JPH05235317A - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
- Publication number
- JPH05235317A JPH05235317A JP3069405A JP6940591A JPH05235317A JP H05235317 A JPH05235317 A JP H05235317A JP 3069405 A JP3069405 A JP 3069405A JP 6940591 A JP6940591 A JP 6940591A JP H05235317 A JPH05235317 A JP H05235317A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- type
- photodiode
- solid
- state image
- image pickup
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- Pending
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- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 量子効率が高く、残像や固定パターンノイズ
が少ないという優れた特性を有し、かつ感度も高い固体
撮像素子を提供する。 【構成】 固体撮像素子の画素単位は、埋込フォトダイ
オード(N型ウエル領域,P型フォトダイオード領域,
N型拡散領域7,N型半導体層,P型半導体基板)を備
えた光電変換領域20と、増幅用のMOS・SIT(N
型ソース領域3,ゲート電極9,N型ドレイン領域4)
を備えた信号読み出し部30を有し、光電変換領域20
と信号読み出し部30の間には転送ゲート10が設けら
れている。
が少ないという優れた特性を有し、かつ感度も高い固体
撮像素子を提供する。 【構成】 固体撮像素子の画素単位は、埋込フォトダイ
オード(N型ウエル領域,P型フォトダイオード領域,
N型拡散領域7,N型半導体層,P型半導体基板)を備
えた光電変換領域20と、増幅用のMOS・SIT(N
型ソース領域3,ゲート電極9,N型ドレイン領域4)
を備えた信号読み出し部30を有し、光電変換領域20
と信号読み出し部30の間には転送ゲート10が設けら
れている。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、増幅型の固体撮像素子
に関するものである。
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の固体撮像素子は、CCD型撮像素
子と増幅型撮像素子とに大別される。CCD型撮像素子
の単位画素は、入射光を信号電荷に変換するための光電
変換部としての埋込フォトダイオード(以下BPDと略
称する)と、信号電荷を転送して読み出すための転送部
とから構成されている。BPDは、PN接合領域上に反
対導電型(P型フォトダイオードであればN型、N型フ
ォトダイオードであればP型)の浅い拡散領域が設けら
れた構造をなしている。
子と増幅型撮像素子とに大別される。CCD型撮像素子
の単位画素は、入射光を信号電荷に変換するための光電
変換部としての埋込フォトダイオード(以下BPDと略
称する)と、信号電荷を転送して読み出すための転送部
とから構成されている。BPDは、PN接合領域上に反
対導電型(P型フォトダイオードであればN型、N型フ
ォトダイオードであればP型)の浅い拡散領域が設けら
れた構造をなしている。
【0003】一方、増幅型固体撮像素子の単位画素は、
MOS型静電誘導トランジスタ(以下MOS・SITと
略称する)、接合型電界効果トランジスタ(以下J・F
ETと略称する)、バイポーラトランジスタなどのトラ
ンジスタからなり、光電変換部は各トランジスタの構成
要素の一部であるMOSダイオード、PN接合ダイオー
ドで構成されていた。
MOS型静電誘導トランジスタ(以下MOS・SITと
略称する)、接合型電界効果トランジスタ(以下J・F
ETと略称する)、バイポーラトランジスタなどのトラ
ンジスタからなり、光電変換部は各トランジスタの構成
要素の一部であるMOSダイオード、PN接合ダイオー
ドで構成されていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来の固体撮像素子においては次のような問題点があっ
た。まず、CCD型撮像素子は、光電変換部に埋込フォ
トダイオードを備えているので、1.量子効率が高い。
2.残像が少ない。3.暗電流が小さく、暗電流のばら
つきによる固定パターンノイズ(以下FPNという)が
小さい。という長所をもつが、個々の画素単位で信号電
荷が増幅されずに転送されるため増幅型撮像素子に比べ
て感度が低いという問題がある。
従来の固体撮像素子においては次のような問題点があっ
た。まず、CCD型撮像素子は、光電変換部に埋込フォ
トダイオードを備えているので、1.量子効率が高い。
2.残像が少ない。3.暗電流が小さく、暗電流のばら
つきによる固定パターンノイズ(以下FPNという)が
小さい。という長所をもつが、個々の画素単位で信号電
荷が増幅されずに転送されるため増幅型撮像素子に比べ
て感度が低いという問題がある。
【0005】一方、増幅型撮像素子においては、増幅型
トランジスタの構成要素の一部であるダイオードで光電
変換が行なわれるため、光電変換用の埋込フォトダイオ
ードを備えるCCD型撮像素子のような優れた光電変換
特性が得られない。例えば、MOSダイオードでは、ゲ
ート電極となるポリシリコン層の透過率が低いことから
量子効率が小さくなってしまう上、表面リーク電流が大
きいという欠点があり、FPNが大きくなってしまうこ
とが問題となっている。また、PN接合ダイオードで
は、そのリセット動作が不完全であるために残像が発生
してしまう。この残像を減らそうとして、フォトダイオ
ード領域を低濃度化し、完全なリセット動作を実現しよ
うとすると、今度は表面リーク電流が大きくなってしま
うという不都合が生じる。
トランジスタの構成要素の一部であるダイオードで光電
変換が行なわれるため、光電変換用の埋込フォトダイオ
ードを備えるCCD型撮像素子のような優れた光電変換
特性が得られない。例えば、MOSダイオードでは、ゲ
ート電極となるポリシリコン層の透過率が低いことから
量子効率が小さくなってしまう上、表面リーク電流が大
きいという欠点があり、FPNが大きくなってしまうこ
とが問題となっている。また、PN接合ダイオードで
は、そのリセット動作が不完全であるために残像が発生
してしまう。この残像を減らそうとして、フォトダイオ
ード領域を低濃度化し、完全なリセット動作を実現しよ
うとすると、今度は表面リーク電流が大きくなってしま
うという不都合が生じる。
【0006】この発明は、かかる点に鑑みてなされたも
のであり、量子効率が高く、残像やFPNが少ない固体
撮像素子であって、かつ、感度も高い固体撮像素子を提
供することを目的とするものである。
のであり、量子効率が高く、残像やFPNが少ない固体
撮像素子であって、かつ、感度も高い固体撮像素子を提
供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子
は、入射光を受光して信号電荷を発生する光電変換部
と、該光電変換部で発生した信号電荷を読み出す信号読
み出し部とを有してなり、上記の課題を達成するため
に、前記光電変換部にフォトダイオードを有するととも
に、前記信号読み出し部に前記信号電荷を増幅するため
の増幅用トラランジスタを有し、かつ、前記フォトダイ
オードで発生した信号電荷を前記増幅用トランジスタに
転送する転送手段を備えたものである。
は、入射光を受光して信号電荷を発生する光電変換部
と、該光電変換部で発生した信号電荷を読み出す信号読
み出し部とを有してなり、上記の課題を達成するため
に、前記光電変換部にフォトダイオードを有するととも
に、前記信号読み出し部に前記信号電荷を増幅するため
の増幅用トラランジスタを有し、かつ、前記フォトダイ
オードで発生した信号電荷を前記増幅用トランジスタに
転送する転送手段を備えたものである。
【0008】本発明において、光電変換部に設けられる
フォトダイオードは、具体的には埋込フォトダイオード
であることが好ましい。
フォトダイオードは、具体的には埋込フォトダイオード
であることが好ましい。
【0009】
【作用】本発明の固体撮像素子においては、増幅型トラ
ンジスタの構成要素の一部であるダイオードで光電変換
を行なうのではなく、光電変換部に専用のフォトダイオ
ード(好ましくは埋込フォトダイオード)が設けられて
いるので、1.量子効率が高い。2.残像が少ない。
3.暗電流によるFPNが小さい。という優れた特性を
有する。
ンジスタの構成要素の一部であるダイオードで光電変換
を行なうのではなく、光電変換部に専用のフォトダイオ
ード(好ましくは埋込フォトダイオード)が設けられて
いるので、1.量子効率が高い。2.残像が少ない。
3.暗電流によるFPNが小さい。という優れた特性を
有する。
【0010】また、フォトダイオードで発生した信号電
荷は、転送手段によって信号読み出し部に設けられた増
幅用のトランジスタに送られ、個々の画素単位毎に増幅
されてから読み出されるため、高い感度が確保される。
荷は、転送手段によって信号読み出し部に設けられた増
幅用のトランジスタに送られ、個々の画素単位毎に増幅
されてから読み出されるため、高い感度が確保される。
【0011】
【実施例】図1(a) は本発明実施例による固体撮像素子
の模式的な平面図、図1(b) は図1(a) の固体撮像素子
のAA’断面図である。図1(a) では、便宜上、Al膜
13を除去してソース電極8より下方を示し、各領域と
も実線で示す。
の模式的な平面図、図1(b) は図1(a) の固体撮像素子
のAA’断面図である。図1(a) では、便宜上、Al膜
13を除去してソース電極8より下方を示し、各領域と
も実線で示す。
【0012】まず、図1(a) において、固体撮像素子の
単位画素は、埋込フォトダイオードを備えた光電変換部
20、転送ゲート10、MOS・SITを備えた信号読
み出し部30から構成されており、L字形に設けられた
光電変換部20と正方形状の信号読み出し部30は、転
送ゲート10で接続されている。
単位画素は、埋込フォトダイオードを備えた光電変換部
20、転送ゲート10、MOS・SITを備えた信号読
み出し部30から構成されており、L字形に設けられた
光電変換部20と正方形状の信号読み出し部30は、転
送ゲート10で接続されている。
【0013】次に、図1(b) において、単位画素の断面
構造を説明する。図において、P型基板1上にはN型半
導体層2が積層されており、N型半導体層2の表面近傍
にはN型ソース領域3とN型ドレイン領域4が形成され
ている。N型ドレイン領域4は、図1(a) に示されるよ
うに、N型ソース領域3の外側に、単位画素を取り囲む
ように形成されており、後述するフォトダイオードのN
型拡散領域7と連続している。また、N型ソース領域3
にはポリシリコンからなるソース電極8が設けられてい
る。
構造を説明する。図において、P型基板1上にはN型半
導体層2が積層されており、N型半導体層2の表面近傍
にはN型ソース領域3とN型ドレイン領域4が形成され
ている。N型ドレイン領域4は、図1(a) に示されるよ
うに、N型ソース領域3の外側に、単位画素を取り囲む
ように形成されており、後述するフォトダイオードのN
型拡散領域7と連続している。また、N型ソース領域3
にはポリシリコンからなるソース電極8が設けられてい
る。
【0014】N型ソース領域3とN型ドレイン領域4の
間の領域上には、絶縁層14を介してゲート電極9がN
型ソース領域3を囲むように設けられ、ゲートライン1
2及び転送ゲートライン11は、絶縁層14を介してN
型ドレイン領域4上重なるように設けられている。
間の領域上には、絶縁層14を介してゲート電極9がN
型ソース領域3を囲むように設けられ、ゲートライン1
2及び転送ゲートライン11は、絶縁層14を介してN
型ドレイン領域4上重なるように設けられている。
【0015】上述したN型ソース領域3,ゲート電極
9,N型ドレイン領域4でMOS・SITが構成されて
いる。本実施例では、MOS・SITは信号電荷の増幅
専用に設けられているので、MOS・SITに光が入射
して電荷が発生しないように信号読み出し部30の最上
層は、遮光用のAl膜13で覆われている。
9,N型ドレイン領域4でMOS・SITが構成されて
いる。本実施例では、MOS・SITは信号電荷の増幅
専用に設けられているので、MOS・SITに光が入射
して電荷が発生しないように信号読み出し部30の最上
層は、遮光用のAl膜13で覆われている。
【0016】一方、光電変換部20のN型半導体層2に
は、下からN型ウエル領域5、P型フォトダイオード領
域6、浅いN型拡散領域7が形成されており、N型拡散
領域7,P型フォトダイオード領域6,N型ウエル領域
5,N型半導体層2,P型半導体基板1という縦構造で
NPNNP型埋込フォトダイオードが構成されている。
は、下からN型ウエル領域5、P型フォトダイオード領
域6、浅いN型拡散領域7が形成されており、N型拡散
領域7,P型フォトダイオード領域6,N型ウエル領域
5,N型半導体層2,P型半導体基板1という縦構造で
NPNNP型埋込フォトダイオードが構成されている。
【0017】光電変換部20と信号読み出し部30を接
続する転送ゲート10は、埋込フォトダイオードのP型
フォトダイオード領域6とMOS・SITのゲート電極
9の間に、絶縁層14を介して又がるように設けられて
おり、フォトダイオードに蓄積された電荷をMOS・S
ITのゲート電極9下部に転送する働きをする。
続する転送ゲート10は、埋込フォトダイオードのP型
フォトダイオード領域6とMOS・SITのゲート電極
9の間に、絶縁層14を介して又がるように設けられて
おり、フォトダイオードに蓄積された電荷をMOS・S
ITのゲート電極9下部に転送する働きをする。
【0018】上述した図1の固体撮像素子の動作は次の
様になる。まず、光電変換部20で一定時間受光された
入射光は、埋込フォトダイオードで光電変換され、発生
した電荷はフォトダイオード領域6に蓄積される。その
後、転送ゲート電極10にパルス電圧を加えることによ
り、蓄積されていた電荷はMOS・SITのゲート電極
9の下部に転送される。電荷が転送された後は、フォト
ダイオード領域6には全く電荷が残らないので、残像が
発生することがない。
様になる。まず、光電変換部20で一定時間受光された
入射光は、埋込フォトダイオードで光電変換され、発生
した電荷はフォトダイオード領域6に蓄積される。その
後、転送ゲート電極10にパルス電圧を加えることによ
り、蓄積されていた電荷はMOS・SITのゲート電極
9の下部に転送される。電荷が転送された後は、フォト
ダイオード領域6には全く電荷が残らないので、残像が
発生することがない。
【0019】次にゲート電極9にパルス電圧を加えて、
MOS・SITを動作状態とすることで、転送された電
荷に応じて、増幅された信号がソース電極8から得られ
る。この際、信号の読出しは非破壊で行なわれるため
(ソース電極8から信号を読み出しても、ゲート電極9
の下部に転送された電荷はそのまま残る)、ゲート電極
9にリセット用のパルス電圧を加えて、電荷を吐き出し
てから、次の電荷転送動作に入る。この際、電荷がフォ
トダイオード領域6からゲート電極9の下部に転送され
た後は、フォトダイオード領域6には全く電荷が残らな
いので、残像の発生がない。
MOS・SITを動作状態とすることで、転送された電
荷に応じて、増幅された信号がソース電極8から得られ
る。この際、信号の読出しは非破壊で行なわれるため
(ソース電極8から信号を読み出しても、ゲート電極9
の下部に転送された電荷はそのまま残る)、ゲート電極
9にリセット用のパルス電圧を加えて、電荷を吐き出し
てから、次の電荷転送動作に入る。この際、電荷がフォ
トダイオード領域6からゲート電極9の下部に転送され
た後は、フォトダイオード領域6には全く電荷が残らな
いので、残像の発生がない。
【0020】なお、上記の実施例においては、増幅用ト
ランジスタとしてMOS・SITを設けているが、例え
ばバイポーラトランジスタ等の他のトランジスタを用い
ることもできる。バイポーラトランジスタを用いる場合
は、フォトダイオードで発生した電荷をバイポーラトラ
ンジスタのベースに転送する構成をとれば良い。
ランジスタとしてMOS・SITを設けているが、例え
ばバイポーラトランジスタ等の他のトランジスタを用い
ることもできる。バイポーラトランジスタを用いる場合
は、フォトダイオードで発生した電荷をバイポーラトラ
ンジスタのベースに転送する構成をとれば良い。
【0021】また、光電変換領域に備えるフォトダイオ
ードは、FPNの低減等の観点からは埋込フォトダイオ
ードとすることが好ましいものであるが、必ずしも埋込
型に限定されるものではなく、図1(b) のN拡散領域7
のないフォトダイオードであっても良い。
ードは、FPNの低減等の観点からは埋込フォトダイオ
ードとすることが好ましいものであるが、必ずしも埋込
型に限定されるものではなく、図1(b) のN拡散領域7
のないフォトダイオードであっても良い。
【0022】
【発明の効果】以上のように、本発明においては、光電
変換部にフォトダイオードを備えており、発生した電荷
を信号読み出し部の増幅用トランジスタに転送する構成
をとっているので、量子効率が高く、暗電流に起因する
FPNが小さいというすぐれた特性を有する。またフォ
トダイオードから増幅用トランジスタへ電荷が転送され
た後は、フォトダイオードには電荷が残らず、完全転送
が可能になるので残像の発生が極めて少ない。さらに、
転送された電荷は、個々の画素単位の増幅用トランジス
タで増幅されてから読み出されるので、高い感度が確保
される。
変換部にフォトダイオードを備えており、発生した電荷
を信号読み出し部の増幅用トランジスタに転送する構成
をとっているので、量子効率が高く、暗電流に起因する
FPNが小さいというすぐれた特性を有する。またフォ
トダイオードから増幅用トランジスタへ電荷が転送され
た後は、フォトダイオードには電荷が残らず、完全転送
が可能になるので残像の発生が極めて少ない。さらに、
転送された電荷は、個々の画素単位の増幅用トランジス
タで増幅されてから読み出されるので、高い感度が確保
される。
【図1】図1(a) は本発明実施例による固体撮像素子の
単位画素の模式的な平面図、図1(b) は図1(a) の固体
撮像素子のAA’部断面図である。
単位画素の模式的な平面図、図1(b) は図1(a) の固体
撮像素子のAA’部断面図である。
1 P型半導体基板 2 N型半導体層 3 N型ソース領域 4 N型ドレイン領域 5 N型ウエル領域 6 P型フォトダイオード領域 7 N型拡散領域 8 ソース電極 9 ゲート電極 10 転送ゲート電極 11 転送ゲートライン 12 ゲートライン 13 遮光用Al膜
Claims (2)
- 【請求項1】入射光を受光して信号電荷を発生する光電
変換部と、該光電変換部で発生した信号電荷を読み出す
信号読み出し部とを有する固体撮像素子において、前記
光電変換部はフォトダイオードを有するとともに、前記
信号読み出し部は前記信号電荷を増幅するための増幅用
トランジスタを有し、かつ、前記フォトダイオードで発
生した信号電荷を前記増幅用トランジスタに転送する転
送手段を備えたことを特徴とする固体撮像素子。 - 【請求項2】前記フォトダイオードが埋込フォトダイオ
ードであることを特徴とする請求項1記載の固体撮像素
子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3069405A JPH05235317A (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | 固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3069405A JPH05235317A (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | 固体撮像素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05235317A true JPH05235317A (ja) | 1993-09-10 |
Family
ID=13401664
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3069405A Pending JPH05235317A (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05235317A (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5471515A (en) * | 1994-01-28 | 1995-11-28 | California Institute Of Technology | Active pixel sensor with intra-pixel charge transfer |
US5486711A (en) * | 1993-06-25 | 1996-01-23 | Nikon Corporation | Solid-state image sensor with overlapping split gate electrodes |
US5563429A (en) * | 1994-06-14 | 1996-10-08 | Nikon Corp. | Solid state imaging device |
WO1997028558A3 (en) * | 1996-01-22 | 1997-10-02 | California Inst Of Techn | Active pixel sensor array with electronic shuttering |
US5847381A (en) * | 1996-03-18 | 1998-12-08 | Nikon Corporation | Photoelectric conversion apparatus having a light-shielding shunt line and a light-shielding dummy line |
US5942774A (en) * | 1995-02-24 | 1999-08-24 | Nikon Corporation | Photoelectric conversion element and photoelectric conversion apparatus |
US6021172A (en) * | 1994-01-28 | 2000-02-01 | California Institute Of Technology | Active pixel sensor having intra-pixel charge transfer with analog-to-digital converter |
US6486503B1 (en) | 1994-01-28 | 2002-11-26 | California Institute Of Technology | Active pixel sensor array with electronic shuttering |
JP2011142344A (ja) * | 2011-04-04 | 2011-07-21 | Sony Corp | 固体撮像装置 |
-
1991
- 1991-03-11 JP JP3069405A patent/JPH05235317A/ja active Pending
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US6665013B1 (en) | 1994-01-28 | 2003-12-16 | California Institute Of Technology | Active pixel sensor having intra-pixel charge transfer with analog-to-digital converter |
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US6744068B2 (en) | 1994-01-28 | 2004-06-01 | California Institute Of Technology | Active pixel sensor with intra-pixel charge transfer |
US7105371B2 (en) | 1994-01-28 | 2006-09-12 | California Institute Of Technology | Method of acquiring an image from an optical structure having pixels with dedicated readout circuits |
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US5847381A (en) * | 1996-03-18 | 1998-12-08 | Nikon Corporation | Photoelectric conversion apparatus having a light-shielding shunt line and a light-shielding dummy line |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
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