JPH05136391A - 固体イメージセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 固体撮像素子のブルーミング、スミアをなく
す構造、方式を提供すること。 【構成】 光信号を電気信号に変換するためのセル選択
用トランジスタ及び感光体からなる感光セルアレイ及び
セルを選択、前記変換された電気信号を読み出すための
周辺回路よりなる固体イメージセンサにおいて、前記セ
ル選択用トランジスタを薄膜トランジスタとし、前記薄
膜トランジスタのドレイン電極２３、又はドレインから
の引き出し電極上に感光体薄膜３０を設け更に前記感光
体薄膜上に透明電極２９を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は固体撮像素子（固体イメ
ージセンサ）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学像の電子変換には、撮像管が
多く用いられてきたが、寿命が短かいことや、小型にな
りにくい点等から、ＭＯＳ型やＣＣＤ型の固体イメージ
センサが登場するようになった。図１は白黒画像をセン
シングする一般的なＭＯＳ型イメージセンサの構成を示
している。通常感光セル３は（Ｎ×Ｍ）のマトリックス
・アレイ状に配置される。感光セル３は電荷読み出し用
トランジスタ１とフォトダイオード２により構成されて
いる。

【０００３】ＭＯＳトランジスタ１のゲート電極は水平
選択用シフトレジスタ７の出力Ｈ１〜ＨＭが接続され、
読み出し水平走査位置を選択する。又ＭＯＳトランジス
タ１によりＭ本の水平走査線の中の選択された１ライン
に対応するセル３の電荷出力はＮ本の垂直線に伝えられ
ると共にスイッチングトランジスタ４によりビデオシグ
ナルラインＶＳに転送される。垂直選択用シフトレジス
タ６は一水平走査期間内に出力Ｓ１〜ＳＮによりスイッ
チングトランジスタ４を順次ＯＮさせて、垂直ラインＶ
１〜ＶＮの電荷データをシリアルにビデオシグナルライ
ンＶＳに出力する。

【０００４】図２はこの感光セル３を、モノリシック半
導体で実現した場合の断面図である。Ｎ型Ｓｉ単結晶基
板１０中にＰ型のウエル１１を形成、フィールド酸化膜
１６、水平走査信号Ｈ１〜ＨＭが印加されるゲート電極
１５、ソース拡散層１２、ドレイン拡散層１３及び垂直
ラインＶ１〜ＶＮをなすＡｌ配線１４からなる。Ｎ型ド
レイン拡散層１３とＰ型ウエル１１がフォトダイオード
を構成する。通常このダイオードには逆バイアスが印加
され、Ｐ−Ｎ接合の空乏層には一定の電荷が蓄えられ
る。一定期間に光が入射すると、ダイオードの光電流に
より蓄えられた電荷が放電する。従ってゲート電極１５
によりトランジスタをＯＮさせた時に、垂直ラインから
の電荷充電量が光電流即ち、光量と比例し、この電荷充
電量を各セル毎にシリアルに読み出すと、光イメージの
電気変換が可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この方式に
は重大な欠点がある。一つにはブルーミングと呼ばれる
現象であり、強い入射光に対しては、フォトダイオード
に蓄積できる電荷量以上の過剰電荷が発生し隣接セルや
垂直ライン、即ちソース電極１２に流れ込み、結果とし
て垂直ライン上に画面上白い異常なラインを形成する。
又他の１つはスミアと呼ばれるものであり、入射光がフ
ォトダイオードのみでなく、バルクの下方の方まで入射
し、バルクの深い所でキャリアを発生させて、結果とし
て画面を白くにじませてしまう。このブルーミングやス
ミアは、構造を複雑にすることや、平面的なパターンに
おけるルールをきびしくすること、又外部のセンスアン
プ周辺を複雑にして逃れる等、むずかしい手段により低
減は可能であるが、基本的に全くなくなることはない。
このことが、固体撮像素子の性能を低下させる大きな要
因となっていた。

【０００６】従って本発明の目的は固体撮像素子のブル
ーミング、スミアをなくす構造、方式を提供することに
ある。

【０００７】本発明は、ブルーミング、スミアを、感光
セルを薄膜トランジスタと薄膜感光素子で構成すること
により除去するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の固体イメージセ
ンサは、光信号を電気信号に変換するためのセル選択用
トランジスタ及び感光体からなる感光セルアレイ及びセ
ルを選択、前記変換された電気信号を読み出すための周
辺回路よりなる固体イメージセンサにおいて、前記セル
選択用トランジスタを薄膜トランジスタとし、前記薄膜
トランジスタのドレイン電極、又はドレインからの引き
出し電極上に感光体薄膜を設け更に前記感光体薄膜上に
透明電極を形成することを特徴とする。

【０００９】

【実施例】（実施例１）図３は本発明の感光セル１９を
表わしたものである。セル選択用のトランジスタは薄膜
トランジスタ（ＴＦＴ）１７により、又感光素子として
はバルク上の薄膜感光膜１８を用いる。

【００１０】図４は本発明の構造例を感光セル１単位に
ついて示したものである。Ｓｉ単結晶基板２０上に酸化
膜２１を形成した後薄膜トランジスタを形成する半導体
薄膜を形成しパターニングを行ない、ソース・ドレイン
・チャネル部２２、２３、２４となる薄膜アイランドを
形成する。ゲート絶縁膜を形成後薄膜トランジスタのゲ
ート電極２６を形成、その後層間絶縁膜２５を形成しソ
ース・ドレイン部２２、３３とのコンタクトホールを開
孔後Ａｌ配線層２７、２８をつけて、パターニングし垂
直ライン２７とセル下部電極２８を形成する。その後全
面に感光薄膜３０をつけて、その上に上部電極となる透
明導電膜層２９を形成する。ＴＦＴの薄膜半導体材料と
しては、Ｃｄ−Ｓｅ等の化合物半導体、アモルファスや
多結晶、あるいはアニールにより結晶成長させた単結晶
シリコン薄膜がよい。又感光性の薄膜としてはＺｎ−Ｓ
ｅ、Ｃｄ−Ｔｅ、Ｓｅ−Ａｓ−Ｔｅ、Ｓｉ等のアモルフ
ァス膜や、Ｓｉの多結晶膜がよい。

【００１１】感光薄膜３０は上下の電極材料により、単
なる感光抵抗素子となったり、又はＰ−Ｎ接合となった
りするが、いずれにしても光を感知して、光電流を発生
せしめ、又暗所にてはインピーダンスが非常に高くなる
性質があればよい。

【００１２】（実施例２）図５は本発明の他の構造例で
あり、図４の構造におけるＴＦＴのドレイン側２３から
Ａｌ電極２８で引き出して、下部電極２８を構成するも
のに対し、図５ではドレインの半導体膜５２をそのまま
下部電極５２となすものである。

【００１３】本発明の利点としてまず、基板が絶縁物で
あることにより入射した余分の光は下部に透過し、単結
晶シリコンのようにキャリアを発生させることはない。
又感光体は薄膜素子として基板上部に存在するので飽和
光量を越えても、垂直ライン側へ又は隣接セルへ影響す
ることは全くない。即ち従来、半導体のバルク部分で発
生する余剰のキャリアにより起因するブルーミングやス
ミアは、トランジスタを薄膜化して絶縁物の上に形成し
更に感光部も薄膜化して積層することにより防止できる
ことになる。

【００１４】本発明の構成例として、感光セル部は薄膜
素子により形成されているが、イメージセンサの周辺と
して必要な部分、即ち図１に示すシフトレジスタ６、７
や、スイッチングトランジスタ４はスピードが要求され
薄膜素子で構成することはむずかしいことがある。この
時感光セルのアレイ部を本発明の通り薄膜素子により構
成し、周辺部を単結晶基板内に従来通り作り込むことが
有利である。

【００１５】（実施例３）図６はこの方式を具体的に示
す１例であり、薄膜素子とバルク素子を同一基板上に、
共通のプロセスで形成する。図６（イ）では、まず単結
晶基板６２に、フィールド酸化膜域６３を形成した後に
薄膜トランジスタを形成するための多結晶シリコン層６
４を形成、その後熱酸化によりゲート絶縁膜６５を形成
する。（ロ）では多結晶シリコン層よりなるゲート電極
６６、６７を形成その後、ゲート電極をマスクに不純物
イオンを打ち込むと、薄膜トランジスタのソース・ドレ
イン電極６８、７０、バルクトランジスタのソース・ド
レイン電極７１、７２を形成する。（ハ）においては層
間絶縁膜となるＣＶＤによる酸化膜７７をデポジットし
てからコンタクトホールを開孔後Ａｌ電極７３、７４、
７５、７６を形成する。薄膜トランジスタ７８は感光セ
ルの選択用トランジスタとして用い、バルク・トランジ
スタ７９は周辺回路用に用いる。

【００１６】こうして薄膜トランジスタとバルクトラン
ジスタが同一プロセスにて作成可能となる。こうすると
従来ブルーミングやスミアを防止するために構造的に複
雑であり、従って製造プロセスが複雑であったが、本発
明の方式ではシンプルな構造で高性能な感光特性のイメ
ージセンサが実現できる。又従来周辺回路はＮ−ＭＯＳ
トランジスタにより構成されており、高速転送のために
かなりの消費電力であり発熱による特性シフトが大きな
問題であった。しかし本発明の方式ではプロセス、構造
が簡単になることにより、周辺回路をＣ−ＭＯＳ化して
高速かつ低電力のシフトレジスタ等を作り込め、従っ
て、発熱による特性シフトが解決できる。図７は本発明
によるＴＦＴの特性を示す。図７Ａは図６の方式で作成
した通常のバルクシリコンのＭＯＳトランジスタ、Ｂは
同様のＴＦＴであり両者共にＮチャンネルの特性であ
る。ＴＦＴの方は移動度が１〜２桁低下するが、感光セ
ルアレイの動作に必要なスピードは確保できる。

【００１７】

【発明の効果】本発明は前述のように、イメージセンサ
を構成する感光セル部の選択用トランジスタを薄膜トラ
ンジスタとすると共に感光膜も薄膜化することにより、
ブルーミングが３０〜４０ｄＢ又スミアも２０ｄＢは低
下させることが可能となると共に薄膜化した感光膜の実
効面積が向上し、飽和光量が６ｄＢ増加、又光吸収率が
アモルファス化して単結晶シリコンより高くなることに
より感光特性が１０〜２０ｄＢ向上し、結果として光セ
ンシングのダイナミックレンジが従来より３０〜４０ｄ
Ｂ改善される。又同時に周辺回路のＣＭＯＳ化を行なう
ことにより２／３インチセンサの４００Ｈ×３００Ｖに
おいて従来５００ｍＷであったものが８０ｍＷと大幅に
低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来のイメージセンサを示す図。

【図２】 従来のイメージセンサの構造を示す図。

【図３】 本発明の感光セル部を示す図。

【図４】 本発明のセルの構造例を示す図。

【図５】 本発明のセルの構造例を示す図。

【図６】 本発明の他の構造例であり、薄膜トランジス
タとバルクシリコントランジスタを同一プロセスにて構
成する際の製造工程例を示す図。

【図７】 図６の工程におけるトランジスタの特性を示
す図。

【符号の説明】

６、７ シフトレジスタ

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【手続補正書】

【提出日】平成４年５月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 固体イメージセンサ

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体イメージセンサ
（固体撮像素子）に関し、特に、薄膜技術を用いた固体
イメージセンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学像の電子変換には、撮像管が
多く用いられてきたが、寿命が短いことや、小型になり
にくい点等から、ＭＯＳ型やＣＣＤ型の固体イメージセ
ンサが登場するようになった。図１は白黒画像をセンシ
ングする一般的なＭＯＳ型イメージセンサの構成を示し
ている。通常感光セル３は（Ｎ×Ｍ）のマトリックス・
アレイ状に配列される。感光セル３は電荷読み出し用ト
ランジスタ１とフォトダイオード２により構成されてい
る。

【０００３】ＭＯＳトランジスタ１のゲート電極は水平
選択用シフトレジスタ７の出力Ｈ１〜ＨＭが接続され、
読み出し水平走査位置を選択する。又ＭＯＳトランジス
タ１によりＭ本の水平走査線の中の選択された１ライン
に対応するセル３の電荷出力はＮ本の垂直線に伝えられ
ると共にスイッチングトランジスタ４によりビデオシグ
ナルラインＶＳに転送される。垂直選択用シフトレジス
タ６は一水平走査期間内に出力Ｓ１〜ＳＮによりスイッ
チングトランジスタ４を順次ＯＮさせて、垂直ラインＶ
１〜ＶＮの電荷データをシリアルにビデオシグナルライ
ンＶＳに出力する。

【０００４】図２はこの感光セル３を、モノリシック半
導体で実現した場合の断面図である。Ｎ型Ｓｉ単結晶基
板１０中に形成されたＰ型のウェル１１、フィールド酸
化膜１６、水平走査信号Ｈ１〜ＨＭが印加されるゲート
電極１５、ソース拡散層１２、ドレイン拡散層１３及び
垂直ラインＶ１〜ＶＮをなすＡｌ配線１４からなる。Ｎ
型ドレイン拡散層１３とＰ型ウェル１１がフォトダイオ
ードを構成する。通常このダイオードには逆バイアスが
印加され、Ｐ−Ｎ接合の空乏層には一定の電荷が蓄えら
れる。一定期間に光が入射すると、ダイオードの光電流
により蓄えられた電荷が放電する。従ってゲート電極１
５によりトランジスタをＯＮさせた時に、垂直ラインか
らの電荷充電量が光電流即ち、光量と比例し、この電荷
充電量を各セル毎にシリアルに読み出すと、光イメージ
の電気変換が可能となる。

【０００５】ところが、この方式には重大な欠点があ
る。一つにはブルーミングと呼ばれる現象であり、強い
入射光に対しては、フォトダイオードに蓄積できる電荷
量以上の過剰電荷が発生し隣接セルや垂直ライン、即ち
ソース電極１２に流れ込み、結果として垂直ライン上に
画面上白い異常なラインを形成する。又他の１つはスミ
アと呼ばれるものであり、入射光がフォトダイオードの
みでなく、バルクの下方の方まで入射し、バルクの深い
所でキャリアを発生させて、結果として画面を白くにじ
ませてしまう。このブルーミングやスミアは、構造を複
雑にすることや、平面的なパターンにおけるルールをき
びしくすること、又外部のセンスアンプ周辺を複雑にし
て逃れる等、むずかしい手段により低減は可能である
が、基本的には全くなくなることはない。このことが、
固体撮像素子の性能を低下させる大きな要因となってい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような問題点を解
決するものとして特開昭５６−１３８９６９号に開示の
光電変換装置が知られている。この光電変換装置は、薄
膜技術を利用し、ガラス等の絶縁基板上に透明電極，光
受容体層，上部電極をセル毎に孤立的に積層した光電変
換部と、その隣接領域においてその基板上にゲート電
極，ゲート絶縁膜，チャネル部としての半導体薄膜，ソ
ース及びドレイン電極を形成した逆スタガ構造の薄膜ト
ランジスタとを有するものである。感光セルが薄膜光受
容体層と転送用（選択用）の薄膜トランジスタとで構成
されているため、ブルーミングやスミヤを除去可能な構
造となっている。しかしながら、特開昭５６−１３８９
６９号の光電変換装置にあっては次のような問題点が存
在する。

【０００７】光電変換部としての薄膜光受容体層と薄
膜トランジスタとは基板に対して平面的にそれぞれ孤立
した占有面積を占めるため、スペース効率（集積度）が
低い。ラインセンサ（セルの１次元配列）では集積度は
余り問題とならないが、エリアセンサ（セルの２次元配
列）では薄膜トランジスタや配線の領域が非感光領域と
して邪魔をし、解像度の向上を図ることができない。

【０００８】薄膜トランジスタは逆スタガ構造であ
り、製造プロセス上、自己整合化（セルフアライン）が
困難であるため、ゲート・ソース間やゲート・ドレイン
間の静電容量Ｃ_gs，Ｃ_gdを構造的に小さくするとが困難
であり、且つそのバラツキも大きい。従って、トランジ
スタ動作の高速化に限界があり、光電変換装置の動作が
遅い。また一般に、静電容量Ｃ_gs，Ｃ_gdが存在すると、
不可避的に転送用トランジスタに加えられた選択パルス
は静電容量Ｃ_gs，Ｃ_gdを介してスパイク状の雑音として
出力ラインに重畳される。このスパイク状の雑音は低域
フィルタやセル選択ごとの周期で積分する積分回路を以
て抑圧可能であるが、しかし静電容量Ｃ_gs，Ｃ_gdが大き
いため、大きなスパイク状の雑音が出力ラインに重畳し
てしまう。このため、ダイナミックレンジの大きなプリ
アンプが必要となるので、実用的な光電変換装置を得る
こが困難である。更に、静電容量Ｃ_gs，Ｃ_gdのバラツキ
があると、上記スパイク状の雑音がセル毎によってバラ
ツキを持ち、このような雑音バラツキはもはや低域フィ
ルタや積分回路でも抑圧不可能である。この種の雑音は
同一のデバイスを使用する限り恒久的に観測されること
から一般に固定パターン雑音と呼ばれている。従って、
この光電変換装置における静電容量Ｃ_gs，Ｃ_gdのバラツ
キは大きいので、固定パターン雑音が大きい。

【０００９】また一方、薄膜技術を用いた固体イメージ
センサとしては、特開昭５７−１１４２９２号に開示の
薄膜撮像素子も知られている。この薄膜撮像素子は、基
板上に薄膜構造の光電変換部を積層形成し、更にその光
電変換部の上側にスイッチング用の薄膜トランジスタを
積層形成したボトム型の薄膜撮像素子や、基板上にスイ
ッチング用の薄膜トランジスタを積層形成し、更にその
薄膜トランジスタの上側に薄膜構造の光電変換部を積層
形成したトップ型の薄膜撮像素子である。このような薄
膜トランジスタと薄膜構造の光電変換部の縦積み構造に
よれば、集積度を高めることができるので、エリアセン
サとして解像度の改善に寄与する。しかしながら、特開
昭５７−１１４２９２号の薄膜撮像素子にあっては次の
ような問題点が存在する。

【００１０】選択用の薄膜トランジスタと薄膜構造の
光電変換部を完全な縦積み構造としたことにより、集積
度は大幅に改善されるものの、薄膜トランジスタはスタ
ガ構造であるため、製造プロセス上、自己整合化（セル
フアライン）が困難であり、電極間の寄生容量が大き
く、且つそのバラツキが出てしまう。これは上記と同
様の問題を引き起こす。

【００１１】薄膜トランジスタと薄膜構造の光電変換
部の電極とは重なり合っているため、その電極が薄膜ト
ランジスタのチャネル部たる半導体層に対しバックゲー
トとして働いてしまう。この致命的な問題は光電変換素
子の端子電圧によって薄膜トランジスタの遮断抵抗を下
げ、光電変換素子の信号対雑音比やダイナミックレンジ
を低下させてしまう。

【００１２】そこで、本発明は、薄膜トランジスタと薄
膜の光電変換部の構造を採用するに際し、動作速度の高
速化，固定パターン雑音の低減等による信号対雑音比の
改善と共に、バックゲート効果を起こさない薄膜トラン
ジスタと薄膜光電変換部の重ね合わせ構造をも可能とす
る固体イメージセンサを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る固体イメー
ジセンサは、少なくとも表面が絶縁物である基板と、そ
の基板上に孤立して設けられた島状の半導体薄膜と、そ
の半導体薄膜においてチャネル領域を挟んで形成された
ソース領域及びドレイン領域と、上記半導体薄膜の該チ
ャネル領域の上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲー
ト電極と、そのゲート電極上に設けられた層間絶縁膜の
開口部を介して上記半導体薄膜のソース領域及びドレイ
ン領域に導電接続するソース電極及びドレイン電極とを
有するセル選択用薄膜トランジスタを備え、そのセル選
択用薄膜トランジスタに対応して該ソース電極及び該ド
レイン電極と同時に形成された導電膜を光電変換部たる
感光性薄膜の一方の電極とすることを特徴とする。

【００１４】

【作用】このように感光性薄膜の光電変換部と選択用の
薄膜トランジスタの採用においては、次のような作用を
発揮する。

【００１５】選択用の薄膜トランジスタの構造は、スタ
ガ構造でも逆スタガ構造でもなく、またコプレーナ構造
でもない。島状の半導体薄膜を形成後、ゲート絶縁膜の
上にゲート電極を形成し、このゲート電極をマスクとし
てイオン打ち込みにより自己整合的に半導体薄膜にチャ
ネル領域，ソース領域及びドレイン領域を形成すること
が可能な構造となっている。このため、ゲート・ソース
間の静電容量Ｃ_gs，ゲート・ドレイン間の静電容量Ｃ_gd
を構造的に小さくすることができ、またそれらの静電容
量のバラツキを僅少にすることが可能である。従ってト
ランジスタの動作速度を高めることができるので、光電
変換装置の高速化が達成される。更に、出力ラインに重
畳するスパイク状の雑音の強度は低いのでダイナミック
レンジの大きなプリアンプを必要としない。更にまた、
静電容量のバラツキが低減されるので、固定パターン雑
音を抑制でき、歩留りの改善を図ることができる。加え
て、感光性薄膜の電極をゲート電極の上に覆うように形
成した場合であっても、チャネル領域はゲート電極自体
がシールド体として機能しているので、バックゲート効
果を生じることがない。換言すれば、バックゲート効果
を起こさずに、選択用の薄膜トランジスタと感光性薄膜
の光電変換部との積み重ね構造を採用することを可能と
し、信号対雑音比やダイナミックレンジを損なわずに集
積度（解像度）を高めることができる。更に加えて、開
口率を向上させることができるので、感度も高めること
ができる。

【００１６】

【実施例】次に、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。図３は本発明に係る一実施例の感光セルを１
単位だけ示す図である。感光セル１９はセル選択用の薄
膜トランジスタ（ＴＦＴ）１７と感光素子としてのバル
ク上の薄膜感光膜１８とから構成されている。図４は同
実施例の構造例を感光セル１単位について示した断面図
である。Ｓｉ単結晶基板２０上には絶縁物たる酸化膜２
１が形成されている。この酸化膜２１の上には半導体薄
膜が形成され、パターニングによりソース領域２２，ド
レイン領域２３，チャネル領域２４となる孤立島状の薄
膜アイランド３２が形成されている。この薄膜アイラン
ド３２のチャネル領域２４の上にはゲート絶縁膜３１を
介してゲート電極２６が形成されている。なお、ソース
領域２２，ドレイン領域２３，チャネル領域２４はゲー
ト電極２６をマスクとしてイオン打ち込みにより自己整
合的（セルフアライン）で形成することができる。ゲー
ト電極２６の上には層間絶縁膜２５が形成されている。
層間絶縁膜２５に開口されたコンタクトホールを介して
Ａｌ配線のソース電極２７，ドレイン電極２８が薄膜ア
イランド３２のソース領域２２，ドレイン領域２３に導
電接触している。なお、このソース電極２７からは垂直
ラインが延長形成されている。

【００１７】薄膜トランジスタ１７に対応した光変換部
の下部電極３３は、本例においては薄膜トランジスタ１
７の脇の層間絶縁膜２５の上に形成されている。この下
部電極３３はソース電極２７，ドレイン電極２８と同時
に形成されたＡｌ配線でドレイン電極２８と接続されて
いる。この下部電極３３の上には感光薄膜３０が全面形
成されており、薄膜トランジスタ１７の上をも覆ってい
る。またこの感光薄膜３０の上には上部電極たる透明導
電膜層２９が全面形成されている。ここで、薄膜トラン
ジスタ１７の薄膜半導体材料としては、Ｃｄ−Ｓｅ等の
化合物半導体、アモルファスや多結晶、あるいはアニー
ルにより結晶成長させた単結晶薄膜がよい。また感光性
の薄膜としてはＺｎ−Ｓｅ、Ｃｄ−Ｔｅ、Ｓｅ−Ａｓ−
Ｔｅ、Ｓｉ等のアモルファス膜や、Ｓｉの多結晶膜がよ
い。感光薄膜３０は上下の電極材料により、単なる感光
抵抗素子となったり、又はＰ−Ｎ接合となったりする
が、いずれにしても光を感知して、光電流を発生せし
め、また暗所にてはインピーダンスが非常に高くなる性
質があればよい。

【００１８】このように固体イメージセンサはセル選択
用の薄膜トランジスタと感光薄膜の光電変換部とを以て
構成されているので、一般的に次のような利点を有して
いる。即ち、基板が絶縁物であることにより入射した余
分の光は下部に透過し、単結晶シリコンにようにキャリ
アを発生させることはない。また感光体は薄膜素子とし
て基板上部に存在するので、飽和光量を越えても、垂直
ライン側へ又は隣接セルへ影響することは全くない。即
ち従来、半導体のバルク部分で発生する余剰のキャリア
により起因するブルーミングやスミアは、トランジスタ
を薄膜化して絶縁物の上に形成し更に感光部も薄膜化し
て積層することにより防止できることになる。

【００１９】本例においては上述の一般的な利点のみな
らず以下のような固体イメージセンサとしての特有な利
益をもたす。

【００２０】即ち、薄膜トランジスタ１７は、酸化膜２
１の上に孤立して設けられた薄膜半導体のアイランド３
２において区分形成されたチャネル領域２４，ソース領
域２２，及びドレイン領域２３と、そのチャネル領域２
４上にゲート絶縁膜３１を介して形成されたゲート電極
２６を有する構造であり、スタガ構造でも逆スタガ構造
でもなく、またコプレーナ構造でもない。このため、前
述したように薄膜トランジスタ１７は自己整合的に形成
するに適した構造となっている。このような構造を採用
すると、第１に、ゲート・ソース間の静電容量Ｃ_gs，ゲ
ート・ドレイン間の静電容量Ｃ_gdを構造的に僅少にする
ことができる。この結果、トランジスタ動作の高速化に
より固体イメージセンサの高速化を図ることができると
共に、選択パルスの印加毎に出力ライン（垂直ライン）
に不可避的に重畳されるスパイク状の雑音レベルを抑制
することが可能であり、ダイナミックレンジの大きなプ
リアンプを必要とせず、実用性に富む固体イメージセン
サを提供することができる。また第２の利益としては、
セル毎のゲート・ソース間静電容量Ｃ_gs，ゲート・ドレ
イン間静電容量Ｃ_gdのバラツキを僅少にすることが可能
である。これは固体イメージセンサにとって重要な固定
パターン雑音を抑制することができ、延いては歩留りの
改善を図ることができる。第３の利益としては、光電変
換部たる感光薄膜３０の一方の電極３３は実施例の如く
下部電極としてトランジスタの脇領域に敷設しても良い
し、またゲート電極２６の上に層間絶縁膜２５を介して
積み重ね形成しても良い。特にエリアセンサとして構成
する場合において光電変換部の電極配置の自由度を高め
ることができる。ここで、下部電極３３をゲート電極２
６の上に層間絶縁膜２５を介して積み重ね形成した場合
のバックゲート効果について考察するに、チャネル領域
２４とその光電変換部の下部電極との間には必ずゲート
電極２６が介在する構造となる。この際、そのゲート電
極２６はチャネル領域２４に対してシールド体として機
能することになるので、バックゲート効果を生じること
がない。換言すれば、バックゲート効果を起こさずに、
選択用の薄膜トランジスタ１７と感光性薄膜３０の光電
変換部との積み重ね構造を採用することを可能とする構
造になっている。従って、信号対雑音比やダイナミック
レンジを損なわずに集積度（解像度）を高めることは勿
論のこと、開口率を向上させることができるので、感度
をも高めることができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、固体イ
メージセンサにおける選択用のトランジスタを薄膜トラ
ンジスタとし、感光部も薄膜化させた構造において、少
なくとも表面が絶縁物である基板との上に孤立して設け
られた島状の半導体薄膜と、その半導体薄膜においてチ
ャネル領域を挟んで形成されたソース領域及びドレイン
領域と、その半導体薄膜のチャネル領域の上にゲート絶
縁膜を介して形成されたゲート電極と、そのゲート電極
上に設けられた層間絶縁膜の開口部を介してソース領域
及びドレイン領域に導電接続するソース電極及びドレイ
ン電極とを有する特殊構造の薄膜トランジスタを採用し
た点に特徴を有するものである。従って、次のような効
果を奏する。

【００２２】選択用の薄膜トランジスタの構造は、ス
タガ構造でも逆スタガ構造でもなく、またコプレーナ構
造でもない。島状の半導体薄膜を形成後、ゲート絶縁膜
の上にゲート電極を形成し、このゲート電極をマスクと
してイオン打ち込みにより自己整合的に半導体薄膜にチ
ャネル領域，ソース領域及びドレイン領域を形成するこ
とが可能な構造となっている。このため、ゲート・ソー
ス間の静電容量Ｃ_gs，ゲート・ドレイン間の静電容量Ｃ
_gdを構造的に小さくすることができ、またそれらの静電
容量のバラツキを僅少にすることが可能である。電極間
静電容量の僅少化が可能であることは、トランジスタの
動作速度を高めることができ、光電変換装置の高速化が
達成されると共に、ダイナミックレンジの大きなプリア
ンプの使用を排除できる。また静電容量のバラツキが少
ないことは、固定パターン雑音を抑制でき、歩留りの改
善を図ることができる。

【００２３】 感光性薄膜の電極配置は薄膜トランジ
タの隣接領域や薄膜トランジタの上に置くことが可能で
あるが、感光性薄膜の電極をゲート電極の上に覆うよう
に形成した場合であっても、チャネル領域はゲート電極
によってシールドされた状態にあるので、バックゲート
効果を生じることがない。換言すれば、バックゲート効
果を起こさずに、選択用の薄膜トランジスタと感光性薄
膜の光電変換部との積み重ね構造を採用することを可能
とし、信号対雑音比やダイナミックレンジを損なわずに
集積度（解像度）を高めることができる。更に加えて、
開口率を向上させることができるので、感度をも高める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のイメージセンサの回路構成を示す回路図

【図２】従来のイメージセンサのセル構造を示す断面図

【図３】本発明に係る一実施例の感光セルを１単位だけ
示す図

【図４】同実施例の構造例を感光セル１単位について示
した断面図

【符号の説明】 １７・・・セル選択用薄膜トランジスタ（ＴＦＴ） １８，３０・・・薄膜感光膜 １９・・・感光セル ２０・・・Ｓｉ単結晶基板 ２１・・・酸化膜 ２２・・・ソース領域 ２３・・・ドレイン領域 ２４・・・チャネル領域 ２５・・・層間絶縁膜 ２６・・・ゲート電極 ２７・・・ソース電極 ２８・・・ドレイン電極 ２９・・・透明電極 ３１・・・ゲート絶縁膜 ３２・・・孤立島状の薄膜半導体アイランド ３３・・・下部電極

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図３】

【図２】

【図４】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光信号を電気信号に変換するためのセル
   選択用トランジスタ及び感光体からなる感光セルアレイ
   及びセルを選択、前記変換された電気信号を読み出すた
   めの周辺回路よりなる固体イメージセンサにおいて、前
   記セル選択用トランジスタを薄膜トランジスタとし、前
   記薄膜トランジスタのドレイン電極、又はドレインから
   の引き出し電極上に感光体薄膜を設け更に前記感光体薄
   膜上に透明電極を形成することを特徴とする固体イメー
   ジセンサ。