JP2019029399A - Imaging apparatus - Google Patents

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Abstract

To provide an imaging apparatus capable of reducing the possibility of occurrence of streaking more than before.SOLUTION: In an imaging apparatus 71 including a semiconductor substrate, and a pixel array 72 where pixels 14 are arranged in m rows and n columns (m, n are positive integers), each pixel 14 includes a photoelectric conversion part 10 located above the semiconductor substrate, and converting light into charges, the semiconductor substrate includes a first region 31B containing first conductivity type impurities, a second region 31A located above the first region 31B, and containing the first conductivity type impurities at a concentration lower than that of the first region 31B, and a charge storage region 44 located in the second region 31A, while containing second conductivity type impurities different from the first conductivity type, and storing charges, the pixel arrays 72 include a first pixel located at one end of the k row (k is n integer of 1-m), and a second pixel located at the other end of the k row, and the combined resistance between the charge storage region 44 of the first pixel and the charge storage region 44 of the second pixel is 1 kΩ or less.SELECTED DRAWING: Figure 10A

Description

本発明は、撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus.

従来、例えば、特許文献1に記載されているように、画像を撮像する撮像装置が知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, as described in Patent Document 1, for example, an imaging apparatus that captures an image is known.

特許第5971565号公報Japanese Patent No. 5971565

画素出力の不均一性が低減された撮像装置が求められている。   There is a need for an imaging device with reduced pixel output non-uniformity.

本開示における撮像装置は、半導体基板と、m行n列(m、nは正の整数)状に画素が配置された画素アレイと、を備える撮像装置であって、前記画素のそれぞれは、前記半導体基板の上方に位置し、光を電荷に変換する光電変換部を備え、前記半導体基板は、第1導電型の不純物を含む第1領域と、前記第1領域の上方に配置され、前記第1領域よりも低い濃度で前記第1導電型の不純物を含む第2領域と、前記第2領域中に位置し、前記第1導電型とは異なる第2導電型の不純物を含み、前記電荷を蓄積する電荷蓄積領域と、を備え、前記画素アレイは、k行(kは1以上m以下の整数)の一端に位置する第1画素と、k行の他端に位置する第2画素と、を備え、前記第1画素の前記電荷蓄積領域と、前記第2画素の前記電荷蓄積領域との間の合成抵抗値が、1kΩ以下である。   An imaging device according to the present disclosure is an imaging device including a semiconductor substrate and a pixel array in which pixels are arranged in m rows and n columns (m and n are positive integers), and each of the pixels includes A photoelectric conversion unit is provided above the semiconductor substrate and converts light into electric charges. The semiconductor substrate is disposed above the first region, the first region containing a first conductivity type impurity, and the first region. A second region containing impurities of the first conductivity type at a concentration lower than one region; and a second conductivity type impurity located in the second region and different from the first conductivity type; A charge accumulation region for accumulation, wherein the pixel array includes a first pixel located at one end of k rows (k is an integer of 1 to m), a second pixel located at the other end of the k rows, The charge storage region of the first pixel; and the charge storage region of the second pixel; The combined resistance value between the is 1kΩ or less.

本開示において、画素出力の不均一性が低減された撮像装置を提供する。   In the present disclosure, an imaging apparatus with reduced pixel output non-uniformity is provided.

図1は、画素アレイの等価回路を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an equivalent circuit of a pixel array. 図2は、実施の形態1、2に係る撮像装置の全体構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an overall configuration of the imaging apparatus according to Embodiments 1 and 2. As shown in FIG. 図3Aは、実施の形態1に係る画素アレイの外縁部、およびその周辺の断面図である。FIG. 3A is a cross-sectional view of the outer edge portion of the pixel array according to Embodiment 1 and its periphery. 図3Bは、実施の形態1に係る画素アレイ、およびその周辺の平面図である。FIG. 3B is a plan view of the pixel array according to Embodiment 1 and its periphery. 図4Aは、実施の形態1に係る画素アレイを構成する画素の断面図である。FIG. 4A is a cross-sectional view of pixels constituting the pixel array according to Embodiment 1. 図4Bは、実施の形態1に係る画素アレイを構成する画素の平面図である。FIG. 4B is a plan view of pixels constituting the pixel array according to Embodiment 1. 図5Aは、周辺領域から外部パッドまでの接続を示す模式図である。FIG. 5A is a schematic diagram showing the connection from the peripheral region to the external pad. 図5Bは、周辺領域から外部パッドまでの接続を示す模式図である。FIG. 5B is a schematic diagram showing connections from the peripheral region to the external pads. 図6は、接続領域がある場合の、基板抵抗の等価回路を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing an equivalent circuit of substrate resistance when there is a connection region. 図7Aは、接続領域の抵抗と合成抵抗との関係を示すグラフである。FIG. 7A is a graph showing the relationship between the resistance of the connection region and the combined resistance. 図7Bは、支持基板の抵抗率と合成抵抗との関係を示すグラフである。FIG. 7B is a graph showing the relationship between the resistivity of the support substrate and the combined resistance. 図8は、注入回数と不純物領域の不純物濃度との関係を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the relationship between the number of implantations and the impurity concentration in the impurity region. 図9Aは、実施の形態2に係る画素アレイの外縁部、およびその周辺の断面図である。FIG. 9A is a cross-sectional view of the outer edge portion of the pixel array according to the second embodiment and the periphery thereof. 図9Bは、実施の形態2に係る画素アレイ、およびその周辺の平面図である。FIG. 9B is a plan view of the pixel array according to Embodiment 2 and the periphery thereof. 図10Aは、実施の形態2に係る画素アレイを構成する画素の断面図である。FIG. 10A is a cross-sectional view of the pixels constituting the pixel array according to Embodiment 2. 図10Bは、実施の形態2に係る画素アレイを構成する画素の平面図である。FIG. 10B is a plan view of pixels constituting the pixel array according to Embodiment 2.

(本発明の一態様を得るに至った経緯)
近年、一眼レフカメラ、高級コンパクトカメラ、放送用カメラなどの用途向けに、高精細な撮像装置が求められている。このような用途の撮像装置において、画素のサイズとしては2〜6μm、画素数としてはFHD(Full High Definition)〜8K4K程度が一般的である。
(Background to obtaining one embodiment of the present invention)
In recent years, high-definition imaging devices are required for applications such as single-lens reflex cameras, high-end compact cameras, and broadcast cameras. In such an imaging apparatus, the pixel size is generally 2 to 6 μm, and the number of pixels is generally about FHD (Full High Definition) to 8K4K.

発明者は、撮像装置の開発を進める中で、撮像装置のサイズが大きくなると、半導体基板の寄生抵抗や寄生容量に起因した画素出力の不均一性が生じやすいという課題を発見した。   The inventor has discovered a problem that pixel output non-uniformity is likely to occur due to parasitic resistance and parasitic capacitance of a semiconductor substrate as the size of the imaging device increases while developing the imaging device.

そして、発明者は、その課題を解決すべく試作検討した結果、半導体基板の寄生抵抗や寄生容量が低減された撮像装置に想到した。このような撮像装置では、例えば画素出力の不均一性が低減される。このことにより、例えばストリーキングやシェーディングを抑制できる。   Then, as a result of trial manufacture to solve the problem, the inventor has come up with an imaging device in which the parasitic resistance and parasitic capacitance of the semiconductor substrate are reduced. In such an imaging apparatus, for example, nonuniformity in pixel output is reduced. Thereby, for example, streaking and shading can be suppressed.

以下、この撮像装置を開示する。   Hereinafter, this imaging device will be disclosed.

(ストリーキングに関する考察)
まず、ストリーキングに対する考察と、開発を進める中で得られた知見と、について記載する。
(Study on streaking)
First, I will describe the considerations for streaking and the knowledge gained during development.

(1)ストリーキングの発生メカニズム
図1は、行列状に画素が配置された画素アレイの等価回路を示す模式図である。同図には、画素間の寄生成分として、水平方向の抵抗と容量とが記載されている。以下、同図を参照しながら、ストリーキングの発生過程を説明する。図1において、画素1と画素2とは同じ行に位置しており、水平共通線200によって接続されている。画素1は光が照射される画素であり、画素2は光が照射されない画素である。
(1) Streaking Occurrence Mechanism FIG. 1 is a schematic diagram showing an equivalent circuit of a pixel array in which pixels are arranged in a matrix. In the figure, horizontal resistance and capacitance are described as parasitic components between pixels. Hereinafter, the generation process of streaking will be described with reference to FIG. In FIG. 1, pixel 1 and pixel 2 are located in the same row and are connected by a horizontal common line 200. The pixel 1 is a pixel that is irradiated with light, and the pixel 2 is a pixel that is not irradiated with light.

画素1および画素2は、それぞれ光を電荷に変換する光電変換部(図示されず)と、電荷を蓄積するFD(Floating Diffusion、画素1においてはFD61、画素2においてはFD62)を備えている。増幅トランジスタ63、増幅トランジスタ64は、それぞれ、FD61、FD62に蓄積された電荷に対応する信号を、垂直信号線65、垂直信号線66に出力する。画素1の画素信号を読み出す過程で、FD61の電圧が変動する。この電圧の変動は、水平共通線200を介して画素2に伝播する。言い換えると、水平共通線200と画素1のFD61とのカップリング容量と、画素2のFD62の容量とに応じて画素2のFD62の電圧が変動する。したがって、本来は画素2の信号出力がゼロである場合であっても、画素1における電圧の変動により、画素2から偽信号が出力される場合がある。この偽信号は、上記説明の通り、光が照射されている画素1の水平方向に伝播する。したがって、横帯状のノイズとなる。本開示ではこの横帯状のノイズをストリーキングと呼ぶ。   Each of the pixel 1 and the pixel 2 includes a photoelectric conversion unit (not shown) that converts light into electric charge, and an FD (floating diffusion, FD61 in the pixel 1, and FD62 in the pixel 2) that accumulates electric charge. The amplification transistor 63 and the amplification transistor 64 output signals corresponding to the charges accumulated in the FD 61 and FD 62 to the vertical signal line 65 and the vertical signal line 66, respectively. In the process of reading the pixel signal of the pixel 1, the voltage of the FD 61 varies. This voltage fluctuation propagates to the pixel 2 through the horizontal common line 200. In other words, the voltage of the FD 62 of the pixel 2 varies according to the coupling capacitance between the horizontal common line 200 and the FD 61 of the pixel 1 and the capacitance of the FD 62 of the pixel 2. Therefore, even if the signal output of the pixel 2 is originally zero, a false signal may be output from the pixel 2 due to the voltage fluctuation in the pixel 1. As described above, this false signal propagates in the horizontal direction of the pixel 1 irradiated with light. Therefore, it becomes a horizontal band noise. In the present disclosure, this horizontal band noise is referred to as streaking.

(2)ストリーキングの定式化
画素1のFDにおける電位変化(V)をΔVsig、画素2の信号出力をV(V)とすると、VとΔVsigとの関係は以下のように定式化できる。
(2) Streaking Formulation When the potential change (V) in the FD of the pixel 1 is ΔV sig and the signal output of the pixel 2 is V o (V), the relationship between V o and ΔV sig is formulated as follows: it can.

Figure 2019029399
Figure 2019029399
Figure 2019029399
Figure 2019029399

ここで、CFD−Lineは画素1のFD−水平共通線間容量[fF/μm]、CLineは水平共通線の容量[fF/μm]、RLineは水平共通線の抵抗[Ω/μm]、CFDは画素1のFD容量[fF/μm]、Tは画素内のソースフォロワの読み出し期間[sec]、Lは撮像装置の水平方向サイズ[mm]である。 Here, C FD-Line is the FD- horizontal common line capacitance [fF / μm] of the pixel 1, C Line is the horizontal common line capacitance [fF / μm], and R Line is the horizontal common line resistance [Ω / μm]. ], CFD is the FD capacity [fF / μm] of the pixel 1, T is the readout period [sec] of the source follower in the pixel, and L is the horizontal size [mm] of the imaging device.

また、Vは以下のようにも表すことができる。 V o can also be expressed as:

Figure 2019029399
Figure 2019029399

qは電気素量(1.602×10−19C)であり、Nsigはストリーキング電子数である。 q is the elementary charge (1.602 × 10 −19 C), and N sig is the number of streaking electrons.

式(1)に式(2)、式(3)を代入し、水平共通線抵抗(RLine)について変形すると以下となる。 Substituting Equations (2) and (3) into Equation (1) and transforming the horizontal common line resistance (R Line ) results in the following.

Figure 2019029399
Figure 2019029399

ここで、画素1および画素2のFDが、半導体基板のウェルの中に位置しているとする。その場合、ウェルを水平共通線とみなすことができる。画素1のFDから一つ隣の画素までの合成抵抗をRsub(Ω/μm)、1画素当たりの、基板と基板に接続している構成間の容量の総和をCsub(fF/μm)、基板と画素1のFD間の容量をCFD−sub(fF/μm)とし、式(4)のCLineにCsub、CFD−LineにCFD−subを代入すると、式(5)となる。 Here, it is assumed that the FDs of the pixel 1 and the pixel 2 are located in the well of the semiconductor substrate. In that case, the well can be regarded as a horizontal common line. The combined resistance from the FD of the pixel 1 to the next adjacent pixel is R sub (Ω / μm), and the total capacitance between the substrate and the configuration connected to the substrate per pixel is C sub (fF / μm). , the capacitance between FD substrate and pixel 1 C FD-sub (fF / μm) and then, C sub to C Line of formula (4), and substituting C FD-sub to C FD-Line, formula (5) It becomes.

Figure 2019029399
Figure 2019029399

ここまでの式から、合成抵抗Rsubが小さければ、ストリーキング電子数が小さくなることがわかる。これは、FDの電位変化が隣接する画素に伝播したとしても、合成抵抗が小さければ、すぐに変化が収束するためである。次に、この式を利用して、ストリーキングを低減するために必要なPウェルの合成抵抗を求める。前提条件として、目標とするストリーキング電子数は、ストリーキング電子が視認されない、またはストリーキング補正ができるという観点から、1電子以下とする。また、撮像装置が大型化されるほど、水平方向の抵抗値が大きくなることから、撮像装置の撮像フォーマットは、カメラ規格で最大となるフルサイズであると仮定とする。なお、フルサイズの撮像装置において、水平方向サイズはL=36mmである。撮像条件としては画素1に飽和信号となる光が照射されるワーストケースを想定する。具体的には、画素2に飽和信号となる光が照射され、画素1のFD61の電圧が3Vまで上昇した後、信号電荷を排出するためにFD61の電圧を0.5Vにリセットする場合を想定する。その場合、画素1のFD61の電圧の差分はΔVsig=2.5Vとなる。 From the equations so far, it can be seen that if the combined resistance Rsub is small, the number of streaking electrons is small. This is because even if the potential change of the FD propagates to adjacent pixels, the change converges immediately if the combined resistance is small. Next, using this equation, the combined resistance of the P well necessary for reducing streaking is obtained. As a precondition, the target number of streaking electrons is set to one electron or less from the viewpoint that streaking electrons are not visually recognized or streaking correction can be performed. Further, since the resistance value in the horizontal direction increases as the size of the imaging device increases, it is assumed that the imaging format of the imaging device is a full size that is the maximum in the camera standard. Note that in the full-size imaging device, the horizontal size is L = 36 mm. As an imaging condition, a worst case is assumed in which the pixel 1 is irradiated with light that becomes a saturation signal. Specifically, it is assumed that after the pixel 2 is irradiated with light that becomes a saturation signal and the voltage of the FD 61 of the pixel 1 rises to 3 V, the voltage of the FD 61 is reset to 0.5 V in order to discharge the signal charge. To do. In that case, the voltage difference of the FD 61 of the pixel 1 is ΔV sig = 2.5V.

Pウェルの総容量であるCsubは、拡散層容量で決まっており、画素ピッチに依らず2fF/um程度となる。 C sub , which is the total capacity of the P well, is determined by the diffusion layer capacity and is about 2 fF / um regardless of the pixel pitch.

FD−subはFDの拡散層面積に依存する。FDの面積は0.07μm程、容量は0.3fF程度となる。 C FD-sub depends on the diffusion layer area of the FD. The area of the FD is about 0.07 μm 2 and the capacity is about 0.3 fF.

Tは、画素内のソースフォロワの読み出し期間である。Tは一般的に1〜3μsec程度であるが、計算には2μsecを用いる。上述した数値のそれぞれを式(5)に代入することで、フルサイズの撮像装置に求められるウェル抵抗を算出することができる。計算の結果、ウェル抵抗の値は1kΩとなった。   T is the readout period of the source follower in the pixel. T is generally about 1 to 3 μsec, but 2 μsec is used for the calculation. By substituting each of the numerical values described above into Equation (5), the well resistance required for the full-size imaging device can be calculated. As a result of the calculation, the value of the well resistance was 1 kΩ.

したがって、画素アレイの水平方向左右端の画素のFD間の合成抵抗を1kΩ以下に設定すれば、一般的な撮像フォーマットにおいてストリーキングを1電子以下に抑制することができると考えられる。   Therefore, it is considered that streaking can be suppressed to 1 electron or less in a general imaging format if the combined resistance between the FDs of the pixels at the left and right ends of the pixel array in the horizontal direction is set to 1 kΩ or less.

(実施の形態1)
[1−1.構成]
実施の形態1に係る撮像装置71Aの全体構成を図2に示す。
(Embodiment 1)
[1-1. Constitution]
FIG. 2 shows the overall configuration of the imaging apparatus 71A according to the first embodiment.

同図に示されるように、撮像装置71Aは、m行n列(m、nは正の整数)状に画素が配置された画素アレイ72と、読み出し回路からなる周辺回路73と、垂直走査回路74とから構成される。   As shown in the figure, the imaging device 71A includes a pixel array 72 in which pixels are arranged in m rows and n columns (m and n are positive integers), a peripheral circuit 73 including a readout circuit, and a vertical scanning circuit. 74.

図3Aは、画素アレイ72Aの外縁部、およびその周辺の断面図であり、図3Bは、画素アレイ72A、およびその周辺の平面図である。   3A is a cross-sectional view of the outer edge portion of the pixel array 72A and its periphery, and FIG. 3B is a plan view of the pixel array 72A and its periphery.

図3Bに示されるように、画素アレイ72Aの周辺は、周辺領域76Aで囲まれている。ここで、周辺領域76Aは、支持基板31Bと外部回路とを接続するコンタクトが支持基板31Bに電気的に接続する領域である。   As shown in FIG. 3B, the periphery of the pixel array 72A is surrounded by a peripheral region 76A. Here, the peripheral region 76A is a region where a contact connecting the support substrate 31B and an external circuit is electrically connected to the support substrate 31B.

また、図3Aに示されるように、画素アレイ72A、およびその周辺部において、支持基板31B上にP型領域31Aが配置されている。また、画素アレイ72A、およびその周辺において、支持基板31BとP型領域31Aとの間に、N型領域31Cが配置されている。そして、画素アレイ72Aには、P型領域31A中にFDが形成されている。   As shown in FIG. 3A, a P-type region 31A is disposed on the support substrate 31B in the pixel array 72A and its peripheral portion. Further, an N-type region 31C is disposed between the support substrate 31B and the P-type region 31A in the pixel array 72A and its periphery. In the pixel array 72A, an FD is formed in the P-type region 31A.

画素アレイ72Aの周辺に周辺領域76Aが配置されており、周辺領域76Aと画素アレイ72AとはSTI(Shallow Trench Isolation)で分離されている。画素アレイ72Aの一部、および周辺領域76Aの一部に、P型領域31AよりもP型不純物濃度が高いP型領域32が形成されている。P型領域32の不純物濃度は、例えば5×1016/cm以上である。P型領域32により、P型領域31Aの表層部と支持基板31Bとが低い抵抗で接続されている。 A peripheral region 76A is arranged around the pixel array 72A, and the peripheral region 76A and the pixel array 72A are separated by STI (Shallow Trench Isolation). A P-type region 32 having a P-type impurity concentration higher than that of the P-type region 31A is formed in a part of the pixel array 72A and a part of the peripheral region 76A. The impurity concentration of the P-type region 32 is, for example, 5 × 10 16 / cm 3 or more. The P-type region 32 connects the surface layer portion of the P-type region 31A and the support substrate 31B with a low resistance.

図4Aは、画素アレイ72Aを構成する各画素14Aの断面図、図4Bは、画素14Aの平面図である。図4Aは、図4B中のC−C´を結ぶ線上の断面図となっている。   4A is a sectional view of each pixel 14A constituting the pixel array 72A, and FIG. 4B is a plan view of the pixel 14A. FIG. 4A is a cross-sectional view taken along the line CC ′ in FIG. 4B.

図4Aに示されるように、画素14Aは、支持基板31Bと、P型領域31Aと、Pウェル35と、層間絶縁膜43A、43B、および43Cと、光電変換部10とを含む。   As shown in FIG. 4A, the pixel 14A includes a support substrate 31B, a P-type region 31A, a P well 35, interlayer insulating films 43A, 43B, and 43C, and the photoelectric conversion unit 10.

光電変換部10は、層間絶縁膜43Cの上部に配置された画素電極50、画素電極50上に配置された光電変換膜51、および光電変換膜51上に配置された透明電極52とを含む。光電変換部10は、光電変換膜51に照射される光を電荷に変換する。光電変換によって生じた電子−正孔対のうち、一方の電荷が画素電極50に集められる。   The photoelectric conversion unit 10 includes a pixel electrode 50 disposed on the interlayer insulating film 43 </ b> C, a photoelectric conversion film 51 disposed on the pixel electrode 50, and a transparent electrode 52 disposed on the photoelectric conversion film 51. The photoelectric conversion unit 10 converts light applied to the photoelectric conversion film 51 into electric charges. One charge among the electron-hole pairs generated by the photoelectric conversion is collected in the pixel electrode 50.

P型領域31Aは、支持基板31Bの上方に配置され、支持基板31Bよりも低い濃度でP導電型の不純物を含む。   The P-type region 31A is disposed above the support substrate 31B and contains P-type impurities at a lower concentration than the support substrate 31B.

P型領域31Aには、N導電型の不純物を含む電荷蓄積領域であるFD44が配置される。FD44は、コンタクトプラグ45、配線46A、プラグ47A、配線46B、プラグ47B、配線46C、プラグ47Cを介して、画素電極50に接続し、画素電極50で集められた電荷を蓄積する。   In the P-type region 31A, an FD 44, which is a charge storage region containing an N conductivity type impurity, is disposed. The FD 44 is connected to the pixel electrode 50 via the contact plug 45, the wiring 46A, the plug 47A, the wiring 46B, the plug 47B, the wiring 46C, and the plug 47C, and accumulates the charges collected by the pixel electrode 50.

Pウェル35は、P型領域31A内に配置され、支持基板31Bよりも低く、P型領域31Aよりも高い濃度でP導電型の不純物を含む。   The P well 35 is disposed in the P type region 31A, and contains a P-conductivity type impurity at a concentration lower than that of the support substrate 31B and higher than that of the P type region 31A.

画素14Aは、ソースフォロワトランジスタ11、リセットトランジスタ12、および選択トランジスタ13を含む、ソースフォロワトランジスタ11は、ゲート電極39Bを備える。また、ソースフォロワトランジスタ11は、ソースおよびドレインとして、N型領域41BおよびN型領域41Cを備える。リセットトランジスタ12は、ゲート電極39Aを備える。また、リセットトランジスタ12は、ソースおよびドレインとして、N型領域41AおよびFD44を備える。選択トランジスタ13は、ゲート電極39Cを備える。また、選択トランジスタ13は、ソースおよびドレインとして、N型領域41CおよびN型領域41Dを備える。ゲート電極39A、ゲート電極39B、およびゲート電極39Cは、Pウェル35の上に配置される。N型領域41A、N型領域41B、N型領域41Cは、Pウェル35中に配置される。   The pixel 14A includes a source follower transistor 11, a reset transistor 12, and a selection transistor 13. The source follower transistor 11 includes a gate electrode 39B. The source follower transistor 11 includes an N-type region 41B and an N-type region 41C as a source and a drain. The reset transistor 12 includes a gate electrode 39A. The reset transistor 12 includes an N-type region 41A and an FD 44 as a source and a drain. The selection transistor 13 includes a gate electrode 39C. The selection transistor 13 includes an N-type region 41C and an N-type region 41D as a source and a drain. The gate electrode 39A, the gate electrode 39B, and the gate electrode 39C are disposed on the P well 35. The N-type region 41A, the N-type region 41B, and the N-type region 41C are arranged in the P well 35.

そして、Pウェル35とゲート電極39A、39B、39Cの間に、ゲート酸化膜38A、38B、38Cが配置される。   Gate oxide films 38A, 38B, and 38C are disposed between the P well 35 and the gate electrodes 39A, 39B, and 39C.

また、画素14Aは、画素14Aと、画素14Aに隣接する隣接画素と、を電気的に分離する第5領域42B、42Cを備える。第5領域42Bおよび42Cは、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)によって形成される。   In addition, the pixel 14A includes fifth regions 42B and 42C that electrically separate the pixel 14A and adjacent pixels adjacent to the pixel 14A. The fifth regions 42B and 42C are formed by, for example, STI (Shallow Trench Isolation).

図4Aで示されるように、画素14Aは、P型の不純物を含む第1領域(支持基板31B)と、第1領域の上方に配置され、第1領域よりも低い濃度でP型の不純物を含む第2領域(P型領域31A)と、第2領域の上方に位置し、光を電荷に変換する光電変換部10と、第2領域中に位置し、N型の不純物を含み、電荷を蓄積する電荷蓄積領域(FD44)とを備える。また、画素14Aは、第1領域(支持基板31B)と第2領域(P型領域31A)との間に配置され、第2導電型(N導電型)の不純物を含む第4領域(N型領域31C)を備える。また、図4Aに示されるように、撮像装置71Aを平面視したとき、第5領域(STI42C)と重なる位置に、P型領域32が配置されている。P型領域32は、支持基板31BとP型領域31Aとの間に配置され、支持基板31BとP型領域31Aとを電気的に接続する。   As shown in FIG. 4A, the pixel 14A includes a first region (supporting substrate 31B) containing a P-type impurity, and a P-type impurity at a lower concentration than the first region. A second region (P-type region 31A) that includes the photoelectric conversion unit 10 that is located above the second region and converts light into electric charge, and is located in the second region, includes an N-type impurity, Charge accumulation region (FD44) for accumulation. The pixel 14A is disposed between the first region (support substrate 31B) and the second region (P-type region 31A), and is a fourth region (N-type) containing impurities of the second conductivity type (N-conductivity type). Region 31C). As shown in FIG. 4A, the P-type region 32 is disposed at a position overlapping the fifth region (STI 42C) when the imaging device 71A is viewed in plan. The P-type region 32 is disposed between the support substrate 31B and the P-type region 31A, and electrically connects the support substrate 31B and the P-type region 31A.

また、画素アレイ72Aは、k行(kは1以上m以下の整数)の一端に位置する第1画素と、k行の他端に位置する第2画素とを備える。そして、第1画素の電荷蓄積領域(FD44)と、第2画素の電荷蓄積領域(FD44)との間の合成抵抗値が、1kΩ以下となっている。   The pixel array 72A includes a first pixel located at one end of k rows (k is an integer of 1 to m) and a second pixel located at the other end of the k rows. The combined resistance value between the charge accumulation region (FD44) of the first pixel and the charge accumulation region (FD44) of the second pixel is 1 kΩ or less.

また、図3Aで示されるように、周辺領域76は、第1導電型(P導電型)の不純物を含む第1周辺領域(支持基板31B)と、第1領域の上方に配置され、第1領域よりも低い濃度で第1導電型の不純物を含む第2周辺領域(P型領域31A)とを備える。   Also, as shown in FIG. 3A, the peripheral region 76 is disposed above the first peripheral region (support substrate 31B) containing the first conductive type (P conductive type) impurity and the first region. And a second peripheral region (P-type region 31A) containing a first conductivity type impurity at a lower concentration than the region.

図5A、図5Bは周辺領域76から外部パッド5A〜5Dまでの接続をあらわした模式図である。   5A and 5B are schematic views showing connections from the peripheral region 76 to the external pads 5A to 5D.

図5Aに示されるように、外部パッド5A〜5Dは、周辺領域76の外部に、画素アレイ72の行方向に沿って配置される。   As shown in FIG. 5A, the external pads 5 </ b> A to 5 </ b> D are arranged outside the peripheral region 76 along the row direction of the pixel array 72.

ストリーキングの抑制にはウェルに低抵抗で電圧供給することが重要である。ウェルへの電圧供給は外部パッド5A〜5Dから金属配線を介して行われ、この経路の抵抗も低く抑えることが求められる。図5Bに示されるように、撮像装置71Aには、金属からなる、積層された複数の配線層が含まれている。ウェルへの電圧供給に、最上位の(最も上に位置する)金属配線層(第1配線層)100を用いることが低抵抗化には効果的である。最上位の金属配線層では配線を厚くすることができるので、他の金属配線層(第2配線層)101A〜101Cと比較して抵抗値を低くできるためである。   In order to suppress streaking, it is important to supply a voltage to the well with a low resistance. The voltage supply to the well is performed from the external pads 5A to 5D through the metal wiring, and the resistance of this path is required to be kept low. As shown in FIG. 5B, the imaging device 71A includes a plurality of stacked wiring layers made of metal. The use of the uppermost (uppermost) metal wiring layer (first wiring layer) 100 for supplying voltage to the well is effective in reducing the resistance. This is because the wiring can be thickened in the uppermost metal wiring layer, so that the resistance value can be lowered as compared with the other metal wiring layers (second wiring layers) 101A to 101C.

発明者らは、本構成において、ストリーキングを抑制するために必要な半導体基板の抵抗率、およびP型領域32の抵抗値を検討した。その際、図6の等価回路を用いて検討を行った。   The inventors examined the resistivity of the semiconductor substrate and the resistance value of the P-type region 32 necessary for suppressing streaking in this configuration. At that time, examination was performed using the equivalent circuit of FIG.

図7Aは、支持基板31Bの抵抗率を0.01Ωcmに固定した場合におけるP型領域32の抵抗(横軸)と、画素アレイ72Aの水平方向左右端の画素14AのFD44間の合成抵抗(縦軸)との関係を示すグラフである。このときのP型領域32の抵抗Rzと合成抵抗Rとの関係を表1に示す。   FIG. 7A shows a combined resistance (vertical) between the resistance of the P-type region 32 (horizontal axis) and the FD 44 of the pixel 14A at the horizontal left and right ends of the pixel array 72A when the resistivity of the support substrate 31B is fixed to 0.01 Ωcm. It is a graph which shows the relationship with an axis | shaft. Table 1 shows the relationship between the resistance Rz of the P-type region 32 and the combined resistance R at this time.

Figure 2019029399
Figure 2019029399

また、図7Bは、P型領域32の抵抗を2.3kΩに固定した場合における支持基板31Bの抵抗率(横軸)と画素アレイ72Aの水平方向左右端の画素14AのFD44間の合成抵抗(縦軸)との関係を示すグラフである。このときの支持基板31Bの抵抗率Rsubと合成抵抗Rとの関係を下記表に示す。 7B shows the combined resistance between the resistivity (horizontal axis) of the support substrate 31B and the FD 44 of the pixel 14A at the left and right ends of the pixel array 72A when the resistance of the P-type region 32 is fixed at 2.3 kΩ. It is a graph which shows the relationship with a vertical axis | shaft. The relationship between the resistivity R sub of the support substrate 31B and the combined resistance R at this time is shown in the following table.

Figure 2019029399
Figure 2019029399

検討の結果、例えばP型領域32の抵抗が2.3kΩであるときは、支持基板31Bの抵抗率が10Ωcm以下、例えば支持基板31Bの抵抗率が0.01Ωcmであるときは、P型領域32の抵抗値が5kΩ以下、を満たせば画素アレイ72Aの水平方向左右端の画素14AのFD44間の合成抵抗が1kΩ以下となることがわかった。支持基板31Bの抵抗率を0.01Ωcm以下とするためには、半導体基板の不純物濃度を1×1018/cm以上とすればよい。P型領域32の抵抗値を5kΩ以下とするためには、P型領域32の不純物濃度を5×1016/cm以上とすればよい。P型領域31Aが深くまで形成され、半導体基板表面から支持基板31B表面までの距離が離れている場合には、1回の不純物注入ではP型領域32の抵抗を5kΩ以下にするのが難しい場合がある。その場合は、P型領域32を形成するための不純物注入を複数回実施してもよい。注入回数を変えたときのP型領域32の不純物濃度の変化を図8に示す。1回の不純物注入を行った場合には、不純物濃度のピークが1つ存在するが、そのピークから基板深さが大きい部分での不純物濃度が1桁以上小さくなっている。2回の不純物注入を行った場合には、不純物濃度のピークが2つ存在し、3回の不純物注入を行った場合には、不純物濃度のピークが3つ存在する。また、不純物注入の回数を増やすにつれて、不純物濃度のピーク間でも不純物濃度が減少せずに維持されるようになることがわかる。 As a result of the examination, for example, when the resistance of the P-type region 32 is 2.3 kΩ, the resistivity of the support substrate 31B is 10 Ωcm or less, for example, when the resistivity of the support substrate 31B is 0.01 Ωcm, the P-type region 32 It was found that the combined resistance between the FDs 44 of the pixels 14A at the left and right ends in the horizontal direction of the pixel array 72A would be 1 kΩ or less if the resistance value of 5 kΩ or less was satisfied. In order to set the resistivity of the support substrate 31B to 0.01 Ωcm or less, the impurity concentration of the semiconductor substrate may be set to 1 × 10 18 / cm 3 or more. In order to set the resistance value of the P-type region 32 to 5 kΩ or less, the impurity concentration of the P-type region 32 may be set to 5 × 10 16 / cm 3 or more. When the P-type region 31A is formed deep and the distance from the surface of the semiconductor substrate to the surface of the support substrate 31B is long, it is difficult to reduce the resistance of the P-type region 32 to 5 kΩ or less by one impurity implantation. There is. In that case, the impurity implantation for forming the P-type region 32 may be performed a plurality of times. FIG. 8 shows changes in the impurity concentration of the P-type region 32 when the number of implantations is changed. When impurity implantation is performed once, there is one impurity concentration peak, but the impurity concentration in the portion where the substrate depth is large from that peak is one digit or more smaller. When the impurity implantation is performed twice, there are two impurity concentration peaks, and when the impurity implantation is performed three times, there are three impurity concentration peaks. It can also be seen that as the number of impurity implantations is increased, the impurity concentration is maintained without decreasing even between the peak impurity concentrations.

[1−2.効果]
従来の撮像装置では、N型トランジスタが一般的に用いられている。シリコン基板中の移動度は、電子の方が正孔よりも高いため、キャリアとして電子を用いるN型トランジスタの方が、キャリアとして正孔を用いるP型トランジスタよりも駆動力が高いためである。N型トランジスタを用いるには、基板中にP型ウェルを形成することが必要である。
[1-2. effect]
In conventional imaging devices, N-type transistors are generally used. This is because the mobility in the silicon substrate is higher for electrons than for holes, so that an N-type transistor using electrons as carriers has a higher driving force than a P-type transistor using holes as carriers. In order to use an N-type transistor, it is necessary to form a P-type well in the substrate.

また、光電変換素子としてフォトダイオードを用いる撮像装置が一般的に用いられている。フォトダイオードを用いる撮像装置では、一般的に画素間の混色が起こりやすい。画素の面積に対するフォトダイオードの面積比が大きいため、隣接する画素のFDに電荷が移動しやすいためである。また、一般的にフォトダイオードは基板中の比較的深い位置まで形成される。フォトダイオードの深い位置では、自身の画素のFDまでの距離と、隣接する画素のFDまでの距離とが同程度になる場合がある。そのため、フォトダイオードの深い位置で光電変換によって生じた電荷は、隣接する画素のFDに移動する可能性がある。吸収波長と光電変換が起きる基板の深さは比例関係にあるため、波長の長い赤色光の光電変換によって生じた電荷は、特に隣接画素に移動しやすい。したがって、赤色の混色が起こりやすい。   An imaging device using a photodiode as a photoelectric conversion element is generally used. In an imaging device using a photodiode, color mixing between pixels is generally likely to occur. This is because the area ratio of the photodiode with respect to the area of the pixel is large, so that the charge easily moves to the FD of the adjacent pixel. In general, the photodiode is formed up to a relatively deep position in the substrate. In a deep position of the photodiode, the distance to the FD of its own pixel and the distance to the FD of an adjacent pixel may be approximately the same. For this reason, electric charges generated by photoelectric conversion at a deep position of the photodiode may move to the FD of an adjacent pixel. Since the absorption wavelength and the depth of the substrate where photoelectric conversion occurs are in a proportional relationship, charges generated by photoelectric conversion of red light having a long wavelength are particularly likely to move to adjacent pixels. Therefore, red color mixture tends to occur.

しかし、N型基板にP型ウェルを形成し、N型拡散層を形成する構成においては、N型基板に電圧を印加することによって、フォトダイオード中の、ウェル付近に存在する電荷を排出することができる。この構成では、フォトダイオードを用いる撮像装置において、画素間の混色を抑制することができる。つまり、撮像装置においてフォトダイオードとN型トランジスタの両方を用いるには、N型基板にP型ウェルを形成し、ウェル内にN型の拡散層を形成して、フォトダイオードおよびN型トランジスタの拡散層とする必要がある。   However, in the configuration in which the P-type well is formed on the N-type substrate and the N-type diffusion layer is formed, the charge existing near the well in the photodiode is discharged by applying a voltage to the N-type substrate. Can do. With this configuration, color mixing between pixels can be suppressed in an imaging device using a photodiode. That is, in order to use both the photodiode and the N-type transistor in the imaging device, a P-type well is formed in the N-type substrate, an N-type diffusion layer is formed in the well, and the photodiode and the N-type transistor are diffused. Need to be layered.

N型基板にP型ウェルを形成するには、P型イオンの注入によって行うのが一般的である。しかし、N型基板に対して逆極性であるP型イオンを注入することは、N型基板中の結晶欠陥を増加させる要因となる。   In order to form a P-type well in an N-type substrate, it is generally performed by implanting P-type ions. However, implanting P-type ions having a reverse polarity with respect to the N-type substrate increases the number of crystal defects in the N-type substrate.

したがって、光電変換部としてフォトダイオードを用い、かつN型トランジスタを用いる場合には、P型基板を用いると混色の課題が解決できず、N型基板を用いると結晶欠陥の増加が発生する可能性がある。   Therefore, when a photodiode is used as the photoelectric conversion unit and an N-type transistor is used, the problem of color mixing cannot be solved if a P-type substrate is used, and if an N-type substrate is used, an increase in crystal defects may occur. There is.

一方、本開示のように光電変換部が半導体基板上に位置する撮像装置では、半導体基板にフォトダイオードを形成しない。したがって、半導体基板内で混色が発生する可能性が低い。そのため、ウェル(P型)と同一導電型の支持基板を用いることができる。そのため、基板に逆極性のイオンを注入することが不要になるため、イオン注入で発生していたウェルの結晶欠陥が低減される。   On the other hand, in the imaging device in which the photoelectric conversion unit is located on the semiconductor substrate as in the present disclosure, no photodiode is formed on the semiconductor substrate. Therefore, there is a low possibility of color mixing in the semiconductor substrate. Therefore, a support substrate having the same conductivity type as the well (P type) can be used. For this reason, it is not necessary to implant ions of opposite polarity into the substrate, so that the crystal defects of the wells that have occurred by ion implantation are reduced.

さらに、Pウェルには、抵抗値の低い支持基板31Bが接続される。支持基板31Bの抵抗率は10Ωcm程度と低い値である。Pウェル表面の抵抗は数kΩ程度であるが、Pウェルを上述した低抵抗な支持基板31Bに接続することで、画素アレイ72の水平方向左右端の画素14のFD44間の合成抵抗を1kΩ以下にすることができる。この結果、例えばストリーキングが抑制される。   Further, a support substrate 31B having a low resistance value is connected to the P well. The resistivity of the support substrate 31B is as low as about 10 Ωcm. The resistance of the surface of the P well is about several kΩ, but by connecting the P well to the low-resistance support substrate 31B described above, the combined resistance between the FDs 44 of the pixels 14 at the horizontal left and right ends of the pixel array 72 is 1 kΩ or less. Can be. As a result, for example, streaking is suppressed.

また、従来の撮像装置では、ウェルの抵抗を低減するため、以下のような構成を取ることが一般的である。各画素の基板表面に、金属配線およびウェルに接続された基板コンタクトを配置する。金属配線を介して電圧を印加することで、ウェルの電位を固定する。しかし、各画素に基板コンタクトを配置するためには、画素内のトランジスタのサイズを小さくする必要がある。トランジスタのサイズを小さくすると、その分駆動能力が低下し、撮像装置の性能に影響を与える可能性がある。一方本実施の形態では、画素部の周辺領域において、P型領域32に電気的に接続された基板コンタクトである外部パッドを配置する。この外部パッドから電圧を印加することにより、支持基板を介して、画素部のウェルの電位を固定することができる。   Further, in order to reduce the well resistance, the conventional imaging device generally takes the following configuration. A substrate contact connected to the metal wiring and the well is disposed on the substrate surface of each pixel. The potential of the well is fixed by applying a voltage through the metal wiring. However, in order to arrange the substrate contact in each pixel, it is necessary to reduce the size of the transistor in the pixel. If the size of the transistor is reduced, the driving capability is reduced correspondingly, which may affect the performance of the imaging device. On the other hand, in the present embodiment, an external pad, which is a substrate contact electrically connected to the P-type region 32, is disposed in the peripheral region of the pixel portion. By applying a voltage from the external pad, the potential of the well of the pixel portion can be fixed through the support substrate.

さらに、支持基板31Bは、周辺領域76において、外部パッド5A〜5Dに接続されるコンタクトプラグに、P型領域32を介して低抵抗で電気的に接続される。   Further, the support substrate 31B is electrically connected to the contact plug connected to the external pads 5A to 5D in the peripheral region 76 through the P-type region 32 with a low resistance.

前述の通りストリーキングの原因は、光が照射される画素(Bright pixel)の電圧変化が水平共通線200を介して光が照射されない画素(Dark pixel)に伝播することである。本実施の形態においては、外部パッド5A〜5Dからのウェル電圧印加経路を、画素アレイ72の垂直方向としており、水平方向への伝播経路を無くしている。このことにより、例えばストリーキングが抑制される。   As described above, the cause of streaking is that a voltage change of a pixel to which light is irradiated (Bright pixel) propagates through the horizontal common line 200 to a pixel (Dark pixel) to which light is not irradiated. In the present embodiment, the well voltage application path from the external pads 5A to 5D is the vertical direction of the pixel array 72, and the propagation path in the horizontal direction is eliminated. Thereby, for example, streaking is suppressed.

また、本実施の形態において、各画素にはN型領域31Cが配置されている。N型領域31Cにバイアス電圧を印加することにより、余分な電荷をFDに到達する前にN型領域31Cで捕集し、電源に排出することができる。これにより、各画素セルにおける暗電流を効果的に低減することができる。   In the present embodiment, an N-type region 31C is arranged in each pixel. By applying a bias voltage to the N-type region 31C, excess charges can be collected by the N-type region 31C before reaching the FD and discharged to the power source. Thereby, the dark current in each pixel cell can be effectively reduced.

本実施の形態1に係る撮像装置71Aでは、第3領域(P型領域32)が、撮像装置71Aを平面視したときに、第5領域(STI42C)に重なる位置に配置される。言い換えると、P型領域32は、平面視したときに画素内のトランジスタに重なる位置には配置されない。画素内のトランジスタには、閾値を調整するためにチャネルに不純物注入を行うことがある。その場合、画素内のトランジスタの下方に別の不純物領域が存在すると、トランジスタの閾値に影響を与える可能性がある。本実施の形態では、P型領域32はSTI42Cに重なる位置に配置されるため、画素内のトランジスタの閾値に影響を与えにくい。そのため、画素内のトランジスタの閾値を容易に設定することができる。このため、画素14Aの特性が安定した状態で、撮像装置71Aを量産することが可能となる。   In the imaging device 71A according to the first embodiment, the third region (P-type region 32) is arranged at a position overlapping the fifth region (STI 42C) when the imaging device 71A is viewed in plan. In other words, the P-type region 32 is not disposed at a position overlapping the transistor in the pixel when viewed in plan. In a transistor in a pixel, an impurity may be implanted into a channel in order to adjust a threshold value. In that case, if another impurity region exists below the transistor in the pixel, the threshold value of the transistor may be affected. In the present embodiment, since the P-type region 32 is disposed at a position overlapping the STI 42C, the threshold value of the transistor in the pixel is hardly affected. Therefore, the threshold value of the transistor in the pixel can be easily set. For this reason, the imaging device 71A can be mass-produced while the characteristics of the pixel 14A are stable.

(実施の形態2)
ここでは、実施の形態1に係る撮像装置71Aから、その一部が変更された実施の形態2に係る撮像装置71について、主に、実施の形態1に係る撮像装置71Aとの相違点を中心に説明する。
(Embodiment 2)
Here, with respect to the imaging apparatus 71 according to the second embodiment, a part of which is changed from the imaging apparatus 71A according to the first embodiment, mainly the differences from the imaging apparatus 71A according to the first embodiment are mainly described. Explained.

[2−1.構成]
撮像装置71は、実施の形態1に係る撮像装置71Aから、画素アレイ72Aが画素アレイ72に変更されている。
[2-1. Constitution]
In the imaging device 71, the pixel array 72A is changed to the pixel array 72 from the imaging device 71A according to the first embodiment.

図9Aは、画素アレイ72の外縁部、およびその周辺の断面図であり、図9Bは、画素アレイ72、およびその周辺の平面図である。   9A is a cross-sectional view of the outer edge portion of the pixel array 72 and its periphery, and FIG. 9B is a plan view of the pixel array 72 and its periphery.

図9A、図9Bに示されるように、撮像装置71は、P型領域32が周辺領域76にのみ配置されている点、および画素アレイ72、およびその周辺において、支持基板31BとP型領域31Aとの間に、N型領域31Cが配置されていない点において、実施の形態1に係る撮像装置71Aと相違している。   As shown in FIGS. 9A and 9B, the imaging device 71 includes a support substrate 31 </ b> B and a P-type region 31 </ b> A at the point where the P-type region 32 is arranged only in the peripheral region 76 and the pixel array 72 and its periphery. Is different from the imaging device 71A according to the first embodiment in that the N-type region 31C is not disposed between the imaging device 71A and the imaging device 71A.

図10Aは、画素アレイ72を構成する各画素14の断面図、図10Bは、画素14の平面図である。図10Aは、図10B中のC−C´を結ぶ線上の断面図となっている。   FIG. 10A is a cross-sectional view of each pixel 14 constituting the pixel array 72, and FIG. 10B is a plan view of the pixel 14. FIG. 10A is a cross-sectional view on the line connecting CC ′ in FIG. 10B.

図10Aに示されるように、画素14は、支持基板31BとP型領域31Aとの間に、N型領域31Cが配置されていない点に加えて、画素14内にP型領域32が配置されていない点において、実施の形態1に係る画素14Aと相違している。   As shown in FIG. 10A, the pixel 14 has a P-type region 32 disposed in the pixel 14 in addition to the point that the N-type region 31C is not disposed between the support substrate 31B and the P-type region 31A. This is different from the pixel 14A according to the first embodiment in that it is not.

P型領域32は、支持基板31BとP型領域31Aとの間に配置され、支持基板31BとP型領域31Aとを電気的に接続する。   The P-type region 32 is disposed between the support substrate 31B and the P-type region 31A, and electrically connects the support substrate 31B and the P-type region 31A.

このように、画素14は、第1領域(支持基板31B)と、第2領域(P型領域31A)と、を備える。そして、画素14は、第1領域と第2領域と、に接し、第2領域よりも高い濃度で第1導電型(P導電型)の不純物を含む3領域(P型領域32)を備える。   Thus, the pixel 14 includes the first region (support substrate 31B) and the second region (P-type region 31A). The pixel 14 includes three regions (P-type regions 32) that are in contact with the first region and the second region and contain impurities of the first conductivity type (P conductivity type) at a higher concentration than the second region.

[2−2.効果]
本実施の形態においても、実施の形態1と同様な効果が得られる。
[2-2. effect]
Also in the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

また、本実施の形態においては支持基板31BとP型領域31Aとの間に、N型領域31Cが配置されていない。したがって、実施の形態1に対して、不純物の注入回数を減らすことができるため、より低コストで製造することができる。   In the present embodiment, the N-type region 31C is not disposed between the support substrate 31B and the P-type region 31A. Therefore, since the number of impurity implantations can be reduced as compared with Embodiment Mode 1, it can be manufactured at lower cost.

(補足)
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1および実施の形態2について説明した。しかしながら、本開示による技術は、これらに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略等を行った実施の形態にも適用可能である。また、実施の形態1および実施の形態2では、P型不純物を含む支持基板31B上にP型領域31Aが形成され、画素内のトランジスタのソースおよびドレインがN型領域である例を説明したが、これらの導電型を逆転させてもよい。
(Supplement)
As described above, Embodiment 1 and Embodiment 2 have been described as examples of the technology disclosed in the present application. However, the technology according to the present disclosure is not limited to these, and can also be applied to embodiments in which changes, replacements, additions, omissions, and the like are appropriately performed. In the first and second embodiments, the example in which the P-type region 31A is formed on the support substrate 31B containing P-type impurities and the source and drain of the transistor in the pixel are N-type regions has been described. These conductivity types may be reversed.

本開示に係る撮像装置は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ付携帯電話、電子内視鏡などの医療用カメラ、車載カメラ、ロボット用カメラ等に利用可能である。   The imaging device according to the present disclosure can be used for a digital camera, a digital video camera, a camera-equipped mobile phone, a medical camera such as an electronic endoscope, an in-vehicle camera, a robot camera, and the like.

5A、5B、5C、5D 外部パッド
10 光電変換部
14、14A 画素
31A P型領域(第2領域、第2周辺領域)
31B 支持基板(第1領域、第1周辺領域)
31C N型領域(第4領域)
32 P型領域(第3領域)
42C STI(第5領域)
44 電荷蓄積領域
71、71A 撮像装置
72、72A 画素アレイ
76 周辺領域
100 最上位の金属配線層(第1配線層)
101A、101B、101C 他の金属配線層(第2配線層)
5A, 5B, 5C, 5D External pad 10 Photoelectric conversion unit 14, 14A Pixel 31A P-type region (second region, second peripheral region)
31B Support substrate (first region, first peripheral region)
31C N-type region (fourth region)
32 P-type region (third region)
42C STI (5th area)
44 Charge Storage Area 71, 71A Imaging Device 72, 72A Pixel Array 76 Peripheral Area 100 Uppermost Metal Wiring Layer (First Wiring Layer)
101A, 101B, 101C Other metal wiring layer (second wiring layer)

Claims (13)

半導体基板と、m行n列(m、nは正の整数)状に画素が配置された画素アレイと、を備える撮像装置であって、
前記画素のそれぞれは、
前記半導体基板の上方に位置し、光を電荷に変換する光電変換部を備え、
前記半導体基板は、
第1導電型の不純物を含む第1領域と、
前記第1領域の上方に配置され、前記第1領域よりも低い濃度で前記第1導電型の不純物を含む第2領域と、
前記第2領域中に位置し、前記第1導電型とは異なる第2導電型の不純物を含み、前記電荷を蓄積する電荷蓄積領域と、
を備え、
前記画素アレイは、
k行(kは1以上m以下の整数)の一端に位置する第1画素と、
k行の他端に位置する第2画素と、を備え、
前記第1画素の前記電荷蓄積領域と、前記第2画素の前記電荷蓄積領域との間の合成抵抗値が、1kΩ以下である、
撮像装置。
An imaging apparatus comprising a semiconductor substrate and a pixel array in which pixels are arranged in m rows and n columns (m and n are positive integers),
Each of the pixels
A photoelectric conversion unit that is located above the semiconductor substrate and converts light into charges,
The semiconductor substrate is
A first region containing a first conductivity type impurity;
A second region disposed above the first region and including the first conductivity type impurity at a lower concentration than the first region;
A charge storage region that is located in the second region and includes an impurity of a second conductivity type different from the first conductivity type, and stores the charge;
With
The pixel array is
a first pixel located at one end of k rows (k is an integer from 1 to m);
a second pixel located at the other end of the k rows,
A combined resistance value between the charge accumulation region of the first pixel and the charge accumulation region of the second pixel is 1 kΩ or less;
Imaging device.
前記半導体基板は、
前記第1領域と、前記第2領域と、に接し、前記第2領域よりも高い濃度で前記第1導電型の不純物を含む第3領域と、を備える、
請求項1に記載の撮像装置。
The semiconductor substrate is
A third region in contact with the first region and the second region and including the first conductivity type impurity at a higher concentration than the second region;
The imaging device according to claim 1.
前記半導体基板は、
前記第1領域と前記第2領域との間に配置され、前記第2導電型の不純物を含む第4領域と、を備える、
請求項2に記載の撮像装置。
The semiconductor substrate is
A fourth region that is disposed between the first region and the second region and includes the impurity of the second conductivity type.
The imaging device according to claim 2.
前記画素アレイの周辺に位置する周辺領域を備え、
前記第3領域は、前記周辺領域内に位置する、
請求項2または請求項3に記載の撮像装置。
Comprising a peripheral region located around the pixel array;
The third region is located in the peripheral region;
The imaging device according to claim 2.
前記第3領域は、前記画素アレイ内に位置する、
請求項2または請求項3に記載の撮像装置。
The third region is located in the pixel array;
The imaging device according to claim 2.
前記画素アレイの周辺に位置する周辺領域を備え、
前記第3領域を複数有し、
前記第3領域の少なくとも一つは、前記周辺領域内に位置し、
前記第3領域の少なくとも一つは、前記画素アレイ内に位置する、
請求項2または請求項3に記載の撮像装置。
Comprising a peripheral region located around the pixel array;
A plurality of the third regions;
At least one of the third regions is located in the peripheral region;
At least one of the third regions is located in the pixel array;
The imaging device according to claim 2.
前記画素は、前記第2領域中に位置し、前記画素と、前記画素に隣接する隣接画素と、を電気的に分離する第5領域を備え、
前記撮像装置を平面視したとき、前記画素アレイ内に位置する前記第3領域は前記第5領域に重なる、
請求項4または請求項6に記載の撮像装置。
The pixel includes a fifth region that is located in the second region and electrically separates the pixel and an adjacent pixel adjacent to the pixel,
When the imaging device is viewed in plan, the third region located in the pixel array overlaps the fifth region.
The imaging device according to claim 4 or 6.
前記第1領域の抵抗率は10Ωcm以下であり、
前記第3領域の抵抗値は2.3kΩ以下である、
請求項2から請求項7のいずれか一項に記載の撮像装置。
The resistivity of the first region is 10 Ωcm or less,
The resistance value of the third region is 2.3 kΩ or less,
The imaging device according to any one of claims 2 to 7.
前記第1領域の抵抗率は0.01Ω・cm以下であり、
前記第3領域の抵抗値は5kΩ以下である、
請求項2から請求項7のいずれか一項に記載の撮像装置。
The resistivity of the first region is 0.01 Ω · cm or less,
The resistance value of the third region is 5 kΩ or less,
The imaging device according to any one of claims 2 to 7.
前記第1領域の前記第1導電型の不純物の濃度は1×1018/cm以上であり、
前記第3領域の抵抗値は5kΩ以下である、
請求項2から請求項7のいずれか一項に記載の撮像装置。
The concentration of the first conductivity type impurity in the first region is 1 × 10 18 / cm 3 or more,
The resistance value of the third region is 5 kΩ or less,
The imaging device according to any one of claims 2 to 7.
前記第1領域の抵抗率は0.01Ωcm以下であり、
前記第3領域の前記第1導電型の不純物の濃度は5×1016/cm以上である、
請求項2から請求項7のいずれか一項に記載の撮像装置。
The resistivity of the first region is 0.01 Ωcm or less,
The concentration of the first conductivity type impurity in the third region is 5 × 10 16 / cm 3 or more.
The imaging device according to any one of claims 2 to 7.
前記撮像装置を平面視したとき、前記画素アレイの周辺に位置する周辺領域と、
前記撮像装置を平面視したとき、前記周辺領域の外部、かつ前記画素アレイの行方向に沿って位置する外部パッドと、
前記撮像装置を平面視したとき、前記周辺領域と、前記外部パッドと、の間に位置し、複数の配線層を備える配線領域と、を備え、
前記周辺領域において、前記半導体基板は、
前記第1導電型の不純物を含む第1周辺領域と、
前記第1周辺領域の上方に配置され、前記第1周辺領域よりも低い濃度で前記第1導電型の不純物を含む、第2周辺領域と、を備え、
前記複数の配線層は、
金属からなる第1配線層と、
前記第1配線層の下方に位置する第2配線層と、を備え、
前記第2周辺領域と、前記外部パッドとは、前記第1配線層を介して接続される、
請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の撮像装置。
When the imaging device is viewed in plan, a peripheral region located around the pixel array;
When the imaging device is viewed in plan, an external pad located outside the peripheral region and along the row direction of the pixel array;
When the imaging device is viewed in plan, a wiring region that is located between the peripheral region and the external pad and includes a plurality of wiring layers,
In the peripheral region, the semiconductor substrate is
A first peripheral region containing an impurity of the first conductivity type;
A second peripheral region disposed above the first peripheral region and including the first conductivity type impurity at a concentration lower than that of the first peripheral region;
The plurality of wiring layers are:
A first wiring layer made of metal;
A second wiring layer located below the first wiring layer,
The second peripheral region and the external pad are connected via the first wiring layer.
The imaging device according to any one of claims 1 to 11.
前記第1配線層は、前記複数の配線層の最も上に位置する、
請求項12に記載の撮像装置。
The first wiring layer is located on the top of the plurality of wiring layers;
The imaging device according to claim 12.
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