JPS59196669A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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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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JP
Japan
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impurity layer
impurity
photoelectric conversion
solid
junction depth
Prior art date
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Pending
Application number
JP58071914A
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English (en)
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Takao Kuroda
黒田 隆男
Shigenori Matsumoto
松本 茂則
Sakaki Horii
堀居 賢樹
Takahiro Yamada
隆博 山田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14643Photodiode arrays; MOS imagers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L27/14Devices 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

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。

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。
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。
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。
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%’。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
【図面の簡単な説明】
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

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (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. (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. (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. (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。
JP58071914A 1983-04-22 1983-04-22 固体撮像装置 Pending JPS59196669A (ja)

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