Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP4923596B2 - Solid-state imaging device - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP4923596B2 - Solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device Download PDF

Info

Publication number
JP4923596B2
JP4923596B2 JP2006023073A JP2006023073A JP4923596B2 JP 4923596 B2 JP4923596 B2 JP 4923596B2 JP 2006023073 A JP2006023073 A JP 2006023073A JP 2006023073 A JP2006023073 A JP 2006023073A JP 4923596 B2 JP4923596 B2 JP 4923596B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
well region
region
well
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006023073A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007207891A (en
Inventor
壽史 若野
圭司 馬渕
亮司 鈴木
章悟 黒木
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
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2006023073A priority Critical patent/JP4923596B2/en
Publication of JP2007207891A publication Critical patent/JP2007207891A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4923596B2 publication Critical patent/JP4923596B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Description

本発明は、固体撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device.

MOS増幅型撮像素子による、所謂CMOSイメージセンサと呼称される固体撮像装置が知られている。この固体撮像装置は、一般に、多数の画素が2次元マトリクス状に規則性を有して、例えば垂直方向及び水平方向に列及び行として規則的な配列とされた撮像部と、垂直駆動部と、水平転送部及び出力部とによって構成されている。
この固体撮像装置の一例として、列(カラム)毎にアナログ/デジタル変換器を有するMOS増幅型固体撮像装置の概略構成を、図8に示す。この固体撮像装置1は、撮像領域2に複数の画素1aが2次元行列状に配置され、垂直信号線3、カラム部4、水平信号線5に接続された出力回路6、垂直駆動回路7、水平駆動回路8及び制御回路9を有して構成される。
A solid-state imaging device called a so-called CMOS image sensor using a MOS amplification type imaging device is known. This solid-state imaging device generally has an imaging unit in which a large number of pixels have regularity in a two-dimensional matrix, for example, a regular arrangement as columns and rows in the vertical and horizontal directions, a vertical drive unit, , A horizontal transfer unit and an output unit.
As an example of this solid-state imaging device, FIG. 8 shows a schematic configuration of a MOS amplification type solid-state imaging device having an analog / digital converter for each column. The solid-state imaging device 1 includes a plurality of pixels 1 a arranged in a two-dimensional matrix in an imaging region 2, an output circuit 6 connected to a vertical signal line 3, a column unit 4, and a horizontal signal line 5, a vertical drive circuit 7, A horizontal drive circuit 8 and a control circuit 9 are included.

制御回路9は、入力クロックや、動作モードなどを指令するデータをMOSイメージセンサの外部から受け取り、それに従って以下の各部の動作に必要なクロックやパルスを供給する。
垂直駆動回路7は、画素部の行を選択し、その行の画素に図示しない横方向の制御配線を通して必要なパルスが供給される。
カラム部4には、カラム信号処理回路10が列に対応して並ぶ。カラム信号処理回路10は、1行分の画素の信号を受けて、その信号にCDS(Correlated Double Sampling:固定パターンノイズ除去の処理)や信号増幅やAD変換などの処理を行う。
水平駆動回路8は、カラム信号処理回路10を順番に選択し、その信号を水平信号線5に導く。出力回路6は、水平信号線5の信号を処理して出力する。例えばバッファリングだけする場合もあるし、その前に黒レベル調整、列ばらつき補正、信号増幅、色関係処理などを行うこともある。
また、画素1aは、1つの光電変換素子であるフォトダイオード(PD)と、複数のMOSトランジスタとによって構成される。
The control circuit 9 receives data for instructing an input clock, an operation mode, and the like from the outside of the MOS image sensor, and supplies clocks and pulses necessary for the operation of the following units in accordance with the data.
The vertical drive circuit 7 selects a row in the pixel portion, and a necessary pulse is supplied to the pixel in that row through a horizontal control wiring (not shown).
In the column unit 4, column signal processing circuits 10 are arranged corresponding to the columns. The column signal processing circuit 10 receives the signals of pixels for one row, and performs processing such as CDS (Correlated Double Sampling), signal amplification, and AD conversion on the signal.
The horizontal drive circuit 8 sequentially selects the column signal processing circuit 10 and guides the signal to the horizontal signal line 5. The output circuit 6 processes and outputs the signal of the horizontal signal line 5. For example, only buffering may be performed, and black level adjustment, column variation correction, signal amplification, and color-related processing may be performed before that.
The pixel 1a includes a photodiode (PD) that is one photoelectric conversion element and a plurality of MOS transistors.

画素1aに用いられ得る回路構成としては、例えば図9に示す所謂3トランジスタ型の構成が挙げられる。
この回路構成においては、フォトダイオード(PD)のカソード(n領域)が、転送トランジスタTr1を介して増幅トランジスタTr3のゲートに接続される。この増幅トランジスタTr3のゲートと電気的に繋がったノードをフローティング・ディフージョン(FD)と呼ぶ。転送トランジスタTr1はフォトダイオード(PD)とフローティング・ディフュージョン(FD)との間に接続され、ゲートに転送線11を介して転送パルスφTRGが与えられることによりオン状態となり、フォトダイオード(PD)で光電変換された信号電荷をフローティング・ディフージョン(FD)に転送する。
As a circuit configuration that can be used for the pixel 1a, for example, a so-called three-transistor configuration shown in FIG.
In this circuit configuration, the cathode (n region) of the photodiode (PD) is connected to the gate of the amplification transistor Tr3 via the transfer transistor Tr1. A node electrically connected to the gate of the amplification transistor Tr3 is referred to as a floating diffusion (FD). The transfer transistor Tr1 is connected between the photodiode (PD) and the floating diffusion (FD). When the transfer pulse φTRG is applied to the gate via the transfer line 11, the transfer transistor Tr1 is turned on. The converted signal charge is transferred to a floating diffusion (FD).

リセットトランジスタTr2は、ドレインが画素電源Vdd1に接続され、ソースがフローティング・ディフージョン(FD)に接続される。リセットトランジスタTr2は、ゲートにリセット線12を介してリセットパルスφRSTが与えられことによってオン状態となり、フォトダイオード(PD)からフローティング・ディフージョン(FD)への信号電荷の転送に先立って、フローティング・ディフージョン(FD)の電荷を画素電源Vdd1に捨てることによりフローティング・ディフージョン(FD)をリセットする。   The reset transistor Tr2 has a drain connected to the pixel power supply Vdd1, and a source connected to the floating diffusion (FD). The reset transistor Tr2 is turned on when a reset pulse φRST is applied to the gate via the reset line 12, and before the signal charge is transferred from the photodiode (PD) to the floating diffusion (FD), the floating transistor The floating diffusion (FD) is reset by discarding the charge of the diffusion (FD) to the pixel power supply Vdd1.

増幅トランジスタTr3は、ゲートがフローティング・ディフージョン(FD)に接続され、ドレインが画素電源Vdd2に接続され、ソースが垂直信号線13に接続される。増幅トランジスタTr3は、リセットトランジスタTr2によってリセットした後のフローティング・ディフージョン(FD)の電位をリセットレベルとして垂直信号線に出力し、さらに転送トランジスタTr1によって信号電荷を転送した後のフローティング・ディフージョン(FD)の電位を信号レベルとして垂直信号線13に出力する。
なお、画素の駆動に伴い画素電源Vdd1が高レベルと低レベルとに切り換えられる影響を受け、増幅トランジスタTr3のドレインは変動する。
The amplification transistor Tr3 has a gate connected to the floating diffusion (FD), a drain connected to the pixel power supply Vdd2, and a source connected to the vertical signal line 13. The amplification transistor Tr3 outputs the potential of the floating diffusion (FD) after being reset by the reset transistor Tr2 to the vertical signal line as the reset level, and further, the floating diffusion (after transfer of the signal charge by the transfer transistor Tr1) The potential of FD) is output to the vertical signal line 13 as a signal level.
Note that the drain of the amplifying transistor Tr3 fluctuates due to the influence of the pixel power supply Vdd1 being switched between a high level and a low level as the pixel is driven.

一方、画素1aに用いられ得る他の回路構成としては、例えば図10に示す所謂4トランジスタ型の構成が挙げられる。
この回路構成においては、光電変換素子、例えばフォトダイオード(PD)に加えて4つのトランジスタTr1〜Tr4が設けられる。ここで、トランジスタTr1〜Tr4は、例えばNチャネルのMOSトランジスタにとして構成される。
フォトダイオード(PD)は、受光した光をその光量に応じた電荷量の光電荷(ここでは、電子)に光電変換する。フォトダイオード(PD)のカソード(n型領域)は、転送トランジスタTr1を介して増幅トランジスタTr3のゲートと接続されている。この増幅トランジスタTr3のゲートと電気的に繋がったノードがフローティングディフュージョン(FD)となる。
横方向の配線、即ち転送線14、リセット線15および選択線16は、同一行の画素について共通となっており、垂直駆動回路7によって制御される。但し、画素1aのpウェル電位を固定するためのpウェル配線17は、グランド電位に固定されている。
On the other hand, as another circuit configuration that can be used for the pixel 1a, for example, a so-called four-transistor configuration shown in FIG.
In this circuit configuration, four transistors Tr1 to Tr4 are provided in addition to a photoelectric conversion element, for example, a photodiode (PD). Here, the transistors Tr1 to Tr4 are configured as, for example, N-channel MOS transistors.
The photodiode (PD) photoelectrically converts received light into photoelectric charges (here, electrons) having a charge amount corresponding to the amount of light. The cathode (n-type region) of the photodiode (PD) is connected to the gate of the amplification transistor Tr3 through the transfer transistor Tr1. A node electrically connected to the gate of the amplification transistor Tr3 becomes a floating diffusion (FD).
The horizontal wirings, that is, the transfer line 14, the reset line 15, and the selection line 16 are common to the pixels in the same row and are controlled by the vertical drive circuit 7. However, the p-well wiring 17 for fixing the p-well potential of the pixel 1a is fixed to the ground potential.

また、この構成において、転送トランジスタTr1は、フォトダイオード(PD)のカソードとフローティング・ディフュージョン(FD)との間に接続され、ゲートに転送線14を介して転送パルスφTRGが与えられることによってオン状態となり、フォトダイオード(PD)で光電変換された光電荷をフローティング・ディフュージョン(FD)に転送する。
リセットトランジスタTr2は、ドレインが画素電源Vddに、ソースがフローティング・ディフュージョン(FD)にそれぞれ接続され、ゲートにリセット線15を介してリセットパルスφRSTが与えられることによってオン状態となり、フォトダイオード(PD)からフローティング・ディフュージョン(FD)への信号電荷の転送に先立って、フローティング・ディフュージョン(FD)の電荷を画素電源Vddに捨てることによってこのフローティングディフュージョン(FD)をリセットする。
増幅トランジスタTr3は、ゲートがフローティング・ディフュージョン(FD)に、ドレインが画素電源Vddにそれぞれ接続され、リセットトランジスタTr2によってリセットした後のフローティング・ディフュージョン(FD)の電位をリセットレベルとして出力し、さらに転送トランジスタTr1によって信号電荷を転送した後のフローティング・ディフュージョン(FD)の電位を信号レベルとして出力する。
選択トランジスタTr4は、例えば、ドレインが増幅トランジスタTr3のソースに、ソースが垂直信号線18にそれぞれ接続され、ゲートに選択線16を介して選択パルスφSELが与えられることによってオン状態となり、画素1aを選択状態として増幅トランジスタTr3から出力される信号を垂直信号線18に中継する。
Further, in this configuration, the transfer transistor Tr1 is connected between the cathode of the photodiode (PD) and the floating diffusion (FD), and is turned on when the transfer pulse φTRG is applied to the gate via the transfer line 14. Thus, the photoelectric charge photoelectrically converted by the photodiode (PD) is transferred to the floating diffusion (FD).
The reset transistor Tr2 is turned on when the drain is connected to the pixel power supply Vdd, the source is connected to the floating diffusion (FD), and the gate is supplied with a reset pulse φRST via the reset line 15, and the photodiode (PD) Prior to the transfer of the signal charge from the floating diffusion (FD) to the floating diffusion (FD), the floating diffusion (FD) is reset by discarding the charge of the floating diffusion (FD) to the pixel power supply Vdd.
In the amplification transistor Tr3, the gate is connected to the floating diffusion (FD), the drain is connected to the pixel power supply Vdd, the potential of the floating diffusion (FD) after being reset by the reset transistor Tr2 is output as a reset level, and further transferred The potential of the floating diffusion (FD) after the signal charge is transferred by the transistor Tr1 is output as a signal level.
In the selection transistor Tr4, for example, the drain is connected to the source of the amplification transistor Tr3, the source is connected to the vertical signal line 18, and the selection pulse φSEL is applied to the gate via the selection line 16, so that the pixel 1a is turned on. As a selected state, the signal output from the amplification transistor Tr3 is relayed to the vertical signal line 18.

ところで、これらの回路構成によるCMOSイメージセンサにおいては、光電変換と蓄積を行うフォトダイオードPDに非常に強い光が入射した場合や、蓄積時間が長い場合に、PD内で電子が飽和して隣接画素やさらに遠くの画素に漏れ出すブルーミングと呼ばれる現象が生じるおそれがある。
ブルーミングは、固体撮像装置における画質を劣化させる原因となるため、その制御(抑制)を図った構造が求められている。これに対して提案されている構造としては、フォトダイオードから基板側にパス(電子の流路)を設ける所謂縦型オーバーフロー構造や、転送トランジスタからフローティングディフュージョン(FD)方向にパスを設ける所謂横型オーバーフロー構造などが挙げられる。
ここで、CMOSイメージセンサ構造の固体撮像装置においては、駆動時に転送トランジスタのゲートに負電位を印加することによって暗電流の低減を図ることが求められるため、前述の横型オーバーフローによってブルーミング抑制を図ることは難しく、前述のブルーミングを抑制するには縦型オーバーフローを用いる必要があった(例えば特許文献1参照)。
By the way, in the CMOS image sensor having these circuit configurations, when very strong light is incident on the photodiode PD that performs photoelectric conversion and accumulation, or when the accumulation time is long, electrons are saturated in the PD and adjacent pixels are detected. There is a possibility that a phenomenon called blooming that leaks to pixels farther away may occur.
Since blooming causes deterioration of the image quality in the solid-state imaging device, a structure for controlling (suppressing) is required. On the other hand, as a proposed structure, a so-called vertical overflow structure in which a path (electron flow path) is provided from the photodiode to the substrate side, or a so-called horizontal overflow in which a path is provided from the transfer transistor in the floating diffusion (FD) direction. Examples include the structure.
Here, in a solid-state imaging device having a CMOS image sensor structure, it is required to reduce the dark current by applying a negative potential to the gate of the transfer transistor at the time of driving. In order to suppress the above-mentioned blooming, it is necessary to use a vertical overflow (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら一方で、各画素に転送トランジスタを備えるCMOSイメージセンサにおいては、CCD型イメージセンサのように基板の深さ方向側に設けるオーバーフローバリア/ドレイン不純物領域や基板バイアス印加は、撮像領域と同じ基板上に設けられた駆動回路部や信号処理回路部のトランジスタの動作に影響を及ぼすと考えられていたため、また、プロセス上も縦型オーバーフロー構造をなすポテンシャル分布を形成することが容易ではなかったため、横型オーバーフロー構造が一般的であった。
特開2005-217397号公報
On the other hand, in a CMOS image sensor having a transfer transistor in each pixel, the overflow barrier / drain impurity region and substrate bias application provided on the substrate in the depth direction as in the CCD type image sensor are applied on the same substrate as the imaging region. Because it was thought that it would affect the operation of the transistors in the drive circuit section and signal processing circuit section provided in the circuit, and because it was not easy to form a potential distribution that forms a vertical overflow structure in the process, the horizontal type Overflow structure was common.
JP 2005-217397

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、各画素に転送トランジスタを備えるCMOSイメージセンサ型でありながら、縦型オーバーフロー構造に適したポテンシャル分布を有する固体撮像装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device having a potential distribution suitable for a vertical overflow structure while being a CMOS image sensor type in which each pixel includes a transfer transistor. Is to provide.

本発明に係る固体撮像装置は、複数の画素を含む撮像領域と、上記撮像領域の半導体基板中に形成された第1のP型ウェル領域と、上記第1のP型ウェル領域の下方に形成された第2のP型ウェル領域とを有し、上記第2のP型ウェル領域はイオン不純物濃度が1×1016/cm以下であり、第1ウェル領域が、1つの画素ごと又は複数の画素ごとにウェルコンタクトと接続され、第1ウェル領域が、基板深さ方向に複数の第1導電型領域を含み、複数の第1導電型領域の最深の第1導電型領域、又は、第2ウェル領域から1.5μm以内の距離に位置する第1導電型領域のイオン不純物濃度が、1×10 16 /cm 以上2×10 16 /cm 以下であり、第2ウェル領域のイオン不純物濃度が、第1ウェル領域の最深の第1導電型領域、又は、第2ウェル領域から1.5μm以内の距離に位置する第1導電型領域のイオン不純物濃度の1/2以下であるA solid-state imaging device according to the present invention is formed below an imaging region including a plurality of pixels, a first P-type well region formed in a semiconductor substrate of the imaging region, and the first P-type well region. And the second P-type well region has an ion impurity concentration of 1 × 10 16 / cm 3 or less, and the first well region has one or more pixels. The first well region includes a plurality of first conductivity type regions in the substrate depth direction, and the deepest first conductivity type region of the plurality of first conductivity type regions, or The ion impurity concentration of the first conductivity type region located within a distance of 1.5 μm or less from the two well region is 1 × 10 16 / cm 3 or more and 2 × 10 16 / cm 3 or less, and the ion impurity in the second well region The first conductivity having the deepest concentration in the first well region Region, or is less than half of the ion concentration of the impurity of the first conductivity type region located from the second well region within a distance of 1.5 [mu] m.

また、上記固体撮像装置は、複数の画素を含む撮像領域を有する固体撮像装置であって、半導体基板中に、該半導体基板の一主面側から第1導電型の第2ウェル領域を形成する工程と、上記半導体基板の一主面側から、上記第2ウェル領域に比して不純物濃度の高い部分を含む第1導電型の第1ウェル領域を、間欠部を残して格子状に形成する工程とを有することを特徴とする。 Further, the solid-state imaging device is a solid-state imaging equipment having an imaging region including a plurality of pixels, in the semiconductor substrate, forming a second well region of the first conductivity type from the one principal surface of the semiconductor substrate And a first well region of the first conductivity type including a portion having a higher impurity concentration than the second well region is formed in a lattice shape from the main surface side of the semiconductor substrate, leaving intermittent portions. And a step of performing.

本発明に係る固体撮像装置によれば、複数の画素を含む撮像領域と、上記撮像領域の半導体基板中に形成された第1のP型ウェル領域と、上記第1のP型ウェル領域の下方に形成された第2のP型ウェル領域とを有し、上記第2のP型ウェル領域はイオン不純物濃度が1×1016/cm以下であることから、後述するように、ブルーミング率を抑制して固体撮像装置を構成することが可能となる。 According to the solid-state imaging device according to the present invention, the imaging region including a plurality of pixels, the first P-type well region formed in the semiconductor substrate of the imaging region, and the lower side of the first P-type well region And the second P-type well region has an ion impurity concentration of 1 × 10 16 / cm 3 or less. It is possible to configure the solid-state imaging device with suppression.

上述の固体撮像装置によれば、半導体基板中に第1導電型の第2ウェル領域を形成する工程と、上記第2ウェル領域に比して不純物濃度の高い部分を含む第1導電型の第1ウェル領域を間欠部を残して格子状に形成する工程とを有することから、ブルーミング率の抑制が図られた固体撮像装置を簡潔に製造することが可能となる。 According to the solid-state imaging device described above, the step of forming the first conductivity type second well region in the semiconductor substrate and the first conductivity type first well including a portion having a higher impurity concentration than the second well region. A step of forming the 1-well region in a lattice pattern with the intermittent portions remaining, so that it is possible to simply manufacture a solid-state imaging device in which the blooming rate is suppressed.

本実施形態に係る固体撮像装置においては、まずフォトダイオードへの電荷蓄積時に転送トランジスタのゲートに負電位を印加するようにして、基板のより深い位置に向かう以外のブルーミングパスの発生の抑制を図る。更に、撮像領域の基板の中で特に深い位置(例えば最深部)に形成される第1導電型の第2ウェル領域(深いウェル領域;deep p-well)における不純物濃度を選定することにより、フォトダイオードに蓄積された電荷の流路(パス)となり得るもののうち、基板のより深い位置に向かうものを、唯一乃至主たる流路とする。
また、この流路によって、基板のより深い位置により多くの電子を流すために、主に素子分離手段と第2ウェル領域との間に存在する第1ウェル領域(p-well)の濃度を選定し、必要に応じて第1ウェル領域内で深さ方向に所定の不純物濃度分布を形成することで、ポテンシャル締め付けを低減し、例えば後述するようにブルーミング率を10パーセント以下に低減するなど、ブルーミングの抑制を図るものである。
なお、本実施形態において、ブルーミング率とは、ある特定画素から隣接画素へ信号が漏れ出す比率と定義する。
In the solid-state imaging device according to the present embodiment, first, a negative potential is applied to the gate of the transfer transistor at the time of charge accumulation in the photodiode, thereby suppressing the occurrence of blooming paths other than going to a deeper position on the substrate. . Furthermore, by selecting the impurity concentration in the first conductivity type second well region (deep well region; deep p-well) formed at a particularly deep position (for example, the deepest part) in the substrate of the imaging region, Among those that can be a flow path (path) of the charge accumulated in the diode, the one that goes to a deeper position on the substrate is the only or main flow path.
In addition, in order to flow more electrons deeper on the substrate through this flow path, the concentration of the first well region (p-well) existing mainly between the element isolation means and the second well region is selected. Then, if necessary, by forming a predetermined impurity concentration distribution in the depth direction in the first well region, the potential tightening is reduced, for example, the blooming rate is reduced to 10% or less as will be described later. It is intended to suppress this.
In the present embodiment, the blooming rate is defined as the ratio at which a signal leaks from a specific pixel to an adjacent pixel.

図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
以下に説明する本実施の形態に係る固体撮像装置、すなわちMOS増幅型固体撮像装置は、全体の概略構成が前述の図8の固体撮像装置1と同じ構成である。また、画素としては、前述の図9あるいは図10に示す3トランジスタ型、4トランジスタ型等の複数のトランジスタ型を適用することができる。すなわち、以下の説明において、固体撮像装置は1つの画素に3つあるいは4つのトランジスタを有するものとする。
また、CMOSイメージセンサ型の固体撮像装置では、画素を含む撮像領域のみならず、周辺回路も同一チップ上に集積化されうるが、以下の説明において、周辺回路部のp-wellと画素部のp-wellは電気的に分離されているものとする。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
A solid-state imaging device according to the present embodiment described below, that is, a MOS amplification type solid-state imaging device, has the same overall configuration as the solid-state imaging device 1 of FIG. 8 described above. As the pixel, a plurality of transistor types such as the three-transistor type and the four-transistor type shown in FIG. 9 or 10 can be used. That is, in the following description, it is assumed that the solid-state imaging device has three or four transistors in one pixel.
In a CMOS image sensor type solid-state imaging device, not only an imaging region including pixels but also a peripheral circuit can be integrated on the same chip. In the following description, the p-well of the peripheral circuit unit and the pixel unit The p-well is assumed to be electrically separated.

<固体撮像装置の第1の実施の形態>
まず、本発明に係る固体撮像装置の第1の実施の形態を説明する。
図1A及び図1Bに、本実施形態に係る固体撮像装置21の要部となる、画素21aの概略断面図と、この概略断面図のA−A´線上における断面図とを示す。
本実施形態に係る固体撮像装置21は、撮像部を構成する各画素21aにおいて、不純物濃度の低い第1導電型(p型)または任意の濃度の第2導電型(n型)の半導体基板である例えばシリコン基板22の一主面側(本例では上面側)に、高濃度のp型不純物領域23及びn型不純物領域24による光電変換素子25が設けられている。光電変換素子25は埋め込み型フォトダイオードとされており、表面の高濃度p型不純物層23によって暗電流の低減が図られている。
一方、この光電変換素子25をソースとする転送トランジスタのゲート26を挟んで対向する位置に、この転送トランジスタのドレインとなる高濃度のn型不純物領域27が設けられている。
<First Embodiment of Solid-State Imaging Device>
First, a first embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention will be described.
1A and 1B show a schematic cross-sectional view of a pixel 21a, which is a main part of the solid-state imaging device 21 according to the present embodiment, and a cross-sectional view on the AA ′ line of the schematic cross-sectional view.
The solid-state imaging device 21 according to the present embodiment is a first conductivity type (p-type) semiconductor substrate having a low impurity concentration or a second conductivity type (n-type) semiconductor substrate having a low impurity concentration in each pixel 21a constituting the imaging unit. For example, a photoelectric conversion element 25 including a high-concentration p-type impurity region 23 and an n-type impurity region 24 is provided on one main surface side (upper surface side in this example) of the silicon substrate 22. The photoelectric conversion element 25 is a buried photodiode, and the dark current is reduced by the high-concentration p-type impurity layer 23 on the surface.
On the other hand, a high-concentration n-type impurity region 27 serving as a drain of the transfer transistor is provided at a position opposed to the transfer transistor having the photoelectric conversion element 25 as a source across the gate 26.

この転送トランジスタの外側には、光電変換素子25とn型不純物領域27に接して、この主面側に露出しかつp型不純物領域23及びn型不純物領域27よりも深い位置まで、素子分離手段28a及び28bが形成されている。これら素子分離手段28a及び28bは、STI(Shallow Trench Isolation)やLOCOS(Local Oxidation of Silicon)など、素子分離の機能を有するものであれば、いずれの形態でも構わない。
また、各素子分離手段28a及び28bの下部には、p型の第1ウェル領域29a及び29bが設けられる。これらの第1ウェル領域29a及び29bに接して前述の主面とは反対側、本例では下側に共通の第2ウェル領域30が形成されており、これら第1ウェル領域29a及び29bと第2ウェル領域30とが、低濃度のn型不純物領域31によって光電変換素子25と分離された構成を有する。
Outside the transfer transistor, the element isolating means is in contact with the photoelectric conversion element 25 and the n-type impurity region 27 and is exposed on the main surface side and deeper than the p-type impurity region 23 and the n-type impurity region 27. 28a and 28b are formed. These element isolation means 28a and 28b may be in any form as long as they have an element isolation function, such as STI (Shallow Trench Isolation) and LOCOS (Local Oxidation of Silicon).
Further, p-type first well regions 29a and 29b are provided below the element isolation means 28a and 28b. A common second well region 30 is formed in contact with the first well regions 29a and 29b on the side opposite to the main surface described above, in the present example, on the lower side, and the first well regions 29a and 29b The 2-well region 30 is separated from the photoelectric conversion element 25 by a low-concentration n-type impurity region 31.

第2ウェル領域30は、少なくとも第1ウェル領域29a及び29bに比してイオン不純物濃度が抑制され、例えば1×1016/cm以下とされている。
また、図示しないが、第1ウェル領域29a及び29bを、基板深さ方向に分布する複数の第1導電型領域を含む構成とすることが好ましい。
更に、半導体基板22には正の固定電荷が印加され、第2ウェル領域30にはグランド(GND)電位が印加されている。
The second well region 30 has an ion impurity concentration suppressed at least as compared with the first well regions 29a and 29b, and is, for example, 1 × 10 16 / cm 3 or less.
Although not shown, it is preferable that the first well regions 29a and 29b include a plurality of first conductivity type regions distributed in the substrate depth direction.
Further, a positive fixed charge is applied to the semiconductor substrate 22, and a ground (GND) potential is applied to the second well region 30.

本実施形態に係る固体撮像装置21においては、1画素あたり1つまたは数画素あたり1つ、対応するウェルコンタクトが設けられているものとする。このウェルコンタクトによって、第1ウェル領域29a及び29bの電位が安定化され、ウェルゆれに起因する、飽和時あるいは暗時に各画素の中心部と周辺部とで出力に偏りが生じる所謂シェーディングを抑制することができる。
なお、画素アレー部が小さい場合やシェーディングが問題となりにくい場合には、必ずしもウェルコンタクトを設けなくとも良く、一方、面積や抵抗などで余裕があれば、コンタクトを1画素あたり複数個おいてウェル電位の安定化能力をより高くして、ウェル抵抗が高くなった場合にもシェーディングの抑制を図ることができる。
このようにウェルコンタクトが設けられることにより、第1ウェル領域29a及び29bや第2ウェル領域30の不純物濃度を単純に低下させた場合に生じうるウェル抵抗k(well抵抗)の増大を回避して、画素アレー領域での時定数の違いによるシェーディング(画素領域内での出力の分布及び不均一)を回避することが可能となる。
In the solid-state imaging device 21 according to the present embodiment, it is assumed that corresponding well contacts are provided, one per pixel or one per several pixels. This well contact stabilizes the potentials of the first well regions 29a and 29b, and suppresses so-called shading that causes bias in the output between the central portion and the peripheral portion of each pixel at the time of saturation or darkness due to well fluctuation. be able to.
If the pixel array portion is small or shading is not a problem, it is not always necessary to provide a well contact. On the other hand, if there is a margin in area, resistance, etc., a plurality of contacts are provided per pixel and a well potential is provided. Even when the well resistance increases, the shading can be suppressed.
By providing well contacts in this way, an increase in well resistance k (well resistance) that can occur when the impurity concentration of the first well regions 29a and 29b and the second well region 30 is simply reduced is avoided. It is possible to avoid shading (output distribution and non-uniformity in the pixel area) due to a difference in time constant in the pixel array area.

図2に、図1AのA−A´断面のポテンシャル構造を示す。フォトダイオードの中でAs(ヒ素)やP(リン)といったn型不純物が打たれているところがポテンシャル的に深くなり、電子が蓄積されていく。
電荷の蓄積期間においては、フォトダイオードに電子が多数蓄積されると、ポテンシャルが浅くなり、フォトダイオード直下のオーバーフローバリア(OFB)つまり第2のウェル領域30を超えて基板側に流れていくことにより、縦型オーバーフロー構造が形成される。OFBを低くすると、電子が基板のより深い位置(深さ方向)に流れていきやすくなるため、これによってブルーミングの抑制が図られる。
なお、OFBは、第2のウェル領域の不純物濃度が小さくなるに従って、つまりポテンシャルを正の方向へもっていくにしたがって、低くなる。本実施の形態では、この第2のウェル領域30の不純物濃度をコントロールすることによって適切なOFBレベルが得られる。一方、電荷蓄積期間では、転送トランジスタのゲート電極に正電圧が印加されることによって、チャネル部がp化され、暗電流が抑制される。
FIG. 2 shows the potential structure of the AA ′ cross section of FIG. 1A. In the photodiode, where n-type impurities such as As (arsenic) and P (phosphorus) are implanted, the potential deepens and electrons accumulate.
In the charge accumulation period, when a large number of electrons are accumulated in the photodiode, the potential becomes shallower, and flows to the substrate side beyond the overflow barrier (OFB), that is, the second well region 30 immediately below the photodiode. A vertical overflow structure is formed. When the OFB is lowered, the electrons easily flow to a deeper position (depth direction) of the substrate, thereby suppressing blooming.
Note that OFB decreases as the impurity concentration in the second well region decreases, that is, as the potential is brought in the positive direction. In the present embodiment, an appropriate OFB level can be obtained by controlling the impurity concentration of the second well region 30. On the other hand, in the charge accumulation period, a positive voltage is applied to the gate electrode of the transfer transistor, whereby the channel portion is turned into p and the dark current is suppressed.

このようにして、本実施形態に係る固体撮像装置21においては、第2ウェル領域30のイオン不純物濃度が抑制され、例えば1×1016/cm以下とされることにより、光電変換素子25から基板のより深い位置に向かうように電子のオーバーフローパス(流路)が形成され、ブルーミングの抑制が図られるものである。 Thus, in the solid-state imaging device 21 according to the present embodiment, the ion impurity concentration in the second well region 30 is suppressed, for example, 1 × 10 16 / cm 3 or less. An electron overflow path (flow path) is formed so as to go deeper in the substrate, and blooming can be suppressed.

<固体撮像装置の第2の実施の形態>
まず、本発明に係る固体撮像装置の第2の実施の形態を説明する。
図3に、本実施形態に係る固体撮像装置41の要部となる、画素41aの概略断面図を示す。
本実施形態に係る固体撮像装置41は、撮像部を構成する各画素41aにおいて、不純物濃度の低い第1導電型(p型)または任意の濃度の第2導電型(n型)の半導体基板である例えばシリコン基板42の一主面側(本例では上面側)に、高濃度のp型不純物領域43及びn型不純物領域44による光電変換素子45が設けられている。光電変換素子45は埋め込み型フォトダイオードとされており、表面の高濃度p型不純物層43によって暗電流の低減が図られている。
一方、この光電変換素子45をソースとする転送トランジスタのゲート46を挟んで対向する位置に、この転送トランジスタのドレインとなる高濃度のn型不純物領域47が設けられている。
<Second Embodiment of Solid-State Imaging Device>
First, a second embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention will be described.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a pixel 41a that is a main part of the solid-state imaging device 41 according to the present embodiment.
The solid-state imaging device 41 according to the present embodiment is a first conductivity type (p-type) semiconductor substrate having a low impurity concentration or a second conductivity type (n-type) semiconductor substrate having a low impurity concentration in each pixel 41a constituting the imaging unit. For example, a photoelectric conversion element 45 including a high-concentration p-type impurity region 43 and an n-type impurity region 44 is provided on one main surface side (upper surface side in this example) of the silicon substrate 42. The photoelectric conversion element 45 is a buried photodiode, and the dark current is reduced by the high-concentration p-type impurity layer 43 on the surface.
On the other hand, a high-concentration n-type impurity region 47 serving as a drain of the transfer transistor is provided at a position opposed to the transfer transistor having the photoelectric conversion element 45 as a source across the gate 46.

この転送トランジスタの外側には、光電変換素子45とn型不純物領域47に接して、この主面側に露出しかつp型不純物領域43及びn型不純物領域47よりも深い位置まで、素子分離手段48a及び48bが形成されている。これら素子分離手段48a及び48bは、STIやLOCOSなど、素子分離の機能を有するものであれば、いずれの形態でも構わない。
また、各素子分離手段48a及び48bの下部には、p型の第1ウェル領域49a及び49bが設けられる。これらの第1ウェル領域49a及び49bに接して前述の主面とは反対側、本例では下側に共通の第2ウェル領域50が形成されており、これら第1ウェル領域49a及び49bと第2ウェル領域50とが、低濃度のn型不純物領域51によって光電変換素子45と分離された構成を有する。
Outside the transfer transistor, the element isolation means is in contact with the photoelectric conversion element 45 and the n-type impurity region 47 and is exposed to the main surface side and deeper than the p-type impurity region 43 and the n-type impurity region 47. 48a and 48b are formed. These element isolation means 48a and 48b may be in any form as long as they have an element isolation function, such as STI and LOCOS.
Further, p-type first well regions 49a and 49b are provided below the respective element isolation means 48a and 48b. A common second well region 50 is formed in contact with the first well regions 49a and 49b on the side opposite to the main surface described above, in this example, on the lower side, and the first well regions 49a and 49b The two-well region 50 is separated from the photoelectric conversion element 45 by a low concentration n-type impurity region 51.

なお、本実施形態において、第2ウェル領域50は、図4に示すように、第1ウェル領域49a及び49bの形成部に対応して格子状に設けられており、画素の中央部を含む一部には、第2ウェル領域50の無い間欠部が設けられている。
この構成による場合には、第1ウェル領域49a及び49bのうち最深の(第2ウェル領域に近接する)第1導電型領域及び第2ウェル領域50の少なくとも一方から、不純物の拡散などにより、直接には第2ウェル領域50が形成されていない画素の中央部へ向けてポテンシャルの締め付けが生じ、間接的に光電変換素子45から基板のより深い位置へ向う深さ方向にオーバーフローバリアが形成される。
したがって、この構成による場合には、前述した第1実施形態における構成と同様にブルーミングの抑制が図られるのみならず、製造コストも低減される。製造において、第1ウェル領域49a及び49bの形成に用いたマスクを第2ウェル領域50の形成にも用いることができ、更にイオン注入におけるフォトレジストも、第1ウェル領域49a及び49bと第2ウェル領域との各形成時で兼用できるため、レジストの形成や除去などに関する工程を減らすことができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the second well region 50 is provided in a lattice shape corresponding to the formation portions of the first well regions 49a and 49b, and includes a central portion of the pixel. In the part, an intermittent part without the second well region 50 is provided.
In the case of this configuration, the first well regions 49a and 49b directly from at least one of the deepest (close to the second well region) first conductivity type region and the second well region 50 by impurity diffusion or the like. In this case, the potential is tightened toward the center of the pixel in which the second well region 50 is not formed, and an overflow barrier is indirectly formed in the depth direction from the photoelectric conversion element 45 to a deeper position of the substrate. .
Therefore, according to this configuration, blooming can be suppressed similarly to the configuration in the first embodiment described above, and the manufacturing cost can be reduced. In manufacturing, the mask used to form the first well regions 49a and 49b can also be used to form the second well region 50. Further, the photoresist in the ion implantation is also used for the first well regions 49a and 49b and the second well. Since it can be used at the time of each formation with a region, the steps relating to the formation and removal of the resist can be reduced.

第2ウェル領域50は、少なくとも第1ウェル領域49a及び49bに比してイオン不純物濃度が抑制され、例えば1×1016/cm以下とされている。
また、図示しないが、第1ウェル領域49a及び49bを、基板深さ方向に分布する複数の第1導電型領域を含む構成とすることが好ましい。
更に、半導体基板42には正の固定電荷が印加され、第2ウェル領域50にはグランド(GND)電位が印加されている。
The second well region 50 has an ion impurity concentration suppressed at least as compared with the first well regions 49a and 49b, and is, for example, 1 × 10 16 / cm 3 or less.
Although not shown, it is preferable that the first well regions 49a and 49b include a plurality of first conductivity type regions distributed in the substrate depth direction.
Further, a positive fixed charge is applied to the semiconductor substrate 42, and a ground (GND) potential is applied to the second well region 50.

本実施形態に係る固体撮像装置41においても、1画素ずつ、あるいは数画素で共通して、対応するウェルコンタクトが設けられているものとする。このウェルコンタクトによって、第1ウェル領域49a及び49bの電位が安定化され、ウェルゆれに起因する飽和時あるいは暗時に各画素の中心部と周辺部とで出力に偏りが生じる所謂シェーディングを抑制することができる。
なお、画素アレー部が小さい場合やシェーディングが問題となりにくい場合には必ずしもウェルコンタクトを設けなくとも良く、一方、面積や抵抗などで余裕があれば、コンタクトを1画素あたり複数個おいてウェル電位の安定化能力をより高くして、ウェル抵抗が高くなった場合にもシェーディングの抑制を図ることができる。
Also in the solid-state imaging device 41 according to the present embodiment, it is assumed that corresponding well contacts are provided for each pixel or for several pixels in common. This well contact stabilizes the potentials of the first well regions 49a and 49b, and suppresses so-called shading in which the output is biased between the central portion and the peripheral portion of each pixel during saturation or darkness due to well fluctuation. Can do.
If the pixel array portion is small or shading is not a problem, it is not always necessary to provide a well contact. On the other hand, if there is a margin in terms of area, resistance, etc., a plurality of contacts are provided per pixel and the well potential is reduced. Even when the stabilization capability is increased and the well resistance is increased, shading can be suppressed.

本実施形態においても、電荷の蓄積期間においては、フォトダイオードに電子が多数蓄積されると、ポテンシャルが浅くなり、フォトダイオード直下のオーバーフローバリア(OFB)つまり第2のウェル領域50を超えて基板側に流れていくことにより、縦型オーバーフロー構造が形成される。OFBを低くすると、電子が基板のより深い位置(深さ方向)に流れていきやすくなるため、これによってブルーミングの抑制が図られる。
なお、OFBは、第2のウェル領域の不純物濃度が小さくなるに従って低くなる。本実施の形態では、この第2のウェル領域50の不純物濃度をコントロールすることによって適切なOFBレベルが得られる。一方、電荷蓄積期間では、転送トランジスタのゲート電極に正電圧が印加されることによって、チャネル部がp化され、暗電流が抑制される。
Also in the present embodiment, during the charge accumulation period, when a large number of electrons are accumulated in the photodiode, the potential becomes shallower and exceeds the overflow barrier (OFB), that is, the second well region 50 immediately below the photodiode, on the substrate side. As a result, the vertical overflow structure is formed. When the OFB is lowered, the electrons easily flow to a deeper position (depth direction) of the substrate, thereby suppressing blooming.
Note that OFB decreases as the impurity concentration in the second well region decreases. In the present embodiment, an appropriate OFB level can be obtained by controlling the impurity concentration of the second well region 50. On the other hand, in the charge accumulation period, a positive voltage is applied to the gate electrode of the transfer transistor, whereby the channel portion is turned into p and the dark current is suppressed.

このようにして、本実施形態に係る固体撮像装置においても、第2ウェル領域50のイオン不純物濃度が抑制され、例えば1×1016/cm以下とされることにより、光電変換素子45から基板のより深い位置に向かうように電子のオーバーフローパス(流路)が形成され、ブルーミングの抑制が図られるものである。 As described above, also in the solid-state imaging device according to the present embodiment, the ion impurity concentration in the second well region 50 is suppressed, for example, 1 × 10 16 / cm 3 or less, so that the photoelectric conversion element 45 and the substrate An electron overflow path (flow path) is formed so as to go to a deeper position, and blooming can be suppressed.

固体撮像装置の製造方法
次に、固体撮像装置の製造方法を説明する。
お、固体撮像装置の第1の実施形態で説明した固体撮像装置21の製造方法の一例について、その要部の形成について説明する。
< Method for Manufacturing Solid-State Imaging Device >
Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device will be described.
Na us, for the first exemplary method for manufacturing a solid-state imaging device 21 described in the embodiment of the solid-state imaging device, describes the formation of the main part.

体撮像装置の製造方法においては、まず、n型の半導体基板22を用意し、この基板22に対して画素内及び画素間の素子分離すべき位置に素子分離手段28a及び28bを形成する。
続いて、この基板の上面から、所定の深さ位置にイオン注入によってp型の第2ウェル領域30を形成し、更に画素内に対応する位置にp型の最終的に得る第1ウェル領域の平面形状に対応した格子状のマスクを用い、第1ウェル領域29a及び29bを形成する。
なお、前述した固体撮像装置の第2の実施形態で説明したような間欠部を有する形状に第2ウェル領域を形成する場合には、予め第1ウェル領域に用いるマスクを設置しておき、共通のマスクを用いて簡潔に第1ウェル領域及び第2ウェル領域を形成することができる。
In the method for manufacturing a solid-state image sensor, First, a n-type semiconductor substrate 22, an element isolation means 28a and 28b in a position to be the isolation between the pixel and the pixels for the substrate 22.
Subsequently, a p-type second well region 30 is formed by ion implantation at a predetermined depth position from the upper surface of the substrate, and a p-type finally obtained first well region is formed at a position corresponding to the inside of the pixel. First well regions 29a and 29b are formed using a lattice-shaped mask corresponding to the planar shape.
In the case where the second well region is formed in the shape having the intermittent portion as described in the second embodiment of the solid-state imaging device described above, a mask used for the first well region is set in advance and common. The first well region and the second well region can be simply formed using this mask.

また、ここで、第1ウェル領域を複数の不純物領域によって構成する場合に、特に第2ウェル領域に近接する不純物領域ほど不純物濃度を低く形成するには、不純物の打ち込みエネルギーを徐々に減らしながらドーズ量を増やして徐々に浅くするように行うことが好ましい。
また、これらの第1ウェル領域及び第2ウェル領域は、撮像領域に対する選択的な不純物の注入によって、周辺回路を構成するウェルとは独立したものとして形成することができる。
Here, in the case where the first well region is constituted by a plurality of impurity regions, in order to lower the impurity concentration particularly in the impurity region closer to the second well region, the dose is gradually reduced while the impurity implantation energy is gradually reduced. It is preferable to increase the amount and make it gradually shallow.
In addition, the first well region and the second well region can be formed independently of the wells constituting the peripheral circuit by selective impurity implantation into the imaging region.

続いて、光電変換素子を構成するn型領域24と高濃度のp型領域23とを、第2ウェル領域30及び第1ウェル領域29a及び29bとは離して上面近傍にイオン注入により形成し、更にこのn型領域24をソースとする転送トランジスタのドレインとなる高濃度のn型領域27を、第1ウェル領域29bに接するようにイオン注入によって形成する。
続いて、n型領域24とn型領域27の間に対応するチャネル領域の、ゲート絶縁膜を介して上に、ゲート電極26を形成する。
このようにして、固体撮像装置21を得る。
Subsequently, the n-type region 24 and the high-concentration p-type region 23 constituting the photoelectric conversion element are formed by ion implantation in the vicinity of the upper surface apart from the second well region 30 and the first well regions 29a and 29b, Further, a high-concentration n-type region 27 serving as the drain of the transfer transistor having the n-type region 24 as a source is formed by ion implantation so as to be in contact with the first well region 29b.
Subsequently, a gate electrode 26 is formed on the corresponding channel region between the n-type region 24 and the n-type region 27 via the gate insulating film.
In this way, the solid-state imaging device 21 is obtained.

<実施例>
本発明に係る固体撮像装置の、実施例について説明する。
まず、第1の実施例として、前述した第1の実施形態に係る固体撮像装置において、(第2ウェル領域30の不純物濃度/第1ウェル領域29a及び29bの不純物濃度)によって得られるdeep p-well濃度比と、ブルーミング率との検討を行った。結果を図5に示す(実線a)。
この結果より、第2ウェル領域30の不純物濃度が第1ウェル領域29a及び29bの不純物濃度の半分以下であることが好ましいこと、具体的には第1ウェル領域29a及び29bの不純物濃度のイオン不純物濃度が1×1016/cm以上かつ2×1016/cm以下であることが好ましいことが確認できた。
<Example>
Examples of the solid-state imaging device according to the present invention will be described.
First, as a first example, in the solid-state imaging device according to the first embodiment described above, deep p− obtained by (impurity concentration of second well region 30 / impurity concentration of first well regions 29a and 29b). The well concentration ratio and the blooming rate were examined. The results are shown in FIG. 5 (solid line a).
From this result, it is preferable that the impurity concentration of the second well region 30 is not more than half of the impurity concentration of the first well regions 29a and 29b. Specifically, the ionic impurity having the impurity concentration of the first well regions 29a and 29b is preferred. It was confirmed that the concentration is preferably 1 × 10 16 / cm 3 or more and 2 × 10 16 / cm 3 or less.

なお、不純物濃度をコントロールすることによりブルーミング率を任意の値で制御できる。すなわち、OFBを小さくすることで当然ながらPDに蓄積される電荷量が少なくなり飽和信号量の低下を招くが、飽和信号量とブルーミング率を任意の値に制御できる。ブルーミング率をdeep p-wellで制御する場合、もちろんゼロにする方が抑制効果が大きく、図5の結果からも、deep p-wellがないとき(濃度比0)が最もブルーミングが少ないことがわかる。
しかしながら、飽和信号量のばらつきが大きくなり制御性の低下が懸念されるため、量産を考慮すると、不純物濃度は0でない方が好ましいと考えられる。
Note that the blooming rate can be controlled to an arbitrary value by controlling the impurity concentration. That is, by reducing OFB, the amount of charge accumulated in the PD is naturally reduced and the saturation signal amount is reduced, but the saturation signal amount and the blooming rate can be controlled to arbitrary values. When the blooming rate is controlled by deep p-well, of course, the suppression effect is greater when the blooming rate is zero, and the results in FIG. 5 also show that there is the least blooming when there is no deep p-well (density ratio 0). .
However, since the variation of the saturation signal amount becomes large and there is a concern that the controllability is lowered, it is considered that the impurity concentration is preferably not 0 in consideration of mass production.

次に、第2の実施例として、前述した第1実施形態に係る固体撮像装置において、第1ウェル領域を、基板深さ方向に分布する複数の第1導電型領域を含む構成とした場合の、deep p-well濃度比と、ブルーミング率との関係を行った。
図6に、第1ウェル領域に比して不純物濃度の低い第2ウェル領域を設けたのみの構成(第1実施例と共通;実線a´)と、これに加えて第1ウェル領域の中で最も深い(つまり第2ウェル領域に最も近接する)第1導電型不純物領域の濃度を2段階で低めた構成(破線b)とに関する結果を示す。
本実施例においては、OFBのポテンシャルの形成に間接的に寄与する位置にある、第1ウェル領域の最深の一部の不純物濃度が第1実施例における場合の半分とされたことにより、ブルーミング率が大きく低減されており、ブルーミングの抑制が確認できた。
なお、第1ウェル領域を構成する複数の不純物領域のうち、第2ウェル領域から1.5μm以内の距離に位置する不純物領域の濃度をこのように低減させることが有効であることも確認できた。ここで、不純物領域の位置とは、その濃度中心の位置をいう。
Next, as a second example, in the solid-state imaging device according to the first embodiment described above, the first well region includes a plurality of first conductivity type regions distributed in the substrate depth direction. The relationship between the deep p-well concentration ratio and the blooming rate was performed.
FIG. 6 shows a configuration in which a second well region having a lower impurity concentration than that of the first well region is provided (common to the first embodiment; solid line a ′), and in addition to this, in the first well region. 3 shows a result relating to a configuration (broken line b) in which the concentration of the first conductivity type impurity region deepest (that is, closest to the second well region) is lowered in two steps.
In the present embodiment, the blooming rate is reduced because the deepest part of the impurity concentration in the first well region, which is at a position that indirectly contributes to the formation of the OFB potential, is half that in the first embodiment. Was greatly reduced, and the suppression of blooming was confirmed.
It has also been confirmed that it is effective to reduce the concentration of the impurity region located within a distance of 1.5 μm or less from the second well region among the plurality of impurity regions constituting the first well region. . Here, the position of the impurity region means the position of the concentration center.

次に、第3の実施例として、前述した第1実施形態に係る固体撮像装置と第2実施形態に係る固体撮像装置の比較検討を行った。
図7に、第1ウェル領域に比して不純物濃度の低い第2ウェル領域を設けたのみの構成(第1実施例と共通;実線a´´)と、第2ウェル領域を間欠的に、画素の中央を含む開口を有して格子状に設けた構成(破線c)とに関する結果を示す。
この結果より、格子状にした場合、ブルーミングが特に低減されることが確認できた。
Next, as a third example, the solid-state imaging device according to the first embodiment described above and the solid-state imaging device according to the second embodiment were compared.
FIG. 7 shows a configuration in which a second well region having a lower impurity concentration than the first well region is provided (common to the first embodiment; solid line a ″), and the second well region is intermittently formed. The result regarding the structure (broken line c) provided in the grid | lattice form which has an opening including the center of a pixel is shown.
From this result, it was confirmed that blooming was particularly reduced when the lattice shape was used.

以上の実施の形態及び実施例で説明したように、本実施形態に係る固体撮像装置によれば、半導体基板の、光電変換素子を含む画素が多数形成された一主面側に、第1導電型の第1ウェル領域が形成され、上記第1ウェル領域の上記主面とは反対側に、第1導電型の第2ウェル領域が形成され、上記第2ウェル領域のイオン不純物濃度が、1×1016/cm以下とされたことから、後述するように、ブルーミング率を抑制して固体撮像装置を構成することが可能となる。 As described in the above embodiments and examples, according to the solid-state imaging device according to the present embodiment, the first conductive surface is formed on one main surface side of the semiconductor substrate on which many pixels including photoelectric conversion elements are formed. A first well region of the type is formed, a second well region of the first conductivity type is formed on the opposite side of the main surface of the first well region, and the ionic impurity concentration of the second well region is 1 Since it is set to x 10 16 / cm 3 or less, as will be described later, it is possible to configure a solid-state imaging device while suppressing the blooming rate.

なお、以上の実施の形態の説明で挙げた使用材料及びその量、処理時間及び寸法などの数値的条件は好適例に過ぎず、説明に用いた各図における寸法形状及び配置関係も概略的なものである。すなわち、本発明は、この実施の形態に限られるものではない。   Note that the numerical conditions such as the materials used, the amount thereof, the processing time, and the dimensions mentioned in the description of the above embodiments are only suitable examples, and the dimensions, shapes, and arrangement relationships in the drawings used for the description are also schematic. Is. That is, the present invention is not limited to this embodiment.

例えば、前述の説明においては、第1導電型をp型、第2導電型をn型として本発明に係る固体撮像装置の一例を説明するが、両導電型を逆とすることもできる。
また、例えば、前述の実施形態では、電子を蓄積する場合を例として説明したが、ホールの場合にも全ての極性が反転するのみで、同様の構造によって構成することができる。
For example, in the foregoing description, the first conductivity type is p-type, will be described an example of a solid-state imaging equipment according to the present invention the second conductivity type is n-type, it is also possible to reverse the two conductivity types.
For example, in the above-described embodiment, the case where electrons are stored has been described as an example. However, in the case of holes, all the polarities are reversed, and the same structure can be used.

また、例えば半導体基板はn型に限らず、極めて低濃度のp型であっても良い。
また、例えば、本発明に係る固体撮像装置は、前述した所謂4トランジスタと3トランジスタのいずれの回路構成によることもできるが、更に、例えば選択トランジスタ115については画素電源Vddと増幅トランジスタ114のドレインとの間に接続した回路構成を採ることも可能であるなど、本発明は種々の変形及び変更をなされうる。
Further, for example, the semiconductor substrate is not limited to the n-type, and may be a p-type with an extremely low concentration.
Further, for example, the solid-state imaging device according to the present invention can have any of the circuit configurations of the so-called 4-transistor and 3-transistor described above. Various modifications and changes can be made to the present invention, such as a circuit configuration connected between the two.

A,B それぞれ、本発明に係る固体撮像装置の一例における、要部の構成を示す概略断面図、及びこれとは90°異なる断面に関する概略断面図である。1A and 1B are a schematic cross-sectional view showing a configuration of a main part in an example of a solid-state imaging device according to the present invention, and a schematic cross-sectional view relating to a cross section different from this by 90 °. 本発明に係る固体撮像装置の一例における、要部のポテンシャルの分布を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows distribution of the potential of the principal part in an example of the solid-state imaging device which concerns on this invention. 本発明に係る固体撮像装置の他の例における、要部の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the principal part in the other example of the solid-state imaging device concerning this invention. 本発明に係る固体撮像装置の他の例における、第2ウェル領域の一例の平面形状を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the planar shape of an example of a 2nd well area | region in the other example of the solid-state imaging device which concerns on this invention. 本発明に係る固体撮像装置の一例の説明に供する、不純物濃度比とブルーミング率の関係を示す模式図である。It is a schematic diagram showing the relationship between the impurity concentration ratio and the blooming rate for explaining an example of the solid-state imaging device according to the present invention. 本発明に係る固体撮像装置の一例の説明に供する、不純物濃度比とブルーミング率の関係を示す模式図である。It is a schematic diagram showing the relationship between the impurity concentration ratio and the blooming rate for explaining an example of the solid-state imaging device according to the present invention. 本発明に係る固体撮像装置の一例の説明に供する、不純物濃度比とブルーミング率の関係を示す模式図である。It is a schematic diagram showing the relationship between the impurity concentration ratio and the blooming rate for explaining an example of the solid-state imaging device according to the present invention. 固体撮像装置の説明に供する概略構成図である。It is a schematic block diagram with which it uses for description of a solid-state imaging device. 固体撮像装置の説明に供する回路図である。It is a circuit diagram with which it uses for description of a solid-state imaging device. 固体撮像装置の説明に供する回路図である。It is a circuit diagram with which it uses for description of a solid-state imaging device.

符号の説明Explanation of symbols

1,21,41・・・固体撮像装置、1a,21a,41a・・・画素、2・・・撮像領域、3・・・垂直信号線、4・・・カラム部、5・・・水平信号線、6・・・出力回路、7・・・垂直駆動回路、8・・・水平駆動回路、9・・・制御回路、10・・・カラム信号処理回路、11・・・転送線、12・・・リセット線、13・・・垂直信号線、14・・・転送線、15・・・リセット線、16・・・選択線、17・・・ウェル配線、18・・・垂直信号線、22,42・・・半導体基板、23,43・・・p型不純物領域、24,44・・・n型不純物領域、25,45・・・光電変換素子、26,46・・・ゲート、27,47・・・n型不純物領域、28a,28b,48a,48b・・・素子分離手段、29a,29b,49a,49b・・・第1ウェル領域、30,50・・・第2ウェル領域   1, 21, 41 ... solid-state imaging device, 1 a, 21 a, 41 a... Pixel, 2... Imaging region, 3. Line 6 6 Output circuit 7 Vertical drive circuit 8 Horizontal drive circuit 9 Control circuit 10 Column signal processing circuit 11 Transfer line 12 .. Reset line, 13... Vertical signal line, 14... Transfer line, 15... Reset line, 16... Selection line, 17. , 42 ... Semiconductor substrate, 23, 43 ... p-type impurity region, 24, 44 ... n-type impurity region, 25, 45 ... Photoelectric conversion element, 26, 46 ... Gate, 27, 47, n-type impurity regions, 28a, 28b, 48a, 48b, element isolation means, 29a, 29b, 49a 49b ··· first well region, 30, 50 ... the second well region

Claims (3)

複数の画素を含む撮像領域と、
上記撮像領域の半導体基板中に形成された第1導電型の第1ウェル領域と、
上記第1ウェル領域の下方に形成された第1導電型の第2ウェル領域とを有し、
上記第2ウェル領域はイオン不純物濃度が1×1016/cm以下であり、
上記第1ウェル領域が、1つの上記画素ごと又は複数の上記画素ごとにウェルコンタクトと接続され、
上記第1ウェル領域が、基板深さ方向に複数の第1導電型領域を含み、上記複数の第1導電型領域の最深の第1導電型領域のイオン不純物濃度が、1×10 16 /cm 以上2×10 16 /cm 以下であり、
上記第2ウェル領域のイオン不純物濃度が、上記第1ウェル領域の上記最深の第1導電型領域のイオン不純物濃度の1/2以下である
固体撮像装置。
An imaging region including a plurality of pixels;
A first well region of a first conductivity type formed in the semiconductor substrate of the imaging region;
A second well region of a first conductivity type formed below the first well region,
The second well region has an ion impurity concentration of 1 × 10 16 / cm 3 or less,
The first well region is connected to a well contact for each of the pixels or for each of the plurality of pixels;
The first well region includes a plurality of first conductivity type regions in the substrate depth direction, and the ion impurity concentration of the deepest first conductivity type region of the plurality of first conductivity type regions is 1 × 10 16 / cm. 3 or more and 2 × 10 16 / cm 3 or less,
A solid-state imaging device , wherein an ion impurity concentration of the second well region is ½ or less of an ion impurity concentration of the deepest first conductivity type region of the first well region .
複数の画素を含む撮像領域と、
上記撮像領域の半導体基板中に形成された第1導電型の第1ウェル領域と、
上記第1ウェル領域の下方に形成された第1導電型の第2ウェル領域とを有し、
上記第2ウェル領域はイオン不純物濃度が1×1016/cm以下であり、
上記第1ウェル領域が、1つの上記画素ごと又は複数の上記画素ごとにウェルコンタクトと接続され、
上記第1ウェル領域が、基板深さ方向に複数の第1導電型領域を含み、上記複数の第1導電型領域に含まれる上記第2ウェル領域から1.5μm以内の距離に位置する第1導電型領域のイオン不純物濃度が、1×10 16 /cm 以上2×10 16 /cm 以下であり、
上記第2ウェル領域のイオン不純物濃度が、上記第1ウェル領域の上記第2ウェル領域から1.5μm以内の距離に位置する第1導電型領域のイオン不純物濃度の1/2以下である
固体撮像装置。
An imaging region including a plurality of pixels;
A first well region of a first conductivity type formed in the semiconductor substrate of the imaging region;
A second well region of a first conductivity type formed below the first well region,
The second well region has an ion impurity concentration of 1 × 10 16 / cm 3 or less,
The first well region is connected to a well contact for each of the pixels or for each of the plurality of pixels;
The first well region includes a plurality of first conductivity type regions in the substrate depth direction, and is located at a distance of 1.5 μm or less from the second well region included in the plurality of first conductivity type regions. The ion impurity concentration in the conductivity type region is 1 × 10 16 / cm 3 or more and 2 × 10 16 / cm 3 or less,
Solid-state imaging in which the ion impurity concentration of the second well region is ½ or less of the ion impurity concentration of the first conductivity type region located within a distance of 1.5 μm from the second well region of the first well region apparatus.
上記半導体基板が、第1導電型または第2導電型のイオン不純物を含んで形成され、上記第1導電型がp型であり、上記第2導電型がn型である請求項1又は2に記載の固体撮像装置。   3. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is formed to include an ion impurity of a first conductivity type or a second conductivity type, the first conductivity type is a p-type, and the second conductivity type is an n-type. The solid-state imaging device described.
JP2006023073A 2006-01-31 2006-01-31 Solid-state imaging device Expired - Fee Related JP4923596B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006023073A JP4923596B2 (en) 2006-01-31 2006-01-31 Solid-state imaging device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006023073A JP4923596B2 (en) 2006-01-31 2006-01-31 Solid-state imaging device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007207891A JP2007207891A (en) 2007-08-16
JP4923596B2 true JP4923596B2 (en) 2012-04-25

Family

ID=38487101

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006023073A Expired - Fee Related JP4923596B2 (en) 2006-01-31 2006-01-31 Solid-state imaging device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4923596B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9462202B2 (en) 2013-06-06 2016-10-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Pixel arrays and imaging devices with reduced blooming, controllers and methods

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090243025A1 (en) * 2008-03-25 2009-10-01 Stevens Eric G Pixel structure with a photodetector having an extended depletion depth
JP5569153B2 (en) * 2009-09-02 2014-08-13 ソニー株式会社 Solid-state imaging device and manufacturing method thereof
WO2013021577A1 (en) 2011-08-08 2013-02-14 パナソニック株式会社 Solid-state image pickup device and method for driving solid-state image pickup device
JP2015177034A (en) * 2014-03-14 2015-10-05 キヤノン株式会社 Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and camera
JP6529221B2 (en) 2014-05-14 2019-06-12 キヤノン株式会社 Photoelectric conversion device and method of manufacturing the same
KR102499854B1 (en) * 2016-02-25 2023-02-13 주식회사 디비하이텍 Isolation structure and image sensor having the same

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3603745B2 (en) * 2000-04-26 2004-12-22 日本電気株式会社 Photoelectric conversion element
JP3530159B2 (en) * 2001-08-22 2004-05-24 松下電器産業株式会社 Solid-state imaging device and method of manufacturing the same
JP2004165462A (en) * 2002-11-14 2004-06-10 Sony Corp Solid-state imaging device and method of manufacturing the same
JP2005302836A (en) * 2004-04-07 2005-10-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method for manufacturing solid-state imaging device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9462202B2 (en) 2013-06-06 2016-10-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Pixel arrays and imaging devices with reduced blooming, controllers and methods

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007207891A (en) 2007-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6541080B2 (en) Solid-state imaging device
TWI424557B (en) Solid-state imaging device and electronic device
US8604408B2 (en) Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and electronic apparatus
JP5365144B2 (en) SOLID-STATE IMAGING DEVICE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND ELECTRONIC DEVICE
JP5723094B2 (en) Solid-state imaging device and camera
US8426287B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device, solid-state imaging device, and solid-state imaging apparatus
US9711558B2 (en) Imaging device with photoelectric converter
JP4486985B2 (en) Solid-state imaging device and electronic information device
JP6406585B2 (en) Imaging device
JP2006245499A5 (en)
JP5539373B2 (en) Solid-state imaging device and manufacturing method thereof
US7718498B2 (en) Semiconductor device and method of producing same
CN102956658A (en) Solid-state imaging apparatus, method of manufacturing solid-state imaging apparatus, and electronic apparatus
JP2007027705A (en) Image sensor and manufacturing method thereof
JP4923596B2 (en) Solid-state imaging device
US20080084490A1 (en) Solid-state imaging device and electronic device
JP4859542B2 (en) MOS type solid-state imaging device and manufacturing method of MOS type solid-state imaging device
JP5272281B2 (en) Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and camera
JP2006196729A (en) Solid-state imaging device and manufacturing method thereof
JP4779575B2 (en) Solid-state image sensor
JP2007123680A (en) Solid state image sensor
JP2007281344A (en) Solid-state imaging device and manufacturing method thereof
JP2006135172A (en) Solid state image sensor and manufacturing method of same
KR20070084920A (en) CMOS image elements with P wells limited to transistor regions

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090122

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110713

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110719

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110915

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111011

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111212

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120110

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120123

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150217

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150217

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees