JP2008016542A - Solid-state imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は固体撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device.
従来、入射光に応じて発生した電気信号を増幅して出力する増幅型撮像素子を採用した固体撮像装置が知られている(下記公報参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a solid-state imaging device that employs an amplification type imaging device that amplifies and outputs an electric signal generated according to incident light is known (see the following publication).
この固体撮像装置は、各画素にフォトダイオードと、その光電荷を転送する転送スイッチと、フローティング拡散部を有するソースホロワと、フローティング拡散部をリセットするリセットスイッチと、ソースホロワのドレインに接続された選択スイッチとを有している。また、各スイッチを駆動する駆動回路と、駆動信号線と、電源線と、各画素から信号を出力するための垂直出力線及び水平出力線とを備えている。
近年、固体撮像装置の小型化の要請から、撮像素子のサイズが小さくなる傾向にある。 In recent years, the size of an image sensor tends to be reduced due to a demand for downsizing of a solid-state imaging device.
しかし、撮像素子のサイズが小さくなると、その受光面の面積も小さくなるので、蓄積できる最大電荷量も少なくなる。 However, when the size of the image sensor is reduced, the area of the light receiving surface is also reduced, so that the maximum charge amount that can be accumulated is reduced.
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は光電変換部の面積の減少にもかかわらず、蓄積できる最大電荷量の減少を抑制することができる固体撮像装置を提供することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a problem thereof is to provide a solid-state imaging device capable of suppressing a decrease in the maximum charge amount that can be accumulated despite a decrease in the area of the photoelectric conversion unit. It is.
上記課題を解決するため請求項1記載の発明は、入射光に応じた信号電荷を生成し、蓄積する光電変換部を備えている固体撮像装置において、前記光電変換部は、半導体基板に形成された第1の導電型領域中に形成され、前記第1の導電型領域と極性の異なる第2の導電型領域を有し、前記第2の導電型領域は、前記半導体基板の深さ方向へ所定間隔に配置され、前記半導体基板の表面とほぼ平行な方向へ延びる複数の水平拡散部と、前記半導体基板の表面とほぼ直交する方向へ延び、前記複数の水平拡散部を接続する垂直拡散部とを有することを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the invention described in
請求項2記載の発明は、請求項1記載の固体撮像装置において、前記水平拡散部は前記半導体基板の深さ方向で対向配置されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the first aspect, the horizontal diffusion portions are arranged to face each other in the depth direction of the semiconductor substrate.
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の固体撮像装置において、前記垂直拡散部は第1の導電型領域上に形成された転送ゲート電極の近傍に配置されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the first or second aspect, the vertical diffusion portion is disposed in the vicinity of the transfer gate electrode formed on the first conductivity type region. To do.
この発明によれば光電変換部の面積の減少にもかかわらず、蓄積できる最大電荷量の減少を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress a decrease in the maximum amount of charge that can be accumulated despite a decrease in the area of the photoelectric conversion unit.
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図2はこの発明の一実施形態に係る固体撮像装置の回路図、図1はその固体撮像装置の最小要素を示す平面図である。 FIG. 2 is a circuit diagram of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a plan view showing the minimum elements of the solid-state imaging device.
この固体撮像装置は、フォトダイオード(光変換部)101と転送スイッチ102とソースフォロア103とリセットスイッチ105と行選択スイッチ104と電源線Vddと垂直出力線106とを備えている。この固体撮像装置はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型エリアセンサである。
The solid-state imaging device includes a photodiode (light conversion unit) 101, a
フォトダイオード101は光電変換を行う。
The
転送スイッチ102はフォトダイオード101で発生した光電荷をフローティング拡散部103aに転送する。転送スイッチ102のゲート電極は垂直走査回路107の転送端子ΦTX(n,n+1)に接続されている。
The
ソースフォロア103はフローティング拡散部103aを有する。
The
リセットスイッチ105はフローティング拡散部103aをリセットする。リセットスイッチ105のゲートは垂直走査回路107のリセット端子ΦRES(n,n+1)に接続されている。
The
行選択スイッチ104のソースはソースフォロア103のドレインに接続されている。選択スイッチ104のゲート電極は垂直走査回路107のセレクト端子ΦSEL(n,n+1)に接続されている。
The source of the
光量電荷の蓄積中、転送スイッチ102はオフの状態であり、画素アンプを構成するソースフォロア103のゲートにはフォトダイオード101で発生した電荷は転送されない。なお、蓄積開始前にリセットスイッチ105がオンになり、ソースフォロア103のゲートに適当な電圧が印加され、初期化される(ダークレベル)。
During the accumulation of the light amount charge, the
行選択スイッチ104がオンになると、負荷電流源108とソースフォロア103とで構成される回路が動作状態になる。転送スイッチ102をオンにすると、フォトダイオード101に蓄積された電荷がソースフォロア103のゲートに転送される。
When the
ここで、垂直出力線106に選択行の出力が発生する。選択行の出力は転送ゲート109a,109bを介して信号蓄積部110に一時的に蓄積される。信号蓄積部110に蓄積された選択行の出力は水平走査回路111によって出力部V0から順次読み出される。
Here, the output of the selected row is generated on the
図4は図1のIV―IV線に沿う断面を示す概念図である。 FIG. 4 is a conceptual diagram showing a cross section taken along line IV-IV in FIG.
フォトダイオード101は、N型基板であるSi基板(半導体基板)120に形成されたP型ウエル(第1導電型領域)121と、P型ウエル121に形成され、P型ウエル121と極性の異なる電荷蓄積層(第2導電型領域)122とを有する。
The
電荷蓄積層122は、Si基板120の表面とほぼ平行な方向へ延びる3層の水平電荷蓄積層(水平拡散部)112と、3層の電荷蓄積層112を接続する垂直電荷蓄積層(垂直拡散部)113とを有する。3層の水平電荷蓄積層112は、Si基板120の深さ方向(図4の紙面上下方向)へ所定間隔をおいて対向配置されている。垂直電荷蓄積層113はSi基板120の表面とほぼ直交する方向へ延びている。
The
P型ウエル121の上面には素子分離用のLOCOS酸化膜125、ポリシリコンゲート電極(転送ゲート電極)126等が形成されている。
An LOCOS
図3は比較例に係るフォトダイオードの断面を示す概念図である。 FIG. 3 is a conceptual diagram showing a cross section of a photodiode according to a comparative example.
フォトダイオード501はN型基板であるSi基板520に形成されたP型ウエル521と、P型ウエル521に形成され、P型ウエル521と極性の異なる電荷蓄積層512とを有する。電荷蓄積層512はSi基板520の表面とほぼ平行な方向へ延びる。
The
電荷蓄積層の容量をCj、PN接合の空乏層幅をW、PN接合面積をAjとしたとき、電荷蓄積層の容量Cj、PN接合の空乏層幅W及びPN接合面積Ajには式1の関係がある。 When the capacitance of the charge storage layer is Cj, the depletion layer width of the PN junction is W, and the PN junction area is Aj, the capacitance Cj of the charge storage layer, the depletion layer width W of the PN junction, and the PN junction area Aj There is a relationship.
Cj=Ksε0Aj/W (式1)
ただし、Ks:シリコンの誘電率、ε0:真空誘電率である。
Cj = Ksε0Aj / W (Formula 1)
Where Ks: dielectric constant of silicon and ε0: vacuum dielectric constant.
式1から、PN接合面積Ajが大きくなると電荷蓄積層の容量Cjが大きくなり、より多くの電荷を蓄積できることがわかる。
From
したがって、この実施形態のフォトダイオード101のPN接合面積Ajは比較例のもに比べて大きいため、フォトダイオード101はフォトダイオード501よりも多くの電荷を蓄積できることがわかる。
Therefore, since the PN junction area Aj of the
次に、図5〜9を用いて固体撮像装置の製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing a solid-state imaging device will be described with reference to FIGS.
図5〜9は固体撮像装置の製造過程の断面を示す概念図である。 5 to 9 are conceptual diagrams showing cross sections of the manufacturing process of the solid-state imaging device.
まず、N型基板であるSi基板120の表面にP型ウエル121を形成する(図5参照)。
First, a P-
次に、P型ウエル121上にLOCOS酸化膜125とポリシリコンゲート電極126とを形成する(図6参照)。
その後、例えばフォトリソグラフィでフォトレジスト130Aをパターニングし、フォトレジスト130Aとポリシリコンゲート電極126とをマスクにしてP型ウエル121を覆い、31P+140を注入して、P型ウエル121上にN型拡散層からなる水平電荷蓄積層112を形成する。このとき、イオン140の加速エネルギーを変えることによってN型拡散層からなる3層の水平電荷蓄積層112を形成する(図7参照)。3層の水平電荷蓄積層112は、前述したようにそれぞれ深さ方向へ所定間隔をおいて対向配置されるとともに、Si基板120の表面とほぼ平行な方向へ延びている。
Next, a LOCOS
Thereafter, the
水平電荷蓄積層112を形成し、フォトレジスト130Aを剥離した後、フォトレジスト130Bをパターニングし、フォトレジスト130Bとポリシリコンゲート電極126とをマスクにしてP型ウエル121を覆い、31P+140を注入して、N型拡散層からなる垂直電荷蓄積層113を形成する(図8参照)。垂直電荷蓄積層113はSi基板120の表面とほぼ直交する方向へ延びる。垂直電荷蓄積層113によって3層の水平電荷蓄積層112が接続される。電荷蓄積層113はポリシリコンゲート電極126の近傍に配置されている。
The horizontal
垂直電荷蓄積層113を形成し、フォトレジスト130Bを剥離した後、フォトレジスト130Cをパターニングし、フォトレジスト130Cとポリシリコンゲート電極126とをマスクにしてP型ウエル121を覆い、11B+140を注入し、3層の水平電荷蓄積層112の上部に空乏化防止層(P+ 領域)128を形成する(図9参照)。
After the vertical
次に、フォトレジスト(図示せず)をパターニングし、そのフォトレジストとポリシリコンゲート電極126とをマスクにしてP型ウエル121を覆い、75As+140を注入して、浮遊拡散層となるN型拡散層127を形成する。
Next, a photoresist (not shown) is patterned, and the P-
その後、図示しないが、P型ウエル121の表面に保護膜を形成するとともに、外部へ引出し用の電極パターンの保護膜を開口する。更に、開口を介して配線を行い、固体撮像装置が完成する。
Thereafter, although not shown, a protective film is formed on the surface of the P-
この実施形態によれば、電荷蓄積層122の容量を大きくして電荷の蓄積量を増加させることができるので、フォトダイオード101の面積減少にもかかわらず、蓄積できる最大電荷量の減少を抑制することができる。また、水平電荷蓄積層112は深さ方向の位置が異なるだけであり、同じマスクを用いてイオン140を注入することができるので、製造コストを低減することができる。更に、電荷蓄積層122をポリシリコンゲート電極126の近傍に配置したので、電荷をすみやかに転送することができる。
According to this embodiment, the capacity of the
101:フォトダイオード(光変換部)、112:水平電荷蓄積層(水平拡散部)、113:垂直電荷蓄積層(垂直拡散部)、120:Si基板(半導体基板)、121:P型ウエル(第1導電型領域)122:電荷蓄積層(第2導電型領域)、126:ポリシリコンゲート電極(ゲート電極)。 101: Photodiode (light conversion unit), 112: Horizontal charge storage layer (horizontal diffusion unit), 113: Vertical charge storage layer (vertical diffusion unit), 120: Si substrate (semiconductor substrate), 121: P-type well (first well) 1 conductivity type region) 122: charge storage layer (second conductivity type region), 126: polysilicon gate electrode (gate electrode).
Claims (3)
前記光電変換部は、半導体基板に形成された第1の導電型領域中に形成され、前記第1の導電型領域と極性の異なる第2の導電型領域を有し、
前記第2の導電型領域は、前記半導体基板の深さ方向へ所定間隔に配置され、前記半導体基板の表面とほぼ平行な方向へ延びる複数の水平拡散部と、前記半導体基板の表面とほぼ直交する方向へ延び、前記複数の水平拡散部を接続する垂直拡散部とを有することを特徴とする固体撮像装置。 In a solid-state imaging device including a photoelectric conversion unit that generates and accumulates signal charges according to incident light,
The photoelectric conversion unit is formed in a first conductivity type region formed on a semiconductor substrate, and has a second conductivity type region having a polarity different from that of the first conductivity type region,
The second conductivity type regions are arranged at a predetermined interval in the depth direction of the semiconductor substrate, and have a plurality of horizontal diffusion portions extending in a direction substantially parallel to the surface of the semiconductor substrate, and substantially orthogonal to the surface of the semiconductor substrate. A solid-state imaging device, wherein the solid-state imaging device has a vertical diffusion portion extending in a direction to connect the plurality of horizontal diffusion portions.
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008300826A (en) * | 2007-05-29 | 2008-12-11 | Samsung Electronics Co Ltd | Multi-well cmos image sensor and its fabrication process |
JP2010114274A (en) * | 2008-11-06 | 2010-05-20 | Sony Corp | Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and electronic apparatus |
KR101021094B1 (en) | 2011-01-19 | 2011-03-14 | 클레어픽셀 주식회사 | Image Sensor |
US8614759B2 (en) | 2008-06-09 | 2013-12-24 | Sony Corporation | Solid-state imaging device, drive method thereof and electronic apparatus |
KR20210018238A (en) | 2018-06-06 | 2021-02-17 | 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 | Imaging device, electronic device |
WO2022158170A1 (en) * | 2021-01-21 | 2022-07-28 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Photodetector and electronic device |
US12027538B2 (en) | 2018-09-25 | 2024-07-02 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Imaging element and electronic apparatus |
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008300826A (en) * | 2007-05-29 | 2008-12-11 | Samsung Electronics Co Ltd | Multi-well cmos image sensor and its fabrication process |
US8614759B2 (en) | 2008-06-09 | 2013-12-24 | Sony Corporation | Solid-state imaging device, drive method thereof and electronic apparatus |
US11817473B2 (en) | 2008-06-09 | 2023-11-14 | Sony Group Corporation | Solid-state imaging device, drive method thereof and electronic apparatus |
JP2010114274A (en) * | 2008-11-06 | 2010-05-20 | Sony Corp | Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and electronic apparatus |
KR101021094B1 (en) | 2011-01-19 | 2011-03-14 | 클레어픽셀 주식회사 | Image Sensor |
KR20210018238A (en) | 2018-06-06 | 2021-02-17 | 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 | Imaging device, electronic device |
US12027538B2 (en) | 2018-09-25 | 2024-07-02 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Imaging element and electronic apparatus |
WO2022158170A1 (en) * | 2021-01-21 | 2022-07-28 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Photodetector and electronic device |
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