JP2002057315A - 固体撮像装置及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単位画素の微細化に適した構造を有する固体
撮像装置を提供する。 【解決手段】 受光ダイオード１１１と光信号検出用Ｍ
ＯＳトランジスタ１１２のドレイン領域５７ａとチャネ
ル領域とソース領域５６とがこの順に単位画素１０１の
一方の端から他方の端まで並んで設けられ、かつ単位画
素１０１は拡散分離領域６４と絶縁分離領域５３とが合
わさって一連なりとなっている素子分離領域によって囲
まれており、拡散分離領域６４は受光ダイオード１１１
側を囲み、絶縁分離領域５３は光信号検出用ＭＯＳトラ
ンジスタ１１２側、特にソース領域５６側を囲んでいる
ことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置及び
その駆動方法に関し、より詳しくは、ビデオカメラ、電
子カメラ、画像入力カメラ、スキャナ又はファクシミリ
等に用いられる閾値電圧変調方式のＭＯＳ型イメージセ
ンサを用いた固体撮像装置及びその駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤ型イメージセンサやＭＯＳ型イメ
ージセンサなどの半導体イメージセンサは量産性に優れ
ているため、パターンの微細化技術の進展に伴い、ほと
んどの画像入力デバイス装置に適用されている。特に、
近年、ＣＣＤ型イメージセンサと比べて、消費電力が小
さく、かつセンサ素子と周辺回路素子とを同じＣＭＯＳ
技術によって作成できるという利点を生かして、ＭＯＳ
型イメージセンサが見直されている。

【０００３】このような世の中の動向に鑑み、本願出願
人はＭＯＳ型イメージセンサの改良を行い、光信号検出
用ＭＯＳトランジスタのチャネル領域下にキャリアポケ
ット（高濃度埋込層）２５を有するセンサ素子に関する
特許出願（特願平１０−１８６４５３号）を行って特許
（登録番号２９３５４９２号）を得ている。このＭＯＳ
型イメージセンサは図９及び図１０に示す構造を有して
いる。図９は平面図、図１０は図９のＩ−Ｉ線断面図で
ある。その構造においては、図９及び図１０に示すよう
に、単位画素１０１は受光ダイオード１１１と受光ダイ
オード１１１に隣接する光信号検出用電界効果トランジ
スタ１１２とから構成される。受光ダイオード１１１と
光信号検出用電界効果トランジスタ１１２とはｐ型のウ
エル領域１５ａ、１５ｂによって繋がっている。光信号
検出用電界効果トランジスタ１１２においては、ゲート
電極１９がリング状を有し、中央部にｎ型のソース領域
１６ａ，１６ｂが形成され、ゲート電極１９の外周を囲
むようにｎ型のドレイン領域１７ａが形成されている。
ゲート電極１９下方、ソース領域の近傍のウエル領域１
５ｂ内にソース領域１６ａ，１６ｂを囲むようにｐ型の
ホールポケット２５が設けられている。隣接する単位画
素１０１は素子分離領域によって分離されている。素子
分離領域は、ＬＯＣＯＳ（LOCcal Oxidation of Silico
n）法により基板表面に形成された絶縁分離領域１４
と、その下の半導体基板に形成されたｐ型の拡散分離領
域１３とから構成されている。

【０００４】このＭＯＳ型イメージセンサを用いて、初
期化期間に各電極に高い逆電圧を印加して空乏化させ、
ホールポケット２５に残る光発生正孔を放出させる。蓄
積期間に受光ダイオード１１１部に光照射により光発生
正孔を生じさせ、ホールポケット２５に転送させて蓄積
させ、読出期間に光発生正孔の蓄積量に比例して変調さ
れた光信号検出用電界効果トランジスタ１１２の閾値を
検出することにより光信号を検出する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記固
体撮像素子の構造においては、素子分離領域の構造や光
信号検出用電界効果トランジスタの構造が微細化に適し
ておらず、将来の画像の高精細化に伴って要求されるよ
うになってくる単位画素の微細化の要求に対処すること
が困難であるという問題がある。

【０００６】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
創作されたものであり、単位画素の微細化に適した構造
を有する固体撮像装置及びその駆動方法を提供するもの
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明は固体撮像装置に係り、その固体撮像装置
の基本構成として、図１に示すように、受光ダイオード
１１１と受光ダイオード１１１に隣接する光信号検出用
の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ（ＭＯＳトランジ
スタ）１１２とを含む単位画素１０１を有し、各単位画
素１０１においては、受光ダイオード１１１とＭＯＳト
ランジスタ１１２とは相互に接続したウエル領域５４
ａ、５４ｂに形成され、ＭＯＳトランジスタ１１２のソ
ース領域の周辺部のウエル領域５４ｂ内に光発生電荷を
蓄積する高濃度埋込層（キャリアポケット）５５を有し
ていることを特徴としている。

【０００８】そして、受光ダイオード１１１とＭＯＳト
ランジスタ１１２のドレイン領域５７ａとチャネル領域
とソース領域５６とがこの順に単位画素１０１の一方の
端から他方の端まで並んで設けられている。単位画素は
拡散分離領域６４と絶縁分離領域５３とが合わさって一
連なりとなっている素子分離領域によって囲まれてお
り、拡散分離領域６４は受光ダイオード１１１側を囲
み、かつ絶縁分離領域５３はＭＯＳトランジスタ１１２
側を囲んでいる。

【０００９】また、拡散分離領域６４は、ドレイン領域
５７と同じ導電型を有し、かつウエル領域５４ａ，５４
ｂよりも深い導電型不純物領域がドレイン領域５７と接
続して形成されてなり、絶縁分離領域５３はウエル領域
５４ａ，５４ｂよりも深い溝５３ａに絶縁膜５３ｂが埋
め込まれてなることを特徴としている。また、絶縁分離
領域５３はソース領域５６と隣接する高濃度埋込層５５
が形成された領域までを囲み、かつ高濃度埋込層５５は
受光ダイオード１１１、ドレイン領域５７、チャネル領
域及びソース領域５６の並びの方向に対して交差する方
向（即ち、チャネル幅方向）に延びて絶縁分離領域５３
に接していることを特徴としている。

【００１０】さらに、ゲート電極は、高濃度埋込層５５
上のチャネル領域上方に形成された第１のゲート電極５
９ａと、高濃度埋込層５５上のチャネル領域以外のチャ
ネル領域上方に形成された第２のゲート電極５９ｂとで
構成されていることを特徴としている。また、第１及び
第２のゲート電極５９ａ、５９ｂの下の半導体領域の構
成は、第１に、第１のゲート電極５９ａの下、及び第２
のゲート電極５９ｂの下がともに一導電型のウエル領域
に反対導電型の不純物が導入されたチャネルドープ層で
あるような構成である。

【００１１】第２に、第１のゲート電極５９ａ下は一導
電型のウエル領域に反対導電型の不純物が導入されたチ
ャネルドープ層であり、かつ第２のゲート電極５９ｂ下
は一導電型のウエル領域となっているような構成であ
る。第３に、第１のゲート電極５９ａ下は同じく一導電
型のウエル領域に反対導電型の不純物が導入されたチャ
ネルドープ層であり、かつ第２のゲート電極５９ｂ下は
受光ダイオード１１１の一導電型のウエル領域と絶縁ゲ
ート型電界効果トランジスタ１１２の一導電型のウエル
領域とを分離する反対導電型領域となっているような構
成である。

【００１２】本発明の固体撮像装置の駆動方法において
は、第１のゲート電極５９ａと第２のゲート電極５９ｂ
とを有する上記固体撮像装置を用いて光発生電荷に基づ
く光信号を読み出す。この場合、受光ダイオード１１１
で光照射により光発生電荷を発生させる。続いて、第１
のゲート電極５９ａ及び第２のゲート電極５９ｂを異な
る電位に設定して、受光ダイオード１１１部に光発生電
荷を蓄積した状態で、高濃度埋込層５５内の残留電荷を
排出する。例えば、蓄積される光発生電荷が正孔の場
合、第１のゲート電極５９ａを正の高い電位に、第２の
ゲート電極５９ｂを低い電位、例えば接地電位に設定す
る。次に、第１のゲート電極５９ａ及び第２のゲート電
極５９ｂを低い電位、例えば、接地電位に設定し、受光
ダイオード部１１１の光発生電荷を高濃度埋込層５５に
転送して蓄積する。次に、絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタを動作させて第２のゲート電極５９ｂの電位と、
蓄積された光発生電荷とにより定まるソース電位（光信
号）を読み出す。次に、第１のゲート電極５９ａ及びソ
ース領域５６を所定の高い電位に設定し、高濃度埋込層
５５に残留する光発生電荷を排出する。次に、排出後、
第１のゲート電極５９ａの電位と排出後の高濃度埋込層
５５の電位で定まるソース電位（ノイズ信号）を読み出
す。

【００１３】以下に、上記構成により奏される作用・効
果を説明する。受光ダイオード１１１とドレイン領域５
７ａとチャネル領域とソース領域５６がこの順に単位画
素１０１の一方の端から他方の端まで並んで設けられて
いる。即ち、ゲート部が帯状の領域となり、第１及び第
２のゲート電極５９ａ，５９ｂを挟んで受光ダイオード
１１１及びドレイン領域５７ａとソース領域５６とが単
位画素１０１の一方の端から他方の端まで順次配置され
ることになる。これにより、従来のリング状のゲート電
極に比べ、ゲート電極５９ａ，５９ｂを形成するために
必要な領域の幅をほぼ半減することができる。

【００１４】ところで、選択酸化法（ＬＯＣＯＳ法）に
よる絶縁膜の形成によれば、分離絶縁膜の形成領域がバ
ーズビークの生成によりマスク幅以上に広がるため微細
化にとって不利である。本発明では、隣接する単位画素
１０１を分離する素子分離領域が、ドレイン領域５７ａ
と同じ導電型を有し、かつウエル領域５４ａ，５４ｂよ
りも深い導電型不純物領域がドレイン領域５７と接続し
て形成されてなる拡散分離領域６４から構成されてい
る。即ち、ＬＯＣＯＳ法による分離絶縁膜を用いずに素
子分離を拡散分離領域６４のみで行っているので、バー
ズビークが生成されず素子分離領域がマスク幅以上に広
がらない。これにより、単位画素１０１を微細化するこ
とができる。この場合、ドレイン領域５７ａは、ウエル
領域５４ａ、５４ｂ下のドレイン領域５７ａと同じ導電
型の領域５２ａ，５２ｂと繋がり、かつ隣接する単位画
素１０１間で繋がるが、固体撮像素子の動作上問題は起
こらない。

【００１５】また、単位画素１０１内でソース領域５６
とドレイン領域５７とを分離する必要があるが、上記の
場合、ソース領域５６及びその隣接領域は、ウエル領域
５４ａ，５４ｂよりも深い溝５３ａに絶縁膜５３ｂが埋
め込まれてなる絶縁分離領域５３から構成されてなる。
この場合も、絶縁分離領域５３は、ＬＯＣＯＳ法を用い
ずに、深い溝５３ａに絶縁膜５３ｂが埋め込むことによ
り形成されているので、拡散分離領域６４を用いた場合
と同じように単位画素１０１を微細化することができ
る。

【００１６】ところで、絶縁分離領域５３が高濃度埋込
層５５の形成領域を囲んでいる場合、高濃度埋込層５５
が絶縁分離領域５３に接することがある。この場合、高
濃度埋込層５５に光発生電荷を蓄積したときに、そのま
ま長時間保持しておくと欠陥の多い高濃度埋込層５５と
絶縁分離領域５３との界面で高濃度埋込層５５に折角蓄
積された光発生電荷が読み出される前に消滅してしま
い、正確な光信号の検出ができなくなる恐れがある。

【００１７】この発明では、高濃度埋込層５５上のチャ
ネル領域の上方に第１のゲート電極５９ａを設け、それ
以外のチャネル領域の上方に第２のゲート電極５９ｂを
設けている。従って、この発明の駆動方法のように、第
１のゲート電極５９ａ及び第２のゲート電極５９ｂへの
電圧印加のタイミング及びその電圧値を調整することに
より光発生電荷を読み出す直前まで、拡散分離領域６４
により囲まれている受光ダイオード１１１及び第２のゲ
ート電極５９ｂ下のウエル領域５４ｂ内に蓄積してお
き、光発生電荷を読み出す直前に絶縁分離領域に囲まれ
ている高濃度埋込層５５に蓄積するようにすることで、
読み出す前の光発生電荷の消滅を抑制し、正確な光信号
の検出を行うことができる。

【００１８】なお、ウエル領域５４ａ，５４ｂ等が上記
と逆の導電型の場合、即ち高濃度埋込層がｎ型の場合、
高濃度埋込層はエレクトロンポケット（キャリアポケッ
ト）となり、光発生電子を蓄積することになる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。 （第１の実施の形態）図１は、本発明の第１の実施の形
態に係るＭＯＳ型イメージセンサの単位画素内における
素子レイアウトについて示す平面図である。

【００２０】図１に示すように、単位画素１０１内に、
受光ダイオード１１１と光信号検出用ＭＯＳトランジス
タ１１２とが隣接して設けられている。ＭＯＳトランジ
スタ１１２としてｎチャネルＭＯＳ（ｎＭＯＳ）を用い
ている。単位画素１０１は長方形状を有し、受光ダイオ
ード１１１とドレイン領域５７ａとチャネル領域とソー
ス領域５６とがこの順に単位画素１０１の一方の端から
他方の端まで並んで設けられている。単位画素１０１は
拡散分離領域６４と絶縁分離領域５３とが合わさって一
連なりとなっている素子分離領域によって囲まれてお
り、拡散分離領域６４は受光ダイオード１１１側を囲
み、かつ絶縁分離領域５３はソース領域５６側を囲んで
いる。

【００２１】これら受光ダイオード１１１とＭＯＳトラ
ンジスタ１１２は、それぞれ異なるウエル領域、即ち第
１のウエル領域５４ａと第２のウエル領域５４ｂに形成
され、それらのウエル領域５４ａ、５４ｂは互いに接続
されている。受光ダイオード１１１の部分の第１のウエ
ル領域５４ａは光照射による電荷の発生領域の一部を構
成している。ＭＯＳトランジスタ１１２の部分の第２の
ウエル領域５４ｂはこの領域５４ｂに付与するポテンシ
ャルによってチャネルの閾値電圧を変化させることがで
きるゲート領域を構成している。

【００２２】ＭＯＳトランジスタ１１２の部分では、ゲ
ート電極５９ａ，５９ｂは、高濃度埋込層５５上のチャ
ネル領域上方に形成されたチャネル幅方向に延びる帯状
の第１のゲート電極５９ａと、高濃度埋込層５５上のチ
ャネル領域以外のチャネル領域上方に形成された同じく
チャネル幅方向に延びる帯状の第２のゲート電極５９ｂ
とで構成されている。

【００２３】ドレイン領域５７ａが延在して受光ダイオ
ード１１１の不純物領域５７が形成されている。即ち、
不純物領域５７とドレイン領域５７ａとは互いに接続し
た第１及び第２のウエル領域５４ａ，５４ｂの表層に大
部分の領域がかかるように一体的に形成されている。な
お、以下で、ドレイン領域という場合、ドレイン領域を
示す符号として５７ａと記していても、不純物領域５７
を含めた領域を意味することがある。

【００２４】さらに、このＭＯＳ型イメージセンサの特
徴であるキャリアポケット（高濃度埋込層）５５は、第
１のゲート電極５９ａ下の第２のウエル領域５４ｂ内で
あって、ソース領域５６の近傍のチャネル幅方向に形成
されている。ドレイン領域５７ａはドレイン電圧（ＶＤ
Ｄ）供給線（又はドレイン電極）６１と接続され、ゲー
ト電極５９ａ，５９ｂは垂直走査信号（ＶＳＣＡＮ）供
給線５９ａ，５９ｂに接続され、ソース領域５６は垂直
出力線（又はソース電極）６０に接続されている。

【００２５】また、受光ダイオード１１１の受光窓６３
以外の領域は金属層（遮光膜）６２により遮光されてい
る。受光ダイオード１１１側を囲む拡散分離領域６４
は、ドレイン領域５７ａと同じ導電型を有する導電型不
純物領域がドレイン領域５７ａと接続して形成されてな
る。なお、拡散分離領域６４は、第１及び第２のウエル
領域５４ａ，５４ｂよりも深く形成されている。

【００２６】ソース領域５６側を囲む絶縁分離領域５３
は、ソース領域５６と隣接する高濃度埋込層５５の横の
方まで延び、かつ高濃度埋込層５５はチャネル幅方向に
延びて絶縁分離領域５３に接している。なお、絶縁分離
領域５３は第１及び第２のウエル領域５４ａ，５４ｂよ
りも深い溝５３ａに絶縁膜５３ｂが埋め込まれてなる。

【００２７】上記のＭＯＳ型イメージセンサにおける光
信号検出のための素子動作においては、蓄積期間−読出
期間−初期化期間（掃出期間）−蓄積期間−・・という
ように、蓄積期間−読出期間−初期化期間（掃出期間）
という一連の過程が繰り返される。なお、この実施の形
態では、蓄積期間−読出期間の間にホールポケットリセ
ット期間を設け、初期化期間−蓄積期間の間にブランキ
ング期間を設けている。

【００２８】蓄積期間では、光照射によりキャリア（光
発生電荷）を発生させて、蓄積させる。この場合、ドレ
イン領域５７ａに凡そ＋１．６Ｖの正の電圧を印加する
とともに、ソース領域５６を外部接続から切り離す。さ
らに、第１及び第２のゲート電極５９ａ、５９ｂに凡そ
＋２Ｖの正の電圧を印加する。ＭＯＳトランジスタ１１
２のチャネル領域全体にわたって十分な電子が蓄積され
る。これにより、結果的にソース領域５６もドレイン領
域５７ａと同じ凡そ＋１．６Ｖの正の電圧が印加される
ことになる。この蓄積期間は、前の期間に第１及び第２
のラインメモリにそれぞれ記憶させた光信号により変調
した第１のソース電位と光信号がはいる前の第２のソー
ス電位との差の電圧を出力させる期間でもある。

【００２９】ホールポケットリセット期間では、受光ダ
イオード１１１部に光発生電荷を蓄積した状態で、第１
のゲート電極５９ａ及びソース領域５６に高い電圧を印
加して高濃度埋込層５５内の残留電荷を排出する。読出
期間では、光発生電荷のうち正孔（ホール）を第１及び
第２のウエル領域５４ａ，５４ｂ内を転送させてキャリ
アポケット５５に蓄積させる。このとき、第１のゲート
電極５９ａ及び第２のゲート電極５９ｂを低い電位、例
えば接地電位に設定する。

【００３０】続いて、キャリアポケット５５に蓄積され
た光発生電荷によるＭＯＳトランジスタ１１２の閾値電
圧の変化をソース電位の変化として読み取り、第１のラ
インメモリに記憶させる。このとき、ＭＯＳトランジス
タ１１２が飽和状態で動作するように、第２のゲート電
極５９ｂを高い電位、例えば凡そ＋４Ｖに設定し、かつ
第１のゲート電極５９ａを閾値読み取り電圧である凡そ
＋２Ｖに設定し、さらに、ドレイン領域５７ａに凡そ＋
２〜３Ｖの正の電圧を印加する。

【００３１】初期化期間では、光発生電荷（光発生キャ
リア）を蓄積する前に、読み出しが終わって残留する光
発生電荷や、アクセプタやドナー等を中性化し、或いは
表面準位に捕獲されている正孔や電子等、光信号の読み
出し前の残留電荷を半導体内から排出して、キャリアポ
ケット５５を空にする。この場合、ソース領域５６や第
１のゲート電極５９ａに約＋５Ｖ以上、及びドレイン領
域５７ａに約＋３Ｖ以上の正の高電圧を印加する。

【００３２】ブランキング期間では、初期化期間と蓄積
期間の間に水平走査の折返しに必要な期間であり、この
期間を利用してキャリアポケット５５から光発生電荷を
掃き出した状態での第２のソース電位を第２のラインメ
モリに記憶させる。この期間も、受光ダイオード１１１
やＭＯＳトランジスタ１１２には上記読出期間と同様な
電圧が印加される。

【００３３】次に、本発明の第１の実施の形態に係るＭ
ＯＳ型イメージセンサのデバイス構造を断面図を用いて
説明する。図２（ａ）は、図１のII−II線に沿う断面図
に相当する、本発明の実施の形態に係るＭＯＳ型イメー
ジセンサのデバイス構造について示す断面図である。図
２（ｂ）は、半導体基板表面に沿うポテンシャルの様子
を示す図である。図３は図１及び図２（ａ）のIII−III
線断面図である。

【００３４】図２（ａ）に示すように、不純物濃度１×
１０¹⁸ｃｍ^-3以上のｐ型シリコンからなる基板５１上に
不純物濃度１×１０¹⁵ｃｍ^-3程度のｎ型シリコンをエピ
タキシャル成長する。そして、選択的なイオン打ち込み
などにより、受光ダイオード１１１部に厚いｎ型層５２
ａを形成し、ＭＯＳトランジスタ１１２部に薄いｎ型層
５２ｂを形成する。

【００３５】このｎ型層５２ａ，５２ｂに受光ダイオー
ド１１１と光信号検出用ＭＯＳトランジスタ１１２とを
含む単位画素１０１が複数形成されている。そして、各
単位画素１０１を分離するように、隣接する単位画素１
０１間のｎ型層５２ａ，５２ｂに、素子分離領域５３，
６４が形成されている。素子分離領域５３，６４は、図
３に示すような、受光ダイオード１１１及びその隣接領
域を囲む拡散分離領域６４と、図２（ａ）に示すよう
な、ソース領域５６及びその隣接領域を囲む絶縁分離領
域５３とから構成されている。拡散分離領域６４は、ド
レイン領域５７と同じ導電型を有し、ウエル領域５４
ａ，５４ｂよりも深い導電型不純物領域がドレイン領域
５７と接続して形成されてなる。絶縁分離領域５３はウ
エル領域５４ａ，５４ｂよりも深い溝５３ａに絶縁膜５
３ｂが埋め込まれてなる。

【００３６】次に、受光ダイオード１１１の詳細につい
て図２（ａ）及び図３により説明する。受光ダイオード
１１１は、ｎ型層５２ａと、ｎ型層５２ａの表層に形成
されたｐ型の第１のウェル領域５４ａと、第１のウェル
領域５４ａの表層からｎ型層５２ａの表層に延在するｎ
型の不純物領域５７とで構成されている。なお、第１の
ウェル領域５４ａ下のｎ型層５２ａは波長の長い光にも
有効に反応して光発生電荷を発生するように厚くしてあ
る。

【００３７】不純物領域５７は、光信号検出用ＭＯＳト
ランジスタ１１２のドレイン領域５７ａから延在し、ド
レイン領域５７ａと一体的に形成されている。上記説明
した蓄積期間において、不純物領域５７はドレイン電圧
供給線６１に接続されて正の電位にバイアスされる。こ
のとき、不純物領域５７と第１のウエル領域５４ａとの
境界面から空乏層が第１のウエル領域５４ａ全体に広が
り、ｎ型層５２ａに達する。一方、基板５１とｎ型層５
２ａとの境界面から空乏層がｎ型層５２ａに広がり、第
１のウエル領域５４ａに達する。

【００３８】第１のウエル領域５４ａやｎ型層５２ａは
ＭＯＳトランジスタ１１２のゲート領域５４ｂと繋がっ
ているため、光により発生したこれらのホールをＭＯＳ
トランジスタ１１２の閾値電圧変調用の光発生電荷とし
て有効に用いることができる。言い換えれば、第１のウ
エル領域５４ａ及びｎ型層５２ａ全体が光によるキャリ
ア発生領域となる。

【００３９】また、上記の受光ダイオード１１１におい
ては不純物領域５７の下に光によるキャリア発生領域が
配置されているという点で、受光ダイオード１１１は光
により発生した正孔（ホール）に対する埋め込み構造を
有している。従って、捕獲準位の多い半導体層表面に影
響されず、雑音の低減を図ることができる。次に、光信
号検出用ＭＯＳトランジスタ１１２の詳細について図２
（ａ）により説明する。

【００４０】ＭＯＳトランジスタ１１２部分は、下層か
ら順に、ｐ型の基板５１と、この基板５１上のｎ型層５
２ｂと、このｎ型層５２ｂ内に形成されたｐ型の第２の
ウエル領域５４ｂとを有している。なお、ｎ型層５２ｂ
は、初期化期間にその上の第２のウエル領域５４ｂに電
界を有効に印加するため不純物濃度を高く、且つ薄くし
てある。

【００４１】このＭＯＳトランジスタ１１２は帯状の第
１及び第２のゲート電極５９ａ，５９ｂをｎ型のソース
領域５６とｎ型のドレイン領域５７ａとが挟むような構
造を有している。ｎ型のドレイン領域５７ａは延在して
受光ダイオード１１１のｎ型の不純物領域５７と一体的
になっている。また、ソース領域５６にはソース電極６
０が接続している。

【００４２】第１及び第２のゲート電極５９ａ，５９ｂ
は、ドレイン領域５７ａとソース領域５６の間の第２の
ウエル領域５４ｂ上にゲート絶縁膜５８を介して形成さ
れている。第１及び第２のゲート電極５９ａ，５９ｂ下
の第２のウエル領域５４ｂの表層がチャネル領域とな
る。さらに、通常の動作電圧において、チャネル領域を
反転状態或いはデプレーション状態に保持するため、チ
ャネル領域に適当な濃度のｎ型不純物を導入してチャネ
ルドープ層５４ｃを形成している。

【００４３】第１のゲート電極５９ａの下方のチャネル
領域下、ソース領域５６の近くの第２のウエル領域５４
ｂ内に、チャネル長方向の一部領域であってチャネル幅
方向全域にわたって帯状のｐ+ 型のキャリアポケット
（高濃度埋込層）５５が形成されている。このｐ+ 型の
キャリアポケット５５は、例えばアクセプタのイオン注
入法により形成することができる。キャリアポケット５
５は表面に生じるチャネル領域よりも下側の第２のウエ
ル領域５４ｂ内に形成される。キャリアポケット５５は
チャネル領域にかからないように形成することが望まし
い。

【００４４】上記したｐ+ 型のキャリアポケット５５で
は、キャリアポケット５５周辺部のウエル領域５４ａ、
５４ｂに比べてアクセプタの不純物濃度を高くしている
ため、光発生電荷のうち光発生ホールに対して、キャリ
アポケット５５周辺部のウエル領域５４ａ、５４ｂのポ
テンシャルに比べてキャリアポケット５５のポテンシャ
ルが低くなる。これにより、光発生ホールをこのキャリ
アポケット５５に集めることができる。

【００４５】図２（ｂ）に光発生ホールがキャリアポケ
ット５５に蓄積し、チャネル領域に電子が誘起されてソ
ース側に反転領域が生じている状態のポテンシャル図を
示す。この蓄積電荷により、ＭＯＳトランジスタ１１２
の閾値電圧が変化する。従って、光信号の検出は、この
閾値電圧の変化を検出することにより行うことができ
る。

【００４６】ところで、上記したキャリアの掃出期間に
おいては、第１のゲート電極５９ａ及びソース領域５６
に高い電圧を印加し、それによって生じる電界によって
第２のウエル領域５４ｂに残るキャリアを基板５１側に
掃き出している。この場合、印加した電圧によって、チ
ャネル領域のチャネルドープ層５４ｃと第２のウエル領
域５４ｂとの境界面から空乏層が第２のウエル領域５４
ｂに広がり、また、ｐ型の基板５１とｎ型層５２ｂとの
境界面から空乏層が第２のウエル領域５４ｂの下のｎ型
層５２ｂに広がる。従って、第１及び第２のゲート電極
５９ａ，５９ｂに印加した電圧による電界の及ぶ範囲
は、主として第２のウエル領域５４ｂ及び第２のウエル
領域５４ｂの下のｎ型層５２ｂにわたる。

【００４７】次に、図４を参照して上記の構造の単位画
素を用いたＭＯＳ型イメージセンサの全体の構成につい
て説明する。図４は、本発明の第１の実施の形態におけ
るＭＯＳ型イメージセンサの回路構成図を示す。図４に
示すように、このＭＯＳ型イメージセンサは、２次元ア
レーセンサの構成を採っており、上記した構造の単位画
素１０１が列方向及び行方向にマトリクス状に配列され
ている。

【００４８】また、垂直走査信号（ＶＳＣＡＮ）の駆動
走査回路１０２及びドレイン電圧（ＶＤＤ）の駆動走査
回路１０３が画素領域を挟んでその左右に配置されてい
る。垂直走査信号供給線（５９ａａ，５９ｂａ），（５
９ａｂ，５９ｂｂ）は垂直走査信号（ＶＳＣＡＮ）の駆
動走査回路１０２から行毎に二つずつでている。各垂直
走査信号供給線（５９ａａ，５９ｂａ），（５９ａｂ，
５９ｂｂ）は、一対毎に行方向に並ぶ全ての単位画素１
０１内のＭＯＳトランジスタ１１２の第１及び第２のゲ
ート電極５９ａ、５９ｂに接続されている。

【００４９】また、ドレイン電圧供給線（ＶＤＤ供給
線）６１ａ，６１ｂはドレイン電圧（ＶＤＤ）の駆動走
査回路１０３から行毎に一つずつでている。各ドレイン
電圧供給線（ＶＤＤ供給線）６１ａ，６１ｂは、行方向
に並ぶ全ての単位画素１０１内の光信号検出用ＭＯＳト
ランジスタ１１２のドレイン領域５７ａに接続されてい
る。

【００５０】また、垂直出力線６０ａ，６０ｂが列毎に
一つずつ出ており、各垂直出力線６０ａ，６０ｂは列方
向に並ぶ全ての単位画素１０１内のＭＯＳトランジスタ
１１２のソース領域５６にそれぞれ接続されている。さ
らに、ＭＯＳトランジスタ１１２のソース領域５６は列
毎に垂直出力線６０ａ，６０ｂを通して信号出力回路１
０５と接続している。そして、図４に示すように、ソー
ス領域５６は上記の信号出力回路１０５内の図示しない
キャパシタからなるラインメモリと直結している。この
実施の形態ではソース領域に定電流源などの能動負荷を
接続していない。

【００５１】垂直走査信号（ＶＳＣＡＮ）及び水平走査
信号（ＨＳＣＡＮ）により、遂次、各単位画素１０１の
ＭＯＳトランジスタ１１２を駆動して光の入射量に比例
した、残留電荷によるノイズ成分を含まない映像信号
（Ｖout ）が信号出力回路１０５から読み出される。図
５は、本発明に係るＭＯＳ型イメージセンサを動作させ
るための各入出力信号のタイミングチャートを示す。ま
た、図６は、各期間における、受光ダイオード１１１、
ウエル領域５４ａ，５４ｂ、キャリアポケット５５及び
その周辺部のエネルギバンドの変化の様子を示す模式図
である。図中、Ｅｖは価電子帯の最上のレベルを示す。

【００５２】この場合、光信号検出用ＭＯＳトランジス
タ１１２としてｐ型の第１及び第２のウエル領域５４
ａ，５４ｂを有するｎＭＯＳを用いる。次に、図４、図
５及び図６にしたがって、一連の連続した固体撮像素子
の光検出動作を簡単に説明する。光検出動作は、前記し
たように、蓄積期間−ホールポケットリセット期間−読
出期間−初期化期間（掃出期間）−ブランキング期間−
からなる一連の過程を繰り返し行う。ここでは、都合
上、蓄積期間から説明を始める。

【００５３】まず、蓄積期間において、光信号検出用Ｍ
ＯＳトランジスタ１１２のドレイン領域５７ａに電圧、
例えば約１．６Ｖ（ＶＤＤ）を印加するとともに、ソー
ス領域５６を外部接続から切り離す。また、第１及び第
２のゲート電極５９ａ，５９ｂにドレイン電位及びソー
ス電位に対してチャネル領域が空乏化せず、十分な電子
密度を持って電子が蓄積されるようなゲート電圧、例え
ば凡そ３Ｖ程度を印加する。これにより、チャネル領域
には十分な電子密度の電子が蓄積され、ソース領域５６
はドレイン領域５７ａとチャネル領域を通して繋がり、
ソース領域５６にはドレイン領域５７ａの電圧と同じ電
圧約１．６Ｖ（ＶＤＤ）が印加される。

【００５４】蓄積期間において、チャネル領域を反転さ
せて十分な電子を蓄積させることによりゲート絶縁膜５
８とチャネル領域の界面での界面準位の正孔発生中心は
非活性化されて、界面準位からの正孔の放出、即ちリー
ク電流が抑制される。これにより、光発生電荷以外の正
孔のキャリアポケット５５への蓄積が抑制され、映像画
面において所謂白キズの発生を防止することができる。

【００５５】続いて、受光ダイオード１１１に光を照射
して、電子−正孔対（光発生電荷）を発生させると、図
６（ａ）に示すように、第２のゲート電極５９ｂ下のウ
エル領域５４ｂの正孔に対するポテンシャルが高いの
で、光発生正孔は受光ダイオード１１１部に蓄積される
ことになる。なお、蓄積期間において、前の期間に第１
及び第２のラインメモリに記憶されたソース電位の差の
電圧が映像信号出力端子１０７に出力されるが、この動
作に関してはブランキング期間の後に説明することにす
る。

【００５６】次に、ホールポケットリセット期間では、
受光ダイオード１１１部に光発生電荷を蓄積した状態
で、第１のゲート電極５９ａに例えば凡そ７Ｖ、及びソ
ース領域５６に例えば凡そ６Ｖの高い電圧を印加してキ
ャリアポケット５５内の残留電荷を排出する。このと
き、第２のゲート電極５９ｂを低い電位、例えば接地電
位に保持し、受光ダイオード１１１部の光発生電荷がキ
ャリアポケットの方に流れないように第１のゲート電極
５９ａの下のウエル領域と第２のゲート電極５９ｂ下の
ウエル領域に大きいポテンシャル差を形成しておく。

【００５７】次に、読出期間における初期の期間におい
て、ＶＳＣＡＮ駆動走査回路１０２の第１のゲート電極
５９ａへの供給線５９ａａ及び第２のゲート電極５９ｂ
への供給線５９ｂａを接地電位（ＭＯＳトランジスタ１
１２のゲート電位となる）とする。一方、ＶＤＤ駆動走
査線６１ａを凡そ３Ｖとする。これにより、受光ダイオ
ード１１１に蓄積されていた光発生正孔をキャリアポケ
ット５５に転送し、蓄積する。

【００５８】次に、読出期間における初期の期間終了後
において、ＶＳＣＡＮ駆動走査回路１０２の第１のゲー
ト電極５９ａへの供給線５９ａａに約２Ｖを出力し、か
つ第２のゲート電極５９ｂへの供給線５９ｂａに約４Ｖ
を出力する。一方、ＶＤＤ駆動走査線６１ａを凡そ３Ｖ
（ＭＯＳトランジスタ１１２のドレイン電位となる）に
保つ。

【００５９】このとき、キャリアポケット５５上方のチ
ャネル領域の一部に低電界の反転領域が形成され、チャ
ネル領域の残りの部分に高電界領域が形成される。ＭＯ
Ｓトランジスタ１１２のドレイン電圧−電流特性は飽和
特性を示す。これにより、第１のラインメモリが充電さ
れていき、充電が完了したところで、第１のラインメモ
リに光変調された閾値電圧（ソース電位ＶoutS）が記憶
される。この閾値電圧には光発生電荷のみによる電圧の
他に光発生電荷によらない電荷に起因した電圧（即ち雑
音電圧（ＶoutN）と称する。）も含んでいる。

【００６０】次に、初期化動作に移る。初期化動作にお
いてはキャリアポケット５５内、第１及び第２のウエル
領域５４ａ，５４ｂ内に残る電荷を排出する。即ち、ド
レインの電位を約６Ｖとし、かつ第１及び第２のゲート
電極５９ａ，５９ｂの電位を凡そ７Ｖとする。このと
き、第１及び第２のゲート電極５９ａ，５９ｂに印加し
た電圧は第２のウエル領域５４ｂ及び第２のウエル領域
５４ｂの下のｎ型層５２ｂにかかる。このとき発生する
高電界により第２のウエル領域５４ｂから確実にキャリ
アを掃き出すことができる。

【００６１】高濃度埋込層５５に蓄積された光発生電荷
を排出した後、蓄積期間の前のブランキング期間におけ
る初期の期間において、ＶＳＣＡＮ駆動走査回路１０２
の第１のゲート電極５９ａへの供給線５９ａａ及び第２
のゲート電極５９ｂへの供給線５９ｂａを接地電位（Ｍ
ＯＳトランジスタ１１２のゲート電位となる）とする。
一方、ＶＤＤ駆動走査線６１ａを凡そ３Ｖに保つ。これ
により、受光ダイオード１１１に残留している光発生正
孔をキャリアポケット５５に転送し、蓄積する。

【００６２】次に、ブランキング期間における初期の期
間終了後において、ＶＳＣＡＮ駆動走査回路１０２の第
１のゲート電極５９ａへの供給線５９ａａに約２Ｖを出
力し、かつ第２のゲート電極５９ｂへの供給線５９ｂａ
に約４Ｖを出力する。一方、ＶＤＤ駆動走査線６１ａを
凡そ３Ｖ（ＭＯＳトランジスタ１１２のドレイン電位と
なる）に保つ。

【００６３】これにより、残留電荷に対応する閾値電圧
に従ってＭＯＳトランジスタ１１２に電流が流れる。こ
れにより、第２のラインメモリが充電されていき、充電
は完了したところで、第２のラインメモリに光発生電荷
によらない残留電荷に起因した雑音電圧（ＶoutN）が記
憶される。次いで、蓄積期間に戻るが、このときに蓄積
動作を行うとともに、前の期間に第１及び第２のライン
メモリに記憶されているソース電位ＶoutS、ＶoutNの差
の電圧を出力する動作を行う。

【００６４】このようにして、光照射量に比例した映像
信号（Ｖout＝ＶoutS−ＶoutN）を取り出すことができ
る。以上のように、この発明の第１の実施の形態によれ
ば、受光ダイオード１１１とドレイン領域５７ａとチャ
ネル領域とソース領域５６がこの順に単位画素１０１の
一方の端から他方の端まで並んで設けられている。

【００６５】これにより、従来のリング状のゲート電極
に比べ、ゲート電極５９ａ，５９ｂを形成するために必
要な領域の幅をほぼ半減することができるため、単位画
素１０１を微細化することができる。また、隣接する単
位画素１０１の分離をＬＯＣＯＳ法による絶縁膜を用い
ずに拡散分離領域６４のみで行っているので、バーズビ
ークなどの余計な領域を取らず、単位画素１０１を微細
化することができる。また、ドレイン領域５７と分離す
る必要があるソース領域５６は、ウエル領域５４ａ，５
４ｂよりも深い溝５３ａに絶縁膜５３ｂが埋め込まれて
なる絶縁分離領域５３から構成されており、ＬＯＣＯＳ
法を用いていないため、拡散分離領域６４を用いた場合
と同じように単位画素１０１を微細化することができ
る。

【００６６】また、高濃度埋込層５５上のチャネル領域
の上方に第１のゲート電極５９ａを設け、それ以外のチ
ャネル領域の上方に第２のゲート電極５９ｂを設けてい
る。従って、高濃度埋込層５５が絶縁分離領域５３によ
り囲まれているような場合でも、この発明の駆動方法の
ように、第１のゲート電極５９ａ及び第２のゲート電極
５９ｂへの電圧印加のタイミング及びその電圧値を調整
することにより光発生電荷を読み出す直前まで、拡散分
離領域６４により囲まれている受光ダイオード１１１及
び第２のゲート電極５９ｂ下のウエル領域５４ｂ内に蓄
積しておき、光発生電荷を読み出す直前に絶縁分離領域
５３により囲まれた高濃度埋込層５５に蓄積するように
する。このようにすることで、読み出す前の光発生電荷
の消滅を防止し、正確な光信号の検出を行うことができ
る。

【００６７】さらに、蓄積動作−読出動作−初期化動作
（掃出動作）の一連の過程において、光発生ホールが移
動するときに、半導体表面やチャネル領域内の雑音源と
相互作用しない理想的な光電変換機構を実現することが
できる。 （第２の実施の形態）図７は、第２の実施の形態の固体
撮像素子の断面図である。図１のII−II線に沿う断面と
対応する断面である。

【００６８】第２の実施の形態において、第１の実施の
形態と異なるところは、第１のゲート電極５９ａ下はｐ
型（一導電型）のウエル領域５４ｂにｎ型（反対導電
型）の不純物が導入されたチャネルドープ層５４ｃであ
り、かつ第２のゲート電極５９ｂ下はチャネルドープ層
５４ｃが形成されておらず、ｐ型（一導電型）のウエル
領域５４ｂとなっている点である。

【００６９】なお、図中、他の符号は図２（ａ）と同じ
符号で示すものは図２（ａ）と同じものを示すので、説
明を省略する。上記第２の実施の形態においても、第１
のゲート電極５９ａと第２のゲート電極５９ｂとに別々
にゲート電圧を印加することにより、第１の実施の形態
と同様に、撮像装置を駆動することができる。この場
合、印加するゲート電圧値は第１の実施形態とは一般的
に異なる。

【００７０】以上のように、第２の実施の形態において
も、第１の実施の形態と同様な作用・効果を奏すること
ができる。 （第３の実施の形態）図８は、第３の実施の形態の固体
撮像素子の断面図である。図１のII−II線に沿う断面と
対応する断面である。

【００７１】第３の実施の形態において、第１の実施の
形態と異なるところは、第１のゲート電極５９ａ下は同
じくｐ型（一導電型）のウエル領域にｎ型（反対導電
型）の不純物が導入されたチャネルドープ層５４ｃであ
り、かつ第２のゲート電極５９ｂ下は受光ダイオード１
１１のｐ型（一導電型）のウエル領域５４ａと絶縁ゲー
ト型電界効果トランジスタ１１２のｐ型（一導電型）の
ウエル領域５４ｂとを分離するｎ型領域（反対導電型領
域）となっている点である。即ち、第２のゲート電極５
９ｂ下のｎ型領域はｎ型層５２ａ，５２ｂと繋がってい
る。

【００７２】なお、図中、他の符号は図２（ａ）と同じ
符号で示すものは図２（ａ）と同じものを示すので、説
明を省略する。上記第３の実施の形態においても、第１
のゲート電極５９ａと第２のゲート電極５９ｂとに別々
にゲート電圧を印加することにより、第１の実施の形態
と同様に、撮像装置を駆動することができる。この場
合、印加するゲート電圧値は第１の実施形態とは一般的
に異なる。

【００７３】以上のように、第３の実施の形態において
も、第１の実施の形態と同様な作用・効果を奏すること
ができる。以上、実施の形態によりこの発明を詳細に説
明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的に
示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸
脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲
に含まれる。

【００７４】例えば、上記の実施の形態では、蓄積期間
においてチャネル領域の反転状態を形成するために、特
に、ドレイン領域５７ａ、５７ｂ及びソース領域５６と
ウエル領域５４ｂとで形成されたｐｎ接合が逆バイアス
されるように、ドレイン領域５７ａ、５７ｂ及びソース
領域５６に電圧を印加しているが、場合により、ドレイ
ン領域５７ａ及びソース領域５６に接地電圧を印加して
もよい。

【００７５】また、信号出力回路内でソース領域５６に
入力キャパシタからなるラインメモリを直結している
が、ラインメモリに並列に定電流源を接続し、ソースフ
ォロワ接続としてもよい。この場合、スイッチトキャパ
シタ回路を設けなくてもよい。また、ｐ型の基板５１上
のｎ型層５２ａ，５２ｂ内に第１及び第２のウエル領域
５４ａ、５４ｂを形成しているが、ｎ型層５２ａ，５２
ｂの代わりに、ｐ型のエピタキシャル層にｎ型不純物を
導入してｎ型層を形成し、このｎ型層内に第１及び第２
のウエル領域５４ａ、５４ｂを形成してもよい。

【００７６】さらに、この発明が適用される固体撮像素
子の構造として種々の変形例が考えられるが、他の構造
はどうであれ、受光ダイオードと光信号検出用のＭＯＳ
トランジスタとが隣接して単位画素を構成し、かつＭＯ
Ｓトランジスタのチャネル領域下のｐ型のウエル領域内
であってソース領域の近傍に高濃度埋込層（キャリアポ
ケット）が設けられていればよい。

【００７７】さらに、ｐ型の基板５１を用いているが、
代わりにｎ型の基板を用いてもよい。この場合、上記実
施の形態と同様な効果を得るためには、上記実施の形態
等で説明した各層及び各領域の導電型をすべて逆転させ
ればよい。この場合、キャリアポケット５５に蓄積すべ
きキャリアは電子及び正孔のうち電子である。

【００７８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、受光ダ
イオードとドレイン領域とチャネル領域とソース領域が
この順に単位画素の一方の端から他方の端まで並んで設
けられている。このため、従来のリング状のゲート電極
に比べ、ゲート電極を形成するために必要な領域の幅を
ほぼ半減することができ、単位画素を微細化することが
できる。

【００７９】また、隣接する単位画素を分離する素子分
離領域が、ＬＯＣＯＳ法による分離絶縁膜を用いずに素
子分離を拡散分離領域のみで行っているので、ＬＯＣＯ
Ｓ法に必要な余計な領域を取らず、単位画素を微細化す
ることができる。また、ドレイン領域と分離する必要が
あるソース領域は、ウエル領域よりも深い溝に絶縁膜が
埋め込まれてなる絶縁分離領域から構成されているの
で、拡散分離領域を用いた場合と同じように単位画素を
微細化することができる。

【００８０】また、高濃度埋込層上のチャネル領域の上
方に第１のゲート電極を設け、それ以外のチャネル領域
の上方に第２のゲート電極を設けている。従って、ソー
ス領域及び隣接する高濃度埋込層の形成領域が絶縁分離
領域で囲まれて高濃度埋込層が絶縁分離領域に接する場
合でも、この発明の駆動方法のように、第１のゲート電
極及び第２のゲート電極への電圧印加のタイミング及び
その電圧値を調整することにより光発生電荷を読み出す
直前まで受光ダイオード及び第２のゲート電極下のウエ
ル領域内に蓄積しておき、光発生電荷を読み出す直前に
高濃度埋込層に蓄積するようにすることで、読み出す前
の光発生電荷の消滅を防止し、正確な光信号の検出を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置
に用いられる固体撮像素子の単位画素内の素子レイアウ
トを示す平面図である。

【図２】（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る固
体撮像装置に用いられる固体撮像素子の単位画素内の素
子の構造を示す、図１のII−II線に沿う断面図である。
（ｂ）は、光発生ホールがキャリアポケットに蓄積し、
チャネル領域に電子が誘起されて反転領域が生じている
状態のポテンシャルの様子を示す図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置
に用いられる固体撮像素子の単位画素内の素子の構造を
示す、図１及び図２のIII−III線に沿う断面図である。

【図４】図１の固体撮像素子を有する固体撮像装置の全
体の回路構成を示す図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置
の駆動方法について示すタイミングチャートである。

【図６】図５の各期間における受光ダイオード、ウエル
領域、キャリアポケット及びその周辺部のエネルギバン
ドの変化の様子を示す模式図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装置
に用いられる固体撮像素子の単位画素内の素子の構造を
示す、図１のII−II線に沿う断面に相当する断面図であ
る。

【図８】本発明の第３の実施の形態に係る固体撮像装置
に用いられる固体撮像素子の単位画素内の素子の構造を
示す、図１のII−II線に沿う断面に相当する断面図であ
る。

【図９】従来例に係る固体撮像装置に用いられる固体撮
像素子の単位画素内の素子レイアウトを示す平面図であ
る。

【図１０】従来例に係る固体撮像装置に用いられる固体
撮像素子の単位画素内の素子の構造を示す、図９のＩ−
Ｉ線に沿う断面図である。

【符号の説明】

５４ａ 第１のウエル領域 ５４ｂ 第２のウエル領域 ５４ｃ チャネルドープ層 ５５ キャリアポケット（高濃度埋込層） ５６ ソース領域 ５７ 不純物領域 ５７ａ ドレイン領域 ５８ ゲート絶縁膜 ５９ａ 第１のゲート電極 ５９ｂ 第２のゲート電極 ５９ａａ、５９ａｂ 第１のＶＳＣＡＮ供給線 ５９ｂａ、５９ｂｂ 第２のＶＳＣＡＮ供給線 ６０ａ、６０ｂ 垂直出力線 ６１ａ、６１ｂ ＶＤＤ供給線 ７１ 水平出力線 ７２ａ、７２ｂ ＨＳＣＡＮ供給線 １０１ 単位画素 １０２ ＶＳＣＡＮ駆動走査回路 １０３ ＶＤＤ駆動走査回路 １０４ ＨＳＣＡＮ入力走査回路 １０５ 信号出力回路 １０７ 映像信号出力端子 １１１ 受光ダイオード １１２ 光信号検出用絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタ（光信号検出用ＭＯＳトランジスタ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA10 AB01 BA09 BA14 CA03 CA04 DA19 DD10 DD11 FA06 FA26 FA33 FA34 FA38 FA42 5C024 AX01 BX01 CX37 CY47 GX01 GX02 GY31 HX01

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエル領域に受光ダイオード及び該受光
   ダイオードに隣接する光信号検出用絶縁ゲート型電界効
   果トランジスタが形成された単位画素を有し、前記絶縁
   ゲート型電界効果トランジスタの部分は前記ウエル領域
   内に設けられたドレイン領域及びソース領域と、前記ド
   レイン領域と前記ソース領域との間のチャネル領域と、
   該チャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲ
   ート電極と、前記ソース領域の近傍であって前記チャネ
   ル領域下のウエル領域内に設けられた、前記受光ダイオ
   ードで光照射により発生した光発生電荷を蓄積する高濃
   度埋込層とを有する固体撮像素子を備え、前記光発生電
   荷を前記高濃度埋込層に蓄積し、閾値電圧を変調させて
   光信号を検出する固体撮像装置であって、 前記受光ダイオードと前記光信号検出用絶縁ゲート型電
   界効果トランジスタのドレイン領域と前記チャネル領域
   と前記ソース領域とがこの順に前記単位画素の一方の端
   から他方の端まで並んで設けられ、かつ 前記単位画素
   は拡散分離領域と絶縁分離領域とが合わさって一連なり
   となっている素子分離領域によって囲まれており、前記
   拡散分離領域は前記受光ダイオード側を囲み、かつ前記
   絶縁分離領域は前記光信号検出用絶縁ゲート型電界効果
   トランジスタ側を囲んでいることを特徴とする固体撮像
   装置。
2. 【請求項２】 前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
   のゲート電極及びその周辺は遮光されていることを特徴
   とする請求項１記載の固体撮像装置。
3. 【請求項３】 前記拡散分離領域は前記ドレイン領域と
   同じ導電型を有する前記ウエル領域よりも深い導電型不
   純物領域が前記ドレイン領域と接続して形成されてな
   り、前記絶縁分離領域は前記ウエル領域よりも深い溝に
   絶縁膜が埋め込まれてなることを特徴とする請求項１又
   は２記載の固体撮像装置。
4. 【請求項４】 前記絶縁分離領域は前記ソース領域及び
   該ソース領域と隣接する高濃度埋込層の形成された領域
   を囲み、かつ前記高濃度埋込層は前記受光ダイオード、
   前記ドレイン領域、前記チャネル領域及び前記ソース領
   域の並びの方向に対して交差する方向に延びて前記絶縁
   分離領域に接していることを特徴とする請求項１乃至３
   の何れか一に記載の固体撮像装置。
5. 【請求項５】 前記ゲート電極は、前記高濃度埋込層上
   のチャネル領域上方に形成された第１のゲート電極と、
   前記高濃度埋込層上のチャネル領域以外のチャネル領域
   上方に形成された第２のゲート電極とで構成されている
   ことを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
6. 【請求項６】 前記固体撮像装置は、前記光信号検出用
   絶縁ゲート型電界効果トランジスタの第１のゲート電極
   及び第２のゲート電極にそれぞれ第１及び第２の走査信
   号を供給する垂直走査信号駆動走査回路と、 前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのドレイン領域
   にドレイン電圧を供給するドレイン電圧駆動走査回路
   と、 前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのソース領域の
   電圧を読み出す走査信号を供給する水平走査信号入力走
   査回路と、 前記光信号を出力する映像信号出力端子とを有すること
   を特徴とする請求項５記載の固体撮像装置。
7. 【請求項７】 ウエル領域に受光ダイオード及び該受光
   ダイオードに隣接する光信号検出用絶縁ゲート型電界効
   果トランジスタが形成された単位画素を有し、前記絶縁
   ゲート型電界効果トランジスタの部分はウエル領域内に
   設けられたドレイン領域と、ソース領域と、前記ドレイ
   ン領域と前記ソース領域との間のチャネル領域と、該チ
   ャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート
   電極と、前記ソース領域の近傍であってチャネル領域下
   のウエル領域内に設けられた、前記受光ダイオードで光
   照射により発生した光発生電荷を蓄積する高濃度埋込層
   とを有し、かつ前記ゲート電極が前記高濃度埋込層上の
   チャネル領域上方に形成された第１のゲート電極と、前
   記高濃度埋込層上のチャネル領域以外のチャネル領域上
   方に形成された第２のゲート電極とで構成されている固
   体撮像素子を備え、前記光発生電荷を前記高濃度埋込層
   に蓄積し、閾値電圧を変調させて光信号を検出する固体
   撮像装置を用いて、前記光発生電荷に基づく光信号を検
   出する固体撮像装置の駆動方法であって、 光照射により前記受光ダイオード部に前記光発生電荷を
   発生させ、 次に、前記第１のゲート電極と前記第２のゲート電極と
   を異なる電位に設定して、前記受光ダイオード部に前記
   光発生電荷を蓄積した状態で前記高濃度埋込層内の残留
   電荷を排出し、 次に、少なくとも前記第１のゲート電極と前記第２のゲ
   ート電極とを所定の電位に設定して、前記光発生電荷を
   前記高濃度埋込層に転送して蓄積させ、 次に、前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタを動作さ
   せて、前記蓄積された光発生電荷により定まる前記絶縁
   ゲート型電界効果トランジスタのソース電位を読み出
   し、 次に、少なくとも前記第１のゲート電極及び前記ソース
   領域を所定の電位に設定して、前記高濃度埋込層に残留
   する光発生電荷を排出し、 次に、前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタを動作さ
   せて、排出後の前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
   のソース電位を読み出すことを特徴とする固体撮像装置
   の駆動方法。
8. 【請求項８】 前記受光ダイオードと前記ドレイン領域
   と前記チャネル領域と前記ソース領域とがこの順に前記
   単位画素の一方の端から他方の端まで並んで設けられ、
   かつ前記単位画素は拡散分離領域と絶縁分離領域とが合
   わさって一連なりとなっている素子分離領域によって囲
   まれており、前記拡散分離領域は前記ドレイン領域と接
   続されて前記受光ダイオード側を囲み、前記絶縁分離領
   域は前記光信号検出用絶縁ゲート型電界効果トランジス
   タ側を囲んでいることを特徴とする請求項７記載の固体
   撮像装置の駆動方法。
9. 【請求項９】 前記絶縁分離領域は前記ソース領域及び
   該ソース領域と隣接する高濃度埋込層の形成された領域
   を囲み、かつ前記高濃度埋込層は前記受光ダイオード、
   前記ドレイン領域、前記チャネル領域及び前記ソース領
   域の並びの方向に対して交差する方向に延びて前記絶縁
   分離領域に接していることを特徴とする請求項８記載の
   固体撮像装置の駆動方法。