JPH05243546A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPH05243546A
JPH05243546A JP4075143A JP7514392A JPH05243546A JP H05243546 A JPH05243546 A JP H05243546A JP 4075143 A JP4075143 A JP 4075143A JP 7514392 A JP7514392 A JP 7514392A JP H05243546 A JPH05243546 A JP H05243546A
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JP
Japan
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photoelectric conversion
type
solid
signal reading
signal
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4075143A
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English (en)
Inventor
Tomohisa Ishida
知久 石田
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Publication of JPH05243546A publication Critical patent/JPH05243546A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/803—Pixels having integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H10F39/18—Complementary metal-oxide-semiconductor [CMOS] image sensors; Photodiode array image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/805—Coatings
    • H10F39/8057—Optical shielding

Landscapes

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

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固体撮像装置の開口率を大きくし、感度を高
くする。 【構成】 固体撮像装置において、埋込みフォトダイオ
ードを備えたそれぞれ光電変換部21、22から成る2
個の単位画素に対し、1個の信号読み出し部30が共通
に設けられ、光電変換部21との間に転送ゲート11
が、光電変換部22との間に転送ゲート12が設けられ
て構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、増幅型の固体撮像装置
に関し、詳しくは開口率が大きく、感度の高い増幅型の
固体撮像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】本出願人は特願平3−69405号とし
て、図3に示すような構成の増幅型の固体撮像装置を先
に提案した。この例においては、図3(a)に示される
ように、その画素単位は埋込みフォトダイオードを備え
た光電変換部120と、増幅用のMOS・SITを備え
た信号読み出し部130を有し、光電変換部120と信
号読み出し部130は転送ゲート110で接続されてい
る。
【0003】そして、図3(b)の断面構造に示される
ように、P型基板101上にはN型半導体層102が積
層されており、N型半導体層102の表面近傍には、N
型ソース領域103とN型ドレイン領域104が形成さ
れている。N型ドレイン領域104は、図3(a)に示
されるように、N型ソース領域103の外側に単位画素
を取り囲むように形成されており、フォトダイオードの
N型拡散領域107と接続している。また、N型ソース
領域103にはポリシリコンからなるソース電極108
が設けられている。
【0004】N型ソース領域103とN型ドレイン領域
104の間の領域上には、絶縁層114を介してゲート
電極109がN型ソース領域103を囲むように設けら
れ、ゲートライン112および転送ゲートライン111
は、絶縁層114を介してN型ドレイン領域104上に
重なるように設けられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の装
置においては、固体撮像装置の単位画素は、信号読み出
し部130、転送ゲート110、光電変換部120から
構成されており、信号読み出し部130および転送ゲー
ト110上には、MOS・SITに光が入射して荷電が
発生しないように遮光膜113が形成してあるため、光
電変換部120の開口率を大きくすることができないと
いう問題点があった。
【0006】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであり、量子効率が高く、残像が少なく、暗電流が
小さいという従来技術の光電変換部の特長をそのまま残
し、開口率が大きく感度の高い増幅型固体撮像装置を提
供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、入射光を受光して信号電荷を発生する光電変換部2
1、22から成る複数(2個)の画素に対し、複数(2
個)の光電変換部21、22で発生した信号電荷を読み
出す1個の信号読み出し部30が形成されている。
【0008】
【作用】上記構成の固体撮像装置においては、光電変換
部21または22に蓄積された光発生電荷は、共通の信
号読み出し部30に読み出される。
【0009】したがって、本発明の固体撮像装置におい
ては、信号読み出し部30を複数の画素にまたがって1
個配置することにより、1画素における信号読み出し部
30の占める面積が、各画素に1個ずつ信号読み出し部
30を設ける構造に比べて小さくなり、従って、光電変
換部21、22の開口率を大きくし、高い感度を得るこ
とができる。
【0010】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳述する。図1
は、本発明の実施例による固体撮像装置の2画素分の模
式的な平面図、図2は、図1の固体撮像装置の線A−
A’の断面図である。図1では便宜上、アルミニウムよ
りなるソースライン13と遮光膜14を除去してソース
電極8より下方を示し、各領域とも実線で示す。
【0011】図1において、2画素分の固体撮像装置
は、埋込みフォトダイオードを備えた光電変換部21、
22、転送ゲート11、12、MOS・SITを備えた
信号読み出し部30から構成されており、信号読み出し
部30と光電変換部21は転送ゲート11で、光電変換
部22は転送ゲート12でそれぞれ接続されている。
【0012】図2において、2画素分の断面構造を説明
する。P型基板1上にはN型半導体層2が積層されてお
り、N型半導体層2の表面近傍にはN型ソース領域3と
N型ドレイン領域4が形成されている。N型ドレイン領
域4は、図1に示されるように、N型ソース領域3の外
側に、信号読み出し部30を除いて単位画素を取り囲む
ように形成されており、後述するフォトダイオードのN
型拡散領域71、72と連続している。また、N型ソー
ス領域3にはポリシリコンからなるソース電極8が設け
られている。
【0013】N型ソース領域3とN型ドレイン領域4の
間の領域上には、絶縁層15を介してゲート電極9がN
型ソース領域3を囲むように設けられ、N型ソース領域
3、ゲート電極9、N型ドレイン領域4でMOS・SI
Tが構成されている。本実施例では、MOS・SITは
信号電荷の増幅専用に設けられているので、MOS・S
ITに光が入射して電荷が発生しないように、信号読み
出し部30の最上層は遮光用のアルミニウム膜14で覆
われている。
【0014】一方、光電変換部21、22のN型半導体
層2には、各々下からN型ウエル領域51、52、P型
フォトダイオード領域61、62、浅いN型拡散領域7
1、72が形成されており埋込みフォトダイオード構造
になっている。P型フォトダイオード領域61、62
は、浅いN型拡散領域71、72よりも深い拡散深さの
N型ドレイン領域4で分離されている。
【0015】信号読み出し部30と光電変換部21を接
続する転送ゲート11は、埋込みフォトダイオードを構
成する浅いN型拡散領域71からMOS・SITのゲー
ト電極9の間に絶縁層15を介してまたがるように設け
られており、P型フォトダイオード領域61に蓄積され
た電荷をMOS・SITのゲート電極9の下部に転送す
る働きをする。
【0016】同様に、信号読み出し部30と光電変換部
22を接続する転送ゲート12は、浅いN型拡散領域7
2からMOS・SITのゲート電極9の間に絶縁層15
を介してまたがるように設けられており、P型フォトダ
イオード領域62に蓄積された電荷をMOS・SITの
ゲート電極9の下部に転送する働きをする。
【0017】上述した図1の固体撮像装置の動作は次の
様になる。光電変換部21、22で一定時間受光された
入射光は、埋込みフォトダイオードで光電変換され、発
生した電荷は各々P型フォトダイオード領域61、62
に蓄積される。その後、まず転送ゲート11にパルス電
圧を加えることにより、P型フォトダイオード領域61
に蓄積されていた電荷は、MOS・SITのゲート電極
9の下部に転送される。電荷が転送された後は、P型フ
ォトダイオード領域61には全く電荷が残らないので、
残像が発生することがない。
【0018】次にゲート電極9にパルス電圧を加えて、
MOS・SITを読み出し動作状態とすることで、転送
された電荷に応じて、増幅された信号がソース電極8を
通してソースライン13から得られる。この際、信号の
読み出しは非破壊で行なわれるため、ゲート電極9にリ
セット用のパルス電圧を加えて、電荷を吐き出してか
ら、次の電荷転送動作に入る。このMOS・SITのリ
セット動作においても、ゲート電極9の下部には電荷が
全く残らないので、残像の発生はない。
【0019】次に転送ゲート12にパルス電圧を加える
ことにより、P型フォトダイオード領域62に蓄積され
ていた電荷は、MOS・SITのゲート電極9の下部に
転送される。この転送動作でも、P型フォトダイオード
領域62には全く電荷が残らないので残像の発生はな
い。次にゲート電極9にパルス電圧を加えて、MOS・
SITを動作状態とすることで、光電変換部22に蓄積
された電荷に応じて増幅された信号をソース電極8を通
してソースライン13から得ることができる。この場合
も、信号の読み出しは非破壊で行なわれるため、ゲート
電極9にリセット用のパルス電圧を加えて電荷を吐き出
す。このリセット動作においても、ゲート電極9の下部
には電荷が全く残らないので、残像の発生はない。
【0020】本実施例では、転送動作以外の動作時、す
なわち光電変換部21、22での光電変換および光発生
電荷の蓄積動作、信号読み出し動作、信号読み出し部の
リセット動作時には、転送ゲート11、12に正の電圧
を加えており、転送ゲート11、12の下の表面電位が
N型拡散領域71、72を通してN型ドレイン領域4と
同電位にクランプされている。したがって、信号読み出
し部30のMOS・SITの実効的なゲート幅Wとゲー
ト長Lの比W/Lは、ゲートライン91との接続部分を
除いたゲート電極9で決まり、高いW/Lの値が確保さ
れるという利点がある。さらに転送ゲート11、12に
正の電圧を加えておくと、強い光量が入射し、埋込みフ
ォトダイオードに蓄積可能な電荷数よりも多い電荷が発
生した場合でも、その過剰電荷を確実に基板1へオーバ
ーフローさせることができるという利点もある。
【0021】上記のように、本実施例では、2つの光電
変換部21、22に蓄積された光発生電荷を、転送ゲー
ト11、12を介して交互に1個の信号読み出し部に転
送し、その光発生電荷に応じた増幅信号を読み出してい
るが、転送ゲート11、12に同時にパルス電圧を加え
ることにより、2つの光電変換部21、22に蓄積され
た電荷を同時に信号読み出し部に転送し、和の信号とし
て読み出すことも可能である。
【0022】また、1個の信号読み出し部に対し、光電
変換部と転送ゲートの組み合わせを3画素分以上に配置
することも可能である。上記の実施例では、増幅用トラ
ンジスタとしてMOS・SITを設けているが、例えば
バイポーラトランジスタ等の他のトランジスタを用いる
こともできる。バイポーラトランジスタを用いる場合
は、フォトダイオードで発生した電荷をバイポーラトラ
ンジスタのベースに転送する構成をとればよい。
【0023】また、光電変換領域に備えるフォトダイオ
ードは、FPNの低減等の観点からは埋込みフォトダイ
オードとすることが好ましいが、必ずしも埋込み型に限
定されるものではなく、図2のN型拡散領域71、72
のないフォトダイオードであってもよいし、可視光以
外、例えば赤外光に感度のあるフォトダイオードであっ
てもよい。
【0024】
【発明の効果】以上のように本発明の固体撮像装置によ
れば、1個の信号読み出し部を複数の光電変換部に転送
ゲートを介して接続して配置しているため、光電変換部
の開口率を大きくし、高い感度が得られるという利点が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の固体撮像装置の一実施例の2画
素分の構成を模式的に示す平面図である。
【図2】図2は図1の線A−A’についての断面図であ
る。
【図3】図3(a)は従来の固体撮像装置の一例の単位
画素の構成を模式的に示す平面図、図3(b)は図3
(a)の線B−B’についての断面図である。
【符号の説明】 11、12 転送ゲート 21、22 光電変換部 30 信号読み出し部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入射光を受光して信号電荷を発生する各
    画素毎に設けられた光電変換部と、 前記光電変換部で発生した信号電荷を読み出す、前記複
    数の光電変換部に対して1個設けられた信号読み出し部
    とを備えることを特徴とする固体撮像装置。
JP4075143A 1992-02-26 1992-02-26 固体撮像装置 Withdrawn JPH05243546A (ja)

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JP4075143A JPH05243546A (ja) 1992-02-26 1992-02-26 固体撮像装置

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JP4075143A JPH05243546A (ja) 1992-02-26 1992-02-26 固体撮像装置

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JPH05243546A true JPH05243546A (ja) 1993-09-21

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006049745A (ja) * 2004-08-09 2006-02-16 Seiko Epson Corp 固体撮像装置及びその駆動方法
US7342270B2 (en) 2004-09-22 2008-03-11 Seiko Epson Corporation Solid state imaging system and driving method thereof
US7583306B2 (en) 2004-08-09 2009-09-01 Seiko Epson Corporation Solid state imaging device with reduced cell pitch and driving method thereof
JP2011249831A (ja) * 2004-01-29 2011-12-08 Victor Co Of Japan Ltd 固体撮像素子及びその製造方法

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Effective date: 19990518