JP2982206B2 - 固体撮像素子 - Google Patents

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、受光部に埋め込
み型のフォトダイオードを用いて半導体基板表面で発生
する暗電流を低減せしめた固体撮像素子に関する。

［従来の技術］ 第３図（ａ）は、この種従来の固体撮像素子の主要部
断面図である。同図に示すように、ｎ型半導体基板１上
にｐ型ウェル２が形成され、ｐ型ウェルの表面に形成さ
れた接合の深いｎ型領域３の表面に、接合の浅いp⁺型領
域４が形成されている。ｐ型ウェル２の表面には更に電
荷転送部のｎ型領域９と各領域を分離するチャネルスト
ップ11が形成され、また、半導体基板上には絶縁膜10を
介して電荷転送電極８と遮光膜５が形成されている。

埋め込み型に形成されているフォトダイオードのｎ型
領域３には、遮光膜５の開口部６から入射した光により
発生した電子が蓄積される。フォトダイオードと電荷転
送部の間にはｐ型の読み出しゲート領域7aが設けられて
おり、該ゲート領域上に設けられた電荷転送電極８に適
切な電圧を印加することにより、フォトダイオードのｎ
型領域３に蓄積された電子を電荷転送部のｎ型領域９へ
読み出すことができる。

このような固体撮像素子において、正常な読み出し動
作を行わせるには、p⁺型領域４と読み出しゲート領域7a
とが接触しないようにすることが、換言すれば、フォト
ダイオードのｎ型領域３の一部がp⁺型領域４より読み出
しゲート領域7a寄りに形成されていることが必要であっ
た。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した従来の固体撮像素子では、フォトダイオード
のｎ型領域３の一部がp⁺型領域４よりも電荷転送部寄り
に形成されているために、フォトダイオードのｎ型領域
は電荷転送電極８の下の上記部分で絶縁膜の界面と接し
てしまう。従って、フォトダイオードから電荷転送部に
かけての電位分布は第３図（ｂ）に示されるようにな
り、そのため、絶縁膜10と半導体基板との界面で発生す
る雑音電荷がｎ型領域３に蓄積される。この電荷は信号
電荷に混入して暗電流成分となるので、従来の固体撮像
素子では、S/Nの低下、固定パターンノイズの発生が避
け難かった。

［課題を解決するための手段］ 本発明の固体撮像素子は、ｎ型光電変換領域の電荷読
み出しゲート領域と接する部分を除く表面上にp⁺型領域
を設けた、いわゆる埋め込み型フォトダイオードを有す
るものであって、少なくともｎ型光電変換領域の電荷読
み出しゲート領域と接する部分の表面はｐ型不純物の導
入によりｐ型化されている。すなわち、本発明において
は、埋め込み型フォトダイオードのｎ型領域は全て半導
体基板内部に埋め込まれ、絶縁膜と接することがないよ
うになされている。そして電荷読み出しゲート領域から
電荷転送領域上にかけて形成されている電荷転送電極は
ｎ型光電変換領域上にまで延在している。

［実施例］ 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図は、本発明の一実施例を示す要部断面図であ
る。同図において、第３図（ａ）に示す従来例の部分と
同等の部分には同一の参照番号が付されているので重複
する説明は省略するが、本実施例の従来例と相違する点
は、フォトダイオードのp⁺型領域４から電荷転送部のｎ
型領域９に渡る領域に、ｎ型領域３の導電型を反転させ
る濃度のｐ型不純物が導入されて、この部分が読み出し
ゲート領域７となされている点である。このように構成
すれば、フォトダイオードのｎ型領域３が絶縁膜と半導
体表面との界面で接することはなくなる。

このような固体撮像素子は、常法によりフォトダイオ
ードのｎ型領域３と電荷転送部のｎ型領域９およびp⁺型
のチャネルストップ11を形成した後、読み出しゲート部
に適切な量のボロンをイオン注入法で注入することによ
り容易に作成することができる。

本実施例において、フォトダイオードのｎ型領域３の
不純物濃度が２×10¹⁶cm^-3であるとき、読み出しゲート
領域７のｐ型ウェル２の表面部分の不純物濃度を１×10
¹⁷cm^-3程度になるようにすれば、転送電極下の絶縁膜
（SiO₂膜）の膜厚を60nmとして電荷転送電極に12V以上
の読み出しパルスを印加することにより、フォトダイオ
ードのｎ型領域３内に蓄積された信号電荷を完全に電荷
転送部のｎ型領域９へ読み出すことができる。そして、
この場合にフォトダイオードのｎ型領域は絶縁膜と接し
ていないので、暗電流による固定パターンノイズが発生
することはなくなる。

第２図は、本発明の他の実施例を示す要部断面図であ
る。本実施例の先の実施例と異なる点は、電荷転送電極
８の側面に絶縁膜のサイドウォール12が形成され、か
つ、フォトダイオードのｎ型領域３のp⁺型領域４と接す
る部分にｎ型領域３より不純物濃度の高い第２のｎ型領
域13が形成されている点である。本実施例によれば、フ
ォトダイオードの第２のｎ型領域13とフォトダイオード
のp⁺型領域４との接合容量が増加する分フォトダイオー
ドの第１のｎ型領域３の不純物濃度を減らせるため、読
み出しゲート領域７へ導入されるｐ型不純物の量をそれ
ほど上げなくとも、フォトダイオードのｎ型領域３が絶
縁膜と半導体表面の界面に接するのを防止することがで
きる。

第２図に示した固体撮像素子は、以下のようにして作
成することができる。まず、従来例と同様に、ｎ型半導
体基板１の表面にｐ型ウェル２を形成し、ｐ型ウェル２
の表面の所定領域にフォトダイオードのｎ型領域３と電
荷転送部のｎ型領域９およびp⁺型領域であるチャネルス
トップ11を形成する。次に、フォトダイオードのｎ型領
域３の一部領域およびｎ型領域３と電荷転送部のｎ型領
域９との間にボロンを導入して読み出しゲート領域７を
形成する。このとき導入されるボロンのドーズ量は、ｎ
型領域３の導電型がｐ型に反転する程度に選択される。
次に、絶縁膜10の表面上に電荷転送電極８を形成し、こ
の電荷転送電極８をマスクとしてフォトダイオードのp⁺
型領域４をイオン注入法で形成する。次いで、電荷転送
電極８の膜厚程度の絶縁膜を設け、RIE等の異方性エッ
チングによりサイドウォール12を形成する。フォトダイ
オードの第２のｎ型領域13は、サイドウォール12をマス
ク材としてイオン注入法でフォトダイオードのp⁺型領域
12よりも深く注入することにより形成する。最後に、絶
縁膜で電極を覆い、所定の領域に遮光膜５を形成すれば
第２図に図示した固体撮像素子が形成される。

なお、以上の実施例では、読み出しゲート領域全体に
ｐ型不純物が導入されていたが、これを変更して、ｎ型
領域３のp⁺型領域４に覆われていない部分のみにｐ型不
純物を導入するようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は、埋め込み型フォトダ
イオードのｎ型領域が電荷転送電極下の絶縁膜と半導体
表面との界面に接することがないようにしたものである
ので、本発明によれば、暗電流を低減せしめることがで
き、暗電流に起因する固定パターンノイズを抑制するこ
とできる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は、それぞれ本発明の実施例を示す断面
図、第３図（ａ）は、従来例の断面図、第３図（ｂ）
は、その電位分布図である。 １……ｎ型半導体基板、２……ｐ型ウェル、３……フォ
トダイオードのｎ型領域、４……フォトダイオードのp⁺
型領域、５……遮光膜、６……遮光膜の開口部、７、7a
……読み出しゲート領域、８……電荷転送電極、９……
電荷転送部のｎ型領域、10……絶縁膜、11……チャネル
ストップ、12……サイドウォール、13……フォトダイオ
ードの第２のｎ型領域。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１導電型半導体層の表面領域内に形成さ
   れた、光電変換を行い光電変換電荷を蓄積しておく第２
   導電型の光電変換・電荷蓄積領域と、前記第１導電型半
   導体層の表面領域内に形成された、前記光電変換・電荷
   蓄積領域において発生した信号電荷の転送を受ける第２
   導電型の電荷転送領域と、前記光電変換・電荷蓄積領域
   の前記電荷転送領域と対向する一部領域を除く前記光電
   変換・電荷蓄積領域の表面に形成された高不純物濃度の
   第１導電型領域と、前記光電変換・電荷蓄積領域の前記
   一部領域の表面上を覆い該一部領域の表面上から前記電
   荷転送領域にかけて形成された第１導電型の読み出しゲ
   ート領域と、絶縁膜を介して前記読み出しゲート領域上
   および前記電荷転送領域上に形成された電荷転送電極
   と、を具備する固体撮像素子であって、前記電荷転送電
   極は前記光電変換・電荷蓄積領域の前記一部領域上をも
   覆うように前記光電変換・電荷蓄積領域上にまで延在し
   ていることを特徴とする固体撮像素子。
2. 【請求項２】前記光電変換・電荷蓄積領域の前記高不純
   物濃度の第１導電型領域と接する部分の少なくとも一部
   が光電変換・電荷蓄積領域の他の部分より不純物濃度が
   高くなされ、かつ、該光電変換・電荷蓄積領域の他の部
   分より不純物濃度が高くなされた領域は前記読み出しゲ
   ート領域とは接していないことを特徴とする請求項１記
   載の固体撮像素子。