JP4585964B2 - Solid-state imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、固体撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device.
固体撮像装置は、フォトダイオードに蓄積された電荷を光電変換により電気信号として検出するものであり、特に半導体基板上に二次元的に垂直方向と水平方向に配列されたセルと信号検出回路から構成される。 The solid-state imaging device detects the electric charge accumulated in the photodiode as an electric signal by photoelectric conversion, and particularly comprises a cell and a signal detection circuit two-dimensionally arranged in a vertical direction and a horizontal direction on a semiconductor substrate. Is done.
従来、固体撮像装置としては、MOS型イメ−ジセンサとCCD(Charge coupled device)が知られている。MOS型イメ−ジセンサでは光電変換領域(フォトダイオード)で変換される信号電荷はトランジスタによって増幅される。それは高感度、低消費電力であり、なおかつ単一電源動作が可能であることを特徴とする。詳細に述べると、信号電荷蓄積領域のポテンシャルは光電変換により発生する信号電荷によって変調される。そして増幅トランジスタの増幅係数はそのポテンシャルによって変わる。MOS型イメ−ジセンサの場合には、増幅トランジスタは画素部に含まれているため、画素サイズの減少と画素数の増加が期待される。 Conventionally, as a solid-state imaging device, a MOS type image sensor and a CCD (Charge coupled device) are known. In the MOS type image sensor, the signal charge converted in the photoelectric conversion region (photodiode) is amplified by the transistor. It is characterized by high sensitivity, low power consumption, and capable of single power supply operation. More specifically, the potential of the signal charge accumulation region is modulated by signal charges generated by photoelectric conversion. The amplification coefficient of the amplification transistor varies depending on its potential. In the case of the MOS type image sensor, since the amplification transistor is included in the pixel portion, a reduction in pixel size and an increase in the number of pixels are expected.
また、MOS型イメ−ジセンサには、さまざまな回路を同じ基板上に組み込みやすいという利点がある。例えば、周辺回路(レジスタ回路、タイミング回路)、A/D(アナログ−デジタル)変換回路、命令回路、D/A(デジタル−アナログ)変換回路、DSP(Digital Signal Processor)等である。このように、MOS型イメ−ジセンサと同じチップ上に機能回路を組み込むことにより、低コストを実現できる。 Further, the MOS type image sensor has an advantage that various circuits can be easily incorporated on the same substrate. For example, peripheral circuits (register circuit, timing circuit), A / D (analog-digital) conversion circuit, command circuit, D / A (digital-analog) conversion circuit, DSP (Digital Signal Processor), and the like. Thus, low cost can be realized by incorporating a functional circuit on the same chip as the MOS type image sensor.
図9にMOS型イメ−ジセンサの回路模式図の一例を示す。画像取り込み領域10は複数のセル(11−1−1,11−1−2・・・11−3−3)から構成され、各セルは2次元的に配列される。
FIG. 9 shows an example of a circuit schematic diagram of a MOS type image sensor. The
それぞれのセル11は、光電変換素子であるフォトダイオード12(12−1−1,12−1−2,・・・12−3−3)と、電荷転送トランジスタ13(13−1−1,13−1−2,・・・13−3−3)と、電荷を消去するためのリセットトランジスタ14(14−1−1,14−1−2,・・・14−3−3)と、増幅トランジスタ15(15−1−1,15−1−2,・・・15−3−3)とから構成される。この場合、光電変換領域は、フォトダイオード12、電荷転送トランジスタ13から構成される。また、信号検出回路領域はリセットトランジスタ14と増幅トランジスタ15から構成される。 Each cell 11 includes a photodiode 12 (12-1-1, 12-1-2, ... 12-3-3) which is a photoelectric conversion element, and a charge transfer transistor 13 (13-1-1, 13). -1-2, ... 13-3-3), a reset transistor 14 (14-1-1, 14-1-2, ... 14-3-3) for erasing charges, and amplification It comprises transistors 15 (15-1-1, 15-1-2,... 15-3-3). In this case, the photoelectric conversion region includes a photodiode 12 and a charge transfer transistor 13. In addition, the signal detection circuit area includes a reset transistor 14 and an amplification transistor 15.
画像取り込み領域10の周辺領域には、水平シフトレジスタ21、垂直シフトレジスタ22などの周辺回路領域を配置する。水平画素選択配線24とリセット配線23は水平シフトレジスタ21により、水平方向のセル位置を選択する。さらに信号電荷を読み出すラインを決定するために、水平画素選択配線24はそれぞれの電荷転送トランジスタ13のゲートに接続される。また、垂直方向のセル位置を選択するため、垂直方向の電圧入力トランジスタ28を垂直信号線26に接続している。
Peripheral circuit areas such as a
次に、図10、図11は従来の固体撮像装置の1つである金属−酸化物半導体(MOS)型固体撮像装置の上面図と断面構成を示す一例である。 Next, FIG. 10 and FIG. 11 are an example showing a top view and a cross-sectional configuration of a metal-oxide semiconductor (MOS) type solid-state imaging device which is one of the conventional solid-state imaging devices.
図10にその上面図を示す。これは3つの領域から構成されている。第一にフォトダイオード101と転送ゲート103、検出容量部104から構成される電荷転送トランジスタと、第二に検出容量部104とリセットゲート電極108とドレイン領域106から構成されるリセットトランジスタと、第三にドレイン領域106とソ−ス領域115と増幅ゲート114から構成される増幅トランジスタ105である。
The top view is shown in FIG. This consists of three areas. First, a charge transfer transistor including a
また、図11にその断面図を示す。図11Aは、図10の断面A−A’の断面図である。半導体基板113の上に、フォトダイオード101と、入射光によりフォトダイオード101に蓄積された電荷を転送する転送トランジスタの転送ゲート電極およびゲート絶縁膜107から構成される転送ゲート103と、フォトダイオード101から転送ゲート103を介して転送された電荷を蓄積する検出容量部104とから構成されるフォトトランジスタ領域を備える。また、ゲート電極108、ドレイン領域106、および上記検出容量部104をソ−ス領域とするリセットトランジスタ領域を備える。また、ドレイン領域106、ゲート電極114、およびソ−ス領域115から構成される増幅トランジスタ105も含まれる。ゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜(SiO2)やシリコン窒化膜(SiN)などから構成される。また、図11Bは、図10の断面B−B’の断面図である。ここでは、ゲート下のチャネル幅Wは、素子分離領域110に挟まれる領域の幅によって決定される。
FIG. 11 shows a cross-sectional view thereof. FIG. 11A is a cross-sectional view taken along section AA ′ of FIG. On the
その動作原理は次のようである。フォトダイオード101にて検出した光を電荷に変換し、転送ゲート103をオンにすることにより検出容量部104に移動させる。さらに、検出容量部104に蓄積された電荷を増幅トランジスタ105に移動させて信号増幅処理を行う。ここで、リセットゲート電極108は、フォトダイオード101に蓄積された電荷を転送ゲート103をオンにして検出容量部104に移動させる前に、検出容量部104に蓄積された電荷を完全に除去するために形成されている。検出容量部104に電荷を移動させる前に、リセットゲート電極108をオンにすることにより、電荷をドレイン領域106に完全に移動させることが可能である。また、ドレイン領域106には、検出容量部104よりも電圧が高くなるようにプラスの電圧を印加していることが必要である。こうすることにより、入射信号を取り入れる際に、検出容量部104のキャリヤを完全に除去することが可能となる。
The operation principle is as follows. The light detected by the
そこで、従来、固体撮像装置では検出容量部の容量低減については、取り組みがなされている(例えば、特許文献1参照)。
通常、検出容量部104に蓄積される信号は、電圧Vfdとして読み出され、
Vfd=Qfd/Cfd
として表される。Qfdは、フォトダイオード101から検出容量部104に蓄積される電荷であり、Cfdは検出容量部104の容量値である。MOS型固体撮像装置では画素部をアレイ状に配列させているが、画像としてより詳細な信号を得るためには、画素のセルサイズを小さくする必要がある。セルサイズが小さくなれば、フォトダイオードの面積は小さくなり、蓄積される電荷Qfdは小さくなる。そこで、Qfdを一定とした場合、Vfdを大きくするためにはCfdを小さくする必要がある。
Normally, the signal accumulated in the
Vfd = Qfd / Cfd
Represented as: Qfd is a charge accumulated in the
従来、CfdはCsubとほぼ同等であり、検出容量部104の面積Sfdを小さくすることにより、Cfdを小さくすることが可能であった。Cfdは以下のように表される(図12参照)。
Conventionally, Cfd is substantially equivalent to Csub, and it is possible to reduce Cfd by reducing the area Sfd of the
Csub=ε・Sfd/dfd
Cfd=Csub+Co+Cr+Cs+Cd
Csub = ε · Sfd / dfd
Cfd = Csub + Co + Cr + Cs + Cd
ここで、Csubは検出容量部104と基板113の容量であり、dfdは検出容量部104と基板113間距離、Crは検出容量部104とリセットゲート電極108との間の容量、Coは検出容量部104と転送ゲート103との間の容量、Cs,Cdは検出容量部104と増幅トランジスタ105のソース115およびドレイン106との間の容量である。
Here, Csub is the capacitance between the
しかし、検出容量部104の微細化が進むにつれて、Csubだけではなく、その他の容量成分が相対的に無視できなくなり、Cfdの低減が容易ではなくなってきた。容量Cfdを低減するためには、例えば、検出容量部104とそれに隣接するトランジスタであるリセットトランジスタとの間に発生する容量Crを低減することが効果的である。これにより、検出容量部104での電荷−電圧変換効率を高くすることができる。
However, as the
検出容量部104とリセットトランジスタとの間の容量を小さくするには、リセットゲート電極108下のチャネル幅Wを小さくすれば良い。簡略的には、
Cr=ε・Lr・W/(Lr/2)=2・ε・W
と表される。ここで、Wはリセットゲート電極108下のチャネル幅、εは誘電率、Lrはリセットゲート電極108のゲート長である。通常、トランジスタのチャネル幅は、活性化領域の幅で決定される。活性化領域の幅(チャネル幅)は、半導体製造工程のうち、リソグラフィ−工程で用いられるステッパ−の解像度でほぼ決定され、現状では、0.2〜0.3μmより小さくすることは困難である。
In order to reduce the capacitance between the
Cr = ε · Lr · W / (Lr / 2) = 2 · ε · W
It is expressed. Here, W is the channel width under the
本発明は、前記従来の問題を解決するため、検出容量部の容量Cfdを低減し、出力電圧を大きくすることが可能な半導体固体撮像装置を提供することを目的とする。 In order to solve the above-described conventional problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor solid-state imaging device capable of reducing the capacitance Cfd of the detection capacitor unit and increasing the output voltage.
上記の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、半導体基板上に、入射光を信号電荷に光電変換するフォトダイオードと、前記フォトダイオードに蓄積された信号電荷を転送する転送トランジスタと、前記転送トランジスタにより転送された信号電荷を蓄積する検出容量部と、前記検出容量部に蓄積された信号電荷をドレインに排出するリセットトランジスタと、前記フォトダイオードと前記転送トランジスタと前記検出容量部と前記リセットトランジスタとの活性領域を取り囲む溝型素子分離とを有し、少なくとも前記リセットトランジスタのゲート電極下のチャネルと前記溝方素子分離との境界に、前記チャネルとは逆極性のキャリヤを供給するイオン種が分布する構造を有し、前記リセットトランジスタのゲート幅は、ゲート長よりも短いことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a solid-state imaging device of the present invention includes a photodiode that photoelectrically converts incident light into a signal charge on a semiconductor substrate, a transfer transistor that transfers the signal charge accumulated in the photodiode, A detection capacitor for storing the signal charge transferred by the transfer transistor; a reset transistor for discharging the signal charge stored in the detection capacitor to a drain; the photodiode; the transfer transistor; the detection capacitor ; An ion for supplying a carrier having a polarity opposite to that of the channel at least at a boundary between the channel under the gate electrode of the reset transistor and the groove element isolation. The seed has a structure in which the gate width of the reset transistor is the gate length Remote, characterized in that short.
ここで、前記チャネルとは逆極性のキャリヤを供給するイオン種は、前記リセットトランジスタのゲート電極下から前記検出容量部あるいは前記ドレインにかけて連続して分布することが好ましい。 Here, it is preferable that the ion species supplying carriers having a polarity opposite to that of the channel is continuously distributed from under the gate electrode of the reset transistor to the detection capacitor portion or the drain.
また、前記リセットトランジスタの実効ゲート幅は、0.01μm以上0.4μm以下であることが好ましい。また、前記リセットトランジスタの実効ゲート長は、0.1μm以上、1.0μm以下であることが好ましい。 The effective gate width of the reset transistor is preferably 0.01 μm or more and 0.4 μm or less. In addition, the effective gate length of the reset transistor is preferably 0.1 μm or more and 1.0 μm or less.
また、本発明の固体撮像装置は、さらに、前記フォトダイオードを形成する活性化領域と当該活性化領域を規制する素子分離領域との境界部に、前記フォトダイオードの多数キャリヤとは逆極性のキャリヤを供給するイオン種が分布していることを特徴とする。 The solid-state imaging device according to the present invention further includes a carrier having a polarity opposite to that of the majority carrier of the photodiode at a boundary portion between an activation region forming the photodiode and an element isolation region regulating the activation region. It is characterized in that ionic species supplying the water are distributed.
上記のように、活性化領域と素子分離領域との境界付近に、チャネルとは逆極性の電荷を持つイオン種を分布させることにより、リソグラフィ−工程で用いられるステッパ−の解像度限界に制約されることなく、実効的なチャネル幅を、精度良くさらに小さくすることが可能となる。この手段によれば、0.01〜0.1μm程度までチャネル幅を縮小できる。 As described above, distribution of ion species having a charge opposite to that of the channel in the vicinity of the boundary between the activation region and the element isolation region limits the resolution limit of the stepper used in the lithography process. Therefore, the effective channel width can be further reduced with high accuracy. According to this means, the channel width can be reduced to about 0.01 to 0.1 μm.
これにより、(1)従来方法に比べ、工程数を増やすことなく、リセットトランジスタの実効的なチャネル幅を小さくすることが可能であり、検出容量部の容量を小さくして出力電圧を増加させることにより、高感度で、高画質な固体撮像装置を実現できる。(2)極めて単純な加工工程であり、量産に適しているという効果を得ることができる。 As a result, (1) it is possible to reduce the effective channel width of the reset transistor without increasing the number of steps as compared with the conventional method, and to increase the output voltage by reducing the capacitance of the detection capacitor section. Thus, a solid-state imaging device with high sensitivity and high image quality can be realized. (2) It is an extremely simple processing step, and an effect that it is suitable for mass production can be obtained.
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1の固体撮像装置の上面図を図1に示す。従来例との違いは、図1のリセットゲート電極108下のチャネルと、素子分離領域110との境界領域に、リセットゲート電極108下のチャネルのキャリヤ(電子もしくは正孔)とは逆極性の電荷をもつイオン種(P型もしくはN型)111を分布させることである。それ以外の構成は図10,図11に示す従来の形態と同様である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a top view of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention. The difference from the conventional example is that charges in the boundary region between the channel below the
図2に断面図を示す。図1のA−A’断面図に相当する図2Aは、従来の形態と同様である。ただし、図1のB−B’断面図に相当する図2Bは従来の形態と異なり、素子分離領域110の側壁に、チャネルのキャリヤ(電子もしくは正孔)とは逆極性の電荷をもつイオン種111(P型もしくはN型)を分布させている。
FIG. 2 shows a cross-sectional view. FIG. 2A corresponding to the A-A ′ sectional view of FIG. 1 is the same as the conventional embodiment. However, FIG. 2B corresponding to the BB ′ cross-sectional view of FIG. 1 differs from the conventional embodiment in that the ion species having a charge opposite in polarity to the carrier (electron or hole) of the channel is formed on the side wall of the
一般的にトランジスタのチャネル幅は、素子分離領域で挟まれる活性化領域の幅で決定される。図1に活性化領域と素子分離領域との境界線100を示す。境界線100に囲まれた領域内が活性化領域である。リセットゲート電極108下のチャネル幅Wを縮小するほど、検出容量部104の容量値Cfdを小さくすることが可能である。図3に、リセットトランジスタを示す。このリセットトランジスタは、前記の通り、ドレイン106と、リセットゲート電極108と、検出容量部104から構成される。図3Aは従来の形態における図10のB−B’断面図であり、図3Bは本実施の形態における図1のB−B’断面図である。図3Aのように、素子分離領域110の側壁付近にイオンが分布していない場合、チャネル幅Wは、活性化領域112の幅によって決まる。一方、図3Bのように、素子分離領域110の側壁付近にイオン(チャネルとは逆の極性)111が分布している場合、チャネル幅Wは小さくなる。その理由は、イオン111が注入された領域では、伝導帯のポテンシャルが高くなり、電子密度が低減しているためである。
In general, the channel width of a transistor is determined by the width of an activation region sandwiched between element isolation regions. FIG. 1 shows a
この構成の利点について述べる。活性化領域112の幅は、半導体製造工程のうち、リソグラフィ−工程で用いられる縮小投影露光装置(ステッパ−)の解像度でほぼ決定され、現状技術では0.2〜0.3μm程度まで小さくすることは困難である。
The advantages of this configuration will be described. The width of the
また、今後、ステッパ−の性能向上が進み、解像度が向上すれば、0.2μm以下の加工も可能となると考えられる。しかし、その場合、基板表面への損傷が問題となり、チャネル幅Wのゆらぎが生じやすくなるため、実効的なチャネル幅Wの制御は極めて困難である。 Further, if the performance of the stepper is improved and the resolution is improved in the future, it is considered that processing of 0.2 μm or less is possible. However, in that case, damage to the substrate surface becomes a problem, and fluctuations in the channel width W are likely to occur, so that effective control of the channel width W is extremely difficult.
一方、本実施例の構成では、活性化領域112と素子分離領域110との境界付近に、チャネルとは逆極性のキャリヤを供給するイオン111を分布させている。これにより、基板表面へのダメ−ジを小さくしながら、実効的なチャネル幅Wを小さくすることが可能となる。
On the other hand, in the configuration of this embodiment,
また、トランジスタのチャネル幅は実効的にゲート電極下のチャネル幅により決定されるが、このイオン種は、ゲート電極108と活性化領域にオーバーラップする境界領域だけに分布させるのでなく、図1のように分布させることが望ましい。すなわち、リセットゲート電極108下だけでなく、リセットゲート電極108下から検出容量部104あるいはドレイン領域106にかけて連続して分布させることが望ましい。その理由は、ゲート下のチャネル長を縮小するだけでなく、ドレイン、ソ−ス領域のチャネル幅も縮小すれば、さらに、容量低減の効果が得られるからである。
Further, the channel width of the transistor is effectively determined by the channel width under the gate electrode. This ion species is not distributed only in the boundary region overlapping the
リセットトランジスタのチャネル形成のための注入種は通常、N型であるため、砒素(As)が一般的である。そのため、活性化領域112と素子分離領域110との境界付近に分布させるイオン種111は、P型イオンである必要があり、ボロン(b)が一般的である。このイオン種111は、境界から0.05〜0.2μm程度に分布させることが望ましい。その理由は、P型イオンの分布量が多すぎると、チャネル幅が極端に狭くなり、リセットゲート電極108をONにしても検出容量部104のキャリヤをドレイン領域106に移動させることが困難となるためである。0.05〜0.2μm程度の分布であれば、チャネル幅の縮小と検出容量部104のキャリヤ除去を同時に実現することが可能である。この場合、ステッパ−で形成される活性化領域の幅が0.1〜0.4μm程度として、ゲート幅は0.01μm以上0.4μm以下とすることが望ましい。この領域で、トランジスタ容量が低減し、また、検出容量部104のキャリヤ除去を同時に実現することが可能になる。
Since the implantation type for forming the channel of the reset transistor is usually N-type, arsenic (As) is common. Therefore, the
その製造方法としては、電界効果トランジスタの製造方法で通常に用いられるトレンチ分離構造を応用することが可能である。図4のように、(a)Si基板113の領域のうち素子分離部となる領域にトレンチ117を形成し、(b)このトレンチ117に、チャネルのキャリヤとは逆極性の電荷をもつイオン111の注入を行ってから、(c)酸化膜110を堆積し、基板表面の平坦化を行い、さらにゲート電極などの素子を形成すればよい。この方法では、工程追加数を最小限に抑えながら、容易に側壁注入(活性化領域112と素子分離領域110との境界に行うイオン111注入)を行うことが可能となる。
As its manufacturing method, it is possible to apply a trench isolation structure normally used in the manufacturing method of a field effect transistor. As shown in FIG. 4, (a) a
この製造方法によれば、通常のトレンチ分離の形成工程に対して、イオン注入の1工程を加えるのみで、上記構造を実現することが可能となる。この場合に、イオン注入により、イオン種111の周辺の活性化領域(チャネル)112に与えられる損傷は、加熱処理を行うことにより、回復させることが可能である。その熱処理温度は700〜900℃、時間は10〜120分が望ましい。
According to this manufacturing method, the above-described structure can be realized only by adding one ion implantation step to the normal trench isolation forming step. In this case, the damage given to the activation region (channel) 112 around the
このように、実効的なチャネル幅を低減することによりリセットゲートの容量を低減することが可能となり、リソグラフィ−工程の限界を超えた微細化が可能となる。 Thus, by reducing the effective channel width, the capacity of the reset gate can be reduced, and miniaturization exceeding the limit of the lithography process becomes possible.
本願の実施例により、0.1μm程度まで実効的なチャネル幅を縮小することができる。すなわち、チャネル幅は、この方法を用いない従来の形態に比べ、1/2〜1/3程度になり、検出容量部104とリセットゲートとの間の容量も1/2から1/3程度に低減できる。
According to the embodiment of the present application, the effective channel width can be reduced to about 0.1 μm. That is, the channel width is about ½ to 3 compared to the conventional form not using this method, and the capacitance between the
検出容量部104の容量が減少すれば、フォトダイオードから検出容量部104に転送される電荷を電圧に変換した際の出力電圧の変化量が増加することになる。これにより、検出感度を向上させ、S/N(信号対ノイズ比)の向上が図れるため、MOS型固体撮像装置の画像向上が可能となる。
If the capacitance of the
ここで、ゲート長はできる限り長いことが好ましく、少なくともゲート長よりもゲート幅の方が短いことが望ましい。第一の理由として、ゲート長を長くすれば、チャネル幅のばらつきが平均化されることになり、アレイ状に形成される各セルに形成されるリセットトランジスタの特性ばらつきを低減することが可能なためである。また、第二の理由として、ゲート長を長くすることにより、リセットトランジスタのドレイン・ソ−ス間への最大印加電圧を大きくすることが可能となり、リセットゲートをオンにしたときに、検出容量部104の電荷の除去が容易となるためである。
Here, the gate length is preferably as long as possible, and at least the gate width is preferably shorter than the gate length. The first reason is that if the gate length is increased, the variation in channel width is averaged, and the variation in characteristics of the reset transistors formed in each cell formed in an array can be reduced. Because. The second reason is that by increasing the gate length, the maximum applied voltage between the drain and the source of the reset transistor can be increased. When the reset gate is turned on, the detection capacitor section This is because the
ゲート長は、0.1μm以上、1.0μm以下とすることが好ましい。0.1μm以下ではゲート長が短すぎて、ホットチャネル効果などにより、良好なトランジスタ特性を得ることが難しい。また、1.0μm以上では、検出容量部104とリセットゲートとの容量が検出容量部104の容量に対して無視できなくなるためである。これにより、検出容量部104への印加電圧は1〜5Vまで印加することが可能となる。
The gate length is preferably 0.1 μm or more and 1.0 μm or less. Below 0.1 μm, the gate length is too short, and it is difficult to obtain good transistor characteristics due to the hot channel effect and the like. Further, when the thickness is 1.0 μm or more, the capacitance of the
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2の固体撮像装置の上面図、断面図をそれぞれ、図5、図6に示す。フォトダイオード101のリーク電流の低減を考慮すると、少なくともフォトダイオード101の活性化領域と素子分離領域との境界付近に、フォトダイオード101を形成する電荷を供給するイオン(通常N型)と逆極性の電荷を供給するイオン(通常P型)を注入し、分布させることが好ましい。また、図5に示すように、連続して(すなわち、単位セルにおける活性化領域の全体を囲むように)、フォトダイオード101やチャネルを形成する電荷を供給するイオン(通常N型)と逆極性の電荷を供給するイオン(通常P型)を注入しても構わない。図5において、活性化領域と素子分離領域との境界線100を示す。境界線100に囲まれた領域の内側が活性化領域であり、外側が素子分離領域である。
(Embodiment 2)
A top view and a cross-sectional view of the solid-state imaging device according to Embodiment 2 of the present invention are shown in FIGS. 5 and 6, respectively. In consideration of the reduction of the leakage current of the
本実施の形態2と実施の形態1の違いは、活性化領域と素子分離領域との境界100付近に、フォトダイオード101を形成する電荷を供給するイオン(通常N型)と逆極性の電荷を供給するイオン(通常P型)を分布させることである。それ以外の構成は図1,図2と同様である。
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that a charge having a polarity opposite to that of an ion (usually N-type) that supplies the charge forming the
フォトダイオードにリーク電流が存在する場合、入射光が無くとも電荷が発生し、あたかも入射光があるかのように出力信号が発生する。これはノイズ(白キズ)となる。通常、リセットトランジスタもフォトダイオードもチャネルはN型であり、フォトダイオードの活性化領域と素子分離領域との境界付近に分布させるのは、P型イオンである。つまり、フォトダイオードの活性化領域と素子分離領域との境界付近には、図5に示すようにP型と同種のイオン種111を分布させることが好ましい。
If there is a leak current in the photodiode, charge is generated even without incident light, and an output signal is generated as if there was incident light. This becomes noise (white scratches). Normally, the channel of both the reset transistor and the photodiode is N-type, and it is the P-type ions that are distributed near the boundary between the activation region and the element isolation region of the photodiode. That is, it is preferable to distribute the
なぜなら、製造工程において、このイオン注入を同時に行うことより、工程数を増加させることなく、図5,図6のように、イオン111を分布させることが可能であるからである。上記の実施例によれば、さらに、工程数を増加させることなく、ノイズが低減し画質向上が可能となる。
This is because the
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3の固体撮像装置の上面図を図7に示す。
(Embodiment 3)
FIG. 7 shows a top view of the solid-state imaging device according to Embodiment 3 of the present invention.
実施の形態2では、フォトダイオード101と検出容量部104とが1対1で構成される場合について説明した。それに対して、本実施の形態3では、フォトダイオード101と検出容量部104/リセットトランジスタ/増幅トランジスタとが多対1で構成される。その場合の比率は、2対1か4対1とすることが一般的である。2対1とした場合は2画素1セルと呼ばれ、4対1とした場合は4画素1セルと呼ばれる。この多対1の構成によれば、通常の1対1の構成に比べてトランジスタの占める面積が狭くなるため、フォトダイオード101の面積が広くなるという利点がある。
In the second embodiment, the case where the
本実施の形態3でも、実施の形態1や2と同様に、フォトダイオード101と素子分離領域との境界100付近に、また、トランジスタのチャネルと素子分離領域との境界100付近に、フォトダイオード101の多数キャリヤとは逆極性のキャリヤを供給するイオン種を分布させる。こうすることで、フォトダイオード101の白キズを低減させると同時に、検出容量部104の容量を低減させることができる。また、製造工程を増やすことなく実現することができるという効果もある。
In the third embodiment, as in the first and second embodiments, the
(実施の形態4)
本発明の実施の形態4の固体撮像装置の上面図を図8に示す。
(Embodiment 4)
FIG. 8 shows a top view of the solid-state imaging device according to Embodiment 4 of the present invention.
本実施の形態4が実施の形態3と違う点は、検出容量部104/リセットトランジスタ/増幅トランジスタが、ドレイン/ソースを共用せず、分離している点である。こうすることで、フォトダイオード101/トランジスタの配置に自由度を増すことが可能である。
The fourth embodiment is different from the third embodiment in that the
この場合にも、フォトダイオード101と素子分離領域との境界100付近に、また、トランジスタのチャネルと素子分離領域との境界100付近に、フォトダイオード101の多数キャリヤとは逆極性のキャリヤを供給するイオン種を分布させる。こうすることで、実施の形態3と同様、フォトダイオード101の白キズを低減させると同時に、検出容量部104の容量を低減させることができる。
Also in this case, a carrier having a polarity opposite to the majority carrier of the
本発明は、特に微細化されたMOS型固体撮像装置および当該固体撮像装置を備えるカメラに適しており、高感度で高画質なイメージセンサー、デジタルスチルカメラ、カメラ付き携帯電話機、ノートパソコンに備えられるカメラ、情報処理機器に接続されるカメラユニット等に適している。 The present invention is particularly suitable for a miniaturized MOS type solid-state imaging device and a camera including the solid-state imaging device, and is provided in a high-sensitivity and high-quality image sensor, a digital still camera, a camera-equipped mobile phone, and a notebook computer. Suitable for cameras and camera units connected to information processing equipment.
10 信号取り出し領域
12−1−1〜12−3−3 フォトダイオード
13−1−1〜13−3−3 電荷転送トランジスタ
14−1−1〜14−3−3 増幅トランジスタ
15−1−1〜15−3−3 リセットトランジスタ
21 水平シフトレジスタ
22 垂直シフトレジスタ
23−1〜3 リセット配線
24−1〜3 水平画素選択配線
25−1〜3 電流安定トランジスタ
26−1〜3 垂直信号配線
28−1〜3 電圧入力トランジスタ
100 活性化領域と素子分離領域との境界線
101 フォトダイオード
102 配線
103 転送ゲート電極
104 検出容量部
105 電荷増幅トランジスタ
106 ドレイン領域
107 ゲート絶縁膜
108 リセットゲート電極
109 シリコン絶縁膜
110 素子分離領域
111 イオン(イオン種)
112 活性化領域
113 半導体基板(Si基板)
114 ゲート電極(電荷増幅用トランジスタ)
115 ソ−ス領域(電荷増幅用トランジスタ)
116 シリコン絶縁膜
117 トレンチ
10 Signal Extraction Regions 12-1-1 to 12-3-3 Photodiodes 13-1-1 to 13-3-3 Charge Transfer Transistors 14-1-1 to 14-3-3 Amplifying Transistors 15-1-1-1 15-3-3
112
114 Gate electrode (charge amplification transistor)
115 source region (charge amplification transistor)
116
Claims (6)
少なくとも前記リセットトランジスタのゲート電極下のチャネルと前記溝方素子分離との境界に、前記チャネルとは逆極性のキャリヤを供給するイオン種が分布する構造を有し、前記リセットトランジスタのゲート幅は、ゲート長よりも短いことを特徴とする固体撮像装置。 A photodiode that photoelectrically converts incident light into signal charge on a semiconductor substrate, a transfer transistor that transfers signal charge accumulated in the photodiode, and a detection capacitor that accumulates signal charge transferred by the transfer transistor, A reset transistor for discharging the signal charge accumulated in the detection capacitor portion to a drain, and a trench type element isolation surrounding an active region of the photodiode, the transfer transistor, the detection capacitor portion, and the reset transistor. ,
At least at the boundary between the channel under the gate electrode of the reset transistor and the groove element isolation, there is a structure in which ion species supplying carriers having a polarity opposite to that of the channel is distributed, and the gate width of the reset transistor is A solid-state imaging device characterized by being shorter than a gate length.
分布することを特徴とする請求項5記載の固体撮像装置。 Further, continuously with the ion species distributed at the boundary between the activation region that forms the photodiode and the element isolation region that regulates the activation region, on the side wall of the channel under the gate electrode of the reset transistor, 6. The solid-state imaging device according to claim 5, wherein ion species supplying carriers having a polarity opposite to that of the channel are distributed.
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