JPS59108471A - Solid-state image pickup device - Google Patents

Solid-state image pickup device

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JPS59108471A
JPS59108471A JP57218925A JP21892582A JPS59108471A JP S59108471 A JPS59108471 A JP S59108471A JP 57218925 A JP57218925 A JP 57218925A JP 21892582 A JP21892582 A JP 21892582A JP S59108471 A JPS59108471 A JP S59108471A
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region
layer
gate
channel region
cell
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JP57218925A
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Junichi Nishizawa
潤一 西澤
Naoshige Tamamushi
玉蟲 尚茂
Tetsuo Sen
哲夫 笘
Akio Azuma
昭男 東
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Fujifilm Holdings Corp
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Fuji Photo Film Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01L27/14679Junction field effect transistor [JFET] imagers; static induction transistor [SIT] imagers

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PURPOSE:To increase the degree of circuit integration by forming a layer on which a channel region is formed by a semiconductor the same type as the layer formed with a gate region and a layer with lower impurity density than that of the gate region. CONSTITUTION:A channel region 112 made of a p<-> layer is formed on an n<+> substrate 110 and a pair of p<+> gate regions 114 are formed on the upper face of the region. A source region 116 is provided between the gate regions 114 and a cell corresponding to one picture element is formed by the combination of the source region 116 and the gate region 114. A readout address circuit 130 is connected respectively to one set of gate electrodes 124, and a readout pulse is applied sequentially to each cell. Further, the source electrode 122 is connected to the drain of a switching transistor 140, which is driven by a pulse voltage from a video line selecting circuit 132 so as to perform the readout of each cell.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、固体撮像装置にかかり、特にSITすなわち
静電誘導型トランジスタを使用する固体撮像装置の改良
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to solid-state imaging devices, and more particularly to improvements in solid-state imaging devices using SIT, that is, static induction transistors.

SITを使用する固体撮像装置は、出発技術として特許
出願公開昭和55年第15229号公報にもっても基本
的な装置が開示されており、更に、この装置のより具体
化されたもの、また改良されたものが特許願昭和56年
第204656号、同昭和57年第157693号とし
て提案されている。
A basic solid-state imaging device using SIT is disclosed in Patent Application Publication No. 15229 of 1980 as a starting technology, and furthermore, more specific and improved versions of this device are disclosed. This has been proposed as patent application No. 204656 of 1982 and patent application No. 157693 of 1988.

SITは、基本的な構成はJ−FET(接合型電界効果
トランジスタ)と同様であるが、チャンネル部分を構成
する半導体層の不純物密度が低いという特長を有してい
る。例えば一般的なJ−FETにおいては、チャンネル
領域の不純物密度が10 ないし1017cm−3であ
るのに対し、SITでは1012ないし1015cm−
6程度である。
Although the basic structure of SIT is similar to that of J-FET (junction field effect transistor), it has a feature that the impurity density of the semiconductor layer forming the channel portion is low. For example, in a typical J-FET, the impurity density in the channel region is 10 to 1017 cm-3, whereas in SIT it is 1012 to 1015 cm-3.
It is about 6.

このだめ、チャンネル領域に形成される空乏層は、何ら
外部から電圧を印加しない熱平衡の状態においても、広
い範囲に形成され、更にはチャンネルの長さが短いとい
う特長を有する。
Therefore, the depletion layer formed in the channel region is formed over a wide range even in a state of thermal equilibrium where no voltage is applied from the outside, and furthermore, the channel region has a short length.

以上のような通常のJ−FETと異なる特長に基因して
、熱平衡状態あるいはダートをわずかに逆バイアスした
状態でチャンネルがピンチオフ状態と々す、ソース電極
の直前に電位障壁が出現し、これによってソース電極か
らドレイン電極に流れる電流を構成するキャリアの移動
量の制御を行うことができる。すなわち、ドレイン電流
は、該電位障壁を越えてドレイン電極に到達するキャリ
アの量によって決定される。
Due to the above-mentioned features that are different from ordinary J-FETs, the channel reaches a pinch-off state in a state of thermal equilibrium or with a slight reverse bias, and a potential barrier appears just before the source electrode. The amount of movement of carriers constituting the current flowing from the source electrode to the drain electrode can be controlled. That is, the drain current is determined by the amount of carriers that cross the potential barrier and reach the drain electrode.

他方、前述した電位障壁の程度は、ドレイン電極に印加
(ソース電極を基準とする)されるドレイン電圧によっ
ても変化する。すなわち、ドレイン電圧が印加されるこ
とによって、静電 −誘導が生じ、まだチャンネル領域
の不純物密度が低いために電位障壁の高さが変化し、更
には、電位障壁のピーク点(以下「真のケ゛−ト」とい
う)が移動する。例えば、チャンネルがn−の半導体に
よって形成され、正のドレイン電圧が印加されると、電
位障壁のポテンシャルが低下するとともに真のケ゛−ト
の位置は、ソース電極の方向に移動する。
On the other hand, the degree of the potential barrier described above also changes depending on the drain voltage applied to the drain electrode (with the source electrode as a reference). That is, by applying a drain voltage, electrostatic induction occurs, and since the impurity density in the channel region is still low, the height of the potential barrier changes, and furthermore, the peak point of the potential barrier (hereinafter referred to as "true ``Kate'') moves. For example, when the channel is formed of an n- semiconductor and a positive drain voltage is applied, the potential of the potential barrier decreases and the true position of the channel moves toward the source electrode.

更に電位障壁の程度は、チャンネル領域に入射する光に
よって形成される電子−正孔対の蓄積によっても変化す
る。すなわち、チャンネル領域の空位層付近で生成され
た電子、正孔は、電位障壁に沿って移動して分離され、
ダート領域に蓄積される。このため、電位障壁のポテン
シャルが変化する。この変化の程度は、入射する光量に
対応する。従って、適当なドレイン電圧を印加すること
によって流れるドレイン電流ないしソース電流は、入射
光量に対応する大きさとなる。
Additionally, the extent of the potential barrier changes due to the accumulation of electron-hole pairs formed by light incident on the channel region. In other words, electrons and holes generated near the vacant layer in the channel region move along the potential barrier and are separated.
Accumulates in the dirt area. Therefore, the potential of the potential barrier changes. The degree of this change corresponds to the amount of incident light. Therefore, by applying an appropriate drain voltage, the drain current or source current that flows has a magnitude corresponding to the amount of incident light.

以上のように電位障壁の程度は、ゲート電圧、ドレイン
電圧あるいは、光の入射によって変化する。従って、例
えば、光が入射してもチャンネルがOFFの状態を維持
するようにバイアス電圧を印加して入射光によるキャリ
アを蓄積し、更に、適当な読出し用の電圧を印加すれば
、非破壊すなわちキャリアの蓄積状態を何ら破壊するこ
となく画像情報すなわち入射光の程度を読み出すことが
可能となる。このような原理に基づいて固体撮像装置を
構成することができる。
As described above, the degree of the potential barrier changes depending on the gate voltage, drain voltage, or incidence of light. Therefore, for example, if a bias voltage is applied to keep the channel in an OFF state even when light is incident, carriers caused by the incident light are accumulated, and then an appropriate readout voltage is applied, non-destructive or non-destructive It becomes possible to read image information, ie, the degree of incident light, without destroying the accumulated state of carriers. A solid-state imaging device can be configured based on such a principle.

更に電位障壁の程度は、寸法精度によっても大きく変化
する。SITにおいては、ソース領域とケゝ−ト領域あ
るいはチャンネル領域の間の拡散電位によって電位障壁
が生じる。すなわち、各領域の境界条件で電位分布が主
として決定される。従って、各領域の配置あるいは寸法
の状態に対して特性が非常に敏感である。
Furthermore, the degree of potential barrier varies greatly depending on dimensional accuracy. In SIT, a potential barrier is created by the diffusion potential between the source region and the gate or channel region. That is, the potential distribution is mainly determined by the boundary conditions of each region. Therefore, the characteristics are very sensitive to the arrangement or size of each region.

このため、セル1個当りの大きさすなわち占有面積を小
さくして集積度の向上を図ることが困難であるとされて
いる。
For this reason, it is said to be difficult to improve the degree of integration by reducing the size of each cell, that is, the occupied area.

本発明は、かかる点にかんがみてなされたもので、マス
ク合せ、エツチング、ドーピングなどの製造工程におい
て寸法のバラツキとして現われるプロセス変動に対して
十分なる許容度を有し、更には集積度の向上を図ること
ができる固体撮像装置を提供することをその目的とする
The present invention has been developed in view of these points, and has sufficient tolerance for process variations that appear as dimensional variations in manufacturing processes such as mask alignment, etching, and doping, and further improves the degree of integration. The purpose is to provide a solid-state imaging device that can achieve

すなわち、本発明は、チャンネル領域が形成される層を
、ダート領域が形成される層と同型の半導体であって、
かつ、ゲート領域よりも不純物密度が低い層によって形
成することによって前記目的を達成しようとするもので
ある。
That is, in the present invention, the layer in which the channel region is formed is the same type of semiconductor as the layer in which the dirt region is formed,
In addition, the above objective is achieved by forming the gate region with a layer having a lower impurity density than the gate region.

以下、本発明を添付図面に示す実施例に従っ(5) て詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described according to the embodiments shown in the accompanying drawings (5). This will be explained in detail.

第1図には、本発明にかかる固体撮像装置の一画素に対
応するセルの断面図が示されている。
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a cell corresponding to one pixel of a solid-state imaging device according to the present invention.

この図において、シリコン(Si)などの材料を用いた
不純物密度が高いn+層から成る基板110上には、不
純物密度の低いp一層から成るチャンネル領域112が
形成されている。このチャンネル領域112は、入射光
による電子−正孔対の生成、分離が良好に行々われるよ
うに、エピタキシャル成長させることにより格子欠陥等
が生じないように形成される。
In this figure, a channel region 112 made of a p layer with a low impurity density is formed on a substrate 110 made of an n+ layer made of a material such as silicon (Si) with a high impurity density. This channel region 112 is formed by epitaxial growth so that lattice defects and the like are not generated so that electron-hole pairs are well generated and separated by incident light.

このチャンネル領域112を形成するp一層の上面には
、不純物密度が高いp+層から成るダート領域114が
一対形成されており、更に、ゲート領域114の間には
、不純物密度が高い1層から成るソース領域116が設
けられている。
A pair of dirt regions 114 made of a p+ layer with a high impurity density are formed on the upper surface of the p layer forming the channel region 112, and between the gate regions 114, a pair of dirt regions 114 made of a p+ layer with a high impurity density are formed. A source region 116 is provided.

これらのケ9−ト領域114及びソース領域116の組
合せによって一画素に対応するセルが形成されており、
このセルが適当な間隔で規則的かつ2次元のマ) IJ
クス状に複数個配列されて固(6) 体操像装置が構成されている。
A cell corresponding to one pixel is formed by a combination of these gate regions 114 and source regions 116,
These cells are regular and two-dimensional with appropriate spacing (IJ)
A plurality of them are arranged in a box shape to form a rigid (6) gymnastics image device.

チャンネル領域112が形成されているp一層の上面に
は、ケ゛−ト領域114及びソース領域116の露出部
分を除く全体に酸化シリコン(SiO2)の絶縁膜12
0が表面保護のために形成されている。また、ソース領
域112のうち露出部分には、ソース電極122が形成
されており、ケ゛−ト領域114の露出部分には透明な
ケ゛−ト電極124が絶縁層126を介して形成されて
いる。この絶縁層126は、例えばSiO2膜から成り
、これによってケ゛−ト領域114とダート電極124
との間にコンデンサーが形成されている。
An insulating film 12 of silicon oxide (SiO2) is formed on the entire upper surface of the p layer where the channel region 112 is formed, except for the exposed portions of the gate region 114 and the source region 116.
0 is formed for surface protection. Further, a source electrode 122 is formed in the exposed portion of the source region 112, and a transparent gate electrode 124 is formed in the exposed portion of the gate region 114 with an insulating layer 126 interposed therebetween. This insulating layer 126 is made of, for example, a SiO2 film, and thereby protects the gate region 114 and the dirt electrode 124 from each other.
A capacitor is formed between the two.

基板110のうち、チャンネル領域112が形成されて
いるp一層と反対側には、ドレイン電極128が形成さ
れている。
A drain electrode 128 is formed on the opposite side of the substrate 110 from the p-layer where the channel region 112 is formed.

1組のゲート電極124には読み出しアドレス回路13
0が各々接続されており、各セルに対して順に読み出し
用の・ぐルス電圧が同時に印加されるようになっている
。ソース電極122は、スイッチング動作をするトラン
ジスタ140のドレインに接続されておシ、トランジス
タ40のソースは、出力端子138に接続されている。
A read address circuit 13 is connected to one set of gate electrodes 124.
0 are connected to each other, and a reading voltage is simultaneously applied to each cell in turn. The source electrode 122 is connected to the drain of a transistor 140 that performs a switching operation, and the source of the transistor 40 is connected to an output terminal 138.

トランジスタ400ケ9−トは、ビデオライン選択回路
132に各々接続されている。このビデオライン選択回
路132からは、トランジスタ140に対して順に選択
1?ルス電圧が出力されるようになっており、これによ
ってトランジスタ140が順次駆動される。
The 400 transistors are each connected to a video line selection circuit 132. From this video line selection circuit 132, the transistors 140 are sequentially selected 1? A pulse voltage is output, and the transistors 140 are sequentially driven by this voltage.

出力端子138とアースすなわちドレイン電極28との
間には、負荷抵抗134及び電源136が接続されてお
り、読み出しアドレス回路130及びビデオライン選択
回路132の出力する・ぐルス電圧によって選択された
セルのドレイン電流が形成されるとともに、電圧として
出力端子138に出力されるようになっている3なお、
駆動回路については、他の実施例において詳述する。
A load resistor 134 and a power supply 136 are connected between the output terminal 138 and the ground, that is, the drain electrode 28, and the selected cell is controlled by the signal voltage output from the read address circuit 130 and the video line selection circuit 132. A drain current is formed and output as a voltage to the output terminal 1383.
The drive circuit will be described in detail in other embodiments.

以上のように構成されているセルのうち、半導体による
構成部分が第2図に示されておシ、この図における矢印
BA力方向エネルギーバンドの概要が第3図(A)に示
されている。また、第2図における矢印BBの方向のエ
ネルギーバンドの概要が第3図(B)に示されている。
Of the cells configured as described above, the semiconductor component is shown in FIG. 2, and the outline of the energy band in the force direction indicated by the arrow BA in this figure is shown in FIG. 3 (A). . Further, an outline of the energy band in the direction of arrow BB in FIG. 2 is shown in FIG. 3(B).

このエネルギーバンドは、価電子帯を示しだもので、ド
レイン電極128に対して正の電圧が印加されている状
態を示す。
This energy band indicates a valence band, and indicates a state in which a positive voltage is applied to the drain electrode 128.

第3図(A)において、チャンネル領域112に形成さ
れているエネルギーバンドの凸部は、主として各領域間
の拡散電位によって生ずる空位層の部分である。この空
位層の頂部Pは真のケ゛−トと称される部分である。他
方、第3図(B)においてチャンネル領域116に形成
されているエネルギーバンドの四部は、前記空位層に対
応しており、との凹部の底部Qが前記頂部Pに対応して
いる。従って、例えば、チャンネル領域112に入射し
た光によって生成される電子−正孔対のうち正孔Hは、
図の矢印HAの如く移動して頂部Pすなわち底部Qに達
し、更には、ケゝ−ト領域114に移動して蓄積される
In FIG. 3(A), the convex portion of the energy band formed in the channel region 112 is mainly a part of a vacant layer caused by the diffusion potential between each region. The top P of this vacant layer is a portion called the true cage. On the other hand, in FIG. 3B, four parts of the energy band formed in the channel region 116 correspond to the vacant layer, and the bottom Q of the recess corresponds to the top P. Therefore, for example, among the electron-hole pairs generated by light incident on the channel region 112, the hole H is
It moves as indicated by the arrow HA in the figure, reaches the top P, that is, the bottom Q, and further moves to the cage area 114 where it is accumulated.

(9) 第3図(A) 、 (B)のうち、実線で示されている
エネルギーバンドは、本実施例のものであり、破線で示
されているエネルギーバンドは、チャンネル領域112
がn一層で形成されている場合のものである。すなわち
、従来のようにn一層でチャンネル領域112が形成さ
れている場合にくらべて、本実施例では、第3図(B)
に示すように底部Qのポテンシャルが高くなり、このた
めケ8−ト領域114間の電位障壁が浅くなっている。
(9) In FIGS. 3A and 3B, the energy bands shown by solid lines are those of this embodiment, and the energy bands shown by broken lines are those of the channel region 112.
is formed of n single layers. That is, compared to the conventional case in which the channel region 112 is formed of n single layer, in this embodiment, as shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the potential at the bottom Q becomes high, and therefore the potential barrier between the gate region 114 becomes shallow.

更に付言すれば、ダート領域114間における電位障壁
の減少分は、チャンネル領域112と基板110との境
界に形成されることになる。
Additionally, the reduced potential barrier between dirt regions 114 is formed at the boundary between channel region 112 and substrate 110.

次に、本実施例の全体的作用について説明する。Next, the overall operation of this embodiment will be explained.

まず、各セルに対して光が入射すると、チャンネル領域
112に形成された電位傾斜部分によって形成された電
子−正孔対が分離される。
First, when light is incident on each cell, electron-hole pairs formed by the potential gradient portion formed in the channel region 112 are separated.

これらのうち、電子はドレイン電極128の方向に移動
し、正孔は第3図(A) 、 (B)に示したようにケ
゛−ト領域114の方向に移動して蓄積され(10) るO 次に、ビデオライン選択回路132によってトランジス
タ40が駆動されると、ソース電極122及びドレイン
電極128の間に抵抗134を介して電源136が接続
される。更に、読み出しアドレス回路130からケゝ−
ト電極124に対してiRルス電圧が印加されると、ダ
ート領域が114に蓄積されている正孔の量すなわち入
射光の量に対応するドレイン電流が抵抗B4に流れる。
Among these, electrons move toward the drain electrode 128, and holes move toward the gate region 114 and are accumulated as shown in FIGS. 3(A) and 3(B) (10). O Next, when the transistor 40 is driven by the video line selection circuit 132, the power supply 136 is connected between the source electrode 122 and the drain electrode 128 via the resistor 134. Furthermore, the read address circuit 130
When an iR pulse voltage is applied to the dirt region 114, a drain current corresponding to the amount of holes accumulated in the dirt region 114, that is, the amount of incident light flows through the resistor B4.

これによってドレイン電流が電圧に変換され出力端子1
38に出力されることとなる。
This converts the drain current into voltage and output terminal 1
38.

以上のように、情報の読み出しけりゝ−ト領域114に
対して必要な電圧を印加することによって行なわれる。
As described above, information is read by applying a necessary voltage to the start region 114.

従って、従来のように、ケ゛−ト領域114間に形成さ
れているポテンシャルの凹部が深いと、チャンネルのO
N 、OFFの制御に対してプロセス変動が大きく関与
することとなるが、本実施例においては、凹部が浅く形
成されているので、プロセス変動の影響が低減される。
Therefore, if the potential recess formed between the gate regions 114 is deep as in the conventional case, the channel O
Process fluctuations have a large influence on the control of N and OFF, but in this embodiment, since the recesses are formed shallowly, the influence of process fluctuations is reduced.

また、別の観点からすれば、以下のように考えることも
できる。ずなわち、本実施例ではケ゛−ト領域114間
の電位障壁の一部が、チャンネル領域1,12と基板1
10の間に分割して形成されていると考えることができ
る。従って、プロセス変動の影響も、その一部がチャン
ネル領域112と基板110との境界部分に分割して担
われることになる。ところが、基板110に対するチャ
ンネル領域112の形成は、撮像装置をMgするすべて
のセルに対して共通に行なわれ、かつ周知の如くエピタ
キシャル成長という十分に改良された手法によって行な
われるため、プロセス変動の影響は、少なくともケゝ−
ト領域114に生ずるプロセス変動に対して十分に無視
し得るものである。すなわち、チャンオル領域112と
基板110との境界部分に分担される電位障壁に対応す
る分だけプロセス変動の影−七が低減されることになる
Also, from another perspective, it can be considered as follows. That is, in this embodiment, part of the potential barrier between the gate region 114 and the channel regions 1 and 12 and the substrate 1
It can be considered that it is divided into 10 parts. Therefore, the influence of process variations is partially borne by the boundary between the channel region 112 and the substrate 110. However, since the formation of the channel region 112 on the substrate 110 is commonly performed for all Mg cells of the imaging device, and is performed by a well-known well-known epitaxial growth method, the influence of process variations is small. , at least
The process variations occurring in the target region 114 are sufficiently negligible. In other words, the impact of process variations is reduced by the amount corresponding to the potential barrier distributed at the boundary between the channel region 112 and the substrate 110.

第4図には、本発明による固体撮像装置の改良された他
の実施例が示されている。この図のうち、(ト)は、一
部を切除した平面図であり、■)は、(A)の平面図の
矢印■の方向から見た一部省略した端面図である。更に
、第1図(B)に対応する端面が第5図に拡大して示さ
れている。
FIG. 4 shows another improved embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention. In this figure, (G) is a partially cutaway plan view, and (■) is a partially omitted end view seen from the direction of the arrow ■ in the plan view of (A). Furthermore, the end face corresponding to FIG. 1(B) is shown enlarged in FIG.

これら第4図(A)及び申)並びに第5図において、シ
リコン(St)などの材料を用いた不純物密度が高いn
層層の基板210上には、不純物密度の低いp一層から
成るチャンネル領域12が形成されている。
In these Figures 4(A) and 5), high impurity density N using materials such as silicon (St) is shown.
A channel region 12 made of a p-layer having a low impurity density is formed on a layered substrate 210 .

このチャンネル領域212を形成するp一層の上面には
、不純物密度が高い1層から成るコントロールケ゛−ト
領域214が設けられており、このコントロールケ゛−
ト領域214の周囲には、不純物密度が高いn層から成
るソース領域216が設けられている。
A control case region 214 consisting of a single layer with high impurity density is provided on the upper surface of the p layer forming this channel region 212.
A source region 216 made of an n-layer with high impurity density is provided around the source region 214 .

これらのコントロールダート領域214及びソース領域
216は、第4図(4)に示すように、適当な間隔で規
則的かつ2次元的にマ) IJクス状に配列されており
、一対のコントロールケ゛−ト(13) 領域214及びソース領域216によって一画素に対応
するセルが形成されている。
These control dart regions 214 and source regions 216 are arranged regularly and two-dimensionally in a matrix shape at appropriate intervals, as shown in FIG. (13) The region 214 and the source region 216 form a cell corresponding to one pixel.

隣接するソース領域216間には、不純物密度が高いp
+層から成るフローティングケゝ−ト領域218が形成
されている。このフローティングケ゛−ト領域218は
、隣接するセルに対して共通に設けられており、図示し
ない適当な電極手段によってソース領域216と同電位
ないしは所定の電位に保持される。これによってチャン
ネル領域212中に空乏層ないしは電位障壁が形成され
、各セル間のチャンネルの分離が行なわれる。チャンネ
ル領域212が形成されているp一層の上面にはコント
ロールケ”−)IJ[214及びソース領域216の露
出部分を除く全体に酸化シリコン(8102)膜220
が表面保護のために形成されている。ソース領域216
のうち露出部分には、ソース電極222が形成されてお
り、更に4セルのソース領域216の並んでいる方向に
接続されている。この接続の方向は、第4図匹)に示さ
れているように、後述す(14) るケ゛−ト電極の接続方向と直交する方向である。
Between adjacent source regions 216, there is a p region with high impurity density.
A floating cage region 218 made of + layer is formed. This floating gate region 218 is provided in common to adjacent cells, and is held at the same potential as the source region 216 or at a predetermined potential by suitable electrode means (not shown). As a result, a depletion layer or a potential barrier is formed in the channel region 212, and channels are separated between each cell. A silicon oxide (8102) film 220 is formed on the entire upper surface of the p-layer where the channel region 212 is formed except for the exposed portions of the control layer 214 and the source region 216.
is formed to protect the surface. source area 216
A source electrode 222 is formed in the exposed portion thereof, and is further connected in the direction in which the four cell source regions 216 are lined up. The direction of this connection is perpendicular to the direction of connection of the gate electrodes (14), which will be described later, as shown in Figure 4).

次に、コントロールケ゛−ト領域214の露出部分には
、ケ゛−ト電極224が絶縁層226を介して形成され
ている。絶縁層226は、例えば5jO2膜から成り、
前記ソース電極222の上に延長して設けられており、
この絶縁層226上に沿ってケゞ−ト電極224が形成
されている。
Next, a gate electrode 224 is formed on the exposed portion of the control gate region 214 with an insulating layer 226 interposed therebetween. The insulating layer 226 is made of, for example, a 5jO2 film,
is provided extending above the source electrode 222,
A gate electrode 224 is formed along this insulating layer 226.

すなわち、絶縁層226によってコントロールケ゛−ト
領域214とケ゛−ト電極224との間にコンデンサが
形成されるとともに、ソース電極222とケ゛−ト電極
224との絶縁が行なわれている。このケゝ−ト電極2
24の接続の方向と、ソース電極222の接続の方向と
は直交しており、これによっていずれかのセルに蓄積さ
れている情報の読み出しが可能となる。すなわち、複数
のソース電極222の任意の1つを選択し、複数のケ゛
−1−電極224の任意の1つを選択すれば、両電極の
交わる位置のセルが選択される。
That is, a capacitor is formed between the control gate region 214 and the gate electrode 224 by the insulating layer 226, and the source electrode 222 and the gate electrode 224 are insulated. This gate electrode 2
The direction of connection of cell 24 and the direction of connection of source electrode 222 are perpendicular to each other, making it possible to read out information stored in any cell. That is, by selecting any one of the plurality of source electrodes 222 and selecting any one of the plurality of key-1 electrodes 224, the cell at the intersection of both electrodes is selected.

基板210のうち、チャンネル領域212が形成されて
いるp一層と反対側には、ドレイン電極228が形成さ
れている。
A drain electrode 228 is formed on the opposite side of the substrate 210 from the p-layer where the channel region 212 is formed.

次に、上述した構造を有する固体撮像装置の電気的な等
節回路と、各電極間の接続について説明する。
Next, the electrical equinodal circuit of the solid-state imaging device having the above-described structure and the connection between each electrode will be explained.

第6図には、電気回路と外部装置との接続が示されてい
る。また、外部装置との接続の一部は、第5図にも示さ
れている。これらの図において、画素単位に該当するセ
ルpcは、第4図(A)において示したように、二次元
的にマ)IJクス状に複数個配列されている。(第6図
参照)。
FIG. 6 shows the connections between the electrical circuit and external devices. Some of the connections with external devices are also shown in FIG. In these figures, a plurality of cells pc corresponding to each pixel are two-dimensionally arranged in a matrix, as shown in FIG. 4(A). (See Figure 6).

複数のダート電極224には、読み出しアドレス回路2
30が各々接続されており、順に読み出し用のパルス電
圧が印加されるようになっている。他方、複数のソース
電極222は、スイッチング動作をするトランジスタ2
40のドレインに各々接続されている。この複数のトラ
ンジスタ240のソースは、出力端子238に各々接続
されており、更にケ8−トは、ビデオライン選択回路2
32に各々接続されている。このビデオライン選択回路
232からは、トランジスタ240に対して順に選択ノ
9ルス電圧が出力されるようになっており、これによっ
てトランジスタ240が順次胎動される。
The plurality of dirt electrodes 224 have a read address circuit 2.
30 are connected to each other, and a pulse voltage for reading is applied in turn. On the other hand, the plurality of source electrodes 222 are connected to the transistor 2 that performs a switching operation.
40 drains, respectively. The sources of the plurality of transistors 240 are respectively connected to the output terminal 238, and the gates are connected to the video line selection circuit 238.
32, respectively. The video line selection circuit 232 sequentially outputs selection voltages to the transistors 240, which sequentially activate the transistors 240.

トランジスタ240は、例えば通常は「OFF」の状態
にあるSITによって構成されており、読み出しアドレ
ス回路230及びビデオライン選択回路232は、例え
ばシフトレジスタによって構成されている。
The transistor 240 is configured by, for example, an SIT that is normally in an "OFF" state, and the read address circuit 230 and the video line selection circuit 232 are configured by, for example, a shift register.

また、出力端子238とアースすなわちドレイン電極2
28との間には、負荷抵抗234及び電源236が接続
されており、これによって読み出し時のドレイン電流が
形成され、更にはドレイン電流が電圧に変換されるよう
になっている。
In addition, the output terminal 238 and the ground, that is, the drain electrode 2
A load resistor 234 and a power source 236 are connected between the 28 and 28, thereby forming a drain current at the time of reading, and further converting the drain current into a voltage.

なお、第6図におい、て、一点鎖線で示しだ領域IMが
第4図(A)等に示されている構造の部分に該当する。
In addition, in FIG. 6, the region IM indicated by a chain line corresponds to the part of the structure shown in FIG. 4(A) and the like.

次に、上記実施例の全体動作について説明する。Next, the overall operation of the above embodiment will be explained.

まず、各セルに対して光が入射すると、コン(17) トロールダート領域214からチャンネル領域212に
わたって形成されている電位傾斜部分に電子−正孔対が
生成される。詳述すると、入射光は、コントロールケ−
ト領域214を主として通過してチャンネル領域212
にまで達し電子−正孔対が生成される。生成された電子
−正孔対のうち、電子は、ドレイン電極228の方向に
移動し、正孔はコントロールケ−ト領域214の方向に
移動し、蓄積される。この正孔の蓄積は、コントロール
ケート領域214とケ8−ト電極224との間にコンデ
ンサが形成されていることによる。
First, when light is incident on each cell, electron-hole pairs are generated in the potential gradient portion formed from the control dart region 214 to the channel region 212. Specifically, the incident light is
The channel region 212 mainly passes through the channel region 214.
electron-hole pairs are generated. Of the generated electron-hole pairs, electrons move toward the drain electrode 228, and holes move toward the control gate region 214 and are accumulated. This accumulation of holes is due to the fact that a capacitor is formed between the control gate region 214 and the gate electrode 224.

以上の動作によって画像情報が各セルに蓄積される。次
に、ビデオライン選択回路232によって、複数あるソ
ース電極222のうちの1つに接続されているトランジ
スタ240に選択ノクルス電圧が印加される。これによ
って該当するトランジスタ240が駆動され、第6図に
示されているセルpcのうち、該当する列方向に配置さ
れている複数のセルPCのソースilE&222(18
) 及びドレイン電極228が抵抗234を介して電源23
6に接続される。これによって、ドレイン電流の流れる
準備が終了する。なお、この状態では、各セルPCが非
導通の状態となるように、例えば電源236の電圧等が
調整されている。
Through the above operations, image information is accumulated in each cell. Next, the video line selection circuit 232 applies a selection Noculus voltage to the transistor 240 connected to one of the plurality of source electrodes 222. As a result, the corresponding transistor 240 is driven, and the sources ilE&222 (18
) and the drain electrode 228 are connected to the power supply 23 via a resistor 234.
Connected to 6. This completes the preparation for the drain current to flow. Note that in this state, for example, the voltage of the power supply 236 is adjusted so that each cell PC is in a non-conductive state.

以上の動作によって画像情報を読み出す対象と々るビデ
オラインが選択される。次に、誘1み出しアドレス回路
230によって複数あるケ゛−ト電極224に対し順に
ノヤルス電圧が印加される。
Through the above operations, the target video line from which image information is to be read is selected. Next, the Noyals voltage is sequentially applied to the plurality of gate electrodes 224 by the lead address circuit 230.

これによって、選択されたビデオライン上に位置するセ
ルPCが順に次々と導通し、コントロールケ9−ト領域
214に蓄積されだ正孔の量すなわち入射光量に対応す
るドレイン電流が抵抗234に流れ、更には抵抗234
によって電圧に変換されて出力端子238から出力され
る。
As a result, the cells PC located on the selected video line become conductive one after another, and a drain current corresponding to the amount of holes accumulated in the control gate region 214, that is, the amount of incident light flows through the resistor 234. Furthermore, the resistance 234
The voltage is converted into a voltage and output from the output terminal 238.

以上の動作によって、入射光に対応する画像番 情報は、出力端子23Bの電圧変化して良好に出力され
ることとなる。
Through the above operation, the image number information corresponding to the incident light is outputted satisfactorily by changing the voltage of the output terminal 23B.

以上の実施例においては、ソース領域216によってコ
ントロール領域214が囲捷れているが、必ずしもこの
ような構成とする必要はなく、コントロールケ8−ト領
域214の外周の一部にソース領域216を設けるよう
にしてもよく、更には複数のソース領域216を設け、
これらをソース電極222によって接続するようにして
もよい。
In the embodiments described above, the control region 214 is surrounded by the source region 216, but it is not necessary to adopt such a configuration. Further, a plurality of source regions 216 may be provided,
These may be connected by a source electrode 222.

更に、上記実施例においては、フローティングゲート領
域218にも光が入射することによって正孔が蓄積され
、セルpc間の分離が良好に行なわれないという不都合
が生ずる。
Furthermore, in the embodiment described above, holes are accumulated due to light entering the floating gate region 218, resulting in a problem in that the cells PC are not well isolated from each other.

このような不都合を解消する更に他の実施例について説
明する。第7図(A) 、 (B)には、本発明の更に
他の実施例が示されており、第7図(A)は第4図(A
)に対応する平面図であり、第7図(B)は第4図(B
)に対応する端部口であって、第7図(A)の矢印■か
ら見た図である。なお、この第7図(A) 、 (B)
において、第4図ないし第6図と同様の構成部分につい
ては、同様の符号を用いることとし、説明を省略する。
Still another embodiment that eliminates such inconvenience will be described. FIGS. 7(A) and 7(B) show still other embodiments of the present invention, and FIG. 7(A) is similar to FIG. 4(A).
), and FIG. 7(B) is a plan view corresponding to FIG.
) is a view of the end opening corresponding to FIG. 7(A) as seen from the arrow ■. In addition, this figure 7 (A), (B)
4 to 6, the same reference numerals are used for the same components as in FIGS. 4 to 6, and the description thereof will be omitted.

この第7図(A) 、 (13)に示されている実施例
では、ソース領域246はコントロールグ゛−)領域2
14の周囲ではなく、−側面にのみ設けられている。更
に、ソース領域246は、フローティングゲ−ト領域2
18に接近して設けられている。すなわち、ソース領域
246と70−チイングケ8−ト領域218との距離を
WA、ソース領域246とコントロールグー)領域2i
+との距離をWBとすると、WA<WBの関係になる。
In the embodiment shown in FIGS. 7(A) and 7(13), the source region 246 is the control region
It is not provided around 14, but only on the - side. Furthermore, the source region 246 is connected to the floating gate region 2
It is located close to 18. That is, the distance between the source region 246 and the 70-chiing gate region 218 is set as WA, and the distance between the source region 246 and the control gate region 2i is
Letting the distance from + to WB be the relationship WA<WB.

このようにするとコントロールケゝ−ト領域214側に
形成される電位障壁ないしは拡散電位よりもフローテイ
ングケ゛−ト領域218側に形成される電位障壁の方が
高くなるため、セルPC間の分離が良好となる。
If this is done, the potential barrier formed on the floating gate region 218 side will be higher than the potential barrier or diffusion potential formed on the control gate region 214 side, so that the separation between the cell PCs will be reduced. Becomes good.

更に本実施例においては、ソース領域246及びフロー
テイングケ9−ト領域218上に絶縁膜242を介して
アルミニウムのしや光膜244が形成されている。この
ため、フローティングゲート領域218の部分には光が
侵入せず、70−テインググート領域218に対する正
孔の(21) 蓄積が行なわれない。このため、セルpc間の分離が良
好となる。
Furthermore, in this embodiment, an aluminum shearing film 244 is formed on the source region 246 and floating gate region 218 with an insulating film 242 interposed therebetween. Therefore, no light enters the floating gate region 218, and holes (21) are not accumulated in the 70-teinggut region 218. Therefore, the isolation between the cells PC becomes good.

このようがセル間の分離の向上は、その他にフローティ
ングゲート領域218をコントロルグート領域214よ
りもチャンネル領域212に対して深く形成することに
よっても達成でき、また、フローティンスケ9−ト領域
218の不純物密度をコントロールケ゛−ト領域214
よりも高くすることによっても達成できる。
This improvement in isolation between cells can also be achieved by forming the floating gate region 218 deeper relative to the channel region 212 than the control gate region 214; Control gate region 214 for impurity density
This can also be achieved by making it higher than .

以上のいずれかの手段あるいは複数の手段の組合せによ
って、セルPC間の分離全良好に行うことができ、単位
面積当りに配列されるセルPCの集積度を著しく向上さ
せることができる。
By using any one of the above means or a combination of a plurality of means, the cell PCs can be completely separated, and the degree of integration of the cell PCs arranged per unit area can be significantly improved.

第8図には、本発明の更に他の実施例が示されている。FIG. 8 shows yet another embodiment of the invention.

この実施例は、第1図に示しだ実施例に対応するもので
あるが、第4図又は第7図に示した実施例についても同
様である。力お、上記第1図に示した部分と同様の構成
部分については、同一の符号を用いることとし、説明を
省略する。
This embodiment corresponds to the embodiment shown in FIG. 1, but the same applies to the embodiment shown in FIG. 4 or FIG. Note that the same reference numerals are used for the same components as those shown in FIG. 1 above, and the description thereof will be omitted.

(22) この実施例においては、チャンネル領域が2つの層によ
って形成されている。すなわち、ケゝ−ト領域114に
接する部分にはp+層から成るチャンネル領域112A
が形成されており、このチャンネル領域112Aと基板
110との間に、n一層から成る他のチャンネル領域1
12Bが形成されている。このような構成においても上
述したようにプロセス変動の影響を低減化することがで
きる。
(22) In this embodiment, the channel region is formed by two layers. That is, a channel region 112A made of a p+ layer is formed in a portion in contact with the gate region 114.
is formed, and between this channel region 112A and the substrate 110, another channel region 1 consisting of n single layer is formed.
12B is formed. Even in such a configuration, the influence of process fluctuations can be reduced as described above.

なお、ソースとドレインは上記実施例と逆に対応させて
も、同様の作用を奏することができる。ビデオラインの
選択あるいは読、み出し用のパルス電圧の印加について
も同様であって、上記実施例と逆にしてもよい。
It should be noted that even if the source and drain are made to correspond inversely to those in the above embodiment, the same effect can be achieved. The same applies to the application of pulse voltages for video line selection, reading, and reading, and the above embodiments may be reversed.

捷だ、駆動用のトランジスタ140.240は通常のト
ランジスタを使用してもよく、このトランジスタ140
,240及び帖fみ出しアドレス回路130,230、
ビデオライン選択回路132,232を撮像装置と一体
化して集積回路として構成するようにしてもよい。材料
としては、主としてシリコンを用いたが、本発明は何ら
これに限定されるものではなく、ダルマニウム、m−v
族化合物半導体等を用いることもできる。
Well, the driving transistor 140.240 may be a normal transistor, and this transistor 140
, 240 and the protruding address circuit 130, 230,
The video line selection circuits 132 and 232 may be integrated with the imaging device to form an integrated circuit. Although silicon was mainly used as the material, the present invention is not limited to this in any way; dalmanium, m-v
Group compound semiconductors and the like can also be used.

更にカラーの画像情報を得るためには、セルpcのマト
リクスを、例えば赤(6)、緑(G)、青(B)、に対
応して構成し、入射光を色フィルタにかけることによっ
てR,G、Hの光を分離して各セルPCに入射させるよ
うにすればよい。
Furthermore, in order to obtain color image information, the matrix of the cell PC is configured to correspond to, for example, red (6), green (G), and blue (B), and the R , G, and H may be separated and made to enter each cell PC.

また、ケゝ−ト領域がn+層で形成されている場合には
、チャンネル領域はn一層で形成すればよい。
Further, when the gate region is formed of an n+ layer, the channel region may be formed of a single n layer.

なお、チャンネル領域のp一層の不純物密度は例えば1
012ないし1015cm−3であって、1013ない
し10 鋸 が好ましい。
Note that the impurity density of the p layer in the channel region is, for example, 1
012 to 1015 cm-3, preferably 1013 to 10 cm.

以上説明したように、本発明によれば、チャンネル領域
が形成される層をケゝ−ト領域が形成される層と同型の
半導体であって、かつ、ダート領域よりも不純物密度が
低い層によって形成することとしたので、プロセス変動
に対シテ十分なる許容度を有し、更にはセルの集積度の
向上を図ることができるというすぐれた効果を奏する。
As explained above, according to the present invention, the layer in which the channel region is formed is made of the same type of semiconductor as the layer in which the channel region is formed, and has a lower impurity density than the dirt region. Since it is formed in this way, it has sufficient tolerance against process variations, and has excellent effects in that it is possible to improve the degree of cell integration.

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

第1図は本発明による固体撮像装置を構成する単位セル
を示す断面図、第2図は第1図に示されている構成部分
のうち半導体層の部分を示す斜視図、第3図(A) 、
 (B)はエネルギーバンドの状態の概要を示す説明図
、第4図(A)は本発明の他の実施例を示す一部破断し
た平面図、第4図(B)は蕗4図(A)の矢印■から見
た端面図、第5図は第4図(B)の一部を拡大して示す
端面図、第6図は電気回路の構成を示す回路図、第7図
(A)はけ本発明の他の実施例を示す平面図、第7図(
8)は第7図(A)の矢印■から見た端面図、第8図は
本発明の更に他の実施例を示す断面図である。 主要部分の符号の説明 112.212.112AS112B ・・・チャンネル領域 114.214・・ダート領域 124.224・・・ダート電極 (25) H・・−正孔 P C・・・ セ ル 翳負圭層人  65X  潤− 特許出願人 富士写真フィルム株式会社(26)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a unit cell constituting a solid-state imaging device according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a semiconductor layer portion of the components shown in FIG. 1, and FIG. ),
(B) is an explanatory diagram showing an outline of the state of the energy band, FIG. 4 (A) is a partially cutaway plan view showing another embodiment of the present invention, and FIG. ), Figure 5 is an end view showing an enlarged part of Figure 4 (B), Figure 6 is a circuit diagram showing the configuration of the electric circuit, Figure 7 (A) Brush FIG. 7 is a plan view showing another embodiment of the present invention (
8) is an end view seen from the arrow ``■'' in FIG. 7(A), and FIG. 8 is a sectional view showing still another embodiment of the present invention. Explanation of symbols of main parts 112.212.112AS112B... Channel region 114.214... Dirt region 124.224... Dirt electrode (25) H... - Hole P C... Cell shadow Kei Layer 65X Jun- Patent applicant Fuji Photo Film Co., Ltd. (26)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] ケゝ−ト電極にコンデンサが形成されているSITによ
って構成されたセルが複数個配列され、各セルに入射す
る光量に対応するキャリアがチャンネル領域に接するケ
ゝ−ト領域に蓄積されることによってドレイン電流が変
化する固体撮像装置において、前記ケゝ−ト領域と同型
の半導体であって、かつ、ダート領域が形成されている
半導体層の不純物密度よりも低い不純物密度を有する半
導体層が前記ダート領域に接して設けられていることを
特徴とする固体撮像装置。
A plurality of SIT cells each having a capacitor formed on the gate electrode are arranged, and carriers corresponding to the amount of light incident on each cell are accumulated in the gate region in contact with the channel region. In a solid-state imaging device in which the drain current changes, the dirt region is a semiconductor layer that is the same type of semiconductor as the dirt region and has an impurity density lower than that of the semiconductor layer in which the dirt region is formed. A solid-state imaging device characterized in that it is provided in contact with a region.
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