JP2011222720A - 固体撮像装置およびカメラ - Google Patents
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Abstract
【課題】暗電流を大幅に低減した超暗電流な固体撮像装置を提供する。
【解決手段】基板100には、受光電荷の蓄積機能を有する第2導電型電荷蓄積領域110、電荷蓄積領域110の第1基板面101側に形成された第1導電型領域120、第2導電型領域130、上記第1基板面101側と対向する第2基板面102側(裏面側)の表面部に形成された第1導電型電荷蓄積領域170が形成され、領域110,120,130によりJFET構造160が形成され、領域120,110,170により埋め込み型フォトセンサが形成される。第2導電型領域130には、第1基板面101側の表面部で発生する暗電流を排出(掃き捨てる)するための暗電流ドレインが形成される。JFET構造160は、第1導電型領域120および第2導電型領域130の一方が、電荷蓄積領域110の蓄積電荷に応じて変化する抵抗を有するチャネル領域として機能する。
【選択図】図3
【解決手段】基板100には、受光電荷の蓄積機能を有する第2導電型電荷蓄積領域110、電荷蓄積領域110の第1基板面101側に形成された第1導電型領域120、第2導電型領域130、上記第1基板面101側と対向する第2基板面102側(裏面側)の表面部に形成された第1導電型電荷蓄積領域170が形成され、領域110,120,130によりJFET構造160が形成され、領域120,110,170により埋め込み型フォトセンサが形成される。第2導電型領域130には、第1基板面101側の表面部で発生する暗電流を排出(掃き捨てる)するための暗電流ドレインが形成される。JFET構造160は、第1導電型領域120および第2導電型領域130の一方が、電荷蓄積領域110の蓄積電荷に応じて変化する抵抗を有するチャネル領域として機能する。
【選択図】図3
Description
本発明は、接合型電界効果トランジスタ(JEFT)構造を有する固体撮像装置およびカメラに関するものである。
特許文献1には、JFET構造の横型静電誘導トランジスタ方式のイメージセンサが提案されている。
このJFET構造の横型静電誘導トランジスタ方式のイメージセンサは、フォトセンサが空乏化しない構造であることから、残像が大きいという不利益がある。
また、このイメージセンサは、信号蓄積とリセットの両立が困難で、素子分離に絶縁物が必要なことから、暗電流が大きいという不利益がある。
このJFET構造の横型静電誘導トランジスタ方式のイメージセンサは、フォトセンサが空乏化しない構造であることから、残像が大きいという不利益がある。
また、このイメージセンサは、信号蓄積とリセットの両立が困難で、素子分離に絶縁物が必要なことから、暗電流が大きいという不利益がある。
このように、固体撮像装置、たとえばCCDイメージセンサやCMOSイメージセンサでは、受光部の光電変換素子であるフォトダイオード中の結晶欠陥や、受光部とその上の絶縁膜との界面における界面準位が暗電流の発生源となることが知られている。
そのうち、界面準位に起因した暗電流の発生を抑制する手法としては、埋め込み型フォトセンサ構造が有効である(たとえば、特許文献2参照)。
この埋め込み型フォトセンサは、たとえばn型半導体領域を形成し、このn型半導体領域の表面すなわち絶縁膜との界面近傍に、暗電流抑制のための浅く不純物濃度の濃いp型半導体領域(正孔蓄積領域)を形成して構成される。
その埋め込み型フォトセンサの作製方法としては、p型不純物となるBやBF2をイオン注入し、アニール処理して、フォトセンサを構成するn型半導体領域と絶縁膜との界面近傍にp型半導体領域を作製することが一般的である。
この埋め込み型フォトセンサは、たとえばn型半導体領域を形成し、このn型半導体領域の表面すなわち絶縁膜との界面近傍に、暗電流抑制のための浅く不純物濃度の濃いp型半導体領域(正孔蓄積領域)を形成して構成される。
その埋め込み型フォトセンサの作製方法としては、p型不純物となるBやBF2をイオン注入し、アニール処理して、フォトセンサを構成するn型半導体領域と絶縁膜との界面近傍にp型半導体領域を作製することが一般的である。
ところで、特許文献2に記載されたフォトセンサを埋め込み型にした構造の場合、高開口率で画素の微細化に有利、低暗電流、リニアリティが良い等の特徴が有る。
ところが、特許文献2の埋め込み型フォトセンサを有するイメージセンサは、特許文献1に記載された横型静電誘導トランジスタ方式のイメージセンサよりは低暗電流ではあるが、シリコン表面で発生する暗電流成分は未だ残っている。
本発明の目的は、暗電流の影響を大幅に低減することが可能な固体撮像装置およびカメラを提供することにある。
本発明の第1の観点の固体撮像装置は、一面側に素子が形成される第1導電型半導体基板と、上記半導体基板に形成され、受光した光に応じて発生する電荷の蓄積機能を有する第2導電型電荷蓄積領域と、上記半導体基板内において、上記電荷蓄積領域の上記一面側に形成された第1導電型領域と、上記第1導電型領域の上記一面側であって、当該一面側の表面部に形成された第2導電型領域と、を有し、上記第2導電型電荷蓄積領域と上記第1導電型領域または上記第2導電型領域により感光性の接合型電界効果トランジスタ(JFET)構造の埋め込み型フォトセンサが形成され、上記第2導電型領域には、上記一面側の表面部で発生する暗電流を排出するための暗電流ドレインが形成され、上記JFET構造は、上記第1導電型領域および上記第2導電型領域の一方が、上記電荷蓄積領域に蓄積された電荷に応じて変化する抵抗を有するチャネル領域として機能する。
本発明の第2の観点のカメラは、半導体基板で光を受光する固体撮像装置と、上記固体撮像装置の上記半導体基板面に入射光を導く光学系と、上記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを有し、上記固体撮像装置は、一面側に素子が形成される第1導電型半導体基板と、上記半導体基板に形成され、受光した光に応じて発生する電荷の蓄積機能を有する第2導電型電荷蓄積領域と、上記半導体基板内において、上記電荷蓄積領域の上記一面側に形成された第1導電型領域と、上記第1導電型領域の上記一面側であって、当該一面側の表面部に形成された第2導電型領域と、を含み、上記第2導電型電荷蓄積領域と上記第1導電型領域または上記第2導電型領域により感光性の接合型電界効果トランジスタ(JFET)構造の埋め込み型フォトセンサが形成され、上記第2導電型領域には、上記一面側の表面部で発生する暗電流を排出するための暗電流ドレインが形成され、上記JFET構造は、上記第1導電型領域および上記第2導電型領域の一方が、上記電荷蓄積領域に蓄積された電荷に応じて変化する抵抗を有するチャネル領域として機能する。
本発明によれば、暗電流の影響を大幅に低減することができ、超低暗電流な固体撮像装置を実現することができる。
以下に、本発明の実施形態について、図面に関連付けて説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.固体撮像装置の概略構成
2.第1の実施形態(固体撮像装置の第1のデバイス構造例)
3.第2の実施形態(固体撮像装置の第2のデバイス構造例)
4.第3の実施形態(固体撮像装置の第3のデバイス構造例)
5.カメラ
なお、説明は以下の順序で行う。
1.固体撮像装置の概略構成
2.第1の実施形態(固体撮像装置の第1のデバイス構造例)
3.第2の実施形態(固体撮像装置の第2のデバイス構造例)
4.第3の実施形態(固体撮像装置の第3のデバイス構造例)
5.カメラ
<1.固体撮像装置の概略構成>
図1は、本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
図1は、本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
本固体撮像装置1は、図1に示すように、センシング部としての画素部2、行方向(Y方向)制御回路3、列方向(X方向)制御回路4、およびタイミング制御回路5を有する。
画素部2は、後で詳述するように、複数の画素セル2Aがたとえばマトリクス状(行列状)に配置されて構成される。
本実施形態の画素部2の画素セル2Aは、裏面(背面)照射で、閾値変調(CMD)方式のイメージセンサとして構成されている。
また、画素部2においては、画素配列において、同一行に配列された画素セル2Aが共通の行線H0,H1,・・・に接続され、同一列に配列された画素セル2Aが共通の列線V0,V1,・・・に接続されている。
本実施形態の画素部2の画素セル2Aは、裏面(背面)照射で、閾値変調(CMD)方式のイメージセンサとして構成されている。
また、画素部2においては、画素配列において、同一行に配列された画素セル2Aが共通の行線H0,H1,・・・に接続され、同一列に配列された画素セル2Aが共通の列線V0,V1,・・・に接続されている。
固体撮像装置1においては、画素部2の信号を順次読み出すために、内部クロックを生成するタイミング制御回路5、行アドレスや行走査を制御する行方向(Y方向)制御回路3、そして列アドレスや列走査を制御する列方向(X方向)制御回路4が配置される。
行方向(Y方向)制御回路3は、タイミング制御回路5のタイミング制御パルスを受けて、所定の行線H0,H1,・・・を駆動する。
列方向(X方向)制御回路4は、タイミング制御回路5のタイミング制御パルスを受けて、所定の列線V0,V1,・・・に読み出される信号を受けて所定の処理を行う。
ここでの処理には、CDS(Correlated Double Sampling)相関二重サンプリング処理やアナログ・デジタル変換処理等を含む。
ここでの処理には、CDS(Correlated Double Sampling)相関二重サンプリング処理やアナログ・デジタル変換処理等を含む。
以下に、本実施形態に係る固体撮像装置の画素部の具体的なデバイス構造について説明する。
<2.第1の実施形態:固体撮像装置の第1のデバイス構造例>
図2、図3、および図4は、本第1の実施形態に係る固体撮像装置の画素部の基本構造を示す図である。図2は平面図で、図3は図2におけるA−A’線における簡略断面図で、図4は図2におけるB−B’線における簡略断面図である。
図2、図3、および図4は、本第1の実施形態に係る固体撮像装置の画素部の基本構造を示す図である。図2は平面図で、図3は図2におけるA−A’線における簡略断面図で、図4は図2におけるB−B’線における簡略断面図である。
固体撮像装置1は、図2から図4に示すように、フォトセンサが埋め込み型で感光性の接合型電界効果トランジスタ(JFET)構造を有している。
固体撮像装置1は、図3および図4に示すように、半導体基板(以下、単に基板という)100の第1基板面101側に素子が形成され、第2基板面102側(裏面側)から光を入射させる構造を有する。
基板100は、第1導電型、たとえばn−型のシリコン基板により形成される。
基板100は、裏面から光を入射し得るように、シリコンウェハを薄膜化することにより形成される。基板100の厚さは、固体撮像装置1の種類にもよるが、たとえば可視光用の場合には2〜6μmであり、近赤外光用では6〜10μmとなる。
固体撮像装置1は、図3および図4に示すように、半導体基板(以下、単に基板という)100の第1基板面101側に素子が形成され、第2基板面102側(裏面側)から光を入射させる構造を有する。
基板100は、第1導電型、たとえばn−型のシリコン基板により形成される。
基板100は、裏面から光を入射し得るように、シリコンウェハを薄膜化することにより形成される。基板100の厚さは、固体撮像装置1の種類にもよるが、たとえば可視光用の場合には2〜6μmであり、近赤外光用では6〜10μmとなる。
このように、基板100は、素子が形成される第1基板面101側と光が照射される第2基板面102側とを有し、隣接セルと分離された複数の画素セル2Aが形成されている。
なお、素子分離は、SiO2等の絶縁膜や、pn接合で素子分離をすることも可能である。
なお、素子分離は、SiO2等の絶縁膜や、pn接合で素子分離をすることも可能である。
以下に説明する第1から第3の実施形態において、第1導電型はp型であり、第2導電型はn型である。
ただし、本発明は、第1導電型がn型で、第2導電型はp型であっても適用可能である。
ただし、本発明は、第1導電型がn型で、第2導電型はp型であっても適用可能である。
基板100には、第2導電型(n型)の電荷蓄積領域(フォトセンサ部)110、第1導電型(p型)領域120、第2導電型(n型)領域130、暗電流ドレイン140、およびリセットドレイン151を含むリセットトランジスタ150が形成されている。
基板100においては、これらの各領域等は第1基板面101側に形成されている。
基板100においては、これらの各領域等は第1基板面101側に形成されている。
電荷蓄積領域110は、第2基板面102側から光が照射され、第2基板面102に対向する面111側から受光した光に応じて発生する電荷の蓄積機能を有する。
電荷蓄積領域110は、基本的に基板100の厚さ方向の略中央から第1基板面101側に向けて所定の厚さになるように、n型不純物イオンを注入して形成されている。
電荷蓄積領域110は、一端部の一部領域112が第1基板面101の表面部に達するように形成されている。この電荷蓄積領域110の一部領域112は、リセットトランジスタ150のソース領域152として機能する。
電荷蓄積領域110は、基本的に基板100の厚さ方向の略中央から第1基板面101側に向けて所定の厚さになるように、n型不純物イオンを注入して形成されている。
電荷蓄積領域110は、一端部の一部領域112が第1基板面101の表面部に達するように形成されている。この電荷蓄積領域110の一部領域112は、リセットトランジスタ150のソース領域152として機能する。
P型領域120は、電荷蓄積領域110の第1基板面101に対向する側の面113側に形成されている。
本第1の実施形態において、P型領域120は、電荷蓄積領域110に蓄積された電荷に応じて変化する抵抗を有するチャネル領域として機能する。
このp型領域120と電荷蓄積領域110によりJFET構造160の埋め込みフォトセンサ部が形成される。
本第1の実施形態において、P型領域120は、電荷蓄積領域110に蓄積された電荷に応じて変化する抵抗を有するチャネル領域として機能する。
このp型領域120と電荷蓄積領域110によりJFET構造160の埋め込みフォトセンサ部が形成される。
n型領域130は、p型領域120の第1基板面101側であって、この第1基板面101側の表面部に形成されている。
このn型領域130を有することにより、フォトセンサとしての電荷蓄積領域110と一面側の表面暗電流の発生領域とを分離することが可能となっている。
n型領域130には、図2および図4に示すように、一面側の表面部で発生する暗電流を掃き捨てる(排出する)ための暗電流ドレイン140が形成されている。
暗電流ドレイン140は、図2および図4の例では、画素アレイの各列ごとに共通に接続するように、画素部2の周辺部に形成されている。
このn型領域130を有することにより、フォトセンサとしての電荷蓄積領域110と一面側の表面暗電流の発生領域とを分離することが可能となっている。
n型領域130には、図2および図4に示すように、一面側の表面部で発生する暗電流を掃き捨てる(排出する)ための暗電流ドレイン140が形成されている。
暗電流ドレイン140は、図2および図4の例では、画素アレイの各列ごとに共通に接続するように、画素部2の周辺部に形成されている。
上述したように、本第1の実施形態においては、p型領域120がチャネル領域として機能する。
これに対応して、第1基板面101の表面部に形成されたn型領域130には、チャネル領域の端子取り出し部121が形成されている。
これに対応して、第1基板面101の表面部に形成されたn型領域130には、チャネル領域の端子取り出し部121が形成されている。
リセットトランジスタ150は、電荷蓄積領域110をリセットするために、基板100の第1基板面101側に形成されている。
リセットトランジスタ150は、ソース152およびリセットドレイン151、ソース152およびドレイン151間のチャネル形成領域153上に形成されるゲート電極154を有している。
そして、ソース152は、上述したように、電荷蓄積領域110の一部領域112により形成される。
リセットトランジスタ150は、ソース152およびリセットドレイン151、ソース152およびドレイン151間のチャネル形成領域153上に形成されるゲート電極154を有している。
そして、ソース152は、上述したように、電荷蓄積領域110の一部領域112により形成される。
基板100の光入射面である第2基板面102にp+層170が形成されている。
p+層170の光入射面側には、たとえば酸化シリコンからなる絶縁膜や保護膜が形成される。そして、保護膜上には、所望の波長領域の光のみを通過させるカラーフィルタが形成される。また、カラーフィルタ上には、入射光を受光部へ集光させるマイクロレンズが形成される。
p+層170の光入射面側には、たとえば酸化シリコンからなる絶縁膜や保護膜が形成される。そして、保護膜上には、所望の波長領域の光のみを通過させるカラーフィルタが形成される。また、カラーフィルタ上には、入射光を受光部へ集光させるマイクロレンズが形成される。
このように、本実施形態の各画素セル2Aは、裏面(背面)照射で、閾値変調(CMD)方式のイメージセンサとして構成されている。
図5は、本第1の実施形態に係る画素セルの等価回路を示す図である。
画素セル2Aは、図5に示すように、リセットトランジスタ150、JFET160、および選択トランジスタ180を有している。
リセットトランジスタ150は、ゲートにリセット信号RSTが供給される。
選択トランジスタ180は、ドレインがp型領域120の端子取り出し部121に接続され、ソースが列線Vに接続され、ゲートに行選択信号SELが供給される。
そして、本第1の実施形態においては、上述したように、画素部2の周辺部に各列ごとに形成されたn型領域130の暗電流ドレイン140が、共有されている。
リセットトランジスタ150は、ゲートにリセット信号RSTが供給される。
選択トランジスタ180は、ドレインがp型領域120の端子取り出し部121に接続され、ソースが列線Vに接続され、ゲートに行選択信号SELが供給される。
そして、本第1の実施形態においては、上述したように、画素部2の周辺部に各列ごとに形成されたn型領域130の暗電流ドレイン140が、共有されている。
ここで、上記構成を有する画素セルにおける動作について説明する。
裏面側である第2基板面(裏面)102より画素セル内に光を入射させ、画素セル内のn型の電荷蓄積領域110内で主に光電効果により電荷が発生され、その電荷が蓄積される。
そして、P型領域120が、チャネル領域として機能し、このチャネル領域の電荷蓄積領域110に蓄積された電荷に応じて抵抗が変化する。
このように蓄積電荷に応じて変調された信号が、選択信号SELで選択された行の選択トランジスタ180を介して、列線Vに読み出される。
また、リセット時には、リセット信号RSTがハイレベルでリセットトランジスタ150のゲート154に供給される。
これにより、電荷蓄積領域110とリセットドレイン151が接続されて、電荷蓄積領域110から電荷が排出される。
そして、p型領域120の第1基板面101側であって、この第1基板面101側の表面部にはn型領域130が形成されている。このn型領域130を有することにより、フォトセンサとしての電荷蓄積領域110と一面側の表面暗電流の発生領域とが分離される。
そして、一面側の表面部で発生する暗電流が暗電流ドレイン140により掃き捨てられる(排出される)。
したがって、本第1の実施形態の固体撮像装置1は、超低暗電流となっている。
そして、P型領域120が、チャネル領域として機能し、このチャネル領域の電荷蓄積領域110に蓄積された電荷に応じて抵抗が変化する。
このように蓄積電荷に応じて変調された信号が、選択信号SELで選択された行の選択トランジスタ180を介して、列線Vに読み出される。
また、リセット時には、リセット信号RSTがハイレベルでリセットトランジスタ150のゲート154に供給される。
これにより、電荷蓄積領域110とリセットドレイン151が接続されて、電荷蓄積領域110から電荷が排出される。
そして、p型領域120の第1基板面101側であって、この第1基板面101側の表面部にはn型領域130が形成されている。このn型領域130を有することにより、フォトセンサとしての電荷蓄積領域110と一面側の表面暗電流の発生領域とが分離される。
そして、一面側の表面部で発生する暗電流が暗電流ドレイン140により掃き捨てられる(排出される)。
したがって、本第1の実施形態の固体撮像装置1は、超低暗電流となっている。
<3.第2の実施形態:固体撮像装置の第2のデバイス構造例>
図6、図7、および図8は、本第2の実施形態に係る固体撮像装置の画素部の基本構造を示す図である。図6は平面図で、図7は図7におけるA−A’線における簡略断面図で、図8は図6におけるB−B’線における簡略断面図である。
図6、図7、および図8は、本第2の実施形態に係る固体撮像装置の画素部の基本構造を示す図である。図6は平面図で、図7は図7におけるA−A’線における簡略断面図で、図8は図6におけるB−B’線における簡略断面図である。
本第2の実施形態に係る固体撮像装置1Aが、第1の実施形態に係る固体撮像装置1と異なる点は、暗電流ドレイン140を省略すると共に、リセットドレイン151で暗電流ドレインの機能を兼用する構造としたことにある。
この場合、フォトセンサとしての電荷蓄積領域110のリセットは、JFET170のチャネル領域であるp型領域120に正の電圧を印加することでバイポーラ動作によって行う。
<4.第3の実施形態:固体撮像装置の第2のデバイス構造例>
図9、図10、および図11は、本第3の実施形態に係る固体撮像装置の画素部の基本構造を示す図である。図9は平面図で、図10は図9におけるA−A’線における簡略断面図で、図11は図9におけるB−B’線における簡略断面図である。
図9、図10、および図11は、本第3の実施形態に係る固体撮像装置の画素部の基本構造を示す図である。図9は平面図で、図10は図9におけるA−A’線における簡略断面図で、図11は図9におけるB−B’線における簡略断面図である。
本第3の実施形態に係る固体撮像装置1Bが、第1の実施形態に係る固体撮像装置1と異なる点は、n型領域130Bをチャネル領域として機能させ、p型領域120Bを電荷蓄積領域110とn型領域130Bの分離領域として機能させることにある。
これに対応して、第1基板面101の表面部に形成されたn型領域130Bには、チャネル領域の端子取り出し部131が形成されている。
リセットドレイン151Bとリセットバリア155が、同一のマスクを用いてセルフアラインで形成される。
これに対応して、第1基板面101の表面部に形成されたn型領域130Bには、チャネル領域の端子取り出し部131が形成されている。
リセットドレイン151Bとリセットバリア155が、同一のマスクを用いてセルフアラインで形成される。
この場合、リセットドレイン151Bは、第1基板面101から第2基板面102に向かう深さが、電荷蓄積領域110の面111と略同じあるいは面111より深くなるように生成されている。
以上のように、本実施形態によれば、第1基板面101側に素子が形成されるn型(第1導電型)基板100を有する。
基板100には、受光した光に応じて発生する電荷の蓄積機能を有するn型(第2導電型)電荷蓄積領域110、基板100内において、電荷蓄積領域110の第1基板面101側に形成されたp(第1導電型)領域120Bが形成されている。
さらに、基板100には、p型領域120Bの第1基板面101側であって、この第1基板面101側の表面部に形成されたn型領域130Bが形成されている。
n型電荷蓄積領域110とp型領域120Bとn型領域130Bにより接合型電界効果トランジスタ(JFET)160が形成されている。
p型領域120Bとn型電荷蓄積領域110とp+層170により埋め込み型フォトセンサが形成されている。
本第3の実施形態に係る固体撮像装置1Bの場合、一面側の表面部で発生する暗電流は、第1基板面101の表面部のn型領域130Bに形成されたチャネル領域の端子取り出し部131から排出(掃き捨てられる)される。
そして、JFET構造160は、n型領域130Bが電荷蓄積領域110に蓄積された電荷に応じて変化する抵抗を有するチャネル領域として機能する。
したがって、本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。
基板100には、受光した光に応じて発生する電荷の蓄積機能を有するn型(第2導電型)電荷蓄積領域110、基板100内において、電荷蓄積領域110の第1基板面101側に形成されたp(第1導電型)領域120Bが形成されている。
さらに、基板100には、p型領域120Bの第1基板面101側であって、この第1基板面101側の表面部に形成されたn型領域130Bが形成されている。
n型電荷蓄積領域110とp型領域120Bとn型領域130Bにより接合型電界効果トランジスタ(JFET)160が形成されている。
p型領域120Bとn型電荷蓄積領域110とp+層170により埋め込み型フォトセンサが形成されている。
本第3の実施形態に係る固体撮像装置1Bの場合、一面側の表面部で発生する暗電流は、第1基板面101の表面部のn型領域130Bに形成されたチャネル領域の端子取り出し部131から排出(掃き捨てられる)される。
そして、JFET構造160は、n型領域130Bが電荷蓄積領域110に蓄積された電荷に応じて変化する抵抗を有するチャネル領域として機能する。
したがって、本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。
一面側のシリコン表面で発生する暗電流を、一面側の表面部のn型領域に形成されたチャネル領域の端子取り出し部から掃き捨てるので、超低暗電流である。
また、本実施形態では、リセットドレインとリセットバリアを、同一のマスクを用いて形成する事で、フォトセンサのリセットをパンチスルー動作によって行う。
リセットドレインが少なくとも隣接画素間で共有されている場合には、さらなる画素の微細化ができる。
また、本実施形態では、リセットドレインとリセットバリアを、同一のマスクを用いて形成する事で、フォトセンサのリセットをパンチスルー動作によって行う。
リセットドレインが少なくとも隣接画素間で共有されている場合には、さらなる画素の微細化ができる。
また、第1から第3の実施形態において、第1導電型をp型、第2導電型をn型として説明したが、本発明は、第1導電型がn型、第2導電型はp型であっても適用可能である。
以上のような特徴を有する固体撮像装置は、デジタルカメラやビデオカメラの撮像デバイスとして適用することができる。
図12は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子が適用されるカメラシステムの構成の一例を示す図である。
<5.カメラ>
本カメラシステム200は、図12示すように、本実施形態に係る固体撮像装置1(1A,1B)、が適用可能な撮像デバイス210を有する。
カメラシステム200は、この撮像デバイス210の画素領域に入射光を導く(被写体像を結像する)光学系、たとえば入射光(像光)を撮像面上に結像させるレンズ220を有する。
カメラシステム200は、撮像デバイス210を駆動する駆動回路(DRV)230と、撮像デバイス210の出力信号を処理する信号処理回路(PRC)240と、を有する。
本カメラシステム200は、図12示すように、本実施形態に係る固体撮像装置1(1A,1B)、が適用可能な撮像デバイス210を有する。
カメラシステム200は、この撮像デバイス210の画素領域に入射光を導く(被写体像を結像する)光学系、たとえば入射光(像光)を撮像面上に結像させるレンズ220を有する。
カメラシステム200は、撮像デバイス210を駆動する駆動回路(DRV)230と、撮像デバイス210の出力信号を処理する信号処理回路(PRC)240と、を有する。
駆動回路230は、撮像デバイス210内の回路を駆動するスタートパルスやクロックパルスを含む各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ(図示せず)を有し、所定のタイミング信号で撮像デバイス210を駆動する。
また、信号処理回路240は、撮像デバイス210の出力信号に対してCDS(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング)などの信号処理を施す。
信号処理回路240で処理された画像信号は、たとえばメモリなどの記録媒体に記録される。記録媒体に記録された画像情報は、プリンタなどによってハードコピーされる。また、信号処理回路540で処理された画像信号が液晶ディスプレイ等からなるモニターに動画として映し出される。
信号処理回路240で処理された画像信号は、たとえばメモリなどの記録媒体に記録される。記録媒体に記録された画像情報は、プリンタなどによってハードコピーされる。また、信号処理回路540で処理された画像信号が液晶ディスプレイ等からなるモニターに動画として映し出される。
上述したように、デジタルスチルカメラ等の撮像装置において、撮像デバイス210として、先述した固体撮像装置1(1A,1B)を搭載することで、高精度なカメラが実現できる。
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
たとえば、本実施形態で挙げた数値や材料は一例であり、これに限定されるものではない。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
たとえば、本実施形態で挙げた数値や材料は一例であり、これに限定されるものではない。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
1,1B、1A・・・固体撮像装置、2・・・画素部、2A,Cel11〜Cel64・・・画素セル、3・・・行方向(Y方向)制御回路、4・・・列方向(X方向)制御回路、5・・・タイミング制御回路、100・・・半導体基板、101・・・第1基板面、102・・・第2基板面、110・・・第2導電型電荷蓄積領域、120,120B・・・第1導電型領域、130,130B・・・第2導電型領域、140・・・暗電流ドレイン、150・・・リセットトランジスタ、151・・・リセットドレイン。
Claims (10)
- 一面側に素子が形成される第1導電型または第2導電型半導体基板と、
上記半導体基板に形成され、受光した光に応じて発生する電荷の蓄積機能を有する第2導電型電荷蓄積領域と、
上記半導体基板内において、上記電荷蓄積領域の上記一面側に形成された第1導電型領域と、
上記第1導電型領域の上記一面側であって、当該一面側の表面部に形成された第2導電型領域と、
上記一面側である第1基板面側と対向する第2基板面側の表面部に形成された第1導電型電荷蓄積領域とを有し、
上記第2導電型電荷蓄積領域と上記第1導電型領域または上記第2導電型電荷蓄積領域と上記第1導電型領域と上記第2導電型領域により接合型電界効果トランジスタ(JFET)が形成され、
上記第1導電型領域と上記第2導電型電荷蓄積領域と上記第1導電型電荷蓄積領域により埋め込み型フォトセンサが形成され、
上記第2導電型領域には、上記一面側の表面部で発生する暗電流を排出するための暗電流ドレインが形成され、
上記JFET構造は、
上記第1導電型領域および上記第2導電型領域の一方が、
上記第2導電電荷蓄積領域に蓄積された電荷に応じて変化する抵抗を有するチャネル領域として機能する
固体撮像装置。 - 上記半導体基板の上記一面側に形成され、上記電荷蓄積領域をリセットするためのリセットトランジスタを含み、
上記リセットトランジスタは、
ソースおよびリセットドレイン、当該ソースおよびドレイン間のチャネル形成領域上に形成されるゲート電極を有し、
上記ソースは、
上記電荷蓄積領域の一部により形成される
請求項1記載の固体撮像装置。 - 上記暗電流ドレインと上記リセットドレインが共通接続されている
請求項2記載の固体撮像装置。 - 上記暗電流ドレインが上記リセットドレインの機能を共有し、
上記電荷蓄積領域のリセットは、
上記JFETのチャネル領域に正の電圧を印加することでバイポーラ動作によって行う
請求項3記載の固体撮像装置。 - 上記第1導電型領域が上記チャネル領域として機能し、
上記第2導電型領域には、
上記チャネル領域の端子取り出し部が形成されている
請求項1から4のいずれか一に記載の固体撮像装置。 - 上記第2導電型領域が上記チャネル領域として機能し、
上記第1導電型領域が上記電荷蓄積領域と上記第2導電型領域とを分離する機能を有する
請求項1または2記載の固体撮像装置。 - リセットドレインとリセットバリアが、同一のマスクを用いてセルフアラインで形成される
請求項6記載の固体撮像装置。 - 上記半導体基板には、上記電荷蓄積領域、上記第1導電型領域、および上記第2導電型領域を含む複数の画素セルが形成され、
上記暗電流ドレインおよび上記リセットドレインの少なくとも一方が、少なくとも隣接画素セル間で共有されている
請求項1から7のいずれか一に記載の固体撮像装置。 - 上記電荷蓄積領域には、
光が上記半導体基板の上記一面側である第1基板面側と対向する第2基板面側から照射される
請求項1から8のいずれか一に記載の固体撮像装置。 - 半導体基板で光を受光する固体撮像装置と、
上記固体撮像装置の上記半導体基板面に入射光を導く光学系と、
上記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と
を有し、
上記固体撮像装置は、
一面側に素子が形成される第1導電型または第2導電型半導体基板と、
上記半導体基板に形成され、受光した光に応じて発生する電荷の蓄積機能を有する第2導電型電荷蓄積領域と、
上記半導体基板内において、上記電荷蓄積領域の上記一面側に形成された第1導電型領域と、
上記第1導電型領域の上記一面側であって、当該一面側の表面部に形成された第2導電型領域と、上記一面側である第1基板面側と対向する第2基板面側の表面部に形成された第1導電型電荷蓄積領域とを含み、
上記第2導電型電荷蓄積領域と上記第1導電型領域または上記第2導電型電荷蓄積領域と上記第1導電型領域と上記第2導電型領域により接合型電界効果トランジスタ(JFET)が形成され、
上記第1導電型領域と上記第2導電型電荷蓄積領域と上記第1導電型電荷蓄積領域により埋め込み型フォトセンサが形成され、
上記第2導電型領域には、
上記一面側の表面部で発生する暗電流を排出するための暗電流ドレインが形成され、
上記JFET構造は、
上記第1導電型領域および上記第2導電型領域の一方が、
上記電荷蓄積領域に蓄積された電荷に応じて変化する抵抗を有するチャネル領域として機能する
カメラ。
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