JP2810412B2 - Photoelectric converter - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は光電変換器に係わり、特にバイポーラトラン
ジスタの光電変換器等に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photoelectric converter, and more particularly to a photoelectric converter of a bipolar transistor and the like.
[従来の技術] ファクシミリ、複写機等に用いられる画像読み取り装
置に用いられる光電変換器の一つに、光照射により発生
した電荷を蓄積し、蓄積された電荷に対応する増幅され
た出力を取り出す光電変換器がある。[Prior Art] An electric charge generated by light irradiation is accumulated in one of photoelectric converters used in an image reading apparatus used in a facsimile, a copying machine or the like, and an amplified output corresponding to the accumulated electric charge is taken out. There is a photoelectric converter.
このような、光電変換器の一つに、フォトトランジス
タのベース領域に光を照射させ、キャリア(ホール)を
蓄積させ、エミッタ領域から増幅された電流を取り出す
光電変換器がある。この場合、フォトトランジスタのベ
ース領域を受光部に形成し、エミッタ領域を遮光部に形
成する。フォトトランジスタを用いた光電変換器は、フ
ォトダイオードを用い、光電流を増幅する機能を有しな
い光電変換器と比べ、受光部のキャリアを増幅させるこ
とができ、感度を向上させ、ランダムノイズを減少さ
せ、S/N比を向上させることができる。As one of such photoelectric converters, there is a photoelectric converter that irradiates light to a base region of a phototransistor, accumulates carriers (holes), and extracts an amplified current from an emitter region. In this case, the base region of the phototransistor is formed in the light receiving portion, and the emitter region is formed in the light shielding portion. Photoelectric converters that use phototransistors can amplify carriers in the light-receiving part, improve sensitivity, and reduce random noise, compared to photoelectric converters that use photodiodes and do not have the function of amplifying photocurrent. As a result, the S / N ratio can be improved.
第15図は、従来の光電変換器を示す概略的断面図であ
る。FIG. 15 is a schematic sectional view showing a conventional photoelectric converter.
同図において、1013はn型層でありフォトトランジス
タのコレクタ、1003はn-エピタキシャル層、1005はフォ
トトランジスタのベース領域であるp層、1006はフォト
トランジスタのエミッタ領域であるn層、1007−2はAl
等からなるエミッタ電極、8はLOCOS酸化膜である。L
は受光部を示し、Dは遮光部を示す。In the figure, reference numeral 1013 denotes an n-type layer, which is a collector of a phototransistor; 1003, an n - epitaxial layer; 1005, a p-layer which is a base region of the phototransistor; 1006, an n-layer which is an emitter region of the phototransistor; Is Al
An emitter electrode 8 is a LOCOS oxide film. L
Indicates a light receiving unit, and D indicates a light shielding unit.
このような光電変換器を、第16図に示すようにカラー
ラインセンサ1101として用いる場合、赤(R)、緑
(G)、青(B)用のラインセンサが3ライン設けら
れ、各ラインセンサは遮光部1011と受光部1012とから構
成される。遮光部1011および受光部1012のラインセンサ
配列方向(図中A方向)の長さは各々nビット及び1ビ
ットである(即ち、遮光部は受光部の幅の整数倍の幅を
有する。)。1ビットは一つの光センサセルの受光部に
対応し、例えば一辺を10μmの正方形形状とする。When such a photoelectric converter is used as a color line sensor 1101 as shown in FIG. 16, three line sensors for red (R), green (G), and blue (B) are provided. Is composed of a light shielding unit 1011 and a light receiving unit 1012. The lengths of the light shielding unit 1011 and the light receiving unit 1012 in the line sensor array direction (direction A in the drawing) are n bits and 1 bit, respectively (that is, the light shielding unit has an integral multiple of the width of the light receiving unit). One bit corresponds to the light receiving portion of one photosensor cell, and has a square shape with one side of 10 μm, for example.
このように、RGBに対応する各ラインセンサは位置的
に異っているために、原稿のあるラインのR信号を得た
時点で、G信号はそのラインから(n+2)ライン目の
原稿位置、B信号は(2n+3)ライン目の原稿位置の各
信号となる。したがって、同じ原稿位置のRGB信号を得
るためには、RGB信号を各々サンプルホールド回路(S/
H)1014およびA/D変換回路1015を介して少なくとも先に
出力したGB信号を外部メモリ102に格納する必要があ
る。As described above, since the line sensors corresponding to RGB are different in position, when the R signal of a certain line of the document is obtained, the G signal is the position of the document on the (n + 2) th line from that line. The B signal becomes each signal of the document position on the (2n + 3) th line. Therefore, in order to obtain the RGB signals at the same original position, each of the RGB signals is sampled and held (S /
H) It is necessary to store at least the GB signal previously output via the 1014 and the A / D conversion circuit 1015 in the external memory 102.
また、このような光電変換器に関しては例えば欧州特
許出願公開第0132076号明細書に示されている。Such a photoelectric converter is disclosed, for example, in European Patent Application Publication No. 0132076.
第17図(A)は、光電変換器の一構成例をより具体的
に説明するための概略的平面図、第17図(B)は、第17
図(A)に示されるA−A′線で第17図(A)を切断し
た場合の模式的切断面図である。FIG. 17 (A) is a schematic plan view for more specifically explaining a configuration example of the photoelectric converter, and FIG. 17 (B) is a schematic plan view of FIG.
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view when FIG. 17 (A) is cut along the line AA ′ shown in FIG.
各図において、nシリコン基板3201上に光電変換セル
が配列されており、各セルはSiO2、Si3N4、またはポリ
シリコン等により成る素子分離領域3202によって隣接す
るセルから電気的に絶縁されている。In each figure, and the photoelectric conversion cells are arranged on an n-silicon substrate 3201, each cell is electrically isolated from adjacent cells by SiO 2, Si 3 N 4 or the isolation region 3202 made of polysilicon or the like, ing.
各セルは次のような構成を有する。 Each cell has the following configuration.
エピタキシャル技術等で形成される不純物濃度の低い
n-領域3203上にはp型不純物(たとえばボロン等)をド
ーピングすることでp−ベース領域3204およびp領域32
05が形成され、pベース領域3204にはn+エミッタ領域32
06が形成されている。Low impurity concentration formed by epitaxial technology
By doping a p-type impurity (for example, boron or the like) on n − region 3203, p − base region 3204 and p region 32 are doped.
05 is formed, and the n + emitter region 32 is formed in the p base region 3204.
06 is formed.
pベース領域3204とp領域3205とは後述するpチャネ
ルMOSトランジスタのソースおよびドレインともなって
いる。The p base region 3204 and the p region 3205 also serve as a source and a drain of a p-channel MOS transistor described later.
このように各領域が形成されたn-領域3203上には酸化
膜3207が形成され、酸化膜3207上に前記MOSトランジス
タのゲート電極3208と、キャパシタ電極3209とが形成さ
れている。キャパシタ電極3209は酸化膜3207を挟んでp
ベース領域3204に対向し、ベース電位を制御するための
キャパシタを構成する。An oxide film 3207 is formed on the n − region 3203 where the respective regions are formed, and a gate electrode 3208 of the MOS transistor and a capacitor electrode 3209 are formed on the oxide film 3207. The capacitor electrode 3209 is formed with an oxide film 3207
A capacitor is provided opposite to the base region 3204 to control the base potential.
その他、n+エミッタ領域3206に接続されたエミッタ電
極3210、p領域3205に接続された電極3211、そして基板
3201の裏面にオーミックコンタクト層を挟んでコレクタ
電極3212がそれぞれ形成されている。In addition, the emitter electrode 3210 connected to the n + emitter region 3206, the electrode 3211 connected to the p region 3205, and the substrate
Collector electrodes 3212 are formed on the back surface of 3201 with an ohmic contact layer interposed therebetween.
次に、上記光電変換セルの動作を説明する。 Next, the operation of the photoelectric conversion cell will be described.
光はpベース領域3204側から入射し、光量に対応した
キャリア(ここではホール)がpベース領域3204に蓄積
される(蓄積動作)。Light enters from the p base region 3204 side, and carriers (here, holes) corresponding to the light amount are accumulated in the p base region 3204 (accumulation operation).
蓄積されたキャリアによってベース電位は変化し、そ
の電位変化をエミッタ電極3210から読出すことで、入射
光量に対応した電気信号を得ることができる(読出し動
作)。The base potential is changed by the accumulated carriers, and by reading the change in the potential from the emitter electrode 3210, an electric signal corresponding to the amount of incident light can be obtained (read operation).
次に、pベース領域3204に蓄積されたホールを除去す
るリフレッシュ動作について説明する。Next, a refresh operation for removing holes accumulated in p base region 3204 will be described.
第18図(A)および第18図(B)は、夫々リフレッシ
ュ動作を説明するための電圧波形図である。18 (A) and 18 (B) are voltage waveform diagrams for explaining the refresh operation, respectively.
第18図(A)に示されるように、MOSトランジスタ
は、ゲート電極3208にしきい値以上の負電圧が印加され
た時だけON状態となる。As shown in FIG. 18A, the MOS transistor is turned on only when a negative voltage higher than the threshold value is applied to the gate electrode 3208.
又、第18図(B)に示されているように、リフレッシ
ュ動作を行うには、エミッタ電極3210を接地するととも
に、電極3211を接地電位にしておく。そして、まず、ゲ
ート電極3208に負電圧を印加してpチャネルMOSトラン
ジスタをONさせる。これによって、pベース領域3204の
電位は、蓄積電位の高低に関係なく一定値となる。続い
て、キャパシタ電極3209にリフレッシュ用正電圧パルス
を印加することで、pベース領域3204はn+エミッタ領域
3206に対して順方向にバイアスされ、蓄積されたホール
が接地されたエミッタ電極3210を通して除去される。そ
して、リフレッシュパルスが立下がった時点でpベース
領域3204は負電位の初期状態に復帰する(リフレッシュ
動作)。このように、pベース領域3204の電位をMOSト
ランジスタによって一定電位にした後、リフレッシュパ
ルスを印加して残留電荷の消去を行うために、前回の蓄
積電位に依存することなく新たな蓄積動作を行うことが
できる。また、残留電荷を迅速に消滅させることがで
き、高速動作が可能となる。Also, as shown in FIG. 18 (B), to perform the refresh operation, the emitter electrode 3210 is grounded and the electrode 3211 is kept at the ground potential. Then, first, a negative voltage is applied to the gate electrode 3208 to turn on the p-channel MOS transistor. As a result, the potential of p base region 3204 becomes a constant value regardless of the level of the accumulated potential. Subsequently, by applying a refresh positive voltage pulse to the capacitor electrode 3209, the p base region 3204 becomes the n + emitter region.
The accumulated holes biased forward with respect to 3206 are removed through the grounded emitter electrode 3210. When the refresh pulse falls, the p base region 3204 returns to the initial state of the negative potential (refresh operation). As described above, after the potential of the p base region 3204 is set to a constant potential by the MOS transistor, a new storage operation is performed without depending on the previous storage potential in order to erase the residual charges by applying the refresh pulse. be able to. In addition, residual charges can be quickly eliminated, and high-speed operation can be performed.
以後、同様に蓄積、読出し、リフレッシュという各動
作が繰り返される。Thereafter, the respective operations of accumulation, readout, and refresh are similarly repeated.
ここで光励起によってベースに蓄積されたホールによ
りベースに発生する電位VPはVP=Q/Cで与えられる。Q
はベースに蓄積されたホールの電荷量、Cはベースに接
続されている容量である。この式により明白な様に、高
集積化された場合、セル・サイズの縮少と共にQもCも
共に小さくなることにより、光励起により発生する電位
VPは、ほぼ一定に保たれる。したがって、ここで提案さ
れている方式は、高解像度化に対しても有利なものとな
る。Here potential V P which is generated in the base by the accumulated holes in the base by photoexcitation is given by V P = Q / C. Q
Is the amount of charge of holes stored in the base, and C is the capacitance connected to the base. As is evident from this equation, in the case of high integration, the potentials generated by photoexcitation are reduced by reducing both the cell size and Q and C together.
V P is kept almost constant. Therefore, the method proposed here is also advantageous for higher resolution.
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記の光電変換器において、より青感
度を高め、また半導体トランジスタの応答をより高速化
することが必要な場合があり、より一層の特性の改善が
望まれていた。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the above-mentioned photoelectric converter, it may be necessary to further increase the blue sensitivity and to further increase the response speed of the semiconductor transistor. Was rare.
又、第15図及び第16図を用いて説明したカラーライン
センサ1101を用いて画像処理を行う場合、同じ原稿位置
のRGB信号を得るためには、先に出力したGB信号を外部
メモリに格納するために、外部メモリの容量が一定値以
上必要となるが、コストの低減等の要求から必要なメモ
リ容量の削減が望まれていた。When performing image processing using the color line sensor 1101 described with reference to FIGS. 15 and 16, in order to obtain an RGB signal at the same document position, the previously output GB signal is stored in the external memory. Therefore, the capacity of the external memory must be equal to or larger than a certain value. However, reduction in the required memory capacity has been desired from demands such as cost reduction.
更に、フォトトランジスタのベース領域において、そ
の大きさ、不純物濃度等が、光電変換領域として最適な
条件と、バイポーラトランジスタとして最適な条件とが
異るために最適化が難しいという問題点があり、より一
層の改善が望まれていた。Further, in the base region of the phototransistor, there is a problem that the size, impurity concentration, and the like are difficult to optimize because the optimum conditions for the photoelectric conversion region and the optimum conditions for the bipolar transistor are different. Further improvement was desired.
本発明は、より一層感度が高くなかでも青感度を高
め、入力信号に対して高速応答可能な光電変換器を提供
することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a photoelectric converter that can increase blue sensitivity even among higher sensitivity and can respond at high speed to an input signal.
又、本発明はセンサー部とスイッチング部との最適化
を図ることを、より具体的には、フォトトランジスタの
ベース領域における最適条件とバイポーラトランジスタ
としての最適条件との最適化を図ることができる光電変
換器を提供することも目的とする。In addition, the present invention aims at optimizing the sensor unit and the switching unit, and more specifically, a photoelectric transistor capable of optimizing the optimum condition in the base region of the phototransistor and the optimum condition as the bipolar transistor. It is also an object to provide a converter.
更に本発明は、光電変換器を有するシステム設計及び
光学設計の自由度をあげそれ等の設計の簡易化を図るこ
とができる光電変換装置及び画像処理装置を提供するこ
とも目的とする。Still another object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device and an image processing device which can increase the degree of freedom of system design and optical design having a photoelectric converter and can simplify such design.
[課題を解決するための手段] 本発明の光電変換器は、同じ導電型の2つの領域の一
つがトランジスタのエミッタ領域で、同じ導電型の別の
領域がトランジスタのコレクタ領域である2つの同じ導
電型の領域を有し、更に前記トランジスタが前記同じ導
電型の2つの領域の導電型の反対導電型のベース領域を
有し、光が照射される領域は反対導電型の半導体領域で
あって、該反対導電型の半導体領域は前記トランジスタ
のベース領域である半導体領域と、該ベースである半導
体領域よりも不純物濃度の低い、光によって生成された
電荷をためるための半導体領域と、に分割されてなり、
前記トランジスタの同じ導電型の2つの領域の少なくと
も一つから、光によって生成された電荷に対応する出力
が取り出されるものである。[Means for Solving the Problems] In the photoelectric converter of the present invention, one of two regions of the same conductivity type is an emitter region of a transistor, and another region of the same conductivity type is a collector region of the transistor. A region having a conductivity type, and the transistor further has a base region having a conductivity type opposite to the conductivity type of the two regions having the same conductivity type, and a region irradiated with light is a semiconductor region having the opposite conductivity type. The semiconductor region of the opposite conductivity type is divided into a semiconductor region serving as a base region of the transistor and a semiconductor region having a lower impurity concentration than the semiconductor region serving as the base and for storing charges generated by light. Become
An output corresponding to a charge generated by light is extracted from at least one of two regions of the same conductivity type of the transistor.
また、本発明の光電変換器は、第1導電型の第1半導
体領域、該第1半導体領域上に設けられた該第1導電型
の第2半導体領域、該第2半導体領域に接して設けられ
た第2導電型の第3半導体領域、該第3半導体領域と該
第2半導体領域とに接して設けられた該第2導電型の第
4半導体領域、該第4半導体領域に接して設けられた該
第1導電型の第5半導体領域、該第2半導体領域に接し
て設けられた該第2導電型の第6半導体領域、を有し、
該第3半導体領域が光入力領域で、該第1、2、4、5
半導体領域と第2、4、6半導体領域が夫々トランジス
タの要素である光電変換器であって、前記第3半導体領
域は前記第4半導体領域の不純物濃度より低いものであ
る。Further, the photoelectric converter of the present invention is provided in contact with the first semiconductor region of the first conductivity type, the second semiconductor region of the first conductivity type provided on the first semiconductor region, and the second semiconductor region. The third semiconductor region of the second conductivity type provided, the fourth semiconductor region of the second conductivity type provided in contact with the third semiconductor region and the second semiconductor region, and provided in contact with the fourth semiconductor region A fifth semiconductor region of the first conductivity type provided, a sixth semiconductor region of the second conductivity type provided in contact with the second semiconductor region,
The third semiconductor region is a light input region and the first, second, fourth, fifth,
The semiconductor region and the second, fourth, and sixth semiconductor regions are photoelectric converters each being an element of a transistor, and the third semiconductor region is lower in impurity concentration than the fourth semiconductor region.
[作用] 本発明の光電変換器は、反対導電型の半導体領域をト
ランジスタのベース領域である半導体領域と、該ベース
である半導体領域よりも不純物濃度の低い、光によって
生成された電荷をためるための半導体領域と、に分割し
て形成することにより、光入射によって電荷を発生・蓄
積する半導体領域の不純物濃度、厚さ等の製造条件と、
トランジスタのベース領域となる半導体領域の不純物濃
度、不純物濃度分布、厚さ等の製造条件とを各々の半導
体領域で任意に最適化可能としたものである。[Operation] The photoelectric converter of the present invention is used to store a semiconductor region of the opposite conductivity type into a semiconductor region serving as a base region of a transistor and a charge generated by light, which has a lower impurity concentration than the semiconductor region serving as the base. And the semiconductor region that generates and accumulates charges by light incidence, and the manufacturing conditions such as the impurity concentration and thickness of the semiconductor region,
Manufacturing conditions such as impurity concentration, impurity concentration distribution, and thickness of a semiconductor region serving as a base region of a transistor can be arbitrarily optimized in each semiconductor region.
そして、かかるの光電変換器の実施態様の一つは、第
3半導体領域を光入力領域とし、第1、2、4、5半導
体領域と第2、4、6半導体領域を夫々トランジスタの
要素とする光電変換器であって、前記第3半導体領域を
前記第4半導体領域の不純物濃度より低くしたものであ
る。In one embodiment of such a photoelectric converter, the third semiconductor region serves as a light input region, and the first, second, fourth, and fifth semiconductor regions and the second, fourth, and sixth semiconductor regions correspond to transistor elements, respectively. Wherein the third semiconductor region is lower in impurity concentration than the fourth semiconductor region.
[実施例] 以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説
明する。Examples Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第1図は本発明の光電変換器の第一実施例を説明する
ための概略的構成図であり、第1図(A)は光電変換セ
ルの模式的平面図を、第1図(B)は第1図(A)の模
式的平面図のA−A′線で切断した場合の模式的縦断面
図を示す。FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining a first embodiment of a photoelectric converter according to the present invention. FIG. 1 (A) is a schematic plan view of a photoelectric conversion cell, and FIG. 1 (B). 1 is a schematic longitudinal sectional view taken along line AA ′ of the schematic plan view of FIG. 1 (A).
この光電変換セルは、第1図(A),(B)に示す如
く、リン(Ph)、アンチモン(Sb)、ヒ素(As)等の周
期律表第V族に属する原子を不純物としてドープしてn
型とされたシリコン基板1あるいはボロン(B)、アル
ミニウム(Al)等の周期律表第III族に属する原子を不
純物としてドープしてp型とされたシリコン基板4001、
この基板4001上に形成された埋め込み領域(n+)4002、
この埋め込み領域4002上に形成されたエピタキシャル技
術等で形成される不純物濃度の低いn-領域4003、n-領域
4003上に不純物拡散、イオン注入、エピタキシャル技術
等を用いて形成されるボロン(B)等の不純物をドープ
した受光部p-領域4004、p-領域4004と同様な技術を用い
て作成するバイポーラ・トランジスタのベースおよびMO
Sトランジスタのソースとなるp+領域4005、p+領域4005
に形成されるバイポーラ・トランジスタのエミッタとな
るn+領域4006、MOSトランジスタのドレインとなるp+領
域4007、チャネル・ストップとなるn+領域4008、バイポ
ーラ・トランジスタのコレクタ抵抗を下げるためのn+領
域4009、MOSトランジスタのゲートとなるポリシリコ
ン、金属等の電極4101、電極4101と接続されている電極
配線4108、バイポーラ・トランジスタのエミッタに接続
されているポリシリコン、金属等の電極配線4102,4103,
4104、MOSトランジスタのドレインと接続されている電
極配線4109、n+領域4009と接続されている配線電極411
0、電極、配線、素子間を分離するための絶縁膜4105,41
06,4107を有している。なお、簡易化のために第1図
(A)においては、絶縁膜4105,4106,4107および電極配
線4104は省略してある。なお、埋め込み領域4002は第1
半導体領域、n-領域4003は第2半導体領域、p-領域4004
は第3半導体領域、p+領域4005は第4半導体領域、n+領
域4006は第5半導体領域、p+領域4007は第6半導体領
域、n+領域4008は第7半導体領域となる。第1半導体領
域たる埋め込み領域4002は同じ導電型であるn型の基板
上でも、異なる導電型であるp型の基板上でもどちらに
設けられてもよい。As shown in FIGS. 1 (A) and (B), this photoelectric conversion cell is doped with atoms belonging to Group V of the periodic table, such as phosphorus (Ph), antimony (Sb), and arsenic (As), as impurities. T
A silicon substrate 1 of a p-type or a p-type silicon substrate 4001 doped with an atom belonging to Group III of the periodic table such as boron (B) or aluminum (Al) as an impurity;
A buried region (n + ) 4002 formed on the substrate 4001,
An n − region 4003, an n − region having a low impurity concentration formed by an epitaxial technique or the like formed on the buried region 4002.
A light-receiving portion p - region 4004 doped with an impurity such as boron (B) formed on the 4003 using impurity diffusion, ion implantation, epitaxial technology, etc., and a bipolar transistor formed using the same technology as the p - region 4004. Transistor base and MO
P + region 4005, p + region 4005 to be the source of S transistor
N + regions 4006 serving as the emitter of the bipolar transistor formed in, p + region 4007 becomes a drain of the MOS transistor, the n + region 4008 becomes a channel stop, n + region for lowering the collector resistance of the bipolar transistor 4009, an electrode 4101 made of polysilicon or a metal which becomes a gate of a MOS transistor, an electrode wiring 4108 connected to the electrode 4101, an electrode wiring 4102, 4103 made of a polysilicon or a metal connected to an emitter of a bipolar transistor.
4104, an electrode wiring 4109 connected to the drain of the MOS transistor, a wiring electrode 411 connected to the n + region 4009
0, insulating film 4105, 41 for separating electrodes, wiring, and elements
06,4107. In FIG. 1A, the insulating films 4105, 4106, and 4107 and the electrode wiring 4104 are omitted for simplification. The buried region 4002 is the first
A semiconductor region, n − region 4003 is a second semiconductor region, p − region 4004
Is a third semiconductor region, ap + region 4005 is a fourth semiconductor region, an n + region 4006 is a fifth semiconductor region, a p + region 4007 is a sixth semiconductor region, and an n + region 4008 is a seventh semiconductor region. The buried region 4002 serving as the first semiconductor region may be provided on the n-type substrate having the same conductivity type or on the p-type substrate having a different conductivity type.
以下、上記光電変換器の動作について説明する。 Hereinafter, the operation of the photoelectric converter will be described.
第2図(A)は第1図(B)を同図に示されるB−
B′の部分で切断した場合の切断面を示す模式的拡大図
であり、第2図(B)は第2図(A)の深さ方向(第2
図(A)の左右方向)におけるポテンシャル図である。FIG. 2 (A) is similar to FIG. 1 (B) shown in FIG.
FIG. 2 (B) is a schematic enlarged view showing a cut surface when cut at a portion B ′, and FIG. 2 (B) is a depth direction (second direction) of FIG. 2 (A).
FIG. 3 is a potential diagram in the left-right direction of FIG.
第2図(A)において、Wは空乏層、xp,xnは夫々p-
領域、n-領域の空乏層幅、p-領域の深さはxjとして示し
てある。In FIG. 2 (A), W is the depletion layer, xp, xn are each p -
The width of the depletion layer in the region, the n − region, and the depth of the p − region are indicated as xj.
第2図(B)におて、Wは空乏層幅、xdはp-領域の中
性領域を示す。In FIG. 2 (B), W indicates the depletion layer width, and xd indicates the neutral region of the p − region.
空乏層(空乏層幅W内)中で光吸収すると、生成され
た電子、正孔はドリフトによりすみやかに移動し、その
再結合はおこらないので光に対する感度は高いが、中性
領域(中空領域幅xd内)で光吸収がおこると、生成され
た電子は拡散で移動するために、正孔と再結合をおこし
光に対する感度が低くなる。故に受光部においては、表
面の中性領域は少ない方が良い。しかし、表面が空乏化
すると、半導体と絶縁層の界面で光の入射にかかわりな
く、キャリアが生成されて雑音となるため、表面は中性
領域であるのがよい。When light is absorbed in the depletion layer (within the width W of the depletion layer), the generated electrons and holes move promptly due to drift and recombination does not occur, so that the sensitivity to light is high. When light absorption occurs within the width xd), the generated electrons move by diffusion, and thus recombine with holes to lower the sensitivity to light. Therefore, in the light receiving section, it is better that the neutral region on the surface is small. However, when the surface is depleted, carriers are generated at the interface between the semiconductor and the insulating layer irrespective of the incidence of light, resulting in noise. Therefore, the surface is preferably in a neutral region.
第3図は、SiとGeの光の波長に対する吸収係数を説明
するための特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram for explaining the absorption coefficient of Si and Ge with respect to the wavelength of light.
同図に示されるように、Si,Geいずれに対しても波長
の短い方が吸収係数が大きい。今、Siを材料として考え
ると、青色(λ=0.45μm)、緑色(λ=0.53μm)、
赤色(λ=0.65μm)において、吸収係数はそれぞれ青
色〜2×104cm-1、緑色〜7.5×103cm-1、赤色〜3×103
cm-1であり、色に半値幅を0.05μm程考えると、Si中で
の光の吸収は青色〜1μm、緑色〜2μm、赤色〜5μ
m深さにおいて充分行なわれる。故に半導体表面におけ
る中性領域の厚さxdの影響を青色が最も受けることとな
り、この厚さによっては感度がおちる。As shown in the figure, the shorter the wavelength, the larger the absorption coefficient is for both Si and Ge. Now, considering Si as a material, blue (λ = 0.45 μm), green (λ = 0.53 μm),
For red (λ = 0.65 μm), the absorption coefficients are blue to 2 × 10 4 cm −1 , green to 7.5 × 10 3 cm −1 , and red to 3 × 10 3, respectively.
cm −1 , and considering the half width of the color as about 0.05 μm, the light absorption in Si is blue to 1 μm, green to 2 μm, and red to 5 μm.
Performed well at m depths. Therefore, blue is most affected by the thickness xd of the neutral region on the semiconductor surface, and sensitivity is reduced depending on this thickness.
空乏層幅は次のような関係式で示される。 The width of the depletion layer is represented by the following relational expression.
W:空乏層幅、xp:p-領域空乏層幅、NA:p-領域不純物
密度、ND:n-領域不純物密度、εs:誘電率、ni:真正キ
ャリヤ密度、VR:逆バイアス電圧。 W: depletion layer width, xp: p - region depletion layer width, NA: p - region impurity density, ND: n - region impurity density, εs: dielectric constant, ni: genuine carrier density, VR: reverse bias voltage.
第4図は、逆バイアス電圧VR=5Vにおけるp-不純物
密度NAと全空乏層幅Wとの関係を説明する特性図であ
る。FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating the relationship between the p − impurity density NA and the total depletion layer width W when the reverse bias voltage VR = 5 V.
同図において、横軸はp-不純物密度NA、縦軸は全空
乏層幅Wを示し、パラメータはn-領域不純物密度NDを
示す。例えば、青、緑、赤の全部を効率よく検出しよう
とすると、全空乏層幅を5μm程度必要となるが、その
とき、NDが2×1014cm-3以下でなければならないこと
がこの特性図から読める。In the figure, the horizontal axis represents the p - impurity density NA, the vertical axis represents the total depletion layer width W, and the parameter represents the n - region impurity density ND. For example, in order to efficiently detect all of blue, green, and red, a total depletion layer width of about 5 μm is required. At this time, ND must be 2 × 10 14 cm −3 or less. You can read from the figure.
光電変換器の分光感度は近似的に次式で表わされる。 The spectral sensitivity of the photoelectric converter is approximately expressed by the following equation.
λ:光の波長、α:光の吸収係数(cm-1)、xd:不感
領域(中性領域)、W:高感度領域(空乏層幅)、T:半導
体中に入射する光量の割合(透過率)。 λ: light wavelength, α: light absorption coefficient (cm −1 ), xd: dead area (neutral area), W: high sensitivity area (depletion layer width), T: ratio of the amount of light incident on the semiconductor ( Transmittance).
上式(4)からわかるように、感度xdの厚さにより、
敏感に影響するため、xdは薄い方がよい。また感度には
波長依存があり、青色は赤色に比べ、感度が低くなる。
なお、分光感度を相対的に補正するためにWを小さくし
て最適化することも可能である。As can be seen from the above equation (4), depending on the thickness of the sensitivity xd,
Xd should be thin to affect sensitivity. Further, the sensitivity has a wavelength dependence, and the sensitivity of blue is lower than that of red.
It is also possible to optimize W by reducing W in order to relatively correct the spectral sensitivity.
第4図から読める如くn-領域の濃度を制御することに
より可能である。青色の感度を高めるためには、中性領
域xdを小さくした方がよい。This can be achieved by controlling the density of the n - region as can be read from FIG. In order to increase the sensitivity of blue, it is better to reduce the neutral region xd.
第5図は、p-不純物密度NAとp層空乏層の厚みxpと
の関係を説明する特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram illustrating the relationship between the p − impurity density NA and the thickness xp of the p-layer depletion layer.
同図において、横軸はp-不純物密度NA、縦軸はp層
空乏層の厚みxpを示し、パラメータはn-領域不純物密度
NDを示す。In the figure, the horizontal axis represents the p − impurity density NA, the vertical axis represents the thickness xp of the p-layer depletion layer, and the parameter represents the n − region impurity density ND.
同図において、例えばND=1014cm-3で、p領域のNA
=1015cm-3とすると、xp=0.6μmである。In the figure, for example, when ND = 10 14 cm −3 ,
Assuming = 10 15 cm -3 , xp = 0.6 μm.
p領域のxjを0.7μmとすると不感領域は0.1μmとす
ることができ、青感度を高める最適化が可能である。
又、表面の0.1μmのみを不純物密度を高くし、深い領
域を不純物密度を低くし、表面0.1μmより深い領域を
空乏化するのもよい。If xj in the p region is set to 0.7 μm, the dead region can be set to 0.1 μm, and optimization for increasing blue sensitivity can be performed.
It is also possible to increase the impurity density only on the surface of 0.1 μm, reduce the impurity density on the deep region, and deplete the region deeper than 0.1 μm on the surface.
本発明においては、光入射によって発生した電荷を蓄
積する受光部のp-領域と、バイポーラ・トランジスタの
ベース領域となるp+領域とに分けて形成することによ
り、受光表面は中性領域を保ち、且つ、表面近傍より深
い所は空乏化させ、空乏層全体の厚さは分光感度の使用
に従い、n-領域の濃度を決定することが可能である。In the present invention, the light-receiving surface maintains a neutral region by forming the p - region of the light-receiving portion that accumulates the charge generated by light incidence and the p + region serving as the base region of the bipolar transistor. Further, the portion deeper than the vicinity of the surface is depleted, and the thickness of the entire depletion layer can determine the concentration of the n − region according to the use of the spectral sensitivity.
第6図は、本発明による光電変換器の駆動回路の一実
施例を説明するための概略的回路図である。FIG. 6 is a schematic circuit diagram for explaining one embodiment of a drive circuit for a photoelectric converter according to the present invention.
本実施例では、センサ(S1,S3…)がライン状に配列
されたラインセンサについて説明する。In this embodiment, a line sensor in which sensors (S1, S3,...) Are arranged in a line will be described.
各センサSは、バイポーラ・トランジスタと、そのベ
ースに接続されたリセットトランジスタQresとから構成
される。バイポーラ・トランジスタのベースに入射光に
より励起されたキャリアが蓄積され、エミッタへ読出さ
れる。そしてQresをONすることで一定電位にリセットさ
れる。Each sensor S comprises a bipolar transistor and a reset transistor Qres connected to its base. Carriers excited by incident light are accumulated at the base of the bipolar transistor and read out to the emitter. Then, when Qres is turned on, it is reset to a constant potential.
各センサSのQresのゲート電極には、ON/OFF制御する
ためのパルスφresが入力され、Qresの他方の主電極に
は一定電圧Vbgが印加される。A pulse φres for ON / OFF control is input to the gate electrode of Qres of each sensor S, and a constant voltage Vbg is applied to the other main electrode of Qres.
各センサSのコレクタ電極には一定の正電極が印加さ
れており、エミッタ電極は垂直ラインL(L1,L2…)に
各々接続される。A fixed positive electrode is applied to the collector electrode of each sensor S, and the emitter electrodes are connected to the vertical lines L (L1, L2,...).
各垂直ラインLには、トランジスタQvrsを介して一定
電圧Vegが印加され、Qvrsのゲート電極にはON/OFF制御
のためのパルスφresが入力される。A constant voltage Veg is applied to each vertical line L via a transistor Qvrs, and a pulse φres for ON / OFF control is input to a gate electrode of Qvrs.
また、垂直ラインLは、蓄積用キャパシタCtに各々接
続され、更にトランジスタQtを介してバイポーラトラン
ジスタBPT2から信号が出力される。The vertical lines L are respectively connected to the storage capacitors Ct, and a signal is output from the bipolar transistor BPT2 via the transistor Qt.
以下、本発明の光電変換器の他の実施例について説明
する。なお、第5図(A)及び第5図(B)に示した実
施例と同一構成部材について同一符号を付して説明を省
略する。Hereinafter, another embodiment of the photoelectric converter of the present invention will be described. The same components as those in the embodiment shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B) are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
第7図は本発明の第二実施例を説明するための概略的
断面図である。FIG. 7 is a schematic sectional view for explaining a second embodiment of the present invention.
同図に示すように、本実施例は、受光領域たるp-領域
4004の表面のみにp+領域4010、バイポーラトランジスタ
のベース下に不純物密度の高いn領域4011を設けて、コ
レクタ抵抗を下げたものである。なお、n-領域4003,n領
域4011は第2半導体領域となり、n-領域4003は低不純物
濃度領域、n領域4011は高不純物濃度領域であり、高不
純物濃度領域たるn領域4011はp+領域4005,n+領域4006,
p+領域4007(第4,5,6半導体領域)と埋め込み領域4002
(第1半導体領域)の間に設けられている。As shown in the drawing, the present embodiment, the light receiving regions serving p - region
A collector resistance is reduced by providing ap + region 4010 only on the surface of 4004 and an n region 4011 having a high impurity density below the base of the bipolar transistor. Note that n − region 4003 and n region 4011 are a second semiconductor region, n − region 4003 is a low impurity concentration region, n region 4011 is a high impurity concentration region, and n region 4011 that is a high impurity concentration region is a p + region. 4005, n + area 4006,
p + region 4007 (fourth, fifth, and sixth semiconductor regions) and buried region 4002
(First semiconductor region).
第8図は、本発明の第三実施例を説明するための概略
的断面図である。FIG. 8 is a schematic sectional view for explaining a third embodiment of the present invention.
同図に示すように、本実施例は、受光領域たるp-領域
4004をバイポーラトランジスタのエミッタ下部まで拡張
し、バイポーラトランジスタをドリフトベース形にし
て、高速化を測った構造である。即ち、第3半導体領域
たるp-領域4004の一部は第4半導体領域たるp領域4005
と第2半導体領域たるn-領域4003の間に設けられてい
る。第6図で示した出力側のバイポーラトランジスタBP
T2も当然この構造がとれることは言うまでもない。As shown in the drawing, the present embodiment, the light receiving regions serving p - region
4004 is expanded to the lower part of the emitter of the bipolar transistor, and the bipolar transistor has a drift base type to measure high speed. That is, a part of the p − region 4004 as the third semiconductor region is changed to the p region 4005 as the fourth semiconductor region.
And an n − region 4003 as a second semiconductor region. Output-side bipolar transistor BP shown in FIG.
Needless to say, this structure can also be used for T2.
第9図は、本発明の第四実施例を説明するための概略
的断面図である。FIG. 9 is a schematic sectional view for explaining a fourth embodiment of the present invention.
同図に示すように、本実施例は、n領域4011を深く
し、埋め込み領域まで到達してコレクタ抵抗を下げたも
のである。即ち、第3半導体領域たるp-領域4004の一部
は第4半導体領域たるp+領域4005と高不純物濃度領域た
るn領域4011の間に設けられている。As shown in the figure, in the present embodiment, the n region 4011 is made deep, and reaches the buried region to lower the collector resistance. That is, a part of the p − region 4004 as the third semiconductor region is provided between the p + region 4005 as the fourth semiconductor region and the n region 4011 as the high impurity concentration region.
第10図は、本発明の第五実施例を説明するための概略
的断面図である。FIG. 10 is a schematic sectional view for explaining a fifth embodiment of the present invention.
同図に示すように、本実施例は、埋め込み領域をバイ
ポーラトランジスタ等の場所のみに限定した構造であ
る。即ち、第1半導体領域たるn+領域4002は第3半導体
領域たるp-領域4004に対応する領域を除いて設けられて
いる。As shown in the drawing, the present embodiment has a structure in which the buried region is limited to only a location such as a bipolar transistor. That is, the n + region 4002 as the first semiconductor region is provided except for a region corresponding to the p − region 4004 as the third semiconductor region.
同図に示すように、設計により、受光部のn-領域とp
基板を考えると、n-とp基板の間に中性領域がなくな
り、センサセル間の横方向のキャリア拡散の原因がなく
なり、スミア、NTFの改良についても良くなる。As shown in the figure, the n - region and p
Considering the substrate, there is no neutral region between the n − and p substrates, the cause of lateral carrier diffusion between the sensor cells is eliminated, and the improvement of smear and NTF is improved.
以上説明した実施例において、Siだけでなく他の半導
体材料においても適用できる。また、nとpを全部入れ
かえた構造においても用いることができる。In the embodiment described above, the present invention can be applied not only to Si but also to other semiconductor materials. Further, it can be used in a structure in which n and p are all replaced.
又、以上の実施例中にあるように、コレクタ抵抗を下
げることでトランジスタの特性を向上させることができ
る(具体的には、トランジスタの増巾特性、スイッチン
グ特性等を向上させることができる)。Further, as in the above embodiments, the characteristics of the transistor can be improved by lowering the collector resistance (specifically, the amplification characteristics, switching characteristics, etc. of the transistor can be improved).
上記した実施例によって上述した目的はより一層効果
的に到達することが可能になる。The above-described embodiment makes it possible to achieve the above-mentioned object more effectively.
第11図は本発明の光電変換器の第一参考例を説明する
ための概略的断面図である。FIG. 11 is a schematic sectional view for explaining a first reference example of the photoelectric converter of the present invention.
本参考例は、フォトダイオードのアノードとバイポー
ラトランジスタのベース領域を別工程で作製した光電変
換器である。This embodiment is a photoelectric converter in which the anode of the photodiode and the base region of the bipolar transistor are manufactured in different steps.
同図において、1001はp型基板であり、1002はバイポ
ーラトランジスタのコレクタであるn型埋め込み層、10
03はn-エピタキシャル層、1004は増幅部としてのバイポ
ーラトランジスタのベース領域であるp層、1005は光電
変換部としてのフォトダイオードのアノードであるp
層、1006はバイポーラトランジスタのエミッタ領域であ
るn層、1007-1はAl等の導電材からなり、フォトダイオ
ードのアノードであるp層1005とバイポーラトランジス
タのベース領域であるp層1004とを接続する配線、1007
-2はAl、ポリシリコン等の導電材からなるエミッタ電
極、1008はLOCOS酸化膜である。Lは受光部を示し、D
は遮光部を示す。なお、n型埋め込み層1002は第1半導
体領域、n-エピタキシャル層1003は第2半導体領域、p
層1005は第3半導体領域、p層1004は第4半導体領域、
n層1006は第5半導体領域、1007-1は第3半導体領域と
第4半導体領域とを接続する導電材料となる。In the figure, reference numeral 1001 denotes a p-type substrate; 1002, an n-type buried layer which is a collector of a bipolar transistor;
03 is an n - epitaxial layer, 1004 is a p-layer which is a base region of a bipolar transistor as an amplifier, and 1005 is p which is an anode of a photodiode as a photoelectric converter.
Layer 1006 n layer is an emitter region of the bipolar transistor, 1007 -1 is made of a conductive material such as Al, connecting the p layer 1004 is a base region of the p layer 1005 and the bipolar transistor is an anode of the photodiode Wiring, 1007
Reference numeral -2 denotes an emitter electrode made of a conductive material such as Al or polysilicon, and reference numeral 1008 denotes a LOCOS oxide film. L indicates a light receiving unit, and D
Indicates a light shielding portion. Note that the n-type buried layer 1002 is a first semiconductor region, the n − epitaxial layer 1003 is a second semiconductor region,
A layer 1005 is a third semiconductor region, a p-layer 1004 is a fourth semiconductor region,
n layer 1006 fifth semiconductor region, 1007 -1 is the conductive material for connecting the third semiconductor region and the fourth semiconductor region.
同図に示すように、受光部に設けるフォトダイオード
と遮光部に設けるバイポーラトランジスタは配線1007-1
によって接続されており、一定の距離を隔てて受光部と
遮光部を形成することが可能となる。As shown in the figure, the bipolar transistor is provided in the light shielding portion and the photodiode is provided on the light receiving unit wiring 1007 -1
The light receiving unit and the light shielding unit can be formed at a certain distance from each other.
カラーラインセンサとして本発明の光電変換器を用い
る場合、第13図に示すように赤(R)用のラインセンサ
の受光部12と緑(G)用のラインセンサの受光部12とを
隣接して配し、緑用のラインセンサの遮光部11を青
(B)用のラインセンサの外側に配することが可能とな
る。このため、原稿のあるラインのR信号を得た時点
で、G信号はそのラインから2ライン目の原稿位置、B
信号は(n+3)ライン目の原稿位置の各信号となり、
R,B,G信号はそれぞれサンプルホールド回路(S/H)14、
A/D変換回路15を介して信号処理され、少なくともGB信
号が外部メモリ102に格納される。このとき、前述した
第16図のカラーラインセンサと比べて記憶しておくべき
先に出力したGB信号の量は減少し、外部メモリの容量は
より小さくてもすむこととなる。なお、第16図と同様
に、遮光部は受光部の幅の整数倍の幅を有している。When the photoelectric converter of the present invention is used as a color line sensor, the light receiving section 12 of the line sensor for red (R) and the light receiving section 12 of the line sensor for green (G) are adjacent to each other as shown in FIG. And the light-shielding portion 11 of the green line sensor can be arranged outside the blue (B) line sensor. Therefore, when the R signal of a certain line of the document is obtained, the G signal is the position of the document on the second line from that line, B
The signal becomes each signal of the document position of the (n + 3) th line,
R, B, G signals are sample and hold circuits (S / H) 14,
The signal is processed through the A / D conversion circuit 15 and at least the GB signal is stored in the external memory 102. At this time, the amount of the previously output GB signal to be stored is reduced as compared with the color line sensor of FIG. 16 described above, and the capacity of the external memory can be smaller. Note that, similarly to FIG. 16, the light shielding portion has a width that is an integral multiple of the width of the light receiving portion.
本参考例においては、バイポーラトランジスタのベー
ス領域であるp領域1004とフォトダイオードのアノード
であるp層1005とは不純物拡散が独立に制御されてお
り、拡散領域の大きさ、不純物濃度等を独立に制御する
ことができ、フォトダイオードの分光感度特性の所望波
長感度に合わせることが可能となり、またバイポーラト
ランジスタの増幅率、応答速度等の特性を所望の最適値
に設定することが可能となる。In the present reference example, the impurity diffusion is independently controlled between the p region 1004 which is the base region of the bipolar transistor and the p layer 1005 which is the anode of the photodiode, and the size of the diffusion region, the impurity concentration, etc. are independently controlled. This makes it possible to control the spectral sensitivity characteristics of the photodiode to the desired wavelength sensitivity, and to set the characteristics of the bipolar transistor, such as the amplification factor and the response speed, to desired optimum values.
第12図は本発明の光電変換器の第二参考例を説明する
ための概略的断面図である。FIG. 12 is a schematic sectional view for explaining a second reference example of the photoelectric converter of the present invention.
本参考例は、バイポーラトランジスタにp+領域を形成
するとともに、バイポーラトランジスタのコレクタ領域
を個別に作製した光電変換器である。なお、前述した第
一参考例と同一構成部材については、同一符号を付して
説明を省略する。The present reference example is a photoelectric converter in which ap + region is formed in a bipolar transistor and the collector region of the bipolar transistor is individually formed. Note that the same components as those in the first reference example described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
同図において、1004-1はフォトダイオードのアノード
であるp層、1004-2はバイポーラトランジスタのベース
領域であるp層であり、同時に作製される。1006-2はバ
イポーラトランジスタのエミッタ領域であるn層であ
る。1009はp+層であり、周波数特性の改善のために高不
純物濃度領域を設けたものである。1010はバイポーラト
ランジスタのコレクタ領域であるn層であり、1006-3は
n+層、1007-3はAl、ポリシリコン等の導電材からなるコ
レクタ電極である。なお、n型埋め込み層1002は第1半
導体領域、n-層1003,n層1010は第2半導体領域の低不純
物濃度領域及び高不純物濃度領域、p層1004-1は第3半
導体領域、p層1004-2は第4半導体領域、n層1006-2は
第5半導体領域、1007-1は第3半導体領域と第4半導体
領域とを接続する導電材料となる。第2半導体領域の低
不純物濃度領域となるn-層1003は第3半導体領域となる
p層1004-1と接しており、第2半導体領域の高不純物濃
度領域となるn層1010はコレクタ電極1007-3に電気的に
接続されている。p+層1009とp層1004-2は増幅部(バイ
ポーラトランジスタ)の入力部を構成し、上記のよう
に、p+層1009の不純物濃度はp層1004-2より高くなって
おり、p+層1009は光電変換部となるp層1004-1へ配線10
07-1を介して接続されている。In the figure, 1004 -1 p layer is the anode of the photodiode, 1004 -2 a p layer is a base region of a bipolar transistor is fabricated simultaneously. 1006 -2 is an n layer which is an emitter region of the bipolar transistor. Reference numeral 1009 denotes a p + layer in which a high impurity concentration region is provided for improving frequency characteristics. 1010 is an n layer which is a collector region of the bipolar transistor, and 1006 -3 is
The n + layer, 1007 -3 is a collector electrode made of a conductive material such as Al or polysilicon. Incidentally, n-type buried layer 1002 is first semiconductor region, n - layer 1003, n layer 1010 is lightly doped region and the high impurity concentration region of the second semiconductor region, p layer 1004 -1 third semiconductor region, p layer 1004 -2 fourth semiconductor region, n layer 1006 -2 fifth semiconductor region, 1007 -1 is the conductive material for connecting the third semiconductor region and the fourth semiconductor region. N a low impurity concentration region of the second semiconductor region - the layer 1003 is in contact with the p layer 1004 -1 to be the third semiconductor region, n layer 1010 serving as a high impurity concentration region of the second semiconductor region is a collector electrode 1007 -3 is electrically connected. p + layer 1009 and the p layer 1004 -2 constitutes the input portion of the amplifying portion (bipolar transistor), as described above, the impurity concentration of the p + layer 1009 is higher than the p layer 1004 -2, p + layer 1009 is wired to a p-layer 1004 -1 serving as a photoelectric conversion unit 10
It is connected via a 07 -1.
同図に示すように、分離形成された受光部に設けるフ
ォトダイオードと遮光部に設けるバイポーラトランジス
タ配線1007-1によって接続されており、第一参考例と同
様な効果を得ることができ、第13図に示したカラーライ
ンセンサを構成することができる。As shown in the drawing, it is connected by the bipolar transistor wiring 1007 -1 provided to the photodiode and the light shielding portion provided in the light receiving portion which are separately formed, it is possible to obtain the same effects as in the first reference example, 13 The color line sensor shown in the figure can be configured.
次に、前述した本発明の光電変換器を適用した画像読
取装置の一例を示す。Next, an example of an image reading apparatus to which the above-described photoelectric converter of the present invention is applied will be described.
第14図は、画像読取装置の一例の概略的構成図であ
る。FIG. 14 is a schematic configuration diagram of an example of an image reading device.
同図において、原稿5201は読取り部5205に対して相対
的に矢印Y方向に機械的に移動する。また、画像の読み
取りは、イメージセンサ5204によって矢印X方向に走査
することで行われる。In the figure, an original 5201 mechanically moves in the direction of arrow Y relative to a reading unit 5205. In addition, reading of an image is performed by scanning the image sensor 5204 in the arrow X direction.
まず、光源5202からの光は原稿5201で反射し、その反
射光が結像光学系5203を通して本発明に係るイメージセ
ンサ5204上に像を結像する。これによって、イメージセ
ンサ5204には入射光の強さに対応したキャリアが蓄積さ
れ、光電変換されて画像信号として出力する。この画像
信号は、AD変換器5206によりデジタル変換され、画像処
理部5207内のメモリに画像データとして取り込まれる。
そして、シェーディング補正、色補正等の処理が行なわ
れ、パソコン5208又はプリンタ等へ送信される。First, light from a light source 5202 is reflected by an original 5201, and the reflected light forms an image on an image sensor 5204 according to the present invention through an imaging optical system 5203. As a result, carriers corresponding to the intensity of the incident light are accumulated in the image sensor 5204, photoelectrically converted, and output as image signals. This image signal is digitally converted by the AD converter 5206, and is taken into a memory in the image processing unit 5207 as image data.
Then, processing such as shading correction and color correction is performed and transmitted to the personal computer 5208, a printer, or the like.
こうしてX方向の走査の画像信号転送が終了すると、
原稿5201がY方向へ相対的に移動し、以下同様の動作を
繰り返すことで、原稿5201の前画像を電気信号に変換し
画像情報として取り出すことができる。When the image signal transfer for the scanning in the X direction is completed in this manner,
By moving the original 5201 relatively in the Y direction and repeating the same operation, the previous image of the original 5201 can be converted into an electric signal and extracted as image information.
[発明の効果] 以上詳細に説明したように、本発明の光電変換器によ
れば、増幅部の入力領域と光電変換器とを独立に作製可
能であり、拡散領域の大きさ、不純物濃度、構成等を独
立に制御することができ、光電変換部の分光感度特性を
所望の波長感度に合わせることが可能となり、また増幅
部の増幅率、応答速度等の特性を所望の最適値に設定す
ることが可能となり、所望の性能を有するデバイスを設
計することができる。[Effects of the Invention] As described in detail above, according to the photoelectric converter of the present invention, the input region and the photoelectric converter of the amplification unit can be independently manufactured, and the size of the diffusion region, the impurity concentration, The configuration and the like can be controlled independently, the spectral sensitivity characteristics of the photoelectric conversion unit can be adjusted to the desired wavelength sensitivity, and the characteristics of the amplification unit, such as the amplification factor and the response speed, are set to desired optimal values. It is possible to design a device having desired performance.
更に、上記光電変換器により、光入射によって電荷を
発生・蓄積する半導体領域の不純物濃度、厚さ等の最適
製造条件と、半導体トランジスタのベース領域となる半
導体領域の不純物濃度、不純物濃度分布、厚さ等の最適
な製造条件とを各の半導体領域で任意に設定可能とな
る。その結果、受光部と半導体トランジスタ部を別々に
設計でき、青感度を高めると同時に、半導体トランジス
タの高速化を図ることができる。Furthermore, the photoelectric conversion device is used to optimize the manufacturing conditions such as the impurity concentration and thickness of the semiconductor region that generates and accumulates charges by light incidence, and the impurity concentration, impurity concentration distribution, and thickness of the semiconductor region serving as the base region of the semiconductor transistor. It is possible to arbitrarily set optimum manufacturing conditions such as the conditions for each semiconductor region. As a result, the light receiving section and the semiconductor transistor section can be separately designed, and the blue sensitivity can be increased, and the speed of the semiconductor transistor can be increased.
なお、反対導電型の半導体領域を、光照射によって発
生した電荷を蓄積する半導体領域と、半導体トランジス
タのベース領域となる半導体領域とに分けて形成した本
発明の光電変換器と、受光部に光電変換部を形成し、遮
光部に増幅部を形成し、前記光電変換部と前記増幅部の
入力領域とを配線で接続させて、前記受光部と前記遮光
部とを一定距離を隔てて分離形成した光電変換器とを組
み合わせることにより、より性能を向上させることがで
きる。Note that a photoelectric conversion device of the present invention in which a semiconductor region of the opposite conductivity type is divided into a semiconductor region for storing charges generated by light irradiation and a semiconductor region serving as a base region of a semiconductor transistor, A conversion unit is formed, an amplification unit is formed in the light shielding unit, and the photoelectric conversion unit and the input area of the amplification unit are connected by wiring, and the light receiving unit and the light shielding unit are separated and formed at a certain distance. By combining with the photoelectric converter described above, the performance can be further improved.
第1図(A),(B)は、夫々本発明の光電変換器の第
一実施例を説明するための概略的構成図であり、第1図
(A)は模式的平面図、第1図(B)は模式的縦断面図
である。 第2図(A)は、第1図(B)のB−B′部分で第1図
(B)を切断した場合の模式的拡大図であり、第2図
(B)は第2図(A)の深さ方向におけるポテンシャル
図である。 第3図は、SiとGeの光の波長に対する吸収係数を説明す
る特性図である。 第4図は、逆バイアス電圧VR=5Vにおけるp−不純物
密度NAと全空乏層幅Wとの関係を説明する特性図であ
る。 第5図は、p−不純物密度NAとp層空乏層の厚みxpと
の関係を説明する特性図である。 第6図は、本発明による光電変換器の駆動回路の一実施
例を説明するための概略的回路図である。 第7図は、本発明の第二実施例を説明するための概略的
断面図である。 第8図は、本発明の第三実施例を説明するための概略的
断面図である。 第9図は、本発明の第四実施例を説明するための概略的
断面図である。 第10図は、本発明の第五実施例を説明するための概略的
断面図である。 第11図は、本発明の光電変換器の第一参考例を説明する
ための概略的断面図である。 第12図は、本発明の光電変換器の第二参考例を説明する
ための概略的断面図である。 第13図は、本発明の光電変換器を用いた画像読み取り系
を説明するための概略的構成図である。 第14図は、画像読取装置の一例の概略的構成図である。 第15図は、従来の光電変換器の構成を説明する概略的断
面図である。 第16図は、従来の光電変換器を用いた画像読取系を説明
するための概略的構成図である。 第17図(A)は、光電変換器の一構成例の概略的平面
図、第17図(B)は、第17図(A)のA−A′線で第17
図(A)を切断した場合の模式的切断面図である。 第18図(A)および第18図(B)は、夫々リフレッシュ
動作を説明するための電圧波形図である。 4001:シリコン基板、4002:埋め込み領域、4003:n-領
域、4004:p-領域、4005:p+領域、4006:n+領域、4007:p+
領域、4008:n+領域、4009:n+領域、4101:電極、4102,41
03,4104,4108,4109,4110:電極配線、4105,4106,4107:絶
縁膜。1 (A) and 1 (B) are schematic structural views for explaining a first embodiment of a photoelectric converter of the present invention, respectively. FIG. 1 (A) is a schematic plan view, and FIG. FIG. (B) is a schematic longitudinal sectional view. FIG. 2 (A) is a schematic enlarged view of FIG. 1 (B) cut along the line BB ′ of FIG. 1 (B), and FIG. 2 (B) is a diagram of FIG. It is a potential figure in the depth direction of A). FIG. 3 is a characteristic diagram for explaining the absorption coefficient of Si and Ge with respect to the wavelength of light. FIG. 4 is a characteristic diagram for explaining the relationship between the p-impurity density NA and the total depletion layer width W when the reverse bias voltage VR = 5V. FIG. 5 is a characteristic diagram illustrating the relationship between the p− impurity density NA and the thickness xp of the p-layer depletion layer. FIG. 6 is a schematic circuit diagram for explaining one embodiment of a drive circuit for a photoelectric converter according to the present invention. FIG. 7 is a schematic sectional view for explaining a second embodiment of the present invention. FIG. 8 is a schematic sectional view for explaining a third embodiment of the present invention. FIG. 9 is a schematic sectional view for explaining a fourth embodiment of the present invention. FIG. 10 is a schematic sectional view for explaining a fifth embodiment of the present invention. FIG. 11 is a schematic sectional view for explaining a first reference example of the photoelectric converter of the present invention. FIG. 12 is a schematic sectional view for explaining a second reference example of the photoelectric converter of the present invention. FIG. 13 is a schematic configuration diagram for explaining an image reading system using the photoelectric converter of the present invention. FIG. 14 is a schematic configuration diagram of an example of an image reading device. FIG. 15 is a schematic sectional view illustrating the configuration of a conventional photoelectric converter. FIG. 16 is a schematic configuration diagram for explaining an image reading system using a conventional photoelectric converter. FIG. 17 (A) is a schematic plan view of a configuration example of the photoelectric converter, and FIG. 17 (B) is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. 17 (A).
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view when FIG. 18 (A) and 18 (B) are voltage waveform diagrams for explaining the refresh operation, respectively. 4001: silicon substrate, 4002: embedded region, 4003: n - region, 4004: p - region, 4005: p + region, 4006: n + region, 4007: p +
Area, 4008: n + area, 4009: n + area, 4101: electrode, 4102, 41
03, 4104, 4108, 4109, 4110: electrode wiring, 4105, 4106, 4107: insulating film.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 27/146 H01L 31/02 H01L 31/10──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 27/146 H01L 31/02 H01L 31/10
Claims (14)
スタのエミッタ領域で、同じ導電型の別の領域がトラン
ジスタのコレクタ領域である2つの同じ導電型の領域を
有し、更に前記トランジスタが前記同じ導電型の2つの
領域の導電型と反対導電型のベース領域を有し、 光が照射される領域は反対導電型の半導体領域であっ
て、該反対導電型の半導体領域は前記トランジスタのベ
ース領域である半導体領域と、該ベースである半導体領
域よりも不純物濃度の低い、光によって生成された電荷
をためるための半導体領域と、に分割されてなり、 前記トランジスタの同じ導電型の2つの領域の少なくと
も一つから、光によって生成された電荷に対応する出力
が取り出される光電変換器。1. The semiconductor device according to claim 1, wherein one of the two regions of the same conductivity type is an emitter region of the transistor and another of the same conductivity type is a collector region of the transistor. The semiconductor device has a base region of a conductivity type opposite to the conductivity type of the two regions of the same conductivity type, a region irradiated with light is a semiconductor region of the opposite conductivity type, and the semiconductor region of the opposite conductivity type is a semiconductor region of the transistor. A semiconductor region serving as a base region, and a semiconductor region having a lower impurity concentration than the semiconductor region serving as the base and for storing charge generated by light, and two of the same conductivity type of the transistor. A photoelectric converter from which an output corresponding to a charge generated by light is extracted from at least one of the regions.
体領域上に設けられた該第1導電型の第2半導体領域、
該第2半導体領域に接して設けられた第2導電型の第3
半導体領域、該第3半導体領域と該第2半導体領域とに
接して設けられた該第2導電型の第4半導体領域、該第
4半導体領域に接して設けられた該第1導電型の第5半
導体領域、該第2半導体領域に接して設けられた該第2
導電型の第6半導体領域、を有し、該第3半導体領域が
光入力領域で、該第1、2、4、5半導体領域と第2、
4、6半導体領域が夫々トランジスタの要素である光電
変換器であって、前記第3半導体領域は前記第4半導体
領域の不純物濃度より低い光電変換器。2. A first semiconductor region of a first conductivity type, a second semiconductor region of the first conductivity type provided on the first semiconductor region,
A third conductive type third electrode provided in contact with the second semiconductor region.
A semiconductor region, a fourth semiconductor region of the second conductivity type provided in contact with the third semiconductor region and the second semiconductor region, and a fourth semiconductor region of the first conductivity type provided in contact with the fourth semiconductor region. 5 semiconductor region, the second semiconductor region provided in contact with the second semiconductor region.
A sixth semiconductor region of a conductivity type, wherein the third semiconductor region is an optical input region, and the first, second, fourth, and fifth semiconductor regions and a second,
A photoelectric converter in which the fourth and sixth semiconductor regions are each a transistor element, wherein the third semiconductor region is lower in impurity concentration than the fourth semiconductor region.
おいて、第2半導体領域は、同じ導電型で低不純物濃度
領域と高不純物濃度領域を含む異なる不純物濃度の領域
を有する光電変換器。3. The photoelectric converter according to claim 2, wherein the second semiconductor region has regions of the same conductivity type and different impurity concentrations including a low impurity concentration region and a high impurity concentration region. .
おいて、第2半導体領域は、同じ導電型の領域で低不純
物濃度領域と高不純物濃度領域を含む異なる不純物濃度
の領域を有し、該高不純物濃度領域は第4、5、6半導
体領域と第1半導体領域の間に設けられている光電変換
器。4. The photoelectric converter according to claim 2, wherein the second semiconductor region has regions of the same conductivity type and different impurity concentrations including a low impurity concentration region and a high impurity concentration region. And the high impurity concentration region is provided between the fourth, fifth, and sixth semiconductor regions and the first semiconductor region.
おいて、第3半導体領域の少なくとも一部は第4半導体
領域と第2半導体領域の間に設けられている光電変換
器。5. The photoelectric converter according to claim 2, wherein at least a part of the third semiconductor region is provided between the fourth semiconductor region and the second semiconductor region.
おいて、第2半導体領域は同じ導電型で低不純物濃度領
域と高不純物濃度領域を含む異なる不純物濃度の領域を
有し、該高不純物濃度の領域は第4、5、6半導体領域
と第1半導体領域の間に設けられ、且つ、少なくとも第
3半導体領域の一部が第4半導体領域と第2半導体領域
の間に設けられている光電変換器。6. The photoelectric converter according to claim 2, wherein said second semiconductor region has regions of the same conductivity type and different impurity concentrations including a low impurity concentration region and a high impurity concentration region. The impurity concentration region is provided between the fourth, fifth, and sixth semiconductor regions and the first semiconductor region, and at least a portion of the third semiconductor region is provided between the fourth semiconductor region and the second semiconductor region. Photoelectric converter.
おいて、第3半導体領域は第4半導体領域と高不純物濃
度領域の間に設けられている光電変換器。7. The photoelectric converter according to claim 6, wherein the third semiconductor region is provided between the fourth semiconductor region and the high impurity concentration region.
おいて、第1半導体領域は少なくとも第3半導体領域に
対応する領域を除いて設けられている光電変換器。8. The photoelectric converter according to claim 2, wherein the first semiconductor region is provided except at least a region corresponding to the third semiconductor region.
おいて、第1半導体領域が同じ導電型の基板上に設けら
れている光電変換器。9. The photoelectric converter according to claim 2, wherein the first semiconductor region is provided on a substrate of the same conductivity type.
において、第1半導体領域は該第1半導体領域と異なる
導電型の基板上に形成されている光電変換器。10. The photoelectric converter according to claim 2, wherein the first semiconductor region is formed on a substrate having a conductivity type different from that of the first semiconductor region.
において、第1導電型はn型である光電変換器。11. The photoelectric converter according to claim 2, wherein the first conductivity type is an n-type.
において、第2導電型はp型である光電変換器。12. The photoelectric converter according to claim 2, wherein the second conductivity type is a p-type.
において、異なる導電型はp型である光電変換器。13. The photoelectric converter according to claim 10, wherein the different conductivity type is a p-type.
において、第3、4、5、6半導体領域を取り囲む領域
であるチャネルストップとして作用する第1導電型の第
7半導体領域は第2半導体領域の表面部分上に設けられ
る光電変換器。14. The photoelectric converter according to claim 2, wherein the seventh semiconductor region of the first conductivity type, which acts as a channel stop, is a region surrounding the third, fourth, fifth, and sixth semiconductor regions. (2) A photoelectric converter provided on a surface portion of the semiconductor region.
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JP63-138871 | 1988-07-27 | ||
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Related Child Applications (1)
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- 1989-06-02 JP JP1139264A patent/JP2810412B2/en not_active Expired - Fee Related
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