JP2022112240A - Light detection device and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、光検出装置及び電子機器に関し、特に、暗電流を抑制することができるようにした光検出装置及び電子機器に関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to a photodetector and electronic equipment, and more particularly to a photodetector and electronic equipment capable of suppressing dark current.
固体撮像装置では、フォトダイオードやトランジスタなどの素子が画素ごとに設けられるが、隣接する画素を電気的に分離するために素子分離領域を設けた構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In a solid-state imaging device, an element such as a photodiode or a transistor is provided for each pixel, and a configuration has been proposed in which an element isolation region is provided to electrically isolate adjacent pixels (see, for example, Patent Document 1). ).
ところで、素子分離領域として、負の固定電荷膜で覆われた領域を設けた場合に、pn接合部の空乏層が負の固定電荷膜と近接すると、空乏層の電界が大きくなり、浮遊拡散領域(FD:Floating Diffusion)の暗電流が増大してしまう。そのため、浮遊拡散領域の暗電流を抑制することが求められていた。 By the way, when a region covered with a negative fixed charge film is provided as an element isolation region, when the depletion layer of the pn junction is close to the negative fixed charge film, the electric field of the depletion layer increases and the floating diffusion region (FD: Floating Diffusion) dark current increases. Therefore, it has been required to suppress the dark current in the floating diffusion region.
本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、暗電流を抑制することができるようにするものである。 The present disclosure has been made in view of such circumstances, and aims to suppress dark current.
本開示の一側面の光検出装置は、基板と、前記基板に形成された複数の光電変換領域と、前記光電変換領域に接続される第1導電型の浮遊拡散領域と、前記基板に形成された溝部内に形成され、前記光電変換領域の間を分離する素子分離領域と、前記浮遊拡散領域と前記素子分離領域との間に形成された第2導電型の領域とを有し、前記素子分離領域の少なくとも一部の領域は、負の固定電荷膜で覆われている光検出装置である。 A photodetector according to one aspect of the present disclosure includes a substrate, a plurality of photoelectric conversion regions formed in the substrate, a first-conductivity-type floating diffusion region connected to the photoelectric conversion regions, and and a second conductivity type region formed between the floating diffusion region and the element isolation region. At least part of the isolation region is a photodetector covered with a negative fixed charge film.
本開示の一側面の光検出装置においては、基板に形成された複数の光電変換領域と、前記光電変換領域に接続される第1導電型の浮遊拡散領域と、前記基板に形成された溝部内に形成され、前記光電変換領域の間を分離する素子分離領域と、前記浮遊拡散領域と前記素子分離領域との間に形成された第2導電型の領域とを有して構成され、前記素子分離領域の少なくとも一部の領域は、負の固定電荷膜で覆われている。 In a photodetector according to one aspect of the present disclosure, a plurality of photoelectric conversion regions formed on a substrate, a first-conductivity-type floating diffusion region connected to the photoelectric conversion regions, and a groove formed in the substrate include: and a second conductivity type region formed between the floating diffusion region and the element isolation region, wherein the element At least part of the isolation region is covered with a negative fixed charge film.
本開示の一側面の電子機器は、基板と、前記基板に形成された複数の光電変換領域と、前記光電変換領域に接続される第1導電型の浮遊拡散領域と、前記基板に形成された溝部内に形成され、前記光電変換領域の間を分離する素子分離領域と、前記浮遊拡散領域と前記素子分離領域との間に形成された第2導電型の領域とを有し、前記素子分離領域の少なくとも一部の領域は、負の固定電荷膜で覆われている光検出装置を搭載した電子機器である。 An electronic device according to one aspect of the present disclosure includes a substrate, a plurality of photoelectric conversion regions formed on the substrate, a first-conductivity-type floating diffusion region connected to the photoelectric conversion regions, and an element isolation region formed in a trench for separating the photoelectric conversion regions; and a second conductivity type region formed between the floating diffusion region and the element isolation region, the element isolation At least part of the area is an electronic device equipped with a photodetector covered with a negative fixed charge film.
本開示の一側面の電子機器においては、基板に形成された複数の光電変換領域と、前記光電変換領域に接続される第1導電型の浮遊拡散領域と、前記基板に形成された溝部内に形成され、前記光電変換領域の間を分離する素子分離領域と、前記浮遊拡散領域と前記素子分離領域との間に形成された第2導電型の領域とを有して構成され、前記素子分離領域の少なくとも一部の領域は、負の固定電荷膜で覆われている光検出装置が搭載される。 In an electronic device according to one aspect of the present disclosure, a plurality of photoelectric conversion regions formed on a substrate, a first-conductivity-type floating diffusion region connected to the photoelectric conversion regions, and a groove formed in the substrate include: and a second conductivity type region formed between the floating diffusion region and the element isolation region. At least part of the area is mounted with a photodetector covered with a negative fixed charge film.
なお、本開示の一側面の光検出装置及び電子機器は、独立した装置であってもよいし、1つの装置を構成している内部ブロックであってもよい。 Note that the photodetector and the electronic device according to one aspect of the present disclosure may be independent devices, or may be internal blocks forming one device.
<1.本開示の実施の形態> <1. Embodiment of the Present Disclosure>
(光検出装置の構成)
図1は、本開示を適用した光検出装置の構成例を示す図である。
(Structure of photodetector)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a photodetector to which the present disclosure is applied.
図1において、固体撮像装置10は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型の固体撮像装置であり、本開示を適用した光検出装置の一例である。固体撮像装置10は、画素アレイ部21、垂直駆動部22、カラム信号処理部23、水平駆動部24、出力部25、及び制御部26から構成される。
In FIG. 1, a solid-
画素アレイ部21は、シリコン(Si)からなる基板上に行列状に2次元配列された複数の画素100を有する。画素100は、フォトダイオードからなる光電変換領域と、複数の画素トランジスタを有する。画素トランジスタは、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、選択トランジスタ、及び増幅トランジスタから構成される。
The
画素アレイ部21には、行列状に2次元配列された複数の画素100に対し、行ごとに画素駆動線41が形成されて垂直駆動部22に接続され、列ごとに垂直信号線42が形成されてカラム信号処理部23に接続される。
In the
垂直駆動部22は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等により構成され、画素アレイ部21に配列された各画素100を駆動する。垂直駆動部22によって選択走査された画素100から出力される画素信号は、垂直信号線42を通じてカラム信号処理部23に供給される。
The
カラム信号処理部23は、画素アレイ部21の画素列ごとに、選択行の各画素100から垂直信号線42を通じて出力される画素信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。具体的には、カラム信号処理部23は、信号処理として少なくとも、ノイズ除去処理、例えば、相関二重サンプリング(CDS:Correlated Double Sampling)処理を行う。
The column
この相関二重サンプリングにより、リセットノイズや増幅トランジスタの閾値ばらつき等の画素固有の固定パターンノイズが除去される。なお、カラム信号処理部23に、ノイズ除去処理以外に、例えば、AD変換(Analog/Digital Conversion)機能を持たせて、信号レベルをデジタル信号で出力することも可能である。
This correlated double sampling eliminates pixel-specific fixed pattern noise such as reset noise and variations in threshold values of amplification transistors. In addition to noise removal processing, the column
水平駆動部24は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等により構成され、カラム信号処理部23の画素列に対応する単位回路を順番に選択する。水平駆動部24による選択走査により、カラム信号処理部23で信号処理された画素信号が水平信号線51を通じて出力部25に出力される。
The
出力部25は、カラム信号処理部23の各々から水平信号線51を通じて順次入力される画素信号に対して所定の信号処理を行い出力する。
The
制御部26は、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等によって構成され、タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号に基づき、垂直駆動部22、カラム信号処理部23、及び水平駆動部24などの駆動制御を行う。
The
(要部の構成)
次に、固体撮像装置10において、画素アレイ部21に2次元状に配列される画素100の構成を説明する。ここでは、本開示を適用した画素100との比較のために、従来の画素の構成を、図2,図3に示している。本開示を適用した画素100の構成は、図4乃至図13に示している。
(Structure of main part)
Next, the configuration of the
画素100において、フォトダイオードからなる光電変換領域で光電変換により生成された電荷は、転送トランジスタ121によって浮遊拡散領域(FD:Floating Diffusion)112に転送される。リセットトランジスタ122は、浮遊拡散領域112を適宜初期化(リセット)する。
In the
浮遊拡散領域112は、転送トランジスタ121を介して光電変換領域から転送されてきた電荷を電圧信号(電気信号)に変換して出力する電荷電圧変換領域である。浮遊拡散領域112は、増幅トランジスタ(図示せず)に接続され、増幅トランジスタと垂直信号線42との間に接続された選択トランジスタ(図示せず)が選択状態となることで、増幅トランジスタから出力される信号が垂直信号線42を介してカラム信号処理部23に読み出される。
The
図2,図3に示した従来の画素の構成では、上段に画素の要部の断面構成を示し、下段に平面レイアウトを示している。 In the structure of the conventional pixel shown in FIGS. 2 and 3, the upper part shows the cross-sectional structure of the main part of the pixel, and the lower part shows the planar layout.
図2に示すように、画素が形成される基板において、p型のウェル領域111には、n型の浮遊拡散領域112が形成される。また、基板においては、深さ方向に形成された溝部(トレンチ)内に、素子分離領域113と、素子分離領域115と、素子分離領域116が形成される。
As shown in FIG. 2, an n-type floating
素子分離領域113は、FFTI(Front Full Trench Isolation)である素子分離構造を有し、少なくとも一部の領域が負の固定電荷膜114で覆われている。素子分離領域115と素子分離領域116は、STI(Shallow Trench Isolation)である素子分離構造を有する。図2では、素子分離領域113と素子分離領域115との界面の位置に、負の固定電荷膜114が形成されており、p型のウェル領域111とn型の浮遊拡散領域112とのpn接合部の空乏層との距離が離れている。
The
図3に示すように、製造プロセスによっては、素子分離領域113と素子分離領域115との界面の位置に、負の固定電荷膜114を形成することが難しい場合があり、その場合には、素子分離領域115の中にまで負の固定電荷膜114が入り込んでしまう(図3のA)。
As shown in FIG. 3, depending on the manufacturing process, it may be difficult to form the negative
これにより、図3においては、負の固定電荷膜114が、p型のウェル領域111とn型の浮遊拡散領域112とのpn接合部の空乏層と近接した構造となっている(図3の破線A1,A2)。そのため、負の固定電荷膜114によって、pn接合部の空乏層の電界が大きくなり、浮遊拡散領域112の暗電流(以下、FD暗電流という)が増大する。
As a result, in FIG. 3, the negative
特に、グローバルシャッタ(GS:Global Shutter)方式で駆動する場合、光電変換領域での露光時間を全画素で同じにするために、一旦、電荷を蓄積する領域が必要である。この電荷の蓄積を浮遊拡散領域112で行う方式(FDGS駆動方式)がある。このFDGS駆動方式を用いた場合には、浮遊拡散領域112で電荷を保持する期間が長いため(読み出すまでの間、電荷を保持しているため)、FD暗電流が増加してしまうと、電荷の蓄積期間中にノイズが増えるため、FD暗電流が大きな問題となる。
In particular, in the case of driving by the global shutter (GS) method, a region for temporarily accumulating electric charges is required in order to make the exposure time in the photoelectric conversion region the same for all pixels. There is a method (FDGS drive method) in which the charge is accumulated in the floating
そこで、本開示を適用した画素100では、p型のウェル領域111とn型の浮遊拡散領域112とのpn接合部の近傍に、負の固定電荷膜114が存在しない構造とすることで、FD暗電流を抑制する。以下、図4乃至図13を参照して、本開示を適用した画素100の構成を説明する。
Therefore, in the
(第1の例)
図4は、本開示を適用した画素100の構成の第1の例を示す図である。図4では、画素100の要部の断面構成を上段に示し、平面レイアウトを下段に示している。この断面と平面レイアウトの関係は、後述する図5乃至図10でも同様とされる。
(first example)
FIG. 4 is a diagram showing a first example of the configuration of a
図4に示すように、画素100が形成される基板110において、p型のウェル領域111には、n型の浮遊拡散領域112が形成される。浮遊拡散領域112は、ウェル領域111に、n型の不純物が高濃度にイオン注入されることで形成される。
As shown in FIG. 4, an n-type floating
基板110においては、深さ方向に形成された溝部(トレンチ)内に、素子分離領域113と、素子分離領域115と、素子分離領域116が形成される。
In the
素子分離領域113は、FFTIである素子分離構造を有する。素子分離領域113は、トレンチ内に絶縁膜を埋め込んで形成される。この絶縁膜の材料としては、例えば、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiON)、樹脂などを用いることができる。
The
素子分離領域113は、少なくとも一部の領域が負の固定電荷膜114で覆われている。負の固定電荷膜114は、負の固定電荷を有する膜である。例えば、負の固定電荷膜114の材料としては、シリコン(Si)、ハフニウム(Hf)、アルミニウム(Al)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、イットリウム(Y)、ランタノイド元素のうち、少なくとも1つの元素を含む絶縁膜とすることができる。
At least a part of the
素子分離領域115と素子分離領域116は、STIである素子分離構造を有する。素子分離領域115と素子分離領域116は、浮遊拡散領域112の左右両側にそれぞれ形成されたトレンチ内に絶縁膜を埋め込んで形成される。この絶縁膜の材料としては、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンなどの酸化膜を用いることができる。
The
ここで、FFTIは、表面側から素子分離領域にフルトレンチで加工してその中に絶縁膜を埋め込んだ構造である。また、STIは、素子分離領域に浅いトレンチを形成してその中に絶縁膜を埋め込んだ構造である。このように、素子分離領域113と素子分離領域115とは、トレンチの深さと形成方法が異なる素子分離構造を有している。
Here, the FFTI has a structure in which the element isolation region is processed with a full trench from the surface side and an insulating film is embedded therein. STI has a structure in which a shallow trench is formed in an element isolation region and an insulating film is embedded in the trench. Thus, the
基板110において、n型の浮遊拡散領域112と素子分離領域115との間には、p型領域111Aが形成されている。このように、n型の浮遊拡散領域112の左側壁側にp型領域111Aを形成することで、p型のウェル領域111とn型の浮遊拡散領域112とのpn接合部の近傍に、負の固定電荷膜114が存在しない構成とすることができる。これにより、FD暗電流を抑制することができる。
A p-
ここで、n型の浮遊拡散領域112の左側壁側に形成されたp型領域111Aの不純物の濃度は、p型のウェル領域111とn型の浮遊拡散領域112とのpn接合部の界面のp型領域111Bの不純物の濃度よりも高くなる。また、p型領域111Aでピニングを取ることで、負の固定電荷膜114が存在していても白点等の固定ノイズの悪化を抑制することができる。
Here, the impurity concentration of the p-
(第2の例)
図5は、本開示を適用した画素100の構成の第2の例を示す図である。図5では、上述した図4の構成と異なる部分について説明する。
(Second example)
FIG. 5 is a diagram showing a second example of the configuration of the
図5のAにおいては、図4のAの構成と比べて、負の固定電荷膜114の一部が、素子分離領域115の中に入り込んだ構成となっている。このように、素子分離領域115の中に負の固定電荷膜114が入り込んだ構成でも、n型の浮遊拡散領域112と素子分離領域115との間にp型領域111Aが形成されているため、負の固定電荷膜114が、pn接合部の近傍に存在しない構成となっている。これにより、FD暗電流を抑制することができる。
5A has a structure in which a part of the negative fixed
(第3の例)
図6は、本開示を適用した画素100の構成の第3の例を示す図である。図6では、上述した図5の構成と異なる部分について説明する。
(Third example)
FIG. 6 is a diagram showing a third example of the configuration of the
図6においては、図5の構成と比べて、負の固定電荷膜114の一部が、素子分離領域115の中に入り込んだ構成となるが、その断面視の形状が異なっている。このように、負の固定電荷膜114の断面視の形状に関わらず、n型の浮遊拡散領域112と素子分離領域115との間にp型領域111Aが形成されることで、負の固定電荷膜114を、pn接合部の近傍に存在しない構成とすることができる。これにより、FD暗電流を抑制することができる。
In FIG. 6, a part of the negative fixed
(第4の例)
図7は、本開示を適用した画素100の構成の第4の例を示す図である。図7では、上述した図5の構成と異なる部分について説明する。
(Fourth example)
FIG. 7 is a diagram showing a fourth example of the configuration of the
図7においては、図5の構成と比べて、浮遊拡散領域112の左側壁側だけでなく、右側壁側にもp型の領域としてp型領域111Cが形成されている。このように、浮遊拡散領域112の両側の側壁にp型の領域が形成された場合でも、n型の浮遊拡散領域112と素子分離領域115との間にp型領域111Aが形成されていることで、負の固定電荷膜114を、pn接合部の近傍に存在しない構成とすることができる。これにより、FD暗電流を抑制することができる。
In FIG. 7, a p-
(第5の例)
図8は、本開示を適用した画素100の構成の第5の例を示す図である。図8では、上述した図6の構成と異なる部分について説明する。
(Fifth example)
FIG. 8 is a diagram showing a fifth example of the configuration of the
図8においては、図6の構成と比べて、浮遊拡散領域112の右側壁側にも、p型の領域としてp型領域111Cが形成されている。このように、浮遊拡散領域112の両側の側壁にp型の領域が形成された場合でも、n型の浮遊拡散領域112と素子分離領域115との間にp型領域111Aが形成されていることで、負の固定電荷膜114を、pn接合部の近傍に存在しない構成とすることができる。これにより、FD暗電流を抑制することができる。
In FIG. 8, a p-
つまり、図4乃至図6の構成では、浮遊拡散領域112の右側壁側(光電変換領域側)が素子分離領域116で分離され、浮遊拡散領域112の左右両側が素子分離領域で分離されていたが、図7,図8の構成のように、右側壁側(光電変換領域側)にp型領域111Cを形成して、浮遊拡散領域112と光電変換領域との間を、p型領域111Cで分離しても構わない。
4 to 6, the right sidewall side (photoelectric conversion region side) of the floating
(第6の例)
図9は、本開示を適用した画素100の構成の第6の例を示す図である。図9では、上述した図7の構成と異なる部分について説明する。
(Sixth example)
FIG. 9 is a diagram showing a sixth example of the configuration of the
図9においては、図7の構成と比べて、素子分離領域115の幅が異なっている。すなわち、図7の構成では、素子分離領域115の幅は、素子分離領域113の幅よりも大きかったが、図9の構成では、素子分離領域115の幅は、素子分離領域113の幅と同じ幅になっている。
In FIG. 9, the width of the
このように、素子分離領域113と素子分離領域115の幅が同じである場合でも、n型の浮遊拡散領域112と素子分離領域115との間にp型領域111Aが形成されていることで、負の固定電荷膜114を、pn接合部の近傍に存在しない構成とすることができる。これにより、FD暗電流を抑制することができる。
As described above, even when the
(第7の例)
図10は、本開示を適用した画素の構成の第7の例を示す図である。図10では、上述した図7の構成と異なる部分について説明する。
(Seventh example)
FIG. 10 is a diagram showing a seventh example of a pixel configuration to which the present disclosure is applied. In FIG. 10, portions different from the configuration of FIG. 7 described above will be described.
図10においては、図7の構成と比べて、素子分離領域115が、素子分離領域113に深さ方向に近づくほど幅が狭くなるテーパー形状を有している。このように、素子分離領域115がテーパー形状を有する場合でも、n型の浮遊拡散領域112と素子分離領域115との間にp型領域111Aが形成されていることで、負の固定電荷膜114を、pn接合部の近傍に存在しない構成とすることができる。これにより、FD暗電流を抑制することができる。
10, the
なお、図9,図10の構成では、浮遊拡散領域112の右側壁にp型領域111Cを形成した場合を示したが、浮遊拡散領域112の右側壁側を、素子分離領域116で分離しても構わない。また、図10の構成では、素子分離領域115の形状がテーパー形状である場合を示したが、n型の浮遊拡散領域112と素子分離領域115との間にp型領域111Aが形成されていれば、他の形状としても構わない。
9 and 10 show the case where the p-
(断面構造)
次に、図11乃至図13を参照して、本開示を適用した画素100における光電変換領域と浮遊拡散領域との位置関係を説明する。
(Cross-sectional structure)
Next, the positional relationship between the photoelectric conversion region and the floating diffusion region in the
図11は、画素100のレイアウトの例を示す図である。図11においては、素子分離領域115が格子状に形成された画素100の一部の領域を拡大した拡大図が示されている。図12,図13は、図11の画素100の拡大図のX-X’断面を示している。
FIG. 11 is a diagram showing an example layout of the
図12においては、上述した図7の構成と同様に、n型の浮遊拡散領域112の左側壁側に、p型領域111Aを形成して、負の固定電荷膜114を、pn接合部の近傍に存在しない構成としている。また、浮遊拡散領域112の右側壁側には、p型領域111Cが形成され、n型の浮遊拡散領域112とn型の光電変換領域151との間を分離した構成となっている。
In FIG. 12, similarly to the configuration of FIG. 7 described above, a p-
なお、図13に示すように、上述した図5の構成と同様に、n型の浮遊拡散領域112の左側壁側に、p型領域111Aを形成した構成とした場合に、浮遊拡散領域112の右側壁側に、素子分離領域116を形成して、n型の浮遊拡散領域112とn型の光電変換領域151との間を分離しても構わない。
Incidentally, as shown in FIG. 13, in the case of the configuration in which the p-
以上のように、本開示を適用した画素100では、n型の浮遊拡散領域112と素子分離領域115との間にp型領域111Aを形成して、p型のウェル領域111とn型の浮遊拡散領域112とのpn接合部の近傍に、負の固定電荷膜114が存在しない構造とすることで、FD暗電流を抑制している。
As described above, in the
特に、FDGS駆動方式を用いた場合には、浮遊拡散領域112で電荷を保持する期間が長いため、FD暗電流が増加してしまうと、電荷の蓄積期間中にノイズが増えるため、FD暗電流が大きな問題となっていたが、この問題を解決することができる。また、p型領域111Aでピニングを取ることで、負の固定電荷膜114が存在していても白点等の固定ノイズの悪化を抑制することができる。
In particular, when the FDGS drive method is used, the period during which charges are held in the floating
<2.変形例> <2. Variation>
(素子分離領域の例)
上述した説明では、素子分離領域113がFFTIである素子分離構造を有し、素子分離領域115がSTIである素子分離構造を有する場合を説明したが、素子分離領域113と素子分離領域115の素子分離構造は、これに限定されるものではない。すなわち、画素(光電変換領域)間を分離している素子分離領域と、当該素子分離領域を覆うように形成された負の固定電荷膜とを有する構造であればよく、例えば、DTI(Deep Trench Isolation)などの他の素子分離構造を用いても構わない。
(Example of element isolation region)
In the above description, the
また、上述した説明では、FFTIである素子分離構造を有する素子分離領域113と、STIである素子分離構造を有する素子分離領域115とが、2段構成になる場合を説明したが、素子分離構造は、2段構成に限定されるものではない。すなわち、製造プロセスによっては、そのような2段構成になるが、素子分離領域と当該素子分離領域を覆うように形成された負の固定電荷膜とを有する構造であればよく、例えば、STIである素子分離構造を有しない構成(1段構成)や、さらに他の素子分離構造を有した構成(3段以上の構成)であっても構わない。
Further, in the above description, the case where the
(光検出装置の例)
上述した説明では、固体撮像装置10として、CMOS型の固体撮像装置を説明したが、CMOS型の固体撮像装置は、光電変換領域151が形成された基板110から見て下層に形成される配線層側(表面側)とは反対側の上層(裏面側)から光を入射させる裏面照射型構造とすることができる。なお、CMOS型の固体撮像装置は、光を入射する側を配線層側(表面側)とした表面照射型構造としても構わない。
(Example of photodetector)
In the above description, a CMOS-type solid-state imaging device has been described as the solid-
固体撮像装置10は、本開示を適用した光検出装置の一例である。すなわち、本開示を適用した光検出装置は、固体撮像装置10に限らず、例えば、IRレーザを用いた測距センサなどの光を検出する装置に適用することができる。
The solid-
(電子機器の構成)
本開示を適用した光検出装置は、スマートフォン、タブレット型端末、携帯電話機、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどの電子機器に搭載することができる。図14は、本開示を適用した光検出装置を搭載した電子機器の構成例を示す図である。
(Configuration of electronic device)
A photodetector to which the present disclosure is applied can be installed in electronic devices such as smartphones, tablet terminals, mobile phones, digital still cameras, and digital video cameras. FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration example of an electronic device equipped with a photodetector to which the present disclosure is applied.
図14において、電子機器1000は、レンズ群を含む光学系1011と、図1の固体撮像装置10に対応した機能を有する光検出素子1012と、カメラ信号処理部であるDSP(Digital Signal Processor)1013からなる撮像系を有する。電子機器1000においては、撮像系のほかに、CPU(Central Processing Unit)1010、フレームメモリ1014、ディスプレイ1015、操作系1016、補助メモリ1017、通信I/F1018、及び電源系1019がバス1020を介して相互に接続された構成となる。
In FIG. 14, an
CPU1010は、電子機器1000の各部の動作を制御する。
光学系1011は、被写体からの入射光(像光)を取り込んで、光検出素子1012の光検出面に結像させる。光検出素子1012は、光学系1011によって光検出面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。DSP1013は、光検出素子1012から出力される信号に対し、所定の信号処理を行う。
The
フレームメモリ1014は、撮像系で撮像された静止画又は動画の画像データを一時的に記録する。ディスプレイ1015は、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイであり、撮像系で撮像された静止画又は動画を表示する。操作系1016は、ユーザによる操作に応じて、電子機器1000が有する様々な機能についての操作指令を発する。
A
補助メモリ1017は、フラッシュメモリ等の半導体メモリを含む記憶媒体であり、撮像系で撮像された静止画又は動画の画像データを記録する。通信I/F1018は、所定の通信方式に対応した通信モジュールを有し、撮像系で撮像された静止画又は動画の画像データを、ネットワークを介して他の機器に送信する。
The
電源系1019は、CPU1010、DSP1013、フレームメモリ1014、ディスプレイ1015、操作系1016、補助メモリ1017、及び通信I/F1018を供給対象として、動作電源となる各種の電源を適宜供給する。
A
なお、本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、他の効果があってもよい。 It should be noted that the embodiments of the present disclosure are not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the gist of the present disclosure. Moreover, the effects described in this specification are merely examples and are not limited, and other effects may be provided.
また、本開示は、以下のような構成をとることができる。 In addition, the present disclosure can be configured as follows.
(1)
基板と、
前記基板に形成された複数の光電変換領域と、
前記光電変換領域に接続される第1導電型の浮遊拡散領域と、
前記基板に形成された溝部内に形成され、前記光電変換領域の間を分離する素子分離領域と、
前記浮遊拡散領域と前記素子分離領域との間に形成された第2導電型の領域と
を有し、
前記素子分離領域の少なくとも一部の領域は、負の固定電荷膜で覆われている
光検出装置。
(2)
前記浮遊拡散領域の側壁側に形成された前記第2導電型の領域の不純物の濃度は、前記浮遊拡散領域と接合界面を形成する第2導電型の他の領域の不純物の領域の濃度よりも高い
前記(1)に記載の光検出装置。
(3)
前記素子分離領域は、第1の素子分離領域と第2の素子分離領域からなり、
前記第1の素子分離領域の少なくとも一部の領域は、前記負の固定電荷膜で覆われている
前記(1)又は(2)に記載の光検出装置。
(4)
前記負の固定電荷膜は、前記第2の素子分離領域の中に入り込んでいる
前記(3)に記載の光検出装置。
(5)
前記第1の素子分離領域と前記第2の素子分離領域とは、溝部の深さと形成方法が異なる素子分離構造を有する
前記(3)又は(4)に記載の光検出装置。
(6)
前記第1の素子分離領域と前記第2の素子分離領域は、同じ幅である
前記(3)乃至(5)のいずれかに記載の光検出装置。
(7)
前記第2の素子分離領域は、前記第1の素子分離領域に近づくほど幅が狭くなるテーパー形状を有する
前記(3)乃至(5)のいずれかに記載の光検出装置。
(8)
前記浮遊拡散領域は、前記第2導電型の領域が形成された側壁と反対側の側壁に、第2導電型の他の領域が形成される
前記(1)乃至(7)のいずれかに記載の光検出装置。
(9)
前記光電変換領域は、前記浮遊拡散領域に対し、前記素子分離領域と反対側の領域に形成される
前記(1)乃至(8)のいずれかに記載の光検出装置。
(10)
前記浮遊拡散領域は、転送トランジスタを介して前記光電変換領域に接続される
前記(1)乃至(9)のいずれかに記載の光検出装置。
(11)
前記浮遊拡散領域は、グローバルシャッタ方式で駆動される場合に、前記光電変換領域からの電荷を一時的に保持する
前記(10)に記載の光検出装置。
(12)
前記第1導電型は、n型であり、
前記第2導電型は、p型である
前記(1)乃至(11)のいずれかに記載の光検出装置。
(13)
基板と、
前記基板に形成された複数の光電変換領域と、
前記光電変換領域に接続される第1導電型の浮遊拡散領域と、
前記基板に形成された溝部内に形成され、前記光電変換領域の間を分離する素子分離領域と、
前記浮遊拡散領域と前記素子分離領域との間に形成された第2導電型の領域と
を有し、
前記素子分離領域の少なくとも一部の領域は、負の固定電荷膜で覆われている
光検出装置を搭載した電子機器。
(1)
a substrate;
a plurality of photoelectric conversion regions formed on the substrate;
a first conductivity type floating diffusion region connected to the photoelectric conversion region;
an element isolation region formed in a groove formed in the substrate and separating the photoelectric conversion regions;
a region of a second conductivity type formed between the floating diffusion region and the element isolation region;
The photodetector, wherein at least part of the element isolation region is covered with a negative fixed charge film.
(2)
The impurity concentration of the region of the second conductivity type formed on the sidewall side of the floating diffusion region is higher than the concentration of the impurity region of another region of the second conductivity type forming a junction interface with the floating diffusion region. The photodetector according to (1) above.
(3)
the element isolation region comprises a first element isolation region and a second element isolation region;
The photodetector according to (1) or (2), wherein at least a part of the first isolation region is covered with the negative fixed charge film.
(4)
The photodetector according to (3), wherein the negative fixed charge film is embedded in the second isolation region.
(5)
The photodetector according to (3) or (4), wherein the first isolation region and the second isolation region have isolation structures with different groove depths and different formation methods.
(6)
The photodetector according to any one of (3) to (5), wherein the first isolation region and the second isolation region have the same width.
(7)
The photodetector according to any one of (3) to (5), wherein the second element isolation region has a tapered shape in which the width becomes narrower as it approaches the first element isolation region.
(8)
The floating diffusion region according to any one of (1) to (7) above, wherein another region of the second conductivity type is formed on a side wall opposite to the side wall on which the region of the second conductivity type is formed. photodetector.
(9)
The photodetector according to any one of (1) to (8), wherein the photoelectric conversion region is formed in a region opposite to the element isolation region with respect to the floating diffusion region.
(10)
The photodetector according to any one of (1) to (9), wherein the floating diffusion region is connected to the photoelectric conversion region via a transfer transistor.
(11)
The photodetector according to (10), wherein the floating diffusion region temporarily holds charges from the photoelectric conversion region when driven by a global shutter method.
(12)
the first conductivity type is n-type,
The photodetector according to any one of (1) to (11), wherein the second conductivity type is p-type.
(13)
a substrate;
a plurality of photoelectric conversion regions formed on the substrate;
a first conductivity type floating diffusion region connected to the photoelectric conversion region;
an element isolation region formed in a groove formed in the substrate and separating the photoelectric conversion regions;
a region of a second conductivity type formed between the floating diffusion region and the element isolation region;
At least a part of the element isolation region is covered with a negative fixed charge film. An electronic device equipped with a photodetector.
10 固体撮像装置, 21 画素アレイ部, 22 垂直駆動部, 23 カラム信号処理部, 24 水平駆動部, 25 出力部, 26 制御部, 100 画素, 110 基板, 111 ウェル領域, 111A,111B,111B p型領域, 112 浮遊拡散領域, 113 素子分離領域, 114 負の固定電荷膜, 115 素子分離領域, 116 素子分離領域, 115 光電変換領域, 1000 電子機器, 1012 光検出素子 10 solid-state imaging device, 21 pixel array section, 22 vertical drive section, 23 column signal processing section, 24 horizontal drive section, 25 output section, 26 control section, 100 pixels, 110 substrate, 111 well region, 111A, 111B, 111B p type region, 112 floating diffusion region, 113 element isolation region, 114 negative fixed charge film, 115 element isolation region, 116 element isolation region, 115 photoelectric conversion region, 1000 electronic equipment, 1012 photodetector
Claims (13)
前記基板に形成された複数の光電変換領域と、
前記光電変換領域に接続される第1導電型の浮遊拡散領域と、
前記基板に形成された溝部内に形成され、前記光電変換領域の間を分離する素子分離領域と、
前記浮遊拡散領域と前記素子分離領域との間に形成された第2導電型の領域と
を有し、
前記素子分離領域の少なくとも一部の領域は、負の固定電荷膜で覆われている
光検出装置。 a substrate;
a plurality of photoelectric conversion regions formed on the substrate;
a first conductivity type floating diffusion region connected to the photoelectric conversion region;
an element isolation region formed in a groove formed in the substrate and separating the photoelectric conversion regions;
a region of a second conductivity type formed between the floating diffusion region and the element isolation region;
The photodetector, wherein at least part of the element isolation region is covered with a negative fixed charge film.
請求項1に記載の光検出装置。 The impurity concentration of the region of the second conductivity type formed on the sidewall side of the floating diffusion region is higher than the concentration of the impurity region of another region of the second conductivity type forming a junction interface with the floating diffusion region. The photodetector device according to claim 1 .
前記第1の素子分離領域の少なくとも一部の領域は、前記負の固定電荷膜で覆われている
請求項1に記載の光検出装置。 the element isolation region comprises a first element isolation region and a second element isolation region;
2. The photodetector according to claim 1, wherein at least a part of said first isolation region is covered with said negative fixed charge film.
請求項3に記載の光検出装置。 4. The photodetector according to claim 3, wherein the negative fixed charge film is embedded in the second isolation region.
請求項3に記載の光検出装置。 4. The photodetector according to claim 3, wherein the first isolation region and the second isolation region have isolation structures with different groove depths and different forming methods.
請求項3に記載の光検出装置。 The photodetector according to claim 3, wherein the first isolation region and the second isolation region have the same width.
請求項3に記載の光検出装置。 4. The photodetector according to claim 3, wherein the second isolation region has a tapered shape whose width becomes narrower as it approaches the first isolation region.
請求項1に記載の光検出装置。 2. The photodetector according to claim 1, wherein the floating diffusion region has another region of the second conductivity type formed on a side wall opposite to the side wall on which the region of the second conductivity type is formed.
請求項1に記載の光検出装置。 2. The photodetector according to claim 1, wherein the photoelectric conversion region is formed in a region opposite to the element isolation region with respect to the floating diffusion region.
請求項1に記載の光検出装置。 The photodetector according to claim 1, wherein the floating diffusion region is connected to the photoelectric conversion region via a transfer transistor.
請求項10に記載の光検出装置。 11. The photodetector according to claim 10, wherein the floating diffusion region temporarily retains charges from the photoelectric conversion region when driven by a global shutter method.
前記第2導電型は、p型である
請求項1に記載の光検出装置。 the first conductivity type is n-type,
The photodetector according to claim 1, wherein the second conductivity type is p-type.
前記基板に形成された複数の光電変換領域と、
前記光電変換領域に接続される第1導電型の浮遊拡散領域と、
前記基板に形成された溝部内に形成され、前記光電変換領域の間を分離する素子分離領域と、
前記浮遊拡散領域と前記素子分離領域との間に形成された第2導電型の領域と
を有し、
前記素子分離領域の少なくとも一部の領域は、負の固定電荷膜で覆われている
光検出装置を搭載した電子機器。 a substrate;
a plurality of photoelectric conversion regions formed on the substrate;
a first conductivity type floating diffusion region connected to the photoelectric conversion region;
an element isolation region formed in a groove formed in the substrate and separating the photoelectric conversion regions;
a region of a second conductivity type formed between the floating diffusion region and the element isolation region;
At least a part of the element isolation region is covered with a negative fixed charge film. An electronic device equipped with a photodetector.
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