JPH0794701A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
- Publication number
- JPH0794701A JPH0794701A JP5237052A JP23705293A JPH0794701A JP H0794701 A JPH0794701 A JP H0794701A JP 5237052 A JP5237052 A JP 5237052A JP 23705293 A JP23705293 A JP 23705293A JP H0794701 A JPH0794701 A JP H0794701A
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- Japan
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- region
- charge transfer
- well
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】性能を低下させることなく高集積化、低電圧読
み出し駆動に適した固体撮像装置を提供する。 【構成】第一導電型の半導体基板１１と、この表面に形
成された第二導電型のウェル領域１２と、このウェル領
域表面に形成された第一導電型の第一の不純物領域１３
とこの第一の不純物領域上部に絶縁膜１６を介して形成
された転送電極１７とからなる電荷転送部と、前記電荷
転送部に隣接して設けられ、前記ウェル領域表面に形成
された第二導電型の第二の不純物領域１５とその下方に
形成された第一導電型の第三の不純物領域１４とからな
るフォトダイオ−ド部とを有する固体撮像装置におい
て、前記第三の不純物領域１４が前記第二の不純物領域
１５下方から前記第一の不純物領域１３の下方に前記ウ
ェル領域の一部を挟むようにして伸びる階段形状を有し
ていることを特徴とする固体撮像装置である。
み出し駆動に適した固体撮像装置を提供する。 【構成】第一導電型の半導体基板１１と、この表面に形
成された第二導電型のウェル領域１２と、このウェル領
域表面に形成された第一導電型の第一の不純物領域１３
とこの第一の不純物領域上部に絶縁膜１６を介して形成
された転送電極１７とからなる電荷転送部と、前記電荷
転送部に隣接して設けられ、前記ウェル領域表面に形成
された第二導電型の第二の不純物領域１５とその下方に
形成された第一導電型の第三の不純物領域１４とからな
るフォトダイオ−ド部とを有する固体撮像装置におい
て、前記第三の不純物領域１４が前記第二の不純物領域
１５下方から前記第一の不純物領域１３の下方に前記ウ
ェル領域の一部を挟むようにして伸びる階段形状を有し
ていることを特徴とする固体撮像装置である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に関する
もので、特に高集積ＣＣＤエリアイメージセンサの構造
に関する。
もので、特に高集積ＣＣＤエリアイメージセンサの構造
に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ＣＣＤ(Charge Coupled Devic
e) イメージセンサにはＣＣＤリニアイメージセンサ
（以下、リニアセンサと略記する。）とＣＣＤエリアイ
メージセンサ（以下、エリアセンサと略記する。）の２
種類がある。ＣＣＤイメージセンサとは、半導体基板内
上に入射光に対応した電荷を発生させるフォトダイオー
ドを集積形成させ、そのフォトダイオードで発生した信
号電荷を読み出す為にＣＣＤアナログシフトレジスタを
も集積化して形成されたイメージセンサのことを示す。
又、リニアセンサはフォトダイオードが一次元的に配列
されファクシミリ、コピー等に用いられるが、各種のカ
メラに用いられるエリアセンサはフォトダイオードが二
次元配列となり、垂直・水平方向に順次に読み出しが行
われる形式になっており、両方向に高い集積度が要求さ
れている。
e) イメージセンサにはＣＣＤリニアイメージセンサ
（以下、リニアセンサと略記する。）とＣＣＤエリアイ
メージセンサ（以下、エリアセンサと略記する。）の２
種類がある。ＣＣＤイメージセンサとは、半導体基板内
上に入射光に対応した電荷を発生させるフォトダイオー
ドを集積形成させ、そのフォトダイオードで発生した信
号電荷を読み出す為にＣＣＤアナログシフトレジスタを
も集積化して形成されたイメージセンサのことを示す。
又、リニアセンサはフォトダイオードが一次元的に配列
されファクシミリ、コピー等に用いられるが、各種のカ
メラに用いられるエリアセンサはフォトダイオードが二
次元配列となり、垂直・水平方向に順次に読み出しが行
われる形式になっており、両方向に高い集積度が要求さ
れている。
【０００３】従来のエリアセンサについて、図３及び図
４（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。図３はフォ
トダイオードからなる光電変換部及び電荷転送部の断面
構造を示している。Ｎ型半導体基板３１上に２種類の厚
さのＰ型不純物領域３２ａ、３２ｂが交互に連続してな
るＰウェル構造が設けられている。ＰウェルとＮ型半導
体基板３１とを逆バイアスにすることにより、Ｎ型半導
体基板３１深部での光電変換により発生する電荷がフォ
トダイオード部に収集されたり、電荷転送チャネル３４
に悪影響を与えるのを防止している。更に、Ｐウェルの
うち薄い層からなるＰ型不純物領域３２ａ上面には、光
電変換を行うフォトダイオードが形成されている。この
フォトダイオードは、埋め込まれた高濃度のＮ+ 型不純
物領域３３と、その表面を覆い、界面準位による発生中
心などの熱的な影響を抑制する高濃度のＰ+ 型不純物領
域３５とからなる埋込みフォトダイオード構造になって
いる。電荷転送チャネル３４は、Ｐウェルのうち厚い層
からなるＰ型不純物領域３２ｂ上面に設けられたＮ- 型
不純物領域により形成され、転送電荷の転送路を基板内
部に局在させて界面のトラップ準位による転送効率の悪
影響を避ける、いわゆる埋込みチャネル構造をとってい
る。このＮ- 不純物領域が電荷の転送路となり、図平面
に対して垂直に転送される仕組みとなっている。電荷電
送チャネル３４上には絶縁膜３６を介して転送電極３７
が形成され、電荷転送部を形成し、更にこの転送電極３
７を覆うように光シールド膜３８が形成され、電荷転送
チャネル３４に光が照射することにより発生するスミア
を防止する構造となっている。又、Ｎ+ 型不純物領域３
３と、電荷転送チャネル３４の間の部分にはフィールド
シフト部３９があり、電荷転送チャネル３４と同様に絶
縁膜３６を介して転送電極３７に覆われ、Ｎ+ 型不純物
領域３３から電荷転送チャネル３４への電荷の転送を制
御する。
４（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。図３はフォ
トダイオードからなる光電変換部及び電荷転送部の断面
構造を示している。Ｎ型半導体基板３１上に２種類の厚
さのＰ型不純物領域３２ａ、３２ｂが交互に連続してな
るＰウェル構造が設けられている。ＰウェルとＮ型半導
体基板３１とを逆バイアスにすることにより、Ｎ型半導
体基板３１深部での光電変換により発生する電荷がフォ
トダイオード部に収集されたり、電荷転送チャネル３４
に悪影響を与えるのを防止している。更に、Ｐウェルの
うち薄い層からなるＰ型不純物領域３２ａ上面には、光
電変換を行うフォトダイオードが形成されている。この
フォトダイオードは、埋め込まれた高濃度のＮ+ 型不純
物領域３３と、その表面を覆い、界面準位による発生中
心などの熱的な影響を抑制する高濃度のＰ+ 型不純物領
域３５とからなる埋込みフォトダイオード構造になって
いる。電荷転送チャネル３４は、Ｐウェルのうち厚い層
からなるＰ型不純物領域３２ｂ上面に設けられたＮ- 型
不純物領域により形成され、転送電荷の転送路を基板内
部に局在させて界面のトラップ準位による転送効率の悪
影響を避ける、いわゆる埋込みチャネル構造をとってい
る。このＮ- 不純物領域が電荷の転送路となり、図平面
に対して垂直に転送される仕組みとなっている。電荷電
送チャネル３４上には絶縁膜３６を介して転送電極３７
が形成され、電荷転送部を形成し、更にこの転送電極３
７を覆うように光シールド膜３８が形成され、電荷転送
チャネル３４に光が照射することにより発生するスミア
を防止する構造となっている。又、Ｎ+ 型不純物領域３
３と、電荷転送チャネル３４の間の部分にはフィールド
シフト部３９があり、電荷転送チャネル３４と同様に絶
縁膜３６を介して転送電極３７に覆われ、Ｎ+ 型不純物
領域３３から電荷転送チャネル３４への電荷の転送を制
御する。
【０００４】図４（ａ）〜（ｃ）は各々、図３中のＣ−
Ｃ´線、Ｄ−Ｄ´線，Ｅ−Ｅ´線に沿った断面における
電位井戸の分布を示している。図４（ａ）〜（ｃ）各図
共に、横軸が図３図中の断面を、縦軸が電位井戸の分布
を示している。Ｐ型不純物領域３２ａ、３２ｂから形成
されるＰウェルとＮ型半導体基板３１間には、逆バイア
ス電圧ＶOFD が印加されている。図３中のＣ−Ｃ´線断
面を表す図４（ａ）に示される様に、Ｎ+ 型不純物領域
３３とＮ型半導体基板３１間のＰ型不純物領域３２ａは
パンチスルー状態となっており、ΔＶB という電位の開
きが生じている。図３中のＤ−Ｄ´線断面を示す図４
（ｂ）には転送電極３７に２レベルのパルスＶL 、ＶM
が印加された状態の電位井戸を示している。又、図４
（ｃ）は、図３中のＥ−Ｅ´線断面、つまりＮ+ 不純物
領域３３からフィールドシフト部３９を介し、電荷転送
チャネル３４までの断面における電位井戸の分布を表
す。
Ｃ´線、Ｄ−Ｄ´線，Ｅ−Ｅ´線に沿った断面における
電位井戸の分布を示している。図４（ａ）〜（ｃ）各図
共に、横軸が図３図中の断面を、縦軸が電位井戸の分布
を示している。Ｐ型不純物領域３２ａ、３２ｂから形成
されるＰウェルとＮ型半導体基板３１間には、逆バイア
ス電圧ＶOFD が印加されている。図３中のＣ−Ｃ´線断
面を表す図４（ａ）に示される様に、Ｎ+ 型不純物領域
３３とＮ型半導体基板３１間のＰ型不純物領域３２ａは
パンチスルー状態となっており、ΔＶB という電位の開
きが生じている。図３中のＤ−Ｄ´線断面を示す図４
（ｂ）には転送電極３７に２レベルのパルスＶL 、ＶM
が印加された状態の電位井戸を示している。又、図４
（ｃ）は、図３中のＥ−Ｅ´線断面、つまりＮ+ 不純物
領域３３からフィールドシフト部３９を介し、電荷転送
チャネル３４までの断面における電位井戸の分布を表
す。
【０００５】次に、入射光からの光電変換により生じ、
蓄積された電荷の読み出し動作について、図４（ｃ）の
Ｅ−Ｅ´断面図を参照しながら説明する。電荷転送部は
通常、転送電極３７に例えば約０Ｖである様なＶM と、
例えば−８Ｖの様な負電荷であるＶL との２値からなる
転送パルスを印加することで、図面に対して垂直方向に
のびる転送チャネルに沿って信号電荷の転送を行う。つ
まり転送の際には転送電極３７には０Ｖあるいは負電荷
が印加されるので、Ｐ型不純物領域からなるフィールド
シフト部３９は閉じた状態となり、フォトダイオード部
での光電変換と電荷転送チャネル３４による電荷転送と
はそれぞれ独立に行われる。逆に、フォトダイオード部
のＮ+ 型不純物領域３３に蓄積された信号電荷の読み出
し時には、転送電極３７には高電位読み出しパルスであ
るＶH が印加されてフィールドシフト部３９が開かれ、
読み出しが行われる。
蓄積された電荷の読み出し動作について、図４（ｃ）の
Ｅ−Ｅ´断面図を参照しながら説明する。電荷転送部は
通常、転送電極３７に例えば約０Ｖである様なＶM と、
例えば−８Ｖの様な負電荷であるＶL との２値からなる
転送パルスを印加することで、図面に対して垂直方向に
のびる転送チャネルに沿って信号電荷の転送を行う。つ
まり転送の際には転送電極３７には０Ｖあるいは負電荷
が印加されるので、Ｐ型不純物領域からなるフィールド
シフト部３９は閉じた状態となり、フォトダイオード部
での光電変換と電荷転送チャネル３４による電荷転送と
はそれぞれ独立に行われる。逆に、フォトダイオード部
のＮ+ 型不純物領域３３に蓄積された信号電荷の読み出
し時には、転送電極３７には高電位読み出しパルスであ
るＶH が印加されてフィールドシフト部３９が開かれ、
読み出しが行われる。
【０００６】ここで、図３に示す埋込みフォトダイオー
ド構造の表面に高濃度のＰ+ 型不純物領域３５を形成し
ているが、この表面濃度はフォトダイオード部の空乏層
が表面付近まで到達しないように１０18〜１０19ｃｍ-3
程度に設定されている。しかし、転送電極３７を用いて
セルフアラインにてＰ+ 型及びＮ+ 型の不純物領域を形
成した場合に、ゲ−ト端部下方にＰ+ 高濃度領域が形成
されてしまうため、図４（ｃ）に示した様にフィールド
シフト部３９端部において電位障壁４１が形成されてバ
リアとなってしまい、フォトダイオード部より無残像状
態で電荷を読出すためのパルスが高くなってしまう。具
体的には、フォトダイオードの完全空乏電位が１〜２Ｖ
程度でも、読出しパルスは１０〜１５Ｖ程度になってし
まう為、低電圧駆動の際に大きな障壁となる。
ド構造の表面に高濃度のＰ+ 型不純物領域３５を形成し
ているが、この表面濃度はフォトダイオード部の空乏層
が表面付近まで到達しないように１０18〜１０19ｃｍ-3
程度に設定されている。しかし、転送電極３７を用いて
セルフアラインにてＰ+ 型及びＮ+ 型の不純物領域を形
成した場合に、ゲ−ト端部下方にＰ+ 高濃度領域が形成
されてしまうため、図４（ｃ）に示した様にフィールド
シフト部３９端部において電位障壁４１が形成されてバ
リアとなってしまい、フォトダイオード部より無残像状
態で電荷を読出すためのパルスが高くなってしまう。具
体的には、フォトダイオードの完全空乏電位が１〜２Ｖ
程度でも、読出しパルスは１０〜１５Ｖ程度になってし
まう為、低電圧駆動の際に大きな障壁となる。
【０００７】またフィールドシフト部３９の長さが短い
と、ショートチャネル効果によってフォトダイオードの
素子分離が十分でなくなり、ブルーミングに弱くなる
為、通常、フィールドシフト部３９の長さは１〜２μｍ
程度必要であり、セルサイズが例えば１／４光学系にて
ピッチ５〜６μｍの場合等では微細化上において大きな
問題となる。
と、ショートチャネル効果によってフォトダイオードの
素子分離が十分でなくなり、ブルーミングに弱くなる
為、通常、フィールドシフト部３９の長さは１〜２μｍ
程度必要であり、セルサイズが例えば１／４光学系にて
ピッチ５〜６μｍの場合等では微細化上において大きな
問題となる。
【０００８】また、フォトダイオード下部のＰ型不純領
域３２ａは、過剰電荷を半導体基板に捨てるためにパン
チスルー状態にする必要があり、ウェル濃度や厚さを薄
く設定しなければならない為に、Ｐ型不純物領域３２ａ
の電位最小（ΔＶB ）点までの表面からの深さは大きく
とれなくなってしまう。しかし、入射光の長波長側の光
電変換は低エネルギ−なので半導体基板深部で行われる
ため、上記のようにΔＶB の位置が浅くなると、光電変
換による発生電荷がＮ型半導体基板３１側に捨てられて
しまうこととなり、入射光の長波長側の感度を損なうこ
ととなる。
域３２ａは、過剰電荷を半導体基板に捨てるためにパン
チスルー状態にする必要があり、ウェル濃度や厚さを薄
く設定しなければならない為に、Ｐ型不純物領域３２ａ
の電位最小（ΔＶB ）点までの表面からの深さは大きく
とれなくなってしまう。しかし、入射光の長波長側の光
電変換は低エネルギ−なので半導体基板深部で行われる
ため、上記のようにΔＶB の位置が浅くなると、光電変
換による発生電荷がＮ型半導体基板３１側に捨てられて
しまうこととなり、入射光の長波長側の感度を損なうこ
ととなる。
【０００９】更に、フォトダイオード部のＮ+ 型不純物
領域３３幅Ｌ2 は、セルサイズから転送チャネル巾Ｌ
4 、フィールドシフト長Ｌ3 及び素子分離幅Ｌ1 を引い
たものであるが、更なる高集積化の際にはこのＮ+ 型不
純物領域３３の幅Ｌ2 をも小さくせざるを得ない為に、
蓄積電荷量が減ってしまう。そして一方、この光電変換
効率の低下に加えて、入射光の内の一部がＰ型不純物領
域３２ｂに侵入してキャリア発生を起こしたり、また一
部が電荷転送チャネル３４へ漏込む割合が高くなり、ス
ミア特性を劣化させてしまう問題があった。
領域３３幅Ｌ2 は、セルサイズから転送チャネル巾Ｌ
4 、フィールドシフト長Ｌ3 及び素子分離幅Ｌ1 を引い
たものであるが、更なる高集積化の際にはこのＮ+ 型不
純物領域３３の幅Ｌ2 をも小さくせざるを得ない為に、
蓄積電荷量が減ってしまう。そして一方、この光電変換
効率の低下に加えて、入射光の内の一部がＰ型不純物領
域３２ｂに侵入してキャリア発生を起こしたり、また一
部が電荷転送チャネル３４へ漏込む割合が高くなり、ス
ミア特性を劣化させてしまう問題があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の固体撮像装置ではその構造上、フィ−ルドシフト部端
部の電位障壁により、読みだし動作に高電圧が必要であ
った。また、光電変換効率の低下、長波長側に対する感
度不良、更に入射光の漏洩による特性劣化などの悪影響
が生じてしまうので微細化に限度があるという問題があ
った。上記問題点を解決するために、本発明では、高集
積化に適し、性能を向上させることが可能な構造の固体
撮像装置を提供することを目的とする。
の固体撮像装置ではその構造上、フィ−ルドシフト部端
部の電位障壁により、読みだし動作に高電圧が必要であ
った。また、光電変換効率の低下、長波長側に対する感
度不良、更に入射光の漏洩による特性劣化などの悪影響
が生じてしまうので微細化に限度があるという問題があ
った。上記問題点を解決するために、本発明では、高集
積化に適し、性能を向上させることが可能な構造の固体
撮像装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、第一導電型の半導体基板と、この表面
に形成された第二導電型のウェル領域と、このウェル領
域表面に形成された第一導電型の第一の不純物領域とこ
の第一の不純物領域上部に絶縁膜を介して形成された転
送電極とからなる電荷転送部と、前記電荷転送部に隣接
して設けられ、前記ウェル領域表面に形成された第二導
電型の第二の不純物領域とその下方に形成された第一導
電型の第三の不純物領域とからなるフォトダイオ−ド部
とを有する固体撮像装置において、前記第三の不純物領
域が前記第二の不純物領域下方から前記第一の不純物領
域の下方に前記ウェル領域の一部を挟むようにして伸び
る階段形状を有していることを特徴とする固体撮像装置
を提供する。
に、本発明では、第一導電型の半導体基板と、この表面
に形成された第二導電型のウェル領域と、このウェル領
域表面に形成された第一導電型の第一の不純物領域とこ
の第一の不純物領域上部に絶縁膜を介して形成された転
送電極とからなる電荷転送部と、前記電荷転送部に隣接
して設けられ、前記ウェル領域表面に形成された第二導
電型の第二の不純物領域とその下方に形成された第一導
電型の第三の不純物領域とからなるフォトダイオ−ド部
とを有する固体撮像装置において、前記第三の不純物領
域が前記第二の不純物領域下方から前記第一の不純物領
域の下方に前記ウェル領域の一部を挟むようにして伸び
る階段形状を有していることを特徴とする固体撮像装置
を提供する。
【００１２】また、前記第三の不純物領域とそれに隣接
する第三の不純物領域の間と、前記第三の不純物領域と
前記半導体基板との間とが各々前記ウェル領域にて分離
されており、前記第三の不純物領域の過剰電荷が前記第
三の不純物領域の下方に伸びた部分と前記半導体基板と
の間とを分離している前記ウェル領域を経て前記半導体
基板に捨てられることを特徴とする固体撮像装置を提供
する。
する第三の不純物領域の間と、前記第三の不純物領域と
前記半導体基板との間とが各々前記ウェル領域にて分離
されており、前記第三の不純物領域の過剰電荷が前記第
三の不純物領域の下方に伸びた部分と前記半導体基板と
の間とを分離している前記ウェル領域を経て前記半導体
基板に捨てられることを特徴とする固体撮像装置を提供
する。
【００１３】
【作用】上述のように構成された本発明の固体撮像装置
によれば、光電変換により生じた電荷を電荷転送チャネ
ルに読み出す際の経路となるフィ−ルドシフト部が半導
体基板内に形成されるため、読み出しを低電圧で行い、
且つ蓄積電荷量の低下や特性の劣化を生ずること無く微
細化を達成することが可能となる。また、フォトダイオ
−ド部下部の不純物領域の電位最小点の深さを従来より
も深く設定できるので、入射光の長波長側の感度の向上
を図ることができる。
によれば、光電変換により生じた電荷を電荷転送チャネ
ルに読み出す際の経路となるフィ−ルドシフト部が半導
体基板内に形成されるため、読み出しを低電圧で行い、
且つ蓄積電荷量の低下や特性の劣化を生ずること無く微
細化を達成することが可能となる。また、フォトダイオ
−ド部下部の不純物領域の電位最小点の深さを従来より
も深く設定できるので、入射光の長波長側の感度の向上
を図ることができる。
【００１４】
【実施例】本発明におけるエリアセンサの一実施例につ
いて、図１及び図２（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明
する。図１は本発明によるエリアセンサの一実施例の光
電変換部と電荷転送部の断面構造を示したものであり、
図２（ａ）は図１中のＡ−Ａ´線に沿った断面における
電位井戸の分布を、図２（ｂ）は図１中のＢ−Ｂ´線に
沿った断面における電位井戸の分布を表したものであ
る。
いて、図１及び図２（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明
する。図１は本発明によるエリアセンサの一実施例の光
電変換部と電荷転送部の断面構造を示したものであり、
図２（ａ）は図１中のＡ−Ａ´線に沿った断面における
電位井戸の分布を、図２（ｂ）は図１中のＢ−Ｂ´線に
沿った断面における電位井戸の分布を表したものであ
る。
【００１５】図１において、Ｎ型半導体基板１１上にＰ
型不純物領域からなるＰウェル１２が形成されており、
Ｐウェル１２とＮ型半導体基板１１との逆バイアスによ
り、Ｎ型半導体基板１１深部での光電変換により発生す
る電荷がフォトダイオード部に収集されたり、電荷転送
チャネル１４に悪影響を与えるのを防止している。光電
変換部は、Ｐウェル１２表面に形成され、界面準位によ
る発生中心などの影響を抑制する高濃度のＰ+ 型不純物
領域１５と、その下部から階段状に電荷転送部下方にの
びる形で埋め込まれた高濃度のＮ+ 型不純物領域１３と
から形成されるフォトダイオード部より成り、光電変換
が行われる。又、電荷転送部は、Ｐ+ 型不純物領域１５
に隣り合う形でＰウェル１２表面に形成されたＮ- 型不
純物領域からなる電荷転送チャネル１４と、その上部に
絶縁膜１６を介して形成された転送電極１７とから構成
され、更にこの転送電極１７を覆うように光シールド膜
１８が形成され、電荷転送チャネル１４に光が照射する
ことにより発生するスミアを防止している。電荷転送チ
ャネル１４がフォトダイオード部により光電変換された
電荷の転送路となり、図平面に垂直に転送される仕組み
となっている。Ｎ+型不純物領域１３から電荷転送チャ
ネル１４への電荷の転送を制御するフィールドシフト部
１９は、電荷転送チャネル１４とその下方にのびたＮ+
型不純物領域１３との間の部分に形成されている。又、
フォトダイオード部のＮ+ 型不純物領域１３の端部と、
隣接するフォトダイオード部のＮ+ 型不純物領域１３の
端部との間の、図１中に点線で囲んで示した領域には、
素子分離領域１１０が形成されている。
型不純物領域からなるＰウェル１２が形成されており、
Ｐウェル１２とＮ型半導体基板１１との逆バイアスによ
り、Ｎ型半導体基板１１深部での光電変換により発生す
る電荷がフォトダイオード部に収集されたり、電荷転送
チャネル１４に悪影響を与えるのを防止している。光電
変換部は、Ｐウェル１２表面に形成され、界面準位によ
る発生中心などの影響を抑制する高濃度のＰ+ 型不純物
領域１５と、その下部から階段状に電荷転送部下方にの
びる形で埋め込まれた高濃度のＮ+ 型不純物領域１３と
から形成されるフォトダイオード部より成り、光電変換
が行われる。又、電荷転送部は、Ｐ+ 型不純物領域１５
に隣り合う形でＰウェル１２表面に形成されたＮ- 型不
純物領域からなる電荷転送チャネル１４と、その上部に
絶縁膜１６を介して形成された転送電極１７とから構成
され、更にこの転送電極１７を覆うように光シールド膜
１８が形成され、電荷転送チャネル１４に光が照射する
ことにより発生するスミアを防止している。電荷転送チ
ャネル１４がフォトダイオード部により光電変換された
電荷の転送路となり、図平面に垂直に転送される仕組み
となっている。Ｎ+型不純物領域１３から電荷転送チャ
ネル１４への電荷の転送を制御するフィールドシフト部
１９は、電荷転送チャネル１４とその下方にのびたＮ+
型不純物領域１３との間の部分に形成されている。又、
フォトダイオード部のＮ+ 型不純物領域１３の端部と、
隣接するフォトダイオード部のＮ+ 型不純物領域１３の
端部との間の、図１中に点線で囲んで示した領域には、
素子分離領域１１０が形成されている。
【００１６】図３に図示したような従来例とは異なる点
として、埋込みフォトダイオード部のＮ+ 型不純物領域
１３が電荷転送チャネル１４下方まで段差を持つ形で延
長されており、フィールドシフト部がその間の部分、つ
まり電荷転送チャネル１４の下部に形成されている。
又、従来においては２種類の厚みを持ち、フォトダイオ
ード部の下方はやや薄く、逆に、電荷転送部下方はやや
厚くなる形で形成されていたＰウェルのＰ型不純物領域
は、Ｐウェル１２形成工程にてＮ型半導体基板１１上に
均等な厚さになる様に形成され、それによりフォトダイ
オード部側のＮ+型不純物領域１３の下方のＰウェル１
２領域は、電荷転送部側のＮ+ 型不純物領域１３下方の
Ｐウェル１２領域よりも厚くなっている。更に、Ｎ+ 型
不純物領域１３の端部と、それに隣接するＮ+ 型不純物
領域１３の端部との間には、素子分離領域１１０が形成
されている点が挙げられる。
として、埋込みフォトダイオード部のＮ+ 型不純物領域
１３が電荷転送チャネル１４下方まで段差を持つ形で延
長されており、フィールドシフト部がその間の部分、つ
まり電荷転送チャネル１４の下部に形成されている。
又、従来においては２種類の厚みを持ち、フォトダイオ
ード部の下方はやや薄く、逆に、電荷転送部下方はやや
厚くなる形で形成されていたＰウェルのＰ型不純物領域
は、Ｐウェル１２形成工程にてＮ型半導体基板１１上に
均等な厚さになる様に形成され、それによりフォトダイ
オード部側のＮ+型不純物領域１３の下方のＰウェル１
２領域は、電荷転送部側のＮ+ 型不純物領域１３下方の
Ｐウェル１２領域よりも厚くなっている。更に、Ｎ+ 型
不純物領域１３の端部と、それに隣接するＮ+ 型不純物
領域１３の端部との間には、素子分離領域１１０が形成
されている点が挙げられる。
【００１７】光電変換を行なう埋込みフォトダイオード
部のＮ+ 型不純物領域１３をＮ- 型不純物領域より成る
電荷転送チャネル１４下部まで延長させて飽和出力電圧
向上をはかり、この電荷転送チャネル１４上の転送電極
１７に読出しパルスを印加することにより、上下方向に
積層された電荷転送チャネル−Ｐウェル−埋込みフォト
ダイオードのｎ−ｐ−ｎ構造をパンチスル−状態にし
て、埋込みフォトダイオード部のＮ+ 型不純物領域１３
から電荷転送チャネル１４に電荷転送を行なう。この
際、埋込みフォトダイオードは完全空乏状態にし、残溜
電荷が無い様に読出しパルスを印加することにより残像
特性を改善できる。この様にして電荷転送を行うことに
より、埋込みフォトダイオード形成のために表面に形成
されたＰ+ 不純物領域による電位バリアの影響を抑え、
残像マージンを上げ、かつ従来構造のフォトダイオード
−電荷転送チャネル間にある電荷転送ゲートであるフィ
ールドシフト部に相当した領域の省略が可能となり、高
集積化を達成することが出来る。また、光遮蔽された電
荷転送チャネル１４下に伸ばした埋込みフォトダイオー
ド部のＮ+ 型不純物領域１３下にあるＰウェル１２のＰ
型不純物領域の濃度を低くしてＮ型半導体基板１１間を
パンチスルー状態にし、フォトダイオード部のＮ+ 型不
純物領域１３の過剰電荷をこの部分を通してＮ型半導体
基板１１側に捨てることにより、光電変換部である埋込
みフォトダイオード下部のＰ型構造の不純物プロファイ
ルを適性化し、高感度化を実現し、合わせて低スミア化
を達成する。 図１のＡ−Ａ´、Ｂ−Ｂ´断面での電位
井戸のプロファイルをそれぞれ図２（ａ）、（ｂ）に示
す。各図とも横軸が図１図中の断面を、縦軸が電位井戸
の分布を示している。図２（ａ）に示した光電変換部で
の電位井戸のプロファイルは、図４（ａ）で示す従来構
造よりも、埋込みフォトダイオード部のＮ+ 型不純物領
域１３下部のＰウェル領域１２での電位井戸の最小点の
表面からの深さが深くなっている。このため、基板の深
い所で光電変換したキャリアをフォトダイオードに集め
ることができる。図２（ｂ）の電荷転送部での電位井戸
プロファイルにおいて、埋込みフォトダイオード部のＮ
+ 型不純物領域１３下部のＰウェル１２領域は、Ｎ型半
導体基板１１とＰウェル１２の間にＶOFD なる逆バイア
スが印加されてパンチスルー状態になっているため、Ｎ
+ 型不純物領域１３にて発生した過剰電荷は、図中にお
いてΔＶB で示されているＰウェル１２領域の電位井戸
の最小点を通ってＮ型半導体基板１１に捨てられる。ま
た埋込みフォトダイオード部のＮ+ 型不純物領域１３に
蓄積された信号電荷は、転送電極１７に読出しパルスＶ
H を印加して電荷転送チャネル１４の電位井戸を深くす
ることにより、Ｎ+型不純物領域１３と電荷転送チャネ
ル１４間にあるＰウェル領域のフィ−ルドシフト部１９
をパンチスルー状態にして、電荷転送チャネル１４へ読
出される。転送電極１７には、信号電荷の転送時は転送
パルスＶM 、ＶL が印加されており、埋込みフォトダイ
オード部のＮ+ 型不純物領域１３での光電変換及び電荷
蓄積、電荷転送チャネル１４での信号電荷の転送が独立
に行なわれる。尚、埋込みフォトダイオ−ド部のＮ+ 型
不純物領域１３上部のＰウェル領域のフィ−ルドシフト
部１９の電位井戸ΔＶB ´は、光電変換の際には埋込み
フォトダイオ−ド部のＮ+ 型不純物領域１３下部のＰウ
ェル１２領域の電位井戸ΔＶB よりも浅い状態に設定さ
れている。これにより過剰電荷はＮ型半導体基板１１に
捨てられる。
部のＮ+ 型不純物領域１３をＮ- 型不純物領域より成る
電荷転送チャネル１４下部まで延長させて飽和出力電圧
向上をはかり、この電荷転送チャネル１４上の転送電極
１７に読出しパルスを印加することにより、上下方向に
積層された電荷転送チャネル−Ｐウェル−埋込みフォト
ダイオードのｎ−ｐ−ｎ構造をパンチスル−状態にし
て、埋込みフォトダイオード部のＮ+ 型不純物領域１３
から電荷転送チャネル１４に電荷転送を行なう。この
際、埋込みフォトダイオードは完全空乏状態にし、残溜
電荷が無い様に読出しパルスを印加することにより残像
特性を改善できる。この様にして電荷転送を行うことに
より、埋込みフォトダイオード形成のために表面に形成
されたＰ+ 不純物領域による電位バリアの影響を抑え、
残像マージンを上げ、かつ従来構造のフォトダイオード
−電荷転送チャネル間にある電荷転送ゲートであるフィ
ールドシフト部に相当した領域の省略が可能となり、高
集積化を達成することが出来る。また、光遮蔽された電
荷転送チャネル１４下に伸ばした埋込みフォトダイオー
ド部のＮ+ 型不純物領域１３下にあるＰウェル１２のＰ
型不純物領域の濃度を低くしてＮ型半導体基板１１間を
パンチスルー状態にし、フォトダイオード部のＮ+ 型不
純物領域１３の過剰電荷をこの部分を通してＮ型半導体
基板１１側に捨てることにより、光電変換部である埋込
みフォトダイオード下部のＰ型構造の不純物プロファイ
ルを適性化し、高感度化を実現し、合わせて低スミア化
を達成する。 図１のＡ−Ａ´、Ｂ−Ｂ´断面での電位
井戸のプロファイルをそれぞれ図２（ａ）、（ｂ）に示
す。各図とも横軸が図１図中の断面を、縦軸が電位井戸
の分布を示している。図２（ａ）に示した光電変換部で
の電位井戸のプロファイルは、図４（ａ）で示す従来構
造よりも、埋込みフォトダイオード部のＮ+ 型不純物領
域１３下部のＰウェル領域１２での電位井戸の最小点の
表面からの深さが深くなっている。このため、基板の深
い所で光電変換したキャリアをフォトダイオードに集め
ることができる。図２（ｂ）の電荷転送部での電位井戸
プロファイルにおいて、埋込みフォトダイオード部のＮ
+ 型不純物領域１３下部のＰウェル１２領域は、Ｎ型半
導体基板１１とＰウェル１２の間にＶOFD なる逆バイア
スが印加されてパンチスルー状態になっているため、Ｎ
+ 型不純物領域１３にて発生した過剰電荷は、図中にお
いてΔＶB で示されているＰウェル１２領域の電位井戸
の最小点を通ってＮ型半導体基板１１に捨てられる。ま
た埋込みフォトダイオード部のＮ+ 型不純物領域１３に
蓄積された信号電荷は、転送電極１７に読出しパルスＶ
H を印加して電荷転送チャネル１４の電位井戸を深くす
ることにより、Ｎ+型不純物領域１３と電荷転送チャネ
ル１４間にあるＰウェル領域のフィ−ルドシフト部１９
をパンチスルー状態にして、電荷転送チャネル１４へ読
出される。転送電極１７には、信号電荷の転送時は転送
パルスＶM 、ＶL が印加されており、埋込みフォトダイ
オード部のＮ+ 型不純物領域１３での光電変換及び電荷
蓄積、電荷転送チャネル１４での信号電荷の転送が独立
に行なわれる。尚、埋込みフォトダイオ−ド部のＮ+ 型
不純物領域１３上部のＰウェル領域のフィ−ルドシフト
部１９の電位井戸ΔＶB ´は、光電変換の際には埋込み
フォトダイオ−ド部のＮ+ 型不純物領域１３下部のＰウ
ェル１２領域の電位井戸ΔＶB よりも浅い状態に設定さ
れている。これにより過剰電荷はＮ型半導体基板１１に
捨てられる。
【００１８】本発明の他の実施例として、埋込みフォト
ダイオード部のＮ+ 型不純物領域１３の深さを画素毎に
変えて、各画素の分光感度特性を違えることにより、色
フィルターとの組合せで最も感度が高くなるような深さ
に形成することができる。これは、ブルーミングを抑制
するＮ+ 型不純物領域１３を電荷転送チャネル下にした
ためである。
ダイオード部のＮ+ 型不純物領域１３の深さを画素毎に
変えて、各画素の分光感度特性を違えることにより、色
フィルターとの組合せで最も感度が高くなるような深さ
に形成することができる。これは、ブルーミングを抑制
するＮ+ 型不純物領域１３を電荷転送チャネル下にした
ためである。
【００１９】尚、上記発明の不純物の型としてはＰ型、
Ｎ型を反転させたものに対しても本発明を適用できる。
以上のように、本発明の固体撮像装置によれば、フィー
ルドシフト部を電荷転送シフトレジスタの横でなく下部
に形成できるために高集積化に適する。一般にフィール
ドシフト部の長さは従来１〜２μｍであるのに対し、横
方向のピッチとしては光学系サイズ画素数により違いは
あるが約６〜１０μｍ程度である為、２割程度の集積度
向上が達成できる。
Ｎ型を反転させたものに対しても本発明を適用できる。
以上のように、本発明の固体撮像装置によれば、フィー
ルドシフト部を電荷転送シフトレジスタの横でなく下部
に形成できるために高集積化に適する。一般にフィール
ドシフト部の長さは従来１〜２μｍであるのに対し、横
方向のピッチとしては光学系サイズ画素数により違いは
あるが約６〜１０μｍ程度である為、２割程度の集積度
向上が達成できる。
【００２０】また、フィールドシフト部を従来のような
横型ではなく縦形にしたことにより、埋込みフォトダイ
オード部形成のため表面にＰ+ 型不純物領域を形成して
いるが、従来例と異なり本発明では、このＰ+ 型不純物
領域の形成の際に読み出しに悪影響を及ぼすような電位
障壁が形成されないので、読出し電圧に何ら影響されな
い。このため残像マージンを向上させることができる。
横型ではなく縦形にしたことにより、埋込みフォトダイ
オード部形成のため表面にＰ+ 型不純物領域を形成して
いるが、従来例と異なり本発明では、このＰ+ 型不純物
領域の形成の際に読み出しに悪影響を及ぼすような電位
障壁が形成されないので、読出し電圧に何ら影響されな
い。このため残像マージンを向上させることができる。
【００２１】また、埋込みフォトダイオード部を、光電
変換部のみならず電荷転送チャネル下部にまで延長した
ことにより、フォトダイオード部での蓄積電荷量、つま
り飽和出力電圧の向上が達成できるため、高ダイナミッ
クレンジ化が図れる。このことにより従来比約２倍の向
上が実現できる。
変換部のみならず電荷転送チャネル下部にまで延長した
ことにより、フォトダイオード部での蓄積電荷量、つま
り飽和出力電圧の向上が達成できるため、高ダイナミッ
クレンジ化が図れる。このことにより従来比約２倍の向
上が実現できる。
【００２２】また、埋込みフォトダイオード部からのＮ
型半導体基板への過剰電荷を捨てるパスとして、電荷転
送チャネル下の埋込みフォトダイオード部を用いている
ため、従来例のように光電変換部において光電変換及び
ブルーミング抑制を考慮した不純物プロファイルにする
必要がなく、単に光電変換だけを考えて、不純物プロフ
ァイルを最適化できる。また、色フィルターに対応し、
各画素毎に不純物プロファイルの最適化ができ、高感度
化が達成できる。
型半導体基板への過剰電荷を捨てるパスとして、電荷転
送チャネル下の埋込みフォトダイオード部を用いている
ため、従来例のように光電変換部において光電変換及び
ブルーミング抑制を考慮した不純物プロファイルにする
必要がなく、単に光電変換だけを考えて、不純物プロフ
ァイルを最適化できる。また、色フィルターに対応し、
各画素毎に不純物プロファイルの最適化ができ、高感度
化が達成できる。
【００２３】更に、電荷転送チャネルの下に埋込みフォ
トダイオード部を形成することにより、入射光の内斜入
射成分により電荷転送チャネル下のＰウェル領域で発生
するキャリアの大部分を、この埋込みフォトダイオード
へ吸収することができる。これにより高集積化時に問題
となるスミア特性を大幅に改善することができる。この
ように本発明により、高集積化にし、かつ、高性能化を
達成する固体撮像装置を提供することができる。
トダイオード部を形成することにより、入射光の内斜入
射成分により電荷転送チャネル下のＰウェル領域で発生
するキャリアの大部分を、この埋込みフォトダイオード
へ吸収することができる。これにより高集積化時に問題
となるスミア特性を大幅に改善することができる。この
ように本発明により、高集積化にし、かつ、高性能化を
達成する固体撮像装置を提供することができる。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、電荷転送チャネルとそ
の下方に階段状に伸びるように形成されたフォトダイオ
−ド部の電荷蓄積層となる不純物領域とでフィールドシ
フト部を縦形に挟むように形成したことにより、性能を
低下させることなく高集積化、低電圧読み出し駆動を実
現した固体撮像装置を提供することが可能となる。
の下方に階段状に伸びるように形成されたフォトダイオ
−ド部の電荷蓄積層となる不純物領域とでフィールドシ
フト部を縦形に挟むように形成したことにより、性能を
低下させることなく高集積化、低電圧読み出し駆動を実
現した固体撮像装置を提供することが可能となる。
【図１】本発明の一実施例における固体撮像装置の断面
構造を示した図、
構造を示した図、
【図２】本発明の一実施例において、（ａ）は図１中の
Ａ−Ａ´線に沿った断面の電位井戸の分布を示す図、
（ｂ）は図１中のＢ−Ｂ´線に沿った断面の電位井戸の
分布を示す図、
Ａ−Ａ´線に沿った断面の電位井戸の分布を示す図、
（ｂ）は図１中のＢ−Ｂ´線に沿った断面の電位井戸の
分布を示す図、
【図３】従来例における固体撮像装置の断面構造を示し
た図、
た図、
【図４】従来例において、（ａ）は図３中のＣ−Ｃ´線
に沿った断面の電位分布を示す図、（ｂ）は図３中のＤ
−Ｄ´線に沿った断面の電位分布を示す図、（ｃ）は図
３中のＥ−Ｅ´線に沿った断面の電位分布を示す図。
に沿った断面の電位分布を示す図、（ｂ）は図３中のＤ
−Ｄ´線に沿った断面の電位分布を示す図、（ｃ）は図
３中のＥ−Ｅ´線に沿った断面の電位分布を示す図。
１１ Ｎ型半導体基板 １２ Ｐウェル １３ Ｎ+ 型不純物領域 １４ 電荷転送チャネル １５ Ｐ+ 型不純物領域 １６ 絶縁膜 １７ 転送電極 １８ 光シールド膜 １９ フィールドシフト部 １１０ 素子分離領域
Claims (2)
- 【請求項１】 第一導電型の半導体基板と、 この表面に形成された第二導電型のウェル領域と、 このウェル領域表面に形成された第一導電型の第一の不
純物領域とこの第一の不純物領域上部に絶縁膜を介して
形成された転送電極とからなる電荷転送部と、 前記電荷転送部に隣接して設けられ、前記ウェル領域表
面に形成された第二導電型の第二の不純物領域とその下
方に形成された第一導電型の第三の不純物領域とからな
るフォトダイオ−ド部とを有する固体撮像装置におい
て、 前記第三の不純物領域が前記第二の不純物領域下方から
前記第一の不純物領域の下方に前記ウェル領域の一部を
挟むようにして伸びる階段形状を有していることを特徴
とする固体撮像装置。 - 【請求項２】 前記第三の不純物領域とそれに隣接する
第三の不純物領域の間と、前記第三の不純物領域と前記
半導体基板との間とが各々前記ウェル領域にて分離され
ており、前記第三の不純物領域の過剰電荷が前記第三の
不純物領域と前記半導体基板との間とを分離している前
記ウェル領域を経て前記半導体基板に捨てられることを
特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5237052A JPH0794701A (ja) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5237052A JPH0794701A (ja) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0794701A true JPH0794701A (ja) | 1995-04-07 |
Family
ID=17009704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5237052A Pending JPH0794701A (ja) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0794701A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012124515A (ja) * | 2012-02-08 | 2012-06-28 | Canon Inc | 固体撮像装置およびその製造方法 |
-
1993
- 1993-09-24 JP JP5237052A patent/JPH0794701A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012124515A (ja) * | 2012-02-08 | 2012-06-28 | Canon Inc | 固体撮像装置およびその製造方法 |
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