JP2010056345A - Amplification type solid state imaging device - Google Patents

Amplification type solid state imaging device Download PDF

Info

Publication number
JP2010056345A
JP2010056345A JP2008220478A JP2008220478A JP2010056345A JP 2010056345 A JP2010056345 A JP 2010056345A JP 2008220478 A JP2008220478 A JP 2008220478A JP 2008220478 A JP2008220478 A JP 2008220478A JP 2010056345 A JP2010056345 A JP 2010056345A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
charge
layer
transfer
well
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.)
Withdrawn
Application number
JP2008220478A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Watanabe
恭志 渡辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Brookman Technology Inc
Original Assignee
Brookman Technology Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Brookman Technology Inc filed Critical Brookman Technology Inc
Priority to JP2008220478A priority Critical patent/JP2010056345A/en
Publication of JP2010056345A publication Critical patent/JP2010056345A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an amplification type solid state imaging device for reducing crosstalk between pixels with visible rays of light, and for increasing sensitivity with infrared rays of light by extending the depletion layer of each pixel to the original depth. <P>SOLUTION: The amplification type solid state imaging device includes: a photoelectric conversion element PD<SB>ij</SB>having a first conductive charge generation layer 12 whose impurity concentration is 10<SP>14</SP>cm<SP>-3</SP>or less and is 10<SP>11</SP>cm<SP>-3</SP>or more and a second conductive surface embedded region 13 embedded in a portion of the upper part of the charge generation layer 12; a first conductive transfer channel formation well 19 and an amplifier circuit formation well 18 embedded in the other portion of the upper part of the charge generation layer 12; a charge detection region 16 configured of the second conductive semiconductor region embedded in a portion of the upper part of the transfer channel formation well 19 to which signal charge is transferred from the photoelectric conversion element; and a block layer 21 arranged at the bottoms of the transfer channel formation well 19 and the amplifier circuit formation well 18, and configured of the second conductive semiconductor region arranged so as to be brought into contact with the charge generation layer 12. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は固体撮像装置に係り、特に画素部に増幅回路を有する増幅型固体撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to an amplification type solid-state imaging device having an amplifier circuit in a pixel portion.

一般に、増幅型固体撮像装置としては、増幅機能を持たせた画素部とその画素部の周辺に配置された走査回路とを有し、その走査回路により画素部から画素データを読み出すものが普及している。   In general, as an amplification type solid-state imaging device, a device having a pixel portion having an amplification function and a scanning circuit arranged around the pixel portion, and reading out pixel data from the pixel portion by the scanning circuit is widely used. ing.

そのような増幅型固体撮像装置の一例としては、画素部が周辺の駆動回路及び信号処理回路と一体化するのに有利なCMOSにより構成されたAPS(Active Pixel Sensor)型イメージセンサが知られている。APS型イメージセンサの中でも、埋込型フォトダイオードとそれから検出部への電荷転送を組み合わせた4トランジスタ型はランダムノイズ、固定ノイズ共に少なく高画質であり、近年は主流となりつつある。   As an example of such an amplification type solid-state imaging device, there is known an APS (Active Pixel Sensor) type image sensor composed of CMOS, which is advantageous for integrating a pixel portion with a peripheral driving circuit and a signal processing circuit. Yes. Among the APS type image sensors, the four-transistor type combining the embedded photodiode and the charge transfer to the detection unit has a high image quality with little random noise and fixed noise, and is becoming mainstream in recent years.

図22は、比較的低不純物密度のpエピ層112とn型表面埋込領域113とで埋込みフォトダイオードを構成し、1画素領域内に1個の転送トランジスタと3トランジスタ増幅回路117をそれぞれ配置した4トランジスタ型の画素構成の断面である。図22に示すように、n型表面埋込領域113の上にはpピニング層114が形成され、転送ゲート電極115を介して埋込みフォトダイオードから電荷検出用浮遊拡散領域116に電荷が転送され、増幅回路117で増幅される。周辺のCMOS回路部との一体化が必要なことから、CMOSロジック素子で一般的な、高不純物密度のp基板上に比較的低不純物密度のpエピ層112を形成したものが使われる。p基板11の不純物密度は1×1018cm−3以上、pエピ層112の不純物密度は1×1015cm−3程度、pエピ層112の厚さcは5μm程度である。又、増幅回路117を構成する3つのトランジスタのそれぞれは、通常、エピ層112より高不純物密度のpウェル118上に設けられたソース領域152及びドレイン領域153と、ソース領域152及びドレイン領域153の間のチャネルの上部に設けられたゲート電極151とで形成される。 In FIG. 22, a buried photodiode is constituted by the p - epi layer 112 having a relatively low impurity density and the n-type surface buried region 113, and one transfer transistor and three-transistor amplifier circuit 117 are arranged in one pixel region. 4 is a cross section of a four-transistor pixel configuration arranged. As shown in FIG. 22, a p + pinning layer 114 is formed on the n-type surface buried region 113, and charges are transferred from the buried photodiode to the charge detection floating diffusion region 116 via the transfer gate electrode 115. Amplified by the amplifier circuit 117. Since integration with the peripheral CMOS circuit portion is necessary, a CMOS logic device in which a p - epi layer 112 having a relatively low impurity density is formed on a p + substrate having a high impurity density is used. . impurity concentration of the p + substrate 11 is 1 × 10 18 cm -3 or more, p - impurity concentration of the epitaxial layer 112 is 1 × 10 15 cm -3 approximately, p - thickness c of the epitaxial layer 112 is about 5 [mu] m. In addition, each of the three transistors constituting the amplifier circuit 117 is normally provided with a source region 152 and a drain region 153 provided on a p + well 118 having a higher impurity density than the epi layer 112, and a source region 152 and a drain region 153. And a gate electrode 151 provided on the upper part of the channel between the two.

CMOSイメージセンサが使える電源電圧は3V程度であり、又n型表面埋込領域113から電荷検出用浮遊拡散領域116へ電荷を完全転送するためには電位差が必要なことから、n型表面埋込領域113とpエピ層112との間の接合バイアス電圧は1V程度となる。この場合、シリコン表面からの空乏層深さdと基板の不純物密度との関係は図23のようになる。pエピ層112の不純物密度が1×1015cm−3程度の場合は、空乏層深さdは2μm程度となる。他方、入射光のシリコン中への侵入深さの入射光の波長依存性は、図24に示すようになる。ここで可視光の内、波長600nmの赤色の光では、入射光の侵入深さは2.2μmとなり、入射光の40%は中性領域で光電変換する。中性領域で発生した電荷は拡散で四方へ広がるから、隣接画素へも漏れ、これが画素間のクロストークとなる。大きなクロストークは解像度低下となる他、カラーフィルタを用いたカラー素子では混色となり、彩度低下をもたらす。 The power supply voltage that can be used by the CMOS image sensor is about 3V, and a potential difference is necessary to completely transfer charges from the n-type surface buried region 113 to the charge detection floating diffusion region 116. The junction bias voltage between region 113 and p - epi layer 112 is about 1V. In this case, the relationship between the depletion layer depth d from the silicon surface and the impurity density of the substrate is as shown in FIG. When the impurity density of the p - epi layer 112 is about 1 × 10 15 cm −3 , the depletion layer depth d is about 2 μm. On the other hand, the wavelength dependence of incident light of the penetration depth of incident light into silicon is as shown in FIG. Here, in red light having a wavelength of 600 nm of visible light, the penetration depth of incident light is 2.2 μm, and 40% of the incident light undergoes photoelectric conversion in the neutral region. The electric charge generated in the neutral region spreads in all directions by diffusion, and therefore leaks to adjacent pixels, which becomes crosstalk between pixels. Large crosstalk causes a reduction in resolution and color mixing in a color element using a color filter, resulting in a reduction in saturation.

CMOSイメージセンサの用途の中には、夜間の撮像や距離計測など、波長1μmまでの近赤外光での撮像がある。この場合は、図24より明らかなように、光の侵入深さは10μmを超える。このため入射光の相当部分はp基板111内で光電変換し、その多くが図17の符号125に示すようにp基板125内で再結合するから、有効な信号にならない。即ち、感度が非常に低くなる。 Among the applications of CMOS image sensors are imaging with near-infrared light up to a wavelength of 1 μm, such as imaging at night and distance measurement. In this case, as is clear from FIG. 24, the light penetration depth exceeds 10 μm. For this reason, a considerable portion of incident light undergoes photoelectric conversion in the p + substrate 111 and many of them are recombined in the p + substrate 125 as indicated by reference numeral 125 in FIG. That is, the sensitivity is very low.

画素間のクロストークを低減する方法として、n基板211を用いる手法が知られている。これを図25に示す。縦型オーバーフロードレイン構造のCCDで使われる、不純物密度2×1014cm−3付近のn基板211と、その上の同程度の不純物密度のn型エピ層212の上にpウェル213を形成し、図22の場合と同様の画素部が形成される。n基板211には電源電圧VDが印加されるから、埋込フォトダイオードを構成するn型表面埋込領域113の下のpウェル213は完全に空乏化し、空乏層内に形成された曲線221で示されるポテンシャルの山の深さfはシリコン表面から2μm程度の位置となる。ポテンシャルの山221より表面側で発生した電荷は、空乏化した電界に従い横に広がることなくn型表面埋込領域113に到達する。又、ポテンシャルの山221より深い側で発生した電荷は、符号225で示すようにn基板211へ排出される。以上よりクロストーク成分は大幅に低減する。しかしながらn基板211を用いる手法は、シリコン深部で発生する電荷をn基板211へ排出するため、赤外光での感度がほとんど取れないという問題を有する。 As a method for reducing crosstalk between pixels, a method using an n substrate 211 is known. This is shown in FIG. A p - well 213 is formed on an n substrate 211 near an impurity density of 2 × 10 14 cm −3 and an n-type epi layer 212 having a similar impurity density thereon, which is used in a CCD having a vertical overflow drain structure. As a result, a pixel portion similar to that shown in FIG. 22 is formed. Since the power supply voltage VD is applied to the n substrate 211, the p - well 213 under the n-type surface buried region 113 constituting the buried photodiode is completely depleted, and a curve 221 formed in the depletion layer. The depth f of the potential peak indicated by is about 2 μm from the silicon surface. The charges generated on the surface side from the potential peak 221 reach the n-type surface buried region 113 without spreading laterally in accordance with the depleted electric field. Further, the charges generated on the deeper side than the potential peak 221 are discharged to the n substrate 211 as indicated by reference numeral 225. As described above, the crosstalk component is greatly reduced. However, the method using the n substrate 211 has a problem that the sensitivity to infrared light is hardly obtained because charges generated in the deep part of silicon are discharged to the n substrate 211.

近赤外光での感度を確保し、画素間のクロストークを低減する方法として、高抵抗基板上にイメ−ジセンサを形成する案が提示されている(特許文献1及び非特許文献1参照。)。特許文献1は高比抵抗エピ層上にCCDイメージセンサを形成したものであるが、非特許文献2は図26に示すように、高比抵抗のp- -エピ層312上にCMOSイメージセンサを形成したものである。 As a method of ensuring sensitivity in near infrared light and reducing crosstalk between pixels, proposals for forming an image sensor on a high resistance substrate have been proposed (see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). ). In Patent Document 1, a CCD image sensor is formed on a high-resistivity epilayer, whereas in Non-Patent Document 2, a CMOS image sensor is formed on a p -- epi layer 312 having a high resistivity as shown in FIG. Formed.

図26では、不純物密度が1×1018cm−3以上の高不純物密度のp基板111上に、不純物密度が1×1012cm−3程度の極低不純物密度のp- -エピ層312を厚さg=20μm程度となるように形成して、p- -エピ層312とn型表面埋込領域113とで埋込みフォトダイオードを構成している。そして、1画素領域内に1個の転送トランジスタと3トランジスタ増幅回路117をそれぞれ配置して4トランジスタ型の画素を構成している。図26に示すように、n型表面埋込領域113の上にはpピニング層114が形成され、転送ゲート電極115を介して埋込みフォトダイオードから電荷検出用浮遊拡散領域116に電荷が転送され、増幅回路117で増幅される。増幅回路117を構成する3つのトランジスタのそれぞれは、pウェル118上に設けられたソース領域152及びドレイン領域153と、ソース領域152及びドレイン領域153の間のチャネルの上部に設けられたゲート電極151とで形成される。この構造により、p- -エピ層312に対して埋込みフォトダイオードを構成するn型表面埋込領域113に1V程度の逆バイアス電位が印加されれば、原理的には埋込フォトダイオードの下側はp基板111近くまで空乏化し、光の侵入深さが10μmを超える赤外光に対しても、発生した電荷は空乏層内の上下方向の電界によりフォトダイオードまで導かれて有効な感度となると共に、横方向への広がりが抑えられて画素間のクロストークも少ないであろうと、一見予測される。
米国特許第6,608,337号明細書 J.ジャネジック(Janesick)ら、「CMOS微小アレイ(CMOS Minimal Array)」、国際光工学会議事録(proc. SPIE) 6295, 2006年8月
In FIG. 26, the p -epi layer 312 having an extremely low impurity density of about 1 × 10 12 cm −3 is formed on the p + substrate 111 having a high impurity density of 1 × 10 18 cm −3 or more. Is formed to have a thickness g of about 20 μm, and the p -epi layer 312 and the n-type surface buried region 113 constitute a buried photodiode. One transfer transistor and a three-transistor amplifier circuit 117 are arranged in one pixel area to constitute a four-transistor pixel. As shown in FIG. 26, a p + pinning layer 114 is formed on the n-type surface buried region 113, and charges are transferred from the buried photodiode to the charge detection floating diffusion region 116 via the transfer gate electrode 115. Amplified by the amplifier circuit 117. Each of the three transistors constituting the amplifier circuit 117 includes a source region 152 and a drain region 153 provided on the p + well 118, and a gate electrode provided on the channel between the source region 152 and the drain region 153. 151. With this structure, if a reverse bias potential of about 1 V is applied to the n-type surface buried region 113 constituting the buried photodiode with respect to the p -epi layer 312, in principle, the lower side of the buried photodiode Is depleted to near the p + substrate 111, and the generated charge is guided to the photodiode by the vertical electric field in the depletion layer even for infrared light having a light penetration depth exceeding 10 μm. At the same time, it is predicted that the spread in the horizontal direction will be suppressed and the crosstalk between pixels will be small.
US Pat. No. 6,608,337 J. et al. Janesick et al., "CMOS Minimal Array", Proc. SPIE 6295, August 2006

しかしながら、図26の構造をデバイスシミュレーションにより解析した結果、上記駆動条件において、埋込フォトダイオードをなすn型表面埋込領域113の下の空乏層は、p- -エピ層312の不純物密度が1×1013cm−3で4μm程度、1×1012cm−3でも5μm程度しか伸びないことが判明した。即ち、図23に示す理想的な空乏層深さdと基板の不純物密度との関係から大幅にずれ、極低不純物密度のp- -エピ層312を用いるメリットが全く失せている。この理由を調べた結果、p- -エピ層312と同電位で、通常1×1017cm−3程度のpウェル118との不純物密度比が非常に大きいため、拡散による正孔の流入によりp- -エピ層312で空乏化するはずの正孔分を埋めてしまうことが判明した。即ち、p- -エピ層312において、それと大きな不純物密度比を持った同導電型の高不純物密度層が隣接して存在する場合には、空乏層近似が成り立たない。この現象は、不純物密度1×1014cm−3以下で顕著となる。このことは、表面部pウェル118を削除すると本来の空乏層が形成されることからも裏付けされる。しかしながら、CMOSイメージセンサにとって表面部のpウェル118内には各種トランジスタを形成する必要があり、無くすことはできない。又、同様の現象は高不純物密度のp基板111側からも生じる。 However, as a result of analyzing the structure of FIG. 26 by device simulation, the depletion layer under the n-type surface buried region 113 forming the buried photodiode has the impurity density of the p − − epi layer 312 of 1 under the above driving conditions. It was found that the film stretched by about 4 μm at × 10 13 cm −3 and only by about 5 μm at 1 × 10 12 cm −3 . That is, the merit of using the p -epi layer 312 having a very low impurity density is completely lost from the relationship between the ideal depletion layer depth d shown in FIG. 23 and the impurity density of the substrate. As a result of investigating the reason, since the impurity density ratio with the p + well 118 at the same potential as that of the p -epi layer 312 and usually about 1 × 10 17 cm −3 is very large, It has been found that the p -epi layer 312 fills holes that should be depleted. That is, in the p -epi layer 312, the depletion layer approximation does not hold when there is a high impurity density layer of the same conductivity type having a large impurity density ratio adjacent thereto. This phenomenon becomes significant when the impurity density is 1 × 10 14 cm −3 or less. This is supported by the fact that the original depletion layer is formed when the surface p + well 118 is removed. However, for a CMOS image sensor, various transistors must be formed in the p + well 118 on the surface portion, and cannot be eliminated. The same phenomenon also occurs from the high impurity density p + substrate 111 side.

更に、図26に示すように、埋込フォトダイオードをなすn型表面埋込領域113と電荷検出用浮遊拡散領域116の間は極低不純物密度のp- -エピ層312であり、途中のポテンシャルバリヤが形成されず、転送ゲート電極115のチャネルがパンチスルーしてしまい、閉じることができなくなる。即ち、フォトダイオードに電荷を蓄積することができない。又、n型表面埋込領域113の下側と同様に電荷検出用浮遊拡散領域116の下側にもポテンシャルバリヤが存在しないため、p- -エピ層312の深部で発生した電荷の一部は、直接、電荷検出用浮遊拡散領域116へ流入してしまい、有効な信号とならない。即ち、感度低下を招く。 Further, as shown in FIG. 26, a p -epi layer 312 having an extremely low impurity density is formed between the n-type surface buried region 113 forming the buried photodiode and the floating diffusion region 116 for charge detection, and a potential on the way Since the barrier is not formed, the channel of the transfer gate electrode 115 is punched through and cannot be closed. That is, charge cannot be accumulated in the photodiode. Further, since there is no potential barrier below the charge detection floating diffusion region 116 as well as below the n-type surface buried region 113, a part of the charge generated in the deep portion of the p -epi layer 312 is Then, it flows directly into the charge detection floating diffusion region 116 and does not become an effective signal. That is, the sensitivity is lowered.

そこで、本発明は、各画素の空乏層を本来の深さまで伸びるようにし、可視光での画素間のクロストークを低減すると共に赤外光での感度を高めることが可能な増幅型固体撮像装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention is an amplification type solid-state imaging device capable of extending the depletion layer of each pixel to the original depth, reducing crosstalk between pixels in visible light, and increasing sensitivity in infrared light. The purpose is to provide.

上記目的を達成するために、本発明の第1の態様は、(イ)第1導電型で不純物密度1014cm-3以下且つ1011cm-3以上、厚さ10μm以上且つ50μm以下の半導体層からなる電荷生成層と、この電荷生成層の上部の一部に埋め込まれた第2導電型の半導体領域からなる表面埋込領域とを有する光電変換素子と、(ロ)電荷生成層の上部の他の一部に、平面パターン上表面埋込領域を囲むように埋め込まれ、第1導電型で不純物密度1015cm-3以上且つ1018cm-3以下の転送チャネル形成ウェル及び増幅回路形成ウェルと、(ハ)転送チャネル形成ウェルの上部の一部に埋め込まれた第2導電型の半導体領域からなり、光電変換素子から信号電荷が転送される電荷検出領域と、(ニ)増幅回路形成ウェルの上部の一部を用いて構成され、電荷検出領域の電位を増幅して読み出す増幅回路と、(ホ)転送チャネル形成ウェル及び増幅回路形成ウェルのそれぞれの底部に設けられ電荷生成層と接して設けられた第2導電型の半導体領域からなるブロック層とを備える複数の画素を配列し、電荷生成層は複数の画素の共通層であり、転送チャネル形成ウェル及び増幅回路形成ウェルの少なくとも一方が、複数の画素間を電気的に分離する画素間分離領域として機能する増幅型固体撮像装置であることを要旨とする。 In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, (a) a semiconductor having a first conductivity type and an impurity density of 10 14 cm −3 or less and 10 11 cm −3 or more and a thickness of 10 μm or more and 50 μm or less. A photoelectric conversion element comprising a charge generation layer comprising a layer and a surface buried region comprising a semiconductor region of the second conductivity type embedded in a part of the charge generation layer; (b) an upper part of the charge generation layer A transfer channel forming well and an amplifier circuit are embedded in the other part so as to surround the surface buried region on the planar pattern and have the first conductivity type and an impurity density of 10 15 cm −3 or more and 10 18 cm −3 or less. A well, and (c) a transfer channel forming region formed of a second conductivity type semiconductor region embedded in a part of the upper portion of the well, and (d) an amplifier circuit formation. Use part of the top of the well An amplification circuit that amplifies and reads out the potential of the charge detection region, and (e) a second conductivity type semiconductor provided at the bottom of each of the transfer channel formation well and the amplification circuit formation well and in contact with the charge generation layer And a charge generation layer is a common layer of the plurality of pixels, and at least one of the transfer channel formation well and the amplification circuit formation well is electrically connected between the plurality of pixels. The gist of the present invention is that it is an amplification type solid-state imaging device that functions as an inter-pixel separation region.

本発明の第2の態様は、(イ)第1導電型で不純物密度1014cm-3以下且つ1011cm-3以上、厚さ10μm以上且つ50μm以下の半導体層からなる電荷生成層と、この電荷生成層の上部の一部に埋め込まれた第2導電型の半導体領域からなる表面埋込領域とを有する光電変換素子と、(ロ)電荷生成層の上部の他の一部に、平面パターン上表面埋込領域を囲むように埋め込まれ、第1導電型で不純物密度1015cm-3以上且つ1018cm-3以下の転送チャネル形成ウェル及び増幅回路形成ウェルと、(ハ)転送チャネル形成ウェルの上部の一部に埋め込まれた第2導電型の半導体領域からなり、光電変換素子から信号電荷が転送される第1及び第2の電荷検出領域と、(ニ)増幅回路形成ウェルの上部の一部を用いて構成され、第1及び第2の電荷検出領域の電位をそれぞれ増幅して読み出す増幅回路と、(ホ)転送チャネル形成ウェル及び増幅回路形成ウェルのそれぞれの底部に設けられ電荷生成層と接して設けられた第2導電型の半導体領域からなるブロック層とを備える複数の画素を配列し、電荷生成層は複数の画素の共通層であり、転送チャネル形成ウェル及び増幅回路形成ウェルの少なくとも一方が、複数の画素間を電気的に分離する画素間分離領域として機能する増幅型固体撮像装置であることを要旨とする。 The second aspect of the present invention is: (a) a charge generation layer comprising a semiconductor layer having a first conductivity type and an impurity density of 10 14 cm −3 or less and 10 11 cm −3 or more, and a thickness of 10 μm or more and 50 μm or less; (B) a photoelectric conversion element having a surface buried region made of a semiconductor region of the second conductivity type embedded in a part of the upper part of the charge generation layer, and (b) a plane on the other part of the upper part of the charge generation layer. A transfer channel formation well and an amplifier circuit formation well embedded in a pattern so as to surround the surface buried region and having an impurity density of 10 15 cm −3 or more and 10 18 cm −3 or less, and (c) a transfer channel A first and second charge detection region which is composed of a second conductivity type semiconductor region embedded in a part of the upper portion of the formation well, and in which signal charges are transferred from the photoelectric conversion element; Consists of a part of the upper part, the first And an amplification circuit that amplifies and reads out the potential of the second charge detection region, and (e) second conductivity provided at the bottom of each of the transfer channel formation well and the amplification circuit formation well and in contact with the charge generation layer. And a charge generation layer is a common layer of the plurality of pixels, and at least one of the transfer channel formation well and the amplifier circuit formation well is located between the plurality of pixels. The gist of the present invention is that it is an amplification type solid-state imaging device that functions as an inter-pixel separation region that is electrically separated.

本発明によれば、各画素の空乏層を本来の深さまで伸びるようにし、可視光での画素間のクロストークを低減すると共に赤外光での感度を高めることが可能な増幅型固体撮像装置を提供することができる。   According to the present invention, the amplification type solid-state imaging device capable of extending the depletion layer of each pixel to the original depth, reducing crosstalk between pixels in visible light, and increasing sensitivity in infrared light. Can be provided.

次に、図面を参照して、本発明の第1〜第5の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。   Next, first to fifth embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

又、以下に示す第1〜第5の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。   Also, the following first to fifth embodiments exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is the component parts. The material, shape, structure, arrangement, etc. are not specified below. The technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope described in the claims.

(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態に係る増幅型固体撮像装置(2次元イメージセンサ)は、図1に示すように、画素アレイ部1と周辺回路部(2,3,4,5)とを同一の半導体チップ上に集積化している。画素アレイ部1には、2次元マトリクス状に多数の画素Xij(i=1〜m;j=1〜n:m,nはそれぞれ整数である。)が配列されており、方形状の撮像領域を構成している。そして、この画素アレイ部1の左辺部にはタイミング発生回路4を介して垂直シフトレジスタ(垂直走査回路)3が、下辺部には水平シフトレジスタ(水平走査回路)2が設けられ、画素アレイ部1の右辺部の下辺側にはバイアス発生回路7が設けられている。図1では、i行j列の画素Xijにのみ、その内部構造を例示しているが、それぞれの画素X11〜X1m;X21〜X2m;・・・・・;Xi1〜Xim;・・・・・;Xn1〜Xnmは、i行j列の画素Xijと同様に、検出回路D11〜D1m;D21〜D2m;・・・・・;Di1〜Dim;・・・・・;Dn1〜Dnm及び増幅回路(電圧読み出し用バッファアンプ)A11〜A1m;A21〜A2m;・・・・・;Ai1〜Aim;・・・・・;An1〜Anmを備える。検出回路Dij(i=1〜m;j=1〜n:m,nはそれぞれ整数である。)は、図2に示すように、半導体(シリコン)からなる基板11の上部に設けられた光電変換素子(埋込フォトダイオード)PDij、及び電荷転送部(転送ゲート電極)15を備える。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the amplification type solid-state imaging device (two-dimensional image sensor) according to the first embodiment of the present invention includes a pixel array unit 1 and peripheral circuit units (2, 3, 4, 5). They are integrated on the same semiconductor chip. In the pixel array unit 1, a large number of pixels X ij (i = 1 to m; j = 1 to n: m and n are integers) are arranged in a two-dimensional matrix, and a rectangular image is captured. It constitutes an area. A vertical shift register (vertical scanning circuit) 3 is provided on the left side of the pixel array unit 1 via a timing generation circuit 4, and a horizontal shift register (horizontal scanning circuit) 2 is provided on the lower side. A bias generation circuit 7 is provided on the lower side of the right side of 1. In FIG. 1, the internal structure is illustrated only for the pixel X ij in i row and j column, but each pixel X 11 to X 1m ; X 21 to X 2m ;...; X i1 to X im; ·····; X n1 ~X nm, similar to the pixel X ij of row i and column j, the detection circuit D 11 ~D 1m; D 21 ~D 2m; ·····; D i1 ~ D im ; Dn 1 to D nm and amplifier circuit (voltage reading buffer amplifier) A 11 to A 1m ; A 21 to A 2m ; ...; A i1 to A im ; ...; A n1 to A nm . As shown in FIG. 2, the detection circuit D ij (i = 1 to m; j = 1 to n: m and n are integers) is provided above the substrate 11 made of semiconductor (silicon). A photoelectric conversion element (embedded photodiode) PD ij and a charge transfer unit (transfer gate electrode) 15 are provided.

タイミング発生回路4及びタイミング発生回路4により駆動される垂直シフトレジスタ(垂直走査回路)3、並びに水平シフトレジスタ(水平走査回路)2によって画素アレイ部1内の画素Xijが順次走査され、画素信号の読み出しや電子シャッタ動作が実行される。即ち、本発明の第1の実施の形態に係る増幅型固体撮像装置では、画素アレイ部1を各画素行X11〜X1m;X21〜X2m;・・・・・;Xi1〜Xim;・・・・・;Xn1〜Xnm単位で垂直方向に走査することにより、各画素行X11〜X1m;X21〜X2m;・・・・・;Xi1〜Xim;・・・・・;Xn1〜Xnmの画素信号を各画素列X11〜Xn1;X12〜Xn2;・・・・・;X1j〜Xnj;・・・・・;X1m〜Xnm毎に設けられた垂直信号線によって画素信号を読み出す構成となっている。 The pixel X ij in the pixel array unit 1 is sequentially scanned by the timing generation circuit 4, the vertical shift register (vertical scanning circuit) 3 driven by the timing generation circuit 4, and the horizontal shift register (horizontal scanning circuit) 2, and the pixel signal Reading and electronic shutter operation are executed. That is, in the amplifying solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention, each pixel row X 11 to X pixel array unit 1 1m; X 21 ~X 2m; ·····; X i1 ~X im ;..; scanning in the vertical direction in units of X n1 to X nm , whereby each pixel row X 11 to X 1m ; X 21 to X 2m ; ...; X i1 to X im ; ·····; X n1 ~X the pixel rows X 11 pixel signals of nm ~X n1; X 12 ~X n2 ; ·····; X 1j ~X nj; ·····; X 1m The pixel signal is read out by a vertical signal line provided every .about.X nm .

各画素X11〜X1m;X21〜X2m;・・・・・;Xi1〜Xim;・・・・・;Xn1〜Xnmからの信号読み出しについては、概ね通常のCMOSイメージセンサと同様であり、画素アレイ部1の下段(出力側)には、複数のカラム処理回路Q,Q,・・・・・,Q,・・・・・,Qを、それぞれ画素列X11〜Xn1;X12〜Xn2;・・・・・;X1j〜Xnj;・・・・・;X1m〜Xnmに対応して配置して、信号処理部5を構成している。画素アレイ部1から垂直信号線によって読み出された画素列X11〜Xn1の画素信号は、この信号処理部5のカラム処理回路Qに順次入力され、画素固有ノイズの除去処理が施される。同様に、画素列X12〜Xn2の画素信号は、この信号処理部5のカラム処理回路Qに順次入力され、画素固有ノイズの除去処理が施され、・・・・・、画素列X1j〜Xnjの画素信号は、この信号処理部5のカラム処理回路Qに順次入力され、画素固有ノイズの除去処理が施される。又、画素列X1m〜Xnmの画素信号は、この信号処理部5のカラム処理回路Qに順次入力され、画素固有ノイズの除去処理が施される。即ち、画素アレイ部1の各単位画素Xijには、それを構成するMOSトランジスタ等による固有の特性誤差が含まれているため、各単位画素Xijから読み出した画素信号でそのまま映像信号を構成すると、各画素Xij間での特性のバラツキが映像信号に影響し、画像中にノイズとして現れる。 Each pixel X 11 ~X 1m; X 21 ~X 2m; ·····; X i1 ~X im; ·····; For reading a signal from the X n1 to X nm, generally conventional CMOS image sensor It is similar to, the lower (output side) of the pixel array unit 1, a plurality of column processing circuit Q 1, Q 2, ·····, Q j, ·····, the Q m, respectively pixels X 11 to X n1 ; X 12 to X n2 ;... X 1j to X nj ;..., X 1m to X nm are arranged to constitute the signal processing unit 5 is doing. The pixel signals of the pixel columns X 11 to X n1 read out from the pixel array unit 1 by the vertical signal lines are sequentially input to the column processing circuit Q 1 of the signal processing unit 5 and subjected to a process for removing pixel specific noise. The Similarly, the pixel signals of the pixel columns X 12 to X n2 are sequentially input to the column processing circuit Q 2 of the signal processing unit 5 and subjected to a process for removing pixel specific noise. pixel signals 1j to X nj, the signal processing unit is sequentially input to the column processing circuit Q j of 5, removal processing of the pixel-specific noise is performed. Further, the pixel signals of the pixel columns X 1m to X nm are sequentially input to the column processing circuit Q m of the signal processing unit 5 and subjected to pixel specific noise removal processing. That is, since each unit pixel X ij of the pixel array unit 1 includes a characteristic error inherent to the MOS transistor or the like constituting the unit pixel X ij , a video signal is formed as it is from the pixel signal read from each unit pixel X ij. Then, the characteristic variation between the pixels X ij affects the video signal and appears as noise in the image.

図2は、本発明の第1の実施形態の増幅型固体撮像装置の画素アレイ部1を構成する画素Xijの埋込フォトダイオード(光電変換素子)PDij(i=1〜m;j=1〜n:m,nはそれぞれ整数である。)から転送ゲート電極15を経由して電荷検出領域16に向かう電荷転送方向に沿った概略構造を模式的に示す断面である(図2は、概ね図6のA−A方向に沿った階段断面図に相当する。)。図2に示すように、不純物密度が1×1017cm−3以上、1021cm-3以下の高不純物密度の第1導電型(p型)のシリコン基板(以下において、単に「基板」という。)11上に、不純物密度が1×1014cm−3以下、1011cm-3以上の極低不純物密度の第1導電型(p- -型)のエピ層からなる電荷生成層12を厚さaが10μm以上、50μm以下となるように形成し、第1の実施形態に係る増幅型固体撮像装置の画素Xij,Xij+1,…が構成されている。即ち、極低不純物密度の電荷生成層12をアノード領域、第2導電型(n型)の表面埋込領域13をカソード領域として、埋込フォトダイオード(以下において「フォトダイオード」と略記する。)PDij,PDij+1,…を構成し、1画素領域内に1個の転送トランジスタと3トランジスタ増幅回路Aij,Aij+1,…をそれぞれ配置した4トランジスタ型の画素Xijij+1,…が構成されている。 FIG. 2 shows an embedded photodiode (photoelectric conversion element) PD ij (i = 1 to m; j = j) of the pixel X ij constituting the pixel array unit 1 of the amplification type solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. 1 to n: m and n are each an integer.) Is a cross section schematically showing a schematic structure along the charge transfer direction from the transfer gate electrode 15 to the charge detection region 16 (FIG. This corresponds roughly to a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. As shown in FIG. 2, a silicon substrate of the first conductivity type (p + type) having a high impurity density with an impurity density of 1 × 10 17 cm −3 or more and 10 21 cm −3 or less (hereinafter simply referred to as “substrate”). ) A charge generation layer 12 composed of an epi layer of the first conductivity type (p − − type) having an impurity density of 1 × 10 14 cm −3 or less and 10 11 cm −3 or more is formed on the layer 11 with a thickness a Are formed to be 10 μm or more and 50 μm or less, and the pixels X ij , X ij + 1 ,... Of the amplification type solid-state imaging device according to the first embodiment are configured. That is, an embedded photodiode (hereinafter abbreviated as “photodiode”) with the charge generation layer 12 having an extremely low impurity density as an anode region and the second conductivity type (n-type) surface buried region 13 as a cathode region. PD ij , PD ij + 1 ,..., And a four-transistor pixel X ij X ij + 1 ,..., Each having one transfer transistor and three-transistor amplifier circuits A ij , A ij + 1 ,. Has been.

図2に示すように、それぞれのn型の表面埋込領域13の上には第1導電型(p型)のピニング層14が形成され、転送ゲート電極15を介してフォトダイオードPDij,PDij+1,…から電荷検出領域16に電荷が転送され、増幅回路Aij,Aij+1,…で増幅される。それぞれの増幅回路Aij,Aij+1,…を構成する3つのトランジスタ(図7参照。)のそれぞれは、高不純物密度の第1導電型(p型)のウェル(増幅回路形成ウェル)18上に配置され、例えば、第2導電型(n型)のソース領域52及びn型のドレイン領域53と、ソース領域52及びドレイン領域53の間のチャネルの上部に設けられたゲート電極51とで形成される。ピニング層14は、ダーク時の表面でのキャリアの生成を抑制する層であり、暗電流削減のために好ましい層として用いている。したがって、暗電流が問題とならない用途(応用)等では、構造上、ピニング層14を省略しても構わない。 As shown in FIG. 2, a first conductivity type (p + -type) pinning layer 14 is formed on each n-type surface buried region 13, and photodiodes PD ij , Charges are transferred from the PD ij + 1 ,... To the charge detection region 16 and amplified by the amplifier circuits A ij , A ij + 1,. Each of the three transistors (see FIG. 7) constituting each of the amplifier circuits A ij , A ij + 1 ,... Is on a first conductivity type (p + type) well (amplifier circuit formation well) 18 having a high impurity density. For example, a second conductivity type (n + type) source region 52 and an n + type drain region 53, and a gate electrode 51 provided above the channel between the source region 52 and the drain region 53, Formed with. The pinning layer 14 is a layer that suppresses generation of carriers on the dark surface, and is used as a preferable layer for reducing dark current. Therefore, in applications (applications) where dark current is not a problem, the pinning layer 14 may be omitted structurally.

第1の実施形態に係る増幅型固体撮像装置の画素Xijは、更に電荷検出領域16及び転送ゲート電極15の下側、及び隣接するフォトダイオードPDij+1の間の領域に、不純物密度1015cm-3以上、1018cm-3以下で深さがn型の表面埋込領域13より深い第1導電型(p型)の転送チャネル形成ウェル19を形成する。又、増幅回路形成ウェル18及び転送チャネル形成ウェル19は共通にp型のトップコンタクト領域20を介して接地電位が与えられる。第1の実施形態に係る増幅型固体撮像装置の画素Xijにおいては、表面の増幅回路形成ウェル18及び転送チャネル形成ウェル19と極低不純物密度の電荷生成層12との境界の内、大部分を占めるボトム部分に第2導電型(n型)のブロック層21を設け、増幅回路形成ウェル18及び転送チャネル形成ウェル19から電荷生成層12への正孔(キャリア)の拡散流入をブロックしている。 The pixel X ij of the amplification type solid-state imaging device according to the first embodiment further has an impurity density of 10 15 cm in the region below the charge detection region 16 and the transfer gate electrode 15 and between adjacent photodiodes PD ij + 1. A first conductivity type (p-type) transfer channel formation well 19 having a depth of −3 to 10 18 cm −3 and deeper than the n-type surface buried region 13 is formed. The amplifying circuit forming well 18 and the transfer channel forming well 19 are commonly supplied with a ground potential via a p + type top contact region 20. In the pixel X ij of the amplification type solid-state imaging device according to the first embodiment, most of the boundary between the amplification circuit formation well 18 and the transfer channel formation well 19 on the surface and the charge generation layer 12 with an extremely low impurity density is the most. A block layer 21 of the second conductivity type (n-type) is provided in the bottom portion that occupies the area to block diffusion and inflow of holes (carriers) from the amplification circuit formation well 18 and the transfer channel formation well 19 to the charge generation layer 12. Yes.

ピニング層14上、更にはピニング層14と電荷検出領域16との間の転送チャネル形成ウェル19上には絶縁膜(図示省略。)が形成され、同様に、増幅回路形成ウェル18上にも絶縁膜(図示省略。)が形成されている。転送ゲート電極15は、ピニング層14と電荷検出領域16との間の絶縁膜上に設けられ、ゲート電極51はソース領域52とドレイン領域53の間の絶縁膜上に設けられている。絶縁膜としては、シリコン酸化膜(SiO膜)が好適であるが、シリコン酸化膜(SiO膜)以外の種々の絶縁膜を用いた絶縁ゲート型トランジスタ(MISトランジスタ)の絶縁ゲート構造をなしても良い。例えば、シリコン酸化膜(SiO膜)/シリコン窒化膜(Si膜)/シリコン酸化膜(SiO膜)の3層積層膜からなるONO膜でも良い。更には、ストロンチウム(Sr)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、イットリウム(Y)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、タンタル(Ta)、ビスマス(Bi)のいずれか一つの元素を少なくとも含む酸化物、又はこれらの元素を含むシリコン窒化物等が絶縁膜として使用可能である。 An insulating film (not shown) is formed on the pinning layer 14 and further on the transfer channel formation well 19 between the pinning layer 14 and the charge detection region 16. Similarly, the insulation film is also insulated on the amplification circuit formation well 18. A film (not shown) is formed. The transfer gate electrode 15 is provided on the insulating film between the pinning layer 14 and the charge detection region 16, and the gate electrode 51 is provided on the insulating film between the source region 52 and the drain region 53. The insulating film is preferably a silicon oxide film (SiO 2 film), but has an insulated gate structure of an insulated gate transistor (MIS transistor) using various insulating films other than the silicon oxide film (SiO 2 film). May be. For example, an ONO film composed of a three-layered film of silicon oxide film (SiO 2 film) / silicon nitride film (Si 3 N 4 film) / silicon oxide film (SiO 2 film) may be used. Furthermore, at least one element of strontium (Sr), aluminum (Al), magnesium (Mg), yttrium (Y), hafnium (Hf), zirconium (Zr), tantalum (Ta), and bismuth (Bi) is contained. Oxides containing or silicon nitride containing these elements can be used as the insulating film.

増幅回路形成ウェル18及び転送チャネル形成ウェル19の不純物密度を1×1017cm−3、厚さを1μm程度とし、ブロック層21の不純物密度を1×1016cm−3、厚さ0.4μm程度として、デバイスシミュレーションを行った結果、フォトダイオードPDijの下の空乏層は、電荷生成層12の不純物密度が1×1013cm−3で15μm程度、1×1012cm−3では25μm程度となり、増幅回路形成ウェル18及び転送チャネル形成ウェル19から電荷生成層12への正孔(キャリア)の拡散流入をほぼブロックできることが判明した。ここでブロック層21の電位はフローティングであり、フェルミレベルとしてはほぼ0Vである。又、基板11の不純物密度を1×1018cm−3程度とし、その上に極低不純物密度の電荷生成層12を形成した場合、電荷生成層12の不純物密度が1×1013cm−3では厚さ15μm以上、1×1012cm−3では厚さ25μm以上とすれば、基板11からの正孔(キャリア)の拡散は空乏層の形成に影響を与えないことも確認された。なお、図2において、符号22はポテンシャルの山の位置を示す曲線、符号23j−1,23,23j+1はポテンシャル等高線、CTPは電荷ドリフト経路を示す。 The impurity density of the amplification circuit formation well 18 and the transfer channel formation well 19 is 1 × 10 17 cm −3 and the thickness is about 1 μm, and the impurity density of the block layer 21 is 1 × 10 16 cm −3 and the thickness is 0.4 μm. As a result of the device simulation, the depletion layer under the photodiode PD ij has an impurity density of the charge generation layer 12 of about 15 μm at 1 × 10 13 cm −3 and about 25 μm at 1 × 10 12 cm −3. Thus, it has been found that diffusion inflow of holes (carriers) from the amplification circuit formation well 18 and the transfer channel formation well 19 to the charge generation layer 12 can be substantially blocked. Here, the potential of the block layer 21 is floating, and the Fermi level is approximately 0V. Further, when the impurity density of the substrate 11 is about 1 × 10 18 cm −3 and the charge generation layer 12 having an extremely low impurity density is formed thereon, the impurity density of the charge generation layer 12 is 1 × 10 13 cm −3. Then, it was confirmed that the diffusion of holes (carriers) from the substrate 11 does not affect the formation of the depletion layer if the thickness is 15 μm or more and 1 × 10 12 cm −3 if the thickness is 25 μm or more. In FIG. 2, reference numeral 22 denotes a curve indicating the position of a potential peak, reference numerals 23 j−1 , 23 j , and 23 j + 1 denote potential contour lines, and CTP denotes a charge drift path.

なお、ブロック層21の電位をフローティングでなく正の固定電位に固定すると、正孔の拡散流入をブロックする効果は一層高まる。図18,19,20にブロック層21の電位を固定する方法を示す。図18は図1における画素アレイ部1の周辺を模式的に示した図であり、図19はそのコーナー部Cを拡大したもの、図20は図19のXX−XX方向から見た断面図である。図19で増幅回路形成ウェル18及び転送チャネル形成ウェル19の下側にはブロック層21が存在するため、画素エリア1内では格子状に繋がっている。そのため画素エリアの周辺を深い第2導電型(n型)のウェル81で囲み、この深いウェル81を図20に示すようにブロック層21に接続するとともに、ウェル81を第2導電型(n型)のコンタクト層82により表面配線(図示省略。)を介して固定電位Vbiasに固定すれば、ブロック層21が固定電位Vbiasとなる。即ち、シリコン中で、ブロック層21に接続されたウェル81と、このウェル81の内部に設けられたコンタクト層82と、このコンタクト層82に接続された表面配線と、この表面配線に接続される電源回路(図示省略。)とで、ブロック層の電位を固定する手段(ブロック層電位固定手段)が構成される。但し、固定電位Vbiasの値はブロック層21が空乏化する電位よりは低くし、第2導電型(n型)のチャネルが形成されるようにする。 If the potential of the blocking layer 21 is fixed to a positive fixed potential instead of floating, the effect of blocking the diffusion and inflow of holes is further enhanced. 18, 19, and 20 show a method of fixing the potential of the block layer 21. 18 is a diagram schematically showing the periphery of the pixel array portion 1 in FIG. 1. FIG. 19 is an enlarged view of the corner portion C, and FIG. 20 is a cross-sectional view seen from the XX-XX direction of FIG. is there. In FIG. 19, since the block layer 21 exists below the amplification circuit formation well 18 and the transfer channel formation well 19, they are connected in a lattice pattern in the pixel area 1. Therefore surrounds the periphery of the pixel area in the well 81 of the deep second conductivity type (n-type), as well as connecting the deep well 81 in the block layer 21 as shown in FIG. 20, the well 81 the second conductivity type (n + If the contact layer 82 of the type is fixed to the fixed potential V bias via the surface wiring (not shown), the block layer 21 becomes the fixed potential V bias . That is, in silicon, a well 81 connected to the block layer 21, a contact layer 82 provided in the well 81, a surface wiring connected to the contact layer 82, and a connection to the surface wiring. The power supply circuit (not shown) constitutes means for fixing the potential of the block layer (block layer potential fixing means). However, the value of the fixed potential V bias is set lower than the potential at which the block layer 21 is depleted so that a second conductivity type (n-type) channel is formed.

図21は、増幅回路形成ウェル18,ブロック層21及び電荷生成層12の不純物密度を、それぞれ、1×1017cm−3,1×1016cm−3及び1×1013cm−3とした場合において、ブロック層21の電位を固定した場合の効果を説明するポテンシャル図である。増幅回路形成ウェル18からブロック層21を介して電荷生成層12へのパスでの正孔のポテンシャルは、図21(a)に示すように、ブロック層21がない場合VB1=0.24Vであるが、図21(b)に示すようにブロック層21があり、このブロック層21をフローティングとした場合は、VB2=0.76Vと大きくなる。更に、図21(c)に示すようにブロック層21があり、ブロック層21にバイアス、例えば固定電位Vbias=0.5Vを印加すればVB3=1.26Vと更に増大し、正孔注入を一層ブロックできることが分かる。 In FIG. 21, the impurity densities of the amplifier circuit formation well 18, the block layer 21, and the charge generation layer 12 are 1 × 10 17 cm −3 , 1 × 10 16 cm −3, and 1 × 10 13 cm −3 , respectively. FIG. 6 is a potential diagram for explaining the effect when the potential of the block layer 21 is fixed. As shown in FIG. 21A, the potential of the holes in the path from the amplifier circuit formation well 18 through the block layer 21 to the charge generation layer 12 is V B1 = 0.24 V when there is no block layer 21. However, when there is a block layer 21 as shown in FIG. 21B and this block layer 21 is in a floating state, V B2 = 0.76V. Furthermore, as shown in FIG. 21 (c), there is a block layer 21, and if a bias, for example, a fixed potential V bias = 0.5V is applied to the block layer 21, the voltage further increases to V B3 = 1.26V, and hole injection It can be seen that can be further blocked.

しかしながら、ブロック層21の電位を正の固定電位Vbiasに固定すると、光電変換された信号電荷の一部がブロック層21に吸収されて表面埋込領域13へ届かず感度低下を招くため、表面埋込領域13の最小電位(即ち飽和時電位)をVpd(min)とした時、Vbias<Vpd(min)とする必要がある。他方、ブロック層21の電位がフローティングであれば感度低下を招かない。   However, if the potential of the block layer 21 is fixed to the positive fixed potential Vbias, a part of the photoelectrically converted signal charge is absorbed by the block layer 21 and does not reach the surface buried region 13, resulting in a decrease in sensitivity. When the minimum potential (that is, the saturation potential) of the embedded region 13 is Vpd (min), it is necessary to satisfy Vbias <Vpd (min). On the other hand, if the potential of the block layer 21 is floating, the sensitivity is not lowered.

図3は、図2の構成において画素分離部を挟んでフォトダイオードPDij−1,PDij,PDij+1,…が隣接している方向での断面である。ここで、フォトダイオードPDij−1とフォトダイオードPDijとの間、及びフォトダイオードPDijとフォトダイオードPDij+1との間の画素分離部は、増幅回路形成ウェル18と同じ不純物密度となる1×1017cm−3、厚さは1μm程度の領域である。図3では、中央のフォトダイオードPDijが飽和に近い電荷が蓄積した状態とし、両側に隣接するフォトダイオードPDij−1,PDij+1への電荷蓄積は少ない状態を考える。この時、フォトダイオードPDijのポテンシャルは浅く、フォトダイオードPDij−1,PDij+1のポテンシャルは深い。 3 is a cross section in the direction in which the photodiodes PD ij−1 , PD ij , PD ij + 1 ,... Here, the pixel separation portion between the photodiode PD ij−1 and the photodiode PD ij and between the photodiode PD ij and the photodiode PD ij + 1 has the same impurity density as that of the amplification circuit formation well 18. 10 17 cm −3 and a thickness of about 1 μm. In FIG. 3, a state is considered in which a charge close to saturation is accumulated in the center photodiode PD ij , and the charge accumulation in the photodiodes PD ij−1 and PD ij + 1 adjacent to both sides is small. At this time, the potential of the photodiode PD ij is shallow, and the potentials of the photodiodes PD ij−1 and PD ij + 1 are deep.

図3に示したフォトダイオードPDijとフォトダイオードPDij+1との間の電荷流動経路Aにおけるポテンシャル分布を図4に示す。図4において、フォトダイオードPDijからフォトダイオードPDij+1へのポテンシャルバリヤをV1で表わす。フォトダイオードPDijの電位が下がり過ぎるとV1は低下し、フォトダイオードPDijからフォトダイオードPDij+1へ電荷が溢れ出し、ブルーミングが発生する。これを回避するため、図5に示すように、転送ゲート電極15に印加する信号TXは、転送トランジスタがオフ時のポテンシャル値ΦTX(off)が正となるようにする。これにより、フォトダイオードPDijが飽和する時のポテンシャルΦPD(sat)も正の値に制限され、図4で分布曲線F3の状態は回避されてF2の状態が維持され、ポテンシャルバリヤV1が確保される。 FIG. 4 shows a potential distribution in the charge flow path A between the photodiode PD ij and the photodiode PD ij + 1 shown in FIG. In FIG. 4, the potential barrier from the photodiode PD ij to the photodiode PD ij + 1 is represented by V1. When the potential of the photodiode PD ij decreases too much, V1 decreases, and electric charge overflows from the photodiode PD ij to the photodiode PD ij + 1 , and blooming occurs. To avoid this, as shown in FIG. 5, the signal TX applied to the transfer gate electrode 15 is such that the potential value Φ TX (off) when the transfer transistor is off is positive. As a result, the potential Φ PD (sat) when the photodiode PD ij is saturated is also limited to a positive value, the state of the distribution curve F3 in FIG. 4 is avoided, the state of F2 is maintained, and the potential barrier V1 is secured. Is done.

図2に示したフォトダイオードPDij,PDij+1,…を構成するn型の表面埋込領域13とp型の増幅回路形成ウェル18及び転送チャネル形成ウェル19の平面的な位置関係を図6に例示する。図6では図示を省略しているが、n型のブロック層21は図2から分かるようにp型の増幅回路形成ウェル18及び転送チャネル形成ウェル19のボトム部に存在するので、その平面パターンは増幅回路形成ウェル18及び転送チャネル形成ウェル19領域を合わせた形状が占めるパターンとなる。更にその下には、電荷生成層12が存在する。 FIG. 6 shows a planar positional relationship between the n-type surface buried region 13, the p-type amplifier circuit forming well 18 and the transfer channel forming well 19 constituting the photodiodes PD ij , PD ij + 1 ,... Shown in FIG. Illustrate. Although not shown in FIG. 6, the n-type block layer 21 exists at the bottom of the p-type amplifier circuit well 18 and transfer channel formation well 19 as can be seen from FIG. The pattern occupies the combined shape of the amplification circuit formation well 18 and the transfer channel formation well 19 region. Further below that, there is a charge generation layer 12.

図7は、増幅回路形成ウェル18及び転送チャネル形成ウェル19に配置される増幅回路Aijの例を示す。図7に示すように、電荷検出領域16にはコンタクトプラグ(図示省略)を介して、表面配線により、増幅回路Aijを構成する信号読み出しトランジスタ(増幅トランジスタ)TAijのゲート電極と、リセットトランジスタTRijのソース電極が接続されている。リセットトランジスタTRijのドレイン電極及び信号読み出しトランジスタ(増幅トランジスタ)TAijのドレイン電極は、それぞれ電源VDDに接続され、信号読み出しトランジスタ(増幅トランジスタ)TAijのソース電極は画素選択用のスイッチングトランジスタTSijのドレイン電極に接続されている。リセットトランジスタTRijのリセットゲート電極に対し、リセット信号Rをハイ(H)レベル(R=“1”)にして、電荷検出領域16に蓄積された電荷をそれぞれ吐き出し、電荷検出領域16をリセットする。画素選択用のスイッチングトランジスタTSijのソース電極は、j列の垂直信号線Bに接続され、ゲート電極にはi行の水平ラインの垂直選択信号Sがタイミング発生回路4に駆動されて垂直シフトレジスタ(垂直走査回路)3から与えられる。例えば、図6において、増幅回路形成ウェル18上に設けられたn型のソース領域52及びn型のドレイン領域53と、ソース領域52及びドレイン領域53の間のチャネルの上部に設けられたゲート電極51とがリセットトランジスタTRijを構成するとすれば、図6のリセットトランジスタTRij の左側の3つのn型の領域により、信号読み出しトランジスタ(増幅トランジスタ)TAijとスイッチングトランジスタTSijとの直列回路が構成されるが、これに限定されるものではなく、増幅回路Aijのレイアウトは種々のトポロジーが可能である。回路トポロジーにも依存するが、例えば、n型のドレイン領域53とこのドレイン領域53の左側に隣接するn領域が共通の電源配線VDDに接続される回路構成であれば、ドレイン領域53とこのドレイン領域53の左側に隣接するn領域とを連続した一体の領域として構成しても良い。 FIG. 7 shows an example of the amplifier circuit A ij arranged in the amplifier circuit formation well 18 and the transfer channel formation well 19. As shown in FIG. 7, the charge detection region 16 includes a gate electrode of a signal readout transistor (amplification transistor) TA ij constituting the amplification circuit A ij and a reset transistor by surface wiring via a contact plug (not shown). A source electrode of TR ij is connected. The drain electrode of the reset transistor TR ij and the drain electrode of the signal readout transistor (amplification transistor) TA ij are connected to the power supply V DD respectively, and the source electrode of the signal readout transistor (amplification transistor) TA ij is the switching transistor TS for pixel selection. It is connected to the drain electrode of ij . The reset signal R i is set to the high (H) level (R i = “1”) to the reset gate electrode of the reset transistor TR ij to discharge the charges accumulated in the charge detection region 16 respectively. Reset. The source electrode of the pixel selection switching transistor TS ij is connected to the j vertical signal lines B j, and the vertical selection signal S i of i horizontal lines is driven to the gate electrode by the timing generation circuit 4 so as to be vertical. It is given from the shift register (vertical scanning circuit) 3. For example, in FIG. 6, the n + -type source region 52 and the n + -type drain region 53 provided on the amplifier circuit formation well 18 and the channel between the source region 52 and the drain region 53 are provided. if the gate electrode 51 constitute a reset transistor TR ij, by three n + -type region of the left reset transistor TR ij in FIG. 6, the signal read-out transistor (amplification transistor) TA ij and the switching transistor TS ij Although a series circuit is configured, the present invention is not limited to this, and the layout of the amplifier circuit A ij can have various topologies. Although depending on the circuit topology, for example, if the circuit configuration is such that the n + -type drain region 53 and the n + region adjacent to the left side of the drain region 53 are connected to the common power supply wiring V DD , the drain region 53 And the n + region adjacent to the left side of the drain region 53 may be configured as a continuous and integral region.

図1に示したように、画素アレイ部1のj列目の垂直信号線Bには、共通の負荷となる定電流トランジスタTLNjが接続され,例えばi行j列目の増幅回路Aijと,定電流トランジスタTLNjとによって,ソースフォロワ回路が形成され、ソースフォロワ回路の出力Voutjがカラム処理回路Qに読み出される。図示を省略しているが、他の列の垂直信号線B,B,・・・・・,Bj−1,Bj+1,・・・・・,Bにも同様に、共通の負荷となる定電流トランジスタTLN1,TLN2,・・・・・,TLNj−1,TLNj+1,・・・・・,TLNmがそれぞれ接続されてソースフォロワ回路が形成され、ソースフォロワ回路の出力Vout1,Vout2,・・・・・,Voutj−1,Voutj+1,・・・・・,Voutmが、それぞれカラム処理回路Q,Q,・・・・・,Qj−1,Qj+1,・・・・・,Qに読み出される。図7に示す垂直信号線Bの場合、増幅回路Aijの画素選択用のスイッチングトランジスタTSijのゲート電極にi行の垂直選択信号Sをハイレベル(S=“1”)にする信号を印加してスイッチングトランジスタTSijを導通させ、且つ、定電流トランジスタTLNjのゲート電極に、バイアス発生回路7から一定電圧Vbを印加することにより、信号読み出しトランジスタ(増幅トランジスタ)TAijで増幅された電荷検出領域16に蓄積された電荷をソースフォロワ回路の出力Voutjとして画素アレイ部1の外に読み出す。 As shown in FIG. 1, a constant current transistor T LNj serving as a common load is connected to the j-th column vertical signal line B j of the pixel array unit 1, for example, an amplifying circuit A ij in the i-th row and j-th column. When, by the constant-current transistor T Lnj, a source follower circuit is formed, the output V outj of the source follower circuit is read out to the column processing circuit Q j. Although not shown, the vertical signal line of another row B 1, B 2, ·····, B j-1, B j + 1, ·····, similarly to B m, the common Constant current transistors T LN1 , T LN2 ,..., T LNj−1 , T LNj + 1 ,..., T LNm are connected to form a source follower circuit. output V out1, V out2, ·····, V outj-1, V outj + 1, ·····, V outm are each column processing circuit Q 1, Q 2, ·····, Q j- 1 , Q j + 1 ,..., Q m are read out. In the case of the vertical signal line B j shown in FIG. 7, the i row vertical selection signal S i is set to the high level (S i = “1”) at the gate electrode of the pixel selection switching transistor TS ij of the amplifier circuit A ij. A signal is applied to make the switching transistor TS ij conductive, and a constant voltage Vb is applied from the bias generation circuit 7 to the gate electrode of the constant current transistor T LNj , thereby amplifying the signal readout transistor (amplification transistor) TA ij . The charges accumulated in the charge detection region 16 thus read out are read out of the pixel array unit 1 as the output V outj of the source follower circuit.

図2に示したフォトダイオードPDij,PDij+1,…を構成するn型の表面埋込領域13とp型の増幅回路形成ウェル18及び転送チャネル形成ウェル19の平面的な位置関係の他の例を図8に例示する。図6では、それぞれのフォトダイオードPDi,j,PDi,j+1,PDi+1,j,PDi+1,j+1,…を構成するn型の表面埋込領域13とその周囲の増幅回路形成ウェル18及び転送チャネル形成ウェル19は接しているが、図8ではわずかにギャップが存在し、この部分はp型のピニング層14のみが存在する。ギャップ部が小さければ、電荷生成層12への正孔拡散は少なく抑えられる。図8では図示を省略しているが、ブロック層21は図2から分かるように増幅回路形成ウェル18及び転送チャネル形成ウェル19のボトム部に存在するので、その平面パターンは増幅回路形成ウェル18及び転送チャネル形成ウェル19領域を合わせた形状が占めるパターンとなる。更にその下には、電荷生成層12が存在する。なお、本発明による画素のレイアウトは、図6及び図8に限定されるものではなく、上記関係を維持する他のトポロジーも可能である。 Other examples of the planar positional relationship between the n-type surface buried region 13 and the p-type amplifier circuit forming well 18 and the transfer channel forming well 19 constituting the photodiodes PD ij , PD ij + 1 ,... Shown in FIG. Is illustrated in FIG. In FIG. 6, n-type surface buried regions 13 constituting the photodiodes PD i, j , PD i, j + 1 , PD i + 1, j , PD i + 1, j + 1 ,. Although the transfer channel forming well 19 is in contact, there is a slight gap in FIG. 8, and only the p + -type pinning layer 14 exists in this portion. If the gap is small, hole diffusion into the charge generation layer 12 can be suppressed to a small extent. Although not shown in FIG. 8, the block layer 21 exists at the bottom of the amplification circuit formation well 18 and the transfer channel formation well 19 as can be seen from FIG. The pattern occupies the shape of the transfer channel formation well 19 region. Further below that, there is a charge generation layer 12. Note that the pixel layout according to the present invention is not limited to FIGS. 6 and 8, and other topologies that maintain the above relationship are possible.

図2に示す第1の実施形態に係る増幅型固体撮像装置の画素Xij,Xij+1,…において、電荷生成層12全体を極低不純物密度化すると、空乏層の伸びは非常に深くなる。したがって、電荷生成層12の深くまで侵入する赤外光に対し、たとえそれが空乏層内で光電変換し、発生電荷が上向きの電界により真上方向に移動するとしても、入射角θでの斜め入射光では隣接画素への信号となり、画素間のクロストークとなる。幸いシリコンの屈折率は波長850nmの赤外光で3.73と大きく、光電変換素子上部の空気層(屈折率1)からSiO層を介してSi層へ入射角θで斜め入射する場合、垂直方向に引き戻され、出射角(屈折角)θ<θとなる。これを、図11及び図12に示す。例えば、画素サイズを5.6μmとし、シリコン中への侵入深さを17μm(これは波長850nmの赤外光の場合に相当)とすると、隣接画素へ信号電荷が漏れない限界は、シリコン内への出射角(屈折角)θで10度、空気層からの入射角θで40度となり、これ以上深く侵入する場合にはクロストークとなる。このため、極低不純物密度の電荷生成層12の厚さは20μm程度とし、それより深い領域は高不純物密度の基板11としてとして拡散を抑えるのが望ましい。即ち、極低不純物密度の電荷生成層12をなすエピ層の厚さを20μm程度、それより下側を高不純物密度の基板11とするのが望ましい。 In the pixel X ij , X ij + 1 ,... Of the amplification type solid-state imaging device according to the first embodiment shown in FIG. 2, when the charge generation layer 12 as a whole has a very low impurity density, the depletion layer grows very deeply. Therefore, even if infrared light that penetrates deep into the charge generation layer 12 undergoes photoelectric conversion in the depletion layer and the generated charge moves directly upward due to the upward electric field, the incident light at the incident angle θ 1 Obliquely incident light becomes a signal to adjacent pixels, resulting in crosstalk between pixels. Fortunately, the refractive index of silicon is as large as 3.73 for infrared light with a wavelength of 850 nm, and the incident light is incident obliquely at an incident angle θ 1 from the air layer (refractive index 1) above the photoelectric conversion element to the Si layer through the SiO 2 layer. Are pulled back in the vertical direction, and the emission angle (refraction angle) θ 21 is satisfied. This is shown in FIGS. For example, if the pixel size is 5.6 μm and the penetration depth into the silicon is 17 μm (this corresponds to the case of infrared light having a wavelength of 850 nm), the limit that the signal charge does not leak into the adjacent pixels The exit angle (refractive angle) θ 2 of the laser beam is 10 degrees, and the incident angle θ 1 from the air layer is 40 degrees. For this reason, the thickness of the charge generation layer 12 having an extremely low impurity density is preferably about 20 μm, and the deeper region is desirably used as the substrate 11 having a high impurity density to suppress diffusion. That is, it is desirable that the thickness of the epi layer forming the charge generation layer 12 with an extremely low impurity density is about 20 μm, and the lower side is the substrate 11 with a high impurity density.

第1の実施形態に係る増幅型固体撮像装置において、それぞれの画素Xij,Xij+1,…の電荷生成層12の不純物密度の値としては、少数キャリアの拡散長Ldiffを数μm程度にできる不純物密度が望ましい。p型の高不純物密度領域での少数キャリアの拡散長Ldiffは、

diff=(Dτ1/2 ……(1)
τ=1/(C) ……(2)

で表わされる。ここで、Dは少数キャリア(電子)拡散係数、Cはオージェ係数、pは多数キャリア(正孔)不純物密度である。ここで不純物密度p=1018,3×1018,1019cm−3の場合を考えると、D=7.5,5.0,3.3cm/sとなるが、C=10−30〜10−31cm/sと幅があるため(D.K.シュローダー(Schroder)、「シリコン中のキャリアライフタイム(Carrier Lifetimes in Silicon)、米国電子電気学会(IEEE)、トランザクション・オン・エレクトロン・デバイス(Trans. Electron devices), 第44巻、p160−170、1997年参照。)、Ldiff=26〜71,7〜19,1.7〜4.7μmとなる。したがって、画素間のクロストークを防止するためには、不純物密度が1018cm−3以上の高不純物密度の基板11を極低不純物密度の電荷生成層12の底部に配置して、発生電荷の拡散を抑えるのが望ましい。
In the amplification type solid-state imaging device according to the first embodiment, as the value of the impurity density of the charge generation layer 12 of each pixel X ij , X ij + 1 ,..., The minority carrier diffusion length L diff can be about several μm. Impurity density is desirable. Minority carrier diffusion length L diff in the p-type high impurity density region is

L diff = (D n τ n ) 1/2 (1)
τ n = 1 / (C p p 2 ) (2)

It is represented by Here, D n is a minority carrier (electron) diffusion coefficient, C p is an Auger coefficient, and p is a majority carrier (hole) impurity density. Here, considering the case of the impurity density p = 10 18 , 3 × 10 18 , 10 19 cm −3 , D n = 7.5, 5.0, 3.3 cm 2 / s, but C p = 10 -30 to 10 −31 cm 6 / s (DK Schroder, “Carrier Lifetimes in Silicon, American Institute of Electronics and Electrical Engineers (IEEE), Transactions on Electron devices (Vol. 44, p160-170, 1997)), L diff = 26 to 71, 7 to 19, 1.7 to 4.7 μm. to prevent crosstalk, by placing a substrate 11 of high impurity density above 10 18 cm -3 impurity density in the bottom of the charge generating layer 12 of very low impurity concentration, to suppress the diffusion of generated charge Desirable.

第1の実施形態に係る増幅型固体撮像装置においては、図2に示すように、それぞれの画素Xij,Xij+1,…のフォトダイオードPDij−1,PDij+1の下側の電荷生成層12の不純物密度が1×1013cm−3以下で空乏層端の深さが15μm以上であれば、電荷生成層12の大部分が空乏化する。したがって、図24に示すように、シリコン中に10μm以上侵入する波長800nm以上の近赤外光においても、十分な感度を維持することが可能となる。又、発生した電荷は空乏層内の上下方向の電界によりフォトダイオードPDij,PDij+1,…まで導かれて有効な感度となると共に、横方向への広がりが抑えられて画素間のクロストークも少ない。 In the amplification type solid-state imaging device according to the first embodiment, as shown in FIG. 2, the charge generation layer 12 below the photodiodes PD ij−1 , PD ij + 1 of the respective pixels X ij , X ij + 1 ,. When the impurity density is 1 × 10 13 cm −3 or less and the depth of the depletion layer edge is 15 μm or more, most of the charge generation layer 12 is depleted. Therefore, as shown in FIG. 24, it is possible to maintain sufficient sensitivity even for near-infrared light having a wavelength of 800 nm or more that penetrates 10 μm or more into silicon. Further, the generated charges are led to the photodiodes PD ij , PD ij + 1 ,... By the vertical electric field in the depletion layer and become effective sensitivity, and the spread in the horizontal direction is suppressed and crosstalk between pixels is also suppressed. Few.

更に第1の実施形態に係る増幅型固体撮像装置によれば、それぞれのフォトダイオードPDij,PDij+1,…を構成するn型の表面埋込領域13と電荷検出領域16の間にそれぞれp型の転送チャネル形成ウェル19があるため、転送ゲート電極15の直下のチャネルはパンチスルーせず、ゲート電圧TXによってオン・オフさせることができる。即ち、フォトダイオードPDij,PDij+1,…の電位が転送トランジスタのオフポテンシャルになるまで電荷を蓄積することができる。又、電荷検出領域16の下側にp型の転送チャネル形成ウェル19があるため、電荷生成層12の深部で発生した電荷が電荷検出領域16へ流入することは防止され、電荷ドリフト経路CTPに沿って、それぞれのフォトダイオードPDij,PDij+1,…を構成するn型の表面埋込領域13へ有効に集められる。即ち、感度向上をもたらす。更に、増幅回路形成ウェル18及びp型の転送チャネル形成ウェル19はトップコンタクト領域20によって共通に接地電位に固定されるため、電荷生成層12全体が空乏化しても転送ゲート電極15がなす転送トランジスタ及び増幅回路Aij,Aij+1,…を安定して動作させることができる。 Further, according to the amplification type solid-state imaging device according to the first embodiment, the p-type is provided between the n-type surface buried region 13 and the charge detection region 16 constituting the respective photodiodes PD ij , PD ij + 1,. Therefore, the channel immediately below the transfer gate electrode 15 is not punched through and can be turned on / off by the gate voltage TX. That is, charges can be accumulated until the potential of the photodiodes PD ij , PD ij + 1 ,... Becomes the off potential of the transfer transistor. In addition, since the p-type transfer channel formation well 19 is provided below the charge detection region 16, the charge generated in the deep portion of the charge generation layer 12 is prevented from flowing into the charge detection region 16, and is supplied to the charge drift path CTP. And the n-type surface buried regions 13 constituting the photodiodes PD ij , PD ij + 1,. That is, the sensitivity is improved. Furthermore, since the amplifier circuit formation well 18 and the p-type transfer channel formation well 19 are commonly fixed to the ground potential by the top contact region 20, the transfer transistor formed by the transfer gate electrode 15 even when the entire charge generation layer 12 is depleted. And the amplifier circuits A ij , A ij + 1 ,... Can be stably operated.

−第1の実施形態の第1変形例−
転送トランジスタのオフポテンシャルを正にする方法として、以下の手法が可能である。図9は、転送トランジスタのチャネル部分におけるウェル構成を示す図である。p型の転送チャネル形成ウェル19の厚みの中心がn型の表面埋込領域13の接合深さ付近に位置するように形成され、そのボトム部にはブロック層21が形成されて、正孔が電荷生成層12へ拡散するのを阻止する。又p型の転送チャネル形成ウェル19の上部に極低不純物密度のp- -型のキャップ層17を設け、シリコン表面部に転送チャネル形成ウェル19が形成されないようにしている。キャップ層17により、転送ゲート電極15の直下のチャネル表面部が極低不純物密度のp層のまま残るので、電荷検出領域16を電源電位付近とすることにより、転送ゲート電極15の直下のチャネルポテンシャルは、正電位へ引っ張られ、転送トランジスタのオフポテンシャルを正にすることができる。
-First Modification of First Embodiment-
As a method for making the off potential of the transfer transistor positive, the following method is possible. FIG. 9 is a diagram showing a well structure in the channel portion of the transfer transistor. The p-type transfer channel formation well 19 is formed so that the center of the thickness is located near the junction depth of the n-type surface buried region 13, and a block layer 21 is formed at the bottom of the p-type transfer channel forming well 19. The diffusion to the charge generation layer 12 is prevented. A p − − type cap layer 17 having an extremely low impurity density is provided on the p type transfer channel forming well 19 so that the transfer channel forming well 19 is not formed on the silicon surface. The cap layer 17 leaves the channel surface portion directly below the transfer gate electrode 15 as a p-layer having an extremely low impurity density, so that the channel potential immediately below the transfer gate electrode 15 is set by making the charge detection region 16 near the power supply potential. Is pulled to a positive potential, and the off potential of the transfer transistor can be made positive.

−第1の実施形態の第2変形例−
転送トランジスタのオフポテンシャルを正にする他の方法を図10に示す。p型の転送チャネル形成ウェル19の厚みの中心がn型の表面埋込領域13の接合深さ付近に位置するように形成されると共に、そのボトム部にはブロック層21が形成され、シリコン表面部にはn型のキャップ層29が形成される。これにより転送ゲート電極15の直下は埋込チャネル構造となり、ゲート電位が0でもそのチャネルポテンシャルを正にすることが可能となる。但し、転送ゲート電極15の直下のチャネルが埋込型であっても、フォトダイオードPDijを構成するn型の表面埋込領域13と電荷検出領域16の間にはp型の転送チャネル形成ウェル19が存在することにより、両者間のパンチスルーは防止される。なお、特許3403061号公報には、図22に示す通常のp層112の上にフォトダイオードと転送トランジスタを形成し、転送トランジスタのチャネル部にフォトダイオードをなすn層より浅いバリヤp層とその上にn層を形成する技術が開示されているが、完全転送を目的とするものでブルーミング防止のためオフ時のチャネルポテンシャルを正にするものではない。
-Second modification of the first embodiment-
Another method for making the transfer transistor off-potential positive is shown in FIG. The p-type transfer channel forming well 19 is formed so that the center of the thickness is located near the junction depth of the n-type surface buried region 13, and a block layer 21 is formed at the bottom of the silicon surface. An n-type cap layer 29 is formed in the part. As a result, a buried channel structure is formed immediately below the transfer gate electrode 15, and the channel potential can be made positive even when the gate potential is zero. However, the channel directly under the transfer gate electrode 15 is an implantable, p-type transfer channel forming wells between n-type surface-embedded region 13 and the charge detecting region 16 constituting the photodiode PD ij The presence of 19 prevents punch-through between the two. In Japanese Patent No. 3403601, a photodiode and a transfer transistor are formed on the normal p layer 112 shown in FIG. 22, and a barrier p layer shallower than the n layer forming the photodiode is formed on the channel portion of the transfer transistor, and on the barrier p layer. Discloses a technique for forming an n-layer, but it is intended for complete transfer and does not make the channel potential at the OFF state positive in order to prevent blooming.

(第2の実施形態)
第1の実施形態に係る増幅型固体撮像装置においては、シリコン中を深く侵入する赤外光での画素間のクロストークを防止するために、不純物密度が1018cm−3以上の高不純物密度のp型の基板11を極低不純物密度の電荷生成層12の底部に配置して、発生電荷の拡散を抑えるのが望ましいことを述べたが、本発明の第2の実施形態に係る増幅型固体撮像装置では、基板の深部で発生する電荷を無効化して、クロストークを防止する他の方法として、図13に示すように、n型の基板(以下において「n基板」という。)26を用いる方法について説明する。
(Second Embodiment)
In the amplification type solid-state imaging device according to the first embodiment, in order to prevent crosstalk between pixels with infrared light that penetrates deeply into silicon, an impurity density of 10 18 cm −3 or higher is high. It has been described that it is desirable to suppress the diffusion of the generated charges by arranging the p + type substrate 11 at the bottom of the charge generation layer 12 with an extremely low impurity density, but the amplification according to the second embodiment of the present invention In the solid-state solid-state imaging device, as another method for invalidating charges generated in the deep part of the substrate and preventing crosstalk, as shown in FIG. 13, an n-type substrate (hereinafter referred to as “n substrate”) 26 is used. A method of using will be described.

図13に示す第2の実施形態に係る増幅型固体撮像装置のそれぞれの画素Xij,Xij+1,…の構造は、図2において、p型の基板11をn基板26に置き換えた以外は同じ構成であり、電荷生成層12より上側での動作は図2と基本的に同じである。 The structure of each pixel X ij , X ij + 1 ,... Of the amplification type solid-state imaging device according to the second embodiment shown in FIG. 13 is the same as that of FIG. 2 except that the p + type substrate 11 is replaced with the n substrate 26. The configuration is the same, and the operation above the charge generation layer 12 is basically the same as in FIG.

但し、第2の実施形態に係る増幅型固体撮像装置では、極低不純物密度の電荷生成層12において、空乏層内の曲線22で示されるポテンシャルの山は、n基板26の電位を高くすると表面側に近づき感度低下を招くから、n基板26と電荷生成層12は同電位(接地電位)ないしそれに近い値とする。又、n基板26不純物密度としては、n基板26側の電子が電荷生成層12へ拡散流入するのを防ぐため、1×1014cm−3から1×1015cm−3程度の低い不純物密度が望ましい。 However, in the amplification type solid-state imaging device according to the second embodiment, in the charge generation layer 12 with an extremely low impurity density, the peak of the potential indicated by the curve 22 in the depletion layer is the surface when the potential of the n substrate 26 is increased. The n substrate 26 and the charge generation layer 12 have the same potential (ground potential) or a value close thereto. The n substrate 26 has an impurity density as low as 1 × 10 14 cm −3 to 1 × 10 15 cm −3 in order to prevent electrons on the n substrate 26 side from diffusing and flowing into the charge generation layer 12. Is desirable.

なお、従来のn基板を用いた技術として、例えば特開平09−331058号公報に示されるように、低不純物密度のn基板の上に低不純物密度p層を形成し、p層内にCCD(電荷結合素子)を形成した例があるが、n基板には15V程度の逆バイアス電位を印加して、p層内の光電変換素子で発生した過剰な電荷をn基板側へ排出する縦型オーバーフロードレイン構造であり、第2の実施形態に係る増幅型固体撮像装置におけるクロストークを防止するための構造とは異なる技術である。   As a conventional technique using an n substrate, a low impurity density p layer is formed on a low impurity density n substrate as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-331058, and a CCD ( There is an example in which a charge-coupled device is formed, but a vertical overflow that applies a reverse bias potential of about 15 V to the n substrate and discharges excessive charges generated in the photoelectric conversion element in the p layer to the n substrate side. The drain structure is a technique different from the structure for preventing crosstalk in the amplification type solid-state imaging device according to the second embodiment.

(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態に係る増幅型固体撮像装置では、斜め入射光による画素間のクロストークを防止するための更に他の構造を述べる。
(Third embodiment)
In the amplification type solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention, still another structure for preventing crosstalk between pixels due to obliquely incident light will be described.

増幅型固体撮像装置では通常、フォトダイオード(光電変換素子)へ入射する光の割合を高めるためマイクロレンズが用いられる。ここで、受光部中心では入射角度が垂直であるのに対し、周辺では斜め入射となるため、図27に示すようなマイクロレンズ155の位置を光の入射角度に応じてシフトさせる方法が知られている(特開平05−328233号公報参照。)。   In an amplification type solid-state imaging device, a microlens is usually used to increase the proportion of light incident on a photodiode (photoelectric conversion element). Here, since the incident angle is vertical at the center of the light receiving section, but obliquely incident at the periphery, a method of shifting the position of the microlens 155 as shown in FIG. 27 according to the incident angle of light is known. (See JP 05-328233 A).

受光部中心を示す図27(a)では、マイクロレンズ155の中心はフォトダイオード(光電変換素子)を構成するn型表面埋込領域113の中心と一致する。斜め入射となる周辺部を示す図27(b)では、マイクロレンズ155の中心はn型表面埋込領域113の中心からΔXaだけシフトさせることにより、マイクロレンズ155によるシリコン表面での集光中心位置Fをフォトダイオードの中心位置と一致させる。   In FIG. 27A showing the center of the light receiving portion, the center of the microlens 155 coincides with the center of the n-type surface buried region 113 constituting the photodiode (photoelectric conversion element). In FIG. 27 (b) showing the peripheral portion that is obliquely incident, the center of the microlens 155 is shifted by ΔXa from the center of the n-type surface buried region 113, so that the light collection center position on the silicon surface by the microlens 155 is obtained. F is matched with the center position of the photodiode.

これに対し本発明の第3の実施形態に係る増幅型固体撮像装置では、赤外入射光は極低不純物密度の電荷生成層12の深くまで侵入する。受光部中心を示す図14(a)ではマイクロレンズ155の中心はフォトダイオードを構成するn型表面埋込領域13の中心位置と一致させるが、斜め入射となる周辺部を示す図14(b)では、マイクロレンズ155中心をn型表面埋込領域13の中心から

ΔXb>ΔXa ……(3)

だけシフトさせ、マイクロレンズ155によるシリコン表面での集光中心位置Fをフォトダイオードの中心位置よりも斜め入射の方向へシフト(図14(b)において左側へシフト)させる。即ち、マイクロレンズ155の周辺部におけるシフト量ΔXbを、図27(b)に示した通常のシフト量ΔXaより大きくする。これにより、極低不純物密度の電荷生成層12の深部で発生した電荷も同じ画素領域に留まることが可能となる。
On the other hand, in the amplification type solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention, infrared incident light penetrates deeply into the charge generation layer 12 having an extremely low impurity density. In FIG. 14A showing the center of the light receiving portion, the center of the microlens 155 coincides with the center position of the n-type surface buried region 13 constituting the photodiode, but FIG. 14B showing the peripheral portion where oblique incidence occurs. Then, the center of the microlens 155 is separated from the center of the n-type surface buried region 13.

ΔXb> ΔXa (3)

And the condensing center position F on the silicon surface by the microlens 155 is shifted in the direction of oblique incidence from the center position of the photodiode (shifted to the left in FIG. 14B). That is, the shift amount ΔXb in the peripheral portion of the microlens 155 is set larger than the normal shift amount ΔXa shown in FIG. Thereby, the charges generated in the deep part of the charge generation layer 12 having an extremely low impurity density can also remain in the same pixel region.

(第4の実施形態)
例えば特開2002−64751号公報に開示されているように、画素内に一時的な電荷保持部を備えた増幅型固体撮像装置は、既に多くの提案がなされている。しかしながら、従来の電荷保持部を備えた増幅型固体撮像装置は電荷保持部の信号電荷が入射光ないし周辺からの電荷流入により濁される問題があった。
(Fourth embodiment)
For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-64751, many proposals have already been made for an amplification type solid-state imaging device including a temporary charge holding unit in a pixel. However, the amplification type solid-state imaging device provided with the conventional charge holding unit has a problem that the signal charge of the charge holding unit becomes turbid due to incident light or charge inflow from the periphery.

図15及び図16に示す本発明の第4の実施形態に係る増幅型固体撮像装置は、画素内に一時的な電荷保持部を備え、電荷保持部の信号電荷が入射光ないし周辺からの電荷流入により濁される問題を改善するものである(図16は図15のB−B方向から見た断面図である。)。図16に示すように、第1導電型(p型)で不純物密度が1×1017cm−3以上、1021cm-3以下の高不純物密度の基板11上に、第1導電型(p- -型)で不純物密度が1×1014cm−3以下、1011cm-3以上の極低不純物密度の電荷生成層12を厚さaが10μm以上、50μm以下となるように形成し、第4の実施形態に係る増幅型固体撮像装置の画素Xij,Xij+1,…が構成されている。 The amplification type solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIGS. 15 and 16 includes a temporary charge holding unit in the pixel, and the signal charge of the charge holding unit is incident light or charges from the surroundings. This is to improve the problem of turbidity due to inflow (FIG. 16 is a cross-sectional view seen from the direction BB in FIG. 15). As shown in FIG. 16, the first conductivity type (p + type) having a high impurity density of 1 × 10 17 cm −3 or more and 10 21 cm −3 or less and having an impurity density of 1 × 10 17 cm −3 or less. p - - type) impurity density of 1 × 10 14 cm -3 or less at, 10 11 cm -3 or more electrode thickness a charge generation layer 12 having a low impurity density is 10μm or more, and formed so as to be 50μm or less The pixels X ij , X ij + 1 ,... Of the amplification type solid-state imaging device according to the fourth embodiment are configured.

各画素Xij,Xij+1,…は、電荷生成層12と、電荷生成層12の上部の一部に埋込まれ、光を入射する第2導電型(n型)の表面埋込領域(受光カソード領域)13と、電荷生成層12の上部の一部に表面埋込領域13と離間して埋込まれ、表面埋込領域13よりも高不純物密度であり、表面埋込領域13により生成した信号電荷を蓄積する第2導電型(n型)の電荷蓄積領域73と、電荷蓄積領域73により蓄積した信号電荷を受け入れる電荷検出領域16とを備える。表面埋込領域13と、表面埋込領域13の直下の電荷生成層(アノード領域)12とでフォトダイオード(光電変換素子)PDijを構成している。電荷蓄積領域(カソード領域)73と、電荷蓄積領域73直下の転送チャネル形成ウェル(アノード領域)19とで電荷蓄積ダイオード(電荷蓄積素子)CSijを構成している。 Each pixel X ij , X ij + 1 ,... Is embedded in the charge generation layer 12 and a part of the upper portion of the charge generation layer 12, and the second conductivity type (n-type) surface embedded region (light receiving) that receives light. The cathode region) 13 and the charge generation layer 12 are embedded in a part of the upper portion of the charge generation layer 12 so as to be spaced apart from the surface buried region 13 and have a higher impurity density than the surface buried region 13 and are generated by the surface buried region 13. A charge accumulation region 73 of a second conductivity type (n + type) that accumulates signal charges and a charge detection region 16 that receives signal charges accumulated by the charge accumulation region 73 are provided. The surface buried region 13 and the charge generation layer (anode region) 12 immediately below the surface buried region 13 constitute a photodiode (photoelectric conversion element) PD ij . The charge storage region (cathode region) 73 and the transfer channel formation well (anode region) 19 immediately below the charge storage region 73 constitute a charge storage diode (charge storage element) CS ij .

図15から分かるように、電荷生成層12の上には、高不純物密度のp型の増幅回路形成ウェル18及び転送チャネル形成ウェル19が埋込まれ、図16に示した電荷蓄積領域73及び電荷検出領域16は転送チャネル形成ウェル19の表面に設けられている。第1の実施形態に係る増幅型固体撮像装置と同様に、第4の実施形態に係る増幅型固体撮像装置の画素Xijを構成する転送チャネル形成ウェル19は、不純物密度1015cm-3以上、1018cm-3以下で深さがn型の表面埋込領域13より深いp型の領域である。又、増幅回路形成ウェル18及び転送チャネル形成ウェル19は共通にp型のトップコンタクト領域20を介して接地電位が与えられる。図15に示すように、増幅回路Aijを構成する3つのトランジスタ(図7参照。)のそれぞれは、増幅回路形成ウェル18上に配置され、例えば、n型のソース領域52及びn型のドレイン領域53と、ソース領域52及びドレイン領域53の間のチャネルの上部に設けられたゲート電極51とで形成される。例えば、図15において、増幅回路形成ウェル18上に設けられたn型のソース領域52及びn型のドレイン領域53と、ソース領域52及びドレイン領域53の間のチャネルの上部に設けられたゲート電極51とがリセットトランジスタTRijを構成するとすれば、増幅回路形成ウェル18上に設けられたn型のドレイン領域54及びn型のソース・ドレイン共有領域56と、ドレイン領域54及びソース・ドレイン共有領域56の間のチャネルの上部に設けられたゲート電極55で信号読み出しトランジスタ(増幅トランジスタ)TAijが、n型のソース・ドレイン共有領域56及びn型のソース領域58と、ソース・ドレイン共有領域56びソース領域58の間のチャネルの上部に設けられたゲート電極57とでスイッチングトランジスタTSijが構成されるが、これに限定されるものではなく、増幅回路Aijのレイアウトは種々のトポロジーが可能である。例えば、n型のドレイン領域53とn型のドレイン領域54及とは共通の電源配線VDDに接続されるので、連続した一体の領域として構成しても良い。更に、非常に明るい光を受けた場合の対策として、図16に示すように、表面埋込領域13の左側に接した転送チャネル形成ウェル19中に排出ドレイン領域67を設けている。排出ドレイン領域67は、表面埋込領域13からの信号電荷をオーバーフローさせ、排出ドレイン領域67に排出することができる。 As can be seen from FIG. 15, a high impurity density p + type amplifier circuit formation well 18 and a transfer channel formation well 19 are embedded on the charge generation layer 12, and the charge accumulation region 73 shown in FIG. The charge detection region 16 is provided on the surface of the transfer channel formation well 19. Similar to the amplification type solid-state imaging device according to the first embodiment, the transfer channel forming well 19 constituting the pixel X ij of the amplification type solid-state imaging device according to the fourth embodiment has an impurity density of 10 15 cm −3 or more. This is a p-type region that is 10 18 cm −3 or less and deeper than the n-type surface buried region 13. The amplifying circuit forming well 18 and the transfer channel forming well 19 are commonly supplied with a ground potential via a p + type top contact region 20. As shown in FIG. 15, each of the three transistors (see FIG. 7) constituting the amplifier circuit A ij is disposed on the amplifier circuit formation well 18, and for example, an n + type source region 52 and an n + type The drain region 53 and the gate electrode 51 provided on the channel between the source region 52 and the drain region 53 are formed. For example, in FIG. 15, the n + -type source region 52 and the n + -type drain region 53 provided on the amplifier circuit formation well 18 and the channel between the source region 52 and the drain region 53 are provided. If the gate electrode 51 constitutes the reset transistor TR ij , the n + -type drain region 54 and the n + -type source / drain shared region 56 provided on the amplifier circuit formation well 18, the drain region 54 and the source A signal readout transistor (amplification transistor) TA ij is connected to the n + -type source / drain shared region 56 and the n + -type source region 58 at the gate electrode 55 provided above the channel between the drain shared regions 56, A gate electrode 57 provided on the upper part of the channel between the source / drain shared region 56 and the source region 58; Switch ing transistor TS ij is constituted is not limited to this, the layout of the amplifier circuit A ij can be variously topologies. For example, the n + -type drain region 53 and the n + -type drain region 54 and the n + -type drain region 54 are connected to the common power supply wiring V DD , and may be configured as a continuous and integral region. Furthermore, as a countermeasure when receiving very bright light, as shown in FIG. 16, a discharge drain region 67 is provided in the transfer channel formation well 19 in contact with the left side of the surface buried region 13. The discharge drain region 67 can overflow the signal charge from the surface buried region 13 and discharge it to the discharge drain region 67.

第1の実施形態に係る増幅型固体撮像装置と同様に、第4の実施形態に係る増幅型固体撮像装置の画素Xijは、増幅回路形成ウェル18及び転送チャネル形成ウェル19と電荷生成層12との境界の、即ち、増幅回路形成ウェル18及び転送チャネル形成ウェル19のそれぞれのボトム部分にn型のブロック層21を設け、増幅回路形成ウェル18及び転送チャネル形成ウェル19から電荷生成層12への正孔(キャリア)の拡散流入をブロックしている。 Similar to the amplification type solid-state imaging device according to the first embodiment, the pixel X ij of the amplification type solid-state imaging device according to the fourth embodiment includes the amplification circuit formation well 18, the transfer channel formation well 19, and the charge generation layer 12. The n-type block layer 21 is provided at the boundary between the amplifying circuit forming well 18 and the transfer channel forming well 19, and from the amplifying circuit forming well 18 and the transfer channel forming well 19 to the charge generation layer 12. The diffusion inflow of holes (carriers) is blocked.

表面埋込領域13の上には、p型のピニング層14が配置されている。電荷蓄積領域73の上には、p型のピニング層74が配置されている。ピニング層14及びピニング層74は、ダーク時の表面でのキャリアの生成を抑制する層であり、暗電流削減のために好ましい層として用いている。暗電流が問題とならない用途(応用)等では、構造上、ピニング層14及びピニング層74を省略しても構わない。 A p + type pinning layer 14 is disposed on the surface buried region 13. A p + -type pinning layer 74 is disposed on the charge storage region 73. The pinning layer 14 and the pinning layer 74 are layers that suppress generation of carriers on the dark surface, and are used as preferable layers for reducing dark current. In applications (applications) where dark current is not a problem, the pinning layer 14 and the pinning layer 74 may be omitted from the structure.

図15の平面図は、シリコン領域の上面を、ゲート電極66,62,15,57,55,51を透過して見た上面図であるので、シリコン領域の最上面の平面パターンとしては、転送チャネル形成ウェル19がフォトダイオードPDij及び電荷蓄積ダイオード(電荷蓄積素子)CSijを囲むように構成されているように図示されているが、図16の断面図から分かるように、電荷蓄積ダイオード(電荷蓄積素子)CSijの下方に転送チャネル形成ウェル19が存在し、電荷蓄積ダイオード(電荷蓄積素子)CSijは転送チャネル形成ウェル19の上部に埋め込まれていることになる。このため、電荷蓄積ダイオード(電荷蓄積素子)CSijの底部より深い位置で、シリコン領域の上面に平行なレベルの面で切った平面パターンとしては、転送チャネル形成ウェル19がフォトダイオードPDijの周りを囲むように構成されている。 The plan view of FIG. 15 is a top view of the upper surface of the silicon region as seen through the gate electrodes 66, 62, 15, 57, 55, 51. Although the channel forming well 19 is illustrated so as to surround the photodiode PD ij and the charge storage diode (charge storage element) CS ij , as can be seen from the cross-sectional view of FIG. 16, the charge storage diode ( The transfer channel formation well 19 exists below the charge storage element CS ij , and the charge storage diode (charge storage element) CS ij is buried above the transfer channel formation well 19. For this reason, the transfer channel forming well 19 is provided around the photodiode PD ij as a planar pattern cut at a level deeper than the bottom of the charge storage diode (charge storage element) CS ij and at a level parallel to the upper surface of the silicon region. It is comprised so that it may surround.

図15に示されるシリコン領域の最上面の平面パターンとしては、実際には、転送チャネル形成ウェル19によって囲まれた矩形のフォトダイオードPDijの領域の上面にはピニング層14が現れ、転送チャネル形成ウェル19によって囲まれた矩形の電荷蓄積ダイオード(電荷蓄積素子)CSijの領域の上面にはピニング層74が現れている。又、図15の平面図において、転送チャネル形成ウェル19の上方には増幅回路形成ウェル18が配置されているので、シリコン領域の最上面の平面パターンとしては、矩形のフォトダイオードPDij、電荷蓄積ダイオード(電荷蓄積素子)CSijの領域、電荷検出領域16、ソース/ドレイン領域52,53,54,56,58,排出ドレイン領域67等以外はp層がシリコンの表面領域を覆っていることになる。一方、電荷蓄積ダイオード(電荷蓄積素子)CSijの底部より深い位置での水平レベルのパターンとしては、矩形のフォトダイオードPDijの領域以外をウェルとしてp層が囲んでいることになる。 As the planar pattern of the uppermost surface of the silicon region shown in FIG. 15, the pinning layer 14 actually appears on the upper surface of the region of the rectangular photodiode PD ij surrounded by the transfer channel formation well 19 to form the transfer channel. A pinning layer 74 appears on the upper surface of the region of the rectangular charge storage diode (charge storage element) CS ij surrounded by the well 19. Further, in the plan view of FIG. 15, since the amplification circuit formation well 18 is disposed above the transfer channel formation well 19, the planar pattern on the uppermost surface of the silicon region includes a rectangular photodiode PD ij , charge storage. The p layer covers the silicon surface region except for the region of the diode (charge storage element) CSij , the charge detection region 16, the source / drain regions 52, 53, 54, 56, 58, the discharge drain region 67, and the like. Become. On the other hand, as a horizontal level pattern at a position deeper than the bottom of the charge storage diode (charge storage element) CS ij , the p layer is surrounded by a well other than the rectangular photodiode PD ij region.

ピニング層14及びピニング層74上、更にはピニング層14とピニング層74との間の転送チャネル形成ウェル19上、及びピニング層74と電荷検出領域16との間の転送チャネル形成ウェル19上には絶縁膜(図示省略。)が形成されている。絶縁膜としては、シリコン酸化膜が好適であるが、第1の実施形態で説明したように、シリコン酸化膜以外の種々の絶縁膜が使用可能である。絶縁膜上には、表面埋込領域13と電荷蓄積領域73との間に形成される第1転送チャネルの電位を制御して、表面埋込領域13から電荷蓄積領域73へ信号電荷を転送する転送ゲート電極(蓄積転送ゲート電極)62が配置され、第1の電位制御手段を構成し、表面埋込領域13、電荷蓄積領域73及び転送ゲート電極62で第1の転送トランジスタを構成している。更に、絶縁膜上には、電荷蓄積領域73と電荷検出領域16との間に形成される第2転送チャネルの電位を制御して、電荷蓄積領域73から電荷検出領域16へ信号電荷を転送する転送ゲート電極(読み出し転送ゲート電極)15が配置され、第2の電位制御手段を構成し、電荷蓄積領域73、電荷検出領域16及び転送ゲート電極15で第2の転送トランジスタを構成している。更に、絶縁膜上には、表面埋込領域13と排出ドレイン領域67との間に形成される排出チャネルの電位を制御して、表面埋込領域13から排出ドレイン領域67へ過剰な電荷を排出する排出ゲート電極66が配置され、表面埋込領域13、排出ドレイン領域67及び排出ゲート電極66で排出トランジスタを構成している。排出トランジスタは、フォトダイオードPDijをリセットしたり、過剰な電荷のみオーバーフローさせたりする。なお、図15の平面図において、転送チャネル形成ウェル19の上方に配置された増幅回路形成ウェル18は、その他のトランジスタ形成部68として機能している。 On the pinning layer 14 and the pinning layer 74, on the transfer channel formation well 19 between the pinning layer 14 and the pinning layer 74, and on the transfer channel formation well 19 between the pinning layer 74 and the charge detection region 16 An insulating film (not shown) is formed. As the insulating film, a silicon oxide film is suitable, but as described in the first embodiment, various insulating films other than the silicon oxide film can be used. On the insulating film, the signal charge is transferred from the surface buried region 13 to the charge storage region 73 by controlling the potential of the first transfer channel formed between the surface buried region 13 and the charge storage region 73. A transfer gate electrode (storage transfer gate electrode) 62 is arranged to constitute a first potential control means, and the surface transfer region 13, the charge storage region 73 and the transfer gate electrode 62 constitute a first transfer transistor. . Further, the signal charge is transferred from the charge storage region 73 to the charge detection region 16 by controlling the potential of the second transfer channel formed between the charge storage region 73 and the charge detection region 16 on the insulating film. A transfer gate electrode (read transfer gate electrode) 15 is disposed to constitute a second potential control means, and the charge storage region 73, the charge detection region 16 and the transfer gate electrode 15 constitute a second transfer transistor. Further, an excessive charge is discharged from the surface buried region 13 to the drain region 67 by controlling the potential of the drain channel formed between the surface buried region 13 and the drain region 67 on the insulating film. The drain gate electrode 66 is disposed, and the surface buried region 13, the drain drain region 67, and the drain gate electrode 66 constitute a drain transistor. The discharge transistor resets the photodiode PD ij or overflows only excess charge. In the plan view of FIG. 15, the amplifier circuit formation well 18 disposed above the transfer channel formation well 19 functions as the other transistor formation portion 68.

電荷蓄積ダイオード(電荷蓄積素子)CSijの上にはメタル等による遮光層75が形成されており、光の入射が阻止されている。電荷蓄積ダイオード(電荷蓄積素子)CSijに保持された電荷は、転送ゲート電極15を介して電荷検出領域16へ読み出される。他方、フォトダイオードPDijの電荷は排出ゲート電極66により直接、排出ドレイン領域67へ排出される。 A light shielding layer 75 made of metal or the like is formed on the charge storage diode (charge storage element) CS ij to prevent light from entering. The charges held in the charge storage diode (charge storage element) CS ij are read out to the charge detection region 16 through the transfer gate electrode 15. On the other hand, the charge of the photodiode PD ij is directly discharged to the discharge drain region 67 by the discharge gate electrode 66.

この構成により、第4の実施形態に係る増幅型固体撮像装置によれば、フォトダイオードPDijを構成するn型の表面埋込領域13と電荷生成層12との間に1V程度のバイアス電圧が印加されることにより、電荷生成層12内に10μm以上の空乏層が形成され、高い赤外感度と低いクロストークが確保される。又、電荷生成層12内で光電変換された電子は、電荷ドリフト経路CTPに沿って、フォトダイオードPDijへ向かい、電荷蓄積ダイオード(電荷蓄積素子)CSijへの流入は阻止される。即ち、電荷蓄積ダイオード(電荷蓄積素子)CSijに保持された電荷が保持期間中に光電変換電荷により濁されることが回避される。電荷蓄積ダイオード(電荷蓄積素子)CSijがピニング層74を有するダイオード構造であることは、ここでの暗電流発生を極小に抑えることが可能となり、電荷蓄積ダイオード(電荷蓄積素子)CSijでの保持電荷が暗電流電荷で濁されることをも回避される。 With this configuration, according to the amplification type solid-state imaging device according to the fourth embodiment, 1V about bias voltage between the n-type surface-embedded region 13 and the charge generation layer 12 constituting the photodiode PD ij is By being applied, a depletion layer of 10 μm or more is formed in the charge generation layer 12, and high infrared sensitivity and low crosstalk are ensured. The electrons photoelectrically converted in the charge generation layer 12 are directed to the photodiode PD ij along the charge drift path CTP and are prevented from flowing into the charge storage diode (charge storage element) CS ij . That is, it is avoided that the charge held in the charge storage diode (charge storage element) CS ij is turbid by the photoelectric conversion charge during the holding period. The fact that the charge storage diode (charge storage element) CS ij has a diode structure having the pinning layer 74 makes it possible to minimize the generation of dark current here, and in the charge storage diode (charge storage element) CS ij It is also avoided that the retained charge becomes turbid with the dark current charge.

以上の動作により、第4の実施形態に係る増幅型固体撮像装置によれば、電荷蓄積ダイオード(電荷蓄積素子)CSijに入射光の影響を受けることなく画素情報を一時記憶することが可能となり、一括露光動作など光電変換蓄積動作と読み出し動作を独立に制御することが可能となる。 With the above operation, according to the amplification type solid-state imaging device according to the fourth embodiment, it is possible to temporarily store pixel information without being affected by incident light in the charge storage diode (charge storage element) CS ij. In addition, the photoelectric conversion accumulation operation such as the batch exposure operation and the read operation can be controlled independently.

(第5の実施形態)
光の飛行時間(TOF)から距離を測定するTOF型距離センサでは、通常赤外光が用いられるため、赤外感度を高められる構造が望ましい。そこで、本発明の第5の実施形態に係る増幅型固体撮像装置として、TOF型距離センサについて説明する。
(Fifth embodiment)
In the TOF type distance sensor that measures the distance from the time of flight (TOF) of light, since infrared light is usually used, a structure that can increase the infrared sensitivity is desirable. Accordingly, a TOF type distance sensor will be described as an amplification type solid-state imaging device according to the fifth embodiment of the present invention.

図17に断面構造を示すように、本発明の第5の実施形態に係る増幅型固体撮像装置の画素Xij,Xij+1,…は、第1導電型(p型)で不純物密度が1×1018cm−3以上の基板11と、基板11の上に厚さb=10μm以上で配置され、第1導電型(p- -型)で不純物密度が1×1014cm−3以下の電荷生成層12と、電荷生成層12の上に配置された第2導電型(n型)の表面埋込領域33を備える。表面埋込領域33の上には、絶縁膜34が設けられ、絶縁膜34の上には、中央部に受光ゲート電極35が配置され、この受光ゲート電極35の左右には第1転送ゲート電極37及び第2転送ゲート電極36が配置されている。 As shown in the cross-sectional structure of FIG. 17, the pixels X ij , X ij + 1 ,... Of the amplification type solid-state imaging device according to the fifth embodiment of the present invention are the first conductivity type (p + type) and the impurity density is 1. A substrate 11 of × 10 18 cm −3 or more and a thickness of b = 10 μm or more are arranged on the substrate 11 and have a first conductivity type (p -type) and an impurity density of 1 × 10 14 cm −3 or less. The charge generation layer 12 and a second conductivity type (n-type) surface buried region 33 disposed on the charge generation layer 12 are provided. An insulating film 34 is provided on the surface buried region 33, and a light receiving gate electrode 35 is disposed at the center on the insulating film 34, and first transfer gate electrodes are disposed on the left and right sides of the light receiving gate electrode 35. 37 and the second transfer gate electrode 36 are arranged.

絶縁膜34を熱酸化膜で形成する場合は、熱酸化膜の厚さは、150nm程度以上、1000nm程度以下、好ましくは200nm程度以上、400nm程度以下とすれば良い。絶縁膜34を熱酸化膜以外の誘電体膜とする場合は、熱酸化膜の比誘電率ε(1MHzでε=3.8)で換算した等価な厚さとすれば良い。例えば、比誘電率ε=4.4であるCVD酸化膜膜を用いるのであれば上記厚さを4.4/3.8=1.16倍した厚さを、比誘電率ε=7であるシリコン窒化物(Si)膜を用いるのであれば上記厚さを7/3.8=1.84倍した厚さを採用すれば良い。但し、標準的なCMOS技術で形成される酸化膜(SiO膜)を用いるのが好ましく、CMOS技術におけるフィールド酸化膜を用いるのが製造工程の簡略化に適している。 In the case where the insulating film 34 is formed of a thermal oxide film, the thickness of the thermal oxide film may be about 150 nm or more and about 1000 nm or less, preferably about 200 nm or more and about 400 nm or less. In the case where the insulating film 34 is a dielectric film other than the thermal oxide film, an equivalent thickness calculated by the relative dielectric constant ε rr = 3.8 at 1 MHz) of the thermal oxide film may be used. For example, if a CVD oxide film having a relative dielectric constant ε r = 4.4 is used, the thickness obtained by multiplying the above thickness by 4.4 / 3.8 = 1.16 is set to a relative dielectric constant ε r = 7. If a silicon nitride (Si 3 N 4 ) film is used, a thickness obtained by multiplying the above thickness by 7 / 3.8 = 1.84 may be adopted. However, it is preferable to use an oxide film (SiO 2 film) formed by standard CMOS technology, and using a field oxide film in CMOS technology is suitable for simplifying the manufacturing process.

平面図を省略しているが、図15と同様に表面埋込領域33を囲むように、第1導電型(p型)で不純物密度が1×1017cm−3、厚さが1μm程度の転送チャネル形成ウェル19が配置されている。又、図15の平面図と同様に、転送チャネル形成ウェル19の上方には増幅回路形成ウェル18が配置され、増幅回路形成ウェル18には、増幅回路Aijを構成する3つのトランジスタ(図7参照。)が配置される。増幅回路形成ウェル18及び転送チャネル形成ウェル19の少なくとも一方にはトップコンタクト領域20が設けられ、増幅回路形成ウェル18及び転送チャネル形成ウェル19はトップコンタクト領域20で接地電位に固定される。更に、増幅回路形成ウェル18及び転送チャネル形成ウェル19のボトム部にはn型のブロック層21が形成され、電荷生成層12に対して正孔拡散の阻止層となっている。 Although not plan view so as to surround the surface buried region 33 similarly to FIG. 15, a first conductivity type (p + -type) impurity density of 1 × 10 17 cm -3, the about 1μm thick The transfer channel forming well 19 is disposed. Similarly to the plan view of FIG. 15, an amplification circuit formation well 18 is disposed above the transfer channel formation well 19, and the amplification circuit formation well 18 includes three transistors (FIG. 7) constituting the amplification circuit Aij . Reference.) Is placed. A top contact region 20 is provided in at least one of the amplification circuit formation well 18 and the transfer channel formation well 19, and the amplification circuit formation well 18 and the transfer channel formation well 19 are fixed to the ground potential in the top contact region 20. Further, an n-type block layer 21 is formed at the bottom of the amplifier circuit formation well 18 and the transfer channel formation well 19, and serves as a hole diffusion blocking layer for the charge generation layer 12.

中央部の受光ゲート電極35の直下の絶縁膜34と、表面埋込領域33と、電荷生成層12と基板11とで、第5の実施形態に係る増幅型固体撮像装置のそれぞれの画素Xij,Xij+1,…の光電変換素子となるフォトゲート構造を構成している。実際には、受光ゲート電極35の直下に位置する第1導電型(p型)の電荷生成層12の一部が、光電変換素子(フォトゲート構造)の主なる電荷生成領域として機能している。電荷生成領域で生成されたキャリア(電子)は、電荷生成領域の直上の表面埋込領域33の一部に注入される。 Each of the pixels X ij of the amplification type solid-state imaging device according to the fifth embodiment includes the insulating film 34 directly under the light receiving gate electrode 35 in the center, the surface buried region 33, the charge generation layer 12, and the substrate 11. , X ij + 1 ,... Constitutes a photogate structure serving as a photoelectric conversion element. Actually, a part of the charge generation layer 12 of the first conductivity type (p type) located immediately below the light receiving gate electrode 35 functions as a main charge generation region of the photoelectric conversion element (photogate structure). . Carriers (electrons) generated in the charge generation region are injected into a part of the surface buried region 33 immediately above the charge generation region.

絶縁膜34は、受光ゲート電極35の直下から左右の第1転送ゲート電極37及び第2転送ゲート電極36の下まで延伸し、この絶縁膜34の下には、受光ゲート電極35の直下から第1転送ゲート電極37及び第2転送ゲート電極36の下まで左右に延伸するように表面埋込領域33が配置されている。即ち、受光ゲート電極35の直下(電荷生成領域の直上)の表面埋込領域33の右側に隣接した表面埋込領域(表面埋込領域の他の一部)33で、第1転送ゲート電極37の直下に位置する部分が第1転送チャネルとして機能している。一方、受光ゲート電極35の直下(電荷生成領域の直上)の表面埋込領域33の左側に隣接した表面埋込領域(表面埋込領域の他の一部)33で、第2転送ゲート電極36の直下に位置する部分が第2転送チャネルとして機能している。   The insulating film 34 extends from directly under the light receiving gate electrode 35 to below the left and right first transfer gate electrodes 37 and the second transfer gate electrode 36. The surface buried region 33 is disposed so as to extend right and left to below the first transfer gate electrode 37 and the second transfer gate electrode 36. That is, the first transfer gate electrode 37 in the surface buried region (other part of the surface buried region) 33 adjacent to the right side of the surface buried region 33 immediately below the light receiving gate electrode 35 (just above the charge generation region). A portion located immediately below the first transfer channel functions as a first transfer channel. On the other hand, in the surface buried region (other part of the surface buried region) 33 adjacent to the left side of the surface buried region 33 immediately below the light receiving gate electrode 35 (just above the charge generation region), the second transfer gate electrode 36 is formed. The portion located immediately below the second transfer channel functions as a second transfer channel.

更に、図17に示すように、第1転送ゲート電極37により転送された信号電荷を蓄積する第1電荷検出領域52aが右側の転送チャネル形成ウェル19の内部に、第2転送ゲート電極36により転送された信号電荷を蓄積する第2電荷検出領域52bが左側の転送チャネル形成ウェル19の内部に配置されている。図17では、更に第1電荷検出領域52aの右側に隣接して第1リセットゲート電極51aと、この第1リセットゲート電極51aを介して第1電荷検出領域52aに対向する第1リセットソース領域53aが配置されている。一方、図17の左側の転送チャネル形成ウェル19の内部には第2電荷検出領域52bに隣接し、第2リセットゲート電極51bと、この第2リセットゲート電極51bを介して、第2電荷検出領域52bに対向する第2リセットソース領域53bが更に配置されている。第1電荷検出領域52a、第1リセットゲート電極51a及び第1リセットソース領域53aとで第1のリセットトランジスタとなるMOSトランジスタが形成され、第2電荷検出領域52b、第2リセットゲート電極51b及び第2リセットソース領域53bとで第2のリセットトランジスタとなるMOSトランジスタが形成されている。それぞれの第1リセットゲート電極51a及び第2リセットゲート電極51bに対し、制御信号Rをすべてハイ(H)レベルにして、第1電荷検出領域52a及び第2電荷検出領域52bに蓄積された電荷を第1リセットソース領域53a及び第2リセットソース領域53bにそれぞれ吐き出し、第1電荷検出領域52a及び第2電荷検出領域52bをリセットする。   Further, as shown in FIG. 17, the first charge detection region 52a for accumulating the signal charges transferred by the first transfer gate electrode 37 is transferred by the second transfer gate electrode 36 into the right transfer channel formation well 19. A second charge detection region 52b for accumulating the signal charge is disposed inside the left transfer channel formation well 19. In FIG. 17, the first reset gate electrode 51a is further adjacent to the right side of the first charge detection region 52a, and the first reset source region 53a is opposed to the first charge detection region 52a via the first reset gate electrode 51a. Is arranged. On the other hand, the transfer channel forming well 19 on the left side of FIG. 17 is adjacent to the second charge detection region 52b, and is connected to the second charge detection region via the second reset gate electrode 51b and the second reset gate electrode 51b. A second reset source region 53b facing 52b is further arranged. The first charge detection region 52a, the first reset gate electrode 51a, and the first reset source region 53a form a MOS transistor that serves as a first reset transistor. The second charge detection region 52b, the second reset gate electrode 51b, A MOS transistor to be a second reset transistor is formed by the two reset source regions 53b. For each of the first reset gate electrode 51a and the second reset gate electrode 51b, all the control signals R are set to the high (H) level, and the charges accumulated in the first charge detection region 52a and the second charge detection region 52b are changed. The air is discharged to the first reset source region 53a and the second reset source region 53b, respectively, and the first charge detection region 52a and the second charge detection region 52b are reset.

第1転送ゲート電極37及び第2転送ゲート電極36は、第1及び第2転送チャネルの電位を、この第1及び第2転送チャネルの上部にそれぞれ形成された絶縁膜34を介して静電的に制御し、信号電荷を第1及び第2転送チャネルを介して交互に、第2導電型(n型)の第1電荷検出領域52a及び第2電荷検出領域52bにそれぞれ転送する。第1電荷検出領域52a及び第2電荷検出領域52bは、それぞれ、表面埋込領域33より高不純物密度の半導体領域である。図17から明らかなように、表面埋込領域33は左右の第1電荷検出領域52a及び第2電荷検出領域52bに接触するように形成している。   The first transfer gate electrode 37 and the second transfer gate electrode 36 cause the potentials of the first and second transfer channels to electrostatically pass through the insulating films 34 formed above the first and second transfer channels, respectively. And the signal charges are alternately transferred to the second conductivity type (n-type) first charge detection region 52a and the second charge detection region 52b through the first and second transfer channels, respectively. The first charge detection region 52a and the second charge detection region 52b are semiconductor regions having a higher impurity density than the surface buried region 33, respectively. As is apparent from FIG. 17, the surface buried region 33 is formed so as to be in contact with the left and right first charge detection regions 52a and second charge detection regions 52b.

なお、図17において、符号22は空乏層端の位置、符号23j−1,23はポテンシャル等高線、CTPは電荷ドリフト経路を示す。 In FIG. 17, reference numeral 22 indicates the position of the depletion layer end, reference numerals 23 j-1 and 23 j indicate potential contour lines, and CTP indicates a charge drift path.

本発明の第5の実施形態に係る増幅型固体撮像装置は、図17に断面構造を示すような画素Xij,Xij+1,…をマトリクス状に配置して増幅型固体撮像装置を構成している(図1参照。)この本発明の第5の実施形態に係る増幅型固体撮像装置においては、それぞれの画素Xij,Xij+1,…において、受光ゲート電極35及び第1転送ゲート電極37及び第2転送ゲート電極36に数Vの駆動電圧が印加されることにより、電荷生成層12内に10μm以上の空乏層が形成され、高い赤外感度と低いクロストークが確保される。又、表面のトップコンタクト領域20により、転送チャネル形成ウェル19の電位を安定化することができる。 The amplification type solid-state imaging device according to the fifth embodiment of the present invention is configured by arranging the pixels X ij , X ij + 1 ,... As shown in FIG. In the amplification type solid-state imaging device according to the fifth embodiment of the present invention, in each pixel X ij , X ij + 1 ,..., The light receiving gate electrode 35, the first transfer gate electrode 37, and By applying a driving voltage of several volts to the second transfer gate electrode 36, a depletion layer of 10 μm or more is formed in the charge generation layer 12, and high infrared sensitivity and low crosstalk are ensured. Further, the potential of the transfer channel formation well 19 can be stabilized by the top contact region 20 on the surface.

なお、図17の例では光電変換素子は厚い絶縁膜34を介したMOS構造のフォトゲート構造の場合について述べたが、図17の光電変換素子をフォトダイオードに置き換えた場合に本発明を適用することも、勿論可能である。   In the example of FIG. 17, the case where the photoelectric conversion element has a photogate structure of a MOS structure through a thick insulating film 34 has been described, but the present invention is applied when the photoelectric conversion element of FIG. 17 is replaced with a photodiode. Of course, it is also possible.

(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は第1〜第5の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the first to fifth embodiments. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

既に述べた第1〜第5の実施の形態の説明においては、第1導電型をp型、第2導電型をn型として説明したが、第1導電型をn型、第2導電型をp型としても、電気的な極性を反対にすれば同様な効果が得られることは容易に理解できるであろう(その場合、フォトダイオードPDij,PDij+1,…に着目すれば、n型の第1主電極領域がカソード領域となり、p型の第2主電極領域がアノード領域となることは説明の必要のないことであろう。)。 In the description of the first to fifth embodiments already described, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. However, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is n-type. Even in the case of the p-type, it can be easily understood that the same effect can be obtained if the electrical polarity is reversed (in this case, if attention is paid to the photodiodes PD ij , PD ij + 1,. It will not be necessary to explain that the first main electrode region becomes the cathode region and the p-type second main electrode region becomes the anode region.)

又、第1〜第5の実施の形態の説明においては半導体材料としてシリコンの場合を説明したが、ゲルマニウム(Ge)やガリウムヒ素(GaAs)等の他の半導体の場合であっても、半導体材料の比誘電率は真性半導体の不純物密度を考慮して適宜修正を加えれば、本発明の技術的思想は同様に適用可能である。   In the description of the first to fifth embodiments, the case where silicon is used as the semiconductor material has been described. However, even in the case of other semiconductors such as germanium (Ge) and gallium arsenide (GaAs), the semiconductor material is used. The technical idea of the present invention can be similarly applied if the relative dielectric constant is appropriately modified in consideration of the impurity density of the intrinsic semiconductor.

更に、例えば、第1の実施の形態の説明においては、2次元固体撮像装置(エリアセンサ)について例示的に説明したが、図1に示した2次元マトリクスにおいて、j=m=1とした1次元固体撮像装置(ラインセンサ)の画素として複数の半導体測距素子を1次元に配列しても良いことは、上記開示の内容から、容易に理解できるはずである。   Further, for example, in the description of the first embodiment, the two-dimensional solid-state imaging device (area sensor) has been exemplarily described. However, in the two-dimensional matrix shown in FIG. It should be easily understood from the contents of the above disclosure that a plurality of semiconductor distance measuring elements may be arranged one-dimensionally as pixels of a three-dimensional solid-state imaging device (line sensor).

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。   As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

本発明の第1の実施の形態に係る増幅型固体撮像装置(2次元固体撮像装置)の半導体チップ上のレイアウトを説明する模式的平面図である。It is a typical top view explaining the layout on the semiconductor chip of the amplification type solid-state imaging device (two-dimensional solid-state imaging device) concerning the 1st embodiment of the present invention. 図1に示した第1の実施形態の増幅型固体撮像装置の画素部の構成を、一断面にて示す図である(図6のA−A方向に沿った階段断面図にほぼ相当する。)。It is a figure which shows the structure of the pixel part of the amplification type solid-state imaging device of 1st Embodiment shown in FIG. ). 図2に示す増幅型固体撮像装置の画素部の構成を、他の断面にて示す図である。It is a figure which shows the structure of the pixel part of the amplification type solid-state imaging device shown in FIG. 2 in another cross section. 第1の実施の形態に係る増幅型固体撮像装置の画素間の電荷移動経路でのポテンシャル分布を示す図である。It is a figure which shows potential distribution in the electric charge transfer path | route between the pixels of the amplification type solid-state imaging device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る増幅型固体撮像装置の画素を構成するフォトダイオードから電荷検出領域に至る経路でのポテンシャル分布を示す図である。It is a figure which shows potential distribution in the path | route from the photodiode which comprises the pixel of the amplification type solid-state imaging device which concerns on 1st Embodiment to an electric charge detection area | region. 第1の実施の形態に係る増幅型固体撮像装置の4つの画素に着目した平面図である。It is a top view which paid its attention to four pixels of the amplification type solid-state imaging device concerning a 1st embodiment. 第1の実施の形態に係る増幅型固体撮像装置の各画素に配置される3トランジスタ増幅回路の具体例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the specific example of the 3 transistor amplifier circuit arrange | positioned at each pixel of the amplification type solid-state imaging device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る増幅型固体撮像装置の4つの画素に着目した他の平面図である。It is another top view which paid its attention to four pixels of the amplification type solid-state imaging device concerning a 1st embodiment. 本発明の第1の実施の形態の第1変形例に係る増幅型固体撮像装置の各画素に配置される転送トランジスタのチャネル部分におけるウェル構成を示す図である。It is a figure which shows the well structure in the channel part of the transfer transistor arrange | positioned at each pixel of the amplification type solid-state imaging device which concerns on the 1st modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態の第2変形例に係る増幅型固体撮像装置の各画素に配置される転送トランジスタのチャネル部分におけるウェル構成を示す図である。It is a figure which shows the well structure in the channel part of the transfer transistor arrange | positioned at each pixel of the amplification type solid-state imaging device which concerns on the 2nd modification of the 1st Embodiment of this invention. 増幅型固体撮像装置に入射角θで斜め入射する光に対し、シリコン中に出射角(屈折角)θ<θで光が侵入する様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a mode that light penetrate | invades into silicon | silicone with respect to the light which inclines into an amplification type solid-state imaging device with the incident angle (theta) 1 by the outgoing angle (refraction angle) (theta) 2 <(theta) 1 . 増幅型固体撮像装置の受光部表面に入射角θで斜め入射する光の角度と、シリコン中を出射角(屈折角)θ<θで進む光の角度との関係を示す図である。Is a diagram showing the angle of the light obliquely incident at an incident angle theta 1 to the light receiving portion surface of the amplifying solid-state imaging device, the relationship between the angle of light traveling in the silicon at the emission angle (refraction angle) θ 2 <θ 1 . 本発明の第2の実施形態に係る増幅型固体撮像装置の画素部の構成を、一断面にて示す図である。It is a figure which shows the structure of the pixel part of the amplification type solid-state imaging device concerning the 2nd Embodiment of this invention in a cross section. 本発明の第3の実施形態に係る増幅型固体撮像装置における、マイクロレンズの形成位置を示す図である。It is a figure which shows the formation position of the micro lens in the amplification type solid-state imaging device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る増幅型固体撮像装置の画素内に電荷蓄積ダイオード(電荷蓄積素子)を備える増幅型固体撮像装置の平面図である。It is a top view of an amplification type solid imaging device provided with a charge storage diode (charge storage element) in a pixel of an amplification type solid imaging device concerning a 4th embodiment of the present invention. 図15に示した増幅型固体撮像装置の画素のB−B方向から見た断面図である。It is sectional drawing seen from the BB direction of the pixel of the amplification type solid-state imaging device shown in FIG. 本発明の第5の実施形態に係る増幅型固体撮像装置である距離センサにおける画素部の構成を、断面にて示す図である。It is a figure which shows the structure of the pixel part in the distance sensor which is an amplification type solid-state imaging device concerning the 5th Embodiment of this invention in a cross section. 本発明の第1の実施形態に係る増幅型固体撮像装置の画素アレイ部1の周辺を模式的に示した平面図である。1 is a plan view schematically showing the periphery of a pixel array unit 1 of an amplification type solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. 図18のコーナー部Cを拡大して示す平面図である。It is a top view which expands and shows the corner part C of FIG. 図19のXX−XX方向から見た断面図である。It is sectional drawing seen from the XX-XX direction of FIG. ブロック層21の電位を固定した場合の効果を説明するポテンシャル図である。It is a potential diagram explaining the effect when the potential of the block layer 21 is fixed. 従来の増幅型固体撮像装置の画素部の断面図である。It is sectional drawing of the pixel part of the conventional amplification type solid-state imaging device. 基板の不純物密度と空乏層深さとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the impurity density of a board | substrate, and the depletion layer depth. 入射光波長とシリコン中への侵入深さとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an incident light wavelength and the penetration depth in a silicon | silicone. 従来の他の増幅型固体撮像装置の画素部の断面図である。It is sectional drawing of the pixel part of the other conventional amplification type solid-state imaging device. 従来の更に別の増幅型固体撮像装置の画素部の断面図である。It is sectional drawing of the pixel part of another conventional amplification type solid-state imaging device. 従来の増幅型固体撮像装置における、マイクロレンズの形成位置を示す図である。It is a figure which shows the formation position of the micro lens in the conventional amplification type solid-state imaging device.

符号の説明Explanation of symbols

ij…増幅回路
…垂直信号線
CSij…電荷蓄積ダイオード(電荷蓄積素子)
CTP…電荷ドリフト経路
ij…検出回路
PDij…フォトダイオード(埋込フォトダイオード)
…カラム処理回路
TRij…リセットトランジスタ
TSij…スイッチングトランジスタ
TRij…リセットトランジスタ
ij…画素
1…画素アレイ部
4…タイミング発生回路
5…信号処理部
7…バイアス発生回路
11…基板
12…電荷生成層
13…表面埋込領域
14…ピニング層
15…転送ゲート電極
16…電荷検出領域
17…キャップ層
18…増幅回路形成ウェル
19…転送チャネル形成ウェル
20…トップコンタクト領域
21…ブロック層
22…ポテンシャルの山を示す曲線
26…n基板
29…キャップ層
33…表面埋込領域
34…絶縁膜
35…受光ゲート電極
36…第2転送ゲート電極
37…第1転送ゲート電極
51…ゲート電極
51a…第1リセットゲート電極
51b…第2リセットゲート電極
52,58…ソース領域
52a…第1電荷検出領域
52b…第2電荷検出領域
53,54…ドレイン領域
53a…第1リセットソース領域
53b…第2リセットソース領域
55,57…ゲート電極
56…ソース・ドレイン共有領域
62…転送ゲート電極
66…排出ゲート電極
67…排出ドレイン領域
68…トランジスタ形成部
73…電荷蓄積領域
74…ピニング層
75…遮光層
81…ウェル
82…コンタクト層
112…エピ層
112…p層
113…表面埋込領域
114…ピニング層
115…転送ゲート電極
116…電荷検出用浮遊拡散領域
117…トランジスタ増幅回路
117…増幅回路
118…ウェル
125…基板
151…ゲート電極
152…ソース領域
153…ドレイン領域
155…マイクロレンズ
211…n基板
212…n型エピ層
213…ウェル
221…空乏層端
312…エピ層
A ij ... amplifier circuit B j ... vertical signal line CS ij ... charge storage diode (charge storage element)
CTP ... Charge drift path D ij ... Detection circuit PD ij ... Photodiode (embedded photodiode)
Q j ... column processing circuit TR ij ... reset transistor TS ij ... switching transistor TR ij ... reset transistor X ij ... pixel 1 ... pixel array section 4 ... timing generation circuit 5 ... signal processing section 7 ... bias generation circuit 11 ... substrate 12 ... Charge generation layer 13 ... Surface buried region 14 ... Pinning layer 15 ... Transfer gate electrode 16 ... Charge detection region 17 ... Cap layer 18 ... Amplification circuit formation well 19 ... Transfer channel formation well 20 ... Top contact region 21 ... Block layer 22 ... Curve showing peak of potential 26 ... n substrate 29 ... cap layer 33 ... surface buried region 34 ... insulating film 35 ... light receiving gate electrode 36 ... second transfer gate electrode 37 ... first transfer gate electrode 51 ... gate electrode 51a ... first 1 reset gate electrode 51b 2nd reset gate electrode 5 2, 58 ... Source region 52a ... First charge detection region 52b ... Second charge detection region 53, 54 ... Drain region 53a ... First reset source region 53b ... Second reset source region 55, 57 ... Gate electrode 56 ... Source electrode Shared drain region 62 ... Transfer gate electrode 66 ... Discharge gate electrode 67 ... Discharge drain region 68 ... Transistor formation part 73 ... Charge storage region 74 ... Pinning layer 75 ... Light shielding layer 81 ... Well 82 ... Contact layer 112 ... Epi layer 112 ... p Layer 113 ... Surface buried region 114 ... Pinning layer 115 ... Transfer gate electrode 116 ... Charge detection floating diffusion region 117 ... Transistor amplifier circuit 117 ... Amplifier circuit 118 ... Well 125 ... Substrate 151 ... Gate electrode 152 ... Source region 153 ... Drain Area 155 ... micro lens 211 ... n substrate 12 ... n-type epitaxial layer 213 ... well 221 ... depletion layer end 312 ... epilayer

Claims (10)

第1導電型で不純物密度1014cm-3以下且つ1011cm-3以上、厚さ10μm以上且つ50μm以下の半導体層からなる電荷生成層と、該電荷生成層の上部の一部に埋め込まれた第2導電型の半導体領域からなる表面埋込領域とを有する光電変換素子と、
前記電荷生成層の上部の他の一部に、平面パターン上前記表面埋込領域を囲むように埋め込まれ、第1導電型で不純物密度1015cm-3以上且つ1018cm-3以下の転送チャネル形成ウェル及び増幅回路形成ウェルと、
前記転送チャネル形成ウェルの上部の一部に埋め込まれた第2導電型の半導体領域からなり、前記光電変換素子から信号電荷が転送される電荷検出領域と、
前記増幅回路形成ウェルの上部の一部を用いて構成され、前記電荷検出領域の電位を増幅して読み出す増幅回路と、
前記転送チャネル形成ウェル及び前記増幅回路形成ウェルのそれぞれの底部に設けられ前記電荷生成層と接して設けられた第2導電型の半導体領域からなるブロック層
とを備える複数の画素を配列し、前記電荷生成層は前記複数の画素の共通層であり、前記転送チャネル形成ウェル及び前記増幅回路形成ウェルの少なくとも一方が、前記複数の画素間を電気的に分離する画素間分離領域として機能することを特徴とする増幅型固体撮像装置。
A charge generation layer comprising a semiconductor layer of the first conductivity type and having an impurity density of 10 14 cm −3 or less and 10 11 cm −3 or more and a thickness of 10 μm or more and 50 μm or less, and embedded in a part of the upper part of the charge generation layer A photoelectric conversion element having a surface buried region made of a second conductivity type semiconductor region;
Another portion of the upper portion of the charge generation layer is embedded so as to surround the surface buried region on a planar pattern, and is transferred with an impurity density of 10 15 cm −3 or more and 10 18 cm −3 or less in the first conductivity type. A channel formation well and an amplification circuit formation well;
A charge detection region comprising a semiconductor region of a second conductivity type embedded in a part of an upper portion of the transfer channel forming well, wherein a signal charge is transferred from the photoelectric conversion element;
An amplification circuit configured using a part of the upper part of the amplification circuit formation well, and amplifying and reading out the potential of the charge detection region;
A plurality of pixels including a block layer made of a semiconductor region of a second conductivity type provided at the bottom of each of the transfer channel formation well and the amplification circuit formation well and in contact with the charge generation layer; The charge generation layer is a common layer of the plurality of pixels, and at least one of the transfer channel formation well and the amplification circuit formation well functions as an inter-pixel isolation region that electrically isolates the plurality of pixels. A feature of the amplification type solid-state imaging device.
前記転送チャネル形成ウェル内に、遮光された電荷蓄積素子を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の増幅型固体撮像装置。   The amplification type solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a light-shielding charge storage element in the transfer channel forming well. 第1導電型で不純物密度1014cm-3以下且つ1011cm-3以上、厚さ10μm以上且つ50μm以下の半導体層からなる電荷生成層と、該電荷生成層の上部の一部に埋め込まれた第2導電型の半導体領域からなる表面埋込領域とを有する光電変換素子と、
前記電荷生成層の上部の他の一部に、平面パターン上前記表面埋込領域を囲むように埋め込まれ、第1導電型で不純物密度1015cm-3以上且つ1018cm-3以下の転送チャネル形成ウェル及び増幅回路形成ウェルと、
前記転送チャネル形成ウェルの上部の一部に埋め込まれた第2導電型の半導体領域からなり、前記光電変換素子から信号電荷が転送される第1及び第2の電荷検出領域と、
前記増幅回路形成ウェルの上部の一部を用いて構成され、前記第1及び第2の電荷検出領域の電位をそれぞれ増幅して読み出す増幅回路と、
前記転送チャネル形成ウェル及び前記増幅回路形成ウェルのそれぞれの底部に設けられ前記電荷生成層と接して設けられた第2導電型の半導体領域からなるブロック層
とを備える複数の画素を配列し、前記電荷生成層は前記複数の画素の共通層であり、前記転送チャネル形成ウェル及び前記増幅回路形成ウェルの少なくとも一方が、前記複数の画素間を電気的に分離する画素間分離領域として機能することを特徴とする増幅型固体撮像装置。
A charge generation layer comprising a semiconductor layer of the first conductivity type and having an impurity density of 10 14 cm −3 or less and 10 11 cm −3 or more and a thickness of 10 μm or more and 50 μm or less, and embedded in a part of the upper part of the charge generation layer A photoelectric conversion element having a surface buried region made of a second conductivity type semiconductor region;
Another portion of the upper portion of the charge generation layer is embedded so as to surround the surface buried region on a planar pattern, and is transferred with an impurity density of 10 15 cm −3 or more and 10 18 cm −3 or less in the first conductivity type. A channel formation well and an amplification circuit formation well;
A first and second charge detection region comprising a second conductivity type semiconductor region embedded in a part of the upper portion of the transfer channel forming well, wherein signal charges are transferred from the photoelectric conversion element;
An amplifying circuit configured using a part of the upper part of the amplifying circuit forming well, and amplifying and reading out the potentials of the first and second charge detection regions,
A plurality of pixels including a block layer made of a semiconductor region of a second conductivity type provided at the bottom of each of the transfer channel formation well and the amplification circuit formation well and in contact with the charge generation layer; The charge generation layer is a common layer of the plurality of pixels, and at least one of the transfer channel formation well and the amplification circuit formation well functions as an inter-pixel isolation region that electrically isolates the plurality of pixels. A feature of the amplification type solid-state imaging device.
前記電荷生成層の下面に、第1導電型で不純物密度1017cm-3以上且つ1021cm-3以下の半導体からなる基板を更に備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の増幅型固体撮像装置。 4. The substrate according to claim 1, further comprising a substrate made of a semiconductor having a first conductivity type and an impurity density of 10 17 cm −3 or more and 10 21 cm −3 or less on a lower surface of the charge generation layer. The amplification type solid-state imaging device according to item. 前記電荷生成層の下面に、第2導電型で、不純物密度1013cm-3以上且つ1015cm-3以下の半導体からなる基板を更に備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の増幅型固体撮像装置。 4. The substrate according to claim 1, further comprising a substrate made of a semiconductor having a second conductivity type and having an impurity density of 10 13 cm −3 or more and 10 15 cm −3 or less on a lower surface of the charge generation layer. 2. The amplification type solid-state imaging device according to item 1. 前記画素は、
前記転送チャネル形成ウェルの表面に設けられた絶縁膜と、
前記光電変換素子と前記電荷検出領域の間の前記絶縁膜上に設けられた転送ゲート電極
とを更に備え、
前記表面埋込領域、前記電荷検出領域及び前記転送ゲート電極により、前記転送チャネル形成ウェルの上部に設けれた転送チャネルを介して、前記表面埋込領域から前記電荷検出領域に信号電荷を転送する転送トランジスタが構成されることを特徴とする請求項1、3,4,5のいずれか1項に記載の増幅型固体撮像装置。
The pixel is
An insulating film provided on the surface of the transfer channel forming well;
A transfer gate electrode provided on the insulating film between the photoelectric conversion element and the charge detection region;
The surface buried region, the charge detection region, and the transfer gate electrode transfer signal charges from the surface buried region to the charge detection region via a transfer channel provided above the transfer channel formation well. The amplification type solid-state imaging device according to claim 1, wherein a transfer transistor is configured.
前記転送トランジスタがオフの時の前記転送チャネルのポテンシャルが正であることを特徴とする請求項6に記載の増幅型固体撮像装置。   The amplification type solid-state imaging device according to claim 6, wherein the potential of the transfer channel when the transfer transistor is off is positive. 前記転送チャネル形成ウェルに、前記転送チャネルの電位を固定するコンタクト領域を更に備えることを特徴とする請求項6に記載の増幅型固体撮像装置。   The amplification type solid-state imaging device according to claim 6, further comprising a contact region for fixing a potential of the transfer channel in the transfer channel formation well. 前記画素は、
前記転送チャネル形成ウェルの表面に設けられた絶縁膜と、
前記光電変換素子と前記第1の電荷検出領域の間の前記絶縁膜上に設けられた第1の転送ゲート電極と、
前記光電変換素子と前記第2の電荷検出領域の間の前記絶縁膜上に設けられた第2の転送ゲート電極
とを更に備え、
前記表面埋込領域、前記第1の電荷検出領域及び前記第1の転送ゲート電極により、前記転送チャネル形成ウェルの上部に設けれた第1の転送チャネルを介して、前記表面埋込領域から前記第1の電荷検出領域に信号電荷を転送する第1の転送トランジスタが構成され、
前記表面埋込領域、前記第2の電荷検出領域及び前記第2の転送ゲート電極により、前記転送チャネル形成ウェルの上部に設けれた第2の転送チャネルを介して、前記表面埋込領域から前記第2の電荷検出領域に信号電荷を転送する第2の転送トランジスタが構成されることを特徴とする請求項3に記載の増幅型固体撮像装置。
The pixel is
An insulating film provided on the surface of the transfer channel forming well;
A first transfer gate electrode provided on the insulating film between the photoelectric conversion element and the first charge detection region;
A second transfer gate electrode provided on the insulating film between the photoelectric conversion element and the second charge detection region;
The surface buried region, the first charge detection region, and the first transfer gate electrode from the surface buried region through the first transfer channel provided on the transfer channel formation well. A first transfer transistor configured to transfer a signal charge to the first charge detection region;
The surface buried region, the second charge detection region, and the second transfer gate electrode, from the surface buried region through the second transfer channel provided on the transfer channel forming well. The amplification type solid-state imaging device according to claim 3, wherein a second transfer transistor configured to transfer a signal charge to the second charge detection region is configured.
前記ブロック層の電位を固定する手段を更に備えることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の増幅型固体撮像装置。   The amplification type solid-state imaging device according to claim 1, further comprising means for fixing a potential of the block layer.
JP2008220478A 2008-08-28 2008-08-28 Amplification type solid state imaging device Withdrawn JP2010056345A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008220478A JP2010056345A (en) 2008-08-28 2008-08-28 Amplification type solid state imaging device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008220478A JP2010056345A (en) 2008-08-28 2008-08-28 Amplification type solid state imaging device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010056345A true JP2010056345A (en) 2010-03-11

Family

ID=42071942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008220478A Withdrawn JP2010056345A (en) 2008-08-28 2008-08-28 Amplification type solid state imaging device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010056345A (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015504249A (en) * 2012-01-06 2015-02-05 マイクロソフト コーポレーション Broadband imaging device
WO2015072427A1 (en) 2013-11-14 2015-05-21 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 Endoscope imaging device
JP2015177191A (en) * 2014-03-12 2015-10-05 イー2ヴイ テクノロジーズ (ユーケイ) リミテッド CMOS image sensor
JP2015537375A (en) * 2012-10-18 2015-12-24 イー・2・ブイ・セミコンダクターズ Image sensor with improved quantum efficiency at long wavelengths
JP2016528732A (en) * 2013-08-05 2016-09-15 レイセオン カンパニー PiN diode structure with surface charge suppression
KR20180028752A (en) * 2016-09-09 2018-03-19 주식회사 디비하이텍 Photo-detector
WO2019112046A1 (en) * 2017-12-08 2019-06-13 国立大学法人静岡大学 Photoelectric conversion element and solid-state imaging device
WO2019112047A1 (en) * 2017-12-09 2019-06-13 国立大学法人静岡大学 Charge modulation element and solid state imaging device
US11393855B2 (en) 2018-11-29 2022-07-19 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion apparatus, photoelectric conversion system, and moving object
JP7370323B2 (en) 2017-10-27 2023-10-27 エッレファウンドリ エッセ.エッレ.エッレ. Ionizing radiation and particle accumulation sensor

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015504249A (en) * 2012-01-06 2015-02-05 マイクロソフト コーポレーション Broadband imaging device
JP2015537375A (en) * 2012-10-18 2015-12-24 イー・2・ブイ・セミコンダクターズ Image sensor with improved quantum efficiency at long wavelengths
JP2016528732A (en) * 2013-08-05 2016-09-15 レイセオン カンパニー PiN diode structure with surface charge suppression
WO2015072427A1 (en) 2013-11-14 2015-05-21 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 Endoscope imaging device
JP5829365B2 (en) * 2013-11-14 2015-12-09 オリンパス株式会社 Endoscopic imaging device
CN105474068A (en) * 2013-11-14 2016-04-06 奥林巴斯株式会社 Endoscope imaging device
US10325955B2 (en) 2014-03-12 2019-06-18 Teledyne E2V (Uk) Limited CMOS image sensor with backside biased substrate
JP2015177191A (en) * 2014-03-12 2015-10-05 イー2ヴイ テクノロジーズ (ユーケイ) リミテッド CMOS image sensor
KR102632100B1 (en) * 2016-09-09 2024-02-01 주식회사 디비하이텍 Photo-detector
KR20180028752A (en) * 2016-09-09 2018-03-19 주식회사 디비하이텍 Photo-detector
JP7370323B2 (en) 2017-10-27 2023-10-27 エッレファウンドリ エッセ.エッレ.エッレ. Ionizing radiation and particle accumulation sensor
JP7162902B2 (en) 2017-12-08 2022-10-31 国立大学法人静岡大学 Photoelectric conversion element and solid-state imaging device
WO2019112046A1 (en) * 2017-12-08 2019-06-13 国立大学法人静岡大学 Photoelectric conversion element and solid-state imaging device
CN111466027A (en) * 2017-12-08 2020-07-28 国立大学法人静冈大学 Photoelectric conversion element and solid-state image pickup device
JPWO2019112046A1 (en) * 2017-12-08 2020-12-17 国立大学法人静岡大学 Photoelectric conversion element and solid-state image sensor
US11222911B2 (en) 2017-12-08 2022-01-11 National University Corporation Shizuoka University Photoelectric conversion element and solid-state imaging device
CN111466027B (en) * 2017-12-08 2023-06-16 国立大学法人静冈大学 Photoelectric conversion element and solid-state image pickup device
JPWO2019112047A1 (en) * 2017-12-09 2020-12-17 国立大学法人静岡大学 Charge modulation element and solid-state image sensor
US11398519B2 (en) 2017-12-09 2022-07-26 National University Corporation Shizuoka University Charge modulation element and solid-state imaging device
WO2019112047A1 (en) * 2017-12-09 2019-06-13 国立大学法人静岡大学 Charge modulation element and solid state imaging device
US11393855B2 (en) 2018-11-29 2022-07-19 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion apparatus, photoelectric conversion system, and moving object

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3621400B2 (en) Solid-state imaging device and manufacturing method thereof
JP2010056345A (en) Amplification type solid state imaging device
EP2030240B1 (en) Pmos pixel structure with low cross talk
CN105895650B (en) Solid-state imaging apparatus and electronic equipment
KR101693880B1 (en) Solid-state image pickup element and image pickup apparatus
US9537028B2 (en) Pinned photodiode (PPD) pixel architecture with separate avalanche region
KR101206589B1 (en) Solid-state image sensor with reduced blooming and colour mixing
KR101385014B1 (en) Semiconductor element and solid-state image pickup device
US7816755B2 (en) Photoelectric conversion device with isolation arrangement that reduces pixel space without reducing resolution or sensitivity
US9728565B2 (en) Low full-well capacity image sensor with high sensitivity
JP3584196B2 (en) Light receiving element and photoelectric conversion device having the same
US20180190709A1 (en) Image sensors
CN100568518C (en) Semiconductor device and preparation method thereof
WO2016013227A1 (en) Optical detection element and solid-state image pickup device
JP2009510777A (en) Photodetector and N-type layer structure for improved collection
JP5677238B2 (en) Solid-state imaging device
US20110001207A1 (en) Solid state image sensor and manufacturing method thereof
US8462239B2 (en) Solid-state imaging device and electronic imaging device having multi-stage element isolation layer
JP2010087379A (en) Color imaging device
JP2007189131A (en) Solid photographing element
JP6799739B2 (en) Photodetector and solid-state image sensor
JP2016111224A (en) Photodetector and solid state image sensor
KR20240042406A (en) Light detection device, manufacturing method and electronic device for light detection device
JP2010258268A (en) Solid-state imaging element, imaging device, and method of manufacturing solid-state imaging element

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20111101