(57)【要約】【課題】記憶素子を有する固体撮像素子において、外部電圧の印加なしに、光信号を変換してなる電気信号の書込みを可能とする。【解決手段】実施形態の固体撮像素子は、半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成されたフォトダイオードと、前記半導体基板上に形成され、順次に積層された第１電極層、絶縁層及び第２電極層を含むキャパシタと、前記半導体基板上に形成され、フローティングゲート及びコントロールゲートを含むトランジスタと、前記第２電極層及び前記フォトダイオードを構成するｎ型拡散層又はｐ型拡散層間を電気的に接続する第１電極部とを具える。また、前記キャパシタの前記第１電極層は、前記トランジスタの前記フローティングゲートから構成され、前記キャパシタの前記第２電極層と前記トランジスタの前記コントロールゲートとは、非連続となるように形成されている。【選択図】図５
2013140914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の表面に形成されたフォトダイオードと、
前記半導体基板上に形成され、順次に積層された第１電極層、絶縁層及び第２電極層を含むキャパシタと、
前記半導体基板上に形成され、フローティングゲート及びコントロールゲートを含むトランジスタと、
前記第２電極層及び前記フォトダイオードを構成するｎ型拡散層又はｐ型拡散層間を電気的に接続する第１電極部とを具え、
前記キャパシタの前記第１電極層は、前記トランジスタの前記フローティングゲートから構成され、
前記キャパシタの前記第２電極層と前記トランジスタの前記コントロールゲートとは、非連続となるように形成されたことを特徴とする、固体撮像素子。
【請求項２】
前記フォトダイオードは直列に接続された複数のフォトダイオード素子を含み、前記キャパシタに最も近接したフォトダイオード素子のｎ型拡散層又はｐ型拡散層と、前記キャパシタの前記第２電極層とが、前記第１電極部を介して電気的に接続していることを特徴とする、請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記トランジスタは、前記半導体基板の第１方向に配列された複数のトランジスタ素子を含むとともに、前記キャパシタは、前記半導体基板の第１方向において、前記複数のトランジスタ素子それぞれと対応するようにして配列された複数のキャパシタ素子を含み、
各トランジスタ素子及び当該トランジスタ素子に対応するキャパシタ素子間において、前記キャパシタ素子の第１電極層が前記トランジスタ素子のフローティングゲートから構成され、前記トランジスタ素子のコントロールゲートと前記キャパシタ素子の第２電極層とが非連続であって、
前記複数のフォトダイオード素子は、前記半導体基板の前記第１方向と直交する第２方向に配列され、配列毎にその数が異なることを特徴とする、請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記半導体基板の前記第１方向に沿って、前記複数のトランジスタ素子それぞれを電気的に接続する第２電極部を具えることを特徴とする、請求項３に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記半導体基板の前記第２方向に沿って、前記第２電極部及び前記複数のトランジスタ素子それぞれのソース／ドレインと電気的に接続する複数の第３電極部を具えることを特徴とする、請求項４に記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像の撮像には、ＣＣＤイメージセンサなどの固体撮像素子が従来から用いられ、また、画像の表示には、ＣＲＴ、液晶表示パネル、プラズマディスプレイパネルなどの表示装置が従来から用いられている。固体撮像素子において、例えば、撮像された画像を加工する場合や、撮像された画像のデータを送信する場合においては、画像信号（光信号）を一旦画像データ（電気信号）に変換し、この電気信号をメモリに蓄積する必要がある。したがって、上述のような画像処理を行うに際しては固体撮像素子に加えて、画像に関する電気信号を記憶させるための記憶素子（メモリ）が必要となる。
【０００３】
このような要求に対処すべく、半導体基板上にフォトダイオード、キャパシタ素子及びＭＯＳ型トランジスタからなる揮発性メモリ素子、並びに不揮発性メモリ素子を形成し、揮発性メモリ素子においてフォトダイオードで受光した光信号を電気信号に変換した後、当該電気信号を不揮発性メモリに記憶させる技術が開示されている（特許文献１）。
【０００４】
しかしながら、不揮発性メモリに対して電気信号を記憶させるには、揮発性メモリ素子の端子に電圧を印加し、不揮発性メモリに蓄積された電気信号としての電荷を揮発性メモリ素子中に注入する必要がある。すなわち、メモリに対して電気信号を記憶させる（書込む）際には外部電圧を印加しなければならず、書込み操作が煩雑であるばかりでなく、書込みのために別途外部電源が必要になるという問題があった。
【０００５】
また、半導体基板上にフォトダイオード及び不揮発性メモリを形成し、当該不揮発性メモリのフローティングゲートに予め電子を注入しておくとともに、不揮発性メモリのコントロールゲートに負の電圧を印加し、フォトダイオードにおいて光信号が変換されることによって得た電気信号に由来する正電荷を供給することによってフローティングゲートから電子を引き抜くことにより、不揮発性メモリ素子に電気信号を記憶させる技術が開示されている（特許文献２）。
【０００６】
しかしながら、この場合においても、不揮発性メモリに対して電気信号を記憶させる（書込む）には、不揮発性メモリのコントロールゲートに負電圧を印加しなければならず、書込み操作が煩雑であるばかりでなく、書込みのために別途外部電源が必要になるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２５５６８８５号
【特許文献２】特許第３６６８６５１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、記憶素子を有する固体撮像素子において、外部電圧の印加なしに、光信号を変換してなる電気信号の書込みを可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の固体撮像素子は、半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成されたフォトダイオードと、前記半導体基板上に形成され、順次に積層された第１電極層、絶縁層及び第２電極層を含むキャパシタと、前記半導体基板上に形成され、フローティングゲート及びコントロールゲートを含むトランジスタと、前記第２電極層及び前記フォトダイオードを構成するｎ型拡散層又はｐ型拡散層間を電気的に接続する第１電極部とを具える。また、前記キャパシタの前記第１電極層は、前記トランジスタの前記フローティングゲートから構成され、前記キャパシタの前記第２電極層と前記トランジスタの前記コントロールゲートとは、非連続となるように形成されている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態における固体撮像素子の１画素分の領域を示す平面図である。
【図２】図１に示す固体撮像素子のＩ−Ｉ線に沿って切った場合の断面図である。
【図３】図１に示す固体撮像素子のII-II線に沿って切った場合の断面図である。
【図４】図２に示すトランジスタ素子、キャパシタ素子及びフォトダイオード素子Ｄｉの等価回路図である。
【図５】実施形態の固体撮像素子に対する光信号（画像信号）の書込み動作を説明するための図である。
【図６】書込み動作時の固体撮像素子１０のエネルギーバンド状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（固体撮像素子の構成）
図１〜図３は、本実施形態における固体撮像素子の概略構成を示す図である。図１は、本実施形態における固体撮像素子の１画素分の領域を示す平面図であり、図２は、図１に示す固体撮像素子のＩ−Ｉ線に沿って切った場合の断面図であり、図３は、図１に示す固体撮像素子のII-II線に沿って切った場合の断面図である。
【００１２】
図１及び図２に示すように、本実施形態の固体撮像素子１０は、ｎ型シリコン基板１１と、このｎ型シリコン基板１１の表面に形成されたｐ型拡散層１３及びこのｐ型拡散層１３内に形成されたｎ型拡散層１４とを有しており、ｐ型拡散層１３及びｎ型拡散層１４はｐｎ接合によってフォトダイオード素子Ｄｉを構成している。なお、特に図示しないが、ｐ型シリコン基板を用いた場合は、その表面にｎ型拡散層を形成し、このｎ型拡散層内にｐ型拡散層を形成することによって、上記同様のフォトダイオードを形成することができる。
【００１３】
また、ｎ型シリコン基板１１上には、例えば酸化シリコンからなる第１絶縁膜１５を介してｎ型のポリシリコン等からなるフローティングゲート１６が形成されており、さらに、このフローティングゲート１６上には、例えば酸化シリコンからなる第２絶縁膜１７を介して電極層１８及びｎ型のポリシリコン等からなるコントロールゲート１９が非連続に形成されている。
【００１４】
フローティングゲート１６は電極層１８の下方まで延在し、電極層１８に対する対向電極層として機能する。したがって、フローティングゲート１６、第２絶縁膜１７及び電極層１８はキャパシタ素子Ｃａを構成する。また、フローティングゲート１６、第２絶縁膜１７及びコントロールゲート１９はトランジスタ素子Ｔｒを構成する。
【００１５】
なお、キャパシタ素子Ｃａの電極層１８及びトランジスタ素子Ｔｒのコントロールゲート１９を分離して非連続とするのは、以下に説明するように、キャパシタ素子Ｃａに対する電気信号の書込みを実現させるためである。
【００１６】
また、図１に示すように、本実施形態の固体撮像素子１０においては、３個のトランジスタ素子Ｔｒがｎ型シリコン基板１１の第１方向（ｘ方向）に配列され、この３個のトランジスタ素子Ｔｒと対応するようにして、同じく第１方向（ｘ方向）において、３個のキャパシタ素子Ｃａが配列されている。
【００１７】
さらに、図１に示すように、本実施形態の固体撮像素子１０においては、各キャパシタ素子Ｃａと電気的に接続するようにして上述したフォトダイオード素子Ｄｉが複数設けられている。具体的に、ｎ型シリコン基板１１の第１方向（ｘ方向）における１列目には、単一のフォトダイオード素子Ｄｉがキャパシタ素子Ｃａと電気的に接続するようにして配列され、２列目には、ｎ型シリコン基板１１の第１方向（ｘ方向）と直交する第２方向（ｙ方向）において、電極部材２４を介して直列に接続された２つのフォトダイオード素子Ｄｉがキャパシタ素子Ｃａと電気的に接続され、３列目には、ｎ型シリコン基板１１の第１方向（ｘ方向）と直交する第２方向（ｙ方向）において、電極部材２４を介して直列に接続された３個のフォトダイオード素子Ｄｉがキャパシタ素子Ｃａと電気的に接続されている。
【００１８】
なお、１列目から３列目において、フォトダイオード素子Ｄｉとキャパシタ素子Ｃａとの電気的接続は、キャパシタ素子Ｃａに最も近接したフォトダイオード素子Ｄｉのｎ型拡散層１４とキャパシタ素子Ｃａの電極層１８とを第１電極部２１で接続することにより行われる。但し、上述のように、ｎ型シリコン基板１１の代わりにｐ型シリコン基板を用いた場合、キャパシタ素子Ｃａの電極層１８は、ｎ型拡散層内に形成したｐ型拡散層と第１電極部２１によって電気的に接続する。第１電極部２１は、以下に説明するようにキャパシタ素子Ｃａに対する書込み電極として機能する。
【００１９】
各キャパシタ素子Ｃａとフォトダイオード素子Ｄｉとの電気的接続は、図２において、特に３列目における接続態様について詳細に示されているが、その他の配列においても、フォトダイオード素子Ｄｉの数が異なるのみで、上述した電気的接続は図２に示すようなものとなる。
【００２０】
上述した３個のトランジスタ素子Ｔｒ、３個のキャパシタ素子Ｃａ及び合計６個のフォトダイオード素子Ｄｉは、ｎ型シリコン基板１１の表面に形成されたＳＴＩ１２によって互いに素子分離されている。
【００２１】
ｎ型シリコン基板１１の第１方向（ｘ方向）に配列された３個のトランジスタ素子Ｔｒは、同方向に沿って配設された第２電極部２２によって電気的に接続されている。具体的には、トランジスタ素子Ｔｒのコントロールゲート１９と第２電極部２２とが電気的に接続され、これによって３個のトランジスタ素子Ｔｒが電気的に接続されるように構成されている。
【００２２】
また、ｎ型シリコン基板１１の第１方向（ｘ方向）と直交する第２方向（ｙ方向）には、第２電極部２２と電気的に接続する第３電極部２３が配設されている。第３電極２３の下方には、コンタクト（プラグ）２５が設けられ、このコンタクト（プラグ）２５を通じて、第３電極２３は、トランジスタ素子ＴｒのソースＳ及びドレインＤと電気的に接続されている。なお、以下に説明するように、第２電極部２２は、キャパシタ素子Ｃａに対する読出し／消去電極として機能し、第３電極部２３は、キャパシタ素子Ｃａに対する読出し電極として機能する。
【００２３】
本実施形態では、固体撮像素子１０を構成する１画素を、３個のトランジスタ素子Ｔｒ、３個のキャパシタ素子Ｃａから構成し、各トランジスタ素子Ｔｒ及び各キャパシタ素子Ｃａで画定される第１方向（ｘ方向）の配列（合計３個の配列）において、１〜３個のフォトダイオード素子Ｄｉを直列配列している。しかしながら、１画素中に配設するトランジスタ素子Ｔｒ及びキャパシタ素子Ｃａの数は３個に限定されるものではなく、必要に応じて任意の数とすることができる。
【００２４】
また、配列毎にフォトダイオード素子Ｄｉの数を１〜３個に変化させているが、配列毎に配設するフォトダイオード素子Ｄｉの数は１〜３個に限定されるものではなく、必要に応じて任意の数とすることができる。
【００２５】
但し、トランジスタ素子Ｔｒ及びキャパシタ素子Ｃａの数を増大させ、それに応じて配列毎に配設するフォトダイオード素子Ｄｉの数を大きな範囲で変化させることにより、固体撮像素子１０の光信号（画像信号）に対する感度を向上させることができる。しかしながら、本実施形態では、単一のトランジスタ素子Ｔｒ及びキャパシタ素子Ｃａを用い、このキャパシタ素子Ｃａと電気的に接続するようにして、所定の数のフォトダイオード素子Ｄｉを配設するようにしてもよい。
【００２６】
なお、図２に示す第３列目に配設されたトランジスタ素子Ｔｒ、キャパシタ素子Ｃａ及びフォトダイオード素子Ｄｉの等価回路を図４に示す。なお、図４におけるＷＬ及びＢＬは、それぞれ図１等の電極部２２及び２３に相当する。
【００２７】
（固体撮像素子における光信号（画像信号）の書込み）
図５は、本実施形態の固体撮像素子１０に対する光信号（画像信号）の書込み動作を説明するための図であり、図６は、書込み動作時の固体撮像素子１０のエネルギーバンド状態を示す図である。本実施形態の固体撮像素子１０において、光信号（画像信号）の書込みはキャパシタ素子Ｃａに対して行うため、図５及び図６においては、図１等に示す固体撮像素子１０から１つのキャパシタ素子Ｃａを抽出し、当該キャパシタ素子Ｃａを拡大して記載するとともに、そのエネルギーバンド状態を示している。なお、実際のキャパシタ素子Ｃａには側壁が形成されているが、図５においては簡略化の観点から記載を省略している。
【００２８】
また、フローティングゲート１６及び電極層１８は、例えばｎ型のポリシリコン等から構成し、それぞれｎ型の導電性を呈するようにしている。
【００２９】
図６において、ｐ領域はｐ型拡散層１３のエネルギーレベルを示し、ｐｎ接合領域は、ｐ型拡散層１３及びｎ型拡散層１４の接合領域のエネルギーレベルを示し、ｎ領域は第１電極部２１を含む電極層１８のエネルギーレベルを示す。
【００３０】
図５に示すキャパシタ素子Ｃａは、書込み動作前においては、図６（ａ）のような状態となっている。すなわち、ｎ領域のエネルギーレベルとフローティングゲート１６のエネルギーレベルとが同レベルとなっている。
【００３１】
次いで、キャパシタ素子Ｃａに対して所定の画像に由来する光信号（画像信号）が照射されると、フォトダイオード素子Ｄｉを構成するｎ型拡散層１４内にキャリア電子が生成され、このキャリア電子はｎ型拡散層１４に対して電気的に接続された第１電極部２１を介し、上記光信号から変換された電気信号として、キャパシタ素子Ｃａの電極層１８に導かれる。
【００３２】
このとき、図６（ｂ）に示すように、ｎ領域、すなわち電極層１８のエネルギーレベルがかさ上げされ、ｎ領域のエネルギーレベルがフローティングゲート１６のエネルギーレベルに対して例えば電位Ｖに相当する分だけ高くなる。一方、フローティングゲート１６の右側、すなわちｐ領域のエネルギーレベルは図６（ａ）のままであるので、フローティングゲート１６のエネルギーレベルはｎ領域及びｐ領域のエネルギーレベルに比較して低くなる。したがって、電極層１８に導入されたキャリア電子はフローティングゲート１６に導入され、電気信号として蓄積及び記憶されるようになる。
【００３３】
なお、キャパシタ素子Ｃａの電極層１８とトランジスタ素子Ｔｒのコントロールゲート１９とは、互いに分離して非連続となっているので、電極層１８に導入されたキャリア電子が電極層１８からトランジスタ素子Ｔｒのコントロールゲート１９内に流入することがない。したがって、上述したキャパシタ素子Ｃａに対する書込み動作が、フローティングゲート１６を共有するトランジスタ素子Ｔｒによって妨げられることがない。
【００３４】
なお、フローティングゲート１６にキャリア電子が蓄積及び記憶された後は、図６（ｃ）に示すように、フローティングゲート１６のエネルギーレベルは全体としてかさ上げされる。
【００３５】
以上のように、本実施形態の固体撮像素子１０においては、固体撮像素子１０に光信号（画像信号）が照射されるのみで、固体撮像素子１０のキャパシタ素子Ｃａのフローティングゲート１６にキャリア電子が電気信号として蓄積及び記憶されるようになる。したがって、本実施形態の固体撮像素子１０においては、電気信号を記憶する際に外部電圧の印加を必要としないことから、電気信号、すなわち光信号（画像信号）の書込み動作を単純化できるとともに、別途外部電源を設ける必要がなく、固体撮像素子１０の図示しない全体的な構成を簡易化することができる。
【００３６】
各キャパシタ素子Ｃａに対する光信号（画像信号）の書込みは上述のようにして行われるが、本実施形態では、図１に示すように、ｎ型シリコン基板１１の第２方向（ｙ方向）において複数のフォトダイオード素子Ｄｉが直列に接続され、相当するキャパシタ素子Ｃａに第１電極部２１を介して電気的に接続されている。このような形態を採ることによって以下のような利点を得ることができる。
【００３７】
例えば、固体撮像素子１０に照射される光信号（画像信号）の信号強度が十分に小さい場合においては、１個当たりのフォトダイオード素子Ｄｉが受光する光量が小さいため、単一のフォトダイオード素子Ｄｉしか配設されていない１列目のキャパシタ素子Ｃａには、図５及び図６に関連して説明したように、ｎ型拡散層１４内で生成されるキャリア電子の量が僅かとなる。その結果、キャパシタ素子Ｃａのｎ領域、すなわち電極層１８のエネルギーレベルが十分にかさ上げされずに、ｎ領域のエネルギーレベルがフローティングゲート１６のエネルギーレベルに対して高くならず、フローティングゲート１６に対して電気信号としてのキャリア電子が蓄積及び記憶されない場合がある。
【００３８】
また、２個のフォトダイオード素子Ｄｉが直列に接続されるように配設された２列目のキャパシタ素子Ｃａにおいても、２個のフォトダイオード素子Ｄｉのｎ型拡散層１４で生成したキャリア電子の合計が当該キャパシタ素子Ｃａの電極層１８に導入されるが、その合計量が未だ少なく、１列目のキャパシタ素子Ｃａ同様に、２列目のキャパシタ素子Ｃａのｎ領域、すなわち電極層１８のエネルギーレベルが十分にかさ上げされずに、ｎ領域のエネルギーレベルがフローティングゲート１６のエネルギーレベルに対して高くならず、フローティングゲート１６に対して電気信号としてのキャリア電子が蓄積及び記憶されない場合がある。
【００３９】
しかしながら、このような場合においても、３個のフォトダイオード素子Ｄｉが直列に接続されるように配設された３列目のキャパシタ素子Ｃａにおいては、３個のフォトダイオード素子Ｄｉのｎ型拡散層１４で生成したキャリア電子の合計がある程度の量に達することがある。この場合、キャパシタ素子Ｃａの電極層１８に導入されたキャリア電子によって、３列目のキャパシタ素子Ｃａのｎ領域、すなわち電極層１８のエネルギーレベルが十分にかさ上げされ、ｎ領域のエネルギーレベルがフローティングゲート１６のエネルギーレベルに対して十分に高くなって、フローティングゲート１６に対して電気信号としてのキャリア電子が蓄積及び記憶されるようになる。
【００４０】
すなわち、図１に示すように、ｎ型シリコン基板１１の第２方向（ｙ方向）において複数のフォトダイオード素子Ｄｉが直列に接続され、列毎にフォトダイオード素子Ｄｉの数を変化させ、相当するキャパシタ素子Ｃａに第１電極部２１を介して電気的に接続することにより、信号強度が小さい光信号をも電気信号に変換してキャパシタ素子Ｃａに蓄積及び記憶させることができる。したがって、固体撮像素子１０の光信号（画像信号）に対する感度を向上させることができる。
【００４１】
なお、固体撮像素子１０に照射される光信号（画像信号）の強度が中程度の場合は、上述した書込み原理に基づいて、例えば１列目のキャパシタ素子Ｃａにのみ電気信号としてのキャリア電子が蓄積及び記憶されず、２列目及び３列目のキャパシタ素子Ｃａにのみ電気信号としてのキャリア電子が蓄積及び記憶される。
【００４２】
また、固体撮像素子１０に照射される光信号（画像信号）の強度が十分に大きい場合は、上述した書込み原理に基づいて、例えば１列目から３列目の総てのキャパシタ素子Ｃａに対して電気信号としてのキャリア電子が蓄積及び記憶されるようになる。
【００４３】
なお、図５において、ｐ型拡散層１３及びｎ型拡散層１４の位置を入れ替え、第１電極部２１をｐ型拡散層１３及びキャパシタ素子Ｃａの電極層１８に電気的に接続するような場合においても、キャパシタ素子Ｃａに対して書込みを行うようにすることができる。この場合は、予めキャパシタ素子Ｃａのフローティングゲート１６に電子を畜積しておき、光信号（画像信号）が照射されることによってｐ型拡散層１３中に生成したキャリアホールを第１電極部２１を介して電極層１８に導入し、次いで、電位差により、フローティングゲート１６から電子を取りだす。この結果、フローティングゲート１６では、予め蓄積された電子とキャリアホールとが結合するようになるので、フローティングゲート１６中に蓄積される電子の数が減少することになる。
【００４４】
すなわち、この場合においては、キャパシタ素子Ｃａのフローティングゲート１６中の電子を消滅させることによって、光信号（画像信号）由来の電気信号をフローティングゲート１６中に蓄積及び記憶させることができる。
【００４５】
（固体撮像素子における光信号（画像信号）の読出し及び消去）
次に、固体撮像素子１０のキャパシタ素子Ｃａに蓄積及び記憶された光信号（画像信号）由来の電気信号の読出し方法について説明する。
【００４６】
図１及び図２に示すように、固体撮像素子１０におけるキャパシタ素子Ｃａの電極層１８の対向電極層は、トランジスタ素子Ｔｒの延在したフローティングゲート１６から構成されている。したがって、キャパシタ素子Ｃａのフローティングゲート１６に電子が蓄積及び記憶されることによって、トランジスタ素子Ｔｒの閾値電圧が変化（今の場合は増加）するようになる。具体的に、１列目のトランジスタ素子Ｔｒの閾値電圧をＶｔｈ１、２列目のトランジスタ素子Ｔｒの閾値電圧をＶｔｈ２、及び３列目のトランジスタ素子Ｔｒの閾値電圧をＶｔｈ３とすると、Ｖｔｈ１＞Ｖｔｈ２＞Ｖｔｈ３なる関係が成立する。
【００４７】
このため、第２電極部２２に対して所定の電圧Ｖを印加し、必要に応じてトランジスタ素子ＴｒのソースＳ及びドレインＤと電気的に接続してなる隣接した第３電極部２３間に電圧を印加した場合に、第２電極部２２に印加した電圧ＶがＶ＞Ｖｔｈ３を満足し、３列目のキャパシタ素子Ｃａに光信号（画像信号）由来の電気信号が蓄積及び記憶されている場合は、３列目のトランジスタ素子ＴｒのソースＳ及びドレインＤ間に電流が流れるようになるので、この電流を計測することによって、３列目のキャパシタ素子Ｃａに蓄積及び記憶された光信号（画像信号）由来の電気信号を読み出すことができる。
【００４８】
また、第２電極部２２に印加した電圧ＶがＶ＞Ｖｔｈ２を満足し、２列目のキャパシタ素子Ｃａに光信号（画像信号）由来の電気信号が蓄積及び記憶されている場合は、トランジスタ素子ＴｒのソースＳ及びドレインＤ間に電流が流れるようになるので、この電流を計測することによって、２列目のキャパシタ素子Ｃａに蓄積及び記憶された光信号（画像信号）由来の電気信号を読み出すことができる。
【００４９】
さらに、第２電極部２２に印加した電圧ＶがＶ＞Ｖｔｈ１を満足し、１列目のキャパシタ素子Ｃａに光信号（画像信号）由来の電気信号が蓄積及び記憶されている場合は、トランジスタ素子ＴｒのソースＳ及びドレインＤ間に電流が流れるようになるので、この電流を計測することによって、１列目のキャパシタ素子Ｃａに蓄積及び記憶された光信号（画像信号）由来の電気信号を読み出すことができる。
【００５０】
なお、図５において、ｐ型拡散層１３及びｎ型拡散層１４の位置を入れ替えて、キャパシタ素子Ｃａに光信号（画像信号）由来の電気信号を蓄積及び記憶している場合においても、光信号（画像信号）の強度の増大に伴って電子が減るので、上述した各列のトランジスタ素子Ｔｒの閾値電圧の関係が、Ｖｔｈ１＜Ｖｔｈ２＜Ｖｔｈ３となるのみで、基本的に読出し方法は上述した通りである。
【００５１】
固体撮像素子１０のキャパシタ素子Ｃａに蓄積及び記憶された光信号（画像信号）由来の電気信号の消去は、例えば第２電極部２２から正電圧をトランジスタ素子Ｔｒのコントロールゲート１９に印加することにより、フローティングゲート１６に蓄積及び記憶された電気信号（電子）を、第２電極部２２を介して抜き出すことにより行うことができる。
【００５２】
なお、ｐ型拡散層１３及びｎ型拡散層１４の位置を入れ替えて、キャパシタ素子Ｃａに光信号（画像信号）由来の電気信号を蓄積及び記憶している場合においては、例えば第２電極部２２から負電圧をトランジスタ素子Ｔｒのコントロールゲート１９に印加することにより、フローティングゲート１６に予め電子を蓄積させておくことにより消去動作を行うことができる。
【００５３】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５４】
１０  固体撮像素子
１１  ｎ型シリコン基板
１２  ＳＴＩ
１３  ｐ型拡散層
１４  ｎ型拡散層
１５  第１絶縁膜
１６  フローティングゲート
１７  第２絶縁膜
１８  電極層
１９  コントロールゲート
２１  第１電極部
２２  第２電極部
２３  第３電極部
２４  電極部材
Ｄｉ  フォトダイオード素子
Ｃａ  キャパシタ素子
Ｔｒ  トランジスタ素子
【図１】
2013140914.tif 000003
【図２】
2013140914.tif 000004
【図３】
2013140914.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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