JP2002124659A - Solid-state image pickup device - Google Patents

Solid-state image pickup device

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JP2002124659A
JP2002124659A JP2000313357A JP2000313357A JP2002124659A JP 2002124659 A JP2002124659 A JP 2002124659A JP 2000313357 A JP2000313357 A JP 2000313357A JP 2000313357 A JP2000313357 A JP 2000313357A JP 2002124659 A JP2002124659 A JP 2002124659A
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JP
Japan
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gate electrode
photodiode
solid
transfer channel
imaging device
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Application number
JP2000313357A
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Japanese (ja)
Inventor
Keiji Tachikawa
景士 立川
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state image pickup device which can reduce a reading voltage. SOLUTION: The image pickup device includes a photodiode 10 and a transfer channel formed within a semiconductor substrate, and first and second gate electrodes 11 and 8 formed on the transfer channel region 4 via an insulating film; and functions as a read electrode for reading out signal charge to the channel region 4 from the photodiode 10. A straight line connecting a center A of a region of the channel region 4 covered with the first gate electrode 11 and not covered with the second gate electrode 8 and a center B of the photodiode 10 is arranged to be vertical to a charge transfer direction (X direction).

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、読み出し電圧の低
電圧化を実現し得る固体撮像装置に関するものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a solid-state imaging device capable of realizing a low read voltage.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電荷結合素子(charge coupled d
evice;以下、「CCD」とする。)を用いた固体撮像
装置が、民生用および業務用ビデオカメラなどの用途に
広く用いられている。図8は、従来の固体撮像装置の構
造を示す平面模式図である。この固体撮像装置は、半導
体基板平面に複数の画素が行列状に配置された構造を有
しており、各画素はフォトダイオード10および電荷転
送部を備えている。電荷転送部は、半導体基板内に形成
された転送チャンネル部4と、その上方に絶縁膜を介し
て形成された第1のゲート電極11および第2のゲート
電極8とを備えている。前記第1のゲート電極11は、
CCDの転送電極としてだけでなく、フォトダイオード
10に蓄積された信号電荷を転送チャンネル部4に読み
出すための読み出し電極としても機能する。更に、同一
画素に形成された転送チャンネル部4とフォトダイオー
ド10との間には、p型領域である読み出し制御部7が
形成されており、異なる画素に形成された転送チャンネ
ル部4とフォトダイオード10との間には、p型領域で
ある分離部6が形成されている。
2. Description of the Related Art In recent years, charge coupled devices (charge coupled devices) have been developed.
evice; hereinafter, “CCD”. ) Is widely used in consumer and commercial video cameras. FIG. 8 is a schematic plan view showing the structure of a conventional solid-state imaging device. This solid-state imaging device has a structure in which a plurality of pixels are arranged in a matrix on a semiconductor substrate plane, and each pixel includes a photodiode 10 and a charge transfer unit. The charge transfer section includes a transfer channel section 4 formed in a semiconductor substrate, and a first gate electrode 11 and a second gate electrode 8 formed above the transfer channel section 4 via an insulating film. The first gate electrode 11 includes:
It functions not only as a transfer electrode of the CCD, but also as a read electrode for reading signal charges accumulated in the photodiode 10 to the transfer channel unit 4. Further, a read control unit 7 which is a p-type region is formed between the transfer channel unit 4 and the photodiode 10 formed in the same pixel, and the transfer channel unit 4 and the photodiode formed in different pixels are formed. 10, an isolation portion 6 which is a p-type region is formed.

【0003】このような固体撮像装置においては、ビデ
オカメラの小型化、HDTV用の高精細度化の進展や、
マルチメディア用途の全画素CCDの登場に伴い、一画
素当りの面積が益々縮小される傾向にある。例えば、デ
ジタルスチルカメラにおいては、画素サイズを3μm角
とした固体撮像装置が主流になりつつある。このような
傾向に対応するため、Dレンジ、転送効率、感度、スミ
ア、残像などの特性を劣化させることなく、CCDおよ
びフォトダイオードを微細化することが要求されてい
る。そのための手段として、CCDおよびフォトダイオ
ードなどを構成する拡散領域を、高加速イオン注入、低
温熱処理法を用いて形成する方法が採用されている。こ
れによって、不純物種が、各拡散領域から非所望領域ま
で不必要に拡散するのを抑制することができ、拡散領域
を、所望の微小領域に、所望の濃度および拡散深さに形
成することができる。
[0003] In such a solid-state imaging device, the miniaturization of video cameras, the progress of high definition for HDTV,
With the advent of all-pixel CCDs for multimedia applications, the area per pixel tends to be increasingly reduced. For example, in a digital still camera, a solid-state imaging device having a pixel size of 3 μm square is becoming mainstream. In order to cope with such a tendency, it is required to miniaturize the CCD and the photodiode without deteriorating characteristics such as D range, transfer efficiency, sensitivity, smear, and afterimage. As a means for achieving this, a method is employed in which diffusion regions forming a CCD, a photodiode, and the like are formed using high-acceleration ion implantation and low-temperature heat treatment. As a result, unnecessary diffusion of the impurity species from each diffusion region to the undesired region can be suppressed, and the diffusion region can be formed in a desired minute region with a desired concentration and diffusion depth. it can.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記固体撮像装置にお
いては、フォトダイオードに蓄積された信号電荷を転送
チャンネル部に読み出す際に、クロストーク防止、ブル
ーミング抑止、暗出力低減およびスミア抑止などの目的
のため、第2のゲート電極8に印加される電圧が0Vま
たは負電圧に固定される。そのため、第2のゲート電極
8下の基板表面に存在するp型領域(図8の斜線部分で
あり、選択的に形成されたp型領域だけでなく、p型ウ
ェルをも含む。;以下、「0V領域」という。)におい
ては、その表面電位が0Vとなる。
In the above-mentioned solid-state imaging device, when reading out the signal charges accumulated in the photodiode to the transfer channel section, the purpose is to prevent crosstalk, suppress blooming, reduce dark output and suppress smear. Therefore, the voltage applied to the second gate electrode 8 is fixed at 0 V or a negative voltage. Therefore, the p-type region existing on the substrate surface below the second gate electrode 8 (the shaded portion in FIG. 8 includes not only the selectively formed p-type region but also a p-type well. In this case, the surface potential is 0V.

【0005】一方、読み出し電極である第1のゲート電
極11には正電圧が印加され、これにより、転送チャン
ネル部4からフォトダイオード10に向かって空乏層が
広がり、読み出しチャンネルが形成される。図8の曲線
は、フォトダイオードの最小電位点Bから転送チャンネ
ル部の最小電位点Aに向かって形成される読み出しチャ
ンネルを示している。このように、従来の固体撮像装置
においては、読み出しチャンネルが、0V領域に近づき
ながら転送チャンネル部4に到達するような曲線を描
く。
On the other hand, a positive voltage is applied to the first gate electrode 11, which is a read electrode, whereby a depletion layer expands from the transfer channel portion 4 toward the photodiode 10, and a read channel is formed. The curve in FIG. 8 shows a read channel formed from the minimum potential point B of the photodiode to the minimum potential point A of the transfer channel portion. In this manner, in the conventional solid-state imaging device, a curve is drawn such that the read channel reaches the transfer channel unit 4 while approaching the 0V region.

【0006】このように、従来の固体撮像装置において
は、読み出しチャンネルが0V領域の近傍を通るため、
読み出しチャンネルを形成するための空乏層の広がりが
阻害され、読み出し電圧が上昇するという問題があっ
た。この問題は、画素サイズが3μm角以下の微細な固
体撮像装置において、特に顕著に現れていた。
As described above, in the conventional solid-state imaging device, since the read channel passes near the 0V region,
There is a problem that the spread of the depletion layer for forming the read channel is hindered, and the read voltage increases. This problem has been particularly prominent in a fine solid-state imaging device having a pixel size of 3 μm square or less.

【0007】図9は、従来の固体撮像装置の信号電荷読
み出し時におけるポテンシャル分布を示す図である。こ
のポテンシャル分布図において、0V領域と読み出しチ
ャンネルとの間の電位勾配が激しくなっていることから
も、前述したような読み出し阻害が生じていることが分
かる。
FIG. 9 is a diagram showing a potential distribution at the time of reading out signal charges in a conventional solid-state imaging device. In this potential distribution diagram, it can be seen from the fact that the potential gradient between the 0 V region and the read channel is too steep to cause the above-described read hindrance.

【0008】本発明は、読み出し電圧の低電圧化を図る
ことができる固体撮像装置を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device capable of lowering a read voltage.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の固体撮像装置は、半導体基板に複数の画素
が行列状に配置されており、前記画素の各々が、前記半
導体基板内に形成されたフォトダイオードおよび転送チ
ャンネル部と、前記転送チャンネル部上に絶縁膜を介し
て形成された第1のゲート電極および第2のゲート電極
とを備え、前記第1のゲート電極が、前記フォトダイオ
ードから前記転送チャンネル部へ信号電荷を読み出すた
めの読み出し電極として機能する固体撮像装置であっ
て、前記第1のゲート電極に覆われ且つ前記第2のゲー
ト電極に覆われていない前記転送チャンネル部の領域の
中心と、前記フォトダイオードの中心とを結ぶ直線が、
前記転送チャンネル部における電荷転送方向に対して垂
直となるように、前記画素の各々が構成されていること
を特徴とする。
In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention has a plurality of pixels arranged in a matrix on a semiconductor substrate, and each of the pixels is arranged in the semiconductor substrate. A photodiode and a transfer channel portion formed, and a first gate electrode and a second gate electrode formed on the transfer channel portion via an insulating film, wherein the first gate electrode includes A solid-state imaging device that functions as a read electrode for reading a signal charge from a diode to the transfer channel unit, wherein the transfer channel unit is covered by the first gate electrode and not covered by the second gate electrode. A straight line connecting the center of the region and the center of the photodiode,
Each of the pixels is configured to be perpendicular to a charge transfer direction in the transfer channel section.

【0010】このような構成によれば、フォトダイオー
ドから転送チャンネル部へ電荷を読み出す際に、フォト
ダイオードの最小電位点から転送チャンネル部の最小電
位点に向かって形成される読み出しチャンネルを、電荷
転送方向に対して垂直に形成することができる。その結
果、転送チャンネル部からの空乏層の広がりを十分に確
保することが可能となり、読み出し電圧の低下を図るこ
とができる。
According to such a configuration, when reading charges from the photodiode to the transfer channel section, the read channel formed from the minimum potential point of the photodiode to the minimum potential point of the transfer channel section is transferred to the transfer channel section. It can be formed perpendicular to the direction. As a result, it is possible to sufficiently secure the expansion of the depletion layer from the transfer channel portion, and it is possible to reduce the read voltage.

【0011】前記固体撮像装置においては、前記半導体
基板の表層部に、前記フォトダイオードの周囲を取り囲
むように、p型領域が形成されていることが好ましい。
このp型領域の不純物濃度は、半導体基板または半導体
基板内に形成されたp型ウェルの不純物濃度よりも高い
ことが好ましい。
In the solid-state imaging device, it is preferable that a p-type region is formed in a surface layer of the semiconductor substrate so as to surround a periphery of the photodiode.
It is preferable that the impurity concentration of the p-type region is higher than the impurity concentration of the semiconductor substrate or a p-type well formed in the semiconductor substrate.

【0012】固体撮像装置の暗電流は、転送チャンネル
部の周辺で発生するリーク電流が、転送チャンネル部に
流入することに起因して生じる。この暗電流を低減する
方法としては、フォトダイオードおよび転送チャンネル
部を除く領域の半導体基板表層部に、高濃度p型領域を
形成する方法が考えられる。しかし、読み出しチャンネ
ル近傍に高濃度p型領域を形成した場合、このp型領域
から読み出しチャンネルへの不純物種の拡散が生じ、そ
の結果、信号電荷の読み出しが阻害される。
The dark current of the solid-state imaging device is caused by a leak current generated around the transfer channel section flowing into the transfer channel section. As a method of reducing the dark current, a method of forming a high-concentration p-type region in the surface layer portion of the semiconductor substrate except for the photodiode and the transfer channel portion can be considered. However, when a high-concentration p-type region is formed in the vicinity of the read channel, diffusion of impurity species from the p-type region to the read channel occurs, and as a result, reading of signal charges is inhibited.

【0013】従来の固体撮像装置においては、図8に示
すように、読み出しチャンネルがフォトダイオード10
の端部に近づくような曲線を描くため、フォトダイオー
ド10の周囲を高濃度p型領域で包囲すると、読み出し
チャンネル近傍に高濃度p型領域が形成されることにな
り、読み出し電圧の上昇を招くという問題があった。
In a conventional solid-state imaging device, as shown in FIG.
When the periphery of the photodiode 10 is surrounded by a high-concentration p-type region in order to draw a curve approaching the end of the high-concentration p-type region, a high-concentration p-type region is formed in the vicinity of the read channel, causing an increase in the read voltage. There was a problem.

【0014】しかしながら、前述した本発明の好ましい
例によれば、読み出しチャンネルからフォトダイオード
端部までの距離を十分に広く確保することができるた
め、読み出し電圧の上昇を招くことなく、フォトダイオ
ードの周囲をp型領域で取り囲むことができる。そのた
め、読み出し電圧の低下を図りながら、暗電流の低減を
図ることができる。
However, according to the above-described preferred embodiment of the present invention, the distance from the read channel to the end of the photodiode can be sufficiently widened, so that the read voltage does not increase around the photodiode without increasing the read voltage. Can be surrounded by a p-type region. Therefore, it is possible to reduce the dark current while reducing the read voltage.

【0015】また、前記固体撮像装置においては、前記
フォトダイオード上にp型領域が形成されており、前記
転送チャンネル部上の前記半導体基板表面に凹部が形成
されていることが好ましい。この場合、前記凹部の深さ
が、前記フォトダイオード上の前記半導体基板内に形成
された前記p型領域の拡散深さよりも深いことが更に好
ましい。この好ましい例によれば、読み出し電圧を更に
低下させることができる。
In the solid-state imaging device, it is preferable that a p-type region is formed on the photodiode, and a recess is formed on a surface of the semiconductor substrate on the transfer channel portion. In this case, it is further preferable that the depth of the concave portion is deeper than the diffusion depth of the p-type region formed in the semiconductor substrate on the photodiode. According to this preferred example, the read voltage can be further reduced.

【0016】また、前記固体撮像装置においては、前記
第1のゲート電極の一部が、前記フォトダイオードと重
なり合うことが好ましい。読み出し電圧を更に低下させ
ることができるからである。
In the solid-state imaging device, it is preferable that a part of the first gate electrode overlaps with the photodiode. This is because the read voltage can be further reduced.

【0017】また、前記固体撮像装置においては、前記
フォトダイオードと、このフォトダイオードから信号電
荷が読み出される前記転送チャンネル部上に形成された
前記第1および第2のゲート電極とに関して、前記第1
のゲート電極の前記フォトダイオード側の端部の位置
が、前記第2のゲート電極の前記フォトダイオード側の
端部の位置と等しいか、または、それよりも前記フォト
ダイオード側に張り出していることが好ましい。読み出
し電圧を更に低下させることができるからである。な
お、「位置が等しい」とは、電荷転送方向に垂直な方向
に関する位置が等しいことを意味する。
Further, in the solid-state imaging device, the first and second gate electrodes formed on the transfer channel portion from which signal charges are read out from the photodiodes are the first and second gate electrodes.
The position of the end of the gate electrode on the side of the photodiode is equal to the position of the end of the second gate electrode on the side of the photodiode, or the gate electrode protrudes further to the side of the photodiode. preferable. This is because the read voltage can be further reduced. Note that “positions are equal” means that the positions in the direction perpendicular to the charge transfer direction are equal.

【0018】また、前記固体撮像装置においては、前記
転送チャンネル部において、前記第2のゲート電極に覆
われた領域の電荷転送方向の長さと、前記第1のゲート
電極に覆われ且つ前記第2のゲート電極に覆われていな
い領域の電荷転送方向の長さとが等しいことが好まし
い。転送チャンネル部における最大取扱い電荷量の劣化
を抑制できるからである。
In the solid-state imaging device, in the transfer channel portion, a length of a region covered by the second gate electrode in a charge transfer direction, and a length of the region covered by the first gate electrode and the second It is preferable that the length of the region not covered by the gate electrode is equal to the length in the charge transfer direction. This is because deterioration of the maximum handled charge amount in the transfer channel portion can be suppressed.

【0019】また、前記固体撮像装置においては、前記
第1のゲート電極と前記第2のゲート電極とが重なり合
わないことが好ましい。基板表面から保護膜までの距離
を小さくできるので、入射光のケラレ(保護膜上部に形
成されるレンズにより集められた入射光が、ゲート電極
および遮光膜の厚みにより、フォトダイオードに入射で
きなくなる現象)を減少でき、感度を向上することがで
きる。
In the solid-state imaging device, it is preferable that the first gate electrode and the second gate electrode do not overlap. Since the distance from the substrate surface to the protective film can be reduced, vignetting of incident light (a phenomenon that incident light collected by the lens formed on the protective film cannot enter the photodiode due to the thickness of the gate electrode and the light shielding film) ) Can be reduced, and the sensitivity can be improved.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態)以下、本発明
の第1の実施形態に係る固体撮像装置の一例について説
明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) Hereinafter, an example of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention will be described.

【0021】この固体撮像装置は、複数の画素が配置さ
れた撮像領域と、前記画素を駆動するための周辺回路な
どが配置された非撮像領域とを備えている。
This solid-state imaging device includes an imaging area in which a plurality of pixels are arranged, and a non-imaging area in which peripheral circuits for driving the pixels are arranged.

【0022】図1は、本実施形態に係る固体撮像装置の
構造の一例を示す平面模式図である。また、図2は、図
1のI−I’断面図である。これらの図面は、撮像領域
の構造を示すものである。
FIG. 1 is a schematic plan view showing an example of the structure of the solid-state imaging device according to the present embodiment. FIG. 2 is a sectional view taken along the line II ′ of FIG. These drawings show the structure of the imaging region.

【0023】n型半導体基板1内にp型ウェル2が形成
されている。p型ウェル2の不純物濃度は、特に限定す
るものではないが、例えば1×1016cm-3以下であ
る。p型ウェル2には、フォトダイオード10に蓄積さ
れる電荷量を決定するためバイアス電圧が印加され、更
にフォトダイオード10に蓄積された不要電荷を排出す
る際にはバイアス電圧よりも高い排出電圧が印加される
が、p型ウェルの不純物濃度を1×1016cm-3以下と
することにより、前記バイアス電圧を15V以下とし、
前記排出電圧を20V以下とすることができる。
A p-type well 2 is formed in an n-type semiconductor substrate 1. The impurity concentration of the p-type well 2 is not particularly limited, but is, for example, 1 × 10 16 cm −3 or less. A bias voltage is applied to the p-type well 2 to determine the amount of charge stored in the photodiode 10, and a discharge voltage higher than the bias voltage is used to discharge unnecessary charges stored in the photodiode 10. The bias voltage is set to 15 V or less by setting the impurity concentration of the p-type well to 1 × 10 16 cm −3 or less,
The discharge voltage may be 20 V or less.

【0024】このようなp型ウェル2が形成された半導
体基板平面に、複数の画素が行列状に配置されている。
各画素は、光電変換を行うためのフォトダイオード10
と、光電変換により発生した電荷を読み出して転送する
ための電荷転送部とを備えている。
A plurality of pixels are arranged in a matrix on the plane of the semiconductor substrate on which the p-type well 2 is formed.
Each pixel has a photodiode 10 for performing photoelectric conversion.
And a charge transfer unit for reading and transferring charges generated by photoelectric conversion.

【0025】フォトダイオード10は、p型ウェル2の
深部に形成されたn型拡散領域である。その不純物濃度
は、光電変換を実施できる範囲であれば特に限定するも
のではないが、例えば1.0×1015cm-3〜1.0×
1017cm-3である。また、その拡散深さは、例えば
0.5μm〜2.2μmである。
The photodiode 10 is an n-type diffusion region formed deep in the p-type well 2. The impurity concentration is not particularly limited as long as the photoelectric conversion can be performed. For example, the impurity concentration is 1.0 × 10 15 cm −3 to 1.0 ×
10 17 cm -3 . The diffusion depth is, for example, 0.5 μm to 2.2 μm.

【0026】また、フォトダイオード10上の半導体基
板表層部には、暗電流の低減を図るため、p型領域12
が形成されていてもよい。p型領域12の不純物濃度
は、例えば1.0×1017cm-3〜5.0×1019cm
-3であり、その拡散深さは、例えば0.1μm〜0.5
μmである。また、図2に示すように、p型領域12
は、ゲート電極8および11と重なり合わないように形
成されることが好ましい。
In order to reduce dark current, a p-type region 12 is formed on the surface layer of the semiconductor substrate on the photodiode 10.
May be formed. The impurity concentration of the p-type region 12 is, for example, 1.0 × 10 17 cm −3 to 5.0 × 10 19 cm.
-3 , and the diffusion depth is, for example, 0.1 μm to 0.5
μm. In addition, as shown in FIG.
Is preferably formed so as not to overlap with gate electrodes 8 and 11.

【0027】電荷転送部は、p型ウェル2内に形成され
た転送チャンネル部4と、この転送チャネル部4上に絶
縁膜を介して配置されたゲート電極とを備えたCCDで
ある。
The charge transfer section is a CCD having a transfer channel section 4 formed in the p-type well 2 and a gate electrode disposed on the transfer channel section 4 via an insulating film.

【0028】転送チャンネル部4は、p型ウェル2表層
部に形成されたn型拡散領域である。その不純物濃度
は、例えば1.0×1016cm-3〜1.0×1018cm
-3であり、拡散深さは、例えば0.1μm〜0.5μm
である。
The transfer channel 4 is an n-type diffusion region formed in the surface of the p-type well 2. The impurity concentration is, for example, 1.0 × 10 16 cm −3 to 1.0 × 10 18 cm.
−3 , and the diffusion depth is, for example, 0.1 μm to 0.5 μm.
It is.

【0029】ゲート電極は、1つのフォトダイオードに
対して、少なくとも2個づつ配置されており、これらの
ゲート電極は一部を互いに重なり合わせた状態で配置さ
れている。例えば、図1および図2に示す構造において
は、転送チャンネル部4上に絶縁膜5を介して第2のゲ
ート電極8が形成されており、更にその上方に絶縁膜9
を介して第1のゲート電極11が形成されることによ
り、第1のゲート電極11と第2のゲート電極8とが一
部を互いに重なり合わせて配置される。
[0029] At least two gate electrodes are arranged for one photodiode, and these gate electrodes are arranged so as to partially overlap each other. For example, in the structure shown in FIGS. 1 and 2, a second gate electrode 8 is formed on the transfer channel section 4 via an insulating film 5, and further above the insulating film 9
By forming the first gate electrode 11 through the first gate electrode 11, the first gate electrode 11 and the second gate electrode 8 are arranged so as to partially overlap each other.

【0030】第1のゲート電極11は、読み出し電極と
転送電極とを兼ねた電極である。図1に示すように、第
1のゲート電極11は、フォトダイオード10と隣り合
うように形成されており、好ましくは、その一部がフォ
トダイオード10と重なり合うように形成されている。
また、第2のゲート電極8は転送電極であり、第1のゲ
ート電極11同士間の間隙に対応する領域に形成されて
いる。また、図1に示すように、電荷転送方向(図1の
X方向)に対して垂直方向に隣接する画素同士で、第1
のゲート電極11同士および第2のゲート電極8同士
は、互いに接続されている。
The first gate electrode 11 is an electrode serving as both a read electrode and a transfer electrode. As shown in FIG. 1, the first gate electrode 11 is formed so as to be adjacent to the photodiode 10, and is preferably formed so that a part thereof overlaps the photodiode 10.
The second gate electrode 8 is a transfer electrode, and is formed in a region corresponding to a gap between the first gate electrodes 11. Further, as shown in FIG. 1, pixels adjacent in the direction perpendicular to the charge transfer direction (X direction in FIG.
The gate electrodes 11 and the second gate electrodes 8 are connected to each other.

【0031】図1に示すように、第1のゲート電極11
および第2のゲート電極8は、半導体基板平面におい
て、転送チャンネル部4の第1のゲート電極11に覆わ
れ且つ第2のゲート電極8に覆われていない領域の中心
(A)と、フォトダイオード10の中心(B)とを結ぶ
直線が、電荷転送方向に対して垂直となるように配置さ
れる。これにより、信号電荷をフォトダイオード10か
ら転送チャンネル部4に読み出すときの読み出し電圧の
低下を図ることができる。この読み出し電圧の低下につ
いては、後に詳説する。
As shown in FIG. 1, the first gate electrode 11
And the second gate electrode 8 has a center (A) of a region covered by the first gate electrode 11 and not covered by the second gate electrode 8 of the transfer channel portion 4 on the plane of the semiconductor substrate; The straight lines connecting the centers (B) of the ten are perpendicular to the charge transfer direction. This makes it possible to reduce the read voltage when reading the signal charge from the photodiode 10 to the transfer channel unit 4. The reduction in the read voltage will be described later in detail.

【0032】また、フォトダイオード10から転送チャ
ンネル部4へ信号電荷を読み出す側において、第1のゲ
ート電極11の端の位置が、前記第2のゲート電極の端
の位置と等しいか、または、それよりもフォトダイオー
ド10に向かって張り出していることが好ましい。これ
により、読み出し時の第1のゲート電極11の電位を広
範囲に伝えることができるので、読み出し電圧の低下を
図ることができる。
On the side from which signal charges are read from the photodiode 10 to the transfer channel section 4, the position of the end of the first gate electrode 11 is equal to or equal to the position of the end of the second gate electrode. It is more preferable that the projection extends toward the photodiode 10 than the photodiode 10. Thus, the potential of the first gate electrode 11 at the time of reading can be transmitted over a wide range, so that the reading voltage can be reduced.

【0033】また、第1のゲート電極11および第2の
ゲート電極8は、電荷転送方向において、転送チャンネ
ル部4の、第1のゲート電極11に覆われ且つ第2のゲ
ート電極8に覆われていない領域の寸法(L1)と、第
2のゲート電極8に覆われた領域の寸法(L2)とが等
しくなるように形成されることが好ましい。これによ
り、電荷転送部における最大取り扱い電荷量の劣化を抑
制することができる。
Further, the first gate electrode 11 and the second gate electrode 8 are covered with the first gate electrode 11 and the second gate electrode 8 of the transfer channel portion 4 in the charge transfer direction. It is preferable that the dimension (L1) of the uncovered area is equal to the dimension (L2) of the area covered by the second gate electrode 8. Thus, it is possible to suppress the deterioration of the maximum handled charge amount in the charge transfer unit.

【0034】また、第1のゲート電極11と第2のゲー
ト電極8が重なり合わない構成であることが好ましい。
これにより、基板上のゲート電極の厚みを、1層分の厚
みとすることができる。従って、基板表面から保護膜1
6までの距離を小さくできるので、入射光のケラレ(保
護膜上部に形成されるレンズにより集められた入射光
が、ゲート電極および遮光膜の厚みにより、フォトダイ
オードに入射できなくなる現象)を減少でき、感度を向
上することができる。
It is preferable that the first gate electrode 11 and the second gate electrode 8 do not overlap each other.
Thus, the thickness of the gate electrode on the substrate can be reduced to one layer. Therefore, the protective film 1 is removed from the substrate surface.
6, the vignetting of the incident light (a phenomenon that the incident light collected by the lens formed on the protective film cannot enter the photodiode due to the thickness of the gate electrode and the light shielding film) can be reduced. , The sensitivity can be improved.

【0035】なお、第1のゲート電極11および第2の
ゲート電極8としては、例えば、ポリシリコンを使用す
ることができ、絶縁膜5および9としては、例えば、シ
リコン酸化膜、シリコン窒化膜、あるいはこれらを二層
に重ね合わせた膜などを使用することができる。
The first gate electrode 11 and the second gate electrode 8 may be made of, for example, polysilicon, and the insulating films 5 and 9 may be made of, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, Alternatively, a film in which these are superposed in two layers can be used.

【0036】同一画素に形成されたフォトダイオード1
0と転送チャンネル部4との間には、p型拡散領域であ
る読み出し制御部7が形成されている。読み出し制御部
7の不純物濃度は、例えば2.0×1015cm-3〜2.
0×1017cm-3である。また、隣接する画素間での信
号電荷の混合を抑制するため、異なる画素に形成された
フォトダイオード10と転送チャンネル部4との間に
は、p型拡散領域である分離部6が形成されている。分
離部6の不純物濃度は、例えば1.0×1016cm-3
5.0×1018cm-3である。
Photodiode 1 formed in the same pixel
A read control unit 7 that is a p-type diffusion region is formed between the transfer channel unit 0 and the transfer channel unit 4. The impurity concentration of the read control unit 7 is, for example, 2.0 × 10 15 cm −3 to 2.
It is 0 × 10 17 cm −3 . Further, in order to suppress mixing of signal charges between adjacent pixels, an isolation portion 6 which is a p-type diffusion region is formed between the photodiode 10 and the transfer channel portion 4 formed in different pixels. I have. The impurity concentration of the separation part 6 is, for example, 1.0 × 10 16 cm −3 or more.
It is 5.0 × 10 18 cm −3 .

【0037】更に、p型ウェル2内の転送チャンネル部
4の直下には、p型領域3が形成されている。p型領域
3は、転送チャンネル部4と半導体基板とを分離する領
域であり、読み出し制御部7および分離部6とともに、
転送チャンネル部4を取り囲むように形成されている。
Further, a p-type region 3 is formed immediately below the transfer channel section 4 in the p-type well 2. The p-type region 3 is a region that separates the transfer channel unit 4 from the semiconductor substrate, and together with the read control unit 7 and the separation unit 6,
It is formed so as to surround the transfer channel unit 4.

【0038】また、フォトダイオード10上方の半導体
基板表面には、絶縁膜5を介して反射防止膜13が形成
されている。反射防止膜13としては、例えば、シリコ
ン窒化膜などが使用される。半導体基板の更に上方に
は、絶縁膜14、遮光膜15および保護膜16がこの順
に形成されている。遮光膜15は、フォトダイオード1
0上に開口を有する金属膜であり、例えば、アルミニウ
ム膜、チタン膜、タングステンシリサイド膜およびタン
グステン膜などが使用される。また、絶縁膜14および
保護膜16としては、例えば、シリコン酸化膜およびシ
リコン窒化膜などが使用される。
On the surface of the semiconductor substrate above the photodiode 10, an antireflection film 13 is formed with an insulating film 5 interposed. As the antireflection film 13, for example, a silicon nitride film or the like is used. Above the semiconductor substrate, an insulating film 14, a light shielding film 15, and a protective film 16 are formed in this order. The light-shielding film 15 is formed of the photodiode 1
This is a metal film having an opening above zero, for example, an aluminum film, a titanium film, a tungsten silicide film, a tungsten film, or the like is used. Further, as the insulating film 14 and the protective film 16, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like is used.

【0039】図3は、上記固体撮像装置の信号電荷読み
出し時におけるポテンシャル分布を示す図である。以
下、図1および図3を用いて、上記固体撮像装置の動作
について説明するとともに、上記固体撮像装置により得
られる読み出し改善効果について述べる。
FIG. 3 is a diagram showing a potential distribution at the time of reading signal charges of the solid-state imaging device. Hereinafter, the operation of the solid-state imaging device will be described with reference to FIGS. 1 and 3, and the readout improvement effect obtained by the solid-state imaging device will be described.

【0040】まず、フォトダイオード10において、入
射光の光電変換により電荷が発生し、蓄積される。続い
て、フォトダイオード10に蓄積された電荷が転送チャ
ンネル部4に読み出される。
First, in the photodiode 10, charges are generated and accumulated by photoelectric conversion of incident light. Subsequently, the charges stored in the photodiode 10 are read out to the transfer channel unit 4.

【0041】信号電荷の読み出し時において、第2のゲ
ート電極8に印加される電圧は、各画素信号のクロスト
ーク防止、ブルーミング抑止、暗出力低減およびスミア
抑止の目的のため、0Vまたは負電圧(例えば、−7
V)に固定されている。そのため、電荷転送方向に隣接
するフォトダイオード10同士間に存在するp型領域
(図1の斜線部分;以下、「0V領域」という。)の表
面電位は0Vになる。
At the time of reading out signal charges, the voltage applied to the second gate electrode 8 is 0 V or a negative voltage (V) for the purpose of preventing crosstalk of each pixel signal, suppressing blooming, reducing dark output and suppressing smear. For example, -7
V). Therefore, the surface potential of the p-type region (hatched portion in FIG. 1; hereinafter, referred to as “0V region”) existing between the photodiodes 10 adjacent to each other in the charge transfer direction becomes 0V.

【0042】一方、読み出し電極を兼ねた第1のゲート
電極11には、正電圧が印加される。これにより、図3
に示すように、転送チャンネル部4において、第1のゲ
ート電極11に覆われ且つ第2のゲート電極8に覆われ
ていない領域に、ポテンシャル井戸が形成される。ま
た、同時に、転送チャンネル部4からフォトダイオード
10に向けて空乏層が広がり、読み出しチャンネルが形
成される。フォトダイオード10の電荷は、この読み出
しチャネルを通って、転送チャンネル部4に流れ込む。
On the other hand, a positive voltage is applied to the first gate electrode 11 also serving as a readout electrode. As a result, FIG.
As shown in (2), a potential well is formed in a region of the transfer channel portion 4 that is covered by the first gate electrode 11 and not covered by the second gate electrode 8. At the same time, a depletion layer expands from the transfer channel section 4 toward the photodiode 10, and a read channel is formed. The charges of the photodiode 10 flow into the transfer channel unit 4 through the read channel.

【0043】読み出しチャンネルは、フォトダイオード
10の最小電位点から、電荷読み出し時にポテンシャル
井戸が形成される領域の最小電位点に向かって形成され
る。上記固体撮像装置においては、図1に示すように、
電荷読み出し時にポテンシャル井戸が形成される領域の
最小電位点に相当する点Aと、フォトダイオードの最小
電位点に相当する点Bとを結ぶ直線が、電荷転送方向に
対して垂直となるように構成されているため、読み出し
チャンネルは電荷転送方向に対して垂直に形成される。
The read channel is formed from the minimum potential point of the photodiode 10 to the minimum potential point in a region where a potential well is formed at the time of reading charges. In the solid-state imaging device, as shown in FIG.
A configuration is such that a straight line connecting point A corresponding to the minimum potential point of the region where the potential well is formed at the time of charge reading and point B corresponding to the minimum potential point of the photodiode is perpendicular to the charge transfer direction. Therefore, the read channel is formed perpendicular to the charge transfer direction.

【0044】そのため、上記固体撮像装置においては、
読み出しチャンネルから0V領域までの距離(図1のD
1およびD2)を、各々、均等に長く確保することがで
きる。すなわち、読み出しチャンネルは、0V領域の近
傍を通ることなく、フォトダイオード10から転送チャ
ンネル部4に到達する。その結果、読み出し時におい
て、転送チャンネル部4からの空乏層の広がりが阻害さ
れにくくなり、読み出し電圧を低下させることができ
る。このような読み出し改善効果は、図3のポテンシャ
ル分布図において、0V領域と読み出しチャンネルとの
間の電位勾配が緩やかであることからも分かる。
Therefore, in the solid-state imaging device,
Distance from read channel to 0V area (D in FIG. 1)
1 and D2) can each be equally long. That is, the read channel reaches the transfer channel unit 4 from the photodiode 10 without passing near the 0V region. As a result, at the time of reading, the expansion of the depletion layer from the transfer channel unit 4 is less likely to be inhibited, and the reading voltage can be reduced. Such a read improvement effect can also be seen from the fact that the potential gradient between the 0 V region and the read channel is gentle in the potential distribution diagram of FIG.

【0045】次に、信号電荷を転送チャンネル部4に読
み出した後、第1のゲート電極11および第2のゲート
電極8に適当な電圧を印加し、第2のゲート電極8下に
ポテンシャル井戸を形成する。これにより、第1のゲー
ト電極11下に読み出された信号電荷は、第2のゲート
電極8下に移動する。このようなサイクルが繰り返され
ることにより、信号電荷は、転送チャンネル部4内を一
次元的に転送される。
Next, after reading out the signal charges to the transfer channel section 4, an appropriate voltage is applied to the first gate electrode 11 and the second gate electrode 8, and a potential well is formed below the second gate electrode 8. Form. As a result, the signal charges read below the first gate electrode 11 move below the second gate electrode 8. By repeating such a cycle, signal charges are transferred one-dimensionally in the transfer channel unit 4.

【0046】(第2の実施形態)次に、本発明の第2の
実施形態に係る固体撮像装置の一例について説明する。
(Second Embodiment) Next, an example of a solid-state image pickup device according to a second embodiment of the present invention will be described.

【0047】図4は、本実施形態に係る固体撮像装置の
構造の一例を示す平面模式図である。また、図5は、図
4のI−I’断面図である。これらの図面は、固体撮像
装置の撮像領域の構造を示すものである。なお、図4お
よび図5においては、図1および図2と同一部材には同
一符号を付している。
FIG. 4 is a schematic plan view showing an example of the structure of the solid-state imaging device according to this embodiment. FIG. 5 is a sectional view taken along line II ′ of FIG. These drawings show the structure of the imaging region of the solid-state imaging device. In FIGS. 4 and 5, the same members as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.

【0048】p型ウェル2が形成されたn型半導体基板
1に、複数の画素が行列状に配置されている。各画素
は、フォトダイオード10および電荷転送部を備えてい
る。電荷転送部は、p型ウェル2内に形成された転送チ
ャンネル部4と、この上方に絶縁膜5を介して形成され
た第2のゲート電極8と、絶縁膜9を介して形成された
第1のゲート電極11とを備えたCCDである。第1の
ゲート電極11は、読み出し電極と転送電極とを兼ねた
電極であり、第2のゲート電極8は転送電極である。
A plurality of pixels are arranged in a matrix on an n-type semiconductor substrate 1 on which a p-type well 2 is formed. Each pixel includes a photodiode 10 and a charge transfer unit. The charge transfer section includes a transfer channel section 4 formed in the p-type well 2, a second gate electrode 8 formed above the transfer channel section 4 via an insulating film 5, and a charge transfer section formed via an insulating film 9. This is a CCD having one gate electrode 11. The first gate electrode 11 is an electrode that serves both as a readout electrode and a transfer electrode, and the second gate electrode 8 is a transfer electrode.

【0049】第1のゲート電極11および第2のゲート
電極8は、半導体基板平面において、転送チャンネル部
4の第1のゲート電極11に覆われ且つ第2のゲート電
極8に覆われていない領域の中心(A)と、フォトダイ
オード10の中心(B)とを結ぶ直線が、電荷転送方向
(図3のX方向)に対して垂直となるように配置され
る。
The first gate electrode 11 and the second gate electrode 8 are, in the plane of the semiconductor substrate, a region covered by the first gate electrode 11 of the transfer channel portion 4 and not covered by the second gate electrode 8. And a straight line connecting the center (A) of the photodiode 10 and the center (B) of the photodiode 10 is arranged to be perpendicular to the charge transfer direction (X direction in FIG. 3).

【0050】また、フォトダイオード10から転送チャ
ンネル部4へ信号電荷を読み出す側において、第1のゲ
ート電極11の端の位置が、前記第2のゲート電極の端
の位置と等しいか、または、それよりもフォトダイオー
ド10に向かって張り出していることが好ましい。ま
た、電荷転送方向において、転送チャンネル部4の、第
1のゲート電極11に覆われ且つ第2のゲート電極8に
覆われていない領域の寸法(L1)と、第2のゲート電
極8に覆われた領域の寸法(L2)とが等しいことが好
ましい。更に、第1のゲート電極11と第2のゲート電
極8が重なり合わない構成であることが好ましい。
On the side where signal charges are read from the photodiode 10 to the transfer channel section 4, the position of the end of the first gate electrode 11 is equal to or equal to the position of the end of the second gate electrode. It is more preferable that the projection extends toward the photodiode 10 than the photodiode 10. Further, in the charge transfer direction, the dimension (L1) of the region of the transfer channel portion 4 covered by the first gate electrode 11 and not covered by the second gate electrode 8, and the size of the region covered by the second gate electrode 8, It is preferable that the size (L2) of the divided area is equal. Further, it is preferable that the first gate electrode 11 and the second gate electrode 8 do not overlap.

【0051】同一画素に形成されたフォトダイオード1
0と転送チャンネル部4との間には読み出し制御部7が
形成されており、互いに隣接する別の画素に形成された
フォトダイオード10と転送チャンネル部4との間には
分離部6が形成されている。更に、p型ウェル2内の転
送チャンネル部4の直下には、p型領域3が形成されて
いる。
Photodiode 1 formed in the same pixel
A readout control unit 7 is formed between the transfer channel unit 0 and the transfer channel unit 4, and a separation unit 6 is formed between the transfer channel unit 4 and a photodiode 10 formed in another pixel adjacent to each other. ing. Further, a p-type region 3 is formed immediately below the transfer channel portion 4 in the p-type well 2.

【0052】更に、本実施形態においては、p型ウェル
2の表層部であって、電荷転送方向に隣接するフォトダ
イオード10同士間の間隙に、p型領域17が形成され
ている。このp型領域17の一端は、電荷転送方向に対
して垂直な方向に関して、フォトダイオード10の端部
よりも、転送チャンネル部4(前記フォトダイオード1
0と同一画素内に形成された転送チャンネル部であ
る。)側に張り出している。換言すれば、p型領域17
は、読み出し制御部7および分離部6とともに、フォト
ダイオード10の周囲を取り囲むように形成される。ま
た、このp型領域17の不純物濃度は、例えば1.0×
1016cm-3〜1.0×1019cm-3であり、拡散深さ
は、例えば0.3μm〜1.5μmである。
Further, in the present embodiment, the p-type region 17 is formed in the surface layer of the p-type well 2 and in the gap between the photodiodes 10 adjacent in the charge transfer direction. One end of the p-type region 17 is closer to the transfer channel 4 than the end of the photodiode 10 in the direction perpendicular to the charge transfer direction.
0 is a transfer channel portion formed in the same pixel. ) Overhangs to the side. In other words, the p-type region 17
Is formed so as to surround the photodiode 10 together with the read control unit 7 and the separation unit 6. The impurity concentration of the p-type region 17 is, for example, 1.0 ×
10 16 cm -3 to 1.0 × 10 19 cm -3 , and the diffusion depth is, for example, 0.3 μm to 1.5 μm.

【0053】フォトダイオード10上方の半導体基板表
面には、絶縁膜5を介して反射防止膜13が形成されて
いる。半導体基板の更に上方には、絶縁膜14、遮光膜
15および保護膜16がこの順に形成されている。
On the surface of the semiconductor substrate above the photodiode 10, an anti-reflection film 13 is formed via an insulating film 5. Above the semiconductor substrate, an insulating film 14, a light shielding film 15, and a protective film 16 are formed in this order.

【0054】なお、本実施形態の固体撮像装置は、半導
体基板表層部にp型領域17が形成されていること以外
は、前述した第1の実施形態と同様の構造を有するもの
である。また、その動作についても、第1の実施形態と
同様である。
The solid-state imaging device of this embodiment has the same structure as that of the first embodiment except that the p-type region 17 is formed in the surface layer of the semiconductor substrate. The operation is also the same as in the first embodiment.

【0055】本実施形態によれば、第1の実施形態と同
様に読み出し電圧の低下を図りながら、尚且つ、暗電流
の低減を図ることができる。この効果について、以下に
説明する。
According to the present embodiment, it is possible to reduce the dark current while reducing the read voltage as in the first embodiment. This effect will be described below.

【0056】前述したように、固体撮像装置における暗
電流は、リーク電流が転送チャンネル部に流入すること
に起因して生じる。この暗電流は、例えば、フォトダイ
オードの周囲にp型領域を形成することにより低減でき
る。本実施形態においては、p型領域17を形成するこ
とにより、フォトダイオードの周囲をp型領域で取り囲
むことができるため、暗電流の低減を図ることができ
る。
As described above, the dark current in the solid-state imaging device is caused by the leakage current flowing into the transfer channel. This dark current can be reduced, for example, by forming a p-type region around the photodiode. In the present embodiment, by forming the p-type region 17, the periphery of the photodiode can be surrounded by the p-type region, so that dark current can be reduced.

【0057】更に、本実施形態においては、電荷読み出
し時にポテンシャル井戸が形成される領域の最小電位点
に相当する点Aと、フォトダイオード10の最小電位点
に相当する点Bとを結ぶ直線が、電荷転送方向に対して
垂直となるように形成されている。そのため、図4に示
すように、読み出しチャンネルとp型領域17との距離
を広く確保することができる。従って、p型領域17の
形成に伴う読み出し電圧の上昇を抑制することができ
る。
Further, in this embodiment, a straight line connecting point A corresponding to the minimum potential point of the region where the potential well is formed at the time of reading the electric charge and point B corresponding to the minimum potential point of the photodiode 10 is defined as It is formed so as to be perpendicular to the charge transfer direction. Therefore, as shown in FIG. 4, a large distance between the read channel and the p-type region 17 can be ensured. Therefore, it is possible to suppress an increase in the read voltage due to the formation of the p-type region 17.

【0058】(第3の実施形態)次に、本発明の第3の
実施形態に係る固体撮像装置の一例について説明する。
(Third Embodiment) Next, an example of a solid-state imaging device according to a third embodiment of the present invention will be described.

【0059】図6は、本実施形態に係る固体撮像装置の
構造の一例を示す平面模式図である。また、図7は、図
6のI−I’断面図である。これらの図面は、固体撮像
装置の撮像領域の構造を示すものである。なお、図6お
よび図7においては、図1および図2と同一部材には同
一符号を付している。
FIG. 6 is a schematic plan view showing an example of the structure of the solid-state imaging device according to the present embodiment. FIG. 7 is a sectional view taken along the line II ′ of FIG. These drawings show the structure of the imaging region of the solid-state imaging device. 6 and 7, the same members as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.

【0060】p型ウェル2が形成されたn型半導体基板
1に、複数の画素が行列状に配置されている。各画素
は、フォトダイオード10および電荷転送部を備えてい
る。フォトダイオード10は、p型ウェル2内に形成さ
れたn型領域であり、暗電流の低減を図るため、その上
部にはp型領域12が形成されている。
A plurality of pixels are arranged in a matrix on an n-type semiconductor substrate 1 on which a p-type well 2 is formed. Each pixel includes a photodiode 10 and a charge transfer unit. The photodiode 10 is an n-type region formed in the p-type well 2, and has a p-type region 12 formed thereon in order to reduce dark current.

【0061】また、電荷転送部は、p型ウェル2内に形
成された転送チャンネル部4と、この転送チャネル部4
上に絶縁膜5を介して配置された第1のゲート電極11
および第2のゲート電極8を備えたCCDである。
The charge transfer section includes a transfer channel section 4 formed in the p-type well 2 and the transfer channel section 4.
First gate electrode 11 disposed thereon with insulating film 5 interposed
And a CCD having a second gate electrode 8.

【0062】転送チャンネル部4は、半導体基板の表層
部に形成されたn型拡散領域である。本実施形態におい
ては、転送チャンネル部4上の半導体基板表面に凹部が
形成されている。この凹部は、転送チャンネル部4によ
る電荷転送方向(図6のX方向)に沿った溝状に形成さ
れている。この凹部の深さは、フォトダイオード10上
に形成されたp型領域12の拡散深さよりも深く、例え
ば0.1〜0.6μmである。
The transfer channel section 4 is an n-type diffusion region formed in the surface layer of the semiconductor substrate. In the present embodiment, a concave portion is formed on the surface of the semiconductor substrate on the transfer channel portion 4. This concave portion is formed in a groove shape along the charge transfer direction (X direction in FIG. 6) by the transfer channel portion 4. The depth of the concave portion is deeper than the diffusion depth of the p-type region 12 formed on the photodiode 10, for example, 0.1 to 0.6 μm.

【0063】第1のゲート電極11は、読み出し電極と
転送電極とを兼ねた電極であり、第2のゲート電極8は
転送電極である。この第1のゲート電極11および第2
のゲート電極8は、半導体基板平面において、転送チャ
ンネル部4の第1のゲート電極11に覆われ且つ第2の
ゲート電極8に覆われていない領域の中心(A)と、フ
ォトダイオード10の中心(B)とを結ぶ直線が、電荷
転送方向(図6のX方向)に対して垂直となるように配
置される。
The first gate electrode 11 is an electrode serving as both a read electrode and a transfer electrode, and the second gate electrode 8 is a transfer electrode. The first gate electrode 11 and the second
The gate electrode 8 of the semiconductor substrate plane is covered by the first gate electrode 11 of the transfer channel portion 4 and not covered by the second gate electrode 8 (A), and the center of the photodiode 10 (B) is arranged so as to be perpendicular to the charge transfer direction (X direction in FIG. 6).

【0064】また、フォトダイオード10から転送チャ
ンネル部4へ信号電荷を読み出す側において、第1のゲ
ート電極11の端の位置が、前記第2のゲート電極の端
の位置と等しいか、または、それよりもフォトダイオー
ド10に向かって張り出していることが好ましい。ま
た、電荷転送方向において、転送チャンネル部4の、第
1のゲート電極11に覆われ且つ第2のゲート電極8に
覆われていない領域の寸法(L1)と、第2のゲート電
極8に覆われた領域の寸法(L2)とが等しいことが好
ましい。更に、第1のゲート電極11と第2のゲート電
極8が重なり合わない構成であることが好ましい。
On the side from which signal charges are read from the photodiode 10 to the transfer channel section 4, the position of the end of the first gate electrode 11 is equal to or equal to the position of the end of the second gate electrode. It is more preferable that the projection extends toward the photodiode 10 than the photodiode 10. Further, in the charge transfer direction, the dimension (L1) of the region of the transfer channel portion 4 covered by the first gate electrode 11 and not covered by the second gate electrode 8, and the size of the region covered by the second gate electrode 8, It is preferable that the size (L2) of the divided area is equal. Further, it is preferable that the first gate electrode 11 and the second gate electrode 8 do not overlap.

【0065】また、同一画素に形成されたフォトダイオ
ード10と転送チャンネル部4との間には読み出し制御
部7が形成されており、互いに隣接する別の画素に形成
されたフォトダイオード10と転送チャンネル部4との
間には分離部6が形成されている。更に、p型ウェル2
内の転送チャンネル部4の直下には、p型領域3が形成
されている。
A readout control unit 7 is formed between the photodiode 10 formed in the same pixel and the transfer channel unit 4, and the readout control unit 7 is connected to the photodiode 10 formed in another adjacent pixel. A separation section 6 is formed between the section 4 and the section 4. Furthermore, p-type well 2
The p-type region 3 is formed immediately below the transfer channel section 4 in the inside.

【0066】フォトダイオード10上方の半導体基板表
面には、絶縁膜5を介して反射防止膜13が形成されて
いる。半導体基板の更に上方には、絶縁膜14、遮光膜
15および保護膜16がこの順に形成されている。
On the surface of the semiconductor substrate above the photodiode 10, an antireflection film 13 is formed with an insulating film 5 interposed. Above the semiconductor substrate, an insulating film 14, a light shielding film 15, and a protective film 16 are formed in this order.

【0067】なお、本実施形態の固体撮像装置は、転送
チャンネル部4上の半導体基板表面に凹部を形成したこ
と以外は、前述した第1の実施形態と同様の構造を有す
るものである。また、その動作についても、第1の実施
形態と同様である。また、本実施形態においても、第2
の実施形態と同様に、電荷転送方向に隣接するフォトダ
イオード10同士間の間隙にp型領域が形成されていて
もよい。
The solid-state imaging device of this embodiment has the same structure as that of the first embodiment except that a concave portion is formed on the surface of the semiconductor substrate on the transfer channel portion 4. The operation is also the same as in the first embodiment. Also in the present embodiment, the second
Similarly to the embodiment, a p-type region may be formed in a gap between the photodiodes 10 adjacent in the charge transfer direction.

【0068】本実施形態によれば、第1の実施形態と同
様に、読み出し電圧の低下を図ることができる。更に、
本実施形態においては、図7に示すように、転送チャン
ネル部4表面に凹部が形成されているため、転送チャン
ネル部4の第1のゲート電極11に覆われ且つ第2のゲ
ート電極に覆われていない領域、すなわち読み出し時に
ポテンシャル井戸が形成される領域の最小電位点(図7
の点Aに相当する。)の深さを、フォトダイオードの最
小電位点(図7の点Bに相当する。)の深さと一致させ
ることができる。その結果、読み出し電圧の更なる低減
を図ることが可能となる。
According to the present embodiment, similarly to the first embodiment, the read voltage can be reduced. Furthermore,
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, since the concave portion is formed on the surface of the transfer channel portion 4, the transfer channel portion 4 is covered with the first gate electrode 11 and covered with the second gate electrode. The minimum potential point of the region where no potential well is formed at the time of reading (FIG. 7
Corresponding to the point A. ) Can be made equal to the depth of the minimum potential point (corresponding to the point B in FIG. 7) of the photodiode. As a result, it is possible to further reduce the read voltage.

【0069】[0069]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体撮像
装置によれば、フォトダイオードから転送チャンネル部
へ電荷を読み出す際に、フォトダイオードの最小電位点
から転送チャンネル部の最小電位点に向かって形成され
る読み出しチャンネルを、電荷転送方向に対して垂直に
形成することができ、その結果、読み出し電圧の低電圧
化を図ることができる。
As described above, according to the solid-state imaging device of the present invention, when electric charges are read out from the photodiode to the transfer channel section, the charge is transferred from the minimum potential point of the photodiode to the minimum potential point of the transfer channel section. The read channel formed by the above method can be formed perpendicular to the charge transfer direction, and as a result, the read voltage can be reduced.

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

【図1】 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置
の構造を示す平面模式図。
FIG. 1 is a schematic plan view illustrating a structure of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 図1のI−I’ における断面模式図。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the line I-I 'of FIG.

【図3】 図1に示す固体撮像装置の信号電荷読み出し
時におけるポテンシャル分布図。
FIG. 3 is a potential distribution diagram when reading out signal charges in the solid-state imaging device shown in FIG. 1;

【図4】 本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置
の構造を示す平面模式図。
FIG. 4 is a schematic plan view illustrating a structure of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention.

【図5】 図4のI−I’ における断面模式図。FIG. 5 is a schematic sectional view taken along the line I-I ′ of FIG. 4;

【図6】 本発明の第3の実施形態に係る固体撮像装置
の構造を示す平面模式図。
FIG. 6 is a schematic plan view illustrating a structure of a solid-state imaging device according to a third embodiment of the present invention.

【図7】 図6のI−I’ における断面模式図。FIG. 7 is a schematic sectional view taken along the line I-I ′ of FIG. 6;

【図8】 従来の固体撮像装置の構造を示す平面模式
図。
FIG. 8 is a schematic plan view showing the structure of a conventional solid-state imaging device.

【図9】 図8に示す固体撮像装置の信号電荷読み出し
時におけるポテンシャル分布図。
FIG. 9 is a potential distribution diagram at the time of reading out signal charges in the solid-state imaging device shown in FIG. 8;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 p型ウェル 3、6、7、12、17 p型領域 4 転送チャンネル部 5、9、14 絶縁膜 8 第2のゲート電極 10 フォトダイオード 11 第1のゲート電極 13 反射防止膜 15 遮光膜 16 保護膜 REFERENCE SIGNS LIST 1 semiconductor substrate 2 p-type well 3, 6, 7, 12, 17 p-type region 4 transfer channel section 5, 9, 14 insulating film 8 second gate electrode 10 photodiode 11 first gate electrode 13 anti-reflection film 15 Light shielding film 16 Protective film

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板に複数の画素が行列状に配置
されており、前記画素の各々が、前記半導体基板内に形
成されたフォトダイオードおよび転送チャンネル部と、
前記転送チャンネル部上に絶縁膜を介して形成された第
1のゲート電極および第2のゲート電極とを備え、前記
第1のゲート電極が、前記フォトダイオードから前記転
送チャンネル部へ信号電荷を読み出すための読み出し電
極として機能する固体撮像装置であって、前記第1のゲ
ート電極に覆われ且つ前記第2のゲート電極に覆われて
いない前記転送チャンネル部の領域の中心と、前記フォ
トダイオードの中心とを結ぶ直線が、前記転送チャンネ
ル部における電荷転送方向に対して垂直となるように、
前記画素の各々が構成されていることを特徴とする固体
撮像装置。
A plurality of pixels arranged in a matrix on a semiconductor substrate, wherein each of the pixels includes a photodiode and a transfer channel formed in the semiconductor substrate;
A first gate electrode and a second gate electrode formed on the transfer channel portion via an insulating film, wherein the first gate electrode reads signal charges from the photodiode to the transfer channel portion Solid-state imaging device that functions as a read electrode for the transfer channel portion, the center of the transfer channel portion being covered with the first gate electrode and not being covered with the second gate electrode, and the center of the photodiode. So that a straight line connecting to the transfer channel portion is perpendicular to the charge transfer direction,
A solid-state imaging device, wherein each of the pixels is configured.
【請求項2】 前記半導体基板の表層部に、前記フォト
ダイオードの周囲を取り囲むように、p型領域が形成さ
れている請求項1に記載の固体撮像装置。
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a p-type region is formed in a surface portion of said semiconductor substrate so as to surround a periphery of said photodiode.
【請求項3】 前記フォトダイオード上にp型領域が形
成されており、前記転送チャンネル部上の前記半導体基
板表面に凹部が形成されている請求項1または2に記載
の固体撮像装置。
3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a p-type region is formed on the photodiode, and a recess is formed on a surface of the semiconductor substrate on the transfer channel portion.
【請求項4】 前記凹部の深さが、前記フォトダイオー
ド上に形成された前記p型領域の拡散深さよりも深い請
求項3に記載の固体撮像装置。
4. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the depth of the recess is larger than the diffusion depth of the p-type region formed on the photodiode.
【請求項5】 前記第1のゲート電極の一部が、前記フ
ォトダイオードと重なり合う請求項1〜4に記載の固体
撮像装置。
5. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a part of said first gate electrode overlaps with said photodiode.
【請求項6】 前記フォトダイオードと、このフォトダ
イオードから信号電荷が読み出される前記転送チャンネ
ル部上に形成された前記第1および第2のゲート電極と
に関して、前記第1のゲート電極の前記フォトダイオー
ド側の端部の位置が、前記第2のゲート電極の前記フォ
トダイオード側の端部の位置と等しいか、または、それ
よりも前記フォトダイオード側に張り出している請求項
1〜5のいずれかに記載の固体撮像装置。
6. The photodiode of the first gate electrode with respect to the photodiode and the first and second gate electrodes formed on the transfer channel from which signal charges are read from the photodiode. The position of the end on the side of the second gate electrode is equal to the position of the end of the second gate electrode on the side of the photodiode, or the position protrudes further toward the side of the photodiode. The solid-state imaging device according to claim 1.
【請求項7】 前記転送チャンネル部において、前記第
2のゲート電極に覆われた領域の電荷転送方向の長さ
と、前記第1のゲート電極に覆われ且つ前記第2のゲー
ト電極に覆われていない領域の電荷転送方向の長さとが
等しい請求項1〜6のいずれかに記載の固体撮像装置。
7. The transfer channel portion, wherein a length of the region covered by the second gate electrode in the charge transfer direction is covered by the first gate electrode and covered by the second gate electrode. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the lengths of the non-existing regions are equal to each other in the charge transfer direction.
【請求項8】 前記第1のゲート電極と前記第2のゲー
ト電極とが重なり合わない請求項1〜7のいずれかに記
載の固体撮像装置。
8. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein said first gate electrode and said second gate electrode do not overlap with each other.
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