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JP3615144B2 - Solid-state imaging device - Google Patents

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JP3615144B2
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▲高▼ 三井田
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置に関し、より詳しくは、ビデオカメラ、電子カメラ、画像入力カメラ、スキャナ又はファクシミリ等に用いられる閾値電圧変調方式のMOS型イメージセンサを用いた固体撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
CCD型イメージセンサやMOS型イメージセンサなどの半導体イメージセンサは量産性に優れているため、パターンの微細化技術の進展に伴い、ほとんどの画像入力デバイス装置に適用されている。
特に、近年、CCD型イメージセンサと比べて、消費電力が小さく、かつセンサ素子と周辺回路素子とを同じCMOS技術によって作成できるという利点を生かして、MOS型イメージセンサが見直されている。
【0003】
このような世の中の動向に鑑み、本願出願人はMOS型イメージセンサの改良を行い、光信号検出用MOSトランジスタのチャネル領域下にキャリアポケット(高濃度埋込層)25を有するセンサ素子に関する特許出願(特願平10−186453号)を行って特許(登録番号2935492号)を得ている。
このMOS型イメージセンサにおいて、この出願の図13及び図14に示すように、単位画素101は受光ダイオード111と受光ダイオード111に隣接する光信号検出用電界効果トランジスタ112とから構成される。
【0004】
MOS型イメージセンサは、この単位画素101が行と列に配列されてなる。隣接する単位画素101は素子分離領域によって分離されている。素子分離領域は、LOCOS(LOCcal Oxidation of Silicon)法により基板表面に形成された絶縁分離領域14と、その下の半導体基板に形成されたp型の拡散分離領域13とから構成されている。
【0005】
このMOS型イメージセンサを用いて、初期化期間に各電極に高い逆電圧を印加して空乏化させ、ホールポケット25に残る光発生正孔を放出させる。蓄積期間に受光ダイオード111部にマイクロレンズにより集光された光を照射して光発生正孔を生じさせ、移動させてホールポケット25に蓄積させ、読出期間に光発生正孔の蓄積量に比例して変調された光信号検出用電界効果トランジスタ112の閾値電圧を検出することにより光信号を検出する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、画素配列をさらに高密度化すべく、画素ピッチを小さくしようとする場合、受光ダイオード111部分に比べてゲート電極19の周辺部の構造は複雑なので、ゲート電極19の縮小率は受光ダイオード111部分の縮小率に比べて制限される。従って、現状又は近い将来においては、ゲート電極19の幅は画素ピッチに対して1/2以上、或いは画素がさらに微細化されると画素ピッチに対して2/3以上になると考えられる。
【0007】
このような状況を基に画素ピッチを小さくしようとする場合、図9に示すように、受光ダイオード111の受光部が細長い長方形状になってくる。このため、マイクロレンズにより集光された光に焦点ボケなどがあり、光スポット径が多少広がった場合、図10(c)に示すように、照射された光が受光部の短辺方向で受光部からはみ出てしまうことがある。この場合、短辺方向の両端部で入射光量が不足し、このため、均一パターンを撮影したときでもイメージセンサからの出力が不均一になるという、所謂シェーディングが生じる。
【0008】
また、CCD素子を用いた撮像装置では3つのCCD素子により受光する3板式等の方式により解像度を向上させるようにしているが、MOS型イメージセンサでは低消費電力、かつ小型という特徴を生かせるように、1つの撮像素子により受光する単板式で解像度を向上させることが望まれている。
さらに、LOCOSによる素子分離をやめて、撮像素子全体をさらに小型化したいという要求もある。
【0009】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて創作されたものであり、撮像素子全体を小型化するとともに、所謂シェーディングの発生を防止し、また、単板式で解像度の向上を図ることができる固体撮像装置を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するため、この発明は固体撮像装置に係り、その固体撮像装置の基本構成として、図2及び図4に示すように、一導電型の第1のウエル領域54aに形成された受光ダイオード111と、受光ダイオード111の第1のウエル領域54bに隣接し、受光ダイオード111で発生した光発生電荷を蓄積可能に電気的に接続した一導電型の第2のウエル領域54b内に形成された光信号検出用絶縁ゲート型電界効果トランジスタ112とを備えた単位画素101を有している。
そして、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ112のゲート電極59は、例えば、リング状を有し、ゲート電極59の内周部の内側にn型(反対導電型)のソース領域56が設けられ、ゲート電極59の外周部の外側にn型(反対導電型)のドレイン領域57aが設けられている。かつ、これらは、p型(一導電型)の第2のウエル領域54b内に設けられている。さらに、ドレイン領域57aは、受光ダイオード111の第1のウエル領域54aの表面に形成されたn型(反対導電型)の不純物領域57に電気的に接続されている。これにより、受光ダイオード111で発生した光発生電荷をゲート電極59下方のチャネル領域54c下に蓄積し、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ112におけるチャネル領域54cの閾値電圧を変調させて光信号を検出することを特徴としている。
【0011】
また、単位画素101は、図1、図3、図5乃至図8に示すように、行と列に配列されてなり、受光ダイオード111が自らの単位画素101の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ112と、隣接する単位画素101の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ112とによってその周辺部を囲まれ、かつ、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ112が自らの単位画素101の受光ダイオード111と、隣接する単位画素101の受光ダイオード111とによってその周辺部を囲まれて配置されていることを特徴としている。
そして、単位画素101は、行方向にある絶縁ゲート型電界効果トランジスタ112のゲート電極59が相互に接続され、かつ同一の列内にある絶縁ゲート型電界効果トランジスタ112のソース領域56が相互に接続されていることを特徴としている。かつ、単位画素101は、少なくとも同じ行内ではドレイン領域57aに電気的に接続されたn型(反対導電型)の拡散分離領域(拡散領域)53で隣接画素と接続されていることを特徴としている。
【0012】
さらに、固体撮像装置内の単位画素101の平面配置においては、特に、図5乃至図8に示すように、行方向に沿って及び列方向に沿って受光ダイオード111とゲート電極59とが交互に並んでいることを特徴としている。
この場合、例えば、図5に示すように、同一の行内の単位画素101の並びは行方向に沿って直線状になっており、かつ受光ダイオード111の並びは行方向に沿ってジグザクとなっている。また、例えば、図6乃至図8に示すように、受光ダイオード111の並び以外に、同一の行内の単位画素101の並びが、行方向に沿ってジグザクとなっている。
【0013】
以下に、上記構成により奏される作用・効果を説明する。
本発明の固体撮像装置では、光信号検出用絶縁ゲート型電界効果トランジスタ112とを備えた単位画素101が行と列に配列されてなり、受光ダイオード111は自らの及び隣接する単位画素の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ112によってその周辺部を囲まれ、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ112は自らの及び隣接する単位画素の受光ダイオード111によってその周辺部を囲まれている。即ち、図1、図3、図5乃至図8に示すような画素配置となる。この場合、一つの画素101において、外周部の平面形状が四辺以上の辺を有する多角形状又は円形状であるようなリング状のゲート電極59が設けられ、受光ダイオード111がゲート電極59の多角形の少なくとも一辺に、又は円形状の円周の一部分に隣接して設けられている。
【0014】
図1及び図3では、ゲート電極59から受光ダイオード111に至る方向が、行方向及び列方向に対して斜め方向に一致するように、画素101内を配置しているので、ゲート電極59の幅を画素ピッチに対して1/2以上、或いは2/3以上に保持しつつ、例えば四角形状の受光部の短辺と長辺との比が1に近くなるという、所謂等方的な広がりを有する受光部を備えた受光ダイオード111を形成することが容易になる。
【0015】
また、図5では、ゲート電極59から受光ダイオード111に至る方向が、行方向及び列方向に対して並行方向に一致するように、画素101内を配置している。かつ、受光ダイオード111の並びは行方向に沿ってジグザクとなっている。
従って、特に行方向において、ゲート電極59の幅を画素ピッチに対して1/2以上、或いは2/3以上に保持しつつ、所謂等方的な広がりを有する受光部を備えた受光ダイオード111を形成することが容易になる。
【0016】
また、図6乃至図8では、ゲート電極59から受光ダイオード111に至る方向が、行方向及び列方向に対して並行方向に一致するように、画素101内を配置している。かつ、受光ダイオード111の並び、及び同一の行内の画素101の並びが、行方向に沿ってジグザクとなっている。即ち、行及び列方向について実質的に画素ピッチが約1/2ピッチ縮小されることになるため、ゲート電極59の幅を画素ピッチに対して1/2以上、或いは2/3以上に保持しつつ、所謂等方的な広がりを有する受光部を備えた受光ダイオード111を形成することが容易になる。
ところで、何も工夫しないで画素を配置した図9のような場合、図10(c)のように、照射光スポットが受光部からはみ出てしまうことにより、画素からの光電気信号の出力が低下する。一方、この発明のような画素配列では、より等方的な広がりを有する受光部を備えた受光ダイオード111を得ることができるため、図10(a)、(b)に示すように、照射光スポットが受光部からはみ出てしまうことにより、画素からの光電気信号の出力が低下するという、所謂シェーディングの発生を防止することができる。
【0017】
また、固体撮像装置内の画素101の平面配置においては、図5乃至図8に示すように、行方向に沿って及び列方向に沿って受光ダイオード111とゲート電極59とが交互に並んでいる。
この場合、特に、図5に示すように、同一の行内の画素101の並びは行方向に沿って直線状になっており、かつ受光ダイオード111の並びは行方向に沿ってジグザクとなっている。また、特に、図6乃至図8に示すように、受光ダイオード111の並び以外に、同一の行内の画素101の並びが、行方向に沿ってジグザクとなっている。
【0018】
図5乃至図8のような配列、即ち受光ダイオード111の中心の並びがジグザクしているような配列は、CCD素子を用いた3板式の固体撮像装置における所謂画素ずらしと同じ効果を有する。即ち、特定の行の受光部の並びをその上又は下の行の受光部の並びに対して1/2ピッチずらすことにより、実質的に受光部の間にさらに受光部が存在することになり、画素ずらしを行なわない場合の映像に比して、受光部間の映像信号も取り込まれる。従って、単板式で解像度を向上させることができる。なお、単板式の画素ずらしは、CCDの場合、逐次出力方式を用いているので、相当難しいと考えられるが、この発明のようなMOS型素子の場合、任意の行の画素から映像信号を出力できるため、単板式の画素ずらしによる解像度の向上は容易である。
【0019】
また、リング状のゲート電極59が設けられ、ゲート電極59の内側がソース領域56となり、その外側がドレイン領域57aとなっている。
従って、ドレイン領域57aと同じ導電型で、かつドレイン領域57aと接続する拡散分離領域53により素子分離領域を形成することで、LOCOS法による素子分離を用いてなくてもよいので、撮像素子全体の微細化が可能となる。
【0020】
なお、ウエル領域54a,54b等が上記と逆の導電型の場合、即ち高濃度埋込層25がn型の場合、高濃度埋込層25はエレクトロンポケット(キャリアポケット)となり、光発生電子を蓄積することになる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るMOS型イメージセンサを構成する画素のレイアウトについて示す平面図である。
【0022】
図1に示すように、受光ダイオード111と、受光ダイオード111に隣接する光信号検出用絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(以下、単にMOSトランジスタと称する場合もある。)112とを備えた単位画素101が行と列に配列されている。MOSトランジスタ112としてnチャネルMOS(nMOS)を用いている。単位画素101は拡散分離領域53が一連なりとなっている素子分離領域によって囲まれている。また、MOSトランジスタ112の部分のゲート電極59は周縁部が八角形状を有し、帯状、かつリング状を有している。
【0023】
行方向に沿って並ぶMOSトランジスタ112のゲート電極59は垂直走査信号(VSCAN)供給線59a,59b,・・・によって相互に接続され、かつ列方向に沿って並ぶMOSトランジスタ112のソース領域56は垂直出力線(又はソース電極)60a,60b,・・・によって相互に接続されている。垂直走査信号(VSCAN)供給線59a,59b,・・・と垂直出力線(又はソース電極)60a,60b,・・・とは相互に交差する方向に延びている。ドレイン領域57aと接続された拡散分離領域53はドレイン電圧(VDD)供給線(又はドレイン電極)61a,61b,・・・を兼ねている。
【0024】
第1の実施の形態では、特に、以下のような特徴を有している。即ち、画素101内では、MOSトランジスタ112のゲート電極59から受光ダイオード111に至る方向が行方向及び列方向に対して斜め方向に向いている。
受光ダイオード111は、当該画素内のMOSトランジスタ112のゲート電極59、及び隣接する画素のMOSトランジスタ112のゲート電極59によってその周辺部を囲まれている。逆に、MOSトランジスタ112のゲート電極59は、当該画素内の受光ダイオード111、及び隣接する画素の受光ダイオード111によってその周辺部を囲まれている。
【0025】
また、同じ垂直走査信号(VSCAN)供給線59a,59b,・・・によって相互に接続されたMOSトランジスタ112のゲート電極59は行方向に沿って一直線状に並び、垂直出力線(又はソース電極)60a,60b,・・・によってソース領域56が相互に接続されたMOSトランジスタ112のゲート電極59は列方向に沿って一直線状に並んでいる。
【0026】
次に、図2を参照して本発明の実施の形態に係るMOS型イメージセンサの一つの単位画素101の断面構造について説明する。図2は、図1のII−II線に沿う断面図である。
図2に示すように、受光ダイオード111とMOSトランジスタ112は、それぞれ異なるp型のウエル領域、即ち第1のウエル領域(一導電型の半導体層)54aと第2のウエル領域(一導電型の半導体層)54bに形成され、それらのウエル領域54a、54bは互いに接続されている。受光ダイオード111の部分の第1のウエル領域54aは光照射による電荷の発生領域の一部を構成している。MOSトランジスタ112の部分の第2のウエル領域54bはこの領域54bに付与するポテンシャルによってチャネルの閾値電圧を変化させることができるゲート領域を構成している。
【0027】
MOSトランジスタ112の部分の帯状、かつリング状を有するゲート電極59の内周部の内側にn型のソース領域56が設けられ、同じゲート電極59の外周部の外側にn型のドレイン領域57aが設けられている。ソース領域56とドレイン領域57aとの間の領域であって、ゲート電極59の下の第2のウエル領域54bの表層がチャネル領域となっている。ゲート電極59はゲート絶縁膜58を介してチャネル領域54c上に形成されている。通常の動作電圧において、そのチャネル領域を電子の蓄積状態或いはデプレーション状態に保つため、チャネル領域に適当な濃度のn型不純物を導入し、チャネルドープ層54cを形成している。
【0028】
さらに、ドレイン領域57aが延在して受光ダイオード111の不純物領域57が形成されている。即ち、不純物領域57とドレイン領域57aとは互いに接続した第1及び第2のウエル領域54a,54bの表層に大部分の領域がかかるように一体的に形成されている。さらに、不純物領域57及びドレイン領域57aは画素101の周辺部まで延び、画素101を囲む拡散分離領域53と接続されている。
【0029】
さらに、このMOS型イメージセンサの特徴であるキャリアポケット(高濃度埋込層)55は、ドレイン領域57aからソース領域56に至るチャネル長方向の一部領域であって、ソース領域56側に形成され、かつチャネル幅方向全域にわたって形成されている。
また、上記の構成要素はシリコン酸化膜等の絶縁膜64によって被覆されており、受光ダイオード111の受光窓63以外の領域は、その絶縁膜64上に形成された金属層(遮光膜)62により遮光されている。
【0030】
次に、図11を参照して上記の構造の単位画素を用いたMOS型イメージセンサの全体の構成について説明する。図11は、この実施の形態におけるMOS型イメージセンサの回路構成図を示す。
図11に示すように、このMOS型イメージセンサは、2次元アレーセンサの構成を採っており、上記した構造の画素101が列方向及び行方向にマトリクス状に配列されている。
【0031】
また、垂直走査信号(VSCAN)の駆動走査回路102及びドレイン電圧(VDD)の駆動走査回路103が画素領域を挟んでその左右に配置されている。垂直走査信号供給線(VSCAN供給線)59a,59b,・・・は垂直走査信号の駆動走査回路102から行毎に一つずつでている。各垂直走査信号供給線59a,59b,・・・は、行方向に並ぶ全ての単位画素101内のMOSトランジスタ112のゲート電極59に接続されている。
【0032】
また、ドレイン電圧供給線(VDD供給線)61a,61b,・・・はドレイン電圧(VDD)の駆動走査回路103から行毎に一つずつでている。各ドレイン電圧供給線61a,61b,・・・は、行方向に並ぶ全ての単位画素101内の光信号検出用MOSトランジスタ112のドレイン領域57aに接続されている。
【0033】
また、垂直出力線60a,60b,・・・が列毎に一つずつ出ており、各垂直出力線60a,60b,・・・は列方向に並ぶ全ての単位画素101内のMOSトランジスタ112のソース領域56にそれぞれ接続されている。
さらに、MOSトランジスタ112のソース領域56は列毎に垂直出力線60a,60b,・・・を通して信号出力回路105と接続している。そして、図10に示すように、ソース領域56は上記の信号出力回路105内の図示しないキャパシタからなるラインメモリと直結している。
【0034】
垂直走査信号(VSCAN)及び水平走査信号(HSCAN)により、遂次、各単位画素101のMOSトランジスタ112を駆動して光の入射量に比例した、残留電荷によるノイズ成分を含まない映像信号(Vout )が信号出力回路105から読み出される。
次に、上記のMOS型イメージセンサにおける光信号検出のための素子動作について図12を参照して説明する。図12は光信号検出のための素子動作を示すタイミングチャートである。
【0035】
光信号検出のための素子動作においては、蓄積期間−読出期間−初期化期間(掃出期間)−雑音電圧読出期間−蓄積期間−・・というように、蓄積期間−読出期間−初期化期間(掃出期間)−雑音電圧読出期間という一連の過程が繰り返される。
【0036】
図12に示す蓄積期間では、光照射によりキャリアを発生させ、キャリアのうち正孔(ホール)を第1及び第2のウエル領域54a,54b内を移動させてキャリアポケット55に蓄積する。この場合、ドレイン領域57aに凡そ+1.6Vの正の電圧を印加するとともに、ソース領域56を高インピーダンス状態に保持する。ゲート電極59にMOSトランジスタ112のチャネル領域に十分な電子が蓄積されるような凡そ+2Vの正の電圧を印加する。結果的にソース領域56もドレイン領域57aと同じ凡そ+1.6Vの正の電圧が印加されることになる。この蓄積期間は、第1及び第2のラインメモリにそれぞれ記憶させた光信号により変調した第1のソース電位と光信号がはいる前の第2のソース電位との差の電圧を出力させる期間でもある。
【0037】
同じく読出期間では、キャリアポケット55に蓄積された光発生電荷によるMOSトランジスタ112の閾値電圧の変化をソース電位の変化として読み取り、第1のラインメモリに記憶させる。MOSトランジスタ112が飽和状態で動作するように、ドレイン領域57aに凡そ+2〜3Vの正の電圧を印加するとともに、ゲート電極59に凡そ+2〜3Vの正の電圧を印加する。
【0038】
同じく初期化期間では、光発生電荷(光発生キャリア)を蓄積する前に、読み出しが終わって残留する光発生電荷や、アクセプタやドナー等を中性化し、或いは表面準位に捕獲されている正孔や電子等、光信号の読み出し前の残留電荷を半導体内から排出して、キャリアポケット55を空にする。ソース領域56やドレイン領域57aやゲート電極59に約+5V以上の正の高電圧を印加する。
【0039】
雑音電圧読出期間では、初期化期間と蓄積期間の間にキャリアポケット55から光発生電荷を掃き出した状態での第2のソース電位を第2のラインメモリに記憶させる。この期間も、受光ダイオード111やMOSトランジスタ112には上記読出期間と同様な電圧が印加される。
【0040】
次に、図1及び図2に示す構成と異なる他の構成について図3及び図4を参照して説明する。
図3は、図1に示す構造と異なる他の構造を示す平面図であり、図4は図3のIII−III線に沿う断面図である。
図1に示す構造に対して、VSCAN供給線59a,59b,・・・と並行して延びるVDD供給線61a,61b,・・・をドレイン領域57a上方に新たに設け、各画素101のドレイン領域57aと接続していることを特徴としている。なお、図3、4中、図1、2に示す符号と同じものは図1、2と同じものを示す。
【0041】
図3、4に示すような構造とすることで、画素101間のドレイン電圧の電位差を最小にして、固体撮像装置の動作を均一にすることができる。
以上のように、この発明の第1の実施の形態によれば、一つの画素101において、周縁部の平面形状が八角形状であるようなゲート電極59を用い、受光ダイオード111がゲート電極59の八角形の少なくとも一辺に隣接して設けられ、上記画素101が行と列に配列されてなる。
また、ゲート電極59から受光ダイオード111に至る方向が、行方向及び列方向に対して斜め方向に一致するように、画素101内を配置している。かつ、受光ダイオード111は絶縁ゲート型電界効果トランジスタ112のゲート電極59によってその周辺部を囲まれ、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ112のゲート電極59は受光ダイオード111によってその周辺部を囲まれるように配列している。
これにより、例えば四角形状の受光部の短辺と長辺との比が1に近くなるという、所謂等方的な広がりを有する受光部を備えた受光ダイオード111を形成することが容易になる。
ところで、ゲート電極59の幅を画素101のピッチの1/2以上或いは2/3以上とした場合、図9のように何も工夫しないで画素を配置すると、受光部が細長い長方形状となるため、図10(c)のように、照射光スポットが受光部からはみ出てしまうことにより、画素からの光電気信号の出力が低下する。一方、この発明のような画素配列では、より等方的な広がりを有する受光部を備えた受光ダイオード111を得ることができるため、図10(a)に示すように、照射光スポットが受光部からはみ出てしまうことにより、画素からの光電気信号の出力が低下するという、所謂シェーディングの発生を防止することができる。
【0042】
(第2の実施の形態)
図5は、本発明の第2の実施の形態に係るMOS型イメージセンサ内における画素の配列について示す平面図である。
この発明の第2の実施の形態において、同一の行内の画素101の並びは行方向に沿って一直線状になっている点は第1の実施の形態と同じである。また、受光ダイオード111が、当該画素101内のMOSトランジスタ112のゲート電極59、及び隣接する画素のMOSトランジスタ112のゲート電極59によってその周辺部を囲まれ、逆にMOSトランジスタ112のゲート電極59は、当該画素内の受光ダイオード111、及び隣接する画素の受光ダイオード111によってその周辺部を囲まれているている点も第1の実施の形態と同じである。
【0043】
一方、第1の実施の形態と異なるところは、画素101内では、MOSトランジスタ112のゲート電極59から受光ダイオード111に至る方向が行方向に直交し、列方向に向いている点である。また、MOSトランジスタ112のゲート電極59の並びは行方向に沿ってジグザクとなっている点である。
また、一行内ではドレイン領域57aと同じ導電型を有する拡散分離領域53が一連なりとなっており、第1及び第2のウエル領域54a,54bより深く形成された素子分離領域53によって画素101が囲まれている点は第1の実施の形態と同じであるが、行間を分離する行間分離帯62aが設けられている点が第1の実施の形態と異なる。行間分離帯62aは、例えば、LOCOS(Local Oxide of Silicon)によるフィールド酸化膜と、フィールド酸化膜下の半導体基板の表面から基板に達するp型層とから構成される。
【0044】
他の構成は、図5において、図1及び図2中の符号と同じ符号で示すものは図1及び図2と同じものを示すため、その説明を省略する。
さらに、画素101の断面構造も、上記行間分離帯62aを除いて図2に示す画素の断面構造と同じなので、説明を省略する。
この発明の第2の実施の形態の構成によっても、第1の実施の形態と同様な効果を有する。
【0045】
さらに、第2の実施の形態では、第1の実施の形態の構成と異なる以下のような構成を有する。即ち、固体撮像装置内の画素101の平面配置においては、図5に示すように、行方向に沿って及び列方向に沿って受光ダイオード111とゲート電極59とが交互に並んでいる。この場合、特に、同一の行内の画素101の並びは行方向に沿って直線状になっており、かつ受光ダイオード111の並びは行方向に沿ってジグザクとなっている。
【0046】
図5のような配列、即ち受光ダイオード111の中心の並びがジグザクしているような配列は、CCD素子を用いた3板式の固体撮像装置における所謂画素ずらしと同じ効果を有する。即ち、特定の行の受光部の並びをその上又は下の行の受光部の並びに対して1/2ピッチずらすことにより、実質的に受光部の間にさらに受光部が存在することになり、画素ずらしを行なわない場合の映像に比して、受光部間の映像信号も取り込まれる。従って、単板式で解像度を向上させることができる。
【0047】
なお、単板式の画素ずらしは、CCDイメージセンサの場合、逐次出力方式を用いているので、相当難しいと考えられるが、この発明のようなMOS型イメージセンサの場合、任意の行の画素から映像信号を出力できるため、単板式の画素ずらしによる解像度の向上は容易である。
(第3の実施の形態)
図6は、本発明の第3の実施の形態に係るMOS型イメージセンサ内における画素の配列について示す平面図である。
【0048】
この第3の実施の形態において、受光ダイオード111の並び、及びMOSトランジスタ112のゲート電極59の並びがともに行方向に沿ってジグザクとなっている点は第2の実施の形態と同様である。また、受光ダイオード111が、当該画素101内のMOSトランジスタ112のゲート電極59、及び隣接する画素のMOSトランジスタ112のゲート電極59によってその周辺部を囲まれ、逆にMOSトランジスタ112のゲート電極59は、当該画素内の受光ダイオード111、及び隣接する画素の受光ダイオード111によってその周辺部を囲まれているている点も第2の実施の形態と同じである。
【0049】
一方、第2の実施の形態と異なるところは、画素101内では、MOSトランジスタ112のゲート電極59から受光ダイオード111に至る方向が行方向に向いている点である。
また、一行内ではドレイン領域57aと同じ導電型を有する拡散分離領域53が一連なりとなっており、第1及び第2のウエル領域54a,54bより深く形成された素子分離領域53によって画素101が囲まれている点は第1及び第2の実施の形態と同じであるが、行間を分離する行間分離帯62aが設けられていない点が第2の実施の形態と異なる。
【0050】
さらに、ゲート電極59同士を接続するゲート相互接続部59xをゲート電極59と同じ材料で形成している点が第2の実施の形態と異なる。接続部59xは、例えばパターニングによりゲート電極59を形成する際にゲート電極59と同じ材料をパターニングして同時に形成する。
なお、図1、図3及び図5中、点線で示した第2のウエル領域54b、不純物領域57、及びドレイン領域57aは、上記図6においても、図1、図3及び図5と同様に、ゲート電極59の周囲に存在しているが、図6においては省略している。
【0051】
また、他の構成は、図6において、図1及び図2中の符号と同じ符号で示すものは図1及び図2と同じものを示す。説明を省略する。
また、画素101の断面構造は図2に示す画素の断面構造と同じなので、説明を省略する。
次に、図6に示す構成と異なる他の構成について図7を参照して説明する。図7は、図6に示す構造と異なる他の構造を示す平面図である。
【0052】
図6に示す構造に対して、接続部59xによりゲート電極59を相互に接続する代わりに、VSCAN供給線59a,59b,・・・によりゲート電極59を相互に接続していることを特徴としている。なお、図7中、図6に示す符号と同じものは図6と同じものを示す。
以上のように、この発明の第3の実施の形態は、第2の実施の形態とほぼ同様な構成を有するので、第2の実施の形態と同様な効果を有する。
【0053】
(第4の実施の形態)
図8は、本発明の第4の実施の形態に係るMOS型イメージセンサ内における画素の配列について示す平面図である。
この第3の実施の形態において、受光ダイオード111の並び、及びMOSトランジスタ112のゲート電極59の並びが行方向に沿ってジグザクとなっている点は第2及び第3の実施の形態と同様である。また、受光ダイオード111が、当該画素101内のMOSトランジスタ112のゲート電極59、及び隣接する画素のMOSトランジスタ112のゲート電極59によってその周辺部を囲まれ、逆にMOSトランジスタ112のゲート電極59は、当該画素内の受光ダイオード111、及び隣接する画素の受光ダイオード111によってその周辺部を囲まれているている点も第2及び第3の実施の形態と同じである。
【0054】
一方、第3の実施の形態と異なるところは、画素101内では、MOSトランジスタ112のゲート電極59から受光ダイオード111に至る方向が列方向に向いている点である。
また、一行内ではドレイン領域57aと同じ導電型を有する拡散分離領域53が一連なりとなっており、第1及び第2のウエル領域54a,54bより深く形成された素子分離領域53によって画素101が囲まれている点は第1乃至第3の実施の形態と同じであるが、行間を分離する行間分離帯62aが設けられていない点が第2の実施の形態と異なる。
【0055】
さらに、ゲート電極59同士を接続するゲート相互接続部59xをゲート電極59と同じ材料で形成している点が第3の実施の形態と同じである。第3の実施の形態と同様に、接続部59xは、例えばパターニングによりゲート電極59を形成する際にゲート電極59と同じ材料をパターニングして同時に形成する。
なお、図1、図3及び図5中、点線で示した第2のウエル領域54b、不純物領域57、及びドレイン領域57aは、上記図8においても、図1、図3及び図5と同様に、ゲート電極59の周囲に存在しているが、図8においては省略している。
【0056】
また、他の構成は、図8において、図6及び図7中の符号と同じ符号で示すものは図6及び図7と同じものを示す。説明を省略する。
画素101の断面構造も、図2に示す画素の断面構造と同じなので、説明を省略する。
以上のように、この発明の第4の実施の形態は、第2及び第3の実施の形態とほぼ同様な構成を有するので、第2及び第3の実施の形態と同様な効果を有する。
【0057】
(比較例)
図9は、上記実施の形態に係るMOS型イメージセンサに対する比較例のMOS型イメージセンサにおける画素の配列について示す平面図である。
画素101内の受光ダイオード111とMOSトランジスタ112の並びが行方向と同じ方向に向くようにして画素101を行と列に配列している。
【0058】
この場合、上記実施の形態と異なり、受光ダイオード111、及びゲート電極59が列方向にそれぞれ一直線状に並んでいる。
一つの画素の微細化を行なって、画素101内のゲート電極59の幅を画素101のピッチの1/2以上、或いはさらに微細化がなされて2/3以上とする場合、受光部は、図9のように、受光部が細長い長方形状となる。
このため、図10(c)のように、照射光スポットが受光部からはみ出てしまうため、画素からの光電気信号の出力が低下する。
一方、上記第1乃至第4の実施の形態のような画素配列では、より等方的な広がりを有する受光部を備えた受光ダイオード111を得ることができるため、図10(a)、(b)に示す第1及び第2の実施の形態の画素で代表するように、照射光スポットが受光部に収まるようになる。このため、照射光スポットが受光部からはみ出してしまうことにより画素101からの光電気信号の出力が低下するという、所謂シェーディングの発生を防止することができる。
【0059】
以上、実施の形態によりこの発明を詳細に説明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲に含まれる。
例えば、上記の実施の形態では、ゲート電極59の周縁部の平面形状が八角形状であるが、八角形状以外に、四辺以上の辺を有する多角形状又は円形状であるようなものを用いることができる。
【0060】
さらに、この発明が適用される画素101の構造として種々の変形例が考えられるが、受光ダイオード111と光信号検出用のMOSトランジスタ112とが隣接して一つの画素101を構成し、受光ダイオード111は絶縁ゲート型電界効果トランジスタ112のゲート電極59によってその周辺部を囲まれ、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ112のゲート電極59は受光ダイオード111によってその周辺部を囲まれていればよい。
【0061】
また、一つの行において、受光ダイオード111の並びがジクザクになるように配列され、行方向及び列方向に対して受光ダイオード111の並びが実質的に凡そ1/2ピッチとなるように配置されていればよい。
また、p型の基板51上のn型層52a,52b内に第1及び第2のウエル領域54a、54bを形成しているが、n型層52a,52bの代わりに、p型のエピタキシャル層にn型不純物を導入してn型層を形成し、このn型層内に第1及び第2のウエル領域54a、54bを形成してもよい。
【0062】
さらに、p型の基板51を用いているが、代わりにn型の基板を用いてもよい。この場合、上記実施の形態と同様な効果を得るためには、上記実施の形態等で説明した各層及び各領域の導電型をすべて逆転させればよい。この場合、キャリアポケット55に蓄積すべきキャリアは電子及び正孔のうち電子である。
【0063】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、光信号検出用絶縁ゲート型電界効果トランジスタとを備えた画素が行と列に配列されてなり、受光ダイオードは絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極によってその周辺部を囲まれ、絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極は受光ダイオードによってその周辺部を囲まれている。
これにより、例えば四角形状の受光部の短辺と長辺との比が1に近くなるという、所謂等方的な広がりを有する受光部を備えた受光ダイオードを形成することが容易になる。このため、照射光スポットが受光部からはみ出てしまうことにより、画素からの光電気信号の出力が低下するという、所謂シェーディングの発生を防止することができる。
【0064】
また、固体撮像装置内の画素の平面配置においては、行方向に沿って及び列方向に沿って受光ダイオードとゲート電極とが交互に並んでいる。
この場合、特に、同一の行内の画素の並びは行方向に沿って直線状になっており、かつ絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極の並びは行方向に沿ってジグザクとなっている。また、特に、絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極の並び以外に、同一の行内の画素の並びが、行方向に沿ってジグザクとなっている。
【0065】
受光ダイオードの中心の並びがジグザクしているような配列により、実質的に受光部の間にさらに受光部が存在することになり、単板式で解像度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態に係る固体撮像装置に用いられる固体撮像素子の画素内の素子レイアウトを示す平面図である。
【図2】同じく、図1のII−II線に沿う断面図である。
【図3】この発明の第1の実施の形態に係る他の固体撮像装置に用いられる固体撮像素子の画素内の素子レイアウトを示す平面図である。
【図4】同じく、図3のIII−III線に沿う断面図である。
【図5】この発明の第2の実施の形態に係る固体撮像装置に用いられる固体撮像素子の画素内の素子レイアウトを示す平面図である。
【図6】この発明の第3の実施の形態に係る固体撮像装置に用いられる固体撮像素子の画素内の素子レイアウトを示す平面図である。
【図7】この発明の第3の実施の形態に係る他の固体撮像装置に用いられる固体撮像素子の画素内の素子レイアウトを示す平面図である。
【図8】この発明の第4の実施の形態に係る固体撮像装置に用いられる固体撮像素子の画素内の素子レイアウトを示す平面図である。
【図9】比較例に係る固体撮像装置に用いられる固体撮像素子の画素内の素子レイアウトを示す平面図である。
【図10】(a)乃至(c)は、比較例との比較において、この発明の効果を説明する平面図である。
【図11】この発明の固体撮像素子を有する固体撮像装置の全体の回路構成を示す図である。
【図12】この発明の実施の形態に係る固体撮像装置の駆動方法について示すタイミングチャートである。
【図13】従来例に係る固体撮像装置に用いられる固体撮像素子の単位画素内の素子レイアウトを示す平面図である。
【図14】同じく、図13のI−I線に沿う断面図である。
【符号の説明】
53 拡散分離領域(素子分離領域)
54a 第1のウエル領域
54b 第2のウエル領域
54c チャネルドープ層
55 キャリアポケット(高濃度埋込層)
56 ソース領域
57 不純物領域
57a ドレイン領域
58 ゲート絶縁膜
59 ゲート電極
59a、59b,59c VSCAN供給線
59x ゲート相互接続部
60a、60b,60c,60d 垂直出力線
61a、61b VDD供給線
71 水平出力線
72a、72b HSCAN供給線
73a、73b 昇圧電圧供給線
101 単位画素
102 VSCAN駆動走査回路
103 VDD駆動走査回路
104 HSCAN入力走査回路
105 信号出力回路
107 映像信号出力端子
108 昇圧走査回路
111 受光ダイオード
112 光信号検出用絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(光信号検出用MOSトランジスタ)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state image pickup device, and more particularly to a solid-state image pickup device using a threshold voltage modulation type MOS image sensor used for a video camera, an electronic camera, an image input camera, a scanner, a facsimile, or the like.
[0002]
[Prior art]
Semiconductor image sensors such as CCD image sensors and MOS image sensors are excellent in mass productivity, and are applied to almost all image input device devices with the progress of pattern miniaturization technology.
In particular, in recent years, MOS type image sensors have been reviewed by taking advantage of the fact that the power consumption is small compared to CCD type image sensors and the sensor elements and peripheral circuit elements can be produced by the same CMOS technology.
[0003]
In view of such a trend in the world, the applicant of the present application improved the MOS image sensor and applied for a patent relating to a sensor element having a carrier pocket (high-concentration buried layer) 25 under the channel region of the optical signal detection MOS transistor. (Japanese Patent Application No. 10-186453) has been made to obtain a patent (Registration No. 2935492).
In this MOS type image sensor, as shown in FIG. 13 and FIG. 14 of this application, the unit pixel 101 includes a light receiving diode 111 and an optical signal detecting field effect transistor 112 adjacent to the light receiving diode 111.
[0004]
In the MOS type image sensor, the unit pixels 101 are arranged in rows and columns. Adjacent unit pixels 101 are separated by an element isolation region. The element isolation region includes an insulating isolation region 14 formed on the substrate surface by a LOCOS (LOCal Oxidation of Silicon) method, and a p-type diffusion isolation region 13 formed on the semiconductor substrate therebelow.
[0005]
Using this MOS image sensor, a high reverse voltage is applied to each electrode during the initialization period to cause depletion, and photogenerated holes remaining in the hole pocket 25 are emitted. Irradiating the light collected by the microlens to the light receiving diode 111 during the accumulation period to generate photogenerated holes, move them to accumulate in the hole pocket 25, and in proportion to the accumulated amount of photogenerated holes during the readout period Then, the optical signal is detected by detecting the threshold voltage of the modulated optical signal detecting field effect transistor 112.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the pixel pitch is to be reduced in order to further increase the pixel arrangement, the structure of the peripheral portion of the gate electrode 19 is more complex than that of the light receiving diode 111 portion. The reduction rate is limited. Accordingly, in the present state or the near future, it is considered that the width of the gate electrode 19 is 1/2 or more with respect to the pixel pitch, or 2/3 or more with respect to the pixel pitch when the pixel is further miniaturized.
[0007]
When attempting to reduce the pixel pitch based on such a situation, as shown in FIG. 9, the light receiving portion of the light receiving diode 111 has an elongated rectangular shape. For this reason, when the light condensed by the microlens has a defocusing focus and the light spot diameter is slightly widened, the irradiated light is received in the short side direction of the light receiving unit as shown in FIG. It may protrude from the department. In this case, the amount of incident light is insufficient at both ends in the short side direction, and so-called shading occurs in which the output from the image sensor becomes non-uniform even when a uniform pattern is photographed.
[0008]
In addition, in an imaging apparatus using CCD elements, the resolution is improved by a system such as a three-plate type that receives light by three CCD elements, but a MOS type image sensor can take advantage of the features of low power consumption and small size. It is desired to improve the resolution with a single plate type that receives light by one image sensor.
In addition, there is a demand for further downsizing the entire image sensor by stopping element isolation by LOCOS.
[0009]
The present invention has been created in view of the above-described problems of the prior art, and can reduce the size of the entire image sensor, prevent the occurrence of so-called shading, and improve the resolution with a single plate type. A solid-state imaging device is provided.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention relates to a solid-state imaging device, and as a basic configuration of the solid-state imaging device, as shown in FIGS. 2 and 4, the solid-state imaging device is formed in a first well region 54 a of one conductivity type. Formed in the light receiving diode 111 and the second well region 54b of one conductivity type adjacent to the first well region 54b of the light receiving diode 111 and electrically connected so as to be able to accumulate photogenerated charges generated in the light receiving diode 111. The unit pixel 101 is provided with the insulated gate field effect transistor 112 for optical signal detection.
The gate electrode 59 of the insulated gate field effect transistor 112 has, for example, a ring shape, and an n-type (opposite conductivity type) source region 56 is provided inside the inner peripheral portion of the gate electrode 59. An n-type (opposite conductivity type) drain region 57 a is provided outside the outer periphery of 59. These are provided in the p-type (one conductivity type) second well region 54b. Further, the drain region 57 a is electrically connected to an n-type (opposite conductivity type) impurity region 57 formed on the surface of the first well region 54 a of the light receiving diode 111. As a result, photogenerated charges generated in the light receiving diode 111 are accumulated under the channel region 54c below the gate electrode 59, and the optical signal is detected by modulating the threshold voltage of the channel region 54c in the insulated gate field effect transistor 112. It is characterized by.
[0011]
1, 3, and 5 to 8, the unit pixels 101 are arranged in rows and columns, and the light receiving diodes 111 are connected to the insulated gate field effect transistors 112 of the unit pixels 101. The peripheral portion is surrounded by the insulated gate field effect transistor 112 of the adjacent unit pixel 101, and the insulated gate field effect transistor 112 is connected to the light receiving diode 111 of its own unit pixel 101 and the adjacent unit pixel 101. The light receiving diode 111 is disposed so as to surround the periphery thereof.
In the unit pixel 101, the gate electrodes 59 of the insulated gate field effect transistors 112 in the row direction are connected to each other, and the source regions 56 of the insulated gate field effect transistors 112 in the same column are connected to each other. It is characterized by being. The unit pixel 101 is connected to an adjacent pixel by an n-type (opposite conductivity type) diffusion isolation region (diffusion region) 53 electrically connected to the drain region 57a at least in the same row. .
[0012]
Further, in the planar arrangement of the unit pixels 101 in the solid-state imaging device, in particular, as shown in FIGS. 5 to 8, the light receiving diodes 111 and the gate electrodes 59 are alternately arranged along the row direction and along the column direction. It is characterized by being lined up.
In this case, for example, as shown in FIG. 5, the arrangement of the unit pixels 101 in the same row is linear along the row direction, and the arrangement of the light receiving diodes 111 is zigzag along the row direction. Yes. Further, for example, as shown in FIGS. 6 to 8, in addition to the arrangement of the light receiving diodes 111, the arrangement of the unit pixels 101 in the same row is zigzag along the row direction.
[0013]
Below, the effect | action and effect which are show | played by the said structure are demonstrated.
In the solid-state imaging device according to the present invention, unit pixels 101 each including an insulated gate field effect transistor 112 for optical signal detection are arranged in rows and columns, and the light receiving diode 111 is an insulated gate of its own and adjacent unit pixels. The peripheral portion of the insulated gate field effect transistor 112 is surrounded by the light-receiving diode 111 of its own and adjacent unit pixel. That is, the pixel arrangement shown in FIGS. 1, 3, and 5 to 8 is obtained. In this case, in one pixel 101, a ring-shaped gate electrode 59 whose outer peripheral portion has a polygonal shape or a circular shape having four or more sides is provided, and the light-receiving diode 111 is a polygonal shape of the gate electrode 59. Are provided on at least one side of or adjacent to a part of a circular circumference.
[0014]
In FIG. 1 and FIG. 3, since the inside of the pixel 101 is arranged so that the direction from the gate electrode 59 to the light-receiving diode 111 coincides with the row direction and the column direction, the width of the gate electrode 59 For example, the ratio of the short side to the long side of the quadrangular light-receiving part is close to 1 while maintaining the pixel pitch at 1/2 or more than 2/3 of the pixel pitch. It becomes easy to form the light receiving diode 111 including the light receiving portion.
[0015]
In FIG. 5, the inside of the pixel 101 is arranged so that the direction from the gate electrode 59 to the light receiving diode 111 coincides with the row direction and the column direction. In addition, the arrangement of the light receiving diodes 111 is zigzag along the row direction.
Therefore, in particular in the row direction, the light-receiving diode 111 having a light-receiving portion having a so-called isotropic extension while maintaining the width of the gate electrode 59 at 1/2 or 2/3 or more with respect to the pixel pitch. Easy to form.
[0016]
In FIGS. 6 to 8, the pixel 101 is arranged so that the direction from the gate electrode 59 to the light receiving diode 111 coincides with the row direction and the column direction. In addition, the arrangement of the light receiving diodes 111 and the arrangement of the pixels 101 in the same row are zigzag along the row direction. That is, since the pixel pitch is substantially reduced by about 1/2 pitch in the row and column directions, the width of the gate electrode 59 is held at 1/2 or more or 2/3 or more with respect to the pixel pitch. However, it becomes easy to form the light receiving diode 111 having a light receiving portion having a so-called isotropic spread.
By the way, in the case of FIG. 9 in which the pixels are arranged without any ingenuity, as shown in FIG. 10C, the output of the photoelectric signal from the pixels is lowered due to the irradiation light spot protruding from the light receiving part. To do. On the other hand, in the pixel array as in the present invention, since the light receiving diode 111 having a light receiving portion having a more isotropic spread can be obtained, as shown in FIGS. The occurrence of so-called shading that the output of the photoelectric signal from the pixel decreases due to the spot protruding from the light receiving portion can be prevented.
[0017]
In the planar arrangement of the pixels 101 in the solid-state imaging device, as shown in FIGS. 5 to 8, the light receiving diodes 111 and the gate electrodes 59 are alternately arranged along the row direction and along the column direction. .
In this case, in particular, as shown in FIG. 5, the arrangement of the pixels 101 in the same row is linear along the row direction, and the arrangement of the light receiving diodes 111 is zigzag along the row direction. . In particular, as shown in FIGS. 6 to 8, in addition to the arrangement of the light receiving diodes 111, the arrangement of the pixels 101 in the same row is zigzag along the row direction.
[0018]
The arrangement as shown in FIGS. 5 to 8, that is, the arrangement in which the centers of the light receiving diodes 111 are zigzag has the same effect as the so-called pixel shift in the three-plate type solid-state imaging device using the CCD element. That is, by shifting the arrangement of the light receiving sections in a specific row by 1/2 pitch with respect to the arrangement of the light receiving sections in the upper or lower row, there are substantially further light receiving sections between the light receiving sections. The video signal between the light receiving units is also captured as compared to the video when pixel shifting is not performed. Therefore, the resolution can be improved with a single plate type. In the case of a CCD, in the case of a CCD, the sequential output method is used, so it is considered to be quite difficult. However, in the case of a MOS type element such as the present invention, a video signal is output from pixels in an arbitrary row. Therefore, the resolution can be easily improved by single-plate pixel shifting.
[0019]
A ring-shaped gate electrode 59 is provided, and the inside of the gate electrode 59 is a source region 56 and the outside thereof is a drain region 57a.
Therefore, by forming the element isolation region by the diffusion isolation region 53 having the same conductivity type as that of the drain region 57a and connecting to the drain region 57a, it is not necessary to use element isolation by the LOCOS method. Miniaturization is possible.
[0020]
When the well regions 54a, 54b, etc. are of the opposite conductivity type, that is, when the high-concentration buried layer 25 is n-type, the high-concentration buried layer 25 becomes an electron pocket (carrier pocket), and photogenerated electrons are Will accumulate.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view showing a layout of pixels constituting the MOS type image sensor according to the first embodiment of the present invention.
[0022]
As shown in FIG. 1, a unit pixel 101 including a light receiving diode 111 and an optical signal detecting insulated gate field effect transistor (hereinafter sometimes referred to simply as a MOS transistor) 112 adjacent to the light receiving diode 111 is provided. Arranged in rows and columns. An n-channel MOS (nMOS) is used as the MOS transistor 112. The unit pixel 101 is surrounded by an element isolation region in which a diffusion isolation region 53 is a series. Further, the gate electrode 59 in the portion of the MOS transistor 112 has an octagonal peripheral portion, a strip shape, and a ring shape.
[0023]
The gate electrodes 59 of the MOS transistors 112 arranged along the row direction are connected to each other by vertical scanning signal (VSCAN) supply lines 59a, 59b,... And the source regions 56 of the MOS transistors 112 arranged along the column direction are Are connected to each other by vertical output lines (or source electrodes) 60a, 60b,. The vertical scanning signal (VSCAN) supply lines 59a, 59b,... And the vertical output lines (or source electrodes) 60a, 60b,. The diffusion isolation region 53 connected to the drain region 57a also serves as drain voltage (VDD) supply lines (or drain electrodes) 61a, 61b,.
[0024]
In particular, the first embodiment has the following features. That is, in the pixel 101, the direction from the gate electrode 59 of the MOS transistor 112 to the light receiving diode 111 is inclined with respect to the row direction and the column direction.
The light receiving diode 111 is surrounded by the gate electrode 59 of the MOS transistor 112 in the pixel and the gate electrode 59 of the MOS transistor 112 in the adjacent pixel. Conversely, the gate electrode 59 of the MOS transistor 112 is surrounded by the light receiving diode 111 in the pixel and the light receiving diode 111 of the adjacent pixel.
[0025]
Further, the gate electrodes 59 of the MOS transistors 112 connected to each other by the same vertical scanning signal (VSCAN) supply lines 59a, 59b,... Are arranged in a straight line along the row direction, and a vertical output line (or source electrode). The gate electrodes 59 of the MOS transistors 112 in which the source regions 56 are connected to each other by 60a, 60b,... Are aligned in a straight line along the column direction.
[0026]
Next, a cross-sectional structure of one unit pixel 101 of the MOS type image sensor according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
As shown in FIG. 2, each of the light receiving diode 111 and the MOS transistor 112 includes a different p-type well region, that is, a first well region (one-conductivity type semiconductor layer) 54a and a second well region (one-conductivity type). (Semiconductor layer) 54b and the well regions 54a and 54b are connected to each other. The first well region 54a in the portion of the light receiving diode 111 constitutes a part of a region where charge is generated by light irradiation. The second well region 54b in the portion of the MOS transistor 112 constitutes a gate region in which the channel threshold voltage can be changed by the potential applied to the region 54b.
[0027]
An n-type source region 56 is provided inside the inner peripheral portion of the gate electrode 59 having a band shape and a ring shape in the portion of the MOS transistor 112, and an n-type drain region 57 a is provided outside the outer peripheral portion of the same gate electrode 59. Is provided. A region between the source region 56 and the drain region 57a and the surface layer of the second well region 54b under the gate electrode 59 is a channel region. The gate electrode 59 is formed on the channel region 54 c via the gate insulating film 58. In order to keep the channel region in an electron accumulation state or depletion state at a normal operating voltage, an n-type impurity having an appropriate concentration is introduced into the channel region to form the channel dope layer 54c.
[0028]
Further, the drain region 57a extends to form the impurity region 57 of the light receiving diode 111. That is, the impurity region 57 and the drain region 57a are integrally formed so as to cover most of the regions on the surface layers of the first and second well regions 54a and 54b connected to each other. Further, the impurity region 57 and the drain region 57 a extend to the periphery of the pixel 101 and are connected to the diffusion isolation region 53 surrounding the pixel 101.
[0029]
Further, the carrier pocket (high-concentration buried layer) 55, which is a feature of the MOS image sensor, is a partial region in the channel length direction from the drain region 57a to the source region 56, and is formed on the source region 56 side. And over the entire channel width direction.
The above-described components are covered with an insulating film 64 such as a silicon oxide film, and regions other than the light receiving window 63 of the light receiving diode 111 are covered with a metal layer (light shielding film) 62 formed on the insulating film 64. Shaded.
[0030]
Next, the overall configuration of a MOS type image sensor using unit pixels having the above structure will be described with reference to FIG. FIG. 11 shows a circuit configuration diagram of the MOS type image sensor in this embodiment.
As shown in FIG. 11, this MOS image sensor has a two-dimensional array sensor configuration, and pixels 101 having the above-described structure are arranged in a matrix in the column direction and the row direction.
[0031]
Further, a driving scanning circuit 102 for vertical scanning signal (VSCAN) and a driving scanning circuit 103 for drain voltage (VDD) are arranged on the left and right sides of the pixel region. One vertical scanning signal supply line (VSCAN supply line) 59a, 59b,... Is provided for each row from the drive scanning circuit 102 for the vertical scanning signal. The vertical scanning signal supply lines 59a, 59b,... Are connected to the gate electrodes 59 of the MOS transistors 112 in all the unit pixels 101 arranged in the row direction.
[0032]
Further, one drain voltage supply line (VDD supply line) 61a, 61b,... Is provided for each row from the drive scanning circuit 103 for drain voltage (VDD). The drain voltage supply lines 61a, 61b,... Are connected to the drain regions 57a of the optical signal detection MOS transistors 112 in all the unit pixels 101 arranged in the row direction.
[0033]
Further, one vertical output line 60a, 60b,... Is provided for each column, and each vertical output line 60a, 60b,... Is connected to the MOS transistors 112 in all the unit pixels 101 arranged in the column direction. Each is connected to the source region 56.
Further, the source region 56 of the MOS transistor 112 is connected to the signal output circuit 105 through vertical output lines 60a, 60b,. As shown in FIG. 10, the source region 56 is directly connected to a line memory composed of a capacitor (not shown) in the signal output circuit 105.
[0034]
By sequentially driving the MOS transistor 112 of each unit pixel 101 by the vertical scanning signal (VSCAN) and the horizontal scanning signal (HSCAN), a video signal (Vout) that does not include a noise component due to residual charges proportional to the amount of incident light. ) Is read from the signal output circuit 105.
Next, the element operation for optical signal detection in the MOS type image sensor will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a timing chart showing an element operation for optical signal detection.
[0035]
In element operation for optical signal detection, accumulation period-read period-initialization period (accumulation period-read period-initialization period (sweep period) -noise voltage read period-accumulation period--). A series of processes of sweeping period) -noise voltage reading period is repeated.
[0036]
In the accumulation period shown in FIG. 12, carriers are generated by light irradiation, and holes in the carriers are moved in the first and second well regions 54a and 54b and accumulated in the carrier pocket 55. In this case, a positive voltage of about +1.6 V is applied to the drain region 57a, and the source region 56 is held in a high impedance state. A positive voltage of about +2 V is applied to the gate electrode 59 so that sufficient electrons are accumulated in the channel region of the MOS transistor 112. As a result, a positive voltage of about +1.6 V, which is the same as that of the drain region 57a, is applied to the source region 56 as well. This accumulation period is a period in which a voltage corresponding to the difference between the first source potential modulated by the optical signal stored in the first and second line memories and the second source potential before the optical signal enters is output. But there is.
[0037]
Similarly, in the reading period, the change in the threshold voltage of the MOS transistor 112 due to the photo-generated charges accumulated in the carrier pocket 55 is read as a change in the source potential and stored in the first line memory. A positive voltage of about +2 to 3 V is applied to the drain region 57 a and a positive voltage of about +2 to 3 V is applied to the gate electrode 59 so that the MOS transistor 112 operates in a saturated state.
[0038]
Similarly, in the initialization period, before accumulating the photogenerated charge (photogenerated carrier), the photogenerated charge remaining after reading is completed, the acceptor, the donor, etc. are neutralized or positively captured by the surface level. Residual charges before reading out the optical signal, such as holes and electrons, are discharged from the semiconductor to empty the carrier pocket 55. A positive high voltage of about +5 V or more is applied to the source region 56, the drain region 57a, and the gate electrode 59.
[0039]
In the noise voltage readout period, the second source potential is stored in the second line memory in a state where the photo-generated charges are swept from the carrier pocket 55 between the initialization period and the accumulation period. Also during this period, the light receiving diode 111 and the MOS transistor 112 are applied with the same voltage as in the reading period.
[0040]
Next, another configuration different from the configuration shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
3 is a plan view showing another structure different from the structure shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
1, VDD supply lines 61a, 61b,... Extending in parallel with the VSCAN supply lines 59a, 59b,... Are newly provided above the drain region 57a. 57a is connected. 3 and 4, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 and 2 denote the same elements as those in FIGS.
[0041]
3 and 4 can minimize the potential difference of the drain voltage between the pixels 101 and make the operation of the solid-state imaging device uniform.
As described above, according to the first embodiment of the present invention, in one pixel 101, the gate electrode 59 whose peripheral part has an octagonal planar shape is used, and the light receiving diode 111 is formed of the gate electrode 59. Provided adjacent to at least one side of the octagon, the pixels 101 are arranged in rows and columns.
Further, the inside of the pixel 101 is arranged so that the direction from the gate electrode 59 to the light receiving diode 111 coincides with the oblique direction with respect to the row direction and the column direction. The light receiving diode 111 is arranged so that its peripheral portion is surrounded by the gate electrode 59 of the insulated gate field effect transistor 112, and the gate electrode 59 of the insulated gate field effect transistor 112 is arranged so as to be surrounded by the light receiving diode 111. doing.
Thereby, for example, it becomes easy to form the light receiving diode 111 including the light receiving portion having a so-called isotropic spread in which the ratio of the short side to the long side of the rectangular light receiving portion is close to 1.
By the way, when the width of the gate electrode 59 is set to 1/2 or more or 2/3 or more of the pitch of the pixel 101, if the pixels are arranged without any modification as shown in FIG. As shown in FIG. 10C, the output of the photoelectric signal from the pixel is lowered by the irradiation light spot protruding from the light receiving portion. On the other hand, in the pixel array as in the present invention, since the light receiving diode 111 having a light receiving portion having a more isotropic spread can be obtained, as shown in FIG. By protruding from the pixel, it is possible to prevent the occurrence of so-called shading that the output of the photoelectric signal from the pixel is lowered.
[0042]
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a plan view showing an arrangement of pixels in the MOS type image sensor according to the second embodiment of the present invention.
In the second embodiment of the present invention, the arrangement of the pixels 101 in the same row is the same as that of the first embodiment in that they are aligned along the row direction. The light receiving diode 111 is surrounded by the gate electrode 59 of the MOS transistor 112 in the pixel 101 and the gate electrode 59 of the MOS transistor 112 of the adjacent pixel, and conversely, the gate electrode 59 of the MOS transistor 112 is The point that the light receiving diode 111 in the pixel and the light receiving diode 111 of the adjacent pixel surround the peripheral portion is the same as in the first embodiment.
[0043]
On the other hand, the difference from the first embodiment is that, in the pixel 101, the direction from the gate electrode 59 of the MOS transistor 112 to the light receiving diode 111 is orthogonal to the row direction and to the column direction. The arrangement of the gate electrodes 59 of the MOS transistors 112 is zigzag along the row direction.
Further, a diffusion isolation region 53 having the same conductivity type as that of the drain region 57a is formed in one row, and the pixel 101 is formed by the element isolation region 53 formed deeper than the first and second well regions 54a and 54b. The enclosed points are the same as in the first embodiment, but differ from the first embodiment in that an inter-row separation band 62a for separating the rows is provided. The row separation band 62a includes, for example, a field oxide film formed by LOCOS (Local Oxide of Silicon) and a p-type layer reaching the substrate from the surface of the semiconductor substrate below the field oxide film.
[0044]
Other components in FIG. 5 that are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 and FIG. 2 are the same as those in FIG. 1 and FIG.
Further, the cross-sectional structure of the pixel 101 is the same as the cross-sectional structure of the pixel shown in FIG.
The configuration of the second embodiment of the present invention has the same effect as that of the first embodiment.
[0045]
Furthermore, the second embodiment has the following configuration that is different from the configuration of the first embodiment. That is, in the planar arrangement of the pixels 101 in the solid-state imaging device, as shown in FIG. 5, the light receiving diodes 111 and the gate electrodes 59 are alternately arranged along the row direction and along the column direction. In this case, in particular, the arrangement of the pixels 101 in the same row is linear along the row direction, and the arrangement of the light receiving diodes 111 is zigzag along the row direction.
[0046]
The arrangement as shown in FIG. 5, that is, the arrangement in which the centers of the light receiving diodes 111 are zigzag has the same effect as so-called pixel shift in a three-plate type solid-state imaging device using a CCD element. That is, by shifting the arrangement of the light receiving sections in a specific row by 1/2 pitch with respect to the arrangement of the light receiving sections in the upper or lower row, there are substantially further light receiving sections between the light receiving sections. The video signal between the light receiving units is also captured as compared to the video when pixel shifting is not performed. Therefore, the resolution can be improved with a single plate type.
[0047]
In the case of a CCD image sensor, it is considered that the single-plate type pixel shift is considerably difficult because a sequential output method is used. However, in the case of a MOS type image sensor such as the present invention, an image from a pixel in an arbitrary row is considered. Since the signal can be output, the resolution can be easily improved by the single-plate pixel shift.
(Third embodiment)
FIG. 6 is a plan view showing an arrangement of pixels in the MOS image sensor according to the third embodiment of the present invention.
[0048]
In the third embodiment, the arrangement of the light receiving diodes 111 and the arrangement of the gate electrodes 59 of the MOS transistors 112 are both zigzag along the row direction, similar to the second embodiment. The light receiving diode 111 is surrounded by the gate electrode 59 of the MOS transistor 112 in the pixel 101 and the gate electrode 59 of the MOS transistor 112 of the adjacent pixel, and conversely, the gate electrode 59 of the MOS transistor 112 is The second embodiment is the same as the second embodiment in that the light receiving diode 111 in the pixel and the light receiving diode 111 of the adjacent pixel surround the periphery.
[0049]
On the other hand, the difference from the second embodiment is that in the pixel 101, the direction from the gate electrode 59 of the MOS transistor 112 to the light receiving diode 111 is in the row direction.
Further, a diffusion isolation region 53 having the same conductivity type as that of the drain region 57a is formed in one row, and the pixel 101 is formed by the element isolation region 53 formed deeper than the first and second well regions 54a and 54b. The enclosed points are the same as in the first and second embodiments, but are different from the second embodiment in that the inter-row separation band 62a for separating the rows is not provided.
[0050]
Further, the second embodiment is different from the second embodiment in that the gate interconnection portion 59x that connects the gate electrodes 59 is formed of the same material as the gate electrode 59. For example, when the gate electrode 59 is formed by patterning, the connection portion 59x is formed by patterning the same material as the gate electrode 59 at the same time.
1, 3, and 5, the second well region 54 b, the impurity region 57, and the drain region 57 a indicated by dotted lines are similar to those in FIGS. 1, 3, and 5 in FIG. 6. Although it exists around the gate electrode 59, it is omitted in FIG.
[0051]
In addition, in FIG. 6, the other components shown by the same reference numerals in FIG. 1 and FIG. 2 are the same as those in FIG. 1 and FIG. Description is omitted.
The cross-sectional structure of the pixel 101 is the same as the cross-sectional structure of the pixel shown in FIG.
Next, another configuration different from the configuration shown in FIG. 6 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a plan view showing another structure different from the structure shown in FIG.
[0052]
6 is characterized in that the gate electrodes 59 are connected to each other by VSCAN supply lines 59a, 59b,... Instead of connecting the gate electrodes 59 to each other by the connecting portion 59x. . 7 that are the same as those shown in FIG. 6 are the same as those in FIG.
As described above, the third embodiment of the present invention has substantially the same configuration as that of the second embodiment, and thus has the same effects as those of the second embodiment.
[0053]
(Fourth embodiment)
FIG. 8 is a plan view showing an arrangement of pixels in the MOS image sensor according to the fourth embodiment of the present invention.
In the third embodiment, the arrangement of the light receiving diodes 111 and the arrangement of the gate electrodes 59 of the MOS transistors 112 are zigzag along the row direction, similar to the second and third embodiments. is there. The light receiving diode 111 is surrounded by the gate electrode 59 of the MOS transistor 112 in the pixel 101 and the gate electrode 59 of the MOS transistor 112 of the adjacent pixel, and conversely, the gate electrode 59 of the MOS transistor 112 is The second embodiment is the same as the second and third embodiments in that the light receiving diode 111 in the pixel and the light receiving diode 111 of the adjacent pixel surround the periphery.
[0054]
On the other hand, the difference from the third embodiment is that in the pixel 101, the direction from the gate electrode 59 of the MOS transistor 112 to the light receiving diode 111 is in the column direction.
Further, a diffusion isolation region 53 having the same conductivity type as that of the drain region 57a is formed in one row, and the pixel 101 is formed by the element isolation region 53 formed deeper than the first and second well regions 54a and 54b. The enclosed points are the same as in the first to third embodiments, but are different from the second embodiment in that no inter-row separation band 62a for separating the rows is provided.
[0055]
Further, the third embodiment is the same as the third embodiment in that the gate interconnection 59x that connects the gate electrodes 59 is formed of the same material as the gate electrode 59. As in the third embodiment, the connection portion 59x is formed by patterning the same material as that of the gate electrode 59 when the gate electrode 59 is formed by patterning, for example.
1, 3, and 5, the second well region 54 b, the impurity region 57, and the drain region 57 a indicated by dotted lines are similar to those in FIGS. 1, 3, and 5 in FIG. 8. Although it exists around the gate electrode 59, it is omitted in FIG.
[0056]
In addition, in FIG. 8, the other components shown by the same reference numerals in FIG. 6 and FIG. 7 are the same as those in FIG. 6 and FIG. Description is omitted.
The cross-sectional structure of the pixel 101 is also the same as the cross-sectional structure of the pixel shown in FIG.
As described above, the fourth embodiment of the present invention has substantially the same configuration as the second and third embodiments, and thus has the same effects as those of the second and third embodiments.
[0057]
(Comparative example)
FIG. 9 is a plan view showing an arrangement of pixels in a MOS image sensor of a comparative example with respect to the MOS image sensor according to the above embodiment.
The pixels 101 are arranged in rows and columns so that the light receiving diodes 111 and the MOS transistors 112 in the pixels 101 are aligned in the same direction as the row direction.
[0058]
In this case, unlike the above embodiment, the light receiving diode 111 and the gate electrode 59 are arranged in a straight line in the column direction.
When one pixel is miniaturized and the width of the gate electrode 59 in the pixel 101 is set to 1/2 or more of the pitch of the pixel 101, or further reduced to 2/3 or more, the light receiving unit As shown in FIG. 9, the light receiving portion has an elongated rectangular shape.
For this reason, as shown in FIG. 10C, the irradiation light spot protrudes from the light receiving portion, so that the output of the photoelectric signal from the pixel is lowered.
On the other hand, in the pixel array as in the first to fourth embodiments, the light receiving diode 111 including the light receiving portion having a more isotropic spread can be obtained. As shown by the pixels of the first and second embodiments shown in (1)), the irradiation light spot comes into the light receiving portion. For this reason, it is possible to prevent the occurrence of so-called shading, in which the output of the photoelectric signal from the pixel 101 decreases due to the irradiation light spot protruding from the light receiving portion.
[0059]
Although the present invention has been described in detail with the embodiments, the scope of the present invention is not limited to the examples specifically shown in the above embodiments, and the above embodiments within the scope of the present invention are not deviated. Variations in form are within the scope of this invention.
For example, in the above-described embodiment, the planar shape of the peripheral portion of the gate electrode 59 is an octagonal shape, but other than the octagonal shape, a polygonal shape or a circular shape having four or more sides may be used. it can.
[0060]
Furthermore, various modifications are conceivable as the structure of the pixel 101 to which the present invention is applied. The light receiving diode 111 and the MOS transistor 112 for detecting an optical signal are adjacent to each other to constitute one pixel 101, and the light receiving diode 111 Is surrounded by the gate electrode 59 of the insulated gate field effect transistor 112, and the gate electrode 59 of the insulated gate field effect transistor 112 may be surrounded by the light receiving diode 111.
[0061]
Further, in one row, the light receiving diodes 111 are arranged in a zigzag manner, and the light receiving diodes 111 are arranged substantially in half the pitch in the row direction and the column direction. Just do it.
Further, the first and second well regions 54a and 54b are formed in the n-type layers 52a and 52b on the p-type substrate 51. Instead of the n-type layers 52a and 52b, a p-type epitaxial layer is formed. An n-type impurity may be introduced to form an n-type layer, and the first and second well regions 54a and 54b may be formed in the n-type layer.
[0062]
Furthermore, although the p-type substrate 51 is used, an n-type substrate may be used instead. In this case, in order to obtain the same effect as that of the above embodiment, all the conductivity types of the respective layers and regions described in the above embodiment may be reversed. In this case, carriers to be accumulated in the carrier pocket 55 are electrons among electrons and holes.
[0063]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the pixels including the insulated gate field effect transistors for detecting optical signals are arranged in rows and columns, and the light receiving diode is formed by the gate electrode of the insulated gate field effect transistor. The peripheral part is surrounded, and the gate electrode of the insulated gate field effect transistor is surrounded by the light receiving diode.
Thereby, for example, it becomes easy to form a light receiving diode having a light receiving portion having a so-called isotropic spread in which a ratio of a short side to a long side of a rectangular light receiving portion is close to 1. For this reason, it is possible to prevent so-called shading, that is, the output of the photoelectric signal from the pixel is lowered due to the irradiation light spot protruding from the light receiving portion.
[0064]
In the planar arrangement of the pixels in the solid-state imaging device, the light receiving diodes and the gate electrodes are alternately arranged along the row direction and along the column direction.
In this case, in particular, the arrangement of pixels in the same row is linear along the row direction, and the arrangement of the gate electrodes of the insulated gate field effect transistors is zigzag along the row direction. In particular, in addition to the arrangement of the gate electrodes of the insulated gate field effect transistors, the arrangement of pixels in the same row is zigzag along the row direction.
[0065]
With the arrangement in which the centers of the light receiving diodes are zigzag, there are further light receiving portions between the light receiving portions, and the resolution can be improved with a single plate type.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing an element layout in a pixel of a solid-state imaging element used in a solid-state imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
FIG. 3 is a plan view showing an element layout in a pixel of a solid-state imaging element used in another solid-state imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
FIG. 5 is a plan view showing an element layout in a pixel of a solid-state imaging element used in a solid-state imaging apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan view showing an element layout in a pixel of a solid-state imaging element used in a solid-state imaging apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view showing an element layout in a pixel of a solid-state imaging device used in another solid-state imaging device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a plan view showing an element layout in a pixel of a solid-state imaging device used in a solid-state imaging device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a plan view showing an element layout in a pixel of a solid-state imaging element used in a solid-state imaging apparatus according to a comparative example.
FIGS. 10A to 10C are plan views for explaining the effect of the present invention in comparison with a comparative example. FIGS.
FIG. 11 is a diagram showing an overall circuit configuration of a solid-state imaging device having a solid-state imaging element according to the present invention.
FIG. 12 is a timing chart showing a method for driving the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a plan view showing an element layout in a unit pixel of a solid-state imaging element used in a solid-state imaging apparatus according to a conventional example.
14 is a cross-sectional view taken along line II in FIG.
[Explanation of symbols]
53 Diffusion isolation region (element isolation region)
54a First well region
54b Second well region
54c Channel doped layer
55 Carrier pocket (high concentration buried layer)
56 Source area
57 Impurity region
57a Drain region
58 Gate insulation film
59 Gate electrode
59a, 59b, 59c VSCAN supply line
59x gate interconnect
60a, 60b, 60c, 60d Vertical output line
61a, 61b VDD supply line
71 Horizontal output line
72a, 72b HSCAN supply line
73a, 73b Boost voltage supply line
101 unit pixel
102 VSCAN drive scanning circuit
103 VDD drive scanning circuit
104 HSCAN input scanning circuit
105 Signal output circuit
107 Video signal output terminal
108 Boost scanning circuit
111 Light-receiving diode
112 Insulated gate field effect transistor for optical signal detection (MOS transistor for optical signal detection)

Claims (7)

一導電型の第1のウエル領域に形成された受光ダイオードと、該受光ダイオードの第1のウエル領域に隣接し、該受光ダイオードで発生した光発生電荷を蓄積可能に電気的に接続した一導電型の第2のウエル領域内に形成された光信号検出用絶縁ゲート型電界効果トランジスタとを備えた単位画素を有し、前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタの部分は前記一導電型の第2のウエル領域内に設けられるとともに、前記第1のウエル領域の受光ダイオード表面に形成された反対導電型表面層に電気的に接続された反対導電型のドレイン領域及び前記ドレイン領域とチャネル領域を介して形成された反対導電型のソース領域を有し、前記光発生電荷をゲート電極下方のチャネル領域下に蓄積し、前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタにおけるチャネル領域の閾値電圧を変調させて光信号を検出する固体撮像装置であって、
前記単位画素は、行方向にある前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極が相互に接続され、かつ同一の列内にある前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのソース領域が相互に接続され、前記受光ダイオードが自らの単位画素の絶縁ゲート型電界効果トランジスタと、隣接する単位画素の絶縁ゲート型電界効果トランジスタとによってその周辺部を囲まれ、前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタが自らの単位画素の受光ダイオードと、隣接する単位画素の受光ダイオードとによってその周辺部を囲まれて配置され、かつ前記単位画素は、少なくとも同じ前記行内では前記ドレイン領域に電気的に接続された反対導電型の拡散領域で隣接画素と接続されていることを特徴とする固体撮像装置。
A light-receiving diode formed in a first well region of one conductivity type, and a one-conductor conductively adjacent to the first well region of the light-receiving diode and electrically connected so as to be able to accumulate photogenerated charges generated in the light- receiving diode has a unit pixel and a second well region light signal detecting insulated gate field effect transistor formed in the mold, the insulated gate portion of the field effect transistor and the second of the one conductivity type A drain region of the opposite conductivity type provided in the well region and electrically connected to the surface layer of the opposite conductivity type formed on the surface of the light receiving diode in the first well region, and the drain region and the channel region It has formed opposite conductivity type source region of which accumulates the light generated charge under the channel region under the gate electrode, in the insulated gate field effect transistor The threshold voltage of Yaneru area by modulating a solid-state imaging device for detecting an optical signal,
In the unit pixel, gate electrodes of the insulated gate field effect transistors in a row direction are connected to each other, and source regions of the insulated gate field effect transistors in the same column are connected to each other, and the light receiving A diode is surrounded by an insulated gate field effect transistor of its own unit pixel and an insulated gate field effect transistor of an adjacent unit pixel, and the insulated gate field effect transistor is a light receiving diode of its own unit pixel. And adjacent light-receiving diodes of adjacent unit pixels, the unit pixels are adjacent to each other in a diffusion region of opposite conductivity type that is electrically connected to the drain region at least in the same row. the solid-state imaging device, characterized in that connected to the pixel.
前記受光ダイオードと前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極とが前記行方向及び前記列方向に交互に並んでいることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the light receiving diodes and gate electrodes of the insulated gate field effect transistors are alternately arranged in the row direction and the column direction. 前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極はリング状を有し、該ゲート電極の内周部の内側の前記一導電型の第2のウエル領域に反対導電型のソース領域が設けられ、前記ゲート電極の外周部の外側の前記一導電型の第2のウエル領域に反対導電型のドレイン領域が設けられており、前記チャネル領域下の前記一導電型の第2のウエル領域内に、前記光発生電荷を蓄積する一導電型の高濃度埋込層が設けられていることを特徴とする請求項1又は2記載の固体撮像装置。The gate electrode of the insulated gate field effect transistor has a ring shape, and a source region of opposite conductivity type is provided in the second well region of one conductivity type inside the inner periphery of the gate electrode, and the gate A drain region of opposite conductivity type is provided in the second well region of the one conductivity type outside the outer peripheral portion of the electrode, and the light well is provided in the second well region of the one conductivity type below the channel region. 3. A solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a high-concentration buried layer of one conductivity type for accumulating generated charges. 前記高濃度埋込層は前記ドレイン領域から前記ソース領域に至るチャネル長方向の一部領域であって、前記チャネル領域下にリング状に形成されていることを特徴とする請求項3記載の固体撮像装置。4. The solid according to claim 3, wherein the high-concentration buried layer is a partial region in the channel length direction from the drain region to the source region, and is formed in a ring shape under the channel region. Imaging device. 前記拡散領域は前記ドレイン領域と接続し、かつ前記第1及び第2のウエル領域よりも深く形成されてなることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the diffusion region is connected to the drain region and formed deeper than the first and second well regions. 前記単位画素は、同じ前記行内では前記ドレイン領域と電気的に接続された前記拡散領域によって繋がっており、かつ前記行毎に電気的に分離されていることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一に記載の固体撮像装置。6. The unit pixel according to claim 1, wherein the unit pixels are connected by the diffusion region electrically connected to the drain region in the same row, and are electrically separated for each row. The solid-state imaging device according to any one of the above. 前記単位画素は、前記受光ダイオードの受光窓開口を除いて遮光されていることを特徴とする請求項1乃至6の何れか一に記載の固体撮像装置。The solid-state imaging device according to claim 1 , wherein the unit pixel is shielded from light except for a light receiving window opening of the light receiving diode .
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