった状態
でｎ型基板６に排出されるため、そのプルーミング抑制
能力は極めて高い。この方法においてもは１層８に蓄え
らｆＬる信号電荷の最小電位を表わす。即ち各ｎ層層８
に蓄えられる信号電荷の最大量を規定する。このときφ
Ｔ が光電変換素子の各１４一層８の全てにわたって等
しければ問題はない力（盾しくない場合には、各１層８
の信号量が異なるプこめ、飽和光量以上では、固定パタ
ーンノイズとなる。このときのφ丁 の値は不純物層７
の濃度に敏感である。この不純物層７け通常ｎ５７ｇ板
６にボロンイオン等をイオン注入し、載板不純物と補イ
ＩＫすることによって形成される。よって不純物層γの
不純物濃度はイオン注入によるボロン濃度とｎ型基板６
の濃度の差で定まる。イオン注入法による濃度分布は均
一性が良いのに対し、最も一般的なＣＺ法或いはＦＺ法
によって製作された単結晶のｎ５基板６の不純物濃度は
結晶成長時のムラを反映し、ウェーハの中心から同心円
状の不純物濃度ムラをもっている。このため不純物層７
の不純物濃度も基板不純物の濃度ムラをその寸ま反映し
たムラをもつ。したがって、各ｎ層８のφＴ も基板不
純物濃度ムラをもつため再生画像上ではウエーハノ中心
から同心円状の固定パターンノイズをもつ。これは画質
を損うために問題となっていた。
また先に述べたようにφＴ は不純物層７の濃度に敏感
なために、量産時に最適のφＴ を得るためにはｎ型基
板の不純物濃度等の厳密な工程管理を行なう必要があり
、極めて煩雑である。
なために、量産時に最適のφＴ を得るためにはｎ型基
板の不純物濃度等の厳密な工程管理を行なう必要があり
、極めて煩雑である。
発明の目的
本発明１１７Ｊ二これらの問題点を解決し／ζ固体撮像
装置を提供するものである。
装置を提供するものである。
発明の構成
この目的を達成するために、本発明の固体撮像装置シ１
：、光電変換素子が形成された第一の不純物層と、信号
電荷の読み出し手段が形成された第二の不純物層が互い
に分離して形成されるとともに、前記第二の不純物層の
接合深さを前記第一の不純物層の前配光電変換素子直下
の接合深さよりも深く構成されている。
：、光電変換素子が形成された第一の不純物層と、信号
電荷の読み出し手段が形成された第二の不純物層が互い
に分離して形成されるとともに、前記第二の不純物層の
接合深さを前記第一の不純物層の前配光電変換素子直下
の接合深さよりも深く構成されている。
実施例の説明
本発明の実施例を第４図に示して説明する・同図におい
て、第１図の従来例と異なる点は、光電変換部１が形成
され、る不純物領域１４と垂直走査回路２および水平シ
フトレジスター３が形成される不純物層１６が分離され
ていることである。そして垂直走査回路２、水平シフ１
−レジスター３は第６図（２Ｌ）に断面図を示すように
接合深さが深い不純物層１５に形成され、光電変換素子
は第６図（ｂ）に示すように接合深さが浅い不純物層１
４に形成されている。そして深い不純物層１６に印加さ
れるバイアス電圧を０■とし、浅い不純物層１４には正
のバイアス電圧ｖｐ を印加する。ｎ型基板６には浅
い不純物層１４が完全に空乏化する程度の逆バイアス電
圧Ｖｓｕｂ、を印加する。このとき深い不純物層１５は
、この逆バイアス電圧では完全に空乏化しないような不
純物濃度及び接合深さでなければならない。従来例では
浅い不純物層１４と深い不純物層１６が分離されていな
いためｖｐ−ＯＶとならざるを得ない。
て、第１図の従来例と異なる点は、光電変換部１が形成
され、る不純物領域１４と垂直走査回路２および水平シ
フトレジスター３が形成される不純物層１６が分離され
ていることである。そして垂直走査回路２、水平シフ１
−レジスター３は第６図（２Ｌ）に断面図を示すように
接合深さが深い不純物層１５に形成され、光電変換素子
は第６図（ｂ）に示すように接合深さが浅い不純物層１
４に形成されている。そして深い不純物層１６に印加さ
れるバイアス電圧を０■とし、浅い不純物層１４には正
のバイアス電圧ｖｐ を印加する。ｎ型基板６には浅
い不純物層１４が完全に空乏化する程度の逆バイアス電
圧Ｖｓｕｂ、を印加する。このとき深い不純物層１５は
、この逆バイアス電圧では完全に空乏化しないような不
純物濃度及び接合深さでなければならない。従来例では
浅い不純物層１４と深い不純物層１６が分離されていな
いためｖｐ−ＯＶとならざるを得ない。
同一の素子を用い測定によれば、■ｐ−ｏｖＶｓｕｂ、
−１ｓ Ｖ （従来例に相当）の場合とｖｐ−１，５Ｖ
ｖｓｕｂ、＝１２ｖ（本発明の実施例）の場合を比
べると、両者のプルーミング抑制力はほぼ等しかっｌこ
。先に述べたｎ型基板６の不純物濃度ムラを反映した固
定パターンノイズに関しては、従来例Ａ°［１当では±
１０％程度のムラが観測され／ζが、本発明の実施例で
は±０．５％以下と大幅に減少し、画質が著しく改善さ
れることが確認されたこの改善された理由はｎ″一層８
、浅い不純物層１４、ｎ型基板６をそれぞれトランジス
タのソース、チャンネル、ドレインに見立てたときに、
浅い不純物層１４の中のチャンネル部となる領域１６の
電位分布が変化し、バイアス電圧ｖｐによってφＴの不
均一性、或いはその影響が緩和されるのではないかと考
えられる。
−１ｓ Ｖ （従来例に相当）の場合とｖｐ−１，５Ｖ
ｖｓｕｂ、＝１２ｖ（本発明の実施例）の場合を比
べると、両者のプルーミング抑制力はほぼ等しかっｌこ
。先に述べたｎ型基板６の不純物濃度ムラを反映した固
定パターンノイズに関しては、従来例Ａ°［１当では±
１０％程度のムラが観測され／ζが、本発明の実施例で
は±０．５％以下と大幅に減少し、画質が著しく改善さ
れることが確認されたこの改善された理由はｎ″一層８
、浅い不純物層１４、ｎ型基板６をそれぞれトランジス
タのソース、チャンネル、ドレインに見立てたときに、
浅い不純物層１４の中のチャンネル部となる領域１６の
電位分布が変化し、バイアス電圧ｖｐによってφＴの不
均一性、或いはその影響が緩和されるのではないかと考
えられる。
また本発明によれば、’Ｖｓｕｂ、だけでは適正な駆動
状態が実現できない素子も、ｖｐ を調整することによ
って適正な駆動状態を実現でき、工程管理上も著しく改
善されることを確認した。
状態が実現できない素子も、ｖｐ を調整することによ
って適正な駆動状態を実現でき、工程管理上も著しく改
善されることを確認した。
さらに、本発明によれば前記実施例で述べたように駆動
電圧を下げることができるという副次的な効果もある。
電圧を下げることができるという副次的な効果もある。
上に述べた実施例では、光電変換部１を形成する不純物
層は全面にわたって接合深さが浅い場合であったが、第
６図に示すように読み出しドレイン１０の下に深い不純
物層１７を形成すれば、この不純物層は完全に空乏化し
ないので完全に空乏化した浅い不純物層１４よりも必ず
電位が低くなる。このため浅い不純物層１４内で発生し
た信号電荷が読み出しドレイン１０に流し込１ないので
、いわゆるスミア現象の改善に役立つ。
層は全面にわたって接合深さが浅い場合であったが、第
６図に示すように読み出しドレイン１０の下に深い不純
物層１７を形成すれば、この不純物層は完全に空乏化し
ないので完全に空乏化した浅い不純物層１４よりも必ず
電位が低くなる。このため浅い不純物層１４内で発生し
た信号電荷が読み出しドレイン１０に流し込１ないので
、いわゆるスミア現象の改善に役立つ。
またこれまでの実施例では、垂直走査回路と、水平シフ
トレジスタを同一の不純物層内に形成したが第７図に示
すように垂直走査回路２と水平シフトレジスター３をそ
れぞれ分離された独ケの不純物層１８及び１９に形成す
れば、垂直）［査回路２と水ＳＦシフ１−レジスクから
発生するノイズが互いに飛び込丑ないためＳ／Ｎが改善
される利点を有する。
トレジスタを同一の不純物層内に形成したが第７図に示
すように垂直走査回路２と水平シフトレジスター３をそ
れぞれ分離された独ケの不純物層１８及び１９に形成す
れば、垂直）［査回路２と水ＳＦシフ１−レジスクから
発生するノイズが互いに飛び込丑ないためＳ／Ｎが改善
される利点を有する。
これ」：での実施例において水゛１′シフトレジスター
について特に説明しなかったか、水平ニア）ユ査回路及
び水″Ｉｌスイッチを用いれば、いわゆるＭＯ３型セン
ザーとなり、呼び水転送機能部分と電荷結合素子を用い
れば、いわゆる呼ひ水転送素乍になる。
について特に説明しなかったか、水平ニア）ユ査回路及
び水″Ｉｌスイッチを用いれば、いわゆるＭＯ３型セン
ザーとなり、呼び水転送機能部分と電荷結合素子を用い
れば、いわゆる呼ひ水転送素乍になる。
このように水平シフ１−レジスターには、水ゝ＋１走査
機能、或いは電荷転送機能を有するいかなる装置を用い
る固体撮像装置に対しても本発明（−Ｉ：イｊ効である
。
機能、或いは電荷転送機能を有するいかなる装置を用い
る固体撮像装置に対しても本発明（−Ｉ：イｊ効である
。
発明の効果
以」二のように本発明の固体撮像装置げ、光電変換素子
が形成された第一の不純物層と、信ピ電荷の読み出し手
段が形成された第二の不純物層が互いに分離して形成さ
れるとともに、前記光電変換素子直下の第一の不純物層
の接合深さが、前記第二の不純物層の接合深さよりも浅
く構成されているので、固定パターンノイズを大幅に減
少し、画質を著しく改善することができる。
が形成された第一の不純物層と、信ピ電荷の読み出し手
段が形成された第二の不純物層が互いに分離して形成さ
れるとともに、前記光電変換素子直下の第一の不純物層
の接合深さが、前記第二の不純物層の接合深さよりも浅
く構成されているので、固定パターンノイズを大幅に減
少し、画質を著しく改善することができる。
第１図は従来のＭＯ３型センサーの構成図、第２図は従
来の光電変換素子の断面構造図、第３図は第２図のＡ−
Ａ’断面における電位分布図、第４図は本発明の固体撮
像装置の一実施例を示す構成図、第５図（ａ）Φ）は第
４図の光電変換素子部分及び信号読み部分の断面構造図
、第６図は本発明の他の実施例を示す断面構造図、第７
図は本発明のさらに他の実施例を示す構成図である。 １・・・・・・光電変換部、２・・・・垂直走査回路、
３・・・・水平シフトレジスター、５・・・・・・光電
変換素子、６・・・・・ｎ型基板、７・・・・・・不純
物層、８・・・・・・１層、９・・・・・読み出しトラ
ンジスターのゲート、１Ｑ・・−・読み出しドレイン、
１４ ・・浅い不純物層、１７・・・・・深い不純物層
。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第３図 第４図
来の光電変換素子の断面構造図、第３図は第２図のＡ−
Ａ’断面における電位分布図、第４図は本発明の固体撮
像装置の一実施例を示す構成図、第５図（ａ）Φ）は第
４図の光電変換素子部分及び信号読み部分の断面構造図
、第６図は本発明の他の実施例を示す断面構造図、第７
図は本発明のさらに他の実施例を示す構成図である。 １・・・・・・光電変換部、２・・・・垂直走査回路、
３・・・・水平シフトレジスター、５・・・・・・光電
変換素子、６・・・・・ｎ型基板、７・・・・・・不純
物層、８・・・・・・１層、９・・・・・読み出しトラ
ンジスターのゲート、１Ｑ・・−・読み出しドレイン、
１４ ・・浅い不純物層、１７・・・・・深い不純物層
。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第３図 第４図
Claims (4)
- （１）半導体基板の主面に、前記半導体基板と反対導電
型でかつ互いに分離された第一および第二の不純物層が
形成されるとともに、前記第一の不純物層の中に光電変
換素子群が、前記第二の不純物層の中に前記光電変換素
子群からの信号電荷を読み出す手段が形成され、前記光
電変換素子直下の前記第一の不純物層の接合深さが、前
記第二の不純物層の接合深さよりも浅く、かつ前記第一
および第二の不純物層がそれぞれ第一、第二のバイアス
供給手段をそなえていることを特徴とする固体撮像装置
。 - （２）第一の不純物層の中に垂直読み出し手段が形直 成され、前記垂直読み出し手段を下の前記第一の不純物
層の接合深さが、光電変換素子直下の前記第一の不純物
層の接合深さより深いことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の固体撮像装置。 - （３）信号電荷を読み出す手段のうち垂直走査回路不純
物層の領域とが互いに分離されていることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記戦の固体撮像装置。 - （４）第一のバイアス供給手段が光電変換素子直下の第
一の不純物層が空乏化するのに必要な第一の逆バイアス
電圧を前記第一の不純物層と半導体基板との間に印加す
るものであり、第二のバイアス供給手段が第二の不純物
層と前記１パ導体基板との間に前記第一の逆バイアス電
圧よりも大きな第一の逆バイアス電圧を印加するもので
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記戦の固体
撮像装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58071914A JPS59196669A (ja) | 1983-04-22 | 1983-04-22 | 固体撮像装置 |
| US06/601,928 US4630091A (en) | 1983-04-22 | 1984-04-19 | Solid state imaging apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58071914A JPS59196669A (ja) | 1983-04-22 | 1983-04-22 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59196669A true JPS59196669A (ja) | 1984-11-08 |
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