JPS63174358A - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
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- JPS63174358A JPS63174358A JP62004804A JP480487A JPS63174358A JP S63174358 A JPS63174358 A JP S63174358A JP 62004804 A JP62004804 A JP 62004804A JP 480487 A JP480487 A JP 480487A JP S63174358 A JPS63174358 A JP S63174358A
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Classifications
-
- 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
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
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- Electromagnetism (AREA)
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- 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。
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〕
本発明は固体撮像素子に関し、特に暗い被写体の撮像感
度の向上を図った固体撮像素子に関する。
度の向上を図った固体撮像素子に関する。
従来の固体撮像素子におけるフォトダイオードの断面構
造を第４図に示す。図示のように、Ｎ型基板１１にＰ型
ウェル１２を形成し、この上にＮ型不純物層１３を形成
してこのＰ型ウェル１２とＮ型不純物層１３でフォトダ
イオード１４を構成している。このフォトダイオード１
４の接合部に光が照射されることにより発生した信号電
荷（電子）は、ＭＯ３型ＦＥＴを構成するポリシリコン
ゲート１５に加えられる走査信号により制御されて出力
線１７を通して外部回路に送出される。なお、１６はシ
リコン酸化膜、１８は保護膜である。
造を第４図に示す。図示のように、Ｎ型基板１１にＰ型
ウェル１２を形成し、この上にＮ型不純物層１３を形成
してこのＰ型ウェル１２とＮ型不純物層１３でフォトダ
イオード１４を構成している。このフォトダイオード１
４の接合部に光が照射されることにより発生した信号電
荷（電子）は、ＭＯ３型ＦＥＴを構成するポリシリコン
ゲート１５に加えられる走査信号により制御されて出力
線１７を通して外部回路に送出される。なお、１６はシ
リコン酸化膜、１８は保護膜である。
・デバイス、１９８０年８月号Ｊ （Ｎ、 Ｋｏｉｋ
ｅ ｅｔａｌ ＭＯＳ ＡＲＥＡ ５ＥＮＳＯＲＰＡ
ＲＴ １． Ｃｏｎ５ｉｄｅｒａｔｉｏｎａｎｄ Ｐｅ
ｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａｎ ｎ−ｐ−ｎ ５ｔｒ
ｕｃｔｕｒｅ ４８４ Ｘ３８４ ｅｌｅｍｅｎｔ ｃ
ｏｌｏｒ ＭＯＳ Ｉｍａｇｅｒ″ＩＥＨＥＴｒａｎｓ
。
ｅ ｅｔａｌ ＭＯＳ ＡＲＥＡ ５ＥＮＳＯＲＰＡ
ＲＴ １． Ｃｏｎ５ｉｄｅｒａｔｉｏｎａｎｄ Ｐｅ
ｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａｎ ｎ−ｐ−ｎ ５ｔｒ
ｕｃｔｕｒｅ ４８４ Ｘ３８４ ｅｌｅｍｅｎｔ ｃ
ｏｌｏｒ ＭＯＳ Ｉｍａｇｅｒ″ＩＥＨＥＴｒａｎｓ
。
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｅｃｅｓ ｖｏｌ ＥＤ２７
ｐｐ １６７６−１６８１ Ａｕｇ。
ｐｐ １６７６−１６８１ Ａｕｇ。
１９８０）に記載がある。
このような従来のフォトダイオード構造では、Ｎ型基板
１１層から表面側のＮ型不純物層１３に至る不純物濃度
のプロフィールは第５図のようになる。特に、Ｐ型つヱ
ル１２の不純物濃度は基板深部側から表面側に向かって
徐々に濃度が高くなり、Ｎ型不純物層１３との接合部の
濃度が最も高くなる。このため、Ｐ型ウェル１２では表
面側が「−］、深部側が「＋」となるような拡散電位が
発生する。このため、Ｐ型ウェル１２の深部において発
生した信号電荷である電子はこの「＋」の拡散電位によ
って基板側に引かれ、撮像信号として取り出すことが困
難になる。
１１層から表面側のＮ型不純物層１３に至る不純物濃度
のプロフィールは第５図のようになる。特に、Ｐ型つヱ
ル１２の不純物濃度は基板深部側から表面側に向かって
徐々に濃度が高くなり、Ｎ型不純物層１３との接合部の
濃度が最も高くなる。このため、Ｐ型ウェル１２では表
面側が「−］、深部側が「＋」となるような拡散電位が
発生する。このため、Ｐ型ウェル１２の深部において発
生した信号電荷である電子はこの「＋」の拡散電位によ
って基板側に引かれ、撮像信号として取り出すことが困
難になる。
したがって、この構造では信号対雑音比で表される感度
が十分ではなくなり、暗い被写体を撮像した場合に雑音
が多くて見にくい画像になるという問題がある。
が十分ではなくなり、暗い被写体を撮像した場合に雑音
が多くて見にくい画像になるという問題がある。
本発明の目的は、信号対雑音比を改善して感度を向上し
、特に暗い被写体の撮像を良好なものにした固体撮像素
子を提供することにある。
、特に暗い被写体の撮像を良好なものにした固体撮像素
子を提供することにある。
本発明の固体撮像素子は、高濃度のＰ型の基板上に、表
面側の不純物濃度が徐々に低くなるようなＰ型不純物層
を形成し、このＰ型不純物層にＮ型不純物層を形成して
ＰＮ接合のフォトダイオードを形成した構成としている
。
面側の不純物濃度が徐々に低くなるようなＰ型不純物層
を形成し、このＰ型不純物層にＮ型不純物層を形成して
ＰＮ接合のフォトダイオードを形成した構成としている
。
なお、Ｐ型不純物層は好ましくはエピタキシャル成長層
で構成する。
で構成する。
この固体撮像素子では、Ｎ型層とでフォトダイオードを
構成するＰ型不純物層の不純物濃度の分布特性により、
拡散電位は基板表面側で「＋」、基板深部側で「−」と
なり、特に深部で発生される信号電荷の電子を表面側の
フォトダイオードへ高い確率で導き易くなり、感度の向
上を図ることができる。
構成するＰ型不純物層の不純物濃度の分布特性により、
拡散電位は基板表面側で「＋」、基板深部側で「−」と
なり、特に深部で発生される信号電荷の電子を表面側の
フォトダイオードへ高い確率で導き易くなり、感度の向
上を図ることができる。
以下、本発明を図面に示す実施例により説明する。
第１図は本発明の一実施例の断面図である。図示のよう
に高濃度のＰ型基板１にこれよりも低濃度のＰ型エピタ
キシャル層２を形成し、ここにＮ型層３を形成してＰＮ
接合によるフォトダイオード４を構成している。このフ
ォトダイオード４には隣接してシリコン酸化膜６で絶縁
されたポリシリコンゲート５を形成してＭＯ３型ＦＥＴ
を構成し、このポリシリコンゲート５に供給される水平
走査部の出力信号により制御してフォトダイオード４で
発生した信号電荷を出力線７を通して出力できるように
構成している。なお、８は保護膜である。
に高濃度のＰ型基板１にこれよりも低濃度のＰ型エピタ
キシャル層２を形成し、ここにＮ型層３を形成してＰＮ
接合によるフォトダイオード４を構成している。このフ
ォトダイオード４には隣接してシリコン酸化膜６で絶縁
されたポリシリコンゲート５を形成してＭＯ３型ＦＥＴ
を構成し、このポリシリコンゲート５に供給される水平
走査部の出力信号により制御してフォトダイオード４で
発生した信号電荷を出力線７を通して出力できるように
構成している。なお、８は保護膜である。
ここで、前記Ｐ型エピタキシャル層２の不純物濃度分布
は、第２図に示すように基板深部から表面側に向かって
徐々に濃度が低下されるように形成されている。このよ
うな濃度分布を得るためには、エピタキシャル成長時に
気相成長ガスに含有させる不純物の濃度をエピタキシャ
ル成長の進行に伴って徐々に低下させればよい。或いは
、エピタキシャル層を低濃度に形成した上で、この成長
後に熱処理を施して下側の高濃度Ｐ型基板１からＰ型不
純物をＰ型エピタキシャル層２に拡散させる方法を用い
てもよい。
は、第２図に示すように基板深部から表面側に向かって
徐々に濃度が低下されるように形成されている。このよ
うな濃度分布を得るためには、エピタキシャル成長時に
気相成長ガスに含有させる不純物の濃度をエピタキシャ
ル成長の進行に伴って徐々に低下させればよい。或いは
、エピタキシャル層を低濃度に形成した上で、この成長
後に熱処理を施して下側の高濃度Ｐ型基板１からＰ型不
純物をＰ型エピタキシャル層２に拡散させる方法を用い
てもよい。
この構成によれば、Ｐ型不純物層であるＰ型エピタキシ
ャル層２においては基板深部側で「−」。
ャル層２においては基板深部側で「−」。
表面側で「＋」となるような拡散電位が発生する。
このため、フォトダイオードに光が投射されることによ
り発生される信号電荷（電子）は、この拡散電位によっ
て基板表面側に導かれ易くなる。特に、Ｐ型エピタキシ
ャル層２の基板深部で発生される信号電荷もこの拡散電
位の勾配によってＮ型不純物層３へ導かれ、高い確率で
画像信号として出力されることになる。
り発生される信号電荷（電子）は、この拡散電位によっ
て基板表面側に導かれ易くなる。特に、Ｐ型エピタキシ
ャル層２の基板深部で発生される信号電荷もこの拡散電
位の勾配によってＮ型不純物層３へ導かれ、高い確率で
画像信号として出力されることになる。
したがって、フォトダイオード４に投射される光量に対
する信号電荷の出力が増大され、感度の向上が達成でき
る。
する信号電荷の出力が増大され、感度の向上が達成でき
る。
また、この例ではＮ型不純物層３とＰ型エピタキシャル
層２でフォトダイオード４を形成しているため、素子の
全面に亘って結晶欠陥がなくなり、スワール或いは点状
の局所むら等の画像不良をなくすことができる。
層２でフォトダイオード４を形成しているため、素子の
全面に亘って結晶欠陥がなくなり、スワール或いは点状
の局所むら等の画像不良をなくすことができる。
更に、飽和照度以上になると生じるフォトダイオードの
電子の注入に対しては、高濃度のＰ型基板１を用いてい
るため、この不純物が電子のライフタイムを著しく減少
させプルーミング現象を抑圧できる。同様の理由で、長
波長光によって基板１の深部でより多く発生される信号
電荷が基板側に吸収されて感度が低下されるため、第３
図にＡで示すフォトダイオード単独の特性に対して、赤
外側の感度を抑制することにより同図Ｂに示すように視
感度特性に近い分光感度特性を得ることもできる。
電子の注入に対しては、高濃度のＰ型基板１を用いてい
るため、この不純物が電子のライフタイムを著しく減少
させプルーミング現象を抑圧できる。同様の理由で、長
波長光によって基板１の深部でより多く発生される信号
電荷が基板側に吸収されて感度が低下されるため、第３
図にＡで示すフォトダイオード単独の特性に対して、赤
外側の感度を抑制することにより同図Ｂに示すように視
感度特性に近い分光感度特性を得ることもできる。
ここで、フォトダイオードの一部を構成するＰ型不純物
層は、基板深部側よりも表面側で不純物濃度を低くすれ
ばよいので、均一濃度に形成したＰ型不純物層の表面側
からＮ型不純物を注入することにより形成することも可
能である。
層は、基板深部側よりも表面側で不純物濃度を低くすれ
ばよいので、均一濃度に形成したＰ型不純物層の表面側
からＮ型不純物を注入することにより形成することも可
能である。
以上説明したように本発明は、高濃度のＰ型の基板上に
表面側の不純物濃度が徐々に低くなるようなＰ型不純物
層を形成し、このＰ型不純物層にＮ型不純物層を形成し
てＰＮ接合のフォトダイオードを形成しているので、Ｐ
型不純物層の不純物濃度の分布特性により、拡散電位は
上部で「＋」、下部で「−」となり、特に深部で発生さ
れる信号電荷の電子を上側方向へ導き易くなり、感度の
向上を図ることができる。
表面側の不純物濃度が徐々に低くなるようなＰ型不純物
層を形成し、このＰ型不純物層にＮ型不純物層を形成し
てＰＮ接合のフォトダイオードを形成しているので、Ｐ
型不純物層の不純物濃度の分布特性により、拡散電位は
上部で「＋」、下部で「−」となり、特に深部で発生さ
れる信号電荷の電子を上側方向へ導き易くなり、感度の
向上を図ることができる。
また、Ｐ型不純物層をエピタキシャル層で構成すること
により結晶欠陥がなく、画像不良のない画像素子を得る
ことができる。
により結晶欠陥がなく、画像不良のない画像素子を得る
ことができる。
第１図は本発明の固体撮像素子の断面図、第２図は第１
図におけるフォトダイオード部分の不純物濃度分布を示
す図、 第３図は分光感度特性図、 第４図は従来のフォトダイオードの模式的な断面図、 第５図は第４図におけるフォトダイオード部分の不純物
濃度分布を示す図である。 １・・・高濃度Ｐ型基板、２・・・Ｐ型エピタキシャル
層（Ｐ型不純物層）、３・・・Ｎ型不純物層、４・・・
フォトダイオード、５・・・ポリシリコンゲート、６・
・・シリコン酸化膜、７・・・出力線、８・・・保護膜
、１１・・・Ｎ型基板、１２・・・Ｐ型ウェル、１３・
・・Ｎ型不純物層、１４・・・フォトダイオード、１５
・・・ポリシリコンゲート、１６・・・シリコン酸化膜
、１７・・・出力線、１８・・・保護膜。 二＼ 代理人 弁理士 小 川 勝 男 ・シ ＼・、、？
−１ 第１図 肢体＠−）
図におけるフォトダイオード部分の不純物濃度分布を示
す図、 第３図は分光感度特性図、 第４図は従来のフォトダイオードの模式的な断面図、 第５図は第４図におけるフォトダイオード部分の不純物
濃度分布を示す図である。 １・・・高濃度Ｐ型基板、２・・・Ｐ型エピタキシャル
層（Ｐ型不純物層）、３・・・Ｎ型不純物層、４・・・
フォトダイオード、５・・・ポリシリコンゲート、６・
・・シリコン酸化膜、７・・・出力線、８・・・保護膜
、１１・・・Ｎ型基板、１２・・・Ｐ型ウェル、１３・
・・Ｎ型不純物層、１４・・・フォトダイオード、１５
・・・ポリシリコンゲート、１６・・・シリコン酸化膜
、１７・・・出力線、１８・・・保護膜。 二＼ 代理人 弁理士 小 川 勝 男 ・シ ＼・、、？
−１ 第１図 肢体＠−）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、高濃度のＰ型の基板上に、表面側の不純物濃度が徐
々に低くなるようなＰ型不純物層を形成し、このＰ型不
純物層にＮ型不純物層を形成してＰＮ接合のフォトダイ
オードを形成したことを特徴とする固体撮像素子。 ２、Ｐ型不純物層をエピタキシャル成長によって形成し
てなる特許請求の範囲第１項記載の固体撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62004804A JPS63174358A (ja) | 1987-01-14 | 1987-01-14 | 固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62004804A JPS63174358A (ja) | 1987-01-14 | 1987-01-14 | 固体撮像素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63174358A true JPS63174358A (ja) | 1988-07-18 |
Family
ID=11593948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62004804A Pending JPS63174358A (ja) | 1987-01-14 | 1987-01-14 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63174358A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2326977B (en) * | 1997-07-04 | 2000-11-08 | Toshiba Kk | Solid-state image sensor |
| WO2004044994A3 (de) * | 2002-11-12 | 2005-04-07 | X Fab Semiconductor Foundries | Monolithisch integrierte vertikale pin-fotodiode in bicmos-technologie |
| JP2008263227A (ja) * | 2003-12-12 | 2008-10-30 | Canon Inc | Ｃｍｏｓ型光電変換装置及び撮像システム |
| US7473948B2 (en) | 2003-12-12 | 2009-01-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device, method of manufacturing photoelectric conversion device, and image pickup system |
| JP2009088545A (ja) * | 2008-11-28 | 2009-04-23 | Nec Electronics Corp | 固体撮像装置 |
| JP2010062588A (ja) * | 1997-11-14 | 2010-03-18 | Freescale Semiconductor Inc | 半導体イメージ・センサ |
| JP2015076453A (ja) * | 2013-10-07 | 2015-04-20 | キヤノン株式会社 | 固体撮像装置、その製造方法及び撮像システム |
-
1987
- 1987-01-14 JP JP62004804A patent/JPS63174358A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| GB2326977B (en) * | 1997-07-04 | 2000-11-08 | Toshiba Kk | Solid-state image sensor |
| JP2014053646A (ja) * | 1997-11-14 | 2014-03-20 | Intellectual Ventures Second Llc | 半導体イメージ・センサ |
| JP2010062588A (ja) * | 1997-11-14 | 2010-03-18 | Freescale Semiconductor Inc | 半導体イメージ・センサ |
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| JP4587187B2 (ja) * | 2003-12-12 | 2010-11-24 | キヤノン株式会社 | Ｃｍｏｓ型光電変換装置及び撮像システム |
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