JP2010073804A - Solid-state imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置に関し、特に、固体撮像装置の水平転送レジスタに関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a horizontal transfer register of a solid-state imaging device.
近年、携帯電話やデジタルカメラ等に使用される固体撮像装置は、更なる高性能化が望まれている。 In recent years, solid-state imaging devices used for mobile phones, digital cameras, and the like have been desired to have higher performance.
従来の固体撮像装置は、一導電型半導体基板上に形成された反対導電型のウェルの表面にマトリクス状に形成された複数の受光素子と、これらの受光素子に接続され、受光素子で光電変換により得られた信号電荷を転送する複数のCCD垂直転送レジスタと、これらのCCD垂直転送レジスタに接続され、CCD垂直転送レジスタに転送された信号電荷を出力回路に転送するCCD水平転送レジスタと、で構成されている。 A conventional solid-state imaging device has a plurality of light receiving elements formed in a matrix on the surface of a well of opposite conductivity type formed on a single conductive type semiconductor substrate, and is connected to these light receiving elements, and photoelectric conversion is performed by the light receiving elements. A plurality of CCD vertical transfer registers that transfer the signal charges obtained by the above, and a CCD horizontal transfer register that is connected to these CCD vertical transfer registers and transfers the signal charges transferred to the CCD vertical transfer registers to the output circuit. It is configured.
このような固体撮像装置において、CCD水平転送レジスタは、半導体基板上に形成されたウェルの表面に形成され、信号電荷を転送するための不純物領域であるCCDチャネルと、このCCDチャネル上に、信号電荷の転送方向に対して垂直に配列形成された複数の転送電極とで構成されている。ここでCCDチャネルは、十分な転送容量を得るために、幅の広い不純物領域で形成されている。一方、CCD水平転送レジスタで転送された信号電荷は、信号電荷の逆流を防止する出力ゲートを介して最終段に接続され、静電容量であるフローティングディフュージョン部(以下、FD部と称す)で電圧変換されて出力される。このFD部は、高い出力電圧を得るために、十分に小さな面積で形成されている。従って、CCD水平転送レジスタからFD部に信号電荷を転送する不純物領域(以下、チャネル絞り込み領域と称す)は、出力ゲート部において、信号電荷の転送方向に対して幅が狭くなるように形成されている。 In such a solid-state imaging device, a CCD horizontal transfer register is formed on the surface of a well formed on a semiconductor substrate, and a CCD channel which is an impurity region for transferring signal charges, and a signal on the CCD channel It is composed of a plurality of transfer electrodes arranged in a direction perpendicular to the charge transfer direction. Here, the CCD channel is formed of a wide impurity region in order to obtain a sufficient transfer capacity. On the other hand, the signal charge transferred by the CCD horizontal transfer register is connected to the final stage through an output gate that prevents backflow of the signal charge, and voltage is applied to a floating diffusion portion (hereinafter referred to as FD portion) that is a capacitance. It is converted and output. The FD portion is formed with a sufficiently small area in order to obtain a high output voltage. Therefore, an impurity region (hereinafter referred to as a channel narrowing region) for transferring signal charges from the CCD horizontal transfer register to the FD portion is formed in the output gate portion so as to be narrower in the signal charge transfer direction. Yes.
このように、信号電荷を、幅広いCCD水平転送レジスタから出力ゲートを介して面積の小さなFD部に絞り込んで転送する際、以下の問題がある。 As described above, when signal charges are transferred from a wide range of CCD horizontal transfer registers to an FD portion having a small area via an output gate, there are the following problems.
信号電荷の転送方向に対してチャネル幅を急激に狭くすると、チャネル絞り込み領域によって形成される電位は、ナローチャネル効果によって、チャネル幅が狭いほど低くなる。従って、出力ゲート近傍においては、電位勾配が緩くなり、または、逆勾配が生じ、信号電荷が正常に転送されずに残留してしまうという問題がある。なお、ナローチャネル効果による上述のような電位の不具合は、一般的にチャネル外側に設けられ、チャネル領域と反対導電型の不純物層であるチャネルストッパ障壁が、チャネル幅が狭くなるにつれてチャネル絞り込み領域に染み出し、チャネル絞り込み領域のチャネルストッパ障壁との接合部近傍において、不純物濃度が減少し、チャネル形成に必要な電位が低下することによる。 When the channel width is abruptly narrowed in the signal charge transfer direction, the potential formed by the channel narrowing region becomes lower as the channel width is narrower due to the narrow channel effect. Therefore, in the vicinity of the output gate, there is a problem that the potential gradient becomes gentle or a reverse gradient occurs, and the signal charge remains without being transferred normally. Note that the above-described potential defects due to the narrow channel effect are generally provided outside the channel, and the channel stopper barrier, which is an impurity layer of the opposite conductivity type to the channel region, becomes a channel narrowing region as the channel width becomes narrower. This is because the impurity concentration decreases in the vicinity of the junction between the channel squeezing region and the channel stopper barrier, and the potential necessary for channel formation decreases.
そこで、チャネル絞り込み領域を、出力ゲートより電荷転送方向手前のCCD水平転送レジスタから設けることによって、絞り込み角度を、転送効率が急激に劣化する80°より小さく形成することで信号電荷の転送効率の劣化を抑制することが可能な固体撮像装置が知られている(例えば特許文献1参照)。 Therefore, the channel narrowing region is provided from the CCD horizontal transfer register in front of the charge transfer direction from the output gate, so that the narrowing angle is formed smaller than 80 ° at which the transfer efficiency rapidly deteriorates, thereby deteriorating the transfer efficiency of the signal charge. A solid-state imaging device capable of suppressing the above is known (for example, see Patent Document 1).
また、チャネル絞り込み領域において、FD部との接合部近傍に、より高濃度の不純物層を形成し、高電位部を形成することで、出力ゲートにおける転送効率の劣化を抑制することが可能な固体撮像装置が知られている(例えば特許文献2参照)。 Further, in the channel narrowing region, a higher concentration impurity layer is formed in the vicinity of the junction with the FD portion, and a high potential portion is formed, so that deterioration of transfer efficiency in the output gate can be suppressed. An imaging device is known (see, for example, Patent Document 2).
しかし、特許文献1、2に記載の固体撮像装置においては、急激な絞込みを回避するためにCCD水平転送レジスタからチャネル絞り込み領域を設けているため、チャネル幅が狭くなり、CCD水平転送レジスタの転送容量が低下するという問題がある。
However, in the solid-state imaging devices described in
また、特許文献2においては、電極の電極幅を広く形成し、転送長を長くすることで転送容量の低下を抑制することができる固体撮像装置が示されている。しかし、転送長を長くするため、信号電荷の転送時間が長くなり、装置の高速性が失われるという問題がある。さらに、装置が大型化するという問題がある。
本発明の課題は、小型で高速動作が可能な固体撮像装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that is small and capable of high-speed operation.
本発明の固体撮像装置は、第1導電型半導体基板上に形成された第2導電型のウェルと、このウェルの表面に形成された第1導電型の第1の不純物領域と、この第1の不純物領域の表面に所定の間隔で形成された複数の第2導電型の第2の不純物領域とを有する転送チャネルと、この転送チャネルの第1の不純物領域上に形成され、転送チャネルで転送される電荷の転送方向に対してそれぞれ垂直に形成された複数の第1の転送電極と、転送チャネルの第2の不純物領域上に形成され、複数の第1の転送電極間にそれぞれ形成された複数の第2の転送電極と、これらの第2の転送電極の最終段に隣接し、この最終段の電極に平行に形成された出力ゲート電極と、この出力ゲート電極下で第1の不純物領域の表面に、電荷の転送方向に向かって幅が狭くなるように形成され、第1の不純物領域よりも高濃度の第1導電型のチャネル絞り込み部と、このチャネル絞り込み部の終端に接合して形成され、チャネル絞り込み部よりも高濃度の第1導電型のフローティングディフュージョン部と、を具備するものである。 The solid-state imaging device of the present invention includes a second conductivity type well formed on a first conductivity type semiconductor substrate, a first conductivity type first impurity region formed on the surface of the well, and the first conductivity type well. A transfer channel having a plurality of second conductivity type second impurity regions formed at a predetermined interval on the surface of the impurity region, and formed on the first impurity region of the transfer channel and transferred by the transfer channel Formed on the plurality of first transfer electrodes formed perpendicular to the charge transfer direction and the second impurity region of the transfer channel, and formed between the plurality of first transfer electrodes, respectively. A plurality of second transfer electrodes, an output gate electrode formed adjacent to and in parallel with the final stage of these second transfer electrodes, and a first impurity region under the output gate electrode Towards the surface of the charge transfer direction Is formed so as to be narrower, and is formed by being joined to the channel narrowing portion of the first conductivity type having a higher concentration than the first impurity region and the end of the channel narrowing portion, and having a higher concentration than the channel narrowing portion. And a floating diffusion portion of one conductivity type.
本発明によれば、小型で高速動作が可能な固体撮像装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a small-sized solid-state imaging device capable of high-speed operation.
以下に、本実施形態による固体撮像装置について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, the solid-state imaging device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
図1Aは、本実施形態による固体撮像装置のCCD水平転送レジスタの一部を拡大した上面図であり、図1Bは、図1Aの部分拡大図である。また、図2Aは、図1Aの破線X―X´構造断面図を示し、図2Bは、図2Aに示す固体撮像装置に形成される電位の様子を示す。 1A is an enlarged top view of a part of the CCD horizontal transfer register of the solid-state imaging device according to the present embodiment, and FIG. 1B is a partially enlarged view of FIG. 1A. 2A shows a cross-sectional view of the broken line XX ′ structure of FIG. 1A, and FIG. 2B shows the state of the potential formed in the solid-state imaging device shown in FIG. 2A.
図2Aに示すように、本実施形態による固体撮像装置は、n型半導体基板11上に形成されたp型ウェル12に、複数のフォトダイオード(図示せず)から出力され、複数のCCD垂直転送レジスタ(図示せず)によって転送された信号電荷を出力部13に転送するCCD水平転送レジスタ14が形成されている。出力部13は、CCD水平転送レジスタ14の最終段に形成され、転送された信号電荷の逆流を防止する出力ゲート部15と、この出力ゲート部15に接続され、転送された信号電荷を電圧に変換して出力するFD部16と、このFD部16に接続され、FD部16に転送された信号電荷を所望のタイミングで排出するリセット部17とで構成されている。
As shown in FIG. 2A, the solid-state imaging device according to the present embodiment outputs a plurality of CCDs vertically transferred from a plurality of photodiodes (not shown) to a p-
図1Aに示すように、CCD水平転送レジスタ14は、図2Aに示すp型ウェル12に一定の幅L1で形成され、信号電荷を転送する転送チャネル18と、この転送チャネル18上に、信号電荷の転送方向に対して垂直かつ互いに平行に形成された複数の転送電極19とで構成されている。ここで転送チャネル18は、図2A、図2Bに示すように、複数のフォトダイオード(図示せず)に接続される複数のCCD垂直転送レジスタ(図示せず)による信号電荷の転送方向に対して垂直方向に形成された第1のn型不純物領域20と、この第1のn型不純物領域20の表面に一定の間隔で形成された第1、第2のp型不純物領域211、212とで構成されている。ここで第2のp型不純物領域212は、第1のp型不純物領域211と比べて濃い濃度で形成されている。このように形成された転送チャネル18は、図2Bの破線で示すように、第2のp型不純物領域212、第1のp型不純物領域211、第1のn型不純物領域20の順に高電位になるように形成されている。
As shown in FIG. 1A, the CCD
転送チャネル18上の転送電極19は、第1、第2のp型不純物領域211、212の間の第1のn型不純物領域20上にそれぞれ形成された転送電極ストレージ部191と、第1、第2のp型不純物領域211、212上に形成された転送電極バリア部192とで構成された多層電極構造である。また、後述する出力ゲート電極24に隣接する転送電極18は、転送電極レジスタ最終段193である。これらの電極191、192、193は、例えばポリシリコンで形成されている。図1Aに示すように、これらの転送電極ストレージ部191、転送電極バリア部192及び転送電極レジスタ最終段193の電極幅L2は、互いにほぼ等しく形成されている。
The
出力ゲート部15は、図2A、図2Bに示すように、転送電極レジスタ最終段193下の第1のp型不純物領域211の終端からFD部16に至る領域に延長形成されている第1のn型不純物領域20及び、この第1のn型不純物領域20の表面のFD部16近傍にこれより濃い濃度で形成された第2のn型不純物領域22からなる出力チャネル23と、この出力チャネル23上に形成され、例えばポリシリコンからなる出力ゲート電極24とで構成されている。この出力ゲート電極24の電極幅L3は、図1Aに示すように、転送電極ストレージ部191、転送電極バリア部192及び転送電極レジスタ最終段193とほぼ等しく形成されている。ここで出力ゲート部15に形成された出力チャネル23について、図3〜図6を参照して説明する。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
図3A、図3B、図3Cはそれぞれ、図1Bの破線A1−A1´、破線B1−B1´、破線C1−C1´に沿った構造断面図を示し、図4A、図4Bはそれぞれ、図1Bの破線A2−A2´、破線B2−B2´に沿った構造断面図を示す。 3A, FIG. 3B, and FIG. 3C show structural sectional views along broken lines A1-A1 ′, broken lines B1-B1 ′, and broken lines C1-C1 ′ in FIG. 1B, respectively, and FIG. 4A and FIG. The structural sectional view along broken line A2-A2 'and broken line B2-B2' is shown.
図3、図4に示すように出力ゲート電極24下に形成された出力チャネル23は、第1の不純物領域20からなり、図1Bに示すように一定の幅L1であるチャネル非絞り込み部23aと、同じく図1Bに示すようにチャネル非絞り込み部23aの終端からFD部16に向かって幅L4が狭くなる領域であり、第1の不純物領域20及びこの表面に形成された第2の不純物領域22からなるチャネル絞り込み部23bとで構成される。チャネル絞り込み部23bは、図1Aに示すように、FD部16を通り、転送チャネルに平行な方向(図1Aの一点鎖線X−X´の延長方向)とチャネル絞り込み部23bの側部23b−1とで形成される角度aが86.5度で形成されている。ここで、チャネル絞り込み部23bとチャネル非絞り込み部23aとの接合部の幅は、図1A、図1Bに示すように、L1に一致するように形成されることが望ましい。この理由については後述する。
The
次に、上述したチャネル絞り込み部23bによって形成される電位を図5、図6を参照して説明する。図5は、図3A、図3B、図3Cで示す断面の位置において不純物領域によって形成される電位を示し、図6は、図4A、図4Bで示す断面の位置にいて不純物領域によって形成される電位を示す。
Next, the potential formed by the above-described
図5に示すように、チャネル絞り込み部23bによって形成される電位は、チャネル非絞り込み部23aからFD部16に至る方向に向かって高電位になっている。また、図6に示すように、チャネル絞り込み部23bの端部23b−2から中央部23b−3に向かって高電位になっている。
As shown in FIG. 5, the potential formed by the
以上に示すような出力ゲート部15から出力される信号電荷は、以下のFD部16部及びリセット部17で処理される。これらFD部16及びリセット部17は、例えば以下の構成である。
The signal charges output from the
図2A、図2Bに示すように、FD部16は、出力ゲート部15の終端からリセット部17に至る領域まで一定の幅で延長形成されている第2のn型不純物領域22の表面に、これより更に高濃度の第1のn+不純物領域25が形成された領域である。この第1のn+不純物領域25は、転送された信号電荷が蓄積される静電容量として機能する箇所であり、Q=CV(Q:電荷量、C:静電容量、V:出力電圧)の関係によって、信号電荷を電圧に変換して出力する。このFD部16には、変換された電圧を増幅するアンプ26が接続されている。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
リセット部17は、FD部16を構成する第2の不純物領域22の終端から延長形成された第2のn型不純物領域22と、この第2のn型不純物領域22の表面において、FD部16を構成する第1のn+不純物領域25と所定の間隔を有して形成された第2のn+不純物領域27と、第1、第2のn+不純物領域25、27との間の第2のn型不純物領域22上に形成されたリセット電極28とで構成される。このようなリセット部17は、リセット電極28に所望のタイミングで電圧パルスを印加することで、第1のn+不純物領域25に蓄積された不要の信号電荷を第2のn+不純物領域27に排出している。ここで、第1のn+不純物領域25と第2のn+不純物領域27の不純物濃度は、本実施形態においては等しく形成しているが、第2のn+不純物領域27の不純物濃度は、第1のn+不純物領域25以上であってもよい。
The
なお、上述の構成において、転送電極191、192、出力ゲート電極24及びリセット電極28は、p型ウェル22上に形成された絶縁膜29上に形成されている。
In the configuration described above, the
次に、上述の固体撮像装置による信号電荷の転送方法について、図7A、図7Bを参照して説明する。 Next, a signal charge transfer method by the above-described solid-state imaging device will be described with reference to FIGS. 7A and 7B.
上述の固体撮像装置は、いわゆる2相駆動方式で動作するものである。すなわち、一組の転送電極ストレージ部191及び転送電極バリア部192からなる転送電極19aと、この転送電極19aに隣接し、他の一組の転送電極ストレージ部191及び転送電極バリア部192からなる転送電極19bとに、互いに異なる2種類の電圧を有するパルスを交互に印加することで信号電荷の転送を行う方式である。なお、印加する電圧パルスは、互いに逆位相の電圧パルスであってもよいが、ここでは異なる2種類の電圧を有するパルスを印加する場合について説明する。
The above-described solid-state imaging device operates by a so-called two-phase driving method. That is, a
まず、図7Aに示すように、転送電極19aにハイレベル電圧パルス(VφH)、第2の転送電極19b及び転送電極レジスタ最終段193にローレベル電圧パルス(VφL)をそれぞれ印加すると、転送チャネル18に形成される電位は、図7Aの実線に示すようになる。(同図の点線は、パルス印加前の電位を示している。)このとき、転送電極19bを構成する転送電極ストレージ部191下の点線で示す信号電荷30aは、電位勾配により転送され、黒丸30bに示すように、転送電極19aを構成する転送電極ストレージ部191下に移動する。このとき、転送電極レジスタ最終段193にも、転送電極19bと同様の電圧が印加されている。
First, as shown in FIG. 7A, when a high level voltage pulse (VφH) is applied to the
次に、図7Aの状態から、転送電極19aにローレベル電圧パルス(VφL)、転送電極19b及び転送電極レジスタ最終段193にハイレベル電圧パルス(VφH)をそれぞれ印加すると、転送チャネル18に形成される電位は、図7Bの実線に示すようになる。(同図の点線は、パルス印加前の電位を示している。)このとき、転送電極19aを構成する転送電極ストレージ部191下の点線で示す信号電荷30aは、電位勾配により転送され、黒丸30bに示すように、転送電極レジスタ最終段193下に移動する。
Next, when the low level voltage pulse (VφL) is applied to the
以上を繰り返すことで信号電荷30は、次々にCCD水平転送レジスタ14の転送チャネル18内で転送され、最終的に出力ゲート部15を介してFD部16に移動される。ここで、本実施形態においては、図1Aに示すように、出力ゲート電極24下に、第1のn型不純物領域20で形成されるチャネル非絞り込み部23aと、第1のn型不純物領域20及びこれよりも高濃度の第2のn型不純物領域22とで形成されるチャネル絞り込み部23bが形成されている。このうち、チャネル絞り込み部23bによって形成される電位は、図5、図6のように、転送チャネル18の終端からFD部16に向かって高電位になるような電位が形成されている。従って、信号電荷30はこの電位の勾配によりスムーズにFD部16まで転送される。
By repeating the above, the signal charges 30 are successively transferred in the
次に、上述の固体撮像装置の製造方法について、図2を参照して説明する。 Next, a method for manufacturing the above-described solid-state imaging device will be described with reference to FIG.
まず、n型半導体基板11に形成されたp型ウェル12の表面に、例えばP(リン)イオンを注入し、第1のn型不純物領域20を形成する。
First, for example, P (phosphorus) ions are implanted into the surface of the p-type well 12 formed in the n-
次に、p型ウェル12の表面に形成された第1のn型不純物領域20の表面に、一定の間隔を有して、第1のn型不純物領域20と同一の幅L1で、例えばB(ヨウ素)イオンを注入し、第1のp型不純物領域211を形成する。続いて、形成された第1のp型不純物領域211の表面の一部に、第1のn型不純物領域20と同一の幅L1で、Bイオンを重ねて注入し、第1のp型不純物領域211より高濃度の第2のp型不純物領域212を形成する。
Next, the surface of the first n-
一方、非絞り込み部23aの終端からリセット部17の終端に至る領域に、さらにPイオンを注入し、第1のn型不純物領域20より高濃度の第2のn型不純物領域22を形成する。このとき、この第2のn型不純物領域22と、この第2のn型不純物領域22下の第1のn型不純物領域20とで構成されるチャネル絞り込み部23bは、図1Aに示すように、非絞り込み部23aとの接合部から、FD部16に向かって、転送チャネル18の幅L1に対して幅L4が狭くなるように形成する。このとき、チャネル絞り込み部23bによって形成される電位は、図5、図6のように形成される。なお、このような電位は、通常のイオン注入によって形成されるものである。すなわち、二等辺三角形型の開口を有するレジストマスクを用いてイオン注入を行い、同一濃度の不純物領域22を形成することで、絞り込み部23bの端部23b−2近傍より転送方向に向かって電位が深くなるように電位勾配が形成され、ナローチャネル効果による電位勾配が緩くなる現象を抑制できる。さらに、後述するように、このチャネル絞り込み部23bを構成する第2の不純物領域22から延長形成された領域の表面に、これより高濃度の第1のn+型不純物領域25を形成するため、チャネル絞り込み部の中央部23b−3近傍に形成される電位は、この第1のn+型不純物領域25に向かって電位が深くなるように電位勾配が形成される。また、図5に示すように、FD部16に近づくにしたがって、チャネル絞り込み部23bの側部23b−1近傍の電位勾配は、転送方向に向かって電位が深くなるように形成されている。これも、ナローチャネル効果による電位勾配が緩くなる現象を抑制するものである。従って、図5、図6に示すような電位が形成される。
On the other hand, P ions are further implanted into a region from the end of the
ここで、上述のチャネル絞り込み部23bとチャネル非絞り込み部23aとの接合部の幅は、図1Aに示すように、チャネル非絞り込み部23aの幅L1に一致するように形成している。これは、以下に示すシミュレーション結果による。
Here, as shown in FIG. 1A, the width of the junction between the above-described
図8Aに、形成されるチャネル絞り込み部23bによる信号電荷の転送時間のシミュレーション結果を示す。シミュレーションにおいて、転送される信号電荷は、図8Bに破線で示すように、転送チャネル18の側部18a近傍を通り、チャネル絞り込み部23bの側部23b−1近傍を通る軌跡31をたどる場合を想定した。
FIG. 8A shows a simulation result of the signal charge transfer time by the formed
図8Aは、図8Bに示すように、信号電荷が軌跡31を通って転送される場合において、チャネル絞り込み部23bの幅L4をそれぞれyだけ小さくなるように形成した場合(チャネル絞り込み部23bを、図8Bに示す斜線部だけ縮小するように形成した場合)における転送時間の相対的な遅延量を示している。なお、同図において、y=0の場合における信号電荷の転送時間を1としている。
8A, when the signal charge is transferred through the
図8Aによれば、チャネル絞り込み部23bの幅L4が大きいほど転送される信号電荷の転送時間は早く、チャネル絞り込み部23bの端部23b−2間の距離がチャネル非絞り込み部23aの幅L1に一致するように形成したとき転送時間が最大になることがわかる。この結果は、以下の理由による。すなわち、チャネル絞り込み部23bの端部23b−2を転送チャネルの側部18aに近づけて形成し、且つチャネル絞り込み部23bの端部23b−2からチャネル絞り込み部23bの中央部23b−3に向かってチャネル絞り込み部23bを末広がりに形成することによって、チャネル絞り込み部23bの端部23b−2近傍より転送方向に向かって電位が深くなるように電位勾配が形成され、ナローチャネル効果による電位勾配が緩くなる現象を抑制することで、信号電荷30は、スムーズに転送される。
According to FIG. 8A, the larger the width L4 of the
以上より、チャネル絞り込み部23bの端部23b−3間の距離は、本実施形態に示したように、チャネル非絞り込み部23aの幅(転送チャネル18の幅)L1に一致させて形成することが望ましい。
As described above, the distance between the
次に、第2のn型不純物領域22の絞り込み部23b終端に隣接する領域に一定の間隔を有して、さらにAsイオンを注入し、第2のn型不純物領域22より高濃度の第1、第2のn+型不純物領域25、27を形成する。この第1のn+型不純物領域25は、FD部16を構成する領域であり、第1のn+型不純物領域25によって形成される電位によって、FD部16の静電容量が決定される。
Next, As ions are implanted into a region adjacent to the end of the narrowed
上述したようにイオン注入を行った後、各不純物領域が形成されたウェル12上の所望の位置に、絶縁膜29を介して転送電極ストレージ部191、転送電極バリア部192、転送電極レジスタ最終段193、出力ゲート電極24及びリセット電極28を形成する。
After performing the ion implantation as described above, the transfer
以上のような工程により、図2Aに示すような固体撮像装置を製造することができる。このとき、図2Bに示すような電位が形成される。 Through the steps as described above, a solid-state imaging device as shown in FIG. 2A can be manufactured. At this time, a potential as shown in FIG. 2B is formed.
以上に示すように、本実施形態による固体撮像装置によれば、出力ゲート電極24下において、FD部16に隣接する領域に、第1のn型不純物領域20よりも濃度が濃く、信号電荷の転送方向に向かって幅L4が狭くなる第2のn型不純物領域22を形成することで、チャネル絞り込み領域23bを形成している。このとき、チャネル絞り込み領域23bによる電位分布は、図5、図6に示すように、チャネル非絞り込み領域23aからFD部16に至る方向に向かって高電位になる電位勾配が形成される。従って、出力ゲート電極24下において、第2のn型不純物領域22と、この下部に形成された第1のn型不純物領域20とを急激に絞り込むことで絞り込み部23b形成しても、ナローチャネル効果による転送効率の低下を抑制することが可能となる。よって、出力ゲート電極24下において、転送効率の低下を抑制するためにCCD水平転送レジスタ14の転送チャネル18幅L1を徐々に狭くする必要がなくなり、転送容量の低下を防止することができる。従って、転送電極19の電極幅L2を広くして転送長を長くする必要がなくなるため、高速かつ小型の固体撮像装置を実現することが可能となる。
As described above, according to the solid-state imaging device according to the present embodiment, the concentration of the signal charge is higher in the region adjacent to the
さらに、図5、図6及び図7Aに示すように、チャネル絞り込み部23bを、この端部23b間の距離がチャネル非絞り込み部23aの幅L1に一致するように形成することで、ナローチャネル効果による電位勾配が緩くなる現象を抑制し、チャネル絞り込み部23bの端部23b−2近傍より転送方向に向かって電位が深くなるように電位勾配を形成できる。従って、転送チャネル18の側部18a近傍及び、チャネル絞り込み部23bの側部23b−1近傍を転送された信号電荷の転送時間を早くすることができるため、従来より高速動作が可能な固体撮像装置を実現することが可能となる。
Further, as shown in FIGS. 5, 6, and 7A, the narrow channel effect is formed by forming the
また、上述のように、出力ゲート電極24下のチャネル絞り込み部23bを急激に絞り込むことが可能であるため、FD部16の面積を従来より小さくすることが可能である。これにより、従来より固体撮像装置をさらに小型化することが可能になると共に、より高い出力電圧を得ることが可能となるため、小型・高感度の固体撮像装置を実現することが可能となる。
Further, as described above, since the
以上に、本発明の実施形態について説明したが、実施の形態は、上述に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変形可能である。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the embodiment is not limited to the above, and can be modified without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上述の実施形態において、出力ゲート電極24下の絞り込み部23bの絞り込み角aは、上述の86.5°に限定されるものではなく、これより大きい角度に形成することも可能である。この場合、必要な転送速度、転送効率を考慮して、チャネル絞り込み部23bを構成する第2のn型不純物領域22の濃度を濃くし、より急な電位勾配を形成すればよい。なお、これより小さい角度に形成することも可能であることは、言うまでもない。
For example, in the above-described embodiment, the narrowing angle “a” of the narrowing
また、上述の実施形態において、転送チャネル18上に形成された転送電極19は多層電極構造であったが、転送電極同士が互いに重なり合うことなく形成された単層電極構造であってもよい。
In the above-described embodiment, the
また、上述の実施形態において、転送電極バリア部192下に形成されるp型不純物領域211、212は、2種類の濃度で形成されていた。しかし、転送電極バリア部192下に形成されるp型不純物領域は、複数の濃度で形成してもよいし、信号電荷の転送方向に向かって徐々に薄くなるようなp型不純物領域を形成してもよい。特に、p型不純物領域を徐々に薄くなるように形成する場合、このp型不純物領域によって形成される電位は、階段状ではなく信号電荷の転送方向に向かって高電位になるような、なめらかな勾配を有することになるため、より転送効率を上昇させることが可能である。
In the above-described embodiment, the p-
また、上述の固体撮像装置の製造方法に関して、第1のn型不純物領域20は、少なくとも第2のn型不純物領域22に接合する箇所まで形成されていればよい。しかし、本実施形態に示すように、リセット部17を形成する箇所まで延長形成することで、第2のn型不純物領域22を形成する際に、マスクずれによってイオンが注入されず、電位障壁が形成されることを防止できる。なお、上述の実施形態において、上述と同様の理由により、第2のp型不純物領域212は、第1のp型不純物領域211の表面に形成され、また、第1、2のn+型不純物領域25、27を、第2のn型不純物領域22の表面に形成している。しかし、それぞれ図2Bに点線で示すような電位が形成されるように不純物領域を形成すればよい。従って、第2のp型不純物領域212は、第1のp型不純物領域211の表面に形成されなくともよいし、第1、2のn+型不純物領域25、27は、第2のn型不純物領域22の表面に形成されなくともよい。
Further, in the method for manufacturing the solid-state imaging device described above, the first n-
11・・・n型半導体基板、12・・・p型ウェル、13・・・出力部、14・・・CCD水平転送レジスタ、15・・・出力ゲート部、16・・・FD部、17・・・リセット部、18・・・転送チャネル、18a・・・転送チャネルの側部、19、19a、19b・・・転送電極、191・・・転送電極ストレージ部、192・・・転送電極バリア部、193・・・転送電極レジスタ最終段、20・・・第1のn型不純物領域、211・・・第1のp型不純物領域、212・・・第2のp型不純物領域、22・・・第2のn型不純物領域、23・・・出力チャネル、23a・・・チャネル非絞り込み部、23b・・・チャネル絞り込み部、23b−1・・・絞り込み部の側部、23b−2・・・絞り込み部の端部、23b−3・・・絞り込み部の中央部、24・・・出力ゲート電極、25・・・第1のn+型不純物領域、26・・・アンプ、27・・・第2のn+型不純物領域、28・・・リセット電極、29・・・絶縁膜、30a・・・転送前の信号電荷、30b・・・転送後の信号電荷、31・・・転送される信号電荷の軌跡。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
このウェルの表面に形成された第1導電型の第1の不純物領域と、この第1の不純物領域の表面に所定の間隔で形成された複数の第2導電型の第2の不純物領域とを有する第1のチャネルと、
この転送チャネルの前記第1の不純物領域上に形成され、前記転送チャネルで転送される電荷の転送方向に対してそれぞれ垂直に形成された複数の第1の転送電極と、
前記転送チャネルの前記第2の不純物領域上に形成され、前記複数の第1の転送電極間にそれぞれ形成された複数の第2の転送電極と、
これらの第2の転送電極の最終段に隣接し、この最終段の電極に平行に形成された出力ゲート電極と、
この出力ゲート電極下で前記第1の不純物領域の表面に、前記電荷の転送方向に向かって幅が狭くなるように形成され、前記第1の不純物領域よりも高濃度の第1導電型の第2のチャネルと、
このチャネル絞り込み部の終端に接合して形成され、前記チャネル絞り込み部よりも高濃度の第1導電型のフローティングディフュージョン部と、
を具備することを特徴とする固体撮像装置。 A second conductivity type well formed on the first conductivity type semiconductor substrate;
A first conductivity type first impurity region formed on the surface of the well, and a plurality of second conductivity type second impurity regions formed on the surface of the first impurity region at predetermined intervals. A first channel having;
A plurality of first transfer electrodes formed on the first impurity region of the transfer channel and formed perpendicular to a transfer direction of charges transferred by the transfer channel;
A plurality of second transfer electrodes formed on the second impurity region of the transfer channel and respectively formed between the plurality of first transfer electrodes;
An output gate electrode formed adjacent to and in parallel with the final stage of these second transfer electrodes;
Under the output gate electrode, the first impurity region is formed on the surface of the first impurity region so as to have a width narrower in the charge transfer direction, and has a first conductivity type having a concentration higher than that of the first impurity region. Two channels,
Formed by bonding to the end of the channel narrowing portion, the first conductivity type floating diffusion portion having a higher concentration than the channel narrowing portion;
A solid-state imaging device comprising:
このフローティングディフュージョン部と前記第3の不純物領域との間の半導体層上に形成され、前記フローティングディフュージョン部に転送された電荷を排出するリセット電極と、
をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 A third impurity region of a first conductivity type formed at a predetermined interval from the floating diffusion portion and formed at a concentration higher than the floating diffusion portion;
A reset electrode that is formed on the semiconductor layer between the floating diffusion portion and the third impurity region and discharges the charge transferred to the floating diffusion portion;
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008238172A JP2010073804A (en) | 2008-09-17 | 2008-09-17 | Solid-state imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
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JP (1) | JP2010073804A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112331688A (en) * | 2020-11-04 | 2021-02-05 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | CCD structure capable of simultaneously realizing large signal processing and high-frequency transfer |
-
2008
- 2008-09-17 JP JP2008238172A patent/JP2010073804A/en active Pending
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