JP4604751B2 - Solid-state image sensor - Google Patents

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本発明は、被写体の結像画像を光電変換して画像信号を得る固体撮像素子に係り、特に再生画像のブルーミング防止に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device that obtains an image signal by photoelectrically converting a formed image of a subject, and particularly relates to prevention of blooming of a reproduced image.

従来より、固体撮像素子、例えばCCD固体撮像素子では、有効画素領域(受光部)の外側に光学的黒レベル(いわゆるオプティカルブラック:OPB)が得られる遮光ダミー画素を備えている。これは暗電流を信号から差し引くためであり、遮光ダミー画素はAl膜で遮光され、光には感じないが、有効画素と同じ暗電流を発生するよう構成され、この暗電流である黒レベルを基準レベルとして用いて受光部から信号を出力する。これにより、受光部の信号レベルが温度変化により変動することが防止される。しかし受光部のOPB画素近傍に強い光が入射すると、受光部の画素より電荷が溢れ出し、この電荷がOPB画素に流れ込んで黒レベルが高くなってしまい、再生画像の画質が劣化してしまう(特許文献1参照)。   Conventionally, a solid-state imaging device, for example, a CCD solid-state imaging device, includes a light-shielding dummy pixel that can obtain an optical black level (so-called optical black: OPB) outside an effective pixel region (light receiving portion). This is because the dark current is subtracted from the signal. The light-shielding dummy pixel is shielded by the Al film and does not feel light, but is configured to generate the same dark current as the effective pixel. A signal is output from the light receiving unit as a reference level. This prevents the signal level of the light receiving unit from fluctuating due to temperature changes. However, when strong light enters the vicinity of the OPB pixel of the light receiving unit, the charge overflows from the pixel of the light receiving unit, and this charge flows into the OPB pixel, resulting in a high black level, resulting in deterioration in the quality of the reproduced image ( Patent Document 1).

図8は受光部からOPB部への電荷の流れ込みを説明する図である。図の右下にある受光画素に強い光が当たると、この受光画素により光電変換されて発生した電荷が溢れ出し、この電荷が周りにあるOPB画素である上画素、左上画素、左画素に破線で示す如く流れ込む。なお、溢れた電荷は60の破線で示すように基板部にも流れる。   FIG. 8 is a diagram for explaining the flow of charges from the light receiving portion to the OPB portion. When strong light strikes the light receiving pixel in the lower right of the figure, the charge generated by photoelectric conversion by this light receiving pixel overflows, and this charge is a broken line in the upper pixel, upper left pixel, and left pixel that are the surrounding OPB pixels. Flow as shown in. The overflowing charge also flows to the substrate portion as indicated by a broken line 60.

これを防止するために、OPB部への電荷流れ込みを防止する構造を有する固体撮像装置が公知となっている。これは、OPB画素と有効画素との間に逆バイアスをかけたN型層を挟むことによって、OPB画素へ流れ込もうとする電荷を捕らえることにより、有効画素より溢れ出した電荷がOPB画素に流れ込むのを阻止している。しかし、この構成では、N型半導体基板を用いた場合にのみ有効であり、一般的にP型基板を用いるCMOS型固体撮像装置に適用しても、基板の深い場所で発生した電荷に対しては効果がない。更に逆バイアスをかけたN型層がN型半導体基板と離れているために、電荷捕獲効果が不十分である。   In order to prevent this, a solid-state imaging device having a structure that prevents charge from flowing into the OPB portion is known. This is because an N-type layer that is reverse-biased between the OPB pixel and the effective pixel sandwiches the charge that is about to flow into the OPB pixel, so that the charge overflowing from the effective pixel is transferred to the OPB pixel. It is blocking the flow. However, this configuration is effective only when an N-type semiconductor substrate is used. Even when applied to a CMOS solid-state imaging device that generally uses a P-type substrate, the charge generated at a deep location on the substrate is not affected. Has no effect. Further, since the N-type layer to which reverse bias is applied is separated from the N-type semiconductor substrate, the charge trapping effect is insufficient.

そこで、CMOS型固体撮像装置において、受光部とOPB部(遮光部)とを形成し、更に受光部とOPB部より深い基板位置まで達し、且つ、逆バイアスをかけたN型層を、受光部とOPB部との間に設けておくと、このN型層の働きによって、受光部に強い光が入射した場合に、受光部から漏れ出す電荷(特に基板の深い場所で発生した電荷)がOPB部へ流れ込むことを防止する構造のものが公知になっている(特許文献2参照)。
特開平10−12857号公報 (第3頁、第1図) 特開2002−329854号公報 (第3頁、第2図)
Therefore, in the CMOS type solid-state imaging device, the light receiving portion and the OPB portion (light-shielding portion) are formed , and the N-type layer that reaches the substrate position deeper than the light receiving portion and the OPB portion and is reversely biased is formed as the light receiving portion. When the strong light is incident on the light receiving portion, the charge leaked from the light receiving portion (especially the charge generated in a deep place on the substrate) is caused by the action of the N-type layer. The thing of the structure which prevents flowing into a part is known (refer patent document 2).
JP 10-12857 A (Page 3, Fig. 1) JP 2002-329854 A (3rd page, FIG. 2)

上記したCMOS型固体撮像素子の受光部からOPB部への電荷の流れ込みを阻止して所謂ブルーミングの発生を防止することができる構成では、OPB部に配列された画素(以降OPB画素と称する)と受光部に配列された有効画素(以降受光部画素と称する)との間にN型層を形成する構造のため、チップサイズが大きくなってしまうという問題がある。 In the configuration capable of preventing the so-called blooming by preventing the flow of charge from the light receiving portion to the OPB portion of the above CMOS type solid-state imaging device, pixels arranged in the OPB portion (hereinafter referred to as OPB pixels). There is a problem that the chip size is increased due to the structure in which the N-type layer is formed between the effective pixels arranged in the light receiving portion (hereinafter referred to as light receiving portion pixels).

本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、チップサイズを大きくすることなくCMOS型固体撮像素子に適用できて、受光部からOPB部への電荷の流れ込みを十分に防止することができる固体撮像素子を提供することにある。   The present invention has been devised in view of the above circumstances, and the object of the present invention can be applied to a CMOS solid-state imaging device without increasing the chip size, and the flow of charge from the light receiving portion to the OPB portion can be prevented. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that can be sufficiently prevented.

本発明は上記目的を達成するため、半導体基板と、前記半導体基板上に形成され、入射光を光電変換して電荷を蓄積する画素を配列する受光部と、前記半導体基板上に形成され、遮光された画素を配列する遮光部と、前記半導体基板上の前記受光部と遮光部の間に形成され、ダミー画素を配列する不問領域部とを備え、前記ダミー画素を構成する光電変換部と、この光電変換部により光電変換された電荷を読み出す読み出し部と、前記画素の動作電源を供給する電源線部とが、電気的に常時接続されており、さらに前記ダミー画素における前記半導体基板の表面上には、前記光電変換部により光電変換されて得られた電荷の転送を制御するための転送ゲートと、前記読み出し部をリセットするためのリセットゲートとが設けられ、当該転送ゲートおよびリセットゲートに所定電圧が常時印加されることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor substrate, a light receiving portion that is formed on the semiconductor substrate and that arranges pixels that photoelectrically convert incident light and accumulates charges, and is formed on the semiconductor substrate to block light. A photoelectric conversion unit comprising the light shielding unit for arranging the pixels, and an unquestioned region unit for arranging dummy pixels, which is formed between the light receiving unit and the light shielding unit on the semiconductor substrate, and A readout unit that reads out the electric charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit and a power supply line unit that supplies operation power to the pixel are always connected electrically, and further on the surface of the semiconductor substrate in the dummy pixel. Are provided with a transfer gate for controlling transfer of charges obtained by photoelectric conversion by the photoelectric conversion unit, and a reset gate for resetting the reading unit. DOO and the reset gate to a predetermined voltage, characterized in that it is always applied.

このように本発明では、不問領域に配列されたダミー画素を構成する光電変換部と、読み出し部と、電源線部とが、電気的に常時接続されていることにより、不問領域の画素を実質的に逆バイアスされたN型領域とすることによって、受光部画素からOPB画素に流れ込もうとする電荷を不問領域の前記逆バイアスされたN型領域により捕らえることができる。これにより、CMOS型固体撮像素子のブルーミングを十分に防止することができる。 As described above, in the present invention, the photoelectric conversion unit, the reading unit, and the power supply line unit that constitute the dummy pixels arranged in the unquestioned region are always electrically connected, so that the pixels in the unquestioned region are substantially connected. By using a reverse-biased N-type region, the charge that flows from the light-receiving unit pixel to the OPB pixel can be captured by the reverse-biased N-type region in the unquestioned region. Thus, Ru can be sufficiently prevented blooming CMOS type solid-state imaging device.

本発明によれば、不問領域に配列されたダミー画素を構成する光電変換部と、読み出し部と、電源線部とが、電気的に常時接続されていることにより、チップサイズを大きくすることなくCMOS型固体撮像素子に適用できて、受光部からOPB部への電荷の流れ込みを十分に防止することができる。それ故、受光部に強い光が入射した場合でも、安定した黒レベルを得ることが可能となり、黒レベル変動による画像の劣化を防ぐことができる。 According to the present invention, the photoelectric conversion unit, the reading unit, and the power supply line unit that constitute the dummy pixels arranged in the unquestioned region are always electrically connected without increasing the chip size. The present invention can be applied to a CMOS type solid-state imaging device and can sufficiently prevent the flow of charges from the light receiving portion to the OPB portion. Therefore, even when strong light is incident on the light receiving unit, it is possible to obtain a stable black level, and it is possible to prevent image deterioration due to black level fluctuations.

チップサイズを大きくすることなくCMOS型固体撮像素子に適用できて、受光部からOPB部への電荷の流れ込みを十分に防止する目的を、不問領域に配列された画素の転送ゲート及びリセットゲートに所定電圧を常時印加することにより、或いは、不問領域の画素の光電変換部と、この光電変換部により光電変換された電荷を読み出す読み出し部との間及び、前記読み出し部と前記画素の動作電源を供給する電源線部との間を導電領域で接続することにより、或いは、不問領域の画素を形成する光電変換部と読み出し部のいずれか一方または両方を直接半導体基板上に形成し、当該光電変換部と読み出し部のいずれか一方または両方の下部を前記半導体基板に電気的に接続することによって実現した。   It can be applied to a CMOS solid-state imaging device without increasing the chip size, and the purpose of sufficiently preventing the flow of charge from the light receiving portion to the OPB portion is predetermined for the transfer gate and reset gate of the pixels arranged in the unquestioned region. Supply the operating power of the readout unit and the pixel by applying voltage constantly or between the photoelectric conversion unit of the pixel in the unquestioned region and the readout unit that reads out the photoelectric conversion by this photoelectric conversion unit By connecting the power supply line section to the power supply line section with a conductive region, or by forming either or both of the photoelectric conversion section and the readout section forming the pixels in the unquestioned region directly on the semiconductor substrate, the photoelectric conversion section This is realized by electrically connecting the lower part of either one or both of the readout portion and the semiconductor substrate to the semiconductor substrate.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像素子の概略平面図である。本実施形態の固体撮像素子は例えばCMOSイメージセンサで、受光部31の周囲をOPB部32が取り囲み、受光部31とOPB部32の間にはダミー画素を配列して成る不問領域33がある。これら、受光部31、OPB部32、不問領域33を形成する画素は同一の構成を有している。   FIG. 1 is a schematic plan view of a solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. The solid-state imaging device of the present embodiment is, for example, a CMOS image sensor. An OPB unit 32 surrounds the light receiving unit 31, and an unquestionable region 33 is formed between the light receiving unit 31 and the OPB unit 32 by arranging dummy pixels. The pixels forming the light receiving unit 31, the OPB unit 32, and the unquestioned region 33 have the same configuration.

図2は図1に示した不問領域33の部分断面図である。N型シリコン基板40上に形成されたP型ウェル領域41内に、光電変換部であるフォトダイオード部(PD)42、フォトダイオード部42に発生した電荷を読み出すためのフローティングディフュージョン部(FD)43、図3に示すような回路部などに電源を供給するための電源線部44が形成され、これらフォトダイオード部42、フローティングディフュージョン部43、電源線部44の上に図示されない絶縁膜を介してリセットゲート45及び転送ゲート46が形成されている。   FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the unquestioned region 33 shown in FIG. In a P-type well region 41 formed on the N-type silicon substrate 40, a photodiode part (PD) 42 which is a photoelectric conversion part, and a floating diffusion part (FD) 43 for reading out charges generated in the photodiode part 42. A power line portion 44 for supplying power to the circuit portion or the like as shown in FIG. 3 is formed, and an insulating film (not shown) is provided on the photodiode portion 42, the floating diffusion portion 43, and the power line portion 44. A reset gate 45 and a transfer gate 46 are formed.

図3は受光部31の回路構成を示した回路図の一例である。受光部31に配列された各画素は一つの光電変換素子と複数のトランジスタにより構成され、どれも同一の回路構成を有している。画素は、光電変換素子1に転送用トランジスタ3を介して増幅用トランジスタ2に接続され、転送用トランジスタ3とトランジスタ2の接続点にはゲート電極電位をリセットするためのリセットトランジスタ4が接続されている。また、トランジスタ2の出力は出力画素を選択するための選択用トランジスタ6を介して画素出力線7に接続されている。この画素出力線7には画素出力線に定電流を供給するトランジスタ8が接続されている。リセットトランジスタ4と増幅用トランジスタ2のドレインは共に電源電位供給線5に接続されている。トランジスタ8は選択された画素の増幅用トランジスタ2に定電流を供給し、増幅用トランジスタ2をソースフォロアとして動作させ、増幅用トランジスタ2のゲート電位と、ある一定の電圧差を持つ電位が画素出力線7に現われるようになっている。   FIG. 3 is an example of a circuit diagram illustrating a circuit configuration of the light receiving unit 31. Each pixel arranged in the light receiving unit 31 is composed of one photoelectric conversion element and a plurality of transistors, and all have the same circuit configuration. The pixel is connected to the photoelectric conversion element 1 via the transfer transistor 3 and to the amplification transistor 2, and a connection point between the transfer transistor 3 and the transistor 2 is connected to a reset transistor 4 for resetting the gate electrode potential. Yes. The output of the transistor 2 is connected to a pixel output line 7 via a selection transistor 6 for selecting an output pixel. A transistor 8 for supplying a constant current to the pixel output line is connected to the pixel output line 7. The drains of the reset transistor 4 and the amplifying transistor 2 are both connected to the power supply potential supply line 5. The transistor 8 supplies a constant current to the amplifying transistor 2 of the selected pixel to operate the amplifying transistor 2 as a source follower, and a potential having a certain voltage difference from the gate potential of the amplifying transistor 2 is output to the pixel. Appears on line 7.

9は転送用トランジスタ3のゲート電位を制御するための転送信号配線、10はリセット用トランジスタ4のゲート電位を制御するためのリセット信号配線、11は選択トランジスタ6のゲート電位を制御するための選択信号線、12はトランジスタ8がある一定の電流を供給するような飽和領域動作をするように、ゲートに一定の電位を供給するための定電位供給線である。13は各行の転送信号配線に転送パルスを供給するパルス端子で、行選択用AND素子14の入力端に接続されている。行選択用AND素子14のもう一方の入力端には、垂直選択手段15からの出力が接続されており、行選択用AND素子14の出力端は転送信号配線9に接続されている。16は各行のリセット信号配線にリセットパルスを供給するためのパルス端子で、行選択用AND素子17の入力端に接続されている。行選択用AND素子17のもう一方の入力端子には、垂直選択手段15からの出力が接続されており、AND素子17の出力端はリセット信号配線10に接続されている。18は各行の選択信号配線11に選択パルスを供給するためのパルス端子で、行選択用AND素子19の入力端に接続されている。行選択用AND素子19のもう一方の入力端には、垂直選択手段15からの出力が接続されており、行選択用AND素子19の出力端は選択信号配線11に接続されている。このような構成により、垂直選択手段15によって選択された行を構成する画素の各信号配線にのみ各制御パルスが供給されて、各画素の受光信号(画素信号)が画素出力線7上に読み出される。列選択手段21はある行から読み出された画素信号の中の列を選択し、選択された列の画素出力線7上の画素信号がサンプリングノイズを低減させるCDS回路20を通って、図示されないAGC回路に出力されることにより、受光部31の各画素からの画素信号が順番に読み出される。尚、電源電位供給線5が図2の電源線部44に相当する。   9 is a transfer signal wiring for controlling the gate potential of the transfer transistor 3, 10 is a reset signal wiring for controlling the gate potential of the reset transistor 4, and 11 is a selection for controlling the gate potential of the selection transistor 6. A signal line 12 is a constant potential supply line for supplying a constant potential to the gate so that the transistor 8 operates in a saturation region to supply a certain current. A pulse terminal 13 supplies a transfer pulse to the transfer signal wiring of each row, and is connected to the input terminal of the row selection AND element 14. An output from the vertical selection means 15 is connected to the other input terminal of the row selection AND element 14, and an output terminal of the row selection AND element 14 is connected to the transfer signal wiring 9. Reference numeral 16 denotes a pulse terminal for supplying a reset pulse to the reset signal wiring of each row, which is connected to the input terminal of the row selection AND element 17. An output from the vertical selection means 15 is connected to the other input terminal of the row selection AND element 17, and an output terminal of the AND element 17 is connected to the reset signal wiring 10. Reference numeral 18 denotes a pulse terminal for supplying a selection pulse to the selection signal wiring 11 of each row, which is connected to the input terminal of the row selection AND element 19. The other input terminal of the row selection AND element 19 is connected to the output from the vertical selection means 15, and the output terminal of the row selection AND element 19 is connected to the selection signal line 11. With such a configuration, each control pulse is supplied only to each signal wiring of the pixels constituting the row selected by the vertical selection unit 15, and the light reception signal (pixel signal) of each pixel is read onto the pixel output line 7. It is. The column selection means 21 selects a column among the pixel signals read from a certain row, and the pixel signal on the pixel output line 7 of the selected column passes through the CDS circuit 20 that reduces sampling noise and is not shown. By outputting to the AGC circuit, pixel signals from each pixel of the light receiving unit 31 are sequentially read out. The power supply potential supply line 5 corresponds to the power supply line portion 44 in FIG.

次に図2に示した不問領域の動作について説明する。不問領域に配列されている画素を形成するリセットゲート45及び転送ゲート46には、CMOSイメージセンサが動作中の全ての期間に亙り、DC電源と同電位の電圧か、或いは選択信号配線の電位と同電位の所定電圧が常時印加されていて、オンとなっている。このため、図2に示すように、フォトダイオード部42とフローティングディフュージョン部43の間、及びフローティングディフュージョン部43と電源線部44の間にチャネルが形成され、フォトダイオード部42とフローティングディフュージョン部43が電源線部44に繋がり、不問領域33の各画素が実質、逆バイアスされたN型層になる。このため、受光部31の周囲は逆バイアスされたN型層により囲まれた状態となり、受光部31からOPB部32へ流れ込もうとする電荷はこの逆バイアスされたN型層により捕らえられて、OPB部32に到達することができなくなる。なお、図1では、受光部31より溢れた電荷が不問領域33により50で示すように阻止されて、OPB部32に流れ込まない様子が示されている。   Next, the operation of the unquestioned area shown in FIG. 2 will be described. The reset gate 45 and the transfer gate 46 forming the pixels arranged in the unquestioned region have the same potential as the DC power source or the potential of the selection signal wiring over the entire period during which the CMOS image sensor is operating. A predetermined voltage of the same potential is constantly applied and turned on. For this reason, as shown in FIG. 2, a channel is formed between the photodiode portion 42 and the floating diffusion portion 43, and between the floating diffusion portion 43 and the power supply line portion 44. The photodiode portion 42 and the floating diffusion portion 43 are Connected to the power line 44, each pixel in the unquestioned region 33 is substantially an N-type layer that is reverse-biased. For this reason, the periphery of the light receiving portion 31 is surrounded by a reverse-biased N-type layer, and the charge that flows from the light-receiving portion 31 to the OPB portion 32 is captured by the reverse-biased N-type layer. , The OPB unit 32 cannot be reached. In FIG. 1, the charge overflowing from the light receiving unit 31 is blocked by the unquestioned region 33 as indicated by 50 and does not flow into the OPB unit 32.

ここで、受光部31の画素の例えば転送ゲートは図3の転送用トランジスタ3に接続されているが、上記のように不問領域33の画素の転送ゲート46とリセットゲート45には常時所定の電圧をかけるため、図3に示した転送信号配線9、リセット信号配線10に対応する配線の接続先を電源電圧に直接接続する必要があるが、電荷を捕獲するN型層として不問領域33の画素を用いるため、OPB画素と受光部画素と間での画素配置の連続性は全く損なわれない。 Here, for example, the transfer gate of the pixel of the light receiving unit 31 is connected to the transfer transistor 3 of FIG. 3, it is necessary to directly connect the connection destinations of the wiring corresponding to the transfer signal wiring 9 and the reset signal wiring 10 shown in FIG. 3 to the power supply voltage. Therefore, the continuity of the pixel arrangement between the OPB pixel and the light receiving unit pixel is not impaired at all.

本実施形態によれば、受光部31とOPB部32の間にある不問領域33に配列された画素のリセットゲート45と転送ゲート46に常時所定電圧をかけて、不問領域33の画素を実質的に逆バイアスされたN型層とすることにより、受光部画素からOPB画素に流れ込もうとする電荷をこの逆バイアスされたN型層により捕らえて電源線部44を通して放電してしまうため、ブルーミングを防止することができる。また、逆バイアスされたN型層は受光部31とOPB部32の間に元々ある不問領域33の画素に生成されているため、OPB画素と受光部画素との連続性は全く損なわれないので、チップサイズを大型化することなく、上記効果を得ることができる。また、不問領域33の幅は複数画素分あるので、逆バイアスされたN型層の幅も複数画素分あるため、受光画素の基板の深いところで発生した電荷も不問領域33の逆バイアスされたN型層により捕らえられ、ほぼ完全なブルーミング防止効果を得ることができる。   According to the present embodiment, a predetermined voltage is always applied to the reset gate 45 and the transfer gate 46 of the pixels arranged in the unquestionable region 33 between the light receiving unit 31 and the OPB unit 32, thereby substantially substituting the pixels in the unquestionable region 33. By using the N-type layer reversely biased in this way, the charge that flows from the light-receiving unit pixel to the OPB pixel is captured by this reverse-biased N-type layer and discharged through the power supply line unit 44. Can be prevented. In addition, since the reverse-biased N-type layer is generated in the pixels in the unquestioned region 33 originally between the light receiving unit 31 and the OPB unit 32, the continuity between the OPB pixel and the light receiving unit pixel is not impaired at all. The above effects can be obtained without increasing the chip size. Further, since the unquestionable region 33 has a width corresponding to a plurality of pixels, the reverse-biased N-type layer also has a width corresponding to a plurality of pixels. Captured by the mold layer, an almost complete blooming prevention effect can be obtained.

図4は、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像素子の要部断面図である。但し、第1の実施形態と同様の部分には同一符号を付して説明する。本実施形態の固体撮像素子の構成は図1に示した第1の実施形態とほぼ同様であるが、不問領域に配列された画素の構造が異なり、図4はそれを示した図である。即ち、N型シリコン基板40上に、電源線部44、フローティングディフュージョン部(FD)43、フォトダイオード部(PD)42で画素が形成される。この画素を形成する際に、リセットゲートや転送ゲートを形成するためのポリシリコンのない状態で、N型シリコン基板40上のPウェル領域41にN型を打ち込むことにより、フォトダイオード部42、フローティングディフュージョン部43、電源線部44の間も全てN型領域とし、フローティングディフュージョン部43、フォトダイオード部42、電源線部44の全ての領域をN型領域とする。これにより、フローティングディフュージョン部43、フォトダイオード部42が電源線部44に電気的に繋がった状態となる。従って、図の如く不問領域を形成する画素にはリセットゲートや転送ゲートがなく、画素部分は全てN型領域となっている。   FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of a solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention. However, the same parts as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals. The configuration of the solid-state imaging device of this embodiment is almost the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, but the structure of the pixels arranged in the unquestioned region is different, and FIG. 4 is a diagram showing it. That is, pixels are formed on the N-type silicon substrate 40 by the power supply line portion 44, the floating diffusion portion (FD) 43, and the photodiode portion (PD) 42. When this pixel is formed, N-type is implanted into the P-well region 41 on the N-type silicon substrate 40 in the absence of polysilicon for forming the reset gate and transfer gate, so that the photodiode portion 42 and the floating gate are formed. The entire area between the diffusion portion 43 and the power supply line portion 44 is also an N-type region, and all the regions of the floating diffusion portion 43, the photodiode portion 42, and the power supply line portion 44 are N-type regions. As a result, the floating diffusion portion 43 and the photodiode portion 42 are electrically connected to the power supply line portion 44. Therefore, as shown in the figure, the pixels forming the unquestioned regions do not have reset gates or transfer gates, and all the pixel portions are N-type regions.

本実施形態によれば、不問領域の画素を形成するフォトダイオード部42、フローティングディフュージョン部43を電源線部44に電気的に繋がった構造にして、この部分を逆バイアスされたN型層として機能させている、言い換えれば画素のアクティブ部全体が電源線部と同じ役割を果たすようにしているため、第1の実施形態のように受光部画素からOPB画素に流れ込もうとする電荷を不問領域の上記逆バイアスされたN型層に捕らえ、捕らえた電荷を電源線部44を通して放電することができるため、ブルーミングを防止することができ、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。特に、本実施形態では、第1の実施形態のようにリセットゲートや転送ゲートに電圧をかけなくとも、逆バイアスされたN型層が常時生成されている構造のため、CMOSイメージセンサを構成する酸化膜などを傷めず、その寿命を短くするようなことがない。   According to the present embodiment, the photodiode portion 42 and the floating diffusion portion 43 that form pixels in the unquestioned region are electrically connected to the power supply line portion 44, and this portion functions as a reverse-biased N-type layer. In other words, since the entire active portion of the pixel plays the same role as the power supply line portion, the charge that flows from the light receiving portion pixel to the OPB pixel as in the first embodiment is not affected. The reverse-biased N-type layer can capture and discharge the captured charge through the power supply line portion 44. Therefore, blooming can be prevented and the same effect as that of the first embodiment can be obtained. . In particular, in this embodiment, a CMOS image sensor is configured because a reverse-biased N-type layer is always generated without applying a voltage to the reset gate and transfer gate as in the first embodiment. It does not damage the oxide film and shorten its life.

また、本実施形態も元々ある不問領域を逆バイアスされたN型層として用いているため、OPB画素と受光部画素との連続性はゲート部以外は損なわれない。尚、不問領域の画素を上記のようにN型にするにはマスクパターンを変えれば良く、製造工程を変える必要が無いため、コストなどの増加はなく、簡単に不問領域の構造のみを本実施形態のように変更することができる。   Further, since the present embodiment also uses an originally unquestioned region as a reverse-biased N-type layer, the continuity between the OPB pixel and the light receiving unit pixel is not impaired except for the gate unit. In order to make the pixel in the unquestioned region N-type as described above, it is only necessary to change the mask pattern, and there is no need to change the manufacturing process. It can be changed like the form.

図5は、本発明の第3の実施形態に係る固体撮像素子の要部断面図である。但し、第1の実施形態と同様の部分には同一符号を付して説明する。本実施形態の固体撮像素子の構成は図1に示した第1の実施形態とほぼ同様であるが、不問領域に配列される画素のフォトダイオード部の構造が異なり、図5はそれを示した図である。   FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of a solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention. However, the same parts as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals. The configuration of the solid-state imaging device of this embodiment is almost the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, but the structure of the photodiode portion of the pixels arranged in the unquestioned region is different, and FIG. 5 shows it. FIG.

即ち、本実施形態の不問領域の画素を構成するフォトダイオード部42のP++領域とN+領域の中のN+領域の下部がN型シリコン基板40上に直接形成され、図6に示すように本来あったP型ウェル領域41を無くした構造としている。これにより、フォトダイオード部42は電気的にN型シリコン基板40に繋がった状態となっているため、受光部画素からOPB画素に流れ込もうとする電荷は不問領域のフォトダイオード部42に捕らえられてN型シリコン基板40に流れてしまう。尚、図5に示すような構造はP型ウェルを形成する際に、マスクによりフォトダイオード部42を形成する部分にはP型を打ち込まなければ容易に形成でき、製造工程を変更する必要はない。   That is, the P ++ region of the photodiode portion 42 that constitutes the pixel in the unquestioned region of this embodiment and the lower part of the N + region in the N + region are directly formed on the N-type silicon substrate 40, and originally exist as shown in FIG. The P-type well region 41 is eliminated. As a result, since the photodiode portion 42 is electrically connected to the N-type silicon substrate 40, the charge that flows from the light-receiving portion pixel to the OPB pixel is captured by the photodiode portion 42 in the unquestioned region. And flows to the N-type silicon substrate 40. The structure as shown in FIG. 5 can be easily formed if the P-type well is not implanted into the portion where the photodiode portion 42 is formed by the mask when forming the P-type well, and there is no need to change the manufacturing process. .

本実施形態によれば、不問領域の画素を構成するフォトダイオード部42を電気的にN型シリコン基板40に接続した構造とすることにより、受光部画素からOPB画素に流れ込もうとする電荷を不問領域のフォトダイオード部42により捕らえてN型シリコン基板40側に放電してしまうことができ、第1の実施形態と同様の効果がある。   According to the present embodiment, the photodiode portion 42 that constitutes the pixel in the unquestioned region is configured to be electrically connected to the N-type silicon substrate 40, so that the charge that flows from the light receiving portion pixel to the OPB pixel can be reduced. It can be captured by the photodiode portion 42 in the unquestioned region and discharged to the N-type silicon substrate 40 side, and there is an effect similar to that of the first embodiment.

尚、上記実施形態ではフォトダイオード部42のみをN型シリコン基板40上に直接接続する構造としたが、図7に示すように、フローティングディフュージョン部43とN型シリコン基板40との間にあったP型ウェル領域をなくして、フローティングディフュージョン部43をN型シリコン基板40上に直接形成することにより、図6に示した構造と同様の効果を得ることができる。即ち、フローティングディフュージョン部43を電気的にN型シリコン基板40に接続した構造とすることで、受光部画素からOPB画素に流れ込もうとする電荷を不問領域のフォトダイオード部42及びフローティングディフュージョン部43の両方で捕らえてN型シリコン基板40に流すことにより、受光部画素から溢れた電荷を不問領域により捕らえることができるため、ブルーミングを防止することができる。また、場合によっては、フローティングディフュージョン部43のみを電気的にN型シリコン基板40に接続した構造を採っても、一定の効果を得ることができる。また、図5、図7に示した構造にした場合はリセットゲート及び転送ゲートを形成しなくとも良い。   In the above embodiment, only the photodiode portion 42 is directly connected to the N-type silicon substrate 40. However, as shown in FIG. 7, the P-type that is between the floating diffusion portion 43 and the N-type silicon substrate 40 is used. By eliminating the well region and forming the floating diffusion portion 43 directly on the N-type silicon substrate 40, the same effect as the structure shown in FIG. 6 can be obtained. In other words, the floating diffusion portion 43 is electrically connected to the N-type silicon substrate 40, so that the charge that flows from the light-receiving portion pixel to the OPB pixel is not affected by the photodiode portion 42 and the floating diffusion portion 43. Since the charges overflowing from the light receiving portion pixels can be captured by the unquestioned region by capturing both of them and flowing them to the N-type silicon substrate 40, blooming can be prevented. In some cases, a certain effect can be obtained even if a structure in which only the floating diffusion portion 43 is electrically connected to the N-type silicon substrate 40 is adopted. In the case of the structure shown in FIGS. 5 and 7, the reset gate and the transfer gate need not be formed.

また、本発明は上記実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。例えば、図2、図4に示した本発明の第1、第2の実施形態のフォトダイオード部42を、図5に示した第3の実施形態の構成とし、或いは同第1、第2の実施形態のフローティングディフュージョン部43を、図7に示した第3の実施形態の変形例の構成とし、さらに本発明の第1、第2の実施形態のフォトダイオード部42とフローティングディフュージョン部43の両方を図5、図7に示した構成として、ブルーミングの防止をより完璧に近付けることができる。   In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various other forms in specific configurations, functions, operations, and effects without departing from the gist thereof. For example, the photodiode portion 42 of the first and second embodiments of the present invention shown in FIGS. 2 and 4 has the configuration of the third embodiment shown in FIG. The floating diffusion portion 43 of the embodiment is configured as a modification of the third embodiment shown in FIG. 7, and both the photodiode portion 42 and the floating diffusion portion 43 of the first and second embodiments of the present invention are used. As shown in FIGS. 5 and 7, the prevention of blooming can be brought closer to perfection.

本発明の第1の実施形態に係る固体撮像素子の概略平面図である。1 is a schematic plan view of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. 図1に示した不問領域の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the unquestioned region shown in FIG. 図1に示した受光部の回路構成を示した回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a circuit configuration of a light receiving unit illustrated in FIG. 1. 本発明の第2の実施形態に係る固体撮像素子の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the solid-state image sensor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る固体撮像素子の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the solid-state image sensor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 第3の実施形態の固体撮像素子の受光部の画素を形成するフォトダイオード部の構成を示した要部断面図である。It is principal part sectional drawing which showed the structure of the photodiode part which forms the pixel of the light-receiving part of the solid-state image sensor of 3rd Embodiment. 本発明の第3の実施形態の変形例を示した要部断面図である。It is principal part sectional drawing which showed the modification of the 3rd Embodiment of this invention. 従来の固体撮像素子における受光部画素からOPB画素に流れる電荷を説明する図である。It is a figure explaining the electric charge which flows into the OPB pixel from the light-receiving part pixel in the conventional solid-state image sensor.

符号の説明Explanation of symbols

1……光電変換素子、2……増幅用トランジスタ、3……転送用トランジスタ、4……リセットトランジスタ、5……電源電位供給線、6……選択用トランジスタ、7……画素出力線、8……定電流発生用トランジスタ、9……転送信号配線、10……リセット信号配線、11……選択信号線、12……定電位供給線、13、16、18……パルス端子、14、17、19……行選択用AND素子、15……垂直選択手段、20……CDS回路、21……列選択手段、31……受光部、32……OPB部、33……不問領域、40……N型シリコン基板、41……P型ウェル領域、42……フォトダイオード部(PD)、43……フローティングディフュージョン部(FD)、44……電源線部、45……リセットゲート、46……転送ゲート。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Photoelectric conversion element, 2 ... Amplifying transistor, 3 ... Transfer transistor, 4 ... Reset transistor, 5 ... Power supply potential supply line, 6 ... Selection transistor, 7 ... Pixel output line, 8 ... Constant current generating transistor, 9... Transfer signal wiring, 10... Reset signal wiring, 11... Selection signal line, 12... Constant potential supply line, 13, 16, 18. , 19 ... AND element for row selection, 15 ... Vertical selection means, 20 ... CDS circuit, 21 ... Column selection means, 31 ... Light receiving part, 32 ... OPB part, 33 ... Unquestioned area, 40 ... ... N-type silicon substrate, 41 ... P-type well region, 42 ... Photodiode part (PD), 43 ... Floating diffusion part (FD), 44 ... Power line part, 45 ... Reset gate, 46 ... Transfer game .

Claims (3)

半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、入射光を光電変換して電荷を蓄積する画素を配列する受光部と、
前記半導体基板上に形成され、遮光された画素を配列する遮光部と、
前記半導体基板上の前記受光部と遮光部の間に形成され、ダミー画素を配列する不問領域部とを備え、
前記ダミー画素を構成する光電変換部と、この光電変換部により光電変換された電荷を読み出す読み出し部と、前記画素の動作電源を供給する電源線部とは、電気的に常時接続され、
前記ダミー画素における前記半導体基板の表面上には、前記光電変換部により光電変換されて得られた電荷の転送を制御するための転送ゲートと、前記読み出し部をリセットするためのリセットゲートとが設けられ、当該転送ゲートおよびリセットゲートに所定電圧が常時印加される
固体撮像素子。
A semiconductor substrate;
A light receiving portion that is formed on the semiconductor substrate and that arranges pixels that photoelectrically convert incident light to accumulate charges; and
A light-shielding portion formed on the semiconductor substrate and arranged for light-shielded pixels;
Formed between the light-receiving portion and the light-shielding portion on the semiconductor substrate, and an unquestioned region portion in which dummy pixels are arranged,
The photoelectric conversion unit constituting the dummy pixel, the reading unit for reading out the electric charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit, and the power supply line unit for supplying the operation power of the pixel are always electrically connected ,
On the surface of the semiconductor substrate in the dummy pixel, there are provided a transfer gate for controlling transfer of charges obtained by photoelectric conversion by the photoelectric conversion unit, and a reset gate for resetting the readout unit. A solid-state imaging device in which a predetermined voltage is constantly applied to the transfer gate and the reset gate .
前記所定電圧は、前記固体撮像素子に供給される電源電圧と同じか或いは、電荷読み出し画素を選択する選択電圧と同じである
請求項1記載の固体撮像素子。
The predetermined voltage is the same as a power supply voltage supplied to the solid-state imaging device or a selection voltage for selecting a charge readout pixel.
The solid-state imaging device according to claim 1 .
前記不問領域部のダミー画素は、前記受光部の画素および前記遮光部の画素と同一構成である
請求項1または2に記載の固体撮像素子。
The dummy pixels in the unquestioned region portion have the same configuration as the pixels in the light receiving portion and the light shielding portion
The solid-state imaging device according to claim 1 or 2 .
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