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JP2004063878A - Charge-detecting apparatus and solid-state image pickup device - Google Patents

Charge-detecting apparatus and solid-state image pickup device Download PDF

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Publication number
JP2004063878A
JP2004063878A JP2002221384A JP2002221384A JP2004063878A JP 2004063878 A JP2004063878 A JP 2004063878A JP 2002221384 A JP2002221384 A JP 2002221384A JP 2002221384 A JP2002221384 A JP 2002221384A JP 2004063878 A JP2004063878 A JP 2004063878A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
charge detection
detection device
charge
floating diffusion
wiring
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.)
Pending
Application number
JP2002221384A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinji Uie
宇家 真司
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.)
Fujifilm Holdings Corp
Fujifilm Microdevices Co Ltd
Original Assignee
Fujifilm Microdevices Co Ltd
Fuji Photo Film Co Ltd
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 Fujifilm Microdevices Co Ltd, Fuji Photo Film Co Ltd filed Critical Fujifilm Microdevices Co Ltd
Priority to JP2002221384A priority Critical patent/JP2004063878A/en
Publication of JP2004063878A publication Critical patent/JP2004063878A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charge-detecting apparatus in which a charge detection sensitivity is improved and microfabrication is made possible. <P>SOLUTION: A charge-detecting part has an n+ type FD region 1, which is formed continuous to the embedded channel of a horizontal CCD transfer part, and a potential change in the FD region 1 is transmitted to a gate electrode 70 of a drive transistor of a first stage via aluminum wiring 3 and electrode wiring 71. Impurity concentration in a (p)-type impurity region 90 in a lower portion of electrode wiring 71 is set low, such that its surface becomes a depletion layer, which is depleted when operating the charge-detecting apparatus. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フローティングディフュージョン部を有する電荷検出装置、特にCCD転送部によって信号電荷を転送する固体撮像装置に利用される電荷検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
光電変換部からの信号電荷をCCD転送部によって転送するCCD固体撮像装置は、行列状に2次元配置された光電変換素子(画素)から読み出された信号電荷を垂直転送する複数本の垂直CCD転送部と、垂直CCD転送部から転送される1ライン分の信号電荷を水平転送する水平CCD転送部と、水平CCD転送部によって転送された信号電荷を電気信号に変換して出力する電荷検出部とを有している。
【0003】
そして、このCCD撮像装置の電荷検出部は、水平CCD転送部からの信号電荷が転送されるフローティングディフュージョン(以下、「FD」と記述する場合もある。)部の電位変化を検出するFDアンプ構成となっている。
【0004】
図3は、従来のCCD撮像装置の電荷検出部の要部の概略構成を示す平面図であり、図4は、図3のA−A断面と、A−Aに沿った領域のポテンシャル分布を示す図である。図3には、電荷転送チャネルとして機能するn型埋め込みチャネル(線60は、埋め込みチャネルの端部を示す。)、最終段転送電極61a、61b、出力ゲート電極62を含む水平CCD転送部の端部が示されている。電荷検出部は、水平CCD転送部の埋め込みチャネルに連続して形成されるn+型FD領域1、リセットゲート電極81を含むリセットゲート部、リセットドレイン82を有する。また、電荷検出部は、ソース51、アウトプットドレイン52、ゲート電極70を含む初段ドライブトランジスタを有し、ゲート電極から延長された電極配線71とFD領域1とをアルミニウム配線3で接続するコンタクト部2を含む。ゲート電極70と電極配線71は、ポリSiで形成される。したがって、ゲート電極70は、アルミニウム配線3、電極配線71を介してFD領域1に接続されるため、FD領域1とほぼ同電位になる。
【0005】
FD部周辺の素子分離領域には、フィールド酸化膜41が形成される(図3における線4は、フィールド酸化膜の端部を示す。)。フィールド酸化膜41は、図4(a)に示すようにLOCOSで形成される厚い酸化膜であり、その下方には、p型不純物領域42を形成している。なお、図4(a)においては、表面の平坦化膜、平坦化膜に設けられたコンタクト孔、平坦化膜上方のアルミニウム配線等は、記載を省略してある。また、上記した固体撮像素子は、n型半導体基板上のpウェルに形成される。
【0006】
フィールド酸化膜41の厚さ及びp型不純物領域42の不純物濃度は、電荷検出部の動作電圧でp型不純物領域42が反転しないような値に設定される。例えば、リセットドレインの印加電圧が15Vの場合、フィールド酸化膜の厚さが600nm、不純物濃度が1×1018/cm程度である。また、LOCOSは端部に傾斜部(バーズビーク)を有するため、必要な厚さのフィールド酸化膜を得るためには、1.2μm程度の幅を必要とする。図4(b)は、その場合のポテンシャル分布を示すもので、線100aは、FD部のリセット時のポテンシャル分布であり、線100bは、FD部に電荷が転送された時のポテンシャル分布である。図4に示すように、素子分離領域は、FD部の電位にかかわらず接地電位となっている。
【0007】
図3、図4に示されるような電荷検出部による信号電荷検出の原理は、容量Cをもつコンデンサ内の電荷量の変化ΔQとコンデンサの両端に生じる電圧変化ΔVが、ΔQ=C・ΔVとなることを用いて、信号電荷を電圧に変換するものである。変換された出力電圧は、初段ドライブトランジスタを含むソースホロア回路を介して出力される。
【0008】
具体的には、端子RSを介してリセットゲート電極81に印加されるリセットパルス電圧をハイレベルにしてFD領域1をリセットし、リセットパルス電圧をローレベルにした後、端子H1Lを介して最終段転送電極61a、61bに印加される転送パルスをローにして、水平CCD転送部からの信号電荷をFD領域1に転送した時の電位変化を検出するものである。
【0009】
固体撮像素子においては、画素サイズの微細化に伴って電荷検出部の高感度化の要求が高まっているが、図3、図4に示すような構成の電荷検出部の検出感度は、上記式から明らかなようにFD部の静電容量の総和Cの逆数に比例するので、FD部の静電容量の総和Cをできるだけ小さくすることが求められている。FD部の静電容量Cは、FD部の接合容量C1、FD部とリセットゲート電極81との結合容量C2、FD部と出力ゲート電極62との結合容量C3、FD部と初段ドライブトランジスタのゲートとを接続する配線部71の寄生容量C4、初段ドライブトランジスタのゲートの容量C5、初段ドライブトランジスタのゲート電極70とアウトプットドレインとの結合容量C6の総和で表される。
【0010】
従来、電荷検出感度の向上のため、それぞれの容量について小さくする工夫がされているが、寄生容量C4、ゲート容量C5、結合容量C6等、初段ドライブトランジスタのゲート電極の大きさ、ゲート電極に対する配線の大きさに依存する容量は、小さくすることが困難で、高検出感度化のボトルネックになっている。
【0011】
すなわち、前述したように、FD部と初段ドライブトランジスタのゲート電極とを接続する配線部下方のp型不純物領域を反転させないためには、LOCOSで形成するフィールド酸化膜の厚さを一定値以上とする必要があって、配線部の長さLを縮小できない。また、端部に傾斜を設けた厚い酸化膜でフィールド酸化膜を形成した場合において、初段ドライブトランジスタのゲート電極の幅Wも、フィールド酸化膜の傾斜部分のため、縮小が困難である。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、電荷検出感度の向上させることができるとともに、微細化が可能な電荷検出装置を提供することを目的とする。また、このような電荷検出装置を出力部に使用し、画素数の増加が可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明の電荷検出装置は、フローティングディフュージョン部を有する電荷検出装置であって、前記フローティングディフュージョン部の電位変化を他の要素に伝達するための配線近傍の素子分離領域の半導体基板表面を、動作時に空乏化する空乏化層としたものである。このように構成すると、フローティングディフュージョン部の電位変化を他の要素に伝達するための配線近傍の素子分離領域の幅を減らすことができるため、素子の微細化が可能となる。また、配線の長さが減少するので、FD部の容量が減少し、電荷検出感度が向上する。
【0014】
本発明の電荷検出装置は、フローティングディフュージョン部を有する電荷検出装置であって、前記フローティングディフュージョン部の電位変化を他の要素に伝達するための配線近傍の素子分離領域を含む前記フローティングディフュージョン部周囲の素子分離領域の半導体基板表面を、動作時に空乏化する空乏化層としたものである。
【0015】
本発明の電荷検出装置は、さらに、前記配線が接続される前記他の要素の周囲の素子分離領域の半導体基板表面を、動作時に空乏化する空乏化層としたものである。
【0016】
本発明の電荷検出装置における前記他の要素は、前記フローティングディフュージョン部の電位変化を検出するソースホロア回路の初段ドライブトランジスタである。
【0017】
本発明の電荷検出装置における前記空乏化層は、前記フローティングディフュージョン部と反対導電型の半導体層によって形成されるものである。
【0018】
また、本発明の電荷検出装置における前記反対導電型の半導体層の表面の酸化膜の厚さは、前記電荷検出装置のアクティブ領域の酸化膜の厚さとほぼ同一とされるものである。
【0019】
本発明の固体撮像装置は、上記した電荷検出装置を備えるものである。したがって、画素領域を微細化しても高出力を得ることができ、画素数の増加が可能となる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【0021】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態の電荷検出装置の概略構成を示す図である。図1の電荷検出装置は、CCD撮像装置の電荷検出部として利用されるもので、図1(a)は、図4(a)に対応する部分の断面を示しており、図1(b)は、対応する領域のポテンシャル分布を示している。
【0022】
図1の電荷検出装置は、FD部と初段ドライブトランジスタとの間隔が減少していること、電極配線71下方部のLOCOSによるフィールド酸化膜41がないこと、電極配線71下方部のp型不純物領域90の不純物濃度が低下していることを除いて、図3、図4に示すものと同様の構成を有する。また、電極配線71とp型不純物領域90との間の酸化膜は、FD部や初段ドライブトランジスタ等のアクティブ領域の表面の酸化膜と同じ厚さとされる。
【0023】
p型不純物領域90の表面は、電荷検出装置の動作時に空乏化する空乏化層となるもので、前述したようにリセットドレインの印加電圧が15Vの場合、1×1015/cm程度とする。したがって、FD領域1をリセットすると、図1(b)の線10aに示すようなポテンシャル分布となる。すなわち、p型不純物領域90は、空乏化されるため、FD部と初段ドライブトランジスタのチャネルとを分離する電位障壁を構成する。この電位障壁の高さは、初段ドライブトランジスタのチャネル領域の不純物濃度を1×1012/cm程度とすると、チャネル側からみて3〜5Vである。
【0024】
FD領域1に信号電荷が転送されると、FD領域1の電位が下がり、同時に電極70及び電極配線71の電位も下がる。そのため、初段ドライブトランジスタのチャネルの電位が下がるが、p型不純物領域90の空乏化層の電位も下がる(絶縁膜の厚さが同じなので同様の変調度で変化するため)ので、電位障壁の高さはほぼ維持される(図1(b)の線10b参照)。したがって、FD部と初段ドライブトランジスタとは、素子分離されることになる。
【0025】
p型不純物領域90の幅は、理論的には製造限界まで狭くできるので、電極配線71の長さLが短くなる。また、厚いフィールド酸化膜がないことにより電極70の幅Wを短くすることができる。したがって、配線部71の寄生容量C4、初段ドライブトランジスタのゲートの容量C5、初段ドライブトランジスタのゲート電極70とアウトプットドレインとの結合容量C6を減少させることができ、電荷検出感度が向上する。なお、電極配線71下方部の酸化膜の厚さが薄くなったことにより、ゲート電極70及び電極配線71と基板間の静電容量は増加するが、空乏化層の電位が高い変調度で変化するので、実質的な容量増加は少ない。
【0026】
また、FD部周辺の基板表面が平坦であるので、FD部製造時のフォトレジストの塗布膜厚を均一にすることができ、FD領域1の微細化が容易になる。したがって、FD部の接合容量C1を減らすことができ、さらに、電荷検出感度を向上させることができる。
【0027】
(第2の実施の形態)
図2は、本発明の第2の実施の形態の電荷検出装置の概略構成を示す図である。図2の電荷検出装置は、図1の電荷検出装置と同様にCCD撮像装置の電荷検出部として利用されるもので、図2(a)は、図4(a)に対応する部分の断面を示しており、図2(b)は、対応する領域のポテンシャル分布を示している。
【0028】
図2の電荷検出装置は、FD部の周囲、及び初段ドライブトランジスタの周囲の素子分離領域の構成を変更したものである。すなわち、LOCOSによるフィールド酸化膜41をなくしてアクティブ領域の表面の酸化膜と同じ厚さとし、表面のp型不純物領域90の不純物濃度を低下させて、図1の電極配線71近傍の素子分離領域と同様の構成としたものである。
【0029】
このような構成とすると、FD部の周囲及び初段ドライブトランジスタの周囲全体に空乏化層が形成されるため、図2(b)に示すようなポテンシャル分布となる。図2(b)において、線11aは、FD部のリセット時のポテンシャル分布であり、線11bは、信号電荷転送時のポテンシャル分布である。図から明らかなように、空乏化層が広がるため、全体的に静電容量が減少する。
【0030】
また、厚いフィールド酸化膜41がなくなり、ゲート電極70を平坦化できるので、その幅Wをチャネル幅とほぼ同じ程度まで減少させることができる。したがって、初段ドライブトランジスタのゲートの容量C5、初段ドライブトランジスタのゲート電極70とアウトプットドレインとの結合容量C6を減少させることができ、さらに電荷検出感度が向上する。
【0031】
なお、図2では、FD部の周囲、及び初段ドライブトランジスタの周囲の素子分離領域の構成をともに変更したが、どちらか一方の素子分離領域を変更して、他方の素子分離領域には、厚いフィールド酸化膜41を残してもよい。また、第1及び第2の実施の形態において、LOCOSによるフィールド酸化膜41だけでなく、厚い酸化膜の端部に傾斜部を設けたフィールド酸化膜としてもよい。
【0032】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、電荷検出感度の向上させることができるとともに、微細化が可能な電荷検出装置を提供することができる。また、このような電荷検出装置を出力部に使用すると、画素数の増加が可能な固体撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の電荷検出装置の概略構成を示す図
【図2】本発明の第2の実施の形態の電荷検出装置の概略構成を示す図
【図3】従来のCCD撮像装置の電荷検出部の要部の概略構成を示す平面図
【図4】図3のA−A断面及びポテンシャル分布を示す図
【符号の説明】
1・・・フローティングディフュージョン領域
2・・・コンタクト部
3・・・アルミニウム配線
4・・・フィールド酸化膜の端部
41・・・フィールド酸化膜
42・・・p型不純物領域
51・・・ソース52
52・・・アウトプットドレイン
61a、61b・・・最終段転送電極
62・・・出力ゲート電極
70・・・ゲート電極
71・・・電極配線
81・・・リセットゲート電極
82・・・リセットドレイン
90・・・p型不純物領域
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a charge detection device having a floating diffusion portion, and more particularly to a charge detection device used in a solid-state imaging device that transfers signal charges by a CCD transfer portion.
[0002]
[Prior art]
A CCD solid-state imaging device that transfers signal charges from a photoelectric conversion unit by a CCD transfer unit is a plurality of vertical CCDs that vertically transfer signal charges read from photoelectric conversion elements (pixels) arranged two-dimensionally in a matrix. A transfer unit; a horizontal CCD transfer unit that horizontally transfers signal charges for one line transferred from the vertical CCD transfer unit; and a charge detection unit that converts the signal charges transferred by the horizontal CCD transfer unit into electrical signals and outputs the signals. And have.
[0003]
The charge detection unit of this CCD image pickup apparatus has an FD amplifier configuration for detecting a potential change in a floating diffusion (hereinafter, also referred to as “FD”) part to which signal charges from the horizontal CCD transfer unit are transferred. It has become.
[0004]
FIG. 3 is a plan view showing a schematic configuration of a main part of a charge detection unit of a conventional CCD image pickup device, and FIG. 4 shows a potential distribution of an AA cross section of FIG. 3 and a region along AA. FIG. FIG. 3 shows an end of a horizontal CCD transfer unit including an n-type buried channel functioning as a charge transfer channel (a line 60 indicates an end of the buried channel), final stage transfer electrodes 61a and 61b, and an output gate electrode 62. The parts are shown. The charge detection unit includes an n + type FD region 1 formed continuously in the embedded channel of the horizontal CCD transfer unit, a reset gate unit including a reset gate electrode 81, and a reset drain 82. The charge detection unit includes a first-stage drive transistor including a source 51, an output drain 52, and a gate electrode 70, and a contact unit that connects the electrode wiring 71 extended from the gate electrode and the FD region 1 with an aluminum wiring 3. 2 is included. The gate electrode 70 and the electrode wiring 71 are made of poly-Si. Therefore, since the gate electrode 70 is connected to the FD region 1 through the aluminum wiring 3 and the electrode wiring 71, the gate electrode 70 has substantially the same potential as the FD region 1.
[0005]
A field oxide film 41 is formed in the element isolation region around the FD portion (a line 4 in FIG. 3 indicates an end portion of the field oxide film). The field oxide film 41 is a thick oxide film formed by LOCOS as shown in FIG. 4A, and a p-type impurity region 42 is formed below the field oxide film 41. In FIG. 4A, the description of the planarizing film on the surface, the contact hole provided in the planarizing film, the aluminum wiring above the planarizing film, etc. is omitted. The above-described solid-state imaging device is formed in a p well on an n type semiconductor substrate.
[0006]
The thickness of the field oxide film 41 and the impurity concentration of the p-type impurity region 42 are set to values such that the p-type impurity region 42 is not inverted by the operating voltage of the charge detection unit. For example, when the voltage applied to the reset drain is 15 V, the thickness of the field oxide film is 600 nm and the impurity concentration is about 1 × 10 18 / cm 3 . Further, since LOCOS has an inclined portion (bird's beak) at its end, a width of about 1.2 μm is required to obtain a field oxide film having a necessary thickness. FIG. 4B shows the potential distribution in that case. The line 100a is the potential distribution when the FD portion is reset, and the line 100b is the potential distribution when charge is transferred to the FD portion. . As shown in FIG. 4, the element isolation region is at the ground potential regardless of the potential of the FD portion.
[0007]
The principle of signal charge detection by the charge detection unit as shown in FIGS. 3 and 4 is that the change in charge amount ΔQ in the capacitor having the capacitance C and the change in voltage ΔV generated at both ends of the capacitor are ΔQ = C · ΔV. Is used to convert the signal charge into a voltage. The converted output voltage is output via a source follower circuit including a first stage drive transistor.
[0008]
Specifically, the reset pulse voltage applied to the reset gate electrode 81 via the terminal RS is set to the high level to reset the FD region 1, the reset pulse voltage is set to the low level, and then the final stage is set via the terminal H1L. The change in potential when the transfer pulse applied to the transfer electrodes 61a and 61b is set to low to transfer the signal charge from the horizontal CCD transfer unit to the FD region 1 is detected.
[0009]
In the solid-state imaging device, there is an increasing demand for higher sensitivity of the charge detection unit as the pixel size is reduced. However, the detection sensitivity of the charge detection unit configured as shown in FIGS. As is clear from FIG. 4, since it is proportional to the reciprocal of the total capacitance C of the FD portion, it is required to make the total capacitance C of the FD portion as small as possible. The capacitance C of the FD section includes the junction capacitance C1 of the FD section, the coupling capacity C2 of the FD section and the reset gate electrode 81, the coupling capacity C3 of the FD section and the output gate electrode 62, and the gate of the FD section and the first stage drive transistor. Are represented by the sum of the parasitic capacitance C4 of the wiring section 71, the gate capacitance C5 of the first-stage drive transistor, and the coupling capacitance C6 between the gate electrode 70 of the first-stage drive transistor and the output drain.
[0010]
Conventionally, in order to improve the charge detection sensitivity, each capacitor has been devised to be small. However, the size of the gate electrode of the first stage drive transistor, such as the parasitic capacitance C4, the gate capacitance C5, and the coupling capacitance C6, and the wiring to the gate electrode It is difficult to reduce the capacity depending on the size of the sensor, and this is a bottleneck for high detection sensitivity.
[0011]
That is, as described above, in order not to invert the p-type impurity region below the wiring portion connecting the FD portion and the gate electrode of the first stage drive transistor, the thickness of the field oxide film formed by LOCOS is set to a certain value or more. Therefore, the length L of the wiring portion cannot be reduced. Further, when the field oxide film is formed of a thick oxide film having an inclination at the end, it is difficult to reduce the width W of the gate electrode of the first-stage drive transistor because of the inclined part of the field oxide film.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a charge detection device that can improve charge detection sensitivity and can be miniaturized. It is another object of the present invention to provide a solid-state imaging device that can increase the number of pixels by using such a charge detection device as an output unit.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The charge detection device of the present invention is a charge detection device having a floating diffusion portion, and the surface of the semiconductor substrate in the element isolation region in the vicinity of the wiring for transmitting the potential change of the floating diffusion portion to another element during operation. This is a depleted layer that is depleted. With such a configuration, the width of the element isolation region in the vicinity of the wiring for transmitting the potential change of the floating diffusion portion to other elements can be reduced, so that the elements can be miniaturized. In addition, since the length of the wiring is reduced, the capacitance of the FD portion is reduced and the charge detection sensitivity is improved.
[0014]
The charge detection device of the present invention is a charge detection device having a floating diffusion portion, and includes a device isolation region in the vicinity of the wiring for transmitting a potential change of the floating diffusion portion to another element. The surface of the semiconductor substrate in the element isolation region is a depleted layer that is depleted during operation.
[0015]
In the charge detection device of the present invention, the surface of the semiconductor substrate in the element isolation region around the other element to which the wiring is connected is a depletion layer that is depleted during operation.
[0016]
The other element in the charge detection device of the present invention is a first-stage drive transistor of a source follower circuit that detects a potential change in the floating diffusion portion.
[0017]
The depletion layer in the charge detection device of the present invention is formed of a semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of the floating diffusion portion.
[0018]
In the charge detection device of the present invention, the thickness of the oxide film on the surface of the opposite conductivity type semiconductor layer is substantially the same as the thickness of the oxide film in the active region of the charge detection device.
[0019]
The solid-state imaging device of the present invention includes the above-described charge detection device. Therefore, high output can be obtained even if the pixel area is miniaturized, and the number of pixels can be increased.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0021]
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a charge detection device according to a first embodiment of the present invention. The charge detection device of FIG. 1 is used as a charge detection unit of a CCD image pickup device, and FIG. 1 (a) shows a cross section of a portion corresponding to FIG. 4 (a), and FIG. Indicates the potential distribution of the corresponding region.
[0022]
In the charge detection device of FIG. 1, the distance between the FD portion and the first stage drive transistor is reduced, the field oxide film 41 due to LOCOS below the electrode wiring 71 is not present, and the p-type impurity region below the electrode wiring 71. The structure is similar to that shown in FIGS. 3 and 4 except that the impurity concentration of 90 is lowered. Further, the oxide film between the electrode wiring 71 and the p-type impurity region 90 has the same thickness as the oxide film on the surface of the active region such as the FD portion or the first stage drive transistor.
[0023]
The surface of the p-type impurity region 90 becomes a depletion layer that is depleted during operation of the charge detection device. As described above, when the applied voltage to the reset drain is 15 V, the surface is about 1 × 10 15 / cm 3 . . Therefore, when the FD region 1 is reset, a potential distribution as shown by a line 10a in FIG. That is, since p type impurity region 90 is depleted, it forms a potential barrier that separates the FD portion and the channel of the first stage drive transistor. The potential barrier height is 3 to 5 V when viewed from the channel side when the impurity concentration of the channel region of the first-stage drive transistor is about 1 × 10 12 / cm 3 .
[0024]
When the signal charge is transferred to the FD region 1, the potential of the FD region 1 is lowered, and at the same time, the potentials of the electrode 70 and the electrode wiring 71 are also lowered. Therefore, although the channel potential of the first-stage drive transistor is lowered, the potential of the depletion layer of the p-type impurity region 90 is also lowered (because the thickness of the insulating film is the same and changes with the same modulation factor). The length is almost maintained (see line 10b in FIG. 1B). Therefore, the FD portion and the first stage drive transistor are separated from each other.
[0025]
Since the width of the p-type impurity region 90 can theoretically be reduced to the manufacturing limit, the length L of the electrode wiring 71 is shortened. Further, since there is no thick field oxide film, the width W of the electrode 70 can be shortened. Therefore, the parasitic capacitance C4 of the wiring portion 71, the capacitance C5 of the gate of the first stage drive transistor, and the coupling capacitance C6 between the gate electrode 70 of the first stage drive transistor and the output drain can be reduced, and the charge detection sensitivity is improved. Although the capacitance between the gate electrode 70 and the electrode wiring 71 and the substrate increases as the thickness of the oxide film below the electrode wiring 71 decreases, the potential of the depletion layer changes with a high degree of modulation. Therefore, the substantial capacity increase is small.
[0026]
Further, since the substrate surface around the FD portion is flat, the coating thickness of the photoresist at the time of manufacturing the FD portion can be made uniform, and the FD region 1 can be easily miniaturized. Therefore, the junction capacitance C1 of the FD portion can be reduced, and the charge detection sensitivity can be improved.
[0027]
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the charge detection device according to the second embodiment of the present invention. The charge detection device of FIG. 2 is used as a charge detection unit of a CCD image pickup device in the same manner as the charge detection device of FIG. 1, and FIG. 2A shows a cross-section of a portion corresponding to FIG. FIG. 2B shows the potential distribution of the corresponding region.
[0028]
The charge detection device of FIG. 2 is obtained by changing the configuration of the element isolation region around the FD portion and around the first-stage drive transistor. That is, the field oxide film 41 by LOCOS is eliminated, the thickness is made the same as the oxide film on the surface of the active region, the impurity concentration of the p-type impurity region 90 on the surface is lowered, and the element isolation region in the vicinity of the electrode wiring 71 in FIG. The configuration is the same.
[0029]
With such a configuration, a depletion layer is formed around the FD portion and the entire periphery of the first-stage drive transistor, resulting in a potential distribution as shown in FIG. In FIG. 2B, a line 11a is a potential distribution at the time of resetting the FD portion, and a line 11b is a potential distribution at the time of signal charge transfer. As is clear from the figure, since the depletion layer spreads, the overall capacitance decreases.
[0030]
Further, since the thick field oxide film 41 is eliminated and the gate electrode 70 can be flattened, the width W can be reduced to substantially the same as the channel width. Therefore, the capacitance C5 of the gate of the first stage drive transistor and the coupling capacitance C6 between the gate electrode 70 of the first stage drive transistor and the output drain can be reduced, and the charge detection sensitivity is further improved.
[0031]
In FIG. 2, the configurations of the element isolation regions around the FD portion and the first stage drive transistor are both changed, but either one of the element isolation regions is changed so that the other element isolation region is thick. The field oxide film 41 may be left. In the first and second embodiments, not only the field oxide film 41 by LOCOS but also a field oxide film in which an inclined portion is provided at the end of a thick oxide film may be used.
[0032]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to provide a charge detection device that can improve charge detection sensitivity and can be miniaturized. In addition, when such a charge detection device is used as an output unit, a solid-state imaging device capable of increasing the number of pixels can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a charge detection device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a charge detection device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a plan view showing a schematic configuration of a main part of a charge detection unit of a conventional CCD image pickup device. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Floating diffusion area | region 2 ... Contact part 3 ... Aluminum wiring 4 ... End part 41 of field oxide film ... Field oxide film 42 ... P-type impurity region 51 ... Source 52
52 ... Output drains 61a, 61b ... Last transfer electrode 62 ... Output gate electrode 70 ... Gate electrode 71 ... Electrode wiring 81 ... Reset gate electrode 82 ... Reset drain 90 ... P-type impurity regions

Claims (7)

フローティングディフュージョン部を有する電荷検出装置であって、
前記フローティングディフュージョン部の電位変化を他の要素に伝達するための配線近傍の素子分離領域の半導体基板表面を、動作時に空乏化する空乏化層とした電荷検出装置。
A charge detection device having a floating diffusion part,
A charge detection device in which a semiconductor substrate surface in an element isolation region in the vicinity of a wiring for transmitting a potential change of the floating diffusion portion to another element is a depletion layer that is depleted during operation.
フローティングディフュージョン部を有する電荷検出装置であって、
前記フローティングディフュージョン部の電位変化を他の要素に伝達するための配線近傍の素子分離領域を含む前記フローティングディフュージョン部周囲の素子分離領域の半導体基板表面を、動作時に空乏化する空乏化層とした電荷検出装置。
A charge detection device having a floating diffusion part,
Charge that is a depletion layer that depletes the semiconductor substrate surface in the element isolation region around the floating diffusion portion including the element isolation region in the vicinity of the wiring for transmitting the potential change of the floating diffusion portion to another element during operation Detection device.
請求項1又は2記載の電荷検出装置であって、
さらに、前記配線が接続される前記他の要素の周囲の素子分離領域の半導体基板表面を、動作時に空乏化する空乏化層とした電荷検出装置。
The charge detection device according to claim 1 or 2,
Furthermore, the charge detection device wherein the surface of the semiconductor substrate in the element isolation region around the other element to which the wiring is connected is a depletion layer that is depleted during operation.
請求項1ないし3のいずれか1項記載の電荷検出装置であって、
前記他の要素は、前記フローティングディフュージョン部の電位変化を検出するソースホロア回路の初段ドライブトランジスタである電荷検出装置。
The charge detection device according to any one of claims 1 to 3,
The other element is a charge detection device that is a first-stage drive transistor of a source follower circuit that detects a potential change in the floating diffusion portion.
請求項1ないし4のいずれか1項記載の電荷検出装置であって、
前記空乏化層は、前記フローティングディフュージョン部と反対導電型の半導体層によって形成される電荷検出装置。
The charge detection device according to any one of claims 1 to 4,
The depletion layer is a charge detection device formed by a semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of the floating diffusion portion.
請求項5記載の電荷検出装置であって
前記反対導電型の半導体層の表面の酸化膜の厚さは、前記電荷検出装置のアクティブ領域の酸化膜の厚さとほぼ同一である電荷検出装置。
6. The charge detection device according to claim 5, wherein the thickness of the oxide film on the surface of the opposite conductivity type semiconductor layer is substantially the same as the thickness of the oxide film in the active region of the charge detection device.
請求項1ないし6のいずれか1項記載の電荷検出装置を備えた固体撮像装置。A solid-state imaging device comprising the charge detection device according to claim 1.
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