JPS6255960A - 固体撮像装置 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は固体撮像装置に関する。

（発明の技術的背景〕 固体撮像装置は入力された光信号を電気信号に変換する
光電変換素子（例えばフォトダイオード）と、信号電荷
を転送する電荷転送部とを有している。

第７図は従来装置の一例の要部の断面図である。

ｐ型曇板１の光電変換領域にはｎ型不純物層２が形成さ
れ、その位置にｐ＋型不純物層３がより浅く形成されて
いる。このようにして、光信号を光電変換するためのｐ
”ｎｐフォトダイオードが構成される。また、半導体基
板１上には制御電極４が絶縁層５を介して設けられ、そ
の下には埋込チャネルをなすｎ型不純物層６が形成され
ている。

モしてｐ”ｎｐフォトダイオード以外の部分は光遮へい
膜７によって覆われている。

第８図は第７図に示す従来例のポテンシャル図で、第８
図中ノｖ（２）、■（６）、■（８）、■（９）はそれ
ぞれ第７図中に符号２．６．８．９で示す位置のボテン
シせルに対応している。また、第８図（ａ）は制御電極
４にゼロ電圧を加えた状態を示し、第８図（ｂ）は制御
電極４に高電圧を印加した状態を示す。第８図（ａ）に
示すように、まず信号電荷Ｑ　十０２はフォトダイオー
ドのｎ型不純物層２に蓄積される。この状態で制御電極
４に高電圧が印加されると、第８図（ｂ）の如く電荷Ｑ
１が埋込チャネル層（ｎ型不純物層６）に流れこみ、フ
ォトダイオードのｎ型不純物層２の端部には電荷Ｑ２が
残留する。

（背景技術の問題点〕 この残留電荷Ｑ２は第９図に示すように周知の熱エネル
ギー分布（ボルツマン分布）をなし、その中で電位ｖ（
８）を越えるのに充分なエネルギーを有するキャリアは
、拡散過程を経て埋込ヂャネル層６へ長い時間をかけて
移動する。この現象は、埋込チャネル層６に電荷が存在
しないときに顕在化して偽信号となる。このため、例え
ば暗い背景で移動する明るい像を撮像すると、これが残
像となって現れる。

このように従来の低残像固体撮像装置では、フォトダイ
オードにｐ”ｎｐ構造を採用することでｎ型不純物層２
の電荷を全て読み出すようにしているが、前述の通り残
像現象をなくすことはできない。これは、制御ＩＪｆｉ
４の下までフォトダイオードのｎ型不純物層が伸びてい
ることに起因するものであるが、従来技術ではこれを避
けることができない。なぜなら、ｎ型不純物層２を厚く
形成するためには、熱拡散工程等の製造工程上の制約か
ら制御電極４をｎ型不純物層２形成のマスクとして使用
することができず、従って制御電極４とｎ型不純物層２
のある程度のオーバーラツプが不可避的に生じてしまう
からである。

〔発明の目的〕

本発明は上記の従来技術の欠点を克服するためになされ
たもので、残留電荷による残像が現れないようにした固
体囮像装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するため本発明は、半導体基板表面の
光電変換領域に形成された第１導電型の高濃度不純物層
と、これと同じ位置により深く形成された第２導電型の
不純物層と、キャリアを読出すために絶縁層を介して形
成された制御電極と、高濃度不純物層の端部と制御電極
下の基板領域の端部との間に形成された第２導電型の低
濃度不純物層とを備える固体１ｌＩ３像装置を提供する
ものである。

〔発明の実施例〕

以下、添附図面の第１図乃至第６図を参照して本発明の
いくつかの実施例を説明する。

第１図は一実施例の要部の断面図である。そしてこれが
第７図の従来例と異なる点は、ｐ＋型不純物層１１の下
側に広がるｎ型不純物層１２の横方向の形成範囲がそれ
ぞれ同一であることと、ｐ＋型不純物層１１の端部と制
御電極４下の基板領域の端部との間に低濃度のｎ型不純
物層１３が形成されていることである。このように第１
図のものでは、制御電極４とｎ型不純物層１３は全くオ
ーバーラツプしていない。

次に、第２図により製造工程の一例を説明する。

まず、第２図（ａ）のようにＭｌのマスク２０を介して
ｎ型不純物（例えばリン）をイオン注入し、熱拡散によ
ってｎ型不純物層１２を形成する。次いで、第２図（ｂ
）のように第２のマスク２１および制御電極４を半導体
基板１上に絶縁層を介して形成し、これらをマスクにし
てｎ型不純物を低濃度でイオン注入する。次いで、制御
電極４を残したままで熱拡散工程を経ないで第３のマス
ク２２を形成し、これをマスクにしてｐ型不純物（例え
ばボロン）を高温度でイオン注入する。このようにすれ
ば、制御電極４とｎ型不純物層１３がオーバーラツプす
ることはない。

次に第３図により作用を説明する。第３図の通り、ｎ型
不純物層１３の空乏化電位ｖ（ｉ、３）はｎ型不純物層
１２のキトリア空乏電位ｖ（１２）より低い。

従って、制御電極４がゼロ電位のときに発生した信号電
荷Ｑ３が蓄積され（第３図（ａ）図示）、制御電極４が
高電位のときに信号電荷Ｑ３は全て埋込チャネルに読み
出される（第３図（ｂ）図示）。すなわち、光電変換部
に電荷が残留することはない。

第７図は本発明の第２の実施例を示している。

そしてこれが第１図のものと異なる点は、ｐ”ｎｐフォ
トダイオードがｎ型基板３０のｐウェル３１中に設けら
れていることと、ｎ型不純物層３２′がｐ＋型不純物層
１１の一部にのみ重複して形成されていることである。

第４図の制ｔ１１雷Ｉ（ｉ４に高電圧を印加すると、電
位分布は第５図のようになって信号電荷は全て読み出さ
れる。すなわち、光電変換部に電荷が残留することはな
い。

このように第２の実施例では、ｎ型不純物層３２′がｐ
＋型不純物層１１の中に延在しているため、延在部分の
ｐ型不純物層の一部が相殺されて不純物濃度が実効的に
減少する。従って、ｐ＋ｎ接合における接合容量が相殺
された分だ１）わずかに小さくなり、この部分の空乏化
電位がつや高くなる。そのため、電位分布が第５図のよ
うに段階状になり、電荷転送時間を短くできるという特
徴がある。

第６図は本発明の第３の実施例を示している。

そしてこれが第１図のものと異なる点は、低濃度のｎ型
不純物層４１が押込チャネルのｎ型不純物層６のところ
まで延びていることである。但し、ｎ型不純物層６の不
純物濃度はｎ型不純物層４１のそれより高くなければな
らない。このようにした場合には、押込チャネルの電荷
容量は減少するが、残留電荷を存在させることはない。

本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、種々
の変形が可能である。例えば半導体基板、不純物層の導
電型は実施例に限定されない。

〔発明の効果〕

上記の通り本発明では、制御電極と光電変換部の不純物
層がオーバーラツプしないようにし、あるいは光電変換
部の不純物層が埋込チャネルにまで達するようにし、光
電変換部と電荷転送部の間にポテンシャルの井戸が現れ
ないようにしたので、残留電荷による残像が現れること
のない固体顕像装置を１ｑることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の要部断面図、第２図は
その製造工程別断面図、第３図は第１の実施例のボテン
シレル図、第４図は本発明の第２の実施例の要部断面図
、第５図はそのポテンシャル図、第６図は本発明の第２
の実施例の要部断面図、第７図は従来装置の一例の要部
断面図、第８図はそのポテンシャル図、第９図は残留電
荷のエネルギー分布図である。 １・・・ｐ型基板、４・・・制御１１電極、５・・・絶
縁層、６・・・埋込チャネルの不純物層、７・・・光遮
へい膜。 出願人代理人　　Ｆｉ　　　藤　　−雄第３図 第４図 −１「− 第５図 第６図 第７　（２）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少くとも表面から所定の深さまで第１導電型の不純
   物を含む半導体基板と、この半導体基板表面の光電変換
   領域に形成された第１導電型の高濃度不純物層と、前記
   光電変換領域に前記高濃度不純物層より深く形成された
   第２導電型の不純物層と、前記光電変換領域の可動キャ
   リアを読出すために前記半導体基板上に絶縁層を介して
   設けられた制御電極と、前記高濃度不純物層の端部と前
   記制御電極下の半導体基板領域の端部との間に形成され
   た第２導電型の低濃度不純物層とを備える固体撮像装置
   。 ２、前記第２導電型の低濃度不純物層は前記第１導電型
   の高濃度不純物層より浅く形成されている特許請求の範
   囲第１項記載の固体撮像装置。 ３、前記制御電極下の半導体基板領域には第２導電型の
   埋込チャネル層が形成され、前記第２導電型の低濃度不
   純物層は前記第１導電型の高濃度不純物層と前記埋込チ
   ャネル層の間に形成されている特許請求の範囲第１項も
   しくは第２項記載の固体撮像装置。 ４、前記制御電極に所定の制御電圧を印加したときに、
   前記第２導電型の低濃度不純物層の電位の絶対値が、こ
   れに隣接する前記制御電極下の半導体基板領域の電位の
   絶対値より低くなる特許請求の範囲第１項もしくは第２
   項に記載の固体撮像装置。