JP5326937B2 - Cmos固体撮像素子の駆動方法 - Google Patents
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すなわち、本発明は、上述した本来微細化のために採用するSTI分離法では、界面の暗電流を抑制するための表面ピンニング層(いわゆるp型半導体領域)を必要とし、実効的なセンサ面積が稼げない、という問題を解決し、同一面積の画素サイズにてより大きな飽和信号量を得ると共に、暗電流の発生も抑制できるCM固体撮像素子を用いる。本発明は、このCMOS固体撮像素子において、良好に動作させる駆動方法である。特に、分離領域で多くの領域を占める、フォトダイオード間と、フォトダイオードとトランジスタ間の分離領域に関してセンサ領域を広げることにより、飽和信号量を増やすことを可能とするCMOS固体撮像素子を用いた駆動技術を提供するものである。
第1実施の形態に係るCMOS固体撮像素子31は、第1導電型、例えばn型のシリコン半導体基板32に第2導電型の例えばp型の半導体ウェル領域33が形成され、このp型半導体ウェル領域33に光電変換部となるフォトダイオードPDと複数のMOSトランジスタからなる単位画素2〔2A,2B,2C,2D〕が複数形成され、各隣合う単位画素2の間に、また単位画素内に本発明に係る素子分離手段となる素子分離領域82(図9の素子分離領域22に相当する)が形成される。図1では、p型半導体ウェル領域33に画素2Bを構成するフォトダイオードPD及び転送トランジスタTr1 と、画素2Aを構成するフォトダイオードPDと、画素2Dを構成するフォトダイオードPDと、さらに各画素2B,2A,2Dの相互間を分離する素子分離領域82が形成されて成る。
転送トランジスタTr1 は、フローティングディフュージョン(FD)となるn型ソース・ドレイン領域34(図9の領域4(FD)に相当する)と、フォトダイオードPDのn型電荷蓄積領域38と、その間にゲート絶縁膜41を介して形成された例えば他結晶シリコン膜からなる転送ゲート電極35(図9の転送ゲート電極5に相当する)とにより形成される。
第1実施の形態では、HADセンサのpn接合が素子分離領域82の際まで水平に延長して形成できるので、弊害なく飽和信号電荷量を増加させ、且つこの信号電荷を読み残しなく完全に読み出すことができる。
その他の構成は、前述の図1と同様であるので詳細説明を省略する。
その他の構成は、前述の図1と同様であるので詳細説明を省略する。
p型分離拡散層43の濃度を深さ方向へ順に低濃度とすることにより、p型分離拡散層43の横方向への拡散を抑制することができ、フォトダイオードの面積の減少を阻止することができる。
本実施の形態の素子分離領域において、素子分離に必要な分離酸化膜44とその下のp型分離拡散層43の濃度とを決定するのは、画素内のゲート電極が分離酸化膜44上に乗り上げるところである。図4Aに実施の形態に係るCMOS固体撮像素子の要部の断面構造を示す。本実施の形態においては、フォトダイオードPDとこれに隣接する画素のMOSトランジスタとが、前述したp型分離拡散層43とその上の分離酸化膜44による素子分離領域85(図9の素子分離領域22に相当する)により分離される。すなわち、n型電荷蓄積領域38が分離酸化膜44の下に存するようにp型分離拡散層38に対接され、またn型ソース・ドレイン領域49がp型分離拡散層38に対接される。この場合、フォトダイオードPDのp+アキューミュレーション層39が分離酸化膜44下に延長して形成される。MOSトランジスタでは、一対のソース・ドレイン領域とゲート絶縁膜上のゲート電極により形成される。そして、分離酸化膜44上にはゲート電極が乗り上げて形成されている。
その他の構成は、図1と同様であるので対応する部分には同一符号を付して説明を省略する。
図7E、F工程で開口56内を埋め込むようにシリコン窒化膜55上にシリコン酸化膜44′を形成した後、CMP法によりシリコン窒化膜55の表面まで平坦化処理することにより、膜厚が制御された分離酸化膜44を容易に且つ精度よく形成することができる。
開口56を形成した後、開口56に臨むシリコン基体表面を僅かに選択エッチングして浅い溝57を形成してシリコン酸化膜44′を埋め込むことにより、下面がシリコン基体表面より下がった位置に存する分離酸化膜44を形成することができる。
p型領域47、p型拡散層43,343bのイオン注入を行う前に、シリコン窒化膜をマスクにシリコン基体表面を酸化して置くことにより、表面ダメージの少ない浅いシリコンの溝57を形成することができる。
Claims (4)
- 隣合う画素間が、拡散層と当該拡散層よりも太い幅を有するその上の絶縁膜とで構成された素子分離手段により分離され、当該拡散層よりも浅く形成された当該画素の光電変換部が当該絶縁膜の下方に延在して当該拡散層に接し、当該拡散層よりも浅く形成された当該画素のソース・ドレイン領域が当該拡散層に接すると共に、当該光電変換部のアキューミュレーション層が前記絶縁膜と前記拡散層との間に延長して一定の深さで形成されているCMOS固体撮像素子の駆動方法であって、
少なくとも、画素の光電変換部に前記素子分離手段を介して隣接する他の画素のトランジスタのソース・ドレイン領域の電位を、前記光電変換部に電荷を蓄積する電荷蓄積期間内で0Vにならない電位に設定して、各画素を駆動する
CMOS固体撮像素子の駆動方法。 - 前記ソース・ドレイン領域の電位を、0Vより高い電位にする
請求項1記載のCMOS固体撮像素子の駆動方法。 - 前記絶縁膜の厚さは、前記絶縁膜上に乗り上げて形成されるゲート電極と基板間の電位差で絶縁膜に電流が流れない程度の厚さに設定する
請求項1または2記載のCMOS固体撮像素子の駆動方法。 - 前記絶縁膜の厚さは、1nmから1000nmとする
請求項1〜3の何れかに記載のCMOS固体撮像素子の駆動方法。
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