JPH03125474A - 固体撮像装置 - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、固体撮像装置に関する。

（従来の技術） 半導体を用いた固体撮像装置は、小型、軽量で信頼性も
高いことから、従来の撮像管に代るものとしてその技術
改良が急速に進展している。固体撮像装置の代表的なも
のに、ＣＣＤ撮像装置がある。

第７図（ａ）　（ｂ）は、従来のＣＣＤ撮像装置の要部
構成を示す甲面図とそのＡ−Ａ’断面図である。

ｐ″′型シリコン基板１に、感光部としてのフォトダイ
オード２、このフォトダイオード２で光電変換されて蓄
積された信号電荷を転送する信号電荷転送部３、および
フォトダイオード２の信号電荷を信号電荷転送部３に読
出すための読出しチャネル部４（通常フィールドシフト
ゲートと呼ばれる）が形成されている。図では一画素に
対応する一個のフォトダイオードのみ示しているが通常
これが複数個マトリクス配列され、そのフォトダイオー
ド配列に沿って複数本の信号電荷転送部が配列されて、
二次元的ＣＣＤ撮像装置か構成される。フォトダイオー
ド２は、基板１にｎ型拡散層５が形成されたｐｎ接合ダ
イオードにより構成されている。信号電荷転送部３は、
基板１表面にｎ型拡散層６が形成され、この上にゲート
絶縁膜７を介して転送電極８１．８２が形成された埋込
みチャネル型ＣＣＤにより構成されている。転送電極８
□は読出しチャネル部４の基板１上にまで延在して配設
されて読出しチャネル部４の転送電極を兼ねている。フ
ォトダイオード２、（、；、号電荷転送部３および読出
しチャネル部４以外の領域の基板表面にはチャネルスト
ッパ層としてｎ型拡散層９が形成されている。素子形成
された基板表面はＣＶＤ絶縁膜１０により覆われている
。

この様なＣＣＤ撮像装置においては、フォトダイオード
２のｎ型拡散層５がフローティングであるために、フォ
トダイオード５で光電変換して蓄積した信号型６Ｉを完
全に電荷転送部３に読出すことが出来ず、一部信号電荷
がフォトダイオード５に残り、この残存電荷が再生画像
上に残像として現れるという問題がある。この残存信号
電荷数は読出し前にフォトダイオードに蓄積されていた
信号電荷数に依存し、蓄積信号電荷数が多いほど残存信
号電荷数が多く、この残存信号が信号電荷読出し部４の
チャネルをリークすることが残像の原因となる。これは
、高精彩画像を得るために多画素化、高密度化し、信号
電荷読出し部４のチャネル長が短くなり、所謂短チヤネ
ル効果が生じると一層顕著に現れる。短チヤネル効果に
よって、信号電荷読出し部４の弱反転状態において流れ
るリーク電流が増大するためである。また残像は次のよ
うな現象により一層顕著に現れる。第６図（Ｃ）の電位
分布を用いて説明する。電荷転送部３は読出し前は空乏
化しているが、信号電荷がこの電荷転送部３に読み出さ
れて蓄積されると、転送部３のチャネルの電位は読出し
を行っている開時間と共に変化し、特に短チヤネル効果
が生じている場合には信号電荷読出し部４のチャネル電
位も転送部３のそれにしたがって変化する。すなわち読
み出された信号電荷数が多いほど読出し部のチャネル電
位が低くなるため、フォトダイオードに残存するｆル号
電荷数か多くなる。この様な場合残像はより顕著になる
。

ＣＣＤ撮像装置の場合、上述の信号電荷読出しチャネル
部４の短チヤネル効果は、通常のＭＯ３集積回路と異な
りチャネル長４μｍ程度で生じる。

ＣＣＤ撮像装置の場合、転送電極の面積が通常のＭＯ８
集積回路に比べると大きいためにゲート絶縁膜の破壊が
生じ易く、これを防止する意味でゲート絶縁膜７として
９００人程度の厚みを必要とするからである。

以上のべた残像の現象は、ＣＣＤ基板に光電変換膜を積
層した積層型ＣＣＤ撮像装置においてはより大きく現れ
る。積層型ＣＣＤ撮像装置では、フォトダイオード２の
部分は信号電荷を蓄積するためだけの蓄積ダイオードと
なるが、光電変換膜をこの蓄積ダイオードに接続する必
要がある。そのためには、ダイオードのｎ型拡散層５の
不純物濃度を高くすることが必要になる。そうすると、
読出したときの残存信号電荷量がより多くなるからであ
る。

この様な問題を解決するものとして従来、信号電荷転送
部のチャネル領域のうち、信号電荷読出しチャネル部に
隣接する部分に信号電荷転送部のチャネル領域のｎ型拡
散層より低濃度のｎ型拡散層を設けることが提案されて
いる（特開昭６３３１１７５７号公報）。これは、通常
のＭＯ８集積回路で短チヤネル効果を抑制する方法とし
て用いられる所謂ＬＤＤ構造の原理を信号電荷読出し部
に適用したものといえる。しかしこの方法では、新たな
拡散層領域形成のために工程数が増え、またイオン注入
等の工程を要するためにゲート絶縁膜の劣化が生じると
いう問題がある。

（発明が解決しようとする課題） 以上述べたように従来のＣＣＤ撮像装置では、フローテ
ィグの拡散層に蓄積された信号電荷が完全に転送部に読
み出されずに、再生画像上で残像として現われ、特に多
画素化、高密度化した場合に信号電荷読出し部に短チヤ
ネル効果が生じることにより残像現象が大きくなるとい
う問題があった。

本発明は、この様な短チヤネル効果により顕著に現れる
残像現象を効果的に低減した固体撮像装置を提供するこ
とを目的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明は、信号電荷蓄積部と信号電荷転送部、およびこ
れらの間を繋ぐ信号電荷読出しチャネル部を有する固体
撮像装置において、前記信号電荷読出しチャネル部のゲ
ート絶縁膜の膜厚を信号電荷転送部のそれより薄くした
ことを特徴とする。

（作用） 本発明によれば、信号電荷読出し部のゲート絶縁膜を薄
くすることによって、短チヤネル効果が緩和される結果
、信号電荷読出し期間中に信号電荷読出し部のチャネル
を流れるリークが十分小さくなる。これにより、再生画
像上での残像が低減される。読出しチャネル部の面積は
信号電荷転送部のそれに比べると小さいから、この部分
のゲート絶縁膜の膜厚を信号電荷転送部のそれより薄く
することによる信頼性の低下は余り問題にならない。

（実施例） 以下、本発明の詳細な説明する。

第１図（ａ）　（ｂ）は、一実施例のＣＣＤ撮像装置の
要部構造を示す。第７図（ａ）　（ｂ）と対応する部分
には第７図（ａ）　（ｂ）と同一符号を付して詳細な説
明は省略する。この実施例の構造が従来の構造と異なる
点は、信号電荷読出しチャネル部４のゲート絶縁膜７□
　（第１図（ａ）の平面図の斜線領域）を信号電荷転送
部３のゲート絶縁膜７１よりも薄くしていることである
。例えば信号電荷転送部４のゲート絶縁膜７Ｉの膜厚を
９００人とした時、信号電荷読出しチャネル部３のゲー
ト絶縁膜７２のそれを６００人程度とする。

第２図（ａ）〜（ｄ）は、この実施例の構造を得るため
の製造工程例である。ｐ−型シリコン基板１にまず、極
薄い犠牲酸化膜（図示せず）を形成した状態で、（ａ）
に示すように、フィールド領域にチャネルストッパとな
るｎ型拡散層９を、感光部２のフォトダイオードを形成
するためのｎ型拡散層５および、信号電荷転送部３の埋
込みチャネルを形成するためのｎＪ４２拡散層６を、そ
れぞれイオン注入等により形成する。次いで犠牲酸化膜
を除去した後、（ｂ）に示すように、熱酸化によって全
面に信号電荷転送部３のゲート絶縁膜７１となる９００
人程度の酸化膜を形成する。その後フォトレジスト等の
マスク（図示せず）をパターン形成した信号電荷読出し
チャネル部４の酸化膜を選択エツチングしてその厚みを
減じ、約６００人のゲート絶縁膜７□とする。このとき
、この領域の酸化膜を一旦すべてエツチング除去し、マ
スクを除去した後改めて熱酸化を行って６００人程度の
ゲート酸絶縁膜７２を形成してもよい。但しその場合他
の領域が最終的に９００人となるように予め薄い熱酸化
膜を形成しておく。次に（ｄ）に示すように、二層多結
晶シリコン膜の堆積とバターニングを繰り返して、転送
電極８１，８□を形成する。

最後に全面にＣＶＤ酸化膜を堆積する。

第３図（ａ）〜（ｄ）は別の製造工程例である。

（ａ）に示すように各部の拡散層を形成するまでは先の
例と同じである。その後この例では、（ｂ）に　０ 示すように信号電荷読出しチャネル部４のゲート絶縁膜
７２として好ましい膜厚例えば６００人の酸化膜を形成
する。そして（Ｃ）に示すように、信号電荷読出しチャ
ネル部４の領域に例えばシリコン窒化膜からなる耐酸化
性マスク２１を形成して、熱酸化を行って９００人程度
の厚い電荷転送部３のゲート絶縁膜７．を形成する。そ
の後先の例と同様に、（ｄ）に示すように転送電極８□
、８゜を形成する。

この実施例のＣＣＤ撮像装置では、信号電荷読出しチャ
ネル部４のゲート絶縁膜７□が薄いため、短チヤネル効
果が抑制され、信号電荷読出しチャネル部４のチャネル
長が従来と同じであっても、信号電荷読出し期間中弱反
転状態で流れるリーク電流が従来より小さい。従ってフ
ォトダイオードの残留電荷による再生画像上の残像が低
減され、良質の画像が得られる。信号電荷読出しチャネ
ル部４の面積は信号電荷転送部３の面積に比べると小さ
いから、この部分のゲート絶縁膜の膜厚を薄くしたこと
による信頼性の低下はほとんど問題に１ ならない。

第４図（ａ）　（ｂ）は、他の実施例のＣＣＤ撮像装置
の要部構造である。第１図（ａ）　（ｂ）と対応する部
分には第１図（ａ）　（ｂ）と同一符号を付して詳細な
説明は省略する。この実施例では、第４図（ａ）に斜線
で示したように、信号電荷読出しチャネル部４のみなら
ず、ここから一部信号電荷転送部３のチャネル領域に食
い込む形で薄いゲート絶縁膜７２を形成している。

この実施例によっても先の実施例と同様の効果が得られ
る。またこの実施例の場合、第４図（ｂ）の断面での基
板内電位分布が第４図（ｅ）のようになることから、信
号電荷転送部３のチャネル内信号電荷が信号電荷読出し
チャネル部４から離れた位置に偏在する状態になる。従
って信号電荷転送部３のチャネル電位の変動による信号
電荷読出しチャネル部４のチャネル電位の変動が小さく
なり、より効果的にリーク電流の低減が図られる。

本発明は、積層型のＣＣＤ撮像装置にも適用することが
できる。

　２ 第５図は、積層型ＣＣＤに適用した実施例の要部構造を
、第１図（ｂ）に対応させて示す断面図である。第１図
と同様にしてＣＣＤ基板を形成した後、蓄積ダイオード
となるｎ型拡散層５上にコンタクト孔が開けられ、中継
用電極１１が形成される。その後さらに全面にＣＶＤ絶
縁膜１２が形成され、これに中継用電極１１に対するコ
ンタクト孔が開けられ、各画素の集電電極１３が形成さ
れる。この上にアモルファスＳｉ等の光電変換膜１４が
堆積され、その表面に透明導電膜１５が形成される。

この実施例の積層型ＣＣＤ撮像装置では、光電変換膜１
４で光電変換された信号電荷（電子）は集電電極１３で
集められて中継用電極］１を介してｎ型拡散層５に蓄積
される。信号電荷読出しの動作は第１図の場合と同様で
ある。

この実施例においても第１図の実施例と同様に信号電荷
読出しチャネル部のゲート絶縁膜７２を信号電荷転送部
のゲート絶縁膜７１に比べて薄くしている。これにより
、第１図の実施例と同様に、３ 短チヤネル効果による残像を低減することができる。

第６図は、同様に積層型ＣＣＤ撮像装置についての第２
図の実施例に対応する実施例の断面構造である。第２図
の実施例と同様に、信号電荷読出しチャネル部の薄いゲ
ート絶縁膜７２を一部信号電荷転送部まで食い込む形で
設けている。

この実施例によっても、第２図の実施例と同様の効果が
得られる。

本発明は上記実施例に限られるものではなく、その趣旨
を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる
。

［発明の効果コ 以上述べたように本発明によれば、多画素化。

高密度化に伴う信号型６Ｉ読出しチャネル部のリーク電
流増大に起因する残像を効果的に低減したＣＣＤ撮像装
置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　（ｂ）は本発明の一実施例のＣＣＤ撮像
装置の要部構造を示すを平面図とそのＡ−Ａ’４ 断面図、 第２図（ａ）〜（ｄ）はその製造工程例を説明するため
の断面図、 第３図（ａ）〜（ｄ）は他の製造工程例を説明するため
の断面図、 第４図（ａ）〜（ｃ）は他の実施例のＣＣＤ撮像装置の
要部構造を示す平面図、そのＡ−Ａ’断面図および基板
内電位分布を示す図、 第５図は積層型ＣＣＤ撮像装置に適用した実施例の要部
構造を示す断面図、 第６図は同じく積層型ＣＣＤ撮像装置に適用した他の実
施例の要部構造を示す断面図、第７図（ａ）〜（ｃ）は
従来のＣＣＤ撮像装置の要部構造を示す平面図、そのＡ
−Ａ’断面図および基板内電位分布を示す図である。 １・・・ｐ−型シリコン基板、２・・・フォトダイオー
ド（感光部）、３・・・信号電荷転送部、４・・・信号
電荷読出しチャネル部、５・・・ｎ型拡散層、６・・・
ｎ型拡散層、７１．７２・・・ゲート絶縁膜、８１．８
２・・・転送電極、９・・・ｐ型層、１０・・・ＣＶＤ
絶縁膜、５ １１・・・中継用電極、１２・・・ＣＶＤ絶縁膜、１３
・・・集電電極、１４・・・光電変換膜、１５・・・透
明導電膜。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板に、複数の感光部、信号電荷転送部、
   および前記各感光部で光電変換されて蓄積された信号電
   荷を前記信号電荷転送部に読出す信号電荷読出しチャネ
   ル部が形成された固体撮像装置において、前記信号電荷
   読出しチャネル部のゲート絶縁膜を前記信号電荷転送部
   のそれより薄くしたことを特徴とする固体撮像装置。
2. （２）半導体基板に、複数の感光部、信号電荷転送部、
   および前記各感光部で光電変換されて蓄積された信号電
   荷を前記信号電荷転送部に読出す信号電荷読出しチャネ
   ル部が形成された固体撮像装置において、前記信号電荷
   読出しチャネル部およびこれに隣接する前記信号電荷転
   送部の一部のゲート絶縁膜を前記信号電荷転送部の残部
   のそれより薄くしたことを特徴とする固体撮像装置。
3. （３）半導体基板に、複数の信号電荷蓄積部、信号電荷
   転送部、および前記各信号電荷蓄積部の信号電荷を前記
   信号電荷転送部に読出す信号電荷読出しチャネル部が形
   成され、この基板上に光電変換膜が積層形成された固体
   撮像装置において、前記信号電荷読出しチャネル部のゲ
   ート絶縁膜を前記信号電荷転送部のそれより薄くしたこ
   とを特徴とする固体撮像装置。
4. （４）半導体基板に、複数の信号電荷蓄積部、信号電荷
   転送部、および前記各信号電荷蓄積部の信号電荷を前記
   信号電荷転送部に読出す信号電荷読出しチャネル部が形
   成され、この基板上に光電変換膜が積層形成された固体
   撮像装置において、前記信号電荷読出しチャネル部のゲ
   ート絶縁膜を前記信号電荷転送部のそれより薄くしたこ
   とを特徴とする固体撮像装置。