JPS6365668A - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
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- JPS6365668A JPS6365668A JP61210170A JP21017086A JPS6365668A JP S6365668 A JPS6365668 A JP S6365668A JP 61210170 A JP61210170 A JP 61210170A JP 21017086 A JP21017086 A JP 21017086A JP S6365668 A JPS6365668 A JP S6365668A
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 24
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 12
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
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- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
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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
- H01L27/148—Charge coupled imagers
- H01L27/14887—Blooming suppression
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
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- 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、特に縦型オーバフロード
レーン構造を有する固体撮像素子に関する。
レーン構造を有する固体撮像素子に関する。
固体撮像素子では、光電変換素子に蓄積できる信号電荷
量に限度が有ることから、照度の高い光のスポットが入
射した時に光電変換により生じた信号電荷が、光電変換
素子からあふれ出して隣接した光電変換素子やCCDの
ような電荷読出部に流れ込み、画像崩れを生じるブルー
ミング現象が有る。このブルーミング現象の発生を防止
するためには、光電変換素子から信号電荷があふれ出す
前に過剰な電荷を抜き取れば良い。この方法としては一
般に次の2種類の構造が用いられている。
量に限度が有ることから、照度の高い光のスポットが入
射した時に光電変換により生じた信号電荷が、光電変換
素子からあふれ出して隣接した光電変換素子やCCDの
ような電荷読出部に流れ込み、画像崩れを生じるブルー
ミング現象が有る。このブルーミング現象の発生を防止
するためには、光電変換素子から信号電荷があふれ出す
前に過剰な電荷を抜き取れば良い。この方法としては一
般に次の2種類の構造が用いられている。
1つは光電変換素子群に隣接してオーバフロードレーン
を設ける横型オーバフロードレーン構造を用いる方法で
ある。第2図は横型オーバフロードレーン構造を有する
固体撮像素子の一例の素子領域を示す半導体チップの平
面図であり、同図中の一点鎖線x−x’に沿った部分の
電位関係を示した電位分布図が第3図である。光電変換
部のホトダイオード2に隣接して電荷読出部の埋込チャ
ネル1とは反対側にオーバフロードレーン3を設け、こ
の間の電位5を信号電荷のあふれ出しか起こる前に過剰
電荷をオーバフロードレーン3に抜き取れる様に設定し
てブルーミング現象の発生を防止する。
を設ける横型オーバフロードレーン構造を用いる方法で
ある。第2図は横型オーバフロードレーン構造を有する
固体撮像素子の一例の素子領域を示す半導体チップの平
面図であり、同図中の一点鎖線x−x’に沿った部分の
電位関係を示した電位分布図が第3図である。光電変換
部のホトダイオード2に隣接して電荷読出部の埋込チャ
ネル1とは反対側にオーバフロードレーン3を設け、こ
の間の電位5を信号電荷のあふれ出しか起こる前に過剰
電荷をオーバフロードレーン3に抜き取れる様に設定し
てブルーミング現象の発生を防止する。
もう1つのブルーミング防止法として縦型オーバフロー
ドレーン構造を用いる方法がある。第4図は縦型オーバ
フロードレーン構造の一例を示す半導体チップの断面図
であり、n型半導体基板6上の接合深さが選択的に異な
るpウェル4内に光電変換素子となるp−n接合ホトダ
イオードを構成するn型領域7.BCODのn型埋込チ
ャネル1、それらを分離するためのp+型チャネルスト
ッパ8を有し、絶縁膜9を介して信号電荷を読み出すた
めのゲート電極10が設けられている。同図中の一点鎖
線x−x’および二点鎖線Y−Y’に沿った深さ方向の
電位分布図を第5図に示す。
ドレーン構造を用いる方法がある。第4図は縦型オーバ
フロードレーン構造の一例を示す半導体チップの断面図
であり、n型半導体基板6上の接合深さが選択的に異な
るpウェル4内に光電変換素子となるp−n接合ホトダ
イオードを構成するn型領域7.BCODのn型埋込チ
ャネル1、それらを分離するためのp+型チャネルスト
ッパ8を有し、絶縁膜9を介して信号電荷を読み出すた
めのゲート電極10が設けられている。同図中の一点鎖
線x−x’および二点鎖線Y−Y’に沿った深さ方向の
電位分布図を第5図に示す。
実線はX−x′力方向電位分布曲線、破線はY=Y′方
向の電位分布曲線を表わしている。pウェル4とn型半
導体基板6の間に逆バイアス電圧を印加し、光電変換素
子を構成するn型領域7と「1型半導体基板6をバンチ
スルー状態にすることによって過剰電荷をn型半導体基
板6に抜き取ってブルーミング現象の発生を防止する。
向の電位分布曲線を表わしている。pウェル4とn型半
導体基板6の間に逆バイアス電圧を印加し、光電変換素
子を構成するn型領域7と「1型半導体基板6をバンチ
スルー状態にすることによって過剰電荷をn型半導体基
板6に抜き取ってブルーミング現象の発生を防止する。
後者の縦型オーバフロードレーン構造を用いる方法は前
者のオーバフロードレーン領域を基板表面に設ける方法
に比べ、オーバフロードレーン領域を基板表面に設けな
くて良い分、光電変換素子の開口面積を大きくとれ、素
子の高密度化に対して有利である。
者のオーバフロードレーン領域を基板表面に設ける方法
に比べ、オーバフロードレーン領域を基板表面に設けな
くて良い分、光電変換素子の開口面積を大きくとれ、素
子の高密度化に対して有利である。
縦型オーバフロードレーン構造では、光電変換部および
信号電荷読出部は基板と逆導電型のウェル内につくり、
ブルーミングを防止する状態ではこのウェルに対して基
板に逆バイアス電圧を印加することによって光電変換素
子群を基板とバンチスルー状態にする必要があるが、同
時にこの基板電圧において信号電荷読出手段はその動作
範囲内で、基板と電気的に分離されている必要がある。
信号電荷読出部は基板と逆導電型のウェル内につくり、
ブルーミングを防止する状態ではこのウェルに対して基
板に逆バイアス電圧を印加することによって光電変換素
子群を基板とバンチスルー状態にする必要があるが、同
時にこの基板電圧において信号電荷読出手段はその動作
範囲内で、基板と電気的に分離されている必要がある。
すなわち、光電変換素子下のウェルが空乏化する基板の
バイアス電圧において、信号電荷の読出手段下のウェル
は空乏化しないように素子を作成しなければならず、基
板と逆導電型のウェルは、光電変換素子直下の少なくと
も一部で他の部分よりも不純物濃度を低くするか、ある
いは接合深さを浅くすることが必要である。
バイアス電圧において、信号電荷の読出手段下のウェル
は空乏化しないように素子を作成しなければならず、基
板と逆導電型のウェルは、光電変換素子直下の少なくと
も一部で他の部分よりも不純物濃度を低くするか、ある
いは接合深さを浅くすることが必要である。
従来の縦型オーバフロードレーン構造の固体撮像素子で
は不純物濃度分布の均一な半導体基板内に基板と逆導電
型の9選択的に接合深さの異なるウェルが形成された構
造となっており、このウェルは基板表面付近にイオン注
入された不純物を熱拡散させて形成することになる。
は不純物濃度分布の均一な半導体基板内に基板と逆導電
型の9選択的に接合深さの異なるウェルが形成された構
造となっており、このウェルは基板表面付近にイオン注
入された不純物を熱拡散させて形成することになる。
第6図(a)〜(c)は、n型半導体基板にpウェルを
形成し光電変換素子としてp−n接合ホトダイオード、
信号電荷読出手段としてBCCDをそれぞれ用いた従来
構造の縦型オーバフロードレーン構造の固体撮像素子の
製造工程順に配列した半導体チップの断面図である。ま
ず、第6図(a)に示すように、n型半導体基板6にレ
ジストパターン12をマスクにしてp型の不純物をイオ
ン注入により導入してn型領域13を形成し、次に第6
図(b)に示すように、熱処理によりこれを拡散させて
pウェルの深い部分となるn型領域14を形成する。次
に、第6図(c)に示すように、セル部全体にp型不純
物を導入し、これを熱処理により拡散させて選択的に接
合深さの異なるpウェル4を形成する。その後、第4図
に示すように、このpウェル4内にp−n接合ホトダイ
オードを構成するn型領域7.BCCDを構成するn型
埋込チャネル1.p+型チャネルス1〜ツバ8をそれぞ
れ形成し、絶縁膜9を介してゲート電極10、遮光膜1
1を形成して固体撮像素子を製造する。
形成し光電変換素子としてp−n接合ホトダイオード、
信号電荷読出手段としてBCCDをそれぞれ用いた従来
構造の縦型オーバフロードレーン構造の固体撮像素子の
製造工程順に配列した半導体チップの断面図である。ま
ず、第6図(a)に示すように、n型半導体基板6にレ
ジストパターン12をマスクにしてp型の不純物をイオ
ン注入により導入してn型領域13を形成し、次に第6
図(b)に示すように、熱処理によりこれを拡散させて
pウェルの深い部分となるn型領域14を形成する。次
に、第6図(c)に示すように、セル部全体にp型不純
物を導入し、これを熱処理により拡散させて選択的に接
合深さの異なるpウェル4を形成する。その後、第4図
に示すように、このpウェル4内にp−n接合ホトダイ
オードを構成するn型領域7.BCCDを構成するn型
埋込チャネル1.p+型チャネルス1〜ツバ8をそれぞ
れ形成し、絶縁膜9を介してゲート電極10、遮光膜1
1を形成して固体撮像素子を製造する。
固体撮像素子では光電変換素子群と信号電荷読出手段と
が交互に配置されており、素子を高密度化して行った場
合、信号電荷続出手段どうしの間隔も狭くなる。すなわ
ち縦型オーバフロードレーンjjtA aを採用する場
合ではウェルの接合深さの深い部分どうしの間隔が狭く
なる。光電変換素子群と基板をバ〉′チスルー状態にす
るためには光電変換素子下のウェルの接合深さは信号電
荷読出手段下のウェルの接合深さより十分浅くする必要
があるが、上述した従来構造の素子では基板と逆導電型
のウェルはイオン注入により導入した不純物の熱拡散に
より形成する必要があり、接合深さの深いウェル部分は
熱拡散により横方向にも広がっているため、ウェルの深
い部分の間隔が狭くなると隣接する接合深さの深いウェ
ル部分が重なり合って、光電変換素子下のウェルの接合
深さを浅く形成することができなくなってしまうので、
素子の高密度化が困瞳となる。
が交互に配置されており、素子を高密度化して行った場
合、信号電荷続出手段どうしの間隔も狭くなる。すなわ
ち縦型オーバフロードレーンjjtA aを採用する場
合ではウェルの接合深さの深い部分どうしの間隔が狭く
なる。光電変換素子群と基板をバ〉′チスルー状態にす
るためには光電変換素子下のウェルの接合深さは信号電
荷読出手段下のウェルの接合深さより十分浅くする必要
があるが、上述した従来構造の素子では基板と逆導電型
のウェルはイオン注入により導入した不純物の熱拡散に
より形成する必要があり、接合深さの深いウェル部分は
熱拡散により横方向にも広がっているため、ウェルの深
い部分の間隔が狭くなると隣接する接合深さの深いウェ
ル部分が重なり合って、光電変換素子下のウェルの接合
深さを浅く形成することができなくなってしまうので、
素子の高密度化が困瞳となる。
本発明の固体撮像素子は、電荷転送部直下に比較して光
電変換部直下で浅くなった第1導電型ウェルの形成され
た第2導電型半導体基板を備えた縦型オーバフロードレ
ーン構造を有してなる固体撮像素子において、前記第1
導電型ウェルはその深い部分を除き第1導電型エピタキ
シャル層からなっているというものである。
電変換部直下で浅くなった第1導電型ウェルの形成され
た第2導電型半導体基板を備えた縦型オーバフロードレ
ーン構造を有してなる固体撮像素子において、前記第1
導電型ウェルはその深い部分を除き第1導電型エピタキ
シャル層からなっているというものである。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。
。
第1図(a)〜(d)は本発明の一実施例をその製造工
程に沿って説明するために、工程順に配列した半導体チ
ップの断面図である。
程に沿って説明するために、工程順に配列した半導体チ
ップの断面図である。
この実施例は、第4図で示した従来例と同様、n型(第
2導電型)半導体基板にp(第1導電型)ウェルを形成
し、光電変換素子としてp−n接合ホI〜ダイオード、
信号電荷読出手段としてBCCDをそれぞれ用いた場合
のものである。
2導電型)半導体基板にp(第1導電型)ウェルを形成
し、光電変換素子としてp−n接合ホI〜ダイオード、
信号電荷読出手段としてBCCDをそれぞれ用いた場合
のものである。
まず、第1図(a>に示すように、n型半導体基板6に
レジストパターン12をマスクにしてp型不純物を導入
してn型領域13を形成し、次に、第1図(b)に示す
ように、熱処理により拡散させてpウェルの深い部分と
なるn型領域14を形成する。次に、第1図(c)に示
すように、半導体基板上の少なくともセル部全体にp型
エピタキシャル層15を成長させてn型領域14とp型
エピタキシャル層15からなる選択的に接合深さの異な
るpウェル4を形成する。その後、第1図(d)に示す
ように、このpウェル4内にp−n接合ホトダイオード
を構成するn型領域7.BCCDのn型埋込チャネル1
.p+型チャネルストッパ8をそれぞれ形成し、絶縁膜
9を介してゲート電極10.遮光膜11を形成して固体
撮像素子を製造する。
レジストパターン12をマスクにしてp型不純物を導入
してn型領域13を形成し、次に、第1図(b)に示す
ように、熱処理により拡散させてpウェルの深い部分と
なるn型領域14を形成する。次に、第1図(c)に示
すように、半導体基板上の少なくともセル部全体にp型
エピタキシャル層15を成長させてn型領域14とp型
エピタキシャル層15からなる選択的に接合深さの異な
るpウェル4を形成する。その後、第1図(d)に示す
ように、このpウェル4内にp−n接合ホトダイオード
を構成するn型領域7.BCCDのn型埋込チャネル1
.p+型チャネルストッパ8をそれぞれ形成し、絶縁膜
9を介してゲート電極10.遮光膜11を形成して固体
撮像素子を製造する。
この実施例は、n型領域14を形成したのち、p型エピ
タキシャル層15を形成すればよいので、従来のような
熱拡散工程によってpウェルの深さの浅い部分を形成す
るのに比較して、n型領域14の横方向への拡大は無視
できるので、光電変換素子下のウェルの接合深さを浅(
形成するのが容易となり固体撮像素子を高密度化できる
。
タキシャル層15を形成すればよいので、従来のような
熱拡散工程によってpウェルの深さの浅い部分を形成す
るのに比較して、n型領域14の横方向への拡大は無視
できるので、光電変換素子下のウェルの接合深さを浅(
形成するのが容易となり固体撮像素子を高密度化できる
。
この実施例においてp−n接合ホトダイオードを構成す
るn型領域7を形成する換わりに(図において7の上方
に)絶縁膜9を介して薄い多結晶シリコン層などの透明
電極を形成ずれば、光電変換素子群としてMOSキャパ
シタ形センサを用いた本発明による縦型オーバフロード
レーン構造の固体撮像素子が製造できる。また、半導体
基板として第2導電型の例えばCZ結晶上にそれと同程
度の抵抗率の第2導電型のエピタキシャル層を成長した
ものを使用したエピタキシャルウェーハを使用してもよ
い。更に、半導体基板の一部に選択的に形成される半導
体基板と逆導電型の不純物領域の不純物濃度をその上に
成長する逆導電型のエピタキシャル層の不純物濃度より
も高くすれば、信号電荷読出手段下のウェルの接合深さ
はそれほど深く形成する必要は無く、接合深さの深いウ
ェル部分の熱拡散による横方向の広がりをさらに少なく
することが可能となり、高密度化は更に促進される。
るn型領域7を形成する換わりに(図において7の上方
に)絶縁膜9を介して薄い多結晶シリコン層などの透明
電極を形成ずれば、光電変換素子群としてMOSキャパ
シタ形センサを用いた本発明による縦型オーバフロード
レーン構造の固体撮像素子が製造できる。また、半導体
基板として第2導電型の例えばCZ結晶上にそれと同程
度の抵抗率の第2導電型のエピタキシャル層を成長した
ものを使用したエピタキシャルウェーハを使用してもよ
い。更に、半導体基板の一部に選択的に形成される半導
体基板と逆導電型の不純物領域の不純物濃度をその上に
成長する逆導電型のエピタキシャル層の不純物濃度より
も高くすれば、信号電荷読出手段下のウェルの接合深さ
はそれほど深く形成する必要は無く、接合深さの深いウ
ェル部分の熱拡散による横方向の広がりをさらに少なく
することが可能となり、高密度化は更に促進される。
以上説明したように本発明は半導体基板の一部に選択的
にこの基板と逆導電型の不純物領域を有し、さらにこの
基板上に逆導電型のエピタキシャル層を有し、信号電荷
読出手段下において接合深さが深くなっているウェルを
基板中の逆導電型の不純物領域と、基板上の逆導電型の
エピタキシャル層をたして形成することにより、従来′
!li造の場合に比べ、接合深さの深いウェルを熱拡散
による横方向の広がりを少なく抑えて形成することが可
能となり、縦型オーバフロードレーン横道を有する固体
撮像素子を高密度化できる効果がある。
にこの基板と逆導電型の不純物領域を有し、さらにこの
基板上に逆導電型のエピタキシャル層を有し、信号電荷
読出手段下において接合深さが深くなっているウェルを
基板中の逆導電型の不純物領域と、基板上の逆導電型の
エピタキシャル層をたして形成することにより、従来′
!li造の場合に比べ、接合深さの深いウェルを熱拡散
による横方向の広がりを少なく抑えて形成することが可
能となり、縦型オーバフロードレーン横道を有する固体
撮像素子を高密度化できる効果がある。
第1図(a)〜(d)は本発明の一実施例をその製造工
程に沿って説明するために、工程順に配列した半導体チ
ップの断面図、第2図は横型オーバフロードレーン構造
を有する固体撮像素子の従来例の素子領域を示す半導体
チップの平面図、第3図は第2図のx−x′線に沿った
電位分布図、第4図は縦型オーバフロードレーン構造の
従来の一例を示す半導体チップの断面図、第5図は第4
図におけるx−x’線方向及びY−Y’線方向の電位分
布図、第6図(a)〜(C)は第4図の例の製造方法を
説明するために工程順に配列した半導体チップの断面図
である。 1・・・埋込チャネル、2・・・ホトダイオード、3・
・・オーバフロードレーン、4・・・pウェル、5・・
・2と3の間の電位、6・−・n型半導体基板、7・・
・n型領域、8・・・p+型チャネルストッパ、9・・
・絶縁膜、10・・・グー1〜電極、11・・・遮光膜
、12・・・レジス1〜パターン、13.14・・・n
型領域、15・・・p型エピタキシャル層。 代理人 弁理士 内 原 晋l′、゛(,1 茅 l 呵 弄 2 目 第 3WJ 丼 4m 芽 5 凹 A萎 乙 ルJ
程に沿って説明するために、工程順に配列した半導体チ
ップの断面図、第2図は横型オーバフロードレーン構造
を有する固体撮像素子の従来例の素子領域を示す半導体
チップの平面図、第3図は第2図のx−x′線に沿った
電位分布図、第4図は縦型オーバフロードレーン構造の
従来の一例を示す半導体チップの断面図、第5図は第4
図におけるx−x’線方向及びY−Y’線方向の電位分
布図、第6図(a)〜(C)は第4図の例の製造方法を
説明するために工程順に配列した半導体チップの断面図
である。 1・・・埋込チャネル、2・・・ホトダイオード、3・
・・オーバフロードレーン、4・・・pウェル、5・・
・2と3の間の電位、6・−・n型半導体基板、7・・
・n型領域、8・・・p+型チャネルストッパ、9・・
・絶縁膜、10・・・グー1〜電極、11・・・遮光膜
、12・・・レジス1〜パターン、13.14・・・n
型領域、15・・・p型エピタキシャル層。 代理人 弁理士 内 原 晋l′、゛(,1 茅 l 呵 弄 2 目 第 3WJ 丼 4m 芽 5 凹 A萎 乙 ルJ
Claims (1)
- 電荷読出部直下に比較して光電変換部直下で浅くなった
第1導電型ウェルの形成された第2導電型半導体基板を
備えた縦型オーバフロードレーン構造を有してなる固体
撮像素子において、前記第1導電型ウェルはその深い部
分を除き第1導電型エピタキシャル層からなることを特
徴とする固体撮像素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61210170A JP2573582B2 (ja) | 1986-09-05 | 1986-09-05 | 固体撮像子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61210170A JP2573582B2 (ja) | 1986-09-05 | 1986-09-05 | 固体撮像子の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6365668A true JPS6365668A (ja) | 1988-03-24 |
JP2573582B2 JP2573582B2 (ja) | 1997-01-22 |
Family
ID=16584931
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61210170A Expired - Lifetime JP2573582B2 (ja) | 1986-09-05 | 1986-09-05 | 固体撮像子の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2573582B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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