JPH09289301A - Solid-state imaging device - Google Patents
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置に関
し、特に、光電変換部の、転送ゲートから離れた位置に
おける不純物濃度を低くすることにより、光電変換部に
蓄積されている信号電荷を、できるだけ速く、かつ完全
に、信号読み出し部に転送するようにした固体撮像装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device, and more particularly, by reducing the impurity concentration at a position distant from a transfer gate of a photoelectric conversion unit, the signal charge accumulated in the photoelectric conversion unit is reduced. The present invention relates to a solid-state image pickup device that transfers data to a signal reading unit as quickly and completely as possible.
【０００２】[0002]
【従来の技術】固体撮像装置は、その撮像領域に形成さ
れている複数の画素が被写体の光を受光し、その光を信
号電荷に光電変換することにより、被写体を撮像する装
置である。固体撮像装置には、インタライントランスフ
ァ型ＣＣＤ、フレームインタライントランスファ型ＣＣ
Ｄ等の種類があり、これらの固体撮像装置の単位画素
は、以下に示すような構成を有している。図１２は、上
記固体撮像装置の撮像領域の平面図であり（但し、１画
素分）、図１３は、図１２に示す固体撮像装置のＸ−
Ｘ’線断面図である。2. Description of the Related Art A solid-state image pickup device is a device for picking up an image of a subject by a plurality of pixels formed in the image pickup region receiving the light of the subject and photoelectrically converting the light into signal charges. The solid-state imaging device includes an interline transfer type CCD, a frame interline transfer type CC
There are types such as D, and the unit pixels of these solid-state imaging devices have the following configurations. FIG. 12 is a plan view of an image pickup area of the solid-state image pickup device (however, for one pixel), and FIG. 13 is an X-ray of the solid-state image pickup device shown in FIG.
It is X 'line sectional drawing.
【０００３】すなわち、図１２に示す固体撮像装置の１
画素（単位画素）においては、被写体からの光を受光し
て信号電荷に光電変換する光電変換部であるフォトダイ
オード（以下、ＰＤという）１００と、ＰＤ１００によ
り生成された信号電荷の読み出し部である垂直ＣＣＤ
（以下、ＶＣＣＤという）１０２の間に、トランスファ
ゲート（以下、ＴＧという）１０１が形成されており、
ＰＤ１００からＶＣＣＤ１０２への信号電荷の転送を制
御している。ＴＧ１０１は、第１層ポリシリコン１１６
に高レベルの電圧が印加されるとオンするようになされ
ている。That is, one of the solid-state image pickup devices shown in FIG.
In the pixel (unit pixel), a photodiode (hereinafter referred to as PD) 100, which is a photoelectric conversion unit that receives light from a subject and photoelectrically converts the light into a signal charge, and a unit that reads out the signal charge generated by the PD 100. Vertical CCD
A transfer gate (hereinafter referred to as TG) 101 is formed between (hereinafter referred to as VCCD) 102,
It controls the transfer of signal charges from the PD 100 to the VCCD 102. TG 101 is a first layer polysilicon 116.
It is designed to turn on when a high level voltage is applied to.
【０００４】ＰＤ１００においては、Ｎ型基板１１０の
主面側に設けられているＰ型ウェル１１１中の表面近傍
に、Ｎ型拡散領域１１２が形成されており、Ｎ型拡散領
域１１２の表面に、Ｐ型拡散領域１１３が形成されてい
る。また、ＶＣＣＤ１０２においては、Ｐ型ウェル１１
１中にＮ型拡散領域１１４が形成されている。In the PD 100, an N-type diffusion region 112 is formed in the vicinity of the surface of a P-type well 111 provided on the main surface side of the N-type substrate 110, and on the surface of the N-type diffusion region 112, P-type diffusion region 113 is formed. In the VCCD 102, the P-type well 11
An N-type diffusion region 114 is formed in the first region.
【０００５】なお、ＰＤ１００及びＶＣＣＤ１０２を含
むＰ型ウェル１１１の表面上には、ＳｉＯ2膜１１５が
形成されており、ＳｉＯ2膜１１５の上部には、第１層
ポリシリコン１１６及び第２層ポリシリコン１１７（図
１３においては図示せず）が形成されている。A SiO 2 film 115 is formed on the surface of the P-type well 111 including the PD 100 and the VCCD 102, and the first layer polysilicon 116 and the second layer polysilicon 116 are formed on the SiO 2 film 115. Silicon 117 (not shown in FIG. 13) is formed.
【０００６】この単位画素の信号電荷の蓄積時において
は、ＴＧ１０１がオフされており、ＰＤ１００によって
光電変換された信号電荷が、ＰＤ１００のＮ型拡散領域
１１２に蓄積される。そして、第１層ポリシリコン１１
６に高レベルの電圧が印加されると、ＴＧ１０１がオン
され、ＰＤ１００のＮ型拡散領域１１２に蓄積されてい
た信号電荷が、ＶＣＣＤ１０２のＮ型拡散領域１１４に
転送される。When the signal charges of the unit pixel are accumulated, the TG 101 is turned off, and the signal charges photoelectrically converted by the PD 100 are accumulated in the N-type diffusion region 112 of the PD 100. Then, the first layer polysilicon 11
When a high level voltage is applied to 6, the TG 101 is turned on, and the signal charges accumulated in the N type diffusion region 112 of the PD 100 are transferred to the N type diffusion region 114 of the VCCD 102.
【０００７】次に、ＴＧ１０１がオフされて信号電荷の
転送が終了し、第２層ポリシリコン１１７に高レベルの
電圧が印加され、ＶＣＣＤ１０２に転送された信号電荷
が垂直方向に転送される。Then, the TG 101 is turned off to complete the transfer of the signal charges, a high level voltage is applied to the second layer polysilicon 117, and the signal charges transferred to the VCCD 102 are transferred in the vertical direction.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、高品
位テレビ等の発達に伴って、固体撮像装置の画素数が増
加され、その動作速度が高速度化される傾向にある。こ
のような場合において、表示画面における残像を抑制し
つつ、動作速度を上げるためには、各画素の光電変換部
（ＰＤ）に蓄積されている信号電荷を、できるだけ速や
かに、かつ完全に、信号読み出し部（ＶＣＣＤ）に転送
する必要がある。By the way, in recent years, with the development of high-definition televisions and the like, the number of pixels of a solid-state image pickup device is increasing, and its operating speed tends to be increased. In such a case, in order to increase the operation speed while suppressing the afterimage on the display screen, the signal charge accumulated in the photoelectric conversion unit (PD) of each pixel is signaled as quickly and completely as possible. It is necessary to transfer it to the reading section (VCCD).
【０００９】しかしながら、例えば、図１２及び図１３
に示す、従来の固体撮像装置においては、以下に示す理
由により、上記の要件を満たすことが困難となるという
課題がある。However, for example, FIGS.
The conventional solid-state imaging device shown in (1) has a problem that it is difficult to satisfy the above requirements for the following reason.
【００１０】すなわち、図１２に示す固体撮像装置にお
いては、図１４に示すように、光電変換部であるＰＤ１
００が長方形形状を有している（ＰＤ１００の、ＴＧ１
０１の信号電荷の転送方向に垂直な方向の幅が一定とさ
れている）。That is, in the solid-state image pickup device shown in FIG. 12, as shown in FIG.
00 has a rectangular shape (PD100, TG1
The width in the direction perpendicular to the transfer direction of the signal charge of 01 is constant).
【００１１】ＰＤ１００のＮ型拡散領域１１２は、通
常、以下に示す方法によって形成される。すなわち、ま
ず、Ｎ型基板１１０の主面側に設けられているＰ型ウェ
ル１１１の表面上に、Ｎ型拡散領域１１２の形成位置を
囲むようにマスクを形成し、そのマスクの内側（すなわ
ち、Ｎ型拡散領域１１２の形成位置）に、所定の量のＮ
型不純物をイオン注入する。The N-type diffusion region 112 of the PD 100 is usually formed by the method described below. That is, first, a mask is formed on the surface of the P-type well 111 provided on the main surface side of the N-type substrate 110 so as to surround the formation position of the N-type diffusion region 112, and the inside of the mask (that is, A predetermined amount of N is formed at the formation position of the N-type diffusion region 112.
Type impurities are ion-implanted.
【００１２】次に、注入されたＮ型不純物を所望の深さ
まで熱拡散させて、Ｎ型拡散領域１１２を形成する。こ
のとき、Ｐ型ウェル１１１の表面にイオン注入されたＮ
型不純物は、Ｐ型ウェル１１１の深さ方向に拡散される
とともに、Ｐ型ウェル１１１の横方向（面に平行な方
向）にも拡散される。従って、Ｎ型拡散領域１１２の境
界（マスク）近傍の正味のＮ型不純物の濃度は、中央部
のＮ型不純物の濃度に比べて低くなっている。Next, the implanted N-type impurities are thermally diffused to a desired depth to form an N-type diffusion region 112. At this time, the N ions implanted into the surface of the P-type well 111
The type impurities are diffused in the depth direction of the P-type well 111 as well as in the lateral direction (direction parallel to the surface) of the P-type well 111. Therefore, the net concentration of N-type impurities near the boundary (mask) of the N-type diffusion region 112 is lower than the concentration of N-type impurities in the central portion.
【００１３】Ｎ型拡散領域１１２のうち、最もＮ型不純
物の濃度の高い領域は、図１４において網掛けで示され
ている、中央の長方形の領域Ｒ４であり、この領域Ｒ４
内においては、Ｎ型不純物の濃度は一定とされている。
一方、領域４の外側の領域においては、境界に近づくに
つれて、Ｎ型不純物の濃度が低くなる。Of the N-type diffusion regions 112, the region having the highest concentration of N-type impurities is a central rectangular region R4 shown by hatching in FIG. 14, and this region R4.
Inside, the concentration of N-type impurities is constant.
On the other hand, in the region outside the region 4, the concentration of the N-type impurity decreases as it approaches the boundary.
【００１４】図１５は、図１３に示す画素の、位置Ｙ１
乃至Ｙ５におけるポテンシャル（信号電荷に対するポテ
ンシャル）を示すグラフである（但し、信号電荷蓄積
時）。図１５に示すように、ＰＤ１００の内部において
は、不純物濃度の高い領域Ｒ４が、ポテンシャルの最も
低い領域とされており、その領域Ｒ４からＰＤ１００の
境界の位置Ｙ２，Ｙ３に近づくにつれて、ポテンシャル
が高くなる（不純物濃度が低くなるため）。光電変換に
より生成された信号電荷は、ポテンシャルの低い領域
（不純物濃度の高い領域）により多く蓄積されるので、
領域Ｒ４に最も多くの信号電荷が蓄積される。FIG. 15 shows the position Y1 of the pixel shown in FIG.
9 is a graph showing potentials (potentials for signal charges) from Y5 to Y5 (however, when signal charges are accumulated). As shown in FIG. 15, inside the PD 100, the region R4 having a high impurity concentration is the region having the lowest potential, and the potential increases as the region R4 approaches the positions Y2 and Y3 at the boundary of the PD 100. (Because the impurity concentration becomes low). Since the signal charges generated by photoelectric conversion are accumulated in a region having a low potential (a region having a high impurity concentration),
The most signal charges are accumulated in the region R4.
【００１５】図１６は、ＰＤ１００に蓄積された信号電
荷をＶＣＣＤ１０２に転送するときの（すなわち、ＴＧ
１０１がオンされたときの）、位置Ｙ１乃至Ｙ５の各位
置の信号電荷に対するポテンシャルを表すグラフであ
る。すなわち、ＰＤ１００の信号電荷をＶＣＣＤ１０２
に転送するとき、第１層ポリシリコン１１６に高レベル
の電圧が印加され、ＴＧ１０１がオンされる（ＴＧ１０
１（位置Ｙ３と位置Ｙ４の間）のポテンシャルがＰＤ１
００のポテンシャルよりも低くなる）。すると、ＰＤ１
００（位置Ｙ２乃至Ｙ３の間）に蓄積されていた信号電
荷が、ポテンシャルの低いＴＧ１０１を介して、ＶＣＣ
Ｄ１０２に転送される。FIG. 16 shows a case where the signal charge accumulated in the PD 100 is transferred to the VCCD 102 (that is, TG).
6 is a graph showing the potential for the signal charge at each position of positions Y1 to Y5 (when 101 is turned on). That is, the signal charge of the PD 100 is transferred to the VCCD 102.
Transfer to the first layer, a high level voltage is applied to the first layer polysilicon 116 to turn on the TG 101 (TG10
The potential of 1 (between positions Y3 and Y4) is PD1.
It is lower than the potential of 00). Then PD1
00 (between the positions Y2 and Y3), the signal charge accumulated through the TG 101 having a low potential is VCC.
It is transferred to D102.
【００１６】しかしながら、このような従来の固体撮像
装置においては、ＰＤ１００の最もポテンシャルの低い
（Ｎ型不純物濃度の高い）領域Ｒ４が、ＴＧ１０１と隣
接する位置Ｙ３から比較的離れた位置にまで形成されて
いるので、ＴＧ１０１から離れた位置に蓄積されている
信号電荷を読み出す必要があり、信号電荷のＴＧ１０１
への転送が速やかに行われない（動作速度を高速度化す
ることができない）。また、ＴＧ１０１から離れた位置
（位置Ｙ３から離れた位置）に蓄積されている信号電荷
が完全に読み出されずに残ってしまう場合がある（残像
が発生してしまう）。However, in such a conventional solid-state image pickup device, the region R4 having the lowest potential (highest N-type impurity concentration) of the PD 100 is formed up to a position relatively distant from the position Y3 adjacent to the TG 101. Therefore, it is necessary to read out the signal charge accumulated at a position distant from the TG 101.
Is not transferred promptly (the operation speed cannot be increased). In addition, the signal charge accumulated at a position distant from the TG 101 (position distant from the position Y3) may not be completely read out and may remain (an afterimage may occur).
【００１７】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、光電変換部に蓄積されている信号電荷を、
完全かつ速やかに、読み出し部に転送することを目的と
する。The present invention has been made in view of such a situation, and the signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit are
The purpose is to transfer to the reading unit completely and promptly.
【００１８】[0018]
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の固体撮
像装置は、光電変換手段が、第１導電型の半導体基板の
主面側に設けられている第２導電型のウェル領域の表面
に形成されている第２導電型の第１の拡散領域と、ウェ
ル領域中の、第１の拡散領域の下側に形成されている第
１導電型の第２の拡散領域とを備え、第２の拡散領域
が、転送手段から離れた部分の濃度が低くなるように形
成されていることを特徴とする。According to another aspect of the present invention, there is provided a solid-state image pickup device, wherein a photoelectric conversion means is provided on a main surface side of a semiconductor substrate of a first conductivity type and a surface of a well region of a second conductivity type. A first diffusion region of the second conductivity type formed in the well region, and a second diffusion region of the first conductivity type formed below the first diffusion region in the well region. The second diffusion region is formed so that the concentration of the portion distant from the transfer unit becomes low.
【００１９】請求項１に記載の固体撮像装置において
は、光電変換手段が、第１導電型の半導体基板の主面側
に設けられている第２導電型のウェル領域の表面に形成
されている第２導電型の第１の拡散領域と、ウェル領域
中の、第１の拡散領域の下側に形成されている第１導電
型の第２の拡散領域とを備え、第２の拡散領域が、転送
手段から離れた部分の濃度が低くなるように形成されて
いる。In the solid-state imaging device according to the first aspect, the photoelectric conversion means is formed on the surface of the well region of the second conductivity type provided on the main surface side of the semiconductor substrate of the first conductivity type. The second diffusion region includes a first diffusion region of the second conductivity type and a second diffusion region of the first conductivity type formed below the first diffusion region in the well region. It is formed so that the density of the portion distant from the transfer means becomes low.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２１】図１は、本発明を適用した固体撮像装置の
うちの１画素の、一実施例の構成を示す平面図である
（但し、１画素分）。表面の形状が台形形状である埋め
込みフォトダイオード（以下、ＢＰＤという）１０は、
入射光を信号電荷に光電変換して蓄積するようになされ
ている。図１において、左右方向に形成されているトラ
ンスファゲート（以下、ＴＧという）配線１１Ａのうち
の、ＢＰＤ１０とＪＦＥＴ（電界降下トランジスタ）１
２の間のＴＧ１１は、ＢＰＤ１０に蓄積されている信号
電荷のＪＦＥＴ１２への転送を制御するようになされて
いる。FIG. 1 is a plan view showing the structure of one embodiment of one pixel of the solid-state image pickup device to which the present invention is applied (however, one pixel is included). An embedded photodiode (hereinafter, referred to as BPD) 10 having a trapezoidal surface has
The incident light is photoelectrically converted into signal charges and stored. In FIG. 1, a BPD 10 and a JFET (electric field drop transistor) 1 in a transfer gate (hereinafter referred to as TG) wiring 11A formed in the left-right direction.
The TG 11 between 2 is configured to control the transfer of the signal charge accumulated in the BPD 10 to the JFET 12.
【００２２】ＪＦＥＴ１２は、ＢＰＤ１０から転送され
た信号電荷を増幅し、図１において上下方向に形成され
ているソース配線１５に出力するようになされている。
ＪＦＥＴ１２のゲートに基準電位を設定するために、リ
セットドレイン（以下、ＲＳＤという）１４とリセット
ゲート（以下、ＲＳＧという）１３が配置されている。
ＲＳＧ１３は、ＪＦＥＴ１２とＲＳＤ１４の間のオン、
オフを制御する。なお、ＲＳＧ１３は、図中、左右方向
に形成されているＲＳＧ配線１３Ａに接続されている。The JFET 12 amplifies the signal charge transferred from the BPD 10 and outputs it to the source line 15 formed in the vertical direction in FIG.
A reset drain (hereinafter, referred to as RSD) 14 and a reset gate (hereinafter, referred to as RSG) 13 are arranged to set a reference potential at the gate of the JFET 12.
RSG13 is ON between JFET12 and RSD14,
Control off. The RSG 13 is connected to the RSG wiring 13A formed in the left-right direction in the drawing.
【００２３】次に、本実施例の固体撮像装置の１画素の
断面構造について説明する。図２、図３、図４及び図５
は、それぞれ、図１に示す固体撮像装置の１画素のＡ−
Ａ’線断面図、Ｂ−Ｂ’線断面図、Ｃ−Ｃ’線断面図、
Ｄ−Ｄ’線断面図である。Next, the cross-sectional structure of one pixel of the solid-state image pickup device of this embodiment will be described. 2, FIG. 3, FIG. 4 and FIG.
Are A- of one pixel of the solid-state imaging device shown in FIG.
A'line sectional view, BB 'line sectional view, CC' line sectional view,
It is a DD 'sectional view.
【００２４】すなわち、本実施例の固体撮像装置におい
ては、Ｐ型基板（シリコン基板）２０の主面側にＮ型ウ
ェル２１が設けられている。ＢＰＤ１０においては、光
電変換によって生成された信号が蓄積される、深いＰ型
拡散領域２２（第２の拡散領域）が、Ｎ型ウェル２１中
の表面近傍に形成されており、Ｐ型拡散領域２２の表面
には、シリコン基板の表面の空乏化を防ぎ、Ｐ型拡散領
域２２を読み出し時に完全に空乏化させるための、浅い
Ｎ型拡散領域２３（第１の拡散領域）が形成されてい
る。すなわち、このＢＰＤ１０は、Ｎ型、Ｐ型、Ｎ型、
Ｐ型の各拡散領域が、表面から順に形成されている縦型
オーバーフロードレイン構造の埋め込みフォトダイオー
ドである。That is, in the solid-state imaging device of this embodiment, the N-type well 21 is provided on the main surface side of the P-type substrate (silicon substrate) 20. In the BPD 10, a deep P-type diffusion region 22 (second diffusion region) in which a signal generated by photoelectric conversion is accumulated is formed near the surface of the N-type well 21, and the P-type diffusion region 22 is formed. A shallow N-type diffusion region 23 (first diffusion region) for preventing depletion of the surface of the silicon substrate and completely depleting the P-type diffusion region 22 at the time of reading is formed on the surface of the. That is, this BPD 10 has N-type, P-type, N-type,
Each P-type diffusion region is an embedded photodiode having a vertical overflow drain structure formed in order from the surface.
【００２５】ＪＦＥＴ１２においては、ゲートとして用
いられる、深いＰ型拡散領域２５がＮ型ウェル２１中の
表面近傍に形成されている。Ｐ型拡散領域２５の表面に
は、ソースまたはドレインとして用いられるＮ+型拡散
領域２６及び２９が形成されており、Ｎ+型拡散領域２
６と２９の間には、チャネルとされるＮ型拡散領域２８
が形成されている。Ｐ型拡散領域２５の表面のＮ+型拡
散領域２６及び２９以外の位置には、Ｐ型拡散領域２５
と繋ってゲートとして用いられる、浅いＰ+型拡散領域
が２７が形成されている。また、ソース（ソース配線１
５）とＮ+型拡散領域２６のコンタクトは、第１層アル
ミ（以下、１ｓｔＡｌという）４０によってとられてい
る。In the JFET 12, a deep P type diffusion region 25 used as a gate is formed near the surface of the N type well 21. On the surface of the P-type diffusion region 25, and N + -type diffusion region 26 and 29 is used as a source or drain is formed, N + -type diffusion region 2
N-type diffusion region 28 used as a channel is provided between 6 and 29.
Are formed. The P-type diffusion region 25 is provided at a position other than the N + -type diffusion regions 26 and 29 on the surface of the P-type diffusion region 25.
A shallow P + -type diffusion region 27 is formed which is used as a gate. In addition, the source (source wiring 1
The contact between 5) and the N + type diffusion region 26 is made by the first layer aluminum (hereinafter referred to as 1st Al) 40.
【００２６】ＪＦＥＴ１２に隣接して形成されているＲ
ＳＤ１４においては、深いＰ型拡散領域３０がＮ型ウェ
ル２１中の表面近傍に形成されており、Ｐ型拡散領域３
０の表面には、浅いＰ+型拡散領域３１が形成されてい
る。また、Ｐ+型拡散領域３１は、１ｓｔＡｌ４０を介
して第２層アルミ（以下、２ｎｄＡｌという）５０に接
続されている。R formed adjacent to the JFET 12
In SD14, the deep P-type diffusion region 30 is formed near the surface in the N-type well 21, and the P-type diffusion region 3 is formed.
On the surface of 0, a shallow P + type diffusion region 31 is formed. Further, the P + type diffusion region 31 is connected to the second layer aluminum (hereinafter referred to as 2ndAl) 50 via 1stAl 40.
【００２７】ＴＧ１１及びＲＳＧ１３の下部のＮ型ウェ
ル２１中には、パンチスルーの防止とターンオン電圧
（Ｖｔｈ）の制御のための、深いＮ型拡散領域２４が形
成されている。また、隣接する画素との素子分離部分に
は、深いＮ型拡散領域２４Ｂと浅いＮ+型拡散領域２９
が形成されている（Ｎ+型拡散領域２９は、ＪＦＥＴ１
２のドレインを兼ねる）。A deep N-type diffusion region 24 is formed in the N-type well 21 below the TG 11 and the RSG 13 for preventing punch-through and controlling the turn-on voltage (Vth). Further, a deep N-type diffusion region 24B and a shallow N + -type diffusion region 29 are provided in the element isolation portion between adjacent pixels.
Are formed (the N + type diffusion region 29 is defined as JFET1
Doubles as the drain of 2).
【００２８】次に、本実施例の固体撮像装置のＢＰＤ１
０の形状について、図６を参照して説明する。本実施例
のＢＰＤ１０の表面形状は、上述したように、台形形状
とされており、ＴＧ１１の信号電荷の転送方向に垂直な
方向の幅が、ＴＧ配線１１Ａに隣接する位置において最
大（辺Ｌ１＝７μｍ）とされ、ＴＧ配線１１Ａから離れ
るにつれて小さくなり、最も離れた位置において最小
（辺Ｌ２＝３μｍ）とされている。また、ＢＰＤ１０
の、ＴＧ配線１１Ａに垂直な辺の長さは８μｍとされて
いる。Next, the BPD 1 of the solid-state image pickup device of this embodiment
The shape of 0 will be described with reference to FIG. As described above, the surface shape of the BPD 10 of this embodiment is a trapezoidal shape, and the width of the TG 11 in the direction perpendicular to the transfer direction of the signal charges is maximum at the position adjacent to the TG wiring 11A (side L1 = 7 μm), becomes smaller as the distance from the TG wiring 11A increases, and becomes the minimum (side L2 = 3 μm) at the farthest position. Also, BPD10
The length of the side perpendicular to the TG wiring 11A is set to 8 μm.
【００２９】ところで、ＢＰＤ１０のＰ型拡散領域２２
は、従来例に示す場合と同様に、Ｐ型不純物の熱拡散処
理によって形成されている。すなわち、Ｎ型ウェル２１
の表面上の、Ｐ型拡散領域２２を形成する部分以外の位
置にマスクを形成し、Ｐ型拡散領域２２を形成する部分
（すなわち、マスクの内部）に、所定の量のＰ型不純物
をイオン注入させる。By the way, the P-type diffusion region 22 of the BPD 10
Is formed by a thermal diffusion process of P-type impurities as in the case of the conventional example. That is, the N-type well 21
A mask is formed at a position other than the portion where the P-type diffusion region 22 is formed on the surface of, and a predetermined amount of P-type impurities is ion-deposited in the portion where the P-type diffusion region 22 is formed (that is, inside the mask). Inject.
【００３０】そして、Ｎ型ウェル２１の表面上にイオン
注入されたイオン（不純物）が熱拡散によって所望の深
さまで拡散され、表面の形状が台形形状のＰ型拡散領域
２２が形成される。Ions (impurities) ion-implanted on the surface of the N-type well 21 are diffused by thermal diffusion to a desired depth, and a P-type diffusion region 22 having a trapezoidal surface is formed.
【００３１】また、従来例においても説明したように、
Ｎ型ウェル２１の表面にイオン注入されたＰ型不純物
は、熱拡散処理によりＮ型ウェル２１の深さ方向に拡散
されるとともに、Ｎ型ウェル２１の横方向（面に平行な
方向）にも拡散される。一方、Ｐ型拡散領域２２に隣接
して形成される、Ｎ型拡散領域２４Ａ，２４ＢのＮ型不
純物は、Ｐ型拡散領域２２の方向に拡散される。従っ
て、Ｐ型拡散領域２２の境界近傍では、正味のＰ型不純
物の濃度が低くなる。Further, as explained in the conventional example,
The P-type impurity ion-implanted into the surface of the N-type well 21 is diffused in the depth direction of the N-type well 21 by the thermal diffusion process, and also in the lateral direction (direction parallel to the surface) of the N-type well 21. Diffused. On the other hand, the N-type impurities in the N-type diffusion regions 24A and 24B formed adjacent to the P-type diffusion region 22 are diffused toward the P-type diffusion region 22. Therefore, near the boundary of the P-type diffusion region 22, the net concentration of P-type impurities is low.
【００３２】この正味のＰ型不純物濃度が低くなる範囲
は、通常、Ｐ型拡散領域２２の境界からＰ型不純物領域
２２の内部に向かって拡散深さと同程度の距離まで及
ぶ。この例では、拡散深さは２μｍである。すなわち、
図６に示すように、Ｐ型不純物領域２２の平面形状であ
る台形の各辺（境界）から２μｍまでの範囲では、中央
部から各辺に向かうにつれて、Ｐ型不純物濃度が徐々に
低くなる。図６において、網掛けで示す領域Ｒ１は、こ
の台形の各辺（Ｐ型拡散領域２２の境界）から２μｍ以
上離れている領域であり、Ｐ型不純物濃度が最も高く、
かつ一定とされる領域である。The range in which the net P-type impurity concentration is low usually extends from the boundary of the P-type diffusion region 22 toward the inside of the P-type impurity region 22 to a distance similar to the diffusion depth. In this example, the diffusion depth is 2 μm. That is,
As shown in FIG. 6, in the range from each side (boundary) of the trapezoid which is the planar shape of the P-type impurity region 22 to 2 μm, the P-type impurity concentration gradually decreases from the central portion toward each side. In FIG. 6, a shaded region R1 is a region separated by 2 μm or more from each side of the trapezoid (boundary of the P-type diffusion region 22) and has the highest P-type impurity concentration.
It is also a fixed area.
【００３３】また、本実施例においては、Ｐ型不純物領
域２２の表面形状を台形形状とし、その各辺の長さを上
記のように設定しているので、斜辺Ｌ３の影響により、
領域Ｒ１が三角形形状を有し、ＴＧ１１から最も離れて
いる領域Ｒ１の頂点から辺Ｌ２までの距離（＝約２．５
μｍ）が、ＴＧ１１に隣接している辺Ｌ１から領域Ｒ１
までの距離（＝２μｍ）よりも長い（すなわち、ＴＧ１
１から離れた位置におけるＰ型不純物の濃度が低くされ
ている）。In the present embodiment, the surface shape of the P-type impurity region 22 is trapezoidal and the length of each side is set as described above.
The region R1 has a triangular shape, and the distance from the vertex of the region R1 farthest from the TG11 to the side L2 (= about 2.5).
μm) is a region R1 from the side L1 adjacent to the TG11.
Longer than the distance (= 2 μm) (ie TG1
The concentration of P-type impurities at positions away from 1 is low).
【００３４】次に、本実施例の固体撮像装置の１画素の
各位置における、信号電荷に対するポテンシャルについ
て、図７乃至図１１を参照して説明する。Next, the potential with respect to the signal charge at each position of one pixel of the solid-state image pickup device of this embodiment will be described with reference to FIGS. 7 to 11.
【００３５】図７は、本実施例との比較のために、図６
に示すＢＰＤ１０と同条件（ＴＧ１１に隣接する辺の長
さが７μｍ、ＴＧ配線１１Ａに垂直な辺の長さが８μｍ
とされる条件）で作成された、表面形状が、従来例の場
合と同様の長方形形状とされるＢＰＤ２００の平面図で
ある。このＢＰＤ２００においては、Ｐ型不純物濃度が
高く、かつ、一定である領域（図７において、網掛けで
示す領域）Ｒ２が、長方形形状とされる。FIG. 7 shows FIG. 6 for comparison with the present embodiment.
Under the same conditions as those of the BPD 10 shown in FIG. 2 (side length adjacent to TG 11 is 7 μm, side length perpendicular to TG wiring 11 A is 8 μm).
FIG. 11 is a plan view of a BPD 200 having a rectangular shape whose surface shape is the same as that of the conventional example, which is created under the condition (1). In this BPD 200, a region (region shaded in FIG. 7) R2 in which the P-type impurity concentration is high and constant has a rectangular shape.
【００３６】図８は、図６及び図７に、それぞれ示すＢ
ＰＤ１０及びＢＰＤ２００のＡ−Ａ’線の、信号電荷蓄
積時における、信号電荷に対するポテンシャルを示す図
である（但し、図中、ＢＰＤ１０のポテンシャルは実線
で示され、ＢＰＤ２００のポテンシャルは点線で示され
ている）。同図より明らかなように、本実施例のＢＰＤ
１０においては、Ｐ型不純物濃度が最も高く、かつ一定
とされている領域Ｒ１が、ＴＧ１１から２μｍ乃至約
５．５μｍとされている。一方、図７に示すＢＰＤ２０
０においては、Ｐ型不純物濃度が最も高く、かつ一定と
されている領域Ｒ２が、ＴＧ１１から２μｍ乃至６μｍ
とされている。従って、本実施例のＢＰＤ１０において
は、ＢＰＤ２００に比べて、ＴＧ１１（位置Ａ２）から
離れた位置に蓄積されている信号電荷の量が少ない。FIG. 8 shows B shown in FIGS. 6 and 7, respectively.
It is a figure which shows the potential with respect to a signal charge at the time of signal charge accumulation of AA 'line of PD10 and BPD200 (however, in the figure, the potential of BPD10 is shown by the solid line and the potential of BPD200 is shown by the dotted line. Exist). As is clear from the figure, the BPD of this embodiment
In FIG. 10, the region R1 in which the P-type impurity concentration is the highest and is constant is set to 2 μm to about 5.5 μm from the TG 11. On the other hand, the BPD 20 shown in FIG.
At 0, the region R2 in which the P-type impurity concentration is the highest and is constant is 2 μm to 6 μm from the TG 11.
It has been. Therefore, in the BPD 10 of the present embodiment, the amount of signal charges accumulated at a position distant from the TG 11 (position A2) is smaller than that in the BPD 200.
【００３７】図９は、図６及び図７に、それぞれ示すＢ
ＰＤ１０及びＢＰＤ２００のＡ−Ａ’線の、信号電荷転
送時における、信号電荷に対するポテンシャルを示す図
である（但し、図中、ＢＰＤ１０のポテンシャルは実線
で示され、ＢＰＤ２００のポテンシャルは点線で示され
ている）。本実施例のＢＰＤ１０においては、ＢＰＤ２
００に比べて、ＴＧ１１（位置Ａ２）から離れた位置に
蓄積されている信号電荷が蓄積されるので、信号電荷の
ＪＦＥＴ１２への転送が、ＢＰＤ２００に比べて、速や
かに行われ、かつ、読み残しも抑制される。従って、信
号電荷の転送時間に対応する動作速度を高速化すること
ができるとともに、信号電荷の読み残しによる表示画面
上の残像現象を抑制することができる。FIG. 9 shows B shown in FIGS. 6 and 7, respectively.
It is a figure which shows the potential with respect to a signal charge at the time of signal charge transfer of AA 'line of PD10 and BPD200 (However, in the figure, the potential of BPD10 is shown by the solid line and the potential of BPD200 is shown by the dotted line. Exist). In the BPD 10 of this embodiment, BPD2
As compared with 00, the signal charge accumulated at a position distant from the TG 11 (position A2) is accumulated, so that the signal charge is transferred to the JFET 12 more quickly than the BPD 200, and unread. Is also suppressed. Therefore, it is possible to increase the operation speed corresponding to the transfer time of the signal charge and suppress the afterimage phenomenon on the display screen due to the unread portion of the signal charge.
【００３８】さらに、上述した効果は、図６及び図７
に、それぞれ示すＢＰＤ１０及びＢＰＤ２００の、Ｅ−
Ｅ’線において、顕著にあらわれる。図１０は、図６及
び図７に、それぞれ示すＢＰＤ１０及びＢＰＤ２００の
Ｅ−Ｅ’線の、信号電荷蓄積時における、信号電荷に対
するポテンシャルを示す図である（但し、図中、ＢＰＤ
１０のポテンシャルは実線で示され、ＢＰＤ２００のポ
テンシャルは点線で示されている）。同図より明らかな
ように、本実施例のＢＰＤ１０においては、信号電荷が
多く蓄積される領域Ｒ１が、ＴＧ１１（位置Ａ２）に近
い位置（ＢＰＤ２００の領域Ｒ２の約１／２ほどの位
置）で途切れている。従って、図１１に示すように、信
号電荷をＴＧ１１を介してＪＦＥＴ１２に転送する場
合、信号電荷が、速やか、かつ完全にＪＦＥＴ１２に転
送される。Further, the above-mentioned effect is obtained by referring to FIG. 6 and FIG.
E- of BPD10 and BPD200 respectively shown in FIG.
It appears remarkably on the E'line. FIG. 10 is a diagram showing the potential of the EE ′ line of the BPD 10 and the BPD 200 shown in FIGS. 6 and 7 with respect to the signal charge when the signal charge is accumulated (however, in the drawings, BPD is shown).
The potential of 10 is shown by a solid line and the potential of BPD200 is shown by a dotted line). As is clear from the figure, in the BPD 10 of the present embodiment, the region R1 in which a large amount of signal charges are accumulated is at a position close to the TG 11 (position A2) (about half the position of the region R2 of the BPD 200). It's broken. Therefore, as shown in FIG. 11, when the signal charge is transferred to the JFET 12 via the TG 11, the signal charge is transferred to the JFET 12 quickly and completely.
【００３９】[0039]
【発明の効果】以上のように、本発明の固体撮像装置に
おいては、第１の拡散領域の下側の第２の拡散領域を、
転送手段から離れた部分の濃度が低くなるように形成す
るようにしたので、光電変換手段に蓄積されている信号
電荷を完全、かつ速やかに読み出し手段に転送すること
ができる。As described above, in the solid-state imaging device of the present invention, the second diffusion region below the first diffusion region is
Since it is formed so that the concentration of the portion distant from the transfer means becomes low, the signal charges accumulated in the photoelectric conversion means can be transferred to the reading means completely and promptly.
【図１】本発明を適用した固体撮像装置の１画素の一実
施例の構成を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing a configuration of an embodiment of one pixel of a solid-state image pickup device to which the present invention is applied.
【図２】図１に示す固体撮像装置の１画素の、Ａ−Ａ’
線断面図である。2 is a diagram illustrating one pixel of the solid-state imaging device shown in FIG.
It is a line sectional view.
【図３】図１に示す固体撮像装置の１画素の、Ｂ−Ｂ’
線断面図である。FIG. 3 is a cross sectional view taken along line BB ′ of one pixel of the solid-state imaging device shown in FIG.
It is a line sectional view.
【図４】図１に示す固体撮像装置の１画素の、Ｃ−Ｃ’
線断面図である。FIG. 4 is a diagram illustrating one pixel of the solid-state imaging device shown in FIG.
It is a line sectional view.
【図５】図１に示す固体撮像装置の１画素の、Ｄ−Ｄ’
線断面図である。5 is a diagram illustrating one pixel of the solid-state imaging device illustrated in FIG.
It is a line sectional view.
【図６】図１に示すＢＰＤ１０の表面形状を示す平面図
である。6 is a plan view showing a surface shape of the BPD 10 shown in FIG.
【図７】図６に示すＢＰＤ１０と同条件で作成した、表
面形状が長方形形状のＢＰＤを示す平面図である。7 is a plan view showing a BPD having a rectangular surface shape, which is created under the same conditions as the BPD 10 shown in FIG.
【図８】図６及び図７に、それぞれ示すＢＰＤ１０及び
２００の、信号電荷の蓄積時における、Ａ−Ａ’線断面
のポテンシャルを表すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the potential of a cross section taken along the line AA ′ of the BPDs 10 and 200 shown in FIGS. 6 and 7, respectively, when signal charges are accumulated.
【図９】図６及び図７に、それぞれ示すＢＰＤ１０及び
２００の、信号電荷の転送時における、Ａ−Ａ’線断面
のポテンシャルを表すグラフである。9 is a graph showing the potential of a cross section taken along the line AA ′ of the BPDs 10 and 200 shown in FIGS. 6 and 7, respectively, during the transfer of signal charges.
【図１０】図６及び図７に、それぞれ示すＢＰＤ１０及
び２００の、信号電荷の蓄積時における、Ｅ−Ｅ’線断
面のポテンシャルを表すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the potential of the cross section taken along the line EE ′ of the BPDs 10 and 200 shown in FIGS. 6 and 7, respectively, when the signal charges are accumulated.
【図１１】図６及び図７に、それぞれ示すＢＰＤ１０及
び２００の、信号電荷の転送時における、Ｅ−Ｅ’線断
面のポテンシャルを表すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the potential of the cross section taken along the line EE ′ of the BPDs 10 and 200 shown in FIGS. 6 and 7, respectively, during the transfer of signal charges.
【図１２】従来の固体撮像装置の、１画素分の構成例を
示す平面図である。FIG. 12 is a plan view showing a configuration example of one pixel of a conventional solid-state imaging device.
【図１３】図１２に示す固体撮像装置の、Ｘ−Ｘ’線断
面図である。13 is a sectional view taken along line XX ′ of the solid-state imaging device shown in FIG.
【図１４】図１２に示すＰＤ１００の濃度分布を示す平
面図である。14 is a plan view showing the concentration distribution of the PD 100 shown in FIG.
【図１５】図１３に示す位置Ｙ１乃至Ｙ５の、信号電荷
の蓄積時におけるポテンシャルを表すグラフである。FIG. 15 is a graph showing potentials at positions Y1 to Y5 shown in FIG. 13 when signal charges are accumulated.
【図１６】図１３に示す位置Ｙ１乃至Ｙ５の、信号電荷
の転送時におけるポテンシャルを表すグラフである。16 is a graph showing potentials at positions Y1 to Y5 shown in FIG. 13 during transfer of signal charges.
１０ ＢＰＤ １１ ＴＧ １１Ａ ＴＧ配線 １２ ＪＦＥＴ １３ ＲＳＧ １３Ａ ＲＳＧ配線 １４ ＲＳＤ １５ ソース配線 ２０ Ｐ型基板 ２１ Ｎ型ウェル ２２ Ｐ型拡散領域 ２３ Ｎ型拡散領域 ２４Ａ，２４Ｂ Ｎ型拡散領域 ２５ Ｐ型拡散領域 ２６ Ｎ+型拡散領域 ２７ Ｐ+型拡散領域 ２９ Ｎ+型拡散領域 ３０ Ｐ型拡散領域 ３１ Ｐ+型拡散領域 ４０ １ｓｔＡｌ ５０ ２ｎｄＡｌ １００ ＰＤ １０１ ＴＧ １０２ ＶＣＣＤ ２００ ＢＰＤ10 BPD 11 TG 11A TG Wiring 12 JFET 13 RSG 13A RSG Wiring 14 RSD 15 Source Wiring 20 P-type Substrate 21 N-type Well 22 P-type Diffusion Region 23 N-type Diffusion Region 24A, 24B N-type Diffusion Region 25 P-type Diffusion Region 26 N + type diffusion region 27 P + type diffusion region 29 N + type diffusion region 30 P type diffusion region 31 P + type diffusion region 40 1stAl 50 2ndAl 100 PD 101 TG 102 VCCD 200 BPD
Claims (2)
積する光電変換手段と、 前記光電変換手段により生成された前記信号電荷を読み
出す読み出し手段と、 前記光電変換手段と前記読み出し手段の間に、各々に隣
接して形成され、前記光電変換手段に蓄積されている前
記信号電荷を前記読み出し手段に転送する転送手段とを
備える固体撮像装置において、 前記光電変換手段は、 第１導電型の半導体基板の主面側に設けられている第２
導電型のウェル領域の表面に形成されている第２導電型
の第１の拡散領域と、 前記ウェル領域中の、前記第１の拡散領域の下側に形成
されている第１導電型の第２の拡散領域とを備え、 前記第２の拡散領域は、前記転送手段から離れた部分の
濃度が低くなるように形成されていることを特徴とする
固体撮像装置。1. A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts the light of an object into signal charges and stores the signal charges, a reading unit that reads out the signal charges generated by the photoelectric conversion unit, and a unit between the photoelectric conversion unit and the reading unit. And a transfer unit that is formed adjacent to each other and transfers the signal charge accumulated in the photoelectric conversion unit to the reading unit, the photoelectric conversion unit having a first conductivity type. The second provided on the main surface side of the semiconductor substrate
A first diffusion region of a second conductivity type formed on the surface of a well region of a conductivity type, and a first diffusion region of the first conductivity type formed below the first diffusion region in the well region. 2. The solid-state imaging device, comprising: two diffusion regions, wherein the second diffusion region is formed to have a low concentration in a portion distant from the transfer unit.
前記信号電荷の転送方向に垂直な方向の幅は、前記転送
手段に接する位置で最も大きく、前記転送手段から離れ
るに従って小さくなることを特徴とする請求項１に記載
の固体撮像装置。2. The width of the second diffusion region in the direction perpendicular to the transfer direction of the signal charges of the transfer means is largest at a position in contact with the transfer means and becomes smaller as the distance from the transfer means increases. The solid-state imaging device according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8099762A JPH09289301A (en) | 1996-04-22 | 1996-04-22 | Solid-state imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8099762A JPH09289301A (en) | 1996-04-22 | 1996-04-22 | Solid-state imaging device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09289301A true JPH09289301A (en) | 1997-11-04 |
Family
ID=14255997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8099762A Withdrawn JPH09289301A (en) | 1996-04-22 | 1996-04-22 | Solid-state imaging device |
Country Status (1)
| Country | Link |
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