JPH06268188A - 増幅型撮像素子 - Google Patents

増幅型撮像素子

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JPH06268188A
JPH06268188A JP5050727A JP5072793A JPH06268188A JP H06268188 A JPH06268188 A JP H06268188A JP 5050727 A JP5050727 A JP 5050727A JP 5072793 A JP5072793 A JP 5072793A JP H06268188 A JPH06268188 A JP H06268188A
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buffer layer
amplification type
gate electrode
contact
ring
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JP5050727A
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Kazuya Yonemoto
和也 米本
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Sony Corp
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    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 増幅型撮像素子においてリング状ゲートのチ
ャネル長をどの部分でも一定にし、且つゲートコンタク
ト部でのポテンシャルシフトを防止して画素トランジス
タの動作劣化を回避する。 【構成】 増幅型画素トランジスタ29の薄膜多結晶シ
リコンからなるリング状ゲート電極26と第2層Alか
らなる垂直選択線32の層間に多結晶シリコンからなる
V字型のコンタクトバッファ層33を配し、このコンタ
クトバッファ層33とリング状ゲート電極26とを、ま
たコンタクトバッファ層33と垂直選択線32とを各コ
ンタクト位置がずれるように夫々接続して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、増幅型撮像素子に関す
る。
【0002】
【従来の技術】図7〜図9は従来の増幅型撮像素子を示
す。増幅型撮像素子は、ゲート電極下に光電変換された
電荷を蓄積し、この電荷によりドレイン電流を変調、増
幅するMOS型トランジスタ(以下増幅型画素トランジ
スタを称する)を画素に用いて構成される。
【0003】即ち、図8(図7のA−A線上の断面)に
示すように、P形のシリコン半導体基板2上にN形半導
体層3及びP型ウエル領域4が形成され、このP形ウエ
ル領域4上にSiO2 等のゲート絶縁膜5を介して光を
透過しうる薄膜多結晶シリコンからなるリング状ゲート
電極6が形成され、そのリング状ゲート電極6の中心孔
及び外周に対応するウエル領域4に夫々ゲート電極6を
マスクとするセルフアラインにて夫々N形のソース領域
7及びドレイン領域8が形成され、ここに1画素となる
増幅型画素トランジスタ9が構成される。なお、12は
パッシベーション膜、14は層間絶縁膜である。
【0004】この増幅型画素トランジスタ9が図7に示
すように複数個マトリックス状に配列され、各列に対応
する画素トランジスタ9のソース領域7が第1層Alに
よる共通の信号線10に接続され、各行に対応する画素
トランジスタ9のゲート電極6が第2層Alによる共通
の垂直選択線11に接続される。
【0005】従来は、特に水平方向に隣り合う2つの画
素トランジスタ9のリング状ゲート電極6を互に連結す
るように、幅広のコンタクトパッド部13が両リング状
ゲート電極6から一体に延長形成され、このコンタクト
パッド部13と第2層Alの垂直選択線11とが接続さ
れる(図7及び図9〔図7のB−B線上の断面〕参
照)。なお、図7において、19はソース領域7と信号
線10が接続されたいわゆるソースコンタクト部、20
はゲート電極より一体のコンタクトパッド部13と垂直
選択線11が接続されたいわゆるゲートコンタクト部で
ある。
【0006】この増幅型画素トランジスタ9では、図8
に示すように、リング状ゲート電極6を透過した光が電
子−正孔を発生し、このうちの正孔hが信号電荷として
リング状ゲート電極9下のSi−SiO2 界面に蓄積す
る。図7の垂直選択線11を通してリング状ゲート電極
6に高い電圧が印加され、画素トランジスタ9がオンさ
れると、ドレイン電流Idが表面に流れる。このドレイ
ン電流Idはリング状ゲート電極6下に蓄積された信号
電荷hにより変化を受けるので、このドレイン電流Id
を信号線10を通して出力し、その変化量を信号出力と
する。
【0007】図6は、増幅型撮像素子のブロック図を示
す。MOS型撮像素子と同様に垂直走査回路15及び水
平走査回路16を有し、画素トランジスタ9のゲートに
接続された各垂直選択線11が垂直走査回路16に接続
され、画素トランジスタ9のドレインが電源線7を介し
て電源端子t1 に接続される。画素トランジスタ9のソ
ースは水平スイッチング用MOSトランジスタ18を介
して出力端子t2 に接続され、水平スイッチング用MO
Sトランジスタ18のゲートが水平走査回路16に接続
される。
【0008】そして、テレビの走査線と同期して垂直走
査回路15として例えばN番目の垂直選択線11の電位
を高くして横1行の画素トランジスタ9をオンし、水平
方向i番目の画素選択は水平走査回路16によって水平
スイッチング用MOSトランジスタ17を選択する。こ
のようにしてテレビの走査方式と同期して画素トランジ
スタ9を選択し、光電変換して得られた信号電荷hで変
化した画素トランジスタ9のドレイン電流Idを検出し
ビデオ信号とする。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】図7に示す従来の増幅
型撮像素子1においては、その画素トランジスタ9のリ
ング状ゲート電極6の一部を延長し垂直選択線11と接
続するための幅広のコンタクトパッド部13が設けられ
ることから、ゲート電極形状が一部不均一になる。つま
り、ゲート長をあらゆる部分で均一に保つことができな
い。
【0010】このため、ゲート領域に蓄積される信号電
荷hがコンタクトパッド部13の付近に集中したり、コ
ンタクトパッド部13にも信号電荷hが蓄積され、画素
の特性を劣化する原因になっていた。
【0011】特に、リング状ゲート電極6は光を透過さ
せるため薄い多結晶シリコン膜で形成されており、その
コンタクトパッド部13を介してAlによる垂直選択線
11と接続したとき、SiとAlが反応し、コンタクト
パッド部13を通じてリング状ゲート電極の一部をも合
金化する懼れがある。合金化した部分は多結晶シリコン
と仕事関数が異なるため仕事関数の差だけ部分的にしき
い値が変わり(これをポテンシャルシフトと呼ぶ)、特
性劣化を来す。
【0012】また、信号電荷hがリング状ゲート領域に
のみに蓄積するようにコンタクトパッド部13下に不純
物のイオン注入を行ってチャネルストップ領域を形成す
ることも考えられるが、マスクの合せずれにより、結果
として信号電荷の蓄積がリング状ゲート領域内で不均一
になる場合が生ずる。
【0013】本発明は、上述の点に鑑み、ゲートコンタ
クト部でのポテンシャルシフトを防止し、かつゲート領
域のチャネル長をどの部分でも一定に保つことができる
増幅型撮像素子を提供するものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明に係る増幅型撮像
素子は、増幅型画素トランジスタ29のゲート電極26
と垂直選択線32の層間にゲート電極26及び垂直選択
線32を接続するコンタクトバッファ層33(又は4
6,52)を設けて構成する。
【0015】ここで、垂直選択線32とコンタクトバッ
ファ層33(又は46,52)との接続部43(又は4
7,54)と、コンタクトバッファ層33(又は46,
52)とゲート電極26との接続部42(又は48A,
48B,53)は、互に異なる位置に配置する。
【0016】また、コンタクトバッファ層33(又は4
6,52)としては、水平方向に隣り合う2つの増幅型
画素トランジスタ29のゲート電極26と接続しうるパ
ターン形状を有する。
【0017】また、コンタクトバッファ層33(又は4
6,52)は、増幅型画素トランジスタ29のゲート電
極26と反応しない導電材料で形成する。
【0018】
【作用】本発明においては、増幅型画素トランジスタ2
9のゲート電極26と垂直選択線32の層間にゲート電
極26及び垂直選択線32を互に接続するためのコンタ
クトバッファ層33(又は46,52)を設けることに
より、信号電荷はゲート電極26下のみに蓄積され、い
わゆるゲート長がどの部分でも一定となり、画素トラン
ジスタ29の動作劣化が回避される。
【0019】垂直選択線32とコンタクトバッファ層3
3(又は46,52)との接続部43(又は47,5
4)と、コンタクトバッファ層33(又は46,52)
とゲート電極26との接続部42(又は48A,48
B,53)とが互に異なる位置に配置される(即ち互い
の接続部の位置がずれている)ので、垂直選択線32の
Alとゲート電極26の多結晶シリコンが反応すること
なく、従って、合金化されず、接続部即ちゲートコンタ
クト部42(又は48A,48B,53)におけるポテ
ンシャルシフトが防止される。コンタクトバッファ層3
3(又は46,52)として水平方向に隣り合う2つの
増幅型画素トランジスタ29のゲート電極26と接続し
うるパターン形状にすることにより、コンタクトバッフ
ァ層33(又は46,52)がまたがらない隣り合う画
素トランジスタ29間にドレイン電源線36を配列する
ことが可能となる。
【0020】コンタクトバッファ層33(又は46,5
2)を増幅型画素トランジスタ29のゲート電極26と
反応しない導電材料で形成することにより、ゲートコン
タクト部42(又は48A,48B,53)でのポテン
シャルシフトを防止することができる。
【0021】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
【0022】図1、図2(図1のC−C線上の断面)及
び図3(図1のD−D線上の断面)は本発明の一実施例
を示す。本例においては、第1導電形例えばP形のシリ
コン半導体基板22上に第2導電形即ちN形の半導体層
23及びP形のウエル領域24が形成され、このP形ウ
エル領域24上にSiO2 等によるゲート絶縁膜25を
介して光を透過しうる薄膜多結晶シリコンからなるリン
グ状ゲート電極26を形成し、このリング状ゲート電極
26の中心孔及び外周に対応する領域に夫々ゲート電極
26をマスクとするイオン注入(いわゆるセルフアライ
ン)により夫々N形のソース領域27及びドレイン領域
28を形成して1画素となる増幅型画素トランジスタ2
9が構成される。
【0023】この増幅型画素トランジスタ29が複数個
マトリックス状に配列される。そして、垂直方向に配列
された画素トランジスタ29の各列毎に対応して、夫々
のソース領域27に接続した第1層Alによる信号線3
1が垂直方向に沿って形成され、この信号線31と直交
するように画素トランジスタ29の各行間に対応する位
置に第2層Alによる垂直選択線32が水平方向に沿っ
て形成される。
【0024】しかして、本例では、特に水平方向(即ち
横方向)に隣り合う2つの画素トランジスタ29のリン
グ状ゲート電極26に夫々またがり、且つ対応する垂直
選択線32に延長するようなV字型のコンタクトバッフ
ァ層33を形成し、このコンタクトバッファ層33と夫
々2つの画素トランジスタ29,29及び垂直選択線3
2とを接続する。
【0025】即ち、このコンタクトバッファ層33は、
リング状ゲート電極29を構成する多結晶シリコンと反
応しない導電材料(例えば同じ多結晶シリコン、或はバ
リアメタル、その他、等)、本例では多結晶シリコンに
て形成され、図示するように層間絶縁膜34,35を介
してリング状ゲート電極29と垂直選択線32の層間に
形成される。そして、夫々スルーホールを介してコンタ
クトバッファ層33の第1端部33A及び第2端部33
Bと夫々の画素トランジスタのリング状ゲート電極26
とが接続され、コンタクトバッファ層33の第3端部3
3Cと垂直選択線32とが接続される。
【0026】具体的にはリング状ゲート電極26を形成
したのち、層間絶縁膜34を形成し、そのスルーホール
38を通して下層のリング状ゲート電極26と接続する
ようにコンタクトバッファ層33を形成する。次いで、
層間絶縁膜36を形成しスルーホール39を通してソー
ス領域27に接続するように第1層Alによる信号線3
1を形成し、次に、層間絶縁膜36を形成しスルーホー
ル40を通して下層のコンタクトバッファ層33に接続
するように第2層Alの垂直選択線32を形成し、最上
層にパッシベーション膜37を形成する。
【0027】一方、コンタクトバッファ層33がまたが
らない画素トランジスタ29間にN形のドレイン領域2
8に接続するドレイン電源線36を配列する。このドレ
イン電源線36は低抵抗の材質、例えば信号線31と同
じ第1層Alによって形成することができる。
【0028】なお、41はソースコンタクト部、42は
ゲートコンタクト部、43はバッファコンタクト部、4
4はドレインコンタクト部である。
【0029】上述の実施例の増幅型撮像素子45によれ
ば、画素トランジスタ29と垂直選択線32の層間に形
成したコンタクトバッファ層33を介して、画素トラン
ジスタ29と垂直選択線32とを電気的に接続すること
により、信号電荷はコンタクトバッファ層33下に蓄積
されず、リング状ゲート電極26下のみに蓄積されるこ
とになり、いわゆるリング状ゲートのチャネル長がどの
部分でも一定になる。
【0030】また、ゲートコンタクト部42とバッファ
コンタクト部43の位置が図1に示すようにずれている
ために、垂直選択線32の第2層Alとリング状ゲート
電極26の薄い多結晶シリコンが反応して合金を作るこ
とがなく、ゲートコンタクト部42におけるポテンシャ
ルシフトを防止することができる。
【0031】従って、従来のような画素トランジスタ2
9の動作劣化は起こらず、信頼性の高い増幅型撮像素子
が得られる。
【0032】また、コンタクトバッファ層33が2つの
画素トランジスタにまたがるパターン形状であるので、
コンタクトバッファ層33がまたがらない画素トランジ
スタ29間に第1層Alによるドレイン電源線36を配
列することが可能になる。
【0033】図4は本発明の他の実施例を示す。コンタ
クトバッファ層33は製造プロセスを容易にするために
ある程度厚い多結晶シリコンで形成するのが実現的であ
る。しかし、コンタクトバッファ層33を厚い多結晶シ
リコンで形成すると、コンタクトバッファ層33の入射
光の透過率が非常に低くなるため、前述の図1の例で
は、実質的な開口率が低くなる。これは撮像素子の感度
を低下させる。
【0034】図4は、この点を改善するために、コンタ
クトバッファ層として信号線31と垂直選択線32に重
なるような形状、即ち略U字型のコンタクトバッファ層
46を形成する。そして、略U字型のコンタクトバッフ
ァ層46の夫々の遊端46a,46bを夫々隣り合う画
素トランジスタ29のリング状ゲート電極26に接続
し、コンタクトバッファ層46の中間部46cを垂直選
択線32に接続する。47はバッファコンタクト部、4
8A,48Bはゲートコンタクト部である。他の構成は
図1〜図3と同様である。
【0035】かかる構成の増幅型撮像素子50によれ
ば、コンタクトバッファ層46を用いることにより、前
例と同様にリング状ゲートのチャネル長をどの部分でも
一定とし、ポテンシャルシフトを起こすことがなく画素
トランジスタ29の動作劣化を回避できる。さらに、コ
ンタクトバッファ層46がAlよりなる垂直選択線32
及びAlによる信号線31に重なるように形成されるの
で、コンタクトバッファ層がある程度厚い多結晶シリコ
ンで形成されてもリング状ゲート電極26の一部を遮光
することがない。従って、撮像素子としての実質的な開
口が向上し、感度を向上させることができる。
【0036】図5は本発明のさらに他の実施例を示す。
なお、図1と対応する部分には同一符号を付して重複説
明を省略する。
【0037】本例は、各画素トランジスタ29に独立に
コンタクトバッファ層52を形成し、画素トランジスタ
29の各列毎に1本のドレイン電源線36を配列して構
成する。ここの構成においても、ゲートコンタクト部5
3とバッファコンタクト部54とはずれた位置に配され
る。コンタクトバッファ層52の形状は2つの方形部が
一部重なるように斜め方向に連結する形状となし、夫々
の方形部でゲートコンタクト部53及びバッファコンタ
クト部54が形成される。
【0038】かかる構成の増幅型撮像素子55によれ
ば、コンタクトバッファ層46を用いることにより、前
述と同様にリング状ゲートのチャネル長をどの部分でも
一定とし、ポテンシャルシフトを起こすことなく、画素
トランジスタ29の動作劣化を回避できる。しかも、パ
ターンルールは厳しくなるが、1画素列に1本のドレイ
ン電源線36を通すことができるので、ドレイン電源線
36による光学的な画素分離が良好に行える。
【0039】図1及び図4の例の場合、ドレイン電源線
36がない画素間では、光学的な分離が不明確である。
例えば色フィルタなどを乗せたときに、色フィルタのプ
ロセスルールの難しさから、隣り合う画素の色フィルタ
が被ってくる場合がある。色フィルタが被ると、違う色
フィルタの影響で分光特性が大幅に変わってしまうこと
が予想される。
【0040】この点からすると図5の例は、1画素列に
1本のドレイン電源線36による開口率の低下があるも
のの、光学的な画素分離が良好に行える。なお、開口率
の低下は光学レンズにより補償できる。
【0041】
【発明の効果】本発明に係る増幅型撮像素子によれば、
ゲート電極下のみに信号電荷を蓄積することが可能とな
り、ゲート長をどこの部分でも均一に保つことができ、
且つゲートコンタクト部でのポテンシャルシフトを防止
することができる。従って、画素トランジスタの動作劣
化が回避され、信頼性の高い増幅型撮像素子を提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の増幅型撮像素子の一例を示す構成図で
ある。
【図2】図1のC−C線上の断面図である。
【図3】図1のD−D線上の断面図である。
【図4】本発明の増幅型撮像素子の他の例を示す構成図
である。
【図5】本発明の増幅型撮像素子の他の例を示す構成図
である。
【図6】増幅型撮像素子のブロック図である。
【図7】従来の増幅型撮像素子の構成図である。
【図8】図7のA−A線上の断面図である。
【図9】図7のB−B線上の断面図である。
【符号の説明】
1,45,50,55 増幅型撮像素子 2,22 P形シリコン基板 3,23 N形領域 4,24 P形ウエル領域 5,25 ゲート絶縁膜 6,26 リング状ゲート電極 7,27 ソース領域 8,28 ドレイン領域 9,29 増幅型画素トランジスタ 10,31 信号線 11,32 垂直選択線 20,33A,33B,48A,48B 53 ゲート
コンタクト部 43,47,54 バッファコンタクト部 33,46,52 コンタクトバッファ層 34,35,36 層間絶縁膜 36 ドレイン電源線 37 パッシベーション膜

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 増幅型画素トランジスタのゲート電極と
    垂直選択線の層間に、該ゲート電極及び垂直選択線を接
    続するコンタクトバッファ層が設けられて成ることを特
    徴とする増幅型撮像素子。
  2. 【請求項2】 垂直選択線とコンタクトバッファ層との
    接続部と、コンタクトバッファ層とゲート電極との接続
    部が異なる位置に配置されることを特徴とする請求項1
    記載の増幅型撮像素子。
  3. 【請求項3】 コンタクトバッファ層が水平方向に隣り
    合う2つの増幅型画素トランジスタのゲート電極と接続
    しうるパターン形状を有することを特徴とする請求項1
    又は請求項2記載の増幅型撮像素子。
  4. 【請求項4】 コンタクトバッファ層が増幅型画素トラ
    ンジスタのゲート電極と反応しない導電材料で形成され
    ることを特徴とする請求項1、請求項2又は請求項3記
    載の増幅型撮像素子。
JP5050727A 1993-03-11 1993-03-11 増幅型撮像素子 Pending JPH06268188A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5050727A JPH06268188A (ja) 1993-03-11 1993-03-11 増幅型撮像素子
KR1019940004365A KR940022877A (ko) 1993-03-11 1994-03-07 증폭형 촬상소자
US08/207,425 US5506434A (en) 1993-03-11 1994-03-08 Solid-state imaging device having contact buffer layer interconnecting gate and vertical scan line
US08/554,771 US5684312A (en) 1993-03-11 1995-11-07 Solid-state imaging device having contact buffer layer interconnecting gate and vertical scan line

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JP5050727A JPH06268188A (ja) 1993-03-11 1993-03-11 増幅型撮像素子

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ID=12866896

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JP (1) JPH06268188A (ja)
KR (1) KR940022877A (ja)

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