JP2006049508A - Solid state imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、単位画素内にJFET(接合型電界効果トランジスタ)を備えた固体撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device provided with a JFET (junction field effect transistor) in a unit pixel.
従来、単位画素内に増幅素子を個別に備え、信号電荷を増幅素子で増幅(例えば電流増幅)してから出力するタイプの固体撮像装置が提案されている。
下記の特許文献1には、このような増幅素子として、JFETを単位画素内に備えた固体撮像装置が開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been proposed a solid-state imaging device of a type in which an amplification element is individually provided in a unit pixel and signal charges are amplified (for example, current amplification) by the amplification element and output.
図8は、この固体撮像装置99の画素構造を示す上面図である。
図9は、図8中に示すY1−Y2の断面図である。
図10は、図8中に示すX1−X2の断面図である。
これらの図において、固体撮像装置99は、N型半導体基板100を土台に形成される。このN型半導体基板100の表面には、N型エピタキシャル層101が設けられる。このN型エピタキシャル層101の表面には、複数の単位画素が形成される。これらの単位画素は、受光素子91、JFET92、およびリセットドレイン94を備えて概略構成される。
FIG. 8 is a top view showing a pixel structure of the solid-state imaging device 99. As shown in FIG.
9 is a cross-sectional view taken along the line Y1-Y2 shown in FIG.
10 is a cross-sectional view taken along the line X1-X2 shown in FIG.
In these drawings, the solid-state imaging device 99 is formed using an N-
この内、JFET92は、半導体面に平行して横向きに電流経路を形成するN型チャネル領域17と、そのN型チャネル領域17を挟むP型ゲート領域15と、N型ソース領域14と、N型ドレイン領域16とによって構成される。(以下、本明細書では、このJFET92のように、チャネル領域が半導体面に沿って主として横向きに形成されたJFETを、横型JFETと呼ぶ。)
Among these, the JFET 92 includes an N-
一方、リセットドレイン94は、P型電荷排出領域18と、遮光配線24とを、接続線23で接続することによって構成される。この接続線23による接続経路は、図10に示すようにコンタクトホール30,31の位置をずらすことによって、階段状にレイアウトされる。
また、JFET92とリセットドレイン94との中間には、リセット電極25が設けられる。このリセット電極25の電圧制御により、P型ゲート領域15内の不要電荷を、P型電荷排出領域18に排出することができる。
A
図8に示した固体撮像装置99の例では、JFET92およびリセットドレイン94が、単位画素のほぼ半分の面積を占有する。そのため、受光素子91の占有面積は、単位画素の残り半分程度の矩形範囲まで狭められる。その結果、固体撮像装置99の受光効率が低下するという点で改善の余地があった。
そこで、本発明では、固体撮像装置において、受光素子の占有面積拡大に有効な単位画素の素子構造を提供することを目的とする。
In the example of the solid-state imaging device 99 shown in FIG. 8, the JFET 92 and the
Therefore, an object of the present invention is to provide an element structure of a unit pixel that is effective for expanding the area occupied by a light receiving element in a solid-state imaging device.
《1》
本発明の固体撮像装置は、複数の単位画素を半導体基板に形成する。この単位画素は、入射光に応じて信号電荷を生成する受光素子と、この受光素子で生成された信号電荷を取り込み、信号電荷に応じた画素信号を出力するJFET(接合型電界効果トランジスタ)とを備える。
特に、このJFETは、下記構成を備えた縦型JFETである。
(a)半導体基板の基板深さ方向に電流経路を配置したチャネル領域。
(b)このチャネル領域を挟み込むように深さ方向に形成され、信号電荷を蓄積し、蓄積した信号電荷によってチャネル領域のチャネル幅を制御するゲート領域。
<< 1 >>
In the solid-state imaging device of the present invention, a plurality of unit pixels are formed on a semiconductor substrate. The unit pixel includes a light receiving element that generates a signal charge according to incident light, a JFET (junction field effect transistor) that takes in the signal charge generated by the light receiving element, and outputs a pixel signal according to the signal charge. Is provided.
In particular, this JFET is a vertical JFET having the following configuration.
(A) A channel region in which a current path is arranged in the substrate depth direction of the semiconductor substrate.
(B) A gate region that is formed in the depth direction so as to sandwich the channel region, accumulates signal charges, and controls the channel width of the channel region by the accumulated signal charges.
《2》
なお好ましくは、JFETのドレイン部は、チャネル領域の底に位置する。このドレイン部は半導体基板と同一の導電型であり、半導体基板と電気的に接触することにより基板電位が印加される。
<< 2 >>
Preferably, the drain portion of the JFET is located at the bottom of the channel region. The drain portion has the same conductivity type as the semiconductor substrate, and a substrate potential is applied by making electrical contact with the semiconductor substrate.
《3》
また好ましくは、JFETに縦型構造を採用することにより、横型JFETよりも単位画素内における占有面積を縮小する。その縮小分によって単位画素内に隙間箇所を確保する。JFETに隣接する受光素子は、この隙間箇所に受光領域を拡張して形成される
<< 3 >>
Further, preferably, by adopting a vertical structure in the JFET, the occupied area in the unit pixel is reduced as compared with the horizontal JFET. A gap portion is secured in the unit pixel by the reduction. The light receiving element adjacent to the JFET is formed by extending the light receiving region in this gap.
《4》
なお好ましくは、この隙間箇所に受光領域を拡張することにより、受光領域を略十字形状または略T字形状とする。
<< 4 >>
Preferably, the light receiving area is extended to the gap, thereby making the light receiving area substantially cross-shaped or substantially T-shaped.
《5》
また好ましくは、この隙間箇所を挟んでJFETの反対側に、ゲート領域の電荷をリセットするリセットドレインを配置する。このリセットドレインの電荷排出線を基板垂直方向に配線することにより、電荷排出線を階段状に配線する場合よりも、単位画素内における占有面積を縮小する。このようにして、JFETおよびリセットドレイン双方の面積縮小によって、隙間箇所を拡大する。その結果、隙間箇所に延在する受光領域を更に拡げる。
<< 5 >>
Preferably, a reset drain for resetting the charge in the gate region is arranged on the opposite side of the JFET across this gap. By wiring the charge drain line of the reset drain in the direction perpendicular to the substrate, the occupied area in the unit pixel is reduced as compared with the case where the charge drain line is wired stepwise. In this way, the gap is enlarged by reducing the area of both the JFET and the reset drain. As a result, the light receiving area extending to the gap is further expanded.
(1)
本発明では、単位画素内に縦型JFETを配置する。すなわち、JFETのチャネル領域は、半導体基板の基板深さ方向に配置される。また、JFETのゲート領域は、このチャネル領域を挟み込むように、主として深さ方向に形成される。
この縦型JFETは、素子構造が基板深さ方向にレイアウトされるため、従来の横型JFETに比べて横の拡がりが小さくなり、占有面積を縮小できる。
例えば、このJFETの面積縮小分で、受光素子の受光領域を拡大することにより、固体撮像装置の受光効率向上(例えば感度向上)を実現することができる。
また例えば、このJFETの面積縮小分だけ単位画素を面積縮小することにより、固体撮像装置の受光効率(例えば感度)を維持したまま、固体撮像装置の画素数を増やすことが可能になる。
(1)
In the present invention, a vertical JFET is arranged in a unit pixel. That is, the channel region of the JFET is disposed in the substrate depth direction of the semiconductor substrate. The gate region of the JFET is mainly formed in the depth direction so as to sandwich the channel region.
Since the vertical JFET has an element structure laid out in the substrate depth direction, the horizontal expansion is smaller than that of the conventional horizontal JFET, and the occupied area can be reduced.
For example, the light receiving efficiency of the solid-state imaging device can be improved (for example, the sensitivity can be improved) by enlarging the light receiving region of the light receiving element by the area reduction of the JFET.
Further, for example, by reducing the area of the unit pixel by the area reduction of the JFET, it is possible to increase the number of pixels of the solid-state imaging device while maintaining the light receiving efficiency (for example, sensitivity) of the solid-state imaging device.
(2)
ところで、従来の横型JFETでは、横向きに延びるチャネル領域の端にドレイン領域(図9中のN型ドレイン領域16)を設けている。そのため、横型JFETのドレイン領域も横に拡がることになり、この点からも横型JFETの占有面積は大きくなった。
そこで、本発明では、縦型JFETのドレイン部を、チャネル領域の底に位置させることが好ましい。この場合、チャネル領域の底に、ドレイン部の全部または一部を収めることが可能になり、縦型JFETの占有面積を更に縮小できる。
さらに、このドレイン部は基板の深奥部に位置するため、ドレイン部を半導体基板と一体化させることが容易である。そこで、本発明では、半導体基板からドレイン部に基板電位を印加することが好ましい。この場合、基板表面側からドレイン部に電圧供給する配線構造などを省くことが可能になり、単位画素内における縦型JFETの占有面積を更に縮小することができる。
(2)
Incidentally, in the conventional lateral JFET, a drain region (N-
Therefore, in the present invention, it is preferable that the drain portion of the vertical JFET is positioned at the bottom of the channel region. In this case, all or part of the drain portion can be accommodated at the bottom of the channel region, and the occupation area of the vertical JFET can be further reduced.
Furthermore, since this drain part is located in the deep part of a board | substrate, it is easy to integrate a drain part with a semiconductor substrate. Therefore, in the present invention, it is preferable to apply a substrate potential from the semiconductor substrate to the drain portion. In this case, a wiring structure for supplying a voltage from the substrate surface side to the drain portion can be omitted, and the area occupied by the vertical JFET in the unit pixel can be further reduced.
(3)
上述したように、縦型JFETは、従来の横型JFETよりも単位画素内における占有面積を縮小することが可能になる。そこで、本発明では、この縮小分によって単位画素内に隙間箇所を確保し、受光素子の受光領域を拡張することが好ましい。この場合、固体撮像装置の受光効率を高めることが可能になる。
(3)
As described above, the vertical JFET can occupy a smaller area in the unit pixel than the conventional horizontal JFET. Therefore, in the present invention, it is preferable to secure a gap portion in the unit pixel by this reduction and expand the light receiving region of the light receiving element. In this case, the light receiving efficiency of the solid-state imaging device can be increased.
(4)
なお、本発明では、受光領域を拡張して略十字形状または略T字形状にすることが好ましい。この場合、受光領域の縦横比を等方に近づけることが可能になる。その結果、オンチップマイクロレンズの集光効率が改善され、撮像エリア周辺におけるシェーディングを抑制できる。
(4)
In the present invention, it is preferable that the light receiving region is expanded into a substantially cross shape or a substantially T shape. In this case, the aspect ratio of the light receiving area can be made closer to isotropic. As a result, the light collection efficiency of the on-chip microlens is improved, and shading around the imaging area can be suppressed.
(5)
また、本発明では、リセットドレインの電荷排出線を基板垂直方向に配線することにより、リセットドレインの占有面積を縮小することが好ましい。この場合、縦型JFETとリセットドレインの中間に隙間箇所を大きく確保できる。その結果、その隙間箇所に延在する受光領域を更に拡げ、固体撮像装置の受光効率を一段と高めることができる。
(5)
In the present invention, it is preferable to reduce the area occupied by the reset drain by wiring the charge drain line of the reset drain in the direction perpendicular to the substrate. In this case, a large gap can be secured between the vertical JFET and the reset drain. As a result, it is possible to further expand the light receiving region extending in the gap and further increase the light receiving efficiency of the solid-state imaging device.
《第1実施形態》
図1は、第1実施形態における固体撮像装置41の画素構造を示す上面図である。
図2は、図1中に示すY1−Y2箇所の断面図である。
図3は、図1中に示すX1−X2箇所の断面図である。
これら図において、固体撮像装置41は、高濃度のN型半導体基板100を土台に形成される。このN型半導体基板100の受光面側には、低濃度のN型エピタキシャル層101が設けられる。このN型エピタキシャル層101の表面は、複数の単位画素に区分される。これらの単位画素の1つ1つは、縦型JFET42、受光素子1、およびリセットドレイン4から概略構成される。
<< First Embodiment >>
FIG. 1 is a top view showing a pixel structure of the solid-state imaging device 41 in the first embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line Y1-Y2 shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along X1-X2 in FIG.
In these drawings, the solid-state imaging device 41 is formed on the basis of a high concentration N-
まず、縦型JFET42は、下記の素子構造を有する。
(a)N型ソース領域54・・N型エピタキシャル層101の表面側に形成される。
(b)N型チャネル領域57・・N型ソース領域54の底から基板深さ方向に形成される。このN型チャネル領域57の長さは、例えば3μm以上に設定することが好ましい。
(c)P型ゲート領域55・・N型チャネル領域57の周囲を対称に取り囲むように形成される。
(d)N型ドレイン領域56・・N型チャネル領域57の底に位置する。なお、単位画素の境界域にN型ドレイン領域56を延在させることにより、N型ドレイン領域56を単位画素の分離領域に兼用してもよい。
First, the
(A) N-
(B) N-
(C) P-
(D) N-
一方、受光素子1は、N型エピタキシャル層101および埋込P型領域12のPN接合と、受光素子1の表面空乏化を阻止する表面N型層13とによって構成される。
また、リセットドレイン4は、P型電荷排出領域18と、遮光配線24とを、接続線23で接続することによって構成される。
On the other hand, the
Further, the reset drain 4 is configured by connecting the P-type
その他、固体撮像装置41には、転送電極3、垂直信号線22、およびリセット電極5などが設けられる。
この転送電極3は、絶縁膜を介して、埋込P型領域12とP型ゲート領域55との間に電位を印加する。この転送電極3の電位制御により、埋込P型領域12からP型ゲート領域55へ信号電荷が転送される。
転送された信号電荷は、P型ゲート領域55において蓄積される。この信号電荷の蓄積量に応じて、N型チャネル領域57内のチャネル幅が変化する。
In addition, the solid-state imaging device 41 is provided with a
The
The transferred signal charge is accumulated in the P-
一方、N型ソース領域54は、垂直信号線22を介して、不図示の定電流源に接続される。また、N型ドレイン領域56には、定電位が印加される。その結果、縦型JFET42は、一種のソースホロワ回路として作用し、信号電荷の蓄積量に応じた画素信号を垂直信号線22に出力する。
On the other hand, the N-
また、リセット電極5は、絶縁膜を介して、P型ゲート領域55とP型電荷排出領域18との間に電位を印加する。このリセット電極5の電位制御により、P型ゲート領域55の不要電荷を、P型電荷排出領域18に排出することができる。
さらに、固体撮像装置41には、オーバーフロー制御領域1aが設けられ、受光素子1から溢れた過剰電荷を、リセットドレイン4へ排出する。
The
Further, the solid-state imaging device 41 is provided with an overflow control region 1 a and discharges excess charges overflowing from the
[発明との対応関係]
以下、発明と第1実施形態との対応関係について説明する。なお、ここでの対応関係は、参考のために一解釈を例示するものであり、本発明を徒らに限定するものではない。
請求項記載の受光素子は、受光素子1に対応する。
請求項記載の縦型JFETは、縦型JFET42に対応する。
請求項記載のチャネル領域は、N型チャネル領域57に対応する。
請求項記載のゲート領域は、P型ゲート領域55に対応する。
[Correspondence with Invention]
Hereinafter, the correspondence between the invention and the first embodiment will be described. Note that the correspondence relationship here illustrates one interpretation for reference, and does not limit the present invention.
The light receiving element described in the claims corresponds to the
The vertical JFET described in the claims corresponds to the
The channel region described in the claims corresponds to the N-
The gate region described in the claims corresponds to the P-
[縦型JFET42の製造方法]
次に、縦型JFET42の製造方法を説明する。なお、ここでは説明を簡明にするため、公知のフォトリソ工程などは説明から省略する。
図4[A]〜[C]は、縦型JFET42の製造工程の一例を示す図である。
[Method for Manufacturing Vertical JFET 42]
Next, a method for manufacturing the
4A to 4C are diagrams illustrating an example of the manufacturing process of the
まず、この図4[A]に示すように、高濃度のN型半導体基板100の表面に、低濃度のN型エピタキシャル層101を3〜10μm程度の厚さでエピタキシャル成長させる。このN型エピタキシャル層101に対して、リンなどを3μm以上の深さまでイオン注入することにより、N型ドレイン領域56を形成する。
First, as shown in FIG. 4A, a low-concentration N-
続いて、図4[B]に示すように、ボロンなどをイオン注入することにより、P型ゲート領域55および埋込P型領域12を形成する。このとき、P型ゲート領域55の中央部分をマスクで覆うことにより、P型ゲート領域55の中央部分にN型領域を残し、N型チャネル領域57とする。なお、この中心箇所に改めてN型不純物をイオン注入することにより、N型チャネル領域57を確実に形成してもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 4B, boron or the like is ion-implanted to form the P-
さらに、図4[C]に示すように、ヒ素などをイオン注入することにより、N型ソース領域54および表面N型層13を形成する。
続いて、図2に示すように、リセット電極5および垂直信号線22などの配線構造を形成することにより、縦型JFET42が完成する。
Further, as shown in FIG. 4C, an N-
Subsequently, as shown in FIG. 2, the
[第1実施形態の効果など]
第1実施形態では、縦型JFET42を単位画素内に設ける。この縦型JFET42では、N型ソース領域54、N型チャネル領域57、およびN型ドレイン領域56を基板深さ方向に配置するため、従来の横型JFETよりも横の拡がりが小さく、占有面積を縮小できる。例えば、縦型JFET42の占有面積(図2,図3に示すa×b)を、垂直信号線22のコンタクトホールの面積(図2,図3に示すc×d)近くまで縮小することが可能になる。
[Effects of First Embodiment]
In the first embodiment, the
第1実施形態では、図2に示す長さaの縮小分だけ、受光素子1の受光領域の短辺側を拡幅する(図1参照)。その結果、固体撮像装置41の受光効率(例えば感度)を高めることが可能になる。
In the first embodiment, the short side of the light receiving region of the
更に、第1実施形態では、N型チャネル領域57に対して軸対称にP型ゲート領域55を設ける。その結果、N型チャネル領域57にはほぼ対称な電界が作用し、ほぼ軸対称なチャネル(電流経路)を形成することができる。
Furthermore, in the first embodiment, the P-
このチャネルの断面は、P型ゲート領域55内の信号電荷の量に応じて、ほぼ軸対称性に拡大縮小する。したがって、チャネル断面が局地的に狭くなってピンチオフするといった不具合が殆どなくなり、ピンチオフ余裕を拡げることができる。その結果、ピンチオフ電圧のバラツキが小さくなり、ピンチオフ余裕が極端に狭いために生じる欠陥画素の数を低減することができる。
The cross section of this channel is enlarged or reduced to approximately axial symmetry in accordance with the amount of signal charge in the P-
さらに、チャネルの断面がほぼ軸対称に拡大縮小することから、ドレイン電圧−電流特性などによる信号歪みが小さくなり、(例えばソースホロワの帰還ゲインを小さくしても)歪みの少ない良質な画素信号を得ることができる。
次に、別の実施形態について説明する。
Furthermore, since the channel cross section is enlarged and reduced almost symmetrically, signal distortion due to drain voltage-current characteristics is reduced, and a high-quality pixel signal with little distortion is obtained (for example, even if the feedback gain of the source follower is reduced). be able to.
Next, another embodiment will be described.
《第2実施形態》
図5は、第2実施形態における固体撮像装置71の画素構造を示す上面図である。
図6は、図5中に示すX1−X2箇所の断面図である。
固体撮像装置71の単位画素は、縦型JFET42、受光素子1、およびリセットドレイン74を備える。
このリセットドレイン74は、P型電荷排出領域88と、遮光配線94とを、接続線83で接続することによって構成される。このとき、接続線83のコンタクトホール83aと、遮光配線94のコンタクトホール94aとの位置を縦に揃える。その結果、P型電荷排出領域88の電荷排出線は、基板垂直方向にほぼ一直線となる。したがって、従来の階段状接続(図10参照)に比べて配線スペースの無駄が少なくなり、リセットドレイン74の占有面積を縮小することができる。
<< Second Embodiment >>
FIG. 5 is a top view showing a pixel structure of the solid-state imaging device 71 in the second embodiment.
6 is a cross-sectional view taken along the line X1-X2 shown in FIG.
The unit pixel of the solid-state imaging device 71 includes a
The
一方、縦型JFET42については、第1実施形態と同様の縦型構造にすることにより、占有面積を縮小する。
さらに、縦型JFET42およびリセットドレイン74との中間には、リセット電極(図10に示すリセット電極25)を形成しない。代わりに、単位画素の境界域にリセット電極75が設けられる。このリセット電極75の電位制御により、P型ゲート領域55内の不要電荷は、単位画素の境界域を超えて、隣接画素のP型電荷排出領域88に排出される。
On the other hand, the
Further, the reset electrode (the
上述した構成により、縦型JFET42とリセットドレイン74との中間には、図6に示すような大きな隙間箇所を無理なく確保することができる。
この隙間箇所をなるべく基板表面に露出させるように、遮光配線94、リセット電極75、および転送電極73に、図5に示すような凹状部分を設ける。受光素子1の受光領域は、この凹状部分まで拡張してレイアウトできる。
With the above-described configuration, a large gap portion as shown in FIG. 6 can be easily secured between the
A concave portion as shown in FIG. 5 is provided in the
このとき、図5[A]に示すように、受光領域の両方の側辺を拡張することにより、十字型の受光領域を得ることができる。
また、図5[B]に示すように,受光領域の片側の側辺のみを拡張することにより、T字型の受光領域を得ることができる。
At this time, as shown in FIG. 5A, by extending both sides of the light receiving area, a cross-shaped light receiving area can be obtained.
Further, as shown in FIG. 5B, a T-shaped light receiving region can be obtained by expanding only one side of the light receiving region.
[発明との対応関係]
以下、発明と第2実施形態との対応関係について説明する。なお、ここでの対応関係は、参考のために一解釈を例示するものであり、本発明を徒らに限定するものではない。
請求項記載の受光素子は、受光素子1に対応する。
請求項記載の縦型JFETは、縦型JFET42に対応する。
請求項記載のチャネル領域は、N型チャネル領域57に対応する。
請求項記載のゲート領域は、P型ゲート領域55に対応する。
請求項記載のリセットドレインは、リセットドレイン74に対応する。
請求項記載の電荷排出線は、接続線83および遮光配線94に対応する。
[Correspondence with Invention]
Hereinafter, the correspondence between the invention and the second embodiment will be described. Note that the correspondence relationship here illustrates one interpretation for reference, and does not limit the present invention.
The light receiving element described in the claims corresponds to the
The vertical JFET described in the claims corresponds to the
The channel region described in the claims corresponds to the N-
The gate region described in the claims corresponds to the P-
The reset drain recited in the claims corresponds to the
The charge discharge line described in the claims corresponds to the
[第2実施形態の効果など]
以上説明した構成により、第2実施形態においても、第1実施形態と同一の効果を得ることができる。
[Effects of Second Embodiment, etc.]
With the configuration described above, the same effects as in the first embodiment can be obtained in the second embodiment.
さらに、第2実施形態では、縦型JFET42およびリセットドレイン74の双方を、それぞれコンタクトホール1個分の面積まで最小化する。したがって、単位画素内において、最大限まで受光領域を拡大できる。これにより、現行の固体撮像装置はもとより、今後、高画素化、画素縮小が進んでも、本発明による方法を用いることによって、高い受光効率を維持しつつ、固体撮像装置に画質向上をもたらすことができる。
Furthermore, in the second embodiment, both the
また、第2実施形態では、受光領域を十字型またはT字型に拡大する。その結果、受光領域の縦横比を等方に近づけることができる。この場合、不図示のオンチップマイクロレンズの集光効率が向上し、撮像エリア周辺におけるシェーディングを抑制できる。
次に、別の実施形態について説明する。
In the second embodiment, the light receiving area is expanded to a cross shape or a T shape. As a result, the aspect ratio of the light receiving area can be made closer to isotropic. In this case, the light collection efficiency of an unillustrated on-chip microlens is improved, and shading around the imaging area can be suppressed.
Next, another embodiment will be described.
《第3実施形態》
図7は、第3実施形態における固体撮像装置の画素断面図である。
第3実施形態の構成上の特徴は、縦型JFET42のN型ドレイン領域56が、高濃度のN型半導体基板100まで到達している点である。なお、その他の構成については、第1実施形態または第2実施形態と同一のため、重複説明を省略する。
<< Third Embodiment >>
FIG. 7 is a cross-sectional view of a pixel of the solid-state imaging device according to the third embodiment.
The structural feature of the third embodiment is that the N-
このような構成は、例えば、N型ドレイン領域56のイオン注入深さをコントロールすることにより実現できる。また例えば、N型エピタキシャル層101を若干薄く形成することによっても実現できる。
Such a configuration can be realized, for example, by controlling the ion implantation depth of the N-
このN型ドレイン領域56は、高濃度のN型半導体基板100と電気的に接触することにより、N型半導体基板100の基板電位が印加される。その結果、基板表面側からN型ドレイン領域56に電圧供給する配線を省くことが可能になり、単位画素内における縦型JFET42の占有面積を更に縮小することができる。
The N-
《実施形態の補足事項》
なお、上述した実施形態では、縦型JFETの面積縮小分を用いて受光領域を拡大し、固体撮像装置の受光効率の向上を達成している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、縦型JFET42の面積縮小分を用いて単位画素を縮小することにより、固体撮像装置の受光効率を維持したまま、高画素化を達成してもよい。
<< Additional items of embodiment >>
In the above-described embodiment, the light receiving region is enlarged by using the area reduction of the vertical JFET, thereby improving the light receiving efficiency of the solid-state imaging device. However, the present invention is not limited to this. For example, the pixel size may be increased while maintaining the light receiving efficiency of the solid-state imaging device by reducing the unit pixel using the area reduction of the
また、上述した第3実施形態では、縦型JFET42のN型ドレイン領域56に基板電位を印加する場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、基板裏面側からの配線によりN型ドレイン領域56に電位を印加してもよい。また、撮影エリア外の周辺回路から、N型ドレイン領域56に電位を印加してもよい。また、N型チャネル領域57の片端(ドレイン)をN型半導体基板100と直に接触させてもよい。この場合、図7に示すN型ドレイン領域56の形成工程を省略することができる。
In the above-described third embodiment, the case where the substrate potential is applied to the N-
なお、上述した実施形態では、説明を簡明にするため、半導体の導電型を明記した。しかしながら、本発明はこれらの導電型に限定されるものではない。例えば、導電型の一部または全部を逆にすることも容易である。 In the embodiment described above, the conductivity type of the semiconductor is specified for the sake of simplicity. However, the present invention is not limited to these conductivity types. For example, it is easy to reverse some or all of the conductivity types.
また、上述した実施形態で上げた素子構造のサイズは特定の画素サイズの場合についての例示であり、画素サイズやデザインルールに応じてそのサイズも拡大・縮小することが好ましい。 Further, the size of the element structure raised in the above-described embodiment is an example for a specific pixel size, and it is preferable to enlarge or reduce the size according to the pixel size or the design rule.
なお、上述した実施形態では、純粋に縦型チャネル領域のみで構成する場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、主たる縦型チャネル領域の一部を屈曲するなどして、占有面積拡大が実質的に問題とならない範囲で、部分的に横型チャネル領域を設けるなどしても勿論かまわない。 In the above-described embodiment, the case where it is configured only with the vertical channel region has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a part of the main vertical channel region may be bent so that the lateral channel region may be partially provided in a range where the expansion of the occupied area does not substantially become a problem.
さらに、本発明は、その精神またはその主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明は、特許請求の範囲によって示されるものであって、本発明は明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内である。 In addition, the present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof. For this reason, the above-described embodiment is merely an example in all respects and should not be limitedly interpreted. The present invention is shown by the scope of claims, and the present invention is not limited to the text of the specification. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
以上説明したように、本発明は、固体撮像装置などに利用可能な技術である。 As described above, the present invention is a technique that can be used for a solid-state imaging device or the like.
1 受光素子
3 転送電極
5 リセット電極
12 埋込P型領域
13 表面N型層
18 P型電荷排出領域
22 垂直信号線
23 電荷排出線
24 遮光配線
25 リセット電極
30 コンタクトホール
31 コンタクトホール
41 固体撮像装置
42 縦型JFET
42 縦型JFET
54 N型ソース領域
55 P型ゲート領域
56 N型ドレイン領域
57 N型チャネル領域
71 固体撮像装置
74 リセットドレイン
75 リセット電極
83 接続線
88 P型電荷排出領域
94 遮光配線
99 固体撮像装置
100 N型半導体基板
101 N型エピタキシャル層
DESCRIPTION OF
42 Vertical JFET
54 N-type source region 55 P-type gate region 56 N-type drain region 57 N-type channel region 71 Solid-
Claims (5)
前記受光素子で生成された前記信号電荷を取り込み、前記信号電荷に応じた画素信号を出力するJFET(接合型電界効果トランジスタ)と
を有する単位画素を半導体基板に複数形成した固体撮像装置であって、
前記JFETは、
前記半導体基板の基板深さ方向に電流経路を配置したチャネル領域と、
前記チャネル領域を挟み込むように前記基板深さ方向に形成され、前記信号電荷を蓄積し、蓄積した前記信号電荷によって前記チャネル領域のチャネル幅を制御するゲート領域と
を有する縦型JFETである
ことを特徴とする固体撮像装置。 A light receiving element that generates a signal charge in response to incident light;
A solid-state imaging device in which a plurality of unit pixels having a JFET (junction field effect transistor) that takes in the signal charge generated by the light receiving element and outputs a pixel signal corresponding to the signal charge are formed on a semiconductor substrate. ,
The JFET is
A channel region in which a current path is arranged in a substrate depth direction of the semiconductor substrate;
A vertical JFET formed in the substrate depth direction so as to sandwich the channel region, and storing the signal charge and controlling a channel width of the channel region by the stored signal charge. A solid-state imaging device.
前記チャネル領域の底に位置するドレイン部は、前記半導体基板と同一の導電型であり、前記半導体基板と電気的に接触して基板電位が印加される
ことを特徴とする固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1,
The drain part located at the bottom of the channel region has the same conductivity type as the semiconductor substrate, and is in electrical contact with the semiconductor substrate to be applied with a substrate potential.
前記JFETに縦型構造を採用したことにより、横型JFETよりも単位画素内における占有面積を縮小し、その縮小分によって前記単位画素内に隙間箇所を確保し、
前記JFETに隣接する前記受光素子は、前記隙間箇所に受光領域を拡張して形成される
ことを特徴とする固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1 or 2,
By adopting a vertical structure in the JFET, the occupied area in the unit pixel is reduced compared to the horizontal JFET, and a gap portion is secured in the unit pixel by the reduced amount,
The solid-state imaging device, wherein the light receiving element adjacent to the JFET is formed by extending a light receiving region in the gap portion.
前記隙間箇所に受光領域を拡張することにより、前記受光領域は略十字形状または略T字形状をなす
ことを特徴とする固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 3,
The solid-state imaging device, wherein the light-receiving region is formed in a substantially cross shape or a substantially T-shape by extending the light-receiving region to the gap portion.
前記隙間箇所を挟んで前記JFETの反対側に、前記ゲート領域の電荷をリセットするリセットドレインを配置し、
前記リセットドレインの電荷排出線を基板垂直方向に配線することにより、前記電荷排出線を階段状に配線する場合よりも、前記リセットドレインの単位画素内における占有面積を縮小し、
前記JFETおよび前記リセットドレイン双方の面積縮小に伴って前記隙間箇所を拡大し、前記隙間箇所に延在する前記受光領域を更に拡げた
ことを特徴とする固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to any one of claims 3 to 4,
A reset drain for resetting the charge of the gate region is arranged on the opposite side of the JFET across the gap portion,
By wiring the charge drain line of the reset drain in the direction perpendicular to the substrate, the area occupied in the unit pixel of the reset drain is reduced than when the charge drain line is wired stepwise,
The solid-state imaging device, wherein the gap portion is enlarged along with the area reduction of both the JFET and the reset drain, and the light receiving region extending to the gap portion is further enlarged.
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