JPH07107928B2

JPH07107928B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH07107928B2
Application number: JP61066605A
Authority: JP
Inventors: 道男山村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1986-03-25
Filing date: 1986-03-25
Publication date: 1995-11-15
Anticipated expiration: 2010-11-15
Also published as: CN1009517B; EP0240238A2; CN87102365A; JPS62222667A; KR870009480A; EP0240238A3; KR950014687B1; DE3751342D1; US4984044A; CA1271828A; DE3751342T2; EP0240238B1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、電荷転送装置CTD構成による固体撮像装置に
係わる。

［発明の概要］本発明は、表面に電荷蓄積層が形成される埋込みチャン
ネル型の受光部が形成される固体撮像装置において、そ
の受光部を形成する受光領域下に転送領域側にも延在さ
せた低不純物濃度領域を形成して空乏層の広がりを大に
し、また受光領域の電荷転送領域側に電荷に対するポテ
ンシャルバリア領域を形成することによって、確実にス
ミアの防止をはかる。

〔従来の技術〕

インターライントランスファ方式のCTD型の固体撮像装
置において、その受光部を埋込みチャンネル型MOS構造
とし、表面がピンニングすなわち電荷の蓄積層が生じる
ような動作条件で駆動させることによって表面からの発
生電流による暗電流を著しく減少させることが期待でき
る。第７図はこの種の固体撮像装置の要部の断面図を示
すもので、この例では、ｐ型の基体領域（２）を構成す
るサブストレイト上にｎ型の半導体層（３）が設けられ
て成るシリコン半導体基板（１）より成り、基板（１）
の半導体層（３）を有する側の主面（1a）側に、受光部
（４）を各垂直ライン毎に配列された電荷転送部（５）
すなわち垂直シフトレジスタと、図示しないが、水平シ
フトレジスタ等が設けられる。

受光部（３）はｎ型半導体層（３）自体より成り、図示
しないがチャンネルストッパー領域によって水平、垂直
方向に夫々複数個配列するように区分された受光領域
（６）によって構成される。そして、これら受光領域
（６）に隣接してｐ型のオーバーフロー制御領域（７）
を介してｎ型のオーバーフロードレイン領域（８）が設
けられる。

垂直シフトレジスタ部（５）は、半導体層（４）に選択
的に形成されたｐ型のウェル領域（９）上にｎ型の電荷
転送領域（10）が設けられて成る。

基板（１）の主面（1a）上にはSiO₂等光透過性誘電体層
（11）が設けられる。

そして、この誘電体層（11）上の受光部（４）と垂直シ
フトレジスタ部すなわち電荷転送部（５）との間に受光
部（４）の信号電荷をシフトレジスタ部（５）の電荷転
送領域（10）に電荷転送制御する転送制御電極（13）が
被着されて転送制御部（12）が構成される。この転送制
御電極（13）は、例えば、シフトレジスタ部（５）の一
部の転送電極と共通に構成される。

また、受光部（４）の前方、すなわち受光部（４）上の
誘電体層（11）上に、光透過性の前方電極（14）が、オ
ーバフロー制御領域（７）上と、オーバーフロードレイ
ン領域（８）上に跨って、全面的に被着される。

転送制御電極（13）と、前方電極（14）とは、例えば多
結晶シリコン層によって形成し得、受光部（４）以外の
表面には図示しないが遮光材が被着される。各電極間、
例えば前方電極（14）下に配置される転送電極（13）等
の各電極の表面には、SiO₂等の絶縁層（15）が被着され
て、電気的絶縁がはかられる。

このような構成において、前方電極（14）に所要の負の
電位を与えて受光領域（６）の表面に正の電荷の蓄積層
を生成し、表面より内部に埋込みチャンネルを形成す
る。このとき、実際の前方電極（14）への印加電圧は、
耐圧等から制約を受け、埋込みチャンネルでのポテンシ
ャルの最低点は高々数Ｖに過ぎず、これに受光によって
発生した電荷、すなわち電子が蓄積するとこの受光領域
（６）下に生じる空乏層の広がり厚さは、実際上高々２
〜３μｍ程度である。一方、信号電荷が基板内部から他
の受光領域（６）或いはシフトレジスタ部（５）の電荷
転送領域（10）へと流れ込むことによる撮像画像の乱
れ、いわゆるスミアの発生は、上述した受光領域（６）
下の空乏層の厚さに依存し、この厚さが小さくなるほど
大となるものであり、上述した２〜３μｍ程度の空乏層
の広がり厚さでは充分なスミア防止をなし難い。

尚、表面に電荷蓄積層を形成するようにしたピンニング
MOSタイプのCCDイメージセンサについては、例えば1984
年テレビジョン学会全国大会予稿集41〜42頁に開示され
ているところである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、表面に電荷蓄積層を形成するようにした埋込
みチャンネル型の固体撮像装置において、上述した空乏
層の広がりが小さいことによるスミア発生の問題を確実
に解決すると共に、更に、後述するところから明らかな
ように、これに伴う諸問題の解決をはかる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、第１導電型の基体領域と、埋込みチャンネル
型の受光部を構成する第２導電型の受光領域と、この受
光領域表面に形成された電荷蓄積層とを有する固体撮像
装置において、受光領域下にこの受光領域と接して基体
領域との間に形成された基体領域よりも不純物濃度の低
い第２導電型の低不純物濃度領域と、第２導電型の電荷
転送領域と、受光領域と電荷転送領域間に形成された転
送制御部とを有し、低不純物濃度領域は、受光領域の電
荷転送領域側の側部に延在して形成され、転送制御領域
内の低濃度領域と電荷転送領域との間にポテンシャルバ
リアを形成する第１導電型領域が形成された構成とす
る。

［作用］上述の本発明構成では、基体濃度より低濃度の低濃度領
域を受光領域に接して設けたことにより空乏層の広がり
を大とすることができるとともに、この低濃度領域を受
光領域の、電荷転送領域側の側部に延在して設けたこ
と、低濃度領域と電荷転送領域との間にポテンシャルバ
リアを形成したことにより、受光部に斜めに入射する光
によるスミアの発生を効果的に抑制することができる。

［実施例］本発明装置の実施例を説明する。

本発明は、第１図にその要部の略線的拡大断面図を示す
ように、半導体基板（21）を有して成る。半導体基板
（21）は、第１導電型例えばｐ型の基体領域（22）を有
し、これの上に低不純物濃度領域（23）を介して、基板
（21）の基体領域（22）を有する側とは反対側の主面
（21a）に臨んで、水平及び垂直方向に夫々複数個の第
２導電型例えばｎ型の受光領域（26）を設けて受光部
（24）を構成している。そして、例えば垂直方向の共通
の列上に配列された受光領域（36）に対してこれら領域
（36）に沿って存在する電荷転送部（25）、すなわち垂
直シフトレジスタ部を構成する。この電荷転送部（25）
は、第２導電型の電荷転送領域（30）を、例えば第１導
電型より成るウェル領域（29）上に形成することによっ
ても構成する。

基板（21）の主面（21a）上には、SiO₂等の光透過性誘
電体層（31）を被着し、この誘電体層（31）上の受光部
（24）と電荷転送部、すなわち垂直シフトレジスタ部
（25）との間に受光部（24）の信号電荷をシフトレジス
タ部（25）に転送制御する転送制御電極（33）が被着さ
れた転送制御部（32）を構成する。この転送制御電極
（33）は、例えびシフトレジスタ部（25）の一部の転送
電極と共通に構成し得る。

一方各受光領域（26）を例えば囲むように隣接して第１
導電型のオーバフロー制御領域（27）を介して第２導電
型のオーバフロードレイン領域（28）が設けられる。

また、受光部（24）の前方、すなわち受光部（24）上の
誘電体層（31）上に光透過性の前方電極（34）が、オー
バフロー制御領域（27）上とオーバフロードレイン領域
（28）上に跨って、全面的に被着される。

転送制御装置（33）と、前方電極（34）とは、例えば多
結晶シリコン層によって形成し得、受光部（24）以外の
表面には図示しないが遮光材が被着される。各電極間、
例えば前方電極（34）下に配置される転送電極（33）等
の各電極の表面には、SiO₂等の絶縁層（35）が被着され
て、電気的絶縁がはかられる。

（36）は、基板（21）の主面（21a）に形成されたチャ
ンネルストップ領域で、互いに分離すべき部分間の位置
に、例えば各シフトレジスタ部（25）、受光部（24）等
を囲んで設けられる。

上述の固体撮像装置において、前方電極（34）に所要の
負の電位を与えて受光領域（６）の表面に正の電荷の蓄
積層を生成し、表面より内部に埋込みチャンネルを形成
する。この場合受光領域（26）下に低不純物濃度領域
（23）を配したことにより受光領域（26）を横切る厚さ
方向の電位分布は第２図に実線で示すように、空乏層が
広がる。この状態で、受光領域（26）に光が入射し、キ
ャリア、図示の場合電子が発生するとポテンシャルの谷
にこれが蓄積されることにより、そのポテンシャル分布
は破線図示のようになって空乏層は縮まるものの、低不
純物濃度領域（23）の存在によってその空乏層は比較的
広がった状態となり、これにより受光領域（26）からの
キャリアが基体中に漏洩する確率が格段に減少し、この
漏洩した電荷が他の受光部或いは転送部に流れ込むよう
な不都合を減じ、スミアの発生を効果的に回避できるこ
とになる。

そして、上述したように本発明においては、受光領域
（26）下、つまり領域（26）の周囲に低不純物濃度領域
（23）を配置した構成をとるものであるが、この場合、
この受光領域（26）が、転送制御部（32）の転送制御電
極（33）下に入り込んで設けられると、その読み出し、
すなわち受光領域（26）の蓄積電荷をシフトレジスタ部
（25）に転送する際に、つまり、転送制御電極（33）に
正の電圧を印加した場合、ここにおけるポテンシャルが
電極（33）下の他部と相異することになり、ここで受光
領域（26）から電荷転送領域（30）への電荷転送を阻害
するようなポテンシャルの谷が発生してしまうが、上述
の構成においては、受光領域（26）の端縁と転送制御電
極（33）の端縁とを一致させたことにより、このような
不都合が回避できる。第３図はこの場合の受光部（24）
から垂直シフトレジスタ部（25）とを含む部分における
基板（21）の面方向に沿う信号電荷に関与するポテンシ
ャル分布を示すもので、実線は、受光状態、つまり転送
制御電極（33）の印加電圧が例えば0Vとされ、受光領域
（26）に受光により発生した信号電荷例えば電子を蓄積
させている状態を示し、同図中破線は、電極（33）に転
送電圧の例えば10Vが印加され受光領域（26）の信号電
荷を電荷転送領域（30）に転送させた転送時の状態を示
す。このように、読み出し転送時においてその転送制御
部に電荷転送領域（30）に向うポテンシャルの階段状の
一方向の傾むきを形成でき、何らバリヤも一部窪む谷も
生じないのでその電荷転送は効率良く行われる。

第１図を参照して本発明装置の一例を更に詳述するも、
その理解を容易にするために第４図を参照してその製造
方法と共にその工程順に説明する。

先ず、第４図Ａに示すように、基体領域（22）を構成す
るｐ型のシリコンサブストレイト（42）を設け、これの
上或いは、その表面部に、後に形成する受光領域（26）
より低い不純物濃度を有するｎ型の低不純物濃度の半導
体層（43）を気相成長法によって、或いはｎ型の不純物
をサブストレイト（42）の一主面の全面に亘ってイオン
注入法若しくは拡散法によって導入することによって形
成して、半導体基板（21）を構成する。

第４図Ｂに示すように、半導体層（43）に、選択的にｐ
型の不純物を比較的深く、例えばサブストレイト（42）
に到る深さにイオン注入法、拡散法等によって形成し、
ｐ型のウェル領域（29）を形成する。また、同様にｐ型
の不純物をイオン注入法、拡散法等によって選択的に導
入してオーバフロー制御領域（27）と、更にチャンネル
ストップ領域（27）と、更にチャンネルストップ領域
（36）を形成する。

第４図Ｃに示すように、領域（27）の外側をウェル領域
（29）上に夫々選択的にｎ型の不純物をイオン注入法、
拡散法等によって導入してオーバフロードレイン領域
（28）と電荷転送部、すなわち垂直シフトレジスタ部
（25）の電荷転送領域（30）を形成する。

第４図Ｄに示すように、基板（１）のサブストレイト
（42）を有する側とは反対側の主面（1a）に表面熱酸化
よるSiO₂等の誘電体層（31）を被着形成する。そしてこ
れの上に例えば比抵抗の小さい多結晶シリコン層を全面
的に化学的気相成長法（CVD法）等によって形成し、そ
の後これを所定のパターンにフォトエッチングし、転送
制御電極（33）を形成する。

第４図Ｅに示すように、転送制御電極（33）を少なくと
もマスクにしてｎ型の不純物例えばりんＰをイオン注入
して受光領域（26）を形成する。

そして、電極（33）の表面に、例えばこれ自体を熱酸化
することによって絶縁層（35）を形成して、これの上に
電極（33）におけると同様の多結晶シリコン層による前
方電極（34）を被着形成する。

このようにすれば、半導体層（43）の一部により、低不
純物濃度領域（23）が形成された第１図と同様の構成に
よる撮像装置が構成される。尚、実際上は、基板（21）
に、上述した各工程中においてインタライトランスファ
ー方式による撮像装置を構成する他の各部例えば水平シ
フトレジスタ部、出力回路等が形成される。

また、第１図及び第４図で示した例においては、ウェル
領域（29）上に電荷転送領域（30）が、領域（29）の輪
廓より内側に、すなわち領域（29）の一部が垂直シフト
レジスタ部（25）と受光部（24）間において基板（21）
の表面に臨むようにした場合で、この場合、ウェル領域
（29）の存在によって、何らかの原因で基板内部に流れ
込んだ信号電荷がシフトレジスタ部（25）の電荷転送領
域（30）に入り込むことを回避できスミアの発生の抑制
を行うことができるという効果を奏すると共に、これが
表面に臨んでいるということによって、第３図に示した
ポテンシャル図でわかるように、その受光時に、受光領
域（26）と電荷転送領域（30）との間に高いポテンシャ
ルのバリアを形成できることから電荷転送領域（30）に
不必要な電荷の流れ込みが生じることを回避できる。し
かしながらこのウエル領域（29）は、第５図或いは第６
図に示すように、電荷転送領域（30）下に限定的に形成
し、第５図に示す例のように基板（21）の表面にバリア
となる領域（51）を設けるか、或いは、第６図に示すよ
うに低不純物濃度領域（23）によるバリアのみとするこ
ともできる。

また、図示した各例は、信号電荷が電子である固体撮像
装置であるが、信号電荷がホールである場合は、各部の
導電型は図示とは逆の導電型に選定される。

〔発明の効果〕

上述したように本発明によれば、受光部を埋込みチャン
ネル型としたことによって暗電流の減少化をはかること
ができる。そして、受光領域（26）に接して低不純物濃
度領域（23）を形成したことにより空乏層の広がりを大
にしたことによりスミアの発生を効果的に抑制できるも
のであるが、更にこの不純物濃度領域（23）を受光領域
（26）下からこの受光領域（26）の電荷転送領域（30）
側に延在して形成したこと、また受光領域（26）の電荷
転送領域（30）間にポテンシャルバリアを形成するよう
にしたことより、受光部から斜めに入射する光によって
発生する電荷によるスミアを確実に回避することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の要部の略線的拡大断面図、第２図
及び第３図はその説明に供する電位分布図、第４図は本
発明装置の一例の製法の一例を示す工程図、第５図及び
第６図は夫々本発明装置の他の例の要部の略線的拡大断
面図、第７図は従来装置の要部の拡大断面図である。（21）は半導体基板、（22）は基体領域、（23）は低不
純物濃度領域、（24）は受光部、（26）はその受光領
域、（25）は電荷転送部（垂直シフトレジスタ部）、
（30）はその電荷転送領域、（32）は転送制御部、（3
3）はその転送抑制電極である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電型の基体領域と、埋込みチャンネル型の受光部を構成する第２導電型の受
光領域と、該受光領域表面に形成された電荷蓄積層とを有する固体
撮像装置において、上記受光領域下に該受光領域と接して上記基体領域との
間に形成された上記基体領域よりも不純物濃度の低い第
２導電型の低不純物濃度領域と第２導電型の電荷転送領域と、上記受光領域と上記電荷転送領域間に形成された転送制
御部とを有し、上記低不純物濃度領域は、上記受光領域の上記電荷転送
領域側の側部に延在して形成され、上記転送制御部における上記低不純物濃度領域と上記電
荷転送領域との間にポテシャルバリアを形成する第１導
電型領域が形成されてなることを特徴とする固体撮像装
置。