JP2005123280A - Solid state image sensing device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To decrease the quantity of saturation-signal charges of a sensor by the reduction of the volume of a signal-charge storage region because a p-type well region reduces the volume of the signal-charge storage region when a sensor structure is adopted in which a p-type semiconductor region on the surface of the sensor and the p-type well region under an element isolation layer are overlapped. <P>SOLUTION: In a solid state image sensing device adopting a HAD sensor structure having the p-type semiconductor region 34 on the surface of a sensor, second semiconductor regions 37 are formed near the boundaries of photodiodes 21 and the element isolation layers 35, and a dark current generated among the photodiodes 21 and the element isolation layers 35, and a white-point defect resulting from the dark current is inhibited by the working of the semiconductor regions 37. Consequently, the reduction of the volume of the n-type semiconductor region 33 (the signal-charge storage region) is decreased, and the reduction of the quantities of the saturation-signal charges of the photodiodes 21 is inhibited minimally. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、固体撮像素子に関し、特に光電変換を行うセンサ部が、当該センサ部と素子分離層との間で発生する暗電流を抑制するセンサ構造を有する固体撮像素子に関する。   The present invention relates to a solid-state image sensor, and more particularly to a solid-state image sensor having a sensor structure in which a sensor unit that performs photoelectric conversion suppresses a dark current generated between the sensor unit and an element isolation layer.

固体撮像素子、例えばMOS型あるいはCMOS型固体撮像素子では、光電変換を行うセンサ部(画素)の各々が、選択酸化による素子分離層、いわゆるLOCOS(local oxidation of silicon)層によってXYマトリクス状に画素分離(素子分離)されて形成される。具体的には、例えばN型のシリコン半導体基板にP型のウエル領域を形成した後、選択酸化による素子分離層(LOCOS層)を形成し、次いで薄い絶縁膜(例えば、SiO2 膜)を介して上記P型のウエル領域の表面にN型不純物をイオン注入して信号電荷蓄積領域を形成することによってセンサ部が作成される。 In a solid-state imaging device, for example, a MOS type or CMOS type solid-state imaging device, each of sensor parts (pixels) that perform photoelectric conversion is arranged in an XY matrix by an element isolation layer by selective oxidation, a so-called LOCOS (local oxidation of silicon) layer It is formed by isolation (element isolation). Specifically, for example, after forming a P-type well region in an N-type silicon semiconductor substrate, an element isolation layer (LOCOS layer) is formed by selective oxidation, and then a thin insulating film (for example, SiO 2 film) is interposed. Thus, the sensor portion is formed by ion-implanting N-type impurities into the surface of the P-type well region to form a signal charge storage region.

また、センサ部の表面、即ち信号電荷蓄積領域と絶縁膜との界面に、P型半導体領域を形成することによってセンサ表面から発生する暗電流を低減するセンサ構造(いわゆる、HAD(Hole Accumulated Diode)センサ構造)が一般的に採られている。この種の固体撮像素子では、センサ部の形成に際して、素子分離層上で位置合わせしたフォトレジスト層で他の領域を保護してN型不純物をイオン注入するために、素子分離層の端部にPN接合が現れる。素子分離層の端部には、応力で転位等の結晶欠陥の発生があることが知られている。したがって、PN接合に逆バイアスをかけることで発生した空乏層が、この結晶欠陥のある素子分離層の端部の領域にくると、その電界によってリーク電流が増加する。   Also, a sensor structure (so-called HAD (Hole Accumulated Diode) that reduces dark current generated from the sensor surface by forming a P-type semiconductor region at the surface of the sensor portion, that is, at the interface between the signal charge storage region and the insulating film. Sensor structure) is generally adopted. In this type of solid-state imaging device, at the time of forming the sensor portion, an N-type impurity is ion-implanted to protect other regions with a photoresist layer aligned on the device isolation layer. A PN junction appears. It is known that crystal defects such as dislocations are generated due to stress at the end of the element isolation layer. Therefore, when the depletion layer generated by applying a reverse bias to the PN junction comes to the end region of the element isolation layer having the crystal defect, the leakage current is increased by the electric field.

センサ部において、このリーク電流が増加すると、光が入射していない状態でも電荷が発生し、これが暗電流となる。この暗電流は結晶欠陥によって発生しているために、各センサ部によって発生量が異なり、この暗電流の発生量の違いが画質上のむらとなって現れたり、白点欠陥となって現れたりする。このため、従来は、シリコン半導体基板に形成されたP型ウエル領域と素子分離層との間に第2のP型ウエル領域を形成するとともに、この素子分離層の下の第2のP型ウエル領域とセンサ部表面のP型半導体領域とをある程度オーバーラップさせていた(例えば、特許文献1参照)。   When the leakage current increases in the sensor unit, electric charges are generated even when no light is incident, and this becomes a dark current. Since this dark current is generated due to crystal defects, the amount generated differs depending on each sensor unit, and the difference in the amount of dark current generated appears as unevenness in image quality or appears as a white spot defect. . Therefore, conventionally, a second P-type well region is formed between the P-type well region formed in the silicon semiconductor substrate and the element isolation layer, and the second P-type well below the element isolation layer is formed. The region and the P-type semiconductor region on the surface of the sensor part overlap each other to some extent (for example, see Patent Document 1).

このように、センサ部表面のP型半導体領域と素子分離層の下のP型ウエル領域(第2のP型ウエル領域)とをオーバーラップさせたセンサ構造を採ることにより、センサ部と素子分離層との間で発生する暗電流や当該暗電流に起因する白点欠陥を抑制することができる。また、P型半導体領域とP型ウエル領域とのオーバーラップ量を多く設定する程、暗電流や白点欠陥の抑制効果は大きい。   Thus, by adopting a sensor structure in which the P-type semiconductor region on the surface of the sensor unit and the P-type well region (second P-type well region) under the element isolation layer are overlapped, the sensor unit and the element isolation are provided. It is possible to suppress dark current generated between layers and white spot defects caused by the dark current. Further, the greater the amount of overlap between the P-type semiconductor region and the P-type well region, the greater the effect of suppressing dark current and white spot defects.

特開2000−299453号公報JP 2000-299453 A

しかしながら、センサ部表面のP型半導体領域と素子分離層の下の第2のP型ウエル領域とをオーバーラップさせたセンサ構造を採ると、当該P型ウエル領域がセンサ部の信号電荷蓄積領域ともオーバーラップすることになるため、そのオーバーラップ部分が信号電荷蓄積領域の体積を減少させることになる。信号電荷蓄積領域の体積が減少すると、その体積の減少分だけセンサ部の飽和信号電荷量が減少することになる。   However, when a sensor structure in which the P-type semiconductor region on the surface of the sensor unit and the second P-type well region under the element isolation layer are overlapped, the P-type well region is also used as the signal charge storage region of the sensor unit. Since the overlap occurs, the overlap portion reduces the volume of the signal charge storage region. When the volume of the signal charge accumulation region is reduced, the saturation signal charge amount of the sensor unit is reduced by the volume reduction.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、センサ部と素子分離層との間で発生する暗電流や当該暗電流に起因する白点欠陥を抑制しながら、センサ部の飽和信号電荷量の減少を最低限に抑えることが可能な固体撮像素子を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to suppress dark current generated between the sensor unit and the element isolation layer and white spot defects caused by the dark current. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of minimizing a decrease in the saturation signal charge amount of the sensor unit.

本発明による固体撮像素子は、第1導電型の第1のウエル領域上に形成された第2導電型の半導体領域と当該第2導電型の半導体領域上に形成された第1導電型の第1の半導体領域とを有する複数のセンサ部と、前記複数のセンサ部の相互間の素子分離を行う素子分離層と、前記第1のウエル領域と前記素子分離層との間に形成された第1導電型の第2のウエル領域と、前記センサ部と前記素子分離層との境目近傍に形成された第1導電型の第2の半導体領域とを備えた構成となっている。   A solid-state imaging device according to the present invention includes a second conductivity type semiconductor region formed on a first conductivity type first well region and a first conductivity type first region formed on the second conductivity type semiconductor region. A plurality of sensor portions having one semiconductor region, an element isolation layer that performs element isolation between the plurality of sensor portions, and a first well region formed between the first well region and the element isolation layer. The structure includes a first conductivity type second well region and a first conductivity type second semiconductor region formed in the vicinity of the boundary between the sensor portion and the element isolation layer.

上記構成の固体撮像素子において、第1のウエル領域とのその上に形成された半導体領域とにより、PN接合型のセンサ部が形成される。このセンサ部において、第1の半導体領域は、センサ表面から発生する電荷(例えば、正孔)を蓄積することによって暗電流を低減する。第2のウエル領域は、センサ部のPN接合の位置を深くする。これにより、空乏層の広がり深さが深くなるため、センサ部における光電変換効率が増加する。第2の半導体領域は、センサ部のPN接合を、転位等の結晶欠陥が存在する素子分離層の端部から隔離し、PN接合にバイアスをかけたときに、空乏層を素子分離層の端部から離れた位置に発生させる。これにより、素子分離層の端部付近でのリーク電流の発生が抑制され、暗電流が低減する。すなわち、素子分離層の下の第2のウエル領域を第1の半導体領域とオーバーラップさせて形成しなくても、第2の半導体領域の作用によってセンサ部と素子分離層との間で発生する暗電流を低減できる。   In the solid-state imaging device having the above configuration, a PN junction type sensor unit is formed by the first well region and the semiconductor region formed thereon. In the sensor unit, the first semiconductor region reduces dark current by accumulating electric charges (for example, holes) generated from the sensor surface. The second well region deepens the position of the PN junction of the sensor unit. Thereby, since the spreading depth of the depletion layer becomes deep, the photoelectric conversion efficiency in the sensor unit increases. The second semiconductor region isolates the PN junction of the sensor portion from the end portion of the element isolation layer where crystal defects such as dislocations exist, and when the PN junction is biased, the depletion layer becomes the end of the element isolation layer. It is generated at a position away from the part. As a result, the generation of a leak current near the end of the element isolation layer is suppressed, and the dark current is reduced. That is, even if the second well region under the element isolation layer is not formed so as to overlap the first semiconductor region, the second well region is generated between the sensor portion and the element isolation layer by the action of the second semiconductor region. Dark current can be reduced.

本発明によれば、センサ部と前記素子分離層との境目近傍に形成した第2の半導体領域により、素子分離層の下の第2のウエル領域を第1の半導体領域とオーバーラップさせて形成しなくても暗電流を低減できるため、センサ部と素子分離層との間で発生する暗電流や当該暗電流に起因する白点欠陥を抑制でき、しかも上記オーバーラップに起因する信号電荷蓄積領域の体積の減少も少ないため、センサ部の飽和信号電荷量の減少を最低限に抑えることができる。   According to the present invention, the second well region under the element isolation layer is overlapped with the first semiconductor area by the second semiconductor region formed in the vicinity of the boundary between the sensor portion and the element isolation layer. Since the dark current can be reduced even if it is not, the dark current generated between the sensor unit and the element isolation layer and the white spot defect caused by the dark current can be suppressed, and the signal charge accumulation region caused by the overlap Therefore, the decrease in the saturation signal charge amount of the sensor unit can be minimized.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係る固体撮像素子、例えばCMOSイメージセンサに代表されるX−Yアドレス型固体撮像素子の構成の概略を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a configuration of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention, for example, an XY address type solid-state imaging device represented by a CMOS image sensor.

図1に示すように、本実施形態に係るX−Yアドレス型固体撮像素子は、光電変換素子を含む画素(センサ部)が行列状に2次元配置されてなる撮像部11と、撮像部11の各画素を行単位で選択する垂直走査回路12と、撮像部11から行単位で読み出される各画素の信号に対してCDS(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング)処理などの信号処理を行う信号処理回路13と、この信号処理回路13から出力される1行分の画素信号を順次画素単位で選択する水平走査回路14と、この水平走査回路15によって選択された画素信号を順次出力する水平出力回路15とを有する構成となっている。   As shown in FIG. 1, the XY address type solid-state imaging device according to the present embodiment includes an imaging unit 11 in which pixels (sensor units) including photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged in a matrix, and the imaging unit 11. And a signal for performing signal processing such as CDS (Correlated Double Sampling) processing on the signal of each pixel read out from the imaging unit 11 in units of rows. A processing circuit 13, a horizontal scanning circuit 14 for sequentially selecting pixel signals for one row output from the signal processing circuit 13 in units of pixels, and a horizontal output for sequentially outputting pixel signals selected by the horizontal scanning circuit 15 And a circuit 15.

図2は、X−Yアドレス型固体撮像素子が例えばCMOSイメージセンサであるときの画素16の具体的な回路構成の一例を示す回路図である。図2から明らかなように、画素16は、光電変換素子として例えばフォトダイオード(PD)21を有し、この1個のフォトダイオード21に対して、転送トランジスタ22、増幅トランジスタ23、アドレストランジスタ24およびリセットトランジスタ25の4個のトランジスタを能動素子として有する回路構成となっている。   FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a specific circuit configuration of the pixel 16 when the XY address type solid-state imaging device is a CMOS image sensor, for example. As apparent from FIG. 2, the pixel 16 includes, for example, a photodiode (PD) 21 as a photoelectric conversion element, and the transfer transistor 22, the amplification transistor 23, the address transistor 24, and the like are connected to the one photodiode 21. The circuit configuration has four transistors of the reset transistor 25 as active elements.

フォトダイオード21はそのアノードが接地され、入射光をその光量に応じた量の電荷(ここでは、電子)に光電変換する。転送トランジスタ22は、フォトダイオード21のカソードとフローティングディフュージョン部FDとの間に接続され、転送配線26を通してそのゲートに転送パルスが与えられることで、フォトダイオード21で光電変換された電子をフローティングディフュージョン部FDに転送する。   The photodiode 21 is grounded at its anode, and photoelectrically converts incident light into charges (here, electrons) in an amount corresponding to the amount of light. The transfer transistor 22 is connected between the cathode of the photodiode 21 and the floating diffusion portion FD, and a transfer pulse is applied to the gate through the transfer wiring 26, whereby the electrons photoelectrically converted by the photodiode 21 are transferred to the floating diffusion portion. Transfer to FD.

フローティングディフュージョン部FDには増幅トランジスタ23のゲートが接続されている。この増幅トランジスタ23はアドレストランジスタ24を介して垂直信号線27に接続されている。そして、アドレス配線28を通して選択パルスがアドレストランジスタ25のゲートに与えられ、当該アドレストランジスタ25がオンすると、増幅トランジスタ23はフローティングディフュージョン部FDの電位を増幅してその電位に応じた電圧を垂直信号線27に出力する。垂直信号線27は、各画素から出力された電圧を信号処理回路13(図1参照)に伝送する。   The gate of the amplification transistor 23 is connected to the floating diffusion portion FD. The amplification transistor 23 is connected to a vertical signal line 27 via an address transistor 24. When the selection pulse is applied to the gate of the address transistor 25 through the address wiring 28 and the address transistor 25 is turned on, the amplification transistor 23 amplifies the potential of the floating diffusion portion FD and applies a voltage corresponding to the potential to the vertical signal line. 27. The vertical signal line 27 transmits the voltage output from each pixel to the signal processing circuit 13 (see FIG. 1).

リセットトランジスタ25は、電源Vddとフローティングディフュージョン部FDとの間に接続され、リセット配線29を通してそのゲートにリセットパルスが与えられることによってオン状態となり、フローティングディフュージョン部FDの電位を電源Vddの電位にリセットする。これらの動作は、転送トランジスタ22、アドレストランジスタ24およびリセットトランジスタ25の各ゲートが接続される各配線26,28,29が行単位で配線されていることから、1行分の各画素について同時に行われる。   The reset transistor 25 is connected between the power supply Vdd and the floating diffusion portion FD, and is turned on when a reset pulse is applied to the gate through the reset wiring 29, and the potential of the floating diffusion portion FD is reset to the potential of the power supply Vdd. To do. In these operations, since the wirings 26, 28, and 29 to which the gates of the transfer transistor 22, the address transistor 24, and the reset transistor 25 are connected are wired in units of rows, the pixels for one row are simultaneously processed. Is called.

図3は、画素16のフォトダイオード(PD)21、フローティングディフュージョン部FDおよび転送トランジスタ22のゲート部(読み出しゲート部)の構成例を示す平面パターン図である。また、図4に図3のX−X′矢視断面を示す。ここでは、半導体の導電型について、第1導電型をP型、第2導電型をN型の場合を例に挙げて説明するが、その逆であっても良いことは勿論である。   FIG. 3 is a plan pattern diagram showing a configuration example of the photodiode (PD) 21 of the pixel 16, the floating diffusion portion FD, and the gate portion (read gate portion) of the transfer transistor 22. FIG. 4 shows a cross section taken along the line XX ′ of FIG. Here, the semiconductor conductivity type will be described by taking as an example the case where the first conductivity type is P-type and the second conductivity type is N-type, but the opposite is also possible.

図4において、本実施形態に係る固体撮像素子では、N型シリコン基板31と、当該シリコン基板31上に形成されたP型ウエル領域32の構造を採用した構成となっている。センサ部であるフォトダイオード21は、P型ウエル領域32と、当該P型ウエル領域32の上に形成されたN型半導体領域(N層)33とによるPNダイオードによって形成されている。N型半導体領域33は、光電変換して得られる信号電荷(ここでは、電子)を蓄積する信号電荷蓄積領域となる。   In FIG. 4, the solid-state imaging device according to the present embodiment has a configuration employing an N-type silicon substrate 31 and a P-type well region 32 formed on the silicon substrate 31. The photodiode 21 which is a sensor unit is formed by a PN diode including a P-type well region 32 and an N-type semiconductor region (N layer) 33 formed on the P-type well region 32. The N-type semiconductor region 33 serves as a signal charge accumulation region for accumulating signal charges (here, electrons) obtained by photoelectric conversion.

フォトダイオード21は、N型半導体領域33と基板表面との界面に、第1のP型半導体領域(P層)34を有するHADセンサ構造を採っている。第1のP型半導体領域34は、センサ表面から発生する正孔を蓄積し、当該正孔に起因する暗電流を低減する作用をなす。フォトダイオード21の各々は、選択酸化による素子分離層(例えば、LOCOS層)35によって画素分離が図られている。   The photodiode 21 has a HAD sensor structure having a first P-type semiconductor region (P layer) 34 at the interface between the N-type semiconductor region 33 and the substrate surface. The first P-type semiconductor region 34 functions to accumulate holes generated from the sensor surface and reduce dark current caused by the holes. Each of the photodiodes 21 is separated into pixels by an element isolation layer (for example, a LOCOS layer) 35 by selective oxidation.

ここで、第1のP型ウエル領域32は、N型半導体領域33に適正な信号電荷量を蓄積し、過剰な信号電荷をN型シリコン基板31へオーバーフローするためのオーバーフローバリアとして機能する。この第1のP型ウエル領域32と素子分離層35との間には、第2のP型ウエル領域36が形成されている。この第2のP型ウエル領域36は、フォトダイオード21のPN接合の位置を深くする作用をなす。PN接合の位置が深くなることにより、空乏層の広がり深さが深くなるため、フォトダイオード21における光電変換効率が増加する。   Here, the first P-type well region 32 accumulates an appropriate amount of signal charge in the N-type semiconductor region 33 and functions as an overflow barrier for overflowing excess signal charge to the N-type silicon substrate 31. A second P type well region 36 is formed between the first P type well region 32 and the element isolation layer 35. The second P-type well region 36 functions to deepen the position of the PN junction of the photodiode 21. As the position of the PN junction becomes deeper, the depletion layer spreads deeper and the photoelectric conversion efficiency in the photodiode 21 increases.

フォトダイオード21はさらに、当該フォトダイオード21と素子分離層35との境目近傍に第2のP型半導体領域37を有している。この第2のP型半導体領域37は次のような作用をなす。すなわち、フォトダイオード21の形成に当たって、素子分離層35上に位置合わせしたフォトレジスト層で他の領域を保護してN型不純物をイオン注入してN型半導体領域33を形成する際に、素子分離層35の端部にPN接合が現れる。素子分離層35の端部には応力で転位等の結晶欠陥の発生があるため、PN接合に逆バイアスをかけることで発生した空乏層が、この結晶欠陥がある素子分離層35の領域にくると、その電界によって暗電流の発生原因となるリーク電流が増加する。   The photodiode 21 further has a second P-type semiconductor region 37 in the vicinity of the boundary between the photodiode 21 and the element isolation layer 35. The second P-type semiconductor region 37 functions as follows. That is, in forming the photodiode 21, when the N-type semiconductor region 33 is formed by ion implantation of N-type impurities while protecting other regions with a photoresist layer aligned on the device isolation layer 35. A PN junction appears at the end of layer 35. Since crystal defects such as dislocations are generated due to stress at the end portion of the element isolation layer 35, a depletion layer generated by applying a reverse bias to the PN junction comes to a region of the element isolation layer 35 having this crystal defect. As a result, the leakage current that causes dark current is increased by the electric field.

これに対して、第2のP型半導体領域37は、フォトダイオード21のPN接合を、転位等の結晶欠陥が存在する素子分離層35の端部から隔離し、PN接合にバイアスをかけたときに、空乏層を素子分離層35の端部から離れた位置に発生させる。これにより、素子分離層35の端部付近でのリーク電流の発生が抑制されるため暗電流が低減する。すなわち、従来技術のように、素子分離層35の下の第2のP型ウエル領域36を第1のP型半導体領域34とオーバーラップさせて形成しなくても、第2のP型半導体領域37の作用によってフォトダイオード21と素子分離層35との間で発生するリーク電流、ひいては暗電流を低減できる。   On the other hand, the second P-type semiconductor region 37 isolates the PN junction of the photodiode 21 from the end of the element isolation layer 35 where crystal defects such as dislocations exist and biases the PN junction. In addition, a depletion layer is generated at a position away from the end of the element isolation layer 35. As a result, the generation of leakage current near the end of the element isolation layer 35 is suppressed, so that dark current is reduced. That is, the second P-type semiconductor region can be formed without forming the second P-type well region 36 under the element isolation layer 35 so as to overlap the first P-type semiconductor region 34 as in the prior art. The action of 37 can reduce the leakage current generated between the photodiode 21 and the element isolation layer 35, and hence the dark current.

この第2のP型半導体領域37を形成するに当たっては、図3に示すように、フォトダイオード21で光電変換された信号電荷をフローティングディフュージョン部FDに転送する読み出しゲート部38から所定の距離d、例えば0.3μm程度の距離だけ離して形成するのが好ましい。このように、第2のP型半導体領域37を読み出しゲート部38から所定の距離dだけ離して形成することにより、P型不純物をイオン注入することによる読み出しゲート部38への影響を最小限に抑えることができるため、当該読み出しゲート部38に印加する転送パルスの電圧を上げなくてもフォトダイオード21からフローティングディフュージョン部FDへの信号電荷の転送を確実に行うことができる。   In forming the second P-type semiconductor region 37, as shown in FIG. 3, a predetermined distance d from the readout gate portion 38 that transfers the signal charge photoelectrically converted by the photodiode 21 to the floating diffusion portion FD, For example, it is preferable to form them separated by a distance of about 0.3 μm. Thus, by forming the second P-type semiconductor region 37 away from the read gate portion 38 by a predetermined distance d, the influence on the read gate portion 38 due to ion implantation of P-type impurities is minimized. Therefore, the signal charge can be reliably transferred from the photodiode 21 to the floating diffusion portion FD without increasing the voltage of the transfer pulse applied to the read gate portion 38.

上述したように、フォトダイオード21と素子分離層35との境目近傍に第2の半導体領域37を形成することにより、フォトダイオード21のPN接合を、転位等の結晶欠陥が存在する素子分離層35の端部から隔離し、PN接合にバイアスをかけたときに、空乏層を素子分離層35の端部から離れた位置に発生させることができるために、素子分離層35の下の第2のP型ウエル領域36を第1のP型半導体領域34とオーバーラップさせて形成しなくても、フォトダイオード21と素子分離層35との間で発生する暗電流や当該暗電流に起因する白点欠陥を抑制できる。しかも、上記オーバーラップに起因するN型半導体領域(信号電荷蓄積領域)33の体積の減少も少ないため、フォトダイオード21の飽和信号電荷量の減少を最低限に抑えることができる。   As described above, by forming the second semiconductor region 37 in the vicinity of the boundary between the photodiode 21 and the element isolation layer 35, the element isolation layer 35 in which the PN junction of the photodiode 21 has crystal defects such as dislocations exists. When the PN junction is biased, the depletion layer can be generated at a position away from the end of the element isolation layer 35, so that the second under the element isolation layer 35 is provided. Even if the P-type well region 36 is not formed so as to overlap the first P-type semiconductor region 34, a dark current generated between the photodiode 21 and the element isolation layer 35 and a white spot caused by the dark current Defects can be suppressed. In addition, since the volume of the N-type semiconductor region (signal charge storage region) 33 caused by the overlap is small, a decrease in the saturation signal charge amount of the photodiode 21 can be minimized.

第2の半導体領域37を設けないとき(従来技術)に第2のP型ウエル領域36がフォトダイオード21へ張り出していた(オーバーラップした)張り出し量に比べて、第2のP型ウエル領域36のフォトダイオード21への張り出し量が小さくても、具体的には図4に示すように、第2のP型ウエル領域36がフォトダイオード21へ全く張り出していなくても、原理的に、第2の半導体領域37による上記の作用効果を得ることができる。   When the second semiconductor region 37 is not provided (prior art), the second P-type well region 36 is larger than the amount of the second P-type well region 36 that protrudes (overlaps) to the photodiode 21. In principle, even if the amount of protrusion to the photodiode 21 is small, as shown in FIG. 4, the second P-type well region 36 does not protrude to the photodiode 21 at all. The above-described operation and effect by the semiconductor region 37 can be obtained.

ただし、図4では、素子分離層35の下の第2のP型ウエル領域36を、素子分離層35の端部よりもフォトダイオード21に張り出さない形で示しているが、当該第2のP型ウエル領域36の不純物濃度が濃いと横方向の拡散量が増えるため必然的にフォトダイオード21側に張り出してN型半導体領域33および第1のP型半導体領域34とオーバーラップし、信号電荷蓄積領域であるN型半導体領域33の体積を減少させ、飽和信号量を減少させることになる。   However, in FIG. 4, the second P-type well region 36 under the element isolation layer 35 is shown so as not to protrude from the end portion of the element isolation layer 35 to the photodiode 21. When the impurity concentration of the P-type well region 36 is high, the amount of diffusion in the lateral direction increases, so that it inevitably protrudes toward the photodiode 21 and overlaps with the N-type semiconductor region 33 and the first P-type semiconductor region 34, thereby The volume of the N-type semiconductor region 33 as the accumulation region is reduced, and the saturation signal amount is reduced.

そこで、第2のP型ウエル領域36の不純物濃度を、当該第2のP型ウエル領域36を設けないとき(従来技術)の不純物濃度よりも薄くする。これにより、第2のP型ウエル領域36の不純物横方向の拡散量を減らすことができるため、当該第2のP型ウエル領域36のフォトダイオード21への張り出し量を抑え、N型半導体領域33の体積の減少を抑えることができる。また、第2のP型ウエル領域36が拡散によってたとえフォトダイオード21へ張り出したとしても、第2のP型ウエル領域36の不純物濃度が薄いことにより、当該第2のP型ウエル領域36の張り出し部分によるN型半導体領域33の体積は実質的にないものと考えることができるため、フォトダイオード21の飽和信号電荷量の減少を最低限に抑えることができる。   Therefore, the impurity concentration of the second P-type well region 36 is made lower than the impurity concentration when the second P-type well region 36 is not provided (prior art). Thereby, the amount of diffusion of the impurity in the second P-type well region 36 in the lateral direction can be reduced, so that the amount of protrusion of the second P-type well region 36 to the photodiode 21 can be suppressed, and the N-type semiconductor region 33. The decrease in the volume can be suppressed. Even if the second P-type well region 36 protrudes to the photodiode 21 due to diffusion, the second P-type well region 36 has a low concentration due to the low impurity concentration of the second P-type well region 36. Since it can be considered that there is substantially no volume of the N-type semiconductor region 33 due to the portion, a decrease in the saturation signal charge amount of the photodiode 21 can be minimized.

また、半導体領域37による上記作用、即ちPN接合にバイアスをかけたときに、空乏層を素子分離層35の端部から離れた位置に発生させる作用を、従来技術の場合のように素子分離層35の下の第2のP型ウエル領域36に持たせるのではなく、第2のP型ウエル領域36とは別に形成する第2の半導体領域37に持たせることにより、当該第2の半導体領域37を読み出しゲート部38から離して形成することができるため、フォトダイオード21からフローティングディフュージョン部FDへの信号電荷の読み出し動作(転送動作)に対するP型不純物のイオン注入による影響を最小限に抑えることができる。   In addition, the above-described action by the semiconductor region 37, that is, the action of generating a depletion layer at a position away from the end of the element isolation layer 35 when a bias is applied to the PN junction, The second semiconductor region 37 is not provided in the second P-type well region 36 below the second P-type well region 36 but provided in the second semiconductor region 37 formed separately from the second P-type well region 36. 37 can be formed away from the read gate portion 38, so that the influence of ion implantation of P-type impurities on the read operation (transfer operation) of the signal charge from the photodiode 21 to the floating diffusion portion FD is minimized. Can do.

なお、上記実施形態では、CMOSイメージセンサに代表されるX−Yアドレス型固体撮像素子のセンサ部に適用した場合を例に挙げて説明したが、この適用例に限られるものではなく、本発明はCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサに代表さる電荷転送型固体撮像素子のセンサ部にも同様に適用可能である。   In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a sensor unit of an XY address type solid-state imaging device typified by a CMOS image sensor has been described as an example. However, the present invention is not limited to this application example. Can be similarly applied to a sensor portion of a charge transfer type solid-state imaging device represented by a CCD (Charge Coupled Device) image sensor.

本発明に係る固体撮像素子は、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラなどのカメラモジュールの撮像デバイスとして、さらにはカメラ機能を搭載した携帯電話機に代表される携帯端末装置の撮像デバイスとして用いることができる。   The solid-state imaging device according to the present invention can be used, for example, as an imaging device of a camera module such as a digital still camera or a video camera, and further as an imaging device of a mobile terminal device represented by a mobile phone equipped with a camera function. .

本発明の一実施形態に係るX−Yアドレス型固体撮像素子の構成の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of a structure of the XY address type solid-state image sensor concerning one Embodiment of this invention. CMOSイメージセンサの場合における画素の具体的な回路構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the specific circuit structure of the pixel in the case of a CMOS image sensor. フォトダイオード(PD)、フローティングディフュージョン部FDおよび読み出しゲート部の構成例を示す平面パターン図である。It is a plane pattern figure which shows the structural example of a photodiode (PD), the floating diffusion part FD, and the read-out gate part. 図3のX−X′矢視断面図である。It is XX 'arrow sectional drawing of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

11…撮像部、12…垂直走査回路、13…信号処理回路、14…水平走査回路、15…水平出力回路、16…画素、21…フォトダイオード、22…転送トランジスタ、23…増幅トランジスタ、24…アドレストランジスタ、25…リセットトランジスタ、31…N型シリコン基板、32…第1のP型ウエル領域、33…N型半導体領域(信号電荷蓄積領域)、34…第1のP型半導体領域(正孔蓄積領域)、35…素子分離層、36…第2のP型ウエル領域、37…第2のP型半導体領域、38…読み出しゲート部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Imaging part, 12 ... Vertical scanning circuit, 13 ... Signal processing circuit, 14 ... Horizontal scanning circuit, 15 ... Horizontal output circuit, 16 ... Pixel, 21 ... Photodiode, 22 ... Transfer transistor, 23 ... Amplifying transistor, 24 ... Address transistor, 25 ... reset transistor, 31 ... N-type silicon substrate, 32 ... first P-type well region, 33 ... N-type semiconductor region (signal charge storage region), 34 ... first P-type semiconductor region (holes) Accumulation region), 35 ... element isolation layer, 36 ... second P-type well region, 37 ... second P-type semiconductor region, 38 ... read gate portion

Claims (4)

第1導電型の第1のウエル領域上に形成された第2導電型の半導体領域と当該第2導電型の半導体領域上に形成された第1導電型の第1の半導体領域とを有する複数のセンサ部と、
前記複数のセンサ部の相互間の素子分離を行う素子分離層と、
前記第1のウエル領域と前記素子分離層との間に形成された第1導電型の第2のウエル領域と、
前記センサ部と前記素子分離層との境目近傍に形成された第1導電型の第2の半導体領域と
を備えたことを特徴とする固体撮像素子。
A plurality of first conductivity type semiconductor regions formed on the first conductivity type first well region and a first conductivity type first semiconductor region formed on the second conductivity type semiconductor region. Sensor part of
An element isolation layer that performs element isolation between the plurality of sensor units;
A second well region of a first conductivity type formed between the first well region and the element isolation layer;
A solid-state imaging device comprising: a first conductivity type second semiconductor region formed in the vicinity of a boundary between the sensor unit and the element isolation layer.
前記第2のウエル領域は、前記センサ部への張り出し量が前記第2の半導体領域を設けないときの張り出し量よりも小さい
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second well region has an amount of protrusion to the sensor portion smaller than an amount of protrusion when the second semiconductor region is not provided.
前記第2のウエル領域は、その不純物濃度が前記第2の半導体領域を設けないときの不純物濃度よりも薄い
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second well region has an impurity concentration lower than an impurity concentration when the second semiconductor region is not provided.
前記第2の半導体領域は、前記センサ部から信号電荷を読み出す読み出しゲート部から離れて形成されている
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second semiconductor region is formed apart from a read gate portion that reads signal charges from the sensor portion.
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