JP3246062B2 - フォトセンサシステム - Google Patents
フォトセンサシステムInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、フォトセンサシステム
に関し、詳しくは、固体撮像素子として高感度な特性を
得ることができるフォトセンサシステムに関する。
に関し、詳しくは、固体撮像素子として高感度な特性を
得ることができるフォトセンサシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、フォトセンサシステムは、通常、
フォトダイオードやＴＦＴ（Thin Film Transistor）を
その受光素子（フォトセンサ）として利用し、複数のフ
ォトセンサをマトリックス状に配列している。そして、
各フォトセンサは、照射された光の量に応じた電荷を発
生し、この電荷量を見ることにより、輝度を知ることが
できる。このマトリックス状に配列されたフォトセンサ
に、水平走査回路及び垂直走査回路から走査電圧を印加
して、各フォトセンサの電荷量を検出している。ところ
が、従来のフォトセンサは、閉回路が形成されている
と、発生した電荷が電流として放出されるため、従来、
各フォトセンサ毎にフォトセンサとは別に選択トランジ
スタを形成して接続し、この選択トランジスタを上記水
平走査回路及び垂直走査回路で駆動することにより、各
フォトセンサ毎の電荷量を検出している。
フォトダイオードやＴＦＴ（Thin Film Transistor）を
その受光素子（フォトセンサ）として利用し、複数のフ
ォトセンサをマトリックス状に配列している。そして、
各フォトセンサは、照射された光の量に応じた電荷を発
生し、この電荷量を見ることにより、輝度を知ることが
できる。このマトリックス状に配列されたフォトセンサ
に、水平走査回路及び垂直走査回路から走査電圧を印加
して、各フォトセンサの電荷量を検出している。ところ
が、従来のフォトセンサは、閉回路が形成されている
と、発生した電荷が電流として放出されるため、従来、
各フォトセンサ毎にフォトセンサとは別に選択トランジ
スタを形成して接続し、この選択トランジスタを上記水
平走査回路及び垂直走査回路で駆動することにより、各
フォトセンサ毎の電荷量を検出している。
【０００３】特に、従来の単結晶シリコン基板を用いた
フォトセンサシステムでは、受光部と走査回路とが基板
の同一平面上に形成されていたため、１画素あたりの受
光部の占有面積率（開口率）が低く、信号電流の小さな
フォトダイオードを用いたＣＣＤ（Charge Coupled Dev
ice)等では、より高感度にするために、走査回路が形成
されたシリコン基板上の全面にアモルファス半導体を受
光面として形成する積層構造に改良されつつある。
フォトセンサシステムでは、受光部と走査回路とが基板
の同一平面上に形成されていたため、１画素あたりの受
光部の占有面積率（開口率）が低く、信号電流の小さな
フォトダイオードを用いたＣＣＤ（Charge Coupled Dev
ice)等では、より高感度にするために、走査回路が形成
されたシリコン基板上の全面にアモルファス半導体を受
光面として形成する積層構造に改良されつつある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のフォトセンサシステムにあっては、フォトセ
ンサ毎に選択トランジスタを形成して接続していたた
め、各フォトセンサセルが大きくなってフォトセンサシ
ステム自体が大型化し、画素を高密度に実装する際の障
害になるという問題があった。
うな従来のフォトセンサシステムにあっては、フォトセ
ンサ毎に選択トランジスタを形成して接続していたた
め、各フォトセンサセルが大きくなってフォトセンサシ
ステム自体が大型化し、画素を高密度に実装する際の障
害になるという問題があった。
【０００５】また、上記した積層構造のフォトセンサシ
ステムにあっては、受光部がアモルファスシリコン（ａ
−Ｓｉ）フォトダイオードで形成されていたため、単位
面積あたりの信号電流が小さく、例えば、素子サイズが
１００μｍオーダーの場合の明時電流（光照射時の電
流）が１ｎＡ（ナノアンペア）〜１０ｐＡ（ピコアンペ
ア）程度しかなく、暗時電流（光無照射時の電流）との
差が小さいため、フォトセンサの感度が低くなるという
問題があった。
ステムにあっては、受光部がアモルファスシリコン（ａ
−Ｓｉ）フォトダイオードで形成されていたため、単位
面積あたりの信号電流が小さく、例えば、素子サイズが
１００μｍオーダーの場合の明時電流（光照射時の電
流）が１ｎＡ（ナノアンペア）〜１０ｐＡ（ピコアンペ
ア）程度しかなく、暗時電流（光無照射時の電流）との
差が小さいため、フォトセンサの感度が低くなるという
問題があった。
【０００６】そこで、本発明は、明時電流と暗時電流と
の差が大きくとれて、高感度光特性を有すると共に、製
造プロセスが簡略化されたフォトセンサシステムを提供
することを目的としている。
の差が大きくとれて、高感度光特性を有すると共に、製
造プロセスが簡略化されたフォトセンサシステムを提供
することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のフォトセンサシ
ステムは、照射光の光量に応じた所定電荷を発生し、ゲ
ート電極を有する光電変換手段と、該光電変換手段を駆
動制御する光電変換駆動制御手段と、前記光電変換手段
の出力信号を前記光電変換駆動制御手段に搬送する信号
搬送手段と、を備え、前記光電変換手段の少なくとも主
要部と、前記光電変換駆動制御手段の少なくとも主要部
とが単結晶シリコンからなる基板上に積層形成され、該
単結晶シリコン中に形成された高濃度不純物拡散層によ
り前記光電変換駆動制御手段の回路素子及び前記光電変
換手段の前記ゲート電極が形成されたことにより上記目
的を達成している。
ステムは、照射光の光量に応じた所定電荷を発生し、ゲ
ート電極を有する光電変換手段と、該光電変換手段を駆
動制御する光電変換駆動制御手段と、前記光電変換手段
の出力信号を前記光電変換駆動制御手段に搬送する信号
搬送手段と、を備え、前記光電変換手段の少なくとも主
要部と、前記光電変換駆動制御手段の少なくとも主要部
とが単結晶シリコンからなる基板上に積層形成され、該
単結晶シリコン中に形成された高濃度不純物拡散層によ
り前記光電変換駆動制御手段の回路素子及び前記光電変
換手段の前記ゲート電極が形成されたことにより上記目
的を達成している。
【０００８】この場合、前記光電変換手段は、請求項２
に記載するように、アモルファスシリコンからなる半導
体層を挟んで、ソース電極とドレイン電極とが相対向し
て配され、これら半導体層、ソース電極及びドレイン電
極を挟んでその両側にそれぞれ絶縁膜を介して該半導体
層と相対向する第１ゲート電極及び第２ゲート電極が配
され、該第１ゲート電極側または第２ゲート電極側のい
ずれか一方を光照射側とし、該光照射側から照射された
光が、該光照射側の絶縁膜を透過して前記半導体層に照
射されるダブルゲート構造の薄膜トランジスタからなる
フォトセンサであってもよい。
に記載するように、アモルファスシリコンからなる半導
体層を挟んで、ソース電極とドレイン電極とが相対向し
て配され、これら半導体層、ソース電極及びドレイン電
極を挟んでその両側にそれぞれ絶縁膜を介して該半導体
層と相対向する第１ゲート電極及び第２ゲート電極が配
され、該第１ゲート電極側または第２ゲート電極側のい
ずれか一方を光照射側とし、該光照射側から照射された
光が、該光照射側の絶縁膜を透過して前記半導体層に照
射されるダブルゲート構造の薄膜トランジスタからなる
フォトセンサであってもよい。
【０００９】また請求項３に記載するように、前記第１
ゲート電極側または第２ゲート電極側のいずれか一方が
透明な導電性材料により形成され、他方が前記単結晶シ
リコン中に形成された高濃度不純物拡散層により形成さ
れたゲート電極であるようにしてもよい。
ゲート電極側または第２ゲート電極側のいずれか一方が
透明な導電性材料により形成され、他方が前記単結晶シ
リコン中に形成された高濃度不純物拡散層により形成さ
れたゲート電極であるようにしてもよい。
【００１０】
【作用】請求項１記載のフォトセンサシステムでは、光
電変換手段の少なくとも主要部と、光電変換駆動制御手
段の少なくとも主要部とが基板上に積層形成されている
ため、フォトセンサシステム自体を小型化することがで
き、画素の高密度化が図れると共に、受光部の開口率が
高くなって、高感度化することができる。
電変換手段の少なくとも主要部と、光電変換駆動制御手
段の少なくとも主要部とが基板上に積層形成されている
ため、フォトセンサシステム自体を小型化することがで
き、画素の高密度化が図れると共に、受光部の開口率が
高くなって、高感度化することができる。
【００１１】また、請求項１記載のフォトセンサシステ
ムでは、単結晶シリコン基板中に形成された高濃度不純
物拡散層により光電変換駆動制御手段の回路素子が形成
されるため、成膜工程が簡略化され、簡易な製造プロセ
スで種々の回路素子を構成することができる。
ムでは、単結晶シリコン基板中に形成された高濃度不純
物拡散層により光電変換駆動制御手段の回路素子が形成
されるため、成膜工程が簡略化され、簡易な製造プロセ
スで種々の回路素子を構成することができる。
【００１２】そして、請求項１記載のフォトセンサシス
テムでは、光電変換手段の何れか一方のゲート電極が、
単結晶シリコン中に形成された高濃度不純物拡散層によ
り形成されているため、製造プロセスを一層簡略化する
ことができる。
テムでは、光電変換手段の何れか一方のゲート電極が、
単結晶シリコン中に形成された高濃度不純物拡散層によ
り形成されているため、製造プロセスを一層簡略化する
ことができる。
【００１３】請求項２記載のフォトセンサシステムは、
光電変換手段として、として、アモルファスシリコンか
らなる半導体層を挟んでソース電極とドレイン電極が設
けられ、この半導体層、ソース電極及びドレイン電極を
挟んでその両側にそれぞれ絶縁膜を介して半導体層と相
対向する位置に２つのゲート電極が設けられたダブルゲ
ート構造の薄膜トランジスタからなるフォトセンサを用
いたため、光電変換効率が高くなり、高感度光特性が得
られる。
光電変換手段として、として、アモルファスシリコンか
らなる半導体層を挟んでソース電極とドレイン電極が設
けられ、この半導体層、ソース電極及びドレイン電極を
挟んでその両側にそれぞれ絶縁膜を介して半導体層と相
対向する位置に２つのゲート電極が設けられたダブルゲ
ート構造の薄膜トランジスタからなるフォトセンサを用
いたため、光電変換効率が高くなり、高感度光特性が得
られる。
【００１４】請求項３記載のフォトセンサシステムで
は、第１ゲート電極側または第２ゲート電極側のいずれ
か一方から容易に光を半導体層に照射することができる
ので光電変換効率を高くすることができ、他方を単結晶
シリコン中に形成された高濃度不純物拡散層により形成
されているため、製造プロセスを一層簡略化することが
できる。
は、第１ゲート電極側または第２ゲート電極側のいずれ
か一方から容易に光を半導体層に照射することができる
ので光電変換効率を高くすることができ、他方を単結晶
シリコン中に形成された高濃度不純物拡散層により形成
されているため、製造プロセスを一層簡略化することが
できる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００１６】〔第１実施例〕図１〜図３は、フォトセン
サシステムの第１実施例を示す図であり、図１はそのフ
ォトセンサシステムの構成を示す側面断面図、図２は図
１のフォトセンサシステムの回路ブロック図、図３はフ
ォトセンサの電圧印加状態における出力特性を示す特性
曲線図である。
サシステムの第１実施例を示す図であり、図１はそのフ
ォトセンサシステムの構成を示す側面断面図、図２は図
１のフォトセンサシステムの回路ブロック図、図３はフ
ォトセンサの電圧印加状態における出力特性を示す特性
曲線図である。
【００１７】図１において、フォトセンサシステム１
は、光照射量を電荷量に変換する光電変換部のフォトセ
ンサ２と、フォトセンサ２からの信号を搬送するデータ
ライン３と、データライン３からの信号を読み出すため
のスイッチング作用を行う電界効果型のｎチャネルＭＯ
Ｓ(Metal Oxide Semiconductor) トランジスタ（ｎ−Ｍ
ＯＳＦＥＴ）４等で構成されている。
は、光照射量を電荷量に変換する光電変換部のフォトセ
ンサ２と、フォトセンサ２からの信号を搬送するデータ
ライン３と、データライン３からの信号を読み出すため
のスイッチング作用を行う電界効果型のｎチャネルＭＯ
Ｓ(Metal Oxide Semiconductor) トランジスタ（ｎ−Ｍ
ＯＳＦＥＴ）４等で構成されている。
【００１８】そして、このフォトセンサシステム１は、
ここでは、ｐ型の単結晶シリコン基板５上に所定膜厚の
ガラスあるいは、ＣＶＤ（Chemical Vapour Depositio
n) 法等により酸化シリコンや窒化シリコンを堆積させ
た絶縁性基板６が形成されており、その絶縁性基板６上
には上記したフォトセンサ２が設けられ、単結晶シリコ
ン基板５には上記したｎ−ＭＯＳＦＥＴ４等が設けられ
ている。
ここでは、ｐ型の単結晶シリコン基板５上に所定膜厚の
ガラスあるいは、ＣＶＤ（Chemical Vapour Depositio
n) 法等により酸化シリコンや窒化シリコンを堆積させ
た絶縁性基板６が形成されており、その絶縁性基板６上
には上記したフォトセンサ２が設けられ、単結晶シリコ
ン基板５には上記したｎ−ＭＯＳＦＥＴ４等が設けられ
ている。
【００１９】フォトセンサ２の構造は、図１に示すよう
に、絶縁性基板６上に、ボトムゲート電極７が形成され
ており、このボトムゲート電極（ＢＧ）７及び絶縁性基
板６を覆うように、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる絶
縁膜８が配設されている。そして、ボトムゲート電極
（ＢＧ）７上には、絶縁膜８を介して対向する位置に、
半導体層９が形成されている。この半導体層９は、ｉ型
アモルファス・シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ）で形成されて
いる。この半導体層９を挟んで、該半導体層９上に所定
間隔を有して相対向する位置にアルミニウム等の電極材
料からなるソース電極（Ｓ）１０及びドレイン電極
（Ｄ）１１が形成されている。これらソース電極（Ｓ）
１０及びドレイン電極（Ｄ）１１は、それぞれリン等の
ドーパントが拡散されたｎ+ のアモルファスシリコンよ
りなるオーミックコンタクト層１２、１３を介して半導
体層９と接続されている。このようにして、ボトムトラ
ンジスタが構成されている。
に、絶縁性基板６上に、ボトムゲート電極７が形成され
ており、このボトムゲート電極（ＢＧ）７及び絶縁性基
板６を覆うように、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる絶
縁膜８が配設されている。そして、ボトムゲート電極
（ＢＧ）７上には、絶縁膜８を介して対向する位置に、
半導体層９が形成されている。この半導体層９は、ｉ型
アモルファス・シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ）で形成されて
いる。この半導体層９を挟んで、該半導体層９上に所定
間隔を有して相対向する位置にアルミニウム等の電極材
料からなるソース電極（Ｓ）１０及びドレイン電極
（Ｄ）１１が形成されている。これらソース電極（Ｓ）
１０及びドレイン電極（Ｄ）１１は、それぞれリン等の
ドーパントが拡散されたｎ+ のアモルファスシリコンよ
りなるオーミックコンタクト層１２、１３を介して半導
体層９と接続されている。このようにして、ボトムトラ
ンジスタが構成されている。
【００２０】また、上記ソース電極（Ｓ）１０とドレイ
ン電極（Ｄ）１１との間、及びオーミックコンタクト層
１２と１３との間の部分は、透明な窒化シリコンからな
る前記と同様の絶縁膜８により覆われており、前記半導
体層９上には絶縁膜８を介して前記ボトムゲート電極
（ＢＧ）７と相対向する位置に透明な導電性材料（ＩＴ
Ｏ）からなるトップゲート電極（ＴＧ）１４が形成され
ている。
ン電極（Ｄ）１１との間、及びオーミックコンタクト層
１２と１３との間の部分は、透明な窒化シリコンからな
る前記と同様の絶縁膜８により覆われており、前記半導
体層９上には絶縁膜８を介して前記ボトムゲート電極
（ＢＧ）７と相対向する位置に透明な導電性材料（ＩＴ
Ｏ）からなるトップゲート電極（ＴＧ）１４が形成され
ている。
【００２１】トップゲート電極（ＴＧ）１４は、後述す
る電子−正孔対を発生するために半導体層９のチャンネ
ル領域のみでなく、図１に示すように、オーミックコン
タクト層１２、１３の上部面も覆う大きさに形成するこ
とが望ましい。
る電子−正孔対を発生するために半導体層９のチャンネ
ル領域のみでなく、図１に示すように、オーミックコン
タクト層１２、１３の上部面も覆う大きさに形成するこ
とが望ましい。
【００２２】そして、このトップゲート電極（ＴＧ）１
４上には、窒化シリコンからなる透明な絶縁膜８（オー
バーコート膜）が形成されており、フォトセンサ２を保
護している。
４上には、窒化シリコンからなる透明な絶縁膜８（オー
バーコート膜）が形成されており、フォトセンサ２を保
護している。
【００２３】このフォトセンサ２は、本実施例では、図
１に示すように、トップゲート電極（ＴＧ）１４側から
矢印方向に光が照射され、この照射光がトップゲート電
極（ＴＧ）１４及び絶縁膜８を透過して、半導体層９に
照射されると、その照射光量に応じた電子−正孔対が半
導体層９中に誘起される。
１に示すように、トップゲート電極（ＴＧ）１４側から
矢印方向に光が照射され、この照射光がトップゲート電
極（ＴＧ）１４及び絶縁膜８を透過して、半導体層９に
照射されると、その照射光量に応じた電子−正孔対が半
導体層９中に誘起される。
【００２４】上記フォトセンサ２の各部の膜厚は、例え
ば、ボトムゲート電極（ＢＧ）７が５００オングストロ
ーム、半導体層９が１５００オングストローム、ソース
電極（Ｓ）及びドレイン電極（Ｄ）が５００オングスト
ローム、オーミックコンタクト層１２、１３が２５０オ
ングストローム、ボトムゲート電極（ＢＧ）７と半導体
層９との間の絶縁膜８が２０００オングストローム、ト
ップゲート電極（ＴＧ）１４と半導体層９との間の絶縁
膜８が２０００オングストローム、トップゲート電極
（ＴＧ）１４が５００オングストローム、及びトップゲ
ート電極（ＴＧ）１４を覆う絶縁膜（オーバーコート
膜）８が２０００オングストロームに形成されている。
そして、本実施例では、半導体層９上のソース電極
（Ｓ）１０とドレイン電極（Ｄ）１１との間のゲート長
（Ｌ）は７μｍに、奥行き方向のゲート幅（Ｗ）は１０
０μｍに形成されている。
ば、ボトムゲート電極（ＢＧ）７が５００オングストロ
ーム、半導体層９が１５００オングストローム、ソース
電極（Ｓ）及びドレイン電極（Ｄ）が５００オングスト
ローム、オーミックコンタクト層１２、１３が２５０オ
ングストローム、ボトムゲート電極（ＢＧ）７と半導体
層９との間の絶縁膜８が２０００オングストローム、ト
ップゲート電極（ＴＧ）１４と半導体層９との間の絶縁
膜８が２０００オングストローム、トップゲート電極
（ＴＧ）１４が５００オングストローム、及びトップゲ
ート電極（ＴＧ）１４を覆う絶縁膜（オーバーコート
膜）８が２０００オングストロームに形成されている。
そして、本実施例では、半導体層９上のソース電極
（Ｓ）１０とドレイン電極（Ｄ）１１との間のゲート長
（Ｌ）は７μｍに、奥行き方向のゲート幅（Ｗ）は１０
０μｍに形成されている。
【００２５】また、図１に示すように、単結晶シリコン
基板５には、上記したフォトセンサ２を駆動制御するた
めの回路の一部であるｎ−ＭＯＳＦＥＴ４が形成されて
おり、データライン３を介してフォトセンサ２からの出
力信号の読み出しを行っている。
基板５には、上記したフォトセンサ２を駆動制御するた
めの回路の一部であるｎ−ＭＯＳＦＥＴ４が形成されて
おり、データライン３を介してフォトセンサ２からの出
力信号の読み出しを行っている。
【００２６】このｎ−ＭＯＳＦＥＴ４は、単結晶シリコ
ン基板５にリン等のドーパントが高濃度に拡散されたｎ
+ のソース領域（Ｓ）１５とドレイン領域（Ｄ）１６と
が所定間隔をおいて形成され、そのソース領域（Ｓ）１
５とドレイン領域（Ｄ）１６との間のチャネル領域上
に、ゲート絶縁膜となる所定膜厚をおいて上記絶縁性基
板６中に導電性材料からなるゲート電極１７が埋め込み
形成されている。そして、ゲート電極１７にしきい値電
圧を越える電圧を印加してｎ−ＭＯＳＦＥＴ４をオンさ
せ、フォトセンサ２からの信号の読み出しが行われる。
ン基板５にリン等のドーパントが高濃度に拡散されたｎ
+ のソース領域（Ｓ）１５とドレイン領域（Ｄ）１６と
が所定間隔をおいて形成され、そのソース領域（Ｓ）１
５とドレイン領域（Ｄ）１６との間のチャネル領域上
に、ゲート絶縁膜となる所定膜厚をおいて上記絶縁性基
板６中に導電性材料からなるゲート電極１７が埋め込み
形成されている。そして、ゲート電極１７にしきい値電
圧を越える電圧を印加してｎ−ＭＯＳＦＥＴ４をオンさ
せ、フォトセンサ２からの信号の読み出しが行われる。
【００２７】なお、図１中には図示していないが、単結
晶シリコン基板５には、後述するフォトセンサ２を駆動
制御するための種々の回路素子が形成されている。
晶シリコン基板５には、後述するフォトセンサ２を駆動
制御するための種々の回路素子が形成されている。
【００２８】図２は、図１に示すフォトセンサシステム
の機能ブロック図である。図２に示すように、フォトセ
ンサシステム１は、絶縁性基板６上に形成されたダブル
ゲート（ＷＧ）構造のアモルファスシリコンを用いたＴ
ＦＴフォトセンサ２２と、そのＴＦＴフォトセンサ２２
を駆動制御する単結晶シリコン基板５上に形成された各
種回路素子２３とで構成されている。
の機能ブロック図である。図２に示すように、フォトセ
ンサシステム１は、絶縁性基板６上に形成されたダブル
ゲート（ＷＧ）構造のアモルファスシリコンを用いたＴ
ＦＴフォトセンサ２２と、そのＴＦＴフォトセンサ２２
を駆動制御する単結晶シリコン基板５上に形成された各
種回路素子２３とで構成されている。
【００２９】ＴＦＴフォトセンサ２２の光電変換部２４
は、照射光量を電荷量として取り出すもので、半導体層
９にアモルファスシリコンを用いたダブルゲート構造の
ＴＦＴフォトセンサを採用したため、光電変換効率が高
くなり、高感度光特性を得ることができる。従来は、Ｃ
ＣＤのように半導体表面の電荷を電極から電極へ次々に
転送する転送回路を備えたフォトダイオードなどが用い
られている。しかし、本実施例の光電変換手段として
は、ダブルゲート構造のＴＦＴフォトセンサやフォトト
ランジスタなどを用いるものであって、上記転送回路が
不要となる上、Ｓ／Ｎ比が改善されるため、ノイズ等の
影響の少ない高感度の光検出を行うことができる。
は、照射光量を電荷量として取り出すもので、半導体層
９にアモルファスシリコンを用いたダブルゲート構造の
ＴＦＴフォトセンサを採用したため、光電変換効率が高
くなり、高感度光特性を得ることができる。従来は、Ｃ
ＣＤのように半導体表面の電荷を電極から電極へ次々に
転送する転送回路を備えたフォトダイオードなどが用い
られている。しかし、本実施例の光電変換手段として
は、ダブルゲート構造のＴＦＴフォトセンサやフォトト
ランジスタなどを用いるものであって、上記転送回路が
不要となる上、Ｓ／Ｎ比が改善されるため、ノイズ等の
影響の少ない高感度の光検出を行うことができる。
【００３０】また、ＴＦＴフォトセンサ２２を駆動制御
する各種回路素子２３は、単結晶シリコン基板５に形成
されているため、不純物拡散工程によって形成される不
純物拡散層を用いることにより容易に各種素子を形成す
ることが可能となり、製造プロセスを簡略化することが
できる。
する各種回路素子２３は、単結晶シリコン基板５に形成
されているため、不純物拡散工程によって形成される不
純物拡散層を用いることにより容易に各種素子を形成す
ることが可能となり、製造プロセスを簡略化することが
できる。
【００３１】各種回路素子２３は、外部機器と接続され
て光検出動作を制御するコントローラ２５、マトリック
ス状に配列されたフォトセンサを水平走査及び垂直走査
する際のアドレスを指示するアドレスデコーダ２６、光
電変換部２４の光検出状態に応じてダブルゲート構造の
ＴＦＴフォトセンサの各電極に所定の電圧値を印加する
ための電圧レベル変換部２７、光電変換部２４から読み
出した信号を増幅するセンスアンプ２８、増幅された信
号を転送するデータ転送部２６、転送データを出力する
ための出力バッファ２７等から構成されている。
て光検出動作を制御するコントローラ２５、マトリック
ス状に配列されたフォトセンサを水平走査及び垂直走査
する際のアドレスを指示するアドレスデコーダ２６、光
電変換部２４の光検出状態に応じてダブルゲート構造の
ＴＦＴフォトセンサの各電極に所定の電圧値を印加する
ための電圧レベル変換部２７、光電変換部２４から読み
出した信号を増幅するセンスアンプ２８、増幅された信
号を転送するデータ転送部２６、転送データを出力する
ための出力バッファ２７等から構成されている。
【００３２】次に、作用を説明する。
【００３３】図１に示すように、フォトセンサ１のボト
ムゲート電極（ＢＧ）７に正電圧、例えば、＋１０Ｖを
印加すると、ボトムトランジスタにｎチャンネルが形成
される。ここで、ソース電極（Ｓ）１０−ドレイン電極
（Ｄ）１１間に正電圧として、例えば、＋５Ｖを印加す
ると、ソース電極（Ｓ）１０側から電子が供給されて電
流が流れる。この状態で、トップゲート電極（ＴＧ）１
４にボトムゲート電極（ＢＧ）７の電界によるチャンネ
ルを消滅させるレベルの負電圧、例えば、−２０Ｖを印
加すると、トップゲート電極（ＴＧ）１４からの電界が
ボトムゲート電極（ＢＧ）７の電界がチャンネル層に与
える影響を減じる方向に働き、この結果、空乏層が半導
体層９の厚み方向に伸び、ｎチャンネルをピンチオフす
る。このとき、トップゲート電極（ＴＧ）１４側から光
が照射されると、半導体層９のトップゲート電極（Ｔ
Ｇ）１４側に電子−正孔対が誘起される。しかし、トッ
プゲート電極（ＴＧ）１４には、−２０Ｖが印加されて
いるため、誘起された正孔は、チャンネル領域に蓄積さ
れて、トップゲート電極（ＴＧ）１４の電界を打ち消
す。このため、半導体層９のチャンネル領域にｎチャン
ネルが形成されて、ソース電極（Ｓ）１０とドレイン電
極（Ｄ）１１との間にドレイン電流ＩDSが流れる。この
ドレイン電流ＩDSは、照射光の光量に応じて変化する。
ムゲート電極（ＢＧ）７に正電圧、例えば、＋１０Ｖを
印加すると、ボトムトランジスタにｎチャンネルが形成
される。ここで、ソース電極（Ｓ）１０−ドレイン電極
（Ｄ）１１間に正電圧として、例えば、＋５Ｖを印加す
ると、ソース電極（Ｓ）１０側から電子が供給されて電
流が流れる。この状態で、トップゲート電極（ＴＧ）１
４にボトムゲート電極（ＢＧ）７の電界によるチャンネ
ルを消滅させるレベルの負電圧、例えば、−２０Ｖを印
加すると、トップゲート電極（ＴＧ）１４からの電界が
ボトムゲート電極（ＢＧ）７の電界がチャンネル層に与
える影響を減じる方向に働き、この結果、空乏層が半導
体層９の厚み方向に伸び、ｎチャンネルをピンチオフす
る。このとき、トップゲート電極（ＴＧ）１４側から光
が照射されると、半導体層９のトップゲート電極（Ｔ
Ｇ）１４側に電子−正孔対が誘起される。しかし、トッ
プゲート電極（ＴＧ）１４には、−２０Ｖが印加されて
いるため、誘起された正孔は、チャンネル領域に蓄積さ
れて、トップゲート電極（ＴＧ）１４の電界を打ち消
す。このため、半導体層９のチャンネル領域にｎチャン
ネルが形成されて、ソース電極（Ｓ）１０とドレイン電
極（Ｄ）１１との間にドレイン電流ＩDSが流れる。この
ドレイン電流ＩDSは、照射光の光量に応じて変化する。
【００３４】このように、フォトセンサ２は、トップゲ
ート電極（ＴＧ）１４からの電界がボトムゲート電極
（ＢＧ）７からの電界によるチャンネル形成に対してそ
れを妨げる方向に働くように制御し、ｎチャンネルをピ
ンチオフするものであるから、光無照射時に流れるドレ
イン電流（暗時電流）ＩDSが極めて小さくなり、例え
ば、１０-14 Ａ程度にすることができる。その結果、フ
ォトセンサ２は、光照射時（明時）と光無照射時（暗
時）のドレイン電流との差を充分大きくすることがで
き、また、このときのボトムトランジスタの増幅率は、
照射された光量によって変化し、Ｓ／Ｎ比を大きくとる
ことができるので、高感度のフォトセンサとすることが
できる。
ート電極（ＴＧ）１４からの電界がボトムゲート電極
（ＢＧ）７からの電界によるチャンネル形成に対してそ
れを妨げる方向に働くように制御し、ｎチャンネルをピ
ンチオフするものであるから、光無照射時に流れるドレ
イン電流（暗時電流）ＩDSが極めて小さくなり、例え
ば、１０-14 Ａ程度にすることができる。その結果、フ
ォトセンサ２は、光照射時（明時）と光無照射時（暗
時）のドレイン電流との差を充分大きくすることがで
き、また、このときのボトムトランジスタの増幅率は、
照射された光量によって変化し、Ｓ／Ｎ比を大きくとる
ことができるので、高感度のフォトセンサとすることが
できる。
【００３５】また、フォトセンサ２は、ボトムゲート電
極（ＢＧ）７に、正電圧（＋１０Ｖ）を印加した状態
で、トップゲート電極（ＴＧ）１４を、例えば、０Ｖに
すると、半導体層９とトップゲート電極（ＴＧ）１４と
の間の絶縁膜８のトラップ準位から正孔を吐き出させて
リフレッシュ、すなわち、リセットすることができる。
すなわち、フォトセンサ２は、連続使用すると絶縁膜８
と半導体層９との間のトラップ準位が光照射により発生
する正孔及びドレイン電極（Ｄ）１１から注入される正
孔によって埋められてゆき、光無照射状態でのチャンネ
ル抵抗も小さくなって、光無照射時にドレイン電流が増
加する。そこで、トップゲート電極（ＴＧ）１４に０Ｖ
を印加し、この正孔を吐き出させて、リセットする。
極（ＢＧ）７に、正電圧（＋１０Ｖ）を印加した状態
で、トップゲート電極（ＴＧ）１４を、例えば、０Ｖに
すると、半導体層９とトップゲート電極（ＴＧ）１４と
の間の絶縁膜８のトラップ準位から正孔を吐き出させて
リフレッシュ、すなわち、リセットすることができる。
すなわち、フォトセンサ２は、連続使用すると絶縁膜８
と半導体層９との間のトラップ準位が光照射により発生
する正孔及びドレイン電極（Ｄ）１１から注入される正
孔によって埋められてゆき、光無照射状態でのチャンネ
ル抵抗も小さくなって、光無照射時にドレイン電流が増
加する。そこで、トップゲート電極（ＴＧ）１４に０Ｖ
を印加し、この正孔を吐き出させて、リセットする。
【００３６】さらに、フォトセンサ２は、ボトムゲート
電極（ＢＧ）７に、正電圧を印加していないときには、
ボトムトランジスタにチャンネルが形成されず、光照射
を行なっても、ドレイン電流が流れず、非選択状態とす
ることができる。すなわち、フォトセンサ２は、ボトム
ゲート電極（ＢＧ）７に印加する電圧ＶBGを制御するこ
とにより、選択状態と、非選択状態とを制御することが
できる。また、この非選択状態において、トップゲート
電極（ＴＧ）１４に０Ｖを印加すると、上記と同様に、
半導体層９とトップゲート電極（ＴＧ）１４との間の絶
縁膜８のトラップ準位から正孔を吐き出させてリセット
することができる。
電極（ＢＧ）７に、正電圧を印加していないときには、
ボトムトランジスタにチャンネルが形成されず、光照射
を行なっても、ドレイン電流が流れず、非選択状態とす
ることができる。すなわち、フォトセンサ２は、ボトム
ゲート電極（ＢＧ）７に印加する電圧ＶBGを制御するこ
とにより、選択状態と、非選択状態とを制御することが
できる。また、この非選択状態において、トップゲート
電極（ＴＧ）１４に０Ｖを印加すると、上記と同様に、
半導体層９とトップゲート電極（ＴＧ）１４との間の絶
縁膜８のトラップ準位から正孔を吐き出させてリセット
することができる。
【００３７】次に、上記動作を、フォトセンサ２の各電
極への印加電圧に対するドレイン電流特性曲線を示す図
３を用いて説明する。なお、図３は、ボトムゲート電極
（ＢＧ）７に印加されるボトムゲート電圧ＶBG及び照射
光の有無をパラメータとして、トップゲート電極（Ｔ
Ｇ）１４に印加するトップゲート電圧ＶTGを変化させた
ときのドレイン電流特性を示している。
極への印加電圧に対するドレイン電流特性曲線を示す図
３を用いて説明する。なお、図３は、ボトムゲート電極
（ＢＧ）７に印加されるボトムゲート電圧ＶBG及び照射
光の有無をパラメータとして、トップゲート電極（Ｔ
Ｇ）１４に印加するトップゲート電圧ＶTGを変化させた
ときのドレイン電流特性を示している。
【００３８】そこで、図３に示すように、フォトセンサ
２のボトムゲート電圧ＶBGを０Ｖとして、光を照射した
とき（明時）のドレイン電流特性曲線がＴ１であり、光
を照射しないとき（暗時）のドレイン電流特性曲線がＴ
２である。すなわち、この状態は、トップゲート電圧Ｖ
TGが０Ｖ〜−２０Ｖに変化しても、また、光照射の有無
にかかわらず、ドレイン電流ＩDSは、１０ｐＡ（ピコア
ンペア）以下であり、フォトセンサ２は、非選択状態と
なっている。
２のボトムゲート電圧ＶBGを０Ｖとして、光を照射した
とき（明時）のドレイン電流特性曲線がＴ１であり、光
を照射しないとき（暗時）のドレイン電流特性曲線がＴ
２である。すなわち、この状態は、トップゲート電圧Ｖ
TGが０Ｖ〜−２０Ｖに変化しても、また、光照射の有無
にかかわらず、ドレイン電流ＩDSは、１０ｐＡ（ピコア
ンペア）以下であり、フォトセンサ２は、非選択状態と
なっている。
【００３９】また、フォトセンサ２のボトムゲート電圧
ＶBGを＋１０Ｖとして、光を照射した状態でトップゲー
ト電圧ＶTGを０Ｖから−２０Ｖに変化しても、ドレイン
電流ＩDSは、図３に示す明時のドレイン電流特性曲線の
Ｂ２のように、常に、１μＡ以上のドレイン電流ＩDSが
流れ、光照射が検出される。また、フォトセンサ２に光
を照射しないときは、図３に示す暗時のドレイン電流特
性曲線のＢ１のように、トップゲート電圧ＶTGが−１４
Ｖ以下で、１０ｐＡ以下のドレイン電流ＩDSが流れ、ト
ップゲート電圧ＶTGがそれよりも高くなると、ドレイン
電流ＩDSは増大する。
ＶBGを＋１０Ｖとして、光を照射した状態でトップゲー
ト電圧ＶTGを０Ｖから−２０Ｖに変化しても、ドレイン
電流ＩDSは、図３に示す明時のドレイン電流特性曲線の
Ｂ２のように、常に、１μＡ以上のドレイン電流ＩDSが
流れ、光照射が検出される。また、フォトセンサ２に光
を照射しないときは、図３に示す暗時のドレイン電流特
性曲線のＢ１のように、トップゲート電圧ＶTGが−１４
Ｖ以下で、１０ｐＡ以下のドレイン電流ＩDSが流れ、ト
ップゲート電圧ＶTGがそれよりも高くなると、ドレイン
電流ＩDSは増大する。
【００４０】したがって、フォトセンサ２は、図３に示
したように、トップゲート電圧ＶTGを、例えば、０Ｖと
−２０Ｖとに制御することにより、センス状態とリセッ
ト状態を制御することができ、また、ボトムゲート電圧
ＶBGを、例えば、０Ｖと＋１０Ｖとに制御することによ
り、選択状態及び非選択状態を制御することができる。
その結果、トップゲート電圧ＶTGとボトムゲート電圧Ｖ
BGとを制御することにより、フォトセンサ２を、それ自
体で、フォトセンサとしての機能と、選択トランジスタ
としての機能を兼ね備えたものとして、動作させること
ができる。
したように、トップゲート電圧ＶTGを、例えば、０Ｖと
−２０Ｖとに制御することにより、センス状態とリセッ
ト状態を制御することができ、また、ボトムゲート電圧
ＶBGを、例えば、０Ｖと＋１０Ｖとに制御することによ
り、選択状態及び非選択状態を制御することができる。
その結果、トップゲート電圧ＶTGとボトムゲート電圧Ｖ
BGとを制御することにより、フォトセンサ２を、それ自
体で、フォトセンサとしての機能と、選択トランジスタ
としての機能を兼ね備えたものとして、動作させること
ができる。
【００４１】このように、本第１実施例のフォトセンサ
システムは、単結晶シリコン基板上に所定膜厚の絶縁性
基板が配設されており、その絶縁性基板上にダブルゲー
ト構造のアモルファスシリコンを用いたＴＦＴフォトセ
ンサを形成したため、光電変換効率が高くなり、高感度
の光特性が得られる。これにより、ＨＤＴＶ（HighDefi
nition Television)等の多画素対応の固体撮像素子に利
用することができる。また、センサ部の信号電流を大き
くとることができるので、信号の読み出し部をＭＯＳト
ランジスタを使ったＸＹ−アドレス方式で構成すること
が可能となり、パラレル・シリアル変換等を駆使して高
速読み出しに利用することができる。さらに、このＴＦ
Ｔフォトセンサを駆動制御する種々の回路は、単結晶シ
リコン基板中に不純物を選択的に拡散させる不純物拡散
層を用いて素子形成することにより、成膜工程が少なく
て済み、簡易なプロセスで素子形成することができる。
そして、ＴＦＴフォトセンサを駆動制御する種々の回路
上にＴＦＴフォトセンサを積層する構造を採用したた
め、フォトセンサシステムを小型化することができ、画
素の高密度化が図れると共に、受光部の開口率が高くな
って、さらに高感度化することができるようになった。
システムは、単結晶シリコン基板上に所定膜厚の絶縁性
基板が配設されており、その絶縁性基板上にダブルゲー
ト構造のアモルファスシリコンを用いたＴＦＴフォトセ
ンサを形成したため、光電変換効率が高くなり、高感度
の光特性が得られる。これにより、ＨＤＴＶ（HighDefi
nition Television)等の多画素対応の固体撮像素子に利
用することができる。また、センサ部の信号電流を大き
くとることができるので、信号の読み出し部をＭＯＳト
ランジスタを使ったＸＹ−アドレス方式で構成すること
が可能となり、パラレル・シリアル変換等を駆使して高
速読み出しに利用することができる。さらに、このＴＦ
Ｔフォトセンサを駆動制御する種々の回路は、単結晶シ
リコン基板中に不純物を選択的に拡散させる不純物拡散
層を用いて素子形成することにより、成膜工程が少なく
て済み、簡易なプロセスで素子形成することができる。
そして、ＴＦＴフォトセンサを駆動制御する種々の回路
上にＴＦＴフォトセンサを積層する構造を採用したた
め、フォトセンサシステムを小型化することができ、画
素の高密度化が図れると共に、受光部の開口率が高くな
って、さらに高感度化することができるようになった。
【００４２】〔第２実施例〕図４は、第２実施例に係る
フォトセンサシステムの構成を示す側面断面図である。
フォトセンサシステムの構成を示す側面断面図である。
【００４３】図４において、フォトセンサシステム４１
は、光照射量を電荷量に変換する光電変換部のフォトセ
ンサ４２と、フォトセンサ４２からの信号を搬送するデ
ータライン４３と、データライン４３からの信号を読み
出すためのスイッチング作用を行う電界効果型のｎチャ
ネルＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor) トランジスタ
（ｎ−ＭＯＳＦＥＴ）４４等で構成されている。
は、光照射量を電荷量に変換する光電変換部のフォトセ
ンサ４２と、フォトセンサ４２からの信号を搬送するデ
ータライン４３と、データライン４３からの信号を読み
出すためのスイッチング作用を行う電界効果型のｎチャ
ネルＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor) トランジスタ
（ｎ−ＭＯＳＦＥＴ）４４等で構成されている。
【００４４】そして、このフォトセンサシステム４１
は、ｐ型の単結晶シリコン基板４５上に所定膜厚のガラ
スあるいは、ＣＶＤ（Chemical Vapour Deposition) 法
等により酸化シリコンや窒化シリコンを堆積させた絶縁
性基板４６が形成されており、その絶縁性基板４６を挟
んでフォトセンサ４２が設けられ、単結晶シリコン基板
４５には上記したｎ−ＭＯＳＦＥＴ４４等が設けられて
いる。
は、ｐ型の単結晶シリコン基板４５上に所定膜厚のガラ
スあるいは、ＣＶＤ（Chemical Vapour Deposition) 法
等により酸化シリコンや窒化シリコンを堆積させた絶縁
性基板４６が形成されており、その絶縁性基板４６を挟
んでフォトセンサ４２が設けられ、単結晶シリコン基板
４５には上記したｎ−ＭＯＳＦＥＴ４４等が設けられて
いる。
【００４５】本第２実施例のフォトセンサ４２の特徴的
な構成は、図４に示すように、ｐ型の単結晶シリコン基
板４５中にリン等のドーパントを高濃度に拡散させたｎ
+ の高濃度拡散層でボトムゲート電極４７を形成してい
ることにある。そして、この絶縁性基板４６を挟んでボ
トムゲート電極４７と対向する直上位置に、ｉ型アモル
ファス・シリコンで形成された半導体層４８が形成され
ている。
な構成は、図４に示すように、ｐ型の単結晶シリコン基
板４５中にリン等のドーパントを高濃度に拡散させたｎ
+ の高濃度拡散層でボトムゲート電極４７を形成してい
ることにある。そして、この絶縁性基板４６を挟んでボ
トムゲート電極４７と対向する直上位置に、ｉ型アモル
ファス・シリコンで形成された半導体層４８が形成され
ている。
【００４６】そして、この半導体層４８を挟んで、その
半導体層４８上に所定間隔を有して相対向する位置にア
ルミニウム等の電極材料からなるソース電極（Ｓ）４９
及びドレイン電極（Ｄ）５０が形成されている。これら
ソース電極（Ｓ）４９及びドレイン電極（Ｄ）５０は、
それぞれリン等のドーパントが拡散されたｎ+ のアモル
ファスシリコンよりなるオーミックコンタクト層５１、
５２を介して半導体層４８と接続されている。このよう
にして、ボトムトランジスタが構成されている。
半導体層４８上に所定間隔を有して相対向する位置にア
ルミニウム等の電極材料からなるソース電極（Ｓ）４９
及びドレイン電極（Ｄ）５０が形成されている。これら
ソース電極（Ｓ）４９及びドレイン電極（Ｄ）５０は、
それぞれリン等のドーパントが拡散されたｎ+ のアモル
ファスシリコンよりなるオーミックコンタクト層５１、
５２を介して半導体層４８と接続されている。このよう
にして、ボトムトランジスタが構成されている。
【００４７】また、上記ソース電極（Ｓ）４９とドレイ
ン電極（Ｄ）５０との間、及びオーミックコンタクト層
５１と５２との間の部分は、透明な窒化シリコンからな
る絶縁膜５３により覆われており、前記した半導体層４
８上には絶縁膜５３を介してボトムゲート電極（ＢＧ）
４７と相対向する位置に透明な導電性材料（ＩＴＯ）か
らなるトップゲート電極（ＴＧ）５４が形成されてい
る。
ン電極（Ｄ）５０との間、及びオーミックコンタクト層
５１と５２との間の部分は、透明な窒化シリコンからな
る絶縁膜５３により覆われており、前記した半導体層４
８上には絶縁膜５３を介してボトムゲート電極（ＢＧ）
４７と相対向する位置に透明な導電性材料（ＩＴＯ）か
らなるトップゲート電極（ＴＧ）５４が形成されてい
る。
【００４８】そして、このトップゲート電極（ＴＧ）５
４上には、窒化シリコンからなる透明な絶縁膜５３（オ
ーバーコート膜）が形成されており、フォトセンサ４２
を保護している。
４上には、窒化シリコンからなる透明な絶縁膜５３（オ
ーバーコート膜）が形成されており、フォトセンサ４２
を保護している。
【００４９】このフォトセンサ４２は、本第２実施例で
は、図４に示すように、トップゲート電極（ＴＧ）５４
側から矢印方向に光が照射され、この照射光がトップゲ
ート電極（ＴＧ）５４及び絶縁膜５３を透過して、半導
体層４８に照射されると、その照射光量に応じた電子−
正孔対が半導体層４８中に誘起される。
は、図４に示すように、トップゲート電極（ＴＧ）５４
側から矢印方向に光が照射され、この照射光がトップゲ
ート電極（ＴＧ）５４及び絶縁膜５３を透過して、半導
体層４８に照射されると、その照射光量に応じた電子−
正孔対が半導体層４８中に誘起される。
【００５０】また、図４に示すように、単結晶シリコン
基板４５には、上記したフォトセンサ４２を駆動制御す
るための回路の一部であるｎ−ＭＯＳＦＥＴ４４が形成
されている。そして、ゲート電極５７にしきい値電圧を
越える電圧を印加してｎ−ＭＯＳＦＥＴ４４をオンさ
せ、フォトセンサ２からの信号の読み出しが行われる。
基板４５には、上記したフォトセンサ４２を駆動制御す
るための回路の一部であるｎ−ＭＯＳＦＥＴ４４が形成
されている。そして、ゲート電極５７にしきい値電圧を
越える電圧を印加してｎ−ＭＯＳＦＥＴ４４をオンさ
せ、フォトセンサ２からの信号の読み出しが行われる。
【００５１】本第２実施例におけるｎ−ＭＯＳＦＥＴ４
４の特徴的な構成は、単結晶シリコン基板４５にリン等
のドーパントが高濃度に拡散されたｎ+ のソース領域
（Ｓ）５５とドレイン領域（Ｄ）５６とが所定間隔をお
いて形成され、そのソース領域（Ｓ）５５とドレイン領
域（Ｄ）５６との間のチャネル領域上のゲート絶縁膜と
して、上記絶縁性基板４６が用いられ、その絶縁性基板
４６上の対向する位置に導電性材料からなるゲート電極
５７が形成されている。
４の特徴的な構成は、単結晶シリコン基板４５にリン等
のドーパントが高濃度に拡散されたｎ+ のソース領域
（Ｓ）５５とドレイン領域（Ｄ）５６とが所定間隔をお
いて形成され、そのソース領域（Ｓ）５５とドレイン領
域（Ｄ）５６との間のチャネル領域上のゲート絶縁膜と
して、上記絶縁性基板４６が用いられ、その絶縁性基板
４６上の対向する位置に導電性材料からなるゲート電極
５７が形成されている。
【００５２】なお、図４中に図示していないが、単結晶
シリコン基板４５にはフォトセンサ４２を駆動制御する
ための種々の回路素子が形成されている。
シリコン基板４５にはフォトセンサ４２を駆動制御する
ための種々の回路素子が形成されている。
【００５３】このように、本第２実施例のフォトセンサ
システム４１は、フォトセンサ４２とｎ−ＭＯＳＦＥＴ
４４とが、上記第１実施例と異なり上下位置には積層さ
れていないが、フォトセンサ４２のダブルゲートの一方
のゲート電極を単結晶シリコン基板４５中のｎ+ の高濃
度不純物拡散層に置き換えたため、成膜工程を簡略化す
ることができる。また、ｐ型の単結晶シリコン基板中に
形成されたｎ+ の高濃度不純物拡散層でできたボトムゲ
ート電極４７は、他のゲートラインとはｐｎ接合により
素子分離されており、このボトムゲート電極４７が０Ｖ
で非選択となり、＋１０Ｖで選択動作となるため、接地
されているｐ型の単結晶シリコン基板側に電流が流れる
ことは無い。さらに、ｎ−ＭＯＳＦＥＴ４４のゲート絶
縁膜及びボトムゲート絶縁膜として上記絶縁性基板４６
を利用しているため、さらに製造プロセスを簡略化する
ことができる。
システム４１は、フォトセンサ４２とｎ−ＭＯＳＦＥＴ
４４とが、上記第１実施例と異なり上下位置には積層さ
れていないが、フォトセンサ４２のダブルゲートの一方
のゲート電極を単結晶シリコン基板４５中のｎ+ の高濃
度不純物拡散層に置き換えたため、成膜工程を簡略化す
ることができる。また、ｐ型の単結晶シリコン基板中に
形成されたｎ+ の高濃度不純物拡散層でできたボトムゲ
ート電極４７は、他のゲートラインとはｐｎ接合により
素子分離されており、このボトムゲート電極４７が０Ｖ
で非選択となり、＋１０Ｖで選択動作となるため、接地
されているｐ型の単結晶シリコン基板側に電流が流れる
ことは無い。さらに、ｎ−ＭＯＳＦＥＴ４４のゲート絶
縁膜及びボトムゲート絶縁膜として上記絶縁性基板４６
を利用しているため、さらに製造プロセスを簡略化する
ことができる。
【００５４】なお、本第２実施例のフォトセンサシステ
ム４１の動作説明は、上記第１実施例の場合と同様であ
るので、ここでは説明を省略する。
ム４１の動作説明は、上記第１実施例の場合と同様であ
るので、ここでは説明を省略する。
【００５５】
【発明の効果】このようなフォトセンサを備えたフォト
センサシステムによれば、単結晶シリコン基板上に所定
膜厚の絶縁性基板を有し、光電変換手段として、前記絶
縁性基板上にダブルゲート（ＷＧ）構造のアモルファス
シリコンを用いたＴＦＴフォトセンサを形成したので、
光電変換効率が高くなって、高感度光特性が得られる。
また、光電変換手段を駆動制御する光電変換駆動制御手
段は、単結晶シリコン基板に形成されるので、不純物拡
散層を使った簡易な製造プロセスで種々の回路素子を構
成することができる。
センサシステムによれば、単結晶シリコン基板上に所定
膜厚の絶縁性基板を有し、光電変換手段として、前記絶
縁性基板上にダブルゲート（ＷＧ）構造のアモルファス
シリコンを用いたＴＦＴフォトセンサを形成したので、
光電変換効率が高くなって、高感度光特性が得られる。
また、光電変換手段を駆動制御する光電変換駆動制御手
段は、単結晶シリコン基板に形成されるので、不純物拡
散層を使った簡易な製造プロセスで種々の回路素子を構
成することができる。
【００５６】さらに、光電変換手段が絶縁性基板上に形
成され、光電変換駆動制御手段を単結晶シリコン基板に
形成して積層構造とすることができるので、フォトセン
サシステム自体を小型化することができ、画素の高密度
化が図れると共に、受光部の開口率が高くなって、高感
度化することができる。
成され、光電変換駆動制御手段を単結晶シリコン基板に
形成して積層構造とすることができるので、フォトセン
サシステム自体を小型化することができ、画素の高密度
化が図れると共に、受光部の開口率が高くなって、高感
度化することができる。
【００５７】また、光電変換手段のいずれか一方のゲー
ト電極を単結晶シリコン基板中の高濃度不純物拡散層で
形成し、そのゲート電極と半導体層との間の絶縁膜に前
記絶縁性基板を用いたことにより、製造プロセスを一層
簡略化することができる。
ト電極を単結晶シリコン基板中の高濃度不純物拡散層で
形成し、そのゲート電極と半導体層との間の絶縁膜に前
記絶縁性基板を用いたことにより、製造プロセスを一層
簡略化することができる。
【図１】第１実施例に係るフォトセンサシステムの構成
を示す側面断面図である。
を示す側面断面図である。
【図２】図１のフォトセンサシステムの回路ブロック図
である。
である。
【図３】フォトセンサの電圧印加状態における出力特性
を示す特性曲線図である。
を示す特性曲線図である。
【図４】第２実施例に係るフォトセンサシステムの構成
を示す側面断面図である。
を示す側面断面図である。
１、４１ フォトセンサシステム ２、４２ フォトセンサ ３、４３ データライン ４、４４ ｎ−ＭＯＳＦＥＴ ５、４５ 単結晶シリコン基板 ６、４６ 絶縁性基板 ７、４７ ボトムゲート電極 ８、４８ 絶縁膜 ９、４９ 半導体層 １０、５０ ソース電極 １１、５１ ドレイン電極 １２、１３、５２、５３ オーミックコンタクト層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/02 - 31/0392 H01L 31/10 - 31/119 H01L 27/14 - 27/15
Claims (3)
- 【請求項１】 照射光の光量に応じた所定電荷を発生
し、ゲート電極を有する光電変換手段と、 該光電変換手段を駆動制御する光電変換駆動制御手段
と、 前記光電変換手段の出力信号を前記光電変換駆動制御手
段に搬送する信号搬送手段と、 を備え、 前記光電変換手段の少なくとも主要部と、前記光電変換
駆動制御手段の少なくとも主要部とが単結晶シリコンか
らなる基板上に積層形成され、該単結晶シリコン中に形
成された高濃度不純物拡散層により前記光電変換駆動制
御手段の回路素子及び前記光電変換手段の前記ゲート電
極が形成されたことを特徴とするフォトセンサシステ
ム。 - 【請求項２】 前記光電変換手段は、 アモルファスシリコンからなる半導体層を挟んで、ソー
ス電極とドレイン電極とが相対向して配され、これら半
導体層、ソース電極及びドレイン電極を挟んでその両側
にそれぞれ絶縁膜を介して該半導体層と相対向する第１
ゲート電極及び第２ゲート電極が配され、該第１ゲート
電極側または第２ゲート電極側のいずれか一方を光照射
側とし、該光照射側から照射された光が、該光照射側の
絶縁膜を透過して前記半導体層に照射されるダブルゲー
ト構造の薄膜トランジスタからなるフォトセンサである
ことを特徴とする請求項１記載のフォトセンサシステ
ム。 - 【請求項３】 前記第１ゲート電極側または第２ゲート
電極側のいずれか一方が透明な導電性材料により形成さ
れ、他方が前記単結晶シリコン中に形成された高濃度不
純物拡散層により形成されたゲート電極であることを特
徴とする請求項２記載のフォトセンサシステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09896893A JP3246062B2 (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | フォトセンサシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09896893A JP3246062B2 (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | フォトセンサシステム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06291355A JPH06291355A (ja) | 1994-10-18 |
| JP3246062B2 true JP3246062B2 (ja) | 2002-01-15 |
Family
ID=14233864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09896893A Expired - Fee Related JP3246062B2 (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | フォトセンサシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3246062B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5482025B2 (ja) | 2009-08-28 | 2014-04-23 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器 |
| TWI555217B (zh) * | 2014-05-29 | 2016-10-21 | 友達光電股份有限公司 | 光偵測器及其操作方式 |
| JP6814429B2 (ja) * | 2015-08-10 | 2021-01-20 | 天馬微電子有限公司 | 光センサ素子及び光電変換装置 |
-
1993
- 1993-03-31 JP JP09896893A patent/JP3246062B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06291355A (ja) | 1994-10-18 |
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