[go: up one dir, main page]

JP2008166845A - Solid-state imaging device and driving method of solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device and driving method of solid-state imaging device Download PDF

Info

Publication number
JP2008166845A
JP2008166845A JP2008068401A JP2008068401A JP2008166845A JP 2008166845 A JP2008166845 A JP 2008166845A JP 2008068401 A JP2008068401 A JP 2008068401A JP 2008068401 A JP2008068401 A JP 2008068401A JP 2008166845 A JP2008166845 A JP 2008166845A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transfer
electrode
layer
electrode layer
state imaging
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
Application number
JP2008068401A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideo Kanbe
秀夫 神戸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2008068401A priority Critical patent/JP2008166845A/en
Publication of JP2008166845A publication Critical patent/JP2008166845A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging device capable of ensuring full sensitivity and having superior characteristics. <P>SOLUTION: The solid-state imaging device is constituted, such that a transfer electrode of charge transfer portions 2, provided on one side of each sequence of light-receiving sensor portions 1, is constituted of a first transfer electrode formed with electrode layers 3A and 3C of a first layer and a second transfer electrode formed by connecting electrode layers (polysilicon) 3B and 3D of the first layer and an electrode layer (polysilicon) 4 of the second layer by a contact layer 5; the contact layer 5 and the second electrode layer 4 are formed of identical conductive material; the electrode layers 3B and 3D of the first layer of the second transfer electrode are formed independently at each charge transfer portion 2; and in a portion between pixels adjacent in the direction of the charge transfer portions 2, the first transfer electrodes 3A and 3C and the electrode layer 4 of the second layer of the second transfer electrode are laminated. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、CCD固体撮像素子等の電荷転送部を有する固体撮像素子及び固体撮像素子の駆動方法に係わる。   The present invention relates to a solid-state imaging device having a charge transfer unit such as a CCD solid-state imaging device and a driving method of the solid-state imaging device.

CCD固体撮像素子では、電荷転送部として、CCD構造を有する転送レジスタが設けられ、フォトダイオードから成る受光センサ部で光電変換され蓄積された信号電荷を転送レジスタに読み出して、転送レジスタにおいて信号電荷が転送されるように構成されている。   In a CCD solid-state imaging device, a transfer register having a CCD structure is provided as a charge transfer unit, and a signal charge photoelectrically converted and accumulated by a light receiving sensor unit made of a photodiode is read to the transfer register, and the signal charge is transferred to the transfer register. It is configured to be transferred.

そして、転送レジスタは、信号電荷が転送される転送チャネルの上に、絶縁膜を介して転送電極が形成されて構成される。信号電荷を転送するためには、隣接する転送電極に互いに位相の異なる電圧パルスを印加する必要があり、またチャネルに断絶を生じないようにする必要がある。そのため、転送電極を第1層及び第2層の2層の電極層により構成すると共に、第1層の転送電極に、第2層の転送電極の端部が少しオーバーラップするようにしている(例えば特許文献1参照。)。   The transfer register is configured by forming a transfer electrode via an insulating film on a transfer channel to which signal charges are transferred. In order to transfer the signal charge, it is necessary to apply voltage pulses having different phases to adjacent transfer electrodes, and it is necessary to prevent the channel from being disconnected. Therefore, the transfer electrode is constituted by two electrode layers of the first layer and the second layer, and the end of the transfer electrode of the second layer slightly overlaps the transfer electrode of the first layer ( For example, see Patent Document 1.)

このように転送電極を2層の電極層により構成したCCD固体撮像素子の概略構成図(平面図)を図3に示す。
図3に示すように、このCCD固体撮像素子は、受光センサ部51がマトリクス状に配置され、受光センサ部51の各列の一側に、電荷転送部として垂直方向(図中上下方向)に延びる垂直転送レジスタ52が設けられている。垂直転送レジスタ52の一端には、図示しないが水平転送レジスタが接続される。
FIG. 3 shows a schematic configuration diagram (plan view) of the CCD solid-state imaging device in which the transfer electrode is configured by two electrode layers in this way.
As shown in FIG. 3, in this CCD solid-state imaging device, light receiving sensor portions 51 are arranged in a matrix, and on one side of each column of the light receiving sensor portions 51, as a charge transfer portion, in the vertical direction (up and down direction in the figure) An extended vertical transfer register 52 is provided. A horizontal transfer register (not shown) is connected to one end of the vertical transfer register 52.

また、図3のCCD固体撮像素子において、垂直転送レジスタ52の断面図を図4Aに示し、垂直方向に隣接する受光センサ部51間、即ち画素間部の断面図を図4Bに示す。なお、図4A及び図4Bにおいて、半導体基体内の半導体領域(受光センサ部の各領域や転送チャネル領域等)は記載を省略している。   3A shows a cross-sectional view of the vertical transfer register 52 in the CCD solid-state imaging device of FIG. 3, and FIG. 4B shows a cross-sectional view between the light receiving sensor portions 51 adjacent in the vertical direction, that is, between the pixels. In FIG. 4A and FIG. 4B, the description of the semiconductor regions (each region of the light receiving sensor portion, the transfer channel region, etc.) in the semiconductor substrate is omitted.

垂直転送レジスタ52は、転送電極53と、半導体基体54内に形成された転送チャネル領域(図示せず)により構成され、CCD構造の電荷転送部となっている。
また、転送電極53は、第1層の電極層から成る転送電極53B,53Dと、第2層の電極層から成る転送電極53A,53Cとが、垂直方向に交互に配置されている。
そして、垂直転送レジスタ52では、第1層の転送電極53B,53Dに、第2層の転送電極53A,53Cの端部が少しオーバーラップして形成されている。
The vertical transfer register 52 includes a transfer electrode 53 and a transfer channel region (not shown) formed in the semiconductor substrate 54, and serves as a charge transfer unit having a CCD structure.
In the transfer electrode 53, transfer electrodes 53B and 53D made of the first electrode layer and transfer electrodes 53A and 53C made of the second electrode layer are alternately arranged in the vertical direction.
In the vertical transfer register 52, the end portions of the second-layer transfer electrodes 53A and 53C are slightly overlapped with the first-layer transfer electrodes 53B and 53D.

ところで、デジタルカメラの多画素化や小型化に対応して、固体撮像素子の画素セルの微細化が進んできている。
そして、固体撮像素子の画素セルの微細化を図ると共に、高い感度を有することも要望されるため、光の取り込み効率をいかに上げていくかが大きな課題となる。
Incidentally, miniaturization of pixel cells of solid-state imaging devices has been advanced in response to the increase in the number of pixels and the reduction in size of digital cameras.
Further, since it is demanded that the pixel cell of the solid-state imaging device is miniaturized and has high sensitivity, how to increase the light capturing efficiency becomes a major issue.

しかしながら、図3及び図4に示した、2層の電極層から成る転送電極53がオーバーラップした構成のCCD固体撮像素子では、受光センサ部61の周囲の凹凸が、転送電極53のオーバーラップ部で大きくなり、この部分で入射光が一部遮られてしまう。
このため、光の取り込み効率を向上させることが困難である。
転送電極53のオーバーラップ部では、厚さが通常1μm以上にもなるため、特に画素セルのサイズが3μm以下となり、受光センサ部51上の開口幅が1μm程度に縮小されると、オーバーラップ部により入射光が一部遮られてしまうことが問題になる。
特開平9−312390号公報
However, in the CCD solid-state imaging device shown in FIGS. 3 and 4 in which the transfer electrode 53 composed of the two electrode layers overlaps, the unevenness around the light receiving sensor portion 61 is the overlap portion of the transfer electrode 53. The incident light is partially blocked at this portion.
For this reason, it is difficult to improve the light capturing efficiency.
Since the thickness of the overlap portion of the transfer electrode 53 is usually 1 μm or more, particularly when the size of the pixel cell is 3 μm or less and the opening width on the light receiving sensor portion 51 is reduced to about 1 μm, the overlap portion As a result, the incident light is partially blocked.
JP-A-9-31390

これに対して、転送電極のオーバーラップをなくして、単層の電極層から転送電極を構成したCCD固体撮像素子も提案されている。   On the other hand, a CCD solid-state imaging device is also proposed in which the transfer electrodes are formed from a single electrode layer without overlapping the transfer electrodes.

このように転送電極を単層の電極層により構成したCCD固体撮像素子の概略構成図(平面図)を図5に示す。
図5に示すように、このCCD固体撮像素子は、受光センサ部61がマトリクス状に配置され、受光センサ部61の各列の一側に、電荷転送部として垂直方向(図中上下方向)に延びる垂直転送レジスタ62が設けられている。垂直転送レジスタ62の一端には、図示しないが水平転送レジスタが接続される。
FIG. 5 shows a schematic configuration diagram (plan view) of the CCD solid-state imaging device in which the transfer electrode is configured by a single electrode layer.
As shown in FIG. 5, in this CCD solid-state imaging device, the light receiving sensor units 61 are arranged in a matrix, and on one side of each column of the light receiving sensor units 61, as a charge transfer unit in the vertical direction (vertical direction in the figure). An extended vertical transfer register 62 is provided. A horizontal transfer register (not shown) is connected to one end of the vertical transfer register 62.

また、図5のCCD固体撮像素子において、垂直転送レジスタ62の断面図を図6Aに示し、垂直方向に隣接する画素間の断面図を図6Bに示す。なお、図6A及び図6Bにおいて、半導体基体内の半導体領域(受光センサ部の各領域や転送チャネル領域等)は記載を省略している。   Further, in the CCD solid-state imaging device of FIG. 5, a sectional view of the vertical transfer register 62 is shown in FIG. 6A, and a sectional view between pixels adjacent in the vertical direction is shown in FIG. 6B. In FIG. 6A and FIG. 6B, the description of the semiconductor region (each region of the light receiving sensor portion, the transfer channel region, etc.) in the semiconductor substrate is omitted.

垂直転送レジスタ62は、転送電極63と、半導体基体64内に形成された転送チャネル領域(図示せず)により構成され、CCD構造の電荷転送部となっている。
また、転送電極63は、いずれも第1層の電極層から成る、4つの転送電極63A,63B,63C,63Dから構成されている。
そして、転送電極63A,63B,63C,63Dが、同一層の電極層で形成されているため、オーバーラップ部がない。
The vertical transfer register 62 includes a transfer electrode 63 and a transfer channel region (not shown) formed in the semiconductor substrate 64, and serves as a charge transfer unit having a CCD structure.
The transfer electrode 63 is composed of four transfer electrodes 63A, 63B, 63C, and 63D, each of which is composed of the first electrode layer.
Since the transfer electrodes 63A, 63B, 63C, and 63D are formed of the same electrode layer, there is no overlap portion.

しかしながら、この構造のCCD固体撮像素子においては、図6Bに示すように、垂直方向(電荷転送方向)に隣接する画素の画素間部において、2本の電極63A,63Bを渡す構造を採るために、画素間幅が比較的大きくなってしまう。
そのため、受光センサ部61の面積が小さくなってしまう、という欠点がある。例えば、同じ画素セルサイズで比較すると、2層の電極層から成る構造から30%程度も面積が小さくなってしまう。
However, in the CCD solid-state imaging device having this structure, as shown in FIG. 6B, in order to adopt a structure in which two electrodes 63A and 63B are passed between pixels adjacent to each other in the vertical direction (charge transfer direction). The inter-pixel width is relatively large.
Therefore, there is a drawback that the area of the light receiving sensor unit 61 is reduced. For example, when compared with the same pixel cell size, the area is reduced by about 30% due to the structure composed of two electrode layers.

このように受光センサ部の面積が小さくなると、受光センサ部に蓄積できる電荷量が小さくなるため、感度が低下し、ダイナミックレンジが小さくなる。また、シェーディングの影響を大きく受けるようになる。
特に、画素サイズが縮小化されることにより、この問題が顕著になる。
Thus, when the area of the light receiving sensor portion is reduced, the amount of charge that can be accumulated in the light receiving sensor portion is reduced, so that the sensitivity is lowered and the dynamic range is reduced. Also, it is greatly affected by shading.
In particular, this problem becomes significant when the pixel size is reduced.

上述した問題の解決のために、本発明においては、充分な感度を確保することができ、良好な特性を有する固体撮像素子を提供するものである。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a solid-state imaging device that can ensure sufficient sensitivity and has good characteristics.

本発明の固体撮像素子、並びに、その駆動方法に係る固体撮像素子は、それぞれ画素を構成する受光センサ部が行列状に配置され、受光センサ部の各列の一側に電荷転送部が設けられ、電荷転送部の転送電極が、第1層の電極層から成る第1の転送電極と、第1層の電極層及び第2層の電極層が電気的に接続されて成る第2の転送電極とにより構成され、第1層の電極層及び第2層の電極層が多結晶シリコンであり、第2の転送電極の第1層の電極層及び第2層の電極層をコンタクトするコンタクト層と、第2層の電極層とが、同一の導電材料で形成され、第2の転送電極の第1層の電極層は、電荷転送部毎に独立して形成され、電荷転送部の方向において隣接する画素間部においては、第1の転送電極と第2の転送電極の第2層の電極層とが積層形成されているものである。   In the solid-state imaging device according to the present invention and the solid-state imaging device according to the driving method thereof, the light receiving sensor units constituting the pixels are arranged in a matrix, and the charge transfer unit is provided on one side of each column of the light receiving sensor units. The transfer electrode of the charge transfer unit is a first transfer electrode composed of a first electrode layer, and a second transfer electrode formed by electrically connecting the first layer electrode layer and the second layer electrode layer. A contact layer contacting the first and second electrode layers of the second transfer electrode, the first electrode layer and the second electrode layer being polycrystalline silicon; The second electrode layer is formed of the same conductive material, and the first electrode layer of the second transfer electrode is formed independently for each charge transfer unit and is adjacent in the direction of the charge transfer unit. In the inter-pixel portion, the first transfer electrode and the second electrode layer of the second transfer electrode In which are stacked.

上述の本発明の固体撮像素子の構成によれば、電荷転送部の転送電極が、第1層の電極層から成る第1の転送電極と、第1層の電極層及び第2層の電極層が電気的に接続されて成る第2の転送電極とにより構成され、第1層の電極層及び第2層の電極層が多結晶シリコンであり、第2の転送電極の第1層の電極層及び第2層の電極層をコンタクトするコンタクト層と、第2層の電極層とが、同一の導電材料で形成され、第2の転送電極の第1層の電極層は、電荷転送部毎に独立して形成されていることにより、電荷転送部においては、第2の転送電極が主として第1層の電極層により構成され、一部第2層の電極層があるだけとなるため、従来の2層の電極層がオーバーラップした構造と比較して、転送電極によって入射光が遮られる度合いが大幅に少なくなる。
また、電荷転送部の方向において隣接する画素間部においては、(第1層の電極層から成る)第1の転送電極と、第2の転送電極の第2層の電極層とが、積層形成されていることにより、第1層の電極層のみで転送電極を構成した場合(単層電極構造)と比較して、画素間部の幅を狭くすることが可能になる。これにより、電荷転送部の方向における受光センサ部の寸法を大きく設定することが可能になる。
According to the above-described configuration of the solid-state imaging device of the present invention, the transfer electrode of the charge transfer unit includes the first transfer electrode including the first electrode layer, the first electrode layer, and the second electrode layer. Are electrically connected to each other, the first electrode layer and the second electrode layer are polycrystalline silicon, and the first transfer electrode layer is the first transfer electrode layer. The contact layer that contacts the electrode layer of the second layer and the electrode layer of the second layer are formed of the same conductive material, and the electrode layer of the first layer of the second transfer electrode is provided for each charge transfer unit. By being formed independently, in the charge transfer portion, the second transfer electrode is mainly composed of the first electrode layer, and there is only a part of the second electrode layer. The degree to which incident light is blocked by the transfer electrode compared to the structure in which two electrode layers overlap. It is significantly less.
Further, in the inter-pixel portion adjacent in the direction of the charge transfer portion, the first transfer electrode (consisting of the first electrode layer) and the second electrode layer of the second transfer electrode are stacked. As a result, it is possible to reduce the width of the inter-pixel portion as compared with the case where the transfer electrode is configured by only the first electrode layer (single-layer electrode structure). Thereby, it is possible to set a large size of the light receiving sensor part in the direction of the charge transfer part.

上述の本発明によれば、受光センサ部の寸法を大きく設定して、受光センサ部の面積を広く確保することが可能になる。
従って、本発明によれば、受光センサ部の取り扱い電荷量が充分であり、充分な感度やダイナミックレンジを有し、良好な特性を有する固体撮像素子を実現することが可能になる。
According to the above-described present invention, it is possible to set a large size of the light receiving sensor unit and ensure a large area of the light receiving sensor unit.
Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a solid-state imaging device having a sufficient amount of charge handled by the light receiving sensor unit, sufficient sensitivity and dynamic range, and good characteristics.

そして、本発明により、固体撮像素子の微細化に伴って顕著に生じる問題(感度の低下やダイナミックレンジの低下等)を解決することができるため、固体撮像素子の微細化を可能にして、固体撮像素子の多画素化や高密度化を図ることができる。また、固体撮像素子の小型化を図ることも可能になる。   According to the present invention, problems (such as a decrease in sensitivity and a decrease in dynamic range) that occur remarkably with the miniaturization of the solid-state image sensor can be solved. The number of pixels and the density of the image sensor can be increased. It is also possible to reduce the size of the solid-state imaging device.

本発明の一実施の形態として、固体撮像素子の概略構成図(平面図)を図1に示す。
本実施の形態は、本発明をCCD固体撮像素子に適用した場合である。
この固体撮像素子は、マトリクス状(行列状)に配置された受光センサ部1の各列の一側に、垂直転送レジスタ2が形成されて、撮像領域が構成されている。
受光センサ部1は、それぞれ画素を構成するものであり、本実施の形態では、1画素に1つずつ設けられている。
撮像領域外においては、図示しないが垂直転送レジスタ2の一端に接続して水平転送レジスタが設けられ、水平転送レジスタの一端に出力部が設けられる。
As an embodiment of the present invention, FIG. 1 shows a schematic configuration diagram (plan view) of a solid-state imaging device.
In the present embodiment, the present invention is applied to a CCD solid-state imaging device.
In this solid-state image sensor, a vertical transfer register 2 is formed on one side of each column of the light-receiving sensor units 1 arranged in a matrix (matrix) to form an imaging region.
Each of the light receiving sensor units 1 constitutes a pixel. In the present embodiment, one light receiving sensor unit 1 is provided for each pixel.
Outside the imaging area, although not shown, a horizontal transfer register is provided by connecting to one end of the vertical transfer register 2, and an output unit is provided at one end of the horizontal transfer register.

また、図1の固体撮像素子の垂直転送レジスタ2部の断面図を図2Aに示し、図1の固体撮像素子の垂直方向(垂直転送レジスタ2の電荷転送方向)に隣接する受光センサ部1間、即ち画素間部の断面図を図2Bに示す。
垂直転送レジスタ2は、半導体基体11内に形成された図示しない転送チャネル領域及びゲート絶縁膜と、転送電極とにより構成される。
Further, FIG. 2A shows a cross-sectional view of the vertical transfer register 2 part of the solid-state image pickup device in FIG. 1, and it is between the light-receiving sensor units 1 adjacent to each other in the vertical direction of the solid-state image pickup device in FIG. That is, FIG. 2B shows a cross-sectional view of the inter-pixel portion.
The vertical transfer register 2 includes a transfer channel region and a gate insulating film (not shown) formed in the semiconductor substrate 11 and a transfer electrode.

また、図示しないが、転送電極の上を覆って遮光膜が形成される。この遮光膜は、受光センサ部1に光が入射するように、受光センサ部1上に開口を有する構成とされる。
さらに遮光膜よりも上方には、必要に応じて、図示しないが、遮光膜を覆う絶縁層、カラーフィルタ、オンチップレンズ等が設けられる。
Although not shown, a light shielding film is formed to cover the transfer electrode. The light shielding film is configured to have an opening on the light receiving sensor unit 1 so that light enters the light receiving sensor unit 1.
Furthermore, although not shown, an insulating layer, a color filter, an on-chip lens, and the like that cover the light shielding film are provided above the light shielding film, if necessary.

本実施の形態の固体撮像素子は、特に、垂直転送レジスタ2を構成する転送電極の構成に特徴を有する。   The solid-state imaging device of the present embodiment is particularly characterized by the configuration of the transfer electrode that constitutes the vertical transfer register 2.

第1相の転送パルスφV1が印加される転送電極3A及び第3相の転送パルスφV3が印加される転送電極3Cは、図1に示すように、垂直転送レジスタ2に沿って延びる電極部と、垂直方向(図中上下方向)に隣接する受光センサ部1間の部分(画素間部)に延びる配線部とを有している。
また、これら第1相の転送パルスφV1が印加される転送電極3A及び第3相の転送パルスφV3が印加される転送電極3Cは、図2A及び図2Bに示すように、第1層の電極層により形成されている。これら転送電極3A及び転送電極3Cは、配線部により、同一行の画素と共通に形成されている。
The transfer electrode 3A to which the first-phase transfer pulse φV1 is applied and the transfer electrode 3C to which the third-phase transfer pulse φV3 is applied include an electrode portion extending along the vertical transfer register 2 as shown in FIG. And a wiring portion extending in a portion (inter-pixel portion) between the light receiving sensor portions 1 adjacent in the vertical direction (vertical direction in the drawing).
In addition, the transfer electrode 3A to which the first-phase transfer pulse φV1 is applied and the transfer electrode 3C to which the third-phase transfer pulse φV3 is applied are formed as shown in FIGS. 2A and 2B. It is formed by. The transfer electrode 3A and the transfer electrode 3C are formed in common with the pixels in the same row by the wiring portion.

第2相の転送パルスφV2が印加される転送電極3B及び第4相の転送パルスφV4が印加される転送電極3Dは、図1に示すように、各垂直転送レジスタ2毎に独立して形成され、垂直転送レジスタ2に沿う電極部だけを有している。
また、これら第2相の転送パルスφV2が印加される転送電極3B及び第4相の転送パルスφV4が印加される転送電極3Dは、図2A及び図2Bに示すように、第1層の電極層により形成されている。
さらに、第2相の転送パルスφV2が印加される転送電極3B及び第4相の転送パルスφV4が印加される転送電極3Dには、図1及び図2Aに示すように、コンタクト層5を介して、第2層の電極層により形成された転送電極4が接続されている。
この第2層の電極層から成る転送電極(以下、第2層の転送電極とする)4は、垂直転送レジスタ2に沿って延びると共にコンタクト層5と接続される部分と、垂直方向(電荷転送方向)に隣接する受光センサ部1間の部分(画素間部)に延びる配線部とを有している。
この転送電極4の配線部によって、各垂直転送レジスタ2毎に独立して形成された転送電極3B及び転送電極3Dが、同一行毎に電気的に接続されると共に、それぞれの垂直転送パルスφV2,φV4が供給される。
The transfer electrode 3B to which the second-phase transfer pulse φV2 is applied and the transfer electrode 3D to which the fourth-phase transfer pulse φV4 is applied are formed independently for each vertical transfer register 2 as shown in FIG. Only the electrode portion along the vertical transfer register 2 is provided.
In addition, the transfer electrode 3B to which the second-phase transfer pulse φV2 is applied and the transfer electrode 3D to which the fourth-phase transfer pulse φV4 is applied are formed as shown in FIGS. 2A and 2B. It is formed by.
Further, the transfer electrode 3B to which the second-phase transfer pulse φV2 is applied and the transfer electrode 3D to which the fourth-phase transfer pulse φV4 is applied are connected via the contact layer 5 as shown in FIGS. The transfer electrode 4 formed by the second electrode layer is connected.
A transfer electrode (hereinafter referred to as a second layer transfer electrode) 4 composed of the second electrode layer extends along the vertical transfer register 2 and is connected to the contact layer 5 in the vertical direction (charge transfer). A wiring portion extending in a portion (inter-pixel portion) between the light receiving sensor portions 1 adjacent to each other in the direction).
The transfer electrode 3B and the transfer electrode 3D, which are independently formed for each vertical transfer register 2, are electrically connected to each other in the same row by the wiring portion of the transfer electrode 4, and each vertical transfer pulse φV2, φV4 is supplied.

このように転送電極3A,3B,3C,3D,4が構成されているため、垂直方向に隣接する受光センサ部1間の部分、即ち画素間部では、図2Bに示すように、2層の転送電極3A,4が層間絶縁膜を介して積層形成されている。
従って、図4Bに示した単層の電極層により転送電極を構成した場合と比較して、画素間部の転送電極の幅を狭くすることができる。
Since the transfer electrodes 3A, 3B, 3C, 3D, and 4 are configured in this way, in the portion between the light receiving sensor portions 1 adjacent in the vertical direction, that is, between the pixels, as shown in FIG. The transfer electrodes 3A and 4 are laminated and formed via an interlayer insulating film.
Therefore, the width of the transfer electrode in the inter-pixel portion can be reduced as compared with the case where the transfer electrode is configured by a single electrode layer shown in FIG. 4B.

例えば、画素セルのサイズが2.0μmのCCD固体撮像素子において、垂直転送レジスタの転送電極が単層の電極層から成る構成(単層電極構造)では、画素間部が0.7μm程度の幅を占めるのに対して、本実施の形態の積層構造とすると0.3μm程度の幅で形成することが可能になるため、0.4μmを受光センサ部のフォトダイオードの寸法を増やすために当てることができる。これにより、フォトダイオードの寸法が、単層電極構造の1.0μm×1.3μmから、1.0μm×1.7μmにまで拡げることが可能になるため、受光センサ部の取り扱い電荷量が約30%増加し、充分な感度が得られることが期待できる。   For example, in a CCD solid-state imaging device having a pixel cell size of 2.0 μm, in a configuration in which the transfer electrode of the vertical transfer register is composed of a single electrode layer (single layer electrode structure), the width between pixels is about 0.7 μm. In contrast, the stacked structure of this embodiment can be formed with a width of about 0.3 μm, so 0.4 μm is applied to increase the size of the photodiode of the light receiving sensor portion. Can do. As a result, the size of the photodiode can be expanded from 1.0 μm × 1.3 μm of the single-layer electrode structure to 1.0 μm × 1.7 μm, so that the charge amount handled by the light receiving sensor unit is about 30. %, And sufficient sensitivity can be expected.

一方、垂直転送レジスタ2では、基本的に、第1層の電極層から成る転送電極(以下、第1層の転送電極とする)3A,3B,3C,3Dから構成される、単層電極構造を採り、コンタクト部5付近に第2層の転送電極4があるだけであるため、従来の2層電極構造と比較して、転送電極によって入射光が遮られる度合いが大幅に少なくなる。   On the other hand, the vertical transfer register 2 basically has a single-layer electrode structure composed of transfer electrodes (hereinafter referred to as first-layer transfer electrodes) 3A, 3B, 3C, and 3D composed of first-layer electrode layers. Since only the second-layer transfer electrode 4 is present in the vicinity of the contact portion 5, the degree to which incident light is blocked by the transfer electrode is significantly reduced as compared with the conventional two-layer electrode structure.

第1層の転送電極3A,3B,3C,3Dの材料には、多結晶シリコン、WSi等のシリサイド、W等の金属等の各種導電材料を用いることができる。   As the material for the transfer electrodes 3A, 3B, 3C, and 3D of the first layer, various conductive materials such as polycrystalline silicon, silicide such as WSi, and metal such as W can be used.

第2層の転送電極4の材料にも、各種導電材料を用いることができる。第1層の電極層から成る転送電極3A,3B,3C,3Dと同じ材料を用いて形成してもよいが、異なる材料を用いることも可能である。本実施の形態の構成では、従来の2層の電極層により転送電極を構成した場合とは異なり、第2層の転送電極4がゲート絶縁膜の直上には形成されないため、第2層の転送電極4の材料についての制約が少なくなる。   Various conductive materials can be used for the material of the transfer electrode 4 of the second layer. The transfer electrodes 3A, 3B, 3C, and 3D formed of the first electrode layer may be formed using the same material, but different materials may be used. In the configuration of this embodiment, unlike the case where the transfer electrode is configured by the conventional two-layer electrode layer, the second-layer transfer electrode 4 is not formed immediately above the gate insulating film. Restrictions on the material of the electrode 4 are reduced.

そして、垂直転送レジスタ2において、垂直方向に隣接する転送電極3A,3B,3C,3Dに対して、それぞれ異なる垂直転送パルスφV1,φV2,φV3,φV4が印加される。これにより、4相駆動による信号電荷の垂直転送が行われる。   In the vertical transfer register 2, different vertical transfer pulses φV1, φV2, φV3, and φV4 are applied to the transfer electrodes 3A, 3B, 3C, and 3D adjacent in the vertical direction. Thereby, vertical transfer of signal charges by four-phase driving is performed.

コンタクト層5は、第1層の転送電極3B,3Dと第2層の転送電極4との間の層間絶縁層13を貫通して形成されたコンタクトホールに、導電材料が埋め込まれて形成されている。
なお、コンタクト層5と第2層の転送電極4とは、同一の導電材料で形成しても、それぞれ別々の導電材料で形成しても、いずれの構成も可能である。
The contact layer 5 is formed by burying a conductive material in a contact hole formed through the interlayer insulating layer 13 between the first-layer transfer electrodes 3B and 3D and the second-layer transfer electrode 4. Yes.
Note that the contact layer 5 and the second-layer transfer electrode 4 may be formed of the same conductive material or may be formed of different conductive materials.

上述の本実施の形態の固体撮像素子によれば、画素間部の転送電極が、第1層の電極層から成る転送電極3A,3Cと、第2層の電極層から成る転送電極4との、積層構造となっていることにより、第1層の電極層のみで転送電極を構成した場合(単層電極構造)と比較して、画素間部の幅を縮小することができる。   According to the solid-state imaging device of the present embodiment described above, the transfer electrodes between the pixels are formed by the transfer electrodes 3A and 3C composed of the first electrode layer and the transfer electrode 4 composed of the second electrode layer. The stacked structure enables the width of the inter-pixel portion to be reduced as compared with the case where the transfer electrode is configured only by the first electrode layer (single-layer electrode structure).

従って、単層電極構造と比較して、受光センサ部1の垂直方向の寸法を大きく設定し、受光センサ部の面積を広く確保することが可能になる。
これにより、受光センサ部1の取り扱い電荷量が充分確保されることから、充分な感度やダイナミックレンジを有し、良好な特性を有する固体撮像素子を実現することが可能になる。
Therefore, the vertical dimension of the light receiving sensor unit 1 can be set larger than that of the single-layer electrode structure, and a large area of the light receiving sensor unit can be secured.
As a result, a sufficient charge amount of the light receiving sensor unit 1 is ensured, so that a solid-state imaging device having sufficient sensitivity and dynamic range and good characteristics can be realized.

また、本実施の形態の固体撮像素子によれば、垂直転送レジスタ2においては、基本的に、第1層の転送電極3A,3B,3C,3Dから構成される、単層電極構造を採り、コンタクト層5によるコンタクト部付近に第2層の転送電極4があるだけであるため、従来の2層電極構造と比較して、転送電極によって入射光が遮られる度合いが大幅に少なくなる。   Further, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, the vertical transfer register 2 basically adopts a single-layer electrode structure composed of the first-layer transfer electrodes 3A, 3B, 3C, and 3D. Since there is only the second layer transfer electrode 4 in the vicinity of the contact portion by the contact layer 5, the degree to which incident light is blocked by the transfer electrode is significantly reduced as compared with the conventional two-layer electrode structure.

なお、上述の実施の形態では、垂直転送レジスタ2の転送電極3に、垂直転送パルスφV1,φV2,φV3,φV4が印加されて4相駆動がなされる構成であったが、本発明では、4相駆動に限らず、他の駆動にも対応させることが可能である。
そして、上述の実施の形態と同様に、行毎に接続された第1層の電極層から成る(第1のステージの)転送電極と、垂直転送レジスタ毎(画素毎)に独立して形成された第1層の電極層と行毎に接続された第2層の電極層とから成る(第2のステージの)転送電極とを、1画素の垂直ピッチにそれぞれ設けることにより、1相駆動、2相駆動、4相駆動、8相駆動、16相駆動の各駆動に対応させることが可能である。
In the above-described embodiment, the vertical transfer pulses φV1, φV2, φV3, and φV4 are applied to the transfer electrode 3 of the vertical transfer register 2 to perform four-phase driving. Not only phase driving but also other driving can be supported.
Similarly to the above-described embodiment, the transfer electrode (first stage) composed of the first electrode layer connected to each row is formed independently for each vertical transfer register (for each pixel). The transfer electrodes (second stage) composed of the first electrode layer and the second electrode layer connected for each row are provided at a vertical pitch of one pixel, respectively. It is possible to correspond to each of two-phase driving, four-phase driving, eight-phase driving, and sixteen-phase driving.

また、上述の実施の形態では、CCD構造の電荷転送部を有するCCD固体撮像素子に本発明を適用した場合であったが、その他の構造の電荷転送部を有する固体撮像素子にも本発明を適用することができる。   In the above-described embodiment, the present invention is applied to a CCD solid-state imaging device having a charge transfer section having a CCD structure. However, the present invention is also applied to a solid-state imaging element having a charge transfer section having another structure. Can be applied.

本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.

本発明の一実施の形態の固体撮像素子の概略構成図(平面図)である。1 is a schematic configuration diagram (plan view) of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. A 図1の固体撮像素子の垂直転送レジスタ部の断面図である。B 図1の固体撮像素子の画素間部の断面図である。A is a cross-sectional view of a vertical transfer register portion of the solid-state imaging device of FIG. B is a cross-sectional view of an inter-pixel portion of the solid-state imaging device of FIG. 転送電極が2層構造のCCD固体撮像素子の概略構成図(平面図)である。It is a schematic block diagram (plan view) of a CCD solid-state imaging device having a two-layer transfer electrode. A 図3のCCD固体撮像素子の垂直転送レジスタ部の断面図である。B 図3のCCD固体撮像素子の画素間部の断面図である。A is a cross-sectional view of a vertical transfer register portion of the CCD solid-state imaging device of FIG. B is a cross-sectional view of an inter-pixel portion of the CCD solid-state imaging device of FIG. 転送電極が単層構造のCCD固体撮像素子の概略構成図(平面図)である。It is a schematic block diagram (plan view) of a CCD solid-state imaging device having a transfer electrode having a single layer structure. A 図5のCCD固体撮像素子の垂直転送レジスタ部の断面図である。B 図5のCCD固体撮像素子の画素間部の断面図である。FIG. 6A is a cross-sectional view of a vertical transfer register portion of the CCD solid-state image sensor of FIG. B is a cross-sectional view of an inter-pixel portion of the CCD solid-state imaging device of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 受光センサ部、2 垂直転送レジスタ、3A,3B,3C,3D 第1層の(電極層から成る)転送電極、4 第2層の(電極層から成る)転送電極、5 コンタクト層   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Photosensitive sensor part, 2 Vertical transfer register, 3A, 3B, 3C, 3D 1st layer transfer electrode (consisting of an electrode layer) 4 Second layer transfer layer (consisting of an electrode layer) 5 Contact layer

Claims (6)

それぞれ画素を構成する受光センサ部が、行列状に配置され、
前記受光センサ部の各列の一側に電荷転送部が設けられ、
前記電荷転送部の転送電極が、第1層の電極層から成る第1の転送電極と、第1層の電極層及び第2層の電極層が電気的に接続されて成る第2の転送電極とにより構成され、
前記第1層の電極層及び前記第2層の電極層が、多結晶シリコンであり、
前記第2の転送電極の前記第1層の電極層及び前記第2層の電極層をコンタクトするコンタクト層と、前記第2層の電極層とが、同一の導電材料で形成され、
前記第2の転送電極の前記第1層の電極層は、前記電荷転送部毎に独立して形成され、
前記電荷転送部の方向において隣接する画素間部においては、前記第1の転送電極と前記第2の転送電極の前記第2層の電極層とが積層形成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。
The light receiving sensor portions constituting the pixels are arranged in a matrix,
A charge transfer unit is provided on one side of each row of the light receiving sensor unit,
The transfer electrode of the charge transfer unit is a first transfer electrode formed of a first electrode layer, and a second transfer electrode formed by electrically connecting the first electrode layer and the second electrode layer. And
The electrode layer of the first layer and the electrode layer of the second layer are polycrystalline silicon,
The contact layer that contacts the electrode layer of the first layer and the electrode layer of the second layer of the second transfer electrode, and the electrode layer of the second layer are formed of the same conductive material,
The electrode layer of the first layer of the second transfer electrode is formed independently for each charge transfer unit,
Solid-state imaging characterized in that the first transfer electrode and the electrode layer of the second layer of the second transfer electrode are stacked in an inter-pixel portion adjacent in the direction of the charge transfer portion. element.
前記第1の転送電極は、前記垂直転送部に沿って延びる電極部と前記垂直転送部が電荷を垂直転送する方向に隣接する前記受光センサ部間の画素間に延びる配線部を有していることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。   The first transfer electrode includes an electrode portion extending along the vertical transfer portion and a wiring portion extending between pixels between the light receiving sensor portions adjacent to each other in a direction in which the vertical transfer portion transfers charges vertically. The solid-state imaging device according to claim 1. 前記第2の転送電極の前記第2層の電極層は、前記垂直転送部に沿って延びると共に前記コンタクト層と接続される部分と、前記垂直転送部が電荷を垂直転送する方向に隣接する受光センサ部の画素間部に延びる配線部とを有していることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。   The electrode layer of the second layer of the second transfer electrode extends along the vertical transfer portion and is connected to the contact layer, and adjacent to the light transfer direction in which the vertical transfer portion transfers charges vertically. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a wiring portion extending between the pixels of the sensor portion. 前記第2の転送電極が有する前記第1層の電極層は、前記第2層の電極層により同一行毎に電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。   2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the first electrode layer of the second transfer electrode is electrically connected to the same row by the second electrode layer. 3. . それぞれ画素を構成する受光センサ部が、行列状に配置され、
前記受光センサ部の各列の一側に電荷転送部を形成され、
前記電荷転送部の転送電極が、第1層の電極層から成る第1の転送電極と、第1層の電極層及び第2層の電極層が電気的に接続されて成る第2の転送電極とにより構成され、
前記第2の転送電極の前記第1層の電極層は、前記電荷転送部毎に独立して形成され、
前記電荷転送部の方向において隣接する画素間部においては、前記第1の転送電極と前記第2の転送電極の前記第2層の電極層とが積層形成されている固体撮像素子の駆動方法であって、
前記第1層の電極層及び前記第2層の電極層が、多結晶シリコンであり、
前記第2の転送電極の前記第1層の電極層及び前記第2層の電極層をコンタクトするコンタクト層と、前記第2層の電極層とが、同一の導電材料で形成され、
前記第1層の電極層から成る第1の転送電極の一つには第1相の転送パルスが印加され、
前記第1層の電極層から成る第1の転送電極の他方には第3相の転送パルスが印加される
ことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
The light receiving sensor portions constituting the pixels are arranged in a matrix,
A charge transfer part is formed on one side of each row of the light receiving sensor part,
The transfer electrode of the charge transfer unit is a first transfer electrode formed of a first electrode layer, and a second transfer electrode formed by electrically connecting the first electrode layer and the second electrode layer. And
The electrode layer of the first layer of the second transfer electrode is formed independently for each charge transfer unit,
In the inter-pixel portion adjacent in the direction of the charge transfer unit, the solid-state imaging device driving method in which the first transfer electrode and the second electrode layer of the second transfer electrode are stacked. There,
The electrode layer of the first layer and the electrode layer of the second layer are polycrystalline silicon,
The contact layer that contacts the electrode layer of the first layer and the electrode layer of the second layer of the second transfer electrode, and the electrode layer of the second layer are formed of the same conductive material,
A first-phase transfer pulse is applied to one of the first transfer electrodes comprising the first electrode layer,
A third-phase transfer pulse is applied to the other of the first transfer electrodes formed of the first electrode layer. A method for driving a solid-state imaging device, comprising:
前記第2の転送電極の前記第1層の電極層の一つには第2相の転送パルスが印加され、前記第2の転送電極の前記第1層の電極層の他方には第4相の転送パルスが印加されることを特徴とする請求項5に記載の固体撮像素子の駆動方法。
A second-phase transfer pulse is applied to one of the first electrode layers of the second transfer electrode, and a fourth phase is applied to the other of the first electrode layers of the second transfer electrode. The solid-state imaging device driving method according to claim 5, wherein the transfer pulse is applied.
JP2008068401A 2008-03-17 2008-03-17 Solid-state imaging device and driving method of solid-state imaging device Pending JP2008166845A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008068401A JP2008166845A (en) 2008-03-17 2008-03-17 Solid-state imaging device and driving method of solid-state imaging device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008068401A JP2008166845A (en) 2008-03-17 2008-03-17 Solid-state imaging device and driving method of solid-state imaging device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004138897A Division JP4281613B2 (en) 2004-05-07 2004-05-07 Solid-state image sensor, solid-state image sensor manufacturing method, and solid-state image sensor driving method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008166845A true JP2008166845A (en) 2008-07-17

Family

ID=39695757

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008068401A Pending JP2008166845A (en) 2008-03-17 2008-03-17 Solid-state imaging device and driving method of solid-state imaging device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008166845A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010109196A (en) * 2008-10-30 2010-05-13 Sharp Corp Solid-state image pickup device and electronic information equipment
JP2014053553A (en) * 2012-09-10 2014-03-20 Sharp Corp Solid state imaging device, manufacturing method of the same, and electronic information apparatus

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05315588A (en) * 1992-05-13 1993-11-26 Nec Corp Solid-state image sensor and manufacture thereof
JP2000232217A (en) * 1998-12-08 2000-08-22 Sony Corp Solid-state imaging device and method of manufacturing the same
JP2001053258A (en) * 1999-08-05 2001-02-23 Sony Corp Solid-state imaging device and method of manufacturing the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05315588A (en) * 1992-05-13 1993-11-26 Nec Corp Solid-state image sensor and manufacture thereof
JP2000232217A (en) * 1998-12-08 2000-08-22 Sony Corp Solid-state imaging device and method of manufacturing the same
JP2001053258A (en) * 1999-08-05 2001-02-23 Sony Corp Solid-state imaging device and method of manufacturing the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010109196A (en) * 2008-10-30 2010-05-13 Sharp Corp Solid-state image pickup device and electronic information equipment
JP2014053553A (en) * 2012-09-10 2014-03-20 Sharp Corp Solid state imaging device, manufacturing method of the same, and electronic information apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102334188B (en) Solid-state imaging element, manufacturing method thereof, and electronic information device
JP4050906B2 (en) Solid-state imaging device
CN101809745A (en) Solid-state image pickup apparatus and camera
TWI393252B (en) Solid-state imaging device, camera, and method of manufacturing solid-state imaging device
JP5427541B2 (en) Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and imaging apparatus
US8198121B2 (en) Method of manufacturing solid-state imaging device
KR101159032B1 (en) Solid-state imaging device
JP4252685B2 (en) Solid-state imaging device
JP2008166845A (en) Solid-state imaging device and driving method of solid-state imaging device
JP2010245177A (en) Imaging device, imaging device manufacturing method, imaging device driving method, and imaging device
JP4833680B2 (en) Solid-state imaging device
JP6106382B2 (en) Solid-state imaging device and method for manufacturing the same
JP2005116568A (en) Solid-state image sensor
JP4867226B2 (en) Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and camera
JP4403383B2 (en) Solid-state imaging device
JP3028823B2 (en) Charge coupled device and solid-state imaging device using the same
JP5991889B2 (en) Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic information device
JP4444990B2 (en) Solid-state imaging device
JP5651928B2 (en) Solid-state imaging device, imaging device
JPH0888344A (en) Solid-state imaging device
JPH09121045A (en) Solid-state imaging device
JP2008053304A (en) Solid-state imaging device
JPH09219506A (en) Solid-state imaging device
JP2003258234A (en) Solid-state imaging device and method of driving solid-state imaging device
JP3890381B2 (en) Solid-state imaging device

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20111128

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111213

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20120410