JPH04288877A - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
- Publication number
- JPH04288877A JPH04288877A JP3078607A JP7860791A JPH04288877A JP H04288877 A JPH04288877 A JP H04288877A JP 3078607 A JP3078607 A JP 3078607A JP 7860791 A JP7860791 A JP 7860791A JP H04288877 A JPH04288877 A JP H04288877A
- Authority
- JP
- Japan
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- diffusion layer
- type diffusion
- depth
- type
- photoelectric conversion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000007787 solid Substances 0.000 title abstract 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 46
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000000779 depleting effect Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Light Receiving Elements (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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子に関し、
特に感光部がフォトダイオードで構成された固体撮像素
子に関する。
特に感光部がフォトダイオードで構成された固体撮像素
子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のリニア型固体撮像素子のフォトダ
イオード付近の断面構造を図３の（ａ）に示す。同図に
おいて、１はｎ型半導体基板、２はｐ型拡散層、３ｃは
光電変換部として機能するｎ型拡散層、４はフォトダイ
オードを埋め込み型にするためにｎ型拡散層３ｃの表面
を覆い、かつチャネルストッパの機能を果たすべくｎ型
拡散層の周囲を囲むｐ＋ 型拡散層、５はｎ型拡散層３
ｃから光電変換電荷を読み出すためのゲート電極、６は
電荷を転送するための転送電極、７は絶縁膜である。
イオード付近の断面構造を図３の（ａ）に示す。同図に
おいて、１はｎ型半導体基板、２はｐ型拡散層、３ｃは
光電変換部として機能するｎ型拡散層、４はフォトダイ
オードを埋め込み型にするためにｎ型拡散層３ｃの表面
を覆い、かつチャネルストッパの機能を果たすべくｎ型
拡散層の周囲を囲むｐ＋ 型拡散層、５はｎ型拡散層３
ｃから光電変換電荷を読み出すためのゲート電極、６は
電荷を転送するための転送電極、７は絶縁膜である。
【０００３】ここで、ｎ型半導体基板１の不純物濃度は
２×１０１４ｃｍ−３、ｐ型拡散層２の不純物濃度は５
×１０１４ｃｍ−３、ｎ型拡散層３ｃの不純物濃度は１
×１０１６ｃｍ−３、ｐ＋ 型拡散層４の不純物濃度は
１×１０１８ｃｍ−３程度になされ、さらにｐ型拡散層
２の深さは６．０μｍ、ｎ型拡散層３ｃの深さは０．５
μｍ、ｐ＋ 型拡散層４のｎ型拡散層３ｃ上の深さは０
．１μｍ程度になされる。
２×１０１４ｃｍ−３、ｐ型拡散層２の不純物濃度は５
×１０１４ｃｍ−３、ｎ型拡散層３ｃの不純物濃度は１
×１０１６ｃｍ−３、ｐ＋ 型拡散層４の不純物濃度は
１×１０１８ｃｍ−３程度になされ、さらにｐ型拡散層
２の深さは６．０μｍ、ｎ型拡散層３ｃの深さは０．５
μｍ、ｐ＋ 型拡散層４のｎ型拡散層３ｃ上の深さは０
．１μｍ程度になされる。
【０００４】図３の（ｂ）は、図３の（ａ）のＣ−Ｃ′
線に沿った断面のポテンシャル分布図である。上記条件
の下ではフォトダイオードを構成するｎ型拡散層３ｃは
空乏化しており、図３の（ｂ）に示されるように空乏層
は表面から２．２μｍの深さにまで及んでいる。しかし
、ｐ型拡散層２の深さ２．２μｍから３．０μｍの範囲
は、空乏化されていない。
線に沿った断面のポテンシャル分布図である。上記条件
の下ではフォトダイオードを構成するｎ型拡散層３ｃは
空乏化しており、図３の（ｂ）に示されるように空乏層
は表面から２．２μｍの深さにまで及んでいる。しかし
、ｐ型拡散層２の深さ２．２μｍから３．０μｍの範囲
は、空乏化されていない。
【０００５】
【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、表面から深さ２．２μｍまでしか空乏化さ
れていないので、深さ２．２μｍまでの範囲で入射光が
電子−正孔対を生成した場合には電子は全てｎ型拡散層
３ｃ内に蓄積され信号電荷となるが、深さ２．２μｍか
ら３．０μｍの範囲で生成された電子は拡散によって移
動するため、一部のみがｎ型拡散層３ｃに到達して信号
電荷となるにすぎない。そのため、従来例では効率が低
く、感度が不足するという欠点があった。
像素子では、表面から深さ２．２μｍまでしか空乏化さ
れていないので、深さ２．２μｍまでの範囲で入射光が
電子−正孔対を生成した場合には電子は全てｎ型拡散層
３ｃ内に蓄積され信号電荷となるが、深さ２．２μｍか
ら３．０μｍの範囲で生成された電子は拡散によって移
動するため、一部のみがｎ型拡散層３ｃに到達して信号
電荷となるにすぎない。そのため、従来例では効率が低
く、感度が不足するという欠点があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子は
第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に設けら
れた第２導電型の半導体層と、前記半導体層の表面領域
内に設けられた第１導電型の光電変換領域と、を具備す
るものであり、そして前記光電変換領域直下の前記半導
体層は空乏化しておりかつその電位が極小値または極大
値をとる点は前記光電変換領域の表面から２．７μｍよ
り深い箇所に位置していることを特徴としている。
第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に設けら
れた第２導電型の半導体層と、前記半導体層の表面領域
内に設けられた第１導電型の光電変換領域と、を具備す
るものであり、そして前記光電変換領域直下の前記半導
体層は空乏化しておりかつその電位が極小値または極大
値をとる点は前記光電変換領域の表面から２．７μｍよ
り深い箇所に位置していることを特徴としている。
【０００７】
【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。図１の（ａ）は本発明の一実施例のフォト
ダイオード部分の断面図である。同図において、図３に
示された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。
て説明する。図１の（ａ）は本発明の一実施例のフォト
ダイオード部分の断面図である。同図において、図３に
示された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。
【０００８】図１の（ｂ）は、図１の（ａ）のＡ−Ａ′
線断面におけるポテンシャル分布図である。本実施例に
おいては、ｎ型半導体基板１の不純物濃度を２×１０１
４ｃｍ−３、ｐ型拡散層２の不純物濃度を５×１０１４
ｃｍ−３、ｎ型拡散層３ａの不純物濃度を４×１０１６
ｃｍ−３、ｐ＋ 型拡散層４の不純物濃度を１×１０１
８ｃｍ−３と、ｎ型拡散層３ａの不純物濃度のみを従来
のものに比べて高くし、それ以外の領域は従来例の場合
と同様にしている。
線断面におけるポテンシャル分布図である。本実施例に
おいては、ｎ型半導体基板１の不純物濃度を２×１０１
４ｃｍ−３、ｐ型拡散層２の不純物濃度を５×１０１４
ｃｍ−３、ｎ型拡散層３ａの不純物濃度を４×１０１６
ｃｍ−３、ｐ＋ 型拡散層４の不純物濃度を１×１０１
８ｃｍ−３と、ｎ型拡散層３ａの不純物濃度のみを従来
のものに比べて高くし、それ以外の領域は従来例の場合
と同様にしている。
【０００９】この不純物濃度で、各拡散層の深さを従来
例と同様に、それぞれ６．０μｍ（ｐ型拡散層２）、０
．５μｍ（ｎ型拡散層３ａ）、０．１μｍ（ｐ＋ 型拡
散層４）とすると、ｐ型拡散層２は完全に空乏化され、
そして、その拡散層内で電位が最低となる箇所は深さ３
．３μｍの点と深くなる。従って、表面から深さ３．３
μｍまでの範囲で生成された電子は全てｎ型拡散層３ａ
内に蓄積され、信号電荷として寄与する。
例と同様に、それぞれ６．０μｍ（ｐ型拡散層２）、０
．５μｍ（ｎ型拡散層３ａ）、０．１μｍ（ｐ＋ 型拡
散層４）とすると、ｐ型拡散層２は完全に空乏化され、
そして、その拡散層内で電位が最低となる箇所は深さ３
．３μｍの点と深くなる。従って、表面から深さ３．３
μｍまでの範囲で生成された電子は全てｎ型拡散層３ａ
内に蓄積され、信号電荷として寄与する。
【００１０】以上説明したように、本実施例では、フォ
トダイオードを構成するｎ型拡散層３ａの不純物濃度を
上げることにより、ｐ型拡散層２を空乏化させその電位
最低点の深さを深くしている。これにより、従来の固体
撮像素子のフォトダイオードでは表面から深さ２．２μ
ｍまでの範囲で生成された電子と２．２μｍから３．０
μｍの範囲で生成された電子のうちの一部しか信号電荷
として寄与していないのに対して、深さ３．３μｍまで
の範囲で生成された電子が全て信号電荷として寄与する
ので感度が大幅に向上する。
トダイオードを構成するｎ型拡散層３ａの不純物濃度を
上げることにより、ｐ型拡散層２を空乏化させその電位
最低点の深さを深くしている。これにより、従来の固体
撮像素子のフォトダイオードでは表面から深さ２．２μ
ｍまでの範囲で生成された電子と２．２μｍから３．０
μｍの範囲で生成された電子のうちの一部しか信号電荷
として寄与していないのに対して、深さ３．３μｍまで
の範囲で生成された電子が全て信号電荷として寄与する
ので感度が大幅に向上する。
【００１１】図２の（ａ）は本発明の他の実施例のフォ
トダイオード部分の断面図であり、図２の（ｂ）はその
Ｂ−Ｂ′線断面のポテンシャル図である。
トダイオード部分の断面図であり、図２の（ｂ）はその
Ｂ−Ｂ′線断面のポテンシャル図である。
【００１２】本実施例では、ｎ型拡散層３ｂの不純物濃
度は従来例と同じであるが、その接合深さを１．５μｍ
と従来例における０．５μｍより深くしている。この場
合もｐ型拡散層２は完全に空乏化されその電位最低点は
深さ３．２μｍと深くなされる。従って、表面から深さ
３．２μｍまでの範囲で生成した電子は全てフォドダイ
オードに蓄積され、信号電荷として寄与する。
度は従来例と同じであるが、その接合深さを１．５μｍ
と従来例における０．５μｍより深くしている。この場
合もｐ型拡散層２は完全に空乏化されその電位最低点は
深さ３．２μｍと深くなされる。従って、表面から深さ
３．２μｍまでの範囲で生成した電子は全てフォドダイ
オードに蓄積され、信号電荷として寄与する。
【００１３】以上説明したように、本発明では、ｎ型拡
散層下のｐ型拡散層を完全に空乏化させかつその領域で
の電位最低点の深さを深くすることにより感度を向上さ
せるものであるが、好ましい最低電位点深さは２．７μ
ｍ以上、より好ましくは３．０μｍ以上である。２．７
μｍより浅い場合にはｐ型拡散層を完全に空乏化しても
電位最低点より深い箇所で生成される電荷が相当多く、
感度向上がそれ程望めないからである。ただし、使用す
る照明光にもよるが、４．０μｍより深くしてもそれ以
降は感度上昇効果は余り大きくないので、一定以上に深
くする必要はない。
散層下のｐ型拡散層を完全に空乏化させかつその領域で
の電位最低点の深さを深くすることにより感度を向上さ
せるものであるが、好ましい最低電位点深さは２．７μ
ｍ以上、より好ましくは３．０μｍ以上である。２．７
μｍより浅い場合にはｐ型拡散層を完全に空乏化しても
電位最低点より深い箇所で生成される電荷が相当多く、
感度向上がそれ程望めないからである。ただし、使用す
る照明光にもよるが、４．０μｍより深くしてもそれ以
降は感度上昇効果は余り大きくないので、一定以上に深
くする必要はない。
【００１４】以上の実施例ではフォトダイオードが埋め
込み型となされていたが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、表面型フォトダイオードを有する固体撮像
素子にも適用しうるものである。また、基板もｎ型に限
られるものではなく、ｐ型の半導体基板を用いて全体の
導電型を逆にしてもよい。
込み型となされていたが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、表面型フォトダイオードを有する固体撮像
素子にも適用しうるものである。また、基板もｎ型に限
られるものではなく、ｐ型の半導体基板を用いて全体の
導電型を逆にしてもよい。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、フォト
ダイオード領域下の拡散層を空乏化させ、その拡散層内
での電位が極小（または極大）となる箇所の深さを深く
したものであるので、本発明によれば、従来無駄に捨て
られていた光電変換電荷をフォトダイオード領域内に信
号電荷として蓄積することができるようになり、感度を
大幅に向上させることができる。
ダイオード領域下の拡散層を空乏化させ、その拡散層内
での電位が極小（または極大）となる箇所の深さを深く
したものであるので、本発明によれば、従来無駄に捨て
られていた光電変換電荷をフォトダイオード領域内に信
号電荷として蓄積することができるようになり、感度を
大幅に向上させることができる。
【図１】本発明の一実施例を示す断面図とそのポテンシ
ャル分布図。
ャル分布図。
【図２】本発明の他の実施例を示す断面図とそのポテン
シャル分布図。
シャル分布図。
【図３】従来例を示す断面図とそのポテンシャル分布図
。
。
１ ｎ型半導体基板
２ ｐ型拡散層
３ａ、３ｂ、３ｃ ｎ型拡散層
４ ｐ＋ 型拡散層
Claims (1)
- 【請求項１】 第１導電型の半導体基板と、前記半導
体基板上に設けられた第２導電型の半導体層と、前記半
導体層の表面領域内に設けられた第１導電型の光電変換
領域と、を具備する固体撮像素子において、前記光電変
換領域直下の前記半導体層は空乏化しておりかつその電
位が極小値または極大値をとる点は前記光電変換領域の
表面から２．７μｍより深い箇所に位置していることを
特徴とする固体撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3078607A JPH04288877A (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3078607A JPH04288877A (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 固体撮像素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04288877A true JPH04288877A (ja) | 1992-10-13 |
Family
ID=13666573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3078607A Pending JPH04288877A (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04288877A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006093587A (ja) * | 2004-09-27 | 2006-04-06 | Sony Corp | 裏面照射型固体撮像素子及びその製造方法 |
-
1991
- 1991-03-18 JP JP3078607A patent/JPH04288877A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006093587A (ja) * | 2004-09-27 | 2006-04-06 | Sony Corp | 裏面照射型固体撮像素子及びその製造方法 |
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