JPH01220862A - 固体撮像素子 - Google Patents

固体撮像素子

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JPH01220862A
JPH01220862A JP63046673A JP4667388A JPH01220862A JP H01220862 A JPH01220862 A JP H01220862A JP 63046673 A JP63046673 A JP 63046673A JP 4667388 A JP4667388 A JP 4667388A JP H01220862 A JPH01220862 A JP H01220862A
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JP
Japan
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effect transistor
photodiode
silicon layer
field effect
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Application number
JP63046673A
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English (en)
Inventor
Masatoshi Yazaki
矢崎 正俊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、透明絶縁性基体上に、単結晶シリコン層より
なるチャンネル部を有する駆動用電界効果トランジスタ
とアモルファス・シリコン層よりなるホトダイオードを
設けた固体撮像素子に関するものである。
〔従来の技術〕
従来の単結晶シリコン層よりなるチャンネル部を有する
駆動用電界効果トランジスタを有する固体撮像素子は、
特開昭62−58549公報に記載されている。第3図
に従来の固体撮像素子の断面図を示す。同図において、
n形基板15の一生表面にp形不純物拡散層16を設け
、その上にそれぞれMOS)−ランジスタのソース電極
部4とトレイン電極部5を構成するn膨拡散層、ならび
にゲート絶縁膜6を介してゲート電極7を配置しである
。前記n膨拡散層4はP形不純物拡散層16と共にホト
タイオートを構成しており、このホトダイオードの接合
面の基板側に、埋込層17を設けである。各光電変換素
子は層間絶縁膜19および素子間分離酸化膜18によっ
て絶縁分離されているが、前記埋込層17は一方向に配
列した各ホトダイオードについて電気的に連結した構成
を有する。また、マトリリス状に配置された各光電変換
素子の各界効果トランジスタの各トレインとしてのn膨
拡散層5は、各個ごとに共通の信号配線llに接続しで
ある。
(発明か解決しようとする課題) しかし、上記従来例では、シリコン基体内に駆動用の電
界効果トランジスタを有するため、シリコン基板中で光
励起された電荷が電界効果トランジスタのソース電極部
4とトレイン電極部5を構成するn膨拡散層に混入しや
すく、いわゆるスミア現象を起し、偽信号を生ずる原因
となっていた。また、フォト・ダイオード部へ、受容限
界以上のエネルギーを有する光入射か起きると、フォト
ダイオード部で光電変換された過剰電荷かフォトダイオ
ード部外へ流れ、隣接画素のフォトダイオード部に混入
して、いわゆるブルーミング現象を起こし、精密な光電
変換を不可能なものとする課題を有していた。そこで、
n形基板15にP型不純物拡散層16を構成し、その中
間に接合容量増大のための埋込み層17を構成すること
によりホトダイオード部の飽和電荷蓄積容量を増やし、
ブルーミング現象を抑制する対策がとられていたが、拡
散層構成のための工程数も多く、不純物拡散の基板内バ
ラツキによるホトダイオード特性のバラツキを生しやす
かった。また、このような複雑な構造によるホトダイオ
ードを構成しても、依然として基板内を通じて生じるフ
ォトダイオード間での電荷移動や、基板内に侵入したα
線などの放射線によって生じる基板内電荷のフォトダイ
オード部や電界効果トランジスタへの混入を無くするこ
とはできなかった。さらに、シリコン基板は不透明なた
め、入射光線のホトダイオード部への入射方向は、基板
の一方の表面だけに限定されてしまっていた。そのうえ
同一基板面にフォトタイオート部と電界効果トランジス
タを構成するために電界効果トランジスタにも光か入射
しやすく、電界効果トランジスタ上に光遮蔽層を構成し
ない限り、電界効果トランジスタのチャンネル部に光励
起電流が生ずるため電界効果トランジスタのスイッチン
グ特性の悪化を招くことがあった。
そこで、本発明の固体撮像素子は、基体内に複数の不純
物層を構成することなくブルーミング現象やスミア現象
を無くし、基体の両生表面からの光の入射を可能とし、
光遮蔽層を構成することなく電界効果トランジスタの光
励起電流の発生をおさえ、放射線の影響を受けにくい高
性能の固体撮像素子を実現することを目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
このような目的を達成するために、本発明の固体撮像素
子は、ホトダイオードと駆動用の電界効果トランジスタ
からなる光電素子群を配置した固体撮像素子において透
明絶縁性基体上の一部表面上に多結晶シリコン層を有し
、該多結晶シリコン層上に該多結晶シリコン層を種結晶
として構成された単結晶シリコン層よりなるチャンネル
部を有する駆動用の電界効果トランジスタを設け、該電
界効果トランジスタ上に絶縁層を有し、該絶縁層上にア
モルファス・シリコン層からなるホトダイオードを有し
、該ホトダイオードと該電界効果トランジスタのチャン
ネル部に接合する電極部の一つが、配線層を介して連絡
することを特徴とする。
〔実 施 例〕
以下、実施例を用いて本発明による固体撮像素子を詳細
に説明する。第1図は1本発明による固体撮像素子の一
実施例を示す要部断面図である。
同図において、透明絶縁性基体l(たとえば石英ガラス
基板)の上に、多結晶シリコン層2を設ける。この多結
晶シリコン層2は、光の入射面を透明絶縁性基体lの多
結晶シリコン層2を設けた面の反対面に設定した際に、
電界効果トランジスタへの光の入射を防ぐ光遮蔽層とし
ての働きを為すと共に、電界効果トランジスタの主体を
構成する単結晶シリコン層3の成膜の際に、種結晶の役
割りを為す二つの働きをもっている。多結晶シリコン層
2の上には、単結晶シリコン層3からなる半導体層と不
純物拡散により構成されたソース電極部4とトレイン電
極部5.さらには二酸化シリコンよりなるゲート絶縁膜
6とゲート電極7が設けられ電界効果トランジスタか構
成されている。この電界効果トランジスタは、その側面
及び上部を絶縁層8(たとえば二酸化シリコンや窒化シ
リコン)に囲まれ、その下部を多結晶シリコン層2を狭
んて透明絶縁性基体lで囲む完全素子分離形になってい
るために、導電性のシリコン基板内に作られた電界効果
トランジスタに生じるような放射線や光励起によって基
板内の電荷が電界効果トランジスタ内に侵入するような
現象は起きない。そのため、特に、光励起電流の発生量
は小さく、本発明の電界効果トランジスタはシリコン基
板内に構成された電界効果トランジスタと比べると只以
下に光励起電流を抑えることが可能である。前記電界効
果トランジスタ上には、絶縁層8を挟んでアモルファス
・シリコン層からなるフォトダイオード10が設けられ
る。このアモルファス・シリコンよりなるフォトダイオ
ード10は、し)わゆるpin植層形層形ので、その積
層の順番は光の入射面を透明絶縁性基体lのどちらの主
表面に設定するかによって異なっており、pine層と
nlpu層の相方か可能である。さらに、アモルファス
・シリコン層からなるフォトダイオード10は、光電変
換の役割を果たすと共に、光の入射面が透明絶縁性基体
のフォトダイオード10と電界効果トランジスタの積層
した面に設定された際には、電界効果トランジスタへ入
射する光を遮蔽する役割をも有している。前記のように
、光の入射面か、固体撮像素子の積層面と逆の面にある
ときには、種結晶となる多結晶シリコン層2か光遮蔽層
となり、また、積層面側に入射面か設定されたときには
光電変換部となるアモルファス・シリコン層からなるフ
ォトダイオード10か光遮蔽層となる。このため、光の
入射面を透明絶縁性基体lのいずれの主表面に設定して
も光遮蔽層か基本的構成要素により実現でき、特に光遮
蔽層を作り込まなくとも光入射による電界効果トランジ
スタの特性劣化を抑制することが可能である。さらに、
フォトダイオード10は、絶縁層8上にあり隣接のフォ
トダイオードと離れて存在する。したがって、導電性の
シリコン基体内に設けられたフォトダイオード間に生じ
る過剰電荷の混入によるブルーミングも発生せず、フォ
トダイオードlOの外からの電荷の異常流入は生じない
。また、第2図にみられるようにフォトダイオードlO
を構成するアモルファス・シリコンのフォトダイオード
の感度13の光波長依存性は、人間の視感度12に近く
、単結晶シリコンのフォトダイオードの視感度14に比
べ、人間の視感度に対するずれをもたない。このため、
シリコン基板中に構成されたフォトダイオードの感度を
、人間の視感度12に合わせるためには長波長光の光を
カットしてフォトダイオードに光を入射することが必要
で、赤外カットフィルターを要する。ところが、本発明
のフォトダイオードlOは、アモルファス・シリコン層
より形成されるために、赤外カットフィルターを付けな
くとも人間の視感度12に合致した光電変換が容易に可
能である。さらに、多結晶シリコン層2を種結晶とした
単結晶シリコン層3の構成をおこなう構造となっている
ため、5インチあるいは6インチシリコン基板を使う固
体撮像素子と異なり、大面積で安価な透明絶縁性基体を
使用することが可能で、−基体から多数の固体撮像素子
群を低コストで得ることができる。そのうえ、シリコン
基板を使用する場合と異なり、不純物拡散によるウェル
構成も不要である。したがって、拡散長のバラツキに共
なう素子特性のバラツキも抑制てきる。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明による固体撮像素子によれ
ば、以下に示す効果を有する。
l・・種結晶となる多結晶シリコン層を存在したことに
より、シリコン基板り安価で大面積な透明絶縁性基体上
に固体撮像素子を多数作ることか可能で、低コストな固
体撮像素子が実現できる。
2・・透明絶縁性基体を使用することにより、光の入射
面を主二表面の相方のいずれの面に設定することか可能
で、ホトダイオードの構造の任意性も広げることかでき
る。
3・・多結晶シリコン層とフォトダイオードが電界効果
トランジスタに入射する光を遮蔽するため、光遮蔽層を
作り込む必要がなく、電界効果トランジスタの光電流に
よる特性劣化を抑制することができる。
4・・アモルファス・シリコン層より構成されるフォト
ダイオードは、隣接するフォトダイオードと分離されて
いるためにフォトダイオードの飽和蓄積電荷より過剰に
発生した電荷が導電層を流れて隣接するフォトダイオー
ド間で流れるツルーミング現象は生じない。このため、
精密な光電変換か可能である。
5・・電界効果トランジスタは絶縁物で囲まれた素子分
離形状となっているために、電界効果トランジスタへの
周囲からの異常電荷流入は生じない。このため、駆動用
電界効果トランジスタの正確な動作が可能である。
6・・シリコン基板を使う場合のように不純物拡散によ
るウェルを構成する必要もなく、拡散の精密なコントロ
ール、拡散工程も不要て、拡散長のバラツキによる素子
特性のバラツキも抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の固体撮像素子の一実施例を示す要部断
面図、第2図は、アモルファスシリコン及び単結晶シリ
コンよりなるフォトダイオードの相対感度と人間の視感
度の波長依存性を示す図、第3図は、従来の固体撮像素
子を示す断面図である。 l・・・透明絶縁性基体 2・・・多結晶シリコン層 3・・・単結晶シリコン層 4・・・ソース電極部 5・・・トレイン電極部 6・・・ゲート絶縁膜 7・・・ゲート電極 8・・・絶縁層 9・・・配!1層 10・・・フォトダイオード 11・・・信号配線 12・・・人間の視感度 13・・・アモルファス・シリコンのフォトダイオード
の感度 14・・・単結晶シリコンのフォトダイオードの感度 15・・・n形基板 16・・・P形不純物拡散層 17・・・埋込層 18・・・素子間分離酸化膜 19・・・層間絶縁膜 以上 葛 1 母 ¥ 21幻 葛 3 1i

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  ホトダイオードと駆動用の電界効果トランジスタから
    なる光電変換素子群を配置した固体撮像素子において、
    透明絶縁性基体の一部表面上に多結晶シリコン層を有し
    、該多結晶シリコン層上に該多結晶シリコン層を種結晶
    として構成された単結晶シリコン層よりなるチャンネル
    部を有する駆動用の電界効果トランジスタを設け、該電
    界効果トランジスタ上に絶縁層を有し、該絶縁層上にア
    モルファス・シリコン層からなるホトダイオードを有し
    、該ホトダイオードと該電界効果トランジスタのチャン
    ネル部に接合する電極部の一つが、配線層を介して連結
    することを特徴とする固体撮像素子。
JP63046673A 1988-02-29 1988-02-29 固体撮像素子 Pending JPH01220862A (ja)

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Cited By (5)

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