JP2005005688A - Solid-state imaging device, method for manufacturing the same, electrical component module, and electrical component having solid-state imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像素子、特に、CCD(Charge Coupled Device)構成による固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、電気機器モジュール、並びに固体撮像素子を有する電気機器に関わる。 The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a solid-state imaging device having a CCD (Charge Coupled Device) configuration, a method for manufacturing the solid-state imaging device, an electrical device module, and an electrical device having the solid-state imaging device.
CCDによる固体撮像素子は、カムコーダ、携帯電話等の各種電気機器に広く用いられているが、特にこれら携帯機器においては、電源電池の長時間使用を可能にするとか、電源の小型、軽量化の要求から、消費電力の低減化が一段と求められている。
ところで、CCD固体撮像素子の消費電力は、ほとんど出力バッファ増幅器の部分で占められている。
Solid-state imaging devices based on CCDs are widely used in various electric devices such as camcorders and mobile phones. Especially in these portable devices, it is possible to use a power battery for a long time or to reduce the size and weight of the power source. From the demand, further reduction of power consumption is required.
By the way, the power consumption of the CCD solid-state imaging device is mostly occupied by the output buffer amplifier.
この出力バッファ増幅器は、出力インピーダンスを低くするために、絶縁ゲート形電界効果トランジスタ(以下MOSトランジスタと略称するが、ゲート絶縁膜が酸化膜に限られるものではない)によるソースフォロア回路によって構成されるが、この場合、最終段のソースフォロア回路の出力インピーダンスが最も小さく、直流電流が大となる。そこで、この直流電流値が大きくなる後段側ほどソースフォロア回路の電源電圧を低くすることによって、消費電力の低減化を図ることができる(特許文献1参照)。
また、この出力バッファ増幅器の後段側のソースフォロア回路のMOSトランジスタの閾値電圧Vthを大きくすることによって必要な電源電圧を低くすることができ、消費電力の低減化を図ることができる(特許文献1参照)。
This output buffer amplifier is configured by a source follower circuit using an insulated gate field effect transistor (hereinafter abbreviated as a MOS transistor, but the gate insulating film is not limited to an oxide film) in order to lower the output impedance. However, in this case, the output impedance of the source follower circuit at the final stage is the smallest, and the direct current is large. Therefore, power consumption can be reduced by lowering the power supply voltage of the source follower circuit toward the rear stage where the direct current value increases (see Patent Document 1).
Further, by increasing the threshold voltage Vth of the MOS transistor of the source follower circuit on the rear stage side of this output buffer amplifier, the necessary power supply voltage can be lowered and the power consumption can be reduced (Patent Document 1). reference).
ところで、CCD撮像素子における出力部においては、水平レジスタからの電荷をリセットするリセット電圧に因る制約から、出力バッファ回路の入力電圧は、ある程度高い電圧となる。これに対し、出力側で、直流電圧値が、例えば3V程度となるようにする場合、ソースフォロアの各ゲート・ソース間電圧Vgsを例えば4Vないしはそれ以上とするエンハンスメント形のレベルシフトトランジスタにおけるVthを大きくすることが必要となる。 By the way, in the output section of the CCD image pickup device, the input voltage of the output buffer circuit becomes a high voltage to some extent due to the restriction due to the reset voltage for resetting the charge from the horizontal register. On the other hand, when the DC voltage value is set to about 3 V, for example, on the output side, Vth in the enhancement type level shift transistor in which the gate-source voltage Vgs of the source follower is set to, for example, 4 V or more is set. It is necessary to enlarge it.
このように、MOSトランジスタのVthを大きくする方法としては、通常トランジスタの製造にあたってなされるVth調整の不純物インプランテーションのドース量を増加させる。
しかしながら、このように、ドース量を高めることによって、上述した例えば4V程度のVgsを必要とするレベルシフトトランジスタを得ようとする場合、いわゆるバックゲート効果による感度の低下を来たすという問題がある。
いま、図12に概略断面図を示すように、例えばn形のSi基体101よりなるサブストレイト上に形成されたp形ウェル領域102上に、ソース領域103およびドレイン領域104が形成され、これら間にゲート絶縁膜105を介してゲート電極106が形成されたMOSトランジスタにおいて、鎖線aで示すゲート部を横切る断面での、チャネルが形成した瞬間におけるポテンシャル図を図13に示す。図13中、鎖線曲線は、Vth調整の不純物インプランテーションのドース量が比較的少ない場合であり、実線曲線は、Vthを大とするためにドース量を多くした場合を示すもので、ドース量が多い場合、p形ウェル領域102が空乏化しなくなることから、基板バイアス効果、いわゆるバックゲート効果が大となり、ソースフォロアのゲインが低下し、ひいては感度の低下を来たす。
As described above, as a method of increasing the Vth of the MOS transistor, the dose amount of impurity implantation for Vth adjustment which is usually performed in the manufacture of the transistor is increased.
However, when the level shift transistor that requires Vgs of, for example, about 4 V as described above is obtained by increasing the dose amount as described above, there is a problem that sensitivity is lowered due to a so-called back gate effect.
Now, as shown in a schematic cross-sectional view in FIG. 12, a
上述した制約によって、レベルシフトトランジスタのVth大きくできないことから、例えば初段の電源電圧を12Vとすると、2段目以降の電源電圧は、5V程度までしか低減化できない。また逆に、2段目以降の電源電圧を5Vにした場合、初段の電源電圧を15Vにすることができない。
例えば、バッファ回路で、その最終段をプッシュプル回路とすることで、更なる消費電力の低減化を図る技術が提案されている(特許文献2参照)。この場合、12Vである入力を、直流電圧が3Vの出力とする3段構成のバッファ増幅器とすると、その最終段の3段目のプッシュプル回路におけるデプレッション形のpチャネルMOSトランジスタにおいて、4Vシフトさせる、Vthが4Vのトランジスタを構成することは困難である。
したがって、このプッシュプル回路を有する出力バッファ増幅器においては、2段のソースフォロアで例えば4.5Vのシフトを行うことになる。しかしながら、このように高いVthのトランジスタを、上述した不純物のイオンインプランテーションによって形成することは、上述したように、大きな感度低下を来たす。
Since Vth of the level shift transistor cannot be increased due to the above-described restrictions, for example, if the power supply voltage at the first stage is 12V, the power supply voltage after the second stage can be reduced only to about 5V. Conversely, when the power supply voltage at the second and subsequent stages is set to 5V, the power supply voltage at the first stage cannot be set to 15V.
For example, a technique for further reducing power consumption has been proposed by using a buffer circuit with a push-pull circuit at the final stage (see Patent Document 2). In this case, assuming that the input of 12V is a three-stage buffer amplifier that outputs 3V of DC voltage, the depletion type p-channel MOS transistor in the third-stage push-pull circuit of the final stage is shifted by 4V. It is difficult to form a transistor with Vth of 4V.
Therefore, in the output buffer amplifier having this push-pull circuit, a shift of, for example, 4.5 V is performed with a two-stage source follower. However, the formation of such a high Vth transistor by the above-described impurity ion implantation causes a significant reduction in sensitivity as described above.
本発明によるCCD構成による固体撮像素子および製造方法においては、上述した固体撮像素子における出力部の出力バッファ増幅器におけるレベルシフトトランジスタ(レベルシフトトランジスタとは、バッファ増幅器において、レベルシフトが4V程度以上、もしくはもっともレベルシフトが大きいトランジスタを指称するものとする。)を、感度低下を来たすことなく、そのVthをよりエンハンスメント側にシフトすることができ、レベルシフトを大きくでき、バッファ回路の段数を減じ、電源数を減じ、バッファ回路における低消費電力を図りつつ、回路の簡略化を図る。 In the solid-state imaging device and the manufacturing method according to the CCD configuration of the present invention, the level shift transistor in the output buffer amplifier of the output unit in the above-described solid-state imaging device (the level shift transistor is a level shift transistor of about 4 V or more It is possible to shift the Vth to the enhancement side without causing a decrease in sensitivity, to increase the level shift, to reduce the number of stages of the buffer circuit, The circuit is simplified while reducing the number and reducing the power consumption in the buffer circuit.
そして、このような構成による固体撮像素子によって、多画素CCD固体撮像素子、固体撮像素子が搭載された多画素のスティルカメラ、カムコーダ、携帯電話等における電気機器、これを構成する電気機器モジュールにおいて、感度の低下を来たすことなく、低消費電力化を図ることができるようにした固体撮像素子、電気機器モジュール、固体撮像素子を有する電気機器を提供するものである。 And, by the solid-state image pickup device having such a configuration, in a multi-pixel CCD solid-state image pickup device, a multi-pixel still camera mounted with the solid-state image pickup device, a camcorder, an electric device in a mobile phone, etc. It is an object of the present invention to provide a solid-state image pickup device, an electric device module, and an electric device having a solid-state image pickup device capable of reducing power consumption without causing a decrease in sensitivity.
本発明による固体撮像素子においては、その出力バッファ増幅器の出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタが、ゲート部のゲート絶縁膜中に、nチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の固定電荷が導入され、pチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の固定電荷が導入されて閾値電圧Vthをよりエンハンスメント側にシフトして成ることを特徴とする。 In the solid-state imaging device according to the present invention, the insulated gate field effect transistor constituting the level shift transistor that shifts the output DC voltage value of the output buffer amplifier is provided in the n-channel insulated gate type in the gate insulating film of the gate portion. A negative fixed charge is introduced in the field effect transistor, and a positive fixed charge is introduced in the p-channel insulated gate field effect transistor to shift the threshold voltage Vth to the enhancement side. It is characterized by that.
本発明による固体撮像素子においては、固体撮像素子の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さを、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さに比して大として、そのVthをよりエンハンスメント側にシフトさせる。 In the solid-state imaging device according to the present invention, the thickness of the gate insulating film of the insulated gate field effect transistor constituting the level shift transistor for shifting the output DC voltage value of the output buffer amplifier of the solid-state imaging device The Vth is shifted to the enhancement side more than the thickness of the gate insulating film of the field effect transistor.
また、本発明による固体撮像素子においては、固体撮像素子の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタのウェル電位を、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのウェル電位に比して、nチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、低い負の電位とし、pチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、高い正の電位として、そのVthをよりエンハンスメント側にシフトさせることを特徴とする。 In the solid-state imaging device according to the present invention, the well potential of the insulated gate field-effect transistor constituting the level shift transistor for shifting the output DC voltage value of the output buffer amplifier of the solid-state imaging device is replaced with another insulated gate type electric field. Compared to the well potential of the effect transistor, the n-channel insulated gate field effect transistor has a low negative potential, and the p-channel insulated gate field effect transistor has a high positive potential. The Vth is further shifted to the enhancement side.
本発明による固体撮像素子においては、固体撮像素子の出力バッファ増幅器の出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成するnチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート電極が、n型のポリシリコンより仕事関数が大なる電極材料による構成とされてVthをよりエンハンスメント側にシフトさせることを特徴とする。
上記仕事関数が大なる電極材料は、p+型ポリシリコン、Pt、Auとすることができる。
In the solid-state imaging device according to the present invention, the gate electrode of the n-channel insulated gate field effect transistor constituting the level shift transistor for shifting the output DC voltage value of the output buffer amplifier of the solid-state imaging device is made of n-type polysilicon. The structure is made of an electrode material having a large work function and is characterized by shifting Vth to the enhancement side.
The electrode material having a large work function may be p + type polysilicon, Pt, or Au.
また、本発明による固体撮像素子の製造方法においては、上記固体撮像素子の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタを、ゲート部のゲート絶縁膜中に、nチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の固定電荷を導入する工程を有し、pチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の固定電荷を導入する工程を有し、上記電荷の導入によって閾値電圧Vthがよりエンハンスメント側にシフトしたレベルシフトトランジスタを得ることを特徴とする。 In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the insulated gate field effect transistor constituting the level shift transistor for shifting the output DC voltage value of the output buffer amplifier of the solid-state imaging device is replaced with the gate insulation of the gate portion. The n-channel insulated gate field effect transistor has a step of introducing a negative fixed charge into the film, and the p-channel insulated gate field effect transistor introduces a positive fixed charge. And a level shift transistor in which the threshold voltage Vth is shifted to the enhancement side by the introduction of the electric charge.
また、上述の本発明の製造方法において、上記負の固定電荷、正の固定電荷を導入する工程を、電気的な電荷注入、すなわち例えばゲート部におけるトンネル電流による電荷の注入、あるいはゲート絶縁膜への不純物導入によるアクセプタイオン、あるいはドナーイオンの生成、あるいは、プラズマ、もしくは放射線照射によって行うことを特徴とする。 In the above-described manufacturing method of the present invention, the step of introducing the negative fixed charge and the positive fixed charge may be performed by electrical charge injection, that is, charge injection by a tunnel current in the gate portion, or gate insulating film. It is characterized in that it is carried out by generating acceptor ions or donor ions by introducing impurities, or by plasma or radiation irradiation.
本発明による固体撮像素子の製造方法においては、該固体撮像素子の出力バッファ増幅器の出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成するnチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート電極を、n型のポリシリコンより大なる仕事関数を有する電極材料によって構成することを特徴とする。 In the solid-state imaging device manufacturing method according to the present invention, the gate electrode of the n-channel insulated gate field effect transistor constituting the level shift transistor that shifts the output DC voltage value of the output buffer amplifier of the solid-state imaging device is an n-type. It is characterized by comprising an electrode material having a work function larger than that of polysilicon.
また、本発明による電気機器モジュールにおいては、被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部とを有して成る電気機器モジュールであって、上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタが、ゲート部のゲート絶縁膜中に、nチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の固定電荷が導入され、pチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の固定電荷が導入されて閾値電圧Vthをよりエンハンスメント側にシフトする構成を有して成ることを特徴とする。 In the electrical equipment module according to the present invention, an imaging lens that captures an optical image of a subject, and imaging by an array of sensor units using a plurality of photoelectric conversion elements on which the optical image of the subject captured by the imaging lens is formed. An electric device module comprising an area, a vertical transfer unit and a horizontal transfer unit that transfer signal charges obtained by the sensor unit, and an output unit that outputs an imaging signal corresponding to the signal charges, An insulated gate field effect transistor constituting a level shift transistor for shifting the output DC voltage value of the output buffer amplifier of the output section is an n-channel insulated gate field effect transistor in the gate insulating film of the gate section. In a p-channel insulated gate field effect transistor, a positive fixed charge is introduced and a positive fixed charge is applied. Characterized by comprising a structure in which charge is introduced to shift the threshold voltage Vth more enhancement side.
また、本発明による電気機器モジュールにおいては、被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部を有して成る電気機器モジュールであって、上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さを、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さに比して大としたことを特徴とする。 In the electrical equipment module according to the present invention, an imaging lens that captures an optical image of a subject, and imaging by an array of sensor units using a plurality of photoelectric conversion elements on which the optical image of the subject captured by the imaging lens is formed. An electrical device module comprising: an area; a vertical transfer unit and a horizontal transfer unit that transfer signal charges obtained by the sensor unit; and an output unit that outputs an imaging signal corresponding to the signal charges. The thickness of the gate insulating film of the insulated gate field effect transistor that constitutes the level shift transistor that shifts the output DC voltage value of the output buffer amplifier of the part, the thickness of the gate insulating film of the other insulated gate field effect transistor It is characterized by being larger than
本発明による電気機器モジュールにおいては、被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部を有して成る電気機器モジュールであって、上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタのウェル電位を、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのウェル電位に比して、nチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、低い負の電位とし、pチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、高い正の電位とすることを特徴とする。 In the electrical equipment module according to the present invention, an imaging lens that captures an optical image of a subject, and an imaging area that includes an array of sensor units by a plurality of photoelectric conversion elements on which the optical image of the subject captured by the imaging lens is formed An electric equipment module comprising a vertical transfer unit and a horizontal transfer unit for transferring signal charges obtained by the sensor unit, and an output unit for outputting an imaging signal corresponding to the signal charges, The n-channel insulated gate is compared with the well potential of the insulated gate field effect transistor constituting the level shift transistor for shifting the output DC voltage value of the output buffer amplifier as compared with the well potential of the other insulated gate field effect transistors. In a field effect transistor, a low negative potential is used, and a p-channel insulated gate field effect transistor is used. In the Njisuta it is characterized by a high positive potential.
また、本発明による電気機器モジュールにおいては、被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部を有して成る電気機器モジュールであって、上記出力部の出力バッファ増幅器の出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成するnチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート電極が、n型のポリシリコンより仕事関数が大なる電極材料によって構成されて成ることを特徴とする。 In the electrical equipment module according to the present invention, an imaging lens that captures an optical image of a subject, and imaging by an array of sensor units using a plurality of photoelectric conversion elements on which the optical image of the subject captured by the imaging lens is formed. An electrical device module comprising: an area; a vertical transfer unit and a horizontal transfer unit that transfer signal charges obtained by the sensor unit; and an output unit that outputs an imaging signal corresponding to the signal charges. The gate electrode of the n-channel insulated gate field effect transistor that constitutes the level shift transistor that shifts the output DC voltage value of the output buffer amplifier of the part is made of an electrode material having a work function larger than that of n-type polysilicon. It is characterized by comprising.
そして、本発明による電気機器においては、被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子と、該固体撮像素子の制御系と、上記固体撮像素子からの撮像信号に基づく表示系とを有する固体撮像素子を有する電気機器であって、上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタが、ゲート部のゲート絶縁膜中に、nチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の固定電荷が導入され、pチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の固定電荷が導入されて閾値電圧Vthをよりエンハンスメント側にシフトする構成を有して成ることを特徴とする。 In the electric device according to the present invention, an imaging area that includes an imaging lens that captures an optical image of a subject, and an array of sensor units that includes a plurality of photoelectric conversion elements on which the optical image of the subject captured by the imaging lens is formed. A solid-state imaging device having a vertical transfer unit and a horizontal transfer unit that transfer the signal charges obtained by the sensor unit, and an output unit that outputs an imaging signal corresponding to the signal charges, and a control system for the solid-state imaging device And a level shift transistor that shifts the output DC voltage value of the output buffer amplifier of the output unit, which is an electric device having a solid-state image sensor having a display system based on an imaging signal from the solid-state image sensor The insulated gate field effect transistor is in the n channel insulated gate field effect transistor in the gate insulating film of the gate portion. Thus, a negative fixed charge is introduced, and the p-channel insulated gate field effect transistor has a configuration in which the positive fixed charge is introduced and the threshold voltage Vth is shifted to the enhancement side. It is characterized by.
また、本発明による電気機器においては、被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子と、該固体撮像素子の制御系と、上記固体撮像素子からの撮像信号に基づく表示系とを有する固体撮像素子を有する電気機器であって、上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さを、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さに比して大としたことを特徴とする。 In addition, in the electrical apparatus according to the present invention, the imaging lens includes an imaging lens that captures an optical image of a subject, and an array of sensor units that includes a plurality of photoelectric conversion elements on which the optical image of the subject captured by the imaging lens is formed. A solid-state imaging device having a vertical transfer unit and a horizontal transfer unit that transfer the signal charges obtained by the sensor unit, and an output unit that outputs an imaging signal corresponding to the signal charges, and a control system for the solid-state imaging device And a level shift transistor that shifts the output DC voltage value of the output buffer amplifier of the output unit, which is an electric device having a solid-state image sensor having a display system based on an imaging signal from the solid-state image sensor Change the thickness of the gate insulating film of an insulated gate field effect transistor to the thickness of the gate insulating film of another insulated gate field effect transistor. And said that it has a large and.
更に、本発明による電気機器においては、被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子と、該固体撮像素子の制御系と、上記固体撮像素子からの撮像信号に基づく表示系とを有する固体撮像素子を有する電気機器であって、上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタのウェル電位を、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのウェル電位に比してnチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、低い負の電位とし、pチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、高い正の電位とすることを特徴とする。 Furthermore, in the electrical apparatus according to the present invention, an imaging area that includes an imaging lens that captures an optical image of a subject and a plurality of photoelectric conversion elements on which the optical image of the subject captured by the imaging lens is formed. A solid-state imaging device having a vertical transfer unit and a horizontal transfer unit that transfer the signal charges obtained by the sensor unit, and an output unit that outputs an imaging signal corresponding to the signal charges, and a control system for the solid-state imaging device And a level shift transistor that shifts the output DC voltage value of the output buffer amplifier of the output unit, which is an electric device having a solid-state image sensor having a display system based on an imaging signal from the solid-state image sensor Compare the well potential of an insulated gate field effect transistor to the well potential of other insulated gate field effect transistors. In the insulated gate field effect transistor, and a low negative potential, in the p-channel insulated gate field effect transistor is characterized by a high positive potential.
また、本発明による電気機器においては、被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子と、該固体撮像素子の制御系と、上記固体撮像素子からの撮像信号に基づく表示系とを有する固体撮像素子を有する電気機器であって、上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタを構成するnチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート電極が、n型のポリシリコンより大なる仕事関数を有する電極材料によって構成されて成ることを特徴とする。 In addition, in the electrical apparatus according to the present invention, the imaging lens includes an imaging lens that captures an optical image of a subject, and an array of sensor units that includes a plurality of photoelectric conversion elements on which the optical image of the subject captured by the imaging lens is formed. A solid-state imaging device having a vertical transfer unit and a horizontal transfer unit that transfer the signal charges obtained by the sensor unit, and an output unit that outputs an imaging signal corresponding to the signal charges, and a control system for the solid-state imaging device And a level shift transistor that shifts the output DC voltage value of the output buffer amplifier of the output unit, which is an electric device having a solid-state image sensor having a display system based on an imaging signal from the solid-state image sensor The gate electrode of the n-channel insulated gate field effect transistor constituting the insulated gate field effect transistor is an n-type policy. It is constituted by an electrode material having a large becomes work function than Con characterized by comprising.
そして、上述した本発明による固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、電気機器モジュール、並びに固体撮像素子を有する電気機器において、上記各ゲート絶縁膜は、酸化膜による構成とすることができる。
また、上記ゲート絶縁膜は酸化膜より成り、該酸化膜がSi半導体基体上に形成され、該基体と上記酸化膜との界面に、nチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の表面準位が形成され、pチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の表面準位が形成されて成る構成とすることができる。
また、上記ゲート絶縁膜は酸化膜より成り、該酸化膜とゲート電極との界面に、nチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の電荷が導入され、pチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の電荷が導入された構成とすることができる。
また、上記ゲート部は、MONS(Metal−Oxide−Nitride−Semiconductor)構造、またはMNOS(Metal−Nitride−Oxide−Semiconductor)構造、あるいはMONOS(Metal−Oxide−Nitride−Oxide−Semiconductor)構造とし、これら構造の酸化膜(Oxide)と窒化膜(Nitride)との界面に上記電荷を導入する構成とすることができる。
In the above-described solid-state imaging device according to the present invention, the manufacturing method of the solid-state imaging device, the electrical device module, and the electrical device having the solid-state imaging device, each of the gate insulating films can be configured by an oxide film.
The gate insulating film is made of an oxide film, and the oxide film is formed on a Si semiconductor substrate. At the interface between the substrate and the oxide film, an n-channel insulated gate field effect transistor has a negative polarity. In the p-channel insulated gate field effect transistor, a positive surface level can be formed.
The gate insulating film is made of an oxide film. In the n-channel insulated gate field effect transistor, a negative charge is introduced into the interface between the oxide film and the gate electrode. A field effect transistor may have a configuration in which positive charges are introduced.
In addition, the gate unit includes a MONS (Metal-Oxide-Nitride-Semiconductor) structure, a MNOS (Metal-Nitride-Oxide-Semiconductor) structure, or a MONOS (Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor structure). The charge can be introduced into the interface between the oxide film (Oxide) and the nitride film (Nitride).
上述したように本発明による固体撮像素子およびその製造方法においては、レベルシフトトランジスタのゲート絶縁膜に、固定電荷を導入するとか、そのゲート絶縁膜を大とするとか、ウェル電位を他と変更するとか、仕事関数の大きいゲート電極とすることによって、レベルシフトトランジスタにおけるVthをよりエンハンスメント側にシフトするものであることから、図13で説明した従来方法におけるように、半導体に不純物の注入を行う場合におけるように、ウェル領域における空乏化を阻害する現象を引き起こすことが回避されることにより、感度の低下を回避できる。そして、このように、MOSトランジスタのエンハンスメント化によって、レベルシフトを大きく取ることができ、バッファ回路における段数の減少、電源数の減少が図られる。 As described above, in the solid-state imaging device and the method of manufacturing the same according to the present invention, a fixed charge is introduced into the gate insulating film of the level shift transistor, the gate insulating film is enlarged, or the well potential is changed to another. When the gate electrode having a large work function is used, the Vth in the level shift transistor is shifted to the enhancement side. Therefore, when the impurity is implanted into the semiconductor as in the conventional method described with reference to FIG. As described above, a decrease in sensitivity can be avoided by avoiding the phenomenon of inhibiting depletion in the well region. As described above, the enhancement of the MOS transistor can greatly increase the level shift, thereby reducing the number of stages and the number of power supplies in the buffer circuit.
本発明による固体撮像素子、電気機器モジュール、固体撮像素子を有する電気機器、並びに固体撮像素子の製造方法の実施の形態を例示説明するが、本発明は、この例示する実施の形態に限られるものではない。
まず、本発明による固体撮像素子の実施の形態について説明する。
Embodiments of a solid-state image pickup device, an electric equipment module, an electric device having a solid-state image pickup device, and a method of manufacturing a solid-state image pickup device according to the present invention will be described by way of example. However, the present invention is limited to the illustrated embodiment. is not.
First, an embodiment of a solid-state image sensor according to the present invention will be described.
[固体撮像素子の第1の実施の形態]
図1は、本発明によるCCD構成の固体撮像素子10の一実施形態例の概略構成を示し、この場合、光電変換素子、例えばフォトダイオード構成によるセンサ部11が配列されてなる撮像エリア14と、垂直レジスタの垂直CCD13と、水平レジスタの水平CCD15と、出力部の電荷電圧変換部16とを有する。
そして、センサ部11によって得た受光量に応じた信号電荷を垂直転送レジスタの垂直CCD13に取り出し、水平CCD15に転送し、水平CCD15によって、出力部、すなわち撮像信号電荷を出力電圧に変換する電荷電圧変換部16に転送し、電荷電圧変換部16によって撮像信号を取り出すようになされている。
[First Embodiment of Solid-State Image Sensor]
FIG. 1 shows a schematic configuration of an embodiment of a solid-
Then, a signal charge corresponding to the amount of received light obtained by the sensor unit 11 is taken out to the vertical CCD 13 of the vertical transfer register, transferred to the
図2は、本発明による固体撮像素子の出力部すなわち電荷電圧変換部16の出力バッファ増幅器に関わる要部の回路図で、図においては、各部電圧数値例を付して示したものである。この例では、MOSトランジスタM1およびM2,M3およびM4による2段のソースフォロアによるバッファ回路を構成し、その終段にプッシュプル回路P−Pが接続された構成を有する構成が示されている。この構成においては、トランジスタM3が、4V以上、この場合は6Vの大きなレベルシフトを行う、いわゆるレベルシフトトランジスタMSである。 FIG. 2 is a circuit diagram of a main part related to the output buffer amplifier of the output unit of the solid-state imaging device according to the present invention, that is, the charge-voltage conversion unit 16, and the figure shows examples of numerical values of the respective voltages. In this example, a configuration is shown in which a buffer circuit with two-stage source followers is formed by MOS transistors M1, M2, M3, and M4, and a push-pull circuit PP is connected to the final stage. In this configuration, the transistor M3 is a so-called level shift transistor MS that performs a large level shift of 4V or more, in this case 6V.
そして、バッファ回路の入力端、すなわちトランジスタM1のゲートに、フローティングディフュージョンFD部で変換された水平CCD15からの信号電荷に応じた信号電圧が入力される。
また、この例では、バッファ回路の終段に、プッシュプル回路P−Pが設けられた構成とされていて、より消費電力の低減化を図った構成とした場合である(特開平11−234567号参照)。
A signal voltage corresponding to the signal charge from the
In this example, the push-pull circuit PP is provided at the final stage of the buffer circuit, and the power consumption is further reduced (Japanese Patent Laid-Open No. 11-234567). Issue).
図3は、バッファ回路のMOSトランジスタM1〜M4、例えばMOSトランジスタM3すなわちレベルシフトトランジスタMSの概略断面図を示す。この例では、nチャネル形のMOSトランジスタ構成を有する場合を例示するものである。例えばn形の半導体基体111に、このn形基体111をサブストレイト領域subとして、このサブストレイト領域sub上に形成されたp形ウェル領域112上に、ソース領域113およびドレイン領域114が形成され、これら領域間上にゲート絶縁膜115を介してゲート電極116が形成されて成る。
FIG. 3 shows a schematic sectional view of the MOS transistors M1 to M4 of the buffer circuit, for example, the MOS transistor M3, that is, the level shift transistor MS. In this example, the case of having an n-channel MOS transistor configuration is illustrated. For example, a
レベルシフトトランジスタM3のゲート部、更には、他の各MOSトランジスタのゲート部の構造は、MONS(Metal−Oxide−Nitride−Semiconductor)構造、またはMNOS(Metal−Nitride−Oxide−Semiconductor)構造、MONOS(Metal−Oxide−Nitride−Oxide−Semiconductor)構造とすることができる。
半導体基体111は、例えばSi基板によって構成し、ゲート絶縁膜115は、酸化膜、例えばSi基体111の表面熱酸化膜等によって形成することができる。
The structure of the gate portion of the level shift transistor M3, and further, the gate portion of each of the other MOS transistors may be a MONS (Metal-Oxide-Nitride-Semiconductor) structure, an MNOS (Metal-Nitride-Oxide-Semiconductor) structure, or a MONOS ( (Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor) structure.
The
そして、レベルシフトトランジスタMS(M3)において、そのゲート絶縁膜115中に、図示の例におけるnチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の固定電荷が導入された構成とする。
図4AおよびBにおいては、図3に鎖線aで示した、レベルシフトトランジスタのゲート部の断面における固定電荷の導入状態を模式的に示した図で、例えば図4Aに示すように、例えばシリコン酸化膜によるゲート絶縁膜115中に、丸印をもって模式的に示すように、負の電荷を導入する。
あるいは、例えば図4Bに示すように、ゲート絶縁膜115を、多層構造、例えば、酸化膜115a−窒化膜115b−酸化膜115cが順次積層された上述のMONOS構造とした場合で、窒化膜115bと、その上下の酸化膜115aおよび115cとの界面に負の電荷を導入する。
In the level shift transistor MS (M3), a negative fixed charge is introduced into the
4A and 4B are diagrams schematically showing a state where fixed charges are introduced in the cross section of the gate portion of the level shift transistor, which is indicated by a chain line a in FIG. 3. For example, as shown in FIG. A negative charge is introduced into the
Alternatively, as shown in FIG. 4B, for example, the
このようにレベルシフトトランジスタMSにおいて、例えばnチャネルにあっては、ゲート絶縁膜における負の電荷の蓄積、例えばSi基体−SiO2酸化膜においては、Si基体とSiO2酸化膜との界面おける負の表面準位を形成して、このレベルシフトトランジスタMSの閾値Vthを他のMOSトランジスタM1、M2、M4に比して大とする。 In this way the level shift transistor MS, for example In the n-channel, accumulation of negative charges in the gate insulating film, in the example Si substrate -SiO 2 oxide film, the interface definitive negative the Si substrate and the SiO 2 oxide film And the threshold Vth of the level shift transistor MS is made larger than those of the other MOS transistors M1, M2, and M4.
すなわち、図5に、MOSトランジスタにおけるゲート絶縁膜中に固定電荷がある場合(実線曲線)と、ない場合(鎖線曲線)の、ゲート部の厚さ方向の断面におけるポテンシャル図を比較して示す。これら曲線を対比して明らかなように、この場合、固定電荷を存在させて負のポテンシャルを深めてVthを大とした場合においても、ウェル領域において空乏化状態には変化がない。 That is, FIG. 5 shows a comparison of potential diagrams in the cross section in the thickness direction of the gate portion when there is a fixed charge in the gate insulating film in the MOS transistor (solid line curve) and when there is no fixed charge (dashed line curve). As is clear from the comparison of these curves, in this case, even when a fixed charge is present to deepen the negative potential and Vth is increased, the depletion state does not change in the well region.
[固体撮像素子の第2の実施の形態]
この実施の形態においても、図1〜図3で示した第1の実施の形態と同様の構成を有するが、この実施の形態においては、レベルシフトトランジスタMSのゲート絶縁膜の厚さtsを、他のトランジスタ例えばバッファ回路のトランジスタM1、M2、M4のゲート絶縁膜の厚さtより大に選定してレベルシフトトランジスタMSのVthを、絶縁膜の厚さtとした他のトランジスタM1、M2、M4のVthより高めた。
[Second Embodiment of Solid-State Image Sensor]
This embodiment also has the same configuration as that of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3, but in this embodiment, the thickness ts of the gate insulating film of the level shift transistor MS is set as follows. Other transistors M1, M2, M2, M2, M4, M4, M4, M4, M4, M2, M2, M2 It was higher than Vth of M4.
図6に、このように、ゲート絶縁膜の厚さを変えた場合の、ポテンシャル図を対比して示す。この場合においても、Vthが大となるが、ウェルの空乏化が阻害されることがない。 FIG. 6 shows a comparison of potential diagrams when the thickness of the gate insulating film is changed as described above. In this case as well, Vth increases, but well depletion is not inhibited.
[固体撮像素子の第3の実施の形態]
この実施の形態においても、図1〜図3で示した第1の実施の形態と同様の構成を有するが、この実施の形態においては、図7に、レベルシフトトランジスタMSのウェル領域112Sを、他のMOSトランジスタM1、M2、M4のウェル領域112と分離し、それぞれのレベルシフトトランジスタMSのウェル電位Vwsをnチャネル形MOSにおいては、他のMOSトランジスタM1、M2、M4のウェル電位Vwに比し負電位とする。すなわち、例えばVwを0Vとするとき、Vws=−6.5Vとする。このようにして、レベルシフトトランジスタMSのVthを高める。
なお、図7において、図3と対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
[Third Embodiment of Solid-State Image Sensor]
This embodiment also has the same configuration as that of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3, but in this embodiment, the well region 112S of the level shift transistor MS is shown in FIG. The well potential Vws of each level shift transistor MS is separated from the
In FIG. 7, parts corresponding to those in FIG.
図8に、この第3の実施の形態における、ウェル電位を変えた場合の、ポテンシャル図を対比して示す。この場合においても、Vthが大となるが、ウェル電位と、ウェル領域のポテンシャルとの対比をみて明らかなように、空乏化が阻害されることがない。 FIG. 8 shows a comparison of potential diagrams when the well potential is changed in the third embodiment. Even in this case, Vth increases, but depletion is not inhibited as is apparent from the comparison between the well potential and the potential of the well region.
[固体撮像素子の第4の実施の形態]
この実施の形態においても、図1〜図3で示した第1の実施の形態と同様の構成を有するが、この実施の形態においては、図9に示すように、それぞれのnチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにおいて、そのレベルシフトトランジスタMSのゲート電極116を、他のトランジスタ特にバッファ回路のトランジスタM1、M2、M4のゲート電極116より仕事関数が大なる電極材によって構成する。例えばゲート電極116をn+型とするとき、レベルシフトトランジスタMSのゲート電極116をp+型のポリシリコンあるいは白金(Pt)や金(Au)によって構成する。
[Fourth Embodiment of Solid-State Image Sensor]
This embodiment also has the same configuration as that of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3, but in this embodiment, as shown in FIG. In the field effect transistor, the
図10は、この構成としたとき、ゲート電極材料がp+ポリシリコンの場合のポテンシャル図(実線曲線)と、n+ポリシリコンの場合のポテンシャル図(破線曲線)とを対比して示す。絶縁ゲート形電界効果トランジスタMSにおいて、Vthが大となるが、ウェルの空乏化が阻害されることがない。
なお、図10において、図3と対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
FIG. 10 shows a comparison between a potential diagram (solid curve) when the gate electrode material is p + polysilicon and a potential diagram (dashed curve) when n + polysilicon is used in this configuration. In the insulated gate field effect transistor MS, Vth increases, but well depletion is not inhibited.
In FIG. 10, parts corresponding to those in FIG.
次に、本発明による固体撮像素子の製造方法の実施の形態を説明する。
本発明製造方法においては、上述したCCD構成の固体撮像素子を従来知られている通常の方法で製造することができるが、特に、本発明においては、その出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成するMOSトランジスタM3のゲート部のゲート絶縁膜中に、この例では、nチャネルのMOSトランジスタにおいては、負の固定電荷を導入する工程を有するものである。
Next, an embodiment of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention will be described.
In the manufacturing method of the present invention, the solid-state imaging device having the above-described CCD structure can be manufactured by a conventionally known ordinary method. In particular, in the present invention, the output DC voltage value of the output buffer amplifier is set. In this example, the n-channel MOS transistor includes a step of introducing a negative fixed charge into the gate insulating film of the gate portion of the MOS transistor M3 constituting the level shift transistor to be shifted.
[製造方法の第1の実施の形態]
この実施の形態においては、上述したレベルシフトトランジスタM3において、ゲート絶縁膜115に対する負の電荷の導入を、ゲート電極116と例えば半導体基体との間に例えば20V〜30Vの電圧を印加することによって、ゲート絶縁膜中に強い電界を形成し、トンネル電流効果によって電子の導入を行う。
このようにして、上述した固体撮像素子の第1の実施の形態による固体撮像素子を製造する。
[First Embodiment of Manufacturing Method]
In this embodiment, in the level shift transistor M3 described above, negative charges are introduced into the
In this way, the solid-state imaging device according to the first embodiment of the solid-state imaging device described above is manufactured.
[製造方法の第2の実施の形態]
この実施の形態においては、上述したレベルシフトトランジスタM3において、ゲート絶縁膜115に対する負の電荷の導入を、不純物例えばボロンの注入を行い、このゲート絶縁膜中に、アクセプタ準位を形成することによって行う。
このようにして、上述した固体撮像素子の第2の実施の形態による固体撮像素子を製造する。
[Second Embodiment of Manufacturing Method]
In this embodiment, in the above-described level shift transistor M3, negative charges are introduced into the
In this way, the solid-state imaging device according to the second embodiment of the solid-state imaging device described above is manufactured.
[製造方法の第3の実施の形態]
この実施の形態においては、上述したレベルシフトトランジスタM3において、ゲート絶縁膜115に対する負の電荷の導入を、例えば酸素プラズマ中にさらすことによって、もしくは放射線例えばα線照射によって行う。
[Third Embodiment of Manufacturing Method]
In this embodiment, in the level shift transistor M3 described above, the introduction of negative charges into the
[製造方法の第4の実施の形態]
この実施の形態においては、上述したレベルシフトトランジスタM3のゲート絶縁膜の厚さtsを、他のMOSトランジスタM1、M2、M4のゲート絶縁膜の厚さtに比し大とする。例えばts=35nmとするとき、t=20nmとする。
この異なる膜厚のゲート絶縁膜を形成する方法は、例えば全MOSトランジスタ例えばバッファ回路については、M1〜M4に関して、まず一様の厚さにゲート絶縁膜の形成を行い、その後、レベルシフトトランジスタM3(MS)以外のトランジスタにおけるゲート部の絶縁層をエッチングにより除去し、その後再度全MOSトランジスタ例えばバッファ回路については、M1〜M4に関して、所要の厚さにゲート絶縁膜の形成を行うことによって形成する。
[Fourth Embodiment of Manufacturing Method]
In this embodiment, the thickness ts of the gate insulating film of the level shift transistor M3 described above is made larger than the thickness t of the gate insulating films of the other MOS transistors M1, M2, and M4. For example, when ts = 35 nm, t = 20 nm.
In this method of forming gate insulating films having different thicknesses, for example, for all MOS transistors, for example, buffer circuits, first, the gate insulating film is formed to a uniform thickness with respect to M1 to M4, and then the level shift transistor M3 is formed. The insulating layer in the gate portion of the transistors other than (MS) is removed by etching, and then all the MOS transistors, for example, buffer circuits are formed again by forming a gate insulating film to a required thickness with respect to M1 to M4. .
[製造方法の第5の実施の形態]
この実施の形態においては、上述したレベルシフトトランジスタM3のゲート電極を、p+ポリシリコンによって、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタ構成のゲート部の電極をn+ポリシリコンによって構成する。これらゲート電極の形成は、例えば本発明出願人の出願に係る特願2003−132611号の製造方法を適用することができる。
[Fifth Embodiment of Manufacturing Method]
In this embodiment, the gate electrode of the above-described level shift transistor M3 is made of p + polysilicon, and the electrode of the gate portion of another insulated gate field effect transistor is made of n + polysilicon. For the formation of these gate electrodes, for example, the manufacturing method of Japanese Patent Application No. 2003-132611 related to the application of the present applicant can be applied.
次に、本発明による固体撮像素子を有する電気機器の実施形態例を、電気機器モジュールの実施形態例と併せてデジタルスチルカメラに適用する形態例について説明する。
図11は、デジタルスチルカメラの一実施形態を示す概略構成図である。この図11で示す撮像装置(カメラシステム)は、CCD固体撮像素子10、撮像レンズ50、およびCCD固体撮像素子10を駆動する駆動制御部96を有するカメラモジュール3と、カメラモジュール3により得られる撮像信号に基づいて映像信号を生成しモニタ出力したり所定の記憶メディアに画像を格納したりする本体ユニット4とを備えてなるデジタルスチルカメラ1として構成されている。
Next, an embodiment in which an embodiment of an electric apparatus having a solid-state imaging device according to the present invention is applied to a digital still camera together with an embodiment of an electric apparatus module will be described.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram illustrating an embodiment of a digital still camera. The imaging apparatus (camera system) shown in FIG. 11 includes a camera module 3 having a CCD solid-
電気機器モジュール、この例では、カメラモジュール3内の駆動制御部96には、CCD固体撮像素子10を駆動するための各種のパルス信号を生成するタイミング信号生成部40と、このタイミング信号生成部40からのパルス信号を受けて、CCD固体撮像素子10を駆動するためのドライブパルスに変換するドライバ(駆動部)42と、CCD固体撮像素子10やドライバ42などに電源供給する駆動電源46が設けられている。カメラモジュール3内のCCD固体撮像素子10と駆動制御部96とにより固体撮像装置2が構成される。固体撮像装置2は、CCD固体撮像素子10と駆動制御部96とが、1枚の回路基板上に配されたもの、あるいは1つの半導体基板上に形成されたものとして提供されるものであるのがよい。
The electric device module, in this example, the drive control unit 96 in the camera module 3 includes a timing
また、このデジタルスチルカメラ1の処理系統は、大別して、光学系5、信号処理系6、記録系7、表示系8、および制御系9から構成されている。なお、カメラモジュール3および本体ユニット4が、図示しない外装ケースに収容されて、実際の製品(完成品)が仕上がるのは言うまでもない。
The processing system of the digital still camera 1 is roughly composed of an optical system 5, a
光学系5は、シャッタ52、被写体の光画像を集光するレンズ54、および光画像の光量を調整する絞り56を有する撮像レンズ50と、集光された光画像を光電変換して電気信号に変換するCCD固体撮像素子10とから構成されている。被写体Zからの光Lは、シャッタ52およびレンズ54を透過し、絞り56により調整されて、適度な明るさでCCD固体撮像素子10に入射する。このとき、レンズ54は、被写体Zからの光Lからなる映像が、CCD固体撮像素子10上で結像されるように焦点位置を調整する。
The optical system 5 includes a
信号処理系6は、CCD固体撮像素子10からのアナログ撮像信号を増幅する増幅アンプや、増幅された撮像信号をサンプリングすることによってノイズを低減させるCDS(Correlated Double Sampling:相関2重サンプリング)回路などを有するプリアンプ部62、プリアンプ部62が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D(Analog/Digital)変換部64、A/D変換部64から入力されるデジタル信号に所定の画像処理を施すDSP(Digital Signal Processor)で構成された画像処理部66から構成される。
The
記録系7は、画像信号を記憶するフラッシュメモリなどのメモリ(記録媒体)72と、画像処理部66が処理した画像信号を符号化してメモリ72に記録し、また、読み出して復号し画像処理部66に供給するCODEC(Compression・Decompression )74とから構成されている。
The recording system 7 encodes the image signal processed by the
表示系8は、画像処理部66が処理した画像信号をアナログ化するD/A(Digital/Analog)変換回路82、入力されるビデオ信号に対応する画像を表示することによりファインダとして機能する液晶(LCD;Liquid Crystal Display)などよりなるビデオモニタ84、およびアナログ化された画像信号を後段のビデオモニタ84に適合する形式のビデオ信号にエンコードするビデオエンコーダ86から構成されている。
The display system 8 includes a D / A (Digital / Analog)
制御系9は、先ず、図示しないドライブ(駆動装置)を制御して磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリに記憶されている制御用プログラムを読み出し、読み出した制御用プログラム、あるいはユーザからのコマンドなどに基づいてデジタルスチルカメラ1の全体を制御するCPU(Central Processing Unit)などよりなる中央制御部92を備える。
First, the control system 9 controls a drive (drive device) (not shown) to read a control program stored in a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, or a semiconductor memory, and from the read control program or a user. And a
また制御系9は、画像処理部66に送られた画像の明るさが適度な明るさを保つようにシャッタ52や絞り56を制御する露出コントローラ94、CCD固体撮像素子10から画像処理部66までの各機能部の動作タイミングを制御するタイミング信号生成部(タイミングジェネレータ;TG)40を具備した駆動制御部96、ユーザがシャッタタイミングやその他のコマンドを入力する操作部98を有する。 中央制御部92は、デジタルスチルカメラ1のバス99に接続された画像処理部66、CODEC74、メモリ72、露出コントローラ94、およびタイミング信号生成部40を制御している。
The control system 9 also includes an
このデジタルスチルカメラ1では、オートフォーカス(AF)、オートホワイトバランス(AWB)、自動露光(AE)などの自動制御装置を備えている。これらの制御は、CCD固体撮像素子10から得られる出力信号を使用して処理する。たとえば、露出コントローラ94は、画像処理部66に送られた画像の明るさが適度な明るさを保つようにその制御値が中央制御部92により設定され、その制御値に従って絞り56を制御する。具体的には、中央制御部92が画像処理部66に保持されている画像から適当な個数の輝度値のサンプルを獲得し、その平均値があらかじめ定められた適当とされる輝度の範囲に収まるように絞り56の制御値を設定する。
The digital still camera 1 includes automatic control devices such as auto focus (AF), auto white balance (AWB), and automatic exposure (AE). These controls are processed using an output signal obtained from the CCD solid-
本実施形態のデジタルスチルカメラ1におけるタイミング信号生成部40は、中央制御部92により制御され、CCD固体撮像素子10、プリアンプ部62、A/D変換部64、および画像処理部66の動作に必要とされるタイミングパルスを発生し、各部に供給する。操作部98は、ユーザが、デジタルスチルカメラ1を動作させるとき操作される。
The timing
図示した例は、信号処理系6のプリアンプ部62およびA/D変換部64をカメラモジュール3に内蔵しているが、このような構成に限らず、プリアンプ部62やA/D変換部64を本体ユニット4内に設ける構成を採ることもできる。またD/A変換部を画像処理部66内に設ける構成を採ることもできる。
In the illustrated example, the
また、タイミング信号生成部40をカメラモジュール3に内蔵しているが、このような構成に限らず、タイミング信号生成部40を本体ユニット4内に設ける構成を採ることもできる。またタイミング信号生成部40とドライバ42とが別体のものとしているが、このような構成に限らず、両者を一体化させたもの(ドライバ内蔵のタイミングジェネレータ)としてもよい。こうすることで、よりコンパクトな(小型の)デジタルスチルカメラ1を構成できる。
Further, although the timing
また、タイミング信号生成部40やドライバ42は、それぞれ個別のディスクリート部材で回路構成されたものでもよいが、1つの半導体基板上に回路形成されたIC(Integrated Circuit)として提供されるものであるのがよい。こうすることで、コンパクトにできるだけなく、部材の取扱いが容易になるし、両者を低コストで実現できる。また、デジタルスチルカメラ1の製造が容易になる。また、使用するCCD固体撮像素子10との関わりの強い部分であるタイミング信号生成部40やドライバ42をCCD固体撮像素子10と共通の基板に搭載することで一体化させる、あるいはカメラモジュール3内に搭載することで一体化させると、部材の取扱いや管理が簡易になる。また、これらがモジュールとして一体となっているので、デジタルスチルカメラ1(の完成品)の製造も容易になる。
Further, the timing
なお、このデジタルスチルカメラ1は、具体的には、フレーム読出方式を用いた静止画撮像動作時にカラー画像を撮像し得るカメラとして適用されるようになっている。なお、本実施形態のデジタルスチルカメラ1の、フレーム読出方式としては、CCD固体撮像素子10と組み合わせることで、一般的な2フィールド読出方式に限らず、3フィールド、4フィールド、あるいは5フィールド、さらにはそれ以上など様々フィールド数の態様の読出方式を適用可能に構成されている。また、静止画撮像モードに限らず、間引き読み出しを利用して30フレーム/秒に近いフレームレート(たとえば10フレーム以上/秒)での動画撮影モードも用意されている。
The digital still camera 1 is specifically applied as a camera that can capture a color image during a still image capturing operation using a frame readout method. Note that the frame reading method of the digital still camera 1 of the present embodiment is not limited to the general two-field reading method by combining with the CCD solid-
前述の図1を参照して、更にCCD固体撮像素子と周辺部について、インターライン転送(IT)方式のCCD固体撮像素子10を6相もしくは8相で駆動する場合を例に採って説明する。
With reference to FIG. 1, the CCD solid-state image pickup device and the peripheral portion will be described by taking an example of driving the interline transfer (IT) type CCD solid-state
図1において、CCD固体撮像素子10には、駆動電源46から、ドレイン電圧VDD、転送チャネル電圧VGG、およびリセットドレイン電圧VRDが印加され、ドライバ42にも所定の電圧が供給されるようになっている。
In FIG. 1, a drain voltage VDD, a transfer channel voltage VGG, and a reset drain voltage VRD are applied from the
固体撮像装置2を構成するCCD固体撮像素子10は、上述した本発明による固体撮像装置であり、例えば半導体基板21上に、画素(ユニットセル)に対応して受光素子の一例であるフォトダイオードなどからなるセンサ部(感光部;フォトセル)11が、多数、垂直(行)方向および水平(列)方向において2次元マトリクス状に配列されている。これらセンサ部11は、受光面から入射した入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して蓄積する。
The CCD solid-
またCCD固体撮像素子10は、センサ部11の垂直列ごとに6相もしくは8相駆動に対応する複数本(本例では1ユニットセル当たり6本もしくは8本)の垂直転送電極が設けられる垂直CCD(Vレジスタ部、垂直転送部)13が配列されている。
The CCD solid-
垂直CCD13の転送方向は図中縦方向であり、この方向に垂直CCD13が設けられ、この方向に直交する方向(水平方向)に垂直CCD13が複数本並べられる。さらに、これら垂直CCD13と各センサ部11との間には読出ゲート(ROG)12が介在している。また各ユニットセルの境界部分にはチャネルストップCSが設けられている。これらセンサ部11の垂直列ごとに設けられ、各センサ部11から読出ゲート部12によって読み出された信号電荷を垂直転送する複数本の垂直CCD13によって撮像エリア14が構成されている。 The transfer direction of the vertical CCD 13 is the vertical direction in the figure, the vertical CCD 13 is provided in this direction, and a plurality of vertical CCDs 13 are arranged in a direction (horizontal direction) orthogonal to this direction. Further, a read gate (ROG) 12 is interposed between the vertical CCD 13 and each sensor unit 11. A channel stop CS is provided at the boundary between the unit cells. An imaging area 14 is configured by a plurality of vertical CCDs 13 that are provided for each vertical row of the sensor units 11 and vertically transfer signal charges read from the sensor units 11 by the read gate unit 12.
センサ部11に蓄積された信号電荷は、読出ゲート部12に読出パルスXSGに対応するドライブパルスが印加されることにより垂直CCD13に読み出される。垂直CCD13は、6相(8相)の垂直転送クロックV1〜V6(V8)に基づくドライブパルスφV1〜φV6(φV8)によって転送駆動され、読み出された信号電荷を水平ブランキング期間の一部にて1走査線(1ライン)に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送する。この1ラインずつの垂直転送を、特にラインシフトという。 The signal charges accumulated in the sensor unit 11 are read out to the vertical CCD 13 by applying a drive pulse corresponding to the readout pulse XSG to the readout gate unit 12. The vertical CCD 13 is driven to transfer by drive pulses φV1 to φV6 (φV8) based on six-phase (eight-phase) vertical transfer clocks V1 to V6 (V8), and the read signal charges are part of the horizontal blanking period. Then, the portions corresponding to one scanning line (one line) are sequentially transferred in the vertical direction. This vertical transfer for each line is called a line shift.
また、CCD固体撮像素子10には、複数本の垂直CCD13の各転送先側端部すなわち、最後の行の垂直CCD13に隣接して、図の左右方向に延在する水平CCD(Hレジスタ部、水平転送部)15が1ライン分設けられている。この水平CCD15は、たとえば2相の水平転送クロックH1,H2に基づくドライブパルスφH1,φH2によって転送駆動され、複数本の垂直CCD13から移された1ライン分の信号電荷を、水平ブランキング期間後の水平走査期間において順次水平方向に転送する。このため2相駆動に対応する複数本(2本)の水平転送電極(図示せず)が設けられる。
Further, the CCD solid-state
水平CCD15の転送先の端部には、たとえばフローティング・ディフュージョン・アンプ(FDA)構成の電荷電圧変換部16が設けられている。この電荷電圧変換部16は、水平CCD15によって水平転送されてきた信号電荷を順次電圧信号に変換する。その後変換された電圧信号を前述した本発明固体撮像素子における図2で例示したバッファ回路によるバッファ増幅器によって低インピーダンス化して出力する。すなわち、この電圧信号は、被写体からの光の入射量に応じたCCD出力(VOUT)として導出されるものである。
At the end of the transfer destination of the
なお、本発明は、上述した実施形態例に限られないものであることはいうまでもないところである。例えば各MOSトランジスタにおいて、nチャネル形MOSトランジスタとpチャネル形MOSトランジスタを入れ替えた構成とする場合には、電荷の極性、電位の極性等が図示とは反転することになる。 Needless to say, the present invention is not limited to the embodiment described above. For example, in each MOS transistor, when an n-channel MOS transistor and a p-channel MOS transistor are interchanged, the polarity of charge, the polarity of potential, and the like are reversed from those illustrated.
上述したように本発明による固体撮像素子、電気機器モジュール、固体撮像素子を有する電気機器においては、その出力バッファ増幅器におけるレベルシフトトランジスタのVthを大にすることによって、レベルシフトを大とすることができるものであり、これに伴って段数の低減、電源の減少を図ることができる。 As described above, in the solid-state imaging device, the electrical equipment module, and the electrical equipment having the solid-state imaging device according to the present invention, the level shift can be increased by increasing the Vth of the level shift transistor in the output buffer amplifier. As a result, the number of stages and the power supply can be reduced.
そして、本発明においては、このVthを高める構成として、通常における半導体基体自体に不純物ドープを行う調整方法を回避し、レベルシフトトランジスタのゲート絶縁膜に、固定電荷を導入するとか、厚さを大にするとか、ウェル電位を調整するという構成としたことから、半導体基体自体に不純物を注入する場合におけるウェル領域における空乏化の阻害と、基体バイアス効果いわゆるバックゲート効果を回避できる。したがって、感度の低下を回避できるものである。
すなわち、本発明においては、固体撮像素子、電気機器モジュール、固体撮像素子を有する電気機器において、消費電力の低減化を図りつつ、感度の向上が図られるものである。
In the present invention, as a configuration for increasing the Vth, a conventional adjustment method for doping impurities into the semiconductor substrate itself is avoided, and a fixed charge is introduced into the gate insulating film of the level shift transistor, or the thickness is increased. In other words, since the well potential is adjusted, inhibition of depletion in the well region and substrate bias effect, so-called back gate effect, can be avoided when impurities are implanted into the semiconductor substrate itself. Therefore, a decrease in sensitivity can be avoided.
That is, in the present invention, in an electric device having a solid-state image sensor, an electric device module, and a solid-state image sensor, sensitivity can be improved while reducing power consumption.
1・・・デジタルスチルカメラ、2・・・固体撮像装置、3・・・カメラモジュール、10・・・CCD固体撮像素子、11・・・センサ部、13・・・垂直CCD、14・・・撮像エリア、15・・・水平CCD、16・・・電荷電圧変換部、40・・・タイミング信号生成部、42・・・ドライバ、46・・・駆動電源、50・・・撮像レンズ、96・・・駆動制御部、101,111・・・基体、102,112・・・ウェル領域、103,113・・・ソース領域、104,114・・・ドレイン領域、105,115・・・ゲート絶縁膜、106,116・・・ゲート電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Digital still camera, 2 ... Solid-state imaging device, 3 ... Camera module, 10 ... CCD solid-state image sensor, 11 ... Sensor part, 13 ... Vertical CCD, 14 ...
Claims (34)
ゲート部のゲート絶縁膜中に、
nチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の固定電荷が導入され、pチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の固定電荷が導入されて閾値電圧Vthをよりエンハンスメント側にシフトして成ることを特徴とする固体撮像素子。 An insulated gate field effect transistor that constitutes a level shift transistor that shifts the output DC voltage value of the output buffer amplifier of the solid-state imaging device,
In the gate insulating film of the gate part,
In the n-channel insulated gate field effect transistor, a negative fixed charge is introduced, and in the p-channel insulated gate field effect transistor, a positive fixed charge is introduced to further enhance the threshold voltage Vth. A solid-state imaging device that is shifted to the side.
nチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の表面準位が形成され、pチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の表面準位が形成されて成ることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。 The gate insulating film is made of an oxide film, the oxide film is formed on a Si semiconductor substrate, and at the interface between the substrate and the oxide film,
A negative surface level is formed in an n-channel insulated gate field effect transistor, and a positive surface level is formed in a p-channel insulated gate field effect transistor. The solid-state imaging device according to claim 1.
nチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の電荷が導入され、pチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の電荷が導入されて成ることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。 The gate insulating film is made of an oxide film, and at the interface between the oxide film and the gate electrode,
The n-channel insulated gate field effect transistor is introduced with negative charges, and the p-channel insulated gate field effect transistor is introduced with positive charges. The solid-state imaging device according to 1.
MONS(Metal−Oxide−Nitride−Semiconductor)構造、またはMNOS(Metal−Nitride−Oxide−Semiconductor)構造、あるいはMONOS(Metal−Oxide−Nitride−Oxide−Semiconductor)構造とされ、これら構造の酸化膜(Oxide)と窒化膜(Nitride)との界面に上記電荷が導入されたことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。 The gate part is
MONS (Metal-Oxide-Nitride-Semiconductor) structure, MNOS (Metal-Nitride-Oxide-Semiconductor) structure, or MONOS (Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor structure) The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the charge is introduced into an interface between the substrate and a nitride film.
nチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、低い負の電位とし、pチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、高い正の電位とすることを特徴とする固体撮像素子。 The well potential of the insulated gate field effect transistor constituting the level shift transistor that shifts the output DC voltage value of the output buffer amplifier of the solid-state imaging device is compared with the well potential of other insulated gate field effect transistors,
A solid-state imaging device having a low negative potential for an n-channel insulated gate field effect transistor and a high positive potential for a p-channel insulated gate field effect transistor.
上記固体撮像素子の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタを、
ゲート部のゲート絶縁膜中に、
nチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の固定電荷を導入する工程を有し、
pチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の固定電荷を導入する工程を有し、
上記電荷の導入によって閾値電圧Vthがよりエンハンスメント側にシフトしたレベルシフトトランジスタを得ることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 A method of manufacturing a solid-state imaging device,
An insulated gate field effect transistor that constitutes a level shift transistor that shifts the output DC voltage value of the output buffer amplifier of the solid-state imaging device,
In the gate insulating film of the gate part,
The n-channel insulated gate field effect transistor has a step of introducing a negative fixed charge,
The p-channel insulated gate field effect transistor has a step of introducing a positive fixed charge,
A method of manufacturing a solid-state imaging device, wherein a level shift transistor having a threshold voltage Vth shifted to an enhancement side by introducing the charge is obtained.
nチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の表面準位を形成し、pチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の表面準位を形成することを特徴とする請求項10に記載の固体撮像素子の製造方法。 The gate insulating film is composed of an oxide film, the oxide film is formed on a Si semiconductor substrate, and at the interface between the substrate and the oxide film,
An n channel type insulated gate field effect transistor forms a negative surface level, and a p channel type insulated gate field effect transistor forms a positive surface level. The manufacturing method of the solid-state image sensor of Claim 10.
nチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の電荷を導入し、pチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の電荷を導入することを特徴とする請求項10に記載の固体撮像素子の製造方法。 The gate insulating film is composed of an oxide film, and at the interface between the oxide film and the gate electrode,
11. The n channel type insulated gate field effect transistor introduces a negative charge, and the p channel type insulated gate field effect transistor introduces a positive charge. The manufacturing method of the solid-state image sensor of description.
MONS(Metal−Oxide−Nitride−Semiconductor)構造、またはMNOS(Metal−Nitride−Oxide−Semiconductor)構造、あるいはMONOS(Metal−Oxide−Nitride−Oxide−Semiconductor)構造とし、これら構造の酸化膜(Oxide)と窒化膜(Nitride)との界面に上記電荷を導入することを特徴とする請求項10に記載の固体撮像素子の製造方法。 The gate part
MONS (Metal-Oxide-Nitride-Semiconductor) structure, MNOS (Metal-Nitride-Oxide-Semiconductor) structure, or MONOS (Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor structure) The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 10, wherein the charge is introduced into an interface with the nitride film (Nitride).
該固体撮像素子の出力バッファ増幅器の出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成するnチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート電極を、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート電極より仕事関数が大なる電極材料によって構成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 A method of manufacturing a solid-state imaging device,
The gate electrode of the n-channel type insulated gate field effect transistor constituting the level shift transistor that shifts the output DC voltage value of the output buffer amplifier of the solid-state imaging device is made to work more than the gate electrode of the other insulated gate type field effect transistor. A method for manufacturing a solid-state imaging device, characterized by comprising an electrode material having a large thickness.
該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、
上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部とを有して成る電気機器モジュールであって、
上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタが、
ゲート部のゲート絶縁膜中に、
nチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の固定電荷が導入され、pチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の固定電荷が導入されて閾値電圧Vthをよりエンハンスメント側にシフトする構成を有して成ることを特徴とする電気機器モジュール。 An imaging lens that captures an optical image of the subject;
An imaging area based on an array of sensor units with a plurality of photoelectric conversion elements on which an optical image of the subject captured by the imaging lens is formed, and a vertical transfer unit and a horizontal transfer unit that transfer signal charges obtained by the sensor unit When,
An electrical device module comprising an output unit that outputs an imaging signal corresponding to the signal charge,
An insulated gate field effect transistor that constitutes a level shift transistor that shifts the output DC voltage value of the output buffer amplifier of the output unit,
In the gate insulating film of the gate part,
In the n-channel insulated gate field effect transistor, a negative fixed charge is introduced, and in the p-channel insulated gate field effect transistor, a positive fixed charge is introduced to further enhance the threshold voltage Vth. An electric equipment module characterized by having a structure shifted to the side.
nチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の表面準位が形成され、pチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の表面準位が形成されて成ることを特徴とする請求項19に記載の電気機器モジュール。 The gate insulating film is made of an oxide film, the oxide film is formed on a Si semiconductor substrate, and at the interface between the substrate and the oxide film,
A negative surface level is formed in an n-channel insulated gate field effect transistor, and a positive surface level is formed in a p-channel insulated gate field effect transistor. The electrical equipment module according to claim 19.
nチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の電荷が導入され、pチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の電荷が導入されて成ることを特徴とする請求項19に記載の電気機器モジュール。 The gate insulating film is made of an oxide film, and at the interface between the oxide film and the gate electrode,
The n-channel insulated gate field effect transistor is introduced with negative charges, and the p-channel insulated gate field effect transistor is introduced with positive charges. 19. The electric equipment module according to 19.
MONS(Metal−Oxide−Nitride−Semiconductor)構造、またはMNOS(Metal−Nitride−Oxide−Semiconductor)構造、あるいはMONOS(Metal−Oxide−Nitride−Oxide−Semiconductor)構造とされ、これら構造の酸化膜(Oxide)と窒化膜(Nitride)との界面に上記電荷を導入することを特徴とする請求項19に記載の電気機器モジュール。 The gate part is
MONS (Metal-Oxide-Nitride-Semiconductor) structure, MNOS (Metal-Nitride-Oxide-Semiconductor) structure, or MONOS (Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor structure) The electric device module according to claim 19, wherein the electric charge is introduced into an interface between the gate electrode and the nitride film.
該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、
上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部を有して成る電気機器モジュールであって、
上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さを、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さに比して大としたことを特徴とする電気機器モジュール。 An imaging lens that captures an optical image of the subject;
An imaging area based on an array of sensor units with a plurality of photoelectric conversion elements on which an optical image of the subject captured by the imaging lens is formed, and a vertical transfer unit and a horizontal transfer unit that transfer signal charges obtained by the sensor unit When,
An electrical equipment module having an output unit that outputs an imaging signal corresponding to the signal charge,
The thickness of the gate insulating film of the insulated gate field effect transistor constituting the level shift transistor that shifts the output DC voltage value of the output buffer amplifier of the output section is set to the thickness of the gate insulating film of the other insulated gate field effect transistor. An electrical equipment module characterized by being larger than its thickness.
該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、
上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部を有して成る電気機器モジュールであって、
上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタのウェル電位を、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのウェル電位に比して、
nチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、低い負の電位とし、pチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、高い正の電位とすることを特徴とする電気機器モジュール。 An imaging lens that captures an optical image of the subject;
An imaging area based on an array of sensor units with a plurality of photoelectric conversion elements on which an optical image of the subject captured by the imaging lens is formed, and a vertical transfer unit and a horizontal transfer unit that transfer signal charges obtained by the sensor unit When,
An electrical equipment module having an output unit that outputs an imaging signal corresponding to the signal charge,
The well potential of the insulated gate field effect transistor constituting the level shift transistor that shifts the output DC voltage value of the output buffer amplifier of the output unit is compared with the well potential of other insulated gate field effect transistors,
An electric equipment module characterized in that an n-channel insulated gate field effect transistor has a low negative potential, and a p-channel insulated gate field effect transistor has a high positive potential.
該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、
上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部を有して成る電気機器モジュールであって、
上記出力部の出力バッファ増幅器の出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成するnチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート電極が、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート電極より仕事関数が大なる電極材料によって構成されて成ることを特徴とする電気機器モジュール。 An imaging lens that captures an optical image of the subject;
An imaging area based on an array of sensor units with a plurality of photoelectric conversion elements on which an optical image of the subject captured by the imaging lens is formed, and a vertical transfer unit and a horizontal transfer unit that transfer signal charges obtained by the sensor unit When,
An electrical equipment module having an output unit that outputs an imaging signal corresponding to the signal charge,
The gate electrode of an n-channel insulated gate field effect transistor that constitutes a level shift transistor that shifts the output DC voltage value of the output buffer amplifier of the output section has a work function greater than that of the gate electrode of another insulated gate field effect transistor. An electrical equipment module comprising a large electrode material.
該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、
上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子と、
該固体撮像素子の制御系と、上記固体撮像素子からの撮像信号に基づく表示系とを有する固体撮像素子を有する電気機器であって、
上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタが、
ゲート部のゲート絶縁膜中に、
nチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の固定電荷が導入され、pチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の固定電荷が導入されて閾値電圧Vthをよりエンハンスメント側にシフトする構成を有して成ることを特徴とする固体撮像素子を有する電気機器。 An imaging lens that captures an optical image of the subject;
An imaging area based on an array of sensor units with a plurality of photoelectric conversion elements on which an optical image of the subject captured by the imaging lens is formed, and a vertical transfer unit and a horizontal transfer unit that transfer signal charges obtained by the sensor unit When,
A solid-state imaging device having an output unit that outputs an imaging signal corresponding to the signal charge;
An electrical apparatus having a solid-state imaging device having a control system of the solid-state imaging device and a display system based on an imaging signal from the solid-state imaging device,
An insulated gate field effect transistor that constitutes a level shift transistor that shifts the output DC voltage value of the output buffer amplifier of the output unit,
In the gate insulating film of the gate part,
In the n-channel insulated gate field effect transistor, a negative fixed charge is introduced, and in the p-channel insulated gate field effect transistor, a positive fixed charge is introduced to further enhance the threshold voltage Vth. An electric apparatus having a solid-state imaging device, characterized by having a configuration that shifts to a side.
nチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の表面準位が形成され、pチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の表面準位が形成されて成ることを特徴とする請求項27に記載の固体撮像素子を有する電気機器。 The gate insulating film is made of an oxide film, the oxide film is formed on a Si semiconductor substrate, and at the interface between the substrate and the oxide film,
A negative surface level is formed in an n-channel insulated gate field effect transistor, and a positive surface level is formed in a p-channel insulated gate field effect transistor. An electrical apparatus having the solid-state imaging device according to claim 27.
nチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の電荷が導入され、pチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の電荷が導入されて成ることを特徴とする請求項27に記載の固体撮像素子を有する電気機器。 The gate insulating film is made of an oxide film, and at the interface between the oxide film and the gate electrode,
The n-channel insulated gate field effect transistor is introduced with negative charges, and the p-channel insulated gate field effect transistor is introduced with positive charges. 27. An electric device having the solid-state imaging device according to 27
MONS(Metal−Oxide−Nitride−Semiconductor)構造、またはMNOS(Metal−Nitride−Oxide−Semiconductor)構造、あるいはMONOS(Metal−Oxide−Nitride−Oxide−Semiconductor)構造とされ、これら構造の酸化膜(Oxide)と窒化膜(Nitride)との界面に上記電荷を導入することを特徴とする請求項27に記載の固体撮像素子を有する電気機器。 The gate part is
MONS (Metal-Oxide-Nitride-Semiconductor) structure, MNOS (Metal-Nitride-Oxide-Semiconductor) structure, or MONOS (Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor structure) 28. The electric device having a solid-state imaging device according to claim 27, wherein the electric charge is introduced into an interface between the substrate and a nitride film.
該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、
上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子と、
該固体撮像素子の制御系と、上記固体撮像素子からの撮像信号に基づく表示系とを有する固体撮像素子を有する電気機器であって、
上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さを、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さに比して大としたことを特徴とする固体撮像素子を有する電気機器。 An imaging lens that captures an optical image of the subject;
An imaging area based on an array of sensor units with a plurality of photoelectric conversion elements on which an optical image of the subject captured by the imaging lens is formed, and a vertical transfer unit and a horizontal transfer unit that transfer signal charges obtained by the sensor unit When,
A solid-state imaging device having an output unit that outputs an imaging signal corresponding to the signal charge;
An electrical apparatus having a solid-state imaging device having a control system of the solid-state imaging device and a display system based on an imaging signal from the solid-state imaging device,
The thickness of the gate insulating film of the insulated gate field effect transistor constituting the level shift transistor that shifts the output DC voltage value of the output buffer amplifier of the output section is set to the thickness of the gate insulating film of the other insulated gate field effect transistor. An electric apparatus having a solid-state image sensor characterized by being larger than a thickness.
該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、
上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子と、
該固体撮像素子の制御系と、上記固体撮像素子からの撮像信号に基づく表示系とを有する固体撮像素子を有する電気機器であって、
上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタのウェル電位を、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのウェル電位に比してnチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、低い負の電位とし、pチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、高い正の電位とすることを特徴とする固体撮像素子を有する電気機器。 An imaging lens that captures an optical image of the subject;
An imaging area based on an array of sensor units with a plurality of photoelectric conversion elements on which an optical image of the subject captured by the imaging lens is formed, and a vertical transfer unit and a horizontal transfer unit that transfer signal charges obtained by the sensor unit When,
A solid-state imaging device having an output unit that outputs an imaging signal corresponding to the signal charge;
An electrical apparatus having a solid-state imaging device having a control system of the solid-state imaging device and a display system based on an imaging signal from the solid-state imaging device,
The well potential of the insulated gate field effect transistor that constitutes the level shift transistor that shifts the output DC voltage value of the output buffer amplifier of the output unit is n channel compared to the well potential of the other insulated gate field effect transistors. An electric apparatus having a solid-state imaging device characterized in that a low-potential is applied to a p-channel insulated gate field effect transistor and a high positive potential is applied to a p-channel insulated gate field effect transistor. .
該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、
上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子と、
該固体撮像素子の制御系と、上記固体撮像素子からの撮像信号に基づく表示系とを有する固体撮像素子を有する電気機器であって、
上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタを構成するnチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート電極が、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート電極より仕事関数が大なる電極材料によって構成されて成ることを特徴とする固体撮像素子を有する電気機器。 An imaging lens that captures an optical image of the subject;
An imaging area based on an array of sensor units with a plurality of photoelectric conversion elements on which an optical image of the subject captured by the imaging lens is formed, and a vertical transfer unit and a horizontal transfer unit that transfer signal charges obtained by the sensor unit When,
A solid-state imaging device having an output unit that outputs an imaging signal corresponding to the signal charge;
An electrical apparatus having a solid-state imaging device having a control system of the solid-state imaging device and a display system based on an imaging signal from the solid-state imaging device,
The gate electrode of the n-channel insulated gate field effect transistor constituting the insulated gate field effect transistor constituting the level shift transistor for shifting the output DC voltage value of the output buffer amplifier of the output section is another insulated gate type. An electric apparatus having a solid-state imaging device, comprising an electrode material having a work function larger than that of a gate electrode of a field effect transistor.
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- 2004-05-10 JP JP2004140235A patent/JP2005005688A/en active Pending
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WO2013088634A1 (en) * | 2011-12-16 | 2013-06-20 | パナソニック株式会社 | Solid-state imaging device and imaging device |
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