(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配列された複数の画素を含む画像入力装置であって、
前記複数の画素の各々は、
光入力によってキャリアを発生する受光素子と、
前記受光素子によって発生したキャリアの導出を制御するスイッチング素子と、を備え、
前記受光素子に含まれる第１のシリコン層は、前記スイッチング素子に含まれる第２のシリコン層より厚く形成されており、
前記第１のシリコン層及び前記第２のシリコン層は、同一のシリコン層から形成されてなり、
前記第１のシリコン層において発生したキャリアが、前記基板に拡散しないように、当該基板と前記シリコン層との間に絶縁層を設けたこと
を特徴とする画像入力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像入力装置において、
前記複数の画素の各々は、さらに  前記スイッチング素子により導出されるキャリアによる電気信号を増幅する増幅回路と、
を備えていること、
を特徴とする画像入力装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の画像入力装置において、
前記スイッチング素子は、ゲートを備えたスイッチングトランジスタであること、
を特徴とする画像入力装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の画像入力装置において、
前記画像入力装置はSOI構造を有していること、
を特徴とする画像入力装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の画像入力装置において、
前記受光素子はフォトゲートを備えること、
を特徴とする画像入力装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の画像入力装置において、
前記複数の画素の各々は、信号線の交点に対応して設けられていること、
を特徴とする画像入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像入力装置に関し、特に画素が基板上に複数配列されることによって構成される画像入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、この種の画像入力装置は、アクティブピクセルセンサ（ＡｃｔｉｖｅＰｉｘｅｌ  Ｓｅｎｓｏｒ；以下、ＡＰＳと呼ぶ）として知られている（例えば、Ｅ．Ｆｏｓｓｕｍ，“Ａｃｔｉｖｅ  Ｐｉｘｅｌ  Ｓｅｎｓｏｒｓ：ＡｒｅＣＣＤ‘ｓ  Ｄｉｎｏｓａｕｒｓ？”，ＳＰＩＥ．ｖｏｌ．１９００，ｐｐ２−１４）。このＡＰＳは、図４に示されているように、縦方向及び横方向に多数設けられた信号線の各交点に、画素５０を設けた構成になっている。すなわち、１つの画素５０は、フォトダイオード等の受光素子５１と、その出力を増幅する増幅器５３と、受光素子５１の出力を増幅器５３に入力するためのスイッチングトランジスタ５２とを含んで構成されている。かかる構成において、横方向に設けられている信号線によって選択された画素内のトランジスタ５２がオン状態になると、その画素の受光素子５１の出力が増幅器５３によって増幅され、縦方向に設けられている信号線に導出される。
【０００３】
さらに、ＡＰＳの動作原理について図５を参照して説明する。同図には、ＡＰＳを構成する各画素の断面構造が示されている。
【０００４】
同図を参照すると、画素５０は、半導体基板表面に設けられたフォトゲート端子ＰＧを含む受光素子５１と、ゲート端子Ｔｘを含むスイッチングトランジスタ５２と、フォトダイオード５１の出力を、スイッチングトランジスタ５２を介して入力して増幅する増幅器５３とから構成されている。同図において、光を受けることにより、フォトゲート端子ＰＧを透過してシリコン層内にキャリアが発生する。このキャリアは、端子Ｔｘの下部を介して図中の矢印Ｙのように移動し、増幅器５３に入力される。そして、このキャリアによる電流を増幅した信号が増幅器５３から導出される。
【０００５】
また、上記文献には、ＡＰＳの応用技術として、ｖｅｒｔｉｃａｌ  ＡＰＳ,ＣＭＤ（ｃｈａｒｇｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｄｅｖｉｃｅ）等のデバイス構造が記載されている。
【０００６】
一方、ＣＭＤは図６に示されているように、ソース端子Ｓに対して同心円形状にフォトゲート端子ＰＧ、さらにはドレイン端子Ｄが設けられている。すなわち、、ＭＯＳトランジスタがシリコン基板１上に構成されている。かかる構成において、ＭＯＳ構造の界面にキャリアが蓄積され、この蓄積領域を同心円形状の埋め込みＮチャネルＭＯＳトランジスタが取り囲むことになる。そして、このトランジスタが選択されることにより、蓄積されたキャリアが読み出される。読出されたキャリアによる電流は、同図中に示されていない増幅器によって電圧に変換される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した図５、図６に示されている画像入力装置においては、いずれも半導体基板中にキャリアの一部が拡散してしまうという問題点があった。これにより、各画素における電荷転送効率の低下を招くことになる。また、各画素が半導体基板を通じて電気的に接続されていることから、ノイズ特性が劣化するという問題点があった。
【０００８】
本発明は上述した従来技術の欠点を解決するためになされたものであり、その目的は電荷転送効率が高く、ノイズ特性の良い画像入力装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る画像入力装置は、基板上に配列された複数の画素を含む画像入力装置であって、前記複数の画素の各々は、光入力によってキャリアを発生する受光素子と、前記受光素子によって発生したキャリアの導出を制御するスイッチング素子と、を備え、前記受光素子に含まれる第１のシリコン層は、前記スイッチング素子に含まれる第２のシリコン層より厚く形成されており、前記第１のシリコン層及び前記第２のシリコン層は、同一のシリコン層から形成されてなり、前記第１のシリコン層において発生したキャリアが、前記基板に拡散しないように、当該基板と前記シリコン層との間に絶縁層を設けたことを特徴とする。
上記の画像入力装置において、前記複数の画素の各々は、さらに前記スイッチング素子により導出されるキャリアによる電気信号を増幅する増幅回路とを備えていてもよい。
上記の画像入力装置において、前記スイッチング素子は、ゲートを備えたスイッチングトランジスタであってもよい。
上記の画像入力装置において、前記画像入力装置はSOI構造を有していてもよい。
上記の画像入力装置において、前記受光素子はフォトゲートを備えていてもよい。
上記の画像入力装置において、前記複数の画素の各々は、信号線の交点に対応して設けられていることが好ましい。
したがって、光入力によって発生したキャリアが基板中に拡散することがなく、キャリアを喪失することなく捕集できる。よって、電荷転送効率を高め、なおかつノイズ特性をも向上させることができる。これにより、ＡＰＳについて本発明を適用できる。
【００１０】
そして、蓄積された前記キャリアをリセット状態に制御するリセット用素子と、前記スイッチング素子によって導出されるキャリアを前記増幅回路に入力するための画素選択用素子とを更に設ければ、Ｌａｔｅｒａｌ  ＡＰＳについて本発明を適用できる。また、前記光感応性素子と前記スイッチング素子とを前記基板上に同心円形状に形成すれば、ＣＭＤについて本発明を適用できる。
【００１１】
なお、前記基板の絶縁層と支持基板界面とを剥離し、この剥離面から光を入力するようにしても良い。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。
【００１３】
図１は本発明による画像入力装置の実施の一形態を示す断面構造図である。同図に示されているように、本実施形態による画像入力装置は、図５の構成とは異なり、絶縁層５４が設けられている。したがって、この画像入力装置はＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造となるため、光入力によって発生したキャリアはシリコン基板中に拡散することはない。したがって、キャリアを喪失することなく捕集できるので、電荷転送効率を高めることができる。
【００１４】
次に、他の実施形態である図２を参照すると、ＣＭＤの場合においても、絶縁層５４が設けられ、ＳＯＩ構造をなることになる。このため、キャリアがシリコン基板１中に拡散することはない。よって、喪失することなくキャリアを捕集でき、電荷転送効率を高めることができる。
【００１５】
ここで、画像入力装置における吸収波長と絶縁層５４の膜厚との関係について説明する。単結晶シリコンにおける吸収係数の波長依存性が図３に示されている。同図においては、縦軸が吸収係数〔ｃｍ-1〕で、横軸が波長〔μｍ〕である。同図を参照すると、可視光領域の４００〜８００〔ｎｍ〕におけるシリコンの吸収係数はおよそ１０3〔ｃｍ-1〕以上ある。従って、受光素子領域の単結晶シリコン層の膜厚は１〔μｍ〕以上あることが望ましい。
【００１６】
図１に戻り、受光素子５１のフォトゲートＰＧの下部と、スイッチングトランジスタ５２のゲートＴｘの下部とでは、シリコンの厚さを異なるものにするのが望ましい。具体的には、後者よりも前者を厚くする。これにより、受光素子５１の吸収波長の範囲を広くすることができる。
【００１７】
なお、絶縁基板上に形成する光感応性素子は、ＰＩＮフォトダイオードでも良い。ＰＩＮフォトダイオードを絶縁基板上に形成する場合には、厚み方向にＰ，Ｉ，Ｎの各領域を並べることが難しいので、それらの各領域を水平方向に並べれば良い。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、絶縁層の上に画像入力装置を形成することにより、キャリアが基板中に拡散せず、喪失することなくキャリアを捕集でき、電荷転送効率を高め、なおかつノイズ特性を向上できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像入力装置の実施の一形態を示す図である。
【図２】本発明による画像入力装置の他の実施形態を示す図である。
【図３】吸収係数の波長依存性を示す特性図である。
【図４】一般的な画像入力装置の構成を示す図である。
【図５】ＡＰＳの各画素の構成を示す図である。
【図６】ＡＰＳの他の応用例を示す図である。
【符号の説明】
５０  画素
５１  受光素子
５２  トランジスタ
５３  増幅器
５４  絶縁層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0004016586.tif 000007