JP2001127275A - Solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device

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JP2001127275A
JP2001127275A JP30457099A JP30457099A JP2001127275A JP 2001127275 A JP2001127275 A JP 2001127275A JP 30457099 A JP30457099 A JP 30457099A JP 30457099 A JP30457099 A JP 30457099A JP 2001127275 A JP2001127275 A JP 2001127275A
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JP
Japan
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region
photoelectric conversion
solid
type
conversion element
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JP30457099A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinya Numazu
真也 沼津
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a white spot from occurring when a dark signal is acquired with a photoelectric conversion element in an invalid imaging region by reducing the depletion region of the photoelectric conversion element in the invalid imaging region. SOLUTION: Related to a valid imaging region 100A, an N- type impurity region 132 is formed on a P- type well layer 130 provided at the deep layer of an N- type Si substrate 110, over which an N- type photoelectric conversion region 134 and a P+ type impurity region 136 which constitute a photodiode 112 are formed. The N- type impurity region 132 deepens the overflow barrier of the valid imaging region 100A, for improved sensitivity in a near infrared region. Related to an invalid imaging region 100B, the N- type photoelectric conversion region 134 and the P+ type impurity region 136 which constitute the photodiode 112 are formed, with no N- type impurity region 132 formed on the P- type well layer 130. Thus, the depletion region of the invalid imaging region 100B is reduced, and a white spot at dark signal is suppressed to accurately decide a black level.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板にフォ
トダイオード等による光電変換素子をマトリクス状に設
けるとともに、マトリクスの中央の領域を有効撮像領域
とし、その周辺の領域を無効撮像領域とした固体撮像装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image sensor in which photoelectric conversion elements such as photodiodes are provided in a matrix on a semiconductor substrate, and a central area of the matrix is an effective imaging area and a peripheral area is an invalid imaging area. The present invention relates to an imaging device.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5は、従来の固体撮像装置における各
画素部のパターン形状を示す平面図である。図5に示す
ように、この固体撮像装置は、半導体基板10上に光電
変換を行うフォトダイオード部12(図5において実線
で示す)と、フォトダイオード部12に蓄積された信号
電荷を水平転送レジスタ部(図示せず)に転送する垂直
転送レジスタ部14(図5において一点破線で示す)
と、この垂直転送レジスタ部14に駆動信号電圧を印加
する多結晶Si電極部16及び18(図5において二点
破線で示す)と、隣接する画素部を分離する画素間チャ
ネルストップ部20(図5において破線で示す)とを有
する。
2. Description of the Related Art FIG. 5 is a plan view showing a pattern shape of each pixel portion in a conventional solid-state imaging device. As shown in FIG. 5, this solid-state imaging device includes a photodiode unit 12 (shown by a solid line in FIG. 5) for performing photoelectric conversion on a semiconductor substrate 10 and a signal charge stored in the photodiode unit 12 which is transferred to a horizontal transfer register. Vertical transfer register unit 14 (indicated by a dashed line in FIG. 5) for transferring data to a unit (not shown).
And polycrystalline Si electrode portions 16 and 18 (shown by two-dot broken lines in FIG. 5) for applying a drive signal voltage to the vertical transfer register portion 14, and an inter-pixel channel stop portion 20 (see FIG. 5) for separating adjacent pixel portions. 5 is indicated by a broken line).

【0003】次に、図6は、図5のZ−Z線断面図であ
る。この図6に基づいて、図5に示す固体撮像装置にお
ける積層構造について説明する。ここで説明する固体撮
像装置のフォトダイオードは、光波長700〜1000
nm付近(近赤外領域)にも感度を有する構造となって
おり、一般的な固体撮像装置のフォトダイオードに比較
して、フォトダイオードからの過剰電荷のオーバフロー
を制限するオーバフローバリアが半導体基板10の深部
に位置するものとなっている。
FIG. 6 is a sectional view taken along the line ZZ of FIG. With reference to FIG. 6, a stacked structure in the solid-state imaging device shown in FIG. 5 will be described. The photodiode of the solid-state imaging device described here has a light wavelength of 700 to 1000.
The structure has a sensitivity in the vicinity of nm (near-infrared region), and the semiconductor substrate 10 has an overflow barrier that limits the overflow of excess charge from the photodiode as compared with a photodiode of a general solid-state imaging device. It is located in the deep part of.

【0004】図6に示す例では、まず、N型Si基板1
0の深層にP型ウエル層(P#1)30を形成する。次
に、フォトダイオード部12の撮像画素形状に対応して
P型ウエル層30の上層にN型ウエル層(NW)を構成
するN−型不純物領域32を形成し、その上層にフォト
ダイオード部12を構成するN型不純物領域(光電変換
領域)34とP+型不純物領域36を形成する。これら
はN型Si基板10にイオン注入等を順次施すことによ
り形成されている。
In the example shown in FIG. 6, first, an N-type Si substrate 1
A P-type well layer (P # 1) 30 is formed at a depth of 0. Next, an N-type impurity region 32 constituting an N-type well layer (NW) is formed in the upper layer of the P-type well layer 30 corresponding to the imaging pixel shape of the photodiode section 12, and the photodiode section 12 is formed thereon. Are formed, an N-type impurity region (photoelectric conversion region) 34 and a P + -type impurity region 36 are formed. These are formed by sequentially performing ion implantation or the like on the N-type Si substrate 10.

【0005】N−型不純物領域32(図5において斜線
領域で示す)は、上述のようにフォトダイオード部12
のオーバフローバリアを半導体基板10の深部に配置す
るためのポテンシャルバリアとして設けたものであり、
このN−型不純物領域32の深部側にオーバフローバリ
アが配置されている。そして、フォトダイオード部12
に蓄積された過剰電荷が一定のポテンシャルを越える
と、オーバフローバリアを越えて電荷がN型Si基板1
0に排出される縦型オーバフロードレイン構造を構成し
ている。
[0005] The N-type impurity region 32 (shown as a hatched region in FIG. 5) is formed in the photodiode section 12 as described above.
Is provided as a potential barrier for disposing the overflow barrier in a deep part of the semiconductor substrate 10,
An overflow barrier is arranged on the deep side of the N− type impurity region 32. Then, the photodiode section 12
When the excess electric charge accumulated in the N-type Si substrate 1 exceeds a certain potential, the electric charge exceeds the overflow barrier and the N-type Si substrate 1
This constitutes a vertical overflow drain structure discharged to zero.

【0006】また、上層のP+型不純物領域36の図中
左側に隣接してP型の読み出しゲート部40が設けら
れ、その外側にCCD構造の垂直転送レジスタ部14が
形成されている。また、P+型不純物領域36の図中右
側に隣接してP+型の画素間チャネルストップ部20が
形成されている。これらもN型Si基板10にイオン注
入等を順次施すことにより形成されている。
A P-type read gate section 40 is provided adjacent to the left side of the upper P + -type impurity region 36 in the figure, and a vertical transfer register section 14 having a CCD structure is formed outside the P-type read gate section 40. A P + type inter-pixel channel stop portion 20 is formed adjacent to the P + type impurity region 36 on the right side in the drawing. These are also formed by sequentially performing ion implantation or the like on the N-type Si substrate 10.

【0007】また、N型Si基板10の表面上には、絶
縁膜42を介して上述した多結晶Si電極部16が設け
られている。また、多結晶Si電極部16の上面には、
遮光を目的とした遮光膜44が設けられている。この遮
光膜44は、フォトダイオード部12の周縁部に被る状
態で形成されており、この遮光膜44に形成した開口部
44Aにより、フォトダイオード部12が外部に露呈
し、外光を受光するようになっている。
On the surface of the N-type Si substrate 10, the above-mentioned polycrystalline Si electrode portion 16 is provided via an insulating film 42. In addition, on the upper surface of the polycrystalline Si electrode portion 16,
A light shielding film 44 for light shielding is provided. The light-shielding film 44 is formed so as to cover the periphery of the photodiode portion 12. The opening portion 44A formed in the light-shielding film 44 exposes the photodiode portion 12 to the outside and receives external light. It has become.

【0008】また、以上のような構成の固体撮像装置で
は、図7に示すように、全体の受光面を中央の有効撮像
領域1Aとその周辺の無効撮像領域(いわゆるOB(Op
tical Black )部)1Bとに分け、有効撮像領域1Aの
フォトダイオード部12によって撮像信号を得るととも
に、無効撮像領域1Bのフォトダイオード部12からの
暗信号を黒レベルの決定に用いるようになっている。無
効撮像領域1Bは、例えば図5に示す例のように、遮光
膜44のさらに上から無効撮像領域1Bを全体的に覆う
遮光膜46を設けるようにしたり、あるいは、無効撮像
領域1Bについては遮光膜44の開口部44Aを形成せ
ず、フォトダイオード部12への光の入力を遮蔽するよ
うにした遮光膜44を設けることにより実現することが
できる。
Further, in the solid-state imaging device having the above-described configuration, as shown in FIG. 7, the entire light receiving surface is formed by a central effective imaging region 1A and an invalid imaging region (so-called OB (Op
tical Black) section) 1B, an imaging signal is obtained by the photodiode section 12 in the effective imaging area 1A, and a dark signal from the photodiode section 12 in the invalid imaging area 1B is used to determine the black level. I have. For example, as shown in FIG. 5, the invalid imaging region 1B is provided with a light shielding film 46 that entirely covers the invalid imaging region 1B from above the light shielding film 44, or the invalid imaging region 1B is shielded. This can be realized by providing a light-shielding film 44 that blocks input of light to the photodiode unit 12 without forming the opening 44A of the film 44.

【0009】また、図8は、上述した従来の固体撮像装
置における各部のポテンシャル曲線を示す説明図であ
る。図8において、縦軸がポテンシャルの高低を示し、
横軸はSi基板の深さ方向の位置を示している。そし
て、図8に示す曲線は、図5に示す有効撮像領域1A内
のフォトダイオード部12上の点Aと無効撮像領域1B
部内のフォトダイオード部12上の点Bにおけるポテン
シャル曲線を示している。図示のように、図5、図6に
示す固体撮像素子においては、有効撮像領域1Aと無効
撮像領域1Bとでフォトダイオード部12の構造が共通
であるため、ポテンシャル曲線も共通となる。そして、
各フォトダイオード部12において蓄積電荷量を制御す
る役割のオーバーフローバリアは図8の点Cに形成され
ている。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing potential curves of respective parts in the above-mentioned conventional solid-state imaging device. In FIG. 8, the vertical axis indicates the level of the potential,
The horizontal axis indicates the position in the depth direction of the Si substrate. The curve shown in FIG. 8 indicates the point A on the photodiode unit 12 in the effective imaging area 1A shown in FIG.
5 shows a potential curve at a point B on the photodiode section 12 in the section. As illustrated, in the solid-state imaging device illustrated in FIGS. 5 and 6, the structure of the photodiode unit 12 is common between the effective imaging region 1A and the invalid imaging region 1B, and thus the potential curves are also common. And
An overflow barrier serving to control the amount of accumulated charge in each photodiode section 12 is formed at point C in FIG.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な固体撮像装置では、フォトダイオード部12の深部に
オーバーフローバリアを配置するためのN−型不純物領
域32を、有効撮像領域1Aと無効撮像領域1Bとで共
通に形成している。しかしながら、上述のように無効撮
像領域1Bに設けたフォトダイオード部12からの暗信
号を用いて黒レベルを決定する場合、この暗信号に含ま
れる白点の発生率はフォトダイオード部12におけるS
i基板10の深さ方向にできる空乏領域の広さに比例す
るものである。このため、無効撮像領域1Bのフォトダ
イオード部12の深部に上述したN−型不純物領域32
を形成した場合、その分、空乏領域の深さが深くなり、
暗信号時の白点が発生しやすくなる。
By the way, in the solid-state imaging device as described above, the N- type impurity region 32 for arranging the overflow barrier deep in the photodiode section 12 is provided with the effective imaging region 1A and the invalid imaging region. 1B. However, when the black level is determined by using the dark signal from the photodiode unit 12 provided in the invalid imaging region 1B as described above, the occurrence rate of white spots included in the dark signal is determined by S in the photodiode unit 12.
This is proportional to the width of the depletion region formed in the depth direction of the i-substrate 10. For this reason, the above-described N− type impurity region 32 is provided in a deep portion of the photodiode portion 12 in the invalid imaging region 1B.
Is formed, the depth of the depletion region becomes deeper,
White spots easily occur at the time of dark signals.

【0011】以上のような理由により、近赤外領域にも
感度を有する構造のフォトダイオードを有する固体撮像
素子は、通常の固体撮像素子と比較して空乏領域が深さ
方向に大きいため、暗信号時に白点が発生しやすく、無
効撮像領域1Bからの暗信号を用いて黒レベルを決定す
る場合にも、暗信号に含まれる白点によって適正な決定
が行えず、画像に大きな欠陥が生じるという問題があ
る。
For the above reasons, a solid-state image pickup device having a photodiode having a structure having sensitivity also in the near-infrared region has a large depletion region in the depth direction as compared with a normal solid-state image pickup device. When a black point is determined using a dark signal from the invalid imaging area 1B, a white point included in the dark signal cannot make a proper determination, and a large defect occurs in the image. There is a problem.

【0012】そこで本発明の目的は、無効撮像領域の光
電変換素子における空乏領域を縮小することで、無効撮
像領域の光電変換素子によって暗信号を得る場合の白点
の発生を抑制することができ、適正な黒レベルの決定を
行うことが可能な固体撮像装置を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to reduce the depletion region in the photoelectric conversion element in the invalid image pickup area, thereby suppressing the occurrence of white spots when a dark signal is obtained by the photoelectric conversion element in the invalid image pickup area. Another object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of determining an appropriate black level.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、半導体基板上に撮像画素を構成する多数の光
電変換素子をマトリクス状に配置するとともに、前記光
電変換素子のうち中央の領域に配置される光電変換素子
によって有効撮像領域を構成し、前記有効撮像領域の周
辺領域に配置される光電変換素子を遮光膜で遮蔽して無
効撮像領域を構成した固体撮像装置において、前記半導
体基板は、第1導電型に形成されて深層部に第2導電型
のウエル層を有し、前記光電変換素子は、前記半導体基
板の表面部に形成された第2導電型の第1不純物領域
と、第1不純物領域の深部側に形成された第1導電型の
光電変換領域とを有し、さらに前記有効撮像領域の光電
変換素子には、前記光電変換領域と第2導電型のウエル
層との間に第1導電型の第2不純物領域を設け、かつ、
前記無効撮像領域の光電変換素子には、前記光電変換領
域と第2導電型のウエル層との間に前記第2不純物領域
を設けないようにしたことを特徴とする。
According to the present invention, in order to achieve the above object, a large number of photoelectric conversion elements constituting image pickup pixels are arranged in a matrix on a semiconductor substrate, and a central area of the photoelectric conversion elements is arranged. A solid-state imaging device in which an effective imaging region is formed by photoelectric conversion elements disposed in the solid-state imaging device, and a photoelectric conversion element disposed in a peripheral region of the effective imaging region is shielded by a light-shielding film to form an invalid imaging region. Has a well layer of the second conductivity type in a deep portion formed of the first conductivity type, and the photoelectric conversion element has a first impurity region of the second conductivity type formed on a surface portion of the semiconductor substrate. And a first conductivity type photoelectric conversion region formed on the deep side of the first impurity region. The photoelectric conversion element of the effective imaging region further includes the photoelectric conversion region, the second conductivity type well layer, 1st conductivity between The second impurity region is provided, and the,
The photoelectric conversion element in the invalid imaging region is configured such that the second impurity region is not provided between the photoelectric conversion region and a well layer of the second conductivity type.

【0014】本発明の固体撮像装置において、有効撮像
領域の光電変換素子では、遮蔽膜の開口部から第1不純
物領域で受光された光量に対応する電荷が光電変換領域
に蓄積され、この信号電荷が撮像信号として取り出され
る。これに対し、無効撮像領域の光電変換素子では、受
光面が遮蔽されており、光の入射がないため、その光電
変換素子に蓄積された電荷は暗信号に対応するものであ
り、この信号電荷を取り出すことにより、黒レベルの決
定を行うことができる。
In the solid-state imaging device according to the present invention, in the photoelectric conversion element in the effective imaging region, a charge corresponding to the amount of light received in the first impurity region from the opening of the shielding film is accumulated in the photoelectric conversion region. Is taken out as an imaging signal. On the other hand, in the photoelectric conversion element in the invalid imaging area, the light receiving surface is shielded, and no light is incident. Therefore, the charge accumulated in the photoelectric conversion element corresponds to a dark signal, and the signal charge , The black level can be determined.

【0015】そして、本発明の固体撮像装置において
は、有効撮像領域の光電変換素子では、その光電変換領
域の深部側に第2不純物領域が設けられており、この第
2不純物領域によって光電変換領域の過剰電荷のオーバ
フローを制限するオーバフローバリアが、光電変換領域
より離れた半導体基板内の深部側に配置される。この構
造により、光電変換領域に蓄積される電荷量が増大し、
近赤外領域にも感度を有する撮像装置を得ることが可能
となる。一方、無効撮像領域の光電変換素子では、その
光電変換領域の深部側に第2不純物領域が設けられてお
らず、したがって、この無効撮像領域の光電変換素子に
おける深さ方向の空乏領域は、有効撮像領域の光電変換
素子に比較して小さいものとなっている。したがって、
この無効撮像領域の光電変換素子によって暗信号を得る
場合に白点の発生を抑制することができ、適正な黒レベ
ルの決定を行うことが可能となる。
In the solid-state imaging device according to the present invention, in the photoelectric conversion element in the effective imaging region, a second impurity region is provided on a deep side of the photoelectric conversion region, and the photoelectric conversion region is formed by the second impurity region. An overflow barrier that limits the overflow of the excess charge is disposed deeper in the semiconductor substrate than the photoelectric conversion region. With this structure, the amount of charge stored in the photoelectric conversion region increases,
It is possible to obtain an imaging device having sensitivity in the near infrared region. On the other hand, in the photoelectric conversion element in the invalid imaging region, the second impurity region is not provided on the deep side of the photoelectric conversion region. Therefore, the depletion region in the depth direction of the photoelectric conversion element in the invalid imaging region is effective. It is smaller than the photoelectric conversion element in the imaging area. Therefore,
When a dark signal is obtained by the photoelectric conversion element in the invalid imaging region, generation of a white point can be suppressed, and an appropriate black level can be determined.

【0016】このように、本発明の固体撮像装置では、
有効撮像領域の光電変換素子と無効撮像領域の光電変換
素子とで不純物プロファイルの構造を変えることによ
り、好感度で、しかも黒レベルの決定が正確に行える画
像品位の高い固体撮像装置を提供することが可能とな
る。
As described above, in the solid-state imaging device of the present invention,
To provide a solid-state imaging device with high sensitivity and high image quality that can accurately determine a black level by changing the structure of an impurity profile between a photoelectric conversion element in an effective imaging area and a photoelectric conversion element in an invalid imaging area. Becomes possible.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明による固体撮像装置
の実施の形態について説明する。図1は、本発明の実施
の形態による固体撮像装置における各画素部のパターン
形状を示す平面図である。この固体撮像装置は、半導体
基板110上に光電変換を行うフォトダイオード部11
2(図1において実線で示す)と、フォトダイオード部
112に蓄積された信号電荷を水平転送レジスタ部(図
示せず)に転送する垂直転送レジスタ部114(図1に
おいて一点破線で示す)と、この垂直転送レジスタ部1
14に駆動信号電圧を印加する多結晶Si電極部116
及び118(図1において二点破線で示す)と、隣接す
る画素部を分離する画素間チャネルストップ部120
(図1において破線で示す)とを有する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the solid-state imaging device according to the present invention will be described below. FIG. 1 is a plan view showing a pattern shape of each pixel unit in a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. This solid-state imaging device includes a photodiode unit 11 for performing photoelectric conversion on a semiconductor substrate 110.
2 (shown by a solid line in FIG. 1), a vertical transfer register 114 (shown by a dashed line in FIG. 1) for transferring signal charges accumulated in the photodiode 112 to a horizontal transfer register (not shown), This vertical transfer register section 1
Polycrystalline Si electrode portion 116 for applying a drive signal voltage to
And 118 (indicated by a two-dot broken line in FIG. 1) and an inter-pixel channel stop unit 120 for separating adjacent pixel units.
(Shown by a broken line in FIG. 1).

【0018】そして、本形態の固体撮像素子において
も、図7に示す従来例と同様に、全体の受光面を中央の
有効撮像領域100Aとその周辺の無効撮像領域(いわ
ゆるOB(Optical Black )部)100Bとに分け、有
効撮像領域100Aのフォトダイオード部112によっ
て撮像信号を得るとともに、無効撮像領域100Bのフ
ォトダイオード部112からの暗信号を黒レベルの決定
に用いるようになっている。図2は、図1のX−X線断
面図であり、有効撮像領域100Aにおけるフォトダイ
オード部112の素子構造を示している。また、図3
は、図1のY−Y線断面図であり、無効撮像領域100
Bにおけるフォトダイオード部112の素子構造を示し
ている。すなわち、本形態の固体撮像装置は、有効撮像
領域100Aと無効撮像領域100Bとで異なる素子構
造を有するものである。
In the solid-state image pickup device of this embodiment, as in the conventional example shown in FIG. 7, the entire light receiving surface is formed by a central effective image pickup region 100A and an invalid image pickup region (a so-called OB (Optical Black) portion) around the central effective image pickup region 100A. 100B), an imaging signal is obtained by the photodiode unit 112 in the effective imaging region 100A, and a dark signal from the photodiode unit 112 in the invalid imaging region 100B is used for determining the black level. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line XX of FIG. 1 and shows the element structure of the photodiode unit 112 in the effective imaging region 100A. FIG.
FIG. 2 is a sectional view taken along line YY of FIG.
4 shows the element structure of the photodiode unit 112 in B. That is, the solid-state imaging device according to the present embodiment has different element structures in the effective imaging region 100A and the invalid imaging region 100B.

【0019】まず、図2に基づいて、有効撮像領域10
0Aの素子構造を説明する。本形態における有効撮像領
域100Aのフォトダイオードは、図6に示す構造と同
様であり、光波長700〜1000nm付近(近赤外領
域)にも感度を有する構造となっており、一般的な固体
撮像装置のフォトダイオードに比較して、フォトダイオ
ードからの過剰電荷のオーバフローを制限するオーバフ
ローバリアが半導体基板110の深部に位置するものと
なっている。
First, based on FIG.
The element structure of 0A will be described. The photodiode in the effective imaging area 100A according to the present embodiment has the same structure as that shown in FIG. 6 and has a structure having sensitivity even in the vicinity of a light wavelength of 700 to 1000 nm (near infrared region). An overflow barrier that limits the overflow of excess charge from the photodiode as compared to the photodiode of the device is located deep in the semiconductor substrate 110.

【0020】図2に示す例では、まず、N型Si基板1
10の深層にP型ウエル層(P#1)130を形成す
る。次に、フォトダイオード部112の撮像画素形状に
対応してP型ウエル層130の上層にN型ウエル層(N
W)を構成するN−型不純物領域132を形成し、その
上層にフォトダイオード部112を構成するN型不純物
領域(光電変換領域)134とP+型不純物領域136
を形成する。これらはN型Si基板110にイオン注入
等を順次施すことにより形成されている。
In the example shown in FIG. 2, first, the N-type Si substrate 1
A P-type well layer (P # 1) 130 is formed at a depth of 10. Next, an N-type well layer (N-type well layer) is formed on the P-type well layer 130 corresponding to the shape of the imaging pixel of the photodiode unit 112.
An N-type impurity region 132 constituting W) is formed, and an N-type impurity region (photoelectric conversion region) 134 and a P + type impurity region 136 constituting the photodiode portion 112 are formed thereon.
To form These are formed by sequentially performing ion implantation or the like on the N-type Si substrate 110.

【0021】N−型不純物領域132(図1において斜
線領域で示す)は、上述のようにフォトダイオード部1
12のオーバフローバリアを半導体基板110の深部に
配置するためのポテンシャルバリアとして設けたもので
あり、このN−型不純物領域132の深部側にオーバフ
ローバリアが配置されている。そして、フォトダイオー
ド部112に蓄積された過剰電荷が一定のポテンシャル
を越えると、オーバフローバリアを越えて電荷がN型S
i基板110に排出される縦型オーバフロードレイン構
造を構成している。
The N-type impurity region 132 (indicated by the hatched region in FIG. 1) has the photodiode portion 1 as described above.
Twelve overflow barriers are provided as potential barriers to be disposed deep in the semiconductor substrate 110, and the overflow barrier is disposed deep in the N− type impurity region 132. When the excess charge accumulated in the photodiode unit 112 exceeds a certain potential, the charge passes through the overflow barrier and becomes N-type S
A vertical overflow drain structure discharged to the i-substrate 110 is configured.

【0022】また、上層のP+型不純物領域136の図
中左側に隣接してP型の読み出しゲート部140が設け
られ、その外側にCCD構造の垂直転送レジスタ部11
4が形成されている。また、P+型不純物領域136の
図中右側に隣接してP+型の画素間チャネルストップ部
120が形成されている。これらもN型Si基板110
にイオン注入等を順次施すことにより形成されている。
Further, a P-type read gate section 140 is provided adjacent to the left side of the upper P + type impurity region 136 in the figure, and outside the vertical transfer register section 11 having a CCD structure.
4 are formed. A P + type inter-pixel channel stop portion 120 is formed adjacent to the P + type impurity region 136 on the right side in the drawing. These are also N-type Si substrates 110
Is formed by sequentially performing ion implantation or the like on the substrate.

【0023】また、N型Si基板110の表面上には、
絶縁膜142を介して上述した多結晶Si電極部116
が設けられている。また、多結晶Si電極部116の上
面には、遮光を目的とした遮光膜144が設けられてい
る。この遮光膜144は、フォトダイオード部112の
周縁部に被る状態で形成されており、この遮光膜144
に形成した開口部144Aにより、フォトダイオード部
112が外部に露呈し、外光を受光するようになってい
る。
On the surface of the N-type Si substrate 110,
The polycrystalline Si electrode portion 116 described above via the insulating film 142
Is provided. Further, a light-shielding film 144 for light-shielding is provided on the upper surface of the polycrystalline Si electrode portion 116. The light-shielding film 144 is formed so as to cover the periphery of the photodiode portion 112.
The photodiode portion 112 is exposed to the outside by the opening 144A formed at the bottom and receives external light.

【0024】次に、図3に基づいて、無効撮像領域10
0Bの素子構造を説明する。この無効撮像領域100B
は、例えば図1に示す例のように、遮光膜144のさら
に上から無効撮像領域100Bを全体的に覆う遮光膜1
46を設けるようにしたり、あるいは、無効撮像領域1
00Bについては遮光膜144の開口部144Aを形成
せず、フォトダイオード部112への光の入力を遮蔽す
るようにした遮光膜144を設けることにより実現する
ことができる。
Next, based on FIG.
The element structure of 0B will be described. This invalid imaging area 100B
Is a light shielding film 1 that entirely covers the invalid imaging region 100B from above the light shielding film 144, as in the example shown in FIG.
46 or the invalid imaging area 1
00B can be realized by providing the light-shielding film 144 that blocks light input to the photodiode 112 without forming the opening 144A of the light-shielding film 144.

【0025】また、この無効撮像領域100Bの構造
は、N−型不純物領域132を設けない点を除いて有効
撮像領域100Aの構造と同様であり、有効撮像領域1
00Aと同一工程により、N型Si基板110の深層に
P型ウエル層(P#1)130と、フォトダイオード部
112を構成するN型不純物領域(光電変換領域)13
4及びP+型不純物領域136を形成したものである。
しかし、この無効撮像領域100Bでは、上述した有効
撮像領域100Aのイオン注入によるN−型不純物領域
132の形成工程において、無効撮像領域100Bにマ
スク等を施すことにより、この無効撮像領域100Bに
はイオンが注入されないようにし、N−型不純物領域1
32を形成しないようにする。したがって、本形態の固
体撮像装置では、図1に斜線領域で示すように、有効撮
像領域100A側にはN−型不純物領域132が設けら
れ、無効撮像領域100B側にはN−型不純物領域13
2が設けられていないものである。
The structure of the effective imaging region 100B is the same as that of the effective imaging region 100A except that the N− type impurity region 132 is not provided.
In the same step as 00A, a P-type well layer (P # 1) 130 and an N-type impurity region (photoelectric conversion region) 13 forming the photodiode portion 112 are formed in a deep layer of the N-type Si substrate 110.
4 and P + type impurity regions 136 are formed.
However, in the invalid imaging region 100B, a mask or the like is applied to the invalid imaging region 100B in the above-described step of forming the N − -type impurity region 132 by ion implantation of the effective imaging region 100A. Is implanted, and the N- type impurity region 1 is
32 is not formed. Therefore, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, as shown by the hatched area in FIG. 1, the N − -type impurity region 132 is provided on the effective imaging region 100A side, and the N − -type impurity region 13 is provided on the invalid imaging region 100B side.
2 is not provided.

【0026】この結果、有効撮像領域100A側のフォ
トダイオード部112は、N−型不純物領域132によ
ってオーバフローバリアが半導体基板110の深部に配
置され、光波長700〜1000nm付近(近赤外領
域)にも感度を有する構造となっている。一方、無効撮
像領域100B側のフォトダイオード部112は、N−
型不純物領域132を有しておらず、深さ方向の空乏領
域を縮小することで、この無効撮像領域100Bのフォ
トダイオード部112によって暗信号を得る場合の白点
の発生を抑制し、適正な黒レベルの決定を行えるように
なっている。なお、無効撮像領域100Bにおけるその
他の構造は、有効撮像領域100Aと同様であるので説
明は省略する。
As a result, in the photodiode section 112 on the side of the effective imaging area 100A, the overflow barrier is disposed deep in the semiconductor substrate 110 by the N-type impurity region 132, and the overflow wavelength is near 700 to 1000 nm (near infrared region). Also has a structure having sensitivity. On the other hand, the photodiode section 112 on the side of the invalid imaging region 100B has N-
By not having the type impurity region 132 and reducing the depletion region in the depth direction, the generation of a white point when a dark signal is obtained by the photodiode unit 112 in the invalid imaging region 100B is suppressed, and an appropriate The black level can be determined. The other structure of the invalid imaging region 100B is the same as that of the effective imaging region 100A, and a description thereof will not be repeated.

【0027】また、図4は、本形態による固体撮像装置
における各部のポテンシャル曲線を示す説明図である。
図4において、縦軸がポテンシャルの高低を示し、横軸
はSi基板の深さ方向の位置を示している。そして、図
4に示す曲線Dは、図5に示す有効撮像領域100A内
のフォトダイオード部112上の点Dにおけるポテンシ
ャル曲線を示しており、図4に示す曲線Eは、無効撮像
領域100B部内のフォトダイオード部112上の点E
におけるポテンシャル曲線を示している。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing potential curves of respective parts in the solid-state imaging device according to the present embodiment.
In FIG. 4, the vertical axis indicates the level of the potential, and the horizontal axis indicates the position in the depth direction of the Si substrate. A curve D shown in FIG. 4 shows a potential curve at a point D on the photodiode 112 in the effective imaging region 100A shown in FIG. 5, and a curve E shown in FIG. 4 shows a potential curve in the invalid imaging region 100B. Point E on photodiode section 112
5 shows a potential curve at.

【0028】図示のように、本形態の固体撮像素子にお
いては、有効撮像領域100Aのポテンシャル曲線D
は、図8に示す従来のポテンシャル曲線と同様であり、
フォトダイオード部112において蓄積電荷量を制御す
る役割のオーバーフローバリアは図4の点Fに形成され
ている。これに対し、無効撮像領域100Bのポテンシ
ャル曲線Eは、N−型不純物領域132を設けない分だ
け、深さ方向に空乏領域が狭くなっており、その分だけ
暗信号時の白点を抑制することが可能となる。したがっ
て、本形態では、近赤外領域に対しても十分な感度を有
し、かつ、適正な黒レベルの決定による高品位な画像を
得ることができる固体撮像装置を提供することができ
る。
As shown in the figure, in the solid-state imaging device of the present embodiment, the potential curve D of the effective imaging region 100A is shown.
Is similar to the conventional potential curve shown in FIG.
An overflow barrier serving to control the amount of accumulated charges in the photodiode section 112 is formed at a point F in FIG. On the other hand, in the potential curve E of the invalid imaging region 100B, the depletion region is narrowed in the depth direction because the N− type impurity region 132 is not provided, and the white point at the time of a dark signal is suppressed by that amount. It becomes possible. Therefore, in the present embodiment, it is possible to provide a solid-state imaging device that has sufficient sensitivity even in the near-infrared region and can obtain a high-quality image by determining an appropriate black level.

【0029】なお、以上の形態による固体撮像装置で
は、光波長700〜1000nm付近(近赤外領域)に
も感度を有するフォトダイオードを設けた例を説明した
が、本発明は、これに限定されないものとする。また、
上述した図1、図2に示す構成は、本発明を説明するた
めに必要な具体例を例示したものであり、本発明は、固
体撮像装置の具体的構成要素についても上述した例に限
定されるものではなく、有効撮像領域にポテンシャルバ
リア用の第2不純物領域を有する各種の固体撮像装置に
適用し得るものである。
In the solid-state imaging device according to the above-described embodiment, an example is described in which a photodiode having sensitivity even in the vicinity of a light wavelength of 700 to 1000 nm (near infrared region) is provided, but the present invention is not limited to this. Shall be. Also,
The configuration shown in FIGS. 1 and 2 described above exemplifies a specific example necessary to explain the present invention, and the present invention is also limited to specific components of a solid-state imaging device to the above-described example. However, the present invention can be applied to various solid-state imaging devices having a second impurity region for a potential barrier in an effective imaging region.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、半導体基
板上に撮像画素を構成する多数の光電変換素子をマトリ
クス状に配置するとともに、光電変換素子のうち中央の
領域に配置される光電変換素子によって有効撮像領域を
構成し、有効撮像領域の周辺領域に配置される光電変換
素子を遮光膜で遮蔽して無効撮像領域を構成した固体撮
像装置において、有効撮像領域の光電変換素子には、光
電変換領域と第2導電型のウエル層との間に第1導電型
の第2不純物領域を設け、かつ、無効撮像領域の光電変
換素子には、前記光電変換領域と第2導電型のウエル層
との間に前記第2不純物領域を設けないようにした。し
たがって、本発明の固体撮像装置では、有効撮像領域の
光電変換素子と無効撮像領域の光電変換素子とで不純物
プロファイルの構造を変えることにより、好感度で、し
かも黒レベルの決定が正確に行える画像品位の高い固体
撮像装置を提供することが可能となる。
As described above, according to the present invention, a large number of photoelectric conversion elements constituting image pickup pixels are arranged in a matrix on a semiconductor substrate, and a photoelectric conversion element arranged in a central region of the photoelectric conversion elements is provided. In the solid-state imaging device in which the effective imaging region is configured by the elements and the ineffective imaging region is configured by shielding the photoelectric conversion element arranged in the peripheral region of the effective imaging region with a light shielding film, the photoelectric conversion element in the effective imaging region includes: A second impurity region of the first conductivity type is provided between the photoelectric conversion region and the well layer of the second conductivity type, and the photoelectric conversion element in the invalid imaging region includes the photoelectric conversion region and the well of the second conductivity type. The second impurity region was not provided between the layer and the layer. Therefore, in the solid-state imaging device of the present invention, by changing the structure of the impurity profile between the photoelectric conversion element in the effective imaging area and the photoelectric conversion element in the invalid imaging area, an image with good sensitivity and capable of accurately determining the black level can be obtained. It is possible to provide a high-quality solid-state imaging device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態による固体撮像装置におけ
る各画素部のパターン形状を示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a pattern shape of each pixel unit in a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のX−X線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line XX of FIG.

【図3】図1のY−Y線断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line YY of FIG. 1;

【図4】図1に示す固体撮像装置におけるポテンシャル
曲線を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a potential curve in the solid-state imaging device shown in FIG.

【図5】従来例による固体撮像装置における各画素部の
パターン形状を示す平面図である。
FIG. 5 is a plan view showing a pattern shape of each pixel unit in a conventional solid-state imaging device.

【図6】図5のZ−Z線断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along line ZZ of FIG. 5;

【図7】図5に示す従来例の固体撮像装置における全体
の有効撮像領域と無効撮像領域を示す平面図である。
FIG. 7 is a plan view showing an entire effective imaging area and an invalid imaging area in the conventional solid-state imaging device shown in FIG.

【図8】図5に示す従来例の固体撮像装置におけるポテ
ンシャル曲線を示す説明図である。
8 is an explanatory diagram showing a potential curve in the conventional solid-state imaging device shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100A……有効撮像領域、100B……無効撮像領
域、110……半導体基板(N型Si基板)、112…
…フォトダイオード部、114……垂直転送レジスタ
部、116、118……多結晶Si電極部、120……
画素間チャネルストップ部、130……P型ウエル層
(P#1)、132……N−型不純物領域、134……
N型不純物領域(光電変換領域)、136……P+型不
純物領域、140……読み出しゲート部、142……絶
縁膜、144、146……遮光膜、144A……開口
部。
100A effective imaging area, 100B invalid imaging area, 110 semiconductor substrate (N-type Si substrate), 112
... Photodiode section 114... Vertical transfer register section 116 and 118... Polycrystalline Si electrode section 120.
Channel stop portion between pixels, 130 P-type well layer (P # 1), 132 N-type impurity region, 134
N-type impurity regions (photoelectric conversion regions), 136 P + -type impurity regions, 140 read gate portions, 142 insulating films, 144, 146 light-shielding films, 144A opening.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に撮像画素を構成する多数
の光電変換素子をマトリクス状に配置するとともに、前
記光電変換素子のうち中央の領域に配置される光電変換
素子によって有効撮像領域を構成し、前記有効撮像領域
の周辺領域に配置される光電変換素子を遮光膜で遮蔽し
て無効撮像領域を構成した固体撮像装置において、 前記半導体基板は、第1導電型に形成されて深層部に第
2導電型のウエル層を有し、 前記光電変換素子は、前記半導体基板の表面部に形成さ
れた第2導電型の第1不純物領域と、第1不純物領域の
深部側に形成された第1導電型の光電変換領域とを有
し、 さらに前記有効撮像領域の光電変換素子には、前記光電
変換領域と第2導電型のウエル層との間に第1導電型の
第2不純物領域を設け、かつ、前記無効撮像領域の光電
変換素子には、前記光電変換領域と第2導電型のウエル
層との間に前記第2不純物領域を設けないようにした、
ことを特徴とする固体撮像装置。
1. A large number of photoelectric conversion elements constituting image pickup pixels are arranged in a matrix on a semiconductor substrate, and an effective image pickup area is formed by a photoelectric conversion element arranged in a central area among the photoelectric conversion elements. A solid-state imaging device in which a photoelectric conversion element disposed in a peripheral region of the effective imaging region is shielded by a light-shielding film to form an invalid imaging region; wherein the semiconductor substrate is formed of a first conductivity type, A second conductivity type well layer, wherein the photoelectric conversion element includes a second conductivity type first impurity region formed on a surface portion of the semiconductor substrate, and a first impurity region formed on a deep side of the first impurity region. A conductive type photoelectric conversion region, and a first conductive type second impurity region is provided between the photoelectric conversion region and a second conductive type well layer in the photoelectric conversion element of the effective imaging region. And the invalid imaging area In the photoelectric conversion element in the region, the second impurity region is not provided between the photoelectric conversion region and the well layer of the second conductivity type.
A solid-state imaging device characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 前記半導体基板の表面部に、前記第1不
純物領域の一方の側部に隣接して形成された第2導電型
の読み出しゲート領域と、 前記読み出しゲート領域の前記第1不純物領域と反対側
の側部に隣接して形成される垂直転送レジスタ領域と、 前記半導体基板の表面部に、前記第1不純物領域の他方
の側部に隣接して形成された第2導電型のチャネルスト
ップ領域と、 前記半導体基板の表面上に前記光電変換素子を除く状態
で形成された絶縁膜と、 前記絶縁膜の上面に形成された垂直転送レジスタの駆動
用電極膜と、 前記駆動用電極膜の上面に設けられ、前記光電変換素子
の受光領域に対応する開口部を有して形成された遮蔽膜
と、 を有することを特徴とする請求項1記載の固体撮像装
置。
2. A second conductivity type read gate region formed adjacent to one side of the first impurity region on a surface of the semiconductor substrate; and the first impurity region of the read gate region. A vertical transfer register region formed adjacent to a side opposite to the side, and a second conductivity type channel formed adjacent to the other side of the first impurity region on a surface of the semiconductor substrate. A stop region, an insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate except for the photoelectric conversion element, a driving electrode film of a vertical transfer register formed on an upper surface of the insulating film, and the driving electrode film The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising: a shielding film provided on an upper surface of the photoelectric conversion element, the shielding film having an opening corresponding to a light receiving region of the photoelectric conversion element.
【請求項3】 前記無効撮像領域は、無効撮像領域内に
おける遮蔽膜の開口部を形成しないことにより形成され
ていることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the invalid imaging region is formed by not forming an opening of a shielding film in the invalid imaging region.
【請求項4】 前記無効撮像領域は、前記遮蔽膜のさら
に上面を遮光することにより形成されていることを特徴
とする請求項1記載の固体撮像装置。
4. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the invalid imaging region is formed by shielding a further upper surface of the shielding film from light.
【請求項5】 前記無効撮像領域の光電変換素子からの
出力を黒レベルの決定に用いることを特徴とする請求項
1記載の固体撮像装置。
5. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein an output from the photoelectric conversion element in the invalid imaging region is used for determining a black level.
【請求項6】 前記第1導電型はN型であり、前記第2
導電型はP型であることを特徴とする請求項1記載の固
体撮像装置。
6. The first conductivity type is an N type, and the second conductivity type is an N type.
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the conductivity type is a P-type.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109841635A (en) * 2017-11-28 2019-06-04 佳能株式会社 Photoelectric conversion device, its manufacturing method and equipment

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