JP5338144B2 - Solid-state imaging device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent knee characteristics from emerging due to the reduced velocity of emitted charges. <P>SOLUTION: In a solid-state imaging element in which a plurality of unit pixels comprising a light-receiving diode 103 and a light signal detection transistor 102 are arrayed, the solid-state imaging device comprises: a light-receiving diode 103 which is formed on a semiconductor substrate and includes a light receiving area in which light-generated charges are generated by exposure to light; a transistor 102 which is formed on the semiconductor substrate, outputs as a light signal a threshold voltage modulated by the accumulation of the light-generated charge, and is mounted laterally adjacent to the light-receiving diode; a carrier pocket which is formed in the light signal detection transistor and serves as the accumulation area of the light-generated charges; and a subcontact 7 which is formed on the surface of the semiconductor substrate and mounted laterally adjacent to the light signal detection transistor, the subcontact having a function of outputting the light-generated charges from the semiconductor substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、排出電荷速度が遅いことによるKnee特性の出現を抑制した固体撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device that suppresses the appearance of a Knee characteristic due to a slow discharge charge rate.

従来の固体撮像装置は、マトリクス状に配列された複数の画素を備えており、各画素は、1つのフォトダイオードと、1つのトランジスタを含んでいる。また、トランジスタのゲート電極の下方には、キャリアポケットと呼ばれるホールが集まり易い蓄積部が設けられている。フォトダイオードは、入射光の光量に応じてホールを発生させる。発生したホールは、蓄積部に蓄積される。トランジスタの閾値電圧は、蓄積部に蓄積されるホールの数に応じて変化する。そして、閾値電圧の変化に伴って変化するソース電圧を読み出すことによって、入射光の光量に応じたソース電圧、すなわち画素データが得られる。複数の画素データを用いることによって、1枚の画像データが生成される(例えば特許文献1参照)。   A conventional solid-state imaging device includes a plurality of pixels arranged in a matrix, and each pixel includes one photodiode and one transistor. In addition, a storage portion called a carrier pocket that easily collects holes is provided below the gate electrode of the transistor. The photodiode generates holes according to the amount of incident light. The generated holes are accumulated in the accumulation unit. The threshold voltage of the transistor changes according to the number of holes stored in the storage unit. Then, by reading a source voltage that changes with a change in threshold voltage, a source voltage corresponding to the amount of incident light, that is, pixel data is obtained. By using a plurality of pixel data, one piece of image data is generated (see, for example, Patent Document 1).

図3は従来の固体撮像素子の単位画素内における素子レイアウトについて示す平面図である。また、図4は図3に示すA−A'部の構造断面図である。図5は図4に示すB−B'部の固体撮像素子において動作時の蓄積期間のある状態でのポテンシャル分布を示す図である。尚、信号の電荷が正孔の場合、ポテンシャルの正負は逆になる。以下、電荷は正孔であることとし、説明する。   FIG. 3 is a plan view showing an element layout in a unit pixel of a conventional solid-state imaging element. FIG. 4 is a structural cross-sectional view taken along line AA ′ shown in FIG. FIG. 5 is a diagram showing a potential distribution in a state where there is an accumulation period during operation in the solid-state imaging device in the section BB ′ shown in FIG. When the signal charge is a hole, the potential is reversed. In the following description, it is assumed that the charge is a hole.

図3及び図4に示すように、単位画素内に、受光ダイオード101とトランジスタ100とが隣接して設けられている。受光ダイオード101及びトランジスタ100は、シリコン基板11のN型層12内に形成されたPウェル領域13に形成されている。また、トランジスタ100部分では、シリコン基板11の表面にはゲート絶縁膜(図示せぬ)を介してゲート電極14が形成されている。   As shown in FIGS. 3 and 4, the light receiving diode 101 and the transistor 100 are provided adjacent to each other in the unit pixel. The light receiving diode 101 and the transistor 100 are formed in a P well region 13 formed in the N type layer 12 of the silicon substrate 11. In the transistor 100 portion, a gate electrode 14 is formed on the surface of the silicon substrate 11 via a gate insulating film (not shown).

図3に示すように、上記したゲート電極14はリング状を有しており、ゲート電極14の内縁に囲まれるようにソース領域が形成され、ゲート電極14の外縁を囲むようにドレイン領域が形成されている。また、ゲート電極14、ソース領域及びドレイン領域には、シリコン基板11と電気的に接続する配線19、15、18がそれぞれ形成されている。   As shown in FIG. 3, the gate electrode 14 has a ring shape, a source region is formed so as to be surrounded by the inner edge of the gate electrode 14, and a drain region is formed so as to surround the outer edge of the gate electrode 14. Has been. In addition, wirings 19, 15, and 18 that are electrically connected to the silicon substrate 11 are formed in the gate electrode 14, the source region, and the drain region, respectively.

また、固体撮像素子は受光領域で受けた光を光電交換し、発生した電荷を変調部(トランジスタ)へ転送した後、その電荷により変異した基板電位で基板バイアスをされた変調素子により信号を出力し、その後、ゲート電極、チャンネル表面に高電圧を印加し、電荷を基板へ排出するようになっている。   In addition, the solid-state imaging device photoelectrically exchanges the light received in the light receiving region, transfers the generated charge to the modulation unit (transistor), and then outputs a signal from the modulation device that is substrate-biased with the substrate potential changed by the charge Thereafter, a high voltage is applied to the gate electrode and the channel surface to discharge the charges to the substrate.

特開2002−134729号公報(段落0023〜0060)JP 2002-134729 A (paragraphs 0023 to 0060)

上記従来の構造による動作の場合において、まず、図6(a)に示すように、電荷が飽和蓄積量を上回ると、流れ込む電荷量と排出可能な電荷量のバランスでKnee特性が発生する。次いで、図6(b)に示すように、排出すべき電荷が多いと電荷排出経路にあたる領域においても電荷の蓄積が始まり、基板の電位が上昇する。その後、図6(c)に示すように、基板電位が上がるとさらに電荷排出能力が低下し、より蓄積する電荷量が増加してしまい、強いKnee特性が発生する。   In the case of the operation according to the conventional structure, first, as shown in FIG. 6A, when the charge exceeds the saturation accumulation amount, the knee characteristic is generated by the balance between the amount of charge flowing in and the amount of charge that can be discharged. Next, as shown in FIG. 6B, when there is a large amount of charge to be discharged, charge accumulation starts in the region corresponding to the charge discharge path, and the potential of the substrate rises. Thereafter, as shown in FIG. 6C, when the substrate potential is increased, the charge discharging ability is further reduced, the amount of accumulated charges is increased, and a strong Knee characteristic is generated.

つまり、基板の電荷蓄積部(キャリアポケット)の飽和電荷量を上回るような光が入射した場合、発生電荷は受光部からキャリアポケットへ行き、キャリアポケットから基板の電荷排出経路へと排出される。しかし、特に強い光が入射した場合、基板の電荷排出経路へ排出される速度より、キャリアポケットへ流れ込む電荷の方が多くなり、本来蓄積できるはずだった飽和電荷量より多くの電荷をキャリアポケットの部分に蓄積することになる。これによりKnee特性の出現となる。特に、変調部(トランジスタ)横に隣接する受光部(フォトダイオード)が基板中に深く形成される場合、電荷排出経路の部分の電位が上がりやすくなる。その結果、より電荷排出能力が低下し、強いKnee特性が出てしまうという課題を有している。   That is, when light that exceeds the saturation charge amount of the charge storage portion (carrier pocket) of the substrate enters, the generated charge goes from the light receiving portion to the carrier pocket and is discharged from the carrier pocket to the charge discharge path of the substrate. However, when particularly intense light is incident, more charge flows into the carrier pocket than the rate at which it is discharged into the charge discharge path of the substrate, and more charge than the saturation charge that should have been stored can be stored in the carrier pocket. Will accumulate in the part. As a result, the Knee characteristic appears. In particular, when the light receiving part (photodiode) adjacent to the side of the modulation part (transistor) is formed deep in the substrate, the potential of the charge discharge path is likely to rise. As a result, there is a problem that the charge discharging ability is further lowered and strong Knee characteristics are produced.

また、赤感度改善のため、受光部(フォトダイオード)を深く形成しようとしたり、フォトダイオードを形成した後に熱工程が長くかかったり、もしくは、微細化のため変調部(トランジスタ)の縮小を行おうとすると、基板の深い部分でフォトダイオードとフォトダイオードの間の間隔が短くなる。その結果、図7に示すように、領域Cの部分が狭窄し、上記の課題であった電荷の排出能力をより悪化させることになる。図8に示すように、ポテンシャル分布でみると、領域Cに当たる箇所においてポテンシャルが高くなってしまい、電荷の排出が容易でなくなることになる。   In order to improve the red sensitivity, the light receiving part (photodiode) is to be formed deeply, the thermal process takes a long time after the photodiode is formed, or the modulation part (transistor) is to be reduced for miniaturization. Then, the distance between the photodiodes becomes short in the deep part of the substrate. As a result, as shown in FIG. 7, the portion of the region C is narrowed, and the charge discharging capability, which was the above problem, is further deteriorated. As shown in FIG. 8, in terms of the potential distribution, the potential becomes high at the location corresponding to the region C, and it becomes difficult to discharge the charges.

本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、排出電荷速度が遅いことによるKnee特性の出現を抑制し、基板電位を一定に保つことのできる固体撮像装置を提供することにある。   The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of suppressing the appearance of the Knee characteristic due to the slow discharge charge speed and keeping the substrate potential constant. It is to provide.

上記課題を解決するため、本発明に係る固体撮像装置は、受光ダイオードと光信号検出用のトランジスタとを備えた単位画素が複数配列された固体撮像素子において、
半導体基板上に形成され、光照射により光発生電荷を発生する受光領域を備えた受光ダイオードと、
前記半導体基板上に形成され、前記光発生電荷の蓄積により変調された閾値電圧を光信号として出力し、前記受光ダイオード横に隣接して設置された光信号検出用のトランジスタと、
前記光信号検出用のトランジスタ内に形成され、前記光発生電荷の蓄積領域であるキャリアポケットと、
前記半導体基板の表面に形成され、前記光信号検出用のトランジスタ横に隣接して設置されたサブコンタクトと、
を具備し、
前記サブコンタクトは前記光発生電荷を前記半導体基板から排出する機能を有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, a solid-state imaging device according to the present invention includes a solid-state imaging device in which a plurality of unit pixels each including a light-receiving diode and an optical signal detection transistor are arranged.
A light-receiving diode having a light-receiving region formed on a semiconductor substrate and generating photo-generated charges by light irradiation;
A threshold voltage that is formed on the semiconductor substrate and that is modulated as a result of the accumulation of the photogenerated charges is output as an optical signal; and an optical signal detection transistor that is disposed adjacent to the light receiving diode;
A carrier pocket formed in the optical signal detection transistor and serving as a storage region for the photogenerated charges;
A sub-contact formed on the surface of the semiconductor substrate and disposed adjacent to the transistor for optical signal detection; and
Comprising
The sub-contact has a function of discharging the photogenerated charges from the semiconductor substrate.

上記固体撮像装置によれば、光信号検出用のトランジスタ横にサブコンタクトを設置することによって、飽和電荷量を上回った電荷を半導体基板からサブコンタクトへ逃がすことができる。その為、基板電位を排出電荷数によらず一定に保ちやすくなり、その結果、排出電荷速度が遅いことによるKnee特性の出現を抑制することができる。   According to the solid-state imaging device, by installing the sub-contact on the side of the optical signal detection transistor, the charge exceeding the saturation charge amount can be released from the semiconductor substrate to the sub-contact. Therefore, it becomes easy to keep the substrate potential constant regardless of the number of discharged charges, and as a result, it is possible to suppress the appearance of the Knee characteristic due to the slow discharge charge rate.

また、本発明に係る固体撮像装置において、前記受光領域で発生した前記光発生電荷は前記キャリアポケットに転送され、余剰となりキャリアポケットから溢れた前記光発生電荷または、リセットされてキャリアポケットから排出された前記光発生電荷が前記サブコンタクトを通して前記半導体基板の外に排出されることが好ましい。   Further, in the solid-state imaging device according to the present invention, the photogenerated charge generated in the light receiving region is transferred to the carrier pocket, and the photogenerated charge overflowing from the carrier pocket or reset and discharged from the carrier pocket. Further, it is preferable that the photogenerated charge is discharged out of the semiconductor substrate through the sub-contact.

以下、図1及び図2を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は本発明の実施形態に係る基板変調型の固体撮像素子の画像セル構造において、イメージセンサの単位画素内における素子レイアウトについて示す平面図である。また、図2(a)は図1に示すA−A'部の断面図である。また、図2(b)は図2(a)におけるトランジスタ及びその周辺部の詳細を示す断面図である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
FIG. 1 is a plan view showing an element layout in a unit pixel of an image sensor in an image cell structure of a substrate modulation type solid-state imaging element according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ shown in FIG. FIG. 2B is a cross-sectional view showing details of the transistor and its peripheral portion in FIG.

図1及び図2(a)に示すように、単位画素内に、受光ダイオード103と光信号検出用トランジスタ102とが隣接して設けられている。単位画素は、縦横等間隔のピッチを有し、列又は行方向に対して斜めに向いている。単位画素の行間にはそれぞれサブコンタクト7が設置されている。   As shown in FIGS. 1 and 2A, a light receiving diode 103 and an optical signal detection transistor 102 are provided adjacent to each other in a unit pixel. The unit pixels have equal pitches in the vertical and horizontal directions and are inclined with respect to the column or row direction. Sub-contacts 7 are provided between the unit pixel rows.

図2(a)に示す受光ダイオード103及びトランジスタ102の詳細は図2(b)に示すように、これら、受光ダイオード103とトランジスタ102は、それぞれ異なる第1のウェル領域3aと第2のウェル領域3bに形成されている。それらのウェル領域は低濃度のP型領域3cを介して互いに接続されている。受光ダイオード103部分の第1のウェル領域3aは光照射による電荷の発生領域の一部を構成している。トランジスタ102部分の第2のウェル領域3bはこの領域に付与するポテンシャルによってチャネルの閾値電圧を変化させることができるゲート領域を構成している。   Details of the light receiving diode 103 and the transistor 102 shown in FIG. 2A are as shown in FIG. 2B. The light receiving diode 103 and the transistor 102 are different from each other in the first well region 3a and the second well region. It is formed in 3b. These well regions are connected to each other via a low concentration P-type region 3c. The first well region 3a of the light receiving diode 103 constitutes a part of a region where charges are generated by light irradiation. The second well region 3b of the transistor 102 portion constitutes a gate region in which the channel threshold voltage can be changed by the potential applied to this region.

図2(b)に示すように、受光ダイオード103部分では、P型のシリコン基板1にN型層2が形成されており、そのN型層2内に第1のウェル領域3aが形成されている。また、第1のウェル領域3aの表層にドレイン領域31と接続したN型の不純物領域が形成されている。また、トランジスタ102部分においては、P型シリコン基板1は濃度の高いP型層(図示せぬ)を含み、受光ダイオード103部分よりもP型層が厚くなっている。そのP型層上にN型層2が形成されており、また、N型層2内に第2のウェル領域3bが形成されている。第2のウェル領域3b上方のシリコン基板1の表面にはゲート絶縁膜34を介してゲート電極4が形成されている。   As shown in FIG. 2B, in the light receiving diode 103 portion, an N-type layer 2 is formed on a P-type silicon substrate 1, and a first well region 3a is formed in the N-type layer 2. Yes. Further, an N-type impurity region connected to the drain region 31 is formed on the surface layer of the first well region 3a. In the transistor 102 portion, the P-type silicon substrate 1 includes a high-concentration P-type layer (not shown), and the P-type layer is thicker than the light-receiving diode 103 portion. An N-type layer 2 is formed on the P-type layer, and a second well region 3 b is formed in the N-type layer 2. A gate electrode 4 is formed on the surface of the silicon substrate 1 above the second well region 3b via a gate insulating film.

また、図1に示すように、上記したゲート電極4はリング状を有している。リング状のゲート電極4の内縁に囲まれるように第2のウェル領域3bの表層にソース領域32が形成されている。リング状のゲート電極4の外縁を囲むようにリング状のドレイン領域31が形成されている。また、受光ダイオード103側において、ドレイン領域31が延長して受光ダイオード103の不純物領域が形成されている。つまり、ドレイン領域31は第1及び第2のウェル領域3a、3bの表層に大部分の領域がかかるように一体的に形成されている。   Further, as shown in FIG. 1, the gate electrode 4 described above has a ring shape. A source region 32 is formed on the surface layer of the second well region 3 b so as to be surrounded by the inner edge of the ring-shaped gate electrode 4. A ring-shaped drain region 31 is formed so as to surround the outer edge of the ring-shaped gate electrode 4. Further, on the light receiving diode 103 side, the drain region 31 is extended to form an impurity region of the light receiving diode 103. In other words, the drain region 31 is integrally formed so that most of the region covers the surface layer of the first and second well regions 3a and 3b.

ソース領域32とドレイン領域31の間の領域がチャネル領域となる。チャネル領域に適度な濃度のN型不純物を導入してN型のチャネルドープ層33を形成している。そのN型のチャネルドープ層33下の第2のウェル領域3b内に、ソース領域32を囲むようにリング状のキャリアポケット(光発生電荷の蓄積領域)6が形成されている。キャリアポケット6においては、キャリアポケット6の周辺部にある第1及び第2のウェル領域3a、3bに比べてP型の不純物濃度を高くしているため、光発生正孔に対してキャリアポケット6内部のポテンシャルが低くなる。これにより、光発生正孔をこのキャリアポケット6に集めることができる。   A region between the source region 32 and the drain region 31 becomes a channel region. An N-type channel doped layer 33 is formed by introducing an N-type impurity having an appropriate concentration into the channel region. In the second well region 3 b under the N-type channel doped layer 33, a ring-shaped carrier pocket (photogenerated charge storage region) 6 is formed so as to surround the source region 32. In the carrier pocket 6, since the P-type impurity concentration is higher than that of the first and second well regions 3 a and 3 b in the peripheral portion of the carrier pocket 6, the carrier pocket 6 against the photogenerated holes. The internal potential is lowered. As a result, photogenerated holes can be collected in the carrier pocket 6.

単位画素の行間には高濃度のP型不純物の拡散層によるサブコンタクト7が形成されている。このサブコンタクト7は配線8aと電気的に接続されており、配線8aはGND(接地電位)に接続されている。過剰な光発生電荷をサブコンタクト7から配線8aを通して排出する機能を有している。また、ドレイン領域31、ソース領域32及びゲート電極4と電気的に接続する配線8、5、9がそれぞれ形成されている。また、サブコンタクト7は、ソース領域32及びドレイン領域31を形成すると共に、形成される。   A sub-contact 7 is formed between the unit pixel rows by a diffusion layer of a high-concentration P-type impurity. The sub-contact 7 is electrically connected to the wiring 8a, and the wiring 8a is connected to GND (ground potential). It has a function of discharging excess photogenerated charges from the sub-contact 7 through the wiring 8a. In addition, wirings 8, 5, and 9 that are electrically connected to the drain region 31, the source region 32, and the gate electrode 4 are formed, respectively. The sub-contact 7 is formed while forming the source region 32 and the drain region 31.

また、第1及び第2のウェル領域3aと3bの間に介在する低濃度のP型領域3cは受光ダイオード103側のドレイン領域31とチャネルドープ層33の境界部分にあたる領域に形成されている。第1のウェル領域3aと低濃度のP型領域3cと第2のウェル領域3bとで構成される、受光領域からキャリアポケット6に至る経路が電荷転送経路となる。   The low-concentration P-type region 3c interposed between the first and second well regions 3a and 3b is formed in a region corresponding to a boundary portion between the drain region 31 and the channel dope layer 33 on the light receiving diode 103 side. A path formed by the first well region 3a, the low-concentration P-type region 3c, and the second well region 3b from the light receiving region to the carrier pocket 6 is a charge transfer route.

以上、本発明の実施形態によれば、トランジスタ102横にサブコンタクト7を設置することによって、キャリアポケットから溢れた電荷などの飽和電荷量を上回った電荷または、リセットされてキャリポケットから排出された電荷を図2(a)に示す矢印のように、シリコン基板1からサブコンタクト7へ逃がし、サブコンタクト7から配線8aを通して電荷を排出することが可能となる。その為、基板電位を排出電荷数によらず一定に保ちやすくなる。その結果、排出電荷速度が遅いことによるKnee特性の出現を抑制することができる。   As described above, according to the embodiment of the present invention, by installing the sub-contact 7 on the side of the transistor 102, the charge exceeding the saturation charge amount such as the charge overflowing from the carrier pocket or reset and discharged from the carry pocket. As shown by the arrows in FIG. 2A, the charges can be released from the silicon substrate 1 to the sub-contact 7 and discharged from the sub-contact 7 through the wiring 8a. Therefore, it becomes easy to keep the substrate potential constant regardless of the number of discharged charges. As a result, the appearance of the Knee characteristic due to the slow discharge charge rate can be suppressed.

また、本実施形態では、サブコンタクト7から電荷を排出するため、電荷の排出経路を基板の下方に維持する必要がない。従って、受光ダイオードの横方向へ拡大してもknee特性を抑制することが可能となり、受光ダイオードの構造設計自由度が上がる。   In the present embodiment, since charges are discharged from the sub-contact 7, it is not necessary to maintain the charge discharge path below the substrate. Therefore, it is possible to suppress the knee characteristic even if the light receiving diode is expanded in the lateral direction, and the degree of freedom in structural design of the light receiving diode is increased.

また、変調部(トランジスタ)を微細化する際においても、サブコンタクト7から電荷を排出する構造とすることにより、トランジスタの構造設計自由度が向上する。   Further, when the modulation unit (transistor) is miniaturized, the structure in which charges are discharged from the sub-contact 7 improves the degree of freedom in structural design of the transistor.

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本発明の実施形態に係る固体撮像素子の単位画素内の素子レイアウトを示す平面図。The top view which shows the element layout in the unit pixel of the solid-state image sensor concerning embodiment of this invention. (a)は、図1に示すA−A'部の構造断面図であり、(b)は図2(a)におけるトランジスタ及びその周辺部の詳細を示す断面図。FIG. 2A is a structural cross-sectional view taken along line AA ′ shown in FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view showing details of a transistor and its peripheral part in FIG. 従来の固体撮像素子の単位画素内の素子レイアウトを示す平面図。The top view which shows the element layout in the unit pixel of the conventional solid-state image sensor. 図3に示すA−A'部の構造断面図。Sectional drawing of the structure of the AA 'part shown in FIG. 図4の構造断面図のB−B'線断図でのポテンシャル分布を示す図。The figure which shows potential distribution in the BB 'sectional view of the structure sectional drawing of FIG. (a)、(b)及び(c)の各図は、従来の固体撮像素子の動作時の蓄積期間のある状態における、図4の構造断面図のB−B'線断図でのポテンシャル分布を時系列で示す図。(A), (b), and (c) are potential distributions along the line BB ′ of the structural cross-sectional view of FIG. 4 in a state where there is an accumulation period during operation of the conventional solid-state imaging device. The figure which shows chronologically. 従来の課題に係る、図3に示すA−A'部の構造断面図。The structure sectional view of the AA 'section shown in Drawing 3 concerning the conventional subject. 図7の構造断面図のB−B'線断図でのポテンシャル分布を示す図。The figure which shows potential distribution in the BB 'sectional view of the structure sectional drawing of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1,11,21・・・シリコン基板、2,12,22・・・N型層、31・・・ドレイン領域、32・・・ソース領域、33・・・チャネルドープ層、3a・・・第1のウェル領域、3b・・・第2のウェル領域、3c・・・P型領域、6・・・キャリアポケット、34・・・ゲート絶縁膜、4・・・ゲート電極、5,9,8,8a,10,15,18,25,28・・・配線、7・・・サブコンタクト、3,13,23・・・Pウェル領域、100,102・・・トランジスタ(変調部)、101,103・・・受光ダイオード   1, 11, 21... Silicon substrate, 2, 12, 22... N-type layer, 31... Drain region, 32... Source region, 33. 1 well region, 3b, second well region, 3c, P-type region, 6 ... carrier pocket, 34 ... gate insulating film, 4 ... gate electrode, 5, 9, 8 , 8a, 10, 15, 18, 25, 28 ... wiring, 7 ... sub-contact, 3, 13, 23 ... P-well region, 100, 102 ... transistor (modulation unit), 101, 103. Light receiving diode

Claims (2)

受光ダイオードと光信号検出用のトランジスタとを備えた単位画素が複数配列された固体撮像素子において、
半導体基板上に形成され、光照射により光発生電荷を発生する受光領域を備えた受光ダイオードと、
前記半導体基板上に形成され、前記光発生電荷の蓄積により変調された閾値電圧を光信号として出力し、前記受光ダイオード横に隣接して設置された光信号検出用のトランジスタと、
前記光信号検出用のトランジスタ内に形成され、前記光発生電荷の蓄積領域であるキャリアポケットと、
前記光信号検出用のトランジスタを構成するゲート電極と同一の面である前記半導体基板の表面に形成され、前記光信号検出用のトランジスタを構成するドレイン領域と直接接しているサブコンタクトと、
を具備し、
前記サブコンタクトは前記光発生電荷を前記半導体基板から排出する機能を有することを特徴とする固体撮像装置。
In a solid-state imaging device in which a plurality of unit pixels including a light receiving diode and a transistor for detecting an optical signal are arranged,
A light-receiving diode having a light-receiving region formed on a semiconductor substrate and generating photo-generated charges by light irradiation;
A threshold voltage that is formed on the semiconductor substrate and that is modulated as a result of the accumulation of the photogenerated charges is output as an optical signal; and an optical signal detection transistor that is disposed adjacent to the light receiving diode;
A carrier pocket formed in the optical signal detection transistor and serving as a storage region for the photogenerated charges;
A sub-contact formed on the surface of the semiconductor substrate, which is the same surface as a gate electrode constituting the optical signal detection transistor , and in direct contact with a drain region constituting the optical signal detection transistor;
Comprising
The sub-contact has a function of discharging the photogenerated charges from the semiconductor substrate.
請求項1において、前記受光領域で発生した前記光発生電荷は前記キャリアポケットに転送され、余剰となりキャリアポケットから溢れた前記光発生電荷または、リセットされてキャリアポケットから排出された前記光発生電荷が前記サブコンタクトを通して前記半導体基板の外に排出されることを特徴とする固体撮像装置。   2. The photogenerated charge generated in the light receiving region is transferred to the carrier pocket, and the photogenerated charge overflowed from the carrier pocket or the photogenerated charge discharged from the carrier pocket after being reset is discharged. A solid-state imaging device, wherein the solid-state imaging device is discharged out of the semiconductor substrate through the sub-contact.
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