JPH04343472A - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
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- JPH04343472A JPH04343472A JP3115212A JP11521291A JPH04343472A JP H04343472 A JPH04343472 A JP H04343472A JP 3115212 A JP3115212 A JP 3115212A JP 11521291 A JP11521291 A JP 11521291A JP H04343472 A JPH04343472 A JP H04343472A
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Landscapes
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- Light Receiving Elements (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体撮像素子に関し、特
に暗電流の少ない固体撮像素子に関する。
に暗電流の少ない固体撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体撮像素子においては、無残像とする
ため、フォトダイオードを完全空乏化状態で用いている
。図４は従来の固体撮像素子の一例を示すフォトダイオ
ードと電荷転送部の縦断面図である。Ｐ型シリコン基板
１、Ｎ型フォトダイオード領域２、Ｎ型電荷転送領域３
、Ｐ型素子分離領域４、酸化シリコン膜からなる絶縁膜
５、多結晶シリコンからなる電荷制御電極６ｂ、アルミ
ニウムからなる遮光膜８、酸化シリコン膜からなる素子
保護膜９により構成されている。この構造では、Ｎ型フ
ォトダイオード領域２は完全空乏化状態にバイアスされ
ているため、絶縁膜５とシリコン界面の界面準位からの
発生電流のため暗電流が極めて多いという問題がある。
ため、フォトダイオードを完全空乏化状態で用いている
。図４は従来の固体撮像素子の一例を示すフォトダイオ
ードと電荷転送部の縦断面図である。Ｐ型シリコン基板
１、Ｎ型フォトダイオード領域２、Ｎ型電荷転送領域３
、Ｐ型素子分離領域４、酸化シリコン膜からなる絶縁膜
５、多結晶シリコンからなる電荷制御電極６ｂ、アルミ
ニウムからなる遮光膜８、酸化シリコン膜からなる素子
保護膜９により構成されている。この構造では、Ｎ型フ
ォトダイオード領域２は完全空乏化状態にバイアスされ
ているため、絶縁膜５とシリコン界面の界面準位からの
発生電流のため暗電流が極めて多いという問題がある。
【０００３】この問題を解決するために図５に示すよう
な埋め込み型フォトダイオード構造と呼ばれる構造があ
る。Ｐ型シリコン基板１、Ｎ型フォトダイオード領域２
、Ｎ型電荷転送領域３、Ｐ型素子分離領域４、酸化シリ
コン膜からなる絶縁膜５、多結晶シリコンからなる電荷
制御電極６ｂ、Ｐ型正孔蓄積領域１０からなる。なお、
図５では酸化シリコン膜からなる素子保護膜、アルミニ
ウムからなる遮光膜は省略してある。この構造ではＮ型
フォトダイオード領域２の表面にＰ型シリコン基板５１
と同電位に固定するＰ型正孔蓄積領域１０を配置するこ
とによって、絶縁膜とシリコン界面を非空乏化し、暗電
流の発生源である絶縁膜５とシリコン界面を非空乏化領
域に閉じこめ、キャリアの発生センターとしての機能を
阻止することにより暗電流を低減しようとするものであ
る。
な埋め込み型フォトダイオード構造と呼ばれる構造があ
る。Ｐ型シリコン基板１、Ｎ型フォトダイオード領域２
、Ｎ型電荷転送領域３、Ｐ型素子分離領域４、酸化シリ
コン膜からなる絶縁膜５、多結晶シリコンからなる電荷
制御電極６ｂ、Ｐ型正孔蓄積領域１０からなる。なお、
図５では酸化シリコン膜からなる素子保護膜、アルミニ
ウムからなる遮光膜は省略してある。この構造ではＮ型
フォトダイオード領域２の表面にＰ型シリコン基板５１
と同電位に固定するＰ型正孔蓄積領域１０を配置するこ
とによって、絶縁膜とシリコン界面を非空乏化し、暗電
流の発生源である絶縁膜５とシリコン界面を非空乏化領
域に閉じこめ、キャリアの発生センターとしての機能を
阻止することにより暗電流を低減しようとするものであ
る。
【０００４】さらに、図６に示す構造により暗電流低減
をはかることも試みられている。すなわち、シリコン基
板１、Ｎ型フォトダイオード領域２、Ｎ型電荷転送領域
３、Ｐ型阻止分離領域４、酸化シリコン膜からなる絶縁
膜５、多結晶シリコンからなる電荷制御電極６ｂ、透明
電極１２から構成されている。図６でも酸化シリコン膜
からなる素子保護膜、アルミニウムからなる遮光膜は省
略してある。これは、Ｎ型フォトダイオード領域２表面
に絶縁膜５を介して透明電極１２を配置したことで透明
電極１２に電位を与え前述した埋め込み型フォトダイオ
ードと同様に絶縁膜５とシリコン基板界面の界面準位に
起因する暗電流を低減しようとするものである。
をはかることも試みられている。すなわち、シリコン基
板１、Ｎ型フォトダイオード領域２、Ｎ型電荷転送領域
３、Ｐ型阻止分離領域４、酸化シリコン膜からなる絶縁
膜５、多結晶シリコンからなる電荷制御電極６ｂ、透明
電極１２から構成されている。図６でも酸化シリコン膜
からなる素子保護膜、アルミニウムからなる遮光膜は省
略してある。これは、Ｎ型フォトダイオード領域２表面
に絶縁膜５を介して透明電極１２を配置したことで透明
電極１２に電位を与え前述した埋め込み型フォトダイオ
ードと同様に絶縁膜５とシリコン基板界面の界面準位に
起因する暗電流を低減しようとするものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４に
示した従来の固体撮像素子は、空乏化したフォトダイオ
ードであるため、半導体基板と絶縁膜との界面にある界
面準位からの発生電流のため暗電流が極めて多いという
問題がある。また、一般的には暗電流を減らすため使用
時に外部から遮光膜に電圧を印加する必要がある。
示した従来の固体撮像素子は、空乏化したフォトダイオ
ードであるため、半導体基板と絶縁膜との界面にある界
面準位からの発生電流のため暗電流が極めて多いという
問題がある。また、一般的には暗電流を減らすため使用
時に外部から遮光膜に電圧を印加する必要がある。
【０００６】これを解決するため、図５に示したように
埋め込み型フォトダイオード構造と、図６に示すフォト
ダイオード上に透明電極が配置された構造がある。
埋め込み型フォトダイオード構造と、図６に示すフォト
ダイオード上に透明電極が配置された構造がある。
【０００７】しかし、これらの構造には以下のような問
題点がある。まず、図５に示した埋め込み型フォトダイ
オード構造ではＮ型フォトダイオード領域の表面にＰ型
正孔蓄積領域を設ける際のプロセス制御が極めて難しく
、Ｐ型正孔蓄積領域の深さが浅いと暗電流が減らず、ま
た逆に深すぎる場合にはフォトダイオードの蓄積電荷量
が減少してしまいダイナミックレンジが狭くなってしま
う。また、Ｎ型フォトダイオード領域とＮ型電荷転送領
域との電位分布の最適化をはかるためにＰ型正孔蓄積領
域と電荷制御電極との距離を０．１μｍ単位で制御する
必要がある。
題点がある。まず、図５に示した埋め込み型フォトダイ
オード構造ではＮ型フォトダイオード領域の表面にＰ型
正孔蓄積領域を設ける際のプロセス制御が極めて難しく
、Ｐ型正孔蓄積領域の深さが浅いと暗電流が減らず、ま
た逆に深すぎる場合にはフォトダイオードの蓄積電荷量
が減少してしまいダイナミックレンジが狭くなってしま
う。また、Ｎ型フォトダイオード領域とＮ型電荷転送領
域との電位分布の最適化をはかるためにＰ型正孔蓄積領
域と電荷制御電極との距離を０．１μｍ単位で制御する
必要がある。
【０００８】また、図６に示した受光部上部に透明電極
を設けた構造では、プロセス制御が容易である反面、透
明電極の材質にもよるがたとえばプロセスとの相性がよ
く広く用いられている多結晶シリコンでは光透過性が悪
く感度が低下したり、分光特性の劣化、特に青色感度が
低下したりする問題がある。さらに、この構造では使用
時に外部から透明電極に電位を供給する必要がある。
を設けた構造では、プロセス制御が容易である反面、透
明電極の材質にもよるがたとえばプロセスとの相性がよ
く広く用いられている多結晶シリコンでは光透過性が悪
く感度が低下したり、分光特性の劣化、特に青色感度が
低下したりする問題がある。さらに、この構造では使用
時に外部から透明電極に電位を供給する必要がある。
【０００９】本発明はかかる問題に顧みてなされたもの
で、製造プロセスの制御性がよく、光透過性を劣化させ
ることなく極めて暗電流が少なく、暗電流抑制のために
使用時に外部から電圧を供給する必要の無い固体撮像素
子を提供することを目的とする。
で、製造プロセスの制御性がよく、光透過性を劣化させ
ることなく極めて暗電流が少なく、暗電流抑制のために
使用時に外部から電圧を供給する必要の無い固体撮像素
子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板の
表面部の第１導電型層に選択的に形成された第２導電型
フォトダイオード領域を空乏化するバイアス手段を有す
る固体撮像素子において、前記第２導電型フォトダイオ
ード領域表面に絶縁膜を介して双極型電気分極誘電体膜
を有するというものである。
表面部の第１導電型層に選択的に形成された第２導電型
フォトダイオード領域を空乏化するバイアス手段を有す
る固体撮像素子において、前記第２導電型フォトダイオ
ード領域表面に絶縁膜を介して双極型電気分極誘電体膜
を有するというものである。
【００１１】
【作用】フォトダイオード領域表面に絶縁膜を介して双
極型電気分極した誘電体膜を有する事により、フォトダ
イオード領域の表面電位を内部電位より上げ固定化し、
絶縁膜と半導体基板との界面から発生する電流を抑制し
暗電流を低く抑えることができる。
極型電気分極した誘電体膜を有する事により、フォトダ
イオード領域の表面電位を内部電位より上げ固定化し、
絶縁膜と半導体基板との界面から発生する電流を抑制し
暗電流を低く抑えることができる。
【００１２】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を用いて詳
細に説明する。図１は本発明の第１の実施例の固体撮像
素子のフォトダイオードと電荷転送部の縦断面図である
。Ｎ型フォトダイオード領域２、Ｎ型電荷転送領域３、
Ｐ型素子分離領域４が形成されたＰ型シリコン基板１表
面に酸化シリコン膜からなる絶縁膜５、多結晶シリコン
からなる電荷制御電極６ｂが形成され、Ｎ型フォトダイ
オード領域２の上面に表面側がプラス、Ｎ型フォトダイ
オード領域２側がマイナスに双極型電気分極した燐添加
酸化シリコン膜からなる双極型電気分極誘電体膜１３ａ
を有し、そしてその上層に酸化シリコンからなる絶縁膜
１４を介してアルミニウムからなる遮光膜８、酸化シリ
コン膜からなる素子保護膜９が設けられている。上記構
造はたとえば次のような方法で実現される。
細に説明する。図１は本発明の第１の実施例の固体撮像
素子のフォトダイオードと電荷転送部の縦断面図である
。Ｎ型フォトダイオード領域２、Ｎ型電荷転送領域３、
Ｐ型素子分離領域４が形成されたＰ型シリコン基板１表
面に酸化シリコン膜からなる絶縁膜５、多結晶シリコン
からなる電荷制御電極６ｂが形成され、Ｎ型フォトダイ
オード領域２の上面に表面側がプラス、Ｎ型フォトダイ
オード領域２側がマイナスに双極型電気分極した燐添加
酸化シリコン膜からなる双極型電気分極誘電体膜１３ａ
を有し、そしてその上層に酸化シリコンからなる絶縁膜
１４を介してアルミニウムからなる遮光膜８、酸化シリ
コン膜からなる素子保護膜９が設けられている。上記構
造はたとえば次のような方法で実現される。
【００１３】図２（ａ）〜（ｃ）はこの実施例の一製造
方法を説明するための工程順断面図である。まず、図２
（ａ）に示すように、Ｐ型シリコン基板１表面に既知の
方法でＮ型フォトダイオード領域２、Ｎ型電荷転送領域
３、Ｐ型素子分離領域４、酸化シリコン膜による絶縁膜
５を形成する。次に、図２（ｂ）に示すように、Ｎ型フ
ォトダイオード領域２表面に選択的に５モル％燐添加酸
化シリコン膜（１３ａ）をたとえばＣＶＤ法により３０
０ｎｍの厚さで被着する。次に、図２（ｃ）に示すよう
に、燐を添加した多結晶シリコン膜６ａをやはりＣＶＤ
法により３００ｎｍの厚さで形成する。ここで、多結晶
シリコン膜６ａとシリコン基板１との間に燐添加酸化シ
リコン膜１３が多結晶シリコン膜６ａ側がプラス、Ｎ型
フォトダイオード領域側がマイナスに双極型電気分極す
るよう電界をかける。ここでは、たとえば多結晶シリコ
ン膜６ａがシリコン基板１に対して負電位となるよう５
ＭＶ／ＣＭの電界を掛ける。つぎに、多結晶シリコン膜
６ａをフォトリソグラフィ技術でパターニングして電荷
制御電極を形成し、酸化シリコン膜からなる素子保護膜
を被着して図１に示した構造を得る。本実施例では、多
結晶シリコン膜６ａとシリコン基板１との間の電界を制
御することにより燐添加酸化シリコン膜１３ａの分極率
を変化させ、絶縁膜５とＮ型フォトダイオード領域２界
面での発生電流を制御し暗電流を抑えることができる。 なお、本実施例で用いた双極型電気分極誘電体膜である
燐添加酸化シリコン膜は光透過率および分光特性は従来
の固体撮像素子の酸化シリコン膜からなる素子保護膜と
同等であった。
方法を説明するための工程順断面図である。まず、図２
（ａ）に示すように、Ｐ型シリコン基板１表面に既知の
方法でＮ型フォトダイオード領域２、Ｎ型電荷転送領域
３、Ｐ型素子分離領域４、酸化シリコン膜による絶縁膜
５を形成する。次に、図２（ｂ）に示すように、Ｎ型フ
ォトダイオード領域２表面に選択的に５モル％燐添加酸
化シリコン膜（１３ａ）をたとえばＣＶＤ法により３０
０ｎｍの厚さで被着する。次に、図２（ｃ）に示すよう
に、燐を添加した多結晶シリコン膜６ａをやはりＣＶＤ
法により３００ｎｍの厚さで形成する。ここで、多結晶
シリコン膜６ａとシリコン基板１との間に燐添加酸化シ
リコン膜１３が多結晶シリコン膜６ａ側がプラス、Ｎ型
フォトダイオード領域側がマイナスに双極型電気分極す
るよう電界をかける。ここでは、たとえば多結晶シリコ
ン膜６ａがシリコン基板１に対して負電位となるよう５
ＭＶ／ＣＭの電界を掛ける。つぎに、多結晶シリコン膜
６ａをフォトリソグラフィ技術でパターニングして電荷
制御電極を形成し、酸化シリコン膜からなる素子保護膜
を被着して図１に示した構造を得る。本実施例では、多
結晶シリコン膜６ａとシリコン基板１との間の電界を制
御することにより燐添加酸化シリコン膜１３ａの分極率
を変化させ、絶縁膜５とＮ型フォトダイオード領域２界
面での発生電流を制御し暗電流を抑えることができる。 なお、本実施例で用いた双極型電気分極誘電体膜である
燐添加酸化シリコン膜は光透過率および分光特性は従来
の固体撮像素子の酸化シリコン膜からなる素子保護膜と
同等であった。
【００１４】図３は、本発明の第２の実施例の固体撮像
素子のフォトダイオードと、電荷転送部の縦断面図であ
る。Ｐ型シリコン基板１、Ｎ型フォトダイオード領域２
、Ｎ型電荷転送領域３、Ｐ型素子分離領域４、酸化シリ
コン膜からなる絶縁膜５、多結晶シリコンからなる電荷
制御電極６ｂが形成された上層に全面に表面側がプラス
、Ｎ型フォトダイオード領域側がマイナスに双極型電気
分極した５モル％燐添加酸化シリコン膜からなる双極型
電気分極誘電体膜１３ｂ、アルミニウムによる遮光膜８
、酸化シリコン膜からなる素子保護膜９により構成され
ている。本実施例の場合、表面側がプラス、Ｎ型受光部
側がマイナスに双極型電気分極させるためには、遮光膜
８とＰ型シリコン基板１との間にたとえば５ＭＶ／ＣＭ
の電界を掛けることにより達成される。尚、双極型電気
分極誘電体膜の厚さは３００ｎｍである。本実施例では
双極型電気分極誘電体膜１３ｂが遮光膜の直下部にも存
在しているため遮光膜８を電極とすることにより、固体
撮像素子が完成したのちに特性をみながら燐添加酸化シ
リコンを所望の値に双極型電気分極させることができ、
第１の実施例に比べ暗電流の制御性、および製造プロセ
ス容易性が向上する利点がある。
素子のフォトダイオードと、電荷転送部の縦断面図であ
る。Ｐ型シリコン基板１、Ｎ型フォトダイオード領域２
、Ｎ型電荷転送領域３、Ｐ型素子分離領域４、酸化シリ
コン膜からなる絶縁膜５、多結晶シリコンからなる電荷
制御電極６ｂが形成された上層に全面に表面側がプラス
、Ｎ型フォトダイオード領域側がマイナスに双極型電気
分極した５モル％燐添加酸化シリコン膜からなる双極型
電気分極誘電体膜１３ｂ、アルミニウムによる遮光膜８
、酸化シリコン膜からなる素子保護膜９により構成され
ている。本実施例の場合、表面側がプラス、Ｎ型受光部
側がマイナスに双極型電気分極させるためには、遮光膜
８とＰ型シリコン基板１との間にたとえば５ＭＶ／ＣＭ
の電界を掛けることにより達成される。尚、双極型電気
分極誘電体膜の厚さは３００ｎｍである。本実施例では
双極型電気分極誘電体膜１３ｂが遮光膜の直下部にも存
在しているため遮光膜８を電極とすることにより、固体
撮像素子が完成したのちに特性をみながら燐添加酸化シ
リコンを所望の値に双極型電気分極させることができ、
第１の実施例に比べ暗電流の制御性、および製造プロセ
ス容易性が向上する利点がある。
【００１５】第２の実施例の場合、暗電流は６０℃で０
．５ｍｖで、図４に示す従来の完全空乏化フォトダイオ
ードを有する固体撮像素子に比べ約１／５０に低減でき
た。また、分光特性は図４に示す従来の固体撮像素子と
まったく同じであった。さらに、図５に示す従来の埋め
込み型フォトダイオード構造の固体撮像素子と比べ暗電
流レベルは同等であったが歩留まりが１．２倍と向上し
た。
．５ｍｖで、図４に示す従来の完全空乏化フォトダイオ
ードを有する固体撮像素子に比べ約１／５０に低減でき
た。また、分光特性は図４に示す従来の固体撮像素子と
まったく同じであった。さらに、図５に示す従来の埋め
込み型フォトダイオード構造の固体撮像素子と比べ暗電
流レベルは同等であったが歩留まりが１．２倍と向上し
た。
【００１６】なお、上述した実施例では双極型電気分極
する誘電体膜として燐添加した酸化シリコン膜を用いた
が、双極型電気分極し、光透過性のよい誘電体であれば
材質は問わない。
する誘電体膜として燐添加した酸化シリコン膜を用いた
が、双極型電気分極し、光透過性のよい誘電体であれば
材質は問わない。
【００１７】また、ＣＣＤ型固体撮像素子を例にとって
説明したが、ＭＯＳ型固体撮像素子でも空乏化フォトダ
イオード構造を有するものであれば同様の効果がえられ
ることは言うまでもない。
説明したが、ＭＯＳ型固体撮像素子でも空乏化フォトダ
イオード構造を有するものであれば同様の効果がえられ
ることは言うまでもない。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、フォトダ
イオード領域表面に絶縁膜を介して双極型電気分極した
誘電体膜を有することにより、従来の光透過特性を維持
したまま、暗電流を極めて低く抑えることができる効果
を有する。また、双極型電気分極した誘電体膜であるた
め、一旦分極してしまえばその後電界を掛けないかぎり
分極を保持するため、固体撮像素子を使用する際に外部
から電位を供給する必要がない。
イオード領域表面に絶縁膜を介して双極型電気分極した
誘電体膜を有することにより、従来の光透過特性を維持
したまま、暗電流を極めて低く抑えることができる効果
を有する。また、双極型電気分極した誘電体膜であるた
め、一旦分極してしまえばその後電界を掛けないかぎり
分極を保持するため、固体撮像素子を使用する際に外部
から電位を供給する必要がない。
【図１】本発明の第１の実施例の固体撮像素子のフォト
ダイオードと電荷電送部を示す縦断面図である。
ダイオードと電荷電送部を示す縦断面図である。
【図２】第１の実施例の構造を実現するための一製造方
法の説明に使用する工程順断面図である。
法の説明に使用する工程順断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例に固体撮像素子を示す縦
断面図である。
断面図である。
【図４】従来の固体撮像素子を示す縦断面図である。
【図５】従来の他の固体撮像素子を示す縦断面図である
。
。
【図６】従来の更に他の固体撮像素子を示す縦断面図で
ある。
ある。
１ Ｐ型シリコン基板
２ Ｎ型フォトダイオード領域
３ Ｎ型電荷転送領域
４ Ｐ型素子分離領域
５ 絶縁膜
６ａ 多結晶シリコン膜
６ｂ 電荷制御電極
７ 絶縁膜
８ 遮光膜
９ 素子保護膜
１０ Ｐ型正孔蓄積領域
１１ 絶縁膜
１２ 透明電極
１３ａ，１３ｂ 双極型電気分極誘電体膜１４
絶縁膜
絶縁膜
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体基板の表面部の第１導電型層に
選択的に形成された第２導電型フォトダイオード領域を
空乏化するバイアス手段を有する固体撮像素子において
、前記第２導電型フォトダイオード領域表面に絶縁膜を
介して双極型電気分極誘電体膜を有することを特徴とす
る固体撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3115212A JPH04343472A (ja) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | 固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3115212A JPH04343472A (ja) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | 固体撮像素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH04343472A true JPH04343472A (ja) | 1992-11-30 |
Family
ID=14657144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3115212A Pending JPH04343472A (ja) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04343472A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006054263A (ja) * | 2004-08-10 | 2006-02-23 | Sony Corp | 固体撮像装置およびその製造方法 |
| JP2009088430A (ja) * | 2007-10-03 | 2009-04-23 | Sony Corp | 固体撮像装置とその製造方法および撮像装置 |
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| WO2011055475A1 (ja) * | 2009-11-05 | 2011-05-12 | パナソニック株式会社 | 固体撮像装置 |
-
1991
- 1991-05-21 JP JP3115212A patent/JPH04343472A/ja active Pending
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