JP3303384B2 - 固体撮像装置およびその駆動方法 - Google Patents
固体撮像装置およびその駆動方法Info
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- JP3303384B2 JP3303384B2 JP01442393A JP1442393A JP3303384B2 JP 3303384 B2 JP3303384 B2 JP 3303384B2 JP 01442393 A JP01442393 A JP 01442393A JP 1442393 A JP1442393 A JP 1442393A JP 3303384 B2 JP3303384 B2 JP 3303384B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体撮像装置及びその駆
動方法に関するものである。
動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、電荷結合素子（ＣＣＤ）に代表さ
れる電荷転送装置を用いた固体撮像装置は、その低雑音
特性などの優位性よりその実用化が著しい。
れる電荷転送装置を用いた固体撮像装置は、その低雑音
特性などの優位性よりその実用化が著しい。
【０００３】以下、従来の固体撮像装置及びその駆動方
法について説明する。図７は従来の光電変換領域及び電
荷転送領域の断面図であり、１はＰ型シリコンで構成さ
れたＰ型基板、２は半導体基板１の表面に選択的に形成
された電荷転送領域（埋め込みチャンネルＣＣＤのチャ
ンネル部）となるＮ型拡散層、３は半導体基板１の表面
に選択的に形成されたＮ型拡散層、４は半導体基板１の
表面に選択的に形成されたＰ型拡散層、５は半導体基板
１の表面に選択的に形成されたＰ型拡散層、６は半導体
基板１の表面に形成された酸化膜等の絶縁膜、７は絶縁
膜６の表面に選択的に形成されたゲート電極である。
法について説明する。図７は従来の光電変換領域及び電
荷転送領域の断面図であり、１はＰ型シリコンで構成さ
れたＰ型基板、２は半導体基板１の表面に選択的に形成
された電荷転送領域（埋め込みチャンネルＣＣＤのチャ
ンネル部）となるＮ型拡散層、３は半導体基板１の表面
に選択的に形成されたＮ型拡散層、４は半導体基板１の
表面に選択的に形成されたＰ型拡散層、５は半導体基板
１の表面に選択的に形成されたＰ型拡散層、６は半導体
基板１の表面に形成された酸化膜等の絶縁膜、７は絶縁
膜６の表面に選択的に形成されたゲート電極である。
【０００４】Ｎ型拡散層３及びＰ型基板１によってでき
るフォトダイオードの領域が光電変換領域であり、Ｎ型
拡散層３（以下ＰＤと略記する）は光が照射され光電変
換された信号電荷を集積する。埋め込みチャンネルＣＣ
ＤのＮ型拡散層２が電荷転送領域、光電変換領域と電荷
転送領域の間のゲート電極下のＰ型拡散層５が読み出し
チャンネル部のチャンネルドープ領域を構成する。ゲー
ト電極７に読み出し用の正の電圧を印加しチャンネル部
の電位をＰＤの電位より高くすることにより、信号電荷
は読み出しチャンネル部を通って電荷転送領域に読み出
される。
るフォトダイオードの領域が光電変換領域であり、Ｎ型
拡散層３（以下ＰＤと略記する）は光が照射され光電変
換された信号電荷を集積する。埋め込みチャンネルＣＣ
ＤのＮ型拡散層２が電荷転送領域、光電変換領域と電荷
転送領域の間のゲート電極下のＰ型拡散層５が読み出し
チャンネル部のチャンネルドープ領域を構成する。ゲー
ト電極７に読み出し用の正の電圧を印加しチャンネル部
の電位をＰＤの電位より高くすることにより、信号電荷
は読み出しチャンネル部を通って電荷転送領域に読み出
される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法ではＰＤから表面までＮ型拡散層が広がっているた
め、表面付近に多く存在する欠陥により発生した余分な
電荷がＰＤに集積しやすく画面上では白キズ等の特性不
良を起こす。これを避けるためには、半導体基板の内部
にＰＤを埋め込めばよいが、信号電荷は基板の内部を通
ることになりゲート電圧による読み出しの制御が難しく
残像等の原因となる。
方法ではＰＤから表面までＮ型拡散層が広がっているた
め、表面付近に多く存在する欠陥により発生した余分な
電荷がＰＤに集積しやすく画面上では白キズ等の特性不
良を起こす。これを避けるためには、半導体基板の内部
にＰＤを埋め込めばよいが、信号電荷は基板の内部を通
ることになりゲート電圧による読み出しの制御が難しく
残像等の原因となる。
【０００６】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、表面付近の欠陥の影響を受けず、ゲート電圧により
読み出しを制御する事のできる固体撮像装置及びその駆
動方法を提供する事を目的とする。
で、表面付近の欠陥の影響を受けず、ゲート電圧により
読み出しを制御する事のできる固体撮像装置及びその駆
動方法を提供する事を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、基板の内部を通って信号電荷を読み出すよ
うに、完全に埋め込んだ光電変換領域を形成し、かつ電
荷転送領域からの空乏層の伸びによるチャンネルの電位
上昇に加えてチャンネルの上のゲート電極の電圧により
チャンネルの電位を上げることによりゲート電圧による
読み出しの制御ができるように、光電変換領域と電荷転
送領域の間隔およびチャネルドープ領域の不純物濃度分
布を適切なものとするものである。
するために、基板の内部を通って信号電荷を読み出すよ
うに、完全に埋め込んだ光電変換領域を形成し、かつ電
荷転送領域からの空乏層の伸びによるチャンネルの電位
上昇に加えてチャンネルの上のゲート電極の電圧により
チャンネルの電位を上げることによりゲート電圧による
読み出しの制御ができるように、光電変換領域と電荷転
送領域の間隔およびチャネルドープ領域の不純物濃度分
布を適切なものとするものである。
【０００８】
【作用】この構成によって、信号電荷は光電変換領域か
ら基板の内部のみを通って電荷転送領域に読み出され、
表面付近の欠陥の影響を受けないため、白キズ等の不良
の発生を防ぐことができる。また、ゲートの電圧による
制御が可能なように、光電変換領域と電荷転送領域の間
隔およびチャンネルドープ領域の不純物濃度分布を適切
なものにしているため、残像等の不良の発生を防ぐこと
ができる。
ら基板の内部のみを通って電荷転送領域に読み出され、
表面付近の欠陥の影響を受けないため、白キズ等の不良
の発生を防ぐことができる。また、ゲートの電圧による
制御が可能なように、光電変換領域と電荷転送領域の間
隔およびチャンネルドープ領域の不純物濃度分布を適切
なものにしているため、残像等の不良の発生を防ぐこと
ができる。
【０００９】
【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。
ながら説明する。
【００１０】図１は本発明の第１の実施例における固体
撮像装置の光電変換領域及び電荷転送領域の断面図を示
すものである。
撮像装置の光電変換領域及び電荷転送領域の断面図を示
すものである。
【００１１】図１において１１はＰ型シリコンで構成さ
れたＰ型基板、１２は半導体基板１１の表面に選択的に
形成された電荷転送領域となるＮ型拡散層、１３は半導
体基板１１の中に完全に埋め込まれるよう形成されたＮ
型拡散層、１４は半導体基板１１の表面にＮ型拡散層１
３を完全に覆うように形成されたＰ型拡散層、１５は読
み出しの際のゲート電圧による制御を可能にしかつ表面
を信号電荷が通らないよう適切な不純物濃度分布を持つ
ように半導体基板１１の表面に選択的に形成されたＰ型
拡散層、１６は半導体基板１１の表面に形成されたＳｉ
Ｏ2等の絶縁膜、１７は信号電荷読み出し用のゲート電
極である。
れたＰ型基板、１２は半導体基板１１の表面に選択的に
形成された電荷転送領域となるＮ型拡散層、１３は半導
体基板１１の中に完全に埋め込まれるよう形成されたＮ
型拡散層、１４は半導体基板１１の表面にＮ型拡散層１
３を完全に覆うように形成されたＰ型拡散層、１５は読
み出しの際のゲート電圧による制御を可能にしかつ表面
を信号電荷が通らないよう適切な不純物濃度分布を持つ
ように半導体基板１１の表面に選択的に形成されたＰ型
拡散層、１６は半導体基板１１の表面に形成されたＳｉ
Ｏ2等の絶縁膜、１７は信号電荷読み出し用のゲート電
極である。
【００１２】Ｐ型基板１１内には、選択的に電荷転送領
域となるＮ型拡散層１２が形成されている。このＮ型拡
散層１２の不純物濃度は、最大濃度が約１０17／ｃｍ3
で、その深さは約０.４μｍである。このような不純物
濃度でこの深さに設定したのは、電荷に対する最適な飽
和特性を持たせることと電荷転送領域での最適なポテン
シャルを得るためです。もし不純物濃度が薄いと、この
ポテンシャルが浅くなり、転送効率が低下したり、飽和
特性が劣化することになる。不純物濃度が高いとＮ型拡
散層１２における飽和特性がやはり劣化する。
域となるＮ型拡散層１２が形成されている。このＮ型拡
散層１２の不純物濃度は、最大濃度が約１０17／ｃｍ3
で、その深さは約０.４μｍである。このような不純物
濃度でこの深さに設定したのは、電荷に対する最適な飽
和特性を持たせることと電荷転送領域での最適なポテン
シャルを得るためです。もし不純物濃度が薄いと、この
ポテンシャルが浅くなり、転送効率が低下したり、飽和
特性が劣化することになる。不純物濃度が高いとＮ型拡
散層１２における飽和特性がやはり劣化する。
【００１３】Ｎ型拡散層１２の側壁の一端に接してＰ型
拡散層１５が形成されている。Ｐ型拡散層１５は、Ｎ型
拡散層１３から電荷を読み出す際のゲート電圧による制
御を可能にしかつ表面を信号電荷が通らないよう適切な
不純物濃度分布を持つように半導体基板１１の表面に選
択的に形成されている。このＰ型拡散層１５の不純物濃
度は、最大で１０16／ｃｍ3で、その深さは０.２〜０.
３μｍである。この不純物濃度と深さに設定したのは、
電荷を読み出す際の読み出し電圧を最適化するためであ
る。この不純物濃度が薄い場合、固体撮像装置は表面チ
ャネル型となる。表面チャネル型の固体撮像装置では基
板表面の状態に影響され易く、素子特性の信頼性が低下
する。また、この不純物濃度が高い場合には、ゲートに
よる駆動がしにくい。すなわちゲートに駆動のための電
圧を印加しても、電圧の印加による基板内のポテンシャ
ルの変化が少ない。このためこのポテンシャルの変化が
埋め込みチャネルまで影響せず、チャネルのポテンシャ
ルの制御ができない。また素子形成時に残像が生じる原
因になる。
拡散層１５が形成されている。Ｐ型拡散層１５は、Ｎ型
拡散層１３から電荷を読み出す際のゲート電圧による制
御を可能にしかつ表面を信号電荷が通らないよう適切な
不純物濃度分布を持つように半導体基板１１の表面に選
択的に形成されている。このＰ型拡散層１５の不純物濃
度は、最大で１０16／ｃｍ3で、その深さは０.２〜０.
３μｍである。この不純物濃度と深さに設定したのは、
電荷を読み出す際の読み出し電圧を最適化するためであ
る。この不純物濃度が薄い場合、固体撮像装置は表面チ
ャネル型となる。表面チャネル型の固体撮像装置では基
板表面の状態に影響され易く、素子特性の信頼性が低下
する。また、この不純物濃度が高い場合には、ゲートに
よる駆動がしにくい。すなわちゲートに駆動のための電
圧を印加しても、電圧の印加による基板内のポテンシャ
ルの変化が少ない。このためこのポテンシャルの変化が
埋め込みチャネルまで影響せず、チャネルのポテンシャ
ルの制御ができない。また素子形成時に残像が生じる原
因になる。
【００１４】ここでＰ型拡散層１５はＮ型拡散層１２と
オーバラップしてはいけない。もしオーバーラップした
場合、Ｎ型拡散層１２の幅が減少し、飽和特性に悪影響
を及ぼす。
オーバラップしてはいけない。もしオーバーラップした
場合、Ｎ型拡散層１２の幅が減少し、飽和特性に悪影響
を及ぼす。
【００１５】Ｐ型拡散層１５の側壁の一端に接して光電
変換領域となるＮ型拡散層１３が形成されている。Ｎ型
拡散層１３は、基板の表面近くに存在する欠陥による特
性の劣化を防ぐために、半導体基板１１の中に完全に埋
め込まれるよう形成されている。このＮ型拡散層１３の
不純物濃度は、１０16〜１０17／ｃｍ3で、その深さは
１.０〜１.４μｍである。このような不純物濃度と深さ
に設定したのは光電変換領域の電荷に対する十分な飽和
特性を確保するためである。この濃度より高いと残像が
生じる原因となる。
変換領域となるＮ型拡散層１３が形成されている。Ｎ型
拡散層１３は、基板の表面近くに存在する欠陥による特
性の劣化を防ぐために、半導体基板１１の中に完全に埋
め込まれるよう形成されている。このＮ型拡散層１３の
不純物濃度は、１０16〜１０17／ｃｍ3で、その深さは
１.０〜１.４μｍである。このような不純物濃度と深さ
に設定したのは光電変換領域の電荷に対する十分な飽和
特性を確保するためである。この濃度より高いと残像が
生じる原因となる。
【００１６】ここでＰ型拡散層１５が埋め込みチャネル
部まで広がってしまい、チャネルが形成されなくなる
と、電荷の読みだしが困難となる。このためＮ型拡散層
１３はＰ型拡散層１５とがオーバラップしている場合に
は、上記説明のごとく読みだしが困難であり、Ｎ型拡散
層１３の飽和特性をも劣化させる。
部まで広がってしまい、チャネルが形成されなくなる
と、電荷の読みだしが困難となる。このためＮ型拡散層
１３はＰ型拡散層１５とがオーバラップしている場合に
は、上記説明のごとく読みだしが困難であり、Ｎ型拡散
層１３の飽和特性をも劣化させる。
【００１７】Ｐ型拡散層１４は半導体基板１１の表面に
形成されており、Ｎ型拡散層１３の表面を完全に覆うよ
うに形成されている。このＰ型拡散層１４の不純物濃度
は、最大で約１０17／ｃｍ3で、その深さは約０.３μｍ
である。固体撮像装置を駆動した際、Ｎ型拡散層１３が
空乏化される。この時、このような不純物濃度と深さに
設定すれば、その空乏化した領域が基板表面に到達する
のをできるだけ少なくなる。これによって基板表面付近
に存在する欠陥によって生じる暗電流や白キズが発生す
るのを防止できる。
形成されており、Ｎ型拡散層１３の表面を完全に覆うよ
うに形成されている。このＰ型拡散層１４の不純物濃度
は、最大で約１０17／ｃｍ3で、その深さは約０.３μｍ
である。固体撮像装置を駆動した際、Ｎ型拡散層１３が
空乏化される。この時、このような不純物濃度と深さに
設定すれば、その空乏化した領域が基板表面に到達する
のをできるだけ少なくなる。これによって基板表面付近
に存在する欠陥によって生じる暗電流や白キズが発生す
るのを防止できる。
【００１８】ここでＰ型拡散層１４はＮ型拡散層１３を
完全に被っていなければならない。もし、完全にはおお
われていない場合、すなわち、従来技術に示したように
Ｐ型拡散層１４の右端にＮ型拡散層１３の領域が露出し
た状態や、Ｐ型拡散層１４が右端によって形成され左端
にＮ型拡散層１３の領域が露出した状態、さらにはこの
両方が同時に起こるＮ型拡散層１３の横幅内にＰ型拡散
層１４が形成されている場合、これら全ての場合におい
て、Ｎ型拡散層１３が空乏化した時、その空乏化した領
域が基板表面に到達するＮ型拡散層１３の領域が露出し
た領域が存在することとなり、やはり暗電流や白キズが
発生することになる。
完全に被っていなければならない。もし、完全にはおお
われていない場合、すなわち、従来技術に示したように
Ｐ型拡散層１４の右端にＮ型拡散層１３の領域が露出し
た状態や、Ｐ型拡散層１４が右端によって形成され左端
にＮ型拡散層１３の領域が露出した状態、さらにはこの
両方が同時に起こるＮ型拡散層１３の横幅内にＰ型拡散
層１４が形成されている場合、これら全ての場合におい
て、Ｎ型拡散層１３が空乏化した時、その空乏化した領
域が基板表面に到達するＮ型拡散層１３の領域が露出し
た領域が存在することとなり、やはり暗電流や白キズが
発生することになる。
【００１９】また、Ｐ型拡散層１４はＮ型拡散層１３を
完全に被っている状態として、Ｐ型拡散層１４の右端は
Ｎ型拡散層１３の右端とほぼ一致しているが、Ｐ型拡散
層１４の左端はＮ型拡散層１３の左端より０.５μｍ程
度左に位置している。これがさらに左に位置している
と、となりの画素に形成されたＮ型拡散層を狭めること
となり、取扱得る電荷の飽和特性を低下させることにな
る。また、Ｐ型拡散層１４の左端はＮ型拡散層１３の左
端と一致しているが、右端がＮ型拡散層１３の右端より
さらに右に位置し、Ｐ型拡散層１５とオーバーラップし
ている。このオーバラップ幅は０.２〜０.３μｍ程度で
あれば問題ない。しかし、これ以上の幅でオーバーラッ
プすれば、Ｐ型拡散層１４の不純物濃度が高いために、
ゲートによる埋め込みチャネルのポテンシャルの制御が
困難である。
完全に被っている状態として、Ｐ型拡散層１４の右端は
Ｎ型拡散層１３の右端とほぼ一致しているが、Ｐ型拡散
層１４の左端はＮ型拡散層１３の左端より０.５μｍ程
度左に位置している。これがさらに左に位置している
と、となりの画素に形成されたＮ型拡散層を狭めること
となり、取扱得る電荷の飽和特性を低下させることにな
る。また、Ｐ型拡散層１４の左端はＮ型拡散層１３の左
端と一致しているが、右端がＮ型拡散層１３の右端より
さらに右に位置し、Ｐ型拡散層１５とオーバーラップし
ている。このオーバラップ幅は０.２〜０.３μｍ程度で
あれば問題ない。しかし、これ以上の幅でオーバーラッ
プすれば、Ｐ型拡散層１４の不純物濃度が高いために、
ゲートによる埋め込みチャネルのポテンシャルの制御が
困難である。
【００２０】また、本実施例ではＰ型拡散層１４の深さ
がＰ型拡散層１５の深さより深い位置にあるが、このこ
とは本発明の主要なことではない。ここで、Ｐ型拡散層
１４の深さは接合の深さを示しているが、Ｐ型拡散層１
５の深さは、不純物濃度が１０16／ｃｍ3になる深さを
示している。Ｐ型拡散層１５の深さは、Ｎ型拡散層１２
の電荷の飽和特性が満足される深さ約０.３μｍ程度で
あればよい。ただしＰ型拡散層１５の深さが深すぎてチ
ャネルを被ってしまい、動作時にチャネルが形成されな
いようになってしまうと電荷を読み出すことが不可能と
なる。
がＰ型拡散層１５の深さより深い位置にあるが、このこ
とは本発明の主要なことではない。ここで、Ｐ型拡散層
１４の深さは接合の深さを示しているが、Ｐ型拡散層１
５の深さは、不純物濃度が１０16／ｃｍ3になる深さを
示している。Ｐ型拡散層１５の深さは、Ｎ型拡散層１２
の電荷の飽和特性が満足される深さ約０.３μｍ程度で
あればよい。ただしＰ型拡散層１５の深さが深すぎてチ
ャネルを被ってしまい、動作時にチャネルが形成されな
いようになってしまうと電荷を読み出すことが不可能と
なる。
【００２１】半導体基板１１上にＳｉＯ2等の絶縁膜１
６が形成されている。さらに絶縁膜１６上には信号電荷
読み出し用のゲート電極１７が形成されている。絶縁膜
１６の膜厚は０.０７〜０.１μｍ程度である。ゲート電
極１７は下層の拡散層１２を覆い、紙面に対して垂直方
向の電荷転送を行い、同時に拡散層１２の空乏化を起さ
せる。拡散層１３と拡散層１４とはその両端がほぼ一致
している。もしゲート電極１７が拡散層１３の上に突き
出していると、外部より入射してくる光が入る部分が狭
くなり、光電変換の感度を低下させる。逆に、ゲート電
極１７が拡散層１３より内側に位置しすぎていると、拡
散層１３の電荷を読み出すことが困難になる。
６が形成されている。さらに絶縁膜１６上には信号電荷
読み出し用のゲート電極１７が形成されている。絶縁膜
１６の膜厚は０.０７〜０.１μｍ程度である。ゲート電
極１７は下層の拡散層１２を覆い、紙面に対して垂直方
向の電荷転送を行い、同時に拡散層１２の空乏化を起さ
せる。拡散層１３と拡散層１４とはその両端がほぼ一致
している。もしゲート電極１７が拡散層１３の上に突き
出していると、外部より入射してくる光が入る部分が狭
くなり、光電変換の感度を低下させる。逆に、ゲート電
極１７が拡散層１３より内側に位置しすぎていると、拡
散層１３の電荷を読み出すことが困難になる。
【００２２】ゲート電極１７はＰ型拡散層１５を完全に
覆っている。ゲート電極１７に電圧を印加すると、拡散
層１５の下部にはチャネルが発生し、このチャネルをゲ
ート電極１７によって制御している。
覆っている。ゲート電極１７に電圧を印加すると、拡散
層１５の下部にはチャネルが発生し、このチャネルをゲ
ート電極１７によって制御している。
【００２３】ここでゲート電極１７の膜厚は約０.３μ
ｍのポリシリコンを用いている。本実施例では、Ｎ型拡
散層１３の上にＰ型拡散層１４を設けていることに特徴
がある。このことをより詳細に説明するために図２に、
図１のＡ−Ａ’線で示された光電変換領域の断面の基板
表面から深さ方向への不純物濃度の分布状態を示す。横
軸は基板表面からの深さを示し、縦軸は不純物濃度を示
す。これよりＰ型拡散層１４の不純物濃度が高いためＮ
型拡散層１３を空乏化したとき、Ｐ型拡散層１４に発生
する空乏化された領域の広がりが小さくなる。このよう
に空乏化した領域が基板表面近くまで到達しない。
ｍのポリシリコンを用いている。本実施例では、Ｎ型拡
散層１３の上にＰ型拡散層１４を設けていることに特徴
がある。このことをより詳細に説明するために図２に、
図１のＡ−Ａ’線で示された光電変換領域の断面の基板
表面から深さ方向への不純物濃度の分布状態を示す。横
軸は基板表面からの深さを示し、縦軸は不純物濃度を示
す。これよりＰ型拡散層１４の不純物濃度が高いためＮ
型拡散層１３を空乏化したとき、Ｐ型拡散層１４に発生
する空乏化された領域の広がりが小さくなる。このよう
に空乏化した領域が基板表面近くまで到達しない。
【００２４】また、図３には同様に、図１のＢ−Ｂ’線
で示された基板面から深さ約０.２μｍでの基板に平行
方向の不純物濃度の分布状態を示す。
で示された基板面から深さ約０.２μｍでの基板に平行
方向の不純物濃度の分布状態を示す。
【００２５】横軸は基板に平行方向の距離を示し、縦軸
は不純物濃度を示す。これよりＰ型拡散層１４とＰ型拡
散層１５との間にＮ型領域が存在しないので、Ｎ型拡散
層１３が空乏化しても、その空乏化した領域が基板表面
に達することがない。
は不純物濃度を示す。これよりＰ型拡散層１４とＰ型拡
散層１５との間にＮ型領域が存在しないので、Ｎ型拡散
層１３が空乏化しても、その空乏化した領域が基板表面
に達することがない。
【００２６】以上のように構成された固体撮像装置につ
いて、以下その駆動方法について説明する。その駆動方
法による固体撮像装置内部での変化の様子を図４に示
す。
いて、以下その駆動方法について説明する。その駆動方
法による固体撮像装置内部での変化の様子を図４に示
す。
【００２７】まず、Ｎ型拡散層１２から電荷が転送され
た後の空乏状態の時にゲート電極１７に正の電圧を印加
する。これによって、Ｎ型拡散層１２とＰ型基板１１に
よってできるＰＮ接合のまわりのＰ型基板１１側の空乏
層２０が広がりＮ型拡散層１２とＮ型拡散層１３の間の
Ｐ型基板１１内部のチャンネルとなる部分の電位が上が
る。同時にゲート電極１７はＰ型拡散層１５の上にも延
びているため、ゲート電極１７の下のＰ型拡散層１５の
電位を上げひいてはその下のＰ型基板１１内部のチャン
ネルとなる部分の電位が上がる。ここで、印加される電
圧は約１５ボルトである。この電圧値は、Ｎ型拡散層１
３から信号の電荷を電荷を残すことなく完全に読み出す
ことのできる値に設定されている。このため電圧値は通
常１０〜２０ボルトの範囲で用いられる。これ以上の電
圧で動作させると、Ｎ型拡散層１３と隣の素子領域にあ
るＮ型拡散層１３との間の耐圧と、Ｎ型拡散層１３とＮ
型拡散層１２との間の分離耐圧が低下する。
た後の空乏状態の時にゲート電極１７に正の電圧を印加
する。これによって、Ｎ型拡散層１２とＰ型基板１１に
よってできるＰＮ接合のまわりのＰ型基板１１側の空乏
層２０が広がりＮ型拡散層１２とＮ型拡散層１３の間の
Ｐ型基板１１内部のチャンネルとなる部分の電位が上が
る。同時にゲート電極１７はＰ型拡散層１５の上にも延
びているため、ゲート電極１７の下のＰ型拡散層１５の
電位を上げひいてはその下のＰ型基板１１内部のチャン
ネルとなる部分の電位が上がる。ここで、印加される電
圧は約１５ボルトである。この電圧値は、Ｎ型拡散層１
３から信号の電荷を電荷を残すことなく完全に読み出す
ことのできる値に設定されている。このため電圧値は通
常１０〜２０ボルトの範囲で用いられる。これ以上の電
圧で動作させると、Ｎ型拡散層１３と隣の素子領域にあ
るＮ型拡散層１３との間の耐圧と、Ｎ型拡散層１３とＮ
型拡散層１２との間の分離耐圧が低下する。
【００２８】Ｐ型基板１１内部のチャンネルとなる部分
の電位がＮ型拡散層１３の空乏状態の最大電位より０.
１ボルト程度低い値より、高くなるようにゲート電極１
７に正の電圧を一定時間かけると、チャンネルを通して
信号電荷がすべて読み出される。具体的にはゲート電極
１７には５〜１０ボルトの電圧が印加される。空乏状態
での最大電位は約６ボルトであって、約５.９〜６.０ボ
ルトであれば、信号電荷をすべて読み出すことができ
る。
の電位がＮ型拡散層１３の空乏状態の最大電位より０.
１ボルト程度低い値より、高くなるようにゲート電極１
７に正の電圧を一定時間かけると、チャンネルを通して
信号電荷がすべて読み出される。具体的にはゲート電極
１７には５〜１０ボルトの電圧が印加される。空乏状態
での最大電位は約６ボルトであって、約５.９〜６.０ボ
ルトであれば、信号電荷をすべて読み出すことができ
る。
【００２９】このように、Ｎ型拡散層１２とＰ型基板１
１によってできるＰＮ接合のまわりのＰ型基板１１側の
空乏層２０の広がりに加えて、Ｐ型基板１１内部のチャ
ンネルの上のゲート電極１７の電圧によりチャンネル部
の電位が上げられるためゲート電極１７の電圧による信
号電荷の読み出しの制御が可能になる。すなわちゲート
電極１７によってチャネルの電位を制御して、信号の電
荷を読み出すことができる。
１によってできるＰＮ接合のまわりのＰ型基板１１側の
空乏層２０の広がりに加えて、Ｐ型基板１１内部のチャ
ンネルの上のゲート電極１７の電圧によりチャンネル部
の電位が上げられるためゲート電極１７の電圧による信
号電荷の読み出しの制御が可能になる。すなわちゲート
電極１７によってチャネルの電位を制御して、信号の電
荷を読み出すことができる。
【００３０】Ｎ型拡散層１２と１３の間隔及びＰ型拡散
層１５の不純物濃度分布を最適化することにより、ゲー
ト電極１７に正の電圧を印加した時にＰ型基板１１内部
にチャンネルができかつチャンネルの上のゲート電極１
７の電圧によりチャンネルの電位が上げられるため、所
定のゲート電圧で上記の読み出しが実現できる。すなわ
ちチャネルの電位を制御することで、Ｎ型拡散層１２と
Ｐ型基板１１との空乏化された領域を広げることができ
る。このように、ゲート電極１７に印加された電圧によ
ってチャネルの制御と空乏化された領域を広げることが
できる。
層１５の不純物濃度分布を最適化することにより、ゲー
ト電極１７に正の電圧を印加した時にＰ型基板１１内部
にチャンネルができかつチャンネルの上のゲート電極１
７の電圧によりチャンネルの電位が上げられるため、所
定のゲート電圧で上記の読み出しが実現できる。すなわ
ちチャネルの電位を制御することで、Ｎ型拡散層１２と
Ｐ型基板１１との空乏化された領域を広げることができ
る。このように、ゲート電極１７に印加された電圧によ
ってチャネルの制御と空乏化された領域を広げることが
できる。
【００３１】次に本発明の第２の実施例を図５を用いて
説明する。本実施例で第１の実施例と異なるのは、Ｐ型
拡散層１５がＰ型基板１１の内部に埋め込まれているこ
とである。このＰ型拡散層１５の不純物濃度は、最大で
１０16／ｃｍ3である。
説明する。本実施例で第１の実施例と異なるのは、Ｐ型
拡散層１５がＰ型基板１１の内部に埋め込まれているこ
とである。このＰ型拡散層１５の不純物濃度は、最大で
１０16／ｃｍ3である。
【００３２】Ｐ型拡散層１５は基板１１表面より内部に
形成されているので、基板１１表面とＰ型拡散層１５と
の間の領域には基板１１の層が形成されている。
形成されているので、基板１１表面とＰ型拡散層１５と
の間の領域には基板１１の層が形成されている。
【００３３】Ｐ型拡散層１５はＰ型基板１１表面から約
０.１５μｍの深さにある。Ｐ型拡散層１５の上面まで
の距離はＰ型拡散層１５の不純物濃度が１０16／ｃｍ3
となる位置で０.１μｍと０.３μｍの地点である。底面
までの距離（幅）は０.２μｍである。Ｐ型拡散層１５
をこのような位置に設定しているのは、固体撮像装置に
電圧を印加した際に生じるチャネルが基板表面から０.
３〜０.４μｍの深さに形成されるためである。拡散層
１３はＰ型基板１１の深さ方向に０.３〜０.４μｍの位
置に形成されている。
０.１５μｍの深さにある。Ｐ型拡散層１５の上面まで
の距離はＰ型拡散層１５の不純物濃度が１０16／ｃｍ3
となる位置で０.１μｍと０.３μｍの地点である。底面
までの距離（幅）は０.２μｍである。Ｐ型拡散層１５
をこのような位置に設定しているのは、固体撮像装置に
電圧を印加した際に生じるチャネルが基板表面から０.
３〜０.４μｍの深さに形成されるためである。拡散層
１３はＰ型基板１１の深さ方向に０.３〜０.４μｍの位
置に形成されている。
【００３４】また、Ｐ型拡散層１４の深さはＰ型拡散層
１５の幅内あるいはそれよりやや深い位置にある。これ
はＰ型拡散層１４がＰ型拡散層１５が形成されている位
置より浅い時は、表面チャネルが形成される。逆にＰ型
拡散層１４がＰ型拡散層１５より深い位置に形成されて
いるとチャネルが形成されなくなる。
１５の幅内あるいはそれよりやや深い位置にある。これ
はＰ型拡散層１４がＰ型拡散層１５が形成されている位
置より浅い時は、表面チャネルが形成される。逆にＰ型
拡散層１４がＰ型拡散層１５より深い位置に形成されて
いるとチャネルが形成されなくなる。
【００３５】この構造により表面近くの濃度を下げるこ
とが出来るので表面からの空乏層が内部まで伸びやすく
なり読み出しに必要な電圧を低減することができる。
とが出来るので表面からの空乏層が内部まで伸びやすく
なり読み出しに必要な電圧を低減することができる。
【００３６】図６に図５のＣ−Ｃ’線に沿って、基板表
面からの深さ方向への不純物濃度の分布状態を示す。横
軸は基板表面からの深さであり、縦軸は不純物濃度のネ
ット値を対数で表示したものである。
面からの深さ方向への不純物濃度の分布状態を示す。横
軸は基板表面からの深さであり、縦軸は不純物濃度のネ
ット値を対数で表示したものである。
【００３７】また、同時に内部濃度が高くなっているた
め、内部チャンネルを経由したＮ型拡散層１３からＮ型
拡散層１２への信号電荷の洩れ出しを防ぐことができ
る。すなわち、内部濃度が高くなっていると、Ｎ型拡散
層１２を空乏化し、ゲート電極１７に読み出し電圧が印
加されていない状態で空乏化された領域がＮ型拡散層１
３へ伸びるのが抑えられる。このためＮ型拡散層１３で
の飽和電荷量を増やすことができる。この構造はＰ型拡
散層１５を形成する際のボロン等のイオン注入のエネル
ギーを高いものにすることにより実現できる。
め、内部チャンネルを経由したＮ型拡散層１３からＮ型
拡散層１２への信号電荷の洩れ出しを防ぐことができ
る。すなわち、内部濃度が高くなっていると、Ｎ型拡散
層１２を空乏化し、ゲート電極１７に読み出し電圧が印
加されていない状態で空乏化された領域がＮ型拡散層１
３へ伸びるのが抑えられる。このためＮ型拡散層１３で
の飽和電荷量を増やすことができる。この構造はＰ型拡
散層１５を形成する際のボロン等のイオン注入のエネル
ギーを高いものにすることにより実現できる。
【００３８】以上述べたように、従来例のように光電変
換領域の表面にまでＮ型拡散層が広がっており、かつ光
電変換領域にたとえ光が照射されていなくても光電変換
領域が空乏化していると、その空乏化された領域が表面
付近にまで到達する。このため表面付近に多く存在する
欠陥では電子−正孔対が生成される。この電子は光電変
換領域に電荷として蓄積される。従って光が当たってい
ない時でも、信号となる電荷が欠陥のある画素で発生
し、白キズとなる。本実施例では光電変換領域を埋め込
み型にすることにより、基板１１表面にまで空乏化した
領域が広がらないため白キズが発生しない。
換領域の表面にまでＮ型拡散層が広がっており、かつ光
電変換領域にたとえ光が照射されていなくても光電変換
領域が空乏化していると、その空乏化された領域が表面
付近にまで到達する。このため表面付近に多く存在する
欠陥では電子−正孔対が生成される。この電子は光電変
換領域に電荷として蓄積される。従って光が当たってい
ない時でも、信号となる電荷が欠陥のある画素で発生
し、白キズとなる。本実施例では光電変換領域を埋め込
み型にすることにより、基板１１表面にまで空乏化した
領域が広がらないため白キズが発生しない。
【００３９】
【発明の効果】本発明は光電変換領域を完全に埋め込み
型にして、光電変換領域と電荷転送領域の間隔及び基板
内部のチャンネルの上部でかつゲート下に形成するＰ型
拡散層の不純物濃度分布を適切なものとすることによ
り、表面付近の欠陥による白キズ等の不良の発生を防
ぎ、かつチャンネルの上のゲートによる信号電荷の読み
出しの制御ができる優れた固体撮像装置およびその駆動
方法を提供するものである。
型にして、光電変換領域と電荷転送領域の間隔及び基板
内部のチャンネルの上部でかつゲート下に形成するＰ型
拡散層の不純物濃度分布を適切なものとすることによ
り、表面付近の欠陥による白キズ等の不良の発生を防
ぎ、かつチャンネルの上のゲートによる信号電荷の読み
出しの制御ができる優れた固体撮像装置およびその駆動
方法を提供するものである。
【図１】本発明の第１の実施例における固体撮像装置の
断面図
断面図
【図２】本発明の第１の実施例における固体撮像装置の
不純物濃度分布を示す図
不純物濃度分布を示す図
【図３】本発明の第１の実施例における固体撮像装置の
不純物濃度分布を示す図
不純物濃度分布を示す図
【図４】本発明の第１の実施例における固体撮像装置の
空乏層の状態を示す図
空乏層の状態を示す図
【図５】本発明の第２の実施例における固体撮像装置の
断面図
断面図
【図６】本発明の第２の実施例における固体撮像装置の
不純物濃度を示す図
不純物濃度を示す図
【図７】従来の固体撮像装置の断面図
１，１１ Ｐ型基板 ２，１２ Ｎ型拡散層 ３，１３ Ｎ型拡散層 ４，１４ Ｐ型拡散層 ５，１５ Ｐ型拡散層 ６，１６ 絶縁膜 ７，１７ ゲート電極
フロントページの続き (72)発明者 塚本 朗 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 子工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−280377（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−332166（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 27/148 H01L 31/10
Claims (2)
- 【請求項１】 一導電型の第１の半導体領域内に複数個
の光電変換部となる反対導電型の第２の半導体領域が形
成され、前記第２の半導体領域の上部を略完全に覆うよ
うに一導電型の第３の半導体領域が形成され、前記第２
の半導体領域と所定の間隔をおいて電荷転送部となる反
対導電型の第４の半導体領域が形成され、前記第２と第
４の半導体領域の間に所定の不純物濃度分布を持つ一導
電型の第５の半導体領域が形成され、前記第４と第５の
半導体領域の上部に絶縁膜を介して形成されたゲート電
極を備え、前記第２と第４の半導体領域の間隔および前
記第５の半導体領域の不純物濃度分布を、前記ゲート電
極に電圧を印加した時に前記第２の半導体領域に蓄積さ
れた信号電荷を前記第１の半導体領域の内部のチャンネ
ルを通して前記第４の半導体領域に読み出せ、かつ前記
第１と第４の半導体領域によって形成される空乏層の伸
びによるチャンネルの電位上昇に加えて、前記ゲート電
極の電圧により前記第５の半導体領域の電位を上げてチ
ャンネルの電位が上げられるようなものにしたことによ
り読み出しを制御することを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項２】 一導電型の第１の半導体領域内に複数個
の光電変換部となる反対導電型の第２の半導体領域が形
成され、前記第２の半導体領域内の上部を略完全に覆う
ように一導電型の第３の半導体領域が形成され、前記第
２の半導体領域と所定の間隔をおいて電荷転送部となる
反対導電型の第４の半導体領域が形成され、前記第２と
第４の半導体領域の間に所定の不純物濃度を持つ一導電
型の第５の半導体領域が形成され、前記第４と第５の半
導体領域の上部に絶縁膜を介して形成されたゲート電極
を備え、前記第２の半導体領域に蓄積された信号電荷を
前記第１の半導体領域の内部のチャンネルを通して前記
第４の半導体領域に読み出す際に、前記第１と第４の半
導体領域によって形成される空乏層の伸びによるチャン
ネルの電位上昇に加えて、前記ゲート電極の電圧により
前記第５の半導体領域の電位を上げてチャンネルの電位
を上げることを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01442393A JP3303384B2 (ja) | 1992-01-30 | 1993-02-01 | 固体撮像装置およびその駆動方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-14518 | 1992-01-30 | ||
| JP1451892 | 1992-01-30 | ||
| JP01442393A JP3303384B2 (ja) | 1992-01-30 | 1993-02-01 | 固体撮像装置およびその駆動方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001240834A Division JP3843775B2 (ja) | 1992-01-30 | 2001-08-08 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05275676A JPH05275676A (ja) | 1993-10-22 |
| JP3303384B2 true JP3303384B2 (ja) | 2002-07-22 |
Family
ID=26350377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01442393A Expired - Fee Related JP3303384B2 (ja) | 1992-01-30 | 1993-02-01 | 固体撮像装置およびその駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3303384B2 (ja) |
Families Citing this family (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
- 1993-02-01 JP JP01442393A patent/JP3303384B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05275676A (ja) | 1993-10-22 |
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