JP3584196B2 - Light receiving element and photoelectric conversion device having the same - Google Patents
Light receiving element and photoelectric conversion device having the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP3584196B2 JP3584196B2 JP2000049524A JP2000049524A JP3584196B2 JP 3584196 B2 JP3584196 B2 JP 3584196B2 JP 2000049524 A JP2000049524 A JP 2000049524A JP 2000049524 A JP2000049524 A JP 2000049524A JP 3584196 B2 JP3584196 B2 JP 3584196B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- light receiving
- receiving element
- semiconductor region
- type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims description 30
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 214
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 83
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 63
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 10
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 9
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 2
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 108
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 26
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 20
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 description 19
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 18
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 17
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 13
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 9
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 9
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 9
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 7
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 7
- 206010047571 Visual impairment Diseases 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 5
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 5
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 3
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108091006146 Channels Proteins 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 239000005360 phosphosilicate glass Substances 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018182 Al—Cu Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001182 Mo alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 108010075750 P-Type Calcium Channels Proteins 0.000 description 1
- 229910001362 Ta alloys Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004166 TaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000005380 borophosphosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルカメラ、イメージスキャナ、ファクシミリ、複写機等の画像読み取りシステムに用いられるイメージセンサの受光素子構造及びそれを用いた光電変換装置に関わるものであり、特に、密着型イメージセンサのように画素の開口部が数十ミクロン以上の、比較的大きい受光素子を有する光電変換装置に好適な受光素子構造に関わるものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、光電変換装置としてはCCDイメージセンサや、CMOSイメージセンサ等の非CCDイメージセンサの開発が積極的に行われている。
【0003】
これらの光電変換装置の受光素子は、半導体のpn接合から成るホトダイオードを用いるのが一般的である。
【0004】
従来技術(1)
例えば、特開昭55−154784号公報にはpn接合が形成されていない基板表面部に、基板と同一導電型で、かつ基板より不純物濃度が高い領域を設け、基板表面で発生する暗電流を低減させた構造が提案されている。
【0005】
図29(A),図29(B)は、従来の同公報による受光素子構造を示しており、201はn型半導体基板、202はp型半導体層、203は不純物濃度5×1015cm−3〜10×1015cm−3、厚さ0.2μm〜0.3μmのn型半導体層、205は熱酸化膜、208はn+ チャンネルストッパー、209は窒化膜からなる無反射コーティング膜(アンチリフレクションコーティングフィルム)、215,216はアルミニウムの電極、228はn+ 型半導体層、238は裏面電極である。DLは空乏層、DLSは空乏層の表面側の部分を示す。
【0006】
本従来例では、ホトダイオードのアノードはp型半導体層202のみで形成されているため、その濃度を低くすると電極215とのオーミックコンタクト性が悪くなり、逆に濃度を高くすると空乏層DLが半導体層202内に延びなくなってしまう。
【0007】
従来技術(2)
また、一次元の光電変換装置用の受光素子として、特開昭61−264758号公報に開示されているように、pn接合が形成する接合容量を低減させたものが提案されている。
【0008】
図30は従来の同公報によるCCDイメージセンサのような光電変換装置の上面を示しており、301はp型基板、302はn+ 型の蓄積部であり、p型基板301のうち、n+ 型蓄積部302により囲まれた部分が画素としてのp型光電変換領域となっている。また、PGはフォトゲート、SGはシフトゲート、SRはCCDシフトレジスタである。
【0009】
この構造では、p型基板301とn+ 型の蓄積部302とでp型光電変換素子として画像信号に応じた電気信号を生成し、フォトゲートPGとシフトゲートSGを通してシフトして行き、CCDシフトレジスタSRから水平出力線として順次画像信号を読み出してゆく。この構造で、pn接合部の面積は減少しているものの、pn接合の周囲長が増加するため、pn接合部の容量値を十分に小さくすることができず、高感度化が困難である。
【0010】
従来技術(3)
さらに密着型イメージセンサに用いる感光部構造として、例えば、特開平1−303752号公報に開示されているように、感光部構造におけるチップ端部のスクライブに起因する暗電流の低減をはかったものが提案されている。
【0011】
図31は従来の同公報による受光素子の断面を示しており、301はp型半導体領域、302はn型半導体領域、303はp型の浅いチャンネルストップ層、305はフィールド酸化膜、306はp型基板、308はp型のチャンネルストップ層、309は層間絶縁膜、317は開口部OPを画成する為の遮光膜である。空乏層DLはp型半導体領域301内に延びており、発生した光キャリアPCのうち電子は内部電界によってn型半導体領域302に集められる。
【0012】
従来技術(4)
また、CCDイメージセンサにおける受光素子としては、例えば特開昭64−14958号公報に開示されているように、n型基板/p型領域/n型領域/p型領域という断面構造を有するホトダイオードが一般的に用いられている。
【0013】
図32は従来の同公報による受光素子の断面を示しており、406はn型基板、401はp型半導体領域、402はn型半導体領域、403は浅いp型半導体層、408はp+ 型チャンネルストップ、409は絶縁膜、415はポリシリコンからなる電極、420はCCDレジスタのn型領域を示している。
【0014】
従来技術(5)
一方、受光素子を用いた光電変換装置として、例えば特開平9−205588号公報には、ホトダイオードを受光素子とし、この受光素子に電極を付けてMOSトランジスタのゲート電極に接続し、電荷をソースホロアアンプを用いて一括読み出しを行う光電変換装置が提案されている。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光生成キャリアをpnホトダイオードに蓄積し、当該pnホトダイオードから電荷−電圧変換手段を用いて、信号電圧を読み出す増幅型の光電変換装置に適用した場合、感度が低下することがある。
【0016】
増幅型光電変換装置の場合、光出力Vpは▲1▼式にてあらわされる。
【0017】
Vp=Qp/Cs ▲1▼
ここで、Qpはpnホトダイオードに蓄積される電荷量、Csはホトダイオードの容量である。
【0018】
このホトダイオードの容量Csは、例えば、ホトダイオードにMOSソースホロアやリセットMOSトランジスタが接続されている画素を有する増幅型光電変換装置の場合、
Cs=Cpd+Ca ▲2▼
とあらわすことができる。
【0019】
ここで、Cpdは受光部を含むpnホトダイオード自体のpn接合容量、Caはホトダイオードに接続されているその他の容量で、上記の場合、MOSソースホロアを構成するMOSトランジスタのゲート容量や、リセットMOSトランジスタのソースとウエルとの接合容量、ソースとゲートとの重なり容量、配線容量、等が含まれる。
【0020】
従って、高感度を実現するためには、光生成キャリアを有効に蓄積すること、およびキャリアが蓄積されるホトダイオードの容量をできるだけ小さくすることが必要となる。
【0021】
一方、ホトダイオードに光が入射すると、ホトダイオード内で電荷が発生し、半導体基板内のpn接合面により形成される空乏層及びその周囲で発生した電荷がアノード又はカソードに集まっていき、そこに電極を取り付けると電気信号として取り出すことができる。
【0022】
図33は、従来の電極を有する受光素子の断面図である。701は第1半導体領域、702はアノードとなる第2半導体領域である。それぞれの導電型はn型、p型である。また、DLは第1半導体領域701と第2半導体領域702とによるpn接合で形成される空乏層である。なお、図示していないが、第1半導体領域701と第2半導体領域702との間には、逆バイアスが印加されている。さらに、715は電極であり、電極715は、絶縁膜709のコンタクトホールCHを介して第2半導体領域702に接続されている。
【0023】
電極715は、例えばAl等を主成分とした金属で構成され、ホトダイオードの表面を覆う絶縁膜のコンタクトホールCHを介して、半導体基板主表面上に形成した電極領域と接続されている。一般的に、このような受光素子は、半導体領域で光電変換された光キャリアによる光信号を得るために、Al等の導電性材料を半導体領域に接続した構成とされている。
【0024】
例えば、一般的なRIE(反応性イオンエッチング)法を用いてこの電極を形成した場合、通常、不要な部分を残さないためにオーバーエッチングを行う。このオーバーエッチング時に、電界によって加速されたイオンの一部が絶縁膜709を突き抜けて半導体基板主表面にまで達し、半導体と絶縁膜との界面近傍にダメージを与え、これによって、結晶欠陥が発生する場合がある。
【0025】
また、電極形成後の工程においても、フォトレジストのプラズマアッシング等によって、上記と同様に結晶欠陥が発生する場合がある。
【0026】
一般的な受光素子においては、電極が接続された半導体基板主表面の半導体領域の周囲にはpn接合面が存在し、その接合面が半導体基板主表面と絶縁膜の界面近傍まで達していることが多い。
【0027】
従って、半導体基板主表面に達している接合面よりも内側に電極を形成した場合には、エッチングダメージによる結晶欠陥が接合面付近に発生し、この結晶欠陥はキャリア発生中心となる。そして、空乏層の部分に生じた結晶欠陥は、暗電流発生の要因となる。
【0028】
また、これによって発生する暗電流は、電流などを形成する際のマスクのアライメントずれやエッチング条件によって、接合面付近に発生する結晶欠陥の量が変化したり、結晶欠陥そのものの量が変化するため、暗電流のばらつきの要因にもなる。
【0029】
[発明の目的]
本発明の第1の目的は、ホトダイオード部のpn接合容量を極力低減し、かつ、光生成キャリアを有効に活用することが可能な受光素子及びこれを有する光電変換装置を提供することにある。
【0030】
本発明の第2の目的は、空乏層が形成される半導体領域の欠陥発生が抑制された受光素子を提供することにある。
【0031】
【課題を解決するための手段】
本発明の受光素子は第1導電型の第1半導体領域1,11,21,31,81と、該第1半導体領域の上に配された、第2導電型の第2半導体領域2,12,32,81と、該第2半導体領域の表面に配された第1導電型の第3半導体領域3,13,33,83と、該第2半導体領域の表面に配され、導電体からなるアノード又はカソード電極に接続された、第2導電型の電極領域4,14,34,84と、を有する受光素子において、該第3半導体領域は、該電極領域の周囲を囲むように形成されており、該第2半導体領域よりも不純物濃度が高く且つ電極領域よりも不純物濃度が低い第2導電型の内部領域が、該電極領域と該第2半導体領域の間に形成され、該電極領域は該内部領域の表面に配されている。また、それぞれの部分は以下のように設計されるとより良い。
【0032】
前記電極領域は浮遊状態(フローティング状態)とされて、光生成電荷を蓄積し、前記第1半導体領域には該第1半導体領域と第2半導体領域との間に逆バイアスを印加するためのバイアス電圧を印加する。
【0033】
前記電極領域に向けて光生成電荷を移動させ得る電位勾配を、該電極領域と前記該第2半導体領域との間に形成する。
【0034】
また、前記内部領域を更に互いに不純物濃度が異なる複数の領域からなるようにする。前記内部領域を、前記電極領域の周囲を囲むように形成する。前記内部領域を、前記第2半導体領域より浅い位置に形成する。
【0036】
また、前記第1半導体領域を、半導体基板、半導体基板上に形成されたエピタキシャル層、半導体基板内に形成されたウエルのいずれかから形成する。
【0037】
また、本発明の受光素子は、第1導電型の第1半導体領域51,61,71,81と、該第1半導体領域の上に配された、第2導電型の第2半導体領域52,62,72,82と、該第2半導体領域の表面に配され、導電体からなるアノード又はカソード電極15に接続された第2導電型の電極領域と、前記第1及び第2の半導体領域を含む半導体基体の表面と該半導体基体の表面に隣接する絶縁膜9との間に配され、かつ、該電極領域、及び該第2半導体領域の周囲を囲むように形成された、第1導電型の第3半導体領域53,63,73,83と、を有し、前記アノード又はカソード電極は、前記電極領域と前記第3半導体領域との間に形成された空乏層DLが前記絶縁膜に接する全ての部分59,69,89と、前記第2半導体領域全体と、を覆うことを特徴とする。
【0038】
又、それぞれの部分は以下のように設計するとよい。
【0039】
前記第1半導体領域をエピタキシャル層で形成し、その上面側内部に前記第2半導体領域を形成し、該第2半導体領域の上面の面積より前記アノード又はカソード電極の上面の面積を大きくする。
【0040】
前記第2半導体領域を互いに不純物濃度の異なる部分で形成し、該第2半導体領域の上面の面積より前記アノード又はカソード電極の上面の面積を大きくする。
【0041】
前記第2半導体領域を不純物濃度の高い高濃度領域と不純物濃度の低い低濃度領域とで形成し、該低濃度領域の上面に前記第3半導体領域を形成する。
【0042】
前記アノード又はカソード電極の前記延在部分にて、前記第3半導体領域の少なくとも上方を覆う。
【0043】
これらの受光素子に、原稿等の被対象物を照射するLEDのような光源と、結像素子とを組み合わせれば光電変換装置となる。
【0044】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【0045】
(実施形態1)
以下、図1(A)〜(D)、図2、図3を用いて、本発明の基本形態としての第1の実施形態について説明する。
【0046】
図1(A)〜(D)は、本実施形態の特徴を最もよく表した図面であり、図1(A)は本実施形態の受光素子部の上面図、図1(B)は図1(A)の線分A−A′における断面図、図1(C)は、図1(B)の線分X−X′に沿った方向のポテンシャルプロファイル図、図1(D)は、線分Y−Y′に沿った方向のポテンシャルプロファイル図である。
【0047】
符号1,2,3は、それぞれ、半導体基板内に設けられた第1導電型の第1半導体領域、上記第1半導体領域1内に設けられた上記第2導電型の第2半導体領域、この第2半導体領域2の主表面側に設けられた第1導電型の第3半導体領域である。
【0048】
また、符号4は光により生成された電荷を取り出す為の、第2半導体領域2に隣接する電極領域であり、具体的には、第2半導体領域2と同じ導電型で且つそれより不純物濃度の高い高濃度不純物領域などからなる。
【0049】
また、符号102は、第1、第2、第3半導体領域1,2,3からなる、受光領域であり、この受光領域102で、光入射により発生したキャリアが領域101に捕獲される。勿論領域101に光が入射すれば、この領域101においてもキャリアは発生する。
【0050】
図1では、第1導電型をp型、第2導電型をn型として示しているが、本発明においては、その逆であっても良い。
【0051】
又、必要に応じて半導体基体の表面に絶縁膜を形成し、その絶縁膜に開孔を形成し、その開孔内に電極となる導電体を形成する。
【0052】
例えば、受光領域102において、光子hνによって発生したキャリア(この場合、電子)は、図1(C)に示すように横方向に移動し、電子はこのポテンシャルの溝、即ち、最もポテンシャルの低い領域4である領域101に収集される。
【0053】
このようなポテンシャル構造がない場合では、発生した電子は、拡散により、基板中を迷走し、ライフタイム以内に領域4に到達できなければ、正孔と再結合し消滅してしまう。
【0054】
図1(D)に示すように本実施形態の更なる特徴は、第2半導体領域2がほぼ全体にわたって空乏化するように、表面の第3半導体領域3、第1半導体領域1、第2半導体領域2の不純物濃度と接合深さ、及び電極領域4及び領域1に与えられる電位が設定されている点である。その結果、第2半導体領域2は容量としては、殆ど寄与しなくなり、受光部容量の低減が可能となる。
【0055】
即ち、領域2と領域3との接合界面付近で発生した電子は、そのpn接合によるビルトインポテンシャルにより領域2に集められる。一方、領域2と領域3との接合界面付近で発生した電子は、そのpn接合によるビルトインポテンシャルにより領域2に集められる。ここで、受光領域102の領域2は上記2つのpn接合により殆ど空乏化している為、中性領域がない。このような状態を完全空乏化と呼ぶことにする。そして、集められた電子は、上述したように領域4に収集され不図示の電極から出力される。
【0056】
図2は線分Y−Y′に沿った方向の不純物濃度の分布を示している。図2において、Np1は領域1の出発材料となっているp型半導体基板における硼素(B)のようなp型不純物濃度を、Nn1は領域2を形成する為に導入されたリンやヒ素のようなn型不純物濃度を、Np2は領域3を形成する為に導入されたp型不純物濃度を示している。
【0057】
又、Ncは各領域の正味の不純物濃度(ネット値)を示している。
【0058】
各領域における不純物濃度と厚さはそれぞれ以下の範囲から選択し得る。厚さのパラメータとして、基板表面からの接合深さを示す。第1半導体領域1は、その不純物濃度ND1が1014cm−3〜1017cm−3、より好ましくは1015cm−3〜1016cm−3であり、接合深さは0.1μm〜1000μmである。
【0059】
第2半導体領域2の不純物濃度ND2は1015cm−3〜1018cm−3、より好ましくは1016cm−3〜1017cm−3であり、接合深さは0.2μm〜2μmである。
【0060】
半導体領域3の不純物濃度ND3は1016cm−3〜1019cm−3、より好ましくは1017cm−3〜1018cm−3であり、接合深さは0.1μm〜0.5μmである。
【0061】
電極領域4の不純物濃度ND4は、1018cm−3〜1021cm−3、より好ましくは1019cm−3〜1020cm−3であり、接合深さは0.1μm〜0.3μmである。
【0062】
そして、第2半導体領域2の不純物濃度ND2は、第1半導体領域1の不純物濃度ND1より高く、第3半導体領域3の不純物濃度ND3は、第2半導体領域2の不純物濃度ND2より高くなるように定めるとよい。
【0063】
より詳細な説明のため、図3に電極領域4の電圧とその時の容量の関係をグラフに示す。電圧が上昇するに伴い容量は減少するが、A点を境に領域4の容量が一定となる。
【0064】
電圧が低いときには、領域2は空乏化しておらず、容量は、領域2と領域3間の空乏層容量成分と、領域2と領域1間の空乏層容量成分に依存して変化することがわかる。つまり、領域4の電圧が上がるに従い、空乏層が広がるため、徐々に容量が減少するが、上下2つの空乏層が接続されると、受光領域102における領域2はほぼ完全に空乏化し、容量が急激に減少し、その後は一定になる。その遷移点が図中A点であり、以下このA点における電圧を空乏化電圧と称する。
【0065】
空乏化電圧は、各領域1,2,3の厚さと不純物濃度に依存して決定されるため、
(a)受光素子をリセットした状態における電極領域4の電位、
(b)受光素子の光出力が飽和した状態の電極領域4の電圧
を、この空乏化電圧以上に設定することで、ホトダイオード自体の容量を、実質的に符号101の底部の接合容量C0程度にまで小さくすることが可能となり、高感度が実現できる。
【0066】
ここで、光により発生した電荷が電極領域に蓄積されることにより、電極の電位は変化するが、動作点(電位の変化する範囲)を空乏化電圧以上になるよう設計することにより、電極領域4の容量は線形性を有するため、高感度でかつ線形性の良好な光電変換特性を得ることができる。
【0067】
また、空乏化電圧を境に電圧が低くなると容量値は、C0から、領域2の面積で決定される容量値まで指数関数的に増加する。
【0068】
具体例を挙げて説明するに、領域1の厚さが約600μm、不純物濃度が1×1016cm−3、領域2の接合深さが0.5μm、不純物濃度が1×1017cm−3、領域3の接合深さが0.2μm、不純物濃度が1×1018cm−3、領域4の接合深さが0.2μm、不純物濃度が1×1019cm−3、領域2の上面の面積が80μm×80μm、領域4の上面の面積が1.2μm×1.2μmの受光素子の場合のホトダイオードの容量に比べて領域4が空乏化しない場合のホトダイオードの容量比は約4400倍となる。
【0069】
もし図1(C)のようなポテンシャルプロファイルがない場合、電極領域4の近傍で発生した電子は、そこに到達しやすいが、受光面の端で発生した電子が、約40μm離れた電極領域に到達する確率は極めて低く、結果として、感度が大きく損なわれる。
【0070】
これに対し、本実施形態の構造では、少なくとも表面から約1μm以内に発生した電子は受光面内のどこであっても殆ど収集することができる。特に、青色光のその殆どがシリコン表面1μm以内で吸収されるので、可視光センサで問題となる青色の感度は向上する。
【0071】
また、高エネルギーイオン注入などの技術を用い、基板内部に不純物濃度のピーク値をもつようなレトログレードウエル構造などを用いたり、その逆に基板1の濃度を下げ、空乏層を広げることでより、深いところで発生した電子を収集することもできる。
【0072】
さらに、基板表面の高濃度の不純物層を形成し、その上に低不純物濃度のエピタキシャル層を設け、本発明を適用することにより、長波長感度の高い受光部構造を得ることも可能である。
【0073】
図4は本発明に用いられる読み出し及びリセット回路の一例を示す。図4において、D1は本発明による受光素子からなるホトダイオード、M1はMOSトランジスタ等からなるリセットスイッチ、M2はMOSトランジスタ等からなる増幅素子、M3はMOSトランジスタ等からなる負荷であり、選択用スイッチとして用いることもできる。また、VRはリセット用の基準電圧を与えるリセットライン又はリセット端子、VDDは、電源電圧を与える電源電圧ライン又は電源電圧端子、φR はリセットスイッチM1をオン/オフする為のリセット制御線、VOUT は出力端子である。
【0074】
図4の読み出し及びリセット回路の動作について説明する。リセット制御線φRに、リセットスイッチM1をオンにしてカソード(図1(A)の領域4)に空乏化電圧以上のリセット用基準電圧を与えて、増幅素子M2のフローティングゲートをリセットした後、リセットスイッチM1をオフすると、光キャリアの蓄積が開始され、増幅素子M2の入力端子の電位が変化する。所定の蓄積時間が経過した後、選択ラインφS にオンパルスを入力して選択スイッチM3をオンすれば、トランジスタM2,M3を有するソースホロア回路を通して光キャリアに応じた電流が流れ、出力信号が得られる。
【0075】
(実施形態2)
図5(A)は本実施形態による受光素子の上面図、図5(B)は図5(A)の線分B−B′による断面図である。
【0076】
図5において、符号11は第1導電型(ここではn型)の第1半導体領域、12は第2導電型(ここではp型)の第2半導体領域、13は第1導電型の第3半導体領域、14は第2導電型で不純物濃度の高い電極領域である。
【0077】
本実施形態においては、受光素子を分離する為にLOCOS等と呼ばれる選択酸化法等により形成される素子分離領域(アイソレーション領域)5が形成されている。
【0078】
つぎに、本実施形態による受光素子の製造方法について説明する。不図示の窒化シリコン膜SiNを耐酸化マスクとして形成し、そこから露出した部分に厚い酸化膜を形成する選択酸化法により酸化シリコンSiO2からなる素子分離領域5を形成する(図6(A))。このような方法はLOCOSとして知られている。
【0079】
次に、不図示のフォトレジストマスクを形成し、イオン注入を行い、熱処理することにより、p型の第2半導体領域12をn型の半導体基板からなる第1半導体領域11内に形成する。欠陥が多く存在する素子分離領域5のエッヂ104から、第2半導体領域12のエッヂ103が離れるようにすることで、pn接合により形成される空乏層がエッヂ104に到達しないようにしている。こうすると、欠陥に因る暗電流の発生を抑えることができる(図6(B))。
【0080】
次に、不図示のフォトレジストマスクを形成してイオン注入を行い、フォトレジストマスクを除去して熱処理することにより、n型の第3半導体領域13を基板の表面に形成する(図6(C))。
【0081】
そして、不図示のフォトレジストマスクを形成して、イオン注入を行い、フォトレジストマスク除去後の熱処理により、p型の電極領域14を形成すると、図5(B)に示した構造が得られる。
【0082】
その後は、必要に応じて表面を覆う絶縁膜を形成し、コンタクトホールを開けて、同じ半導体基板の別の場所に形成された読み出し及びリセット回路と配線を通じて電極領域14を接続すればよい。
【0083】
本実施形態は、ホトダイオードのアノードから信号を出力する構成である為、それに用いられる読み出し及びリセット回路の構成も、電位の高低関係や導電型が逆になる。
【0084】
図7は本発明に用いられる別の読み出し及びリセット回路の回路図である。図7において、D1が本発明の受光素子からなるホトダイオードであり、M2,M3はそれぞれ増幅素子及び選択素子であり、ホトダイオードD1で発生した光電荷を電荷電圧変換して読み出すためのアンプであるソースフォロアを構成している。画素の選択は、ソースフォロアの低電流源でもあるスイッチM3をON/OFFすることで行った。選択スイッチM3で画素の光電荷情報を読み出したのち、リセットスイッチM1により、ホトダイオードD1をリセットした。リセット電圧(φR−Vth)は、空乏化電圧以上の逆方向電圧がホトダイオードのアノードに印加されるように、リセット電圧を設定した。ここで、VthはリセットスイッチM1のしきい値である。ソースフォロア構成の増幅素子M2及び選択素子M3の出力は、選択素子のオン時間をずらせて、各光電荷情報をバッファB1、直流成分をカットする結合コンデンサC、バッファB2とを介して、出力する。
【0085】
例えば、空乏化電圧が、ホトダイオードD1の逆方向バイアス電圧で、1.0voltであったため、リセット電圧は、逆方向バイアス電圧で3volt印加される様に設定した。即ち、端子VDDに印加される電源電圧を5voltで利用した場合、リセット端子VRに印加される電圧を2.0voltに設定し読み出し動作を行った。
【0086】
本実施形態において、受光面のサイズを40μm×40μmとし、電極領域14の上面のサイズを、6μm×6μmとした場合、ホトダイオードの容量は3.8fFと、従来に比べかなり低くなり、高い光電変換感度を得ることができた。
【0087】
また、本実施形態においては、受光面前領域での映像情報を得られ、高精細な映像を得ることができる。
【0088】
特に本実施形態は、光の収集効率が悪くなるような受光面が大きい受光素子の場合に有効である。受光面のサイズが20μm角以上になると、収集効率が悪化しはじめることから、特にこのサイズより大きな受光面をもつ受光素子に有効である。
【0089】
(実施形態3)
図8(A)は本発明による実施形態3による受光素子の上面を、図8(B)は図8(A)の線分C−C′による断面を示している。
【0090】
図5(A),(B)に示した形態と異なる点は、第2半導体領域が互いに不純物濃度の異なる2つの領域からなる点である。図8において、電極領域14に接する内部領域22は、外部領域12よりも不純物濃度が高く、且つ電極領域14より不純物濃度が低い。内部領域22の接合深さは外部領域12より浅くても或いは深くてもよい。
【0091】
図9は、図8(A)の線分C−C′に沿った方向におけるポテンシャルプロファイルを示している。互いに不純物濃度の異なる内部領域22と外部領域12より、図1(C)よりも急なポテンシャル勾配が形成される。こうして、受光面端部において発生した電荷を、電極領域14に集めやすくなり、光信号読み出し時間を短くすることができる。
【0092】
つぎに、本実施形態による受光素子の製造方法について、図10を参照しつつ説明する。n型の半導体基板11に、不図示の窒化シリコン膜を耐酸化マスクとして形成し、そこから露出した部分に厚い酸化膜を形成する選択酸化法により酸化シリコンからなる素子分離領域5を形成する(図10(A))。
【0093】
不図示のフォトレジストマスクを形成し、イオン注入を行い、熱処理することにより、p型の第2半導体領域12をn型の半導体基板からなる第1半導体領域11内に形成する。欠陥が多く存在する素子分離領域5のエッヂ104から、第2半導体領域12のエッヂ103が離れるようにすることで、pn接合により形成される空乏層がエッヂ104に到達しないようにしている。
【0094】
こうすると、欠陥に因る暗電流の発生を抑えることができる。そして、不図示のフォトレジストマスクを形成し、イオン注入と熱処理により不純物濃度の高い内部領域22を形成する(図10(B))。
【0095】
つぎに、イオン注入と熱処理により、n+型の第3半導体領域13を形成する(図10(C))。
【0096】
そして、イオン注入と熱処理により、p+型の電極領域14を形成すると、図8(B)の構造が得られる。
【0097】
その後は、必要に応じて表面を覆う透明な絶縁膜を形成し、絶縁膜に開孔を形成し、同じ半導体基板の別の場所に形成された読み出し及びリセット回路と、配線を通じて、電極領域14を接続すればよい。
【0098】
本実施形態による読み出し回路やリセット回路としては、前述したとおり図7に示したものと同じ回路を採用し得る。
【0099】
(実施形態4)
図11(A)は本実施形態による受光素子の上面を、図11(B)は図11(A)の線分D−D′による断面を示している。
【0100】
図5(A),(B)に示した形態と異なる点は、p型の半導体基板6の表面にエピタキシャル成長により形成したn型のエピタキシャル層21を第1半導体領域とした点である。このn型のエピタキシャル層21を形成した後、イオン注入等でp型の第2半導体領域12を形成し、更に、イオン注入と熱処理により、n+型の第3半導体領域13を形成し、そして、イオン注入と熱処理により、p+型の電極領域14を形成する。
【0101】
本実施形態においては、n型のエピタキシャル層21を形成する代わりに、p型の半導体基板内にイオン注入と熱処理により形成したn型のウエルを用いることもできる。
【0102】
本実施形態によれば、p型の基板の深い位置で発生した電荷がp型の第2半導体領域12に達することを防止できる。
【0103】
具体的には、ウエルの厚さを例えば4μm程度にすると、受光素子の表面から約4μm離れた深さの位置で発生するホールの殆どが、p型の基板に流れる為、暗電流の発生を抑制できる。
【0104】
図5(A),(B)のような構造の場合には、リセット回路や読み出し回路を駆動する際に発生するノイズが、第2の半導体領域に入り込み易い。一方、本実施形態のように、個々に或いは全画素に共通に形成されたウエル内に、第2の半導体領域を形成することにより、上記ノイズの入り込みを抑制できる。
【0105】
(実施形態5)
図12は本実施形態5による受光素子の上面を示しており、図13は図12の線分E−E′による断面を、図14は図12の線分F−F′による断面を、それぞれ示している。
【0106】
図12において、開口部OP中に受光素子となるホトダイオードを構成するp型の第2の半導体領域32が形成され、この領域32中にはp型の内部領域22が形成されている。また、内部領域22中にはp+ の電極領域34が形成されており、この電極領域34は、リセット用スイッチとなるMOSトランジスタM1のドレイン部、及び増幅素子となるソースホロアMOSトランジスタM2のゲート部に第1の金属層で形成される配線15により電気的に接続されている。また、受光素子の開口部OPは第2の金属層で形成される遮光層17により規定され、かつこの遮光層17は電源に接続され、所定の基準電位に固定されている。
【0107】
ここで、p+ 型の電極領域34は開口部の中心よりもリセット用のMOSトランジスタM1のドレイン部、及びソースホロアMOSトランジスタM2が配置されている方向へ寄せて配置されており、かつ、電極領域34と反対側には第1半導体領域としてのn型ウエル領域31の電位を定めるための電源線16が設けられている。尚、同図において開口部OPの大きさは40μm×60μmとしている。
【0108】
図13、図14を見れば、p型半導体基板6に設けられたn型ウエル領域31の開口部OP中に第2半導体領域32が形成され、さらに第2半導体領域32中に内部領域22が形成され、さらに内部領域22中に電極領域34が島状に設けられている様子がわかる。
【0109】
また、第2半導体領域32、内部領域22の主表面には、第3半導体領域としてn型表面領域33が設けられ、n型ウエル領域31と開口部OPの端で電気的に接続されている。
【0110】
従って、p型半導体からなる第2半導体領域32及び内部領域22とn型半導体からなる第1及び第3半導体領域31,33とのpn接合によってホトダイオードが形成されており、ホトダイオードで光電変換された光キャリアはp+ 型半導体からなる電極領域34に収集され、第1の金属層で形成される配線15の電位を変化せしめる。
【0111】
さらに、電極領域34、第2の金属層で形成される遮光層17の上部には保護膜18が設けられている。
【0112】
ここで、図12に示すように、p+ 型領域34は開口部OPの中心よりもリセット用MOSトランジスタM1、及びソースホロアMOSトランジスタM2が配置されている側、すなわち図14中の右側に配置されており、一方、n型ウエル領域31に電圧を供給するための電源線16のコンタクトはp+ 型領域(1511)の反対側のみに配置されている。
【0113】
尚、ここで、n型ウエル領域31はp型基板6中に形成され、かつ画素ごとに素子分離領域として働くp型ウエル領域7で周囲を囲まれており、画素ごとにpn接合によって電気的に分離された構造となっている。
【0114】
図13、図14において、おのおのの領域のおおよその表面濃度及び接合深さの代表的値を以下に示す。
【0115】
p型基板6 :約1×1015(cm−3)
第1半導体領域31:約1×1017(cm−3)/約4.0μm
第2半導体領域32:約2×1017(cm−3)/約0.35μm
内部領域22 :約3×1017(cm−3)/約0.30μm
第3半導体領域33:約3×1018(cm−3)/約0.20μm
電極領域34 :約3×1019(cm−3)
また、本実施例における領域32、領域22のおのおのの空乏化電圧は、
領域32:約−1.0V
領域22:約−1.5V
となっている。
【0116】
従って、領域32、領域22の空乏化電圧が電極領域34に向かって高くなっているため、光キャリアのポテンシャルの勾配が形成され、より効率よく光キャリアを電極領域34部分に収集することが可能となる。
【0117】
また、本実施形態においては、領域32及び領域22の角部がすべて鈍角から成るように露光用のフォトマスク(レチクル)を形成しているため、コーナー部の電界不均一によるポテンシャルの溝が形成されにくく、残像特性が向上する。さらに、領域31はp型基板6中に形成され、かつ画素ごとにp型ウエル領域7で周囲を囲まれた構造となっているため、隣接画素へ光キャリアが混入することにより発生するクロストークを、ほぼ完全に抑制することができ、高品質な解像パターンを得ることができる。
【0118】
また、ある画素に飽和以上の光キャリアが蓄積されても、あふれた光キャリアは、周囲のp型ウエル領域7や基板6に吸収されるため、他の画素へ影響を与えることなく、にじみの少ない、高品質な画像を得ることができる。
【0119】
尚、本実施形態においては、ホトダイオードを形成する領域として、領域32、及び領域22を図示しているが、例えば、内部領域22の内側に電極領域34を含むような第2のp型内部領域を設け、この第2の内部領域における空乏化電圧を内部領域22の空乏化電圧よりも高くなるような不純物濃度、及び接合深さに設定することにより、さらに低残像特性を有する受光素子を形成することも可能である。
【0120】
(実施形態6)
図15は本実施形態6による受光素子の上面を示しており、図16は図15の線分G−G′による断面を、図17は図15の線分H−H′による断面を、それぞれ示している。
【0121】
本実施形態が図12〜図14に示した形態と異なる点は、p型半導体からなる内部領域22の平面形状を、幅が徐々に変化する部分をもつように、変更した点にある。
【0122】
また、その幅が図中下方に向かって狭くなる部分22Aは、図中上方から受光面(開口部)の中心を越えて下方に延在している。
【0123】
なお、図17に示す符号8は高不純物濃度のコンタクト領域であり、電源線16のカソードコンタクトになっている。
【0124】
図15〜図17において、開口部OP中に受光素子となるホトダイオードの第2半導体領域が形成され、この領域32中には内部領域22が形成されている。また、内部領域22中には電極領域34が形成されており、この領域34は、リセット用MOSトランジスタM1のドレイン部、及びソースホロアMOSトランジスタM3のゲート部に第1の金属層で形成される配線15により電気的に接続されている。また、受光素子の開口部OPは第2の金属層で形成される遮光層17により規定され、かつこの遮光層17は電源に接続され、所望の電位に固定されている。
【0125】
ここで、電極領域34は開口部の中心よりもリセット用MOSトランジスタM1のドレイン部、及びソースホロアMOSトランジスタM2が配置されている方向へ偏って配置されており、かつ、電極領域34と反対の開口部側には、第1半導体領域としてのn型ウエル領域31に逆バイアス電電を供給するための電源線16が設けられている。尚、同図において開口部OPの大きさは40μm×60μmとしている。
【0126】
また、領域32及び領域22の主表面には、第3半導体領域としてのn型表面領域33が設けられ、n型ウエル領域31と電気的に接続されている。
【0127】
従って、p型の領域32及び領域22とn型の領域31及び領域33とのpn接合によってホトダイオードが形成されており、ホトダイオードで光電変換された光キャリアは領域34に収集され配線15の電位を変化せしめる。
【0128】
さらに、第2の金属層で形成される遮光層17の上部には保護膜17が設けられている。
【0129】
ここで、電極領域34は開口部の中心よりもリセット用MOSトランジスタM1及びソースホロアMOSトランジスタM2が配置されている側、すなわち図17中の右側に配置されており、一方、n型ウエル領域31の電位を供給するための電源線16のコンタクトは電極領域34と反対側(図17の左側)のみに配置されている。
【0130】
尚、ここで、n型ウエル領域31はp型基板6中に形成され、かつ画素ごとにp型ウエル領域7で周囲を囲まれており、画素ごとに電気的に分離された構造となっている。
【0131】
さらに、内部領域22は電極領域34に向かって、その幅がW1からW2(W2>W1)と徐々に広がる形状を有しており、また、領域32及び領域22の上面の角部は、すべて90度より大きい鈍角から成る形状を有している。
【0132】
図16、図17において、おのおのの領域のおおよその表面濃度/接合深さの代表値を、以下に示す。
【0133】
p型基板6:約1×1015(cm−3)
領域31 :約1×1017(cm−3)/約4.0μm
領域32 :約2×1017(cm−3)/約0.35μm
領域22 :約3×1017(cm−3)/約0.30μm
領域33 :約3×1018(cm−3)/約0.20μm
領域34 :約3×1019(cm−3)
また、本実施例における領域32、領域22のおのおのの空乏化電圧は、
領域32:約−1.0V
領域22:約−1.5V
となっている。
【0134】
従って、領域32、領域22の空乏化電圧が電極領域34に向かって大きくなっているため、光キャリアのポテンシャルの勾配が形成され、より効率よく光キャリアを領域54に収集することが可能となる。
【0135】
さらに、第1半導体領域であるn型ウエル領域31の電位を固定するための電圧を供給する電源線16は領域34の反対側に設けられているため、光生成電子による光電流が、n型ウエル領域31内をコンタクト領域8に向かって流れることにより、コンタクト領域8から領域34に向かってポテンシャル勾配が生成され、光生成ホールをより効率よくp+ 型領域511部分に収集することができ、残像特性が向上する。
【0136】
加えて、本実施形態においては、領域22を領域34に向かってその幅が広がる部分を有しているため、ポテンシャル勾配によって領域22の先端部に到達した光生成ホールが領域34に向かって流れる場合、光生成ホールによる光電流に対して領域22のシート抵抗が徐々に小さくなることにより、高速に光生成ホールを領域34に収集することが可能となるため、高速動作時における残像特性が向上する。
【0137】
また、領域22の先端を開口OPの中心を越えて配置している為、コンタクト領域8側でのホールの収集効率が向上する。
【0138】
また、領域32及び領域22のコーナーがすべて鈍角から成る形状になっているため、コーナー部の電界不均一によるポテンシャルの溝が形成されにくく、残像特性はさらに向上する。このような形状は、フォトレジストの露光時に用いるフォトマスクのパターンにより容易に作れる。
【0139】
さらに、領域31はp型基板6中に形成され、かつ画素ごとにp型ウエル領域7で周囲を囲まれた構造となっているため、隣接画素へ光キャリアが混入することにより発生するクロストークをほぼ完全に抑制することができ、高品質な解像パターンを得ることができる。
【0140】
また、ある画素に飽和以上の高キャリアが蓄積されても、あふれた光キャリアは周囲の領域7や基板6に吸収されるため、他の画素へ影響を与えることなく、にじみの少ない、高品質な画素を得ることができる。
【0141】
尚、本実施例においては、ホトダイオードを形成する領域として、領域32及び領域22を図示しているが、例えば、内部領域22の内側に更に領域34を含むような第2の内部領域22を設け、この第2の内部領域における空乏化電圧を内部領域22の空乏化電圧よりも高くなるような不純物濃度、及び接合深さに設定することにより、さらに低残像特性を有する受光素子を形成することも可能である。
【0142】
(実施形態7)
図18は本実施形態による受光素子の上面を、図19は図18の線分I−I′による断面を示している。
【0143】
本実施形態7の受光素子の特徴は、電極領域34と半導体領域33との間のオフセット領域に低不純物濃度のドープ領域43を形成した点にある。
【0144】
図18、図19において、開口部OP中に受光素子となるホトダイオードの第2半導体領域32としてのp型領域が形成され、このホトダイオードのp型領域32中に形成された電極領域34としてのp+ 型領域は、リセット用MOSトランジスタM1のドレイン部、及びソースホロアMOSトランジスタM2のゲート部に第1の金属層で形成される配線15により、電気的に接続されている。また、受光素子の開口部OPは第2の金属層で形成される遮光層17により規定され、かつこの遮光層17は電源に接続され、所望の電位に固定されている。ここで、開口部OPの大きさは40μm×40μmとしている。
【0145】
p型半導体基板6に設けられたn型ウエル領域31の開口部OP中にp型領域32が形成され、さらにp型領域32中にはp+ 型領域34が島状に設けられている。
【0146】
また、p型領域34の主表面には、第3半導体領域としてのn型表面領域33が設けられ、n型ウエル領域31と電気的に接続されている。
【0147】
ここで、n型表面領域33は直接p+ 型領域34と接しないように約2μmのオフセット(間隔)を設けて配置され、さらに、このオフセット領域を含む受光素子全面に第2のn型表面領域43が形成されている。
【0148】
従って、p型領域32とn型の領域31,33,43とのpn接合によってホトダイオードが形成されており、ホトダイオードで光電変換された光キャリアはp+ 型の電極領域34に収集され、第1の金属層で形成される配線15の電位を変化せしめる。
【0149】
さらに、半導体表面と第1の金属層との間、及び第1の金属層と第2の金属層との間には層間絶縁膜9が配され、第2の金属層で形成される遮光層17の上部には保護膜18が設けられている。
【0150】
図19において、おのおのの領域のおおよその表面濃度/接合深さを以下に示す。
【0151】
p型基板6 :約1×1015(cm−3)
n型ウエル領域31 :約1×1017(cm−3)/約4.0μm
p型領域32 :約2×1017(cm−3)/約0.35μm
第1のn型表面領域33:約3×1018(cm−3)/約0.20μm
第2のn型表面領域43:約3×1017(cm−3)/約0.1μm
p+ 型領域34 :約3×1019(cm−3)
従って、仮に第2のn型表面領域43がない場合には、オフセット領域の表面近傍は不純物濃度が1017cm−3以下のp型領域となる。又、半導体表面近傍のボロン濃度は製造プロセスにより変動しやすいため、このオフセット領域で発生するキャリアが暗電流、及び暗電流ばらつきの原因となる。
【0152】
一方、このオフセット領域を形成しないようにp+ 型領域34と第1のn型表面領域33とを接触させると、p+ 型領域34と第1のn型表面領域33の間の逆バイアスによりブレークダウンを引き起こし易くなる。
【0153】
これに対して、この第2のn型表面領域43の表面濃度を、1017〜1018cm−3程度に設定することにより、p+ 型領域34と第1のn型表面領域33の間に逆バイアスを印加してもブレークダウン等の不具合は起こらない。
【0154】
また、オフセット領域を小さくしすぎると、フォトリソグラフィーにおけるアライメントずれ等により、p+ 型領域511と第1n型表面領域520とが接触する確率が高くなり、歩留まりが低下する。
【0155】
従って、低ドープ領域43としてのn型半導体により、オフセット領域の表面近傍の濃度は1017cm−3程度のn型領域となるため、オフセット領域でのキャリア発生を抑制することが可能となる。例えばイオン注入法により、この第2のn型表面領域43を受光部全面に形成しても、第1のn型表面領域33、及びp+型領域34に対して不純物濃度が十分に小さいため、これらの領域にはほとんど影響を与えない。このようにフォトリソグラフィーにおけるアライメントずれ等の問題がないので、選択的にオフセット領域の表面濃度を制御し、暗電流の低減を図ることができる。
【0156】
本発明者の知見によれば、暗電流を測定した結果、第2のn型表面領域43がある場合には、ない場合に比べて、暗電流が1/3に低減される。
【0157】
ここで、本実施形態における半導体領域32の空乏化電圧は、約−2Vであった。従って、例えば、電源電圧5V動作においてn型ウエル領域31を電源電圧に接続した場合には、p+ 型領域34及び配線15の電位が3V以下であれば、p型領域32は空乏化して、中性領域がなくなる。
【0158】
上記の空乏化電圧は、主として、n型ウエル領域31、p型領域32、第1のn型表面領域33の、おのおのの不純物濃度、及び接合深さに対して敏感に変化する。よって空乏化電圧の製造上のバラツキは、例えば、±3σで、±1.0V程度と、比較的大きくなるが、空乏化電圧、及び動作点を適当な領域に設定することにより、空乏化電圧がばらついても高歩留まりを維持することができる。
【0159】
尚、本実施形態においては、オフセット領域表面でのキャリア発生を抑制するために、n型の表面領域43を設けたが、n型に限らず、p型の第2表面領域を設けても暗電流抑制が実現できる。この場合、p型の中性領域は増加するが、設計的に受光部容量に余裕がある場合はこのようにp型でも良い。いずれの場合においても、暗電流低減とブレークダウン防止という観点から、オフセット領域における不純物濃度は、1016〜1018cm−3程度、より好ましくは、5×1016〜5×1017cm−3である。
【0160】
n型ウエル影響31は、p型基板6中に形成され、かつ画素ごとにp型ウエル領域7で周囲を囲まれた構造となっている。
【0161】
次に、図20(A)〜20(D)を参照して本実施形態による受光素子の製造方法について述べる。
【0162】
p型半導体基板6の表面側にn型のウエル領域31とp型の領域7とを形成する。
【0163】
選択酸化によりフィールド絶縁膜5を形成する。フィールド絶縁膜5で囲まれた領域の内部にホトダイオードとなるP型の半導体領域32を形成した後、その表面にn型の半導体領域33を形成する。
【0164】
基板表面にイオン注入を行いn型の半導体層43を形成する。そして、p型の電極領域34を形成する。
【0165】
電極領域34と半導体領域33との間の間隔(オフセット領域の幅)は0.4μm〜1.5μm、より好ましくは0.5μm〜1.0μmであり、オフセット領域における不純物濃度は、半導体領域33や電極領域34より1桁以上低い濃度とし、更に半導体領域32より高い濃度にする。
【0166】
次に再び本発明に用いられる読み出し及びリセット回路の別の形態について、図21、図22を参照して説明する。
【0167】
図21は、上記本実施形態による回路の回路図である。
【0168】
図21において、D1は本発明の各実施形態による受光素子としてのホトダイオードであり、M2は増幅素子のPMOSトランジスタであり、選択用スイッチM3を介して定電流源と対で、ソースフォロアを形成する。M1はリセット用スイッチであり、M3は選択用スイッチである。M4はホトダイオードの信号をソースフォロアの入力端子に光電荷を転送するための転送用スイッチである。
【0169】
ソースフォロアから読み出された、光信号とリセット信号を各々メモリ部MEに転送し、読み出し走査回路RE等を介し、バッファB1、結合コンデンサC、バッファB2を通って、外部に出力される。
【0170】
本実施形態によれば、特に電極の面積を1μm角に抑えた結果、接合容量を0.1fFに押さえることができる。この結果、リセットノイズを電子4個程度に抑制することができ、ダイナミックレンジが10ビットであっても残像のない固体撮像装置を高い歩留まりで提供することができた。
【0171】
次に、本発明に用いられる別の読み出し及びリセット回路について述べる。この回路は、特開平9−205588号公報に開示されている。
【0172】
図22は同公報に説明されている上記回路の1画素分の等価回路図である。
【0173】
図22において、ここでは一画素あたり、受光素子D1、受光素子D1をリセットするためのリセット用MOSスイッチM1、受光素子D1の信号電荷を電圧信号に変換するための第1MOSソースホロアM2、受光素子D1のリセット時のノイズ信号を蓄積期間中保持するためのMOSスイッチM3、及び保持容量605、保持容量605の信号をインピーダンス変換するための第2MOSソースホロアM4、リセット直後のノイズ信号電荷を読み出すためのMOSスイッチ607、及びノイズ信号保持容量609、光信号蓄積後の光信号電荷を読み出すためのMOSスイッチ608、及び光信号保持容量610を有する。
【0174】
また、この回路には、上記ノイズ信号保持容量609のノイズ信号、及び上記光信号保持容量610の光信号を、それぞれノイズ信号共通出力線690、及び光信号共通出力線691に順次読み出すためのシフトレジスタ613と、ノイズ信号共通出力線690、及び光信号共通出力線691の電圧をインピーダンス変換するためのバッファアンプ614,614′と、上記ノイズ信号共通出力線690、及び光信号共通出力線691の電圧の差分信号を得、かつ信号を増幅するための差動増幅アンプ615と、上記差動増幅アンプ615の出力をインピーダンス変換し、光電変換装置の外部に信号を出力する出力バッファアンプ692とが設けられている。そして1画素読み出しごとにノイズ信号共通出力線690、及び光信号共通出力線691をリセットするための共通出力線リセット手段693も設けられている。
【0175】
図22に示した光電変換装置の光出力電圧VPは、以下の[数1]の式のようになる。
【0176】
【数1】
Vp=[QP/Cpd]・Gsf1・Gsf2・[CT/(CT+CH)]・Gamp
ここで、
QP :光信号電荷
CPD :受光部容量
Gsf1 :第1ソースホロアM2のゲイン
Gsf2 :第2ソースホロアM4のゲイン
CT :ノイズ信号、及び光信号蓄積容量の容量値
CH :ノイズ信号及び光信号共通出力線容量の容量値
Gamp :差動増幅アンプ615のゲイン
である。
【0177】
図22において、
V1PD:受光素子のリセット直後の受光素子部の電位、
V2PD:光電荷蓄積後の受光素子部の電位、
とすると、上記式は、[数2]の式のように表すことができる。
【0178】
【数2】
V2PD−V1PD=ΔVPD=[QP/Cpd]=[Vp/[Gsf1・Gsf2・[CT/(CT+CH)]・Gamp]]
ここで、ΔVPDは光電荷による受光素子部の電位変化である。
【0179】
従って、上記式において、V1PD及びV2PDを受光素子部における空乏化領域内に設定することにより、高感度な光電変換装置を実現することができる。
【0180】
本実施例においては、上記各式において、
Gsf1 =Gsf2 =0.9
CT /(CT +CH )=0.5
Gamp =20
電源電圧(VDD):5V
受光素子の空乏化電圧:−2V
光出力(Vp)の飽和出力:2V
受光素子のリセット電圧(VR ):1V
と設定した。
【0181】
従って、上記各式により、
(a)リセット直後の受光素子部の電位(V1PD):約0.70V
(b)飽和出力時の受光素子部の電位(V2PD):約0.95V
となる。
【0182】
上記の電源電圧、空乏化電圧の値より、受光素子部の電位が、3V以下であれば、受光素子部は空乏化状態となることがわかる。
【0183】
上記各式からの(a),(b)よりリセット直後の受光素子部の電位(V1PD)、及び飽和出力時の受光素子部の電位(V2PD)は共に3V以下であるため、受光部容量が小さい範囲で使用でき、高感度になる。
【0184】
尚、受光部容量を測定した結果、受光素子の電極領域の接合容量、ソースホロアMOSのゲート容量、リセットMOSのドレイン部の接合容量、その他、配線容量等の寄生容量等、すべての合計で、約25fFであった。
【0185】
また本実施形態において、空乏化電圧のバラツキが−2V±2V程度ある場合、受光素子部の空乏化領域は1V〜5Vとなるが、本実施例における動作点は空乏化領域の最小値である1Vよりも小さいため、空乏化電圧が±2V程度ばらついても高歩留まりが維持できる。
【0186】
尚、上記で、リセット直後の受光素子部の電位が、リセット電圧(Vres)より小さくなっているのは、リセットスイッチにNMOSトランジスタを用いているため、リセットスイッチをオフする時に受光素子部の電位がマイナス側に振られることによるものである。
【0187】
また、本実施形態は、本発明者らが特開平9−205588号公報に提案している光電変換装置に適用した例を示したが、本発明は本実施形態に限定されるものでなく、例えば、他の光電変換装置や固体撮像装置に適用できることは言うまでもない。
【0188】
尚、図示していないが、本実施形態は、上記の構成の画素をラインセンサーとして、344個設けた1次光電変換装置を構成している。
【0189】
本実施形態の光電変換装置を用いて、密着型イメージセンサを構成し、例えば、FAXやイメージスキャナ等の画像入力システムの画像読み取り装置として用いることにより、高速動作時においても残像特性が良好であるため、高品質な画像読み取りが実現でき、かつ高歩留まりであるため低コストな画像読み取り装置を提供することが可能となる。
【0190】
(実施形態8)
以下、本発明の実施形態8について、図23(A),23(B)を用いて説明する。
【0191】
図23(A)は、本実施形態の受光素子部の上面を、また、図23(B)は、図23(A)の線分J−J′における断面を示す。
【0192】
図23(A),図23(B)において、51は半導体基板である第1半導体領域、52は第2半導体領域である。それぞれの導電型はここではn型、p型である。また、第2半導体領域52は遮光層17で画成された開口部OPの内部に形成されている。
【0193】
また、第1半導体領域51と第2半導体領域52とによるpn接合により空乏層DLが形成されている。第1半導体領域51と第2半導体領域52との間には、逆バイアスが印加されており、不純物濃度の低い領域51側に多く空乏層DLが延びている。絶縁膜9のコンタクトホールCHを介して第2半導体領域52に電極15が接続されている。
【0194】
当該受光素子に光が照射されると、空乏層DL内及びその周辺で電荷が発生する。その電荷は、第2半導体領域52に収集される。一方、半導体基板主表面と絶縁膜9との界面には、結晶欠陥が多く存在する。この結晶欠陥が電子−正孔対の発生準位となり、暗電流発生の原因となる。特に、空乏層DL付近の結晶欠陥による影響が大きい。
【0195】
また、電極15を形成する際、形成位置を、空乏層DLが電極15によって覆われていない位置まで延びているとエッチング等によるダメージにより、結晶欠陥の量は増加し、暗電流が増加する。
【0196】
そこで、本実施形態の受光素子の構造は、空乏層DLと絶縁膜9とが接している部分59を、絶縁膜9を介して電極15で覆うことにより、電極形成時のエッチングダメージが空乏層DLに及ばないため、暗電流を低減することができる。
【0197】
また、フォトリソグラフィーにおけるアライメントずれを加味して、必ず空乏層DLと絶縁膜15とが接している部分59上に電極15が形成されるようにする。これによって、空乏層DL付近に発生する結晶欠陥の量がプロセスばらつきによって変動することを抑える。従って、プロセスばらつきによる暗電流のばらつきが低減する。
【0198】
本実施形態においては、電極15には例えば、Al,Al合金,Ti,Ti合金,W,W合金,Co,Co合金,Ta,Ta合金,Mo,Mo合金,Cu,Cu合金,WN,TiN,TaN,Cr,Cr合金等の金属、合金及び化合物が用いられる。又はそれらは複数の種類の積層体であってもよい。又は、例えばドープドポリシリコン等のようにシリコンを主体とする導電材料として用いることができる。
【0199】
(実施形態9)
図24(A)は、受光素子の上面を、また、図24(B)は、図24(A)のK−K′における断面を示している。
【0200】
図24において、66はn型半導体基板、67はn型半導体基板66にイオン注入して形成した埋込n+ 型領域、61はn+ 型領域67上に形成した第1半導体領域であるn− 型エピタキシャル層、68はn− 型エピタキシャル層61にイオン注入法により形成し埋込n+ 型領域に接するn+ 型領域である。
【0201】
また、62は第2半導体領域であり且つ電極領域であって、具体的にはp型の高濃度不純物領域からなる。63はn型領域であり、半導体基板の主表面(エピタキシャル層の表面)での空乏層DLの広がりを抑えるために設けられている。Alを主成分とした金属等により形成された電極15は、基板の主表面上に形成された絶縁膜9のコンタクトホールCHを介して、電極領域62と電気的に接続されている。さらに、17は遮光層、OPは開口部、5は素子分離用のLOCOS絶縁膜、9は遮光層17と電極15とを絶縁する層間絶縁膜である。
【0202】
なお、本実施形態では、n型基板66と、n+ 型領域67と、n− 型エピタキシャル層61と、n+ 型領域68と、n型領域63と、電極領域62とによって、形成される半導体部分を基板と称する。
【0203】
図24において、n− 型エピタキシャル層61をその下部と周囲にあるn+ 型領域67と68とで囲むような構造にしたことにより、ポテンシャルバリアを形成した。この結果、光によって発生したキャリアのうち正孔は、最終的に最もポテンシャルの低いp型の電極領域62に集められる。
【0204】
空乏層DLは、電極領域62の周囲に形成される。ここで、電極領域62の不純物濃度を約3×1019cm−3、n型領域63の不純物濃度を約2×1017cm−3とし、これらに3Vの逆バイアス電圧を印加した場合には、空乏層DLの層幅は約0.14μmとなる。空乏層DLの大部分が電極領域62とn− 型領域61とのpn接合面よりn− 型領域61側に広がった。基板表面では、n型領域63によって、空乏層DLの広がりが抑えられている。
【0205】
電極15は、空乏層DLが層間絶縁膜9に接している部分の上部を覆うように、電極領域62よりも、例えば0.4μm大きく配置した。これによって、電極62を形成した時のエッチングダメージやレジストのアッシングによるダメージによって発生した結晶欠陥は、空乏層DLには及ばず、暗電流が低減される。
【0206】
電極15が空乏層DLと絶縁膜9とが接している部分59を覆うように形成した場合と、そうでない場合で、暗電流を比較した結果、空乏層DLが絶縁膜9に接している部分の上部を完全に覆うように形成すると、暗電流は2/3に低減する。すなわち、電極15の大きさ及び形成位置によって、暗電流を低減することができる。
【0207】
なお、説明を簡略化するために、基板66及び領域67,68、エピタキシャル層61、領域63をn型とし、領域62をp型として説明したが、本実施形態は、この導電型に限定されるものではなく、おのおのが上記と反対の導電型でもよい。
【0208】
また、本実施形態においては、n− 型エピタキシャル層61をn+ 型領域67,68とによって囲むような構造として、ポテンシャルバリアを形成し、光キャリアの隣接画素への混入を防止している。光キャリアが隣接画素に混入しないため、クロストークの発生をほぼ完全に抑制することによって、高品質な解像パターンを得ることができる。
【0209】
(実施形態10)
図25(A)は、受光素子の上面を示し、また、図25(B)は、図25(A)の線分L−L′における断面を示している。
【0210】
図25において、76はn型基板である。77はn型基板76にイオン注入して形成した埋込n+ 型領域、71はn+ 型領域77上に形成した第1半導体領域であるn− 型エピタキシャル層、78はn− 型エピタキシャル層にイオン注入して形成したn+ 型領域であり、エピタキシャル層71の周囲を囲んでいる。
【0211】
また、72は第2半導体領域である。74は電極領域であり、具体的にはp型の高濃度不純物領域からなる。73はn型領域であり、基板の主表面での空乏層DLの広がりを抑えるために設けられている。15は電極であり、Alを主成分とした金属等で形成する。電極15は、基板の主表面上に形成された絶縁膜9のコンタクトホールCHを介して、電極領域74に電気的に接続されている。
【0212】
電極領域74を微細化した際、不純物濃度の高い電極領域に空乏層DLが広がるとその空乏層中の欠陥により、暗電流が増大してしまう。p− 型の半導体領域72はそれを抑制するために設けられている。また、OPは開口部、5は素子分離絶縁膜、上方の層間絶縁膜9は遮光層17と電極15とを絶縁する絶縁膜である。
【0213】
なお、本実施形態では、n型基板76と、n+ 型領域77と、n− 型エピタキシャル層71と、n+ 型領域78と、n型領域73と、電極領域74とによって、形成されるものを基板と称する。
【0214】
図25において、n− 型エピタキシャル層71を、n+ 型領域77と78とで囲むような構造にしたことにより、ポテンシャルバリアを形成しているので、光によって発生したキャリアのうち正孔は、最終的に最もポテンシャルの低いp型の電極領域74に集められた。
【0215】
空乏層DLは、p型領域72の周囲に形成される。ここで、p型領域72の不純物濃度を約3×1018cm−3、n型領域73の不純物濃度を約2×1017cm−3とし、これらに3Vの逆バイアス電圧を印加した場合には、空乏層DLの層幅は約0.15μmとなった。空乏層DLの大部分がp型領域72とn型領域71とのpn接合面よりn型領域71側に広がった。
【0216】
電極15は、空乏層DLと絶縁膜9とが接している部分69を覆うようにp型領域72よりも、例えば0.4μm大きく配置した。これによって、電極15を形成した時のエッチングダメージやレジストのアッシングによるダメージによって発生した基板表面の結晶欠陥は、空乏層DL内には及ばないので、暗電流を低減できる。
【0217】
なお、説明を簡略化するために、基板76及び領域77,78、エピタキシャル層71、領域73をn型とし、領域72,74をp型として説明したが、本実施例はこの導電型に限定されるものではなく、おのおのが上記と反対の導電型でもよい。
【0218】
(実施形態11)
図26(A)は、本発明による実施形態11の受光素子の上面を、図26(B)は、図26(A)の線分M−M′における断面図である。
【0219】
図26において、86はp型基板、81は第1半導体領域であるn型領域、82は第2半導体領域であるp型領域、83は第3半導体領域であるn+ 型領域である。
【0220】
また、84は電極領域であるp型の高濃度不純物領域、すなわちp+ 型領域からなり、基板の主表面でn+ 型領域83とオフセット領域OFを間に介して配置した。また、15は電極であり、Alを主成分とした金属等で形成される。電極15は、p型基板86の主表面上に形成された絶縁膜9のコンタクトホールCHを介して、p+ 型領域84と電気的に接続されている。DLは空乏層である。
【0221】
p型領域82を、n型領域81とn+ 型領域83とで挟む構造とした。これによって、空乏層DLは、p型領域82の下面側のp接合と上面側pn接合とに形成され、ポテンシャルの低い溝のような状態を半導体領域82中に形成する。
【0222】
この結果、光によって発生した電荷のうち正孔がp型領域82に集められ、最終的に最もポテンシャルの低いp+ 型領域84に集められる。また、主としてn型領域81の不純物濃度と、p型領域82、n+ 型領域83の不純物濃度及び接合深さと、それらのpn接合のバイアス電圧とを適宜設定することにより、n型領域81のほぼ全体を空乏化することもできる。その結果、p型領域82は、受光素子の容量にほとんど寄与しなくなり、受光素子の容量の低減を図ることができた。
【0223】
オフセット領域OFを形成しないで、電極領域84とn+ 型領域83とを接触させた場合に、電極領域84とn+ 型領域83との間に逆バイアスが印加されるとブレークダウンを引き起こし、大量のリーク電流がp+ 型領域84に流れ込むので好ましくない。
【0224】
また、オフセット領域OFを小さくしすぎると、フォトリソグラフィーにおけるアライメントずれ等により、p+ 型領域84とn+ 型領域83とが接触する確率が高くなる。これは、受光素子の歩留まりを低下させるため、本実施形態においては、p+ 型領域84と左右のn+ 型領域83との間にそれぞれ1μmのオフセット領域OFが設けられている。
【0225】
電極15は、空乏層DLと絶縁膜9とが接している部分89を覆うように形成した。そのため、電極15形成時のエッチングダメージやレジストのアッシングによるダメージによって発生した基板表面の結晶欠陥は、空乏層DL内には及ばず、暗電流が低減される。
【0226】
なお、本実施形態は、この導電型に限定されるものではなく、おのおのの導電型が上述したものと反対の導電型でもよい。
【0227】
また、本実施形態において、n型領域81は、p型基板86中に形成して、光キャリアの隣接画素への混入を防止している。従って、クロストークの発生がほぼ完全に抑制され、高品質な解像パターンが得られる。
【0228】
ある画素に、蓄積飽和値以上の光キャリアが発生しても、あふれた光キャリアはn型領域81の周囲にあるp型領域86に吸収されるため、他の画素へ影響を与えることなく、にじみの少ない、高品質な画像を得ることができる。
【0229】
図27(A)〜27(C)、図28(A)〜28(C)を参照して、本実施形態による受光素子の製造方法について述べる。
【0230】
p型半導体基板86を用意し、イオン注入等により、n型半導体からなるn型領域81を形成する(図27(A))。
【0231】
選択酸化法によりフィールド絶縁膜5を形成し、その後、p型半導体領域82を形成する(図27(B))。
【0232】
n+型の半導体領域83を形成した後、p+型の電極領域84を形成する。ここで、必要に応じて半導体領域83と電極領域84との間のオフセット領域に低濃度のドーパントイオンを注入してもよい(図27(C))。
【0233】
次に、PSG(PhosphoSilicate Glass:リンをドープした酸化膜),BSG(BoroSilicate Glass),BPSG(BoroPhosphoSilicata Glass)等からなる絶縁膜9を形成し、電極領域84の上に開孔CHを形成する(図28(A))。
【0234】
次に、スパッタリング等によりAl−Cu等の導電性材料の層15を形成する(図28(B))。この時、導電性材料の層15の下方にTiN等のバリアメタルを形成してもよい。
【0235】
そして、導電性材料の層15を、BCl3 ,Cl2 等を用いたドライエッチングにより、オフセット部を覆うように導電性材料の層15を残して、パターニングする。こうしてアノード電極15が得られる。
【0236】
以上説明した実施形態8〜11の受光素子においても、図4、図7、図21図22に示した読み出し及びリセット回路を用いることができる。
【0237】
また、本発明は特開平9−205588号公報に提案している光電変換装置に好ましく適用できるが、例えば、他の光電変換装置や固体撮像装置も適用でき、上述した本発明の受光素子を用いることにより、製造工程上における高歩留まりの固体撮像装置を製造できるので、必然的に高品質の装置を提供できる。
【0238】
【発明の効果】
本実施形態の光電変換装置を用いて、密着型イメージセンサを構成し、例えば、FAXやイメージスキャナ等の画像入力システムの画像読み取り装置として用いることにより、低暗電流が実現されるため高品質な画像読み取りが実現でき、かつ高歩留まりであるため、低コストな画像読み取り装置を提供することが可能となった。
【0239】
以上示したように、暗電流が低減可能な受光素子を得ることができ、さらに製造プロセスがばらついても、暗電流のばらつきの少ない高性能な光電変換装置を実現することができるため、高品質な画像が得られ、かつ低コストな画像読み取り装置や画像入力システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は本発明の実施形態による受光素子の上面図、(B)は本発明の実施形態による受光素子の断面図、(C)は本発明の実施形態による受光素子の横方向のポテンシャルプロファイルを示す模式図、(D)は本発明の実施形態による受光素子の縦方向のポテンシャルプロファイルを示す模式図である。
【図2】本発明の実施形態による受光素子における不純物濃度分布を示す図である。
【図3】受光素子における印加電圧と容量の関係を示す図である。
【図4】本発明に用いられる読み出し及びリセット回路の回路図である。
【図5】(A)は本発明の実施形態による受光素子の上面図、(B)は本発明の実施形態による受光素子の断面図である。
【図6】(A)〜(C)は本発明の実施形態による受光素子の製造方法の一例を示す模式的断面図である。
【図7】本発明に用いられる読み出し及びリセット回路の回路図である。
【図8】(A)は本発明の実施形態による受光素子の上面図、(B)は本発明の実施形態による受光素子の断面図である。
【図9】本発明の実施形態による受光素子の横方向のポテンシャルプロファイルを示す模式図である。
【図10】(A)〜(C)は本発明の実施形態による受光素子の製造方法の一例を示す模式的断面図である。
【図11】(A)は本発明の実施形態による受光素子の上面図、(B)は本発明の実施形態による受光素子の断面図である。
【図12】本発明の実施形態による受光素子の上面図である。
【図13】本発明の実施形態による受光素子の断面図である。
【図14】本発明の実施形態による受光素子の断面図である。
【図15】本発明の実施形態による受光素子の上面図である。
【図16】本発明の実施形態による受光素子の断面図である。
【図17】本発明の実施形態による受光素子の断面図である。
【図18】本発明の実施形態による受光素子の上面図である。
【図19】本発明の実施形態による受光素子の断面図である。
【図20】(A)〜(D)は本発明の実施形態による受光素子の製造方法の一例を示す模式的断面図である。
【図21】本発明に用いられる読み出し及びリセット回路の回路図である。
【図22】本発明に用いられる読み出し及びリセット回路の回路図である。
【図23】(A)は本発明の実施形態による受光素子の上面図、(B)は本発明の実施形態による受光素子の断面図である。
【図24】(A)は本発明の実施形態による受光素子の上面図、(B)は本発明の実施形態による受光素子の断面図である。
【図25】(A)は本発明の実施形態による受光素子の上面図、(B)は本発明の実施形態による受光素子の断面図である。
【図26】(A)は本発明の実施形態による受光素子の上面図、(B)は本発明の実施形態による受光素子の断面図である。
【図27】(A)〜(C)は本実施形態による受光素子の製造方法の一例を示す図である。
【図28】(A)〜(C)は本実施形態による受光素子の製造方法の一例を示す図である。
【図29】(A),(B)は従来の受光素子の断面図である。
【図30】従来の受光素子の上面図である。
【図31】従来の受光素子の断面図である。
【図32】従来の受光素子の断面図である。
【図33】従来の受光素子の断面図である。
【符号の説明】
1,11,31 第1半導体領域
2,12,32 第2半導体領域
3,13,33 第3半導体領域
4,14,34 ポテンシャルの低い領域(電極領域)
5 素子分離領域
15 配線
16 電源線
17 遮光層
101 電極領域
102 ホトダイオード領域(受光領域)
103 エッヂ
104 エッヂ
605 保持容量
609 ノイズ信号保持容量
610 光信号保持容量
614 バッファアンプ
615 差動増幅アンプ
690 ノイズ信号共通出力線
691 光信号共通出力線
M1 リセット用MOSトランジスタ
M2 増幅用MOSトランジスタ
M3 選択用MOSトランジスタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light receiving element structure of an image sensor used in an image reading system such as a digital camera, an image scanner, a facsimile, and a copying machine, and a photoelectric conversion device using the same. The present invention relates to a light receiving element structure suitable for a photoelectric conversion device having a relatively large light receiving element having a pixel opening of several tens of microns or more.
[0002]
[Prior art]
In recent years, non-CCD image sensors such as CCD image sensors and CMOS image sensors have been actively developed as photoelectric conversion devices.
[0003]
In general, a photodiode formed of a semiconductor pn junction is used as a light receiving element of these photoelectric conversion devices.
[0004]
Conventional technology (1)
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-154784 discloses that a region having the same conductivity type as the substrate and having a higher impurity concentration than the substrate is provided on the surface of the substrate where the pn junction is not formed, and the dark current generated on the substrate surface is reduced. Reduced structures have been proposed.
[0005]
29 (A) and 29 (B) show a conventional light receiving element structure according to the same publication, 201 is an n-type semiconductor substrate, 202 is a p-type semiconductor layer, and 203 is an impurity concentration of 5 × 10Fifteencm-3-10 × 10Fifteencm-3An n-type semiconductor layer having a thickness of 0.2 μm to 0.3 μm; 205, a thermal oxide film;+A channel stopper, 209 is a non-reflective coating film (anti-reflection coating film) made of a nitride film, 215 and 216 are aluminum electrodes, and 228 is n+The
[0006]
In this conventional example, since the anode of the photodiode is formed only of the p-
[0007]
Conventional technology (2)
Further, as a light receiving element for a one-dimensional photoelectric conversion device, one having reduced junction capacitance formed by a pn junction has been proposed as disclosed in JP-A-61-264758.
[0008]
FIG. 30 shows the upper surface of a conventional photoelectric conversion device such as a CCD image sensor according to the same publication, where 301 is a p-type substrate, and 302 is an n-type substrate.+Of the p-type substrate 301+A portion surrounded by the
[0009]
In this structure, the p-
[0010]
Conventional technology (3)
Further, as a photosensitive portion structure used for a contact type image sensor, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-303752, there is a photosensitive portion structure in which dark current caused by scribing of a chip end in a photosensitive portion structure is reduced. Proposed.
[0011]
FIG. 31 shows a cross section of a conventional light receiving element according to the same publication, wherein 301 is a p-type semiconductor region, 302 is an n-type semiconductor region, 303 is a p-type shallow channel stop layer, 305 is a field oxide film, and 306 is p-type. A mold substrate, 308 is a p-type channel stop layer, 309 is an interlayer insulating film, and 317 is a light shielding film for defining an opening OP. The depletion layer DL extends into the p-
[0012]
Conventional technology (4)
As a light receiving element in a CCD image sensor, for example, a photodiode having a cross-sectional structure of n-type substrate / p-type region / n-type region / p-type region, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-14958, is used. Commonly used.
[0013]
FIG. 32 shows a cross section of a conventional light receiving element according to the same publication, 406 denotes an n-type substrate, 401 denotes a p-type semiconductor region, 402 denotes an n-type semiconductor region, 403 denotes a shallow p-type semiconductor layer, and 408 denotes a p-type semiconductor layer.+409 denotes an insulating film, 415 denotes an electrode made of polysilicon, and 420 denotes an n-type region of the CCD register.
[0014]
Conventional technology (5)
On the other hand, as a photoelectric conversion device using a light receiving element, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-205588, a photodiode is used as a light receiving element, an electrode is attached to this light receiving element, the charge is connected to the gate electrode of a MOS transistor, and charges are transferred to a source hole. A photoelectric conversion device that performs batch reading using an amplifier has been proposed.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the photo-generated carriers are accumulated in a pn photodiode and applied to an amplification-type photoelectric conversion device that reads out a signal voltage from the pn photodiode by using a charge-to-voltage converter, the sensitivity may be reduced.
[0016]
In the case of an amplification type photoelectric conversion device, the light output Vp is expressed by the formula (1).
[0017]
Vp = Qp / Cs (1)
Here, Qp is the amount of charge stored in the pn photodiode, and Cs is the capacitance of the photodiode.
[0018]
For example, in the case of an amplification type photoelectric conversion device having a pixel in which a MOS source follower or a reset MOS transistor is connected to the photodiode, the capacitance Cs of the photodiode is
Cs = Cpd + Ca (2)
Can be represented.
[0019]
Here, Cpd is the pn junction capacitance of the pn photodiode itself including the light receiving unit, and Ca is another capacitance connected to the photodiode. In the above case, the gate capacitance of the MOS transistor constituting the MOS source follower and the reset MOS transistor. It includes the junction capacitance between the source and the well, the overlap capacitance between the source and the gate, the wiring capacitance, and the like.
[0020]
Therefore, in order to realize high sensitivity, it is necessary to effectively accumulate photogenerated carriers and to minimize the capacity of the photodiode in which the carriers are accumulated.
[0021]
On the other hand, when light is incident on the photodiode, charge is generated in the photodiode, and the charge generated in the depletion layer formed by the pn junction surface in the semiconductor substrate and its surroundings is collected on the anode or the cathode, and the electrode is formed there. When attached, it can be extracted as an electrical signal.
[0022]
FIG. 33 is a sectional view of a light receiving element having a conventional electrode. 701 is a first semiconductor region, and 702 is a second semiconductor region to be an anode. The respective conductivity types are n-type and p-type. DL is a depletion layer formed by a pn junction between the
[0023]
The
[0024]
For example, when this electrode is formed by using a general RIE (reactive ion etching) method, usually, over-etching is performed so as not to leave an unnecessary portion. At the time of this over-etching, some of the ions accelerated by the electric field penetrate the insulating
[0025]
Also, in the process after the formation of the electrodes, crystal defects may occur similarly to the above due to plasma ashing of the photoresist.
[0026]
In a general light receiving element, a pn junction surface exists around the semiconductor region on the main surface of the semiconductor substrate to which the electrodes are connected, and the junction surface reaches near the interface between the main surface of the semiconductor substrate and the insulating film. There are many.
[0027]
Therefore, when the electrode is formed inside the bonding surface reaching the main surface of the semiconductor substrate, a crystal defect due to etching damage occurs near the bonding surface, and this crystal defect becomes a carrier generation center. The crystal defects generated in the depletion layer cause dark current.
[0028]
In addition, the dark current generated by this causes a change in the amount of crystal defects generated near the bonding surface or a change in the amount of crystal defects themselves due to misalignment of the mask when forming a current or the like and etching conditions. This also causes a variation in dark current.
[0029]
[Object of the invention]
A first object of the present invention is to provide a light receiving element capable of minimizing a pn junction capacitance of a photodiode portion and effectively utilizing photogenerated carriers, and a photoelectric conversion device having the same.
[0030]
A second object of the present invention is to provide a light receiving element in which occurrence of defects in a semiconductor region where a depletion layer is formed is suppressed.
[0031]
[Means for Solving the Problems]
The light receiving element of the present invention includes
[0032]
The electrode region is set in a floating state (floating state) to accumulate photo-generated charges, and a bias is applied to the first semiconductor region to apply a reverse bias between the first semiconductor region and the second semiconductor region. Apply voltage.
[0033]
A potential gradient is formed between the electrode region and the second semiconductor region that can move the photo-generated charges toward the electrode region.
[0034]
Further, the internal region is made up of a plurality of regions having different impurity concentrations from each other. The internal region is formed so as to surround the periphery of the electrode region. The internal region is formed at a position shallower than the second semiconductor region.
[0036]
Further, the first semiconductor region is formed from one of a semiconductor substrate, an epitaxial layer formed on the semiconductor substrate, and a well formed in the semiconductor substrate.
[0037]
Further, the light receiving element of the present invention includes a first conductive type
[0038]
Each part may be designed as follows.
[0039]
The first semiconductor region is formed of an epitaxial layer, the second semiconductor region is formed inside the upper surface side, and the area of the upper surface of the anode or cathode electrode is made larger than the area of the upper surface of the second semiconductor region.
[0040]
The second semiconductor region is formed of portions having different impurity concentrations from each other, and the area of the upper surface of the anode or the cathode electrode is made larger than the area of the upper surface of the second semiconductor region.
[0041]
The second semiconductor region is formed of a high-concentration region having a high impurity concentration and a low-concentration region having a low impurity concentration, and the third semiconductor region is formed on an upper surface of the low-concentration region.
[0042]
The extending portion of the anode or the cathode electrode covers at least an area above the third semiconductor region.
[0043]
When these light receiving elements are combined with a light source such as an LED for irradiating an object such as a document and an imaging element, a photoelectric conversion device is obtained.
[0044]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0045]
(Embodiment 1)
Hereinafter, a first embodiment as a basic embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (A) to 1 (D), 2 and 3. FIG.
[0046]
FIGS. 1A to 1D are drawings showing the features of the present embodiment best, FIG. 1A is a top view of a light receiving element portion of the present embodiment, and FIG. 1A is a cross-sectional view taken along a line AA ′, FIG. 1C is a potential profile in the direction along the line XX ′ in FIG. 1B, and FIG. FIG. 5 is a potential profile diagram in a direction along a line YY ′.
[0047]
[0048]
[0049]
[0050]
In FIG. 1, the first conductivity type is shown as p-type and the second conductivity type is shown as n-type.
[0051]
If necessary, an insulating film is formed on the surface of the semiconductor substrate, an opening is formed in the insulating film, and a conductor serving as an electrode is formed in the opening.
[0052]
For example, in the
[0053]
In the absence of such a potential structure, the generated electrons stray in the substrate due to diffusion, and if they cannot reach the
[0054]
As shown in FIG. 1D, a further feature of the present embodiment is that the
[0055]
That is, electrons generated near the junction interface between the
[0056]
FIG. 2 shows the distribution of the impurity concentration in the direction along the line YY '. In FIG. 2, Np1 indicates a p-type impurity concentration such as boron (B) in a p-type semiconductor substrate serving as a starting material of the
[0057]
Nc indicates the net impurity concentration (net value) of each region.
[0058]
The impurity concentration and thickness in each region can be selected from the following ranges. As a parameter of the thickness, a junction depth from the substrate surface is shown. The
[0059]
The impurity concentration ND2 of the
[0060]
The impurity concentration ND3 of the
[0061]
The impurity concentration ND4 of the
[0062]
The impurity concentration ND2 of the
[0063]
For more detailed description, FIG. 3 is a graph showing the relationship between the voltage of the
[0064]
When the voltage is low,
[0065]
Since the depletion voltage is determined depending on the thickness of each of the
(A) the potential of the
(B) The voltage of the
Is set to be equal to or higher than the depletion voltage, the capacitance of the photodiode itself can be substantially reduced to about the junction capacitance C0 at the bottom of the
[0066]
Here, the electric potential of the electrode changes due to the accumulation of the charge generated by the light in the electrode region. However, the operating point (the range in which the potential changes) is designed to be equal to or higher than the depletion voltage, so that the electrode region Since the capacitance of No. 4 has linearity, it is possible to obtain a photoelectric conversion characteristic with high sensitivity and good linearity.
[0067]
Further, when the voltage decreases at the boundary of the depletion voltage, the capacitance value increases exponentially from C0 to a capacitance value determined by the area of the
[0068]
For example, the thickness of the
[0069]
If there is no potential profile as shown in FIG. 1 (C), electrons generated in the vicinity of the
[0070]
On the other hand, in the structure of the present embodiment, electrons generated at least within about 1 μm from the surface can be collected almost anywhere in the light receiving surface. In particular, since most of the blue light is absorbed within 1 μm of the silicon surface, the sensitivity of blue, which is a problem in the visible light sensor, is improved.
[0071]
In addition, by using a technique such as high-energy ion implantation, a retrograde well structure having a peak value of the impurity concentration inside the substrate is used, or conversely, the concentration of the
[0072]
Furthermore, by forming a high-concentration impurity layer on the substrate surface, providing a low-impurity-concentration epitaxial layer thereon, and applying the present invention, it is possible to obtain a light-receiving portion structure with high long-wavelength sensitivity.
[0073]
FIG. 4 shows an example of a read and reset circuit used in the present invention. In FIG. 4, D1 is a photodiode formed of a light receiving element according to the present invention, M1 is a reset switch formed of a MOS transistor or the like, M2 is an amplification element formed of a MOS transistor or the like, and M3 is a load formed of a MOS transistor or the like. It can also be used. VR is a reset line or a reset terminal for applying a reset reference voltage, VDD is a power supply voltage line or a power supply terminal for applying a power supply voltage, φRIs a reset control line for turning on / off the reset switch M1, and VOUTIs an output terminal.
[0074]
The operation of the read and reset circuit of FIG. 4 will be described. Reset control line φRThen, the reset switch M1 is turned on, a reset reference voltage higher than the depletion voltage is applied to the cathode (
[0075]
(Embodiment 2)
FIG. 5A is a top view of the light receiving element according to the present embodiment, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 5A.
[0076]
In FIG. 5,
[0077]
In the present embodiment, an element isolation region (isolation region) 5 formed by a selective oxidation method called LOCOS or the like for isolating the light receiving element is formed.
[0078]
Next, the method for manufacturing the light receiving element according to the present embodiment will be explained. A silicon oxide SiO2 is formed by a selective oxidation method in which a silicon nitride film SiN (not shown) is formed as an oxidation resistant mask, and a thick oxide film is formed in a portion exposed therefrom.2Is formed (FIG. 6A). Such a method is known as LOCOS.
[0079]
Next, a photoresist mask (not shown) is formed, ion implantation is performed, and heat treatment is performed to form a p-type
[0080]
Next, an n-type
[0081]
Then, a photoresist mask (not shown) is formed, ions are implanted, and a heat treatment is performed after the removal of the photoresist mask to form the p-
[0082]
After that, if necessary, an insulating film covering the surface is formed, a contact hole is opened, and the
[0083]
In this embodiment, since a signal is output from the anode of the photodiode, the configuration of the read and reset circuit used in this embodiment is also the same in terms of the potential level and the conductivity type.
[0084]
FIG. 7 is a circuit diagram of another read and reset circuit used in the present invention. In FIG. 7, D1 is a photodiode comprising a light receiving element of the present invention, M2 and M3 are an amplifying element and a selecting element, respectively, and a source which is an amplifier for converting a photoelectric charge generated in the photodiode D1 into a charge voltage and reading it out. Constitutes a follower. The selection of the pixel was performed by turning on / off the switch M3 which is also a low current source of the source follower. After reading out the photoelectric charge information of the pixel with the selection switch M3, the photodiode D1 was reset by the reset switch M1. Reset voltage (φR−Vth), the reset voltage was set such that a reverse voltage higher than the depletion voltage was applied to the anode of the photodiode. Here, Vth is a threshold value of the reset switch M1. The outputs of the amplification element M2 and the selection element M3 having the source follower configuration are output via the buffer B1, the coupling capacitor C for cutting off the DC component, and the buffer B2 by shifting the ON time of the selection element. .
[0085]
For example, since the depletion voltage was 1.0 volt in the reverse bias voltage of the photodiode D1, the reset voltage was set to be applied 3 volts in the reverse bias voltage. That is, when the power supply voltage applied to the terminal VDD was used at 5 volts, the voltage applied to the reset terminal VR was set to 2.0 volts, and the read operation was performed.
[0086]
In the present embodiment, when the size of the light receiving surface is 40 μm × 40 μm and the size of the upper surface of the
[0087]
In the present embodiment, image information in the region in front of the light receiving surface can be obtained, and a high-definition image can be obtained.
[0088]
In particular, the present embodiment is effective in the case of a light receiving element having a large light receiving surface such that light collection efficiency is deteriorated. When the size of the light receiving surface is 20 μm square or more, the collection efficiency starts to deteriorate, and this is particularly effective for a light receiving element having a light receiving surface larger than this size.
[0089]
(Embodiment 3)
FIG. 8A shows an upper surface of a light receiving element according to
[0090]
The difference from the embodiment shown in FIGS. 5A and 5B is that the second semiconductor region is composed of two regions having different impurity concentrations from each other. In FIG. 8, the
[0091]
FIG. 9 shows a potential profile in a direction along the line CC ′ of FIG. 8A. A potential gradient steeper than that in FIG. 1C is formed by the
[0092]
Next, the method for manufacturing the light receiving element according to the present embodiment will be explained with reference to FIG. An
[0093]
A p-type
[0094]
Thus, generation of dark current due to defects can be suppressed. Then, a photoresist mask (not shown) is formed, and an
[0095]
Next, by ion implantation and heat treatment, n+A
[0096]
Then, by ion implantation and heat treatment, p+When the
[0097]
Thereafter, if necessary, a transparent insulating film covering the surface is formed, an opening is formed in the insulating film, and a read and reset circuit formed in another place of the same semiconductor substrate is connected to the
[0098]
As described above, the same circuit as that shown in FIG. 7 can be employed as the readout circuit and the reset circuit according to the present embodiment.
[0099]
(Embodiment 4)
FIG. 11A shows the top surface of the light receiving element according to the present embodiment, and FIG. 11B shows a cross section taken along line DD ′ of FIG. 11A.
[0100]
The difference from the embodiments shown in FIGS. 5A and 5B is that an n-
[0101]
In the present embodiment, instead of forming the n-
[0102]
According to the present embodiment, it is possible to prevent charges generated at a deep position of the p-type substrate from reaching the p-type
[0103]
Specifically, if the thickness of the well is, for example, about 4 μm, most of the holes generated at a depth of about 4 μm away from the surface of the light receiving element flow into the p-type substrate, so that the dark current is not generated. Can be suppressed.
[0104]
In the case of the structure shown in FIGS. 5A and 5B, noise generated when driving the reset circuit or the readout circuit easily enters the second semiconductor region. On the other hand, by forming the second semiconductor region in a well formed individually or commonly for all pixels as in the present embodiment, the entry of the noise can be suppressed.
[0105]
(Embodiment 5)
12 shows a top view of the light receiving element according to the fifth embodiment, FIG. 13 shows a cross section taken along line EE 'in FIG. 12, and FIG. 14 shows a cross section taken along line FF' in FIG. Is shown.
[0106]
In FIG. 12, a p-type
[0107]
Where p+The
[0108]
13 and 14, the
[0109]
On the main surfaces of the
[0110]
Therefore, a photodiode is formed by the pn junction between the
[0111]
Further, a
[0112]
Here, as shown in FIG.+
[0113]
Here, the n-
[0114]
In FIG. 13 and FIG. 14, representative values of the approximate surface concentration and the junction depth of each region are shown below.
[0115]
p-type substrate 6: about 1 × 10Fifteen(Cm-3)
First semiconductor region 31: about 1 × 1017(Cm-3) / About 4.0 μm
Second semiconductor region 32: about 2 × 1017(Cm-3) / About 0.35 μm
Internal area 22: about 3 × 1017(Cm-3) / About 0.30 μm
Third semiconductor region 33: about 3 × 1018(Cm-3) / About 0.20 μm
Electrode area 34: about 3 × 1019(Cm-3)
In this embodiment, the depletion voltage of each of the
Area 32: about -1.0 V
Region 22: about -1.5V
It has become.
[0116]
Therefore, since the depletion voltage of the
[0117]
In the present embodiment, since the photomask (reticle) for exposure is formed such that the corners of the
[0118]
Further, even if the photo carriers that are saturated or more are accumulated in a certain pixel, the overflowing photo carriers are absorbed by the surrounding p-
[0119]
In the present embodiment, the
[0120]
(Embodiment 6)
15 shows a top view of a light receiving element according to the sixth embodiment, FIG. 16 shows a cross section taken along line GG ′ in FIG. 15, and FIG. 17 shows a cross section taken along line HH ′ in FIG. Is shown.
[0121]
The present embodiment differs from the embodiments shown in FIGS. 12 to 14 in that the planar shape of the
[0122]
In addition, a
[0123]
[0124]
15 to 17, a second semiconductor region of a photodiode serving as a light receiving element is formed in an opening OP, and an
[0125]
Here, the
[0126]
An n-
[0127]
Therefore, a photodiode is formed by a pn junction between the p-
[0128]
Further, a
[0129]
Here, the
[0130]
Here, the n-
[0131]
Further, the
[0132]
In FIGS. 16 and 17, representative values of approximate surface concentration / junction depth in each region are shown below.
[0133]
p-type substrate 6: about 1 × 10Fifteen(Cm-3)
Area 31: about 1 × 1017(Cm-3) / About 4.0 μm
Area 32: about 2 × 1017(Cm-3) / About 0.35 μm
Area 22: about 3 × 1017(Cm-3) / About 0.30 μm
Area 33: about 3 × 1018(Cm-3) / About 0.20 μm
Area 34: about 3 × 1019(Cm-3)
In this embodiment, the depletion voltage of each of the
Area 32: about -1.0 V
Region 22: about -1.5V
It has become.
[0134]
Therefore, since the depletion voltage in the
[0135]
Further, since the
[0136]
In addition, in the present embodiment, since the
[0137]
Further, since the tip of the
[0138]
Further, since the corners of the
[0139]
Furthermore, since the
[0140]
Further, even if a high carrier exceeding saturation is accumulated in a certain pixel, the overflowing optical carrier is absorbed by the
[0141]
In the present embodiment, the
[0142]
(Embodiment 7)
FIG. 18 is a top view of the light receiving element according to the present embodiment, and FIG. 19 is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG.
[0143]
The feature of the light receiving element of the seventh embodiment is that a doped
[0144]
18 and 19, a p-type region as a
[0145]
A p-
[0146]
Further, an n-
[0147]
Here, the n-
[0148]
Therefore, a photodiode is formed by the pn junction of the p-
[0149]
Further, an
[0150]
In FIG. 19, the approximate surface concentration / junction depth of each region is shown below.
[0151]
p-type substrate 6: about 1 × 10Fifteen(Cm-3)
n-type well region 31: about 1 × 1017(Cm-3) / About 4.0 μm
p-type region 32: about 2 × 1017(Cm-3) / About 0.35 μm
First n-type surface region 33: about 3 × 1018(Cm-3) / About 0.20 μm
Second n-type surface region 43: about 3 × 1017(Cm-3) / About 0.1 μm
p+Mold area 34: about 3 × 1019(Cm-3)
Therefore, if the second n-
[0152]
On the other hand, p is set so that this offset region is not formed.+When the
[0153]
In contrast, the surface concentration of the second n-
[0154]
On the other hand, if the offset area is too small, the offset may be reduced due to misalignment in photolithography.+The probability that the mold region 511 contacts the first n-type surface region 520 increases, and the yield decreases.
[0155]
Therefore, the concentration near the surface of the offset region is 1017cm-3Since the n-type region is on the order of, it is possible to suppress carrier generation in the offset region. For example, even if this second n-
[0156]
According to the findings of the present inventor, as a result of measuring the dark current, the dark current is reduced to 場合 when the second n-
[0157]
Here, the depletion voltage of the
[0158]
The above-described depletion voltage changes sensitively mainly with respect to the impurity concentration and the junction depth of each of the n-
[0159]
In the present embodiment, the n-
[0160]
The n-
[0161]
Next, the method for manufacturing the light receiving element according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[0162]
An n-
[0163]
The
[0164]
Ion implantation is performed on the substrate surface to form an n-
[0165]
The distance between the
[0166]
Next, another embodiment of the read and reset circuit used in the present invention will be described again with reference to FIGS.
[0167]
FIG. 21 is a circuit diagram of the circuit according to the present embodiment.
[0168]
In FIG. 21, D1 is a photodiode as a light receiving element according to each embodiment of the present invention, M2 is a PMOS transistor of an amplifying element, and forms a source follower with a constant current source via a selection switch M3. . M1 is a reset switch, and M3 is a selection switch. M4 is a transfer switch for transferring a signal from the photodiode to the input terminal of the source follower.
[0169]
The optical signal and the reset signal read from the source follower are respectively transferred to the memory unit ME, and are output to the outside via the buffer B1, the coupling capacitor C, and the buffer B2 via the read scanning circuit RE and the like.
[0170]
According to the present embodiment, in particular, as a result of suppressing the area of the electrode to 1 μm square, the junction capacitance can be suppressed to 0.1 fF. As a result, reset noise can be suppressed to about four electrons, and a solid-state imaging device having no afterimage even with a dynamic range of 10 bits can be provided with a high yield.
[0171]
Next, another read and reset circuit used in the present invention will be described. This circuit is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-205588.
[0172]
FIG. 22 is an equivalent circuit diagram of one pixel of the circuit described in the above publication.
[0173]
In FIG. 22, here, for each pixel, a light receiving element D1, a reset MOS switch M1 for resetting the light receiving element D1, a first MOS source follower M2 for converting a signal charge of the light receiving element D1 into a voltage signal, and a light receiving element D1 A MOS switch M3 for holding a noise signal at the time of reset during the accumulation period, a holding
[0174]
Further, this circuit includes a shift for sequentially reading out the noise signal of the noise
[0175]
The light output voltage VP of the photoelectric conversion device shown in FIG. 22 is represented by the following [Equation 1].
[0176]
(Equation 1)
Vp = [QP / Cpd] · Gsf1 · Gsf2 · [CT / (CT + CH)] · Gamp
here,
QP: Optical signal charge
CPD: Light receiving unit capacity
Gsf1: the gain of the first source follower M2
Gsf2: gain of second source follower M4
CT: capacitance value of noise signal and optical signal storage capacitance
CH: capacitance value of the common output line capacitance of the noise signal and the optical signal
Gamp: gain of
It is.
[0177]
In FIG.
V1PD: potential of the light receiving element immediately after resetting the light receiving element,
V2PD: the potential of the light receiving element after photocharge accumulation,
Then, the above equation can be represented as the equation of [Equation 2].
[0178]
(Equation 2)
V2PD−V1PD = ΔVPD = [QP / Cpd] = [Vp / [Gsf1 · Gsf2 · [CT / (CT + CH)] · Gamp]]
Here, ΔVPD is a potential change of the light receiving element due to the photocharge.
[0179]
Accordingly, by setting V1PD and V2PD in the depletion region in the light receiving element in the above formula, a highly sensitive photoelectric conversion device can be realized.
[0180]
In this embodiment, in each of the above equations,
Gsf1 = Gsf2 = 0.9
CT / (CT + CH) = 0.5
Gamp = 20
Power supply voltage (VDD): 5V
Depletion voltage of light receiving element: -2V
Saturation output of light output (Vp): 2V
Reset voltage (VR): 1V
Was set.
[0181]
Therefore, according to the above equations,
(A) Potential (V1PD) of light receiving element immediately after reset: about 0.70 V
(B) Potential (V2PD) of light receiving element at the time of saturation output: about 0.95V
It becomes.
[0182]
From the values of the power supply voltage and the depletion voltage, it is understood that the light-receiving element portion is in a depleted state if the potential of the light-receiving element portion is 3 V or less.
[0183]
According to (a) and (b) in the above equations, the potential (V1PD) of the light receiving element immediately after reset and the potential (V2PD) of the light receiving element at the time of saturation output are both 3 V or less. It can be used in a small range and has high sensitivity.
[0184]
Incidentally, as a result of measuring the capacitance of the light receiving portion, it was found that the total of the parasitic capacitance such as the junction capacitance of the electrode region of the light receiving element, the gate capacitance of the source follower MOS, the junction capacitance of the drain of the reset MOS, the wiring capacitance, etc. It was 25 fF.
[0185]
Further, in the present embodiment, when the variation of the depletion voltage is about −2 V ± 2 V, the depletion region of the light receiving element portion is 1 V to 5 V, but the operating point in this embodiment is the minimum value of the depletion region. Since it is smaller than 1 V, a high yield can be maintained even if the depletion voltage varies by about ± 2 V.
[0186]
Note that the reason why the potential of the light receiving element portion immediately after the reset is lower than the reset voltage (Vres) is that the potential of the light receiving element portion is turned off when the reset switch is turned off because an NMOS transistor is used for the reset switch. Is turned to the minus side.
[0187]
Further, the present embodiment has shown an example in which the present inventors have applied to a photoelectric conversion device proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-205588, but the present invention is not limited to this embodiment. For example, it goes without saying that the present invention can be applied to other photoelectric conversion devices and solid-state imaging devices.
[0188]
Although not shown, this embodiment constitutes a primary photoelectric conversion device provided with 344 pixels using the pixels having the above configuration as line sensors.
[0189]
By using the photoelectric conversion device of the present embodiment to form a contact image sensor and use it as an image reading device of an image input system such as a facsimile or an image scanner, the afterimage characteristics are good even during high-speed operation. Therefore, high-quality image reading can be realized, and a low-cost image reading apparatus can be provided because of high yield.
[0190]
(Embodiment 8)
Hereinafter,
[0191]
FIG. 23A shows an upper surface of the light receiving element portion of the present embodiment, and FIG. 23B shows a cross section taken along line JJ ′ of FIG.
[0192]
23A and 23B,
[0193]
A depletion layer DL is formed by a pn junction between the
[0194]
When light is applied to the light receiving element, charges are generated in and around the depletion layer DL. The charge is collected in the
[0195]
In addition, when the
[0196]
Therefore, in the structure of the light receiving element of the present embodiment, the
[0197]
In addition, the
[0198]
In the present embodiment, for example, Al, Al alloy, Ti, Ti alloy, W, W alloy, Co, Co alloy, Ta, Ta alloy, Mo, Mo alloy, Cu, Cu alloy, WN, TiN , TaN, Cr, Cr alloys and other metals, alloys and compounds are used. Or, they may be a plurality of types of laminates. Alternatively, it can be used as a conductive material mainly composed of silicon, such as doped polysilicon.
[0199]
(Embodiment 9)
FIG. 24A shows an upper surface of the light receiving element, and FIG. 24B shows a cross section taken along line KK ′ of FIG.
[0200]
In FIG. 24, 66 is an n-type semiconductor substrate, and 67 is a buried n-
[0201]
[0202]
In this embodiment, the n-
[0203]
In FIG. 24, n−
[0204]
The depletion layer DL is formed around the
[0205]
The
[0206]
The dark current was compared between the case where the
[0207]
Although the
[0208]
In the present embodiment, n−
[0209]
(Embodiment 10)
FIG. 25A shows the top surface of the light receiving element, and FIG. 25B shows a cross section taken along line LL ′ of FIG.
[0210]
In FIG. 25,
[0211]
[0212]
When the
[0213]
In this embodiment, the n-
[0214]
In FIG. 25, n−Type epitaxial layer 71+Since the potential barrier is formed by the structure surrounded by the
[0215]
Depletion layer DL is formed around p-
[0216]
The
[0217]
For simplicity, the
[0218]
(Embodiment 11)
FIG. 26A is a top view of a light receiving element according to
[0219]
In FIG. 26, 86 is a p-type substrate, 81 is an n-type region as a first semiconductor region, 82 is a p-type region as a second semiconductor region, and 83 is n as a third semiconductor region.+It is a type area.
[0220]
84 is a p-type high concentration impurity region which is an electrode region, that is, p+Mold region, and n+The
[0221]
The p-
[0222]
As a result, of the charges generated by light, holes are collected in the p-
[0223]
Without forming the offset region OF, the
[0224]
Further, if the offset region OF is too small, the alignment error in photolithography or the like causes p+Mold region 84 and n+The probability of contact with the
[0225]
The
[0226]
The present embodiment is not limited to this conductivity type, and each conductivity type may be a conductivity type opposite to that described above.
[0227]
Further, in the present embodiment, the n-
[0228]
Even if an optical carrier equal to or larger than the accumulated saturation value is generated in a certain pixel, the overflowing optical carrier is absorbed by the p-
[0229]
With reference to FIGS. 27A to 27C and FIGS. 28A to 28C, the method for manufacturing the light receiving element according to the present embodiment will be described.
[0230]
A p-
[0231]
The
[0232]
n+After the formation of the
[0233]
Next, an insulating
[0234]
Next, a
[0235]
Then, the
[0236]
The read and reset circuits shown in FIGS. 4, 7, 21 and 22 can also be used in the light receiving elements of the eighth to eleventh embodiments described above.
[0237]
Further, the present invention can be preferably applied to the photoelectric conversion device proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-205588. For example, other photoelectric conversion devices and solid-state imaging devices can be applied. Thus, a solid-state imaging device having a high yield in the manufacturing process can be manufactured, and thus a high-quality device can be provided.
[0238]
【The invention's effect】
By using the photoelectric conversion device of the present embodiment to form a contact image sensor and using it as an image reading device of an image input system such as a facsimile or an image scanner, for example, a low dark current is realized, so that high quality Since image reading can be realized and the yield is high, a low-cost image reading device can be provided.
[0239]
As described above, a light-receiving element capable of reducing dark current can be obtained, and a high-performance photoelectric conversion device with less variation in dark current can be realized even when manufacturing processes vary. It is possible to provide an image reading apparatus and an image input system which can obtain a simple image and are inexpensive.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a top view of a light receiving element according to an embodiment of the present invention, FIG. 1B is a cross-sectional view of the light receiving element according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4D is a schematic diagram illustrating a potential profile in a vertical direction, and FIG. 4D is a schematic diagram illustrating a potential profile in a vertical direction of a light receiving element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an impurity concentration distribution in a light receiving element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between an applied voltage and a capacitance in a light receiving element.
FIG. 4 is a circuit diagram of a read and reset circuit used in the present invention.
FIG. 5A is a top view of a light receiving element according to the embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a cross-sectional view of the light receiving element according to the embodiment of the present invention.
FIGS. 6A to 6C are schematic cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a light receiving element according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a circuit diagram of a read and reset circuit used in the present invention.
FIG. 8A is a top view of a light receiving element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a cross-sectional view of the light receiving element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic diagram showing a lateral potential profile of the light receiving element according to the embodiment of the present invention.
FIGS. 10A to 10C are schematic cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a light-receiving element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11A is a top view of a light receiving element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11B is a cross-sectional view of the light receiving element according to the embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a top view of the light receiving element according to the embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a cross-sectional view of a light receiving element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a light receiving element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a top view of the light receiving element according to the embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a cross-sectional view of a light receiving element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a cross-sectional view of a light receiving element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a top view of the light receiving element according to the embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a sectional view of a light receiving element according to the embodiment.
FIGS. 20A to 20D are schematic cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a light receiving element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a circuit diagram of a read and reset circuit used in the present invention.
FIG. 22 is a circuit diagram of a read and reset circuit used in the present invention.
FIG. 23A is a top view of a light receiving element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 23B is a cross-sectional view of the light receiving element according to an embodiment of the present invention.
24A is a top view of a light receiving element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 24B is a cross-sectional view of the light receiving element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 25A is a top view of a light receiving element according to the embodiment of the present invention, and FIG. 25B is a cross-sectional view of the light receiving element according to the embodiment of the present invention.
26A is a top view of a light receiving element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 26B is a cross-sectional view of the light receiving element according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 27A to 27C are diagrams showing an example of the method for manufacturing the light receiving element according to the present embodiment.
FIGS. 28A to 28C are views showing an example of the method for manufacturing the light receiving element according to the present embodiment.
FIGS. 29A and 29B are cross-sectional views of a conventional light receiving element.
FIG. 30 is a top view of a conventional light receiving element.
FIG. 31 is a cross-sectional view of a conventional light receiving element.
FIG. 32 is a cross-sectional view of a conventional light receiving element.
FIG. 33 is a sectional view of a conventional light receiving element.
[Explanation of symbols]
1,11,31 First semiconductor region
2, 12, 32 Second semiconductor region
3, 13, 33 Third semiconductor region
4,14,34 Low potential area (electrode area)
5 Device isolation area
15 Wiring
16 Power line
17 Shading layer
101 electrode area
102 Photodiode area (light receiving area)
103 Edge
104 Edge
605 storage capacity
609 Noise signal holding capacity
610 Optical signal holding capacity
614 buffer amplifier
615 differential amplifier
690 Noise signal common output line
691 Optical signal common output line
M1 Reset MOS transistor
M2 amplifying MOS transistor
M3 selection MOS transistor
Claims (14)
該第1半導体領域の上に配された、第2導電型の第2半導体領域と、
該第2半導体領域の表面に配された第1導電型の第3半導体領域と、
導電体からなるアノード又はカソード電極に接続された第2導電型の電極領域と、を有する受光素子において、
該第3半導体領域は、該電極領域の周囲を囲むように形成されており、該第2半導体領域よりも不純物濃度が高く且つ前記電極領域よりも不純物濃度が低い第2導電型の内部領域が、該電極領域と該第2半導体領域の間に形成され、該電極領域は該内部領域の表面に配されていることを特徴とする受光素子。A first semiconductor region of a first conductivity type;
A second semiconductor region of a second conductivity type disposed on the first semiconductor region;
A third semiconductor region of a first conductivity type disposed on a surface of the second semiconductor region;
A second conductivity type electrode region connected to an anode or a cathode electrode made of a conductor,
Said third semiconductor region is formed so as to surround the periphery of the electrode region, the internal region of a lower impurity concentration than high and the electrode region impurity concentration than the second semiconductor region second conductivity type A light receiving element formed between the electrode region and the second semiconductor region , wherein the electrode region is disposed on a surface of the internal region .
前記電極領域は浮遊状態とされて光生成電荷を蓄積し、
前記第1半導体領域には該第1半導体領域と前記第2半導体領域との間に逆バイアスを印加するためのバイアス電圧が印加されることを特徴とする受光素子。The light receiving element according to claim 1,
The electrode region is in a floating state and accumulates photo-generated charges,
A light receiving element, wherein a bias voltage for applying a reverse bias between the first semiconductor region and the second semiconductor region is applied to the first semiconductor region.
前記電極領域に向けて光生成電荷を移動させ得る電位勾配が、該電極領域と前記該第2半導体領域との間に形成されていることを特徴とする受光素子。The light receiving element according to claim 1,
A light-receiving element, wherein a potential gradient capable of moving photo-generated charges toward the electrode region is formed between the electrode region and the second semiconductor region.
前記内部領域は互いに不純物濃度が異なる複数の領域からなることを特徴とする受光素子。The light receiving element according to claim 1,
The light receiving element according to claim 1, wherein the internal region includes a plurality of regions having different impurity concentrations.
前記内部領域は、前記電極領域の周囲を囲むように形成されていることを特徴とする受光素子。The light receiving element according to claim 1,
The light receiving element is characterized in that the internal region is formed so as to surround the periphery of the electrode region.
前記内部領域は、前記第2半導体領域より浅い位置に形成されていることを特徴とする受光素子。The light receiving element according to claim 1,
The light receiving element according to claim 1, wherein the internal region is formed at a position shallower than the second semiconductor region.
前記第1半導体領域は、半導体基板と、該半導体基板上に形成されたエピタキシャル層と、前記半導体基板内に形成されたウエルのいずれかからなることを特徴とする受光素子。The light receiving element according to claim 1,
The light-receiving element according to claim 1, wherein the first semiconductor region includes one of a semiconductor substrate, an epitaxial layer formed on the semiconductor substrate, and a well formed in the semiconductor substrate.
該第1半導体領域の上に配された、第2導電型の第2半導体領域と、
該第2半導体領域の表面に配され、導電体からなるアノード又はカソード電極に接続された第2導電型の電極領域と、
前記第1半導体領域の表面に配され、かつ、該電極領域、及び該第2半導体領域の周囲を囲むように形成された、第1導電型の第3半導体領域と、を有し、
前記アノード又はカソード電極は、前記第2半導体領域全体と、前記電極領域と前記第3半導体領域との間に形成される空乏層が絶縁膜に接する全ての部分と、を覆うことを特徴とする受光素子。 A first semiconductor region of a first conductivity type;
A second semiconductor region of a second conductivity type disposed on the first semiconductor region;
A second conductivity type electrode region disposed on the surface of the second semiconductor region and connected to an anode or a cathode electrode made of a conductor;
A third semiconductor region of a first conductivity type, which is disposed on a surface of the first semiconductor region , and is formed so as to surround the electrode region and the periphery of the second semiconductor region;
Said anode or cathode electrode, and the whole of the second semiconductor region, a depletion layer is formed between the electrode region and the third semiconductor region, characterized in that the cover, and all parts in contact with the insulating film Light receiving element.
前記第1半導体領域はエピタキシャル層であることを特徴とする受光素子。The light receiving element according to claim 8,
It said first semiconductor region is a light receiving element characterized epitaxial layer der Rukoto.
前記第2半導体領域は、互いに不純物濃度の異なる部分を有していることを特徴とする受光素子。The light receiving element according to claim 8,
It said second semiconductor region, the light receiving element characterized in that it has a different portion of the impurity concentration from each other.
前記第2半導体領域は不純物濃度の高い高濃度領域と、前記不純物濃度の低い低濃度領域とを有しており、該低濃度領域の上面に前記第3半導体領域が形成されていることを特徴とする受光素子。The light receiving element according to claim 8,
The second semiconductor region has a high concentration region with a high impurity concentration and a low concentration region with a low impurity concentration, and the third semiconductor region is formed on an upper surface of the low concentration region. Light receiving element.
前記アノード又は前記カソード電極は、前記第3半導体領域の少なくとも上方を覆っていることを特徴とする受光素子。The light receiving element according to claim 8,
The light-receiving element, wherein the anode or the cathode electrode covers at least an area above the third semiconductor region.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000049524A JP3584196B2 (en) | 1999-02-25 | 2000-02-25 | Light receiving element and photoelectric conversion device having the same |
Applications Claiming Priority (11)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11-49062 | 1999-02-25 | ||
JP4906499 | 1999-02-25 | ||
JP11-49190 | 1999-02-25 | ||
JP4920999 | 1999-02-25 | ||
JP4906299 | 1999-02-25 | ||
JP11-49064 | 1999-02-25 | ||
JP11-49063 | 1999-02-25 | ||
JP4919099 | 1999-02-25 | ||
JP4906399 | 1999-02-25 | ||
JP11-49209 | 1999-02-25 | ||
JP2000049524A JP3584196B2 (en) | 1999-02-25 | 2000-02-25 | Light receiving element and photoelectric conversion device having the same |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004198146A Division JP4241527B2 (en) | 1999-02-25 | 2004-07-05 | Photoelectric conversion element |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000312024A JP2000312024A (en) | 2000-11-07 |
JP3584196B2 true JP3584196B2 (en) | 2004-11-04 |
Family
ID=27550349
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000049524A Expired - Fee Related JP3584196B2 (en) | 1999-02-25 | 2000-02-25 | Light receiving element and photoelectric conversion device having the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3584196B2 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8564032B2 (en) | 2010-03-29 | 2013-10-22 | Seiko Epson Corporation | Photo detector device, photo sensor and spectrum sensor |
US9012829B2 (en) | 2010-03-29 | 2015-04-21 | Seiko Epson Corporation | Spectrum sensor and angle restriction filter |
JP2016118787A (en) * | 2015-12-25 | 2016-06-30 | セイコーエプソン株式会社 | Spectroscopic sensor |
JP2016164985A (en) * | 2016-03-07 | 2016-09-08 | セイコーエプソン株式会社 | Light receiving element, optical sensor, and spectral sensor |
Families Citing this family (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002271698A (en) * | 2001-03-09 | 2002-09-20 | Honda Motor Co Ltd | Optical sensor circuit |
US7187017B2 (en) * | 2003-06-30 | 2007-03-06 | Rohm Co., Ltd. | Image sensor and method for forming isolation structure for photodiode |
JP4219755B2 (en) | 2003-07-16 | 2009-02-04 | ローム株式会社 | Image sensor manufacturing method and image sensor |
JP4227069B2 (en) | 2004-05-07 | 2009-02-18 | ローム株式会社 | Photoelectric conversion device, image sensor, and method of manufacturing photoelectric conversion device |
JP2006059995A (en) * | 2004-08-19 | 2006-03-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Amplification type solid-state imaging apparatus |
JP4613305B2 (en) * | 2004-10-19 | 2011-01-19 | 国立大学法人静岡大学 | Imaging device with embedded photodiode structure |
EP2249387B1 (en) | 2005-03-28 | 2012-09-05 | Fujitsu Semiconductor Limited | Imaging device |
JP4658732B2 (en) * | 2005-08-09 | 2011-03-23 | ローム株式会社 | Photodiode and phototransistor |
WO2007026409A1 (en) | 2005-08-31 | 2007-03-08 | Fujitsu Limited | Photo diode, solid imaging device, and their fabrication method |
JP4787588B2 (en) * | 2005-10-03 | 2011-10-05 | セイコーインスツル株式会社 | CMOS image sensor |
KR100718786B1 (en) * | 2005-12-29 | 2007-05-16 | 매그나칩 반도체 유한회사 | Cmos image sensor |
JP4800125B2 (en) * | 2006-06-28 | 2011-10-26 | オンセミコンダクター・トレーディング・リミテッド | Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof |
JP2011138942A (en) * | 2009-12-28 | 2011-07-14 | Oki Semiconductor Co Ltd | Semiconductor element and method of fabricating semiconductor element |
JP5697371B2 (en) | 2010-07-07 | 2015-04-08 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device and imaging system |
JP5751766B2 (en) | 2010-07-07 | 2015-07-22 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device and imaging system |
JP5885401B2 (en) | 2010-07-07 | 2016-03-15 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device and imaging system |
JP5645513B2 (en) * | 2010-07-07 | 2014-12-24 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device and imaging system |
JP2013021014A (en) * | 2011-07-07 | 2013-01-31 | Canon Inc | Manufacturing method of energy ray detection apparatus |
JP5930650B2 (en) | 2011-10-07 | 2016-06-08 | キヤノン株式会社 | Manufacturing method of semiconductor device |
JP5956840B2 (en) | 2012-06-20 | 2016-07-27 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device and camera |
JP6077786B2 (en) | 2012-08-22 | 2017-02-08 | キヤノン株式会社 | Imaging device |
JP6351097B2 (en) * | 2014-06-20 | 2018-07-04 | 国立大学法人静岡大学 | Electromagnetic wave detection element and solid-state imaging device |
JP5900585B2 (en) * | 2014-12-08 | 2016-04-06 | セイコーエプソン株式会社 | Optical sensor and spectroscopic sensor |
JP6985054B2 (en) | 2017-08-01 | 2021-12-22 | スタンレー電気株式会社 | Imaging device |
JP2019083266A (en) | 2017-10-31 | 2019-05-30 | スタンレー電気株式会社 | Imaging apparatus and imaging element |
JP2020123717A (en) * | 2019-01-30 | 2020-08-13 | シャープ株式会社 | Solid-state imaging device |
US11503234B2 (en) | 2019-02-27 | 2022-11-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device, imaging system, radioactive ray imaging system, and movable object |
-
2000
- 2000-02-25 JP JP2000049524A patent/JP3584196B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8564032B2 (en) | 2010-03-29 | 2013-10-22 | Seiko Epson Corporation | Photo detector device, photo sensor and spectrum sensor |
US8803209B2 (en) | 2010-03-29 | 2014-08-12 | Seiko Epson Corporation | Photo detector device, photo sensor and spectrum sensor |
US9012829B2 (en) | 2010-03-29 | 2015-04-21 | Seiko Epson Corporation | Spectrum sensor and angle restriction filter |
US9076904B2 (en) | 2010-03-29 | 2015-07-07 | Seiko Epson Corporation | Photo detector device, photo sensor and spectrum sensor |
US9546906B2 (en) | 2010-03-29 | 2017-01-17 | Seiko Epson Corporation | Spectrum sensor and angle restriction filter |
JP2016118787A (en) * | 2015-12-25 | 2016-06-30 | セイコーエプソン株式会社 | Spectroscopic sensor |
JP2016164985A (en) * | 2016-03-07 | 2016-09-08 | セイコーエプソン株式会社 | Light receiving element, optical sensor, and spectral sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000312024A (en) | 2000-11-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3584196B2 (en) | Light receiving element and photoelectric conversion device having the same | |
US6590242B1 (en) | Light-receiving element and photoelectric conversion device | |
JP6541080B2 (en) | Solid-state imaging device | |
US6180969B1 (en) | CMOS image sensor with equivalent potential diode | |
EP2030240B1 (en) | Pmos pixel structure with low cross talk | |
JP6406585B2 (en) | Imaging device | |
JP2006261411A (en) | Image sensor having buried photodiode region, and manufacturing method thereof | |
JP5487798B2 (en) | Solid-state imaging device, electronic apparatus, and manufacturing method of solid-state imaging device | |
CN101292356A (en) | Btfried doped region for vertical anti-blooming control and cross-talk reduction for imagers | |
JP2013062537A (en) | Photoelectric conversion device and imaging system | |
TW201110338A (en) | Imager with biased material and backside well | |
JP4241527B2 (en) | Photoelectric conversion element | |
TW201628176A (en) | Solid-state imaging device and method of manufacturing solid-state imaging device | |
JP2008172005A (en) | Solid-state image pickup device, electronic module and electronic device | |
JP2000012823A (en) | Solid-state image pickup device manufacture thereof | |
JP2005347740A (en) | Photoelectric converter and imaging system | |
JP2009188380A (en) | Image sensor and method for manufacturing the same | |
TWI525801B (en) | Image sensor with doped transfer gate | |
JP2007189131A (en) | Solid photographing element | |
JP3919378B2 (en) | Light receiving element and photoelectric conversion device using the same | |
JP2007234787A (en) | Solid-state imaging element | |
JP5241883B2 (en) | Solid-state imaging device and camera using the same | |
GB2383900A (en) | CMOS image sensor | |
JPH10257394A (en) | Solid-state image-pickup device and manufacture therefor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040506 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040705 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040726 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040802 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070806 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080806 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080806 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090806 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090806 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100806 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110806 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120806 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120806 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130806 Year of fee payment: 9 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |