JPS6255961A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は、固体撮像装置の構造に関し、特に、回目率
の改良に関する。

［従来の技術〕 一般に、テレビカメラ等に用いられる固体撮像装置は、
撮像管に比べ、小型、軽量、高信頼性という利点から有
望視されている。従来よりこの種の装置は種々のものが
提案されているが、基本的には、半導体基板上に、可視
光に感度を持ち、発生キャリアを蓄積できる画素を配列
し、Ｘ−Ｙアドレス方式またはＣＣＤ方式により時系列
的に信号を取出すものである。

このような装置の一例を第３図および第４図に示す。第
３図はＭＯ８方式の固体撮像素子の１画素の断面構造を
示したものであり１３図において、１はＰ型半導体基板
、１４はＭＯＳトランジスタ全体であり、２はそのソー
ス、３はそのドレイン、４はそのチャネル、７はそのゲ
ートを示している。

また、５はフィールド酸化膜、６は垂直信号線、８は透
明絶縁膜、１２は遮光膜、９は平坦化膜、１０は色フィ
ルタ、１１は保護膜である。

この装置では、ＭＯＳトランジスタ１４のソース２が光
電変換部（フォトダイオード部）となっており、ソース
２と基板１との接合面１３が信号電荷蓄積部となってい
る。また、スイッチング機能を有する該トランジスタ１
４全体および紙面に垂直方向に延びている垂直信号線６
が走査回路部になっている。

この第３図に示したような断面構造の固体撮像装置の画
素を配列した装置全体の回路図を第４図に示す。図にお
いて、２１は水平走査回路、２２は垂直走査回路、２３
は垂直信号１ａ（第３図の符号６に相当）、２４は水平
信号線であり、１点鎖線で囲まれた部分２５が、第３図
で断面を示した、ＭＯＳトランジスタ１４を含む１画素
率位に相当する。

次に、従来の固体Ｗｉ像装置の動作について説明をする
。第３因において、色フィルタ１０で分光されてＭＯＳ
トランジスタ１４の光電変換部（フォトダイオード部）
であるソース２に光が達すると、光はここで吸収され、
電子正孔対が発生する。

このとき、ソース２部分の電位はフローティング状態に
なっている。なぜなら、ソース２には予め前回の信号読
出時に、チャネル４が導通しＰ型基板１との間で逆バイ
アスがかかるように垂直信号線６およびドレイン３から
定電圧が供給されており、これによりソース２と基板１
との間の接合部１３にキャリアが蓄積されているからで
ある。それゆえ、このような状態でソース２に光励起に
よりて電子正孔対が生じると、接合部１３のドリフト電
界によって電子と正孔は分離され、この分離された電子
および正孔は予め蓄積されていたキャリアと再結合し、
ソース２の電位は、光強度に応じて基板１の電位に近づ
いてくる。そして、信号読出時には、ゲート７に成るし
きい値以上の電圧がかかり、ドレイン３からソース２に
流れ込むキャリアの量、すなわち垂直信号線６を流れる
電流の大きさが、当該画素内に入射した光の強度に対応
して変化する。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の固体撮像装置は、以上のように構成されており、
光電変換手段およびスイッチング手段であるＭＯＳトラ
ンジスタを含む１画素率位が同一層上に並べられた構成
になっている。そのため、光に対する感度を決定する光
電変換手段（ＭＯＳトランジスタのソース２部分）の面
積が、１画素の占める面積の２０ないし３０％程度にし
かならず、光に対する感度が良くないという欠点があっ
た。また、各画素の光電変換部と光電変換部との間、す
なわち画素間は、遮光膜で光の入射は阻止されてはいる
が、それをかいくぐって入射する光によって電位正孔対
が発生すると、その電子正孔対が信号線に洩れ込み、偽
信号が発生するという問題もあった。

それゆえに、この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、固体Ｎａ像装置の光電変換部
の面積率、つまり開口率を上げることにより、光に対す
る感度を上げるとともにｍ余量入射光による偽信号を抑
えた装置とすることである。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る固体撮像装置は、従来の固体撮像装置と
同様の層上に光電変換手段が形成された画素と、それよ
りも上部の層上に光電変換手段が形成された画素との２
つの画素を含み、各画素の光電変換手段が上下に交互に
なるように配置された固体撮像装置である。

［作用］ この発明における固体撮像装置では、下層部（従来の固
体撮像装置に形成されていたと同じ層）上の光電変換手
段と、上層部上の光電変換手段とが交互に配置されてお
り、このような立体的な配置にしたことにより光電変換
手段の占める割合が増え、入射光に対する感度が向上す
る。つまり、従来の配線領域（または画素間）に入射し
た光も、上層部の光電変換手段によって受止められ、光
電変換される。したがって、配線領域に入射した光によ
って偽信号が発生せず、ノイズ成分も低減できる。

［発明の実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は、この発明の一実施例の構造を説明するための
側断面図であり、図では３画素分の断面ＩＩ　造が現わ
れている。図において、３１はＰ型半Ｓ体基板であり、
その上には横一列にそれぞれ３つのＭＯＳ　’ｔｔ−ラ
ンジッタ４が形成されている。

すな４つら、各Ｍ　ＯＳ　’ｒ−ランジスタは、それぞ
れ、ソース３２、ドレイン３３、ゲート３４および垂直
信号線３５を備えている。

この実施例の特徴は、第１図において、中央のＭＯＳ　
トランジスタ１４の光電変換部であるソース３２が、図
示のように、左右両側のトランジスタ１４のソース３２
に比べて上層に配置されていることである。また、中央
のトランジスタ１４のソース３２は、垂直信号線３５や
フィールド酸化膜３６の上に広がっており、これら垂直
信号線３５等へ侵入しようとする光はすべてソース３２
で受止められる。なお、上層に配置されたソース３２と
下層に位置するトランジスタとを接続するために信号線
４０が備えられている。また、第１図において、３６は
フィールド酸化膜、３７はシリコン酸化膜、３８はＰ型
半導体領域、３９はシリコン波化膜でおる。

第１図において、Ｐ型半導体基板３１上に設けられた下
層のソース３２と、上層のＰ型半導体領域３８上に形成
されたソース３２とは交互に配置されている。つまり、
成る画素を構成するＭＯＳトランジスタの光電変換部と
してのソース３２は下層に配置され、その画素に隣接す
る画素の光電変換部（ソース３２）は上層に配置され、
さらにその隣りの光電変換部は下層に配置されるという
ように、光電変換部が下層と上層とに上下に交互に配置
されている。このため、光電変換部の占める領域を広く
とることができ、入射光を効率良く受光することができ
る。

Ｍ　ＯＳ　トランジスタ１４のスイッチング作用による
信号の読出しは、従来の固体撮像装置と同様に行なわれ
る。たとえば、下層にＱｉｌ！置された光電変換部の信
号と、上９に配置された光電変換部の信号とが交互に得
られる。そして、それぞれの光電変換部（ソース３２）
の形状の違いによる信号のばらつき等は、読出された後
に補正が加えられることによりなくすことができる。

また、上層の半導体領域は、たとえば、ポリシリコンを
レーザ再結晶化することにより、単結晶のものを得るこ
とができる。また、ポリシリコンを水素化処理すること
によっても光電変換領域を形成することができる。

第２図は、この発明の他の実施例を示し、第２図におい
て第１図と同一または相当部分には同一の番号が付され
ている。第２図の実施例の特徴は、光電変換領域が３層
にわたって配置され、第１層。

第２層、第３Ｂの光電変換領域が交互に配置されている
ことである。したがって、より効率良く入射光を吸収す
ることができる。なお、第２図では、第１層、第２層、
第３層の各Ｈ間の配線は省略されているが、第２Ｂ、第
３Ｂの光電変換領域の信号は、第１層のＭＯＳトランジ
スタによって選択的に読出されるようになっている。

第２層および第３層の光電変換領域の形成の仕方につい
ては、上述したと同様に、ポリシリコンをレーザ再結晶
化したり、ポリシリコンを水素化処理することにより得
ることができる。

なお、上記各実施例の説明では、半導体基板にＰ型を用
いたものを説明したが、反対の導電型の固体ｗｉ像素子
であってもよいことはもちろんである。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、固体撮像装置におけ
る各画素ごとにの光電変換領域を、平面上ではなく、立
体的に上下層に交互に配冒したので、開口率が上がり、
入射光の利用効率を大幅に上げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す固体ｍ像装置の側
断面図である。第２図は、この発明の他の実施例を示す
固体撮像装置の側断面図である。 □３□よ、従来、＠体撮像装ｆｉ！（７）１つ余分。側
ユ　　口面図７ある・第４図は・固体撮像装置の全体の
回　　脈路図を示す。 図において、３１はＰ型半導体基板、３２はソース（光
電変換領域を構成するフォトダイオード部）、１４はＭ
ＯＳ）−ランジスタ全体、３３はトランジスタのドレイ
ン、３４はトランジスタのゲート、３５は垂直信号線、
４０は配線を示す。 代・　理　　人　　　　　大　　岩　　増　　雄３５；
めａ纜 第３（２）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　マトリクス状に各画素ごとに配列された複数の
   半導体素子のそれぞれより、入射光強度を電気信号とし
   て読出すようにしてなる固体撮像装置において、 前記半導体素子は、半導体基板上に形成されたスイッチ
   ング用ＭＯＳトランジスタおよび前記ＭＯＳトランジス
   タに対応して、ＭＯＳトランジスタとほぼ同層上に形成
   された光電変換手段よりなる第１の半導体素子ならびに
   前記半導体基板上に形成されたスイッチング用ＭＯＳト
   ランジスタおよびＭＯＳトランジスタ形成層よりも上部
   の層上に形成された光電変換手段よりなる第２の半導体
   素子からなり、前記第１の半導体素子と前記第２の半導
   体素子との各光電変換手段が、交互に、上下層に並ぶよ
   うに配列されていることを特徴とする、固体撮像装置。
2. （２）　前記各半導体素子の光電変換手段はフォトダイ
   オードを含む活性領域であり、 該活性領域は、ポリシリコンのレーザ再結晶化によって
   形成されていることを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項記載の固体撮像装置。
3. （３）　前記各半導体素子の光電変換手段はフォトダイ
   オードを含む活性領域であり、 該活性領域は、ポリシリコンの水素化処理によって形成
   されていることを特徴とする、特許請求の範囲第１項記
   載の固体撮像装置。