JPH05110052A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPH05110052A
JPH05110052A JP3293894A JP29389491A JPH05110052A JP H05110052 A JPH05110052 A JP H05110052A JP 3293894 A JP3293894 A JP 3293894A JP 29389491 A JP29389491 A JP 29389491A JP H05110052 A JPH05110052 A JP H05110052A
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JP
Japan
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electrode
insulating film
solid
imaging device
state imaging
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JP3293894A
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English (en)
Inventor
Masato Shinohara
真人 篠原
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ベース(制御電極)電位を制御するために設
けられた容量構造によって入射光が遮られることがな
く、光センサセルの開口率が小さくならない固体撮像装
置を実現する。 【構成】 半導体トランジスタの制御電極領域に光電荷
を蓄積し、一方の主電極から信号を出力する光センサを
有する固体撮像装置において、上記制御電極領域から引
き出した電極線1と、センサ駆動線64との間に絶縁膜
を挟んで容量構造を形成したことを特徴とする固体撮像
装置。また、前記容量構造が光センサセル開口部(ベー
ス61)以外に形成されていることを特徴とする固体撮
像装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光により発生した電荷
を半導体トランジスタの制御電極領域に蓄積し、その制
御電極と容量結合した駆動線によって、制御電極電位が
制御される固体撮像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図5は、従来の固体撮像装置の単位セル
を示す平面図である。図5において、61はバイポーラ
トランジスタのベース(制御電極)、62はエミッタ
(主電極)、63は62のエミッタと接続する信号出力
線、64はセルをセンサ動作させるための駆動線、65
は61のベースと64の駆動線を両電極として形成され
る容量、66は隣接するセルのベースをソース・ドレイ
ンとするPMOSのゲートであり、駆動線64の一部で
ある。
【0003】図6は図5の単位セルのX方向の断面図で
あり、図7は図5の単位セルのY方向の断面図である。
図6,図7において、67はバイポーラトランジスタの
コレクタ(主電極)、68はベース61とコレクタ67
との間に空乏層が形成される不純物濃度の低い領域、6
9は隣接セルのベースをソース・ドレインとするPMO
Sのチャンネル部、70は厚さの薄い酸化膜、71は層
間絶縁膜、72はエミッタ62と接続するエミッタ電
極、73はY方向のセルを分離するための厚い酸化膜、
74はY方向のセルのベース同士を電気的に分離するた
めのベース61とは反対の導電型の不純物層である。図
6,図7において、図5と共通する部分の符号に関して
は説明を省略する。
【0004】図8はセンサセル及びセンサ出力系の等価
回路を表わす図である。図8において、81はセルのバ
イポーラトランジスタ、82はベースをソース・ドレイ
ンとするPMOS、83は出力線63を接地するための
MOSトランジスタ、84はセルの出力信号を蓄積する
ための容量、85は出力線63と蓄積容量84を接続す
るMOSトランジスタである。
【0005】図8を用いてセンサセルの基本動作を説明
する。最初に駆動線64を、PMOS82をオン動作さ
せるほどの負電位とし、バイポーラトランジスタ81の
ベースを接地する。
【0006】次に、MOS83をオンして出力線63を
接地した状態で64の電位を正電位とすると、PMOS
82はオフとなり、65の容量結合を介してベース電位
が上がり、バイポーラトランジスタはオンとなる。ベー
スはフローティングであるから、流れるベース電流によ
ってベース電位は、エミッタ−ベースの接合電位付近ま
で下がる。
【0007】次に駆動線64を接地すると、65の容量
結合によってベース電位が下がり、エミッタ−ベースは
逆バイアス状態となるので、光電荷をベースに蓄積して
いく動作となる。
【0008】蓄積電荷を読み出す動作においては、まず
83のMOSをオフとしてエミッタをフローティング状
態とし、85のMOSをオンとする。
【0009】次に駆動線64を正電位とし、65の容量
結合を介してベース電位を上げてやると、ベースに蓄積
された電荷の大小に応じたエミッタ電流が流れ、容量8
4には、バイポーラトランジスタ81で増幅された光信
号電荷が蓄積される。
【0010】以上、一連の動作の繰り返しによってセン
サセルが動作する。
【0011】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら上記
従来例では、図5及び図7からもわかるように、ベース
電位を制御するために設けられた容量65の領域が、駆
動線64からベース61上に突出してベース61を覆う
構造となっている。そのため、この部分のベース61へ
の入射光量が低下し、結果として光センサセルの開口率
が小さくなるという欠点があった。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するための手段として、半導体トランジスタの制
御電極領域に光電荷を蓄積し、一方の主電極から信号を
出力する光センサを有する固体撮像装置において、上記
制御電極領域から引き出した電極線と、センサ駆動線と
の間に絶縁膜を挟んで容量構造を形成したことを特徴と
する固体撮像装置を提供するものである。
【0013】また、前記容量構造が光センサセル開口部
以外に形成されていることを特徴とし、また、前記容量
構造がセル分離領域上に形成されていることを特徴と
し、また、半導体の拡散層と、該拡散層上の第1の絶縁
膜と、該第1の絶縁膜上に設けられ、信号転送手段と接
続された電極と、該電極上の第2の絶縁膜と、該第2の
絶縁膜上に設けられ、前記拡散層と接続された電極とに
より、容量構造を形成したことを特徴とし、また、前記
絶縁膜表面がTiO2 またはTa23 であることを特
徴とする手段により、上記課題を解決しようとするもの
である。
【0014】
【作用】本発明によれば、制御電極と同電位の電極線
を、半導体トランジスタが形成されている層の上部に引
き出し、該制御電極線と、駆動線との間に絶縁膜を設け
て容量を形成することにより、光センサセル開口部とな
る半導体素子部を、容量構造部で覆うことがなくなり、
入射光量を減少させることがなくなる。
【0015】また、本発明によれば、ベース(制御電
極)と接続する同電位の電極を設け、その電極と駆動線
とで形成される容量を、セル分離領域上に設けることに
より、従来タイプに比べて、セルへの入射光量を多く
し、センサを高感度化したものである。
【0016】また、半導体の拡散層と、該拡散層上の第
1の絶縁膜と、該第1の絶縁膜上に設けられ、信号転送
手段と接続された電極と、該電極上の第2の絶縁膜と、
該第2の絶縁膜上に設けられ、前記拡散層と接続された
電極とにより、容量構造を形成することにより、従来の
ように半導体の拡散層と、該拡散層上の第1の絶縁膜
と、該第1の絶縁膜上に設けられ、信号転送手段と接続
された電極とで構成された容量構造に比較して容量構造
が占める面積を小さくすることができる。
【0017】また、前記絶縁膜表面をTiO2 またはT
23 等でコーティング等することにより、シリコン
酸化膜よりも比誘電率の高い絶縁膜とすることができ
る。
【0018】
【実施例】(実施例1)図1は本発明の第1の実施例を
示す固体撮像素子のセルの平面図であり、図2は図1の
セルのY方向断面図を示す。
【0019】図1及び図2において、1は制御電極とし
てのベース61と接続する導電体(電極)、2はベース
61と導電体1との接続部、3は導電体1の薄い酸化絶
縁膜である。同図において、図5,図6,図7と共通の
符号を持つ部分については説明を省略する。
【0020】同図において、導電体1はベース61と同
じ導電型の多結晶シリコンなどで形成され、ベース61
と接続部2で接続され、セル分離領域73上に配置され
る。この導電体1を酸化して表面に絶縁酸化膜3を形成
した後に、セルの駆動線64を導電体1の上に配置し、
容量65が形成される。
【0021】本発明によれば、センサのベースを制御す
るための容量65は、セル分離領域73上に形成されて
いるので、図1の平面図からわかるように、図5の従来
例のようにベース61上を覆うことがない。
【0022】従って、従来のセル構造に比べて開口面積
を大きくとれ、高感度なセンサを提供することができ
る。
【0023】(実施例2)図3は、本発明の第2の実施
例を示す図であり、図1におけるY方向の断面図に相当
するものである。
【0024】図3に示す本実施例では、セル分離領域7
3上に配置された多結晶シリコン等でできた駆動線64
を酸化して、絶縁酸化膜4を形成し、その上にベース
(制御電極)61と接続する導電体(電極)1を配置
し、センサのベースを制御する容量65をセル分離領域
73上に形成する。
【0025】本実施例でも、第1の実施例と同じよう
に、容量65構造がベース61領域を覆うことがないた
め、センサセルの開口面積を大きくし、高感度なセンサ
を提供することができる。
【0026】(実施例3)本実施例では、図2,図3に
おいて、ベース61と同電位の導電体(電極)1と、駆
動線64との間に容量を形成するための絶縁膜3及び4
を、シリコン酸化膜よりも比誘電率の高い絶縁膜、例え
ばTiO2やTa23 等のコーティングによって形成
する。
【0027】これにより、容量65を形成するのに必要
な面積を縮小できる。さらに、駆動線64や導電体(電
極)1の材料も、酸化膜が形成される必要がないので材
料選択の自由度が増し、駆動線64の低抵抗化によるセ
ンサ動作の高速化などに対応できる。
【0028】(実施例4)図4は、本発明を、図8に示
した信号蓄積容量84の形成に応用した第4の実施例を
示す図である。
【0029】図4において、11は半導体の拡散層、1
2は拡散層11の界面に形成される薄い酸化膜(第1の
絶縁膜)、13はセンサからの出力信号を蓄積するため
の電極となる導電体(電極)、14は導電体13の上を
覆う薄い絶縁膜(第2の絶縁膜)、15は絶縁膜14の
上に形成される導電体(電極)であり、拡散層11とは
16の部分で接続される。17は転送MOS85と電極
13とを接続する配線、18は拡散層11と導電体15
の電位を与える電極配線である。
【0030】従来、図8に示した蓄積容量84は、拡散
層11と導電体13とを両電極として形成されていた
が、本発明の図4では導電体13は、導電体15とも、
絶縁膜14を介して容量が形成できるため、容量形成の
ための面積を従来に比べて縮小化でき、面積の小さなセ
ンサチップを供給できるという効果がある。
【0031】(実施例5)センサセルに用いられる信号
を増幅するトランジスタが、接合型FET,SITなど
でもその制御電極は、駆動線との容量結合を介して制御
される構成になっているため、JFET,SIT構造等
のセンサセルにも本発明を実施した容量の形成方法を行
うことにより、同様にセンサの高感度化を実現すること
ができる。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、半導体トランジス
タの制御電極領域に光電荷を蓄積し、一方の主電極から
信号が出力される光センサにおいて、上記制御電極領域
から引き出した電極線と、センサ駆動線との間に絶縁膜
を挟んで容量を形成することにより、容量構造部分をセ
ンサセルの開口部以外に設けることができ、センサセル
の開口面積を増すことができ、高感度な固体撮像素子を
実現することができる。
【0033】また、半導体の拡散層と、該拡散層上の第
1の絶縁膜と、該第1の絶縁膜上に設けられ、信号転送
手段と接続された電極と、該電極上の第2の絶縁膜と、
該第2の絶縁膜上に設けられ、前記拡散層と接続された
電極とにより、容量構造を形成することにより、従来の
ように半導体の拡散層と、該拡散層上の第1の絶縁膜
と、該第1の絶縁膜上に設けられ、信号転送手段と接続
された電極とで構成された容量構造に比較して容量構造
が占める面積を小さくすることができるため、固体撮像
素子の小型化ができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施したセンサセルの平面図
【図2】図1のY−Y’断面図
【図3】本発明の実施例2を示すセンサセルの断面図
【図4】本発明の実施例4を示す断面図
【図5】従来のセンサセルの平面図
【図6】図5のX−X’断面図
【図7】図5のY−Y’断面図
【図8】センサセルの基本動作を説明するための回路図
【符号の説明】
1 導電体(電極線) 2 コンタクト部 3 絶縁膜 4 絶縁膜 11 拡散層 12 酸化膜 13 導電体(電極) 14 絶縁膜 15 導電体(電極) 16 コンタクト部 17 配線 18 配線 61 ベース(制御電極) 62 エミッタ(主電極) 63 配線(信号出力線) 64 駆動線 65 容量 66 ゲート 67 コレクタ(主電極) 68 半導体層 69 チャンネル部 70 酸化膜 71 絶縁層 72 電極 73 厚い酸化膜 74 不純物層 81 バイポーラトランジスタ 82 MOSトランジスタ 83 MOSトランジスタ 84 容量 85 MOSトランジスタ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体トランジスタの制御電極領域に光
    電荷を蓄積し、一方の主電極から信号を出力する光セン
    サを有する固体撮像装置において、 上記制御電極領域から引き出した電極線と、センサ駆動
    線との間に絶縁膜を挟んで容量構造を形成したことを特
    徴とする固体撮像装置。
  2. 【請求項2】 前記容量構造が光センサセル開口部以外
    に形成され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。
  3. 【請求項3】 前記容量構造がセル分離領域上に形成さ
    れ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。
  4. 【請求項4】 半導体の拡散層と、該拡散層上の第1の
    絶縁膜と、該第1の絶縁膜上に設けられ、信号転送手段
    と接続された電極と、該電極上の第2の絶縁膜と、該第
    2の絶縁膜上に設けられ、前記拡散層と接続された電極
    とにより、容量構造を形成したことを特徴とする請求項
    1に記載の固体撮像装置。
  5. 【請求項5】 前記絶縁膜表面がTiO2 である請求項
    1〜4のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
  6. 【請求項6】 前記絶縁膜表面がTa23 である請求
    項1〜4のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
JP3293894A 1991-10-15 1991-10-15 固体撮像装置 Pending JPH05110052A (ja)

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