JP2006216688A - Solid-state imaging device - Google Patents
Solid-state imaging device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006216688A JP2006216688A JP2005026640A JP2005026640A JP2006216688A JP 2006216688 A JP2006216688 A JP 2006216688A JP 2005026640 A JP2005026640 A JP 2005026640A JP 2005026640 A JP2005026640 A JP 2005026640A JP 2006216688 A JP2006216688 A JP 2006216688A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- type
- region
- diffusion layer
- imaging device
- solid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置に関するもので、特に、N型の半導体基板上に、光電変換部と信号走査部とを含む複数の単位セルが二次元状に配置されてなるCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサに関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device, and in particular, a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) in which a plurality of unit cells including a photoelectric conversion unit and a signal scanning unit are two-dimensionally arranged on an N-type semiconductor substrate. ) Regarding the sensor.
近年、単一電源の使用および低電圧駆動を特徴とする、N型基板を用いた固体撮像装置が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。N型基板を採用した場合、周辺部の画素(単位セル)に電荷が漏れ込むブルーミングという現象を抑制でき、画像特性を向上できる利点がある。 In recent years, a solid-state imaging device using an N-type substrate characterized by the use of a single power source and low-voltage driving has been proposed (see, for example, Patent Document 1). When an N-type substrate is employed, there is an advantage that an image characteristic can be improved by suppressing a phenomenon called blooming in which electric charge leaks into peripheral pixels (unit cells).
しかしながら、CMOSセンサにおいて、N型基板を採用した場合には、以下のような問題があった。 However, when an N-type substrate is employed in the CMOS sensor, there are the following problems.
(1) N型基板への画素領域の形成は、CCD(Charge Coupled Device)のような高電圧駆動および多電源の使用が困難なCMOSセンサの場合、信号蓄積時に電荷のリークを発生させたり、あるいは、信号の読み出し時に電荷の取り残しを招き、残像を生む要因となる。 (1) The formation of a pixel region on an N-type substrate may cause charge leakage when storing signals in the case of a CMOS sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) that is difficult to use with a high voltage drive and multiple power sources. Alternatively, charge may be left behind when signals are read out, causing an afterimage.
(2) 画素領域内に周辺回路のようなP型のウェルを形成しなければならず、画素の微細化にともなって、信号蓄積領域(光電変換部)の面積が減少し、飽和信号が減ると、光ショットノイズなどのノイズが信号に比較して大きくなり、S/N(Signal to Noise)が悪化する。
本発明は、上記の問題点を解決すべくなされたもので、N型基板を採用した場合にも信号のリークや残像の発生を防止できるとともに、微細化にともなうS/Nの悪化を軽減でき、画像特性を向上させることが可能な固体撮像装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and even when an N-type substrate is used, signal leakage and afterimage can be prevented and deterioration of S / N due to miniaturization can be reduced. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of improving image characteristics.
本願発明の一態様によれば、N型の半導体基板と、前記N型の半導体基板の底部と表面部とを分離するP型の半導体領域と、前記N型の半導体基板の表面部の、その表面領域に選択的に形成された光電変換部と、前記N型の半導体基板の表面部の、その表面領域に、前記光電変換部より所定の距離だけ離間して設けられた信号走査部と、前記信号走査部と前記光電変換部との間の、前記N型の半導体基板の表面部上に形成され、前記光電変換部で光電変換された信号を前記信号走査部に読み出すための読み出し電極と、前記読み出し電極と前記信号走査部との間の、前記N型の半導体基板の表面部に選択的に設けられたP型の拡散層領域とを具備したことを特徴とする固体撮像装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, an N-type semiconductor substrate, a P-type semiconductor region that separates a bottom portion and a surface portion of the N-type semiconductor substrate, and a surface portion of the N-type semiconductor substrate, A photoelectric conversion unit selectively formed in a surface region; and a signal scanning unit provided on the surface region of the surface portion of the N-type semiconductor substrate and spaced apart from the photoelectric conversion unit by a predetermined distance; A readout electrode formed on the surface portion of the N-type semiconductor substrate between the signal scanning unit and the photoelectric conversion unit, and for reading out a signal photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit to the signal scanning unit; And a P-type diffusion layer region selectively provided on the surface portion of the N-type semiconductor substrate between the readout electrode and the signal scanning unit. Is done.
上記の構成により、信号蓄積時に電荷をリークさせたり、信号の読み出し時に電荷の取り残しをなくすことができるなど、N型基板を採用した場合にも信号のリークや残像の発生を防止できるとともに、微細化にともなうS/Nの悪化を軽減でき、画像特性を向上させることが可能な固体撮像装置を提供できる。 With the above configuration, leakage of signals and afterimages can be prevented even when an N-type substrate is used, such as leakage of charges during signal accumulation and elimination of charges remaining during signal readout. Therefore, it is possible to provide a solid-state imaging device capable of reducing the deterioration of S / N due to the increase in image quality and improving the image characteristics.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
図1および図2は、この発明の第1の実施形態にしたがった、CMOSセンサ(固体撮像装置)の基本構成を示すものである。なお、図1は平面図、図2は図1のIIB−IIB線に沿う断面図であり、1つの画素(単位セル)を例に示している。
[First Embodiment]
1 and 2 show a basic configuration of a CMOS sensor (solid-state imaging device) according to the first embodiment of the present invention. 1 is a plan view, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line IIB-IIB in FIG. 1, showing one pixel (unit cell) as an example.
図に示すように、N型基板(N型の半導体基板)11は、P層(P型の半導体領域)12によって、底部11aと表面部11bとに分離されている。上記N型基板11の表面部11bの表面領域には、選択的に素子分離領域13が形成されている。
As shown in the figure, an N-type substrate (N-type semiconductor substrate) 11 is separated into a
上記素子分離領域13によって画定された活性化領域、つまり、素子分離領域13を除く、上記N型基板11の表面部11bの表面領域には、光電変換部となる埋め込みフォトダイオード(信号蓄積領域)14、および、信号走査部となる走査トランジスタを形成するためのP型ウェル領域15が形成されている。上記埋め込みフォトダイオード14の表面上には、表面シールド層16が形成されている。
An activation region defined by the
上記P型ウェル領域15は、上記埋め込みフォトダイオード14より所定の距離だけ離間して設けられている。また、上記P型ウェル領域15の表面(P型ウェル領域15に対応する、上記N型基板11の表面部11b)上には、走査トランジスタである、たとえばリセット用トランジスタのゲート17、増幅用トランジスタのゲート18、および、選択用トランジスタのゲート19が、それぞれ絶縁膜(いずれも図示していない)を介して設けられている。そして、各ゲート17,18,19を除く、上記P型ウェル領域15の表面領域には、それぞれ、ソース/ドレインとなるN型拡散層20a,20b,20c,20dが形成されている。
The P-
上記埋め込みフォトダイオード14および上記P型ウェル領域15の相互間に対応する、上記N型基板11の表面部11b上には、上記埋め込みフォトダイオード14で光電変換された信号電荷を読み出すための読み出し用ゲート(読み出し電極)21が設けられている。この読み出し用ゲート21は、その一端が、上記埋め込みフォトダイオード14の一端面にほぼ一致、あるいは、上記埋め込みフォトダイオード14の一端上に延在するように形成されている。
On the
また、上記P型ウェル領域15および上記読み出し用ゲート21の相互間に対応する、上記N型基板11の表面部11bには、P型拡散層(P型の拡散領域)22が形成されている。P型拡散層22は、その不純物濃度が、たとえば1×1016cm-3〜1×1017cm-3に設定されている。このP型拡散層22は、信号のオフリークを防止するためのパンチスルーストッパとして機能する。
A P-type diffusion layer (P-type diffusion region) 22 is formed on the
本実施形態の場合、複数のN型拡散層20a,20b,20c,20dのうち、上記リセット用トランジスタのゲート17および上記読み出し用ゲート21の相互間に設けられるN型拡散層20aが、たとえば、上記N型基板11の表面部11bの表面領域にまで延在し、かつ、上記読み出し用ゲート21に近接するようにして形成されている。すなわち、上記リセット用トランジスタのゲート17と上記読み出し用ゲート21との相互間においては、上記P型ウェル領域15の表面領域および上記N型基板11の表面部11bの表面領域に対して、上記N型拡散層20aが形成されている。これにより、上記読み出し用ゲート21によって読み出された信号電荷を検出するための検出部31が構成されている。そして、上記P型拡散層22は、少なくとも上記N型基板11の表面部11bに対応する、上記N型拡散層20aの下面部に対応するようにして形成されている。
In the present embodiment, among the plurality of N-
なお、上記N型拡散層20aには上記増幅用トランジスタのゲート18につながる配線23が、上記N型拡散層20bにはドレイン線24が、上記N型拡散層20dには信号線25が、それぞれ接続されている。
The N-
また、実際には、このような構成の単位セルが二次元状に配置されて、CMOSセンサの画素領域が実現される。 In practice, the unit cells having such a configuration are two-dimensionally arranged to realize a pixel region of the CMOS sensor.
本実施形態の構成によれば、読み出し用ゲート21のドレイン側に、リセット用トランジスタのソース(N型拡散層20a)にかかるP型拡散層22を形成したことにより、信号蓄積時に埋め込みフォトダイオード14から検出部31に信号電荷がリークするのを防ぐことが可能となる。しかも、P型拡散層22はN型拡散層20aを完全には覆っていない、つまり、N型拡散層20aのチャネル側の面が露出するように、N型拡散層20aの下面部にP型拡散層22を形成するようにしているため、単一電源の使用および低電圧駆動を特徴とするCMOSセンサにおいて、N型基板11を採用した場合にも、良好な画像特性を得ることが可能となる。
According to the configuration of the present embodiment, the P-
なお、上記P型拡散層22は、上記N型基板11の表面部11bに対応する、上記N型拡散層20aの下面部にのみ形成する場合に限らず、上記N型基板11の表面部11bおよび上記P型ウェル領域15にそれぞれ対応する、上記N型拡散層20aの下面部全体に形成することも可能である。
The P-
[第2の実施形態]
図3および図4は、この発明の第2の実施形態にしたがった、CMOSセンサ(固体撮像装置)の基本構成を示すものである。なお、図3は平面図、図4は図3のIVB−IVB線に沿う断面図であり、図1および図2と同一部分には同一符号を付し、詳しい説明は割愛する。
[Second Embodiment]
3 and 4 show the basic configuration of a CMOS sensor (solid-state imaging device) according to the second embodiment of the present invention. 3 is a plan view, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IVB-IVB in FIG. 3. The same parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
この第2の実施形態の場合、検出部31にかかるP型拡散層22’を、読み出し用ゲート21の直下にまで延在させ、N型拡散層20aのチャネル側の面をも被覆するように形成するようにしたものである。ただし、上記P型拡散層22’の不純物濃度は、第1の実施形態の場合のP型拡散層22よりも薄く、たとえば、1×1016cm-3〜1×1017cm-3の半分程度に設定される。
In the case of the second embodiment, the P-
このような構成とした場合にも、P型拡散層22’の不純物濃度を薄くしているため、信号の読み出し時には、埋め込みフォトダイオード14の電荷を取り残すことなしに転送できるようになる。その結果、残像が発生することがない。また、画素の微細化にともなうS/Nの悪化も阻止できる。したがって、単一電源の使用および低電圧駆動を特徴とするCMOSセンサにおいて、良好な画像特性を得ることが可能となる。
Even in such a configuration, since the impurity concentration of the P-
[第3の実施形態]
図5および図6は、この発明の第3の実施形態にしたがった、CMOSセンサ(固体撮像装置)の基本構成を示すものである。なお、図5は平面図、図6は図5のVIB−VIB線に沿う断面図であり、図1および図2と同一部分には同一符号を付し、詳しい説明は割愛する。
[Third Embodiment]
5 and 6 show the basic configuration of a CMOS sensor (solid-state imaging device) according to the third embodiment of the present invention. 5 is a plan view, and FIG. 6 is a sectional view taken along the line VIB-VIB in FIG. 5. The same parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
この第3の実施形態の場合、検出部31にかかるP型拡散層(22)を、P型ウェル領域15’により兼用させて一体的に形成するようにしたものである。すなわち、P型ウェル領域15’は、その一端が、読み出し用ゲート21に近接するようにして形成されている。ただし、上記P型ウェル領域15’の不純物濃度は、信号の読み出し時に残像を発生させないような条件、たとえば、1×1016cm-3〜1×1017cm-3に設定される。
In the case of the third embodiment, the P-type diffusion layer (22) relating to the
このような構成によっても、上記した第1および第2の実施形態の場合と同様に、単一電源の使用および低電圧駆動を特徴とするCMOSセンサにおいて、良好な画像特性を得ることが可能となる。しかも、第1および第2の実施形態の場合のような、P型拡散層(22,22’)を形成するためのプロセス工程を必要としない。 Even with such a configuration, as in the case of the first and second embodiments described above, it is possible to obtain good image characteristics in a CMOS sensor characterized by the use of a single power source and low-voltage driving. Become. In addition, the process steps for forming the P-type diffusion layers (22, 22 ') as in the first and second embodiments are not required.
その他、本願発明は、上記(各)実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、上記(各)実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。たとえば、(各)実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題(の少なくとも1つ)が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果(の少なくとも1つ)が得られる場合には、その構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。 In addition, the present invention is not limited to the above (each) embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, the above (each) embodiment includes various stages of the invention, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if several constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the (each) embodiment, the problem (at least one) described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved. When the effect (at least one of the effects) described in the “Effect” column is obtained, a configuration from which the constituent requirements are deleted can be extracted as an invention.
11…N型基板、11a…底部、11b…表面部、12…P層、13…素子分離領域、14…埋め込みフォトダイオード、15,15’…P型ウェル領域、16…表面シールド層、17…リセット用トランジスタのゲート、18…増幅用トランジスタのゲート、19…選択用トランジスタのゲート、20a,20b,20c,20d…N型拡散層、21…読み出し用ゲート、22,22’…P型拡散層、23…配線、24…ドレイン線、25…信号線、31…検出部。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記N型の半導体基板の底部と表面部とを分離するP型の半導体領域と、
前記N型の半導体基板の表面部の、その表面領域に選択的に形成された光電変換部と、
前記N型の半導体基板の表面部の、その表面領域に、前記光電変換部より所定の距離だけ離間して設けられた信号走査部と、
前記信号走査部と前記光電変換部との間の、前記N型の半導体基板の表面部上に形成され、前記光電変換部で光電変換された信号を前記信号走査部に読み出すための読み出し電極と、
前記読み出し電極と前記信号走査部との間の、前記N型の半導体基板の表面部に選択的に設けられたP型の拡散層領域と
を具備したことを特徴とする固体撮像装置。 An N-type semiconductor substrate;
A P-type semiconductor region that separates a bottom portion and a surface portion of the N-type semiconductor substrate;
A photoelectric conversion part selectively formed in the surface region of the surface part of the N-type semiconductor substrate;
A signal scanning unit provided on a surface region of the surface portion of the N-type semiconductor substrate at a predetermined distance from the photoelectric conversion unit;
A readout electrode formed on the surface portion of the N-type semiconductor substrate between the signal scanning unit and the photoelectric conversion unit, and for reading out a signal photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit to the signal scanning unit; ,
A solid-state imaging device, comprising: a P-type diffusion layer region selectively provided on a surface portion of the N-type semiconductor substrate between the readout electrode and the signal scanning unit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005026640A JP2006216688A (en) | 2005-02-02 | 2005-02-02 | Solid-state imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005026640A JP2006216688A (en) | 2005-02-02 | 2005-02-02 | Solid-state imaging device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006216688A true JP2006216688A (en) | 2006-08-17 |
Family
ID=36979658
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005026640A Pending JP2006216688A (en) | 2005-02-02 | 2005-02-02 | Solid-state imaging device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006216688A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016009691A (en) * | 2014-06-20 | 2016-01-18 | 国立大学法人静岡大学 | Electromagnetic wave detection element and solid-state imaging device |
-
2005
- 2005-02-02 JP JP2005026640A patent/JP2006216688A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016009691A (en) * | 2014-06-20 | 2016-01-18 | 国立大学法人静岡大学 | Electromagnetic wave detection element and solid-state imaging device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8629484B2 (en) | Solid-state imaging device, method of manufacturing solid-state imaging device, and electronic apparatus | |
JP4486985B2 (en) | Solid-state imaging device and electronic information device | |
JP4467542B2 (en) | Solid-state imaging device | |
US8031250B2 (en) | Solid-state imaging device and method of driving the same | |
US8482646B2 (en) | Image sensing device and camera | |
US8183604B2 (en) | Solid state image pickup device inducing an amplifying MOS transistor having particular conductivity type semiconductor layers, and camera using the same device | |
JP2005142503A (en) | Photoelectric converter and imaging apparatus | |
JP2012084644A (en) | Backside illumination solid-state imaging device | |
JP2011222708A (en) | Solid-state imaging apparatus, method of manufacturing the same, and electronic device | |
JP2006253316A (en) | Solid-state image sensing device | |
US20070290245A1 (en) | Solid-state imaging device | |
JP2006294871A (en) | Solid-state imaging apparatus | |
JP2004259733A (en) | Solid-state image pickup device | |
JP4991418B2 (en) | Solid-state imaging device | |
JPWO2012160802A1 (en) | Solid-state imaging device | |
JP2005317875A (en) | Solid-state image sensing device | |
JP2007073544A (en) | Solid state imaging device and its manufacturing method | |
JP2007134639A (en) | Photoelectric conversion device and image sensing element using the same | |
JP3901114B2 (en) | Solid-state imaging device and manufacturing method thereof | |
JP5581698B2 (en) | Solid-state image sensor | |
JP2006216688A (en) | Solid-state imaging device | |
JP4660228B2 (en) | Solid-state imaging device | |
JP2004273781A (en) | Solid state imaging device | |
JP2005123280A (en) | Solid state image sensing device | |
JP4857816B2 (en) | Solid-state image sensor |