JP3313683B2 - Solid-state imaging device and solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device and solid-state imaging device

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子及び
固体撮像装置に関し、より詳しくは、ビデオカメラ、電
子カメラ、画像入力カメラ、スキャナ又はファクシミリ
等に用いられる閾値電圧変調方式のMOS型イメージセ
ンサを用いた固体撮像素子及び固体撮像装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device and a solid-state image pickup device, and more particularly to a threshold voltage modulation type MOS image sensor used for a video camera, an electronic camera, an image input camera, a scanner or a facsimile. The present invention relates to a solid-state imaging device and a solid-state imaging device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】CCD型イメージセンサやMOS型イメ
ージセンサなどの半導体イメージセンサは量産性に優れ
ているため、パターンの微細化技術の進展に伴い、ほと
んどの画像入力デバイス装置に適用されている。特に、
近年、CCD型イメージセンサと比べて、消費電力が小
さく、かつセンサ素子と周辺回路素子とを同じCMOS
技術によって作成できるという利点を生かして、MOS
型イメージセンサが見直されている。
2. Description of the Related Art Semiconductor image sensors such as CCD type image sensors and MOS type image sensors are excellent in mass productivity, and have been applied to most image input device devices with the development of finer pattern technology. In particular,
In recent years, the power consumption is smaller than that of a CCD image sensor, and the sensor element and the peripheral circuit element are the same CMOS.
With the advantage that it can be created by technology, MOS
Type image sensors are being reviewed.

【0003】このような世の中の動向に鑑み、本願出願
人はMOS型イメージセンサの改良を行い、チャネル領
域下にキャリアポケット(高濃度埋込層)を有するセン
サ素子に関する特許出願(特願平10−186453
号)を行って特許(登録番号2935492号)を得て
いる。このMOS型イメージセンサにおいては、初期化
期間−蓄積期間−読出期間−初期化期間−・・・という
一連の過程を繰り返して光信号が画像として表示され
る。
In view of such trends in the world, the present applicant has improved a MOS type image sensor, and has applied for a patent application for a sensor element having a carrier pocket (high-concentration buried layer) below a channel region (Japanese Patent Application No. Hei 10 (1998) -108). 186453
To obtain a patent (registration number 2935492). In this MOS image sensor, an optical signal is displayed as an image by repeating a series of processes of an initialization period, an accumulation period, a readout period, an initialization period, and so on.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記MOS
型イメージセンサにおいては、以下の不具合について改
良の余地がある。即ち、受光ダイオード部に発生した光
発生キャリアが蓄積期間内にキャリアポケットに一度に
蓄積されないで残り、蓄積期間を過ぎても受光ダイオー
ド部から少しずつキャリアポケットの方に移動してキャ
リアポケットに蓄積されていく。これは画面上で、所謂
残像として観察される。
By the way, the above MOS
There is room for improvement in the following problems in the type image sensor. That is, the light-generated carriers generated in the light-receiving diode portion are not accumulated in the carrier pocket at one time during the accumulation period and remain there. After the accumulation period, the light-emitting carriers move from the light-receiving diode portion gradually toward the carrier pocket and accumulate in the carrier pocket. Will be done. This is observed on the screen as a so-called afterimage.

【0005】また、微少な光量の光が受光ダイオード部
に入射したときに、受光ダイオード部に発生した光発生
キャリアが蓄積期間にキャリアポケットの方に送られな
いで受光ダイオード部に残り、MOSトランジスタの閾
値電圧が変化しない。これは画面上で、所謂黒つぶれと
して観察される。本発明は、かかる従来の技術の問題点
に鑑みて創作されたものであり、所謂残像や黒つぶれを
防止することができる固体撮像素子及び固体撮像装置を
提供するものである。
Further, when a very small amount of light is incident on the light-receiving diode portion, the photo-generated carriers generated in the light-receiving diode portion are not sent to the carrier pocket during the accumulation period but remain in the light-receiving diode portion, and the MOS transistor Does not change. This is observed on the screen as so-called black crush. The present invention has been made in view of the problems of the related art, and provides a solid-state imaging device and a solid-state imaging device capable of preventing so-called afterimages and blackouts.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明は固体撮像素子に係り、その基本構成とし
て、図2(a)に示すように、受光ダイオード111と
受光ダイオード111に隣接する光信号検出用の絶縁ゲ
ート型電界効果トランジスタ(MOSトランジスタ)1
12とを含む単位画素を有し、受光ダイオード111と
光信号検出用の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(M
OSトランジスタ)112とはそれぞれ第1のウエル領
域15aと第2のウエル領域15bに形成され、光信号
検出用MOSトランジスタ112のソース領域の周辺部
の第2のウエル領域15b内に光発生電荷を蓄積する高
濃度埋込層(キャリアポケット)25を有している。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a solid-state image pickup device, and as a basic configuration thereof, as shown in FIG. Insulated gate field effect transistor (MOS transistor) 1 for detecting an optical signal
12 and a light receiving diode 111 and an insulated gate field effect transistor (M
The OS transistor (112) is formed in the first well region 15a and the second well region 15b, respectively, and the photo-generated electric charge is stored in the second well region 15b around the source region of the MOS transistor 112 for optical signal detection. It has a high concentration buried layer (carrier pocket) 25 for accumulation.

【0007】そして、反対導電型の第1のウエル領域1
5aと第2のウエル領域15bは次のように接続されて
いることを特徴としている。即ち、それらの領域の間に
高い不純物濃度を有する接続領域が形成され、或いはそ
れらの端部同士が重なり、その重なり領域が接続領域に
なっている。このため、図5(b)に示すように、その
接続領域においては、光発生キャリアのうち光信号検出
用MOSトランジスタの閾値電圧を変化させるためにキ
ャリアポケットに蓄積すべき電子又は正孔に対するポテ
ンシャルを低くすることができる。
Then, the first well region 1 of the opposite conductivity type is formed.
It is characterized in that the 5a and the second well region 15b are connected as follows. That is, a connection region having a high impurity concentration is formed between these regions, or their ends overlap each other, and the overlap region is a connection region. For this reason, as shown in FIG. 5B, in the connection region, the potential for electrons or holes to be accumulated in the carrier pockets of the photo-generated carriers in order to change the threshold voltage of the optical signal detection MOS transistor. Can be lowered.

【0008】このポテンシャルを低下させることにより
光信号検出用MOSトランジスタの閾値電圧を変化させ
るためにキャリアポケットに蓄積すべき光発生キャリア
の第1のウエル領域15aから第2のウエル領域15b
への移動がより促進され、その光発生キャリアは第2の
ウエル領域15b内のキャリアポケット25の方に移動
し易くなる。
By lowering this potential, the first well region 15a to the second well region 15b of the photogenerated carriers to be accumulated in the carrier pocket in order to change the threshold voltage of the MOS transistor for detecting an optical signal.
To the carrier pocket 25 in the second well region 15b.

【0009】これにより、光発生キャリアが蓄積期間を
超えて受光ダイオード部に残ることに起因して起こる残
像や黒つぶれなどの画像劣化を抑制することができる。
なお、第1及び第2のウエル領域等が上記と逆の導電型
の場合、即ち高濃度埋込層がn型の場合、高濃度埋込層
はエレクトロンポケットとなり、光発生電子を蓄積する
ことになる。そして、初期化期間及び蓄積期間において
は、第1のウエル領域15aと第2のウエル領域15b
の端部同士の重なり領域においては、光発生キャリアの
うち光信号検出用MOSトランジスタの閾値電圧を変化
させるためにキャリアポケットに蓄積すべき電子又は正
孔に対するポテンシャルを低くすることができる。
As a result, it is possible to suppress image degradation such as afterimages and blackouts caused by the photogenerated carriers remaining in the light receiving diode portion beyond the accumulation period.
When the first and second well regions and the like are of the opposite conductivity type, that is, when the high concentration buried layer is n-type, the high concentration buried layer becomes an electron pocket and accumulates photogenerated electrons. become. In the initialization period and the accumulation period, the first well region 15a and the second well region 15b
In the overlapping region between the end portions of the photo-generated carriers, the potential for electrons or holes to be accumulated in the carrier pocket in order to change the threshold voltage of the photo-signal detection MOS transistor can be reduced.

【0010】このポテンシャルを低下させることにより
キャリアポケットに蓄積すべき光発生キャリアの第1の
ウエル領域15aから第2のウエル領域15bへの移動
がより促進され、その光発生キャリアは第2のウエル領
域15b内のキャリアポケット25の方に移動し易くな
る。
[0010] By lowering the potential, the movement of the photo-generated carriers to be accumulated in the carrier pocket from the first well region 15a to the second well region 15b is further promoted, and the photo-generated carriers are transferred to the second well region. It becomes easier to move toward the carrier pocket 25 in the region 15b.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実
施の形態に係るMOS型イメージセンサの単位画素内に
おける素子レイアウトについて示す平面図である。図1
に示すように、単位画素101内に、受光ダイオード1
11と光信号検出用MOSトランジスタ112とが隣接
して設けられている。MOSトランジスタ112とし
て、低濃度ドレイン構造(LDD構造)を有するnチャ
ネルMOS(nMOS)を用いている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing an element layout in a unit pixel of a MOS image sensor according to an embodiment of the present invention. FIG.
As shown in FIG.
11 and an optical signal detection MOS transistor 112 are provided adjacent to each other. As the MOS transistor 112, an n-channel MOS (nMOS) having a low concentration drain structure (LDD structure) is used.

【0012】これら受光ダイオード111とMOSトラ
ンジスタ112は、それぞれ異なるウエル領域、即ち第
1のウエル領域15aと第2のウエル領域15bに形成
され、それらのウエル領域15a、15bは互いに接続
されている。受光ダイオード111の部分の第1のウエ
ル領域15aは光照射による電荷の発生領域の一部を構
成している。MOSトランジスタ112の部分の第2の
ウエル領域15bはこの領域15bに付与するポテンシ
ャルによってチャネルの閾値電圧を変化させることがで
きるゲート領域を構成している。
The light receiving diode 111 and the MOS transistor 112 are formed in different well regions, that is, a first well region 15a and a second well region 15b, and the well regions 15a and 15b are connected to each other. The first well region 15a in the portion of the light receiving diode 111 forms a part of a charge generation region by light irradiation. The second well region 15b in the portion of the MOS transistor 112 forms a gate region in which the threshold voltage of the channel can be changed by the potential applied to this region 15b.

【0013】MOSトランジスタ112の部分は低濃度
ドレイン(LDD)構造を有している。低濃度のドレイ
ン領域17aが延在して低濃度のドレイン領域17aと
ほぼ同じ不純物濃度を有する受光ダイオード111の不
純物領域17が形成されている。即ち、不純物領域17
と低濃度のドレイン領域17aとは互いに接続した第1
及び第2のウエル領域15a,15bの表層に大部分の
領域がかかるように一体的に形成されている。また、不
純物領域17と低濃度のドレイン領域17aの外側周辺
部には受光部を避けて低濃度ドレイン領域17aに接続
するようにコンタクト層としての高濃度のドレイン領域
17bが形成されている。
The MOS transistor 112 has a lightly doped drain (LDD) structure. The low-concentration drain region 17a extends to form the impurity region 17 of the light-receiving diode 111 having substantially the same impurity concentration as the low-concentration drain region 17a. That is, the impurity region 17
And the low-concentration drain region 17a are connected to each other by a first
And the second well regions 15a and 15b are formed integrally with each other so that most of the region covers the surface layer. Further, a high-concentration drain region 17b as a contact layer is formed around the outer periphery of the impurity region 17 and the low-concentration drain region 17a so as to connect to the low-concentration drain region 17a while avoiding the light receiving portion.

【0014】ドレイン領域17a、17bはリング状の
ゲート電極19の外周部を取り囲むように形成され、ソ
ース領域16a、16bはリング状のゲート電極19の
内周に囲まれるように形成されている。さらに、このM
OS型イメージセンサの特徴であるキャリアポケット
(高濃度埋込層)25は、ゲート電極19下の第2のウ
エル領域15b内であって、ソース領域16aの周辺部
に、ソース領域16a、16bを取り囲むように形成さ
れている。ドレイン領域17a、17bは低抵抗のコン
タクト層17bを通してドレイン電圧(VDD)供給線
22と接続され、ゲート電極19は垂直走査信号(VS
CAN)供給線21に接続され、ソース領域16a、1
6bは低抵抗のコンタクト層16bを通して垂直出力線
20に接続されている。
The drain regions 17a and 17b are formed so as to surround the outer periphery of the ring-shaped gate electrode 19, and the source regions 16a and 16b are formed so as to be surrounded by the inner periphery of the ring-shaped gate electrode 19. Furthermore, this M
The carrier pocket (high-concentration buried layer) 25 which is a feature of the OS type image sensor is provided in the second well region 15b below the gate electrode 19, and in the peripheral portion of the source region 16a, the source regions 16a and 16b are formed. It is formed so as to surround it. The drain regions 17a and 17b are connected to a drain voltage (VDD) supply line 22 through a low-resistance contact layer 17b, and the gate electrode 19 is connected to a vertical scanning signal (VS).
CAN) supply line 21 and the source regions 16a, 1
6b is connected to the vertical output line 20 through the low resistance contact layer 16b.

【0015】また、受光ダイオード111の受光窓24
以外の領域は金属層(遮光膜)23により遮光されてい
る。上記のMOS型イメージセンサにおける光信号検出
のための素子動作においては、掃出期間(初期化)−蓄
積期間−読出期間−掃出期間(初期化)−・・というよ
うに、掃出期間(初期化)−蓄積期間−読出期間という
一連の過程が繰り返される。
The light receiving window 24 of the light receiving diode 111
The other area is shielded from light by the metal layer (light shielding film) 23. In the element operation for detecting an optical signal in the MOS image sensor described above, a sweep period (initialization), an accumulation period, a readout period, a sweeping period (initialization), and so on. A series of processes of (initialization) -accumulation period-readout period is repeated.

【0016】掃出期間(初期化)では、光発生電荷(光
発生キャリア)を蓄積する前に、読み出しが終わって残
留する光発生電荷や、アクセプタやドナー等を中性化
し、或いは表面準位に捕獲されている正孔や電子等、光
信号の読み出し前の残留電荷を半導体内から排出して、
キャリアポケット25を空にする。ソース領域16a、
16bやドレイン領域17a、17bやゲート電極19
に約+5V以上、通常7〜8V程度の正の高電圧を印加
する。
In the sweep period (initialization), before accumulating the photo-generated charges (photo-generated carriers), the photo-generated charges remaining after reading out, the acceptors and donors are neutralized, or the surface state is changed. The residual charge before reading the optical signal, such as holes and electrons, trapped in the semiconductor is discharged from the semiconductor,
Empty the carrier pocket 25. Source region 16a,
16b, drain regions 17a and 17b, and gate electrode 19
, A positive high voltage of about +5 V or more, usually about 7 to 8 V is applied.

【0017】蓄積期間では、光照射によりキャリアを発
生させ、キャリアのうち正孔(ホール)を第1及び第2
のウエル領域15a,15b内を移動させてキャリアポ
ケット25に蓄積させる。ドレイン領域17a、17b
に凡そ+2〜3Vの正の電圧を印加するとともに、ゲー
ト電極19にMOSトランジスタ112がカットオフ状
態を維持するような低い正或いは負の電圧を印加する。
In the accumulation period, carriers are generated by light irradiation, and holes of the carriers are converted into the first and second carriers.
Are moved in the well regions 15a and 15b to accumulate in the carrier pocket 25. Drain regions 17a, 17b
A positive voltage of approximately +2 to 3 V is applied to the gate electrode 19 and a low positive or negative voltage that keeps the MOS transistor 112 in a cut-off state is applied to the gate electrode 19.

【0018】読出期間では、キャリアポケット25に蓄
積された光発生電荷によるMOSトランジスタ112の
閾値電圧の変化をソース電位の変化として読み取る。M
OSトランジスタ112が飽和状態で動作するように、
ドレイン領域17a、17bに凡そ+2〜3Vの正の電
圧を印加するとともに、ゲート電極19に凡そ+2〜3
Vの正の電圧を印加する。
In the read period, a change in the threshold voltage of the MOS transistor 112 due to the photo-generated charges stored in the carrier pocket 25 is read as a change in the source potential. M
In order for the OS transistor 112 to operate in a saturated state,
A positive voltage of approximately +2 to 3 V is applied to the drain regions 17a and 17b, and approximately +2 to 3 V is applied to the gate electrode 19.
A positive voltage of V is applied.

【0019】次に、本発明の実施の形態に係るMOS型
イメージセンサのデバイス構造を断面図を用いて説明す
る。図2(a)は、図1のA−A線に沿う断面図に相当
する、本発明の実施の形態に係るMOS型イメージセン
サのデバイス構造について示す断面図である。図2
(b)は、半導体基板表面に沿うポテンシャルの様子を
示す図である。
Next, the device structure of the MOS type image sensor according to the embodiment of the present invention will be described with reference to sectional views. FIG. 2A is a cross-sectional view corresponding to a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1 and illustrating a device structure of the MOS image sensor according to the embodiment of the present invention. FIG.
(B) is a diagram showing a state of a potential along the surface of the semiconductor substrate.

【0020】図3は図1のB−B線に沿う断面図であ
り、図4は図1のC−C線に沿う断面図である。図5
(a)は第1のウエル領域15aと第2のウエル領域1
5bの重なり領域の近傍の詳細断面図であり、同図
(b)は重なり領域の近傍のポテンシャル分布を示すグ
ラフである。
FIG. 3 is a sectional view taken along line BB of FIG. 1, and FIG. 4 is a sectional view taken along line CC of FIG. FIG.
(A) shows the first well region 15a and the second well region 1
FIG. 5B is a detailed cross-sectional view showing the vicinity of the overlapping region 5b, and FIG. 5B is a graph showing a potential distribution near the overlapping region.

【0021】図2(a)に示すように、不純物濃度1×
1018cm-3以上のp型シリコンからなる基板11上に
不純物濃度1×1015cm-3程度のp型シリコンをエピ
タキシャル成長し、エピタキシャル層(第3の半導体
層)31を形成する。このエピタキシャル層31に受光
ダイオード111と光信号検出用MOSトランジスタ1
12とを含む単位画素101が複数形成されている。受
光ダイオード111と光信号検出用MOSトランジスタ
112とは、それぞれ第1のウエル領域15a及び第2
のウエル領域15a、15b内に形成されている。図5
(a)に示すように、第1のウエル領域15aと第2の
ウエル領域15bとは端部同士が重なるように形成さ
れ、相互に接続されている。そして、その重なり領域に
は高い濃度、即ち総計1×1016〜1×1017/cm-3
程度のp型の不純物が導入されている。このような構造
を有するため、図5(b)の実線で示すポテンシャルの
ように、重なり領域のポテンシャルを低下させることが
できる。なお、重なり領域の幅は少なくとも0.3μm
必要である。重なり領域の幅が小さい場合、図5(b)
の点線で示すポテンシャルのように、境界部分にポテン
シャルの山が生じてしまう。
As shown in FIG. 2A, an impurity concentration of 1 ×
An epitaxial layer (third semiconductor layer) 31 is formed by epitaxially growing p-type silicon with an impurity concentration of about 1 × 10 15 cm −3 on a substrate 11 made of p-type silicon of 10 18 cm −3 or more. The light receiving diode 111 and the optical signal detecting MOS transistor 1 are provided on the epitaxial layer 31.
12 are formed. The light receiving diode 111 and the optical signal detecting MOS transistor 112 are respectively connected to the first well region 15a and the second well region 15a.
Are formed in the well regions 15a and 15b. FIG.
As shown in (a), the first well region 15a and the second well region 15b are formed such that their ends overlap, and are connected to each other. In the overlapping region, a high concentration, that is, a total of 1 × 10 16 to 1 × 10 17 / cm −3 is used.
About a p-type impurity is introduced. With such a structure, the potential of the overlapping region can be reduced as shown by the solid line in FIG. The width of the overlapping region is at least 0.3 μm
is necessary. When the width of the overlapping area is small, FIG.
As shown by the dotted line, a potential peak occurs at the boundary.

【0022】また、各単位画素101を分離するよう
に、隣接する単位画素101間のエピタキシャル層31
表面に、フィールド絶縁膜(素子分離絶縁膜)14が形
成されている。さらに、フィールド絶縁膜14の下部で
あって基板11上部に、エピタキシャル層31とフィー
ルド絶縁膜14との界面全体を含み、かつn型ウエル層
(一導電型領域)12を分離するようにp型の素子分離
領域13が形成されている。
The epitaxial layer 31 between adjacent unit pixels 101 is separated so that each unit pixel 101 is separated.
A field insulating film (element isolation insulating film) 14 is formed on the surface. Further, the n-type well layer (one conductivity type region) 12 is formed below the field insulating film 14 and above the substrate 11 so as to include the entire interface between the epitaxial layer 31 and the field insulating film 14 and to separate the n-type well layer (one conductivity type region) 12. Is formed.

【0023】次に、受光ダイオード111の詳細につい
て図2(a)及び図3により説明する。受光ダイオード
111は、エピタキシャル層31内であって基板11に
接して埋め込まれたn型埋込層(一導電型の埋込層)3
2と、n型埋込層32上に形成された低濃度のn型ウエ
ル層(一導電型領域)12と、n型ウエル層12の表層
に形成されたp型の第1のウェル領域15aと、第1の
ウェル領域15aの表層からn型ウエル層12の表層に
延在するn型の不純物領域17とで構成されている。p
型の基板11は受光ダイオード111部の反対導電型の
第1の半導体層を構成する。n型埋込層32とその上に
形成された低濃度のn型ウエル層12は同じく一導電型
の第2の半導体層を構成する。
Next, the details of the light receiving diode 111 will be described with reference to FIGS. The light receiving diode 111 includes an n-type buried layer (one conductivity type buried layer) 3 embedded in the epitaxial layer 31 and in contact with the substrate 11.
2, a low-concentration n-type well layer (one conductivity type region) 12 formed on the n-type buried layer 32, and a p-type first well region 15a formed on the surface of the n-type well layer 12. And an n-type impurity region 17 extending from the surface layer of the first well region 15a to the surface layer of the n-type well layer 12. p
The substrate 11 of the mold forms a first semiconductor layer of the opposite conductivity type to the light receiving diode 111 portion. The n-type buried layer 32 and the low-concentration n-type well layer 12 formed thereon form a second semiconductor layer of the same conductivity type.

【0024】不純物領域17は、低濃度ドレイン(LD
D)構造を有する光信号検出用MOSトランジスタ11
2の低濃度のドレイン領域17aから延在するように形
成されており、低濃度のドレイン領域17aとほぼ同じ
不純物濃度を有している。そして、不純物領域17の不
純物濃度が低いため、より浅い不純物領域17が形成さ
れている。このため、波長が短く、表面近くで急激に減
衰してしまう青色光を十分な強度で受光することができ
る。
The impurity region 17 has a low concentration drain (LD
D) Optical signal detecting MOS transistor 11 having structure
2 is formed to extend from the low-concentration drain region 17a, and has substantially the same impurity concentration as the low-concentration drain region 17a. Since the impurity concentration of the impurity region 17 is low, a shallower impurity region 17 is formed. Therefore, blue light having a short wavelength and rapidly attenuating near the surface can be received with sufficient intensity.

【0025】また、上記説明した蓄積期間において、不
純物領域17はドレイン電圧供給線22に接続されて正
の電位にバイアスされる。このとき、不純物領域17と
第1のウエル領域15aとの境界面から空乏層が第1の
ウエル領域15a全体に広がり、n型ウエル層12に達
する。一方、基板11とn型埋込層32との境界面から
空乏層がn型埋込層32及びその上のn型ウエル層12
全体に広がり、第1のウエル領域15aに達する。
In the storage period described above, the impurity region 17 is connected to the drain voltage supply line 22 and is biased to a positive potential. At this time, the depletion layer extends from the boundary between the impurity region 17 and the first well region 15a to the entire first well region 15a and reaches the n-type well layer 12. On the other hand, a depletion layer extends from the interface between the substrate 11 and the n-type buried layer 32 to the n-type buried layer 32 and the n-type well layer 12 thereon.
It spreads over the whole and reaches the first well region 15a.

【0026】第1のウエル領域15a及びn型層12/
32では、ポテンシャルが基板11側から表面側に向か
って漸減するようなポテンシャル分布となるため、第1
のウエル領域15a内とn型層12/32内で光により
発生した正孔(ホール)は基板11側に流出しないでこ
れらの領域15aやn型層12/32内にとどまるよう
になる。これらの領域15aやn型層12/32はMO
Sトランジスタ112のゲート領域15bと繋がってい
るため、光により発生したこれらのホールをMOSトラ
ンジスタ112の閾値電圧変調用の電荷として有効に用
いることができる。言い換えれば、第1のウエル領域1
5a及びn型層12/32全体が光によるキャリア発生
領域となる。
The first well region 15a and the n-type layer 12 /
In No. 32, the potential distribution is such that the potential gradually decreases from the substrate 11 side to the surface side.
The holes generated by light in the well region 15a and the n-type layer 12/32 do not flow out to the substrate 11 side but stay in these regions 15a and the n-type layer 12/32. These regions 15a and n-type layers 12/32 are MO
Since the holes are connected to the gate region 15b of the S transistor 112, these holes generated by light can be effectively used as charges for threshold voltage modulation of the MOS transistor 112. In other words, the first well region 1
5a and the entire n-type layer 12/32 become a carrier generation region by light.

【0027】このように、n型埋込層32を有するの
で、受光ダイオード111のキャリア発生領域の全厚は
厚くなる。これにより、受光ダイオード111に光を照
射したとき、そのキャリア発生領域は赤色光のような受
光部の奥深くまで到達する波長の長い光に対して感度の
よい受光部となる。また、上記の受光ダイオード111
においては不純物領域17の下に光によるキャリア発生
領域が配置されているという点で、受光ダイオード11
1は光により発生した正孔(ホール)に対する埋め込み
構造を有している。従って、捕獲準位の多い半導体層表
面に影響されず、雑音の低減を図ることができる。
As described above, the presence of the n-type buried layer 32 increases the total thickness of the carrier generation region of the light receiving diode 111. Thus, when light is applied to the light receiving diode 111, the carrier generation region becomes a light receiving portion having high sensitivity to light having a long wavelength reaching deep inside the light receiving portion, such as red light. Further, the light receiving diode 111
Is that a light-generating region is arranged below the impurity region 17 in that
Numeral 1 has an embedded structure for holes generated by light. Accordingly, noise can be reduced without being affected by the surface of the semiconductor layer having many trap levels.

【0028】次に、光信号検出用MOSトランジスタ1
12の詳細について図2(a)及び図4により説明す
る。MOSトランジスタ112部分は、下から順に、p
型の基板11と、この基板11上に形成されたp型のエ
ピタキシャル層31と、このエピタキシャル層31内に
形成された、p型埋込層(反対導電型の埋込層)33及
びこのp型埋込層33の直上のn型ウエル層12と、n
型ウエル層12内に形成されたp型の第2のウエル領域
15bとを有している。p型の基板11と、p型埋込層
33を含むエピタキシャル層31とはMOSトランジス
タ112部の反対導電型の第1の半導体層を構成し、n
型ウエル層12は同じく一導電型の第2の半導体層を構
成し、p型埋込層33を含むエピタキシャル層31は第
3の半導体層を構成している。
Next, the optical signal detecting MOS transistor 1
Details of 12 will be described with reference to FIGS. The portion of the MOS transistor 112 is p
Substrate 11, a p-type epitaxial layer 31 formed on the substrate 11, a p-type buried layer (buried layer of the opposite conductivity type) 33 and a p-type buried layer 33 formed in the epitaxial layer 31. An n-type well layer 12 immediately above the type buried layer 33;
And a p-type second well region 15b formed in the mold well layer 12. The p-type substrate 11 and the epitaxial layer 31 including the p-type buried layer 33 form a first semiconductor layer of the opposite conductivity type to the MOS transistor 112, and
The type well layer 12 also forms a second semiconductor layer of one conductivity type, and the epitaxial layer 31 including the p-type buried layer 33 forms a third semiconductor layer.

【0029】このMOSトランジスタ112はリング状
のゲート電極19の外周をn型の低濃度のドレイン領域
17aが囲むような構造を有する。n型の低濃度のドレ
イン領域17aはn型の不純物領域17と一体的に形成
されている。低濃度のドレイン領域17aから延在する
不純物領域17の外側周辺部には、この不純物領域17
と接続し、素子分離領域13及び素子分離絶縁膜14に
まで延びる高濃度のドレイン領域17bが形成されてい
る。高濃度のドレイン領域17bはドレイン電極22の
コンタクト層となる。図2(a)に示すように、ドレイ
ン電極22は素子分離領域13及び素子分離絶縁膜14
の近くで、その高濃度のドレイン領域17bに接続して
いる。
This MOS transistor 112 has a structure in which an outer periphery of a ring-shaped gate electrode 19 is surrounded by an n-type low-concentration drain region 17a. The n-type low concentration drain region 17 a is formed integrally with the n-type impurity region 17. The outer peripheral portion of the impurity region 17 extending from the low concentration drain region 17a is
And a high-concentration drain region 17b extending to the element isolation region 13 and the element isolation insulating film 14 is formed. The high concentration drain region 17b becomes a contact layer for the drain electrode 22. As shown in FIG. 2A, the drain electrode 22 includes the element isolation region 13 and the element isolation insulating film 14.
Is connected to the high-concentration drain region 17b.

【0030】また、リング状のゲート電極19によって
囲まれるようにn型のソース領域16a、16bが形成
されている。ソース領域16a、16bは、中央部が高
濃度となっており、周辺部が低濃度となっている。ソー
ス電極20は、コンタクト層としての高濃度のソース領
域16bに接続している。ゲート電極19は、ドレイン
領域17aとソース領域16aの間の第2のウエル領域
15b上にゲート絶縁膜18を介して形成されている。
ゲート電極19下の第2のウエル領域15bの表層がチ
ャネル領域となる。さらに、通常の動作電圧において、
チャネル領域を反転状態或いはデプレーション状態に保
持するため、チャネル領域に適当な濃度のn型不純物を
導入してチャネルドープ層15cを形成している。
Further, n-type source regions 16a and 16b are formed so as to be surrounded by a ring-shaped gate electrode 19. The source regions 16a and 16b have a high concentration at the center and a low concentration at the periphery. The source electrode 20 is connected to a high-concentration source region 16b as a contact layer. The gate electrode 19 is formed on the second well region 15b between the drain region 17a and the source region 16a via the gate insulating film 18.
The surface layer of the second well region 15b below the gate electrode 19 becomes a channel region. Furthermore, at normal operating voltage,
In order to maintain the channel region in an inversion state or a depletion state, an appropriate concentration of n-type impurity is introduced into the channel region to form a channel dope layer 15c.

【0031】そのチャネル領域の下の第2のウエル領域
15b内であってチャネル長方向の一部領域に、即ちソ
ース領域16a、16bの周辺部であって、ソース領域
16a、16bを囲むように、p+ 型のキャリアポケッ
ト(高濃度埋込層)25が形成されている。このp+ 型
のキャリアポケット25は、例えばイオン注入法により
形成することができる。キャリアポケット25は表面に
生じるチャネル領域よりも下側の第2のウエル領域15
b内に形成される。キャリアポケット25はチャネル領
域にかからないように形成することが望ましい。
In the second well region 15b below the channel region, a part of the region in the channel length direction, that is, a peripheral portion of the source regions 16a and 16b, so as to surround the source regions 16a and 16b. , P + -type carrier pockets (high-concentration buried layer) 25 are formed. The p + type carrier pocket 25 can be formed by, for example, an ion implantation method. The carrier pocket 25 is formed in the second well region 15 below the channel region formed on the surface.
b. It is desirable that the carrier pocket 25 be formed so as not to cover the channel region.

【0032】上記したp+ 型のキャリアポケット25で
は光発生電荷のうち光発生ホールに対するポテンシャル
が低くなるため、ドレイン領域17a、17bにゲート
電圧よりも高い電圧を印加したときに光発生ホールをこ
のキャリアポケット25に集めることができる。図2
(b)に光発生ホールがキャリアポケット25に蓄積
し、チャネル領域に電子が誘起されて反転領域が生じて
いる状態のポテンシャル図を示す。この蓄積電荷によ
り、MOSトランジスタ112の閾値電圧が変化する。
従って、光信号の検出は、この閾値電圧の変化を検出す
ることにより行うことができる。
In the above p + -type carrier pocket 25, the potential of the photo-generated charges with respect to the photo-generated holes becomes lower. When a voltage higher than the gate voltage is applied to the drain regions 17a and 17b, the photo-generated holes are removed. It can be collected in the carrier pocket 25. FIG.
FIG. 5B shows a potential diagram in a state where light generation holes are accumulated in the carrier pocket 25 and electrons are induced in the channel region to generate an inversion region. The threshold voltage of the MOS transistor 112 changes due to the accumulated charge.
Therefore, the detection of the optical signal can be performed by detecting the change in the threshold voltage.

【0033】ところで、上記したキャリアの掃出期間に
おいては、ゲート電極19に高い電圧を印加し、それに
よって生じる電界によって第2のウエル領域15bに残
るキャリアを基板11側に掃き出している。この場合、
印加した電圧によって、チャネル領域のチャネルドープ
層15cと第2のウエル領域15bとの境界面から空乏
層が第2のウエル領域15bに広がり、また、p型埋込
層33とn型ウエル層12との境界面から空乏層が第2
のウエル領域15bの下のn型ウエル層12に広がる。
By the way, during the above-described carrier sweeping period, a high voltage is applied to the gate electrode 19, and the electric field generated thereby sweeps out the carriers remaining in the second well region 15b to the substrate 11 side. in this case,
The applied voltage causes the depletion layer to spread from the boundary between the channel dope layer 15c in the channel region and the second well region 15b to the second well region 15b, and the p-type buried layer 33 and the n-type well layer 12 Depletion layer from the interface with
To the n-type well layer 12 below the well region 15b.

【0034】従って、ゲート電極19に印加した電圧に
よる電界の及ぶ範囲は、主として第2のウエル領域15
b及び第2のウエル領域15bの下のn型ウエル層12
にわたる。この場合、第2のウエル領域15bの下のn
型ウエル層12の厚さが薄く、かつn型ウエル層12の
基板11側に隣接して高濃度のp型埋込層33が形成さ
れている。掃出期間において、p型埋込層33がp型埋
込層33とn型ウエル層12との境界面から広がる空乏
層の広がりを抑制するため、その境界面からn型ウエル
層12内に広がる空乏層の厚さは薄くなる。
Therefore, the range of the electric field by the voltage applied to the gate electrode 19 mainly depends on the second well region 15.
b and n-type well layer 12 under second well region 15b
Over. In this case, n under the second well region 15b
A high-concentration p-type buried layer 33 is formed adjacent to the n-type well layer 12 on the substrate 11 side with a small thickness. In the sweeping period, the p-type buried layer 33 suppresses the spread of the depletion layer extending from the interface between the p-type buried layer 33 and the n-type well layer 12. The spreading depletion layer becomes thinner.

【0035】即ち、ゲート電極19からの電圧は主に第
2のウエル領域15bにかかることになる。言い換えれ
ば、第2のウエル領域15bに急激なポテンシャル変化
が生じて正孔を基板11側に掃き出すような強い電界が
主として第2のウエル領域15bにかかるため、キャリ
アポケット25及び第2のウエル領域15b内に蓄積さ
れたキャリアを、低いリセット電圧でそこからより確実
に掃き出すことができ、これによりリセット効率の向上
を図ることができる。
That is, the voltage from the gate electrode 19 is mainly applied to the second well region 15b. In other words, since a strong electric field that causes a sudden potential change in the second well region 15b and sweeps holes toward the substrate 11 is mainly applied to the second well region 15b, the carrier pocket 25 and the second well region Carriers accumulated in 15b can be more reliably swept out therefrom with a low reset voltage, thereby improving reset efficiency.

【0036】上記実施の形態に係るMOS型イメージセ
ンサにおいては、素子分離絶縁膜14の下のp型の基板
11上に素子分離絶縁膜14の下面を含み、かつn型ウ
エル層12を分離するようにp型の素子分離領域13が
形成されている。即ち、素子分離絶縁膜14と素子分離
領域13の界面で生じた欠陥が素子分離領域13によっ
て囲まれている。
In the MOS image sensor according to the above embodiment, the lower surface of the element isolation insulating film 14 is included on the p-type substrate 11 below the element isolation insulating film 14 and the n-type well layer 12 is isolated. Thus, a p-type element isolation region 13 is formed. That is, defects generated at the interface between the element isolation insulating film 14 and the element isolation region 13 are surrounded by the element isolation region 13.

【0037】このため、初期化期間及び蓄積期間におい
てn型のドレイン領域17a、17bに正の電圧を印加
したときに、p型のウエル領域15a、15b或いはp
型の基板11から広がる空乏層は素子分離領域13の外
側周辺部に到達するのみで、素子分離領域13の内部に
は広がらないため、前記界面に生じた欠陥は前記空乏層
には覆われない。従って、欠陥に捕獲された電荷がその
空乏層中に放出されるのを防止することができ、これに
より、欠陥に起因する電荷のホールポケット25への蓄
積による固定パターン雑音を抑制することができる。
Therefore, when a positive voltage is applied to the n-type drain regions 17a and 17b during the initialization period and the accumulation period, the p-type well regions 15a and 15b
Since the depletion layer extending from the mold substrate 11 only reaches the outer peripheral portion of the element isolation region 13 and does not spread inside the element isolation region 13, the defect generated at the interface is not covered by the depletion layer. . Therefore, it is possible to prevent the charge trapped in the defect from being released into the depletion layer, thereby suppressing fixed pattern noise caused by accumulation of the charge in the hole pocket 25 due to the defect. .

【0038】また、図2(a)に示すように、素子分離
絶縁膜14及び素子分離領域13の近くにドレイン電極
22を設けている。この場合、初期化期間及び蓄積期間
においてn型のドレイン領域17a、17bに正の電圧
を印加したときにp型のウエル領域15a、15b或い
はp型の基板11からn型ウエル層12内に空乏層が広
がり、図5(b)に示すようなポテンシャル分布とな
る。即ち、ドレイン電極22が最も高電位になり、かつ
基板11及び基板11と接続した素子分離領域13が最
も低電位になる。これにより、たとえ素子分離絶縁膜1
4の近傍で選択酸化による熱歪み等により欠陥が生じて
その欠陥に捕獲された電荷が放出されても直ちに基板1
1側に流れ、ウエル領域15a、15bの方、従ってホ
ールポケット25の方には流れにくくなる。
Further, as shown in FIG. 2A, a drain electrode 22 is provided near the element isolation insulating film 14 and the element isolation region 13. In this case, when a positive voltage is applied to the n-type drain regions 17a and 17b in the initialization period and the accumulation period, the n-type well layer 12 is depleted from the p-type well regions 15a and 15b or the p-type substrate 11 into the n-type well layer 12. The layer spreads, resulting in a potential distribution as shown in FIG. That is, the drain electrode 22 has the highest potential, and the substrate 11 and the element isolation region 13 connected to the substrate 11 have the lowest potential. Thereby, even if the element isolation insulating film 1
In the vicinity of the substrate 4, even if a defect occurs due to thermal distortion or the like due to selective oxidation and the charge trapped by the defect is released, the substrate 1 is immediately discharged.
It flows to one side, and hardly flows to the well regions 15a and 15b, and thus to the hole pocket 25.

【0039】これにより、素子分離領域13と素子分離
絶縁膜14との界面に生じた欠陥や、素子分離絶縁膜1
4の近傍に熱歪み等により生じた欠陥に起因する電荷の
ホールポケット25への蓄積による固定パターン雑音を
より一層抑制することができる。次に、図6及び図7を
参照して上記MOS型イメージセンサの製造方法につい
て説明する。この説明では、特に、第1のウエル領域1
5aと第2のウエル領域15bとの重なり領域を形成す
る工程を中心に説明する。
As a result, defects generated at the interface between the element isolation region 13 and the element isolation insulating film 14 and the element isolation insulating film 1
The fixed pattern noise due to the accumulation of charges in the hole pockets 25 due to defects caused by thermal distortion or the like in the vicinity of 4 can be further suppressed. Next, a method of manufacturing the MOS image sensor will be described with reference to FIGS. In this description, in particular, the first well region 1
A description will be given centering on a step of forming an overlapping region of 5a and the second well region 15b.

【0040】図6(a)は、受光ダイオード111部の
n型埋込層32とその上方のp型の第1のウエル領域1
5aを形成した後の状態を示す断面図である。図中、符
号11はp型の基板、31は基板11上に形成されたエ
ピタキシャル層である。第1のウエル領域15aはこの
エピタキシャル層31の表層に形成されている。n型埋
込層32は第1のウエル領域15aの下で第1のウエル
領域15aから離してこのエピタキシャル層31内に形
成されている。51はエピタキシャル層31の表面に形
成されたゲート絶縁膜、52はn型埋込層32と第1の
ウエル領域15aの形成に用いた、イオン注入のための
開口部52aを有するレジストマスクである。
FIG. 6A shows the n-type buried layer 32 of the light-receiving diode 111 and the p-type first well region 1 thereabove.
It is sectional drawing which shows the state after forming 5a. In the figure, reference numeral 11 denotes a p-type substrate, and 31 denotes an epitaxial layer formed on the substrate 11. The first well region 15a is formed on the surface of the epitaxial layer 31. The n-type buried layer 32 is formed in the epitaxial layer 31 under the first well region 15a and separated from the first well region 15a. Reference numeral 51 denotes a gate insulating film formed on the surface of the epitaxial layer 31, and reference numeral 52 denotes a resist mask having an opening 52a for ion implantation used for forming the n-type buried layer 32 and the first well region 15a. .

【0041】次に、レジストマスク52を除去した後、
図6(b)に示すように、単位画素の形成領域全体に開
口部53aを有する新たなレジストマスク53を形成す
る。開口部53aを通してn型不純物をイオン注入し、
n型埋込層32と接し、第1のウエル領域15aを含む
ようにn型ウエル層12を形成する。次いで、レジスト
マスク53を除去した後、図6(c)に示すように、M
OSトランジスタ112部に開口部54aを有する新た
なレジストマスク54を形成する。この場合、開口部5
4aは、開口端部が第1のウエル領域15aの端部と重
なるように形成される。レジストマスク52の開口部5
2aとレジストマスク54の開口部54aの端部同士の
重なり幅が少なくとも0.3μmとなるようにする。
Next, after removing the resist mask 52,
As shown in FIG. 6B, a new resist mask 53 having an opening 53a is formed over the entire formation region of the unit pixel. N-type impurities are ion-implanted through the opening 53a,
The n-type well layer 12 is formed so as to be in contact with the n-type buried layer 32 and to include the first well region 15a. Next, after removing the resist mask 53, as shown in FIG.
A new resist mask 54 having an opening 54a in the OS transistor 112 is formed. In this case, the opening 5
4a is formed such that the opening end overlaps the end of the first well region 15a. Opening 5 of resist mask 52
The overlap width between 2a and the end of the opening 54a of the resist mask 54 is set to be at least 0.3 μm.

【0042】続いて、開口部54aを通してp型不純物
を深くイオン注入し、エピタキシャル層31内にp型埋
込層33を形成する。同じ開口部54aを通してp型不
純物を浅くイオン注入し、n型ウエル層12の表層にp
型の第2のウエル領域15bを形成する。さらに、同じ
開口部54aを通してn型不純物を極めて浅くイオン注
入し、第2のウエル領域15bの表層にチャネルドープ
層15cを形成する。このとき、第2のウエル領域15
bの端部と第1のウエル領域15aの端部同士は重な
り、重なり領域のp型の不純物濃度は総計1×1016
1×1017/cm -3程度のp型の不純物が導入されてい
る。このような構造を有するため、図5(b)の実線で
示すポテンシャルのように、重なり領域のポテンシャル
を低下させることができる。なお、重なり領域の幅は少
なくとも0.3μm必要である。
Subsequently, the p-type impurity is passed through the opening 54a.
Is deeply implanted into the epitaxial layer 31 to form a p-type
The embedded layer 33 is formed. No p-type through the same opening 54a
A pure substance is shallowly ion-implanted, and p
A second well region 15b of the mold is formed. Furthermore, the same
Ion injection of n-type impurity very shallow through opening 54a
And channel doping is performed on the surface of the second well region 15b.
The layer 15c is formed. At this time, the second well region 15
b and the end of the first well region 15a overlap each other.
And the p-type impurity concentration in the overlap region is 1 × 1016~
1 × 1017/ Cm -3About p-type impurities are introduced
You. Due to such a structure, the solid line in FIG.
Like the potential shown, the potential of the overlap region
Can be reduced. The width of the overlap area is small.
At least 0.3 μm is required.

【0043】次に、図7(a)に示すように、キャリア
ポケット25を形成すべき四角い環状の領域に開口部5
5aを有するレジストマスク55を形成する。続いて、
開口部55aを通してp型不純物をイオン注入し、チャ
ネルドープ層15cの直下の第2のウエル領域15bに
四角い環状のキャリアポケット25を形成する。次い
で、図7(b)に示すように、四角い環状のキャリアポ
ケット25を覆うようにゲート絶縁膜18上に四角い環
状のゲート電極19を形成する。このとき、キャリアポ
ケット25がゲート電極19下で内側よりに配置される
ようにする。
Next, as shown in FIG. 7A, an opening 5 is formed in a rectangular annular region where a carrier pocket 25 is to be formed.
A resist mask 55 having 5a is formed. continue,
A p-type impurity is ion-implanted through the opening 55a to form a rectangular annular carrier pocket 25 in the second well region 15b immediately below the channel dope layer 15c. Next, as shown in FIG. 7B, a square annular gate electrode 19 is formed on the gate insulating film 18 so as to cover the square annular carrier pocket 25. At this time, the carrier pocket 25 is arranged below the gate electrode 19 from the inside.

【0044】続いて、ゲート電極19をマスクとしてn
型不純物をイオン注入し、低濃度のドレイン領域と低濃
度のソース領域を形成する。続いて、ゲート電極19を
覆う絶縁膜を形成した後、その絶縁膜を異方性エッチン
グし、ゲート電極19の側壁にサイドウオールを形成す
る。次に、受光ダイオード111部を覆うレジストマス
ク56を形成した後、ゲート電極19及びサイドウオー
ルをマスクとしてn型不純物をイオン注入し、ドレイン
領域及びソース領域へのコンタクト層となる高濃度のド
レイン領域と高濃度のソース領域を形成する。これによ
り、低濃度ドレイン(LDD)構造のMOSトランジス
タ112が形成される。
Subsequently, n is set using the gate electrode 19 as a mask.
A type impurity is ion-implanted to form a lightly doped drain region and a lightly doped source region. Subsequently, after an insulating film covering the gate electrode 19 is formed, the insulating film is anisotropically etched to form a sidewall on the side wall of the gate electrode 19. Next, after forming a resist mask 56 covering the light-receiving diode 111, n-type impurities are ion-implanted using the gate electrode 19 and the sidewall as a mask, and a high-concentration drain region serving as a contact layer to the drain region and the source region is formed. And a high concentration source region is formed. As a result, a MOS transistor 112 having a low concentration drain (LDD) structure is formed.

【0045】その後、所定の工程を経て、図2(a)に
示すようなMOS型イメージセンサが完成する。次に、
図9を参照して上記の構造の単位画素を用いたMOS型
イメージセンサの全体の構成について説明する。図9
は、本発明の実施の形態におけるMOS型イメージセン
サの回路構成図を示す。
Thereafter, through a predetermined process, a MOS image sensor as shown in FIG. 2A is completed. next,
With reference to FIG. 9, the overall configuration of a MOS image sensor using the unit pixels having the above structure will be described. FIG.
1 shows a circuit configuration diagram of a MOS image sensor according to an embodiment of the present invention.

【0046】図9に示すように、このMOS型イメージ
センサは2次元アレーセンサの構成を採っており、上記
した構造の単位画素が列方向及び行方向にマトリクス状
に配列されている。また、垂直走査信号(VSCAN)
の駆動走査回路102及びドレイン電圧(VDD)の駆
動走査回路103が画素領域を挟んでその左右に配置さ
れている。垂直走査信号供給線21a,21bは垂直走
査信号(VSCAN)の駆動走査回路102から行毎に
一つずつでている。各垂直走査信号供給線21a,21
bは行方向に並ぶ全ての単位画素101内のMOSトラ
ンジスタ112のゲートに接続されている。
As shown in FIG. 9, the MOS image sensor has a two-dimensional array sensor configuration, and the unit pixels having the above-described structure are arranged in a matrix in the column direction and the row direction. Also, a vertical scanning signal (VSCAN)
And a drive scanning circuit 103 for drain voltage (VDD) are disposed on the left and right sides of the pixel region. The vertical scanning signal supply lines 21a and 21b are provided one by one from the driving scanning circuit 102 of the vertical scanning signal (VSCAN) for each row. Each vertical scanning signal supply line 21a, 21
b is connected to the gates of the MOS transistors 112 in all the unit pixels 101 arranged in the row direction.

【0047】また、ドレイン電圧供給線(VDD供給
線)22a,22bはドレイン電圧(VDD)の駆動走
査回路103から行毎に一つずつでている。各ドレイン
電圧供給線(VDD供給線)22a,22bは、行方向
に並ぶ全ての単位画素101内の光信号検出用MOSト
ランジスタ112のドレインに接続されている。また、
列毎に異なる垂直出力線20a,20bが設けられて、
各垂直出力線20a,20bは列方向に並ぶ全ての単位
画素101内のMOSトランジスタ112のソースにそ
れぞれ接続されている。
The drain voltage supply lines (VDD supply lines) 22a and 22b are provided one by one from the drive scanning circuit 103 of the drain voltage (VDD) for each row. The drain voltage supply lines (VDD supply lines) 22a and 22b are connected to the drains of the optical signal detection MOS transistors 112 in all the unit pixels 101 arranged in the row direction. Also,
Different vertical output lines 20a and 20b are provided for each column,
Each of the vertical output lines 20a and 20b is connected to the source of the MOS transistor 112 in each of the unit pixels 101 arranged in the column direction.

【0048】さらに、列毎に異なるスイッチとしてのM
OSトランジスタ105a,105bが設けられてお
り、各垂直出力線20a,20bは各MOSトランジス
タ105a,105bのドレイン(光検出信号入力端
子)28a,29aに1つずつ接続されている。各スイ
ッチ105a,105bのゲート(水平走査信号入力端
子)28b,29bは水平走査信号(HSCAN)の駆
動走査回路104に接続されている。
Further, M as a switch different for each column
OS transistors 105a and 105b are provided, and each of the vertical output lines 20a and 20b is connected to one of drains (light detection signal input terminals) 28a and 29a of each of the MOS transistors 105a and 105b. Gates (horizontal scanning signal input terminals) 28b and 29b of the switches 105a and 105b are connected to a driving scanning circuit 104 for horizontal scanning signals (HSCAN).

【0049】また、各スイッチ105a,105bのソ
ース(光検出信号出力端子)28c,29cは共通の定
電流源(負荷回路)106を通して映像信号出力端子1
07に接続されている。即ち、各単位画素101内のM
OSトランジスタ112のソースは定電流源106に接
続され、画素単位のソースフォロワ回路を形成してい
る。従って、各MOSトランジスタ112のゲート−ソ
ース間の電位差、及びバルク−ソース間の電位差は接続
された定電流源106により決定される。
The sources (light detection signal output terminals) 28c and 29c of the switches 105a and 105b are connected to a video signal output terminal 1 through a common constant current source (load circuit) 106.
07. That is, M in each unit pixel 101
The source of the OS transistor 112 is connected to the constant current source 106 to form a source follower circuit for each pixel. Therefore, the potential difference between the gate and the source and the potential difference between the bulk and the source of each MOS transistor 112 are determined by the connected constant current source 106.

【0050】垂直走査信号(VSCAN)及び水平走査
信号(HSCAN)により、遂次、各単位画素のMOS
トランジスタ112を駆動して光の入射量に比例した映
像信号(Vout )が読み出される。図10は、本発明に
係るMOS型イメージセンサを動作させるための各入出
力信号のタイミングチャートを示す。p型の第1及び第
2のウエル領域15a,15bを用い、かつ光信号検出
用トランジスタ112がnMOSの場合に適用する。
The vertical scanning signal (VSCAN) and the horizontal scanning signal (HSCAN) are used to sequentially turn on the MOS of each unit pixel.
By driving the transistor 112, a video signal (Vout) proportional to the amount of incident light is read out. FIG. 10 shows a timing chart of each input / output signal for operating the MOS image sensor according to the present invention. This is applied to the case where the p-type first and second well regions 15a and 15b are used and the optical signal detection transistor 112 is an nMOS.

【0051】次に、図9、図10にしたがって、一連の
連続した固体撮像素子の光検出動作を簡単に説明する。
光検出動作は、前記したように、掃出期間(初期化)−
蓄積期間−読出期間からなる一連の過程を繰り返し行
う。まず、初期化動作により、キャリアポケット25
内、第1及び第2のウエル領域15a,15b内に残る
電荷を排出する。即ち、VDD供給線22a,22bを
通して光信号検出用MOSトランジスタ112のドレイ
ンに、またVSCAN供給線21a,21bを通して同
じくゲートにそれぞれ凡そ7〜8Vの高い正の電圧を印
加する。
Next, the light detection operation of a series of solid-state imaging devices will be briefly described with reference to FIGS.
As described above, the light detection operation is performed during the sweep period (initialization)-
A series of processes consisting of an accumulation period and a readout period is repeated. First, the carrier pocket 25 is initialized by the initialization operation.
The charge remaining in the first and second well regions 15a and 15b is discharged. That is, a high positive voltage of approximately 7 to 8 V is applied to the drain of the optical signal detection MOS transistor 112 through the VDD supply lines 22a and 22b and to the gate through the VSCAN supply lines 21a and 21b, respectively.

【0052】このとき、第2のウエル領域15bの下の
n型ウエル層12の厚さは薄く、かつn型ウエル層12
の基板11側に高濃度のp型埋込層33が接しているの
で、ゲート電極19に印加した電圧は第2のウエル領域
15b及びその極めて近くの領域にしかかからない。即
ち、第2のウエル領域15bに急激なポテンシャル変化
が生じて正孔を基板11側に掃き出すような強い電界が
主として第2のウエル領域15bにかかるため、低いリ
セット電圧でより確実にキャリアを掃き出すことがで
き、これによりリセット効率の向上を図ることができ
る。
At this time, the thickness of the n-type well layer 12 under the second well region 15b is small, and
Since the high-concentration p-type buried layer 33 is in contact with the substrate 11 side, the voltage applied to the gate electrode 19 is applied only to the second well region 15b and a region very close to the second well region 15b. In other words, a strong electric field that sweeps holes toward the substrate 11 due to a sudden potential change in the second well region 15b is mainly applied to the second well region 15b, so that carriers can be more reliably swept with a low reset voltage. Therefore, the reset efficiency can be improved.

【0053】次いで、光信号検出用MOSトランジスタ
112のゲート電極19に低いゲート電圧を印加し、ド
レイン領域17a、17bにトランジスタの動作に必要
な約2〜3Vの電圧(VDD)を印加する。このとき、
第1のウエル領域15aとn型ウエル層12及びn型埋
込層32が空乏化するとともに、第2のウエル領域15
bは空乏化する。そして、ドレイン領域17a、17b
からソース領域16a、16bに向かう電界が生じる。
Next, a low gate voltage is applied to the gate electrode 19 of the MOS transistor 112 for detecting an optical signal, and a voltage (VDD) of about 2 to 3 V required for the operation of the transistor is applied to the drain regions 17a and 17b. At this time,
The first well region 15a, the n-type well layer 12 and the n-type buried layer 32 are depleted, and the second well region 15a
b is depleted. Then, the drain regions 17a, 17b
, An electric field is generated toward the source regions 16a and 16b.

【0054】次いで、受光ダイオード111に光を照射
する。このとき、受光ダイオード111の部分のキャリ
ア発生領域は、表面に近く形成されているので、青色光
のような波長が短く、表面近くで減衰しやすい光に対し
ても感度が向上し、またその全厚は厚くなっているの
で、赤色光のような受光部の奥深くまで到達する波長の
長い光に対しても感度が向上している。従って、効率よ
く、電子−正孔対(光発生電荷)を生じさせることがで
きる。また、第1のウエル領域15aと第2のウエル領
域15bとの重なり領域40では、高濃度のp型不純物
が導入されてポテンシャルが低くなるようにしている。
このため、第1のウエル領域15aから第2のウエル領
域15bに容易に光発生ホールが移動できる。
Next, the light receiving diode 111 is irradiated with light. At this time, since the carrier generation region of the portion of the light receiving diode 111 is formed near the surface, the wavelength is short, such as blue light, and the sensitivity to light that is easily attenuated near the surface is improved. Since the total thickness is increased, the sensitivity is improved even for light having a long wavelength reaching deep inside the light receiving portion, such as red light. Therefore, electron-hole pairs (photo-generated charges) can be efficiently generated. In the overlap region 40 of the first well region 15a and the second well region 15b, a high concentration of p-type impurity is introduced to lower the potential.
Therefore, the light generation holes can easily move from the first well region 15a to the second well region 15b.

【0055】このようにして、光発生ホールが光信号検
出用MOSトランジスタ112のゲート領域に注入さ
れ、かつキャリアポケット25に蓄積される。これによ
り、チャネル領域からその下のゲート領域15bに広が
る空乏層幅が制限されるとともに、そのソース領域16
a、16b付近のポテンシャルが変調されて、MOSト
ランジスタ112の閾値電圧が変化する。
As described above, the light-generating holes are injected into the gate region of the MOS transistor 112 for light signal detection and are accumulated in the carrier pocket 25. Thus, the width of the depletion layer extending from the channel region to the gate region 15b thereunder is limited, and the source region 16
The potentials near a and 16b are modulated, and the threshold voltage of the MOS transistor 112 changes.

【0056】上記初期化期間及び蓄積期間において、n
型のドレイン領域17a、17bに正の電圧を印加した
ときに、素子分離絶縁膜14と半導体層との界面が素子
分離領域13によって覆われているため、その界面がウ
エル領域から広がる空乏層に曝されず、このため、その
界面の欠陥に捕獲された電荷が空乏層中に放出されるの
を防止することができる。これにより、欠陥に起因する
電荷のホールポケット25への蓄積による固定パターン
雑音を抑制することができる。
In the above initialization period and accumulation period, n
When a positive voltage is applied to the drain regions 17a and 17b, the interface between the element isolation insulating film 14 and the semiconductor layer is covered by the element isolation region 13, so that the interface becomes a depletion layer extending from the well region. Therefore, the charge trapped by the defect at the interface can be prevented from being released into the depletion layer. Thereby, fixed pattern noise due to accumulation of charges in the hole pocket 25 due to defects can be suppressed.

【0057】さらに、n型のドレイン領域17a、17
bに正の電圧を印加したときに、ドレイン電極22が素
子分離絶縁膜14の近くに接続されているため、たとえ
素子分離絶縁膜14の近傍の欠陥から電荷が放出されて
もその電荷がホールポケット25の方に流れるのを抑制
することができる。これにより、欠陥に起因する電荷の
ホールポケット25への蓄積による固定パターン雑音を
より一層抑制することができる。
Further, n-type drain regions 17a and 17
When a positive voltage is applied to the drain electrode 22b, the drain electrode 22 is connected near the element isolation insulating film 14, so that even if the charge is released from a defect near the element isolation insulating film 14, the charge remains in the hole. The flow toward the pocket 25 can be suppressed. As a result, fixed pattern noise caused by accumulation of charges in the hole pockets 25 due to defects can be further suppressed.

【0058】次いで、ゲート電極19にMOSトランジ
スタ112が飽和状態で動作しうる約2〜3Vのゲート
電圧を印加し、ドレイン領域17a、17bにMOSト
ランジスタ112が動作しうる約2〜3Vの電圧VDD
を印加する。これにより、キャリアポケット25上方の
チャネル領域の一部に低電界の反転領域が形成され、残
りの部分に高電界領域が形成される。このとき、MOS
トランジスタ112のドレイン電圧−電流特性は、図8
に示すように、飽和特性を示す。
Next, a gate voltage of about 2 to 3 V at which the MOS transistor 112 can operate in a saturated state is applied to the gate electrode 19, and a voltage VDD of about 2 to 3 V at which the MOS transistor 112 can operate at the drain regions 17a and 17b.
Is applied. As a result, a low electric field inversion region is formed in a part of the channel region above the carrier pocket 25, and a high electric field region is formed in the remaining part. At this time, MOS
The drain voltage-current characteristics of the transistor 112 are shown in FIG.
As shown in FIG.

【0059】さらに、MOSトランジスタ112のソー
ス領域16a、16bに定電流源106を接続して一定
の電流を流す。これにより、MOSトランジスタ112
はソースフォロワ回路を形成し、従って、光発生ホール
によるMOSトランジスタ112の閾値電圧の変動に追
随してソース電位が変化し、出力電圧の変化をもたら
す。
Further, a constant current source 106 is connected to the source regions 16a and 16b of the MOS transistor 112 so that a constant current flows. Thereby, the MOS transistor 112
Forms a source follower circuit, so that the source potential changes following the fluctuation of the threshold voltage of the MOS transistor 112 due to the light-generating holes, resulting in a change in the output voltage.

【0060】このようにして、光照射量に比例した映像
信号(Vout )を取り出すことができる。以上のよう
に、この発明の実施の形態によれば、第1のウエル領域
15aと第2のウエル領域15bとの重なり領域では、
高濃度のp型不純物が導入されてポテンシャルが低くな
るようにしているため、第1のウエル領域15aから第
2のウエル領域15bに容易に光発生ホールが移動でき
る。これにより、残像や黒つぶれを抑制することができ
る。
In this way, a video signal (Vout) proportional to the amount of light irradiation can be obtained. As described above, according to the embodiment of the present invention, in the overlapping region between the first well region 15a and the second well region 15b,
Since the potential is lowered by introducing a high concentration of p-type impurities, the light-generating holes can easily move from the first well region 15a to the second well region 15b. Thereby, afterimages and underexposure can be suppressed.

【0061】また、初期化期間及び蓄積期間において、
素子分離絶縁膜14と素子分離領域13の界面で生じた
欠陥に起因する電荷のホールポケット25への蓄積によ
る固定パターン雑音を一層抑制することができる。さら
に、掃出動作(初期化)−蓄積動作−読出動作の一連の
過程において、光発生ホールが移動するときに、半導体
表面やチャネル領域内の雑音源と相互作用しない理想的
な光電変換機構を実現することができる。
In the initialization period and the accumulation period,
It is possible to further suppress fixed pattern noise due to accumulation of charges in the hole pockets 25 due to defects generated at the interface between the element isolation insulating film 14 and the element isolation region 13. Furthermore, an ideal photoelectric conversion mechanism that does not interact with a noise source in a semiconductor surface or a channel region when a light generation hole moves in a series of processes of a sweep operation (initialization), an accumulation operation, and a read operation. Can be realized.

【0062】また、キャリアポケット25への電荷蓄積
により、図8に示すように、MOSトランジスタ112
を飽和状態で動作させることができ、しかも、ソースフ
ォロワ回路を形成しているので、光発生電荷による閾値
電圧の変化をソース電位の変化として検出することがで
きる。このため、線型性の良い光電変換を行うことがで
きる。
Further, due to the charge accumulation in the carrier pocket 25, as shown in FIG.
Can be operated in a saturated state, and since a source follower circuit is formed, a change in threshold voltage due to photo-generated charges can be detected as a change in source potential. Therefore, photoelectric conversion with good linearity can be performed.

【0063】次に、図11を参照して本発明の他の実施
の形態について以下に説明する。図11は本発明の他の
実施の形態に係る固体撮像素子の第1のウエル領域と第
2のウエル領域との接続領域の近傍の状態を示す断面図
である。図5(a)に示す上記実施の形態と異なるとこ
ろは、最初にp型の第1のウエル領域15aとp型の第
2のウエル領域15bとが離隔して設けられ、第1のウ
エル領域15aと第2のウエル領域15bとをp型の高
濃度領域15d(接続領域40)により接続している点
である。この接続領域40の不純物濃度は第1のウエル
領域15aや第2のウエル領域15bの不純物濃度より
も高くなっている。1×1016〜1×1017/cm-3
範囲が望ましい。
Next, another embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state near a connection region between a first well region and a second well region of a solid-state imaging device according to another embodiment of the present invention. The difference from the above-described embodiment shown in FIG. 5A is that the p-type first well region 15a and the p-type second well region 15b are first provided separately from each other, and the first well region 15a and the second well region 15b are connected by a p-type high-concentration region 15d (connection region 40). The impurity concentration of the connection region 40 is higher than the impurity concentration of the first well region 15a and the second well region 15b. A range of 1 × 10 16 to 1 × 10 17 / cm -3 is desirable.

【0064】この接続領域40は、第1のウエル領域1
5aや第2のウエル領域15bの形成の前又は後にイオ
ン注入等により形成することができる。この他の実施の
形態によれば、図5に示す上記の実施の形態と同様に、
その接続領域40においては、光発生キャリアのうち光
信号検出用MOSトランジスタの閾値電圧を変化させる
ためにキャリアポケットに蓄積すべき電子又は正孔に対
するポテンシャルを低くすることができる。
This connection region 40 is formed in the first well region 1
It can be formed by ion implantation or the like before or after forming the 5a or the second well region 15b. According to this other embodiment, similar to the above embodiment shown in FIG.
In the connection region 40, the potential for electrons or holes to be accumulated in the carrier pocket in order to change the threshold voltage of the optical signal detection MOS transistor among the photo-generated carriers can be reduced.

【0065】このポテンシャルを低下させることにより
光信号検出用MOSトランジスタの閾値電圧を変化させ
るためにキャリアポケットに蓄積すべきキャリアの第1
のウエル領域15aから第2のウエル領域15bへの移
動がより促進され、そのキャリアは第2のウエル領域1
5b内のキャリアポケット25の方に移動し易くなる。
By lowering the potential, the first of the carriers to be accumulated in the carrier pocket in order to change the threshold voltage of the MOS transistor for detecting an optical signal.
The movement from the well region 15a to the second well region 15b is further promoted, and the carrier is
It becomes easy to move to the carrier pocket 25 in 5b.

【0066】これにより、光発生キャリアが蓄積期間を
超えて受光ダイオード111部に残ることに起因して起
こる残像や黒つぶれなどの画像劣化を抑制することがで
きる。以上、この実施の形態によりこの発明を詳細に説
明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的に
示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸
脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲
に含まれる。
As a result, it is possible to suppress image degradation such as afterimages and blackouts caused by the photogenerated carriers remaining in the light receiving diode 111 over the accumulation period. As described above, the present invention has been described in detail with reference to the embodiments. However, the scope of the present invention is not limited to the examples specifically shown in the embodiments, and the scope of the present invention is not limited to the scope of the present invention. Modifications of the embodiment are included in the scope of the present invention.

【0067】例えば、第1のウエル領域15aと第2の
ウエル領域15bとの間の接続領域40である重なり領
域の不純物濃度、又は第1のウエル領域15aと第2の
ウエル領域15bとを接続する領域40である高濃度領
域15dの不純物濃度を1×1016〜1×1017/cm
-3程度としているが、これに限られない。第1のウエル
領域15a及び第2のウエル領域15bの不純物濃度よ
りも高い不純物濃度であり、かつ初期化期間及び蓄積期
間において印加するドレイン電圧やゲート電圧によりp
型のウエル領域15a、15b、15dの全域が空乏化
するような不純物濃度であればよい。
For example, the impurity concentration of the overlap region which is the connection region 40 between the first well region 15a and the second well region 15b, or the connection between the first well region 15a and the second well region 15b The impurity concentration of the high concentration region 15d, which is the region 40 to be changed, is set to 1 × 10 16 to 1 × 10 17 / cm.
-3, but not limited to this. The impurity concentration is higher than the impurity concentrations of the first well region 15a and the second well region 15b, and the drain voltage or the gate voltage applied during the initialization period and the accumulation period causes p.
The impurity concentration may be such that the entire region of the well regions 15a, 15b, and 15d of the mold is depleted.

【0068】また、p型の基板11を用いているが、代
わりにn型の基板を用いてもよい。この場合、上記実施
の形態と同様な効果を得るためには、上記実施の形態等
で説明した各層及び各領域の導電型をすべて逆転させれ
ばよい。この場合、キャリアポケット25に蓄積すべき
キャリアは電子及び正孔のうち電子である。
Although the p-type substrate 11 is used, an n-type substrate may be used instead. In this case, in order to obtain the same effect as in the above embodiment, the conductivity type of each layer and each region described in the above embodiment and the like may be all reversed. In this case, carriers to be accumulated in the carrier pocket 25 are electrons out of electrons and holes.

【0069】[0069]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、受光ダ
イオードと受光ダイオードに隣接する光信号検出用の絶
縁ゲート型電界効果トランジスタ(MOSトランジス
タ)とを含む単位画素を有し、受光ダイオードと光信号
検出用の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(MOSト
ランジスタ)とはそれぞれ第1のウエル領域と第2のウ
エル領域に形成され、光信号検出用MOSトランジスタ
のソース領域の周辺部の第2のウエル領域内に光発生電
荷を蓄積する高濃度埋込層(キャリアポケット)を有し
ている。そして、反対導電型の第1のウエル領域と第2
のウエル領域との間にそれらの領域を接続する高い不純
物濃度を有する接続領域が形成され、或いはそれらの端
部同士が重なり、その重なり領域が接続領域になってい
ることを特徴としている。
As described above, according to the present invention, there is provided a unit pixel including a light receiving diode and an insulated gate field effect transistor (MOS transistor) adjacent to the light receiving diode for detecting an optical signal. And an insulated gate field effect transistor (MOS transistor) for detecting an optical signal are formed in a first well region and a second well region, respectively, and a second portion around a source region of the MOS transistor for detecting an optical signal is formed. The well region has a high concentration buried layer (carrier pocket) for accumulating photo-generated charges. And a first well region of the opposite conductivity type and a second well region.
A connection region having a high impurity concentration for connecting these regions is formed between these well regions, or their end portions are overlapped with each other, and the overlap region is a connection region.

【0070】このため、その接続領域においては、光発
生キャリアのうち光信号検出用MOSトランジスタの閾
値電圧を変化させるためにキャリアポケットに蓄積すべ
き電子又は正孔に対するポテンシャルを低くすることが
できる。このため、第1のウエル領域から第2のウエル
領域への光発生キャリアの移動がより促進されて、その
光発生キャリアは第2のウエル領域内のキャリアポケッ
トの方に移動し易くなる。これにより、光発生キャリア
が蓄積期間を超えて受光ダイオード部に残ることに起因
して起こる残像や黒つぶれなどの画像劣化を抑制するこ
とができる。
Therefore, in the connection region, the potential for electrons or holes to be accumulated in the carrier pocket in order to change the threshold voltage of the photo-signal detection MOS transistor among the photo-generated carriers can be reduced. For this reason, the movement of the photo-generated carriers from the first well region to the second well region is further promoted, and the photo-generated carriers are more likely to move toward the carrier pocket in the second well region. Accordingly, it is possible to suppress image degradation such as an afterimage and blackout caused by the photogenerated carriers remaining in the light receiving diode portion beyond the accumulation period.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態に係る固体撮像素子の単位
画素内の素子レイアウトを示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing an element layout in a unit pixel of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.

【図2】(a)は、本発明の実施の形態に係る固体撮像
素子の単位画素内の素子の構造を示す、図1のA−A線
に沿う断面図である。(b)は、光発生ホールがキャリ
アポケットに蓄積し、チャネル領域に電子が誘起されて
反転領域が生じている状態のポテンシャルの様子を示す
図である。
FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1, showing a structure of a device in a unit pixel of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention. (B) is a diagram showing a state of potential in a state where light generation holes are accumulated in a carrier pocket and electrons are induced in a channel region to generate an inversion region.

【図3】本発明の実施の形態に係る固体撮像素子の単位
画素内の受光ダイオードの構造を示す、図1のB−B線
に沿う断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 1, showing a structure of a light-receiving diode in a unit pixel of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention;

【図4】本発明の実施の形態に係る固体撮像素子の単位
画素内の光信号検出用MOSトランジスタの構造を示
す、図1のC−C線に沿う断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 1, showing a structure of an optical signal detecting MOS transistor in a unit pixel of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention;

【図5】(a)は本発明の実施の形態に係る固体撮像素
子の第1のウエル領域と第2のウエル領域との接続領域
の近傍の状態を示す断面図である。(b)はその接続領
域の近傍においてF−F線に沿うポテンシャルの様子を
示す図である。
FIG. 5A is a cross-sectional view illustrating a state near a connection region between a first well region and a second well region of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention. (B) is a diagram showing the state of the potential along the line FF in the vicinity of the connection region.

【図6】本発明の実施の形態に係る固体撮像素子の作成
方法について示す断面図(その1)である。
FIG. 6 is a cross-sectional view (part 1) illustrating a method for manufacturing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態に係る固体撮像素子の作成
方法について示す断面図(その2)である。
FIG. 7 is a sectional view (part 2) illustrating the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態に係る固体撮像素子の光信
号検出用MOSトランジスタのドレイン電流−電圧特性
を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a drain current-voltage characteristic of an optical signal detection MOS transistor of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施の形態に係る固体撮像素子の全体
の回路構成を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an overall circuit configuration of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.

【図10】図9の固体撮像素子を動作させる際のタイミ
ングチャートである。
FIG. 10 is a timing chart when the solid-state imaging device of FIG. 9 is operated.

【図11】本発明の他の実施の形態に係る固体撮像素子
の第1のウエル領域と第2のウエル領域との接続領域の
近傍の状態を示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state near a connection region between a first well region and a second well region of a solid-state imaging device according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板(第1の半導体層) 12 n型ウエル層(一導電型領域、第2の半導体層) 12a エピタキシャル層(一導電型領域、第2の半導
体層) 13 素子分離領域 14 素子分離絶縁膜 15a 第1のウエル領域 15b 第2のウエル領域 15c チャネルドープ層 15d 高濃度領域 16a 低濃度のソース領域 16b 高濃度のソース領域(コンタクト層) 17 不純物領域 17a 低濃度のドレイン領域 17b 高濃度のドレイン領域(コンタクト層) 18 ゲート絶縁膜 19 ゲート電極 25 キャリアポケット(高濃度埋込層) 31 エピタキシャル層(第3の半導体層) 32 n型埋込層(一導電型の埋込層、第2の半導体
層) 33 p型埋込層(反対導電型の埋込層、第3の半導体
層) 40 接続領域 101 単位画素 106 定電流源(負荷回路) 107 映像信号出力端子 111 受光ダイオード 112 光信号検出用絶縁ゲート型電界効果トランジス
タ(光信号検出用MOSトランジスタ)
Reference Signs List 11 substrate (first semiconductor layer) 12 n-type well layer (one conductivity type region, second semiconductor layer) 12a epitaxial layer (one conductivity type region, second semiconductor layer) 13 element isolation region 14 element isolation insulating film Reference Signs List 15a First well region 15b Second well region 15c Channel doped layer 15d High concentration region 16a Low concentration source region 16b High concentration source region (contact layer) 17 Impurity region 17a Low concentration drain region 17b High concentration drain Region (contact layer) 18 Gate insulating film 19 Gate electrode 25 Carrier pocket (high concentration buried layer) 31 Epitaxial layer (third semiconductor layer) 32 n-type buried layer (buried layer of one conductivity type, second Semiconductor layer) 33 p-type buried layer (buried layer of opposite conductivity type, third semiconductor layer) 40 connection region 101 unit pixel 106 constant current source Load circuit) 107 video signal output terminal 111 receiving diode 112 for optical signal detection insulated gate field effect transistor (detection optical signal MOS transistor)

Claims (17)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 受光ダイオードと該受光ダイオードに隣
接する光信号検出用の絶縁ゲート型電界効果トランジス
タとを備えた単位画素を有する固体撮像素子において、 前記受光ダイオードの部分は、一導電型領域と、該一導
電型領域内に形成された反対導電型の第1のウエル領域
と、該第1のウエル領域の表層に形成された一導電型の
不純物領域を有し、 前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタの部分は、前記
一導電型領域と、該一導電型領域内に形成された反対導
電型の第2のウエル領域と、該第2のウエル領域の表層
に形成された一導電型のソース領域及びドレイン領域
と、前記ソース領域と前記ドレイン領域の間のチャネル
領域と、該チャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成
されたゲート電極と、前記チャネル領域下のソース領域
の近くの前記第2のウエル領域内部に形成された反対導
電型の高濃度埋込層とを有し、 前記第1のウエル領域と前記第2のウエル領域とは接続
されてその接続領域は前記第1及び第2のウエル領域よ
り高い不純物濃度を有し、前記不純物領域と前記ドレイ
ン領域とが接続していることを特徴とする固体撮像素
子。
1. A solid-state imaging device having a unit pixel including a light receiving diode and an insulated gate field effect transistor for detecting an optical signal adjacent to the light receiving diode, wherein the light receiving diode part is a one conductivity type region. A first well region of the opposite conductivity type formed in the one conductivity type region, and an impurity region of one conductivity type formed in a surface layer of the first well region; The transistor portion includes the one conductivity type region, a second well region of the opposite conductivity type formed in the one conductivity type region, and a source of the one conductivity type formed on the surface layer of the second well region. A region and a drain region, a channel region between the source region and the drain region, a gate electrode formed on the channel region via a gate insulating film, and a source region below the channel region. A high-concentration buried layer of the opposite conductivity type formed inside the second well region nearby, wherein the first well region and the second well region are connected to each other, and the connection region is A solid-state imaging device having an impurity concentration higher than that of the first and second well regions, wherein the impurity region and the drain region are connected.
【請求項2】 前記第1のウエル領域と前記第2のウエ
ル領域との接続領域には、前記第1のウエル領域及び前
記第2のウエル領域と同じ導電型の不純物が導入されて
いることを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。
2. An impurity of the same conductivity type as that of the first well region and the second well region is introduced into a connection region between the first well region and the second well region. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記第1のウエル領域と前記第2のウエ
ル領域とはそれらの端部が相互に重なるように形成され
ており、前記接続領域は、前記第1のウエル領域と前記
第2のウエル領域との重なり領域であることを特徴とす
る請求項1記載の固体撮像素子。
3. The first well region and the second well region are formed such that their ends are overlapped with each other, and the connection region is formed by the first well region and the second well region. 2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is an overlapping region with the well region.
【請求項4】 前記単位画素は複数形成されており、相
互に隣接する前記単位画素を分離する素子分離領域を有
することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一に記載
の固体撮像素子。
4. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a plurality of the unit pixels are formed, and the device includes an element isolation region that separates the unit pixels adjacent to each other. .
【請求項5】 前記素子分離領域上に該素子分離領域に
その下面全体が含まれるように素子分離絶縁膜が形成さ
れていることを特徴とする請求項4記載の固体撮像素
子。
5. The solid-state imaging device according to claim 4, wherein an element isolation insulating film is formed on the element isolation region so that the entire lower surface of the element isolation region is included.
【請求項6】 前記不純物領域又は前記ドレイン領域が
前記素子分離領域の近くまで延在するように形成され、
前記素子分離領域の近くで前記不純物領域又は前記ドレ
イン領域と接続してドレイン電極が形成されていること
を特徴とする請求項4又は5記載の固体撮像素子。
6. The semiconductor device according to claim 6, wherein the impurity region or the drain region is formed to extend near the element isolation region.
The solid-state imaging device according to claim 4, wherein a drain electrode is formed near the element isolation region and connected to the impurity region or the drain region.
【請求項7】 前記受光ダイオード部は反対導電型半導
体の基板と、一導電型の埋込層と、前記第1のウエル領
域が形成された一導電型領域とからなり、 前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタ部は前記反対導
電型半導体の基板と、該基板上に形成された反対導電型
の埋込層を含む反対導電型の半導体層と、前記第2のウ
エル領域が形成された前記一導電型領域とからなること
を特徴とする請求項1乃至6の何れか一に記載の固体撮
像素子。
7. The insulated gate electric field, wherein the light receiving diode portion comprises a substrate of an opposite conductivity type semiconductor, a buried layer of one conductivity type, and a one conductivity type region in which the first well region is formed. The effect transistor section includes the substrate of the opposite conductivity type semiconductor, a semiconductor layer of the opposite conductivity type including a buried layer of the opposite conductivity type formed on the substrate, and the one conductivity type in which the second well region is formed. The solid-state imaging device according to claim 1, comprising a mold region.
【請求項8】 前記高濃度埋込層が形成されたソース領
域の近辺は、前記ドレイン領域から前記ソース領域に至
るチャネル長方向の一部領域であって、前記ソース領域
側であることを特徴とする請求項1乃至7の何れか一に
記載の固体撮像素子。
8. The vicinity of the source region where the high-concentration buried layer is formed is a partial region in the channel length direction from the drain region to the source region and is closer to the source region. The solid-state imaging device according to claim 1.
【請求項9】 前記高濃度埋込層はチャネル幅方向全域
にわたって形成されていることを特徴とする請求項1乃
至8の何れか一に記載の固体撮像素子。
9. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the high-concentration buried layer is formed over an entire region in a channel width direction.
【請求項10】 前記絶縁ゲート型電界効果トランジス
タのゲート電極はリング状を有し、前記ソース領域は前
記ゲート電極によって囲まれた前記ウエル領域の表層に
形成され、前記ドレイン領域は前記ゲート電極を囲むよ
うに前記ウエル領域の表層に形成されていることを特徴
とする請求項1乃至9の何れか一に記載の固体撮像素
子。
10. A gate electrode of the insulated gate field effect transistor has a ring shape, the source region is formed in a surface layer of the well region surrounded by the gate electrode, and the drain region is connected to the gate electrode. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is formed on a surface layer of the well region so as to surround the solid-state imaging device.
【請求項11】 前記絶縁ゲート型電界効果トランジス
タは低濃度ドレイン(LDD)構造を有し、低濃度の前
記ドレイン領域が延在して該低濃度のドレイン領域とほ
ぼ同じ不純物濃度を有する前記不純物領域が形成されて
いることを特徴とする請求項1乃至10の何れか一に記
載の固体撮像素子。
11. The insulated gate field effect transistor has a low-concentration drain (LDD) structure, wherein the low-concentration drain region extends to have the same impurity concentration as the low-concentration drain region. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a region is formed.
【請求項12】 前記絶縁ゲート型電界効果トランジス
タのゲート電極及びその周辺は遮光されていることを特
徴とする請求項1乃至11の何れか一に記載の固体撮像
素子。
12. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a gate electrode of the insulated gate field effect transistor and its periphery are shielded from light.
【請求項13】 前記絶縁ゲート型電界効果トランジス
タのソース領域に負荷回路が接続されてソースフォロワ
回路を構成していることを特徴とする請求項1乃至12
の何れか一に記載の固体撮像素子。
13. The source follower circuit according to claim 1, wherein a load circuit is connected to a source region of said insulated gate field effect transistor.
The solid-state imaging device according to any one of the above.
【請求項14】 前記ソースフォロワ回路のソース出力
は映像信号出力端子に接続されていることを特徴とする
請求項13記載の固体撮像素子。
14. The solid-state imaging device according to claim 13, wherein a source output of said source follower circuit is connected to a video signal output terminal.
【請求項15】 請求項1乃至14記載の固体撮像素子
を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
15. A solid-state imaging device comprising the solid-state imaging device according to claim 1. Description:
【請求項16】 第1のマスクにより半導体基板の表層
の一導電型領域に反対導電型不純物を導入して該一導電
型領域の表層に反対導電型の第1のウエル領域を形成す
る工程と、 前記第1のウエル領域の端部に開口端部が重なるように
開口部が形成された第2のマスクにより前記一導電型領
域の表層に反対導電型不純物を導入し、前記第1のウエ
ル領域の端部と重なるように反対導電型の第2のウエル
領域を形成するとともに、前記第1のウエル領域及び前
記第2のウエル領域の不純物濃度よりも高い不純物濃度
を有する重なり領域を形成する工程と、 前記第2のマスクにより前記第2のウエル領域の表層に
一導電型不純物を導入し、一導電型のチャネルドープ層
を形成する工程と、 第3のマスクにより前記第2のウエル領域内部に反対導
電型不純物を導入し、前記第2のウエル領域よりも高い
不純物濃度を有し、かつ前記チャネルドープ層の下の第
2のウエル領域内部に反対導電型の高濃度埋込層を形成
する工程と、 前記半導体基板の表面を熱酸化してゲート絶縁膜を形成
する工程と、 前記高濃度埋込層を覆うように、かつ該高濃度埋込層が
ソース領域側に近くなるように前記ゲート絶縁膜上にゲ
ート電極を形成する工程と、 前記半導体基板の表層に一導電型不純物を導入して、前
記ゲート電極の両側の前記第2のウエル領域表層に一導
電型のソース領域及びドレイン領域を形成すると同時に
前記第1のウエル領域の表層に一導電型の不純物領域を
形成する工程とを有することを特徴とする固体撮像素子
の製造方法。
16. A step of introducing an impurity of the opposite conductivity type into the one conductivity type region of the surface layer of the semiconductor substrate using the first mask to form a first well region of the opposite conductivity type in the surface layer of the one conductivity type region. An impurity of an opposite conductivity type is introduced into a surface layer of the one conductivity type region by a second mask having an opening formed so that an opening end overlaps with an end of the first well region; A second well region of the opposite conductivity type is formed so as to overlap an end portion of the region, and an overlap region having an impurity concentration higher than that of the first well region and the second well region is formed. A step of introducing one conductivity type impurity into a surface layer of the second well region by the second mask to form a channel doping layer of one conductivity type; and a step of forming the second well region by a third mask. Opposite conductive inside Forming a high-concentration buried layer having an impurity concentration higher than that of the second well region and having the opposite conductivity type inside the second well region below the channel dope layer; Forming a gate insulating film by thermally oxidizing a surface of the semiconductor substrate; and forming the gate insulating film so as to cover the high-concentration buried layer and so that the high-concentration buried layer is close to the source region side. Forming a gate electrode on the film, introducing one conductivity type impurity into the surface layer of the semiconductor substrate, and forming one conductivity type source region and drain region in the second well region surface layer on both sides of the gate electrode. Forming a one conductivity type impurity region in the surface layer of the first well region at the same time as the formation.
【請求項17】 第1のマスクにより半導体基板の表層
の一導電型領域に反対導電型不純物を導入して該一導電
型領域の表層に反対導電型の第1のウエル領域を形成す
る工程と、 第2のマスクにより前記一導電型領域の表層に反対導電
型不純物を導入し、反対導電型の第2のウエル領域を形
成する工程と、 前記第1のウエル領域と前記第2のウエル領域の間の領
域に前記第1のウエル領域及び前記第2のウエル領域の
不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する反対導電型の
接続領域を形成して前記第1のウエル領域と前記第2の
ウエル領域を接続する工程と、 前記第2のマスクにより前記第2のウエル領域の表層に
一導電型不純物を導入し、一導電型のチャネルドープ層
を形成する工程と、 第3のマスクにより前記第2のウエル領域内部に反対導
電型不純物を導入し、前記第2のウエル領域よりも高い
不純物濃度を有し、かつ前記チャネルドープ層の下の第
2のウエル領域内部に反対導電型の高濃度埋込層を形成
する工程と、 前記半導体基板の表面を熱酸化してゲート絶縁膜を形成
する工程と、 前記高濃度埋込層を覆うように、かつ該高濃度埋込層が
ソース領域側に近くなるように前記ゲート絶縁膜上にゲ
ート電極を形成する工程と、 前記半導体基板の表層に一導電型不純物を導入して、前
記ゲート電極の両側の第2のウエル領域の表層に一導電
型のソース領域及びドレイン領域を形成すると同時に前
記第1のウエル領域の表層に一導電型の不純物領域を形
成する工程とを有することを特徴とする固体撮像素子の
製造方法。
17. A step of introducing an impurity of an opposite conductivity type into a region of one conductivity type of a surface layer of a semiconductor substrate by using a first mask to form a first well region of an opposite conductivity type in a surface layer of the one conductivity type region. A step of introducing an impurity of the opposite conductivity type into the surface layer of the one conductivity type region using a second mask to form a second well region of the opposite conductivity type; and the first well region and the second well region Forming an opposite conductivity type connection region having an impurity concentration higher than that of the first well region and the second well region in a region between the first well region and the second well region. Connecting a region, introducing a one-conductivity-type impurity into a surface layer of the second well region by using the second mask, and forming a one-conductivity-type channel dope layer; Inside the second well area Introducing an impurity of the opposite conductivity type to form a high-concentration buried layer having an impurity concentration higher than that of the second well region and of the opposite conductivity type inside the second well region below the channel dope layer. Forming a gate insulating film by thermally oxidizing a surface of the semiconductor substrate; and covering the high-concentration buried layer so that the high-concentration buried layer is close to the source region side. Forming a gate electrode on a gate insulating film; introducing one conductivity type impurity into a surface layer of the semiconductor substrate; and forming a source region and a drain of one conductivity type on a surface layer of a second well region on both sides of the gate electrode. Forming a region and simultaneously forming an impurity region of one conductivity type in a surface layer of the first well region.
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