JPH04283965A - 固体撮像素子 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に係り、
特に、フォトダイオード形成領域と、このフォトダイオ
ード形成領域と近接して設けられた電荷転送経路形成領
域と、フォトダイオード形成領域に発生した電荷を電荷
転送経路形成領域に転送させる読みだしゲートを備えた
固体撮像素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の固体撮像素子は、図５に示すよ
うに、Ｐ型半導体層５２面に形成されたＰ型ウェル層５
３上に、Ｎ型拡散層５６が形成されてフォトダイオード
形成領域があり、また、このフォトダイオード形成領域
に近接して電荷転送経路形成領域がある。この電荷転送
経路としては、たとえばＣＣＤ素子が用いられ、前記Ｐ
型ウェル層５３上に、Ｎ型拡散層５４が形成されている
とともに、このＮ型拡散層５４上に絶縁膜６０を介して
電荷転送方向に並設された図示しない転送電極が形成さ
れたものとなっている。

【０００３】そして、前記フォトダイオード形成領域に
て発生した電荷を電荷転送経路形成領域に転送させるた
めの読みだしゲート５８が設けられている。この読みだ
しゲート５８は絶縁膜６０を介して形成され、この読み
だしゲート５８に電圧を印加することにより、フォトダ
イオード形成領域と電荷転送経路形成領域における各Ｎ
型拡散層５６、５４間に反転層となるＮ型チャネル層を
形成するようにしているものである。

【０００４】さらに、このように構成した固体撮像装置
において、前記フォトダイオード形成領域におけるＮ型
拡散層５６の表面（絶縁膜６０との界面）にていわゆる
暗電流が発生するのを、該表面にＰ型拡散層５７をほぼ
重畳させた状態で形成することによって、前記暗電流が
前記Ｐ型拡散層下のＮ型拡散層に至らないようにしてい
る。

【０００５】なお、ＣＣＤ固体撮像装置は、例えば、「
映像情報」、「最近の固体撮像素子と固体カメラの動向
」、頁２５〜３１、１９８６年５月、産業開発機構（株
）発行、で知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成からなる固体撮像装置は、読みだしゲート５８
下において、フォトダイオード形成領域のＮ型拡散層５
６と電荷転送経路形成領域のＮ型拡散層５４とを互いに
対向させて形成しなければならない（すなわち、各Ｎ型
拡散層５６、５４を互いに接続させるＮ型チャネル層を
形成しなければならないことから）ことから、暗電流発
生防止のためのＰ型拡散層５７は、Ｎ型拡散層５６の形
成領域の全部を完全に覆って形成できなかった。

【０００７】それ故、暗電流発生防止のためのＰ型拡散
層５７の形成領域の周辺にはＮ型拡散層５６が表面にて
露呈し、この露呈されたＮ型拡散層５６が絶縁膜６０と
界面を構成してしまうことになっていた。

【０００８】従って、暗電流発生防止の対策は完全でな
く、これにより、映像装置側において前記暗電流に起因
するいわゆる白点が発生することが認められていた。

【０００９】それ故、本発明は、このような事情に基づ
いてなされたものであり、その目的とするところのもの
は、暗電流の発生を完全に防止できる固体撮像装置を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、基本的には、第１導電型の半導体
基板面に第２導電型の拡散層が形成されて構成されるフ
ォトダイオード形成領域と、このフォトダイオード形成
領域と近接して前記第１導電型の半導体基板面に第２導
電型の拡散層が形成されて構成される電荷転送経路形成
領域と、前記フォトダイオード形成領域にて発生した電
荷を電荷転送経路形成領域に転送させる読みだしゲート
を備え、暗電流発生防止のための第１導電型の拡散層が
前記フォトダイオード形成領域における第２導電型の拡
散層の表面に形成されている固体撮像素子において、暗
電流発生防止のための第１導電型の拡散層が、前記フォ
トダイオード形成領域における第２導電型の拡散層の全
域を覆うように形成されているとともに前記読みだしゲ
ート下にて電荷転送経路形成領域の第２導電型の拡散層
に接続されるように形成され、かつ、読みだしゲートに
印加する電圧は、フォトダイオード形成領域の第２導電
型の拡散層と電荷転送経路形成領域の第２導電型の拡散
層の間でパンチスルー現象が発生するに足る電圧とした
ことを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】このように構成した固体撮像素子は、暗電流発
生防止のための第１導電型の拡散層が、前記フォトダイ
オード形成領域における第２導電型の拡散層の全域を覆
うように形成されている。このため、フォトダイオード
を構成する第２導電型の拡散層は、前記第１導電型の拡
散層により全て埋め込まれ、絶縁膜と界面を構成する半
導体表面に露呈されることはなくなる。

【００１２】したがって、電荷湧出し効率の高い表面で
発生した電子がフォトダイオードに溜め込まれ、暗電流
となる確率を極めて小さくできる。

【００１３】そして、このように構成した場合、電圧を
印加した読みだしゲートの直下に従来のように反転層が
形成されても、フォトダイオードを構成する第２導電型
の拡散層と電荷転送経路領域を構成する第２導電型の拡
散層とが導通状態とならないことから、暗電流発生防止
のための第１導電型の拡散層を読みだしゲート下にて電
荷転送経路形成領域の第２導電型の拡散層に接続させ、
該読みだしゲートに、フォトダイオード形成領域の第２
導電型の拡散層と電荷転送経路形成領域の第２導電型の
拡散層の間でパンチスルー現象が発生するに足る電圧を
印加するようにして、フォトダイオードを構成する第２
導電型の拡散層と電荷転送経路領域を構成する第２導電
型の拡散層とを導通状態にできるようにしたものである
。

【００１４】このようなことから、フォトダイオードか
ら電荷転送経路への電荷転送を支障なく行なうようにで
きるとともに、フォトダイオードを構成する拡散層（第
２導電型の）を半導体表面から完全に埋め込むことがで
きることから、暗電流の発生を完全に防止することがで
きるようになる。

【００１５】

【実施例】図２は、本発明による固体撮像装置の一実施
例を示す概略構成図である。

【００１６】同図は、一チップの半導体基板の主表面に
図示のような配列で各素子が形成されたものとなってい
る。同図において、前記半導体基板の主表面の光像投影
領域に複数のフォトダイオード２１がマトリックス状に
配列されて形成されている。

【００１７】また、列方向に配列されたフォトダイオー
ド２１の群毎に該列方向に沿って形成された垂直レジス
タ２３があり、これら各垂直レジスタ２３はＣＣＤ素子
から構成されている。

【００１８】これら垂直レジスタ２３は、それぞれ列方
向に配列された各フォトダイオード２１にて発生した電
荷を読出すとともに列方向に沿って前記光像投影領域外
に転送させるものとなっている。

【００１９】なお、各フォトダイオード２１から垂直レ
ジスタ２３への電荷読出しは、図示しない電荷読出しゲ
ートによりなされるようになっている。

【００２０】さらに、各垂直レジスタ２３からそれぞれ
転送されてきた電荷は、水平シフトレジスタ２４に出力
され、この水平シフトレジスタ２４によって水平方向に
転送されるようになっている。この水平シフトレジスタ
２４は、前記各垂直シフトレジスタ２３と同様にＣＣＤ
素子により構成されている。

【００２１】水平シフトレジスタ２４からの出力は、出
力回路２５に入力され、この出力回路２５において例え
ば電圧に変換され、外部に取り出されるようになってい
る。

【００２２】そして、このように各素子が形成された半
導体基板の主表面には、各フォトダイオード２１が形成
されている領域において開口が形成されることにより、
各フォトダイオード２１のみを露呈させる遮光膜（図示
せず）が形成されている。

【００２３】図３は、上記の図２において、各フォトダ
イオード２１と垂直シフトレジスタ２３をさらに具体的
に示した平面構成図である。

【００２４】同図において、マトリックス状に配置され
た各フォトダイオード２１（図中、点々が付された領域
）のうち、列方向に配列された各フォトダイオード群の
間に該列方向に延在されて形成された垂直シフトレジス
タ２３が配置されている。この垂直シフトレジスタ２３
は、半導体基板表面に形成された電荷転送路と、絶縁膜
を介して形成された転送電極とで構成され、いわゆる２
相フレーム転送形となっている。

【００２５】転送電極は、各列方向に配置されたフォト
ダイオード側と共通となっており、一層目の転送電極３
０Ａと二層目の転送電極３０Ｂとからなっており、これ
らは一部重畳された状態で配置されている。

【００２６】なお、二層目の転送電極３０Ｂは、一層目
の電極３０Ａと比較して、その一部が若干フォトダイオ
ード２１側に延在された形状を有して、該フォトダイオ
ード２１にて発生した電荷を垂直シフトレジスタ２３側
に読出すための電荷読出しゲートを兼ねるようになって
いる。

【００２７】図１は、図３のＩ−Ｉ線における断面を示
す構成図である。

【００２８】同図において、Ｎ型半導体基板１があり、
このＮ型半導体基板１の表面には濃度の低いＰ型半導体
層からなるＰ型ウェル層２が形成されている。そして、
このＰ型ウェル層２の表面には、Ｎ型拡散層３が形成さ
れ、前記Ｐ型ウェル層２とともにフォトダイオード２１
を構成している。

【００２９】また、フォトダイオード２１を構成するＮ
型拡散層３に近接して、前記Ｐ型ウェル層２の表面には
、垂直シフトレジスタ２３の電荷転送路であるＮ型拡散
層５が形成されている。なお、このＮ型拡散層５は、い
わゆるスミア防止のため、Ｐ型ウェル層２に形成された
濃度の高いＰ型ウェル層４６の表面に形成されたものと
なっている。

【００３０】ここで、フォトダイオード２１を構成する
前記Ｎ型拡散層３の表面には、このＮ型拡散層３の表面
全域を覆って濃度の高いＰ型拡散層８が形成されている
。このＰ型拡散層８は、後述する絶縁膜１０との界面に
て発生する熱電子を前記Ｎ型拡散層３側に至るのを防止
して暗電流発生を阻止するための拡散層となっている。 したがって、Ｎ型拡散層３の表面全域は前記Ｐ型拡散層
８によって前記絶縁膜１０とで界面を構成することはな
くなる。

【００３１】そして、Ｐ型拡散層８は、後述する読みだ
しゲート３０Ｂの形成領域直下において、垂直シフトレ
ジスタ２３の電荷転送路であるＮ型拡散層５に接続され
るように形成されている。

【００３２】そして、このように種々の拡散層が形成さ
れた主表面には、たとえばシリコン酸化膜からなる絶縁
膜１０を介して、二層目の転送電極３０Ｂが形成されて
いる。この二層目の転送電極３０Ｂは、その一部が電荷
読みだしゲートを構成し、フォトダイオード２１を構成
するＮ型拡散層３側に延在するとともに、該Ｎ型拡散層
３に若干重畳するようになっている。

【００３３】さらに、転送電極３０Ｂおよびフォトダイ
オード２１の領域を覆って酸化膜からなる絶縁膜１０が
形成され、この絶縁膜１０の上面には、前記フォトダイ
オード２１の形成領域を除いて（したがって開口が形成
されて）たとえばアルミニュウムからなる遮光膜１５が
形成されている。

【００３４】このように上記実施例で示した固体撮像素
子によれば、暗電流発生防止のためのＰ型拡散層８が、
前記フォトダイオード形成領域におけるＮ型拡散層３の
全域を覆うように形成されている。このため、フォトダ
イオードを構成するＮ型拡散層３は、前記Ｐ型拡散層８
により全て埋め込まれ、絶縁膜１０と界面を構成する半
導体表面に露呈されることはなくなる。

【００３５】したがって、フォトダイオードにて暗電流
は全く発生することはなくなる。

【００３６】そして、このように構成した場合、電圧を
印加した読みだしゲートの直下に従来のように反転層が
形成されても、フォトダイオードを構成するＮ型拡散層
３と電荷転送経路領域を構成するＮ型拡散層５とが導通
状態とならないことから、暗電流発生防止のためのＰ型
拡散層８を読みだしゲート下にて電荷転送経路形成領域
のＮ型拡散層５に接続させ、該読みだしゲートに、フォ
トダイオード形成領域のＮ型拡散層３と電荷転送経路形
成領域のＮ型拡散層５の間でパンチスルー現象が発生す
るに足る電圧を印加するようにして、フォトダイオード
を構成するＮ型拡散層３と電荷転送経路領域を構成する
Ｎ型拡散層５とを導通状態にできるようにしたものであ
る。

【００３７】このようなことから、フォトダイオードか
ら電荷転送経路への電荷転送を支障なく行なうようにで
きるとともに、フォトダイオードを構成するＮ型拡散層
３を半導体表面から完全に埋め込むことができることか
ら、暗電流の発生を完全に防止することができるように
なる。

【００３８】次に、図４を用いて本発明による固体撮像
素子の製造方法の一実施例について説明する。

【００３９】工程１ （ａ）に示すように、Ｎ型半導体基板１の上面に濃度の
低いＰ型半導体層からなるＰ型ウェル層２を形成する。 そして、このＰ型ウェル層２の主表面の一領域に濃度の
高いＰ型不純物を選択拡散してＰ型ウェル層６を形成す
る。このＰ型ウェル層６はＣＣＤ素子形成領域に形成さ
れるものであり、いわゆるスミア防止のための拡散層と
なっているものである。

【００４０】工程２ （ｂ）に示すように、Ｐ型ウェル層６の表面の一領域に
選択的にＮ型拡散層５を形成する。このＮ型拡散層５は
ＣＣＤ素子における電荷転送路となるものである。そし
て、このＮ型拡散層５と同時にＮ型拡散層１１を形成す
る。このＮ型拡散層１１は、フォトダイオード２１の形
成領域側において、前記Ｐ型ウェル層６に重なるように
形成される。

【００４１】工程３ （ｃ）に示すように、上述した各Ｎ型拡散層５および１
１との間に選択的にＰ型拡散層１２を形成し、このＰ型
拡散層１２は、その両端において各Ｎ型拡散層５および
１１に重なるように形成される。

【００４２】なお、このＰ型拡散層１２は、二層目の転
送電極３０Ｂの読みだしゲートの直下に形成されるもの
となっている。

【００４３】工程４ （ｄ）に示すように、種々の拡散層が形成されたＰ型ウ
ェル層の主表面に酸化膜からなる絶縁膜１０を形成し、
この絶縁膜１０の表面に二層目の転送電極３０Ｂを形成
する。

【００４４】工程５ （ｅ）に示すように、フォトダイオードを構成するＮ型
拡散層３を形成する。絶縁膜１０の上面から選択的にＮ
型不純物をイオン打ち込みした後、熱処理を施すことに
より、前記Ｎ型拡散層３を形成する。この場合のＮ型拡
散層３は、前記工程３にて形成したＮ型拡散層１１に接
続されるように形成されるようになっている。

【００４５】工程６ （ｆ）に示すように、暗電流防止のためのＰ型拡散層８
を形成する。絶縁膜１０の上面からＰ型不純物をイオン
打ち込みした後、熱処理を施すことにより、前記Ｐ型拡
散層８を形成する。この場合、選択打ち込みの際のマス
クは二層目の転送電極３０Ｂおよび図示しない一層目の
転送電極３０Ａを利用したいわゆるセルフアライメント
方式を採用するものとなっている。

【００４６】その後は、図１に示すように、さらに絶縁
膜１０を形成し、遮光膜１５を形成するようにする。

【００４７】図４では、本発明による固体撮像素子の製
造方法の一実施例を示したものであり、必ずしもこれに
限定することはないものである。たとえば、図６に示す
ように、フォトダイオードを構成するＮ型拡散層３と電
荷転送路領域を構成するＮ型拡散層５を接続させた状態
で形成し、その後に形成されるＰ型拡散層１６によって
前記Ｎ型拡散層３および５をそれぞれ分離するようにし
てもよいことはもちろんである。

【００４８】上述した実施例によれば、電荷転送経路と
してはＣＣＤ素子を用いて形成したものであるが、これ
に限定されず、たとえば、ＭＯＳトランジスタアレイ等
を用いて形成するようにしても同様の効果が得られるこ
とはいうまでもない。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明による固体撮像装置によれば、暗電流の発生を完
全に防止することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による固体撮像素子の一実施例を示す構
成図で、図３のＩ−Ｉ線における断面図である。

【図２】本発明による固体撮像素子の一実施例を示す概
略全体平面図である。

【図３】本発明による固体撮像素子の一実施例を示す部
分平面図である。

【図４】（ａ）ないし（ｆ）は、本発明による固体撮像
素子の製造方法の一実施例を示す部分工程図である。

【図５】従来の固体撮像素子の一例を示す構成図である
。

【図６】本発明による固体撮像素子の製造方法の他の実
施例を示す説明図である。

【符号の説明】

１　　Ｎ型半導体基板 ２、６　　Ｐ型ウェル層 ３　　フォトダイオードを構成するＮ型拡散層５　　電
荷転送路を構成するＮ型拡散層８　　暗電流防止のため
のＰ型拡散層 １０　　絶縁膜 ２１　　フォトダイオード形成領域 ２３　　電荷転送路形成領域

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　第１導電型の半導体基板面に第２導電
   型の拡散層が形成されて構成されるフォトダイオード形
   成領域と、このフォトダイオード形成領域と近接して前
   記第１導電型の半導体基板面に第２導電型の拡散層が形
   成されて構成される電荷転送経路形成領域と、前記フォ
   トダイオード形成領域にて発生した電荷を電荷転送経路
   形成領域に転送させる読みだしゲートを備え、暗電流発
   生防止のための第１導電型の拡散層が前記フォトダイオ
   ード形成領域における第２導電型の拡散層の表面に形成
   されている固体撮像素子において、暗電流発生防止のた
   めの第１導電型の拡散層が、前記フォトダイオード形成
   領域における第２導電型の拡散層の全域を覆うように形
   成されているとともに前記読みだしゲート下にて電荷転
   送経路形成領域の第２導電型の拡散層に接続されるよう
   に形成され、かつ、読みだしゲートに印加する電圧は、
   フォトダイオード形成領域の第２導電型の拡散層と電荷
   転送経路形成領域の第２導電型の拡散層の間でパンチス
   ルー現象が発生するに足る電圧としたことを特徴とする
   固体撮像素子。