JPH0473345B2 - - Google Patents
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- JPH0473345B2 JPH0473345B2 JP58031807A JP3180783A JPH0473345B2 JP H0473345 B2 JPH0473345 B2 JP H0473345B2 JP 58031807 A JP58031807 A JP 58031807A JP 3180783 A JP3180783 A JP 3180783A JP H0473345 B2 JPH0473345 B2 JP H0473345B2
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- JP
- Japan
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- layer
- gate region
- region
- electrode
- imaging 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
- H10F39/196—Junction field effect transistor [JFET] image sensors; Static induction transistor [SIT] image sensors
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、固体撮像装置にかかり、特にSITす
なわち静電誘導型トランジスタを使用する固体撮
像装置の改良に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a solid-state imaging device, and particularly relates to an improvement in a solid-state imaging device using SIT, that is, a static induction transistor.
SITを使用する固体撮像装置としては、出発技
術として特許出願公開昭和55年第15229号公報に、
最も基本的な装置が開示されており、更に、この
装置のより具体化されたもの、改良されたものが
特許願昭和56年第204656号、同昭和57年第157693
号として提案されている。 As a solid-state imaging device using SIT, the starting technology is disclosed in Patent Application Publication No. 15229 of 1982.
The most basic device is disclosed, and more specific and improved versions of this device are disclosed in patent applications No. 204656 of 1982 and No. 157693 of 1982.
It has been proposed as a number.
SITの基本的な構成は、J−FET(接合型電界
効果トランジスタ)と同様であるが、チヤンネル
領域が形成される半導体層の不純物密度が低いと
いう特長を有している。例えば、一般的なJ−
FETにおいては、チヤンネル領域が形成される
半導体層の不純物密度が1015ないし1017cm-3であ
るのに対し、SITでは、1012ないし1015cm-3程度
である。 The basic structure of SIT is similar to that of J-FET (junction field effect transistor), but it has the advantage that the impurity density of the semiconductor layer in which the channel region is formed is low. For example, common J-
In FET, the impurity density of the semiconductor layer in which the channel region is formed is about 10 15 to 10 17 cm -3 , whereas in SIT it is about 10 12 to 10 15 cm -3 .
このため、チヤンネル領域に形成される空乏層
は、何ら外部から電圧が印加されていない熱平衡
の状態においても、広い範囲にわたつて形成さ
れ、更には、チヤンネルの長さが短いという特長
を有する。 Therefore, the depletion layer formed in the channel region is formed over a wide range even in a state of thermal equilibrium where no voltage is applied from the outside, and furthermore, the length of the channel is short.
以上のような通常のJ−FETと異なる特長に
基因して、熱平衡状態あるいはゲートをわずかに
逆バイアスした状態でチヤンネルがピンチオフ状
態となるとともにソース電極の直前に電位障壁が
出現する。これによつてソース電極からドレイン
電極に流れるソース・ドレイン電流を構成するキ
ヤリアの移動の制御を行うことができる。すなわ
ち、ソース・ドレイン電流は、該電位障壁を越え
てドレイン電極に到達するキヤリアの量によつて
決定される。 Due to the features described above that are different from ordinary J-FETs, the channel enters a pinch-off state in a state of thermal equilibrium or with the gate slightly reverse biased, and a potential barrier appears just in front of the source electrode. This makes it possible to control the movement of carriers constituting the source-drain current flowing from the source electrode to the drain electrode. That is, the source-drain current is determined by the amount of carriers that cross the potential barrier and reach the drain electrode.
他方、前述した電位障壁の高さは、ドレイン電
極に印加(ソース電極を基準とする)されるドレ
イン電圧によつて変化する。すなわち、ドレイン
電圧が印加されることによつて、静電誘導が生
じ、またチヤンネル領域の不純物密度が低いため
に電位障壁の高さが変化し、更には、電位障壁の
ピーク点が移動する。 On the other hand, the height of the potential barrier described above changes depending on the drain voltage applied to the drain electrode (with the source electrode as a reference). That is, by applying a drain voltage, electrostatic induction occurs, and since the impurity density in the channel region is low, the height of the potential barrier changes, and furthermore, the peak point of the potential barrier moves.
また、電位障壁の高さは、チヤンネル領域に入
射する光によつて形成される電子−正孔対の蓄積
によつても変化する。すなわち、チヤンネル領域
の空乏層付近で生成された電子、正孔は電位障壁
に沿つて移動して分離され、ゲート領域に蓄積さ
れる。このため、電位障壁の高さが変化すること
となる。この変化の程度は、入射する光量に対応
する。従つて、適当なドレイン電圧を印加するこ
とによつて流れるソース・ドレイン電流は、入射
光量に対応する大きさとなる。 The height of the potential barrier also changes depending on the accumulation of electron-hole pairs formed by light incident on the channel region. That is, electrons and holes generated near the depletion layer in the channel region move along the potential barrier, are separated, and are accumulated in the gate region. Therefore, the height of the potential barrier changes. The degree of this change corresponds to the amount of incident light. Therefore, by applying an appropriate drain voltage, the source-drain current that flows has a magnitude corresponding to the amount of incident light.
以上のように、電位障壁の高さは、ゲート電
圧、ドレイン電圧あるいは入射光によつて変化す
る。従つて、例えば、光が入射してもチヤンネル
が「OFF」の状態を維持するようにバイアス電
圧を印加して入射光によるキヤリアを蓄積し、更
に、適当な読出し用の電圧を印加すれば、非破壊
読出し、すなわちキヤリアの蓄積状態を何ら破壊
することなく、画像情報すなわち入射光の程度を
増幅して読み出すことが可能となる。このような
原理に基づいて固体撮像装置を構成することがで
きる。 As described above, the height of the potential barrier changes depending on the gate voltage, drain voltage, or incident light. Therefore, for example, if a bias voltage is applied so that the channel remains in the "OFF" state even when light is incident, carriers due to the incident light are accumulated, and then an appropriate readout voltage is applied, Non-destructive readout, that is, image information, that is, the degree of incident light, can be amplified and read out without destroying the accumulated state of carriers. A solid-state imaging device can be configured based on such a principle.
従来のSITを用いた固体撮像装置は、入射光に
よつて生成されるキヤリアを有効にゲート領域に
蓄積するため、ゲート領域とゲート電極との間に
絶縁層を介装し、これによつてゲート電極とゲー
ト領域間にコンデンサを形成していた。 In conventional solid-state imaging devices using SIT, in order to effectively accumulate carriers generated by incident light in the gate region, an insulating layer is interposed between the gate region and the gate electrode. A capacitor was formed between the gate electrode and the gate region.
しかしながら、この従来の装置では、ゲート部
分の構成が複雑となるとともに、製造工程数も多
くなるという不都合がある。 However, this conventional device has disadvantages in that the structure of the gate portion is complicated and the number of manufacturing steps is increased.
本発明は、かかる点にかんがみてなされたもの
であり、構造及び製造工程の簡略化を図ることが
できる固体撮像装置を提供することをその目的と
する。 The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device whose structure and manufacturing process can be simplified.
すなわち、本発明は、ゲート電極とゲート領域
とをそれぞれ異なる禁制帯幅の材料で形成し、こ
の両者によるヘテロ接合の境界に空乏層を形成す
ることによつて等価的にコンデンサとすることに
よつて前記目的を達成しようとするものである。 That is, the present invention forms a gate electrode and a gate region using materials with different forbidden band widths, and forms a depletion layer at the boundary of a heterojunction between the two, thereby equivalently forming a capacitor. The aim is to achieve the above objectives.
以下、本発明を添附図面に示す実施例に従つて
詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail according to embodiments shown in the accompanying drawings.
第1図には、本発明によるSITを使用する固体
撮像装置の一実施例が示されている。この図のう
ち、Aは、一部を切除した平面図であり、Bは、
Aの平面図における矢印の方向から見た端面図
である。このBでは、図の複雑化を避けるため各
セル間の接続を行う構成部分が省略されている。
また、一画素に対応するセルの第1図Bに対応す
る端面が第2図に拡大して示されている。 FIG. 1 shows an embodiment of a solid-state imaging device using SIT according to the present invention. In this figure, A is a partially cutaway plan view, and B is a partially cutaway plan view.
It is an end view seen from the direction of the arrow in the top view of A. In this diagram B, components that connect each cell are omitted to avoid complicating the diagram.
Further, the end face of a cell corresponding to one pixel, which corresponds to FIG. 1B, is shown enlarged in FIG.
これら第1図A,B及び第2図において、シリ
コン(Si)などの材料を用いた不純物密度が高い
n+層の基板10上には、不純物密度の低いn-層
から成るチヤンネル領域12が形成されている。 In these figures 1A, B and 2, impurity density using materials such as silicon (Si) is high.
A channel region 12 made of an n - layer with low impurity density is formed on the n + layer substrate 10 .
このチヤンネル領域12が形成される。n-層
の上面には、不純物密度が高いp+層から成るコ
ントロールゲート領域14が設けられている。こ
のコントロールゲート領域14の周囲には、不純
物密度が高いn+層から成るソース領域16が設
けられている。これらのコントロールゲート領域
14及びソース領域16は、第1図Aに示されて
いるように、適当な間隔で規則的かつ2次元のマ
トリクス状に配列されており、一組のコントロー
ルゲート領域14及びソース領域16によつて一
画素に対応するセルが形成されている。 This channel region 12 is formed. A control gate region 14 made of a p + layer with high impurity density is provided on the upper surface of the n − layer. A source region 16 made of an n + layer with high impurity density is provided around the control gate region 14 . These control gate regions 14 and source regions 16 are arranged in a regular two-dimensional matrix at appropriate intervals, as shown in FIG. 1A. The source region 16 forms a cell corresponding to one pixel.
隣接するソース領域16間には、不純物密度が
高いp+層から成るフローテイングゲート領域1
8が形成されている。このフローテイングゲート
領域18は、隣接するセルに対して共通に設けら
れており、好ましくは図示されていない電極手段
によつて、ソース領域16と同電位ないしは所定
の電位に保持される。これによつて、チヤンネル
領域12中に空乏層ないし電位障壁が形成され、
各セル間のチヤンネルの分離が行なわれる。 Between adjacent source regions 16 is a floating gate region 1 made of a p + layer with high impurity density.
8 is formed. This floating gate region 18 is provided in common to adjacent cells, and is preferably maintained at the same potential as the source region 16 or at a predetermined potential by electrode means (not shown). As a result, a depletion layer or a potential barrier is formed in the channel region 12,
Channel separation between each cell is performed.
次に、チヤンネル領域12が形成されている
n-層の上面には、コントロールゲート領域14
及びソース領域16の露出部分を除く全体に酸化
シリコン(SiO2)膜20が表面保護のために形
成されている。ソース領域16のうち露出部分に
は、ソース電極22が隣接するセル間で接続して
形成されている。この接続の方向は、第1図Aに
示されているように、後述するゲート電極の接続
方向と交差する方向である。 Next, a channel region 12 is formed.
A control gate region 14 is provided on the top surface of the n - layer.
A silicon oxide (SiO 2 ) film 20 is formed on the entire source region 16 except for the exposed portion for surface protection. A source electrode 22 is formed in an exposed portion of the source region 16 to connect adjacent cells. The direction of this connection, as shown in FIG. 1A, is a direction that intersects the direction of connection of gate electrodes, which will be described later.
次に、コントロールゲート領域14の露出部分
をを除いた表面全体に、絶縁膜26が形成されて
いる。この絶縁膜26は、ソース電極22と後述
するゲート電極との短絡を防止するために、形成
されているものである。 Next, an insulating film 26 is formed over the entire surface of the control gate region 14 except for the exposed portion. This insulating film 26 is formed to prevent a short circuit between the source electrode 22 and a gate electrode, which will be described later.
コントロールゲート領域14の露出部分には、
コントロールゲート領域とは禁制帯幅の異なる材
質から成るゲート電極24が隣接するセル間で接
続して形成されている。この接続の方向とソース
電極22の接続の方向とは交差しており、これに
よつていずれかのセルに蓄積されている情報の読
出しが可能となる。すなわち、複数のソース電極
22の任意の1つを選択し、複数のゲート電極2
4の任意の1つを選択すれば、両電極の交差する
位置のセルが選択される。コントロールゲート領
域14とゲート電極24との境界部分は、エネル
ギーバンドの構造がヘテロ接合となつており、エ
ネルギーバンドの不連続により空乏層を形成して
いる。このため、この境界部分には等価的にコン
デンサが形成されたと考えることができる。 In the exposed portion of the control gate region 14,
A gate electrode 24 made of a material having a different forbidden band width from that of the control gate region is formed by connecting adjacent cells. The direction of this connection intersects with the direction of connection of the source electrode 22, which makes it possible to read information stored in any cell. That is, any one of the plurality of source electrodes 22 is selected, and the plurality of gate electrodes 2
If any one of 4 is selected, a cell at a position where both electrodes intersect will be selected. At the boundary between the control gate region 14 and the gate electrode 24, the energy band structure is a heterojunction, and the discontinuity of the energy band forms a depletion layer. Therefore, it can be considered that a capacitor is equivalently formed at this boundary portion.
基板10のうち、チヤンネル領域12が形成さ
れているn-層と反対側には、ドレイン電極28
が形成されている。 A drain electrode 28 is provided on the side of the substrate 10 opposite to the n - layer where the channel region 12 is formed.
is formed.
次に、上述した構造を有する固体撮像装置の電
気的な等価回路と、各電極間の接続及び駆動手段
との接続について説明する。 Next, the electrical equivalent circuit of the solid-state imaging device having the above-described structure, the connection between each electrode, and the connection with the driving means will be described.
第3図には、電気回路と外部装置の接続が示さ
れている。また、外部装置との接続の一部は、第
2図にも示されている。これらの図において、画
素単位に相当するセルPCは、第1図Aにおいて
示したように、二次的にマトリクス状に複数個配
列されている。複数のゲート電極24には、読出
しアドレス回路30が各々接続されており、順に
読出し用のパルス電圧が印加されるようになつて
いる。他方、複数のソース電極22は、スイツチ
ング動作をするトランジスタ40のドレインに
各々接続されており、更に、ソースは出力端子3
8に各々接続されている。トランジスタ40のゲ
ートは、ビデオライン選択回路32に各々接続さ
れている。このビデオライン選択回路32から
は、トランジスタ40に対して順に選択パルス電
圧が出力されるようになつており、これによつて
トランジスタ40が順次駆動される。 FIG. 3 shows the electrical circuit and connections to external devices. Some of the connections with external devices are also shown in FIG. In these figures, a plurality of cells PC corresponding to pixel units are arranged in a second order in a matrix, as shown in FIG. 1A. A read address circuit 30 is connected to each of the plurality of gate electrodes 24, and a read pulse voltage is sequentially applied thereto. On the other hand, the plurality of source electrodes 22 are each connected to the drain of a transistor 40 that performs a switching operation, and the source is connected to the output terminal 3.
8, respectively. The gates of the transistors 40 are each connected to the video line selection circuit 32. The video line selection circuit 32 sequentially outputs selection pulse voltages to the transistors 40, thereby sequentially driving the transistors 40.
トランジスタ40は、例えば通常は「OFF」
の状態にあるSITによつて構成されており、読出
しアドレス回路30及びビデオライン選択回路3
2は、例えばシフトレジスタによつて構成されて
いる。 For example, the transistor 40 is normally “OFF”
The read address circuit 30 and the video line selection circuit 3 are configured by the SIT in the state of
2 is constituted by, for example, a shift register.
また、出力端子38とアースすなわちドレイン
電極28との間には、負荷抵抗34及び電源36
が接続されており、これによつて読出し時のソー
ス・ドレイン電流が形成され、更にはソース・ド
レイン電流が電圧に変換されるようになつてい
る。 Further, a load resistor 34 and a power source 36 are connected between the output terminal 38 and the ground, that is, the drain electrode 28.
are connected, thereby forming a source-drain current during reading, and further converting the source-drain current into a voltage.
なお、第3図において、一点鎖線で示した領域
IMが第1図A等に示されている構造の部分に該
当する。 In addition, in Fig. 3, the area indicated by the dashed line
IM corresponds to the part of the structure shown in FIG. 1A etc.
次に、上記実施例の全体的動作について説明す
る。 Next, the overall operation of the above embodiment will be explained.
まず、各セルに対して光が入射すると、コント
ロールゲート領域14からチヤンネル領域12に
わたつて形成されている電位傾斜部分に電子−正
孔対が生成される。詳述すると、入射光は、主と
してコントロールゲート領域14を通過してチヤ
ンネル領域12まで達し、電子−正孔対が生成さ
れる。生成された電子−正孔対のうち、電子はド
レイン電極28の方向に移動し、正孔はコントロ
ールゲート領域14の方向に移動して蓄積され
る。この正孔の蓄積は、コントロールゲート領域
14とゲート電極24との間に、空乏層に基因す
るコンデンサが形成されていることによる。 First, when light is incident on each cell, electron-hole pairs are generated in the potential gradient portion formed from the control gate region 14 to the channel region 12. Specifically, the incident light mainly passes through the control gate region 14 and reaches the channel region 12, where electron-hole pairs are generated. Of the generated electron-hole pairs, electrons move toward the drain electrode 28, and holes move toward the control gate region 14 and are accumulated. This accumulation of holes is due to the formation of a capacitor based on a depletion layer between the control gate region 14 and the gate electrode 24.
以上の動作によつて画像情報が各セルPCに対
して蓄積される。次に、ビデオライン選択回路3
2によつて複数のソース電極22に接続されてい
る複数のトランジスタ40に対して選択パルス電
圧が順次印加される。これによつて該当するトラ
ンジスタ40が駆動され、第3図に示されている
セルPCのうち該当する列方向に配列されている
複数のセルPCのソース電極22及びドレイン電
極28が抵抗34を介して電源36に接続され
る。これによつて、ソース・ドレイン電流の流れ
る準備が終了する。なお、この状態では、各セル
PCが非導通の状態を維持するように、例えば電
源36の電圧等が調整されている。 Through the above operations, image information is accumulated in each cell PC. Next, video line selection circuit 3
A selection pulse voltage is sequentially applied to the plurality of transistors 40 connected to the plurality of source electrodes 22 by the plurality of source electrodes 22 . As a result, the corresponding transistor 40 is driven, and the source electrode 22 and drain electrode 28 of a plurality of cells PC arranged in the corresponding column direction among the cells PC shown in FIG. and is connected to the power supply 36. This completes the preparation for the flow of source-drain current. Note that in this state, each cell
For example, the voltage of the power supply 36 is adjusted so that the PC remains non-conductive.
以上の動作によつて、画像情報を読み出す対象
となるビデオラインが選択される。次に読出しア
ドレス回路30によつて複数あるゲート電極24
に対し、順にパルス電圧が印加される。これによ
つて選択されたビデオライン上に位置するセル
PCが順に次々と導通し、コントロールゲート領
域14に蓄積された正孔の量すなわち入射光量に
対応するソース・ドレイン電流が抵抗34に流
れ、更には抵抗34によつて電圧に変換されて出
力端子38から出力される。 Through the above operations, a video line from which image information is to be read is selected. Next, the read address circuit 30 selects a plurality of gate electrodes 24.
A pulse voltage is sequentially applied to the two. The cell located on the video line selected by this
The PCs become conductive one after another, and a source/drain current corresponding to the amount of holes accumulated in the control gate region 14, that is, the amount of incident light, flows to the resistor 34, and is further converted into a voltage by the resistor 34, and is output to the output terminal. It is output from 38.
以上の動作によつて、入射光に対応する画像情
報は、出力端子38の電圧変化として良好に出力
されることとなる。 Through the above operation, image information corresponding to the incident light is outputted as a voltage change at the output terminal 38.
以上の実施例においては、ソース領域16によ
つてコントロールゲート領域14が囲まれている
が、必ずしもこのような構成とする必要はなく、
コントロールゲート領域14の外周の一部にのみ
ソース領域16を領けるようにしてもよく、更に
は、外周全体に設けるようにしてもよい。 In the embodiments described above, the control gate region 14 is surrounded by the source region 16, but it is not necessary to have such a configuration.
The source region 16 may be provided only on a part of the outer periphery of the control gate region 14, or may be provided on the entire outer periphery.
更に、上記実施例においては、フローテイング
ゲート領域18にも光が入射することによつて正
孔が蓄積され、各セルPC間の分離が良好に行な
われないという不都合が生ずる。 Furthermore, in the above embodiment, holes are accumulated due to light entering the floating gate region 18, resulting in a disadvantage that the cells PC are not well isolated from each other.
このような不都合を解消する他の実施例につい
て説明する。第4図A,Bには、本発明の他の実
施例が示されており、第4図Aは、第1図Aに対
応する平面図であり、第4図Bは第1図Bに対応
する端面図であつて、第4図Aの矢印Vから見た
図である。なお、この実施例において、第1図な
いし第3図に示した実施例と同様の構成部分につ
いては同一符号を用いることとし、説明を省略す
る。 Another embodiment that eliminates such inconvenience will be described. 4A and 4B show other embodiments of the present invention, FIG. 4A is a plan view corresponding to FIG. 1A, and FIG. 4B is a plan view corresponding to FIG. 1B. 4B is a corresponding end view taken from arrow V in FIG. 4A; FIG. In this embodiment, the same reference numerals are used for the same components as in the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, and the explanation thereof will be omitted.
この第4図A,Bに示されている実施例では、
ソース領域46は、コントロールゲート領域14
の周囲ではなく、一側部にのみ設けられている。 In the embodiment shown in FIGS. 4A and 4B,
The source region 46 is the control gate region 14
It is not provided around the area, but only on one side.
また、ソース領域46は、フローテイングゲー
ト領域18に接近して設けられている。すなわ
ち、ソース領域46と、フローテイングゲート領
域18との距離をWA、ソース領域46とコント
ロールゲート領域14との距離をWBとすると、
WA<WBの関係になる。このようにすると、コ
ントロールゲート領域14側に形成される電位障
壁よりもフローテイングゲート領域18側に形成
される電位障壁の方が高くなるため、セルPC間
の分離が良好となる。 Further, source region 46 is provided close to floating gate region 18 . That is, if the distance between the source region 46 and the floating gate region 18 is WA, and the distance between the source region 46 and the control gate region 14 is WB, then
The relationship is WA<WB. In this way, the potential barrier formed on the floating gate region 18 side is higher than the potential barrier formed on the control gate region 14 side, so that isolation between the cells PC becomes better.
更に、本実施例においては、ソース領域46及
びフローテイングゲート領域18上に絶縁膜26
を介してアルミニウムのしや光膜44が形成され
ている。このため、フローテイングゲート領域1
8の部分に対しては光が侵入せず、フローテイン
グゲート領域18に対する正孔の蓄積が行なわれ
ない。従つて、セルPC間の分離が良好となる。
なお、しや光膜44は、ゲート電極24に重ねて
設けるようにしてもよい。 Furthermore, in this embodiment, an insulating film 26 is formed on the source region 46 and the floating gate region 18.
An aluminum film 44 is formed through the aluminum film. Therefore, floating gate region 1
No light enters the portion 8, and holes are not accumulated in the floating gate region 18. Therefore, isolation between cell PCs becomes better.
Note that the shimmering film 44 may be provided overlapping the gate electrode 24.
このようなセルPC間の分離の向上は、その他
に、フローテイングゲート領域18をコントロー
ルゲート領域14よりもチヤンネル領域12に対
して深く形成することによつても達成でき、ま
た、フローテイングゲート領域18の不純物密度
をコントロールゲート領域14よりも高くするこ
とによつても達成できる。 Such improvement in isolation between the cells PC can also be achieved by forming the floating gate region 18 deeper in the channel region 12 than in the control gate region 14; This can also be achieved by making the impurity density of the control gate region 18 higher than that of the control gate region 14.
以上のいずれかの1つの、あるいは複数の構成
の組合せによつて、セルPC間の分離の向上を図
ることができ、単位面積別に配列されるセルPC
の集積度を著しく向上させることができる。 By using one of the above configurations or a combination of multiple configurations, it is possible to improve the separation between cell PCs, and the cell PCs are arranged according to unit area.
The degree of integration can be significantly improved.
次に、上述した固体撮像装置の製造工程につい
て第5図AないしLを参照しながら説明する。 Next, the manufacturing process of the solid-state imaging device described above will be explained with reference to FIGS. 5A to 5L.
まず、基板10としては、アンチモン(Sb)
が1018cm-3程度ドープされているn+型のシリコン
基板を用いる。チヤンネル領域12が形成される
n-層50は、基板10の(111)面上に、エピタ
キシヤル成長させて形成される。すなわち、n-
層50は、入射光によつて電子−正孔対が形成さ
れ、更には分離されるとともに、チヤンネル領域
12が形成される層であるため、転位・欠陥など
を十分に除去する必要があるからである。この
n-層50は、5ないし10μm程度の厚さに形成さ
れ、不純物密度は1013ないし1015cm-3程度である。 First, the substrate 10 is made of antimony (Sb).
An n + type silicon substrate doped with about 10 18 cm -3 is used. Channel region 12 is formed
The n - layer 50 is formed on the (111) plane of the substrate 10 by epitaxial growth. That is, n -
Since the layer 50 is a layer in which electron-hole pairs are formed and further separated by incident light and a channel region 12 is formed, it is necessary to sufficiently remove dislocations, defects, etc. It is. this
The n - layer 50 is formed to have a thickness of about 5 to 10 μm, and an impurity density of about 10 13 to 10 15 cm -3 .
なお、n-層50におけるキヤリアの再結合を
防止して分離されたキヤリアの寿命を長くするた
め、重金属に対するゲツタリングを施すようにし
てもよい。 Note that in order to prevent recombination of carriers in the n - layer 50 and extend the life of the separated carriers, gettering may be applied to heavy metals.
次に、n-層50上に、第5図Aに示すように
全体にわたつて酸化膜52を5000ないし8000Åの
厚さに形成する。この酸化膜52の形成は、例え
ばn-層50を1000℃で1時間あるいは1100℃で
25分程度酸素雰囲気に侵すことによつて行なわれ
る。 Next, as shown in FIG. 5A, an oxide film 52 is formed over the entire n - layer 50 to a thickness of 5000 to 8000 Å. This oxide film 52 is formed by heating the n - layer 50 at 1000°C for 1 hour or at 1100°C, for example.
This is done by exposing it to an oxygen atmosphere for about 25 minutes.
次に、適当なマスクを使用してウエツトエツチ
ングを行い、酸化膜52に対して、コントロール
ゲート領域14に対応するp+層54及びフロー
テイングゲート領域18に対応するp+層56の
パターンが第5図Bに示すように各々形成され、
更には、BBr3などのアクセプタとなる不純物が
注入されて、p+層54,56が各々形成される。
不純物の注入方法としては、不純物を蒸着した後
に熱拡散によつて行つてもよく、あるいはイオン
注入法によつて行つてもよい。熱拡散による場合
には、例えば1100℃の酸素又はウエツト酸素(な
いしは水蒸気)雰囲気中で不純物の注入が行なわ
れる。p+層54,56の厚さは、1ないし5μm
程度、好ましくは1ないし3μm程度である。 Next, wet etching is performed using an appropriate mask, and patterns of the p + layer 54 corresponding to the control gate region 14 and the p + layer 56 corresponding to the floating gate region 18 are formed on the oxide film 52. each formed as shown in FIG. 5B,
Further, an impurity serving as an acceptor such as BBr 3 is implanted to form p + layers 54 and 56, respectively.
The impurity may be implanted by thermal diffusion after vapor deposition, or by ion implantation. In the case of thermal diffusion, impurities are implanted in an oxygen or wet oxygen (or water vapor) atmosphere at, for example, 1100°C. The thickness of the p + layers 54, 56 is 1 to 5 μm
The thickness is preferably about 1 to 3 μm.
次に、ソース領域16に対応するn+層60を
形成するため、マスク合せが行なわれ、ウエツト
エツチングによつて、n+層60のパターンが酸
化膜52に形成される。この状態で熱拡散ないし
はイオン注入法によつて、ヒ素(As)などのド
ナーとなり得る不純物が注入される。この操作に
よつて第5図Cに示すように、n+層60が形成
される。 Next, in order to form an n + layer 60 corresponding to the source region 16, mask alignment is performed, and a pattern of the n + layer 60 is formed in the oxide film 52 by wet etching. In this state, an impurity that can serve as a donor, such as arsenic (As), is implanted by thermal diffusion or ion implantation. By this operation, an n + layer 60 is formed as shown in FIG. 5C.
次に、表面全体にわたつて、DOPOS(リンが
注入された多結晶シリコン)層62が第5図Dに
示すように形成される。このDOPOS層62は、
SiH4及びPH3のガス雰囲気によるCVD(化学気相
成長)法によつて形成される。 A DOPOS (phosphorous doped polycrystalline silicon) layer 62 is then formed over the entire surface as shown in FIG. 5D. This DOPOS layer 62 is
It is formed by CVD (chemical vapor deposition) using a gas atmosphere of SiH 4 and PH 3 .
次に、適当なマスクを使用してプラズマエツチ
ングを行うことにより、DOPOS層62の一部を
エツチングし、ソース電極22に対応する電極層
64を形成する。この状態は、第5図Eに示され
ている。プラズマエツチングには、CF4,CF4及
びO2あるいはPCl3などのガス雰囲気が使用され
る。 Next, a portion of the DOPOS layer 62 is etched by plasma etching using a suitable mask to form an electrode layer 64 corresponding to the source electrode 22. This condition is shown in FIG. 5E. For plasma etching, a gas atmosphere such as CF 4 , CF 4 and O 2 or PCl 3 is used.
次に、表面全体にわたつて、PSG(リンガラ
ス)層66が層間絶縁層として第5図Fに示すよ
うに形成される。このPSG層66は、CVD法に
よつて行なわれ、例えばSiH4,O2及びPH3のガ
ス雰囲気中で400℃程度に加熱することによつて
行なわれる。あるいはSiH4,H2O及びPH3のガ
ス雰囲気中で750℃程度に加熱することによつて
行なわれる。 Next, a PSG (phosphorus glass) layer 66 is formed as an interlayer insulating layer over the entire surface as shown in FIG. 5F. This PSG layer 66 is formed by a CVD method, for example, by heating to about 400° C. in a gas atmosphere of SiH 4 , O 2 and PH 3 . Alternatively, it can be carried out by heating to about 750°C in a gas atmosphere of SiH 4 , H 2 O and PH 3 .
次に、適当なマスクをを使用してウエツトエツ
チングが行なわれ、第5図Gに示すようにP+層
54の表面が露出される。 Wet etching is then performed using a suitable mask to expose the surface of P + layer 54 as shown in FIG. 5G.
次に、ネサ膜(SnO2)による透明の電極層7
0が表面全体にわたつて第5図Hに示すように形
成され、シリコンのP+層54とネサ膜(SnO2)
の電極層70との間でヘテロ接合が形成される。
電極層70の形成方法としては、例えばまず、
SnO2層を比較的高温で100ないし500Åの厚さで
形成し、このSnO2層上に、適当な導電性元素例
えばSbが注入されているSnO2層を比較低温で
2000ないし5000Åの厚さで形成する。SnO2層の
代わりにシリコンよりも禁制帯幅の大きな物質な
ら良く、たとえばITO層を形成して透明電極層7
0を構成してもよい。 Next, a transparent electrode layer 7 made of Nesa film (SnO 2 ) is formed.
0 is formed over the entire surface as shown in FIG .
A heterojunction is formed between the electrode layer 70 and the electrode layer 70 .
As a method for forming the electrode layer 70, for example, first,
A SnO 2 layer with a thickness of 100 to 500 Å is formed at a relatively high temperature, and then a SnO 2 layer in which a suitable conductive element such as Sb is implanted is formed on this SnO 2 layer at a relatively low temperature.
It is formed to a thickness of 2000 to 5000 Å. Instead of the SnO 2 layer, any material with a wider forbidden band width than silicon may be used. For example, an ITO layer may be formed to form the transparent electrode layer 7.
It may also be set to 0.
次に、適当なマスクを使用してプラズマエツチ
ングが行なわれ、電極層70のうちp+層54上
の部分を除いて、第5図Iに示すようにエツチン
グされる。この操作は、CCl4,CF4,CF4及び
O2、あるいはPCl3などのガスを使用して行なわ
れる。 Next, plasma etching is performed using a suitable mask, and electrode layer 70 is etched away, except for the portion above p + layer 54, as shown in FIG. 5I. This operation involves CCl 4 , CF 4 , CF 4 and
This is done using a gas such as O 2 or PCl 3 .
以上の操作によつて、第1図ないし第3図に示
されている実施例における固体撮像装置が製造さ
れる。また、ソース領域16に対応するn+層6
0の位置及び形状は、第5図Cにおける工程にお
いてマスクの形状を適当に変更することによつて
簡単に行うことができる。 Through the above operations, the solid-state imaging device in the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 is manufactured. Also, the n + layer 6 corresponding to the source region 16
The position and shape of 0 can be easily determined by appropriately changing the shape of the mask in the step shown in FIG. 5C.
次に、第4図A,Bに示されている実施例にお
いて説明したしや光膜44の形成について第6図
JないしLを参照しながら説明する。 Next, the formation of the film 44 described in the embodiment shown in FIGS. 4A and 4B will be described with reference to FIGS. 6J to 6L.
まず、ウエツトエツチングにより露出した
PSG層66及び酸化膜52を第5図Jに示すよ
うにエツチングする。 First, the area exposed by wet etching
The PSG layer 66 and oxide film 52 are etched as shown in FIG. 5J.
次に、第5図Kに示すように、表面全体にわた
つて1.0μm程度の膜厚でアルミニウムのしや光層
72を形成する。このしや光層72は、電子ビー
ム又は抵抗加熱による真空蒸着あるいはスパツタ
リングによつて行なわれる。 Next, as shown in FIG. 5K, an aluminum coating layer 72 is formed over the entire surface to a thickness of about 1.0 μm. This shimmering layer 72 is formed by vacuum deposition using an electron beam or resistance heating, or by sputtering.
次に、適当なマスクを使用してしや光層72の
一部をエツチングするとともに、基板10に対し
てアルミニウムによる電極層80を形成する。こ
の状態は、第5図Lに示されている。この電極層
80の形成は、例えばシンターなどの方法によつ
て行なわれる。 Next, a portion of the phosphor layer 72 is etched using a suitable mask, and an electrode layer 80 made of aluminum is formed on the substrate 10. This condition is shown in FIG. 5L. Formation of this electrode layer 80 is performed, for example, by a method such as sintering.
なお、しや光層72は、フローテイングゲート
領域18に対応するp+層56に接続されており、
フローテイングゲート領域18に対する電圧印加
用の電極としての機能を有している。 Note that the shimmering layer 72 is connected to the p + layer 56 corresponding to the floating gate region 18,
It has a function as an electrode for applying voltage to the floating gate region 18.
以上説明した製造工程は一例にすぎず、他の製
造工程によつて製造してもよい。また、使用する
材料なども、他の材料を使用してもよく、チヤン
ネル領域やp+領域をGaAsで形成した場合は、
AlGaAsでゲート電極を形成し、ヘテロ結合して
も良い。また、n-層50は、不純物が注入され
ていない真性の半導体層でもよい。 The manufacturing process described above is only an example, and other manufacturing processes may be used. Also, other materials may be used, and if the channel region and p + region are formed of GaAs,
The gate electrode may be formed of AlGaAs and may be hetero-coupled. Further, the n - layer 50 may be an intrinsic semiconductor layer into which no impurity is implanted.
上記いずれの実施例においても、n-層によつ
てチヤンネルが形成されているが、真性ないしは
p-の半導体層によつてチヤンネルを形成するよ
うにしてもよい。また、ソースとドレインは、上
記実施例と逆に対応させても同様の作用を奏する
ことができる。ビデオラインの選択あるいは読出
し用のパルス電圧の印加についても同様であつ
て、上記実施例と逆にしてもよい。 In all of the above embodiments, the channel is formed by the n -layer , but it is
The channel may be formed by a p - semiconductor layer. Furthermore, the same effect can be obtained even if the source and drain correspond to each other in the opposite manner to those in the above embodiment. The same applies to the selection of video lines or the application of pulse voltages for reading, and the above embodiments may be reversed.
また、駆動用のトランジスタ40は、通常のト
ランジスタを使用してもよく、このトランジスタ
40及び読出しアドレス回路30、ビデオライン
選択回路32を撮像装置と一体化して集積回路と
して構成するようにしてもよい。材料としては、
主としてシリコンを用いたが、本発明は、何らこ
れに限定されるものではなく、ゲルマニウム、
−族化合物半導体等を用いることもできる。コ
ントロールゲート部のヘテロ接合は、シリコン−
ゲルマニウムによるヘテロ接合でも良い。セル
PCは必ずしも二次元のマトリクス状に配列する
必要はなく、ライン状に配列してもよい。 Further, a normal transistor may be used as the driving transistor 40, or the transistor 40, the read address circuit 30, and the video line selection circuit 32 may be integrated with the imaging device to form an integrated circuit. . As for the material,
Although silicon is mainly used, the present invention is not limited to this in any way, and germanium,
- group compound semiconductors etc. can also be used. The heterojunction in the control gate section is silicon-
A heterojunction using germanium may also be used. cell
The PCs do not necessarily need to be arranged in a two-dimensional matrix, but may be arranged in a line.
更に、カラーの画像情報を得るためには、セル
PCのマトリクスを、例えば赤(R)、緑(G)、青(B)に
対応して構成し、入射光を色フイルタにかけて
R,G,Bの光を分離し、各対応セルPCに入射
させるようにすればよい。 Furthermore, in order to obtain color image information, it is necessary to
For example, configure a matrix of PCs corresponding to red (R), green (G), and blue (B), apply a color filter to the incident light, separate the R, G, and B light, and enter each corresponding cell PC. All you have to do is let it happen.
以上説明したように、本発明による固体撮像装
置によれば、ゲート領域に直接接するゲート電極
の材質として、ゲート領域とは異なる禁制帯幅を
有するものを用いることによつて、ゲート領域と
ゲート電極との接合部位をヘテロ接合とし、この
ヘテロ接合部位ではエネルギーバンドが不連続に
なることで、ゲート領域とゲート電極との境界部
分に空乏層を設けることができる。そして、この
空乏層によつてコンデンサを形成すると共に、こ
のコンデンサに読み出しアドレス回路を直接接続
するようにしたことで、固体撮像装置の構造及び
製造工程の簡略化を図ることができる。 As explained above, according to the solid-state imaging device according to the present invention, by using a material for the gate electrode that is in direct contact with the gate region and having a different forbidden band width than that of the gate region, the gate region and the gate electrode A depletion layer can be provided at the boundary between the gate region and the gate electrode by forming a heterojunction at the junction with the gate electrode and by discontinuing the energy band at the heterojunction. By forming a capacitor using this depletion layer and directly connecting the read address circuit to this capacitor, the structure and manufacturing process of the solid-state imaging device can be simplified.
第1図Aは本発明による固体撮像装置の一実施
例を示す部分平面図、第1図Bは第1図Aの矢印
から見た概略の端面図、第2図は第1図Bの一
部を拡大して示す端面図、第3図は等価な電気回
路の構成を示す回路図、第4図Aは本発明による
固体撮像装置の他の実施例を示す部分平面図、第
4図Bは第4図Aの矢印から見た概略の端面
図、第5図AないしLは製造工程の一例を示す説
明図である。
主要部分の符号の説明、12…チヤンネル領
域、14…ゲート領域、16…ソース領域、24
…ゲート電極、70…電極層、PC…セル。
FIG. 1A is a partial plan view showing an embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention, FIG. 1B is a schematic end view seen from the arrow in FIG. 1A, and FIG. FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of an equivalent electric circuit; FIG. 4A is a partial plan view showing another embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention; FIG. 4B is a schematic end view seen from the arrow in FIG. 4A, and FIGS. 5A to 5L are explanatory diagrams showing an example of the manufacturing process. Explanation of symbols of main parts, 12... Channel region, 14... Gate region, 16... Source region, 24
...gate electrode, 70...electrode layer, PC...cell.
Claims (1)
れ、各セルに入射する光の量に対応するキヤリア
をチヤンネル領域に接するゲート領域に蓄積する
ために、ゲート領域にコンデンサが形成され、該
コンデンサに読み出しアドレス回路が直接接続さ
れている固体撮像装置において、 前記コンデンサは、前記ゲート領域に直接接
し、かつ、前記ゲート領域とは異なる禁制帯幅を
有する材料から成るゲート電極と前記ゲート領域
との境界に、これらゲート電極とゲート領域との
ヘテロ接合により生じる空乏層によつて形成され
ていることを特徴とする固体撮像装置。 2 特許請求の範囲第1項記載の装置において、 前記ゲート領域は、シリコンの結晶で形成され
ており、 前記ゲート電極は、酸化すず(SnO2)を含む
材料によつて形成されていることを特徴とする固
体撮像装置。 3 特許請求の範囲第2項記載の装置において、 前記ゲート電極は、ゲート領域に接する第1の
層と、この第1の層に接する第2の層とを有して
おり、 該第1の層は、ゲート領域に対して比較的高温
で形成された酸化すずを含み、 該第2の層は、第1の層に対して比較的低温で
形成されるとともに、導電性元素を含むことを特
徴とする固体撮像装置。[Claims] 1 A plurality of cells configured by SIT are arranged, and a capacitor is provided in the gate region in order to accumulate carriers corresponding to the amount of light incident on each cell in the gate region adjacent to the channel region. in a solid-state imaging device in which a read address circuit is directly connected to the capacitor, the capacitor has a gate electrode that is in direct contact with the gate region and is made of a material that has a different forbidden band width than that of the gate region. A solid-state imaging device characterized in that a depletion layer is formed at a boundary between the gate electrode and the gate region by a heterojunction between the gate electrode and the gate region. 2. In the device according to claim 1, the gate region is formed of silicon crystal, and the gate electrode is formed of a material containing tin oxide (SnO 2 ). Characteristic solid-state imaging device. 3. The device according to claim 2, wherein the gate electrode has a first layer in contact with the gate region and a second layer in contact with the first layer, and The layer includes tin oxide formed at a relatively high temperature with respect to the gate region, and the second layer is formed at a relatively low temperature with respect to the first layer and includes a conductive element. Characteristic solid-state imaging device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58031807A JPS59158679A (en) | 1983-03-01 | 1983-03-01 | Solid-state imge pickup device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58031807A JPS59158679A (en) | 1983-03-01 | 1983-03-01 | Solid-state imge pickup device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59158679A JPS59158679A (en) | 1984-09-08 |
| JPH0473345B2 true JPH0473345B2 (en) | 1992-11-20 |
Family
ID=12341359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58031807A Granted JPS59158679A (en) | 1983-03-01 | 1983-03-01 | Solid-state imge pickup device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59158679A (en) |
-
1983
- 1983-03-01 JP JP58031807A patent/JPS59158679A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59158679A (en) | 1984-09-08 |
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