JPH06310702A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents
固体撮像装置およびその製造方法Info
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- JPH06310702A JPH06310702A JP5099139A JP9913993A JPH06310702A JP H06310702 A JPH06310702 A JP H06310702A JP 5099139 A JP5099139 A JP 5099139A JP 9913993 A JP9913993 A JP 9913993A JP H06310702 A JPH06310702 A JP H06310702A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 広帯域な分光特性を有し、かつ残像を引き起
こすことなく、低電圧読み出し駆動が可能となる。 【構成】 Si基板1上にp型ウェル2を形成し、p型
ウェル2にCCD転送チャンネル6を形成し、Si基板
1上にゲート絶縁膜7ならびにゲート電極8を形成し、
フォトレジストをマスクとして高加速イオン注入法にて
p型ウェル2内の深部に選択的に低濃度n型領域9を形
成し、低濃度n型領域9上にフォトレジストをマスクと
して高加速イオン注入法にて高濃度n型領域10を形成
し、高濃度n型領域10上にp型領域11を形成したも
のである。
こすことなく、低電圧読み出し駆動が可能となる。 【構成】 Si基板1上にp型ウェル2を形成し、p型
ウェル2にCCD転送チャンネル6を形成し、Si基板
1上にゲート絶縁膜7ならびにゲート電極8を形成し、
フォトレジストをマスクとして高加速イオン注入法にて
p型ウェル2内の深部に選択的に低濃度n型領域9を形
成し、低濃度n型領域9上にフォトレジストをマスクと
して高加速イオン注入法にて高濃度n型領域10を形成
し、高濃度n型領域10上にp型領域11を形成したも
のである。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、CCD固体撮像素子
における固体撮像装置およびその製造方法に関するもの
である。
における固体撮像装置およびその製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】民生用や業務用のビデオカメラで広く用
いられるCCD固体撮像素子では、ビデオカメラの小型
化、HDTV用の高精度化に伴い単位画素当りの面積が
益々縮小してきている。そのため、その中のCCDやフ
ォトダイオードを微細化する必要がある。微細化するた
めには、例えば、日経マイクロデバイス(1991年1
2月号94P〜101P)に示されているように、高加
速イオン注入と低温熱処理を用いて不純物領域を形成す
る方法が有力である。これによって、それぞれのn型や
p型領域から不純物種が拡散するのを抑制することがで
きる。このため、より微小な領域に所望濃度の不純物領
域を形成することができる。
いられるCCD固体撮像素子では、ビデオカメラの小型
化、HDTV用の高精度化に伴い単位画素当りの面積が
益々縮小してきている。そのため、その中のCCDやフ
ォトダイオードを微細化する必要がある。微細化するた
めには、例えば、日経マイクロデバイス(1991年1
2月号94P〜101P)に示されているように、高加
速イオン注入と低温熱処理を用いて不純物領域を形成す
る方法が有力である。これによって、それぞれのn型や
p型領域から不純物種が拡散するのを抑制することがで
きる。このため、より微小な領域に所望濃度の不純物領
域を形成することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、高加速イオン
注入法を用いた場合、不純物濃度分布が一様なフォトダ
イオード(以下、単一なフォトダイオードと呼ぶ)構造
では、イオン注入エネルギーの大きさによって種々の問
題が生じる。1つは長波長領域の分光感度の劣化であ
り、他は残像を引き起こすことである。すなわち、高加
速イオン注入法により、単一なフォトダイオード領域を
形成すると、イオン注入エネルギーが比較的低い場合、
例えば200〜500KeVでは、フォトダイオードが
Si基板表面に近い領域に形成されるので、分光感度、
特に長波長領域(波長600nm以上)の感度が中波長
(波長500nm)の光に対して急激に劣化する。一
方、注入エネルギーが高い場合、例えば500〜100
0KeVでは、単一n型フォトダイオードがSi基板深
部に形成されるので、フォトダイオードとCCDチャン
ネルとの距離、つまり信号読み出し経路長は長くなる。
このため、フォトダイオードからCCDチャンネルへの
信号電荷読み出しが阻害され、残像が引き起される。こ
のため、従来技術では、分光感度ならびに読み出し駆動
電圧の劣化が大きくない程度のイオン注入エネルギーと
ドーズ量で、単一なフォトダイオードを形成している。
注入法を用いた場合、不純物濃度分布が一様なフォトダ
イオード(以下、単一なフォトダイオードと呼ぶ)構造
では、イオン注入エネルギーの大きさによって種々の問
題が生じる。1つは長波長領域の分光感度の劣化であ
り、他は残像を引き起こすことである。すなわち、高加
速イオン注入法により、単一なフォトダイオード領域を
形成すると、イオン注入エネルギーが比較的低い場合、
例えば200〜500KeVでは、フォトダイオードが
Si基板表面に近い領域に形成されるので、分光感度、
特に長波長領域(波長600nm以上)の感度が中波長
(波長500nm)の光に対して急激に劣化する。一
方、注入エネルギーが高い場合、例えば500〜100
0KeVでは、単一n型フォトダイオードがSi基板深
部に形成されるので、フォトダイオードとCCDチャン
ネルとの距離、つまり信号読み出し経路長は長くなる。
このため、フォトダイオードからCCDチャンネルへの
信号電荷読み出しが阻害され、残像が引き起される。こ
のため、従来技術では、分光感度ならびに読み出し駆動
電圧の劣化が大きくない程度のイオン注入エネルギーと
ドーズ量で、単一なフォトダイオードを形成している。
【0004】この発明の目的は、広帯域な分光特性を有
し、かつ残像を引き起こすことなく、低電圧読み出し駆
動が可能となる固体撮像装置およびその製造方法を提供
することである。
し、かつ残像を引き起こすことなく、低電圧読み出し駆
動が可能となる固体撮像装置およびその製造方法を提供
することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1の固体撮像装置
は、半導体基板と、この半導体基板上に形成した一導電
型の第1拡散層と、この第1拡散層内の深部に選択的に
形成した他導電型の低濃度の第2拡散層と、この低濃度
の第2拡散層上に形成した他導電型の高濃度の第3拡散
層と、この高濃度の第3拡散層上に形成した一導電型の
第4拡散層と、第1拡散層に形成したCCD転送チャン
ネルと、半導体基板上に形成したゲート絶縁膜と、CC
D転送チャンネルの上方でゲート絶縁膜上に形成したゲ
ート電極とを備えたものである。
は、半導体基板と、この半導体基板上に形成した一導電
型の第1拡散層と、この第1拡散層内の深部に選択的に
形成した他導電型の低濃度の第2拡散層と、この低濃度
の第2拡散層上に形成した他導電型の高濃度の第3拡散
層と、この高濃度の第3拡散層上に形成した一導電型の
第4拡散層と、第1拡散層に形成したCCD転送チャン
ネルと、半導体基板上に形成したゲート絶縁膜と、CC
D転送チャンネルの上方でゲート絶縁膜上に形成したゲ
ート電極とを備えたものである。
【0006】請求項2の固体撮像装置の製造方法は、半
導体基板上に一導電型の第1拡散層を形成し、第1拡散
層にCCD転送チャンネルを形成し、半導体基板上にゲ
ート絶縁膜を形成し、CCD転送チャンネルの上方でゲ
ート絶縁膜上にゲート電極を形成し、フォトレジストを
マスクとして高加速イオン注入法にて第1拡散層内の深
部に選択的に他導電型の低濃度の第2拡散層を形成し、
低濃度の第2拡散層上にフォトレジストをマスクとして
高加速イオン注入法にて他導電型の高濃度の第3拡散層
を形成し、高濃度の第3拡散層上に一導電型の第4拡散
層を形成するものである。
導体基板上に一導電型の第1拡散層を形成し、第1拡散
層にCCD転送チャンネルを形成し、半導体基板上にゲ
ート絶縁膜を形成し、CCD転送チャンネルの上方でゲ
ート絶縁膜上にゲート電極を形成し、フォトレジストを
マスクとして高加速イオン注入法にて第1拡散層内の深
部に選択的に他導電型の低濃度の第2拡散層を形成し、
低濃度の第2拡散層上にフォトレジストをマスクとして
高加速イオン注入法にて他導電型の高濃度の第3拡散層
を形成し、高濃度の第3拡散層上に一導電型の第4拡散
層を形成するものである。
【0007】
【作用】この発明の構成によれば、高加速イオン注入法
を用いると、他導電型の低濃度の第2拡散層は一導電型
の第1拡散層の深部に形成される。このため、入射して
きた光の波長帯域のうち、半導体基板の透過距離の長い
長波長帯域の光によって光電変換率が高められ、長波長
帯域での分光特性を良化させる。また、半導体基板表面
の一導電型の第4拡散層直下の他導電型の高濃度の第3
拡散層は、低濃度である単一なフォトダイオードの場合
よりも、光の散乱確率が高くなる。このため、特に透過
距離の浅い短波長帯域の分光特性を良化させる。さら
に、フォトダイオード内に信号電荷がない状態で、ポテ
ンシャルが最小(φmin )となる位置は、半導体基板表
面に近い高濃度な第3拡散層に存在する。このため、半
導体基板内に形成されたフォトダイオードからCCD転
送チャンネルへの信号電荷読み出し経路長は短くなる。
このことから、読み出し経路形成のためのゲート電極印
加電圧、すなわち読み出し駆動電圧を低減することがで
きる。
を用いると、他導電型の低濃度の第2拡散層は一導電型
の第1拡散層の深部に形成される。このため、入射して
きた光の波長帯域のうち、半導体基板の透過距離の長い
長波長帯域の光によって光電変換率が高められ、長波長
帯域での分光特性を良化させる。また、半導体基板表面
の一導電型の第4拡散層直下の他導電型の高濃度の第3
拡散層は、低濃度である単一なフォトダイオードの場合
よりも、光の散乱確率が高くなる。このため、特に透過
距離の浅い短波長帯域の分光特性を良化させる。さら
に、フォトダイオード内に信号電荷がない状態で、ポテ
ンシャルが最小(φmin )となる位置は、半導体基板表
面に近い高濃度な第3拡散層に存在する。このため、半
導体基板内に形成されたフォトダイオードからCCD転
送チャンネルへの信号電荷読み出し経路長は短くなる。
このことから、読み出し経路形成のためのゲート電極印
加電圧、すなわち読み出し駆動電圧を低減することがで
きる。
【0008】
【実施例】図1に、この発明の一実施例であるCCD固
体撮像素子の一画素部の断面構造模式図を示す。図にお
いて、n型Si基板(半導体基板)1の上に低濃度なp
型ウェル(第1拡散層)2が形成されている。p型ウェ
ル2は、ブルーミングを抑制するために、1016cm-3
以下の濃度に設定されている。この濃度に設定すること
で、n型Si基板1に印加する電圧を15V以下にで
き、また電子シャッター縦抜き電圧を25V以下とする
ことができる。
体撮像素子の一画素部の断面構造模式図を示す。図にお
いて、n型Si基板(半導体基板)1の上に低濃度なp
型ウェル(第1拡散層)2が形成されている。p型ウェ
ル2は、ブルーミングを抑制するために、1016cm-3
以下の濃度に設定されている。この濃度に設定すること
で、n型Si基板1に印加する電圧を15V以下にで
き、また電子シャッター縦抜き電圧を25V以下とする
ことができる。
【0009】フォトダイオードは、p型ウェル2の深部
に選択的に形成された低濃度n型領域(低濃度の第2拡
散層)9である。フォトダイオードのSi基板1表面側
に選択的に高濃度n型領域(高濃度の第3拡散層)10
が形成されている。暗電流をなくすために、フォトダイ
オードの高濃度n型領域10の上部のSi基板1表面に
選択的に高濃度p型領域(第4拡散層)11が形成され
ている。
に選択的に形成された低濃度n型領域(低濃度の第2拡
散層)9である。フォトダイオードのSi基板1表面側
に選択的に高濃度n型領域(高濃度の第3拡散層)10
が形成されている。暗電流をなくすために、フォトダイ
オードの高濃度n型領域10の上部のSi基板1表面に
選択的に高濃度p型領域(第4拡散層)11が形成され
ている。
【0010】p型ウェル2の表面部に選択的にp型領域
3が形成されている。p型領域3は分離領域であり、フ
ォトダイオードの高濃度n型領域10とCCD転送チャ
ンネル6との間を結ぶようにp型ウェル2の表面部に選
択的に形成されている。p型領域4は、後述するゲート
電極の読み出し電圧制御領域であり、p型領域3の反対
側にてCCD転送チャンネル6と高濃度n型領域10と
の間を結ぶように、p型ウェル2の表面部に選択的に形
成されている。p型領域5は、CCD転送チャンネル6
とSi基板1とを分離する領域であり、p型ウェル2の
内部でCCD転送チャンネル6の直下部に位置し、p型
分離領域3とp型読み出しp型領域4でCCD転送チャ
ンネル6を取り囲むように形成されている。
3が形成されている。p型領域3は分離領域であり、フ
ォトダイオードの高濃度n型領域10とCCD転送チャ
ンネル6との間を結ぶようにp型ウェル2の表面部に選
択的に形成されている。p型領域4は、後述するゲート
電極の読み出し電圧制御領域であり、p型領域3の反対
側にてCCD転送チャンネル6と高濃度n型領域10と
の間を結ぶように、p型ウェル2の表面部に選択的に形
成されている。p型領域5は、CCD転送チャンネル6
とSi基板1とを分離する領域であり、p型ウェル2の
内部でCCD転送チャンネル6の直下部に位置し、p型
分離領域3とp型読み出しp型領域4でCCD転送チャ
ンネル6を取り囲むように形成されている。
【0011】Si基板1表面には、表面を被膜するゲー
ト絶縁膜7が形成されている。その上の所定領域にゲー
ト電極8が形成されている。さらにその上で、基板全体
に絶縁膜12が形成されている。また、その上に、フォ
トダイオード以外の領域に光が入射し発生するスメアを
なくすためにアルミニウム(AL)遮光膜13が設けら
れている。さらに全面に保護膜14が形成されている。
15は、フォトダイオードの真ん中を通り、Si基板1
表面から垂直に基板内部に向かう方向を示している。
ト絶縁膜7が形成されている。その上の所定領域にゲー
ト電極8が形成されている。さらにその上で、基板全体
に絶縁膜12が形成されている。また、その上に、フォ
トダイオード以外の領域に光が入射し発生するスメアを
なくすためにアルミニウム(AL)遮光膜13が設けら
れている。さらに全面に保護膜14が形成されている。
15は、フォトダイオードの真ん中を通り、Si基板1
表面から垂直に基板内部に向かう方向を示している。
【0012】図2ないし図5に、この発明の一実施例で
あるCCD固体撮像素子の製造工程の断面模式図を示
す。図2において、n型Si基板1にp型ウェル2を形
成し、p型領域3,4とCCD転送部の基板側分離部で
あるp型領域5とCCDチャンネル6を形成する。この
後、ゲート絶縁膜7を形成する。
あるCCD固体撮像素子の製造工程の断面模式図を示
す。図2において、n型Si基板1にp型ウェル2を形
成し、p型領域3,4とCCD転送部の基板側分離部で
あるp型領域5とCCDチャンネル6を形成する。この
後、ゲート絶縁膜7を形成する。
【0013】図3において、転送ゲート電極8を形成す
る。その後、フォトレジストをマスクとして、分離部で
あるp型領域4に隣接するように、ゲート電極8とセル
フアライメントでリンを700〜1000KeVの加速
エネルギーでイオン注入し、低濃度のn型フォトダイオ
ード9を形成する。図4において、同じフォトレジスト
をマスクにリンを300〜500KeVの加速エネルギ
ーで、ゲート電極8とセルフアライメントでイオン注入
し、n型フォトダイオード9内のSi基板1表面に高濃
度のn型領域10を形成する。
る。その後、フォトレジストをマスクとして、分離部で
あるp型領域4に隣接するように、ゲート電極8とセル
フアライメントでリンを700〜1000KeVの加速
エネルギーでイオン注入し、低濃度のn型フォトダイオ
ード9を形成する。図4において、同じフォトレジスト
をマスクにリンを300〜500KeVの加速エネルギ
ーで、ゲート電極8とセルフアライメントでイオン注入
し、n型フォトダイオード9内のSi基板1表面に高濃
度のn型領域10を形成する。
【0014】図5において、フォトダイオード表面の高
濃度p型領域11と絶縁膜12とAL遮光膜13と保護
膜14をこの順序で形成して、CCD固体撮像素子を製
造する。図1に示した一実施例のフォトダイオードであ
るn型領域9の真ん中を通り、Si基板1表面から垂直
に基板深部へ向かう方向15に沿った一次元不純物分布
を図6(A)の実線41に示す。基板深部方向15の不
純物領域区分を33の実線に表す。また、従来例の単一
なフォトダイオード構造の単一なフォトダイオード21
(図7(B)参照)の真ん中を通り、Si基板表面から
垂直に基板深部へ向かう方向32に沿った一次元不純物
分布を図6(A)の破線42に示し、基板深部方向32
の不純物領域区分を34の実線に表す。実線41では、
フォトダイオードに高濃度のn型領域10が、Si基板
1表面側にあるので、Si基板1に対して透過距離の短
い、約0.4〜0.7μmの短波長帯域(400〜50
0nm)の光は散乱され易い。このため、短波長帯域で
の電子−ホール対が、従来例と比較してより発生しやす
くなる。一方従来例の破線42では、300〜500K
eVの加速エネルギーでイオン注入すると、フォトダイ
オードとp型ウェルとの接合Xj1′43′は、1.1〜
1.5μmとなる。本実施例の実線41では、低濃度n
型フォトダイオード9では、フォトダイオードとp型ウ
ェル2との接合Xj143は、約2μm付近に形成でき
る。このため、Si基板に対する透過距離の長い長波長
帯域(600〜720nm)の光による電子−ホール対
の発生は従来例の場合の2倍になる。
濃度p型領域11と絶縁膜12とAL遮光膜13と保護
膜14をこの順序で形成して、CCD固体撮像素子を製
造する。図1に示した一実施例のフォトダイオードであ
るn型領域9の真ん中を通り、Si基板1表面から垂直
に基板深部へ向かう方向15に沿った一次元不純物分布
を図6(A)の実線41に示す。基板深部方向15の不
純物領域区分を33の実線に表す。また、従来例の単一
なフォトダイオード構造の単一なフォトダイオード21
(図7(B)参照)の真ん中を通り、Si基板表面から
垂直に基板深部へ向かう方向32に沿った一次元不純物
分布を図6(A)の破線42に示し、基板深部方向32
の不純物領域区分を34の実線に表す。実線41では、
フォトダイオードに高濃度のn型領域10が、Si基板
1表面側にあるので、Si基板1に対して透過距離の短
い、約0.4〜0.7μmの短波長帯域(400〜50
0nm)の光は散乱され易い。このため、短波長帯域で
の電子−ホール対が、従来例と比較してより発生しやす
くなる。一方従来例の破線42では、300〜500K
eVの加速エネルギーでイオン注入すると、フォトダイ
オードとp型ウェルとの接合Xj1′43′は、1.1〜
1.5μmとなる。本実施例の実線41では、低濃度n
型フォトダイオード9では、フォトダイオードとp型ウ
ェル2との接合Xj143は、約2μm付近に形成でき
る。このため、Si基板に対する透過距離の長い長波長
帯域(600〜720nm)の光による電子−ホール対
の発生は従来例の場合の2倍になる。
【0015】次に、信号電荷がない状態での電位分布を
用いて、読み出し電圧について説明する。この発明の一
実施例での一次元不純物分布の実線41に沿った電位分
布を図6(B)の実線44に示す。従来例での一次元不
純物分布の破線42に沿った電位分布を図6(B)の破
線45に示す。この発明の一実施例でのゲート下の信号
電荷読み出し電圧制御部近傍の断面拡大図を図7(A)
に示す。従来例でのゲート下の信号電荷読み出し電圧制
御部近傍の断面拡大図を図7(B)に示す。
用いて、読み出し電圧について説明する。この発明の一
実施例での一次元不純物分布の実線41に沿った電位分
布を図6(B)の実線44に示す。従来例での一次元不
純物分布の破線42に沿った電位分布を図6(B)の破
線45に示す。この発明の一実施例でのゲート下の信号
電荷読み出し電圧制御部近傍の断面拡大図を図7(A)
に示す。従来例でのゲート下の信号電荷読み出し電圧制
御部近傍の断面拡大図を図7(B)に示す。
【0016】図7において、実線51は、実施例での読
み出し時に形成される信号電荷の読み出し経路を示す。
破線52は、従来例での読み出し時に形成される信号電
荷の読み出し経路を示す。図7(A)では、従来例での
信号電荷読み出し経路52を重ね合わせて図示する。図
8の実線61,62は、読み出し前と,読み出し時の読
み出し経路51に対するフォトダイオード領域9からC
CD転送チャンネル6への方向の電位曲線を示す。図8
の実線63,矢印64は、従来例での読み出し前,読み
出し時の読み出し経路52のフォトダイオード領域21
からCCD転送チャンネル6への方向のポテンシャル曲
線を示す。
み出し時に形成される信号電荷の読み出し経路を示す。
破線52は、従来例での読み出し時に形成される信号電
荷の読み出し経路を示す。図7(A)では、従来例での
信号電荷読み出し経路52を重ね合わせて図示する。図
8の実線61,62は、読み出し前と,読み出し時の読
み出し経路51に対するフォトダイオード領域9からC
CD転送チャンネル6への方向の電位曲線を示す。図8
の実線63,矢印64は、従来例での読み出し前,読み
出し時の読み出し経路52のフォトダイオード領域21
からCCD転送チャンネル6への方向のポテンシャル曲
線を示す。
【0017】フォトダイオード内に高濃度n型領域10
を形成するので、最小電位位置(φ min 点)は、従来例
では、図6(B)で、ほぼフォトダイオードの真ん中の
47′の位置から、Si基板1表面に近い高濃度n型領
域10内の47の位置へ移動する。このため、信号電荷
の読み出し経路は、図7(A)のO−B線52(OBと
記す)からO−B′線51(OB′と記す)になる。図
7(A)より、三平方の定理にしたがい、 OA2 +AB′2 =OB′2 OA2 +AB2 =OB2 AB′2 <AB2 より、OB′2 <OB2 であるので、信号電荷読み出し経路長は短くなる。
を形成するので、最小電位位置(φ min 点)は、従来例
では、図6(B)で、ほぼフォトダイオードの真ん中の
47′の位置から、Si基板1表面に近い高濃度n型領
域10内の47の位置へ移動する。このため、信号電荷
の読み出し経路は、図7(A)のO−B線52(OBと
記す)からO−B′線51(OB′と記す)になる。図
7(A)より、三平方の定理にしたがい、 OA2 +AB′2 =OB′2 OA2 +AB2 =OB2 AB′2 <AB2 より、OB′2 <OB2 であるので、信号電荷読み出し経路長は短くなる。
【0018】同様に、図7(A)のフォトダイオードと
CCD転送チャンネル6との間のp型領域4の距離も短
くなる(D′E′2 <DE2 )。このためp型領域4内
に信号読み出し経路を形成するためのゲート駆動電圧の
値を低減できる。一方、Si基板1表面から深さ方向1
5に沿って、信号電荷のない状態での、各不純物領域の
電位差を式で表わすと、 V1 =A×(1/2)×NA1×WA1 2 ───── (1) V2 =A×(1/2)×ND2×WD2 2 ───── (2) V3 =A×(1/2)×ND2×WD3 2 ───── (3) V4 =A×(1/2)×NA4×WA4 2 ───── (4) となる。ここで、 A:定数 NA1:p型領域11の平均不純物濃度 ND2:フォトダイオードの平均不純物濃度 NA4:p型ウェル2の平均不純物濃度 WA1:p型領域11内の空乏層幅 WD2:フォトダイオードの最小電位位置−p型領域11
とフォトダイオードとの接合の距離 WD3:フォトダイオードとpウェル2との接合−フォト
ダイオードの最小電位位置 WA4:p型ウェル2内の空乏層幅 を示す。また、フォトダイオードの最小電位φmim は、
上式の和で表わされ、 φmim =V1 +V2 +Vp11 ──── (5) φmim =V3 +V4 +Vp2 ──── (6) となる。
CCD転送チャンネル6との間のp型領域4の距離も短
くなる(D′E′2 <DE2 )。このためp型領域4内
に信号読み出し経路を形成するためのゲート駆動電圧の
値を低減できる。一方、Si基板1表面から深さ方向1
5に沿って、信号電荷のない状態での、各不純物領域の
電位差を式で表わすと、 V1 =A×(1/2)×NA1×WA1 2 ───── (1) V2 =A×(1/2)×ND2×WD2 2 ───── (2) V3 =A×(1/2)×ND2×WD3 2 ───── (3) V4 =A×(1/2)×NA4×WA4 2 ───── (4) となる。ここで、 A:定数 NA1:p型領域11の平均不純物濃度 ND2:フォトダイオードの平均不純物濃度 NA4:p型ウェル2の平均不純物濃度 WA1:p型領域11内の空乏層幅 WD2:フォトダイオードの最小電位位置−p型領域11
とフォトダイオードとの接合の距離 WD3:フォトダイオードとpウェル2との接合−フォト
ダイオードの最小電位位置 WA4:p型ウェル2内の空乏層幅 を示す。また、フォトダイオードの最小電位φmim は、
上式の和で表わされ、 φmim =V1 +V2 +Vp11 ──── (5) φmim =V3 +V4 +Vp2 ──── (6) となる。
【0019】ここで、NA1≒0よりV1 ≒0、Vp11 =
0(接地電位)、フォトダイオードの飽和電荷量を十分
大きくするためにVp2≒0である。すると、式(5),
(6)は、 φmim =V2 ──── (5′) φmim =V3 +V4 ──── (6′) と記述できる。
0(接地電位)、フォトダイオードの飽和電荷量を十分
大きくするためにVp2≒0である。すると、式(5),
(6)は、 φmim =V2 ──── (5′) φmim =V3 +V4 ──── (6′) と記述できる。
【0020】フォトダイオードとなるn型領域9は、図
6(A)の破線42の従来例のフォトダイオード21と
比較して、低濃度である。つまり、ND2′≫N
D2(ND2′は従来例のフォトダイオードの平均濃度であ
り、ND2はこの発明の一実施例のフォトダイオードの平
均濃度である)であるので、式(3)、(6′)より、
フォトダイオードの電位の増加に関係しない。
6(A)の破線42の従来例のフォトダイオード21と
比較して、低濃度である。つまり、ND2′≫N
D2(ND2′は従来例のフォトダイオードの平均濃度であ
り、ND2はこの発明の一実施例のフォトダイオードの平
均濃度である)であるので、式(3)、(6′)より、
フォトダイオードの電位の増加に関係しない。
【0021】高濃度なn型領域10は、900℃の低温
アニールは行うが、ほとんど拡散しないため、狭い領域
に形成される。このため、フォトダイオードの最小電位
位置(φmim 点)が、高濃度n型領域10に移り、
WD2′≫WD2となって、式(2)よりV2 ′≫V2 とな
る。よって、式(5′)より、フォトダイオードの最小
電位φmin は、浅くなる。ここで、WD2′は、従来例の
フォトダイオードの最小電位位置(φmim ′点46′)
−p型領域11とフォトダイオードとの接合(Xj24
8)の距離、WD2は、この発明の一実施例のフォトダイ
オードの最小電位位置(φmim 点46)−p型領域11
とフォトダイオートとの接合(Xj248)の距離を表
す。また、V2 ′は、従来例のV2 、V2 はこの発明の
一実施例のV2 をそれぞれ示す。
アニールは行うが、ほとんど拡散しないため、狭い領域
に形成される。このため、フォトダイオードの最小電位
位置(φmim 点)が、高濃度n型領域10に移り、
WD2′≫WD2となって、式(2)よりV2 ′≫V2 とな
る。よって、式(5′)より、フォトダイオードの最小
電位φmin は、浅くなる。ここで、WD2′は、従来例の
フォトダイオードの最小電位位置(φmim ′点46′)
−p型領域11とフォトダイオードとの接合(Xj24
8)の距離、WD2は、この発明の一実施例のフォトダイ
オードの最小電位位置(φmim 点46)−p型領域11
とフォトダイオートとの接合(Xj248)の距離を表
す。また、V2 ′は、従来例のV2 、V2 はこの発明の
一実施例のV2 をそれぞれ示す。
【0022】したがって、信号電荷読み出し時には、図
8のフォトダイオードとCCD転送チャンネルとの電位
差Δφ64は、従来例での電位差Δφ′64′より大き
くなり、読み出し経路にさらに勾配ができるので、読み
出しが容易になり、残像が発生しない。なお、前記実施
例では、フォトダイオードn型領域9をゲート電極8を
形成した後、セルフアライメントで注入したが、上記の
理由により低濃度の領域であって、ポテンシャルの増大
に寄与しないので、ゲート絶縁膜7を形成する直前にフ
ォトレジストをマスクとして行ってもよい。
8のフォトダイオードとCCD転送チャンネルとの電位
差Δφ64は、従来例での電位差Δφ′64′より大き
くなり、読み出し経路にさらに勾配ができるので、読み
出しが容易になり、残像が発生しない。なお、前記実施
例では、フォトダイオードn型領域9をゲート電極8を
形成した後、セルフアライメントで注入したが、上記の
理由により低濃度の領域であって、ポテンシャルの増大
に寄与しないので、ゲート絶縁膜7を形成する直前にフ
ォトレジストをマスクとして行ってもよい。
【0023】また、前記実施例では、高濃度n型フォト
ダイオードを形成するイオン注入の加速エネルギーを3
00〜500KeVとした。この加速エネルギーは、n
型領域10を高濃度p型領域11の直下部に形成するの
が目的であるので、p型領域11の深さに応じて加速エ
ネルギーを変える。また、前記実施例では、n型領域
9,10を同一のレジストマスクで形成したが、別々の
レジストマスクを用いて形成してもよい。
ダイオードを形成するイオン注入の加速エネルギーを3
00〜500KeVとした。この加速エネルギーは、n
型領域10を高濃度p型領域11の直下部に形成するの
が目的であるので、p型領域11の深さに応じて加速エ
ネルギーを変える。また、前記実施例では、n型領域
9,10を同一のレジストマスクで形成したが、別々の
レジストマスクを用いて形成してもよい。
【0024】また、前記実施例では、n型領域9,10
の形成を連続して行なっているが、n型領域9とn型領
域10との形成の間に、900℃〜1000℃の熱処理
を行なってもよい。さらに、前記実施例では、n型領域
9を形成してから、n型領域10を形成しているが、順
序を変えてn型領域10を先に形成してもよい。
の形成を連続して行なっているが、n型領域9とn型領
域10との形成の間に、900℃〜1000℃の熱処理
を行なってもよい。さらに、前記実施例では、n型領域
9を形成してから、n型領域10を形成しているが、順
序を変えてn型領域10を先に形成してもよい。
【0025】
【発明の効果】この発明の構成によれば、高加速イオン
注入法を用いると、他導電型の低濃度の第2拡散層は一
導電型の第1拡散層の深部に形成される。このため、入
射してきた光の波長帯域のうち、半導体基板の透過距離
の長い長波長帯域の光によって光電変換率が高められ、
長波長帯域での分光特性を良化させる。また、半導体基
板表面の一導電型の第4拡散層直下の他導電型の高濃度
の第3拡散層は、低濃度である単一なフォトダイオード
の場合よりも、光の散乱確率が高くなる。このため、特
に透過距離の浅い短波長帯域の分光特性を良化させる。
よって、広帯域な分光特性が得られる。
注入法を用いると、他導電型の低濃度の第2拡散層は一
導電型の第1拡散層の深部に形成される。このため、入
射してきた光の波長帯域のうち、半導体基板の透過距離
の長い長波長帯域の光によって光電変換率が高められ、
長波長帯域での分光特性を良化させる。また、半導体基
板表面の一導電型の第4拡散層直下の他導電型の高濃度
の第3拡散層は、低濃度である単一なフォトダイオード
の場合よりも、光の散乱確率が高くなる。このため、特
に透過距離の浅い短波長帯域の分光特性を良化させる。
よって、広帯域な分光特性が得られる。
【0026】さらに、フォトダイオード内に信号電荷が
ない状態で、ポテンシャルが最小(φmin )となる位置
は、半導体基板表面に近い高濃度な第3拡散層に存在す
る。このため、半導体基板内に形成されたフォトダイオ
ードからCCD転送チャンネルへの信号電荷読み出し経
路長は短くなる。このことから、読み出し経路形成のた
めのゲート電極印加電圧、すなわち読み出し駆動電圧を
低減することができ、かつ残像を引き起こすこともな
い。
ない状態で、ポテンシャルが最小(φmin )となる位置
は、半導体基板表面に近い高濃度な第3拡散層に存在す
る。このため、半導体基板内に形成されたフォトダイオ
ードからCCD転送チャンネルへの信号電荷読み出し経
路長は短くなる。このことから、読み出し経路形成のた
めのゲート電極印加電圧、すなわち読み出し駆動電圧を
低減することができ、かつ残像を引き起こすこともな
い。
【図1】この発明の一実施例であるCCD固体撮像素子
の一画素の断面模式図である。
の一画素の断面模式図である。
【図2】この発明の一実施例であるCCD固体撮像素子
の工程順断面模式図である。
の工程順断面模式図である。
【図3】この発明の一実施例であるCCD固体撮像素子
の工程順断面模式図である。
の工程順断面模式図である。
【図4】この発明の一実施例であるCCD固体撮像素子
の工程順断面模式図である。
の工程順断面模式図である。
【図5】この発明の一実施例であるCCD固体撮像素子
の工程順断面模式図である。
の工程順断面模式図である。
【図6】Si基板表面から基板深部に向かう方向の不純
物分布とポテンシャルを示す図である。
物分布とポテンシャルを示す図である。
【図7】CCD固体撮像素子のゲート下の信号電荷読み
出し制御部近傍の断面拡大図である。
出し制御部近傍の断面拡大図である。
【図8】CCD固体撮像素子の信号電荷読み出し経路の
ポテンシャル分布を示す図である。
ポテンシャル分布を示す図である。
1 Si基板(半導体基板) 2 p型ウェル(第1拡散層) 6 CCD転送チャンネル 7 ゲート絶縁膜 8 ゲート電極 9 低濃度n型領域(低濃度の第2拡散層) 10 高濃度n型領域(高濃度の第3拡散層) 11 p型領域(第4拡散層)
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 8617−4M H01L 21/265 V 8422−4M 31/10 A
Claims (2)
- 【請求項1】 半導体基板と、この半導体基板上に形成
した一導電型の第1拡散層と、この第1拡散層内の深部
に選択的に形成した他導電型の低濃度の第2拡散層と、
この低濃度の第2拡散層上に形成した他導電型の高濃度
の第3拡散層と、この高濃度の第3拡散層上に形成した
一導電型の第4拡散層と、前記第1拡散層に形成したC
CD転送チャンネルと、前記半導体基板上に形成したゲ
ート絶縁膜と、前記CCD転送チャンネルの上方で前記
ゲート絶縁膜上に形成したゲート電極とを備えた固体撮
像装置。 - 【請求項2】 半導体基板上に一導電型の第1拡散層を
形成する工程と、前記第1拡散層にCCD転送チャンネ
ルを形成する工程と、前記半導体基板上にゲート絶縁膜
を形成する工程と、前記CCD転送チャンネルの上方で
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、フ
ォトレジストをマスクとして高加速イオン注入法にて前
記第1拡散層内の深部に選択的に他導電型の低濃度の第
2拡散層を形成する工程と、前記低濃度の第2拡散層上
にフォトレジストをマスクとして高加速イオン注入法に
て他導電型の高濃度の第3拡散層を形成する工程と、前
記高濃度の第3拡散層上に一導電型の第4拡散層を形成
する工程とを含む固体撮像装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5099139A JPH06310702A (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5099139A JPH06310702A (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06310702A true JPH06310702A (ja) | 1994-11-04 |
Family
ID=14239382
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5099139A Pending JPH06310702A (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06310702A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0923020A (ja) * | 1995-02-27 | 1997-01-21 | Consorzio Per La Ric Sulla Microelettronica Nel Mezzogiorno | 半導体粒子検出器およびその製造方法 |
US6528342B2 (en) | 1996-09-19 | 2003-03-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Solid state imaging apparatus, method of manufacturing the same and video system using such solid state imaging apparatus |
-
1993
- 1993-04-26 JP JP5099139A patent/JPH06310702A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0923020A (ja) * | 1995-02-27 | 1997-01-21 | Consorzio Per La Ric Sulla Microelettronica Nel Mezzogiorno | 半導体粒子検出器およびその製造方法 |
US5854506A (en) * | 1995-02-27 | 1998-12-29 | Consorzio Per La Ricerca Sulla Microelettronica Nel Mezzogiorno | Semiconductor particle-detector |
US6528342B2 (en) | 1996-09-19 | 2003-03-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Solid state imaging apparatus, method of manufacturing the same and video system using such solid state imaging apparatus |
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