KR0130959B1

KR0130959B1 - 고체촬상장치 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR0130959B1
Application number: KR1019930009918A
Authority: KR
Inventors: 다까시 와다나베
Original assignee: 쓰지 하루오; 샤프 가부시끼가이샤
Priority date: 1992-06-03
Filing date: 1993-06-02
Publication date: 1998-04-14
Also published as: US5404039A; KR940006395A; EP0573292B1; EP0573292A1; DE69320410T2; DE69320410D1

Abstract

본 발명의 고체촬상장치가 제1도전형의 반도체 기판과, 반도체 기판 상에 형성된 제2도전형의 반도체로 이루어진 웰층과, 상기 웰층의 상층부에 형성된 제1도전형의 반도체로 이루어진 수광부와, 상기 수광부의 상층부에 형성된 제2도전형으로 이루어진 고농도 반도체층과, 상기 반도체기판의 상층부에 형성되어 있고, 상기 웰층과 접하고 적어도 수광부의 하층부에 위치하여, 상기 반도체 기판보다 고농도인 제1도전형의 제1영역 및 상기 웰층의 하층부에 형성되어 있고, 반도체 기판과 접하면서 제1영역 위에 위치하고 상기 웰층보다도 고농도인 제2도전형의 제2영역으로 이루어진다.

Description

고체촬상장치 및 그 제조방법

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 CCD 영상소자의 부분 종단면도.

제2도는 제1도에 표시되는 CCD 영상소자의 A-A 단면상의 불순물 농도의 분포를 표시하는 도면.

제3도는 제1도에 표시되는 CCD 영상소자의 A-A 단면상의 전위 분포를 나타내는 다이어그램.

제4도는 본 발명의 제2실시예에 따른 CCD 영상소자의 부분 종단면도.

제5도는 본 발명의 제3실시예에 따른 CCD 영상소자의 부분 종단면도.

제6도는 입사광의 농도와 신호량과의 관계를 나타내어 본 발명의 효과를 설명하는 그래프.

제7도는 종래의 CCD 영상소자의 부분 종단면도.

제8도는 제7도에 표시되는 CCD 영상소자의 B-B 단면상의 불순물 농도의 분포를 나타내는 다이어그램.

제9도는 제7도에 표시되는 CCD 영상소자의 B-B 단면상의 전위 분포를 나타내는 다이어그램.

제10도는 종래의 CCD 영상소자의 부분 종단면도.

제11도는 제 10 도에 표시되는 CCD 영상소자의 C-C 단면상의 불순물 농도의 분포를 나타내는 다이어그램.

제12도는 제 10 도에 표시되는 CCD 영상소자의 C-C 단면상의 전위 분포를 나타내는 다이어그램.

＊ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 반도체 기판 2 : p-웰층

3 : 수광부 4 : p-형 반도체층

7 : 운송부 8 : 전극

10 : 제1영역 20 : 제2영역

본 발명은 블루밍을 방지하는 종형 오버플로우 드레인 구조를 가지는 고체촬상장치에 관한 것이다.

각 화소가 고체촬상장치에서 취할 수 있는 전하량은, 그 형태가 CCD 형이건 MOS 형이건 관계없이, 상한이 있다.

이러한 이유로, 각 화소가 과대광을 수광할 때, 전하는 주위 화소로 오버플로우하여 블루밍 현상을 초래한다.

블루밍 현상을 방지하기 위하여, 고체촬상장치의 수광부에 오버플로우드레인을 제공하여, 한계치를 초과하는 전하를 흡입하도록 하는 방법이 제안되어 왔다.

최근에는, 화소의 개구율의 저하를 방지할 수 있는 종형 오버플로우 드레인 구조가 널리 사용되어 왔다.

제7도는 인터라인 운송형의 CCD 영상소자에서 사용되는 종형 오버플로우 드레인 구조를 나타낸다.

이 도면에는, 1개의 화소 구조가 도시적으로 나타나 있으며, 종축은 소자의 깊이를 나타내며, 횡축은 수직운송부의 운송방향에 직교하는 방향을 나타낸다.

이 CCD 영상소자의 신호전하로써 전자를 사용하는 도전형이다.

제7도를 참조하면, p-웰층(2)은 n-형 반도체 기판 상에 형성되어 있다.

p-웰층(2)의 상층부의 일부에는 n-형 반도체에 의한 수광부(3)가 형성되어 1개의 화소분의 빛을 수광한다.

또한, 수광부(3)의 상면은 고농도의 p-형 반도체층(4)으로 덮여 있다.

수광부(3)의 한쪽에는 채널스탑영역(5)이 형성되어 있다.

수광부(3)의 다른 쪽에는 n-형 반도체에 의한 매립 채널형 운송부(7)가 운송영역(6)(P-웰층(2)의 일부)과 함께 운송부(7)와 수광부(3)의 사이에 형성되어 있다.

채널스탑영역(5)은 각 화소의 격벽으로서의 기능을 수행한다.

운송영역(6)은 전기 전위상벽으로 수광부(3)와 운송부(7) 사이의 도통을 제어한다. 운송부(7)의 전위는 운송부(7)상에 형성된 전극(8), 운송부(7)와 전극(8) 사이에 형성되어 있는 절연층(도시되지 않음)에 의하여 제어된다.

반도체 기관(1)에는 채널스탑전위(접지전위, 0V)에 대하여 역바이어스인 높은 (+) 전압이 충분히 가해진다.

과대광이 수광부(3)에 입사되고, 거기에 다량의 전자가 축적되면, 전자는 수광부(3)로부터 p-웰층(2)에 의하여 형성되는 전위장벽을 초과하여 역으로 바이어스된 반도체 기판(1)으로 오버플로우된다.

따라서 블루밍 현상이 제어될 수 있다.

제8도는 제7도는 CCD 영상소자의 B-B 단면상의 불순물 농도의 분포를 나타낸다.

단순화하기 위하여 불순물 농도가 대략 단계별로 나타나 있다.

반도체 기판(1)은 N1의 불순물 농도를 가지며, p-웰층(2)은 d2의 두께와 N2의 불순물 농도를 가지고, 수광부(3)는 d3의 두께와 N3의 불순물 농도를 반도체층(4)은 d4의 두께와 N4의 불순물 농도를 가진다.

수광부(3)의 최대전위를 VA로, 수광부(3)로부터 반도체 기판(1)에의 전위장벽의 높이를 VB로, 반도체 기판(1)으로부터 수광부(3)에의 전위장벽의 높이를 Vc로 가정하고, 반도체층(4)과 수광부(3)와의 경계로부터 수광부(3)에 최대전위가 얻어질 때의 수광부(3)의 위치까지의 거리와 P-웰층(2)과 수광부(3)의 경계로부터 수광부(3)에 최대전위가 얻어질 때의 수광부(3)의 위치까지의 거리를 각각 a b라고 하면, 다음 식(1)이 얻어진다.

여기서,

반도체 기판(1)에 인가되는 기판전압 Vsub은 아래 식(2)으로 표현된다.

V_sub=V_A-V_B+V_C……(2)

CCD 영상소자가 제9도를 참조로 설명되는데, 여기서 각각의 불순물 농도 N₁=2×10¹⁴㎝^-3, N₂=1×10¹⁵㎝^-3, N₃=2×10¹⁶㎝^-3, N₄=1×10¹⁸㎝^-3이며, 각 층의 두께는 d₃=0.672㎛와 d₂=2.148㎛, 공핍화시에(전자들이 수광부(3)에 축적되지 않는다) 각 전압은 V_A=6V, V_B=1V, V_c=5V이다.

공핍화시 기판전압 Vsub은 식(2)에 따라서 10V가 된다.

제9도에 나타난 바와 같이, 전위장벽 VB의 높이와 전위장벽 V_c의 높이가 적정값으로 되어, 전극(8)이 수광부(3)에 축적될 수 있다.

전하 Qs(포화신호의 레벨을 나타냄)까지 전자가 수광부(3)에서 축적되고, 전위장벽 VB의 높이가 기판전압 V_sub이 유지되는 상태에서 V_BO로 저하되면, 전자가 증가하여 반도체 기판(1)으로 오버플로우되고 전류는 증가하여 전류 IOF로 오버플로우된다.

따라서 블루밍 현상이 제어될 수 있다.

전위장벽 V_BO의 높이는 실리콘 반도체 장치인 경우 약 0.5V이다.

식(1)과 (2)에서 얻어지는 거리 a와 b를 각각 a₀과 b₀이라고 가정하면, 전하 Qs는 다음 식(3)으로 나타낼 수 있다.

Qs=(d₃-a₀-b₀)N₃……(3)

다음의 최대전위 V_A, 전위장벽 V_B의 높이, 기판전압 V_sub, 그리고 전하 Q_s가 각각 상술한 바에 근거하여 얻어진다.

V_A=1.88V, V_sub=10.00V,

V_c=8.62V, Q_S=5.76×1011㎝_-2

이것은 제9도에 나타난 오버플로우의 상태와 일치한다.

또한, 기판전압 V_sub가 전자가 수광부(3)에서 축적되지 않는 상태에서 증가할 때, 전위장벽 VB의 높이는 저하된다.

전위장벽의 높이 VB가 0이 되면, CCD 영상소자의 전위 분포는 깊이 방향으로 일정하게 증가하고 전자는 수광부(3)에 축적되지 않고 반도체 기판(1)으로 완전히 배출된다.

따라서 수광부(3)에서의 전자의 유효 축적시간을 제어하는 전자셔터 기능은 기판전압 V_sub을 더 높은 레벨로 증가시킴으로써 얻을 수 있다.

이 경우, 거리 a와 b는 각각 0과 d₃의 된다.

식(1)에서 얻어진 최대전위 V_A와 전위장벽 V_C의 높이가 각각 V_AS, V_CS라고 가정하면, 기판전압 Vsub은 다음 식(4)으로 표현할 수 있다.

V_sub(Sh) = V_AS＋ V_cs……(4)

최대전위 V_A, 전위장벽 V_C의 높이, 기판전압 V_sub이 상기에 근거하여 다음과 같이 얻어진다.

V_A= 7.13V, V_sub= 28.53V, V_c= 21.40

이것은 제9도에 나타나는 셔터의 상태와 일치한다.

그 결과, 제7도에 표시되는 종형 오버플로우 드레인 구조에서, 정상작동 중에는 반도체 기판(1)에 아주 높은 전압을 가하는 것이 요구된다(즉, 기판전압 Vsub : 통상시에는 10 V, 셔터 작동 중에는 28.53 V).

그러한 고전압은 고체촬상장치의 구동회로에 큰 부담을 주게 되므로 기판전압 Vsub를 저하시킬 것이 제안되어 왔다(특개소 62-24666).

기판전압 Vsub를 저하할 수 있는 종형 오버플로우 드레인 구조가 제 10 도에 표시되어 있다.

이 구조에서, 제1영역(10)은 n-형 반도체 기판(1)의 상층부에 형성되어 p-웰층(2)과 접한다.

수평방향으로는, 제1영역(10)이 수광부(3)의 하층부에 형성되어 있다. 제1영역(10)에서는, 불순물 농도가 p-웰층(2)의 불순물 농도보다 더 크다.

제1영역(10)이 반도체 기판(1)에 형성될 때에, 제11도에 나타난 바와 같이, p-웰층(2)과 접하고 있는 반도체 기판(1)의 부분의 불순물 농도는 N₁보다 큰 N₁₀이 된다.

N₁=2×10¹⁴㎝^-3, N₂=1×10¹⁵㎝^-3, N₃=2×10¹⁶㎝^-3, N₄=1×10¹⁸㎝^-3, d₃=0.672㎛, d₂=2.148㎛, V_A=6V, V_B=1V, V_c=5V인 조건하에서 불순물 농도 N10이 3×1015㎝-3이라고 가정하면, 수광부(3)의 최대전위V_A, 그 때의 전위장벽 V_c의 높이, 기판전압 V_sub및 오버플로우시의 전하 Q_s는 1.88V, 1.92V, 3.29V 및 5.76×10¹¹㎝^-2가 된다.

이와 동일한 조건에서, 수광부(3)의 최대전위 V_A, 그 때의 전위장벽 Vc이 높이 및 셔터시의 기판전압 V_sub는 7.13V, 4.76V 및 11.89V가 된다.

제12도는 제10도의 CCD 영상소자의 C-C단면상의 불순물 농도의 분포를 나타낸다.

이 도면에 표시되어 있는 오버플로우시의 전위분포와 셔터 시의 전위분포에서 오버플로우 전류 L_OF는 오버플로우시 반도체 기판(1)으로 배출될 수 있고, 수광부(3)에 축적된 모든 전자는 셔터시에 반도체기판(1)으로 배출될 수 있다.

또한, 기판전압 V_sub는 각각의 경우에 크게 저하될 수 있다.

상기 예들에 있어서, 공핍시의 최대전위 V_A, 전위장벽 V_B의 높이, 전위장벽 VC 의 높이 및 기판전압 V_sub는 5.46V, 2.37V, 0.20V 및 3.29V가 된다.

따라서, 이런 상태에서, 최대전위 V_A는 기판전압 V_sub보다 크게 된다.

게다가, 전위장벽 V_c의 높이는 0.20V로 작아진다.

제12도에 표시되는 공핍시의 전위 분포에서 명백하듯이, 전자는 반도체 기판(1)으로부터 수광부(3)로 주입된다.

이와 같은 이유로, 제10도에 표시되는 종래의 오버플로우 드레인 구조에서는, 실제 사용에 있어서, 기판전압 V_sub를 상기 예보다 더 높게 하는 것이 요구된다.

그렇지 않으면, 기판전압 V_sub이 크게 저하되어 고체촬상장치의 구동회로의 부담을 경감시키는 효과가 충분히 얻어질 수 없다.

게다가 상기 예에서는, 전위장벽 V_B의 높이가 극히 극히 작아져서, 신호전하가 수광부(3)에 거의 축적되지 않는 문제가 발생한다.

본 발명의 고체촬상장치는, 제1도전형의 반도체 기판과, 반도체 기판 상에 셩성된 제2도전형의 반도체로 이루어진 웰층과, 상기 웰층의 상층 부에 형성된 제1도전형의 반도체로 이루어진 수광부와, 상기 수광부의 상층부에 형성된 제2도전형으로 이루어진 고농도 반도체층과, 상기 반도체기판의 상층부에 형성되어 있고, 상기 웰층과 접하고 적어도 수광부의 하층부에 위치하여, 상기 반도체 기판보다 고농도인 제 1도전형의 제1영역과, 상기 웰층의 하층부에 형성되어 있고, 반도체 기판과 접하면서 제1영역 위에 위치하고 상기 웰층보다도 고농도인 제2도전형의 제2영역으로 이루어진다.

일실시예에서, 제2영역은 웰층의 하층부에 형성되고, 반도체 기판과 접하면서 제1영역 상에 위치하여 제1영역을 덮는다.

다른 실시예에서, 제2영역은, 웰층의 하층부 전체에 형성되고, 반도체 기판과 접하도록 형성되어 있다.

또 다른 실시예에서, 제1영역은 반도체 기판의 상층부 전체에 형성되면서 웰층과 접하도록 되어 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는, 상기 고체촬상장치를 생산하는 방법이, 고에너지 이온 주입법을 사용하여 반도체 기판보다 고농도인 제1도 전형의 제1영역을 형성하고, 웰층보다 고농도의 제2도전형의 제2영역을 형성하는 공정을 포함한다.

반도체 기판보다 고농도인 제1도전형의 제1영역은 기판전압이 역으로 바이어스될 때, 공핍층이 기판으로 연장되는 것을 방지할 수 있다.

따라서 제1영역의 형성은 정상 작동시와 셔터 작동시에 기판전압(절대값)을 감소시킬 수 있다.

웰층보다 고농도인 제2도전형의 제2영역은 기판전압이 제1영역에 의하여 크게 저하할 때, 수광부의 증가된 전압(절대값)에 의하여 발생되는, 반도체 기판으로부터 수광부로의 전위장벽의 높이의 저하를 방지할 수 있다.

따라서, 제2영역의 형성은 수광부가 공핍되어 전압을 증가시키는 경우에도, 반도체 기판으로부터 수광부로 전하는 주입되는 것을 방지할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 제1영역의 형성에 의하여 기판전압이 크게 저하되어 고체촬상장치의 구동회로의 부담을 감소할 수 있는 경우에도, 수광부가 공핍될 때, 반도체 기판으로부터 수광부로 전하는 주입되는 것이 방지된다.

본 발명의 고체촬상장치의 제조방법에 따르면, 고에너지 이온 주입법이 제1, 제2 고농도 영역을 반도체 장치의 표면으로부터 떨어져 형성하기 위한 방법으로 사용된다.

따라서, 웰층이 에픽택셜 방법에 의하여 반도체 기판 상에 형성되는 경우와 비교해 볼 때 생산방법이 크게 향상된다.

따라서, 본 발명은 (1) 기판전압이 크게 저하되는 경우에도 공핍시에 저하가 반도체기판으로부터 수광부로 주입되지 않는 고체촬상장치의 제공, (2) 최대허용광량을 가지는 고체촬상장치의 제공 및 (3) 고체촬상장치의 향상된 제조방법의 제공을 가능하게 하다.

이 분야의 숙련자들이라면, 첨부되는 도면을 참조하여 다음의 자세한 설명을 읽고 이해하고 나면 본 발명의 이와 같은 장점들과 다른 장점들은 쉽게 납득이 갈 것이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

[실시예 1]

제1∼3 또는 본 발명에 따른 제1실시예를 나타낸다.

제1도는 CCD 영상소자의 부분 종단면도이며, 제2도는 제1도의 A-A 단면의 불균형 농도의 분포를 표시하는 다이어그램이고, 제3도는 제1도의 A-A 단면상의 전위 분포를 표시하는 다이어그램이다.

제1∼3도에서, 제7∼12도에 표시되는 종래의 예에서와 같은 부분은 제7∼12도의 것과 같은 참조번호로 표시되었다.

그 부호의 설명은 생략되었다.

단순화하기 위하여, 제2도의 불순물 농도는 대략 단계별로 표시되었다.

인터라인 운송형의 CCD 영상소자의 종형 오버플로우 드레인 구조는 본 실시예에 따라 나타난다.

이 CCD 영상소자는 전자를 신호전하로 사용하는 도전형이다.

본 발명은 종형 오버플로우 드레인 구조를 가지는 프레임 운송형이나 리니어 운송형의 CCD 영상소자뿐만 아니라, 인터리니어 운송형의 CCD 영상소자에도 적용될 수 있다.

게다가, 도전형이 변경되면, 본 발명은 신호전하로써 홀을 사용하는 CCD 영상소자에도 적용될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 제7도의 종래의 예에서와 같이 p-형 반도체의 p-웰층(2)의 n-형 반도체 기판(1)상에 형성되고, 수광부(3)는 p-웰층(2)의 부분에 형성되며, 수광부(3)의 상면은 고농도 p-형 반도체층(4)으로 덮여 있다.

또한 제10도의 종래의 예에서와 같이, 고농도 n-형 반도체의 제1영역(10)은 수고아부(3)의 하층부에 형성된다.

본 실시예의 CCD 영상소자에서, 제2영역(20)은 반도체 기판(1)의 부분 위에 형성된다.

제2영역(20)에서, 불순물 농도는 p-웰층(2)의 불순물 농도보다 더 높다.

제2영역(20)을 수광부(3)의 하충부에 형성하고, 수평방향으로 제1영역(10)보다 조금 더 크게 형성하는 것이 바람직하다.

제1영역(10)과 제2영역(20)이 상기 CCD 영상소자에 형성되어 있으므로, 제2도에 표시되어 있는 것과 같이, p-웰층(2)과 접하고 있는 반도체 기판(1)의 부분의 불순물 농도는 N₁보다 큰 N₁₀이고, 반도체 기판(1)과 접하는 p-웰층()의 불순물 농도는 N₂부다 큰 N₂₀이다.

따라서, 최대전위 V_A가 식(1)으로 나타나는 반면, 전위 V_B와 Vc의 높이는 수공부(3)와 반도체층(4) 사이의 경계로부터 최대전위가 얻어지는 수광부(3)의 깊이까지의 거리에 따라 정해진다.

더욱 상세하게는, 최대전위 V_A는 아래 식(5)으로 표현된다.

전위장벽 V_B와 V_C의 높이는 거리 a에 따라서 아래 식(6) 혹은 (7)로 나타날 수 있다.

만약,이면,

이때, 전위장벽 V_B의 높이는 오버플로우시에 V_BO(=0.5V)이 된다.

단순화를 위하여, 거리를 다음 식(8)으로 나타낸다고 가정하면,

오버플로우시의 거리 a0과 p-웰층(2)의 깊이 d₂는 다음 식(9)으로 나타낼 수 있다.

또한, 이때, 전위장벽 V_C의 높이가 V_C0이라고 가정하면, 제2영역(20)의 깊이 d20은 다음 식(10)으로 나타난다.

최대전위 V_A를 V_A0이라고 가정하면, 거리 b는 다음 식(11)으로 나타난다.

오버플로우시에 전하 Q_S(포화신호량)는 다음 식(12)으로 표현된다.

공핍시의 전위장벽 V_C가 V_C1(0.5VVC₁VC₀)이라고 가정하면, 이것은 식(7)의 상태에 일치하게 되고, 따라서 거리 a는 다음 식(13)으로 나타난다.

식(7)∼(13)으로부터 V_B1(공핍시의 전위장벽 V_B의 높이)이 얻어질 수 있다.

따라서 최대전위 V_A는 다음 식(14)으로 나타난다.

V_A≡V_A1=V_sub-V_c1+V_B1……(14)

식(5)∼(14)로부터, 거리 b가 얻어질 수 있다.

이렇게 얻어진 거리가 b₁이라고 가정하면, 수광부(3)의 두께 d₃은 다음 식(15)으로 나타낼 수 있다.

d₃=a₁+b₁……(15)

또한, 공핍시의 거리가 0이 됨에 따라, 거리 b는 수광부(3)의 두께 d₃과 일치한다.

이때, 기판전압 V_sub은 다음 식(16)으로 나타난다.

불순물 농도가 N₁=2×10¹⁴㎝^-3, N₂=1×10¹⁵㎝^-3, N₃=2×10¹⁶㎝^-3, N₄=1×10¹⁸㎝^-3이라고 가정하면, 제1영역(10)과 제2영역(20)의 불순물 농도는 N₁₀=5×10¹⁵㎝^-3그리고 N₂₀=1×10¹⁶㎝^-3이고, 오버플로우시의 각각의 전위는 V_A=1.5V, V_B=0.5V, V_C=2.5V 그리고 Vsub=3.5V, 그리고 거리 a₀과 b₀, p-웰층의 두께 d₂, 제2영역(20)의 두께 d₂₀은 각각 0.039㎛, 0.308㎛, 0.785㎛, 0.328㎛이다.

공핍시의 전위장벽 V_C1의 높이가 1.0V라고 가정하면, 각각의 전위 V_B1, V_A1, 거리 a₁, b₁, 수광부(3)의 두께 d₃은 각각 다음과 같이 얻어진다:V_B1=2.21V, V_A1=4.71V(V_sub=3.5V), a₁=0,100㎛, b₁=0,546㎛, 그리고 d₃=0.646㎛이다.

더욱이, 오버플로우시의 전하 Qs와 셔터시의 기판전압 Vsub는 다음과 같이 얻어진다: Q_s=5.96×10¹¹㎝^-2그리고 V_sub(Sh)=10.66V이다.

그 결과, 상기 조건에서의 종형 드레인 구조가 형성되어 이 경우의 전위분포가 제3 도에서와 같이 표시된다.

정상 작동시의 기판전압 V_sub는 3.5V이고, 셔터작동 시는 10.66V이다.

따라서, 제7도∼제9도에서 표시되는 종래의 예들과 비교 해 볼 때, 기판전압 V_sub에서의 큰 저하가 가능하게 된다.

수광부(3)가 완전히 공핍되었을 때, 최대전위 V_A1은 4.71V(기판전압 V_sub즉, 3.5V보다 더 낮다)가 된다.

그러나, 반도체 기판(1)으로부터 수광부(3)에서까지의 전위장벽 V_C1의 높이는 1.0V(충분한 전위장벽을 유지한다)가 되어, 전자가 반도체 기판(1)으로부터 수광부(3)로 주입되는 것을 방지할 수 있다.

더구나, 오버플로우시 전하 Qs는 상기 값(충분한 양)으로 된다.

제2도에서, 제1영역(10)의 깊이 d₁₀은 바람직하게 다음과 같다: 역바이어스 전압이 반도체 기판(1)과 p-웰층(2) 사이에 인가 될 때, 공핍부는 반도체 기판(1)과 p-웰층(2) 간의 접합경계면으로부터 반도체 기판(1)에까지 확산된다.

이때, 공핍부의 끝은 수광부(3)의 하층부의 제1영역에 남아 있다.

셔터시에 공핍부는 최대로 확산된다.

따라서, 깊이 d₁₀은 다음에 의하여 정하여진다.

[실시예 2]

제4도는 본 발명의 제2실시예에 따른 CCD 영상소자의 부분 종단면도이다.

제1도에서의 제1실시예와 동일한 참조번호가 사용되었다.

본 실시예에서는, 제2영역(20)이 반도체 기판(1)의 표면 전체에 형성되어 있다.

이 구조에서, CCD 영상소자의 전위 분포는 제2도에서의 그것과 동일하므로 실시예1 에서 얻어진 것과 동일한 효과가 얻어진다.

게다가, 본 실시예에서는, 제2영역(20) 또는 운송부(7)의 하층부에 형성되므로 반도체기판(1)으로부터 운송부(7)로 전하가 주입되는 것을 틀립없이 방지할 수 있다. 또한, 화소의 크기가 더욱 작아지는 경우에는, 제 2 영역(20)의 수평방향으로의 확산을 고려할 필요가 없다.

실시예 3

제5도는 본 발명의 제3실시예에 따른 CCD 영상소자의 부분 종단면도이다.

제1∼4도에 표시되는 제1, 2실시예와 같은 구성부분은 동일한 참조번호로 표시되었다.

도면부호의 설명은 생략한다.

본 실시예에서는, 제1영역(10)과 제2영역(20)은 각각 반도체 기판(1)과 p-웰층(2)에 형성된다.

제1영역(10)과 제2영역(20) 모두 전체 화소 상에 형성된다.

상기 구조에서는, 제2도에서와 같은 CCD 영상소자의 분포가 얻어지므로, 제1실시예와 동일한 결과가 나온다.

전하가 반도체 기판(1)으로부터 운송부(7)로 주입되는 것이 제2실시예에서와 동일한 방법으로, 제2영역(20)의 형성 조건을 선택하는 것에 의하여 방지될 수 있다. 본 실시예에서는, 화소의 크기가 더욱 감소하면, 제2영역(20)의 수평방향의 확산뿐만 아니라, 제1영역(10)의 수평방향 확산도 고려할 필요가 없다.

따라서, 제1영역(10)과 제2영역(20)이 쉽게 형성된다.

상기 각각의 실시예에서 제1영역(10)과 제2영역(20)은 CCD 영상소자의 표면으로부터 떨어진 위치에 형성된다.

이 영역에서는 불순물 농도가 높다.

이 영역을 형성하기 위하여, 특개소 62-24666에서 나타나는 것과 같이, 적층 성장을 이용하여 반도체 기판(1)상에 p-웰층을 형성하는 방법이 사용될 수 있다.

상기 각각의 실시예에서, 고에너지 이온 주입법이 사용된다.

고 에너지 이온 주입법에 따르면, 평균 주입 깊이 Rp, 표준 편차 Op, 붕소와 인의 이온을 주입하기 위한 주입 에너지 E는 다음의 관계가 있다.(S.M. Sze편 “VLSI Technology” 제 2 판(McGrow-Hill, 1988)제 8 장)

붕소:

Rp=85.6E0.777 ［Å］

Op=1760E0.160 - 1990E0.092 ［Å］

인:

Rp=15.6E0.958 ［Å］

Op=22.4E0.659 ［Å］

여기서, E:keV

상기 각각의 예에서 인이 제1영역(10)을 형성하기 위하여 사용될 때, 주입 에너지 E가 2.12MeV라고 가정하면, 평균 주입 깊이 Rp와 표준편차 Op는 2.40㎛와 0.35㎛이다. 따라서, 인은 고농도의 2.05㎛∼2.75㎛의 깊이를 가지는 영역에 주입된다.

붕소가 제2영역(20)을 형성하기 위하여 사용되고, 주입 에너지 E가 1.01MeV이라고 가정하면, 평균 주입 깊이 Rp와 표준 편차 Op는 각각 1.85㎛와 0.14㎛이다.

따라서 붕소는 고농도의 1.71㎛∼1.99㎛의 깊이를 가지는 영역에 주입된다.

반도체층(4)의 두께 d₄가 0.24㎛라고 가정하면, 제1영역(10)은 2.00㎛∼2.81㎛의 깊이에 형성되고, 제2영역(20)은 1.67㎛∼2.00㎛의 깊이에 형성된다.

이러한 결과는 인과 붕소의 이온 주입의 결과와 거의 동일하다.

따라서, 고에너지 이온 주입법이 상기 실시예에서 제1영역(10)과 제2영역(20)을 형성하기에 적합한 것으로 판단된다.

CCD 영상소자를 생산하기 위하여 고에너지 이온 주입법을 사용하는 것이 종래에 알려진 기술이다(예를 들면, Nikkei BP Corporation 발행 “Nikkei Microdevice” 1991년 12월호 pp 99-103).

그러나 종래에는 고에너지 이온 주입법은 깊이 방향이 균일성 향상 및 수평방향 확산의 방지를 위하여 사용되었다.

이 방법이 상기 실시예에서와 같이 제1영역(10) 그리고 혹은 제2영역(20)에 형성되어 전위분포를 향상시키는 데에 사용된 것은 아니었다.

상기 설명에서 분명하듯이, 본 발명에 따르면, 기판전압이 저하되는 경우에, 전자가 반도체 기판으로부터 수광부로 주입되는 것이 방지될 수 있다.

따라서, 기판전압을 크게 저하함으로써 고체촬상장치의 구동회로의 부담을 충분히 경감시킬 수 있다.

게다가, 고체촬상장치의 생산법이 고에너지 이온 주입법을 사용함으로써 향상될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 무릎(knee) 효과(예를 들면, 수광부에서의 전자의 축적이 포화신호 레벨에 달한 후에 입사광량의 증가와 함께 증가한다)가 다음과 같은 이유로 종래의 장치와 비교해 볼 때 실질적으로 방지된다.

종래의 장치에서는, 입사광량의 증대에 따른 오버플로우 전루 I_OF를 증가시킬 목적으로, 반도체 기판(1)으로부터 수광부(3)로의 전위장벽 VC의 높이가, 수광부(3)로부터 반도체 기판(1)으로의 전위장벽 VB의 높이의 감소에 따라 크게 증가하였다.

즉, 수광부(3)의 최대전위 VA는 현저히 저하되어, 수광부(3)에 축적된 신호량이 크게 증가하였다.

반면에, 본 발명에 따르면, 비록 전위장벽 V_B의 높이가 저하하여도, 전위장벽 V_C의 높이는 조금 증가한다.

즉, 전위장벽 V_A의 저하가 조금 일어나므로, 수광부(3)에 축적된 신호량의 증가도 적은 수준으로 억제된다.

제6도는 수광부(3)에서 축적되는 입사광량과 신호량과의 관계를 나타낸다.

이 도면에서, (A)는 본 발명의 장치의 특성 커브이고, (B)는 종래 장치의 특성 커브를 나타낸다.

(B)에 의하여 표시되는 종래 장치에서는, 입사 광량이 P0일 때, 수광부(3)에 축적된 신호량이 포화신호 레벨 Qso에 도달한 이후에 크게 증가하여 입사광 강도 PB로 최대 허용 신호량 QSM에 도달한다.

반면에 (A)에 의하여 표시되는 본 발명에서는, 수광부(3)에 축적된 신호량은 입사광량이 P0일 때, 포화신호량 Qs0에 도달한 이후에 적은 레벨로 억제되어 입사광량이 PA(PA≫PB)일 때, 최대 허용 신호량인 QSM에 도달한다.

즉, 본발명에 따르면, 장치의 최대허용광량은 PB에서 PA로 증가한다.

이외의 다양한 조정이 본 발명의 영역과 정신을 벗어나지 않고 본 기술분야의 전문가들에 의해 분명히 가능할 것이다.

따라서, 첨부된 청구항이 본 설명으로부터 제한되는 것이 아니라 넓게 해석되어야 할 것이다.

Claims

제1도전형의 반도체 기판;반도체 기판 상에 형성된 제2도전형의 반도체로 이루어진 웰층; 상기 웰층의 상층부에 형성된 제1도전형의 반도체로 이루어진 수광부; 상기 수광부의 상층부에 형성된 제2도전형으로 이루어진 고농도 반도체층; 상기 반도체 기판의 상층부에 형성되어 있고, 상기 웰층과 접하고 적어도 수광부의 하층부에 위치하여, 상기 반도체 기판보다 고농도인 제1도전형의 제1영역; 및 상기 웰층의 하층부에 형성되어 있고, 상기 반도체 기판과 접하면서 상기 제1영역 위에 위치하고 상기 웰층보다도 고농도인 제2도전형의 제2영역으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
제1항에 있어서, 상기 제2영역이 상기 웰층의 하층부에 형성되어 있고, 상기 반도체기판과 접하며, 적어도 상기 제1영역 상에 위치하여 상기 제1영역을 덮는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
제1항에 있어서, 상기 제2영역이 상기 웰층의 하층부 전체에 형성되어 있고, 상기 반도체 기판과 접하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
제3항에 있어서, 상기 제1영역이 상기 반도체 기판의 상층부 전체에 형성되어 있고, 상기 웰층과 접하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
고에너지 이온 주입법을 사용하여, 반도체 기판보다 고농도의 제1도전형의 제1영역을 형성하고 웰층보다 고농도의 제2도전형의 제2영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치 생산방법.