JP2559465B2 - Solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device

Info

Publication number
JP2559465B2
JP2559465B2 JP63152286A JP15228688A JP2559465B2 JP 2559465 B2 JP2559465 B2 JP 2559465B2 JP 63152286 A JP63152286 A JP 63152286A JP 15228688 A JP15228688 A JP 15228688A JP 2559465 B2 JP2559465 B2 JP 2559465B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mos transistor
signal line
solid
imaging device
state imaging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP63152286A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH01103860A (en
Inventor
秋元  肇
信弥 大場
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP63152286A priority Critical patent/JP2559465B2/en
Publication of JPH01103860A publication Critical patent/JPH01103860A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2559465B2 publication Critical patent/JP2559465B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は撮像装置に係り、特に半導体基板上に複数個
の受光素子等を集積化した固体撮像装置に関する。
The present invention relates to an image pickup device, and more particularly to a solid-state image pickup device in which a plurality of light receiving elements and the like are integrated on a semiconductor substrate.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

固体撮像装置は現行のテレビジョン放送で使用されて
いる撮像用素子管程度の解像力を備えていることが必要
である。このため、半導体基板上には垂直(列)方向に
500個、水平(行)方向に800〜1000個の絵素(光電変換
素子)を配列した絵素マトリツクスと、これらの絵素を
走査するための走査素子とが必要となる。従つて、この
ような固体撮像装置は高集積化が可能なMOS大規模回路
技術に用いて作られ、その構成素子として一般にCharge
Coupled Device(CCD)又はMOSトランジスタ等が使用
されている。
The solid-state image pickup device is required to have a resolution as high as that of an image pickup element tube used in current television broadcasting. For this reason, the semiconductor substrate has a vertical (column) direction.
A picture element matrix in which 500 picture elements (800 to 1000 picture elements (photoelectric conversion elements) are arranged in the horizontal (row) direction) and a scanning element for scanning these picture elements are required. Therefore, such a solid-state image pickup device is manufactured by using a MOS large-scale circuit technology capable of high integration, and is generally used as a constituent element of the Charge device.
Coupled devices (CCD) or MOS transistors are used.

以下、MOS型固体撮像装置のスイツチングトランジス
タにSOI(Silicon On Insulator)構造を採用した例に
ついて説明する。これについては、アイイーデイーエム
86,テクニカルダイジエスト369〜372頁(IEDM86,Techni
cal Digest,pp369〜372)において記載してある。この
従来例について、第2図及び第3図を用いて説明する。
第2図はMOS型固体撮像装置の回路構成を示す図であ
る。p型シリコン基板内に複数のホトダイオード101,20
1,301,401がマトリツクス状に配置され、これらの各ホ
ルダイオードを選択するためのMOSトランジスタスイツ
チ104,204,304,404が対応するホトダイオードにそれぞ
れ接続される。このホトダイオードとMOSトランジスタ
スイツチとが1体となつて1絵素を構成する。信号電荷
を出力するための信号線510,511は、垂直方向(列方
向)のMOSトランジスタスイツチ104,204,304,404の出力
端側に接続される。MOSトランジスタスイツチ104,204,3
04,404はシフトレジスタ514より出るゲート線512,513に
より順次走査される。これによつて、ホトダイオード10
1,201,301,401に入射した光によつて生じた信号電荷
は、MOSトランジスタスイツチ104,204,304,404及び信号
線510,511を通じて出力される。
An example in which an SOI (Silicon On Insulator) structure is adopted for the switching transistor of the MOS type solid-state image pickup device will be described below. For this, iM
86, Technical digest page 369-372 (IEDM86, Techni
cal Digest, pp369-372). This conventional example will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration of a MOS type solid-state imaging device. Plural photodiodes 101, 20 in a p-type silicon substrate
1, 301 and 401 are arranged in a matrix, and MOS transistor switches 104, 204, 304 and 404 for selecting each of these hol diodes are connected to the corresponding photodiodes. The photodiode and the MOS transistor switch are combined to form one picture element. The signal lines 510 and 511 for outputting signal charges are connected to the output ends of the MOS transistor switches 104, 204, 304 and 404 in the vertical direction (column direction). MOS transistor switch 104,204,3
04 and 404 are sequentially scanned by the gate lines 512 and 513 output from the shift register 514. As a result, the photodiode 10
The signal charges generated by the light incident on the 1,201,301,401 are output through the MOS transistor switches 104,204,304,404 and the signal lines 510,511.

第3図は第2図の1個のホトダイオード近傍の断面構
造を示す図である。p型シリコン基板17内に、酸化膜12
及びp型不純物領域(p+拡散層)11で分離されたホト
ダイオードを構成するn型不純物領域(n+層)15が設
けられている。この酸化膜12とp型不純物領域11とは、
素子分離領域であり、特に絵素(画素)同志を分離する
ので画素分離領域という。このn型不純物領域(n+
層)15からは、ソース16,ドレイン6,ゲート7より成るM
OSトランジスタが酸化膜12上に延在するように設けられ
ている。この素子の全体は保護膜14に覆われており、ド
レイン6には信号線8が接続されている。ここで、ソー
ス16,ドレイン6,ゲート7より成るMOSトランジスタは、
n型不純物領域(n+層)15をシード領域(Seeding re
gion)として再結晶させたSOI構造内に形成されてい
る。このために、ドレイン6とp型シリコン基板17間の
寄生容量を小さくすることが可能であり、したがつて信
号線8の寄生容量も小さくなり、出力雑音レベルを抑圧
することができる。これは、出力雑音電流の2乗が、信
号線8の全容量に比例するためである。尚、この種のMO
S型固体撮像装置については、USP4,551,742にも記載さ
れている。
FIG. 3 is a view showing a sectional structure in the vicinity of one photodiode shown in FIG. An oxide film 12 is formed in the p-type silicon substrate 17.
And an n-type impurity region (n + layer) 15 which constitutes a photodiode and is separated by a p-type impurity region (p + diffusion layer) 11. The oxide film 12 and the p-type impurity region 11 are
This is an element isolation region, and in particular, it is called a pixel isolation region because it separates picture elements (pixels) from each other. This n-type impurity region (n +
Layer) 15 to M consisting of source 16, drain 6 and gate 7.
The OS transistor is provided so as to extend on the oxide film 12. The entire device is covered with a protective film 14, and a signal line 8 is connected to the drain 6. Here, the MOS transistor consisting of the source 16, the drain 6, and the gate 7 is
The n-type impurity region (n + layer) 15 is used as a seed region (Seeding re
It is formed within the recrystallized SOI structure as gion). Therefore, it is possible to reduce the parasitic capacitance between the drain 6 and the p-type silicon substrate 17, and thus the parasitic capacitance of the signal line 8 is also reduced, and the output noise level can be suppressed. This is because the square of the output noise current is proportional to the total capacitance of the signal line 8. In addition, this kind of MO
The S-type solid-state imaging device is also described in USP 4,551,742.

しかしながら上記従来技術においては、SOI内に形成
されたMOSトランジスタのソース16と,ドレイン6との
間を流れるリーク電流が、シリコン基板17内に形成され
たMOSトランジスタのソースとドレインとの間を流れる
リーク電流よりもはるかに大きいという事実を実験によ
つて見い出した。そして、このSOI内でのリーク電流に
起因して新たな雑音成分の発生及び信号電荷の損失とい
う新たな問題を見い出した。この問題点がSOI構造のMOS
型固体撮像装置の実用化に対して、大きな妨げとなつて
いる。
However, in the above-mentioned conventional technique, the leak current flowing between the source 16 and the drain 6 of the MOS transistor formed in the SOI flows between the source and the drain of the MOS transistor formed in the silicon substrate 17. The fact that it is much larger than the leakage current was found by experiments. Then, they found a new problem of generation of new noise component and loss of signal charge due to the leak current in the SOI. This problem is the SOI structure MOS
This is a major obstacle to the practical application of the solid-state imaging device.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

本発明の目的は、上記リーク電流を抑圧しつつ、SOI
構造によつて寄生容量を抑えることのできる固体撮像装
置を提供することにある。
An object of the present invention is to suppress the above leakage current while maintaining the SOI
It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device capable of suppressing parasitic capacitance due to its structure.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的は、走査用の各スイツチを、半導体基板内に
形成した第1のMOSトランジスタスイツチング素子と、
半導体基板上に絶縁物を介して設けた半導体内に形成し
た第2のMOSトランジスタスイツチング素子との直列接
続とし、かつ上記第1のスイツチング素子を受光部側に
配し、上記第2のスイツチング素子を信号出力端側に配
する構造とすることにより、達成される。
The above object is to provide a first MOS transistor switching element in which each switch for scanning is formed in a semiconductor substrate,
A second MOS transistor switching element formed in a semiconductor provided on a semiconductor substrate via an insulator is connected in series, and the first switching element is arranged on the side of the light receiving portion, and the second switching element is provided. This is achieved by adopting a structure in which the element is arranged on the signal output end side.

〔作用〕[Action]

受光部側に配したMOSトランジスタは、半導体基板内
に形成されているために、リーク電流の発生はほとんど
ない。また、信号出力端側に配したMOSトランジスタ
は、半導体基板上に絶縁物上に設けた半導体内に形成さ
れることにより、ドレイン側、即ち信号線の寄生容量を
削減することができる。
Since the MOS transistor arranged on the light receiving portion side is formed in the semiconductor substrate, almost no leak current is generated. Further, the MOS transistor arranged on the signal output end side is formed in the semiconductor provided on the insulator on the semiconductor substrate, so that the parasitic capacitance on the drain side, that is, the signal line can be reduced.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例であるMOS型固体撮像装置
の回路構成を示す図である。第2図と構成の同じものに
は、第2図と同符号を付してある。
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a MOS type solid-state imaging device which is an embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals as those in FIG.

ホトダイオード101,201,301,401はp型シリコン基板
(図示せず)内にマトリツクス状に形成される。本図に
おいては便宜上、2×2の4画素の場合を示してある。
各ホトダイオードには直列接続された2個のMOSトラン
ジスタスイツチがそれぞれ接続される。例えば、ホトダ
イオード101には、MOSトランジスタスイツチ105,106の
直列接続されたものが接続されている。本実施例では、
1個のホトダイオードと2個のMOSトランジスタスイツ
チによつて、一絵素が構成される。信号電荷を出力する
ための垂直信号線510,511は、垂直方向(列方向)のMOS
トランジスタスイツチ106,306,206,406の出力端側にそ
れぞれ接続され、垂直方向に信号電荷を転送する。絵素
を構成する2個のMOSトランジスタスイツチ105,106は垂
直シフトレジスタ514から出るゲート線512に並列に接続
され、同時に走査されるようになつている。垂直シフト
レジスタ514はゲート線512,513を介して、垂直方向の絵
素を順次走査する。垂直信号線510,511の一端は、MOSト
ランジスタスイツチ515,516,517,518を介して、水平信
号線526に接続される。水平信号線、526は垂直信号線51
0,511からの信号電荷を出力端に転送する。MOSトランジ
スタスイツチ515,516,517,518は水平シフトレジスタ519
によつて、水平方向に順次走査される。MOSトランジス
タスイツチ515,516,及び517,518は絵素構成用のMOSトラ
ンジスタスイツチ105,106と同様にそれぞれ直列接続さ
れている。
The photodiodes 101, 201, 301, 401 are formed in a matrix in a p-type silicon substrate (not shown). In the figure, for convenience, a case of 4 pixels of 2 × 2 is shown.
Two MOS transistor switches connected in series are connected to each photodiode. For example, the photodiode 101 is connected with a series connection of MOS transistor switches 105 and 106. In this embodiment,
One pixel is composed of one photodiode and two MOS transistor switches. The vertical signal lines 510 and 511 for outputting the signal charges are MOS in the vertical direction (column direction).
The transistor switches 106, 306, 206 and 406 are respectively connected to the output terminals thereof and transfer signal charges in the vertical direction. The two MOS transistor switches 105 and 106 forming the picture element are connected in parallel to the gate line 512 output from the vertical shift register 514 so that they are simultaneously scanned. The vertical shift register 514 sequentially scans pixels in the vertical direction via the gate lines 512 and 513. One ends of the vertical signal lines 510 and 511 are connected to the horizontal signal line 526 via the MOS transistor switches 515, 516, 517 and 518. Horizontal signal line, 526 is vertical signal line 51
The signal charge from 0,511 is transferred to the output end. The MOS transistor switches 515,516,517,518 are horizontal shift registers 519.
Thus, the scanning is sequentially performed in the horizontal direction. The MOS transistor switches 515, 516 and 517, 518 are respectively connected in series, like the MOS transistor switches 105, 106 for forming pixels.

本実施例の動作を以下説明する。各ホトダイオード10
1,201,301,401には、カメラレンズを介して光が入射す
る。そして、オトダイオード101には、入射光に応じた
信号電荷が蓄積する。この信号電荷は、所定時刻に走査
されたMOSトランジスタスイツチ105,106によつて垂直信
号線510に転送される。垂直信号線510上に転送された信
号電荷は同じく所定時刻に走査されたMOSトランジスタ5
15,516によつて、水平信号線526に転送され、この水平
信号線526上を転送され、出力端から外部へ出力され、
映像信号として処理される。他の絵素においても、以上
の動作が行なわれる。
The operation of this embodiment will be described below. Each photodiode 10
Light is incident on 1,201,301,401 via a camera lens. Then, in the photodiode 101, signal charges corresponding to incident light are accumulated. This signal charge is transferred to the vertical signal line 510 by the MOS transistor switches 105 and 106 scanned at a predetermined time. The signal charge transferred onto the vertical signal line 510 is also scanned by the MOS transistor 5 scanned at a predetermined time.
15,516, transferred to the horizontal signal line 526, transferred on the horizontal signal line 526, output from the output end to the outside,
It is processed as a video signal. The above operation is performed in other picture elements.

第4図は、第1図中の、読出しMOSトランジスタスイ
ツチ515〜518のうちの、2個直列に接続された1組のMO
Sトランジスタスイツチ515,516の断面構造を示す図であ
る。スイツチ517,518の断面図は、これと同様なので省
略する。n型シリコン基板9上にはp型ウエル10が形成
される。p型ウエル10内にはSiO2等の絶縁膜12及びp型
不純物領域(p+拡散層)11によつて分離された、ソー
ス18,ドレイン19,ゲート20より成るn型MOSトランジス
タ515が設けてある。ここで、絶縁膜12及びp型不純物
領域11は素子分離領域を形成する。さらにこのMOSトラ
ンジスタ515上方には、SiO2等の絶縁膜13上に形成され
たりシリコン(以下OI(Silicon n nsulator)と
よぶ)内にソース21,ドレイン22,ゲート23より成る型MO
Sトランジスタ516が設けてある。また、MOSトランジス
タ515又は517のソース18にはアルミニウム等の低抵抗材
料から成る配線24が接続されている。この配線24は第3
図の垂直信号線510に対応する。同様に配線25,によつ
て、MOSトランジスタ515のドレイン19とSOI内のMOSトラ
ンジスタ516のソース21との間は接続されている。SOI内
のMOSトランジスタ516のドレイン22にはアルミニウム等
の低抵抗材料からなる配線26が接続されている。この配
線26は第3図の水平信号線526に相当する。本実例は、
第3図のMOSトランジスタスイツチ515あるいは517をシ
リコン基板(p型ウエル10)内に形成し、MOSトランジ
スタスイツチ516あるいは518を半導体基板上に絶縁膜を
介して形成したSOI内に形成したものである。即ち、信
号電荷は垂直信号線510に接続された配線24より入力
し、ゲート20,23が開いた際に水平信号線526に接続され
た配線26より出力される。SOI内に設けられたMOSトラン
ジスタ516又は518のドレイン22は、シリコン基板からは
厚い絶縁膜13によつて分離されているため、通常のシリ
コン基板内に設けられたMOSトランジスタ515又は517の
ドレイン19よりも、その寄生容量ははるかに小さい。し
たがつて、第4図の構造によれば、ゲート20,23が共に
閉じている際の水平信号線526及び配線26に寄生する容
量を低減することが可能となる。また、SOI内に設けるM
OSトランジスタ516又は518のソース21とドレイン22との
間を流れるリーク電流が一般に大きいという問題点は、
シリコン基板内に設けたMOSトランジスタ515,517のソー
ス18とドレイン19との間でリーク電流が減少するため
に、無視できるようになる。
FIG. 4 shows one set of two of the read MOS transistor switches 515 to 518 connected in series in FIG.
It is a figure which shows the cross-section of S transistor switch 515,516. The cross-sectional views of the switches 517 and 518 are the same as this and will be omitted. A p-type well 10 is formed on the n-type silicon substrate 9. In the p-type well 10, there is provided an n-type MOS transistor 515 composed of a source 18, a drain 19 and a gate 20, which are separated by an insulating film 12 such as SiO 2 and a p-type impurity region (p + diffusion layer) 11. is there. Here, the insulating film 12 and the p-type impurity region 11 form an element isolation region. Moreover The MOS transistor 515 upward, silicon or formed on the insulating film 13 such as SiO 2 (hereinafter S OI (Silicon o n I nsulator ) and called) in the source 21, drain 22, and the gate 23 type MO
An S transistor 516 is provided. A wiring 24 made of a low resistance material such as aluminum is connected to the source 18 of the MOS transistor 515 or 517. This wiring 24 is the third
It corresponds to the vertical signal line 510 in the figure. Similarly, a wiring 25 connects the drain 19 of the MOS transistor 515 and the source 21 of the MOS transistor 516 in the SOI. A wiring 26 made of a low resistance material such as aluminum is connected to the drain 22 of the MOS transistor 516 in the SOI. This wiring 26 corresponds to the horizontal signal line 526 in FIG. This example is
The MOS transistor switch 515 or 517 of FIG. 3 is formed in the silicon substrate (p-type well 10), and the MOS transistor switch 516 or 518 is formed in the SOI formed on the semiconductor substrate via the insulating film. . That is, the signal charge is input from the wiring 24 connected to the vertical signal line 510 and output from the wiring 26 connected to the horizontal signal line 526 when the gates 20 and 23 are opened. Since the drain 22 of the MOS transistor 516 or 518 provided in the SOI is separated from the silicon substrate by the thick insulating film 13, the drain 19 of the MOS transistor 515 or 517 provided in a normal silicon substrate is provided. Its parasitic capacitance is much smaller. Therefore, according to the structure shown in FIG. 4, it is possible to reduce the parasitic capacitance on the horizontal signal line 526 and the wiring 26 when the gates 20 and 23 are both closed. In addition, M provided in SOI
The problem that the leak current flowing between the source 21 and the drain 22 of the OS transistor 516 or 518 is generally large is
The leakage current between the source 18 and the drain 19 of the MOS transistors 515 and 517 provided in the silicon substrate is reduced and can be ignored.

第5図は、第1図中のホトダ2個のMOSトランジスタ
スイツチとで構成される一絵素の断面構成を示す図であ
る。第5図では、ホトダイオード101を構成するn型不
純物領域(n型拡散層)1をソースとし、これに隣接し
て設けられたn型不純物領域をドレイン2とし、これら
の間にゲート3を設け、MOSトランジスタ105をシリコン
基板内に設ける。ソース5,ドレイン6,ゲート7より成る
MOSトランジスタ106がSOI内に設けられる。ドレイン6
には垂直信号線510に対応する配線8が接続される。ド
レイン2とソース5との間は配線4で接続されている。
その他の構造は第4図のものと同じである。ホトダイオ
ード用のn型不純物領域(n型拡散層)1内に蓄積され
た信号電荷は、ゲート3及びゲート7がオンすることに
より、垂直信号線510に接続された配線8へと転送され
る。このとき、第5図の実施例によれば、ゲート3及び
ゲート7がオフの際の垂直信号線510及び配線8の寄生
容量を低減することができ、かつ同時にホトダイオード
形成用のn型拡散層1との垂直信号線510及び配線8と
の間のリーク電流をも抑圧できることは、第4図に説明
したことと同様の理由による。
FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional structure of one picture element composed of two MOS transistor switches shown in FIG. In FIG. 5, an n-type impurity region (n-type diffusion layer) 1 forming the photodiode 101 is used as a source, an n-type impurity region provided adjacent to this is made a drain 2, and a gate 3 is provided between them. , A MOS transistor 105 is provided in the silicon substrate. It consists of source 5, drain 6 and gate 7.
A MOS transistor 106 is provided in SOI. Drain 6
The wiring 8 corresponding to the vertical signal line 510 is connected to. The drain 2 and the source 5 are connected by a wiring 4.
The other structure is the same as that of FIG. The signal charge accumulated in the n-type impurity region (n-type diffusion layer) 1 for the photodiode is transferred to the wiring 8 connected to the vertical signal line 510 when the gate 3 and the gate 7 are turned on. At this time, according to the embodiment of FIG. 5, the parasitic capacitance of the vertical signal line 510 and the wiring 8 when the gate 3 and the gate 7 are off can be reduced, and at the same time, the n-type diffusion layer for forming the photodiode is formed. The leakage current between the vertical signal line 510 and the vertical signal line 510 and the wiring 8 can be suppressed for the same reason as described in FIG.

第1図の実施例では、画素を構成するMOSトランジス
タと、垂直信号線510と水平信号線526との間のMOSトラ
ンジスタ両方にSOI構造を採用した場合につい説明した
か、このSOI構造はいずれに設けてもよい。ただし、両
方に設けた方が、リーク電流の抑圧及び寄生容量の低減
に関しては効果が大きい。
In the embodiment shown in FIG. 1, it is explained about the case where the SOI structure is adopted for both the MOS transistor forming the pixel and the MOS transistor between the vertical signal line 510 and the horizontal signal line 526. It may be provided. However, providing both of them is more effective in suppressing the leak current and reducing the parasitic capacitance.

第6図は、第5図の第1の変形例を示す断面図であ
る。第6図においては、第5図における配線4を省略
し、ドレイン2とソース5との直接接続したものであ
る。その他本実施例では、絶縁膜13がなく、シリコン基
板内に形成されているMOSトランジスタ105のゲート3
が、ソース5,ドレイン6より成るSOI内のMOSトランジス
タ106のゲートも兼ねている。その他は、第5図のもの
と同じである。この変形例においては、第5図の実施例
と同様の効果が得られることは当然であるが、その他、
MOSトランジスタ106の一部をホトダイオード形成用のn
型拡散層1上に設けてあるので、1画素あたりの面積を
縮小することができる個体撮像装置の高解像度化に有利
である。さらに、ドレイン2の部分をシード領域として
SOI部分を再結晶させているのでSOI内MOSトランジスタ1
06の移動度等の特性の向上を図るこどができる。
FIG. 6 is a sectional view showing a first modified example of FIG. In FIG. 6, the wiring 4 in FIG. 5 is omitted, and the drain 2 and the source 5 are directly connected. Others In this embodiment, the gate 3 of the MOS transistor 105, which is formed in the silicon substrate without the insulating film 13, is provided.
However, it also serves as the gate of the MOS transistor 106 in the SOI composed of the source 5 and the drain 6. Others are the same as those in FIG. In this modification, the same effects as those of the embodiment of FIG.
A part of the MOS transistor 106 is used as n for forming a photodiode.
Since it is provided on the mold diffusion layer 1, it is advantageous for increasing the resolution of the solid-state imaging device capable of reducing the area per pixel. Further, the drain 2 portion is used as a seed region.
Since the SOI part is recrystallized, the MOS transistor in SOI 1
It is possible to improve the characteristics such as mobility of 06.

第7図は、第5図の第2の変形例を示す断面図であ
る。第7図は、SOI内のMOSトランジスタのドレイン6が
ゲート3上に設けられている。その他は、第6のものと
同じである。本変形例においては、第6図の変形例と同
様の効果が得られることはもちろん、ドレイン6がホト
ダイオード形成用のn型拡散層1を覆わないため、固体
撮像装置の感度を劣化させることがない。
FIG. 7 is a sectional view showing a second modification of FIG. In FIG. 7, the drain 6 of the MOS transistor in the SOI is provided on the gate 3. Others are the same as the sixth one. In this modification, the same effect as that of the modification of FIG. 6 can be obtained, and since the drain 6 does not cover the n-type diffusion layer 1 for forming the photodiode, the sensitivity of the solid-state imaging device can be deteriorated. Absent.

第8図は、第5図の第3の変形例を示す断面図であ
る。第8図は、第6図におけるゲート3が、SOI内のMOS
トランジスタ106のソース5及びドレイン6の上方に位
置しており、ゲート3が両方のMOSトランジスタ105,106
のゲートとして共通接続されている。その他は、第6図
と同じである。第8図の実施例においては、第5図の実
施例と同様の効果が得られることはもちろん、ドレイン
2の部分をシード領域としてSOI部分を再結晶させるこ
とができるのでSOI内に形成されるMOSトランジスタ106
の移動度等の特性の向上を図ることができる。
FIG. 8 is a sectional view showing a third modification example of FIG. FIG. 8 shows that the gate 3 in FIG. 6 is a MOS in SOI.
It is located above the source 5 and the drain 6 of the transistor 106, with the gate 3 of both MOS transistors 105,106.
It is commonly connected as the gate of. Others are the same as in FIG. In the embodiment of FIG. 8, the same effect as that of the embodiment of FIG. 5 can be obtained, and since the SOI portion can be recrystallized by using the drain 2 portion as a seed region, it is formed in the SOI. MOS transistor 106
It is possible to improve the characteristics such as the mobility of the.

第9図は、第5図の第4の変形例を示す図である。第
9図は、第5図の配線4及び絶縁膜13を省略し、ドレイ
ン2とソース5とを直接接続したものである。その他は
第5図のものと同じである。本変形例においても、第5
図の実施例と同様の効果が得られることはもちろん、ド
レイン2部分をシード領域としてSOI部分を、再結晶さ
せる方法で形成しているため、ソース5,ドレイン6,ゲー
ト7より成るSOI内MOSトランジスタの移動度等の特性の
向上を図ることができる。
FIG. 9 is a diagram showing a fourth modification of FIG. In FIG. 9, the wiring 4 and the insulating film 13 of FIG. 5 are omitted, and the drain 2 and the source 5 are directly connected. Others are the same as those in FIG. Also in this modification, the fifth
The same effect as the embodiment shown in the figure can be obtained, and since the SOI part is formed by the method of recrystallizing the drain 2 part as the seed region, the MOS in SOI formed of the source 5, the drain 6 and the gate 7 is formed. It is possible to improve characteristics such as mobility of the transistor.

第10図は、第5図の第5の変形例を示す図である。第
10図は、第5図のSOI内のMOSトランジスタが、ホトダイ
オード形成用のn型拡散層1の上部に位置している。そ
の他は、第5図と同じである。本変形例によれば、第5
図の実施例と同様の効果が得られることはもちろん、第
6図と第1の変形例と同じように1画素あたりの面積を
縮小することができ、固体撮像装置の高解像度化を図る
ことができる。ただし、ホトダイオード形成用のn型拡
散層1より入射する光の一部を、SOI構造がさえぎつて
しまうため、SOI構造はできる限り薄膜化し、光の透過
量を増やす方が良い。
FIG. 10 is a diagram showing a fifth modification of FIG. First
In FIG. 10, the MOS transistor in the SOI of FIG. 5 is located above the n-type diffusion layer 1 for forming the photodiode. Others are the same as those in FIG. According to this modification, the fifth
The same effect as that of the embodiment in the figure can be obtained, and the area per pixel can be reduced as in the case of FIG. 6 and the first modification, and the resolution of the solid-state imaging device can be increased. You can However, since the SOI structure interrupts part of the light incident from the n-type diffusion layer 1 for forming the photodiode, it is better to make the SOI structure as thin as possible and increase the amount of light transmission.

第11図は、第5図の第6の変形例を示す図である。第
11図においては、第5図のSOI内のMOSトランジスタのド
レイン6を、隣接する複数の画素で共有している。即
ち、第3図の垂直信号線510に共通に接続されるMOSトラ
ンジスタスイツチ106及び306のドレインを共有してい
る。その他は、第5図と同じである。本変形例によれ
ば、ドレイン6と配線8との間のコンタクトの数を減ら
すことにより画素あたりの面積を縮小することができ、
固体撮像装置の高解像度化に有利である。
FIG. 11 is a diagram showing a sixth modified example of FIG. First
In FIG. 11, the drain 6 of the MOS transistor in the SOI of FIG. 5 is shared by a plurality of adjacent pixels. That is, the drains of the MOS transistor switches 106 and 306 commonly connected to the vertical signal line 510 in FIG. 3 are shared. Others are the same as those in FIG. According to this modification, the area per pixel can be reduced by reducing the number of contacts between the drain 6 and the wiring 8.
This is advantageous for increasing the resolution of the solid-state imaging device.

以上の実施例においては、固体債像装置の画素数を2
×2に限つて説明したが、本発明は画素数については特
に制限はない。また、半導体のp型,n型を逆にしてもか
まわず、半導体も必がしもシリコンでなくとも良い。な
お、絶縁物上に形成する半導体構造については、単結
晶,多結晶,アモルフアスのいずれであつても、本発明
の適用は可能である。
In the above embodiment, the number of pixels of the solid-state imaging device is 2
Although the description has been limited to x2, the present invention does not particularly limit the number of pixels. In addition, the p-type and n-type of the semiconductor may be reversed, and the semiconductor does not necessarily have to be silicon. Note that the present invention can be applied to any semiconductor structure formed on an insulator, whether it is single crystal, polycrystal, or amorphous.

第12図は第1図の実施例に示された回路構成の変形例
を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a modification of the circuit configuration shown in the embodiment of FIG.

第12図において、第1図との相違点を以下述べる。各
ホトダイオード101,201,301,401ごとに設けられたMOSト
ランジスタのうち、ホトダイオード側のMOSトランジス
タスタツチ102,202,302,402は垂直ゲート線508,509を介
して垂直シフトレジスタ507によつて選択される。また
水平信号線527,528側にMOSトランジスタスイツチ103,20
3,303,403は水平ゲート線524,525を介して水平シフトレ
ジスタ506によつて選択される。水平信号線527,528と垂
直信号線505とを接続するMOSトランジスタスイツチ501,
502,503,504が垂直シフトレジスタ507によつて選択され
る。さらに、水平信号線527,528上の雑音電荷掃き出し
用のMOSトランジスタスイツチ520,521、掃き出し用ゲー
ト線522、掃き出し用ドレイン523が設けてある。これ
は、ホトダイオード101〜401に入射した光によつて生じ
た信号電荷を、垂直シフトレジスタ507及び水平シフト
レジスタ506によつてMOSトランジスタスイツチ102,202,
302,402及び103,203,303,403を選択することにより、水
平信号線527,528を経て垂直信号線505端から出力するよ
うにした。ここで、水平信号線527,528と垂直信号線505
とを接続するMOSトランジスタスイツチ501,502,503,504
には、第3図のMOSトランジスタスイツチ515,516と同じ
構造のもの、即ち第4図の構造を採用する。この場合、
第4図の配線24は第12図の水平信号線527,528に接続さ
れ、配線26は第12図の垂直信号線505に接続される。本
実施例によれば、第12図における垂直信号線505の寄生
容量の低減が可能であり、また水平信号線517,528と垂
直信号線505との間のリーク電流も抑圧できる。第12図
におけるホトダイオード101,201,301,104と、MOSトラン
ジスタスイツチ102,202,302,403とで構成される一絵素
の断面構成は、第5図,第9図,第10図及び第11図のい
ずれかを用いる。この場合、第5図の配線8は第12図に
おける水平信号線527,528に接続される。そして、ゲー
ト3は、第12図の水平ゲート線524,525に接続され、ゲ
ート7は第12図の垂直ゲート線508,509に接続される。
このような接続関係を、第9図,第10図及び第11図のも
のにも適用する。第11図の構造を第12図の回路構成に適
用する場合は、共有されるMOSトランジスタは、水平信
号線527に共通に接続されるMOSトランジスタ103及び203
である。本実施例によれば、第12図における水平信号線
527,528の寄生容量の低減が可能であり、またホトダイ
オード101,201,301,401と水平信号線527,528との間のリ
ーク電流も抑圧できる。
Differences between FIG. 12 and FIG. 1 will be described below. Among the MOS transistors provided for each of the photodiodes 101, 201, 301, 401, the MOS transistor switches 102, 202, 302, 402 on the photodiode side are selected by the vertical shift register 507 via the vertical gate lines 508, 509. In addition, the horizontal signal lines 527 and 528 are connected to the MOS transistor switches 103 and 20.
3,303,403 are selected by the horizontal shift register 506 via the horizontal gate lines 524,525. MOS transistor switch 501, which connects the horizontal signal lines 527, 528 and the vertical signal line 505,
502, 503, 504 are selected by the vertical shift register 507. Further, MOS transistor switches 520 and 521 for sweeping out noise charges on the horizontal signal lines 527 and 528, a gate line 522 for sweeping out, and a drain 523 for sweeping out are provided. This is because the signal charges generated by the light incident on the photodiodes 101 to 401 are transferred to the MOS transistor switches 102, 202, 202 by the vertical shift register 507 and the horizontal shift register 506.
By selecting 302, 402 and 103, 203, 303, 403, the signal is output from the end of the vertical signal line 505 via the horizontal signal lines 527, 528. Here, the horizontal signal lines 527 and 528 and the vertical signal lines 505
MOS transistor switch 501,502,503,504 to connect with
3 has the same structure as the MOS transistor switches 515 and 516 of FIG. 3, that is, the structure of FIG. in this case,
The wiring 24 in FIG. 4 is connected to the horizontal signal lines 527 and 528 in FIG. 12, and the wiring 26 is connected to the vertical signal line 505 in FIG. According to the present embodiment, it is possible to reduce the parasitic capacitance of the vertical signal line 505 in FIG. 12 and also suppress the leak current between the horizontal signal lines 517 and 528 and the vertical signal line 505. Any one of FIG. 5, FIG. 9, FIG. 10, and FIG. 11 is used for the cross-sectional structure of one picture element composed of the photodiodes 101, 201, 301, 104 and the MOS transistor switches 102, 202, 302, 403 in FIG. In this case, the wiring 8 in FIG. 5 is connected to the horizontal signal lines 527 and 528 in FIG. The gate 3 is connected to the horizontal gate lines 524 and 525 in FIG. 12, and the gate 7 is connected to the vertical gate lines 508 and 509 in FIG.
Such a connection relationship is also applied to those shown in FIGS. 9, 10 and 11. When the structure of FIG. 11 is applied to the circuit configuration of FIG. 12, the shared MOS transistors are the MOS transistors 103 and 203 commonly connected to the horizontal signal line 527.
Is. According to this embodiment, the horizontal signal line in FIG.
It is possible to reduce the parasitic capacitance of 527 and 528, and also to suppress the leak current between the photodiodes 101, 201, 301 and 401 and the horizontal signal lines 527 and 528.

以上、第6図から第11図までの各実施例及び変形例
は、画素を構成するMOSトランジスタ105,106の断面構造
について示してあるが、第4図の配線24を第6図から第
11図までのn型拡散層1に接続して用いれば、MOSトラ
ンジスタ515,516又は517,518にも適用できる。
As described above, the respective embodiments and modified examples shown in FIGS. 6 to 11 show the cross-sectional structure of the MOS transistors 105 and 106 constituting the pixel.
When used by connecting to the n-type diffusion layer 1 shown in FIG. 11, it can be applied to the MOS transistors 515, 516 or 517, 518.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、MOSトランジスタスイツチを半導体
基板上の絶縁物上に設けた半導体内に形成することによ
つて、信号線の寄生容量を削減できる同時に、これと直
列に別のMOSトランジスタスイツチを半導体基板内に形
成することによつて、信号線に対するリーク電流の発生
を抑えることができ、固体撮像装置の雑音を抑圧するこ
とができ、これにより、従来はMOSトランジスタのリー
ク電流が大きいために実用化し得なかつたSOI技術に関
して、もう一つのMOSトランジスタスイツチを基板内に
設けることによつてリーク電流の問題を一挙に解決し、
SOI技術を実用化技術にまで高めることが可能となる。
According to the present invention, by forming the MOS transistor switch in the semiconductor provided on the insulator on the semiconductor substrate, the parasitic capacitance of the signal line can be reduced, and at the same time, another MOS transistor switch can be connected in series with the parasitic capacitance. By forming in the semiconductor substrate, it is possible to suppress the generation of leak current to the signal line, it is possible to suppress the noise of the solid-state image pickup device, and thus the conventional leak current of the MOS transistor is large. Regarding SOI technology that was not practically practical, another MOS transistor switch was provided in the substrate to solve the problem of leak current all at once.
It is possible to improve the SOI technology to a practical technology.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本発明の一実施例であるMOS型固体撮像装置
の回路構成を示す図、第2図は、従来の技術であるMOS
型固体撮像装置の回路構成を示す図、第3図は、第1図
のホトダイオード近傍の断面構造を示す図、第4図は、
第3図の直列接続された読み出しMOSトランジスタスイ
ツチ515,516の断面構造を示す図、第5図は、第3図の
ホトダイオードと2個のMOSトランジスタスイツチから
なる一絵素の断面構造を示す図、第6図は、第5図の第
1の変形例を示す図、第7図は第5図の第2の変形例を
示す図、第8図は第5図の第3の変形例を示す図、第9
図は第5図の第4の実施例を示す図、第10図は第5図の
第5の変形例を示す図、第11図は第5図の第6の変形例
を示す図、第12図は第3図の実施例の変形例を示す図で
ある。 1……ホトダイオードn型拡散層、2……基板内のMOS
トランジスタのドレイン、5……SOI内のMOSトランジス
タのソース、6……SOI内のMOSトランジスタのドレイ
ン。
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a MOS type solid-state image pickup device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a conventional MOS technique.
FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of the solid-state image pickup device, FIG. 3 is a diagram showing a sectional structure in the vicinity of the photodiode of FIG. 1, and FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional structure of read-out MOS transistor switches 515 and 516 connected in series in FIG. 3, and FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional structure of one pixel composed of the photodiode of FIG. 3 and two MOS transistor switches. FIG. 6 is a view showing a first modification of FIG. 5, FIG. 7 is a view showing a second modification of FIG. 5, and FIG. 8 is a view showing a third modification of FIG. , 9th
5 is a diagram showing a fourth embodiment of FIG. 5, FIG. 10 is a diagram showing a fifth modification of FIG. 5, and FIG. 11 is a diagram showing a sixth modification of FIG. FIG. 12 shows a modification of the embodiment shown in FIG. 1 ... Photodiode n-type diffusion layer, 2 ... MOS in substrate
Drain of transistor, 5 ... Source of MOS transistor in SOI, 6 ... Drain of MOS transistor in SOI.

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第1導電型の半導体基体内に設けられた、
入射光に応じた信号電荷を蓄積する複数個の光電変換素
子と、所定方向列の上記光電変換素子の上記信号電荷を
上記所定方向へ伝送する第1信号線と、上記光電変換素
子に蓄積されている上記信号電荷を上記第1の信号線に
転送するための第1のスイッチ手段と、上記第1の信号
線で転送された上記信号電荷を出力信号に変換し出力手
段と、上記第1のスイッチ手段を所定の順序で走査する
ための走査手段とを備えた固体撮像装置において、上記
第1のスイッチ手段は上記光電変換素子の一部を第1の
電極とする第1のMOS型トランジスタと、該第1のMOS型
トランジスタの第2の電極に第1の電極が接続され、上
記第1の信号線に第2の電極が接続された第2のMOS型
トランジスタとから構成され、上記第1のMOS型トラン
ジスタは上記半導体基板を用いて形成され、上記第2の
MOSトランジスタは上記半導体基板上に絶縁膜を介して
形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
1. A semiconductor device provided in a semiconductor substrate of a first conductivity type,
A plurality of photoelectric conversion elements for accumulating signal charges according to incident light, a first signal line for transmitting the signal charges of the photoelectric conversion elements in a predetermined direction row in the predetermined direction, and accumulated in the photoelectric conversion elements. First switch means for transferring the signal charge to the first signal line, output means for converting the signal charge transferred by the first signal line into an output signal, and the first switch means. And a scanning means for scanning the switch means in a predetermined order, the first switch means is a first MOS transistor having a part of the photoelectric conversion element as a first electrode. And a second MOS transistor having a first electrode connected to the second electrode of the first MOS transistor and a second electrode connected to the first signal line, The first MOS type transistor is the semiconductor substrate Formed with, said second
A solid-state imaging device, wherein the MOS transistor is formed on the semiconductor substrate via an insulating film.
【請求項2】上記光電変換素子はマトリックス状に配列
され、上記固体撮像装置はさらに、上記第1の信号線で
転送された上記信号電荷を上記出力手段へ転送する第2
の信号線と、上記第1の信号線の上記信号電荷を上記第
2の信号線に転送するための第2のスイッチ手段と、上
記第2のスイッチ手段を所定の順序で走査するための走
査手段とを備えていることを特徴とする請求項1に記載
の固体撮像装置。
2. The photoelectric conversion elements are arranged in a matrix, and the solid-state imaging device further transfers the signal charges transferred by the first signal line to the output means.
Signal line, a second switch means for transferring the signal charge of the first signal line to the second signal line, and a scan for scanning the second switch means in a predetermined order. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising:
【請求項3】上記第2のスイッチ手段は上記第1の信号
線に第1の電極が接続された第3のMOS型トランジスタ
と、該第3のMOS型トランジスタの第2の電極に第1の
電極が接続され、上記第2の信号線に第2の電極が接続
された第4のMOS型トランジスタとから構成され、上記
第3のMOS型トランジスタは上記半導体基板を用いて形
成され、上記第4のMOSトランジスタは上記半導体基板
上に絶縁膜を介して形成されていることを特徴とする請
求項2に記載の固体撮像装置。
3. The second switch means includes a third MOS transistor having a first electrode connected to the first signal line, and a first electrode on a second electrode of the third MOS transistor. And a fourth MOS transistor having a second electrode connected to the second signal line, the third MOS transistor being formed using the semiconductor substrate. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the fourth MOS transistor is formed on the semiconductor substrate via an insulating film.
【請求項4】上記走査手段は、上記第1のMOS型トラン
ジスタのゲート電極と上記第2のスイッチ手段の第1の
ゲート線を介して共通に接続され、これらを所定の順序
で走査する第1の走査手段と、上記第2のMOS型トラン
ジスタのゲート電極に第2のゲート線を介して接続さ
れ、これを所定の順序で走査する第2の走査手段から構
成されていることを特徴とする請求項2又は3に記載の
固体撮像装置。
4. The scanning means is commonly connected to the gate electrode of the first MOS type transistor via the first gate line of the second switch means, and scans them in a predetermined order. 1 scanning means and a second scanning means which is connected to the gate electrode of the second MOS type transistor through a second gate line and scans this in a predetermined order. The solid-state imaging device according to claim 2 or 3.
【請求項5】上記第2のMOS型トランジスタは、上記光
電変換素子と上記第1のMOS型トランジスタとからなる
画素領域の間の画素分離領域上に配置されていることを
特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の固体
撮像装置。
5. The second MOS transistor is arranged on a pixel isolation region between a pixel region composed of the photoelectric conversion element and the first MOS transistor. The solid-state imaging device according to any one of 1 to 4.
【請求項6】上記第2のMOS型トランジスタは、上記光
電変換素子と上記第1のMOS型トランジスタとからなる
画素領域上に配置されていることを特徴とする請求項1
乃至4のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
6. The second MOS type transistor is arranged on a pixel region formed of the photoelectric conversion element and the first MOS type transistor.
5. The solid-state imaging device according to any one of items 4 to 4.
【請求項7】上記第2のMOSトランジスタの第2の電極
は、隣接する少なくとも2個の画素で共有されているこ
とを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の
固体撮像装置。
7. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second electrode of the second MOS transistor is shared by at least two adjacent pixels. apparatus.
JP63152286A 1987-07-02 1988-06-22 Solid-state imaging device Expired - Fee Related JP2559465B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63152286A JP2559465B2 (en) 1987-07-02 1988-06-22 Solid-state imaging device

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62-163916 1987-07-02
JP16391687 1987-07-02
JP63152286A JP2559465B2 (en) 1987-07-02 1988-06-22 Solid-state imaging device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01103860A JPH01103860A (en) 1989-04-20
JP2559465B2 true JP2559465B2 (en) 1996-12-04

Family

ID=26481249

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63152286A Expired - Fee Related JP2559465B2 (en) 1987-07-02 1988-06-22 Solid-state imaging device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2559465B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3942200A1 (en) * 1989-12-21 1991-06-27 Philips Patentverwaltung ARRANGEMENT FOR READING A SENSOR MATRIX
JP3284816B2 (en) * 1995-03-22 2002-05-20 ソニー株式会社 Solid-state imaging device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH01103860A (en) 1989-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5182623A (en) Charge coupled device/charge super sweep image system and method for making
US7456880B2 (en) Photoelectric conversion element having a plurality of semiconductor regions and including conductive layers provided on each isolation element region
JP2594992B2 (en) Solid-state imaging device
EP0862219B1 (en) Active pixel sensor in which adjacent pixels share an integrated electrical element
US7692705B2 (en) Active pixel sensor with a diagonal active area
US7511324B2 (en) Solid-state imaging device
JPS63100879A (en) Solid-state image pickup device
US4841348A (en) Solid state image pickup device
JPH11177076A (en) Solid state image pickup element
US5016108A (en) Solid-state imaging device having series-connected pairs of switching MOS transistors for transferring signal electric charges therethrough
US5528643A (en) Charge coupled device/charge super sweep image system and method for making
JPH04262679A (en) Driving method for solid-state image pickup device
JP2004014802A (en) Imaging device
JP3173851B2 (en) CSD type solid-state imaging device
JP2004335582A (en) Photoelectric converting device
JP2559465B2 (en) Solid-state imaging device
JP2001189441A (en) Photoelectric conversion device
JPH0130306B2 (en)
JP4238398B2 (en) Solid-state imaging device
JP2570054B2 (en) Solid-state image sensor
JPS61272965A (en) Charge transfer type solid-state image pickup element
JPH08279608A (en) Charge transfer element and its drive method
JP3298259B2 (en) Charge transfer element
JPS6148308B2 (en)
JP2003324191A (en) Photoelectric conversion device and image pickup unit

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees