[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP3796911B2 - Solid-state image sensor - Google Patents

Solid-state image sensor Download PDF

Info

Publication number
JP3796911B2
JP3796911B2 JP18842697A JP18842697A JP3796911B2 JP 3796911 B2 JP3796911 B2 JP 3796911B2 JP 18842697 A JP18842697 A JP 18842697A JP 18842697 A JP18842697 A JP 18842697A JP 3796911 B2 JP3796911 B2 JP 3796911B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate
region
source
solid
pixel
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
JP18842697A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH1131807A (en
Inventor
康 丸山
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 JP18842697A priority Critical patent/JP3796911B2/en
Publication of JPH1131807A publication Critical patent/JPH1131807A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3796911B2 publication Critical patent/JP3796911B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子、特に、光電変換により得られた信号電荷をゲート下に蓄積し、蓄積した信号電荷量に応じてチャネル電流を変調する機能を有する画素MOSトランジスタで構成された増幅型固体撮像素子に係わる。
【0002】
【従来の技術】
MOSトランジスタやCCD(Charged Couple Device )を用いた固体撮像素子が撮像用の装置に広く用いられるようになっている。これは光電変換によって蓄積された電荷を利用し、電荷をアレイ状に転送して平面のイメージを出力するものである。最近では、カラーで1/4型で38万画素のものが製品化されているなど、小型、小撮像面積で、多画素のものへと改良が進んできている。
【0003】
ところで、撮像装置が小型で画素数が増えれば増えるほど、単位画素当たりの受光面積が小さくなるので、雑音に強い撮像が正しく行われるためには、単位画素当たりの光電変換素子の感度が高いものが要求されることになる。
【0004】
上述のごとく、固体撮像素子には、より小型軽量であることが要求されている。このためには受光部面積が小さくなっても感度が落ちないように、さらに感度の向上が望まれている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
一方、入射光により光電変換を行い、光電変換によって得られた信号電荷をゲート下に蓄積し、蓄積した信号電荷の電荷量に応じてチャネル電流(いわゆるソース−ドレイン電流)を変調する機能を有する単位画素となるMOSトランジスタ(以下画素MOSトランジスタと称する)が複数個、例えばマトリクス状に配列されて成る増幅型固体撮像素子が提案されている。
【0006】
この光電変換、信号電荷蓄積及びチャネル電流変調の機能を有する画素MOSトランジスタで構成された増幅型固体撮像素子について、その単位画素を構成する画素MOSトランジスタの一例を図5A及び図5Bに示す。
図5Aは平面図、図5Bはゲート長方向の断面図である。
【0007】
この画素MOSトランジスタ30は、例えばp型の半導体基板36内の選択酸化層による素子分離領域37により素子分離された領域内に、半導体基板36の表面に形成されたゲート絶縁膜38を介して、実効的なゲートの平面形状が矩形形状となるゲート電極32が形成され、ゲート電極32を挟んだ両側の半導体基板36の表面近傍に、不純物の導入によって形成された半導体基板36とは反対導電型例えばn型のソース領域31及びドレイン領域33が形成されて成る。
そして、これらソース領域31及びドレイン領域33の間のゲート32下の位置に、半導体基板36と同一導電型例えばp型の不純物が導入されたセンサー領域34が形成されている。このセンサー領域(受光部)34には、ゲート電極32を透過した入射光によって光電変換された信号電荷が蓄積される。
さらに、ソース領域31、ドレイン領域33及びセンサー領域34の下方の半導体基板36内にはオーバーフローバリア(OFB)領域35が設けられ、このオーバーフローバリア領域35は、センサー形成や蓄積された信号電荷を掃き出すリセット動作のために、ソース領域31及びドレイン領域33と同じ導電型例えばn型の不純物が導入されたn型領域で形成されている。
【0008】
この画素MOSトランジスタ30が複数個、例えばマトリクス状に配列され、増幅型固体撮像素子が構成される。
この画素MOSトランジスタ30では、光がゲート電極32を透過し、ゲート電極32下のセンサー領域34に入射することで、光電変換による信号電荷(この例ではホール)が発生しセンサー領域34に蓄積される。信号電荷はその電荷量に応じて画素の表面チャネルのポテンシャルを変調する。このため、例えば垂直シフトレジスタよりの垂直選択線(図示せず)を通して、ゲート電極32に駆動パルスが印加され、画素MOSトランジスタ30がオンすると、ソース−ドレイン間のチャネル電流が変調するので、これにより、容量負荷動作またはソースフォロワ動作を行ったときのソース電位が変調し、このソース電位変調が信号として読み出される。この信号は、例えば水平シフトレジスタ(図示せず)からの水平駆動パルスによってスイッチ素子を順次駆動することによって、信号出力線に読み出される。
【0009】
ところで、上述の構成の画素MOSトランジスタ30では、次のような問題が生じる。
まず、センサー領域34内でのポテンシャル分布が比較的平坦なため、信号電荷が蓄積される位置が画素ごとにばらつくため、それが特性のバラツキとなる。
【0010】
上述の構成の画素MOSトランジスタ30のポテンシャル分布を図6に示す。
図6Aは、実効的なゲートに対応した位置を示す図である。
図6Bは、実効的なゲートの幅(チャネル幅に相当)方向Wのポテンシャル分布を示す図である。
図6Cは、実効的なゲートの長さ(チャネル長に相当)方向Lのポテンシャル分布を示す図である。
【0011】
図6Cより、ゲート32の長さ方向Lのポテンシャル分布は、中央部Oが深く窪み、中央部に信号電荷が蓄積されやすくなっている。
一方、図6Bより、ゲート32の幅方向Wのポテンシャルの変化は小さく、分布が比較的平坦になっている。ゲート32の長さ方向の中央部ROSのポテンシャル分布が比較的平坦であることから、蓄積される信号電荷が小さいときには、信号電荷が蓄積される位置がO点近傍に集中せず、長さ方向Lの中央部であるRO間又はOS間の一定しない位置に蓄積される。
【0012】
この場合には、信号電荷が蓄積される位置が、画素毎にばらつくために、画素毎の特性のバラツキが生じてしまう。
【0013】
また、信号電荷が蓄積される位置(ROSの間)が、ソース領域31から離れているため、蓄積電荷が読み出し時のソース電位に与える影響が少なく、感度が低くなる。
【0014】
上述した問題の解決のために、本発明においては、信号電荷が蓄積される位置を規制することにより、感度が良好で、画素毎の特性のバラツキの少ない固体撮像素子を提供するものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像素子は、光電変換により得られた信号電荷を蓄積し、蓄積した信号電荷量に応じてチャネル電流を変調する機能を有する画素MOSトランジスタが複数配列され、画素MOSトランジスタのゲートが、ドレイン側のゲート幅がソース側のゲート幅よりも狭くした形状に形成され、信号電荷の蓄積位置が、ソース側に偏って構成されたものである。
【0016】
上述の本発明の構成によれば、ゲート幅がドレイン側がソース側より幅が狭い形状であることにより、狭チャネル効果を生じて、ゲートのドレイン側のポテンシャルが浅くなると共に、ゲートの幅方向のポテンシャル分布の勾配が急になり、最深部に集中して信号電荷が蓄積されやすくなる。
さらに、信号電荷が蓄積される位置がソース側に偏っているので、蓄積電荷がソース電位に及ぼす影響を大きくすることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明は、光電変換により得られた信号電荷を蓄積し、蓄積した信号電荷量に応じてチャネル電流を変調する機能を有する画素MOSトランジスタが複数配列され、画素MOSトランジスタのゲートが、ドレイン側のゲート幅がソース側のゲート幅よりも狭くした形状に形成され、信号電荷の蓄積位置が、ソース側に偏って成る固体撮像素子である。
【0018】
また本発明は、上記固体撮像素子において、ゲートの形状が、上記ドレイン側及び上記ソース側を底とする台形形状である構成とする。
【0019】
また本発明は、上記固体撮像素子において、ゲートの形状の内、ソース側、ドレイン側以外のゲートの端縁が、凸型または凹型の曲線で形成されている構成とする。
【0020】
以下、図面を参照して本発明の固体撮像素子を説明する。
図1及び図2に本発明による増幅型固体撮像素子、特にその単位画素を構成する画素MOSトランジスタの一実施の形態の概略構成図を示す。図1は平面図、図2はゲートの長さ方向の断面図である。
【0021】
この画素MOSトランジスタ10は、前述と同様に、入射光により光電変換を行い、変換によって得られた信号電荷をゲート下に蓄積し、蓄積した信号電荷の電荷量に応じてチャネル電流(いわゆるソース−ドレイン電流)を変調する機能を持つMOSトランジスタにて構成される。
【0022】
即ち、画素MOSトランジスタ10は、例えばp型の半導体基板6内の例えば選択酸化層による素子分離領域7により素子分離された領域内に、半導体基板6の表面に形成されたゲート絶縁膜8を介してゲート電極2が形成され、ゲート電極2を挟んだ両側の半導体基板6の表面近傍に、不純物の導入によって形成された半導体基板6とは反対導電型例えばn型のソース領域1及びドレイン領域3が形成されて成る。ゲート電極2は、光が透過しうる導電材層、例えば薄い多結晶シリコン層により形成される。
そして、これらソース領域1及びドレイン領域3の間のゲート電極2下の位置に、半導体基板6と同一導電型例えばp型の不純物が導入されたセンサー領域(受光部)4が形成されている。このセンサー領域(受光部)4には、ゲート電極2を透過した入射光によって光電変換された信号電荷が蓄積される。
さらに、ソース領域1、ドレイン領域3及びセンサー領域4の下方の半導体基板6内にはオーバーフローバリア(OFB)領域5が設けられ、このオーバーフローバリア領域5は、センサー形成や蓄積された信号電荷を掃き出すリセット動作のために、ソース領域1及びドレイン領域3と同じ導電型例えばn型の不純物が導入されたn型領域で形成されている。
【0023】
尚、図2においては、素子分離領域7の内側に形成された、ソース領域1・センサー領域4・ドレイン領域3によるアクティブ領域に対応した位置にOFB領域5が設けられているが、OFB領域5は素子分離領域7の下に形成されていてもよく、また他の単位画素と共通に形成されていてもよい。
【0024】
本実施の形態においては、特にドレイン3側のゲート2の幅(即ちチャネル幅に相当)WD がソース側1のゲート2の幅(即ちチャネル幅に相当)WS より狭くなるように実効的なゲート2が形成され、特にソース1側及びドレイン3側を底とする台形形状とする実効的なゲート2が形成されている。
【0025】
この画素MOSトランジスタ10が複数個、例えばマトリックス状に配列され、図示しないが、例えば各列に対応した画素MOSトランジスタ10のソース領域1に信号線が接続され、ドレイン領域3に電源線が接続され、信号線と直交するように画素MOSトランジスタ10のゲート電極2に垂直シフトレジスタよりの垂直選択線が接続され、上記信号線が水平シフトレジスタよりの水平駆動パルスにてオン、オフ制御されるスイッチング素子を介して信号出力線に接続されて、増幅型固体撮像素子が構成される。
【0026】
画素MOSトランジスタ10では、光がゲート電極2を透過し、ゲート電極2下のセンサー領域4に入射することで、光電変換による信号電荷(この場合ではホール)が発生し、センサー領域4に蓄積される。信号電荷は、その電荷量に応じて画素MOSトランジスタの表面チャネルのポテンシャルを変調する。このため、ゲート電極2に垂直選択線を通して垂直シフトレジスタよりの駆動パルスが印加され、画素MOSトランジスタ10がオンすると、ソース−ドレイン間のチャネル電流が変調するので、これにより、容量負荷動作またはソースフォロワ動作を行ったときのソース電位が変調し、このソース電位変調を信号として順次水平シフトレジスタを操作して信号出力線に読み出される。
【0027】
そして、本実施の形態では、ゲート電極2の内、センサー領域4上に位置する実効的なゲート2を、ドレイン3側のゲート幅WD がソース1側より狭くなるような台形形状に形成することにより、狭チャネル効果を生じて、後述するように、センサー領域4におけるドレイン3側のポテンシャルが浅くなる。
従って、センサー領域4での信号電荷の蓄積位置をソース1側に寄せ、かつ、ゲート電極2幅の中心に寄せることができ、蓄積電荷がソース電位に及ぼす影響を強め、高感度な固体撮像素子を得ることができる。
【0028】
本実施の形態の画素MOSトランジスタ10のポテンシャル分布を図3に示す。
図3Aは、実効的なゲート2に対応した位置を示す図である。図3Bは実効的なゲート2の幅(チャネル幅に相当)方向Wのポテンシャル分布、図3Cは実効的なゲート2の長さ(チャネル長に相当)方向Lのポテンシャル分布をそれぞれ示す。
【0029】
図3Cより、ゲート2の長さ方向Lのポテンシャル分布は、ドレイン3側の点Qのポテンシャルがソース1側の点Pのポテンシャルより浅くなるため、中央部からソース側にやや偏った位置Fが深く窪み、ここに信号電荷が蓄積されやすくなっている。
また、図3Bより、ゲート2の幅方向Wのポテンシャルの変化は図6Bに示した例より大きくなるため、ゲート2の長さ方向Lの最深部EFGのポテンシャル分布も比較的大きく、蓄積される信号電荷が小さいときにも、信号電荷が蓄積される位置がF点近傍に集中し、一定した位置に蓄積される。
【0030】
これにより、信号電荷が蓄積される位置が、画素毎にほぼ一定であるため、画素毎の特性のバラツキが生じない。
また、画素毎の特性のバラツキがないので、信号処理を複数の画素もしくは全画素で共通のものとすることも可能となり、信号処理のための構成を簡略化することができる。
【0031】
上述の画素MOSトランジスタ10で構成した増幅型固体撮像素子では、センサー領域4において、狭チャネル効果によりポテンシャルがドレイン3側で浅くなるので、信号電荷の蓄積位置をソース1側に寄せることができ、これにより蓄積電荷のソース電位に及ぼす影響を強め、高感度な撮像素子を得ることができる。
また、狭チャネル効果によりゲート幅方向Wにもポテンシャルが勾配を持つことにより、ゲート幅方向Wの中心部Fに信号電荷を集め、これにより各画素の電荷蓄積位置を揃えて、画素毎の特性のバラツキを抑えることができる。
従って、図5に示したような矩形型またはそれに類するゲート形状をした画素MOSトランジスタのセンサー領域に対して、感度不足の問題を解決することができる。
【0032】
これによって、ゲート2下の全体の電荷量が同ーであっても、信号電荷がソース1に与える影響がより大きくなり、したがって信号電荷に伴うソース電位の変調度が大きくなってきて、このため、同じ光量によって出力が大きくとれるという高感度化の効果が得られる。
【0033】
図4は本発明に係る画素MOSトランジスタの他の実施の形態を示す。
この画素MOSトランジスタ20では、ドレイン3側のゲート幅WD がソース1側のゲート幅WS よりも狭く、かつソース1側及びドレイン3側以外の実効的なゲートの端縁2Cが素子分離領域7に対して凸型の曲線で形成されたものである。
この画素MOSトランジスタでは、ゲートの端縁2Cが凸型の曲線であるが、ゲートの端縁2Cが凹型の曲線であっても同様の効果を得ることができる。
【0034】
これにより、前述の実施の形態の画素MOSトランジスタ10と同様に、狭チャネル効果を生じるため、センサー領域4での蓄積位置をソース側に寄せ、かつゲート幅の中心に寄せることができるので、蓄積電荷のソース電位に及ぼす影響を強め、高い感度を得ることができる。
【0035】
また、上述の各実施の形態においては、ゲート電極2のソース1側及びドレイン側3の端縁が直線であったが、凸型又は凹型の曲線で端縁が形成されていてもよい。
【0036】
本発明の固体撮像素子は、エリアセンサ、ラインセンサ等の撮像素子に適用することができる。
【0037】
本発明の固体撮像素子は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【0038】
【発明の効果】
上述の本発明によれば、ゲートをそのドレイン側の幅がソース側の幅より狭い形状とすることにより、狭チャネル効果によってドレイン側のポテンシャルが浅くなり信号電荷の蓄積位置がソース側に偏る。これにより、蓄積電荷がソース電位に及ぼす影響を強めて、固体撮像素子の感度を向上させることができる。
【0039】
また、ドレイン側のゲートの幅を狭くすることにより、ゲートの幅方向のポテンシャル分布の勾配が大きくなり、信号電荷がよりゲートの幅方向の中央部に集中することになり、画素毎の信号電荷の分布にバラツキが生じなくなる。
従って、画素毎の特性のバラツキを抑制することができる。
【0040】
また、画素毎の特性のバラツキがないので、信号処理を複数の画素もしくは全画素で共通のものとすることも可能となり、信号処理のための構成を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の固体撮像素子の一実施の形態の単位画素の概略構成図(平面図)である。
【図2】図1におけるゲートの長さ方向の断面図である。
【図3】図1の画素MOSトランジスタのポテンシャル分布図である。
A 実効的なゲートにおける位置を示す図である。
B 実効的なゲートの幅方向のポテンシャル分布図である。
C 実効的なゲートの長さ方向のポテンシャル分布図である。
【図4】本発明の固体撮像素子の他の実施の形態の単位画素の概略構成図(平面図)である。
【図5】A 矩形の平面形状のゲートを有する画素MOSトランジスタから成る固体撮像素子の単位画素の平面図である。
B 図5Aにおけるゲートの長さ方向の断面図である。
【図6】図5の画素MOSトランジスタのポテンシャル分布図である。
A 実効的なゲートにおける位置を示す図である。
B 実効的なゲートの幅方向のポテンシャル分布図である。
C 実効的なゲートの長さ方向のポテンシャル分布図である。
【符号の説明】
1 ソース領域、2 ゲート電極、3 ドレイン領域、4 センサー領域(受光部)、5 OFB(オーバーフローバリア)領域、6 半導体基板、7 素子分離領域、8 ゲート絶縁膜、10,20,30 画素MOSトランジスタ、31ソース領域、32 ゲート電極、33 ドレイン領域、34 センサー領域(受光部)、35 OFB(オーバーフローバリア)領域、36 半導体基板、37 素子分離領域、38 ゲート絶縁膜、W ゲートの幅方向、L ゲートの長さ方向
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging device, in particular, an amplification type composed of a pixel MOS transistor having a function of accumulating signal charges obtained by photoelectric conversion under a gate and modulating a channel current in accordance with the accumulated signal charge amount. The present invention relates to a solid-state image sensor.
[0002]
[Prior art]
Solid-state imaging devices using MOS transistors or CCDs (Charged Couple Devices) are widely used in imaging devices. This utilizes charges accumulated by photoelectric conversion, and transfers charges in an array to output a planar image. Recently, a color type of 1/4 type and 380,000 pixels has been commercialized, and improvements are being made to small size, small imaging area, and multiple pixels.
[0003]
By the way, the smaller the imaging device and the larger the number of pixels, the smaller the light receiving area per unit pixel. Therefore, in order to perform noise-resistant imaging correctly, the sensitivity of the photoelectric conversion element per unit pixel is high. Will be required.
[0004]
As described above, the solid-state imaging device is required to be smaller and lighter. For this purpose, it is desired to further improve the sensitivity so that the sensitivity does not decrease even if the area of the light receiving portion is reduced.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, it has a function of performing photoelectric conversion by incident light, accumulating signal charges obtained by photoelectric conversion under the gate, and modulating a channel current (so-called source-drain current) according to the amount of accumulated signal charges. There has been proposed an amplification type solid-state imaging device in which a plurality of MOS transistors (hereinafter referred to as pixel MOS transistors) serving as unit pixels are arranged in a matrix, for example.
[0006]
FIG. 5A and FIG. 5B show an example of a pixel MOS transistor that constitutes a unit pixel of the amplification type solid-state imaging device constituted by a pixel MOS transistor having functions of photoelectric conversion, signal charge accumulation, and channel current modulation.
5A is a plan view, and FIG. 5B is a cross-sectional view in the gate length direction.
[0007]
The pixel MOS transistor 30 includes, for example, a gate insulating film 38 formed on the surface of the semiconductor substrate 36 in a region isolated by an element isolation region 37 by a selective oxide layer in a p-type semiconductor substrate 36. A gate electrode 32 having a rectangular planar shape of an effective gate is formed, and has a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate 36 formed by introducing impurities in the vicinity of the surface of the semiconductor substrate 36 on both sides of the gate electrode 32. For example, an n-type source region 31 and a drain region 33 are formed.
A sensor region 34 into which an impurity of the same conductivity type as that of the semiconductor substrate 36, for example, p-type is introduced, is formed at a position below the gate 32 between the source region 31 and the drain region 33. In the sensor region (light receiving unit) 34, signal charges photoelectrically converted by incident light transmitted through the gate electrode 32 are accumulated.
Further, an overflow barrier (OFB) region 35 is provided in the semiconductor substrate 36 below the source region 31, the drain region 33 and the sensor region 34, and this overflow barrier region 35 sweeps out the signal charge formed and accumulated in the sensor. For the reset operation, the source region 31 and the drain region 33 are formed of the same conductivity type, for example, an n-type region into which an n-type impurity is introduced.
[0008]
A plurality of the pixel MOS transistors 30 are arranged in a matrix, for example, to form an amplification type solid-state imaging device.
In the pixel MOS transistor 30, light passes through the gate electrode 32 and enters the sensor region 34 below the gate electrode 32, so that signal charges (holes in this example) are generated by photoelectric conversion and accumulated in the sensor region 34. The The signal charge modulates the potential of the surface channel of the pixel according to the amount of charge. For this reason, for example, when a driving pulse is applied to the gate electrode 32 through a vertical selection line (not shown) from the vertical shift register and the pixel MOS transistor 30 is turned on, the channel current between the source and drain is modulated. Thus, the source potential when the capacitive load operation or the source follower operation is performed is modulated, and this source potential modulation is read out as a signal. This signal is read out to the signal output line by sequentially driving the switch elements by, for example, horizontal drive pulses from a horizontal shift register (not shown).
[0009]
Incidentally, the pixel MOS transistor 30 having the above-described configuration has the following problems.
First, since the potential distribution in the sensor region 34 is relatively flat, the position where the signal charge is accumulated varies from pixel to pixel, which causes variations in characteristics.
[0010]
FIG. 6 shows the potential distribution of the pixel MOS transistor 30 configured as described above.
FIG. 6A is a diagram illustrating positions corresponding to effective gates.
FIG. 6B is a diagram showing a potential distribution in the effective gate width (corresponding to channel width) direction W.
FIG. 6C is a diagram showing a potential distribution in the effective gate length (corresponding to channel length) direction L. FIG.
[0011]
From FIG. 6C, the potential distribution in the length direction L of the gate 32 is such that the central portion O is deeply recessed and signal charges are easily accumulated in the central portion.
On the other hand, as shown in FIG. 6B, the potential change in the width direction W of the gate 32 is small, and the distribution is relatively flat. Since the potential distribution of the central portion ROS in the longitudinal direction of the gate 32 is relatively flat, when the accumulated signal charge is small, the position where the signal charge is accumulated is not concentrated near the point O, and the length direction It is accumulated at a non-constant position between ROs or OSs which are the central part of L.
[0012]
In this case, the position where the signal charge is accumulated varies from pixel to pixel, resulting in variations in characteristics from pixel to pixel.
[0013]
Further, since the position where the signal charge is accumulated (between ROS) is separated from the source region 31, the influence of the accumulated charge on the source potential at the time of reading is small and the sensitivity is lowered.
[0014]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a solid-state imaging device with good sensitivity and little variation in characteristics of each pixel by regulating the position where signal charges are accumulated.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In the solid-state imaging device of the present invention, a plurality of pixel MOS transistors having a function of accumulating signal charges obtained by photoelectric conversion and modulating a channel current according to the amount of accumulated signal charges are arranged. The gate width on the drain side is narrower than the gate width on the source side, and the signal charge accumulation position is biased toward the source side.
[0016]
According to the above-described configuration of the present invention, the gate width is narrower on the drain side than on the source side, so that a narrow channel effect is generated, the potential on the drain side of the gate becomes shallow, and the gate width direction is reduced. The gradient of the potential distribution becomes steep, and the signal charge is likely to be concentrated in the deepest part.
Furthermore, since the position where the signal charge is accumulated is biased toward the source side, the influence of the accumulated charge on the source potential can be increased.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, a plurality of pixel MOS transistors having a function of accumulating signal charges obtained by photoelectric conversion and modulating a channel current according to the amount of accumulated signal charges are arranged, and the gates of the pixel MOS transistors are arranged on the drain side. The solid-state imaging device is formed in a shape in which the gate width is narrower than the gate width on the source side, and the signal charge accumulation position is biased toward the source side.
[0018]
According to the present invention, in the solid-state imaging device, the gate has a trapezoidal shape with the drain side and the source side as bottoms.
[0019]
According to the present invention, in the solid-state imaging device, the edge of the gate other than the source side and the drain side in the shape of the gate is formed with a convex or concave curve.
[0020]
Hereinafter, a solid-state imaging device of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 are schematic configuration diagrams of an embodiment of an amplification type solid-state imaging device according to the present invention, particularly a pixel MOS transistor constituting a unit pixel thereof. FIG. 1 is a plan view, and FIG. 2 is a sectional view in the length direction of the gate.
[0021]
The pixel MOS transistor 10 performs photoelectric conversion by incident light as described above, accumulates signal charges obtained by the conversion under the gate, and generates a channel current (so-called source−) according to the amount of accumulated signal charges. It is composed of a MOS transistor having a function of modulating (drain current).
[0022]
That is, the pixel MOS transistor 10 has a gate insulating film 8 formed on the surface of the semiconductor substrate 6 in a region isolated by, for example, a device isolation region 7 by a selective oxide layer in the p-type semiconductor substrate 6. The gate electrode 2 is formed, and near the surface of the semiconductor substrate 6 on both sides of the gate electrode 2, the source region 1 and the drain region 3 of n type conductivity opposite to the semiconductor substrate 6 formed by introducing impurities. Is formed. The gate electrode 2 is formed of a conductive material layer that can transmit light, for example, a thin polycrystalline silicon layer.
A sensor region (light receiving portion) 4 into which an impurity of the same conductivity type as that of the semiconductor substrate 6, for example, p-type is introduced, is formed at a position below the gate electrode 2 between the source region 1 and the drain region 3. In the sensor region (light receiving portion) 4, signal charges photoelectrically converted by incident light transmitted through the gate electrode 2 are accumulated.
Further, an overflow barrier (OFB) region 5 is provided in the semiconductor substrate 6 below the source region 1, the drain region 3, and the sensor region 4, and this overflow barrier region 5 sweeps out signal charges that have been formed and accumulated in the sensor. For the reset operation, the source region 1 and the drain region 3 are formed of the same conductivity type, for example, an n-type region into which an n-type impurity is introduced.
[0023]
In FIG. 2, the OFB region 5 is provided at a position corresponding to the active region formed inside the element isolation region 7 by the source region 1, the sensor region 4, and the drain region 3. May be formed under the element isolation region 7 or may be formed in common with other unit pixels.
[0024]
In this embodiment, the effective especially as the drain 3 of the gate 2 of the width (i.e. corresponding to the channel width) W D is narrower than the width (i.e. corresponding to the channel width) W S of the gate 2 of the source side 1 An effective gate 2 having a trapezoidal shape with the source 1 side and the drain 3 side as bottoms is formed.
[0025]
A plurality of the pixel MOS transistors 10 are arranged, for example, in a matrix form. Although not shown, for example, a signal line is connected to the source region 1 of the pixel MOS transistor 10 corresponding to each column, and a power source line is connected to the drain region 3. The vertical selection line from the vertical shift register is connected to the gate electrode 2 of the pixel MOS transistor 10 so as to be orthogonal to the signal line, and the signal line is switched on and off by the horizontal drive pulse from the horizontal shift register. An amplification type solid-state imaging device is configured by being connected to the signal output line via the device.
[0026]
In the pixel MOS transistor 10, light passes through the gate electrode 2 and enters the sensor region 4 below the gate electrode 2, thereby generating signal charges (holes in this case) due to photoelectric conversion, which are accumulated in the sensor region 4. The The signal charge modulates the potential of the surface channel of the pixel MOS transistor according to the amount of charge. For this reason, when a drive pulse from the vertical shift register is applied to the gate electrode 2 through the vertical selection line and the pixel MOS transistor 10 is turned on, the channel current between the source and drain is modulated. When the follower operation is performed, the source potential is modulated, and the horizontal shift register is sequentially operated using the source potential modulation as a signal to be read out to the signal output line.
[0027]
In the present embodiment, among the gate electrode 2, the effective gate 2 located on the sensor area 4, the gate width W D of the drain 3 side is formed in a trapezoidal shape is narrower than the source 1 side As a result, a narrow channel effect is produced, and the potential on the drain 3 side in the sensor region 4 becomes shallow as will be described later.
Therefore, the accumulation position of the signal charge in the sensor region 4 can be brought closer to the source 1 side and to the center of the width of the gate electrode 2, the influence of the accumulated charge on the source potential can be strengthened, and a highly sensitive solid-state imaging device Can be obtained.
[0028]
FIG. 3 shows the potential distribution of the pixel MOS transistor 10 of the present embodiment.
FIG. 3A is a diagram showing a position corresponding to the effective gate 2. 3B shows an effective potential distribution in the direction W of the width of the gate 2 (corresponding to the channel width), and FIG. 3C shows an effective potential distribution in the direction L of the length of the gate 2 (corresponding to the channel length).
[0029]
From FIG. 3C, the potential distribution in the length direction L of the gate 2 shows that the potential at the point Q on the drain 3 side is shallower than the potential at the point P on the source 1 side. It is deeply recessed and signal charges are easily accumulated here.
3B, since the potential change in the width direction W of the gate 2 is larger than that in the example shown in FIG. 6B, the potential distribution of the deepest portion EFG in the length direction L of the gate 2 is relatively large and accumulated. Even when the signal charge is small, the position where the signal charge is accumulated concentrates near the point F and is accumulated at a constant position.
[0030]
As a result, the position where the signal charge is accumulated is substantially constant for each pixel, so that there is no variation in characteristics between pixels.
In addition, since there is no variation in characteristics among pixels, signal processing can be made common to a plurality of pixels or all pixels, and the configuration for signal processing can be simplified.
[0031]
In the amplification type solid-state imaging device configured by the pixel MOS transistor 10 described above, the potential of the sensor region 4 becomes shallower on the drain 3 side due to the narrow channel effect, so that the signal charge accumulation position can be brought closer to the source 1 side. As a result, the influence of the accumulated charge on the source potential can be strengthened, and a highly sensitive imaging device can be obtained.
In addition, since the potential also has a gradient in the gate width direction W due to the narrow channel effect, signal charges are collected in the central portion F in the gate width direction W, thereby aligning the charge storage position of each pixel, and the characteristics for each pixel. Can be suppressed.
Therefore, the problem of insufficient sensitivity can be solved for the sensor region of the pixel MOS transistor having a rectangular shape or a gate shape similar to that shown in FIG.
[0032]
As a result, even if the total charge amount under the gate 2 is the same, the influence of the signal charge on the source 1 becomes larger, and therefore the degree of modulation of the source potential accompanying the signal charge becomes larger. The effect of increasing the sensitivity is obtained that the output can be increased with the same amount of light.
[0033]
FIG. 4 shows another embodiment of the pixel MOS transistor according to the present invention.
In the pixel MOS transistor 20, the gate width W D on the drain 3 side is narrower than the gate width W S on the source 1 side, and an effective gate edge 2C other than the source 1 side and the drain 3 side is an element isolation region. 7 is formed with a convex curve.
In this pixel MOS transistor, the edge 2C of the gate is a convex curve, but the same effect can be obtained even if the edge 2C of the gate is a concave curve.
[0034]
As a result, as in the pixel MOS transistor 10 of the above-described embodiment, a narrow channel effect is generated, so that the accumulation position in the sensor region 4 can be brought closer to the source side and to the center of the gate width. It is possible to increase the influence of the charge on the source potential and obtain high sensitivity.
[0035]
Further, in each of the above-described embodiments, the edge of the gate electrode 2 on the source 1 side and the drain side 3 is a straight line, but the edge may be formed by a convex or concave curve.
[0036]
The solid-state imaging device of the present invention can be applied to imaging devices such as area sensors and line sensors.
[0037]
The solid-state imaging device of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.
[0038]
【The invention's effect】
According to the above-described present invention, the gate has a shape in which the width on the drain side is narrower than the width on the source side, whereby the potential on the drain side becomes shallow due to the narrow channel effect, and the signal charge accumulation position is biased toward the source side. As a result, the influence of the accumulated charge on the source potential can be strengthened, and the sensitivity of the solid-state imaging device can be improved.
[0039]
Also, by reducing the gate width on the drain side, the gradient of the potential distribution in the width direction of the gate increases, and the signal charge is more concentrated in the center in the width direction of the gate. No variation occurs in the distribution.
Therefore, variation in characteristics for each pixel can be suppressed.
[0040]
In addition, since there is no variation in characteristics among pixels, signal processing can be made common to a plurality of pixels or all pixels, and the configuration for signal processing can be simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram (plan view) of a unit pixel according to an embodiment of a solid-state imaging device of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view in the length direction of the gate in FIG.
3 is a potential distribution diagram of the pixel MOS transistor of FIG. 1. FIG.
It is a figure which shows the position in A effective gate.
B is an effective potential distribution diagram in the width direction of the gate.
C is a potential distribution diagram in an effective gate length direction. FIG.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram (plan view) of a unit pixel according to another embodiment of the solid-state imaging device of the present invention.
FIG. 5 is a plan view of a unit pixel of a solid-state imaging device composed of a pixel MOS transistor having a rectangular planar gate.
5B is a cross-sectional view in the length direction of the gate in FIG. 5A.
6 is a potential distribution diagram of the pixel MOS transistor of FIG. 5. FIG.
It is a figure which shows the position in A effective gate.
B is an effective potential distribution diagram in the width direction of the gate.
C is a potential distribution diagram in an effective gate length direction. FIG.
[Explanation of symbols]
1 source region, 2 gate electrode, 3 drain region, 4 sensor region (light receiving portion), 5 OFB (overflow barrier) region, 6 semiconductor substrate, 7 element isolation region, 8 gate insulating film, 10, 20, 30 pixel MOS transistor , 31 source region, 32 gate electrode, 33 drain region, 34 sensor region (light receiving part), 35 OFB (overflow barrier) region, 36 semiconductor substrate, 37 element isolation region, 38 gate insulating film, W gate width direction, L Gate length direction

Claims (3)

光電変換により得られた信号電荷を蓄積し、蓄積した信号電荷量に応じてチャネル電流を変調する機能を有する画素MOSトランジスタが複数配列され、
上記画素MOSトランジスタのゲートが、ドレイン側のゲート幅がソース側のゲート幅よりも狭くした形状に形成され、
上記信号電荷の蓄積位置が、上記ソース側に偏って成る
ことを特徴とする固体撮像素子。
A plurality of pixel MOS transistors having a function of accumulating signal charges obtained by photoelectric conversion and modulating a channel current according to the amount of accumulated signal charges are arranged,
The gate of the pixel MOS transistor is formed in a shape in which the gate width on the drain side is narrower than the gate width on the source side,
The solid-state imaging device, wherein the signal charge accumulation position is biased toward the source side.
上記ゲートの形状が、上記ドレイン側及び上記ソース側を底とする台形形状であることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the gate has a trapezoidal shape with the drain side and the source side as bottoms. 上記ゲートの形状の内、上記ソース側、上記ドレイン側以外の上記ゲートの端縁が、凸型または凹型の曲線で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein an edge of the gate other than the source side and the drain side in the shape of the gate is formed by a convex or concave curve.
JP18842697A 1997-07-14 1997-07-14 Solid-state image sensor Expired - Fee Related JP3796911B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18842697A JP3796911B2 (en) 1997-07-14 1997-07-14 Solid-state image sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18842697A JP3796911B2 (en) 1997-07-14 1997-07-14 Solid-state image sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH1131807A JPH1131807A (en) 1999-02-02
JP3796911B2 true JP3796911B2 (en) 2006-07-12

Family

ID=16223473

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP18842697A Expired - Fee Related JP3796911B2 (en) 1997-07-14 1997-07-14 Solid-state image sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3796911B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH1131807A (en) 1999-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6023293A (en) Active type solid-state imaging device
US20090057724A1 (en) Image sensor and sensor unit
KR0136934B1 (en) Linear ccd solid image sensor
EP0978878A2 (en) Solid-state imaging device and method of detecting optical signals using the same
US5202907A (en) Solid-state image sensor output mosfet amplifier with mosfet load
US8487357B2 (en) Solid state imaging device having high sensitivity and high pixel density
JPS62265759A (en) Solid state image pickup element
KR100265269B1 (en) Solid state image sensing device having vertical overflow drain and resistive gate charge transfer element and method of control the same
CN102576717B (en) Solid-state image pickup device
KR100245245B1 (en) Amplifying type photoelectric converter, and charge coupled device using that
US5349215A (en) Antiblooming structure for solid-state image sensor
JP2004273640A (en) Solid-state imaging device and its manufacturing method
KR100233185B1 (en) Solid-state image sensor device with pixel array structure of interline transfer ccd image sensor
US8692347B2 (en) Solid-state imaging device and method of manufacturing solid-state imaging device
JP3796911B2 (en) Solid-state image sensor
KR100674908B1 (en) CMOS image device improved fill factor
JP3553576B2 (en) Solid-state imaging device, MOS transistor, and parasitic capacitance suppressing method
EP3813118B1 (en) Image sensor with light blocking layer
US20040164321A1 (en) Vertical charge transfer active pixel sensor
JP2004363132A (en) Solid state imaging device and its driving method
KR100487501B1 (en) Image sensor device
JP2671151B2 (en) Semiconductor device
KR100873811B1 (en) Image sensor with high sensitivity
JP3087718B2 (en) Solid-state imaging device
US20070210342A1 (en) Vertical charge transfer active pixel sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040423

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050308

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: 20060328

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060410

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090428

Year of fee payment: 3

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100428

Year of fee payment: 4

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100428

Year of fee payment: 4

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110428

Year of fee payment: 5

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120428

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees