JP2012209416A - Solid-state imaging device, method for manufacturing the same, and electronic information equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device configured by a semiconductor element that photoelectrically converts image light from a subject and images the same, and a manufacturing method thereof, for example, a digital video camera and a digital device using the solid-state imaging device as an image input device in an imaging unit. The present invention relates to an electronic information device such as a digital camera such as a still camera, an image input camera such as a surveillance camera, a scanner device, a facsimile device, a television phone device, and a camera-equipped mobile phone device.
従来、増幅型固体撮像素子としては、増幅機能を持たせた画素部とその画素部の周辺に走査回路を有し、その走査回路により画素データを読み出す増幅型固体撮像素子が提案されている。特に、画素構成を周辺の駆動回路および信号処理回路と一体化するのに有利なCMOS(コンプリメンタリ・メタル・オキサイド・セミコンダクタ)により構成されたAPS(Active Pixel Sensor)型イメージセンサが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as an amplification type solid-state imaging device, an amplification type solid-state imaging device has been proposed which has a pixel unit having an amplification function and a scanning circuit around the pixel unit and reads pixel data by the scanning circuit. In particular, there is known an APS (Active Pixel Sensor) type image sensor constituted by CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) which is advantageous for integrating a pixel configuration with a peripheral driving circuit and a signal processing circuit.
上記APS型イメージセンサは、通常、1画素部内に光電変換部、リセット部、増幅部および画素選択部を形成する必要がある。このため、APS型イメージセンサには、通常、フォトダイオードからなる光電変換部の他に、3〜4個のMOSトランジスタが用いられている。 In the APS type image sensor, it is usually necessary to form a photoelectric conversion unit, a reset unit, an amplification unit, and a pixel selection unit in one pixel unit. For this reason, in the APS type image sensor, 3 to 4 MOS transistors are usually used in addition to the photoelectric conversion unit made of a photodiode.
ところが、1画素部当たり3〜4個のMOSトランジスタが必要であれば、画素サイズの小型化の制約となるため、1画素部当たりのトランジスタの数を低減する方法が例えば特許文献1などに提案されている。 However, if 3 to 4 MOS transistors are required per pixel portion, it becomes a restriction for downsizing the pixel size. Therefore, a method for reducing the number of transistors per pixel portion is proposed in Patent Document 1, for example. Has been.
図10は、従来の増幅型固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。 FIG. 10 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of the configuration of the main part of a conventional amplification type solid-state imaging device.
図10において、従来の増幅型固体撮像素子100は、P型基板101の上部にP型ウェル102が設けられている。P型ウェル102内の各画素部毎に、表面酸化膜103下の表面高濃度拡散層104により埋め込まれ、入射光を光電変換して信号電荷を発生させる埋め込みフォトダイオード105と、この埋め込みフォトダイオード105に蓄積された信号電荷を電荷検出部106に転送するために電荷転送制御電圧が印加されるゲート107aが、埋め込みフォトダイオード105と電荷検出部106間のチャネル領域上に表面酸化膜103を介して設けられた電荷転送トランジスタ107と、電荷検出部106に転送された信号電荷に対応した検出電圧を基準電圧にリセットするためにリセット制御電圧が印加されるゲート108aが、電荷検出部106とVDD電源電位が印加されている拡散層109間のチャネル領域上に表面酸化膜103を介して設けられたリセットトランジスタ108とを有している。これらの表面高濃度拡散層104、埋め込みフォトダイオード105および各トランジスタ107,108の周囲は素子分離酸化膜103(例えばSTIなど)によって画素部毎に素子分離されている。
In FIG. 10, the conventional amplification type solid-
ここでは、既存技術のため明記しないが、電荷検出部106からソースフォロワ回路などの増幅器(増幅トランジスタ回路)が接続されており、電荷検出部106に転送された信号電荷に対応した検出電圧に応じて増幅トランジスタが検出電圧を増幅して画素毎の撮像信号を出力する。フォトダイオード105は埋め込み型であり、フォトダイオード105からの信号電荷転送を完全とすれば、極めて低ノイズ化できて、高画質の画像信号を得ることが可能となることが知られている。
Here, although not specified because of the existing technology, an amplifier (amplification transistor circuit) such as a source follower circuit is connected from the
この電荷検出部106において、フォトダイオード105からの信号電荷△Qsigを電圧信号△Vsigに変換する電荷電圧変換効率ηは、電荷検出部106の容量をCFDとすると、
η=G・△Vsig/△Qsig=G/CFD
となる。ここで、Gは、増幅器(増幅トランジスタ)のゲインであり、通常、ソースフォロワ回路を用いた場合、1より若干小さい値(〜0.9)を示す。電荷電圧変換効率ηを大きくするには電荷検出部106の容量CFDを小さくする必要がある。この電荷検出部106の容量CFDは、電荷検出部106に接続された電荷転送トランジスタ107のドレイン側接合容量と増幅器(増幅トランジスタ)の入力容量および基板(この場合Pウエル102)とのジャンクション容量、配線間のカップリング容量の総和である。変換電圧信号Vsig=Qsig(信号電荷)/電荷検出部106の容量CFDであるので、電荷検出部106の容量CFDが小さければ小さいほど、変換電圧Vの値が大きくなって電荷電圧変換率ηがよくなる。
In this
η = G ・ △ Vsig / △ Qsig = G / CFD
It becomes. Here, G is the gain of the amplifier (amplification transistor), and usually shows a value (˜0.9) slightly smaller than 1 when a source follower circuit is used. In order to increase the charge-voltage conversion efficiency η, it is necessary to reduce the capacitance CFD of the
したがって、共通の信号電荷蓄積部に接続されるフォトダイオード105および電荷転送トランジスタ107の数が多くなるほど、電荷検出部106に接続された電荷転送トランジスタ107のドレイン側接合容量とPウエル102とのジャンクション容量、ならびに配線間のカップリング容量が増加し、これによって、電荷電圧変換率ηが低下するという問題がある。
Therefore, as the number of
特許文献1には、上記電荷検出部106の容量CFDを低減するために、電荷検出部106とPウエル102とのジャンクション容量を下げる方法が提案されている。この事例として、図11に示すように、従来の増幅型固体撮像装置100Aにおいて、電荷検出部106の高濃度拡散層下に連続して直に低濃度拡散層106A(電界緩和層N−)を形成している。
Patent Document 1 proposes a method for reducing the junction capacitance between the
上記特許文献1に開示されている従来の構成では、上記電荷検出部106の高濃度拡散層のN+濃度1020 /cm3、Pウエル濃度1016 /cm3、低濃度拡散層106AのN−濃度1016/cm3とした場合、図10では電荷検出部106とPウエル102間の空乏層は0.66μmであったのを、図11では0.86μmとなって、空乏層の幅が1.3倍と増え、電荷検出部106とP型基板101とのジャンクション容量は、空乏層の幅に反比例するため、77パーセントに低減できるものの、電荷検出部106とP型基板101とのジャンクション容量が77パーセントにしか低減できない。このときのPN逆バイアス電圧を3.0Vとしている。
In the conventional configuration disclosed in Patent Document 1, the N + concentration of 10 20 / cm 3 of the high concentration diffusion layer, the P well concentration of 10 16 / cm 3 of the
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、画素サイズが小さくなって感度が下がっても上記電荷検出部の容量を更に低減することにより電荷電圧変換率を更に向上させて更なる高画質の画像信号を得ることができる固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and further improves the charge-voltage conversion rate by further reducing the capacitance of the charge detection unit even when the pixel size is reduced and the sensitivity is lowered, thereby further improving the image quality. It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device capable of obtaining the image signal and a manufacturing method thereof, and an electronic information device such as a camera-equipped mobile phone device using the solid-state imaging device as an image input device in an imaging unit.
本発明の固体撮像素子は、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部が2次元状に設けられて複数の画素部が構成された固体撮像素子において、該画素部毎に、該受光部の第1導電型光電変換部と、該第1導電型光電変換部から電荷転送された信号電荷を信号電圧に変換する第1導電型信号検出部とを有し、第1導電型基板の上部に第2導電型ウエルが設けられ、該第2導電型ウエル内に該第1導電型光電変換部および該第1導電型信号検出部が設けられており、該第1導電型信号検出部の下方の第2導電型ウエルは完全に空乏化されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The solid-state imaging device of the present invention is a solid-state imaging device in which a plurality of light-receiving portions that photoelectrically convert incident light to provide an image is provided in a two-dimensional manner to form a plurality of pixel portions. A first conductivity type photoelectric conversion unit, and a first conductivity type signal detection unit that converts a signal charge transferred from the first conductivity type photoelectric conversion unit into a signal voltage. A second conductivity type well is provided in the upper part, and the first conductivity type photoelectric conversion unit and the first conductivity type signal detection unit are provided in the second conductivity type well, and the first conductivity type signal detection unit is provided. The second conductivity type well below is completely depleted, thereby achieving the above object.
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子における第1導電型信号検出部の下方位置で、前記第1導電型基板と前記第2導電型ウエルの境界部を含む位置に、該第1導電型信号検出部の不純物濃度よりも低濃度の第1導電型拡散層が設けられている。 Preferably, the first conductivity type is located at a position below the first conductivity type signal detection unit in the solid-state imaging device according to the present invention and including a boundary between the first conductivity type substrate and the second conductivity type well. A first conductivity type diffusion layer having a lower concentration than the impurity concentration of the signal detection unit is provided.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における低濃度の第1導電型拡散層は、前記第1導電型信号検出部との間に前記第2導電型ウエルが介在するように、該第1導電型信号検出部下から深さ方向に離れた位置に深部電界緩和層として設けられている。 Still preferably, in the solid-state imaging device according to the present invention, the first conductivity type diffusion layer having a low concentration has the first conductivity type well so that the second conductivity type well is interposed between the first conductivity type signal detection unit and the first conductivity type signal detection unit. A deep field relaxation layer is provided at a position away from the bottom of the conductivity type signal detection unit in the depth direction.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における第1導電型光電変換部の下方の第2導電型ウエルが完全に空乏化されている。 Further, preferably, the second conductivity type well below the first conductivity type photoelectric conversion unit in the solid-state imaging device of the present invention is completely depleted.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における第1導電型光電変換部の下方の第2導電型ウエルと前記第1導電型基板の間の境界の深さ位置が、当該第2導電型ウエルに中性領域が存在する場合に比べて浅く形成されている。 More preferably, the depth position of the boundary between the second conductivity type well below the first conductivity type photoelectric conversion unit and the first conductivity type substrate in the solid-state imaging device of the present invention is the second conductivity type well. It is formed shallower than the case where the neutral region exists.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における第1導電型信号検出部の下方の第2導電型ウエルは、その周囲の第2導電型ウエルよりも深さが浅く不純物濃度が薄く設定されている。 More preferably, the second conductivity type well below the first conductivity type signal detection unit in the solid-state imaging device of the present invention is set to have a shallower depth and a lower impurity concentration than the surrounding second conductivity type well. Yes.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における第1導電型信号検出部の下方の第2導電型ウエルと前記第1導電型基板との境界において、該第1導電型信号検出部側に平坦部から突出した断面突出部が形成されている。 Further preferably, in the solid-state imaging device according to the present invention, at the boundary between the second conductivity type well below the first conductivity type signal detection unit and the first conductivity type substrate, it is flat on the first conductivity type signal detection unit side. The cross-sectional protrusion part protruded from the part is formed.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における第1導電型光電変換部の下方の第2導電型ウエルと前記第1導電型基板との境界は平坦部から凹んだ段差部になっている。 More preferably, the boundary between the second conductivity type well below the first conductivity type photoelectric conversion portion and the first conductivity type substrate in the solid-state imaging device of the present invention is a stepped portion recessed from a flat portion.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における第1導電型信号検出部に電荷転送された信号電荷に対応した信号電圧に応じて信号を増幅して出力する増幅器をさらに有する。 Further preferably, the solid-state imaging device of the present invention further includes an amplifier that amplifies and outputs a signal according to a signal voltage corresponding to the signal charge transferred to the first conductivity type signal detection unit.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における第1導電型はN型であり、前記第2導電型はP型である。 Further preferably, in the solid-state imaging device of the present invention, the first conductivity type is an N type, and the second conductivity type is a P type.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における第1導電型光電変換部は、該第1導電型光電変換部の表面側に設けられた第2導電型表面高濃度拡散層と、該第1導電型光電変換部の前記第1導電型基板側に設けられた前記第2導電型ウエルとにより囲まれた埋め込み型フォトダイオードで構成されている。 Still preferably, in a solid-state imaging device according to the present invention, the first conductivity type photoelectric conversion unit includes a second conductivity type surface high-concentration diffusion layer provided on the surface side of the first conductivity type photoelectric conversion unit, and the first conductivity type photoelectric conversion unit. It is composed of a buried photodiode surrounded by the second conductivity type well provided on the first conductivity type substrate side of the conductivity type photoelectric conversion unit.
本発明の固体撮像素子の製造方法は、本発明の上記固体撮像素子の製造方法において、入射光を光電変換して撮像する第1導電型光電変換部から電荷転送された信号電荷を信号電圧に変換する第1導電型信号検出部となる領域の下方領域に第1導電型不純物をイオン注入して、前記第1導電型基板と前記第2導電型ウエルの境界部を含む位置に該第1導電型信号検出部の不純物濃度よりも低濃度の第1導電型拡散層を形成する第1導電型拡散層形成ステップを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention is the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, wherein the signal charge transferred from the first conductivity type photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion of incident light to capture an image is used as a signal voltage. A first conductivity type impurity is ion-implanted in a region below the region to be converted to the first conductivity type signal detection unit, and the first conductivity type impurity is ion-implanted at a position including the boundary between the first conductivity type substrate and the second conductivity type well. It has a first conductivity type diffusion layer forming step for forming a first conductivity type diffusion layer having a lower concentration than the impurity concentration of the conductivity type signal detection unit, thereby achieving the above object.
本発明の固体撮像素子の製造方法は、本発明の上記固体撮像素子の製造方法において、入射光を光電変換して撮像する第1導電型光電変換部から電荷転送された信号電荷を信号電圧に変換する第1導電型信号検出部となる領域の下方領域以外の領域に第2導電型不純物をイオン注入した後に熱拡散処理して回路用第2導電型ウェルを形成することにより、該回路用第2導電型ウェルと第1導電型基板との境界の断面構造として該第1導電型信号検出部側に突出した断面突出部を形成する回路用第2導電型ウェル形成ステップと、該第1導電型光電変換部となる領域下に、第2導電型不純物をイオン注入して光電変換部用第2導電型ウェルを形成することにより、該光電変換部用第2導電型ウェルと該第1導電型基板との境界の断面構造として該第1導電型基板側に凹んだ断面段差部を形成する光電変換部用第2導電型ウェル形成ステップとを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention is the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, wherein the signal charge transferred from the first conductivity type photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion of incident light to capture an image is used as a signal voltage. A second conductivity type well for a circuit is formed by ion-implanting a second conductivity type impurity in a region other than a region below the region to be converted into a first conductivity type signal detection unit, and then heat diffusion treatment to form a second conductivity type well for the circuit. A circuit second conductivity type well forming step for forming a cross-sectional protrusion projecting toward the first conductivity type signal detection unit as a cross-sectional structure of a boundary between the second conductivity type well and the first conductivity type substrate; The second conductive type well for the photoelectric conversion unit and the first conductive type well are formed by ion-implanting the second conductive type impurity under the region to be the conductive photoelectric conversion unit to form the second conductive type well for the photoelectric conversion unit. As a cross-sectional structure at the boundary with the conductive substrate Those having a second conductivity type well formation step photoelectric conversion unit for forming the cross-sectional stepped portion recessed on the first conductive type substrate, the object can be achieved.
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The electronic information device of the present invention uses the solid-state imaging device of the present invention as an image input device in an imaging unit, and thereby achieves the above object.
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。 With the above configuration, the operation of the present invention will be described below.
本発明においては、画素部毎に、受光部の第1導電型光電変換部と、第1導電型光電変換部から電荷転送された信号電荷を信号電圧に変換する第1導電型信号検出部とを有し、第1導電型基板の上部に第2導電型ウエルが設けられ、第2導電型ウエル内に第1導電型光電変換部および第1導電型信号検出部が設けられており、第1導電型信号検出部の下方の第2導電型ウエルは完全に空乏化されている。 In the present invention, for each pixel unit, a first conductivity type photoelectric conversion unit of a light receiving unit, a first conductivity type signal detection unit that converts signal charge transferred from the first conductivity type photoelectric conversion unit into a signal voltage, and A second conductivity type well is provided on the first conductivity type substrate, a first conductivity type photoelectric conversion unit and a first conductivity type signal detection unit are provided in the second conductivity type well, The second conductivity type well below the one conductivity type signal detection unit is completely depleted.
これによって、第1導電型信号検出部の下方の第2導電型ウエルは完全に空乏化されていることにより、第1導電型信号検出部のジャンクション容量Cを大幅に下げることができ、画素サイズが小さくなりかつ、上記第1導電型信号検出部のジャンクション容量Cを更に低減することにより電荷電圧変換率を更に向上させて更なる高画質の画像信号を得ることが可能となる。 As a result, the second conductivity type well below the first conductivity type signal detection unit is completely depleted, so that the junction capacitance C of the first conductivity type signal detection unit can be greatly reduced, and the pixel size is reduced. Further, by further reducing the junction capacitance C of the first conductivity type signal detector, it is possible to further improve the charge-voltage conversion rate and obtain a higher quality image signal.
以上により、本発明によれば、第1導電型信号検出部の下方の第2導電型ウエルは完全に空乏化されていることにより、第1導電型信号検出部のジャンクション容量Cを大幅に下げることができて、画素サイズが小さくなっても、上記第1導電型信号検出部のジャンクション容量Cを更に低減することにより電荷電圧変換率を更に向上させて更なる高画質の画像信号を得ることができる。 As described above, according to the present invention, since the second conductivity type well below the first conductivity type signal detector is completely depleted, the junction capacitance C of the first conductivity type signal detector is greatly reduced. Even if the pixel size is reduced, it is possible to further improve the charge-voltage conversion rate by further reducing the junction capacitance C of the first-conductivity-type signal detection unit to obtain a higher-quality image signal. Can do.
以下に、本発明の固体撮像素子の実施形態1〜3および、この固体撮像素子の実施形態1〜3を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態3について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。 Embodiments 1 to 3 of the solid-state imaging device of the present invention and implementation of an electronic information device such as a mobile phone device with a camera using the solid-state imaging device of Embodiments 1 to 3 as an image input device in an imaging unit will be described below. The third embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In addition, each thickness, length, etc. of the structural member in each figure are not limited to the structure to illustrate from a viewpoint on drawing preparation.
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1の2次元増幅型固体撮像素子における深部電界緩和層N−のイオン注入平面視パターンを含む要部構成例を模式的に示す平面図である。図2は、図1のAA’線縦断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a plan view schematically showing a configuration example of a main part including an ion implantation planar view pattern of a deep electric field relaxation layer N− in the two-dimensional amplification type solid-state imaging device of Embodiment 1 of the present invention. 2 is a longitudinal sectional view taken along line AA ′ of FIG.
図1において、本実施形態1の2次元増幅型固体撮像素子1は、第1導電型(ここではN型)光電変換部としてのフォトダイオード6が複数個、平面視行列方向に2次元状でマトリクス状に配列されている。各フォトダイオード6は、平面視4角形の右下側の1角から1辺に沿って所定幅で突出しており、フォトダイオード6の突出部に、電荷転送トランジスタ8と、電荷検出部7と、リセットトランジスタ9と、VDD電源電位が接続される拡散層10とがこの順に配置されている。これらによって、平面視L字状に形成されている。フォトダイオード6の平面視右側で、電荷転送トランジスタ8と、電荷検出部7と、リセットトランジスタ9と、VDD電源電位が接続される拡散層10との配置の上側に、電荷検出部7に電荷転送された信号電荷に対応した検出電圧に応じて信号を増幅して信号出力する増幅トランジスタを含む増幅器13が配置されている。電荷検出部7の深さ方向下方位置には、ジャンクション容量CFDを低減して、電荷電圧変換率を大幅に向上させるために、電荷検出部7の平面視外形よりも大きく点線で囲った深部電界緩和層12が設けられている。
In FIG. 1, the two-dimensional amplification type solid-state imaging device 1 of Embodiment 1 includes a plurality of
図2において、本実施形態1の2次元増幅型固体撮像素子1は、N型基板2の上部側にP型ウェル3を設けている。P型ウェル3内の各画素部毎に、表面酸化膜4下の表面高濃度拡散層5により埋め込まれ、入射光を光電変換して信号電荷を発生させるN型光電変換部としての埋め込みフォトダイオード6と、この埋め込みフォトダイオード6に蓄積された信号電荷を電荷検出部7に転送するために電荷転送制御電圧が印加されるゲート8aが、埋め込みフォトダイオード6と電荷検出部7との間のチャネル領域上に表面酸化膜4を介して設けられた電荷転送トランジスタ8と、電荷検出部7に転送された信号電荷に対応した検出電圧を基準電圧にリセットするためにリセット制御電圧が印加されるゲート9aが、電荷検出部7とVDD電源電位が印加されている拡散層10との間のチャネル領域上に表面酸化膜4を介して設けられたリセットトランジスタ9とを有している。これらの表面高濃度拡散層5、埋め込みフォトダイオード6および各トランジスタ8,9の平面視周囲は素子分離酸化膜11(例えばSTIなど)によって画素部毎に素子分離されている。
In FIG. 2, the two-dimensional amplification type solid-state imaging device 1 of the first embodiment has a P-type well 3 on the upper side of an N-
電荷検出部7からソースフォロワ回路などの増幅器(増幅トランジスタ回路)が接続されており、電荷検出部7に転送された信号電荷に対応した検出電圧に応じて増幅トランジスタが撮像信号を増幅して信号出力する。
An amplifier (amplification transistor circuit) such as a source follower circuit is connected from the
電荷検出部7下に対応したP型ウェル3の底部を含む位置であって電荷検出部7路の間にP型ウェル3が介在するように深部電界緩和層12が設けられており、これによって、電荷検出部7の容量CFDを大幅に削減することができて電荷電圧変換率ηを向上させて高画質の画像信号を得ることができる。要するに、電荷検出部7下から深さ方向に離れた位置に深部電界緩和層12が設けられている。
A deep electric
従来例では、P側基板であったが、本実施形態1ではN型基板2を採用し、電荷検出部7の下方位置に深部電界緩和層12としてN−層を高エネルギーでN型不純物をイオン注入することにより形成している。
In the conventional example, the P-side substrate is used. However, in the first embodiment, the N-
一定のPN逆バイアス電位が電荷検出部7、P型ウエル3およびN型基板2に印加された場合、電荷検出部7とP型ウエル3との間に空乏層が広がり、P型ウエル3と深部電界緩和層12間にも空乏層が広がり、仮に、P型ウエル3内に発生した空乏層によってP型ウエル3内のGND電位を持つ中性領域が消滅すれば、結局、電荷検出部7と中性領域(この場合はN型基板2)との空乏層は、上記に述べたおのおのの空乏層の総和となって、電荷検出部7とN型基板2とのジャンクション容量を大幅に低減できる。
When a constant PN reverse bias potential is applied to the
ここで、例えば各層のP層またはN層の密度をそれぞれ、電荷検出部7のN+濃度1020 /cm3、その下のP型ウエル3の濃度1016 /cm3、深部電界緩和層12のN−濃度1016/cm3とした場合に、電荷検出部7とP型ウエル3との間のPN接合のP型ウエル3側の空乏層は0.6μmである。また、電荷検出部7側は高濃度のため、空乏層の発生は少なく0.06μmである。また、P型ウエル3と深部電界緩和層12のN−層との間のPN接合のP型ウエル3側の空乏層は0.43μm、深部電界緩和層12側の空乏層は0.43μmとなる。ただし、PNの逆バイアス電位は3Vとしている。
Here, for example, the density of the P layer or the N layer of each layer is set such that the N + concentration of the
電荷検出部7の下方のP型ウエル3は、電荷検出部7からの空乏層と深部電界緩和層12からの空乏層が広がり(この場合、0.6μmと0.43μm)、これにより、P型ウエル3の中性領域が完全になくなると、P型ウエル3は完全に空乏化する。
In the P-type well 3 below the
その条件とは、図2の電荷検出部7と深部電界緩和層12に挟まれたP型ウエル3の深さ方向の距離が約1.0μm以下であることである。この条件下で、第1導電型信号検出部としてのN型の電荷検出部7と、第1導電型基板としてのN型基板2との間に第2導電型ウエルとしてのP型ウエル3が設けられている場合に、電荷検出部7の下方位置で、N型基板2とP型ウエル3の境界部を含む位置に、電荷検出部7のN型不純物濃度よりも低濃度のN−層(第1導電型拡散層)が設けられることにより、P型ウエル3は完全に空乏化されている。
The condition is that the distance in the depth direction of the P-type well 3 sandwiched between the
図3は、図2の2次元増幅型固体撮像素子1における電荷検出部7からN型基板2の深さ方向へのポテンシャル図である。
FIG. 3 is a potential diagram from the
図3に示すように、電荷検出部7と中性領域(この場合はN型基板2)との距離は、電荷検出部7とP型ウエル3との間の空乏層の0.66μmと、P型ウエル3と深部電界緩和層12との間の空乏層の0.86μmの和となり、従来の場合に比べてジャンクション容量Cが、0.66μm / 1.52μm=0.43で43パーセントに低減したことになり、従来より大幅にジャンクション容量Cの低減が可能となり、電荷電圧変換率が大幅に向上する。
As shown in FIG. 3, the distance between the
次に、例えば、各層のP層またはN層の密度をそれぞれ、電荷検出部7のN+濃度1020/cm3、その下方のP型ウエル3の濃度1016/cm3、深部電界緩和層12のN−濃度1015/cm3とした場合、電荷検出部7とP型ウエル3との間のPN接合のP型ウエル3側の空乏層は0.6μmである。電荷検出部7側は高濃度のため空乏層発生は少なく0.06μmである。また、P型ウエル3と深部電界緩和層12のN−層との間のPN接合のP型ウエル3側の空乏層は0.18μm、深部電界緩和層12側の空乏層は1.84μmとなる。ただし、PNの逆バイアス電位は3Vとしている。
Next, for example, the density of the P layer or the N layer of each layer is set such that the N + concentration of the
電荷検出部7下のP型ウエル3は、電荷検出部7からの空乏層と深部電界緩和層12からの空乏層が広がり(この場合、0.6μmと0.18μm)、これにより、P型ウエル3の中性領域が完全に無くなるとP型ウエル3は完全に空乏化する。その条件とは、図2の電荷検出部7と深部電界緩和層12に挟まれたP型ウエル3の深さ方向の距離が約0.78um以下である。
In the P-type well 3 below the
電荷検出部7と中性領域(この場合はN型基板2)との距離は、電荷検出部7とP型ウエル3との間の空乏層の0.66μmと、P型ウエル3と深部電界緩和層12との間の空乏層の2.02umの和となり、従来の場合に比べてジャンクション容量Cが、0.66μm / 2.68μm=0.25で25パーセントに低減したことになり、従来の場合よりも大幅にジャンクション容量Cの低減が可能となって、電荷電圧変換率ηを大幅に向上させることができる。
The distance between the
また、電荷検出部7の下以外は深部電界緩和層12を不純物イオン注入をしないため、P型ウエル3の中性領域が十分に確保され、従来の場合と変わらない動作が保証され得ることになる。
In addition, since the deep
以上により、本実施形態1によれば、N型基板2の上部にP型ウエル3が設けられ、P型ウエル3内に埋め込みフォトダイオード6および電荷検出部7が設けられており、電荷検出部7の下方のP型ウエル3は完全に空乏化されている。
As described above, according to the first embodiment, the P-
このように、電荷検出部7とN型基板2に挟まれたP型ウエル3を空乏化することにより、電荷検出部7のジャンクション容量Cを大幅に下げ、ひいては画素サイズが小さくかつ電荷電圧変換率ηを向上させて高画質の画像信号を得ることができる。
In this way, by depleting the P-type well 3 sandwiched between the
(実施形態2)
図4は、本発明の実施形態2の2次元増幅型固体撮像素子における深部電界緩和層N−のイオン注入平面視パターンを含む要部構成例を模式的に示す平面図である。図5は、図4のBB’線縦断面図である。なお、図4および図5では、図1および図2の構成部材と同一の作用効果を奏する部材には同一の符号を付して説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a plan view schematically showing a configuration example of a main part including an ion implantation planar view pattern of the deep electric field relaxation layer N− in the two-dimensional amplification type solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention. 5 is a longitudinal sectional view taken along line BB ′ of FIG. 4 and FIG. 5, members having the same operational effects as the constituent members of FIG. 1 and FIG. 2 are described with the same reference numerals.
図4および図5において、本実施形態2の2次元増幅型固体撮像素子1Aは、光電変換部としてのフォトダイオード6が複数個、平面視行列方向に2次元状でマトリクス状に配列されている。各フォトダイオード6は、平面視4角形の右下側の1角から1辺に沿って所定幅で突出しており、フォトダイオード6の突出部に、電荷転送トランジスタ8と、電荷検出部7と、リセットトランジスタ9と、VDD電源電位が接続される拡散層10とがこの順に配置されている。これによって、平面視L字状に形成されている。フォトダイオード6の平面視右側で、電荷転送トランジスタ8と、電荷検出部7と、リセットトランジスタ9と、VDD電源電位が接続される拡散層10との配置の上側に、電荷検出部7に転送された信号電荷に対応した検出電圧に応じて信号を増幅して信号出力する増幅トランジスタを含む増幅器13が配置されている。電荷検出部7の深さ方向下方位置には、ジャンクション容量Cを低減して、電荷電圧変換率を大幅に向上させるために、電荷検出部7の平面視外形と略同一サイズの深部電界緩和層12Aが設けられている。
4 and 5, in the two-dimensional amplification type solid-state imaging device 1 </ b> A according to the second embodiment, a plurality of
上記実施形態1では、埋め込みフォトダイオード6下のP型ウエル3には中性領域が存在したが、本実施形態2では、埋め込みフォトダイオード6下のP型ウエル3Aは完全に空乏化している。要するに、上記実施形態1のP型ウエル3とN型基板2との境界位置が、本実施形態2のP型ウエル3AとN型基板2との境界位置よりも深く形成されている。即ち、本実施形態2のP型ウエル3AとN型基板2との境界位置が、上記実施形態1のようにP型ウエル3に中性領域が存在する場合に比べて上記実施形態1のP型ウエル3とN型基板2との境界位置よりも圧倒的に浅く形成されている。これによって、隣接した画素部間のクロストーク低減に効果がある。このように、P型ウエル3AとN型基板2の境界が上記実施形態1の場合よりも浅いため、深部電界緩和層12Aのイオン注入位置が浅く制御もし易く、イオン注入エネルギーも低エネルギーで済み、電荷検出部7と深部電界緩和層12Aに挟まれたP型ウエル3の深さ方向の距離も上記実施形態1の場合よりも少なく、完全空乏化させるのにプロセス的に有利である。要するに、上記実施形態1でのイオン注入が2段必要な場合であっても、深部電界緩和層12Aの深さ位置が浅い分だけ1段のイオン注入で済む。
In the first embodiment, the neutral region exists in the P-type well 3 below the embedded
以上により、本実施形態2によれば、第1導電型光電変換部としての埋め込みフォトダイオード6と第1導電型基板としてのN型基板2との間の第2導電型ウエルとしてのP型ウェル3Aが完全に空乏化されるように、本実施形態2のP型ウエル3AとN型基板2との境界位置が設定されているため、本実施形態2のP型ウエル3AとN型基板2との境界位置は、上記実施形態1のP型ウエル3とN型基板2との境界位置に比べて圧倒的に浅く形成されている。これによって、隣接した画素部間のクロストークが低減すると共に、深部電界緩和層12Aの深さ位置が浅く、そのイオン注入エネルギーも少なくて済み、深部電界緩和層12Aのサイズも平面視で狭くても良く、上記実施形態1の場合よりもP型ウエル3Aを完全空乏化させるのに有利である。
As described above, according to the second embodiment, the P-type well as the second conductivity type well between the embedded
したがって、電荷検出部7とN型基板2に挟まれたP型ウエル3Aをより確実に空乏化することにより、電荷検出部7のジャンクション容量Cを大幅に下げることができて、ひいては画素サイズが小さくかつ電荷電圧変換率ηを向上させて高画質の画像信号を得ることができる。
Therefore, by depleting the P-
なお、上記実施形態1、2では、固体撮像素子の製造方法については特に説明しなかったが、入射光を光電変換して撮像する第1導電型光電変換部としての埋め込みフォトダイオード6から電荷転送された信号電荷を信号電圧に変換する第1導電型信号検出部としての電荷検出部7となる領域の下方領域に、第2導電型ウエルとしてのP型ウエル3または3Aが完全に空乏化するように所定距離だけ離間して第1導電型不純物をイオン注入して、第1導電型基板としてのN型基板2または2AとP型ウエル3または3Aとの境界部を含む位置に電荷検出部7の不純物濃度よりも低濃度の第1導電型拡散層としての深部電界緩和層12または12Aを形成する第1導電型拡散層形成ステップを有している。
In the first and second embodiments, the manufacturing method of the solid-state imaging device is not particularly described. However, charge transfer is performed from the embedded
(実施形態3)
図6は、本発明の実施形態3の2次元増幅型固体撮像素子における要部構成例を模式的に示す縦断面図である。なお、図6では、図2の構成部材と同一の作用効果を奏する部材には同一の符号を付して説明する。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a vertical cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of the main part of the two-dimensional amplification type solid-state imaging device according to
図6に示すように、本実施形態3の2次元増幅型固体撮像素子1BにおけるP型ウェル3Bにおいて、回路用Pウエル14Aとフォトダイオード用Pウエル15の形成を別々に行っている。このP型ウェル3Bのウェル構造も各画素部のクロストーク低減に効果がある。
As shown in FIG. 6, in the P-
第1導電型信号検出部としての信号検出部7の下方の第2導電型ウエルとしての回路用Pウエル14Aは、その周囲の第2導電型ウエルとしてのフォトダイオード用Pウエル15よりも深さが浅く不純物濃度が薄く設定されている。信号検出部7の下方の第2導電型ウエルとしての回路用Pウエル14AとN型基板2Bの境界が信号検出部7側に突出している。要するに、回路用Pウエル14Aにおいて、N型基板2Bの領域が、電荷検出部7側の上方に平坦部22Bから突出した突出部21Bが形成される。また、フォトダイオード用P型ウェル15において、N型基板2Bとの境界の平坦部22Bから凹んで段差部23Bが生じて深くなっている。これらの場合に、信号検出部7と突出部21B間のP型ウエル3Bの回路用Pウエル14Aは完全に空乏化されている。また、埋め込みフォトダイオード6とN型基板2Bとの間の第2導電型ウエル3Bのフォトダイオード用Pウエル15も完全に空乏化されている。
The circuit P well 14A as the second conductivity type well below the
これによれば、上記実施形態1,2のような深部電界緩和層12,12Aの形成のために深い部分へのN型不純物のイオン注入の必要性がなくなって、製造工程がより容易になる。 This eliminates the need for ion implantation of N-type impurities into deep portions for the formation of the deep electric field relaxation layers 12 and 12A as in the first and second embodiments, and makes the manufacturing process easier. .
ここで、本実施形態3の2次元増幅型固体撮像素子1Bの製造方法について説明する。
Here, a manufacturing method of the two-dimensional amplification type solid-
図7(a)〜図7(c)および図8(a)〜図8(c)は、図6の2次元増幅型固体撮像素子1Bを製造する方法を説明するための各工程までの要部縦断面図である。
7 (a) to 7 (c) and FIGS. 8 (a) to 8 (c) show the essential steps up to each step for explaining the method of manufacturing the two-dimensional amplification type solid-
まず、図7(a)に示すように、N型基板2Bの表面側に素子分離用酸化膜11(例えばSTIなど)を表面酸化膜と共に形成する。素子分離用酸化膜11は、前述した表面高濃度拡散層5、埋め込みフォトダイオード6および各トランジスタ8,9などの平面視周囲を各画素部(単位画素部)毎に素子分離する。
First, as shown in FIG. 7A, an element isolation oxide film 11 (for example, STI) is formed on the surface side of the N-
次に、図7(b)に示すように、各トランジスタ8,9の下方の回路用P型ウェル14を形成するためにP型不純物をイオン注入する。この場合のイオン注入領域は、電荷検出部7となる領域の下方領域2a以外の領域にイオン注入する。即ち、電荷検出部7となる領域およびその下方領域2aには、P型不純物のイオン注入は行わない。
Next, as shown in FIG. 7B, P-type impurities are ion-implanted to form a circuit P-type well 14 below the
続いて、図7(c)に示すように、電荷検出部7となる領域の下方領域2a以外に薄く形成された回路用P型ウェル14に対して熱処理を行って回路用P型ウェル14を拡散処理する。これによって、両側の回路用P型ウェル14間の下方領域2aが無くなって互いに一体化して回路用P型ウェル14Aを形成する。この回路用P型ウェル14Aの下方領域2aに対応する位置において、N型基板2Bの領域が、電荷検出部7となる領域側に平坦部22Bから突出した突出部21Bが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 7C, the circuit P-
その後、図8(a)に示すように、前述した表面高濃度拡散層5および埋め込みフォトダイオード6を形成する領域下にフォトダイオード用P型ウェル15を形成するためにP型不純物を更にイオン注入する。このフォトダイオード用P型ウェル15において、N型基板2Bとの境界の平坦部22Bから凹んで段差部23Bが生じて深くなる。
Thereafter, as shown in FIG. 8A, further ion implantation of P-type impurities is performed in order to form the P-type well 15 for the photodiode under the region where the surface high-
さらに、図8(b)に示すように、電荷転送トランジスタ8のゲート8aおよびリセットトランジスタ9のゲート9a、その他、ここでは図示していないが、増幅トランジスタのゲートを所定位置に形成する。
Further, as shown in FIG. 8B, the
最後に、図8(c)に示すように、イオン注入により、表面高濃度拡散層5、埋め込みフォトダイオード6、電荷検出部7および拡散層10を形成する。これによって、本実施形態3の2次元増幅型固体撮像素子1Bを製造することができる。
Finally, as shown in FIG. 8C, the surface high-
要するに、本実施形態3の2次元増幅型固体撮像素子1Bの製造方法は、入射光を光電変換して撮像する第1導電型光電変換部としての埋め込みフォトダイオード6から電荷転送された信号電荷を信号電圧に変換する第1導電型信号検出部としての電荷検出部7となる領域直下の下方領域以外の領域に第2導電型不純物をイオン注入した後に熱拡散処理して回路用第2導電型ウェルとしての回路用P型ウェル14Aを形成することにより、回路用第2導電型ウェル14AとN型基板2Bとの境界の断面構造として電荷検出部7側に突出した断面突出部21Bを形成する回路用第2導電型ウェル形成ステップと、埋め込みフォトダイオード6となる領域下に、第2導電型不純物をイオン注入して光電変換部用第2導電型ウェルとしてのフォトダイオード用P型ウェル15を形成することにより、フォトダイオード用P型ウェル15とN型基板2Bとの境界の断面構造としてN型基板2B側に凹んだ断面段差部23Bを形成する光電変換部用第2導電型ウェル形成ステップとを有している。
In short, the manufacturing method of the two-dimensional amplification type solid-
以上により、本実施形態3によれば、上記実施形態1,2のように深部電界緩和層12,12Aを形成せずに、電荷検出部7とN型基板2Bに挟まれたP型ウエル3Bを空乏化することができる。これによって、電荷検出部7のジャンクション容量Cを大幅に下げ、ひいては画素サイズが小さくかつ電荷電圧変換率ηを向上させて高画質の画像信号を得ることができる。
As described above, according to the third embodiment, the deep field relaxation layers 12 and 12A are not formed as in the first and second embodiments, but the P-
(実施形態4)
図9は、本発明の実施形態4として、本発明の実施形態1〜3の固体撮像素子のいずれかを撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
(Embodiment 4)
FIG. 9 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of an electronic information device using any of the solid-state imaging devices according to Embodiments 1 to 3 of the present invention as an imaging unit as
図9において、本実施形態3の電子情報機器90は、上記実施形態1〜3の固体撮像素子のいずれかの撮像信号を所定の信号処理をしてカラー画像信号を得る固体撮像装置91と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部92と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示部93と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信部94と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力部95とを有している。なお、この電子情報機器90として、これに限らず、固体撮像装置91の他に、メモリ部92と、表示部93と、通信部94と、プリンタなどの画像出力部95とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。
In FIG. 9, the
この電子情報機器90としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置(PDA)などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。
As described above, the
したがって、本実施形態3によれば、この固体撮像装置91からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力部95により良好にプリントアウト(印刷)したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部92に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。
Therefore, according to the third embodiment, based on the color image signal from the solid-
なお、本実施形態1〜3では、特に詳細には説明しなかったがが、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部が2次元状に設けられて複数の画素部が構成された固体撮像素子において、画素部毎に、該受光部の第1導電型光電変換部と、第1導電型光電変換部から電荷転送された信号電荷を信号電圧に変換する第1導電型信号検出部とを有し、第1導電型基板の上部に第2導電型ウエルが設けられ、第2導電型ウエル内に第1導電型光電変換部および第1導電型信号検出部が設けられており、第1導電型信号検出部の下方の第2導電型ウエルは完全に空乏化されていることによって、画素サイズが小さくなりかつ上記電荷検出部の容量を更に低減することにより電荷電圧変換率を更に向上させて更なる高画質の画像信号を得ることができる本発明の目的を達成することができる。 Although not described in detail in Embodiments 1 to 3, a plurality of light receiving units that photoelectrically convert incident light to provide an image is provided in a two-dimensional manner to form a plurality of pixel units. In the solid-state imaging device, for each pixel unit, a first conductivity type photoelectric conversion unit of the light receiving unit, and a first conductivity type signal detection unit that converts a signal charge transferred from the first conductivity type photoelectric conversion unit into a signal voltage. A second conductivity type well is provided above the first conductivity type substrate, and a first conductivity type photoelectric conversion unit and a first conductivity type signal detection unit are provided in the second conductivity type well, Since the second conductivity type well below the first conductivity type signal detection unit is completely depleted, the pixel size is reduced and the capacitance of the charge detection unit is further reduced, thereby further increasing the charge-voltage conversion rate. It is possible to improve and obtain a higher quality image signal. It can achieve the object of the invention.
以上のように、本発明の好ましい実施形態1〜4を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態1〜4に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態1〜4の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。 As mentioned above, although this invention has been illustrated using preferable Embodiment 1-4 of this invention, this invention should not be limited and limited to this Embodiment 1-4. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range from the description of specific preferred embodiments 1 to 4 of the present invention based on the description of the present invention and the common general technical knowledge. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、画素サイズが小さくなっても、上記電荷検出部の容量を更に低減することにより電荷電圧変換率を更に向上させて更なる高画質の画像信号を得ることができる。 The present invention relates to a solid-state imaging device configured by a semiconductor element that photoelectrically converts image light from a subject and images the same, and a manufacturing method thereof, for example, a digital video camera and a digital device using the solid-state imaging device as an image input device in an imaging unit. In the field of electronic information equipment such as digital cameras such as still cameras, image input cameras such as surveillance cameras, scanner devices, facsimile devices, television telephone devices, and mobile phone devices with cameras, even if the pixel size is reduced, the above By further reducing the capacity of the charge detection unit, the charge-voltage conversion rate can be further improved and an image signal with higher image quality can be obtained.
1、1A、1B 2次元増幅型固体撮像素子
2、2A、2B N型基板
3、3A、3B P型ウェル
4 表面酸化膜
5 表面高濃度拡散層
6 埋め込みフォトダイオード
7 電荷検出部
8 電荷転送トランジスタ
8a、9a ゲート
9 リセットトランジスタ
10 拡散層
11 素子分離酸化膜
12、12A 深部電界緩和層
13 増幅トランジスタを含む増幅器
14,14A 回路用P型ウェル
15 フォトダイオード用P型ウェル
DESCRIPTION OF
Claims (14)
該画素部毎に、該受光部の第1導電型光電変換部と、該第1導電型光電変換部から電荷転送された信号電荷を信号電圧に変換する第1導電型信号検出部とを有し、
第1導電型基板の上部に第2導電型ウエルが設けられ、該第2導電型ウエル内に該第1導電型光電変換部および該第1導電型信号検出部が設けられており、該第1導電型信号検出部の下方の第2導電型ウエルは完全に空乏化されている固体撮像素子。 In a solid-state imaging device in which a plurality of light receiving units that photoelectrically convert incident light to provide an image are two-dimensionally provided and a plurality of pixel units are configured.
Each pixel unit includes a first conductivity type photoelectric conversion unit of the light receiving unit and a first conductivity type signal detection unit that converts the signal charge transferred from the first conductivity type photoelectric conversion unit into a signal voltage. And
A second conductivity type well is provided on the first conductivity type substrate, and the first conductivity type photoelectric conversion unit and the first conductivity type signal detection unit are provided in the second conductivity type well. A solid state imaging device in which the second conductivity type well below the one conductivity type signal detection unit is completely depleted.
該第1導電型光電変換部の表面側に設けられた第2導電型表面高濃度拡散層と、該第1導電型光電変換部の前記第1導電型基板側に設けられた前記第2導電型ウエルとにより囲まれた埋め込み型フォトダイオードで構成されている請求項1に記載の固体撮像素子。 The first conductivity type photoelectric conversion unit includes:
A second conductivity type surface high-concentration diffusion layer provided on the surface side of the first conductivity type photoelectric conversion unit; and the second conductivity provided on the first conductivity type substrate side of the first conductivity type photoelectric conversion unit. The solid-state imaging device according to claim 1, comprising a buried photodiode surrounded by a mold well.
入射光を光電変換して撮像する第1導電型光電変換部から電荷転送された信号電荷を信号電圧に変換する第1導電型信号検出部となる領域の下方領域に第1導電型不純物をイオン注入して、前記第1導電型基板と前記第2導電型ウエルの境界部を含む位置に該第1導電型信号検出部の不純物濃度よりも低濃度の第1導電型拡散層を形成する第1導電型拡散層形成ステップを有する固体撮像素子の製造方法。 In the manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 1,
The first conductivity type impurity is ionized in a region below the region serving as the first conductivity type signal detection unit that converts the signal charge transferred from the first conductivity type photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion of incident light to image the signal voltage. The first conductivity type diffusion layer having a concentration lower than the impurity concentration of the first conductivity type signal detection unit is formed at a position including the boundary between the first conductivity type substrate and the second conductivity type well by implantation. A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising a step of forming one conductivity type diffusion layer.
入射光を光電変換して撮像する第1導電型光電変換部から電荷転送された信号電荷を信号電圧に変換する第1導電型信号検出部となる領域の下方領域以外の領域に第2導電型不純物をイオン注入した後に熱拡散処理して回路用第2導電型ウェルを形成することにより、該回路用第2導電型ウェルと第1導電型基板との境界の断面構造として該第1導電型信号検出部側に突出した断面突出部を形成する回路用第2導電型ウェル形成ステップと、
該第1導電型光電変換部となる領域下に、第2導電型不純物をイオン注入して光電変換部用第2導電型ウェルを形成することにより、該光電変換部用第2導電型ウェルと該第1導電型基板との境界の断面構造として該第1導電型基板側に凹んだ断面段差部を形成する光電変換部用第2導電型ウェル形成ステップとを有する固体撮像素子の製造方法。 In the manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 1,
The second conductivity type is formed in a region other than the region below the region serving as the first conductivity type signal detection unit that converts the signal charge transferred from the first conductivity type photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light to image the signal voltage. The impurity is ion-implanted and then thermally diffused to form a circuit second conductivity type well, thereby forming the first conductivity type as a cross-sectional structure at the boundary between the circuit second conductivity type well and the first conductivity type substrate. A second conductivity type well forming step for forming a cross-sectional protruding portion protruding to the signal detecting portion side;
A second conductive type well for a photoelectric conversion unit is formed by ion-implanting a second conductive type impurity under a region to be the first conductive type photoelectric conversion unit, thereby forming a second conductive type well for the photoelectric conversion unit and A method of manufacturing a solid-state imaging device, comprising: a step of forming a second conductive type well for a photoelectric conversion unit that forms a stepped portion of a cross section recessed toward the first conductive type substrate as a cross-sectional structure at a boundary with the first conductive type substrate.
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