JPH11251567A - Photoelectric converter - Google Patents
Photoelectric converterInfo
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- JPH11251567A JPH11251567A JP10053333A JP5333398A JPH11251567A JP H11251567 A JPH11251567 A JP H11251567A JP 10053333 A JP10053333 A JP 10053333A JP 5333398 A JP5333398 A JP 5333398A JP H11251567 A JPH11251567 A JP H11251567A
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- semiconductor substrate
- type impurity
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- Pending
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- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光電変換装置に関
し、特に複数の受光素子と電界効果型トランジスタで構
成された周辺回路が同一半導体基板上に形成された光電
変換装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photoelectric conversion device, and more particularly to a photoelectric conversion device in which a peripheral circuit composed of a plurality of light receiving elements and a field effect transistor is formed on the same semiconductor substrate.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、受光素子と、信号処理や制御を行
う周辺回路を同一半導体基板に集積化した1次元および
2次元の光電変換装置の開発が盛んに行われている。2. Description of the Related Art In recent years, one-dimensional and two-dimensional photoelectric conversion devices in which a light receiving element and peripheral circuits for performing signal processing and control are integrated on the same semiconductor substrate have been actively developed.
【0003】受光素子と周辺回路を同一半導体基板上に
集積化した光電変換装置の一例として、平面構造の概略
図を図2に示す。同図において、10はp型半導体基
板、20は受光素子、21は周辺回路、22はパッドで
ある。周辺回路21はCMOS回路で構成されている。FIG. 2 is a schematic plan view showing an example of a photoelectric conversion device in which a light receiving element and peripheral circuits are integrated on the same semiconductor substrate. In the figure, 10 is a p-type semiconductor substrate, 20 is a light receiving element, 21 is a peripheral circuit, and 22 is a pad. The peripheral circuit 21 is constituted by a CMOS circuit.
【0004】ところで、MOSトランジスタは、ゲート
に電圧を印加してチャネルが形成された状態で、ドレイ
ン−ソース間に電圧を印加すると、チャネルのドレイン
端近傍において電界が集中し、インパクトイオン化によ
り新たな電子−正孔対が生成される場合がある。インパ
クトイオン化によって生成されたキャリアの大部分は基
板電流となるが、一部は再結合し、その際に発光を伴
う。この発光によって新たな電子−正孔対が半導体基板
中に生成され、半導体基板中に拡散する迷走キャリアと
なる。この迷走キャリアが受光素子に達すると本来の光
信号以外に偽信号が発生し、光電変換装置においては固
定パターンノイズ(FPN)の要因となる。In a MOS transistor, when a voltage is applied between the drain and source in a state where a channel is formed by applying a voltage to the gate, an electric field is concentrated near the drain end of the channel, and a new ion is formed by impact ionization. Electron-hole pairs may be generated. Most of the carriers generated by impact ionization become substrate currents, but some recombine, accompanied by light emission. Due to this light emission, new electron-hole pairs are generated in the semiconductor substrate and become stray carriers that diffuse into the semiconductor substrate. When the stray carrier reaches the light receiving element, a false signal is generated in addition to the original optical signal, which causes fixed pattern noise (FPN) in the photoelectric conversion device.
【0005】一方、迷走キャリアの発生はMOSトラン
ジスタの他にも、保護回路に用いるpn接合ダイオード
がリンギングやノイズなどによって瞬間的に順バイアス
となり、半導体基板に注入された電荷が迷走キャリアと
なる場合がある。On the other hand, stray carriers are generated when a pn junction diode used for a protection circuit is instantaneously forward biased due to ringing or noise in addition to a MOS transistor, and charges injected into a semiconductor substrate become stray carriers. There is.
【0006】このような迷走キャリアによる固定パター
ンノイズを抑制するために、少数キャリア消滅領域を持
った半導体基板に光電変換部、電荷転送部、出力部を設
けた固体撮像装置(特公平7−114267号公報)等
が提案されている。In order to suppress the fixed pattern noise due to such stray carriers, a solid-state image pickup device having a photoelectric conversion unit, a charge transfer unit, and an output unit provided on a semiconductor substrate having a minority carrier annihilation region (Japanese Patent Publication No. Hei 7-114267). And the like have been proposed.
【0007】図3は上記公報で示されている光電変換装
置の断面構造図である。半導体基板11内部に少数キャ
リア消滅領域7をイントリンシックゲッタリング法(I
G法)による結晶欠陥層、あるいは高不純物濃度領域に
よって形成し、その上にエピタキシャル成長によって活
性層8を形成する。さらに、光電変換部を囲むように半
導体基板と反対導電型で少数キャリア消滅領域7に達す
る不純物領域5を形成し、迷走キャリアが光電変換部に
到達しないような構成となっている。FIG. 3 is a sectional structural view of the photoelectric conversion device disclosed in the above publication. The minority carrier annihilation region 7 is formed inside the semiconductor substrate 11 by an intrinsic gettering method (I
The active layer 8 is formed by a crystal defect layer or a high impurity concentration region according to the G method) and epitaxial growth thereon. Further, an impurity region 5 having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate and reaching the minority carrier annihilation region 7 is formed so as to surround the photoelectric conversion portion, so that stray carriers do not reach the photoelectric conversion portion.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】迷走キャリアが受光素
子内に混入することによる偽信号の発生は受光素子が高
感度になるほど信号レベルに対して無視できなくなって
くる。The generation of spurious signals due to stray carriers entering the light receiving element cannot be ignored with respect to the signal level as the light receiving element becomes more sensitive.
【0009】しかしながら、上記公報に示されているよ
うなイントリンシックゲッタリング(IG)処理等のプ
ロセス技術によって迷走キャリアを減少させる方法は製
造コストの増大やスループットの低下を招くことにな
る。However, a method of reducing stray carriers by a process technology such as an intrinsic gettering (IG) process as disclosed in the above publication leads to an increase in manufacturing cost and a decrease in throughput.
【0010】[発明の目的]本発明の目的は、受光素子
と周辺回路を同一半導体基板上に集積化した光電変換装
置において、周辺回路で生成される迷走キャリアのう
ち、受光素子の光信号と同一導電型である正孔をpn接
合によるポテンシャルバリアによって受光素子への混入
を防ぎ、迷走キャリア混入による固定パターンノイズを
抑制する光電変換装置を提供することにある。An object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device in which a light receiving element and a peripheral circuit are integrated on the same semiconductor substrate, and an optical signal of the light receiving element among stray carriers generated in the peripheral circuit. An object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device in which holes of the same conductivity type are prevented from being mixed into a light receiving element by a potential barrier by a pn junction, and fixed pattern noise caused by mixing of stray carriers is suppressed.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに、本発明の光電変換装置は、p型半導体基板と、前
記p型半導体基板上の全面に形成された第1のn型不純
物層と、前記第1のn型不純物層上の全面に形成され、
不純物濃度が前記第1のn型不純物層よりも低い第2の
不純物層と、前記第2のn型不純物層表面に形成され
た、複数のp型不純物領域と、前記第2のn型不純物層
に形成された、電界効果型トランジスタで構成された周
辺回路領域と、を有することを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, a photoelectric conversion device according to the present invention comprises a p-type semiconductor substrate and a first n-type impurity formed on the entire surface of the p-type semiconductor substrate. A layer and an entire surface on the first n-type impurity layer,
A second impurity layer having an impurity concentration lower than that of the first n-type impurity layer; a plurality of p-type impurity regions formed on the surface of the second n-type impurity layer; And a peripheral circuit region formed of a field-effect transistor formed in the layer.
【0012】[0012]
【作用】上記した手段によれば、半導体基板上に半導体
基板と反対導電型の不純物層を形成し、そこに受光素子
を形成することで、半導体基板と不純物層のpn接合に
よるポテンシャルバリアによって、受光素子への迷走キ
ャリアの混入を低減し、固定パターンノイズを低減する
ことができる。According to the above means, an impurity layer of the opposite conductivity type to the semiconductor substrate is formed on the semiconductor substrate, and a light receiving element is formed thereon, whereby a potential barrier by a pn junction between the semiconductor substrate and the impurity layer is provided. It is possible to reduce mixing of stray carriers into the light receiving element and reduce fixed pattern noise.
【0013】また、少数キャリアの拡散長を考慮する
と、正孔の方が電子に比べて拡散長が短く、ゆえに受光
素子を形成する層をn型とすることにより、周辺回路に
おいて発生した迷走キャリアが受光素子に到達しにく
く、迷走キャリアの混入による固定パターンノイズの低
減に有効である。In consideration of the diffusion length of minority carriers, holes have a shorter diffusion length than electrons. Therefore, by forming the layer forming the light receiving element to be n-type, stray carriers generated in the peripheral circuit can be obtained. Are difficult to reach the light receiving element, which is effective in reducing fixed pattern noise due to the mixing of stray carriers.
【0014】さらに、受光素子となるp型不純物領域を
受光素子の光電荷を蓄積するn型不純物領域の不純物濃
度よりも高いn型バリア領域で囲むことにより、ポテン
シャルバリアを形成し、迷走キャリアが受光素子内に入
りにくくなり、さらに固定パターンノイズを低減するこ
とが可能となる。Further, a potential barrier is formed by surrounding the p-type impurity region serving as a light receiving element with an n-type barrier region having a higher impurity concentration than the n-type impurity region for accumulating photocharges of the light receiving element. It becomes difficult to enter the light receiving element, and it is possible to further reduce fixed pattern noise.
【0015】[0015]
【実施例】本発明による実施例を図面に従って説明す
る。An embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.
【0016】図1は本発明による光電変換装置の断面構
造の概略図を示している。なお、光電変換装置の平面構
造は図2の構成と同じである。FIG. 1 is a schematic view of a sectional structure of a photoelectric conversion device according to the present invention. Note that the planar structure of the photoelectric conversion device is the same as the configuration in FIG.
【0017】本実施例においては、p型半導体基板10
上にn+型埋込み層11、n-型エピタキシャル層12が
形成され、n-型エピタキシャル層12表面に、複数の
受光素子20と、オペアンプ、出力回路を含む周辺回路
21が形成されている。In this embodiment, the p-type semiconductor substrate 10
An n + -type buried layer 11 and an n − -type epitaxial layer 12 are formed thereon, and a plurality of light receiving elements 20 and a peripheral circuit 21 including an operational amplifier and an output circuit are formed on the surface of the n − -type epitaxial layer 12.
【0018】受光素子20はn型エピタキシャル層12
表面にp+型領域13とn型領域14が形成され、その
周囲にn+型バリア領域15を形成している。本実施例
の画素構造のn+型埋込み層11、およびn+型バリア領
域15のポテンシャルバリアによって、固定パターンノ
イズの要因となるn型半導体基板中の少数キャリアの正
孔は、受光素子内への混入が低減される。また、周辺回
路21はCMOS回路で構成されている。16はn型M
OSトランジスタ、17はp型MOSトランジスタであ
る。The light receiving element 20 is an n-type epitaxial layer 12
A p + type region 13 and an n type region 14 are formed on the surface, and an n + type barrier region 15 is formed therearound. Due to the potential barrier of the n + -type buried layer 11 and the n + -type barrier region 15 of the pixel structure of the present embodiment, holes of minority carriers in the n-type semiconductor substrate that cause fixed pattern noise enter the light receiving element. Is reduced. Further, the peripheral circuit 21 is constituted by a CMOS circuit. 16 is n-type M
The OS transistor 17 is a p-type MOS transistor.
【0019】本発明においてはp型半導体基板10に基
板表面から電位を与えても構わない。本実施例では、p
型半導体基板10には基板表面から電位を与えることは
していないが、半導体基板のスクライブ端等で発生する
リーク電流によって、n型埋込み層11、n型エピタキ
シャル層12と同じ電位となる。このことは半導体基板
の裏面から電位を与えることができない場合には特に有
効である。In the present invention, a potential may be applied to the p-type semiconductor substrate 10 from the substrate surface. In this embodiment, p
Although no potential is applied to the type semiconductor substrate 10 from the substrate surface, the potential becomes the same as that of the n-type buried layer 11 and the n-type epitaxial layer 12 due to a leak current generated at a scribe end or the like of the semiconductor substrate. This is particularly effective when a potential cannot be applied from the back surface of the semiconductor substrate.
【0020】なお、通常、p型基板は最低電位、その上
に形成されているn型領域は最高電位に固定することが
望ましい。しかし、本実施例ではp型基板上の全面にn
型領域があるために、ウエハからチップを切り出すとチ
ップの切断面にはpn接合がむき出しになり、ここにバ
イアス電圧がかかるとリーク電流の発生する原因とな
る。そこで、p型基板とその上のn型領域の電位を等し
くするとリーク電流の発生が抑えられる。また、p型基
板をフローティングとしておくと、何らかの拍子にn型
領域の電位が下がってもp型基板の電位も追随して下が
るため、順バイアスによる電流も抑えることができる。
さらに、p型基板をフローティングにすることでバック
コンタクトが不要となる。Usually, it is desirable that the p-type substrate is fixed at the lowest potential, and the n-type region formed thereon is fixed at the highest potential. However, in this embodiment, n is formed on the entire surface of the p-type substrate.
Due to the presence of the mold region, when a chip is cut out from the wafer, a pn junction is exposed on the cut surface of the chip, and if a bias voltage is applied thereto, it causes leakage current. Therefore, when the potentials of the p-type substrate and the n-type region thereover are equalized, generation of a leak current can be suppressed. Also, if the p-type substrate is left floating, the potential of the p-type substrate drops following the potential of the n-type region at any time, so that the current due to forward bias can be suppressed.
Further, by making the p-type substrate floating, no back contact is required.
【0021】[0021]
【発明の効果】以上の説明のように、受光素子と周辺回
路を同一半導体基板上に集積した光電変換装置において
は、本発明の構成を用いることで、固定パターンノイズ
の要因となる周辺回路からの迷走キャリアをpn接合に
よるポテンシャルバリアによって受光素子への迷走キャ
リアの混入を減少させることにより固定パターンノイズ
を抑制することができる。As described above, in the photoelectric conversion device in which the light receiving element and the peripheral circuit are integrated on the same semiconductor substrate, by using the configuration of the present invention, the peripheral circuit which causes fixed pattern noise is reduced. The fixed pattern noise can be suppressed by reducing the entry of the stray carrier into the light receiving element by the potential barrier by the pn junction.
【図1】本発明による光電変換装置の断面構造の概略図
である。FIG. 1 is a schematic view of a sectional structure of a photoelectric conversion device according to the present invention.
【図2】受光素子と周辺回路を同一半導体基板上に集積
化した光電変換装置の平面構造の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a planar structure of a photoelectric conversion device in which a light receiving element and peripheral circuits are integrated on the same semiconductor substrate.
【図3】従来の光電変換装置の断面構造の概略図であ
る。FIG. 3 is a schematic view of a cross-sectional structure of a conventional photoelectric conversion device.
10 p型半導体基板 11 n型埋込み層 12 n型エピタキシャル層 13 p型領域 14 n型領域 15 n型バリア領域 16 n型MOSトランジスタ 17 p型MOSトランジスタ 20 受光素子 21 周辺回路 22 パッド Reference Signs List 10 p-type semiconductor substrate 11 n-type buried layer 12 n-type epitaxial layer 13 p-type region 14 n-type region 15 n-type barrier region 16 n-type MOS transistor 17 p-type MOS transistor 20 light receiving element 21 peripheral circuit 22 pad
Claims (5)
純物層と、 前記第1のn型不純物層上の全面に形成され、不純物濃
度が前記第1のn型不純物層よりも低い第2の不純物層
と、 前記第2のn型不純物層表面に形成された、複数のp型
不純物領域と、 前記第2のn型不純物層に形成された、電界効果型トラ
ンジスタで構成された周辺回路領域と、 を有することを特徴とする光電変換装置。A first n-type impurity layer formed on the entire surface of the p-type semiconductor substrate; a first n-type impurity layer formed on the entire surface of the p-type semiconductor substrate; A second impurity layer lower than the first n-type impurity layer; a plurality of p-type impurity regions formed on a surface of the second n-type impurity layer; and a plurality of p-type impurity regions formed on the second n-type impurity layer And a peripheral circuit region formed of a field-effect transistor.
深さが前記第1のn型不純物層に達する第1のn型バリ
ア領域を形成することを特徴とする請求項1に記載の光
電変換装置。2. The first n-type barrier region surrounding each of the p-type impurity regions and having a junction depth reaching the first n-type impurity layer. Photoelectric conversion device.
ル成長層であることを特徴とする請求項1または請求項
2に記載の光電変換装置。3. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the first n-type impurity layer is an epitaxial growth layer.
記p型半導体基板は同電位、あるいは実質的に同電位で
あることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の
光電変換装置。4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first and second n-type impurity layers and the p-type semiconductor substrate have the same potential or substantially the same potential. Photoelectric conversion device.
ングであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに
記載の光電変換装置。5. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the potential of said p-type semiconductor substrate is floating.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10053333A JPH11251567A (en) | 1998-03-05 | 1998-03-05 | Photoelectric converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10053333A JPH11251567A (en) | 1998-03-05 | 1998-03-05 | Photoelectric converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11251567A true JPH11251567A (en) | 1999-09-17 |
Family
ID=12939824
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10053333A Pending JPH11251567A (en) | 1998-03-05 | 1998-03-05 | Photoelectric converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11251567A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6433374B1 (en) | 2000-10-31 | 2002-08-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light receiving device with built-in circuit |
JP2015076453A (en) * | 2013-10-07 | 2015-04-20 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and imaging system |
-
1998
- 1998-03-05 JP JP10053333A patent/JPH11251567A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6433374B1 (en) | 2000-10-31 | 2002-08-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light receiving device with built-in circuit |
JP2015076453A (en) * | 2013-10-07 | 2015-04-20 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and imaging system |
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