JP2002164527A5 - - Google Patents

Description

【００１０】
【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２及び図４に示すように、光照射により光発生電荷を発生させる受光ダイオード１１１と、受光ダイオード１１１に隣接する、光発生電荷をゲート電極５９下方のチャネル領域５４ｃ下に蓄積し、蓄積された光発生電荷により閾値電圧を変調させて光信号を検出する光信号検出用絶縁ゲート型電界効果トランジスタ１１２とを備えた単位画素１０１が行と列に配列されてなり、図１、図３、図５乃至図８に示すように、受光ダイオード１１１は自らの単位画素の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ１１２と、隣接する単位画素の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ１１２とによってその周辺部を囲まれ、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ１１２は自らの単位画素の受光ダイオード１１１と、隣接する単位画素の受光ダイオード１１１とによってその周辺部を囲まれて配置されていることを特徴としている。
また、同一の行内にある絶縁ゲート型電界効果トランジスタ１１２のゲート電極５９が相互に接続され、かつ同一の列内にある絶縁ゲート型電界効果トランジスタ１１２のソース領域５６が相互に接続されていることを特徴としている。

【００１１】
また、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ１１２のゲート電極５９はリング状を有し、ゲート電極５９の内周部の内側にｎ型（反対導電型）のソース領域５６が設けられ、ゲート電極５９の外周部の外側にｎ型（反対導電型）のドレイン領域５７ａが設けられ、かつ受光ダイオード１１１及び絶縁ゲート型電界効果トランジスタ１１２はドレイン領域５７ａと同じ導電型（反対導電型）を有する拡散分離領域５３が一連なりとなっている素子分離領域によって囲まれている。この場合、拡散分離領域５３は、ｐ型（一導電型）を有するウエル領域（一導電型の半導体層）５４ａ，５４ｂよりも深い、ｎ型（反対導電型）の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ことを特徴としている。
また、単位画素１０１は、同じ行内ではドレイン領域によって繋がっており、かつ行毎に絶縁膜により分離され、又は一導電型の拡散領域により分離されていることを特徴としている。

【００１２】
さらに、固体撮像装置内の単位画素１０１の平面配置においては、特に、図５乃至図８に示すように、行方向に沿って及び列方向に沿って受光ダイオード１１１とゲート電極５９とが交互に並んでいることを特徴としている。
この場合、例えば、図５に示すように、同一の行内の単位画素１０１の並びは行方向に沿って直線状になっており、かつ受光ダイオード１１１の並びは行方向に沿ってジグザクとなっている。また、例えば、図６乃至図８に示すように、受光ダイオード１１１の並び以外に、同一の行内の単位画素１０１の並びが、行方向に沿ってジグザクとなっている。

【００１３】
以下に、上記構成により奏される作用・効果を説明する。
本発明の固体撮像装置では、光信号検出用絶縁ゲート型電界効果トランジスタ１１２とを備えた単位画素１０１が行と列に配列されてなり、受光ダイオード１１１は自らの及び隣接する単位画素の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ１１２によってその周辺部を囲まれ、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ１１２は自らの及び隣接する単位画素の受光ダイオード１１１によってその周辺部を囲まれている。即ち、図１、図３、図５乃至図８に示すような画素配置となる。この場合、一つの画素１０１において、外周部の平面形状が四辺以上の辺を有する多角形状又は円形状であるようなリング状のゲート電極５９が設けられ、受光ダイオード１１１がゲート電極５９の多角形の少なくとも一辺に、又は円形状の円周の一部分に隣接して設けられている。

【００２２】
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絶縁ゲート型電界効果トランジスタ（以下、単にＭＯＳトランジスタと称する場合もある。）１１２とを備えた単位画素１０１が行と列に配列されている。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は拡散分離領域５３が一連なりとなっている素子分離領域によって囲まれている。また、ＭＯＳトランジスタ１１２の部分のゲート電極５９は周縁部が八角形状を有し、帯状、かつリング状を有している。

【００２６】
次に、図２を参照して本発明の実施の形態に係るＭＯＳ型イメージセンサの一つの単位画素１０１の断面構造について説明する。図２は、図１のII−II線に沿う断面図である。
図２に示すように、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ｐ型のウエル領域、即ち第１のウエル領域（一導電型の半導体層）５４ａと第２のウエル領域（一導電型の半導体層）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。

【００３３】
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１０５と接続している。そして、図１０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。

【００３５】
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）−雑音電圧読出期間−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）−雑音電圧読出期間という一連の過程が繰り返される。

【００３９】
雑音電圧読出期間では、初期化期間と蓄積期間の間にキャリアポケット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。

Claims (9)

1. 光照射により光発生電荷を発生させる受光ダイオードと、該受光ダイオードに隣接する、前記光発生電荷をゲート電極下方のチャネル領域下に蓄積し、該蓄積された光発生電荷により閾値電圧を変調させて光信号を検出する光信号検出用絶縁ゲート型電界効果トランジスタとを備えた単位画素が行と列に配列されてなり、
   前記単位画素は、前記受光ダイオードが自らの単位画素の絶縁ゲート型電界効果トランジスタと、隣接する単位画素の絶縁ゲート型電界効果トランジスタとによってその周辺部を囲まれ、前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタが自らの単位画素の受光ダイオードと、隣接する単位画素の受光ダイオードとによってその周辺部を囲まれて配置されていることを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記受光ダイオードと前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極とが前記行方向及び前記列方向に交互に並んでいることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記受光ダイオードと前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタは一導電型の半導体層に形成され、
   前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極はリング状を有し、該ゲート電極の内周部の内側の前記一導電型の半導体層に反対導電型のソース領域が設けられ、前記ゲート電極の外周部の外側の前記一導電型の半導体層に反対導電型のドレイン領域が設けられており、
   前記チャネル領域下の前記一導電型の半導体層内に、前記光発生電荷を蓄積する一導電型の高濃度埋込層が設けられてい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. 前記高濃度埋込層は前記ドレイン領域から前記ソース領域に至るチャネル長方向の一部領域であって、前記チャネル領域下にリング状に形成されていることを特徴とする請求項３記載の固体撮像素子。
5. 前記単位画素は反対導電型の拡散分離領域が一連なりとなっている素子分離領域によって囲まれていることを特徴とする請求項３又は４記載の固体撮像装置。
6. 前記拡散分離領域は前記ドレイン領域と接続し、かつ前記一導電型の半導体層よりも深く形成されてなることを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置。
7. 前記単位画素は、同じ前記行内では前記ドレイン領域によって繋がっており、かつ前記行毎に絶縁膜により分離され、又は一導電型の拡散領域により分離されていることを特徴とする請求項３乃至６の何れか一に記載の固体撮像装置。
8. 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乃至７の何れか一に記載の固体撮像装置。
9. 同一の前記行内にある前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極が相互に接続され、かつ同一の前記列内にある前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのソース領域が相互に接続されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一に記載の固体撮像装置。

Images