JPS6042988A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPS6042988A JPS6042988A JP58151896A JP15189683A JPS6042988A JP S6042988 A JPS6042988 A JP S6042988A JP 58151896 A JP58151896 A JP 58151896A JP 15189683 A JP15189683 A JP 15189683A JP S6042988 A JPS6042988 A JP S6042988A
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- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 3
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- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims 11
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims 1
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices 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
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
Landscapes
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- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の技術分野］
この発明は固体撮像装置に関し、特に、飽和信号レベル
の増大および画素の高集積化を図った固体＠像装置に関
するものである。
の増大および画素の高集積化を図った固体＠像装置に関
するものである。
［従来技術］
第１図は従来のＭＯＳ形の固体！ｌ１ｌｉ装置の一例の
等価回路を示１図である。
等価回路を示１図である。
まず、第１図に示１等価回路の栴成と動作について説明
する。第１図において光電変換素子としてのフォトダイ
オード１１に光が入射すると、光電流が発生し、フォト
ダイオード１１の合釘１２に蓄えられる。そして、信号
読出し詩には、スイッチング素子としてのＭＯＳトラン
ジスタ１３がオンし、光電流を選択的に続出ず。
する。第１図において光電変換素子としてのフォトダイ
オード１１に光が入射すると、光電流が発生し、フォト
ダイオード１１の合釘１２に蓄えられる。そして、信号
読出し詩には、スイッチング素子としてのＭＯＳトラン
ジスタ１３がオンし、光電流を選択的に続出ず。
第２図は、第１図の等価回路で示した従来のＭＯ８形固
体瓶像装置の模式的断面図である。
体瓶像装置の模式的断面図である。
次に、第２図に示す従来の固体撮像装置の構成について
説明する。第２図において、Ｎ型基板１上にフォトダイ
オードのアノードであるＰ型ウェル２が形成され、さら
にその上にフォトダイオードのカソードであると同時に
ＭＯＳトランジスタのソースでもあるＮ型領域３および
ＭＯＳ ｌ−ランジスタのビレ。インであるＮ型領域４
が形成される。
説明する。第２図において、Ｎ型基板１上にフォトダイ
オードのアノードであるＰ型ウェル２が形成され、さら
にその上にフォトダイオードのカソードであると同時に
ＭＯＳトランジスタのソースでもあるＮ型領域３および
ＭＯＳ ｌ−ランジスタのビレ。インであるＮ型領域４
が形成される。
Ｎ型領域３およσ４の間の領域上にはゲート５が設けら
れ、まｌＣ隣接する画素との分離のため、酸化ＩＩ！ｉ
！６が形成される。さらに、Ｎ型領域３下の一部分に高
１度Ｐ型領域７が形成される。
れ、まｌＣ隣接する画素との分離のため、酸化ＩＩ！ｉ
！６が形成される。さらに、Ｎ型領域３下の一部分に高
１度Ｐ型領域７が形成される。
次に、第２図に示す従来の固体搬像装置の動作について
説明する。Ｐ型ウェル２〈アノード）とＮ型領域３（カ
ソード）とから構成されるフォトタイオード２に光が入
射すると、光電流が発生し、ＰＮ接合領域に蓄積される
。そして、信号読出し時には、Ｎ型領域３（ソース）、
ゲート５ ａ３よびＮ型領域４（ドレイン）からなるＭ
ＯＳトランジスタがオンし、ソースからドレインへ光信
号量に相当する電流が流れ、ドレイン４から信号が取出
される。
説明する。Ｐ型ウェル２〈アノード）とＮ型領域３（カ
ソード）とから構成されるフォトタイオード２に光が入
射すると、光電流が発生し、ＰＮ接合領域に蓄積される
。そして、信号読出し時には、Ｎ型領域３（ソース）、
ゲート５ ａ３よびＮ型領域４（ドレイン）からなるＭ
ＯＳトランジスタがオンし、ソースからドレインへ光信
号量に相当する電流が流れ、ドレイン４から信号が取出
される。
ところで上述のように構成された従来の固体撮像装置に
ｄ３いて、光に対する高い感度をもつためには、広い面
積のフ第１・ダーイオードあるいは低い濃度のＩＤ型ウ
ェル２が必要である。しかし一方、信号の飽和信号レベ
ル（ダイナミックレンジ）を増大するためにはフ第１・
ダイオードの面積を広くするか、またはＰ型ウェル２の
濃度を増大することが必要である。以上の要求に応える
ため、通常はフォトダイオードのＮ型領域３下のＰ型ウ
ェル２の一部に、高濃度Ｐ型領域７を設置ノ、Ｐ壁領域
濃度の最適化を行なって、光に対する高い感度とダイナ
ミックレンジの増大とを同時に図２っている。
ｄ３いて、光に対する高い感度をもつためには、広い面
積のフ第１・ダーイオードあるいは低い濃度のＩＤ型ウ
ェル２が必要である。しかし一方、信号の飽和信号レベ
ル（ダイナミックレンジ）を増大するためにはフ第１・
ダイオードの面積を広くするか、またはＰ型ウェル２の
濃度を増大することが必要である。以上の要求に応える
ため、通常はフォトダイオードのＮ型領域３下のＰ型ウ
ェル２の一部に、高濃度Ｐ型領域７を設置ノ、Ｐ壁領域
濃度の最適化を行なって、光に対する高い感度とダイナ
ミックレンジの増大とを同時に図２っている。
しかしながら、解像度の向上のため、個々の画素、すな
わちフ第１〜ダイΔ−ドの面積を小さくした場合、上述
のように、高感度とダイナミックレンジの増大とを同時
に実現することは困難になる。
わちフ第１〜ダイΔ−ドの面積を小さくした場合、上述
のように、高感度とダイナミックレンジの増大とを同時
に実現することは困難になる。
上述の欠点を解消するために、フォトダイオードに代え
てフォトトランジスタを用いる方法が考えられる。
てフォトトランジスタを用いる方法が考えられる。
第３図は、第２図のフォトダイオードに代えて、フォト
トランジスタを用いた例の模式的断面図であり、第２図
に比較して、ＭＯＳトランジスタのソースであり、フォ
トトランジスタのコレクタでもあるＮ型領域３と分離用
酸化膜６との間に、フォトトランジスタのエミッタとな
るＮ型領域８が設けられている点で異なっている。この
場合、フォトトランジスタの電流増幅率をｈＦＥとする
と、光電流のｈＦＥ倍の信号電流が得られ、小さな面積
でも必要な感度を得ることが可能である。
トランジスタを用いた例の模式的断面図であり、第２図
に比較して、ＭＯＳトランジスタのソースであり、フォ
トトランジスタのコレクタでもあるＮ型領域３と分離用
酸化膜６との間に、フォトトランジスタのエミッタとな
るＮ型領域８が設けられている点で異なっている。この
場合、フォトトランジスタの電流増幅率をｈＦＥとする
と、光電流のｈＦＥ倍の信号電流が得られ、小さな面積
でも必要な感度を得ることが可能である。
しかしながら、ＭＯＳ ｔ−ランジスタのしきい値およ
びフォトトランジスタの電流増幅率ｈｒｓの安定化のた
めには、高濃度Ｐ型鋼域７は、コレクタかつソースであ
るＮ型領域３に対して余裕をもって小さく作る必要があ
る一方、期待される信号飽和レベルすなわち飽和信号電
荷の増大のためには、高濃度Ｐ型鋼域はある程度の大き
さを確保した高濃度領域における接合リーク電流の増大
と雑音の影響を取り除かなければならず、したがって画
素の微細化は困難である。
びフォトトランジスタの電流増幅率ｈｒｓの安定化のた
めには、高濃度Ｐ型鋼域７は、コレクタかつソースであ
るＮ型領域３に対して余裕をもって小さく作る必要があ
る一方、期待される信号飽和レベルすなわち飽和信号電
荷の増大のためには、高濃度Ｐ型鋼域はある程度の大き
さを確保した高濃度領域における接合リーク電流の増大
と雑音の影響を取り除かなければならず、したがって画
素の微細化は困難である。
［発明の概要］
それゆえに、この発明の目的は、上述の欠点を解消し、
高感度を維持しながら飽和信号のレベルの増大を図り、
同時に高集積化を可能にした固体撮像装置を提供するこ
とである。
高感度を維持しながら飽和信号のレベルの増大を図り、
同時に高集積化を可能にした固体撮像装置を提供するこ
とである。
この発明は、要約すれば、従来のＰＮ接合による接合容
量に並列に新たにＭＩＳｌｆｌ造による容量を付加する
ことによって蓄積される電荷量を増大し、それによって
飽和信号レベルを増大し、併せて高集積化が可能なよう
に構成したものである。
量に並列に新たにＭＩＳｌｆｌ造による容量を付加する
ことによって蓄積される電荷量を増大し、それによって
飽和信号レベルを増大し、併せて高集積化が可能なよう
に構成したものである。
この発明の上述の目的およびその他の目的と特徴は以下
に図面を参照して行なう詳細な説明から一層明らかとな
ろう。
に図面を参照して行なう詳細な説明から一層明らかとな
ろう。
［発明の実施例コ
第４図はこの発明の一実施例を示す模式的断面図である
。第４図に示す例は、以下の点を除いて前述の第３図に
示した例と同じである。すなわち、Ｎ型領域３上に絶縁
膜１０が形成され、さらにその上にポリシリコンからな
る電極９が設けられている。
。第４図に示す例は、以下の点を除いて前述の第３図に
示した例と同じである。すなわち、Ｎ型領域３上に絶縁
膜１０が形成され、さらにその上にポリシリコンからな
る電極９が設けられている。
次に、第４図に示す実施例の動作について説明する。光
が照射されると、フォトトランジスタに光電流が発生し
、その信号電荷はフォトトランジスタのコレクタであり
、ＭＯＳ ｔ−ランジスタのソースであるＮ型領域３に
蓄積される。第３図の従来例では、この信号電荷はＮ型
領ｈｉ！３とＰ型ウェル２との間に形成されるＰＮ接合
容量のみで蓄積されるが、この第４図の実施例では、Ｎ
型領域３とＮ型領域３の少なくとも一部を−覆って形成
された絶縁膜１０と電極９とによって新たにＭＩＳ構造
による容量が形成され、上述のＰＮ接合容量に並列に接
続された形になるので、飽和信号電荷量。
が照射されると、フォトトランジスタに光電流が発生し
、その信号電荷はフォトトランジスタのコレクタであり
、ＭＯＳ ｔ−ランジスタのソースであるＮ型領域３に
蓄積される。第３図の従来例では、この信号電荷はＮ型
領ｈｉ！３とＰ型ウェル２との間に形成されるＰＮ接合
容量のみで蓄積されるが、この第４図の実施例では、Ｎ
型領域３とＮ型領域３の少なくとも一部を−覆って形成
された絶縁膜１０と電極９とによって新たにＭＩＳ構造
による容量が形成され、上述のＰＮ接合容量に並列に接
続された形になるので、飽和信号電荷量。
が増大し、かつ画素の大きさを増大する必要がない。す
なわち、ＭＩＳ構造の電極９は直流的に一定であれば問
題はなく、たとえば、絶縁ｌ１１１１０が５００オング
ストロームの二酸化珪素であれば、ＰＮ接合に蓄え得る
以上の電荷を蓄積することができ、また、絶縁ｍ１０に
窒化シリコン脇を使用すれば、さらに大きな容量を得る
ことができる。
なわち、ＭＩＳ構造の電極９は直流的に一定であれば問
題はなく、たとえば、絶縁ｌ１１１１０が５００オング
ストロームの二酸化珪素であれば、ＰＮ接合に蓄え得る
以上の電荷を蓄積することができ、また、絶縁ｍ１０に
窒化シリコン脇を使用すれば、さらに大きな容量を得る
ことができる。
なお、実施例では、電極９としてポリシリコンを用いた
ＭＩＳ構造の例を示したが、電極材料としては、導電性
を有するものであれば、どのような材質であろうと使用
できることは明白である。
ＭＩＳ構造の例を示したが、電極材料としては、導電性
を有するものであれば、どのような材質であろうと使用
できることは明白である。
また、この実施例では、フォトトランジスタをＮＰＮ型
のトランジスとしたが、ＰＮＰ型の１〜ランジスタであ
っても同様の効果が得られる。
のトランジスとしたが、ＰＮＰ型の１〜ランジスタであ
っても同様の効果が得られる。
［発明の効果］
以上のように、この発明では、フォトトランジスタのコ
レクタでありかつＭＯＳ ｔ−ランジスタのソースであ
る領域上の少なくとも一部を覆って絶縁膜と電極とを形
成し、従来のＰＮ接合容量と並列の関係になるＭＩＳ構
造の容量を形成するように構成したので、集積度を犠牲
にせず、飽和信号電荷量すなわち飽和信号レベルを増大
することができる。
レクタでありかつＭＯＳ ｔ−ランジスタのソースであ
る領域上の少なくとも一部を覆って絶縁膜と電極とを形
成し、従来のＰＮ接合容量と並列の関係になるＭＩＳ構
造の容量を形成するように構成したので、集積度を犠牲
にせず、飽和信号電荷量すなわち飽和信号レベルを増大
することができる。
第１図は従来のＭＯ３Ｏ３形１１ｔ （ｉ装置の一例の
等価回路図である。第２図は従来のＭＯ８形固体撮像装
置の模式的断面図である。第３図は従来のフォトトラン
ジスタを用いたＭＯ８形固体ｍ像装置の模式的断面図で
ある。第４図はこの発明の一実施例を示す模式的断面図
である。 図において、１はＮ型基板、２はＰ型ウェル、３．４．
８はＮ型領域、５はゲート、６は分離用酸化膜、７は高
Ｓ度Ｐ型領域、９は電極、１０は絶縁膜、１１はフォト
ダイオード、１２はフォトダイオードの容量、１３はＭ
ＯＳ ｌ−ランジスタを示す。 代 理 人 大 岩 増 雄 第１ 口 第２１〉１ 第３１＝Ｔ 第４１７ １ン
等価回路図である。第２図は従来のＭＯ８形固体撮像装
置の模式的断面図である。第３図は従来のフォトトラン
ジスタを用いたＭＯ８形固体ｍ像装置の模式的断面図で
ある。第４図はこの発明の一実施例を示す模式的断面図
である。 図において、１はＮ型基板、２はＰ型ウェル、３．４．
８はＮ型領域、５はゲート、６は分離用酸化膜、７は高
Ｓ度Ｐ型領域、９は電極、１０は絶縁膜、１１はフォト
ダイオード、１２はフォトダイオードの容量、１３はＭ
ＯＳ ｌ−ランジスタを示す。 代 理 人 大 岩 増 雄 第１ 口 第２１〉１ 第３１＝Ｔ 第４１７ １ン
Claims (3)
- （１） 第１の導電形の半導体基板上に、前記第１の導
電形とは逆導電形の第１の拡散領域が形成され、前記第
１の拡散領域中に、前記第１の導電形の第２の拡ｗｉ層
と、第３の拡散層ど、第４０）拡散層とが形成され、前
記第２の拡散層はＭ ＯＳｌ−ランジスタのドレインで
あり、前記第３の拡散層は〜４０ Ｓ ｔ−ランジスタ
のソースＣあり、前記第４の拡散層は前記第３の拡散層
に隣接し、フォトトランジスタのエミッタである固体Ｒ
象装置であって、 前記第３の拡散層上の少なくとも一部分を覆って絶縁膜
どさらにその上に電極配線とを形成することにより、前
記第３の拡散層上にＭＩＳ構造を形成し１＝ことを特徴
とする、固体撮像装置。 - （２） 前記絶縁膜は、シリコン窒化膜、またはシリコ
ン窒化膜と二酸化珪素との多層膜である、特許請求の範
囲第１項記載の固体撮像装置。 - （３） 前記絶縁膜は、タンタル酸化膜で（ちる、特許
請求の範囲第１項記載の固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58151896A JPS6042988A (ja) | 1983-08-18 | 1983-08-18 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58151896A JPS6042988A (ja) | 1983-08-18 | 1983-08-18 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6042988A true JPS6042988A (ja) | 1985-03-07 |
Family
ID=15528557
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58151896A Pending JPS6042988A (ja) | 1983-08-18 | 1983-08-18 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6042988A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0295365A2 (de) * | 1987-05-11 | 1988-12-21 | Messerschmitt-Bölkow-Blohm Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Halbleiter mit kapazitiver Auslese der Ladungsträger und integrierter Gleichspannungszuführung |
-
1983
- 1983-08-18 JP JP58151896A patent/JPS6042988A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0295365A2 (de) * | 1987-05-11 | 1988-12-21 | Messerschmitt-Bölkow-Blohm Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Halbleiter mit kapazitiver Auslese der Ladungsträger und integrierter Gleichspannungszuführung |
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