JPH0677453A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPH0677453A
JPH0677453A JP4228676A JP22867692A JPH0677453A JP H0677453 A JPH0677453 A JP H0677453A JP 4228676 A JP4228676 A JP 4228676A JP 22867692 A JP22867692 A JP 22867692A JP H0677453 A JPH0677453 A JP H0677453A
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川 賢 一 荒
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 固体撮像装置のスミアを改善する。 【構成】 固体撮像装置の信号電荷を移動する転送チャ
ネル下のバリアウェルに低濃度領域またはバリアウェル
に隙間を設けた構造にする。これにより、バルク中にお
けるチャネルにかかるフリンジ電界を部分的に高めるこ
とができる。これを転送チャネルに沿って形成し、信号
電荷が高いフリンジ電界によってチャネルを高速で移動
する経路を確保し、高速動作における信号電荷の転送効
率の低下を抑制すると共に周囲のバリアウェルによって
スミア電荷の侵入を防止する。 【効果】 高速で動作する固体撮像装置のスミアを改善
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置のスミア
の低減に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の固体撮像装置の例について図面を
参照して説明する。図5は、インターライン転送(I
T,Interline Transfer) 型固体撮像装置の感光部の断
面図であり、n型半導体基板1内にp型の不純物ウェル
2が形成されている。このpウェル2内に、入射光量に
応じた信号電荷を発生する埋め込み型フォトダイオード
3と、紙面に垂直な方向に信号電荷を転送する垂直転送
チャネル4が形成される。この垂直転送チャネル4の上
にシリコン酸化膜の絶縁膜を介して金属電極8が形成さ
れる。金属電極8は、高電界を与えてフォトダイオード
3に蓄積された信号電荷を垂直転送チャネル4に取り込
むゲートの役割と、複数の電極による移動電界を与えて
垂直転送チャネル4内の信号電荷を一方向に搬送する役
割を担っている。フォトダイオード3は、半導体基板表
面で発生する暗電流を低減するために半導体基板表面に
+ 型不純物層を設けた構造となっている。転送チャネ
ル4の周りには、転送チャネル4へのスミア電荷の混入
を抑止するためのp型バリアウェル5が形成されてい
る。p型バリアウェル5は、転送チャネル4の空乏層の
延びを押さえるために、pウェル2よりも1桁程度不純
物濃度が高くなっている。また、転送チャネル4に隣接
してp型の不純物よりなる素子分離層6が形成されてい
る。なお、絶縁膜、保護膜等は記載が省略されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】固体撮像装置には、I
T型とフレームインターライン転送(FIT,Frame In
terline Transfer) 型との2つの方式がある。IT型で
はフォトダイオードと転送部が水平方向に交互に配置さ
れた感光部を有するのに対し、FIT型ではこの感光部
の他に転送部からなる蓄積部を加えもっている。テレビ
信号の垂直帰線期間内において、IT型固体撮像装置で
はフォトダイオードから隣接する転送部に信号電荷を移
動するのに対し、FIT型固体撮像装置ではフォトダイ
オードから隣接する転送部に信号電荷を移動し、さらに
信号電荷を蓄積部に転送する。このため、FIT型固体
撮像装置では信号電荷の移動距離が長くなり、転送チャ
ネル内の電荷を高速で移動させなければならない。
【0004】しかし、前記したスミア防止に有効なバリ
アウェル5を有する構造を固体撮像装置に設けると、半
導体基板内部への垂直転送チャネルの4の空乏層の延び
が押さえられ、バルク中における転送チャネルにかかる
フリンジ電界が小さくなって転送効率が低下する。信号
電荷を高速で移動させるFIT型固体撮像装置では、バ
リアウェル5を設けると、特に、低レベルの信号電荷を
転送するときに垂直解像度が低下するという不具合が生
ずる。従って、FIT型固体撮像装置では、信号電荷の
垂直転送の高速動作を優先してバリアウェル5を設けず
にバルク中のフリンジ電界を高めるか、あるいは高速動
作を犠牲にして転送周波数を下げて必要な転送効率が得
られる範囲内で使用する他ない。
【0005】よって、本発明は、低レベルの信号電荷を
転送する場合でも垂直解像度を低下させずに、スミアを
低減することができる固体撮像装置を提供することを目
的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の固体撮像装置は、一導電型の半導体基板
と、上記半導体基板に形成されて入射光量に応じた信号
電荷を発生する上記半導体基板と逆導電型の感光画素
と、信号電荷を転送する上記半導体基板と逆導電型の転
送チャネルと、上記転送チャネルに電界を与える電極
と、上記半導体基板内で発生した電荷が上記転送チャネ
ルに侵入するのを防止するために上記転送チャネルを覆
うように形成される上記半導体基板と逆導電型のバリア
ウェルとを備え、上記バリアウェルは、上記転送チャネ
ル下において上記転送チャネルに沿って形成された隙間
領域あるいは低不純物濃度の領域を有する、ことを特徴
とする。
【0007】
【作用】固体撮像装置の信号電荷を移動する転送チャネ
ル下のバリアウェルに低濃度領域またはバリアウェルに
隙間を設けた構造にする。これにより、バルク中におけ
るチャネルのフリンジ電界を部分的に高めることができ
る。これを転送チャネルに沿って形成し、信号電荷が高
いフリンジ電界によってチャネルを高速で移動する経路
を確保し、高速動作における信号電荷の転送効率の低下
を抑制すると共に周囲のバリアウェルによってスミア電
荷の侵入を防止する。
【0008】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は、固体撮像装置の感光部の断面図で
あり、図5と対応する部分には同一符号を付している。
【0009】図1において、n型半導体基板1内にp型
の不純物ウェル2が形成されている。このpウェル2内
に、埋め込み型フォトダイオード3と、紙面に垂直な方
向に電荷を転送する垂直転送チャネル4が形成される。
垂直転送チャネル4は、例えば、不純物濃度が1×10
17cm-3であり、この垂直転送チャネル4の上には絶縁膜
を介して電極8が設けられる。フォトダイオード3は、
半導体基板表面で発生する暗電流を低減するために半導
体基板表面にp+ 型不純物層を設けた構造となってい
る。また、転送チャネル4に隣接してp型の不純物より
なる素子分離層6が形成されている。転送チャネル4の
周りには、スミア電荷の混入を抑止するためのp型バリ
アウェル層5aが設けられている。p型バリアウェル5
aは、例えば、不純物濃度が1×1016cm-3であり、転
送チャネル4の空乏層の延びを押さえるために、pウェ
ル2よりも1桁程度不純物濃度が高くなっている。この
バリアウェル層5aは垂直転送チャネル下に隙間を有す
る構造となっており、バリアウェル層5aの該隙間は転
送チャネルの信号電荷の転送方向(紙面と垂直な方向)
と平行に設けられている。この隙間は転送チャネルの下
であればどこでも良い。このような構造は、高加速のイ
オン注入装置にて垂直転送チャネル4の両端部近傍にイ
オン注入を行ってバリアウェルを5aを形成し、垂直転
送チャネル4の側壁にある素子分離層6と接合させるこ
とで得られる。この場合には、バリアウェル5aの熱拡
散が抑えられるため、垂直転送チャネル4のn型不純物
プロファイルを殆ど変えずに済む利点がある。また、垂
直転送チャネル4の両端にこのバリアウェル層5aを熱
拡散によって形成しても良い。この場合には、垂直転送
チャネル4のn型不純物がバリアウェル層5aのp型不
純物層で相殺されるため、転送チャネル濃度を補う必要
がある。
【0010】このような半導体構造にすると、半導体基
板表面から内部に向かう電位分布は図4に示すようにな
る。本図においては下方ほど電位が高くなるように記し
てある。同図において、実線は図1におけるバリアウェ
ル5aを含まないA−A′方向における電位分布、点線
は図1におけるバリアウェル5aを含むB−B′方向に
おける電位分布を示している。これにより、バリアウェ
ル5aが形成された転送チャネル4の両側部分では転送
チャネルのウェル側への空乏化位置が半導体基板表面側
へ近ずくと共にn基板からウェル側への空乏化位置も半
導体基板側へ近ずく為転送チャネル4へのスミア電荷の
侵入を阻止するように作用する。バリアウェル5aが形
成されない転送チャネル4の下部ではウェル電位の最も
低い障壁位置は半導体基板内部となり、フリンジ電界が
高くなり、信号電荷の電荷転送方向への移動を促進する
ように作用する。又本例のA−A′方向の電位分布にお
いてウェル電位が空乏化されている例を記しているが、
この限りでなく、転送チャネルからウェル側への空乏化
位置がB−B′より基板内部側へ深くなっていればよ
い。
【0011】なお、転送チャネルの両側に別々にバリア
ウェルを設けたこのような構造では、例えば、異なるバ
リアウェル層形成のマスクを用いることにより、個々の
バリアウェルの不純物濃度を、別々に設定することがで
きる。この技術を用いると、例えば、読出ゲートと反対
側のバリアウェルの不純物濃度を高めることができる。
これにより、n型転送チャネルからウェル側への空乏化
位置はさらに浅く(半導体基板表面側)でき、一層のス
ミア低減が可能となる。
【0012】図2は、他の実施例を示している。同図に
おいて図1と対応する部分は同一符号を付しており、か
かる部分の説明は省略する。図2の構成では、バリアウ
ェル5bは、不純物濃度の高い領域と低い領域とを持っ
た2重ウェル構造となっている。そして、2重ウェル構
造の垂直転送チャネル4に接する一部が局部的に不純物
濃度が低い領域のみとなっている。このため、基板内部
のウェル障壁電位の高い部分が生じて転送チャネルのウ
ェル側への空乏化位置が深くなり、フリンジ電界が信号
電荷に作用し、図1に示す構成と同様の効果が期待でき
る。
【0013】図3は、更に、他の実施例を示している。
同図において図1と対応する部分は同一符号を付してお
り、かかる部分の説明は省略する。図3の構成では、一
様なp型バリアウェル層に局部的にn型不純物領域7を
形成し、部分的にp型バリアウェル層の不純物濃度を下
げたバリアウェル層5cを形成した例を示す。この場合
にも、低濃度の部分でウェル障壁電位の高い部分が生じ
て転送チャネルのウェル側への空乏化位置が深くなりフ
リンジ電界が信号電荷に作用するようになる。
【0014】このように、垂直転送チャネル下のバリア
ウェル層に転送チャネルに並行に隙間を形成し、あるい
はバリアウェル層に不純物濃度の低い領域を転送チャネ
ルに並行に形成することによって、隣接する領域からの
雑音電荷の転送チャネルへの侵入を阻止しつつ、フリン
ジ電界を信号電荷の移動方向に作用せしめて移動効率を
高めることができる。
【0015】なお、本発明は各種半導体装置の信号電荷
の転送路に適用できるものであり、上述したFIT固体
撮像装置のみならず、IT固体撮像装置、リニアイメー
ジセンサ等に適用して、動作周波数の高速化とスミア防
止とを図ることが可能である。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば垂
直転送チャネル下にバリアウェルを設けても、局部的に
バルク中にフリンジ電界を高めた領域を形成することが
可能になる。従って、FIT型固体撮像装置においても
垂直転送周波数を下げることなく、垂直転送チャネルの
周囲にバリアウェル層を設けることができるため、大幅
にスミアを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の実施例を示す断面図。
【図2】本願発明の他の実施例を示す断面図。
【図3】本願発明の他の実施例を示す断面図。
【図4】実施例の転送チャネルの深さ方向における電位
分布例を示すグラフ。
【図5】従来の固体撮像装置の転送チャネル付近の構造
例を示す断面図。
【符号の説明】
1 n型半導体基板 2 pウェル 3 埋め込みフォトダイオード 4 垂直転送チャネル 5 バリアウェル 6 素子分離層 7 n型不純物層 8 電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一導電型の半導体基板と、 前記半導体基板に形成されて入射光量に応じた信号電荷
    を発生する前記半導体基板と逆導電型の感光画素と、 信号電荷を転送する前記半導体基板と逆導電型の転送チ
    ャネルと、 前記転送チャネルに電界を与える電極と、 前記半導体基板内で発生した電荷が前記転送チャネルに
    侵入するのを防止するために前記転送チャネルを覆うよ
    うに形成される前記半導体基板と逆導電型のバリアウェ
    ルと、を備え、 前記バリアウェルは、前記転送チャネル下において前記
    転送チャネルに沿って形成された隙間領域あるいは低不
    純物濃度の領域を有する、 ことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の固体撮像装置において、 前記隙間領域を有するバリアウェルは、前記隙間領域に
    よって分離された少くとも2つのバリアウェルの不純物
    濃度が異なることを特徴とする固体撮像装置。
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