JP2870048B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、SOI（シリコン・オン・インシュレータ
ー）技術を採用することによりスメアの低減が図られる
増幅型固体撮像装置に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、絶縁基体に囲まれることによりそれぞれ互
いにセル毎に分離された受光領域と、受光領域と電気的
に接続されるゲート電極を有し、絶縁基体に囲まれるこ
とにより受光領域と電気的に分離されて形成される薄膜
の半導体層がチャンネル形成領域となり、各セル毎の信
号電荷を増幅する増幅トランジスタと、受光領域上で開
口した遮光膜とを備えることにより、斜め方向から光が
入射した場合にも、この入射光が絶縁基体中に到達する
ため、スメアの低減を図ることができる。

〔従来の技術〕

カラー映像用固体撮像装置として、インターライン搬
送型のCCDが広く知られている。このインターライン転
送型のCCDにおいて、通常、受光部はフォトダイオード
とされ、入射光はフォトダイオードにて光の強さに比例
した電荷に変換される。そして、フォトダイオードに沿
って垂直レジスタが配設される。フォトダイオードに一
時的に蓄積された電荷は読み出し部を介して垂直レジス
タに読み出されて転送される。読み出し部はフォトダイ
オードと垂直レジスタとの間に配設され、読み出し部に
より電荷の読み出しが制御される。

このようなインターライン転送型のCCDイメージャに
おいて、従来の技術では、第４図に示すように、半導体
基板101上に形成されたｐ型のウェル領域102の表面に臨
んで読み出し部103,垂直レジスタ104及びチャンネルス
トッパ部105とがそれぞれ形成される。この図におい
て、読み出し部103とチャンネルストッパ部105はｐ型の
不純物領域とされ、垂直レジスタ104はn^-型の不純物領
域とされる。そして、ウェル領域102上の全面に酸化膜1
06が形成され、読み出し部103,電荷転送部104及びチャ
ンネルストッパ部105上の上部の酸化膜106上に電荷転送
部のゲート電極として機能するポリシリコン層107が形
成される。ポリシリコン層107に囲まれた開口部のウェ
ル領域102の表面にはn^-型の不純物領域が形成され、フ
ォトダイオード108とされる。また、フォトダイオード1
08上で開口するパターンで、ポリシリコン層107の上部
に酸化膜109を介して遮光膜110が形成される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記遮光膜110の開口パターンから入
射する光のうちには、半導体基板101の主面に対して垂
直に入射するものに限らずに、フォトダイオード108に
到達せずにポリシリコン層107や酸化膜106を透過して垂
直レジスタ104へ斜めに入射する光がある。それが原因
で垂直レジスタ104の内部に誤信号が発生し、このよう
なスメア成分の低減が固体撮像装置の高性能化を図るう
えで要求されている。

そこで、本発明は、上述の従来の実情に鑑みて提案さ
れたものであって、スメアの低減がなされる固体撮像装
置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するために、本発明の固体撮像装置
は、絶縁基体に囲まれることによりそれぞれ互いにセル
毎に分離された受光領域と、受光領域と電気的に接続さ
れるゲート電極を有し、絶縁基体に囲まれることにより
受光領域と電気的に分離されて形成される薄膜の半導体
層がチャンネル形成領域となり、各セル毎の信号電荷を
増幅する増幅トランジスタと、受光領域上で開口した遮
光膜とを備える。

〔作用〕

受光領域は、絶縁基体に囲まれてセル毎に分離されて
形成される。このため、光が斜め方向から入射した場合
にも、この入射光が絶縁基体に到達するため、誤信号の
原因となる電子の発生が抑えられ、スメアの低減が図ら
れる。増幅トランジスタのチャンネル形成領域となる薄
膜の半導体層（例えば1000Å以下）は、絶縁基体に囲ま
れて形成される。従って、斜め方向から光が入射した場
合にも、この入射光がチャンネル形成領域下部の絶縁基
体中に到達するために、スメアの低減が図られる。

また、チャンネル形成領域となる薄膜の半導体層は、
絶縁基体に囲まれることにより受光領域と電気的に分離
される。従って、受光領域で発生した信号電荷がチャン
ネル形成領域に漏れだして誤信号の原因となることが防
止され、増幅トランジスタは、僅かな電荷量でも信号電
荷を増幅して出力することができる。

〔実施例〕

本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明す
る。

本実施例は、各セルが受光領域と増幅トランジスタと
リセットトランジスタにより構成される増幅型固体撮像
装置の一例であり、シリコン酸化膜の表面にセル毎に分
離された単結晶のシリコン層を上記受光領域とし、上記
増幅トランジスタのチャンネルが上記シリコン酸化膜上
の薄膜のシリコン層に形成されるものである。

先ず、本実施例の増幅型固体撮像装置の構造を説明す
る。第１図に示すように、シリコン基板１上のシリコン
酸化膜２の表面には受光領域３が形成される。この受光
領域３はそれぞれセル毎に分離されており、単結晶シリ
コン層からなる。受光領域３はｐ型の不純物領域４上に
ｎ型の不純物領域５が形成されており、更に、そのｎ型
の不純物領域５上にはｐ型の不純物領域からなる正孔蓄
積層６が形成されている。孔が受光領域３に入射した場
合、上記ｎ型の不純物領域５に信号電荷が蓄積される。

このような受光領域３に開口部17,18を有する酸化膜
９が全面に形成される。開口部17,18は増幅トランジス
タ或いはリセットトランジスタと受光領域３とを電気的
に接続させるために形成される。これらの開口部17,18
の受光領域３にはn⁺型の不純物領域7,8が形成される。n
⁺型の不純物領域7,8は正孔蓄積層６の表面からｎ型の不
純物領域５の所要の深さまでとされる。これらのn⁺型の
不純物領域7,8よりｎ型の不純物領域５に蓄積された信
号電荷が取り出され、それぞれ増幅トランジスタやリセ
ットトランジスタに送られる。

上記受光領域３と電気的に分離され且つ近い位置に単
結晶のシリコン層10が形成される。このシリコン層10は
増幅トランジスタのチャンネル形成領域として機能す
る。シリコン層10は例えば、1000Å程度あるいはそれ以
下の薄膜とされる。このような薄膜のために短波長を含
めて長波長側の入射光によるスメアが低減できる。

シリコン層10上の酸化膜９上にゲート電極11が形成さ
れる。このゲート電極11は受光領域３と電気的に接続さ
れており、ゲート電極11の電荷量に応じてシリコン層10
にチャンネルが形成されて増幅トランジスタに電流が流
れる。

そのゲート電極11の表面にはゲート電極11上に開口部
19を有する酸化膜12が形成される。この開口部19のゲー
ト電極11と開口部17の受光領域３との電気的接続をとる
ために、ポリシリコン層13が形成される。このポリシリ
コン層13は開口部17,19内及びそれらの開口部17,19を結
ぶ領域の酸化膜9,12上に形成される。このポリシリコン
層13を用いた配線により、ｎ型の不純物領域５に蓄積さ
れた信号電荷はn⁺型の不純物領域７からポリシリコン層
13を介してゲート電極11に供給される。

一方、開口部18の受光領域３と図示されないリセット
トランジスタを電気的に接続するために、ポリシリコン
層14が形成される。このポリシリコン層14は開口部18内
及び該開口部18とリセットトランジスタを結ぶ領域の酸
化膜９上に形成される。このポリシリコン層14を用いた
配線により、不要な信号電荷はn⁺型の不純物領域８から
ポリシリコン層14を介してリセットトランジスタに流入
される。これにより、受光領域３はリセットされる。

このようなポリシリコン層13,14を含む全面に層間絶
縁膜として機能する酸化膜15が形成される。また、受光
領域３の上部で開口した遮光膜16が形成される。

ここで、受光領域３とシリコン層10を有する基体の形
成方法を説明する。

先ず、単結晶のシリコン基板20の表面に第一の高さを
有する島状領域51と膜厚の薄い突条部52が残存されるパ
ターンでエッチングを行う。島状領域51はセル毎に互い
に分離されるマトリクス状の受光領域３に対応するパタ
ーンとされる。一方、突条部52は島状領域51に隣接する
溝53に沿って延在する領域に形成される。突条部52は増
幅トランジスタのチャンネル形成領域とされる。

続いて、第２図（ａ）に示すように、上述のように島
状領域51,突条部52及び溝部53が形成されたシリコン基
板20上の全面にシリコン酸化膜2bを形成して基板Ｂを形
成する。そして、シリコン基板１上に薄くシリコン酸化
膜2aが成長された基体Ａと上記基体Ｂとをそれぞれシリ
コン酸化膜2a,2bの表面同士を突き合わせてはりあわせ
る。

そして、第２図（ｂ）に示すように、上述のようにし
て得られた基体のシリコン基板20の表平面の側から全面
エッチバックして、上記溝部53の底部，即ちシリコン酸
化膜2bが最初に露出した時点でエッチングを終了する。
以下、通常の工程に従って、受光領域３の形成、ゲート
電極11,遮光膜16等の形成、さらに増幅トランジスタ，
リセットトランジスタの形成及び配線を行って装置を完
成する。

上述のように、各セル毎に分離され単結晶シリコンか
らなる受光領域３はシリコン酸化膜２で囲まれるため、
斜め方向から光が入射した場合でも、その殆どがシリコ
ン酸化膜２に到達するため、スメアが低減される。ま
た、受光領域３とシリコン層10の間がシリコン酸化膜２
によって分離されるため、受光領域３からシリコ層10に
信号電荷が漏れ出して誤信号の原因となることがない。
また、シリコン層10はSOI構造とされて薄膜化されるの
で、斜め方向から光が入射しても、シリコン層10の下部
領域で電子が発生する虞れがないため、スメアが低減さ
れる。また、SOI構造とされるため接合容量が低減さ
れ、高速動作が可能である。このような構造は、基板同
士のはり合わせによって形成される。

次に、上述の増幅型固体撮像装置の動作方法を第３図
のようなセルの等価回路図を用いて説明する。第３図に
示すように、フォトダイオード21の端子21aの一方は増
幅トランジスタのゲート電極27に接続される。従って、
フォトダイオード21で発生した電荷によりゲート電極27
の電圧が変化される。その電圧に応じて増幅トランジス
タのドレイン26からソース25に向かって電流が流れ、こ
の電流が選択的に取り出されて出力信号になる。フォト
ダイオード21の端子21aはリセットトランジスタのソー
ス・ドレイン23の一方と接続される。また、リセットト
ランジスタのソース・ドレイン22は端子28と接続され、
ゲート電極24に所要の駆動パルスが供給されるとフォト
ダイオード21の端子21aはリセットされる。

〔発明の効果〕

本発明の固体撮像装置では、セル毎に分離された受光
領域が絶縁基体に囲まれるので、光が斜め方向から入射
した場合にも、この入射光が絶縁基体に到達するため、
誤信号の原因とされる電子の発生を抑えることができ
る。また、増幅トランジスタのチャンネル形成領域は、
絶縁基体に囲まれた薄膜の半導体層に形成されることか
ら、斜め方向から光が入射した場合にも、入射光は、チ
ャンネル形成領域下部の絶縁基体中に到達するため、ス
メアの低減を図ることができる。さらには、このチャン
ネル形成領域が絶縁基体により電気的に分離されること
から、受光領域で発生した電荷がチャンネル形成領域に
漏れだして誤信号の発生を防止することができる。従っ
て、増幅トランジスタは、僅かな電荷量でも信号電荷を
増幅して出力することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した固体撮像装置の一例の構造を
示す断面図であり、第２図（ａ）乃至第２図（ｂ）は上
記一例の製造方法を説明するためのそれぞれ工程断面図
であり、第３図は上記一例のセル部分の回路図である。 第４図は従来の固体撮像装置の一例の構造を示す断面図
である。 1,20……シリコン基板 ２……シリコン酸化膜 ３……受光領域 4,5,7,8……不純物領域 ６……正孔蓄積層 9,12,15……酸化膜 10……シリコン層 11……ゲート電極 13,14……ポリシリコン層 16……遮光膜 17,18,19……開口部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁基体に囲まれることによりそれぞれ互
   いにセル毎に分離された受光領域と、 上記受光領域と電気的に接続されるゲート電極を有し、
   上記絶縁基体に囲まれることにより上記受光領域と電気
   的に分離されて形成される薄膜の半導体層がチャンネル
   形成領域となり、各セル毎の信号電荷を増幅する増幅ト
   ランジスタと、 上記受光領域上で開口した遮光膜とを備える固体撮像装
   置。