JPS5830165A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPS5830165A JPS5830165A JP56128524A JP12852481A JPS5830165A JP S5830165 A JPS5830165 A JP S5830165A JP 56128524 A JP56128524 A JP 56128524A JP 12852481 A JP12852481 A JP 12852481A JP S5830165 A JPS5830165 A JP S5830165A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- junction
- region
- substrate
- 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
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/10—Semiconductor bodies
- H10F77/14—Shape of semiconductor bodies; Shapes, relative sizes or dispositions of semiconductor regions within semiconductor bodies
- H10F77/148—Shapes of potential barriers
Landscapes
- 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
【発明の詳細な説明】
本発明は固体撮像装置等の光電変換機能を有する半導体
装置に関するものであシ、特に従来の場合と比較して光
電変換部の感度が高く、また電荷蓄積容量を大きくする
ことが可能な固体撮像装置等の半導体装置を提供するも
のである。
装置に関するものであシ、特に従来の場合と比較して光
電変換部の感度が高く、また電荷蓄積容量を大きくする
ことが可能な固体撮像装置等の半導体装置を提供するも
のである。
まず、ＰＨ接合を光電変換部とする従来の固体撮像装置
をもとにして、従来における欠点を説明する。第１図（
ＩＬ）は従来の固体撮像装置の光電変換部、第１図（ｂ
）は第１図（＆）のムーム′断面図、第１図（Ｃ）は第
１図（ｂ）においてＢ −８’に沿ったポテンシャル分
布を示している。
をもとにして、従来における欠点を説明する。第１図（
ＩＬ）は従来の固体撮像装置の光電変換部、第１図（ｂ
）は第１図（＆）のムーム′断面図、第１図（Ｃ）は第
１図（ｂ）においてＢ −８’に沿ったポテンシャル分
布を示している。
第１図（ａ） 、 （ｂ）において、１はＰ型基板３に
設けられたＮ型領域であり、このＮ型領域１とＰ型基板
３との接触部はＰＭ接合１１Ｌを形成しているつ２けＮ
型領域１の周辺部を示しており、この周辺部にＶｉＮ型
＠Ｍ、１の隣りに形成された池のＨ型頭域（図示せず）
または活性領域（図示せず）と電気的に隔離するための
チャンネ！レストツ・ｆ−１さらにＮ型領域１に蓄積さ
れた信号電荷を読み出す信号電荷読み出し手段（図示せ
ず）等が形成されているが、これらは本発明の主旨と直
接的に関係しないため省略している。
設けられたＮ型領域であり、このＮ型領域１とＰ型基板
３との接触部はＰＭ接合１１Ｌを形成しているつ２けＮ
型領域１の周辺部を示しており、この周辺部にＶｉＮ型
＠Ｍ、１の隣りに形成された池のＨ型頭域（図示せず）
または活性領域（図示せず）と電気的に隔離するための
チャンネ！レストツ・ｆ−１さらにＮ型領域１に蓄積さ
れた信号電荷を読み出す信号電荷読み出し手段（図示せ
ず）等が形成されているが、これらは本発明の主旨と直
接的に関係しないため省略している。
上記ＰＨ接合よりなる光電変換部の光電変換動作を説明
すぎと、上方よりＮ型＠域１またはＰ型基板３に入射し
た光は、これらの領域中で電子−正孔対を発生する。こ
れらの電子−正孔対のうち。
すぎと、上方よりＮ型＠域１またはＰ型基板３に入射し
た光は、これらの領域中で電子−正孔対を発生する。こ
れらの電子−正孔対のうち。
ＰＨ接合１！Ｌの近傍で発生した電子又は正孔は。
同ＰＮ接合部に形成されている空乏層頭載内の電界によ
って、剣１図（０）に示すようにそれぞれポテンシャル
の低いＮ型領域およびポテンシャｌしの高いＰ型頭域へ
移動する。このようにＰｌｆ接合部１１Ｌの空乏層領域
で発生した電子と正孔は再結合する前に引き離され、電
子４はＮ型領域１に蓄積される。
って、剣１図（０）に示すようにそれぞれポテンシャル
の低いＮ型領域およびポテンシャｌしの高いＰ型頭域へ
移動する。このようにＰｌｆ接合部１１Ｌの空乏層領域
で発生した電子と正孔は再結合する前に引き離され、電
子４はＮ型領域１に蓄積される。
これに対して、Ｎ型領域１０表面で発生した電子５と正
孔６′は、空乏層領域から離れておυ電界がないため正
孔から引き離されず第６図ｔｃ＞に示すように再結合さ
れやすい。
孔６′は、空乏層領域から離れておυ電界がないため正
孔から引き離されず第６図ｔｃ＞に示すように再結合さ
れやすい。
このように、光信号により光電変換部の表面で発生した
電荷（電子）Ｆｉ再結合のために失なわれ有効な信号電
荷として寄与する割合が少なくなる。
電荷（電子）Ｆｉ再結合のために失なわれ有効な信号電
荷として寄与する割合が少なくなる。
特に短波長の光はエネルギーが大きいため光電変換部の
表面近傍で電子−正孔対を発生しやすく、したがって短
波長領域にある青色光の感度の低さが、固体撮像装置等
において実用上の問題となっている。
表面近傍で電子−正孔対を発生しやすく、したがって短
波長領域にある青色光の感度の低さが、固体撮像装置等
において実用上の問題となっている。
以上の従来の固体撮像装置における光電変換部の動作説
明より、光電変換部の感度を向上させるためには、表面
から浅い所にも広い領域の空乏層領域が形成されるよう
にすればよいことがわかる。
明より、光電変換部の感度を向上させるためには、表面
から浅い所にも広い領域の空乏層領域が形成されるよう
にすればよいことがわかる。
この観点から、従来、光電変換部の基本的な構造をその
ままにしてＮ型領域の表面からの深さく拡散距離）を短
くするくふうがなされているが、それだけでは短波長、
長波長の光信号の両方を効率よく信号電荷に変換するの
に限度がある。
ままにしてＮ型領域の表面からの深さく拡散距離）を短
くするくふうがなされているが、それだけでは短波長、
長波長の光信号の両方を効率よく信号電荷に変換するの
に限度がある。
本発明は前記従来の事情にかんがみてなされたものであ
り、光電変換部の構成を変えることによシ、感度の向上
を図るとともに電荷蓄積容量を増大させることが可能な
固体撮像装置等の半導体装置を提供するものである。す
なわち、本発明の半導体装置は、−導電型の半導体基板
の表面に形成されたＰＭ接合を光電変換部とし、前記Ｐ
Ｍ接合の一部が前記半導体基板の一部金挾むか又は包囲
していることを特徴としている。
り、光電変換部の構成を変えることによシ、感度の向上
を図るとともに電荷蓄積容量を増大させることが可能な
固体撮像装置等の半導体装置を提供するものである。す
なわち、本発明の半導体装置は、−導電型の半導体基板
の表面に形成されたＰＭ接合を光電変換部とし、前記Ｐ
Ｍ接合の一部が前記半導体基板の一部金挾むか又は包囲
していることを特徴としている。
以下本発明の実施例を光電変換部およびポテンシャル薗
を示す第２図（〜〜（０）をもとにして詳細に説明する
。なお、第２図（ＩＬ）〜ｔｏ）において従来例を示す
第１図（〜〜（ｃ）の各部に相当する箇所には同一番号
を付している。
を示す第２図（〜〜（０）をもとにして詳細に説明する
。なお、第２図（ＩＬ）〜ｔｏ）において従来例を示す
第１図（〜〜（ｃ）の各部に相当する箇所には同一番号
を付している。
第２図（ａ）は本発明の一実施例における半導体装置の
光電変換部の上面図、第２図（１））は第２図（ＩＬ）
のｃ −ｃ’断面図、第２図ｔａ＞は第２図０３）ノＤ
−Ｄ’線に沿ったポテンシャルの分布図を示している
。この実施例の半導体装置は、Ｐ型半導体基板１２に形
成されたド型＠域１１と、前記Ｐ型半導体基板１２との
接触部に形成された底面におけるＰＨ接合１１ａ、外側
面におけるＰＮ接合１１ｂ、および内側面におけるＰＭ
接合’＋ＩＱを充電変換部としており、このうち内側面
のＰＨ接合１１０はＰ型半導体基板とりながっているＰ
型頭域１３を包囲している。
光電変換部の上面図、第２図（１））は第２図（ＩＬ）
のｃ −ｃ’断面図、第２図ｔａ＞は第２図０３）ノＤ
−Ｄ’線に沿ったポテンシャルの分布図を示している
。この実施例の半導体装置は、Ｐ型半導体基板１２に形
成されたド型＠域１１と、前記Ｐ型半導体基板１２との
接触部に形成された底面におけるＰＨ接合１１ａ、外側
面におけるＰＮ接合１１ｂ、および内側面におけるＰＭ
接合’＋ＩＱを充電変換部としており、このうち内側面
のＰＨ接合１１０はＰ型半導体基板とりながっているＰ
型頭域１３を包囲している。
このように半導体装置の光電変換部を構成した場合、空
乏層はＰＭ接合１１２Ｌ、１１ｂのみならずＰＭ接合１
１Ｃにも形成されることになる。
乏層はＰＭ接合１１２Ｌ、１１ｂのみならずＰＭ接合１
１Ｃにも形成されることになる。
すなわち、同装置においては、信号電荷に大きく寄与す
る電子−正孔対が発生する空乏層領域はＮ型領域１１の
底面部におけるＰＭ接合１１１Ｌ、Ｎ形領域１１の外側
面部におけるＰＨ接合１１ｂ。
る電子−正孔対が発生する空乏層領域はＮ型領域１１の
底面部におけるＰＭ接合１１１Ｌ、Ｎ形領域１１の外側
面部におけるＰＨ接合１１ｂ。
およびＮ型領域１１の内側面部におけるＰＮ接合１１Ｃ
のそれぞれに形成されることになる。このように本実施
例の半導体装置においては、Ｋ型頭域１１の側面部に形
成される空乏層の占める領域を増すことにより、表面よ
り深い部分での感度のみならず表面近傍での感度を向上
させることができる。
のそれぞれに形成されることになる。このように本実施
例の半導体装置においては、Ｋ型頭域１１の側面部に形
成される空乏層の占める領域を増すことにより、表面よ
り深い部分での感度のみならず表面近傍での感度を向上
させることができる。
第３図は本発明の池の実施例を示しており、Ｐ型基板２
１内に上面から見ると国字状パターンのに型領域２２が
形成されている。Ｐ型基板２１とＮ型頭ｖ、２２との間
には外側面におけるＰＮ接合２３１Ｌ 、内側面におけ
るＰＮ接合２３ｂ、底面におけるＰＨ接合２３Ｃ（紙面
の裏側）が形成され。
１内に上面から見ると国字状パターンのに型領域２２が
形成されている。Ｐ型基板２１とＮ型頭ｖ、２２との間
には外側面におけるＰＮ接合２３１Ｌ 、内側面におけ
るＰＮ接合２３ｂ、底面におけるＰＨ接合２３Ｃ（紙面
の裏側）が形成され。
これらのそれぞれのＰＭ接合部において空乏層が形成さ
れ感度が向上する。なお、Ｎ型＠域２２に包囲されたＰ
型頭域２４は紙面の裏面側でＰ型基板２１とつながって
いる。
れ感度が向上する。なお、Ｎ型＠域２２に包囲されたＰ
型頭域２４は紙面の裏面側でＰ型基板２１とつながって
いる。
第＋−は本発明のさらに池の実施例を示しておシ、第５
図のに型領域２２の中央部にさらにＰ型頭域２６を設け
たものであシ、さらにＰＮ接合部の面積が増大するっ 第 図は本発明のさらに他の実施例を示しており、Ｐ型
基板２１に形成されたくし形パターンの内側に蛇行状の
Ｐ型頭域２６が形成されている。
図のに型領域２２の中央部にさらにＰ型頭域２６を設け
たものであシ、さらにＰＮ接合部の面積が増大するっ 第 図は本発明のさらに他の実施例を示しており、Ｐ型
基板２１に形成されたくし形パターンの内側に蛇行状の
Ｐ型頭域２６が形成されている。
Ｈ型頭域２２の内側面と外側面に形成されたＰＭ接合２
４！Ｌ、２４ｂの面積は大きく、より感度の大きい光電
変換部を有する半導体装置が得られる。
４！Ｌ、２４ｂの面積は大きく、より感度の大きい光電
変換部を有する半導体装置が得られる。
以上のような、本発明の半導体装置は表面近傍における
ＰＭ接合領域の面積を増加させるこさに上り感度を向上
させるものであるが、さらに電荷蓄積容量を大きくでき
る利点も有する。以下この利点について詳細に説明する
。
ＰＭ接合領域の面積を増加させるこさに上り感度を向上
させるものであるが、さらに電荷蓄積容量を大きくでき
る利点も有する。以下この利点について詳細に説明する
。
一定の逆バイアス電圧が印加されたＰＮ接合において、
に型頭域の不純物濃度ＮＤ、ｌ！ｍＰ型頭域の不純型傾
城Ｎムとの関係がＨＤ＞＞ＭＬ の場合、その接合容量
Ｃけよく知られているように近火式的に次式で表わされ
る。
に型頭域の不純物濃度ＮＤ、ｌ！ｍＰ型頭域の不純型傾
城Ｎムとの関係がＨＤ＞＞ＭＬ の場合、その接合容量
Ｃけよく知られているように近火式的に次式で表わされ
る。
Ｃ＝α、ロー・Ｓ ・・・・・・・・・（１）
ここでαは定数、ＳはＰＨ接合の接合面積である。
ここでαは定数、ＳはＰＨ接合の接合面積である。
上記（１）式をもとにして、第１図に示す従来の固体撮
像装置について接合容量を計算する。すなわち、Ｎ型頭
域１の外周部を１ｉＱａの正方形とし、拡散長をｘｊ
として接合容量をモデル計算する。
像装置について接合容量を計算する。すなわち、Ｎ型頭
域１の外周部を１ｉＱａの正方形とし、拡散長をｘｊ
として接合容量をモデル計算する。
なお、通常の素子における不純物濃度はチャンネルスト
ッパー傾城では約１０１７ｃＩｒＬ−３，Ｐ型基板では
１０１５〜１０１６α→程度である。また、Ｎ型頭ｆ！
Ｒ１は底面部ではＰ型基板３と接触し、その他の側面で
はチャンネルストッパーと接していると考えてよい。
ッパー傾城では約１０１７ｃＩｒＬ−３，Ｐ型基板では
１０１５〜１０１６α→程度である。また、Ｎ型頭ｆ！
Ｒ１は底面部ではＰ型基板３と接触し、その他の側面で
はチャンネルストッパーと接していると考えてよい。
従ってチャンネルストツ・ぐ−領域の不純物濃度を１０
１７ｃｒｒＬ−３，Ｐ型基板３の不純物濃度を１０１５
ｃＩｒＬ″とすると、痒来の固体撮像装置における充電
変換部の接合容量Ｃｏは次式であられされる。
１７ｃｒｒＬ−３，Ｐ型基板３の不純物濃度を１０１５
ｃＩｒＬ″とすると、痒来の固体撮像装置における充電
変換部の接合容量Ｃｏは次式であられされる。
Ｇ ｏ＝ａ （ａ２ ＋＋ ４ ａｘｊ ＦＪ −−−
−−−−・−（２）同様の考え方および条件で第２図に
示す本発明の一実施における半導体装置の接合容量Ｏｘ
／ｉ、正方形のＰ型頭域６の１ｉ２２の長さをｂとす
ると次式であられされる。
−−−−・−（２）同様の考え方および条件で第２図に
示す本発明の一実施における半導体装置の接合容量Ｏｘ
／ｉ、正方形のＰ型頭域６の１ｉ２２の長さをｂとす
ると次式であられされる。
Ｃｔ＝（ｌ （（ＩＬ２−ｂ”）ｒ−１−４（ａ＋ｂ
）ｘｊ ？Ｊ・・・・・・・・・（３） 従来と本実施例の場合における接合容量を比較するため
、Ｃ１とＣ０の比を求めると次式となる。
）ｘｊ ？Ｊ・・・・・・・・・（３） 従来と本実施例の場合における接合容量を比較するため
、Ｃ１とＣ０の比を求めると次式となる。
９１て−ジ゛
上式（４）より４０）Ｃｊ）ｂであれば０１ ） Ｏｏ
となることがわかる。拡散長ｘｊは通常１−程度である
から４０ｘｊ＞ｂと設定することは容易な条件であり、
したがって本実施例の場合の接合容量Ｃ１を従来の場合
の接合容量Ｇｏより充分大きくすることができる。
となることがわかる。拡散長ｘｊは通常１−程度である
から４０ｘｊ＞ｂと設定することは容易な条件であり、
したがって本実施例の場合の接合容量Ｃ１を従来の場合
の接合容量Ｇｏより充分大きくすることができる。
なお、接合容量を大きくできることは、固体撮像装置に
おいてはダイナミックレンジ（撮像できる明暗の範囲）
を広くできることになり、極めて好ましいと♂である。
おいてはダイナミックレンジ（撮像できる明暗の範囲）
を広くできることになり、極めて好ましいと♂である。
さらに、第３図、第４図および第５図に示した実施例で
はＰＨ接合面積が広いため、蓄積電荷容量を第２図の実
施例の場合よりもさらに大きくできる。
はＰＨ接合面積が広いため、蓄積電荷容量を第２図の実
施例の場合よりもさらに大きくできる。
なお１本発明は２次元のみならず１次元の固体撮像装置
にも適用できる。また、固体撮像装置に限らず、ＰＮ接
合を光電変換部として蓄積モードで用いる一般の半導体
装置にも適用できる。
にも適用できる。また、固体撮像装置に限らず、ＰＮ接
合を光電変換部として蓄積モードで用いる一般の半導体
装置にも適用できる。
以上説明したように本発明の半導体装置は光電変換部の
感度が高く、かつ電荷蓄積容量を大きくすることが可能
で工業的利用価値が高い。
感度が高く、かつ電荷蓄積容量を大きくすることが可能
で工業的利用価値が高い。
第１図（ＩＬ）は従来の半導体装置における光電変換部
の平面図、第１図（ｂ）は同光電変換部のムーム′断面
図、第１図（０）は第１図（ｂ）のＢ−Ｂ’線に沿った
ポテンシャル図、第２図（ＩＬ）は本発明の一実施例に
おける半導体装置の光電変換部の平面図、第２図（ｂ）
は同光電変換部のｃ−ｃ’断面図、第２図（０）は第２
図（ｂ）のＤ−Ｄ’線に沿−たポテンシャル図、第３図
、第４図、第６図はそれぞれ本発明の他の実施例におけ
る半導体装置の光電変換部の平面図である。 １１．２２・・・・・・Ｈ型頭域、１２．２１・・・・
・・Ｐ型基板、６，２４．２６・・・・・・Ｐ型頭域。
の平面図、第１図（ｂ）は同光電変換部のムーム′断面
図、第１図（０）は第１図（ｂ）のＢ−Ｂ’線に沿った
ポテンシャル図、第２図（ＩＬ）は本発明の一実施例に
おける半導体装置の光電変換部の平面図、第２図（ｂ）
は同光電変換部のｃ−ｃ’断面図、第２図（０）は第２
図（ｂ）のＤ−Ｄ’線に沿−たポテンシャル図、第３図
、第４図、第６図はそれぞれ本発明の他の実施例におけ
る半導体装置の光電変換部の平面図である。 １１．２２・・・・・・Ｈ型頭域、１２．２１・・・・
・・Ｐ型基板、６，２４．２６・・・・・・Ｐ型頭域。
Claims (1)
- 一導電型の半導体基板に形成された光電変換部となるＰ
Ｍ接合の接合面の少なくとも一部が前記半導体基板の一
部頭域を挾むか又は包囲していることを特徴とする半導
体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56128524A JPS5830165A (ja) | 1981-08-17 | 1981-08-17 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56128524A JPS5830165A (ja) | 1981-08-17 | 1981-08-17 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5830165A true JPS5830165A (ja) | 1983-02-22 |
Family
ID=14986870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56128524A Pending JPS5830165A (ja) | 1981-08-17 | 1981-08-17 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5830165A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6133704U (ja) * | 1984-04-20 | 1986-03-01 | 正吉 藤本 | スノ−チエン |
| WO1989006052A1 (en) * | 1987-12-14 | 1989-06-29 | Santa Barbara Research Center | Reticulated junction photodiode having enhanced responsivity to short wavelength radiation |
-
1981
- 1981-08-17 JP JP56128524A patent/JPS5830165A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6133704U (ja) * | 1984-04-20 | 1986-03-01 | 正吉 藤本 | スノ−チエン |
| WO1989006052A1 (en) * | 1987-12-14 | 1989-06-29 | Santa Barbara Research Center | Reticulated junction photodiode having enhanced responsivity to short wavelength radiation |
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