JP6420450B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置に関し、特に、固体撮像素子を含む半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a technique effective when applied to a semiconductor device including a solid-state imaging element.
デジタルカメラを用いて高品質の動画を撮像する為には、自動焦点検出を高速かつ精度よく行うことが重要である。近年では、2つの光電変換手段を備えた画素を複数搭載した固体撮像素子を用い、像面位相差検出方式により自動焦点調整を行うデジタルカメラが開発されている。 In order to capture a high-quality moving image using a digital camera, it is important to perform automatic focus detection at high speed and with high accuracy. In recent years, a digital camera has been developed that uses a solid-state imaging device having a plurality of pixels each having two photoelectric conversion means and performs automatic focus adjustment by an image plane phase difference detection method.
1個の画素内に2個のフォトダイオードを設けることについては、特許文献1(特開2013−106194号公報)、特許文献2(特開2008−193527号公報)および特許文献3(特開2013−041890号公報)に記載がある。これらの特許文献において、当該2個のフォトダイオードの間に設けられたゲート電極は、フォトダイオード内の電荷の読み出しに用いる転送トランジスタを構成するものではない。 Regarding providing two photodiodes in one pixel, Patent Document 1 (JP 2013-106194 A), Patent Document 2 (JP 2008-193527 A), and Patent Document 3 (JP 2013 2013). -041890). In these patent documents, the gate electrode provided between the two photodiodes does not constitute a transfer transistor used for reading the charge in the photodiode.
長時間の動画撮像を実現するためには、動画による膨大なデータを処理することで必要となる消費電力を安定して供給する必要がある。そのためには、カメラシステム全体としての消費電力を低減することが重要となる。 In order to realize moving image capturing for a long time, it is necessary to stably supply power consumption required by processing enormous data from moving images. For this purpose, it is important to reduce the power consumption of the entire camera system.
1個の画素内に光電変換手段であるフォトダイオードが複数形成されている場合、撮像により得た電荷をフォトダイオードから転送する際に、画素内の各フォトダイオードに隣接する転送トランジスタをオン状態にすることが考えられる。この場合、複数のフォトダイオードに対応する複数の転送トランジスタのそれぞれをオンさせる必要があるため、複数の転送トランジスタのそれぞれのゲート電極に電位を供給することで、撮像動作における消費電力が増大する問題が生じる。 When a plurality of photodiodes as photoelectric conversion means are formed in one pixel, when transferring the charge obtained by imaging from the photodiode, the transfer transistor adjacent to each photodiode in the pixel is turned on. It is possible to do. In this case, since it is necessary to turn on each of the plurality of transfer transistors corresponding to the plurality of photodiodes, there is a problem that power consumption in the imaging operation increases by supplying a potential to each gate electrode of the plurality of transfer transistors. Occurs.
その他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 Other objects and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.
本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the embodiments disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
一実施の形態である半導体装置は、固体撮像素子を構成し、第1および第2フォトダイオードを有する画素において、第1フォトダイオード内の電荷を浮遊拡散容量部に読み出す第1転送トランジスタと、第1および第2フォトダイオードのそれぞれの電荷を合成して浮遊拡散容量部に読み出す転送トランジスタとを有するものである。 A semiconductor device according to an embodiment includes a first transfer transistor that configures a solid-state imaging device and reads charge in the first photodiode to a floating diffusion capacitor in a pixel having the first and second photodiodes, And a transfer transistor that combines the respective charges of the first and second photodiodes and reads them out to the floating diffusion capacitance portion.
本願において開示される一実施の形態によれば、半導体装置の性能を向上させることができる。特に、固体撮像素子の省電力化を実現することができる。 According to one embodiment disclosed in the present application, the performance of a semiconductor device can be improved. In particular, power saving of the solid-state image sensor can be realized.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. Also, in the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.
(実施の形態1)
以下に、図1〜図4を用いて本実施の形態の半導体装置を説明する。本実施の形態の半導体装置は、固体撮像素子に係るものであり、特に、一つの画素内に複数のフォトダイオードを有する固体撮像素子に係る。
(Embodiment 1)
The semiconductor device of the present embodiment will be described below with reference to FIGS. The semiconductor device according to the present embodiment relates to a solid-state image sensor, and particularly relates to a solid-state image sensor having a plurality of photodiodes in one pixel.
図1は、本実施の形態に係る固体撮像素子の構成を示す概略図である。本実施の形態の半導体装置である固体撮像素子は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサであって、図1に示すように、画素アレイ部PEAと、読み出し回路CC1、CC2と、出力回路OCと、行選択回路RCと、制御回路COCと、記憶回路MCとを備えている。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a solid-state imaging device according to the present embodiment. The solid-state imaging device, which is a semiconductor device of the present embodiment, is a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor, and as shown in FIG. 1, a pixel array unit PEA, readout circuits CC1 and CC2, and an output circuit OC. A row selection circuit RC, a control circuit COC, and a memory circuit MC.
画素アレイ部PEAには、複数の画素PEが行列状に配置されている。つまり、固体撮像素子を構成する半導体基板の上面には、複数の画素PEが、X軸方向およびY軸方向に並んでいる。画素PEの周縁は素子分離領域(素子分離構造)により囲まれている。図1に示すX軸方向は、固体撮像素子を構成する半導体基板の主面に沿う方向であって、画素PEが配列されている行方向に沿う方向である。また、当該半導体基板の主面に沿う方向であって、当該X軸方向に対して直交するY軸方向は、画素PEが配列されている列方向に沿う方向である。つまり、画素PEはマトリクス状に並んで配置されている。 A plurality of pixels PE are arranged in a matrix in the pixel array unit PEA. That is, a plurality of pixels PE are arranged in the X-axis direction and the Y-axis direction on the upper surface of the semiconductor substrate constituting the solid-state imaging device. The periphery of the pixel PE is surrounded by an element isolation region (element isolation structure). The X-axis direction shown in FIG. 1 is a direction along the main surface of the semiconductor substrate that constitutes the solid-state imaging device, and is along the row direction in which the pixels PE are arranged. Further, the Y-axis direction that is along the main surface of the semiconductor substrate and is orthogonal to the X-axis direction is a direction along the column direction in which the pixels PE are arranged. That is, the pixels PE are arranged in a matrix.
複数の画素PEのそれぞれは、照射される光の強度に応じた信号を生成する。行選択回路RCは、複数の画素PEを行単位で選択する。行選択回路RCによって選択された画素PEは、生成した信号を後述する出力線OL(図2参照)に出力する。読み出し回路CC1、CC2は、画素アレイ部PEAを間に挟むようにY軸方向で互いに対向して配置されている。読み出し回路CC1、CC2のそれぞれは、画素PEから出力線OLに出力された信号を読み出して出力回路OCに出力する。記憶回路MCは、出力線OLから出力された上記信号を一時的に記憶する記憶部である。 Each of the plurality of pixels PE generates a signal corresponding to the intensity of the irradiated light. The row selection circuit RC selects a plurality of pixels PE in units of rows. The pixel PE selected by the row selection circuit RC outputs the generated signal to an output line OL (see FIG. 2) described later. The readout circuits CC1 and CC2 are arranged to face each other in the Y axis direction so as to sandwich the pixel array portion PEA. Each of the readout circuits CC1 and CC2 reads out a signal output from the pixel PE to the output line OL and outputs it to the output circuit OC. The memory circuit MC is a memory unit that temporarily stores the signal output from the output line OL.
読み出し回路CC1は、複数の画素PEのうち、当該読み出し回路CC1側の半分の画素PEの信号を読み出し、読み出し回路CC2は、当該読み出し回路CC2側の残りの半分の画素PEの信号を読み出す。出力回路OCは、読み出し回路CC1、CC2が読み出した画素PEの信号を、本固体撮像素子の外部に出力する。制御回路COCは、本固体撮像素子全体の動作を統括的に管理し、本固体撮像素子の他の構成要素の動作を制御する。記憶回路MCは、画素PE内の2個のフォトダイオードのうちの一方から出力された信号を記憶することで、当該2個のフォトダイオードのそれぞれから出力される電荷の大きさを測るために用いられる。 The readout circuit CC1 reads out the signal of the half pixel PE on the readout circuit CC1 side among the plurality of pixels PE, and the readout circuit CC2 reads out the signal of the remaining half pixel PE on the readout circuit CC2 side. The output circuit OC outputs the signal of the pixel PE read by the readout circuits CC1 and CC2 to the outside of the solid-state imaging device. The control circuit COC comprehensively manages the operation of the entire solid-state image sensor and controls the operation of other components of the solid-state image sensor. The memory circuit MC is used to measure the magnitude of electric charge output from each of the two photodiodes by storing a signal output from one of the two photodiodes in the pixel PE. It is done.
次に、図2に1個の画素の回路図を示す。図1に示す複数の画素PEのそれぞれが、図2に示す回路を有している。図2に示すように、画素は、光電変換を行うフォトダイオードPD1、PD2と、フォトダイオードPD1で発生した電荷を転送する転送トランジスタTX1と、フォトダイオードPD1、PD2のそれぞれで発生した電荷を転送する転送トランジスタTX2とを有している。また、画素は、転送トランジスタTX1、TX2から転送される電荷を蓄積する浮遊拡散容量部FDと、浮遊拡散容量部FDの電位を増幅する増幅トランジスタAMIとを有している。画素はさらに、増幅トランジスタAMIで増幅された電位を、読み出し回路CC1、CC2(図1参照)の一方に接続された出力線OLに出力するか否かを選択する選択トランジスタSELと、フォトダイオードPD1、PD2のカソードおよび浮遊拡散容量部FDの電位を所定電位に初期化するリセットトランジスタRSTとを備えている。転送トランジスタTX1、TX2、リセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMIおよび選択トランジスタSELのそれぞれは、例えばN型のMOSトランジスタである。 Next, FIG. 2 shows a circuit diagram of one pixel. Each of the plurality of pixels PE shown in FIG. 1 has the circuit shown in FIG. As shown in FIG. 2, the pixel transfers photodiodes PD1 and PD2 that perform photoelectric conversion, a transfer transistor TX1 that transfers charges generated in the photodiode PD1, and charges generated in each of the photodiodes PD1 and PD2. A transfer transistor TX2. The pixel also includes a floating diffusion capacitor unit FD that accumulates charges transferred from the transfer transistors TX1 and TX2, and an amplification transistor AMI that amplifies the potential of the floating diffusion capacitor unit FD. The pixel further includes a selection transistor SEL for selecting whether to output the potential amplified by the amplification transistor AMI to the output line OL connected to one of the readout circuits CC1 and CC2 (see FIG. 1), and the photodiode PD1. And a reset transistor RST for initializing the potential of the cathode of PD2 and the floating diffusion capacitance portion FD to a predetermined potential. Each of the transfer transistors TX1, TX2, the reset transistor RST, the amplification transistor AMI, and the selection transistor SEL is, for example, an N-type MOS transistor.
フォトダイオードPD1、PD2のそれぞれのアノードには、マイナス側電源電位である接地電位GNDが印加されている。フォトダイオードPD2のカソードは、転送トランジスタTX2のソースに接続されている。フォトダイオードPD1のカソードは、転送トランジスタTX1、TX2のそれぞれのソースに接続されている。電荷検出部である浮遊拡散容量部FDは、転送トランジスタTX1、TX2のそれぞれのドレインと、リセットトランジスタRSTのソースと、増幅トランジスタAMIのゲートとに接続されている。 A ground potential GND that is a negative power supply potential is applied to the anodes of the photodiodes PD1 and PD2. The cathode of the photodiode PD2 is connected to the source of the transfer transistor TX2. The cathode of the photodiode PD1 is connected to the sources of the transfer transistors TX1 and TX2. The floating diffusion capacitance unit FD serving as a charge detection unit is connected to the drains of the transfer transistors TX1 and TX2, the source of the reset transistor RST, and the gate of the amplification transistor AMI.
リセットトランジスタRSTのドレインと、増幅トランジスタAMIのドレインとには、プラス側電源電位VCCが印加される。増幅トランジスタAMIのソースは、選択トランジスタSELのドレインに接続されている。選択トランジスタSELのソースは、上述の読み出し回路CC1、CC2のいずれか一方に接続された出力線OLに接続されている。 The positive power supply potential VCC is applied to the drain of the reset transistor RST and the drain of the amplification transistor AMI. The source of the amplification transistor AMI is connected to the drain of the selection transistor SEL. The source of the selection transistor SEL is connected to the output line OL connected to one of the read circuits CC1 and CC2.
ここで、転送トランジスタTX2は、フォトダイオードPD1をソース領域とし、浮遊拡散容量部FDをドレイン領域とする転送トランジスタTX3と、フォトダイオードPD2をソース領域とし、浮遊拡散容量部FDをドレイン領域とする転送トランジスタTX4とを含んでいる。つまり、転送トランジスタTX3、TX4のそれぞれは、ゲート電極およびドレイン領域を共有している。 Here, the transfer transistor TX2 uses the photodiode PD1 as a source region, the transfer transistor TX3 using the floating diffusion capacitor FD as a drain region, and the transfer using the photodiode PD2 as a source region and the floating diffusion capacitor FD as a drain region. And a transistor TX4. That is, each of the transfer transistors TX3 and TX4 shares the gate electrode and the drain region.
言い換えれば、フォトダイオードPD2は、転送トランジスタTX2、つまり転送トランジスタTX4を介して浮遊拡散容量部FDに接続されている。これに対し、フォトダイオードPD1は、転送トランジスタTX1を介して浮遊拡散容量部FDに接続され、かつ、転送トランジスタTX2、つまり転送トランジスタTX3を介して浮遊拡散容量部FDに接続されている。つまり、フォトダイオードPD1と浮遊拡散容量部FDとの間には、転送トランジスタTX1およびTX2が並列に接続されている。 In other words, the photodiode PD2 is connected to the floating diffusion capacitor portion FD via the transfer transistor TX2, that is, the transfer transistor TX4. On the other hand, the photodiode PD1 is connected to the floating diffusion capacitor unit FD via the transfer transistor TX1, and is connected to the floating diffusion capacitor unit FD via the transfer transistor TX2, that is, the transfer transistor TX3. That is, the transfer transistors TX1 and TX2 are connected in parallel between the photodiode PD1 and the floating diffusion capacitor portion FD.
また、転送トランジスタTX3、TX4のそれぞれのゲート電極は互いに電気的に接続されている。このため、転送トランジスタTX2のゲート電極に所定の電圧を印加してゲート電極をオンすると、転送トランジスタTX3、TX4のいずれもがオン状態となる。よって、転送トランジスタTX2をオン状態とすると、フォトダイオードPD1、PD2に発生した電荷のそれぞれが1つに合成されて浮遊拡散容量部FDに転送される。すなわち、転送トランジスタTX2は、フォトダイオードPD1、PD2のそれぞれに発生した電荷を1つに合成、つまり加算して浮遊拡散容量部FDに出力する素子である。 In addition, the gate electrodes of the transfer transistors TX3 and TX4 are electrically connected to each other. Therefore, when a predetermined voltage is applied to the gate electrode of the transfer transistor TX2 to turn on the gate electrode, both the transfer transistors TX3 and TX4 are turned on. Therefore, when the transfer transistor TX2 is turned on, the charges generated in the photodiodes PD1 and PD2 are combined into one and transferred to the floating diffusion capacitor unit FD. That is, the transfer transistor TX2 is an element that combines the charges generated in the photodiodes PD1 and PD2 into one, that is, adds them and outputs the combined charges to the floating diffusion capacitance unit FD.
また、ここでは、転送トランジスタTX2をオンしなければフォトダイオードPD2の電荷を浮遊拡散容量部FDに転送することができないのに対し、フォトダイオードPD1の電荷は、転送トランジスタTX1またはTX2のいずれか一方をオンすれば浮遊拡散容量部FDに転送することができる。したがって、転送トランジスタTX1をオンしなくても転送トランジスタTX2をオンすれば、フォトダイオードPD1、PD2の両方の電荷を読み出すことができる。これにより、フォトダイオードPD1、PD2のそれぞれの電荷は初期化、つまりリセットされる。 Further, here, the charge of the photodiode PD2 cannot be transferred to the floating diffusion capacitor portion FD unless the transfer transistor TX2 is turned on, whereas the charge of the photodiode PD1 is transferred to either the transfer transistor TX1 or TX2. Can be transferred to the floating diffusion capacitor portion FD. Therefore, if the transfer transistor TX2 is turned on without turning on the transfer transistor TX1, the charges of both the photodiodes PD1 and PD2 can be read. Thereby, the respective charges of the photodiodes PD1 and PD2 are initialized, that is, reset.
次に、図3に画素PEの平面レイアウトを示す。また、図4に、図3のA−A線における断面図を示す。図3は、図1に示す画素アレイ部PEAの1個の画素PEを拡大して示す平面レイアウトである。図3では、フォトダイオードおよびその周辺のトランジスタなどを示しているが、それらの上に設けられた層間絶縁膜、配線およびマイクロレンズなどの図示は省略している。 Next, FIG. 3 shows a planar layout of the pixel PE. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3 is an enlarged plan view showing one pixel PE of the pixel array unit PEA shown in FIG. FIG. 3 shows a photodiode and its peripheral transistors, etc., but illustration of interlayer insulating films, wirings, microlenses, and the like provided thereon is omitted.
図3に示すように、1個の画素PEの面積の大部分は、フォトダイオードPD1、PD2が形成された受光部が占めている。当該受光部の周囲には複数の周辺トランジスタおよび基板コンタクト部SCが配置されており、受光部、周辺トランジスタおよび基板コンタクト部SCのそれぞれの活性領域の周縁は、素子分離領域EIにより囲まれている。ここでいう周辺トランジスタとは、リセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMIおよび選択トランジスタSELのそれぞれを指す。 As shown in FIG. 3, most of the area of one pixel PE is occupied by the light receiving portion in which the photodiodes PD1 and PD2 are formed. A plurality of peripheral transistors and substrate contact portions SC are arranged around the light receiving portion, and the peripheral edges of the active regions of the light receiving portion, the peripheral transistors, and the substrate contact portion SC are surrounded by an element isolation region EI. . The peripheral transistors here refer to the reset transistor RST, the amplification transistor AMI, and the selection transistor SEL, respectively.
上記受光部の活性領域ARは、平面視において矩形に近い形状を有している。活性領域AR内には、X軸方向においてフォトダイオードPD1、PD2が並んで配置されている。フォトダイオードPD1、PD2は互いに離間して形成されており、平面視において、フォトダイオードPD1、PD2はいずれも矩形の形状を有している。 The active region AR of the light receiving unit has a shape close to a rectangle in plan view. In the active region AR, photodiodes PD1 and PD2 are arranged side by side in the X-axis direction. The photodiodes PD1 and PD2 are formed apart from each other, and the photodiodes PD1 and PD2 both have a rectangular shape in plan view.
各周辺トランジスタは同一の活性領域に形成されており、当該活性領域は上記受光部の活性領域ARの1辺に沿ってX軸方向に延在している。また、活性領域ARの他の1辺であって、周辺トランジスタが隣接していない1辺に沿って、活性領域ARのフォトダイオードPD1をソース領域とする転送トランジスタTX1と、活性領域ARのフォトダイオードPD2をソース領域とする転送トランジスタTX2とが形成されている。 Each peripheral transistor is formed in the same active region, and the active region extends in the X-axis direction along one side of the active region AR of the light receiving section. Further, along the other side of the active region AR that is not adjacent to the peripheral transistor, the transfer transistor TX1 using the photodiode PD1 in the active region AR as a source region, and the photodiode in the active region AR A transfer transistor TX2 having PD2 as a source region is formed.
各周辺トランジスタは、Y軸方向に延在するゲート電極GEを有している。また、転送トランジスタTX1はX軸方向に延在するゲート電極GE1を有し、転送トランジスタTX2はX軸方向に延在するゲート電極GE2を有している。ゲート電極GE、GE1およびGE2は例えばポリシリコンからなり、半導体基板上にゲート絶縁膜(図示しない)を介して形成されている。ゲート電極GE1、GE2は互いに離間している。ゲート電極GE1は、矩形の平面レイアウトを有するフォトダイオードPD1の1辺に隣接しているのに対し、ゲート電極GE2は、フォトダイオードPD1の上記1辺と、矩形の平面レイアウトを有するフォトダイオードPD2の1辺とに亘って隣接している。 Each peripheral transistor has a gate electrode GE extending in the Y-axis direction. The transfer transistor TX1 has a gate electrode GE1 extending in the X-axis direction, and the transfer transistor TX2 has a gate electrode GE2 extending in the X-axis direction. The gate electrodes GE, GE1, and GE2 are made of polysilicon, for example, and are formed on the semiconductor substrate via a gate insulating film (not shown). The gate electrodes GE1 and GE2 are separated from each other. The gate electrode GE1 is adjacent to one side of the photodiode PD1 having a rectangular planar layout, whereas the gate electrode GE2 is the one side of the photodiode PD1 and the photodiode PD2 having a rectangular planar layout. It is adjacent to one side.
ここで、転送トランジスタTX2は、フォトダイオードPD1をソース領域とする転送トランジスタTX3と、フォトダイオードPD2をソース領域とする転送トランジスタTX4を含んでいると考えることができる。転送トランジスタTX3、TX4は、1本のゲート電極GE2を共有しているため、ゲート電極GE2をオンすることで、ともにオン状態となる。転送トランジスタTX2をオン状態とすることで、転送トランジスタTX3はフォトダイオードPD1に発生した電荷L1を浮遊拡散容量部FDに転送し、転送トランジスタTX4はフォトダイオードPD2に発生した電荷R1を浮遊拡散容量部FDに転送する。 Here, it can be considered that the transfer transistor TX2 includes a transfer transistor TX3 having the photodiode PD1 as a source region and a transfer transistor TX4 having the photodiode PD2 as a source region. Since the transfer transistors TX3 and TX4 share one gate electrode GE2, both are turned on when the gate electrode GE2 is turned on. By turning on the transfer transistor TX2, the transfer transistor TX3 transfers the charge L1 generated in the photodiode PD1 to the floating diffusion capacitor unit FD, and the transfer transistor TX4 transfers the charge R1 generated in the photodiode PD2 to the floating diffusion capacitor unit. Transfer to FD.
浮遊拡散容量部FDは、転送トランジスタTX1、TX2、TX3およびTX4のドレイン領域として機能する半導体領域であり、活性領域AR内に形成されている。浮遊拡散容量部FDは電気的に浮遊状態にあるため、リセットトランジスタRSTを動作させなければ、浮遊拡散容量部FD内に蓄積された電荷は保持される。 The floating diffusion capacitor portion FD is a semiconductor region that functions as a drain region of the transfer transistors TX1, TX2, TX3, and TX4, and is formed in the active region AR. Since the floating diffusion capacitor portion FD is in an electrically floating state, the charge accumulated in the floating diffusion capacitor portion FD is held unless the reset transistor RST is operated.
周辺トランジスタが形成された活性領域においては、X軸方向においてリセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMIおよび選択トランジスタSELが順に並んで配置されている。リセットトランジスタRSTと増幅トランジスタAMIとは、互いのドレイン領域を共有している。また、リセットトランジスタRSTのソース領域は、転送トランジスタTX1、TX2のそれぞれのドレイン領域、つまり浮遊拡散容量部FDに接続されている。増幅トランジスタAMIのソース領域は、選択トランジスタSELのドレイン領域として機能する。選択トランジスタSELのソース領域は、図2を用いて説明したように出力線OLに接続されている。 In the active region where the peripheral transistors are formed, the reset transistor RST, the amplification transistor AMI, and the selection transistor SEL are arranged in order in the X-axis direction. The reset transistor RST and the amplification transistor AMI share the drain region of each other. The source region of the reset transistor RST is connected to the respective drain regions of the transfer transistors TX1 and TX2, that is, the floating diffusion capacitance portion FD. The source region of the amplification transistor AMI functions as the drain region of the selection transistor SEL. The source region of the selection transistor SEL is connected to the output line OL as described with reference to FIG.
転送トランジスタTX1、TX2のそれぞれのドレイン領域、選択トランジスタSELのソース領域、リセットトランジスタRSTのソース領域および増幅トランジスタAMIのドレイン領域は、半導体基板の主面に形成されたN+型の半導体領域であり、基板コンタクト部SCは、半導体基板の主面に形成されたP+型の半導体領域である。それらの半導体領域の上面には、コンタクトプラグCPがそれぞれ接続されている。また、ゲート電極GE、GE1およびGE2のそれぞれの上面にもコンタクトプラグCPが接続されている。 The respective drain regions of the transfer transistors TX1 and TX2, the source region of the selection transistor SEL, the source region of the reset transistor RST, and the drain region of the amplification transistor AMI are N + type semiconductor regions formed on the main surface of the semiconductor substrate. The substrate contact portion SC is a P + type semiconductor region formed on the main surface of the semiconductor substrate. Contact plugs CP are respectively connected to the upper surfaces of these semiconductor regions. A contact plug CP is also connected to each upper surface of the gate electrodes GE, GE1, and GE2.
基板コンタクト部SCは、接地電位GND(図2参照)が印加される半導体領域であり、半導体基板上面のウェルの電位を0Vに固定することで、周辺トランジスタのしきい値電圧のばらつきの発生を防ぐ役割を有している。 The substrate contact portion SC is a semiconductor region to which the ground potential GND (see FIG. 2) is applied. By fixing the potential of the well on the upper surface of the semiconductor substrate to 0 V, the threshold voltage variation of the peripheral transistors is generated. It has a role to prevent.
受光部である活性領域AR内においてX軸方向に並ぶフォトダイオード(第1受光素子)PD1およびフォトダイオード(第2受光素子)PD2は、いずれもY軸方向に延在する半導体素子である。つまり、フォトダイオードPD1、PD2のそれぞれの長手方向はY軸方向に沿う。 The photodiode (first light receiving element) PD1 and the photodiode (second light receiving element) PD2 arranged in the X-axis direction in the active region AR that is the light receiving unit are both semiconductor elements extending in the Y-axis direction. In other words, the longitudinal directions of the photodiodes PD1 and PD2 are along the Y-axis direction.
後述するように、フォトダイオードPD1は、半導体基板の主面に形成されたN−型半導体領域N1と、P型の半導体領域であるウェル領域WLとからなる。同様に、フォトダイオードPD2は、半導体基板の主面に形成されたN−型半導体領域N2と、ウェル領域WLとからなる。図3に示す受光素子であるフォトダイオードPD1、PD2は、N−型半導体領域N1、N2の形成領域にそれぞれ形成されているものとみなすことができる。活性領域AR内において、N−型半導体領域N1、N2が形成された領域のそれぞれの周囲には、P−型のウェル領域WLが形成されている。 As will be described later, the photodiode PD1 includes an N − type semiconductor region N1 formed on the main surface of the semiconductor substrate and a well region WL which is a P type semiconductor region. Similarly, the photodiode PD2 includes an N − type semiconductor region N2 formed on the main surface of the semiconductor substrate and a well region WL. The photodiodes PD1 and PD2 that are the light receiving elements shown in FIG. 3 can be regarded as being formed in the formation regions of the N − type semiconductor regions N1 and N2, respectively. In the active region AR, a P − type well region WL is formed around each of the regions where the N − type semiconductor regions N1 and N2 are formed.
活性領域ARは平面視において矩形に近い形状を有しているが、矩形の4辺のうちの1辺には突出部が2個形成されており、それらの突出部は、延在した先で接続されている。つまり、活性領域ARは、これらの突出部と、受光部の矩形のパターンとからなる環状の平面レイアウトを有している。当該環状の平面レイアウトの内側には素子分離領域EIが形成されている。それらの突出部には、転送トランジスタTX1、TX2のそれぞれのドレイン領域が形成されている。つまり、転送トランジスタTX1、TX2のそれぞれは、ドレイン領域である浮遊拡散容量部FDを共有している。また、当該2個の突出部の上を跨ぐように、ゲート電極GE1、GE2がそれぞれ配置されている。 The active region AR has a shape close to a rectangle in plan view, but two protrusions are formed on one side of the four sides of the rectangle, and these protrusions are extended at the tip. It is connected. That is, the active region AR has an annular planar layout composed of these protruding portions and a rectangular pattern of the light receiving portion. An element isolation region EI is formed inside the annular planar layout. The drain regions of the transfer transistors TX1 and TX2 are formed in the protruding portions. That is, each of the transfer transistors TX1 and TX2 shares the floating diffusion capacitance portion FD that is a drain region. Further, the gate electrodes GE1 and GE2 are respectively disposed so as to straddle over the two protruding portions.
なお、撮影画像を出力する際には、画素内の2個のフォトダイオードの信号(電荷)を一つの信号としてまとめて出力する。これにより、1個のフォトダイオードのみを有する画素を複数備えた固体撮像素子と同等の画質で画像を得ることができる。 Note that when outputting a captured image, signals (charges) of two photodiodes in a pixel are output together as one signal. Thereby, an image can be obtained with an image quality equivalent to that of a solid-state imaging device including a plurality of pixels each having only one photodiode.
図4には、1個の画素PE(図3参照)内のフォトダイオードPD1、PD2が並ぶ方向に沿う断面図を示している。図4に示す断面図では、半導体基板SB上に積層された複数の層間絶縁膜同士の境界の図示を省略している。図4に示すように、N型の単結晶シリコンなどからなる半導体基板SBの上面内には、P−型のウェル領域WLが形成されている。ウェル領域WL上には、活性領域ARと、他の活性領域とを区画する素子分離領域EIが形成されている。素子分離領域EIは例えば酸化シリコン膜からなり、半導体基板SBの上面に形成された溝内に埋め込まれている。 FIG. 4 shows a cross-sectional view along the direction in which the photodiodes PD1 and PD2 are arranged in one pixel PE (see FIG. 3). In the cross-sectional view shown in FIG. 4, illustration of boundaries between a plurality of interlayer insulating films stacked on the semiconductor substrate SB is omitted. As shown in FIG. 4, a P − type well region WL is formed in the upper surface of the semiconductor substrate SB made of N type single crystal silicon or the like. An element isolation region EI that partitions the active region AR and other active regions is formed on the well region WL. The element isolation region EI is made of, for example, a silicon oxide film and is buried in a groove formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB.
ウェル領域WLの上面内には、N−型半導体領域N1、N2が隔てられて形成されている。N−型半導体領域N1とPN接合を形成するウェル領域WLはフォトダイオードPD1のアノードとして機能する。N−型半導体領域N2とPN接合を形成するウェル領域WLはフォトダイオードPD2のアノードとして機能する。N−型半導体領域N1とN−型半導体領域N2とは、素子分離領域EIに挟まれた一つの活性領域AR内に設けられている。 In the upper surface of the well region WL, N − type semiconductor regions N1 and N2 are formed separately. The well region WL that forms a PN junction with the N − type semiconductor region N1 functions as an anode of the photodiode PD1. The well region WL that forms a PN junction with the N − type semiconductor region N2 functions as an anode of the photodiode PD2. The N − type semiconductor region N1 and the N − type semiconductor region N2 are provided in one active region AR sandwiched between the element isolation regions EI.
このように、画素に形成された活性領域AR内には、N−型半導体領域N1およびウェル領域WLからなるフォトダイオードPD1と、N−型半導体領域N2およびウェル領域WLからなるフォトダイオードPD2とが形成されている。活性領域AR内においてフォトダイオードPD1、PD2は、半導体基板SBの上面にウェル領域WLが露出している領域を挟むようにして、並んで配置されている。 As described above, in the active region AR formed in the pixel, the photodiode PD1 including the N − type semiconductor region N1 and the well region WL and the photodiode PD2 including the N − type semiconductor region N2 and the well region WL are provided. Is formed. In the active region AR, the photodiodes PD1 and PD2 are arranged side by side so as to sandwich the region where the well region WL is exposed on the upper surface of the semiconductor substrate SB.
N−型半導体領域N1、N2の形成深さは、ウェル領域WLの形成深さよりも浅い。また、素子分離領域EIが埋め込まれた半導体基板SBの上面の溝の深さは、N−型半導体領域N1、N2の形成深さよりも浅い。 The formation depth of the N − type semiconductor regions N1 and N2 is shallower than the formation depth of the well region WL. Further, the depth of the groove on the upper surface of the semiconductor substrate SB in which the element isolation region EI is embedded is shallower than the formation depth of the N − type semiconductor regions N1 and N2.
半導体基板SB上には、素子分離領域EI、フォトダイオードPD1およびPD2を覆うように層間絶縁膜IFが形成されている。層間絶縁膜IFは、複数の絶縁膜を積層した積層膜である。層間絶縁膜IF内には、複数の配線層が積層されており、最下層の配線層には、層間絶縁膜IFに覆われた配線M1が形成されている。配線M1上には層間絶縁膜IFを介して配線M2が形成されており、配線M2上には層間絶縁膜IFを介して配線M3が形成されている。層間絶縁膜IFの上部にはカラーフィルタCFが形成されており、カラーフィルタCF上にはマイクロレンズMLが形成されている。固体撮像素子の動作時において、光はマイクロレンズMLおよびカラーフィルタCFを介して、フォトダイオードPD1、PD2に照射される。 On the semiconductor substrate SB, an interlayer insulating film IF is formed so as to cover the element isolation region EI and the photodiodes PD1 and PD2. The interlayer insulating film IF is a stacked film in which a plurality of insulating films are stacked. A plurality of wiring layers are stacked in the interlayer insulating film IF, and a wiring M1 covered with the interlayer insulating film IF is formed in the lowermost wiring layer. A wiring M2 is formed on the wiring M1 via an interlayer insulating film IF, and a wiring M3 is formed on the wiring M2 via an interlayer insulating film IF. A color filter CF is formed on the interlayer insulating film IF, and a microlens ML is formed on the color filter CF. During operation of the solid-state imaging device, light is irradiated to the photodiodes PD1 and PD2 through the microlens ML and the color filter CF.
フォトダイオードPD1、PD2を含む活性領域ARの直上には配線は形成されていない。これは、マイクロレンズMLから入射した光が配線により遮蔽され、画素の受光部であるフォトダイオードPD1、PD2に照射されなくなることを防ぐためである。逆に、活性領域AR以外の領域に配線M1〜M3を配置することで、周辺トランジスタなどが形成された活性領域において光電変換が起こることを防いでいる。 No wiring is formed immediately above the active region AR including the photodiodes PD1 and PD2. This is to prevent light incident from the microlens ML from being blocked by the wiring and irradiating the photodiodes PD1 and PD2 which are light receiving portions of the pixels. Conversely, by arranging the wirings M1 to M3 in a region other than the active region AR, photoelectric conversion is prevented from occurring in the active region where peripheral transistors and the like are formed.
以下では、主に図2を用いて、本実施の形態の半導体装置である固体撮像素子の動作について説明する。固体撮像素子の動作としては、撮像動作および自動合焦動作が挙げられる。 Hereinafter, the operation of the solid-state imaging device which is the semiconductor device of the present embodiment will be described mainly using FIG. Examples of the operation of the solid-state imaging device include an imaging operation and an automatic focusing operation.
最初に、撮像をする際の画素の動作について説明する。この場合にはまず、転送トランジスタTX2およびリセットトランジスタRSTのゲート電極に所定電位を印加して、転送トランジスタTX2およびリセットトランジスタRSTをともにオン状態とする。そうすると、フォトダイオードPD1、PD2に残存する電荷および浮遊拡散容量部FDに蓄積された電荷がプラス側電源電位VCCに向かって流れて、フォトダイオードPD1、PD2および浮遊拡散容量部FDの電荷が初期化される。その後、リセットトランジスタRSTをオフ状態とする。 First, the operation of the pixel when imaging is described. In this case, first, a predetermined potential is applied to the gate electrodes of the transfer transistor TX2 and the reset transistor RST to turn on both the transfer transistor TX2 and the reset transistor RST. Then, the charge remaining in the photodiodes PD1 and PD2 and the charge accumulated in the floating diffusion capacitor part FD flow toward the positive power supply potential VCC, and the charges in the photodiodes PD1 and PD2 and the floating diffusion capacitor part FD are initialized. Is done. Thereafter, the reset transistor RST is turned off.
次に、入射光がフォトダイオードPD1、PD2のPN接合に照射されて、フォトダイオードPD1、PD2のそれぞれで光電変換が起こる。その結果、フォトダイオードPD1には電荷L1が発生し、フォトダイオードPD2には電荷R1が発生する。このように、フォトダイオードPD1、PD2は、入射光の光量に応じた信号電荷を光電変換によりそれらの内部に生成する受光素子、つまり光電変換素子である。 Next, incident light is applied to the PN junctions of the photodiodes PD1 and PD2, and photoelectric conversion occurs in each of the photodiodes PD1 and PD2. As a result, a charge L1 is generated in the photodiode PD1, and a charge R1 is generated in the photodiode PD2. As described above, the photodiodes PD1 and PD2 are light receiving elements that generate signal charges corresponding to the amount of incident light in the interior thereof by photoelectric conversion, that is, photoelectric conversion elements.
次に、これらの電荷を浮遊拡散容量部FDに転送する。撮像動作においては、画素PE内の2個のフォトダイオードPD1、PD2を1個の光電変換部と見なして動作させるため、フォトダイオードPD1、PD2の各電荷を1つの信号として合成して読み出す。すなわち、撮像動作においては、2個のフォトダイオードPD1、PD2のそれぞれにおいて発生した電荷信号を、加算して一つの画素情報として取得する。 Next, these charges are transferred to the floating diffusion capacitor portion FD. In the imaging operation, in order to operate the two photodiodes PD1 and PD2 in the pixel PE as one photoelectric conversion unit, the charges of the photodiodes PD1 and PD2 are combined and read as one signal. That is, in the imaging operation, the charge signals generated in each of the two photodiodes PD1 and PD2 are added to obtain one pixel information.
したがって、フォトダイオードPD1、PD2のそれぞれの電荷を別々に読み出す必要はない。この際、転送トランジスタTX1はオンさせず、転送トランジスタTX2をオンさせることにより、電荷を浮遊拡散容量部FDに転送する。これにより、浮遊拡散容量部FDは、フォトダイオードPD1、PD2から転送されてきた電荷を蓄積する。これにより、浮遊拡散容量部FDの電位が変化する。 Therefore, it is not necessary to read out the charges of the photodiodes PD1 and PD2 separately. At this time, the transfer transistor TX1 is not turned on, and the transfer transistor TX2 is turned on to transfer the charge to the floating diffusion capacitance unit FD. As a result, the floating diffusion capacitor unit FD accumulates the charges transferred from the photodiodes PD1 and PD2. As a result, the potential of the floating diffusion capacitor portion FD changes.
ここで、上記の電荷の合成の過程を具体的に説明する。ここでは、まず、フォトダイオードPD1の電荷L1と、フォトダイオードPD2の電荷R1が蓄積されている状態でゲート電極GE2に電圧を印加し、転送トランジスタTX2をオン状態とする。これにより、ゲート電極GE2の直下の半導体基板の主面に誘起されたチャネルにおいて、それぞれの電荷L1、R1が合成される。その後、合成された電荷L1+R1は、浮遊拡散容量部FDに転送される。 Here, the process of synthesizing the charge will be described in detail. Here, first, a voltage is applied to the gate electrode GE2 in a state where the charge L1 of the photodiode PD1 and the charge R1 of the photodiode PD2 are accumulated, so that the transfer transistor TX2 is turned on. As a result, the charges L1 and R1 are synthesized in the channel induced in the main surface of the semiconductor substrate immediately below the gate electrode GE2. Thereafter, the combined charge L1 + R1 is transferred to the floating diffusion capacitor portion FD.
次に、選択トランジスタSELをオン状態にして、変化後の浮遊拡散容量部FDの電位を、増幅トランジスタAMIによって増幅することで、浮遊拡散容量部FDの電位変動に対応する電気信号を、出力線OLに出力する。つまり、選択トランジスタSELを動作させることで、増幅トランジスタAMIが出力する電気信号を外部に出力する。これにより、読み出し回路CC1、CC2(図1参照)の一方は、出力線OLの電位を読み出す。 Next, the selection transistor SEL is turned on, and the potential of the floating diffusion capacitor FD after the change is amplified by the amplification transistor AMI, so that an electric signal corresponding to the potential fluctuation of the floating diffusion capacitor FD is output to the output line. Output to OL. That is, by operating the selection transistor SEL, the electric signal output from the amplification transistor AMI is output to the outside. Accordingly, one of the read circuits CC1 and CC2 (see FIG. 1) reads the potential of the output line OL.
続いて、像面位相差式の自動合焦をする際の画素の動作について説明する。本実施の形態の半導体装置である固体撮像素子は、1個の画素内に複数の光電変換部(例えばフォトダイオード)を設けたものである。このように画素内に複数のフォトダイオードを設けているのは、当該固体撮像素子を、例えば像面位相差型の自動焦点検出システムを有するデジタルカメラに利用した場合に、自動合焦の精度および速度を向上させることができるためである。 Next, the operation of the pixel when the image plane phase difference type automatic focusing is performed will be described. A solid-state imaging element which is a semiconductor device of this embodiment is provided with a plurality of photoelectric conversion units (for example, photodiodes) in one pixel. As described above, the plurality of photodiodes are provided in the pixel because, when the solid-state imaging device is used in, for example, a digital camera having an image plane phase difference type automatic focus detection system, the accuracy of automatic focusing and This is because the speed can be improved.
このようなデジタルカメラでは、画素内の一方のフォトダイオードと、もう一方のフォトダイオードとのそれぞれが検出した信号のずれ量、つまり位相差から、合焦に必要なレンズの駆動量を算出し、短時間での合焦を実現することができる。よって、画素内に複数のフォトダイオードを設けることで、固体撮像素子内に微細なフォトダイオードをより多く形成することができるため、自動合焦の精度を向上させることができる。したがって、自動合焦を行う際には、上記撮像動作と異なり、画素内の複数のフォトダイオードのそれぞれに生じた電荷を別々に読み出す必要がある。 In such a digital camera, the amount of lens drive required for focusing is calculated from the amount of deviation of the signals detected by one of the photodiodes in the pixel and the other of the photodiodes, that is, the phase difference, Focusing in a short time can be realized. Therefore, by providing a plurality of photodiodes in the pixel, more fine photodiodes can be formed in the solid-state imaging device, so that the accuracy of automatic focusing can be improved. Therefore, when performing automatic focusing, unlike the above-described imaging operation, it is necessary to separately read out the charges generated in each of the plurality of photodiodes in the pixel.
自動焦点検出の動作においては、まず、転送トランジスタTX2およびリセットトランジスタRSTのゲート電極に所定電位を印加し、転送トランジスタTX2およびリセットトランジスタRSTをともにオン状態とする。これにより、フォトダイオードPD1、PD2および浮遊拡散容量部FDの電荷を初期化する。その後、リセットトランジスタRSTをオフ状態とする。 In the automatic focus detection operation, first, a predetermined potential is applied to the gate electrodes of the transfer transistor TX2 and the reset transistor RST to turn on both the transfer transistor TX2 and the reset transistor RST. As a result, the charges of the photodiodes PD1 and PD2 and the floating diffusion capacitor portion FD are initialized. Thereafter, the reset transistor RST is turned off.
次に、入射光がフォトダイオードPD1、PD2のPN接合に照射されて、フォトダイオードPD1、PD2のそれぞれで光電変換が起こる。その結果、フォトダイオードPD1、PD2のそれぞれに電荷が発生する。ここでは仮に、フォトダイオードPD1に生じる電荷をL1、フォトダイオードPD2に生じる電荷をR1とする。 Next, incident light is applied to the PN junctions of the photodiodes PD1 and PD2, and photoelectric conversion occurs in each of the photodiodes PD1 and PD2. As a result, charges are generated in each of the photodiodes PD1 and PD2. Here, it is assumed that the charge generated in the photodiode PD1 is L1, and the charge generated in the photodiode PD2 is R1.
次に、これらの電荷のうちの一方を浮遊拡散容量部FDに転送する。ここでは、まず、転送トランジスタTX1をオンさせることで、フォトダイオードPD1の電荷L1を浮遊拡散容量部FDに読み出し、浮遊拡散容量部FDの電位を変化させる。その後、選択トランジスタSELをオン状態にして、変化後の浮遊拡散容量部FDの電位を、増幅トランジスタAMIによって増幅し、その後、出力線OLに出力する。つまり、電荷検出部である浮遊拡散容量部FDの電位変動に対応する電気信号を、増幅トランジスタAMIにより増幅して出力する。これにより、読み出し回路CC1、CC2(図1参照)の一方は、出力線OLの電位を読み出す。これにより読み出された電荷L1、つまり信号L1は、記憶回路MC(図1参照)に記憶される。 Next, one of these charges is transferred to the floating diffusion capacitor portion FD. Here, first, by turning on the transfer transistor TX1, the charge L1 of the photodiode PD1 is read out to the floating diffusion capacitor portion FD, and the potential of the floating diffusion capacitor portion FD is changed. Thereafter, the selection transistor SEL is turned on, and the changed potential of the floating diffusion capacitor portion FD is amplified by the amplification transistor AMI, and then output to the output line OL. That is, the electric signal corresponding to the potential fluctuation of the floating diffusion capacitance unit FD that is the charge detection unit is amplified by the amplification transistor AMI and output. Accordingly, one of the read circuits CC1 and CC2 (see FIG. 1) reads the potential of the output line OL. The electric charge L1 read out, that is, the signal L1 is stored in the memory circuit MC (see FIG. 1).
このとき、浮遊拡散容量部FDはフォトダイオードPD1で生じた電荷L1が残っており、浮遊拡散容量部FDの電位は変化したままとなっている。また、フォトダイオードPD2内の電荷R1は未だ転送されていない。 At this time, the charge L1 generated in the photodiode PD1 remains in the floating diffusion capacitor portion FD, and the potential of the floating diffusion capacitor portion FD remains changed. Further, the charge R1 in the photodiode PD2 has not been transferred yet.
次に、転送トランジスタTX2をオンさせることで、フォトダイオードPD2の電荷R1を浮遊拡散容量部FDに読み出し、浮遊拡散容量部FDの電位をさらに変化させる。転送トランジスタTX2をオンさせるとフォトダイオードPD1、PD2の両方の電荷が合成されて転送され得るが、ここでは既にフォトダイオードPD1内の電荷L1は転送済みであるため、フォトダイオードPD2の電荷R1のみが浮遊拡散容量部FDに転送される。 Next, by turning on the transfer transistor TX2, the charge R1 of the photodiode PD2 is read to the floating diffusion capacitor portion FD, and the potential of the floating diffusion capacitor portion FD is further changed. When the transfer transistor TX2 is turned on, the charges of both the photodiodes PD1 and PD2 can be combined and transferred. However, since the charge L1 in the photodiode PD1 has already been transferred, only the charge R1 of the photodiode PD2 is transferred. Transferred to the floating diffusion capacitor FD.
これにより、浮遊拡散容量部FDにおいては、元々蓄積されていたフォトダイオードPD1の電荷L1と、その後転送されたフォトダイオードPD2の電荷R1とが合成された電荷が蓄積される。つまり、浮遊拡散容量部FD内にはL1+R1の電荷が蓄積される。 As a result, in the floating diffusion capacitor portion FD, a charge obtained by combining the charge L1 of the photodiode PD1 originally stored and the charge R1 of the photodiode PD2 transferred thereafter is stored. That is, L1 + R1 charges are accumulated in the floating diffusion capacitor portion FD.
その後、選択トランジスタSELをオン状態にして、変化後の浮遊拡散容量部FDの電位を、増幅トランジスタAMIによって増幅し、その後、出力線OLに出力する。これにより、読み出し回路CC1、CC2(図1参照)の一方は、出力線OLの電位を読み出す。これにより読み出された電荷L1+R1からフォトダイオードPD2に生じた電荷R1を算出するため、次のような計算を行う。すなわち、当該電荷L1+R1の値から、記憶回路MC(図1参照)に記憶された電荷L1の値を引く。これにより、フォトダイオードPD2の電荷R1を読み出すことができる。このような演算は、例えば制御回路COC(図1参照)にて行われる。 Thereafter, the selection transistor SEL is turned on, and the changed potential of the floating diffusion capacitor portion FD is amplified by the amplification transistor AMI, and then output to the output line OL. Accordingly, one of the read circuits CC1 and CC2 (see FIG. 1) reads the potential of the output line OL. In order to calculate the charge R1 generated in the photodiode PD2 from the read charge L1 + R1 in this way, the following calculation is performed. That is, the value of the charge L1 stored in the memory circuit MC (see FIG. 1) is subtracted from the value of the charge L1 + R1. Thereby, the charge R1 of the photodiode PD2 can be read. Such calculation is performed, for example, by the control circuit COC (see FIG. 1).
次に、画素アレイ部PEA(図1参照)の各画素PE内のフォトダイオードPD1、PD2の検出した信号L1、R1のずれ量、つまり位相差から、合焦に必要なレンズの駆動量を算出し、自動合焦点の検出を行う。 Next, the driving amount of the lens necessary for focusing is calculated from the shift amounts of the signals L1 and R1 detected by the photodiodes PD1 and PD2 in each pixel PE in the pixel array unit PEA (see FIG. 1), that is, the phase difference. Then, automatic focusing is detected.
なお、上記のようにフォトダイオードPD1、PD2のそれぞれの電荷を順に読み出す際、先に読み出しを行う対象をフォトダイオードPD2の電荷R1とし、その後にフォトダイオードPD1の電荷L1を読み出してもよい。 As described above, when the charges of the photodiodes PD1 and PD2 are sequentially read, the charge to be read first may be the charge R1 of the photodiode PD2, and then the charge L1 of the photodiode PD1 may be read.
また、自動合焦時の他の動作として、合成した電荷L1+R1から電荷R1を算出する動作を省略する方法も考えられる。つまり、先に転送トランジスタTX1をオンさせて電荷L1を読み出して記憶した後、リセットトランジスタRSTをオンさせることで浮遊拡散容量部FDをリセットさせれば、その後転送トランジスタTX2をオンさせることでフォトダイオードPD2の電荷R1を単独で読み出すことができる。この場合も電荷L1を記憶回路MC(図1参照)に記憶する必要があるが、上記のような計算を行わなくとも、電荷L1と電荷R1とを単独で読み出すことができる。 As another operation at the time of automatic focusing, a method of omitting the operation of calculating the charge R1 from the combined charge L1 + R1 is also conceivable. That is, after the transfer transistor TX1 is first turned on to read out and store the charge L1, the reset transistor RST is turned on to reset the floating diffusion capacitor portion FD. Thereafter, the transfer transistor TX2 is turned on to thereby turn on the photodiode. The charge R1 of PD2 can be read out alone. In this case as well, the charge L1 needs to be stored in the memory circuit MC (see FIG. 1), but the charge L1 and the charge R1 can be read out independently without performing the above calculation.
上記のように、撮像動作と自動合焦動作とでは、特に転送トランジスタTX1、TX2の動作が異なる。自動合焦動作では転送トランジスタTX1、TX2のそれぞれをオンする工程が必要であるが、撮像動作では転送トランジスタTX2のみをオンすればよく、転送トランジスタTX1をオンする必要はない。 As described above, the operations of the transfer transistors TX1 and TX2 are particularly different between the imaging operation and the automatic focusing operation. In the automatic focusing operation, a process of turning on each of the transfer transistors TX1 and TX2 is necessary, but in the imaging operation, only the transfer transistor TX2 needs to be turned on, and it is not necessary to turn on the transfer transistor TX1.
本実施の形態の固体撮像素子をデジタルカメラに用いた場合、静止画および動画のいずれの撮像においても、上記撮像動作を各画素において行う。また、動画の撮像においては、撮像とともに上記自動合焦動作を各画素において行う。静止画の撮像においては、上記自動合焦動作を各画素で行うことにより合焦を行う場合と、上記自動合焦動作を画素において行わず、固体撮像素子外の他の自動合焦装置を用いる場合とがある。 When the solid-state image sensor of this embodiment is used in a digital camera, the above-described imaging operation is performed on each pixel for both still images and moving images. In moving image capturing, the above-described automatic focusing operation is performed on each pixel together with image capturing. In still image capturing, focusing is performed by performing the automatic focusing operation on each pixel, and other automatic focusing devices outside the solid-state imaging device are used without performing the automatic focusing operation on the pixels. There are cases.
次に、図7、図8に示す比較例を用いて、本実施の形態の半導体装置の効果を説明する。図7は、比較例である半導体装置を構成する画素を示す回路図である。図8は、比較例である半導体装置を構成する画素を示す平面レイアウトである。図8には、画素PEを構成する構造のうち、受光部およびそれに隣接する2個の転送トランジスタのみを示している。 Next, the effects of the semiconductor device of the present embodiment will be described using comparative examples shown in FIGS. FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a pixel included in a semiconductor device as a comparative example. FIG. 8 is a planar layout showing pixels constituting a semiconductor device as a comparative example. FIG. 8 shows only the light receiving portion and two transfer transistors adjacent to the light receiving portion in the structure constituting the pixel PE.
図8に示すように、画素PEの受光部の構成は、矩形に近いレイアウトを有する活性領域ARと、活性領域AR内に並ぶフォトダイオードPD1、PD2と、フォトダイオードPD1、PD2のそれぞれに隣接する転送トランジスタTX5、TX6とからなり、図3を用いて説明した本実施の形態の画素PEの構成と似ている。ただし、図3に示す画素PEが、2個のフォトダイオードPD1、PD2の両方をソースとする転送トランジスタTX2を有しているのに対し、図7および図8に示す比較例の画素PEにはそのような転送トランジスタは形成されていない。比較例においては、フォトダイオードPD1に対して転送トランジスタTX5のみが隣接して形成され、フォトダイオードPD2に対して転送トランジスタTX6のみが隣接して形成されている。 As shown in FIG. 8, the configuration of the light receiving portion of the pixel PE is adjacent to each of the active region AR having a layout close to a rectangle, the photodiodes PD1 and PD2 arranged in the active region AR, and the photodiodes PD1 and PD2. It consists of transfer transistors TX5 and TX6, and is similar to the configuration of the pixel PE of this embodiment described with reference to FIG. However, the pixel PE shown in FIG. 3 has the transfer transistor TX2 that has both the photodiodes PD1 and PD2 as sources, whereas the pixel PE of the comparative example shown in FIGS. Such a transfer transistor is not formed. In the comparative example, only the transfer transistor TX5 is formed adjacent to the photodiode PD1, and only the transfer transistor TX6 is formed adjacent to the photodiode PD2.
図8に示すように、転送トランジスタTX5、TX6は環状の活性領域ARに形成されており、活性領域ARの矩形部分から、平面視において突出する2個の突出部のうちの一方の上部にゲート電極GE5が形成され、もう一方の上部にゲート電極GE6が形成されている。ゲート電極GE5は転送トランジスタTX5を構成し、ゲート電極GE6は転送トランジスタTX6を構成している。ゲート電極GE5、GE6は互いに離間している。ここでは、転送トランジスタTX5、TX6は、互いのゲート電極GE5、GE6を共有していない。よって、ゲート電極GE5、GE6のいずれか一方のみをオン状態にすることで、フォトダイオードPD1、PD2の両方の電荷が同時に転送されることはない。 As shown in FIG. 8, the transfer transistors TX5 and TX6 are formed in an annular active region AR, and a gate is formed on one upper part of two protruding portions protruding in a plan view from a rectangular portion of the active region AR. An electrode GE5 is formed, and a gate electrode GE6 is formed on the other upper portion. The gate electrode GE5 constitutes a transfer transistor TX5, and the gate electrode GE6 constitutes a transfer transistor TX6. The gate electrodes GE5 and GE6 are separated from each other. Here, the transfer transistors TX5 and TX6 do not share the gate electrodes GE5 and GE6. Therefore, by turning on only one of the gate electrodes GE5 and GE6, the charges of both the photodiodes PD1 and PD2 are not simultaneously transferred.
図7に示すように、フォトダイオードPD2と浮遊拡散容量部FDとの間には、転送トランジスタTX6が介在しているのみである。この点は図2に示すように、フォトダイオードPD2と浮遊拡散容量部FDとの間に、転送トランジスタTX2、つまり転送トランジスタTX4のみが介在している構造と同様である。 As shown in FIG. 7, only the transfer transistor TX6 is interposed between the photodiode PD2 and the floating diffusion capacitor portion FD. This is the same as the structure in which only the transfer transistor TX2, that is, the transfer transistor TX4 is interposed between the photodiode PD2 and the floating diffusion capacitor portion FD, as shown in FIG.
これに対し、図7に示すように、フォトダイオードPD1と浮遊拡散容量部FDとの間には、転送トランジスタTX5のみが接続されており、この点は図2に示す構成と異なる。図2においては、フォトダイオードPD1と浮遊拡散容量部FDとの間に、転送トランジスタTX2、つまり転送トランジスタTX3と、転送トランジスタTX1とが並列に接続されている。 On the other hand, as shown in FIG. 7, only the transfer transistor TX5 is connected between the photodiode PD1 and the floating diffusion capacitor portion FD, and this point is different from the configuration shown in FIG. In FIG. 2, the transfer transistor TX2, that is, the transfer transistor TX3, and the transfer transistor TX1 are connected in parallel between the photodiode PD1 and the floating diffusion capacitor FD.
つまり、比較例においては、1個のフォトダイオードに対して、当該フォトダイオードをソース領域とする転送トランジスタが1個のみ形成されている。このため、転送トランジスタTX5をオンした場合には、フォトダイオードPD1の電荷L1は転送されるが、フォトダイオードPD2の電荷R1は転送されない。同様に、転送トランジスタTX6をオンした場合には、フォトダイオードPD2の電荷R1は転送されるが、フォトダイオードPD1の電荷L1は転送されない。したがって、フォトダイオードPD1、PD2の両方の電荷を転送させる場合には、転送トランジスタTX5、TX6の両方をオン状態にする必要がある。 That is, in the comparative example, only one transfer transistor having the photodiode as a source region is formed for one photodiode. Therefore, when the transfer transistor TX5 is turned on, the charge L1 of the photodiode PD1 is transferred, but the charge R1 of the photodiode PD2 is not transferred. Similarly, when the transfer transistor TX6 is turned on, the charge R1 of the photodiode PD2 is transferred, but the charge L1 of the photodiode PD1 is not transferred. Therefore, when transferring the charges of both the photodiodes PD1 and PD2, it is necessary to turn on both of the transfer transistors TX5 and TX6.
図7に示す転送トランジスタTX5を第1転送部とすると、図2に示す回路では、当該第1転送部と同じ役割を有する転送トランジスタTX1が形成されていると考えることができる。また、図7に示す転送トランジスタTX6を第2転送部とすると、図2に示す回路では、当該第2転送部と同じ役割を有する転送トランジスタTX4が形成されていると考えることができる。この場合、図2に示す構成が図7に示す構成と異なるのは、転送トランジスタTX3を含む転送トランジスタTX2が第3転送部として設けられている点である。 If the transfer transistor TX5 shown in FIG. 7 is a first transfer unit, it can be considered that the transfer transistor TX1 having the same role as the first transfer unit is formed in the circuit shown in FIG. If the transfer transistor TX6 shown in FIG. 7 is the second transfer unit, it can be considered that the transfer transistor TX4 having the same role as the second transfer unit is formed in the circuit shown in FIG. In this case, the configuration shown in FIG. 2 is different from the configuration shown in FIG. 7 in that the transfer transistor TX2 including the transfer transistor TX3 is provided as the third transfer unit.
ここで、図7を用いて、比較例の固体撮像素子の撮像動作について説明する。この場合にはまず、転送トランジスタTX5、TX6およびリセットトランジスタRSTのゲート電極に所定電位を印加して、転送トランジスタTX5、TX6およびリセットトランジスタRSTをいずれもオン状態とする。これにより、フォトダイオードPD1、PD2および浮遊拡散容量部FDの電荷が初期化される。その後、リセットトランジスタRSTをオフ状態とする。このとき、図2を用いて説明した構成では、1個の転送トランジスタTX2をオン状態とすることで2個のフォトダイオードPD1、PD2をリセットすることができるが、ここでは2個の転送トランジスタTX5、TX6の両方をオンしなければ、2個のフォトダイオードPD1、PD2をリセットすることができない。 Here, the imaging operation of the solid-state imaging device of the comparative example will be described with reference to FIG. In this case, first, a predetermined potential is applied to the gate electrodes of the transfer transistors TX5 and TX6 and the reset transistor RST to turn on the transfer transistors TX5 and TX6 and the reset transistor RST. Thereby, the charges of the photodiodes PD1 and PD2 and the floating diffusion capacitor portion FD are initialized. Thereafter, the reset transistor RST is turned off. At this time, in the configuration described with reference to FIG. 2, two photodiodes PD1 and PD2 can be reset by turning on one transfer transistor TX2, but here two transfer transistors TX5 are used. , TX6 cannot be reset unless the two photodiodes PD1, PD2 are reset.
次に、入射光がフォトダイオードPD1、PD2のPN接合に照射されて、フォトダイオードPD1、PD2のそれぞれで光電変換が起こる。その結果、フォトダイオードPD1、PD2に、電荷L1、R1がそれぞれ発生する。 Next, incident light is applied to the PN junctions of the photodiodes PD1 and PD2, and photoelectric conversion occurs in each of the photodiodes PD1 and PD2. As a result, charges L1 and R1 are generated in the photodiodes PD1 and PD2, respectively.
次に、これらの電荷を浮遊拡散容量部FDに転送する。この際、転送トランジスタTX5、TX6をオンさせることにより、フォトダイオードPD1の電荷L1およびフォトダイオードPD2の電荷R1を浮遊拡散容量部FDにともに転送し、浮遊拡散容量部FDの電位を変化させる。図2を用いて説明した構成では、1個の転送トランジスタTX2をオン状態とすることで2個のフォトダイオードPD1、PD2のそれぞれの電位を転送することができるが、ここでは2個の転送トランジスタTX5、TX6の両方をオンしなければ、2個のフォトダイオードPD1、PD2のそれぞれの電位を転送することができない。 Next, these charges are transferred to the floating diffusion capacitor portion FD. At this time, by turning on the transfer transistors TX5 and TX6, the charge L1 of the photodiode PD1 and the charge R1 of the photodiode PD2 are transferred together to the floating diffusion capacitance portion FD, and the potential of the floating diffusion capacitance portion FD is changed. In the configuration described with reference to FIG. 2, the potential of each of the two photodiodes PD1 and PD2 can be transferred by turning on one transfer transistor TX2, but here two transfer transistors Unless both TX5 and TX6 are turned on, the respective potentials of the two photodiodes PD1 and PD2 cannot be transferred.
次に、選択トランジスタSELをオン状態にして、変化後の浮遊拡散容量部FDの電位を、増幅トランジスタAMIによって増幅し、その後、出力線OLに出力する。これにより、読み出し回路CC1、CC2(図1参照)の一方は、出力線OLの電位を読み出す。 Next, the selection transistor SEL is turned on, and the potential of the floating diffusion capacitance part FD after the change is amplified by the amplification transistor AMI, and then output to the output line OL. Accordingly, one of the read circuits CC1 and CC2 (see FIG. 1) reads the potential of the output line OL.
続いて、図7を用いて、像面位相差式の自動合焦をする際の画素の動作について説明する。ここでは、まず、転送トランジスタTX5、TX6およびリセットトランジスタRSTのゲート電極に所定電位を印加し、転送トランジスタTX5、TX6およびリセットトランジスタRSTをともにオン状態とする。これにより、フォトダイオードPD1、PD2および浮遊拡散容量部FDの電荷を初期化する。その後、リセットトランジスタRSTをオフ状態とする。ここでも、2個のフォトダイオードPD1、PD2をリセットするためには、2個の転送トランジスタTX5、TX6をオンする必要がある。 Next, with reference to FIG. 7, an explanation will be given on the operation of the pixel when the image plane phase difference type automatic focusing is performed. Here, first, a predetermined potential is applied to the gate electrodes of the transfer transistors TX5 and TX6 and the reset transistor RST, and both the transfer transistors TX5 and TX6 and the reset transistor RST are turned on. As a result, the charges of the photodiodes PD1 and PD2 and the floating diffusion capacitor portion FD are initialized. Thereafter, the reset transistor RST is turned off. Again, in order to reset the two photodiodes PD1 and PD2, it is necessary to turn on the two transfer transistors TX5 and TX6.
次に、入射光がフォトダイオードPD1、PD2のPN接合に照射されて、フォトダイオードPD1、PD2のそれぞれで光電変換が起こる。その結果、フォトダイオードPD1、PD2に、電荷L1、R1がそれぞれ発生する。 Next, incident light is applied to the PN junctions of the photodiodes PD1 and PD2, and photoelectric conversion occurs in each of the photodiodes PD1 and PD2. As a result, charges L1 and R1 are generated in the photodiodes PD1 and PD2, respectively.
次に、これらの電荷のうちの一方を浮遊拡散容量部FDに転送する。ここでは、まず、転送トランジスタTX5をオンさせることで、フォトダイオードPD1の電荷L1を浮遊拡散容量部FDに読み出す。その後、選択トランジスタSELおよび増幅トランジスタAMIを用いて、増幅した当該電位を出力線OLに出力する。これにより、読み出し回路CC1、CC2(図1参照)の一方は、出力線OLの電位を読み出す。これにより読み出された電荷L1、つまり信号L1は、記憶回路MC(図1参照)に記憶される。 Next, one of these charges is transferred to the floating diffusion capacitor portion FD. Here, by first turning on the transfer transistor TX5, the charge L1 of the photodiode PD1 is read out to the floating diffusion capacitor portion FD. Thereafter, the amplified potential is output to the output line OL using the selection transistor SEL and the amplification transistor AMI. Accordingly, one of the read circuits CC1 and CC2 (see FIG. 1) reads the potential of the output line OL. The electric charge L1 read out, that is, the signal L1 is stored in the memory circuit MC (see FIG. 1).
次に、転送トランジスタTX6をオンさせることで、フォトダイオードPD2の電荷R1を浮遊拡散容量部FDに読み出し、浮遊拡散容量部FDの電位をさらに変化させる。これにより、浮遊拡散容量部FDにおいては、元々蓄積されていたフォトダイオードPD1の電荷L1と、その後転送されたフォトダイオードPD2の電荷R1とが合成された電荷が蓄積される。つまり、浮遊拡散容量部FD内にはL1+R1の電荷が蓄積される。その後の電荷R1の算出は、図2を用いた工程と同様の引き算により行う。これにより、フォトダイオードPD1の電荷L1と、フォトダイオードPD2の電荷R1と別々に読み出すことができる。 Next, by turning on the transfer transistor TX6, the charge R1 of the photodiode PD2 is read to the floating diffusion capacitor portion FD, and the potential of the floating diffusion capacitor portion FD is further changed. As a result, in the floating diffusion capacitor portion FD, a charge obtained by combining the charge L1 of the photodiode PD1 originally stored and the charge R1 of the photodiode PD2 transferred thereafter is stored. That is, L1 + R1 charges are accumulated in the floating diffusion capacitor portion FD. Subsequent calculation of the charge R1 is performed by subtraction similar to the step using FIG. Thereby, the charge L1 of the photodiode PD1 and the charge R1 of the photodiode PD2 can be read separately.
次に、画素アレイ部PEA(図1参照)の各画素PE内のフォトダイオードPD1、PD2の検出した信号L1、R1のずれ量、つまり位相差から、合焦に必要なレンズの駆動量を算出し、自動合焦点の検出を行う。 Next, the driving amount of the lens necessary for focusing is calculated from the shift amounts of the signals L1 and R1 detected by the photodiodes PD1 and PD2 in each pixel PE in the pixel array unit PEA (see FIG. 1), that is, the phase difference. Then, automatic focusing is detected.
以上に説明したように、比較例の撮像動作および自動合焦動作においては、最初に各フォトダイオードPD1、PD2の電荷をリセットして初期化するために、2個の転送トランジスタTX5、TX6の両方をオンしなければならない。また、比較例の撮像動作では、2個の転送トランジスタTX5、TX6の両方をオンしなければ、2個のフォトダイオードPD1、PD2のそれぞれの電位を転送することができない。 As described above, in the imaging operation and the automatic focusing operation of the comparative example, both the two transfer transistors TX5 and TX6 are first used to reset and initialize the charges of the photodiodes PD1 and PD2. Must turn on. Further, in the imaging operation of the comparative example, the potentials of the two photodiodes PD1 and PD2 cannot be transferred unless both of the two transfer transistors TX5 and TX6 are turned on.
このため、比較例の固体撮像素子においては、上記リセットのための動作、および、撮像のためにフォトダイオードから電荷を転送する動作において、2本のゲート電極GE5、GE6に電位を供給して2個の転送トランジスタTX5、TX6をオン状態にする必要がある。このようにリセットおよび転送のために2個の転送トランジスタを動作させることは、固体撮像素子を動作させるための消費電力を増大させる。特に、連続的に撮像動作を行う動画の撮像では消費電力の低減が課題となるところ、上記比較例のように画素内の複数の転送トランジスタに電位を供給すると、消費電力の増大が大きな問題となる。 For this reason, in the solid-state imaging device of the comparative example, the potential is supplied to the two gate electrodes GE5 and GE6 by 2 in the operation for resetting and the operation of transferring charges from the photodiode for imaging. The transfer transistors TX5 and TX6 need to be turned on. Operating the two transfer transistors for reset and transfer in this manner increases the power consumption for operating the solid-state imaging device. In particular, moving images that are continuously imaged are subject to reduction in power consumption. However, if potentials are supplied to a plurality of transfer transistors in a pixel as in the comparative example, an increase in power consumption is a major problem. Become.
また、浮遊拡散容量部FDの容量の増大は、画素から得られる信号のノイズの増大の原因となるため、ノイズを低減する観点から、浮遊拡散容量部FDの容量を小さくすることが重要である。比較例の半導体装置では、転送トランジスタTX5、TX6同士の距離が離れているため、浮遊拡散容量部FDの面積が大きい。このため比較例では、浮遊拡散容量部FDの容量が大きくなることで、画素PEにおけるノイズが増大する問題が生じる。 Further, since the increase in the capacitance of the floating diffusion capacitance portion FD causes an increase in the noise of the signal obtained from the pixel, it is important to reduce the capacitance of the floating diffusion capacitance portion FD from the viewpoint of reducing the noise. . In the semiconductor device of the comparative example, since the distance between the transfer transistors TX5 and TX6 is large, the area of the floating diffusion capacitance portion FD is large. For this reason, in the comparative example, there is a problem that noise in the pixel PE increases due to an increase in the capacitance of the floating diffusion capacitance portion FD.
これに対し、図2に示す本実施の形態の半導体装置では、撮像動作および自動合焦動作において、転送トランジスタTX1をオンしなくても、転送トランジスタTX2およびリセットトランジスタRSTをオンすれば、各フォトダイオードPD1、PD2の電荷をリセットして初期化することができる。 On the other hand, in the semiconductor device of the present embodiment shown in FIG. 2, in the imaging operation and the automatic focusing operation, each photo transistor can be obtained by turning on the transfer transistor TX2 and the reset transistor RST without turning on the transfer transistor TX1. The charge of the diodes PD1 and PD2 can be reset and initialized.
また、撮像動作においては、転送トランジスタTX1をオンしなくても、転送トランジスタTX2をオンすれば、各フォトダイオードPD1、PD2の電荷L1およびR1をともに転送することができ、浮遊拡散容量部FDにおいてそれらの電荷L1およびR1を合成することができる。よって、これらの動作において、各画素内の複数の転送トランジスタを動作させる必要がないため、半導体装置を動作させるための消費電力を低減することができる。よって、半導体装置の性能を向上させることができる。 In the imaging operation, even if the transfer transistor TX1 is not turned on, the charges L1 and R1 of the photodiodes PD1 and PD2 can be transferred together if the transfer transistor TX2 is turned on. Those charges L1 and R1 can be synthesized. Therefore, in these operations, it is not necessary to operate a plurality of transfer transistors in each pixel, so that power consumption for operating the semiconductor device can be reduced. Thus, the performance of the semiconductor device can be improved.
また、図3に示すように、転送トランジスタTX2は、平面視において、フォトダイオードPD1の1辺とフォトダイオードPD2の1辺とに跨がるように形成されているため、転送トランジスタTX1と転送トランジスタTX2との間の距離を縮小することができる。したがって、転送トランジスタTX1、TX2がドレイン領域として共有している半導体領域の平面視における面積を、比較例に比べて縮小することができる。浮遊拡散容量部FDは、当該半導体領域に蓄積される電荷を保持する部分であるため、当該半導体領域の面積を縮小することで、浮遊拡散容量部FDに蓄積される電荷の容量を低減することができる。これにより、画素PEにおいて生じるノイズを低減することができる。よって、半導体装置の性能を向上させることができる。 Further, as shown in FIG. 3, since the transfer transistor TX2 is formed so as to straddle one side of the photodiode PD1 and one side of the photodiode PD2 in plan view, the transfer transistor TX1 and the transfer transistor The distance to TX2 can be reduced. Therefore, the area in plan view of the semiconductor region shared by the transfer transistors TX1 and TX2 as the drain region can be reduced as compared with the comparative example. Since the floating diffusion capacitor portion FD is a portion that holds charges accumulated in the semiconductor region, the capacitance of the charges accumulated in the floating diffusion capacitor portion FD is reduced by reducing the area of the semiconductor region. Can do. Thereby, noise generated in the pixel PE can be reduced. Thus, the performance of the semiconductor device can be improved.
なお、本実施の形態では、フォトダイオードとしてP型のウェル領域をアノードとし、N−型半導体領域である拡散層をカソードとした場合について記載している。しかし、これに限らず、N型ウェルと当該N型ウェル中のP−型拡散層とからなるフォトダイオード、または、それらの表面に画素ウェルと同じ導電型の拡散層が表面に存在するフォトダイオードを有する固体撮像素子においても、同様の効果を奏することが可能である。 In the present embodiment, a case where a P-type well region as an anode is used as a photodiode and a diffusion layer which is an N − -type semiconductor region is used as a cathode is described. However, the present invention is not limited to this, and a photodiode comprising an N-type well and a P − -type diffusion layer in the N-type well, or a photodiode having a diffusion layer of the same conductivity type as the pixel well on the surface The same effect can be obtained even in a solid-state imaging device having the above.
(実施の形態2)
本実施の形態では、画素内に並ぶ2個のフォトダイオードの間に、転送トランジスタのゲート電極を形成する構成について、図5および図6を用いて説明する。図5は、本実施の形態の半導体装置を示す平面レイアウトである。図6は、図5のB−B線における断面図である。図5には、画素PEを構成する構造のうち、受光部およびそれに隣接する2個の転送トランジスタのみを示している。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a structure in which a gate electrode of a transfer transistor is formed between two photodiodes arranged in a pixel will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a plan layout showing the semiconductor device of the present embodiment. 6 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. FIG. 5 shows only the light receiving portion and two transfer transistors adjacent to the light receiving portion in the structure constituting the pixel PE.
図5に示す本実施の形態の画素PEは、図3に示した前記実施の形態1の画素PEとほぼ同様の構成を有している。ただし、図5においては、転送トランジスタTX2を構成するゲート電極GE3の一部が、フォトダイオードPD1、PD2の間においてY軸方向に延在している点で、前記実施の形態1とは異なる。 The pixel PE of the present embodiment shown in FIG. 5 has substantially the same configuration as the pixel PE of the first embodiment shown in FIG. However, FIG. 5 is different from the first embodiment in that a part of the gate electrode GE3 constituting the transfer transistor TX2 extends in the Y-axis direction between the photodiodes PD1 and PD2.
図5に示すように、画素PEの活性領域AR内には、X軸方向においてフォトダイオードPD1、PD2が並んで配置されている。ここで、フォトダイオードPD1、PD2は、ウェル領域WLを挟んで互いに離間しており、フォトダイオードPD1、PD2の間の半導体基板上には、ゲート絶縁膜(図示しない)を介して、ゲート電極GE3の一部が形成されている。つまり、ゲート電極GE3はフォトダイオードPD1、PD2を平面視において分割するように形成されている。 As shown in FIG. 5, photodiodes PD1 and PD2 are arranged side by side in the X-axis direction in the active region AR of the pixel PE. Here, the photodiodes PD1 and PD2 are separated from each other with the well region WL interposed therebetween, and the gate electrode GE3 is disposed on the semiconductor substrate between the photodiodes PD1 and PD2 via a gate insulating film (not shown). Part of is formed. That is, the gate electrode GE3 is formed so as to divide the photodiodes PD1 and PD2 in plan view.
平面視における転送トランジスタTX2のゲート電極GE3は、X軸方向、つまりフォトダイオードPD1、PD2が並ぶ方向に延在するパターンと、当該パターンのX軸方向における中心部から、Y軸方向、つまりフォトダイオードPD1、PD2の延在方向に延在するパターンとが一体となった形状を有している。ゲート電極GE3を構成するX軸方向に延在するパターンは、図3に示すゲート電極GE2と同様に、フォトダイオードPD1の1辺およびフォトダイオードPD2の1辺に隣接して延在している。また、ゲート電極GE3を構成するY軸方向に延在するパターンは、平面視においてフォトダイオードPD1、PD2の間に配置されている。つまりゲート電極GE3は、平面視においてT字型の形状を有している。 The gate electrode GE3 of the transfer transistor TX2 in a plan view includes a pattern extending in the X-axis direction, that is, the direction in which the photodiodes PD1 and PD2 are aligned, and the Y-axis direction, that is, the photodiode from the center of the pattern in the X-axis direction. It has a shape in which the patterns extending in the extending direction of PD1 and PD2 are integrated. The pattern extending in the X-axis direction constituting the gate electrode GE3 extends adjacent to one side of the photodiode PD1 and one side of the photodiode PD2, similarly to the gate electrode GE2 shown in FIG. Further, the pattern extending in the Y-axis direction constituting the gate electrode GE3 is disposed between the photodiodes PD1 and PD2 in plan view. That is, the gate electrode GE3 has a T shape in plan view.
なお、フォトダイオードPD1を構成するN−型半導体領域N1と、ゲート電極GE3とは平面視において一部重なっている。同様に、フォトダイオードPD2を構成するN−型半導体領域N2と、ゲート電極GE3とは平面視において一部重なっている。図5では、ゲート電極GE3の直下のN−型半導体領域N1、N2とウェル領域WLとの境界を破線で示している。また、ゲート電極GE1と平面視において重なる位置のフォトダイオードPD1の輪郭を破線で示している。 Note that the N − type semiconductor region N1 constituting the photodiode PD1 and the gate electrode GE3 partially overlap in plan view. Similarly, the N − type semiconductor region N2 constituting the photodiode PD2 and the gate electrode GE3 partially overlap in plan view. In FIG. 5, the boundaries between the N − type semiconductor regions N1 and N2 and the well region WL immediately below the gate electrode GE3 are indicated by broken lines. The outline of the photodiode PD1 at a position overlapping the gate electrode GE1 in plan view is indicated by a broken line.
また、図6に示すように、画素内においてフォトダイオードPD1、PD2が並ぶ方向における断面の構造は、図4に示す前記実施の形態1の構造とほぼ同様である。ただし、図6に示すように、フォトダイオードPD1、PD2の間の半導体基板上に、ゲート絶縁膜GFを介してゲート電極GE3が形成されている点が、前記実施の形態1とは異なる。 Further, as shown in FIG. 6, the cross-sectional structure in the direction in which the photodiodes PD1 and PD2 are arranged in the pixel is substantially the same as the structure of the first embodiment shown in FIG. However, as shown in FIG. 6, the gate electrode GE3 is formed on the semiconductor substrate between the photodiodes PD1 and PD2 via the gate insulating film GF, which is different from the first embodiment.
ここで、図5および図6に示すように、画素PE内において隣り合うフォトダイオードPD1、PD2の間の距離をX1とする。また、図5に示すように、活性領域ARの一部であって、転送トランジスタTX2のドレイン領域の幅、つまり、ゲート電極GE3の近傍のX軸方向における浮遊拡散容量部FDを構成する半導体領域の幅をX2とする。 Here, as shown in FIGS. 5 and 6, the distance between the adjacent photodiodes PD1 and PD2 in the pixel PE is assumed to be X1. Further, as shown in FIG. 5, the semiconductor region which is a part of the active region AR and forms the floating diffusion capacitance portion FD in the X-axis direction in the vicinity of the width of the drain region of the transfer transistor TX2, that is, the gate electrode GE3. Is X2.
距離X1は、当該箇所に対応する前記実施の形態1のフォトダイオードPD1、PD2の間の距離(図3参照)に比べて小さい。これは、N−型半導体領域N1、N2を形成するために、半導体基板上から半導体基板の主面に対して不純物イオンをイオン注入法により打ち込む際に、Y軸方向に延在するゲート電極GE3をマスクとして自己整合的にN−型半導体領域N1、N2を形成しているためである。 The distance X1 is smaller than the distance (refer to FIG. 3) between the photodiodes PD1 and PD2 of the first embodiment corresponding to the location. This is because the gate electrode GE3 extending in the Y-axis direction when impurity ions are implanted from the semiconductor substrate into the main surface of the semiconductor substrate by ion implantation to form the N − type semiconductor regions N1 and N2. This is because the N − type semiconductor regions N1 and N2 are formed in a self-aligning manner using the mask as a mask.
すなわち、図3に示す構成ではフォトダイオードPD1、PD2の間にゲート電極を形成しないため、フォトダイオードPD1、PD2の対向する辺のそれぞれの形成位置は、フォトレジスト膜をマスクとするイオン注入により規定される。このイオン注入のマスクとして用いられるフォトレジスト膜は、幅の狭いパターンとして形成することが困難であるため、フォトダイオードPD1、PD2の間隔は比較的大きくなる。 That is, since the gate electrode is not formed between the photodiodes PD1 and PD2 in the configuration shown in FIG. 3, the formation positions of the opposing sides of the photodiodes PD1 and PD2 are defined by ion implantation using the photoresist film as a mask. Is done. Since a photoresist film used as a mask for this ion implantation is difficult to form as a narrow pattern, the distance between the photodiodes PD1 and PD2 is relatively large.
これに対し、図5に示すゲート電極GE3のパターニングに用いるフォトレジスト膜は、イオン注入のマスクとして用いるフォトレジスト膜よりも小さい幅で形成する事が容易であるため、ゲート電極GE3は、イオン注入のマスクとして用いられるフォトレジスト膜よりも小さい幅で細く形成することができる。このため、ゲート電極GE3をマスクとして自己整合的にN−型半導体領域N1、N2を形成することで、画素PE内で対向するフォトダイオードPD1、PD2の間の距離X1を小さくすることができ、かつ、距離X1を精度良く保ってフォトダイオードPD1、PD2を形成することができる。よって、距離X1を小さくすることで、活性領域AR内におけるフォトダイオードPD1、PD2が占める面積を増大させることが可能である。 On the other hand, since the photoresist film used for patterning the gate electrode GE3 shown in FIG. 5 can be easily formed with a width smaller than the photoresist film used as a mask for ion implantation, the gate electrode GE3 is formed by ion implantation. It can be formed narrower with a smaller width than the photoresist film used as the mask. Therefore, by forming the N − type semiconductor regions N1 and N2 in a self-aligning manner using the gate electrode GE3 as a mask, the distance X1 between the photodiodes PD1 and PD2 facing each other in the pixel PE can be reduced. In addition, the photodiodes PD1 and PD2 can be formed while maintaining the distance X1 with high accuracy. Therefore, by reducing the distance X1, the area occupied by the photodiodes PD1 and PD2 in the active region AR can be increased.
フォトダイオードPD1、PD2の面積が小さい場合、固体撮像素子の動作時においてフォトダイオードPD1、PD2が受光すると、N−型半導体領域N1、N2のそれぞれの内部で電子が飽和しやすくなるため、画素から得られる画像が白飛びしやすくなる問題がある。しかし、本実施の形態では、上記のようにフォトダイオードPD1、PD2の面積を拡大することができるため、上記の白飛びが生じることを防ぐことができる。つまり、本実施の形態の固体撮像素子で、フォトダイオードPD1、PD2に蓄積できる電子量を増大させることができる。 When the areas of the photodiodes PD1 and PD2 are small, when the photodiodes PD1 and PD2 receive light during the operation of the solid-state imaging device, electrons easily saturate inside the N − type semiconductor regions N1 and N2, respectively. There is a problem that the obtained image is likely to be whiteout. However, in this embodiment, since the areas of the photodiodes PD1 and PD2 can be enlarged as described above, it is possible to prevent the above-described whiteout from occurring. That is, the amount of electrons that can be accumulated in the photodiodes PD1 and PD2 can be increased in the solid-state imaging device of the present embodiment.
このような固体撮像素子は、より明るい光にも感応できるため、素子の感度が高くなる。このため、当該固体撮像素子を用いたデジタルカメラでは、ダイナミックレンジを大きくすることが可能である。よって、本実施の形態では、固体撮像素子を用いて撮像される画像の画質を向上させることができるため、半導体装置の性能を向上させることができる。 Since such a solid-state imaging device can be sensitive to brighter light, the sensitivity of the device is increased. For this reason, in a digital camera using the solid-state imaging device, the dynamic range can be increased. Therefore, in this embodiment, since the image quality of an image captured using a solid-state imaging element can be improved, the performance of the semiconductor device can be improved.
また、フォトダイオードPD1、PD2を構成するN−型半導体領域N1、N2を自己整合的に形成することで、フォトリソグラフィ技術における露光精度などにかかわらず、高い精度でN−型半導体領域N1、N2を所望の位置に所定の間隔で形成することができる。これにより半導体装置の歩留まりを向上させることができ、また、半導体装置の信頼性を向上させることができる。 Further, N constituting the photodiode PD1, PD2 - -type semiconductor regions N1, N2 by a self-aligned manner, irrespective like exposure precision in photolithography, N with high precision - -type semiconductor regions N1, N2 Can be formed at predetermined intervals at desired positions. As a result, the yield of the semiconductor device can be improved, and the reliability of the semiconductor device can be improved.
ここで、静止画の撮像時の読み出し動作においては、転送トランジスタTX2を立ち上げる、つまりオンすることで、2つのフォトダイオードPD1、PD2の間に設けられたゲート電極GE3の下のチャネル領域のポテンシャルが下がる。これにより、2つのフォトダイオードPD1、PD2に蓄積されていた電子は、ゲート電極GE3の直下に誘起された、ポテンシャルの低いチャネル領域に収集されて合成され、その後にさらにポテンシャルの低い浮遊拡散容量部FDに誘導される。 Here, in the readout operation at the time of capturing a still image, the potential of the channel region below the gate electrode GE3 provided between the two photodiodes PD1 and PD2 is raised by turning on or turning on the transfer transistor TX2. Go down. As a result, the electrons accumulated in the two photodiodes PD1 and PD2 are collected and synthesized in the channel region having a low potential, which is induced directly below the gate electrode GE3, and then the floating diffusion capacitance portion having a lower potential. Induced to FD.
本実施の形態においては、フォトダイオードPD1、PD2のそれぞれの対向する辺のそれぞれの全体に沿ってゲート電極GE3が延在している。このため、前記実施の形態1の固体撮像素子に比べ、フォトダイオードPD1、PD2が平面視において接するゲート電極GE3の幅が広く、より幅の広いゲートに電荷を誘導することができるため、フォトダイオードPD1、PD2で発生した電荷が、ゲート電極GE3の直下に生じるチャネルに誘導されやすいという特徴がある。これにより、転送部の幅が広くなることで、撮像時または自動合焦点検出時の電荷転送を効率よく行うことができる。したがって、電荷の読み出し動作を高速に行うことができるため、半導体装置の性能を向上させることができる。 In the present embodiment, the gate electrode GE3 extends along the whole of the opposing sides of the photodiodes PD1 and PD2. For this reason, compared with the solid-state imaging device of the first embodiment, the photodiode PD1, PD2 is wider in the width of the gate electrode GE3 in contact with the photodiode PD1, PD2 and can induce charges to a wider gate. There is a feature that charges generated in PD1 and PD2 are easily induced to a channel generated immediately below the gate electrode GE3. As a result, since the width of the transfer section is widened, charge transfer at the time of imaging or automatic focus detection can be performed efficiently. Therefore, the charge reading operation can be performed at high speed, so that the performance of the semiconductor device can be improved.
また、本実施の形態では、転送トランジスタTX2のドレイン領域の幅である距離X2を、前記実施の形態1の固体撮像素子の対応する転送トランジスタTX2(図3参照)のドレイン領域の幅よりも小さくすることができる。これは、図5に示すフォトダイオードPD1、PD2内の画素を、それらのフォトダイオード同士の間においてY軸方向に延在するゲート電極GE3の直下のチャネル領域に誘導して浮遊拡散容量部FDに転送することが可能であることにより、フォトダイオードPD1、PD2と、X軸方向に延在する部分のゲート電極GE3とを重ねる必要がないためである。 In this embodiment, the distance X2, which is the width of the drain region of the transfer transistor TX2, is smaller than the width of the drain region of the corresponding transfer transistor TX2 (see FIG. 3) of the solid-state imaging device of the first embodiment. can do. This is because the pixels in the photodiodes PD1 and PD2 shown in FIG. 5 are guided to the channel region immediately below the gate electrode GE3 extending in the Y-axis direction between the photodiodes so as to be in the floating diffusion capacitance portion FD. This is because it is not necessary to overlap the photodiodes PD1 and PD2 with the gate electrode GE3 extending in the X-axis direction because the transfer is possible.
したがって、X軸方向に延在する部分のゲート電極GE3に隣接する転送トランジスタTX2のドレイン領域の幅である距離X2を小さくしても、フォトダイオードPD1、PD2から電荷を転送する効率が低下すること防ぐことができる。よって、距離X2を小さくすることができ、これにより浮遊拡散容量部FDを構成する半導体領域の面積を縮小することができる。このため、浮遊拡散容量部FDの容量を低減することができるため、画素PEにおいて生じるノイズを低減することができる。したがって、半導体装置の性能を向上させることができる。 Therefore, even if the distance X2, which is the width of the drain region of the transfer transistor TX2 adjacent to the gate electrode GE3 in the portion extending in the X-axis direction, is reduced, the efficiency of transferring charges from the photodiodes PD1 and PD2 decreases. Can be prevented. Therefore, the distance X2 can be reduced, thereby reducing the area of the semiconductor region constituting the floating diffusion capacitance portion FD. For this reason, since the capacity | capacitance of the floating diffusion capacity | capacitance part FD can be reduced, the noise which arises in the pixel PE can be reduced. Therefore, the performance of the semiconductor device can be improved.
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
例えば、上記の実施の形態1、2では画素内に2個のフォトダイオードを設けた構造について説明したが、1個の画素内に設けるフォトダイオードの数は2個より多い偶数個であってもよい。画素内に例えば4個のフォトダイオードを設ける場合は、2個のフォトダイオードからなる1組の受光部が2組あるものとして、各組の受光部内の2個のフォトダイオードを、上記本実施の形態1または2の半導体装置と同様の構成とする。
For example, in the first and second embodiments, the structure in which two photodiodes are provided in the pixel has been described. However, even if the number of photodiodes provided in one pixel is an even number greater than two, Good. For example, when four photodiodes are provided in a pixel, it is assumed that there are two sets of light receiving units each including two photodiodes, and two photodiodes in each set of light receiving units are connected to each other in the present embodiment. The semiconductor device has the same structure as that of the semiconductor device of
また、前記実施の形態1、2では、図3に示す活性領域ARの矩形部分から突出する2個の突出部を繋げて1つの浮遊拡散容量部FDを構成しているが、転送トランジスタTX1のドレインを構成する一方の前記突出部と、転送トランジスタTX2のドレインを構成するもう一方の前記突出部とは繋がっていなくてもよい。この場合、各突出部をコンタクトプラグCPおよび配線により電気的に接続し、それぞれの突出部の半導体領域を浮遊拡散容量部FDとして用いる。 In the first and second embodiments, one floating diffusion capacitor portion FD is formed by connecting two protruding portions protruding from the rectangular portion of the active region AR shown in FIG. One of the protruding portions constituting the drain may not be connected to the other protruding portion constituting the drain of the transfer transistor TX2. In this case, each protruding portion is electrically connected by the contact plug CP and the wiring, and the semiconductor region of each protruding portion is used as the floating diffusion capacitance portion FD.
AMI 増幅トランジスタ
AR 活性領域
CP コンタクトプラグ
EI 素子分離領域
FD 浮遊拡散容量部
GE、GE1、GE2 ゲート電極
N1、N2 N−型半導体領域
PD1、PD2 フォトダイオード
PE 画素
RST リセットトランジスタ
SC 基板コンタクト部
SEL 選択トランジスタ
TX1〜TX4 転送トランジスタ
WL ウェル領域
AMI amplification transistor AR active region CP contact plug EI element isolation region FD floating diffusion capacitance portion GE, GE1, GE2 gate electrode N1, N2 N - type semiconductor region PD1, PD2 photodiode PE pixel RST reset transistor SC substrate contact portion SEL selection transistor TX1-TX4 transfer transistor WL well region
Claims (8)
前記半導体基板中に形成された第1受光素子と、
前記第1受光素子と、前記半導体基板中に形成された素子分離領域を介さずに互いに離間して前記半導体基板中に形成された第2受光素子と、
前記半導体基板中に形成された浮遊拡散容量部と
平面視において、前記第1受光素子に隣接して形成された第1転送トランジスタと、
平面視において、前記第2受光素子に隣接して形成された第2転送トランジスタと、
を有する画素が設けられた固体撮像素子を備え、
前記浮遊拡散容量部は、前記第1転送トランジスタのドレインおよび前記第2転送トランジスタのドレインと接続されており、
前記第1受光素子は、前記第1転送トランジスタのソースおよび前記第2転送トランジスタのソースと接続されており、
前記第2受光素子は、前記第2転送トランジスタの前記ソースと接続されている、半導体装置。 A semiconductor substrate;
A first light receiving element formed in the semiconductor substrate;
The first light receiving element and the second light receiving element formed in the semiconductor substrate apart from each other without an element isolation region formed in the semiconductor substrate;
A floating diffusion capacitor formed in the semiconductor substrate; and in plan view, a first transfer transistor formed adjacent to the first light receiving element;
A second transfer transistor formed adjacent to the second light receiving element in plan view;
A solid-state imaging device provided with pixels having
The floating diffusion capacitor is connected to the drain of the first transfer transistor and the drain of the second transfer transistor;
The first light receiving element is connected to a source of the first transfer transistor and a source of the second transfer transistor;
The semiconductor device, wherein the second light receiving element is connected to the source of the second transfer transistor.
前記第2転送トランジスタは、前記第1受光素子内および前記第2受光素子内のそれぞれの電荷を合成して前記浮遊拡散容量部に転送する、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The second transfer transistor is a semiconductor device in which charges in the first light receiving element and the second light receiving element are combined and transferred to the floating diffusion capacitor unit.
前記第1受光素子は前記第2転送トランジスタの第1側面に沿って形成されており、
前記第2受光素子は前記第2転送トランジスタの前記第1側面の反対側の第2側面に沿って形成されており、
平面視において、前記第1受光素子の形状および前記第2受光素子の形状のそれぞれは矩形である、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The first light receiving element is formed along a first side surface of the second transfer transistor;
The second light receiving element is formed along a second side surface opposite to the first side surface of the second transfer transistor;
The semiconductor device, wherein each of the shape of the first light receiving element and the shape of the second light receiving element is rectangular in plan view.
前記第1受光素子および前記第2受光素子は前記第2転送トランジスタのゲート電極に対し自己整合的に形成されている、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3.
The semiconductor device, wherein the first light receiving element and the second light receiving element are formed in a self-aligned manner with respect to a gate electrode of the second transfer transistor.
前記第2転送トランジスタの前記ゲート電極の幅は、前記第1受光素子の長手方向の幅および前記第2受光素子の長手方向の幅よりも長い、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 4.
The width of the gate electrode of the second transfer transistor is longer than the width in the longitudinal direction of the first light receiving element and the width in the longitudinal direction of the second light receiving element.
前記第1受光素子と前記第2受光素子との間の距離は、前記第2転送トランジスタの前記ゲート電極のゲート長より短い、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 5.
The semiconductor device, wherein a distance between the first light receiving element and the second light receiving element is shorter than a gate length of the gate electrode of the second transfer transistor.
前記第1転送トランジスタの前記ドレインと、前記第2転送トランジスタの前記ドレインと、前記浮遊拡散容量部とは、同じ導電型の半導体領域で形成されている、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the drain of the first transfer transistor, the drain of the second transfer transistor, and the floating diffusion capacitance portion are formed of a semiconductor region of the same conductivity type.
前記第1受光素子は、第1導電型の第1半導体領域と、第2導電型の第2半導体領域とによるPN接合によって形成されており、
前記第2受光素子は、前記第1導電型の第3半導体領域と、前記第2導電型の第4半導体領域とによるPN接合によって形成されており、
前記第1受光素子の前記第1半導体領域と、前記第2受光素子の前記第3半導体領域と、前記第1転送トランジスタの前記ソースと、前記第2転送トランジスタの前記ソースとのそれぞれの導電型は同じである、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The first light receiving element is formed by a PN junction of a first conductive type first semiconductor region and a second conductive type second semiconductor region,
The second light receiving element is formed by a PN junction of the first conductive type third semiconductor region and the second conductive type fourth semiconductor region,
Each conductivity type of the first semiconductor region of the first light receiving element, the third semiconductor region of the second light receiving element, the source of the first transfer transistor, and the source of the second transfer transistor. Are the same, semiconductor devices.
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