JPH02275670A - 光電変換装置および画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、複写機、ファクシミリ等の画像読取装置に用
いられる光電変換装置やビデオカメラのイメージセンサ
として用いられる光電変換装置に関し、より詳しくは、
光量損失がなく、残像の発生しないカラー画像読取用の
光電変換装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来のカラー用の固体撮像装置について、第１１図（Ａ
）（Ｂ）を用いて説明する。

第１１図（Ａ）は、従来のカラー用のＭＯＳ型固体撮像
装置の光電変換領域の一例（例えば、長原修策「カラー
ビデオカメラとして実用化進むＭＯＳ型固体撮像素子」
オブトロニクス（１９８２）Ｎｏ３　　Ｐ１５〜２１）
を示す断面図である。図において、１はｎ型Ｓｉ基板、
２はｐウェル層、３は２３層、４はフィールド酸化膜、
５はｎ″″層、６は垂直ラインに信号電荷を転送するた
めの多結晶Ｓｔゲート、７は層間絶縁膜、８はカラーフ
ィルタ、９は保護膜、１０は信号電荷が入ってくるため
のｎ“ドレイン、１１は信号か読み出される垂直ライン
、１２は遮光膜である。

なお、２０層３と００層５とはホトダイオードを構成し
ている。

ここで、第１１図（Ａ）かられかるように、ＡＡ’　に
示す１画素の領域に対して、実際の開口部はＢＢ’　で
あり、信号電荷に変換されるのは、固体撮像装置に入射
した光のうちの一部でしかない。そのため、十分な信号
電荷量を得ることができず、Ｓ／Ｎ比悪化の原因となり
ていた。また、この問題は、１画素のサイズが小さくな
る程顕著となるため、高品位対応のくすなわち、画素密
度の大きい）固体撮像装置を実現する上で、大きな障害
となっていた。

一方、この問題を解決するために、光導電膜をＭＯＳ型
固体撮像装置に積層したもの（Ｔｕｋａｄａ。

Ｔ、　ｅｔａｌ　’７９　ＩＤＡＭ、８．１）や、光導
電膜をＣＣＤ型固体撮像装置に積層したもの（藤本真ｅ
ｔａｌ積層型固体撮像素子の単板カラー化方式　テレビ
ジョン学会技術報告ＴＥＢＳ７６−２　ＥＤ６０７　Ｐ
７〜１２、原田望２００万画素のＨＤＴＶ用ＣＣ用型Ｃ
Ｄ型固体撮像素子ルファスＳｔ光電変喚膜を積層　日経
エレクトロニクス　１９８８．２．２２　）等が提案さ
れている。

このうち、ＣＣＤ上に積層した例を第１１図（Ｂ）に示
す。図において、２１はｎ型Ｓｉ基板、２２はｐウェル
層、２３はチャネルストップ層、２４はフィールド酸化
膜であり、２３と２４とで各素子を１画素ごとに分難し
ている。２５は垂直ＣＣＤ転送領域、２６．２７は多結
晶５１２８は光導電膜２９および３０で発生したキャリ
アを３６のｎ“層へ送るためのＭＯｔ４ｉである。

光導電膜２９としてはＺｎ５ｅニユービコン膜を用い、
また、光導電膜３０としてはＺｎＣｄ丁ｅのニュービコ
ン膜を用いている。３１は透明電極、３２．３３はカラ
ーフィルタである。カラーフィルタ３２および３３とし
ては、異なる分布透過特性を持つものを用いる。３４は
保護膜、３５は読み出し用ゲート領域である。このよう
な構成を用いることによって、開口率を１００％とする
ことができる。

しかしながら、従来の固体撮像装置では信号電荷量が小
さく大きなＳＮ比がとれないこと、残像が発生すること
、更には混色が生じることといった点で改善すべき点が
あった。

これらの原因をさぐってみると以下の３点に問題がある
ことが本発明者らの数多くの実験により判明した。

１）カラーフィルタの透過率が４０〜７０％と低いこと
、 ２）隣接する画素への信号電荷の流れ込みがあること、 ３）２）の点を改善すべく高低抗の光導電膜を用いたと
ころでリセット動作が低速となってしまうことである。

〔発明が解決しようとする課題］ 本発明は、上述した技術的課題を解決する為になされた
ものであり、ＳＮ比の向上、残像の除去、混色の除去を
達成し得る光電変換装置を提供することを目的とする。

本発明の別の目的は、光電変換領域が、該光電変換領域
により発生したキャリアを処理する処理回路部上に積層
されている光電変換装置において、該光電変換領域に各
画素ごとに分離されて光電変換層が形成されており、か
つ、当該光電変換層がそれぞれ異なる分光感度特性を有
することを特徴とする光電変換装置を提供することにあ
る。

本発明の他の目的は、光電変換層と制御電極とを基準電
圧源に選択的に接続することによりリセットを行い、そ
の後光生成キャリアの蓄積を行うことによりリセット動
作を高速に行い得る光電変換装置を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段］ 本発明の光電変換装置は、光電変換領域が、該光電変換
領域により光電変換された電荷を処理する為の処理回路
素子上に積層された光電変換装置において、前記光電変
換領域が各セル毎に分離されており、そのうち少なくと
も２つが異なる分光感度特性を有する光電変換部を含む
ことを特徴とする。

本発明の光電変換装置は、■第１の光電変換部と、 前記第１の光電変換部に電気的に接続された制御電極領
域と容量負荷を含む出力回路に電気的に接続される主電
極領域とを有する第１のトランジスタと、 を具備する第１の光電変換要素と、 ■第２の光電変換部と、 前記第２の光電変換部に電気的に接続された制御電極領
域と容量負荷を含む出力回路に電気的に接続される主電
極領域とを有する第２のトランジスタと、 を具備する第２の光電変換要素と、 を一体的に有し、 前記第１、第２の光電変換部は互いに分離されて、前記
第１、第２のトランジスタ上に設けられており、 前記第１、第２の光電変換部は各々異なる分光感度を有
する材料で構成されていることを特徴とする。

本発明の光電変換装置は、一対の電極を有する光電変換
部と、該光電変換部の電極の一方に電気的に接続された
第１導電型の制御電極領域と該制御電極領域とは異なる
導電型の主電極領域とを有するトランジスタと、 を具備する光電変換装置において、 前記光電変換部の電極の他方に選択的に接続される第１
の基準電圧手段を有することを特徴とする。

本発明の画像読取装置は、上記の変換装置を備え、これ
から出力される信号を処理する信号処理回路を備えたこ
とを特徴とする。

［作用］ 本発明は５光電変換層としての光導電膜を画素ごとに分
離し、かつ、光導電膜自体がカラーフィルタ機能をもつ
ようにすることにより、上述の課題を解決したものであ
る。

光導電膜にカラーフィルタ機能を付加するため、本発明
は、ピーク波長の異なる分光感度特性を有する半導体材
料で各光導電膜を形成したものである。換言すれば、例
えば、赤色光を認識するための画素には赤色光の波長が
ピークとなるような分光感度特性を有する光導電膜を用
い、緑色光を認識するための画素には緑色光の波長がピ
ークとなるような分光感度特性を有する光導電膜を用い
、青色光を認識するための画素には青色光の波長がピー
クとなるような分光５度特性を有する光導電膜を用いる
ことにより、光導電膜にカラーフィルタ機能を付加させ
たものである。

したがって、本発明によれば、光量損失が全くないため
信号電荷量が多く、ひいてはＳ／Ｎ比の高いカラー画像
読み取り用の光電変換装置を提供することができる。

また、各セル毎に分離した光電変換層を用いることによ
り分解能が高く混色の問題が生じることがない。

更には、光電変換装置として、光生成キャリアを制御電
極領域に蓄積し、蓄積されたキャリアに基く信号を主電
極領域に接続された容量負荷を有する読み出し回路へ電
圧読み出しする構成を採用することにより感度が向上す
る。

特に後述する実施例１〜４のようなエミッタホロワ回路
の構成であれば処理回路素子も、フィールド絶縁膜とチ
ャネルストップとを有する簡単な素分離で混色やフロー
ストークの問題が解決できるので高集積化に極めて有利
な構成となる。

加えて上記構成において制御電極領域に蓄積されたキャ
リアを消滅させる為のリセット動作においても、その高
速化を計ることができ残像が極めて少なく応答性に優れ
たカラー画像読取用の光電変換装置を提供することがで
きる。

本発明に用いられる光電変換層としては、前述した分光
感度特性を有するものであればよいが、好ましくは構成
原子の組成を比較的自由に変えることで分光感度特性の
設計自由度の大きな非−！ＩＬ結晶材料が用いられる。

より好ましくは、低温プロセスで形成できる非晶質材料
が用いられる。

なかでもＳｔを構成原子の１つとして水素およびまたは
ハロゲンで補償された非晶質材料が好ましく用いられる
。

例えばｓｉとＣの組成比を変えて異なる分光感度をもた
せたものや、青色用としてａ−３ｉＣ：　Ｈ％緑色用と
してａ−３ｉ：Ｈ１赤色用としてａ−３ｉＧｅ：Ｈを用
いたもの、または、青色用としてａ−５ｉＮ：Ｈ，緑色
用としてａ　−３ｉ　：Ｈ１赤色用としてａ−３ｉＧｅ
：Ｈを用いたもの等である。

また、光電変換層の層構成としては、Ｐ、Ｉ。

Ｎ型半導体の複数の組み合わせであっても、単一の層構
成であっても良い。或いは超格子構造をとったものでも
良い。またはショットキータイプのものであっても良い
。

本発明に用いられる処理回路素子としては電界効果トラ
ンジスタ、ＣＣＤバイポーラトランジスタがあるが、 好ましくは電界効果トランジスタ或いはバイポーラトラ
ンジスタの制御電極領域（ベース或いはゲート）に光電
変換層の一方の電極を接続した構成が用いられる。

［実施例］ （実施例１） 以下、本発明の一実施例について、図を用いて説明する
。第１図は、本実施例による光電変換装置としての固体
撮像装置の一部分の断面図である。

第１図において、４Ｂ　　４７，４８，４９５０．６６
．６７．６８．６４により赤色用の信号を得るための単
位セルＣＬｒが構成され、５１．５２．５３，５４，５
５，７０，７１７２．６４により緑色用の信号を得るた
めの単位セルＣＬ４が構成され、５６．５７．５８゜５
９．６０，７４，７５，７８．６４により青色用の信号
を得るための単位セルＣＬｂが構成されている。

第１図において、４１はｐ型Ｓｉ基板、４２はｎ３うめ
込み層、４３はｎ−型エピタキシャル層、４４はｎ＋層
である。４５は淳い絶縁膜であり、各セル間にそれぞれ
、Ｌ　ＯＧ　ＯＳ　（Ｌｏｃａｌｏｘｃｉｄａｔｉｏｎ
　Ｓｉ　）技術等を用いて作製され、４４と４５とによ
り各セル間の電気的分離を行りている。４６，５１．５
６は、多結晶Ｓｔにより各セルに対応して形成されたエ
ミッタ電極である。ここでは多結晶Ｓｔの代りにＡｆｌ
を用いたり、更にはＴｉＮをバリアメタルとしＡλ電極
でもよい。

４７．５２．５７は各セルに対応して形成されたｐ型ベ
ース層、４８，５３．５８は各セルに対応して形成され
たｎ３工ミツタ層、５０，５５゜６０は各セルに対応し
て形成されたベース電極であり、それぞれ、４９，５４
．５９に示す箇所のコンタクトホールによりｐ型ベース
層４７．５２．５７と接触している。６２は絶縁層であ
る。６６．７０．７４は、それぞれ、光導電膜６７．７
１．７５の下側電極であり、ベース電極５０．５５．６
０と、６５，６９．７３に示す箇所で接触し電気的に接
続されている。第１図に示す如く、絶縁層上面の段差は
、絶縁層６２により、小さくなっている。光４電膜６７
は１型アモルファスシリコンカーバイド即ちｌ　型ａ　
−３ｉ　ｌ−ｘ＋ｏ）ＣｘＮ）＋　（’　ａ−Ｊはアモ
ルファスを示す）、光導電膜７１はｌ型ａ−Ｓ　Ｉ　Ｉ
−１’Ｎ）ＩＣ）ｌ（０１、先導電膜７５はｉ型ａ　−
Ｓ　ｉ　Ｉ−ｚ（０１Ｃａｒｏ＋であり、ｘ　（０）、
　ｙ　（０）、　ｚ　（０）は、それぞれ、 ｘ　（０）＜ｙ　（０）＜ｚ　（０）　・・・（１）の
関係を満足し、Ｘは約６５０ｎｍに分光感度のピークが
くるように、ｙは約５５０ｎｍに分光感度のピークがく
るように、Ｚは約４５０ｎｍに分光感度のピークがくる
ように、それぞれ決められている。６８，７２．７６は
、それぞれ光導電膜６ｔ、６２．ｓ３のプロ・ソキング
層である。ブロッキング層６８はｐ型ａ　−３１１−ｘ
　［Ｉ　ＣＸ　（１）ブロッキング層７２はｐ型ａ−Ｓ
　１　＋　−ｙ　［１１Ｃｙ　Ｌｌｌ、ブロッキング層
７６はｐ型ａ　−Ｓ　ｉ　Ｉ−ｔ　ｆＮ　Ｃｚ　Ｎｌで
あり、ｘ（１）、ｙ（１）、ｚ　（１）はそれぞれ、 ｘ（０）＜ｘ（ｉ）　　・・・（２） ｙ　（０）＜ｙ　（１）　　・・・（３）ｚ　（０）＜
ｚ　（１）　　・・・（４）を満たす。６４は透明電極
、６３は絶縁層である。

次に、本発明の固体撮像装置の動作方法について説明す
る。まず基本動作が容易に理解できるように、赤色用の
信号を得るための１つのセルＣＬｒに着目して説明する
。

（リセット動作） ベース層４７と、光導電膜６７の電位をリセットするた
めに、まず、ベース電極５ｏ及び透明電極６４をバイア
スしこれらをリセット電位Ｖ　ＲＥＳＥＴに保持する。

次に、ベース電極５ｏをリセット、電位Ｖ　ＲＥＳＥＴ
とする基準電圧源から切りはｆｔ　Ｌ、ベース層４７を
浮遊状、聾にする。その後、４６であるエミッタ電極を
リセット電位Ｖ　ＲＥＳＥＴよりも低い電位となるよう
基準電圧源に接続し、再度ベース層の電位をリセットす
る。

（蓄積動作） リセット動作を行なった後、透明電極６４に負パルス（
振幅Δ）を印加する。これにより、透明型８ｉ６４の電
位は、Ｖ　ＲＥＳＥＴ−Δとなる（ただし、Ｖ　ＲＥＳ
ＥＴ−Δ〉０）。負パルスを印加すると、光導電膜６７
をはさむ電極６６と電極６４間の容量Ｃαにより、ベー
ス層４７の電位が低下し、４８のエミッタ、４７のベー
ス、４２のコレクタ用のうめ込み層からなるＮＰＮバイ
ポーラトランジスタがＯＦＦ状態となる。ただし、ベー
ス層４７の電位の下側への振られ量Δ°は、Δ°１く１
Δ１　・・・（５） となっており、ベース層の電位の方が透明電極の電位よ
りも高い。

この状態で透明電極６４から光を入射すると、光導電Ｉ
Ｊｉ６７中で、電子正孔対が発生する。この時、光導電
膜６７ば、波長６５０ｎｍ付近に分光感度のピークがく
るようにバンドギャップを選んでいるため、波長６５０
ｎｍの入射光による電子正孔対の発生が最も多い。この
電子正孔対のうち、正孔は光導電膜６７内の電界により
透明電極６４側へ移動し、透明電極６４より流部する。

方、電子は上記正孔と反対方向である電極６６の方向へ
移動し、ベース電極５０を介して、光量に応じてベース
層４７の電位を低下させる。

（読み出し動作） 蓄積期間が終了した時点で、エミッタ４８とベース４７
とが順バイアスにならない程度にエミッタの電位をリセ
ットし、エミッタ電極４６を信号読み出し用の容量に接
続する。これによりエミッタも浮遊状態となる。次に透
明電極６４に正パルス（振幅Δ）を印加する。この正パ
ルスにより、蓄積開始時とは逆に、光導電膜６７をはざ
む電極６６と６４間の容量Ｃαによってベース層４７の
電位が持ち上げられ、エミッタ４８とベース４７とコレ
クタ４２からなるバイポーラがＯＮ状態となり、ベース
層の電位がエミッタ４８を通して読み出し用の容量へ読
出される。本動作では光量に比例してベース電位が下が
る方式を採用しているため、上記読み出し容量に読出さ
れる信号は暗状態で最も犬きく、入射光が増すに従って
出力信号が減少するネガ型の特性を持っている。

以上、赤色用のセルにおける読み出し動作について説明
したが、緑色用及び青色用のセルの動作もこれと同様で
ある。ただし、緑色用の光導電膜７１は分光感度が約５
５０ｎｍにピークをもつようにバンド幅が選択され、一
方青色用の光導電膜７５は分光感度が約４５０ｎｍにピ
ークをもつようにバンド幅が選択されているため、それ
ぞれその波長に応じた信号が読出されることになる。

次に以上簡単に説明した動作を第２図、第３図を参照し
ながら詳しく説明する。

第２図は本発明の実施例１による固体撮像素子の回路図
であり、第３図はその動作を説明する為のタイミングチ
ャートである。

第２図では簡略化の為、赤、緑、青の３ライン各３ビツ
トとして説明する。

１０１．１０２．１０３はＮＰＮバイポーラトランジス
タ、１０４．１０５．１０６は光導電膜の容量、１０７
．１０８．１０９はＮＰＮＩ−ランジスタのベース電位
を一定にする為のリセット用ＰチャネルＭＯＳトランジ
スタである。

１１０．１１１．１１２は各ＮＰＮトランジスタから容
量１１９．１２０．１２１へ信号電荷を転送する為の転
送用ＮチャネルＭＯＳトランジスタ、１１３．１１４．
１１５は容量１１９．１２０．１２１に蓄積された信号
電荷を順次転送する為に水平シフトレジスタ１４０によ
って走査される転送用スイッチである。

１１６．１１７．１１８はＮＰＮトランジスタのベース
に蓄積された正孔を消滅させ垂直ラインの容量による残
留電荷を消滅させる為のリセット用ＮチャネルＮ０Ｓ）
ランジスタである。

１３０は８売み出しライン１２５をリセットする為のリ
セットスイッチである。

１３１は増巾器である。

１４１は垂直シフトレジスタ、１４２は光導電膜に電圧
を印加する走査型ドライバーである。

次に第３図のタイミングチャートを参照しながら詳細に
固体撮像素子の動作を説明する。

（リセット動作） 光導電膜がＶ　ＲＥＳｔＴ電位にバイアスされている時
、ｔｌにおいてφ８，１をロウレベルにしてベース領域
をソース領域とするＰＭＯ３１０７，１０８，１０９を
オン状態とし基準電圧源とじてのＶＩＩＢ端子よりベー
ス電位をＶＲＥＳ！アとする。こうして光導電膜の画電
極とベース電極とが同電位に保持される。

その後ｔ２でＰＭＯＳをオフ状態としてｔ、でＮＭＯ５
１１６〜１１８をオン状態としてエミッタの電位をリセ
ット電位であるＶ　ＲＥＳＥアよりも低い電位としてベ
ースに蓄積された正孔を消滅させる為に基準電圧源ＶＣ
Ｃでエミッタをバイアスする。

以上のように本実施例では２つのリセット動作の組み合
わせによりベースに蓄積された正孔を消滅させる為に極
めてノイズの少ない信号か得られる。

また１、〜ｔ４の期間ではφアをハイレベルとして容量
１１９〜１２１の電位もリセットする。

（蓄積動作） リセット動作後、ｔ５において光４電膜の透明電極の電
位をＶ　ＲＣ３ＥＴ−Δとする。すると、光導電膜の容
量１０４〜１０６によりベース電位が低下し、各セルの
ＮＰＮトランジスタのベースエミッタ間が逆バイアス状
態となりＮＰＮトランジスタがＯＦＦとなる。この状態
で、光が透明電極側から入射すると光導電膜中で電子正
孔対が発生し、このうち正孔は透明電極側に電子はＮＰ
ＮＩ−ランジスタのベース側に８勅して、ベース電位を
光量に応じて低下させる。

（読み出し動作） 次にｔ、でＶ。、ｌがＶ　ＲＥＳＥア電位、φ７がノ＼
イレベルになると、蓄積時間中の光量即ちベース電位に
応じた信号が信号電荷として容量１１９〜１２１に転送
される。

この後ｔ８でリセットスイッチ１３０をオンしてライン
１２５をリセットした後ｔ９で転送用スイッチ１１３を
オンして容量１１９に蓄積されている信号電荷を増巾器
１３１を介して出力する。

その後ｔｌｏで再度出力ライン１２５めくリセットされ
る。

このような動作を水平シフトレジスタによりくり返して
１ビツトのカラー信号を読み取る。

以上説明した（リセット動作）（蓄積動作）（読み出し
動作）を垂直走査しくり返しで画像情報を８売み取るの
である。

次に実施例１の製造方法について説明する。

Ｐ型Ｓｉ基板４１の表面を酸化しコレクタ埋込層を形成
すべき領域の酸化膜を選択的に除去しｎ型不純物を拡散
してｎ＋型の埋込層４２を形成した。その後エピタキシ
ャル成長させて層厚２〜３μｍ不純物濃度１０１４〜１
０１５ｃ　ｍ−’のｎ−層４３を形成した。次に熱酸化
、ＣＶＤ法による窒化膜の堆積後分離領域を形成すべき
部分の酸化膜および窒化膜を選択的に除去してＡｓイオ
ンの注入を行い熱酸化した。こうしてバーズビークを有
する酸化膜４５とｎ“層４４による分離領域を形成した
。

ここまでの工程により埋込層４２の不純物がわぎ上がり
不純物濃度２ｘｌＯ１５ａｍ””以下の実効的なエピタ
キシャル層の膜厚は０２〜０．　３μｍとなり大電流特
性の向上する傾斜コレクタ構造となった。

そして、窒化膜除去後、コレクタ取出し領域にリンを拡
散した後、酸化膜を除去し再度熱酸化した（第４図（ａ
））。

次に、ベース領域を形成すべき個所にレジストをマスク
にしてＢ１イオンをドーズ量ＩＸ１０ｌＸ１０ｌ３加圧
電圧２０ｋｅｖで注入し、アニールしてベース領域４７
．５２．５７を形成した。

そしてイオン注入用の酸化膜を除去し、ＣＶＤ法により
層厚３０００人の酸化膜を形成した。続いてＡＳイオン
をドーズ量５Ｘ１０”ａｍ−’加′速電圧２５ｋｅｖで
注入し、アニールしてエミツタ層４８．５３．５８を形
成した。エミッタのコンタクトホールを形成すべき領域
の酸化膜を除去し、ＣＶＤ法により多結晶Ｓｉ膜を形成
し、反応性イオンエツチングによりこの多結晶Ｓｉ膜を
ノ＼ターニングしてエミッタ電極４６．５１．５６を形
成した（第４図（ｂ））。

次にＣＶＤ法により酸化シリコンを堆積させて層間絶縁
膜６１となし、ベースとのコンタクトをとるべき部分を
除去した。そして前述と同様ＲＦ−ＤＣ結合バイアスス
パッタによりＭＯ膜を形成しバターニングしてベース電
極５０．５５．６０を形成した（第４図（Ｃ））。

絶縁膜として有機シリコーンである５１（ＣＨ３）３（
○Ｈ）をスピナーコートし、約４００℃の熱処理を行い
絶縁膜６２を形成した。

その上に絶縁膜６２とエツチング速度のほぼ等しいレジ
スト６２°をスピナーコートし表面を平坦化した（第４
図（ｄ））。

次に反応性イオンエツチングによりベース電極５０．５
５．６０が露出するまでエツチングを行った。このよう
にエッチバック処理し平坦化された表面上にＣＶＤ法に
よりｎ゛型多結晶シリコン膜６６′を形成した（第４図
（ｅ））。

この多結晶Ｓｉ膜６６°上にノンドープのｉ型ａ−３ｉ
Ｃ：Ｈ膜、Ｐ型ａ−５ｉＣ：Ｈ膜を順次堆積させて光電
変換層を形成した。

この時の成膜方法はガス種としてＳｉＨ４、Ｈ２、Ｃ２
Ｈ２、Ｂ２　Ｈａを選択して用い、ＲＦパワー密度１５
ｍＷ／ｃｍ２．圧力２Ｔｏ　ｒ　ｒ基板温度２３０℃と
したプラズマＣＶＤ法であった。

このようにして形成した光電変換層をパターニングして
青色用光電変換領域７５′を形成した（第４図（ｆ））
。

次に、Ｃ，Ｈ，とＳｉＨ４の流量比を変えて青色用光電
変換領域と同様にして緑色用光電変換領域および赤色光
電変換領域を順次形成した。

その後反応性イオンエツチングにより下部の多結晶Ｓｉ
膜６６′をバターニングして各色毎および各セル毎に分
離した。

そしてＣＶＤ法により絶縁層６３として酸化シリコンを
堆積させ各光電変換領域とコンタクトをとる為の穴を形
成した後、透明電極として１ＴＯ膜を形成した。

このようにして第１図に示したような固体撮像素子の主
要部を形成した。

以上のように本実施例１によれば、更に、光電変換層を
利用して制御電極領域としてのベースの電位を制御して
リセットおよび読み出しを行うので高速リセットによる
高応答性かつ高感度読み出しができる。

（実施例２） 次に、本発明の実施例２による光電変換領域としての固
体撮像装置について第５図を用いて説明する。第５図に
おいて、第１図と同じ符号を付したものは、それぞれ同
じものを示す。本実施例が実施例１と異なる点は２つあ
り、第１に、ブロッキング層７７．７８．７９として、
それぞれ、ｎ型ａ　”−Ｓ　ｉｌ　−ｘ　（２１ＣＸ　
ｆ２１、ｎ型ａ　−Ｓ　ｉ　Ｉ−ｙ（２１Ｃｙｉ２１ｘ
　　ｎ型ａ　−Ｓ　１　＋−ｚｆ２１ｃｚｆ２１を使用
することである。

ただし、ｘ　（２）　、　ｙ　（２）、　Ｚ　（２）は
ｘ　　（０）　　＜ｘ　　（２）　　　・　・　・　（
６）ｙ　（０）　＜ｙ　（２）　　・・・（７）ｚ　（
０）＜ｚ　（２）　　・・・（８）を満たす。

もう１つは第５図の８０．８１．８２に示す如く、ベー
ス層４７．５２．５７に対して、それぞれゲート酸化膜
を介して多結晶Ｓｉ電極が設けられている点である。

第６図は本実施例２による固体撮像素子の回路図であり
、第７図はその動作を説明する為のタイミングチャート
である。

回路として前記実施例１と異なる点は符号２５１．２５
２．２５３で示すような容量が各画素毎に設けられてい
る点である。

他の構成は前記実施例１と同じであり簡単に説明する。

２０１〜２０３はＮＰＮバイポーラトランジスタ、２０
４〜２０６は光導電膜の容量、２０７〜２０９はリセッ
ト用ＰＭＯＳＩ−ランジスタ、２１０〜２１２は転送用
ＮＭＯＳトランジスタ、２１３〜２１５は転送用スイッ
チ、２１６〜２１８はリセット用ＮＭＯＳトランジスタ
、２１９〜２２１は信号電荷を蓄積する為の容量、２２
５は出力ライン、２３０は出力ライン２２５をリセット
するリセットスイッチ、２３１は増巾器、２４０は水平
シフトレジスタ、２４１は垂直シフトレジスタ、２４２
は走査型ドライバーである。

走査方法としては垂直シフトレジスタ２４１、ドライバ
ー２４２により水平１ライン分を選択し３つの画素につ
いて以下に詳述する（リセット）（蓄積）　（読み出し
）動作を行い容量２１９．２２０．２２１に読み出され
蓄積された信号電荷を水平シフトレジスタ２４ｏ５転送
スイツチ２１３〜２１５により順次増巾器に転送する。

これを垂直ライン毎に順次繰り返し行い画像を読み出す
のである。

（リセット動作） 実施例１と同様、ベース層４７と光導電膜６７の電位を
リセットするために、期間ｔ＋””’ｔ２でφ■のパル
スを立下げてＰＭＯＳトランジスタをＯＮ状７態にして
ベース電極５０および透明電極６４をバイアスしてリセ
ット電位ＶＲεｓｒ、Ｔにする。この場合、透明電極６
４の電位をベース電極の電位よりも高く設定しても良い
。次にｔ２でＰＭＯＳトランジスタをＯＦＦ状態として
ベース電極５０を上記リセット電位Ｖ　Ｒ１５ＥＴの電
源から切り離し、ベース層４７を浮遊状態にした後、期
間ｔ３〜ｔ４で電極８０（即ちφ■）に正パルスを印加
する。正パルスを印加すると、浮遊状態にあるベース層
４７の電位は電極８０とベース層４７との間の容量Ｃｏ
ｘにより正の振られ、エミッタ４８、ベース４７、コレ
クタ４２からなるＮＰＮバイポーラトランジスタがＯＮ
状態になり、バイポーラトランジスタに電流が流れ、ベ
ース層４７は再度リセットされる。

また、この時期間ｔ３〜ｔ４φ■３に正パルスが印加さ
れてＮＭＯ３Ｉ−ランジスタがＯＮ状態となるので、Ｎ
ＰＮ）−ランジスタのエミッタは電位ＶＥＥにリセット
される。

このように、本実施例２ではＰＭＯＳトランジスタによ
るリセットおよびＮＭＯＳトランジスタによるリセット
に加えて、浮遊状態にあるベースの電位を容量Ｃｏｘを
介して正にバイアスしてリセットする。

つまり、ベース・エミッタ接合が深く順バイアスされて
ベースに蓄積されている光生成キャリアを消滅させノイ
ズをより一層低減させることができる。

（蓄積動作） 以上説明したリセット動作が終了した後、上記電極８０
に負パルスを印加する。（ｔ４）この負パルスにより前
記容量Ｃｏｘを介してベース電位は負に振られ、光導電
膜を基準にすると６４の透明電極が正で、ベース電極と
接続されている下側電極６６が負となる。この正負の関
係は、実施例１と逆になっている。従って、透明電極６
４から光導電膜６７に入射した光により電子正孔対が発
生した際、電子は透明電極６４の方向に移動し、透明電
極６４から流出する。一方正孔は、ベース電８ｉ５０を
介してベース層４７に蓄積される。すなわち、本実施例
では光量に比例してベース層４７の電位が上昇するわけ
で、実施例１とは異なり、ポジ型特性を有する。

（読み出し動作） 蓄積期間が終了した時点で、エミッタ電極４６を信号読
み出し用の容量（２１９〜２２１）に接続する。この時
電極８０に正のパルスを印加する。このパルスによりベ
ース電位は持ち上げられ、エミッタ４８とベース４７と
コレクタ４２とからなるバイポーラがＯＮ状態となり、
ベースに蓄積されたキャリアに応じた信号電荷がエミッ
タに接続された容量２１９〜２２１に読み出される。

このように読み出し動作では浮遊状態とされたベースに
容量Ｃｏｘを介して電圧を印加することでベース・エミ
ッタ接合が深く順バイアスされて信号の電圧読み出しが
行われる。

これ以降は前記実施例１同様出カライン２２５のリセッ
トと容４Ｘ２１９〜２２１に蓄積された信号電荷の転送
をくり返す。（ｔａ〜ｔ　＋ｏ）以上のように本実施例
２によれば、更に光電変換層を利用してリセットを行う
ので高速リセットによる高応答性が得られ、高感度の読
み出しを行うことができる。

（実施例３） 次に、本発明の実施例３による光電変換装置としての固
体撮像装置について図を用いて説明する。第８図は、本
実施例の光電変換部の断面図である。第１図と同じ符号
を付したものは、それぞれ同じものを示す。第１図と異
なる点は、光導電膜８３がｉ型ａ−Ｓｉ層とａ　　Ｓ　
１１−ｘ１３１　Ｃｘ（３１との超格子層であり、光導
電膜８４がｉ型ａ−３ｉ層とａ　−Ｓ　ｌ　１−ｙ（３
１Ｃｙｆ３１との超格子層であり、光導電膜８５がｉ型
ａ−５ｉ層とａ−３ｉ１−□３１Ｃ工（１）との超格子
層である点である。

組成比ｘ　（３）、　ｙ　（３）、　ｚ　（３）および
超格子の井戸層であるａ−Ｓｉ層の膜厚Ｌｗとバリア層
であるａ−ＳｉＣ層の膜厚ＬＢは、光導電膜８３の分光
感度のピークが約６５０ｎｍに位置し、かつ光導電膜８
４の分光感度のピークが約５５０ｎｍに位置し、かつ光
導電膜８５の分光感度のピークが約４５０ｎｍに位置す
るように決めれば良い。以上のように、光４電膜を、単
純なａ−３ｉＣではなく、超格子層にすることにより、
膜の抵抗が低下し、ベース層及び光導電膜のリセット動
作をより早く実行できるという利点がある。本実施例の
素子の動作方法は実施例１と同様なので、説明は省略す
る。

（実施例４） 次に本発明の実施例４による光電変換装置としての固体
撮像装置について図を用いて説明する。

第９図は、本実施例の光電変換領域の断面図である。図
において、第１図と同じ符号を付したものはそれぞれ同
じものを示す。本実施例が実施例１と異なる点は、下側
電極８６．８７．８８にそれぞれｎ型ａ　−Ｓ　ｉ　Ｉ
−ｘ（ａｌｃｘ＋４１、ｎ型ａ−３１１−ｙ　ｆ４）　
ＣＶ　（４１ｓ　ｎ型ａ　　Ｓ　１１−ｚｆ４１ｃｚ＋
４１を用いた点である。

ただし、組成比ｘ　（４）、　ｙ　（４）、　ｚ　（４
）は、 ｘ（０）＜ｘ（４）　　　・　・　・　（９）ｙ　（０
）　＜ｙ　（４）　　・・・（１０）ｚ　（０）　＜ｚ
　（４）　　・・・（１１）をみたす。

未実施例では、ｎ型のａ−ｓｉｃ＠により、ベース電極
と光導電膜との接触を行っている。

以上説明した実施例１〜実施例４では、透明電極と光導
電膜との間のブロッキング層としてａ　−５ｉＣ膜を使
用したが、この種の膜でなく、逆に透明なショットキー
型の電極も使用できることは言うまでもない。

（実施例５） 次に本発明の実施例５による光電変換装置としての固体
撮像装置について図を用いて説明する。

第１０図は、本実施例の光電変換領域の断面図である。

第１図と同じ符号を付したものは、それぞれ同じものを
示す。２１はｐ型Ｓｉ基板、２２はｐウェル層、２３は
チャネルストップ層、２４は厚い酸化膜であり、２３と
２４との組み合せにより、各セルの分離を行っている。

５２５６２５．７２５はそれぞれ、赤色用信号、緑色用
信号、青色用信号の垂直ＣＣＤ転送領域、５２７及び６
２７及び７２７は多結晶Ｓｉからなる電極で、それぞれ
の光導電膜６７．７１．７５で発生したキャリアをそれ
ぞれのｎ１層５３６６３６．７３６へ送るための役割を
有する。さらに５２６．６２６，７３６も多結晶Ｓ１か
らなる電極で、上記５３６，６３６，７３６のそれぞれ
ｎ４層から上記垂直ＣＣＤ領域５２５，６２５゜７２５
への転送及び垂直ＣＣＤ間の転送制御用の電極である。

５３５，６３５，７３５は赤色用、緑色用、青色用の信
号の読み出し用ゲート領域である。

このように、実施例１から実施例４までは、光導電膜の
下部にバイポーラトランジスタを設けた構成であるのに
対し、本実施例は、先導電膜の下部領域がＣＣＤ　（電
荷結合素子）からなる構成を有している。

なお、本実施例では光電領域の構成として実施例１と同
様なものを示したが、実施例２〜実施例４に示すもので
も可能であることは言うまでもない。

（以下余白） （実施例６） 本実施例は、基本的な構成を前述の実施例１と同じにし
、光電変換層の構成のみを変えたものである。

即ち青色用として下部電極をｎ′″型多型具結晶シリコ
ン、その上にｎ４型ａ−３１ｏ７ｓｃｏ２ｓＨ層、この
上にｉ型ａ　　Ｓ　１０．７５Ｃ０，２５・Ｈ層更にそ
の上にｐ３型ａ　　Ｓ　ｉｏ、ａ５ｃｏ、＋ｓ：　Ｈ層
を連続形成したものを用いた。

緑色用としては、同様にｎ＋型多結晶シリコンの上に順
に０４型ａ−５ｉ：Ｈ層、１型ａ−５ｉ：Ｈ層、ｐ″″
″型ａ　ｉｏ、ｇ　Ｃｏ　Ｉ＋　Ｈ層からなる光電変換
層を用いた。

赤色用としては、同様に０１型多結晶シリコンの上に順
にｎ３型ａ　　５ｉｏ７Ｇｅｏ　３　　：Ｈ層、ｉ型ａ
−３ｉ０７Ｇｅｏ３：Ｈ層、ｐ＋型ａ−Ｓｉ　：Ｈ層か
らなる光電変換層を用いた。

（実施例７） 本実施例は前述の実施例６と基本的構成を同じとし、光
電変換層の構成のみを変えた。

即ち青色用としてはｎ３型ａ　−Ｓ　ｉ　ｏ８Ｎ０．２
：８層、ｉ型ａ−３ｉｏ、ａ　Ｎｏ、２　：　Ｈ層ｐ゛
型ａ　　Ｓ　ｔｏ、７ＮＯ，３：　８層を用いた。

緑色用としては、ｎ３型ａ−３ｉ二Ｈ層、ｉ型ａ−Ｓｔ
：８層、ｐ”型ａ　　Ｓｉｏ、＊Ｎｏ、＋　　：８層を
用いた。

赤色用は、前記実施例６と同じ組成とした。

（実施例８） 本実施例は前述の実施例３と基本的な構成を共にし、光
電変換層の構成のみを変えたものである。

即ち赤色用の膜８３としてｉ型ａ−Ｓｉ層とａ−３ｉ　
Ｇｅとの超格子層、緑色用の膜８４として１型ａ−Ｓｉ
層、青色用の膜８５としてｉ型ａ−３ｉＮとａ−５ｉＣ
との超格子層を用いた。

以上詳述した実施例１〜８による光電変換装置は、例え
ばシフトレジスタ、ドライバー、各光電変換セル、およ
び基準電圧源等を一体的に半導体基板に形成し集積回路
化する。そして必要最小限の外部端子のみを露出させて
透光性樹脂等で封止してチップとする。

これらは例えばビデオカメラのイメージセンサとしてビ
デオカメラ本体に搭載され、外部端子を通じて本体側の
制御回路人力信号線、出力信号線、駆動用電源等と適宜
接続されて、本体側の制御回路からの出力される動作命
令信号の入力に基づいてカラー画像読取動作を行い、読
み取った画像信号を信号処理用の回路に出力するのであ
る。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、カラーフィルタ
を使用する必要が無く、したがって高応答性・高感度・
高分解能のカラー固体撮像装置を提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例による固体撮像装置を示す
模式的断面図である。 第２図は第１図に示した固体撮像装置の回路図である。 第３図は第１図に示した固体撮像装置の動作を説明する
為のタイミングチャートである。 第４図は第１図に示した固体撮像装置の製造工程を説明
する為の模式的断面図である。 第５図は本発明の第２実施例による固体撮像装置を示す
模式的断面図である。 第６図は第５図に示した固体撮像装置の回路図である。 第７図は第５図に示した固体撮像装置の動作を説明する
為のタイミングチャートである。 第８図は本発明の第３実施例による固体撮像装置を示す
模式的断面図である。 第９図は本発明の第４実施例による固体撮像装置を示す
模式的断面図である。 第１０図は本発明の第５実施例による固体撮像装置を示
す模式的断面図である。 第１１図（Ａ）（Ｂ）は従来の固体撮像装置を示す模式
的断面図である。 （符号の説明） １・・・ｎ型Ｓｉ基板、 ２・・・ｐウェル層、 ３・・・ｐ“層、 ４・・・フィールド酸化膜、 ５・・・０３層、 ６・・・多結晶Ｓｔゲート、 ７・・・層間絶縁膜、 ８・・・カラーフィルタ、 ９・・・保護膜、 １０・・・ｎｌ　ドレイン、 １１・・・垂直ライン、 １２・・・遮光膜、 ２１・・・ｐ型Ｓｉ基板、 ２２・・・ρウェル層、 ２３・・・チャネルストップ層、 ２４・・・フィールド酸化膜、 ２５・・・垂直ＣＣＤ転送領域、 ２６．２７・・・多結晶Ｓｉ、 ２８・・・ＭＯ電極、 ３０・・・光導電膜、 ３１・・・透明電極、 ３２．３３・・・カラーフィルタ、 ３４・・・保護膜、 ３５・・・読み出し用ゲート領域、 ４１・・・ｐ型Ｓｉ基板、 ４２・・・ｎ３うめ込み層、 ４３・・・ｎ−型エピタキシャル層、 ４４・・・ｎ０層、 ４５・・・絶縁膜、 ４６．５１．５６・・・エミッタ電極、４７．５２．５
７・・・ｐ型ベース層、４８．５３．５８・・・ｎ０工
ミツタ層、５０．５５．６０・・・ベース電極、 ４９．５４．５９・・・コンタクトホール、６２・・・
絶縁層、 ６６．７０．７４．８６．８７．８８・・・下側電極、 ６７．７１．７５・・・光導電膜、 １０１．１０２．１０３・・・ＮＰＮバイポーラトラン
ジスタ、 １０４．１０５．１０６・・・光導電膜の容量、１０７
．１０８．１０９・・・リセット用ＰチャネルＭＯ３）
−ランジスタ、 １１０．１１１．１１２・・・転送用ＮチャネルＭｏＳ
トランジスタ、 １１３．１１４．１１５・・・転送用スイッチ、１１６
．１１７．１１８・・・リセット用ＮチャネルＭＯＳｌ
−ランジスタ、 １３０．２３０・・・リセットスイッチ、１３１．２３
１・・・増巾器、 １４１．２４１・・・垂直シフトレジスタ、１４２．２
４２・・・走査型ドライバー２０１．２０２．２０３・
・・ＮＰＮバイポーラトランジスタ、 ２０４．２０５．２０６・・・光導電膜の容量、２０７
．２０８．２０９・・・リセット用ＰＭＯ５Ｉ−ランジ
スタ、 ２１０．２１１．２１２・・・転送用ＮＭＯＳトランジ
スタ、 ２１３．２１４．２１５・・・転送用スイッチ、２１６
．２１７．２１８・・・リセット用ＮＭＯＳトランジス
タ、 ２１９．２２０．２２１・・・信号電荷を蓄積する為の
容量、 ２２５・・・出力ライン、 ２４０・・・水平シフトレジスタ、 ５２５．６２５．７２５・・・垂直ＣＣＤ転送領域、５
２６．５２７．６２６．６２７．７２７．７３６・・・
多結晶Ｓｉからなる電極、５３５．６３５．７３５・・
・読み出し用ゲート領域。 第 図 第 ズ 第 図 （ａ） （ｂ） （Ｃ） 第 図 ｔ７　ｔｇ　ｔｇ ｔｌ。 第 図 （ｄ） （ｅ） 第 図 第 ア 図 ↑２ｔ３ ｔ７　ｔ、３↑９７１０ 第 図 第 図 ５９　　５７　　５５　　５３’５１ ．４９．′４７ 第 図 ｍ−−４１ ｂり 巽 託 コ→ 淀 つり ’Ｒ１１ ｔ＋り 第１１　　図（Ａ） ｐｒｉｏｒ　ｏｒ↑ Ｂ”　Ｂ’

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）光電変換領域が、該光電変換領域により光電変換
   された電荷を処理する為の処理回路素子上に積層された
   光電変換装置において、 前記光電変換領域が各セル毎に分離されており、そのう
   ち少なくとも２つが異なる分光感度特性を有する光電変
   換部を含むことを特徴とする光電変換装置。
2. （２）（ａ）第１の光電変換部と、 前記第１の光電変換部に電気的に接続された制御電極領
   域と容量負荷を含む出力回路に電気的に接続される主電
   極領域とを有する第１のトランジスタと、 を具備する第１の光電変換要素と、 （ｂ）第２の光電変換部と、 前記第２の光電変換部に電気的に接続された制御電極領
   域と容量負荷を含む出力回路に電気的に接続される主電
   極領域とを有する第２のトランジスタと、 を具備する第２の光電変換要素と、 を一体的に有し、 前記第１、第２の光電変換部は互いに分離されて、前記
   第１、第２のトランジスタ上に設けられており、 前記第１、第２の光電変換部は各々異なる分光感度を有
   する材料で構成されていることを特徴とする光電変換装
   置。
3. （３）第３の光電変換部と、 該第３の光電変換部に電気的に接続された制御電極領域
   と容量負荷を含む出力回路に電気的に接続される主電極
   領域とを有する第３のトランジスタと、 を具備する第３の光電変換要素を更に有し、該第３の光
   電変換部は、前記第１、第２の光電変換部とは互いに分
   離されかつこれらと異なる分光感度を有する材料で構成
   されている、請求項２記載の光電変換装置。
4. （４）一対の電極を有する光電変換部と、該光電変換部
   の電極の一方に電気的に接続された第１導電型の制御電
   極領域と該制御電極領域とは異なる導電型の主電極領域
   とを有するトランジスタと、 を具備する光電変換装置において、 前記光電変換部の電極の他方に選択的に接続される第１
   の基準電圧手段を有することを特徴とする光電変換装置
   。
5. （５）請求項１による光電変換装置を備え、これから出
   力される信号を処理する信号処理回路を備えたことを特
   徴とする画像読取装置。
6. （６）請求項２による光電変換装置を備え、これから出
   力される信号を処理する信号処理回路を備えたことを特
   徴とする画像読取装置。
7. （７）請求項４による光電変換装置を備え、これから出
   力される信号を処理する信号処理回路を備えたことを特
   徴とする画像読取装置。