JPH0691234B2 - 光電変換装置 - Google Patents
光電変換装置Info
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- JPH0691234B2 JPH0691234B2 JP61125937A JP12593786A JPH0691234B2 JP H0691234 B2 JPH0691234 B2 JP H0691234B2 JP 61125937 A JP61125937 A JP 61125937A JP 12593786 A JP12593786 A JP 12593786A JP H0691234 B2 JPH0691234 B2 JP H0691234B2
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- Japan
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- diffusion layer
- region
- photoelectric conversion
- conversion device
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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
- H10F39/10—Integrated devices
- H10F39/12—Image sensors
- H10F39/197—Bipolar transistor 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
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
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- Photovoltaic Devices (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光電変換装置に係り、特にトランジスタの第一
導電型の半導体からなる制御電極領域に電荷を蓄積する
光電変換装置に関する。
導電型の半導体からなる制御電極領域に電荷を蓄積する
光電変換装置に関する。
従来、半導体撮像装置としてはCCD型半導体撮像装置,MO
S型半導体撮像装置等があるが、MOS型半導体撮像装置は
高集積化の点で、CCD型半導体撮像装置は製造歩留の点
で問題を残している。
S型半導体撮像装置等があるが、MOS型半導体撮像装置は
高集積化の点で、CCD型半導体撮像装置は製造歩留の点
で問題を残している。
これらの問題を解決するものとして、トランジスタの制
御電極領域に蓄積電荷を発生させ、この蓄積電荷を制御
することによって光信号の検出を行う光電変換装置を用
いた半導体撮像装置がある。
御電極領域に蓄積電荷を発生させ、この蓄積電荷を制御
することによって光信号の検出を行う光電変換装置を用
いた半導体撮像装置がある。
以下、この光電変換装置について説明する。
第３図は上記光電変換装置の一例センサセルの説明図で
あり、（ａ）は平面図、（ｂ）は平面図（ａ）のＡ−
Ａ′断面図である。
あり、（ａ）は平面図、（ｂ）は平面図（ａ）のＡ−
Ａ′断面図である。
第３図において、１はセンサセルで大きさは基本寸法
（最小加工寸法であり、ここでは金属配線11,13のコン
タクトホールの一辺の長さａ）の10×５倍である。セン
サセル１は次のような構成をとる。２はＮ型シリコン基
板であり、このＮ型シリコン基板２には、Ｎ型分離拡散
層3,P型ベース拡散層5,P型ソース拡散層7,P型ドレイン
拡散層６が設けられ、さらに前記Ｐ型ベース拡散層５中
には、Ｎ型エミッタ拡散層８が設けられる。Ｎ型エミッ
タ拡散層8,P型ベース拡散層5,N型シリコン基板２はNPN
型バイポーラトランジスタを構成し、またＰ型ソース拡
散層7,P型ドレイン拡散層６及びゲート酸化膜12を介し
て設けられたゲート電極９でＰ型MOSトランジスタを構
成する。11,13は金属配線である。
（最小加工寸法であり、ここでは金属配線11,13のコン
タクトホールの一辺の長さａ）の10×５倍である。セン
サセル１は次のような構成をとる。２はＮ型シリコン基
板であり、このＮ型シリコン基板２には、Ｎ型分離拡散
層3,P型ベース拡散層5,P型ソース拡散層7,P型ドレイン
拡散層６が設けられ、さらに前記Ｐ型ベース拡散層５中
には、Ｎ型エミッタ拡散層８が設けられる。Ｎ型エミッ
タ拡散層8,P型ベース拡散層5,N型シリコン基板２はNPN
型バイポーラトランジスタを構成し、またＰ型ソース拡
散層7,P型ドレイン拡散層６及びゲート酸化膜12を介し
て設けられたゲート電極９でＰ型MOSトランジスタを構
成する。11,13は金属配線である。
以下、上記光電変換装置の動作について述べる。
光が入射されると、半導体内に光量に対応した電子−正
孔対が発生し、電子は正電位にバイアスされたＮ型シリ
コン基板２側から流れ出してしまうが、正孔はＰ型ベー
ス拡散層５に蓄積される（蓄積動作）。
孔対が発生し、電子は正電位にバイアスされたＮ型シリ
コン基板２側から流れ出してしまうが、正孔はＰ型ベー
ス拡散層５に蓄積される（蓄積動作）。
蓄積された正孔によってベース電位は上昇する。Ｎ型エ
ミッタ拡散層８と、コレクタであるＮ型シリコン基板２
との間に電圧を印加し、またゲート電極９に正の電圧を
印加することによって、更にベース電位を上昇させる。
このベース電位の変化をコレクタ電流として読み出すこ
とで、入射光量に対応した電気信号を得ることができる
（読み出し動作）。また、Ｐ型ベース拡散層５に蓄積さ
れた電荷を除去するには、前記Ｐ型MOSトランジスタを
オンすることにより、金属配線13を通して外部に電荷を
逃せばよい（リフレッシュ動作）。以後上述の蓄積、読
み出し、リフレッシュという各動作が繰り返される。
ミッタ拡散層８と、コレクタであるＮ型シリコン基板２
との間に電圧を印加し、またゲート電極９に正の電圧を
印加することによって、更にベース電位を上昇させる。
このベース電位の変化をコレクタ電流として読み出すこ
とで、入射光量に対応した電気信号を得ることができる
（読み出し動作）。また、Ｐ型ベース拡散層５に蓄積さ
れた電荷を除去するには、前記Ｐ型MOSトランジスタを
オンすることにより、金属配線13を通して外部に電荷を
逃せばよい（リフレッシュ動作）。以後上述の蓄積、読
み出し、リフレッシュという各動作が繰り返される。
上記従来例においては、リフレッシュ動作がＰ型MOSト
ランジスタを用いて行われるが、センサセル１の面積が
Ｐ型MOSトランジスタの為に増大し、高集積化には不利
であった。
ランジスタを用いて行われるが、センサセル１の面積が
Ｐ型MOSトランジスタの為に増大し、高集積化には不利
であった。
高集積化が可能なものとしてはＰ型MOSトランジスタを
用いず、Ｐ型ベース拡散層５上のゲート酸化膜12上に電
極を設け、この電極に電圧を印加することで、蓄積電荷
を逃がすリフレッシュ方式がある。しかしながらこの方
式においては、ベース電位が明確に固定されず光電変換
特性の直線性が悪くなる問題点を有していた。
用いず、Ｐ型ベース拡散層５上のゲート酸化膜12上に電
極を設け、この電極に電圧を印加することで、蓄積電荷
を逃がすリフレッシュ方式がある。しかしながらこの方
式においては、ベース電位が明確に固定されず光電変換
特性の直線性が悪くなる問題点を有していた。
本発明の目的は光電変換特性の直線性を維持し且つ高集
積化に適する光電変換装置を提供することにある。
積化に適する光電変換装置を提供することにある。
上記の問題点は、トランジスタの第一導電型の半導体か
らなる制御電極領域に電荷を蓄積する光電変換装置にお
いて、 半導体基板上に設けられた第一導電型の半導体からなる
埋込領域と、該埋込領域及び該基板上に設けられた該第
一導電型とは反対の第二導電型の半導体からなる半導体
領域と、を具備し、 該制御電極領域が該半導体領域を介して該埋込領域上に
位置しており、該埋込領域に、該制御電極領域に蓄積さ
れた電荷を該埋込領域に逃がす為の所定の電圧を印加す
る構成の本発明の光電変換装置によって解決される。
らなる制御電極領域に電荷を蓄積する光電変換装置にお
いて、 半導体基板上に設けられた第一導電型の半導体からなる
埋込領域と、該埋込領域及び該基板上に設けられた該第
一導電型とは反対の第二導電型の半導体からなる半導体
領域と、を具備し、 該制御電極領域が該半導体領域を介して該埋込領域上に
位置しており、該埋込領域に、該制御電極領域に蓄積さ
れた電荷を該埋込領域に逃がす為の所定の電圧を印加す
る構成の本発明の光電変換装置によって解決される。
本発明は、埋込領域と、この埋込領域上に形成された半
導体領域と、この半導体領域上に設けられた制御電極領
域とでトランジスタを構成し、前記埋込領域に電圧を印
加してパンチスルーを起こさせ、制御電極領域に蓄積さ
れた電荷を埋込領域に逃がすことによって光電変換装置
のリフレッシュ動作を行わせようとするものである。
導体領域と、この半導体領域上に設けられた制御電極領
域とでトランジスタを構成し、前記埋込領域に電圧を印
加してパンチスルーを起こさせ、制御電極領域に蓄積さ
れた電荷を埋込領域に逃がすことによって光電変換装置
のリフレッシュ動作を行わせようとするものである。
以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
第１図は本発明の光電変換装置のセンサセルの説明図で
あり、（ａ）は平面図，（ｂ）は平面図（ａ）のＡ−
Ａ′断面図である。なお、本実施例において制御電極領
域に電荷を蓄積するトランジスタはバイポーラトランジ
スタであり、制御電極領域はベース領域である。
あり、（ａ）は平面図，（ｂ）は平面図（ａ）のＡ−
Ａ′断面図である。なお、本実施例において制御電極領
域に電荷を蓄積するトランジスタはバイポーラトランジ
スタであり、制御電極領域はベース領域である。
第１図において、14はセンサセルであり、基本寸法（こ
こでは金属配線23のコンタクトホールの一辺の長さｂ）
の５×４倍であり、後述するように素子分離にLOCOS法
を用いるが、第３図に示した従来例と比べて面積が1/2.
5に縮小されている。センサセル14は以下の製造方法に
よって形成される。まずCZP（100）１Ω−cmシリコン基
板25にシート抵抗20Ω／□のＮ型埋込拡散層24を形成し
不純物濃度1015/cm3のＰ型エピタキシャル成長層15を厚
さ3.5μｍ形成する。次いでLOCOS法により、Ｐ型分離拡
散層16及び厚さ１μｍのフィールド酸化膜17を形成す
る。その後、深さ0.8μｍの制御電極領域となるＮ型ベ
ース拡散層18を形成後、厚さ500Åの酸化膜等の絶縁膜1
9を形成し、その上に厚さ4000Åのポリシリコンの電極2
0を形成する。この電極20はＮ型ベース拡散層18に対す
るゲート電極となる。次いでゲートセルフアライン法に
より深さ0.3μｍのＰ型エミッタ拡散層21を形成する。
その後層間絶縁膜22,金属配線23を形成する。Ｐ型エミ
ッタ拡散層21,N型ベース拡散層18,P型エピタキシャル成
長層15はPNP型バイポーラトランジスタを形成し、電極2
0によって蓄積電荷（電子）の制御を行う。
こでは金属配線23のコンタクトホールの一辺の長さｂ）
の５×４倍であり、後述するように素子分離にLOCOS法
を用いるが、第３図に示した従来例と比べて面積が1/2.
5に縮小されている。センサセル14は以下の製造方法に
よって形成される。まずCZP（100）１Ω−cmシリコン基
板25にシート抵抗20Ω／□のＮ型埋込拡散層24を形成し
不純物濃度1015/cm3のＰ型エピタキシャル成長層15を厚
さ3.5μｍ形成する。次いでLOCOS法により、Ｐ型分離拡
散層16及び厚さ１μｍのフィールド酸化膜17を形成す
る。その後、深さ0.8μｍの制御電極領域となるＮ型ベ
ース拡散層18を形成後、厚さ500Åの酸化膜等の絶縁膜1
9を形成し、その上に厚さ4000Åのポリシリコンの電極2
0を形成する。この電極20はＮ型ベース拡散層18に対す
るゲート電極となる。次いでゲートセルフアライン法に
より深さ0.3μｍのＰ型エミッタ拡散層21を形成する。
その後層間絶縁膜22,金属配線23を形成する。Ｐ型エミ
ッタ拡散層21,N型ベース拡散層18,P型エピタキシャル成
長層15はPNP型バイポーラトランジスタを形成し、電極2
0によって蓄積電荷（電子）の制御を行う。
前記Ｎ型埋込拡散層24,P型エピタキシャル成長層15,N型
ベース拡散層18はNPN型の縦型トランジスタあるいはＮ
型JFETを構成する。Ｎ型ベース拡散層18に蓄積された光
電荷はＮ型埋込拡散層24に正電圧を印加し、前記Ｎ型ベ
ース拡散層18とＮ型埋込拡散層24間をパンチスルーさせ
ることによって、前記Ｎ型埋込拡散層24を通って、排出
される。
ベース拡散層18はNPN型の縦型トランジスタあるいはＮ
型JFETを構成する。Ｎ型ベース拡散層18に蓄積された光
電荷はＮ型埋込拡散層24に正電圧を印加し、前記Ｎ型ベ
ース拡散層18とＮ型埋込拡散層24間をパンチスルーさせ
ることによって、前記Ｎ型埋込拡散層24を通って、排出
される。
本発明の光電変換装置はＮ型ベース拡散層に蓄積された
電荷を逃がすためのMOS型トランジスタを形成すること
はないのでセル寸法を縮小させることができ、基本寸法
２μｍでは10×８＝80μm2となり基本寸法が同等である
256 k DRAMのセル面積70μm2と比べても遜色のない値と
なる。
電荷を逃がすためのMOS型トランジスタを形成すること
はないのでセル寸法を縮小させることができ、基本寸法
２μｍでは10×８＝80μm2となり基本寸法が同等である
256 k DRAMのセル面積70μm2と比べても遜色のない値と
なる。
また、本発明の光電変換装置はオーバーフロードレイン
構造でもある。
構造でもある。
第２図は上記実施例の光電変換装置のポテンシャルの特
性図であり、第２図（ａ）は光電荷が蓄積されていない
状態、第２図（ｂ）は過剰な光電荷が蓄積された状態を
示す。
性図であり、第２図（ａ）は光電荷が蓄積されていない
状態、第２図（ｂ）は過剰な光電荷が蓄積された状態を
示す。
第２図（ａ），（ｂ）において、26はＰ型エミッタ拡散
層21のエネルギーレベル,27はＮ型ベース拡散層18のエ
ネルギーレベル,28はＰ型エピタキシャル成長層15のエ
ネルギーレベル,30はＮ型埋込拡散層24のエネルギーレ
ベルを示す。
層21のエネルギーレベル,27はＮ型ベース拡散層18のエ
ネルギーレベル,28はＰ型エピタキシャル成長層15のエ
ネルギーレベル,30はＮ型埋込拡散層24のエネルギーレ
ベルを示す。
Ｐ型エピタキシャル成長層15近傍で発生した光電荷であ
る電子は、拡散により、Ｎ型ベース拡散層18に蓄積され
る。電子が蓄積されると、第２図（ｂ）に示すようにＮ
型ベース拡散層18のエネルギーレベル27は上昇し、Ｐ型
エピタキシャル成長層15のエネルギーレベル28とほぼ同
レベルとなり、電子の蓄積は行われなくなる。即ち、過
剰な電子はＮ型埋込拡散層24に移動することとなる。
る電子は、拡散により、Ｎ型ベース拡散層18に蓄積され
る。電子が蓄積されると、第２図（ｂ）に示すようにＮ
型ベース拡散層18のエネルギーレベル27は上昇し、Ｐ型
エピタキシャル成長層15のエネルギーレベル28とほぼ同
レベルとなり、電子の蓄積は行われなくなる。即ち、過
剰な電子はＮ型埋込拡散層24に移動することとなる。
本発明はＮ型埋込拡散層24に電圧を印加させ、Ｎ型ベー
ス拡散層18に蓄積された電荷をパンチスルーさせて、Ｎ
型埋込拡散層24に移動させるものであり、光電変換特性
の直線性を保ち、且つブルーミング耐性に関しても非常
に良好な光電変換装置を与えることができる。
ス拡散層18に蓄積された電荷をパンチスルーさせて、Ｎ
型埋込拡散層24に移動させるものであり、光電変換特性
の直線性を保ち、且つブルーミング耐性に関しても非常
に良好な光電変換装置を与えることができる。
なお、上記実施例において、フィールド酸化膜17にLOCO
S法を用いず、従来のホトエッチング法を使用しても良
い。また必要ならば、シリコン基板をＰ型でなくＮ型に
することも可能である。
S法を用いず、従来のホトエッチング法を使用しても良
い。また必要ならば、シリコン基板をＰ型でなくＮ型に
することも可能である。
本発明の他の実施例として、上記実施例の半導体層の導
電型を全て反対導電型として光電変換装置を構成しても
よい。この場合、Ｎ型ベース拡散層18をＰ型とした時に
は、ベース領域形成後、ドーパントであるボロンが熱処
理を受けることによりフィールド酸化膜に吸出され、界
面濃度が低下し、そのためチャンネルリークが生じやす
くなるために更に対策を必要とする。
電型を全て反対導電型として光電変換装置を構成しても
よい。この場合、Ｎ型ベース拡散層18をＰ型とした時に
は、ベース領域形成後、ドーパントであるボロンが熱処
理を受けることによりフィールド酸化膜に吸出され、界
面濃度が低下し、そのためチャンネルリークが生じやす
くなるために更に対策を必要とする。
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、制御電
極領域に蓄積された電荷を埋込領域に逃がすことによっ
て、光電変換特性の直線性を損うことなく、またMOSト
ランジスタ等を設けることがないので高集積化が容易
で、安価な製造が可能な光電変換装置を提供することが
できる。
極領域に蓄積された電荷を埋込領域に逃がすことによっ
て、光電変換特性の直線性を損うことなく、またMOSト
ランジスタ等を設けることがないので高集積化が容易
で、安価な製造が可能な光電変換装置を提供することが
できる。
第１図（ａ），（ｂ）は本発明の光電変換装置のセンサ
セルの説明図である。 第２図（ａ），（ｂ）は上記光電変換装置のポテンシャ
ルの特性図である。 第３図（ａ），（ｂ）は従来の光電変換装置の一例のセ
ンサセルの説明図である。 14……センサセル、15……Ｐ型エピタキシャル成長層、
16……Ｐ型分離拡散層、17……フィールド酸化膜、18…
…Ｎ型ベース拡散層、19……絶縁膜、20……電極、21…
…Ｐ型エミッタ拡散層、22……層間絶縁膜、23……金属
配線、24……Ｎ型埋込拡散層、25……Ｐ型シリコン基
板。
セルの説明図である。 第２図（ａ），（ｂ）は上記光電変換装置のポテンシャ
ルの特性図である。 第３図（ａ），（ｂ）は従来の光電変換装置の一例のセ
ンサセルの説明図である。 14……センサセル、15……Ｐ型エピタキシャル成長層、
16……Ｐ型分離拡散層、17……フィールド酸化膜、18…
…Ｎ型ベース拡散層、19……絶縁膜、20……電極、21…
…Ｐ型エミッタ拡散層、22……層間絶縁膜、23……金属
配線、24……Ｎ型埋込拡散層、25……Ｐ型シリコン基
板。
Claims (1)
- 【請求項１】トランジスタの第一導電型の半導体からな
る制御電極領域に電荷を蓄積する光電変換装置におい
て、 半導体基板上に設けられた第一導電型の半導体からなる
埋込領域と、該埋込領域及び該基板上に設けられた該第
一導電型とは反対の第二導電型の半導体からなる半導体
領域と、を具備し、 該制御電極領域が該半導体領域を介して該埋込領域上に
位置しており、該埋込領域に、該制御電極領域に蓄積さ
れた電荷を該埋込領域に逃がす為の所定の電圧を印加す
る構成の光電変換装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61125937A JPH0691234B2 (ja) | 1986-06-02 | 1986-06-02 | 光電変換装置 |
| EP87300853A EP0232148B1 (en) | 1986-02-04 | 1987-01-30 | Photoelectric converting device and method for producing the same |
| AT87300853T ATE109593T1 (de) | 1986-02-04 | 1987-01-30 | Photoelektrisches umwandlungselement und verfahren zu seiner herstellung. |
| DE3750300T DE3750300T2 (de) | 1986-02-04 | 1987-01-30 | Photoelektrisches Umwandlungselement und Verfahren zu seiner Herstellung. |
| US07/411,219 US5089425A (en) | 1986-02-04 | 1989-09-22 | Photoelectric converting device having an electrode formed across an insulating layer on a control electrode and method for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61125937A JPH0691234B2 (ja) | 1986-06-02 | 1986-06-02 | 光電変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62283661A JPS62283661A (ja) | 1987-12-09 |
| JPH0691234B2 true JPH0691234B2 (ja) | 1994-11-14 |
Family
ID=14922656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61125937A Expired - Lifetime JPH0691234B2 (ja) | 1986-02-04 | 1986-06-02 | 光電変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0691234B2 (ja) |
-
1986
- 1986-06-02 JP JP61125937A patent/JPH0691234B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62283661A (ja) | 1987-12-09 |
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