JPH0897393A - Photoelectric converter, line sensor array and semiconductor device - Google Patents

Photoelectric converter, line sensor array and semiconductor device

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JPH0897393A
JPH0897393A JP6235166A JP23516694A JPH0897393A JP H0897393 A JPH0897393 A JP H0897393A JP 6235166 A JP6235166 A JP 6235166A JP 23516694 A JP23516694 A JP 23516694A JP H0897393 A JPH0897393 A JP H0897393A
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JP
Japan
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semiconductor substrate
photoelectric conversion
potential
conversion device
mos transistor
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JP6235166A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsuro Asaba
哲朗 浅羽
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Canon Inc
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To perform complete nondestructive readout and pure resistance readout without needing transferring capacity by a method where electric charge is accumulated in a gate part of a MOS transistor and the potential of a source of the MOS transistor according to the potential of a diffused layer and a gate electrode is read out as an output. CONSTITUTION: Diffused layers 106 having a conductivity opposite to that of the substrate is formed in a semiconductor substrate 101, the diffused layer 106 is directly connected with a gate electrode 107 of an output MOS transistor via a metal wire 112, and the diffused layer 106 and gate electrode 107 are set to a floating condition. Electric charges of holes or electrons generated by light in the semiconductor substrate 101 are accumulated in a region where the diffused layer 106 is coupled with the electrode 107, and a source potential 104 changing with respect to a potential of the gate electrode 107 generated thereby is read out as an output. Thus, it is possible to perform a complete nondestructive readout and an operation for maintaining a continuous source current.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光電変換装置の構造及び
その製造方法に関し、特に光入射により発生したキャリ
アを蓄積し、蓄積されたキャリアに基づいて信号を読み
出す光電変換装置及び光電変換方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a photoelectric conversion device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a photoelectric conversion device and a photoelectric conversion method for accumulating carriers generated by light incidence and reading a signal based on the accumulated carriers. It is a thing.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、可視光の光電変換装置、特に、光
センサを一列に並べたラインセンサは、さまざまな方式
のものが提案され、使用されてきた。その主なものを挙
げれば、CCDタイプ、MOSタイプの2種類がある。
この2つの中で、ファクシミリの原稿読み取りセンサと
して、フォトダイオードにスイッチング用のMOSトラ
ンジスタを個別に結線した、MOSタイプのものが多数
使用されるようになっている。その等価回路図の一例を
図7に示す。MOSトランジスタTr1、Tr2、…、T
rnのソース側にフォトダイオードD1、D2、…、Dnが
結線され、ゲート電極へのゲート電圧の印加によりMO
Sトランジスタがスイッチングして、ドレインから原稿
のフォト信号を得ている。しかしながら、MOSタイプ
のラインセンサには以下のような欠点があった。
2. Description of the Related Art Conventionally, various types of visible light photoelectric conversion devices, particularly line sensors in which photosensors are arranged in a line, have been proposed and used. There are two main types, CCD type and MOS type.
Among these two, as a document reading sensor for a facsimile, a large number of MOS type sensors in which a switching MOS transistor is individually connected to a photodiode are used. An example of the equivalent circuit diagram is shown in FIG. MOS transistors Tr1, Tr2, ..., T
Photodiodes D1, D2, ..., Dn are connected to the source side of rn, and are applied by applying a gate voltage to the gate electrode.
The S transistor is switching, and the photo signal of the original is obtained from the drain. However, the MOS type line sensor has the following drawbacks.

【0003】つまり、例えばラインセンサとした光電変
換装置において、読み出し時にMOSトランジスタのソ
ース又はドレインによる長大な配線容量が、フォトダイ
オードに接続されてその負荷として作用し、大幅な出力
低下が避けられず、S/N比の上で問題を起こしやすい
性質がある。特に、センサに求められる解像度の要求が
高度化し高解像度化すると、必然的に、センサーセル、
つまり、フォトダイオード部分の面積が縮少しキャリア
チャージが減少して、ますます、S/N比の面で苦しく
なる。
That is, in a photoelectric conversion device using, for example, a line sensor, a long wiring capacitance due to the source or drain of a MOS transistor is connected to a photodiode and acts as a load at the time of reading, and a large output reduction cannot be avoided. , S / N ratio tends to cause problems. In particular, as the demand for the resolution required of the sensor becomes higher and the resolution becomes higher, the sensor cell,
In other words, the area of the photodiode part is reduced and the carrier charge is reduced, and the S / N ratio becomes more difficult.

【0004】これらの問題点をふまえ、近年、特開昭6
0−12759号公報等に示されるようなバイポーラ型
のフォトセンサ・アレイが提唱され、光に対し、高感度
で、配線容量の影響を受けにくい優れた方式が用いられ
るようになった。
In view of these problems, in recent years, Japanese Patent Laid-Open No.
A bipolar type photosensor array as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 0-12759 has been proposed, and an excellent method which has high sensitivity to light and is hardly influenced by wiring capacitance has come to be used.

【0005】図8にその断面構造図を示す。上述のフォ
トセンサ・アレイ素子は、ベース部分に光子で発生した
正孔を蓄積し、このベース電位の変化によってエミッタ
電位を変化するタイプのもので、BASIS(BAse
tored typemage ensor)
と呼ばれている。以下、上述のフォトセンサ・アレイ素
子をBASISと称する。
FIG. 8 shows a sectional structural view thereof. Photosensor array element described above, the holes generated in the photon accumulated in the base portion, of the type which changes the emitter potential by the change of the base potential, BASIS (BA se
S tored type I mage S ensor)
is called. Hereinafter, the above-mentioned photosensor array element will be referred to as BASIS.

【0006】ここで、図8について説明すると、201
はリン(P)、アンチモン(Sb)、ヒ素(As)等の
不純物をドープしてn型又はn+型とされたシリコン基
板で、202は埋込層で、203はシリコンエピタキシ
ャル層で、204は電気的に絶縁する深い拡散層で、2
05はベースを形成するn型の拡散層で、206はエミ
ッタを形成するp型の拡散層で、207はリセットMO
Sのソース又はドレインを形成するn型拡散層で、20
8はリセットMOSのゲートであり、209はフィール
ド絶縁膜で、210は層間絶縁膜で、211はアルミニ
ウム(Al)等の金属配線である。
Here, referring to FIG.
Is an n-type or n + -type silicon substrate doped with impurities such as phosphorus (P), antimony (Sb), and arsenic (As), 202 is a buried layer, 203 is a silicon epitaxial layer, and 204 Is a deep diffusion layer that electrically insulates, 2
Reference numeral 05 is an n-type diffusion layer forming a base, 206 is a p-type diffusion layer forming an emitter, and 207 is a reset MO.
An n-type diffusion layer forming a source or drain of S, 20
8 is a reset MOS gate, 209 is a field insulating film, 210 is an interlayer insulating film, and 211 is a metal wiring such as aluminum (Al).

【0007】また、図9は、上記図8の断面構造図を含
む等価回路図で、ベースにて光信号hνによるキャリア
蓄積を担うセンサートランジスタ301と、そのキャリ
ア蓄積をリセットするベースリセットMOSトランジス
タ302と、センサートランジスタ301のエミッタ電
位をオン/オフするエミッタリセットMOSトランジス
タ303と、センサートランジスタ301のエミッタに
転送された光電変換信号を次段の容量CTに転送する転
送MOSトランジスタ304と、容量CTに蓄積された
転送キャリアをリセットするCTリセットMOSトラン
ジスタ305と、一時的にセンサートランジスタ301
のエミッタに転送された光電変換信号を蓄積する容量C
T306から構成されている。この回路構成の一部の断
面構造が、図8に示されている。
FIG. 9 is an equivalent circuit diagram including the sectional structure diagram of FIG. 8 described above. The sensor transistor 301 is responsible for carrier accumulation by the optical signal hν at the base, and the base reset MOS transistor 302 is for resetting the carrier accumulation. An emitter reset MOS transistor 303 for turning on / off the emitter potential of the sensor transistor 301, a transfer MOS transistor 304 for transferring the photoelectric conversion signal transferred to the emitter of the sensor transistor 301 to the next-stage capacitor CT, and a capacitor CT. The CT reset MOS transistor 305 that resets the accumulated transfer carriers, and the sensor transistor 301 temporarily.
C for accumulating the photoelectric conversion signal transferred to the emitter of
It is composed of T306. A partial cross-sectional structure of this circuit configuration is shown in FIG.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、このBAS
ISというセンサは、ラインセンサとして用いた時、ア
レイの素子数が増大しても素子領域を小さくでき、また
素子面積が縮少しても出力低下が小さいという、MOS
タイプのラインセンサのものに比較して非常に優れた性
質を有している。しかし、以下の2つの問題が残り、回
避しずらい性質があった。
By the way, this BAS
When the IS sensor is used as a line sensor, the element area can be reduced even if the number of elements in the array increases, and the output reduction is small even if the element area is reduced.
It has very excellent properties compared to those of the type line sensor. However, the following two problems remain and it is difficult to avoid.

【0009】その1つは、図8に示すように、バイポー
ラ素子を基本構成としているため、埋め込み層202
や、ベース205、深いn型拡散層204等種々の拡散
層が必要で、MOSトランジスタで駆動回路を構成する
と、そのチップ製作工程が複雑になり、更に高価な工程
であるエピタキシャル層203の形成工程まで必要とし
ている。そのため、MOSタイプのものと比較し、製造
コストは3〜4割程高価なものとなり、コスト上問題を
有している。
One of them, as shown in FIG. 8, has a basic structure of a bipolar element, so that the buried layer 202 is
In addition, various diffusion layers such as the base 205 and the deep n-type diffusion layer 204 are required, and when a drive circuit is configured by MOS transistors, the chip manufacturing process becomes complicated, and the formation process of the epitaxial layer 203, which is a more expensive process, is performed. Up to need. Therefore, the manufacturing cost is about 30 to 40% higher than that of the MOS type, and there is a cost problem.

【0010】2つめの問題点は、読み出し方法の問題
で、センサートランジスタ301のエミッタ電流を流す
時、ベースに蓄積された正孔が、再結合電流もしくはエ
ミッタ流入電流となって消失してしまうことである。ベ
ースに蓄積された電荷が完全に非破壊なら、エミッタ電
流を連続的に流し続け、エミッタの負荷を純抵抗負荷に
することができる。しかしながら、蓄積電荷はある程度
の割合で破壊されていき、持続的にエミッタ電流を流す
ことはできない。
The second problem is the problem of the reading method. When the emitter current of the sensor transistor 301 flows, the holes accumulated in the base disappear as a recombination current or an emitter inflow current. Is. If the charge stored in the base is completely non-destructive, the emitter current can be kept flowing continuously, and the load on the emitter can be a pure resistance load. However, the accumulated charges are destroyed at a certain rate, and the emitter current cannot flow continuously.

【0011】そのため、図9のように、センサートラン
ジスタ301のエミッタに容量CT306を結線し、光
電変換信号を一度容量CTに転送した後、出力を読み取
っている。原理的にこの転送容量は不可避なもので、配
線容量等の影響から逃げようとすると、上述の転送容量
は大きなものにならざるを得ない。転送容量自体は、各
センサに付随するので、センサの素子数と同数以上の転
送容量が必要になる。センサ面積が縮少しても、配線容
量と転送容量の比の関係から、転送容量を小さくするこ
とはできず、センサ・アレイより転送容量アレイの方が
大面積を占める場合がある。このことはチップ面積の増
大を意味し、コスト的に更に不利な要件として上乗せさ
れる。
Therefore, as shown in FIG. 9, the capacitance CT 306 is connected to the emitter of the sensor transistor 301, the photoelectric conversion signal is once transferred to the capacitance CT, and then the output is read. In principle, this transfer capacity is unavoidable, and in order to escape from the influence of the wiring capacity, the above-mentioned transfer capacity must be large. Since the transfer capacity itself is associated with each sensor, the transfer capacity equal to or more than the number of elements of the sensor is required. Even if the sensor area is reduced, the transfer capacity cannot be reduced due to the relationship between the wiring capacity and the transfer capacity, and the transfer capacity array may occupy a larger area than the sensor array. This means an increase in the chip area, which is added as a cost disadvantage.

【0012】このようにして、本発明に係る第1の発明
の目的は、エピタキシャル層や付加的な拡散層を必要と
せず、公知の技術であるCMOS製造工程を使用するこ
とによって、信号増幅機構を備えた撮像素子の構成を可
能にすることである。
As described above, the first object of the present invention is to provide a signal amplification mechanism by using a well-known CMOS manufacturing process without using an epitaxial layer or an additional diffusion layer. Is to enable the configuration of an image pickup device including.

【0013】また第2の目的は、センサ素子を、光によ
って生じた信号電荷に対して完全非破壊読み出しを可能
にすることで、転送用の容量を必要とせず純抵抗読み出
しを可能とするものである。
A second object is to enable the sensor element to perform a complete nondestructive read-out for the signal charge generated by light, thereby enabling a pure resistance read-out without requiring a transfer capacitance. Is.

【0014】また第3の目的は、埋め込み層を用いず、
表面電位の制御のみによって、光で発生したキャリアを
特定拡散層に集めることを可能としたものである。
A third object is to use no buried layer,
Only by controlling the surface potential, carriers generated by light can be collected in the specific diffusion layer.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本出願に係る第1の発明
は、上記目的を達成するため、所定導電型の拡散層に対
し、別の場所に設置した第1MOS型トランジスタのゲ
ート電極に金属配線で直結させ、該拡散層とゲート電極
をフローティング状態にし、上述の拡散層及びゲート電
極の電位に従ったMOSトランジスタのソースの電位を
出力として読み取ることを特徴とするゲート蓄積型撮像
素子を含む光電変換装置である。また、構成の一要素と
して、該拡散層とゲート電極に蓄積された電荷をリセッ
トする第2MOSトランジスタを配置し一定時間内に繰
返し光信号の読み取りができるような機構を持つ。
In order to achieve the above-mentioned object, a first invention according to the present application is such that a metal is used for a gate electrode of a first MOS type transistor installed at a different location with respect to a diffusion layer of a predetermined conductivity type. A gate storage type image pickup device characterized in that the potential of the source of the MOS transistor according to the potentials of the diffusion layer and the gate electrode is read as an output by directly connecting the wiring to make the diffusion layer and the gate electrode in a floating state It is a photoelectric conversion device. In addition, as a component of the configuration, a second MOS transistor that resets the charges accumulated in the diffusion layer and the gate electrode is arranged, and a mechanism is provided so that an optical signal can be repeatedly read within a fixed time.

【0016】また、第2の発明は、半導体基体と、該半
導体基体中に該半導体基体導電型と逆導電型のウエル
と、該半導体基体中に該半導体基体と逆導電型のソース
を有する第2MOSトランジスタと、ウエル中に該ウエ
ルと逆導電型のソースを有する第1MOSトランジスタ
と、半導体基板上に酸化膜を介したポテンシャル制御電
極とを具備し、ポテンシャル制御電極と半導体基体間に
生じた光反応空乏層の電荷を第2MOSトランジスタの
ソースと第1MOSトランジスタのゲートの金属配線部
分に転送し第1MOSトランジスタのソースから出力し
たことを特徴とする。
The second invention has a semiconductor substrate, a well of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate in the semiconductor substrate, and a source of conductivity type opposite to the semiconductor substrate in the semiconductor substrate. 2MOS transistors, a first MOS transistor having a source having a conductivity type opposite to that of the well in the well, and a potential control electrode via an oxide film on the semiconductor substrate, and light generated between the potential control electrode and the semiconductor substrate. The charge of the reaction depletion layer is transferred to the source of the second MOS transistor and the metal wiring portion of the gate of the first MOS transistor and output from the source of the first MOS transistor.

【0017】[0017]

【作用】上記第1の発明による構成により出力信号は、
前記MOSトランジスタのソース電位として出力され、
完全非破壊読み出し、及びそれに従い持続的なソース電
流を保持する作用が可能となる。
With the structure according to the first aspect of the invention, the output signal is
Is output as the source potential of the MOS transistor,
A complete non-destructive read-out and, accordingly, an action of holding a persistent source current is possible.

【0018】また、出力素子及びリセット素子をMOS
型トランジスタとすることで、バイポーラトランジスタ
のように断面方向の深い位置に高濃度の拡散層を必要と
せず、またエピタキシャル層も必要とせず、大幅な工程
省略を可能とする作用がある。
Further, the output element and the reset element are MOS
The use of the type transistor does not require a high-concentration diffusion layer at a deep position in the cross-sectional direction unlike a bipolar transistor and does not require an epitaxial layer, and thus has an effect of enabling significant process omission.

【0019】また、第2の発明の構成により、ゲート電
極に直結された蓄積拡散層の脇にポテンシャルコントロ
ール電極を設けることによって、効率よく光hνによっ
て発生した電荷を回収し、ホトセンサの製造工程を増大
させることなく、センサの感度を向上させる作用があ
る。
Further, according to the structure of the second invention, the potential control electrode is provided beside the storage diffusion layer directly connected to the gate electrode, so that the charges generated by the light hν can be efficiently collected and the photosensor manufacturing process can be performed. It has the effect of improving the sensitivity of the sensor without increasing it.

【0020】[0020]

【実施例】本発明による一実施例を図面を参照しつつ詳
細に説明する。図1(A)は本実施例による断面構造図
で、図1(B)はその等価回路である。まず、101は
シリコン等特定導電型の半導体基体、102は半導体基
体101と反対導電型のウエル、103はウエル102
の中に配置され102と反対導電型の出力MOSトラン
ジスタ123のドレイン、104は同様にウエル102
の中に配置されウエル102と反対導電型の出力MOS
トランジスタ123のソース、105は基体101と反
対導電型のリセットMOSトランジスタ121のドレイ
ン、106は同様に基体101と反対導電型のリセット
MOSトランジスタ121のソース及びキャリア蓄積領
域、107は多結晶シリコン等からなる出力MOSトラ
ンジスタ123のゲート電極、108は同様に多結晶シ
リコン等からなるリセットMOSトランジスタ121の
ゲート電極である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1A is a cross-sectional structure diagram according to this embodiment, and FIG. 1B is an equivalent circuit thereof. First, 101 is a semiconductor substrate of a specific conductivity type such as silicon, 102 is a well of a conductivity type opposite to the semiconductor substrate 101, and 103 is a well 102.
Of the output MOS transistor 123 of the opposite conductivity type to that of the well 102
Output MOS of the conductivity type opposite to that of the well 102 disposed inside
The source of the transistor 123, 105 is the drain of the reset MOS transistor 121 of the opposite conductivity type to the base 101, 106 is the source and carrier accumulation region of the reset MOS transistor 121 of the opposite conductivity type to the base 101, and 107 is made of polycrystalline silicon or the like. Is a gate electrode of the output MOS transistor 123, and 108 is a gate electrode of the reset MOS transistor 121 also made of polycrystalline silicon or the like.

【0021】また、109は多結晶シリコン等からなる
半導体基体101の表面ポテンシャルをコントロールす
るコントロール電極、110は二酸化ケイ素(SiO2)
等からなるフィールド絶縁膜、111は二酸化ケイ素等
による層間絶縁膜、112はアルミニウム(Al)等か
らなるキャリア蓄積領域と出力MOSトランジスタ12
1のゲートを結ぶ金属配線、113はアルミニウム(A
l)等からなる電源配線、114はポテンシャルコント
ロール電極109に制御信号を送る金属配線、115は
ドレインリセット用電界効果(MOS)トランジスタ1
22のゲート電極、116はドレインリセット用電界効
果トランジスタ122のドレイン拡散層である。
Further, 109 is a control electrode for controlling the surface potential of the semiconductor substrate 101 made of polycrystalline silicon or the like, and 110 is silicon dioxide (SiO2).
Etc., a field insulating film 111, an interlayer insulating film made of silicon dioxide, etc. 112, a carrier accumulation region made of aluminum (Al) etc. and the output MOS transistor 12
The metal wiring connecting the gates of 1 and 113 is aluminum (A
l) and the like, a power wiring 114, a metal wiring 114 for sending a control signal to the potential control electrode 109, and a drain reset field effect (MOS) transistor 1
22 is a gate electrode, and 116 is a drain diffusion layer of the drain reset field effect transistor 122.

【0022】図1(B)は、上記断面構成図の等価回路
図である。120は光子を受けてキャリアを蓄積するポ
テンシャルコントロール電極109の下部に配置され、
光電変換の主要部を司るMOSダイオード構造のホトセ
ンサ、121はホトセンサ120の蓄積キャリアをリセ
ットする第2電界効果トランジスタのリセットMOSト
ランジスタ、122は出力MOSトランジスタ123を
導通させる第3MOSトランジスタのドレインリセット
用MOSトランジスタ、123は蓄積キャリアを出力す
る第1電界効果トランジスタの出力MOSトランジスタ
である。従って、金属配線112と出力MOSトランジ
スタ123のゲートライン107とは一致し、電源ライ
ン113とドレインリセット用MOSトランジスタ12
2のドレイン116とも一致する。
FIG. 1B is an equivalent circuit diagram of the cross-sectional configuration diagram. 120 is disposed below the potential control electrode 109 that receives photons and accumulates carriers,
A photosensor having a MOS diode structure that controls the main part of photoelectric conversion, 121 is a reset MOS transistor of a second field effect transistor that resets the accumulated carriers of the photosensor 120, and 122 is a drain reset MOS of a third MOS transistor that makes the output MOS transistor 123 conductive. Transistor 123 is an output MOS transistor of the first field effect transistor that outputs accumulated carriers. Therefore, the metal wiring 112 and the gate line 107 of the output MOS transistor 123 coincide with each other, and the power supply line 113 and the drain resetting MOS transistor 12 are aligned.
It also coincides with the second drain 116.

【0023】次に、上記構成の光電変換装置の動作原
理、及び簡単な製造工程を説明する。
Next, the operation principle of the photoelectric conversion device having the above-mentioned structure and a simple manufacturing process will be described.

【0024】動作原理を考えるにあたり、説明を容易に
するために、半導体基体及び内部の拡散層を以下のよう
に仮定する。すなわち、半導体基体101をn型シリコ
ン単結晶基体、ウエル102をp型ウエル、出力MOS
トランジスタ123のドレイン103及びソース104
をn型拡散層、リセットMOSトランジスタ121のド
レイン105及びソース106をp型拡散層とする。こ
こでソース拡散層106はリセットMOSトランジスタ
のソース領域とフォトダイオードのp領域を兼ねてい
る。
In considering the operation principle, the semiconductor substrate and the internal diffusion layer are assumed as follows in order to facilitate the explanation. That is, the semiconductor substrate 101 is an n-type silicon single crystal substrate, the well 102 is a p-type well, and an output MOS.
The drain 103 and the source 104 of the transistor 123
Is an n-type diffusion layer, and the drain 105 and the source 106 of the reset MOS transistor 121 are p-type diffusion layers. Here, the source diffusion layer 106 also serves as the source region of the reset MOS transistor and the p region of the photodiode.

【0025】図2に、ポテンシャルコントロールゲート
109とリセット用PMOSの拡大図を示す。ここで、
n型半導体基体101に正の電位、例えば一例として5
Vの電位を与え、ポテンシャルコントロールゲート電極
109に0Vの電位を与えた状態を考える。この場合、
図2の中の点線で示した領域に空乏層が広がり、半導体
基体101の縦線の(a)方向に沿って、伝導帯Ecと
価電子帯Evとは図3−(1)左図のようなバンドの曲
がりが生ずる。そうして、この空乏層領域に光hνが入
射されると、図3−(1)左図のように電子−正孔対が
発生し、正孔は半導体基体101の表面側、即ちポテン
シャルコントロール電極109側に集められ、電子は基
体101の下部、即ち図2では下側へ逃げていく。この
時、リセットMOS121のゲート電極108が5Vで
オフ状態にあり、ソース領域106が出力MOSトラン
ジスタ123のゲート電極107とのみ結線されてお
り、ソース領域106がフローティング状態にあったと
する。ソース領域106の初期電位が0V近傍であった
とすると、コントロール電極109の直下の界面ポテン
シャルχS より低いポテンシャルになり、コントロール
電極109直下にある正孔は、リセットMOS121の
ソース領域106に流れ込む。
FIG. 2 shows an enlarged view of the potential control gate 109 and the reset PMOS. here,
A positive potential is applied to the n-type semiconductor substrate 101, for example, 5 as an example.
Consider a state in which a potential of V is applied and a potential of 0V is applied to the potential control gate electrode 109. in this case,
The depletion layer spreads in the region shown by the dotted line in FIG. 2, and along the direction (a) of the vertical line of the semiconductor substrate 101, the conduction band Ec and the valence band Ev are shown in the left diagram of FIG. Such band bending occurs. Then, when the light hν enters the depletion layer region, electron-hole pairs are generated as shown in the left diagram of FIG. 3- (1), and the holes are on the surface side of the semiconductor substrate 101, that is, the potential control. Collected on the side of the electrode 109, the electrons escape to the lower part of the substrate 101, that is, the lower side in FIG. At this time, it is assumed that the gate electrode 108 of the reset MOS 121 is in the off state at 5V, the source region 106 is connected only to the gate electrode 107 of the output MOS transistor 123, and the source region 106 is in the floating state. If the initial potential of the source region 106 is near 0 V, the potential is lower than the interface potential χ S immediately below the control electrode 109, and the holes immediately below the control electrode 109 flow into the source region 106 of the reset MOS 121.

【0026】ここで、ソース領域106と出力MOSの
ゲート電極107はフローティング状態にあるので、流
れ込んだ正孔の電荷によって、フェルミ準位EFと共に
図3−(1)右図の↓のように電位が上昇する。定量的
に考えれば、ソース領域106の電位変化量をΔVS
し、流れ込んだ正孔の電荷量をQP とすると ΔVS = QP /(C1S + C20X ) ………式(1) ここで C1S ;リセットMOSのソース拡散容量 C20X ;出力MOSのゲート容量 である。
Since the source region 106 and the gate electrode 107 of the output MOS are in a floating state, the potential of the Fermi level EF as shown by ↓ in the right diagram of FIG. Rises. Quantitatively, assuming that the amount of change in the potential of the source region 106 is ΔV S and the amount of charge of holes that flowed in is Q P , ΔV S = Q P / (C 1S + C 20X ) ... Equation (1) Here, C 1S is the source diffusion capacitance of the reset MOS, C 20X is the gate capacitance of the output MOS.

【0027】このように、一定量の正孔がソース領域1
06に蓄積されると、図3−(2)右図に示すような、
コントロール電極109下部の界面電位ポテンシャルχ
S とソース106電位が同電位になる。この時点まで
は、コントロール電極109直下の空乏層幅Wは、図3
−(1)、図3−(2)に示すように変化せず、光量h
νに従って効率的に正孔を集め続ける。
As described above, a certain amount of holes are generated in the source region 1.
When stored in 06, as shown in the right figure of FIG. 3- (2),
Interfacial potential χ under control electrode 109
The potentials of S and the source 106 become the same potential. Up to this point, the width W of the depletion layer just below the control electrode 109 is equal to
-(1), the light quantity h does not change as shown in FIG. 3- (2).
Continue to collect holes efficiently according to ν.

【0028】この状態で更に光hνで発生した正孔を集
め続けると、コントロール電極109直下の界面電位ポ
テンシャルχS とソース106電位は同電位を保ちなが
ら、図3−(2)右図の↓に示すように上昇し、正孔は
コントロール電極109直下とソース領域106の双方
に蓄積されていく。この時のコントロール電極109直
下の空乏層は、界面が強反転状態を保持している範囲内
で、空乏層幅は、W→W′に縮んでいく。この時のソー
ス領域の電位変化は ΔVS = QP /(C1S + C20X + C3D ) …… 式(2) ここで C3Dはコントロール電極109直下の空乏層容
量となり、緩やかに電位上昇していく。
When the holes generated by the light hν are further collected in this state, the interface potential χ S immediately below the control electrode 109 and the source 106 potential are kept at the same potential, while ↓ in the right diagram of FIG. 3- (2). As shown in (3), the holes are accumulated in both the region directly below the control electrode 109 and the source region 106. At this time, in the depletion layer immediately below the control electrode 109, the width of the depletion layer shrinks from W to W ′ within the range in which the interface maintains the strong inversion state. The potential change in the source region at this time is ΔV S = Q P / (C 1S + C 20X + C 3D ) .. (2) where C 3D is the depletion layer capacitance directly below the control electrode 109, and the potential rises slowly. I will do it.

【0029】このようにして、一定の蓄積時間経過後、
ポテンシャル関係は図3−(3)に示す状態になってい
る。この状態からコントロール電極109の電位を0V
から基体101と同電位の+5Vまで変化させる。コン
トロール電極109と半導体基体101の仕事関数差を
無視するとコントロール電極109の界面電位ポテンシ
ャルχS も5Vとなり、図3−(3)右図の↓で示すポ
テンシャル上昇が一気に起こる。この結果ポテンシャル
の分布は図3−(4)の状態に変わり、コントロール電
極109直下にあった正孔はソース領域106に流れ込
む。
In this way, after a certain accumulation time,
The potential relationship is in the state shown in Fig. 3- (3). From this state, the potential of the control electrode 109 is 0V
To +5 V, which has the same potential as the base 101. When the work function difference between the control electrode 109 and the semiconductor substrate 101 is ignored, the interface potential χ S of the control electrode 109 also becomes 5 V, and the potential increase shown by ↓ in the right diagram of FIG. As a result, the potential distribution changes to the state of FIG. 3- (4), and the holes just below the control electrode 109 flow into the source region 106.

【0030】ここで、コントロール電極109直下に蓄
積されていた正孔の中で、どの程度の割合の正孔が、ソ
ース領域106に流れ込むかが問題であるが、図1に示
すように、コントロール電極109に電位を与える金属
配線114をソース領域106からなるべく遠い位置に
コンタクト配置すれば、過渡的に水平方向に界面電位ポ
テンシャルχS の電位勾配が生じ、多結晶シリコンと単
結晶シリコンの移動度の差から、コントロール電極10
9側のチャージ移動より単結晶界面の正孔移動の方が速
やかに行なわれ、ほぼ全量の正孔が、ソース領域106
に流れ込む。
Here, of the holes accumulated directly under the control electrode 109, the problem is how much of the holes flow into the source region 106. However, as shown in FIG. If a metal wiring 114 for applying a potential to the electrode 109 is arranged in a position as far as possible from the source region 106, a potential gradient of the interface potential potential χ S is transiently generated in the horizontal direction, and the mobility of polycrystalline silicon and single crystal silicon is increased. From the difference between the control electrode 10
The movement of holes at the single crystal interface is carried out more quickly than the movement of charges on the 9 side, and almost all the holes are transferred to the source region 106.
Flow into.

【0031】その結果、発生した正孔の電位総量QP
対してソース領域106の電位変化は、 ΔVS = QP /(C1S + C20X ) …… 式(3) となり、式(1)と同じ関係が保たれる。
As a result, the potential change in the source region 106 with respect to the total potential Q P of generated holes is ΔV S = Q P / (C 1S + C 20X ) ... Equation (3) The same relationship is maintained.

【0032】このことは、光による発生電荷量QP の大
小にかかわらず、リセットMOSトランジスタ121の
ソース106の電位及び出力MOSトランジスタ123
のゲート107の電位が、容量のみで決まることを意味
する。よって、出力MOS123のゲート107の電位
が極端な屈曲点を持たず、 V2G∝ QP ∝ IL ・tS …… 式(4) ここで、 V2G ; 出力MOS123のゲート107
の電位 IL ; 光強度 tS ; 蓄積時間 という関係が成り立つ。
This means that the potential of the source 106 of the reset MOS transistor 121 and the output MOS transistor 123 are irrespective of the magnitude of the charge Q P generated by light.
It means that the potential of the gate 107 is determined only by the capacitance. Therefore, the potential of the gate 107 of the output MOS 123 does not have an extreme bending point, and V 2G ∝ Q P ∝ I L · t S (Equation (4)) where V 2G ;
Potential I L ; light intensity t S ; storage time.

【0033】このようにして、最後に、リセットMOS
トランジスタ121のゲート電極108に0Vを印加し
て、リセットMOSトランジスタ121をON状態にす
ると、ソース領域106は0V近傍(0.5V〜0.6
V)に電位がもどる(図3−(5))。
Thus, finally, the reset MOS
When 0 V is applied to the gate electrode 108 of the transistor 121 to turn on the reset MOS transistor 121, the source region 106 is near 0 V (0.5 V to 0.6 V).
The potential returns to V) (Fig. 3- (5)).

【0034】この後、コントロール電極109の電位を
0Vにもどし、リセットMOS121のゲート電極10
8に電圧5Vを与えて、再びリセットMOSトランジス
タ121をオフ状態にもどせば、初期状態図3−(1)
が再現されることになる。
After that, the potential of the control electrode 109 is returned to 0 V, and the gate electrode 10 of the reset MOS 121 is reset.
If the reset MOS transistor 121 is returned to the OFF state by applying the voltage 5V to the circuit 8, the initial state shown in FIG.
Will be reproduced.

【0035】ここで、電位の変化を出力M0S123以
外の各動作点に着目すると、次のようになる。図5の各
電極の各1に示すようなタイミングチャートで、光蓄積
期間中のゲート電極107の電位V2Gの変動は、リセッ
トMOS121のソース106と結線されており、リセ
ットMOS121のソース106の電位V1Sと同電位で
ある。よって光起電電流によって電位は変化してゆき、
前述のように、 V2G = V1S = QP /(C1S + C20X ) …… 式(5) の関係が成り立つ。
Here, paying attention to each operating point other than the output M0S123, the change in potential is as follows. In the timing chart shown by each 1 of each electrode in FIG. 5, the fluctuation of the potential V 2G of the gate electrode 107 during the light accumulation period is connected to the source 106 of the reset MOS 121, and the potential of the source 106 of the reset MOS 121 is changed. It has the same potential as V 1S . Therefore, the potential changes due to the photovoltaic current,
As described above, the relationship of V 2G = V 1S = Q P / (C 1S + C 20X ) ... Equation (5) holds.

【0036】この蓄積期間中(ポテンシャルコントロー
ル電極109が低電位期間)、出力MOS123のドレ
インは、出力MOS123と供給電源の間に挿入された
ドレインリセットMOS122が、図5に示すように、
そのドレインリセットMOS122のゲート電極が低電
位のため、オフ状態にあるため、電流は流れない。ポテ
ンシャルコントロール電極109を半導体基板101と
同電位(図中高電位パルス)にして蓄積動作を終了させ
た後、出力MOS123のドレイン側のドレインリセッ
トMOS122のゲート電位を高レベルに移行させ、出
力MOSトランジスタ123をON状態にして出力す
る。この結果、出力MOSトランジスタ123のドレイ
ンには供給電圧近傍の電圧が供給され、出力MOSトラ
ンジスタのゲート電位に従ったドレイン電流が流れる。
During this accumulation period (when the potential control electrode 109 is in the low potential period), the drain of the output MOS 123 is the drain reset MOS 122 inserted between the output MOS 123 and the power supply, as shown in FIG.
Since the gate electrode of the drain reset MOS 122 has a low potential, the drain reset MOS 122 is in an off state, so that no current flows. After the potential control electrode 109 is set to the same potential as the semiconductor substrate 101 (high potential pulse in the figure) to end the storage operation, the gate potential of the drain reset MOS 122 on the drain side of the output MOS 123 is shifted to a high level, and the output MOS transistor 123 is output. Is turned on and output. As a result, a voltage near the supply voltage is supplied to the drain of the output MOS transistor 123, and a drain current according to the gate potential of the output MOS transistor flows.

【0037】ここで、出力MOSトランジスタ123の
ソース104の電位を考えると、負荷に純抵抗負荷、も
しくは容量負荷のどちらを結線しても、ソース・フォロ
ア型の負荷状態になり、出力MOS123のソース10
4の電位は、およそV2G−V2th (ここでV2th は出力
MOS123のしきい値電圧)になる。
Considering the potential of the source 104 of the output MOS transistor 123, no matter whether the load is a pure resistance load or a capacitive load, the source-follower type load state is established, and the source of the output MOS 123 is connected. 10
The potential of 4 becomes approximately V 2G −V 2th (where V 2th is the threshold voltage of the output MOS 123).

【0038】ここで、図1に示すような光電変換装置を
一列にライン上に並べ、ラインセンサアレイとして、出
力を個別に取り出すことを考えると、出力MOSトラン
ジスタ123のソース104は、直接共通出力線に継ぐ
ことができる(図6)。この半導体装置において、読み
出し終了は、ドレインリセットMOS1221、1222
…122nのゲート電極115電位を低電位側に落と
し、出力MOSトランジスタ1231、1232、…12
3nのドレイン電源をオフすると出力MOS123から
電流は流れなくなり、論理回路として、共通出力ライン
のどこか1ケ所にリセットMOS124を接続しておけ
ば、共通出力ライン及び出力MOS123のソース電位
は0V近傍に落とすことができ、安定な動作を保証す
る。出力MOS123のゲート107の電位のリセット
については、この共通出力ラインのリセット後、ゲート
リセットMOS121のゲート電極を低電位にして、タ
イミングをずらして行なえばよい。そうして、図5に示
すように、共通出力ラインリセットMOS124のゲー
ト電極をオンする直前に各素子の正孔の電荷を出力して
おいて、その後リセットMOS124をオンして共通出
力ラインをリセットする。
Here, considering that the photoelectric conversion devices as shown in FIG. 1 are arranged in a line on a line and the outputs are individually taken out as a line sensor array, the source 104 of the output MOS transistor 123 directly outputs a common output. It can be spliced to a line (Fig. 6). In this semiconductor device, the completion of reading is done by drain reset MOSs 1221, 1222.
The potential of the gate electrode 115 of 122n is lowered to the low potential side, and the output MOS transistors 1231, 1232, ...
When the drain power supply of 3n is turned off, the current does not flow from the output MOS 123, and if the reset MOS 124 is connected to one place of the common output line as a logic circuit, the source potentials of the common output line and the output MOS 123 are near 0V. It can be dropped and guarantees stable operation. Regarding resetting of the potential of the gate 107 of the output MOS 123, after resetting the common output line, the gate electrode of the gate reset MOS 121 may be set to a low potential and the timing may be shifted. Then, as shown in FIG. 5, the charge of holes of each element is output immediately before turning on the gate electrode of the common output line reset MOS 124, and then the reset MOS 124 is turned on to reset the common output line. To do.

【0039】以上の動作説明は、ある特定の1bitに
関して、蓄積→読み出し→リセットを時系列的に行なっ
たものだが、蓄積時間が充分長いとすれば、他bitの
読み出し→リセットは蓄積期間中に順次行なっていけば
よい。
In the above description of the operation, with respect to a specific 1 bit, accumulation → reading → reset is performed in time series. However, if the accumulation time is sufficiently long, reading of another bit → reset occurs during the accumulation period. All you have to do is sequentially.

【0040】以上の説明で重要なことは、たとえ共通出
力ラインの負荷が抵抗負荷の場合でも、出力MOS12
3のゲート107に蓄積された正孔による電荷は破壊さ
れず、完全非破壊読み出しができる点である。この出力
MOS123の部分にバイポーラトランジスタを置き変
えた場合には、出力MOS123のゲート107に相当
するベースに蓄積された正孔がエミッタに注入される
か、もしくは再結合電流として部分的には消失してしま
う。よって、バイポーラトランジスタの場合は負荷が容
量負荷にならざるを得ず、読み出し回路に大きな制約を
強いていた。
What is important in the above description is that even if the load on the common output line is a resistive load, the output MOS 12
The charge due to the holes accumulated in the gate 107 of No. 3 is not destroyed, and complete nondestructive readout is possible. When a bipolar transistor is replaced in the output MOS 123 portion, holes accumulated in the base corresponding to the gate 107 of the output MOS 123 are injected into the emitter or partially disappear as a recombination current. Will end up. Therefore, in the case of a bipolar transistor, the load must be a capacitive load, which imposes a large restriction on the read circuit.

【0041】以上、説明したように各端子の電位関係か
ら出力MOS123のソース端子104が出力端子にな
ることが理解できる。更に、配線容量等、寄生容量によ
る出力低下も、完全非破壊読み出しによって容量分割さ
れにくく、最小限のものに押さえることができる。
As described above, it can be understood that the source terminal 104 of the output MOS 123 becomes the output terminal from the potential relationship of each terminal as described above. Further, the output reduction due to the parasitic capacitance such as the wiring capacitance is hardly divided by the complete nondestructive reading, and can be suppressed to the minimum.

【0042】以下に、本発明を用いた一実施例の製作工
程について、図4を参照しつつ簡単に説明する。
The manufacturing process of one embodiment using the present invention will be briefly described below with reference to FIG.

【0043】最初は、n型半導体基体101の濃度選択
だが、これは重要なパラメータである。コントロール電
極109直下の空乏層の広がりは、基体濃度とゲート酸
化膜の膜厚によって決まる。一例として、ファクシミリ
等に使用されている光源波長550nmの定波長型ライ
ンセンサに必要な空乏層幅は以下のようになる。シリコ
ンの波長550nmの光に対する吸収係数は a=6.
9×103 cm-1 である。よって、4μmの幅で入射
した95%の光がシリコン中に吸収される。これを目安
にすると、空乏層が4μm以上広がるように基板濃度を
選択してやればよい。
Initially, the concentration of the n-type semiconductor substrate 101 is selected, but this is an important parameter. The spread of the depletion layer immediately below the control electrode 109 is determined by the substrate concentration and the thickness of the gate oxide film. As an example, the depletion layer width required for a constant wavelength type line sensor having a light source wavelength of 550 nm used in a facsimile or the like is as follows. The absorption coefficient of silicon for light with a wavelength of 550 nm is a = 6.
It is 9 × 10 3 cm −1 . Therefore, 95% of the light incident with a width of 4 μm is absorbed in silicon. Using this as a guide, the substrate concentration may be selected so that the depletion layer spreads by 4 μm or more.

【0044】図3−(1)のような強空乏状態(非平
衡)では、ゲート酸化膜110を300 と仮定して、
半導体基体101の濃度が3〜4×1014cm-1以内な
ら、4μm以上の空乏層が、図2の点線で示すように、
コントロール電極109直下に形成することが確かめら
れている。エッチングはドライエッチング法を用い、反
応ガスには、塩素(Cl2)、二フッ化メタン、六フッ
化イオウ(SF6)を用いている。
In the strong depletion state (non-equilibrium) as shown in FIG. 3- (1), assuming that the gate oxide film 110 is 300,
If the concentration of the semiconductor substrate 101 is within 3 to 4 × 10 14 cm −1 , a depletion layer of 4 μm or more, as shown by the dotted line in FIG.
It is confirmed to be formed immediately below the control electrode 109. Dry etching is used for etching, and chlorine (Cl 2 ), methane difluoride, and sulfur hexafluoride (SF 6 ) are used as reaction gases.

【0045】次に、ウエル102をイオン注入又は拡散
法にて作成し(図4の(a))、n型MOSトランジス
タのソース104及びドレイン103をイオン−インプ
ランテーション法によって形成する。砒素(As)を7
×1015/cm2 のドーズ量で打ち込む。更に、p型M
OSトランジスタのソース106及びドレイン105を
イオン−インプランテーション法によって形成する。二
フッ化ボロンを1×1015/cm2 のドーズ量で打ち込
む(図4の(b))。
Next, the well 102 is formed by ion implantation or diffusion (FIG. 4A), and the source 104 and drain 103 of the n-type MOS transistor are formed by ion-implantation. Arsenic (As) 7
Implant with a dose amount of × 10 15 / cm 2 . Furthermore, p-type M
The source 106 and the drain 105 of the OS transistor are formed by an ion-implantation method. Boron difluoride is implanted at a dose of 1 × 10 15 / cm 2 ((b) in FIG. 4).

【0046】次に、層間絶縁膜111を常圧DVD法に
よって7000 堆積させ、950℃の温度で10分の
熱処理を施す。次にフォトリソグラフィー法を用いてコ
ンタクトホールを開口する。エッチングはドライエッチ
ング法を用い、反応ガスには、四フッ化炭素と三フッ化
メタンを使用している。更にアルミニウムを8000堆
積させ、フォトリソグラフィー法によってアルミニウム
配線112、113、114を形成する(図4の
(c))。
Next, an interlayer insulating film 111 is deposited 7000 by the atmospheric pressure DVD method, and a heat treatment is performed at a temperature of 950 ° C. for 10 minutes. Next, a contact hole is opened using a photolithography method. Dry etching is used for etching, and carbon tetrafluoride and methane trifluoride are used as reaction gases. Further, aluminum is deposited 8000, and aluminum wirings 112, 113 and 114 are formed by the photolithography method ((c) of FIG. 4).

【0047】以上の工程によって、図1に示すような断
面構造を持つ素子が形成される。上述したような素子の
駆動回路を同一基体101内に形成する場合、CMOS
回路で形成するならば、全く付加工程なしに、受光素子
と駆動回路を同一工程で形成できる。
Through the above steps, an element having a sectional structure as shown in FIG. 1 is formed. When a drive circuit for the above-mentioned elements is formed in the same substrate 101, a CMOS
If it is formed by a circuit, the light receiving element and the drive circuit can be formed in the same step without any additional step.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
MOSトランジスタのゲート部分に電荷を蓄積すること
により、完全非破壊の読み出しが可能となり、転送容量
を用いることなく読み出しができるので、素子のチップ
サイズを縮少でき、安価なセンサを提供できる。
As described above, according to the present invention,
By accumulating charges in the gate portion of the MOS transistor, it becomes possible to perform non-destructive reading and read without using the transfer capacitance, so that the chip size of the element can be reduced and an inexpensive sensor can be provided.

【0049】また、バイポーラ素子と比較して、エピタ
キシャル層等の高価な工程を必要とせず、先行技術であ
るBASIS素子と比較して30%程度コストダウンが
可能である。
Further, as compared with the bipolar element, an expensive process such as an epitaxial layer is not required, and the cost can be reduced by about 30% as compared with the BASIS element which is the prior art.

【0050】また本発明を用いれば、蓄積、読み出し、
リセットの各動作を各電極の電位コントロールでできる
ので、一列にユニットを並べた場合、各ユニット間の動
作を時系列で行なえば、ラインセンサとして使用でき
る。
Further, according to the present invention, accumulation, reading,
Since each reset operation can be performed by controlling the potential of each electrode, the units can be used as a line sensor when the units are arranged in a line and the operations between the units are performed in time series.

【0051】また本発明を用いれば、センサ部分を公知
の技術であるCMOSトランジスタの製作工程によって
作製できるので、何らの工程付加をすることなく、駆動
用論理回路を同一基体内に構成することができる。
Further, according to the present invention, since the sensor portion can be manufactured by the well-known process of manufacturing the CMOS transistor, the driving logic circuit can be formed in the same substrate without adding any process. it can.

【0052】また本発明によれば、読み出し用のMOS
トランジスタに、同一サイズでコンダクタンスの高いn
型MOSトランジスタを選択することが可能となる。
Further, according to the present invention, a read MOS
N transistors with the same size and high conductance
It becomes possible to select the type MOS transistor.

【0053】また本発明によれば、面積縮少のために蓄
積用の拡散層と、リセットMOSトランジスタのソース
を共通領域とすることも可能である。
Further, according to the present invention, it is possible to use the diffusion layer for accumulation and the source of the reset MOS transistor as a common region because of the area reduction.

【0054】また本発明によれば、汎用性のある正電位
電源で駆動するために、n型シリコン基体を用い、リセ
ット用のMOSトランジスタにpチャネルタイプを用い
ることが可能である。
Further, according to the present invention, it is possible to use an n-type silicon substrate and to use a p-channel type MOS transistor for reset in order to drive it with a versatile positive potential power source.

【0055】また本発明によれば、MOSダイオード構
造のポテンシャル制御電極を設置することで、埋め込み
層等を用いることなく、550nmの波長の光で、90
%以上の正孔を拡散層に回収することが可能になる。
Further, according to the present invention, by providing the potential control electrode having the MOS diode structure, the light having a wavelength of 550 nm can be emitted at 90% without using a buried layer or the like.
% Or more holes can be collected in the diffusion layer.

【0056】また本発明によれば、ポテンシャル制御電
極はゲート電極と同時形成でき、全くコストを上昇させ
ずに形成可能である。
Further, according to the present invention, the potential control electrode can be formed simultaneously with the gate electrode, and can be formed without increasing the cost at all.

【0057】また本発明によれば、多結晶シリコンと単
結晶シリコンの移動量の違いから、単にポテンシャル制
御電極の金属結線を蓄積拡散層の逆側に配置するだけ
で、過渡的に集積電荷に対するポテンシャル傾向を付け
ることが可能で効率よく正孔を蓄積することができる。
Further, according to the present invention, due to the difference in the amount of movement between polycrystalline silicon and single crystal silicon, simply arranging the metal connection of the potential control electrode on the opposite side of the storage diffusion layer transiently affects the integrated charge. A potential tendency can be given and holes can be efficiently accumulated.

【0058】また本発明によれば、安価なセンサが求め
られているファクシミリの読み取りリーダーに最適で、
ファクシミリのロー・コスト化に役立つ。
Further, according to the present invention, it is suitable for a reading reader of a facsimile in which an inexpensive sensor is required,
Useful for low cost facsimile.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例による光電変換素子の構造断
面図及び等価回路図である。
FIG. 1 is a structural cross-sectional view and an equivalent circuit diagram of a photoelectric conversion element according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明による図1の内の一部拡大断面図であ
る。
FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of FIG. 1 according to the present invention.

【図3】本発明による実施例の動作を説明する各動作時
のポテンシャルバンド図である。
FIG. 3 is a potential band diagram during each operation for explaining the operation of the embodiment according to the present invention.

【図4】本発明の一実施例の製作工程毎の断面図であ
る。
FIG. 4 is a sectional view of each manufacturing process according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明による実施例の動作を説明するタイミン
グチャートである。
FIG. 5 is a timing chart explaining the operation of the embodiment according to the present invention.

【図6】本発明による実施例による応用例の回路図であ
る。
FIG. 6 is a circuit diagram of an application example according to an embodiment of the present invention.

【図7】先行技術におけるMOSタイプのラインセンサ
概念図である。
FIG. 7 is a conceptual diagram of a MOS type line sensor in the prior art.

【図8】先行技術におけるべース蓄積型撮像素子の構造
断面図である。
FIG. 8 is a structural cross-sectional view of a base storage type image pickup device in the prior art.

【図9】先行技術におけるベース蓄積型撮像素子の読み
出し回路の等価回路図である。
FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of a read circuit of a base storage type image pickup device in the prior art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 半導体基体 102 ウエル 103 出力MOSトランジスタのドレイン 104 出力MOSトランジスタのソース 105 リセットMOSトランジスタのドレイン 106 リセットMOSトランジスタのソース 107 出力MOSトランジスタのゲート電極 108 リセットMOSトランジスタのゲート電極 109 ポテンシャルコントロール電極 110 フィールド酸化膜 111 層間絶縁膜 112、113、114 アルミニウム等金属配線 120 光電変換素子 121 リセットMOSトランジスタ 122 ドレインリセットMOSトランジスタ 123 出力MOSトランジスタ 201 シリコン基体 202 埋込み層 203 シリコンエピタキシャル層 204 深い拡散層 205 拡散層(ベース領域) 206 拡散層(エミッタ領域) 207 拡散層(リセットMOSトランジスタのソース
及びドレイン) 208 リセット用MOSトランジスタのゲート電極 209 フィールド酸化膜 210 層間絶縁膜 211 金属配線
101 semiconductor substrate 102 well 103 drain of output MOS transistor 104 source of output MOS transistor 105 drain of reset MOS transistor 106 source of reset MOS transistor 107 gate electrode of output MOS transistor 108 gate electrode of reset MOS transistor 109 potential control electrode 110 field oxidation Film 111 Interlayer insulating film 112, 113, 114 Metal wiring such as aluminum 120 Photoelectric conversion element 121 Reset MOS transistor 122 Drain reset MOS transistor 123 Output MOS transistor 201 Silicon substrate 202 Buried layer 203 Silicon epitaxial layer 204 Deep diffusion layer 205 Diffusion layer (base) Region) 206 diffusion layer (emitter region) 2 7 diffusion layer (reset MOS transistor source and drain) of 208 gate electrode 209 a field oxide film of the reset MOS transistor 210 interlayer insulating film 211 metal wires

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基体中に該半導体基体の導電型と
は逆導電型の拡散層を有し、該拡散層と前記半導体基体
上に配置された第1電界効果型トランジスタのゲート電
極が金属配線された構造を持ち、前記半導体基体中で光
によって発生した正孔もしくは電子の電荷を前記拡散層
及び前記ゲート電極の結線された領域に蓄積し、蓄積行
為によって生じる、前記第1電界効果型トランジスタの
ゲート電極の電位の変化に応じて変化するソース電位を
出力とし、かつ蓄積された電荷を前記第1電界効果トラ
ンジスタとは別の第2電界効果トランジスタにおいて放
電する機構を具備することを特徴とする光電変換装置。
1. A semiconductor substrate has a diffusion layer of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate, and the diffusion layer and a gate electrode of a first field effect transistor arranged on the semiconductor substrate are metal. The first field-effect type device having a wired structure, storing charges of holes or electrons generated by light in the semiconductor substrate in a connected region of the diffusion layer and the gate electrode, and causing the accumulation action. A source electric potential that changes according to a change in the electric potential of the gate electrode of the transistor is output, and a mechanism for discharging the accumulated charge in a second field effect transistor different from the first field effect transistor is provided. And a photoelectric conversion device.
【請求項2】 請求項1記載の光電変換装置が、同一半
導体基体内に複数個配置されたことを特徴とするライン
センサアレイ。
2. A line sensor array comprising a plurality of photoelectric conversion devices according to claim 1 arranged in the same semiconductor substrate.
【請求項3】 請求項2記載のラインセンサアレイに加
えて、同一半導体基体内に、該ラインセンサアレイを駆
動する論理回路を組み込んだことを特徴とする半導体装
置。
3. A semiconductor device in which, in addition to the line sensor array according to claim 2, a logic circuit for driving the line sensor array is incorporated in the same semiconductor substrate.
【請求項4】 請求項3記載の半導体装置を、原稿を読
み取る画像読み取り用センサとして用いたことを特徴と
するファクシミリ装置。
4. A facsimile apparatus, wherein the semiconductor device according to claim 3 is used as an image reading sensor for reading a document.
【請求項5】 請求項1記載の光電変換装置において、
電荷を蓄積するゲートを有する読み出し用の前記第1電
界効果型トランジスタをn型MOSトランジスタで構成
したことを特徴とする光電変換装置。
5. The photoelectric conversion device according to claim 1,
A photoelectric conversion device, wherein the first field-effect transistor for reading having a gate for accumulating charges is composed of an n-type MOS transistor.
【請求項6】 請求項1記載の光電変換装置において、
前記拡散層と前記第2電界効果型トランジスタのソース
領域とを、同一の拡散層で構成したことを特徴とする光
電変換装置。
6. The photoelectric conversion device according to claim 1,
The photoelectric conversion device, wherein the diffusion layer and the source region of the second field effect transistor are formed of the same diffusion layer.
【請求項7】 請求項1記載の光電変換装置において、
前記半導体基体をn型シリコン基体とし、前記第2電界
効果型トランジスタをp型MOSトランジスタで構成し
たことを特徴とする光電変換装置。
7. The photoelectric conversion device according to claim 1,
A photoelectric conversion device, wherein the semiconductor substrate is an n-type silicon substrate, and the second field effect transistor is a p-type MOS transistor.
【請求項8】 請求項1記載の光電変換装置において、
前記第1電界効果型トランジスタのゲート電極に金属配
線された前記拡散層に隣接する領域に、MOSダイオー
ド構造で構成された半導体表面のポテンシャル制御機構
を具備し、光で発生した正孔もしくは電子の一方を前記
拡散層へ蓄積させることを特徴とする光電変換装置。
8. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein
A potential control mechanism of a semiconductor surface having a MOS diode structure is provided in a region adjacent to the diffusion layer, which is metal-wired to the gate electrode of the first field effect transistor, to prevent holes or electrons generated by light. A photoelectric conversion device, characterized in that one is accumulated in the diffusion layer.
【請求項9】 請求項7記載の光電変換装置において、
前記ポテンシャル制御する電極領域の金属配線部分を、
前記拡散層を基準に前記第1電界効果トランジスタのゲ
ート電極の逆の位置に配置したことを特徴とする光電変
換装置。
9. The photoelectric conversion device according to claim 7,
The metal wiring portion of the electrode region for controlling the potential,
A photoelectric conversion device, wherein the photoelectric conversion device is arranged at a position opposite to a gate electrode of the first field effect transistor with reference to the diffusion layer.
【請求項10】 半導体基体中に該半導体基体の導電型
とは逆導電型の拡散層を有し、該拡散層と前記半導体基
体上に配置された第1電界効果型トランジスタのゲート
電極が金属配線された構造を持ち、前記拡散層に隣接す
る領域にMOSダイオード構造で構成された半導体表面
のポテンシャル制御機構を具備し、前記半導体基体中で
光によって発生した正孔もしくは電子の電荷を前記拡散
層及び前記ゲート電極の金属配線された領域に蓄積し、
該蓄積した電荷を前記第1電界効果型トランジスタのソ
ースから出力する光電変換装置の製造方法において、 前記ポテンシャル制御する電極部分を前記第1電界効果
トランジスタのゲート電極と同一工程で形成することを
特徴とする光電変換装置の製造方法。
10. The semiconductor substrate has a diffusion layer of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate, and the diffusion layer and the gate electrode of the first field effect transistor arranged on the semiconductor substrate are metal. A semiconductor surface potential control mechanism having a MOS diode structure is provided in a region adjacent to the diffusion layer, which has a wired structure, and diffuses holes or electron charges generated by light in the semiconductor substrate. Accumulating in the metallized area of the layer and the gate electrode,
In the method of manufacturing a photoelectric conversion device in which the accumulated charges are output from the source of the first field effect transistor, the electrode part for controlling the potential is formed in the same step as the gate electrode of the first field effect transistor. And a method for manufacturing a photoelectric conversion device.
【請求項11】 半導体基体と、該半導体基体中に該半
導体基体導電型と逆導電型のウエルと、該半導体基体中
に該半導体基体と逆導電型のソースを有する第2MOS
トランジスタと、前記ウエル中に該ウエルと逆導電型の
ソースを有する第1MOSトランジスタと、前記半導体
基板上に酸化膜を介したポテンシャル電極とを具備し、
前記ポテンシャル電極と前記半導体基体間に生じた光反
応空乏層の電荷を前記第2MOSトランジスタのソース
と前記第1MOSトランジスタのゲートの金属配線部分
に転送し前記第1MOSトランジスタのソースから出力
したことを特徴とする光電変換装置。
11. A second MOS having a semiconductor substrate, a well of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate in the semiconductor substrate, and a source of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate in the semiconductor substrate.
A first MOS transistor having a source of a conductivity type opposite to that of the well, and a potential electrode on the semiconductor substrate via an oxide film,
The charge of the photoreaction depletion layer generated between the potential electrode and the semiconductor substrate is transferred to the metal wiring portion of the source of the second MOS transistor and the gate of the first MOS transistor and output from the source of the first MOS transistor. And a photoelectric conversion device.
【請求項12】 前記第2MOSトランジスタは前記光
反応空乏層の電荷を放電する制御信号を供給されるゲー
ト電極を備えたことを特徴とする請求項11記載の光電
変換装置。
12. The photoelectric conversion device according to claim 11, wherein the second MOS transistor includes a gate electrode supplied with a control signal for discharging the charge of the photoreaction depletion layer.
【請求項13】 前記第1MOSトランジスタのドレイ
ンに接続され前記ウエル内に前記第1MOSトランジス
タのドレインと同一導電型の第3MOSトランジスタを
設けたことを特徴とする請求項11記載の光電変換装
置。
13. The photoelectric conversion device according to claim 11, wherein a third MOS transistor connected to the drain of the first MOS transistor and having the same conductivity type as the drain of the first MOS transistor is provided in the well.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2775541A1 (en) * 1998-02-28 1999-09-03 Hyundai Electronics Ind CMOS IMAGE DETECTOR, PHOTODIODE FOR SUCH A DETECTOR, AND METHODS FOR MANUFACTURING THE SAME AND PHOTODIODE
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