内建电子倍增功能型的固体摄像元件制造技术

本发明专利技术的固体摄像元件具备：Ｐ型半导体基板（１Ａ）；在半导体基板（１Ａ）上生长的Ｐ型外延层（１Ｂ）；形成于外延层（１Ｂ）内的摄像区域（ＶＲ）；具有形成于外延层（１Ｂ）内的Ｎ型半导体区域（１Ｃ）并传送来自摄像区域（ＶＲ）的信号的水平移位寄存器（ＨＲ）；及形成于外延层（１Ｂ）内的Ｐ型阱区域（１Ｄ）。Ｎ型的半导体区域（１Ｃ）延伸至阱区域（１Ｄ）内，阱区域（１Ｄ）内的Ｐ型杂质浓度高于外延层（１Ｂ）内的Ｐ型杂质浓度，在阱区域（１Ｄ）中，形成有倍增来自水平移位寄存器的电子的倍增寄存器（ＥＭ）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及内建电子倍增功能型的固体摄像元件。
技术介绍
以前，具有倍增寄存器的固体摄像元件(例如，参考下述专利文献1 3)已为人 所知。在如此的固体摄像元件中，将由摄像区域读取的电荷经由水平移位寄存器传送至倍 增寄存器。倍增寄存器具备形成于半导体层上的绝缘层、与形成于绝缘层上的传送电极，在 对于某电极(DC电极)施加直流电位且该电位固定的状态下，若使次段的传送电极(倍增 电极)的电位大幅上升，则在这些电极间的电荷传送期间，可进行电子倍增。专利文献1 日本专利技术专利3862850号公报专利文献2 日本特表2007-533130号公报专利文献3 日本特开2001-127277号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题然而，专利技术人等潜心研究上述的构造的倍增寄存器的结果发现，为在提高对于光 的感光度下兼又提高分辨率，在使用具高电阻的外延层的基板的情况时，几乎无法进行电 子倍增。本专利技术的目的在于提供一种即使使用具有高电阻的外延层的基板，也可充分进行 电子倍增的内建电子倍增功能型的固体摄像元件。解决问题的技术手段为解决上述的问题，本专利技术所涉及的内建电子倍增功能型的固体摄像元件的特征 在于具备P型半导体基板；在半导体基板上生长的P型外延层；形成于外延层内的摄像 区域；具有形成于外延层内的N型半导体区域并传送来自摄像区域的信号的水平移位寄存 器；及形成于外延层内的P型阱区域；N型的上述半导体区域延伸至阱区域内，阱区域内的 P型杂质浓度高于外延层内的P型杂质浓度，在阱区域中，形成有倍增来自水平移位寄存器 的电子的倍增寄存器。外延层已知其结晶性优良。因此，在P型外延层形成N型半导体区域的情况时，由 于在水平移位寄存器的电子在结晶性优良的半导体内传送，故电子传送可高精度地进行。 如此传送的电子流入倍增寄存器内，而在倍增寄存器的周围，存在有浓度相对高于外延层 的P型阱区域。专利技术人等发现在如此的情况时，倍增寄存器的传送电极正下方的电位变化 会变得急剧，使电子倍增率显著提高。另外，倍增寄存器优选为具备形成于阱区域内的N型的上述半导体区域；形成于 上述半导体区域上的绝缘层；在该绝缘层上以邻接的方式形成的多个传送电极；及配置于 传送电极间，被施加直流电位的DC电极。S卩，在被施加直流电位的DC电极，与次段的传送电极(倍增电极)之间的N型半导体区域内的电位变化会变得急剧，电子倍增显著地进行。另外，上述绝缘层优选为仅由单一的SiO2层构成。绝缘层以提高其机械耐性与电 性耐压作为目的，优选为采用Si3N4层与SiO2层的2层构造。然而，与起初的预想相悖，使 用如此的绝缘层的情况时，倍增寄存器的增益会劣化。另一方面，绝缘层仅由单一的3102层 构成的情况时，却会得到不会发生增益劣化的超出预想的结果。专利技术效果根据本专利技术的内建电子倍增功能型的固体摄像元件，即使使用高电阻的外延层， 也可充分地进行电子倍增。附图说明图1为固体摄像元件的平面图；图2为图1所示的固体摄像元件的II-II箭头剖面图；图3为图1所示的固体摄像元件的III-III箭头剖面图；图4为显示固体摄像元件的详细的连接关系的平面图；图5为图4所示的固体摄像元件的V-V箭头剖面图；图6为显示驱动/读取电路与固体摄像元件的连接关系的方块图；图7为倍增寄存器的电位图；图8为显示使用固体摄像元件的时间与相对增益的关系的图表。 具体实施例方式以下，就实施方式所涉及的内建电子倍增功能型的固体摄像元件进行说明。再者， 相同的要素使用相同的符号，而省略重复的说明。图1为背面入射型的固体摄像元件100的平面图。在半导体基板上形成有绝缘层2，在绝缘层2的表面上形成有多个垂直电荷传送 电极，这些部份构成垂直移位寄存器。形成有垂直移位寄存器的区域为摄像区域VR，本例的 情况为CXD摄像区域。再者，摄像区域VR也可由MOS型影像传感器构成。在摄像区域VR的一边，邻接设置有水平移位寄存器HR，在从水平移位寄存器HR至 倍增寄存器EM的电荷传送路径内，配置有转角寄存器CR。转角寄存器CR的构造虽与水平 移位寄存器HR相同，但电荷传送方向以描绘圆弧的方式弯曲。在倍增寄存器EM的输出端， 电连接有放大器AMP，从放大器AMP的输出端子OS所获得的图像信号按逐个像素依次读取。形成有绝缘层2的半导体基板的背面侧的中央部被蚀刻成矩形，并形成有凹部 DP。形成有凹部DP之侧为基板的背面，且影像入射至固体摄像元件的背面侧。图2为图1所示的固体摄像元件的II-II箭头剖面图。固体摄像元件100具有P型半导体基板IA ；在半导体基板IA上生长的P型外延 层IB ；形成于外延层IB内的摄像区域VR;及形成于外延层IB内的N型半导体区域1C，并 构成埋入通道型(XD。光像hv从基板背面侧入射。半导体基板IA从背面侧经蚀刻而构成 凹部DP。再者，将包含半导体基板1A、外延层IB及半导体区域IC的整体设为半导体基板 1。在半导体基板1上形成有绝缘层2，且在绝缘层2上设置有传送电极3。在外延层IB的 一部分形成有P型接触区域1G，在接触区域IG设置有电极El。若对电极El施加接地电位4等的基准电位，则可决定P型半导体基板IA与外延层IB的电位。在摄像区域VR中，所传送的电子在垂直于图2的纸面的方向行进。再者，在N型半 导体区域内，形成有沿着电荷传送方向延伸的由多个P型半导体区域构成的隔离区IS(参 照图4)，而将垂直移位寄存器的各信道区分间隔，为使说明简略化，在同图中未显示隔离 区。图3为图1所示的固体摄像元件的III-III箭头剖面图。设置于摄像区域VR的传送电极3A、3B为交替配置，这些电极一部分区域重叠，绝 缘层5介于邻接的传送电极3A、3B之间，并电气分离。来自摄像区域VR的信号由水平移位 寄存器HR传送。另外，倍增寄存器EM(在同图中仅将电极组作为EM而模式性显示)位于水 平移位寄存器HR的附近。在倍增寄存器EM的位置的外延层IB内，形成有P型阱区域1D， N型半导体区域IC也延伸至阱区域ID内。阱区域ID内的P型杂质浓度高于外延层IB内 的P型杂质浓度。半导体基板1由形成有凹部DP的薄板部、与其周围的厚板部构成。在厚板部中， 因光的入射而在内部产生的载流子在到达表面侧之前消失。尤其是半导体基板IA的P型 杂质浓度由于较外延层IB为充分高的浓度，故载流子的行经距离也缩短。水平移位寄存器 HR、转角寄存器CR(参照图1)及倍增寄存器EM至少形成于薄板部的外侧的区域，优选为形 成于厚板部的区域。因此，在厚板部产生的载流子不会混入这些寄存器内。图4为显示固体摄像元件的详细的连接关系的平面图。摄像区域VR具备沿着垂直方向交替配置的垂直传送电极3A、3B。各传送电极3A、 3B在水平方向延伸，邻接的传送电极彼此少许重叠。在本例中，对传送电极3施加3相的驱 动电压(P1V、P2V、P3V)。通过该驱动电压的施加，存储于传送电极正下方的电子在垂直方 向传送。再者，在同图中，显示有FFT(full frame transfer)方式的CCD，其也可替换成进 一步包含存储区域的FT (frame transfer)方式的CCD，或IT (interline transfer)方式的 CCD。在摄像区域VR，形成有用于分离各垂直电荷传送信道本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内建电子倍增功能型的固体摄像元件，其特征在于：具备：Ｐ型半导体基板；Ｐ型外延层，其生长于所述半导体基板上；摄像区域，其形成于所述外延层内；水平移位寄存器，其具有形成于所述外延层内的Ｎ型的半导体区域并传送来自所述摄像区域的信号；以及Ｐ型阱区域，其形成于所述外延层内，Ｎ型的所述半导体区域延伸至所述阱区域内，所述阱区域内的Ｐ型杂质浓度高于所述外延层内的Ｐ型杂质浓度，在所述阱区域中，形成有倍增来自所述水平移位寄存器的电子的倍增寄存器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木久则，米田康人，高木慎一郎，前田坚太郎，村松雅治，
申请(专利权)人：浜松光子学株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]