JP2011193027A - Solid-state imaging apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve light shielding of a floating diffusion portion of a MOS-type solid-state imaging apparatus. <P>SOLUTION: The solid-state imaging apparatus includes a plurality of pixels. Each pixel includes: a photodiode 1 which generates an electric charge in accordance with the quantity of incident light; the floating diffusion portion 3 which temporarily holds the electric charge; a gate electrode 304 which controls transfer of the electric charge between the photodiode and floating diffusion portion; and readout circuits 5 to 8 which read the electric charge temporarily held in a semiconductor region, to the outside. The imaging apparatus also includes light shielding members 427a and 427b arranged to cover a side wall of the gate electrode on the side of a photoelectric conversion portion. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像装置に関し、より具体的にはMOS型固体撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device, and more specifically to a MOS solid-state imaging device.

固体撮像装置は近年ディジタルスチルカメラ、ビデオカメラを中心とする画像入力用の撮像装置として、急速に需要が高まっている。   In recent years, the demand for solid-state imaging devices has been rapidly increasing as imaging devices for image input, mainly digital still cameras and video cameras.

これらの固体撮像装置として、CCDやMOS型センサが広く用いられている。前者は後者と比較して、感度が高くノイズが小さいために、高画質の撮像装置として普及している。しかし、反面、消費電力が大きく、駆動電圧が高く、また、汎用の半導体製造プロセスにより製造することができないためにコストが高い。更に、駆動回路等の周辺回路を集積することが困難であるといった課題がある。これに対し、MOS型センサは上記の弱点をカバーすることができるという特徴がある。   As these solid-state imaging devices, CCD and MOS type sensors are widely used. Since the former has higher sensitivity and lower noise than the latter, it is popular as a high-quality imaging device. However, on the other hand, the power consumption is high, the driving voltage is high, and the manufacturing cost cannot be increased by a general-purpose semiconductor manufacturing process. Furthermore, there is a problem that it is difficult to integrate peripheral circuits such as a drive circuit. On the other hand, the MOS type sensor has a feature that it can cover the above weak points.

MOS型固体撮像装置の代表としてCMOS固体撮像装置が実用化されている。CMOS固体撮像装置の1画素分の回路図を図11に、平面レイアウト図を図12に、断面構造を図13に示す。   A CMOS solid-state image pickup device has been put to practical use as a representative of MOS type solid-state image pickup devices. A circuit diagram of one pixel of the CMOS solid-state imaging device is shown in FIG. 11, a plan layout diagram is shown in FIG. 12, and a sectional structure is shown in FIG.

図11において、1はフォトダイオード(PD)、2はフォトダイオードの電荷を転送する転送MOSトランジスタ、3は転送された電荷を一時的に蓄えておくフローティングディフュージョン(FD)部、4はFD部3およびPD1をリセットするためのリセットMOSトランジスタ、5は固体撮像装置の画素アレイ中の任意の1行を選択するための選択MOSトランジスタ、6はFD3に蓄積された電荷を電圧に変換してソースフォロワー型増幅器で増幅するソースフォロワーMOSトランジスタ、7は1つの列で共通化され画素電圧信号を読み出す読み出し線、8は読み出し線7を定電流とするための定電流源である。   In FIG. 11, 1 is a photodiode (PD), 2 is a transfer MOS transistor for transferring the charge of the photodiode, 3 is a floating diffusion (FD) section for temporarily storing the transferred charge, and 4 is an FD section 3. And a reset MOS transistor for resetting PD1, 5 is a selection MOS transistor for selecting any one row in the pixel array of the solid-state imaging device, and 6 is a source follower by converting the charge accumulated in FD3 into a voltage. A source follower MOS transistor to be amplified by the type amplifier, 7 is a readout line that is shared by one column and reads out a pixel voltage signal, and 8 is a constant current source for making the readout line 7 a constant current.

次に、図11に示すCMOS固体撮像装置の動作を簡単に説明する。入射光はPD1により電荷に変換され、変換された電荷は転送MOSトランジスタ2により、FD部3に転送され、蓄えられる。FD部3および、PD1は予めリセットMOSトランジスタ4および転送MOSトランジスタ2をONとすることで一定電位にリセットされているので、FD部3の電位は入射光により発生した電荷に応じて変化する。FD部3の電位はソースフォロワーMOSトランジスタ6により増幅され、読み出し線7に出力される。当該画素は選択MOSトランジスタ5をONとすることで選ばれる。不図示の出力回路ではFD部3のリセット電位と光信号蓄積後の電位の差分演算を行うことで、光信号分を検出する。   Next, the operation of the CMOS solid-state imaging device shown in FIG. 11 will be briefly described. Incident light is converted into charges by the PD 1, and the converted charges are transferred to the FD unit 3 by the transfer MOS transistor 2 and stored. Since the FD unit 3 and the PD 1 are previously reset to a constant potential by turning on the reset MOS transistor 4 and the transfer MOS transistor 2, the potential of the FD unit 3 changes according to the charge generated by the incident light. The potential of the FD unit 3 is amplified by the source follower MOS transistor 6 and output to the read line 7. The pixel is selected by turning on the selection MOS transistor 5. In an output circuit (not shown), the difference between the reset potential of the FD unit 3 and the potential after storing the optical signal is calculated to detect the optical signal.

図12は図11に示す画素回路のレイアウトの一例を示す図である。10はPD1が形成されているアクティブ領域、11は選択MOSトランジスタ5およびソースフォロワーMOSトランジスタ6が形成されているアクティブ領域を示す。20は転送MOSトランジスタ2の領域、21は転送MOSトランジスタ2のゲート線を示している破線で囲まれた領域、30はFD部3のうち半導体のPN接合で形成されている部分を示している。また31はFD部3の拡散領域30から電極を引き出すためのコンタクト、32はFD部3の引き出しのための金属電極である。34はFD部3の電極となると共に増幅MOSトランジスタ6のゲート電極となるポリシリコン、33は金属電極32からポリシリコン電極34に接続するためのコンタクトである。   FIG. 12 is a diagram showing an example of the layout of the pixel circuit shown in FIG. Reference numeral 10 denotes an active region in which the PD 1 is formed, and 11 denotes an active region in which the selection MOS transistor 5 and the source follower MOS transistor 6 are formed. Reference numeral 20 denotes a region of the transfer MOS transistor 2, 21 denotes a region surrounded by a broken line indicating the gate line of the transfer MOS transistor 2, and 30 denotes a portion of the FD portion 3 formed by a semiconductor PN junction. . Reference numeral 31 denotes a contact for extracting an electrode from the diffusion region 30 of the FD portion 3, and 32 denotes a metal electrode for extracting the FD portion 3. Reference numeral 34 denotes polysilicon which becomes an electrode of the FD portion 3 and also becomes a gate electrode of the amplification MOS transistor 6, and 33 is a contact for connecting the metal electrode 32 to the polysilicon electrode 34.

40はリセットMOSトランジスタ4の領域、41はリセット電源との接続のためのコンタクトを示す。50は選択MOSトランジスタ5のゲート領域、51はVDD電源と接続するためのコンタクト、60はソースフォロワーMOSトランジスタ6の領域を示しており、FD部3と電気的に接続されているポリシリコン電極34をゲート電極としている。70は第一層目の配線からなる信号出力線で金属電極で構成される。また71は信号出力線70とソースフォロワーMOSトランジスタ6の領域60のソース電極を接続するコンタクトである。   Reference numeral 40 denotes a region of the reset MOS transistor 4 and reference numeral 41 denotes a contact for connection to a reset power source. Reference numeral 50 denotes a gate region of the selection MOS transistor 5, 51 denotes a contact for connection to the VDD power source, and 60 denotes a region of the source follower MOS transistor 6, and the polysilicon electrode 34 electrically connected to the FD portion 3. Is used as a gate electrode. Reference numeral 70 denotes a signal output line including a first layer wiring, which is formed of a metal electrode. Reference numeral 71 denotes a contact connecting the signal output line 70 and the source electrode of the region 60 of the source follower MOS transistor 6.

図12に示すレイアウトにおけるCC’の断面図を図13に示す。301はn型シリコン基板、302aはP型ウエル、302bはP型埋め込み層、303aは転送MOSトランジスタ2のゲート酸化膜、303bは受光部上の薄い酸化膜である。304は転送MOSトランジスタ2のゲート電極、305はPD1のN型カソード、306はPD1を埋め込み構造とするための表面P型領域である。307aは素子分離のためのLOCOS酸化膜、307bはP型チャネルストップ層、308はFD部3を形成し,転送MOSトランジスタ2のドレイン領域ともなっているN型高濃度領域である。また、309はゲート電極304とメタル第一層321を絶縁する層間絶縁膜、320はコンタクトプラグ、321はメタル第一層でFD部3の引き出し電極となっている。322はメタル第一層321とメタル第二層323を絶縁する層間絶縁膜、323はメタル第二層、324はメタル第二層323とメタル第三層325を絶縁する層間絶縁膜、325はメタル第三層、326はパッシベーション膜である。カラー用光電変換装置では、パッシベーション膜326の上層に更に不図示のカラーフィルター層、さらに感度向上のためのマイクロレンズを形成する。   FIG. 13 shows a cross-sectional view of CC ′ in the layout shown in FIG. Reference numeral 301 denotes an n-type silicon substrate, 302a denotes a P-type well, 302b denotes a P-type buried layer, 303a denotes a gate oxide film of the transfer MOS transistor 2, and 303b denotes a thin oxide film on the light receiving portion. Reference numeral 304 denotes a gate electrode of the transfer MOS transistor 2, reference numeral 305 denotes an N-type cathode of PD1, and reference numeral 306 denotes a surface P-type region for embedding PD1. Reference numeral 307a denotes a LOCOS oxide film for element isolation, 307b denotes a P-type channel stop layer, and 308 denotes an N-type high concentration region that forms the FD portion 3 and also serves as the drain region of the transfer MOS transistor 2. Reference numeral 309 denotes an interlayer insulating film that insulates the gate electrode 304 and the metal first layer 321; 320, a contact plug; and 321, a metal first layer that serves as an extraction electrode of the FD portion 3. 322 is an interlayer insulation film that insulates the metal first layer 321 and the metal second layer 323, 323 is a metal second layer, 324 is an interlayer insulation film that insulates the metal second layer 323 and the metal third layer 325, and 325 is a metal The third layer 326 is a passivation film. In the color photoelectric conversion device, a color filter layer (not shown) is further formed on the passivation film 326 and a microlens for improving sensitivity is formed.

表面から入射した光は、メタル第三層325の無い開口部を通して、PD1に入る。光はPD1のN型カソード305或いはP型ウエル302a内で吸収され、電子・ホール対が生成される。このうち電子はN型カソード領域に蓄積されてゆく。   Light incident from the surface enters the PD 1 through an opening without the metal third layer 325. The light is absorbed in the N-type cathode 305 or the P-type well 302a of PD1, and an electron / hole pair is generated. Among these, electrons are accumulated in the N-type cathode region.

しかしながら上記の従来のCMOS型固体撮像装置では入射光により発生した信号電子がFD部3に混入し、出力電圧を変化させてしまうという課題があった。図13に示すように、斜方入射した光線330aにより、転送MOSトランジスタ2のゲート電極304下で発生した電子・正孔対330bのうち、電子は、PD1のN型カソード305より、FD部3を構成するN型高濃度層308に引き寄せられる。   However, the conventional CMOS solid-state imaging device has a problem in that signal electrons generated by incident light are mixed into the FD unit 3 to change the output voltage. As shown in FIG. 13, among the electron-hole pairs 330b generated under the gate electrode 304 of the transfer MOS transistor 2 by the obliquely incident light beam 330a, electrons are transferred from the N-type cathode 305 of the PD1 to the FD section 3. Is attracted to the N-type high concentration layer 308 constituting.

更に、転送MOSトランジスタ2のゲート電極304上に入射した光331aは図13に示すように反射を繰り返し、N型高濃度層308直下で電子・正孔対331bが発生する。この内、電子はN型高濃度層308に引き寄せられる。これを防ぐために、メタル第一層321を開口側に引き伸ばして遮光性を向上すると、FD部3の静電容量が増大し、電荷変換係数が低下することで、S/Nが劣化するという問題を生じていた。   Further, the light 331a incident on the gate electrode 304 of the transfer MOS transistor 2 is repeatedly reflected as shown in FIG. 13, and electron / hole pairs 331b are generated immediately below the N-type high concentration layer 308. Among these, electrons are attracted to the N-type high concentration layer 308. In order to prevent this, if the metal first layer 321 is extended to the opening side to improve the light shielding property, the capacitance of the FD portion 3 increases and the charge conversion coefficient decreases, thereby deteriorating the S / N. Was produced.

以上の様にして、PD1を介することなく、直接FD部3に捉えられた電子は、擬信号となり、固体撮像装置のノイズの増加、ダイナミックレンジの縮小、暗時出力の増大、暗時のシェーディングの増大等の問題を引き起こす。特に、PD1から全FD部3に同時に電荷を転送し、その電荷を順次信号線に読み出す、所謂電子シャッター動作を行う場合、FD部3に電荷が保持されている時間が長いほど疑信号が多く重畳される。したがって、シェーディングやS/Nの面内分布という現象を引き起こす。このため、FD部3の遮光性を向上させることが従来のCMOS型固体撮像装置の課題であった。   As described above, electrons directly captured by the FD unit 3 without passing through the PD 1 become pseudo signals, which increase the noise of the solid-state imaging device, reduce the dynamic range, increase the dark output, and shading in the dark. Cause problems such as an increase in In particular, when a so-called electronic shutter operation is performed in which charges are transferred simultaneously from the PD 1 to all the FD units 3 and the charges are sequentially read out to the signal lines, the longer the time that the charges are held in the FD unit 3, the more suspicious signals are generated. Superimposed. Therefore, the phenomenon of shading and in-plane distribution of S / N is caused. For this reason, improving the light shielding property of the FD unit 3 has been a problem of the conventional CMOS type solid-state imaging device.

CCD型固体撮像装置でも、読み出し回路の最終段にフローティングディフュージョンを用いたソースフォロワー型増幅回路が一般に使用されている。特許文献1には、ソースフォロワー増幅器への電極引き出しをポリシリコンで行う例が示されている。しかし特許文献1の発明には遮光性の向上については触れられておらず、先の従来例で示したような、シリコン内部で発生した電子がフローティングディフュージョンに流入することに関しても考慮していない。更にCCD型固体撮像装置では、フローティングディフュージョン増幅回路は水平CCDの後段に1つあるだけであるので、画素部から遠くに、画素面積に制約されることなくレイアウトできるので、あまり工夫は必要ではない。   Even in a CCD solid-state imaging device, a source follower type amplifier circuit using a floating diffusion at the final stage of a readout circuit is generally used. Patent Document 1 shows an example in which polysilicon is used to lead an electrode to a source follower amplifier. However, the invention of Patent Document 1 does not mention improvement of the light shielding property, and does not consider the fact that electrons generated inside silicon flow into the floating diffusion as shown in the prior art. Furthermore, in the CCD type solid-state imaging device, since there is only one floating diffusion amplifier circuit in the subsequent stage of the horizontal CCD, it is possible to lay out far from the pixel portion without being restricted by the pixel area, so that little ingenuity is required. .

一方MOS型固体撮像装置では、画素毎にフローティングディフュージョン部が存在するので、フォトダイオードとフローティングディフュージョン部が近接している。また、遮光の役目を果たす金属電極は回路の配線としても使用するので、どうしても隙間をつくる必要があること、などがCCD型固体撮像装置と事情が異なるため、構造上の新たな工夫が必要であった。   On the other hand, in the MOS type solid-state imaging device, since the floating diffusion portion exists for each pixel, the photodiode and the floating diffusion portion are close to each other. In addition, since the metal electrode that plays the role of shading is also used as the circuit wiring, it is necessary to create a gap. there were.

MOS型固体撮像装置でフローティングディフュージョン部の遮光を強化する方策が特許文献2に示されている。図14はこの発明に係る断面構造である。図14に示すように、遮光部材1009はフォトダイオードの上に開口部を円筒状に覆うように配置されている。   Patent Document 2 discloses a measure for enhancing the light shielding of the floating diffusion portion in the MOS type solid-state imaging device. FIG. 14 shows a cross-sectional structure according to the present invention. As shown in FIG. 14, the light shielding member 1009 is arranged on the photodiode so as to cover the opening in a cylindrical shape.

特開平03−116840号公報Japanese Patent Laid-Open No. 03-116840 特開2000−124438号公報JP 2000-124438 A

上記特許文献2の構成では、遮光性は期待できるが、微細な画素において遮光部材の側面だけに残すプロセスは困難を極める上に、遮光部材と第一層配線1006、第二層配線1007と絶縁するために横方向のマージンも必要となり、実際の開口は極めて狭くなり、感度を低下させるので、現実的な対策とはならない。   In the configuration of Patent Document 2, light shielding properties can be expected, but the process of leaving only the side surface of the light shielding member in a fine pixel is extremely difficult, and the light shielding member is insulated from the first layer wiring 1006 and the second layer wiring 1007. In order to achieve this, a margin in the horizontal direction is also required, the actual opening becomes extremely narrow, and the sensitivity is lowered, which is not a practical measure.

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、MOS型固体撮像装置のフローティングディフュージョン部の遮光性を向上することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to improve the light shielding property of the floating diffusion portion of the MOS type solid-state imaging device.

上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、入射光量に応じて電荷を発生する光電変換部と、電荷を一時的に保持する半導体領域と、前記光電変換部と前記半導体領域との間の電荷の転送を制御するゲート電極と、前記半導体領域に一時的に保持された電荷を外部に読み出す読み出し回路と、を有する複数の画素を有する固体撮像装置であって、前記ゲート電極の、前記光電変換部側の側壁を覆って配置された遮光部材とを有する。 In order to achieve the above object, a solid-state imaging device of the present invention includes a photoelectric conversion unit that generates a charge according to the amount of incident light, a semiconductor region that temporarily stores charge, the photoelectric conversion unit, and the semiconductor region. A solid-state imaging device having a plurality of pixels each including a gate electrode that controls transfer of electric charge between the gate electrode and a readout circuit that reads out the electric charge temporarily stored in the semiconductor region. And a light shielding member disposed so as to cover the side wall on the photoelectric conversion portion side.

本発明によれば、MOS型固体撮像装置のフローティングディフュージョン部の遮光性を向上することができる。   According to the present invention, the light shielding property of the floating diffusion portion of the MOS type solid-state imaging device can be improved.

本発明の実施の形態におけるMOS型固体撮像装置を用いたカメラシステムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the camera system using the MOS type solid-state imaging device in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態におけるMOS型固体撮像装置の部分回路図の一例である。It is an example of the partial circuit diagram of the MOS type solid-state imaging device in the embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態のMOS型固体撮像装置における全画素同時蓄積動作制御のタイミング図である。FIG. 5 is a timing chart of the all-pixel simultaneous accumulation operation control in the MOS type solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態におけるMOS型固体撮像装置の画素レイアウトを示す図である。It is a figure which shows the pixel layout of the MOS type solid-state imaging device in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態におけるMOS型固体撮像装置の画素断面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the pixel cross section of the MOS type solid-state imaging device in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態におけるMOS型固体撮像装置の画素断面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the pixel cross section of the MOS type solid-state imaging device in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態におけるMOS型固体撮像装置の画素断面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the pixel cross section of the MOS type solid-state imaging device in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態におけるMOS型固体撮像装置の画素断面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the pixel cross section of the MOS type solid-state imaging device in the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態におけるMOS型固体撮像装置の画素レイアウトの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the pixel layout of the MOS type solid-state imaging device in the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態におけるMOS型固体撮像装置の画素断面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the pixel cross section of the MOS type solid-state imaging device in the 5th Embodiment of this invention. 従来のMOS型固体撮像装置の画素回路を示す図である。It is a figure which shows the pixel circuit of the conventional MOS type solid-state imaging device. 従来のMOS型固体撮像装置の画素レイアウトの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the pixel layout of the conventional MOS type solid-state imaging device. 従来のMOS型固体撮像装置の画素断面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the pixel cross section of the conventional MOS type solid-state imaging device. 従来のMOS型固体撮像装置の画素断面の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the pixel cross section of the conventional MOS type solid-state imaging device.

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。ただし、本形態において例示される構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明がそれらの例示に限定されるものではない。   The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components exemplified in this embodiment should be changed as appropriate according to the configuration of the apparatus to which the present invention is applied and various conditions. However, the present invention is not limited to these examples.

図1は、本実施の形態における、固体撮像装置を用いたデジタルカメラの構成を示すブロック図である。図1において、101はシャッター、102は撮影レンズであり、シャッター101は撮影レンズ102の手前に配置されて露出を制御する。シャッター101及び撮影レンズ102を通過した光は、絞り103により必要に応じてその光量が制御されて、固体撮像装置104上に結像される。固体撮像装置104から入射した光量に応じて出力された電気信号は、アナログ信号処理回路105で処理された後、A/D変換器106によりアナログ信号からディジタル信号に変換される。変換されたディジタル信号はさらにデジタル信号処理部107で演算処理され、メモリ110に蓄えられたり、外部I/F113を通して外部の機器に送られる。   FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a digital camera using a solid-state imaging device in the present embodiment. In FIG. 1, 101 is a shutter and 102 is a photographing lens. The shutter 101 is disposed in front of the photographing lens 102 to control exposure. The light that has passed through the shutter 101 and the photographing lens 102 is imaged on the solid-state imaging device 104 while the amount of light is controlled by the diaphragm 103 as necessary. The electrical signal output according to the amount of light incident from the solid-state imaging device 104 is processed by the analog signal processing circuit 105 and then converted from an analog signal to a digital signal by the A / D converter 106. The converted digital signal is further processed by the digital signal processing unit 107 and stored in the memory 110 or sent to an external device through the external I / F 113.

固体撮像装置104、アナログ信号処理回路105、A/D変換器106、デジタル信号処理部107の処理タイミングはタイミング発生部108により制御される他、システム全体は全体制御・演算部109により制御される。なお、A/D変換器106から出力されるディジタル信号を記録媒体112に記録する場合には、全体制御・演算部109により制御される記録媒体制御I/F部111を通して、記録される。   The processing timing of the solid-state imaging device 104, the analog signal processing circuit 105, the A / D converter 106, and the digital signal processing unit 107 is controlled by the timing generation unit 108, and the entire system is controlled by the overall control / calculation unit 109. . When the digital signal output from the A / D converter 106 is recorded on the recording medium 112, the digital signal is recorded through the recording medium control I / F unit 111 controlled by the overall control / calculation unit 109.

次に、図1の固体撮像装置104の概略構成について、図2を参照して説明する。図2は固体撮像装置104として、NMOSトランジスタを、画素を構成するトランジスタとする撮像装置の一部を示す図である。図2に示すように、従来例において図11を参照して説明したものと同様の構成を有する画素が2次元配置される。図2では構成をわかりやすく示すために2×2の4画素分のみを示しているが、実際には数十万〜数百万個の画素が2次元配置される。また、PMOSトランジスタを用いることも可能である。   Next, a schematic configuration of the solid-state imaging device 104 of FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing a part of an imaging device in which an NMOS transistor is used as a transistor constituting a pixel as the solid-state imaging device 104. As shown in FIG. 2, pixels having the same configuration as that described with reference to FIG. 11 in the conventional example are two-dimensionally arranged. In FIG. 2, only 2 × 2 pixels are shown for easy understanding of the configuration, but in reality hundreds of thousands to millions of pixels are two-dimensionally arranged. It is also possible to use a PMOS transistor.

各画素100は、PD1、転送MOSトランジスタ2、FD部3、リセットMOSトランジスタ4,選択MOSトランジスタ5、ソースフォロワ−MOSトランジスタ6を有している。同じ行の選択MOSトランジスタ5のゲートは、選択線SEL(i)に、リセットMOSトランジスタ4のゲートはリセット線RES(i)に、そして転送MOSトランジスタ5のゲートは転送線TX(i)にそれぞれ接続されている。そして、垂直走査回路120により走査・選択される。同じ列の出力線7には電流源8が接続されており、出力線7の電位をソースフォロワー動作で読み出すことができる。   Each pixel 100 includes a PD 1, a transfer MOS transistor 2, an FD unit 3, a reset MOS transistor 4, a selection MOS transistor 5, and a source follower MOS transistor 6. The gate of the selection MOS transistor 5 in the same row is on the selection line SEL (i), the gate of the reset MOS transistor 4 is on the reset line RES (i), and the gate of the transfer MOS transistor 5 is on the transfer line TX (i). It is connected. Then, scanning / selection is performed by the vertical scanning circuit 120. A current source 8 is connected to the output line 7 in the same column, and the potential of the output line 7 can be read out by a source follower operation.

123は光信号転送MOSトランジスタで、ゲートが光信号読み出し線TSに接続され、出力線7に光信号が現れているときに光信号読み出し線TSを介してゲートがONして、出力線7上の光信号を電荷蓄積部128に転送する。また、124はノイズ信号転送MOSトランジスタで、ゲートがノイズ信号読み出し線TNに接続され、画素100のリセット後、出力線121に光信号が現れる前に、出力線7上の信号(ノイズ)を電荷蓄積部128に転送する。電荷蓄積部128に蓄積された光信号及びノイズ信号は、水平走査回路127で順次走査・読み出され、不図示の差動増幅回路により、光信号とノイズ信号との差分を取って出力される。   123 is an optical signal transfer MOS transistor. The gate is connected to the optical signal readout line TS. When an optical signal appears on the output line 7, the gate is turned on via the optical signal readout line TS. Is transferred to the charge storage unit 128. Reference numeral 124 denotes a noise signal transfer MOS transistor, the gate of which is connected to the noise signal readout line TN. After the pixel 100 is reset, the signal (noise) on the output line 7 is charged before an optical signal appears on the output line 121. Transfer to the storage unit 128. The optical signal and the noise signal stored in the charge storage unit 128 are sequentially scanned and read out by the horizontal scanning circuit 127, and output by taking the difference between the optical signal and the noise signal by a differential amplifier circuit (not shown). .

なお、図2に示す回路では、PD1、転送MOSトランジスタ2、ソースフォロワーMOSトランジスタ6の他に選択MOSトランジスタ5、リセットMOSトランジスタ4などが記載されている。このうち、リセットMOSトランジスタ4と選択MOSトランジスタ5は一つのトランジスタにより構成される場合がある。あるいは、複数の画素により、ソースフォロワーMOSトランジスタ6、選択MOSトランジスタ5、リセットMOSトランジスタ4の少なくともいずれか1つを共有する場合もある。   In the circuit shown in FIG. 2, in addition to PD1, transfer MOS transistor 2, and source follower MOS transistor 6, select MOS transistor 5, reset MOS transistor 4 and the like are described. Among these, the reset MOS transistor 4 and the selection MOS transistor 5 may be configured by one transistor. Alternatively, at least one of the source follower MOS transistor 6, the selection MOS transistor 5, and the reset MOS transistor 4 may be shared by a plurality of pixels.

次に、図2に示す構成を有する固体撮像装置104における全画素同時蓄積動作制御について、図3のタイミング図を参照して説明する。なお、図3においては、図2に示す信号線に与えられる信号を「Φ」を用いて示している。まず、全画素のPD1をリセットするために、全行のリセットパルスΦRESと、全行の転送パルスΦTXを同時にONする。これらの両パルスをOFFにした瞬間から、全画面で同時にPD1による光電変換が行われ、蓄積動作が始まる。所望の時間だけ蓄積を行った後、全行の転送パルスΦTXをONし、再びOFFすることで、各画素の信号電荷が一斉に各画素のFD部3に転送される。次に、行ごとに選択パルスをON/OFFさせることにより、FD部3に転送された電荷が、行ごとに順次読み出される。ここで読み出された信号は、光信号とノイズ信号とから成る「S+N」信号で、図2の電荷蓄積部128に蓄えられ、水平走査回路127による操作に応じて、順次読み出される。全ての行の画素に蓄えられた電荷が読み出されると、信号蓄積・読み出し期間の終了となる。   Next, the all-pixel simultaneous accumulation operation control in the solid-state imaging device 104 having the configuration shown in FIG. 2 will be described with reference to the timing chart of FIG. In FIG. 3, a signal given to the signal line shown in FIG. 2 is shown using “Φ”. First, in order to reset PD1 of all pixels, the reset pulse ΦRES of all rows and the transfer pulse ΦTX of all rows are simultaneously turned ON. From the moment when these two pulses are turned off, photoelectric conversion by PD1 is simultaneously performed on the entire screen, and the accumulation operation starts. After accumulation for a desired time, the transfer pulse ΦTX of all rows is turned on and then turned off again, so that the signal charges of each pixel are transferred to the FD section 3 of each pixel all at once. Next, by turning ON / OFF the selection pulse for each row, the charges transferred to the FD unit 3 are sequentially read for each row. The signal read here is an “S + N” signal composed of an optical signal and a noise signal, stored in the charge storage unit 128 of FIG. 2, and sequentially read in accordance with an operation by the horizontal scanning circuit 127. When the charges stored in the pixels in all rows are read, the signal accumulation / readout period ends.

次に、全行のリセットパルスをONとすることで、全画素のFD部3が一斉にリセットされる。リセットパルスをOFFとしたのち、各行のFD部3の電位を順次読み出す。読み出された信号はノイズ信号であり、「N」信号として、電荷蓄積部128に「S+N」信号用の容量部と併設された容量部に蓄えられる。蓄えられた「S+N」信号と「N」信号を不図示の差動増幅器の入力とすることにより、「S」信号を取り出す。   Next, the FD sections 3 of all the pixels are simultaneously reset by turning ON the reset pulse for all the rows. After the reset pulse is turned OFF, the potentials of the FD units 3 in each row are sequentially read out. The read signal is a noise signal, and is stored as a “N” signal in a capacitor unit that is provided in the charge storage unit 128 along with a capacitor unit for “S + N” signal. The stored “S + N” signal and “N” signal are input to a differential amplifier (not shown) to extract the “S” signal.

この動作ではFD部3に電荷が保持される時間が行ごとに異なるので、従来の構造では、保持時間が短い行(この場合は第一行)に比して、保持時間が長い行(この場合は最終行)はFD部3に入り込む偽信号により、出力電位がシェーディングする。本発明ではFD部3に流入するが抑制されるので、このようなシェーディングは出ないか、あるいは問題にならないレベルとなる。   In this operation, the time for which charges are held in the FD section 3 differs for each row. Therefore, in the conventional structure, a row having a long holding time (this row is compared to a row having a short holding time (in this case, the first row)) In the case of the last line), the output potential is shaded by a false signal entering the FD section 3. In the present invention, since it flows into the FD section 3 is suppressed, such shading does not occur or does not cause a problem.

<第1の実施形態>
次に、上記構成を有する撮像装置などで用いられる、第1の実施形態にかかる固体撮像装置の各画素の詳細構成について説明する。
<First Embodiment>
Next, a detailed configuration of each pixel of the solid-state imaging device according to the first embodiment used in the imaging device having the above-described configuration will be described.

図4は、本第1の実施形態における画素回路のレイアウトを示す。なお、上述した図12と同様の構成には同じ参照番号を付し、説明を省略する。   FIG. 4 shows a layout of the pixel circuit in the first embodiment. In addition, the same reference number is attached | subjected to the structure similar to FIG. 12 mentioned above, and description is abbreviate | omitted.

図4において、73は転送MOSトランジスタ2のゲート電極の遮光部材である。遮光部材73は転送MOSトランジスタ2のゲート電極のポリシリコンを、チャネル長方向に対してはポリシリコン21を覆うようにレイアウトし、またチャネル幅方向にはFD部3直下に入射光が入らないように、チャネル幅より若干大きくレイアウトしてある。ここで、遮光膜のチャネル長方向のゲート電極からの延在する長さ、チャネル幅方向の延在する長さに関して述べる。   In FIG. 4, reference numeral 73 denotes a light shielding member for the gate electrode of the transfer MOS transistor 2. The light shielding member 73 lays out the polysilicon of the gate electrode of the transfer MOS transistor 2 so as to cover the polysilicon 21 in the channel length direction, and prevents incident light from entering directly under the FD portion 3 in the channel width direction. The layout is slightly larger than the channel width. Here, the length of the light shielding film extending from the gate electrode in the channel length direction and the length extending in the channel width direction will be described.

チャネル長方向には、PD部、FD部が配され、遮光膜がPD部側に延在する量が大きい場合には、PDの開口率が下がり、同様にFD側においても、FD部からのコンタクトを形成するのが困難となる。それに対して、チャネル幅方向は、チャネル長方向に比べて自由度が高い。したがって、延在する長さはチャネル長方向に比べてチャネル幅方向に大きくするのが良い。
図5は、図4のAA’断面を示す図である。なお、上述した図13と同様の構成には同じ参照番号を付し、ここでは説明を省略する。
In the channel length direction, the PD part and the FD part are arranged, and when the amount of the light shielding film extending to the PD part side is large, the aperture ratio of the PD is lowered. It becomes difficult to form a contact. In contrast, the channel width direction is more flexible than the channel length direction. Therefore, the extending length is preferably larger in the channel width direction than in the channel length direction.
FIG. 5 is a view showing an AA ′ cross section of FIG. 4. In addition, the same reference number is attached | subjected to the structure similar to FIG. 13 mentioned above, and description is abbreviate | omitted here.

本実施形態においては、ゲート電極304上を被覆するように、薄いシリコン酸化膜328a、シリコン酸化膜側壁328bを介して、遮光部材327a、327bを配していることを特徴とする。遮光部材327a、327bはゲート電極304を構成するポリシリコンよりも薄い膜厚であることが望ましく、また薄い膜厚でも十分に遮光できる必要がある。更に、光を反射しない素材であることが好ましい。好適な材料としてはタングステン、タングステン合金、チタン、チタン合金、タンタル、タンタル合金、モリブデン、モリブデン合金などがある。その中でもタングステンが遮光性、材料の安定性、加工性に優れている。またこれらの材料とゲート電極を形成するポリシリコンとのシリサイドを遮光材として用いることもできる。   The present embodiment is characterized in that light shielding members 327a and 327b are arranged through a thin silicon oxide film 328a and a silicon oxide film side wall 328b so as to cover the gate electrode 304. The light shielding members 327a and 327b are desirably thinner than the polysilicon constituting the gate electrode 304, and need to be able to sufficiently shield light even with a thin film thickness. Furthermore, it is preferable that the material does not reflect light. Suitable materials include tungsten, tungsten alloy, titanium, titanium alloy, tantalum, tantalum alloy, molybdenum, molybdenum alloy, and the like. Among them, tungsten is excellent in light shielding properties, material stability, and workability. Silicides between these materials and polysilicon forming a gate electrode can also be used as a light shielding material.

表面から入射した光のうち、転送MOSトランジスタ2のゲート電極304近傍に入射した光は遮光部材327a、327bによって遮られるので、FD部3(N型高濃度領域308)近傍には電荷を発生させない。   Of the light incident from the surface, the light incident near the gate electrode 304 of the transfer MOS transistor 2 is blocked by the light shielding members 327a and 327b, so that no charge is generated near the FD portion 3 (N-type high concentration region 308). .

このように、本実施形態によれば、転送MOSトランジスタ2のゲート電極304に遮光部材327a、327bを設けることで、FD部3の遮光性を向上することができ、偽信号の影響を排除することができる。また、暗時のシェーディングが無く、ダイナミックレンジ、S/Nを高くすることができるため、全画素同時蓄積型の電子シャッター制御による画像読み出しをした場合にも、高画質な画像を得ることができる。   As described above, according to the present embodiment, by providing the light shielding members 327a and 327b on the gate electrode 304 of the transfer MOS transistor 2, the light shielding property of the FD unit 3 can be improved, and the influence of the false signal is eliminated. be able to. In addition, since there is no shading in the dark and the dynamic range and S / N can be increased, a high-quality image can be obtained even when image reading is performed by electronic shutter control of all-pixel simultaneous storage type. .

次に、ゲート電極304を形成後、シリコン酸化膜309を形成するまでの製造方法について説明する。   Next, a manufacturing method from the formation of the gate electrode 304 to the formation of the silicon oxide film 309 will be described.

ゲート電極304を形成後、酸化性ガス雰囲気中でゲート電極304を酸化して表面を薄い絶縁膜で覆う。その後、CVD法またはスパッタリング法で遮光部材を全面に堆積した後、パターニングにより、所望の個所だけ遮光部材を残す。タングステンの場合、膜厚は50nm〜250nmが好適である。あまり薄いと遮光性が損なわれ、あまり厚いとフォトダイオードへの光入射量が低下し、感度を落とすことになる。また図5のように側壁部分の被覆性をよくするためにはスパッタリング法よりCVD法の方が好適である。その後、CVD法によりシリコン酸化膜309を堆積する。充分な膜厚を堆積したのち、表面をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法により平坦化する。シリコン酸化膜309は、熱リフロー性を有するBPSG(Boron-Phosphorus-Silicate-Glass)を使用してもよい。この場合はCVD後に850℃以上の熱を加え、BPSG膜をリフローさせたのち、CMP法で表面を研磨する。リフローをした方が、CMPによりシリコン絶縁膜表面の平坦化が容易である。   After the gate electrode 304 is formed, the gate electrode 304 is oxidized in an oxidizing gas atmosphere and the surface is covered with a thin insulating film. Thereafter, a light shielding member is deposited on the entire surface by a CVD method or a sputtering method, and then the light shielding member is left only at a desired portion by patterning. In the case of tungsten, the film thickness is preferably 50 nm to 250 nm. If it is too thin, the light shielding property is impaired, and if it is too thick, the amount of light incident on the photodiode is reduced, and the sensitivity is lowered. Further, as shown in FIG. 5, the CVD method is more preferable than the sputtering method in order to improve the coverage of the side wall portion. Thereafter, a silicon oxide film 309 is deposited by a CVD method. After depositing a sufficient film thickness, the surface is planarized by CMP (Chemical Mechanical Polishing). For the silicon oxide film 309, BPSG (Boron-Phosphorus-Silicate-Glass) having thermal reflow property may be used. In this case, after CVD, heat of 850 ° C. or higher is applied to reflow the BPSG film, and then the surface is polished by CMP. When the reflow is performed, it is easier to planarize the surface of the silicon insulating film by CMP.

なお、各構成の導電型を全て反転することにより、ホール蓄積型画素を構成した場合にも本発明を適用できることは言うまでもない。   Needless to say, the present invention can also be applied to a case where a hole accumulation type pixel is configured by inverting all the conductivity types of each configuration.

<第2の実施形態>
図6は本発明の第2の実施形態におけるMOS型固体撮像装置の画素断面の一例を示す図である。なお、図6において、上記第1の実施形態で説明した図5と同様の構成については同じ参照番号を付し、説明を省略する。
<Second Embodiment>
FIG. 6 is a diagram showing an example of a pixel cross section of a MOS type solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 6, the same components as those in FIG. 5 described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図6に示すように、本実施形態における遮光部材427a、427bの形状は、上記第1の実施形態で図5に示す遮光部材327a、327bの形状と異なる。本実施形態においてもゲート電極304上を被覆するように、薄いシリコン酸化膜328a、328bを介して遮光部材427a、427bを配している。しかしゲート電極304のうち、PD1に面した側は側面及び上面は遮光部材427a、427bで覆い、FD部3に面した側の側面及び上面は遮光部材で覆わない。これは、遮光部材が必要なのは光が入射するPD1側であり、FD部3は電極を引き出す必要上、遮光部材により覆われていない方が都合がよいからである。   As shown in FIG. 6, the shape of the light shielding members 427a and 427b in the present embodiment is different from the shape of the light shielding members 327a and 327b shown in FIG. 5 in the first embodiment. Also in this embodiment, the light shielding members 427a and 427b are disposed through the thin silicon oxide films 328a and 328b so as to cover the gate electrode 304. However, of the gate electrode 304, the side facing the PD1 and the top surface are covered with the light shielding members 427a and 427b, and the side surface and top surface facing the FD portion 3 are not covered with the light shielding member. This is because the light shielding member is required on the PD1 side where the light is incident, and the FD portion 3 is conveniently not covered by the light shielding member in order to draw out the electrode.

このように、転送MOSトランジスタ2のチャネル長方向に対して左右非対称に遮光部材を設けることで、より小さな画素に適した遮光構造を提供することができる。   Thus, by providing the light shielding member asymmetrically with respect to the channel length direction of the transfer MOS transistor 2, a light shielding structure suitable for a smaller pixel can be provided.

なお、本実施形態では、ゲート電極304の内、PD1に面した側の側面及び上面を遮光部材で覆うものとしているが、PD1に面した側の側面だけを覆った場合にも、相当の遮光効果を得ることができる。   In the present embodiment, among the gate electrode 304, the side surface and the upper surface facing the PD1 are covered with a light shielding member. However, even when only the side surface facing the PD1 is covered, a considerable amount of light shielding is achieved. An effect can be obtained.

<第3の実施形態>
図7は本発明の第3の実施形態におけるMOS型固体撮像装置の画素断面の一例を示す図である。なお、図7において、上記第1の実施形態で説明した図5と同様の構成については同じ参照番号を付し、説明を省略する。
<Third Embodiment>
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a pixel cross section of a MOS type solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 7, the same components as those in FIG. 5 described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本実施形態においては、第2の実施形態で示した非対称な遮光部材427a、427bの形状において、図6に示すようなゲート電極304上を被覆する薄いシリコン酸化膜328aが無く、ゲート電極304と遮光部材527a、527bが側面及び上面で直に接している例を示している。   In the present embodiment, the shape of the asymmetric light shielding members 427a and 427b shown in the second embodiment does not include the thin silicon oxide film 328a covering the gate electrode 304 as shown in FIG. In the example, the light shielding members 527a and 527b are in direct contact with the side surfaces and the upper surface.

本実施形態では、図7に示すように遮光部材527a、527bは2層の金属より成り、ゲート電極304と直接接する層527bには、もう一層527aの金属原子がゲート電極304のポリシリコンに拡散することを防止できるバリアメタルを使用している。遮光部材527aの一例としてタングステンを用いた場合、チタンシリサイドまたはチタンシリサイドとチタンを積層したものがバリアメタル527bとして好適である。   In this embodiment, as shown in FIG. 7, the light shielding members 527 a and 527 b are made of two layers of metal, and the metal atoms of the other layer 527 a diffuse into the polysilicon of the gate electrode 304 in the layer 527 b in direct contact with the gate electrode 304. Barrier metal that can be prevented is used. When tungsten is used as an example of the light shielding member 527a, titanium silicide or a laminate of titanium silicide and titanium is suitable as the barrier metal 527b.

また、このようにポリシリコンを金属で「裏打ち」することにより、ポリシリコンの抵抗を著しく小さくすることができる。一行あたりの画素数が増大したり、画素寸法が小さくなることによりゲート線の幅が小さくなるにつれ、転送MOSトランジスタ2のゲート遅延は各画素からの信号読み出し時間を長くする要因となるので、低抵抗化により、より微細な画素にも高速で動作する固体撮像装置を提供することができる。   In addition, the resistance of the polysilicon can be significantly reduced by “lining” the polysilicon with metal in this way. As the number of pixels per row increases or the gate line width decreases as the pixel size decreases, the gate delay of the transfer MOS transistor 2 becomes a factor that increases the signal readout time from each pixel. Due to the resistance, it is possible to provide a solid-state imaging device that operates at a high speed even on finer pixels.

また、バリアメタルにより、遮光部材527aとして使用されている重金属が熱処理によりポリシリコンのゲート電極304に拡散することを防止できる。したがって、低抵抗化しても転送トランジスタの仕事関数に影響を与えたり、拡散した重金属がゲート絶縁膜を通して、シリコン中に侵入することによる点欠陥の増大を防止することができる。   Further, the barrier metal can prevent the heavy metal used as the light shielding member 527a from diffusing into the polysilicon gate electrode 304 by heat treatment. Therefore, even if the resistance is lowered, it is possible to prevent an increase in point defects due to the influence of the work function of the transfer transistor and the diffusion of heavy metal through the gate insulating film into the silicon.

<第4の実施形態>
図8は本発明の第4の実施形態におけるMOS型固体撮像装置の画素断面の一例を示す図である。なお、図8において、上記第1の実施形態で説明した図5と同様の構成については同じ参照番号を付し、説明を省略する。
<Fourth Embodiment>
FIG. 8 is a diagram showing an example of a pixel cross section of a MOS type solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 8, the same components as those in FIG. 5 described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

本実施形態においては、2層の金属より成る遮光部材627a、627bとゲート電極304との間にシリコン酸化膜328を設け、シリコン酸化膜328にコンタクト孔629を構成し、このコンタクト孔629を介して遮光部材627a、627bがゲート電極304に接続するように構成したところが、上述した第3の実施形態と異なる。   In this embodiment, a silicon oxide film 328 is provided between the light shielding members 627 a and 627 b made of two layers of metal and the gate electrode 304, and a contact hole 629 is formed in the silicon oxide film 328, and the contact hole 629 is interposed therebetween. Thus, the configuration in which the light shielding members 627a and 627b are connected to the gate electrode 304 is different from the above-described third embodiment.

この時の平面レイアウトを図9に示す。図9において、図4と同様の構成には同じ参照番号を付している。図9においては、コンタクト孔774はフィールド酸化膜上に開口されている。   A planar layout at this time is shown in FIG. 9, the same reference numerals are assigned to the same components as those in FIG. In FIG. 9, contact hole 774 is opened on the field oxide film.

本実施形態のように、ポリシリコンから成るゲート電極304と遮光部材627aの接続をアクティブ領域上で行わないことにより、バリアメタルがない場合でも重金属の拡散による転送MOSトランジスタ2のしきい値変化を最低限に抑えることができる。しかしながら微細な画素故に、コンタクト孔774とアクティブ領域の距離がとれない場合は本実施形態のように、遮光部材627aの下にはバリアメタルを敷くことが望ましい。   By not connecting the gate electrode 304 made of polysilicon and the light shielding member 627a on the active region as in this embodiment, the threshold value change of the transfer MOS transistor 2 due to diffusion of heavy metal can be achieved even when there is no barrier metal. It can be minimized. However, because of the fine pixels, when the distance between the contact hole 774 and the active region cannot be taken, it is desirable to lay a barrier metal under the light shielding member 627a as in this embodiment.

このように、本実施形態によれば、第3の実施形態と同様の効果に加え、遮光部材の重金属の半導体基板への拡散を最小限にすることができる。   Thus, according to the present embodiment, in addition to the same effects as those of the third embodiment, the diffusion of the heavy metal of the light shielding member into the semiconductor substrate can be minimized.

<第5の実施形態>
図10は本発明の第5の実施形態におけるMOS型固体撮像装置の画素断面の一例を示す図である。なお、図10において、上記第1の実施形態で説明した図5と同様の構成については同じ参照番号を付し、説明を省略する。
<Fifth Embodiment>
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a pixel cross section of a MOS type solid-state imaging device according to the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 10, the same components as those in FIG. 5 described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

本実施形態では、転送MOSトランジスタ2のゲート電極を遮光部材827で遮光するとともに、転送MOSトランジスタ2下近傍で発生した電荷がFD部3に拡散しないようにするためのポテンシャル障壁をシリコン内部に設ける。また同時に、FD部3からの電極引き出しをポリシリコンからの直接引き出しとすることにより、FD部3の直上をメタル第一層で遮光しているので、FD部3の遮光性を総合的により高めた構造を提供することが可能となっている。   In this embodiment, the gate electrode of the transfer MOS transistor 2 is shielded by the light shielding member 827, and a potential barrier is provided in the silicon to prevent the charge generated near the transfer MOS transistor 2 from diffusing into the FD portion 3. . At the same time, since the electrode lead-out from the FD part 3 is a direct lead-out from the polysilicon, the light directly above the FD part 3 is shielded by the metal first layer, so that the light shielding property of the FD part 3 is improved overall. It is possible to provide a new structure.

図10において、802は埋め込みP型高濃度層、803aはN型エピタキシャル層、804a、804b、804cはP型分離層、805a、805b、805cはP型ウエル層である。また、806a、806bはフィールド酸化膜下のチャンネルストップP型層である。814はPD1からFD部3への電荷転送路を規定し、転送MOSトランジスタ2直下のポテンシャル障壁を形成するためのフィールドストップ層、812はN型高濃度領域と直接コンタクトをとっているポリシリコン引き出し電極、827は遮光部材である。   In FIG. 10, 802 is a buried P-type high concentration layer, 803a is an N-type epitaxial layer, 804a, 804b and 804c are P-type isolation layers, and 805a, 805b and 805c are P-type well layers. Reference numerals 806a and 806b denote channel stop P-type layers below the field oxide film. A field transfer layer 814 defines a charge transfer path from the PD 1 to the FD section 3 and forms a potential barrier immediately below the transfer MOS transistor 2. A polysilicon lead 812 is in direct contact with the N-type high concentration region. An electrode 827 is a light shielding member.

本実施形態では、転送MOSトランジスタ2のゲート電極304のうち、PD1側の側壁及びPD1の表面の一部を遮光すると同時に、P型分離層804b、P型ウエル層805b、フィールドストップ層814を設けている。これによって、斜め入射光831aによりPD1端部で発生した電子・ホール対831bのうち、電子がFD部3側に拡散せずにPD1のN型カソード305に集まるようにしている。   In the present embodiment, among the gate electrode 304 of the transfer MOS transistor 2, the PD1 side wall and a part of the surface of PD1 are shielded, and at the same time, a P-type isolation layer 804b, a P-type well layer 805b, and a field stop layer 814 are provided. ing. As a result, of the electron / hole pairs 831b generated at the PD1 end by the oblique incident light 831a, the electrons are not diffused to the FD section 3 side but are collected at the N-type cathode 305 of the PD1.

このように本実施形態では、シリコン内部からのFD部3へ拡散を抑制することができる。このように本実施形態では、遮光部材とポテンシャル障壁の組み合わせにより、より効果的に偽信号を排除できる。   Thus, in the present embodiment, diffusion from the silicon inside to the FD portion 3 can be suppressed. Thus, in this embodiment, a false signal can be more effectively eliminated by a combination of a light shielding member and a potential barrier.

1:フォトダイオード、2:転送MOSトランジスタ、3:フローティングディフュージョン部、4:リセットMOSトランジスタ、5:選択MOSトランジスタ、6:ソースフォロワーMOSトランジスタ、7:読み出し線、8:定電流源、100:画素、101:シャッター、102:撮影レンズ、103:絞り、104:固体撮像装置、105:アナログ信号処理回路、106:A/D変換器、107:デジタル信号処理部、108:タイミング発生部、109:全体制御・演算部、110:メモリ、111:記録媒体制御I/F部、112:記録媒体、113:外部I/F部、120:垂直走査回路、123:光信号転送MOSトランジスタ、124:ノイズ信号転送MOSトランジスタ、127:水平走査回路、128:電荷蓄積部、301:n型シリコン基板、302a:P型ウエル、302b:P型埋め込み層、303a:MOSトランジスタのゲート酸化膜、303b:受光部上の薄い酸化膜、304:転送MOSトランジスタのゲート電極、305:フォトダイオードのN型カソード、306:表面P型領域、307a:素子分離のためのLOCOS酸化膜、307b:P型チャネルストップ層、308:N型高濃度領域、309:シリコン酸化膜、320:コンタクトプラグ、321:メタル第一層、322:層間絶縁膜、323:メタル第二層、324:層間絶縁膜、325:メタル第三層、326:パッシベーション膜、327a、427a:遮光部材、327b、427b:遮光部材、328a:絶縁膜、328b:ゲート電極側壁酸化膜、330a、331a:斜め入射光、330b、331b:電子正孔対、527a、627a:バリアメタル、527b、627b:遮光部材、628a:絶縁膜、628b:側壁酸化膜、629:コンタクト孔、774:ゲート電極と遮光部材を接続するコンタクト孔、803:N型エピタキシャル層、804a、804b、804c:P型分離層、805a、805b、805c:P型ウエル層、806a、806b:チャンネルストップP型層、812:ポリシリコン引き出し電極、814:フィールドストップ層、827:遮光部材、828:ゲート電極を覆う絶縁膜、831a:斜め入射光、831b:電子・ホール対 1: Photodiode, 2: Transfer MOS transistor, 3: Floating diffusion part, 4: Reset MOS transistor, 5: Select MOS transistor, 6: Source follower MOS transistor, 7: Read line, 8: Constant current source, 100: Pixel , 101: shutter, 102: photographic lens, 103: aperture, 104: solid-state imaging device, 105: analog signal processing circuit, 106: A / D converter, 107: digital signal processing unit, 108: timing generation unit, 109: Overall control / arithmetic unit, 110: memory, 111: recording medium control I / F unit, 112: recording medium, 113: external I / F unit, 120: vertical scanning circuit, 123: optical signal transfer MOS transistor, 124: noise Signal transfer MOS transistor, 127: horizontal scanning circuit, 128: charge storage , 301: n-type silicon substrate, 302a: P-type well, 302b: P-type buried layer, 303a: gate oxide film of MOS transistor, 303b: thin oxide film on the light receiving portion, 304: gate electrode of transfer MOS transistor, 305 : N-type cathode of photodiode, 306: Surface P-type region, 307a: LOCOS oxide film for element isolation, 307b: P-type channel stop layer, 308: N-type high concentration region, 309: Silicon oxide film, 320: Contact plug, 321: Metal first layer, 322: Interlayer insulating film, 323: Metal second layer, 324: Interlayer insulating film, 325: Metal third layer, 326: Passivation film, 327a, 427a: Light shielding member, 327b, 427b: light shielding member, 328a: insulating film, 328b: gate electrode side wall oxide film, 330a, 31a: oblique incident light, 330b, 331b: electron-hole pair, 527a, 627a: barrier metal, 527b, 627b: light shielding member, 628a: insulating film, 628b: sidewall oxide film, 629: contact hole, 774: gate electrode Contact hole for connecting the light shielding member, 803: N-type epitaxial layer, 804a, 804b, 804c: P-type isolation layer, 805a, 805b, 805c: P-type well layer, 806a, 806b: Channel stop P-type layer, 812: Poly Silicon lead electrode, 814: field stop layer, 827: light shielding member, 828: insulating film covering gate electrode, 831a: oblique incident light, 831b: electron / hole pair

Claims (15)

入射光量に応じて電荷を発生する光電変換部と、  A photoelectric conversion unit that generates electric charge according to the amount of incident light;
電荷を一時的に保持する半導体領域と、  A semiconductor region for temporarily holding charge; and
前記光電変換部と前記半導体領域との間の電荷の転送を制御するゲート電極と、  A gate electrode for controlling transfer of electric charge between the photoelectric conversion portion and the semiconductor region;
前記半導体領域に一時的に保持された電荷を外部に読み出す読み出し回路と、  A readout circuit for reading out the electric charge temporarily held in the semiconductor region;
を有する複数の画素を有する固体撮像装置であって、  A solid-state imaging device having a plurality of pixels,
前記ゲート電極の、前記光電変換部側の側壁を覆って配置された遮光部材と  A light shielding member disposed to cover a side wall of the gate electrode on the photoelectric conversion unit side;
を有することを特徴とする固体撮像装置。  A solid-state imaging device.
入射光量に応じて電荷を発生する光電変換部と、  A photoelectric conversion unit that generates electric charge according to the amount of incident light;
前記電荷が転送される半導体領域と、  A semiconductor region to which the charge is transferred;
前記光電変換部と前記半導体領域との間の電荷の転送を制御するゲート電極と、  A gate electrode for controlling transfer of electric charge between the photoelectric conversion portion and the semiconductor region;
前記半導体領域に接続された電極と、  An electrode connected to the semiconductor region;
前記半導体領域の電荷を外部に読み出す読み出し回路と、  A readout circuit for reading out the charge of the semiconductor region to the outside;
を有する複数の画素を有する固体撮像装置であって、  A solid-state imaging device having a plurality of pixels,
前記ゲート電極の、前記光電変換部側の側壁を覆って配置された遮光部材と  A light shielding member disposed to cover a side wall of the gate electrode on the photoelectric conversion unit side;
を有することを特徴とする固体撮像装置。  A solid-state imaging device.
前記遮光部材は、前記ゲート電極の側壁から前記光電変換部の上に延在していることを特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像装置。  3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the light shielding member extends from a side wall of the gate electrode onto the photoelectric conversion unit. 前記遮光部材は、複数の金属層を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。  The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the light shielding member includes a plurality of metal layers. 前記複数の金属層のうち、前記ゲート電極側に配された金属層は、バリアメタルにより構成されていることを特徴とする請求項4に記載の固体撮像装置。  5. The solid-state imaging device according to claim 4, wherein a metal layer disposed on the gate electrode side among the plurality of metal layers is formed of a barrier metal. 前記遮光部材と前記ゲート電極は、電気的に接続されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の固体撮像装置。  The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the light shielding member and the gate electrode are electrically connected. 前記遮光部材と前記ゲート電極との間に絶縁膜を有することを特徴とする請求項3乃至6のいずれか1項に記載の固体撮像装置。  The solid-state imaging device according to claim 3, further comprising an insulating film between the light shielding member and the gate electrode. 前記絶縁膜に、前記遮光部材と前記ゲート電極とを電気的に接続するコンタクトホールを設けたことを特徴とする請求項7に記載の固体撮像装置。  The solid-state imaging device according to claim 7, wherein a contact hole that electrically connects the light shielding member and the gate electrode is provided in the insulating film. 前記コンタクトホールを前記ゲート電極のアクティブ領域外の上に開口したことを特徴とする請求項8に記載の固体撮像装置。  The solid-state imaging device according to claim 8, wherein the contact hole is opened above the active region of the gate electrode. 前記半導体領域と直接コンタクトを取っているポリシリコン電極を有することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の固体撮像装置。  The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a polysilicon electrode that is in direct contact with the semiconductor region. 前記ポリシリコン電極よりも上に、それぞれ配線を含む複数の配線層を有し、該複数の配線層の内、最も前記光電変換部側にある配線層の配線が前記半導体領域の上部に配されていることを特徴とする請求項10に記載の固体撮像装置。  A plurality of wiring layers each including a wiring are provided above the polysilicon electrode, and the wiring of the wiring layer closest to the photoelectric conversion unit among the plurality of wiring layers is disposed above the semiconductor region. The solid-state imaging device according to claim 10. 前記ゲート電極の下部であって、前記光電変換部と前記半導体領域との間に、前記電荷に対してポテンシャル障壁となる領域が配されていることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の固体撮像装置。  The region under the gate electrode, which is a potential barrier against the charge, is disposed between the photoelectric conversion portion and the semiconductor region. The solid-state imaging device according to item 1. 前記半導体領域の下部に、前記電荷に対してポテンシャル障壁となる領域が配されていることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載の固体撮像装置。  The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a region serving as a potential barrier with respect to the electric charge is disposed below the semiconductor region. 前記光電変換部を覆う絶縁膜を更に有し、  An insulating film covering the photoelectric conversion unit;
前記遮光部材が、前記光電変換部を覆う絶縁膜と接するように延在していることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の固体撮像装置。  The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the light shielding member extends so as to be in contact with an insulating film covering the photoelectric conversion unit.
前記複数の画素は複数の行を構成するように配列され、  The plurality of pixels are arranged to form a plurality of rows,
前記複数の行の全ての行において同時に転送パルスをオンにすることを特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像装置。  The solid-state imaging device according to claim 1, wherein transfer pulses are simultaneously turned on in all of the plurality of rows.
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