JP2003017679A - Solid-state imaging device - Google Patents
Solid-state imaging deviceInfo
- Publication number
- JP2003017679A JP2003017679A JP2001204110A JP2001204110A JP2003017679A JP 2003017679 A JP2003017679 A JP 2003017679A JP 2001204110 A JP2001204110 A JP 2001204110A JP 2001204110 A JP2001204110 A JP 2001204110A JP 2003017679 A JP2003017679 A JP 2003017679A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gate electrode
- insulating film
- shift register
- horizontal ccd
- ccd shift
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 読み出しゲート電極における信号電荷の取り
残しを抑制して、水平CCDシフトレジスタの駆動電圧
を低電圧化する。
【解決手段】 受光部に入射した光により生成された信
号電荷を転送する水平CCDシフトレジスタと、水平C
CDシフトレジスタの出力側に設けられた読み出しゲー
ト電極(OG)14とを有しており、読み出しゲート電
極(OG)14の下方において、水平CCDシフトレジ
スタに近接した領域の第1のゲート絶縁膜26および第
2のゲート絶縁膜25aの膜厚が、水平CCDシフトレ
ジスタとは反対側の領域の第1のゲート絶縁膜26、第
2ゲート絶縁膜25および第3ゲート絶縁膜24の膜厚
よりも薄く設定されている。
(57) Abstract: A driving voltage of a horizontal CCD shift register is reduced by suppressing a signal charge remaining in a read gate electrode. SOLUTION: A horizontal CCD shift register for transferring signal charges generated by light incident on a light receiving section, and a horizontal CCD shift register.
A read gate electrode (OG) 14 provided on the output side of the CD shift register, and a first gate insulating film in a region adjacent to the horizontal CCD shift register below the read gate electrode (OG) 14 The thicknesses of the first gate insulating film 26, the second gate insulating film 25, and the third gate insulating film 24 in the region on the side opposite to the horizontal CCD shift register are smaller than the thicknesses of the first gate insulating film 26 and the second gate insulating film 25a. Is also set thin.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、イメージセンサ、
遅延素子等に用いられる固体撮像装置(CCD撮像装
置)に関し、特に、電荷転送部から電荷検出部への電荷
読み出し時に、電荷の取り残しを低減することができる
固体撮像装置に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an image sensor,
The present invention relates to a solid-state image pickup device (CCD image pickup device) used for a delay element or the like, and more particularly to a solid-state image pickup device capable of reducing uncharged charges when reading charges from a charge transfer unit to a charge detection unit.
【0002】[0002]
【従来の技術】固体撮像装置は、受光部に入射した光に
より生成された信号電荷を転送し複数の蓄積ゲートおよ
び転送ゲートから構成される水平CCDシフトレジス
タ、水平CCDシフトレジスタからの信号電荷を電荷検
出部へ転送する読み出しゲート、転送された信号電荷を
検出する電荷検出部等を有している。2. Description of the Related Art A solid-state image pickup device transfers a signal charge generated by light incident on a light-receiving portion to transfer a signal charge from a horizontal CCD shift register composed of a plurality of storage gates and transfer gates. It has a read gate for transferring to the charge detecting unit, a charge detecting unit for detecting the transferred signal charges, and the like.
【0003】図3(a)は、従来のCCDイメージセン
サの出力部である2相駆動水平CCDシフトレジスタの
概略平面図、図3(b)は、そのX−X’線方向の断面
図である。FIG. 3 (a) is a schematic plan view of a two-phase drive horizontal CCD shift register which is an output part of a conventional CCD image sensor, and FIG. 3 (b) is a sectional view taken along line XX '. is there.
【0004】2相駆動水平CCDシフトレジスタは、n
型シリコン基板113上に設けられたn型シリコン層で
ある水平CCDシフトレジスタチャネル領域111に形
成されている。水平CCDシフトレジスタチャネル領域
111とn型シリコン基板113との間には、p型シリ
コン層112が積層されている。The two-phase drive horizontal CCD shift register has n
It is formed in the horizontal CCD shift register channel region 111 which is an n-type silicon layer provided on the type silicon substrate 113. A p-type silicon layer 112 is stacked between the horizontal CCD shift register channel region 111 and the n-type silicon substrate 113.
【0005】水平CCDシフトレジスタチャネル領域1
11上には、相互に平行になった蓄積ゲート105と転
送ゲート106とから成る第1ゲート電極109と、相
互に平行になった蓄積ゲート107と転送ゲート108
とから成る第2ゲート電極110とが交互に繰り返して
配置されるように形成されており、これらの第1ゲート
電極109および第2ゲート電極110によって、水平
CCDシフトレジスタ115が形成される。Horizontal CCD shift register channel region 1
A first gate electrode 109 composed of a storage gate 105 and a transfer gate 106 which are parallel to each other is provided on 11, and a storage gate 107 and a transfer gate 108 which are parallel to each other.
And a second gate electrode 110 composed of and are alternately and repeatedly formed, and the first CCD electrode 109 and the second gate electrode 110 form a horizontal CCD shift register 115.
【0006】水平CCDシフトレジスタ115の出力側
には、読み出しゲート電極(OG)104が設けられ、
読み出しゲート電極(OG)104には、水平CCDシ
フトレジスタ115からの信号電荷を検出する電荷検出
部を構成するフローティングディフージョン(FD)1
05が接続されている。フローティングディフージョン
(FD)105には、フローティングディフージョン
(FD)105の電位をリセットするためのリセットパ
ルス電圧(φRG)が印加されるリセットゲート電極
(RG)102が接続され、リセットゲート電極(R
G)102には、リセットドレイン(RD)101が接
続されている。A readout gate electrode (OG) 104 is provided on the output side of the horizontal CCD shift register 115,
The readout gate electrode (OG) 104 has a floating diffusion (FD) 1 that constitutes a charge detection unit that detects a signal charge from the horizontal CCD shift register 115.
05 is connected. A reset gate electrode (RG) 102 to which a reset pulse voltage (φRG) for resetting the potential of the floating diffusion (FD) 105 is applied is connected to the floating diffusion (FD) 105, and the reset gate electrode (R) is connected.
The reset drain (RD) 101 is connected to the G) 102.
【0007】第1ゲート電極109の転送ゲート106
および第2ゲート電極110の転送ゲート108は、水
平CCDシフトレジスタチャネル領域111内のn-型
シリコン領域120および121上にそれぞれ形成さ
れ、フローティングディフージョン(FD)105およ
びリセットドレイン(RD)101は、水平CCDシフ
トレジスタチャネル領域111内のn++型シリコン領域
122および123上にそれぞれ形成されている。Transfer gate 106 of first gate electrode 109
And the transfer gate 108 of the second gate electrode 110 is formed on the n − type silicon regions 120 and 121 in the horizontal CCD shift register channel region 111, respectively, and the floating diffusion (FD) 105 and the reset drain (RD) 101 are , On the n ++ type silicon regions 122 and 123 in the horizontal CCD shift register channel region 111, respectively.
【0008】図4(a)および(b)は、それぞれ2相
駆動水平CCDシフトレジスタに、通常の駆動電圧を印
加した場合、駆動電圧を低くした場合の動作時における
図3(b)の各部のポテンシャル図である。尚、2相駆
動水平CCDシフトレジスタにおける信号電荷の転送に
ついては、第1ゲート電極109に着目して説明する。FIGS. 4 (a) and 4 (b) show the respective parts of FIG. 3 (b) during operation when a normal drive voltage is applied to the two-phase drive horizontal CCD shift register and when the drive voltage is lowered. It is a potential diagram of. The transfer of the signal charges in the two-phase drive horizontal CCD shift register will be described by focusing on the first gate electrode 109.
【0009】図4(a)の2相駆動水平CCDシフトレ
ジスタでは、読み出しゲート電極(OG)104に一定
電圧が印加されており、この電圧値により読み出しゲー
ト電極(OG)104の下方のチャネルポテンシャル
(ポテンシャル電位)も一定の電位に固定されている。
この場合、読み出しゲート電極(OG)104に隣接す
る第1ゲート電極109の印加電圧がHIGHレベル
(φHhigh)の場合には、第1ゲート電極109の
蓄積ゲート105および転送ゲート106の下方のチャ
ネルのチャネルポテンシャルは深くなり、ポテンシャル
パケット(ポテンシャル井戸:実線部分)を形成し、読
み出しゲート電極(OG)104下方のチャネルポテン
シャルは、信号電荷に対してポテンシャルバリアとして
機能するために、第1ゲート電極109の蓄積ゲート1
05の下方のポテンシャルパケットに信号電荷(斜線
部)が蓄積される。In the two-phase drive horizontal CCD shift register of FIG. 4A, a constant voltage is applied to the read gate electrode (OG) 104, and this voltage value causes a channel potential below the read gate electrode (OG) 104. (Potential potential) is also fixed at a constant potential.
In this case, when the applied voltage of the first gate electrode 109 adjacent to the read gate electrode (OG) 104 is at the HIGH level (φHhigh), the channel below the accumulation gate 105 and the transfer gate 106 of the first gate electrode 109 is The channel potential becomes deeper to form a potential packet (potential well: solid line portion), and the channel potential below the read gate electrode (OG) 104 functions as a potential barrier against the signal charge, so that the first gate electrode 109 is formed. Storage gate 1
Signal charges (hatched portion) are accumulated in the potential packet below 05.
【0010】また、読み出しゲート電極(OG)104
に隣接する第1ゲート電極109の印加電圧がLOWレ
ベル(φHlow)の場合には、第1ゲート電極109
の蓄積ゲート105および転送ゲート106の下方のチ
ャネルポテンシャルは浅くなる(点線部分)。この時、
読み出しゲート電極(OG)104の下方のチャネルポ
テンシャルが第1ゲート電極109の蓄積ゲート105
の下方のチャネルポテンシャルよりも、信号電荷の転送
効率を考慮したポテンシャル電位差(ΔφOG)だけ深
く設定されている。したがって、読み出しゲート電極
(OG)104に隣接する第1ゲート電極109の蓄積
ゲート105から読み出しゲート電極(OG)104
へ、さらに、読み出しゲート電極(OG)104からフ
ローティングディフージョン(FD)103へ方向付け
されたポテンシャル勾配(電位勾配)が形成され、信号
電荷が第1ゲート電極109の蓄積ゲート105からフ
ローティングディフージョン(FD)103に転送され
る。Further, the read gate electrode (OG) 104
When the applied voltage of the first gate electrode 109 adjacent to the first gate electrode 109 is at the LOW level (φHlow), the first gate electrode 109
The channel potential below the storage gate 105 and the transfer gate 106 becomes shallow (dotted line portion). This time,
The channel potential below the read gate electrode (OG) 104 is the storage gate 105 of the first gate electrode 109.
Is set to be deeper than the channel potential on the lower side by a potential potential difference (ΔφOG) considering the transfer efficiency of signal charges. Therefore, from the storage gate 105 of the first gate electrode 109 adjacent to the read gate electrode (OG) 104 to the read gate electrode (OG) 104.
Further, a potential gradient (potential gradient) directed from the read gate electrode (OG) 104 to the floating diffusion (FD) 103 is formed, and the signal charge is transferred from the storage gate 105 of the first gate electrode 109 to the floating diffusion. (FD) 103.
【0011】このように、読み出しゲート電極(OG)
104に隣接する第1ゲート電極109は、印加電圧が
HIGHレベル(φHhigh)になることによって、
水平CCDシフトレジスタ115に転送された信号電荷
を、第1ゲート電極109の蓄積ゲート105の下方の
ポテンシャルパケットへ蓄積し、その後、印加電圧がL
OWレベル(φHlow)になることによって、読み出
しゲート電極(OG)104を介してフローティングデ
ィフージョン(FD)103へ転送する。As described above, the read gate electrode (OG)
The applied voltage to the first gate electrode 109 adjacent to 104 becomes HIGH level (φHhigh),
The signal charges transferred to the horizontal CCD shift register 115 are accumulated in a potential packet below the accumulation gate 105 of the first gate electrode 109, and then the applied voltage is L.
When it reaches the OW level (φHlow), it is transferred to the floating diffusion (FD) 103 via the read gate electrode (OG) 104.
【0012】ここで、水平CCDシフトレジスタ115
内での信号電荷の転送は、第1ゲート電極109および
第2ゲート電極110にそれぞれ逆相の駆動パルスが交
互に印加されることによって、第1ゲート電極109お
よび第2ゲート電極110において、前述の動作をそれ
ぞれ繰り返し、水平CCDシフトレジスタ115に転送
された信号電荷が第1ゲート電極109および第2ゲー
ト電極110の蓄積ゲート105および107を順次通
過して、読み出しゲート電極(OG)104に隣接した
出力側の蓄積ゲート105に転送される。Here, the horizontal CCD shift register 115
In order to transfer the signal charges in the inside, the first gate electrode 109 and the second gate electrode 110 are alternately applied with driving pulses of opposite phases, so that The signal charges transferred to the horizontal CCD shift register 115 sequentially pass through the storage gates 105 and 107 of the first gate electrode 109 and the second gate electrode 110 and are adjacent to the read gate electrode (OG) 104. Is transferred to the storage gate 105 on the output side.
【0013】図4(b)では、2相駆動水平CCDシフ
トレジスタの駆動電圧ΔφH(ΔφH=φHhigh−
φHlow)が低くなるために、読み出しゲート電極
(OG)104の下方のチャネルポテンシャルと隣接す
る第1ゲート電極109の蓄積ゲート105の下方のチ
ャネルポテンシャルとの実効的なポテンシャル電位差
(ΔφOG)が小さくなる。このため、読み出しゲート
電極(OG)104に隣接する第1ゲート電極109の
蓄積ゲート105から読み出しゲート電極(OG)10
4を経てフローティングディフージョン(FD)103
へ方向付けされたポテンシャル勾配(電位勾配)に基づ
く電界強度が小さくなり、出力側の第1ゲート電極10
9の蓄積ゲート105からフローティングディフージョ
ン(FD)103に転送される信号電荷量が減少する。In FIG. 4B, the driving voltage ΔφH (ΔφH = φHhigh− of the two-phase driving horizontal CCD shift register).
Since φHlow) becomes low, the effective potential difference (ΔφOG) between the channel potential below the read gate electrode (OG) 104 and the channel potential below the storage gate 105 of the adjacent first gate electrode 109 becomes small. . Therefore, from the storage gate 105 of the first gate electrode 109 adjacent to the read gate electrode (OG) 104 to the read gate electrode (OG) 10.
Floating diffusion (FD) 103 through 4
The electric field intensity based on the potential gradient (potential gradient) directed to the
The amount of signal charges transferred from the storage gate 105 of No. 9 to the floating diffusion (FD) 103 decreases.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】ところで、図3(a)
に示す2相駆動水平CCDシフトレジスタでは、図4
(b)に示すように、駆動電圧ΔφHが低くなると、フ
ローティングディフージョン(FD)103に出力され
る信号電荷量が減少するために、信号電荷の取り残しが
問題となる。By the way, FIG. 3 (a)
The two-phase drive horizontal CCD shift register shown in FIG.
As shown in (b), when the driving voltage ΔφH becomes low, the amount of signal charges output to the floating diffusion (FD) 103 decreases, and thus the signal charges are left unsolved.
【0015】図5は、水平CCDシフトレジスタ115
の駆動電圧ΔφHと信号電荷の転送時の電荷取り残し量
との関係を示すグラフである。図5のグラフは、水平C
CDシフトレジスタ115の駆動電圧ΔφHが低下する
と、信号電荷の転送効率が低下するために、読み出しゲ
ート電極(OG)104、および、読み出しゲート電極
(OG)104に隣接する第1ゲート電極109の蓄積
ゲート105における電荷取り残し量が増加することを
示している。FIG. 5 shows the horizontal CCD shift register 115.
6 is a graph showing the relationship between the drive voltage ΔφH and the amount of uncharged electric charge when the signal charges are transferred. The graph in FIG. 5 shows the horizontal C
When the drive voltage ΔφH of the CD shift register 115 decreases, the transfer efficiency of the signal charge decreases, so that the read gate electrode (OG) 104 and the first gate electrode 109 adjacent to the read gate electrode (OG) 104 are accumulated. It is shown that the amount of charge left behind in the gate 105 increases.
【0016】このような信号電荷の取り残しが発生する
と、例えば、イメージセンサにおいては、1つの画素の
電荷信号パケットに、次の画素の電荷信号パケットに取
り残された電荷が混入し、画像に不具合が生じる。した
がって、水平CCDシフトレジスタの低電圧駆動が所望
されているイメージセンサ等においては、信号電荷の取
り残し現象は、水平CCDシフトレジスタの駆動縁圧Δ
φHの低電圧化を妨げることになる。When such a residual signal charge is left, for example, in an image sensor, the charge signal packet of one pixel is mixed with the charge remaining in the charge signal packet of the next pixel, which causes a problem in the image. Occurs. Therefore, in an image sensor or the like in which it is desired to drive the horizontal CCD shift register at a low voltage, the phenomenon that the signal charges are left behind is caused by the driving edge pressure Δ of the horizontal CCD shift register.
This will impede lowering of φH voltage.
【0017】本発明は、このような課題を解決するもの
であり、その目的は、読み出しゲート電極における信号
電荷の取り残しを抑制して水平CCDシフトレジスタの
駆動電圧を低電圧化できる固体撮像装置を提供すること
にある。The present invention is intended to solve such a problem, and an object thereof is to provide a solid-state image pickup device capable of reducing the driving voltage of the horizontal CCD shift register by suppressing the signal charge remaining in the read gate electrode. To provide.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、受光部に入射した光により生成された信号電荷を転
送する電荷転送部と、該電荷転送部の出力側に設けられ
た読み出しゲートとがそれぞれ半導体基板上に絶縁膜を
介して設けられた固体撮像装置であって、該読み出しゲ
ートの下方において、該電荷転送部に近接した領域の絶
縁膜の膜厚が、該電荷転送部とは反対側の領域の絶縁膜
の膜厚よりも薄く設定されている。A solid-state image pickup device according to the present invention includes a charge transfer section for transferring signal charges generated by light incident on a light receiving section, and a read gate provided on the output side of the charge transfer section. And a solid-state imaging device respectively provided on a semiconductor substrate via an insulating film, wherein the thickness of the insulating film in a region below the read gate and adjacent to the charge transfer unit is the same as that of the charge transfer unit. Is set to be thinner than the film thickness of the insulating film on the opposite side.
【0019】前記電荷転送部に近接した領域の絶縁膜が
単層または2層構造である。The insulating film in the region close to the charge transfer portion has a single-layer or two-layer structure.
【0020】前電荷転送部とは反対側の領域の絶縁膜が
3層構造以上である。The insulating film in the region opposite to the front charge transfer portion has a three-layer structure or more.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0022】図1(a)は、本発明の実施形態である固
体撮像装置の1つのゲート電極およびその周辺の断面
図、図1(b)は、そのポテンシャルの状態を示す図で
ある。FIG. 1A is a cross-sectional view of one gate electrode and its periphery of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a diagram showing the potential state thereof.
【0023】図1(a)に示す固体撮像装置は、n-型
シリコン基板31にp型ウェル層30が積層され、p型
ウェル層30上にn型シリコン層から成る水平CCDシ
フトレジスタチャネル領域29が形成されている。そし
て、水平CCDシフトレジスタチャネル領域29上にゲ
ート電極19が設けられている。The solid-state imaging device shown in FIG. 1A has a horizontal CCD shift register channel region in which a p-type well layer 30 is laminated on an n - type silicon substrate 31 and an n - type silicon layer is formed on the p-type well layer 30. 29 are formed. The gate electrode 19 is provided on the horizontal CCD shift register channel region 29.
【0024】n型シリコン層である水平CCDシフトレ
ジスタチャネル領域29内には、n -型シリコン領域2
8、n++型シリコン領域27がそれぞれ形成されてい
る。A horizontal CCD shift register which is an n-type silicon layer.
In the transistor channel region 29, n -Type silicon region 2
8, n++Type silicon regions 27 are respectively formed
It
【0025】水平CCDシフトレジスタチャネル領域2
9上には、3層構造の第1〜第3のゲート絶縁膜26、
25、24を介して、水平CCDシフトレジスタの出力
部となる蓄積ゲート15および転送ゲート16を有する
ゲート電極19が形成されている。蓄積ゲート15は、
第1ポリシリコン膜によって構成されている。転送ゲー
ト16は、水平CCDシフトレジスタチャネル領域29
内のn−型シリコン領域28上にそれぞれ設けられてお
り、第2ポリシリコン膜によって構成されている。水平
CCDシフトレジスタの出力側には、A領域(フローテ
ィングディフージョン側)14aおよびB領域(水平C
CDシフトレジスタ側)14bを有する読み出しゲート
電極(OG)14が設けられている。読み出しゲート電
極(OG)14は、第3ポリシリコン膜によって構成さ
れている。読み出しゲート電極(OG)14には、水平
CCDシフトレジスタからの信号電荷を検出する電荷検
出部を構成するフローティングディフージョン(FD)
13が接続されている。フローティングディフージョン
(FD)13は、n++型シリコン領域27上に形成され
ている。Horizontal CCD shift register channel region 2
The first to third gate insulating films 26 having a three-layer structure are formed on
A gate electrode 19 having a storage gate 15 and a transfer gate 16 serving as an output portion of the horizontal CCD shift register is formed via 25 and 24. The storage gate 15 is
It is composed of a first polysilicon film. The transfer gate 16 has a horizontal CCD shift register channel region 29.
Are provided on the respective n − type silicon regions 28, and are constituted by the second polysilicon film. On the output side of the horizontal CCD shift register, area A (floating diffusion side) 14a and area B (horizontal C)
A read gate electrode (OG) 14 having a CD shift register side) 14b is provided. The read gate electrode (OG) 14 is composed of a third polysilicon film. The readout gate electrode (OG) 14 has a floating diffusion (FD) that constitutes a charge detection unit that detects the signal charge from the horizontal CCD shift register.
13 is connected. The floating diffusion (FD) 13 is formed on the n ++ type silicon region 27.
【0026】水平CCDシフトレジスタチャネル領域2
9上に積層された第1のゲート絶縁膜26は、厚さ30
nmのシリコン酸化膜(SiO2)によって構成され、
第1のゲート絶縁膜26上に積層された第2のゲート絶
縁膜25は、厚さ30nmの窒化シリコン膜(SiN)
によって構成されている。第2のゲート絶縁膜25上に
積層された第3のゲート絶縁膜24は、厚さ2nmのシ
リコン酸化膜(SiO 2)によって構成されている。Horizontal CCD shift register channel region 2
The first gate insulating film 26 stacked on the substrate 9 has a thickness of 30
nm silicon oxide film (SiO2),
The second gate insulating layer laminated on the first gate insulating film 26 is removed.
The edge film 25 is a silicon nitride film (SiN) having a thickness of 30 nm.
It is composed by. On the second gate insulating film 25
The stacked third gate insulating film 24 has a thickness of 2 nm.
Recon oxide film (SiO 2).
【0027】読み出しゲート電極(OG)14の蓄積ゲ
ート15に近接したB領域14bの下方には、第1のゲ
ート絶縁膜26上に厚さ20nmの第2のゲート絶縁膜
25aが積層されており、第3のゲート絶縁膜24は、
積層されていない。そして、第3のゲート絶縁膜24上
に、読み出しゲート電極(OG)14の一部が積層され
ている。A second gate insulating film 25a having a thickness of 20 nm is laminated on the first gate insulating film 26 below the B region 14b adjacent to the storage gate 15 of the read gate electrode (OG) 14. , The third gate insulating film 24 is
Not laminated. Then, a part of the read gate electrode (OG) 14 is stacked on the third gate insulating film 24.
【0028】このように、読み出しゲート電極(OG)
14における蓄積ゲート15に近接したB領域14bの
ゲート絶縁膜の膜厚tBは、読み出しゲート電極(O
G)14のフローティングディフージョン側のA領域1
4aのゲート絶縁膜の膜厚tAよりも小さく、tA>t
Bの関係を満足するように設定される。この結果、読み
出しゲート電極(OG)14のA領域14aおよびB領
域14bの下方のチャネルポテンシャルおいて、A領域
14aの下方のチャネルポテンシャルがB領域14bの
下方のチャネルポテンシャルよりも深く設定できる。As described above, the read gate electrode (OG)
In FIG. 14, the thickness tB of the gate insulating film in the B region 14b adjacent to the storage gate 15 is equal to the read gate electrode (O
G) Area A 1 on the floating diffusion side of 14
4A smaller than the film thickness tA of the gate insulating film,
It is set so as to satisfy the relationship of B. As a result, the channel potential below the A region 14a and the B region 14b of the read gate electrode (OG) 14 can be set deeper than the channel potential below the B region 14b.
【0029】次に、図1(b)のポテンシャル図を用い
て本発明の固体撮像装置の動作を説明する。図1(b)
のポテンシャル図に示すように、水平CCDシフトレジ
スタのゲート電極19には、水平CCDシフトレジスタ
から信号電荷を転送するために、LOW/HIGHレベ
ルの2値の電圧値であるφHlow=0V、φHhig
h=3.0Vが交互に印加される。この交互に印加され
る電圧が水平CCDシフトレジスタの駆動電圧ΔφH=
3.0V(ΔφH=φHhigh−φHlow)に設定
される。この時、読み出しゲート電極(OG)14に
は、任意の電圧が印加されている。この任意の電圧(V
og)は、水平CCDシフトレジスタの最大転送電荷容
量および信号電荷の転送効率が劣化しないという条件を
満足すればよい。Next, the operation of the solid-state image pickup device of the present invention will be described with reference to the potential diagram of FIG. Figure 1 (b)
As shown in the potential diagram of FIG. 3, in order to transfer the signal charge from the horizontal CCD shift register to the gate electrode 19 of the horizontal CCD shift register, φHlow = 0V and φHhigh which are binary voltage values of LOW / HIGH level.
h = 3.0V is applied alternately. This alternately applied voltage is the driving voltage of the horizontal CCD shift register ΔφH =
It is set to 3.0 V (ΔφH = φHhigh−φHlow). At this time, an arbitrary voltage is applied to the read gate electrode (OG) 14. This arbitrary voltage (V
og) may satisfy the conditions that the maximum transfer charge capacity of the horizontal CCD shift register and the transfer efficiency of signal charges do not deteriorate.
【0030】この任意の電圧値に基づいて読み出しゲー
ト電極(OG)14のA領域14aおよびB領域14b
の下方のチャネルポテンシャル(ポテンシャル電位)も
一定の電位に固定されている。この場合、読み出しゲー
ト電極(OG)14に隣接するゲート電極19の印加電
圧がHIGHレベル(φHhigh=3.0V)の場合
には、ゲート電極19の蓄積ゲート15および転送ゲー
ト16の下方のチャネルのチャネルポテンシャルは深く
なり、ポテンシャルパケット(ポテンシャル井戸:実線
部分)を形成し、読み出しゲート電極(OG)14のB
領域14bの下方のチャネルポテンシャルは、信号電荷
に対してポテンシャルバリアとして機能するために、ゲ
ート電極19の蓄積ゲート15の下方のポテンシャルパ
ケットに信号電荷(斜線部)が蓄積される。Based on this arbitrary voltage value, the A region 14a and the B region 14b of the read gate electrode (OG) 14 are formed.
The channel potential (potential potential) below is also fixed to a constant potential. In this case, when the voltage applied to the gate electrode 19 adjacent to the read gate electrode (OG) 14 is at the HIGH level (φHhigh = 3.0V), the channel below the accumulation gate 15 and the transfer gate 16 of the gate electrode 19 is The channel potential becomes deeper to form a potential packet (potential well: solid line portion), and B of the read gate electrode (OG) 14 is formed.
Since the channel potential below the region 14b functions as a potential barrier against signal charges, signal charges (hatched portion) are accumulated in the potential packet below the accumulation gate 15 of the gate electrode 19.
【0031】また、読み出しゲート電極(OG)14に
隣接するゲート電極19の印加電圧がLOWレベル(φ
Hlow=0V)の場合には、ゲート電極19の蓄積ゲ
ート15および転送ゲート16の下方のチャネルポテン
シャルは浅くなる(点線部分)。この時、読み出しゲー
ト電極(OG)14のA領域14aおよびB領域14b
の下方のチャネルポテンシャルがゲート電極19の蓄積
ゲート15の下方のチャネルポテンシャルよりも、それ
ぞれ信号電荷の転送効率を考慮したポテンシャル電位差
(ΔφOG1+ΔφOG2およびΔφOG1)だけ深く
設定されている。ΔφOG2は、ΔφOG2=0.5V
に設定される。したがって、読み出しゲート電極(O
G)14に隣接するゲート電極19の蓄積ゲート15か
ら読み出しゲート電極(OG)14へ、さらに、読み出
しゲート電極(OG)14からフローティングディフー
ジョン(FD)13へ方向付けされた急峻なポテンシャ
ル勾配(電位勾配)が形成され、信号電荷がゲート電極
19の蓄積ゲート15からフローティングディフージョ
ン(FD)13に転送される。The voltage applied to the gate electrode 19 adjacent to the read gate electrode (OG) 14 is at the LOW level (φ
When Hlow = 0V), the channel potential below the storage gate 15 and the transfer gate 16 of the gate electrode 19 becomes shallow (dotted line portion). At this time, the A region 14a and the B region 14b of the read gate electrode (OG) 14
Is set deeper than the channel potential below the storage gate 15 of the gate electrode 19 by a potential potential difference (ΔφOG1 + ΔφOG2 and ΔφOG1) considering the transfer efficiency of signal charges. ΔφOG2 is ΔφOG2 = 0.5V
Is set to. Therefore, the read gate electrode (O
G) 14 adjacent to the storage electrode 15 of the gate electrode 19 to the read gate electrode (OG) 14, and further from the read gate electrode (OG) 14 to the floating diffusion (FD) 13 a steep potential gradient ( A potential gradient) is formed, and the signal charges are transferred from the storage gate 15 of the gate electrode 19 to the floating diffusion (FD) 13.
【0032】この結果、水平CCDシフトレジスタの駆
動電圧ΔφHが低下したとしても、読み出しゲート電極
(OG)14のA領域14aおよびB領域14b下方の
チャネルポテンシャルおいて、A領域14aの下方のチ
ャネルポテンシャルがB領域14bの下方のチャネルポ
テンシャルよりも、さらに、ポテンシャル電位差(Δφ
OG2=0.5V)だけ深く設定されているために、読
み出しゲート電極(OG)14、および、読み出しゲー
ト電極(OG)14に隣接するゲート電極19の蓄積ゲ
ート15における電荷取り残し量の抑制が可能となる。As a result, even if the driving voltage ΔφH of the horizontal CCD shift register is lowered, the channel potentials below the A region 14a and the B region 14b of the read gate electrode (OG) 14 are below the A region 14a. Is more than the channel potential below the B region 14b, the potential difference (Δφ
Since OG2 = 0.5 V) is set deep, it is possible to suppress the amount of charge left behind in the read gate electrode (OG) 14 and the storage gate 15 of the gate electrode 19 adjacent to the read gate electrode (OG) 14. Becomes
【0033】図2は、本発明の水平CCDシフトレジス
タを駆動電圧ΔφH=3.0Vで動作させた場合、読み
出しゲート電極(OG)14の領域におけるゲート絶縁
膜の膜厚差と電荷取り残し量との関係を示すグラフであ
る。図2より、従来の水平CCDシフトレジスタの電荷
取り残し量は、ゲート絶縁膜の膜厚差が0の値に相当す
るために、本発明の水平CCDシフトレジスタでは、電
荷取り残し量が著しく低下していることが判る。FIG. 2 shows the difference in film thickness of the gate insulating film and the amount of residual charge in the region of the read gate electrode (OG) 14 when the horizontal CCD shift register of the present invention is operated at the drive voltage ΔφH = 3.0V. It is a graph which shows the relationship of. From FIG. 2, the amount of charge left behind in the conventional horizontal CCD shift register is equivalent to a value where the thickness difference of the gate insulating film is 0. Therefore, in the horizontal CCD shift register of the present invention, the amount of left charge left is significantly reduced. It is understood that there is.
【0034】尚、本実施形態では、読み出しゲート電極
(OG)14の下方のゲート絶縁膜について、水平CC
Dシフトレジスタ側のB領域14bは、シリコン酸化膜
(SiO2)である第1のゲート絶縁膜26と窒化シリ
コン膜(SiN)である第2のゲート絶縁膜25aとの
2層構造、フローティングディフージョン側のA領域1
4aは、シリコン酸化膜(SiO2)である第1のゲー
ト絶縁膜26と窒化シリコン膜(SiN)である第2の
ゲート絶縁膜25とシリコン酸化膜(SiO2)である
第3のゲート絶縁膜24にて説明を行ったが、例えば、
B領域14bが単層から成る絶縁膜であり、A領域14
aが3層構造から成る積層絶縁膜であっても良い。In the present embodiment, the horizontal CC of the gate insulating film below the read gate electrode (OG) 14 is used.
The B region 14b on the D shift register side has a two-layer structure of a first gate insulating film 26 which is a silicon oxide film (SiO 2 ) and a second gate insulating film 25a which is a silicon nitride film (SiN), and a floating layer. Area A 1 on the fusion side
4a is a first gate insulating film 26 which is a silicon oxide film (SiO 2 ), a second gate insulating film 25 which is a silicon nitride film (SiN) and a third gate insulating film which is a silicon oxide film (SiO 2 ). Although the description has been given on the film 24,
The B region 14b is an insulating film composed of a single layer, and the A region 14
A may be a laminated insulating film having a three-layer structure.
【0035】また、本実施形態では、読み出しゲート電
極(OG)14の下方のゲート絶縁膜について、多層構
造の積層絶縁膜について説明したが、単層のゲート絶縁
膜でも良い。In the present embodiment, the gate insulating film below the read gate electrode (OG) 14 has been described as the laminated insulating film having a multi-layer structure, but a single-layer gate insulating film may be used.
【0036】[0036]
【発明の効果】本発明の固体撮像装置は、受光部に入射
した光により生成された信号電荷を転送する電荷転送部
と、電荷転送部の出力側に設けられた読み出しゲートと
を有しており、読み出しゲートの下方の絶縁膜におい
て、電荷転送部に近接した領域の絶縁膜の膜厚が、電荷
転送部とは反対側の領域の絶縁膜の膜厚よりも薄く設定
されていることによって、読み出しゲート電極における
信号電荷の取り残しを抑制して水平CCDシフトレジス
タの駆動電圧を低電圧化できる。The solid-state image pickup device of the present invention has a charge transfer section for transferring signal charges generated by the light incident on the light receiving section, and a read gate provided on the output side of the charge transfer section. In the insulating film below the read gate, the film thickness of the insulating film in the region close to the charge transfer unit is set to be smaller than the film thickness of the insulating film in the region opposite to the charge transfer unit. The driving voltage of the horizontal CCD shift register can be lowered by suppressing the signal charge remaining in the read gate electrode.
【図1】(a)は、本発明の実施形態である固体撮像装
置の1つのゲート電極およびその周辺の断面図、(b)
は、そのポテンシャルの状態を示す図である。FIG. 1A is a cross-sectional view of one gate electrode and its periphery of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a state of the potential.
【図2】本発明の水平CCDシフトレジスタの読み出し
ゲート電極(OG)14の領域におけるゲート絶縁膜の
膜厚差と電荷取り残し量との関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing a relationship between a difference in film thickness of a gate insulating film and a residual charge amount in a region of a read gate electrode (OG) 14 of a horizontal CCD shift register of the present invention.
【図3】(a)は、従来のCCDイメージセンサの出力
部である2相駆動水平CCDシフトレジスタの概略平面
図、(b)は、そのX−X’線方向の断面図である。FIG. 3A is a schematic plan view of a two-phase drive horizontal CCD shift register which is an output unit of a conventional CCD image sensor, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line XX ′ thereof.
【図4】(a)は、2相駆動水平CCDシフトレジスタ
に対する通常の駆動電圧を印加した場合の動作時におけ
る図3(b)の各部のポテンシャル図、(b)は、その
駆動電圧を低くした場合の動作時における図3(b)の
各部のポテンシャル図である。FIG. 4 (a) is a potential diagram of each part in FIG. 3 (b) at the time of operation when a normal drive voltage is applied to a two-phase drive horizontal CCD shift register, and FIG. 4 (b) shows that the drive voltage is low. FIG. 4 is a potential diagram of each part of FIG. 3B during the operation in the case of.
【図5】従来の水平CCDシフトレジスタの駆動電圧Δ
φHと信号電荷の転送時の電荷取り残し量との関係を示
すグラフである。FIG. 5: Driving voltage Δ of a conventional horizontal CCD shift register
6 is a graph showing the relationship between φH and the amount of uncharged electric charge when transferring signal charges.
13 フローティングディフージョン(FD) 14 読み出しゲート電極(OG) 14a A領域(フローティングディフージョン側) 14b B領域(水平CCDシフトレジスタ側) 15 蓄積ゲート 16 転送ゲート 19 ゲート電極 24 第3のゲート絶縁膜 25 第2のゲート絶縁膜 25a 第2のゲート絶縁膜 26 第1のゲート絶縁膜 27 n++型シリコン領域 28 n-型シリコン領域 29 水平CCDシフトレジスタチャネル領域 30 p型ウェル層 31 n-型シリコン基板 101 リセットドレイン(RD) 102 リセットゲート電極(RG) 103 フローティングディフージョン(FD) 104 読み出しゲート電極(OG) 105 蓄積ゲート 106 転送ゲート 107 蓄積ゲート 108 転送ゲート 109 第1ゲート電極 110 第2ゲート電極 111 水平CCDシフトレジスタチャネル領域 112 p型シリコン層 113 n型シリコン基板 115 水平CCDシフトレジスタ 120 n-型シリコン領域 121 n-型シリコン領域 122 n++型シリコン領域 123 n++型シリコン領域13 Floating Diffusion (FD) 14 Read Gate Electrode (OG) 14a A Region (Floating Diffusion Side) 14b B Region (Horizontal CCD Shift Register Side) 15 Storage Gate 16 Transfer Gate 19 Gate Electrode 24 Third Gate Insulating Film 25 Second gate insulating film 25a Second gate insulating film 26 First gate insulating film 27 n ++ type silicon region 28 n − type silicon region 29 horizontal CCD shift register channel region 30 p type well layer 31 n − type silicon Substrate 101 Reset drain (RD) 102 Reset gate electrode (RG) 103 Floating diffusion (FD) 104 Read gate electrode (OG) 105 Storage gate 106 Transfer gate 107 Storage gate 108 Transfer gate 109 First gate electrode 110 Second gate Gate electrode 111 horizontal CCD shift register channel region 112 p-type silicon layer 113 n-type silicon substrate 115 horizontal CCD shift register 120 n - -type silicon region 121 n - -type silicon region 122 n ++ type silicon region 123 n ++ type silicon region
Claims (3)
号電荷を転送する電荷転送部と、該電荷転送部の出力側
に設けられた読み出しゲートとがそれぞれ半導体基板上
に絶縁膜を介して設けられた固体撮像装置であって、 該読み出しゲートの下方において、該電荷転送部に近接
した領域の絶縁膜の膜厚が、該電荷転送部とは反対側の
領域の絶縁膜の膜厚よりも薄く設定されていることを特
徴とする固体撮像装置。1. A charge transfer section for transferring a signal charge generated by light incident on a light receiving section and a read gate provided on an output side of the charge transfer section are respectively provided on a semiconductor substrate via an insulating film. In the solid-state imaging device provided, the thickness of the insulating film in a region close to the charge transfer unit below the read gate is smaller than the thickness of the insulating film in a region opposite to the charge transfer unit. The solid-state imaging device is also characterized by being set thin.
が単層または2層構造である請求項1に記載の固体撮像
装置。2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the insulating film in a region near the charge transfer portion has a single-layer or two-layer structure.
が3層構造以上である請求項1に記載の固体撮像装置。3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the insulating film in the region opposite to the front charge transfer portion has a three-layer structure or more.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001204110A JP2003017679A (en) | 2001-07-04 | 2001-07-04 | Solid-state imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001204110A JP2003017679A (en) | 2001-07-04 | 2001-07-04 | Solid-state imaging device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003017679A true JP2003017679A (en) | 2003-01-17 |
Family
ID=19040626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001204110A Pending JP2003017679A (en) | 2001-07-04 | 2001-07-04 | Solid-state imaging device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003017679A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6906286B2 (en) | 2002-09-12 | 2005-06-14 | Kiswel Ltd. | Solid wire for arc welding |
-
2001
- 2001-07-04 JP JP2001204110A patent/JP2003017679A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6906286B2 (en) | 2002-09-12 | 2005-06-14 | Kiswel Ltd. | Solid wire for arc welding |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101369596B (en) | Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device | |
| JP5243984B2 (en) | Solid-state image sensor with built-in electron multiplication function | |
| JP5089090B2 (en) | CMOS image sensor and manufacturing method thereof | |
| JP4710305B2 (en) | Solid-state image sensor | |
| JP5243983B2 (en) | Solid-state image sensor with built-in electron multiplication function | |
| US7372089B2 (en) | Solid-state image sensing device | |
| JP4774714B2 (en) | IMAGING DEVICE AND IMAGING DEVICE DRIVE CONTROL METHOD | |
| JP2816063B2 (en) | Charge transfer device | |
| JP2003017679A (en) | Solid-state imaging device | |
| TW201008263A (en) | Solid-state imaging device and electronic apparatus | |
| JP5309559B2 (en) | Manufacturing method of solid-state imaging device | |
| JP2642519B2 (en) | Solid-state imaging device | |
| JP4645578B2 (en) | Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device | |
| JP4207268B2 (en) | Charge detection device, charge transfer device equipped with the same, and solid-state imaging device | |
| JPS58200574A (en) | solid state imaging device | |
| JP2674524B2 (en) | Solid-state imaging device and driving method thereof | |
| JPH0677461A (en) | Solid state image pickup device | |
| JP2542902B2 (en) | Solid-state imaging device | |
| JP3148459B2 (en) | Driving method of solid-state imaging device | |
| JP3087718B2 (en) | Solid-state imaging device | |
| JPH06310700A (en) | Solid-state image pickup device | |
| JP2008277787A (en) | Charge transfer device | |
| JPH05145057A (en) | Charge transfer register | |
| JP2000012829A (en) | Solid-state imaging device | |
| JP2006310496A (en) | Solid-state imaging device and electronic information device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040618 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050727 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050801 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050929 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060403 |