固体摄像器件的制作方法

专利名称：固体摄像器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固体摄像器件，且特别涉及一种可达成动态范围(dynamic range)扩大、高速快门(shutter)、低驱动电压化的高像素密度固体摄像器件。
背景技术：
目前，CCD (Charge Coupled Device,电荷耦合元件)及 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补性氧化金属半导体)固体摄像器件已广泛应用于摄像机 (video camera)、静态相机(still camera)等。再者，为了提升固体摄像器件的性能，例如高分辨率(resolution)化，而要求像素的高密度化。此外，为了高速快门、扩大动态范围等的功能提升，而要求低消耗电力化用的低驱动电力化。以下说明现有技术例的固体摄像器件的构造及动作(例如专利文献1)。如图11 所示，通过1个岛状半导体20构成像素。在此像素中，于衬底上形成有n+型信号配线层21。 此外，在与n+型信号配线层21相接的岛状半导体20的外周部，形成有具有ρ型半导体层 22、绝缘膜23a、23b、及栅极导体电极Ma、Mb的MOS晶体管。栅极导体电极Ma、24b作成为包围岛状半导体20的环带状，且彼此电性连接。此外，在岛状半导体20的外周部，形成有用于存储通过光照射所产生的电荷，且由P型半导体层22及η型半导体层25a、2^所构成的光二极管(Photo diode)，以与该MOS晶体管相接。此外，将此光二极管中的ρ型半导体层22设为沟道，且将与形成于光二极管上的像素选择线27a、27b相接的ρ+型半导体层 26、η+型信号配线层21附近的ρ型半导体层22分别设为源极、漏极，而形成有接面晶体管。此外，分别在栅极导体电极Ma、24b电性连接有复位栅极(reset gate)端子GKSl、 Gksk、在p+型半导体层沈电性连接有像素选择配线端子1、在η+型信号配线层21电性连接有信号配线端子XL。此固体摄像器件的基本动作由以下动作所构成“信号电荷存储动作”，将通过光照射所产生的信号电荷(此时为自由电子)予以存储于由P型半导体层22及η型半导体层25a、2^所构成的光二极管；“信号电流读取动作”，将在η+型信号配线层21附近的ρ型半导体层22与电性连接于像素选择线27a、27b的p+型半导体层沈之间流通的源极-漏极电流，依据因与存储于光二极管的信号电荷对应的光二极管电压(栅极电压)而增减的接面晶体管的沟道宽度予以调制，且读取此电流作为信号电流；及“复位(reset)动作”，在此信号电流读取动作后，将存储于光二极管的信号电荷施加导通(on)电压(正电压)于MOS 晶体管的栅极导体电极Ma J4b，借此通过属于复位漏极的η+型信号配线层21予以去除。在此像素构造中，η+型信号配线层21兼具接面晶体管的信号电流读取用漏极的功能；及将存储于光二极管的信号电荷，通过由P型半导体层22、绝缘膜23a、23b、及栅极导体电极Ma、24b所构成的MOS晶体管予以去除的复位漏极的功能。图12A为将所述MOS晶体管中，施加于复位栅极端子GKa、Gksk的电压波形ΦΚ(;、施加于像素选择配线端子1的电压波形、施加于信号配线端子XL的电压波形Oa予以分别作成时间图表(time chart)显示。
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如图12A所示，信号电流读取动作在信号电流读取期间(信号电流读取脉冲 (pulse)的导通期间)Tkq中，通过将高电平(level)电压设为Vh、低电平电压设为八时，例如设为ΦΚ(; = \、Oyl = Vh, ΦΧ =八来执行。将存储于光二极管的信号电荷予以去除的复位动作，在接续信号电流读取期间Tto的复位期间(复位脉冲的导通期间)TKS中，通过设为①！《； = Vh, ΦΥ = \、ΦΧ = Vh来执行。信号电荷存储动作在接续复位期间Tks的信号电荷存储期间Ts中，通过设为ΦΚ(; = Vl^yl = Vl^xl =八来执行。静止图像摄影操作基本上由1次复位动作、1次信号电荷存储动作、及1次信号电流读取动作所构成。此外，动态图像摄影操作这些复位动作、信号电荷存储动作、信号电流读取动作依各像素重复进行。在固体摄像器件的像素区域中，如图11所示排列有多个像素成二维状。各像素由其信号配线端子XL、像素选择配线端子1分别电性连接于配置于像素区域周边的X方向 (水平方向)扫描电路、Y方向(垂直方向)扫描电路。再者，在像素区域中，通过X方向扫描电路及Y方向扫描电路，依序在XY矩阵(matrix)上扫描选择各像素而读取像素信号。 在此像素信号电流读取中，当于X方向的1水平像素列(cloumn)被读取时，接着就读取与其在Y方向邻接的1水平像素列。通过重复此动作，来读取像素区域的全像素信号。图12B为将水平像素信号电流读取期间THK1、水平像素信号电流读取期间 The2.....水平像素信号电流读取期间Tffiin予以作成时间图表显示。如图12B所示，接续1次水平像素信号电流读取期间Thki设定多次水平像素信号电
流读取期间Thk2.....THKn。此外，在各水平像素信号电流读取期间Thki、The2.....Tffiin之间，
分别设定有水平遮没(blanking)期间THB1、THB2.....THBn。在进行静态图像的摄像时，动作
虽在从期间Thki至期间Tffiin的1帧(frame)期间结束，但在进行动态图像摄像时，重复多次此1帧期间的动作。参照图12B，在1帧期间(水平像素信号电流读取期间THK1、THK2.....TffiJ中，通过
接面晶体管进行信号电流读取动作。在图11所示的现有技术例的像素构造的固体摄像器件中，n+型信号配线层21兼用作信号电流读取用漏极、及用于将存储于光二极管的信号电荷予以去除的复位漏极。因此，信号电流读取动作、与存储于光二极管的信号电荷的复位动作，无法同时进行。此外，快门时间的控制通过使属于复位期间Tks、与信号电流读取期间Tto之间的信号电荷读取期间的信号电荷存储期间Ts变化来执行。在图11所示的现有技术例的像素构造的固体摄像器件中，n+型信号配线层21兼用作接面晶体管的信号电流读取用漏极、及用于将存储于光二极管的信号电荷予以去除的复位漏极。因此，在由P型半导体层22、绝缘膜23a、23b、及栅极导体电极Ma、24b所构成的MOS晶体管中，在信号电荷存储期间Ts中，为使存储于光二极管的信号电荷不会泄漏于η+ 型信号配线层21，因此对MOS晶体管的栅极导体电极Ma、24b施加低电平的电压\。因此， 如图13所示，用于显示电压输出Vot相对于光照射于像素的照射强度L(入射光量)的关系的光电转换特性，显示电压输出Vott相对于照射强度L的增加为单调增加，且显示在照射强度L1下于既定电平(饱和输出电平Voti)饱和的特性。此情形下，为了将由噪声(noise) 电平与饱和输出电平Voti的比所表现的动态范围扩大，需将构成像素的岛状半导体的全长伸长而增大光二极管的面积，或是提高驱动电压。以此方式伸长岛状半导体的全长时，需将距离构成岛状半导体20的硅柱较深的部位以良好精确度予以加工，因此难以制造固体摄
5像器件。此外，提高驱动电压时，消耗电力会增加，因此均不优选。此外，在图11所示的固体摄像器件中，η+型信号配线层21兼用作接面晶体管的信号电流读取用漏极、及用于将存储于光二极管的信号电荷予以去除的复位漏极，因此通过 η+型信号配线层21，在连接于某信号线的一像素执行由接面晶体管所作信号电流读取动作时，无法在连接于相同信号线的其他像素执行将存储于光二极管的信号电荷予以去除的复位动作。因此，用于使属于复位期间Tks与信号电流读取期间Tto之间的信号电荷读取期间的信号电荷存储期间Ts变化的自由度降低，故快门时间的控制性降低。在此，信号电荷存储期间Ts愈短，愈可实现更高速的快门动作。此外，在图11所示的固体摄像器件中，接面晶体管所进行信号电流的读取，通过像素选择配线端子1将高电平电压Vh施加于电性连接于像素选择线27a、27b的p+型半导体层沈，并且通过信号配线端子XL，将低电平电压\施加于电性连接于信号线的n+型信号配线层21来执行。此时，由属于沟道的ρ型半导体层22与η+型信号配线层21所形成的 ρη 二极管即成为顺向偏压(bias)状态。因此，为了以电阻极小的顺向电流条件使接面晶体管动作，需要对电性连接于像素选择配线端子1的ρ+型半导体层沈与n+型信号配线层21 之间，施加至少0. 7V以上的电压，以使PN接合的顺向电阻变为极小。此即成为在较为了使不具该PN接合的通常的接面晶体管动作所需的电压高出0. 7V高电压侧的驱动。此在谋求固体摄像器件的低消耗电力上，并不优选。专利文献1 国际公开第2009/0:34623号。

发明内容
(发明所欲解决的问题)鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可达成动态范围扩大、高速快门、低驱动电压化的高像素密度的固体摄像器件。(解决问题的手段)为了达成所述目的，本发明提供一种固体摄像器件，于像素区域排列多个像素而成，其特征为所述像素具有第1半导体层，由形成于衬底上的第1半导体区域、与该第1半导体区域相接而形成的第2半导体区域、及与该第2半导体区域相接而形成且从所述第1半导体区域分离的第3半导体区域所构成；第2半导体层，形成于所述第1半导体层上，且由所述第2半导体区域、及隔着绝缘膜而形成于该第2半导体区域的外周部的导体电极所构成；第3半导体层，形成于所述第2半导体层上，且由所述第2半导体区域、及形成于该第2半导体区域的外周部的第4半导体区域所构成；及第4半导体层，形成于所述第3半导体层上，且由与所述第2半导体区域相接的第 5半导体区域所构成；且包括用于存储因电磁能量波的照射而于所述像素内产生的信号电荷的光二极管，通过位于所述第3半导体层的所述第2半导体区域、及所述第4半导体区域而形成；通过测量依据存储于所述光二极管的信号电荷的量而变化的信号电流来读取像素信号的接面晶体管，通过属于栅极的所述第4半导体区域、属于沟道的所述第2半导体区域、一方设为漏极且另一方设为源极的所述第1半导体区域及所述第5半导体区域所形成；将存储于所述光二极管的信号电荷在所述第3半导体区域予以去除的MOS晶体管，通过属于栅极的所述导体电极、属于沟道的所述第2半导体区域、及属于漏极的所述第 3半导体区域所形成；而所述第1半导体区域与配置于所述像素区域的外侧的第1外部电路电性连接；所述第3半导体区域与配置于所述像素区域的外侧的第2外部电路电性连接；所述导体电极与所述导体电极配置于所述像素区域的外侧的第3外部电路电性连接；所述第5半导体区域与配置于所述像素区域的外侧的第4外部电路电性连接；且至少通过所述第3半导体层及第4半导体层来形成岛状构造。较优选为所述第1半导体区域及所述第5半导体区域设为相同导电型，并且所述第2半导体区域为与所述第1半导体区域相同导电型或实质的本质型，而所述第3半导体区域及所述第4半导体区域设为与所述第1半导体区域相反导电型。较优选为具有在存储信号电荷于所述二极管的期间，通过施加依时间变化的电压于所述MOS晶体管的所述导体电极，使所述信号电荷不会泄漏于所述第1半导体区域，而在所述第3半导体区域予以去除的手段。较优选为在所述第1半导体层的所述衬底侧设有带状第5半导体层，该带状第5 半导体层在电性连接所述第5半导体区域与所述第4外部电路的配线延伸的方向正交；在所述第5半导体层内设有第6半导体区域，连接于所述第1半导体区域，且与该第1半导体区域相同导电型；第7半导体区域，连接于所述第2半导体区域，且与所述第2半导体区域相同导电型；及第8半导体区域，连接于所述第3半导体区域，且与该第3半导体区域相同导电型。较优选为所述第1半导体层及所述第2半导体层均与所述第5半导体层一体化而形成为带状；在所述第5半导体层中，所述第6半导体区域与所述第1半导体区域一体化，并且所述第8半导体区域与所述第3半导体区域一体化；所述MOS晶体管的所述导体电极在所述第5半导体层中的所述第6半导体区域一体化于所述第1半导体区域的部分侧、及所述第5半导体层中的所述第8半导体区域一体化于所述第3半导体区域的部分侧彼此电性分离。较优选为所述第1外部电路中的MOS晶体管电性连接于所述第1半导体区域，且该MOS晶体管的源极及漏极由与所述第1半导体区域相同导电型的半导体所形成。(发明效果)依据本发明，可提供一种可达成动态范围扩大、高速快门、低驱动电压化的高像素密度的固体摄像器件。


图IA为显示第1实施例的固体摄像器件中的像素的构造的示意剖面图。图IB为显示第1实施例的变形例的固体摄像器件中的像素的构造的示意剖面图。图IC为第1实施例的固体摄像器件的电路构成图的一例。图2A为用于说明第2实施例的固体摄像器件的动态范围的扩大动作的像素构造。图2B为该固体摄像器件的动态范围的扩大动作时的施加电压波形。图2C至图2F为该固体摄像器件的动态范围的扩大动作时的电位分布图。图3为显示通过第2实施例的固体摄像器件中的动态范围的扩大动作所获得的照射光强度L、与电压输出Vott的关系图。图4为用于说明第3实施例的固体摄像器件的高速快门动作的施加电压波形。图5为显示第4实施例的固体摄像器件中的像素的构造的示意剖面图。图6A为用于说明第5实施例的固体摄像器件中的像素的构造与连接于该像素的作为外部电路的MOS晶体管的关系图。图6B为用于说明该固体摄像器件中的像素的构造与连接于该像素的作为外部电路的MOS晶体管的关系图。图7为显示第6实施例的固体摄像器件中的像素的构造、与连接于该像素的延伸配线图。图8为显示在第6实施例的固体摄像器件中连续的2个像素的立体构造示意图。图9为显示第7实施例的固体摄像器件中的像素的构造、与连接于该像素的延伸配线图。图IOA为用于说明第7实施例的固体摄像器件的动态范围的放大动作的像素构造。图IOB为该固体摄像器件的动态范围的扩大动作时的电位分布图。图IOC至图IOE为该固体摄像器件的动态范围的扩大动作时的电位分布图。图11为显示现有技术的固体摄像器件的像素的构造的示意剖面图。图12A为显示现有技术的固体摄像器件中的施加电压的波形图。图12B为显示现有技术的固体摄像器件中的水平像素信号电流读取期间图。图13为显示现有技术例的固体摄像器件中的照射强度L与电压输出VOUT的关系图。其中，附图标记说明如下la、lb:像素；2、12、h、2b、^ia、2bb :p+型半导体区域(第Ip+型半导体区域)；3、3a、3b、3aa、3bb、22 :p型半导体区域(第2半导体区域)；3i 本质(i型)半导体区域(第2半导体区域)；4、4a、4b、4aa、4bb 属于复位漏极的η.型半导体区域；5a 第1半导体层；5b 第2半导体层；5c 第3半导体层；5d 第4半导体层；
6a、6b、23a、23b :绝缘膜；7a、7b、13a、13b、18a、18b、Ma、Mb 栅极导体电极；8a,8b,25a,25b 光二极管中的η型半导体区域；9、9a、9b :p+型半导体区域(第2p+型半导体区域)；10a、IOb 电性连接于第2p+型半导体区域的P+型半导体区域(第3p+型半导体区域)；lla、llb、llc、lld、lle、12e、12f、19a、19b、19c、19d、19e 信号电荷；12:电性连接于信号线的η+型半导体区域；14a、14b 半导体区域；15a、15b 带状半导体；16 复位栅极配线；16a:栅极电极；17 像素选择导体配线；17a:导体电极；20:岛状半导体；21 :n+型信号配线层；26 :p+型半导体层；27a、27b 像素选择线；50a、50b、50c、50d 像素；100:固体摄像器件；201 垂直方向扫描电路；202 水平方向扫描电路；203:复位电路；204:输出电路；Gksu、Gesl2, Gkski、Gese2 导体配线；Gese, Gesl =MOS晶体管的复位栅极端子；Gesi、Ges2、Gesei、Gese2 复位栅极配线；L 照射强度；M”M2 :M0S 晶体管；RD 复位漏极端子；Rdi、Rd2 复位漏极配线；XL:信号配线端子；Xu、)(。信号线(配线)；YL:像素选择配线端子；YU、YL2:像素选择线(配线)；αν、φ 1、φκ(;电压波形；The2,…、Tffiin 水平像素信号电流读取期间；Thbi^Thb2,…、Tmn:水平遮没(blanking)期间；Τκ:复位期间；
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Tkq 信号电流读取期间；Ts:信号电荷存储期间；VH:高电平电压；VM:中间电平电压;低电平电压；信号线MOS晶体管Trl、Tr2 ；切换开关SWQ、SW”SW2；复位漏极直流电源Vpg ；信号线=S1J2栅极端子SG1。
具体实施例方式以下参照

本发明的实施例。另外，本发明并不限定于以下所示实施例。(第1实施例)图IA为显示本发明第1实施例的固体摄像器件中的像素Ia的构造。如图IA所示，像素Ia以成为1个岛状半导体的方式形成。在此像素Ia中形成有具有以下区域的第1半导体层如电性连接于形成于衬底上的信号配线端子XL的第Ip+型半导体区域2 ；与该第Ip+型半导体区域2相接的ρ型半导体区域3 ；及与ρ型半导体区域3相接，且电性连接于复位漏极端子RD的η+型半导体区域4。在第1半导体层fe上形成有从第1半导体层fe内扩张的P型半导体区域3。再者，分别形成有扩张形成于第1半导体层fe上的P型半导体区域3 ；以包围该P型半导体区域3的外周部的方式形成的绝缘膜6a、6b ；及由分别电性连接于复位栅极端子GKa、GKSK的栅极导体电极7a、7b所构成的MOS晶体管。栅极导体电极7a、7b彼此电性连接以包围绝缘膜6a、6b。再者，形成有该MOS晶体管的第2半导体层恥形成于第1半导体层fe上。此外，在第2半导体层恥上以ρ型半导体区域3从第2半导体层恥内进一步扩张的方式形成。再者，在扩张形成于第2半导体层恥上的ρ型半导体区域3的外周部，形成有η型半导体区域8a、8b。此η型半导体区域8a、8b、与扩张形成于第2半导体层恥上的P型半导体区域3，形成光二极管。再者，具有此光二极管的第3半导体层5c形成于第2 半导体层恥上。再者，在第3半导体层5c上形成有电性连接于像素选择配线端子1的具有第2p+ 型半导体区域9的第4半导体层5d。在本实施例中，以此方式于岛状构成内至少形成有第 3半导体层5c、第4半导体层5d。另外，在第3半导体层5c中，于η型半导体区域8a、8b与绝缘膜6a、6b之间，形成有电性连接于第2p+型半导体区域9的第3p+型半导体区域10a、10b。像素Ia排列多个于固体摄像器件的像素区域成2维状，而信号配线端子XL、复位漏极端子RD、复位栅极端子 Gesl> Gksk及像素选择配线端子1电性连接于位于像素区域外部的驱动用电路(X方向(水平方向)扫描电路、Y方向(垂直方向)扫描电路等)、或信号电流读取电路(参照图1C)。在此，参照图1A，形成有电性连接于像素选择配线端子孔的第2p+型半导体区域9发挥作为源极功能、电性连接于信号配线端子XL的第Ip+型半导体区域2发挥作为漏极功能、光二极管的η型半导体区域8a、8b发挥作为栅极功能的接面晶体管。再者，光对于固体摄像器件的像素区域的照射，在信号电荷存储期间TS(参照图 12A)中，通过从电性连接于像素选择配线端子1的第2p+型半导体区域9射入光来进行。 此时，通过光电效应所产生的信号电荷(此时为自由电子)，存储于由η型半导体区域8a、 8b、及扩张形成于第3半导体层5c内且为第2半导体层恥上的ρ型半导体区域3所构成的光二极管(信号电荷存储动作)。在此信号电荷存储期间Ts中，施加低电平的关断(off) 电压于所述MOS晶体管的栅极导体电极7a、7b。再者，施加于η型半导体区域8a、8b的光二极管电压(栅极电压)依据存储于光二极管的信号电荷量而变化。再者，接面晶体管的沟道宽度依据此光二极管电压而增减。再者，在所述接面晶体管的第Ip+型半导体区域2与第2p+型半导体区域9之间(源极-漏极间)流通的信号电流产生变化，且此信号电流从信号配线端子XL经由输出电路204(参照图1C)被读取作为像素信号(信号电流读取动作)。再者，存储于光二极管的信号电荷，通过施加高电平的导通电压(正电压)于MOS晶体管的栅极导体电极7a、7b，经由属于复位漏极的n+型半导体区域4予以去除(复位动作)。另外，在本第1实施例中，第3p+型半导体区域10a、10b为以下目的所设为了在由η型半导体区域8a、8b、及扩张形成于第3半导体层5c内且为第2半导体层恥上的ρ型半导体区域3所构成的光二极管中降低暗电流产生；及为了抑制在将存储于该光二极管的信号电荷在属于复位漏极的η+型半导体区域4予以去除时产生的残影、噪声。如以上所说明，在第1实施例的固体摄像器件中，在接面晶体管的源极-漏极间流通的信号电流的读取(信号电流读取动作)从第Ip+型半导体区域2进行，并且存储于光二极管的信号电荷的去除(复位动作)从η+型半导体区域4进行。由此，即使通过第Ip+型半导体区域2，或电性连接于信号线的一像素执行信号读取动作的期间，也可在通过第Ip+ 型半导体区域2电性连接于相同信号线的其他像素执行复位动作。此外，在图11所示的现有技术例的固体摄像器件中，于信号电荷存储期间Ts、信号电流读取期间Tto(参照图12Α)中，为使存储于光二极管的信号电荷不会泄漏于电性连接于信号线的η+型信号配线层21，对MOS晶体管的栅极导体电极Ma、24b施加低电平电压\。 因此，在信号电荷存储期间Ts中，无法使施加于栅极导体电极Ma、24b的电压依时间变化。 相对于此，在第1实施例的固体摄像器件中，由于η+型半导体区域4电性连接于与信号线不同的配线(复位漏极配线)，因此即使是信号电荷存储期间Ts,也可通过对栅极导体电极 7a、7b施加依时间变化的高电平电压来进行复位动作。由此，在不使存储于光二极管的信号电荷泄漏于第Ip+型半导体区域2即可在η+型半导体区域4予以去除。因此，使复位期间Tks与信号电流读取期间Tto之间的属于信号电流读取期间的信号电荷存储期间Ts变化的自由度获得提升，故快门时间的控制性获得提升。此外，由于第1实施例的固体摄像器件中的接面晶体管的漏极，为通过信号配线端子XL电性连接于信号线的第Ip+型半导体区域2，因此如图11所示的现有技术例的固体摄像器件，电性连接于信号线，不会存在由P型半导体层22与η+型信号配线层21所形成的ρη 二极管。因此，不需如现有技术例的固体摄像器件，为了在电阻极小的顺向电流条件下使ρη 二极管动作所需的0. 7V的施加电压。借此，在固体摄像器件中，可实现驱动电压的低电压化，而达成低消耗电力。另外，在图IA所示的固体摄像器件中，ρ型半导体区域3为ρ型导电型。如图IB 所示，也可为实质上本质型半导体所构成的本质半导体区域3i，以取代该ρ型导电型ρ型半导体区域3。此本质型半导体以不混入杂质的方式作成，但实际上不可避免地仍会含有极微量的杂质。此本质半导体区域3i只要不会妨碍作为固体摄像器件的功能的程度，即使含有微量受体(acceptor)或施体(donor)杂质也无妨。依据图IB所示的构成，通过η型半导体区域8a、8b与本质半导体区域3i来构成光二极管。此外，当对于第2p+型半导体区域9 与第Ip+型半导体区域2之间施加充分的电压时，第2p+型半导体区域9的正孔(hole)即会因为在本质半导体区域3i内产生的电位梯度而流入于第Ip+型半导体区域2。如此，本质半导体区域3i即发挥作为接面晶体管的沟道功能。图IC为显示第1实施例的固体摄像器件100的电路构成例。固体摄像器件100 主要具备排列成2维矩阵状的多个0个)像素50a至50d、垂直方向扫描电路201、水平方向扫描电路202、复位电路203、像素选择线11、12、信号线XLl、XL2、复位线RSL、信号线MOS晶体管Trl、Tr2及输出电路204。像素50a至50d具备与第1实施例的像素Ia相同的构成，且为同样方式动作。另外，在此，虽显示像素50a至50d排列成2行(row) 2列(column)的情形，但本发明的固体摄像器件不限定于此，当然也可扩张为2行2列以外的η行m列(n > 2、m > 2)。如图IC所示，输入像素选择信号于各像素50a至50d的第2p+型半导体区域9的垂直方向扫描电路201，经由像素选择线Yu、Yl2依每行电性连接于各像素50a至50d。此外，各像素50a至50d其第Ip+型半导体区域2依每列经由信号线)(u、Xl2电性连接于输出电路204，并且为其η+型半导体区域4经由切换开关SWtl电性连接于复位漏极直流电源Vpg。 配置于各信号线)CU、&2的信号线MOS晶体管Trl、Tr2的栅极电极，电性连接于输入用于选择信号线的信号线选择信号于该栅极电极的水平方向扫描电路202。此外，信号线)(u、Xl2 电性连接于切换开关SWp SW2。此外，供复位动作用的复位MOS晶体管的栅极导体电极7a、 7b，经由复位线RSL而电性连接于输入复位信号于该栅极导体电极7a、7b的复位电路203。 通过具有本构成的垂直方向扫描电路201及水平方向扫描电路202的动作，依序从输出电路204读取各像素50a至50d的信号电流(信号电流读取动作)，并且通过复位电路203的动作、及电性连接于复位漏极直流电源Vpg的切换开关SWtl的导通动作，将存储于光二极管的信号电荷去除(复位动作)。(第2实施例)以下参照图2A至图2F来说明本发明第2实施例的固体摄像器件的动态范围的扩大动作。本实施例的固体摄像器件为具备与第1实施例所说明的固体摄像器件相同构成。图2A为显示沿着图IA中的A-B-C-D线的像素的剖面图。图2A的B-C线为根据光二极管的η型半导体区域8a、8b为沿着形成为岛状的第3半导体层5c的外周部的环状形状。此外，栅极导体电极7a与栅极导体电极7b设成包围岛状半导体20的环状，且彼此电性连接。图2B为显示施加于栅极导体电极7a、7b的电压的波形ΦΚ(;。在此，将低电平电压设为\、中间电平电压设为VM、高电平电压设为VH。此外，将因光照射产生的信号电荷，在存储于光二极管的第1信号电荷存储期间Tl中设为ΦΚ(; = VM、在接着的第2信号电荷存储期间T2中设为ΦΚ(; = \。另外，进行读取在此第2信号电荷存储期间T2的最终阶段中于接面晶体管的漏极-源极(第Ip+型半导体区域2、第2ρ+型半导体区域9)间流通的信号电流的信号电流读取动作。在第1信号电荷存储期间T1、第2信号电荷存储期间T2、及进一步将接续的信号电荷从光二极管在属于复位漏极的η+型半导体区域4去除的复位期间T3中，分别对栅极导体电极7a、7b施加ΦΚ(; = VH。此外，在此的I\、T2、T3的各期间中，电性连接于信号线的第Ip+型半导体区域2，设定为低电平电压\，并且属于复位漏极的η+型半导体区域 4设定为高电平电压VH。图2C至图2F为显示在所述I\、T2、T3的各期间中沿着A-B_C_D线的像素的电位分布。首先，如图2C所示，在第1信号电荷存储期间T1内的初期期间中，因光照射产生的信号电荷(自由电子)存储于光二极管的η型半导体区域8a、8b。此时，栅极导体电极7a、 7b下的ρ型半导体区域3的沟道电位为中间电平电位ΨΜ(此时对于栅极导体电极7a、7b 的施加电压=中间电平电压Vm)。在此状态下，存储于光二极管的信号电荷1 Ia的电荷量随着光照射而逐渐增加。接着，如图2D所示，当光强度较既定的阈值电平还高时，所存储的信号电荷lib的一部分为栅极导体电极7a、7b下的ρ型半导体区域3的沟道电位即超过中间电平电位ΨΜ， 而作为信号电荷lib剩余量在属于复位漏极的η+型半导体区域4被去除。在此状态下，存储于光二极管的信号电荷lib的电荷量，即使光照射的照射强度L较既定的照射强度Lk高也不会增加(参照图3)。接着，如图2E所示，在第2信号电荷存储期间T2中，由于栅极导体电极7a、7b下的 P型半导体区域3的沟道电位成为低电平电位(此时对于栅极导体电极7a、7b的施加电压=低电平电压\)，因此沟道电位相对于信号电荷的电势(potential)变低，而所存储的信号电荷Uc未在属于复位漏极的η+型半导体区域4去除下而存储于光二极管。接着，如图2F所示，在复位期间T3中，由于栅极导体电极7a、7b下的ρ型半导体区域3的沟道电位成为高电平电位ΨΗ(对于栅极导体电极7a、7b的施加电压Vh)，因此沟道电位相对于信号电荷的电势变高，而存储于光二极管的信号电荷IlcU^e在属于复位漏极的n+型半导体区域4被去除。在此，在图2F中，存储于光二极管的信号电荷12f也被传送至栅极导体电极7a下的ρ型半导体区域3的沟道，看起来未被传送至属于复位漏极的n+型半导体区域4。然而，栅极导体电极7a与栅极导体电极7b为包围第2半导体层恥的外周的环带状体(环状体)，且为彼此电性连接，因此实际上，信号电荷12f被传送至栅极导体电极7b下的ρ型半导体区域3的沟道，且同样在属于复位漏极的n+型半导体区域4被去除。图3为显示通过图2A至图2F中所说明的动作的第2实施例的对于固体摄像器件照射光的照射强度L、与电压输出Vot的关系。在现有技术例的固体摄像器件中，显示至照射强度L1为止，电压输出Vot随着照射强度L而增加的特性(参照图13)。相对于此，在本第2实施例的固体摄像器件中，当照射强度L较照射强度Lk还高时，由于在光二极管的存储信号电荷的增加由于图2D所示的动作而停止，因此在照射强度L在较照射强度Lk还高的电压输出Vott，于从照射强度Lk至照射强度L2的区域(照射强度Lk <照射强度L1 <照射强度L2)中，会较图11所示的现有技术例的固体摄像器件降低。再者，参照图2E，在第2 信号电荷存储期间T2中，信号电荷存储于光二极管至与现有技术例的固体摄像器件相同的饱和电平(饱和输出电平Voti)的电荷量为止。借此，照射强度L的饱和电平即扩大至照射强度L2。此通过电性连接于信号线的第Ip+型半导体区域2处于低电平电压八，而属于复位漏极的n+型半导体区域4设定为高电平电压VH，即设定为与第Ip+型半导体区域2不同的电压来实现。此外，借此，参照图3，具有照射强度Lk与照射强度L2之间的照射强度的相对于噪声的信号电流读取量即会降低。结果，当噪声电平相同时，动态范围就扩大。(第3实施例)以下参照图4说明本发明的第3实施例的固体摄像器件的高速快门动作。此固体摄像器件为具备与第1实施例中所说明的固体摄像器件相同构成。图4中为分别显示本第3实施例中，施加于栅极导体电极7a、7b的电压的波形 ΦΚ(;、电性连接于像素选择线的第2p+型半导体区域9的电压的波形、电性连接于信号线的第Ip+型半导体区域2的电位的波形、施加于属于复位漏极的η+型半导体区域4的电压的波形ΦΚΒ。各波形O1 ；、oYL> Oxl> ΦΕΒ显示第1信号电流读取期间TTO1、与接续的第 2信号电流读取期间Tro2之间的帧(frame)期间Tf中的电压、或电位波形。在此，复位动作在复位期间Tks中，通过针对复位栅极端子6Κ『6ΚΚ(ΦΚ(;)以脉冲波形施加高电平电压Vh来进行。此夕卜，图4的情形，在复位期间Tks中，设定为= \、ΦΧ =VlaJed = VedO Vl)。在此，第Ip+型半导体区域2的电位Vla在复位期间Tks、信号电荷存储期间Ts中设定为低电平电压八。再者，在信号电流读取期间TTO1、TK()2中，由于第Ip+型半导体区域2经由信号线而电性连接于外部输出电路，因此成为接近低电平电压\的低电平电位。此外，关于复位漏极端子Rd(Okd)遍及帧期间Tf而施加VKD(>VJ。此外，在信号电荷存储期间Ts中，成为ΦΚ(; = \、Φ^ = \、Φ^ = Vu。再者，在各信号电流读取期间TTO1、Te02中，设为= Vh，借此而以接面晶体管来读取信号电流。在此，本第3实施例的固体摄像器件的快门时间，与信号电荷存储期间Ts — 致。依据本第3实施例的固体摄像器件，电性连接于某信号线的一像素中的通过接面晶体管的信号电流读取动作、将存储于光二极管的信号电荷去除的复位动作，分别在电性分离的第Ip+型半导体区域2、n+型半导体区域4进行，因此可将一像素中的复位动作(复位期间Tks)在帧期间Tf中任意设定，而不会受到电性连接于相同信号线的其他像素中的信号电流读取动作影响。借此，可实现提高复位期间Tks与信号电流读取期间Tto2之间的信号电荷存储期间Ts的设定自由度，即快门动作的设定自由度的高速快门动作。(第4实施例)以下参照图5，其显示本发明的第4实施例的固体摄像器件的像素Ib的构造。图 5所示本实施例的像素构造，以图1所示第1实施例的像素构造为基础。本第4实施例的像素构造为第1半导体层fe通过电性连接于复位漏极端子Rd的 n+型半导体区域4、ρ型半导体区域3、及电性连接于信号配线端子XL的η+型半导体区域 12所构成的点与第1实施例的像素构造不同。再者，图5所示第2半导体层恥、第3半导体层5c、第4半导体层5d为与图IA的像素构造相同的构造。在此，参照图5，接面晶体管以电性连接于像素选择配线端子孔的第2p+型半导体区域9为源极、电性连接于信号线的n+型半导体区域12附近的ρ型半导体区域3为漏极、 光二极管的η型半导体区域8a、8b为栅极所形成。
再者，光对于固体摄像器件的像素区域光照射，在信号电荷存储期间Ts (参照图4) 中，通过光从电性连接于像素选择配线端子孔的第2p+型半导体区域9射入来进行。此时， 因光电效应产生的信号电荷(此时为自由电子)存储于由η型半导体区域8a、8b、扩张形成于第2半导体层恥上的ρ型半导体区域3所构成的光二极管(信号电荷存储动作)。在此信号电荷存储期间Ts中，施加低电平的关断电压(负电压)于MOS晶体管的栅极导体电极 7a、7b0再者，施加于η型半导体区域8a、8b的光二极管电压(栅极电压)依存储于光二极管的信号电荷量而变化。再者，接面晶体管的沟道宽度依该光二极管电压而增减。再者， 在所述接面晶体管的n+型半导体区域12与第2p+型半导体区域9之间(源极-漏极间) 流通的信号电流会变化，而此信号电流从信号配线端子XL经由输出电路204(参照图1C) 作为电压输出(像素信号)被读取(信号电流读取动作)。再者，存储于光二极管的信号电荷通过施加高电平的导通电压(正电压)于MOS晶体管的栅极导体电极7a、7b，而通过属于复位漏极的n+型半导体区域4予以去除(复位动作)。另外，在本第4实施例中，第3p+型半导体区域10a、10b为以下目的所设为了在由η型半导体区域8a、8b、及扩张形成于第3半导体层5c内且为第2半导体层恥上的ρ型半导体区域3所构成的光二极管中降低暗电流产生；及为了抑制在将存储于该光二极管的信号电荷在属于复位漏极的η+型半导体区域4予以去除时产生的残影或噪声。另外，在图5所示本第4实施例的像素构造中，通过接面晶体管的信号电流读取， 通过施加高电平电压Vh于电性连接于像素选择配线端子1的第2ρ+型半导体区域9，并且将电性连接于信号配线端子XL的η+型半导体区域12设为低电平电压VL来执行。因此，在属于接面晶体管的漏极的ρ型半导体区域3、与信号配线端子XL之间，存在由η+型半导体区域21与ρ型半导体区域3所形成且成为顺向偏压状态的ρη 二极管。因此，在信号电流读取动作中，为了使所述接面晶体管在电阻极小的顺向电流条件下动作，需要在电性连接于像素选择配线端子1的ρ+型半导体区域9与η+型半导体区域12之间，施加至少0. 7V 以上的电压，以充分降低PN接合的顺向电阻。此外，在图5所示本第4实施例的像素构造中，于信号电荷存储期间Ts中，即使进行使施加于具有扩张形成于第1半导体层fe上的P型半导体区域3、以包围该ρ型半导体区域3的外周部的方式形成的绝缘膜6a、6b、及分别电性连接于复位栅极端子GKa、GKSK的栅极导体电极7a、7b的MOS晶体管的栅极导体电极7a、7b的电压变化，且将光二极管的存储信号电荷在n+型半导体区域4予以去除的动作(参照图2C至图2F)，不仅电荷会泄漏于属于复位漏极的n+型半导体区域4，而且会泄漏于电性连接于与n+型半导体区域4相同信号线且设为相同电位的n+型半导体区域12，因此无法实现动态范围的扩大动作。然而，在本第4实施例中，于图5所示像素构造中，通过接面晶体管的信号电流读取动作用的n+型半导体区域12通过ρ型半导体区域3与在复位动作中将存储于光二极管的信号电荷予以去除的n+型半导体区域4电性分离。可将复位期间Tks在帧期间Tf中任意设定，而不会被电性连接于相同信号线的其他像素中的信号电流读取动作所影响。因此，可实现高自由度的快门速度的高速化。(第5实施例)以下参照图6说明本发明的第5实施例的固体摄像器件。
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图6A为显示将第5实施例应用于图IA所示第1实施例的像素Ia的例子，图6B 为显示将本第5实施例应用于图5所示第4实施例的像素Ib的例子。在图6A所示固体摄像器件中，电性连接于信号配线端子XL的第Ip+型半导体区域2、及构成设于电性连接于信号线S1的外部扫描电路或处理电路的MOS晶体管M1的源极或漏极的半导体区域13a、13b，成为与第Ip+型半导体区域2相同导电型ρ+型半导体区域。此扫描电路或处理电路的MOS晶体管M1例如与信号电流读取期间Τκω、Te02 (参照图4)同步，且通过施加导通电压于MOS晶体管M1的栅极端子SG1而将信号电流取入于输出电路。在图6Β所示固体摄像器件中，电性连接于信号配线端子XL的η+型半导体区域 12、与构成设于电性连接于信号线S2的扫描电路或处理电路的MOS晶体管M2的源极或漏极的半导体区域14a、14b，成为与η+型半导体区域4相同导电型的η+型半导体区域。在本第5实施例中，电性连接于信号线Sp S2的像素la、lb的半导体区域2、12的导电型分别为与构成电性连接于共通的信号线Si、S2的外部的扫描电路或处理电路的MOS 晶体管M1J2的源极及漏极的半导体区域13a、13b、14a、14b相同导电型。借此，构成电性连接于与电性连接于信号线Sp S2的像素la、lb的半导体区域共通的信号线的外部的扫描电路或处理电路的MOS晶体管的源极或漏极的半导体区域即在电性相同导电型半导体区域一体化。因此，在像素与外部电路间，防止在不同导电型半导体区域一体化时所产生的电压下降，而实现消耗电力的降低。(第6实施例)以下一面参照图7及图8 一面说明本发明的第6实施例的固体摄像器件。图7为显示图1所示第1实施例的像素la、及分别电性连接于相同像素Ia的各配线端子 XL ；RD ；Gesl ；Gese ；YL 的信号线 Xli、 XL2 ；RDI λ ；Grsi GES2 ； YLI、YL2。如图7所示，在本第6实施例的固体摄像器件中，信号线)(u、\2电性连接于第Ip+ 型半导体区域2的信号配线端子XL。复位漏极配线RD1、Rd2电性连接于属于复位漏极的n+ 型半导体区域4的复位漏极端子RD。复位栅极配线GKS1、GKS2电性连接于电性连接于MOS晶体管的栅极导体电极7a、7b的复位栅极端子。·、^^像素选择线YU、YL2电性连接于电性连接于第2p+型半导体区域9的像素选择配线端子1。信号线)(u、Xl2与像素选择线Yu、 Yl2彼此正交，而信号线)(u、Xl2与复位漏极配线RD1、Rd2彼此平行。信号线)(u、L与像素选择线Yu、\2在信号电流读取动作中，为了在XY矩阵上扫描及选择各像素，需彼此正交。另一方面，在复位漏极配线RD1、Rd2中，于与信号线A” Xl2的关系中，原则上并无该限制，也可非为平行，但在本第6实施例中，在与信号线)(u、\2平行的点具有特征。如图7所示，在本第6实施例的像素构造中，于第1半导体层fe设有电性彼此分离的第Ip+型半导体区域2、n+型半导体区域4。再者，第Ip+型半导体区域2、n+型半导体区域4各自电性连接于分离的信号线Ι、、、复位漏极配线RD1、RD2，并且进一步经由这些配线延伸于外部电路。因此，信号线)(u、Xl2与复位漏极配线RD1、Rd2正交时，需将此正交的多层配线构造组入于像素。此成为使固体摄像元件的制造步骤复杂化，且降低像素密度与性能的原因。然而，在本第6实施例的像素构造中，如上所述，由于信号线)(u、Xu与复位漏极配线RD1、Rd2正交，因此不会有该种限制。图8为显示具有与图7所示像素Ia相同像素构造，且彼此邻接的2个像素lc、Id、信号线、复位漏极配线、复位栅极配线、像素选择线。在第1半导体层5a (参照图7)的第Ip+ 型半导体区域h、2b、ρ型半导体区域3a、3b、属于复位漏极的η.型半导体区域^、4b中， 分别电性连接有P+型半导体区域ha、2bb、p型半导体区域3aa、;3bb、n+型半导体区域^a、 4bb。再者，在各像素lc、ld的下方区域中，带状半导体15a由p+型半导体区域ha、ρ 型半导体区域3aa、n+型半导体区域4aa所构成，并且带状半导体15b由p+型半导体区域 2bb、ρ型半导体区域!3bb、n+型半导体区域41Λ所构成。在此，ρ+型半导体区域ha、2l3b构成信号线，而η+型半导体区域^a、4l3b构成复位漏极配线。此外，在各带状半导体15a、Mb上，形成有具有岛状构造的像素lc、ld。MOS 晶体管的栅极电极16a、16b，以包围ρ型半导体区域3a、3b的外周部的方式形成，且此栅极电极16a、16b电性连接于图8中朝水平(左右)方向延伸的复位栅极配线16，且延伸于外部。再者，带状半导体15a、15b与复位栅极配线16正交。此外，第2p+型半导体区域9a、9b电性连接于像素选择配线端子1 (参照图5)，且电性连接于包围光二极管的外周部的一部分或全部的导体电极17a、17b。再者，导体电极 17a、17b电性连接于像素选择导体配线17，且延伸于外部(垂直方向扫描电路)。再者，带状半导体15a、15b与像素选择导体配线17正交。借此，依据本第6实施例的像素构造，属于信号线的P+型半导体区域ha、2bb、与属于复位漏极配线的n+型半导体区域^a、4bb，不需使用复杂的多层配线构造下，可在沿着像素的感光区域的垂直方向而彼此平行的状态下延伸于外部。此外，复位栅极配线16与像素选择导体配线17也同样地不需使用复杂的多层配线构造下，可在沿着像素的感光区域的垂直方向而彼此平行的状态下延伸于外部。(第7实施例)以下参照图9及图IOA至图IOE来说明第7实施例的固体摄像器件。图9所示的像素Ib的构造，与图5所示第4实施例的像素Ib构造，除以下所示的点以外均大致相同。S卩，在图5所示像素构造中，MOS晶体管的栅极导体电极7a、7b包围设为岛状构造的第2半导体层恥的外周的一体形成为环带状，相对于此，图9所示像素构造中，栅极导体电极18a、18b在岛状构造的左右侧面电性分离而形成。再者，栅极导体电极18a分别电性连接于复位栅极配线GKSU、GKa2，并且栅极导体电极18b电性连接于复位栅极配线GKSK1、GKSK2。 在此，栅极导体电极18b于复位动作时为了施加导通电压(正电压)所使用。再者，这些复位栅极配线Gksu、G·、Gkski、Gksk2在与电性连接于信号电流用n+型半导体区域12的信号配线端子XL的信号线)(u、‘、及电性连接于属于复位漏极的n+型半导体区域4的复位漏极端子RD的复位漏极配线RD1、RD2相同方向电性连接，且延伸于外部。 在电性连接于MOS晶体管的导体电极18b的复位栅极端子Gksk，电性连接有复位栅极配线 Gesei> Gese20在电性连接于第2p+型半导体区域9的像素选择配线端子YL，电性连接有像素选择线Yu、、。信号线)(u、&与像素选择线Yu、Yl2配线成正交。如图9所示，信号线)(u、)^2与电性连接于导体电极18a的复位栅极配线GKSU、GKa2 形成于相同像素侧面侧(在图9中为像素左侧)，复位漏极配线I D1、RD2与电性连接于导体电极18b的复位栅极配线GKSK1、Gese2形成于相同像素侧面侧(在图9中为像素右侧)。再者，复位栅极配线Gksu、GKa2、复位栅极配线Gkski、Gksk2以彼此朝相同方向延伸的方式配线。图9 所示构成可通过将图8所示带状半导体15a、Mb延长至像素构造中的第1半导体层fe与第2半导体层5b，且分别与第1半导体层5a、第2半导体层恥一体化形成为带状来实现。 在此，参照图8，在像素构造的第1半导体层fe中，带状半导体15a、15b中的p+型半导体区域ha、2bb与第Ip+型半导体区域2a、2b —体化，且重新形成第Ip+型半导体区域2，并且带状半导体15a、15b中的η+型半导体区域^ 、41Λ与η+型半导体区域4 一体化，且重新形成η+型半导体区域4。图IOA至图IOE为显示将所述的动态范围扩大动作应用于图9所示固体摄像器件时的像素的电位分布的时间变化。在属于复位栅极的栅极导体电极18b中，施加有图2B所示的波形Φ 的电压。图IOA为显示沿着图9中的A-B-C-D线的像素的剖面图。图IOA的B-C线为光二极管的η型半导体区域8a、8b根据沿着形成为岛状的第3半导体层5c的外周部的环状形状。此外，栅极导体电极18a与栅极导体电极18b在带状半导体15a、15b中的p+型半导体区域ha、2l3b与第Ip+型半导体区域2a、2b —体化的部分侧(第Ip+型半导体区域2侧)、 与带状半导体15a、15b中的η+型半导体区域^a、4bb与η+型半导体区域4 一体化的部分侧(η+型半导体区域4侧)中彼此电性分离(参照图8)。首先，如图IOB所示，在第1信号电荷存储期间T1 (参照图2Β)内的初期期间中，因光照射产生的信号电荷(自由电子)19a存储于光二极管的η型半导体区域8a、8b。此时， 栅极导体电极18b下的ρ型半导体区域3的沟道电位为中间电平电位(此时对于栅极导体电极18a、18b的施加电压=中间电平电压Vm)，而栅极导体电极18a下的ρ型半导体区域 3的沟道电位为低电平电位il^。在此状态下，存储于光二极管的信号电荷19b的电荷量随着光照射而逐渐增加。接着，如图IOC所示，当光强度较既定阈值电平高时，所存储的信号电荷19b的一部分为栅极导体电极18b下的ρ型半导体区域3的沟道电位会超过中间电平电位ΨΜ，而作为多余的信号电荷1%在属于复位漏极的η+型半导体区域4被去除。在此状态下，存储于光二极管的信号电荷1%的电荷量，即使光照射的照射强度L较既定照射强度Lk还高也不会增加(参照图3)。接着，如图IOD所示，在第2信号电荷存储期间T2中，施加低电平电压八于属于复位栅极的栅极导体电极18b，使栅极导体电极18b下的ρ型半导体区域3的沟道电位成为低电平电位11^，借此使沟道电位相对于信号电荷的电势变低，而所存储的信号电荷19c不会在属于复位漏极的n+型半导体区域4被去除而存储于光二极管。接着，如图IOE所示，在复位期间T3中，施加高电平电压Vh于栅极导体电极18b， 使栅极导体电极18b下的ρ型半导体区域3的沟道电位成为高电平电位ΨΗ，借此使沟道电位相对于信号电荷的电势变高，而存储于光二极管的信号电荷19d、19e在属于复位漏极的 n+型半导体区域4被去除。如上所述，在图IOB至图IOE所示期间中，在位于电性连接于信号线的η+型半导体区域12与光二极管之间的栅极导体电极18a中，施加有低电平电压\，因此可防止自由电子从成为接近低电平电压\的电位的n+型半导体区域12注入于光二极管。如此，在本第7实施例的固体摄像元件中，防止自由电子从η+型半导体区域12注入于光二极管，因此即使在η+型半导体区域12电性连接于信号线的像素构造中，信号电流读取量相对于照射强度Lk与照射强度L2之间的照射强度也会降低(参照图3)。结果，当噪声电平相同时，动态范围即会扩大。另外，在所述第1至第7实施例中，已使用1个或2个像素就固体摄像元件的构造及动作进行了说明。但不限定于此，本发明的技术思想当然也可应用于多个像素排列成1 维或2维的固体摄像器件。在图1所示第1实施例中，说明了第Ip+型半导体区域2电性连接于信号线，而第 2ρ+型半导体区域9电性连接于像素选择线的情形。但不限定于此，在信号电流读取动作中只要可将像素设为XY地址(address)即可，因此第Ip+型半导体区域2也可电性连接于像素选择线，而第2p+型半导体区域9也可电性连接于信号线。在所述第1至第7实施例中，像素中的半导体区域的导电型分别固定于η型、η+ 型、P型、P+型半导体区域。但不限定于此，在各实施例中，像素中的各半导体区域的导电型， 相对于所述第1至第7实施例所示的半导体区域，也可分别设为显示相反导电型的ρ型、P+ 型、η型、η+型半导体区域。在图2Α至图2F所示的第2实施例中，于信号电荷存储于光二极管的信号电荷存储期间T1中，将对于由扩张形成于第1半导体层fe上的ρ型半导体区域3、绝缘膜6a、6b、 及栅极导体电极7a、7b所构成的MOS晶体管的栅极导体电极7a、7b施加的电压，在第1信号电荷存储期间T1施加中间电平电压VM、在第2信号电荷存储期间T2施加低电平电压\、 在复位期间T3施加高电平电压VH。但不限定于此，对于MOS晶体管的栅极导体电极7a、7b 施加的电压，也可依时间使中间电平电压Vm变化。此外，在第1信号电荷存储期间T1、及第 2信号电荷存储期间T2中，也可通过施加多个脉冲状电压，来控制相对于照射强度L的电压输出Vout。在所述第1至第7实施例中，多个像素配置成1维或2维状，并且连接各像素的配线设为直线状。但不限定于此，多个像素也可配置成交错状。在所述第1至第7实施例中，MOS晶体管的沟道通过电场形成于第2半导体层恥的P型半导体区域3 (增强(enhancement)型)。但不限定于此，MOS晶体管的沟道，也可通过例如离子注入等将杂质注入于该P型半导体区域3 (下降(expression)型)来形成。在所述第1实施例中，形成电性连接于像素选择配线端子1的第2p+型半导体区域9发挥作为源极功能，电性连接于信号配线端子XL的第Ip+型半导体区域2发挥作为漏极功能的接面晶体管。但不限定于此，接面晶体管也可设为电性连接于像素选择配线端子 YL的第2p+型半导体区域9发挥作为漏极功能、电性连接于信号配线端子XL的第Ip+型半导体区域2发挥作为源极功能。在所述第1至第7实施例中，说明了通过光照射在像素内产生信号电荷的固体摄像器件。但不限定于此，本发明的技术思想也可适用于通过可视光、紫外线、红外线、X线、 放射线、电子线等的电磁能量波的照射而于像素产生信号电荷。在所述第1至第7实施例中，至少将第3半导体层5c、第4半导体层5d形成于圆柱状岛状构造内。但不限定于此，此岛状半导体也可为六角形等的多角形、或其他形状。在所述第1至第7实施例中，将信号配线端子XL、复位漏极端子RD、像素选择配线端子1、复位栅极端子GKSK、GKa分别显示于图中。但不限定于此，这些端子为了有助于理解本发明的技术思想所设，实际的固体摄像元件与配线或半导体区域一体形成。 另外，本发明在不脱离本发明广义精神与范围下,均可作各种实施例及变形。此
外，所述实施例用于说明本发明的一实施例，并非用于限定本发明的范围。
权利要求
1.一种固体摄像器件，于像素区域排列多个像素而成，其特征在于， 所述像素具有第1半导体层，由形成于衬底上的第1半导体区域、与该第1半导体区域相接而形成的第2半导体区域、及与该第2半导体区域相接而形成且从所述第1半导体区域分离的第3 半导体区域所构成；第2半导体层，形成于所述第1半导体层上，且由所述第2半导体区域、及隔着绝缘膜而形成于该第2半导体区域的外周部的导体电极所构成；第3半导体层，形成于所述第2半导体层上，且由所述第2半导体区域、及形成于该第 2半导体区域的外周部的第4半导体区域所构成；及第4半导体层，形成于所述第3半导体层上，且由与所述第2半导体区域相接的第5半导体区域所构成； 且包括用于存储因电磁能量波的照射而于所述像素内产生的信号电荷的光二极管，通过位于所述第3半导体层的所述第2半导体区域、及所述第4半导体区域而形成；通过测量依据存储于所述光二极管的信号电荷的量而变化的信号电流来读取像素信号的接面晶体管，通过属于栅极的所述第4半导体区域、属于沟道的所述第2半导体区域、 一方设为漏极且另一方设为源极的所述第1半导体区域及所述第5半导体区域所形成；将存储于所述光二极管的信号电荷在所述第3半导体区域予以去除的MOS晶体管，通过属于栅极的所述导体电极、属于沟道的所述第2半导体区域、及属于漏极的所述第3半导体区域所形成；所述第1半导体区域与配置于所述像素区域的外侧的第1外部电路电性连接； 所述第3半导体区域与配置于所述像素区域的外侧的第2外部电路电性连接； 所述导体电极与所述导体电极配置于所述像素区域的外侧的第3外部电路电性连接； 所述第5半导体区域与配置于所述像素区域的外侧的第4外部电路电性连接； 且至少通过所述第3半导体层及第4半导体层来形成岛状构造。
2.根据权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，所述第1半导体区域及所述第5 半导体区域设为相同导电型，并且所述第2半导体区域为与所述第1半导体区域相同导电型或实质的本质型，而所述第3半导体区域及所述第4半导体区域设为与所述第1半导体区域相反导电型。
3.根据权利要求1或2所述的固体摄像器件，其特征在于，具有在存储信号电荷于所述二极管的期间，通过施加依时间变化的电压于所述MOS晶体管的所述导体电极，使所述信号电荷不会泄漏于所述第1半导体区域，而在所述第3半导体区域予以去除的手段。
4.根据权利要求1或2所述的固体摄像器件，其特征在于，在所述第1半导体层的所述衬底侧设有带状第5半导体层，该带状第5半导体层在电性连接所述第5半导体区域与所述第4外部电路的配线延伸的方向正交； 在所述第5半导体层内设有第6半导体区域，连接于所述第1半导体区域，且与该第1半导体区域相同导电型； 第7半导体区域，连接于所述第2半导体区域，且与所述第2半导体区域相同导电型；第8半导体区域，连接于所述第3半导体区域，且与该第3半导体区域相同导电型。
5.根据权利要求4所述的固体摄像器件，其特征在于，所述第1半导体层及所述第2半导体层均与所述第5半导体层一体化而形成为带状； 在所述第5半导体层中，所述第6半导体区域与所述第1半导体区域一体化，并且所述第8半导体区域与所述第3半导体区域一体化；所述MOS晶体管的所述导体电极在所述第5半导体层中的所述第6半导体区域一体化于所述第1半导体区域的部分侧、及所述第5半导体层中的所述第8半导体区域一体化于所述第3半导体区域的部分侧彼此电性分离。
6.根据权利要求1或2所述的固体摄像器件，其特征在于，所述第1外部电路中的MOS 晶体管电性连接于所述第1半导体区域，且该MOS晶体管的源极及漏极由与所述第1半导体区域相同导电型的半导体所形成。
全文摘要
本发明公开了一种固体摄像器件，可达成动态范围扩大、高速快门、低驱动电压化的高像素密度。像素具备共有第2半导体区域的至少4个第1至第4半导体层。第1半导体层具有与第1外部电路电性连接的第1半导体区域、及通过第2半导体区域从第1半导体区域分离，并且与第2外部电路电性连接的第3半导体区域。在第2半导体层中形成有MOS晶体管，该MOS晶体管具有绝缘膜、及与第3外部电路电性连接的栅极导体电极。第3半导体层具有由第2及第4半导体区域所构成的光二极管。形成有第4半导体区域成为栅极、第1半导体区域及所述第5半导体区域中的一方成为漏极、另一方成为源极的接面晶体管。
文档编号H01L27/146GK102347342SQ20111021023
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月15日 优先权日2010年7月30日
发明者原田望, 舛冈富士雄 申请人:新加坡优尼山帝斯电子私人有限公司