JP2010219563A - Solid-state imaging device and electronic apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the read-out characteristics of a MOS solid-state imaging device. <P>SOLUTION: The solid-state imaging device includes: a photoelectric conversion unit 23 having a semiconductor region 26 of a second conductivity type and an accumulation region 27 of a first conductivity type on the surface of the semiconductor region, a floating diffusion unit 24, a transfer gate electrode 32 composed of an n-type semiconductor, a sidewall 34 composed of an n-type semiconductor formed on the photoelectric conversion side of the transfer gate electrode 32 via an insulating film 33, and a sidewall 35 composed of an insulating layer formed on the floating diffusion side of the transfer gate electrode 32. The accumulation region 27 is formed, either not directly under the sidewall 34, or partially overlapping the sidewall 34. On the sidewall 34 on the photoelectric conversion unit side, the voltage of the transfer gate electrode 32 is applied through a coupling capacitance. At the reading out charge, the read-out voltage is applied on the transfer gate electrode 32. At the charge storage, the voltage that induces charge, which is the inverse of the signal charge, directly under the sidewall on the photoelectric conversion unit side, is applied on the transfer gate electrode 32. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像装置、及びこの固体撮像装置を備えた電子機器に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device and an electronic apparatus including the solid-state imaging device.

固体撮像装置は、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサに代表される電荷
転送型固体撮像装置と、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等のM
OS型イメージセンサに代表される増幅型固体撮像装置とに大別される。CCDイメージセンサとMOS型イメージセンサとを比較した場合、CCDイメージセンサでは、信号電荷の転送に高い駆動電圧を必要とするため、MOS型イメージセンサに比べて電源電圧が高くならざるを得ない。
The solid-state imaging device includes a charge transfer type solid-state imaging device represented by a CCD (Charge Coupled Device) image sensor and an M such as a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor).
It is roughly classified into an amplification type solid-state imaging device represented by an OS type image sensor. When comparing a CCD image sensor and a MOS type image sensor, the CCD image sensor requires a high driving voltage for transferring signal charges, and therefore the power supply voltage must be higher than that of the MOS type image sensor.

従って、近年、カメラ付携帯電話やPDA(Personal Digital Assistant)などのモバイル機器に搭載されている固体撮像装置としては、CCDイメージセンサに比べて電源電圧が低く、消費電力の観点などから、CCDイメージセンサよりも有利なMOS型イメージセンサが多く用いられている。   Therefore, in recent years, solid-state imaging devices mounted on mobile devices such as camera-equipped mobile phones and PDAs (Personal Digital Assistants) have a lower power supply voltage than CCD image sensors, and from the viewpoint of power consumption, CCD images MOS type image sensors that are more advantageous than sensors are often used.

MOS型イメージセンサは、単位画素が光電変換部であるフォトダイオードと複数のMOSトランジスタで形成され、この複数の単位画素がアレイ状に配列された撮像領域と、周辺回路領域を有して構成される。   The MOS type image sensor is composed of an imaging region in which a unit pixel is formed by a photodiode which is a photoelectric conversion unit and a plurality of MOS transistors, and the plurality of unit pixels are arranged in an array, and a peripheral circuit region. The

図15に、従来、一般的なMOSイメージセンサの画素の電荷読み出し部分の要部を示す。画素では、半導体基板101に光電変換部となるフォトダイオード102と、フォトダイオード102の信号電荷が読み出されるn型半導体領域、すなわちフローティングディフージョン部103が形成される。このフォトダイオード102及びフローティングディフージョン部103との間にゲート絶縁膜104を介してゲート電極(いわゆる転送ゲート電極)105を形成してなる転送トランジスタTr1が形成され、ここに電荷読み出し部分が構成される。   FIG. 15 shows a main part of a charge reading portion of a pixel of a conventional general MOS image sensor. In the pixel, a photodiode 102 serving as a photoelectric conversion portion and an n-type semiconductor region from which signal charges of the photodiode 102 are read, that is, a floating diffusion portion 103 are formed on the semiconductor substrate 101. A transfer transistor Tr1 is formed by forming a gate electrode (so-called transfer gate electrode) 105 between the photodiode 102 and the floating diffusion portion 103 via a gate insulating film 104, and a charge reading portion is formed here. The

フォトダイオード102は、電荷蓄積領域となるn型半導体領域107と、その表面の界面部分に形成したp型半導体領域、いわゆるp型アキュミュレーション(accumulation)層108とを有した埋め込み型フォトダイオードとして構成されている。このフォトダイオード102は、いわゆるHAD(Hole Accumulation Diode)センサとして構成され
る。ゲート電極105の側壁には、絶縁層によるサイドウォール106が形成される。
The photodiode 102 is an embedded photodiode having an n-type semiconductor region 107 serving as a charge storage region and a p-type semiconductor region formed at an interface portion of the surface, that is, a so-called p-type accumulation layer 108. It is configured. The photodiode 102 is configured as a so-called HAD (Hole Accumulation Diode) sensor. A sidewall 106 made of an insulating layer is formed on the sidewall of the gate electrode 105.

電荷蓄積期間では、ゲート電極105に0Vを印加し、転送トランジスタTr1をオフ状態にしてフォトダイオード102に信号電荷を蓄積させる。読み出し時には、ゲート電極105に正の電圧を印加してフォトダイオード102に蓄積された信号電荷をフローティングディフージョン部103へ転送するようになされる。   In the charge accumulation period, 0 V is applied to the gate electrode 105, the transfer transistor Tr1 is turned off, and the signal charge is accumulated in the photodiode 102. At the time of reading, a positive voltage is applied to the gate electrode 105 to transfer the signal charge accumulated in the photodiode 102 to the floating diffusion portion 103.

フォトダイオード102では、電荷蓄積期間において、入射光量に応じた信号電荷と、光が入射しないが場合でもフォトダイオード102に流入する暗電流成分(暗電子)とが蓄積される。暗電子は、ゲート電極105下の絶縁膜−シリコン領域界面から湧き出る電子であって、固定パターン雑音となり、白点発生の原因となっている。   In the photodiode 102, signal charges corresponding to the amount of incident light and dark current components (dark electrons) that flow into the photodiode 102 even when no light is incident are accumulated during the charge accumulation period. Dark electrons are electrons that flow out from the interface between the insulating film and the silicon region under the gate electrode 105, become fixed pattern noise, and cause white spots.

これを改善する技術として、特許文献1に示す、電荷蓄積期間において転送トランジスタのゲート電極に負電圧を印加することで暗電流を低減するMOSイメージセンサが提案されている。このMOSイメージセンサは、図16に示すように、電荷蓄積期間に転送トランジスタTr1のゲート電極105に負電圧−Vを印加するようにした構成である。この構成では、ゲート電極105に負電圧−Vを印加することにより、ゲート電極105の直下にホール(正孔)hを誘起して転送トランジスタTr1をオフ状態にし、同時にゲート電極105の近傍のサイドウォール106直下にもフリンジ容量によりホールhを誘起している。すなわち、ゲート電極105直下及びゲート電極105近傍のサイドウォール106直下は、電気的にホールピニング状態を作り出している。これにより、ゲート絶縁膜104及びその近傍のサイドウォール106とシリコン領域との界面で湧き出す電子をホールhと再結合させて白点を抑制するようにしている。   As a technique for improving this, a MOS image sensor disclosed in Patent Document 1 that reduces dark current by applying a negative voltage to the gate electrode of a transfer transistor during a charge accumulation period has been proposed. As shown in FIG. 16, the MOS image sensor has a configuration in which a negative voltage −V is applied to the gate electrode 105 of the transfer transistor Tr1 during the charge accumulation period. In this configuration, by applying a negative voltage −V to the gate electrode 105, a hole (hole) h is induced immediately below the gate electrode 105 to turn off the transfer transistor Tr 1, and at the same time, a side near the gate electrode 105. A hole h is also induced just below the wall 106 by a fringe capacitance. That is, a hole pinning state is created electrically immediately below the gate electrode 105 and immediately below the sidewall 106 in the vicinity of the gate electrode 105. As a result, the white spot is suppressed by recombining the electrons that spring out at the interface between the gate insulating film 104 and the sidewall 106 in the vicinity thereof and the silicon region with the hole h.

また、特許文献2には、転送トランジスタのゲート電極を、真性半導体に対して仕事関数差をもつp型ポリシリコンで形成し、負電圧を導入しなくても、転送ゲート界面からの暗電流の発生を抑制するようにしたMOSイメージセンサが提案されている。   Further, in Patent Document 2, the gate electrode of a transfer transistor is formed of p-type polysilicon having a work function difference with respect to an intrinsic semiconductor, and dark current from the transfer gate interface can be reduced without introducing a negative voltage. There has been proposed a MOS image sensor that suppresses the occurrence.

ところで、フォトダイオード102の信号電荷をフローティングディフージョン部103へ読み出す場合、p型アキュミュレーション層108がゲート電極105に近づいてくると、転送トランジスタTr1の読み出し電圧Vtgが高くなり、読み出し難くなる。図3に信号電荷の読み出し前のポテンシャル分布と読み出し時のポテンシャル分布を示す。図15の通常の電荷読み出し部分の構成においては、転送トランジスタTr1のゲート電極105に読み出し電圧を印加して、読み出し前のポテンシャルaを変調させてフォトダイオード102の信号電荷を読み出すようにしている。このとき、読み出し電圧が低いと、図3に示すように、サイドウォール106直下にポテンシャルバリアcが形成され信号電荷が読み出し難くなる。信号電荷を読み出し易くするためには、このポテシャルバリアcを潰すだけの高い読み出し電圧が必要となる。なお、図3(A)が従来例の読み出し部分に対応する。   By the way, when the signal charge of the photodiode 102 is read out to the floating diffusion portion 103, when the p-type accumulation layer 108 approaches the gate electrode 105, the read voltage Vtg of the transfer transistor Tr1 becomes high and it becomes difficult to read out. FIG. 3 shows the potential distribution before reading out signal charges and the potential distribution during reading. In the configuration of the normal charge reading portion in FIG. 15, a read voltage is applied to the gate electrode 105 of the transfer transistor Tr1, and the signal charge of the photodiode 102 is read by modulating the potential a before reading. At this time, if the read voltage is low, as shown in FIG. 3, a potential barrier c is formed immediately below the side wall 106, making it difficult to read the signal charge. In order to make it easy to read out the signal charges, a high read voltage is needed to collapse the potential barrier c. Note that FIG. 3A corresponds to the reading portion of the conventional example.

近年のMOS固体撮像装置においては、読み出し特性の改善が望まれている。   In recent MOS solid-state imaging devices, improvement of readout characteristics is desired.

信号電荷を読み出し易くするためには、高濃度のp型アキュミュレーション層108をゲート電極105から離すことが考えられるが、そうすると白点を誘発する。白点発生を抑制するために、p型アキュミュレーション層108をゲート電極105近傍まで近づけると、読み出し電圧が高くなる。読み出し特性を良くすることと、白点発生を抑制することとは、相反する関係にある。   In order to make it easy to read out the signal charge, it is conceivable to separate the high-concentration p-type accumulation layer 108 from the gate electrode 105, but this causes a white spot. When the p-type accumulation layer 108 is brought close to the vicinity of the gate electrode 105 in order to suppress the generation of white spots, the read voltage increases. There is a contradictory relationship between improving read characteristics and suppressing white spot generation.

読み出し特性と、フォトダイオードの飽和電荷量(最大取扱電荷量)Qsとの関係をみると、フォトダイオードのn型半導体領域の濃度を高くするとQsは高くなるが、読み出し難くなる。このn型半導体領域の濃度を高くすると白点の増加を招く。   Looking at the relationship between the read characteristics and the saturation charge amount (maximum handled charge amount) Qs of the photodiode, if the concentration of the n-type semiconductor region of the photodiode is increased, Qs increases, but it becomes difficult to read. Increasing the concentration of the n-type semiconductor region causes an increase in white spots.

特開2002−217397号公報JP 2002-217397 A 特開2006−32681号公報JP 2006-32681 A

本発明は、上述の点に鑑み、読み出し特性の改善を図った固体撮像装置、及びこの固体撮像装置を備え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 with improved readout characteristics, and an electronic apparatus including the solid-state imaging device.

本発明に係る固体撮像装置は、第2導電型の半導体領域とその表面の第1導電型のアキュムレーション領域を有する光電変換部と、フローティングディフージョン部と、n型半導体による転送ゲート電極と、転送ゲート電極の光電変換部側に絶縁膜を介して形成されたn型半導体によるサイドウォールと、転送ゲート電極の前記フローティングディフージョン部側に形成された絶縁層によるサイドウォールとを有する。アキュムレーション領域は、サイドウォール直下に形成されないか、もしくは一部がサイドウォールと重なる。光電変換部側のサイドウォールには、転送ゲート電極の電圧がカップリング容量を通じて印加される。そして、電荷読み出し時に、転送ゲート電極に読み出し電圧が印加され、電荷蓄積時に、転送ゲート電極には、光電変換部側のサイドウォール直下に信号電荷と逆の電荷が誘起される電圧が印加される。   A solid-state imaging device according to the present invention includes a photoelectric conversion portion having a second conductivity type semiconductor region and a first conductivity type accumulation region on the surface thereof, a floating diffusion portion, a transfer gate electrode made of an n-type semiconductor, and a transfer The n-type semiconductor side wall is formed on the photoelectric conversion part side of the gate electrode through an insulating film, and the insulating layer side wall is formed on the floating diffusion part side of the transfer gate electrode. The accumulation region is not formed directly under the sidewall, or part of it overlaps the sidewall. The voltage of the transfer gate electrode is applied to the sidewall on the photoelectric conversion unit side through a coupling capacitor. A read voltage is applied to the transfer gate electrode at the time of charge reading, and a voltage that induces a charge opposite to the signal charge immediately below the side wall on the photoelectric conversion unit side is applied to the transfer gate electrode at the time of charge accumulation. .

本発明の固体撮像装置では、n型半導体による転送ゲート電極の光電変換部側に、絶縁膜を介してn型半導体によるサイドウォールが形成されているので、転送ゲート電極に読み出し電圧が印加されると、カップリング容量によりn型半導体によるサイドウォールにも読み出し電圧が印加される。このため、サイドウォール直下の光電変換部のポテンシャルがバリアを形成せずになだらかに変調し、低電圧での信号電荷の読み出しができる。また、この構成では、電荷蓄積時には、n型の転送ゲート電極下、及びn型のサイドウォール直下の領域はホールピンニング状態となり、白点発生が抑制される。   In the solid-state imaging device of the present invention, the sidewall of the n-type semiconductor is formed on the photoelectric conversion portion side of the transfer gate electrode of the n-type semiconductor via the insulating film, so that a read voltage is applied to the transfer gate electrode. The read voltage is also applied to the sidewalls of the n-type semiconductor due to the coupling capacitance. For this reason, the potential of the photoelectric conversion portion immediately below the sidewall is gently modulated without forming a barrier, and signal charges can be read at a low voltage. Also, with this configuration, during charge accumulation, the regions under the n-type transfer gate electrode and directly under the n-type sidewall are in a hole pinning state, and white spot generation is suppressed.

本発明に係る電子機器は、固体撮像装置と、固体撮像装置の光電変換部に入射光を導く光学系と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備える。
固体撮像装置は、第2導電型の半導体領域とその表面の第1導電型のアキュムレーション領域を有する光電変換部と、フローティングディフージョン部と、n型半導体による転送ゲート電極と、転送ゲート電極の光電変換部側に絶縁膜を介して形成されたn型半導体によるサイドウォールと、転送ゲート電極のフローティングディフージョン部側に形成された絶縁層によるサイドウォールとを有する。アキュムレーション領域は、サイドウォール直下に形成されないか、もしくは一部がサイドウォールと重なる。光電変換部側のサイドウォールには、転送ゲート電極の電圧がカップリング容量を通じて印加される。そして、電荷読み出し時に、転送ゲート電極に読み出し電圧が印加され、電荷蓄積時に、転送ゲート電極に、光電変換部側のサイドウォール直下に信号電荷と逆の電荷が誘起される電圧が印加される。
An electronic apparatus according to the present invention includes a solid-state imaging device, an optical system that guides incident light to a photoelectric conversion unit of the solid-state imaging device, and a signal processing circuit that processes an output signal of the solid-state imaging device.
The solid-state imaging device includes a photoelectric conversion portion having a second conductivity type semiconductor region and a first conductivity type accumulation region on the surface thereof, a floating diffusion portion, a transfer gate electrode made of an n-type semiconductor, and a photoelectric transfer gate electrode. The n-type semiconductor side wall is formed on the conversion part side through an insulating film, and the insulating layer side wall is formed on the floating diffusion part side of the transfer gate electrode. The accumulation region is not formed directly under the sidewall, or part of it overlaps the sidewall. The voltage of the transfer gate electrode is applied to the sidewall on the photoelectric conversion unit side through a coupling capacitor. A read voltage is applied to the transfer gate electrode at the time of charge reading, and a voltage that induces a charge opposite to the signal charge immediately below the sidewall on the photoelectric conversion unit side is applied to the transfer gate electrode at the time of charge accumulation.

本発明の電子機器では、上記本発明に係る固体撮像装置を備えることにより、信号電荷の低電圧読み出しが可能になる。また、白点発生の抑制を可能にし、あるいは飽和電荷量の向上を可能にすることができる。   In the electronic apparatus of the present invention, the signal charge can be read at a low voltage by including the solid-state imaging device according to the present invention. Further, it is possible to suppress the generation of white spots or to improve the saturation charge amount.

本発明に係る固体撮像装置によれば、信号電荷の読み出し特性を改善することができる。
本発明に係る電子機器によれば、固体撮像装置における信号電荷の読み出し特性を改善することができる。
With the solid-state imaging device according to the present invention, it is possible to improve the signal charge readout characteristics.
According to the electronic apparatus of the present invention, it is possible to improve signal charge readout characteristics in a solid-state imaging device.

本発明が適用されるMOS型固体撮像装置の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the MOS type solid-state imaging device to which this invention is applied. 本発明に係る固体撮像装置の第1実施の形態を示す構成図である。1 is a configuration diagram illustrating a first embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention. A、B及びC 従来の読み出し部分の断面図、本発明の第1実施の形態の読み出し部分の断面図及び読み出し前と読み出し時のポテンシャル分布図である。A, B, and C are a cross-sectional view of a conventional read portion, a cross-sectional view of a read portion of the first embodiment of the present invention, and a potential distribution diagram before and during reading. 本発明に係る固体撮像装置の第2実施の形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 2nd Embodiment of the solid-state imaging device which concerns on this invention. 本発明に適用される画素レイアウトの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the pixel layout applied to this invention. 図5の要部の拡大平面図である。It is an enlarged plan view of the principal part of FIG. 本発明に係る第2実施の形態の固体撮像装置の説明に供する断面図である。It is sectional drawing with which it uses for description of the solid-state imaging device of 2nd Embodiment concerning this invention. 本発明に係る固体撮像装置の第3実施の形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 3rd Embodiment of the solid-state imaging device which concerns on this invention. 本発明に係る固体撮像装置の第4実施の形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 4th Embodiment of the solid-state imaging device which concerns on this invention. 本発明に係る固体撮像装置の第5実施の形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 5th Embodiment of the solid-state imaging device which concerns on this invention. 本発明に係る固体撮像装置の転送ゲート電極例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the example of the transfer gate electrode of the solid-state imaging device which concerns on this invention. 本発明に係る固体撮像装置の転送ゲート電極例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the example of the transfer gate electrode of the solid-state imaging device which concerns on this invention. 本発明に係る固体撮像装置の転送ゲート電極例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the example of the transfer gate electrode of the solid-state imaging device which concerns on this invention. 本発明に係る電子機器の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the electronic device which concerns on this invention. 従来例に係る固体撮像装置の読み出し部分の構成図である。It is a block diagram of the read-out part of the solid-state imaging device which concerns on a prior art example. 他の従来例に係る固体撮像装置の読み出し部分の構成図である。It is a block diagram of the read-out part of the solid-state imaging device which concerns on another prior art example.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1に、本発明に適用される固体撮像装置、すなわちMOS型固体撮像装置の一例の概略構成を示す。本例の固体撮像装置1は、半導体基板11例えばシリコン基板に複数の光電変換素子を含む画素2が規則的に2次元的に配列された画素部(いわゆる撮像領域)3と、周辺回路部とを有して構成される。画素2は、光電変換素子となる例えばフォトダイオードと、複数の画素トランジスタ(いわゆるMOSトランジスタ)を有して成る。複数の画素トランジスタは、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ及び増幅トランジスタの3つのトランジスタで構成することができる、その他、例えば選択トランジスタを追加して4つのトランジスタで構成することもできる。これら単位画素の等価回路は通常と同様であるので、詳細説明を省略する。   FIG. 1 shows a schematic configuration of an example of a solid-state imaging device applied to the present invention, that is, a MOS type solid-state imaging device. The solid-state imaging device 1 of this example includes a pixel unit (so-called imaging region) 3 in which pixels 2 including a plurality of photoelectric conversion elements are regularly arranged in a semiconductor substrate 11, for example, a silicon substrate, a peripheral circuit unit, It is comprised. The pixel 2 includes, for example, a photodiode serving as a photoelectric conversion element and a plurality of pixel transistors (so-called MOS transistors). The plurality of pixel transistors can be configured by three transistors, for example, a transfer transistor, a reset transistor, and an amplification transistor. In addition, for example, a selection transistor can be added and configured by four transistors. Since the equivalent circuit of these unit pixels is the same as usual, detailed description is omitted.

周辺回路部は、垂直駆動回路4と、カラム信号処理回路5と、水平駆動回路6と、出力回路7と、制御回路8などを有して構成される。   The peripheral circuit section includes a vertical drive circuit 4, a column signal processing circuit 5, a horizontal drive circuit 6, an output circuit 7, a control circuit 8, and the like.

制御回路8は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基いて、垂直駆動回路4、カラム信号処理回路5及び水平駆動回路6などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成し、これらの信号を垂直駆動回路4、カラム信号処理回路5及び水平駆動回路6等に入力する。   The control circuit 8 generates a clock signal and a control signal as a reference for operations of the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, and the horizontal drive circuit 6 based on the vertical synchronization signal, the horizontal synchronization signal, and the master clock, These signals are input to the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, the horizontal drive circuit 6, and the like.

垂直駆動回路4は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素部3の各画素2を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線9を通して各画素2の光電変換素子となる例えばフォトダイオードにおいて受光量に応じて生成した信号電荷に基く画素信号をカラム信号処理回路5に供給する。   The vertical drive circuit 4 is configured by, for example, a shift register, and selectively scans each pixel 2 of the pixel unit 3 in the vertical direction sequentially in units of rows, and is a photoelectric conversion element of each pixel 2 through the vertical signal line 9, for example, a photodiode. A pixel signal based on the signal charge generated according to the amount of received light is supplied to the column signal processing circuit 5.

カラム信号処理回路5は、画素2の例えば列ごとに配置されており、1行分の画素2から出力される信号を画素列ごとに黒基準画素(有効画素領域の周囲に形成される)からの信号によってノイズ除去などの信号処理を行う。すなわちカラム信号処理回路5は、画素2固有の固定パターンノイズを除去するための、例えばS/H(サンプルホールド)回路及びCDS(Correlated Double Sampling:相関二重サンプリング)回路や、信号増幅等の信号処理を行う。カラム信号処理回路5の出力段には水平選択スイッチ(図示せず)が水平信号線10との間に接続されて設けられる。   The column signal processing circuit 5 is arranged, for example, for each column of the pixels 2, and signals output from the pixels 2 for one row are generated from black reference pixels (formed around the effective pixel region) for each pixel column. The signal processing such as noise removal is performed by the signal. That is, the column signal processing circuit 5 removes fixed pattern noise unique to the pixel 2, for example, an S / H (sample hold) circuit and a CDS (Correlated Double Sampling) circuit, or a signal such as signal amplification. Process. A horizontal selection switch (not shown) is connected to the horizontal signal line 10 at the output stage of the column signal processing circuit 5.

水平駆動回路6は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路5の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路5の各々から画素信号を水平信号線10に出力させる。
出力回路7は、カラム信号処理回路5の各々から水平信号線10を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。
The horizontal drive circuit 6 is constituted by, for example, a shift register, and sequentially outputs horizontal scanning pulses to select each of the column signal processing circuits 5 in order, and the pixel signal is output from each of the column signal processing circuits 5 to the horizontal signal line. 10 to output.
The output circuit 7 performs signal processing and outputs the signals sequentially supplied from each of the column signal processing circuits 5 through the horizontal signal line 10.

画素部3及び周辺回路部が形成された基板11の上方には、層間絶縁膜を介して多層配線層が形成される。また、画素部3では、多層配線層の上に平坦化膜を介してオンチップカラーフィルタ、さらにその上にオンチップマイクロレンズが形成される。撮像領域の画素部以外の領域、より詳しくは、周辺回路部と撮像領域のフォトダイオード(いわゆる受光部)を除く他部領域とに遮光膜が形成される。この遮光膜は、例えば多層配線層の最上層の配線層で形成することができる。   A multilayer wiring layer is formed above the substrate 11 on which the pixel portion 3 and the peripheral circuit portion are formed via an interlayer insulating film. In the pixel unit 3, an on-chip color filter is formed on the multilayer wiring layer via a planarizing film, and an on-chip microlens is further formed thereon. A light-shielding film is formed in a region other than the pixel portion in the imaging region, more specifically, in the peripheral circuit portion and other region other than the photodiode (so-called light receiving portion) in the imaging region. This light shielding film can be formed by, for example, the uppermost wiring layer of the multilayer wiring layer.

次に、上述の単位画素2における光電変換部、フローティングディフージョン部及び転送トランジスタを含む、いわゆる読み出し部分に適用される本発明の実施の形態を説明する。   Next, an embodiment of the present invention applied to a so-called readout portion including the photoelectric conversion portion, the floating diffusion portion, and the transfer transistor in the unit pixel 2 will be described.

図2に、本発明に係る固体撮像装置の第1実施の形態、特にその読み出し部分の第1実施の形態を示す。本実施の形態に係る固体撮像装置21は、第1導電型、本例ではp型の半導体基板22の各単位画素の領域に、光電変換部となるフォトダイオード(PD)23と、第1導電型のn型の半導体領域からなるフローティングディフージョン部(FD)24と、転送トランジスタTr1とからなる読み出し部分25が形成される。   FIG. 2 shows a first embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention, particularly a first embodiment of a readout portion thereof. The solid-state imaging device 21 according to the present embodiment includes a photodiode (PD) 23 serving as a photoelectric conversion unit in a region of each unit pixel of the first conductivity type, in this example, a p-type semiconductor substrate 22, and a first conductivity type. A floating diffusion portion (FD) 24 made of an n-type semiconductor region and a read portion 25 made up of a transfer transistor Tr1 are formed.

フォトダイオード23は、第2導電型であるn型の半導体領域26とその表面にp型アキュミュレーション層27とを有した埋め込み型フォトダイオードで形成される。転送トランジスタTr1は、フォトダイオード23とフローティングディフージョン部24との間の基板表面にゲート絶縁膜31を介してn型の半導体すなわちポリシリコンによる転送ゲート電極(以下、n+ゲート電極という)32を形成して構成される。この転送トランジスタTr1では、フォトダイオード23がソース領域となり、フローティングディフージョン部24がドレイン領域となる。ゲート絶縁膜31は、例えばシリコン酸化膜などで形成される。   The photodiode 23 is formed of a buried photodiode having an n-type semiconductor region 26 of the second conductivity type and a p-type accumulation layer 27 on the surface thereof. The transfer transistor Tr1 forms an n-type semiconductor, that is, a transfer gate electrode (hereinafter referred to as n + gate electrode) 32 of an n-type semiconductor, that is, polysilicon via a gate insulating film 31 on the substrate surface between the photodiode 23 and the floating diffusion portion 24. Configured. In the transfer transistor Tr1, the photodiode 23 serves as a source region, and the floating diffusion portion 24 serves as a drain region. The gate insulating film 31 is formed of, for example, a silicon oxide film.

さらに、n+ゲート電極32のフォトダイオード23側には、絶縁膜33、例えばシリコン酸化膜を介してn型の半導体すなわちポリシリコンによるサイドウォール(以下、n+ポリサイドウォールという)34が形成される。n+ゲート電極32のフローティングディフージョン部24側には、絶縁層によるサイドウォール(以下、絶縁サイドウォールという)35が形成される。この絶縁サイドウォール35は、本例では2層構造を有し、例えばシリコン酸化膜33とシリコン窒化層36の2層で形成される。絶縁サイドウォール35は、1層構造、あるいは2層以上の多層構造で形成することもできる。   Further, an n-type semiconductor, that is, a side wall made of polysilicon (hereinafter referred to as n + poly side wall) 34 is formed on the n + gate electrode 32 on the photodiode 23 side through an insulating film 33, for example, a silicon oxide film. A sidewall (hereinafter referred to as an insulating sidewall) 35 made of an insulating layer is formed on the floating diffusion portion 24 side of the n + gate electrode 32. This insulating sidewall 35 has a two-layer structure in this example, and is formed of, for example, two layers of a silicon oxide film 33 and a silicon nitride layer 36. The insulating sidewall 35 can also be formed with a single layer structure or a multilayer structure of two or more layers.

n+ポリサイドウォール34はフォトダイオード23のn型半導体領域26に対応して形成される。n型半導体領域26は、一部がn+ゲート電極32に重なるように形成され、p+アキュミュレーション層27は、一部がn+ポリサイドウォール34に重なるように形成される。フローティングディフージョン部24は、一部が絶縁サイドウォール35下を通りn+ゲート電極32の一部と重なるように形成される。   The n + poly sidewall 34 is formed corresponding to the n-type semiconductor region 26 of the photodiode 23. The n-type semiconductor region 26 is formed so as to partially overlap the n + gate electrode 32, and the p + accumulation layer 27 is formed so as to partially overlap the n + poly sidewall 34. The floating diffusion portion 24 is formed so that a part thereof passes under the insulating sidewall 35 and overlaps a part of the n + gate electrode 32.

第1実施の形態に係る固体撮像装置21によれば、フォトダイオード23からフローティングディフージョン部24へ信号電荷を読み出す、電荷読み出し時においては、n+ゲート電極32に正電圧が印加される。この正電圧は、カップリング容量によりn+ポリサイドウォール34にも印加される。n+ポリサイドウォール34にゲート電圧が印加されることにより、その直下のフォトダイオード23のn型半導体領域26のポテンシャルが変調される。このポテンシャル変調は、図3(C)における読み出し時のポテンシャル分布bに示すように、n+ポリサイドウォール34直下ではポテンシャルバリアcが潰されて、なだらかな勾配を有するように変調される。なお、図3(B)が本実施の形態の読み出し部分25に対応する。このなだらかな勾配のポテンシャル分布bによって、読み出し易くなり、低電圧での信号電荷の読み出しができる。すなわち、読み出し特性が改善される。   According to the solid-state imaging device 21 according to the first embodiment, a positive voltage is applied to the n + gate electrode 32 at the time of reading out the signal charge from the photodiode 23 to the floating diffusion unit 24. This positive voltage is also applied to the n + poly sidewall 34 by the coupling capacitance. By applying a gate voltage to the n + poly sidewall 34, the potential of the n-type semiconductor region 26 of the photodiode 23 immediately below the n + poly sidewall 34 is modulated. As shown in the potential distribution b at the time of reading in FIG. 3C, this potential modulation is modulated so that the potential barrier c is crushed just below the n + poly sidewall 34 and has a gentle gradient. Note that FIG. 3B corresponds to the reading portion 25 of the present embodiment. This gentle gradient potential distribution b makes it easy to read out and allows signal charges to be read out at a low voltage. That is, read characteristics are improved.

信号電荷の蓄積期間ではn+ゲート電極32に負電圧が印加される。この負電圧はカップリング容量によりn+ポリサイドウォール34にも印加されるので、n+ポリサイドウォール34直下のフォトダイオード23のn型半導体領域26の表面にホールhが誘起される。すなわち、n+ポリサイドウォール34直下のn型半導体領域26の表面が、いわゆるホールピニング状態となる。同時に、n+ゲート電極32直下のチャネル表面もホールピニング状態となる。チャネル表面及びn+ポリサイドウォール34直下のフォトダイオード23のn型半導体領域26表面がホールピニングされるので、絶縁膜界面から湧き出た電子はホールhと再結合し、白点の発生を抑制することができる。   A negative voltage is applied to the n + gate electrode 32 during the signal charge accumulation period. Since this negative voltage is also applied to the n + poly sidewall 34 by the coupling capacitance, a hole h is induced on the surface of the n-type semiconductor region 26 of the photodiode 23 immediately below the n + poly sidewall 34. That is, the surface of the n-type semiconductor region 26 immediately below the n + poly sidewall 34 is in a so-called hole pinning state. At the same time, the channel surface directly under the n + gate electrode 32 is also in the hole pinning state. Since the channel surface and the surface of the n-type semiconductor region 26 of the photodiode 23 just below the n + poly sidewall 34 are hole-pinned, electrons that have spouted from the interface of the insulating film recombine with the holes h to suppress the generation of white spots Can do.

フローティングディフージョン部24側のサイドウォール35が絶縁サイドウォールで形成されるので、フローティングディフージョン部24の容量を低下させ、変換効率を向上することができる。この場合のフローティングディフージョン部24の容量とは、フローティングディフージョン部24とサイドウォール35とのオーバラップ容量であり、例えばこのサイドウォール35をフォトダイオード23側と同様にポリサイドウォールで形成した場合にはオーバラップ容量が大きくなり、変換効率が低下する。   Since the sidewall 35 on the floating diffusion portion 24 side is formed of an insulating sidewall, the capacity of the floating diffusion portion 24 can be reduced and the conversion efficiency can be improved. The capacitance of the floating diffusion portion 24 in this case is the overlap capacitance between the floating diffusion portion 24 and the sidewall 35. For example, when the sidewall 35 is formed of a poly sidewall in the same manner as the photodiode 23 side. The overlap capacity becomes large and the conversion efficiency decreases.

図4に、本発明に係る固体撮像装置の第2実施の形態、特にその読み出し部分の第2実施の形態を示す。図4は、図5の画素レイアウト及び図6(図5の要部の拡大図)のA−A線上の断面図である。   FIG. 4 shows a second embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention, in particular, a second embodiment of its readout portion. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 5 and the pixel layout of FIG. 5 and an enlarged view of the main part of FIG.

まず、図5を用いて画素レイアウトについて説明する。本実施の形態に係る固体撮像装置の画素レイアウトは、4つの光電変換部に対して所要の画素トランジスタを共有させた、いわゆる4画素共有を1単位とした画素レイアウトである。この固体撮像装置では、図5に示すように、4つの光電変換部42、43、44及び45が2列2行に配置される。この4つの光電変換部42〜45に囲まれた中央部の共通する1つのフローティングディフージョン部46が配置される。   First, the pixel layout will be described with reference to FIG. The pixel layout of the solid-state imaging device according to the present embodiment is a pixel layout in which a required pixel transistor is shared by four photoelectric conversion units, and so-called four pixel sharing is used as one unit. In this solid-state imaging device, as shown in FIG. 5, four photoelectric conversion units 42, 43, 44 and 45 are arranged in two columns and two rows. A common floating diffusion portion 46 in the central portion surrounded by the four photoelectric conversion portions 42 to 45 is disposed.

各4つの光電変換部42〜45のそれぞれの角部とフローティングディフージョン部46との間に、略三角形状の転送ゲート電極47、48,49及び50が形成され、各対応する転送トランジスタTr11、Tr12、Tr13及びTr14が形成される。転送ゲート電極47〜50は、それぞれ光電変換部42〜45側を底辺とし、フローティングディフージョン部46側が頂部とする略三角形状に形成される。   Transfer gate electrodes 47, 48, 49, and 50 having a substantially triangular shape are formed between the respective corner portions of the four photoelectric conversion units 42 to 45 and the floating diffusion portion 46, and the corresponding transfer transistors Tr11, Tr12, Tr13, and Tr14 are formed. The transfer gate electrodes 47 to 50 are formed in a substantially triangular shape with the photoelectric conversion units 42 to 45 side as the bottom and the floating diffusion portion 46 side as the top, respectively.

4つの光電変換部42〜45の群の例えば下側に4つの光電変換部42〜45に対して共通の画素トランジスタ、すなわちリセットトランジスタTr2、増幅トランジスタTr3及び選択トランジスタTr4が配置される。リセットトランジスタTr2は、対のソース・ドレイン領域51及び52と、ゲート絶縁膜を介して形成したリセットゲート電極55とにより構成される。増幅トランジスタTr3は、対のソース・ドレイン領域52及び53と、ゲート絶縁膜を介して形成した増幅ゲート電極56とにより構成される。選択トランジスタTr4は、対のソース・ドレイン領域53及び54と、ゲート絶縁膜を介して形成した選択ゲート電極57とにより構成される。   A common pixel transistor, that is, a reset transistor Tr2, an amplification transistor Tr3, and a selection transistor Tr4, is disposed on the lower side of the group of four photoelectric conversion units 42 to 45, for example, with respect to the four photoelectric conversion units 42 to 45. The reset transistor Tr2 includes a pair of source / drain regions 51 and 52 and a reset gate electrode 55 formed through a gate insulating film. The amplification transistor Tr3 includes a pair of source / drain regions 52 and 53 and an amplification gate electrode 56 formed through a gate insulating film. The selection transistor Tr4 includes a pair of source / drain regions 53 and 54 and a selection gate electrode 57 formed through a gate insulating film.

図6に、図5における1つの読み出し部分の拡大した詳細構成を示す。図4は、図6のA−A線上の断面図に相当する。   FIG. 6 shows an enlarged detailed configuration of one readout portion in FIG. 4 corresponds to a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.

第2実施の形態に係る固体撮像装置41は、図4に示すように、第1導電型、本例ではp型の半導体基板61の各単位画素(共有画素を構成する各画素)の領域に、光電変換部43と、第1導電型のn型の半導体領域からなるフローティングディフージョン部(FD)46と、転送トランジスタTr12とからなる読み出し部分63が形成される。   As shown in FIG. 4, the solid-state imaging device 41 according to the second embodiment is provided in the region of each unit pixel (each pixel constituting the shared pixel) of the first conductivity type, in this example, the p-type semiconductor substrate 61. Then, a photoelectric conversion portion 43, a floating diffusion portion (FD) 46 made up of an n-type semiconductor region of the first conductivity type, and a readout portion 63 made up of a transfer transistor Tr12 are formed.

転送トランジスタTr12は、光電変換部43とフローティングディフージョン部46との間の基板表面にゲート絶縁膜71を介してn+ゲート電極48を形成して構成される。転送トランジスタTr12では、光電変換部43がソース領域となり、フローティングディフージョン部46がドレイン領域となる。ゲート絶縁膜71は、例えばシリコン酸化膜などで形成される。   The transfer transistor Tr12 is configured by forming an n + gate electrode 48 on a substrate surface between the photoelectric conversion unit 43 and the floating diffusion unit 46 via a gate insulating film 71. In the transfer transistor Tr12, the photoelectric conversion unit 43 serves as a source region, and the floating diffusion unit 46 serves as a drain region. The gate insulating film 71 is formed of, for example, a silicon oxide film.

n+ゲート電極48の光電変換部43側には、絶縁膜73、例えばシリコン酸化膜を介してn+ポリサイドウォール74が形成される。n+ゲート電極48のフローティングディフージョン部47側には、絶縁サイドウォール75が形成される。絶縁サイドウォール75は、本例では2層構造を有し、例えばシリコン酸化膜73とシリコン窒化層76の2層で形成される。絶縁サイドウォール75は1層構造、あるいは2層以上の多層構造で形成することもできる。   An n + poly sidewall 74 is formed on the n + gate electrode 48 on the photoelectric conversion portion 43 side through an insulating film 73, for example, a silicon oxide film. An insulating sidewall 75 is formed on the n + gate electrode 48 on the floating diffusion portion 47 side. The insulating sidewall 75 has a two-layer structure in this example, and is formed of two layers, for example, a silicon oxide film 73 and a silicon nitride layer 76. The insulating sidewall 75 can be formed with a single layer structure or a multilayer structure of two or more layers.

そして、本実施の形態では、特に、光電変換部43を第1のフォトダイオード(PD1)64と第2のフォトダイオード(PD2)65とから構成される。第1のフォトダイオード64は、第2導電型であるn型の半導体領域66と、その表面にp型アキュミュレーション層67とを有した埋め込み型フォトダイオードで形成される。第2のフォトダイオード65は、第2導電型であるn型の半導体領域68と、その表面がn+ポリサイドウォール74でホールピニングされた領域を有するフォトダイオードで形成される。   In the present embodiment, in particular, the photoelectric conversion unit 43 includes a first photodiode (PD1) 64 and a second photodiode (PD2) 65. The first photodiode 64 is formed of a buried photodiode having an n-type semiconductor region 66 of the second conductivity type and a p-type accumulation layer 67 on the surface thereof. The second photodiode 65 is formed of a photodiode having an n-type semiconductor region 68 of the second conductivity type and a region whose surface is hole-pinned by an n + poly sidewall 74.

すなわち、第2のフォトダイオード65は、表面に後述で明らかになる転送ゲート電極の電界、あるいはポリサイドウォールにより信号電荷と逆の電荷が励起されるフォトダイオードで形成される。   That is, the second photodiode 65 is formed of a photodiode whose surface has an electric field opposite to the signal charge excited by an electric field of a transfer gate electrode, which will be described later, or a poly sidewall.

第1のフォトダイオード64は、光電変換部43を形成する領域にわたって形成される。第2のフォトダイオード65は、第1のフォトダイオード64より浅く、第1のフォトダイオード64の不純物濃度より高い不純物濃度を有し、かつn+ゲート電極48近傍に形成される。すなわち、第2のフォトダイオード65では、そのn型半導体領域68が第1のフォトダイオード64のn型半導体領域66より浅く形成される。さらに、n型半導体領域68は、その不純物濃度が、第1のフォトダイオード64のn型半導体領域66の不純物濃度より高く設定され、かつn+ゲート電極48近傍に形成されるようになす。   The first photodiode 64 is formed over a region where the photoelectric conversion unit 43 is formed. The second photodiode 65 is shallower than the first photodiode 64, has an impurity concentration higher than that of the first photodiode 64, and is formed in the vicinity of the n + gate electrode 48. That is, in the second photodiode 65, the n-type semiconductor region 68 is formed shallower than the n-type semiconductor region 66 of the first photodiode 64. Further, the n-type semiconductor region 68 has an impurity concentration set higher than the impurity concentration of the n-type semiconductor region 66 of the first photodiode 64 and is formed in the vicinity of the n + gate electrode 48.

第1のフォトダイオード64のp型アキュミュレーション層67は、第2のフォトダイオード65のn型半導体領域68上まで延長して形成されるも、n+ポリサイドウォール74直下には形成されない。p型アキュミュレーション層67は、n+ポリサイドウォール74直下に僅かに入り込んで形成してもよい。   The p-type accumulation layer 67 of the first photodiode 64 is formed so as to extend to the n-type semiconductor region 68 of the second photodiode 65, but is not formed directly under the n + poly sidewall 74. The p-type accumulation layer 67 may be formed so as to slightly enter directly under the n + poly sidewall 74.

本例では、第1のフォトダイオード64のn型半導体領域66は、一部がn+ゲート電極48と重なるように、n+ゲート電極48直下に入り込んで形成される。また、第2のフォトダイオード65のn型半導体領域68は、第1のフォトダイオード64のn型半導体領域66内に存し、その一部がn+ゲート電極48と重なるようにn+ゲート電極48直下に入り込んで形成される。素子分離部77は、第2導電型半導体層、本例ではp型半導体層で形成される。   In this example, the n-type semiconductor region 66 of the first photodiode 64 is formed so as to enter directly under the n + gate electrode 48 so as to partially overlap the n + gate electrode 48. Further, the n-type semiconductor region 68 of the second photodiode 65 exists in the n-type semiconductor region 66 of the first photodiode 64, and immediately below the n + gate electrode 48 so that a part thereof overlaps the n + gate electrode 48. It is formed by entering. The element isolation portion 77 is formed of a second conductivity type semiconductor layer, in this example, a p-type semiconductor layer.

n+ポリサイドウォール74側のシリコン酸化膜73は、絶縁サイドウォール75のシリコン酸化膜73より薄く形成される。n+ポリサイドウォール74は、図示の例では45度に傾斜した三角形状、すなわちテーパー角θ1が45度の三角形状に形成される。n+ポリサイドウォール74におけるテーパー角θ1としては、40度〜50度が好ましい。なお、n+ポリサイドウォール74は、絶縁サイドウォール75と同じように丸型状に形成してもよい。   The silicon oxide film 73 on the n + poly sidewall 74 side is formed thinner than the silicon oxide film 73 of the insulating sidewall 75. In the illustrated example, the n + poly sidewall 74 is formed in a triangular shape inclined at 45 degrees, that is, a triangular shape having a taper angle θ1 of 45 degrees. The taper angle θ1 of the n + poly sidewall 74 is preferably 40 degrees to 50 degrees. The n + poly sidewall 74 may be formed in a round shape like the insulating sidewall 75.

本実施の形態における読み出し部分63の形成は、全てセルファラインで形成される。すなわち、n+ゲート電極48を形成した後、n+ゲート電極48と第1フォトレジストマスクを介して、イオン注入により第1のフォトダイオード64のn型半導体領域66を形成する。また、n+ゲート電極48と第2フォトレジストマスクを介して、イオン注入によりフローティングディフージョン部46を形成する。n+ゲート電極48と第3フォトレジストマスクを介して、イオン注入により第2のフォトダイオード65のn型半導体領域68を形成する。さらに、絶縁サイドウォール75及び絶縁膜73を含むn+ポリサイドウォール74を形成した後、n+ポリサイドウォール74と第4フォトレジストマスクを介して、第1のフォトダイオード64のp型アキュミュレーション層67を形成する。   In the present embodiment, all of the read portions 63 are formed by self-alignment. That is, after the n + gate electrode 48 is formed, the n-type semiconductor region 66 of the first photodiode 64 is formed by ion implantation through the n + gate electrode 48 and the first photoresist mask. Further, the floating diffusion portion 46 is formed by ion implantation through the n + gate electrode 48 and the second photoresist mask. An n-type semiconductor region 68 of the second photodiode 65 is formed by ion implantation through the n + gate electrode 48 and the third photoresist mask. Further, after forming the n + poly sidewall 74 including the insulating sidewall 75 and the insulating film 73, the p-type accumulation layer of the first photodiode 64 is interposed through the n + poly sidewall 74 and the fourth photoresist mask. 67 is formed.

第2実施の形態に係る固体撮像装置によれば、電荷蓄積期間に第1及び第2のフォトダイオード64及び65で光電変換して生成された信号電荷(この例では電子)は、不純物濃度が高い第2のフォトダイオード65のn型半導体領域68に蓄積される。つまり、n+ゲート電極48に近い領域に信号電荷が蓄積される。   According to the solid-state imaging device according to the second embodiment, the signal charge (electrons in this example) generated by photoelectric conversion by the first and second photodiodes 64 and 65 during the charge accumulation period has an impurity concentration. Accumulated in the n-type semiconductor region 68 of the high second photodiode 65. That is, signal charges are accumulated in a region near the n + gate electrode 48.

信号電荷の読み出し時には、信号電荷がn+ゲート電極48に近くかつ浅い領域の第2のフォトダイオード65に蓄積されているので、読み出し電圧が印加されたときに直ぐに第2のフォトダイオード65のポテンシャルが変調され易くなり、信号電荷の読み出しがし易くなる。さらに、第2のフォトダイオード65の表面にp型アキュミュレーション層がなく、またn+ポリサイドウォール74の電位でn+ポリサイドウォール74直下にはポテンシャルバリアが発生しないので信号電荷が読み出しやすい。すなわち、電荷読み出し時、n+ゲート電極48に正電圧が印加されて転送トランジスタTr12がオンする。このオン時にも、前述の第1実施の形態と同様に、カップリング容量でn+ポリサイドウォール74の電位が変調され、n+ポリサイドウォール74直下ではポテンシャルバリアの無いなだらかな勾配のポテンシャルに変調される。従って、上記の事象がと相俟って、さらに、信号電荷が読み出し易くなる。すなわち、低電圧での信号電荷の読み出しができ、読み出し特性が改善される。   At the time of reading out the signal charge, the signal charge is accumulated in the second photodiode 65 near the n + gate electrode 48 and in the shallow region, so that the potential of the second photodiode 65 is immediately increased when the read voltage is applied. Modulation is facilitated, and signal charges can be easily read out. Further, since there is no p-type accumulation layer on the surface of the second photodiode 65 and no potential barrier is generated immediately below the n + poly sidewall 74 at the potential of the n + poly sidewall 74, signal charges can be easily read out. That is, at the time of charge reading, a positive voltage is applied to the n + gate electrode 48 and the transfer transistor Tr12 is turned on. Even at this ON time, as in the first embodiment, the potential of the n + poly sidewall 74 is modulated by the coupling capacitance, and is modulated to a gentle gradient potential without the potential barrier immediately below the n + poly sidewall 74. The Therefore, in combination with the above-described event, the signal charge becomes easier to read. That is, the signal charge can be read at a low voltage, and the read characteristics are improved.

n+ポリサイドウォール74側の絶縁膜(例えばシリコン酸化膜)73の膜厚が、絶縁サイドウォール75のシリコン酸化膜73の膜厚より薄く形成されている。これによって、n+ゲート電極48とn+ポリサイドウォール74間のカップリング容量が増加し、カップリングされ易く、またn+ポリサイドウォール74による第2のフォトダイオード65表面への電位変調がかけ易くなる。   The insulating film (for example, silicon oxide film) 73 on the n + poly sidewall 74 side is formed thinner than the silicon oxide film 73 of the insulating sidewall 75. As a result, the coupling capacitance between the n + gate electrode 48 and the n + poly sidewall 74 is increased, and the coupling is easily performed, and the potential modulation on the surface of the second photodiode 65 by the n + poly sidewall 74 is easily performed.

n+ポリサイドウォール74側の絶縁膜73の膜厚は、上記カップリング容量、電位変調などのn+ポリサイドウォールの効果をコントロールするパラメータとなる。尚、n+ポリサイドウォールの効果を制御するパラメータは、n+ポリサイドウォール74の不純物濃度、絶縁膜73、n+ポリサイドウォール74のフォトダイオード(PD)側への張り出し寸法がある。さらに、転送トランジスタのゲート電極近傍のSi基板中の不純物プロファイルとn+ポリサイドウォールとの相互作用で、上記n+ポリサイドウォールの効果を制御できる。   The film thickness of the insulating film 73 on the n + poly sidewall 74 side is a parameter for controlling the effect of the n + poly sidewall such as the coupling capacitance and the potential modulation. Parameters that control the effect of the n + poly sidewall include the impurity concentration of the n + poly sidewall 74 and the overhang dimension of the insulating film 73 and the n + poly sidewall 74 to the photodiode (PD) side. Furthermore, the effect of the n + poly sidewall can be controlled by the interaction between the impurity profile in the Si substrate near the gate electrode of the transfer transistor and the n + poly sidewall.

第2実施の形態では、n型半導体領域68の不純物濃度が高い第2のフォトダイオード65を設けたことにより、飽和電荷量Qsを上げることができる。本実施の形態の固体撮像装置は、飽和電荷量Qsが大きいにも拘わらず、信号電荷の読み出し易い構成となっている。   In the second embodiment, the saturation charge amount Qs can be increased by providing the second photodiode 65 having a high impurity concentration in the n-type semiconductor region 68. The solid-state imaging device according to the present embodiment has a configuration in which signal charges can be easily read although the saturation charge amount Qs is large.

電荷蓄積期間では、n+ゲート電極48に負電圧が印加される。この負電圧はカップリング容量によりn+ポリサイドウォール74にも印加されるので、n+ポリサイドウォール74直下の第2のフォトダイオード65のn型半導体領域68の表面にホールhが誘起される。すなわち、図7に示すように、n+ポリサイドウォール74直下のn型半導体領域68の表面に、n+ポリサイドウォール74からの電界で誘起されたホールhによるアキュミュレーション領域が形成される。n型半導体領域68の表面がホールピニング状態となる。同時に、n+ゲート電極48直下のチャネル表面もホールピニング状態となる。チャネル表面及びn+ポリサイドウォール74直下の第2のフォトダイオード65のn型半導体領域68表面がホールピニングされるので、絶縁膜界面から湧き出た電子はホールhと再結合し、白点の発生を抑制することができる。
n+ゲート電極48及びn+ポリサイドウォール74を有する構成を有するので、第1実施の形態と同様の効果も奏する。
In the charge accumulation period, a negative voltage is applied to the n + gate electrode 48. Since this negative voltage is also applied to the n + poly sidewall 74 due to the coupling capacitance, a hole h is induced on the surface of the n-type semiconductor region 68 of the second photodiode 65 immediately below the n + poly sidewall 74. That is, as shown in FIG. 7, an accumulation region is formed on the surface of the n-type semiconductor region 68 immediately below the n + poly sidewall 74 due to holes h induced by the electric field from the n + poly sidewall 74. The surface of the n-type semiconductor region 68 is in a hole pinning state. At the same time, the channel surface directly under the n + gate electrode 48 is also in the hole pinning state. Since the surface of the channel and the surface of the n-type semiconductor region 68 of the second photodiode 65 immediately below the n + poly sidewall 74 are hole-pinned, electrons that have spouted from the interface of the insulating film recombine with the holes h, and white spots are generated. Can be suppressed.
Since it has the structure which has the n + gate electrode 48 and the n + poly sidewall 74, there exists an effect similar to 1st Embodiment.

転送トランジスタTr12及び第1、第2のフォトダイオード64、65を含む、読み出し部分63が全てセルファラインで形成されるので、画素が微細化されても、読み出し部分63を精度良く形成することができ、本実施の形態の固体撮像装置を高精度で製造することができる。   Since the readout portion 63 including the transfer transistor Tr12 and the first and second photodiodes 64 and 65 are all formed by self-alignment, the readout portion 63 can be accurately formed even if the pixels are miniaturized. The solid-state imaging device of this embodiment can be manufactured with high accuracy.

n+ポリサイドウォール74を三角形状にすることにより、次のような効果がある。n+ポリサイドウォール74を形成した後に、必要の無い場所のn+ポリサイドウォールを除去する必要がある。たとえば、周辺回路ではn+ポリサイドウォールを残存させるとトランジスタ特性が劣化するので、n+ポリサイドウォールを除去する必要がある。除去した後に、絶縁サイドウォールを形成する場合、n+ポリサイドウォールを残存させた場所では、n+ポリサイドウォールの外側に絶縁サイドウォールが形成されてしまう。意図しない場所に不完全なサイドウォールが形成されてしまい、形がコントロールデキズ、特性バラツキを引き起こす。   By making the n + poly sidewall 74 triangular, the following effects are obtained. After the n + poly sidewall 74 is formed, it is necessary to remove the n + poly sidewall where it is not necessary. For example, if the n + poly sidewall is left in the peripheral circuit, the transistor characteristics deteriorate, and therefore it is necessary to remove the n + poly sidewall. When an insulating sidewall is formed after the removal, the insulating sidewall is formed outside the n + poly sidewall at the place where the n + poly sidewall is left. Incomplete sidewalls are formed in unintended locations, and the shape causes control defects and characteristic variations.

これに対し、n+ポリサイドウォール74を三角形状にすれば、絶縁サイドウォールはn+サイドウォール74の外側に形成させずに済むため、形がコントロールでき、特性バタツキを引き起こさない。   On the other hand, if the n + poly sidewall 74 has a triangular shape, the insulating sidewall does not have to be formed outside the n + sidewall 74, so that the shape can be controlled and characteristic fluctuations do not occur.

ただし、形状がコントロールできるならば、絶縁サイドウォールが残ってもよい。その場合、n+ポリサイドウォール74の形状は三角形状以外の形状でもよい。また、周辺回路のソース・ドレインのイオン注入をn+ポリサイドウォールとゲート電極をマスクにして行い、その後、不必要部分のn+ポリサイドウォールを除去して、絶縁サイドウォール形成工程を無しにすることも可能である。   However, if the shape can be controlled, an insulating sidewall may remain. In that case, the shape of the n + poly sidewall 74 may be other than a triangular shape. Also, ion implantation of the source / drain of the peripheral circuit is performed using the n + poly sidewall and the gate electrode as a mask, and then the unnecessary portion of the n + poly sidewall is removed to eliminate the insulating sidewall formation step. Is also possible.

図8〜図10に、前述の第2実施の形態の変形例、すなわち、第3実施の形態、第4実施の形態、第5実施の形態を示す。   FIG. 8 to FIG. 10 show modifications of the second embodiment described above, that is, the third embodiment, the fourth embodiment, and the fifth embodiment.

第3実施の形態に係る固体撮像装置81は、図8に示すように、第2実施の形態と同様に、第1のフォトダイオード(PD1)64及び第2のフォトダイオード(PD2)65からなる光電変換部43と、フローティングディフージョン部46と、転送トランジスタTr12とにより、読み出し部分82が構成される。   As shown in FIG. 8, the solid-state imaging device 81 according to the third embodiment includes a first photodiode (PD1) 64 and a second photodiode (PD2) 65, as in the second embodiment. The photoelectric conversion unit 43, the floating diffusion unit 46, and the transfer transistor Tr12 constitute a reading portion 82.

そして、本実施の形態では、第2のフォトダイオード65がn+ポリサイドウォール74直下に形成される。すなわち、第2のフォトダイオード65のn型半導体領域68がn+ポリサイドウォール74直下に形成される。第1のフォトダイオード64のp型アキュミュレーション層67は、第2のフォトダイオード65のn型半導体領域68に重ならない構成とされる。
その他の構成は、図4の第2実施の形態と同様であるので、図4と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
In the present embodiment, the second photodiode 65 is formed immediately below the n + poly sidewall 74. That is, the n-type semiconductor region 68 of the second photodiode 65 is formed immediately below the n + poly sidewall 74. The p-type accumulation layer 67 of the first photodiode 64 is configured not to overlap the n-type semiconductor region 68 of the second photodiode 65.
Since the other configuration is the same as that of the second embodiment in FIG. 4, portions corresponding to those in FIG.

第3実施の形態に係る固体撮像装置81によれば、第2のフォトダイオード65が、第2実施の形態よりさらに領域が狭く形成されるので、蓄積電荷はよりn+ゲート電極48に近づき、信号電荷を読み出し易くしている。その他、第2実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。   According to the solid-state imaging device 81 according to the third embodiment, since the second photodiode 65 is formed to have a narrower region than the second embodiment, the accumulated charge is closer to the n + gate electrode 48 and the signal It makes it easy to read out the charge. In addition, the same effects as described in the second embodiment can be obtained.

第4実施の形態に係る固体撮像装置83は、図9に示すように、第2実施の形態と同様に、第1のフォトダイオード(PD1)64及び第2のフォトダイオード(PD2)65からなる光電変換部43と、フローティングディフージョン部46と、転送トランジスタTr12とにより、読み出し部分84が構成される。   As shown in FIG. 9, the solid-state imaging device 83 according to the fourth embodiment includes a first photodiode (PD1) 64 and a second photodiode (PD2) 65, as in the second embodiment. The photoelectric conversion unit 43, the floating diffusion unit 46, and the transfer transistor Tr12 constitute a readout portion 84.

そして、本実施の形態では、第2のフォトダイオード65のn型半導体領域68の一部が第1のフォトダイオード64のn型半導体領域66を越えてn+ゲート電極48側に延長するように形成される。このn型半導体領域68に形成は、例えば斜めイオン注入で形成することができる。第2のフォトダイオード65のn型半導体領域68の他部は、第1のフォトダイオード64のn型半導体領域66内に形成される。第1のフォトダイオード64のp型アキュミュレーション層67は、n+ポリサイドウォール74直下まで形成される。p型アキュミュレーション層67は、n+ポリサイドウォール74直下には形成しない構成とすることもできる。
その他の構成は、図4の第2実施の形態と同様であるので、図4と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
In this embodiment, a part of the n-type semiconductor region 68 of the second photodiode 65 is formed so as to extend beyond the n-type semiconductor region 66 of the first photodiode 64 to the n + gate electrode 48 side. Is done. The n-type semiconductor region 68 can be formed by, for example, oblique ion implantation. The other part of the n-type semiconductor region 68 of the second photodiode 65 is formed in the n-type semiconductor region 66 of the first photodiode 64. The p-type accumulation layer 67 of the first photodiode 64 is formed up to just below the n + poly sidewall 74. The p-type accumulation layer 67 may be configured not to be formed directly under the n + poly sidewall 74.
Since the other configuration is the same as that of the second embodiment in FIG. 4, portions corresponding to those in FIG.

第4実施の形態に係る固体撮像装置83によれば、第2のフォトダイオード65が、第1のフォトダイオード64から一部がn+ゲート電極48側に延長して形成される。この構成で、第2のフォトダイオード65がフローティングディフージョン部46により近づき、第2フォトダイオード65のn+ゲート電極48で変調される領域が増えることになり、信号電荷がさらに読み出し易くなる。その他、第2実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。   According to the solid-state imaging device 83 according to the fourth embodiment, the second photodiode 65 is formed so as to partially extend from the first photodiode 64 to the n + gate electrode 48 side. With this configuration, the second photodiode 65 is brought closer to the floating diffusion portion 46, and the region modulated by the n + gate electrode 48 of the second photodiode 65 is increased, thereby making it easier to read the signal charge. In addition, the same effects as described in the second embodiment can be obtained.

第5実施の形態に係る固体撮像装置85は、図10に示すように、第2実施の形態と同様に、第1のフォトダイオード(PD1)64及び第2のフォトダイオード(PD2)65からなる光電変換部43と、フローティングディフージョン部46と、転送トランジスタTr12とにより、読み出し部分86が構成される。   As shown in FIG. 10, the solid-state imaging device 85 according to the fifth embodiment includes a first photodiode (PD1) 64 and a second photodiode (PD2) 65, as in the second embodiment. The photoelectric conversion unit 43, the floating diffusion unit 46, and the transfer transistor Tr12 constitute a readout portion 86.

そして、本実施の形態では、第1のフォトダイオード64及び第2のフォトダイオード65が前述の図4の第2実施の形態と同様の位置関係で形成され、n+ポリサイドウォール74直下の第2のフォトダイオード65表面にp型低不純濃度領域87が形成される。即ち、第2のフォトダイオード65のn+ポリサイドウォール74直下のn型半導体領域68の表面に、第1フォトダイオード64のp型アキュミュレーション層67より低濃度のp型低不純物濃度領域87、いわゆる低濃度p−アキュミュレーション層が形成される。
その他の構成は、図4の第2実施の形態と同様であるので、図4と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
In this embodiment, the first photodiode 64 and the second photodiode 65 are formed in the same positional relationship as in the second embodiment of FIG. 4 described above, and the second photodiode just below the n + poly sidewall 74 is formed. A p-type low impurity concentration region 87 is formed on the surface of the photodiode 65. That is, a p-type low impurity concentration region 87 having a lower concentration than the p-type accumulation layer 67 of the first photodiode 64 is formed on the surface of the n-type semiconductor region 68 immediately below the n + poly sidewall 74 of the second photodiode 65. A so-called low concentration p-accumulation layer is formed.
Since the other configuration is the same as that of the second embodiment in FIG. 4, portions corresponding to those in FIG.

第5実施の形態に係る固体撮像装置85によれば、p−アキュミュレーション層となるp型半導体領域87が形成されているので、n+ポリサイドウォール74による第2のフォトダイオード65表面のホール誘起と相俟って、さらに白点発生を抑制することができる。その他、信号電荷の読み出し易さ、飽和電荷量を増やすことができるなど、前述の第2実施の形態と同様の効果を奏する。   According to the solid-state imaging device 85 according to the fifth embodiment, since the p-type semiconductor region 87 serving as the p-accumulation layer is formed, holes on the surface of the second photodiode 65 due to the n + poly sidewall 74 are formed. Combined with induction, the generation of white spots can be further suppressed. In addition, the same effects as those of the second embodiment described above can be obtained, such as the ease of reading signal charges and the amount of saturation charge being increased.

上述の第1のフォトダイオード64及び第2フォトダイオード65からなる光電変換部43を有する固体撮像装置においては、転送トランジスタのゲート電極及びサイドウォールの構成として、図11〜図13に示す構成を採り得る。   In the solid-state imaging device having the photoelectric conversion unit 43 including the first photodiode 64 and the second photodiode 65 described above, the configuration shown in FIGS. 11 to 13 is adopted as the configuration of the gate electrode and the sidewall of the transfer transistor. obtain.

図11の例では、図4で説明したと同様に、転送トランジスタの転送ゲート電極がn+ゲート電極72で形成される。光電変換部43側のサイドウォールは、絶縁膜(例えばシリコン酸化膜)73を含むn+ポリサイドウォール74で形成される。フローティングディフージョン部46側のサイドウォールは、絶縁サイドウォール75、本例ではシリコン酸化膜73及びシリコン窒化膜76により2層で形成される。   In the example of FIG. 11, the transfer gate electrode of the transfer transistor is formed by the n + gate electrode 72 as described in FIG. 4. The side wall on the photoelectric conversion unit 43 side is formed of an n + poly sidewall 74 including an insulating film (for example, a silicon oxide film) 73. The sidewall on the floating diffusion portion 46 side is formed of two layers by an insulating sidewall 75, in this example, a silicon oxide film 73 and a silicon nitride film 76.

図12の例では、転送トランジスタの転送ゲート電極がp+ゲート電極88で形成される。光電変換部43側のサイドウォールは、絶縁膜(例えばシリコン酸化膜)73を含むp+ポリサイドウォール89で形成される。フローティングディフージョン部46側のサイドウォールは、絶縁サイドウォール75、本例ではシリコン酸化膜73及びシリコン窒化膜76により2層で形成される。光電変換部43側のサイドウォールは、絶縁膜(例えばシリコン酸化膜)73を含むn+ポリサイドウォール89で形成することもできる。   In the example of FIG. 12, the transfer gate electrode of the transfer transistor is formed by the p + gate electrode 88. The side wall on the photoelectric conversion unit 43 side is formed by a p + poly side wall 89 including an insulating film (for example, a silicon oxide film) 73. The sidewall on the floating diffusion portion 46 side is formed of two layers by an insulating sidewall 75, in this example, a silicon oxide film 73 and a silicon nitride film 76. The side wall on the photoelectric conversion unit 43 side can also be formed by an n + poly side wall 89 including an insulating film (for example, a silicon oxide film) 73.

図12に示すp+ゲート電極88及びp+ポリサイドウォール89を有する構成の場合は、n+との仕事関数差の効果でゲート電圧を0Vにしても、p+ポリサイドウォール89直下をピンニング状態とすることができる。   In the case of the configuration having the p + gate electrode 88 and the p + poly sidewall 89 shown in FIG. 12, even if the gate voltage is set to 0 V due to the work function difference from n +, the portion immediately below the p + poly sidewall 89 is in a pinned state. Can do.

図13の例では、転送トランジスタの転送ゲート電極90がp+ゲート電極またはn+ゲート電極による所要導電型のゲート電極で形成される。光電変換部43側のサイドウォール及びフローティングディフージョン部側のサイドウォールは、共に絶縁サイドウォール75、本例ではシリコン酸化膜73及びシリコン窒化膜76により2層で形成される。
この例では、転送ゲート電極90による電界で第2のフォトダイオード65表面がホールピニング状態になる。
In the example of FIG. 13, the transfer gate electrode 90 of the transfer transistor is formed of a gate electrode of a required conductivity type by a p + gate electrode or an n + gate electrode. Both the side wall on the photoelectric conversion portion 43 side and the side wall on the floating diffusion portion side are formed in two layers by an insulating side wall 75, in this example, a silicon oxide film 73 and a silicon nitride film 76.
In this example, the surface of the second photodiode 65 is in a hole pinning state by the electric field generated by the transfer gate electrode 90.

さらに、転送トランジスタのゲート電極及びサイドウォールの構成としては、図示しないが、上記図11〜図13の構成において、フローティングディフージョン部46側の絶縁サイドウォール75を無くした構成とすることもできる。   Furthermore, although not shown in the drawings, the gate electrode and the sidewall of the transfer transistor may be configured such that the insulating sidewall 75 on the floating diffusion portion 46 side is eliminated in the configurations of FIGS.

第1及び第2のフォトダイオード64及び65からなる光電変換部43の構成は、前述の図8〜図10のいずれかの構成とすることもできる。   The configuration of the photoelectric conversion unit 43 including the first and second photodiodes 64 and 65 may be any of the configurations shown in FIGS.

なお、上述した実施の形態では、信号電荷を電子として構成したが、信号電荷を正孔(ホール)として構成することもできる。この場合、各半導体領域の導電型は上例とは逆の導電型で構成される。   In the above-described embodiment, the signal charge is configured as an electron. However, the signal charge may be configured as a hole. In this case, the conductivity type of each semiconductor region is the opposite conductivity type from the above example.

本発明の固体撮像装置は、画素が行列上に2次元配列されたエリアイメージセンサへの適用に限られるものではなく、画素が直線上に1次元配列されたリニアイメージセンサにも同様に適用可能である。   The solid-state imaging device of the present invention is not limited to application to an area image sensor in which pixels are two-dimensionally arranged on a matrix, and can be similarly applied to a linear image sensor in which pixels are one-dimensionally arranged on a straight line. It is.

本発明に係る固体撮像装置は、固体撮像装置を備えたカメラ、カメラ付き携帯機器、固体撮像装置を備えたその他の機器、等の電子機器に適用することができる。
図14に、本発明の電子機器の一例としてカメラに適用した実施の形態を示す。本実施の形態に係るカメラ95は、光学系(光学レンズ)96と、固体撮像装置97と、信号処理回路98とを備えてなる。固体撮像装置97は、上述した各実施の形態のいずれか1つの固体撮像装置が適用される。光学系96は、被写体からの像光(入射光)を固体撮像装置97の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置97の光電変換素子において一定期間信号電荷が蓄積される。信号処理回路98は、固体撮像装置97の出力信号に対して種々の信号処理を施して出力する。本実施の形態のカメラ95は、光学系96、固体撮像装置97、信号処理回路98がモジュール化したカメラモジュールの形態を含む。
The solid-state imaging device according to the present invention can be applied to electronic devices such as a camera equipped with a solid-state imaging device, a portable device with a camera, and other devices equipped with a solid-state imaging device.
FIG. 14 shows an embodiment applied to a camera as an example of the electronic apparatus of the present invention. The camera 95 according to the present embodiment includes an optical system (optical lens) 96, a solid-state imaging device 97, and a signal processing circuit 98. As the solid-state imaging device 97, any one solid-state imaging device in each of the above-described embodiments is applied. The optical system 96 forms image light (incident light) from the subject on the imaging surface of the solid-state imaging device 97. As a result, signal charges are accumulated in the photoelectric conversion element of the solid-state imaging device 97 for a certain period. The signal processing circuit 98 performs various signal processing on the output signal of the solid-state imaging device 97 and outputs it. The camera 95 according to the present embodiment includes a camera module in which an optical system 96, a solid-state imaging device 97, and a signal processing circuit 98 are modularized.

本発明は、図14のカメラ、あるいはカメラモジュールを備えた例えば携帯電話に代表されるカメラ付き携帯機器などを構成することができる。
さらに、図14の構成は、光学系96、固体撮像装置97、信号処理回路98がモジュール化した撮像機能を有するモジュール、いわゆる撮像機能モジュ−ルとして構成することができる。本発明は、このような撮像機能モジュールを備えた電子機器を構成することができる。
The present invention can constitute a camera-equipped mobile device represented by, for example, a mobile phone provided with the camera of FIG. 14 or a camera module.
Furthermore, the configuration of FIG. 14 can be configured as a module having an imaging function in which the optical system 96, the solid-state imaging device 97, and the signal processing circuit 98 are modularized, a so-called imaging function module. The present invention can constitute an electronic apparatus provided with such an imaging function module.

本実施の形態に係る電子機器によれば、固体撮像装置における読み出し特性に優れ、画素特性が優れており、低電圧読み出しを可能にする。また、白点発生を抑制し、あるいは飽和電荷量を上げることができる等、高画質の電子機器を提供することができる。   According to the electronic apparatus according to the present embodiment, the readout characteristics in the solid-state imaging device are excellent, the pixel characteristics are excellent, and low-voltage readout is possible. In addition, it is possible to provide a high-quality electronic device that can suppress generation of white spots or increase the saturation charge amount.

21・・固体撮像装置、22・・半導体基板、23・・光電変換部、24・・フローティングディフージョン部、25・・読み出し部分、Tr1・・転送トランジスタ、26・・n型半導体領域、27・・p型アキュミュレーション層、31・・ゲート絶縁膜、32・・転送ゲート電極(n+ゲート電極)、33・・絶縁膜(シリコン酸化膜)、34・・n+ポリサイドウォール、25・・絶縁サイドウォール、36・・シリコン窒化層、h・・ホール、41・・固体撮像装置、46・・フローティングディフージョン部、47・・光電変換部、61・・半導体基板、63・・読み出し部分、64・・第1のフォトダイオード、65・・第2のフォトダイオード、66、68・・n型半導体領域、67・・p型アキュミュレーション層、71・・ゲート絶縁膜、72・・n+ゲート電極、73・・絶縁膜(シリコン酸化膜)、74・・n+ポリサイドウォール、75・・絶縁サイドウォール、76・・シリコン窒化層、77・・素子分離部   21..Solid-state imaging device, 22..Semiconductor substrate, 23..Photoelectric conversion unit, 24..Floating diffusion unit, 25..Reading portion, Tr1..Transfer transistor, 26..n-type semiconductor region ..P-type accumulation layer, 31..gate insulating film, 32..transfer gate electrode (n + gate electrode), 33..insulating film (silicon oxide film), 34..n + poly sidewall, 25..insulating Side wall, 36 .. Silicon nitride layer, h .. Hall, 41 .. Solid state imaging device, 46 .. Floating diffusion part, 47 .. Photoelectric conversion part, 61 .. Semiconductor substrate, 63 .. Readout part, 64. .. First photodiode, 65 .. Second photodiode, 66, 68... N-type semiconductor region, 67... P-type accumulation layer, 71 · Gate insulation film, 72 ·· n + gate electrode, 73 · · Insulation film (silicon oxide film), 74 · · n + poly sidewall, 75 · · insulation sidewall, 76 · · silicon nitride layer, 77 · · element isolation Part

Claims (4)

第2導電型の半導体領域とその表面の第1導電型のアキュムレーション領域を有する光電変換部と、
フローティングディフージョン部と、
n型半導体による転送ゲート電極と、
前記転送ゲート電極の前記光電変換部側に絶縁膜を介して形成されたn型半導体によるサイドウォールと、
前記転送ゲート電極の前記フローティングディフージョン部側に形成された絶縁層によるサイドウォールとを有し、
前記アキュムレーション領域は、前記サイドウォール直下に形成されないか、もしくは一部がサイドウォールと重なり、
前記光電変換部側のサイドウォールには、前記転送ゲート電極の電圧がカップリング容量を通じて印加され、
電荷読み出し時に、前記転送ゲート電極に読み出し電圧が印加され、
電荷蓄積時に、前記転送ゲート電極に、前記光電変換部側のサイドウォール直下に信号電荷と逆の電荷が誘起される電圧が印加される
固体撮像装置。
A photoelectric conversion unit having a second conductivity type semiconductor region and a first conductivity type accumulation region on the surface thereof;
Floating diffusion part,
a transfer gate electrode made of an n-type semiconductor;
A sidewall of an n-type semiconductor formed through an insulating film on the photoelectric conversion part side of the transfer gate electrode;
A sidewall of an insulating layer formed on the floating diffusion portion side of the transfer gate electrode;
The accumulation region is not formed directly under the sidewall, or part of it overlaps the sidewall,
A voltage of the transfer gate electrode is applied to the side wall on the photoelectric conversion unit side through a coupling capacitor,
During charge reading, a read voltage is applied to the transfer gate electrode,
A solid-state imaging device in which a voltage that induces a charge opposite to a signal charge is applied to the transfer gate electrode immediately below the side wall on the photoelectric conversion unit side during charge accumulation.
前記光電変換部の半導体領域及び前記フローティングディフージョン部がn型半導体領域で形成され、
前記アキュムレーション領域がp型半導体領域で形成され、
電荷読み出し時に、前記転送ゲート電極に正電圧が印加され、
電荷蓄積時に、前記転送ゲート電極に負電圧が印加される
請求項1記載の固体撮像装置。
A semiconductor region of the photoelectric conversion portion and the floating diffusion portion are formed of an n-type semiconductor region;
The accumulation region is formed of a p-type semiconductor region;
During charge reading, a positive voltage is applied to the transfer gate electrode,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a negative voltage is applied to the transfer gate electrode during charge accumulation.
固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の光電変換部に入射光を導く光学系と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備え、
前記固体撮像装置は、
第2導電型の半導体領域とその表面の第1導電型のアキュムレーション領域を有する光電変換部と、
フローティングディフージョン部と、
n型半導体による転送ゲート電極と、
前記転送ゲート電極の前記光電変換部側に絶縁膜を介して形成されたn型半導体によるサイドウォールと、
前記転送ゲート電極の前記フローティングディフージョン部側に形成された絶縁層によるサイドウォールとを有し、
前記アキュムレーション領域は、前記サイドウォール直下に形成されないか、もしくは一部がサイドウォールと重なり、
前記光電変換部側のサイドウォールには、前記転送ゲート電極の電圧がカップリング容量を通じて印加され、
電荷読み出し時に、前記転送ゲート電極に読み出し電圧が印加され、
電荷蓄積時に、前記転送ゲート電極に、前記光電変換部側のサイドウォール直下に信号電荷と逆の電荷が誘起される電圧が印加される
電子機器。
A solid-state imaging device;
An optical system for guiding incident light to the photoelectric conversion unit of the solid-state imaging device;
A signal processing circuit for processing an output signal of the solid-state imaging device;
The solid-state imaging device
A photoelectric conversion unit having a second conductivity type semiconductor region and a first conductivity type accumulation region on the surface thereof;
Floating diffusion part,
a transfer gate electrode made of an n-type semiconductor;
A sidewall of an n-type semiconductor formed through an insulating film on the photoelectric conversion part side of the transfer gate electrode;
A sidewall of an insulating layer formed on the floating diffusion portion side of the transfer gate electrode;
The accumulation region is not formed directly under the sidewall, or part of it overlaps the sidewall,
A voltage of the transfer gate electrode is applied to the side wall on the photoelectric conversion unit side through a coupling capacitor,
During charge reading, a read voltage is applied to the transfer gate electrode,
An electronic device in which a voltage that induces a charge opposite to a signal charge is applied to the transfer gate electrode immediately below the side wall on the photoelectric conversion unit side during charge accumulation.
前記光電変換部の半導体領域及び前記フローティングディフージョン部がn型半導体領域で形成され、
前記アキュムレーション領域がp型半導体領域で形成され、
電荷読み出し時に、前記転送ゲート電極に正電圧が印加され、
電荷蓄積時に、前記転送ゲート電極に負電圧が印加される
請求項3記載の電子機器。
A semiconductor region of the photoelectric conversion portion and the floating diffusion portion are formed of an n-type semiconductor region;
The accumulation region is formed of a p-type semiconductor region;
During charge reading, a positive voltage is applied to the transfer gate electrode,
The electronic device according to claim 3, wherein a negative voltage is applied to the transfer gate electrode during charge accumulation.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016178143A (en) * 2015-03-19 2016-10-06 セイコーエプソン株式会社 Solid-state imaging element and manufacturing method thereof
JP2017028106A (en) * 2015-07-22 2017-02-02 セイコーエプソン株式会社 Solid-state image sensor and method for manufacturing the same
CN111034174A (en) * 2017-08-31 2020-04-17 索尼半导体解决方案公司 Solid-state imaging device and method of controlling solid-state imaging device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11284167A (en) * 1998-03-31 1999-10-15 Toshiba Corp Semiconductor device, its manufacture, and solid-state imaging device
JP2000091552A (en) * 1998-09-11 2000-03-31 Toshiba Corp Solid image pickup device
JP2002217397A (en) * 2001-01-15 2002-08-02 Sony Corp Solid-state imaging device and method for driving the same
JP2003101004A (en) * 2001-09-25 2003-04-04 Toshiba Corp Solid-state image pickup device and manufacturing method therefor
JP2004273640A (en) * 2003-03-06 2004-09-30 Sony Corp Solid-state imaging device and its manufacturing method
JP2008166607A (en) * 2006-12-28 2008-07-17 Sony Corp Solid-state imaging apparatus, its manufacturing method, semiconductor device and its manufacturing method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11284167A (en) * 1998-03-31 1999-10-15 Toshiba Corp Semiconductor device, its manufacture, and solid-state imaging device
JP2000091552A (en) * 1998-09-11 2000-03-31 Toshiba Corp Solid image pickup device
JP2002217397A (en) * 2001-01-15 2002-08-02 Sony Corp Solid-state imaging device and method for driving the same
JP2003101004A (en) * 2001-09-25 2003-04-04 Toshiba Corp Solid-state image pickup device and manufacturing method therefor
JP2004273640A (en) * 2003-03-06 2004-09-30 Sony Corp Solid-state imaging device and its manufacturing method
JP2008166607A (en) * 2006-12-28 2008-07-17 Sony Corp Solid-state imaging apparatus, its manufacturing method, semiconductor device and its manufacturing method

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016178143A (en) * 2015-03-19 2016-10-06 セイコーエプソン株式会社 Solid-state imaging element and manufacturing method thereof
US9818790B2 (en) 2015-03-19 2017-11-14 Seiko Epson Corporation Solid-state imaging device and manufacturing method thereof
JP2017028106A (en) * 2015-07-22 2017-02-02 セイコーエプソン株式会社 Solid-state image sensor and method for manufacturing the same
US9728566B2 (en) 2015-07-22 2017-08-08 Seiko Epson Corporation Solid state imaging device and manufacturing method thereof
CN111034174A (en) * 2017-08-31 2020-04-17 索尼半导体解决方案公司 Solid-state imaging device and method of controlling solid-state imaging device
CN111034174B (en) * 2017-08-31 2022-07-15 索尼半导体解决方案公司 Solid-state imaging device and method of controlling solid-state imaging device
US11445135B2 (en) 2017-08-31 2022-09-13 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device and method of controlling solid-state imaging device
US11792541B2 (en) 2017-08-31 2023-10-17 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device and method of controlling solid-state imaging device

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