JP2010080791A - Solid-state image sensing device and electronic instrument - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、CCD(Charge Coupled Device)型の固体撮像装置、及び当該固体撮像装置を備えた電子機器に関する。 The present invention relates to, for example, a CCD (Charge Coupled Device) type solid-state imaging device and an electronic apparatus including the solid-state imaging device.
固体撮像装置として、電荷結合素子(CCD)による固体撮像装置が知られている。このCCD型の固体撮像装置は、受光量に応じた信号電荷を生成、蓄積する光電変換素子、すなわちフォトダイオード(PD;Photo Diode)により受光センサ部が、複数個2次元マトリクス状に配列されて構成されている。この複数の受光センサ部のフォトダーオードに入射する被写体の光信号に基づいて信号電荷が発生し、蓄積される。蓄積された信号電荷は、受光センサ部の列毎に配置した垂直転送レジスタにより垂直方向に転送されると共に、CCD構造の水平転送レジスタによって水平方向に転送される。そして、水平方向に転送された信号電荷は、電荷−電圧変換部を有する出力部から被写体の画像情報として出力される。 A solid-state imaging device using a charge coupled device (CCD) is known as a solid-state imaging device. In this CCD type solid-state imaging device, a plurality of light receiving sensor units are arranged in a two-dimensional matrix by photoelectric conversion elements that generate and store signal charges corresponding to the amount of received light, that is, photodiodes (PDs). It is configured. Signal charges are generated and accumulated based on the optical signal of the subject incident on the photodiodes of the plurality of light receiving sensor units. The accumulated signal charges are transferred in the vertical direction by a vertical transfer register arranged for each column of the light receiving sensor unit, and transferred in the horizontal direction by a horizontal transfer register having a CCD structure. The signal charges transferred in the horizontal direction are output as image information of the subject from an output unit having a charge-voltage conversion unit.
このような構造を有するCCD型の固体撮像装置においては、近年、画素サイズの微細化に伴って、様々な問題点が出てきている。下記特許文献1では、画素サイズの縮小化に伴う細線化により、信号電荷の読み出し効率が悪化してしまうのを防ぐための構成が記載されている。
また、画素サイズの微細化を実現するためには、垂直転送レジスタを構成する垂直転送チャネルの細線化は必須の要件である。しかしながら、垂直転送チャネルの細線化を進めると、垂直転送チャネル周辺の素子分離部と受光センサ部に形成された不純物領域の空間電荷によるポテンシャルの変調効果が大きくなるという課題がある。図10〜図14を用いて、従来の固体撮像装置の構成と、そのポテンシャル分布について説明する。 Further, in order to realize a finer pixel size, it is an essential requirement to make the vertical transfer channel constituting the vertical transfer register thinner. However, as the vertical transfer channel becomes thinner, there is a problem that the potential modulation effect due to the space charge in the impurity regions formed in the element isolation portion and the light receiving sensor portion around the vertical transfer channel increases. A configuration of a conventional solid-state imaging device and its potential distribution will be described with reference to FIGS.
図10に、従来例の固体撮像装置の平面構成を示す。また、図11Aに、図10のA−A’線上に沿った断面構成を示し、図11Bには、図10のB−B’線上に沿った断面構成を示す。 FIG. 10 shows a planar configuration of a conventional solid-state imaging device. 11A shows a cross-sectional configuration along the line A-A ′ in FIG. 10, and FIG. 11B shows a cross-sectional configuration along the line B-B ′ in FIG. 10.
従来の固体撮像装置は、水平、及び垂直方向に配置されたフォトダイオードからなる複数の受光センサ部108と、読み出し部105と、垂直転送チャネル100とから構成される複数の画素113を有する。
受光センサ部108は、n型半導体からなる基板101の、p型半導体ウェル領域102に形成された信号電荷蓄積部106と、正孔蓄積領域107によって構成される。信号電荷蓄積部106は、n型の不純物領域により形成される。正孔蓄積領域107は、p型の不純物領域(p+)により形成され、信号電荷蓄積部106の表面に形成される。
垂直転送チャネル100は、受光センサ部に対して、所定間隔を空けてn型の不純物領域により形成されている。
読み出し部105は、垂直転送チャネル100と、読み出し対象となる一方側(図中右側)の受光センサ部108との間に、p型の不純物領域(p)により形成されている。
The conventional solid-state imaging device includes a plurality of
The light
The
The
また、垂直転送チャネル100と、読み出し対象でない他方側(図中左側)の受光センサ部108との間には、p型の不純物領域(p+)からなる水平素子分離部104が形成されている。そして、受光センサ部108の垂直方向の両端部には、p型の不純物領域(p+)からなる垂直素子分離部103が形成されている。水平素子分離部104は、水平方向において、それぞれの受光センサ部108を分離するものであり、垂直素子分離部103は、垂直方向において、それぞれの受光センサ部108を分離するものである。そして、垂直素子分離部103、水平素子分離部104、読み出し部105は、それぞれ垂直転送チャネル100に接触して形成されるものである。
In addition, a horizontal
読み出し部105、及び垂直転送チャネル100上には、絶縁膜109を介して第1転送電極111及び第2転送電極110が交互に形成されている。そして、垂直転送チャネル100、第1転送電極111、及び第2電極110により垂直転送レジスタが構成される。
On the
図11Aに示すように、第1転送電極111は、垂直素子分離部103上と、垂直素子分離部103と隣接する垂直転送チャネル100に渡って形成されている。第2転送電極110は、垂直転送チャネル100上に浮島状に形成されている。第2転送電極110は、受光センサ部108に蓄積された信号電荷を垂直転送チャネル100に読み出す為の、読み出し電極を兼ねるものである。
As shown in FIG. 11A, the
そして、ここでは図示しないが、転送電極上には、絶縁膜を介して転送電極を被覆する遮光膜が形成されている。遮光膜には、受光センサ部108を露出させる開口部が形成されている。
Although not shown here, a light-shielding film that covers the transfer electrode is formed on the transfer electrode via an insulating film. An opening for exposing the light
以上の構成を有する固体撮像装置では、第1転送電極111及び第2転送電極110に例えば4相の駆動パルスφV1,φV2,φV3,φV4を印加することにより、垂直転送チャネル100内のポテンシャル分布が変化される。そして、垂直転送チャネル100内において信号電荷が転送される。図12に、従来の固体撮像装置の垂直転送チャネル内におけるポテンシャル分布を示す。垂直転送チャネル100上の第1転送電極111及び第2転送電極110と、その第1転送電極111及び第2転送電極110下の垂直転送チャネル100におけるポテンシャル分布を対応させて図示している。図12は、第1の転送電極111に印加する駆動パルスφV1のみ、ローレベル(L)に設定し、他の駆動パルスφV2〜φV4は、ハイレベル(H)に設定したときのポテンシャル分布である。
In the solid-state imaging device having the above configuration, by applying, for example, four-phase drive pulses φV1, φV2, φV3, and φV4 to the
従来の固体撮像装置では、図12に示すように、垂直転送チャネル100において、垂直素子分離部103に接する位置では、垂直素子分離部103を構成するp型の不純物領域の影響でポテンシャルが浅くなるように変調を受ける。一方、垂直転送チャネル100において、受光センサ部108に接する位置では、受光センサ部108を構成するn型の不純物領域の影響でポテンシャルが深くなるように変調を受ける。このように、垂直転送チャネル100内の転送方向のポテンシャルが、場所によって逆方向に変調を受けることで、垂直転送チャネル100内にポテンシャルバリアが形成されてしまう。そうなると、信号電荷eを転送した時に、十分な転送効率を得ることが困難である。
In the conventional solid-state imaging device, as shown in FIG. 12, in the
特に、読み出し電圧低減のために、読み出し兼第2転送電極110の転送長を長くする場合は、このポテンシャルバリアは、図12の破線で示すように、読み出し兼第2転送電極110の転送電界Eを低下させる方向であるため、転送電荷の転送劣化が顕著となる。
In particular, when the transfer length of the read /
このような課題に対して、従来の画素サイズの大きい固体撮像装置では、図13に示すように、垂直転送チャネル100の形状を変化させることが提案されている。図13,図14において、図10,図11に対応する部分には、同一符号を付し、重複説明を省略する。図13に示す例では、垂直転送チャネル100の、垂直素子分離部103に隣接する部分を、垂直素子分離部103方向に突出させた突出部112を形成している。すなわち、垂直転送チャネル100を構成するn型の不純物領域を、垂直素子分離部103を構成するp型の不純物領域に入り込むように形成している。このように、垂直転送チャネル100の幅を部分的に変化させることにより、垂直転送チャネル100において、垂直素子分離部103を構成するp型の不純物領域の影響を低減させることができ、ポテンシャルバリアを軽減することができる。
In response to such a problem, it has been proposed to change the shape of the
しかしながら、前述したように、画素サイズの微細化にともなって垂直転送チャネル100の細線化が求められているため、垂直転送チャネル100の線幅を精度良く調整することが困難であり、製造上のばらつきも大きくなるため、図13,図14に示すような従来の構成を用いることができない。このため、垂直転送チャネル100の線幅は一定であることが望ましい。
However, as described above, since the thinning of the
上述の点に鑑み、本発明は、垂直転送チャネルの細線化に伴うポテンシャルバリアの発生を抑制し、転写効率の向上を図った固体撮像装置を提供するものである。また、その固体撮像装置を用いた電子機器を提供するものである。 In view of the above, the present invention provides a solid-state imaging device that suppresses the generation of a potential barrier associated with the thinning of a vertical transfer channel and improves transfer efficiency. In addition, the present invention provides an electronic device using the solid-state imaging device.
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、まず、基板の水平方向及び垂直方向に複数形成された受光センサ部を有する。そして、受光センサ部に蓄積された信号電荷を読み出すための読み出し部と、読み出された信号電荷を垂直方向に転送するための垂直転送チャネルとを有する。読み出し部は、受光センサ部の水平方向の一方の側に形成される。また、垂直転送チャネルは、隣接する受光センサ部の間の領域に垂直方向に形成される。そして、受光センサ部の水平方向の他方の側に形成された水平素子分離部と、受光センサ部の垂直方向の両方の側に形成された垂直素子分離部とを有する。また、垂直素子分離部と、垂直素子分離部の両端部に隣接する垂直転送チャネルのうちの少なくとも一方の垂直転送チャネルとの間に形成されたポテンシャル調整部を有する。 In order to solve the above problems and achieve the object of the present invention, the solid-state imaging device of the present invention first has a plurality of light receiving sensor sections formed in the horizontal and vertical directions of the substrate. And it has the read-out part for reading the signal charge accumulate | stored in the light-receiving sensor part, and the vertical transfer channel for transferring the read signal charge to a perpendicular direction. The reading unit is formed on one side of the light receiving sensor unit in the horizontal direction. The vertical transfer channel is formed in a vertical direction in a region between adjacent light receiving sensor portions. And it has the horizontal element isolation | separation part formed in the other side of the horizontal direction of a light reception sensor part, and the vertical element isolation | separation part formed in the both sides of the vertical direction of a light reception sensor part. In addition, a potential adjustment unit is formed between the vertical element isolation unit and at least one of the vertical transfer channels adjacent to both ends of the vertical element isolation unit.
本発明の固体撮像装置では、垂直転送チャンネルと、垂直素子分離部との間に、ポテンシャル調整部が形成されていることにより、垂直転送チャンネル内の転送方向のポテンシャル分布において、ポテンシャルバリアを抑制することができる。 In the solid-state imaging device of the present invention, a potential adjustment unit is formed between the vertical transfer channel and the vertical element separation unit, thereby suppressing the potential barrier in the potential distribution in the transfer direction in the vertical transfer channel. be able to.
また、本発明の電子機器は、光学レンズと、固体撮像装置と、信号処理回路とから構成される。
固体撮像装置は、基板の水平方向及び垂直方向に複数形成された受光センサ部を有する。そして、受光センサ部に蓄積された信号電荷を読み出すための読み出し部と、読み出された信号電荷を垂直方向に転送するための垂直転送チャネルとを有する。読み出し部は、受光センサ部の水平方向の一方の側に形成される。また、垂直転送チャネルは、隣接する受光センサ部の間の領域に垂直方向に形成される。そして、受光センサ部の水平方向の他方の側に形成された水平素子分離部と、受光センサ部の垂直方向の両方の側に形成された垂直素子分離部とを有する。また、垂直素子分離部と、垂直素子分離部の両端部に隣接する垂直転送チャネルのうちの少なくとも一方の垂直転送チャネルとの間に形成されたポテンシャル調整部を有する。
The electronic apparatus according to the present invention includes an optical lens, a solid-state imaging device, and a signal processing circuit.
The solid-state imaging device has a plurality of light receiving sensor portions formed in the horizontal direction and the vertical direction of the substrate. And it has the read-out part for reading the signal charge accumulate | stored in the light-receiving sensor part, and the vertical transfer channel for transferring the read signal charge to a perpendicular direction. The reading unit is formed on one side of the light receiving sensor unit in the horizontal direction. The vertical transfer channel is formed in a vertical direction in a region between adjacent light receiving sensor portions. And it has the horizontal element isolation | separation part formed in the other side of the horizontal direction of a light reception sensor part, and the vertical element isolation | separation part formed in the both sides of the vertical direction of a light reception sensor part. In addition, a potential adjustment unit is formed between the vertical element isolation unit and at least one of the vertical transfer channels adjacent to both ends of the vertical element isolation unit.
本発明の電子機器では、電子機器を構成する固体撮像装置において、垂直転送チャンネルと、垂直素子分離部との間に、ポテンシャル調整部が形成されている。これにより、固体撮像装置において、垂直転送チャネル内の転送方向のポテンシャル分布において、ポテンシャルバリアを抑制することができる。 In the electronic apparatus of the present invention, in the solid-state imaging device constituting the electronic apparatus, a potential adjustment unit is formed between the vertical transfer channel and the vertical element separation unit. Thereby, in the solid-state imaging device, the potential barrier can be suppressed in the potential distribution in the transfer direction in the vertical transfer channel.
本発明によれば、垂直転送チャネルの細線化を可能にし、かつ、垂直転送チャネルのポテンシャル分布において、ポテンシャルバリアの発生が抑制されることにより、信号電荷の転送効率が向上した固体撮像装置が得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a solid-state imaging device capable of thinning a vertical transfer channel and improving the signal charge transfer efficiency by suppressing the generation of a potential barrier in the potential distribution of the vertical transfer channel. It is done.
以下、図1〜図9を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
まず、図1に、以下の実施の形態で共通の構成とされる、CCD型の固体撮像装置の全体構成を示す。
図1に示すように、CCD型の固体撮像装置1は、基板6の水平方向及び垂直方向に形成された複数の受光センサ部12と、CCD構造の垂直転送レジスタ3と、CCD構造の水平転送レジスタ4と、出力回路5とを有して構成される。受光センサ部12は、光電変換素子、すなわちフォトダイオードにより構成されるものであり、信号電荷の生成、蓄積をするものである。垂直転送レジスタ3は、垂直方向に配列される受光センサ部12に対応して、垂直方向に複数形成されるものであり、受光センサ部12に蓄積された信号電荷を読み出して、垂直方向に転送するものである。水平転送レジスタ4は、例えば、垂直転送レジスタ3の一端に形成されるものであり、垂直転送レジスタ3により垂直転送された信号電荷を、一水平ライン毎に転送するものである。各受光センサ部12と、受光センサ部12に隣接する垂直転送レジスタ3により、各画素2が構成されている。出力回路5は、水平転送レジスタ4により水平転送された信号電荷を電荷電圧変換することにより、画素信号として出力するものである。
First, FIG. 1 shows an overall configuration of a CCD type solid-state imaging device, which is a common configuration in the following embodiments.
As shown in FIG. 1, a CCD type solid-
以下に説明する実施の形態では、受光センサ部12と、垂直転送レジスタ3とで構成される領域を要部として説明する。
In the embodiment described below, an area composed of the light receiving
<第1の実施形態>
図2に、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の要部の概略平面構成を示す。また、図3Aには、図2のA−A’線上に沿う断面構成を示し、図3Bには、図2のB−B’線上に沿う断面構成を示す。
<First Embodiment>
FIG. 2 shows a schematic plan configuration of the main part of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. 3A shows a cross-sectional configuration along the line AA ′ in FIG. 2, and FIG. 3B shows a cross-sectional configuration along the line BB ′ in FIG.
[構成]
本実施形態例の固体撮像装置は、基板15に形成された複数の受光センサ部12と、受光センサ部12に蓄積された信号電荷を読み出す為の読み出し部11と、受光センサ部12を単位画素2毎に分離する水平素子分離部20及び垂直素子分離部13と、信号電荷を転送する垂直転送チャネル10とを有する。そして、垂直素子分離部13と、垂直転送チャネル10との間に、ポテンシャル調整部14を有する。
[Constitution]
The solid-state imaging device according to this embodiment includes a plurality of light receiving
本実施形態例において、基板15は、n型(第1導電型)の半導体基板とする。また、基板15に形成される受光センサ部12、読み出し部11、垂直素子分離部13、水平素子分離部20、垂直転送チャネル10、ポテンシャル調整部14は、基板15に形成されたp型(第2導電型)の不純物領域からなるウェル領域16上面に形成されるものである。
In this embodiment, the
受光センサ部12は、ウェル領域16の上面に、垂直方向及び水平方向に複数配列されている。そしてこの受光センサ部12は、n型の不純物領域からなる信号電荷蓄積部21と、信号電荷蓄積部21の表面に形成されたp型の不純物領域からなる正孔蓄積領域22とから構成されている。受光センサ部12では、n型の不純物領域からなる信号電荷蓄積部21と、p型の不純物領域からなるウェル領域16とのpn接合により、埋め込み型のフォトダイオードが構成されている。そして、信号電荷蓄積部21表面に、p型の不純物領域により正孔蓄積領域22が形成されることにより、暗電流が抑制されるフォトダイオードとされる。
A plurality of light receiving
読み出し部11は、受光センサ部12の水平方向の一方の側(図2では、紙面左側)に、p型の不純物領域(p)により形成されている。
水平素子分離部20は、受光センサ部12の水平方向の他方の側(図2では、紙面右側)に、p型の不純物領域(p+)により形成されている。
垂直素子分離部13は、受光センサ部12の垂直方向の両方の側(図2では、紙面上下)に、p型の不純物領域(p+)により形成されている。
ここで、読み出し部11を構成する不純物領域(p)の不純物濃度は、水平素子分離部20及び垂直素子分離部13を構成する不純物領域(p+)不純物濃度よりも薄いものである。
The
The horizontal
The vertical
Here, the impurity concentration of the impurity region (p) constituting the
それぞれの受光センサ部12は、読み出し部11、水平素子分離部20、及び垂直素子分離部13により、周囲を囲まれている。
Each light receiving
垂直転送チャネル10は、水平方向に隣接する受光センサ部12の間の領域に、垂直方向に、一定の幅で形成されている。また、垂直転送チャネル10は、n型の不純物領域により埋め込み型の垂直転送チャネルとして構成される。垂直転送チャネル10と、垂直転送チャネル10に隣接する読み出し部11及び水平素子分離部20とは、互いに接触した状態に形成されている。垂直転送チャネル10を構成するn型の不純物領域は、信号電荷蓄積部21よりも不純物濃度が比較的濃い。従って、垂直素子分離部13の変調でポテンシャルが浅くなることで、垂直転送チャネル10のポテンシャルに段差が生じる。
The
ポテンシャル調整部14は、垂直素子分離部13と、垂直素子分離部13の水平方向の両端部に隣接する垂直転送チャネル10との間に形成されている。このポテンシャル調整部14は、垂直素子分離部13と、この垂直素子分離部13と隣接する垂直転送チャネル10とを、所定の距離だけ離して形成した領域に構成されるものである。すなわち、ポテンシャル調整部14とは、垂直素子分離部13と、隣接する垂直転送チャネル10とを所定の距離だけ離して形成することによりできた、垂直素子分離部13と垂直転送チャネル10との間の領域そのものを示すものである。ポテンシャル調整部14の水平方向の幅Wは、垂直転送チャネル10と、その垂直転送チャネル10に隣接する垂直素子分離部13端部との間の距離である。ポテンシャル調整部13の幅Wは、垂直素子分離部13を垂直転送チャネル10からどの程度離して形成するかにより決定されるものである。
The
ポテンシャル調整部14は、垂直転送チャネル10内の垂直方向のポテンシャル分布に発生するポテンシャルバリアを抑制するために設けられるものである。このため、垂直転送チャネル10の垂直素子分離部13に相当する位置で、垂直転送チャネル10内の垂直方向のポテンシャルが、p型の不純物領域の影響により浅い方向に変調を受けるのを防ぐことができる。
The
そして、ポテンシャル調整部14の好ましい幅Wは、垂直転送チャネル10の垂直方向におけるポテンシャル分布に発生するポテンシャルバリアが解消される幅であり、これは、垂直転送チャネル10や、垂直素子分離部13等の不純物濃度に依存する。例えば、垂直転送チャネル10の幅が、0.3μmとした場合は、ポテンシャル調整部14の幅Wを、その垂直転送チャネル10の幅の10%である0.03μmとすれば、垂直転送チャネル10内のポテンシャルバリアは解消される。すなわち、この場合は、垂直素子分離部13を、垂直転送チャネル10から、0.03μm程度離して形成すればよい。
The preferred width W of the
垂直転送チャネル10及び読み出し部11が形成された基板15上には、絶縁膜17を介して、第1転送電極18及び第2転送電極19が形成されている。第1転送電極18は、垂直素子分離部13及び垂直転送チャネル10上に水平方向に延在して形成されており、垂直転送チャネル10上において、垂直方向に多少突出するように形成されている。第2転送電極19は、読み出し電極を兼ねるものであり、読み出し部11と、その読み出し部11に接触する垂直転送チャネル10上に、浮島状に形成される。第1転送電極18と第2転送電極10は、基板15上で、垂直方向に交互に形成される。また、第1転送電極18及び第2転送電極19は、例えば多結晶シリコンにより形成することができ、単層に形成することができる。
A
垂直転送チャネル10、第1転送電極18、第2転送電極19により、図1に示した垂直転送レジスタ3が構成される。また、垂直素子分離部13及び水平素子分離部20により囲まれた受光センサ部12と、その受光センサ部12に蓄積された信号電荷を読み出し、転送するための読み出し部11及び垂直転送チャネル10とを含んで、単位画素2が構成される。
The
[読み出し・転送時の動作]
上述した本実施形態例の固体撮像装置では、第1転送電極18及び第2転送電極19に、例えば4相の駆動パルスφV1,φV2,φV3,φV4を印加することにより、信号電荷の読み出し、転送がなされる。本実施形態例では、垂直方向に並べられた第1転送電極18、第2転送電極19、第1転送電極18、第2転送電極19に、順に、駆動パルスφV1,φV2,φV3,φV4を印加する。
[Operation during read / transfer]
In the above-described solid-state imaging device of this embodiment, signal charges are read and transferred by applying, for example, four-phase drive pulses φV1, φV2, φV3, and φV4 to the
まず、読み出し電極を兼ねる第2転送電極19に、読み出し用のパルスを印加することにより、信号電荷蓄積部21から、信号電荷が垂直転送チャネル10に読み出される。そして、転送方向に並べられた第1転送電極18及び第2転送電極19に、それぞれの駆動パルスφV1〜φV4の位相をずらして印加していくことにより、垂直転送チャネル10内を、信号電荷が転送される。そして、垂直転送チャネル10内を転送された信号電荷は、図1に示した水平転送レジスタ3により水平方向に転送され、出力回路5により信号電荷が電気信号に変換されて画像信号として出力される。
First, a signal charge is read from the signal
図4に、本実施形態例の固体撮像装置における垂直転送チャネル10の転送方向のポテンシャル分布を示す。垂直転送チャネル10上の第1転送電極18及び第2転送電極19と、その第1転送電極18及び第2転送電極19下の垂直転送チャネル10におけるポテンシャル分布を対応させて図示している。
FIG. 4 shows a potential distribution in the transfer direction of the
図4では、駆動パルスφV1のみローレベル(L)に設定し、他の駆動パルスφV2〜φV4をハイレベル(H)に設定したときの図である。
図4に示すように、本実施形態例の固体撮像装置では、垂直素子分離部13と、その垂直素子分離部13に隣接する垂直転送チャネル10との間に、ポテンシャル調整部14が形成されている。このポテンシャル調整部14により、p型の不純物領域からなる垂直素子分離部13の、垂直転送チャネル10への影響が低減される。このため、垂直素子分離部13を構成するp型の不純物領域の影響により、垂直転送チャネル10の転送方向におけるポテンシャルが、浅い方向に変調されるのを防ぐことができる。また、本実施形態例では、垂直転送チャネル10と、その垂直転送チャネル10に隣接する読み出し部11及び水平素子分離部20とは接触するように形成されている。
FIG. 4 is a diagram when only the drive pulse φV1 is set to the low level (L) and the other drive pulses φV2 to φV4 are set to the high level (H).
As shown in FIG. 4, in the solid-state imaging device of this embodiment, a
そして、以上のような構成により、垂直転送チャネル10内の転送方向のポテンシャル分布において、転送効率を悪化させる原因となるポテンシャルバリアが解消される。これにより、垂直転送チャネル10の細線化を進める際にも、十分な信号電荷eの転送効率を得ることが可能となる。また、ポテンシャルバリアが解消されるため、従来構造よりも大きい電界Eを得ることができる。
With the above configuration, the potential barrier that causes the transfer efficiency to deteriorate in the potential distribution in the transfer direction in the
また、本実施形態例の固体撮像装置では、垂直転送チャネル10は一定幅に形成されるので、垂直転送チャネル10の細線化が進んだ場合にも、製造バラツキを低減することができる。さらに、ポテンシャル調整部14は、垂直転送チャネル10から垂直素子分離部13を所定の距離だけ離して形成することで形成することができる。これにより、ポテンシャル調整部14は垂直素子分離部13をイオン注入により形成する際の、形成パターンを変えるのみで形成することができ、工程数が増加することもない。
In the solid-state imaging device according to the present embodiment, since the
ところで、本実施形態例では、ポテンシャル調整部14の幅Wは、垂直転送チャネル10の転送方向のポテンシャルバリアを抑制できる幅としたが、このポテンシャル調整部14の幅Wを調整することにより、所望のポテンシャル分布とすることができる。例えば、ポテンシャル調整部14の幅Wを調整することにより、読み出し電極を兼ねる第2転送電極19下の垂直転送チャネル10におけるポテンシャルよりも、第1転送電極18下の垂直転送チャネル10におけるポテンシャルを深く設定することができる。ポテンシャル調整部14の幅Wは、垂直転送チャネル10や、垂直素子分離部13等の不純物濃度に依存するが、例えば、垂直転送チャネル10の幅が0.3μmである場合は、その垂直転送チャネル10の幅の10%である0.03μmよりも大きく形成する。すなわち、垂直素子分離部13を、垂直転送チャネル10から、0.03μmよりも離して形成すると読み出し電極を兼ねる第2転送電極19下の垂直転送チャネル10におけるポテンシャルよりも、第1転送電極18下の垂直転送チャネル10におけるポテンシャルを深く設定することができる。
By the way, in this embodiment, the width W of the
垂直素子分離部13に隣接する垂直転送チャネル10上に形成された第1転送電極18長を、読み出し電極を兼ねる第2転送電極19長よりも短く設定する場合は、第2転送電極19よりも電界を強くすることが可能となる。このため、第1転送電極18下の垂直転送チャネル10におけるポテンシャルを深く設定することで、垂直転送チャネル10内の電界Eを従来の構造よりも大きくすることができる。すなわち、第1転送電極18長を読み出し電極を兼ねる第2電極長19より短く設定することにより、信号電荷蓄積部21から垂直転送チャネル10に信号を読み出すための読み出し部11の幅が広くなり、電荷が読み出しやすくなる。
When the length of the
〈第2の実施形態〉
図5に、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置の要部の概略平面構成を示す。また、図6Aには、図5のA−A’線上に沿う断面構成を示し、図6Bには、図5のB−B’線上に沿う断面構成を示す。図5,6において、図2,3に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
<Second Embodiment>
FIG. 5 shows a schematic plan configuration of a main part of a solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention. 6A shows a cross-sectional configuration along the line AA ′ in FIG. 5, and FIG. 6B shows a cross-sectional configuration along the line BB ′ in FIG. 5 and 6, parts corresponding to those in FIGS.
[構成]
本実施形態例の固体撮像装置は、読み出し部11側の垂直素子分離部13端部と、その垂直素子分離部13端部と隣接する垂直転送チャネル10との間に、ポテンシャル調整部14が形成されている。そして、水平素子分離部20側の垂直素子分離部13端部と、その垂直素子分離部13端部と隣接する垂直転送チャネル10とは、接触するように配置されている。
このポテンシャル調整部14は、垂直素子分離部13の読み出し部11側の端部が、その端部と隣接する垂直転送チャネル10と所定の距離だけ離れるように、垂直素子分離部13を形成することにより形成される。
[Constitution]
In the solid-state imaging device according to the present embodiment, a
The
そして、本実施形態例におけるポテンシャル調整部14の幅Wは、垂直転送チャネル10の垂直方向におけるポテンシャル分布に発生するポテンシャルバリアが解消される幅に設定されるものである。
The width W of the
このように、垂直素子分離部13の一方の端部と、垂直転送チャネル10との間にのみポテンシャル調整部14を形成する場合でも、第1の実施形態と同様、垂直転送チャネル10内の転送方向のポテンシャル分布において、転送効率を悪化させる原因となるポテンシャルバリアを解消することができる。これにより、垂直転送チャネル10の細線化を進める際にも、十分な転送効率を得ることが可能となる。
As described above, even when the
本実施形態例においても、ポテンシャル調整部14の幅Wは、垂直転送チャネル10の転送方向のポテンシャルバリアを抑制できる幅としたが、このポテンシャル調整部14の幅Wを調整することにより、所望のポテンシャル分布とすることができる。例えば、ポテンシャル調整部14の幅Wを調整することにより、読み出し電極を兼ねる第2転送電極19下の垂直転送チャネル10におけるポテンシャルよりも、第1転送電極18下の垂直転送チャネル10におけるポテンシャルを深く設定することができる。垂直素子分離部13に隣接する垂直転送チャネル10上に形成された第1転送電極18長を、読み出し電極を兼ねる第2転送電極19長よりも短く設定する場合は、第2転送電極19よりも電界を強くすることが可能となる。このため、第1転送電極18下の垂直転送チャネル10におけるポテンシャルを深く設定することで、垂直転送チャネル10内の電界を従来の構造よりも大きくすることができる。
Also in the present embodiment, the width W of the
[第3の実施形態]
図7に、本発明の第3の実施形態に係る固体撮像装置の要部の概略平面構成を示す。また、図8Aには、図7のA−A’線上に沿う断面構成を示し、図7Bには、図8のB−B’線上に沿う断面構成を示す。図7,8において、図2,3に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
[Third Embodiment]
FIG. 7 shows a schematic plan configuration of a main part of a solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention. 8A shows a cross-sectional configuration along the line AA ′ in FIG. 7, and FIG. 7B shows a cross-sectional configuration along the line BB ′ in FIG. 7 and 8, parts corresponding to those in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[構成]
本実施形態例の固体撮像装置は、水平素子分離部20側の垂直素子分離部13端部と、その垂直素子分離部13端部と隣接する垂直転送チャネル10との間に、ポテンシャル調整部14が形成されている。そして、読み出し部11側の垂直素子分離部13端部と、その垂直素子分離部13端部と隣接する垂直転送チャネル10とは、接触するように配置されている。
このポテンシャル調整部14は、垂直素子分離部13の水平素子分離部20側の端部が、その端部と隣接する垂直転送チャネル10と所定の距離だけ離れるように、垂直素子分離部13を形成することにより形成される。
[Constitution]
The solid-state imaging device according to the present embodiment includes a
The
そして、本実施形態例におけるポテンシャル調整部10の幅Wは、垂直転送チャネル10の垂直方向におけるポテンシャル分布に発生するポテンシャルバリアが解消される幅に設定されるものである。
The width W of the
このように、垂直素子分離部13の一方の端部と、垂直転送チャネル10との間にのみポテンシャル調整部14形成する場合でも、第1の実施形態と同様、垂直転送チャネル10内の転送方向のポテンシャル分布において、転送効率を悪化させる原因となるポテンシャルバリアを解消することができる。これにより、垂直転送チャネル10の細線化を進める際にも、十分な転送効率を得ることが可能となる。
Thus, even when the
本実施形態例においても、ポテンシャル調整部14の幅Wは、垂直転送チャネル10の転送方向のポテンシャルバリアを抑制できる幅としたが、このポテンシャル調整部14の幅Wを調整することにより、所望のポテンシャル分布とすることができる。例えば、ポテンシャル調整部14の幅Wを調整することにより、読み出し電極を兼ねる第2転送電極19下の垂直転送チャネル10におけるポテンシャルよりも、第1転送電極18下の垂直転送チャネル10におけるポテンシャルを深く設定することができる。垂直素子分離部13に隣接する垂直転送チャネル10上に形成された第1転送電極18長を、読み出し電極を兼ねる第2転送電極19長よりも短く設定する場合は、第2転送電極19よりも電界を強くすることが可能となる。このため、第1転送電極18下の垂直転送チャネル10におけるポテンシャルを深く設定することで、垂直転送チャネル10内の電界を従来の構造よりも大きくすることができる。
Also in the present embodiment, the width W of the
本発明の固体撮像装置では、第1〜第3の実施形態に示したように、垂直素子分離部13と、垂直素子分離部13の両端部に隣接する垂直転送チャネル10のうちの少なくとも一方の垂直転送チャネル10との間にポテンシャル調整部14を形成する。ポテンシャル調整部14により、垂直素子分離部13を構成する不純物領域(p+)の、垂直転送チャネル10への影響を低減することができ、ポテンシャルバリアの発生を抑制することができる。
In the solid-state imaging device of the present invention, as shown in the first to third embodiments, at least one of the vertical
そして、このポテンシャル調整部14は、垂直素子分離部13の水平方向の少なくとも一方の端部が、隣接する垂直転送チャネル10から所定の距離だけ離れるように、垂直素子分離部13を形成することによって形成されるものである。このため、垂直転送チャネル10の線幅を変える必要もなく、工程数も増えない。これにより、垂直転送チャネル10の細線化において、線幅を精度良く形成することができ、製造上のバラツキも低減することができる。
The
[電子機器]
以下に、上述した本発明の第1〜第3の実施形態に係る固体撮像装置を電子機器に用いた場合の実施形態を示す。以下の説明では、一例として、カメラに、第1〜第3の実施形態で構成された固体撮像装置1を用いる例を説明する。
[Electronics]
Hereinafter, an embodiment in which the solid-state imaging device according to the first to third embodiments of the present invention described above is used in an electronic apparatus will be described. In the following description, an example in which the solid-
図9に、本発明の一実施形態に係るカメラの概略断面構成を示す。本実施形態例に係るカメラは、静止画像又は動画撮影可能なビデオカメラを例としたものである。 FIG. 9 shows a schematic cross-sectional configuration of a camera according to an embodiment of the present invention. The camera according to the present embodiment is an example of a video camera capable of capturing still images or moving images.
本実施形態例のカメラは、固体撮像装置1と、光学系210と、シャッタ装置211と、駆動回路212と、信号処理回路213とを有する。
The camera according to this embodiment includes a solid-
光学系210は、被写体からの像光(入射光)を固体撮像装置1の撮像面上面に結像させる。これにより、固体撮像装置1内に、一定期間信号電荷が蓄積される。
シャッタ装置211は、固体撮像装置1への光照射期間及び遮光期間を制御する。
駆動回路212は、固体撮像装置1の転送動作及びシャッタ装置211のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路212から供給される駆動信号(タイミング信号)により、固体撮像装置1の信号転送を行う。信号処理回路213は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、或いは、モニタに出力される。
The
The
The
本実施形態例のカメラでは、第1〜第3の実施形態で説明した転送効率のよい固体撮像装置を用いることにより、ノイズの少ない画像を得るという効果を奏する。 In the camera of the present embodiment, by using the solid-state imaging device with high transfer efficiency described in the first to third embodiments, there is an effect that an image with less noise is obtained.
1・・固体撮像装置、2・・単位画素、3・・垂直転送レジスタ、4・・水平転送レジスタ、5・・出力回路、10・・垂直転送チャネル、11・・読み出し部、12・・受光センサ部、13・・垂直素子分離部、14・・ポテンシャル調整部、15・・基板、16・・ウェル領域、17・・絶縁相、18・・第1転送電極、19・・第2転送電極、20・・水平素子分離部、21・・信号電荷蓄積部、22・・正孔蓄積領域
1 .... Solid-
Claims (8)
前記受光センサ部に蓄積された信号電荷を読み出すために、前記受光センサ部の水平方向の一方の側に形成された読み出し部と、
前記読み出し部により読み出された信号電荷を垂直方向に転送するために、隣接する前記受光センサ部の間の領域に垂直方向に形成された垂直転送チャネルと、
前記受光センサ部の水平方向の他方の側に形成された水平素子分離部と、
前記受光センサ部の垂直方向の両方の側に形成された垂直素子分離部と、
前記垂直素子分離部と、前記垂直素子分離部の両端部に隣接する垂直転送チャネルのうちの少なくとも一方の垂直転送チャネルとの間に形成されたポテンシャル調整部と、
を有する固体撮像装置。 A plurality of light receiving sensor portions formed in the horizontal direction and the vertical direction of the substrate;
In order to read out the signal charges accumulated in the light receiving sensor unit, a reading unit formed on one side in the horizontal direction of the light receiving sensor unit;
A vertical transfer channel formed in a vertical direction in a region between the adjacent light receiving sensor units in order to transfer the signal charges read by the read unit in the vertical direction;
A horizontal element separating portion formed on the other side in the horizontal direction of the light receiving sensor portion;
Vertical element separation parts formed on both sides of the light receiving sensor part in the vertical direction;
A potential adjustment unit formed between the vertical element isolation unit and at least one of the vertical transfer channels adjacent to both ends of the vertical element isolation unit;
A solid-state imaging device.
請求項1記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the potential adjustment unit includes a region formed by separating the vertical element separation unit from the vertical transfer channel by a predetermined distance.
請求項2記載の固体撮像装置。 3. The solid according to claim 2, wherein the vertical transfer channel is configured by a first conductivity type impurity region, and the vertical element isolation unit, the horizontal element isolation unit, and the readout unit are configured by a second conductivity type impurity region. Imaging device.
請求項3記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the predetermined distance configuring the potential adjustment unit is set to a distance in which a vertical potential distribution in a vertical transfer channel does not have a potential barrier.
請求項4記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 4, wherein a width of the vertical transfer channel is constant.
請求項5記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the readout unit, the horizontal element separation unit, and the vertical transfer channel are formed in contact with each other.
請求項3記載の固体撮像装置。 The predetermined distance constituting the potential adjustment unit is set to a distance at which the potential of the vertical transfer channel adjacent to the vertical element isolation unit is modulated deeper than the potential of the vertical transfer channel adjacent to the readout unit. 3. The solid-state imaging device according to 3.
基板の水平方向及び垂直方向に複数形成された受光センサ部と、前記受光センサ部に蓄積された信号電荷を読み出すために、前記受光センサ部の水平方向の一方の側に形成された読み出し部と、前記読み出し部により読み出された信号電荷を垂直方向に転送するために、隣接する前記受光センサ部の間の領域に垂直方向に形成された垂直転送チャネルと、前記受光センサ部の水平方向の他方の側に形成された水平素子分離部と、前記受光センサ部の垂直方向の両方の側に形成された垂直素子分離部と、前記垂直素子分離部と、前記垂直素子分離部の両端部に隣接する垂直転送チャネルのうちの少なくとも一方の垂直転送チャネルとの間に形成されたポテンシャル調整部とを含む固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と、
を有する電子機器。 An optical lens,
A plurality of light receiving sensor portions formed in a horizontal direction and a vertical direction of the substrate; and a reading portion formed on one side in the horizontal direction of the light receiving sensor portion in order to read signal charges accumulated in the light receiving sensor portion; In order to transfer the signal charges read by the reading unit in the vertical direction, a vertical transfer channel formed in a vertical direction in an area between the adjacent light receiving sensor units, and a horizontal direction of the light receiving sensor unit A horizontal element separation part formed on the other side, a vertical element separation part formed on both sides in the vertical direction of the light receiving sensor part, the vertical element separation part, and both ends of the vertical element separation part A solid-state imaging device including a potential adjustment unit formed between at least one of the adjacent vertical transfer channels; and
A signal processing circuit for processing an output signal of the solid-state imaging device;
Electronic equipment having
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-
2008
- 2008-09-26 JP JP2008249239A patent/JP2010080791A/en not_active Abandoned
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