JPWO2018220920A1 - Solid-state imaging device and method of manufacturing solid-state imaging device - Google Patents
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Abstract
ノイズ電荷を抑制することができる技術を提供する。単位画素(10)の各々が、フォトダイオード部(130)と、第1の電荷転送部(103A)と、電荷保持部(131)と、第2の電荷転送部(103B)と、電荷排出部(180)を備え、フォトダイオード部(130)、第1の電荷転送部(103A)、電荷保持部(131)、第2の電荷転送部(103B)、および、電荷排出部(180)の半導体基板表面が全て第2導電型半導体領域で覆われている。Provided is a technique capable of suppressing noise charges. Each of the unit pixels (10) includes a photodiode section (130), a first charge transfer section (103A), a charge holding section (131), a second charge transfer section (103B), and a charge discharge section. (180), semiconductors of a photodiode section (130), a first charge transfer section (103A), a charge holding section (131), a second charge transfer section (103B), and a charge discharge section (180). The entire substrate surface is covered with the second conductivity type semiconductor region.
Description
本発明は、固体撮像装置、および、固体撮像装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a method for manufacturing the solid-state imaging device.
従来、フォトダイオード部からの信号電荷を、電荷保持部へ完全に電荷転送したのち、行ごとに順次電荷検出部へ完全に電荷転送して、グローバルシャッタ動作を実現し、ノイズや残像をより抑制した画像を得ることができる固体撮像装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, the signal charge from the photodiode section is completely transferred to the charge holding section, and then is completely transferred to the charge detection section for each row in order to realize a global shutter operation, further suppressing noise and afterimages. 2. Description of the Related Art A solid-state imaging device capable of obtaining a focused image is known (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、上述のような従来技術は、シリコン/シリコン酸化膜界面準位で発生するノイズ電荷が、電荷保持期間中に前記電荷保持部に蓄積され、行ごとの読み出しタイミングの違いによる画像ノイズ差の原因となるという問題がある。 However, in the above-described related art, noise charges generated at the silicon / silicon oxide film interface level are accumulated in the charge holding unit during the charge holding period, and the image noise difference due to the difference in read timing for each row is reduced. There is a problem that causes.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ノイズ電荷を抑制することができる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a technique capable of suppressing noise charges.
上記の課題を解決するために、本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板に設けられた複数の単位画素を備えた固体撮像装置であって、上記単位画素の各々が、光を信号電荷に光電変換することによって電荷を生成するフォトダイオード部と、上記フォトダイオード部に隣接し第1のゲート電極で覆われた第1の電荷転送部と、上記第1のゲート電極で覆われ、上記第1の電荷転送部により上記フォトダイオード部から転送された電荷を保持する第1導電型半導体領域を含む電荷保持部と、上記電荷保持部に隣接し第2のゲート電極部で覆われた第2の電荷転送部と、上記フォトダイオード部に第1のゲート電極と異なる部分で隣接し第3のゲート電極で覆われた電荷排出部と、を備え、上記フォトダイオード部、第1の電荷転送部、電荷保持部、第2の電荷転送部、および電荷排出部の半導体表面が全て第2導電型半導体領域で覆われている構成である。 In order to solve the above-described problems, a solid-state imaging device according to the present invention is a solid-state imaging device including a plurality of unit pixels provided on a semiconductor substrate, wherein each of the unit pixels converts light into a signal charge. A photodiode portion that generates a charge by performing photoelectric conversion, a first charge transfer portion that is adjacent to the photodiode portion and is covered with a first gate electrode, and that is covered with the first gate electrode, A charge holding portion including a first conductivity type semiconductor region holding the charge transferred from the photodiode portion by the first charge transfer portion; and a second charge holding portion adjacent to the charge holding portion and covered by a second gate electrode portion. A charge transfer section, and a charge discharge section adjacent to the photodiode section at a portion different from the first gate electrode and covered with a third gate electrode, wherein the photodiode section and the first charge transfer section are provided. , Charge protection Parts, the second charge transfer section, and a structure in which a semiconductor surface of the charge discharging portion is covered by all the second conductivity type semiconductor region.
本発明の一態様によれば、ノイズ電荷が抑制される。 According to one embodiment of the present invention, noise charge is suppressed.
〔固体撮像装置1の構造〕
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本実施形態では、P型層のMOSと、N型層のMOSと、の異なる二つの電界効果トランジスタを、相互に特性を補うように接続した固体撮像装置の一例であるCMOS撮像装置を用いて説明する。[Structure of solid-state imaging device 1]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In the present embodiment, a CMOS imaging device, which is an example of a solid-state imaging device in which two different field-effect transistors of a P-type layer MOS and an N-type layer MOS are connected so as to complement each other, is used. explain.
図1は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置1の概略構成を示す図である。固体撮像装置1は、複数行および複数列に配列された複数の単位画素10を備えている。
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a solid-
また、固体撮像装置1は、各単位画素10からの信号電荷を垂直方向に転送する垂直走査回路3と、各単位画素からの信号電荷を水平方向に転送する水平走査回路4と、を備えている。
In addition, the solid-
なお、図1では固体撮像装置1の行および列の一部のみを示しているが、固体撮像装置1の各行および各例には数十から数千の単位画素10が配列されている。
Although FIG. 1 shows only a part of the rows and columns of the solid-
垂直走査回路3および水平走査回路4は、例えばシフトレジスタによって構成され、不図示の制御回路が発するパルス信号に応じて、走査を行う。垂直制御線5を介して各単位画素10には、各単位画素を駆動するためのパルス信号が送られる。なお、各単位画素10において、パルス信号が流れる配線は、行方向および列方向のいずれに配されていてもよい。
The vertical scanning circuit 3 and the horizontal scanning circuit 4 are configured by, for example, a shift register, and perform scanning according to a pulse signal generated by a control circuit (not shown). A pulse signal for driving each unit pixel is sent to each
各単位画素10からの出力信号は、垂直信号線6から水平信号線7へと伝達された後、水平走査回路4からの水平選択信号により駆動されて、出力バッファ8へ供給される。なお、垂直信号線6と水平信号線7との間に、各単位画素10からの出力信号に対して、ノイズを取り除く回路や、増幅回路、アナログデジタル変換回路などが適宜に配設されていてもよい。
The output signal from each
図2は、固体撮像装置1の撮像部2における単位画素10の構成を示す等価回路図である。単位画素10は、図2に示すように、光を信号電荷に光電変換し、光電変換により発生させた電荷を第1導電型(n型)半導体領域に蓄積するフォトダイオード部130を備えている。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram illustrating a configuration of the
フォトダイオード部130は、第1導電型(n型)半導体領域と、第2導電型(p型)半導体領域と、を備えている。フォトダイオード部130は、入射した光を第1導電型半導体領域と、第2導電型半導体領域と、の空乏層で電子と正孔とに変換する。フォトダイオード部130では、発生した電子と正孔とがそれぞれ、電子は第1導電型半導体領域へ、正孔は第2導電型半導体領域へと流れ蓄積される。
The
なお、以下の記載において、n型及びNは、第1導電型を表しており、p型及びPは、第2導電型を表している。 In the following description, n-type and N represent the first conductivity type, and p-type and P represent the second conductivity type.
また、単位画素10は、フォトダイオード部130に隣接する転送ゲート部(第1の電荷転送部)103Aと、転送ゲート部103Aによってフォトダイオード部130から転送される信号電荷を保持する電荷保持部131と、を備えている。また、単位画素10は、電荷保持部131に隣接する読出選択用トランジスタ(第2の電荷転送部)103Bと、リセットトランジスタ135とを備えている。
Further, the
また、単位画素10は、垂直選択線142に接続されたゲートを有する垂直選択用トランジスタ140と、電荷蓄積部の機能を備えた電荷注入部の一例であるフローティングディフュージョン150と、フローティングディフュージョン150の電位変化を検知する検知素子の一例であるソースフォロア構成の増幅用トランジスタ160と、を備えている。
The
また、単位画素10は、電荷蓄積部の機能を備えた電荷注入部の一例であるフローティングディフュージョン150を備えたFDA(Floating Diffusion Amplifier)構成の画素信号生成部170と、電荷排出部180と、を備えている。
Further, the
また、図2に示すように、固体撮像装置1の単位画素10は、出力信号線200が接続される信号処理回路201を列ごとにそなえている。
Further, as shown in FIG. 2, the
フォトダイオード部130のカソードには転送ゲート部103Aのソースが接続されている。読出選択用トランジスタ103Bは、ドレインが蓄積部であるフローティングディフュージョン150に接続されている。
The source of the
電荷排出部180は、ソース部がフォトダイオード部130に接続されており、トランジスタON状態ではフォトダイオード部130に蓄積された全電荷がドレイン部に排出される。また、電荷排出部180はトランジスタOFF状態ではフォトダイオード部130で生成された信号電荷のうち、画像形成に寄与しない過剰電荷を排出するようにチャネル部のポテンシャルが設定されている。
The
リセットトランジスタ135は、ソースがフローティングディフュージョン150に接続され、ドレインが電源VDDに接続され、ゲートにはリセットパルスが入力される。リセットトランジスタ135は、電気的に導通すると、フローティングディフュージョン150に保持されていた電荷がリセットトランジスタ135を介して電源VDDに流出し、フローティングディフュージョン150の電位状態を初期のレベルに復帰させるように構成されている。
The
増幅用トランジスタ160は、ゲートがフローティングディフュージョン150に接続され、ドレインが電源VDDに、ソースが垂直選択用トランジスタ140のドレインに接続されている。
The
垂直選択用トランジスタ140は、ドレインが増幅用トランジスタ160に接続され、ソースが出力信号線200に、ゲートが、垂直選択信号が入力される垂直選択線142に接続されている。
The drain of the
単位画素10の垂直選択用トランジスタ140がONになると、フローティングディフュージョン150に読み出された信号電荷が、増幅用トランジスタ160で増幅され、出力信号線200に出力される。
When the
続いて、図3を参照して、単位画素10の断面構造について説明する。図3は、単位画素10の断面図である。図3に示すように、単位画素10には、シリコンからなる半導体基板100(n−型のSi基板)の内に基板側ポテンシャルバリアを形成するp型層であるp型ウェル(埋め込み半導体層)101が形成されている。Subsequently, a cross-sectional structure of the
p型ウェル101の上には、n型層であるn−型ウェル132と、n−型ウェル132に隣接する第1の半導体ウェル領域102(p型層)と、が形成されている。On the p-
一方で、図3に示すように、単位画素10の基板表面は、全てゲート酸化膜119で覆われている。また、ゲート酸化膜119の上には、電荷排出部180のゲート電極(第3のゲート電極)111、転送ゲート部103Aと電荷保持部131とに共通のゲート電極(第1のゲート電極)109、読出選択用トランジスタ103Bのゲート電極(第2のゲート電極)110、および、リセットトランジスタ135のゲート電極112が形成されている。
On the other hand, as shown in FIG. 3, the substrate surface of the
電荷排出部180のゲート電極(第3のゲート電極)111、転送ゲート部103Aと電荷保持部131とに共通のゲート電極(第1のゲート電極)109、読出選択用トランジスタ103Bのゲート電極(第2のゲート電極)110、および、リセットトランジスタ135のゲート電極112は、例えばポリシリコンによって単層もしくは2層構造に形成されている。読出選択用トランジスタ103Bのゲート電極(第2のゲート電極)110には、読出パルスが入力される。リセットトランジスタ135のゲート電極112には、リセットパルスが入力される。
The gate electrode (third gate electrode) 111 of the
また、転送ゲート部103Aと電荷保持部131とに共通のゲート電極(第1のゲート電極)109には、ストレージパルスが入力される。
In addition, a storage pulse is input to a gate electrode (first gate electrode) 109 common to the
また、電荷排出部180のゲート電極(第3のゲート電極)111には、グローバルリセットパルスが入力される。
Further, a global reset pulse is input to the gate electrode (third gate electrode) 111 of the
また、ゲート電極111、ゲート電極109、ゲート電極110、及びゲート電極112には、それぞれ、信号線OFG,TRX、TRG,及び、RSTが接続されている。
The signal lines OFG, TRX, TRG, and RST are connected to the
図3の断面図にも示すように、単位画素10は、フォトダイオード部130と、転送ゲート部(第1の電荷転送部)103Aと、電荷保持部131と、読出選択用トランジスタ(第2の電荷転送部)103Bと、増幅用トランジスタ(図示せず)と、フローティングディフュージョンN+領域114と、電荷排出部180とを備えて形成されている。As shown in the cross-sectional view of FIG. 3, the
フォトダイオード部130は、フォトダイオード表面P+層113と、フォトダイオードN領域104と、を備えて形成されている。また、フォトダイオード表面P+層113に隣接する領域であって、フォトダイオードN領域104の表面側には、ゲートオーバーラップ部表面P−層105が形成されている。フォトダイオード部130は、入射した光を空乏層で電子と正孔とに変換する。フォトダイオード部130では、空乏層で発生した電子と正孔とが、電子はフォトダイオードN領域104へ、正孔はフォトダイオード表面P+層113へと流れ蓄積される。The
フォトダイオード部130と、読出選択用トランジスタ103Bとの間には、転送ゲート部(第1の電荷転送部)103Aと、電荷保持部131とが水平方向に並べて形成されている。
Between the
転送ゲート部(第1の電荷転送部)103Aは、フォトダイオード部130に隣接し、基板表面には例えばポリシリコンによって、上述したゲート電極109が配設されている。
The transfer gate section (first charge transfer section) 103A is adjacent to the
また、図3に示すように、電荷保持部131に隣接する領域には、ゲート下表面P−層103が形成されている。Further, as shown in FIG. 3, a gate lower surface P − layer 103 is formed in a region adjacent to the
また、図3に示すように、ゲート下表面P−層103に隣接して表面側にフローティングディフュージョンN+領域114が形成されている。また、図3に示すように、リセットトランジスタ135のn領域に隣接した位置にもドレイン部N+領域115が形成されている。Further, as shown in FIG. 3, gate subsurface P - floating diffusion N + region 114 on the surface side adjacent to the
フローティングディフュージョン150は、図3に示すように、フローティングディフュージョンN+領域114を備えて形成されている。The floating
また、図3に示すように、単位画素10は、素子分離領域120によって他の画素単位と区切られている。
Further, as shown in FIG. 3, the
電荷保持部131は、フォトダイオード部130から、転送ゲート部(第1の電荷転送部)103Aを介して転送された電荷を第1導電型半導体領域に保持する機能を有している。電荷保持部131の基板表面には例えばポリシリコンによって、上述したゲート電極109が配設されている。
The
電荷保持部131は、基板表面側から、第2導電型半導体領域である電荷保持部表面P層108と、第1導電型半導体領域である電荷保持部N領域107と、第2導電型半導体領域である電荷保持部下P層106との三層構造を有している。換言すれば、電荷保持部131は、基板表面側(ゲート酸化膜119側)から電荷保持部表面P層108によって、基板裏面側(換言すれば半導体基板100側)から電荷保持部下P層106によって挟まれた電荷保持部N領域107を備えて形成されている。
The
このように、電荷を保持する電荷保持部N領域107の上下を電荷保持部表面P層108と、電荷保持部下P層106とで囲むことで、P層とN層の中性領域である空乏層の伸びが抑制される。これにより、P層とN層との接合容量が増加し、電荷保持部131で保持することが可能な電荷量を効率的に増やすことができる。
In this manner, by surrounding the upper and lower portions of the charge holding
また、単位画素10は、電荷排出部180のゲート電極111にグローバルリセットパルスを入力し全画素のフォトダイオード部130の電荷を全て同時に排出(グローバルリセット動作)した後、一定期間フォトダイオード部130を露光した後に、フォトダイオード部130で蓄積された信号電荷をゲート電極(第1のゲート電極、第1の転送ゲート電極)109にストレージパルスを入力して電荷保持部131に全画素同時に転送させることにより、蓄積時間差を生じることのない電子シャッタ機能であるグローバルシャッタ機能を実現させることができる。
In addition, the
上述したように、単位画素10の基板表面は、ドレイン部N+領域115フローティングディフュージョンN+領域114を除き第2導電型(p型)半導体領域103、105、113、108で覆われている。このように、単位画素10には、ゲート電極(第3のゲート電極)111、フォトダイオード部130、ゲート電極(第1のゲート電極、第1の転送ゲート電極)109、電荷保持部131、および、ゲート電極(第2のゲート電極)110に繋がるゲート酸化膜119が形成されている。As described above, the substrate surface of the
これらの構成によれば、単位画素10の内部で発生するノイズ電子が第2導電型(p型)半導体領域103、105、113、108に存在するホールでトラップされる。よって、単位画素10の内部で発生したノイズ電子が画素出力に混ざるのを防ぐことができる。
According to these configurations, noise electrons generated inside the
また、フォトダイオード部130の第2導電型半導体表面領域であるフォトダイオード表面P+層113の不純物濃度を濃度C1、電荷保持部131の第2導電型半導体表面領域である電荷保持部表面P層108の不純物濃度を濃度C2、ゲート電極(第2のゲート電極)110の直下の読出選択用トランジスタ103Bの不純物濃度を濃度C3(より一般には、フォトダイオード部130及び電荷保持部131以外の半導体表面の第2導電型半導体表面領域の濃度C3)とした場合の、各濃度C1,C2,C3の関係は、C1 > C2 > C3となるように構成されている。この構成によれば、ゲート電極の有無や、半導体表面のゲート酸化膜119の直下にN型半導体領域が有るか否かなど各部分の構造の違い応じて、各部分に必要なホール濃度分布が形成される。以上の作用により、電荷保持部から読み出しタイミングのずれによる行ごとのノイズ変化を抑制することができる。Further, the impurity concentration of the photodiode surface P + layer 113, which is the second conductivity type semiconductor surface region of the
〔単位画素10の製造方法について〕
次に、図4〜図9を用いて単位画素10の製造方法について説明する。以下に説明する単位画素10の製造方法は、例えば、イオン注入を行うイオン注入部と、フォトマスクを設定するフォトマスク設定部とを備えた本実施形態に係る半導体製造装置によって実行される。[About the manufacturing method of the unit pixel 10]
Next, a method of manufacturing the
単位画素10は、半導体基板100の上に、p型ウェル101が形成され、p型ウェル101の上にn−型ウェル132と、n−型ウェル132に隣接する第1の半導体ウェル領域102と、が形成され、ゲート酸化膜119で全面が覆われた半導体の表面に、フォトレジスト190をフォトマスクとして配置して、n−型ウェル132、および、第1の半導体ウェル領域102内にイオン注入することにより形成される。The
(第1ステップ)
図4は、単位画素10の製造工程の第1ステップを示す図である。この第1ステップでは、まず、フォトダイオード部130を形成する領域外の半導体表面をフォトレジスト190Aで覆う。そして、n−型ウェル132にイオン注入を行い、フォトダイオードN領域104、および、ゲートオーバーラップ部表面P−層105を同一のフォトマスクによって形成する。(First step)
FIG. 4 is a diagram illustrating a first step of the manufacturing process of the
(第2ステップ)
次に、図5に示す単位画素10の製造工程の第2ステップにおいて、電荷保持部131を形成するイオン注入工程を行う。まず、電荷保持部131を形成する領域外の半導体表面をフォトレジスト190Bで覆う。そして、第1の半導体ウェル領域102にイオン注入を行う。(2nd step)
Next, in the second step of the manufacturing process of the
このイオン注入工程は、イオン注入により電荷保持部下P層106を形成する第1の工程と、当該第1の工程の後に、イオン注入により電荷保持部N領域107を形成する第2の工程と、当該第2の工程の後に、イオン注入により電荷保持部表面P層108を形成する第3の工程とを含んでおり、上記第1の工程、上記第2の工程、及び上記第3の工程は同一のフォトマスクを用いて実行される。
This ion implantation step includes a first step of forming the charge holding portion
(第3ステップ)
電荷保持部131を形成した後、図6に示す単位画素10の製造工程の第3ステップにおいて、リセットトランジスタ135のゲート電極112部分をフォトレジスト190Cで覆い、リセットトランジスタ135のゲート電極112が形成される領域外にイオン注入を行う。これにより、ゲート下表面P−層103が形成される。ゲート下表面P−層103は、上述した転送ゲート部103A、読出選択用トランジスタ103B、電荷排出部180として構成されている。(3rd step)
After the formation of the
(第4ステップ)
ゲート下表面P−層103を形成した後、図7に示す単位画素10の製造工程の第4ステップにおいて、リセットトランジスタ135が形成される領域外をフォトレジスト190Dで覆ってイオン注入を行い、リセットトランジスタN領域116を形成する。(4th step)
After forming the gate lower surface P − layer 103, in the fourth step of the manufacturing process of the
また、単位画素10には、ゲート酸化、ポリシリコンデポ、ゲート電極フォトリソグラフィ、ドライエッチング工程によりゲート電極111、ゲート電極109、ゲート電極110、及びゲート電極112が形成される(図示せず)。
In the
(第5ステップ)
続いて、図8に示す単位画素10の製造工程の第5ステップにおいて、フォトレジスト190Eと、ゲート電極111、ゲート電極109、ゲート電極110、および、ゲート電極112とをフォトマスクとして用いて、イオン注入を行い、フォトダイオード部130のフォトダイオード表面P+層113を形成する。(5th step)
Subsequently, in a fifth step of the manufacturing process of the
(第6ステップ)
こうして、フォトダイオード部130が形成された後、図9に示す単位画素10の製造工程の第6ステップにおいて、フォトレジスト190Fと、ゲート電極111、ゲート電極109、および、ゲート電極110とをフォトマスクとして用いて、イオン注入を行い、フローティングディフュージョンN+領域114、および、素子分離領域(レイン部N+領域)120を形成する。(6th step)
After the formation of the
〔付記事項〕
ところで、電荷保持部N領域107と、電荷保持部下P層106、および、電荷保持部表面P層108との位置関係がずれると、読出選択用トランジスタ(第2の電荷転送部)103Bへの転送特性が急激に悪化する。上述した製造方法によれば、電荷保持部下P層106、電荷保持部N領域107、および、電荷保持部表面P層108は、同一のフォトレジストをフォトマスクとして用いたイオン注入により形成される。これによって、電荷保持部下P層106、電荷保持部N領域107、および、電荷保持部表面P層108の互いの形成領域がずれることが無く、製造バラツキによる転送特性の悪化を回避することができる。[Appendix]
By the way, when the positional relationship between the charge holding
〔まとめ〕
本発明の態様1に係る固体撮像装置1は、半導体基板100に設けられた複数の単位画素10を備えた固体撮像装置1であって、上記単位画素10の各々が、光を信号電荷に光電変換することによって電荷を生成するフォトダイオード部130と、上記フォトダイオード部に隣接し第1のゲート電極109で覆われた転送ゲート部(第1の電荷転送部)103Aと、上記第1のゲート電極109で覆われ、上記転送ゲート部(第1の電荷転送部)103Aにより上記フォトダイオード部130から転送された電荷を保持する電荷保持部N領域(第1導電型半導体領域)107を含む電荷保持部131と、上記電荷保持部131に隣接し第2のゲート電極110で覆われた読出選択用トランジスタ103Bと、上記フォトダイオード部130に第1のゲート電極と異なる部分で隣接し第3のゲート電極111で覆われた電荷排出部180と、を備え、上記フォトダイオード部130、転送ゲート部103A、電荷保持部131、読出選択用トランジスタ103B、および電荷排出部180の半導体表面が全て第2導電型半導体領域103、105、113、108で覆われている。[Summary]
The solid-
上記の構成によれば、電荷排出部180を通じて全画素のフォトダイオード部130の電荷を全て同時に排出(グローバルリセット動作)した後、一定期間フォトダイオード部130で蓄積された信号電荷を第1のゲート電極109により電荷保持部131に全画素同時に転送させることにより、蓄積時間差を生じることのない電子シャッタ機能であるグローバルシャッタ機能を実現させることができる。
According to the above configuration, after all the charges of the
また、この構成によれば、単位画素10の内部で発生するノイズ電子が第2導電型(p型)半導体領域103、105、113、108に存在するホールでトラップされる。よって、単位画素10の内部で発生したノイズ電子が画素出力に混ざるのを防ぐことができる。
Further, according to this configuration, noise electrons generated inside the
また、上記電荷保持部N領域(第1導電型半導体領域)107は、基板表面側及び基板裏面側から第2導電型半導体領域(電荷保持部表面P層,電荷保持部下P層)108,106によって挟まれていてもよい。この構成によれば、電荷保持部131は、電荷を保持するN層がP層で挟まれているため、P層とN層の中性領域である空乏層の伸びが抑制される。これにより、P層とN層との接合容量が増加し、電荷保持部131で保持することが可能な電荷量を効率的に増やすことができる。
In addition, the charge holding portion N region (first conductivity type semiconductor region) 107 includes second conductivity type semiconductor regions (charge holding portion surface P layer, charge holding portion lower P layer) 108 and 106 from the substrate front side and the substrate back side. May be interposed. According to this configuration, in the
本発明の態様2に係る固体撮像装置1は、上記の態様1において、上記フォトダイオード部130のフォトダイオード表面P+層113の濃度C1と、上記電荷保持部131の電荷保持部表面P層108、および、電荷保持部下P層106の濃度C2と、それ以外の半導体表面のP層の濃度C3との濃度の関係がC1>C2>C3である構成としてもよい。The solid-
上記の構成によれば、ゲート電極の有無や、第2導電型(p型)半導体領域103、105、113、108の直下にN型半導体領域が有るか否かなど各部分の構造の違い応じて、各部分に必要なホール濃度分布が形成される。これにより、電荷保持部131から読み出しタイミングのずれによる行ごとのノイズ変化を抑制することができる。
According to the above configuration, the structure of each part depends on the presence or absence of the gate electrode and whether or not the N-type semiconductor region exists immediately below the second conductivity type (p-type)
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention. Furthermore, new technical features can be formed by combining the technical means disclosed in each embodiment.
1 固体撮像装置
2 撮像部
3 垂直走査回路
4 水平走査回路
5 垂直制御線
6 垂直信号線
7 水平信号線
8 出力バッファ
10 単位画素
135 リセットトランジスタ
140 垂直選択用トランジスタ
100 半導体基板
101 p型ウェル
102 第1の半導体ウェル領域
103 ゲート下表面P−層
103A 転送ゲート部(第1の電荷転送部)
103B 読出選択用トランジスタ(第2の電荷転送部)
104 フォトダイオードN領域
105 ゲートオーバーラップ部表面P−層
106 電荷保持部下P層
107 電荷保持部N領域
108 電荷保持部表面P層
109 ゲート電極(第1のゲート電極)
110 ゲート電極(第2のゲート電極)
111 ゲート電極(第3のゲート電極)
112 ゲート電極
113 フォトダイオード表面P+層
114 フローティングディフュージョンN+領域
115 ドレイン部N+領域
116 リセットトランジスタN領域
119 ゲート酸化膜
120 素子分離領域
130 フォトダイオード部
131 電荷保持部
132 n−型ウェル
135 リセットトランジスタ
140 垂直選択用トランジスタ
142 垂直選択線
150 フローティングディフュージョン
160 増幅用トランジスタ
170 画素信号生成部
180 電荷排出部
190、190A、190B、190C、190D、190E、190F フォトレジスト
200 出力信号線
201 信号処理回路
Vdd 電源
103B Readout selection transistor (second charge transfer unit)
104
110 gate electrode (second gate electrode)
111 Gate electrode (third gate electrode)
112
Claims (3)
上記単位画素の各々が、
光を信号電荷に光電変換することによって電荷を生成するフォトダイオード部と、
上記フォトダイオード部に隣接し第1のゲート電極で覆われた第1の電荷転送部と、
上記第1のゲート電極で覆われ、上記第1の電荷転送部により上記フォトダイオード部から転送された電荷を保持する第1導電型半導体領域を含む電荷保持部と、
上記電荷保持部に隣接し第2のゲート電極で覆われた第2の電荷転送部と、
上記フォトダイオード部に第1のゲート電極と異なる部分で隣接し第3のゲート電極で覆われた電荷排出部と、
を備え、
上記フォトダイオード部、上記第1の電荷転送部、上記電荷保持部、上記第2の電荷転送部、および上記電荷排出部の半導体表面が全て第2導電型半導体領域で覆われている
ことを特徴とする固体撮像装置。A solid-state imaging device including a plurality of unit pixels provided on a semiconductor substrate,
Each of the unit pixels is
A photodiode unit that generates a charge by photoelectrically converting light into a signal charge;
A first charge transfer unit adjacent to the photodiode unit and covered with a first gate electrode;
A charge holding unit that includes a first conductivity type semiconductor region that is covered with the first gate electrode and holds the charge transferred from the photodiode unit by the first charge transfer unit;
A second charge transfer unit adjacent to the charge holding unit and covered with a second gate electrode;
A charge discharging portion adjacent to the photodiode portion at a portion different from the first gate electrode and covered with a third gate electrode;
With
The semiconductor surfaces of the photodiode section, the first charge transfer section, the charge holding section, the second charge transfer section, and the charge discharge section are all covered with a second conductivity type semiconductor region. Solid-state imaging device.
上記単位画素の各々が、
光を信号電荷に光電変換することによって電荷を生成するフォトダイオード部と、
上記フォトダイオード部に隣接し第1のゲート電極で覆われた第1の電荷転送部と、
上記第1のゲート電極で覆われ、上記第1の電荷転送部により上記フォトダイオード部から転送された電荷を第1導電型半導体領域に保持する電荷保持部と、を備えた固体撮像装置の製造方法であって、
前記電荷保持部を形成するイオン注入工程において、
イオン注入により第2導電型半導体領域を形成する第1の工程と、
イオン注入により第1導電型半導体領域を形成する第2の工程と、
イオン注入により第2導電型半導体領域を形成する第3の工程とを含んでおり、
上記第1の工程、上記第2の工程、及び上記第3の工程は同一のフォトマスクを用いて実行される
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置の製造方法。A plurality of unit pixels provided on the semiconductor substrate,
Each of the unit pixels is
A photodiode unit that generates a charge by photoelectrically converting light into a signal charge;
A first charge transfer unit adjacent to the photodiode unit and covered with a first gate electrode;
Manufacturing of a solid-state imaging device comprising: a charge holding portion that is covered with the first gate electrode and holds a charge transferred from the photodiode portion by the first charge transfer portion in a first conductivity type semiconductor region. The method
In the ion implantation step of forming the charge holding unit,
A first step of forming a second conductivity type semiconductor region by ion implantation;
A second step of forming a first conductivity type semiconductor region by ion implantation;
A third step of forming a second conductivity type semiconductor region by ion implantation.
2. The method according to claim 1, wherein the first step, the second step, and the third step are performed using the same photomask. 3.
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