JPH02278768A - Solid-state image sensing device - Google Patents

Solid-state image sensing device

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Publication number
JPH02278768A
JPH02278768A JP1099209A JP9920989A JPH02278768A JP H02278768 A JPH02278768 A JP H02278768A JP 1099209 A JP1099209 A JP 1099209A JP 9920989 A JP9920989 A JP 9920989A JP H02278768 A JPH02278768 A JP H02278768A
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JP
Japan
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substrate
region
type
transfer
bipolar transistor
Prior art date
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Pending
Application number
JP1099209A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Machio Yamagishi
山岸 万千雄
Atsuo Yagi
八木 厚夫
Koichi Harada
耕一 原田
Takeshi Matsushita
松下 孟史
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP1099209A priority Critical patent/JPH02278768A/en
Publication of JPH02278768A publication Critical patent/JPH02278768A/en
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Abstract

PURPOSE:To sweep out unnecessary electric charges such as an electronic shutter operation, an overflow control operation or the like by a method wherein substrates are glued together, a transfer electrode is arranged and installed in a region between a substrate and another substrate for reinforcement use and a bipolar transistor is formed in a picture-element region. CONSTITUTION:In a frame-transfer type charge-coupled device formed by pasting substrates, a silicon substrate 1 where a plurality of picture-element regions 3 have been arranged on the surface side is glued on an n-type silicon substrate 2 as a substrate for reinforcement use. In addition, the following are provided: transfer electrodes 32, 33 which are formed on the rear of the substrate 1 and which are taken out between the picture-element regions 3; a bipolar transistor 20 for which one part of the picture-element regions 3 is used as an emitter. When a base potential of the bipolar transistor 20 is applied from the surface side of the substrate 1, a storage charge amount of the picture-element regions 3 is controlled. Thereby, it is possible particularly to sweep out unnecessary electric charges.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は基板の貼り合わせにより装置が構成されるフレ
ームトランスファー型の固体撮像装置に〔発明の概要〕 本発明は、基板の裏面に補強用基板が貼り合わされる固
体撮像装置において、転送電極を基板間に配し1、基板
の表面で複数の画素が形成され、転送電極の取り出し、
をその表面で行い、その画素の周囲を高濃度不純物領域
で囲んでなるフレームトランスファー型とすることによ
り、不要電荷の掃き出し動作等を実現するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a frame transfer type solid-state imaging device whose device is constructed by bonding substrates together. In a solid-state imaging device in which substrates are bonded together, a transfer electrode is arranged between the substrates 1, a plurality of pixels are formed on the surface of the substrate, and the transfer electrode is taken out.
By performing this on the surface of the pixel and using a frame transfer type in which the pixel is surrounded by a high concentration impurity region, an operation such as sweeping out unnecessary charges is realized.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

一般に、CCD (電荷結合デバイス)等の固体撮像装
置は、基板の一方の主面に各画素が配列されて形成され
る構造を有している。第7図は従来の典型的な固体撮像
装置の一例を示しており、シフコン基板+01にp型の
ウェル領域102が形成されている。その基板表面上に
形成された遮光膜103の下には転送電極104が形成
され、その転送電極104の下部のウェル領域102に
形成されたn型の不純物領域が電荷転送部105とされ
る。各画素の受光部1(16は、その電荷転送部105
とゲート部107を介して連続し、各画素はn型の不純
物領域からなるチャンネルストッパー領域108に囲ま
れる。
Generally, a solid-state imaging device such as a CCD (charge-coupled device) has a structure in which pixels are arranged on one main surface of a substrate. FIG. 7 shows an example of a typical conventional solid-state imaging device, in which a p-type well region 102 is formed in a SIFCON substrate +01. A transfer electrode 104 is formed under the light shielding film 103 formed on the substrate surface, and an n-type impurity region formed in the well region 102 under the transfer electrode 104 serves as a charge transfer portion 105. The light receiving section 1 of each pixel (16 is the charge transfer section 105)
are continuous to each other via a gate portion 107, and each pixel is surrounded by a channel stopper region 108 made of an n-type impurity region.

この固体撮像装置は、縦型のオーバーフロードレイン構
造とされており、受光部106に不要な電荷が生じた時
、基板に所定の電圧を印加することによって、不要な電
荷がシリコン基板101へ掃き出される機構になってい
る。また、オーバーフローの制1Itlだけではなく、
電子シャッター動作も可能である。
This solid-state imaging device has a vertical overflow drain structure, and when unnecessary charges are generated in the light receiving section 106, the unnecessary charges are swept out to the silicon substrate 101 by applying a predetermined voltage to the substrate. It has a mechanism that allows Also, not only the overflow control 1Itl,
Electronic shutter operation is also possible.

また、シリコン基板等の半導体基板の一方の主面に、そ
れぞれ受光部を有した画素を配列させ、その基板の他方
の主面側に電荷転送部を形成し、その基板を補強するた
めに基板同士の貼り合わせを行う構造の固体撮像装置も
知られており、例えば特開昭63−12966+号公報
にもその技術の記載がある。
In addition, pixels each having a light receiving section are arranged on one main surface of a semiconductor substrate such as a silicon substrate, and a charge transfer section is formed on the other main surface of the substrate. A solid-state imaging device having a structure in which solid-state imaging devices are bonded together is also known, and this technique is also described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 12966/1983.

〔発明が解決しようきする課題〕[Problems that the invention attempts to solve]

上述のように、縦型オーバーフロードレイン構造では、
基板へ不要な電荷を掃き出すことができる。しかし、上
記公報記載の技術のように基板同士を貼り合わせた構造
のものでは、受光部が形成される基板側が画素単位に削
られるために、基板への不要な電荷の掃き出しが困難で
ある。
As mentioned above, in the vertical overflow drain structure,
Unnecessary charges can be swept out to the substrate. However, in a structure in which substrates are bonded together as in the technique described in the above-mentioned publication, the side of the substrate on which the light-receiving section is formed is shaved off pixel by pixel, making it difficult to sweep out unnecessary charges to the substrate.

これに対して、横型のオーバーフロードレイン構造とす
ることで、基板同士を貼り合わせる構造の固体撮像装置
でも不要な電荷の掃き出しが可能となる。しかし、オー
バーフローのための令■域を形成するために受光面積が
減少することになって、感度の劣化が生ずる。
On the other hand, by adopting a horizontal overflow drain structure, unnecessary charges can be swept out even in a solid-state imaging device in which the substrates are bonded together. However, in order to form a small area for overflow, the light receiving area is reduced, resulting in deterioration of sensitivity.

そこで、本発明は、基板同士の貼り合わせ技術を利用し
た固体撮像装置を提供することを目的とし、特に不要な
電荷の掃き出し動作等を実現するような固体撮像装置の
提供を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that utilizes a technique for bonding substrates together, and particularly to provide a solid-state imaging device that can perform an operation of sweeping out unnecessary charges.

[課題を解決するための手段] 上述の目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は
、フレームトランスファー型の固体1最像装置であって
、基板と、その基板の表面側に形成される複数の画素領
域と、上記基板の裏面に形成され且つ上記画素領域の間
に取り出される転送電極と、上記基板の裏面側に貼り合
わされる補強用基板と、上記画素領域の一部がエミッタ
とされるバイポーラトランジスタとを有し、上記基板の
表面側から上記バイポーラトランジスタのベース電位が
与えられて上記画素領域の蓄積電前世が制御Bされるこ
とを持(牧とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above-mentioned object, the solid-state imaging device of the present invention is a frame transfer type solid-state imaging device that includes a substrate and a substrate formed on the surface side of the substrate. a plurality of pixel regions, a transfer electrode formed on the back surface of the substrate and taken out between the pixel regions, a reinforcing substrate bonded to the back surface side of the substrate, and a portion of the pixel region serving as an emitter. A bipolar transistor is provided, and a base potential of the bipolar transistor is applied from the front side of the substrate to control the accumulated charge in the pixel region.

〔作用] 上記補強用基板を上記基板の裏面側に貼り合わせた貼り
合わせ構造とすることで、基板の表面側に複数の画素を
形成し、且つ転送電極を基板の裏面側に形成する構造に
できる。このため受光側である表面側には転送電極が形
成されず1.受光面積を大きく採れる。上記転送電極は
上記基板と上記補強用基板に挟まれることになるが、上
記画素の間に取り出されるために、シャント用の金属電
極等を表面側に配することができ、信号電荷の高速転送
が可能となる。また、そのように画素間で取り出す構造
から、その金属電極等の仕事関数によるポテンシャル上
の悪影響が防止される。そして、上記画素領域にエミッ
タを有するバイポーラトランジスタを形成し、その制m
を基板の表面側から行うことで、電子シャッター動作や
オーバーフローの制御が可能となる。
[Function] By forming a bonded structure in which the reinforcing substrate is bonded to the back side of the substrate, a structure in which a plurality of pixels are formed on the front side of the substrate and transfer electrodes are formed on the back side of the substrate can be created. can. Therefore, no transfer electrode is formed on the front surface side which is the light receiving side.1. Large light receiving area can be obtained. The transfer electrode will be sandwiched between the substrate and the reinforcing substrate, but since it is taken out between the pixels, a metal electrode for shunt, etc. can be placed on the surface side, allowing high-speed transfer of signal charges. becomes possible. Furthermore, such a structure in which light is taken out between pixels prevents an adverse effect on the potential due to the work function of the metal electrode or the like. Then, a bipolar transistor having an emitter is formed in the pixel region, and its control is performed.
By performing this from the front side of the substrate, it is possible to control electronic shutter operation and overflow.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施例の固体撮像装置は、基板同士を貼り合わ仕たフ
レームトランスファー型CCDの例である。先ず、その
CCDの構造について説明する。
The solid-state imaging device of this embodiment is an example of a frame transfer type CCD in which substrates are bonded together. First, the structure of the CCD will be explained.

第1図〜第3図に示すように、本実施例のCODは、補
強用基板であるn型のシリコン基板2に、複数の画素M
 hi 3を表面側に配列させたシリコン基板1を貼り
合わせた構造を有している。
As shown in FIGS. 1 to 3, the COD of this embodiment has a plurality of pixels M on an n-type silicon substrate 2, which is a reinforcing substrate.
It has a structure in which a silicon substrate 1 on which hi 3 is arranged on the surface side is bonded together.

各画素領域3の平面形状ば、第5図に示すように、1つ
のセルがほぼ矩形状のパターンにされ2、各画素領域3
ばマトリクス状に配列されている。
As for the planar shape of each pixel area 3, as shown in FIG.
They are arranged in a matrix.

それら各画素領域3は、図中■方向として示す転送方向
でばP゛型の高濃度不純物領域4により分離され、その
転送方向と垂直な図中H方向では、同様にp゛型の高濃
度不純物領域4により分離されると共に、そのp゛型の
高濃度不純物領域4の間に形成されるシリコン酸化膜5
と、さらにそのシリコン酸化膜5の間に形成された転送
電極取り出し部6とによっても分離される。そして、各
画素領域3内で、図中■方向、H方向共にp゛型の高濃
度不純物領域4に囲まれた領域が受光部として機能する
。またP°型の高濃度不′4F@物領域4は、その画素
領域3を囲む領域であり、チャンネルストッパーとして
機能する。このp°型の高濃度不純物領域4は、図中H
方向の各画素領域3の間で基板1の表面から裏面に亘っ
て該画素領域3の側部を覆い、図中■方向では、各画素
領域3の間で基板lの表面から埋め込みチャンふル層1
1までの間に形成される。このpゝ型の高濃度不純物領
域4は十分に高い不純物濃度にされる。このようなp°
型の高濃度不純物領域4に囲まれた領域を受光部とする
本実施例のCCDは、その受光部の受光面では遮光部や
転送電極等の部材が形成されないために、その受光部自
体を大きな面積にできる。また、換言すると、受光面積
を大きく採れるため、p゛型の高濃度不純物領域4の不
純物濃度を十分高くしても受光面積が損なわれることが
ない。従って、前述のようにp°型の高濃度不純物領域
4の不純物濃度を十分に高くでき、その結果、ニー効果
を低減させることができる。
Each of these pixel regions 3 is separated by a P type high concentration impurity region 4 in the transfer direction shown as the direction (■) in the figure, and is similarly separated by a p type high concentration impurity region 4 in the H direction in the figure perpendicular to the transfer direction. A silicon oxide film 5 is separated by the impurity region 4 and formed between the p type high concentration impurity regions 4.
They are further separated by a transfer electrode extraction portion 6 formed between the silicon oxide film 5 and the silicon oxide film 5. In each pixel region 3, a region surrounded by the p-type high concentration impurity region 4 in both the {circle around (2)} direction and the H direction in the figure functions as a light receiving section. Further, the P° type high concentration impurity region 4 is a region surrounding the pixel region 3, and functions as a channel stopper. This p° type high concentration impurity region 4 is located at H in the figure.
The sides of the pixel regions 3 are covered between each pixel region 3 in the direction from the front surface to the back surface of the substrate 1; layer 1
1. This p type high concentration impurity region 4 is made to have a sufficiently high impurity concentration. Such a p°
In the CCD of this embodiment, the area surrounded by the high-concentration impurity region 4 of the mold is used as a light-receiving part.Since no members such as a light-shielding part or a transfer electrode are formed on the light-receiving surface of the light-receiving part, the light-receiving part itself is Can be made into a large area. In other words, since a large light-receiving area can be obtained, the light-receiving area is not impaired even if the impurity concentration of the p-type high-concentration impurity region 4 is made sufficiently high. Therefore, as described above, the impurity concentration of the p° type high concentration impurity region 4 can be made sufficiently high, and as a result, the knee effect can be reduced.

このような平面形状を有する各画素領域3の深さ方向の
構造は、第1図及び第2図に示すように、表面側1sか
らシリコン酸化膜1.’aいp型の不純物領域8.p型
のウェル領域9.  n型のウェル領域10が順に形成
されている。最も表面側1sに形成されたシリコン酸化
膜7は、基板表面を被覆してなる膜であり、シャント用
に基板表面に形成されるAl電極層31とnpnトラン
ジスタ20の制御電極層21の層間の分離にも用いられ
る。
The structure in the depth direction of each pixel region 3 having such a planar shape is as shown in FIGS. 1 and 2, in which the silicon oxide film 1. 'ap-type impurity region 8. p-type well region9. N-type well regions 10 are formed in sequence. The silicon oxide film 7 formed on the most surface side 1s is a film that covers the substrate surface, and is a film formed between the Al electrode layer 31 formed on the substrate surface for shunting and the control electrode layer 21 of the npn transistor 20. Also used for separation.

シリコン酸化II(J7の裏面側に形成されるp型の不
純物領域8は、低雑音化のために形成される領域であり
、次のp型のウェル領域9に連続する。このp型のウェ
ル領域9の裏面側にはn型のウェル領域10が続いて形
成される。このn型のウェル領域10とp型のウェル領
域9の間にボテンシャルの山が形成され、被写体からの
光が入射した場合、n型のウェル領域10側に光電子が
信号電荷として集められる。また、n型のウェル領域1
0とp型のウェル領域9の深さは、その分光怒度によっ
て決定される。
A p-type impurity region 8 formed on the back side of silicon oxide II (J7) is a region formed for noise reduction and is continuous to the next p-type well region 9.This p-type well An n-type well region 10 is successively formed on the back side of the region 9. A mountain of votents is formed between the n-type well region 10 and the p-type well region 9, and light from the subject is incident thereon. In this case, photoelectrons are collected as signal charges on the n-type well region 10 side.
The depths of the 0 and p-type well regions 9 are determined by their spectral intensities.

このn型のウェルj]域10の裏面側には、埋め込みチ
ャンネル層11が形成される。この埋め込みチャンネル
N11は、第3図に示すように、V方向に並んだ画素領
域3の間で各列共通に用いられ、各画素領域3の各n型
のウェル領域lOの裏面側で■方向に連続される。従っ
て、本実施例のCCDはフレーム転送可能となる。この
埋め込みチャンネル層11の裏面側にはシリコン酸化+
125が形成され、そのシリコン酸化膜5を挟んで基板
裏面側に転送電極32.33が形成される。上記転送電
極32.33は、2層のポリシリコン層からなり、転送
方向に所定間隔で1層目と2層目のポリシリコン層が交
互に配列され、転送方向に垂直な方向を長手方向として
各転送列で共通な電極パターンに形成されている。各転
送電極32.33には、次に説明する配置線の構成で駆
動信号が供給され、例えばその駆動信号は2相とされる
。上記埋め込みチャンネルN11には、第3図に示すよ
うに、これら転送電極32.33のパターンを反映しな
がら、階段状のポテンシャルからなるストレージ部とト
ランスファ一部を構成するように、ロー型の不純物領域
34とn゛型の不純物領域35が交互に形成される。こ
れら転送電極32.33の裏面側には、眉間絶縁膜36
が形成され、この層間絶縁膜36により各転送電極32
.33が被覆される。転送電極32.33をシリコン基
板1の裏面側lb側に配することで、転送電極を受光面
側に形成するCCDと比較して各画素領域3の受光部の
面積を大きく採れる。上記層間絶縁膜36上には薄いポ
リシリコンN37が全面に形成され、この薄いポリシリ
コン層37の裏面で上記n型のシリコン基ui2が補強
のために貼り合わせられる。その薄いポリシリコン層3
7は不要電荷の掃き出し用にも用いられる。
A buried channel layer 11 is formed on the back side of this n-type well region 10. As shown in FIG. 3, this buried channel N11 is commonly used in each column among the pixel regions 3 arranged in the V direction, and is located on the back surface side of each n-type well region IO in each pixel region 3 in the is continued. Therefore, the CCD of this embodiment can transfer frames. The back side of this buried channel layer 11 is silicon oxidized +
125 is formed, and transfer electrodes 32 and 33 are formed on the back side of the substrate with the silicon oxide film 5 interposed therebetween. The transfer electrodes 32 and 33 are composed of two polysilicon layers, in which the first and second polysilicon layers are alternately arranged at predetermined intervals in the transfer direction, and the longitudinal direction is perpendicular to the transfer direction. A common electrode pattern is formed in each transfer column. A drive signal is supplied to each transfer electrode 32, 33 in the arrangement line configuration described below, and the drive signal is, for example, two-phase. As shown in FIG. 3, the buried channel N11 is filled with low-type impurities so as to form a storage part and a transfer part, each having a stepped potential, while reflecting the pattern of the transfer electrodes 32 and 33. Regions 34 and n-type impurity regions 35 are alternately formed. On the back side of these transfer electrodes 32 and 33, there is a glabella insulating film 36.
is formed, and each transfer electrode 32 is formed by this interlayer insulating film 36.
.. 33 is coated. By arranging the transfer electrodes 32 and 33 on the backside lb side of the silicon substrate 1, the area of the light receiving portion of each pixel region 3 can be increased compared to a CCD in which the transfer electrodes are formed on the light receiving surface side. A thin polysilicon layer N37 is formed on the entire surface of the interlayer insulating film 36, and the n-type silicon base ui2 is bonded to the back surface of the thin polysilicon layer 37 for reinforcement. The thin polysilicon layer 3
7 is also used for sweeping out unnecessary charges.

上記転送電極32.33は、シリコン基板1の裏面側1
bに配され、結局、補強用に貼り合わせられたシリコン
基板2とシリコン基板1の間に形成されるが、それら転
送電極32.33の取り出しは基板の表面側1sから行
われる。すなわち、シリコン基板1の表面側isには、
シャント用の低抵抗なアルミニウム配線層30.31が
形成される。このアルミニウム配線層30.31には微
量のシリコンが含まれる。なお、シャント用には他の金
属配線層を用いることも可能である。これらアルミニウ
ム配線層30.31には、それぞれ信号Φ6.Φ2が供
給され、各画素領域3の間の領域上を■方向を長手方向
として配線される。これらアルミニウム配線層30.3
1は、基板表面を覆うシリコン酸化膜7を開口した開口
部36を介して、ポリシリコン層からなる転送電極取り
出し部6に接続される。この転送電極取り出し部6は、
画素領域3の各列毎の間に設けられたp°型の高濃度不
純物領域4と、その間に形成されるシリコン酸化膜5と
に挟まれた領域で、基板10表面と裏面を貫通する溝内
に形成された電極の一部である。この電極取り出し部6
は、転送電極32.33の一方と連続して形成され、ア
ルミニウム配線層30.31から電極取り出し部6を介
して転送電極32.33に信号Φ1.Φ2の一方が供給
されることになる。このように本実施例のCCDは、貼
り合わせ構造にされるため基板間に形成される転送電極
32.33の取り出しが画素領域3の間で行われ、且つ
その表面側Isでアルミニウム配線層32.33にシャ
ントされるため、転送電極全体の低抵抗化を図ることが
でき、高速転送に有利となる。また、そのアルミニウム
配線層32゜33も画素領域3の間の分離領域で形成さ
れるため、受光面積を小さくすることもない。さらに、
アルミニウム配線層30.31が転送電極取り出し部6
を介して接続されるために、アルミニウム配線層30.
31の仕事関数が転送電極32.33に影響してポテン
シャルが変動するような弊害も防止される。
The transfer electrodes 32 and 33 are arranged on the back side 1 of the silicon substrate 1.
b, and are eventually formed between the silicon substrate 2 and the silicon substrate 1 which are bonded together for reinforcement, but the transfer electrodes 32 and 33 are taken out from the front surface side 1s of the substrate. That is, on the surface side is of the silicon substrate 1,
Low resistance aluminum wiring layers 30 and 31 for shunting are formed. The aluminum wiring layers 30 and 31 contain a trace amount of silicon. Note that it is also possible to use other metal wiring layers for the shunt. These aluminum wiring layers 30 and 31 have signals Φ6. Φ2 is supplied and wired on the area between each pixel area 3 with the ■ direction as the longitudinal direction. These aluminum wiring layers 30.3
1 is connected to the transfer electrode lead-out portion 6 made of a polysilicon layer through an opening 36 formed in the silicon oxide film 7 covering the surface of the substrate. This transfer electrode extraction part 6 is
A groove that penetrates the front and back surfaces of the substrate 10 in a region sandwiched between the p° type high concentration impurity region 4 provided between each column of the pixel region 3 and the silicon oxide film 5 formed therebetween. It is part of the electrode formed inside. This electrode extraction part 6
are formed continuously with one of the transfer electrodes 32.33, and the signals Φ1. One side of Φ2 will be supplied. As described above, since the CCD of this embodiment has a bonded structure, the transfer electrodes 32 and 33 formed between the substrates are taken out between the pixel areas 3, and the aluminum wiring layer 32 is formed on the surface side Is. .33, the resistance of the entire transfer electrode can be reduced, which is advantageous for high-speed transfer. Further, since the aluminum wiring layers 32 and 33 are also formed in the separation region between the pixel regions 3, the light receiving area is not reduced. moreover,
The aluminum wiring layers 30 and 31 are the transfer electrode extraction portions 6
The aluminum wiring layer 30.
The work function of 31 influences the transfer electrodes 32 and 33, thereby preventing potential fluctuations.

各画素領域3の裏面側には、上述のような埋め込みチャ
ンネル層11が形成されるが、各画素領域3ではその埋
め込みチャンネルillに連続して、それぞれnpn型
のバイポーラトランジスタ20が形成される。まず、こ
のバイポーラトランジスタ20のエミッタは、画素領域
3の内の裏面側に形成された埋め込みチャンネル層11
であり、そのヘースはその1里め込みチャンネル層11
に隣接して基板の裏面側にシリコン酸化膜5に沿って形
成されるp゛型の不純物領域22である。このp゛型の
不純物領域22は各画素領域3を囲んで形成されるp゛
型の高濃度不純物領域4に接続される。このp゛型の高
濃度不純Off領域4は、基板lの裏面から表面に亘っ
て形成されており、基板lの表面でp°型のチャンネル
ストンパー領域23に接続される。p°型のチャンネル
ストッパー領域23には、基板表面側Isに形成された
制御電極層21から電位が与えられており、この制’+
8電極層21にベース電位を供給することにより、np
n型のバイポーラトランジスタ20がコントロールされ
る。このnpn型のバイポーラトランジスタ20のコレ
クタは、p°型の不純物領域22と、そのp°型の不純
物領域22の表面側に形成されたp型の不純物領域25
とに囲まれたn゛型の不純物領域24である。このn゛
型の不純物領域24は裏面側でポリソリコン層26に接
続される。そのポリシリコン層26は、コレクタである
n゛型の不純物領域24と上記薄いポリシリコン層37
の間の配線として用いられる層である。
A buried channel layer 11 as described above is formed on the back surface side of each pixel region 3, and in each pixel region 3, an npn type bipolar transistor 20 is formed in succession to the buried channel layer. First, the emitter of this bipolar transistor 20 is connected to a buried channel layer 11 formed on the back surface side of the pixel region 3.
, and its head is part 1 of the channel layer 11
A p-type impurity region 22 is formed along the silicon oxide film 5 on the back side of the substrate adjacent to the p-type impurity region 22 . This p' type impurity region 22 is connected to a p' type high concentration impurity region 4 formed surrounding each pixel region 3. This p-type high-concentration impurity off region 4 is formed from the back surface to the front surface of the substrate l, and is connected to the p-type channel stopper region 23 on the front surface of the substrate l. A potential is applied to the p° type channel stopper region 23 from the control electrode layer 21 formed on the substrate surface side Is.
By supplying a base potential to the 8-electrode layer 21, the np
An n-type bipolar transistor 20 is controlled. The collector of this npn type bipolar transistor 20 includes a p° type impurity region 22 and a p type impurity region 25 formed on the surface side of the p° type impurity region 22.
This is an n-type impurity region 24 surrounded by. This n-type impurity region 24 is connected to the polysilicon layer 26 on the back side. The polysilicon layer 26 includes an n-type impurity region 24 which is a collector and the thin polysilicon layer 37.
This layer is used as wiring between.

これらn゛型の不純物9A域24とポリシリコン層37
を接続するために、シリコン酸化膜5.そのシリコン酸
化膜5の裏面側に配される転送電極32、その転送電極
32の裏面側に配される眉間絶縁膜36を貫通するよう
に貫通溝27が形成される。その転送電極32の貫通溝
27の側壁にはシリコン酸化膜28が形成され、このシ
リコン酸化膜28により転送電極32とポリシリコン層
26の間が絶縁される。
These n-type impurity 9A regions 24 and polysilicon layer 37
In order to connect the silicon oxide film 5. A through groove 27 is formed so as to penetrate through the transfer electrode 32 disposed on the back side of the silicon oxide film 5 and the glabellar insulating film 36 disposed on the back side of the transfer electrode 32. A silicon oxide film 28 is formed on the side wall of the through groove 27 of the transfer electrode 32, and the silicon oxide film 28 insulates the transfer electrode 32 and the polysilicon layer 26.

このようなバイポーラトランジスタ20は、オーバーフ
ローのコントロールや、電子シャッターとして機能し、
埋め込みチャンネル層11の不要な電荷をポリシリコン
層26を介してポリシリコン層37に掃き出すことがで
きる。その掃き出しの制御は、基板の表面に配線された
制御電極層21の電圧による。第4図は各画素における
等価回路を示す。フォトダイオード51の陰極側がバイ
ポーラトランジスタ52のエミッタに接続し、このエミ
ッタに光が入射した時の信号電荷が蓄積される。不要な
電荷を掃き出す時では、バイポーラトランジスタ52の
ベースに所要の電圧を与えて、不要な電荷をバイポーラ
トランジスタ52のコレクタへ掃き出す。これにより、
バイポーラトランジスタ52は、電子シャンク−やオー
バーフロードレインとして機能することになる。
Such a bipolar transistor 20 functions as an overflow control and an electronic shutter,
Unnecessary charges in the buried channel layer 11 can be swept out to the polysilicon layer 37 via the polysilicon layer 26. The sweeping is controlled by the voltage applied to the control electrode layer 21 wired on the surface of the substrate. FIG. 4 shows an equivalent circuit in each pixel. The cathode side of the photodiode 51 is connected to the emitter of a bipolar transistor 52, and signal charges are accumulated when light is incident on this emitter. When sweeping out unnecessary charges, a required voltage is applied to the base of the bipolar transistor 52 to sweep out the unnecessary charges to the collector of the bipolar transistor 52. This results in
The bipolar transistor 52 functions as an electronic shank and an overflow drain.

このような構造を有する本実施例のCCDは、シリコン
基板1,2同士の貼り合わせ構造であるために、転送電
極32.33を基板間に)配することができる。このた
めに画素領域3の受光面には、転送電極を設ける必要が
なく、受光面積を大きく採ることができる。従って、チ
ャンネルストッパーとして機能するp゛型の高濃度不純
物領域4を十分に高い不純物濃度にさせることができ、
その結果ニー効果を低減させることができる。
Since the CCD of this embodiment having such a structure has a structure in which the silicon substrates 1 and 2 are bonded together, the transfer electrodes 32 and 33 can be placed between the substrates. Therefore, there is no need to provide a transfer electrode on the light-receiving surface of the pixel region 3, and a large light-receiving area can be obtained. Therefore, the p-type high concentration impurity region 4 that functions as a channel stopper can be made to have a sufficiently high impurity concentration,
As a result, the knee effect can be reduced.

また、その高い不純物濃度にできるp゛型の高4度不純
物領域4は、チャンネルストッパーとして機能するのみ
ならずバイポーラトランジスタ20の制御のための配線
としても機能する。このため高密度化が容易となる。
Furthermore, the p-type high-4 degree impurity region 4, which can be made to have a high impurity concentration, not only functions as a channel stopper but also functions as a wiring for controlling the bipolar transistor 20. Therefore, it becomes easy to increase the density.

また、本実施例のCODでは、転送電極32゜33がシ
リコン基板1.2の貼り合わせ構造のために、基板間に
配設される。しかし、それら転送電i32.33は各画
素領域3の間で基板lの表面側1sに取り出されるため
、表面側にシャント用のアルミニウム配線層30.31
を配することができる。従って、高速転送が可能であり
、また、アルミニウム配線層30.31の仕事関数によ
るポテンシャルの変動の影響を埋め込みチャンネル1’
W11に与えることはない。
Furthermore, in the COD of this embodiment, the transfer electrodes 32 and 33 are disposed between the silicon substrates 1 and 2 because of the bonded structure. However, since these transferred electric currents i32, 33 are taken out to the surface side 1s of the substrate l between each pixel region 3, an aluminum wiring layer 30, 33 for shunting is formed on the surface side.
can be arranged. Therefore, high-speed transfer is possible, and the influence of potential fluctuations due to the work functions of the aluminum wiring layers 30 and 31 can be suppressed through the buried channel 1'.
It will not be given to W11.

また、本実施例のCCDでは、埋め込みチャンネル層1
1に連続してバイポーラトランジスタ20が形成される
ため、電子シャッター動作やオーバーフローの制御が可
能である。
In addition, in the CCD of this embodiment, the buried channel layer 1
Since the bipolar transistor 20 is formed continuously from the transistor 1, electronic shutter operation and overflow control are possible.

次に、第6図a〜第6図rを参照して本実施例のCCD
の製造方法の一例について説明する。
Next, referring to FIGS. 6a to 6r, the CCD of this embodiment will be described.
An example of a manufacturing method will be described.

まず、第6図aに示すように、p型のシリコン基板61
上にn型のエピタキシャル層62を形成し、そのn型の
エピタキシャル層62の主面に、n型の不純物を導入し
てn型の不純物領域63を形成する。このn型の不純物
領域63は埋め込みチャンネル層として用いられる。ま
た、n型の不純物領域63の形成と共に、各画素領域毎
にp型の不純物領域64が形成される。このp型の不純
物領域64はnpn型のバイポーラトランジスタのベー
ス領域として機能する。このようなn型の不純物領域6
3とp型の不純物領域64が形成されたn型の工、ピタ
キシャルII!162の主面からエツチングを行って、
各画素領域の列の間を分離するような溝65を形成する
。この溝65は、p型のシリコン基板61まで削って構
成され、いわゆるトレンチ技術によりRIE法によって
行われる。
First, as shown in FIG. 6a, a p-type silicon substrate 61
An n-type epitaxial layer 62 is formed thereon, and an n-type impurity is introduced into the main surface of the n-type epitaxial layer 62 to form an n-type impurity region 63. This n-type impurity region 63 is used as a buried channel layer. Further, along with the formation of the n-type impurity region 63, a p-type impurity region 64 is formed for each pixel region. This p-type impurity region 64 functions as a base region of an npn-type bipolar transistor. Such an n-type impurity region 6
Pitaxial II! Etching is performed from the main surface of 162,
Grooves 65 are formed to separate the columns of each pixel region. This groove 65 is formed by cutting down to the p-type silicon substrate 61, and is formed by RIE using a so-called trench technique.

また、溝65は上記p型の不純物領域64に接して形成
される。
Further, the groove 65 is formed in contact with the p-type impurity region 64.

次に、第6図すに示すように、各画素領域の列の間を分
離するように形成された溝65の側部及び底部に高濃度
にp型の不純物を導入する。このp型の不純物の導入に
より、分離用の溝65の側部及び底部にp゛型の高濃度
不純物領域66が形成される。このp°型の高4度不純
物領域66はp型の不純物領域64に接続する。
Next, as shown in FIG. 6, p-type impurities are introduced at a high concentration into the sides and bottoms of trenches 65 formed to separate the columns of each pixel region. By introducing this p-type impurity, a p-type high concentration impurity region 66 is formed on the sides and bottom of the isolation groove 65. This p° type high-4 degree impurity region 66 is connected to the p type impurity region 64.

次に、第6図Cに示すように、全面にシリコン酸化膜6
7が形成される。シリコン酸化膜67の形成は、表面酸
化やCVD法により行うことができる。このシリコン酸
化If!67により各画素領域の列毎の分離がなされる
と共に、信号電荷の転送のためのチャンネルがMO3構
造とされる。
Next, as shown in FIG. 6C, a silicon oxide film 6 is formed on the entire surface.
7 is formed. The silicon oxide film 67 can be formed by surface oxidation or CVD. If this silicon oxidation! 67 separates each pixel region column by column, and the channel for transferring signal charges has an MO3 structure.

次に、第6図dに示すように、第1N目のポリシリコン
層68が形成され、この第1層目のポリシリコン層68
は転送方向に所定の間隔を有し且つその垂直な方向を長
手方向とする転送電極のパターンにパターニングされる
。この第1層目のポリシリコン層68は上記溝65内に
も充填され、その充填された部分が転送電極取り出し部
として機能する。その第1層目のポリシリコン層68の
パターニングの後、そのポリシリコン層68の表面は酸
化される。そして、そのポリシリコン層68をマスクと
して選択的なイオン注入を行い、上記n型の不純物領域
63を階段状のポテンシャルを存するようなストレージ
部及びトランスファー部が形成されたものにさせる。次
に、全面に第2層目のポリシリコン層69を形成し、こ
れを各第1層目のポリシリコン層6Bの間の領域で残存
するように転送電極のパターンにパターニングする。
Next, as shown in FIG. 6d, a 1Nth polysilicon layer 68 is formed.
are patterned into a pattern of transfer electrodes having predetermined intervals in the transfer direction and with the longitudinal direction perpendicular to the transfer direction. This first polysilicon layer 68 also fills the trench 65, and the filled portion functions as a transfer electrode extraction portion. After patterning the first polysilicon layer 68, the surface of the polysilicon layer 68 is oxidized. Then, selective ion implantation is performed using the polysilicon layer 68 as a mask, so that the n-type impurity region 63 is formed with a storage region and a transfer region having a stepped potential. Next, a second polysilicon layer 69 is formed on the entire surface, and patterned into a transfer electrode pattern so that it remains in the region between each first polysilicon layer 6B.

これで2層構造の転送電極がシリコン酸化膜67上に配
されることになる。
A two-layered transfer electrode is now placed on the silicon oxide film 67.

次に、層間絶縁膜70を転送電極となる第1層目及び第
2層目のポリシリコン[68,69上に形成する。この
層間絶縁膜70は、例えばりフロー可能な膜であり、C
VD法により形成後、熱処理により平坦化される。層間
絶縁膜70の形成後、図示を省略するが、層間絶縁膜7
0.第171目のポリシリコン層68及びシリコン酸化
膜67を貫通する貫通溝が形成される。その貫通溝は内
部が酸化され、ポリシリコン層68との間に絶縁膜が形
成される。このような貫通溝が形成された後、全面にポ
リシリコン層71が形成され、貫通溝内も充填される。
Next, an interlayer insulating film 70 is formed on the first and second layers of polysilicon [68, 69, which will become transfer electrodes. This interlayer insulating film 70 is, for example, a flowable film, and C
After forming by the VD method, it is flattened by heat treatment. After forming the interlayer insulating film 70, although not shown, the interlayer insulating film 7
0. A through trench penetrating the 171st polysilicon layer 68 and silicon oxide film 67 is formed. The inside of the through trench is oxidized, and an insulating film is formed between it and the polysilicon layer 68. After such a through groove is formed, a polysilicon layer 71 is formed on the entire surface, and the inside of the through groove is also filled.

そして、第6図eに示すように、ポリシリコン層71上
に或いは酸化膜を介してシリコン基板72が補強用に貼
り合わせられる。
Then, as shown in FIG. 6e, a silicon substrate 72 is bonded onto the polysilicon layer 71 or via an oxide film for reinforcement.

次に、シリコン基板72が貼り合わせられた面の反対側
の面から、第6図fに示すように、p型のシリコン基板
61を削る。このp型のシリコン基板61を溝65の深
さまで削ることにより、まずp型のシリコン基板は各列
毎に分離され、さらに転送電極となるポリシリコン層6
8.69の取り出し部が基板表面73に露出する。続い
て、各列内の画素領域間の分離を行うだめのp°型の高
濃度不純物領域74の形成や制御電極に接続するp゛型
の高濃度不純物領域の形成、さらに低雑音化用の表面蓄
積層としてのp型の不純物領域をイオン注入等によって
行う。次に、バイポーラトランジスタの制御のための制
御電極を形成し、眉間絶縁++gを形成し、コンタクト
ホールの形成後、シャント用のアルミニウム配線層を形
成する等の工程を経て素子を完成する。
Next, as shown in FIG. 6f, the p-type silicon substrate 61 is shaved from the surface opposite to the surface to which the silicon substrate 72 is bonded. By cutting this p-type silicon substrate 61 to the depth of the groove 65, the p-type silicon substrate is first separated into each column, and then a polysilicon layer 6 that becomes a transfer electrode is separated.
A take-out portion 8.69 is exposed on the substrate surface 73. Next, a p° type high concentration impurity region 74 is formed to separate the pixel regions in each column, a p゛ type high concentration impurity region is formed to connect to the control electrode, and furthermore, a A p-type impurity region as a surface accumulation layer is formed by ion implantation or the like. Next, a control electrode for controlling the bipolar transistor is formed, a glabellar insulation ++g is formed, a contact hole is formed, and an aluminum wiring layer for a shunt is formed to complete the device.

く画素を形成できるために、その画素jl域の周りに高
1度の不純物領域を形成しても画素の面積を…なうこと
がなく、その不純物領域を高濃度にできることからニー
効果の低減を図ることができる。
Because it is possible to form a pixel with a high density, even if a high-1 degree impurity region is formed around the jl region of the pixel, the area of the pixel will not be reduced, and since the impurity region can be made highly concentrated, the knee effect can be reduced. can be achieved.

また、転送電極は画素の間から表面側に取り出されてい
るために、アルミニウム配m層等の金属配線層を低抵抗
化のために形成でき、高速転送に有利である。
Further, since the transfer electrode is taken out from between the pixels to the front surface side, a metal wiring layer such as an aluminum wiring layer can be formed to reduce resistance, which is advantageous for high-speed transfer.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明の固体撮像装置は、基板同士の貼り合わせ構造と
され且つ転送電極が基板と;1i強用基板の間の6■域
に配設されるために、基板の表面側に大きく画素を形成
することができる。このため信号電荷量が増大して感度
が高くなる。また、画素領域にバイポーラトランジスタ
が形成され、このバイポーラトランジスタは表面側から
ベース電位が与えられて制御されるために、電子シャッ
ター動作やオーバーフローの制御等の不要な電荷の掃き
出しが実現される。さらに、基板の表面側に太き
The solid-state imaging device of the present invention has a structure in which the substrates are bonded together, and the transfer electrode is disposed in the 6-inch area between the substrate and the 1i-strong substrate, so large pixels are formed on the surface side of the substrate. can do. Therefore, the amount of signal charge increases and the sensitivity increases. Further, a bipolar transistor is formed in the pixel region, and this bipolar transistor is controlled by applying a base potential from the surface side, so that unnecessary charge can be swept out by electronic shutter operation, overflow control, etc. In addition, there is a thick

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の固体撮像装置の一例の要部断面の斜視
図、第2図はその一例の電荷転送方向に垂直な面に沿っ
た要部断面図、第3図は上記−例の電荷転送方向に沿っ
た要部断面図、第4図は上記−例における各画素の等価
回路図、第5図は上記−例の要部平面図である。また、
第6図a〜第6図rは上記固体撮像装置の一例の製造方
法の一例を示すそれぞれ工程断面斜視図であり、第7図
は従来の固体撮像装置の一例を示す要部断面図である。 2・・・シリコン基板 ・・・画素領域 ・・・高濃度不純物領域 ・・・シリコン酸化膜 ・・・転送電極取り出し部 ・・・n型のウェル領域 0・・・n型のウェル領域 1・・・埋め込みチャンネル層 0・・・バイポーラトランジスタ ト・・制御電極層 0.31・・・アルミニウム配線層 2.33・・・転送電極 6・・・層間絶縁膜 7・・・ポリシリコン層 特許出願人   ソニー株式会社 代理人弁理士 小池 晃(他2名) 第2図 第3!!I 第5図 第6図d 第6図e 第6+!Ic 第6図f 第7図
FIG. 1 is a perspective view of a cross section of a main part of an example of a solid-state imaging device of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the example along a plane perpendicular to the charge transfer direction, and FIG. FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of each pixel in the above example, and FIG. 5 is a plan view of the main portion of the above example. Also,
FIGS. 6a to 6r are process cross-sectional perspective views showing an example of a manufacturing method for an example of the solid-state imaging device, and FIG. 7 is a main part sectional view showing an example of a conventional solid-state imaging device. . 2...Silicon substrate...Pixel region...High concentration impurity region...Silicon oxide film...Transfer electrode extraction portion...N-type well region 0...N-type well region 1. ...Buried channel layer 0...Bipolar transistor...Control electrode layer 0.31...Aluminum wiring layer 2.33...Transfer electrode 6...Interlayer insulating film 7...Polysilicon layer Patent application Person Sony Corporation Patent Attorney Akira Koike (and 2 others) Figure 2, Figure 3! ! I Fig. 5 Fig. 6 d Fig. 6 e Fig. 6+! Ic Figure 6f Figure 7

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 基板と、その基板の表面側に形成される複数の画素領域
と、上記基板の裏面に形成され且つ上記画素領域の間に
取り出される転送電極と、上記基板の裏面側に貼り合わ
される補強用基板と、上記画素領域の一部がエミッタと
されるバイポーラトランジスタとを有し、上記基板の表
面側から上記バイポーラトランジスタのベース電位が与
えられて上記画素領域の蓄積電荷量が制御されるフレー
ムトランスファー型の固体撮像装置。
A substrate, a plurality of pixel areas formed on the front side of the substrate, a transfer electrode formed on the back side of the substrate and taken out between the pixel areas, and a reinforcing substrate bonded to the back side of the substrate. and a bipolar transistor whose emitter is a part of the pixel region, and a frame transfer type in which the base potential of the bipolar transistor is applied from the front surface side of the substrate to control the amount of charge accumulated in the pixel region. solid-state imaging device.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003032395A1 (en) * 2001-10-03 2003-04-17 Sony Corporation Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-sate imaging device
JP2007088502A (en) * 2006-11-13 2007-04-05 Sony Corp Solid-sate image pickup element and method for manufacturing solid image pickup element
JP2008103764A (en) * 2007-12-27 2008-05-01 Sony Corp Solid-state imaging element, and method of manufacturing same

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003032395A1 (en) * 2001-10-03 2003-04-17 Sony Corporation Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-sate imaging device
US7285438B2 (en) 2001-10-03 2007-10-23 Sony Corporation Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device
US7285808B2 (en) 2001-10-03 2007-10-23 Sony Corporation Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device
CN100456485C (en) * 2001-10-03 2009-01-28 索尼株式会社 Solid state image device and its manufacturing method
KR100895737B1 (en) * 2001-10-03 2009-04-30 소니 가부시끼 가이샤 Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device
JP2007088502A (en) * 2006-11-13 2007-04-05 Sony Corp Solid-sate image pickup element and method for manufacturing solid image pickup element
JP4645578B2 (en) * 2006-11-13 2011-03-09 ソニー株式会社 Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device
JP2008103764A (en) * 2007-12-27 2008-05-01 Sony Corp Solid-state imaging element, and method of manufacturing same

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