JPH1093066A - 固体撮像装置及びその駆動方法 - Google Patents
固体撮像装置及びその駆動方法Info
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- JPH1093066A JPH1093066A JP8245308A JP24530896A JPH1093066A JP H1093066 A JPH1093066 A JP H1093066A JP 8245308 A JP8245308 A JP 8245308A JP 24530896 A JP24530896 A JP 24530896A JP H1093066 A JPH1093066 A JP H1093066A
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- imaging device
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- 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
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】固体撮像装置のセル内で使用するトランジスタ
数を減らしてセル構成を簡単化し、フォトダイオードの
開口率を大きく取ること。 【解決手段】フォトダイオード２１、読出しトランジス
タ２２、増幅トランジスタ２３、リセットトランジスタ
２４で単位セルを構成し、ソース線２５に接続した読出
しトランジスタ２６を、信号線２７を介して増幅トラン
ジスタ２３と接続する。垂直レジスタ２８は、読出しト
ランジスタ２２のゲートに接続した読出し線２９と、増
幅トランジスタ２３とリセットトランジスタ２４のドレ
インに接続したドレイン線３０と、リセットトランジス
タ２４のゲートに接続したリセットアドレス線３１を接
続する。信号線２７は、サンプル／ホールドトランジス
タ３３を介して、蓄積容量３４と接続する。信号電荷
は、水平レジスタ３５から水平トランジスタ３６に読出
しパルスを印加して、信号出力線３７へ出力する。
数を減らしてセル構成を簡単化し、フォトダイオードの
開口率を大きく取ること。 【解決手段】フォトダイオード２１、読出しトランジス
タ２２、増幅トランジスタ２３、リセットトランジスタ
２４で単位セルを構成し、ソース線２５に接続した読出
しトランジスタ２６を、信号線２７を介して増幅トラン
ジスタ２３と接続する。垂直レジスタ２８は、読出しト
ランジスタ２２のゲートに接続した読出し線２９と、増
幅トランジスタ２３とリセットトランジスタ２４のドレ
インに接続したドレイン線３０と、リセットトランジス
タ２４のゲートに接続したリセットアドレス線３１を接
続する。信号線２７は、サンプル／ホールドトランジス
タ３３を介して、蓄積容量３４と接続する。信号電荷
は、水平レジスタ３５から水平トランジスタ３６に読出
しパルスを印加して、信号出力線３７へ出力する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は増幅型ＭＯＳセン
サを用いた固体撮像装置に係り、特にセル構成を簡単に
すると共に、高解像度を得ることが可能な固体撮像装置
及びその駆動方法に関するものである。
サを用いた固体撮像装置に係り、特にセル構成を簡単に
すると共に、高解像度を得ることが可能な固体撮像装置
及びその駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、光電変換により発生した信号電荷
で信号電荷蓄積部の電位を変調し、その電位により画素
内部の増幅トランジスタを変調することで画素内部に増
幅機能を持たせた固体撮像装置が開発されている。この
装置は、増幅型固体撮像装置と称されるもので、画素数
の増加やイメージサイズの縮小による画素サイズの縮小
に適した固体撮像装置として期待されている。
で信号電荷蓄積部の電位を変調し、その電位により画素
内部の増幅トランジスタを変調することで画素内部に増
幅機能を持たせた固体撮像装置が開発されている。この
装置は、増幅型固体撮像装置と称されるもので、画素数
の増加やイメージサイズの縮小による画素サイズの縮小
に適した固体撮像装置として期待されている。
【０００３】図１４は、従来の固体撮像装置の構成を示
した図である。図１４に於いて、単位セルはフォトダイ
オード１、読出しトランジスタ２、増幅トランジスタ
３、リセットトランジスタ４、アドレストランジスタ５
から成り、ソース線６に接続されたロードトランジスタ
７は信号線８を通じて増幅トランジスタ３とソースフォ
ロワ回路を構成している。増幅トランジスタ３とアドレ
ストランジスタ５は、ソース／ドレイン（Ｓ／Ｄ）部９
により接続されている。
した図である。図１４に於いて、単位セルはフォトダイ
オード１、読出しトランジスタ２、増幅トランジスタ
３、リセットトランジスタ４、アドレストランジスタ５
から成り、ソース線６に接続されたロードトランジスタ
７は信号線８を通じて増幅トランジスタ３とソースフォ
ロワ回路を構成している。増幅トランジスタ３とアドレ
ストランジスタ５は、ソース／ドレイン（Ｓ／Ｄ）部９
により接続されている。
【０００４】垂直レジスタ１０からは、アドレス線１
１、読出し線１２、ドレイン線１３、が配線されてお
り、アドレス線１１はアドレストランジスタのゲート
に、読出し線１２は読出しトランジスタ２のゲートに、
そしてドレイン線１３はアドレストランジスタ５とリセ
ットトランジスタ４のドレインに接続されている。ま
た、信号線８は、サンプル／ホールド線１４が接続され
たサンプル／ホールドトランジスタ（ＳＨＴｒ）１５を
介して、蓄積容量１６と接続される。信号電荷は、水平
レジスタ１７より水平トランジスタ１８に読出しパルス
を印加することにより、信号出力線１９へと出力され
る。
１、読出し線１２、ドレイン線１３、が配線されてお
り、アドレス線１１はアドレストランジスタのゲート
に、読出し線１２は読出しトランジスタ２のゲートに、
そしてドレイン線１３はアドレストランジスタ５とリセ
ットトランジスタ４のドレインに接続されている。ま
た、信号線８は、サンプル／ホールド線１４が接続され
たサンプル／ホールドトランジスタ（ＳＨＴｒ）１５を
介して、蓄積容量１６と接続される。信号電荷は、水平
レジスタ１７より水平トランジスタ１８に読出しパルス
を印加することにより、信号出力線１９へと出力され
る。
【０００５】図１５は、このような従来構造の固体撮像
装置を駆動するときのタイミングチャートである。水平
ブランキングＨＢＬＫ内をｔ1 〜ｔ11に分割して説明す
る。先ず、選択されるアドレス線１１′がハイ（Ｈｉ）
レベルにされて（ｔ2 ）、読出し線１２′がＨｉにされ
てリセットトランジスタ４と読出しトランジスタ２がオ
ンされることにより、１ライン前の画素列Ｂがリセット
されると同時に、現在選択されている画素列Ａの信号が
読出される（ｔ3 ）。
装置を駆動するときのタイミングチャートである。水平
ブランキングＨＢＬＫ内をｔ1 〜ｔ11に分割して説明す
る。先ず、選択されるアドレス線１１′がハイ（Ｈｉ）
レベルにされて（ｔ2 ）、読出し線１２′がＨｉにされ
てリセットトランジスタ４と読出しトランジスタ２がオ
ンされることにより、１ライン前の画素列Ｂがリセット
されると同時に、現在選択されている画素列Ａの信号が
読出される（ｔ3 ）。
【０００６】その後、サンプルホールド線１４がオンさ
れることで（ｔ7 ）、信号が蓄積容量１６に蓄えられ
る。そして、信号有効期間中に水平レジスタ１７より水
平トランジスタ１８に読出しパルスが印加されることに
より、信号が信号出力線１９に出力される。
れることで（ｔ7 ）、信号が蓄積容量１６に蓄えられ
る。そして、信号有効期間中に水平レジスタ１７より水
平トランジスタ１８に読出しパルスが印加されることに
より、信号が信号出力線１９に出力される。
【０００７】図１６は、読出しトランジスタ７、増幅ト
ランジスタ３、アドレストランジスタ５を１断面に構成
したセル部断面形状を示した図である。電荷はソース線
６から注入され、読出しトランジスタ７、信号線８、増
幅トランジスタ３を通り、更にＳ／Ｄ部９、アドレスト
ランジスタ５を通ってドレイン線１３へと排出される。
尚、２０は基板である。
ランジスタ３、アドレストランジスタ５を１断面に構成
したセル部断面形状を示した図である。電荷はソース線
６から注入され、読出しトランジスタ７、信号線８、増
幅トランジスタ３を通り、更にＳ／Ｄ部９、アドレスト
ランジスタ５を通ってドレイン線１３へと排出される。
尚、２０は基板である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】図１７は、図１６の断
面部の電位分布図で、（ａ）及び（ｂ）はそれぞれセル
選択時及び非選択時について示した図である。図１７
（ａ）に示されるように、セルが選択されているとき
は、電荷はソース線６から注入され、読出しトランジス
タ７、信号線８、増幅トランジスタ３を通り、更にＳ／
Ｄ部９、アドレストランジスタ５を通ってドレイン線１
３へと排出される。このとき、増幅トランジスタ３には
信号電圧が印加されるので、信号線８には、その電圧に
応じた出力が出る。
面部の電位分布図で、（ａ）及び（ｂ）はそれぞれセル
選択時及び非選択時について示した図である。図１７
（ａ）に示されるように、セルが選択されているとき
は、電荷はソース線６から注入され、読出しトランジス
タ７、信号線８、増幅トランジスタ３を通り、更にＳ／
Ｄ部９、アドレストランジスタ５を通ってドレイン線１
３へと排出される。このとき、増幅トランジスタ３には
信号電圧が印加されるので、信号線８には、その電圧に
応じた出力が出る。
【０００９】一方、図１７（ｂ）に示されるように、セ
ルが選択されていないときには、アドレストランジスタ
５がオフされているので、電荷はソース線６から注入さ
れ、読出しトランジスタ７、信号線８まで流れるが、ド
レイン線１３には流れず、信号線８、増幅トランジスタ
３、Ｓ／Ｄ部９はフローティングになっている。このた
め、この部分の電位は、他の選択されたセルの信号電位
により変化する。
ルが選択されていないときには、アドレストランジスタ
５がオフされているので、電荷はソース線６から注入さ
れ、読出しトランジスタ７、信号線８まで流れるが、ド
レイン線１３には流れず、信号線８、増幅トランジスタ
３、Ｓ／Ｄ部９はフローティングになっている。このた
め、この部分の電位は、他の選択されたセルの信号電位
により変化する。
【００１０】このように、従来のセル構造ではアドレス
トランジスタを使用していたために、フォトダイオード
の開口率を大きく取れないという問題があった。したが
ってこの発明は上記実状に鑑みてなされたもので、セル
内で使用するトランジスタ数を減らしてセル構成を簡単
化し、光電変換部の開口率を大きく取ることのできる固
体撮像装置を提供することを目的とする。
トランジスタを使用していたために、フォトダイオード
の開口率を大きく取れないという問題があった。したが
ってこの発明は上記実状に鑑みてなされたもので、セル
内で使用するトランジスタ数を減らしてセル構成を簡単
化し、光電変換部の開口率を大きく取ることのできる固
体撮像装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、半
導体基板上に少なくともフォトダイオード、リセットト
ランジスタ、増幅トランジスタ、信号電荷読出しトラン
ジスタを有した単位セルを行列２次元状に配置してなる
撮像領域と、この撮像領域の読出し行を選択する垂直選
択手段と、選択された行に相当する上記フォトダイオー
ドの検出信号を読出す列方向に配置された複数の垂直信
号線と、該垂直信号線から行方向に配置された水平信号
線に検出信号を順次読出す水平トランジスタを備えた固
体撮像装置の駆動方法に於いて、上記単位セルを選択す
るのに、ある選択された行のみの全セルに於いて、リセ
ットトランジスタをオンして外部より電圧を印加し、上
記増幅トランジスタを動作点に設定して行うことを特徴
とする。
導体基板上に少なくともフォトダイオード、リセットト
ランジスタ、増幅トランジスタ、信号電荷読出しトラン
ジスタを有した単位セルを行列２次元状に配置してなる
撮像領域と、この撮像領域の読出し行を選択する垂直選
択手段と、選択された行に相当する上記フォトダイオー
ドの検出信号を読出す列方向に配置された複数の垂直信
号線と、該垂直信号線から行方向に配置された水平信号
線に検出信号を順次読出す水平トランジスタを備えた固
体撮像装置の駆動方法に於いて、上記単位セルを選択す
るのに、ある選択された行のみの全セルに於いて、リセ
ットトランジスタをオンして外部より電圧を印加し、上
記増幅トランジスタを動作点に設定して行うことを特徴
とする。
【００１２】またこの発明は、半導体基板上に行列２次
元状に配列された複数の光電変換蓄積部と、上記複数の
光電変換蓄積部の読出し行を選択する垂直選択手段と、
選択された光電変換蓄積部の検出信号を読出す列方向に
配置された複数の垂直信号線と、上記光電変換蓄積部か
ら読出された検出信号を入力として上記垂直信号線に検
出信号を出力する複数の出力回路と、上記光電変換蓄積
部からの検出信号を上記出力回路に選択的に読出す読出
しＭＯＳ形トランジスタと、上記複数の垂直信号線から
行方向に配置された水平信号線に検出信号を順次読出す
ための水平選択手段とを備えた固体撮像装置に於いて、
上記読出しトランジスタは、上記光電変換蓄積部側のチ
ャネル幅が上記出力回路側のチャネル幅よりも狭く設定
されていることを特徴とする。
元状に配列された複数の光電変換蓄積部と、上記複数の
光電変換蓄積部の読出し行を選択する垂直選択手段と、
選択された光電変換蓄積部の検出信号を読出す列方向に
配置された複数の垂直信号線と、上記光電変換蓄積部か
ら読出された検出信号を入力として上記垂直信号線に検
出信号を出力する複数の出力回路と、上記光電変換蓄積
部からの検出信号を上記出力回路に選択的に読出す読出
しＭＯＳ形トランジスタと、上記複数の垂直信号線から
行方向に配置された水平信号線に検出信号を順次読出す
ための水平選択手段とを備えた固体撮像装置に於いて、
上記読出しトランジスタは、上記光電変換蓄積部側のチ
ャネル幅が上記出力回路側のチャネル幅よりも狭く設定
されていることを特徴とする。
【００１３】更にこの発明は、光電変換を行う光電変換
手段と、上記光電変換による信号電荷を蓄積する信号電
荷蓄積手段と、蓄積された信号電荷をリセット、排出す
る排出手段と、上記蓄積した信号電荷により変調される
増幅トランジスタと、該増幅トランジスタからの信号電
流を読出す読出し手段を備える型固体撮像装置に於い
て、上記読出し手段を構成する第１の配線と上記排出手
段を構成する第２の配線は、互いに重ねられて配置形成
されていることを特徴とする。
手段と、上記光電変換による信号電荷を蓄積する信号電
荷蓄積手段と、蓄積された信号電荷をリセット、排出す
る排出手段と、上記蓄積した信号電荷により変調される
増幅トランジスタと、該増幅トランジスタからの信号電
流を読出す読出し手段を備える型固体撮像装置に於い
て、上記読出し手段を構成する第１の配線と上記排出手
段を構成する第２の配線は、互いに重ねられて配置形成
されていることを特徴とする。
【００１４】この発明の固体撮像装置の駆動方法にあっ
ては、セルの選択、非選択がリセットトランジスタを介
して行われる。また、この発明によれば、読出しトラン
ジスタのチャネル幅が、フォトダイオード側よりも増幅
回路側の方が大きいので、ナローチャネル効果の結果、
読出しトランジスタのゲート下のチャネルポテンシャル
は増幅回路側の方が高くなる。したがって、読出しトラ
ンジスタのチャネルを通過する信号電荷は、このポテン
シャル差によっても移動するので、拡散のみによって流
れる場合よりも読出し時間が短くなる。
ては、セルの選択、非選択がリセットトランジスタを介
して行われる。また、この発明によれば、読出しトラン
ジスタのチャネル幅が、フォトダイオード側よりも増幅
回路側の方が大きいので、ナローチャネル効果の結果、
読出しトランジスタのゲート下のチャネルポテンシャル
は増幅回路側の方が高くなる。したがって、読出しトラ
ンジスタのチャネルを通過する信号電荷は、このポテン
シャル差によっても移動するので、拡散のみによって流
れる場合よりも読出し時間が短くなる。
【００１５】更にこの発明にあっては、信号電流の読出
し用の配線と信号電荷の排出用の配線のうち、１本分の
配線幅でしかフォトダイオードの開口率を制限しなくな
るので、従来よりもフォトダイオードの開口率を大きく
することが可能である。また、同様の積層型撮像素子に
おいては、素子を微細化しても、ドレイン線と信号線を
配線できるようになる。
し用の配線と信号電荷の排出用の配線のうち、１本分の
配線幅でしかフォトダイオードの開口率を制限しなくな
るので、従来よりもフォトダイオードの開口率を大きく
することが可能である。また、同様の積層型撮像素子に
おいては、素子を微細化しても、ドレイン線と信号線を
配線できるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態を説明する。図１は、この発明の第１の実施
の形態に於ける固体撮像装置の構成を示した図である。
実施の形態を説明する。図１は、この発明の第１の実施
の形態に於ける固体撮像装置の構成を示した図である。
【００１７】図１に於いて、単位セルは、フォトダイオ
ード２１、読出しトランジスタ２２、増幅トランジスタ
２３、リセットトランジスタ２４から成っており、ソー
ス線２５に接続された読出しトランジスタ２６は、信号
線２７を通じて増幅トランジスタ２３とソースフォロワ
回路を構成している。
ード２１、読出しトランジスタ２２、増幅トランジスタ
２３、リセットトランジスタ２４から成っており、ソー
ス線２５に接続された読出しトランジスタ２６は、信号
線２７を通じて増幅トランジスタ２３とソースフォロワ
回路を構成している。
【００１８】垂直レジスタ２８からは、読出し線２９、
ドレイン線３０、リセットアドレス線３１が配線されて
おり、読出し線２９は読出しトランジスタ２２のゲート
に、ドレイン線３０は増幅トランジスタ２３とリセット
トランジスタ２４のドレインに、そしてリセットアドレ
ス線３１はリセットトランジスタ２４のゲートに接続さ
れている。また、信号線２７は、サンプル／ホールド線
３２に接続されたサンプル／ホールドトランジスタ（Ｓ
ＨＴｒ）３３を介して、蓄積容量３４と接続される。信
号電荷は、水平レジスタ３５より水平トランジスタ３６
に読出しパルスが印加されることにより、信号出力線３
７へと出力される。
ドレイン線３０、リセットアドレス線３１が配線されて
おり、読出し線２９は読出しトランジスタ２２のゲート
に、ドレイン線３０は増幅トランジスタ２３とリセット
トランジスタ２４のドレインに、そしてリセットアドレ
ス線３１はリセットトランジスタ２４のゲートに接続さ
れている。また、信号線２７は、サンプル／ホールド線
３２に接続されたサンプル／ホールドトランジスタ（Ｓ
ＨＴｒ）３３を介して、蓄積容量３４と接続される。信
号電荷は、水平レジスタ３５より水平トランジスタ３６
に読出しパルスが印加されることにより、信号出力線３
７へと出力される。
【００１９】次に、図２に示されるタイミングチャート
を参照して、第１の実施の形態に於けるデバイスを駆動
するときの動作を説明する。水平ブランキングＨＢＬＫ
内をｔ21〜ｔ31に分割する。先ず、選択する画素列Ａの
ドレイン線３０′がＨｉにされ（ｔ22）、その後リセッ
トアドレス線３１′がオフされる（ｔ23）。そして、読
出し線２９′がＨｉにされる（ｔ24）。このとき、選択
されていない画素列Ｂは、リセットアドレス線３１がＨ
ｉにされてドレイン線３０がロー（Ｌｏｗ）レベルにさ
れている。
を参照して、第１の実施の形態に於けるデバイスを駆動
するときの動作を説明する。水平ブランキングＨＢＬＫ
内をｔ21〜ｔ31に分割する。先ず、選択する画素列Ａの
ドレイン線３０′がＨｉにされ（ｔ22）、その後リセッ
トアドレス線３１′がオフされる（ｔ23）。そして、読
出し線２９′がＨｉにされる（ｔ24）。このとき、選択
されていない画素列Ｂは、リセットアドレス線３１がＨ
ｉにされてドレイン線３０がロー（Ｌｏｗ）レベルにさ
れている。
【００２０】その後、サンプル／ホールド線３２がオン
されることで（ｔ26）、信号が蓄積容量３４に蓄えられ
る。そして、信号有効期間中に水平レジスタ３５から水
平トランジスタ３６に読出しパルスが印加されることに
より、信号が信号出力線３７へと出力される。
されることで（ｔ26）、信号が蓄積容量３４に蓄えられ
る。そして、信号有効期間中に水平レジスタ３５から水
平トランジスタ３６に読出しパルスが印加されることに
より、信号が信号出力線３７へと出力される。
【００２１】図３は、読出しトランジスタ２６、増幅ト
ランジスタ２３を１断面に構成したセル部断面形状を示
した図である。電荷は、ソース線２５より注入され、読
出しトランジスタ２６、信号線２７、増幅トランジスタ
２３を通り、ドレイン線３０へと排出される。
ランジスタ２３を１断面に構成したセル部断面形状を示
した図である。電荷は、ソース線２５より注入され、読
出しトランジスタ２６、信号線２７、増幅トランジスタ
２３を通り、ドレイン線３０へと排出される。
【００２２】図４は、図３の断面部の電位分布図で、
（ａ）及び（ｂ）はそれぞれセル選択時及び非選択時に
ついて示した図である。図４（ａ）に示されるように、
セルが選択されているときは、電荷はソース線２５より
注入され、読出しトランジスタ２６、信号線２７、増幅
トランジスタ２３を通ってドレイン線３０へと排出され
る。このとき、増幅トランジスタ２３には信号電圧が印
加されるので、信号線２７には、その電圧に応じた出力
が出る。
（ａ）及び（ｂ）はそれぞれセル選択時及び非選択時に
ついて示した図である。図４（ａ）に示されるように、
セルが選択されているときは、電荷はソース線２５より
注入され、読出しトランジスタ２６、信号線２７、増幅
トランジスタ２３を通ってドレイン線３０へと排出され
る。このとき、増幅トランジスタ２３には信号電圧が印
加されるので、信号線２７には、その電圧に応じた出力
が出る。
【００２３】一方、図４（ｂ）に示されるように、セル
が選択されていないときには、増幅トランジスタ２３が
オフされているので、電荷はソース線２５より注入さ
れ、読出しトランジスタ２６、信号線２７まで流れる
が、ドレイン線３０には流れず、信号線２７はフローテ
ィングになっている。このため、この部分の電位は、他
の選択されたセルの信号電位により変化する。
が選択されていないときには、増幅トランジスタ２３が
オフされているので、電荷はソース線２５より注入さ
れ、読出しトランジスタ２６、信号線２７まで流れる
が、ドレイン線３０には流れず、信号線２７はフローテ
ィングになっている。このため、この部分の電位は、他
の選択されたセルの信号電位により変化する。
【００２４】このように、第１の実施の形態によれば、
セル内にアドレストランジスタが不要になるので、開口
率を大きく取ることが可能になる。ここで、基本的な固
体撮像装置のパターン例を図５に示す、また、図６は、
図５に示された固体撮像装置の単位セルの回路構成図で
ある。
セル内にアドレストランジスタが不要になるので、開口
率を大きく取ることが可能になる。ここで、基本的な固
体撮像装置のパターン例を図５に示す、また、図６は、
図５に示された固体撮像装置の単位セルの回路構成図で
ある。
【００２５】図６に於いて、信号電荷は、フォトダイオ
ード４０から読出しトランジスタ４１を経て増幅トラン
ジスタ４２のゲートに読出され、垂直選択信号Ｙによっ
て垂直選択トランジスタ４３が選択されたとき、増幅さ
れた信号が読出される。フォトダイオード４０から読出
された信号電荷は、次のフィールドの信号電荷が読出さ
れる前に、充放電トランジスタ４４を経てドレインに捨
てられる。
ード４０から読出しトランジスタ４１を経て増幅トラン
ジスタ４２のゲートに読出され、垂直選択信号Ｙによっ
て垂直選択トランジスタ４３が選択されたとき、増幅さ
れた信号が読出される。フォトダイオード４０から読出
された信号電荷は、次のフィールドの信号電荷が読出さ
れる前に、充放電トランジスタ４４を経てドレインに捨
てられる。
【００２６】このこととを、図５に示される平面パター
ンを用いて説明すると以下のようになる。すなわち、垂
直シフトレジスタから水平方向に配線されている水平ア
ドレス線４５は、垂直選択トランジスタ４３のゲートに
接続され、信号を読出すラインを選択する。同様に、垂
直シフトレジスタから水平方向に配線されるリセット線
４６、読出し線４７は、それぞれリセットトランジスタ
４４のゲート、読出しトランジスタ４１のゲートに接続
されている。増幅トランジスタ４２のドレインは、垂直
方向に配置された垂直信号線に層間コンタクト４８を経
て接続されている。
ンを用いて説明すると以下のようになる。すなわち、垂
直シフトレジスタから水平方向に配線されている水平ア
ドレス線４５は、垂直選択トランジスタ４３のゲートに
接続され、信号を読出すラインを選択する。同様に、垂
直シフトレジスタから水平方向に配線されるリセット線
４６、読出し線４７は、それぞれリセットトランジスタ
４４のゲート、読出しトランジスタ４１のゲートに接続
されている。増幅トランジスタ４２のドレインは、垂直
方向に配置された垂直信号線に層間コンタクト４８を経
て接続されている。
【００２７】上記フォトダイオード４０に蓄積された信
号電荷は、読出しトランジスタ４１がオンされるとドレ
インに読出される。このドレインは、層間コンタクト４
９を経て増幅トランジスタ４２のゲート５０に電気的に
接続されているので、ゲート５０の電位が変化する。垂
直選択トランジスタ４３がオンされると、増幅された信
号は層間コンタクト４８を経て、垂直信号線に読出され
る。
号電荷は、読出しトランジスタ４１がオンされるとドレ
インに読出される。このドレインは、層間コンタクト４
９を経て増幅トランジスタ４２のゲート５０に電気的に
接続されているので、ゲート５０の電位が変化する。垂
直選択トランジスタ４３がオンされると、増幅された信
号は層間コンタクト４８を経て、垂直信号線に読出され
る。
【００２８】また、フォトダイオード４０から読出され
た増幅トランジスタ４２のゲートを変調している信号電
荷は、次のフィールドの信号電荷が読出される前に、充
放電トランジスタ４４を経てドレインに捨てられる。充
放電トランジスタ４４のドレインは、隣接する単位セル
の増幅トランジスタのドレインと共通になっており、層
間コンタクト５１を経て電源線に繋がっている。
た増幅トランジスタ４２のゲートを変調している信号電
荷は、次のフィールドの信号電荷が読出される前に、充
放電トランジスタ４４を経てドレインに捨てられる。充
放電トランジスタ４４のドレインは、隣接する単位セル
の増幅トランジスタのドレインと共通になっており、層
間コンタクト５１を経て電源線に繋がっている。
【００２９】尚、図５では簡単のために、素子形成領域
とゲートポリシリコンと層間コンタクトのパターンのみ
を示しているが、実際には第２層ポリシリコンやアルミ
配線も存在している。
とゲートポリシリコンと層間コンタクトのパターンのみ
を示しているが、実際には第２層ポリシリコンやアルミ
配線も存在している。
【００３０】このとき、読出しトランジスタ４１のチャ
ネル幅を見ると、フォトダイオード４０側のチャネル幅
もドレイン側のチャネル幅も同じになっている。このよ
うに、基本的な固体撮像装置では、フォトダイオードと
増幅回路の間のＭＯＳ形読出しトランジスタに関して、
読出しトランジスタのチャネルポテンシャルがチャネル
方向に渡って一定であった。このため、チャネル内を走
行する信号電荷は拡散のみで移動し、読出しが終了する
までに時間がかかっており、これが素子の多画素化を妨
げる要因の１つとなっていた。そこで、読出しトランジ
スタを用いたフォトダイオードからの信号電荷の読出し
時間を短くするために、読出しトランジスタのチャネル
幅について、フォトダイオード側よりも増幅回路側の方
を大きくすることが考えられる。
ネル幅を見ると、フォトダイオード４０側のチャネル幅
もドレイン側のチャネル幅も同じになっている。このよ
うに、基本的な固体撮像装置では、フォトダイオードと
増幅回路の間のＭＯＳ形読出しトランジスタに関して、
読出しトランジスタのチャネルポテンシャルがチャネル
方向に渡って一定であった。このため、チャネル内を走
行する信号電荷は拡散のみで移動し、読出しが終了する
までに時間がかかっており、これが素子の多画素化を妨
げる要因の１つとなっていた。そこで、読出しトランジ
スタを用いたフォトダイオードからの信号電荷の読出し
時間を短くするために、読出しトランジスタのチャネル
幅について、フォトダイオード側よりも増幅回路側の方
を大きくすることが考えられる。
【００３１】図７は、この発明の第２の実施の形態に係
る固体撮像装置の平面図である。この図７に示される固
体撮像装置の単位セルの構成図は図６と同様であるの
で、ここでは説明を省略する。
る固体撮像装置の平面図である。この図７に示される固
体撮像装置の単位セルの構成図は図６と同様であるの
で、ここでは説明を省略する。
【００３２】図７に於いて、垂直シフトレジスタから水
平方向に配線されている水平アドレス線４５は、垂直選
択トランジスタ４３のゲートに接続され、信号を読出す
ラインを選択する。同様に、垂直シフトレジスタから水
平方向に配線されるリセット線４６、読出し線４７は、
それぞれリセットトランジスタ４４のゲート、読出しト
ランジスタ４１′のゲートに接続されている。増幅トラ
ンジスタ４２のドレインは、垂直方向に配置された垂直
信号線に層間コンタクト４８を経て接続されている。
平方向に配線されている水平アドレス線４５は、垂直選
択トランジスタ４３のゲートに接続され、信号を読出す
ラインを選択する。同様に、垂直シフトレジスタから水
平方向に配線されるリセット線４６、読出し線４７は、
それぞれリセットトランジスタ４４のゲート、読出しト
ランジスタ４１′のゲートに接続されている。増幅トラ
ンジスタ４２のドレインは、垂直方向に配置された垂直
信号線に層間コンタクト４８を経て接続されている。
【００３３】フォトダイオード４０に蓄積された信号電
荷は、読出しトランジスタ４１′がオンされるとドレイ
ンに読出される。このドレインは、層間コンタクト４９
を経て増幅トランジスタ４２のゲート５０に電気的に接
続されているので、ゲート５０の電位が変化する。
荷は、読出しトランジスタ４１′がオンされるとドレイ
ンに読出される。このドレインは、層間コンタクト４９
を経て増幅トランジスタ４２のゲート５０に電気的に接
続されているので、ゲート５０の電位が変化する。
【００３４】また、垂直選択トランジスタ４３がオンさ
れると、増幅された信号は層間コンタクト４９を経て垂
直信号線に読出される。フォトダイオード４０から読出
された増幅トランジスタ４２のゲート５０を変調してい
る信号電荷は、次のフィールドの信号電荷が読出される
前に、充放電トランジスタ４４を経てドレインに捨てら
れる。
れると、増幅された信号は層間コンタクト４９を経て垂
直信号線に読出される。フォトダイオード４０から読出
された増幅トランジスタ４２のゲート５０を変調してい
る信号電荷は、次のフィールドの信号電荷が読出される
前に、充放電トランジスタ４４を経てドレインに捨てら
れる。
【００３５】充放電トランジスタ４４のドレインは、隣
接する単位セルの増幅トランジスタ４２のドレインと共
通になっており、層間コンタクト５１を経て電源線に繋
がっている。尚、図７では簡単のために、素子形成領域
とゲートポリシリコンと層間コンタクトのパターンのみ
を示しているが、実際には第２層ポリシリコンやアルミ
配線も存在している。
接する単位セルの増幅トランジスタ４２のドレインと共
通になっており、層間コンタクト５１を経て電源線に繋
がっている。尚、図７では簡単のために、素子形成領域
とゲートポリシリコンと層間コンタクトのパターンのみ
を示しているが、実際には第２層ポリシリコンやアルミ
配線も存在している。
【００３６】このとき、読出しトランジスタ４１′のチ
ャネル幅を見ると、フォトダイオード４０側のチャネル
幅よりも、ドレイン側のチャネル幅の方が広く形成され
ている。
ャネル幅を見ると、フォトダイオード４０側のチャネル
幅よりも、ドレイン側のチャネル幅の方が広く形成され
ている。
【００３７】図８は、第２の実施の形態の効果を簡単に
説明するもので、（ａ）は読出しトランジスタ４１′の
パターンを示す平面図、（ｂ）は同図（ａ）Ｉ−Ｉ線に
沿った断面図、（ｃ）はそのチャネルポテンシャルを表
わす図である。
説明するもので、（ａ）は読出しトランジスタ４１′の
パターンを示す平面図、（ｂ）は同図（ａ）Ｉ−Ｉ線に
沿った断面図、（ｃ）はそのチャネルポテンシャルを表
わす図である。
【００３８】図８（ａ）及び（ｂ）に於いて、フォトダ
イオード４０がソース、第１層ポリシリコンがゲート電
極５３となっている。フォトダイオード４０で生じた信
号電荷は、トランジスタのオンと共にドレイン５４に読
出される。尚、５５は読出しトランジスタのドレインと
図示されない上層の配線とを接続するコンタクトであ
り、５６はＰ型基板、５７はＮ型不純物拡散層、５８は
ゲート酸化膜、そして５９はＬＯＣＯＳ領域である。
イオード４０がソース、第１層ポリシリコンがゲート電
極５３となっている。フォトダイオード４０で生じた信
号電荷は、トランジスタのオンと共にドレイン５４に読
出される。尚、５５は読出しトランジスタのドレインと
図示されない上層の配線とを接続するコンタクトであ
り、５６はＰ型基板、５７はＮ型不純物拡散層、５８は
ゲート酸化膜、そして５９はＬＯＣＯＳ領域である。
【００３９】図８（ｃ）に於いて、ゲート電極５３の下
方では、ＩからＩ′方向に行くに従ってチャネル幅が広
くなっている（Ｗ1 ＜Ｗ2 ）。それ故、ナローチャネル
効果によりチャネルポテンシャルが低くなる（図８
（ｃ）では上方になる）。この結果、チャネルを通過す
る信号電荷は、ポテンシャル差によってもドレイン方向
に加速を受けることになる。したがって、拡散のみで流
れる従来例と比較して、読出し時間を短くすることが可
能となる。
方では、ＩからＩ′方向に行くに従ってチャネル幅が広
くなっている（Ｗ1 ＜Ｗ2 ）。それ故、ナローチャネル
効果によりチャネルポテンシャルが低くなる（図８
（ｃ）では上方になる）。この結果、チャネルを通過す
る信号電荷は、ポテンシャル差によってもドレイン方向
に加速を受けることになる。したがって、拡散のみで流
れる従来例と比較して、読出し時間を短くすることが可
能となる。
【００４０】このように、第２の実施の形態によれば、
読出しトランジスタのチャネル幅が、フォトダイオード
側よりも増幅回路側の方が大きいので、ナローチャネル
効果の結果、読出しトランジスタのゲート下のチャネル
ポテンシャルは増幅回路側の方が高くなる。したがっ
て、読出しトランジスタのチャネルを通過する信号電荷
はこのポテンシャル差によっても移動するので、拡散の
みによって流れる場合よりも、読出し時間が短くなる。
読出しトランジスタのチャネル幅が、フォトダイオード
側よりも増幅回路側の方が大きいので、ナローチャネル
効果の結果、読出しトランジスタのゲート下のチャネル
ポテンシャルは増幅回路側の方が高くなる。したがっ
て、読出しトランジスタのチャネルを通過する信号電荷
はこのポテンシャル差によっても移動するので、拡散の
みによって流れる場合よりも、読出し時間が短くなる。
【００４１】ところで、フォトダイオードの開口率を大
きくするために、信号線とドレイン線の配線を重ねて構
成しても良い。すなわち、増幅型固体撮像装置に於ける
画素の基本構成は、フォトダイオード、リセットトラン
ジスタ、増幅トランジスタ、ライン選択トランジスタ、
或いは容量結合、そしてフォトダイオードと増幅トラン
ジスタゲートとを接続する配線である。
きくするために、信号線とドレイン線の配線を重ねて構
成しても良い。すなわち、増幅型固体撮像装置に於ける
画素の基本構成は、フォトダイオード、リセットトラン
ジスタ、増幅トランジスタ、ライン選択トランジスタ、
或いは容量結合、そしてフォトダイオードと増幅トラン
ジスタゲートとを接続する配線である。
【００４２】また、光電変換した信号電荷を一時蓄積す
る場合には、フォトダイオードとは異なる領域に蓄積ダ
イオードを設け、フォトダイオードと蓄積ダイオードと
の間に転送ゲートを設けている。
る場合には、フォトダイオードとは異なる領域に蓄積ダ
イオードを設け、フォトダイオードと蓄積ダイオードと
の間に転送ゲートを設けている。
【００４３】更に、増幅トランジスタで増幅された信号
を読出すための信号線と、信号電荷をリセット、排出す
るためのドレイン線が、それぞれ配線されている。通
常、信号線とドレイン線は、それぞれ、独立に２本配線
されている。
を読出すための信号線と、信号電荷をリセット、排出す
るためのドレイン線が、それぞれ配線されている。通
常、信号線とドレイン線は、それぞれ、独立に２本配線
されている。
【００４４】素子を微細化して、光電変換部をトランジ
スタや信号線、ドレイン線の上部に蓄積した構造の固体
撮像素子に於いては、画素電極と蓄積部との電気的導通
を得るために、信号線を形成する層とドレイン線を形成
する層とを、同じ層で金属のキャップを形成しなければ
ならない。このため、信号線、ドレイン線を形成すると
き、上記金属キャップと電気的に接触しないようにする
という制約がある。
スタや信号線、ドレイン線の上部に蓄積した構造の固体
撮像素子に於いては、画素電極と蓄積部との電気的導通
を得るために、信号線を形成する層とドレイン線を形成
する層とを、同じ層で金属のキャップを形成しなければ
ならない。このため、信号線、ドレイン線を形成すると
き、上記金属キャップと電気的に接触しないようにする
という制約がある。
【００４５】このような増幅型固体撮像装置では、信号
線とドレイン線の配線を独立に配線していた。しかしな
がら、上記配線を独立した構造では、素子の微細化を行
うにあたり、信号線とドレイン線の２本の配線によりフ
ォトダイオード部の開口率を制限してしまう。
線とドレイン線の配線を独立に配線していた。しかしな
がら、上記配線を独立した構造では、素子の微細化を行
うにあたり、信号線とドレイン線の２本の配線によりフ
ォトダイオード部の開口率を制限してしまう。
【００４６】また、光電変換部を最上部に積層した構造
の撮像装置では、信号線とドレイン線を重ならないよう
に独立に配線するだけのスペースが無くなるという問題
がある。つまり、微細な素子を形成するとき、信号線と
ドレイン線を重ねないで配線することが不可能になる。
の撮像装置では、信号線とドレイン線を重ならないよう
に独立に配線するだけのスペースが無くなるという問題
がある。つまり、微細な素子を形成するとき、信号線と
ドレイン線を重ねないで配線することが不可能になる。
【００４７】このため、以下に述べる実施の形態では、
信号線とドレイン線を重ねた構成によりフォトダイオー
ドの開口率を大きくした例を説明する。図９は、この発
明の第３の実施の形態を示すもので、増幅型固体撮像素
子の１画素分について、増幅された信号電流を読出すた
めの配線（信号線）と信号電荷を排出するための配線
（ドレイン線）の配置構成を示した図である。また、図
１０は、図９の増幅型固体撮像素子の配線配置について
の半面配置を示した図である。更に、図１１はこの増幅
型固体撮像素子の等価回路図である。
信号線とドレイン線を重ねた構成によりフォトダイオー
ドの開口率を大きくした例を説明する。図９は、この発
明の第３の実施の形態を示すもので、増幅型固体撮像素
子の１画素分について、増幅された信号電流を読出すた
めの配線（信号線）と信号電荷を排出するための配線
（ドレイン線）の配置構成を示した図である。また、図
１０は、図９の増幅型固体撮像素子の配線配置について
の半面配置を示した図である。更に、図１１はこの増幅
型固体撮像素子の等価回路図である。
【００４８】この増幅型固体撮像素子に於いて、ｐ型シ
リコン半導体基板６１の表面層に、ｐ+ 層（素子分離領
域）６２、ｐ++層（フォトダイオード）６３が形成され
る。このフォトダイオード６３では、信号電荷が発生さ
れる。そして、フォトダイオード６３と電気的接触のた
めのコンタクトホールが形成された後、フォトダイオー
ド６３と増幅トランジスタ６４のゲートと電気的接触を
得るように形成される。このとき、増幅トランジスタ６
４及び信号電荷を排出するためのリセットトランジスタ
６５が形成される領域にｎ層が形成される。
リコン半導体基板６１の表面層に、ｐ+ 層（素子分離領
域）６２、ｐ++層（フォトダイオード）６３が形成され
る。このフォトダイオード６３では、信号電荷が発生さ
れる。そして、フォトダイオード６３と電気的接触のた
めのコンタクトホールが形成された後、フォトダイオー
ド６３と増幅トランジスタ６４のゲートと電気的接触を
得るように形成される。このとき、増幅トランジスタ６
４及び信号電荷を排出するためのリセットトランジスタ
６５が形成される領域にｎ層が形成される。
【００４９】そして、ソース、ドレインが形成され、電
気的接触を有するためのコンタクトホールが形成され
る。その後、トランジスタのゲートを形成するためにポ
リシリコンが堆積され、所望の形状に加工されて増幅ト
ランジスタ６４とリセットトランジスタ６５が形成され
る。更に、信号電荷を蓄積するために、ポリシリコンと
ＳｉＯ2 ／ＳｉＮ／ＳｉＯ2 （絶縁層）により、キャパ
シタ６６が形成される。
気的接触を有するためのコンタクトホールが形成され
る。その後、トランジスタのゲートを形成するためにポ
リシリコンが堆積され、所望の形状に加工されて増幅ト
ランジスタ６４とリセットトランジスタ６５が形成され
る。更に、信号電荷を蓄積するために、ポリシリコンと
ＳｉＯ2 ／ＳｉＮ／ＳｉＯ2 （絶縁層）により、キャパ
シタ６６が形成される。
【００５０】このようにして、増幅型固体撮像素子の素
子部分が形成される。次いで、増幅型固体撮像装置の素
子部分が形成された後、信号電流を読出すための配線で
ある信号線６７と、信号電荷を排出するための配線であ
るドレイン線６８とが配線される。このとき、ドレイン
線６８が形成されるため、例えばアルミニウム（Ａｌ）
薄膜がスパッタリングにより形成される。そして、パタ
ーニング、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法等によ
り、所望の形状に加工されてドレイン線６８が形成され
る。
子部分が形成される。次いで、増幅型固体撮像装置の素
子部分が形成された後、信号電流を読出すための配線で
ある信号線６７と、信号電荷を排出するための配線であ
るドレイン線６８とが配線される。このとき、ドレイン
線６８が形成されるため、例えばアルミニウム（Ａｌ）
薄膜がスパッタリングにより形成される。そして、パタ
ーニング、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法等によ
り、所望の形状に加工されてドレイン線６８が形成され
る。
【００５１】次に、シリコン酸化膜６９が積層される。
このシリコン酸化膜６９は、絶縁層としてドレイン線６
８を保護し、また、他の部分との電気的な接触を防ぐ役
割を担うものである。そして、信号線６７が形成される
ために、例えばＡｌ薄膜がスパッタリング法等により堆
積される。この後、先に形成されたドレイン線６８に重
なるようにレジストがパターニングされ、ＲＩＥ法によ
り信号線６７が加工される。
このシリコン酸化膜６９は、絶縁層としてドレイン線６
８を保護し、また、他の部分との電気的な接触を防ぐ役
割を担うものである。そして、信号線６７が形成される
ために、例えばＡｌ薄膜がスパッタリング法等により堆
積される。この後、先に形成されたドレイン線６８に重
なるようにレジストがパターニングされ、ＲＩＥ法によ
り信号線６７が加工される。
【００５２】これにより、図１０に示されるように、信
号線６７がドレイン線６８の上部に重なるように形成さ
れる。尚、７０はアドレス線であり、７１はリセット線
である。
号線６７がドレイン線６８の上部に重なるように形成さ
れる。尚、７０はアドレス線であり、７１はリセット線
である。
【００５３】また、レジストのパターニングを行う際、
信号線６７の幅がドレイン線６８の幅よりも小さくなる
ようにパターニングすることも好ましい。この理由は、
信号線６７を覆っているレジストをパターニングする
際、合わせずれに起因して信号線６７がドレイン線６８
の外側にはみ出し、段差を生じて、電気的な導通不良を
起こすことを無くすことができるからである。
信号線６７の幅がドレイン線６８の幅よりも小さくなる
ようにパターニングすることも好ましい。この理由は、
信号線６７を覆っているレジストをパターニングする
際、合わせずれに起因して信号線６７がドレイン線６８
の外側にはみ出し、段差を生じて、電気的な導通不良を
起こすことを無くすことができるからである。
【００５４】このように、図９に示されるように、信号
電流を読出すための配線（信号線６７）と、信号電荷を
排出するための配線（ドレイン線６８）の２本を重ねる
構造に配設することにより、フォトダイオード６３の開
口率を制限する配線幅を１本分の幅とすることができ
る。この結果、フォトダイオード６８の開口率を向上さ
せることができるので、高感度化することができる。
電流を読出すための配線（信号線６７）と、信号電荷を
排出するための配線（ドレイン線６８）の２本を重ねる
構造に配設することにより、フォトダイオード６３の開
口率を制限する配線幅を１本分の幅とすることができ
る。この結果、フォトダイオード６８の開口率を向上さ
せることができるので、高感度化することができる。
【００５５】尚、上述した第３の実施の形態では、配線
材料としてＡｌ（アルミニウム）を用いているが、その
他、例えばタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、
チタン（Ｔｉ）等の金属、或いは該金属を少なくとも１
種類以上含む金属合金、シリザイド化合物を初めとする
化合物を用いることもできる。
材料としてＡｌ（アルミニウム）を用いているが、その
他、例えばタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、
チタン（Ｔｉ）等の金属、或いは該金属を少なくとも１
種類以上含む金属合金、シリザイド化合物を初めとする
化合物を用いることもできる。
【００５６】次に、この発明の第４の実施の形態につい
て説明する。図１２及び図１３は、光電変換部を積層し
た構造の増幅型固体撮像素子について示したもので、図
１２は増幅型固体撮像素子の１画素分についての信号線
とドレイン線の配置構成を示した図、図１３は図１２の
増幅型固体撮像素子の配線配置についての半面配置を示
した図である。
て説明する。図１２及び図１３は、光電変換部を積層し
た構造の増幅型固体撮像素子について示したもので、図
１２は増幅型固体撮像素子の１画素分についての信号線
とドレイン線の配置構成を示した図、図１３は図１２の
増幅型固体撮像素子の配線配置についての半面配置を示
した図である。
【００５７】上述した第３の実施の形態と同様に、先ず
素子部分から形成される。尚、このとき、第３の実施の
形態の光電変換部となる部分でも一部電荷を蓄積するこ
とができる。
素子部分から形成される。尚、このとき、第３の実施の
形態の光電変換部となる部分でも一部電荷を蓄積するこ
とができる。
【００５８】そして、信号電荷を蓄積部７３に運ぶため
に、絶縁層７４にＲＩＥ等を用いて公が形成され、タン
グステンＣＶＤ等により金属の柱（プラグ）７５が形成
される。この後、スパッタリング法等により、Ａｌ（ア
ルミニウム）膜が、例えば４００ｎｍ堆積されて、レジ
ストのパターニング、ＲＩＥ等によって所望の形状に形
成される。これにより、ドレイン線７６と金属キャップ
７７が同時に形成される。
に、絶縁層７４にＲＩＥ等を用いて公が形成され、タン
グステンＣＶＤ等により金属の柱（プラグ）７５が形成
される。この後、スパッタリング法等により、Ａｌ（ア
ルミニウム）膜が、例えば４００ｎｍ堆積されて、レジ
ストのパターニング、ＲＩＥ等によって所望の形状に形
成される。これにより、ドレイン線７６と金属キャップ
７７が同時に形成される。
【００５９】この後、シリコン酸化膜７４が堆積され、
再度、レジストのパターニング、ＲＩＥ、金属膜の堆積
等が繰返されて、金属プラグ７８上に信号線７９及び金
属キャップ８０が形成される。このとき、信号線７９と
同層で金属キャップ８０が形成されるので、信号線７９
と金属キャップ８０が電気的に接触しないようにしなけ
ればならない。このため、信号線７９と金属キャップ８
０の間には、０．６μｍ以上の間隔を保って電気的に接
触する危険性を避けるようにする。
再度、レジストのパターニング、ＲＩＥ、金属膜の堆積
等が繰返されて、金属プラグ７８上に信号線７９及び金
属キャップ８０が形成される。このとき、信号線７９と
同層で金属キャップ８０が形成されるので、信号線７９
と金属キャップ８０が電気的に接触しないようにしなけ
ればならない。このため、信号線７９と金属キャップ８
０の間には、０．６μｍ以上の間隔を保って電気的に接
触する危険性を避けるようにする。
【００６０】このため、図１２からも分かるように、信
号線７９は、ドレイン線７６の上に重ならないように配
線することはできない。つまり、信号線７９とドレイン
線７６は、重ねられた構造にしなくてはならない。
号線７９は、ドレイン線７６の上に重ならないように配
線することはできない。つまり、信号線７９とドレイン
線７６は、重ねられた構造にしなくてはならない。
【００６１】信号線まで形成された後は、再度シリコン
酸化膜７４が堆積され、ＲＩＥによる加工、金属膜の堆
積加工が行われて金属プラグ８１が形成される。この
後、例えば、Ｔｉ等の金属が堆積され、ＲＩＥ等による
形状加工が行われて画素電極８２が形成される。
酸化膜７４が堆積され、ＲＩＥによる加工、金属膜の堆
積加工が行われて金属プラグ８１が形成される。この
後、例えば、Ｔｉ等の金属が堆積され、ＲＩＥ等による
形状加工が行われて画素電極８２が形成される。
【００６２】最後に、光電変換層８３として、例えばア
モルファスＳｉ膜が堆積され、光電変換層８３上、すな
わち最上部に、例えばＩＴＯ等で構成される透明電極８
４が堆積される。
モルファスＳｉ膜が堆積され、光電変換層８３上、すな
わち最上部に、例えばＩＴＯ等で構成される透明電極８
４が堆積される。
【００６３】尚、８５は増幅トランジスタ、８６はアド
レス線であり、８７はリセット線である。このように、
第４の実施の形態によれば、光電変換部を信号線、ドレ
イン線等の配線よりも上方に配設したので、開口率を制
限されることはない。
レス線であり、８７はリセット線である。このように、
第４の実施の形態によれば、光電変換部を信号線、ドレ
イン線等の配線よりも上方に配設したので、開口率を制
限されることはない。
【００６４】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、セル内
で使用するトランジスタ数を減らしてセル構成を簡単化
し、光電変換部の開口率を大きく取ることのできる固体
撮像装置を提供することができる。
で使用するトランジスタ数を減らしてセル構成を簡単化
し、光電変換部の開口率を大きく取ることのできる固体
撮像装置を提供することができる。
【図１】この発明の第１の実施の形態に於ける固体撮像
装置の構成を示した図である。
装置の構成を示した図である。
【図２】第１の実施の形態に於けるデバイスを駆動する
ときの動作を説明するタイミングチャートである。
ときの動作を説明するタイミングチャートである。
【図３】読出しトランジスタ２６、増幅トランジスタ２
３を１断面に構成したセル部断面形状を示した図であ
る。
３を１断面に構成したセル部断面形状を示した図であ
る。
【図４】図３の断面部の電位分布図で、（ａ）及び
（ｂ）はそれぞれセル選択時及び非選択時について示し
た図である。
（ｂ）はそれぞれセル選択時及び非選択時について示し
た図である。
【図５】基本的な固体撮像装置のパターン例を示した図
である。
である。
【図６】図５に示された固体撮像装置の単位セルの回路
構成図である。
構成図である。
【図７】この発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装
置の平面図である。
置の平面図である。
【図８】第２の実施の形態の効果を簡単に説明するもの
で、（ａ）は読出しトランジスタ４１′のパターンを示
す平面図、（ｂ）は同図（ａ）Ｉ−Ｉ線に沿った断面
図、（ｃ）はそのチャネルポテンシャルを表わす図であ
る。
で、（ａ）は読出しトランジスタ４１′のパターンを示
す平面図、（ｂ）は同図（ａ）Ｉ−Ｉ線に沿った断面
図、（ｃ）はそのチャネルポテンシャルを表わす図であ
る。
【図９】この発明の第３の実施の形態を示すもので、増
幅型固体撮像素子の１画素分について、増幅された信号
電流を読出すための配線（信号線）と信号電荷を排出す
るための配線（ドレイン線）の配置構成を示した図であ
る。
幅型固体撮像素子の１画素分について、増幅された信号
電流を読出すための配線（信号線）と信号電荷を排出す
るための配線（ドレイン線）の配置構成を示した図であ
る。
【図１０】図９の増幅型固体撮像素子の配線配置につい
ての半面配置を示した図である。
ての半面配置を示した図である。
【図１１】この増幅型固体撮像素子の等価回路図であ
る。
る。
【図１２】光電変換部を積層した構造の増幅型固体撮像
素子の１画素分についての信号線とドレイン線の配置構
成を示した図である。
素子の１画素分についての信号線とドレイン線の配置構
成を示した図である。
【図１３】光電変換部を積層した構造の増幅型固体撮像
素子について示したもので、図１２の増幅型固体撮像素
子の配線配置についての半面配置を示した図である。
素子について示したもので、図１２の増幅型固体撮像素
子の配線配置についての半面配置を示した図である。
【図１４】従来の固体撮像装置の構成を示した図であ
る。
る。
【図１５】従来構造の固体撮像装置を駆動するときのタ
イミングチャートである。
イミングチャートである。
【図１６】読出しトランジスタ７、増幅トランジスタ
３、アドレストランジスタ５を１断面に構成したセル部
断面形状を示した図である。
３、アドレストランジスタ５を１断面に構成したセル部
断面形状を示した図である。
【図１７】図１６の断面部の電位分布図で、（ａ）及び
（ｂ）はそれぞれセル選択時及び非選択時について示し
た図である。
（ｂ）はそれぞれセル選択時及び非選択時について示し
た図である。
２１、４０ フォトダイオード、 ２２ 読出しトランジスタ、 ２３、４２ 増幅トランジスタ、 ２４ リセットトランジスタ、 ２５ ソース線、 ２６、４１、４１′ 読出しトランジスタ、 ２７ 信号線、 ２８ 垂直レジスタ、 ２９、４７ 読出し線、 ３０ ドレイン線、 ３１ リセットアドレス線、 ３２ サンプル／ホールド線、 ３３ サンプル／ホールドトランジスタ、 ３４ 蓄積容量、 ３５ 水平レジスタ、 ３６ 水平トランジスタ、 ３７ 信号出力線、 ４３ 垂直選択トランジスタ、 ４４ 充放電トランジスタ、 ４５ 水平アドレス線、 ４６ リセット線、 ４８、４９、５１ 層間コンタクト、 ５０ ゲート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯田 義典 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 野崎 秀俊 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 馬渕 圭司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 大澤 慎治 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体基板上に少なくともフォトダイオ
ード、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、信号
電荷読出しトランジスタを有した単位セルを行列２次元
状に配置してなる撮像領域と、この撮像領域の読出し行
を選択する垂直選択手段と、選択された行に相当する上
記フォトダイオードの検出信号を読出す列方向に配置さ
れた複数の垂直信号線と、該垂直信号線から行方向に配
置された水平信号線に検出信号を順次読出す水平トラン
ジスタを備えた固体撮像装置の駆動方法に於いて、 上記単位セルを選択するのに、ある選択された行のみの
全セルに於いて、リセットトランジスタをオンして外部
より電圧を印加し、上記増幅トランジスタを動作点に設
定して行うことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 - 【請求項２】 上記単位セルを非選択するのに、ある選
択された行のみの全セルに於いて、上記リセットトラン
ジスタをオンして外部より電圧を印加し、上記増幅トラ
ンジスタをオフした状態にして行うことを特徴とする請
求項１に記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 【請求項３】 半導体基板上に行列２次元状に配列され
た複数の光電変換蓄積部と、上記複数の光電変換蓄積部
の読出し行を選択する垂直選択手段と、選択された光電
変換蓄積部の検出信号を読出す列方向に配置された複数
の垂直信号線と、上記光電変換蓄積部から読出された検
出信号を入力として上記垂直信号線に検出信号を出力す
る複数の出力回路と、上記光電変換蓄積部からの検出信
号を上記出力回路に選択的に読出す読出しＭＯＳ形トラ
ンジスタと、上記複数の垂直信号線から行方向に配置さ
れた水平信号線に検出信号を順次読出すための水平選択
手段とを備えた固体撮像装置に於いて、 上記読出しトランジスタは、上記光電変換蓄積部側のチ
ャネル幅が上記出力回路側のチャネル幅よりも狭く設定
されていることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項４】 光電変換を行う光電変換手段と、上記光
電変換による信号電荷を蓄積する信号電荷蓄積手段と、
蓄積された信号電荷をリセット、排出する排出手段と、
上記蓄積した信号電荷により変調される増幅トランジス
タと、該増幅トランジスタからの信号電流を読出す読出
し手段を備える型固体撮像装置に於いて、 上記読出し手段を構成する第１の配線と上記排出手段を
構成する第２の配線は、互いに重ねられて配置形成され
ていることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項５】 上記第１の配線及び第２の配線は、上部
に配線された配線の幅が下部に配線された配線の幅より
も大きくないことを特徴とする請求項４に記載の固体撮
像装置。
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