JP2020068369A - Semiconductor device, semiconductor memory, photoelectric conversion device, moving body, photoelectric conversion device manufacturing method, and semiconductor memory manufacturing method - Google Patents
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Abstract
【課題】 トランジスタの特性を改善する。【解決手段】 第1導電型の第1トランジスタと、第2導電型の第2トランジスタを含む半導体装置であって、第1トランジスタは半導体基板の活性領域に配され、平面視においてゲート電極と活性領域とが重畳し、かつ半導体基板の第1トランジスタのソースおよびドレインの間に位置する部分を有する。チャネル幅方向において、第2導電型の不純物濃度は部分の中央部側より端部で高い。【選択図】 図3An object of the present invention is to improve the characteristics of a transistor. A semiconductor device includes a first transistor of a first conductivity type and a second transistor of a second conductivity type, wherein the first transistor is arranged in an active region of a semiconductor substrate and is active with a gate electrode in plan view. has a portion overlapping with the region and located between the source and drain of the first transistor in the semiconductor substrate. In the channel width direction, the impurity concentration of the second conductivity type is higher at the end portion than at the central portion side. [Selection diagram] Fig. 3
Description
本発明は、半導体装置、半導体メモリ、光電変換装置、移動体、光電変換装置の製造方法、および半導体メモリの製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, a semiconductor memory, a photoelectric conversion device, a moving body, a method for manufacturing a photoelectric conversion device, and a method for manufacturing a semiconductor memory.
特許文献1には、SRAM(Static Random Access Memory)型の半導体メモリにおいて、トランジスタの閾値を使い分けることで回路動作安定性を確保する技術が示されている。また、特許文献2には、トランジスタのノイズを低減するため、ゲート電極の形状やゲート絶縁膜の膜厚を変えることが記載されている。
特許文献1には、トランジスタの閾値を使い分けることについての記載があるが、トランジスタのサイズを変更する方法については詳細な検討がなされていない。トランジスタの微細化はSRAM型の半導体メモリの高集積化のためには必要な検討である。
また、半導体回路において、トランジスタ起因のノイズの低減が求められている。しかし、特許文献2に記載のゲート電極の形状やゲート絶縁膜の膜厚を変化させることは、トランジスタの面積の増大や製造工程の増大をもたらしてしまう。 Further, in semiconductor circuits, it is required to reduce noise caused by transistors. However, changing the shape of the gate electrode and the film thickness of the gate insulating film described in Patent Document 2 leads to an increase in the area of the transistor and an increase in the manufacturing process.
本発明は、半導体装置に用いられるトランジスタのサイズやノイズなどの特性を改善する技術を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a technique for improving characteristics such as size and noise of a transistor used in a semiconductor device.
本発明の一側面は、第1導電型の第1トランジスタと、第2導電型の第2トランジスタを含むSRAM(スタティックランダムアクセスメモリ)型の単位セルを有する半導体メモリであって、前記第1トランジスタは、半導体基板の活性領域に配され、前記活性領域は、前記第1トランジスタのゲート電極と重畳し、かつ、前記第1トランジスタのソースおよびドレインの間に位置する部分を含み、前記第1トランジスタのチャネル幅方向に沿って順に並ぶ第1位置、第2位置、および、第3位置に渡って、前記部分は配され、前記部分は、前記第1位置に配された第2導電型の第1半導体領域と、前記第2位置に配された第2導電型の第2半導体領域とを含み、前記第1半導体領域の不純物濃度は、前記第2半導体領域の不純物濃度よりも高いことを特徴とする。 One aspect of the present invention is a semiconductor memory having an SRAM (Static Random Access Memory) type unit cell including a first transistor of a first conductivity type and a second transistor of a second conductivity type, wherein the first transistor Is disposed in an active region of a semiconductor substrate, and the active region includes a portion overlapping the gate electrode of the first transistor and located between the source and the drain of the first transistor. Of the second conductivity type arranged at the first position, the second position, and the third position arranged in order along the channel width direction of the second conductive type. A first semiconductor region and a second semiconductor region of the second conductivity type disposed at the second position, and the impurity concentration of the first semiconductor region is higher than the impurity concentration of the second semiconductor region. And said that no.
本発明の別の一側面は、第1導電型の第1トランジスタと、第2導電型の第2トランジスタを含むSRAM(スタティックランダムアクセスメモリ)型の単位セルを有する半導体メモリの製造方法であって、第1領域と第2領域とを有する半導体基板を用意する工程と、第1マスクパターンを用いて、前記第1領域に第1溝を形成し、前記第2領域に第2溝を形成する工程と、前記第1マスクパターンの上に、前記第1溝を覆い、前記第2溝を露出させる開口を有する第2マスクパターンを形成する工程と、前記第1マスクパターンと前記第2マスクパターンとを用いて、前記第2溝を介して前記半導体基板に第1導電型の不純物イオンの注入を行う工程と、前記第1溝と前記第2溝に絶縁体を埋め込み、前記第1溝を有する第1素子分離部と、前記第2溝を有する第2素子分離部とを形成する工程と、前記第1領域に前記第1トランジスタを形成し、前記第2領域に前記第2トランジスタを形成する工程と、を有することを特徴とする。 Another aspect of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor memory having an SRAM (static random access memory) type unit cell including a first transistor of a first conductivity type and a second transistor of a second conductivity type. A step of preparing a semiconductor substrate having a first region and a second region, and using a first mask pattern, forming a first groove in the first region and forming a second groove in the second region A step of forming a second mask pattern on the first mask pattern, the second mask pattern covering the first groove and having an opening exposing the second groove, the first mask pattern and the second mask pattern And a step of implanting impurity ions of the first conductivity type into the semiconductor substrate through the second groove, and filling the first groove and the second groove with an insulator to form the first groove. First element isolation part having And a step of forming a second element isolation portion having the second groove, and a step of forming the first transistor in the first region and forming the second transistor in the second region. Is characterized by.
本発明の別の一側面は、第1導電型の第1トランジスタと、第2導電型の第2トランジスタを含むSRAM(スタティックランダムアクセスメモリ)型の単位セルを有する半導体メモリの製造方法であって、第1領域と第2領域とを有する半導体基板を用意する工程と、第1マスクパターンを用いて、前記第1領域に第1溝を形成し、前記第2領域に第2溝を形成する工程と、前記第1マスクパターンの上に、前記第1溝を覆い、前記第2溝を露出させる開口を有する第2マスクパターンを形成する工程と、前記第1マスクパターンと前記第2マスクパターンとを用いて、前記第2溝を介して前記半導体基板に第1導電型の不純物イオンの注入を行う工程と、前記第1溝と前記第2溝に絶縁体を埋め込み、前記第1溝を有する第1素子分離部と、前記第2溝を有する第2素子分離部とを形成する工程と、前記第1領域に前記第1トランジスタを形成し、前記第2領域に前記第2トランジスタを形成する工程と、を有することを特徴とする。 Another aspect of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor memory having an SRAM (static random access memory) type unit cell including a first transistor of a first conductivity type and a second transistor of a second conductivity type. A step of preparing a semiconductor substrate having a first region and a second region, and using a first mask pattern, forming a first groove in the first region and forming a second groove in the second region A step of forming a second mask pattern on the first mask pattern, the second mask pattern covering the first groove and having an opening exposing the second groove, the first mask pattern and the second mask pattern And a step of implanting impurity ions of the first conductivity type into the semiconductor substrate through the second groove, and filling the first groove and the second groove with an insulator to form the first groove. First element isolation part having And a step of forming a second element isolation portion having the second groove, and a step of forming the first transistor in the first region and forming the second transistor in the second region. Is characterized by.
本発明の他の一側面は、第1導電型の第1トランジスタと、第2導電型の第2トランジスタと、を含むCMOS回路を有する半導体装置であって、前記第1トランジスタは、半導体基板の活性領域に配され、前記第1トランジスタは、前記第1トランジスタのゲート電極と前記活性領域とが重畳し、かつ前記半導体基板の前記第1トランジスタのソースおよびドレインの間に位置する部分を有し、前記部分において、前記第1トランジスタのチャネル幅方向に沿って、第1位置に第2導電型の第1半導体領域が配され、前記第1位置と第3位置との間の第2位置に第2導電型の第2半導体領域が配され、前記第1半導体領域の不純物濃度は、前記第2半導体領域の不純物濃度よりも高いことを特徴とする。 Another aspect of the present invention is a semiconductor device having a CMOS circuit including a first conductivity type first transistor and a second conductivity type second transistor, wherein the first transistor is a semiconductor substrate. The first transistor is disposed in an active region, and the first transistor has a portion where the gate electrode of the first transistor and the active region overlap with each other and which is located between the source and the drain of the first transistor of the semiconductor substrate. In the portion, a second conductive type first semiconductor region is arranged at a first position along a channel width direction of the first transistor, and at a second position between the first position and the third position. A second semiconductor region of the second conductivity type is arranged, and an impurity concentration of the first semiconductor region is higher than an impurity concentration of the second semiconductor region.
本発明の他の一側面は、光電変換素子を有する単位セルが配された単位セル部と、前記単位セル部から信号を読み出すための信号読み出し部と、を有し、前記信号読み出し部は、少なくとも1つの第1導電型の第1トランジスタを有し、前記第1トランジスタは、半導体基板の活性領域に配され、前記活性領域は、前記第1トランジスタのゲート電極と重畳し、かつ、前記第1トランジスタのソースおよびドレインの間に位置する第1部分を含み、前記第1トランジスタのチャネル幅方向に沿って順に並ぶ第1位置、第2位置、および、第3位置に渡って、前記第1部分は配され、前記第1部分は、前記第1位置に配された第2導電型の第1半導体領域と、前記第2位置に配された第2導電型の第2半導体領域とを含み、前記第1半導体領域の不純物濃度は、前記第2半導体領域の不純物濃度よりも高いことを特徴とする。 Another aspect of the present invention has a unit cell unit in which a unit cell having a photoelectric conversion element is arranged, and a signal reading unit for reading a signal from the unit cell unit, wherein the signal reading unit is At least one first-conductivity-type first transistor, wherein the first transistor is disposed in an active region of a semiconductor substrate, the active region overlapping a gate electrode of the first transistor, and The first portion, which includes a first portion located between the source and drain of one transistor, is arranged in order along the channel width direction of the first transistor, and extends over the first position, the second position, and the third position. A portion is disposed, and the first portion includes a second conductive type first semiconductor region disposed at the first position and a second conductive type second semiconductor region disposed at the second position. , The first semiconductor region Impurity concentration being higher than the impurity concentration of said second semiconductor region.
本発明によって、トランジスタの特性を改善することが可能となる。 The present invention makes it possible to improve the characteristics of a transistor.
以下、図面を参照しながら各実施例を説明する。各実施例の説明において、他の実施例と同一の構成については説明を省略する場合がある。以下の説明におけるN型やP型の極性は、変更することが可能である。その場合には、半導体領域の極性の変更、制御信号の電位の変更などによって適用することが可能である。以下の説明において、電気的に接続するとは共通のノードに接続することを意味する。また、回路素子同士の接続関係において、別の素子(スイッチ、バッファなど)を間に入れるなどの変更は適宜行うことが可能である。 Each embodiment will be described below with reference to the drawings. In the description of each embodiment, the description of the same configuration as the other embodiments may be omitted. The N-type and P-type polarities in the following description can be changed. In that case, it can be applied by changing the polarity of the semiconductor region, changing the potential of the control signal, or the like. In the following description, electrically connecting means connecting to a common node. Further, in the connection relationship between the circuit elements, it is possible to make appropriate changes such as inserting another element (switch, buffer, etc.) between them.
(実施例1)
図1は、本実施例に係る半導体メモリの単位セルを説明する等価回路図である。本実施例に係る半導体メモリとは、スタティックランダムアクセスメモリ(以下、SRAM)である。SRAMにおいて、単位セル100とは、1ビットの信号を保持するビットセルである。SRAMでは、複数の単位セル100が配列している。
(Example 1)
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram illustrating a unit cell of a semiconductor memory according to this embodiment. The semiconductor memory according to this embodiment is a static random access memory (hereinafter, SRAM). In the SRAM, the
単位セル100は、少なくとも6つのトランジスタM1〜M6を有する。2つのトランジスタM1、M2は、P型のMOSトランジスタであり、SRAMの負荷トランジスタ(ロードトランジスタ)として機能しうる。2つのトランジスタM3、M4は、N型のMOSトランジスタであり、SRAMの駆動トランジスタ(ドライバトランジスタ)として機能しうる。2つのトランジスタM5、M6は、N型のMOSトランジスタであり、SRAMの転送トランジスタ(トランスファートランジスタ)として機能しうる。各トランジスタの接続は次のようになる。
The
2つのトランジスタM1、M2のソースは電源電圧のノードVDDに電気的に接続される。2つのトランジスタM3、M4のソースは接地である電源電圧のノードGNDに電気的に接続される。極性が異なる2つのトランジスタM1、M3で1つのインバータが構成され、極性が異なる2つのトランジスタM2、M4で1つのインバータが構成される。具体的には、トランジスタM1のドレインとトランジスタM3のドレインが電気的に接続し、トランジスタM1とトランジスタM3のゲート電極が電気的に接続している。同様に、トランジスタM2のドレインとトランジスタM4のドレインが電気的に接続し、トランジスタM2とトランジスタM4のゲート電極が電気的に接続している。更に、これら2つのインバータによって、1つのフリップフロップが構成される。トランジスタM1のゲート電極とトランジスタM2のドレインが電気的に接続し、トランジスタM2のゲート電極とトランジスタM1のドレインが電気的に接続している。 The sources of the two transistors M1 and M2 are electrically connected to the node VDD of the power supply voltage. The sources of the two transistors M3 and M4 are electrically connected to the node GND of the power supply voltage which is ground. Two transistors M1 and M3 having different polarities form one inverter, and two transistors M2 and M4 having different polarities form one inverter. Specifically, the drain of the transistor M1 and the drain of the transistor M3 are electrically connected, and the gate electrodes of the transistor M1 and the transistor M3 are electrically connected. Similarly, the drain of the transistor M2 and the drain of the transistor M4 are electrically connected, and the gate electrodes of the transistor M2 and the transistor M4 are electrically connected. Further, these two inverters form one flip-flop. The gate electrode of the transistor M1 and the drain of the transistor M2 are electrically connected, and the gate electrode of the transistor M2 and the drain of the transistor M1 are electrically connected.
トランジスタM5は、1つのフリップフロップと1つのビット線BLとの間の導通を制御しうる。トランジスタM6は、1つのフリップフロップと1つのビット線BLBとの間の導通を制御しうる。2つのトランジスタM5、M6のゲート電極は1つのワード線WLに電気的に接続される。実施例1においては、これらの6個のトランジスタによりSRAMの単位セル100が構成される。
The transistor M5 can control conduction between one flip-flop and one bit line BL. The transistor M6 can control conduction between one flip-flop and one bit line BLB. The gate electrodes of the two transistors M5 and M6 are electrically connected to one word line WL. In the first embodiment, these six transistors form the
図2は、図1に対応した単位セル100を説明する平面模式図である。図2は、トランジスタの配置を半導体基板の表面に投影したものとする。半導体基板の表面は、X方向と、X方向と直行するY方向を含む。単位セル100は、2つの領域210、220に配置されている。領域210はN型の半導体領域が設けられている領域であり、領域220はP型の半導体領域が設けられている領域である。これら半導体領域はウエルとも言える。領域210には2つのトランジスタM1、M2が配され、領域220には4つのトランジスタM3〜M6が配されている。
FIG. 2 is a schematic plan view illustrating the
領域210において、半導体基板の表面は素子分離領域211と活性領域212とが設けられている。図2において、1つの活性領域212にはトランジスタM1が配され、別の活性領域212にはトランジスタM2が配されている。しかし、トランジスタM1、M2は同一の活性領域212に配されていてもよい。トランジスタM1は、ゲート電極231と、ソースおよびドレインであるP型の半導体領域250、251を有する。トランジスタM2は、ゲート電極230と、ソースおよびドレインであるP型の半導体領域252、253を有する。
In the
領域220において、半導体基板の表面は素子分離領域221と活性領域222とが設けられている。図2において、1つの活性領域222にはトランジスタM3、M5が配され、別の活性領域222にはトランジスタM4、M6が配されている。しかし、トランジスタM3〜M6は同一の活性領域222に配されていてもよい。トランジスタM3は、ゲート電極231と、ソースおよびドレインであるN型の半導体領域254、255を有する。トランジスタM4は、ゲート電極230と、ソースおよびドレインであるN型の半導体領域256、257を有する。トランジスタM5は、ゲート電極232と、ソースおよびドレインであるN型の半導体領域255、258を有する。トランジスタM6は、ゲート電極232と、ソースおよびドレインであるN型の半導体領域256、259を有する。ここで、ゲート電極232は、トランジスタM5、M6のゲート電極として機能しつつ、図1のワード線WLとして機能しうる。ここで、図2の凡例には、活性領域を示すACTと、ゲート電極を示すGATEと、素子分離領域を示すFIELDと、コンタクトプラグの位置を示すCNTとが示されている。
In the
ゲート電極230、231、232は、例えばポリシリコンで形成され、活性領域212、222と重なる部分でトランジスタのゲート電極として機能しうる。ここで、ゲート電極231は2つのトランジスタM1、M3に共通に配され、ゲート電極230は2つのトランジスタM2、M4に共通に配され、ゲート電極232は2つのトランジスタM5、M6に共通に配されている。ゲート電極230、231は、素子分離領域211から、活性領域212と、素子分離領域211と、素子分離領域221と、活性領域222と、素子分離領域221へと延在している。ゲート電極以外のソースやドレインにおいても、各トランジスタのソースやドレインが共通のノードである場合には、それらを1つの半導体領域で構成してもよい。
The
ここで、SRAMの単位セルの高集積化について説明する。SRAMでは、単位セルが繰り返し配置される。単位セルの面積をわずかでも縮小することで、SRAMの高集積化が可能となる。単位セルの面積を小さくするためには、単位セルを構成するトランジスタのサイズを小さくすることが有効である。しかし、SRAMとして動作を安定させるには、各トランジスタの電流比を所望の値に設定する必要があり、単位セルを構成するトランジスタの全てを最小寸法で形成することができない。仮に、単位セルを構成するトランジスタの全てを最小寸法で形成すると、電流比が変化するため、書き込みや読み出し動作の速度の低下や動作不良が生じてしまう。単位セルを構成するトランジスタの中で、負荷トランジスタのサイズを最も小さく設計することで、他のトランジスタのサイズも縮小することができ、所望の電流比となり動作が安定する。つまり、負荷トランジスタのサイズを規定するチャネル幅を最小値にすることが、単位セルの面積削減に有効である。ここで、一般にトランジスタのチャネルの幅は、素子分離の間の活性領域の幅として規定される。従って、素子分離の間隔は半導体のプロセスのルールによって規定されてしまう。そこで、本実施例では、負荷トランジスタが設けられた素子分離部の周囲に、負荷トランジスタの極性とは反対導電型の半導体領域を設ける。このような半導体領域を設けることで、トランジスタの実効チャネル幅を、素子分離部の間隔よりも小さく出来る。従って、負荷トランジスタのチャネル幅をプロセスのルールによって規定される最小値とした場合よりも、駆動トランジスタと転送トランジスタのチャネル幅の設計値を相対的に小さくすることが可能となる。よって、単位セルの面積の削減が可能となる。 Here, high integration of the unit cell of the SRAM will be described. In SRAM, unit cells are repeatedly arranged. The SRAM can be highly integrated by reducing the area of the unit cell even slightly. In order to reduce the area of the unit cell, it is effective to reduce the size of the transistor forming the unit cell. However, in order to stabilize the operation of the SRAM, it is necessary to set the current ratio of each transistor to a desired value, and it is not possible to form all the transistors that form the unit cell with the minimum size. If all of the transistors that form the unit cell are formed to have the minimum size, the current ratio changes, which causes a decrease in the speed of write and read operations and a malfunction. By designing the size of the load transistor to be the smallest among the transistors forming the unit cell, the size of the other transistors can be reduced, and the desired current ratio is achieved, and the operation is stabilized. That is, it is effective to reduce the area of the unit cell by minimizing the channel width that defines the size of the load transistor. Here, the channel width of a transistor is generally defined as the width of the active region during element isolation. Therefore, the element separation interval is defined by the semiconductor process rule. Therefore, in this embodiment, a semiconductor region having a conductivity type opposite to the polarity of the load transistor is provided around the element isolation portion provided with the load transistor. By providing such a semiconductor region, the effective channel width of the transistor can be made smaller than the distance between the element isolation portions. Therefore, the design value of the channel width of the drive transistor and the transfer transistor can be made relatively smaller than when the channel width of the load transistor is set to the minimum value defined by the process rule. Therefore, the area of the unit cell can be reduced.
本実施例のトランジスタの具体的な構成について、図3を用いて説明する。図3(a)と図3(b)は、負荷トランジスタであるトランジスタM1の断面模式図である。図3(a)と図3(b)は、コンタクトプラグなどの構成が省略された模式図であり、トランジスタの一部に着目した模式図である。図3(a)はトランジスタM1の図2におけるX方向に沿った断面であり、トランジスタM1のチャネル長方向での断面を示している。図3(a)には、トランジスタM1の半導体領域250、251と、ゲート絶縁膜602の上に設けられたゲート電極231が示されている。トランジスタM1は、N型の半導体領域58bに設けられている。トランジスタM1は半導体領域250と半導体領域251との間に位置する部分601を有する。部分601は、平面視においてゲート電極231と活性領域212とが重畳する部分である。
A specific structure of the transistor of this embodiment will be described with reference to FIG. 3A and 3B are schematic cross-sectional views of the transistor M1 which is a load transistor. FIG. 3A and FIG. 3B are schematic diagrams in which the configuration of contact plugs and the like are omitted, and are schematic diagrams focusing on a part of the transistor. FIG. 3A is a cross section of the transistor M1 along the X direction in FIG. 2, and shows a cross section in the channel length direction of the transistor M1. FIG. 3A shows the
図3(b)は、トランジスタM1の図2におけるY方向に沿った断面であり、トランジスタM1のチャネル幅方向での断面である。2つの素子分離領域211の間にトランジスタM1が配された活性領域212が配されている。素子分離領域211は、素子分離部31が設けられている。素子分離部31は、例えば溝(トレンチ)に形成された絶縁体が配されたトレンチ分離構造を有している。トレンチ分離構造としては、STI構造(シャロートレンチアイソレーション構造)やDTI(ディープトレンチアイソレーション構造)がある。本実施例において、素子分離部31はSTIである。ゲート電極231は、素子分離領域211から活性領域212に延在する。ゲート電極231は、素子分離部31の上からゲート絶縁膜602の上へと延在している。ここで、部分601は、Z方向においてゲート電極231が重畳した活性領域212である。この部分601は、一般的にはトランジスタのチャネルが形成されうる領域である。
FIG. 3B is a cross section of the transistor M1 along the Y direction in FIG. 2, and is a cross section in the channel width direction of the transistor M1. An
本実施例において、素子分離部31の溝の側面および底面に沿ってN型の半導体領域52が設けられている。N型の半導体領域52は、N型の半導体領域58bよりも高い不純物濃度を有している。図3(b)において、半導体領域52にはn+を、半導体領域58bにはnを示している。このN型の半導体領域52によって、実際に形成されうるトランジスタM1のチャネル幅、すなわち実効チャネル幅が小さくなる。素子分離部31の間の領域の幅、すなわち部分601の幅を幅W1とすると、実効チャネル幅は幅W2となる。実効チャネル幅は半導体領域52によって規定されているとも言える。例えば、幅W1が80nm以上120nm以下のとき、幅W2は例えば60nm以上100nm以下にすることができる。幅W2は、この数値に限らず、半導体領域52によって適宜設定可能である。
In this embodiment, the N-
図3(b)の線分ABは、ゲート幅方向に沿った線分であり、部分601の端部に位置する。線分ABは、その線分上に、位置P1と、位置P2と、位置P3を有する。位置P2は位置P1と位置P3との間の位置である。位置P1と位置P3には半導体領域52が設けられ、位置P2には半導体領域58bが設けられている。図3(c)は、図3(b)の線分ABにおけるN型半導体領域の不純物濃度を示す図である。不純物濃度とは、ここではNET濃度を示している。図3(b)では、位置P1と位置Aとが同一の位置であり、位置P2と位置Bとが同一の位置としているが、実際には位置Aと位置Bの間に位置P1〜P3が存在するものとする。位置P1における濃度をC1とし、位置P2における濃度をC2とし、位置P3における濃度をC3とする。この時、C1=C3>C2となる。すなわち、部分601の中央部分から素子分離部31と部分601との境界へ向けて不純物濃度が高くなることがわかる。
A line segment AB in FIG. 3B is a line segment along the gate width direction, and is located at the end of the
このような構成によって、ゲート電極231がオンの状態になった際には、位置P2においてチャネルが形成され、位置P1や位置P3ではチャネルは形成されない。すなわち、位置P1や位置P3では、位置P2に比べてトランジスタの閾値が高くなる。従って、トランジスタの実効チャネル幅が素子分離部の間隔に対して小さくなる。このような不純物濃度プロファイルを有することで、実効チャネル幅を素子分離部31の間隔よりも小さくすることができる。
With such a configuration, when the
本実施例において、濃度C1と濃度C3は等しい濃度であったが、異なる濃度であってもよい。また、濃度C1と濃度C3は、濃度C2の2倍以上であると好ましい。より好ましくは、濃度C1と濃度C3は、濃度C2の10倍以上である。このような濃度関係であることで、動作電圧範囲において実効チャネル幅を確実に小さくすることができる。 In this embodiment, the concentrations C1 and C3 are equal, but may be different. Further, the concentration C1 and the concentration C3 are preferably twice or more the concentration C2. More preferably, the concentration C1 and the concentration C3 are 10 times or more the concentration C2. With such a concentration relationship, the effective channel width can be reliably reduced in the operating voltage range.
なお、本実施例において、部分601における半導体領域58bがN型であるとして説明したが、トランジスタM1が動作する構成であればよく、P型であってもよい。つまり、位置P1、P2、P3のそれぞれの、不純物濃度のうち、ドナーの濃度D1、D2、D3とアクセプター濃度A1、A2、A3とする。ここで、濃度D1、D2、D3、A1、A2、A3は0以上の値を有する。そのとき、各位置での濃度の関係はD1−A1>D2―A2、D3−A3>D2−A2となる。
Although the
また、位置P1は、素子分離部31のトレンチの側面と位置P2との間であり、素子分離部31に隣接しているとも言える。位置P3は、素子分離部31のトレンチの側面と位置P2との間であり、素子分離部31に隣接しているとも言える。本実施例では、線分ABの深さにおいて、半導体領域52はトレンチの側面から例えば20nmの位置まで延在しているものとする。
Further, the position P1 is between the side surface of the trench of the
本実施例ではSRAM型の半導体メモリの負荷トランジスタに適用したが、特性に合わせて他のトランジスタに適用してもよい。このような構成のトランジスタを、SRAM型の半導体メモリに適用することで、単位セルの微細化が可能となる。 Although this embodiment is applied to the load transistor of the SRAM type semiconductor memory, it may be applied to other transistors according to the characteristics. By applying the transistor having such a structure to the SRAM type semiconductor memory, the unit cell can be miniaturized.
(実施例2)
本実施例では、実施例1の半導体メモリを用いた光電変換装置300について説明する。本実施例では、SRAMと、光電変換素子が配された光電変換部とが同一の半導体基板に設けられた光電変換装置である。ここで、光電変換部は、CCDセンサやCMOSセンサなどである。本実施例の光電変換部は、光電変換素子としてフォトダイオードと、転送トランジスタと、増幅トランジスタとを有するCMOSセンサであるものとする。
(Example 2)
In this embodiment, a
図4〜図6を用いて、本実施例の光電変換装置の製造方法について説明する。図4〜図6は、光電変換装置300の製造方法を説明する断面模式図である。領域310は、SRAMが形成される領域であり、実施例1にて説明した領域210、220を含む。領域330は、光電変換部の画素が配された領域である。画素には、少なくともフォトダイオードと転送トランジスタとが含まれる。領域340は、画素を動作させるための回路や信号処理のための回路を含む処理回路部が配される。処理回路部は、例えば、論理回路などを含み、撮像装置では周辺回路とも称される。領域340は、領域350と領域360を有する。領域350は、N型のトランジスタが配される領域を示し、領域360はP型のトランジスタが配される領域を示す。
A method for manufacturing the photoelectric conversion device of this embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 6 are schematic cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the
図4(a)に示す工程を説明する。まず、基板30を用意する。基板30は、例えばシリコンの単結晶基板であるが、加工を施した後の基板であってもよい。基板30は、領域310と、領域330と、領域340とを有する。次に、基板30の上にマスクパターン32を形成する。マスクパターン32は、素子分離部となる溝を形成するためのマスクパターンである。マスクパターン32には、領域220、領域210、領域330、領域340のそれぞれにおいて、任意の位置に開口が設けられている。マスクパターン32の開口は、基板30の表面S1で、後に溝を形成する部分を露出している。そして、マスクパターン32をマスクとして、基板30をエッチングすることにより、各開口に対応した溝31a〜31dを形成する。領域220には溝31aが、領域210には溝31bが、領域330には溝31cが、領域340には溝31dが設けられている。ここで、マスクパターン32は、例えば、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜などの無機材料で構成される。マスクパターン32は、基板30の上に無機材料の膜を形成し、無機材料の膜の上に有機材料からなるパターンを形成し、パターンをマスクとして無機材料の膜の一部をエッチングにて除去することで、形成することができる。本実施例では、無機材料としてシリコン窒化膜を用いている。有機材料からなるパターンは、例えば、フォトレジストパターンである。
The process shown in FIG. 4A will be described. First, the
図4(b)では、マスクパターン32の上に、マスクパターン33を形成する。マスクパターン33は、領域210の溝の側面および底面にN型半導体領域を形成するためのマスクパターンである。マスクパターン33は、領域220、330、340を覆い、領域210を露出させる。つまり、マスクパターン33は、溝31a、31c、31dを覆い、溝31bを露出させている。マスクパターン33は領域210を露出させる開口51を有する。開口51は、少なくとも領域210の溝31bを露出すればよい。ここで、領域210は実施例1にて説明したように、SRAMの負荷トランジスタが形成される部分であり、P型のトランジスタが形成される領域である。マスクパターン33は、フォトレジストで形成される。マスクパターン33は、マスクパターン32の上にフォトレジストからなる膜を形成した後、露光や現像などを行うことで形成される。そして、マスクパターン32とマスクパターン33をマスクとして、基板30に対しイオン注入40を行う。イオン注入40によって、トレンチの側面と底面に沿ってN型の半導体領域52が形成される。イオン注入40のイオン種は、例えばリン(P)やヒ素(As)等のN型の半導体領域を形成するための不純物イオンである。イオン注入40の注入角度は任意に選択することが可能である。本実施例では、基板30の表面S1に対して斜めにイオン注入を行っており、そのイオン注入角度は10度程度を選択することが好ましい。ここで、イオン注入角度は、表面S1の垂線とイオン注入方向が成す角度である。このような注入角度を有することで、トレンチの側面にも効率良くイオンを注入できる。また、イオン注入40は表面S1における方向において、360度回転させて行うことで、トレンチの全側面にイオンの注入を行うことができる。その後、マスクパターン32を残し、マスクパターン33を除去する(不図示)。
In FIG. 4B, the
図4(c)では、マスクパターン32の上に、マスクパターン34を形成する。マスクパターン34は、領域330の溝の側面および底面にP型半導体領域を形成するためのマスクパターンである。マスクパターン34は、領域210、220、340を覆い、領域330を露出させる。つまり、マスクパターン34は、溝31a、31b、31dを覆い、溝31cを露出させている。マスクパターン34は領域330を露出させる開口53を有する。開口53は、少なくとも領域330の溝31cを露出すればよい。マスクパターン34は、フォトレジストで形成される。マスクパターン34は、マスクパターン32の上にフォトレジストからなる膜を形成した後、露光や現像などを行うことで形成される。そして、マスクパターン32とマスクパターン34をマスクとして、基板30に対しイオン注入41を行う。イオン注入41によって、トレンチの側面と底面に沿ってP型の半導体領域54が形成される。イオン注入41のイオン種は、例えばホウ素(B)やフッ化ホウ素(BF2)等のP型の半導体領域を形成するための不純物イオンである。イオン注入41の注入角度は任意に選択することが可能であるが、基板30の表面S1に対して10度程度を選択することが好ましい。このような注入角度を有することで、トレンチの側面にも効率良くイオンを注入できる。また、イオン注入41は表面S1における方向において、360度回転させて行うことで、トレンチの全側面にイオンの注入を行うことができる。
In FIG. 4C, the
その後、マスクパターン32を残し、マスクパターン34を除去する。そして、マスクパターン32を除去し、溝31a〜溝31dに絶縁体を埋め込み、素子分離部を形成する。絶縁体は、例えば酸化シリコンや窒化シリコンである。例えば、まず、マスクパターン34を除去した後、絶縁体の膜を形成する前に、溝に生じたダメージを低減するために熱処理を行う。その際には、溝の内壁に熱酸化による膜が形成され得る。高密度プラズマCVD法などによって絶縁体の膜を、溝31a〜溝31dを覆うように形成し、エッチングやCMP法などの研磨技術を用いて余分な絶縁体膜を除去することで素子分離部31が形成される。領域210には周りに半導体領域52が形成された素子分離部31が形成され、領域330には周りに半導体領域54が形成された素子分離部31が形成される。領域220と領域340では、素子分離部31の周りには半導体領域52、54のいずれの半導体領域も形成されていない。また、後の工程のために、表面S1の上にシリコン酸化膜が形成されている(不図示)。
After that, the
図5(a)では、基板30の表面S1の上に、マスクパターン35を形成する。マスクパターン35は、領域220と領域330と領域350にP型の半導体領域を形成するためのマスクパターンである。このP型の半導体領域は、例えば素子が形成されるウエルとして機能しうる。マスクパターン35は、領域210と領域360を覆い、領域320と領域330と領域350を露出させる。つまり、マスクパターン35は、領域320と領域330と領域350を露出させる開口55a、55c、55dを有する。マスクパターン35は、フォトレジストで形成され、他のマスクパターンと同様な方法によって形成される。そして、マスクパターン35をマスクとして、基板30に対しイオン注入42を行う。イオン注入42によって、P型の半導体領域56a、56c、56dが形成される。イオン注入42のイオン種は、イオン注入41と同様である。イオン注入42の注入角度は任意に選択することが可能である。なお、領域330は光電変換素子が形成される領域であるため、光電変換素子に対して適切なウエルを形成するため、追加のイオン注入を行うことや、領域330のウエルは領域220、340とは別の工程で形成するなどしてもよい。その後、マスクパターン35を除去する(不図示)。
In FIG. 5A, the
図5(b)では、基板30の表面S1の上に、マスクパターン36を形成する。マスクパターン36は、領域210と領域360にN型の半導体領域を形成するためのマスクパターンである。このN型の半導体領域は、例えば素子が形成されるウエルとして機能しうる。マスクパターン36は、領域220と領域330と領域350を覆い、領域210と領域360を露出させる。マスクパターン36は、領域210と領域360を露出させる開口57b、57dを有する。マスクパターン36は、フォトレジストで形成され、他のマスクパターンと同様な方法によって形成される。そして、マスクパターン36をマスクとして、基板30に対しイオン注入43を行う。イオン注入43によって、N型の半導体領域58b、58dが形成される。イオン注入43のイオン種は、イオン注入40と同様である。イオン注入43の注入角度は任意に選択することが可能である。その後、マスクパターン36を除去する(不図示)。
In FIG. 5B, the
図5(c)では、基板30の表面S1の上に、マスクパターン37を形成する。マスクパターン37は、領域210にP型の半導体領域60を形成するためのマスクパターンである。このP型の半導体領域60は、トランジスタの閾値の調整のために設けられうる。マスクパターン37は、領域220と領域330と領域340を覆い、領域210を露出させる。マスクパターン37は、領域210を露出させる開口59を有する。マスクパターン37は、フォトレジストで形成され、他のマスクパターンと同様な方法によって形成される。そして、マスクパターン37をマスクとして、基板30に対しイオン注入44を行う。イオン注入44によって、P型の半導体領域60が形成される。イオン注入44のイオン種は、イオン注入41と同様である。イオン注入44の注入角度は任意に選択することが可能である。その後、マスクパターン37を除去する(不図示)。
In FIG. 5C, the
図6(a)では、基板30の表面S1の上に、マスクパターン38を形成する。マスクパターン38は、領域220にN型の半導体領域62を形成するためのマスクパターンである。このN型の半導体領域62は、トランジスタの閾値の調整のために設けられうる。マスクパターン38は、領域210と領域330と領域340を覆い、領域220を露出させる。マスクパターン38は、領域210を露出させる開口61を有する。マスクパターン38は、フォトレジストで形成され、他のマスクパターンと同様な方法によって形成される。そして、マスクパターン38をマスクとして、基板30に対しイオン注入45を行う。イオン注入45によって、N型の半導体領域62が形成される。イオン注入45のイオン種は、イオン注入40と同様である。イオン注入45の注入角度は任意に選択することが可能である。その後、マスクパターン38を除去する(不図示)。
In FIG. 6A, the
ここで、一般に、領域340に形成される回路は動作の高速化のために閾値が低いトランジスタが使用される。一方、領域310に形成される回路、SRAMは回路動作の安定化のために、比較的閾値が高いトランジスタが使用される。そこで、本実施例では図5(c)および図6(a)に示した工程を追加することにより、領域310と領域340のトランジスタを同一工程で作ることを可能にしている。このような製造方法により、光電変換装置を安価に製造することが可能となる。なお、図5(c)や図6(a)に示した工程を、領域330や領域340のトランジスタに適用してもよい。
Here, in the circuit formed in the
図6(b)では、図6(a)で説明した工程の後に、素子を形成した様子を示している。領域210にはP型のトランジスタが形成され、領域220にはN型のトランジスタが形成され、領域330にはN型のトランジスタと光電変換素子などが形成され、領域340にはN型のトランジスタとP型のトランジスタが形成される。トランジスタや光電変換素子は、ゲート電極の形成やイオン注入によって、形成することができる。この後、層間絶縁膜やコンタクトプラグや配線層を形成し、カラーフィルタやマイクロレンズなどを形成することで光電変換装置が形成される。なお、光電変換装置が裏面照射型の場合には、基板30の薄化や裏面側の素子分離の形成などがなされうる。以上のように、図4〜図6に示したような工程で、光電変換装置が形成される。
FIG. 6B shows a state in which an element has been formed after the step described with reference to FIG. A P-type transistor is formed in the
ここで、領域210のトランジスタの特性に係るイオン注入の条件について説明する。トランジスタの特性に大きな影響を与えるのは、イオン注入40とイオン注入44である。ここで、イオン注入40のドーズは、イオン注入44のドーズよりも多い。それは、上述の不純物濃度の関係を満たすためである。このような製造方法によって、トランジスタのゲート電極の下に位置する半導体領域52にチャネルが形成されず、トランジスタの実効チャネル幅を狭くすることができる。
Here, conditions of ion implantation relating to characteristics of the transistor in the
なお、図4(a)に示すマスクパターン32は、フォトレジストで形成してもよい。その場合には、例えば、フォトレジストによるマスクパターン32に対して紫外線照射を行い、フォトレジストを硬化させる。このようにフォトレジストによるマスクパターン32を形成することで、図4(b)の工程において、マスクパターン32を残したままマスクパターン33を除去することができる。なお、マスクパターン32をフォトレジストで形成することにより、無機材料で形成した場合と比べ、マスクパターン32を除去するドライエッチングなどの時間短縮が可能となる。
The
(実施例3)
本実施例では、実施例2の半導体メモリを用いた光電変換装置300の変形例について、図7を用いて説明する。図7は、本実施例の光電変換装置の製造方法を説明する断面模式図である。
(Example 3)
In this embodiment, a modification of the
本実施例では、実施例2の光電変換素子の極性を変更している。すなわち、図6(b)における半導体領域54が半導体領域52と同一の極性であるN型の半導体領域になっている。このような構成によれば、図7に示すように、半導体領域52と半導体領域54を形成する工程を同一の工程にすることができる。形成する工程とは、マスクパターンの形成やイオン注入の工程を含む。本実施例によれば、SRAMを有する光電変換装置をより少ない工程で形成可能である。
In this embodiment, the polarity of the photoelectric conversion element of the second embodiment is changed. That is, the
(実施例4)
本実施例では、実施例2の半導体メモリを用いた光電変換装置300の変形例について説明する。図8は、本実施例の光電変換装置の断面模式図である。本実施例では、領域360のトランジスタに対してN型の半導体領域801が設けられている。半導体領域801は、実施例2の半導体領域52と同様の機能を有する。このような構成によって、トランジスタの微細化が可能となる。更に、本トランジスタの構成によって、トランジスタのチャネルに起因するランダムテレグラフノイズ(Random Telegraph Noise、以下RTN)などのノイズが低減される。光電変換装置の他にも、CMOS回路であって、RTNを考慮すべき回路に適用可能である。
(Example 4)
In this example, a modification of the
(実施例5)
本実施例では、好適なトランジスタを適用した光電変換装置を説明する。光電変換装置の説明の前に、ノイズを低減したトランジスタについて、図3と図9を用いて詳細に説明する。
(Example 5)
In this embodiment, a photoelectric conversion device to which a suitable transistor is applied will be described. Before the description of the photoelectric conversion device, a noise-reduced transistor will be described in detail with reference to FIGS.
図9は、図3(b)に示された半導体領域52を有していない場合の例を説明するための模式図である。図9(a)は、図3(b)に対応したトランジスタの断面模式図である。図9(b)は、図3(c)と対応し、図9(a)の線分ABにおけるN型半導体領域の不純物濃度を示す図である。図9において、図3と同一の構成には同一の符号を付し説明を省略する。図9(a)に示す比較例のトランジスタは図3(b)に示す半導体領域52を有していない。よって、図9(b)に示す図9(a)の線分ABにおける不純物濃度は濃度C2で一定となっている。図9(a)の線分ABにおけるP型の半導体領域58bの不純物濃度の変化の最大と最小の差が、図3(b)の線分ABにおけるP型の半導体領域の不純物濃度の変化の最大と最小の差より小さい。図3(b)の線分ABにおけるP型の半導体領域の不純物濃度の変化の最大と最小の差とは、半導体領域52と半導体領域58bの不純物濃度の差ともいえる。ここで、比較例のトランジスタの実効チャネル幅を幅W3とする。図3にて説明したトランジスタの実効チャネル幅が幅W2であったのに対して、比較例のトランジスタの実効チャネル幅は幅W3である。幅の関係は、W3=W1>W2となる。以降の説明において、図3に示したトランジスタを第1類のトランジスタとすると、図9に示したトランジスタを第2類のトランジスタとする。
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining an example in which the
STI構造の素子分離部31に近接して配されたトランジスタには、逆狭チャネル効果が生じる場合がある。逆狭チャネル効果とは、次のようなトランジスタの動作を意味している。トランジスタのチャネル幅方向に沿ったチャネル端部は、STI構造に隣接する。このチャネル端部に、ゲート電極により発生する電界が集中する。その結果、チャネル端部にて、トランジスタの閾値が低下する。ここで、トランジスタを駆動したときには、ドレイン電流が流れる。つまり、図9の構成においては、ドレイン電流は閾値の低いチャネル端部に集中する。また、素子分離部31の近傍は、半導体基板内に酸素欠損が生じている。酸素欠損している領域においては、キャリアである電子のトラップ、放出現象が頻繁に生じる場合がある。ドレイン電流がチャネル端部、すなわち素子分離部31の近傍に集中すると、RTNの数値が増大、つまり悪化してしまう場合がある。つまり、図9に示す第2類のトランジスタは、使用する場所によっては信号にRTNが重畳してしまう。このような現状は、光電変換装置の場合には、例えば、ノイズによって画像に線状の傷があるように見えるといった、画質低下の原因となりうる。第1類のトランジスタは第2類のトランジスタに比べてRTN特性が向上し、第2類のトランジスタは第1類のトランジスタに比べて少ない工数で製造が可能であり、実効チャネル長が長いため駆動力を向上させることが可能である。次に、光電変換装置における好適なトランジスタの配置を説明する。
The reverse narrow channel effect may occur in the transistor arranged close to the
図10は、光電変換装置の構成を示すブロック図である。単位セル部1000は、複数の単位セル1001を有する。単位セル1001は2次元に配列している。単位セル1001は、光電変換装置においては画素と称する場合もある。単位セル1001は、例えばCMOS型の光電変換装置の画素構成を有する。垂直走査回路1002は、各単位セル1001を駆動するための制御信号を出力する。制御線1012は、垂直走査回路1002と各単位セル1001とを電気的に接続し、各単位セル1001の素子に制御信号を供給する。図10において1本の制御線1012が各行に配された複数の単位セル1001に対して配されているが、実際には複数本の制御線1012が各行に配されているものとする。複数本とは、単位セル1001を制御するために必要な本数である。信号線1013は、単位セル1001からの信号が出力される。少なくとも1本の信号線1013が各列に配された複数の単位セル1001に対して電気的に接続する。信号線1013は、信号読み出し部1014に電気的に接続する。
FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the photoelectric conversion device. The
信号読み出し部1014は、電流源回路1003、信号増幅回路1004、AD変換回路1005、メモリ回路1007を含む。電流源回路1003は、単位セル1001の信号を読み出すための定電流を信号線1013に供給する。信号線1013は、信号増幅回路1004に電気的に接続する。信号増幅回路1004は、信号線1013から入力された信号を増幅する。AD変換回路1005は、信号増幅回路1004からのアナログ信号をデジタル信号に変換する。ランプ生成回路1006は、AD変換回路1005でAD変換する信号と比較する参照信号を生成する。カウンタ回路1008は、カウント値を出力する。メモリ回路1007は、カウンタ回路1008から出力されたカウント値を保持する。水平走査回路1015は、メモリ回路1007に保持された値を、信号処理回路1010に転送するための制御信号を供給する。信号出力回路1011は、信号処理回路1010で処理された信号を光電変換装置の外部に出力する。これらの回路の駆動の制御は、タイミングジェネレータ(TG)1009からの制御信号を基に行われる。なお、信号増幅回路1004やAD変換回路1005等の回路は適宜、省略や変更が可能である。ここで、単位セル部1000以外の回路が配された部分を周辺回路部と称する場合がある。
The
図11は、光電変換装置を説明するための等価回路図である。図11は、光電変換装置の読み出し経路を示している。図11は、図10に示す単位セル1001、電流源回路1003、信号増幅回路1004、AD変換回路1005の構成を示す。単位セル1001は、フォトダイオード(以下、PD)1101、転送トランジスタ1102、フローティングディフュージョン部(以下、FD)1104、リセットトランジスタ1103、増幅トランジスタ1105、選択トランジスタ1106を含む。PD1101は、光学系を通して入射する光を光電変換する光電変換部として機能する。PD1101のアノードは接地され、カソードは転送トランジスタ1102のソースに接続される。転送トランジスタ1102は、そのゲートに入力される制御信号TXによって駆動され、PD1101で発生した電荷をFD1104に転送する。FD1104は、電荷を一時的に蓄積するとともに、蓄積した電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部として機能する。増幅トランジスタ1105は、電流源回路1003とともにソースフォロアアンプを構成する。増幅トランジスタ1105のゲートにはFD1104で電荷電圧変換された電気信号が入力される。また、増幅トランジスタ1105のドレインは電源電圧VDDに接続され、そのソースは選択トランジスタ1106に接続される。リセットトランジスタ1103はFD1104と電源電圧VDDとの間を電気的に接続する。制御信号RESによって、リセットトランジスタ1103がオン状態になると、FD1104の電荷が電源電圧VDDに排出されリセットされる。ここで、電源電圧VDDは基準電圧ともいえる。選択トランジスタ1106は、増幅トランジスタ1105と信号線1107とを電気的に接続する。ある時刻に該当行が選択される際には、制御信号SELがハイレベルとなる。ハイレベルの制御信号SELが供給された選択トランジスタ1106が導通状態になり、増幅トランジスタ1105からの信号が信号線1107に出力される。単位セル1001のこれらのトランジスタは、N型のトランジスタである。信号線1107には定電流が供給され、ソースフォロワアンプが形成される。
FIG. 11 is an equivalent circuit diagram for explaining the photoelectric conversion device. FIG. 11 shows a read path of the photoelectric conversion device. FIG. 11 shows the configuration of the
電流源回路1003は、3つのN型のトランジスタ1108〜1110を含む。3つのトランジスタ1108〜1110は信号線1107とグランド電圧GNDとの間に、直接に接続するように設けられている。トランジスタ1109とトランジスタ1110はカスコード接続され、電流源として機能する。トランジスタ1108は、電流源をオンまたはオフするためのスイッチとして機能する。制御信号V1108は、トランジスタ1108のゲートに供給される。制御信号V1108がハイレベルになると定電流が信号線1107に供給され、制御信号V1108がローレベルになると信号線1107への定電流の供給が停止する。制御信号V1109は、トランジスタ1109のゲートに供給され、制御信号V1110は、トランジスタ1110のゲートに供給される。制御信号V1109と制御信号V1110はそれぞれ、トランジスタ1109とトランジスタ1110の動作点を決める固定のバイアス電圧である。
The
増幅トランジスタ1105が構成するソースフォロアアンプの出力は信号増幅回路1004に入力される。信号増幅回路1004は、反転増幅器1112、入力容量1111、帰還容量1114、スイッチ1113、スイッチ1115を含む。信号の増幅度は、スイッチ1113を用いて帰還容量1114を選択または非選択し容量値を変えることで変更できる。また、信号の増幅度は、スイッチ1113の位置を変えて入力容量1111の容量値を変えることで変更してもよい。スイッチ1115は反転増幅器1112、入力容量1111帰還容量1114をリセットする。信号増幅回路1004で増幅された信号はAD変換回路1005においてAD変換される。
The output of the source follower amplifier formed by the
ここで、信号線1107に流れる電流と信号との関係を説明する。まず、信号線1107に流れる電流IvlがΔIvl変化したときの信号線1107の電圧Vvlの変化量ΔVvlを求める。βを増幅トランジスタ1105の電流パラメータとすると、Vvl、ΔVvlは式(1)、式(2)のようになる。
Vvl=Vfd−Vth−√2Ivl/β ・・・式(1)
ΔVvl=−√2ΔIvl/β ・・・式(2)
式(2)より、信号線1107の電流Ivlが変化すると電圧Vvlが変化することがわかる。つまり、電流Ivlは電圧Vvlの変動の要因となる。ここで、PD1101からの光信号や基準となるリセット信号が電圧Vvlに現れるため、電圧Vvlは他の要因で変動しないことが望ましい。仮に、電圧Vvlが変動すると、信号を示す電圧に変動が重畳されてしまい、ノイズとなる。つまり、電流Ivlは変動が少ない定電流であることが望ましい。そこで、図3および図9を用いて説明したように、ドレイン電流が一定となる第1類のN型のトランジスタを、電流源を構成するトランジスタ1109とトランジスタ1110に適用することが望ましい。このような構成によって、電流ΔIvlおよび電圧ΔVvlを低減し、RTNによる信号の劣化を低減することができる。
Here, the relationship between the current flowing through the
Vvl = Vfd−Vth−√2Ivl / β ... Formula (1)
ΔVvl = −√2ΔIvl / β Equation (2)
From the equation (2), it is understood that the voltage Vvl changes when the current Ivl of the
(実施例6)
本実施例の光電変換装置について、図12を用いて説明する。図12は、本実施例の光電変換装置を説明する等価回路図である。図12は、図10や図11に示す信号増幅回路1004の反転増幅器1112を示している。反転増幅器1112は、少なくとも5つのトランジスタ1201〜1205を含む。P型のトランジスタ1202とP型のトランジスタ1203は、カスコード接続され、電流源回路を構成する。この電流源は、例えば6μAの定電流を流す。制御信号V1202と制御信号V1203はそれぞれ、トランジスタ1202とトランジスタ1203のゲートに供給され、各トランジスタの動作点を決める固定のバイアス電圧である。P型のトランジスタ1201は、電流源回路をオンまたはオフするためのスイッチとして機能する。制御信号V1201は、トランジスタ1201のゲートに供給され、トランジスタ1201のオンオフを制御する。N型のトランジスタ1204は、ゲート接地トランジスタである。制御信号V1204は、動作点を決める固定バイアス電圧である。N型のトランジスタ1205は、ソース接地のトランジスタである。トランジスタ1205のゲートには制御信号ではなく入力信号Vampiが入力される。反転増幅器1112の出力信号Vampoは、トランジスタ1204とトランジスタ1203の共通のノードに出力される。
(Example 6)
The photoelectric conversion device of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 12 is an equivalent circuit diagram illustrating the photoelectric conversion device of this embodiment. FIG. 12 shows the inverting
ここで、反転増幅器1112の利得Aoは式(3)で表される。
Here, the gain Ao of the inverting
ここで、ソース接地のN型のトランジスタ1205の相互コンダクタンスgm、出力抵抗Rとする。仮に、トランジスタ1202やトランジスタ1203においてRTNが悪化すると、トランジスタ1205のドレイン電流が変化してしまい、トランジスタ1205の相互コンダクタンスgmが変化する。その結果、式(3)にあるように利得Aoが変化してしまう。これは、仮に、一定の信号を入力した場合に、1つの反転増幅器1112にて増幅された信号がその増幅のタイミング(時刻)によって信号の大きさにばらつきが生じうる。また、複数の反転増幅器1112がある場合に、仮に一定の信号を入力したとしても、複数の増幅された信号の大きさにばらつきが生じうる。よって、電流源回路を構成するP型のトランジスタ1202と、P型のトランジスタ1203にはP型の第1類のトランジスタを適用することが望ましい。また、トランジスタ1204やトランジスタ1205にはそれらのゲートに動作点を決める制御信号V1204とV1205が入力される。このようなトランジスタにおいても、ドレイン電流の変動は、動作の変動をもたらすため、第1類のトランジスタを適用することが望ましい。つまり、N型のトランジスタ1204と、N型のトランジスタ1205には、N型の第1類のトランジスタを適用することが好ましい。本実施例のように、信号増幅回路1004において、少なくともトランジスタ1202とトランジスタ1203に第1類のトランジスタを適用することによって、信号の劣化を抑制することが可能となる。
Here, the mutual conductance gm and the output resistance R of the source-grounded N-
(実施例7)
本実施例の光電変換装置について、図13を用いて説明する。図13は、本実施例の光電変換装置を説明する等価回路図である。図13は、図10や図11に示すAD変換回路1005を示している。AD変換回路1005は、少なくとも比較器1300を含む。比較器1300は、トランジスタ1301〜1307を含む。P型のトランジスタ1301とP型のトランジスタ1302は、カスコード接続され、電流源回路を構成する。P型のトランジスタ1303は電流源回路をオンまたはオフするためのスイッチとして機能しうる。制御信号V1303は、トランジスタ1303のゲートに供給され、トランジスタ1303の導通を制御する。P型のトランジスタ1304は、入力トランジスタとして機能する。図10に記載のランプ生成回路1006から出力されたランプ信号は、トランジスタ1304のゲートに入力される。P型のトランジスタ1305は、入力トランジスタとして機能する。図10に記載の信号増幅回路1004から出力された増幅された信号Vampoは、トランジスタ1305のゲートに入力される。図13において、トランジスタ1304のゲートは入力端INNと、トランジスタ1305のゲートは入力端INPとして示されている。トランジスタ1304のドレインはN型のトランジスタ1306のドレインに電気的に接続され、トランジスタ1305のドレインはN型のトランジスタ1307のドレインに電気的に接続される。このような回路の比較器1300は、光信号に起因する信号電圧Vampoと、参照信号となるランプ信号を比較した結果を出力する。出力は、トランジスタ1305とトランジスタ1307が接続するノードに出力され、容量、ラッチ回路論理回路を介してここで、電流源回路において、電流値が変化すると比較結果に影響を与えうる。よって、比較器1300の少なくともトランジスタ1301とトランジスタ1302には、第1類のトランジスタを適用することが望ましい。また、トランジスタ1304〜1307に第1類のトランジスタを適用してもよい。本実施例のように、AD変換回路1005において、少なくともトランジスタ1202とトランジスタ1203に第1類のトランジスタを適用することによって、信号の劣化を抑制することが可能となる。
(Example 7)
The photoelectric conversion device of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 13 is an equivalent circuit diagram illustrating the photoelectric conversion device of this embodiment. FIG. 13 shows the
(実施例8)
実施例5〜7のそれぞれでは、光電変換装置において、第1類のトランジスタを設けることが望ましい回路の詳細を説明した。本実施例では、光電変換装置のどの部分に第1類のトランジスタを設けるかを説明する。図14は、本実施例に係る光電変換装置を説明する表である。図14は、図10に示した光電変換装置の各ブロックにおいて、第1類のトランジスタを適用することが望ましい部分を示している。ブロック名の列に記載されたブロックが、第1類のトランジスタを含む場合については「〇」を、含まない場合については「×」を第1類のトランジスタの列に付している。まず、単位セル部1000に第1類のトランジスタを適用することで、素子分離部の周囲で生じる暗電流(リーク電流)がPDへ与える影響を低減することができる。更に、実施例5〜7において説明したように、信号読み出し部では、電流源回路1003、信号増幅回路1004、AD変換回路1005の少なくとも1つの回路の信号にノイズが重畳しうる箇所には第1類のトランジスタを適用することが望ましい。好ましくは、3つの回路の信号にノイズが重畳しうる箇所に第1類のトランジスタを適用することが望ましい。
(Example 8)
In each of Examples 5 to 7, the details of the circuit in which it is desirable to provide the first type transistor in the photoelectric conversion device have been described. In this embodiment, description is made on which part of the photoelectric conversion device the transistor of the first type is provided. FIG. 14 is a table illustrating the photoelectric conversion device according to this embodiment. FIG. 14 shows a portion where it is desirable to apply the transistor of the first type in each block of the photoelectric conversion device shown in FIG. When the block described in the block name column includes the transistor of the first type, “◯” is added to the column of the transistor of the first type, and when not included, the column of the transistor of the first type is added. First, by applying the first type transistor to the
一方で、信号読み出し部の回路において、完全にオン状態で使用するトランジスタ、例えば、スイッチとして機能するトランジスタには、第1類のトランジスタではなく第2類のトランジスタを適用することが好ましい。スイッチとして機能するトランジスタのオンオフする際の制御信号は、例えば、P型のトランジスタの場合にはグランド電圧GNDであり、N型のトランジスタであれば電源電圧Vddである。このような制御信号を供給されるトランジスタのチャネルには、一様な反転領域が発生するため、素子分離部近傍のチャネル端に電流が集中して流れにくい。よって、第1類のトランジスタでなく第2類のトランジスタであっても、RTNが増大しにくいため適用することが可能である。第2類のトランジスタでは、トランジスタの極性に対して反対導電型の半導体領域52、半導体領域54を設けていない。つまり、トランジスタのソースおよびドレインと反対の導電型の半導体領域52や半導体領域54とのPN接合界面が形成されない。そのため、PN接合による耐圧の低下を抑制することができる。また、トランジスタの実効チャネル幅が小さくなってしまうと、トランジスタのオン時の抵抗を増大させ、駆動速度の低下を引き起こす可能性がある。そのため、高速駆動を必要とする回路では、第1類トランジスタではなく第2類トランジスタを適用することが望ましい。高速駆動を必要とする回路とは、垂直走査回路1002、ランプ生成回路1006、メモリ回路1007、水平走査回路1015、カウンタ回路1008、TG1009、信号処理回路1010、信号出力回路1011などである。
On the other hand, in the circuit of the signal reading unit, it is preferable to apply not the first type transistor but the second type transistor to the transistor used in the completely ON state, for example, the transistor functioning as a switch. The control signal for turning on / off the transistor functioning as a switch is, for example, the ground voltage GND in the case of a P-type transistor and the power supply voltage Vdd in the case of an N-type transistor. Since a uniform inversion region is generated in the channel of the transistor to which such a control signal is supplied, it is difficult for the current to concentrate and flow at the channel end near the element isolation portion. Therefore, even if the transistor of the second class is used instead of the transistor of the first class, the RTN is unlikely to increase, so that it can be applied. In the second type transistor, the
本実施例で示したように、光電変換装置などの信号に重畳するノイズの低減が望まれる装置において、読み出し回路部の少なくとも1つの回路において、第1類のトランジスタを適用することで、信号に重畳するノイズを低減することが可能となる。 As shown in this embodiment, in a device such as a photoelectric conversion device in which noise superimposed on a signal is desired to be reduced, by applying the first type transistor in at least one circuit of the reading circuit portion, It is possible to reduce the superimposed noise.
(実施例9)
本実施例では、実施例5にて説明した図11の反転増幅器1112の変形例を示す。本実施例では、反転増幅器1112がシングル入力アンプから差動式アンプに変更されている。本実施例のその他の構成については、実施例5にて説明した構成と同様である。
(Example 9)
This embodiment shows a modification of the inverting
図15は、本実施例に係る光電変換装置を説明する等価回路図である。図15は、反転増幅器1112を示している。反転増幅器1112は、差動式アンプである。P型のトランジスタ1501、P型のトランジスタ1502、N型のトランジスタ1503、N型のトランジスタ1504は、差動対を構成する。N型のトランジスタ1506は電流源回路を構成する。N型のトランジスタ1505は電流をオンまたはオフするためのスイッチとして機能する。信号は、トランジスタ1504のゲートである入力端に電圧Vampiとして入力される。他の入力端には参照信号Vrefが入力される。2つの入力端に入力された電圧の差分を増幅して出力端から電圧Vampoとして出力する。ここで、実施例5にて説明したように、トランジスタのRTNが悪化すると、差動式アンプ内の電流量が変動してしまう。その時、差動対に流れる電流のバランスが崩れると、出力信号である電圧Vampoが変動してしまう。ここで、差動式アンプを第1類のトランジスタで構成することによって、RTNを低減させ信号の質を向上することができる。また、スイッチとして機能するトランジスタ1505は、第2類のトランジスタを用いることが好ましい。
FIG. 15 is an equivalent circuit diagram illustrating the photoelectric conversion device according to the present embodiment. FIG. 15 shows the inverting
本実施例の構成によっても、ノイズを低減した光電変換装置を提供することが可能となる。 The configuration of this embodiment also makes it possible to provide a photoelectric conversion device with reduced noise.
(実施例10)
本実施例では、光電変換装置の一例を説明する。本実施例の光電変換装置は、少なくとも2つの積層用の半導体基板が電気的に接続された状態で積層して構成されている。このような光電変換装置は、積層型の光電変換装置とも称される。ここで、半導体基板は、部材ともチップとも称する場合がある。
(Example 10)
In this embodiment, an example of a photoelectric conversion device will be described. The photoelectric conversion device of this embodiment is configured by stacking at least two semiconductor substrates for stacking in a state of being electrically connected. Such a photoelectric conversion device is also referred to as a stacked photoelectric conversion device. Here, the semiconductor substrate may be referred to as a member or a chip.
図16は、本実施例の光電変換装置3000の模式図であり、光電変換装置3000の分解斜視図である。1つの半導体基板3010には画素領域3011が設けられている。別の半導体基板3020には、制御部3021と信号処理部3022が設けられている。画素領域3011は、光電変換素子を含む単位セルが配された光電変換部である。信号処理部3022は、実施例1などで説明した半導体メモリが設けられている。制御部3021と信号処理部3022のそれぞれの半導体基板3010への正射影は、少なくとも一部が画素領域3011と重畳している。なお、本実施例の光電変換装置3000は、更に、別の処理回路を有する半導体基板を有していてもよく、3つ以上の積層用の半導体基板を有していてもよい。
FIG. 16 is a schematic diagram of the
制御部3021は、画素に駆動信号を供給する垂直走査回路や、電源回路を含み得る。また、制御部3021は光電変換装置を駆動するためのタイミング発生回路や、変換回路へ参照信号を供給する参照信号供給回路、増幅回路あるいは変換回路から信号を順次読み出すための水平走査回路を含み得る。
The
信号処理部3022は、画素領域で発生した信号電荷に基づく電気信号を処理する。信号処理部3022は、ノイズ除去回路、増幅回路、変換回路、画像信号処理回路を含むことができる。ノイズ除去回路は、例えば相関二重サンプリング(CDS)回路である。増幅回路は、例えば列アンプ回路である。変換回路は、例えばコンパレータとカウンタで構成されたアナログデジタル変換(ADC)回路である。画像信号処理回路は、例えばメモリとプロセッサを含み、アナログデジタル変換されたデジタル信号から画像データを生成したり、画像データに画像処理を施したりする。
The
本実施例のような複数の半導体基板を積層する光電変換装置においても、本発明は適用可能である。 The present invention can be applied to a photoelectric conversion device in which a plurality of semiconductor substrates are laminated as in this embodiment.
(実施例11)
図17は、本実施例による撮像システム3100の構成を示すブロック図である。本実施例の撮像システム3100は、上記実施例において説明した光電変換装置3104を含む。ここで、光電変換装置3104は、上述の実施例で述べた光電変換装置のいずれかを適用することができる。撮像システム3100の具体例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダー、監視カメラ等が挙げられる。図10では、撮像システム3100としてデジタルスチルカメラの例を示している。
(Example 11)
FIG. 17 is a block diagram showing the configuration of the
図10に例示した撮像システム3100は、光電変換装置3104、被写体の光学像を光電変換装置3104に結像させるレンズ3102、レンズ3102を通過する光量を可変にするための絞り3103、レンズ3102の保護のためのバリア3101を有する。レンズ3102および絞り3103は、光電変換装置3104に光を集光する光学系である。
The
撮像システム3100は、光電変換装置3104から出力される出力信号の処理を行う信号処理部3105を有する。信号処理部3105は、必要に応じて入力信号に対して各種の補正、圧縮を行って出力する信号処理の動作を行う。撮像システム3100は、更に、画像データを一時的に記憶するためのバッファメモリ部3106、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部(外部I/F部)3109を有する。更に撮像システム3100は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体3111、記録媒体3111に記録または読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部(記録媒体制御I/F部)3110を有する。なお、記録媒体3111は、撮像システム3100に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。また、記録媒体制御I/F部3110から記録媒体3111との通信や外部I/F部3109からの通信は無線によってなされてもよい。
The
更に撮像システム3100は、各種演算を行うとともにデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部3108、光電変換装置3104と信号処理部3105に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部3107を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システム3100は、少なくとも光電変換装置3104と、光電変換装置3104から出力された出力信号を処理する信号処理部3105とを有すればよい。なお、実施例6にて説明したようにタイミング発生部3107は光電変換装置に搭載されていてもよい。全体制御・演算部3108およびタイミング発生部3107は、光電変換装置3104の制御機能の一部または全部を実施するように構成してもよい。
Further, the
光電変換装置3104は、画像用信号を信号処理部3105に出力する。信号処理部3105は、光電変換装置3104から出力される画像用信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。また、信号処理部3105は、画像用信号を用いて、画像を生成する。なお、信号処理部3105やタイミング発生部3107は、光電変換装置に搭載されていてもよい。つまり、信号処理部3105やタイミング発生部3107は、画素が配された基板に設けられていてもよく、図16に記載したような別の基板に設けられている構成であってもよい。上述した各実施例の光電変換装置を用いて撮像システムを構成することにより、より良質の画像が取得可能な撮像システムを実現することができる。
The
(実施例12)
本実施例の移動体について、図18および図19を用いて説明する。図18は、本実施例による移動体の構成例を示す概略図である。図19は、本実施例による移動体に搭載された撮像システムの動作を示すフロー図である。本実施例では、撮像システムとして車載カメラの一例を示す。以下の説明において、撮像装置は、上述の各実施例のいずれかの光電変換装置のことである。
(Example 12)
The moving body of this embodiment will be described with reference to FIGS. 18 and 19. FIG. 18 is a schematic diagram showing a configuration example of the moving body according to the present embodiment. FIG. 19 is a flowchart showing the operation of the image pickup system mounted on the moving body according to the present embodiment. In this embodiment, an example of an in-vehicle camera is shown as an imaging system. In the following description, the image pickup device is the photoelectric conversion device according to any one of the above-described embodiments.
図18(a)は、車両システムとこれに搭載される撮像システムの一例を示したものである。撮像システム3201は、撮像装置3202、画像前処理部3215、集積回路3203、光学系3214を含む。光学系3214は、撮像装置3202に被写体の光学像を結像する。撮像装置3202は、光学系3214により結像された被写体の光学像を電気信号に変換する。画像前処理部3215は、撮像装置3202から出力された信号に対して所定の信号処理を行う。画像前処理部3215の機能は、撮像装置3202内に組み込まれていてもよい。撮像システム3201には、光学系3214、撮像装置3202及び画像前処理部3215が、少なくとも2組設けられており、各組の画像前処理部3215からの出力が集積回路3203に入力されるようになっている。
FIG. 18A shows an example of a vehicle system and an image pickup system mounted on the vehicle system. The
集積回路3203は、撮像システム用途向けの集積回路であり、メモリ3205を含む画像処理部3204、光学測距部3206、視差演算部3207、物体認知部3208、異常検出部3209を含む。画像処理部3204は、画像前処理部3215の出力信号に対して、現像処理や欠陥補正等の画像処理を行う。メモリ3205は、撮像画像の一次記憶、撮像画素の欠陥位置を格納する。光学測距部3206は、被写体の合焦や、測距を行う。視差演算部3207は、複数の撮像装置3202により取得された複数の画像データから視差情報(視差画像の位相差)の算出を行う。物体認知部3208は、車、道、標識、人等の被写体の認知を行う。異常検出部3209は、撮像装置3202の異常を検出すると、主制御部3213に異常を発報する。
The
集積回路3203は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。また、FPGA(Field Programmable Gate Array)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
The
主制御部3213は、撮像システム3201、車両センサ3210、制御ユニット3220等の動作を統括・制御する。なお、主制御部3213を持たず、撮像システム3201、車両センサ3210、制御ユニット3220が個別に通信インターフェースを有して、それぞれが通信ネットワークを介して制御信号の送受を行う(例えばCAN規格)方法も取り得る。
The
集積回路3203は、主制御部3213からの制御信号を受け或いは自身の制御部によって、撮像装置3202へ制御信号や設定値を送信する機能を有する。
The
撮像システム3201は、車両センサ3210に接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの自車両走行状態及び自車外環境や他車・障害物の状態を検出することができる。車両センサ3210は、視差画像から対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段でもある。また、撮像システム3201は、自動操舵、自動巡行、衝突防止機能等の種々の運転支援を行う運転支援制御部3211に接続されている。特に、衝突判定機能に関しては、撮像システム3201や車両センサ3210の検出結果を基に他車・障害物との衝突推定・衝突有無を判定する。これにより、衝突が推定される場合の回避制御、衝突時の安全装置起動を行う。
The
また、撮像システム3201は、衝突判定部での判定結果に基づいて、ドライバーに警報を発する警報装置3212にも接続されている。例えば、衝突判定部の判定結果として衝突可能性が高い場合、主制御部3213は、ブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして、衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置3212は、音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムやメーターパネルなどの表示部画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
The
本実施例では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム3201で撮影する。図18(b)に、車両前方を撮像システム3201で撮像する場合の撮像システム3201の配置例を示す。
In this embodiment, the
2つの撮像装置3202は、車両3200の前方に配置される。具体的には、車両3200の進退方位又は外形(例えば車幅)に対する中心線を対称軸に見立て、その対称軸に対して2つの撮像装置3202が線対称に配置されると、車両3200と被写対象物との間の距離情報の取得や衝突可能性の判定を行う上で好ましい。また、撮像装置3202は、運転者が運転席から車両3200の外の状況を視認する際に運転者の視野を妨げない配置が好ましい。警報装置3212は、運転者の視野に入りやすい配置が好ましい。
The two
次に、撮像システム3201における撮像装置3202の故障検出動作について、図19を用いて説明する。撮像装置3202の故障検出動作は、図19に示すステップS3310〜S3380に従って実施される。
Next, the failure detection operation of the
ステップS3310は、撮像装置3202のスタートアップ時の設定を行うステップである。すなわち、撮像システム3201の外部(例えば主制御部3213)又は撮像システム3201の内部から、撮像装置3202の動作のための設定を送信し、撮像装置3202の撮像動作及び故障検出動作を開始する。
Step S3310 is a step of making settings at startup of the
次いで、ステップS3320において、有効画素から画素信号を取得する。また、ステップS3330において、故障検出用に設けた故障検出画素からの出力値を取得する。この故障検出画素は、有効画素と同じく光電変換部を備える。この光電変換部には、所定の電圧が書き込まれる。故障検出用画素は、この光電変換部に書き込まれた電圧に対応する信号を出力する。なお、ステップS3320とステップS3330とは逆でもよい。 Next, in step S3320, a pixel signal is acquired from the effective pixel. Further, in step S3330, the output value from the failure detection pixel provided for failure detection is acquired. This failure detection pixel includes a photoelectric conversion unit like the effective pixel. A predetermined voltage is written in this photoelectric conversion unit. The failure detection pixel outputs a signal corresponding to the voltage written in this photoelectric conversion unit. Note that steps S3320 and S3330 may be reversed.
次いで、ステップS3340において、故障検出画素の出力期待値と、実際の故障検出画素からの出力値との該非判定を行う。ステップS3340における該非判定の結果、出力期待値と実際の出力値とが一致している場合は、ステップS3350に移行し、撮像動作が正常に行われていると判定し、処理ステップがステップS3360へと移行する。ステップS3360では、走査行の画素信号をメモリ3205に送信して一次保存する。そののち、ステップS3320に戻り、故障検出動作を継続する。一方、ステップS3340における該非判定の結果、出力期待値と実際の出力値とが一致していない場合は、処理ステップはステップS3370に移行する。ステップS3370において、撮像動作に異常があると判定し、主制御部3213、又は警報装置3212に警報を発報する。警報装置3212は、表示部に異常が検出されたことを表示させる。その後、ステップS3380において撮像装置3202を停止し、撮像システム3201の動作を終了する。
Next, in step S3340, the non-determination is performed between the expected output value of the failure detection pixel and the actual output value of the failure detection pixel. As a result of the non-judgment in step S3340, if the expected output value and the actual output value match, the process proceeds to step S3350, it is determined that the imaging operation is normally performed, and the processing step proceeds to step S3360. And transition. In step S3360, the pixel signal of the scanning row is transmitted to the
なお、本実施例では、1行毎にフローチャートをループさせる例を例示したが、複数行毎にフローチャートをループさせてもよいし、1フレーム毎に故障検出動作を行ってもよい。なお、ステップS3370の警報の発報は、無線ネットワークを介して、車両の外部に通知するようにしてもよい。 In the present embodiment, the example in which the flowchart is looped for each row is illustrated, but the flowchart may be looped for each plurality of rows, or the failure detection operation may be performed for each frame. Note that the alarm issuance in step S3370 may be notified to the outside of the vehicle via a wireless network.
また、本実施例では、他の車両と衝突しない制御を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。更に、撮像システム3201は、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機或いは産業用ロボットなどの移動体(移動装置)に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム(ITS)等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
Further, in the present embodiment, the control that does not collide with another vehicle has been described, but it is also applicable to a control that automatically drives by following another vehicle, a control that automatically drives the vehicle so that it does not protrude from the lane, and the like. . Furthermore, the
本発明の光電変換装置は、更に、カラーフィルタやマイクロレンズを有する構成であってもよく、距離情報など各種情報を取得可能な構成であってもよい。例えば、1つの入力ノードに対して複数の光電変換素子を有していてもよく、複数の光電変換素子に共通の1つのマイクロレンズが設けられている構成であってもよい。また、増幅トランジスタはソースフォロワ回路の一部であるが、AD変換器の一部を構成していてもよい。具体的には、AD変換器が含む比較器の一部を増幅トランジスタが構成していてもよい。また、比較器の一部の構成が別の半導体基板に設けられている構成であってもよい。また、単位回路は転送トランジスタを有しておらず、入力ノードに直接光電変換素子が接続している構成であってもよい。更には、オーバーフロードレインといった電荷排出部が設けられていてもよい。 The photoelectric conversion device of the present invention may further have a configuration having a color filter or a microlens, and may have a configuration capable of acquiring various information such as distance information. For example, a plurality of photoelectric conversion elements may be provided for one input node, and one microlens common to the plurality of photoelectric conversion elements may be provided. Further, although the amplification transistor is a part of the source follower circuit, it may be a part of the AD converter. Specifically, the amplification transistor may constitute a part of the comparator included in the AD converter. Further, a part of the configuration of the comparator may be provided on another semiconductor substrate. Further, the unit circuit may not have a transfer transistor, and the photoelectric conversion element may be directly connected to the input node. Furthermore, a charge discharging unit such as an overflow drain may be provided.
本発明は、上記実施例に限らず種々の変形が可能である。例えば、いずれかの実施例の一部の構成を他の実施例に追加した例や、他の実施例の一部の構成と置換した例も、本発明の実施例である。上述の実施例では半導体メモリや光電変換装置などの例を挙げて説明したが、本発明のトランジスタに係る構造は他の装置へも適用可能である。上述の実施例は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらの例示によって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な態様で実施することができる。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, an example in which a part of the configuration of any one of the embodiments is added to another embodiment, or an example in which the configuration of a part of the other embodiment is replaced is also an embodiment of the present invention. In the above-described embodiments, the semiconductor memory, the photoelectric conversion device and the like have been described as examples, but the structure of the transistor of the present invention can be applied to other devices. The above-mentioned embodiments are merely examples of specific embodiments for carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be limitedly interpreted by these exemplifications. That is, the present invention can be implemented in various modes without departing from the technical idea or the main features thereof.
M1 トランジスタ
31 素子分離部
231 ゲート電極
601 部分
602 ゲート絶縁膜
52 第2導電型の半導体領域
58b 第2導電型の半導体領域
Claims (30)
前記第1トランジスタは、半導体基板の活性領域に配され、
前記活性領域は、前記第1トランジスタのゲート電極と重畳し、かつ、前記第1トランジスタのソースおよびドレインの間に位置する部分を含み、
前記第1トランジスタのチャネル幅方向に沿って順に並ぶ第1位置、第2位置、および、第3位置に渡って、前記部分は配され、
前記部分は、前記第1位置に配された第2導電型の第1半導体領域と、前記第2位置に配された第2導電型の第2半導体領域とを含み、
前記第1半導体領域の不純物濃度は、前記第2半導体領域の不純物濃度よりも高いことを特徴とする半導体メモリ。 A semiconductor memory having an SRAM (Static Random Access Memory) type unit cell including a first transistor of a first conductivity type and a second transistor of a second conductivity type,
The first transistor is disposed in an active region of a semiconductor substrate,
The active region includes a portion overlapping the gate electrode of the first transistor and located between the source and drain of the first transistor,
The portion is arranged over a first position, a second position, and a third position, which are sequentially arranged along the channel width direction of the first transistor,
The portion includes a second conductivity type first semiconductor region arranged at the first position and a second conductivity type second semiconductor region arranged at the second position,
The semiconductor memory according to claim 1, wherein an impurity concentration of the first semiconductor region is higher than an impurity concentration of the second semiconductor region.
前記第1位置において前記第1トランジスタのチャネルが形成されないことを特徴とする請求項1に記載の半導体メモリ。 A channel of the first transistor is formed at the second position,
2. The semiconductor memory according to claim 1, wherein the channel of the first transistor is not formed at the first position.
前記第3半導体領域の不純物濃度は、前記第2半導体領域の不純物濃度よりも高いことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体メモリ。 In the portion, a third semiconductor region of the second conductivity type is arranged at the third position,
3. The semiconductor memory according to claim 1, wherein the impurity concentration of the third semiconductor region is higher than the impurity concentration of the second semiconductor region.
前記第1トランジスタと前記第3トランジスタは負荷トランジスタとして機能し、
前記第2トランジスタと前記第4トランジスタはドライバトランジスタとして機能することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体メモリ。 The unit cell includes a third transistor of the first conductivity type and a fourth transistor of the second conductivity type,
The first transistor and the third transistor function as load transistors,
5. The semiconductor memory according to claim 1, wherein the second transistor and the fourth transistor function as a driver transistor.
前記第1トランジスタの前記ゲート電極は前記素子分離部の上に延在していることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の半導体メモリ。 In a plan view, the active region is adjacent to the element isolation portion having a trench,
9. The semiconductor memory according to claim 1, wherein the gate electrode of the first transistor extends above the element isolation portion.
光電変換素子が配された光電変換部と、を同一の基板に有する光電変換装置。 A semiconductor memory according to any one of claims 1 to 10,
A photoelectric conversion device having a photoelectric conversion portion provided with a photoelectric conversion element and the same substrate.
光電変換素子が配された光電変換部が配された基板を積層した光電変換装置。 A semiconductor memory according to any one of claims 1 to 10,
A photoelectric conversion device in which a substrate on which a photoelectric conversion unit including a photoelectric conversion element is arranged is stacked.
前記光電変換装置からの信号を処理する信号処理部と、を有する撮像システム。 A photoelectric conversion device according to claim 11 or 12,
A signal processing unit that processes a signal from the photoelectric conversion device.
前記光電変換装置からの信号に基づく視差情報から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、を有する移動体であって、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段をさらに有することを特徴とする移動体。 A photoelectric conversion device according to claim 11 or 12,
A parallax information based on a signal from the photoelectric conversion device, a distance information acquisition unit for acquiring distance information to the object, a moving body,
The moving body further comprising control means for controlling the moving body based on the distance information.
第1領域と第2領域と第3領域とを有する半導体基板を用意する工程と、
第1マスクパターンを用いて、前記第1領域と前記第2領域と前記第3領域に溝を形成する工程と、
前記第1マスクパターンの上に、前記第1領域に形成された溝を覆い、前記第2領域に形成された溝と前記第3領域に形成された溝とを露出させる第2マスクパターンを形成する工程と、
前記第1マスクパターンと前記第2マスクパターンとを用いて、前記第2領域に形成された溝と前記第3領域に形成された溝とを介して前記半導体基板に第1導電型の不純物イオンの注入を行う工程と、
前記第1領域に形成された溝と前記第2領域に形成された溝と前記第3領域に形成された溝に絶縁体を埋め込み、前記第1領域に第1素子分離部と、前記第2領域に第2素子分離部と、前記第3領域に第3素子分離部とを形成する工程と、
前記第1領域に前記第1トランジスタを形成し、前記第2領域に前記第2トランジスタを形成する工程と、
前記第3領域に前記光電変換素子を形成する工程と、を有することを特徴とする光電変換装置の製造方法。 Method of manufacturing photoelectric conversion device having SRAM (Static Random Access Memory) type memory section including first conductivity type first transistor and second conductivity type second transistor, and photoelectric conversion section including photoelectric conversion element And
Providing a semiconductor substrate having a first region, a second region, and a third region;
Forming a groove in the first region, the second region, and the third region using a first mask pattern;
A second mask pattern is formed on the first mask pattern to cover the groove formed in the first region and expose the groove formed in the second region and the groove formed in the third region. And the process of
Impurity ions of the first conductivity type are applied to the semiconductor substrate through the groove formed in the second region and the groove formed in the third region using the first mask pattern and the second mask pattern. The step of injecting
An insulator is embedded in the groove formed in the first region, the groove formed in the second region, and the groove formed in the third region, and the first element isolation portion is formed in the first region and the second region is formed. Forming a second element isolation portion in the region and a third element isolation portion in the third region,
Forming the first transistor in the first region and forming the second transistor in the second region;
And a step of forming the photoelectric conversion element in the third region, the method for manufacturing a photoelectric conversion device.
前記第1トランジスタのゲート電極は前記第1素子分離部の上に延在し、
前記第2トランジスタのゲート電極は前記第2素子分離部の上に延在し、
前記第3トランジスタのゲート電極は前記第3素子分離部の上に延在することを特徴とする請求項15に記載の光電変換装置の製造方法。 Forming a second transistor of a second conductivity type in the third region,
A gate electrode of the first transistor extends over the first isolation region,
A gate electrode of the second transistor extends on the second element isolation portion,
The method of manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 15, wherein a gate electrode of the third transistor extends above the third element isolation portion.
前記半導体基板は、第4領域と第5領域とを有し、
前記第4領域と前記第5領域に溝を形成する工程と、
前記第4領域に形成された溝と前記第5領域に形成された溝に絶縁体を埋め込み、前記第4領域に第4素子分離部と、前記第5領域に第5素子分離部とを形成する工程と、
前記第4領域に前記第4トランジスタを形成し、前記第5領域に前記第5トランジスタを形成する工程と、を有し、
前記第2マスクパターンを形成する工程は、前記第4領域と前記第5領域に溝を形成する工程の後に行われ、
前記第2マスクパターンは、前記第4領域と前記第5領域とを覆うことを特徴とする請求項15乃至17のいずれか1項に記載の光電変換装置の製造方法。 The photoelectric conversion device includes a processing circuit unit that includes a fourth transistor of the first conductivity type and a fifth transistor of the second conductivity type and that processes a signal from the photoelectric conversion element.
The semiconductor substrate has a fourth region and a fifth region,
Forming a groove in the fourth region and the fifth region,
An insulator is embedded in the groove formed in the fourth region and the groove formed in the fifth region, and a fourth element isolation part is formed in the fourth region and a fifth element isolation part is formed in the fifth region. And the process of
Forming the fourth transistor in the fourth region and forming the fifth transistor in the fifth region,
The step of forming the second mask pattern is performed after the step of forming a groove in the fourth region and the fifth region,
18. The method of manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 15, wherein the second mask pattern covers the fourth region and the fifth region.
第1領域と第2領域とを有する半導体基板を用意する工程と、
第1マスクパターンを用いて、前記第1領域に第1溝を形成し、前記第2領域に第2溝を形成する工程と、
前記第1マスクパターンの上に、前記第1溝を覆い、前記第2溝を露出させる開口を有する第2マスクパターンを形成する工程と、
前記第1マスクパターンと前記第2マスクパターンとを用いて、前記第2溝を介して前記半導体基板に第1導電型の不純物イオンの注入を行う工程と、
前記第1溝と前記第2溝に絶縁体を埋め込み、前記第1溝を有する第1素子分離部と、前記第2溝を有する第2素子分離部とを形成する工程と、
前記第1領域に前記第1トランジスタを形成し、前記第2領域に前記第2トランジスタを形成する工程と、を有することを特徴とする半導体メモリの製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor memory having a SRAM (static random access memory) type unit cell including a first transistor of a first conductivity type and a second transistor of a second conductivity type,
Providing a semiconductor substrate having a first region and a second region;
Forming a first groove in the first region and forming a second groove in the second region using a first mask pattern;
Forming a second mask pattern on the first mask pattern, the second mask pattern covering the first groove and having an opening exposing the second groove;
Implanting impurity ions of the first conductivity type into the semiconductor substrate through the second groove using the first mask pattern and the second mask pattern;
Filling the first groove and the second groove with an insulator to form a first element isolation portion having the first groove and a second element isolation portion having the second groove;
A step of forming the first transistor in the first region and forming the second transistor in the second region.
前記第1トランジスタは、半導体基板の活性領域に配され、
前記第1トランジスタは、前記第1トランジスタのゲート電極と前記活性領域とが重畳し、かつ前記半導体基板の前記第1トランジスタのソースおよびドレインの間に位置する部分を有し、
前記部分において、前記第1トランジスタのチャネル幅方向に沿って、第1位置に第2導電型の第1半導体領域が配され、前記第1位置と第3位置との間の第2位置に第2導電型の第2半導体領域が配され、
前記第1半導体領域の不純物濃度は、前記第2半導体領域の不純物濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device having a CMOS circuit including a first transistor of a first conductivity type and a second transistor of a second conductivity type,
The first transistor is disposed in an active region of a semiconductor substrate,
The first transistor has a portion where the gate electrode of the first transistor and the active region overlap with each other and is located between the source and the drain of the first transistor of the semiconductor substrate,
In the portion, a second conductive type first semiconductor region is arranged at a first position along a channel width direction of the first transistor, and a second semiconductor region is provided at a second position between the first position and the third position. A second semiconductor region of two conductivity type is arranged,
A semiconductor device, wherein the impurity concentration of the first semiconductor region is higher than the impurity concentration of the second semiconductor region.
前記単位セル部から信号を読み出すための信号読み出し部と、を有し、
前記信号読み出し部は、少なくとも1つの第1導電型の第1トランジスタを有し、
前記第1トランジスタは、半導体基板の活性領域に配され、
前記活性領域は、前記第1トランジスタのゲート電極と重畳し、かつ、前記第1トランジスタのソースおよびドレインの間に位置する第1部分を含み、
前記第1トランジスタのチャネル幅方向に沿って順に並ぶ第1位置、第2位置、および、第3位置に渡って、前記第1部分は配され、
前記第1部分は、前記第1位置に配された第2導電型の第1半導体領域と、前記第2位置に配された第2導電型の第2半導体領域とを含み、
前記第1半導体領域の不純物濃度は、前記第2半導体領域の不純物濃度よりも高いことを特徴とする光電変換装置。 A unit cell portion in which a unit cell having a photoelectric conversion element is arranged,
A signal reading section for reading a signal from the unit cell section,
The signal readout unit has at least one first conductivity type first transistor,
The first transistor is disposed in an active region of a semiconductor substrate,
The active region includes a first portion that overlaps with a gate electrode of the first transistor and is located between a source and a drain of the first transistor,
The first portion is arranged over a first position, a second position, and a third position arranged in order along the channel width direction of the first transistor,
The first portion includes a second conductive type first semiconductor region arranged at the first position and a second conductive type second semiconductor region arranged at the second position,
The photoelectric conversion device, wherein the impurity concentration of the first semiconductor region is higher than the impurity concentration of the second semiconductor region.
前記電流源回路と、前記信号増幅回路と、前記AD変換回路の前記少なくとも1つは、前記第1トランジスタを含むことを特徴とする請求項23に記載の光電変換装置。 The signal reading unit includes at least one of a current source circuit, a signal amplification circuit, and an AD conversion circuit,
The photoelectric conversion device according to claim 23, wherein the at least one of the current source circuit, the signal amplification circuit, and the AD conversion circuit includes the first transistor.
前記AD変換回路は別の電流源回路を有する比較器を含み、前記電流源回路と、前記別の電流源回路は、前記第1トランジスタを含むことを特徴とする請求項23または24に記載の光電変換装置。 The signal reading unit includes at least a current source circuit and an AD conversion circuit,
The AD converter circuit includes a comparator having another current source circuit, and the current source circuit and the other current source circuit include the first transistor. 25. Photoelectric conversion device.
前記第2トランジスタは、前記半導体基板の別の活性領域に配され、
前記活性領域は、前記第2トランジスタのゲート電極と重畳し、かつ、前記第2トランジスタのソースおよびドレインの間に位置する第2部分を含み、
前記第2トランジスタのチャネル幅方向に沿って順に並ぶ第4位置、第5位置、および、第6位置に渡って、前記第2部分は配され、
前記第2部分は、前記第4位置に配された第2導電型の第4半導体領域と、前記第5位置に配された第2導電型の第5半導体領域とを含み、
前記第4半導体領域と前記第5半導体領域の不純物濃度が等しいことを特徴とする請求項23乃至25のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The signal read unit has at least one second transistor of the first conductivity type,
The second transistor is disposed in another active region of the semiconductor substrate,
The active region includes a second portion overlapping the gate electrode of the second transistor and located between the source and drain of the second transistor;
The second portion is arranged over a fourth position, a fifth position, and a sixth position, which are sequentially arranged along the channel width direction of the second transistor,
The second portion includes a fourth semiconductor region of the second conductivity type arranged in the fourth position and a fifth semiconductor region of the second conductivity type arranged in the fifth position,
26. The photoelectric conversion device according to claim 23, wherein the fourth semiconductor region and the fifth semiconductor region have the same impurity concentration.
前記第2トランジスタは、前記半導体基板の別の活性領域に配され、
前記活性領域は、前記第2トランジスタのゲート電極と重畳し、かつ、前記第2トランジスタのソースおよびドレインの間に位置する第2部分を含み、
前記第2トランジスタのチャネル幅方向に沿って順に並ぶ第4位置、第5位置、および、第6位置に渡って、前記第2部分は配され、
前記第2部分は、前記第4位置に配された第2導電型の第4半導体領域と、前記第5位置に配された第2導電型の第5半導体領域とを含み、
前記第2導電型はP型で、かつ、前記第1半導体領域と前記第2半導体領域との不純物濃度の最大と最小の差が、前記第1半導体領域の不純物濃度と前記第2半導体領域の不純物濃度との差より小さいことを特徴とする請求項23乃至25のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The signal read unit has at least one second transistor of the first conductivity type,
The second transistor is disposed in another active region of the semiconductor substrate,
The active region includes a second portion overlapping the gate electrode of the second transistor and located between the source and drain of the second transistor;
The second portion is arranged over a fourth position, a fifth position, and a sixth position, which are sequentially arranged along the channel width direction of the second transistor,
The second portion includes a fourth semiconductor region of the second conductivity type arranged in the fourth position and a fifth semiconductor region of the second conductivity type arranged in the fifth position,
The second conductivity type is P-type, and the difference between the maximum and minimum impurity concentrations of the first semiconductor region and the second semiconductor region is the impurity concentration of the first semiconductor region and the second semiconductor region. The photoelectric conversion device according to any one of claims 23 to 25, wherein the photoelectric conversion device is smaller than a difference in impurity concentration.
前記転送トランジスタと前記増幅トランジスタは、前記第1トランジスタであることを特徴とする請求項23乃至27のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The unit cell includes a transfer transistor that transfers a charge from the photoelectric conversion element, and an amplification transistor that outputs a signal based on the charge,
28. The photoelectric conversion device according to claim 23, wherein the transfer transistor and the amplification transistor are the first transistors.
前記光電変換装置からの信号を処理する信号処理部と、を有する撮像システム。 A photoelectric conversion device according to any one of claims 23 to 28,
A signal processing unit that processes a signal from the photoelectric conversion device.
前記光電変換装置からの信号に基づく視差情報から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、を有する移動体であって、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段をさらに有することを特徴とする移動体。 A photoelectric conversion device according to any one of claims 23 to 28,
A parallax information based on a signal from the photoelectric conversion device, a distance information acquisition unit for acquiring distance information to the object, a moving body,
The moving body further comprising control means for controlling the moving body based on the distance information.
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