JP4862402B2 - Solid-state image sensor - Google Patents
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Description
本発明は、分割露光により形成される固体撮像素子に関する。 The present invention relates to a solid-state image sensor formed by divided exposure.
近年、CCD(Charge Coupld Device)型やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型(或いは増幅型と呼ばれる)などの固体撮像素子を用いたビデオカメラや電子カメラが広く一般に普及している。固体撮像素子は複数の単位画素が二次元アレイ状に配置される。
図10は、従来のCMOS型固体撮像素子における単位画素の平面図であり、(a)は全体図、(b)は部分拡大図である。801は単位画素、802はLOCOS酸化膜などによって形成されるフィールド部(素子分離領域)、803aは浮遊拡散領域、805aは選択用トランジスタのソース、806はメタル配線、304cはリセット用トランジスタのソース、804aは基板へコンタクトを取るための拡散領域をそれぞれ示す。また、303b,304b,357b,359b,803b,804b,805b,807および808の記号は図示されていない信号線,GND(接地),Vdd(電源)などに接続するためのコンタクト部をそれぞれ示す。ここで、浮遊拡散領域803aは、ポリシリコンからなる転送用トランジスタのゲート303,リセット用トランジスタのゲート305およびフィールド部802のLOCOS酸化膜をイオン注入のマスクに使用して、自己整合的に形成される。
In recent years, video cameras and electronic cameras using solid-state imaging devices such as a CCD (Charge Coupled Device) type and a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type (or called an amplification type) have been widely used. A solid-state image sensor has a plurality of unit pixels arranged in a two-dimensional array.
FIG. 10 is a plan view of a unit pixel in a conventional CMOS solid-state imaging device, where (a) is an overall view and (b) is a partially enlarged view. 801 is a unit pixel, 802 is a field portion (element isolation region) formed by a LOCOS oxide film, 803a is a floating diffusion region, 805a is a source of a selection transistor, 806 is a metal wiring, 304c is a source of a reset transistor,
ところで、電子カメラ等に搭載される固体撮像素子は、有効画素領域の面積が大きいほど、受光される光量が増大されるので好ましい。このため、デジタル一眼カメラなどの高級機には、大型の固体撮像素子が用いられている。一方、固体撮像素子などの半導体素子は周知の通り、その製造工程において、露光装置が使用される。しかしながら、露光装置は1回で露光する面積(露光エリア)が限られており、素子面積には限度がある。そこで、1個の素子を複数回つなぎ合わせて露光する技術が提案されている(特許文献1)。 By the way, a solid-state imaging device mounted on an electronic camera or the like is preferable because the amount of received light increases as the area of the effective pixel region increases. For this reason, large-scale solid-state image sensors are used in high-end machines such as digital single-lens cameras. On the other hand, as is well known, a semiconductor device such as a solid-state imaging device uses an exposure apparatus in its manufacturing process. However, the exposure apparatus has a limited area (exposure area) to be exposed at one time, and the element area is limited. Therefore, a technique has been proposed in which a single element is connected and exposed several times (Patent Document 1).
大型のCMOS型固体撮像素子は、このような分割露光技術によって製造される。ところで、アライメントのばらつきによって、例えば、ゲート303とゲート305とがd方向にずれると、点線で示した位置にゲート303とゲート305とが形成される。よって、浮遊拡散領域803aの面積は、元の位置の場合に比べて、大きくなる。
つまり、フィールド部802に対するゲート303とゲート305の位置合わせずれが、X軸方向あるいはY軸方向に発生すると浮遊拡散領域803aの面積は変化する。複数
回の分割露光においては、一般に分割露光領域毎に位置合わせ精度が変動するため、分割露光領域間の浮遊拡散領域803aの面積が異なる。その結果、電圧変換ゲインも分割露光領域毎に変化し、一様な露光量の被写体を写しても分割露光領域毎に画像出力信号が変化し、分割露光境界、いわゆるつなぎ目において、分割露光領域間の電圧変換ゲイン差が画像信号段差として発生し、著しく画質を劣化させるという問題点が生じる。そこで、特許文献2では、固体撮像素子の動作に影響を与えるポリシリコンのパターンを1枚のマスクで一括露光して形成するようにしていた。
That is, when misalignment between the
上記従来技術のように、転送用トランジスタのゲート303とリセット用トランジスタのゲート305とを1枚のマスクで一括露光して形成すれば、露光時の位置合わせのずれによる影響はなくなる。しかし、露光領域の広いレンズの場合、露光領域の狭いレンズに比ベてパターン解像度が良くない。このため、転送用トランジスタのゲート303やリセット用トランジスタのゲート305にゲート長誤差が生じる。特に、転送用トランジスタのゲート303にゲート長誤差があると、転送用トランジスタの転送特性にばらつきが出るため、撮影画像の画質に影響を与えるという課題がある。
If the
上記課題に鑑み、本発明の目的は、分割露光によって単位画素をアレイ状に並べても、分割露光の境界部分で生じる画像信号の不連続性を抑え、画面全体で均質な画質を得ることが可能な固体撮像素子を提供することにある。 In view of the above problems, the object of the present invention is to suppress the discontinuity of the image signal generated at the boundary portion of the divided exposure and obtain a uniform image quality on the entire screen even if the unit pixels are arranged in an array by divided exposure. It is in providing a solid-state image sensor.
上記目的を達成するため、本発明に係る固体撮像素子は、複数のエリアに分割して露光する分割露光によって形成され、光信号を信号電荷に変換する光電変換部と、前記信号電荷を転送する転送用トランジスタと、前記転送された信号電荷を保持する方形状の浮遊拡散領域と、前記浮遊拡散領域の信号電位を出力する増幅用トランジスタと、前記保持された信号電荷をリセットするリセット用トランジスタとからなる単位画素がマトリクス状に配置された固体撮像素子において、前記転送用トランジスタのゲートおよび前記リセット用トランジスタのゲートは前記方形状の浮遊拡散領域側の辺を形成するように同じマスクで露光して配置され、前記方形状の浮遊拡散領域は、前記転送用トランジスタのゲートと前記リセット用トランジスタのゲートとに自己整合的に形成され、且つ、各々の画素において前記転送用トランジスタのゲートで形成される領域と、前記リセット用トランジスタのゲートで形成される領域との2ヶ所に配置され、各々の画素における前記2ヶ所に配置されたそれぞれの前記方形状の浮遊拡散領域の面積の和は、前記分割露光により形成されたエリアによらず一定であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention is formed by divided exposure in which exposure is performed by dividing into a plurality of areas, and a photoelectric conversion unit that converts an optical signal into a signal charge, and the signal charge is transferred. A transfer transistor, a rectangular floating diffusion region for holding the transferred signal charge, an amplifying transistor for outputting the signal potential of the floating diffusion region, and a reset transistor for resetting the held signal charge; In the solid-state imaging device in which the unit pixels are arranged in a matrix, the gate of the transfer transistor and the gate of the reset transistor are exposed with the same mask so as to form a side on the side of the rectangular floating diffusion region. The rectangular floating diffusion region is disposed between the gate of the transfer transistor and the reset transistor. Each of the pixels is arranged in two locations, a region formed by the gate of the transfer transistor and a region formed by the gate of the reset transistor. sum of the areas of the floating diffusion region of each of the rectangular shape disposed in the two places in the pixels, characterized in that the division is constant regardless of the formed areas by exposure.
また、前記転送用トランジスタのゲートと前記リセット用トランジスタのゲートに対向する位置に電極をさらに設け、前記2ヶ所に配置された前記浮遊拡散領域のうち、一方の前記浮遊拡散領域は前記転送用トランジスタのゲートと平行に配置された電極との間に形成され、他方の前記浮遊拡散領域は前記電極と平行に配置された前記リセット用トランジスタのゲートとの間に形成され、前記電極は、前記転送用トランジスタのゲートと前記リセット用トランジスタのゲートと同じマスクで露光して位置決めされることを特徴とする。 In addition, an electrode is further provided at a position opposite to the gate of the transfer transistor and the gate of the reset transistor, and one of the floating diffusion regions arranged in the two locations is the transfer transistor. The other floating diffusion region is formed between the gate of the resetting transistor and the gate of the resetting transistor, and the electrode is connected to the transfer gate. The exposure transistor is positioned by exposure using the same mask as the gate of the transistor for resetting and the gate of the resetting transistor.
或いは、前記電極は、前記転送用トランジスタのゲートと前記リセット用トランジスタのゲートと同じマスクで露光され、前記転送用トランジスタのゲートに平行に配置された第1の電極と、前記転送用トランジスタのゲートと前記リセット用トランジスタのゲートと同じマスクで露光され、前記リセット用トランジスタのゲートに平行に配置された第2の電極とで構成されることを特徴とする。 Alternatively, the electrode is exposed with the same mask as the gate of the transfer transistor and the gate of the reset transistor, and the first electrode arranged in parallel to the gate of the transfer transistor and the gate of the transfer transistor And a second electrode exposed in the same mask as the gate of the reset transistor and arranged in parallel to the gate of the reset transistor.
特に、前記電極または前記第1の電極および前記第2の電極は、前記浮遊拡散領域に電荷を蓄積する電位に設定されていることを特徴とする。 In particular, the electrode or the first electrode and the second electrode are set to a potential for accumulating charges in the floating diffusion region.
本発明によれば、固体撮像素子に使用されるトランジスタ、とりわけ撮影画像の画質を左右する光電変換部から信号電荷を転送する転送用トランジスタのゲートのパターン寸法の変動が抑圧され、浮遊拡散領域の面積が分割露光による位置ずれに因らず実質一定に形成される。このため、分割露光の領域に依存せず、全画素領域に渡って転送特性および電圧変換のゲインが均一となり、分割露光の境界部分での画像信号の不適続性を抑圧することが可能となる。 According to the present invention, fluctuations in the pattern size of the gate of a transistor used in a solid-state imaging device, in particular, a transfer transistor that transfers signal charges from a photoelectric conversion unit that affects the image quality of a captured image are suppressed. The area is formed to be substantially constant regardless of the position shift due to the divided exposure. For this reason, the transfer characteristics and voltage conversion gain are uniform over the entire pixel area without depending on the area of the divided exposure, and it is possible to suppress the inconsistency of the image signal at the boundary of the divided exposure. .
以下、本発明に係る固体撮像素子の実施形態について説明するが、先ず、各実施形態で共通の固体撮像素子全体の構成について説明する。図8は固体撮像素子全体を示す平面図で、固体撮像素子700は、複数の単位画素701によって構成される。同図の場合は4×4画素の構成である。各単位画素701には、垂直走査回路702から選択用駆動信号線707,リセット用駆動信号線708および転送用駆動信号線709が配線され、フォトダイオード(図示せず)に蓄積された信号電荷は電圧に変換されて、定電流源回路704によってソースフォロワ回路を構成する垂直信号線705に読み出される。各垂直信号線705に読み出された各列の信号は、読み出し回路703で水平方向に読み出され、出力アンプ706から出力される。
Hereinafter, embodiments of the solid-state imaging device according to the present invention will be described. First, the configuration of the entire solid-state imaging device common to each embodiment will be described. FIG. 8 is a plan view showing the entire solid-state image sensor, and the solid-
また、各単位画素701の一般的な回路は、図9のようになっている。被写体からの光はフォトダイオード301で信号電荷として蓄積され、蓄積された信号電荷は転送用トランジスタ302によって浮遊拡散領域(FD領域)に転送され保持される。尚、信号電荷が転送される前にリセット用トランジスタ304によって浮遊拡散領域の信号電荷はリセットされる。浮遊拡散領域に保持された信号電荷は、増幅用トランジスタ358のゲート359に入り、電圧に変換されて増幅される。選択用トランジスタ356と信号線311と定電流源310とはソースフォロワを構成し、アレイ中の任意の1行を選択する信号が選択用トランジスタのゲート357に与えられると、増幅された画像信号が信号線311に読み出される。尚、303は転送用トランジスタのゲート、305はリセット用トランジスタのゲートを示す。
A general circuit of each
以下、各実施形態について説明する。
(第1の実施形態)
図1(a)は、本発明に係る第1の実施形態の固体撮像素子の単位画素の平面図である。破線で囲まれた領域が1画素分に相当する単位画素101で、紙面水平方向をX座標、垂直方向をY座標とする。102は入射光に応じた電荷を発生および蓄積するフォトダイオード、103aはフォトダイオード102に蓄積した信号電荷を浮遊拡散領域に転送するMOS型の転送用トランジスタのゲートである。転送用トランジスタのゲート103aは、例えば、厚さ400nmのポリシリコンで形成される。103bは転送用トランジスタのゲート103aを転送用駆動信号線709に接続するためのコンタクト部である。
Each embodiment will be described below.
(First embodiment)
FIG. 1A is a plan view of a unit pixel of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. A region surrounded by a broken line is a
108aおよび109aは転送用トランジスタによってフォトダイオード102から転送された信号電荷を一時的に保持する浮遊拡散領域である。104aは浮遊拡散領域108aおよび109aに転送された信号電荷をリセットするMOS型のリセット用トランジスタのゲート、104bはリセット用トランジスタのゲート104aをリセット用駆動信号線708に接続するためのコンタクト部である。105aは浮遊拡散領域108aおよび109aの電位を電圧として出力する増幅用トランジスタのゲートである。尚、111は浮遊拡散領域108aおよび109aと増幅用トランジスタのゲートとをコンタクト部108b,109bおよび105bで接続するメタル配線である。
108a and 109a are floating diffusion regions that temporarily hold signal charges transferred from the
106aは読み出しを行う画素を選択するためのMOS型の選択用トランジスタのゲート、106bは選択用トランジスタのゲート106aを選択用駆動信号線707に接続するためのコンタクト部である。107aは選択用トランジスタのソース、107bは選択用トランジスタのソースを垂直信号線705に接続するためのコンタクト部である。また、110aは基板へコンタクトを取るための拡散領域、110bは拡散領域110aを接地(図示せず)するためのコンタクト部、112は電源(Vdd)に接続するコンタクト部、113はフィールド部をそれぞれ示す。尚、本実施形態の固体撮像素子の単位画素の回路構成は、先に従来の技術で説明した図9と同じである。
106a is a gate of a MOS type selection transistor for selecting a pixel to be read, and 106b is a contact portion for connecting the
図1(a)において、Wは浮遊拡散領域108aおよび109aのX軸方向の幅を、Ltは浮遊拡散領域108aのY軸方向の長さを、Lrは浮遊拡散領域109aのY軸方向の長さをそれぞれ示す。今、浮遊拡散領域108aおよび109aが方形状であるとすると、浮遊拡散領域108aの面積はW×Ltとなり、浮遊拡散領域109aの面積はW×Lrとなる。
In FIG. 1A, W is the width of the floating
本実施形態において、同じマスクの露光で少なくとも転送用トランジスタのゲート103aとリセット用トランジスタのゲート104aは形成され、これとは別のマスクの露光で少なくともフィールド部113は形成されるものとする。尚、浮遊拡散領域108aおよび109aは、転送用トランジスタのゲート103aとリセット用トランジスタのゲート104aとフィールド部113とをイオン注入のマスクに使用して自己整合的に形成される。
In this embodiment, it is assumed that at least the
ここで、分割露光を行うと、前述の通り、転送用トランジスタのゲート103aとリセット用トランジスタのゲート104aの位置と、浮遊拡散領域108aと109aの位置とは、露光エリア毎に、相対的にずれる。しかしながら、本実施形態では、分割露光によって位置ずれが生じても、浮遊拡散領域108aの面積(W×Lt)と浮遊拡散領域109aの面積(W×Lr)との和は一定となる(式1)。
(W×Lt)+(W×Lr) = 一定 ・・・ (式1)
以下、これを詳細に説明する。図1(b)は、分割露光時に、転送用トランジスタのゲート103aとリセット用トランジスタのゲート104aのマスクが、回転方向,X軸方向およびY軸方向に少しずつ位置ずれした様子を示す。
Here, when divided exposure is performed, as described above, the positions of the
(W × Lt) + (W × Lr) = constant (Expression 1)
This will be described in detail below. FIG. 1B shows a state in which the masks of the
今、転送用トランジスタのゲート103aが位置ずれしない場合の浮遊拡散領域108aの面積をS1とすると、S1は四角形(A1,B1,C1,D1)で囲まれる部分である。同様に、リセット用トランジスタのゲート104aが位置ずれしない場合の浮遊拡散領域109aの面積をS2とすると、S2は四角形(A2,B2,C2,D2)で囲まれる部分である。
Now, assuming that the area of the floating
一方、転送用トランジスタのゲート103aが位置ずれした場合の浮遊拡散領域108aの面積をS1’とすると、S1’は四角形(A1,B1,C1’,D1’)で囲まれる部分である。同様に、リセット用トランジスタのゲート104aが位置ずれした場合の浮遊拡散領域109aの面積をS2’とすると、S2’は四角形(A2,B2,C2’,D2’)で囲まれる部分である。
On the other hand, if the area of the floating
ここで、浮遊拡散領域108aと109aは同じマスクで露光される。このマスクとなる転送用トランジスタのゲート103aとリセット用トランジスタのゲート104aは同じマスクで露光され形成されるので、位置ずれは互いに平行に生ずる。よって、(式2)および(式3)の関係が成り立つ。
辺(A1,D1)+ 辺(A2,D2)= 辺(A1,D1’)+ 辺(A2,D2’)・・・(式2)
辺(B1,C1)+ 辺(B2,C2)= 辺(B1,C1’)+ 辺(B2,C2’)・・・(式3)
浮遊拡散領域108aと108bの幅Wが等しいとすると、(式2)および(式3)の関係から各辺の和は等しいので、浮遊拡散領域108aが位置ずれしない場合の面積S1と、位置ずれした場合の面積S1’と、浮遊拡散領域109aが位置ずれしない場合の面積S2と、位置ずれした場合の面積S2’との関係は(式4)になる。
S1 + S2 = S1’+ S2’・・・(式4)
このように、本実施形態の単位画素の構造では、フィールド部113に対してポリシリコンからなる転送用トランジスタのゲート103aとリセット用トランジスタのゲート104aとの位置合わせ精度によらず、浮遊拡散領域108a、109aの面積の和は常に一定になる。即ち、浮遊拡散領域108aおよび109aの容量成分も位置合わせ精度によらず一定となり、信号電荷を電圧に変換するゲインも一定となる。
Here, the floating
Side (A1, D1) + Side (A2, D2) = Side (A1, D1 ') + Side (A2, D2') ... (Formula 2)
Side (B1, C1) + Side (B2, C2) = Side (B1, C1 ') + Side (B2, C2') ... (Formula 3)
Assuming that the widths W of the floating
S1 + S2 = S1 ′ + S2 ′ (Expression 4)
As described above, in the structure of the unit pixel of the present embodiment, the floating
従って、本実施形態によれば、分割露光によってCMOS型(あるいは増幅型)固体撮像素子を製造しても、全画素領域にわたって転送用トランジスタのゲート長誤差を抑え、かつ電圧変換ゲインを一定にでき、分割露光境界で画像信号の不連続性が発生することはなく、均質な画像が得られる。本実施形態では、ポリシリコンからなる転送用トランジスタのゲート103aとリセット用トランジスタのゲート104aとのフィールド部113に対する位置ずれがあっても、浮遊拡散領域108aおよび109aのそれぞれの面積変動は互いに打ち消す方向に変化する。また、転送用トランジスタのゲート103aおよびリセット用トランジスタのゲート104aの幅が実用上の範囲内で異なる場合でも、浮遊拡散領域108aと109aとの面積の和は実質的に一定と見なせる。
Therefore, according to this embodiment, even when a CMOS (or amplification) solid-state imaging device is manufactured by divided exposure, the gate length error of the transfer transistor can be suppressed and the voltage conversion gain can be made constant over the entire pixel region. The image signal discontinuity does not occur at the divided exposure boundary, and a uniform image can be obtained. In this embodiment, even if there is a positional shift between the
(第2の実施形態)
図2は、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像素子の平面図である。図2において、破線で示した単位画素201,202,203および204が縦に連続して形成されており、浮遊拡散領域のリセット用トランジスタは、隣接する単位画素のリセット用トランジスタを利用するような構成になっている。ここでは、単位画素202を中心に説明するが、他の単位画素も同じような構成の繰り返しになっている。尚、図1と同符号のものは同じものである。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a plan view of a solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 2,
205aは浮遊拡散領域208aおよび209aの電位を電圧として出力する増幅用トランジスタのゲートで、コンタクト部205bを介してメタル配線211と接続される。206aは読み出しを行う画素を選択するためのMOS型の選択用トランジスタのゲート、206bは選択用トランジスタのゲート206aを選択用駆動信号線707に接続するためのコンタクト部である。208aおよび209aは浮遊拡散領域、208bおよび209bは浮遊拡散領域208aと209aとをメタル配線211に接続するコンタクト部をそれぞれ示す。
尚、本実施形態の固体撮像素子の単位画素の回路構成は図3のようになる。図9と同符号のものは同じものを示す。また、図9の選択用トランジスタ356と増幅用トランジスタ358とが入れ替わり、増幅用トランジスタ308のソースが直接読み出し信号線311と定電流源310とに接続されている。このように、選択トランジスタ356と増幅用トランジスタ358の接続関係を変更しても、これらの駆動および機能は、実施形態1と同じである。
Note that the circuit configuration of the unit pixel of the solid-state imaging device of the present embodiment is as shown in FIG. 9 denote the same components. Further, the
また、第1の実施形態と同様に、フィールド部113に対してポリシリコンからなる転送用トランジスタのゲート103aとリセット用トランジスタのゲート104aのX軸方向,Y軸方向および回転方向の位置合わせのずれが生じても、浮遊拡散領域208aおよび209aの面積変動は互いに打ち消し合う方向に変化する。従って、浮遊拡散領域208aおよび209aの容量成分は位置合わせ精度によらず一定となり、信号電荷を電圧に変換するゲインも一定となる。
Similarly to the first embodiment, misalignment of the
このように、本実施形態によれば、分割露光によってCMOS型(あるいは増幅型)固体撮像素子を製造しても、全画素領域にわたって転送用トランジスタのゲート長誤差を抑え、かつ電圧変換ゲインを一定にでき、分割露光境界で画像信号の不連続性が発生することはなく、均質な画像が得られる。
さらに、第1の実施形態に比べて、メタル配線211の長さを短くできるので、メタル配線211の寄生酸化膜容量成分が小さくなり、より高い電圧変換ゲインが得られる。つまり、固体撮像素子の感度およびSN比が向上し、より高画質な画像を得ることができる。
As described above, according to the present embodiment, even when a CMOS (or amplification) solid-state imaging device is manufactured by divided exposure, the gate length error of the transfer transistor is suppressed over the entire pixel region, and the voltage conversion gain is constant. The image signal discontinuity does not occur at the divided exposure boundary, and a homogeneous image can be obtained.
Furthermore, since the length of the
(第3の実施形態)
図4は、本発明の第3の実施形態に係る固体撮像素子の平面図である。図4において、301は単位画素、408aおよび409aは浮遊拡散領域、408bおよび409bは浮遊拡散領域408aと409aとをメタル配線411に接続するコンタクト部をそれぞれ示す。404aは浮遊拡散領域408aおよび409aに転送された信号電荷をリセットするMOS型のリセット用トランジスタのゲート、404bはリセット用トランジスタのゲート404aをリセット用駆動信号線708に接続するためのコンタクト部である。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a plan view of a solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 4, 301 is a unit pixel, 408a and 409a are floating diffusion regions, and 408b and 409b are contact portions for connecting the floating
405aはコンタクト部405bおよびメタル配線411を介して接続される浮遊拡散領域408aおよび409aの電位を電圧として出力する増幅用トランジスタのゲートである。406aは読み出しを行う画素を選択するためのMOS型の選択用トランジスタのゲート、406bは選択用トランジスタのゲート406aを選択用駆動信号線707に接続するためのコンタクト部である。
451aは転送用トランジスタのゲート103aおよびリセット用トランジスタのゲート404aに平行に対向する位置にポリシリコンで形成された電極、451bは転送用トランジスタのゲート103aおよびリセット用トランジスタのゲート404aを共にオフする電位を与える配線(図示せず)と電極451aとを接続するコンタクト部である。尚、図1と同じ符号は同じものを示す。
451a is an electrode made of polysilicon at a position facing the
ここで、電極451aについて説明する。図5は、図4の断面位置(A1−A2)で切断した時の断面図で、電極451aと浮遊拡散領域409aおよび408aとが上下に位置する端部は、基板150の上に形成されたフィールド部113から距離Lfだけ離れている。尚、距離Lfは、フィールド部113に対するポリシリコンからなる電極451aの位置合わせ精度よりも大きい値に設定される。一方、浮遊拡散領域409aおよび408aは、転送用トランジスタのゲート103aと、リセット用トランジスタのゲート404aと、電極451aと、フィールド部113とをイオン注入のマスクに使用して自己整合的に形成される。従って、本実施形態の単位画素の構造においても、転送用トランジスタのゲート103aとリセット用トランジスタのゲート404aと電極451aとの位置と、フィールド部113の位置とのY軸方向の位置合わせ精度によらず、浮遊拡散領域408aおよび409aの面積の和は一定になる。尚、第1の実施形態と同様に、転送用トランジスタのゲート103aとリセット用トランジスタのゲート404aと電極451aとの位置と、フィールド部113の位置とが、X軸方向あるいは回転方向に位置ずれした場合でも、面積は同一になる。
Here, the
また、本実施形態では、電極451aに、転送用トランジスタのゲート103aとリセット用トランジスタのゲート404aを共にオフする電位が与えられ、電極451aの下の基板150の表面は蓄積モードになっており、電極451aには、浮遊拡散領域408aおよび409aの容量成分に付加される寄生容量が生じない。
従って、本実施形態によれば、分割露光によってCMOS型(あるいは増幅型)固体撮像素子を製造しても、全画素領域にわたって転送用トランジスタのゲート長誤差を抑え、かつ電圧変換ゲインを一定にでき、分割露光境界で画像信号の不連続性が発生することはなく、均質な画像が得られる。
In this embodiment, the
Therefore, according to this embodiment, even when a CMOS (or amplification) solid-state imaging device is manufactured by divided exposure, the gate length error of the transfer transistor can be suppressed and the voltage conversion gain can be made constant over the entire pixel region. The image signal discontinuity does not occur at the divided exposure boundary, and a uniform image can be obtained.
(第4の実施形態)
図6は、本発明の第4の実施形態に係る固体撮像素子の平面図である。図6において、501は単位画素、508aおよび509aは浮遊拡散領域、508bおよび509bは浮遊拡散領域508aと509aとをメタル配線511に接続するコンタクト部をそれぞれ示す。504aは浮遊拡散領域508aおよび509aに転送された信号電荷をリセットするMOS型のリセット用トランジスタのゲート、504bはリセット用トランジスタのゲート504aをリセット用駆動信号線708に接続するためのコンタクト部である。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is a plan view of a solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 6,
505aはコンタクト部505bおよびメタル配線511を介して接続される浮遊拡散領域508aおよび509aの電位を電圧として出力する増幅用トランジスタのゲートである。506aは読み出しを行う画素を選択するためのMOS型の選択用トランジスタのゲート、506bは選択用トランジスタのゲート506aを選択用駆動信号線707に接続するためのコンタクト部である。
551aは転送用トランジスタのゲート103aに平行に対向する位置にポリシリコンで形成された電極、551bは転送用トランジスタのゲート103aをオフする電位を与える配線(図示せず)と電極551aとを接続するコンタクト部である。552aはリセット用トランジスタのゲート504aに平行に対向する位置にポリシリコンで形成された電極、552bはリセット用トランジスタのゲート504aをオフする電位を与える配線(図示せず)と電極552aとを接続するコンタクト部である。尚、図1と同じ符号は同じものを示す。
電極551aおよび電極552aは、それぞれ第3の実施形態で説明した図5の電極451aと同じように構成される。つまり、図5の電極451aを電極551aに、浮遊拡散領域409aを浮遊拡散領域509aに、それぞれ置き換えて考えた場合は、距離Lfは、フィールド部113に対するポリシリコンからなる電極551aの位置合わせ精度よりも大きい値に設定されるため、転送用トランジスタのゲート103aと電極551aとの位置と、フィールド部113の位置とのY軸方向の位置合わせ精度によらず、浮遊拡散領域509aの面積は一定になる。同様に、電極451aを電極552aに、浮遊拡散領域409aを浮遊拡散領域508aに、それぞれ置き換えて考えた場合は、リセット用トランジスタのゲート504aと電極552aとの位置と、フィールド部113の位置とのX軸方向の位置合わせ精度によらず、浮遊拡散領域508aの面積も一定になる。尚、第1の実施形態と同様に、リセット用トランジスタのゲート504aと電極552aとの位置と、フィールド部113の位置とが、Y軸方向あるいは回転方向に位置ずれした場合でも、面積は同一になる。
The
また、本実施形態では、電極551aに、転送用トランジスタのゲート103aとリセット用トランジスタのゲート404aを共にオフする電位が与えられ、電極551aの下の基板150の表面は蓄積モードになっており、電極551aには、浮遊拡散領域508aおよび509aの容量成分に付加される寄生容量が生じない。
従って、本実施形態によれば、分割露光によってCMOS型(あるいは増幅型)固体撮像素子を製造しても、全画素領域にわたって転送用トランジスタのゲート長誤差を抑え、かつ電圧変換ゲインを一定にでき、分割露光境界で画像信号の不連続性が発生することはなく、均質な画像が得られる。
In this embodiment, the
Therefore, according to this embodiment, even when a CMOS (or amplification) solid-state imaging device is manufactured by divided exposure, the gate length error of the transfer transistor can be suppressed and the voltage conversion gain can be made constant over the entire pixel region. The image signal discontinuity does not occur at the divided exposure boundary, and a uniform image can be obtained.
(第5の実施形態)
図7は、本発明の第5の実施形態に係る固体撮像素子の平面図である。図7において、601は単位画素、608aは浮遊拡散領域、608bは浮遊拡散領域608aをメタル配線611に接続するコンタクト部をそれぞれ示す。604aは浮遊拡散領域608aに転送された信号電荷をリセットするMOS型のリセット用トランジスタのゲート、604bはリセット用トランジスタのゲート604aをリセット用駆動信号線708に接続するためのコンタクト部である。
(Fifth embodiment)
FIG. 7 is a plan view of a solid-state imaging device according to the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 7, reference numeral 601 denotes a unit pixel, 608a denotes a floating diffusion region, and 608b denotes a contact portion that connects the floating
605aはコンタクト部605bおよびメタル配線611を介して接続される浮遊拡散領域608aの電位を電圧として出力する増幅用トランジスタのゲートである。606aは読み出しを行う画素を選択するためのMOS型の選択用トランジスタのゲート、606bは選択用トランジスタのゲート606aを選択用駆動信号線707に接続するためのコンタクト部である。尚、図1と同じ符号は同じものを示す。
先に述べた第1から第4の実施形態は、いずれも浮遊拡散領域が2カ所であったが、本実施形態は浮遊拡散領域608aの一カ所のみである。しかも、浮遊拡散領域608aは転送用トランジスタのゲート103aとリセット用トランジスタのゲート604aとに挟まれた部分にある。転送用トランジスタのゲート103aとリセット用トランジスタのゲート604aとが同じマスクで露光され同時に形成されるため、X軸方向,Y軸方向および回転方向に位置ずれが生じたとしても、両者に挟まれた部分の面積が変わることなく常に一定に保たれる。即ち、浮遊拡散領域608aの容量成分も位置合わせ精度によらず一定となり、信号電荷を電圧に変換するゲインも一定となる。従って、本実施形態によれば、分割露光によってCMOS型(あるいは増幅型)固体撮像素子を製造しても、全画素領域にわたって転送用トランジスタのゲート長誤差を抑え、かつ電圧変換ゲインを一定にでき、分割露光境界で画像信号の不連続性が発生することはなく、均質な画像が得られる。
In any of the first to fourth embodiments described above, there are two floating diffusion regions, but this embodiment has only one floating
以上、各実施形態で述べてきたように、本発明によれば、転送用トランジスタのゲート長誤差を抑え、フォトダイオードから転送された信号電荷を保持し電圧に変換する増幅部の浮遊拡散領域が自己整合的に形成され、かつ浮遊拡散領域の面積が露光工程での位置ずれに因らず実質一定に形成されるので、分割露光の領域に依存せず、全画素領域にわたって転送特性および電圧変換のゲインが均一となり、分割露光の境界部分での画像信号の不適続性を抑圧できる。これによって、画面全体で均質な画質が得られる固体撮像素子を提供することが可能となる。 As described above in each embodiment, according to the present invention, the floating diffusion region of the amplifying unit that suppresses the gate length error of the transfer transistor, holds the signal charge transferred from the photodiode, and converts it into a voltage is provided. Since it is formed in a self-aligned manner and the area of the floating diffusion region is substantially constant regardless of the positional deviation in the exposure process, transfer characteristics and voltage conversion over the entire pixel region without depending on the divided exposure region And the inconsistency of the image signal at the boundary portion of the divided exposure can be suppressed. As a result, it is possible to provide a solid-state imaging device capable of obtaining uniform image quality over the entire screen.
101,202,301,501,601・・・単位画素
102・・・フォトダイオード
103a・・・転送用トランジスタのゲート
104a・・・リセット用トランジスタのゲート
108a,109a,208a,209a,408a,409a・・・浮遊拡散領域
113・・・フィールド部
302・・・転送用トランジスタ
304・・・リセット用トランジスタ
306,356・・・選択用トランジスタ
308,358・・・増幅用トランジスタ
451a,551a,552a・・・電極
508a,509a,608a・・・浮遊拡散領域
101, 202, 301, 501, 601 ...
Claims (4)
光信号を信号電荷に変換する光電変換部と、
前記信号電荷を転送する転送用トランジスタと、
前記転送された信号電荷を保持する方形状の浮遊拡散領域と、
前記浮遊拡散領域の信号電位を出力する増幅用トランジスタと、
前記保持された信号電荷をリセットするリセット用トランジスタと
からなる単位画素がマトリクス状に配置された固体撮像素子において、
前記転送用トランジスタのゲートおよび前記リセット用トランジスタのゲートは前記方形状の浮遊拡散領域側の辺を形成するように同じマスクで露光して配置され、
前記方形状の浮遊拡散領域は、前記転送用トランジスタのゲートと前記リセット用トランジスタのゲートとに自己整合的に形成され、且つ、各々の画素において前記転送用トランジスタのゲートで形成される領域と、前記リセット用トランジスタのゲートで形成される領域との2ヶ所に配置され、各々の画素における前記2ヶ所に配置されたそれぞれの前記方形状の浮遊拡散領域の面積の和は、前記分割露光により形成されたエリアによらず一定である
ことを特徴とする固体撮像素子。 Formed by divided exposure to divide and expose in multiple areas,
A photoelectric conversion unit that converts an optical signal into a signal charge;
A transfer transistor for transferring the signal charge;
A rectangular floating diffusion region for holding the transferred signal charge;
An amplifying transistor that outputs a signal potential of the floating diffusion region;
In a solid-state imaging device in which unit pixels each including a resetting transistor that resets the held signal charge are arranged in a matrix,
The gate of the transfer transistor and the gate of the reset transistor are arranged to be exposed with the same mask so as to form a side on the side of the rectangular floating diffusion region,
The rectangular floating diffusion region is formed in a self-aligned manner with the gate of the transfer transistor and the gate of the reset transistor, and a region formed with the gate of the transfer transistor in each pixel; The sum of the areas of the respective rectangular floating diffusion regions arranged at the two locations in each pixel is formed by the divided exposure. A solid-state image pickup device characterized by being constant regardless of the area where it is placed.
前記2ヶ所に配置された前記浮遊拡散領域のうち、一方の前記浮遊拡散領域は前記転送用トランジスタのゲートと平行に配置された電極との間に形成され、他方の前記浮遊拡散領域は前記電極と平行に配置された前記リセット用トランジスタのゲートとの間に形成され、
前記電極は、前記転送用トランジスタのゲートと前記リセット用トランジスタのゲートと同じマスクで露光して位置決めされる
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。 An electrode is further provided at a position facing the gate of the transfer transistor and the gate of the reset transistor,
Of the floating diffusion regions disposed at the two locations, one of the floating diffusion regions is formed between an electrode disposed in parallel with the gate of the transfer transistor, and the other floating diffusion region is the electrode. And the gate of the resetting transistor arranged in parallel with each other,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the electrode is exposed and positioned with the same mask as the gate of the transfer transistor and the gate of the reset transistor.
前記転送用トランジスタのゲートと前記リセット用トランジスタのゲートと同じマスクで露光され、前記転送用トランジスタのゲートに平行に配置された第1の電極と、
前記転送用トランジスタのゲートと前記リセット用トランジスタのゲートと同じマスクで露光され、前記リセット用トランジスタのゲートに平行に配置された第2の電極と
で構成されることを特徴とする請求項2に記載の固体撮像素子。 The electrode is
A first electrode that is exposed with the same mask as the gate of the transfer transistor and the gate of the reset transistor, and is arranged in parallel to the gate of the transfer transistor;
3. The method according to claim 2, further comprising: a second electrode that is exposed with the same mask as the gate of the transfer transistor and the gate of the reset transistor and is arranged in parallel to the gate of the reset transistor. The solid-state imaging device described.
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