JPH07202250A - 光電変換装置 - Google Patents

光電変換装置

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JPH07202250A
JPH07202250A JP5350761A JP35076193A JPH07202250A JP H07202250 A JPH07202250 A JP H07202250A JP 5350761 A JP5350761 A JP 5350761A JP 35076193 A JP35076193 A JP 35076193A JP H07202250 A JPH07202250 A JP H07202250A
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JP
Japan
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gate electrode
epitaxial layer
region
conversion device
photoelectric conversion
Prior art date
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Application number
JP5350761A
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English (en)
Inventor
Hiroyasu Yamada
裕康 山田
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Casio Computer Co Ltd
Original Assignee
Casio Computer Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ゲート蓄積型nMOSフォトトランジスタに
おいて、熱励起による正孔が発生しないようにする。 【構成】 n+領域からなるソース領域5と同じくn+
域からなるドレイン領域6との間のn-エピタキシャル
層2の長さがゲート電極4の長さよりも長くなってい
て、ソース領域5とドレイン領域6との間にはn-エピ
タキシャル層2が介在されている。この結果、ソース領
域5およびドレイン領域6にゲート電極4と重なった領
域が存在しないため、熱励起による正孔の発生を抑制す
ることができる。したがって、ゲート電極4下には光励
起による正孔のみが蓄積されることになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は光電変換装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】光電変換装置にはゲート蓄積型MOSフ
ォトトランジスタ、いわゆるCMD(Charge Modulation
Device)と呼ばれるものがある。図3は従来のこのよう
な光電変換装置の概略構成を示したものである。この光
電変換装置では、p-基板1上にn-エピタキシャル層2
が形成され、n-エピタキシャル層2上の所定の個所に
ゲート絶縁膜3を介してポリシリコンからなるゲート電
極4が形成され、ゲート電極4をマスクとしてn+イオ
ンを注入することにより、n-エピタキシャル層2の各
所定の個所にn+領域からなるソース領域5およびドレ
イン領域6が形成され、ソース領域5およびドレイン領
域6にそれぞれソース電極7およびドレイン電極8が接
続された構造となっている。
【0003】次に、この光電変換装置の動作について説
明する。まず、p-基板1に数V程度の負電圧を印加
し、ソース電極7を接地し、ドレイン電極8に正電圧
(+VD)を印加した状態において、ゲート電極4に負
電圧(−VG)を印加すると、ゲート電極4とp-基板1
との間におけるn-エピタキシャル層2の電位がソース
領域5およびドレイン領域6の電位よりも下がり、n-
エピタキシャル層2中に存在している電子が図3におい
て矢印で示すようにソース領域5やドレイン領域6に移
動する。この結果、ゲート電極4とp-基板1との間に
おけるn-エピタキシャル層2が空乏層となり、ピンチ
オフする。この状態において、光がゲート電極4を透過
してゲート電極4下のn-エピタキシャル層2に入射さ
れると、ゲート電極4下のn-エピタキシャル層2に電
子−正孔対が励起する。このうち正孔は信号電荷として
ゲト電極4下に蓄積され、ゲート電位を変調する。一
方、電子はn-エピタキシャル層2中をドレイン領域6
側からソース領域5側に流れるが、このソース電流はゲ
ート電位に依存する。したがって、ソース電流はゲート
電極4下に蓄積された正孔数によって変調(増幅)され
る。そして、このソース電流が光電変換信号として検出
されることになる。
【0004】ところで、この光電変換装置では、ゲート
電極4をマスクとしてn+イオンを注入することによ
り、n-エピタキシャル層2の各所定の個所にn+領域か
らなるソース領域5およびドレイン領域6を形成してい
るが、この後注入イオンを拡散しているので、例えば図
3に示すように、拡散横広がりによりソース領域5およ
びドレイン領域6の各一部がゲート電極4と重なってし
まう。動作時にゲート電極4に強い負電圧(−VG)が
印加されると、ゲート電極4とソース領域5およびドレ
イン領域6との重なり部分では熱励起によるキャリアの
発生確率が急激に増大するものであり、正孔が図3にお
いて矢印で示すようにゲート電極4下に取り込まれてし
まう。したがって、ゲート電極4下には光励起による正
孔のほかに熱励起による正孔も蓄積され、熱励起による
正孔がノイズとして悪影響を及ぼすことになる。熱励起
による正孔数は、ゲート電極4とソース電極5およびド
レイン電極6との重なり面積に依存するが、この重なり
面積は加工上の問題から素子ごとに微妙にばらついてし
まう。そこで、従来では、予め素子ごとの固定パターン
ノイズを測定し、その結果をメモリに記憶させておき、
実際の動作時に補正するようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の光
電変換装置では、予め素子ごとの固定パターンノイズを
測定し、その結果をメモリに記憶させておき、実際の動
作時に補正するようにしているので、固定パターンノイ
ズ記憶作業が必要である上、複雑な補正回路を必要と
し、かつ、補正のため工程数が著しく増大するという問
題があった。この発明の目的は、熱励起によるキャリア
が発生しにくいようにすることのできる光電変換装置を
提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
-またはp-エピタキシャル層の両側にn+またはp+
域からなるソース領域およびドレイン領域が形成され、
前記エピタキシャル層上にチャネルをピンチオフするた
めのゲート電極が形成された光電変換装置において、前
記ソース領域と前記ドレイン領域を前記ゲート電極と重
なり部がないように形成し、前記ソース領域と前記ドレ
イン領域との間をn-またはp-エピタキシャル層のみと
なしたものである。請求項2記載の発明は、n-または
-エピタキシャル層の両側にn+またはp+領域からな
るソース領域およびドレイン領域が形成され、前記エピ
タキシャル層上にチャネルをピンチオフするためのゲー
ト電極が形成された光電変換装置において、前記エピタ
キシャル層と前記ソース領域との間および前記エピタキ
シャル層と前記ドレイン領域との間にn-またはp-低濃
度領域を形成したものである。
【0007】
【作用】この発明によれば、n+またはp+領域からなる
ソース領域およびドレイン領域とゲート電極との重なり
部がないため、ゲート電極に強い負電圧が印加された場
合でも、熱励起によるキャリアの発生を抑制することが
できる。
【0008】
【実施例】図1はこの発明の一実施例における光電変換
装置の概略構成を示したものである。この図において、
図3と同一名称部分には同一の符号を付し、その説明を
適宜省略する。この光電変換装置では、ソース領域5と
ドレイン領域6との間のn-エピタキシャル層2の長さ
がゲート電極4の長さよりも長くなっていて、ゲート電
極4とソース領域5との間およびゲート電極4とドレイ
ン領域6との間にはn-エピタキシャル層2が介在され
ている。この場合、ゲート絶縁膜3上にゲート電極4よ
りも幅広のイオン注入マスク(図示せず)を形成し、n
+イオンを注入して拡散する。ただし、拡散横広がりが
生じても、ゲート電極4とソース領域5との間およびゲ
ート電極4とドレイン領域6との間にはn-エピタキシ
ャル層2が介在されるようにする。
【0009】このように、この光電変換装置では、ソー
ス領域5およびドレイン領域6にゲート電極4と重なっ
た領域が存在しない上、ゲート電極4とソース領域5と
の間およびゲート電極4とドレイン領域6との間に介在
するn-エピタキシャル層2が電界緩和領域として作用
することになるので、動作時にゲート電極4に負電圧
(−VG)が印加されても、熱励起による正孔の発生を
抑制することができる。したがって、ゲート電極4下に
は実質的に光励起による正孔のみが蓄積されることにな
る。この結果、熱励起による正孔に起因するノイズの影
響を殆ど皆無とすることができる。なお、この光電変換
装置の動作は従来の場合と同じであるので、その説明を
省略する。
【0010】ところで、この光電変換装置は、nMOS
トランジスタにおいてオフセットゲート構造と呼ばれて
いる構造と同じような構造となっている。但し、オフセ
ットゲート構造のnMOSトランジスタの場合には、図
1を参照しながら説明すると、n-エピタキシャル層2
が通常真性半導体層とされており、ゲート電極4に正電
圧を印加することによりソース領域5とドレイン領域6
間に電流経路(nチャネル)を形成する。したがって、
ゲート電極4とソース領域5間またはゲート電極4とド
レイン領域6間の長さを長くし過ぎると、電流経路が断
たれてしまう。これに対して、この光電変換装置の場合
には、無電界状態において、n-エピタキシャル層2に
よってp-基板1側に電流経路(nチャネル)が形成さ
れており、センス時には、ゲート電極4に負電圧を印加
して電流経路を遮断(ピンチオフ)しておき、照射光量
に応じて電流経路を形成するものであるから、ゲート電
極4とソース領域5間またはゲート電極4とドレイン領
域6間をある程度長くしても、特性劣化が生じることは
ない。
【0011】次に、図2はこの発明の他の実施例におけ
る光電変換装置の概略構成を示したものである。この図
において、図3と同一名称部分には同一の符号を付し、
その説明を適宜省略する。この光電変換装置は、nMO
SトランジスタにおいてLDD(Lightly Doped Drain)
構造と呼ばれている構造と同じような構造となってい
る。すなわち、n+領域からなるソース領域5およびド
レイン領域6の各内側にはn-低濃度領域11、12が
形成されている。この場合、ゲート絶縁膜3上に所定の
大きさの第1のイオン注入マスク(図示せず)を形成
し、n-イオンを注入し、次いで第1のイオン注入マス
クを除去した後これよりも所定の量だけ大きい第2のイ
オン注入マスク(図示せず)を形成し、n+イオンを注
入し、拡散する。この結果、一例として、n-エピタキ
シャル層2の電子濃度を1013atoms/cm3程度
とし、n-低濃度領域11、12の電子濃度を10
15〜18atoms/cm3程度とし、ソース領域5およ
びドレイン領域6の電子濃度を1020atoms/cm
3程度とする。一方、ゲート電極4は、両n-低濃度領域
11、12の各長さ方向ほぼ中央部の間に対応する部分
のゲート絶縁膜3上に形成されている。したがって、拡
散横広がりが生じても、ゲート電極4がソース領域5お
よびドレイン領域6と重ならないようにすることができ
る。
【0012】このように、この光電変換装置では、ソー
ス領域5およびドレイン領域6にゲート電極4と重なっ
た領域が存在しないため、動作時にゲート電極4に負電
圧(−VG)が印加されても、熱励起による正孔の発生
を抑制することができる。したがって、ゲート電極4下
には実質的に光励起による正孔のみが蓄積されることに
なる。この結果、熱励起による正孔に起因するノイズの
影響を殆ど皆無とすることができる。
【0013】ところで、LDD構造のnMOS電界効果
型トランジスタの場合には、n-低濃度領域11、12
が高抵抗として直列に配列されることになるので、図3
に示すようなLDD構造でない通常のnMOS電界効果
型トランジスタの場合と比較して、オン電流が低下する
ことになる。これに対して、この光電変換装置の場合に
は、第1実施例において述べた如く、n-エピタキシャ
ル層2が電流経路を形成するものであるから、発生する
ソース電流がそのまま光電変換信号として検出されるこ
とになり、特性劣化が生じることはない。
【0014】なお、図1および図2に示す光電変換装置
では、強電界によるキャリアの発生を気にしなくてもよ
いので、従来の場合と比較して、ゲート電極4により大
きな負電圧(−VG)を印加することができ、この結果
飽和照度の上限を上げることができ、従来の場合と比較
して、より明るい場所で用いることができる。また、熱
励起による正孔に起因するノイズの影響を殆ど皆無とす
ることができるので、従来の場合と比較して、ゲート蓄
積時間を長くしても動作させることができ、従来の場合
と比較して、より暗い場所で用いることもできる。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、n+またはp+領域からなるソース領域およびドレイ
ン領域とゲート電極との重なり部がないため、ゲート電
極に強い負電圧が印加された場合でも、熱励起によるキ
ャリアの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例における光電変換装置の概
略構成図。
【図2】この発明の他の実施例における光電変換装置の
概略構成図。
【図3】従来の光電変換装置の概略構成図。
【符号の説明】
2 n-エピタキシャル層 4 ゲート電極 5 ソース領域 6 ドレイン領域

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 n-またはp-エピタキシャル層の両側に
    +またはp+領域からなるソース領域およびドレイン領
    域が形成され、前記エピタキシャル層上にチャネルをピ
    ンチオフするためのゲート電極が形成された光電変換装
    置において、 前記ソース領域と前記ドレイン領域を前記ゲート電極と
    重なり部がないように形成し、前記ソース領域と前記ド
    レイン領域との間をn-またはp-エピタキシャル層のみ
    となしたことを特徴とする光電変換装置。
  2. 【請求項2】 n-またはp-エピタキシャル層の両側に
    +またはp+領域からなるソース領域およびドレイン領
    域が形成され、前記エピタキシャル層上にチャネルをピ
    ンチオフするためのゲート電極が形成された光電変換装
    置において、 前記エピタキシャル層と前記ソース領域との間および前
    記エピタキシャル層と前記ドレイン領域との間にn-
    たはp-低濃度領域を形成したことを特徴とする光電変
    換装置。
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