JPH0831585B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPH0831585B2
JPH0831585B2 JP62095387A JP9538787A JPH0831585B2 JP H0831585 B2 JPH0831585 B2 JP H0831585B2 JP 62095387 A JP62095387 A JP 62095387A JP 9538787 A JP9538787 A JP 9538787A JP H0831585 B2 JPH0831585 B2 JP H0831585B2
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雅紀 緒方
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14643Photodiode arrays; MOS imagers

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光生成電荷の蓄積によるポテンシャル変
化でチャネル電流を制御する、内部増幅機能を有し且つ
非破壊読み出しが可能なCMD(Charge Moduloation Devi
ce)受光素子を光電変換素子として用いた画素からなる
固体撮像装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、固体撮像素子としてCCDやMOS型撮像素子が知ら
れているが、これらの素子はいずれもホトダイオードに
蓄積された光生成電荷を、そのまま出力部まで移動させ
て信号電荷として直接読み取るように構成されている。
そのためこれらの素子においては、素子の小型化・多画
素化に伴い出力信号のS/N比が劣化するという問題点を
もっているものである。
これに対して、本発明者等は先に、画素毎に増幅機能
を有し且つ非破壊読み出しの可能なCMD受光素子を提案
した。このCMD受光素子の詳細な技術内容については、1
986年に開催されたInternational Electron Device Mee
ting(IEDM)の予稿集の第353〜356頁の“A NEW MOS IM
AGE SENSOR OPERATING IN A NON−DESTRUCTIVE READOUT
MODE"と題する論文に示されている。
かかるCMD受光素子を画素として用いた固体撮像装置
の一構成例の平面構造と断面構造を第5図(A),
(B)に示す。図において、101はp-基板、102は該基板
101上に形成されたn-エピタキシャル層からなるチャネ
ル層、103はn+拡散層からなるソース領域、104は浅いn+
拡散層からなる浅いドレイン領域、105は深いn+拡散層
からなり分離領域として機能する深いドレイン領域、10
6は絶縁膜、107はソース領域103を囲むように形成され
たゲート電極、108は共通ゲートライン、109は共通ソー
スライン、110は各ゲート電極107とゲートライン108と
を接続する金属薄膜からなる配線、111はソース電極で
ある。そして画素となるCMD受光素子のソース領域103,
ゲート電極107,浅い及び深いドレイン領域104,105は同
心円状に配置した平面構造を有しており、各画素のゲー
ト電極107は共通のゲートライン108で水平方向に接続さ
れ、ソース領域103は共通のソースライン109で垂直方向
に接続されている。
そして受光及び読み出し時のCMD受光素子は、バルク
チャネルMOSトランジスタとして動作し、光生成された
正孔はゲート電極107の直下に蓄積され、反転層が形成
される。この反転層が形成されていない時は、ゲート電
極107に印加した負電位によりバルクチャネル中にポテ
ンシャル障壁が形成され、ソース領域103からドレイン
領域104,105への電子電流は流れない。これに対して光
照射により反転層が形成されると、バルクチャネル中の
ポテンシャル障壁の高さが引き下げられ、反転層中の正
孔数に応じて変調された電子電流が流れるようになって
いる。
したがってゲートライン108を垂直走査回路に接続
し、ソースライン109をMOS選択スイッチを介して水平走
査回路に接続して、垂直走査回路で選択されたゲートラ
インにつながる画素のうち水平走査回路で選択された列
の画素のソース電流を、ビデオラインを介して負荷に流
すことにより、入射光量を電圧変化として検出すること
が可能なようになっている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、従来のCMD受光素子を画素として用いた固
体撮像装置においては、各画素を構成する多数のCMD受
光素子の各ゲート電極は、それぞれ各ゲート電極毎にゲ
ートコンタクトを介してゲートラインに接続するように
構成されている。したがって固体撮像装置全体における
ゲートコンタクト部の面積が非常に大きくなって、画素
の高密度化が困難であり、小さなチップサイズが要求さ
れるような場合には、高画質の画像が得られなくなって
しまうとういう問題点があった。
本発明は、従来のCMD受光素子を画素として用いた固
体撮像装置における上記問題点を解消するためになされ
たもので、固体撮像装置におけるゲートコンタクト部の
占める面積を低減し、画素の高密度化を可能とするCMD
受光素子を用いた固体撮像装置を提供することを目的と
する。
〔問題点を解決するための手段及び作用〕
上記問題点を解決するため、本発明は、隣接する複数
個のCMD受光素子の各ゲート電極を一つのゲートコンタ
クトによりゲートラインに接続するように構成するもの
である。
このように構成することにより、ゲートコンタクト部
の面積を低減することができるので、チップサイズの縮
小化が可能となって、画素の高密度化を計ることがで
き、小型で且つ高画質のCMD受光素子を用いた固体撮像
装置を容易に得ることが可能となる。
次に第1図に示した本発明の基本構成を表す概念図に
基づいて本発明を更に具体的に説明すると、水平方向に
隣接する2つの画素1-1,1-2を構成するCMD受光素子の、
ソース領域2を囲むように形成した各ゲート電極3-1,3
-2より、延長部3-1a,3-2aをそれぞれ交叉するように斜
め方向に延長させて交叉結合部4を一体的に形成する。
そして該ゲート電極交叉結合部4を、水平画素列間に配
置された共通のゲートライン5に対して、一個のゲート
コンタクト6を介して接続するものである。なお第1図
において、7は浅いドレイン領域で、8は分離領域を形
成する深いドレイン領域である。このように2個の画素
の各ゲート電極を1個のゲートコンタクトを介してゲー
トラインに接続することにより、ゲートコンタクト部の
面積を1/2にすることができる。
〔実施例〕
以下実施例について説明する。第2図は、本発明に係
る固体撮像装置の一実施例の平面構造を示す図である。
図において、1-1,1-2は水平方向に配列されている隣接
するCMD受光素子からなる画素、2はソース領域、3-1,3
-2は各画素1-1,1-2の各ソース領域2を囲むように第1
ポリシリコンで形成されたゲート電極であり、そして該
ゲート電極3-1,3-2から延長部3-1a,3-2aをそれぞれ交叉
するように斜め方向に延長させてゲート電極結合部4を
形成している。5は水平方向に配列された画素列間に沿
って前記ゲート電極結合部4上を通るように配置されて
いる、第2ポリシリコンで形成されたゲートラインで、
該ゲートライン5には一つのゲートコンタクト6を介し
て前記ゲート電極結合部4が接続されている。7は浅い
拡散領域で形成されている浅いドレイン領域、8は深い
拡散領域で形成されている深いドレイン領域で、各画素
間の分離領域を構成している。9はソースラインで、垂
直方向に配列された各画素の各ソース領域2上を通るよ
うに配置され、各画素のソース領域2とソースコンタク
ト10により接続されている。11はドレインラインで、前
記ゲート電極結合部4の配置されていない画素間におい
て垂直方向に配置されており、深いドレイン領域8とド
レインコンタクト12を介して接続されている。
上記のように水平方向に配列されている隣接する2個
の画素1-1,1-2の各ゲート電極3-1,3-2を、1個のゲート
コンタクト4を介してゲートライン5に接続させている
ので、ゲートコンタクト部の面積は、各画素個々のゲー
ト電極をそれぞれゲートコンタクトを介してゲートライ
ンに接続していた従来のものに比べ半分にすることがで
きる。またゲートコンタクト部は各画素の斜め方向の画
素間に配置されているので、ソースラインを本実施例の
ように画素の真上を横切って配置することができる。し
たがって垂直画素列間に配置した場合のソースライン分
の面積を縮小させることができる。またソースラインを
画素の中央を横切って配置させることによって、従来の
ソースライン配置位置にドレインラインを配置すること
ができる。したがって面積を増大させることなく各画素
の近傍にドレインコンタクトを配置することができ、各
画素共通ドレインの電位の安定化を計ることができる。
第3図は、第2図に示した実施例の変形例の平面構造
を示す図である。この変形例はゲートライン5′を金属
薄膜を用いて形成してその配線幅を縮小し、これに対応
して、ゲートコンタクト6′の形状及びゲートライン
5′のゲートコンタクト部の形状を、図示のように菱形
状とすることにより、更にゲートコンタクト部の面積を
縮小することができ、画素の高密度化を計ることができ
る。
第4図は、本発明の他の実施例の平面構造を示す図で
あり、第2図に示した実施例と同一又は同等の構成部材
には同一符号を付して示している。この実施例は1個の
ゲートコンタクトで4個の画素の各ゲート電極をゲート
ラインに共通に接続するようにしたものである。すなわ
ち、水平方向及び垂直方向に隣接する4個の画素1-1,1
-2,1-3,1-4を構成するCMD受光素子の各ゲート電極3-1,3
-2,3-3,3-4から、それぞれ延長部3-1a,3-2a,3-3a,3-4a
を斜め方向に交叉するように突出させて、共通結合部
4′を形成する。そしてこのゲート電極の共通結合部
4′を、水平画素列間において2画素列毎に配置されて
いるゲートライン5に、1個のゲートコンタクト6を介
して接続し、4個のゲート電極3-1,3-2,3-3,3-4を1個
のゲートコンタクト6でゲートライン5に共通に接続す
るように構成している。
9-1,9-2は各画素のソース領域2を横切ってそれぞれ
垂直方向に配列された2本のソースラインで、各ソース
ライン9-1,9-2にはソースコンタクト10-1,10-2により、
1画素おきに交互にソース領域2を接続するように構成
されている。
このように水平及び垂直方向に隣接する4個の画素1
-1,1-2,1-3,1-4の各ゲート電極3-1,3-2,3-3,3-4を1個
のゲートコンタクト6でゲートライン5に接続するよう
に構成することによって、固体撮像装置全体のゲートラ
インの本数を従来の半数とすることができる。この場
合、水平方向に配列されている画素列を2列同時に選択
することになるので、この2列の水平方向に配列された
各画素を分離して読み出すためには、垂直方向に配列さ
れている1列の画素列に対して、図示のように2本のソ
ースラインが必要になるが、若干受光面積を犠牲にする
ことにより、大幅なチップ面積の縮小が可能となる。
またこの際、多層配線方式を用いて2本のソースライ
ンを一方側に重ねて配置するように構成すれば、受光面
積の減少を最小限に止めることができる。
なお第2図に示した実施例においては、水平方向に配
列された各画素間に深いドレイン領域を設けたものを示
したが、この深いドレイン領域は、第3図に示した変形
例や第4図に示した実施例と同様に除くことが可能であ
り、これにより更にチップ面積の縮小化を計ることがで
きる。
〔発明の効果〕
以上実施例に基づいて説明したように、本発明によれ
ば一個のゲートコンタクトにより複数個のCMD受光素子
の各ゲート電極をゲートラインに接続するように構成し
たので、ゲートコンタクト部の面積の縮小化を計ること
ができ、チップサイズの縮小化と共に画素の高密度化を
計ることができる。
また複数個のゲート電極を共通に一個のゲートコンタ
クトでゲートラインに接続するように構成したことによ
り、ソースライン等の配置の自由度が増大し、より好適
な配線が可能となって小型且つ高画質の固体撮像装置を
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る固体撮像装置の基本構成を示す
概念図、第2図は、本発明の実施例の平面構造を示す
図、第3図は、第2図に示した実施例の変形例を示す平
面構造図、第4図は、本発明の他の実施例の平面構造を
示す図、第5図(A),(B)は、従来のCMD受光素子
を用いた固体撮像装置の平面構成及び断面を示す図であ
る。 図において、1-1,1-2,1-3,1-4はCMD受光素子からなる画
素、2はソース領域、3-1,3-2,3-3,3-4はゲート電極、
4,4′はゲート電極結合部、5,5′はゲートライン、6,
6′はゲートコンタクト、7は浅いドレイン領域、8は
深いドレイン領域、9,9-1,9-2はソースライン、10,1
0-1,10-2はソースコンタクト、11はドレインライン、12
はドレインコンタクトを示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部増幅機能を有するCMD受光素子を光電
    変換素子として用いた画素をマトリックス状に配置し、
    一方向に配列された各CMD受光素子の各ゲート電極を共
    通に接続するためのゲートラインを備えている固体撮像
    装置において、隣接する複数個のCMD受光素子の各ゲー
    ト電極を一つのゲートコンタクトによりゲートラインに
    接続したことを特徴とする固体撮像装置。
JP62095387A 1987-04-20 1987-04-20 固体撮像装置 Expired - Fee Related JPH0831585B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6160281A (en) 1997-02-28 2000-12-12 Eastman Kodak Company Active pixel sensor with inter-pixel function sharing
US6107655A (en) 1997-08-15 2000-08-22 Eastman Kodak Company Active pixel image sensor with shared amplifier read-out

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