JPH04199878A - 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〕 この発明は固体撮像装置に関し、特に光の利用効率を改
善した固体撮像装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の一次元固体撮像装置の一例を第４図に示す。第４
図（ａｌはその平面構造を示すものであり、図において
、１はＮ型の導電性不純物層により形成された光電変換
領域、２は電荷転送チャネル、３はＰ型の導電性不純物
層により形成された分離領域、４は光電変換領域１から
電荷転送素子に電荷を読み出すためのトランスファゲー
ト、５は電荷転送用の転送ゲート電極である。第４図（
ｂ）は第４図（ａ）のＢ−Ｂ　’で示される部分の断面
図を示すものであり、図において、６は表面に浅く形成
されたＰ＋領域、７はＰ型のシリコン基板である。

光電変換領域１の光電変換素子で光電変換された信号電
荷は一定期間光電変換素子で蓄積された後、トランスフ
ァーゲート４を通して電荷転送チャネル２に読み出され
、転送ゲート電極５に電圧を印加することにより順次転
送され外部に読み出される。６のＰ＋領域は、暗電流の
低減を目的として光電変換領域のＮ−領域を半導体基板
中７に埋め込むために形成されており、これによりＮ−
領域１の空乏層が表面にまで達することを阻止している
。

第５図は従来の固体撮像装置の製造方法を示したもので
ある。ｌＯはＰ型のシリコン基板、１１は光電変換領域
１２の形成のための不純物注入のマスクとなるフォトレ
ジストパターン、１４は分離領域１５形成のだめの不純
物注入のマスクとなるフォトレジストパターンである。

次に製造方法について説明する。

まずＩ　Ｘ　１０　”Ｃｍ−３程度の不純物濃度を有す
るＰ型のシリコン基板１０上の光電変換素子を分離する
領域にフォトレジスト１１をパターニングしく第５図（
ａ））、このフォトレジスト１１をマスクとしてＮ型の
不純物をイオン注入する（第５図（ｂ））。

次にフォトレジスト１１を除去して、熱拡散により注入
したＮ型不純物をドライブし、不純物濃度力月Ｘ　１０
　ｌ７ｃｍ−３〜５　Ｘ　１０１７ａｎ−３の光電変換
領域１２を形成する（第５図（Ｃ））。

更に、分離領域となる部分を露出するようにレジストパ
ターン１４を設け（第５図（ｄ））、分離領域形成のた
めのＰ型不純物をイオン注入し、不純物濃度が５　Ｘ　
１０　”ａｎ−３〜Ｉ　Ｘ　１０１８ｃｍ−３の高濃度
Ｐ型頭域１５を形成する（第５図（ｅ））。この分離幅
は、写真製版の限界できまるレジストのヌキ幅Ｗｉによ
り制限されることになる。

最後に全面にイオン注入し基板表面に浅くＰ＋領域１３
を形成する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の固体撮像装置は以上のように構成
されており、分離領域３により光電変換素子間の分離を
行っていたため、分離領域３に入射した光を有効に活用
することかできない。しかるに、従来ては光を有効像と
して最大限利用するため、光電変換素子間の分離領域を
微細加工の限界まで小さく作っていたか、微細加工技術
の限界てその幅（図中、Ｗｉで示す）は制限されていた
。

また光電変換素子の高密度化が進むにつれ、光電変換領
域１に占める分離領域３の割合は大きくなってきており
、分離領域３をいかに小さく作るかが重要な課題となっ
ている。特に、最近のリニアイメージセンサては１００
００画素程度、チップサイズは８ｃｍ程度と高集積密度
、大チップ化か進んだため、現状では、分離領域の微細
加工に際しては３ミクロン程度の最小解像度の写真製版
装置しか使用できない。

このように、従来の固体撮像素子では分離領域形成のた
めの写真製版の限界で分離幅の最小値が制限されていた
。

この発明は上述のような問題点を解消するためになされ
たもので、微細加工技術の限界より小さな分離領域を形
成することかでき、高密度化において高感度化が微細加
工技術の限界で制限されることのない固体撮像装置を得
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る固体撮像装置は、光電変換素子間の分離
領域として、光電変換素子の上層にある光電変換素子と
異なる導電性を有する浅い不純物領域を用いるものであ
る。

また、この発明に係る固体撮像装置は、前記光電変換素
子を、第１の不純物領域とそれと同一の導電性でかつ第
１の不純物領域よりも高濃度で、第１の不純物領域に包
含される第２の不純物領域とから形成したものである。

さらにこの発明に係る固体撮像装置は、前記光電変換素
子の分離領域を覆うように光電変換素子間に半導体基板
と同一の導電性で、かつ基板濃度よりも濃い不純物領域
を設けたものである。

〔作用〕

この発明における固体撮像装置は、写真製版の微細加工
技術における微細化の限界以下の分離領域が形成でき、
入射光の有効活用が図れ、高感度化か実現できる。

またさらには光電変換素子内に不純物分布をつけ、ある
いは光電変換素子間で分離領域を覆う領域の基板濃度を
濃くしたのて、微細化の限界以下の分離領域を得られ高
感度化か図れる上、光電変換素子間の十分な分離耐圧を
確保てきる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図はこの発明の一実施例による固体撮像装置を示す
もので、同図（ａ）はその平面図であり、また同図（ｂ
）は同図（ａ）のＡ−Ａ　’で示す部分の断面図である
。図において、６は浅く形成されたＰ＋領域である。そ
の他の部分については第４図に示したのと同一符号は同
一部分を示している。

このような構成においては光電変換素子１間の素子分離
を浅いＰ＋層６て作ることにより分離幅を写真製版の限
界値よりも小さくすることかできる。

以下、これを詳細に説明するため、第２図を用いて本実
施例に係る固体撮像装置の製造方法について説明する。

図において、従来例による第５図と同一符号は同一部分
を示している。

まず第２図（ａ）に示すようにＩ　Ｘ　Ｉ　Ｏ”Ｃｍ−
３程度の不純物濃度を有するＰ型のシリコン基板ｌＯの
上に光電変換素子の分離領域に対応したフォトレジスト
パターン１１を形成する。この時、レジストの寸法は光
電変換素子の開口面積をできるだけ大きくするために、
−船釣に写真製版の限界値Ｗとする。

続いてこのフォトレジストマスク１１として、光電変換
素子用の不純物であるＮ型不純物をイオン注入によって
シリコン基板中に注入し、Ｎ型不純物注入領域１２を形
成する（第２図（ｂ））。

その後、レジスト１１を除去し、熱拡散により注入した
Ｎ型不純物をドライブし、不純物濃度かＩ　Ｘ　１０１
７ｃｍ−’〜５　Ｘ　Ｉ　Ｏ”ａｍ−’のＮ型不純物領
域を形成する。この時、不純物の深さ方向の拡散だけで
はなく、横方向の拡散も行われ実効的な光電変換素子１
２１間の分離領域の幅は写真製版の限界値Ｗよりも狭い
Ｗｌとなる（第２図（Ｃ））。通常、横方向拡散距離は
深さ方向拡散距離の０．７倍程度である。拡散距離が大
きい時には、あらかじめ横方向拡散距離を考慮してレジ
ストパターン幅Ｗを決める必要かある。

次に、表面に浅いＰ＋領域１３をイオン注入により形成
する（第２図（ｄ））。

以上のようにして本実施例の固体撮像装置を完成する。

従ってこのような本実施例による固体撮像装置では、光
電変換素子１間の分離領域の幅Ｗ′を写真製版の微細加
工技術の限界Ｗ以下に形成することかできる。

ここで上記実施例の固体撮像装置を実際に使用するに際
して、光電変換素子ｌに低バイアス電圧を印加して、素
子を動作させるには何ら問題はないが、光電変換素子１
に高バイアス電圧を印加する際には、光電変換素子の分
離耐圧に関する問題点が出てくる。この問題点に対して
は次の２点の対策があげられる。

まず第１に、光電変換素子ｌ領域に不純物分布を作り、
耐圧をあげることが考えられる。

、即ち、光電変換素子１間の耐圧は、光電変換素子１か
ら互いに空乏層か広がり、接することにより減少する。

従って素子間の耐圧を向上させるためには、空乏層の広
がりを制限すればよい。これに対する対策としては第３
図（ａ）に示すように、光電変換素子の不純物プロファ
イルを２重にすることか考えられる。すなわち、間隔Ｗ
“で形成された濃度の濃いＮ型領域８のまわりを間隔Ｗ
′で形成された濃度の薄いＮ型不純物領域９て覆う構造
である。但し、Ｗ“〉Ｗｌとする。このように光電変換
素子１の不純物プロファイルを２重にし、外側の濃度を
薄くすることにより、該光電変換領域１からの空乏層の
伸びを抑えることができ、耐圧か向上てきる。

第２には、部分的に基板濃度を濃くして空乏層の伸びを
抑えることか考えられる。

即ち、光電変換素子ｌの空乏層の広がりを抑えるために
は、シリコン基板１０の濃度を濃くすることによっても
可能となる。第３図（ｂ）にその−例を示す。本構造の
製造に際しては、まず、Ｐ型のシリコン基板表面の光電
変換領域間に相当する領域に予めＰ型の不純物を導入し
、基板濃度よりも濃い不純物濃度か５　Ｘ　１０１５ａ
ｎ−３程度である２層３０を形成しておき、その後上記
第２図（ａ）〜（ｄ）の工程を行う。このように、光電
変換素子１間の分離領域に相当する領域に予め基板濃度
より濃い２層３０を形成しておくことにより、２層３０
により光電変換素子１間の空乏層の伸びか抑制され、耐
圧が向上する。

なお、第１図のＡ−Ａ　’と直角の方向の素子分離につ
いては、１次元面体撮像素子では、任意にその寸法を決
めることができるため、ここで特に限定しない。

また、上記実施例ではＰ型の半導体基板を用いた実施例
を示したが、Ｎ型基板を用いてもよく、この場合には上
記実施例の説明で用いた導電型を反対の導電型に読みか
えるとよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、Ｐ”分離領域を表面
Ｐ＋領域で兼ねるようにしたので従来の固体撮像装置で
は実現できなかった分離領域の微細化か可能になり高感
度化か達成できるという効果かある。

またさらには、光電変換素子間の空乏層の伸びを減らす
構造としたので、高バイアス使用時においても、十分な
光電変換素子間の分離耐圧を確保てき、高信頼性のもの
を得ることかできる効果かある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による固体撮像装置を示す
平面図と断面構造図、第２図は第１図の固体撮像装置の
製造方法を示す図、第３図は本発明に係る固体撮像装置
の他の実施例を示す構造図、第４図は従来の固体撮像素
子を示す図、第５図は第４図の製造方法を示す図である
。 図において、１は光電変換素子、２は電荷転送チャネル
、３は分離領域、４はトランスファケート、５は転送ゲ
ート、６．Ｉ３はＰ＋領域、７゜１０はＰ型シリコン基
板、８は濃いＮ型領域、９は薄いＮ型領域、１１はフォ
トレジスト、１２はＮ型不純物注入領域、３０は濃い２
層である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）１次元に配設された光電変換素子と電荷読み出し
   手段を有する固体撮像装置において、光電変換素子間の
   分離を光電変換素子の上層に設けた光電変換素子と異な
   る導電性を有する浅い不純物層を用いて行うことを特徴
   とする固体撮像装置。
2. （２）前記光電変換素子は、第１の不純物領域と、該第
   １の不純物領域と同一の導電性で、該第１の不純物領域
   よりも高濃度で、かつ該第１の不純物領域に包含される
   ように形成された第２の不純物領域で形成したことを特
   徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
3. （３）前記光電変換素子間に分離領域を覆うように形成
   された、半導体基板と同一の導電性で、かつ、基板の濃
   度よりも濃い不純物領域を有することを特徴とする請求
   項１記載の固体撮像装置。