JP2002057316A5 - - Google Patents
Download PDFInfo
- Publication number
- JP2002057316A5 JP2002057316A5 JP2000246411A JP2000246411A JP2002057316A5 JP 2002057316 A5 JP2002057316 A5 JP 2002057316A5 JP 2000246411 A JP2000246411 A JP 2000246411A JP 2000246411 A JP2000246411 A JP 2000246411A JP 2002057316 A5 JP2002057316 A5 JP 2002057316A5
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- conductivity type
- imaging device
- solid
- state imaging
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Description
【発明の名称】固体撮像装置Patent application title: Solid-state imaging device
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置に関し、より詳しくは、ビデオカメラ、電子カメラ、画像入力カメラ、スキャナ又はファクシミリ等に用いられる閾値電圧変調方式のMOS型イメージセンサを用いた固体撮像装置に関する。[0001]
Field of the Invention
The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a solid-state imaging device using a threshold voltage modulation type MOS type image sensor used for a video camera, an electronic camera, an image input camera, a scanner or a facsimile.
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記固体撮像装置の構造においては、素子分離領域の構造や光信号検出用電界効果トランジスタの構造が微細化に適しておらず、将来の画像の高精細化に伴って要求されるようになってくる単位画素の微細化の要求に対処することが困難であるという問題がある。[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the structure of the solid-state imaging device, the structure of the element separation region and the structure of the field effect transistor for detecting an optical signal are not suitable for miniaturization, and are required as the definition of the image in the future becomes high. There is a problem that it is difficult to cope with the growing demand for miniaturization of unit pixels.
【0006】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みて創作されたものであり、単位画素の微細化に適した構造を有する固体撮像装置を提供するものである。[0006]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and provides a solid-state imaging device having a structure suitable for miniaturization of a unit pixel.
【0009】
また、受光ダイオードは一導電型の第1のウエル領域表面に反対導電型の不純物領域が形成されており、不純物領域は反対導電型のドレイン領域と接続され、かつ反対導電型の素子分離領域と接続されていることを特徴としている。
また、一導電型の第1及び第2のウエル領域は反対導電型の半導体層に形成されており、反対導電型の半導体層は反対導電型の素子分離領域と接続されていることを特徴としている。
また、ゲート電極下の第2のウエル領域表層に反対導電型の不純物層が形成されてチャネル領域とされていることを特徴としている。
また、単位画素は行と列に複数配列されてなることを特徴とし、例えば、固体撮像素子内の単位画素の平面配置においては、単位画素におけるゲート電極から受光ダイオードに至る方向は、行方向又は列方向に対して斜め方向、又は並行方向に一致させるようにすることができる。さらに、同一の行内にある絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極を相互に接続し、かつ同一の列内にある絶縁ゲート型電界効果トランジスタのソース領域を相互に接続するようにすることができる。[0009]
In the light receiving diode, an impurity region of the opposite conductivity type is formed on the surface of the first well region of one conductivity type, the impurity region is connected to the drain region of the opposite conductivity type, and an element isolation region of the opposite conductivity type. It is characterized by being connected.
In addition, the first and second well regions of one conductivity type are formed in the semiconductor layer of the opposite conductivity type, and the semiconductor layer of the opposite conductivity type is connected to the element isolation region of the opposite conductivity type. There is.
In addition, an impurity layer of the opposite conductivity type is formed in the surface layer of the second well region under the gate electrode to form a channel region.
Also, a plurality of unit pixels are arranged in rows and columns. For example, in the planar arrangement of unit pixels in a solid-state imaging device, the direction from the gate electrode to the light receiving diode in the unit pixel is the row direction or It can be made to match in the diagonal direction or parallel direction to the column direction. Furthermore, the gate electrodes of the insulated gate field effect transistors in the same row can be connected to each other, and the source regions of the insulated gate field effect transistors in the same column can be connected to each other.
【0010】
以下に、上記構成により奏される作用を説明する。
ところで、選択酸化法(LOCOS法)による絶縁膜の形成によれば、分離絶縁膜の形成領域がバーズビークの生成によりマスク幅以上に広がるため微細化に不利である。
本発明では、隣接する単位画素101を分離する素子分離領域が、ドレイン領域57aと同じ導電型を有し、かつウエル領域54a、54bよりも深く形成されることによって、当該分離領域がドレイン領域57aと接続されるとともに、ウエル領域54a、54b下のドレイン領域と同じ導電型の領域52a、52bと接続されるように構成される。即ち、LOCOS法による分離絶縁膜を用いずに素子分離を拡散分離領域53のみで行なっているので、バーズビークが生成されず素子分離領域がマスク幅以上に広がらない。これにより、単位画素101を微細化することができる。この場合、ドレイン領域57aは、ウエル領域54a、54b下のドレイン領域と同じ導電型の領域52a、52bと繋がり、かつ隣接する単位画素101間で繋がるが、固体撮像素子の動作上問題は起こらない。なお、単位画素101内でソース領域56とドレイン領域57aとはリング状のゲート電極59によって分離されているので、問題は起こらない。[0010]
Below, the effect | action exhibited by the said structure is demonstrated.
By the way, according to the formation of the insulating film by the selective oxidation method (LOCOS method), the formation region of the isolation insulating film spreads over the mask width by the formation of bird's beak, which is disadvantageous for miniaturization.
In the present invention, the isolation region separating adjacent unit pixels 101 has the same conductivity type as the
【0013】
図1に示すように、単位画素101内に、受光ダイオード111と光信号検出用MOSトランジスタ112とが隣接して設けられている。MOSトランジスタ112としてnチャネルMOS(nMOS)を用いている。単位画素101は長方形状を有し、単位画素101は拡散分離領域53が一連なりとなっている素子分離領域によって囲まれている。即ち、互いに隣接する画素が形成されるウエル領域間は、ドレイン領域と接続され、該ドレイン領域と同じ導電型の拡散分離領域53及びウエル領域54a、54b下のドレイン領域と同じ導電型の領域52a、52bと接続されるように構成されて素子分離される。[0013]
As shown in FIG. 1, in the unit pixel 101, the
【0018】
また、上記の構成要素はシリコン酸化膜等の絶縁膜64によって被覆されており、受光ダイオード111の受光窓63以外の領域は、その絶縁膜64上に形成された金属層(遮光膜)62により遮光されている。
上記のMOS型イメージセンサにおける光信号検出のための素子動作においては、蓄積期間−読出期間−初期化期間(掃出期間)−雑音電圧読出期間−蓄積期間−・・・というように、蓄積期間−読出期間−初期化期間(掃出期間)−雑音電圧読出期間という一連の過程が繰り返される。[0018]
The above components are covered with an
In the element operation for light signal detection in the MOS type image sensor described above, the accumulation period, the readout period, the initialization period (sweeping period), the noise voltage readout period, the accumulation period,... -Readout period-Initialization period (spouting period)-A series of processes of noise voltage readout period is repeated.
【0022】
雑音電圧読出期間を利用してキャリアポケットから光発生電荷を掃き出した状態での第2のソース電位を第2のラインメモリに記憶させる。この期間も、受光ダイオード111やMOSトランジスタ112には上記読出期間と同様な電圧が印加される。[0022]
The second source potential is stored in the second line memory in a state where the photogenerated charge is swept out from the carrier pocket using the noise voltage read period. Also in this period, a voltage similar to that in the above-described read period is applied to the
【0031】
ゲート電極59は、ドレイン領域57aとソース領域56の間の第2のウエル領域54b上にゲート絶縁膜58を介して形成されている。ゲート電極59下の第2のウエル領域54bの表層がチャネル領域となる。さらに、通常の動作電圧において、チャネル領域を電子の蓄積状態或いはディプレーション状態に保持するため、チャネル領域に適当な濃度のn型不純物を導入してチャネルドープ層54cを形成している。[0031]
The
【0034】
図2(b)に光発生ホールがキャリアポケット55に蓄積し、ソース側のチャネル領域に電子が誘起されて電子の蓄積領域が生じている状態のポテンシャル図を示す。この蓄積電荷により、MOSトランジスタ112の閾値電圧が変化する。従って、光信号の検出は、この閾値電圧の変化を検出することにより行なうことができる。[0034]
FIG. 2B shows a potential diagram in a state where the photogenerated holes are accumulated in the
【0051】
この場合、p型の第1及び第2のウエル領域54a、54bを用い、かつ光信号検出用MOSトランジスタ112がnMOSの場合に適用する。
次に、図11にしたがって、一連の連続した固体撮像素子の光検出動作を簡単に説明する。光検出動作は、前記したように、蓄積期間−読出期間−初期化期間(掃出期間)−雑音電圧読出期間からなる一連の過程を繰り返し行なう。ここでは、都合上、蓄積期間から説明を始める。[0051]
In this case, the present invention is applied to the case where the p-type first and
Next, the light detection operation of a series of continuous solid-state imaging devices will be briefly described according to FIG. As described above, the light detection operation repeats a series of processes consisting of accumulation period-readout period-initialization period (sweeping period) -noise voltage readout period. Here, for convenience, the explanation will start from the accumulation period.
【0056】
なお、蓄積期間において、前の期間に第1及び第2のラインメモリに記憶されたソース電位の差の電圧が映像信号出力端子107に出力されるが、この動作に関しては雑音電圧読出期間の後に説明することにする。
次に、読出期間の開始時の期間において、VSCAN駆動走査回路102の出力(Vpg)を設置電位(MOSトランジスタ112のゲート電位となる)とする。一方、VDD供給線61a、61b、・・・は凡そ3.3Vに保たれている。[0056]
In the accumulation period, the voltage of the difference between the source potentials stored in the first and second line memories in the previous period is output to the video signal output terminal 107. Regarding this operation, after the noise voltage read period I will explain.
Next, in the period at the start of the reading period, the output (Vpg) of the VSCAN drive scanning circuit 102 is set to the set potential (becomes the gate potential of the MOS transistor 112). On the other hand, the VDD
【0057】
次に、読出期間の開始時の期間終了後の期間において、VSCAN駆動走査回路102の出力(Vpg)を凡そ2.2V(MOSトランジスタ112のゲート電位となる)とする。一方、VDD供給線61a、61b、・・・は凡そ3.3V(MOSトランジスタ112のドレイン電位となる)に保たれている。
即ち、ゲート電極59にMOSトランジスタ112が飽和状態で動作し得る約2.2Vのゲート電圧(Vpg)を印加し、ドレイン領域57aにMOSトランジスタ112が動作し得る約3.3Vの電圧(Vpd)を印加する。これにより、キャリアポケット55上方のチャネル領域の一部に低電界の電子の蓄積領域が形成され、チャネル領域の残りの部分に高電界領域が形成される。このとき、MOSトランジスタ112のドレイン電圧−電流特性は飽和特性を示す。[0057]
Next, in the period after the end of the period at the start of the read period, the output (Vpg) of the VSCAN drive scanning circuit 102 is approximately 2.2 V (becomes the gate potential of the MOS transistor 112). On the other hand, the VDD
That is, a gate voltage (Vpg) of about 2.2 V at which
【0059】
このとき、ゲート電極59に印加した電圧は第2のウエル領域54b及び第2のウエル領域54bの下のn型層52bにかかる。このとき発生する高電界により第2のウエル領域54bから確実にキャリアを掃き出すことができる。
キャリアポケット55に蓄積された光発生電荷を排出した後、蓄積期間の前の雑音電圧読出期間の開始時の期間において、VSCAN駆動走査回路102の出力(Vpg)を接地電位(MOSトランジスタ112のゲート電位となる)とし、同時にVDD駆動走査回路103の出力(Vpd)を3.3V(MOSトランジスタ112のドレイン電位となる)とする。[0059]
At this time, the voltage applied to the
After discharging the photogenerated charge stored in the
【0060】
次に、雑音電圧読出期間の開始時の期間終了後の期間において、VSCAN駆動走査回路102の出力(Vpg)を凡そ2.2V(MOSトランジスタ112のゲート電位となる)とする。一方、VDD供給線61a、61b、・・・は凡そ3.3Vに保たれている。
これにより、キャリアポケット55上方のチャネル領域の一部に低電界の電子の蓄積領域が形成され、チャネル領域の残りの部分に高電界領域が形成される。このとき、MOSトランジスタ112のソースにドレイン電流が流れて、ドレイン電圧−電流特性は閾値電圧に従って飽和特性を示す。これにより、第2のラインメモリが充電されていき、充電が完了したところで、第2のラインメモリに光発生電荷によらない残留電荷に起因した雑音電圧(VoutN)が記憶される。[0060]
Next, in a period after the end of the period at the start of the noise voltage read period, the output (Vpg) of the VSCAN drive scanning circuit 102 is approximately 2.2 V (becomes the gate potential of the MOS transistor 112). On the other hand, the
As a result, a low electric field electron accumulation region is formed in part of the channel region above the
【0062】
以上のように、この発明の第3の実施の形態によれば、蓄積動作−読出動作−初期化動作(掃出動作)−雑音電圧読出動作の一連の過程において、光発生ホールが移動するときに、半導体表面やチャネル領域内の雑音源と相互作用しない理想的な光電変換機構を実現することができる。
以上、実施の形態によりこの発明を詳細に説明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲に含まれる。[0062]
As described above, according to the third embodiment of the present invention, when a light generation hole moves in a series of processes of accumulation operation-read operation-initialization operation (spouting operation) -noise voltage read operation In addition, it is possible to realize an ideal photoelectric conversion mechanism which does not interact with the noise source in the semiconductor surface or the channel region.
As mentioned above, although this invention was explained in detail by the embodiment, the scope of this invention is not limited to the example concretely shown in the above-mentioned embodiment, and the above-mentioned execution of the range which does not deviate from the gist of this invention Modification of the form is included in the scope of the present invention.
【0063】
例えば、上記の実施の形態では、蓄積期間においてチャネル領域の電子の蓄積状態を形成するため、特に、ドレイン領域57a及びソース領域56と第2のウエル領域54bとで形成されたpn接合が逆バイアスされるように、ドレイン領域57a及びソース領域56に電圧を印加しているが、場合により、ドレイン領域57a及びソース領域56に接地電圧を印加してもよい。[0063]
For example, in the above embodiment, in order to form an accumulation state of electrons in the channel region in the accumulation period, in particular, the pn junction formed by the
Claims (5)
前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極はリング状を有し、該ゲート電極の内周部の内側に前記ソース領域が設けられ、前記ゲート電極の外周の外側に前記トレイン領域が設けられ、かつ前記単位画素は前記ドレイン領域と同じ反対導電型を有する拡散分離領域が一連なりとなっている素子分離領域によって囲まれていることを特徴とする固体撮像装置。A light receiving diode formed in a first well region of one conductivity type, and a conductive electrically connected adjacent to the first well region of the light receiving diode so as to be capable of storing photogenerated charges generated by the light receiving diode And a unit pixel having an insulated gate field effect transistor for light signal detection formed in a second well region of the die, and the portion of the insulated gate field effect transistor is a second well of the one conductivity type. A drain region and a source region of the opposite conductivity type provided in the region, a channel region between the drain region and the source region, and a gate electrode formed on the channel region via a gate insulating film. A high concentration buried type of one conductivity type provided in the second well region of the one conductivity type under the channel region, for accumulating the photogenerated charge generated by light irradiation with the light receiving diode Solid-state imaging device having a layer, the photogenerated charge is accumulated in the one conductivity type high concentration buried layer, and the threshold voltage of the channel region in the insulated gate field effect transistor is modulated to detect an optical signal A solid-state imaging device,
The gate electrode of the insulated gate field effect transistor has a ring shape, the source region is provided inside the inner peripheral portion of the gate electrode, and the train region is provided outside the outer periphery of the gate electrode, The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the unit pixel is surrounded by an element isolation region in which a series of diffusion isolation regions having the same opposite conductivity type as the drain region is formed.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000246411A JP3568885B2 (en) | 2000-08-15 | 2000-08-15 | Solid-state imaging device |
US09/928,508 US6448596B1 (en) | 2000-08-15 | 2001-08-14 | Solid-state imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000246411A JP3568885B2 (en) | 2000-08-15 | 2000-08-15 | Solid-state imaging device |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003369041A Division JP3889389B2 (en) | 2003-10-29 | 2003-10-29 | Solid-state imaging device |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002057316A JP2002057316A (en) | 2002-02-22 |
JP3568885B2 JP3568885B2 (en) | 2004-09-22 |
JP2002057316A5 true JP2002057316A5 (en) | 2004-10-28 |
Family
ID=18736728
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000246411A Expired - Lifetime JP3568885B2 (en) | 2000-08-15 | 2000-08-15 | Solid-state imaging device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3568885B2 (en) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4595464B2 (en) * | 2004-09-22 | 2010-12-08 | ソニー株式会社 | Manufacturing method of CMOS solid-state imaging device |
JP2006120710A (en) * | 2004-10-19 | 2006-05-11 | Toshiba Corp | Solid state imaging device |
JP5356726B2 (en) | 2008-05-15 | 2013-12-04 | 浜松ホトニクス株式会社 | Distance sensor and distance image sensor |
JP5659759B2 (en) | 2010-12-10 | 2015-01-28 | セイコーエプソン株式会社 | Solid-state imaging device |
JP5357291B2 (en) * | 2012-03-21 | 2013-12-04 | 浜松ホトニクス株式会社 | Distance sensor and distance image sensor |
-
2000
- 2000-08-15 JP JP2000246411A patent/JP3568885B2/en not_active Expired - Lifetime
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9711561B2 (en) | Solid-state imaging device and camera including discrete trench isolation structure | |
JP5426114B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US6448596B1 (en) | Solid-state imaging device | |
JP4439888B2 (en) | MOS type solid-state imaging device and driving method thereof | |
JP2004259733A (en) | Solid-state image pickup device | |
JP4426273B2 (en) | MOS type solid-state imaging device and manufacturing method thereof | |
JP4165250B2 (en) | Solid-state imaging device | |
US6545331B1 (en) | Solid state imaging device, manufacturing method thereof, and solid state imaging apparatus | |
JP2002057315A (en) | Solid state image sensing device and its driving method | |
JP3615144B2 (en) | Solid-state imaging device | |
JP2002057316A5 (en) | ||
JP3568885B2 (en) | Solid-state imaging device | |
US6423958B1 (en) | Solid state imaging device and method of driving the same | |
JP3891125B2 (en) | Solid-state imaging device | |
JP2002050753A (en) | Solid-state image pickup element, production method therefor and device thereof | |
JP2004241487A (en) | Manufacturing method of solid-state imaging element | |
JP3889389B2 (en) | Solid-state imaging device | |
CN101128934A (en) | Solid-state image pickup device and method for driving the same | |
KR100460760B1 (en) | Unit Pixel with improved fill factor and dark signal property in cmos image sensor | |
JP3847521B2 (en) | Solid-state imaging device and driving method thereof | |
JP3875223B2 (en) | Solid-state imaging device and driving method thereof | |
JP3574370B2 (en) | Solid-state imaging device and driving method thereof | |
JP3652608B2 (en) | Storage method of optical signal of solid-state imaging device | |
JP2006074497A (en) | Solid-state image pickup device | |
JP2008092254A (en) | Solid-state imaging apparatus and its driving method |