JP3384509B2 - 固体撮像素子 - Google Patents

固体撮像素子

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JP3384509B2 JP17589794A JP17589794A JP3384509B2 JP 3384509 B2 JP3384509 B2 JP 3384509B2 JP 17589794 A JP17589794 A JP 17589794A JP 17589794 A JP17589794 A JP 17589794A JP 3384509 B2 JP3384509 B2 JP 3384509B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願の発明は、読み出しゲートに
よって感光部から電荷転送部へ電荷を読み出す固体撮像
素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は、CCD固体撮像素子の一従来例
を示している。この一従来例では、N型のSi基板11
の全面にPウェル12が形成されており、ゲート絶縁膜
としてのSiO2 膜13や電極としての多結晶Si膜1
4等がSi基板11上に順次に形成されている。
【0003】 Pウェル12のうちで多結晶Si膜14
等に囲まれている領域の表面にP++層15が形成され、
++層15の下にN層16が形成されて、これらのP++
層15とN層16とで感光部17が構成されている。そ
して、P++層15は暗電流を低減させるための正孔蓄積
層になっており、N層16は電子蓄積層になっている。
【0004】多結晶Si膜14下のPウェル12のうち
でP++層15及びN層16に接している領域には、P層
21が形成されている。そして、多結晶Si膜14等と
P層21とで読み出しゲート22が構成されており、P
層21がこの読み出しゲート22のチャネル部になって
いる。
【0005】多結晶Si膜14下のPウェル12のうち
でP++層15及びN層16とは反対側でP層21に接し
ている領域にはN層23が形成され、N層23の下にP
層24が形成されている。そして、多結晶Si膜14等
とN層23及びP層24とで垂直CCDレジスタ25が
構成されている。
【0006】多結晶Si膜14下のPウェル12のうち
でN層23及びP層24と隣接画素のP++層15及びN
層16との間には、P+ 層26が形成され、P+ 層26
の下にP層21が形成されて、これらのP+ 層26とP
層21とでチャネルストッパ27が構成されている。な
お、読み出しゲート22のチャネル部及びチャネルスト
ッパ27の一部になっているP層21は、Si基板11
の全面に同時に形成されたものである。
【0007】以上の様な一従来例では、N層16に蓄積
された電子を読み出しゲート22によって垂直CCDレ
ジスタ25へ読み出すために、N層16を多結晶Si膜
14等に対して自己整合的に形成する必要がある。この
ため、多結晶Si膜14等をマスクにしたイオン注入で
N層16を形成している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】 ところが、N層16
の形成時にイオンが多結晶Si膜14を貫通しない様
に、この多結晶Si膜14には所定の膜厚が必要であ
る。このため、単位画素を微細化すると、パターニング
した多結晶Si膜14のアスペクト比が大きくなり、多
結晶Si膜14やその上層のAl配線層(図示せず)及
びAl遮光膜(図示せず)等の加工が困難になると共
に、感光部17への入射光のAl遮光膜等によるけられ
が多くなって感度も低下する。
【0009】また、単位画素を微細化すると、読み出し
ゲート22の長さも短くなり、短チャネル効果によって
その閾値電圧が低くなって、ブルーミング余裕が少なく
なる。ブルーミング余裕を確保するためにP層21の不
純物濃度を高くすると、読み出しゲート22の閾値電圧
が高くなり過ぎて、感光部17から垂直CCDレジスタ
25へ電荷を読み出せなくなる。
【0010】一方、単位画素の微細化に際しては、横方
向の縮小のみならず、N層16を形成するためのイオン
注入時の加速エネルギを低くし、多結晶Si膜14の膜
厚を薄くすると共にN層16を浅くするという縦方向の
縮小をも行って、パターニングした多結晶Si膜14の
アスペクト比を小さくすることも考えられる。
【0011】 しかし、N層16を浅くすると、図4に
示す不純物プロファイルからも明らかな様に、Si基板
11の全面に形成したP層21のテール部をN層16で
不純物補償することができなくなる。この結果、N層1
のテール部が空乏化せず、Si基板11に対するオー
バフローバリアのポテンシャルが高いままで、ブルーミ
ング余裕を確保することができなくなる。
【0012】つまり、図3に示した一従来例では、ブル
ーミング余裕を確保しつつ加工を容易にし且つ感度を向
上させることが困難であった。また、この一従来例で
は、読み出しゲート22が表面チャネル型になってお
り、P++層15が読み出しゲート22の閾値電圧に与え
る影響が大きい。このため、ブルーミング余裕を確保し
つつ読み出し電圧を低くすることも困難であった。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1の固体撮像素子
は、感光部17を構成している第1導電型の第1の不純
物層15と、この第1の不純物層15下に設けられてお
り、前記感光部17を構成している第2導電型の第2の
不純物層16と、前記感光部17から電荷転送部25へ
電荷を読み出す読み出しゲート22のチャネル部を含ん
形成されている第1導電型の第3の不純物層21と、
この第3の不純物層21のテール部と不純物プロファイ
ルが重畳している部分を有する第2導電型の第4の不純
物層28とを具備し、前記不純物プロファイルが重畳し
ている部分は少なくとも前記第2の不純物層16下に位
することを特徴としている。
【0014】請求項2の固体撮像素子は、前記第4の不
純物層28が前記第3の不純物層21下にも設けられて
いることを特徴としている。
【0015】
【作用】請求項1の固体撮像素子では、感光部17を構
成している第2の不純物層16と同一導電型で且つ読み
出しゲート22のチャネル部を含んで形成されている第
3の不純物層21のテール部と不純物プロファイルが重
畳している部分を有する第4の不純物層28を具備して
おり、不純物プロファイルが重畳している部分は少なく
とも第2の不純物層16下に位置するので、第2の不純
物層16が浅くても、第の不純物層16のテール部が
空乏化しており、半導体基板11に対するオーバフロー
バリアのポテンシャルが低くて、ブルーミング余裕を確
保することができる。
【0016】請求項2の固体撮像素子では、読み出しゲ
ート22のチャネル部を形成している第3の不純物層2
1とは逆導電型である第4の不純物層28が第3の不純
物層21下にも設けられているので、読み出しゲート2
2が埋込みチャネル型になっており、感光部17を構成
している第1の不純物層15が読み出しゲート22の閾
値電圧に与える影響が小さい。
【0017】
【実施例】 以下、CCD固体撮像素子に適用した本願
の発明の一実施例を、図1、2を参照しながら説明す
る。図1に示す本実施例では、多結晶Si膜14の膜厚
が500nm以下と図3に示した一従来例よりも薄い。
このため、多結晶Si膜14をマスクとするイオン注入
で多結晶Si膜14に対して自己整合的にN層16を形
成する際の加速エネルギを、不純物のイオンが多結晶
Si膜14を貫通しない様に0.6MeV以下と低くす
る必要があり、このN層16は一従来例よりも浅くなっ
ている。
【0018】 但し、N層16を浅くするだけでは、こ
のN層16がP++層15に埋没する可能性があるので、
++層15をイオン注入で形成する際の加速エネルギを
低くするかドーズ量を少なくするかまたは熱処理量を少
なくしており、P++層15も一従来例より浅くなってい
る。
【0019】また、N層16を浅くすると、既述の様
に、従来はこのN層16で不純物補償されていたP層2
1のテール部が不純物補償されなくなり、Si基板11
に対するオーバフローバリアのポテンシャルが高いまま
で、ブルーミング余裕を確保することができなくなる。
【0020】そこで、本実施例では、1MeV程度かま
たはそれ以上の高加速エネルギ及び2×1011cm-2
下の低ドーズ量のイオン注入によって、撮像領域の全面
でPウェル12内にNウェル28が形成されている。こ
のNウェル28は、図2に示す様に、P層21のテール
部と不純物プロファイルが重畳している。以上の点を除
いて、本実施例は、図3に示した一従来例と実質的に同
様の構成を有している。
【0021】 以上の様な実施例では、N層16が浅く
ても、Nウェル28のためにN層16のテール部が空乏
化しており、感光部17の領域におけるSi基板11に
対するオーバフローバリアのポテンシャルが低くて、ブ
ルーミング余裕が確保されている。また、Nウェル28
のために読み出しゲート22が埋込みチャネル型になっ
ており、P++層15が読み出しゲート22の閾値電圧に
与える影響が小さいので、読み出し電圧を低くすること
ができる。
【0022】なお、以上の実施例では撮像領域の全面に
Nウェル28が形成されているが、感光部17の領域に
のみNウェル28を形成してもブルーミング余裕を確保
することができ、読み出しゲート22の領域にのみNウ
ェル28を形成しても読み出し電圧を低くすることがで
きる。従って、撮像領域の必ずしも全面にNウェル28
が形成されている必要はない。
【0023】
【発明の効果】請求項1の固体撮像素子では、感光部を
構成している第2の不純物層が浅くてもブルーミング余
裕を確保することができるので、この第2の不純物層を
形成するためのイオン注入時のマスクになる読み出しゲ
ートの電極の膜厚を薄くすることができる。このため、
アスペクト比を小さくすることができて加工が容易であ
り、且つ感光部への入射光のけられが少なくて感度が高
い。
【0024】請求項2の固体撮像素子では、感光部を構
成している第1の不純物層が読み出しゲートの閾値電圧
に与える影響が小さいので、ブルーミング余裕を確保し
つつ読み出し電圧を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願の発明の一実施例の側断面図である。
【図2】図1のII−II線に沿う位置における不純物
プロファイルを示すグラフである。
【図3】本願の発明の一従来例の側断面図である。
【図4】図3のIV−IV線に沿う位置における不純物
プロファイルを示すグラフである。
【符号の説明】
15 P++層 16 N層 17 感光部 21 P層 22 読み出しゲート 25 垂直CCDレジスタ 28 Nウェル

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 感光部を構成している第1導電型の第1
    の不純物層と、 この第1の不純物層下に設けられており、前記感光部を
    構成している第2導電型の第2の不純物層と、 前記感光部から電荷転送部へ電荷を読み出す読み出しゲ
    ートのチャネル部を含んで形成されている第1導電型の
    第3の不純物層と、 この第3の不純物層のテール部と不純物プロファイルが
    重畳している部分を有する第2導電型の第4の不純物層
    とを具備し、 前記不純物プロファイルが重畳している部分は少なくと
    も前記第2の不純物層下に位置 することを特徴とする固
    体撮像素子。
  2. 【請求項2】 前記第4の不純物層が前記第3の不純物
    層下にも設けられていることを特徴とする請求項1記載
    の固体撮像素子。
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