固体摄像器件.pdf

本发明提供一种多个像素在像素区域排列成2维状的固体摄像器件。该像素形成于岛状半导体中。在该岛状半导体之中，自下方起，在信号线N+区域(2)、P区域(3)、该P区域(3)的上部的侧面，从岛状半导体的内侧形成有N区域(4)、P+区域(5)。在P区域(3)上，形成有P+区域(6)。通过将P+区域(5)与P+区域(6)设为低电平电压、将信号线N+区域(2)设为较低电平电压更大的高电平电压，可使储存于N区域(4)的信号电荷经由P区域(3)被去除在信号线N+区域(2)。

权利要求书1.  一种多个像素在像素区域排列成2维状的固体摄像器件，其特征在于，具有：形成在衬底上的第1半导体区域；形成在前述第1半导体区域上的第2半导体区域；形成在前述第2半导体区域的上部侧面的第3半导体区域；形成在不与前述第2半导体区域的侧面相对向的前述第3半导体区域的侧面且为与前述第3半导体区域相反导电性的第4半导体区域；及在前述第2半导体区域上的为与前述3半导体区域相反导电性的第5半导体区域；前述第2半导体区域包括与前述第3半导体区域相反导电性的半导体或本质型半导体；至少前述第2半导体区域的上部、前述第3半导体区域、前述第4半导体区域及前述第5半导体区域形成岛状半导体；通过前述第2半导体区域与前述第3半导体区域而形成光电二极管；执行将因为射入于前述光电二极管区域的电磁能量波所产生的信号电荷储存于前述第3半导体区域的信号电荷储存动作；形成以前述第1半导体区域及前述第5半导体区域中的一方为漏极并且以另一方为源极且以储存前述信号电荷的前述第3半导体区域为栅极的结型场效应晶体管；执行依据储存于前述第3半导体区域的信号电荷量读取流通于前述结型场效应晶体管的前述源极及漏极间的电流作为信号输出的像素信号读取动作；执行信号电荷去除动作，其中，将前述第4半导体区域及前述第5半导体区域设为低电平电压，且将前述第1半导体区域设为较前述低电平电压更高的高电平电压，藉此在存在于前述第1半导体区域及前述第3半导体区域之间的前述第2半导体区域中将势垒消除，且经由该无势垒的第2半导体区域将储存于前述第3半导体区域的信号电荷从前述第3半导体区域予以去除至前述第1半导体区域。2.  根据权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，前述第4半导体区域连接于前述第5半导体区域。3.  根据权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，构成为前述第3半导体区域与前述第4半导体区域从前述第5半导体区域隔开，而在前述第4半导体区域的外周部隔着绝缘层形成有第1导体层，而在将储存于前述第3半导体区域的信号电荷去除至前述第1半导体区域的期间，前述第4半导体区域成为较前述高电平电压更低的低电平电压，并且对于前述第1半导体区域施加高电平电压，而且，对于前述第1导体层施加储存前述信号电荷的预定电压。4.  根据权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，前述第1半导体区域具备成为前述结型场效应晶体管的源极或漏极的第6半导体区域、及用以去除储存于前述第3半导体区域的信号电荷的第7半导体区域；在前述第6半导体区域与前述第7半导体区域之间，延伸存在有前述第2半导体区域。5.  根据权利要求4所述的固体摄像器件，其特征在于，在执行前述信号电荷储存动作与前述像素信号读取动作的期间施加于前述第7半导体区域的电压，被设定为较执行前述信号电荷去除动作的期间施加于前述第7半导体区域的电压更低。6.  根据权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，执行前述多个像素排列成2维状，将排在该2维排列的像素中的至少1行的像素的信号电流，经由沿着包括排在垂直方向的像素的列而排列且将前述第1半导体区域彼此连接的信号线，同时读入于设在前述像素区域的外部的行像素信号取入电路，并且将排在前述至少1行的像素的信号输出从设在前述行像素信号取入电路的输出电路予以读取的动作，而在前述信号电荷去除动作执行的期间，对于连接于排在前述至少一行的像素的前述第5半导体区域 的像素选择线施加前述低电平电压，并且对于连接于排在其它行的像素的像素选择线施加前述高电平电压，而在施加该高电平电压的高电平电压施加期间中，对于连接在包括前述像素的列的前述信号线施加高电平电压。7.  根据权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，形成绝缘层以包围前述第2半导体区域、前述第3半导体区域及前述第4半导体区域，并且形成光遮蔽导体层以包围前述绝缘层。8.  根据权利要求7所述的固体摄像器件，其特征在于，前述光遮蔽导体层形成于前述像素区域的像素的前述岛状半导体侧面，并且跨及前述像素区域的整体而连续形成。9.  根据权利要求7所述的固体摄像器件，其特征在于，构成为前述光遮蔽导体层形成于前述像素区域的像素上并且跨及前述像素区域而连续形成，而且，对于前述光遮蔽导体层施加接地电压或前述低电平电压。10.  根据权利要求7所述的固体摄像器件，其特征在于，构成为前述光遮蔽导体层连接于前述像素区域的像素并且跨及前述像素区域的整体而形成，对于前述光遮蔽导体层，在执行前述信号电荷去除动作的期间中，以与前述高电平电压施加于前述信号线的期间的一部分期间、或全部期间重叠的方式施加前述高电平电压，而在不包括执行前述信号电荷去除动作的期间的期间，则是对于前述信号线施加接地电压或低电平电压。11.  根据权利要求7所述的固体摄像器件，其特征在于，前述光遮蔽导体层形成为包围前述第2半导体区域、前述第3半导体区域及前述第4半导体区域的外周的绝缘层，并且分离为至少2个独立的部位。12.  根据权利要求7所述的固体摄像器件，其特征在于，前述光遮蔽导体层连接于前述第5半导体层。

说明书固体摄像器件
技术领域
本发明涉及一种固体摄像器件，尤其涉及谋求高像素密度化、低耗电化、低漏光化的固体摄像器件。
背景技术
目前，固体摄像器件已广泛应用在摄影机（video camera）、静态相机（still camera）等。对于固体摄像器件，一直都要求高像素密度化、高分辨率化、彩色摄像中的低混色化、高灵敏度化等的性能提升。针对此点，为了实现固体摄像器件的高分辨率化，已进行了通过像素高密度化等的技术革新。
图9A及图9B是显示现有例的固体摄像器件。
图9A是显示在1个岛状半导体构成有1个像素的现有例的固体摄像器件的剖面构造图（请参照例如专利文献1）。如图9A所示，在构成此像素的岛状半导体100中，在衬底101上形成有信号线N+区域102（以下将「N+区域」称为含有许多施主（donar）杂质的半导体区域）。在此信号线N+区域102上形成有P区域103（以下将含有受主（acceptor）杂质的半导体区域称为「P区域」），及在该P区域103的外周部形成有绝缘层104，又隔着该绝缘层104而形成有栅极导体层105。在该栅极导体层105的上方部的P区域103的外周部，形成有N区域（以下将含有施主杂质的半导体区域称为「N区域」）106。在该N区域106及P区域103上，形成有P+区域（以下将含有许多受主杂质的半导体区域称为「P+区域」）107。该P+区域107连接于像素选择线导体层108。上述的绝缘层104在包围岛状半导体100的外周部的状态下彼此相连。与该绝缘层104同样地，栅极导体层105亦在包围岛状半导体100的外周部的状态下彼此相连。
在此固体摄像器件中，于岛状半导体100内，由P区域103与N区域 106而形成有光电二极管（photo diode）区域。在此，当光从岛状半导体100上的P+区域107侧入射时，即在该光电二极管区域的光电转换区域产生信号电荷（在此是为自由电子）。再者，该信号电荷主要是储存在光电二极管区域的N区域106。
此外，在岛状半导体100内，构成有以该N区域106为栅极、以P+区域107为源极、以信号线N+区域102附近的P区域103为漏极的结型场效应晶体管。再者，在该固体摄像器件中，结型场效应晶体管的漏极-源极间电流（输出信号），与储存在N区域106的信号电荷量对应而变化，且从信号线N+区域102取出作为信号输出。
再者，在岛状半导体100内，形成有以光电二极管区域的N区域106为源极、以栅极导体层105为重设栅极（reset gate）、以信号线N+区域102为漏极、以N区域106与信号线N+区域102间的P区域103为沟道的重设MOS（Metal-Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体）晶体管（以下将该栅极导体层称为「重设栅极导体层」）。再者，在该固体摄像器件中，储存于该N区域106的信号电荷，通过在重设MOS晶体管的重设栅极导体层105施加导通（on）电压（高电平（level）电压），而被去除在信号线N+区域102。
另外，在此所谓「高电平电压」，在信号电荷为自由电子时，表示更高电平的正电压，而在本说明书中以下所使用的「低电平电压」，则指相较于该「高电平电压」为低的电压。另一方面，信号电荷为空穴时，「高电平电压」是指更低电平的负电压，而「低电平电压」则指较于「高电平电压」更接近0V的电压。
该固体摄像器件的摄像动作由下述的动作所构成：在接地（ground）电压(=0V)施加于信号线N+区域102、重设栅极导体层105、P+区域107的状态下，将因来自岛状半导体100的上面的入射光而产生在光电转换区域（光电二极管区域）的信号电荷储存于N区域106的信号电荷储存动作；在接地电压施加于信号线N+区域102及重设栅极导体层105并且正电压施加于P+区域107的状态下，将因依据储存信号电荷量产生变化的N区域106的电位而调变的结型场效应晶体管的源极-漏极电流读取作为信号电流的信号电荷读取动作；及在该信号电荷读取动作之后，于接地电 压施加于P+区域107并且正电压施加于重设栅极导体层105及信号线N+区域102的状态下，将储存于N区域106的信号电荷去除在信号线N+区域102的重设动作。
图9B是显示具有：构成像素的岛状半导体P11至P33（与图9A的岛状半导体100对应）排列成2维状的像素区域、及在该像素区域周边的驱动-输出电路的现有例的固体摄像器件的示意平面图。在此，沿着图9B中的F-F’线的剖面构造显示于图9A。在信号线N+区域102a、102b、102c（与图9A中的信号线N+区域102对应）上形成有构成像素的岛状半导体P11至P33。在该等岛状半导体P11至P33的朝水平方向延伸的每行（row）形成有像素选择线导体层108a、108b、108c（与图9A中的像素选择线导体层108对应），成为彼此相连，且连接于设在像素区域的周边的像素选择线垂直扫描电路110。与此相同，在构成像素的岛状半导体P11至P33的朝水平方向延伸的每行形成有重设栅极导体层105a、105b、105c（与图9A中的重设栅极导体层105对应），成为彼此相连，且连接于设在像素区域的周边的重设线垂直扫描电路112。各信号线N+区域102a、102b、102c的下部，连接于开关（switch）MOS晶体管115a、115b、115c，而各开关MOS晶体管115a、115b、115c的栅极连接于信号线水平扫描电路116。再者，各开关MOS晶体管115a、115b、115c的漏极连接于输出电路117。再者，构成为开关电路118a、118b、118c连接于各信号线N+区域102a、102b、102c的上部，于信号电荷储存动作时被施加接地电压（=0V），于信号电荷读取动作时被施加浮动（floating）电压，于信号去除动作时被施加供重设导通（reset on）用的高电平电压Vr。
信号电荷储存动作是在对信号线N+区域102a、102b、102c施加接地电压、对重设栅极导体层105a、105b、105c施加供重设用的低电平电压、对像素选择线导体层108a、108b、108c施加接地电压的状态下执行。
此外，信号电荷读取动作如下执行：通过对重设栅极导体层105a、105b、105c施加供重设关断（reset off）用的低电平电压、对读取信号电荷的像素的像素选择线导体层108a、108b、108c施加高电平电压、对与读取信号电压的像素的信号线N+区域102a、102b、102c相连的开关MOS晶体管115a、115b、115c的栅极施加导通电压（高电平电压），且在开 关电路118a、118b、118c的输出端子为浮动电压而输出电路117的输入端子为低电平电压的状态下，将所读取的像素的结型场效应晶体管的源极-漏极电流取入于输出电路117。
此外，信号电荷去除动作如下执行：在所有像素选择线导体层108a、108b、108c均为接地电压、所有开关MOS晶体管115a、115b、115c均为关断的状态下，于岛状半导体P11至P33之中，对与去除储存信号电荷的像素相连的重设栅极导体层105a、105b、105c施加重设导通用的高电平电压，而使开关电路118a、118b、118c的输出端子成为重设导通用的高电平电压Vr。
如图9A所示，岛状半导体100的高度主要由光电二极管的N层106的高度Ld所决定。在此，光是从岛状半导体100上的P+层107的上面射入。因该入射光所产生的信号电荷产生率，具有从P+层121的上面相对于Si深度以指数函数曲线减少的特性。在感测可视光的固体摄像器件中，为了将有助于灵敏度的信号电荷以良好效率加以取出，光电转换区域的深度需要有2.5至3μm（请参照例如非专利文献1）。因此，光电转换光电二极管的N层106的高度Ld至少需要2.5至3μm。在该N层106的下方形成有重设栅极导体层105。由于重设栅极导体层105即使例如为0.1μm亦可进行固体摄像器件的正常的动作，因此重设栅极导体层105形成于接近岛状半导体100的底部的区域。
如9B图所示，由于重设栅极导体层105a、105b、105c依每行独立形成，因此需要在确保高度为2.5至3μm的岛状半导体P11至P33的底部形成重设栅极导体层105a、105b、105c。该重设栅极导体层105a、105b、105c的形成，像素集成度愈高，就愈需要微细加工，而使本固体摄像器件的制造变得困难。
图10A及图10B是分别显示CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补式金属氧化物半导体）固体摄像器件的像素示意图与动作电位变化图。图10A是为非专利文献2的第1图所示的像素示意图。在图10A中的由虚线所包围的区域A中，构成有1个像素。在此，于P区域120内形成有形成光电二极管的N区域121、及在该N区域121上的P+区域122。再者，在P区域120上形成有栅极绝缘层124，而在该栅极 绝缘层124上，则形成有转换（transfer）电极Φt与N区域121邻接。在与该转换电极ΦT邻接的状态下，于P区域120的表面形成有N+区域123。P+区域122固定于接地电位。光电二极管通过P区域120与N区域121而形成。如此，即形成以N区域121为源极、以N+区域123为漏极、以转换电极ΦT为栅极的转换MOS晶体管M1。再者，放大MOS晶体管M3的栅极与重设MOS晶体管M2的源极连接于N+区域123，而放大MOS晶体管M3的源极与重设MOS晶体管M1的漏极连接于电源电压线VDD。此外，列（column）选择MOS晶体管M4的源极连接于放大MOS晶体管M3的漏极，而漏极则连接于信号线125。
在此像素中，从P+区域122侧射入的光在光电二极管区域经光电转换而产生信号电荷（在此是自由电子）。此信号电荷被储存于N区域121。之后，施加导通电压（高电平电压）于转换电极ΦT，将储存于N区域121的信号电荷转送至N+区域123。通过此种动作，放大MOS晶体管M3的栅极电极电位即依信号电荷量而变化。接着，当施加导通电压（高电平电压）于列选择MOS晶体管M4的栅极电极ΦS时，经过放大MOS晶体管M3的栅极电极电位所调变的信号电流，即经由放大MOS晶体管M3与列选择MOS晶体管M4从电源电压线VDD流通至信号线125，且该信号电流被读取作为像素信号。再者，当施加导通电压（高电平电压）于重设MOS晶体管M2的栅极电极ΦR时，存在于N+区域123的信号电荷即被去除在电源电压线VDD。
图10B是显示光电二极管N区域121、转换MOS晶体管M1、重设MOS晶体管M2的电位分布变化图（请参照例如非专利文献3的第2图）。图10B的（a）是显示由P区域120与N区域121所形成的光电二极管、转换MOS晶体管M1区域、及重设MOS晶体管M2区域的剖面图。此外，具有与转换MOS晶体管M1的栅极电极Tx（相当于图10A中的转换电极ΦT）邻接而形成浮游二极管FD的N+区域123、及与该N+区域123邻接的重设MOS晶体管M2的重设电极RST（相当于图10A的重设MOS晶体管的栅极电极ΦR），且在与该重设电极邻接的P区域120的表面形成有与电源电压线VDD相连的重设MOS晶体管M2漏极的N+区域126。
图10B的（b）是显示信号电荷储存动作时的沿着图10B的（a）的 G-G’线的电位分布。实线是显示各区域的电位的底，而斜线部则显示电荷（此时为自由电子）。在N区域121有储存信号电荷128，而在N+区域123、126则有多个电荷129b、129b（此时为自由电子）。在转换电极Tx、重设电极RST施加有关断电压（低电平电压），从而储存信号电荷128无法从光电二极管N区域121转送至N+区域123与重设MOS晶体管的漏极N+区域126。
第10图的（c）是显示将储存于光电二极管的N区域121的信号电荷128转送至N+区域123时的电位分布。该转送是通过施加导通电压（高电平电压）于转送电极Tx来进行。储存信号电荷128从N区域121通过转送电极Tx的下方的P区域123的表层而转送至N+区域123。在进行此转送时，如图10B的（c）所示，N区域121的信号电荷130a增加，而N+区域123的信号电荷130c增加。再者，在信号电荷130a、130b耗尽的时点，此信号电荷转送动作即结束。通过信号电荷128转送于N+区域123，连接于N+区域123的放大MOS晶体管M3的栅极电极的电位即变化，且于信号电荷读取动作时流通于信号线125的信号电流即依该电位变化量而变化，且被读取作为信号输出。
在该信号电荷读取动作后，如图10B的（d）所示，施加导通电压（高电平电压）于重设MOS晶体管M2的栅极电极RST，再将浮游二极管N+区域123的信号电荷130c去除在属于重设MOS晶体管M2的漏极的N+区域126。在进行此信号电荷去除动作时，N+区域123的电位被重设，而成为与重设电极RST的下方的P区域120的表层的电位131相同电位。
如上所述，在具有图10A所示的像素的固体摄像器件中，于像素内需有转换MOS晶体管M1、重设MOS晶体管M2。由于此种转换MOS晶体管M1、重设MOS晶体管M2的存在，将会招致像素集成度的降低。
以下参照图11A及图11B来说明CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）固体摄像器件中的信号电荷去除动作。图11A是显示CCD固体摄像器件中的1个像素的剖面构造（请参照例如非专利文献4的第1图）。在N区域衬底140上形成有P区域井（well）141，而在该P区域井141上则形成有N区域142。通过P区域井141与N区域142而形成光电二极管部。再者，在N区域142上形成有P+区域143，而该P+区域143为接 地电位（=0V）。此外，与光电二极管部邻接而形成有CCD部。在CCD部的P区域井141的表面，形成有成为该CCD部的沟道的P区域144与N区域145。在该CCD部的沟道与光电二极管N区域142之间的P区域井141的表层，形成有用以将储存于光电二极管部的信号电荷转送至CCD部沟道的N区域145的转送沟道146。在P+区域143、转送沟道146、CCD部沟道的N区域145上形成有绝缘膜147。再者，在CCD部的绝缘膜147内形成有CCD转送电极148，且在其上部形成有光遮蔽用金属层149以覆盖CCD部。再者，在光电二极管部及CCD部的上部形成有透明树脂微透镜（micro lens）150。1个像素是通过图1A所示的光电二极管部与CCD部所构成。该像素是跨及CCD固体摄像器件的像素区域的全面而排列成2维状。再者，N区域衬底140与P区域井141是跨及像素区域全区域而连续形成。
以上所述将储存于光电二极管部的信号电荷转送至CCD部的动作，是通过施加预定电压于CCD转送电极148来进行。信号电荷去除动作如下进行：在信号电荷储存动作后，通过施加高电平电压于N区域衬底140，将储存于N区域142的信号电荷去除在N区域衬底140。此外，将该信号电荷储存动作与信号电荷去除动作在像素区域全区域的像素中同步进行，且使信号电荷储存时间变化，即可藉此使快门（shutter）动作的时间点（timing）变化。此快门动作称为电子快门。
图11B是显示沿着图11A的H-H’线的信号电荷去除时的电位分布（请参照非专利文献的第14图）。P+区域143固定于接地电位Vs（=0V）。在信号电荷储存动作时，成为在N区域衬底140施加有低电平电压VRL的电位分布151a。在进行此动作时，通过从微透镜150侧照射的光所产生的信号电荷152a（在本图中是以非专利文献3所载的「e-」来表示信号电荷，其与图10B中以斜线部所示的信号电荷128、130a、130b、130c相同）被储存于位于N区域142与P区域井141的电势井（potential well）。再者，在进行信号电荷去除动作时，成为施加高电平电压VRH于N区域衬底140的电位分布152b，且电位从接地电位的P+区域143朝向N区域衬底140而变深。藉此，储存信号电荷152b即被去除至N区域衬底140。
在上述的信号电荷储存动作中，由于在电势井内产生的信号电荷作 为信号为有效，且在位于较电势井更下方的P区域井141、N区域衬底140所产生的信号电荷被去除在N区域衬底140，因此作为信号为无效。此电势井的深度Lph从所被要求的分光灵敏度特性，如非专利文献1所记载成为2.5至3μm。再者，在进行信号电荷去除动作时的电位分布中，从P+区域143至N区域衬底140，不希望在转送信号电荷151时产生势垒（potential barrier）。因此，对于N区域衬底140的施加电压VRH设为18至30V。此是基于由N区域142与P区域井141所构成的光电转换区域、及由P区域井141与N区域衬底140所构成的信号电荷去除区域重叠。此相较于图9A、图10A所示的固体摄像器件中进行信号电荷去除时对于重设栅极导体层105、重设MOS晶体管M2的栅极电极ΦR的施加电压可在2至3V下动作，为极大的值。由此，CCD固体摄像器件的消耗电力将会增加。
在以X-Y地址（address）（点顺序）方式、行地址（线顺序）方式读取像素信号的图9A、图10A所示的固体摄像器件中，无法在像素区域全区域的像素同时执行像素信号电荷的读取动作及像素信号电荷的去除动作。因此，无法执行上述的CCD固体摄像器件中的信号电荷去除动作（电子快门动作）。如上所述，在图10A的CMOS固体摄像器件中，为了要进行该信号电荷去除动作（电子快门动作），要附加特别的晶体管（请参照例如非专利文献5）。此种晶体管的附加，将会使像素集成度降低。
[先前技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本国际公开第2009/034623号
[非专利文献]
非专利文献1：G.Agranov,R.Mauritzson;J.Ladd,A.Dokoutchaev,X.fan,X.Li,Z.Yin,R.Johnson,V.Lenchenkov,S.Nagaraja,W.Gazeley,J.Bai,H.Lee,龙泽义顺;”CMOS影像传感器（image sensor）的像素尺寸缩小与特性比较”，影像信息媒体学会技术报告(ITE Technical Report)第33期,第38集,第9-12页（2009年9月）。
非专利文献2：H.Takahashi,M.Kinoshita,K.Morita,T.Shirai,T.Sato, T.Kimura,H.Yuzurihara,S.Inoue,S.Matsumoto:“一种3.9微米像素间距VGA格式10-B数字输出CMOS图像传感器，具有1.5晶体管/像素（A3.9-μm Pixel Pitch VGA Format10-b Digital Output CMOS Image Sensor With 1.5Transistor/Pixel）”,IEEE固态电路杂志(IEEE Journal of Solid-State Circuti),第39期,第12集,第2417-2425页（2004）。
非专利文献3：P.P.K.Lee R.C.Gee,R.M.Guidash,T-H.Lee,E.R.Fossum：”一种采用CMOS/CCD工艺技术的有源像素传感器(An Active Pixel Sensor Fabricated Using CMOS/CCD Process Technology)”在程序IEEE研讨会的电荷耦合器件和先进的图像传感器(in Program IEEE Workshop on Charge-Coupled Devices and Advanced Image Sensors),(1995)。
非专利文献4：I.Murakami,T.Nakano,K.Hatano,Y.Nakashiba,M.Furumiya,T.Nagata,T.Kawasaki,H.Utsumi,S.Uchiya,K.Arai,N.Mutoh,A.Kohno,N,teranishi,Y.Hokari：”用来提高光敏感性和降低VOD快门电压的用于CCD图像传感器的技术(Technologies to Improve Photo-Sensitivity and Reduce VOD Shutter Voltage for CCD Image Sensors)”,IEEE电子设备会报(IEEE Transactions on Electron Devices),第47期,第8集,第1566-1572页(2000)。
非专利文献5：K.Yasutomi,T.Tamura,M.Furuta,S.Itoh,S.Kawahito：”一种具有使用固定二极管的全局电子快门像素的高速CMOS图像传感器(A High-Speed CMOS Image Sensor with Global Electronic Shutter Pixel Using Pinned Diodes)”,IEEJ会刊(IEEJ Trans.SM),第129期,第10集,第321-327页(2009)。
发明内容
[发明所欲解决的课题]
在图9A所示的1个岛状半导体构成有1个像素的固体摄像器件中，岛状半导体100的高度主要由光电二极管的N层106的高度Ld所决定。因光照射所产生的信号电荷产生率，具有从P+层121的上面起相对于Si深度沿着指数函数曲线减少的特性，因此在感测可视光的固体摄像器件 中，为了将有助于灵敏度的信号电荷以良好效率加以取出，光电转换区域的深度需要有2.5至3μm（请参照例如非专利文献1）。因此，光电转换光电二极管的N层106的高度Ld至少需要2.5至3μm。在该N层106的下方形成有重设栅极导体层105。由于重设栅极导体层105即使例如为0.1μm亦可进行正常动作，因此重设栅极导体层105在岛状半导体100中几乎形成于底部。再者，如图9B所示，由于重设栅极导体层105a、105b、105c依每行独立形成，因此需要在具有2.5至3μm的高度的岛状半导体P11至P33的底部形成重设栅极导体层105a、105b、105c。因为此种重设栅极导体层105a、105b、105c的存在，像素集成度愈高，本固体摄像器件的制造就愈困难。
此外，在具有图10A所示像素的CMOS固体摄像器件中，于像素内需要有重设MOS晶体管M2。因为此重设MOS晶体管M2的存在，使得像素集成度降低。
在图11A所示的CCD固体摄像器件中，如图11B所示储存信号电荷的电势井的深度Lph，从所被要求的分光灵敏度特性来看，会如非专利文献1所揭示成为2.5至3μm。再者，进行信号电荷去除动作时的电位分布，从P+区域143至N区域衬底140，需要在信号电荷151的转送中产生势垒(Potential barrier)。因此，对于N区域衬底140的施加电压VRH需要18至30V的高的施加电压。由此，CCD固体摄像器件的消耗电力即增加。
[解决课题的手段]
本发明的多个像素在像素区域排列成2维状的固体摄像器件，其特征为具有：
形成在衬底上的第1半导体区域；
形成在前述第1半导体区域上的第2半导体区域；
形成在前述第2半导体区域的上部侧面的第3半导体区域；
形成在不与前述第2半导体区域的侧面相对向的前述第3半导体区域的侧面，且为与前述第3半导体区域相反导电性的第4半导体区域；及
在前述第2半导体区域上的为与前述3半导体区域相反导电性的第5半导体区域；
前述第2半导体区域包括与前述第3半导体区域相反导电性的半导体或本质型半导体；
至少前述第2半导体区域的上部、前述第3半导体区域、前述第4半导体区域及前述第5半导体区域形成岛状半导体；
通过前述第2半导体区域与前述第3半导体区域而形成光电二极管；
执行将因为射入于前述光电二极管区域的电磁能量波所产生的信号电荷储存于前述第3半导体区域的信号电荷储存动作；
形成以前述第1半导体区域及前述第5半导体区域中的一方为漏极并且以另一方为源极且以储存前述信号电荷的前述第3半导体区域为栅极的结型场效应晶体管；
执行依据储存于前述第3半导体区域的信号电荷量读取流通于前述结型场效应晶体管的前述源极及漏极间的电流作为信号输出的像素信号读取动作；
执行信号电荷去除动作，其中将前述第4半导体区域及前述第5半导体区域设为低电平电压，且将前述第1半导体区域设为较前述低电平电压更高的高电平电压，藉此在存在于前述第1半导体区域及前述第3半导体区域之间的前述第2半导体区域中将势垒消除，且经由该无势垒的第2半导体区域将储存于前述第3半导体区域的信号电荷从前述第3半导体区域予以去除至前述第1半导体区域。
较佳为前述第4半导体区域连接于前述第5半导体区域。
较佳地，构成为前述第3半导体区域与前述第4半导体区域从前述第5半导体区域隔开，而在前述第4半导体区域的外周部隔着绝缘层形成有第1导体层，而在将储存于前述第3半导体区域的信号电荷去除至前述第1半导体区域的期间，前述第4半导体区域成为较前述高电平电压更低的低电平电压，并且对于前述第1半导体区域是施加高电平电压，而且，对于前述第1导体层施加储存前述信号电荷的预定电压。
较佳地，前述第1半导体区域具备成为前述结型场效应晶体管的源极或漏极的第6半导体区域、及用以去除储存于前述第3半导体区域的信号电荷的第7半导体区域；
在前述第6半导体区域与前述第7半导体区域之间，延伸存在有前 述第2半导体区域。
较佳地，在执行前述信号电荷储存动作与前述像素信号读取动作的期间施加于前述第7半导体区域的电压被设定为较执行前述信号电荷去除动作的期间施加于前述第7半导体区域的电压更低。
较佳地，执行如下动作：前述像素排列成2维状，将排在该2维排列的像素中的至少1行的像素的信号电流，经由沿着包括排在垂直方向的像素的列而排列且将前述第1半导体区域彼此连接的信号线，同时读入于设在前述像素区域的外部的行像素信号取入电路，并且将排在前述至少1行的像素的信号输出从设在前述行像素信号取入电路的输出电路予以读取；而在前述信号电荷去除动作执行的期间，对于连接于排在前述至少一行的像素的前述第5半导体区域的像素选择线施加前述低电平电压，并且对于连接于排在其它行的像素的像素选择线施加前述高电平电压，而在施加该高电平电压的高电平电压施加期间中，对于连接在包括前述像素的列的前述信号线施加高电平电压。
较佳地，形成绝缘层以包围前述第2半导体区域、前述第3半导体区域及前述第4半导体区域，并且形成光遮蔽导体层以包围前述绝缘层。
较佳地，前述光遮蔽导体层形成于前述像素区域的像素的前述岛状半导体侧面，并且跨及前述像素区域的整体而连续形成。
较佳地，构成为前述光遮蔽导体层形成于前述像素区域的像素上并且跨及前述像素区域而连续形成，而且，对于前述光遮蔽导体层施加接地电压或前述低电平电压。
较佳地，构成为前述光遮蔽导体层连接于前述像素区域的像素并且跨及前述像素区域的整体而形成，对于前述光遮蔽导体层，在执行前述信号电荷去除动作的期间中，以与前述高电平电压施加于前述信号线的期间的一部分期间、或全部期间重叠的方式施加前述高电平电压，而在不包括执行前述信号电荷去除动作的期间的期间，则是对于前述信号线施加接地电压或低电平电压。
较佳地，前述光遮蔽导体层形成为包围前述第2半导体区域、前述第3半导体区域及前述第4半导体区域的外周的绝缘层，并且分离为至少2个独立的部位。
较佳地，前述光遮蔽导体层连接于前述第5半导体层。
[发明的功效]
依据本发明，在固体摄像器件中，不需要重设半导体，并且像素集成度提升，固体摄像器件的制造变得容易。
此外，不需要在像素内需有CMOS固体摄像器件的重设MOS晶体管，并且像素集成度提升，而降低信号电荷去除动作中的施加电压。
附图说明
图1A为本发明的第1实施形态的固体摄像器件的像素剖面构造图。
图1B显示第1实施形态的固体摄像器件的沿着图1A的A-A’线的信号电荷储存动作时与信号电荷去除动作时的电位分布。
图2A为本发明的第2实施形态的固体摄像器件的示意平面图。
图2B为第2实施形态的固体摄像器件的示意电路平面图。
图2C为显示第2实施形态的固体摄像器件的施加于像素选择线ΦP1至ΦP3与信号线Φs1至Φs3的驱动电压波形与信号输出端子Vout中的电压波形的关系的电压波形图。
图3A为本发明的第3实施形态的固体摄像器件的像素剖面构造图。
图3B为第3实施形态的固体摄像器件的示意平面图。
图4A为本发明的第4实施形态的固体摄像器件的示意平面图。
图4B为显示第4实施形态的固体摄像器件的脉冲电压源Φn电压波形、施加于像素选择线Φp1至Φp3和信号线Φs1至Φs3的驱动电压波形与信号输出端子Vout中的电压波形的关系的电压波形图。
图4C为本发明的第4实施形态的固体摄像器件中的沿着图3A的像素剖面构造图的C-C’线的区域中的信号电荷信号电荷去除动作时的电位分布变化图。
图5A为本发明的第5实施形态的固体摄像器件的像素剖面构造图。
图5B为第5实施形态的固体摄像器件的示意平面图。
图6A为本发明的第6实施形态的固体摄像器件的像素剖面构造图。
图6B为第6实施形态的固体摄像器件的示意平面图。
图7A为本发明的第7实施形态的固体摄像器件的像素剖面构造图。
图7B为第7实施形态的固体摄像器件的像素剖面构造图。
图8为本发明的第8实施形态的固体摄像器件的像素剖面构造图。
图9A为现有例的固体摄像器件的像素剖面构造图。
图9B为现有例的固体摄像器件的示意平面图。
图10A为现有例的CMOS固体摄像器件的像素示意图。
图10B为现有例的CMOS固体摄像器件中的信号电荷储存动作时与信号电荷去除动作时的电位分布变化图。
图11A为现有例的固体摄像器件的像素剖面构造图。
图11B为现有例的CMOS固体摄像器件中的信号电荷储存动作时与信号电荷去除动作时的电位分布变化图。
(主要组件符号说明)
SP、P11至P33、100  （构成像素的）岛状半导体
1  衬底
2、2a、2b、2c、D11至D33  信号线N+区域
3  P区域
4、4a  N区域
5、5a、6、S11至S33  P+区域
7、7a、7b、7c  像素选择线导体层
8  绝缘层
10、12、21a、21b  信号电荷
13  像素选择线垂直扫描电路
14  行像素信号取入-输出电路
15  水平扫描电路
16a、16b、16c  开关电路
Φp1、Φp2、Φp3  像素选择线
Φs1、Φs2、Φs3  信号线
Vout  信号输出端子
Th1  第1水平扫描期间
Th2  第2水平扫描期间
Thb1  第1无效空白期间
The1  第1有效期间
Trl1  第1像素信号读取期间
Trl2  第2像素信号读取期间
Tre1  第1信号电荷去除期间
18、18a、26  光遮蔽导体层
Φn  脉冲电压源
20、22a、22b、23a、23b  电位分布
25a  第1层光遮蔽导体层
25b  第2层光遮蔽导体层
26、26a、26b、26c  光遮蔽像素选择线导体层
28  信号线P+区域
30  信号线N+区域
29  信号电荷去除N+区域。
具体实施方式
以下参照附图来说明本发明的实施形态的固体摄像器件。
（第1实施形态）
图1A、图1B是显示第1实施形态的固体摄像器件。图1A是显示固体摄像器件的1像素的剖面构造图。在衬底1上形成有信号线N+区域2，而在该信号线N+区域2上则形成有岛状半导体SP。在岛状半导体SP的信号线N+区域2上形成有P区域3，而在该P区域3上部的外周部，则形成有N区域4。再者，在包围该N区域4的岛状半导体SP的侧面，形成有P+区域5。连接于该P+区域5的P+区域7形成于岛状半导体SP的上表面。再者，在P+区域6连接有像素选择线导体层7。再者，绝缘层8形成为包围信号线N+区域2、岛状半导体SP的外周部。在本发明的固体摄像器件中，并不存在图9A所示的现有例的于固体摄像器件中所必须的重设导体层105。此外，形成于N区域4的外周部的P+区域5，连接于岛状半导体SP的P+区域6。
在本固体摄像器件中，由P区域3与N区域4形成光电二极管区域，而当入射光从岛状半导体SP的P+区域6侧照射时，即在光电二极管区域 产生信号电荷（在此为自由电子）。再者，该信号电荷主要储存于上述光电二极管区域的N区域4。此外，在岛状半导体SP内，形成有将该N区域4设为栅极、P+区域6设为源极、信号线N+区域2附近的P区域3设为漏极的结型场效应晶体管。再者，结型场效应晶体管的漏极-源极间电流（输出信号），与储存于N区域4的信号电荷量对应而变化，且从信号线N+区域2被读出作为信号输出。再者，储存于该N区域4的信号电荷，通过将P+区域6设为接地电位（=0V）并施加高电平电压于信号线N+区域2而被去除在信号线N+区域102。
图1B显示沿着图1A的A-A’线的信号电荷储存动作时与信号电荷去除动作时的电位分布。图1B的（a）是显示沿着图1A的A-A’线的放大剖面图。在P区域3的一侧，形成有光电二极管的N区域4、及连接于P+区域6的P+区域5，而在另一侧则形成有信号线N+区域2。再者，在P+区域5、信号线N+区域2、及存在于该等之间的P区域3上，形成有绝缘层8。
图1B的（b）显示信号电荷储存动作时的电位分布9a。此电位分布9a是以属于信号电荷的自由电子存在还是移动的导带的底部的电位来表示。在此信号电荷储存动作时，P+区域5及信号线N+区域2的电位为接地电位（=0V）。此外，在信号线N+区域2中，存在有多个自由电子11a。再者，在光电二极管的N区域4中，产生了具有电势井的电位分布9a。在此，因光照射所产生的信号电荷10a储存于电势井，在信号线N+区域2中不会移动。
图1B的（c）显示信号电荷去除动作时的电位分布9b。在此信号电荷去除动作时，P+区域5为接地电位，而在信号线N+区域2施加有高电平电压Vrh。在此，形成有电位从N区域4朝向信号线N+区域2变高的电位分布9b。藉此，N区域4的信号电荷10b即被去除在信号线N+区域2。此外，N区域4与信号线N+区域2之间的P区域3的电位分布9b，构成为相对于信号电荷（自由电子）的移动不会产生势垒。在图11A所示的现有例中，N区域142与P区域井141所构成的光电转换区域、与P区域井141与N区域衬底140所构成的信号电荷去除区域重叠。相对于此，在本实施形态中，如图1A所示，光电转换区域由光电二极管的N区域4所形成，而信号电荷去除区域则是由N区域4与信号线N+区域2之间的P区域 3所形成，因此分别形成光电转换区域、信号电荷去除区域的区域不会彼此重叠。因此，信号电荷去除区域是通过N区域4与信号线N+区域2之间的P区域3，在信号电荷储存动作时，形成图1B的（b）所示的电位分布9a（电势井）。此外，如图1B的（c）所示，N区域4与信号线N+区域2之间的P区域3的电位，只要满足相对于信号电荷（自由电子）的移动不会产生势垒的条件，则可将该N区域4与信号线N+区域2之间的P区域3的长度尽可能地缩短。因此，施加于N+区域2的施加电压Vrh，即可作成较图11A所示的CCD固体摄像器件小，亦即可低电压化至例如3至5V。藉此，即抑制本实施形态的固体摄像器件的消耗电力的增加，而可达成信号电荷去除动作。
再者，在本实施形态的固体摄像器件中，不需要如图9A、图9B所示的固体摄像器件，在岛状半导体100、P11至P33的底部，于像素集成度愈提升时就愈需微细加工的重设导体层105、105a、105b、105c。藉此，像素集成度即提升，并且固体摄像器件的制造变得容易。再者，在图9A所示的现有例的固体摄像器件中的1个像素中，通过信号线N+层102、与像素选择线导体层108相连的P+层107、及重设栅极导体层105的3端子驱动来执行信号电荷储存动作、信号电荷读取动作、信号电荷去除动作，而在本实施形态的固体摄像器件中，则是以与信号线N+层2及像素选择线导体层7相连的P+层6的2端子驱动而可达成相同的一连串动作。藉此，即不再需要图9B中的设在像素区域的周边的重设线垂直扫描电路112。藉此，实现形成有固体摄像器件的半导体衬底面积的缩小化、及固体摄像器件的低价格化。再者，在本实施形态的像素中，不再需要如图10A所示的现有例的CMOS固体摄像器件会使像素集成度降低的重设MOS晶体管。
（第2实施形态）
图2A至图2C显示第2实施形态的固体摄像器件的驱动方法。
图2A是显示本实施形态的固体摄像器件的示意平面图。沿着图中的B-B’线的剖面构造与图1A对应。在信号线N+层2a、2b、2c（与图1A的信号线N+层2对应）上，形成有3×3像素的岛状半导体P11至P33（与图1A的岛状半导体SP对应）。在岛状半导体P11至P33的朝水平方向延 伸的每一行形成有像素选择线导体层7a、7b、7c（与图1A的7对应），成为彼此相连，且连接于像素区域的周边的像素选择线垂直扫描电路13。信号线N+层2a、2b、2c的下部，连接于行像素信号取入-输出电路14。该行像素信号取入-输出电路14同时取入岛状半导体P11至P33的1个垂直方向的列的信号。再者，行像素信号取入-输出电路14通过连接于其的水平扫描电路15来驱动，在水平有效期间中，岛状半导体P11至P33的1个像素列的输出信号依序从信号输出端17被读出。此外，为使与各信号线N+区域2a、2b、2c的上部相连，形成有分别于信号电荷储存动作时施加接地电压（=0V）、信号电荷读取动作时施加浮动电压、信号电荷去除动作时施加供重设导通用的高电平电压Vrh的开关电路16a、16b、16c。
图2B是显示本实施形态的固体摄像器件的示意电路平面图。信号线Φs1、Φs2、Φs3连接于各岛状半导体P11至P33的N+层D11至D33（与图1A的信号线N+层2对应）、行像素信号取入-输出电路14、开关电路16a、16b、16c。再者，像素选择线Φp1、Φp2、Φp3（与图2A的像素选择线导体层7a、7b、7c对应）连接于各岛状半导体P11至P33的P+层S11至S33（与图1A的P+层6对应）、及像素选择线垂直扫描电路13。再者，从行像素信号取入-输出电路14输出的信号，从信号输出端子Vout（与图2A的17对应）读出。岛状半导体P11至P33通过施加于像素选择线Φp1、Φp2、Φp3、及信号线Φs1、Φs2、Φs3的驱动电压来驱动。
图2C显示施加于像素选择线Φp1、Φp2、Φp3、与信号线Φs1、Φs2、Φs3的驱动电压的波形与信号输出端子Vout中的电压的波形的关系。接续着第1水平扫描期间Th1设定第2水平扫描期间Th2。第1水平扫描期间Th1由第1无效空白（blanking）期间Thb1与第1有效期间The1所构成。在第1无效空白期间Thb1中，来自与像素选择线Φp1相连的岛状半导体P11、P12、P13的像素信号被取入于行像素信号取入-输出电路14。第1无效空白期间Thb1由读取像素P11、P12、P13的像素信号的第1像素信号读取期间Trl1（在此期间，岛状半导体P11、P12、P13的储存信号电荷储存于岛状半导体P11、P12、P13）、将岛状半导体P11、P12、P13的储存信号电荷去除于信号线Φs1、Φs2、Φs3的信号电荷去 除期间Tre1、及读取岛状半导体P11、P12、P13的信号电荷去除后的像素信号的第2像素信号读取期间Trl2所构成。再者，通过例如相关双重取样（sampling）CDS（Correlated double sampling）电路来产生第1像素信号读取期间Trl1的像素信号、与第2像素信号读取期间Trl2的像素信号的差信号，且在第1水平有效期间The1，从输出端子Vout读取岛状半导体P11、P12、P13的像素信号s1、s2、s3。将以上的动作，在接续第1水平扫描期间Th1的第2水平扫描期间Th2中进行，且读取岛状半导体P21、P22、P23的像素信号。通过连续进行此动作，可获得构成3×3像素的岛状半导体P11至P33的像素信号。
在第1信号电荷去除期间Tre1中，岛状半导体P11、P12、P13的储存信号电荷，通过像素选择线Φp1为接地电位（=0V）、对于信号线Φs1、Φs2、Φs3施加重设高电平电压Vrh来去除。此时，岛状半导体P11、P12、P13以外的岛状半导体P21、P22、P23、P31、P32、P33的储存信号电荷必须不被去除。这样的状态，是通过如下方式来实现：在包含在第1信号电荷去除期间Tre1中的信号线Φs1施加有高电平电压Vrh的期间tsh的前后的期间tph，对于像素选择线Φp2、Φp3施加高电平电压Vrh，并且对于信号线Φs2、Φs3，在与信号线Φs1相同的期间tsh，施加与其相同的高电平电压Vrh。在信号电荷去除期间tsh的前后期间tsl1、tsl2中，像素选择线Φp2、Φp3成为高电平电压Vrh，而信号线Φs1、Φs2、Φs3为接地电位。此时，岛状半导体P11、P12、P13以外的岛状半导体P21、P22、P23、P31、P32、P33的储存信号电荷，在保持于该岛状半导体P21、P22、P23、P31、P32、P33内的状态下，结型场效应晶体管电流经由信号线Φs1、Φs2、Φs3流通至成为接地电位的开关电路16a、16b、16c。再者，在其间tph中，由于对于像素选择线Φp2、Φp3与信号线Φs2、Φs3施加高电平电压Vrh，因此在岛状半导体P21、P22、P23、P31、P32、P33的储存信号电荷被保持的状态下，结型场效应晶体管电流不会流通。如此一来，在第1信号电荷去除期间Tre1中，仅连接于像素选择线Φp1的岛状半导体P11、P12、P13的储存信号电荷被去除。
（第3实施形态）
以下一面参照图3A、图3B一面说明第3实施形态的固体摄像器件。 相较于第1实施形态的固体摄像器件，本实施形态的固体摄像器件具有可降低射入构成像素的岛状半导体SP、P11、P12、P13的光泄漏至邻接像素的特征。
图3A是显示本实施形态的固体摄像器件的像素剖面构造图。在形成于衬底1上的岛状半导体SP的底部，形成有信号线N+区域2。在该信号线N+区域2上形成有P区域3，而在该P区域3上部的外周部，则形成有N区域4。再者，包围该N区域4，在岛状半导体SP的侧面形成有P+区域5。P+区域6与该P+区域5连接而形成于岛状半导体SP的上面。再者，在P+区域6连接有像素选择线导体层7。再者，绝缘层8形成为包围信号线N+区域2、岛状半导体SP的外周部。在该绝缘层8的外周部，形成有光遮蔽导体层18以包围P区域3、N区域4、P+区域5。该光遮蔽导体层18是在像素区域整体包围岛状半导体P11、P12、P13、P21、P22、P23、P31、P32、P33，并且形成为彼此相连。
图3B是显示本实施形态的固体摄像器件的示意平面图。包围像素区域全区域的岛状半导体P11至P33，并且形成跨及像素区域全区域而彼此相连的光遮蔽导体层18a（与图3A的光遮蔽导体层18对应）。该光遮蔽导体层18a为接地电位（=0V）。除该光遮蔽导体层18a以外，本固体摄像器件的示意平面图均与图2A所示者相同。
在图1A所示的像素剖面构造图中，并不存在光遮蔽导体层18。此时，需要防止从岛状半导体SP的P+区域6侧射入的光泄漏至邻接的岛状半导体。在图1A所示的实施形态中，为了实现防止此种光泄漏，需在岛状半导体SP上部，设置在P+区域6上具有空隙的光遮蔽层，且将形成于该光遮蔽层上方的微透镜的形状进行光学设计以使入射光不会泄漏至邻接岛状半导体。然而，在通过此种光遮蔽层、微透镜的设计-形成的对应中，会招致对于岛状半导体SP的聚光率的降低。针对此点，在具有光遮蔽导体层18的本实施形态中，是可易于防止射入于岛状半导体SP的光泄漏至邻接的岛状半导体。藉此，第3实施形态的固体摄像器件，即得以较图1A所示的第1实施形态的固体摄像器件而言更大幅降低光泄漏至邻接的岛状半导体。
此外，如图3B所示，在本实施形态的固体摄像器件中，由于光遮蔽 导体层18a只要以跨及像素区域全区域彼此相连的方式形成即可，因此不再需要图9A、图10B所示的现有例的固体摄像器件中形成栅极导体层105、105a、105b、105c时所必须的像素区域中的微细加工。
（第4实施形态）
以下一面参照图4A、图4B、图4C一面说明第4实施形态的固体摄像器件。相对于第3实施形态的固体摄像器件，本实施形态的固体摄像器件具有可进一步实现驱动固体摄像器件的低电力消耗的特征。
图4A是显示本实施形态的固体摄像器件的示意平面图。在图3B所示的第3实施形态中，光遮蔽导体层18a的电位设为接地电位，但在本实施形态的固体摄像器件中，连接有脉冲（pulse）电压源Φn于光遮蔽导体层18a以供施加脉冲电压。
图4B显示脉冲电压源Φn的电压波形、施加于像素选择线Φp1、Φp2、Φp3、及信号线Φs1、Φs2、Φs3的驱动电压波形、及信号输出端子Vout中的电压波形的关系。在第1信号电荷去除期间Tre1中，在对于信号线Φs1、Φp2、Φp3施加高电平电压Vb、及较该高电平电压Vb更高电平的高电平电压Vrh1（施加期间是tsh）的期间tph，对于像素选择线Φp2、Φp3施加高电平电压Vrh1，且对于信号线Φs2、Φs3，在与信号线Φs1相同的期间tsh施加与其相同的高电平电压Vrh1。再者，脉冲电压源Φn电压，在第1无效空白期间Thb1中，在施加于像素选择线Φp2、Φp3的期间tph成为高电平电压Va。再者，在第2无效空白期间thb2，亦重复与上述相同的动作。
图4C的（a）至（d）显示沿着图3A所示的像素剖面构造图的C-C’线的区域中的信号电荷信号电荷去除动作时的电位分布变化。图4C的（a）是为沿着图3A的C-C’线的区域的放大图。在P区域3的一侧，存在有光电二极管的N区域4、及连接于P+区域6的P+区域5，而在另一侧则存在有信号线N+区域2。再者，在P+区域5、P区域3、信号线N+区域2的表面，形成有绝缘层8。再者，在该绝缘层8上则形成有光遮蔽导体层18a。
图4C的（b）显示信号电荷储存动作时的电位分布20。在此动作时，P+区域5、信号线N+区域2、光遮蔽导体层18a的电位为接地电位。在此，在信号线N+区域2中，呈现存在多个自由电子的状态。再者，在光电二 极管的N区域4，产生具有电势井的电位分布20。在此，因光照射而产生的信号电荷21a储存于电势井，在信号线N+区域2中不会移动。
图4C的（c）显示第1无效空白期间Thb1中的电位分布22a、22b。且以实线显示在脉冲电压源Φn电压为高电平电压Va、信号线Φs1、Φs2、Φs3为低电平电压Vb的第1信号电荷去除期间Tre1的电位分布22a。再者，以虚线显示脉冲电压源Φn的电压、像素选择线Φp1、Φp2、Φp3、信号线Φs1、Φs2、Φs3的任一者均为接地电位时的电位分布22b（与第3实施形态对应）。在本实施形态中，通过施加高电平电压Va于光遮蔽导体层18a，使光电二极管N区域4与信号线N+区域2间的电位，如电位分布22a所示，会较光遮蔽导体层18a为接地电位时的电位分布22b还高。
接着，图4C的（d）是以实线显示在高电平电压Vrh1施加于信号线Φs1、Φs2、Φs3的信号电荷去除期间tsh中的电位分布23a。再者，以虚线来显示脉冲电压源Φn设为接地电位，且高电平电压Vrh施加于信号线Φs1、Φs2、Φs3时的电位分布23b（与第3实施形态对应）。如此，从虚线所示的电位分布23b变化为实线所示的电位分布23a，储存信号电荷21b即被去除在信号线N+区域2。在此情形下，储存信号电荷21b移动至信号线N+区域2时，为使在N区域4与信号线N+区域2之间的P区域3的电位分布中不会形成势垒，需要将充分的高电平电压Vrh1施加于信号线N+区域2。此高电平电压Vrh1是由于图4C的（c）所示对于光遮蔽导体层18a施加高电平电压Va所形成P区域3的电位上升，成为较在光遮蔽导体层18a为接地电位时施加于所需的信号线N+区域2的高电平电压Vrh更低的电压。对于此信号线N+区域施加的电压，是被低电压化至最大1V左右。此种1V的低电压化，在信号线N+区域2的驱动电压3至5V中，会对于固体摄像器件的驱动电力消耗的降低有极大助益。再者，促进固体摄像器件的低驱动电压化，并且更进一步促进本实施形态的固体摄像器件的低耗电化。
另外，在图4B中，是针对包括高电平电压Vrh1施加于信号线Φs1、Φs2、Φs3的期间tsh的前后、在高电平电压Vrh1施加于像素选择线Φp2、Φp3的相同期间tph把高电平电压Va施加于脉冲电源Φn的情形进行了说明。图4C的（d）所示的电位分布23a，只要Va施加于光遮蔽导体层18a 且高电平电压Vrh1施加于信号线N+区域2即实现。因此，只要高电平电压Vrh1施加于信号线Φs1、Φs2、Φs3的期间与高电平电压Va施加于脉冲电源Φn的期间，在任意的期间重叠，就可获得本实施形态的效果。
在图4B中，在第1信号电荷去除期间Tre1中的期间tsh的前后期间中，虽是施加了低电平电压Vb于信号线Φs1、Φp2、Φp3，但亦可施加接地电压（=0V）以取代之。此时，将自由电子不会从信号线N+区域2移动至N区域4程度的电压施加于光遮蔽导体层18a。
此外，在图4B中，信号线Φs1、Φs2、Φs3在期间tph以外的期间虽为接地电位，但对于信号线Φs1、Φs2、Φs3亦可施加低电平电压Vb。在施加该低电平电压Vb的期间中，可获得图4C的（b）所示的信号电荷21a储存于电势井的电位分布。因此，可降低在第1信号电荷去除期间Tre1中的对于信号线Φs1、Φs2、Φs3施加的施加电压Vrh1。
（第5实施形态）
以下一面参照图5A、图5B一面说明第5实施形态的固体摄像器件。相较于第4实施形态的固体摄像器件，本实施形态的固体摄像器件具有实现更确实的信号电荷去除动作与高速驱动化的特征。
图5A是显示本实施形态的固体摄像器件的像素剖面构造图。在衬底1上，形成有信号线N+区域2，而在该信号线N+区域2上则形成有岛状半导体SP。在岛状半导体SP的信号线N+区域2上形成有P区域3，而在该P区域3上部的外周部，则形成有N区域4。再者，包围该N区域4，在岛状半导体SP的侧面形成有P+区域5。在岛状半导体SP的外周部，包围P+区域5、P区域3、信号线N+区域2，形成有绝缘层8。P+区域6与该P+区域5连接而形成于岛状半导体SP的上面。再者，在P+区域6连接有像素选择线导体层7。包围形成在N区域4与信号线N+区域2之间的P区域3的绝缘层8，形成有第1层光遮蔽导体层25a。再者，包围形成在N区域4、P+区域5的外周部的绝缘层8，形成有第2层光遮蔽导体层25b。第2层光遮蔽导体层25b与像素选择线导体层7分离。第1层光遮蔽导体层25a与第2层光遮蔽导体层25b的各者，是跨及像素区域的全区域而彼此相连。
图5B是显示本实施形态的固体摄像器件的示意平面图。图5B中的 沿着E-E’线的剖面构造与图5A对应。第1层光遮蔽导体层25a包围像素区域的岛状半导体P11至P33，并且形成为跨及像素区域的全区域而彼此相连。在该第1层光遮蔽导体层25a中，与第4实施形态同样地，连接有脉冲电压源Φn。再者，第2层的光遮蔽导体层25b包围像素区域的岛状半导体P11至P33，并且形成为跨及像素区域的全区而彼此相连。在此，在该第2层的光遮蔽导体层25a中，施加有接地电位。在第1层的光遮蔽导体层25a中，施加有与施加于图4B所示的脉冲电源Φn的电压相同波形的电压。再者，如上所述，在本实施形态的固体摄像器件中，由于只要与第1层光遮蔽导体层25a、第2层光遮光导体层25b一同与像素区域全区相连而形成即可，因此与第3、第4实施形态同样地，不再需要如图9A、图9B所示的现有固体摄像器件中形成栅极导体层105、105a、105b、105c所需的像素区域的微细加工。
在本实施形态的固体摄像器件中，第1层的光遮蔽导体层25a、第2层的光遮蔽导体层25b呈分离，而信号电荷去除动作时的脉冲电压电源Φn的负荷电容成为连接于第1层的光遮蔽导体层25a的电容。该负荷电容主要是由第1层光遮蔽导体层25a与P区域3之间的绝缘层8而形成的电容。构成像素的岛状半导体SP、P11至P33的高度，主要依自要求分光灵敏度特性而来的光电二极管的N区域4的高度Ld来决定。以包围该N区域4的方式形成有第2层光遮蔽导体层25b。因此，相较于图4A所示的第4实施形态的固体摄像器件，信号电荷去除动作时脉冲电压电源Φn的负荷电容大幅降低。此将会降低信号电荷去除动作时的脉冲电压电源Φn的接地电位与高电平电压Va之间的上升、下降时间。藉此，可实现确实的信号电荷去除动作。此外，在固体摄像器件的高速摄像动作中，要求各动作时间的缩短，因此在本实施形态中，亦有助于此种固体摄像器件的高速化。
（第6实施形态）
以下一面参照图6A、图6B一面说明第6实施形态的固体摄像器件。在本实施形态中，具有将图1A所示的第1实施形态的像素选择线导体层7兼用作光遮蔽导体层藉此可降低射入至构成像素的岛状半导体P11至P33的光泄漏至邻接像素的特征。
图6A是显示本实施形态的固体摄像器件的像素剖面构造图。在形成于衬底1上的岛状半导体SP的底部，形成有信号线N+区域2。在该信号线N+区域2上形成有P区域3，而在该P区域3的上部的外周部，则形成有N区域4。再者，包围该N区域4，在岛状半导体SP的侧面形成有P+区域5。P+区域6与该P+区域5连接而形成于岛状半导体SP的上面。再者，绝缘层8形成为包围信号线N+区域2、岛状半导体SP的外周部。在该绝缘层8的外周部，包围P区域3、N区域4、P+区域5，形成有连接于P+区域6的光遮蔽像素选择线导体层26。如此，在本实施形态中，像素选择线导体层26即兼具作为像素选择线的功能、及防止光泄漏至邻接的岛状半导体的功能。
图6B是显示本实施形态的固体摄像器件的示意平面图。图6B中的沿着F-F’线的像素剖面构造图与图6A对应。图2A所示的第2实施形态的固体摄像器件的示意平面图中的像素选择线导体层7a、7b、7c，在图6B的示意平面图中，变更为光遮蔽像素选择线导体层26a、26b、26c。除此以外的图6B中所示的构成与图2A相同。如此，在本实施形态中，不需要个别形成如图3A、图3B所示的像素选择线导体层7、7a、7b、7c与光遮蔽导体层18、18a，光遮蔽像素选择线导体层26a、26b、26c得以兼具两者的功能。藉此，固体摄像器件的制造变得容易。
另外，本实施形态亦适用在将图5A所示的第5实施形态的第2层光遮蔽导体层25b与像素选择线导体层7一体化的情形。此外，在图6A中，光遮蔽像素选择线导体层26的底部虽是形成为位于构成像素的岛状半导体SP的信号线N+区域2的上端，但亦可位于该信号线N+区域2的上端的上部或下部。
（第7实施形态）
以下一面参照图7A、图7B一面说明第7实施形态的固体摄像器件。
图7A是显示第7实施形态的第1固体摄像器件的剖面构造。在衬底1上，形成有由信号线P+区域28与P区域3与信号电荷去除N+区域29所构成的带状半导体27。在该带状半导体27上形成有岛状半导体SP。P区域3形成为与带状半导体27上的岛状半导体SP相连。在该P区域3上部的外周部，形成有N区域4。再者，包围该N区域4，在岛状半导体SP的 侧面形成有P+区域5。P+区域7与该P+区域5连接而形成于岛状半导体SP的上面。再者，在P+区域6连接有像素选择线导体层7。再者，绝缘层8形成为包围信号线N+区域2、岛状半导体SP的外周部。
在本实施形态的固体摄像器件中，形成有由P区域3与N区域4所构成的光电二极管区域。在此，当光从岛状半导体SP的P+区域6侧照射入时，即在该光电二极管区域的光电转换区域产生信号电荷（在此是自由电子）。再者，该信号电荷主要储存于光电二极管区域的N区域4。此外，在岛状半导体SP内，形成有以该N区域4为栅极、以P+区域6为源极、以信号线P+区域28为漏极的结型场效应晶体管。再者，结型场效应晶体管的漏极-源极间电流（输出信号），是依据储存于N区域4的信号电荷量而变化，且从信号线P+区域28读出作为信号输出。再者，储存于该N区域4的信号电荷，通过将P+区域6设为接地电位（=0V）且施加正的导通电压于信号电荷去除N+区域29而被去除至信号电荷去除N+区域29。
在图1A中，信号线N+区域2具备取出结型场效应晶体管的漏极-源极间电流（输出信号）的功能、及去除信号电荷的功能。相对于此，在本实施形态中，形成有信号线P+区域28、P区域3、信号电荷去除N+区域29，以取代信号线N+区域2的区域。再者，由信号线P+区域28执行结型场效应晶体管的漏极-源极间电流（输出信号）的取出，且由信号电荷去除N+区域29执行信号电荷去除。藉此，在图1A所示的固体摄像器件中，用来开始使结型场效应晶体管的漏极-源极间电流流通的结型场效应晶体管的漏极-源极间电压，即为使由信号线N+区域与P区域3所形成的二极管顺向偏压所必须的电压（硅半导体时约为0.7V）以上，相对于此，在本实施形态中，将信号线设为P+区域28，藉此可降低至0V附近。由于此驱动电压的降低，固体摄像器件的驱动电力消耗即降低。此外，由于可在与信号线P+区域28独立的信号电荷去除N+区域29进行信号电荷去除，因此在信号电荷储存期间中，通过将较在信号电荷去除期间tsh中所施加的高电平电压Vph更低电平的低电平电压施加于该信号电荷去除N+区域29，即可通过该信号电荷去除N+区域29，将因为以过大照度射入于岛状半导体SP的光所产生的过剩的信号电荷予以去除。
图7B是显示本实施形态的第2固体摄像器件的剖面构造。在此第2 固体摄像器件中，图7A中的信号线P+区域28设为信号线N+区域30。除此以外的构成均与图7A相同。在本实施形态中，形成信号线N+区域30、P区域3、信号电荷去除N+区域29以取代信号线N+区域2，且由信号线N+区域30执行结型场效应晶体管的漏极-源极间电流（输出信号）的取出动作，信号电荷去除N+区域29则执行信号电荷去除动作。在图1A所示的固体摄像器件中，兼具取出结型场效应晶体管的漏极-源极间电流（输出信号）的功能、及去除信号电荷的功能，相对于此，在本实施形态中，则是与图7A同样地将取出输出信号的功能与去除信号电荷的功能分离。本实施形态的固体摄像器件，虽无如图7A所示的固体摄像器件可以低消耗电力驱动的优点，但相较于图1A所示的固体摄像器件，具有如下优点：即使在从信号线N+区域30读取信号电流的期间中，信号电荷去除N+区域29也保持于预定的电压，且可将因为过大的光照射所产生的过剩信号电荷从该信号电荷去除N+区域29予以去除。
（第8实施形态）
以下一面参照图8一面说明第8实施形态的固体摄像器件。
图8是显示本实施形态的固体摄像器件的剖面构造。如图8所示，形成有信号线N+区域2。在该信号线N+区域2上形成有构成像素的岛状半导体SP。在岛状半导体SP的信号线N+区域2上形成有P区域3，而在该P区域3上部的外周部，则形成有N区域4a。再者，包围该N区域4a，且在岛状半导体SP的侧面形成有P+区域5a。再者，绝缘层8形成为包围信号线N+区域2、岛状半导体SP的外周部。在N区域4a、P+区域5a的外周部，隔着绝缘层8形成有导体层31。P+区域7与N区域4a、P+区域5a隔开而形成于岛状半导体SP的上面。在P+区域6连接有像素选择线导体层7。再者，导体层31与像素选择线导体层7隔开而形成。
参照图8，在本实施形态的固体摄像器件中，在岛状半导体SP的外周部的P+区域5a成为低电平电压之后，将供储存空穴的电压施加于导体层31。再者，分别对P+区域6施加接地电压、及对信号线N+区域2施加高电平电压，且将储存于N区域4a的信号电荷予以去除在信号线N+区域2。如此，通过施加电压于的导体层31，亦与图1A所示的固体摄像器件同样地，可将储存于N区域4a的信号电荷去除在信号线N+区域2。该导体 层31具备防止射入至岛状半导体SP的光泄漏至邻接的岛状半导体的光遮蔽导体层的功能。
另外，在第1实施形态中，虽如图1A所示设置有信号线N+区域2，但即使是在图1A中通过将N+区域设为P+区域、P区域3设为N区域、N区域4设为P区域、P区域5、6设为N+区域而使所有半导体区域的半导体为相反导电型的固体摄像器件，亦可获得与本实施形态相同的效果。此点在上述各实施形态中均可共通适用。
如图1A所示，在第1实施形态中，在衬底1上形成信号线N+区域2。但不限定于此，该衬底1只要是绝缘层或半导体层且为可执行上述各实施形态中的固体摄像器件的动作的材料层即可。此型态可在上述各实施形态中共通适用。
在使用图1A的第1实施形态的说明中，虽已说明了像素选择线导体层7从岛状半导体SP的侧面连接于P+区域7的情形，但该像素选择导体层亦可使用例如氧化铟锡（InSnO）等的透明导体材料，从岛状半导体SP的上面与P+区域7连接。此型态可在上述各实施形态中共通适用。
用以说明第2实施形态的图2C所示的驱动方法，当然在第2实施形态以后的本发明的实施形态中亦可共通适用。另外，如图7A、图7B所示的第7实施形态分开信号线半导体区域28、30与信号电荷去除N+区域29的情形下，图2C中的施加于信号线Φs1、Φs2、Φs3的电压波形被施加于信号电荷去除N+区域29。
在第1实施形态中，如图1B所示，于执行信号电荷储存动作的期间，信号线N+区域2虽施加了接地电压（=0V），但亦可施加低电平电压以取代之。在此状态下，储存于N区域4的信号电荷10a也不会被去除在信号线N+区域2。此外，在图2C的第1信号电荷去除期间Tre1中，于接地电压施加于信号线Φs1、Φs2、Φs3的期间，也可施加低电平电压。此型态在上述各实施形态中亦可共通适用。
此外，在此，也可采用在衬底1与信号线N+区域2之间设置金属层、或硅化物（silicide）层来降低信号线N+区域的电阻值的构造。此型态在上述各实施形态中也可同样地适用。
在图1A所示的第1实施形态中，P区域2亦可由本质型的半导体层 所构成。此之所谓本征型半导体实质上为由一种元素所构成的半导体。本征型半导体虽制造为不使杂质混入，但实际上不可避免地还是会含有极微量的杂质。由该本征型半导体所构成的P区域2，只要是不会阻碍作为固体摄像器件的功能的程度，即使含有微量的受主或施主杂质亦无妨。此型态在上述各实施形态中亦可共通适用。
在第1实施形态的图1A中，虽是显示将N+区域2连接有信号线，P+区域6连接有像素选线的固体摄像器件，但亦可为N+区域连接有像素选择线，而P+区域6连接有信号线。此型态在上述各实施形态中可共通适用。
在第1实施形态的图1A中，N区域4与P+区域6相连接。但不限定于此，N区域4与P+区域6即使分开亦可获得相同的效果。
在上述各实施形态中，虽是使用1个像素、或3×3像素构成的固体摄像器件，但本发明的技术思想当然亦可适用在像素配置为一维、或配置为二维状的固体摄像器件。
在适用本发明的技术思想的固体摄像器件中，像素的配置只要是1维像素配置，较佳为例如直线状、锯齿状等，只要是2维像素配置，则较佳为直线格子状、蜂窝（honeycomb）状等，但不限定于该等形状。
此外，上述各实施形态的岛状半导体SP、P11、P33的形状可设为圆柱、六角形、或其它形状。
图2C所示的电压波形所示的动作，虽设为图1A所示的剖面构造的固体摄像器件，但只要是图2所示的信号线N+区域2、P+区域5及P+区域6的电位关系在信号电荷去除期间获得的固体摄像器件，则可适用在上述各实施形态。
在图3B中，对于光遮蔽导体层18a施加接地电压（=0V）。但不限定于此，即使施加接近接地电压的低电平电压，亦可获得与上述各实施形态相同的效果。
此外，在上述各实施形态中，虽是设为通过光照射在像素内产生信号电荷的固体摄像器件，但本发明的技术思想当然亦可适用在通过可视光、紫外线、红外线、X线、其它电磁线、放射线、电子线等的电磁能量波的照射而在像素产生信号电荷的其它半导体器件。
综上所述，虽已列举多个实施形态详细说明了本发明，但本发明的范围不限定于上述各实施形态。由本领域技术人员所进行的改良、置换、组合等，在不超越本发明的技术思想下，均包含于本发明的范围中。