JPS60178662A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

Info

Publication number
JPS60178662A
JPS60178662A JP59033953A JP3395384A JPS60178662A JP S60178662 A JPS60178662 A JP S60178662A JP 59033953 A JP59033953 A JP 59033953A JP 3395384 A JP3395384 A JP 3395384A JP S60178662 A JPS60178662 A JP S60178662A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
transistor
type
substrate
gate electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP59033953A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0542828B2 (ja
Inventor
Masatoshi Sekine
優年 関根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP59033953A priority Critical patent/JPS60178662A/ja
Publication of JPS60178662A publication Critical patent/JPS60178662A/ja
Publication of JPH0542828B2 publication Critical patent/JPH0542828B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体装置に係り、特に受像用の半導体装置
等として用いられる3次元型の半導体装置に関する。
〔発明の技術的背景〕
人間が情報処理に利用1゛るために発生される文字や図
形を処理することにより、必要な情報を提供するシステ
ム、すなわち画像処理システムにおいて、人間をとりま
く外部世界の画像を入力する素子は極めて重要な構成要
素である。
この画像入力用の素子のうち、半導体素子としてはCC
D (charge coupled device 
:電荷結合素子)がよく知られており、各分野でひんば
んに使用されて(・る。
CCI)は、第1図にその断面を示す如く、半導体基板
10表面に形成された絶縁膜2の上に多数の電荷転送用
電極(31,32,33,34,35・・・)を近接し
て配置したものであり、一種のモス(MOS )キャパ
シタアレイからなるものである。
たとえば、1列に並べられたこれらの電極31.32.
33.34.35のうちの1つの電極33に電圧−V、
を印加すると共に、それ以外の電極31.32.34.
35はOt位に保つことにすると、前記電極33には周
囲に比べて深い空乏領域が発生する。
このときの各位置における電位の状態を第2図に示す。
この電位の低いA−A’の部分、すなわち、電極33の
下に電子が束縛される。次いで、隣接する電極34に電
圧−Vs(Vt<Vq)を印加し、ポテンシャルの井戸
を電極34に移し、その後電極33を0電位に戻すと電
荷は電極1段分転送されたことになる。このようにして
、ポテンシャルの井戸を移動させて、この電子を移動さ
せることができる。光によって励起された電子、正孔対
は、電場が加えられると、正反対の方向へ移動する。す
なわち、ここでは、第3図に示す如く正孔は基板電流と
なり、基板中を流れ、電子はポテンシャルの井戸に束縛
される。
このように、CODは光により発生した電子を上記ポテ
ンシャルの井戸に束縛させ、このポテンシャルの井戸を
移動させることにより、MOSキャパシタアレイすなわ
ちこの電極列の一端でこの電子の電荷量を呼び出す構成
となっている。
〔背景技術の問題点〕
上述したよ5なCCDを用いた画像入力素子すなわち撮
像素子では、二次元情像である画像は1次元のデータと
して逐時的に取り出され、そのデータから元の画像を再
構成した後に画像処理を行なわなければならず、処理が
複雑かっ、処理時間がかかるという欠点があった。
また、該データを取り出す際、ポテンシャルの井戸は順
次動かされるわけであるが、この時、束縛された電荷が
失われ易い。
さらに、CODでは、動作がアナログ的であるため、デ
ィジタル量に変換した後にデータ処理を行なわなければ
ならない等の不都合があった。
又、上記例の他に光電変換素子とスイッチング素子を平
面的に配置したものもある。これはSi基板にX選択用
とY選択用のMOS型トランジスタを夫々設けると共に
一方の選択用トランジスタのソース領域と基4Nとでフ
ォトダイオードを構成して単位セルとし、光入射により
蓄稍した電荷を読み出す様にし7たものである。しかし
ながら涌き出した電荷が基板に逃げるので基板電位が変
化して回路の誤動作を招き易い等の問題があった。この
ために、受光部と論理回路部とを電気的に充分分離する
ために広い分離領域が必要となり、集積度に問題があっ
た。
〔発明の目的〕
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、構造の簡
単な3次元の大規模集積回路を提供することを特徴とす
る 特に、画像データをディジタル化すると共に、2次元の
画像を2次元のデータ情報として取り出すことの可能な
撮像素子を構造が簡単で信頼性の高い3次元大規模集積
回路として提供することを目的とする。
〔発明の概要] 基板上に形成された複数個のMOS型トランジスタから
なる第1の半導体素子群と、さらに該第1の半導体素子
群の上に絶縁膜を介して形成された複数個の逆バイアス
されたフォトダイオードからなる第2の半導体素子群と
を備え、各MOS型トランジスタのゲート電極は、前記
フォトダイオードを構成するP又はn型領域と夫々鯉続
され、かつ各MOS型トランジスタのゲート電極はソー
ス又はドレイン領域と抵抗素子を介して接続されたこと
を特徴とする半導体装置により上記目的を達成する。
〔発明の実施例」 以下、本発明を本発明の実施例に基づいて詳細に説明す
る。
この画像入力装置は1.第4図にその1部概要図、第5
図にその等価回路図を示す如く、P型シリコン基板10
上に形成されたインバータトランジスタとしてのMOS
 )ランジスタ20と該MOSトランジスタ20の上に
絶縁膜30を介して形成された受光ダイオード40とよ
り構成されている。
このMOS )ランジスタ20は、P型シリコン基板1
0内に形成された?シリコン領域であるソ−ス(領域)
21およびドレイン(領域)22と、ノース21ドレイ
ン22間に位置するP型シリコン(基板)領域の表面に
熱酸化膜23を介して形成された、ポリシリコンからな
るゲート電極24と、第1の金属電極25とより構成さ
れており、さらにこのゲート電極24上からソース領域
21上にかけて高抵抗のポリシリコン層26が形成され
ている。
また、受光ダイオード40はエネルギー ビームアニー
ル等により単結晶化されたP型巣結晶シリコン領域41
と、n+型単結晶シリコン領域42とより構成されてお
り、表面には熱酸化膜43が形成されている。各々の受
光ダイオード40は、絶縁膜30により他の半導体素子
とは電気的に分離されていると共に、逆バイアスg72
M (VoI))に電圧印加されている8さらに前記P
型シリコン領域410表面上には前記熱酸化lllA4
3を介してポリシリコン膜44が形成されており、ここ
にバイアス印加してこの受光ダイオード上部の電位を一
様にすると共に、該熱酸化膜43とP型シリコン領域4
1との界面に反転層を形成するための役割を果している
。ま゛た、このポリシリコン膜44は、入射光が前記M
O8)ランジスタまで到達しないように調節するための
バッファの役割を果している。
更に、この受光ダイオード40の受光部周辺は、表面な
n+型シリコン領域42と接続される第2金属電極45
で被覆されている。この第2金属電極45は遮光マスク
の役割をも兼ねており、この第2金属電極45の存在に
よって、受光部上を照射した光信号のみを検出すること
ができるように構成されている。
次に、この画像入力装置の動作について説明する。
光エネルギーにより励起された電子、正孔対は、ダイオ
ードに印加されている逆バイアス電圧による電場のため
に夫々正反対の方向に移動する。すなわち、電子は、電
源電圧VDDにバイアスされたれ1゛型シリコン領域4
2内に吸収されるが、正孔はゲート24に接続された高
抵抗のポリシリコンJf!26を通って放電される。電
子、1E孔の放′(時定数は、このポリシリコン層26
のもつ抵抗値を適切に選択することにより任意の値に設
定可能であり、たとえば、この装置への入射光が第6図
(a) K示す如くである時、第6図(b)に示す如く
である。ここで縦軸はダイオード円の電荷量を示し、横
軸は時間tを示しており、点線aは正孔、実線すは電子
の状態を示す。
さらにこれによるインバータートランジスタのゲート電
圧の変化は第6図(c)に示す如くなり、これによるイ
ンバータートランジスタの出力波形は第6図(d)に示
す如くなる。
この図から明らかなように、この画像人力装置に入射し
た光は、受光した位置において、リアルタイムで処理す
ることができ、2次元の画像を2次元のディジタル情報
として取り出すことができるため、後のデータ処理が容
易である、また、構造がffi’+ 、fP。でがっ、
3次元構造をなして受光部と処j−Jj部が集4めさi
tているため、受光I+1及びデーター処理用の半2,
9体部分が密に集4Itでき、装置の大幅な小型化が可
能となる。更には、例えばCCD素子等においては、受
光部とぞれをとりまく伝送部が2次元的に配置されてい
るため、−受光部をとびとびにしかとることが不可能で
あったが、本発明の構造によれば、3次元構造であるた
め受光部の配列が自由である。
更に、受光部の周辺は金属電極で俺ゎれているため、周
辺の光が連杵され、隣接部の信号との分離がよい。
なお、本発明実施例においては、P型のシリコン基板を
使用したが必ずしもこれに限定されることはない。
更に、各半導体素子の構成についても、実施例に限定さ
れることなく、適用可能である。
〔発明の効果〕
以上、説明してきたように、不発明によれば、41り造
が簡単で信頼性の高い3次元の大規模集積回路を形成し
得る。
又、例えば画像人力装置においては基板上に複数個の第
1半導体素子からなる論理回路装置を形成すると共に、
さらにこの上に複数個の第2半4体素子からなる受)を
装置を形成し、この第2半導体素子の所定の半導体領域
を前記第1半導体素子のゲート電極と接続しているため
、大規模集れ°i化に加えて、画(象データをディジタ
ル化すると共に、2次元のデータ情報として取り出すこ
とができ、1G接、演算装置に入力することがEiJ能
である。
従来のよう、に受光ダイオードと処理部が同一平向上に
集積されている構造では、処理部を複雑な前処理を行わ
せると、処理部の専有面積が大きくなり、受光ダイオー
ドの密度が疎になり、解像力の低下を引き起こすことに
なってしまう。
本発明によれば、処理部には受光素子の専有面積がなく
、その上、この受光素子と処理部とを分離する分離領域
が不要なために、複雑な論理回路を受光フォト・ダイオ
ード下に構成することか可能であるd又、同一基板上に
受)Y;用フォトダイオードが集積さ才また従来の方式
では、受光用フォトダイオードで発生した基板電流によ
 。
る基板電位のゆらぎが発生するため、高速度のデーター
処理を行うと発生した基板電流により基板電位がゆれて
しまい、高速処理が不可能である。本発明によれば、処
理部の基板電位は一定電位に保つことが可能である。こ
のため、安定したMO8半導体素子の動作が可能である
ため、処理部のデーター処理の高速化が可能である。
又、本発明によれば、受光フォトダイオードにより発生
した電荷が直接処理部のゲート電極に印加されるために
、処理部の論理回路とは、電気的に分離された構造にな
っているため、受光部の高抵抗、高容量等が処理部に付
加されることがないために、処理部の高速化が計れる。
受光フォトダイオードに付加されたインバーター(イ)
により、整形されたデーターは、Hihg 、 Low
の論理レベルで表わされるディジタル量に変換されたた
めに、受光フォトダイオード直下で、すぐに、ディジタ
ル処理!が可能である。このため、従来のようにメモリ
状に配置された受光フォトダイオードから、メモリ内容
を読み出し、外部のデーター処理で一括して処理するよ
うな方式とは異なり、本発明では受、光部十処理部で複
雑な前処理を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、通常のC(I)を示す図、第2図は、′第1
図のA−A’、B −B’、c −c’、D −D’面
での電位を示す図、第3図は、第1図に示されているC
CDの動作説明図、第4図は、本発明実施例の画像人力
装置の一部概要図、第5ν1は第4図に示されている装
置の等価回路図、第6図において、(、)は入射光と時
間tの関係を示す図、(b)は受光ダイオード内の電荷
tt1゜と時間tの関係を示す図、(C)はインバータ
ートランジスタのゲート電圧の変化を示す図、(dlは
インバータートランジスタの出力波形を示す図である。 1・・・半導体基板、2・・・絶縁膜、3]、32.3
3.34 、35・・・1!棒、10・・・P型シリコ
ン基板、20・・・MOS )ランジスタ、21・・・
ソース、22・・・ドレイン、”23・・・熱酸化膜、
24・・・ゲート電極、25・・・第1の金属電極、2
6・・・高抵抗のポリ・シリコン層、30・・・絶縁膜
、40・・・受光ダイオード、41・・・P型シリコン
領域、42・・・層型シリコン領域、43・・・熱酸化
膜、44′・・・ポリシリコン膜、45・・・第2金属
電極、8・・・正孔による放電曲線、b・・・電子によ
る放電曲線。 第4図 第5図 第6図 (Q) も1゜ (b) Qtl (C)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板上に形成された複数個のMO8型トランジス
    タからなる第1の半導体素子群と、さらに該第1の半導
    体素子群の上に絶縁膜を介して形成された複数個の逆バ
    イアスされたフォトダイオードからなる第2の半導体素
    子群とを備え、各MO8型トランジスタのゲート電極は
    、前記フォトダイオードを構成するP又はn型領域と夫
    々接続され、かつ各MO8型トランジスタのゲート電極
    はソース又はドレイン領域と抵抗素子を介して接続され
    たことを特徴とする半導体装置。
  2. (2)受光部以外の部分は遮光マスクで被覆されて(・
    ることを特徴とする特rF 請求の範囲81!(11項
    記載の半導体装置。
JP59033953A 1984-02-24 1984-02-24 半導体装置 Granted JPS60178662A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59033953A JPS60178662A (ja) 1984-02-24 1984-02-24 半導体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59033953A JPS60178662A (ja) 1984-02-24 1984-02-24 半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS60178662A true JPS60178662A (ja) 1985-09-12
JPH0542828B2 JPH0542828B2 (ja) 1993-06-29

Family

ID=12400853

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59033953A Granted JPS60178662A (ja) 1984-02-24 1984-02-24 半導体装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS60178662A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6318668A (ja) * 1986-07-11 1988-01-26 Canon Inc 光電変換装置の製造方法
US5517038A (en) * 1992-08-11 1996-05-14 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device including three-dimensionally disposed logic elements for improving degree of integration
KR100718878B1 (ko) 2005-06-28 2007-05-17 (주)실리콘화일 3차원 구조를 갖는 이미지 센서의 분리형 단위화소 및 그제조방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6318668A (ja) * 1986-07-11 1988-01-26 Canon Inc 光電変換装置の製造方法
US5517038A (en) * 1992-08-11 1996-05-14 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device including three-dimensionally disposed logic elements for improving degree of integration
KR100718878B1 (ko) 2005-06-28 2007-05-17 (주)실리콘화일 3차원 구조를 갖는 이미지 센서의 분리형 단위화소 및 그제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0542828B2 (ja) 1993-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0854516B1 (en) Partially pinned photodiode for solid state image sensors
US7265397B1 (en) CCD imager constructed with CMOS fabrication techniques and back illuminated imager with improved light capture
EP0977426A1 (en) Active pixel sensor with shared row timing signals
JP3647390B2 (ja) 電荷転送装置、固体撮像装置及び撮像システム
TWI294188B (en) Active pixel cell using asymmetric transfer transistor
CN108666336B (zh) 一种utbb光电探测器阵列及其工作方法
US7250971B2 (en) Charge read-out method and solid-state imaging device capable of shortening read-out time charges stored in a plurality of light receiving units
JP3359258B2 (ja) 光電変換装置及びそれを用いたイメージセンサ、画像読取装置
US6882022B2 (en) Dual gate BCMD pixel suitable for high performance CMOS image sensor arrays
US4652925A (en) Solid state imaging device
TWI413241B (zh) Solid-state imaging device
JPS58210663A (ja) 固体撮像装置
JPH0982934A (ja) Ccd固体撮像素子
JPH07226495A (ja) 減少されたフォトダイオード間のクロストークを有するccd画像センサー
JP5350659B2 (ja) 固体撮像装置
JPH07142692A (ja) 光電変換装置
JPH0542828B2 (ja)
JPH0821705B2 (ja) 電荷移送形固体撮像素子
Zarnowski et al. Performance of a large-format charge-injection device
US5155362A (en) Infra-red radiation imaging device arrangements
JPS62206878A (ja) 固体撮像素子
JPH0669088B2 (ja) 画像入力装置
JPH065729B2 (ja) 一次元密着型イメ−ジセンサ
JPS5850874A (ja) 固体撮像装置およびその駆動法
JP3177072B2 (ja) 固体撮像装置