JP2001160619A - Cmos image sensor and method of manufacturing the same - Google Patents

Cmos image sensor and method of manufacturing the same

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JP2001160619A
JP2001160619A JP34181999A JP34181999A JP2001160619A JP 2001160619 A JP2001160619 A JP 2001160619A JP 34181999 A JP34181999 A JP 34181999A JP 34181999 A JP34181999 A JP 34181999A JP 2001160619 A JP2001160619 A JP 2001160619A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a CMOS image sensor which is almost kept free from noises by a method wherein amplifying transistors which serve as pixels are restrained from varying in threshold value due to a substrate bias effect. SOLUTION: A CMOS image sensor is composed of pixels which are each equipped with a photodiode and an amplifying MOSFET that amplifies charge generated by the photodiode through photoelectric conversion and arranged in lines or an array, where the well of the amplifying MOSFET is electrically isolated from that of the other device contained in the pixel, and the source and well of the amplifying MOSFET are kept at the same potential.

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CMOSイメージセ
ンサに係わり、特に低雑音化に好適なCMOSイメージ
センサの素子構造及びその製造方法に関するものであ
る。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a CMOS image sensor, and more particularly to a device structure of a CMOS image sensor suitable for reducing noise and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体の光電変換素子すなわち半導体の光
イメージセンサとして、大きく分けてCCD方式とCM
OSセンサ方式の2種類のイメージセンサがある。CC
D方式イメージセンサ(以下、単にCCDともいう)は
現在広く実用に供されているが、光電変換部と光電変換
を駆動する駆動部(すなわち周辺回路部)とは、半導体
素子構造が異なるので、別々の半導体集積回路の製造工
程(プロセス)によって製造されている。
2. Description of the Related Art As a solid-state photoelectric conversion element, that is, a semiconductor optical image sensor, a CCD type and a CM are roughly divided.
There are two types of image sensors of the OS sensor type. CC
Although a D-type image sensor (hereinafter, also simply referred to as a CCD) is widely and practically used at present, a photoelectric conversion unit and a driving unit for driving photoelectric conversion (that is, a peripheral circuit unit) have different semiconductor element structures. It is manufactured by separate semiconductor integrated circuit manufacturing steps (processes).

【0003】一方、CMOSセンサ方式のイメージセン
サ(以下、単にCMOSイメージセンサともいう)にお
いては、光電変換部及び駆動部は、通常のCMOS−L
SIプロセスとほとんど同じ工程によって製造すること
ができるので、CMOS−LSI用の製造ラインをその
まま使えること、同一基板上に光電変換部と駆動部を混
在して作製することができるので、小型化されたイメー
ジセンサを低コストで製造できるというメリットがあ
る。
On the other hand, in an image sensor of a CMOS sensor system (hereinafter, also simply referred to as a CMOS image sensor), a photoelectric conversion unit and a driving unit include a normal CMOS-L.
Since it can be manufactured by almost the same process as the SI process, the manufacturing line for CMOS-LSI can be used as it is, and the photoelectric conversion unit and the drive unit can be mixed and manufactured on the same substrate, so that the size is reduced. There is an advantage that an image sensor can be manufactured at low cost.

【0004】他方、CMOSセンサにはCCDに比べて
固定パターン雑音が大きいという問題があることが知ら
れている。これに対しては、光電変換部の出力信号をノ
イズキャンセラである相関二重サンプリング回路(Co
rrelate Double Sampling 回
路、以下、単にCDS回路ともいう)を通すことによっ
て、ノイズを低減している。
On the other hand, it is known that a CMOS sensor has a problem that fixed pattern noise is larger than that of a CCD. On the other hand, the output signal of the photoelectric conversion unit is converted into a correlated double sampling circuit (Co) which is a noise canceller.
The noise is reduced by passing the signal through a relay double sampling circuit (hereinafter, also simply referred to as a CDS circuit).

【0005】以下、添付図面を参照して、従来例のCM
OSイメージセンサを具体的に説明する。図1は、従来
例のCMOSイメージセンサの基本構成を示す図であ
る。図1には、表示の簡便さのために2行2列分の画素
構成を有するCMOSイメージセンサ1が表示されてい
る。従って、実際には、例えばエリアセンサにおいて
は、縦横にそれぞれ所定数の画素が配列されており(す
なわち、画素の所定数の行と列が形成されている)、ま
た、例えばラインセンサにおいては、所定数の画素が1
行、あるいは1列だけ配列されている。
Hereinafter, a conventional CM will be described with reference to the accompanying drawings.
The OS image sensor will be specifically described. FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a conventional CMOS image sensor. FIG. 1 shows a CMOS image sensor 1 having a pixel configuration of 2 rows and 2 columns for simplicity of display. Therefore, in practice, for example, in an area sensor, a predetermined number of pixels are arranged vertically and horizontally (that is, a predetermined number of rows and columns of pixels are formed). For example, in a line sensor, The predetermined number of pixels is 1
Only one row or one column is arranged.

【0006】各画素は、行選択トランジスタ6、リセッ
ト用トランジスタ7、アンプ用トランジスタ8及びフォ
トダイオード9より構成されている。フォトダイオード
9のP側は接地されており、フォトダイオード9のN側
は、リセット用トランジスタ7のソース電極(単に、ソ
ースともいう)及びアンプ用トランジスタ8のゲート電
極(単に、ゲートともいう)に接続されている。リセッ
ト用トランジスタ7のドレイン電極(単に、ドレインと
もいう)は、行選択トランジスタ6のドレイン及び基準
電圧供給線17に接続されている。基準電圧供給線17
は、図示しない基準電圧電源に接続されており、所定の
電圧が供給されている。行選択トランジスタ6のソース
は、アンプ用トランジスタ8のドレインに接続されてい
る。なお、後述するトランジスタも含めて、各トランジ
スタのゲート、ドレイン、ソースは、図中において、そ
れぞれ、G,D,Sと表示されている。
Each pixel is composed of a row selection transistor 6, a reset transistor 7, an amplifier transistor 8, and a photodiode 9. The P side of the photodiode 9 is grounded, and the N side of the photodiode 9 is connected to the source electrode (simply referred to as the source) of the reset transistor 7 and the gate electrode (simply referred to as the gate) of the amplifier transistor 8. It is connected. The drain electrode (also simply referred to as the drain) of the reset transistor 7 is connected to the drain of the row selection transistor 6 and the reference voltage supply line 17. Reference voltage supply line 17
Are connected to a reference voltage power supply (not shown), and are supplied with a predetermined voltage. The source of the row selection transistor 6 is connected to the drain of the amplifier transistor 8. Note that the gate, drain, and source of each transistor, including the transistor described below, are indicated as G, D, and S in the figure, respectively.

【0007】各画素を駆動し、各画素(の素子)からの
出力信号を取り出し、図示しない信号処理回路に出力す
るために、垂直シフトレジスタ5、負荷トランジスタ
2、ノイズキャンセラ11、信号読み出し用トランジス
タ14及び水平シフトレジスタ13が配置されている。
垂直シフトレジスタ5には、所定行数の行信号出力線1
5及びリセット信号出力線16が接続されている。行信
号出力線15は、行選択トランジスタ6のゲートに接続
されている。リセット信号出力線16は、リセット用ト
ランジスタ7のゲートに接続されている。
The vertical shift register 5, the load transistor 2, the noise canceller 11, and the signal readout transistor 14 are driven to drive each pixel, take out an output signal from (a device of) each pixel, and output the output signal to a signal processing circuit (not shown). And a horizontal shift register 13.
The vertical shift register 5 has a predetermined number of row signal output lines 1.
5 and the reset signal output line 16 are connected. The row signal output line 15 is connected to the gate of the row selection transistor 6. The reset signal output line 16 is connected to the gate of the reset transistor 7.

【0008】各画素列毎に負荷トランジスタ2が配置さ
れている。図示しない基準電圧電源に接続され、所定の
基準電圧が供給されている基準電圧供給線3に、負荷ト
ランジスタ2のドレインが接続されている。負荷トラン
ジスタ2のゲートは、負荷トランジスタ駆動線4に接続
されている。負荷トランジスタ2のソースは列信号出力
線10に接続されている。列信号出力線10は、各画素
列毎に配置されている。列信号出力線10は、各画素ア
ンプ用トランジスタ8のソースに接続されており、後述
するノイズキャンセラに接続されている。
[0008] A load transistor 2 is arranged for each pixel column. The drain of the load transistor 2 is connected to a reference voltage supply line 3 connected to a reference voltage power supply (not shown) and supplied with a predetermined reference voltage. The gate of the load transistor 2 is connected to the load transistor drive line 4. The source of the load transistor 2 is connected to the column signal output line 10. The column signal output line 10 is arranged for each pixel column. The column signal output line 10 is connected to the source of each pixel amplifier transistor 8 and to a noise canceller described later.

【0009】信号読出し用トランジスタ14のドレイン
はノイズキャンセラ11に、ソースは信号出力線12
に、ゲートは水平シフトレジスタ13に、それぞれ接続
されている。
The signal reading transistor 14 has a drain connected to the noise canceller 11 and a source connected to the signal output line 12.
The gates are connected to the horizontal shift register 13, respectively.

【0010】次に、画素部の基本動作について説明す
る。まず、垂直シフトレジスタ5より、ある行のリセッ
ト信号出力線16を通してリセット用トランジスタ7の
ゲートに、ある電圧例えば、3.6Vが印加され、これ
によりリセット用トランジスタ7がオンする。
Next, the basic operation of the pixel section will be described. First, a certain voltage, for example, 3.6 V is applied from the vertical shift register 5 to the gate of the reset transistor 7 through the reset signal output line 16 of a certain row, whereby the reset transistor 7 is turned on.

【0011】ここで、リセット用トランジスタ7のしき
い値電圧が0.6Vとすると、フォトダイオード9のN
型端子には、3V(=3.6V−0.6V)の電圧がか
かる。この電圧がフォトダイオード9の初期電圧とな
る。
Here, assuming that the threshold voltage of the resetting transistor 7 is 0.6 V, the N
A voltage of 3V (= 3.6V-0.6V) is applied to the mold terminal. This voltage becomes the initial voltage of the photodiode 9.

【0012】次に、リセット信号出力線16に印加され
た電圧がローレベルに切り替わり、リセット用トランジ
スタ7がオフになる。この状態で、光がフォトダイオー
ド9に入射すると、フォトダイオード9には、光電効果
により光の量に比例した電子ホール対が発生する。ホー
ルはグランドの方へ逃げていき、電子がフォトダイオー
ド9のN型へ行って、フォトダイオード9のN型端子電
圧(すなわちアンプ用トランジスタ8のゲート電圧)が
例えば2Vに下がる。
Next, the voltage applied to the reset signal output line 16 switches to a low level, and the reset transistor 7 is turned off. When light is incident on the photodiode 9 in this state, the photodiode 9 generates a pair of electron holes in proportion to the amount of light due to a photoelectric effect. The hole escapes toward the ground, and electrons go to the N-type of the photodiode 9, and the N-type terminal voltage of the photodiode 9 (that is, the gate voltage of the amplifier transistor 8) drops to, for example, 2V.

【0013】その後、垂直シフトレジスタ5から行信号
出力線15を通して所定の電圧が、行選択トランジスタ
6のゲートに印加されて、行選択用トランジスタ6がオ
ンし、この結果、基準電圧供給線17を通して、行選択
トランジスタ6のドレインに電圧が印加されているの
で、行選択トランジスタ6のソースを通して、アンプ用
トランジスタ8のドレインに電圧がかかり、アンプ用ト
ランジスタ8がオンする。
Thereafter, a predetermined voltage is applied from the vertical shift register 5 through the row signal output line 15 to the gate of the row selection transistor 6 to turn on the row selection transistor 6, and as a result, the reference voltage supply line 17 Since a voltage is applied to the drain of the row selection transistor 6, a voltage is applied to the drain of the amplification transistor 8 through the source of the row selection transistor 6, and the amplification transistor 8 is turned on.

【0014】ここで、アンプ用トランジスタ8はソース
フォロア回路になっており、列信号出力線10の電位V
as(=アンプ用トランジスタ8のソース電位)が「ゲ
ート電位(=フォトダイオード9のN型端子電位)−ア
ンプ用トランジスタ8のしきいち電圧」になるように電
荷を増幅する。例えばしきいち電圧が0.6Vとする
と、列信号出力線10の電位は1.4Vになる。
Here, the amplifier transistor 8 is a source follower circuit, and the potential V of the column signal output line 10 is
The charge is amplified so that as (= source potential of the amplifier transistor 8) becomes “gate potential (= N-type terminal potential of the photodiode 9) −threshold voltage of the amplifier transistor 8”. For example, if the threshold voltage is 0.6 V, the potential of the column signal output line 10 becomes 1.4 V.

【0015】ところで、上述のように、列信号出力線1
0にかかる電位Vasはアンプ用トランジスタ8のしき
い値電圧の影響を受ける。各画素のアンプ用トランジス
タ8のしきい値電圧が変動しなければ、問題ないのであ
るが、実際にアンプ用トランジスタを構成するMOSF
ETのしきい値電圧は、チップ内で30mV程度ばらつ
いているのが普通である。しきい値電圧のばらつきはそ
のまま列信号出力線10の出力電圧(すなわち出力信
号)のばらつき、つまりノイズになってしまう。信号の
バラツキ30mVはフォトダイオード9の出力1Vに対
して非常に大きなものになってしまう。CMOSイメー
ジセンサにおける固定パターン雑音のかなりの割合をこ
のしきい値電圧のばらつきが占めている。
By the way, as described above, the column signal output line 1
The potential Va applied to 0 is affected by the threshold voltage of the amplifier transistor 8. If the threshold voltage of the amplifier transistor 8 of each pixel does not change, there is no problem.
The threshold voltage of ET usually varies about 30 mV in a chip. The variation in the threshold voltage directly results in the variation in the output voltage (that is, the output signal) of the column signal output line 10, that is, noise. The signal variation of 30 mV is very large with respect to the output 1 V of the photodiode 9. This variation in threshold voltage accounts for a significant proportion of fixed pattern noise in CMOS image sensors.

【0016】したがって、上記のしきい値電圧のばらつ
きに起因する雑音を除去するために、相関2重サンプリ
ング回路(単に、CDS回路ともいう)を設ける。これ
らの方法は各種提案されており、以下にCDS回路の例
をあげる。
Therefore, a correlated double sampling circuit (also simply referred to as a CDS circuit) is provided in order to remove noise caused by the above-mentioned variation in threshold voltage. Various methods have been proposed, and examples of the CDS circuit will be described below.

【0017】図2は、相関二重サンプリング回路(CD
S回路)の一例を示す回路構成図である。入力は信号出
力線10を通して入力される。信号出力線10は容量2
2の一方に接続され、容量22の端子C2aは、スイッ
チ32の一端aとスイッチ31の一端bに接続されてい
る。スイッチ32の一端bは、図示しない基準電圧源に
接続する基準電圧供給線23に接続されている。スイッ
チ31の一端aは容量21の端子C1bとスイッチ33
の一端bに接続されている。容量21の他方の端子は接
地されている。スイッチ33の端子aは、信号読出し用
トランジスタ14のドレインに接続されており、出力が
取り出される。
FIG. 2 shows a correlated double sampling circuit (CD).
FIG. 3 is a circuit configuration diagram illustrating an example of an (S circuit). The input is input through the signal output line 10. The signal output line 10 has a capacity of 2
The terminal C2a of the capacitor 22 is connected to one end a of the switch 32 and one end b of the switch 31. One end b of the switch 32 is connected to a reference voltage supply line 23 connected to a reference voltage source (not shown). One end a of the switch 31 is connected to the terminal C1b of the capacitor 21 and the switch 33.
Is connected to one end b. The other terminal of the capacitor 21 is grounded. The terminal a of the switch 33 is connected to the drain of the signal reading transistor 14, and an output is taken out.

【0018】リセット用トランジスタ7をオンしてフォ
トダイオード9のN型端子を初期電圧3.0Vでリセッ
トしたとき、行選択トランジスタ6もオンして、光によ
る信号が入っていない初期信号を列信号出力線10に出
力する。このとき、列信号出力線10の出力Vasは、
3.0Vからアンプ用トランジスタのしきい値電圧0.
6Vを引いた2.4Vとなる。
When the reset transistor 7 is turned on and the N-type terminal of the photodiode 9 is reset at the initial voltage of 3.0 V, the row selection transistor 6 is also turned on and the initial signal without light signal is applied to the column signal. Output to the output line 10. At this time, the output Vas of the column signal output line 10 is
From 3.0 V, the threshold voltage of the amplifier transistor is set to 0.
It becomes 2.4V which subtracted 6V.

【0019】このときCDS回路のスイッチ31、スイ
ッチ32は閉じており、スイッチ33は開いている。基
準電圧供給線23には、例えば3.0Vの基準電圧Vr
efが供給されている。従って、この状態では、端子C
2aの電位は3.0Vであり、列信号線出力線10は
2.4Vであるから、容量C2には0.6Vの電位差が
かかる。容量21には、端子C1bの電位が3.0Vの
基準電圧Vrefであるから、グランドの間に3.0V
がかかる。
At this time, the switches 31 and 32 of the CDS circuit are closed and the switch 33 is open. The reference voltage supply line 23 has a reference voltage Vr of, for example, 3.0 V.
ef is supplied. Therefore, in this state, the terminal C
Since the potential of 2a is 3.0 V and the column signal line output line 10 is 2.4 V, a potential difference of 0.6 V is applied to the capacitor C2. Since the potential of the terminal C1b is the reference voltage Vref of 3.0 V, the capacitor 21 has a potential of 3.0 V between the ground.
It takes.

【0020】次に、リセット用トランジスタ7及び行選
択トランジスタ6オフして、フォトダイオード9による
電荷蓄積を行う。電荷蓄積の後、再び行選択トランジス
タ6をオンにし、これによりアンプ用トランジスタ8を
オンにし、アンプ用トランジスタ6のソースより出力電
圧を取り出す。このとき、CDS回路中のスイッチ32
を開いてオフにし、スイッチ31をオン、スイッチ33
をオフのままにする。上述したようにフォトダイオード
9のN型端子での電位が1V下がって2.0Vになって
いたとすると、列信号出力線10への出力はアンプ用ト
ランジスタ8のしきいち電圧0.6Vを引いた1.4V
となる。
Next, the reset transistor 7 and the row selection transistor 6 are turned off, and the charge is stored by the photodiode 9. After the charge accumulation, the row selection transistor 6 is turned on again, whereby the amplifier transistor 8 is turned on, and the output voltage is taken out from the source of the amplifier transistor 6. At this time, the switch 32 in the CDS circuit
Open and off, switch 31 on, switch 33
Leave off. As described above, assuming that the potential at the N-type terminal of the photodiode 9 drops by 1 V to 2.0 V, the output to the column signal output line 10 is equal to the threshold voltage of the amplifier transistor 8 of 0.6 V. 1.4V
Becomes

【0021】容量22の列信号出力線10側における電
位の変化は、2.4V−1.4V=1.0Vとなり、こ
れはフォトダイオード9の電位変化分に等しい。このと
き、容量21の端子C1bにおける変化分(これは、容
量22の端子C2aにおける変化と同じ)は、列信号出
力線10の電位の変化の(容量22の容量C2)/
((容量21の容量C1)+(容量22の容量C2))
倍となる。例えば、C1=C2=1pFとすると、変化
分は0.5Vとなる。
The change in the potential of the capacitor 22 on the column signal output line 10 side is 2.4 V-1.4 V = 1.0 V, which is equal to the change in the potential of the photodiode 9. At this time, the amount of change in the terminal C1b of the capacitor 21 (this is the same as the change in the terminal C2a of the capacitor 22) is the change in the potential of the column signal output line 10 ((the capacitance C2 of the capacitor 22) /
((Capacity C1 of capacity 21) + (Capacity C2 of capacity 22))
Double. For example, if C1 = C2 = 1pF, the change is 0.5V.

【0022】したがって、このときの端子C1bの電位
は3.0−0.5=2.5Vとなる。フォトダイオード
9のN型端子の変化分に比例した値のみ出しているの
で、アンプ用MOSFETのしきい値成分は除去されて
いる。次に、スイッチ31をオフ、スイッチ33をオン
にして(スイッチ32はオフのまま)、信号読み出し用
トランジスタ14のソースにノイズがキャンセルされた
信号を出力する。
Therefore, the potential of the terminal C1b at this time is 3.0-0.5 = 2.5V. Since only the value proportional to the change in the N-type terminal of the photodiode 9 is output, the threshold component of the amplifier MOSFET is removed. Next, the switch 31 is turned off and the switch 33 is turned on (the switch 32 remains off), and a signal from which noise is canceled is output to the source of the signal reading transistor 14.

【0023】このように、CDS回路を通過後の信号
は、フォトトランジスタの変化分に比例した成分のみで
あり、アンプ用トランジスタのしきいち電圧、熱雑音等
が除去されており、したがって、固定パターン雑音が抑
制されている。
As described above, the signal after passing through the CDS circuit is only a component proportional to the change of the phototransistor, and the threshold voltage and thermal noise of the amplifier transistor are removed. Noise is suppressed.

【0024】[0024]

【発明が解決しようとする課題】ところで、CDS回路
でノイズをキャンセルするときに、アンプ用トランジス
タのしきい値電圧は変化しないということで、上述の説
明を行った。しかし現実には、ソースフォロア回路にお
いては、トランジスタのウェルの電圧が一定で、ソース
の電位が変化するために、しきいち電圧は基板バイアス
効果により変化する。基板バイアス効果は、ソースとウ
ェルの電位差が変化するときのしきい値電圧の変化とし
て、次のような式で表わされる。
The above description has been made on the assumption that the threshold voltage of the amplifier transistor does not change when noise is canceled by the CDS circuit. However, in reality, in the source follower circuit, since the voltage of the well of the transistor is constant and the potential of the source changes, the threshold voltage changes due to the substrate bias effect. The substrate bias effect is expressed by the following equation as a change in threshold voltage when the potential difference between the source and the well changes.

【0025】 ΔVth=(2εs*q*N*ΔVsb)1/2/(εox/Tox) (1)式 ここで、ΔVth:しきい値の変化、εs:シリコンの
誘電率、q:電子の電荷、N:ウェルの不純物濃度、Δ
Vsb:ソースと基板間の電位差の変化、Tox:ゲー
ト酸化膜厚、εox:シリコン酸化膜の誘電率をそれぞ
れ示す。Tox=9nm、N=1×1017cm-3、ΔV
sb=1V、シリコンの比誘電率を11.8、シリコン
酸化膜の比誘電率を3.98として、基板バイアスによ
る効果(しきい値電圧のソース基板間電圧依存性)を計
算すると、次のようになる。
ΔVth = (2εs * q * N * ΔVsb) 1/2 / (εox / Tox) (1) where ΔVth: threshold change, εs: dielectric constant of silicon, q: electron charge , N: well impurity concentration, Δ
Vsb: change in potential difference between the source and the substrate; Tox: gate oxide film thickness; εox: dielectric constant of the silicon oxide film. Tox = 9 nm, N = 1 × 10 17 cm −3 , ΔV
Assuming that sb = 1V, the relative permittivity of silicon is 11.8, and the relative permittivity of the silicon oxide film is 3.98, the effect of the substrate bias (the dependence of the threshold voltage on the source-substrate voltage) is as follows. Become like

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】出力信号が2.5Vから1.5Vに変化す
ると、上の表より、基板バイアス効果によるしきい値電
圧の変化分は、753mV−584mV=151mVと
なる。基板バイアス効果によるアンプ用トランジスタの
しきいち電圧の変化分が、全ての画素のアンプ用トラン
ジスタについて同じであれば問題はないが、実際にはし
きいち電圧がばらつくのと同じ原因でこの変化分もばら
つく。
When the output signal changes from 2.5V to 1.5V, the above table shows that the change in threshold voltage due to the substrate bias effect is 753mV-584mV = 151mV. There is no problem if the change in the threshold voltage of the amplifier transistor due to the substrate bias effect is the same for the amplifier transistors of all pixels.However, in practice, this change is also caused by the same variation in the threshold voltage. Vary.

【0028】例えばToxのプロセスに起因した妥当な
バラツキは1.5%程度と考えられるが、Toxが1.
5%ばらつくとすると、ΔVthも1.5%、つまり1
51×0.015=2.26mVがバラツキとなる。こ
のバラツキはノイズとして作用する。このときの列信号
出力線上でのS/N比は、信号が1000mV、ノイズ
が2.26mVであるから、52.9dBとなる。これ
はCCD方式のイメージセンサのS/N比(55〜60
とdB)と比較して低い値であり、この改善が課題であ
った。
For example, it is considered that a reasonable variation caused by the Tox process is about 1.5%.
Assuming that it varies by 5%, ΔVth is also 1.5%, that is, 1
51 × 0.015 = 2.26 mV varies. This variation acts as noise. At this time, the S / N ratio on the column signal output line is 52.9 dB because the signal is 1000 mV and the noise is 2.26 mV. This is the S / N ratio (55 to 60) of the CCD image sensor.
And dB), which is a low value, and this improvement was a problem.

【0029】そこで本発明は、上記課題を解決し、CM
OSイメージセンサにおいて、画素を構成するアンプ用
トランジスタの基板バイアス効果によるしきい値の変動
を抑え、雑音の少ないCMOSイメージセンサ及びその
製造方法を提供することを目的とするものである。
Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems, and
It is an object of the present invention to provide a CMOS image sensor with less noise in an OS image sensor, which suppresses a change in threshold value due to a substrate bias effect of an amplifier transistor included in a pixel, and a method of manufacturing the CMOS image sensor.

【0030】[0030]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段として、本発明のCMOSイメージセンサは、フ
ォトダイオードとこのフォトダイオードにおいて光電変
換により生成された電荷を増幅するアンプ用MOSFE
Tとを有する画素を複数個ライン状またはアレイ状に配
列したCMOSイメージセンサにおいて、前記アンプ用
MOSFETのウェルを前記画素に含まれる他の素子の
ウェルと電気的に分離し、かつ、前記アンプ用MOSF
ETのソースと前記アンプ用のMOSFETの前記ウェ
ルとを同電位としたことを特徴とするCMOSイメージ
センサを提供しようとするものである。
As a means for achieving the above object, a CMOS image sensor according to the present invention comprises a photodiode and a MOSFE for an amplifier for amplifying a charge generated by photoelectric conversion in the photodiode.
In a CMOS image sensor in which a plurality of pixels having T are arranged in a line or array, a well of the amplifier MOSFET is electrically separated from a well of another element included in the pixel, and MOSF
It is an object of the present invention to provide a CMOS image sensor characterized in that the source of the ET and the well of the MOSFET for the amplifier have the same potential.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。ここで、本発明は、以下
の考察に基づいてなされたものである。すなわち、CM
OSイメージセンサの画素を構成するアンプ用トランジ
スタ(なお、以下に説明するトランジスタはMOSFE
Tで構成される。)の基板バイアス効果は、ソースとウ
ェルの電位差により、しきい値電圧ΔVthが異なるこ
とによって発生するのである。したがって、アンプ用ト
ランジスタのソースとウェルの電位差を常に同じにでき
れば、基板バイアス効果の発生を防止できる。もっとも
安定には、アンプ用トランジスタのソースとウェルをつ
ないで、電位差を0とするのがよい。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, the present invention has been made based on the following considerations. That is, CM
A transistor for an amplifier constituting a pixel of an OS image sensor (the transistor described below is a MOSFE
It is composed of T. The substrate bias effect is caused by a difference in threshold voltage ΔVth due to a potential difference between the source and the well. Therefore, if the potential difference between the source of the amplifier transistor and the well can always be made the same, the occurrence of the substrate bias effect can be prevented. Most stably, it is preferable to connect the source of the amplifier transistor to the well and set the potential difference to zero.

【0032】図3は、本発明によるCMOSイメージセ
ンサの基本構成を説明するための一画素の構成を示す図
である。なお、本発明のCMOSイメージセンサは、従
来例のCMOSイメージセンサと比較して、画素部分が
異なるのみで、信号取り出しの原理、駆動回路の内容な
どは従来例として図1において説明したものと同様であ
るので、煩雑さを避けるため、その説明を省略する。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of one pixel for explaining a basic configuration of a CMOS image sensor according to the present invention. The CMOS image sensor of the present invention differs from the conventional CMOS image sensor only in the pixel portion, and the principle of signal extraction and the contents of the driving circuit are the same as those described in FIG. 1 as the conventional example. Therefore, the description is omitted to avoid complication.

【0033】図3において、画素は、リセット用トラン
ジスタ7、アンプ用トランジスタ8、行選択トランジス
タ6及びフォトダイオード9から構成され、これらの各
端子間の接続は、アンプ用トランジスタ8のソースがウ
ェル101と接続されている以外は、従来例のCMOS
イメージセンサ1を構成する画素と同一である。
Referring to FIG. 3, the pixel includes a reset transistor 7, an amplifier transistor 8, a row selection transistor 6, and a photodiode 9. The connection between these terminals is such that the source of the amplifier transistor 8 is a well 101. Except that it is connected to a conventional CMOS.
The pixels are the same as those constituting the image sensor 1.

【0034】本発明のCMOSイメージセンサにおいて
は、その画素を構成するアンプ用トランジスタのソース
とウェルが接続されているので、出力信号には基板バイ
アス効果が含まれず、さらにCDS回路を通して信号出
力を得るので、しきい値電圧がキャンセルされて、MO
SFETの構造上の特性を信号中に含まない純粋な信号
を取り出すことが可能になる。
In the CMOS image sensor according to the present invention, since the source and the well of the amplifier transistor constituting the pixel are connected, the output signal does not include the substrate bias effect, and a signal output is obtained through the CDS circuit. Therefore, the threshold voltage is canceled and MO
It is possible to extract a pure signal that does not include the structural characteristics of the SFET in the signal.

【0035】図3に示すように、アンプ用トランジスタ
8のウェル101をソースとつなぐと、ウェル101の
電位がソース電位と一緒に動くので、アンプ用トランジ
スタ8のウェル101を、他の行選択トランジスタ6及
びリセット用トランジスタ7のウェルと電気的に分離し
て、フローティングにする必要がある。それには特殊な
方法が必要になる。以下、具体的に、アンプ用トランジ
スタ8のソースとウェル101を接続し、フローティン
グ構造とした内容について詳細に説明する。
As shown in FIG. 3, when the well 101 of the amplifier transistor 8 is connected to the source, the potential of the well 101 moves together with the source potential, so that the well 101 of the amplifier transistor 8 is connected to another row selection transistor. 6 and the well of the reset transistor 7 must be electrically floating. That requires a special method. Hereinafter, the details of connecting the source of the amplifier transistor 8 and the well 101 to form a floating structure will be described in detail.

【0036】(実施例1)図4は、本発明によるCMO
Sイメージセンサの素子構造の第1実施例を示す断面図
である。図4に示すように、N−型の基板102には、
P型のウェル103とP型のウェル104が、距離Lだ
け分離されてそれぞれ形成されている。
Embodiment 1 FIG. 4 shows a CMO according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a first embodiment of the element structure of the S image sensor. As shown in FIG. 4, the N− type substrate 102 includes:
A P-type well 103 and a P-type well 104 are separately formed by a distance L.

【0037】P型ウェル103には、フォトダイオード
9のN型端子(N+)及び接地されるP型端子(P
+)、行選択トランジスタ6のソース(N+)及びドレ
イン(N+)、及びリセット用トランジスタ7のソース
(N+)及びドレイン(N+)が形成されている。P型
ウェル104には、アンプ用トランジスタ8のソース
(N+)及びドレイン(N+)、及びソースをウェル1
04に接続するための領域(P+)が形成され、ソース
とウェル104は同電位になるように配線されている。
ソース及びウェル104は列信号出力線10に接続され
ている。
In the P-type well 103, the N-type terminal (N +) of the photodiode 9 and the P-type terminal (P
+), The source (N +) and drain (N +) of the row selection transistor 6, and the source (N +) and drain (N +) of the reset transistor 7 are formed. The source (N +) and the drain (N +) of the amplifier transistor 8 and the source
A region (P +) for connecting to the source 04 is formed, and the source and the well 104 are wired so as to have the same potential.
The source and well 104 are connected to the column signal output line 10.

【0038】各部分の具体的な数値は、以下に示すとお
りである。N−基板濃度は約5×1015cm-3である。
P−ウェル103、104は、濃度が1×1017
-3、深さが3μmである。N+は、濃度が1×1020
cm-3、深さが0.2μmである。P+は、濃度が1×
1020cm-3、深さが0.2μmである。それぞれのト
ランジスタのサイズは、アンプ用トランジスタ8におい
ては、ゲート長が0.5μm、ゲート幅が3μmであ
り、リセット用トランジスタ7にいては、ゲート長が
0.5μm、ゲート幅が1μmであり、行選択用トラン
ジスタ6においては、ゲート長が0.5μm、ゲート幅
が1μmである。
The specific numerical values of each part are as shown below. The N-substrate concentration is about 5 × 10 15 cm −3 .
The P-wells 103 and 104 have a concentration of 1 × 10 17 c
m −3 and a depth of 3 μm. N + has a concentration of 1 × 10 20
cm -3 and a depth of 0.2 μm. P + has a concentration of 1 ×
It is 10 20 cm -3 and the depth is 0.2 μm. The size of each transistor is such that the gate length of the amplifier transistor 8 is 0.5 μm and the gate width is 3 μm, and the gate length of the reset transistor 7 is 0.5 μm and the gate width is 1 μm. The row selection transistor 6 has a gate length of 0.5 μm and a gate width of 1 μm.

【0039】フォトダイオード9、リセット用トランジ
スタ7及び行選択トランジスタ6があるPウェル103
と、アンプ用トランジスタ8があるPウェル104は、
距離Lだけ離れているが、そのLの値は2μmである。
その表面には基板よりも濃いN領域を設け、分離幅を狭
めることも可能で、その濃度は1×1017cm-3であ
り、深さは0.5μmである。
P well 103 having photodiode 9, resetting transistor 7 and row selecting transistor 6
And the P well 104 where the amplifier transistor 8 is located,
Although separated by a distance L, the value of L is 2 μm.
On the surface thereof, an N region which is higher than the substrate can be provided to narrow the separation width. The concentration is 1 × 10 17 cm -3 and the depth is 0.5 μm.

【0040】(実施例2)ウェルの分離方法を実施例1
のようにした場合、Pウェル間の距離Lを十分にとる必
要があリ、微細化に注目すると不利であり、微細化の観
点よりは、以下の構造が好ましい。
(Example 2) A method for separating wells is described in Example 1.
In such a case, the distance L between the P-wells needs to be sufficiently long, which is disadvantageous when attention is paid to miniaturization, and the following structure is preferable from the viewpoint of miniaturization.

【0041】図5は、本発明によるCMOSイメージセ
ンサの素子構造の第2実施例を示す断面図である。図5
に示す構造をその製造方法とともに説明する。まず、N
−基板102の全面に窒化膜を形成し、次いで、フィー
ルド酸化膜103を形成したい部分の窒化膜を除去す
る。ウェル形成部の窒化膜は残しておく。
FIG. 5 is a sectional view showing a second embodiment of the device structure of the CMOS image sensor according to the present invention. FIG.
Will be described together with its manufacturing method. First, N
Forming a nitride film on the entire surface of the substrate 102, and then removing a portion of the nitride film where the field oxide film 103 is to be formed; The nitride film in the well formation portion is left.

【0042】次に、1000℃のウエット酸化でフィー
ルド酸化膜113を形成する。フィールド酸化膜113
の膜厚は、例えば0.35μmである。このとき、フィ
ールド酸化膜の下半分の0.175μmは基板の中に形
成され、上半分0.175μmは基板102から浮き上
がって形成される。この後窒化膜を除去する。
Next, a field oxide film 113 is formed by wet oxidation at 1000 ° C. Field oxide film 113
Is, for example, 0.35 μm. At this time, the lower half of the field oxide film, 0.175 μm, is formed in the substrate, and the upper half, 0.175 μm, is formed floating above the substrate 102. Thereafter, the nitride film is removed.

【0043】次に、アンプ用トランジスタ用のPウェル
112を形成する領域の表面にドナー不純物のボロン、
深い領域にアクセプタ不純物のリンをイオン注入装置に
より打ち込む。このときに、フィールド酸化膜113の
下(N型層111を形成する部分)は、ドナーよりもア
クセプタが濃くなるように注入する。その注入条件は、
例えばボロンは100KeVで、リンは400KeVで
行う。濃度はPウェルが1×1017cm-3、分離領域で
あるN型層111が2×1017cm-3程度にする。
Next, on the surface of the region where the P-well 112 for the amplifier transistor is formed, boron as a donor impurity,
Phosphorus as an acceptor impurity is implanted into a deep region by an ion implantation apparatus. At this time, the implantation is performed under the field oxide film 113 (the portion where the N-type layer 111 is formed) so that the acceptor is deeper than the donor. The injection conditions are
For example, boron is performed at 100 KeV, and phosphorus is performed at 400 KeV. The concentration is set to about 1 × 10 17 cm −3 for the P well and about 2 × 10 17 cm −3 for the N-type layer 111 as an isolation region.

【0044】同様に、リセット用トランジスタ、行選択
トランジスタ及びフォトダイオード用のPウェル103
を、ボロンのイオン注入によって形成する。注入電圧は
200keVであり、濃度は、1×1017cm-3であ
る。このとき例えばリセット用トランジスタの通常Pウ
ェルの深さは約1μmになる。その後、まずゲート電極
を形成し、次にこれらのウェル112、103に必要な
ソース、ドレインなどの領域を形成する。アンプ用トラ
ンジスタのソースとウェル112は接続されている。な
お図5では、ウェルの分離の様子だけを図示してある。
Similarly, a reset transistor, a row selection transistor, and a P-well 103 for a photodiode are used.
Is formed by ion implantation of boron. The injection voltage is 200 keV and the concentration is 1 × 10 17 cm −3 . At this time, for example, the depth of the normal P well of the reset transistor is about 1 μm. Thereafter, first, a gate electrode is formed, and then regions such as a source and a drain necessary for these wells 112 and 103 are formed. The source of the amplifier transistor and the well 112 are connected. FIG. 5 shows only the state of separation of the wells.

【0045】この実施例では、ドナー、アクセプタそれ
ぞれ1回の注入により作っているが、アンプ用トランジ
スタのPウェル112、N型層111(分離領域であ
る)ともに2回以上の注入により、濃度の分布を持たせ
るようにしてもよい。例えば、N型層111は、Pウェ
ル112の下では、濃度を1×1017cm-3とPウェル
と同じ位にしておいて、フィールド酸化膜113の下で
は別に多く注入して、濃度を2×1017cm-3としてお
き、横方向の分離特性を縦方向よりよりよくすることも
できる。
In this embodiment, each of the donor and the acceptor is formed by one injection, but the P-well 112 and the N-type layer 111 (which is an isolation region) of the amplifier transistor are implanted twice or more to obtain the concentration. A distribution may be provided. For example, the N-type layer 111 has a concentration of 1 × 10 17 cm −3 below the P-well 112 and is about the same as that of the P-well. By setting it to 2 × 10 17 cm −3 , the separation characteristics in the horizontal direction can be better than those in the vertical direction.

【0046】このように製造すれば、ウェル112の部
分は、活性領域でフィールド酸化膜がなくなった分だけ
奥に膨らんだような形状になり、その深さD2は基板表
面を基準にしたフィールド酸化膜の深さD1の約3倍、
多く見積もっても4倍以下になる。ウェル112の深さ
は深いリンの注入量を増やすに応じて浅くなっていくの
で、ウェル112の深さはフィールド酸化膜の深さD1
の4倍以下の任意の深さにできる。
By manufacturing in this manner, the well 112 has a shape that bulges inward as much as the field oxide film has disappeared in the active region, and the depth D2 is the field oxide based on the substrate surface. About three times the film depth D1,
Even if it estimates many, it will be four times or less. Since the depth of the well 112 becomes shallower as the amount of deep phosphorus implanted is increased, the depth of the well 112 is set to the depth D1 of the field oxide film.
Can be set to an arbitrary depth of 4 times or less.

【0047】またイオン注入により作るので、熱酸化を
用いる方法に比べて横方向広がりがなく、微細化に適し
たフローティングウェルが可能となる。以上本実施例の
構造の特徴は、次のとおりである。 (1)LOCOS(Local Oxidizatio
n of Silicon)分離を用いていること、
(2)アンプ用トランジスタの形成されるPウェルの下
に、周囲のN型よりも濃いN型領域を作って縦方向の分
離も行っていること。その結果、アンプ用トランジスタ
の形成されるPウェルの深さが他のトランジスタ等用の
ウェルよりも浅くなっていること、その深さはフィール
ド酸化膜の深さの4倍以内となっている。
Further, since it is formed by ion implantation, there is no lateral spread as compared with the method using thermal oxidation, and a floating well suitable for miniaturization becomes possible. The features of the structure of the present embodiment are as follows. (1) LOCOS (Local Oxidizatio
n of Silicon) separation,
(2) Under the P well where the amplifier transistor is formed, an N-type region which is denser than the surrounding N-type is formed to perform vertical separation. As a result, the depth of the P well where the amplifier transistor is formed is smaller than that of the wells for other transistors and the like, and the depth is within four times the depth of the field oxide film.

【0048】(実施例3)上記の実施例2に示した素子
構造においては、フィールド酸化膜による横方向分離は
バーズビーク等により、横方向の必要な分離幅が大きく
なる傾向がある。従って、一層微細化に好適な構造とし
て、フィールド酸化による分離よりもより微細化できる
素子分離方法としてSTI(Shallow Tren
ch Isolation)を適用する構造が好適であ
る。
(Embodiment 3) In the device structure shown in the above-mentioned embodiment 2, the required lateral separation width tends to be large due to bird's beak or the like in the lateral separation by the field oxide film. Therefore, as a structure suitable for further miniaturization, STI (Shallow Trend) is used as an element isolation method capable of miniaturization more than isolation by field oxidation.
Ch Isolation) is preferable.

【0049】図6は、本発明によるCMOSイメージセ
ンサの素子構造の第3実施例を示す断面図である。図6
に示すように、N−基板102に、アンプ用トランジス
タ形成用のPウェル121と、リセット用トランジスタ
などの他素子用のPウェル103が形成されている。P
ウェル121の下部には、このPウェル121とPウェ
ル103を分離するためのN型分離層122が形成され
ている。また、Pウェル121とPウェル103の境界
には、シリコン酸化膜の形成されたトレンチ120が配
置されており、Pウェル103,121間を分離してい
る。
FIG. 6 is a sectional view showing a third embodiment of the device structure of the CMOS image sensor according to the present invention. FIG.
As shown in FIG. 2, a P-well 121 for forming an amplifier transistor and a P-well 103 for other elements such as a reset transistor are formed in an N-substrate 102. P
Below the well 121, an N-type separation layer 122 for separating the P well 121 and the P well 103 is formed. At the boundary between P well 121 and P well 103, a trench 120 in which a silicon oxide film is formed is arranged to separate P wells 103 and 121.

【0050】Pウェル103及びPウェル121には、
実施例1に示したアンプ用トランジスタ及びそれ以外の
リセット用トランジスタなどがそれぞれ形成されてい
る。また、アンプ用トランジスタのソースとウェルは接
続されている。なお、図6では、ウェル121、103
間の分離の様子のみを図示してある。
In the P well 103 and the P well 121,
The amplifier transistor shown in the first embodiment and other reset transistors are formed. The source and the well of the amplifier transistor are connected. In FIG. 6, the wells 121, 103
Only the state of separation between them is illustrated.

【0051】この構造の特徴は、(1)STIを使って
おり、(2)Pウェル121の深さがトレンチ120の
深さよりも浅くなっている、(3)Pウェル121とN
型基板102のPN接合部のN型領域122に基板より
も濃いN型不純物を配置して、縦方向の分離も行ってい
る、ことである。
The features of this structure are (1) STI is used, (2) the depth of the P well 121 is smaller than the depth of the trench 120, (3) the P well 121 and the N
That is, N-type impurities that are denser than the substrate are arranged in the N-type region 122 at the PN junction of the mold substrate 102, and vertical separation is also performed.

【0052】ここで、トレンチ120の分離幅は0.2
μm、深さは0.6μmである。トレンチ120の中は
シリコン酸化膜で埋め込む。Pウェル121の深さは
0.5μmでトレンチ120の深さよりも浅く、濃度は
1×1017cm-3であり、横方向は完全に分離されてい
る。それよりも深いところには、基板102よりも濃い
例えば2×1017cm-3のN型分離層122があり、縦
方向の分離を行っている。不純物の導入はイオン注入で
行い、例えばボロンを100KeV、リンを400Ke
Vで注入して形成する。
Here, the isolation width of the trench 120 is 0.2
μm and the depth is 0.6 μm. The trench 120 is filled with a silicon oxide film. The depth of the P well 121 is 0.5 μm, which is shallower than the depth of the trench 120, the concentration is 1 × 10 17 cm -3 , and the lateral direction is completely separated. At a deeper position, there is an N-type separation layer 122 of, for example, 2 × 10 17 cm −3 , which is darker than the substrate 102, and performs vertical separation. The impurities are introduced by ion implantation, for example, 100 KeV of boron and 400 KeV of phosphorus.
It is formed by implantation with V.

【0053】なお、以上、各実施例においては、N−基
板にPウェルを形成するように説明したが、P−基板に
Nウェルを形成する場合でも同様の効果が得られること
はいうまでもない。
In the above embodiments, the P-well is formed on the N-substrate. However, it is needless to say that the same effect can be obtained when the N-well is formed on the P-substrate. Absent.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のCMOS
イメージセンサは、フォトダイオードとこのフォトダイ
オードにおいて光電変換により生成された電荷を増幅す
るアンプ用MOSFETとを有する画素を複数個ライン
状またはアレイ状に配列したCMOSイメージセンサに
おいて、前記アンプ用MOSFETのウェルを前記画素
に含まれる他の素子のウェルと電気的に分離し、かつ、
前記アンプ用MOSFETのソースと前記アンプ用のM
OSFETの前記ウェルとを同電位としたことにより、
画素を構成するアンプ用トランジスタの基板バイアス効
果によるしきい値の変動を抑え、雑音の少ないCMOS
イメージセンサを提供することができるという効果があ
る。
As described above, according to the CMOS of the present invention,
An image sensor is a CMOS image sensor in which a plurality of pixels each having a photodiode and an amplifier MOSFET for amplifying electric charges generated by photoelectric conversion in the photodiode are arranged in a line or array, and the well of the amplifier MOSFET is provided. Is electrically separated from the wells of other elements included in the pixel, and
The source of the amplifier MOSFET and the amplifier M
By setting the well of the OSFET to the same potential,
CMOS with low noise by suppressing fluctuation of the threshold value due to the substrate bias effect of the amplifier transistor constituting the pixel
There is an effect that an image sensor can be provided.

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

【図1】従来例のCMOSイメージセンサの基本構成を
示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a conventional CMOS image sensor.

【図2】二重相関サンプリング回路の一例を示す回路構
成図である。
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a double correlation sampling circuit.

【図3】本発明によるCMOSイメージセンサの基本構
成を説明するための一画素の構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of one pixel for describing a basic configuration of a CMOS image sensor according to the present invention.

【図4】本発明によるCMOSイメージセンサの素子構
造の第1実施例を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a first embodiment of a device structure of a CMOS image sensor according to the present invention.

【図5】本発明によるCMOSイメージセンサの素子構
造の第2実施例を示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a second embodiment of the device structure of the CMOS image sensor according to the present invention.

【図6】本発明によるCMOSイメージセンサの素子構
造の第3実施例を示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a third embodiment of the device structure of the CMOS image sensor according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1−CMOSイメージセンサ、2−負荷トランジスタ、
3−基準電圧供給線、4―負荷トランジスタ駆動線、5
−垂直シフトレジスタ、6−行選択トランジスタ、7−
リセット用トランジスタ、8−アンプ用トランジスタ、
9−フォトダイオード、10−列信号出力線、11−ノ
イズキャンセラ、12−信号出力線、13−水平シフト
レジスタ、14―信号読み出し用トランジスタ、15−
行信号出力線、16−リセット信号出力線、17−基準
電圧供給線、20−CDS回路、21−容量1、22−
容量2、23−基準電圧供給線、31−スイッチ1、3
2−スイッチ2、33−スイッチ3、100−画素、1
01−ウェルP+、102−基板N−、103−ウェル
P−、104−ウェルP−、105−N型層、111−
N型層、112−ウェル、113−フィールド酸化膜、
120−トレンチ、121−ウェル、122−N型分離
層。
1-CMOS image sensor, 2-load transistor,
3-reference voltage supply line, 4-load transistor drive line, 5
A vertical shift register, a 6-row selection transistor, 7-
Reset transistor, 8-amplifier transistor,
9-photodiode, 10-column signal output line, 11-noise canceller, 12-signal output line, 13-horizontal shift register, 14-signal read transistor, 15-
Row signal output line, 16-reset signal output line, 17-reference voltage supply line, 20-CDS circuit, 21-capacity 1, 22-
Capacity 2, 23-reference voltage supply line, 31-switch 1, 3
2-switch 2, 33-switch 3, 100-pixel, 1
01-well P +, 102-substrate N-, 103-well P-, 104-well P-, 105-N-type layer, 111-
N-type layer, 112-well, 113-field oxide,
120-trench, 121-well, 122-N-type isolation layer.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】フォトダイオードとこのフォトダイオード
において光電変換により生成された電荷を増幅するアン
プ用MOSFETとを有する画素を複数個ライン状また
はアレイ状に配列したCMOSイメージセンサにおい
て、 前記アンプ用MOSFETのウェルを前記画素に含まれ
る他の素子のウェルと電気的に分離し、かつ、前記アン
プ用MOSFETのソースと前記アンプ用のMOSFE
Tの前記ウェルとを同電位としたことを特徴とするCM
OSイメージセンサ。
1. A CMOS image sensor in which a plurality of pixels each having a photodiode and an amplifier MOSFET for amplifying electric charges generated by photoelectric conversion in the photodiode are arranged in a line or array. A well is electrically separated from a well of another element included in the pixel, and a source of the amplifier MOSFET and a MOSFE for the amplifier are separated from each other.
CM having the same potential as that of the T well.
OS image sensor.
【請求項2】前記アンプ用MOSFETのゲート電極を
所定の電位にしたとき得られる前記アンプ用MOSFE
Tの出力信号と、前記フォトダイオードが発生した電荷
によって前記アンプ用MOSFETの前記ゲート電位が
変化したときの出力信号のとの差分を取ることにより、
前記アンプ用MOSFETのしきい値電圧の成分を除去
した信号を出力する回路を有することを特徴とする請求
項1に記載のCMOSイメージセンサ。
2. The amplifier MOSFE obtained when the gate electrode of the amplifier MOSFET is set at a predetermined potential.
By taking the difference between the output signal of T and the output signal when the gate potential of the amplifier MOSFET changes due to the charge generated by the photodiode,
2. The CMOS image sensor according to claim 1, further comprising a circuit that outputs a signal from which a threshold voltage component of the amplifier MOSFET is removed.
【請求項3】前記アンプ用MOSFETと前記他の素子
とをフィールド酸化膜を用いて電気的に分離し、前記M
OSFETのウェルの深さを前記フィールド酸化膜の深
さの4倍以下の深さとしたことを特徴とする請求項1に
記載のCMOSイメージセンサ。
3. The method according to claim 1, wherein the amplifier MOSFET and the other element are electrically separated from each other by using a field oxide film.
2. The CMOS image sensor according to claim 1, wherein the depth of the well of the OSFET is four times or less the depth of the field oxide film.
【請求項4】前記アンプ用MOSFETと前記他の素子
とをSTIを用いて電気的に分離し、前記アンプ用MO
SFETのウェルの深さを、前記STIのトレンチの深
さよりも浅くしたことを特徴とする請求項1に記載のC
MOSイメージセンサ。
4. The amplifier MOSFET and the other element are electrically separated by using STI, and the amplifier MO
The CFET according to claim 1, wherein the depth of the well of the SFET is smaller than the depth of the trench of the STI.
MOS image sensor.
【請求項5】基板上に形成されたフォトダイオードとこ
のフォトダイオードにおいて光電変換により生成された
電荷を増幅するアンプ用MOSFETとを有する画素を
複数個ライン状またはアレイ状に配列したCMOSイメ
ージセンサの製造方法において、 前記基板上にフィールド酸化膜を形成した後に、イオン
注入により、ドナーとアクセプタをおのおの一回以上注
入することにより前記アンプ用MOSFETのウェルを
形成することを特徴とするCMOSイメージセンサの製
造方法。
5. A CMOS image sensor in which a plurality of pixels each having a photodiode formed on a substrate and an amplifier MOSFET for amplifying a charge generated by photoelectric conversion in the photodiode are arranged in a line or array. In the manufacturing method, after forming a field oxide film on the substrate, a well of the amplifier MOSFET is formed by implanting a donor and an acceptor one or more times by ion implantation. Production method.
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