JPS59130468A - 固体撮像装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固体撮像装置（以下センサと略す）の光擬似信
号防止などの高性能化に関するものである。

第１図は従来から知らｎでいるＭＯ８形センサの基本的
な回路構成釜示したものである。同図において、１は水
平走査回路、２は垂直走査回路、３Ｆｉホトダイオード
、４はホトゲート、５は垂直信号線、６は水平スイッチ
、７は水平信号、８はホトゲートの電極配線、９はセン
サの出力端子である。この素子の動作原理についではす
でに多くの解説がなされているのでここではふれない（
ｆｃとえは泉田他　固体カメラ信号読み出し回路の検討
”昭和５４年ＴＶ学会全国大会予稿集２−１０゜ｐ４７
−４８などを参照されたい）。

さて第１図に示したようなＭＯ８形センサでは強い光が
照射さｎたときに発生する擬似信号（プルーミング現象
）や、ホトダイオードでは′なく直接信号線近傍へ光信
号が入射したようなときに発生する擬似信号（以下簡単
のために信号線の感光と呼ぶ）を抑圧することが実用上
極めて重要である。

第２図は従来のセンサの受光部の断面図の１例であって
、２１はｐ形Ｓｉ基板、２２はホトダイオードとなるｎ
＋層、２３は信号読み出しド１ツイン、２４はフィール
ドアイソレーション用ｐ＋層、２５は絶縁層、２７はホ
トゲート、２８は垂直信号線となる配線である。

第２図を用いて前記光擬似信号発生のメカニズムを説明
する。ホトダイオード２２に強い光力３０のように入射
すると、ダイオード２２は順方向になって、ラテラルバ
イポーラ効果でキャリア３１のようにドレイン側へ流れ
出して擬似信号となる。これがブルーミング現象の主原
因である。

一方３３のように基板深くで発生したキャリアの一部や
、３２のようにホトダイオード以外の部分から入射した
光によるキャリア３４の一部などは直接ドレイン２３に
流入し、やはり光擬似信号になる。これが前記信号線の
感光である。

本発明の目的は、上記問題点を解決した新しいＭＯ８形
センサを提供することにある。

、第３図に本発明の１実施例を示す０第３図はセンサの
受光部の構造を示やものであって１００はｎ形Ｓｉ基板
、１　、Ｑ　１はｐ形Ｓｉ基体、１０２はホトダイオー
ドとなるｎ＋層、１０３は酸化膜、１０４はパッシベー
ションのためのりんガラス、１０５は配線、１０６は素
子の保護膜、１０７はフィールド酸化膜、１０８はフィ
ールドアイソレーションのためのｐ＋層、１１０は信号
読み出しドレイン用のｎ＋領領域１１１はホトゲートで
ある。

第３図においでホトダイオード１０２はシんの拡散で形
成さｎたｎ＋層であり、ドレイン１１０はＡｓを用いた
ｎ＋層であ／”ｌｏ　ｂんの拡散は、センサに重要な短
波長感度が高く、ホトダイオードに適しでおり、Ａｓを
用いたｎ＋層は、浅い接合を作シ易く、浅い接合でも低
層抵抗が得られるので、読み出しドレインや周辺回路の
ＭＯＳトランジスタのソースおよびドレインに適してい
る。

さて第３図に示したドレイン１１０は、ｐ形層体１０１
の上部に形成されているので、第２図の構造と比較す扛
ば明らかなように、ラテラル・バイポーラ効果によるキ
ャリアがドレインに流入する確率は非常に低くなる。ま
たｐ形層体１０１の内部で発生したキャリアも、ドレイ
ンに達する距離が長くなるので、ドレインに流入する、
確率ハ下がる。第３図ではｐ＋形層１１２がｐ形層体１
０１の表面に形成さ扛ているが、これは、これによって
上記擬似信号キャリアに対するポテンシアル障壁を形成
して擬似信号キャリアを１０９のように防止するだめの
ものであって、その障壁ヲＪ３ｋＴ程度にすると、前記
の効果と相乗して、ブルーミングや信号線の感光の抑圧
効果は極めて大きい。

第３図で、ドレイン１１０は基体１０１に接する面積が
小さいので、集積密度が高く、また上記擬似信号の混入
も防止し易い。他方、その構造上基体１０にり上部にお
いで基体に接する面積より広く形成されでいるので、配
線１０５とのコンタクト部１１４は十分な広さがとれる
ことは明らかである。

マタドレイ／部はフィールドアイソレーションのｐ十層
と接する面積が非常に小さくなるので、信号線１０５に
付ぐ寄生容量を小さくできる。

第３図ではｎ基板を用いてｎ　＋−ｐ　−ｎ層構造とし
、光擬似信号を基板側へ吸収するようにして、防止効果
を高めているが、単にｐ基板を用いてｎ＋　　ｐ層構造
としでも本発”明の効果は得られる。

第３図に示した構造は、自己整合的に形成でき、また製
造上も作如易い特徴を有しでいる。

第４図は、第３図に示した構造を自己整合的に形成する
、製造方法を示したものである。

第４図（ａ）は、ｎ形Ｓｉ基板４ｏの上にｐ形Ｓｉ基体
４１を形成し、従来技術にょシフイールド５ｉｎ２４２
、アインレーシ９ンｐ＋層４３、ゲート酸化膜４４　Ｐ
ｏ１ｙｓｉゲート電極４５を形成し、低温配化により選
択的に保護膜４６を形成した後、ゲート電極の周囲を残
して能動領域をエツチングによシ露出させた状態を示す
。これにさらに多結晶５ｉ４７とＳｉ３Ｎイ４８を形成
する（同図（ｂ））。

通常のホトエツチング法で、コンタクト形成部にＳ　ｌ
　ａ　Ｎ　４を残しく５ｏ）、Ｓ　ｓ　３Ｎ　４　テｂ
　オわれでいない多結晶５ｉ５１を、りんの拡散によっ
てｎ　化する。このときＳｉ３Ｎ４の下には拡散層は形
成されない。（同図（Ｃ）） これを熱酸化すると、Ｓｉ３Ｎ４のない部分５１は酸化
されて厚い酸化膜５２とな９、同時にｎ＋化された多結
晶Ｓｉ４がらシんが基板側へ拡散しで、ｎ＋層５３が形
成されシ。このときＳｉ３Ｎ４の下は以前のままの多結
晶Ｓｉ層である。（同図（ｄ）ｏ　　） Ｓ１３Ｎ４を除去し、ここにヒ素（Ａｓ）を拡散やイオ
ン打込みなどしてｎ＋層５５を形成し、りんガラス５７
を形成した後、通常のホトエツチングでコンタクト穴５
６を形成し、ＡＪなどの導電物質で配線６０を形成する
。（同図ｆｅ）。）第４図（ｅ）に示した構造で明らか
なように、本製法によるセンサの受光部はその製法故に
次のような特徴を有する。

（１）多結晶Ｓｉ・の酸化による厚いＳｔ　Ｏｚ　腺５
２を有する。

（２）　　コンタクト領域５６がゲート４５の上に形成
されたため、ゲート４５と配線６０のショートの懸念が
なくなって、サイドエッチによるコンタクト穴の広がり
を問題としないので、りんガラス５７の膜厚を厚くでき
る。

（３）厚い酸化膜、基体上部のＡａをドープしたドレイ
ン、シん拡散によるホトダイオードなどが自己整合的に
形成できる。

上記（１）　、　（２）よυ本発明によるセンサの垂直
信号線の寄生容量Ｃｖは従来に比べ極めで小さくできる
ことは明らかである。

またセンサの周辺回路に用いるＭｏｓトランジスタハ、
ソース、トレイン共に読み出しドレイン５５の構造を用
いることができるので、ソースドレインの接合深さが実
効的に小さくショートチャネル効果の少ないＭＯＳＦＥ
Ｔの集積回路とすることができる。

ここで第４図（ａＪにおいて、フィールド５ｉｏ２４２
はＳｉＯ２でなく、他の絶縁物であってもよく。

また構造上もＬＯＣＯ８構造でなく、プレーナ構造で、
アイソレーシヨンｐ　層がそれに応じて変わった構造の
ものであっても１本発明の効果に変わシはない。

センサにおいでは、暗電流低減などの理由から基板に接
するＳｉ層は、できるだけ単結晶である方が良い。本発
明になる製造方法において、多結晶５ｉ４７形成後（第
３図（ｂ））ないし、コンタクト部形成後（第３図（ｄ
）でＳｉ３Ｎ、除去後で、ドーピングの前後）に、レー
ザー光にょシアニーリングをし、単結晶化することは、
本発明の効果に支障がないばかりか、逆にセンサとしで
秀扛た特性を有するものとするに効果が太きい。

同様に第４図（ｂ）においで、多結晶５ｉ４７は、エピ
タキシアル成長によって形成すると、Ｓｉ基板と接する
部分には多結晶ではなく単結晶が形成されるので、基板
とよく整合のとｎた素子が得られ、本発明の効果に変わ
）はない。またこれをレーザーアニールと組合わせても
良い。

まだ第４図ｔｂ）　、　’（Ｃ）　、　（ｄｌで示し７
’ＣＳ　ｉ　３Ｎ　４は、これに限らず、Ｓｉ層５１を
選択酸化するときの高温酸化雰囲気に耐えるものであれ
ば、他の薄膜であってもよい。ホトゲートになる電極４
５も、導電性で耐熱性のあみ物質ならば、多結晶Ｓｉ。

Ｍ　ｏ　ｇなどどのような物、質であってもよい。

以上本発明の説明には、ｎチャネル素子を例にとって説
明したが、これは逆にｐチャネル素子でも、不純物の種
類、電荷、電圧の極性を適当に変えることで適用できる
。

また第４図＋ｅ）においで、シんガラス膜５７を用いた
が、この膜は必ずしも必要でなく、これ全形成しないま
ま配線を形成してもよい。この場合、コンタクト穴は以
前の５ｉ３ｉ’Ｊ４のおおっていた領域であるので、コ
ンタクト穴も自己整合的にに形成されることになる。

さらに同図（ｅＪにおいてりんガラス膜のような保護膜
を最終工程で素子上に形成することは一般に行なわｔて
いることであるが、ここでこの工程を入扛でも、本発明
の本質には何らかかわることなく、その効果が得られる
。

以上本発明の実施例は第１図に示すようなＭＯ８形セン
サの基本的な構成を念頭において説明したが、とｎはこ
扛に限らず、ホトダイオードと垂直信号線とをそなえた
センサであれば何であっても適用でき、たとえばホトダ
イオードアレ一部と垂直走査回路は第１図のようなＭＯ
８形センサと同様にし、水平レジスタに電荷移送素子（
ＣＴＤ）を用いたような構成のセンサであっても、本発
明の効果は大きい。また垂直信号線は第１図のように１
垂直方向の画素列について１本でなくても、複数本たと
えば２本そなえたような場合（たとえばＫｏｉｋｅ　ｅ
ｔａｌ　１９７９年　ｌ５ＳＣＣＤｉｇ　。

ｐ１９２）でも本発明の効果が得られることは自明であ
る。

また本発明はセンサに限らず、他のＬ’ＳＩ、たとえば
ＭＯ８ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）などにおいて
も、α線によるソフトエラ一対策として適用することに
よシ、信号読み出し誤υのない、動作マージンの広い素
子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の固体撮像装置の概略を示す略回路図、第
２図は従来の固体撮像装置の受光部の構成を示す断面図
、第３図は本発明の固体撮像装置の実施例に係わる受、
元部の構成を示す断面図、第４図は、第３図の受光部の
製造方法を工程順に示す断面図である０ １００　・ｎ形Ｓｉ基板ｙ’　１０　Ｖ−、ｐ形Ｓｔ基
体。 １０２・・・ホトダイオードｎ　層、１０３・・・酸化
膜、１０４・・・リンガラス、１．０５・・・配線、１
０６・・・保護［，１０７・・・フィール）”酸化！、
１０８・・・フィールドアイソレーション用ｐ＋層、１
１０・・・ドレイン用ｎ＋層、１１】・・・ホトゲート
、１１２・・・ｐ＋形層、１１３・・・ゲート絶縁膜（
Ｓ　ｒ　０２等）第　１　目 第　２　図 づθ ■　　３　　図 拓　４　図 （矢９ （ｂ） ／Ｌ８ 第４図 （ｄン （Ｃ〕 第１頁の続き ０発　明　者　安藤治久 国分寺市東恋ケ窪１丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 ０発　明　者　尾崎俊文 国分寺市東恋ケ窪１丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 ０発　明　者　田村誠男 国分寺市東恋ケ窪１丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　同一半導体基体の一生表面領域に、二次元状に配
   列したホトダイオード、該ホトダイオードの選択を行な
   うホトゲート、信号読み出しを行なう垂直信号線、水平
   のシフトレジスタおよびその他の周辺回路を構成するＭ
   ＯＳトランジスタを備え、前記ホトダイオードは前記ホ
   トゲートを形成するＭＯＳトランジスタのソース領域と
   前記基体とによって構成されてなる固体撮像装置におい
   て、各ＭＯＳトランジスタのソース、ドレイン領域のう
   ち、前記ホトゲート用ＭＯＳトランジスタのドレイン領
   域は、ソース領域よυも浅く、かつ半導体基体麦面工り
   上部にわたって形成され、その上部の領域の面積がドレ
   イン領域が半導体基体と接する面積よシ広いことを特徴
   とする固体撮像装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置において
   、ホトダイオードを形成するソース領域が９んの拡散層
   であって、こ扛に対応するドレイン領域が不純物として
   ヒ素（Ａｓ）をドープした領域であることを特徴とする
   固体撮像装置０３、特許請求の範囲第１項記載の固体撮
   像装置において、ホトゲート用ＭＯＳトランジスタのト
   ンイン領域の下側にｐ＋層が形成さｎでいて、半導体基
   体との電位差が３ｋＴ以上（ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：
   絶対温度）であることを特徴とする固体撮像装置。