JP2002057316A - Solid-state image sensing device and its driving method - Google Patents

Solid-state image sensing device and its driving method

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JP2002057316A
JP2002057316A JP2000246411A JP2000246411A JP2002057316A JP 2002057316 A JP2002057316 A JP 2002057316A JP 2000246411 A JP2000246411 A JP 2000246411A JP 2000246411 A JP2000246411 A JP 2000246411A JP 2002057316 A JP2002057316 A JP 2002057316A
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和廣 川尻
Takashi Mitsuida
▲高▼ 三井田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state image sensing device having structure which is suitable for micronizing the unit picture element. SOLUTION: A source region 56 is arranged inside the inner periphery of a ring type gate electrode 59 of an insulated gate field-effect transistor 112 for optical signal detection adjacent to a light receiving diode 111 in the unit picture element 101. A drain region 57a is arranged outside the outer periphery of a gate electrode 59. A high concentration buried layer which stores light generating charges is arranged in a well region under a channel region in the vicinity of the source region. The unit picture element 101 is surrounded by an element isolation region 53 where a series of diffusion isolation region having the same conductivity as the drain region 57a is formed.

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、固体撮像装置及び
その駆動方法に関し、より詳しくは、ビデオカメラ、電
子カメラ、画像入力カメラ、スキャナ又はファクシミリ
等に用いられる閾値電圧変調方式のMOS型イメージセ
ンサを用いた固体撮像装置及びその駆動方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state imaging device and a method of driving the same, and more particularly, to a threshold voltage modulation type MOS image sensor used for a video camera, an electronic camera, an image input camera, a scanner or a facsimile. The present invention relates to a solid-state imaging device using the same and a driving method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】CCD型イメージセンサやMOS型イメ
ージセンサなどの半導体イメージセンサは量産性に優れ
ているため、パターンの微細化技術の進展に伴い、ほと
んどの画像入力デバイス装置に適用されている。特に、
近年、CCD型イメージセンサと比べて、消費電力が小
さく、かつセンサ素子と周辺回路素子とを同じCMOS
技術によって作成できるという利点を生かして、MOS
型イメージセンサが見直されている。
2. Description of the Related Art Semiconductor image sensors such as CCD type image sensors and MOS type image sensors are excellent in mass productivity, and are applied to almost all image input device devices with the development of finer pattern technology. In particular,
In recent years, the power consumption is smaller than that of a CCD image sensor, and the sensor element and the peripheral circuit element are the same CMOS.
With the advantage that it can be created by technology, MOS
Type image sensors are being reviewed.

【0003】このような世の中の動向に鑑み、本願出願
人はMOS型イメージセンサの改良を行い、光信号検出
用MOSトランジスタのチャネル領域下にキャリアポケ
ット(高濃度埋込層)25を有するセンサ素子に関する
特許出願(特願平10−186453号)を行って特許
(登録番号2935492号)を得ている。このMOS
型イメージセンサは図12及び図13に示す構造を有し
ている。図12は平面図、図13は図12のI−I線断
面図である。その構造においては、図12及び図13に
示すように、単位画素101は受光ダイオード111と
受光ダイオード111に隣接する光信号検出用電界効果
トランジスタ112とから構成される。受光ダイオード
111と光信号検出用電界効果トランジスタ112とは
p型のウエル領域15a、15bによって繋がってい
る。光信号検出用電界効果トランジスタ112において
は、ゲート電極19がリング状を有し、中央部にn型の
ソース領域16a,16bが形成され、ゲート電極19
の外周を囲むようにn型のドレイン領域17aが形成さ
れている。ゲート電極19下方、ソース領域の近傍のウ
エル領域15b内にソース領域16a,16bを囲むよ
うにp型のホールポケット25が設けられている。隣接
する単位画素101は素子分離領域によって分離されて
いる。素子分離領域は、LOCOS(LOCcal Oxidation
ofSilicon)法により基板表面に形成された絶縁分離領
域14と、その下の半導体基板に形成されたp型の拡散
分離領域13とから構成されている。
In view of such trends in the world, the present applicant has improved a MOS type image sensor, and has a sensor element having a carrier pocket (high concentration buried layer) 25 below a channel region of a MOS transistor for detecting an optical signal. (Japanese Patent Application No. 10-186453) has been filed to obtain a patent (registration number 2935492). This MOS
The type image sensor has a structure shown in FIGS. 12 is a plan view, and FIG. 13 is a sectional view taken along line II of FIG. In the structure, as shown in FIGS. 12 and 13, the unit pixel 101 includes a light receiving diode 111 and an optical signal detecting field effect transistor 112 adjacent to the light receiving diode 111. The light receiving diode 111 and the optical signal detecting field effect transistor 112 are connected by p-type well regions 15a and 15b. In the optical signal detecting field-effect transistor 112, the gate electrode 19 has a ring shape, and n-type source regions 16a and 16b are formed in the center.
An n-type drain region 17a is formed so as to surround the outer periphery of. A p-type hole pocket 25 is provided below the gate electrode 19 and in the well region 15b near the source region so as to surround the source regions 16a and 16b. Adjacent unit pixels 101 are separated by element separation regions. The element isolation region is LOCOS (LOCcal Oxidation
It comprises an insulating isolation region 14 formed on the substrate surface by the (Silicon) method and a p-type diffusion isolation region 13 formed on the semiconductor substrate thereunder.

【0004】このMOS型イメージセンサを用いて、初
期化期間に各電極に高い逆電圧を印加して空乏化させ、
ホールポケット25に残る光発生正孔を放出させる。蓄
積期間に受光ダイオード111部に光照射により光発生
正孔を生じさせ、ホールポケット25に転送して蓄積さ
せ、読出期間に光発生正孔の蓄積量に比例して変調され
た光信号検出用電界効果トランジスタ112の閾値を検
出することにより光信号を検出する。
Using this MOS type image sensor, a high reverse voltage is applied to each electrode during the initialization period to deplete each electrode,
The light-generated holes remaining in the hole pockets 25 are emitted. During the accumulation period, light-generating holes are generated by irradiating light to the light-receiving diode 111 portion, transferred to the hole pocket 25 and accumulated, and used for detecting an optical signal modulated in proportion to the accumulation amount of the light-generating holes during the reading period. An optical signal is detected by detecting a threshold value of the field effect transistor 112.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記固
体撮像素子の構造においては、素子分離領域の構造や光
信号検出用電界効果トランジスタの構造が微細化に適し
ておらず、将来の画像の高精細化に伴って要求されるよ
うになってくる単位画素の微細化の要求に対処すること
が困難であるという問題がある。
However, in the structure of the solid-state imaging device, the structure of the element isolation region and the structure of the field effect transistor for detecting an optical signal are not suitable for miniaturization, and the high definition of a future image will be required. There is a problem in that it is difficult to cope with the demand for miniaturization of unit pixels, which is required with the development of the semiconductor device.

【0006】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
創作されたものであり、単位画素の微細化に適した構造
を有する固体撮像装置及びその駆動方法を提供するもの
である。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and provides a solid-state imaging device having a structure suitable for miniaturization of a unit pixel and a driving method thereof.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明は固体撮像装置に係り、その固体撮像装置
の基本構成として、図1に示すように、受光ダイオード
111と受光ダイオード111に隣接する光信号検出用
の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(MOSトランジ
スタ)112とを含む各単位画素101を有し、各単位
画素101においては、受光ダイオード111とMOS
トランジスタ112とは相互に接続したウエル領域54
a、54bに形成され、MOSトランジスタ112のソ
ース領域の周辺部のウエル領域54b内に光発生電荷を
蓄積する高濃度埋込層(キャリアポケット)55を有し
ている。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a solid-state imaging device, and as a basic configuration of the solid-state imaging device, as shown in FIG. Each unit pixel 101 includes an insulated gate type field effect transistor (MOS transistor) 112 for detecting an optical signal.
Well region 54 interconnected with transistor 112
a, a high concentration buried layer (carrier pocket) 55 for accumulating photo-generated charges in the well region 54b around the source region of the MOS transistor 112.

【0008】そして、絶縁ゲート型電界効果トランジス
タ112のゲート電極はリング状を有し、該ゲート電極
の内周部の内側にソース領域56が設けられ、ゲート電
極の外周部の外側にドレイン領域57aが設けられ、か
つ受光ダイオード111及び絶縁ゲート型電界効果トラ
ンジスタ112はドレイン領域57aと同じ導電型を有
する拡散分離領域53が一連なりとなっている素子分離
領域によって囲まれていることを特徴としている。
The gate electrode of the insulated gate field effect transistor 112 has a ring shape, the source region 56 is provided inside the inner periphery of the gate electrode, and the drain region 57a is provided outside the outer periphery of the gate electrode. Is provided, and the light receiving diode 111 and the insulated gate field effect transistor 112 are characterized in that the diffusion isolation region 53 having the same conductivity type as the drain region 57a is surrounded by a series of element isolation regions. .

【0009】また、拡散分離領域53は、ドレイン領域
57aと同じ導電型を有するウエル領域54a,54b
よりも深い導電型不純物領域がドレイン領域57aと接
続してなることを特徴としている。また、単位画素は行
と列に複数配列されてなることを特徴とし、さらに、固
体撮像素子内の単位画素の平面配置においては、単位画
素におけるゲート電極から受光ダイオードに至る方向
は、行方向又は列方向に対して斜め方向、又は並行方向
に一致していることを特徴としている。さらに、同一の
行内にある絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート
電極が相互に接続され、かつ同一の列内にある絶縁ゲー
ト型電界効果トランジスタのソース領域が相互に接続さ
れている。
The diffusion isolation region 53 has well regions 54a and 54b having the same conductivity type as the drain region 57a.
It is characterized in that a deeper conductivity type impurity region is connected to the drain region 57a. Further, a plurality of unit pixels are arranged in rows and columns, and further, in a planar arrangement of the unit pixels in the solid-state imaging device, the direction from the gate electrode to the light receiving diode in the unit pixel is a row direction or It is characterized by being oblique to or parallel to the column direction. Further, the gate electrodes of the insulated gate field effect transistors in the same row are connected to each other, and the source regions of the insulated gate field effect transistors in the same column are connected to each other.

【0010】以下に、上記構成により奏される作用・効
果を説明する。ところで、選択酸化法(LOCOS法)
による絶縁膜の形成によれば、分離絶縁膜の形成領域が
バーズビークの生成によりマスク幅以上に広がるため微
細化に不利である。本発明では、隣接する単位画素10
1を分離する素子分離領域が、ドレイン領域57aと同
じ導電型を有し、ウエル領域54a,54bよりも深い
導電型不純物領域がドレイン領域57aと接続して形成
されてなる拡散分離領域53から構成されている。即
ち、LOCOS法による分離絶縁膜を用いずに素子分離
を拡散分離領域53のみで行っているので、バーズビー
クが生成されず素子分離領域がマスク幅以上に広がらな
い。これにより、単位画素101を微細化することがで
きる。この場合、ドレイン領域57aは、ウエル領域5
4a,54b下のドレイン領域と同じ導電型の領域52
a,52bと繋がり、かつ隣接する単位画素101間で
繋がるが、固体撮像素子の動作上問題は起こらない。な
お、単位画素101内でソース領域56とドレイン領域
57aとはリング状のゲート電極59によって分離され
ているので、問題は起こらない。
The operation and effect provided by the above configuration will be described below. By the way, the selective oxidation method (LOCOS method)
Is disadvantageous for miniaturization because the formation region of the isolation insulating film is wider than the mask width due to the generation of bird's beak. In the present invention, the adjacent unit pixel 10
1 is formed of a diffusion isolation region 53 having the same conductivity type as the drain region 57a and a conductivity type impurity region deeper than the well regions 54a and 54b connected to the drain region 57a. Have been. That is, since element isolation is performed only in the diffusion isolation region 53 without using an isolation insulating film by the LOCOS method, a bird's beak is not generated and the element isolation region does not extend beyond the mask width. Thereby, the unit pixel 101 can be miniaturized. In this case, the drain region 57a is
Region 52 of the same conductivity type as the drain region below 4a and 54b
a and 52b and between the adjacent unit pixels 101, but no problem occurs in the operation of the solid-state imaging device. Note that no problem occurs because the source region 56 and the drain region 57a are separated by the ring-shaped gate electrode 59 in the unit pixel 101.

【0011】なお、ウエル領域54a,54b等が上記
と逆の導電型の場合、即ち高濃度埋込層がn型の場合、
高濃度埋込層はエレクトロンポケット(キャリアポケッ
ト)となり、光発生電子を蓄積することになる。
When the well regions 54a, 54b and the like are of the opposite conductivity type, that is, when the high concentration buried layer is n-type,
The high concentration buried layer becomes an electron pocket (carrier pocket) and accumulates photo-generated electrons.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。 (第1の実施の形態)図1は、本発明の第1の実施の形
態に係るMOS型イメージセンサの単位画素内における
素子レイアウトについて示す平面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a plan view showing an element layout in a unit pixel of a MOS image sensor according to a first embodiment of the present invention.

【0013】図1に示すように、単位画素101内に、
受光ダイオード111と光信号検出用MOSトランジス
タ112とが隣接して設けられている。MOSトランジ
スタ112としてnチャネルMOS(nMOS)を用い
ている。単位画素101は長方形状を有し、単位画素1
01は拡散分離領域53が一連なりとなっている素子分
離領域によって囲まれている。
As shown in FIG. 1, in a unit pixel 101,
The light receiving diode 111 and the optical signal detecting MOS transistor 112 are provided adjacent to each other. An n-channel MOS (nMOS) is used as the MOS transistor 112. The unit pixel 101 has a rectangular shape, and the unit pixel 1
Numeral 01 is surrounded by an element isolation region in which the diffusion isolation region 53 is a series.

【0014】これら受光ダイオード111とMOSトラ
ンジスタ112は、それぞれ異なるウエル領域、即ち第
1のウエル領域54aと第2のウエル領域54bに形成
され、それらのウエル領域54a、54bは互いに接続
されている。受光ダイオード111の部分の第1のウエ
ル領域54aは光照射による電荷の発生領域の一部を構
成している。MOSトランジスタ112の部分の第2の
ウエル領域54bはこの領域54bに付与するポテンシ
ャルによってチャネルの閾値電圧を変化させることがで
きるゲート領域を構成している。
The light receiving diode 111 and the MOS transistor 112 are formed in different well regions, that is, a first well region 54a and a second well region 54b, and the well regions 54a and 54b are connected to each other. The first well region 54a in the portion of the light receiving diode 111 forms a part of a charge generation region by light irradiation. The second well region 54b in the portion of the MOS transistor 112 forms a gate region in which the threshold voltage of the channel can be changed by the potential applied to this region 54b.

【0015】MOSトランジスタ112の部分のゲート
電極59は四角いリング状で、かつ帯状を有している。
ゲート電極59の内周部の内側にソース領域56が設け
られ、ゲート電極59の外周部の外側にドレイン領域5
7aが設けられている。ゲート電極59の下の第2のウ
エル領域54bの表層にはn型の不純物が導入されてお
り、チャネル領域となっている。
The gate electrode 59 of the MOS transistor 112 has a square ring shape and a band shape.
The source region 56 is provided inside the inner periphery of the gate electrode 59, and the drain region 5 is provided outside the outer periphery of the gate electrode 59.
7a is provided. An n-type impurity is introduced into a surface layer of the second well region 54b below the gate electrode 59, and serves as a channel region.

【0016】ドレイン領域57aが延在して受光ダイオ
ード111の不純物領域57が形成されている。即ち、
不純物領域57とドレイン領域57aとは互いに接続し
た第1及び第2のウエル領域54a,54bの表層に大
部分の領域がかかるように一体的に形成されている。さ
らに、不純物領域57とドレイン領域57aは単位画素
101の周辺部まで延び、単位画素101を囲む拡散分
離領域53と接続されている。
The impurity region 57 of the light receiving diode 111 is formed by extending the drain region 57a. That is,
The impurity region 57 and the drain region 57a are integrally formed so that most of the region covers the surface layer of the first and second well regions 54a and 54b connected to each other. Further, the impurity region 57 and the drain region 57a extend to the periphery of the unit pixel 101 and are connected to the diffusion isolation region 53 surrounding the unit pixel 101.

【0017】さらに、このMOS型イメージセンサの特
徴であるキャリアポケット(高濃度埋込層)55は、ド
レイン領域57aからソース領域56に至るチャネル長
方向の一部領域であって、ソース領域56側に形成さ
れ、かつチャネル幅方向全域にわたって形成されてい
る。ゲート電極59は垂直走査信号(VSCAN)供給
線59a,59b,・・・に接続され、かつソース領域
56は垂直出力線(又はソース電極)60a,60b,
・・・に接続されている。垂直走査信号(VSCAN)
供給線59a,59b,・・・と垂直出力線(又はソー
ス電極)60a,60b,・・・とは相互に交差する方
向に延びている。ドレイン領域57aと接続された拡散
分離領域53はドレイン電圧(VDD)供給線(又はド
レイン電極)61a,61b,・・・を兼ねている。
Further, a carrier pocket (high-concentration buried layer) 55, which is a feature of this MOS image sensor, is a part of the region from the drain region 57a to the source region 56 in the channel length direction. And over the entire area in the channel width direction. The gate electrode 59 is connected to vertical scanning signal (VSCAN) supply lines 59a, 59b,..., And the source region 56 is connected to vertical output lines (or source electrodes) 60a, 60b,.
···It is connected to the. Vertical scanning signal (VSCAN)
The supply lines 59a, 59b,... And the vertical output lines (or source electrodes) 60a, 60b,. The diffusion isolation region 53 connected to the drain region 57a also serves as a drain voltage (VDD) supply line (or drain electrode) 61a, 61b,.

【0018】また、上記の構成要素はシリコン酸化膜等
の絶縁膜64によって被覆されており、受光ダイオード
111の受光窓63以外の領域は、その絶縁膜64上に
形成された金属層(遮光膜)62により遮光されてい
る。上記のMOS型イメージセンサにおける光信号検出
のための素子動作においては、蓄積期間−読出期間−初
期化期間(掃出期間)−蓄積期間−・・というように、
蓄積期間−読出期間−初期化期間(掃出期間)という一
連の過程が繰り返される。なお、この実施の形態では、
初期化期間−蓄積期間の間にブランキング期間を設けて
いる。
The above-mentioned components are covered with an insulating film 64 such as a silicon oxide film, and a region other than the light receiving window 63 of the light receiving diode 111 is a metal layer (light shielding film) formed on the insulating film 64. ) 62 to shield light. In the element operation for detecting an optical signal in the MOS image sensor described above, an accumulation period, a readout period, an initialization period (sweep period), an accumulation period,...
A series of processes of an accumulation period, a reading period, and an initialization period (sweep period) are repeated. In this embodiment,
A blanking period is provided between the initialization period and the accumulation period.

【0019】蓄積期間では、光照射によりキャリアを発
生させ、光発生キャリアのうち正孔(ホール)を第1及
び第2のウエル領域54a,54b内を移動させてキャ
リアポケット55に蓄積する。この場合、ドレイン領域
57aに凡そ+1.6Vの正の電圧を印加するととも
に、ソース領域56を外部回路から切り離す。ゲート電
極59にMOSトランジスタ112のチャネル領域に十
分な電子が蓄積されるような凡そ+2Vの正の電圧を印
加する。結果的にソース領域56もドレイン領域57a
と同じ凡そ+1.6Vの正の電圧が印加されることにな
る。この蓄積期間は、第1及び第2のラインメモリにそ
れぞれ記憶させた光信号により変調した第1のソース電
位と光信号がはいる前の第2のソース電位との差の電圧
を出力させる期間でもある。
In the accumulation period, carriers are generated by light irradiation, and holes of the photogenerated carriers are moved in the first and second well regions 54a and 54b and accumulated in the carrier pocket 55. In this case, a positive voltage of approximately +1.6 V is applied to the drain region 57a, and the source region 56 is disconnected from the external circuit. A positive voltage of about +2 V is applied to gate electrode 59 so that sufficient electrons are accumulated in the channel region of MOS transistor 112. As a result, the source region 56 also becomes the drain region 57a.
And a positive voltage of approximately +1.6 V is applied. The accumulation period is a period during which a voltage of a difference between the first source potential modulated by the optical signals stored in the first and second line memories and the second source potential before the optical signal is applied is output. But also.

【0020】読出期間では、キャリアポケット55に蓄
積された光発生電荷によるMOSトランジスタ112の
閾値電圧の変化をソース電位の変化として読み取り、第
1のラインメモリに記憶させる。MOSトランジスタ1
12が飽和状態で動作するように、ドレイン領域57a
に凡そ+2〜3Vの正の電圧を印加するとともに、ゲー
ト電極59に凡そ+2〜3Vの正の電圧を印加する。
In the reading period, a change in the threshold voltage of the MOS transistor 112 due to the photo-generated charges accumulated in the carrier pocket 55 is read as a change in the source potential, and stored in the first line memory. MOS transistor 1
12 operates in a saturated state so that the drain region 57a
A positive voltage of approximately + 2-3V is applied to the gate electrode 59, and a positive voltage of approximately + 2-3V is applied to the gate electrode 59.

【0021】初期化期間では、光発生電荷(光発生キャ
リア)を蓄積する前に、読み出しが終わって残留する光
発生電荷や、アクセプタやドナー等を中性化し、或いは
表面準位に捕獲されている正孔や電子等、光信号の読み
出し前の残留電荷を半導体内から排出して、キャリアポ
ケット55を空にする。ソース領域56やドレイン領域
57aやゲート電極59に約+5V以上の正の高電圧を
印加する。
In the initialization period, before the photo-generated electric charges (photo-generated carriers) are accumulated, the remaining photo-generated electric charges, acceptors, donors, etc., which have been read out, are neutralized or captured by surface states. Residual charges, such as holes and electrons, before reading the optical signal are discharged from the semiconductor to empty the carrier pocket 55. A positive high voltage of about +5 V or more is applied to the source region 56, the drain region 57a, and the gate electrode 59.

【0022】ブランキング期間は、初期化期間と蓄積期
間の間に水平走査の折返しに必要な期間であり、この期
間を利用してキャリアポケット55から光発生電荷を掃
き出した状態での第2のソース電位を第2のラインメモ
リに記憶させる。この期間も、受光ダイオード111や
MOSトランジスタ112には上記読出期間と同様な電
圧が印加される。
The blanking period is a period necessary for turning back horizontal scanning between the initialization period and the accumulation period. The blanking period is the second period in which the photo-generated charges are swept out of the carrier pocket 55 by using this period. The source potential is stored in the second line memory. In this period, the same voltage as that in the above-described reading period is applied to the light receiving diode 111 and the MOS transistor 112.

【0023】次に、本発明の実施の形態に係るMOS型
イメージセンサのデバイス構造を断面図を用いて説明す
る。図2(a)は、図1のII−II線に沿う断面図に相当
する、本発明の実施の形態に係るMOS型イメージセン
サのデバイス構造について示す断面図である。図2
(b)は、半導体基板表面に沿うポテンシャルの様子を
示す図である。図3は図1のIII−III線に沿う断面図で
ある。
Next, the device structure of the MOS type image sensor according to the embodiment of the present invention will be described with reference to sectional views. FIG. 2A is a cross-sectional view corresponding to a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 1 and illustrating a device structure of the MOS image sensor according to the embodiment of the present invention. FIG.
(B) is a diagram showing a state of a potential along the surface of the semiconductor substrate. FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.

【0024】図2(a)に示すように、不純物濃度1×
1018cm-3以上のp型シリコンからなる基板51上に
不純物濃度1×1015cm-3程度のn型シリコンをエピ
タキシャル成長する。そして、選択的なイオン打ち込み
などにより、受光ダイオード111部に厚いn型層52
aを形成し、MOSトランジスタ112部に薄いn型層
52bを形成する。
As shown in FIG. 2A, the impurity concentration is 1 ×
N-type silicon having an impurity concentration of about 1 × 10 15 cm −3 is epitaxially grown on a substrate 51 made of p-type silicon of 10 18 cm −3 or more. Then, the thick n-type layer 52 is formed on the light receiving diode 111 by selective ion implantation or the like.
Then, a thin n-type layer 52b is formed in the MOS transistor 112.

【0025】このn型層52a,52bに受光ダイオー
ド111と光信号検出用MOSトランジスタ112とを
含む単位画素101が複数形成されている。そして、各
単位画素101を分離するように、隣接する単位画素1
01間のn型層52a,52b表面に、素子分離領域5
3が形成されている。素子分離領域53は、図2(a)
及び図3に示すように、拡散分離領域53から構成され
ている。拡散分離領域53は、ドレイン領域57と同じ
導電型を有し、ウエル領域54a,54bよりも深い導
電型不純物領域がドレイン領域57と接続して形成され
てなる。
A plurality of unit pixels 101 each including a light receiving diode 111 and an optical signal detecting MOS transistor 112 are formed on the n-type layers 52a and 52b. Then, adjacent unit pixels 1 are separated so that each unit pixel 101 is separated.
01 on the surface of the n-type layers 52a and 52b.
3 are formed. The element isolation region 53 is formed as shown in FIG.
As shown in FIG. 3 and FIG. The diffusion isolation region 53 has the same conductivity type as the drain region 57, and is formed by connecting a conductivity type impurity region deeper than the well regions 54a and 54b to the drain region 57.

【0026】次に、受光ダイオード111の詳細につい
て図2(a)及び図3により説明する。受光ダイオード
111は、n型層52aと、n型層52aの表層に形成
されたp型の第1のウェル領域54aと、第1のウェル
領域54aの表層からn型層52aの表層に延在するn
型の不純物領域57とで構成されている。なお、第1の
ウェル領域54a下のn型層52aは波長の長い光にも
有効に反応して光発生電荷を発生するように厚くしてあ
る。
Next, the details of the light receiving diode 111 will be described with reference to FIGS. The light-receiving diode 111 includes an n-type layer 52a, a p-type first well region 54a formed on the surface of the n-type layer 52a, and extends from the surface of the first well region 54a to the surface of the n-type layer 52a. Do n
And an impurity region 57 of a mold type. The n-type layer 52a under the first well region 54a is thickened so as to effectively react to light having a long wavelength and generate photo-generated charges.

【0027】不純物領域57は、光信号検出用MOSト
ランジスタ112のドレイン領域57aから延在し、ド
レイン領域57aと一体的に形成されている。上記説明
した蓄積期間において、不純物領域57はドレイン電圧
供給線61a,61b,・・・に接続されて正の電位に
バイアスされる。このとき、不純物領域57と第1のウ
エル領域54aとの境界面から空乏層が第1のウエル領
域54a全体に広がり、n型層52aに達する。一方、
基板51とn型層52aとの境界面から空乏層がn型層
52aに広がり、第1のウエル領域54aに達する。
The impurity region 57 extends from the drain region 57a of the MOS transistor 112 for detecting an optical signal and is formed integrally with the drain region 57a. In the storage period described above, the impurity region 57 is connected to the drain voltage supply lines 61a, 61b,... And is biased to a positive potential. At this time, the depletion layer extends from the boundary between the impurity region 57 and the first well region 54a to the entire first well region 54a and reaches the n-type layer 52a. on the other hand,
The depletion layer extends from the interface between the substrate 51 and the n-type layer 52a to the n-type layer 52a and reaches the first well region 54a.

【0028】第1のウエル領域54aやn型層52aは
MOSトランジスタ112のゲート領域54bと繋がっ
ているため、光発生ホールをMOSトランジスタ112
の閾値電圧変調用の電荷として有効に用いることができ
る。言い換えれば、第1のウエル領域54a及びn型層
52a全体が光によるキャリア発生領域となる。また、
上記の受光ダイオード111においては不純物領域57
の下に光によるキャリア発生領域が配置されているとい
う点で、受光ダイオード111は光発生ホールに対する
埋め込み構造を有している。従って、捕獲準位の多い半
導体層表面に影響されず、雑音の低減を図ることができ
る。
Since the first well region 54a and the n-type layer 52a are connected to the gate region 54b of the MOS transistor 112, the light generation holes
Can be effectively used as charges for threshold voltage modulation. In other words, the entire first well region 54a and the entire n-type layer 52a become a carrier generation region by light. Also,
In the light receiving diode 111 described above, the impurity region 57
The light-receiving diode 111 has a structure in which light-generating holes are buried in that a carrier generation region by light is disposed under the light-emitting diode. Accordingly, noise can be reduced without being affected by the surface of the semiconductor layer having many trap levels.

【0029】次に、光信号検出用MOSトランジスタ1
12の詳細について図2(a)により説明する。MOS
トランジスタ112部分は、下層から順に、p型の基板
51と、この基板51上のn型層52bと、このn型層
52b内に形成されたp型の第2のウエル領域54bと
を有している。なお、n型層52bは、初期化期間にそ
の上の第2のウエル領域54bに電界を有効に印加する
ため不純物濃度を高く、且つ薄くしてある。
Next, the optical signal detecting MOS transistor 1
Details of 12 will be described with reference to FIG. MOS
The transistor 112 has, in order from the bottom, a p-type substrate 51, an n-type layer 52b on the substrate 51, and a p-type second well region 54b formed in the n-type layer 52b. ing. The n-type layer 52b has a high impurity concentration and a low impurity concentration in order to effectively apply an electric field to the second well region 54b thereon during the initialization period.

【0030】このMOSトランジスタ112は、四角い
リング状で、かつ帯状のゲート電極59を有し、n型の
ソース領域56がその内周部の内側に、またn型のドレ
イン領域57aがその外周部の外側に設けられている。
n型のドレイン領域57aは延在して受光ダイオード1
11のn型の不純物領域57と一体的になっている。ま
た、ソース領域56にはソース電極(垂直出力線)60
a,60b,・・・が接続し、ドレイン領域57aには
ドレイン電極(VDD供給線)61a,61b,・・・
が接続している。
The MOS transistor 112 has a square ring-shaped and band-shaped gate electrode 59, an n-type source region 56 inside the inner periphery thereof, and an n-type drain region 57a outside the outer periphery thereof. Is provided on the outside.
The n-type drain region 57a extends to
11 and are integrated with the n-type impurity region 57. A source electrode (vertical output line) 60 is provided in the source region 56.
are connected to each other, and drain electrodes (VDD supply lines) 61a, 61b,.
Is connected.

【0031】ゲート電極59は、ドレイン領域57aと
ソース領域56の間の第2のウエル領域54b上にゲー
ト絶縁膜58を介して形成されている。ゲート電極59
下の第2のウエル領域54bの表層がチャネル領域とな
る。さらに、通常の動作電圧において、チャネル領域を
反転状態或いはデプレーション状態に保持するため、チ
ャネル領域に適当な濃度のn型不純物を導入してチャネ
ルドープ層54cを形成している。
The gate electrode 59 is formed on the second well region 54b between the drain region 57a and the source region 56 via a gate insulating film 58. Gate electrode 59
The surface layer of the lower second well region 54b becomes a channel region. Further, in order to keep the channel region in an inversion state or a depletion state at a normal operating voltage, an appropriate concentration of n-type impurity is introduced into the channel region to form a channel dope layer 54c.

【0032】ゲート電極59の下方のチャネル領域下、
ソース領域56の近くの第2のウエル領域54b内に、
チャネル長方向の一部領域であってチャネル幅方向全域
にわたって帯状のp+ 型のキャリアポケット(高濃度埋
込層)55が形成されている。このp+ 型のキャリアポ
ケット55は、例えばイオン注入法により形成すること
ができる。キャリアポケット55は表面に生じるチャネ
ル領域よりも下側の第2のウエル領域54b内に形成さ
れる。キャリアポケット55はチャネル領域にかからな
いように形成することが望ましい。
Below the channel region below the gate electrode 59,
In the second well region 54b near the source region 56,
A band-like p + -type carrier pocket (high-concentration buried layer) 55 is formed in a part of the region in the channel length direction and the entire region in the channel width direction. The p + type carrier pocket 55 can be formed by, for example, an ion implantation method. The carrier pocket 55 is formed in the second well region 54b below the channel region generated on the surface. It is desirable that the carrier pocket 55 be formed so as not to cover the channel region.

【0033】上記したp+ 型のキャリアポケット55で
は、キャリアポケット55周辺部のウエル領域54a、
54bに比べて不純物濃度を高くしているため、光発生
電荷のうち光発生ホールに対して、キャリアポケット5
5周辺部のポテンシャルに比べてキャリアポケット55
のポテンシャルが低くなる。これにより、光発生ホール
をこのキャリアポケット55に集めることができる。
In the p + type carrier pocket 55 described above, the well region 54a around the carrier pocket 55,
54b, the impurity concentration is higher than that of the carrier pocket 54b.
5 Carrier pocket 55 compared to peripheral potential
Has a lower potential. Thereby, the light generation holes can be collected in the carrier pocket 55.

【0034】図2(b)に光発生ホールがキャリアポケ
ット55に蓄積し、ソース側のチャネル領域に電子が誘
起されて反転領域が生じている状態のポテンシャル図を
示す。この蓄積電荷により、MOSトランジスタ112
の閾値電圧が変化する。従って、光信号の検出は、この
閾値電圧の変化を検出することにより行うことができ
る。
FIG. 2B is a potential diagram showing a state in which light-generating holes are accumulated in the carrier pocket 55 and electrons are induced in the source-side channel region to generate an inversion region. The MOS transistor 112
Threshold voltage changes. Therefore, the detection of the optical signal can be performed by detecting the change in the threshold voltage.

【0035】ところで、上記したキャリアの掃出期間に
おいては、ゲート電極59に高い電圧を印加し、それに
よって生じる電界によって第2のウエル領域54bに残
るキャリアを基板51側に掃き出している。この場合、
印加した電圧によって、チャネル領域のチャネルドープ
層54cと第2のウエル領域54bとの境界面から空乏
層が第2のウエル領域54bに広がり、また、p型の基
板51とn型層52bとの境界面から空乏層が第2のウ
エル領域54bの下のn型層52bに広がる。従って、
ゲート電極59に印加した電圧による電界の及ぶ範囲
は、主として第2のウエル領域54b及び第2のウエル
領域54bの下のn型層52bにわたる。
By the way, in the above-described carrier sweeping period, a high voltage is applied to the gate electrode 59, and the electric field generated thereby sweeps out the carriers remaining in the second well region 54b to the substrate 51 side. in this case,
By the applied voltage, the depletion layer spreads from the boundary between the channel dope layer 54c in the channel region and the second well region 54b to the second well region 54b, and the p-type substrate 51 and the n-type layer 52b The depletion layer spreads from the interface to the n-type layer 52b below the second well region 54b. Therefore,
The range of the electric field affected by the voltage applied to the gate electrode 59 mainly covers the second well region 54b and the n-type layer 52b below the second well region 54b.

【0036】次に、図1及び図2に示す構成と異なる他
の構成について説明する。図4は、図1に示す構造と異
なる他の構造を示す平面図であり、図5は図4のIV−
IV線に沿う断面図である。図1に示す構造に対して、
VSCAN供給線59a,59b,・・・と並行して延
びるVDD供給線61a,61b,・・・をドレイン領
域57aや不純物領域57と接続した拡散分離領域53
上方に新たに設け、各単位画素101のドレイン領域5
7aと接続していることを特徴としている。なお、図
4、5中、図1、2に示す符号と同じものは図1、2と
同じものを示すので、説明を省略する。
Next, another configuration different from the configurations shown in FIGS. 1 and 2 will be described. FIG. 4 is a plan view showing another structure different from the structure shown in FIG. 1, and FIG.
It is sectional drawing which follows the IV line. For the structure shown in FIG.
, Which extend in parallel with the VSCAN supply lines 59a, 59b,...
The drain region 5 of each unit pixel 101 is newly provided above.
7a. 4 and 5, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 and 2 denote the same components as those in FIGS.

【0037】図4、5に示すような構造とすることで、
単位画素101間のドレイン電圧の電位差を最小にし
て、固体撮像装置の動作を均一にすることができる。以
上のように、この発明の第1の実施の形態によれば、隣
接する単位画素101の分離をLOCOS法による絶縁
膜を用いずに拡散分離領域53のみで行っているので、
バーズビークなどの余計な領域を取らず、単位画素10
1を微細化することができる。
By adopting a structure as shown in FIGS.
The operation of the solid-state imaging device can be made uniform by minimizing the potential difference of the drain voltage between the unit pixels 101. As described above, according to the first embodiment of the present invention, the adjacent unit pixels 101 are separated only by the diffusion separation region 53 without using the insulating film by the LOCOS method.
No extra area such as bird's beak is taken, and unit pixel 10
1 can be miniaturized.

【0038】(第2の実施の形態)図6は、本発明の第
2の実施の形態に係るMOS型イメージセンサの単位画
素内における素子レイアウトについて示す平面図であ
る。第1の実施の形態と異なるところは、光信号検出用
の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(MOSトランジ
スタ)112のゲート電極59の外周部の平面形状が8
角形状を有している点である。ドレイン領域57aと同
じ導電型を有する拡散分離領域(素子分離領域)53が
一連なりとなっており、第1及び第2のウエル領域54
a,54bより深く形成された拡散分離領域53によっ
て単位画素101が囲まれていることは第1の実施の形
態と同じである。なお、図6中、中央部の単位画素10
1の周辺部においてのみ、素子分離領域53と第1のウ
エル領域54a及び不純物領域57との境界、素子分離
領域53と第2のウエル領域54b及びドレイン領域5
7aとの境界を点線で示し、他の部分の単位画素101
の周辺部については省略している。
(Second Embodiment) FIG. 6 is a plan view showing an element layout in a unit pixel of a MOS image sensor according to a second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that the planar shape of the outer periphery of the gate electrode 59 of the insulated gate field effect transistor (MOS transistor) 112 for detecting an optical signal is 8
This is a point having a square shape. A diffusion isolation region (element isolation region) 53 having the same conductivity type as the drain region 57a is formed in a series, and the first and second well regions 54 are formed.
As in the first embodiment, the unit pixel 101 is surrounded by the diffusion isolation region 53 formed deeper than a and 54b. In FIG. 6, the unit pixel 10 at the center is shown.
1, the boundary between the element isolation region 53 and the first well region 54a and the impurity region 57, the element isolation region 53 and the second well region 54b, and the drain region 5
7a is indicated by a dotted line, and the unit pixel 101 in another portion is indicated.
Are omitted from the illustration.

【0039】図6において、隣接する単位画素101間
で8角形状のゲート電極59の一辺が対向するように単
位画素101が配列されている。受光ダイオード111
は8角形状のゲート電極59の並びのちょうど斜め隣接
方向の空間に、かつ8角形の一辺に隣接して設けられて
いる。垂直出力線60a,60b,60c,・・・とV
SCAN供給線59a,59b,59c,・・・とは、
互いに交差する方向に延びている。なお、図6中、図1
に示す符号と同じものは図1と同じものを示し、その説
明を省略する。
In FIG. 6, the unit pixels 101 are arranged so that one side of the octagonal gate electrode 59 is opposed between adjacent unit pixels 101. Light receiving diode 111
Are provided in a space in the diagonally adjacent direction in which the octagonal gate electrodes 59 are arranged and adjacent to one side of the octagon. The vertical output lines 60a, 60b, 60c,.
The SCAN supply lines 59a, 59b, 59c,...
They extend in directions that intersect each other. In FIG. 6, FIG.
1 are the same as those shown in FIG. 1 and the description thereof is omitted.

【0040】図7は図6のIV−IV線に沿う断面図で
ある。図7に示すように、その断面の構造は図2とほぼ
同じ構造を有する。なお、図7中、図2に示す符号と同
じものは図2と同じものを示し、その説明を省略する。
この発明の第2の実施の形態によっても、第1の実施の
形態と同様な効果を有する。
FIG. 7 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG. As shown in FIG. 7, the cross-sectional structure has substantially the same structure as FIG. 7, the same reference numerals as those shown in FIG. 2 denote the same components as those in FIG. 2, and a description thereof will be omitted.
According to the second embodiment of the present invention, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

【0041】次に、図6及び図7に示す構成と異なる他
の構成について説明する。図8は、図6に示す周縁が8
角形状を有するゲート電極構造の他の構成を示す平面図
であり、図9は図8のV−V線に沿う断面図である。図
6に示す周縁が8角形状を有するゲート電極構造に対し
て、VSCAN供給線59a,59b,59c,・・・
に並行して延びるVDD供給線61a,61b,・・・
をドレイン領域57aと接続した拡散分離領域53上方
に新たに設け、各単位画素101のドレイン領域57a
と接続していることを特徴としている。なお、図8、9
中、図6、7に示す符号と同じものは図6、7と同じも
のを示す。
Next, another configuration different from the configurations shown in FIGS. 6 and 7 will be described. FIG. 8 shows that the periphery shown in FIG.
FIG. 9 is a plan view showing another configuration of the gate electrode structure having a square shape, and FIG. 9 is a cross-sectional view along the line V-V in FIG. 8. The VSCAN supply lines 59a, 59b, 59c,... Are different from the gate electrode structure shown in FIG.
, VDD supply lines 61a, 61b,.
Is newly provided above the diffusion isolation region 53 connected to the drain region 57a, and the drain region 57a of each unit pixel 101 is provided.
It is characterized by being connected to. 8 and 9
6 and 7 indicate the same components as those in FIGS.

【0042】図8、9中においても、図6と同様に、中
央部の単位画素101の周辺部においてのみ、素子分離
領域53と第1のウエル領域54a及び不純物領域57
との境界、素子分離領域53と第2のウエル領域54b
及びドレイン領域57aとの境界を点線で示し、他の部
分の単位画素101の周辺部については省略している。
8 and 9, similarly to FIG. 6, the element isolation region 53, the first well region 54a, and the impurity region 57 are provided only in the peripheral portion of the unit pixel 101 in the central portion.
, The element isolation region 53 and the second well region 54b
The boundary with the drain region 57a is indicated by a dotted line, and the other portions around the unit pixel 101 are omitted.

【0043】図8、9に示すような構造とすることで、
第1の実施の形態の図4の場合と同様に、単位画素10
1間のドレイン電圧の電位差を最小にして、固体撮像装
置の動作を均一にすることができる。なお、上記ではゲ
ート電極の外周部の形状を8角形状としているが、その
形状を4辺以上の辺を有する4角形以上の多角形状とし
てもよい。
With the structure shown in FIGS. 8 and 9,
As in the case of FIG. 4 of the first embodiment, the unit pixel 10
The operation of the solid-state imaging device can be made uniform by minimizing the potential difference of the drain voltage between the two. In the above description, the shape of the outer peripheral portion of the gate electrode is an octagon, but the shape may be a polygon of four or more sides having four or more sides.

【0044】(第3の実施の形態)次に、図10を参照
して上記の構造の単位画素を用いたMOS型イメージセ
ンサの全体の構成について説明する。図10は、本発明
の第3の実施の形態におけるMOS型イメージセンサの
回路構成図を示す。図10に示すように、このMOS型
イメージセンサは、2次元アレーセンサの構成を採って
おり、上記した第1及び第2の実施の形態で説明した構
造の単位画素101が列方向及び行方向にマトリクス状
に配列されている。
(Third Embodiment) Next, an overall configuration of a MOS image sensor using unit pixels having the above structure will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows a circuit configuration diagram of a MOS image sensor according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, this MOS image sensor has a two-dimensional array sensor configuration, and the unit pixel 101 having the structure described in the first and second embodiments is arranged in the column direction and the row direction. Are arranged in a matrix.

【0045】また、垂直走査信号(VSCAN)の駆動
走査回路102及びドレイン電圧(VDD)の駆動走査
回路103が画素領域を挟んでその左右に配置されてい
る。垂直走査信号供給線(VSCAN供給線)59a,
59b,・・・は垂直走査信号の駆動走査回路102か
ら行毎に一つずつでている。各垂直走査信号供給線59
a,59b,・・・は、行方向に並ぶ全ての単位画素1
01内のMOSトランジスタ112のゲート電極59に
接続されている。
A drive scanning circuit 102 for the vertical scanning signal (VSCAN) and a drive scanning circuit 103 for the drain voltage (VDD) are arranged on the left and right sides of the pixel region. Vertical scanning signal supply lines (VSCAN supply lines) 59a,
.. Are provided one by one from the drive scanning circuit 102 of the vertical scanning signal for each row. Each vertical scanning signal supply line 59
a, 59b,... represent all the unit pixels 1 arranged in the row direction.
01 is connected to the gate electrode 59 of the MOS transistor 112.

【0046】また、ドレイン電圧供給線(VDD供給
線)61a,61b,・・・はドレイン電圧(VDD)
の駆動走査回路103から行毎に一つずつでている。各
ドレイン電圧供給線61a,61b,・・・は、行方向
に並ぶ全ての単位画素101内の光信号検出用MOSト
ランジスタ112のドレイン領域57aに接続されてい
る。
The drain voltage supply lines (VDD supply lines) 61a, 61b,...
, One for each row. The drain voltage supply lines 61a, 61b,... Are connected to the drain regions 57a of the optical signal detection MOS transistors 112 in all the unit pixels 101 arranged in the row direction.

【0047】また、垂直出力線60a,60b,・・・
が列毎に一つずつ出ており、各垂直出力線60a,60
b,・・・は列方向に並ぶ全ての単位画素101内のM
OSトランジスタ112のソース領域56にそれぞれ接
続されている。また、MOSトランジスタ112のソー
ス領域56は列毎に昇圧電圧供給線73a,73b,・
・・を通して昇圧走査回路108と接続している。キャ
リアポケット55内、第1及び第2のウエル領域54
a、54b内に残る電荷を排出するための高電圧を供給
する。
The vertical output lines 60a, 60b,.
Are output one by one per column, and each vertical output line 60a, 60
b,... are M in all the unit pixels 101 arranged in the column direction.
Each is connected to the source region 56 of the OS transistor 112. The source region 56 of the MOS transistor 112 is connected to the boosted voltage supply lines 73a, 73b,.
Are connected to the step-up scanning circuit 108 through. First and second well regions 54 in carrier pocket 55
a, a high voltage for discharging the charges remaining in 54b is supplied.

【0048】さらに、MOSトランジスタ112のソー
ス領域56は列毎に垂直出力線60a,60b,・・・
を通して信号出力回路105と接続している。そして、
ソース領域56は信号出力回路105内の図示しないキ
ャパシタからなる対の第1及び第2のラインメモリと接
続している。第1のラインメモリにはキャリアポケット
55に光発生電荷が蓄積されているときの第1のソース
電位を記憶させ、かつ第2のラインメモリにはキャリア
ポケット55から光発生電荷を排出した後の第2のソー
ス電位を記憶させる。そして、図示しない差動増幅器等
を通して第1及び第2のソース電位の差の電圧を光信号
として出力する。なお、この実施の形態ではソース領域
56に定電流源などの能動負荷を接続していない。
Further, the source region 56 of the MOS transistor 112 has vertical output lines 60a, 60b,.
To the signal output circuit 105. And
The source region 56 is connected to a pair of first and second line memories including a capacitor (not shown) in the signal output circuit 105. The first line memory stores a first source potential when the photo-generated charges are accumulated in the carrier pocket 55, and the second line memory stores the photo-generated charges after the photo-generated charges are discharged from the carrier pocket 55. The second source potential is stored. Then, a voltage having a difference between the first and second source potentials is output as an optical signal through a differential amplifier or the like (not shown). In this embodiment, an active load such as a constant current source is not connected to the source region 56.

【0049】水平走査信号(HSCAN)供給線72
a、72bは水平走査信号(HSCAN)入力走査回路
104から列毎に一つずつ出ている。各水平走査信号
(HSCAN)供給線72a、72bは信号出力回路1
05と接続されている。水平走査信号(HSCAN)入
力走査回路104は各水平走査信号(HSCAN)供給
線72a、72bを通して信号出力回路105内に水平
走査信号を供給し、光信号を出力するタイミングを制御
する。
Horizontal scan signal (HSCAN) supply line 72
a and 72b are output one by one from the horizontal scanning signal (HSCAN) input scanning circuit 104 for each column. Each horizontal scanning signal (HSCAN) supply line 72a, 72b is a signal output circuit 1
05. The horizontal scanning signal (HSCAN) input scanning circuit 104 supplies a horizontal scanning signal to the signal output circuit 105 through each horizontal scanning signal (HSCAN) supply line 72a, 72b, and controls the timing of outputting an optical signal.

【0050】垂直走査信号(VSCAN)及び水平走査
信号(HSCAN)により、遂次、各単位画素101の
MOSトランジスタ112を駆動して光の入射量に比例
した、残留電荷によるノイズ成分を含まない映像信号
(Vout )が信号出力回路105から読み出される。図
11は、本発明に係るMOS型イメージセンサを動作さ
せるための各入出力信号のタイミングチャートを示す。
In accordance with the vertical scanning signal (VSCAN) and the horizontal scanning signal (HSCAN), the MOS transistor 112 of each unit pixel 101 is successively driven to produce an image free from noise components due to residual charges, which is proportional to the amount of incident light. The signal (Vout) is read from the signal output circuit 105. FIG. 11 shows a timing chart of each input / output signal for operating the MOS image sensor according to the present invention.

【0051】この場合、p型の第1及び第2のウエル領
域54a,54bを用い、かつ光信号検出用MOSトラ
ンジスタ112がnMOSの場合に適用する。次に、図
11にしたがって、一連の連続した固体撮像素子の光検
出動作を簡単に説明する。光検出動作は、前記したよう
に、蓄積期間−読出期間−初期化期間(掃出期間)−ブ
ランキング期間からなる一連の過程を繰り返し行う。こ
こでは、都合上、蓄積期間から説明を始める。
In this case, the present invention is applied to the case where the p-type first and second well regions 54a and 54b are used and the optical signal detecting MOS transistor 112 is an nMOS. Next, the light detection operation of a series of solid-state imaging devices will be briefly described with reference to FIG. As described above, the light detection operation repeatedly performs a series of processes including an accumulation period, a readout period, an initialization period (sweep period), and a blanking period. Here, for convenience, the description starts from the accumulation period.

【0052】まず、蓄積期間において、光信号検出用M
OSトランジスタ112のドレイン領域57a及びソー
ス領域56に接地電位よりも高く、かつドレイン領域5
7a及びソース領域56と第2のウエル領域54bとで
形成されたpn接合が逆バイアスされるように、ドレイ
ン領域57aに電圧、例えば約1.6V(Vpd)を印
加するとともに、ソース領域56を高インピーダンスの
状態、例えば外部回路から切り放した状態に保持する。
また、ゲート電極59にドレイン電位及びソース電位に
対してチャネル領域が空乏化せず、十分な電子密度を持
って電子が蓄積されるようなゲート電圧、例えば2.2
Vを印加する。これにより、チャネル領域には十分な電
子密度の電子が蓄積され、ソース領域56はドレイン領
域57aとチャネル領域を通して繋がり、ソース領域5
6にはドレイン領域57aの電圧と同じ電圧約1.6V
(Vps)が印加される。
First, during the accumulation period, the optical signal detection M
The drain region 57a and the source region 56 of the OS transistor 112 are higher than the ground potential and the drain region 5
A voltage, for example, about 1.6 V (Vpd) is applied to the drain region 57a so that the pn junction formed by the source region 7a and the source region 56 and the second well region 54b is reverse-biased, and the source region 56 is It is maintained in a high impedance state, for example, a state cut off from an external circuit.
In addition, a gate voltage at which a channel region is not depleted with respect to a drain potential and a source potential in the gate electrode 59 and electrons are accumulated with a sufficient electron density, for example, 2.2.
V is applied. Thus, electrons having a sufficient electron density are accumulated in the channel region, the source region 56 is connected to the drain region 57a through the channel region, and the source region 5
6 has a voltage of about 1.6 V, which is the same as the voltage of the drain region 57a.
(Vps) is applied.

【0053】このとき、第1のウエル領域54a、第2
のウエル領域54b及びn型層52a,52b内が空乏
化する。そして、第1及び第2のウエル領域54a、5
4b内にはキャリアポケット55とその周辺部のウエル
領域54a、54bとの間の不純物濃度の差によりキャ
リアポケット55に向かう電界が生じる。続いて、受光
ダイオード111に光を照射して、電子−正孔対(光発
生電荷)を発生させる。
At this time, the first well region 54a and the second well
In the well region 54b and the n-type layers 52a and 52b. Then, the first and second well regions 54a, 5a
An electric field directed toward the carrier pocket 55 is generated in the carrier pocket 55 due to a difference in impurity concentration between the carrier pocket 55 and the well regions 54a and 54b around the carrier pocket 55. Subsequently, the light receiving diode 111 is irradiated with light to generate electron-hole pairs (photo-generated charges).

【0054】上記電界によりこの光発生電荷のうち光発
生ホールが光信号検出用MOSトランジスタ112のゲ
ート領域54bに注入され、かつキャリアポケット55
に蓄積される。これにより、チャネル領域からその下の
ゲート領域54bに広がる空乏層幅が制限されるととも
に、そのソース領域56付近のポテンシャルが変調され
て、MOSトランジスタ112の閾値電圧が変化する。
Due to the electric field, light-generating holes of the light-generated charges are injected into the gate region 54 b of the MOS transistor 112 for detecting a light signal, and the carrier pocket 55
Is accumulated in Thus, the width of the depletion layer extending from the channel region to the gate region 54b thereunder is limited, and the potential near the source region 56 is modulated, so that the threshold voltage of the MOS transistor 112 changes.

【0055】蓄積期間において、チャネル領域を反転さ
せて十分な電子を蓄積させることによりゲート絶縁膜5
8とチャネル領域の界面での界面準位の正孔発生中心は
非活性化されて、界面準位からの正孔の放出、即ちリー
ク電流が抑制される。これにより、光発生電荷以外の正
孔のキャリアポケット55への蓄積が抑制され、映像画
面において所謂白キズの発生を防止することができる。
In the accumulation period, the channel region is inverted so that sufficient electrons are accumulated, so that the gate insulating film 5 is formed.
The hole generation center of the interface state at the interface between the channel 8 and the channel region is inactivated, and the emission of holes from the interface state, that is, the leak current is suppressed. Thereby, accumulation of holes other than the photo-generated charges in the carrier pocket 55 is suppressed, and so-called white flaws can be prevented from occurring on the video screen.

【0056】なお、蓄積期間において、前の期間に第1
及び第2のラインメモリに記憶されたソース電位の差の
電圧が映像信号出力端子107に出力されるが、この動
作に関してはブランキング期間の後に説明することにす
る。次に、読出期間の開始時の期間において、VSCA
N駆動走査回路102の出力(Vpg)を接地電位(M
OSトランジスタ112のゲート電位となる)とする。
一方、VDD供給線61a,61b,・・・は凡そ3.
3Vに保たれている。
In the accumulation period, the first period
And the voltage of the difference between the source potentials stored in the second line memory is output to the video signal output terminal 107. This operation will be described after the blanking period. Next, in the period at the start of the reading period, VSCA
The output (Vpg) of the N drive scanning circuit 102 is connected to the ground potential (M
(It becomes the gate potential of the OS transistor 112).
On the other hand, the VDD supply lines 61a, 61b,.
It is kept at 3V.

【0057】次に、読出期間の開始時の期間終了後の期
間において、VSCAN駆動走査回路102の出力(V
pg)を凡そ2.2V(MOSトランジスタ112のゲ
ート電位となる)とする。一方、VDD供給線61a,
61b,・・・は凡そ3.3V(MOSトランジスタ1
12のドレイン電位となる)に保たれている。即ち、ゲ
ート電極59にMOSトランジスタ112が飽和状態で
動作しうる約2.2Vのゲート電圧(Vpg)を印加
し、ドレイン領域57aにMOSトランジスタ112が
動作しうる約3.3Vの電圧(Vpd)を印加する。こ
れにより、キャリアポケット55上方のチャネル領域の
一部に低電界の反転領域が形成され、チャネル領域の残
りの部分に高電界領域が形成される。このとき、MOS
トランジスタ112のドレイン電圧−電流特性は飽和特
性を示す。
Next, in the period after the end of the readout period, the output of the VSCAN drive scanning circuit 102 (V
pg) is approximately 2.2 V (becomes the gate potential of the MOS transistor 112). On the other hand, the VDD supply lines 61a,
61b are approximately 3.3 V (MOS transistor 1
12 drain potential). That is, a gate voltage (Vpg) of about 2.2 V at which the MOS transistor 112 can operate in a saturated state is applied to the gate electrode 59, and a voltage (Vpd) of about 3.3 V at which the MOS transistor 112 can operate at the drain region 57a. Is applied. Thus, a low electric field inversion region is formed in a part of the channel region above the carrier pocket 55, and a high electric field region is formed in the remaining part of the channel region. At this time, MOS
The drain voltage-current characteristics of the transistor 112 show saturation characteristics.

【0058】これにより、第1のラインメモリが充電さ
れていき、充電が完了したところで、第1のラインメモ
リに光変調された閾値電圧(ソース電位VoutS)が記憶
される。この閾値電圧には光発生電荷のみによる電圧の
他に光発生電荷によらない電荷に起因した電圧(即ち雑
音電圧(VoutN)と称する。)も含んでいる。次に、初
期化動作に移る。初期化動作においては、キャリアポケ
ット55内、第1及び第2のウエル領域54a,54b
内に残る電荷を排出する。即ち、昇圧走査回路108か
らソース領域56に高電圧凡そ5Vを印加する。これに
より、ソースの電位(Vps)が凡そ5Vとなるととも
に、ゲート絶縁膜58を通してゲート電極59にその電
圧が印加されて、ゲート電極59の電位(Vpg)が凡
そ5〜6Vにステップアップする。そして、ドレインの
電位(Vpd)も凡そ5Vとなる。
As a result, the first line memory is charged, and when the charging is completed, the threshold voltage (source potential VoutS) light-modulated is stored in the first line memory. The threshold voltage includes not only the voltage due to the photo-generated charges but also the voltage due to the charges not due to the photo-generated charges (that is, a noise voltage (VoutN)). Next, the process proceeds to an initialization operation. In the initialization operation, the inside of the carrier pocket 55, the first and second well regions 54a, 54b
Drain the charge remaining inside. That is, a high voltage of approximately 5 V is applied from the boosting scanning circuit 108 to the source region 56. As a result, the source potential (Vps) becomes approximately 5 V, and the voltage is applied to the gate electrode 59 through the gate insulating film 58, so that the potential (Vpg) of the gate electrode 59 is stepped up to approximately 5 to 6V. Then, the potential (Vpd) of the drain also becomes approximately 5V.

【0059】このとき、ゲート電極59に印加した電圧
は第2のウエル領域54b及び第2のウエル領域54b
の下のn型層52bにかかる。このとき発生する高電界
により第2のウエル領域54bから確実にキャリアを掃
き出すことができる。キャリアポケット55に蓄積され
た光発生電荷を排出した後、蓄積期間の前のブランキン
グ期間の開始時の期間において、VSCAN駆動走査回
路102の出力(Vpg)を接地電位(MOSトランジ
スタ112のゲート電位となる)とし、同時にVDD駆
動走査回路103の出力(Vpd)を3.3V(MOS
トランジスタ112のドレイン電位となる)とする。
At this time, the voltage applied to the gate electrode 59 depends on the second well region 54b and the second well region 54b.
Over the n-type layer 52b below. Carriers can be reliably swept out of the second well region 54b by the high electric field generated at this time. After discharging the photo-generated charges accumulated in the carrier pocket 55, the output (Vpg) of the VSCAN drive scanning circuit 102 is changed to the ground potential (the gate potential of the MOS transistor 112) during the blanking period before the accumulation period. And at the same time, the output (Vpd) of the VDD drive scanning circuit 103 is 3.3 V (MOS
The drain potential of the transistor 112).

【0060】次に、ブランキング期間の開始時の期間終
了後の期間において、VSCAN駆動走査回路102の
出力(Vpg)を凡そ2.2V(MOSトランジスタ1
12のゲート電位となる)とする。一方、VDD供給線
61a,61b,・・・は凡そ3.3Vに保たれてい
る。これにより、キャリアポケット55上方のチャネル
領域の一部に低電界の反転領域が形成され、チャネル領
域の残りの部分に高電界領域が形成される。このとき、
MOSトランジスタ112のソースにドレイン電流が流
れて、ドレイン電圧−電流特性は閾値電圧に従って飽和
特性を示す。これにより、第2のラインメモリが充電さ
れていき、充電が完了したところで、第2のラインメモ
リに光発生電荷によらない残留電荷に起因した雑音電圧
(VoutN)が記憶される。
Next, during the period after the end of the period at the start of the blanking period, the output (Vpg) of the VSCAN drive scanning circuit 102 is set to about 2.2 V (the MOS transistor 1).
12 gate potential). On the other hand, the VDD supply lines 61a, 61b,... Are maintained at about 3.3V. Thus, a low electric field inversion region is formed in a part of the channel region above the carrier pocket 55, and a high electric field region is formed in the remaining part of the channel region. At this time,
A drain current flows to the source of the MOS transistor 112, and the drain voltage-current characteristic shows a saturation characteristic according to the threshold voltage. As a result, the second line memory is charged, and when the charging is completed, the noise voltage (VoutN) due to the residual charge not due to the photo-generated charge is stored in the second line memory.

【0061】次いで、蓄積期間に戻るが、このときに蓄
積動作を行うとともに、第1及び第2のラインメモリに
記憶されているソース電位VoutS、VoutNの差の電圧を
出力する動作を行う。このとき、出力のタイミングはH
SCAN入力走査回路104からの水平走査信号により
制御される。このようにして、光照射量に比例した映像
信号(Vout=VoutS−VoutN)を取り出すことができ
る。
Next, returning to the accumulation period, the accumulation operation is performed at this time, and the operation of outputting the voltage of the difference between the source potentials VoutS and VoutN stored in the first and second line memories is performed. At this time, the output timing is H
It is controlled by a horizontal scanning signal from the SCAN input scanning circuit 104. In this way, a video signal (Vout = VoutS-VoutN) proportional to the light irradiation amount can be extracted.

【0062】以上のように、この発明の第3の実施の形
態によれば、蓄積動作−読出動作−初期化動作(掃出動
作)の一連の過程において、光発生ホールが移動すると
きに、半導体表面やチャネル領域内の雑音源と相互作用
しない理想的な光電変換機構を実現することができる。
以上、実施の形態によりこの発明を詳細に説明したが、
この発明の範囲は上記実施の形態に具体的に示した例に
限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範
囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲に含まれ
る。
As described above, according to the third embodiment of the present invention, when the light-generating hole moves in a series of steps of the accumulation operation, the read operation, and the initialization operation (sweep operation), An ideal photoelectric conversion mechanism that does not interact with a noise source in a semiconductor surface or in a channel region can be realized.
The present invention has been described in detail by the embodiment.
The scope of the present invention is not limited to the examples specifically shown in the above embodiments, and modifications of the above embodiments that do not depart from the gist of the present invention are included in the scope of the present invention.

【0063】例えば、上記の実施の形態では、蓄積期間
においてチャネル領域の反転状態を形成するために、特
に、ドレイン領域57a及びソース領域56と第2のウ
エル領域54bとで形成されたpn接合が逆バイアスさ
れるように、ドレイン領域57a及びソース領域56に
電圧を印加しているが、場合により、ドレイン領域57
a及びソース領域56に接地電圧を印加してもよい。
For example, in the above embodiment, in order to form the inversion state of the channel region during the accumulation period, the pn junction formed by the drain region 57a and the source region 56 and the second well region 54b is particularly formed. A voltage is applied to the drain region 57a and the source region 56 so as to be reverse-biased.
A ground voltage may be applied to a and the source region 56.

【0064】また、信号出力回路内でソース領域56に
入力キャパシタからなるラインメモリを接続している
が、ラインメモリに並列に定電流源を接続し、ソースフ
ォロワ接続としてもよい。この場合、スイッチトキャパ
シタ回路を設けなくてもよい。また、p型の基板51上
のn型層52a,52b内に第1及び第2のウエル領域
54a、54bを形成しているが、n型層52a,52
bの代わりに、p型のエピタキシャル層にn型不純物を
導入してn型層を形成し、このn型層内に第1及び第2
のウエル領域54a、54bを形成してもよい。
Although a line memory composed of an input capacitor is connected to the source region 56 in the signal output circuit, a constant current source may be connected in parallel with the line memory, and a source follower connection may be used. In this case, the switched capacitor circuit need not be provided. Although the first and second well regions 54a and 54b are formed in the n-type layers 52a and 52b on the p-type substrate 51, the n-type layers 52a and 52b are formed.
Instead of b, an n-type impurity is introduced into the p-type epitaxial layer to form an n-type layer, and the first and second layers are formed in the n-type layer.
Well regions 54a and 54b may be formed.

【0065】さらに、この発明が適用される固体撮像素
子の構造として種々の変形例が考えられるが、ゲート電
極の周縁の形状等他の構造はどうであれ、受光ダイオー
ド111と光信号検出用のMOSトランジスタ112と
が隣接して単位画素101を構成し、かつその単位画素
101がドレイン領域57aと同じ導電型を有する拡散
分離領域53が一連なりとなっている素子分離領域53
によって囲まれていればよい。
Further, various modifications are conceivable as the structure of the solid-state image pickup device to which the present invention is applied. An element isolation region 53 in which a unit pixel 101 is formed adjacent to the MOS transistor 112 and the unit pixel 101 is a series of diffusion isolation regions 53 having the same conductivity type as the drain region 57a.
It just needs to be surrounded by.

【0066】さらに、p型の基板51を用いているが、
代わりにn型の基板を用いてもよい。この場合、上記実
施の形態と同様な効果を得るためには、上記実施の形態
等で説明した各層及び各領域の導電型をすべて逆転させ
ればよい。この場合、キャリアポケット55に蓄積すべ
きキャリアは電子及び正孔のうち電子である。
Further, although the p-type substrate 51 is used,
Instead, an n-type substrate may be used. In this case, in order to obtain the same effect as in the above embodiment, the conductivity type of each layer and each region described in the above embodiment and the like may be all reversed. In this case, carriers to be accumulated in the carrier pocket 55 are electrons out of electrons and holes.

【0067】[0067]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、隣接す
る単位画素を分離する素子分離領域が、LOCOS法に
よる分離絶縁膜を用いずに素子分離を拡散分離領域のみ
で行っているので、LOCOS法に必要な余計な領域を
取らず、単位画素を微細化することができる。
As described above, according to the present invention, the element isolation region for separating adjacent unit pixels performs element isolation only in the diffusion isolation region without using an isolation insulating film by the LOCOS method. The unit pixel can be miniaturized without taking an unnecessary area necessary for the LOCOS method.

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

【図1】この発明の第1の実施の形態に係る固体撮像装
置に用いられる固体撮像素子の単位画素内の素子レイア
ウトを示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing an element layout in a unit pixel of a solid-state imaging device used in a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)は、同じく、図1のII−II線に沿う断面
図である。(b)は、光発生ホールがキャリアポケット
に蓄積し、チャネル領域に電子が誘起されて反転領域が
生じている状態のポテンシャルの様子を示す図である。
FIG. 2A is a cross-sectional view along the line II-II in FIG. (B) is a diagram showing a state of potential in a state where light generation holes are accumulated in a carrier pocket and electrons are induced in a channel region to generate an inversion region.

【図3】同じく、図1のIII−III線に沿う断面図であ
る。
FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III of FIG. 1;

【図4】この発明の第1の実施の形態に係る他の固体撮
像装置に用いられる固体撮像素子の単位画素内の素子レ
イアウトを示す平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing an element layout in a unit pixel of a solid-state imaging device used in another solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】同じく、図4のIV−IV線に沿う断面図である。5 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG.

【図6】この発明の第2の実施の形態に係る固体撮像装
置に用いられる固体撮像素子の単位画素内の素子レイア
ウトを示す平面図である。
FIG. 6 is a plan view showing an element layout in a unit pixel of a solid-state imaging device used in a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】同じく、図6のV−V線に沿う断面図である。7 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 6;

【図8】この発明の第2の実施の形態に係る他の固体撮
像装置に用いられる固体撮像素子の単位画素内の素子レ
イアウトを示す平面図である。
FIG. 8 is a plan view showing an element layout in a unit pixel of a solid-state imaging device used in another solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention.

【図9】同じく図8のVI−VI線に沿う断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI of FIG.

【図10】この発明の固体撮像素子を有する固体撮像装
置の全体の回路構成を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing the overall circuit configuration of a solid-state imaging device having the solid-state imaging device of the present invention.

【図11】この発明の実施の形態に係る固体撮像装置の
駆動方法について示すタイミングチャートである。
FIG. 11 is a timing chart illustrating a driving method of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention;

【図12】従来例に係る固体撮像装置に用いられる固体
撮像素子の単位画素内の素子レイアウトを示す平面図で
ある。
FIG. 12 is a plan view showing an element layout in a unit pixel of a solid-state imaging device used in a solid-state imaging device according to a conventional example.

【図13】同じく、図12のI−I線に沿う断面図であ
る。
13 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

53 拡散分離領域(素子分離領域) 54a 第1のウエル領域 54b 第2のウエル領域 54c チャネルドープ層 55 キャリアポケット(高濃度埋込層) 56 ソース領域 57 不純物領域 57a ドレイン領域 58 ゲート絶縁膜 59 ゲート電極 59a、59b,59c VSCAN供給線 60a、60b,60c 垂直出力線 61a、61b VDD供給線 71 水平出力線 72a、72b HSCAN供給線 73a、73b 昇圧電圧供給線 101 単位画素 102 VSCAN駆動走査回路 103 VDD駆動走査回路 104 HSCAN入力走査回路 105 信号出力回路 107 映像信号出力端子 108 昇圧走査回路 111 受光ダイオード 112 光信号検出用絶縁ゲート型電界効果トランジス
タ(光信号検出用MOSトランジスタ)
53 Diffusion separation region (element separation region) 54a First well region 54b Second well region 54c Channel dope layer 55 Carrier pocket (high concentration buried layer) 56 Source region 57 Impurity region 57a Drain region 58 Gate insulating film 59 Gate Electrodes 59a, 59b, 59c VSCAN supply line 60a, 60b, 60c Vertical output line 61a, 61b VDD supply line 71 Horizontal output line 72a, 72b HSCAN supply line 73a, 73b Boost voltage supply line 101 Unit pixel 102 VSCAN drive scan circuit 103 VDD Drive scan circuit 104 HSCAN input scan circuit 105 Signal output circuit 107 Video signal output terminal 108 Boost scan circuit 111 Light receiving diode 112 Insulated gate type field effect transistor for light signal detection (MOS transistor for light signal detection)

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04N 5/335 H01L 21/76 J 31/10 H G Fターム(参考) 4M118 AA05 AA10 AB01 BA14 CA04 CA19 CA20 DB01 DD02 DD09 FA06 FA26 FA28 FA33 GB11 5C024 GX03 GX06 GY31 GZ02 GZ42 JX05 5C051 AA01 BA03 DA06 DB01 DB08 DC02 DC03 DC07 DE02 EA00 5F032 AB01 AB05 BB03 BB06 CA15 CA17 5F049 MA02 NB05 QA15 RA03 RA08 SE09 SE11 SE20 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (Reference) H04N 5/335 H01L 21/76 J31 / 10 HG F term (Reference) 4M118 AA05 AA10 AB01 BA14 CA04 CA19 CA20 DB01 DD02 DD09 FA06 FA26 FA28 FA33 GB11 5C024 GX03 GX06 GY31 GZ02 GZ42 JX05 5C051 AA01 BA03 DA06 DB01 DB08 DC02 DC03 DC07 DE02 EA00 5F032 AB01 AB05 BB03 BB06 CA15 CA17 5F049 MA02 NB05 QA15 RA03 RA08 SE09 SE11 SE20

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ウエル領域に受光ダイオード及び該受光
ダイオードに隣接する光信号検出用絶縁ゲート型電界効
果トランジスタが形成された単位画素を有し、前記絶縁
ゲート型電界効果トランジスタの部分は前記ウエル領域
内に設けられたドレイン領域及びソース領域と、前記ド
レイン領域と前記ソース領域との間のチャネル領域と、
該チャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲ
ート電極と、前記ソース領域の近傍であって前記チャネ
ル領域下のウエル領域内に設けられた、前記受光ダイオ
ードで光照射により発生した光発生電荷を蓄積する高濃
度埋込層とを有する固体撮像素子を備え、前記光発生電
荷を前記高濃度埋込層に蓄積し、閾値電圧を変調させて
光信号を検出する固体撮像装置であって、 前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極は
リング状を有し、該ゲート電極の内周部の内側に前記ソ
ース領域が設けられ、前記ゲート電極の外周部の外側に
前記ドレイン領域が設けられ、かつ前記単位画素は前記
ドレイン領域と同じ導電型を有する拡散分離領域が一連
なりとなっている素子分離領域によって囲まれているこ
とを特徴とする固体撮像装置。
A unit pixel in which a light receiving diode and an insulated gate field effect transistor for detecting an optical signal adjacent to the light receiving diode are formed in a well region, and the portion of the insulated gate field effect transistor is formed in the well region A drain region and a source region provided therein, a channel region between the drain region and the source region,
A gate electrode formed on the channel region via a gate insulating film, and light generation generated by light irradiation by the light-receiving diode provided in a well region near the source region and below the channel region. A solid-state imaging device comprising: a solid-state imaging device having a high-concentration buried layer that accumulates electric charges; storing the photo-generated electric charges in the high-concentration buried layer; The gate electrode of the insulated gate field effect transistor has a ring shape, the source region is provided inside an inner peripheral portion of the gate electrode, and the drain region is provided outside an outer peripheral portion of the gate electrode. A solid-state imaging device, wherein the unit pixel is surrounded by an element isolation region in which a diffusion isolation region having the same conductivity type as the drain region is formed as a series.
【請求項2】 前記拡散分離領域は前記ドレイン領域と
同じ導電型を有する、前記ウエル領域よりも深い導電型
不純物領域が前記ドレイン領域と接続して形成されてな
ることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the diffusion isolation region has the same conductivity type as the drain region, and is formed by connecting a conductivity type impurity region deeper than the well region to the drain region. The solid-state imaging device according to claim 1.
【請求項3】 前記ゲート電極の外周部の平面形状は四
辺以上の辺を有する多角形状又は円形状であることを特
徴とする請求項1又は2記載の固体撮像装置。
3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a planar shape of an outer peripheral portion of the gate electrode is a polygonal shape having four or more sides or a circular shape.
【請求項4】 前記受光ダイオードは前記ゲート電極の
多角形の少なくとも一辺に隣接して、又は円形状の円周
の一部分に隣接して設けられていることを特徴とする請
求項1乃至3の何れか一に記載の固体撮像装置。
4. The light receiving diode according to claim 1, wherein said light receiving diode is provided adjacent to at least one side of a polygon of said gate electrode or adjacent to a part of a circular circumference. The solid-state imaging device according to any one of the above.
【請求項5】 前記単位画素は行と列に複数配列されて
なることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一に記載
の固体撮像装置。
5. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a plurality of the unit pixels are arranged in rows and columns.
【請求項6】 前記単位画素における前記ゲート電極か
ら前記受光ダイオードに至る方向は、前記行方向又は前
記列方向に対して斜め方向、又は並行方向に一致してい
ることを特徴とする請求項5記載の固体撮像装置。
6. The device according to claim 5, wherein a direction from the gate electrode to the light receiving diode in the unit pixel is oblique to or parallel to the row direction or the column direction. The solid-state imaging device according to claim 1.
【請求項7】 同一の前記行内にある前記絶縁ゲート型
電界効果トランジスタのゲート電極が相互に接続され、
かつ同一の前記列内にある前記絶縁ゲート型電界効果ト
ランジスタのソース領域が相互に接続されていることを
特徴とする請求項5又は6記載の固体撮像装置。
7. The gate electrodes of the insulated gate field effect transistors in the same row are connected to each other,
7. The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the source regions of the insulated gate field effect transistors in the same column are connected to each other.
【請求項8】 前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
のゲート電極及びその周辺は遮光されていることを特徴
とする請求項1乃至7の何れか一に記載の固体撮像装
置。
8. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a gate electrode of the insulated gate field effect transistor and its periphery are shielded from light.
【請求項9】 前記高濃度埋込層が形成されたソース領
域の近辺は、前記ドレイン領域から前記ソース領域に至
るチャネル長方向の一部領域であって、前記ソース領域
側であることを特徴とする請求項1乃至8の何れか一に
記載の固体撮像素子。
9. The vicinity of the source region where the high-concentration buried layer is formed is a partial region in the channel length direction from the drain region to the source region and is close to the source region. The solid-state imaging device according to claim 1.
【請求項10】 前記高濃度埋込層はチャネル幅方向全
域にわたって形成されていることを特徴とする請求項1
乃至9の何れか一に記載の固体撮像素子。
10. The high-concentration buried layer is formed over the entire region in the channel width direction.
10. The solid-state imaging device according to any one of claims 9 to 9.
【請求項11】 前記固体撮像装置は、前記光信号検出
用絶縁ゲート型電界効果トランジスタの第1のゲート電
極及び第2のゲート電極にそれぞれ第1及び第2の垂直
走査信号を供給する垂直走査信号駆動走査回路と、 前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのドレイン領域
にドレイン電圧を供給するドレイン電圧駆動走査回路
と、 前記光信号を出力するタイミングを制御する水平走査信
号を供給する水平走査信号入力走査回路と、 前記光信号を出力する映像信号出力端子とを有すること
を特徴とする請求項1乃至10の何れか一に記載の固体
撮像装置。
11. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the first and second vertical scanning signals are supplied to a first gate electrode and a second gate electrode of the insulated gate field effect transistor for detecting an optical signal, respectively. A signal driving scanning circuit; a drain voltage driving scanning circuit for supplying a drain voltage to a drain region of the insulated gate field effect transistor; and a horizontal scanning signal input scanning for supplying a horizontal scanning signal for controlling a timing of outputting the optical signal. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising: a circuit; and a video signal output terminal that outputs the optical signal.
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