JPH10289993A - Solid-state image pickup device and its manufacture - Google Patents

Solid-state image pickup device and its manufacture

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JPH10289993A
JPH10289993A JP9097654A JP9765497A JPH10289993A JP H10289993 A JPH10289993 A JP H10289993A JP 9097654 A JP9097654 A JP 9097654A JP 9765497 A JP9765497 A JP 9765497A JP H10289993 A JPH10289993 A JP H10289993A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate electrode
solid
semiconductor substrate
mos transistor
imaging device
Prior art date
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Pending
Application number
JP9097654A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Junji Yamane
淳二 山根
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
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Publication of JPH10289993A publication Critical patent/JPH10289993A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a solid-state image pickup device, wherein photosensitivity and linearity of a picture element MOS transistor are improved by a relatively simple method, and fixed pattern noise is removed by eliminating dispersion. SOLUTION: In the solid-state image pickup device, a picture element image sensing element consisting of an MOS transistor is arranged in a matrix form on a plane, and signal electric charge corresponding to electric charge stored by photoelectric conversion function below a gate electrode of the MOS transistor is read by a signal electric charge read function one by one by a source follower operation. In the process, a drain region 5 of a MOS transistor is provided extending to a part below the gate electrode 1, and a sensor well 3 is narrowed to the side of a source region 4.

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、固体撮像装置とそ
の製造方法に関し、特に画素固体撮像素子の感度、リニ
アリティ、ばらつきの改善とそのための製造方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state imaging device and a method of manufacturing the same, and more particularly to improvement of sensitivity, linearity, and variation of a pixel solid-state imaging device and a manufacturing method therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOSトランジスタやCCD(Chage Co
upled Device)を用いた固体撮像素子が撮像用の装置に
広く用いられるようになっている。これはMOS反転層
に蓄積する電荷を利用し、電荷をアレイ状に転送して平
面のイメージを出力するものである。最近では、カラー
で1/4型で38万画素のものが製品化されているな
ど、小型、小撮像面積で、多画素のものへと改良が進ん
できている。
2. Description of the Related Art MOS transistors and CCDs (Chage Co.)
2. Description of the Related Art A solid-state imaging device using an upled device) has been widely used in an imaging device. This is to utilize a charge accumulated in the MOS inversion layer, transfer the charges in an array, and output a planar image. Recently, improvements have been made to a multi-pixel with a small size, a small imaging area, and a 1 / 4-inch color product of 380,000 pixels has been commercialized.

【0003】ところで、撮像装置が小型で画素数が増え
れば増えるほど、さらに白黒からカラーであることが要
求されるようになると、単位画素当たりの受光面積が小
さくなる方向に進むので、雑音に強い撮像が正しく行わ
れるためには画素光電変換素子の感度を高くすることが
要求される。感度を向上するためには、例えば電源電圧
を高くする方法があるが、電源電圧を高くすることは消
費電力が増えることになるので好ましくない。
By the way, as the size of the image pickup apparatus is reduced and the number of pixels is increased, the color needs to be changed from black and white to a color. As the light receiving area per unit pixel becomes smaller, the image pickup apparatus is more resistant to noise. It is required that the sensitivity of the pixel photoelectric conversion element be increased in order to perform imaging properly. In order to improve the sensitivity, for example, there is a method of increasing the power supply voltage. However, increasing the power supply voltage is not preferable because power consumption increases.

【0004】図8は、従来の増幅型撮像装置の画素固体
撮像素子であるMOSトランジスタの断面構成を示す模
式図である。図8で1はゲート電極、2はゲート酸化
膜、3はセンサーウェル、4はソース、5はドレイン、
6はOFB(Over Flow Barrier )、7は半導体基板で
ある。ゲート電極1はリング状に形成され、このリング
状ゲート電極1の下の全面に亙って電荷蓄積領域が構成
されている。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a MOS transistor which is a pixel solid-state imaging device of a conventional amplification type imaging device. In FIG. 8, 1 is a gate electrode, 2 is a gate oxide film, 3 is a sensor well, 4 is a source, 5 is a drain,
Reference numeral 6 denotes an OFB (Over Flow Barrier), and reference numeral 7 denotes a semiconductor substrate. The gate electrode 1 is formed in a ring shape, and a charge accumulation region is formed over the entire surface under the ring-shaped gate electrode 1.

【0005】ところで、このような構成の画素MOSト
ランジスタでのポテンシャル分布は、ゲート電極1の形
状や隣り合う画素の影響から、リング状ゲート電極1の
中心に対して常に完全な点対称であることは望めず、円
周方向の場所によって不均一な分布となって、図9に示
すように電荷の集中点10が生まれる。このような不均
一があると、微小な電荷が蓄積された状態では、一部の
領域のみに電荷が溜まりやすく、このため画素MOSト
ランジスタの特性が悪化して感度が低下し、リニアリテ
ィがなくなる。さらに、この不均一さは画素ごとによっ
ても異なってくるため、その特性も撮像領域内で不均一
となり、これが画面上にざらつきのような固定パターン
ノイズとなって現れる。
By the way, the potential distribution in the pixel MOS transistor having such a configuration is always perfectly point-symmetric with respect to the center of the ring-shaped gate electrode 1 due to the shape of the gate electrode 1 and the influence of adjacent pixels. Cannot be expected, and the distribution becomes non-uniform depending on the location in the circumferential direction, and the concentration point 10 of the electric charge is generated as shown in FIG. With such non-uniformity, in a state where minute electric charges are accumulated, electric charges are likely to accumulate in only a part of the region, and thus the characteristics of the pixel MOS transistor are deteriorated, sensitivity is reduced, and linearity is lost. Further, since the non-uniformity varies depending on the pixel, the characteristic thereof also becomes non-uniform in the imaging region, and this appears as fixed pattern noise such as roughness on the screen.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述のごとく、固体撮
像装置は、より小型、軽量、小電力で、かつカラーにも
対応することが要求されている。このためには受光部面
積が小さくなっても感度が落ちないように、さらに感度
の向上が望まれている。また、ポテンシャル分布の不均
一がリニアリティの悪化や固定パターンノイズの発生に
つながる問題も解決されなければならない。
As described above, the solid-state imaging device is required to be smaller, lighter, have lower power, and be compatible with color. For this purpose, it is desired to further improve the sensitivity so that the sensitivity does not decrease even if the area of the light receiving section is reduced. In addition, the problem that non-uniform potential distribution leads to deterioration of linearity and generation of fixed pattern noise must be solved.

【0007】本発明は、このような問題を解決して、比
較的簡単な方法で、画素MOSトランジスタの受光感度
やリニアリティを向上し、かつばらつきをなくして固定
パターンノイズを除去した固体撮像装置を実現するこ
と、さらに、そのような固体撮像装置を、従来からある
手法を用いて、比較的簡単に製造する方法を提供するこ
とを課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems, and provides a solid-state image pickup device in which the light receiving sensitivity and linearity of a pixel MOS transistor are improved by a relatively simple method, and a fixed pattern noise is eliminated by eliminating variations. It is another object of the present invention to provide a method of relatively simply manufacturing such a solid-state imaging device using a conventional method.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、光電変換機能と信号電荷読み出し機能を
有する複数の画素撮像素子をマトリクス状に平面上に配
列し、光電変換機能によってこの画素撮像素子に蓄積さ
れた電荷に対応する信号を信号電荷読み出し機能によっ
て順次読み出す固体撮像装置において、前記画素撮像素
子はMOSトランジスタを具備し、このMOSトランジ
スタは第1導電型の半導体基板と、この半導体基板の表
面領域に互いに離れて形成された第2導電型のソース領
域およびドレイン領域と、このソース領域とドレイン領
域の間の基板表面上に絶縁膜を介して設けられたゲート
電極とを有し、前記ドレイン領域は前記ゲート電極下の
一部まで延在して設けられていることを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a plurality of pixel image pickup devices having a photoelectric conversion function and a signal charge readout function arranged in a matrix on a plane, and this photoelectric conversion function is used for this purpose. In a solid-state imaging device for sequentially reading out a signal corresponding to the charge accumulated in the pixel image pickup device by a signal charge readout function, the pixel image pickup device includes a MOS transistor, and the MOS transistor includes a semiconductor substrate of a first conductivity type; A source region and a drain region of the second conductivity type formed apart from each other in a surface region of the semiconductor substrate, and a gate electrode provided on the substrate surface between the source region and the drain region via an insulating film. The drain region is provided so as to extend to a part below the gate electrode.

【0009】また、円環状ゲート電極を有する上記の固
体撮像装置の製造方法において、前記ソース領域とドレ
イン領域の形成を、前記円環状ゲート電極を加工する際
に前記円環状ゲート電極上に設けたレジスト膜を残した
状態で前記半導体基板に垂直にイオン注入を行う第1の
工程と、前記レジスト膜を残した状態で前記半導体基板
の法線に対して所定のティルト角を保ちながらかつ前記
半導体基板をイオン注入方向に対して相対的に回転させ
てイオン注入を行う第2の工程とによって行うことを特
徴とする。
In the above-described method for manufacturing a solid-state imaging device having an annular gate electrode, the formation of the source region and the drain region is provided on the annular gate electrode when the annular gate electrode is processed. A first step of vertically ion-implanting the semiconductor substrate with the resist film left, and the semiconductor while maintaining a predetermined tilt angle with respect to a normal line of the semiconductor substrate with the resist film left A second step of performing ion implantation by rotating the substrate relative to the ion implantation direction.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる固体撮像装
置を添付図面を参照にして詳細に説明する。図1は本発
明が用いられる固体撮像装置の基本回路図を示す。図1
において21は垂直シフトレジスタ、22は水平シフト
レジスタ、23は垂直信号線、24は映像信号出力線、
25は画素固体撮像素子であるMOSトランジスタ、2
6は受光部である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a solid-state imaging device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a basic circuit diagram of a solid-state imaging device to which the present invention is applied. FIG.
, 21 is a vertical shift register, 22 is a horizontal shift register, 23 is a vertical signal line, 24 is a video signal output line,
Reference numeral 25 denotes a MOS transistor which is a pixel solid-state imaging device;
Reference numeral 6 denotes a light receiving unit.

【0011】この固体撮像装置の動作を図1に沿って説
明する。この固体撮像装置に信号光が入力されると、こ
の固体撮像装置の画素固体撮像素子であるMOSトラン
ジスタ25の光電変換機能が働いて、そのゲート電極の
下に光の強さに応じた電荷が蓄積される。図1では光ダ
イオードのシンボルで示しているが、これがMOSトラ
ンジスタ25のゲート下の光電変換機能を有したセンサ
ーウェル部分にあたる。
The operation of the solid-state imaging device will be described with reference to FIG. When signal light is input to the solid-state imaging device, the photoelectric conversion function of the MOS transistor 25, which is a pixel solid-state imaging device of the solid-state imaging device, operates, and a charge corresponding to the light intensity is generated below the gate electrode. Stored. In FIG. 1, a photodiode symbol is shown, which corresponds to a sensor well portion having a photoelectric conversion function below the gate of the MOS transistor 25.

【0012】このように、光電変換による電荷がゲート
下に蓄積された後、垂直シフトレジスタ21と水平シフ
トレジスタ22に、それぞれYクロック、Hクロックを
加え、これによって両レジスタ21、22から発生する
パルスでMOSトランジスタ25のスイッチマトリクス
を順次操作し、光電変換で蓄積された電荷にたいしてM
OSトランジスタ25でソースフォロワ動作を行った時
のソース電位の変調量を信号として順番に映像信号出力
線24に読み出して行く。これによって光電変換によっ
て生まれた電荷に対応した映像信号を固体撮像素子から
出力することができる。
As described above, after the electric charges generated by the photoelectric conversion are accumulated under the gate, a Y clock and an H clock are applied to the vertical shift register 21 and the horizontal shift register 22, respectively. The switch matrix of the MOS transistor 25 is sequentially operated by the pulse, and M is applied to the electric charge accumulated by the photoelectric conversion.
The modulation amount of the source potential when the source follower operation is performed by the OS transistor 25 is sequentially read out to the video signal output line 24 as a signal. Thus, a video signal corresponding to the charge generated by the photoelectric conversion can be output from the solid-state imaging device.

【0013】図1では、ソースからの出力の取り出し形
式をソースフォロワの形式にしているが、抵抗の代わり
にコンデンサを備えた容量負荷型の動作形式にしてもさ
しつかえない。図2は、本発明の一実施の形態の固体撮
像装置の画素固体撮像素子であるMOSトランジスタの
構成を示す断面図である。また、図3は、この固体撮像
装置上での画素固体撮像素子であるMOSトランジスタ
の配置を示す平面図である。
In FIG. 1, the output from the source is extracted in the form of a source follower. However, the operation may be of a capacitive load type having a capacitor instead of a resistor. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a MOS transistor that is a pixel solid-state imaging device of the solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention. FIG. 3 is a plan view showing an arrangement of MOS transistors as pixel solid-state imaging devices on the solid-state imaging device.

【0014】図2および図3において、1はゲート電
極、2はゲート酸化膜、3はセンサーウェル、4はソー
ス領域、5はドレイン領域、6はOFB(Over Flow Ba
rrier)、7は半導体基板である。
2 and 3, 1 is a gate electrode, 2 is a gate oxide film, 3 is a sensor well, 4 is a source region, 5 is a drain region, and 6 is an OFB (Over Flow Ba).
rrier) and 7 are semiconductor substrates.

【0015】図2および図3から明らかなように、固体
撮像装置の受光部の画素固体撮像素子となるMOSトラ
ンジスタは、リング状の形状を有するゲート電極1と、
このゲート電極1のリングの内側の半導体基板の表面領
域に設けられるソース領域4と、ゲート電極1のリング
の外側の半導体基板の表面領域に設けられるドレイン領
域5とから構成されており、このように構成された画素
固体撮像素子が格子状に配列されて受光部を形成する。
光電変換によって、ゲート電極1の下のセンサウェルに
蓄積された信号電荷は、MOSトランジスタのソースフ
ォロワプリアンプを駆動し、電荷に応じた信号がソース
領域4から垂直信号線に出力される。OFB6は蓄積さ
れた信号電荷を掃き出すための機能を有するものであ
る。
As apparent from FIGS. 2 and 3, a MOS transistor serving as a pixel solid-state image sensor of a light-receiving portion of a solid-state image sensor has a gate electrode 1 having a ring shape,
It comprises a source region 4 provided in the surface region of the semiconductor substrate inside the ring of the gate electrode 1 and a drain region 5 provided in the surface region of the semiconductor substrate outside the ring of the gate electrode 1. Are arranged in a grid pattern to form a light receiving section.
The signal charges accumulated in the sensor well below the gate electrode 1 by the photoelectric conversion drive the source follower preamplifier of the MOS transistor, and a signal corresponding to the charges is output from the source region 4 to the vertical signal line. The OFB 6 has a function of sweeping out stored signal charges.

【0016】図2に示す本発明の実施の形態の画素MO
Sトランジスタが、図8に示す従来例のそれと異なるの
は、ドレイン領域5の形状であって、図8に示す従来例
の場合はこのドレイン領域5がゲート電極1のドレイン
端である外周円の直下までで終わっているのに対して、
図2でのドレイン領域5はゲート電極1の下にまで伸び
ていて、これにより、電荷蓄積領域であるセンサーウェ
ル3がその分だけ狭められていることである。
A pixel MO according to the embodiment of the present invention shown in FIG.
The S transistor is different from that of the conventional example shown in FIG. 8 in the shape of the drain region 5, and in the case of the conventional example shown in FIG. While it ends just below,
The drain region 5 in FIG. 2 extends below the gate electrode 1, whereby the sensor well 3 serving as the charge storage region is narrowed accordingly.

【0017】このような画素MOSトランジスタは、そ
のゲート2の下で光電変換し、この部分に蓄積された電
荷によって、容量負荷動作またはソースフォロワ動作を
行った時のソース電位の変調を信号として読み出してお
り、このような動作原理の基では、ゲート2下で光電変
換された時の電荷の大きさが同じであっても、電荷が蓄
積される蓄積位置がソース領域4に近ければ近い程、ま
た表面チャネルに近ければ近いほど、ソース電位すなわ
ち出力に対する影響が大きくなって感度が向上する。
Such a pixel MOS transistor performs photoelectric conversion under its gate 2 and reads out, as a signal, a modulation of a source potential at the time of performing a capacitive load operation or a source follower operation by a charge stored in this portion. Based on such an operation principle, even if the magnitude of the charge when photoelectrically converted under the gate 2 is the same, the closer the accumulation position where the charge is accumulated to the source region 4, Further, the closer to the surface channel, the greater the influence on the source potential, that is, the output, and the higher the sensitivity.

【0018】また、電荷蓄積領域であるセンサーウェル
3が狭ければ狭いほど、微小な電荷が局所的に溜まる領
域が小さくなって、その結果、電荷の蓄積量に対する画
素MOSトランジスタ特性のリニアリティが向上する。
さらに、画素MOSトランジスタの素子間のばらつきも
少なくなって、そのばらつきによって生じる画面上のざ
らつき、すなわち、固定ノイズも少なくなる。
Further, the narrower the sensor well 3 serving as the charge storage area, the smaller the area where minute charges locally accumulate. As a result, the linearity of the pixel MOS transistor characteristics with respect to the charge storage amount is improved. I do.
Further, variation between the elements of the pixel MOS transistor is reduced, and roughness on the screen caused by the variation, that is, fixed noise is also reduced.

【0019】本実施例では図4に示すようにドレイン領
域5がゲート電極1下まで伸びているので、電荷蓄積領
域がソース領域4側によせられて狭められ、電荷の集中
10も小さくなる。
In this embodiment, since the drain region 5 extends below the gate electrode 1 as shown in FIG. 4, the charge accumulation region is narrowed by the source region 4 side, and the concentration 10 of charges is also reduced.

【0020】したがって、本発明の実施の形態による
と、 (1)ゲート電極下の電荷蓄積領域であるセンサーウェ
ルが狭く形成されるために、電荷の蓄積される領域が小
さくなるため、微小な電荷であっても全体に均一に分布
しやすくなる。 (2)したがって、画素MOSトランジスタの特性で電
荷蓄積量に対する出力信号のリニアリティが向上する。
また、各画素相互間のばらつきも低減し、画面上でのざ
らつきとなって表れる固定パターンノイズが減少する。 (3)一方、センサーウェルが狭くかつ画素MOSトラ
ンジスタのソース領域4よりに形成されることで、電荷
の蓄積位置をソース領域4に近付けることになり、これ
によって蓄積電荷に対する出力の変調度が増加し、感度
を向上させることができる。
Therefore, according to the embodiment of the present invention, (1) Since the sensor well, which is the charge storage region below the gate electrode, is formed narrow, the region where the charge is stored is small, and the minute charge is small. Even if it is, it becomes easy to distribute uniformly throughout. (2) Therefore, the linearity of the output signal with respect to the charge storage amount is improved due to the characteristics of the pixel MOS transistor.
Further, variation between pixels is reduced, and fixed pattern noise that appears as roughness on a screen is reduced. (3) On the other hand, since the sensor well is narrow and formed closer to the source region 4 of the pixel MOS transistor, the charge accumulation position is closer to the source region 4, thereby increasing the degree of modulation of the output with respect to the accumulated charge. And the sensitivity can be improved.

【0021】図5および図6に、本実施の形態の画素M
OSトランジスタのソース領域4、ドレイン領域5を形
成する工程を説明する。図5のように、画素MOSトラ
ンジスタのリング状ゲート電極1を加工するためのレジ
ストマスク8をそのまま残した状態で、ソース領域4、
ドレイン領域5をシリコン基板への垂直なイオン注入に
よって形成する。この工程は従来のそれと同じである。
FIGS. 5 and 6 show a pixel M according to this embodiment.
A process for forming the source region 4 and the drain region 5 of the OS transistor will be described. As shown in FIG. 5, with the resist mask 8 for processing the ring-shaped gate electrode 1 of the pixel MOS transistor left as it is, the source region 4,
The drain region 5 is formed by vertical ion implantation into a silicon substrate. This step is the same as the conventional one.

【0022】次に図6に示すように、シリコン基板に対
して一定の入射角θで全方位からさらにイオン注入を追
加する。これにより、ドレイン側ではリング状ゲート電
極1の下側までイオンが注入され、ドレイン領域5が広
がり、センサーウェル3は狭められる。一方、リング状
ゲート電極1内のソース領域4では、直径が小さいため
に、レジストマスク8の影になってイオンはシリコン基
板に到達せず、イオンは注入されない。
Next, as shown in FIG. 6, ion implantation is further added from all directions at a constant incident angle θ with respect to the silicon substrate. As a result, ions are implanted to the lower side of the ring-shaped gate electrode 1 on the drain side, the drain region 5 expands, and the sensor well 3 narrows. On the other hand, in the source region 4 in the ring-shaped gate electrode 1, since the diameter is small, the ions do not reach the silicon substrate as a shadow of the resist mask 8 and are not implanted.

【0023】図7は、この傾斜型イオン注入での入射角
の許容範囲の説明図であり、注入イオンの入射角θ、レ
ジストの高さh、ゲート電極のリングの内径すなわちソ
ース直径d、画素間の距離lの相互の関係を示してい
る。
FIG. 7 is a diagram for explaining the allowable range of the incident angle in the inclined ion implantation. The incident angle θ of the implanted ions, the height h of the resist, the inner diameter of the gate electrode ring, that is, the source diameter d, the pixel The mutual relationship of the distance l between them is shown.

【0024】この場合の注入イオンの入射角θ(法線に
対してイオンビームのなすティルト角の補角)は45°
前後の値である。現実的な大きさを考えると、レジスト
高さhが1.8μm程度、ソース直径dが0.9μm程
度である。画素間の距離すなわちドレイン部の幅lは場
合によってはかなり広くも取れるものの、実用的な値と
して2.0μmとする。これらの大きさを元に、ドレイ
ン領域5ではイオン注入が可能で、ソース領域4ではイ
オン注入が不可能である条件を求めると、 arctan(h/d)>θ>arctan(h/l) arctan(1.8/0.9)>θ>arctan
(1.8/2.0) となり、65°>θ>40°程度、ティルト角でいうと
25°から50°までの間が実用の範囲と考えられる。
In this case, the incident angle θ of the implanted ions (complementary angle of the tilt angle formed by the ion beam with respect to the normal) is 45 °.
The values before and after. Considering a realistic size, the resist height h is about 1.8 μm and the source diameter d is about 0.9 μm. Although the distance between the pixels, that is, the width l of the drain portion can be considerably large in some cases, the practical value is 2.0 μm. Based on these sizes, a condition that the ion implantation is possible in the drain region 5 and the ion implantation is not possible in the source region 4 is obtained. Arctan (h / d)>θ> arctan (h / l) arctan (1.8 / 0.9)>θ> arctan
(1.8 / 2.0), about 65 °>θ> 40 °, and a range of 25 ° to 50 ° in terms of tilt angle is considered to be a practical range.

【0025】このような工程を採用すると、比較的簡単
に従来からの手法を用いて、ドレイン領域5をゲート電
極1の下まで延長することが可能になる。この結果、電
荷蓄積領域を狭めることになって、電荷の蓄積の分布を
ソース領域4に近付けてかつ均一にすることができ、そ
の結果、画素MOSトランジスタのリニアリティと感度
を改善し、画素間のばらつきを少なくすることができ
る。
By adopting such a process, it becomes possible to extend the drain region 5 to below the gate electrode 1 relatively easily using a conventional method. As a result, the charge accumulation region is narrowed, and the distribution of charge accumulation can be made closer to the source region 4 and made uniform. As a result, the linearity and sensitivity of the pixel MOS transistor are improved, and the Variation can be reduced.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、光電変換
機能と信号電荷読み出し機能を有する複数のMOSトラ
ンジスタからなる画素撮像素子をマトリクス状に平面上
に配列し、光電変換機能によってこのMOSトランジス
タのゲート電極下に蓄積された電荷に対応する信号電荷
を信号電荷読み出し機能によって容量負荷動作またはソ
ースフォロワ動作で、このMOSトランジスタソースか
ら順次読み出す固体撮像装置において、このMOSトラ
ンジスタのドレイン領域はゲート電極下の一部まで延在
して設けられている。これによって、ゲート電極下の電
荷蓄積領域であるセンサーウェルを狭く形成でき、この
ため微小な電荷であっても電荷蓄積領域全体に均一に分
布しやすくなる。その結果、画素MOSトランジスタの
電荷蓄積量に対する出力信号のリニアリティが向上し、
画素相互間のばらつきも低減し、画面上でのざらつきと
なって表れる固定パターンノイズが減少する。さらに、
センサーウェルが狭くかつ画素MOSトランジスタのソ
ース領域に近く形成されることで、電荷の蓄積位置をソ
ース領域に近付けることになり、蓄積電荷に対する出力
の変調度が増加し、感度が向上する。
As described above, according to the present invention, a pixel image pickup device comprising a plurality of MOS transistors having a photoelectric conversion function and a signal charge readout function is arranged in a matrix on a plane, and this MOS transistor is provided by the photoelectric conversion function. In the solid-state imaging device, the signal charge corresponding to the charge accumulated under the gate electrode of the MOS transistor is sequentially read out from the source of the MOS transistor by the signal load readout function by the capacitive load operation or the source follower operation. It is provided extending to a lower part. As a result, the sensor well, which is the charge storage region below the gate electrode, can be formed to be narrow, so that even minute charges can be easily distributed uniformly over the entire charge storage region. As a result, the linearity of the output signal with respect to the charge storage amount of the pixel MOS transistor is improved,
Variation between pixels is also reduced, and fixed pattern noise that appears as roughness on the screen is reduced. further,
Since the sensor well is formed narrow and close to the source region of the pixel MOS transistor, the charge accumulation position is made closer to the source region, the degree of modulation of the output with respect to the accumulated charge is increased, and the sensitivity is improved.

【0027】また、円環状のゲート電極を有するMOS
トランジスタを画素固体撮像素子とするこのような固体
撮像装置を製造する方法として、本発明では、ソース領
域とドレイン領域の形成を円環状ゲート電極を加工する
際のレジスト膜を残した状態で半導体基板に垂直にイオ
ン注入を行う第1の工程と、半導体基板の法線に対して
所定のティルト角を保ち、かつ半導体基板をイオン注入
方向に対して相対的に回転させながらイオン注入を行う
第2の工程によって行う。これにより、従来から確立さ
れている手法を用いた工程によって、比較的簡単にドレ
イン領域をゲート電極の下まで延長することができ、こ
の結果、電荷蓄積領域を狭めることになって、電荷の蓄
積の分布をソース領域に近付けて均一にすることがで
き、リニアリティと感度が優れ、画素間のばらつきの少
さい画素MOSトランジスタを有する固体撮像装置を製
造できる。
Also, a MOS having an annular gate electrode
As a method of manufacturing such a solid-state imaging device using a transistor as a pixel solid-state imaging device, in the present invention, a source substrate and a drain region are formed on a semiconductor substrate while leaving a resist film when processing an annular gate electrode. A first step of performing ion implantation perpendicular to the semiconductor substrate and a second step of performing ion implantation while maintaining a predetermined tilt angle with respect to a normal line of the semiconductor substrate and rotating the semiconductor substrate relative to the ion implantation direction. Is performed by the step of As a result, the drain region can be relatively easily extended to below the gate electrode by a process using a conventionally established method. As a result, the charge accumulation region is narrowed, and the charge accumulation is reduced. Can be made uniform by approaching the source region, and a solid-state imaging device having a pixel MOS transistor having excellent linearity and sensitivity and small variation between pixels can be manufactured.

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

【図1】本発明が用いられる固体撮像装置の基本回路
図。
FIG. 1 is a basic circuit diagram of a solid-state imaging device to which the present invention is applied.

【図2】本発明の一実施の形態の固体撮像装置の画素固
体撮像素子である画素MOSトランジスタの構成を示す
断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a pixel MOS transistor that is a pixel solid-state imaging device of the solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention;

【図3】図2に示す実施の形態の画素MOSトランジス
タの配置を示す平面図。
FIG. 3 is a plan view showing the arrangement of the pixel MOS transistors according to the embodiment shown in FIG. 2;

【図4】図2に示す実施の形態の画素MOSトランジス
タでのゲート下の電荷の集中を示す模式図。
FIG. 4 is a schematic diagram showing concentration of electric charge under a gate in the pixel MOS transistor according to the embodiment shown in FIG. 2;

【図5】図2に示す実施の形態の画素MOSトランジス
タのソース領域、ドレイン領域を形成する工程の説明
図。
5 is an explanatory diagram of a step of forming a source region and a drain region of the pixel MOS transistor according to the embodiment shown in FIG. 2;

【図6】図2に示す実施の形態の画素MOSトランジス
タのソース領域、ドレイン領域を形成する工程の説明図
(続き)。
FIG. 6 is an explanatory view of a step of forming a source region and a drain region of the pixel MOS transistor according to the embodiment shown in FIG. 2 (continued).

【図7】図6の工程で行われる傾斜型イオン注入の傾斜
角許容範囲の説明図。
FIG. 7 is an explanatory view of a tilt angle allowable range of the tilt ion implantation performed in the step of FIG. 6;

【図8】従来の増幅型撮像装置の画素固体撮像素子であ
るMOSトランジスタの構成を示す断面図。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a MOS transistor that is a pixel solid-state imaging device of a conventional amplification type imaging device.

【図9】従来の画素MOSトランジスタでのゲート下の
電荷の集中を示す模式図。
FIG. 9 is a schematic diagram showing concentration of electric charge under a gate in a conventional pixel MOS transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ゲート電極、2…ゲート酸化膜、3…センサーウェ
ル、4…ソース領域、5…ドレイン領域、6…OFB、
7…半導体基板、8…レジストマスク、10…電荷の集
中点、21…垂直シフトレジスタ、22…水平シフトレ
ジスタ、23…垂直信号線、24…映像信号出力線、2
5…MOSトランジスタ、26…受光部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gate electrode, 2 ... Gate oxide film, 3 ... Sensor well, 4 ... Source region, 5 ... Drain region, 6 ... OFB,
7 semiconductor substrate, 8 resist mask, 10 charge concentration point, 21 vertical shift register, 22 horizontal shift register, 23 vertical signal line, 24 video signal output line, 2
5 MOS transistor, 26 light receiving unit.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光電変換機能と信号電荷読み出し機能を
有する複数の画素撮像素子をマトリクス状に平面上に配
列し、光電変換機能によってこの画素撮像素子に蓄積さ
れた電荷に対応する信号を信号電荷読み出し機能によっ
て順次読み出す固体撮像装置において、 前記画素撮像素子はMOSトランジスタを具備し、 このMOSトランジスタは第1導電型の半導体基板と、
この半導体基板の表面領域に互いに離れて形成された第
2導電型のソース領域およびドレイン領域と、このソー
ス領域とドレイン領域の間の基板表面上に絶縁膜を介し
て設けられたゲート電極とを有し、前記ドレイン領域は
前記ゲート電極下の一部まで延在して設けられているこ
とを特徴とする固体撮像装置。
1. A plurality of pixel image pickup devices having a photoelectric conversion function and a signal charge readout function are arranged on a plane in a matrix in a matrix, and a signal corresponding to the charge accumulated in the pixel image pickup device by the photoelectric conversion function is converted into a signal charge. In a solid-state imaging device that sequentially reads data by a reading function, the pixel imaging device includes a MOS transistor, the MOS transistor including a semiconductor substrate of a first conductivity type;
A source region and a drain region of the second conductivity type formed apart from each other in a surface region of the semiconductor substrate; and a gate electrode provided on the substrate surface between the source region and the drain region via an insulating film. Wherein the drain region is provided to extend to a part below the gate electrode.
【請求項2】 前記ゲート電極は円環形状を有し、前記
ソース領域は前記円環状ゲート電極の内部円の下方の前
記半導体基板の表面領域に設けられ、前記ドレイン領域
は前記円環状ゲート電極の外側の下方の前記半導体基板
の表面領域に隣接するMOSトランジスタのドレイン領
域と一体化して設けられ、 前記ドレイン領域は前記円環状ゲート電極下の外周円の
内部まで延在していることを特徴とする請求項1に記載
の固体撮像装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode has a ring shape, the source region is provided in a surface region of the semiconductor substrate below an inner circle of the ring gate electrode, and the drain region is formed in the ring gate electrode. And a drain region of the MOS transistor adjacent to the surface region of the semiconductor substrate below and outside the semiconductor substrate, wherein the drain region extends to the inside of an outer circumferential circle below the annular gate electrode. The solid-state imaging device according to claim 1.
【請求項3】 請求項2に記載の固体撮像装置の製造方
法において、 前記ソース領域とドレイン領域の形成を、前記円環状ゲ
ート電極を加工する際に前記円環状ゲート電極上に設け
たレジスト膜を残した状態で前記半導体基板に垂直にイ
オン注入を行う第1の工程と、前記レジスト膜を残した
状態で前記半導体基板の法線に対して所定のティルト角
を保ちながらかつ前記半導体基板をイオン注入方向に対
して相対的に回転させてイオン注入を行う第2の工程と
によって行うことを特徴とする固体撮像装置の製造方
法。
3. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 2, wherein the formation of the source region and the drain region is performed on the annular gate electrode when the annular gate electrode is processed. A first step of vertically ion-implanting the semiconductor substrate while leaving the semiconductor substrate, and maintaining the predetermined tilt angle with respect to a normal line of the semiconductor substrate while leaving the resist film and removing the semiconductor substrate. A second step of performing ion implantation while rotating relative to the ion implantation direction.
【請求項4】 前記ティルト角は少なくとも25°より
は大きく50°よりは小さいことを特徴とする請求項3
に記載の固体撮像装置の製造方法。
4. The apparatus of claim 3, wherein the tilt angle is at least greater than 25 ° and less than 50 °.
5. The method for manufacturing a solid-state imaging device according to item 1.
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