JP2005183978A - Signal charge converter for charge transfer element, output circuit, and imaging system - Google Patents

Signal charge converter for charge transfer element, output circuit, and imaging system Download PDF

Info

Publication number
JP2005183978A
JP2005183978A JP2004365083A JP2004365083A JP2005183978A JP 2005183978 A JP2005183978 A JP 2005183978A JP 2004365083 A JP2004365083 A JP 2004365083A JP 2004365083 A JP2004365083 A JP 2004365083A JP 2005183978 A JP2005183978 A JP 2005183978A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fet
driver
gate insulating
insulating film
thickness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2004365083A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Jae-Seob Roh
宰燮 盧
Deok Hyung Lee
徳炯 李
Jung-Hyun Nam
丁鉉 南
Jeong-Ho Lyu
政▲ホ▼ 柳
I Tae Kim
利泰 金
Hae-Kyung Kong
海慶 孔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US10/874,042 external-priority patent/US20050127457A1/en
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of JP2005183978A publication Critical patent/JP2005183978A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/148Charge coupled imagers
    • H01L27/14806Structural or functional details thereof
    • H01L27/14812Special geometry or disposition of pixel-elements, address lines or gate-electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H01L27/14614Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor having a special gate structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14643Photodiode arrays; MOS imagers

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a signal charge converter for a charge transfer element. <P>SOLUTION: The signal converter includes a first driver FET of a first stage that receives a signal charge and converts the signal charge to a voltage. Subsequent driver FETs are connected to an output of the first driver FET, and gate insulating films of subsequent drivers include reduced thicknesses. The subsequent driver FETs constitute a second stage or a third stage. The reduced thicknesses of the gate insulating films of the subsequent driver FETs increase a voltage gain AV<SB>total</SB>without decreasing charge transfer efficiency, and raises the entire sensitivity of the signal converter. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、イメージングシステムでのCCD(Charge Coupled Device)のような電荷伝送素子に係り、更に詳しくは、高い感度で電荷伝送素子からの信号電荷を電圧に変換させる信号電荷コンバータに関する。   The present invention relates to a charge transfer device such as a CCD (Charge Coupled Device) in an imaging system, and more particularly to a signal charge converter that converts signal charge from the charge transfer device into a voltage with high sensitivity.

図1は、フォトダイオード102のようなフォトダイオードアレイを含むイメージングシステム100を示す図面である。   FIG. 1 illustrates an imaging system 100 that includes a photodiode array, such as photodiode 102.

図1を参照すれば、各フォトダイオードは、フォトダイオードのピクセル位置での照度を示す信号電荷を蓄積する。垂直型の埋め込まれた電荷結合素子(buried charge coupled device:以下、BCCD)は、フォトダイオードの各列に沿って配置されるが、例えば、第1列には第1垂直型BCCDが、第2列には第2垂直型BCCDが、最後の列には最後の垂直型BCCDが配置される。   Referring to FIG. 1, each photodiode accumulates a signal charge indicating the illuminance at the pixel position of the photodiode. A vertical embedded charge coupled device (hereinafter referred to as a BCCD) is disposed along each column of photodiodes. For example, the first vertical BCCD is arranged in the first column, and the second vertical CCD (second CCD) is arranged in the second column. The second vertical type BCCD is arranged in the column, and the last vertical type BCCD is arranged in the last column.

各垂直型BCCDは、フォトダイオードの列からの信号電荷を水平型BCCD110に伝達する。水平型BCCD110は、垂直型BCCDからの信号電荷を、図1で点線で示した出力回路112に伝達する。出力回路112は水平型BCCD110からの信号電荷を電圧Voutに変化させる。 Each vertical BCCD transmits the signal charge from the photodiode row to the horizontal BCCD 110. The horizontal type BCCD 110 transmits the signal charge from the vertical type BCCD to the output circuit 112 indicated by a dotted line in FIG. The output circuit 112 changes the signal charge from the horizontal type BCCD 110 to the voltage Vout .

出力回路112の内部には、出力MOS電界効果トランジスタ(metal oxide semiconductor field effect transistor:以下、MOSFET)114が水平型BCCD110及び電荷蓄積領域116の間に連結される。その他にも、リセットMOSFET118がリセット電圧Vresetソース及び電荷蓄積領域116の間に連結される。電荷蓄積領域116は、通常的に、水平型BCCD110からの信号電荷を蓄積する高濃度にドープされた接合である。出力MOSFET114には、水平型BCCDの最後の段からの信号電荷を電荷蓄積領域116の電荷ロード120に伝達するためのバイアスが印加される。 An output MOS field effect transistor (hereinafter referred to as a MOSFET) 114 is connected between the horizontal BCCD 110 and the charge storage region 116 in the output circuit 112. In addition, a reset MOSFET 118 is connected between the reset voltage V reset source and the charge storage region 116. The charge storage region 116 is typically a heavily doped junction that stores signal charge from the horizontal BCCD 110. A bias is applied to the output MOSFET 114 to transmit the signal charge from the last stage of the horizontal type BCCD to the charge load 120 of the charge storage region 116.

リセットMOSFET118は、電荷蓄積領域116の電荷ロード120をリセット電圧Vresetにリセットさせるためにターンオンされる。リセットコントロール信号RESETは、リセットMOSFET118のゲートに印加される。通常的に、リセットMOSFET118は、水平型BCCD110からの信号電荷が電荷蓄積領域116によって蓄積されている時にターンオフ状態を維持する。 The reset MOSFET 118 is turned on to reset the charge load 120 in the charge storage region 116 to the reset voltage V reset . The reset control signal RESET is applied to the gate of the reset MOSFET 118. In general, the reset MOSFET 118 maintains a turn-off state when the signal charge from the horizontal type BCCD 110 is accumulated by the charge accumulation region 116.

信号コンバータ122は、電荷蓄積領域116に連結されるが、電荷蓄積領域116で蓄積された信号電荷を、対応する電圧Voutに変換させるためのものである。そのような電圧Voutレベルは、電荷蓄積領域116で蓄積された信号電荷の量を示し、したがって、そのような信号電荷に対応する照度の強度を示す。 The signal converter 122 is connected to the charge storage region 116 and converts the signal charge stored in the charge storage region 116 into a corresponding voltage Vout . Such a voltage Vout level indicates the amount of signal charge stored in the charge storage region 116, and thus indicates the intensity of illuminance corresponding to such signal charge.

図2は、従来技術に係り、点線で示した信号コンバータ122の一例を示した図である。図2で、図1と同じ参照符号を有する要素は同様の構造及び機能を有する。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the signal converter 122 indicated by a dotted line in the related art. 2, elements having the same reference numerals as those in FIG. 1 have the same structure and function.

図2を参照すれば、信号コンバータ122は、第1ソースフォロアステージ133を構成する第1ドライバMOSFET132及び第1ロードMOSFET134を含む。その他にも、第2ソースフォロアステージ139を構成する第2ドライバMOSFET136及び第2ロードMOSFET138を含む。更に、第3ソースフォロアステージ143を構成する第3ドライバMOSFET140及び第3ロードMOSFET142を含む。   Referring to FIG. 2, the signal converter 122 includes a first driver MOSFET 132 and a first load MOSFET 134 that constitute a first source follower stage 133. In addition, a second driver MOSFET 136 and a second load MOSFET 138 constituting the second source follower stage 139 are included. Further, a third driver MOSFET 140 and a third load MOSFET 142 constituting the third source follower stage 143 are included.

各ソースフォロアステージ内には、それぞれのドライバMOSFETのソースがそれぞれのロードMOSFETのドレインに連結される。ドライバMOSFET132、136、140のドレインは高いバイアス電圧VDDに連結され、ロードMOSFET134、138、142のソースは低いバイアス電圧GNDに連結される。ロードMOSFET134、138、142のゲートは、図2の例ではGNDで示したゲートバイアス電圧に連結される。   Within each source follower stage, the source of the respective driver MOSFET is coupled to the drain of the respective load MOSFET. The drains of the driver MOSFETs 132, 136, 140 are connected to a high bias voltage VDD, and the sources of the load MOSFETs 134, 138, 142 are connected to a low bias voltage GND. The gates of the load MOSFETs 134, 138, and 142 are connected to a gate bias voltage indicated by GND in the example of FIG.

第1ドライバMOSFET132のゲートは電荷蓄積領域116に連結される。次のドライバMOSFETのゲートは前のドライバMOSFETのソースに連結される。したがって、第2ドライバMOSFET136のゲートは第1ドライバMOSFET132のソースに連結され、第3ドライバMOSFET140のゲートは第2ドライバMOSFET132のソースに連結される。それぞれのドライバMOSFETのゲート及びドライバMOSFETのソースは、それぞれ対応するソースフォロアステージの入力及び出力である。   The gate of the first driver MOSFET 132 is connected to the charge storage region 116. The gate of the next driver MOSFET is coupled to the source of the previous driver MOSFET. Accordingly, the gate of the second driver MOSFET 136 is connected to the source of the first driver MOSFET 132, and the gate of the third driver MOSFET 140 is connected to the source of the second driver MOSFET 132. The gate of each driver MOSFET and the source of the driver MOSFET are the input and output of the corresponding source follower stage, respectively.

第1ドライバMOSFET132は、エンハンスメント型MOSFETで具現されるに対し、他のMOSFET134、136、138、140、142はディプリーション型MOSFETで具現される。通常的は、エンハンスメント型MOSFETは、ゲート−ソース間の電圧VGSが0Vである時に導電が発生しないことに対し、ディプリーション型MOSFETは、ゲート−ソース間の電圧VGSが0Vである時にソースとドレインとの間に導電チャンネルを有する。 The first driver MOSFET 132 is implemented as an enhancement type MOSFET, while the other MOSFETs 134, 136, 138, 140, and 142 are implemented as depletion type MOSFETs. Typically, the enhancement-type MOSFET, the gate - to be conductive is not generated when the voltage V GS between the source is 0V, depletion type MOSFET, gate - when the voltage V GS between the source is 0V A conductive channel is provided between the source and the drain.

信号コンバータ122の感度Sは、信号コンバータ122の質を示す性質である。信号コンバータ122の感度Svは次の数式1で示す。 The sensitivity Sv of the signal converter 122 is a property indicating the quality of the signal converter 122. The sensitivity Sv of the signal converter 122 is expressed by the following formula 1.

[数1]
=CE×AVtotal
[Equation 1]
S v = CE × AV total

前記数式1で、CEは電荷伝送効率を示し、またAVtotalは信号コンバータ122の3つのソースフォロアステージ133、139、142を通じる全体電圧利得を示す。このAVtotalは次に数式2で示す。 In Equation 1, CE represents the charge transfer efficiency, and AV total represents the overall voltage gain through the three source follower stages 133, 139 and 142 of the signal converter 122. This AV total is expressed by Equation 2 below.

[数2]
AVtotal=AV1st×AV2nd×AV3rd
[Equation 2]
AV total = AV 1st × AV 2nd × AV 3rd

前記数式2で、AV1stは第1ソースフォロアステージ133の電圧利得を示し、AV2ndは第2ソースフォロアステージ139の電圧利得を示し、またAV3rdは第3ソースフォロアステージ143の電圧利得を示す。各ソースフォロアステージの電圧利得AVは下記の数式3で示す。 In Equation 2, AV 1st represents the voltage gain of the first source follower stage 133, AV 2nd represents the voltage gain of the second source follower stage 139, and AV 3rd represents the voltage gain of the third source follower stage 143. . The voltage gain AV of each source follower stage is expressed by Equation 3 below.

[数3]
AV=g/(g+gds+gmb
[Equation 3]
AV = g m / (g m + g ds + g mb)

前記数式3で、gはトランスコンダクタンスを示し、gdsはチャンネルを通じるコンダクタンスを示し、またgmbはソースフォロアステージのドライバMOSFETに対するバックゲートトランスコンダクタンスを示す。ドライバMOSFETに対するトランスコンダクタンスgは下記の数式4で示す。 In Equation 3, g m represents transconductance, g ds represents conductance through the channel, and g mb represents back gate transconductance for the driver MOSFET of the source follower stage. The transconductance g m for the driver MOSFET is shown in Equation 4 below.

[数4]
=[2μOXOX(W/L)I1/2
[Equation 4]
g m = [2 μ OX C OX (W / L) ID ] 1/2

前記数式4で、μOXは電荷移動度を示し、COXはゲートキャパシタンスを示し、Wはゲート幅を示し、Lはゲート長を示し、またIはドレイン電流を示す。その他にも、電荷伝送効率CEは下記の数式5で示す。 In Equation 4, μ OX represents charge mobility, C OX represents gate capacitance, W represents gate width, L represents gate length, and ID represents drain current. In addition, the charge transfer efficiency CE is expressed by Equation 5 below.

[数5]
CE=q/C[CFD+CGS+CGD+C
[Equation 5]
CE = q / C S [C FD + C GS + C GD + C G ]

前記数式5で、qは電子電荷を示し、Cは電荷蓄積領域116のストレージロード120での全体キャパシタンスを示す。 In Equation 5, q denotes the electron charge, C S denotes the total capacitance at the storage node 120 of the charge accumulation region 116.

図3は出力MOSFET114、電荷蓄積領域116、リセットMOSFET118及び第1ドライバMOSFET132のレイアウト図である。   FIG. 3 is a layout diagram of the output MOSFET 114, the charge storage region 116, the reset MOSFET 118, and the first driver MOSFET 132.

図3を参照すれば、各構成要素は、電荷蓄積領域116のストレージロード120に連結される。出力MOSFET114は、ドレイン154及びソース156の間に配置されるゲート152を含む。リセットMOSFET118は、ドレイン160及びソース154の間に配置されるゲート158を含む。その他にも、第1ドライバMOSFET132は、ドレイン164及びソース166の間に配置されるゲート162を含む。したがって、ストレージロード120での全体キャパシタンスCは、フローティング拡散ジャンクション116のキャパシタンスCFDと、リセットMOSFET118のゲート158とソース154との間、すなわち、図3で点線で示したオーバーラップ領域172内のオーバーラップキャパシタンスCGSと、出力MOSFET114のゲート152とドレイン154との間、すなわち、図3で点線で示したオーバーラップ領域174内のオーバーラップキャパシタンスCGDと、また第1ドライバMOSFET132のゲートキャパシタンスCと、を含む。 Referring to FIG. 3, each component is connected to the storage load 120 of the charge storage region 116. Output MOSFET 114 includes a gate 152 disposed between drain 154 and source 156. Reset MOSFET 118 includes a gate 158 disposed between drain 160 and source 154. In addition, the first driver MOSFET 132 includes a gate 162 disposed between the drain 164 and the source 166. Accordingly, the total capacitance C S at storage load 120 is between capacitance C FD of floating diffusion junction 116 and between gate 158 and source 154 of reset MOSFET 118, ie, in the overlap region 172 shown in dotted lines in FIG. The overlap capacitance C GS , the overlap capacitance C GD between the gate 152 and the drain 154 of the output MOSFET 114, that is, in the overlap region 174 shown by the dotted line in FIG. 3, and the gate capacitance C of the first driver MOSFET 132 G.

図4は、特許文献1に開示されている信号コンバータの実施例122Aを示した図面である。
米国特許第5,432,364号公報
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment 122A of a signal converter disclosed in Patent Document 1. In FIG.
US Pat. No. 5,432,364

図4を参照すれば、前記信号コンバータ122Aは、3つのソースフォロアステージのための3つのドライバMOSFET132、136、140と、それに対応する3つのロードMOSFET134、138、142と、を用いる。第1ドライバMOSFET132のドレインは、抵抗器182を介して電源VDDに連結され、第2ロードMOSFET138のソースは、レジスタ184を介して接地GNDに連結される。ゲートバイアス電圧ソース188及びゲートバイアスキャパシタ190は、ロードMOSFET134、138、142のゲートに連結される。   Referring to FIG. 4, the signal converter 122A uses three driver MOSFETs 132, 136, 140 for three source follower stages and three corresponding load MOSFETs 134, 138, 142. The drain of the first driver MOSFET 132 is connected to the power supply VDD via the resistor 182, and the source of the second load MOSFET 138 is connected to the ground GND via the resistor 184. Gate bias voltage source 188 and gate bias capacitor 190 are coupled to the gates of load MOSFETs 134, 138, 142.

図4の信号コンバータ122Aの動作は、図2の信号コンバータ122の動作と類似している。しかし、図4及び図5に示されたように、第1ドライバMOSFET132のゲート絶縁膜192が第2ドライバMOSFET136のゲート絶縁膜194より更に薄い。   The operation of the signal converter 122A in FIG. 4 is similar to the operation of the signal converter 122 in FIG. However, as shown in FIGS. 4 and 5, the gate insulating film 192 of the first driver MOSFET 132 is thinner than the gate insulating film 194 of the second driver MOSFET 136.

図5は、特許文献に開示されている第1及び第2ドライバMOSFET132、136の断面図である。   FIG. 5 is a cross-sectional view of the first and second driver MOSFETs 132 and 136 disclosed in the patent document.

図5を参照すれば、第1及び第2ドライバMOSFET132、136はPウエル196内に形成される。第1ドライバMOSFET132はゲート132A、ドレイン132B及びソース132Cを含み、第2ドライバMOSFET136はゲート136A、ドレイン136B及びソース136Cを含む。配線構造体198は、第1ドライバMOSFET132のソース132Cと第3ドライバMOSFET136のゲート136Aとを連結する。   Referring to FIG. 5, the first and second driver MOSFETs 132 and 136 are formed in the P well 196. The first driver MOSFET 132 includes a gate 132A, a drain 132B, and a source 132C, and the second driver MOSFET 136 includes a gate 136A, a drain 136B, and a source 136C. The wiring structure 198 connects the source 132C of the first driver MOSFET 132 and the gate 136A of the third driver MOSFET 136.

図4及び図5を共に参照すれば、第1ドライバMOSFET132のゲート絶縁膜192の厚さは、第2ドライバMOSFET136のように信号コンバータ122A内の他のMOSFETの厚さより薄く、それによって1/fノイズが減少する。その他にも、第1ドライバMOSFET132のトランスコンダクタンスgが増加するにつれて、第1ソースフォロアステージの電圧利得AV1stも増加する。 Referring to FIGS. 4 and 5 together, the thickness of the gate insulating film 192 of the first driver MOSFET 132 is thinner than that of other MOSFETs in the signal converter 122A, such as the second driver MOSFET 136, thereby reducing the 1 / f Noise is reduced. Besides, as the transconductance g m of the first driver MOSFET132 increases, so does the voltage gain AV 1st of the first source follower stage.

しかし、減少されたゲート絶縁膜192の厚さは、第1ドライバMOSFET132のゲートキャパシタンスCGを増加させるため、電荷伝送効率を減少させてしまう。その結果、従来技術に係る信号コンバータ122Aの全体感度が必ずしも増加するものではなく、単に第1ドライバMOSFET132のゲート絶縁膜192の厚さの減少だけでも更に悪化することもある。   However, the reduced thickness of the gate insulating film 192 increases the gate capacitance CG of the first driver MOSFET 132, thus reducing the charge transfer efficiency. As a result, the overall sensitivity of the signal converter 122A according to the prior art does not necessarily increase, and it may be further deteriorated simply by reducing the thickness of the gate insulating film 192 of the first driver MOSFET 132.

それにも拘わらず、信号コンバータの全体感度が増加することは、イメージングシステムを更に高品質にする。したがって、信号コンバータは、イメージングシステムの品質向上のために、増加した全体感度を有することが要求される。   Nevertheless, increasing the overall sensitivity of the signal converter makes the imaging system even higher quality. Therefore, the signal converter is required to have an increased overall sensitivity in order to improve the quality of the imaging system.

本発明が達成しようとする技術的課題は、第1ドライバFETの後続の少なくともいずれか一つのドライバFETのゲート絶縁膜の厚さを減少させて、信号コンバータの全体感度を増加させることである。   The technical problem to be achieved by the present invention is to increase the overall sensitivity of the signal converter by reducing the thickness of the gate insulating film of at least one driver FET subsequent to the first driver FET.

前記技術的課題を達成するために、本発明の一実施例に係る信号コンバータは、信号電荷を電圧に変換させる信号コンバータにおいて、前記信号電荷を受ける第1ドライバFETと、前記第1ドライバFETの出力に連結されるが、前記信号コンバータの少なくともいずれか一つの他のFETのゲート絶縁膜の厚さより薄い厚さのゲート絶縁膜を有する前記第1ドライバFETに連結される後続ドライバFETと、を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above technical problem, a signal converter according to an embodiment of the present invention is a signal converter that converts a signal charge into a voltage, and includes a first driver FET that receives the signal charge, and a first driver FET that receives the signal charge. A subsequent driver FET coupled to the first driver FET having a gate insulation thickness that is coupled to an output but having a thickness less than a gate insulation thickness of at least one other FET of the signal converter; It is characterized by providing.

前記第1ドライバFETは第1ステージに配置され、前記後続ドライバFETは前記第1ステージの次の第2ステージに配置されることが好ましい。   Preferably, the first driver FET is disposed in a first stage, and the subsequent driver FET is disposed in a second stage next to the first stage.

その場合、前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記第1ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さより薄いこともある。前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記第1ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さと同じであることもある。そして、前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記第1ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さより厚いこともある。   In that case, the thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET may be smaller than the thickness of the gate insulating film of the first driver FET. The thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET may be the same as the thickness of the gate insulating film of the first driver FET. The gate insulating film of the subsequent driver FET may be thicker than the gate insulating film of the first driver FET.

前記第1ドライバFETは第1ステージに配置され、前記後続ドライバFETは、第2ドライバFETを有する第2ステージを介して前記第1ステージに連結される第3ステージに配置されることが好ましい。   Preferably, the first driver FET is disposed on a first stage, and the subsequent driver FET is disposed on a third stage connected to the first stage via a second stage having a second driver FET.

その場合、前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記第1ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さより薄いこともある。前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記第1ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さと同じであることもある。前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記第1ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さより厚いこともある。そして、前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記第1及び第2ドライバFETの同じゲート絶縁膜の厚さより薄いこともある。   In that case, the thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET may be smaller than the thickness of the gate insulating film of the first driver FET. The thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET may be the same as the thickness of the gate insulating film of the first driver FET. The gate insulating film of the subsequent driver FET may be thicker than the gate insulating film of the first driver FET. The gate insulating film of the subsequent driver FET may be thinner than the same gate insulating film of the first and second driver FETs.

本実施例において、前記後続ドライバFETに連結されて出力電圧を発生させる最終ドライバFETを更に備え得る。   In this embodiment, a final driver FET connected to the subsequent driver FET to generate an output voltage may be further included.

その場合、前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記最終ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さより薄いこともある。前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記最終ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さと同じであることもある。前記最終ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さより薄いこともある。前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記第1及び最終ドライバFETの同じゲート絶縁膜の厚さより薄いこともある。そして、前記それぞれのドライバFETは、それぞれのロードFETに連結され得る。その時、前記それぞれのドライバFETは、前記ロードFETの少なくともいずれか一つのゲート絶縁膜の厚さより薄い、同じゲート絶縁膜の厚さを有することもある。   In that case, the thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET may be smaller than the thickness of the gate insulating film of the final driver FET. The thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET may be the same as the thickness of the gate insulating film of the final driver FET. The gate insulating film of the final driver FET may be thinner than the gate insulating film of the subsequent driver FET. The gate insulating film of the subsequent driver FET may be thinner than the same gate insulating film of the first and final driver FETs. The respective driver FETs can be connected to respective load FETs. At this time, each of the driver FETs may have the same gate insulating film thickness that is thinner than the thickness of at least one of the load FETs.

前記それぞれのドライバFETは、それぞれのロードFETに連結され得る。   The respective driver FETs can be coupled to respective load FETs.

その場合、前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記ロードFETの少なくともいずれか一つのゲート絶縁膜の厚さより薄いこともある。前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、あらゆる前記ロードFETのそれぞれのゲート絶縁膜の厚さより薄いこともある。それぞれのロードFETは、それぞれの抵抗器を介してグラウンドに連結され得る。それぞれのロードFETは、同じ抵抗器を介してグラウンドに共に連結され得る。   In that case, the thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET may be smaller than the thickness of at least one gate insulating film of the load FET. The thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET may be smaller than the thickness of the respective gate insulating film of every load FET. Each load FET can be coupled to ground through a respective resistor. Each load FET can be coupled together to ground through the same resistor.

前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記信号コンバータのあらゆる他のFETのそれぞれのゲート絶縁膜の厚さより薄いこともある。   The thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET may be thinner than the thickness of the respective gate insulating film of every other FET of the signal converter.

前記第1ドライバFETはエンハンスメント型MOSFETであり、前記信号コンバータのあらゆる他のFETはディプリーション型MOSFETであることが好ましい。   Preferably, the first driver FET is an enhancement type MOSFET, and every other FET of the signal converter is a depletion type MOSFET.

前記ドライバFETはそれぞれソースフォロアより構成できる。   Each of the driver FETs can be composed of a source follower.

前記第1ドライバFETは隔離されたウエル内に形成され得る。   The first driver FET may be formed in an isolated well.

前記信号電荷は電荷結合素子から出力され得る。   The signal charge can be output from a charge coupled device.

前記技術的課題を達成するために、本発明の他の実施例に係る信号コンバータは、信号電荷を電圧に変換させる信号コンバータにおいて、ドライバFET及びロードFETを備え、最初のステージからは信号電荷を受け、それぞれの後続ステージは以前ステージから電圧を受けるように構成された複数個のステージと、前記信号コンバータの電荷伝達効率を減少させずに電圧利得を増加させる電圧利得増加手段と、を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above technical problem, a signal converter according to another embodiment of the present invention includes a driver FET and a load FET in a signal converter for converting a signal charge into a voltage, and the signal charge from the first stage. And each subsequent stage comprises a plurality of stages configured to receive a voltage from the previous stage, and voltage gain increasing means for increasing the voltage gain without decreasing the charge transfer efficiency of the signal converter. It is characterized by.

前記ドライバFETは、それぞれソースフォロアを構成することが好ましい。   Each of the driver FETs preferably constitutes a source follower.

前記各ステージのロードFETのソースは、それぞれの抵抗器を介してグラウンドに連結され得る。   The source of each stage load FET may be coupled to ground through a respective resistor.

前記各ステージのロードFETのソースは、同じ抵抗器を介してグラウンドに連結され得る。   The source of each stage load FET may be coupled to ground through the same resistor.

前記最初のステージのドライバFETは、孤立したウエル内に形成され得る。   The first stage driver FET may be formed in an isolated well.

前記最初のステージのドライバFETは、ゲートキャパシタンスを最小化する大きさを有し、最終ステージのドライバFETは、前記最終ステージの出力に連結されるロードを駆動するに十分な電流を供給できる大きさを有し、また中間ステージのドライバFETは、前記最初のステージ及び最終ステージのドライバFET間での電流を増幅させる大きさを有することが好ましい。   The first stage driver FET is sized to minimize gate capacitance, and the final stage driver FET is sized to provide sufficient current to drive a load coupled to the output of the final stage. The intermediate stage driver FET preferably has a magnitude for amplifying a current between the first stage and final stage driver FETs.

前記技術的課題を達成するために、本発明に係る信号伝達素子の出力回路は、前記信号伝達素子からの電荷を蓄積して信号電荷を発生させる信号蓄積領域と、前記信号電荷を受ける第1ドライバFET及び、前記第1ドライバFETの出力に連結され、前記信号コンバータの少なくともいずれか一つの他のFETのゲート絶縁膜の厚さより薄いゲート絶縁膜の厚さを有する後続ドライバFETを備えて、前記信号電荷を電圧に変換させる信号コンバータと、前記信号蓄積領域をリセット電圧にリセットさせるようにターンオンされるリセットFETと、前記電荷伝達素子から前記信号蓄積領域に電荷を伝達するようにターンオンされる出力FETと、を含むことを特徴とする。   In order to achieve the technical problem, an output circuit of a signal transmission element according to the present invention includes a signal accumulation region for accumulating charge from the signal transmission element to generate a signal charge, and a first receiving the signal charge. A driver FET and a subsequent driver FET coupled to the output of the first driver FET and having a gate insulating film thickness less than a gate insulating film thickness of at least one other FET of the signal converter; A signal converter that converts the signal charge into a voltage; a reset FET that is turned on to reset the signal storage region to a reset voltage; and a turn-on that transmits charge from the charge transfer element to the signal storage region. And an output FET.

前記第1ドライバFETは第1ステージを構成し、前記後続ドライバFETは前記第1ステージの次の第2ステージを構成できる。   The first driver FET may constitute a first stage, and the subsequent driver FET may constitute a second stage subsequent to the first stage.

前記第1ドライバFETは第1ステージを構成し、前記後続ドライバFETは、第2ステージを介して前記第1ステージと連結される第3ステージを構成できる。   The first driver FET may constitute a first stage, and the subsequent driver FET may constitute a third stage connected to the first stage via a second stage.

本発明において、前記後続ドライバFETの出力に連結されて出力電圧を発生させる最終ドライバFETを更に備え得る。   The present invention may further include a final driver FET connected to the output of the subsequent driver FET to generate an output voltage.

その場合、前記それぞれのドライバFETは、それぞれのロードFETに連結され得る。その時、前記それぞれのドライバFETは、前記ロードFETの少なくともいずれか一つのゲート絶縁膜の厚さより薄い、同じゲート絶縁膜の厚さを有し得る。   In that case, the respective driver FETs may be coupled to respective load FETs. In this case, each of the driver FETs may have the same gate insulating film thickness that is thinner than the thickness of at least one gate insulating film of the load FET.

前記ドライバFETはそれぞれソースフォロアを構成できる。   Each of the driver FETs can constitute a source follower.

前記それぞれのドライバFETは、それぞれのロードFETに連結され得る。その場合、前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記ロードFETの少なくともいずれか一つのゲート絶縁膜の厚さより薄いこともある。それぞれのロードFETは、それぞれの抵抗器を介してグラウンドに連結され得る。それぞれのロードFETは、同じ抵抗器を介してグラウンドに共に連結され得る。   The respective driver FETs can be coupled to respective load FETs. In that case, the thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET may be smaller than the thickness of at least one gate insulating film of the load FET. Each load FET can be coupled to ground through a respective resistor. Each load FET can be coupled together to ground through the same resistor.

前記第1ドライバFETはエンハンスメント型MOSFETであり、前記信号コンバータの他のあらゆるFETはディプリーション型MOSFETであることが好ましい。   Preferably, the first driver FET is an enhancement type MOSFET, and every other FET of the signal converter is a depletion type MOSFET.

前記第1ドライバFETは孤立したウエル内に形成され得る。   The first driver FET may be formed in an isolated well.

前記電荷伝達素子は電荷結合素子であり得る。   The charge transfer element may be a charge coupled element.

前記技術的課題を達成するために、本発明に係るイメージングシステムは、それぞれの信号電荷を蓄積するそれぞれのフォトダイオードよりなるフォトダイオードアレイと、前記フォトダイオードアレイに連結されて、それぞれのフォトダイオードからのそれぞれの信号電荷をシフトする少なくともいずれか一つの信号伝達素子と、前記電荷伝達素子からシフトされたそれぞれの信号電荷を蓄積する信号蓄積領域と、前記それぞれの信号電荷を受ける第1ドライバFET、及び前記第1ドライバFETの出力に連結され、前記信号コンバータの少なくともいずれか一つの他のFETのゲート絶縁膜の厚さより薄いゲート絶縁膜の厚さを有する後続ドライバFETを備えて、前記信号蓄積領域に蓄積されたそれぞれの信号電荷を電圧に変換させる信号コンバータを含みつつ、少なくともいずれか一つの信号伝達素子に連結される出力回路と、を含むことを特徴とする。   In order to achieve the above technical problem, an imaging system according to the present invention includes a photodiode array that includes respective photodiodes that accumulate respective signal charges, and is connected to the photodiode array, and is connected to each photodiode. At least one signal transfer element that shifts each signal charge, a signal storage region that stores each signal charge shifted from the charge transfer element, and a first driver FET that receives each signal charge, And a subsequent driver FET coupled to the output of the first driver FET and having a gate insulating film thickness that is less than a gate insulating film thickness of at least one other FET of the signal converter. Each signal charge accumulated in the area is converted to voltage While it includes a signal converter, characterized in that it comprises an output circuit coupled to at least one of the signal transmission element.

前記第1ドライバFETは第1ステージを構成し、前記後続ドライバFETは、前記第1ステージの次の第2ステージを構成できる。   The first driver FET may constitute a first stage, and the subsequent driver FET may constitute a second stage subsequent to the first stage.

前記第1ドライバFETは、第2ステージを介して前記第1ステージに連結される第3ステージを構成することもある。   The first driver FET may constitute a third stage connected to the first stage through a second stage.

前記信号コンバータは、前記後続ドライバFETの出力に連結されて、出力電圧を発生させる最終ドライバFETを更に備え得る。   The signal converter may further comprise a final driver FET coupled to the output of the subsequent driver FET to generate an output voltage.

その場合、前記それぞれのドライバFETは、それぞれのロードFETに連結され得る。その時、前記ドライバFETのそれぞれは、前記ロードFETの少なくともいずれか一つのゲート絶縁膜の厚さより薄い、同じゲート絶縁膜の厚さを有し得る。   In that case, the respective driver FETs may be coupled to respective load FETs. At this time, each of the driver FETs may have the same gate insulating film thickness that is thinner than the thickness of at least one gate insulating film of the load FET.

前記各ドライバFETは。それぞれのロードFETに連結され得る。   Each driver FET is. Each load FET can be connected.

その場合、前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記ロードFETの少なくともいずれか一つのゲート絶縁膜の厚さより薄いこともある。それぞれのロードFETは、抵抗器を介してグラウンドに連結され得る。そして、それぞれのロードFETは、同じ抵抗器を介してグラウンドに共に連結されることもある。   In that case, the thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET may be smaller than the thickness of at least one gate insulating film of the load FET. Each load FET can be coupled to ground through a resistor. And each load FET may be connected together to the ground through the same resistor.

前記ドライバFETはそれぞれソースフォロアを構成できる。   Each of the driver FETs can constitute a source follower.

第1ドライバFETはエンハンスメント型MOSFETであり、前記信号コンバータのあらゆる他のFETはディプリーション型MOSFETであることが好ましい。   Preferably, the first driver FET is an enhancement type MOSFET, and every other FET of the signal converter is a depletion type MOSFET.

前記第1ドライバFETは孤立したウエル内に形成され得る。   The first driver FET may be formed in an isolated well.

前記電荷伝達素子は電荷結合素子であり得る。   The charge transfer element may be a charge coupled element.

前記出力回路は、前記電荷蓄積領域をリセット電圧にリセットさせるようにターンオンされるリセットFETと、前記電荷伝達素子からのそれぞれの信号電荷を前記電荷蓄積領域に伝達するようにターンオンされつつ、前記リセットFETをターンオフさせる出力FETと、を更に備え得る。   The output circuit includes a reset FET that is turned on to reset the charge storage region to a reset voltage, and a reset FET that is turned on to transmit each signal charge from the charge transfer element to the charge storage region. And an output FET that turns the FET off.

本発明に係る電荷伝送素子のための信号電荷コンバータによれば、第1ドライバFETの後続の少なくともいずれか一つのドライバFETのゲート絶縁膜の厚さを減少させて、信号コンバータの全体感度を増加させ得る信号コンバータを提供できる。   According to the signal charge converter for the charge transfer device according to the present invention, the thickness of the gate insulating film of at least one driver FET subsequent to the first driver FET is decreased to increase the overall sensitivity of the signal converter. The signal converter which can be made to provide can be provided.

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。しかし、本発明の実施例は、多様な形態に変形でき、本発明の範囲が下記で詳述する実施例に限られるものではない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described in detail below.

図6を参照すれば、信号コンバータ202は、電荷蓄積領域204に蓄積された信号電荷を電圧Voutに変換しつつ感度を増加させる。本発明の一実施例で、図6の電荷蓄積領域116は、図1ないし図4の電荷蓄積領域116と同様に高濃度にドープされた接合で形成される。その他に、本発明は他の形態の電荷蓄積領域で具現され得る。 Referring to FIG. 6, the signal converter 202 increases the sensitivity while converting the signal charge accumulated in the charge accumulation region 204 into a voltage Vout . In one embodiment of the present invention, the charge storage region 116 of FIG. 6 is formed of a heavily doped junction similar to the charge storage region 116 of FIGS. In addition, the present invention may be implemented with other forms of charge storage regions.

前記信号コンバータ202は、第1ソースフォロアステージ206、第2ソースフォロアステージ208及び第3ソースフォロアステージ210を含む。第1ソースフォロアステージ206は、第1ドライバMOSFET212及び第1ロードMOSFET214を含む。第2ソースフォロアステージ208は、第2ドライバMOSFET216及び第2ロードMOSFET218を含む。第3ソースフォロアステージ210は、第3ドライバMOSFET220及び第3ロードMOSFET222を含む。   The signal converter 202 includes a first source follower stage 206, a second source follower stage 208, and a third source follower stage 210. The first source follower stage 206 includes a first driver MOSFET 212 and a first load MOSFET 214. The second source follower stage 208 includes a second driver MOSFET 216 and a second load MOSFET 218. The third source follower stage 210 includes a third driver MOSFET 220 and a third load MOSFET 222.

第1ドライバMOSFET212は高いバイアス電圧VDDに連結されるドレインと、第1ロードMOSFET214のドレインに連結されるソースと、また電荷蓄積領域204に連結されるゲートと、を有する。第1ロードMOSFET214は、ゲートバイアス電圧VGGに連結されるゲートと、第1ロード抵抗器R1を介してグラウンドに連結されるソースと、を有する。   The first driver MOSFET 212 has a drain connected to the high bias voltage VDD, a source connected to the drain of the first load MOSFET 214, and a gate connected to the charge storage region 204. The first load MOSFET 214 has a gate connected to the gate bias voltage VGG and a source connected to the ground via the first load resistor R1.

同様に、第2ドライバMOSFET216は、高いバイアス電圧VDDに連結されるドレインと、第2ロードMOSFET218のドレインに連結されるソースと、を有する。第2ドライバMOSFET220のゲートは、第1ソースフォロアステージ206の出力、すなわち、第1ドライバMOSFET212のソースと連結される。第2ロードMOSFET218は、ゲートバイアス電圧VGGに連結されるゲートと、第2ロード抵抗器R2を介してグラウンドに連結されるソースと、を有する。   Similarly, the second driver MOSFET 216 has a drain connected to the high bias voltage VDD and a source connected to the drain of the second load MOSFET 218. The gate of the second driver MOSFET 220 is connected to the output of the first source follower stage 206, that is, the source of the first driver MOSFET 212. The second load MOSFET 218 has a gate connected to the gate bias voltage VGG and a source connected to ground through the second load resistor R2.

第3ドライバMOSFET220は、高いバイアス電圧VDDに連結されるドレインと、第3ロードMOSFET222のドレインに連結されるソースと、を有する。第3ドライバMOSFET220のゲートは、第2ソースフォロアステージ206の出力、すなわち、第2ドライバMOSFET216のソースと連結される。第3ロードMOSFET222は、ゲートバイアス電圧VGGに連結されるゲートと、第3ロード抵抗器R3を介してグラウンドに連結されるソースと、を有する。第3ソースフォロアステージ210の出力は出力電圧Voutを提供する。 The third driver MOSFET 220 has a drain connected to the high bias voltage VDD and a source connected to the drain of the third load MOSFET 222. The gate of the third driver MOSFET 220 is connected to the output of the second source follower stage 206, that is, the source of the second driver MOSFET 216. The third load MOSFET 222 has a gate connected to the gate bias voltage VGG and a source connected to the ground via the third load resistor R3. The output of the third source follower stage 210 provides an output voltage Vout .

3つのソースフォロアステージ206、208、210が用いられる理由は、最終ステージ210の第3ドライバMOSFET220が、十分な速度を有するロードキャパシタ224を駆動させる程度の大きさを有するためである。例えば、通常的なロードキャパシタンスCは約10pFであるが、そのようなロードキャパシタンスを十分な速度で駆動するための第3ドライバMOSFET220の幅は約1,000μmである。 The reason why the three source follower stages 206, 208, and 210 are used is that the third driver MOSFET 220 of the final stage 210 is large enough to drive a load capacitor 224 having a sufficient speed. For example, although usually load capacitance C L is about 10 pF, the width of the third driver MOSFET220 for driving such load capacitance at a sufficient rate is about 1,000 .mu.m.

一方、最初のステージ206の第1ドライバMOSFET212の大きさ及び、それによるゲートキャパシタンスは、信号コンバータ202の電荷伝送効率を最大化できるように最小化することが要求される。第2ドライバMOSFET216は、第1ドライバMOSFET212から第3ドライバMOSFET220までの電流増幅を提供することで、第1ドライバMOSFET212と第3ドライバMOSFET220との間で円滑に遷移される。   On the other hand, the size of the first driver MOSFET 212 of the first stage 206 and the resulting gate capacitance are required to be minimized so that the charge transfer efficiency of the signal converter 202 can be maximized. The second driver MOSFET 216 smoothly transitions between the first driver MOSFET 212 and the third driver MOSFET 220 by providing current amplification from the first driver MOSFET 212 to the third driver MOSFET 220.

第1ドライバMOSFET212はエンハンスメント型MOSFETで具現するに対し、他のMOSFET214、216、218、220、222はそれぞれディプリーション型MOSFETで具現する。通常的に、エンハンスメント型MOSFETは、ゲート−ソース間の電圧VGSが0Vである時に導電が発生しないことに対し、ディプリーション型MOSFETはゲート−ソース間の電圧VGSが0Vである時、ソースとドレインとの間に導電チャンネルを有する。 The first driver MOSFET 212 is implemented as an enhancement type MOSFET, while the other MOSFETs 214, 216, 218, 220, and 222 are each implemented as a depletion type MOSFET. As usual, the enhancement-type MOSFET, the gate - when the voltage V GS between the source is 0V, - to the conductive does not occur when the voltage V GS between the source is 0V, depletion type MOSFET gate A conductive channel is provided between the source and the drain.

図7は、図6の信号コンバータ202のMOSFET212、214、216、218、220、222の断面図である。MOSFET212、214、216、218、220、222は、例えば、シリコンウエハーの半導体基板232のPウエル230内に形成されるNチャンネルMOSFETである。   7 is a cross-sectional view of the MOSFETs 212, 214, 216, 218, 220, 222 of the signal converter 202 of FIG. The MOSFETs 212, 214, 216, 218, 220, and 222 are, for example, N-channel MOSFETs formed in the P well 230 of the semiconductor substrate 232 of a silicon wafer.

第1ドライバMOSFET212は、ゲート212A、ゲート絶縁膜212B、ドレイン212C及びソース212Dを含む。第1ロードMOSFET214は、ゲート214A、ゲート絶縁膜214B、ドレイン214C、ソース214D、及びディプリーション型MOSFETとしてイオン注入された導電チャンネル214Eを含む。配線構造体234は、第1ドライバMOSFET212のソース212Dと第1ロードMOSFET214のドレイン214Cとを連結する。   The first driver MOSFET 212 includes a gate 212A, a gate insulating film 212B, a drain 212C, and a source 212D. The first load MOSFET 214 includes a gate 214A, a gate insulating film 214B, a drain 214C, a source 214D, and a conductive channel 214E ion-implanted as a depletion type MOSFET. The wiring structure 234 connects the source 212D of the first driver MOSFET 212 and the drain 214C of the first load MOSFET 214.

同様に、第2ドライバMOSFET216は、ゲート216A、ゲート絶縁膜216B、ドレイン216C、ソース216D及びディプリーション型MOSFETとしてイオン注入された導電チャンネル216Eを含む。第2ロードMOSFET218は、ゲート218A、ゲート絶縁膜218B、ドレイン218C、ソース218D及びディプリーション型MOSFETとしてイオン注入された導電チャンネル218Eを含む。配線構造体236は、第2ドライバMOSFET216のソース216Dと第2ロードMOSFET218のドレイン218Cとを連結する。   Similarly, the second driver MOSFET 216 includes a gate 216A, a gate insulating film 216B, a drain 216C, a source 216D, and a conductive channel 216E ion-implanted as a depletion type MOSFET. The second load MOSFET 218 includes a gate 218A, a gate insulating film 218B, a drain 218C, a source 218D, and a conductive channel 218E ion-implanted as a depletion type MOSFET. The wiring structure 236 connects the source 216D of the second driver MOSFET 216 and the drain 218C of the second load MOSFET 218.

第3ドライバMOSFET220は、ゲート220A、ゲート絶縁膜220B、ドレイン220C、ソース220D及びディプリーション型MOSFETとしてイオン注入された導電チャンネル220Eを含む。第3ロードMOSFET222は、ゲート222A、ゲート絶縁膜222B、ドレイン222C、ソース222D及びディプリーション型MOSFETとしてイオン注入された導電チャンネル222Eを含む。配線構造体238は、第3ドライバMOSFET220のソース220Dと第3ロードMOSFET222のドレイン222Cとを連結する。   The third driver MOSFET 220 includes a gate 220A, a gate insulating film 220B, a drain 220C, a source 220D, and a conductive channel 220E ion-implanted as a depletion type MOSFET. The third load MOSFET 222 includes a gate 222A, a gate insulating film 222B, a drain 222C, a source 222D, and a conductive channel 222E ion-implanted as a depletion type MOSFET. The wiring structure 238 connects the source 220D of the third driver MOSFET 220 and the drain 222C of the third load MOSFET 222.

第2ドライバMOSFET216のゲート絶縁膜216Bの厚さは、他のMOSFET212、214、218、220、222のそれぞれのゲート絶縁膜の厚さより薄い。図2の信号コンバータ122を参照して説明したように、信号コンバータ202の感度は次の数式6で示す。   The thickness of the gate insulating film 216B of the second driver MOSFET 216 is thinner than the thickness of each gate insulating film of the other MOSFETs 212, 214, 218, 220, 222. As described with reference to the signal converter 122 of FIG. 2, the sensitivity of the signal converter 202 is expressed by the following Equation 6.

[数6]
=CE×AVtotal
[Equation 6]
S v = CE × AV total

前記数式6で、CEは電荷伝送効率を示し、またAVtotalは、3つのソースフォロアステージ206、208、210を通じる全体電圧利得を示す。このAVtotalを次に数式7で示す。 In Equation (6), CE represents the charge transfer efficiency, and AV total represents the overall voltage gain through the three source follower stages 206, 208, and 210. This AV total is expressed by Equation 7 below.

[数7]
AVtotal=AV1st×AV2nd×AV3rd
[Equation 7]
AV total = AV 1st × AV 2nd × AV 3rd

前記数式7で、AV1stは第1ソースフォロアステージ206の電圧利得を示し、AV2ndは第2ソースフォロアステージ208の電圧利得を示し、またAV3rdは第3ソースフォロアステージ210の電圧利得を示す。各ソースフォロアステージの電圧利得AVは下記の数式8で示す。 In Equation 7, AV 1st represents the voltage gain of the first source follower stage 206, AV 2nd represents the voltage gain of the second source follower stage 208, and AV 3rd represents the voltage gain of the third source follower stage 210. . The voltage gain AV of each source follower stage is expressed by Equation 8 below.

[数8]
AV=g/(g+gds+gmb
[Equation 8]
AV = g m / (g m + g ds + g mb)

前記数式8で、gはトランスコンダクタンスを示し、gdsはチャンネルによるコンダクタンスを示し、またgmbはソースフォロアステージのドライバMOSFETに対するバックゲートを示す。ドライバMOSFETに対するトランスコンダクタンスgは下記の数式9で示す。 In Equation 8, g m represents transconductance, g ds represents channel conductance, and g mb represents a back gate for the driver MOSFET of the source follower stage. The transconductance g m for the driver MOSFET is expressed by Equation 9 below.

[数9]
=[2μOXOX(W/L)I1/2
[Equation 9]
g m = [2 μ OX C OX (W / L) ID ] 1/2

前記数式9で、μOXはドライバMOSFETの電荷移動度を示し、COXはゲートキャパシタンスを示し、Wはゲート幅を示し、Lはゲート長を示し、またIはドレイン電流を示す。 In Equation 9, μ OX represents the charge mobility of the driver MOSFET, C OX represents the gate capacitance, W represents the gate width, L represents the gate length, and ID represents the drain current.

更に、図6及び図19を参照すれば、信号コンバータ202は、イメージングシステム300内で用いられる出力回路302の一部である。図1及び図19を参照すれば、フォトダイオードアレイ102及び電荷結合素子CCD(図19の104、106、108、11)は、図1を参照して説明したものと同様に動作する。その他に、図19の出力回路302の出力MOSFET114及びリセットMOSFET118も図1を参照して説明したものと同様に動作する。   Still referring to FIGS. 6 and 19, the signal converter 202 is part of the output circuit 302 used in the imaging system 300. Referring to FIGS. 1 and 19, the photodiode array 102 and the charge coupled device CCD (104, 106, 108, 11 in FIG. 19) operate in the same manner as described with reference to FIG. In addition, the output MOSFET 114 and the reset MOSFET 118 of the output circuit 302 in FIG. 19 operate in the same manner as described with reference to FIG.

信号コンバータ202の電荷伝送効率CEは、下記の数式10で示す。   The charge transfer efficiency CE of the signal converter 202 is expressed by Equation 10 below.

[数10]
CE=q/C[CFD+CGS+CGD+C
[Equation 10]
CE = q / C S [C FD + C GS + C GD + C G ]

前記数式10で、qは電子電荷を示し、図6及び図19に示したように、Cは電荷蓄積領域204のストレージロード205での全体キャパシタンスを示す。図1及び図4を参照して説明したものと同様に、ストレージロード(図6及び図19)の全体キャパシタンスCsは、フローティング拡散ジャンクション204のキャパシタンスCFDと、リセットMOSFET118のゲート158とソース154との間のオーバーラップキャパシタンスCGSと、出力MOSFET114のゲート152とドレイン154との間のオーバーラップキャパシタンスCGDと、また第1ドライバMOSFET212のゲートキャパシタンスCと、を含む。 In Equation 10, q represents an electron charge, as shown in FIGS. 6 and 19, C S denotes the total capacitance at the storage node 205 of the charge accumulation region 204. Similar to that described with reference to FIGS. 1 and 4, the overall capacitance Cs of the storage load (FIGS. 6 and 19) is the capacitance C FD of the floating diffusion junction 204, the gate 158 and the source 154 of the reset MOSFET 118. including overlap capacitance C GS between the overlap capacitance C GD between the gate 152 and drain 154 of the output MOSFET 114, also a gate capacitance C G of the first driver MOSFET 212.

本実施例で、第2ドライバMOSFET216のゲート絶縁膜216Bの厚さは、第2ソースフォロアステージ208の電圧利得AV2ndを増加させるように減少する。したがって、信号コンバータ202の全体電圧利得AVtotalは増加する。しかし、第2ドライバMOSFET216のゲート絶縁膜の厚さの減少は、信号コンバータ202の電荷伝達効率CEに影響を与えない。結果的に、信号コンバータ202の全体感度(S=AVtotal×CE)は図7の実施例のように従来技術から増加する。 In the present embodiment, the thickness of the gate insulating film 216B of the second driver MOSFET 216 decreases so as to increase the voltage gain AV 2nd of the second source follower stage 208. Therefore, the overall voltage gain AV total of the signal converter 202 increases. However, the decrease in the thickness of the gate insulating film of the second driver MOSFET 216 does not affect the charge transfer efficiency CE of the signal converter 202. As a result, the overall sensitivity (S V = AV total × CE) of the signal converter 202 increases from the prior art as in the embodiment of FIG.

本発明の他の実施例である図8を参照すれば、第1ドライバMOSFET212のゲート絶縁膜212Bの厚さも、第2ドライバMOSFET216のゲート絶縁膜216Bの厚さと同様に減少する。したがって、第1及び第2ドライバMOSFET212、216のゲート絶縁膜の厚さは、他のMOSFET214、218、220、222のそれぞれのゲート絶縁膜の厚さと実質的に同じであるか、またはそれより更に薄い。   Referring to FIG. 8, which is another embodiment of the present invention, the thickness of the gate insulating film 212B of the first driver MOSFET 212 is reduced in the same manner as the thickness of the gate insulating film 216B of the second driver MOSFET 216. Accordingly, the thicknesses of the gate insulating films of the first and second driver MOSFETs 212 and 216 are substantially the same as the thicknesses of the gate insulating films of the other MOSFETs 214, 218, 220 and 222, or even more. thin.

そのような場合、第1及び第2ステージ206、208の電圧利得AV1st、AV2ndはそれぞれ増加して、信号コンバータ202の全体電圧利得AVtotalを順に増加させる。第1ドライバMOSFET212のゲート絶縁膜212Bの厚さが増加するにつれて、信号コンバータ202の電荷伝達効率CEも減少する。しかし、全体電圧利得AVtotalの増加は、信号コンバータ202の全体感度(S=AVtotal×CE)が図8の実施例のように従来技術から依然として増加し、電荷伝達効率CEの減少としてのオフセット量を超える。 In such a case, the voltage gains AV 1st and AV 2nd of the first and second stages 206 and 208 are respectively increased, and the overall voltage gain AV total of the signal converter 202 is sequentially increased. As the thickness of the gate insulating film 212B of the first driver MOSFET 212 increases, the charge transfer efficiency CE of the signal converter 202 also decreases. However, the increase in the overall voltage gain AV total is due to the fact that the overall sensitivity (S V = AV total × CE) of the signal converter 202 is still increased from the prior art as in the embodiment of FIG. 8, and the charge transfer efficiency CE is reduced. Exceeds offset amount.

本発明の更に他の実施例である図9を参照すれば、第1ドライバMOSFET212のゲート絶縁膜212Bの厚さは更に薄く、第2ドライバMOSFET216のゲート絶縁膜216Bの厚さよりも更に薄い。したがって、第1及び第2ドライバMOSFET212、216のゲート絶縁膜の厚さは、他のMOSFET214、218、220、220のそれぞれのゲート絶縁膜の厚さより薄い。その他にも、第1ドライバMOSFET212のゲート絶縁膜212Bの厚さは、第2ドライバMOSFET216のゲート絶縁膜の厚さよりも更に減少する。   Referring to FIG. 9, which is still another embodiment of the present invention, the thickness of the gate insulating film 212 </ b> B of the first driver MOSFET 212 is further thinner than the thickness of the gate insulating film 216 </ b> B of the second driver MOSFET 216. Therefore, the gate insulating films of the first and second driver MOSFETs 212 and 216 are thinner than the gate insulating films of the other MOSFETs 214, 218, 220, and 220. In addition, the thickness of the gate insulating film 212B of the first driver MOSFET 212 is further reduced than the thickness of the gate insulating film of the second driver MOSFET 216.

そのような場合、図9の第1ステージ206の電圧利得は、図8の実施例よりも更に増加する。したがって、図9の信号コンバータ202の全体電圧利得AVtotalは図8の実施例より更に増加する。しかし、第1ドライバMOSFET212のゲート絶縁膜212Bの厚さの更なる減少によって、信号コンバータ202の電荷伝達効率CEは図8の実施例より更に減少する。それにも拘わらず、全体電圧利得AVtotalの更なる増加は、信号コンバータ202の全体感度(S=AVtotal×CE)が、図9の実施例のように従来技術から依然として増加し、電荷伝達効率CEの減少としてのオフセット量を超える。 In such a case, the voltage gain of the first stage 206 of FIG. 9 is further increased compared to the embodiment of FIG. Accordingly, the overall voltage gain AV total of the signal converter 202 of FIG. 9 is further increased from the embodiment of FIG. However, as the thickness of the gate insulating film 212B of the first driver MOSFET 212 is further reduced, the charge transfer efficiency CE of the signal converter 202 is further reduced as compared with the embodiment of FIG. Nevertheless, a further increase in the overall voltage gain AV total is that the overall sensitivity of the signal converter 202 (S V = AV total × CE) is still increased from the prior art as in the embodiment of FIG. Exceeds offset as a reduction in efficiency CE.

本発明の更に他の実施例である図10を参照すれば、第3ドライバMOSFET220のゲート絶縁膜220Bの厚さは、他のMOSFET212、214、216、218、222のそれぞれのゲート絶縁膜の厚さより更に薄くなるように減少する。そのような場合、第3ステージ210の電圧利得AV3rdが増加して、信号コンバータ202の全体電圧利得AVtotalを順次増加させる。 Referring to FIG. 10, which is still another embodiment of the present invention, the thickness of the gate insulating film 220B of the third driver MOSFET 220 is the thickness of the gate insulating film of each of the other MOSFETs 212, 214, 216, 218, 222. It decreases to become even thinner. In such a case, the voltage gain AV 3rd of the third stage 210 is increased, and the overall voltage gain AV total of the signal converter 202 is sequentially increased.

しかし、第3ドライバMOSFET220のゲート絶縁膜の厚さを減少させることは、信号コンバータ202の電荷伝達効率CEに何らの影響を与えない。結果的に、信号コンバータ202の全体感度(S=AVtotal×CE)は、図10の実施例のように従来技術から増加する。 However, reducing the thickness of the gate insulating film of the third driver MOSFET 220 has no effect on the charge transfer efficiency CE of the signal converter 202. As a result, the overall sensitivity (S V = AV total × CE) of the signal converter 202 increases from the prior art as in the embodiment of FIG.

本発明の更に他の実施例である図11を参照すれば、第1ドライバMOSFET212のゲート絶縁膜212Bの厚さは、第3ドライバMOSFET220のゲート絶縁膜220Bの厚さと実質的に同一となるように減少する。したがって、第1及び第3ドライバMOSFET212、220のゲート絶縁膜の厚さは実質的に同じであり、他のMOSFET214、216、218、222のそれぞれのゲート絶縁膜の厚さよりは薄い。   Referring to FIG. 11, which is still another embodiment of the present invention, the thickness of the gate insulating film 212B of the first driver MOSFET 212 is substantially the same as the thickness of the gate insulating film 220B of the third driver MOSFET 220. To decrease. Therefore, the thicknesses of the gate insulating films of the first and third driver MOSFETs 212 and 220 are substantially the same and are smaller than the thicknesses of the gate insulating films of the other MOSFETs 214, 216, 218 and 222.

そのような場合、第1及び第3ステージ206、210の電圧利得AV1st、AV3rdはそれぞれ増加して、信号コンバータ202の全体電圧利得AVtotalを順次に増加させる。第1ドライバMOSFET212のゲート絶縁膜212Bの厚さの減少によって、信号コンバータ202の電荷伝達効率CEも減少する。しかし、全体電圧利得AVtotalの増加は、信号コンバータ202の全体感度(S=AVtotal×CE)が図11の実施例のように従来技術から依然として増加し、電荷伝達効率CEの減少としてのオフセット量を超える。 In such a case, the voltage gains AV 1st and AV 3rd of the first and third stages 206 and 210 are increased to sequentially increase the overall voltage gain AV total of the signal converter 202. As the thickness of the gate insulating film 212B of the first driver MOSFET 212 decreases, the charge transfer efficiency CE of the signal converter 202 also decreases. However, the increase in the overall voltage gain AV total is due to the fact that the overall sensitivity (S V = AV total × CE) of the signal converter 202 is still increased from the prior art as in the embodiment of FIG. 11, and the charge transfer efficiency CE is reduced. Exceeds offset amount.

本発明の更に他の実施例である図12を参照すれば、第1ドライバMOSFET212のゲート絶縁膜212Bの厚さは更に減少し、第3ドライバMOSFET220のゲート絶縁膜220Bの厚さよりも更に薄い。したがって、第1及び第3ドライバMOSFET212、220のゲート絶縁膜の厚さは、他のMOSFET214、216、218、222のそれぞれのゲート絶縁膜の厚さより薄い。   Referring to FIG. 12, which is still another embodiment of the present invention, the thickness of the gate insulating film 212B of the first driver MOSFET 212 is further reduced and is thinner than the thickness of the gate insulating film 220B of the third driver MOSFET 220. Therefore, the gate insulating films of the first and third driver MOSFETs 212 and 220 are thinner than the gate insulating films of the other MOSFETs 214, 216, 218 and 222.

そのような場合、図12の第1ステージ206の電圧利得は図11の実施例よりも更に増加する。したがって、図12の信号コンバータ202の全体電圧利得AVtotalは、図11の実施例より更に増加する。しかし、第1ドライバMOSFET212のゲート絶縁膜212Bの厚さの減少によって、信号コンバータ202の電荷伝達効率CEも図11の実施例より更に減少する。それにも拘わらず、全体電圧利得AVtotalの更なる増加は、信号コンバータ202の全体感度(S=AVtotal×CE)が図12の実施例のように従来技術から依然として増加し、電荷伝達効率CEの更なる減少としてのオフセット量を超える。 In such a case, the voltage gain of the first stage 206 of FIG. 12 is further increased than the embodiment of FIG. Accordingly, the overall voltage gain AV total of the signal converter 202 of FIG. 12 is further increased from the embodiment of FIG. However, as the thickness of the gate insulating film 212B of the first driver MOSFET 212 is reduced, the charge transfer efficiency CE of the signal converter 202 is further reduced as compared with the embodiment of FIG. Nevertheless, a further increase in the overall voltage gain AV total is that the overall sensitivity of the signal converter 202 (S V = AV total × CE) is still increased from the prior art as in the embodiment of FIG. The offset amount as a further decrease in CE is exceeded.

本発明の更に他の実施例である図13を参照すれば、第2ドライバMOSFET216のゲート絶縁膜216Bの厚さと、第3ドライバMOSFET220のゲート絶縁膜220Bの厚さとは実質的に同じであり、他のMOSFET212、214、218、222のそれぞれのゲート絶縁膜の厚さよりは薄い。そのような場合、第2及び第3ステージ208、210の電圧利得AV2nd、AV3rdはそれぞれ増加して、信号コンバータ202の全体電圧利得AVtotalを順次に増加させる。 Referring to FIG. 13, which is still another embodiment of the present invention, the thickness of the gate insulating film 216B of the second driver MOSFET 216 and the thickness of the gate insulating film 220B of the third driver MOSFET 220 are substantially the same. Each of the other MOSFETs 212, 214, 218, 222 is thinner than the gate insulating film. In such a case, the voltage gains AV 2nd and AV 3rd of the second and third stages 208 and 210 are respectively increased, and the overall voltage gain AV total of the signal converter 202 is sequentially increased.

しかし、第2及び第3ドライバMOSFET216、220のゲート絶縁膜の厚さの減少は、信号コンバータ202の電荷伝達効率CEに影響を与えない。結果的に、信号コンバータ202の全体感度(S=AVtotal×CE)は、図13の実施例のように従来技術から増加する。その他にも、第2及び第3ドライバMOSFET216、220のゲート絶縁膜の厚さがいずれも減少して、第2及び第3ドライバMOSFET216、220のち一つのゲート絶縁膜の厚さが減少する図7または図10の実施例よりは、信号コンバータ202の全体感度が更に増加する。 However, the decrease in the thickness of the gate insulating film of the second and third driver MOSFETs 216 and 220 does not affect the charge transfer efficiency CE of the signal converter 202. As a result, the overall sensitivity (S V = AV total × CE) of the signal converter 202 increases from the prior art as in the embodiment of FIG. In addition, the thicknesses of the gate insulating films of the second and third driver MOSFETs 216 and 220 are both reduced, and the thickness of one gate insulating film of the second and third driver MOSFETs 216 and 220 is reduced. Alternatively, the overall sensitivity of the signal converter 202 is further increased than the embodiment of FIG.

本発明の更に他の実施例である図14を参照すれば、第1、第2及び第3ドライバMOSFET212、216、220のゲート絶縁膜212B、216B、220Bの厚さは実質的に同じであり、ロードMOSFET214、218、222のそれぞれのゲート導電膜の厚さより更に薄い。そのような場合、第1、第2及び第3ステージ206、208、210の電圧利得AV1st、AV2nd、AV3rdはそれぞれ増加して、信号コンバータ202の全体電圧利得AVtotalを順次に増加させる。 Referring to FIG. 14, which is still another embodiment of the present invention, the thicknesses of the gate insulating films 212B, 216B and 220B of the first, second and third driver MOSFETs 212, 216 and 220 are substantially the same. The thickness of the gate conductive film of each of the load MOSFETs 214, 218, and 222 is even thinner. In such a case, the voltage gains AV 1st , AV 2nd , and AV 3rd of the first, second, and third stages 206, 208, and 210 are increased to sequentially increase the overall voltage gain AV total of the signal converter 202. .

第1ドライバMOSFET212のゲート絶縁膜212Bの厚さの減少によって、信号コンバータ202の電荷伝達効率CEも減少する。しかし、全体電圧利得AVtotalの増加は、信号コンバータ202の全体感度(S=AVtotal×CE)が図14の実施例のように従来技術から依然として増加し、電荷伝達効率CEの減少としてのオフセット量を超える。 As the thickness of the gate insulating film 212B of the first driver MOSFET 212 decreases, the charge transfer efficiency CE of the signal converter 202 also decreases. However, the increase in the overall voltage gain AV total is due to the fact that the overall sensitivity (S V = AV total × CE) of the signal converter 202 is still increased from the prior art as in the embodiment of FIG. 14, and the charge transfer efficiency CE is reduced. Exceeds offset amount.

本発明の更に他の実施例である図15を参照すれば、第1ドライバMOSFET212のゲート絶縁膜212Bの厚さは、図14の場合より更に減少する。したがって、第1ドライバMOSFET212のゲート絶縁膜の厚さは、第2及び第3ドライバMOSFET216、220の同じゲート絶縁膜の厚さより更に薄い。第2及び第3ドライバMOSFET216、220のゲート絶縁膜の厚さは、図15のロードMOSFET214、218、222のそれぞれのゲート絶縁膜の厚さより依然として薄い。その他にも、第1ドライバMOSFET212のゲート絶縁膜212Bの厚さは、第2及び第3ドライバMOSFET216、220のゲート絶縁膜の厚さより更に減少する。   Referring to FIG. 15, which is still another embodiment of the present invention, the thickness of the gate insulating film 212B of the first driver MOSFET 212 is further reduced than in the case of FIG. Accordingly, the thickness of the gate insulating film of the first driver MOSFET 212 is further thinner than the thickness of the same gate insulating film of the second and third driver MOSFETs 216 and 220. The thicknesses of the gate insulating films of the second and third driver MOSFETs 216 and 220 are still thinner than the thicknesses of the respective gate insulating films of the load MOSFETs 214, 218 and 222 in FIG. In addition, the thickness of the gate insulating film 212B of the first driver MOSFET 212 is further reduced than the thickness of the gate insulating films of the second and third driver MOSFETs 216 and 220.

そのような場合、図15の第1ステージ206の電圧利得は、図14の実施例より更に増加する。したがって、図15の信号コンバータ202の全体電圧利得AVtotalは、図4の実施例より更に増加する。しかし、第1ドライバMOSFET212のゲート絶縁膜212Bの厚さの更なる減少によって、信号コンバータ202の電荷伝達効率CEも図14の実施例より更に減少する。それにも拘わらず、全体電圧利得AVtotalの更なる増加は、信号コンバータ202の全体感度(S=AVtotal×CE)が図15の実施例のように従来技術から依然として増加し、電荷伝達効率CEの更なる減少としてのオフセット量を超える。 In such a case, the voltage gain of the first stage 206 of FIG. 15 is further increased from the embodiment of FIG. Accordingly, the overall voltage gain AV total of the signal converter 202 of FIG. 15 is further increased from the embodiment of FIG. However, as the thickness of the gate insulating film 212B of the first driver MOSFET 212 is further reduced, the charge transfer efficiency CE of the signal converter 202 is further reduced as compared with the embodiment of FIG. Nevertheless, a further increase in the overall voltage gain AV total is that the overall sensitivity of the signal converter 202 (S V = AV total × CE) is still increased from the prior art as in the embodiment of FIG. The offset amount as a further decrease in CE is exceeded.

そのような方式で、図7ないし図15に示したような本発明の実施例で、ゲート絶縁膜の厚さは、信号コンバータ202で第1ドライバMOSFET212の次に配置される、少なくともいずれか一つの後続ドライバMOSFET216且つ/または220で減少する。そのようなゲート絶縁膜の厚さを減少させることで、全体電圧利得AVtotalは増加するが、信号コンバータ202の全体感度(S=AVtotal×CE)が従来技術から有利に増加し、電荷伝達効率CEには影響を与えない。したがって、少なくともいずれか一つの後続のドライバMOSFET216且つ/または220のゲート絶縁膜の厚さは、薄いゲート絶縁膜のブレークダウン電圧によって制限されない限度内で、なるべく薄いことが好ましい。 In this manner, in the embodiment of the present invention as shown in FIGS. 7 to 15, the thickness of the gate insulating film is at least one of the first driver MOSFET 212 disposed in the signal converter 202. Decrease by two subsequent driver MOSFETs 216 and / or 220. By reducing the thickness of such a gate insulating film, the overall voltage gain AV total is increased, but the overall sensitivity of the signal converter 202 (S V = AV total × CE) is advantageously increased from the prior art, and the charge It does not affect the transmission efficiency CE. Therefore, the thickness of the gate insulating film of at least one of the subsequent driver MOSFETs 216 and / or 220 is preferably as thin as possible within a limit not limited by the breakdown voltage of the thin gate insulating film.

更に、本発明は、図7ないし図15に示したような多様な実施例とは異なるゲート絶縁膜の厚さの関係で具現できる。例えば、第3ドライバMOSFET220のゲート絶縁膜の厚さは、第2ドライバMOSFET216のゲート絶縁膜の厚さより更に薄くてもその逆でもよい。いずれの場合でも、MOSFET216、220のゲート絶縁膜の厚さは、他のMOSFET212、214、218、222のそれぞれのゲート絶縁膜の厚さより薄い。本発明において、ゲート絶縁膜の厚さは、第1ドライバMOSFET212の次に配置される、少なくともいずれか一つの後続ドライバMOSFET216且つ/または220に対して減少する。   In addition, the present invention can be implemented with a different gate insulating film thickness relationship from the various embodiments shown in FIGS. For example, the gate insulating film of the third driver MOSFET 220 may be thinner than the gate insulating film of the second driver MOSFET 216 or vice versa. In any case, the gate insulating films of the MOSFETs 216 and 220 are thinner than the gate insulating films of the other MOSFETs 212, 214, 218, and 222. In the present invention, the thickness of the gate insulating film is reduced with respect to at least one subsequent driver MOSFET 216 and / or 220 disposed next to the first driver MOSFET 212.

その他に、図7ないし図15の本発明の実施例のうち一部の実施例で、ゲート絶縁膜の厚さは第1ドライバMOSFET212で減少するが、減少するほど電荷伝達効率CEも減少する。しかし、ゲート絶縁膜の厚さは、少なくともいずれか一つの後続ドライバMOSFET216且つ/または220でも減少するため、全体電圧利得AVtotalの増加は、信号コンバータ202の全体感度(S=AVtotal×CE)が従来技術から依然として増加し、電荷伝達効率CEの減少としてのオフセット量を超える。 In addition, in some of the embodiments of the present invention of FIGS. 7 to 15, the thickness of the gate insulating film is reduced by the first driver MOSFET 212, but the charge transfer efficiency CE decreases as the thickness decreases. However, since the thickness of the gate insulating film also decreases in at least one of the subsequent driver MOSFETs 216 and / or 220, the increase in the overall voltage gain AV total is caused by the overall sensitivity of the signal converter 202 (S V = AV total × CE ) Still increases from the prior art and exceeds the offset amount as a decrease in the charge transfer efficiency CE.

図6ないし図15に3つのソースフォロアステージ206、208、210を示したが、例えばその間に介されるステージと共に具現することもできる。本発明は、第1ソースフォロアステージ206の次に配置される、少なくともいずれか一つの後続ドライバMOSFETのゲート絶縁膜の厚さが、信号コンバータの全体感度を増加させ得るように減少する時に具現できる。   Although six source follower stages 206, 208, and 210 are shown in FIGS. 6 to 15, for example, they can be implemented together with stages interposed therebetween. The present invention can be implemented when the thickness of the gate insulating film of at least one subsequent driver MOSFET disposed after the first source follower stage 206 is decreased so as to increase the overall sensitivity of the signal converter. .

その他にも、本発明によって増加した全体感度を有する信号コンバータは、図6ないし図15に示したような実施例とは異なる方法で具現できる。例えば、本発明の更に他の実施例である図16を参照すれば、第1ドライバMOSFET212が孤立したPウエル402内に形成される。孤立したPウエル402は、他のMOSFET214、216、218、220、222を有するPウエル230から分離される。   In addition, the signal converter having the increased overall sensitivity according to the present invention can be implemented by a method different from the embodiments shown in FIGS. For example, referring to FIG. 16, which is yet another embodiment of the present invention, a first driver MOSFET 212 is formed in an isolated P-well 402. Isolated P-well 402 is isolated from P-well 230 having other MOSFETs 214, 216, 218, 220, 222.

図16の実施例において、孤立したPウエル402は信号コンバータ202のノイズを減少させる。その理由は、電荷蓄積領域204に連結される第1ドライバMOSFET212が他のMOSFET214、216、218、22、222から孤立しるためである。その他に、孤立したPウエル402のドーパント濃度は、第1ドライバMOSFET212のバックゲートトランスコンダクタンスgmbを減少させ、それによって信号コンバータ202の全体電圧利得AVtotalを増加させるように減少することもある。図16の実施例は、第1ドライバMOSFET212が孤立したPウエル402にあることを除いては、図7の実施例と類似している。その他に、第1ドライバMOSFET212のための孤立したPウエル402を、図8ないし図15の他の実施例のうちいかなる実施例でも形成できる。 In the embodiment of FIG. 16, the isolated P-well 402 reduces the noise of the signal converter 202. The reason is that the first driver MOSFET 212 connected to the charge accumulation region 204 is isolated from the other MOSFETs 214, 216, 218, 22, and 222. In addition, the dopant concentration of the isolated P-well 402 may be decreased to reduce the back gate transconductance g mb of the first driver MOSFET 212 and thereby increase the overall voltage gain AV total of the signal converter 202. The embodiment of FIG. 16 is similar to the embodiment of FIG. 7 except that the first driver MOSFET 212 is in an isolated P-well 402. In addition, an isolated P-well 402 for the first driver MOSFET 212 can be formed in any of the other embodiments of FIGS.

本発明の更に他の実施例である図17を参照すれば、ドライバMOSFETのソースは、ソースフォロアステージ206、208、210のそれぞれのロードMOSFETのドレインに結合される。したがって、図7及び図17を参照すれば、第1ドライバMOSFET212のソース212Dと、第1ロードMOSFET214のドレイン214Cとは、一つの接合404で共に結合される。同様に、第2ドライバMOSFET216のソース216Dと、第2ロードMOSFET218のドレイン218Cとも、一つの接合406で共に結合される。また、第3ドライバMOSFET220のソース220Dと、第3ロードMOSFET222のドレイン222Cとも、一つの接合406で共に結合される。   Referring to FIG. 17, which is yet another embodiment of the present invention, the source of the driver MOSFET is coupled to the drain of the load MOSFET of each of the source follower stages 206, 208, 210. Accordingly, referring to FIGS. 7 and 17, the source 212D of the first driver MOSFET 212 and the drain 214C of the first load MOSFET 214 are coupled together at one junction 404. Similarly, the source 216D of the second driver MOSFET 216 and the drain 218C of the second load MOSFET 218 are coupled together at one junction 406. Further, the source 220D of the third driver MOSFET 220 and the drain 222C of the third load MOSFET 222 are coupled together by a single junction 406.

そのような図17の実施例で、配線構造体234、236、238は、各ソースフォロアステージ206、208、210のそれぞれのドライバMOSFETのソースをロードMOSFETのドレインに連結するに当たって、必ずしも有利に用いられるものではない。また、ドライバMOSFETのソース及びロードMOSFETのドレインによって占有される領域は、そのような結合が、図17に示されたように、有利に減少することもある。   In such an embodiment of FIG. 17, the wiring structure 234, 236, 238 is not necessarily used advantageously in connecting the source of the respective driver MOSFET of each source follower stage 206, 208, 210 to the drain of the load MOSFET. It is not something that can be done. Also, the area occupied by the source of the driver MOSFET and the drain of the load MOSFET may advantageously reduce such coupling, as shown in FIG.

図18は、本発明の更に他の実施例に係る信号コンバータ410を示す。   FIG. 18 shows a signal converter 410 according to yet another embodiment of the present invention.

図18を参照すれば、信号コンバータ410は、図6の信号コンバータ202と類似している。ただし、本実施例で、ロードMOSFET214、218、222のソースは同じ抵抗器RSを介してグラウンドに共に連結される。それに対し、図6の場合では、ロードMOSFET214、218、222の各ソースがそれぞれの抵抗器R1、R2、R3を介してグラウンドに連結される。いずれの場合でも、ロードMOSFETのソースでの抵抗器は、ロードMOSFETのドレインでの有効ロード抵抗を増加させる。   Referring to FIG. 18, the signal converter 410 is similar to the signal converter 202 of FIG. However, in this embodiment, the sources of the load MOSFETs 214, 218, 222 are coupled together to ground via the same resistor RS. On the other hand, in the case of FIG. 6, the sources of the load MOSFETs 214, 218, and 222 are connected to the ground via respective resistors R 1, R 2, and R 3. In either case, the resistor at the source of the load MOSFET increases the effective load resistance at the drain of the load MOSFET.

一つの抵抗器RSの抵抗値は、ソースフォロアステージのそれぞれの更に一致した動作のために更に容易に調節できる。一方、ソースフォロアステージが共通抵抗器RSを介して連結されるため、図18の信号コンバータ410は更にノイズに影響を受けやすい。したがって、ノイズのある環境で動作させるためには、図6の信号コンバータ202が更に望ましい。   The resistance value of one resistor RS can be adjusted more easily for a more consistent operation of each of the source follower stages. On the other hand, since the source follower stage is connected via the common resistor RS, the signal converter 410 of FIG. 18 is more susceptible to noise. Therefore, to operate in a noisy environment, the signal converter 202 of FIG. 6 is more desirable.

以上、本発明を好ましい実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は前記実施例に限られず、本発明の技術的思想の範囲内で、当業者によって多様な変形が可能である。   Although the present invention has been described in detail with reference to the preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention.

本発明は、イメージングシステムでの電荷結合素子のような電荷伝達素子を用いる応用分野に適用できる。   The present invention can be applied to application fields using a charge transfer element such as a charge coupled element in an imaging system.

従来のフォトダイオードイメージングシステムのブロック図である。It is a block diagram of the conventional photodiode imaging system. 図1のフォトダイオードイメージングシステムの出力回路内の信号コンバータの一例を示した回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a signal converter in an output circuit of the photodiode imaging system of FIG. 1. 図1のフォトダイオードイメージングシステムの出力回路の構成要素を示したレイアウト図である。FIG. 2 is a layout diagram showing components of an output circuit of the photodiode imaging system of FIG. 1. 図1のフォトダイオードイメージングシステムの出力回路内の信号コンバータの他の例を示した回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing another example of a signal converter in the output circuit of the photodiode imaging system of FIG. 1. 図4の信号コンバータ内の第1及び第2ドライバMOSFETを示した断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing first and second driver MOSFETs in the signal converter of FIG. 4. 本発明の一実施例に係る向上された感度を有する信号コンバータを示した回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a signal converter having improved sensitivity according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例に係る、図6の信号コンバータ内のMOSFETが可能な、多様なゲート絶縁膜の厚さを有することを説明するために示した断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining that the MOSFET in the signal converter of FIG. 6 has various gate insulating film thicknesses according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例に係る、図6の信号コンバータ内のMOSFETが可能な多様な、ゲート絶縁膜の厚さを有することを説明するために示した断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining that the MOSFET in the signal converter of FIG. 6 has various gate insulating film thicknesses according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例に係る、図6の信号コンバータ内のMOSFETが可能な多様な、ゲート絶縁膜の厚さを有することを説明するために示した断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining that the MOSFET in the signal converter of FIG. 6 has various gate insulating film thicknesses according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例に係る、図6の信号コンバータ内のMOSFETが可能な多様な、ゲート絶縁膜の厚さを有することを説明するために示した断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining that the MOSFET in the signal converter of FIG. 6 has various gate insulating film thicknesses according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例に係る、図6の信号コンバータ内のMOSFETが可能な多様な、ゲート絶縁膜の厚さを有することを説明するために示した断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining that the MOSFET in the signal converter of FIG. 6 has various gate insulating film thicknesses according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例に係る、図6の信号コンバータ内のMOSFETが可能な多様な、ゲート絶縁膜の厚さを有することを説明するために示した断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining that the MOSFET in the signal converter of FIG. 6 has various gate insulating film thicknesses according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例に係る、図6の信号コンバータ内のMOSFETが可能な多様な、ゲート絶縁膜の厚さを有することを説明するために示した断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining that the MOSFET in the signal converter of FIG. 6 has various gate insulating film thicknesses according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例に係る、図6の信号コンバータ内のMOSFETが可能な多様な、ゲート絶縁膜の厚さを有することを説明するために示した断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining that the MOSFET in the signal converter of FIG. 6 has various gate insulating film thicknesses according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例に係る、図6の信号コンバータ内のMOSFETが可能な多様な、ゲート絶縁膜の厚さを有することを説明するために示した断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining that the MOSFET in the signal converter of FIG. 6 has various gate insulating film thicknesses according to an embodiment of the present invention. 本発明の他の実施例に係る、分離されたPウエル内に形成された第1ドライバMOSFETを有する図6の信号コンバータ内のMOSFETを示す断面図である。7 is a cross-sectional view of a MOSFET in the signal converter of FIG. 6 having a first driver MOSFET formed in an isolated P-well, according to another embodiment of the present invention. 本発明の更に他の実施例に係る、ドライバMOSFETのソース及び、ロードMOSFETのドレインを有する、図6の信号コンバータ内のMOSFETを示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a MOSFET in the signal converter of FIG. 6 having a source of a driver MOSFET and a drain of a load MOSFET, according to yet another embodiment of the present invention. 本発明の更に他の実施例に係る、向上された感度を有する信号コンバータを示した回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a signal converter having improved sensitivity according to still another embodiment of the present invention. 本発明の更に他の実施例に係る、図6の信号コンバータを用いたイメージングシステムを示した図面である。7 is a diagram illustrating an imaging system using the signal converter of FIG. 6 according to another embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

202 信号コンバータ
204 電荷蓄積領域
205 ストレージロード
206 第1ソースフォロアステージ
208 第2ソースフォロアステージ
210 第3ソースフォロアステージ
212 第1ドライバMOSFET
214 第1ロードMOSFET
216 第2ドライバMOSFET
218 第2ロードMOSFET
220 第3ドライバMOSFET
222 第3ロードMOSFET
224 ロードキャパシタ
VDD バイアス電圧
VGG ゲートバイアス電圧
out 電圧
ロードキャパシタンス
R1 第1ロード抵抗器
R2 第2ロード抵抗器
R3 第3ロード抵抗器
202 signal converter 204 charge storage region 205 storage load 206 first source follower stage 208 second source follower stage 210 third source follower stage 212 first driver MOSFET
214 First load MOSFET
216 Second driver MOSFET
218 Second load MOSFET
220 Third Driver MOSFET
222 Third load MOSFET
224 Load capacitor VDD Bias voltage VGG Gate bias voltage Vout voltage C L Load capacitance R1 First load resistor R2 Second load resistor R3 Third load resistor

Claims (62)

信号電荷を電圧に変換させる信号コンバータにおいて、
前記信号電荷を受ける第1ドライバFETと、
前記第1ドライバFETの出力に連結されるが、前記信号コンバータの少なくともいずれか一つの他のFETのゲート絶縁膜の厚さより薄い厚さのゲート絶縁膜を有する、前記第1ドライバFETに連結される後続ドライバFETと、を備えることを特徴とする信号コンバータ。
In a signal converter that converts signal charge into voltage,
A first driver FET receiving the signal charge;
Connected to the output of the first driver FET, but connected to the first driver FET having a gate insulating film having a thickness smaller than the thickness of the gate insulating film of at least one other FET of the signal converter. And a subsequent driver FET.
前記第1ドライバFETは第1ステージに配置され、前記後続ドライバFETは前記第1ステージの次の第2ステージに配置されることを特徴とする請求項1に記載の信号コンバータ。   The signal converter according to claim 1, wherein the first driver FET is disposed in a first stage, and the subsequent driver FET is disposed in a second stage next to the first stage. 前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記第1ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さより薄いことを特徴とする請求項2に記載の信号コンバータ。   3. The signal converter according to claim 2, wherein a thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET is thinner than a thickness of the gate insulating film of the first driver FET. 前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記第1ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さと同じであることを特徴とする請求項2に記載の信号コンバータ。   3. The signal converter according to claim 2, wherein a thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET is the same as a thickness of the gate insulating film of the first driver FET. 前記第1ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さより薄いことを特徴とする請求項2に記載の信号コンバータ。   3. The signal converter according to claim 2, wherein a thickness of the gate insulating film of the first driver FET is smaller than a thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET. 前記第1ドライバFETは第1ステージに配置され、前記後続ドライバFETは、第2ドライバFETを有する第2ステージを介して前記第1ステージに連結される第3ステージに配置されることを特徴とする請求項1に記載の信号コンバータ。   The first driver FET is disposed in a first stage, and the subsequent driver FET is disposed in a third stage connected to the first stage through a second stage having a second driver FET. The signal converter according to claim 1. 前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記第1ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さより薄いことを特徴とする請求項6に記載の信号コンバータ。   The signal converter according to claim 6, wherein a thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET is smaller than a thickness of the gate insulating film of the first driver FET. 前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記第1ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さと同じであることを特徴とする請求項6に記載の信号コンバータ。   7. The signal converter according to claim 6, wherein the thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET is the same as the thickness of the gate insulating film of the first driver FET. 前記第1ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さより薄いことを特徴とする請求項6に記載の信号コンバータ。   The signal converter according to claim 6, wherein a thickness of the gate insulating film of the first driver FET is thinner than a thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET. 前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記第1及び第2ドライバFETの同じゲート絶縁膜の厚さより薄いことを特徴とする請求項6に記載の信号コンバータ。   The signal converter according to claim 6, wherein a thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET is thinner than a thickness of the same gate insulating film of the first and second driver FETs. 前記後続ドライバFETに連結されて出力電圧を発生させる最終ドライバFETを更に備えることを特徴とする請求項1に記載の信号コンバータ。   The signal converter of claim 1, further comprising a final driver FET coupled to the subsequent driver FET to generate an output voltage. 前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記最終ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さより薄いことを特徴とする請求項11に記載の信号コンバータ。   12. The signal converter according to claim 11, wherein the thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET is thinner than the thickness of the gate insulating film of the final driver FET. 前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記最終ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さと同じであることを特徴とする請求項11に記載の信号コンバータ。   12. The signal converter according to claim 11, wherein the thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET is the same as the thickness of the gate insulating film of the final driver FET. 前記最終ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さより薄いことを特徴とする請求項11に記載の信号コンバータ。   12. The signal converter according to claim 11, wherein the thickness of the gate insulating film of the final driver FET is smaller than the thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET. 前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記第1及び最終ドライバFETの同じゲート絶縁膜の厚さより薄いことを特徴とする請求項11に記載の信号コンバータ。   12. The signal converter according to claim 11, wherein the thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET is thinner than the thickness of the same gate insulating film of the first and final driver FETs. 前記それぞれのドライバFETは、それぞれのロードFETに連結されることを特徴とする請求項11に記載の信号コンバータ。   The signal converter according to claim 11, wherein each of the driver FETs is coupled to a respective load FET. 前記それぞれのドライバFETは、前記ロードFETの少なくともいずれか一つのゲート絶縁膜の厚さより薄い、同じゲート絶縁膜の厚さを有することを特徴とする請求項16に記載の信号コンバータ。   17. The signal converter according to claim 16, wherein each of the driver FETs has the same gate insulating film thickness that is smaller than the thickness of at least one gate insulating film of the load FET. 前記それぞれのドライバFETは、それぞれのロードFETに連結されることを特徴とする請求項1に記載の信号コンバータ。   The signal converter according to claim 1, wherein each of the driver FETs is coupled to a respective load FET. 前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記ロードFETの少なくともいずれか一つのゲート絶縁膜の厚さより薄いことを特徴とする請求項18に記載の信号コンバータ。   19. The signal converter according to claim 18, wherein a thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET is thinner than a thickness of at least one gate insulating film of the load FET. 前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、あらゆる前記ロードFETのそれぞれのゲート絶縁膜の厚さより薄いことを特徴とする請求項18に記載の信号コンバータ。   19. The signal converter according to claim 18, wherein the thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET is smaller than the thickness of the respective gate insulating films of all the load FETs. それぞれのロードFETは、それぞれの抵抗器を介してグラウンドに連結されることを特徴とする請求項18に記載の信号コンバータ。   19. The signal converter of claim 18, wherein each load FET is coupled to ground through a respective resistor. それぞれのロードFETは、同じ抵抗器を介してグラウンドに共に連結されることを特徴とする請求項18に記載の信号コンバータ。   The signal converter of claim 18, wherein each load FET is coupled together to ground through the same resistor. 前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記信号コンバータのあらゆる他のFETのそれぞれのゲート絶縁膜の厚さより薄いことを特徴とする請求項1に記載の信号コンバータ。   2. The signal converter according to claim 1, wherein a thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET is thinner than a thickness of each gate insulating film of every other FET of the signal converter. 前記第1ドライバFETはエンハンスメント型MOSFETであり、前記信号コンバータのあらゆる他のFETはディプリーション型MOSFETであることを特徴とする請求項1に記載の信号コンバータ。   2. The signal converter according to claim 1, wherein the first driver FET is an enhancement type MOSFET, and all other FETs of the signal converter are depletion type MOSFETs. 前記ドライバFETは、それぞれソースフォロアを構成することを特徴とする請求項1に記載の信号コンバータ。   The signal converter according to claim 1, wherein each of the driver FETs constitutes a source follower. 前記第1ドライバFETは、隔離されたウエル内に形成されることを特徴とする請求項1に記載の信号コンバータ。   The signal converter according to claim 1, wherein the first driver FET is formed in an isolated well. 前記信号電荷は、電荷結合素子から出力されることを特徴とする請求項1に記載の信号コンバータ。   The signal converter according to claim 1, wherein the signal charge is output from a charge coupled device. 信号電荷を電圧に変換させる信号コンバータにおいて、
ドライバFET及びロードFETを備えて、最初のステージからは信号電荷を受け、それぞれの後続ステージは前のステージから電圧を受けるように構成された複数個のステージと、
前記信号コンバータの電荷伝達効率を減少させずに電圧利得を増加させる電圧利得増加手段と、を備えることを特徴とする信号コンバータ。
In a signal converter that converts signal charge into voltage,
A plurality of stages, each comprising a driver FET and a load FET, configured to receive a signal charge from an initial stage and each subsequent stage receives a voltage from a previous stage;
Voltage gain increasing means for increasing the voltage gain without decreasing the charge transfer efficiency of the signal converter.
前記ドライバFETは、それぞれソースフォロアを構成することを特徴とする請求項28に記載の信号コンバータ。   The signal converter according to claim 28, wherein each of the driver FETs constitutes a source follower. 前記各ステージのロードFETのソースは、それぞれの抵抗器を介してグラウンドに連結されることを特徴とする請求項28に記載の信号コンバータ。   29. The signal converter according to claim 28, wherein the source of each stage load FET is coupled to ground through a respective resistor. 前記各ステージのロードFETのソースは、同じ抵抗器を介してグラウンドに連結されることを特徴とする請求項28に記載の信号コンバータ。   30. The signal converter of claim 28, wherein the source of each stage load FET is coupled to ground through the same resistor. 前記最初のステージのドライバFETは、孤立したウエル内に形成されることを特徴とする請求項28に記載の信号コンバータ。   29. The signal converter of claim 28, wherein the first stage driver FET is formed in an isolated well. 前記最初のステージのドライバFETは、ゲートキャパシタンスを最小化する大きさを有し、最終ステージのドライバFETは、前記最終ステージの出力に連結されたロードを駆動するに十分な電流を供給できる大きさを有し、また中間ステージのドライバFETは、前記最初のステージ及び最終ステージのドライバFETの間で、電流増幅が行われるようにする大きさを有することを特徴とする請求項28に記載の信号コンバータ。   The first stage driver FET is sized to minimize gate capacitance, and the final stage driver FET is sized to provide sufficient current to drive a load coupled to the output of the final stage. 29. The signal of claim 28, wherein the intermediate stage driver FET is sized to allow current amplification to occur between the first and last stage driver FETs. converter. 信号伝達素子の出力回路において、
前記信号伝達素子からの電荷を蓄積して信号電荷を発生させる信号蓄積領域と、
前記信号電荷を受ける第1ドライバFET及び、前記第1ドライバFETの出力に連結され、前記信号コンバータの少なくともいずれか一つの他のFETのゲート絶縁膜の厚さより薄いゲート絶縁膜の厚さを有する後続ドライバFETを備えて、前記信号電荷を電圧に変換させる信号コンバータと、
前記信号蓄積領域をリセット電圧にリセットさせるようにターンオンされるリセットFETと、
前記電荷伝達素子から前記信号蓄積領域に電荷を伝達するようにターンオンされる出力FETと、を含むことを特徴とする出力回路。
In the output circuit of the signal transmission element,
A signal accumulation region for accumulating charges from the signal transmission element to generate signal charges;
The first driver FET that receives the signal charge and the output of the first driver FET have a gate insulating film thickness that is smaller than the gate insulating film thickness of at least one other FET of the signal converter. A signal converter comprising a subsequent driver FET for converting the signal charge into a voltage;
A reset FET that is turned on to reset the signal storage region to a reset voltage;
And an output FET that is turned on so as to transfer charges from the charge transfer element to the signal storage region.
前記第1ドライバFETは第1ステージを構成し、前記後続ドライバFETは前記第1ステージの次の第2ステージを構成することを特徴とする請求項34に記載の出力回路。   35. The output circuit according to claim 34, wherein the first driver FET constitutes a first stage, and the subsequent driver FET constitutes a second stage subsequent to the first stage. 前記第1ドライバFETは第1ステージを構成し、前記後続ドライバFETは、第2ステージを介して前記第1ステージと連結される第3ステージを構成することを特徴とする請求項34に記載の出力回路。   The method of claim 34, wherein the first driver FET constitutes a first stage, and the subsequent driver FET constitutes a third stage connected to the first stage via a second stage. Output circuit. 前記後続ドライバFETの出力に連結されて出力電圧を発生させる最終ドライバFETを更に備えることを特徴とする請求項34に記載の出力回路。   35. The output circuit of claim 34, further comprising a final driver FET coupled to the output of the subsequent driver FET to generate an output voltage. 前記それぞれのドライバFETは、それぞれのロードFETに連結されることを特徴とする請求項37に記載の出力回路。   38. The output circuit of claim 37, wherein each of the driver FETs is coupled to a respective load FET. 前記それぞれのドライバFETは、前記ロードFETの少なくともいずれか一つのゲート絶縁膜の厚さより薄い、同じゲート絶縁膜の厚さを有することを特徴とする請求項38に記載の出力回路。   39. The output circuit according to claim 38, wherein each of the driver FETs has the same gate insulating film thickness that is thinner than the thickness of at least one gate insulating film of the load FET. 前記ドライバFETは、それぞれソースフォロアを構成することを特徴とする請求項34に記載の出力回路。   The output circuit according to claim 34, wherein each of the driver FETs constitutes a source follower. 前記それぞれのドライバFETは、それぞれのロードFETに連結されることを特徴とする請求項34に記載の出力回路。   35. The output circuit of claim 34, wherein each of the driver FETs is coupled to a respective load FET. 前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記ロードFETの少なくともいずれか一つのゲート絶縁膜の厚さより薄いことを特徴とする請求項41に記載の出力回路。   42. The output circuit according to claim 41, wherein a thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET is thinner than a thickness of at least one gate insulating film of the load FET. それぞれのロードFETは、それぞれの抵抗器を介してグラウンドに連結されることを特徴とする請求項41に記載の出力回路。   42. The output circuit of claim 41, wherein each load FET is coupled to ground through a respective resistor. それぞれのロードFETは、同じ抵抗器を介してグラウンドに共に連結されることを特徴とする請求項41に記載の出力回路。   42. The output circuit of claim 41, wherein each load FET is coupled together to ground through the same resistor. 前記第1ドライバFETはエンハンスメント型MOSFETであり、前記信号コンバータの他のあらゆるFETはディプリーション型MOSFETであることを特徴とする請求項34に記載の出力回路。   35. The output circuit according to claim 34, wherein the first driver FET is an enhancement type MOSFET, and every other FET of the signal converter is a depletion type MOSFET. 前記第1ドライバFETは、孤立したウエル内に形成されることを特徴とする請求項34に記載の出力回路。   35. The output circuit according to claim 34, wherein the first driver FET is formed in an isolated well. 前記電荷伝達素子は電荷結合素子であることを特徴とする請求項34に記載の出力回路。   The output circuit according to claim 34, wherein the charge transfer element is a charge coupled element. それぞれの信号電荷を蓄積する、それぞれのフォトダイオードよりなるフォトダイオードアレイと、
前記フォトダイオードアレイに連結されて、それぞれのフォトダイオードからそれぞれの信号電荷をシフトする少なくともいずれか一つの信号伝達素子と、
前記電荷伝達素子からシフトされた、それぞれの信号電荷を蓄積する信号蓄積領域と、
前記それぞれの信号電荷を受ける第1ドライバFET及び、前記第1ドライバFETの出力に連結され、前記信号コンバータの少なくともいずれか一つの他のFETのゲート絶縁膜の厚さより薄いゲート絶縁膜の厚さを有する後続ドライバFETを備えて、前記信号蓄積領域に蓄積されたそれぞれの信号電荷を電圧に変換させる信号コンバータを含みつつ、少なくともいずれか一つの信号伝達素子に連結される出力回路と、を含むことを特徴とするイメージングシステム。
A photodiode array comprising respective photodiodes for storing respective signal charges;
At least one signal transmission element coupled to the photodiode array and configured to shift a signal charge from each photodiode;
A signal storage region for storing each signal charge shifted from the charge transfer element;
The first driver FET that receives the respective signal charges and the gate insulating film thickness that is coupled to the output of the first driver FET and is thinner than the gate insulating film thickness of at least one other FET of the signal converter An output circuit coupled to at least one of the signal transmission elements, including a signal converter that converts each signal charge accumulated in the signal accumulation region into a voltage. An imaging system characterized by that.
前記第1ドライバFETは第1ステージを構成し、前記後続ドライバFETは前記第1ステージの次の第2ステージを構成することを特徴とする請求項48に記載のイメージングシステム。   49. The imaging system according to claim 48, wherein the first driver FET constitutes a first stage, and the subsequent driver FET constitutes a second stage subsequent to the first stage. 前記第1ドライバFETは、第2ステージを介して前記第1ステージに連結される第3ステージを構成することを特徴とする請求項48に記載のイメージングシステム。   49. The imaging system according to claim 48, wherein the first driver FET constitutes a third stage connected to the first stage via a second stage. 前記信号コンバータは、前記後続ドライバFETの出力に連結されて出力電圧を発生させる最終ドライバFETを更に備えることを特徴とする請求項48に記載のイメージングシステム。   49. The imaging system of claim 48, wherein the signal converter further comprises a final driver FET coupled to the output of the subsequent driver FET to generate an output voltage. 前記それぞれのドライバFETは、それぞれのロードFETに連結されることを特徴とする請求項51に記載のイメージングシステム。   52. The imaging system of claim 51, wherein each of the driver FETs is coupled to a respective load FET. 前記それぞれのドライバFETは、前記ロードFETの少なくともいずれか一つのゲート絶縁膜の厚さより薄い、同じゲート絶縁膜の厚さを有することを特徴とする請求項52に記載のイメージングシステム。   53. The imaging system according to claim 52, wherein each of the driver FETs has the same gate insulating film thickness that is thinner than the thickness of at least one gate insulating film of the load FET. 前記それぞれのドライバFETは、それぞれのロードFETに連結されることを特徴とする請求項48に記載のイメージングシステム。   49. The imaging system of claim 48, wherein each of the driver FETs is coupled to a respective load FET. 前記後続ドライバFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記ロードFETの少なくともいずれか一つのゲート絶縁膜の厚さより薄いことを特徴とする請求項54に記載のイメージングシステム。   55. The imaging system according to claim 54, wherein a thickness of the gate insulating film of the subsequent driver FET is thinner than a thickness of at least one gate insulating film of the load FET. それぞれのロードFETは、抵抗器を介してグラウンドに連結されることを特徴とする請求項54に記載のイメージングシステム。   The imaging system of claim 54, wherein each load FET is coupled to ground through a resistor. それぞれのロードFETは、同じ抵抗器を介してグラウンドに共に連結されることを特徴とする請求項54に記載のイメージングシステム。   The imaging system of claim 54, wherein each load FET is coupled together to ground through the same resistor. 前記ドライバFETは、それぞれソースフォロアを構成することを特徴とする請求項48に記載のイメージングシステム。   The imaging system according to claim 48, wherein each of the driver FETs constitutes a source follower. 第1ドライバFETはエンハンスメント型MOSFETであり、前記信号コンバータのあらゆる他のFETはディプリーション型MOSFETであることを特徴とする請求項48に記載のイメージングシステム。   49. The imaging system according to claim 48, wherein the first driver FET is an enhancement type MOSFET, and every other FET of the signal converter is a depletion type MOSFET. 前記第1ドライバFETは、孤立したウエル内に形成されることを特徴とする請求項48に記載のイメージングシステム。   49. The imaging system according to claim 48, wherein the first driver FET is formed in an isolated well. 前記電荷伝達素子は、電荷結合素子であることを特徴とする請求項48に記載のイメージングシステム。   The imaging system according to claim 48, wherein the charge transfer element is a charge coupled element. 前記出力回路は、
前記電荷蓄積領域をリセット電圧にリセットさせるようにターンオンされるリセットFETと、
前記電荷伝達素子からのそれぞれの信号電荷を前記電荷蓄積領域に伝達するようにターンオンされつつ、前記リセットFETをターンオフさせる出力FETと、を更に備えることを特徴とする請求項48に記載のイメージングシステム。
The output circuit is
A reset FET that is turned on to reset the charge storage region to a reset voltage;
49. The imaging system according to claim 48, further comprising: an output FET that is turned on to transmit each signal charge from the charge transfer element to the charge storage region and that turns off the reset FET. .
JP2004365083A 2003-12-16 2004-12-16 Signal charge converter for charge transfer element, output circuit, and imaging system Withdrawn JP2005183978A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20030091868 2003-12-16
US10/874,042 US20050127457A1 (en) 2003-12-16 2004-06-22 Signal charge converter for charge transfer element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005183978A true JP2005183978A (en) 2005-07-07

Family

ID=34797854

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004365083A Withdrawn JP2005183978A (en) 2003-12-16 2004-12-16 Signal charge converter for charge transfer element, output circuit, and imaging system

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2005183978A (en)
KR (1) KR100640605B1 (en)
CN (1) CN1674297A (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100718786B1 (en) 2005-12-29 2007-05-16 매그나칩 반도체 유한회사 Cmos image sensor
CN105572486B (en) * 2016-01-29 2018-07-13 西北核技术研究所 A kind of charge transfer effciency test method after charge coupling device neutron irradiation

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000068492A (en) 1998-08-25 2000-03-03 Nec Corp Solid-state image pickup device and manufacture of the same

Also Published As

Publication number Publication date
CN1674297A (en) 2005-09-28
KR20050061311A (en) 2005-06-22
KR100640605B1 (en) 2006-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7759706B2 (en) Solid-state imaging device having impurities with different diffusion coefficients
US9602750B2 (en) Image sensor pixels having built-in variable gain feedback amplifier circuitry
US6521926B1 (en) Mos type image sensor
JP4467542B2 (en) Solid-state imaging device
KR20070004782A (en) Solid-state imagine device, line sensor, optical sensor, and method for operating solid-state imaging device
JP2008205638A (en) Solid-state imaging device and its operation method
JP5270964B2 (en) CMOS image sensor and pixel thereof
JP2011135515A (en) Solid-state imaging apparatus
JP2007335682A (en) Solid-state imaging apparatus and manufacturing method thereof
EP0390205A2 (en) Output circuit having high charge to voltage conversion gain
KR100245101B1 (en) Imaging device including output amplifier circuit and method of forming an output amplifier
JP4746962B2 (en) Solid-state imaging device and imaging system
JP3624042B2 (en) Photoelectric conversion device
JP2746154B2 (en) Solid-state imaging device
JP5644433B2 (en) Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device
JP2008124229A (en) Solid-state imaging element
US5825249A (en) Multistage source follower amplifier having a wide bandwidth and low power consumption
JP2003092396A (en) Solid-state image pickup device and method for manufacturing the same
JP2005183978A (en) Signal charge converter for charge transfer element, output circuit, and imaging system
JP5274118B2 (en) Solid-state imaging device
JPH11205693A (en) Solid-state image pickup device
JP2986752B2 (en) Semiconductor device
US20050127457A1 (en) Signal charge converter for charge transfer element
JP4185807B2 (en) Manufacturing method of MOS type solid-state imaging device
JP2828124B2 (en) Charge transfer device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071127

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20090731