JPS63177460A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固体撮像装置に関する。

〔発明の概要〕

本発明は第１の導電型の半導体基板の表面側に第２の導
電型から成る電荷蓄積領域を有する固体撮像装置におい
て、電荷蓄積領域上に第２の導電型の領域を積層し、こ
の第２の導電型の領域と電荷蓄積領域とで電荷蓄積部を
構成すると共に第２の導電型の領域の上面又は側面、或
いは上面及び側面に第１の導電型の領域を設け、電荷蓄
積部に過剰信号電荷が発生したときは、この過剰信号電
荷を第１の導電型の領域で吸収する様にしたことにより
、プルーミングを良好に抑制すると共に高密度化を図る
ことができる様にしたものである。

〔従来の技術〕

従来、固体撮像装置として第２２図に示す様なものが提
案されている。

この第２２図において、（１）はＰ型シリコン基板を示
し、本例においては、このＰ型シリコン基板（１）の表
面側にＮ−型領域からなる電荷蓄積領域（２）が（３）
とＮ十型領域からなるオーバフロードレイン領域（４）
とが設けられている。尚、（５）はチャンネルストッパ
領域、（６）はＮ−型領域から成る電荷転送領域、（７
）は多結晶シリコンより成る転送電極、（８）及び（９
）は夫々Ｓ　ｉＯ２層である。

斯る固体撮像装置は、一般に横形（ラテラル）オーバフ
ロー構造の固体撮像装置と呼ばれ、強い光の照射によっ
て過剰信号電荷が生じたときは、この過剰信号電荷をオ
ーバフローコントロールゲート領域（３）を介して電荷
蓄積領域（２）からオーバフロードレイン領域（４）に
掃き出し、この過剰信号電荷をオーバフロードレイン領
域（４）において吸収しようとするものであり、斯る構
造を採用するときは、良好にブルーミングを除去するこ
とができるという利益がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、斯る横形オーバフロー構造の固体撮像装
置においては、Ｐ型シリコン基板ｆｌ）の表面側に電荷
蓄積領域（２）と並んでオーバフローコントロールゲー
ト領域（３）とオーバフロードレイン領域（４）とが設
けられるため、その分、一画素あたりの面積が増加して
しまい、高密度化を図ることができないという不都合が
あった。

そこでまた第２３図に示す様な固体撮像装置も提案され
ている。斯る固体撮像装置は一般に縦形オーバフロー構
造の固体撮像装置と呼ばれ、この第２３図例においては
、Ｎ型シリコン基板（１０）の表面にＰ型拡散領域（１
１）を設けると共にこのＰ型拡散領域（１１）の表面側
にＮ−型領域から成る電荷蓄積領域（２）を形成し、過
剰信号電荷が発生したときは、この過剰信号電荷を電荷
蓄積領域（２）直下のＰ型拡散領域（１１）を介してＮ
型シリコン基板（１０）に掃き出し、このＮ型シリコン
基板（１０）において、この過剰信号電荷を吸収しよう
とするものであり、斯る構造を採用するときも、上述の
横形オーバフロー構造の固体撮像装置と同様に良好にブ
ルーミングを除去することができるという利益がある。

しかしながら、斯る縦形オーバフロー構造の固体撮像装
置においては、Ｐ型拡散領域（１１）の形成条件が難し
く、製造工程上に難点を有しているという不都合があっ
た。

本発明は、斯る不都合を解消した固体撮像装置を提供す
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に依る固体撮像装置は、例えば第１図及び第２図
に示すように、第１の導電型の半導体基板（１）の表面
側に第２の導電型から成る電荷蓄積領域（２）を有する
固体撮像装置において、電荷蓄積領域（２）上に第２の
導電型の領域（１２）を積層し、この第２の導電型の領
域（１２）と電荷蓄積領域（２）とで電荷蓄積部（１３
）を構成すると共に第２の導電型の領域（１２）の上面
又は側面、或いは上面及び側面に第１の導電型の領域（
１４）を設け、電荷蓄積部（１３）に過剰信号電荷が発
生したときは、この過剰信号電荷を第１の導電型の領域
（１４）で吸収する様にしたものである。

〔作用〕

本発明においては、電荷蓄積部（１３）にこの電荷蓄積
部（１３）の電荷蓄積能力を越える過剰信号電荷が発生
したときは、この過剰信号電荷は第２の導電型の領域（
１２）と第１の導電型の領域（１４）との間の電位障壁
を乗り越えて第１の導電型の領域（１４）に流出し、こ
の第１の導電型の領域（１４）の多数キャリアと再結合
する。

本発明においては、この様にして過剰信号電荷は第１の
導電型の領域（１４）に吸収されるので、ブルーミング
を良好に除去することができる。尚、第１の導電型のポ
テンシャルレベルは、例えば本発明をインターライン転
送方式の固体撮像装置に適用するときは、電荷蓄積領域
（２）に隣接して設けられる読み出しゲート領域（１５
）のポテンシャルレベルよりも低く設定すれば良い。

〔実施例〕

以下、第１図〜第２１図を参照して本発明固体撮像装置
の一実施例につき本発明をインターライン転送方式を採
用する固体撮像装置に通用した場合を例にして説明しよ
う。尚、この第１図〜第２１図において、第２２図及び
第２３図に対応する部分には同一符号を付す。

先ず第１図〜第３図を参照して本実施例の構成につき説
明する。

本例においては、Ｐ型シリコン基板（１）の表面側に、
電荷蓄積領域をなすＮ−型領域（２）、電荷転送領域を
なすＮ−型領域（６）及びチャンネルストッパ領域をな
すＰ＋型領域（５）を夫々設ける。この場合、電荷蓄積
領域をなすＮ″″型領域（２）は水平及び垂直方向に行
列的に例えば４９２Ｘ　８００個設ける。

また電荷転送領域（６）上に５ｉ０２層（１６）を介し
て転送電極（７Ａ）　　（７Ｂ）を設け、この転送電極
（７Ａ）（７Ｂ）と電荷転送領域（６）とで垂直レジス
タ部（１７）を構成し、電荷Ｍ積領域（２）から読み出
される信号電荷を所謂４相駆動方式により水平レジスタ
部（図示せず）に転送できる様にする。この場合、転送
電極（７Ａ）　　（７Ｂ）は夫々不純物をドープして低
抵抗化させた多結晶シリコンにより構成する。

また転送電極（７Ａ）　　（７Ｂ）はＰ型シリコン基板
（１）の読み出しゲート領域（１５）上に延在させて読
み出しゲート電極を兼ねる様にする。またＳ　１０２Ｎ
（１６）は電荷蓄積領域（２）上にこの電荷蓄積領域（
２）の面積より小なる面積を有する平面形状長方形の開
口（１８）を有する様にする。尚、水平レジスタ部及び
出力部については、図示せずも、従来周知の様に構成す
る。

また本例においては、転送電極（７Ａ）　　（７Ｂ）上
に５ｉ０２層（１９）を設けると共に、このＳ　ｉＣｈ
層（１９）及び５ｉ０２層（１６）上に更にＳ　１０２
Ｆｉｔ　（２０）を設ける。

この場合、この５ｉ０２層（２０）に５ｉ０２ｉｉ　（
１６）の開口（１８）と一致する開口（２１）を設ける
。また、この５ｉ０２層（２０）の上面に光遮断膜（２
２）を設ける。この光遮断膜（２２）は光が垂直レジス
タ部（１７）に照射されない様にし、所謂スミアの防止
を図るものである。

また本例においては、５ｉ０２層（１６）及び（２０）
の開口（１８）及び（２１）を通して５ｉ０２層（２０
）上の光遮断膜（２２）上に延在するＮ−型領域（１２
）をエピタキシャル成長法によって設け、このＮ−型領
域（１２）とＮ−型領域（２）とで電荷蓄積部（１３）
を構成する。この場合、このＮ−型領域（１２）の上面
の面積はＮ−型領域（２）の面積よりも積大なる様にす
る。

またＮ−型領域（１２）の側面にＰ＋型領域（１４）を
設け、このＰ＋型領域（１４）とＮ−型頭・域（１２）
とでＰＮ接合を形成する様にする。またＰ＋型領域（１
４）上に保護膜をなすＳ　ｉ０２層（２３）を設けると
共に、この５ｉ０２層（２３）のＰ＋型領域（１４）上
に開口（２４）を設け、この５ｉ０２層（２３）上にこ
の開口（２４）を通してＰ＋型領域（１４）とオーミッ
ク接続するアルミニウム配線層（２５）を受光面（２６
）を遮断しない様に設ける。

そして本例においては、チャンネルストッパ領域（５）
の電位が例えばＯＶ、読み出しゲート領域（１５）の電
位が例えば３■となす様にすると共にアルミニウム配線
層（２５）を介してＰ＋型領域（１４）に例えば直流電
圧４■を供給し、第１図に２点鎖線Ｘで示す領域、即ち
、チャンネルストッパ領域（５）、電荷転送領域（６）
、読み出しゲート領域（１５）　、Ｎ−型領域（２）、
Ｎ−型領域（１２）及びＰ＋型領域（１４）に亘る領域
におけるポテンシャルレベルが第３図に示す様なポテン
シャルレベルになる様にする。即ち、Ｐ＋型領域（１４
）のポテンシャルレベルが読み出しゲート領Ｍ＜（１５
）のポテンシャルレベルよりも深くなる様にする。

次に第４図〜第２１図を参照して本実施例の固体撮像装
置を製造する場合につき説明する。尚、ここでは、第１
図及び第２図に示す部分についてのみ説明する。

先ず第４図及び第５図に示す様にＰ型シリコン基板（１
）を用意し、このＰ型シリコン基板（１１に選択的にＰ
型不純物をイオン注入してチャンネルストッパ領域とな
るＰ＋型領域（５）を形成する。

次に第６図及び第７図に示す様にＰ型シリコン基板（１
）に選択的にＮ型不純物をイオン注入して電荷蓄積領域
となるＮ−領域（２）及び電荷転送領域となるＮ″″型
領域（６）を形成する。

次に第８図及び第９図に示す様にＳ　ｉ０２層（１６）
を全面に、例えば化学的気相成長法（ＣＶＤ）によって
形成し、続いて、このＳ　ｉ０２層（１６）上に多結晶
シリコンより成る転送電極（７Ａ）を形成する。

次に転送電極（７Ａ）上に眉間絶縁膜を形成した後、第
１０図及び第１１図に示す様に読み出しゲート電極を兼
ねた転送電極（７Ｂ）を多結晶シリコンによって形成す
る。

次に第１２図及び第１３図に示す様に転送電極（７Ｂ）
上に熱酸化によるＳｉＯ２層（１９）を形成し、続いて
、全面に化学的気相成長法によって５ｉ０２Ｎ　（２０
）を形成する。

次に第１４図及び第１５図に示す様にＳｉＯ２層（１６
）及び（２０）の電荷蓄積領域（２）上にこの電荷Ｍ種
領域（２）の面積より小なる面積を有する平面形状長方
形の開口部（１８）及び（２１）を設け、続いてＳｉＯ
２層（２０）上に光反射材料又は光吸収材料からなる光
遮断膜（２２）を形成する。

次に第１６図及び第１７図に示す様に開口部（１８）及
び（２１）によって露出したＮ−型領域（２）面を種結
晶としてエピタキシャル成長法によってシリコン層（２
７）を全面に形成する。

次に第１８図及び第１９図に示す様にシリコン層（２７
）に選択的にＮ型不純物とＰ型不純物とをイオン注入し
て、開口部（１８）及び（２１）のシリコン層（２７Ａ
）を中心としてその上面がＮ−型領域（２）の面積より
積大なる面積を有するＮ−型領域（１２）を形成すると
共にその他の部分をＰ＋型領域（１４）となす様にする
。

次に第２０図及び第２１図に示す様に化学的気相成長法
によって全面にＳｉＯ２層（２３）を形成し、続いて、
このＳｉＯ２層（２３）のＰ＋型領域（１４）上の所定
の位置に開口（２４）を形成する。

次にＳ　ｉ０２層（２３）上に開口（２４）を通してＰ
＋型領域（１４）とオーミック接続するアルミニウム配
線層（２５）を受光面（２６）を遮断しない様に形成し
、このアルミニウム配線層（２５）に例えば４Ｖの直流
電圧を供給し得る様にすることで第１図に示す本例の固
体撮像装置を得ることができる。

斯る本実施例においては、受光面（２６）に光が照射さ
れたときに生ずる信号電荷はＮ−型領域（２）及び（１
２）によって構成される電荷蓄積部（１３）に蓄積され
、通常時は、読み出しゲート領域（１５）を介して垂直
レジスタ部（１７）に読み出される。

他方、受光面（２６）に強い光が照射されて電荷蓄積部
（１３）の電荷蓄積能力を越える信号電荷が生じた場合
、本実施例においては、Ｐ＋型領域（１４）のポテンシ
ャルレベルは読み出しゲート領域（１５）のポテンシャ
ルレベルよりも低くなる様になされているので、過剰信
号電荷は他の電荷蓄積領域に流出することはなく、Ｐ＋
型領域（１４）に掃き出される。この場合、Ｐ＋型領域
（１４）とＮ−型領域（１２）とはＰＮ接合し、Ｐ１型
領域（１４）には正孔が多数キャリヤとして存在してい
るので、Ｐ＋型領域（１４）に掃き出された信号電荷（
電子）はこのＰ“型領域（１４）の正孔と再結合する。

従って、本実施例においては、ブルーミングを良好に除
去できる。

また本実施例に依れば、過剰信号電荷を掃き出す領域を
所謂横形オーバフロー構造を有する固体撮像装置の様に
半導体基板の表面側に電荷蓄積領域と隣接して設ける必
要がないので、一画素あたりの面積を小さくすることが
でき、高密度化を図ることができるという利益がある。

また本実施例に依れば、所謂線形オーバフロー構造を有
する固体撮像装置の様にＮ型シリコン基板上に形成条件
に難しさがあるＰ型拡散領域を設ける必要がないので、
その分、製造が容易になるという利益もある。

尚、上述実施例においては、本発明をインターライン転
送方式を採用する固体撮像装置に通用した場合につき述
べたが、この代わりに、ＭＯＳ形の固体撮像装置に適用
することもでき、この場合にも上述同様の作用効果を得
ることができる。

また本発明は上述実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱
することなく、その他種々の構成が取り得ることは勿論
である。

〔発明の効果〕

本発明に依れば、ブルーミングを良好に除去できるとい
う利益があると共に、ブルーミングを除去するにあたり
、過剰信号電荷を掃き出す領域を所謂横形オーバフロー
構造を有する固体撮像装置の様に半導体基板の表面側に
電荷Ｍ積領域と並んで設ける必要がないので、一画素あ
たりの面稙を小さくすることができ、高密度化を図るこ
とができるという利益がある。

また本発明に依れば、所謂縦形オーバフロー構造を有す
る固体撮像装置の様に第１の導電型の半導体基板上に形
成条件に難しさがある第２の導電型の拡散領域を設ける
必要がないので、その分、製造が容易になるという利益
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明固体撮像装置の一実施例の要部を示す断
面図、第２図は第１図のｎ−ｆｆ’線断面図、第３図は
第１図例の説明に供する線図、第４図、第６図、第８図
、第１０図、第１２図、第１４図、第１６図、第１８図
、第２０図は夫々第１図例の固体撮像装置の製造工程を
示す部分平面図、第５図は第４図のｖ−ｖ’線断面図、
第７図は第６図の■−■′線断面図、第９図は第８図の
ＩＸ−ＩＸ’線断面図、第１１図は第１０図ノＸＩ−Ｘ
Ｉ’線断面図、第１３図は第１２図（７）　ＸＩＩ［−
ＸＩＩ［’線断面図、第１５図は第１４図のＸＶ−χＶ
′線断面図、第１７図は第１６のｘｖｎ　−ｘｖｔｔ’
線断面図、第１９図は第１８図１７）ＸＩＸ　−ＸＩＸ
’線断面図、第２１図は第２０図のＸＸｌ−χＸＩ’線
断面図、第２２図は従来の固体撮像装置の一例の要部を
示す断面図、第２３図−は従来の固体撮像装置の他の例
の要部を示す断面図である。 （１）はＰ型シリコン基板、（２）及び（１２）は夫々
Ｎ−型領域、（５）はチャンネルストッパ領域、（６）
は電荷転送領域、（７Ａ）及び（７Ｂ）は夫々転送電極
、（１３）は電荷蓄積部、（１４）はＰ÷型領領域（１
５）は読み出しゲート領域、（１７）は垂直レジスタ部
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第１の導電型の半導体基板の表面側に第２の導電型から
   成る電荷蓄積領域を有する固体撮像装置において、 上記電荷蓄積領域上に第２の導電型の領域を積層し、該
   第２の導電型の領域と上記電荷蓄積領域とで電荷蓄積部
   を構成すると共に、上記第２の導電型の領域の上面又は
   側面、或いは上面及び側面に第１の導電型の領域を設け
   、上記電荷蓄積部に過剰信号電荷が発生したときは、該
   過剰信号電荷を上記第１の導電型の領域で吸収する様に
   したことを特徴とする固体撮像装置。