JP2002270808A - Mos型撮像装置 - Google Patents
Mos型撮像装置Info
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- JP2002270808A JP2002270808A JP2001070211A JP2001070211A JP2002270808A JP 2002270808 A JP2002270808 A JP 2002270808A JP 2001070211 A JP2001070211 A JP 2001070211A JP 2001070211 A JP2001070211 A JP 2001070211A JP 2002270808 A JP2002270808 A JP 2002270808A
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- mos transistors
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 リーク電流に起因する雑音の小さいMOS型
撮像装置を提供する。 【解決手段】 同一基板上に、複数の画素が配列された
撮像領域と、前記撮像領域を動作させるための駆動回路
を含む周辺回路領域とを備え、前記撮像領域において
は、前記画素がフォトダイオードおよび少なくとも1つ
のMOSトランジスタを含み、前記周辺回路領域におい
ては、前記駆動回路が複数のMOSトランジスタを含む
MOS型撮像装置において、前記撮像領域および前記周
辺回路領域において、MOSトランジスタ同士間を電気
的に分離する素子分離部を、前記基板を侵食しないよう
に前記基板上に形成された絶縁膜18、および、前記基
板内に形成された不純物拡散領域19の少なくとも一方
で構成する。
撮像装置を提供する。 【解決手段】 同一基板上に、複数の画素が配列された
撮像領域と、前記撮像領域を動作させるための駆動回路
を含む周辺回路領域とを備え、前記撮像領域において
は、前記画素がフォトダイオードおよび少なくとも1つ
のMOSトランジスタを含み、前記周辺回路領域におい
ては、前記駆動回路が複数のMOSトランジスタを含む
MOS型撮像装置において、前記撮像領域および前記周
辺回路領域において、MOSトランジスタ同士間を電気
的に分離する素子分離部を、前記基板を侵食しないよう
に前記基板上に形成された絶縁膜18、および、前記基
板内に形成された不純物拡散領域19の少なくとも一方
で構成する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルカメラ等
に使用されるMOS型撮像装置に関するものである。
に使用されるMOS型撮像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】MOS型撮像装置は、各画素に形成され
たMOSトランジスタを含む増幅回路を用いて、各画素
の信号を増幅して読み出すイメージセンサである。近
年、このMOS型撮像装置、特に、CMOS(compleme
ntary MOS)プロセスで製造されるいわゆるCMOSイ
メージセンサは、低電圧・低消費電力であり、周辺回路
とワン・チップ化できるという長所を有するため、PC
用小型カメラなどの携帯機器の画像入力素子として注目
されている。
たMOSトランジスタを含む増幅回路を用いて、各画素
の信号を増幅して読み出すイメージセンサである。近
年、このMOS型撮像装置、特に、CMOS(compleme
ntary MOS)プロセスで製造されるいわゆるCMOSイ
メージセンサは、低電圧・低消費電力であり、周辺回路
とワン・チップ化できるという長所を有するため、PC
用小型カメラなどの携帯機器の画像入力素子として注目
されている。
【0003】図2は、MOS型撮像装置の構成の一例を
示す図である。このMOS型撮像装置は、同一の半導体
基板上に、複数の画素6が二次元状に配列された撮像領
域7と、画素選択のための垂直シフトレジスタ8および
水平シフトレジスタ9と、前記シフトレジスタに必要な
パルスを供給するタイミング発生回路10とを備えてい
る(以下、撮像領域7以外の領域、すなわち垂直シフト
レジスタ8、水平シフトレジスタ9およびタイミング発
生回路10を含む領域を、「周辺回路領域」とい
う。)。撮像領域7においては、各画素6が、フォトダ
イオード1と、転送用トランジスタ2、リセット用トラ
ンジスタ3、増幅用トランジスタ4および選択用トラン
ジスタ5の4個のMOSトランジスタとで構成されてい
る。また、周辺回路領域においては、垂直シフトレジス
タ8、水平シフトレジスタ9およびタイミング発生回路
10が、複数のMOSトランジスタを用いて構成されて
いる。
示す図である。このMOS型撮像装置は、同一の半導体
基板上に、複数の画素6が二次元状に配列された撮像領
域7と、画素選択のための垂直シフトレジスタ8および
水平シフトレジスタ9と、前記シフトレジスタに必要な
パルスを供給するタイミング発生回路10とを備えてい
る(以下、撮像領域7以外の領域、すなわち垂直シフト
レジスタ8、水平シフトレジスタ9およびタイミング発
生回路10を含む領域を、「周辺回路領域」とい
う。)。撮像領域7においては、各画素6が、フォトダ
イオード1と、転送用トランジスタ2、リセット用トラ
ンジスタ3、増幅用トランジスタ4および選択用トラン
ジスタ5の4個のMOSトランジスタとで構成されてい
る。また、周辺回路領域においては、垂直シフトレジス
タ8、水平シフトレジスタ9およびタイミング発生回路
10が、複数のMOSトランジスタを用いて構成されて
いる。
【0004】従来のMOS型撮像装置においては、周辺
回路領域の各回路が、nチャンネルMOSトランジスタ
とpチャンネルMOSトランジスタを両方使用するCM
OS技術を用いて設計さている。一方、撮像領域におい
ては、各画素を構成するMOSトランジスタの全てが、
nチャンネルMOSトランジスタである。この画素を構
成するnチャンネルMOSトランジスタは、通常、周辺
回路領域で使用されるnチャンネルMOSトランジスタ
と同一構造とされる。
回路領域の各回路が、nチャンネルMOSトランジスタ
とpチャンネルMOSトランジスタを両方使用するCM
OS技術を用いて設計さている。一方、撮像領域におい
ては、各画素を構成するMOSトランジスタの全てが、
nチャンネルMOSトランジスタである。この画素を構
成するnチャンネルMOSトランジスタは、通常、周辺
回路領域で使用されるnチャンネルMOSトランジスタ
と同一構造とされる。
【0005】図4は、従来のMOS型撮像装置の周辺回
路領域に用いられるCMOSトランジスタの構造を示す
断面図である。半導体基板21内に、n型ウェル26お
よびp型ウェル25が形成されている。n型ウェル内2
6にpチャンネルMOSトランジスタ22が、p型ウェ
ル25内にnチャンネルMOSトランジスタ23がそれ
ぞれ形成されており、このトランジスタ同士間は、素子
分離部24により電気的に分離されている。素子分離部
24には、選択酸化法(LOCOS:local oxidation
of silicon)により形成された酸化膜27が用いられ
る。また、更に微細化が進むと、素子分離部には、図5
に示すように、STI(Shallow Trench Isolation)に
より形成された酸化膜28が用いられる。
路領域に用いられるCMOSトランジスタの構造を示す
断面図である。半導体基板21内に、n型ウェル26お
よびp型ウェル25が形成されている。n型ウェル内2
6にpチャンネルMOSトランジスタ22が、p型ウェ
ル25内にnチャンネルMOSトランジスタ23がそれ
ぞれ形成されており、このトランジスタ同士間は、素子
分離部24により電気的に分離されている。素子分離部
24には、選択酸化法(LOCOS:local oxidation
of silicon)により形成された酸化膜27が用いられ
る。また、更に微細化が進むと、素子分離部には、図5
に示すように、STI(Shallow Trench Isolation)に
より形成された酸化膜28が用いられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】MOS撮像装置は、前
述したように各画素内に増幅回路を備えているため、少
ない信号を増幅でき、高感度を実現できるという特徴を
有している。その反面、フォトダイオードに漏れ込むリ
ーク電流が大きいと、それが増幅されてしまうため、大
きな雑音となるという問題があった。
述したように各画素内に増幅回路を備えているため、少
ない信号を増幅でき、高感度を実現できるという特徴を
有している。その反面、フォトダイオードに漏れ込むリ
ーク電流が大きいと、それが増幅されてしまうため、大
きな雑音となるという問題があった。
【0007】上記従来のMOS型撮像装置においては、
前述したように、画素を構成するnチャンネルMOSト
ランジスタは、周辺回路領域で使用されるnチャンネル
MOSトランジスタ、すなわち、CMOSトランジスタ
のnチャンネルMOSトランジスタと同一構造とされ
る。また、トランジスタ間の素子分離部の構造について
も、撮像領域と周辺回路領域とで同一構造とされる。
前述したように、画素を構成するnチャンネルMOSト
ランジスタは、周辺回路領域で使用されるnチャンネル
MOSトランジスタ、すなわち、CMOSトランジスタ
のnチャンネルMOSトランジスタと同一構造とされ
る。また、トランジスタ間の素子分離部の構造について
も、撮像領域と周辺回路領域とで同一構造とされる。
【0008】しかしながら、周辺回路領域に用いられる
CMOSトランジスタは、半導体LSIの微細化技術の
大きな流れを受けて開発されたものであり、高速化を主
な目的として製造がチューニングされており、リーク電
流には注意が払われていないのが現状である。例えば、
図4に示すようなCMOSトランジスタにおいては、素
子分離部に用いられる酸化膜27は、基板21の熱酸化
により形成されるため、その膜厚の約半分程度が基板2
1を侵食している。また、図5に示すCMOSトランジ
スタにおいては、素子分離部に用いられる酸化膜28
は、基板21に形成された溝を充填するものであり、そ
の膜厚全部が基板21を侵食している。このような素子
分離部においては、基板の酸化膜で侵食された部分に大
きなストレスが発生するため、大きなリーク電流が発生
する。そのため、このようなCMOSトランジスタの素
子分離構造をそのまま撮像領域に適用すると、リーク電
流による雑音が非常に大きくなるという問題があった。
CMOSトランジスタは、半導体LSIの微細化技術の
大きな流れを受けて開発されたものであり、高速化を主
な目的として製造がチューニングされており、リーク電
流には注意が払われていないのが現状である。例えば、
図4に示すようなCMOSトランジスタにおいては、素
子分離部に用いられる酸化膜27は、基板21の熱酸化
により形成されるため、その膜厚の約半分程度が基板2
1を侵食している。また、図5に示すCMOSトランジ
スタにおいては、素子分離部に用いられる酸化膜28
は、基板21に形成された溝を充填するものであり、そ
の膜厚全部が基板21を侵食している。このような素子
分離部においては、基板の酸化膜で侵食された部分に大
きなストレスが発生するため、大きなリーク電流が発生
する。そのため、このようなCMOSトランジスタの素
子分離構造をそのまま撮像領域に適用すると、リーク電
流による雑音が非常に大きくなるという問題があった。
【0009】本発明は、リーク電流に起因する雑音の小
さいMOS型撮像装置を提供することを目的とする。
さいMOS型撮像装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、同一基板上に、複数の増幅型単位画素が配列された
撮像領域と、前記撮像領域を動作させるための駆動回路
を含む周辺回路領域とを備え、前記撮像領域において
は、前記増幅型単位画素がフォトダイオードおよび複数
のMOSトランジスタを含み、このMOSトランジスタ
同士間が第1の素子分離部により電気的に分離されてお
り、前記周辺回路領域においては、前記駆動回路が複数
のMOSトランジスタを含み、このMOSトランジスタ
同士間が第2の素子分離部により電気的に分離されたM
OS型撮像装置であって、前記第1の素子分離部および
前記第2の素子分離部が、前記基板を侵食しないように
前記基板上に形成された絶縁膜、および、前記基板内に
形成された不純物拡散領域から選ばれる少なくとも一方
であることを特徴とする。
め、同一基板上に、複数の増幅型単位画素が配列された
撮像領域と、前記撮像領域を動作させるための駆動回路
を含む周辺回路領域とを備え、前記撮像領域において
は、前記増幅型単位画素がフォトダイオードおよび複数
のMOSトランジスタを含み、このMOSトランジスタ
同士間が第1の素子分離部により電気的に分離されてお
り、前記周辺回路領域においては、前記駆動回路が複数
のMOSトランジスタを含み、このMOSトランジスタ
同士間が第2の素子分離部により電気的に分離されたM
OS型撮像装置であって、前記第1の素子分離部および
前記第2の素子分離部が、前記基板を侵食しないように
前記基板上に形成された絶縁膜、および、前記基板内に
形成された不純物拡散領域から選ばれる少なくとも一方
であることを特徴とする。
【0011】なお、「第1の素子分離部」は、同一画素
内に存在するMOSトランジスタ同士間、および、互い
に隣接する別の画素内に存在するMOSトランジスタ同
士間に形成される。
内に存在するMOSトランジスタ同士間、および、互い
に隣接する別の画素内に存在するMOSトランジスタ同
士間に形成される。
【0012】このような構成によれば、撮像領域および
周辺領域において、素子分離部が、基板を侵食しない絶
縁膜および不純物拡散領域から選ばれる少なくとも一方
で構成されるため、基板にかかるストレスが小さくな
り、リーク電流を抑制することができる。その結果、リ
ーク電流に起因した雑音を低減することができる。
周辺領域において、素子分離部が、基板を侵食しない絶
縁膜および不純物拡散領域から選ばれる少なくとも一方
で構成されるため、基板にかかるストレスが小さくな
り、リーク電流を抑制することができる。その結果、リ
ーク電流に起因した雑音を低減することができる。
【0013】前記MOS型撮像装置においては、前記不
純物拡散領域が、イオン注入により形成されたものであ
ることが好ましい。
純物拡散領域が、イオン注入により形成されたものであ
ることが好ましい。
【0014】また、前記MOS型撮像装置においては、
前記絶縁膜の膜厚が、1〜1000nmであることが好
ましい。
前記絶縁膜の膜厚が、1〜1000nmであることが好
ましい。
【0015】また、前記MOS型撮像装置においては、
前記撮像領域において、前記フォトダイオードに隣接す
るように形成された前記第1の素子分離部が、前記基板
内に形成された不純物拡散領域で構成されていることが
好ましい。
前記撮像領域において、前記フォトダイオードに隣接す
るように形成された前記第1の素子分離部が、前記基板
内に形成された不純物拡散領域で構成されていることが
好ましい。
【0016】また、前記MOS型撮像装置においては、
前記画素を構成するMOSトランジスタおよび前記駆動
回路を構成するMOSトランジスタが、全てnチャンネ
ルMOSトランジスタであるか、または、全てpチャン
ネルMOSトランジスタであることが好ましい。この好
ましい例によれば、画素のMOSトランジスタと、駆動
回路のMOSトランジスタとを同一構造とすることがで
きるため、製造工程を簡素化することが可能となる。
前記画素を構成するMOSトランジスタおよび前記駆動
回路を構成するMOSトランジスタが、全てnチャンネ
ルMOSトランジスタであるか、または、全てpチャン
ネルMOSトランジスタであることが好ましい。この好
ましい例によれば、画素のMOSトランジスタと、駆動
回路のMOSトランジスタとを同一構造とすることがで
きるため、製造工程を簡素化することが可能となる。
【0017】また、前記MOS型撮像装置においては、
前記駆動回路の少なくとも一部が、ダイナミック回路で
あることが好ましい。消費電力を低下させることができ
るからである。
前記駆動回路の少なくとも一部が、ダイナミック回路で
あることが好ましい。消費電力を低下させることができ
るからである。
【0018】前記MOS型撮像装置においては、前記フ
ォトダイオードの表層部に、暗電流抑制層が形成されて
いることが好ましい。この好ましい例によれば、フォト
ダイオード上の基板表面付近の欠陥から発生するリーク
電流を抑制することができる。
ォトダイオードの表層部に、暗電流抑制層が形成されて
いることが好ましい。この好ましい例によれば、フォト
ダイオード上の基板表面付近の欠陥から発生するリーク
電流を抑制することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】図2は、本発明のMOS型撮像装
置の一例を示す図である。この固体撮像装置は、複数の
画素6が一次元状または二次元状に配置された撮像領域
7と、その周囲に配置された周辺回路領域とを備えてい
る。
置の一例を示す図である。この固体撮像装置は、複数の
画素6が一次元状または二次元状に配置された撮像領域
7と、その周囲に配置された周辺回路領域とを備えてい
る。
【0020】撮像領域7を構成する各画素6は、フォト
ダイオード1と、転送用トランジスタ2、リセット用ト
ランジスタ3、増幅用トランジスタ4および選択用トラ
ンジスタ5の4個のMOSトランジスタとを含んでい
る。転送用トランジスタ2は、フォトダイオード1をソ
ースとし、ドレインが増幅用トランジスタ4のゲートと
電気的に接続されている。増幅用トランジスタ4は、ド
レインが電源電圧と、ソースが選択用トランジスタ5の
ドレインと電気的に接続されている。また、リセット用
トランジスタ2は、ソースが転送用トランジスタ2のド
レインと、ドレインが電源電圧と電気的に接続されてい
る。また、選択用トランジスタ5は、ソースが出力線に
接続されている。
ダイオード1と、転送用トランジスタ2、リセット用ト
ランジスタ3、増幅用トランジスタ4および選択用トラ
ンジスタ5の4個のMOSトランジスタとを含んでい
る。転送用トランジスタ2は、フォトダイオード1をソ
ースとし、ドレインが増幅用トランジスタ4のゲートと
電気的に接続されている。増幅用トランジスタ4は、ド
レインが電源電圧と、ソースが選択用トランジスタ5の
ドレインと電気的に接続されている。また、リセット用
トランジスタ2は、ソースが転送用トランジスタ2のド
レインと、ドレインが電源電圧と電気的に接続されてい
る。また、選択用トランジスタ5は、ソースが出力線に
接続されている。
【0021】各トランジスタの役割を簡単に説明する
と、転送用トランジスタ2は、フォトダイオード1で光
電変換されて発生した信号電荷を検出部(転送用トラン
ジスタ2のドレイン)に転送するためのトランジスタで
ある。検出部は、信号電荷を蓄積し、その電荷に応じた
電圧を増幅用トランジスタ4へ入力するという機能を果
たす。増幅用トランジスタ4は、検出部の電圧を増幅す
る機能を果たし、選択用トランジスタ5は、増幅用トラ
ンジスタ4の出力を取り出すスイッチであり、信号を読
み出す画素を選択する機能を果たす。また、リセット用
トランジスタ2は、検出部に蓄積された信号電荷を一定
時間毎に排出する機能を果たす。
と、転送用トランジスタ2は、フォトダイオード1で光
電変換されて発生した信号電荷を検出部(転送用トラン
ジスタ2のドレイン)に転送するためのトランジスタで
ある。検出部は、信号電荷を蓄積し、その電荷に応じた
電圧を増幅用トランジスタ4へ入力するという機能を果
たす。増幅用トランジスタ4は、検出部の電圧を増幅す
る機能を果たし、選択用トランジスタ5は、増幅用トラ
ンジスタ4の出力を取り出すスイッチであり、信号を読
み出す画素を選択する機能を果たす。また、リセット用
トランジスタ2は、検出部に蓄積された信号電荷を一定
時間毎に排出する機能を果たす。
【0022】図1(a)および図1(b)は、MOSト
ランジスタおよびその周辺の構造の一例を示す断面図で
ある。このMOSトランジスタ12においては、p型半
導体基板11(または、p型ウェル)内に、n型拡散領
域であるソース14およびドレイン15が形成されてい
る。ソース14とドレイン15との間に対応する半導体
基板11上には、絶縁膜16を介して、ゲート電極17
が形成されている。
ランジスタおよびその周辺の構造の一例を示す断面図で
ある。このMOSトランジスタ12においては、p型半
導体基板11(または、p型ウェル)内に、n型拡散領
域であるソース14およびドレイン15が形成されてい
る。ソース14とドレイン15との間に対応する半導体
基板11上には、絶縁膜16を介して、ゲート電極17
が形成されている。
【0023】また、図1(a)および図1(b)に示す
ように、MOSトランジスタ12同士間は素子分離部1
3により電気的に分離されている。素子分離部13は、
図1(a)に示すような、半導体基板11上に分離酸化
膜18が形成された構造、または、図1(b)に示すよ
うな、半導体基板11内に分離拡散領域19が形成され
た構造とすることができる。また、分離酸化膜18およ
び分離拡散領域19の両方が形成された構造であっても
よい。なお、この素子分離部の構造については、後に詳
説する。
ように、MOSトランジスタ12同士間は素子分離部1
3により電気的に分離されている。素子分離部13は、
図1(a)に示すような、半導体基板11上に分離酸化
膜18が形成された構造、または、図1(b)に示すよ
うな、半導体基板11内に分離拡散領域19が形成され
た構造とすることができる。また、分離酸化膜18およ
び分離拡散領域19の両方が形成された構造であっても
よい。なお、この素子分離部の構造については、後に詳
説する。
【0024】フォトダイオード1は、p型半導体基板
(またはp型ウェル)内に形成されたn型拡散領域であ
る。前述したように、フォトダイオードは転送用トラン
ジスタのソースを構成しており、他のMOSトランジス
タのソースと同様に、フォトダイオードに隣接する領域
には素子分離部が形成されている。
(またはp型ウェル)内に形成されたn型拡散領域であ
る。前述したように、フォトダイオードは転送用トラン
ジスタのソースを構成しており、他のMOSトランジス
タのソースと同様に、フォトダイオードに隣接する領域
には素子分離部が形成されている。
【0025】更に、フォトダイオードであるn型拡散領
域の表層部には、暗電流抑制層として、p型拡散領域が
形成されていることが好ましい。この場合、暗電流抑制
層は、フォトダイオードに隣接するように形成された素
子分離部にまで伸長していることが好ましい。すなわ
ち、素子分離部が分離酸化膜で構成される場合は、分離
酸化膜の下方にまで伸長していることが好ましく、素子
分離部が分離拡散領域で構成される場合は、分離拡散領
域内にまで伸長していることが好ましい。
域の表層部には、暗電流抑制層として、p型拡散領域が
形成されていることが好ましい。この場合、暗電流抑制
層は、フォトダイオードに隣接するように形成された素
子分離部にまで伸長していることが好ましい。すなわ
ち、素子分離部が分離酸化膜で構成される場合は、分離
酸化膜の下方にまで伸長していることが好ましく、素子
分離部が分離拡散領域で構成される場合は、分離拡散領
域内にまで伸長していることが好ましい。
【0026】なお、上記説明においては、各画素を構成
するMOSトランジスタとして、nチャンネルMOSト
ランジスタを用いた場合を例示したが、pチャンネルM
OSトランジスタを用いることも可能である。この場
合、MOSトランジスタは、n型半導体基板(または、
n型ウェル)内に、p型拡散領域であるソースおよびド
レインが形成された構造となる。また、フォトダイオー
ドはp型拡散領域で構成され、暗電流抑制層はn型拡散
領域で構成される。
するMOSトランジスタとして、nチャンネルMOSト
ランジスタを用いた場合を例示したが、pチャンネルM
OSトランジスタを用いることも可能である。この場
合、MOSトランジスタは、n型半導体基板(または、
n型ウェル)内に、p型拡散領域であるソースおよびド
レインが形成された構造となる。また、フォトダイオー
ドはp型拡散領域で構成され、暗電流抑制層はn型拡散
領域で構成される。
【0027】周辺回路領域は、図2に示すように、画素
選択のための水平シフトレジスタ8および垂直シフトレ
ジスタ9、これらのシフトレジスタの動作に必要なパル
スを供給するタイミング発生回路10などの駆動回路を
含んでいる。
選択のための水平シフトレジスタ8および垂直シフトレ
ジスタ9、これらのシフトレジスタの動作に必要なパル
スを供給するタイミング発生回路10などの駆動回路を
含んでいる。
【0028】駆動回路は、複数のMOSトランジスタを
含んでおり、このMOSトランジスタ同士間は素子分離
部で電気的に分離されている。素子分離部の構造として
は、撮像領域における素子分離部と同様の構造を採用す
ることができる。すなわち、半導体基板上に分離酸化膜
が形成された構造、半導体基板内に分離拡散領域が形成
された構造、または、分離酸化膜および分離拡散領域の
両方が形成された構造とすることができる。この素子分
離部の構造については、後に詳説する。
含んでおり、このMOSトランジスタ同士間は素子分離
部で電気的に分離されている。素子分離部の構造として
は、撮像領域における素子分離部と同様の構造を採用す
ることができる。すなわち、半導体基板上に分離酸化膜
が形成された構造、半導体基板内に分離拡散領域が形成
された構造、または、分離酸化膜および分離拡散領域の
両方が形成された構造とすることができる。この素子分
離部の構造については、後に詳説する。
【0029】駆動回路を構成するMOSトランジスタの
構造としては、前述したような、画素を構成するMOS
トランジスタと同様の構造を採用することができる。こ
れらのMOSトランジスタは、全てがnチャンネルMO
Sトランジスタであるか、または、全てがpチャンネル
MOSトランジスタであることが好ましい。特に、駆動
回路の高速動作を実現できることから、全てのMOSト
ランジスタが、nチャンネルMOSトランジスタである
ことが好ましい。
構造としては、前述したような、画素を構成するMOS
トランジスタと同様の構造を採用することができる。こ
れらのMOSトランジスタは、全てがnチャンネルMO
Sトランジスタであるか、または、全てがpチャンネル
MOSトランジスタであることが好ましい。特に、駆動
回路の高速動作を実現できることから、全てのMOSト
ランジスタが、nチャンネルMOSトランジスタである
ことが好ましい。
【0030】この場合、消費電力の低下を図るため、駆
動回路はダイナミック回路を用いて構成されることが好
ましい。図3は、水平シフトレジスタおよび垂直シフト
レジスタに用いることが可能なダイナミック回路の一例
を示す回路図である。通常、ダイナミック回路は、容量
(図3の20a、20bおよび20c)にデータをダイ
ナミックに保持するため、リーク電流が大きいと、デー
タがリーク電流により破壊されるおそれがある。しか
し、本実施形態においては、駆動回路のMOSトランジ
スタ間を分離する素子分離部として、リーク電流の小さ
い構造を採用しているため、このような問題を軽減する
ことができる。
動回路はダイナミック回路を用いて構成されることが好
ましい。図3は、水平シフトレジスタおよび垂直シフト
レジスタに用いることが可能なダイナミック回路の一例
を示す回路図である。通常、ダイナミック回路は、容量
(図3の20a、20bおよび20c)にデータをダイ
ナミックに保持するため、リーク電流が大きいと、デー
タがリーク電流により破壊されるおそれがある。しか
し、本実施形態においては、駆動回路のMOSトランジ
スタ間を分離する素子分離部として、リーク電流の小さ
い構造を採用しているため、このような問題を軽減する
ことができる。
【0031】また、本実施形態においては、撮像領域の
画素を構成するMOSトランジスタおよび周辺回路領域
の駆動回路を構成するMOSトランジスタが、全てnチ
ャンネルMOSトランジスタであるか、または、全てp
チャンネルMOSトランジスタである。特に、撮像装置
の高速動作を実現できることから、撮像領域および周辺
回路領域における全てのMOSトランジスタが、nチャ
ンネルMOSトランジスタであることが好ましい。
画素を構成するMOSトランジスタおよび周辺回路領域
の駆動回路を構成するMOSトランジスタが、全てnチ
ャンネルMOSトランジスタであるか、または、全てp
チャンネルMOSトランジスタである。特に、撮像装置
の高速動作を実現できることから、撮像領域および周辺
回路領域における全てのMOSトランジスタが、nチャ
ンネルMOSトランジスタであることが好ましい。
【0032】更に、撮像領域の画素を構成するMOSト
ランジスタおよび周辺回路領域の駆動回路を構成するM
OSトランジスタは、全て同一構造を有していることが
好ましい。製造プロセスの簡素化を図ることができるか
らである。
ランジスタおよび周辺回路領域の駆動回路を構成するM
OSトランジスタは、全て同一構造を有していることが
好ましい。製造プロセスの簡素化を図ることができるか
らである。
【0033】次に、撮像領域および周辺回路領域におけ
る、MOSトランジスタ間の素子分離部について説明す
る。
る、MOSトランジスタ間の素子分離部について説明す
る。
【0034】前述したように、撮像領域および周辺回路
領域のいずれにおいても、素子分離部の構造としては、
半導体基板上に分離酸化膜が形成された構造(以下、
「第1の形態」という。)、または、半導体基板内に分
離拡散領域が形成された構造(以下、「第2の形態」と
いう。)が採用される。
領域のいずれにおいても、素子分離部の構造としては、
半導体基板上に分離酸化膜が形成された構造(以下、
「第1の形態」という。)、または、半導体基板内に分
離拡散領域が形成された構造(以下、「第2の形態」と
いう。)が採用される。
【0035】図1(a)は、第1の形態に係る素子分離
部の一例を示す断面図である。この素子分離部13にお
いては、半導体基板11上に分離酸化膜18が形成され
ている。分離酸化膜18は、半導体基板11を侵食しな
い膜であり、例えば、半導体基板の平坦な表面に形成さ
れた堆積膜である。このような分離酸化膜18は、例え
ば、CVD法などにより形成することができる。
部の一例を示す断面図である。この素子分離部13にお
いては、半導体基板11上に分離酸化膜18が形成され
ている。分離酸化膜18は、半導体基板11を侵食しな
い膜であり、例えば、半導体基板の平坦な表面に形成さ
れた堆積膜である。このような分離酸化膜18は、例え
ば、CVD法などにより形成することができる。
【0036】分離酸化膜18の膜厚は、MOSトランジ
スタ12を電気的に分離できる膜厚であれば特に限定す
るものではないが、例えば1〜1000nm、好ましく
は3〜400nm、更に好ましくは4〜200nmであ
る。
スタ12を電気的に分離できる膜厚であれば特に限定す
るものではないが、例えば1〜1000nm、好ましく
は3〜400nm、更に好ましくは4〜200nmであ
る。
【0037】図1(b)は、第2の形態に係る素子分離
部の一例を示す断面図である。この素子分離部13にお
いては、半導体基板11内に、分離拡散領域19が形成
されている。この第2の形態によれば、前記第1の形態
よりも更に優れたリーク電流抑制効果を得ることができ
る。分離拡散領域19としては、nチャンネルMOSト
ランジスタ同士間を分離する場合はp型拡散領域が用い
られ、pチャンネルMOSトランジスタ同士間を分離す
る場合はn型拡散領域が用いられる。この分離拡散領域
19は、例えば、半導体基板内にp型またはn型不純物
をイオン注入することにより形成することができる。
部の一例を示す断面図である。この素子分離部13にお
いては、半導体基板11内に、分離拡散領域19が形成
されている。この第2の形態によれば、前記第1の形態
よりも更に優れたリーク電流抑制効果を得ることができ
る。分離拡散領域19としては、nチャンネルMOSト
ランジスタ同士間を分離する場合はp型拡散領域が用い
られ、pチャンネルMOSトランジスタ同士間を分離す
る場合はn型拡散領域が用いられる。この分離拡散領域
19は、例えば、半導体基板内にp型またはn型不純物
をイオン注入することにより形成することができる。
【0038】分離拡散領域19の不純物濃度および拡散
深さについては、MOSトランジスタ12を電気的に分
離できればよく、特に限定するものではない。不純物濃
度は、例えば1014〜1022cm-3、好ましくは1015
〜1020cm-3、更に好ましくは1017〜1020cm-3
であり、拡散深さは、例えば0μmを超え且つ7μm以
下、好ましくは0μmを超え且つ2μm以下、更に好ま
しくは0μmを超え且つ1μm以下である。
深さについては、MOSトランジスタ12を電気的に分
離できればよく、特に限定するものではない。不純物濃
度は、例えば1014〜1022cm-3、好ましくは1015
〜1020cm-3、更に好ましくは1017〜1020cm-3
であり、拡散深さは、例えば0μmを超え且つ7μm以
下、好ましくは0μmを超え且つ2μm以下、更に好ま
しくは0μmを超え且つ1μm以下である。
【0039】また、素子分離部は、分離酸化膜および分
離拡散領域を併用した構造であってもよい(以下、この
ような構造を「第3の形態」という。)。このような構
造によれば、分離酸化膜と半導体基板との界面でリーク
電流が発生した場合でも、このリーク電流を分離拡散領
域で再結合させることができるため、更なるリーク電流
低減効果が得られる。
離拡散領域を併用した構造であってもよい(以下、この
ような構造を「第3の形態」という。)。このような構
造によれば、分離酸化膜と半導体基板との界面でリーク
電流が発生した場合でも、このリーク電流を分離拡散領
域で再結合させることができるため、更なるリーク電流
低減効果が得られる。
【0040】撮像領域においては、少なくともフォトダ
イオードに隣接する素子分離部の構造として、前記第2
の形態を採用することが好ましい。優れたリーク電流抑
制効果を得ることができるからである。また、撮像領域
におけるその他の素子分離部の構造としては、前記第2
の形態を採用することもできるが、特に、前記第1の形
態または第3の形態を採用することが好ましい。画素内
の増幅回路の高速動作を実現することができるからであ
る。
イオードに隣接する素子分離部の構造として、前記第2
の形態を採用することが好ましい。優れたリーク電流抑
制効果を得ることができるからである。また、撮像領域
におけるその他の素子分離部の構造としては、前記第2
の形態を採用することもできるが、特に、前記第1の形
態または第3の形態を採用することが好ましい。画素内
の増幅回路の高速動作を実現することができるからであ
る。
【0041】一方、周辺回路領域においては、素子分離
部の構造として、前記第1の形態または第3の形態を採
用することが好ましい。駆動回路の高速動作を実現する
ことができるからである。
部の構造として、前記第1の形態または第3の形態を採
用することが好ましい。駆動回路の高速動作を実現する
ことができるからである。
【0042】撮像領域における素子分離部の構造と、周
辺回路領域における素子分離部の構造は、第1の形態、
第2の形態および第3の形態から、それぞれ個別に選択
することができる。以下に、その組み合わせの好適な例
を挙げる。
辺回路領域における素子分離部の構造は、第1の形態、
第2の形態および第3の形態から、それぞれ個別に選択
することができる。以下に、その組み合わせの好適な例
を挙げる。
【0043】第1番目の例は、撮像領域における素子分
離部と周辺回路領域における素子分離部とを同一構造と
するものである。この場合、素子分離部の構造として
は、前記第2の形態を採用することもできるが、特に、
前記第1の形態または第3の形態を採用することが好ま
しい。
離部と周辺回路領域における素子分離部とを同一構造と
するものである。この場合、素子分離部の構造として
は、前記第2の形態を採用することもできるが、特に、
前記第1の形態または第3の形態を採用することが好ま
しい。
【0044】第2番目の例は、撮像領域における素子分
離部の構造として、前記第2の形態を採用し、周辺回路
領域における素子分離部の構造として、前記第1の形態
または前記第3の形態を採用したものである。このよう
な構造によれば、フォトダイオードに漏れ込むリーク電
流を低減し、且つ、駆動回路の高速化を実現できる。
離部の構造として、前記第2の形態を採用し、周辺回路
領域における素子分離部の構造として、前記第1の形態
または前記第3の形態を採用したものである。このよう
な構造によれば、フォトダイオードに漏れ込むリーク電
流を低減し、且つ、駆動回路の高速化を実現できる。
【0045】第3番目の例は、撮像領域においては、フ
ォトダイオードに隣接する素子分離部の構造として前記
第2の形態を、その他の素子分離部の構造として前記第
1の形態または前記第3の形態を採用し、且つ、周辺回
路領域においては、素子分離部の構造として、前記第1
の形態または前記第3の形態を採用したものである。こ
のような構造によれば、フォトダイオードに漏れ込むリ
ーク電流を低減し、且つ、駆動回路および画素内の増幅
回路の高速化を実現できる。
ォトダイオードに隣接する素子分離部の構造として前記
第2の形態を、その他の素子分離部の構造として前記第
1の形態または前記第3の形態を採用し、且つ、周辺回
路領域においては、素子分離部の構造として、前記第1
の形態または前記第3の形態を採用したものである。こ
のような構造によれば、フォトダイオードに漏れ込むリ
ーク電流を低減し、且つ、駆動回路および画素内の増幅
回路の高速化を実現できる。
【0046】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のMOS型
撮像装置によれば、MOSトランジスタ同士間の素子分
離部を特定の構造とすることにより、リーク電流に起因
した雑音を低減することができる。
撮像装置によれば、MOSトランジスタ同士間の素子分
離部を特定の構造とすることにより、リーク電流に起因
した雑音を低減することができる。
【図1】 本発明のMOS型撮像装置を構成するMOS
トランジスタおよび素子分離部の構造の一例を示す断面
図である。
トランジスタおよび素子分離部の構造の一例を示す断面
図である。
【図2】 本発明のMOS型撮像装置の構成を示す図で
ある。
ある。
【図3】 本発明のMOS型撮像装置の駆動回路に用い
得るダイナミック回路の一例を示す回路図である。
得るダイナミック回路の一例を示す回路図である。
【図4】 従来のMOS型撮像装置を構成するCMOS
トランジスタ及び素子分離部の構造を示す断面図であ
る。
トランジスタ及び素子分離部の構造を示す断面図であ
る。
【図5】 従来のMOS型撮像装置を構成するCMOS
トランジスタ及び素子分離部の構造を示す断面図であ
る。
トランジスタ及び素子分離部の構造を示す断面図であ
る。
1 フォトダイオード 2,3,4,5 MOSトランジスタ 6 画素 7 撮像領域 8 垂直シフトレジスタ 9 水平シフトレジスタ 10 タイミング発生回路 11 半導体基板 12 MOSトランジスタ 13 素子分離部 14 ソース 15 ドレイン 16 ゲート絶縁膜 17 ゲート 18 分離酸化膜 19 分離拡散領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M118 AA05 AA10 AB01 BA14 CA02 CA04 FA06 FA08 FA26 FA28 FA42 5F048 AA04 AA07 AA09 AC01 AC03 AC10 BE03 BG12 5F049 MA02 NA04 NB05 QA03 RA04 SZ20 UA01 UA12 UA13
Claims (7)
- 【請求項1】 同一基板上に、複数の増幅型単位画素が
配列された撮像領域と、前記撮像領域を動作させるため
の駆動回路を含む周辺回路領域とを備え、前記撮像領域
においては、前記増幅型単位画素がフォトダイオードお
よび複数のMOSトランジスタを含み、このMOSトラ
ンジスタ同士間が第1の素子分離部により電気的に分離
されており、前記周辺回路領域においては、前記駆動回
路が複数のMOSトランジスタを含み、このMOSトラ
ンジスタ同士間が第2の素子分離部により電気的に分離
されたMOS型撮像装置であって、前記第1の素子分離
部および前記第2の素子分離部が、前記基板を侵食しな
いように前記基板上に形成された絶縁膜、および、前記
基板内に形成された不純物拡散領域から選ばれる少なく
とも一方であることを特徴とするMOS型撮像装置。 - 【請求項2】 前記不純物拡散領域が、イオン注入によ
り形成されたものである請求項1に記載のMOS型撮像
装置。 - 【請求項3】 前記絶縁膜の膜厚が、1〜1000nm
である請求項1または2に記載のMOS型撮像装置。 - 【請求項4】 前記撮像領域において、前記フォトダイ
オードに隣接するように形成された前記第1の素子分離
部が、前記基板内に形成された不純物拡散領域で構成さ
れている請求項1〜3のいずれかに記載のMOS型撮像
装置。 - 【請求項5】 前記増幅型単位画素を構成するMOSト
ランジスタおよび前記駆動回路を構成するMOSトラン
ジスタが、全てnチャンネルMOSトランジスタである
か、または、全てpチャンネルMOSトランジスタであ
る請求項1〜4のいずれかに記載のMOS型固体撮像装
置。 - 【請求項6】 前記駆動回路の少なくとも一部が、ダイ
ナミック回路である請求項1〜5のいずれかに記載のM
OS型撮像装置。 - 【請求項7】 前記フォトダイオードの表層部に、暗電
流抑制層が形成されている請求項1〜6のいずれかに記
載のMOS型撮像装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001070211A JP2002270808A (ja) | 2001-03-13 | 2001-03-13 | Mos型撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001070211A JP2002270808A (ja) | 2001-03-13 | 2001-03-13 | Mos型撮像装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002270808A true JP2002270808A (ja) | 2002-09-20 |
Family
ID=18928120
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001070211A Pending JP2002270808A (ja) | 2001-03-13 | 2001-03-13 | Mos型撮像装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002270808A (ja) |
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2001
- 2001-03-13 JP JP2001070211A patent/JP2002270808A/ja active Pending
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