JPH09307091A - Amplifying solid-state image pick up element - Google Patents

Amplifying solid-state image pick up element

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JPH09307091A
JPH09307091A JP8116526A JP11652696A JPH09307091A JP H09307091 A JPH09307091 A JP H09307091A JP 8116526 A JP8116526 A JP 8116526A JP 11652696 A JP11652696 A JP 11652696A JP H09307091 A JPH09307091 A JP H09307091A
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JP
Japan
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gate electrode
pixel
ring
region
potential
Prior art date
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Pending
Application number
JP8116526A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideji Abe
秀司 阿部
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Publication of JPH09307091A publication Critical patent/JPH09307091A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes

Landscapes

  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the local characteristic nonuniformity by a pixel by providing a ring-shaped gate electrode of a pixel transistor in a non-circular shape and uniformalizing the minimum potential under the gate electrode over the whole circumference of the gate electrode. SOLUTION: On a semiconductor area, a non-circular ring-shaped gate electrode 33A which transmits light through a gate insulating film is formed. On the inner side and outer side of the ring-shaped electrode 33A, a pixel MOS transistor 36A which forms one pixel by forming a source area 34 and a drain area 35 by self-alignment is provided. Namely, the pixel MOS transistor 36A is provided by forming its ring-shaped gate electrode 33A in a non-circular shape and uniformalizing the minimum potential under the gate electrode 33A over the whole circumference of the gate electrode 33A. The local characteristic nonuniformity by the pixel is reduced by uniformalizing the minimum potential.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、増幅型固体撮像素
子、特にその画素トランジスタのゲート構造に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an amplification type solid state image pickup device, and more particularly to a gate structure of its pixel transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、固体撮像素子の高解像度化の要求
に従って、CCD固体撮像素子に代わってスミアが無
く、微細画素の実現が可能である増幅型固体撮像素子が
開発されている。この増幅型固体撮像素子は、画素毎に
光信号を増幅するためのMOS型トランジスタを備え、
画素に光電変換により蓄積された電荷をトランジスタの
電流変調として信号を読み出すように構成される。
2. Description of the Related Art In recent years, in response to a demand for higher resolution of a solid-state imaging device, an amplification type solid-state imaging device which has no smear and can realize fine pixels has been developed in place of a CCD solid-state imaging device. This amplification type solid-state imaging device includes a MOS type transistor for amplifying an optical signal for each pixel,
A signal is read out by using the electric charge accumulated in the pixel by photoelectric conversion as the current modulation of the transistor.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】図11及び図12は、
増幅型固体撮像素子の比較例を示す。この増幅型固体撮
像素子1は、図12に示すように、第1導電型例えばp
型のシリコン半導体基板2上に第2導電型即ちn型の半
導体領域、即ちオーバーフローバリア領域3及びp型の
半導体ウエル領域4が形成され、さらにp型の半導体ウ
エル領域4の表面にチャネル領域5を残してp型半導体
ウエル領域4より不純物濃度の高いp型のセンサウエル
領域6が形成され、チャネル領域5上にSiO 2 等によ
るゲート絶縁膜7を介して光を透過しうる円形(即ち同
心円状)のリング状ゲート電極8が形成されると共に、
このリング状ゲート電極8の内側及び外側に対応する領
域にn型のソース領域10及びドレイン領域11が形成
され、ここに1画素となるMOS型トランジスタ(以
下、画素MOSトランジスタと称する)12が構成され
る。リング状のゲート電極8は、光をできるだけ吸収し
ないように薄いか、透明の材料が選ばれ、この例では薄
膜の多結晶シリコンが用いられる。
11 and 12 show the following.
The comparative example of an amplification type solid-state image sensor is shown. This amplification type solid-state photography
As shown in FIG. 12, the image element 1 has a first conductivity type, for example, p.
Type silicon semiconductor substrate 2 on the second conductivity type, that is, n-type half
The conductor region, ie the overflow barrier region 3 and the p-type
A semiconductor well region 4 is formed, and a p-type semiconductor wafer is formed.
P-type semiconductor leaving a channel region 5 on the surface of the el region 4
P-type sensor well having a higher impurity concentration than the well region 4
A region 6 is formed and SiO is formed on the channel region 5. TwoEtc.
A circular shape that allows light to pass through the gate insulating film 7
A ring-shaped gate electrode 8 having a center circle shape is formed, and
Areas corresponding to the inside and outside of the ring-shaped gate electrode 8
N-type source region 10 and drain region 11 are formed in the region
The MOS type transistor (one pixel
Below, referred to as pixel MOS transistor) 12 is configured.
You. The ring-shaped gate electrode 8 absorbs light as much as possible.
A thin or transparent material is chosen to avoid
The film polycrystalline silicon is used.

【0004】この画素MOSトランジスタ12が図11
に示すように、複数個マトリックス状に配列され、各列
に対応する画素MOSトランジスタ12のソース領域1
0が垂直方向に沿って形成された例えば第1層Alによ
る共通の信号線16に接続され、この信号線16と直交
するように画素MOSトランジスタ12の各行間に対応
する位置に例えば第2層Alに垂直選択線17が水平方
向に沿って形成される。
This pixel MOS transistor 12 is shown in FIG.
As shown in FIG. 3, the source regions 1 of the pixel MOS transistors 12 corresponding to each column are arranged in a matrix.
0 is connected to a common signal line 16 formed of, for example, the first layer Al formed along the vertical direction, and is arranged at a position corresponding to each row of the pixel MOS transistors 12 so as to be orthogonal to the signal line 16, for example, the second layer. A vertical selection line 17 is formed in Al along the horizontal direction.

【0005】そして、水平方向に隣り合う2つの画素M
OSトランジスタ12のリング状のゲート電極8に画素
間配線層15が接続され、画素間配線層15の中間部が
垂直選択線17に接続される。18は画素間配線層15
と垂直選択線17とのコンタクト部、19はソース領域
10と信号線16とのコンタクト部である。
[0005] Two horizontally adjacent pixels M
The inter-pixel wiring layer 15 is connected to the ring-shaped gate electrode 8 of the OS transistor 12, and the intermediate portion of the inter-pixel wiring layer 15 is connected to the vertical selection line 17. 18 is an inter-pixel wiring layer 15
And a vertical selection line 17 and a contact portion 19 between the source region 10 and the signal line 16.

【0006】更に、画素間配線層15に接続されない各
2つの画素MOSトランジスタ12間に、ドレイン領域
11に接続した例えば第1層Alによるドレイン電源線
20が形成される。21はドレイン領域11とドレイン
電源線20とのコンタクト部である。
Further, a drain power supply line 20 made of, for example, the first layer Al connected to the drain region 11 is formed between each two pixel MOS transistors 12 not connected to the inter-pixel wiring layer 15. Reference numeral 21 is a contact portion between the drain region 11 and the drain power supply line 20.

【0007】この画素MOSトランジスタ12では、図
12に示すように、リング状のゲート電極8を透過した
光が電子・正孔を発生し、このうち正孔hが信号電荷と
してリング状のゲート電極8下のセンサウエル領域6に
蓄積される。垂直選択線17を通してリング状のゲート
電極8に高い電圧が印加され、画素MOSトランジスタ
12がオンすると、チャネル電流Idが表面のp- チャ
ネル領域5に流れ、このチャネル電流Idが信号電荷h
により変化を受けるので、このチャネル電流Idを信号
線16を通して出力し、その変化量を信号出力とする。
In this pixel MOS transistor 12, as shown in FIG. 12, the light transmitted through the ring-shaped gate electrode 8 generates electrons and holes, of which the holes h serve as signal charges to form the ring-shaped gate electrode. It is accumulated in the sensor well region 6 below. When a high voltage is applied to the ring-shaped gate electrode 8 through the vertical selection line 17 and the pixel MOS transistor 12 is turned on, the channel current Id flows to the p channel region 5 on the surface, and the channel current Id is the signal charge h.
The channel current Id is output through the signal line 16 and the amount of change is output as a signal.

【0008】ところで、画素MOSトランジスタ12に
おいては、蓄積される信号電荷hをチャネルに亘って均
一にし、同時に画素信号読み出し時に流れるチャネル電
流をゲート全面に亘って均一にするために、図13に示
すように、出来るだけ同心円状にゲート電極8を形成し
た構造とされてきた。
Incidentally, in the pixel MOS transistor 12, shown in FIG. 13 in order to make the accumulated signal charge h uniform over the channel and at the same time make the channel current flowing at the time of reading the pixel signal uniform over the entire gate. As described above, the gate electrode 8 is formed in the concentric shape as much as possible.

【0009】尚、図13中、鎖線a,bは等電位線を示
し、斜線の領域22が深い電位を示すもので、この深い
電位の領域22はリング状ゲート電極8の全周にわたっ
て均一に形成されている。
In FIG. 13, chain lines a and b indicate equipotential lines, and a shaded region 22 indicates a deep potential. The deep potential region 22 is evenly distributed over the entire circumference of the ring-shaped gate electrode 8. Has been formed.

【0010】しかしながら、画素ピッチが水平方向、垂
直方向とも同等の大きさであれば、ゲート電極8として
は単純に図13の同心円形状でよいが、水平方向と垂直
方向の画素の大きさが異なる固体撮像素子では、画素ト
ランジスタ領域の割合を最大にして、感度、ダイナミッ
クレンジ、サンプリング特性の向上のため、図14に示
すように単純に長円リング形状(もしくは楕円リング形
状)のゲート電極8′としていた。これは、チャネル電
流を均一に得るために単純にチャネル長L1 を一定にし
た長円リング形状である。
However, if the pixel pitch is the same in both the horizontal and vertical directions, the gate electrode 8 may simply have the concentric shape shown in FIG. 13, but the pixel size in the horizontal direction is different from that in the vertical direction. In the solid-state imaging device, in order to maximize the ratio of the pixel transistor region and improve the sensitivity, the dynamic range, and the sampling characteristics, as shown in FIG. 14, the gate electrode 8 ′ having an oval ring shape (or an elliptical ring shape) is simply used. I was trying. This is an elliptical ring shape in which the channel length L 1 is simply made constant in order to obtain a uniform channel current.

【0011】この長円リング形状のゲート構造では、図
14の等電位線c,d,eに示すようにゲート電極8′
下部のセンサポテンシャルウエルが3次元効果によって
直線部分CDより曲線部分ABの方が浅くなる(電圧絶
対値で小さい)という不均一なポテンシャルとなってし
まう。図14において斜線で示す領域23が最も深い電
位を示している。
In this elliptic ring-shaped gate structure, as shown by equipotential lines c, d, and e in FIG.
Due to the three-dimensional effect, the lower sensor potential well becomes shallower in the curved portion AB than in the straight portion CD (small in absolute voltage value), resulting in a non-uniform potential. In FIG. 14, the shaded area 23 indicates the deepest potential.

【0012】図15は、図14においてポテンシャルが
不均一となる様子を示す。ゲート電極8′の曲率が小さ
い領域、つまり電極形状のカーブが鋭角な領域ほどドレ
イン領域11の影響を3次元的に受ける。このため、曲
線部分ABのセンサウエル領域でのポテンシャルはドレ
イン電圧に引きずられて浅くなる。この結果、直線部分
CDの領域23に、より多くの電荷が貯まることにな
る。特に、微少な信号電荷の場合、直線部分CDの領域
23にのみ電荷が貯まるため、この出力信号は、チャネ
ル全体を反映した出力では無くなってしまう。
FIG. 15 shows how the potential becomes non-uniform in FIG. A region where the curvature of the gate electrode 8'is small, that is, a region where the curve of the electrode shape is acute, is three-dimensionally affected by the drain region 11. For this reason, the potential in the sensor well region of the curved portion AB becomes shallow due to being dragged by the drain voltage. As a result, more electric charge is stored in the region 23 of the linear portion CD. In particular, in the case of a minute signal charge, since the charge is stored only in the region 23 of the linear portion CD, this output signal is not an output that reflects the entire channel.

【0013】読み出し方法にもよるが、電荷の貯まって
いるところの直線部分CDが電流を律則するか、曲線部
分が律則するかしてしまい、局所的なところで出力信号
値が決定されてしまうため、画素信号出力のばらつきが
拡大される問題がある。
Depending on the reading method, the linear portion CD where the charge is stored regulates the current or the curved portion regulates, and the output signal value is locally determined. Therefore, there is a problem that variations in pixel signal output are enlarged.

【0014】これらの問題を回避するため、横長の単位
画素にゲート電極の形状を図13と同様に同心円的に形
成すると、実効的なセンサ領域(即ちゲート面積)は小
さくなるため感度はやはり低下してしまう。
In order to avoid these problems, if the shape of the gate electrode is formed concentrically in the horizontally long unit pixel as in FIG. 13, the effective sensor area (that is, the gate area) becomes small, so that the sensitivity also decreases. Resulting in.

【0015】上述のように、水平方向と垂直方向の単位
画素サイズが異なる増幅型固体撮像素子においては、本
来のもつ感度を十分に生かして、且つ十分な画素特性を
得ることが出来なかった。
As described above, in the amplification type solid-state image pickup device in which the unit pixel sizes in the horizontal direction and the vertical direction are different from each other, the original sensitivity cannot be fully utilized and sufficient pixel characteristics cannot be obtained.

【0016】本発明は、上述の点に鑑み、感度バラツキ
の悪化を解決し、特に単位画素サイズが画素中心からの
方向によって異なるような固体撮像素子において、大き
な感度とダイナミックレンジを確保した増幅型固体撮像
素子を提供するものである。
In view of the above points, the present invention solves the deterioration of sensitivity variation, and particularly in a solid-state image pickup device in which the unit pixel size varies depending on the direction from the pixel center, an amplification type which secures a large sensitivity and a dynamic range. A solid-state imaging device is provided.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明に係る増幅型固体
撮像素子は画素トランジスタのリング状ゲート電極を非
円形とし、このゲート電極下におけるミニマムポテンシ
ャルをゲート電極全周にわたって均一化した構成とす
る。このように非円形のリング状ゲート電極下のミニマ
ムポテンシャルをゲート電極の全周にわたって均一化す
ることによって、特性バラツキを少なくする。
In the amplification type solid-state imaging device according to the present invention, the ring-shaped gate electrode of the pixel transistor is made non-circular, and the minimum potential under this gate electrode is made uniform over the entire circumference of the gate electrode. . In this way, the minimum potential under the non-circular ring-shaped gate electrode is made uniform over the entire circumference of the gate electrode, so that characteristic variations are reduced.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明に係る増幅型固体撮像素子
は、画素トランジスタのリング状ゲート電極が非円形を
なし、ゲート電極下におけるミニマムポテンシャルがゲ
ート電極の全周にわたって均一化された構成とする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The amplification type solid-state imaging device according to the present invention has a structure in which a ring-shaped gate electrode of a pixel transistor has a non-circular shape, and a minimum potential under the gate electrode is made uniform over the entire circumference of the gate electrode. To do.

【0019】本発明は、前記増幅型固体撮像素子におい
ては、ゲート電極の曲率の小さい部分、或は角部に対応
する部分のゲート長を他部より大に設定した構成とす
る。
According to the present invention, in the amplification type solid-state imaging device, the gate length of a portion of the gate electrode having a small curvature or a portion corresponding to a corner is set to be larger than that of the other portions.

【0020】本発明は、前記増幅型固体撮像素子におい
て、ゲート電極の曲率の小さい部分、或は角部に対応す
る部分の下部の不純物濃度をゲート電極の他部分の下部
よりも高く設定した構成とする。
According to the present invention, in the amplification type solid-state image pickup device, the impurity concentration of the lower portion of the portion corresponding to the corner of the gate electrode having a small curvature or the corner portion is set higher than that of the lower portion of the other portion of the gate electrode. And

【0021】本発明は、上記増幅型固体撮像素子におい
て、ゲート電極の曲率の小さい部分、或は角部に対応す
る部分のゲート長を他部より大に設定し、且つ、ゲート
電極の曲率の小さい部分、或は角部に対応する部分の下
部の不純物濃度をゲート電極の他部分の下部より高く設
定した構成とする。
According to the present invention, in the above amplification type solid-state imaging device, the gate length of a portion of the gate electrode having a small curvature or a portion corresponding to a corner is set to be larger than that of the other portion, and the curvature of the gate electrode is The impurity concentration of the lower portion of the small portion or the portion corresponding to the corner is set to be higher than that of the other portion of the gate electrode.

【0022】以下、図面を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0023】本実施例の増幅型固体撮像素子は、例えば
水平方向と垂直方向でサイズの異なる単位画素、或は多
角形状の単位画素を有する増幅型固体撮像素子におい
て、そのゲート電極の曲率に応じて、或は角部、非角部
に応じてゲート長を変化させ、若しくは曲率に応じて、
或は角部、非角部に応じてゲート電極下部の信号電荷の
蓄積に供される領域の不純物(いわゆるチャネル不純物
濃度)を変化させ、若しくはゲート長と不純物濃度の双
方を変化させるようにする。
The amplification type solid-state image pickup device of this embodiment is, for example, an amplification type solid-state image pickup device having unit pixels of different sizes in the horizontal direction and the vertical direction, or a polygonal unit pixel, depending on the curvature of the gate electrode. , Or the gate length is changed according to the corner or non-corner, or according to the curvature,
Alternatively, the impurity (so-called channel impurity concentration) in the region used for accumulating signal charges under the gate electrode is changed according to the corner and the non-corner, or both the gate length and the impurity concentration are changed. .

【0024】図1は、本発明に係る増幅型固体撮像素子
の各実施例に共通する基本的構成例を示す。図1に示す
ように、本例に係る増幅型固体撮像素子31は、半導体
領域上にゲート絶縁膜を介して光を透過しうる非円形の
リング状ゲート電極、例えば縦横の長さの異なるリング
状ゲート電極、本例では、長円形のリング状のゲート電
極33を形成し、このリング状のゲート電極33の内側
及び外側に対応する部分にセルファラインによりソース
領域34及びドレイン領域35を形成して1画素となる
画素MOSトランジスタ36が構成される。
FIG. 1 shows a basic configuration example common to each embodiment of the amplification type solid-state image pickup device according to the present invention. As shown in FIG. 1, an amplification type solid-state imaging device 31 according to the present example is a non-circular ring-shaped gate electrode capable of transmitting light on a semiconductor region through a gate insulating film, for example, a ring having different vertical and horizontal lengths. -Shaped gate electrode, in this example, an elliptical ring-shaped gate electrode 33 is formed, and a source region 34 and a drain region 35 are formed by self-alignment in portions corresponding to the inside and outside of the ring-shaped gate electrode 33. As a result, a pixel MOS transistor 36 that becomes one pixel is configured.

【0025】この画素MOSトランジスタ36が複数個
マトリックス状に配列され、各列に対応する画素MOS
トランジスタ36のソース領域34が垂直方向に沿って
形成された例えば第1層Alによる共通の信号線37に
接続され、この信号線37と直交するように画素MOS
トランジスタ36の各行間に対応する位置に例えば第2
層Alによる垂直選択線38が水平方向に沿って形成さ
れる。
A plurality of pixel MOS transistors 36 are arranged in a matrix, and the pixel MOS transistors corresponding to each column are arranged.
The source region 34 of the transistor 36 is connected to a common signal line 37 formed of, for example, the first layer Al formed in the vertical direction, and the pixel MOS is formed so as to be orthogonal to the signal line 37.
For example, in the position corresponding to each row of the transistors 36, the second
A vertical selection line 38 made of the layer Al is formed along the horizontal direction.

【0026】そして、水平方向に隣り合う2つの画素M
OSトランジスタ36の夫々のリング状のゲート電極3
3に画素間配線層39が接続され、この画素間配線層3
9の中間部に垂直選択線38が接続される。
Then, two pixels M adjacent in the horizontal direction
Each ring-shaped gate electrode 3 of the OS transistor 36
3 is connected to the inter-pixel wiring layer 39, and the inter-pixel wiring layer 3
A vertical selection line 38 is connected to the middle portion of the line 9.

【0027】さらに、画素間配線層39が接続されない
各隣り合う2つの画素MOSトランジスタ36間に、ド
レイン領域35に接続した例えば第1層Alによるドレ
イン電源線40が形成される。41はドレイン電源線4
0とドレイン領域35とのドレインコンタクト部、42
はソース領域34と信号線37とのソースコンタクト
部、43は画素間配線層39と垂直選択線38とのコン
タクト部である。
Further, a drain power supply line 40 made of, for example, the first layer Al and connected to the drain region 35 is formed between each two adjacent pixel MOS transistors 36 to which the inter-pixel wiring layer 39 is not connected. 41 is a drain power supply line 4
0, the drain contact portion between the drain region 35, 42
Is a source contact portion between the source region 34 and the signal line 37, and 43 is a contact portion between the inter-pixel wiring layer 39 and the vertical selection line 38.

【0028】本発明においては、特に、かかる増幅型固
体撮像素子31において、その画素MOSトランジスタ
36の構成に特徴を有する。
The present invention is particularly characterized by the pixel MOS transistor 36 of the amplification type solid-state image pickup device 31.

【0029】図2及び図3は、本発明に係る増幅型固体
撮像素子、特にその画素MOSトランジスタの第1実施
例を示す。この第1実施例ではゲート長をその曲率に応
じて最適化する場合である。図2は図1における信号
線、垂直選択線、画素間配線層、ドレイン電源線を省略
し、1画素の画素MOSトランジスタのみの平面図、図
3は図2の III−III線上の断面を示す。
2 and 3 show a first embodiment of an amplification type solid-state image pickup device according to the present invention, particularly a pixel MOS transistor thereof. In the first embodiment, the gate length is optimized according to its curvature. 2 is a plan view showing only the pixel MOS transistor of one pixel, omitting the signal line, vertical selection line, inter-pixel wiring layer and drain power supply line in FIG. 1, and FIG. 3 shows a cross section taken along line III-III in FIG. .

【0030】本例においては、図2及び図3に示すよう
に、第1導電型例えばp型のシリコン半導体基板51上
に第2導電型即ちn型の半導体層、即ちオーバーフロー
バリア領域52及びp型半導体ウエル領域53が形成さ
れる。さらに、p型半導体ウエル領域53の表面にチャ
ネル領域54を残してp型半導体ウエル領域53より不
純物濃度が高いp型のセンサウエル領域55が形成さ
れ、このチャネル領域54上にSiO2 等によるゲート
絶縁膜56を介して光を透過しうる長円形(もしくは楕
円形)をなすリング状のゲート電極33Aが形成され
る。
In this example, as shown in FIGS. 2 and 3, a second conductivity type or n type semiconductor layer, that is, overflow barrier regions 52 and p are formed on a silicon semiconductor substrate 51 of the first conductivity type, for example, p type. The type semiconductor well region 53 is formed. Further, a p-type sensor well region 55 having an impurity concentration higher than that of the p-type semiconductor well region 53 is formed while leaving the channel region 54 on the surface of the p-type semiconductor well region 53, and a gate made of SiO 2 or the like is formed on the channel region 54. An elliptic (or elliptical) ring-shaped gate electrode 33A capable of transmitting light is formed through the insulating film 56.

【0031】この長円形のリング状のゲート電極33A
の内側及び外側に対応する半導体表面に、本例ではセン
サウエル領域55からp型半導体ウエル領域53に達す
る半導体表面に、ゲート電極を挟むようにセルファライ
ンによるイオン注入で夫々n型のソース領域34及びド
レイン領域35が形成される。ドレイン領域35は画素
間の全てにわたって形成される。
This elliptical ring-shaped gate electrode 33A
Of the n-type source region 34 by ion implantation by self-alignment so as to sandwich the gate electrode on the semiconductor surfaces corresponding to the inner side and the outer side, respectively, in the present example, to the semiconductor surface reaching from the sensor well region 55 to the p-type semiconductor well region 53. And a drain region 35 is formed. The drain region 35 is formed all over the pixels.

【0032】そして、本例では、特に、長円形のゲート
電極33Aにおいて、その曲線部分のゲート長L1 を直
線部分のゲート長L2 より大(L1 >L2 )に設定す
る。曲線部分のゲート長L1 を長くするには、ドレイン
領域35側には余裕がないため、ソース領域34側にゲ
ート長を延長している。また、曲率が変化しているた
め、それに応じて連続的にゲート長を変化させている。
この時のゲート長の太らし幅は、ポテンシャルの絶対値
や基準となるゲート長によってそれぞれ最適値が異なる
ため、3次元シミュレーションなどで最適化を図るよう
にする。このようにして第1実施例に係る画素MOSト
ランジスタ26Aが構成される。
In this example, in particular, in the elliptical gate electrode 33A, the gate length L 1 of the curved portion is set to be larger than the gate length L 2 of the straight portion (L 1 > L 2 ). In order to increase the gate length L 1 of the curved portion, there is no margin on the drain region 35 side, so the gate length is extended on the source region 34 side. Further, since the curvature changes, the gate length is continuously changed accordingly.
The thickening width of the gate length at this time has different optimum values depending on the absolute value of the potential and the reference gate length, so that optimization is performed by a three-dimensional simulation or the like. In this way, the pixel MOS transistor 26A according to the first embodiment is configured.

【0033】ゲート電極の曲率が小さい、つまり電極形
状のカーブが鋭角なほどドレイン領域35の電圧によっ
て3次元的に短チャネル効果が強くなり、その結果セン
サポテンシャルはドレイン電圧に引きずられて浅くな
る。そのため、上記第1実施例は、その分、ゲート長を
長くとることでドレインの3次元的な影響を抑制し、セ
ンサポテンシャルを深くする原理に基づいている。
The smaller the curvature of the gate electrode, that is, the sharper the curve of the electrode shape, the three-dimensionally the short channel effect becomes stronger due to the voltage of the drain region 35, and as a result, the sensor potential is dragged by the drain voltage and becomes shallower. Therefore, the above-described first embodiment is based on the principle that the gate length is made longer to suppress the three-dimensional effect of the drain and deepen the sensor potential.

【0034】この第1実施例に係る画素MOSトランジ
スタ36Aを備えた増幅型固体撮像素子によれば、画素
MOSトランジスタ36Aにおけるゲート電極33Aの
曲線部分のゲート長L1 を直線部分のゲート長L2 より
大にすることにより、曲線部分に対応するセンサウエル
領域の部分に対するドレイン領域35の電圧の3次元的
な影響が抑制される。従って、図4の平面的にみたポテ
ンシャル分布(等電位線)及び図5のポテンシャル図で
示すように、直線部分CDと曲線部分ABで同じセンサ
ポテンシャルウエル、いわゆるミニマムポテンシャルφ
m を有し、ゲート電極全周にわたって均一、あるいは均
一に近い状態のセンサポテンシャルウエルが得られる。
なお、図4においてg,hは等電位線を示し、斜線の領
域61が深い電位を示している。
According to the amplification type solid-state imaging device having the pixel MOS transistor 36A according to the first embodiment, the gate length L 1 of the curved portion of the gate electrode 33A in the pixel MOS transistor 36A is changed to the gate length L 2 of the straight portion. By making it larger, the three-dimensional effect of the voltage of the drain region 35 on the portion of the sensor well region corresponding to the curved portion is suppressed. Therefore, as shown in the potential distribution (equipotential line) in plan view of FIG. 4 and the potential diagram of FIG. 5, the same sensor potential well, that is, the minimum potential φ, is used in the linear portion CD and the curved portion AB.
A sensor potential well having m and having a uniform or nearly uniform state over the entire circumference of the gate electrode can be obtained.
In FIG. 4, g and h indicate equipotential lines, and the shaded region 61 indicates a deep potential.

【0035】従って、局所的な画素毎の特性ばらつきが
低減する。この第1実施例では、次に説明する第2実施
例に比べてマスク合せとイオン注入の工程増がなく、合
せずれもなく、製造が容易となる。
Therefore, the local characteristic variation for each pixel is reduced. Compared to the second embodiment described below, the first embodiment does not require additional steps for mask alignment and ion implantation, does not cause misalignment, and is easy to manufacture.

【0036】図6〜図8は、本発明に係る増幅型固体撮
像素子、特にその画素MOSトランジスタの第2実施例
を示す。この第2実施例ではセンサウエル領域の不純物
濃度をゲート電極形状に応じて変化させた場合である。
図6は図1における信号線、垂直選択線、画素間配線
層、ドレイン電源線を省略し1画素の画素MOSトラン
ジスタのみを示す平面図、図7は図6の VII−VII 線上
の断面、図8は図6のVIII−VIII線上の断面を示す。
6 to 8 show a second embodiment of the amplification type solid-state image pickup device according to the present invention, particularly the pixel MOS transistor thereof. In the second embodiment, the impurity concentration in the sensor well region is changed according to the shape of the gate electrode.
6 is a plan view showing only the pixel MOS transistor of one pixel by omitting the signal line, vertical selection line, inter-pixel wiring layer and drain power supply line in FIG. 1, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line VII-VII of FIG. 8 shows a cross section on the line VIII-VIII in FIG.

【0037】本例においては、ゲート長L3 を全てにわ
たって一定に保った長円形(もしくは楕円形)のリング
状のゲート電極33Bを形成する。
In this example, an elliptic (or elliptical) ring-shaped gate electrode 33B is formed in which the gate length L 3 is kept constant over the whole area.

【0038】そして、このゲート電極33Bの曲線部分
に対応するセンサウエル領域の部分(図6の斜線部分)
55Aに、レジストマスクを介して選択的に直線部分に
対応するセンサウエル領域の部分(図6の斜線なしの部
分)55Bより数割程度多目の不純物、即ちp型不純物
である例えばボロンをイオン注入し、曲線部分に対応す
るセンサウエル領域の部分55Aの不純物濃度を、直線
部分に対応するセンサウエル領域の部分55Bの不純物
濃度より高く設定する。このようにして第2実施例に係
る画素MOSトランジスタ36Bが構成される。
The portion of the sensor well region corresponding to the curved portion of the gate electrode 33B (hatched portion in FIG. 6).
55A is ion-implanted with an impurity which is several percent higher than that of the sensor well region portion (the portion without hatching in FIG. 6) 55B corresponding to the linear portion selectively through the resist mask, that is, boron which is a p-type impurity. After implantation, the impurity concentration of the sensor well region 55A corresponding to the curved portion is set higher than the impurity concentration of the sensor well region 55B corresponding to the linear portion. In this way, the pixel MOS transistor 36B according to the second embodiment is configured.

【0039】その他の構成は、前述の図2及び図3と同
様なので、対応する部分には同一符号を付して重複説明
を省略する。上記不純物のイオン注入で、ゲート電極3
3Bの曲線部分に対応するセンサウエル領域の部分55
Aのポテンシャルを深くすることができる。
Other configurations are the same as those in FIGS. 2 and 3 described above, and therefore, corresponding parts will be denoted by the same reference numerals and redundant description will be omitted. The gate electrode 3 is formed by ion implantation of the above impurities.
The portion 55 of the sensor well region corresponding to the curved portion of 3B
The potential of A can be deepened.

【0040】この第2実施例に係る画素MOSトランジ
スタ36Bを備えた増幅型固体撮像素子によれば、画素
MOSトランジスタ36Bにおけるゲート電極33Bの
曲線部分に対応するセンサウエル領域の部分55Aの不
純物濃度を、ゲート電極33Bの直線部分に対応するセ
ンサウエル領域の部分55Bの不純物濃度より高く設定
することにより、曲線部分に対応するセンサウエル領域
の部分55Aに対するドレイン領域35の電圧の3次元
的な影響が抑制される。従って、図9の平面的にみたポ
テンシャル分布(等電位線)及び図10のポテンシャル
図で示すように、直線部分CDと曲線部分ABで同じセ
ンサポテンシャルウエル、いわゆるミニマムポテンシャ
ルφm を有し、ゲート電極33Bの全周にわたって均
一、あるいは均一に近い状態のセンサポテンシャルウエ
ルが得られる。なお、図9において、i,jは等電位線
を有し、斜線の領域62が深い電位を示す。
According to the amplification type solid-state image pickup device having the pixel MOS transistor 36B according to the second embodiment, the impurity concentration of the sensor well region 55A corresponding to the curved portion of the gate electrode 33B in the pixel MOS transistor 36B is adjusted. , The three-dimensional influence of the voltage of the drain region 35 on the portion 55A of the sensor well region corresponding to the curved portion is set by setting the impurity concentration higher than that of the portion 55B of the sensor well region corresponding to the straight portion of the gate electrode 33B. Suppressed. Therefore, as shown in the potential distribution (equipotential lines) in plan view of FIG. 9 and the potential diagram of FIG. 10, the straight line portion CD and the curved portion AB have the same sensor potential well, that is, the minimum potential φ m , and the gate A sensor potential well that is uniform or nearly uniform is obtained over the entire circumference of the electrode 33B. In FIG. 9, i and j have equipotential lines, and the hatched region 62 indicates a deep potential.

【0041】従って、第1実施例と同様に、局所的な画
素毎の特性ばらつきが低減する。
Therefore, similar to the first embodiment, the local characteristic variation for each pixel is reduced.

【0042】上述したように、本発明に係る実施例で
は、ゲート長、或はセンサウエル領域の不純物ドープ量
を最適化することにより、ゲート電極33A又は33B
下のセンサウエル領域55のポテンシャルをゲート電極
33A又は33Bの全周にわたって均一化することがで
きる。従って、信号電荷の貯まるところに偏りが無くな
り、センサ蓄積電荷の信号をチャネル電流として読み出
しても、チャネル表面電圧として読み出してもゲート全
体の均一な信号が得られ、低照度から高照度までγ特性
が一定の出力を得ることができる。電荷蓄積と、読み出
しのチャネル電流が均一化されるため、画素毎のばらつ
きが相対的に平均化され低減する。上記実施例におい
て、特に第1の実施例では工程を増加することのない方
法であり、優れている。
As described above, in the embodiment according to the present invention, the gate length or the amount of impurities doped in the sensor well region is optimized to make the gate electrode 33A or 33B.
The potential of the lower sensor well region 55 can be made uniform over the entire circumference of the gate electrode 33A or 33B. Therefore, there is no bias in the area where the signal charge is accumulated, and even if the signal of the sensor accumulated charge is read as the channel current or the channel surface voltage, a uniform signal for the entire gate can be obtained. Can obtain a constant output. Since the charge accumulation and the read channel current are made uniform, the variation for each pixel is relatively averaged and reduced. In the above-mentioned embodiment, the method of the first embodiment is excellent because it is a method that does not increase the number of steps.

【0043】一方、第1実施例のゲート長を変化させる
ことと、第2実施例のセンサウエル領域のドーズ量を変
化させることのどちらかだけでは、補正しきれない場合
は、両者を同時に施すことでより効果的になる。
On the other hand, if the correction cannot be completed by only changing the gate length of the first embodiment or changing the dose amount of the sensor well region of the second embodiment, both are performed simultaneously. That makes it more effective.

【0044】尚、上例では、縦横の長さの異なる、例え
ば長円形のゲート電極を有する画素MOSトランジスタ
に適用したが、その他四角形、六角形、八角形等の多角
形の画素MOSトランジスタにおいても、その角部と、
他部との間でゲート長、あるいは不純物ドーズ量を変化
させることで同様の効果を奏する増幅型固体撮像素子が
得られる。
In the above example, the present invention is applied to a pixel MOS transistor having a gate electrode that is different in vertical and horizontal lengths, for example, an elliptical gate electrode. , Its corners,
By changing the gate length or the impurity dose amount with respect to other parts, an amplification type solid-state image pickup device having the same effect can be obtained.

【0045】上例ではnチャネルの画素MOSトランジ
スタに適用したが、その他p型チャネルの画素MOSト
ランジスタにも適用できる。
In the above example, the present invention is applied to the n-channel pixel MOS transistor, but it can also be applied to other p-channel pixel MOS transistors.

【0046】また、Charge Modulation Device Image S
ensor(CMD)のようなバルクチャネル型、Bulk Charg
e Modulated Device(BCMD)のようなチャネル型の
異なる画素トランジスタを用いる増幅型固体撮像素子に
ついても、本発明が適用できる。
In addition, Charge Modulation Device Image S
Bulk channel type like ensor (CMD), Bulk Charg
The present invention can be applied to an amplification type solid-state imaging device using pixel transistors of different channel types such as an e Modulated Device (BCMD).

【0047】[0047]

【発明の効果】本発明によれば、水平方向と垂直方向の
サイズが異なる画素トランジスタ、或は多角形の画素ト
ランジスタ等、いわゆる非円形の画素トランジスタを有
する増幅型固体撮像素子においても、ミニマムポテンシ
ャルが略均一化され、局所的な画素毎の特性ばらつきが
低減する。また、ゲート長を曲率に応じて変化させる構
成の場合は、製造工程を増加することなく製造できる利
点がある。
According to the present invention, the minimum potential is also applied to an amplification type solid-state image pickup device having a so-called non-circular pixel transistor such as a pixel transistor having different horizontal and vertical sizes or a polygonal pixel transistor. Are substantially uniformed, and local characteristic variations among pixels are reduced. Further, in the case of the structure in which the gate length is changed according to the curvature, there is an advantage that the manufacturing can be performed without increasing the manufacturing process.

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

【図1】本発明に係る増幅型固体撮像素子の基本的構成
例を示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a basic configuration example of an amplification type solid-state imaging device according to the present invention.

【図2】本発明に係る画素MOSトランジスタのみを示
した第1実施例の平面図である。
FIG. 2 is a plan view of a first embodiment showing only a pixel MOS transistor according to the present invention.

【図3】図2の III−III 線上の断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III in FIG.

【図4】第1実施例に係る画素MOSトランジスタでの
ポテンシャル分布(等電位線)を示す平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing a potential distribution (equipotential lines) in the pixel MOS transistor according to the first example.

【図5】図4の曲線部分ABと直線部分CDとのポテン
シャル分布を示すポテンシャル部である。
5 is a potential part showing a potential distribution between a curved line portion AB and a straight line portion CD in FIG.

【図6】本発明に係る画素MOSトランジスタのみを示
した第2実施例の平面図である。
FIG. 6 is a plan view of a second embodiment showing only a pixel MOS transistor according to the present invention.

【図7】図6の VII−VII 線上の断面図である。7 is a sectional view taken along line VII-VII of FIG.

【図8】図6のVIII−VIII線上の断面図である。8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII in FIG.

【図9】第2実施例に係る画素MOSトランジスタでの
ポテンシャル分布(等電位線)を示す平面図である。
FIG. 9 is a plan view showing a potential distribution (equipotential lines) in the pixel MOS transistor according to the second example.

【図10】図9の曲線部分ABを直線部分CDとのポテ
ンシャル分布を示すポテンシャル図である。
10 is a potential diagram showing a potential distribution between a curved line portion AB and a straight line portion CD in FIG.

【図11】比較例に係る増幅型固体撮像素子の構成図で
ある。
FIG. 11 is a configuration diagram of an amplification type solid-state imaging device according to a comparative example.

【図12】比較例の画素MOSトランジスタの断面図で
ある。
FIG. 12 is a cross-sectional view of a pixel MOS transistor of a comparative example.

【図13】円形のリング状ゲート電極を有する画素MO
Sトランジスタにおけるポテンシャル分布(等電位線)
の平面図。
FIG. 13 is a pixel MO having a circular ring-shaped gate electrode.
Potential distribution in S-transistor (equipotential line)
FIG.

【図14】長円形のリング状ゲート電極を有する画素M
OSトランジスタにおけるポテンシャル分布図。
FIG. 14 is a pixel M having an elliptic ring-shaped gate electrode.
The potential distribution map in an OS transistor.

【図15】図14の曲線部分ABと直線部分CDとのポ
テンシャル分布を示すポテンシャル図である。
15 is a potential diagram showing a potential distribution between a curved line portion AB and a straight line portion CD in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

33,33A,33B 長円形のリング状ゲート電極、
34 ソース領域、35 ドレイン領域、37 信号
線、38 垂直選択線、40 ドレイン電極線、L1
2 ,L3 ゲート長、55,55A,55B センサウ
エル領域
33, 33A, 33B oval ring-shaped gate electrode,
34 source region, 35 drain region, 37 signal line, 38 vertical selection line, 40 drain electrode line, L 1 ,
L 2 , L 3 gate length, 55, 55A, 55B sensor well area

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 画素トランジスタのリング状ゲート電極
が非円形をなし、 前記ゲート電極下におけるミニマムポテンシャルが前記
ゲート電極の全周にわたって均一化されて成ることを特
徴とする増幅型固体撮像素子。
1. An amplification type solid-state imaging device, wherein a ring-shaped gate electrode of a pixel transistor has a non-circular shape, and a minimum potential under the gate electrode is made uniform over the entire circumference of the gate electrode.
【請求項2】 前記ゲート電極の曲率の小さい部分、或
は角部に対応する部分のゲート長が他部より大に設定さ
れて成ることを特徴とする請求項1に記載の増幅型固体
撮像素子。
2. The amplification type solid-state imaging device according to claim 1, wherein a gate length of a portion of the gate electrode having a small curvature or a portion corresponding to a corner is set to be larger than that of the other portion. element.
【請求項3】 前記ゲート電極の曲率の小さい部分、或
は角部に対応する部分の下部の不純物濃度が、該ゲート
電極の他部分の下部よりも高く設定されて成ることを特
徴とする請求項1に記載の増幅型固体撮像素子。
3. The impurity concentration of the lower portion of the portion of the gate electrode having a small curvature or the portion corresponding to the corner is set to be higher than that of the lower portion of the other portion of the gate electrode. Item 2. The amplification type solid-state imaging device according to item 1.
【請求項4】 前記ゲート電極の曲率の小さい部分、或
は角部に対応する部分のゲート長が他部より大に設定さ
れ、 且つ前記ゲート電極の曲率の小さい部分、或は角部に対
応する部分の下部の不純物濃度が該ゲート電極の他部分
の下部より高く設定されて成ることを特徴とする請求項
1に記載の増幅型固体撮像素子。
4. A gate length of a portion of the gate electrode having a small curvature or a portion corresponding to a corner is set to be larger than that of the other portion, and a portion of the gate electrode having a small curvature or a corner is provided. The amplification type solid-state imaging device according to claim 1, wherein the impurity concentration of the lower portion of the portion to be formed is set to be higher than the lower portion of the other portion of the gate electrode.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6713822B2 (en) * 1998-01-27 2004-03-30 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device
JP2006163342A (en) * 2004-12-02 2006-06-22 Hynix Semiconductor Inc Photomask and method for manufacturing pattern using the same
US7132706B2 (en) 2003-11-26 2006-11-07 Seiko Epson Corporation Solid-state imaging device
US7154076B2 (en) 2004-11-05 2006-12-26 C'est Image, Inc. Image sensing device including image sensor with high dynamic range

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6713822B2 (en) * 1998-01-27 2004-03-30 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device
US7132706B2 (en) 2003-11-26 2006-11-07 Seiko Epson Corporation Solid-state imaging device
US7154076B2 (en) 2004-11-05 2006-12-26 C'est Image, Inc. Image sensing device including image sensor with high dynamic range
JP2006163342A (en) * 2004-12-02 2006-06-22 Hynix Semiconductor Inc Photomask and method for manufacturing pattern using the same

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