JP4251047B2 - Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device Download PDF

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Description

本発明は、固体撮像素子に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device.

従来より、固体撮像素子として、例えばCMOS型の固体撮像素子が知られている(非特許文献1参照)。   Conventionally, for example, a CMOS solid-state image sensor is known as a solid-state image sensor (see Non-Patent Document 1).

ここで、CMOS型の固体撮像素子の構成を、図10を用いて説明する。
尚、図10は、例えばCMOS型の固体撮像素子の1画素に相当する拡大断面図を示し、特に、その半導体基板周辺の拡大断面図を示している。
CMOS型の固体撮像素子41では、例えばP型の半導体基板42表面の所定の領域に形成された素子分離層(所謂LOCOS膜)43Aと、この素子分離層43Aの下部の半導体基板42内に形成された高濃度のP型の半導体領域43Bとにより画素分離領域43が形成され、この画素分離領域43により区切られた単位画素領域44内に、フォトダイオードを形成する受光センサ部45が形成され、この受光センサ部45の一方の側に、読み出しゲート部46を介して、受光センサ部45で蓄積された信号電荷を電圧に変換する、高濃度のN型の半導体領域471よりなるフローティングディフュージョン部47が形成されている。
尚、図示せざるも、この単位画素44内においては、フローティングディフュージョン部47で変換された電圧を出力する出力部(出力アンプ)や、フローティングディフュージョン部47に蓄積された信号電荷を掃き捨てるリセットゲート部等が設けられている。
Here, the configuration of the CMOS solid-state imaging device will be described with reference to FIG.
FIG. 10 shows an enlarged sectional view corresponding to one pixel of, for example, a CMOS type solid-state imaging device, and particularly shows an enlarged sectional view around the semiconductor substrate.
In the CMOS solid-state imaging device 41, for example, an element isolation layer (so-called LOCOS film) 43A formed in a predetermined region on the surface of a P-type semiconductor substrate 42, and a semiconductor substrate 42 below the element isolation layer 43A are formed. A pixel isolation region 43 is formed by the high-concentration P-type semiconductor region 43B, and a light receiving sensor unit 45 for forming a photodiode is formed in the unit pixel region 44 delimited by the pixel isolation region 43, On one side of the light receiving sensor unit 45, a floating diffusion unit 47 formed of a high-concentration N-type semiconductor region 471 that converts a signal charge accumulated in the light receiving sensor unit 45 into a voltage via a read gate unit 46. Is formed.
Although not shown, in the unit pixel 44, an output unit (output amplifier) that outputs the voltage converted by the floating diffusion unit 47 and a reset gate that sweeps out signal charges accumulated in the floating diffusion unit 47. Etc. are provided.

受光センサ部45は、単位画素領域44内において、読み出しゲート部46及びフローティングディフュージョン部47の下部を除く領域に形成されている。
図10に示す場合では、受光センサ部45は、基板42の底部側に形成された低濃度のN型の第1の半導体領域451と、この第1の半導体領域451内の浅い領域に形成された高濃度のN型の第2の半導体領域452とから構成されている。
尚、49は、第2の半導体領域452の表面に形成されたホールアキュムレート層(所謂正電荷蓄積領域)である。
The light receiving sensor portion 45 is formed in a region excluding the lower portion of the readout gate portion 46 and the floating diffusion portion 47 in the unit pixel region 44.
In the case shown in FIG. 10, the light receiving sensor unit 45 is formed in a low concentration N-type first semiconductor region 451 formed on the bottom side of the substrate 42 and a shallow region in the first semiconductor region 451. And a high-concentration N-type second semiconductor region 452.
Reference numeral 49 denotes a hole accumulation layer (a so-called positive charge storage region) formed on the surface of the second semiconductor region 452.

読み出しゲート部46では、絶縁膜51を介して半導体基板42上に読み出し電極52が形成されている。この読み出し電極52の側壁には、サイドウォール53が形成されている。
尚、図示せざるも、読み出し電極52を含んで全面には、例えば層間絶縁膜が形成され、この層間絶縁膜上には、例えばパッシベーション膜、平坦化膜等を介してカラーフィルタが形成される。そして、カラーフィルタを介して受光センサ部45と対応する位置にはオンチップレンズが形成される。層間絶縁膜中には、例えば多層の配線層が形成されている。
In the read gate unit 46, the read electrode 52 is formed on the semiconductor substrate 42 with the insulating film 51 interposed therebetween. A side wall 53 is formed on the side wall of the readout electrode 52.
Although not shown, an interlayer insulating film, for example, is formed on the entire surface including the readout electrode 52, and a color filter is formed on the interlayer insulating film via, for example, a passivation film, a planarizing film, or the like. . An on-chip lens is formed at a position corresponding to the light receiving sensor unit 45 through the color filter. For example, a multilayer wiring layer is formed in the interlayer insulating film.

次に、このような構成のCMOS型の固体撮像素子41における、受光時と読み出し時の動作を、図10及び図11を用いて説明する。
尚、図11は、固体撮像素子41において、受光センサ部45と、読み出しゲート部46と、フローティングディフュージョン部47に対応するポテンシャル図を示している。
先ず、受光時、図示しないオンチップレンズを通して受光センサ部45に光が入射されると、入射された光は、基板42の底部側に形成された第1の半導体領域451内で光電変換される。
そして、光電変換されることにより第1の半導体領域451内で発生した信号電荷eは、基板42の表面側へと向かって高くなる濃度勾配により、図10中矢印Xに示すように、第1の半導体領域451から第2の半導体領域452へ集められる。
これにより、図10に示すように、受光センサ部45の特に第2の半導体領域452内に信号電荷eが蓄積された状態になる。
Next, operations at the time of light reception and reading in the CMOS type solid-state imaging device 41 having such a configuration will be described with reference to FIGS.
FIG. 11 shows a potential diagram corresponding to the light receiving sensor unit 45, the read gate unit 46, and the floating diffusion unit 47 in the solid-state imaging device 41.
First, at the time of receiving light, when light is incident on the light receiving sensor unit 45 through an on-chip lens (not shown), the incident light is photoelectrically converted in the first semiconductor region 451 formed on the bottom side of the substrate 42. .
Then, the signal charge e generated in the first semiconductor region 451 due to the photoelectric conversion is increased in the first gradient as shown by an arrow X in FIG. From the semiconductor region 451 to the second semiconductor region 452.
Thereby, as shown in FIG. 10, the signal charge e is accumulated in the second semiconductor region 452 of the light receiving sensor unit 45 in particular.

次に、読み出し時、図示しない外部に設けられた印加手段により、読み出し電極52に所定の高さの読み出し電圧が印加されると、図11Bに示すように、読み出しゲート部46のポテンシャル46Bが受光センサ部45のポテンシャル45Bよりも深く下がる。これにより、受光センサ部45からフローティングディフュージョン部47へ信号電荷eが読み出される。   Next, at the time of reading, when a reading voltage having a predetermined height is applied to the reading electrode 52 by an external application unit (not shown), the potential 46B of the reading gate portion 46 receives light as shown in FIG. 11B. It goes deeper than the potential 45B of the sensor unit 45. As a result, the signal charge e is read from the light receiving sensor unit 45 to the floating diffusion unit 47.

尚、フローティングディフュージョン部47へ読み出された信号電荷eは、電圧へと変換され、図示しない出力部より出力される。
そして、電圧が出力された後は、図示しないリセットゲート部に所定の電圧が印加されることで、フローティングディフュージョン部47に蓄積された信号電荷eが掃き捨てられる。
「トランジスタ技術」,2003年2月号,p.128−131
The signal charge e read to the floating diffusion unit 47 is converted to a voltage and output from an output unit (not shown).
After the voltage is output, a predetermined voltage is applied to a reset gate portion (not shown), so that the signal charge e accumulated in the floating diffusion portion 47 is swept away.
“Transistor Technology”, February 2003, p. 128-131

ところで、上述したCMOS型の固体撮像素子41においては、受光センサ部45において、信号電荷eの蓄積量を増やすことによってダイナミックレンジを拡大するために、受光センサ部45のポテンシャルをさらに深くすることが求められている。
つまり、図11Aに示したように、例えば、深さh1で形成された受光センサ部45のポテンシャル45Bを、図12Aに示すように、さらに深い深さh2で形成するような場合である。
By the way, in the above-described CMOS type solid-state imaging device 41, in the light receiving sensor unit 45, the potential of the light receiving sensor unit 45 may be further deepened in order to expand the dynamic range by increasing the accumulation amount of the signal charge e. It has been demanded.
That is, as shown in FIG. 11A, for example, the potential 45B of the light receiving sensor unit 45 formed at the depth h1 is formed at a deeper depth h2 as shown in FIG. 12A.

しかしながら、このような構成とした場合、受光センサ部45からフローティングディフュージョン部47へ、効率良く信号電荷eを読み出すことが困難となる。   However, with such a configuration, it is difficult to efficiently read the signal charge e from the light receiving sensor unit 45 to the floating diffusion unit 47.

即ち、図11Aに示すように、受光センサ部45のポテンシャル45Bが深さh1で形成されている場合、読み出し時には、所定の高さの読み出し電圧を読み出し電極52に印加することで、図11Bに示すように、読み出しゲート部46のポテンシャル46Bを、受光センサ部45のポテンシャル45Bよりも深く下げることができ、受光センサ部45に蓄積された信号電荷eをフローティングディフュージョン部47へ読み出すことができる。   That is, as shown in FIG. 11A, when the potential 45B of the light receiving sensor unit 45 is formed at the depth h1, at the time of reading, a read voltage of a predetermined height is applied to the read electrode 52, so that FIG. As shown, the potential 46B of the read gate unit 46 can be lowered deeper than the potential 45B of the light receiving sensor unit 45, and the signal charge e accumulated in the light receiving sensor unit 45 can be read to the floating diffusion unit 47.

しかしながら、図12Aに示すように、受光センサ部45のポテンシャル45Bをさらに深くして、深さh2のポテンシャル55Bとした場合、受光センサ部45のポテンシャル55Bはさらに深い位置まで形成されるので、読み出し時に、深さh1で形成されたポテンシャル45Bの場合と同様に、所定の高さの読み出し電圧を読み出し電極に印加した場合、図12Bに示すように、読み出しゲート部46のポテンシャル46Bが、受光センサ部45のポテンシャル55Bよりも深くならず、信号電荷eを効率良くフローティングディフュージョン部47へ読み出すことが困難となる。   However, as shown in FIG. 12A, when the potential 45B of the light receiving sensor unit 45 is further deepened to be a potential 55B having a depth h2, the potential 55B of the light receiving sensor unit 45 is formed to a deeper position. Sometimes, as in the case of the potential 45B formed at the depth h1, when a read voltage having a predetermined height is applied to the read electrode, as shown in FIG. It becomes difficult to read the signal charge e to the floating diffusion portion 47 efficiently without becoming deeper than the potential 55B of the portion 45.

このような場合、読み出し電極52に印加される読み出し電圧をさらに高くしないと、信号電荷eを効率良くフローティングディフュージョン部47へ読み出すことができない。   In such a case, the signal charge e cannot be efficiently read out to the floating diffusion portion 47 unless the read voltage applied to the read electrode 52 is further increased.

また、上述したCMOS型の固体撮像素子41の場合、単位画素領域44内においては、上述したように、受光センサ部45の他に、受光センサ部45からの信号電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョン部47やフローティングディフュージョン部47で変換された電圧を出力する出力部、さらには、フローティングディフュージョン部に蓄積された信号電荷を掃き捨てるリセットゲート部等が設けられているので、単位画素領域44内において、受光センサ部45の占める領域が狭くなっている。
従って、入射光を光電変換する領域が非常に狭く、信号電荷eの蓄積量が少ない、感度の低い構成の固体撮像素子41となっていた。
Further, in the case of the above-described CMOS solid-state imaging device 41, in the unit pixel region 44, as described above, in addition to the light receiving sensor unit 45, a floating diffusion that converts signal charges from the light receiving sensor unit 45 into a voltage. In the unit pixel region 44, an output unit that outputs the voltage converted by the unit 47 and the floating diffusion unit 47, and a reset gate unit that sweeps out signal charges accumulated in the floating diffusion unit are provided. The area occupied by the light receiving sensor 45 is narrow.
Therefore, the solid-state imaging device 41 has a configuration in which incident light is photoelectrically converted, the amount of accumulated signal charges e is small, and the sensitivity is low.

上述した点に鑑み、本発明は、読み出し電圧を低くすることができ、且つ、信号電荷の蓄積量を増加して、広いダイナミックレンジ及び高い感度を得ることができる構成の固体撮像素子を提供するものである。   In view of the above, the present invention provides a solid-state imaging device having a configuration capable of reducing a readout voltage and increasing a signal charge accumulation amount to obtain a wide dynamic range and high sensitivity. Is.

本発明に係る固体撮像素子は、入射光を光電変換して信号電荷を生成する受光センサ部と、信号電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョン部と、受光センサ部とフローティングディフュージョン部との間に形成された読み出しゲート部と、フローティングディフュージョン部で変換された電圧を出力する出力部とを有して単位画素が形成される。また、読み出しゲート部上に形成された第1の読み出し電極と、フローティングディフュージョン部上の少なくとも一部に形成された第2の読み出し電極とにより、信号電荷の受光センサ部からフローティングディフュージョン部への読み出しが行われる構成とする。 The solid-state imaging device according to the present invention is formed between a light receiving sensor unit that photoelectrically converts incident light to generate a signal charge, a floating diffusion unit that converts signal charge into a voltage, and a light receiving sensor unit and the floating diffusion unit. a read gate, which is, a unit pixel and an output unit for outputting the voltage converted by the floating diffusion portion is Ru is formed. Further , the signal charge is read from the light receiving sensor portion to the floating diffusion portion by the first read electrode formed on the read gate portion and the second read electrode formed on at least a part of the floating diffusion portion. Is assumed to be performed.

さらに、本発明に係る固体撮像素子は、受光センサ部が、単位画素において、半導体基板の底部側で、読み出しゲート部とフローティングディフュージョン部の下部を含んで形成された第1の半導体領域を有する。そして、第1の半導体領域よりも浅い領域で、読み出しゲート部とフローティングディフュージョン部の下部を含み、第1の半導体領域よりも濃い不純物濃度で形成された第2の半導体領域を有する。さらに、第2の半導体領域よりも浅い領域で、読み出しゲート部とフローティングディフュージョン部の下部を除く領域に、第2の半導体領域よりも濃い不純物濃度で形成された第3の半導体領域を有する。 Furthermore, in the solid-state imaging device according to the present invention, the light-receiving sensor unit has a first semiconductor region formed on the bottom side of the semiconductor substrate in the unit pixel, including the lower part of the readout gate unit and the floating diffusion unit. In addition, the second semiconductor region is shallower than the first semiconductor region, includes a lower portion of the read gate portion and the floating diffusion portion, and is formed with a higher impurity concentration than the first semiconductor region. In addition, a third semiconductor region formed with a higher impurity concentration than the second semiconductor region is provided in a region shallower than the second semiconductor region and excluding the lower part of the read gate portion and the floating diffusion portion.

本発明に係る固体撮像素子によれば、入射光を光電変換して信号電荷を生成する受光センサ部と、信号電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョン部と、受光センサ部とフローティングディフュージョン部との間に形成された読み出しゲート部と、フローティングディフュージョン部で変換された電圧を出力する出力部とを有して単位画素が形成され、読み出しゲート部上に形成された第1の読み出し電極と、フローティングディフュージョン部上の少なくとも一部に形成された第2の読み出し電極とにより、信号電荷の受光センサ部からフローティングディフュージョン部への読み出しが行われるので、例えば読み出し時に、第1の読み出し電極及び第2の読み出し電極に同時に読み出し電圧が印加される場合は、読み出しゲート部のポテンシャルだけでなく、フローティングディフュージョン部のポテンシャルも下げることができる。According to the solid-state imaging device according to the present invention, the light receiving sensor unit that photoelectrically converts incident light to generate a signal charge, the floating diffusion unit that converts the signal charge into a voltage, and between the light receiving sensor unit and the floating diffusion unit. A first readout electrode formed on the readout gate unit, wherein the unit pixel is formed having a readout gate unit formed on the output unit and an output unit that outputs the voltage converted by the floating diffusion unit, and the floating diffusion Since the signal charge is read from the light receiving sensor part to the floating diffusion part by the second readout electrode formed on at least a part of the part, for example, at the time of readout, the first readout electrode and the second readout electrode If a read voltage is applied simultaneously to the electrodes, Well potential parts, the potential of the floating diffusion portion may also be lowered.
これにより、例えば読み出しゲート部上に形成された電極のみで読み出し電極が構成され、読み出し時に読み出しゲート部のポテンシャルのみが下がる構成の固体撮像素子の場合に比べて、読み出しゲート部とフローティングディフュージョン部で形成されるポテンシャルにさらに勾配をつけることができる。Thereby, for example, the readout gate is constituted only by the electrode formed on the readout gate part, and the readout gate part and the floating diffusion part are compared with the case of the solid-state imaging device in which only the potential of the readout gate part is lowered at the time of readout. The potential formed can be further graded.
従って、受光センサ部から読み出される信号電荷により強い電界をつけることができ、読み出し効率を向上することができる。  Therefore, a stronger electric field can be applied to the signal charge read from the light receiving sensor unit, and reading efficiency can be improved.

本発明によれば、受光センサ部からフローティングディフュージョン部へと効率良く信号電荷を読み出すことが可能になるので、低い読み出し電圧でも充分な読み出し効率を確保することができる固体撮像素子を提供することが可能になる。   According to the present invention, it is possible to efficiently read signal charges from the light receiving sensor portion to the floating diffusion portion, and thus it is possible to provide a solid-state imaging device capable of ensuring sufficient read efficiency even with a low read voltage. It becomes possible.

また、上述した構成において、受光センサ部が、単位画素において、半導体基板の底部側で、読み出しゲート部とフローティングディフュージョン部の下部を含んで形成された第1の半導体領域と、この第1の半導体領域よりも浅い領域で、読み出しゲート部とフローティングディフュージョン部の下部を含んで形成された第2の半導体領域と、この第2の半導体領域よりも浅い領域で、読み出しゲート部とフローティングディフュージョン部の下部を除く領域に形成された第3の半導体領域から構成されるようにした場合は、光電変換に寄与する領域を拡大することができるので、信号電荷の蓄積量を増加させて、広いダイナミックレンジを得ることができ、且つ高い感度を有する構成の固体撮像素子を提供することができる。   In the above-described configuration, the light receiving sensor unit includes a first semiconductor region formed on the bottom side of the semiconductor substrate including a lower part of the readout gate unit and the floating diffusion unit in the unit pixel, and the first semiconductor. A second semiconductor region formed in a region shallower than the region and including a lower portion of the read gate portion and the floating diffusion portion; and a lower portion of the read gate portion and the floating diffusion portion in a region shallower than the second semiconductor region. In the case where the third semiconductor region is formed in a region excluding the region, the region contributing to photoelectric conversion can be expanded, so that the amount of accumulated signal charges can be increased, and a wide dynamic range can be obtained. It is possible to provide a solid-state imaging device having a configuration that can be obtained and has high sensitivity.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

先ず、本発明に係る固体撮像素子の一実施の形態を、図1と共に説明する。
尚、図1は、例えばCMOS型の固体撮像素子の1画素に相当する拡大断面図を示し、特に、その半導体基板周辺の拡大断面図を示している。
本実施の形態の固体撮像素子1では、例えばP型の半導体基板2表面の所定の領域に形成された素子分離層(所謂LOCOS膜)3Aと、素子分離層3Aの下部の半導体基板2内に形成された高濃度のP型の半導体領域3Bとにより画素分離領域3が形成され、この画素分離領域3により区切られた単位画素領域4内に、フォトダイオードを形成する受光センサ部5が形成され、この受光センサ部5の一方の側に、読み出しゲート部6を介して、受光センサ部5で蓄積された信号電荷を電圧に変換する、高濃度のN型の半導体領域71よりなるフローティングディフュージョン部7が形成されている。
尚、図示せざるも、この単位画素4内においては、フローティングディフュージョン部7で変換された電圧を出力する出力部(出力アンプ)や、フローティングディフュージョン部7に蓄積された信号電荷を掃き捨てるリセットゲート部等が設けられている。
First, an embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 shows an enlarged cross-sectional view corresponding to one pixel of, for example, a CMOS solid-state imaging device, and particularly shows an enlarged cross-sectional view around the semiconductor substrate.
In the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment, for example, an element isolation layer (so-called LOCOS film) 3A formed in a predetermined region on the surface of a P-type semiconductor substrate 2 and a semiconductor substrate 2 below the element isolation layer 3A. A pixel separation region 3 is formed by the formed high-concentration P-type semiconductor region 3B, and a light receiving sensor portion 5 that forms a photodiode is formed in the unit pixel region 4 delimited by the pixel separation region 3. On one side of the light receiving sensor unit 5, a floating diffusion unit made of a high-concentration N-type semiconductor region 71 that converts a signal charge accumulated in the light receiving sensor unit 5 into a voltage via a read gate unit 6. 7 is formed.
Although not shown, in the unit pixel 4, an output unit (output amplifier) that outputs the voltage converted by the floating diffusion unit 7 and a reset gate that sweeps out signal charges accumulated in the floating diffusion unit 7. Etc. are provided.

受光センサ部5は、半導体基板2の底部側で、且つ読み出しゲート部6とフローティングディフュージョン部7の下部以外の領域に形成された低濃度のN型の第1の半導体領域51と、この低濃度のN型の半導体領域51よりも浅い領域に形成された高濃度のN型の第2の半導体領域52から構成されている。
尚、9は、N型の第2の半導体領域52の表面に形成されたホールアキュムレート層(所謂正電荷蓄積領域)である。
The light receiving sensor unit 5 includes a low-concentration N-type first semiconductor region 51 formed on a bottom side of the semiconductor substrate 2 and in a region other than the lower portion of the readout gate unit 6 and the floating diffusion unit 7, and the low-concentration The N-type second semiconductor region 52 is formed in a region that is shallower than the second N-type semiconductor region 51.
Reference numeral 9 denotes a hole accumulation layer (so-called positive charge accumulation region) formed on the surface of the N-type second semiconductor region 52.

読み出しゲート部6では、絶縁膜11を介して半導体基板2上に読み出し電極12が形成されている。
ここで、本実施の形態の固体撮像素子1においては、読み出し電極12を2つの電極から構成する。
即ち、従来の固体撮像素子においては、読み出しゲート部に形成された電極のみで読み出し電極を構成していたが、本実施の形態の固体撮像素子1においては、従来と同様に、読み出しゲート部6に形成された電極(第1の読み出し電極)121と、あらたにフローティングディフュージョン部7に形成された電極(第2の読み出し電極)122とから読み出し電極12を構成する。
尚、第1の読み出し電極121と第2の読み出し電極122との間は、第1の読み出し電極121の側壁に形成されたサイドウォール13により絶縁されている。
In the read gate unit 6, a read electrode 12 is formed on the semiconductor substrate 2 with an insulating film 11 interposed therebetween.
Here, in the solid-state imaging device 1 of the present embodiment, the readout electrode 12 is composed of two electrodes.
That is, in the conventional solid-state imaging device, the readout electrode is configured only by the electrode formed in the readout gate portion. However, in the solid-state imaging device 1 of the present embodiment, the readout gate portion 6 is similar to the conventional one. The readout electrode 12 is composed of the electrode (first readout electrode) 121 formed on the first electrode and the electrode (second readout electrode) 122 newly formed on the floating diffusion portion 7.
Note that the first read electrode 121 and the second read electrode 122 are insulated from each other by the sidewall 13 formed on the side wall of the first read electrode 121.

第2の読み出し電極122は、図2に平面図示すように、フローティングディフュージョン部7の一部に形成されている。
尚、図2の場合では、第2の読み出し電極122を、フローティングディフュージョン部7の一部に形成された場合を示したが、例えばフローティングディフュージョン部7の全てを覆うように形成することもできる。
The second readout electrode 122 is formed on a part of the floating diffusion portion 7 as shown in a plan view in FIG.
In the case of FIG. 2, the second read electrode 122 is formed on a part of the floating diffusion part 7. However, for example, the second read electrode 122 may be formed so as to cover the entire floating diffusion part 7.

尚、図示せざるも、読み出し電極52を含んで全面には、例えば層間絶縁膜が形成され、この層間絶縁膜上には、例えばパッシベーション膜、平坦化膜等を介してカラーフィルタが形成される。そして、カラーフィルタを介して受光センサ部と対応する位置にはオンチップレンズが形成される。層間絶縁膜中には、例えば多層の配線層が形成されている。   Although not shown, an interlayer insulating film, for example, is formed on the entire surface including the readout electrode 52, and a color filter is formed on the interlayer insulating film via, for example, a passivation film, a planarizing film, or the like. . An on-chip lens is formed at a position corresponding to the light receiving sensor portion via the color filter. For example, a multilayer wiring layer is formed in the interlayer insulating film.

次に、このような構成のCMOS型の固体撮像素子1における、受光時と読み出し時の動作を、図1及び図3と共に説明する。
尚、図3は、固体撮像素子1において、受光センサ部5と、読み出しゲート部6と、フローティングディフュージョン部7に対応するポテンシャル図を示している。
先ず、受光時、図示しないオンチップレンズを通して受光センサ部5に光が入射されると、入射された光は、基板2の底部側に形成された第1の半導体領域51内で光電変換される。
そして、光電変換されることで第1の半導体領域51内で発生した信号電荷eは、基板2の表面側へ向かって高くなる濃度勾配により、図1中矢印Xに示すように、第2の半導体領域52に集められる。
これにより、図1に示すように、受光センサ部5内の特に第2の半導体領域52内に信号電荷eが蓄積された状態になる。
Next, operations at the time of light reception and reading in the CMOS type solid-state imaging device 1 having such a configuration will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 shows a potential diagram corresponding to the light receiving sensor unit 5, the readout gate unit 6, and the floating diffusion unit 7 in the solid-state imaging device 1.
First, at the time of light reception, when light is incident on the light receiving sensor unit 5 through an on-chip lens (not shown), the incident light is photoelectrically converted in the first semiconductor region 51 formed on the bottom side of the substrate 2. .
Then, the signal charge e generated in the first semiconductor region 51 due to the photoelectric conversion is caused by a concentration gradient that increases toward the surface side of the substrate 2, as shown by an arrow X in FIG. Collected in the semiconductor region 52.
Thereby, as shown in FIG. 1, the signal charge e is accumulated in the light receiving sensor portion 5, particularly in the second semiconductor region 52.

次に、読み出し時、図示しない外部に設けられた印加手段により、第1の読み出し電極121及び第2の読み出し電極122に読み出し電圧が印加される。
この際、第1及び第2の読み出し電極121,122に同時に読み出し電圧が印加されるようにすることにより、第1の読み出し電極121の下では、読み出しゲート部6のポテンシャル6Bが下がり、第2の読み出し電極122の下では、フローティングディフュージョン部7のポテンシャル7Bが基板2の底部側へと深く下がる。即ち、従来のように、読み出しゲート部のポテンシャルのみが下がるだけではなく、読み出しゲート部6とフローティングディフュージョン部7のポテンシャルが同時に下がることになる。
これにより、読み出しゲート部6とフローティングディフュージョン部7とで形成されるポテンシャルに勾配がつき、受光センサ部5から読み出される信号電荷eに対して強い電界がつくことになる。そして、図3Bに示すように、受光センサ部45からフローティングディフュージョン部47へ効率よく信号電荷eが読み出される。
Next, at the time of reading, a reading voltage is applied to the first reading electrode 121 and the second reading electrode 122 by an external application unit (not shown).
At this time, by simultaneously applying a read voltage to the first and second read electrodes 121 and 122, the potential 6 </ b> B of the read gate portion 6 decreases below the first read electrode 121, and the second Under the read electrode 122, the potential 7 </ b> B of the floating diffusion portion 7 is deeply lowered to the bottom side of the substrate 2. That is, not only the potential of the read gate part is lowered as in the conventional case, but also the potentials of the read gate part 6 and the floating diffusion part 7 are simultaneously lowered.
As a result, the potential formed by the read gate unit 6 and the floating diffusion unit 7 has a gradient, and a strong electric field is applied to the signal charge e read from the light receiving sensor unit 5. Then, as shown in FIG. 3B, the signal charge e is efficiently read from the light receiving sensor unit 45 to the floating diffusion unit 47.

尚、フローティングディフュージョン部47へと読み出された信号電荷eは、電圧へ変換され、図示しない出力部より出力される。
そして、電圧が出力された後は、図示しないリセットゲート部に所定の電圧が印加されることで、フローティングディフュージョン部に蓄積された信号電荷が掃き捨てられる。
The signal charge e read to the floating diffusion unit 47 is converted into a voltage and output from an output unit (not shown).
Then, after the voltage is output, a predetermined voltage is applied to a reset gate portion (not shown), thereby sweeping out signal charges accumulated in the floating diffusion portion.

この際、図4Aに示すように、先ず、第2の読み出し電極122のみに所定の電圧を印加して、フローティングディフュージョン部7のポテンシャル7Bを下げた状態とし、この状態で、図4Bに示すように、例えばリセットゲート部33に所定の電圧を印加して、リセットゲート部33のポテンシャル33Bを深く下げる。
そして、この後に、第1の読み出し電極122に印加されている所定の電圧をオフすることで、図4Cに示すように、フローティングディフュージョン部7のポテンシャル7Bを元の電圧が印加されてない状態に戻すことで、フローティングディフュージョン部7に蓄積された信号電荷eを残さず掃き出しすることができる。
このように、第1の読み出し電極121及び第2の読み出し電極122に、それぞれ別々に電圧を印加し、リセットゲート部33に印加される電圧のタイミングを変えることで、リセット効率を向上することが可能になる。
また、印加される電圧の高さを変化させることで、さらにリセット効率を向上することもできる。
At this time, as shown in FIG. 4A, first, a predetermined voltage is applied only to the second readout electrode 122 to lower the potential 7B of the floating diffusion portion 7, and in this state, as shown in FIG. 4B. In addition, for example, a predetermined voltage is applied to the reset gate 33 to lower the potential 33B of the reset gate 33 deeply.
Thereafter, the predetermined voltage applied to the first readout electrode 122 is turned off, so that the potential 7B of the floating diffusion portion 7 is not applied with the original voltage, as shown in FIG. 4C. By returning, the signal charge e accumulated in the floating diffusion portion 7 can be swept out without remaining.
Thus, reset efficiency can be improved by separately applying voltages to the first readout electrode 121 and the second readout electrode 122 and changing the timing of the voltage applied to the reset gate portion 33. It becomes possible.
Further, reset efficiency can be further improved by changing the height of the applied voltage.

本実施の形態の固体撮像素子1によれば、読み出しゲート部6上に形成された通常の読み出し電極(第1の読み出し電極)121に加えて、フローティングディフュージョン部7上の少なくとも一部に形成された読み出し電極(第2の読み出し電極)122とから読み出し電極12を構成したので、読み出し時に、第1及び第2の読み出し電極121,122に対して、同時に読み出し電圧が印加された場合は、図3に示したように、読み出しゲート部6のポテンシャル6Bを下げることができると同時に、フローティングディフュージョン部7のポテンシャル7Bも深く下げることが可能になる。   According to the solid-state imaging device 1 of the present embodiment, in addition to the normal readout electrode (first readout electrode) 121 formed on the readout gate unit 6, it is formed on at least a part of the floating diffusion unit 7. Since the readout electrode 12 is composed of the readout electrode (second readout electrode) 122, when readout voltage is simultaneously applied to the first and second readout electrodes 121 and 122 during readout, As shown in FIG. 3, the potential 6B of the read gate portion 6 can be lowered, and at the same time, the potential 7B of the floating diffusion portion 7 can be lowered deeply.

このように、従来の固体撮像素子の場合のように、読み出しゲート部のみのポテンシャルのみが下がるのではなく(図11参照)、読み出しゲート部6のポテンシャル6Bと、さらにフローティングディフュージョン部7のポテンシャル7Bを下げることができるので、従来の固体撮像素子の場合に比べて、読み出しゲート部6とフローティングディフュージョン部7で形成されるポテンシャルにさらに勾配をつけることができる。
従って、受光センサ部から読み出される信号電荷により強い電界をつけることができ、読み出し効率を向上することができる。
Thus, as in the case of the conventional solid-state imaging device, not only the potential of the readout gate portion alone is lowered (see FIG. 11), but the potential 6B of the readout gate portion 6 and the potential 7B of the floating diffusion portion 7 are further reduced. Therefore, the potential formed by the readout gate section 6 and the floating diffusion section 7 can be further graded as compared with the conventional solid-state imaging device.
Therefore, a stronger electric field can be applied to the signal charge read from the light receiving sensor unit, and reading efficiency can be improved.

次に、本発明の固体撮像素子の他の実施の形態を、図5と共に説明する。
尚、図5は、固体撮像素子の1画素に相当する拡大断面図を示し、特に、半導体基板周辺の拡大断面図を示している。
本実施の形態の固体撮像素子10においては、上述した実施の形態の固体撮像素子1の場合と同様に、読み出しゲート部6上に形成された第1の読み出し電極121と、フローティングディフュージョン部7上の少なくとも一部に形成された第2の読み出し電極122とから読み出し電極12を構成しているが、受光センサ部5の構成が上述した実施の形態の固体撮像素子1とは異なる。
具体的には、単位画素領域4内において、受光センサ部5を、フローティングディフュージョン部7や読み出しゲート部6の下部まで、さらに拡大して形成する。
その他の構成は、図1に示した固体撮像素子1の場合と同様であるので、対応する部分には同一符号を付し、重複説明は省略する。
Next, another embodiment of the solid-state imaging device of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 5 shows an enlarged cross-sectional view corresponding to one pixel of the solid-state image sensor, and particularly shows an enlarged cross-sectional view around the semiconductor substrate.
In the solid-state imaging device 10 according to the present embodiment, the first readout electrode 121 formed on the readout gate unit 6 and the floating diffusion unit 7 are formed as in the case of the solid-state imaging device 1 according to the above-described embodiment. The readout electrode 12 is composed of the second readout electrode 122 formed on at least a part of the solid-state imaging device 1, but the configuration of the light receiving sensor unit 5 is different from that of the solid-state imaging device 1 of the above-described embodiment.
Specifically, in the unit pixel region 4, the light receiving sensor unit 5 is further enlarged to the lower part of the floating diffusion unit 7 and the readout gate unit 6.
Since the other configuration is the same as that of the solid-state imaging device 1 shown in FIG. 1, the corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

即ち、本実施の形態の固体撮像素子10の場合では、単位画素領域4内において、半導体基板2の底部側の深い領域で、読み出しゲート部6とフローティングディフュージョン部7の下部を含んで形成された第1の半導体領域511と、この第1の半導体領域511よりも浅い領域で、第1の半導体領域511と同様に、読み出しゲート部6とフローティングディフュージョン部7の下部を含んで形成された第2の半導体領域512と、第2の半導体領域522よりも浅い領域で、読み出しゲート部6とフローティングディフュージョン部7の下部を除く領域のみに形成された第3の半導体領域533とから受光センサ部5を構成する。
尚、9は、第3の半導体領域533の表面に形成された、高濃度のP型の不純物よりなるホールアキュムレート層(正電荷蓄積領域)である。
That is, in the case of the solid-state imaging device 10 of the present embodiment, the unit pixel region 4 is formed in a deep region on the bottom side of the semiconductor substrate 2 including the lower part of the readout gate portion 6 and the floating diffusion portion 7. A first semiconductor region 511 and a second region formed shallower than the first semiconductor region 511 and including the lower portion of the read gate portion 6 and the floating diffusion portion 7, as in the first semiconductor region 511. The light receiving sensor unit 5 is composed of the semiconductor region 512 and the third semiconductor region 533 formed only in the region shallower than the second semiconductor region 522 and excluding the lower portion of the readout gate portion 6 and the floating diffusion portion 7. Constitute.
Reference numeral 9 denotes a hole accumulation layer (positive charge accumulation region) made of a high-concentration P-type impurity and formed on the surface of the third semiconductor region 533.

本実施の形態の固体撮像素子10の場合では、第1導電型、例えばP型の半導体基板2を用いているので、第1の半導体領域511は、第2導電型、例えば低濃度のN型の不純物より形成される。また、第2の半導体領域522は、第2導電型、例えばN型の不純物より形成される。また、第3の半導体領域533は、第2導電型、例えば高濃度のN型の不純物より形成される。
尚、このように、基板2の底部側に形成された第3の半導体領域511から、基板表面側に形成された第3の半導体領域533へと向かって、不純物濃度が濃くなるように各半導体領域の不純物濃度に勾配をつけることで、例えば基板2の底部側に形成された、第1の半導体領域511及び第2の半導体領域522において光電変換された信号電荷eが、基板2の表面側に形成された第3の半導体領域533へ効率よく集まる。
In the case of the solid-state imaging device 10 of the present embodiment, since the first conductive type, for example, the P-type semiconductor substrate 2 is used, the first semiconductor region 511 has the second conductive type, for example, a low concentration N-type. Formed from impurities. The second semiconductor region 522 is formed of a second conductivity type, for example, an N-type impurity. The third semiconductor region 533 is formed of a second conductivity type, for example, a high concentration N-type impurity.
As described above, each semiconductor has a higher impurity concentration from the third semiconductor region 511 formed on the bottom side of the substrate 2 toward the third semiconductor region 533 formed on the substrate surface side. By applying a gradient to the impurity concentration of the region, for example, the signal charge e photoelectrically converted in the first semiconductor region 511 and the second semiconductor region 522 formed on the bottom side of the substrate 2 is converted to the surface side of the substrate 2. Thus, the third semiconductor region 533 formed in the second region is efficiently collected.

ここで、第2の半導体領域522とフローティングディフュージョン部7を構成する高濃度のN型の半導体領域71との間に形成されたP型の半導体領域20は、例えば第2の読み出し電極122に読み出し電圧が印加された場合に、そのポテンシャルが下がり、第1及び第2の半導体領域511,522で光電変換された信号電荷eの一部が、図5中矢印Yに示すような経路で、直接フローティングディフュージョン部7へ読み出されるような濃度で形成することもできる。   Here, the P-type semiconductor region 20 formed between the second semiconductor region 522 and the high-concentration N-type semiconductor region 71 constituting the floating diffusion portion 7 is read to the second read electrode 122, for example. When a voltage is applied, the potential decreases, and a part of the signal charge e photoelectrically converted in the first and second semiconductor regions 511 and 522 directly passes through a path indicated by an arrow Y in FIG. It can also be formed at such a concentration as to be read out to the floating diffusion portion 7.

このような構成とした場合、読み出し時に、第1及び第2の読み出し電極121,122に同時に読み出し電圧が印加されると、図1及び図3に示したように、信号電荷eが受光センサ部5の第3の半導体領域533から読み出しゲート部6を通してフローティングディフュージョン部7へ読み出されると共に、第1及び第2の半導体領域511,522より、信号電荷eがP型の半導体領域20のポテンシャルを超えて直接フローティングディフュージョン部7へ読み出されるようにすることが可能になる。
即ち、本実施の形態の固体撮像素子10においては、読み出しゲート部6及びフローティングディフュージョン部7の下部を含む領域まで受光センサ部5を構成する半導体領域を形成すると共に、フローティングディフュージョン部7の一部に第2の読み出し電極122を形成したので、上述したように、直接フローティングデョフュージョン部7に信号電荷eを読み出すことが可能になる。
これにより、通常の受光センサ部5から読み出しゲート部6を介してフローティングディフュージョン部7へと信号電荷eが読み出される場合に比べて、さらに信号電荷eの読み出し効率を上げることができる。
In such a configuration, when a read voltage is simultaneously applied to the first and second read electrodes 121 and 122 at the time of reading, as shown in FIGS. 5 is read from the third semiconductor region 533 through the read gate portion 6 to the floating diffusion portion 7, and the signal charge e exceeds the potential of the P-type semiconductor region 20 from the first and second semiconductor regions 511 and 522. Thus, it can be directly read out to the floating diffusion section 7.
That is, in the solid-state imaging device 10 according to the present embodiment, a semiconductor region constituting the light receiving sensor unit 5 is formed up to a region including the lower part of the readout gate unit 6 and the floating diffusion unit 7 and a part of the floating diffusion unit 7 is formed. In addition, since the second readout electrode 122 is formed, the signal charge e can be directly read out to the floating diffusion region 7 as described above.
Thereby, compared with the case where the signal charge e is read from the normal light receiving sensor part 5 to the floating diffusion part 7 via the read gate part 6, the read efficiency of the signal charge e can be further increased.

次に、このような構成のCMOS型の固体撮像素子10における、受光時と読み出し時の動作を、図5及び図3を用いて説明する。
先ず、受光時、図示しないオンチップレンズを通して受光センサ部5に光が入射されると、単位画素領域4内において、基板2の底部側に形成された第1の半導体領域511と、この第1の半導体領域511よりも浅い領域に形成された第2の半導体領域522で光電変換が行われる。
そして、光電変換されることにより、第1及び第2の半導体領域511,522で発生した信号電荷eは、基板2の表面側に向かって高くなるように形成された濃度勾配により、図5中矢印Xに示すように、表面側に形成された第3の半導体領域533に集められて、この第3の半導体領域533中に蓄積される。
尚、読み出し時及び信号電荷eがフローティングディフュージョン部7へ読み出された後の動作は、上述した実施の形態の場合と同様であるので、重複説明を省略する。
Next, operations at the time of light reception and reading in the CMOS type solid-state imaging device 10 having such a configuration will be described with reference to FIGS.
First, at the time of receiving light, when light is incident on the light receiving sensor unit 5 through an on-chip lens (not shown), the first semiconductor region 511 formed on the bottom side of the substrate 2 in the unit pixel region 4 and the first semiconductor region 511 are formed. Photoelectric conversion is performed in the second semiconductor region 522 formed in a region shallower than the semiconductor region 511.
The signal charges e generated in the first and second semiconductor regions 511 and 522 by photoelectric conversion are caused by the concentration gradient formed so as to increase toward the surface side of the substrate 2 in FIG. As indicated by an arrow X, the light is collected in the third semiconductor region 533 formed on the surface side and accumulated in the third semiconductor region 533.
The operation at the time of reading and after the signal charge e is read out to the floating diffusion section 7 is the same as that in the above-described embodiment, and thus the duplicate description is omitted.

本実施の形態の固体撮像素子10によれば、上述した実施の形態の固体撮像素子1の場合と同様に、読み出しゲート部6上に形成された読み出し電極(第1の読み出し電極)121に加えて、フローティングディフュージョン部7上の少なくとも一部に形成された読み出し電極(第2の読み出し電極)122とから読み出し電極12を構成したので、読み出し時に、第1及び第2の読み出し電極121,122に対して、同時に読み出し電圧を印加するようにした場合は、読み出しゲート部6のポテンシャル6Bを下げることができると同時に、フローティングディフュージョン部7のポテンシャル7Bを深く下げることができる(図3参照)。
このように、読み出しゲート部のポテンシャルのみが下がるだけではなく、読み出しゲート部6のポテンシャル6Bと、さらにフローティングディフュージョン部7のポテンシャル7Bを下げることができるので、従来の固体撮像素子の場合に比べて、読み出しゲート部6とフローティングディフュージョン部7で形成されるポテンシャルにさらに勾配をつけることができ、受光センサ部5から読み出される信号電荷eの読み出し効率を向上することができる。
According to the solid-state imaging device 10 of the present embodiment, in addition to the readout electrode (first readout electrode) 121 formed on the readout gate unit 6 as in the case of the solid-state imaging device 1 of the above-described embodiment. Since the readout electrode 12 is configured by the readout electrode (second readout electrode) 122 formed on at least a part of the floating diffusion portion 7, the readout electrode 12 is connected to the first and second readout electrodes 121 and 122 during readout. On the other hand, when the read voltage is applied simultaneously, the potential 6B of the read gate portion 6 can be lowered and the potential 7B of the floating diffusion portion 7 can be lowered deeply (see FIG. 3).
In this way, not only the potential of the readout gate part is lowered, but also the potential 6B of the readout gate part 6 and the potential 7B of the floating diffusion part 7 can be lowered, compared with the conventional solid-state imaging device. The potential formed by the read gate unit 6 and the floating diffusion unit 7 can be further graded, and the read efficiency of the signal charge e read from the light receiving sensor unit 5 can be improved.

また、本実施の形態の固体撮像素子10によれば、単位画素領域4において、基板2の底部側の深い領域で、読み出しゲート部6とフローティングディフュージョン部7の下部を含んで第1の半導体領域511を形成し、この第1の半導体領域511よりも浅い領域で、読み出しゲート部6とフローティングディフュージョン部7を含んで第2の半導体領域512を形成することで、受光センサ部5を構成する半導体領域を、読み出しゲート部6やフローティングディフュージョン部7の下部の領域にまでも拡大したので、例えば、受光センサ部5を構成する半導体領域が、読み出しゲート部6やフローティングディフュージョン部6の下部を除く領域のみに形成された従来の固体撮像素子の場合に比べて、光電変換に寄与する領域を大きく広げることができる。   Further, according to the solid-state imaging device 10 of the present embodiment, in the unit pixel region 4, the first semiconductor region is a deep region on the bottom side of the substrate 2 and includes the lower part of the readout gate portion 6 and the floating diffusion portion 7. 511 is formed, and the second semiconductor region 512 including the read gate portion 6 and the floating diffusion portion 7 is formed in a region shallower than the first semiconductor region 511, thereby forming the light-receiving sensor portion 5. Since the region has been expanded to the region below the readout gate unit 6 and the floating diffusion unit 7, for example, the semiconductor region constituting the light receiving sensor unit 5 is a region excluding the bottom of the readout gate unit 6 and the floating diffusion unit 6. Compared to the conventional solid-state image sensor formed only on the It can gel.

なお、本実施の形態の固体撮像素子10では、受光センサ部5において、第1の半導体領域511と第2の半導体領域522が、読み出しゲート部6とフローティングディフュージョン部7の下部を含んで形成され、第3の半導体領域533が、読み出しゲート部6とフローティングディフュージョン部7の下部を除く領域に形成された場合を示したが、さらに、高い感度を得ようとする場合は、受光センサ部5を、例えば、次に示すように構成することができる。   In the solid-state imaging device 10 of the present embodiment, in the light receiving sensor unit 5, the first semiconductor region 511 and the second semiconductor region 522 are formed including the lower part of the readout gate unit 6 and the floating diffusion unit 7. Although the case where the third semiconductor region 533 is formed in the region excluding the lower portion of the readout gate portion 6 and the floating diffusion portion 7 is shown, the light receiving sensor portion 5 is used when the higher sensitivity is to be obtained. For example, it can be configured as follows.

すなわち、半導体基板2の底部側の深い領域に形成された第1の半導体領域511と、この第1の半導体領域511よりも浅い領域に形成された第2の半導体領域522が、画素分離領域3を除く単位画素領域4の全域にわたり形成されるようにし、第2の半導体領域522よりも浅い領域に形成された第3の半導体領域533が、出力部(図示せず)、リセットゲート部(図示せず)、画素分離領域3、読み出しゲート部6及びフローティングディフュージョン部7の下部を除く領域に形成されるようにする。   In other words, the first semiconductor region 511 formed in a deep region on the bottom side of the semiconductor substrate 2 and the second semiconductor region 522 formed in a region shallower than the first semiconductor region 511 include the pixel isolation region 3. The third semiconductor region 533 formed in a region shallower than the second semiconductor region 522 is formed so as to cover the entire unit pixel region 4 except for the output portion (not shown) and the reset gate portion (see FIG. (Not shown), it is formed in a region excluding the lower portion of the pixel isolation region 3, the read gate portion 6 and the floating diffusion portion 7.

受光センサ部5を、このような構成とした場合には、図5に示した構成の受光センサ部5と比べて、さらに、光電変換に寄与する領域を大きく拡大することができるので、信号電荷の蓄積量を増加させて、広いダイナミックレンジを得ることができ、且つ高い感度を有する構成の固体撮像素子10を提供することができる。   When the light receiving sensor unit 5 has such a configuration, the region contributing to the photoelectric conversion can be further enlarged compared to the light receiving sensor unit 5 having the configuration shown in FIG. Thus, it is possible to provide the solid-state imaging device 10 having a configuration capable of obtaining a wide dynamic range and having high sensitivity.

また、本実施の形態の固体撮像素子10では、図5に示したように、単位画素領域4内において、半導体基板2の底部側の深い領域で、読み出しゲート部6とフローティングディフュージョン部7の下部を含んで形成された第1の半導体領域511と、この第1の半導体領域511よりも浅い領域で、第1の半導体領域511と同様に、読み出しゲート部6とフローティングディフュージョン部7の下部を含んで形成された第2の半導体領域512と、第2の半導体領域522よりも浅い領域で、読み出しゲート部6とフローティングディフュージョン部7の下部を除く領域のみに形成された第3の半導体領域533とから受光センサ部5を構成したが、少なくとも、半導体基板2の底部側の深い領域で、読み出しゲート部6とフローティングディフュージョン部7の下部を含んで形成された半導体領域と、この半導体領域よりも浅い領域で、読み出しゲート部6とフローティングディフュージョン部7の下部を除く領域に形成された半導体領域から受光センサ部5を構成するようにすれば、これに限定されるものではない。   Further, in the solid-state imaging device 10 of the present embodiment, as shown in FIG. 5, in the unit pixel region 4, in the deep region on the bottom side of the semiconductor substrate 2, the lower part of the readout gate unit 6 and the floating diffusion unit 7. The first semiconductor region 511 formed including the first semiconductor region 511 and a region shallower than the first semiconductor region 511, as well as the first semiconductor region 511, including the lower part of the read gate portion 6 and the floating diffusion portion 7. A second semiconductor region 512 formed in step S3, and a third semiconductor region 533 formed only in a region shallower than the second semiconductor region 522 and excluding the lower portion of the read gate portion 6 and the floating diffusion portion 7. The light receiving sensor unit 5 is configured from the read gate unit 6 and the float in at least a deep region on the bottom side of the semiconductor substrate 2. The light receiving sensor unit 5 is formed from a semiconductor region formed including a lower portion of the diffusion portion 7 and a region shallower than the semiconductor region except for the read gate portion 6 and the lower portion of the floating diffusion portion 7. If configured, the present invention is not limited to this.

次に、図5に示したCMOS型の固体撮像素子を製造する方法を、図6〜図9を用いて説明する。
図示の例では、CMOS型固体撮像素子の1画素に対応する断面図を示し、図5と対応する部分には同一符号を付している。
Next, a method of manufacturing the CMOS type solid-state imaging device shown in FIG. 5 will be described with reference to FIGS.
In the illustrated example, a cross-sectional view corresponding to one pixel of a CMOS type solid-state imaging device is shown, and the same reference numerals are given to portions corresponding to FIG.

先ず、例えばP型の半導体基板2上に、図6Aに示すように、例えばSiO膜、SiN膜等からなる絶縁膜11を形成した後、半導体基板2の表面の所定の領域に素子分離層(例えばLOCOS膜)3Aを形成する。 First, as shown in FIG. 6A, for example, an insulating film 11 made of, for example, a SiO 2 film, a SiN film or the like is formed on a P-type semiconductor substrate 2 and then an element isolation layer is formed in a predetermined region on the surface of the semiconductor substrate 2. (For example, a LOCOS film) 3A is formed.

次に、レジスト膜(図示せず)を全面に形成し、公知のリソグラフィ技術を用いて、単位画素領域4上をのみを覆うレジストマスク15を形成する。
そして、このレジストマスク15をマスクとして、全面より高濃度のP型の不純物を注入することで、図6Bに示すように、LOCOS膜3A下の半導体基板2内に、隣接する単位画素領域4間を区切るための高濃度のP型の半導体領域3Bを形成する。
これにより、LOCOS膜3Aと半導体領域3Bとにより、画素分離領域3が形成される。
尚、隣接する単位画素領域4間を区切るための画素分離領域は、この他にも、例えばSTI(シャロートレンチ素子分離)法を用いて形成することもできる。
Next, a resist film (not shown) is formed on the entire surface, and a resist mask 15 that covers only the unit pixel region 4 is formed using a known lithography technique.
Then, by using this resist mask 15 as a mask, a high-concentration P-type impurity is implanted from the entire surface, and as shown in FIG. 6B, between the adjacent unit pixel regions 4 in the semiconductor substrate 2 under the LOCOS film 3A. A high-concentration P-type semiconductor region 3 </ b> B for partitioning is formed.
Thus, the pixel isolation region 3 is formed by the LOCOS film 3A and the semiconductor region 3B.
In addition, the pixel isolation region for separating the adjacent unit pixel regions 4 can also be formed by using, for example, an STI (shallow trench element isolation) method.

次に、レジストマスク15を除去して、再び全面にレジスト膜(図示せず)を形成した後、公知のリソグラフィ技術を用いて、単位画素領域4上のみに開口16を有するレジストマスク17を形成する。
そして、このレジストマスク17をマスクとして、全面より低濃度のN型の不純物を、単位画素領域4内の、後述する読み出しゲート部及びフローティングディフュージョン部となる領域を含むように注入する。この際、低濃度のN型の不純物は、半導体基板2の表面から、例えば0.1μm〜10μmの範囲内の位置(Rp位置)に注入するようにする。
これにより、図6Cに示すように、単位画素領域4内において、基板2の底部側の深い領域から基板2の表面側まで、後述する受光センサ部を構成する第1の半導体領域511となる、低濃度のN型の半導体領域35が形成される。
Next, after removing the resist mask 15 and forming a resist film (not shown) on the entire surface, a resist mask 17 having an opening 16 only on the unit pixel region 4 is formed using a known lithography technique. To do.
Then, using this resist mask 17 as a mask, an N-type impurity having a lower concentration than the entire surface is implanted so as to include a region in the unit pixel region 4 which will be a later-described read gate portion and floating diffusion portion. At this time, the low concentration N-type impurity is implanted from the surface of the semiconductor substrate 2 to a position (Rp position) within a range of 0.1 μm to 10 μm, for example.
As a result, as shown in FIG. 6C, in the unit pixel region 4, a first semiconductor region 511 constituting a light receiving sensor unit described later is formed from the deep region on the bottom side of the substrate 2 to the surface side of the substrate 2. A low concentration N-type semiconductor region 35 is formed.

続いて、レジストマスク17を除去せずに、全面より、例えば先に注入した低濃度のN型の不純物よりも濃度が高いN型の不純物を、低濃度のN型の不純物と同様に、単位画素領域4内の後述する読み出しゲート部及びフローティングディフュージョン部となる領域を含むように注入する。この際、N型の不純物は、先に注入された低濃度のN型の不純物の注入位置よりも浅い位置に注入するようにする。
これにより、図7Dに示すように、第1の半導体領域35よりも浅い位置から基板2の表面側まで、後述する第2の半導体領域となるN型の半導体領域18が形成される。また、同時に第1の半導体領域511が形成される。
Subsequently, without removing the resist mask 17, an N-type impurity having a higher concentration than the low-concentration N-type impurity implanted earlier, for example, is removed from the entire surface in the same manner as the low-concentration N-type impurity. Implantation is performed so as to include a region to be a later-described readout gate portion and floating diffusion portion in the pixel region 4. At this time, the N-type impurity is implanted at a position shallower than the implantation position of the low-concentration N-type impurity previously implanted.
As a result, as shown in FIG. 7D, an N-type semiconductor region 18 to be a second semiconductor region to be described later is formed from a position shallower than the first semiconductor region 35 to the surface side of the substrate 2. At the same time, a first semiconductor region 511 is formed.

次に、レジストマスク17を除去して、再びレジスト膜(図示せず)を形成し、公知のリソグラフィ技術を用いて、後述する読み出しゲート部及びフローティングディフュージョン部となる領域上に開口32を有するレジストマスク19を形成する。
そして、このレジストマスク19をマスクとして、全面より、例えばP型の不純物を注入する。この際、P型の不純物は、N型の半導体領域18において、基板2の表面側の浅い位置に注入するようにする。
これにより、図7Eに示すように、N型の半導体領域18中において、読み出しゲート部及びフローティングディフュージョン部となる領域に、P型の半導体領域20が形成される。
尚、このP型の半導体領域20は、後述する第2の読み出し電極122に読み出し電圧が印加された際、そのポテンシャルが下がり、第2の半導体領域512よりフローティングディフュージョン部7へ信号電荷eが読み出されるような濃度の不純物で形成することもできる。
Next, the resist mask 17 is removed, a resist film (not shown) is formed again, and a resist having an opening 32 on a region to be a read gate portion and a floating diffusion portion described later using a known lithography technique. A mask 19 is formed.
Then, for example, P-type impurities are implanted from the entire surface using the resist mask 19 as a mask. At this time, the P-type impurity is implanted into a shallow position on the surface side of the substrate 2 in the N-type semiconductor region 18.
As a result, as shown in FIG. 7E, a P-type semiconductor region 20 is formed in the N-type semiconductor region 18 in a region that becomes a read gate portion and a floating diffusion portion.
The potential of the P-type semiconductor region 20 decreases when a read voltage is applied to a second read electrode 122 described later, and the signal charge e is read from the second semiconductor region 512 to the floating diffusion portion 7. It is also possible to form with an impurity having such a concentration.

次に、レジストマスク19を除去して、後述する第1の読み出し電極形成用の電極材料層21を全面に形成する。そして、この電極材料層21上にレジスト膜(図示せず)を形成した後、公知のリソグラフィ技術を用いて、後述するフローティングディフュージョン部となる領域上のみに開口22を有するレジストマスク23を形成する。
そして、このレジストマスク23をマスクとして、電極材料層21をエッチング除去し、図7Fに示すように、電極材料層21において、フローティングディフュージョン部となる領域上に開口24を形成する。
Next, the resist mask 19 is removed, and an electrode material layer 21 for forming a first readout electrode described later is formed on the entire surface. Then, after a resist film (not shown) is formed on the electrode material layer 21, a resist mask 23 having an opening 22 is formed only on a region to be a floating diffusion portion to be described later using a known lithography technique. .
Then, using the resist mask 23 as a mask, the electrode material layer 21 is removed by etching, and as shown in FIG. 7F, an opening 24 is formed in the electrode material layer 21 in a region to be a floating diffusion portion.

続いて、レジストマスク23を除去せずに、このレジストマスク23をマスクとして、全面より、高濃度のN型の不純物を注入する。この際、高濃度のN型の不純物は、P型の不純物領域20において、基板2の表面側の浅い位置に注入する。
これにより、図8Gに示すように、P型の半導体領域20中の基板2表面側の浅い位置に、高濃度のN型の不純物領域71よりなるフローティングディフュージョン部7が形成される。また、このフローティングディフュージョン部7に隣接して、P型の半導体領域20の一部に読み出しゲート部6が形成される。
尚、フローティングディフュージョン部7を構成する、N型の半導体領域71の不純物濃度は、例えば読み出し時に、後述する第1の読み出し電極121及び第2の読み出し電極122に読み出し電圧が印加された際、フローティングディフュージョン部7で、受光センサ部5で蓄積可能な信号電荷量を上回る量の信号電荷を蓄積できるような濃度とする。
Subsequently, without removing the resist mask 23, a high-concentration N-type impurity is implanted from the entire surface using the resist mask 23 as a mask. At this time, high-concentration N-type impurities are implanted into a shallow position on the surface side of the substrate 2 in the P-type impurity region 20.
As a result, as shown in FIG. 8G, the floating diffusion portion 7 composed of the high-concentration N-type impurity region 71 is formed at a shallow position on the surface side of the substrate 2 in the P-type semiconductor region 20. Further, a read gate portion 6 is formed in a part of the P-type semiconductor region 20 adjacent to the floating diffusion portion 7.
Note that the impurity concentration of the N-type semiconductor region 71 constituting the floating diffusion portion 7 is floating when a read voltage is applied to a first read electrode 121 and a second read electrode 122, which will be described later, at the time of reading, for example. The diffusion unit 7 has such a concentration that the signal charge can be stored in an amount exceeding the amount of signal charge that can be stored in the light receiving sensor unit 5.

次に、レジストマスク23を除去し、全面にレジスト膜(図示せず)を形成した後、公知のリソグラフィ技術を用いて、後述する受光センサ部及び読み出しゲート部6上に電極材料層21が残るようなパターンのレジストマスク26を形成する。
そして、このレジストマスク26をマスクとして、電極材料層21をエッチング除去することで、図8Hに示すように、後述する受光センサ部となる領域上と読み出しゲート部6上のみに電極材料層21が形成された状態にする。
Next, after removing the resist mask 23 and forming a resist film (not shown) on the entire surface, the electrode material layer 21 remains on the light receiving sensor portion and the readout gate portion 6 described later using a known lithography technique. A resist mask 26 having such a pattern is formed.
Then, by using the resist mask 26 as a mask, the electrode material layer 21 is removed by etching, so that the electrode material layer 21 is formed only on a region serving as a light receiving sensor portion described later and on the readout gate portion 6 as shown in FIG. The state is formed.

次に、レジストマスク26を除去し、全面に再びレジスト膜(図示せず)を形成して、公知のリソグラフィ技術を用いて、読み出しゲート部6上のみに電極材料層21が残るようなパターンのレジストマスク27を形成する。
そして、このレジストマスク27を用いて電極材料層21をエッチング除去することで、図8Iに示すように、読み出しゲート6部上のみに電極材料層21が形成された状態にする。これにより、第1の読み出し電極12が形成される。
Next, the resist mask 26 is removed, a resist film (not shown) is formed again on the entire surface, and the pattern of the electrode material layer 21 remains only on the read gate portion 6 by using a known lithography technique. A resist mask 27 is formed.
Then, the electrode material layer 21 is removed by etching using the resist mask 27, so that the electrode material layer 21 is formed only on the read gate 6 as shown in FIG. 8I. Thereby, the first readout electrode 12 is formed.

続いて、レジストマスク27を除去せずに、このレジストマスク27をマスクとして、全面より、高濃度のN型の不純物を注入する。この際、高濃度のN型の不純物は、先に形成されたN型の半導体領域18中、基板2表面側の浅い位置に注入するようにする。
これにより、図9Jに示すように、N型の半導体領域18中に高濃度のN型の半導体領域28が形成される。また、同時に、N型の不純物よりなる第2の半導体領域522が形成される。
Subsequently, without removing the resist mask 27, high-concentration N-type impurities are implanted from the entire surface using the resist mask 27 as a mask. At this time, high-concentration N-type impurities are implanted into a shallow position on the surface side of the substrate 2 in the previously formed N-type semiconductor region 18.
As a result, as shown in FIG. 9J, a high-concentration N-type semiconductor region 28 is formed in the N-type semiconductor region 18. At the same time, a second semiconductor region 522 made of an N-type impurity is formed.

次に、レジストマスク27を除去して、第1の読み出し電極12の側壁にサイドウォール13を形成する。そして、全面にレジスト膜(図示せず)を形成し、公知のリソグラフィ技術を用いて、受光センサ部上をのぞく領域を覆うレジストマスク29を形成する。
そして、全面より、高濃度のP型の不純物を、高濃度のN型の半導体領域18中において、基板2表面側の浅い位置に注入する。この際、サイドウォール13下の半導体基板2内にはP型の不純物は注入されない。
これにより、図9Kに示すように、高濃度のN型の半導体領域28中に、高濃度のN型の第3の半導体領域533と、この第3の半導体領域533の表面の高濃度のP型のホールアキュムレート層(所謂正電荷蓄積領域)9が形成される。
Next, the resist mask 27 is removed, and sidewalls 13 are formed on the sidewalls of the first readout electrode 12. Then, a resist film (not shown) is formed on the entire surface, and a resist mask 29 that covers a region except the light receiving sensor portion is formed using a known lithography technique.
Then, a high-concentration P-type impurity is implanted into a shallow position on the surface side of the substrate 2 in the high-concentration N-type semiconductor region 18 from the entire surface. At this time, P-type impurities are not implanted into the semiconductor substrate 2 below the sidewall 13.
As a result, as shown in FIG. 9K, in the high-concentration N-type semiconductor region 28, the high-concentration N-type third semiconductor region 533 and the high-concentration P on the surface of the third semiconductor region 533 are obtained. A type hole accumulation layer (so-called positive charge accumulation region) 9 is formed.

次に、レジストマスク29を除去し、全面に後述する第2の読み出し電極形成用の電極材料層30を形成する。そして、この電極材料層30上にレジスト膜(図示せず)を形成した後、公知のリソグラフィ技術を用いて、第2の読み出し電極形成用のパターンを有するレジストマスク31を形成する。
この際、レジストマスク31のパターンは、図2に示したように、フローティングディフュージョン部7の一部を覆うと共に、第1の読み出し電極121上の一部を覆うパターンに形成される。
Next, the resist mask 29 is removed, and an electrode material layer 30 for forming a second readout electrode described later is formed on the entire surface. Then, after forming a resist film (not shown) on the electrode material layer 30, a resist mask 31 having a pattern for forming a second readout electrode is formed using a known lithography technique.
At this time, the pattern of the resist mask 31 is formed in a pattern that covers a part of the floating diffusion portion 7 and a part of the first readout electrode 121 as shown in FIG.

そして、このレジストマスク31をマスクとして、電極材料層30をエッチング除去することにより、図9Mに示すように、第2の読み出し電極122が形成される。
これにより、第1の読み出し電極121と第2の読み出し電極122からなる読み出し電極12が形成される。このようにして、図5に示す状態の固体撮像素子10が形成される。
Then, by using this resist mask 31 as a mask, the electrode material layer 30 is removed by etching, whereby the second readout electrode 122 is formed as shown in FIG. 9M.
As a result, the read electrode 12 including the first read electrode 121 and the second read electrode 122 is formed. In this way, the solid-state imaging device 10 in the state shown in FIG. 5 is formed.

この後は、図示せざるも、読み出し電極12を含んで全面に、例えば層間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜上に、例えばパッシベーション膜、平坦化膜等を介してカラーフィルタを形成する。そして、カラーフィルタを介して受光センサ部5と対応する位置にオンチップレンズを形成する。層間絶縁膜中には、例えば、多層の配線層が形成される。   Thereafter, although not shown, an interlayer insulating film, for example, is formed on the entire surface including the readout electrode 12, and a color filter is formed on the interlayer insulating film via, for example, a passivation film, a planarizing film, or the like. Then, an on-chip lens is formed at a position corresponding to the light receiving sensor unit 5 through the color filter. For example, a multilayer wiring layer is formed in the interlayer insulating film.

上述した実施の形態では、本発明をP型の半導体基板の場合に適用して説明をしたが、例えばN型の半導体基板の場合にも適用することができる。   In the above-described embodiment, the present invention is applied to the case of a P-type semiconductor substrate. However, the present invention can also be applied to an N-type semiconductor substrate, for example.

尚、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.

本発明の固体撮像素子の一実施の形態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows one Embodiment of the solid-state image sensor of this invention. 図1のフローティングディフュージョン部の平面図である。It is a top view of the floating diffusion part of FIG. A,B 図1の固体撮像素子の読み出し時の要部のポテンシャル図である。FIGS. 2A and 2B are potential diagrams of main parts at the time of reading of the solid-state imaging device of FIG. A〜C 図1の固体撮像素子のリセット時の要部のポテンシャル図である。FIGS. 2A to 2C are potential diagrams of main parts when the solid-state imaging device of FIG. 1 is reset. 本発明の固体撮像素子の他の実施の形態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows other embodiment of the solid-state image sensor of this invention . A〜C 図5の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図(その1)である。 FIGS. 6A to 6C are manufacturing process diagrams (part 1) illustrating a manufacturing method of the solid-state imaging device of FIGS. D〜F 図5の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図(その2)である。 FIG. 6D is a manufacturing process diagram (part 2) illustrating the manufacturing method of the solid-state imaging device of FIG. 5 ; G〜I 図5の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図(その3)である。Manufacturing process diagrams showing a manufacturing method of a solid-state imaging device G~I Figure 5 is a diagram (part 3). J〜M 図5の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図(その4)である。Manufacturing process diagrams showing a manufacturing method of a solid-state imaging device J~M Figure 5 is a diagram (part 4). 従来の固体撮像素子の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the conventional solid-state image sensor. A,B 図9の固体撮像素子の要部のポテンシャル図である。A and B are potential diagrams of main parts of the solid-state imaging device of FIG. 9. A,B 従来の問題点を説明する図である。A and B are diagrams for explaining conventional problems.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・固体撮像素子、2・・・半導体基板、3(3A,3B)・・・画素分離領域、4・・・単位画素領域、5・・・受光センサ部、6・・・読み出しゲート部、7・・・フローティングディフュージョン部、9・・・正電荷蓄積領域、11・・・絶縁膜、12(121,122)・・・読み出し電極、13・・・サイドウォール   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solid-state image sensor, 2 ... Semiconductor substrate, 3 (3A, 3B) ... Pixel isolation | separation area | region, 4 ... Unit pixel area, 5 ... Light receiving sensor part, 6 ... Read-out gate , 7 ... Floating diffusion part, 9 ... Positive charge storage region, 11 ... Insulating film, 12 (121, 122) ... Read electrode, 13 ... Side wall

Claims (5)

入射光を光電変換して信号電荷を生成する受光センサ部と、
前記信号電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョン部と、
前記受光センサ部と前記フローティングディフュージョン部との間に形成された読み出しゲート部と、
前記フローティングディフュージョン部で変換された電圧を出力する出力部とを有して単位画素が形成され、
前記受光センサ部が、前記単位画素において、半導体基板の底部側で、前記読み出しゲート部と前記フローティングディフュージョン部の下部を含んで形成された第1の半導体領域と、
該第1の半導体領域よりも浅い領域で、前記読み出しゲート部と前記フローティングディフュージョン部の下部を含み、前記第1の半導体領域よりも濃い不純物濃度で形成された第2の半導体領域と、
該第2の半導体領域よりも浅い領域で、前記読み出しゲート部と前記フローティングディフュージョン部の下部を除く領域に、前記第2の半導体領域よりも濃い不純物濃度で形成された第3の半導体領域とから構成され、
前記読み出しゲート部上に形成された第1の読み出し電極と、
前記フローティングディフュージョン部上の少なくとも一部に形成された第2の読み出し電極とにより、前記信号電荷の前記受光センサ部から前記フローティングディフュージョン部への読み出しが行われ
体撮像素子。
A light receiving sensor unit that photoelectrically converts incident light to generate a signal charge;
A floating diffusion section for converting the signal charge into a voltage;
A readout gate portion formed between the light receiving sensor portion and the floating diffusion portion;
A unit pixel having an output unit that outputs a voltage converted by the floating diffusion unit ;
In the unit pixel, the light receiving sensor unit is formed on the bottom side of the semiconductor substrate and includes a lower part of the readout gate unit and the floating diffusion unit.
A second semiconductor region that is shallower than the first semiconductor region, includes a lower portion of the read gate portion and the floating diffusion portion, and is formed with a higher impurity concentration than the first semiconductor region;
A third semiconductor region formed in a region shallower than the second semiconductor region, excluding the lower portion of the read gate portion and the floating diffusion portion, and having a higher impurity concentration than the second semiconductor region; Configured,
A first readout electrode formed on the readout gate portion;
Wherein the second readout electrodes formed on at least a part of the floating diffusion portion, reading Ru performed from the light receiving sensor portion of the signal charge to the floating diffusion portion
Solid-state imaging device.
前記フローティングディフュージョン部に隣接してリセットゲート部が設けられている請求項1に記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to Motomeko 1 reset gate portion adjacent the that provided in the floating diffusion portion. 入射光を光電変換して信号電荷を生成する受光センサ部と、A light receiving sensor unit that photoelectrically converts incident light to generate a signal charge;
前記信号電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョン部と、A floating diffusion section for converting the signal charge into a voltage;
前記受光センサ部と前記フローティングディフュージョン部との間に形成された読み出しゲート部と、A readout gate portion formed between the light receiving sensor portion and the floating diffusion portion;
前記フォローティングディフュージョン部に隣接して形成された出力部とを有して単位画素が形成され、A unit pixel having an output part formed adjacent to the following diffusion part;
前記受光センサ部が、前記単位画素において、半導体基板の底部側で、前記読み出しゲート部と前記フローティングディフュージョン部の下部を含んで形成された第1の半導体領域と、In the unit pixel, the light receiving sensor unit is formed on the bottom side of the semiconductor substrate and includes a lower part of the readout gate unit and the floating diffusion unit.
該第1の半導体領域よりも浅い領域で、前記読み出しゲート部と前記フローティングディフュージョン部の下部を含み、前記第1の半導体領域よりも濃い不純物濃度で形成された第2の半導体領域と、A second semiconductor region that is shallower than the first semiconductor region, includes a lower portion of the read gate portion and the floating diffusion portion, and is formed with a higher impurity concentration than the first semiconductor region;
該第2の半導体領域よりも浅い領域で、前記読み出しゲート部と前記フローティングディフュージョン部の下部を除く領域に、前記第2の半導体領域よりも濃い不純物濃度で形成された第3の半導体領域とから構成され、A third semiconductor region formed in a region shallower than the second semiconductor region, excluding the lower portion of the read gate portion and the floating diffusion portion, and having a higher impurity concentration than the second semiconductor region; Configured,
前記読み出しゲート部上に形成された第1の読み出し電極と、A first readout electrode formed on the readout gate portion;
前記フローティングディフュージョン部上の少なくとも一部に形成された第2の読み出し電極とを備え、A second readout electrode formed on at least a part of the floating diffusion portion,
前記第1の読み出し電極と、前記第2の読み出し電極とに電圧が印加されることにより、前記信号電荷の前記受光センサ部から前記フローティングディフュージョン部への読み出しが行われ、By applying a voltage to the first readout electrode and the second readout electrode, readout of the signal charge from the light receiving sensor unit to the floating diffusion unit is performed,
前記フローティングディフュージョン部で変換された電圧が前記出力部から出力されるThe voltage converted by the floating diffusion unit is output from the output unit.
固体撮像素子。Solid-state image sensor.
前記フローティングディフュージョン部に隣接してリセットゲート部が設けられ、前記フローティングディフュージョン部で変換された電圧が前記出力部から出力された後、前記リセットゲート部に電圧が印加されて、前記フローティングディフュージョン部に蓄積された電圧を掃き出す請求項3に記載の固体撮像素子。A reset gate unit is provided adjacent to the floating diffusion unit, and after the voltage converted by the floating diffusion unit is output from the output unit, a voltage is applied to the reset gate unit, and the floating diffusion unit is applied to the floating diffusion unit. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the accumulated voltage is swept out. 第1導電型の半導体基体の単位画素領域上に絶縁層を形成する工程と、Forming an insulating layer on the unit pixel region of the semiconductor substrate of the first conductivity type;
前記半導体基体の所定の位置に画素分離領域を形成する工程と、Forming a pixel isolation region at a predetermined position of the semiconductor substrate;
前記半導体基体の前記単位画素領域に、第2導電型の不純物をイオン注入して第1の第2導電型半導体領域を形成する工程と、Forming a first second conductivity type semiconductor region by ion-implanting a second conductivity type impurity into the unit pixel region of the semiconductor substrate;
前記第1の第2導電型半導体領域に第2導電型の不純物をイオン注入し、前記第1の第2導電型半導体領域よりも浅い領域に、前記第1の第2導電型半導体領域よりも不純物濃度が高い第2の第2導電型半導体領域を形成する工程と、A second conductivity type impurity is ion-implanted into the first second conductivity type semiconductor region, and the region shallower than the first second conductivity type semiconductor region is more than the first second conductivity type semiconductor region. Forming a second second conductivity type semiconductor region having a high impurity concentration;
読み出しゲート部及びフローティングディフュージョン部を形成する領域の前記第2の第2導電型半導体領域に、第1導電型の不純物をイオン注入して、前記第2の第2導電型半導体領域よりも浅い領域に、第1導電型の半導体領域を形成する工程と、A region shallower than the second second-conductivity-type semiconductor region by ion-implanting a first-conductivity-type impurity into the second second-conductivity-type semiconductor region in the region where the read gate portion and the floating diffusion portion are formed And forming a first conductivity type semiconductor region;
前記半導体基体上の全面に、第1の読み出し電極形成用の第1の電極材料層を形成する工程と、Forming a first electrode material layer for forming a first readout electrode on the entire surface of the semiconductor substrate;
前記第1の電極材料層上に第1のレジスト膜を形成する工程と、Forming a first resist film on the first electrode material layer;
前記フォローティングディフュージョン部を形成する領域上に、前記第1のレジスト層の開口部を形成する工程と、Forming an opening of the first resist layer on a region for forming the following diffusion portion;
前記第1のレジスト層の開口部から露出する前記第1の電極材料層を除去する工程と、Removing the first electrode material layer exposed from the opening of the first resist layer;
前記第1のレジスト層及び前記第1の電極材料層をマスクにして、前記第1導電型の半導体領域に第2導電型の不純物をイオン注入し、前記第1導電型の半導体領域よりも浅い領域に第2導電型の半導体領域からなるフローティングディフュージョン部を形成する工程と、Using the first resist layer and the first electrode material layer as a mask, a second conductivity type impurity is ion-implanted into the first conductivity type semiconductor region and is shallower than the first conductivity type semiconductor region. Forming a floating diffusion portion comprising a second conductivity type semiconductor region in the region;
前記第1のレジスト層を除去した後、受光センサ部及び前記読み出しゲート部上以外の前記第1の電極材料層を除去する工程と、Removing the first electrode material layer other than on the light receiving sensor part and the readout gate part after removing the first resist layer;
前記受光センサ部を除く領域に、第2のレジスト層を形成する工程と、Forming a second resist layer in a region excluding the light receiving sensor portion;
前記第2のレジスト層をマスクにして、前記読み出しゲート部以外の前記電極材料を除去し、第1の読み出し電極を形成する工程と、Using the second resist layer as a mask, removing the electrode material other than the read gate portion to form a first read electrode;
前記第2のレジスト層をマスクにして、前記第2の第2導電型半導体領域に第2導電型の不純物をイオン注入し、前記第2の第2導電型半導体領域よりも浅い領域に、前記第2の第2導電型半導体領域よりも不純物濃度が高い第3の第2導電型半導体領域を形成するする工程と、Using the second resist layer as a mask, a second conductivity type impurity is ion-implanted into the second second conductivity type semiconductor region, and in a region shallower than the second second conductivity type semiconductor region, Forming a third second conductive semiconductor region having an impurity concentration higher than that of the second second conductive semiconductor region;
前記第2のレジスト層を除去した後、前記第1の読み出し電極の側壁にサイドウォールを形成する工程と、Forming a sidewall on the sidewall of the first readout electrode after removing the second resist layer;
前記受光センサ部を除く領域に第3のレジスト層を形成する工程と、Forming a third resist layer in a region excluding the light receiving sensor portion;
前記第3のレジスト層をマスクにして、前記第3の第2導電型半導体領域に第1導電型の不純物をイオン注入し、前記半導体基体の表面側の前記第3の第2導電型半導体領域よりも浅い領域に、第1導電型の半導体領域からなる正電荷蓄積領域を形成する工程と、Using the third resist layer as a mask, a first conductivity type impurity is ion-implanted into the third second conductivity type semiconductor region, and the third second conductivity type semiconductor region on the surface side of the semiconductor substrate. Forming a positive charge accumulation region composed of a first conductivity type semiconductor region in a shallower region;
前記第3のレジスト層を除去した後、前記半導体基体の全面に、第2の読み出し電極形成用の第2の電極材料層を形成する工程と、Forming a second electrode material layer for forming a second readout electrode on the entire surface of the semiconductor substrate after removing the third resist layer;
前記第2の電極材料層上に、前記フローティングディフュージョン部の一部と前記第1の読み出し電極上の一部を覆う第4のレジスト層を形成する工程と、Forming a fourth resist layer covering a part of the floating diffusion portion and a part on the first readout electrode on the second electrode material layer;
前記第4のレジスト層をマスクにして、前記第2の電極材料層を除去して第2の読み出し電極を形成する工程とForming a second readout electrode by removing the second electrode material layer using the fourth resist layer as a mask;
を含む固体撮像素子の製造方法。A method for manufacturing a solid-state imaging device including:
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