JPH0230183A - 固体撮像素子 - Google Patents

固体撮像素子

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JPH0230183A
JPH0230183A JP63181017A JP18101788A JPH0230183A JP H0230183 A JPH0230183 A JP H0230183A JP 63181017 A JP63181017 A JP 63181017A JP 18101788 A JP18101788 A JP 18101788A JP H0230183 A JPH0230183 A JP H0230183A
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JP
Japan
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region
readout
semiconductor substrate
photodiode
solid
Prior art date
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Pending
Application number
JP63181017A
Other languages
English (en)
Inventor
Keiji Toriyama
鳥山 景示
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPH0230183A publication Critical patent/JPH0230183A/ja
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は受光素子として埋込みフォトダイオードを使用
した固体撮像素子に関し、特に信号電荷の読み出し部分
の構造に関する。
〔従来の技術〕
一般に固体撮像素子の受光素子としてはPN接合フォト
ダイオードが使用されている。PN接合フォトダイオー
ドでは、残像を低減するために、信号読み出し電極に読
み出し用のパルス電圧を印加して信号電荷を読み出した
時に、フォトダイオードのN型領域が完全に空乏化する
ようにN型領域の不純物濃度を低くしている。しかし、
N型領域の表面が空乏化することにより、基板表面に存
在する対生成中心によって電荷が発生し、これが暗電流
と呼ばれる光電変換によらない雑音成分を増加させ、固
体撮像素子のS/N比が低下するという欠点がある。
この暗電流を低減する方法として、フォトダイオードの
N型領域の表面に浅い高濃度のP型層を形成し、この電
位を基準電位に固定して、フォトダイオードのN型領域
を完全に空乏化させた場合にも、基板表面すなわち表面
のP型層を空乏化しないようにした、埋込みフォトダイ
オードを受光素子に用いる方法が非常に有効である。第
5図は従来の埋込みフォトダイオードを受光素子とする
固体撮像素子の一例を示した単位セルの断面図である。
N型半導体基板41上のP型ウェル42内に、フォトダ
イオードをなすN型領域43、電荷転送手段をなすN型
領域44およびチャネルストップ領域42がそれぞれ形
成されている。そして、信号電荷の読み出しおよび転送
を行なうためのポリシリコン電極48が絶縁膜47を介
して形成されている。また、フォトダイオード表面に浅
いP型層46が形成されている。更に、フォトダイオー
ド以外の表面にアルミ遮光膜49が形成されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来の埋込みフォトダイオードを受光素子とす
る固体撮像素子では、読み出し電極であルポリシリコン
電極48に読み出し用のパルス電圧を印加した時、フォ
トダイオードのチャネルと信号電荷の読み出し電極下の
チャネルの間に電位の低い部分が生じる。したがって、
フォトダイオードから信号電荷を読み出す際に電位障壁
となって信号電荷の読み出しが妨げられ、残像が増大し
てしまう問題点がある。
すなわち、第6図(a)は第5図の電荷読み出し部付近
の拡大図であり、同図中の破線は、ポリシリコン電極5
4に信号電荷読み出し用のパルス電圧を印加した際のチ
ャネルの最も電位の高い部分を結んだものである。また
、第6図(b)はこの第6図(a)の破線に沿った電位
を図示したものである。第6図に示されるように、フォ
トダイオードをなすN型領域52が、読み出し部側の端
でフォトダイオード表面の浅いP型層55のために狭く
なってしまっており、ポリシリコン電極54の電圧の影
響の及びにくいバルク部で電位障壁57が生じ、信号電
荷56の読み出しを妨げてしまう。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の埋込みフォトダイオードを受光素子とする固体
撮像素子は、読み出し電極下の読み出し領域の半導体基
板の表面を、受光素子の領域の半導体基板表面よりも深
くするものであり、特に読み出し電極下の読み出し領域
の半導体表面をフォトダイオードをなす不純物領域の接
合深さの半分程度の深さにすることを特徴としている。
従来の埋込みフォトダイオードでは、信号電荷を読み出
しフォトダイオードを空乏化した時、フォトダイオード
内で最も電位が高くなるのは、フォトダイオードをなす
不純物領域の中間付近の深さになるのに対し、読み出し
電極に読み出しパルス電圧を印加した時の信号読み出し
領域では半導体基板表面にチャネルが生じる。しかし本
発明によれば、信号読み出し領域の半導体基板表面の深
さを空乏化させたフォトダイオードの最も電位が高くな
る領域とほぼ同じ深さにすることができる。したがって
、従来の埋込フォトダイオードを受光素子とした固体撮
像素子で問題となっていた信号電荷の不完全読み出しに
よる存像の原因となる、信号読み出し時に受光素子の読
み出し部側の端にできる電位障壁を、生じないようにす
ることが可能となる。
〔実施例〕
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の第1の実施例の単位セルの断面図であ
り、従来例を示した第4図に対応するものである。N型
半導体基板11上のP型ウェル12内にフォトダイオー
ドをなすN型領域13、電荷転送手段をなすN型領域1
4、チャネルストップ領域15がそれぞれ形成されてい
る。そして、フォトダイオードをなすN型領域13と電
荷転送手段をなすN型領域140間の信号電荷の読み出
し領域の半導体基板の表面は、フォトダイオード部の半
導体基板の表面よりも深くなるように形成されている。
フォトダイオードには、信号電荷の読み出しおよび転送
を行なうためのポリシリコン電極18をマスクにしたイ
オン注入により、フォトダイオード表面の浅いP型層1
6を形成している。木実流側は信号電荷の転送手段とし
てBCCD (埋込チャンネル型のC0D)を使用した
場合の固体撮像素子である。
第2図(a)は第1図の電荷読み出し部付近の拡大図で
あり、同図中の破線は、ポリシリコン電極24に信号電
荷読み出し用のパルス電圧を印加した際のチャネルの最
も電位の高い部分を結んだものであり、第2図(b)は
この第2図(a)の破線に沿った電位を図示したもので
ある。第2図に示されるように、信号電荷読み出し部の
半導体基板の表面をフォトダイオード部の半導体基板表
面よりも深くし、信号電荷読み出し部のチャネルがフォ
トダイオード部の最も電位の高い部分とほぼ同じ深さと
なるようにする。これによって、最も電位の高い部分を
結んだ破線は、第6図の場合と異なり、フォトダイオー
ドの読み出し部分側の端でフォトダイオードをなすN型
領域が狭くなっている部分を通ることがなくなる。従っ
て、第6図(b)でできていたような電位障壁は生じず
、第2図(b)に示されるように、信号電荷26は完全
に電荷転送手段をなすN型領域23に読み出されるため
、従来問題となっていた信号電荷の不完全読み出しによ
る存像は発生しない。
なお、読み出し部の半導体基板表面を少しでも深くすれ
ば、それ相当の効果が得られるが、通常はフォトダイオ
ード部を形成するN型領域の接合の深さの1/3から2
/3の深さにすることにより好ましい効果が得られる。
次に前述の第1の実施例の固体撮像素子の製造方法の一
例を第3図(a)〜(i)に示す。なお本例では半導体
基板としてシリコン基板を使用した例を示している。
まずはじめに、第3図(a)に示すように、N型シリコ
ン基板61上にP型ウェル62を形成する。
次に、第3図(b)に示すように、シリコン酸化膜63
およびシリコン窒化膜64を順に成長した後、フォトレ
ジスト65を、マスクとして、信号電荷の読み出し領域
となる部分のシリコン窒化膜をエツチングし除去する。
つづいて、第3図(C)に示すように、シリコン窒化膜
64を酸化のマスクとして熱酸化を行なうことによって
、信号電荷の読み出し領域を選択的に酸化し、信号電荷
の読み出し領域のシリコン基板表面を他の部分よりも深
くする。
次に、第3図(d)に示すように、フォトレジストパタ
ーン66をマスクにしてシリコン窒化膜をエツチングし
た後、ホウ素をイオン注入する。つづいて、熱酸化を行
なうことによって、第3図(e)に示すように、チャネ
ルストップ領域67を形成する。そしてシリコン窒化膜
をすべて除去した後、選択的酸化により形成されている
厚いシリコン酸化膜をマスクとしたそれぞれのN型不純
物のイオン注入および不純物の熱拡散により第3図(f
)に示すように、フォトダイオードをなすN型領域68
および電荷転送手段をなすN型領域69を形成する。
次に、第3図(g)に示すように、フォトレジストパタ
ーン70をマスクにして、信号電荷の読み出し領域のみ
シリコン酸化膜を除去する。つづいて第3図(h)に示
すように、シリコン酸化膜のリフレッシュと酸化を行な
って、ゲート酸化膜71を形成した上に、信号電荷の読
み出しおよび転送を行なうポリシリコン電極72を形成
する。その後、このポリシリコン電極をマスクにP型不
純物のイオン注入を行なって、フォトダイオード表面の
浅いP型層73を形成する。そして、第3図(i)に示
すように、アルミニウム遮光膜75を形成して埋込フォ
トダイオードを受光素子とする固体撮像素子を形成する
第4図は本発明の第2の実施例の単位セルの断面図であ
る。本実施例はMO3型固体撮像素子のものであり、N
型半導体基板31上のP型ウェル32内に、フォトダイ
オードをなすN型領域33、ドレインをなすN型領域3
4、チャネルストップ領域35がそれぞれ形成されてい
る。そして、フォトダイオードをなすN型領域33とド
レインをなすN型領域340間の信号電荷の読み出し領
域の半導体表2面は、フォトダイオード部の半導体基板
表面よりも深くなるように形成されている。
フォトダイオードには信号電荷の読み出しを行なうため
のポリシリコン電極38をマスクにしたイオン注入によ
り、フォトダイオード表面の浅いP型層36を形成して
いる。本実施例においても、第1の実施例の場合とまっ
たく同様に、読み出しノ々ルス電圧を読み出し用のポリ
シリ電極に印加した時に電位障壁は生じず、不完全転送
による残像は発生しない。
なお第2の実施例の固体撮像素子の製造方法としては、
第1の実施例の電荷転送手段をなすN型領域を形成する
かわりに、ドレインをなすN型領域を形成するとともに
、信号電荷の読み出しを行なうポリシリコン電極を形成
した後、ドレインをなすN型領域上にコンタクト孔をあ
ける工程と信号線をなす電極を形成する工程を追加する
ほかは、第1の実施例と同様に製造できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は読み出し電極下の読み出
し領域の半導体基板表面を受光素子領域の半導体基板の
表面よりも深くし、信号電荷の読み出しを行なう際、読
み出し領域にできる表面チャネルの位置を、埋込みフォ
トダイオードな空乏化した時のフォトダイオード内の最
も電位の高い部分と同程度の深さにすることによって、
フォトダイオードの読み出し部側の端に電位障壁が生じ
ないようにすることにより、信号電荷の不完全読み出し
による残像の増大を防ぐことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の固体撮像素子の第1の実施例の単位セ
ルの断面図、第2図(a)は第1図の信号電荷読み出し
部付近の拡大図、第2図(b)は第2図(a)中の破線
に沿った部分のチャネル電位図、第3図(a)〜(1)
は第1の実施例の製造方法を示す断面図、第4図は本発
明の固体撮像素子の第2の実施例の単位セルの断面図、
第5図は従来の固体撮像素子の一例の単位セルの断面図
、第6図(a)は第4図の信号電荷読み出し部付近の拡
大図、第6図(b)は第6図(a)の破線に沿った部分
のチャネル電位図である。 11.31,41・・・・・・N型半導体基板、12゜
21.32,42,51・・・・・・P型ウェル、13
゜22.33,43,52・・・・・・フォトダイオー
ドをなすN型領域、14,23,44.53・・・・・
・電荷転送手段をなすN型領域、15,35.45・・
・・・・チャネルストップ領域、16,25,36,4
6゜55・・・・・・フォトダイオード表面の浅いP型
層、17.37.47・・・・・・絶縁膜、18,24
゜3g、48.54・・・・・・ポリシリコン電極、1
9゜40.49・・・・・・アルミ遮光膜、26,58
・・・・・・信号電荷、57・・・・・・電位障壁、3
4・・・・・・ドレインをなすN型領域、39・・・・
・・信号線をなす電極。 代理人 弁理士  内 原   音 生1 面 第2121 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体基板表面の一導電型半導体層内に形成した他導電
    型領域と該他導電型領域の表面の一導電型の浅い半導体
    層とからなる埋込みフォトダイオードを受光素子とし、
    該受光素子から信号電荷転送手段へ信号電荷を読み出す
    ための読み出し電極が半導体基板上に絶縁膜を介して設
    けられている固体撮像素子において、該読み出し電極下
    の読み出し領域の半導体基板の表面が、該受光素子の領
    域の半導体基板表面よりも深いことを特徴とする固体撮
    像素子。
JP63181017A 1988-07-19 1988-07-19 固体撮像素子 Pending JPH0230183A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02168670A (ja) * 1988-09-22 1990-06-28 Matsushita Electron Corp 固体撮像装置およびその製造方法
JPH04214670A (ja) * 1990-06-14 1992-08-05 Mitsubishi Electric Corp 固体撮像素子及びその製造方法
JPH11274462A (ja) * 1998-03-23 1999-10-08 Sony Corp 固体撮像装置
JP2005039219A (ja) * 2004-06-04 2005-02-10 Canon Inc 固体撮像装置
JP2011142344A (ja) * 2011-04-04 2011-07-21 Sony Corp 固体撮像装置
JP2014135515A (ja) * 2014-04-08 2014-07-24 Sony Corp 固体撮像装置

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