JP2007081943A - Solid-state imaging module - Google Patents

Solid-state imaging module Download PDF

Info

Publication number
JP2007081943A
JP2007081943A JP2005268438A JP2005268438A JP2007081943A JP 2007081943 A JP2007081943 A JP 2007081943A JP 2005268438 A JP2005268438 A JP 2005268438A JP 2005268438 A JP2005268438 A JP 2005268438A JP 2007081943 A JP2007081943 A JP 2007081943A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
diode
transistor
solid
state imaging
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.)
Pending
Application number
JP2005268438A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshio Takada
寿雄 高田
Jun Hasegawa
潤 長谷川
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.)
Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fujifilm Holdings Corp
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
Application filed by Fujifilm Holdings Corp filed Critical Fujifilm Holdings Corp
Priority to JP2005268438A priority Critical patent/JP2007081943A/en
Publication of JP2007081943A publication Critical patent/JP2007081943A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging module with a novel configuration. <P>SOLUTION: The solid-state imaging module includes: a substrate voltage control means for a solid-state imaging element including an operational amplifier; and a pulse generating circuit for generating a voltage pulse, an output stage of the operational amplifier includes PMOS transistors, a diode, and NMOS transistors, the anode of the diode is connected to the drain of the PMOS transistor, and the cathode of the diode is connected to the drain of the NMOS transistor, the PMOS transistors, the diode, the NMOS transistors are formed on one and same semiconductor substrate, and the pulse generating circuit applies a voltage pulse to the cathode of the diode. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像モジュールに関し、特に、電荷結合素子型固体撮像素子の有する光電変換素子を電子シャッタによりリセットするための固体撮像モジュールに関する。   The present invention relates to a solid-state imaging module, and more particularly to a solid-state imaging module for resetting a photoelectric conversion element included in a charge coupled device solid-state imaging element by an electronic shutter.

固体撮像素子として、電荷結合素子(CCD)エリアセンサが用いられている。CCDエリアセンサは、例えば、n型の半導体基板にp型のウェル領域(pウェル)を形成し、pウェル中に光電変換素子(フォトダイオード)や電荷転送路を形成することにより作製される。光電変換素子が、入射光量に応じた量の電荷を蓄積する。   A charge coupled device (CCD) area sensor is used as a solid-state imaging device. The CCD area sensor is manufactured, for example, by forming a p-type well region (p-well) on an n-type semiconductor substrate and forming a photoelectric conversion element (photodiode) or a charge transfer path in the p-well. The photoelectric conversion element accumulates an amount of charge corresponding to the amount of incident light.

光電変換素子に蓄積される電荷量は、基板に印加するオーバーフロードレイン(OFD)電圧により制御される。OFD電圧が低いほど蓄積電荷量が多くなり、OFD電圧が高いほど蓄積電荷量が少なくなる。OFD電圧は、例えば10V程度に設定される。   The amount of charge accumulated in the photoelectric conversion element is controlled by an overflow drain (OFD) voltage applied to the substrate. The stored charge amount increases as the OFD voltage decreases, and the stored charge amount decreases as the OFD voltage increases. The OFD voltage is set to about 10V, for example.

基板の電位を極端に高くすることにより(例えば30〜40Vとすることにより)、光電変換素子に蓄積された電荷すべてを基板に排出することができる(電子シャッタ)。露光の開始時に、電子シャッタにより光電変換素子がリセットされる。電子シャッタ動作時には、OFD電圧に電圧パルスを重畳した高い電圧(これをシャッタ電圧と呼ぶこととする)が基板に印加される。重畳される電圧パルスの振幅は、例えば20V程度に設定される。   By making the potential of the substrate extremely high (for example, by setting it to 30 to 40 V), it is possible to discharge all charges accumulated in the photoelectric conversion element to the substrate (electronic shutter). At the start of exposure, the photoelectric conversion element is reset by the electronic shutter. During the electronic shutter operation, a high voltage obtained by superimposing a voltage pulse on the OFD voltage (referred to as a shutter voltage) is applied to the substrate. The amplitude of the superimposed voltage pulse is set to about 20V, for example.

図12は、CCDエリアセンサにOFD電圧及びシャッタ電圧を印加する固体撮像モジュールの回路の例を示す。図12に示す回路は、直流(DC)バイアス発生用の抵抗ブリーダBと、ダイオードD1と、交流(AC)結合用の容量C1と、クロックドライバ回路CDとを含んで構成される。抵抗ブリーダBと基板NSUBとの間に、抵抗ブリーダB側にアノードが配置され、基板NSUB側にカソードが配置されるように、ダイオードD1が挿入されている。   FIG. 12 shows an example of a circuit of a solid-state imaging module that applies an OFD voltage and a shutter voltage to the CCD area sensor. The circuit shown in FIG. 12 includes a resistance bleeder B for generating a direct current (DC) bias, a diode D1, a capacitor C1 for alternating current (AC) coupling, and a clock driver circuit CD. A diode D1 is inserted between the resistance bleeder B and the substrate NSUB so that an anode is disposed on the resistance bleeder B side and a cathode is disposed on the substrate NSUB side.

露光中は、クロックドライバCDの出力電圧が低レベルとなっており、抵抗ブリーダBの有する抵抗R1及びR2で定まるOFD電圧が、基板NSUBに印加される。   During the exposure, the output voltage of the clock driver CD is at a low level, and the OFD voltage determined by the resistors R1 and R2 of the resistor bleeder B is applied to the substrate NSUB.

光電変換素子から電荷の読み出しが行われた後、次の露光が開始される直前に、クロックドライバCDの出力電圧が高レベルとなる。容量結合により、クロックドライバCDの出力電圧がOFD電圧に重畳されて、シャッタ電圧が生成される。   After the charge is read from the photoelectric conversion element, immediately before the next exposure is started, the output voltage of the clock driver CD becomes a high level. Due to capacitive coupling, the output voltage of the clock driver CD is superimposed on the OFD voltage to generate a shutter voltage.

電子シャッタ動作時には、ダイオードD1に逆バイアス電圧が印加され、ダイオードD1がオフになり、抵抗ブリーダBと基板NSUBとが電気的に分離される仕組みになっている。   During the electronic shutter operation, a reverse bias voltage is applied to the diode D1, the diode D1 is turned off, and the resistance bleeder B and the substrate NSUB are electrically separated.

抵抗ブリーダから基板NSUBに印加されるOFD電圧のレベルが、光電変換素子の飽和出力電荷量を定める。OFD電圧レベルと飽和出力電荷量との関係は、製造工程におけるばらつきにより変化するので、CCDエリアセンサの製造において、抵抗ブリーダ及びヒューズをエリアセンサと同一チップに内蔵し、出荷検査時に、個体ごとに固有のOFD電圧となるよう調整する場合が多い。   The level of the OFD voltage applied to the substrate NSUB from the resistance bleeder determines the saturation output charge amount of the photoelectric conversion element. Since the relationship between the OFD voltage level and the amount of saturated output charge changes due to variations in the manufacturing process, a resistance bleeder and a fuse are built in the same chip as the area sensor in the manufacture of a CCD area sensor. In many cases, adjustment is performed so as to obtain a unique OFD voltage.

図12を参照して説明したような回路を用いる場合、ダイオードD1の電圧降下(Vf)を見込んでDC電圧を設定する必要がある。しかし、ダイオードD1の電圧降下は個体ごとのばらつきがあり、さらに温度によっても変化する。これに起因して、OFD電圧レベルの精度を高めることが難しい。ブリーダ抵抗の制度を高めても、出力電圧の精度は必ずしも高まらない。   When the circuit described with reference to FIG. 12 is used, it is necessary to set the DC voltage in consideration of the voltage drop (Vf) of the diode D1. However, the voltage drop of the diode D1 varies from individual to individual, and also varies depending on the temperature. Due to this, it is difficult to improve the accuracy of the OFD voltage level. Increasing the bleeder resistance system does not necessarily increase the accuracy of the output voltage.

特開2002−262186号公報JP 2002-262186 A

電子シャッタ動作時に、30〜40Vに達する高い電圧が用いられる。固体撮像モジュールを、MOSトランジスタを用いて構成したい場合がある。   During the electronic shutter operation, a high voltage reaching 30-40V is used. In some cases, the solid-state imaging module may be configured using MOS transistors.

本発明の一目的は、耐圧を特に高めたMOSトランジスタを用いることなく作製が可能な固体撮像モジュールを提供することである。   An object of the present invention is to provide a solid-state imaging module that can be manufactured without using a MOS transistor with a particularly high breakdown voltage.

本発明の他の目的は、新規な構成を有する固体撮像モジュールを提供することである。   Another object of the present invention is to provide a solid-state imaging module having a novel configuration.

本発明の第1の観点によれば、演算増幅器を含む、固体撮像素子の基板電圧制御手段と、電圧パルスを発生させるパルス発生回路とを有し、前記演算増幅器の出力段は、PMOSトランジスタ、ダイオード、及びNMOSトランジスタを含み、該PMOSトランジスタのドレインと該ダイオードのアノードとが接続され、該ダイオードのカソードと該NMOSトランジスタのドレインとが接続されており、該PMOSトランジスタ、ダイオード、及びNMOSトランジスタは、同一の半導体基板に形成されており、前記パルス発生回路は、前記ダイオードのカソードに電圧パルスを印加する固体撮像モジュールが提供される。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a substrate voltage control means for a solid-state imaging device including an operational amplifier, and a pulse generation circuit for generating a voltage pulse, and the output stage of the operational amplifier includes a PMOS transistor, A diode and an NMOS transistor, the drain of the PMOS transistor and the anode of the diode are connected, the cathode of the diode and the drain of the NMOS transistor are connected, and the PMOS transistor, diode, and NMOS transistor are The solid-state imaging module is formed on the same semiconductor substrate, and the pulse generation circuit applies a voltage pulse to the cathode of the diode.

本発明の第2の観点によれば、第1の観点の固体撮像素子において、さらに、前記ダイオードのカソードに接続された前記NMOSトランジスタのドレインに電圧パルスが印加されるタイミングに同期して、該NMOSトランジスタのゲートに印加される電圧を上昇させる制御回路を有する固体撮像モジュールが提供される。   According to the second aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the first aspect, further, in synchronization with the timing at which a voltage pulse is applied to the drain of the NMOS transistor connected to the cathode of the diode, A solid-state imaging module is provided having a control circuit that raises the voltage applied to the gate of the NMOS transistor.

第1の観点の固体撮像モジュールでは、ダイオードのカソードが供給する出力に、電圧パルスを重畳させることにより、シャッタ電圧が得られる。シャッタ電圧に起因する順バイアス電流がPMOSトランジスタに流れることを、ダイオードが抑制する。PMOSトランジスタ、ダイオード、NMOSトランジスタを同一の半導体基板に形成することにより、例えばダイオードを外付けする場合に比べて、部品数が減らせる。   In the solid-state imaging module according to the first aspect, the shutter voltage is obtained by superimposing the voltage pulse on the output supplied by the cathode of the diode. The diode suppresses the forward bias current caused by the shutter voltage from flowing through the PMOS transistor. By forming the PMOS transistor, the diode, and the NMOS transistor on the same semiconductor substrate, the number of components can be reduced as compared with, for example, an external diode.

第2の観点の固体撮像モジュールでは、NMOSトランジスタのゲートに印加される電圧を制御回路が上昇させることにより、NMOSトランジスタにおけるゲート・ドレイン電圧差が耐圧を超えることを抑制できる。   In the solid-state imaging module according to the second aspect, the control circuit increases the voltage applied to the gate of the NMOS transistor, thereby suppressing the gate-drain voltage difference in the NMOS transistor from exceeding the breakdown voltage.

本発明の実施例による固体撮像モジュールの説明に先立ち、先の提案による固体撮像モジュールについて説明する。図8は、先の提案による固体撮像モジュール1と、固体撮像モジュール1で駆動される固体撮像素子(電荷結合素子(CCD)エリアセンサ)2とを含んで構成される固体撮像装置を示すブロック図である。   Prior to the description of the solid-state imaging module according to the embodiment of the present invention, the solid-state imaging module proposed above will be described. FIG. 8 is a block diagram showing a solid-state imaging device including the solid-state imaging module 1 according to the previous proposal and a solid-state imaging device (charge coupled device (CCD) area sensor) 2 driven by the solid-state imaging module 1. It is.

固体撮像モジュール1は、オーバーフロードレイン(OFD)制御回路31及びパルス発生回路32を含んで構成される。OFD制御回路31及びパルス発生回路32は、同一の半導体基板に形成される。   The solid-state imaging module 1 includes an overflow drain (OFD) control circuit 31 and a pulse generation circuit 32. The OFD control circuit 31 and the pulse generation circuit 32 are formed on the same semiconductor substrate.

CCDエリアセンサ2からアナログ出力電圧OFDIが、OFD制御回路31に入力される。OFD制御回路31は、OFDIに基づいてOFD電圧OFDOを生成し、OFDOが、CCDエリアセンサ2に印加される。OFDOは、例えば10V程度である。   An analog output voltage OFDI is input from the CCD area sensor 2 to the OFD control circuit 31. The OFD control circuit 31 generates an OFD voltage OFDO based on OFDI, and OFDO is applied to the CCD area sensor 2. OFDO is, for example, about 10V.

パルス発生回路32が、電圧パルスSUBOを出力する。電圧パルスSUBOの振幅は、20V以上である。パルス発生回路32の出力とOFD制御回路31の出力との間に容量11が挿入されており、電圧パルスSUBOが、容量結合によりOFDOに重畳される。電圧パルスSUBOがOFDOに重畳されることにより、シャッタ電圧が生成される。シャッタ電圧は、例えば30〜40Vである。   The pulse generation circuit 32 outputs a voltage pulse SUBO. The amplitude of the voltage pulse SUBO is 20V or more. A capacitor 11 is inserted between the output of the pulse generation circuit 32 and the output of the OFD control circuit 31, and the voltage pulse SUBO is superimposed on OFDO by capacitive coupling. The shutter voltage is generated by superimposing the voltage pulse SUBO on OFDO. The shutter voltage is, for example, 30 to 40V.

パルス発生回路32に、高い電源電圧(これをVHとする)と低い電源電圧(これをVLとする)とが供給されている。高電源電圧VHは例えば18Vであり、低電源電圧VLは例えば−10Vである。電圧をVLとVHとの間で振幅させることにより、電圧パルスSUBOが生成される。   A high power supply voltage (this is referred to as VH) and a low power supply voltage (this is referred to as VL) are supplied to the pulse generation circuit 32. The high power supply voltage VH is, for example, 18V, and the low power supply voltage VL is, for example, -10V. By amplifying the voltage between VL and VH, a voltage pulse SUBO is generated.

制御クロックが、OFD制御回路31及びパルス発生回路32に入力され、OFD制御回路31及びパルス発生回路32の動作タイミングを制御する。   A control clock is input to the OFD control circuit 31 and the pulse generation circuit 32 to control the operation timing of the OFD control circuit 31 and the pulse generation circuit 32.

次に、図9を参照して、OFD制御回路31の構成について説明する。OFD制御回路31は、電圧増幅型の増幅回路3と、スイッチ回路4とを含む。増幅回路3は、相補型金属酸化物半導体(CMOS)トランジスタを用いて構成されている。増幅回路3の非反転入力電圧がOFDIであり、出力電圧がOFDXである。出力電圧OFDXが反転入力電圧として負帰還されることにより、OFDXが、入力電圧OFDIと等しくなるように制御される。   Next, the configuration of the OFD control circuit 31 will be described with reference to FIG. The OFD control circuit 31 includes a voltage amplification type amplification circuit 3 and a switch circuit 4. The amplifier circuit 3 is configured using complementary metal oxide semiconductor (CMOS) transistors. The non-inverting input voltage of the amplifier circuit 3 is OFDI, and the output voltage is OFDX. The output voltage OFDX is negatively fed back as an inverted input voltage, so that OFDX is controlled to be equal to the input voltage OFDI.

増幅回路3の出力段は、一般に、例えばインバータ回路で構成される。このインバータ回路の出力OFDXを直接エリアセンサに対する出力OFDOとすると、以下のような不具合が生じうる。   The output stage of the amplifier circuit 3 is generally composed of an inverter circuit, for example. If the output OFDX of the inverter circuit is directly used as the output OFDO for the area sensor, the following problems may occur.

インバータ回路中のPMOSトランジスタについて考え、PMOSトランジスタのドレインがn型のウェル領域(nウェル)中に形成されており、nウェルが高電源電圧VHに接続されているとする。PMOSトランジスタのドレインから出力が供給される。   Considering the PMOS transistor in the inverter circuit, it is assumed that the drain of the PMOS transistor is formed in an n-type well region (n-well), and the n-well is connected to the high power supply voltage VH. An output is supplied from the drain of the PMOS transistor.

電子シャッタ動作時には、PMOSトランジスタのドレインに、高電源電圧VHよりも高いシャッタ電圧が印加される。このため、PMOSトランジスタのドレインからnウェルに順方向電流が流れる。この順方向電流は、シャッタ電圧の低下を招く。   During the electronic shutter operation, a shutter voltage higher than the high power supply voltage VH is applied to the drain of the PMOS transistor. For this reason, a forward current flows from the drain of the PMOS transistor to the n-well. This forward current causes a reduction in shutter voltage.

そこで、電子シャッタ動作時に増幅回路3と出力端子OFDOとを電気的に遮断するために、スイッチ回路4が設けられている。スイッチ回路として、一般に、ダイオードや、CMOSにより構成した回路等が用いられる。先の提案によるOFD制御回路31では、CMOSによりスイッチ回路4を構成する。   Therefore, a switch circuit 4 is provided to electrically cut off the amplifier circuit 3 and the output terminal OFDO during the electronic shutter operation. As the switch circuit, a diode or a circuit constituted by a CMOS is generally used. In the OFD control circuit 31 proposed above, the switch circuit 4 is configured by CMOS.

OFDXが、スイッチ回路4に入力される。スイッチ回路4の出力電圧がOFDOである。電子シャッタ動作時に、OFD電圧OFDOに電圧パルスが重畳される。   OFDX is input to the switch circuit 4. The output voltage of the switch circuit 4 is OFDO. During the electronic shutter operation, a voltage pulse is superimposed on the OFD voltage OFDO.

次に、図10を参照して、スイッチ回路4の構成について説明する。以下に説明するように、スイッチ信号OEが高レベルのとき、スイッチ回路4はオンとなり、スイッチ信号OEが低レベルのとき、スイッチ回路4はオフとなる。   Next, the configuration of the switch circuit 4 will be described with reference to FIG. As will be described below, the switch circuit 4 is turned on when the switch signal OE is at a high level, and the switch circuit 4 is turned off when the switch signal OE is at a low level.

スイッチ回路4は、10V〜30V(または40V)程度の高電圧を扱うので、制御信号も高電圧とするため、レベルシフト回路5を用いる。レベルシフト回路5の入力がスイッチ信号OEであり、出力がスイッチ信号OEHである。スイッチ信号OEの高レベルは、例えば2.5〜5Vである。レベルシフト回路5は、高レベルのスイッチ信号OEが入力されたとき、それを高電源電圧VHに変換して出力する。また、低レベルのスイッチ信号OEが入力されたとき、レベルシフト回路5は接地電位を出力する。   Since the switch circuit 4 handles a high voltage of about 10 V to 30 V (or 40 V), the level shift circuit 5 is used to set the control signal to a high voltage. The input of the level shift circuit 5 is a switch signal OE, and the output is a switch signal OEH. The high level of the switch signal OE is, for example, 2.5 to 5V. When the high level switch signal OE is inputted, the level shift circuit 5 converts it into a high power supply voltage VH and outputs it. When the low level switch signal OE is input, the level shift circuit 5 outputs the ground potential.

PMOSトランジスタM3及びNMOSトランジスタM4が、インバータ回路を構成する。NMOSトランジスタM4のソースが接地されており、PMOSトランジスタM3のソースがOFDOに接続されている。このインバータ回路の入力がスイッチ信号OEHであり、相補形出力がスイッチ信号OEHBである。   The PMOS transistor M3 and the NMOS transistor M4 constitute an inverter circuit. The source of the NMOS transistor M4 is grounded, and the source of the PMOS transistor M3 is connected to OFDO. The input of this inverter circuit is the switch signal OEH, and the complementary output is the switch signal OEHB.

PMOSトランジスタM1のドレインとNMOSトランジスタM2のソースとが接続され、PMOSトランジスタM1のソースとNMOSトランジスタM2のドレインとが接続されて、アナログスイッチを構成している。PMOSトランジスタM1のソースとバルクがOFDOに接続され、NMOSトランジスタM2のバルクが接地されている。   The drain of the PMOS transistor M1 and the source of the NMOS transistor M2 are connected, and the source of the PMOS transistor M1 and the drain of the NMOS transistor M2 are connected to constitute an analog switch. The source and bulk of the PMOS transistor M1 are connected to OFDO, and the bulk of the NMOS transistor M2 is grounded.

PMOSトランジスタM1のゲートにスイッチ信号OEHBが印加され、NMOSトランジスタM2のゲートにスイッチ信号OEHが印加される。PMOSトランジスタM1のドレイン及びNMOSトランジスタM2のソースに、増幅回路3からの出力電圧OFDXが印加される。PMOSトランジスタM1のソース及びNMOSトランジスタM2のドレインと、PMOSトランジスタM3のソースとが接続され、この接続点が出力電圧OFDOを供給する。   The switch signal OEHB is applied to the gate of the PMOS transistor M1, and the switch signal OEH is applied to the gate of the NMOS transistor M2. The output voltage OFDX from the amplifier circuit 3 is applied to the drain of the PMOS transistor M1 and the source of the NMOS transistor M2. The source of the PMOS transistor M1, the drain of the NMOS transistor M2, and the source of the PMOS transistor M3 are connected, and this connection point supplies the output voltage OFDO.

スイッチ信号OEが高レベルのとき、スイッチ信号OEHは高電源電圧VHと等しく、トランジスタM3はオフとなり、トランジスタM4がオンとなり、スイッチ信号OEHBは接地電位となる。   When the switch signal OE is at a high level, the switch signal OEH is equal to the high power supply voltage VH, the transistor M3 is turned off, the transistor M4 is turned on, and the switch signal OEHB is at the ground potential.

このとき、仮にOFDX及びOFDOの電位が接地電位に近いレベルであれば、トランジスタM1については、ゲート・ソース間電圧VGS1が小さくなり、オン抵抗は大きくなる。一方、トランジスタM2については、ゲート・ソース間電圧VGS2は大きくなり、オン抵抗は小さくなる。このため、この電位レベルでは、トランジスタM1よりトランジスタM2の方が低インピーダンスであり、トランジスタM2がスイッチ動作に支配的となる。これにより、OFDOがOFDXと等しい電位にされる。   At this time, if the potentials of OFDX and OFDO are at a level close to the ground potential, for the transistor M1, the gate-source voltage VGS1 decreases and the on-resistance increases. On the other hand, for the transistor M2, the gate-source voltage VGS2 increases and the on-resistance decreases. Therefore, at this potential level, the transistor M2 has a lower impedance than the transistor M1, and the transistor M2 is dominant in the switching operation. Thereby, OFDO is set to the same potential as OFDX.

OFDXの電位が上昇すれば、出力OFDOの電位も上昇し、VGS2が小さくなり、またMOSトランジスタ特有のバックバイアス効果により、トランジスタM2の閾値が上がってオン抵抗は大きくなり、ある電位以上ではオフとなる。一方、トランジスタM1では、VGS1が大きくなり、オン抵抗が下がる。このため、トランジスタM1がスイッチ動作に支配的となる。これにより、OFDOがOFDXと等しい電位にされる。   If the potential of OFDX rises, the potential of output OFDO also rises, VGS2 becomes smaller, and the threshold value of transistor M2 rises due to the back bias effect peculiar to the MOS transistor, and the on-resistance increases. Become. On the other hand, in the transistor M1, VGS1 increases and the on-resistance decreases. For this reason, the transistor M1 becomes dominant in the switch operation. Thereby, OFDO is set to the same potential as OFDX.

OFD電圧を10V程度とするとき、トランジスタM2よりトランジスタM1が低インピーダンスとなり、トランジスタM1がスイッチ動作上支配的となることにより、OFDOがOFDXと等しい電位に制御される。   When the OFD voltage is about 10 V, the transistor M1 has a lower impedance than the transistor M2, and the transistor M1 becomes dominant in the switching operation, so that OFDO is controlled to a potential equal to OFDX.

スイッチ信号OEが低レベルのとき、スイッチ信号OEHは接地電位となり、NMOSトランジスタM4はオフとなる。トランジスタM3については、OFDOの電位がPMOSトランジスタの閾値VTPより高い電位であればゲート・ソース間電圧VGS3が閾値より大きくなるのでオンとなり、OEHBはOFDOと等しい電位となる。トランジスタM2はVGS2が0V以下となるのでオフとなり、トランジスタM1はVGS1が0Vとなるのでオフとなる。   When the switch signal OE is at a low level, the switch signal OEH is at the ground potential, and the NMOS transistor M4 is turned off. As for the transistor M3, if the potential of OFDO is higher than the threshold value VTP of the PMOS transistor, the gate-source voltage VGS3 is larger than the threshold value, so that the transistor M3 is turned on, and OEHB is equal to OFDO. The transistor M2 is turned off because VGS2 is 0V or less, and the transistor M1 is turned off because VGS1 is 0V.

また、OFDOの電位がVTP以下であっても、OEHBの電位は接地電位とOFDO電位の中間電位となるため、VGS1はVTPより大きくなることは無くトランジスタM1はオフとなる。この状態にあるとき、入力OFDXとOFDOがほぼ等しい、あるいは、OFDOがOFDXより高い電圧であれば、両信号間は電気的に遮断される。   Even if the potential of OFDO is equal to or lower than VTP, the potential of OEHB is an intermediate potential between the ground potential and the OFDO potential. Therefore, VGS1 does not become higher than VTP and transistor M1 is turned off. In this state, if the inputs OFDX and OFDO are substantially equal, or if OFDO is higher than OFDX, both signals are electrically disconnected.

ただし、OFDOの電位がOFDXより低くなる方向へ振れようとすると、PMOSトランジスタを構成するドレインとバルク間の寄生ダイオードの順方向閾値を超えたとき、トランジスタM1においてOFDXからOFDOへ順方向電流が流れ始め、ある一定電圧以下に下がることが抑えられる状態が生じる。しかし、CCDの実使用上はOFDOの電位をOFDXより高電位にした状態でスイッチをオフとしているために、これは問題とならない。   However, if the potential of OFDO swings in a direction lower than OFDX, a forward current flows from OFDX to OFDO in transistor M1 when the forward threshold value of the parasitic diode between the drain and the bulk constituting the PMOS transistor is exceeded. In the beginning, a state in which a drop below a certain voltage is suppressed occurs. However, in actual use of the CCD, this is not a problem because the switch is turned off with the potential of OFDO being higher than that of OFDX.

電子シャッタ動作時に、スイッチ回路4はオフとなり、SUBOの電位がVLからVHへ変位するため、OFDOはVHを超えて高電位に振れる(ここで、SUBOが重畳された電圧もOFDOと呼んでいる)。この時、トランジスタM3がオンであるので、OEHBも上昇してOFDOと同電位となる。このためトランジスタM1について、VGS1が0Vに保たれオンとなることがない。トランジスタM2についてもオフ状態が保たれる。よって、OFDXをスイッチオフ前の電位に保ち、シャッタ電圧を規定値まで昇圧することができる。   During the electronic shutter operation, the switch circuit 4 is turned off, and the potential of the SUBO is displaced from VL to VH, so the OFDO swings to a high potential exceeding the VH (here, the voltage on which the SUBO is superimposed is also called OFDO) ). At this time, since the transistor M3 is on, OEHB also rises to the same potential as OFDO. For this reason, VGS1 is kept at 0V and the transistor M1 is not turned on. The transistor M2 is also kept off. Therefore, OFDX can be kept at the potential before switching off, and the shutter voltage can be boosted to a specified value.

なお、NMOSトランジスタM2のバルクをOFDXに接続することもできる。この場合、ソースがOFDX、ドレインがOFDOとなり、バックバイアス効果が無くなり閾値は一定に保たれる。また、トランジスタM1の場合と同様にOFDOがOFDXの電位よりも下がるとOFDXからOFDOへの順方向電流が流れることになる。なお、バルクの電位が任意にできるかどうかはプロセスの構成にも依存する。   The bulk of the NMOS transistor M2 can also be connected to OFDX. In this case, the source becomes OFDX and the drain becomes OFDO, the back bias effect is eliminated, and the threshold value is kept constant. Further, as in the case of the transistor M1, when OFDO falls below the potential of OFDX, a forward current from OFDX to OFDO flows. Note that whether or not the bulk potential can be arbitrarily determined also depends on the process configuration.

MOSトランジスタM1〜M4及びレベルシフト回路5の出力は高電源電圧を使用できる高耐圧MOSトランジスタにより可能となる。スイッチ回路4に用いる高耐圧MOSトランジスタは、高電源電圧を元々使用しているパルス発生回路32で使用される高耐圧MOSと同一プロセスで形成可能である。先の提案によるスイッチ回路4は、パルス発生回路32と同一の半導体基板に形成することができる。   The outputs of the MOS transistors M1 to M4 and the level shift circuit 5 are made possible by high voltage MOS transistors that can use a high power supply voltage. The high breakdown voltage MOS transistor used for the switch circuit 4 can be formed by the same process as the high breakdown voltage MOS used in the pulse generation circuit 32 originally using the high power supply voltage. The previously proposed switch circuit 4 can be formed on the same semiconductor substrate as the pulse generation circuit 32.

以上説明した先の提案による固体撮像モジュールのOFD制御回路は、作製の容易さが、半導体基板の導電型やMOSトランジスタの耐圧に依存する。これについて以下具体的に、図11(A)及び図11(B)を参照して説明する。   The OFD control circuit of the solid-state imaging module according to the above-described proposal described above depends on the conductivity type of the semiconductor substrate and the breakdown voltage of the MOS transistor. This will be specifically described below with reference to FIGS. 11A and 11B.

図11(A)及び図11(B)は、図10に示したスイッチ回路4のうち、MOSトランジスタM1、M2の部分を示す。MOSトランジスタM1はPMOSトランジスタであり、MOSトランジスタM2はNMOSトランジスタである。   11A and 11B show portions of the MOS transistors M1 and M2 in the switch circuit 4 shown in FIG. The MOS transistor M1 is a PMOS transistor, and the MOS transistor M2 is an NMOS transistor.

まず、図11(A)を参照して、p型基板にMOSトランジスタM1、M2が形成される場合について説明する。上述の先の提案による固体撮像モジュールでは、基板としてp型基板が用いられ、p型基板にMOSトランジスタM1、M2が形成される。   First, the case where MOS transistors M1 and M2 are formed on a p-type substrate will be described with reference to FIG. In the solid-state imaging module proposed above, a p-type substrate is used as a substrate, and MOS transistors M1 and M2 are formed on the p-type substrate.

PMOSトランジスタM1は、p型基板にn型領域であるウェル(nウェル)を形成し、nウェル中にp型領域であるソース及びドレインを形成することによって作製される。NMOSトランジスタM2は、p型基板にn型領域であるソース及びドレインを形成することによって作製される。PMOSトランジスタM1のソースとnウェルとが接続されており、p型基板は接地されている。   The PMOS transistor M1 is manufactured by forming a well (n-well) which is an n-type region on a p-type substrate, and forming a source and a drain which are p-type regions in the n-well. The NMOS transistor M2 is manufactured by forming a source and a drain which are n-type regions on a p-type substrate. The source of the PMOS transistor M1 and the n-well are connected, and the p-type substrate is grounded.

電子シャッタ動作時に、PMOSトランジスタM1のソースがシャッタ電圧となる。ここで、シャッタ電圧が38Vであるとする。PMOSトランジスタM1のソースとnウェルとは接続されており等電位となる。これにより、電子シャッタ動作時に、PMOSトランジスタM1のソースとnウェルとの間に順バイアス電圧が印加されることが防止される。
p型基板上のPMOSトランジスタは、nウェルにより他のPMOSトランジスタと素子分離されるので、ソースとnウェルとを接続できる。
During the electronic shutter operation, the source of the PMOS transistor M1 becomes the shutter voltage. Here, it is assumed that the shutter voltage is 38V. The source of the PMOS transistor M1 and the n-well are connected and are equipotential. This prevents a forward bias voltage from being applied between the source of the PMOS transistor M1 and the n-well during the electronic shutter operation.
Since the PMOS transistor on the p-type substrate is isolated from other PMOS transistors by the n well, the source and the n well can be connected.

次に図11(B)を参照して、n型基板にMOSトランジスタM1、M2が形成される場合について説明する。PMOSトランジスタM1は、n型基板にp型領域であるソース及びドレインを形成することによって作製される。NMOSトランジスタM2は、n型基板にp型領域であるウェル(pウェル)を形成し、pウェル中にn型領域であるソース及びドレインを形成することによって作製される。NMOSトランジスタM2のpウェルが接地されており、n型基板に高電源電圧VH(例えば15V)が印加されている。   Next, a case where MOS transistors M1 and M2 are formed on an n-type substrate will be described with reference to FIG. The PMOS transistor M1 is manufactured by forming a source and a drain which are p-type regions on an n-type substrate. The NMOS transistor M2 is manufactured by forming a well (p well) which is a p-type region in an n-type substrate, and forming a source and a drain which are n-type regions in the p well. The p-well of the NMOS transistor M2 is grounded, and a high power supply voltage VH (for example, 15V) is applied to the n-type substrate.

電子シャッタ動作時に、PMOSトランジスタM1のソースがシャッタ電圧となる。シャッタ電圧は高電源電圧VHより高いので、電子シャッタ動作時に、PMOSトランジスタM1のソースとn型基板との間に順バイアス電圧が印加されることになる。n型基板上のPMOSトランジスタは、ウェルがないことにより、他のPMOSトランジスタとバックゲート(この場合は基板)を共用するので、素子分離できない。   During the electronic shutter operation, the source of the PMOS transistor M1 becomes the shutter voltage. Since the shutter voltage is higher than the high power supply voltage VH, a forward bias voltage is applied between the source of the PMOS transistor M1 and the n-type substrate during the electronic shutter operation. Since the PMOS transistor on the n-type substrate does not have a well and shares the back gate (substrate in this case) with other PMOS transistors, it cannot be isolated.

NMOSトランジスタM2がp型基板に形成されている場合及びn型基板のpウェル中に形成されている場合の双方で、電子シャッタ動作時に、NMOSトランジスタM2のドレインがシャッタ電圧となるので、NMOSトランジスタM2のドレインとバックゲートとの間に38Vの電圧が印加される。   In both cases where the NMOS transistor M2 is formed on the p-type substrate and in the p-well of the n-type substrate, the drain of the NMOS transistor M2 becomes the shutter voltage during the electronic shutter operation. A voltage of 38V is applied between the drain of M2 and the back gate.

以上説明したように、PMOSトランジスタM1がn型基板に形成される場合、電子シャッタ動作時にPMOSトランジスタM1に順バイアス電圧が印加されやすい。また、シャッタ電圧が例えば38Vであるとすると、NMOSトランジスタM2の耐圧は38V以上必要となる。NMOSトランジスタM2の耐圧が例えば40Vであれば問題ないが、耐圧が例えば30Vである場合は素子が破壊される可能性がある。   As described above, when the PMOS transistor M1 is formed on the n-type substrate, a forward bias voltage is easily applied to the PMOS transistor M1 during the electronic shutter operation. If the shutter voltage is 38V, for example, the breakdown voltage of the NMOS transistor M2 is required to be 38V or higher. There is no problem if the breakdown voltage of the NMOS transistor M2 is 40V, for example, but if the breakdown voltage is 30V, the element may be destroyed.

n型基板を用いる場合でも作製が容易な固体撮像モジュールが望まれる。また、MOSトランジスタの耐圧が低くても(例えば30V以下であっても)作製が容易な固体撮像モジュールが望まれる。   A solid-state imaging module that is easy to manufacture even when using an n-type substrate is desired. Further, a solid-state imaging module that is easy to manufacture even if the MOS transistor has a low breakdown voltage (for example, 30 V or less) is desired.

次に、本発明の実施例による固体撮像モジュールについて説明する。実施例による固体撮像モジュールは、先の提案による固体撮像モジュールとOFD制御回路の構成が異なる。   Next, a solid-state imaging module according to an embodiment of the present invention will be described. The solid-state imaging module according to the embodiment differs from the previously proposed solid-state imaging module in the configuration of the OFD control circuit.

図1は実施例による固体撮像モジュール101と、固体撮像モジュール101で駆動される固体撮像素子(CCDエリアセンサ)102とを含んで構成される固体撮像装置を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram illustrating a solid-state imaging device including a solid-state imaging module 101 according to an embodiment and a solid-state imaging device (CCD area sensor) 102 driven by the solid-state imaging module 101.

固体撮像モジュール101は、OFD制御回路131及びパルス発生回路132を含んで構成される。OFD制御回路131及びパルス発生回路132は、同一の半導体基板に形成することができる。OFD制御回路131及びパルス発生回路132が形成される基板として、例えばn型基板が用いられる。   The solid-state imaging module 101 includes an OFD control circuit 131 and a pulse generation circuit 132. The OFD control circuit 131 and the pulse generation circuit 132 can be formed on the same semiconductor substrate. As a substrate on which the OFD control circuit 131 and the pulse generation circuit 132 are formed, for example, an n-type substrate is used.

OFD制御回路131は、OFD増幅回路131aとダイオード131bとを含む。ダイオード131bは、OFD増幅回路131aと同一の半導体基板に形成されている。   The OFD control circuit 131 includes an OFD amplifier circuit 131a and a diode 131b. The diode 131b is formed on the same semiconductor substrate as the OFD amplifier circuit 131a.

OFD増幅回路131aは、電流出力型の演算増幅器である。OFD増幅回路131aに、CCDエリアセンサ102からのアナログ出力信号OFDIが入力され、OFD増幅回路131aから電圧OFDXが出力される。OFD増幅回路131aの出力がダイオード131bのアノードに接続され、ダイオード131bのカソードからOFDOが出力される。OFDOをOFD増幅回路131aにフィードバックすることにより、OFDOがOFDIと等しい電圧に制御される。OFDOは、10〜12V程度(例えば10V)である。   The OFD amplifier circuit 131a is a current output type operational amplifier. An analog output signal OFDI from the CCD area sensor 102 is input to the OFD amplifier circuit 131a, and a voltage OFDX is output from the OFD amplifier circuit 131a. The output of the OFD amplifier circuit 131a is connected to the anode of the diode 131b, and OFDO is output from the cathode of the diode 131b. By feeding OFDO back to the OFD amplifier circuit 131a, OFDO is controlled to a voltage equal to OFDI. OFDO is about 10-12V (for example, 10V).

OFD増幅回路131aの出力OFDXとして、ダイオード131bの閾値電圧分だけOFDOより高い電圧が出力される。ダイオード131bの閾値電圧が例えば0.7Vであるとき、OFDOに0.7Vを加算した値がOFDXである。   As the output OFDX of the OFD amplifier circuit 131a, a voltage higher than OFDO is output by the threshold voltage of the diode 131b. When the threshold voltage of the diode 131b is 0.7V, for example, the value obtained by adding 0.7V to OFDO is OFDX.

パルス発生回路132が、電圧パルスSUBOを出力する。電圧パルスSUBOの振幅は、20V以上である。パルス発生回路132の出力とOFD制御回路31の出力との間に容量111が挿入されており、電圧パルスSUBOが、容量結合によりOFDOに重畳される。電圧パルスSUBOがOFDOに重畳されることにより、シャッタ電圧が生成される。シャッタ電圧は、例えば30〜40Vである。   The pulse generation circuit 132 outputs a voltage pulse SUBO. The amplitude of the voltage pulse SUBO is 20V or more. A capacitor 111 is inserted between the output of the pulse generation circuit 132 and the output of the OFD control circuit 31, and the voltage pulse SUBO is superimposed on OFDO by capacitive coupling. The shutter voltage is generated by superimposing the voltage pulse SUBO on OFDO. The shutter voltage is, for example, 30 to 40V.

パルス発生回路132に、高電源電圧VHと低電源電圧VLとが供給されている。高電源電圧VHは例えば18Vであり、低電源電圧VLは例えば−10Vである。電圧をVLとVHとの間で振幅させることにより、電圧パルスSUBOが生成される。電子シャッタ動作時、ダイオード131bにより、OFDOとOFDXとが、フィードバック経路以外で電気的に遮断される。   A high power supply voltage VH and a low power supply voltage VL are supplied to the pulse generation circuit 132. The high power supply voltage VH is, for example, 18V, and the low power supply voltage VL is, for example, -10V. By amplifying the voltage between VL and VH, a voltage pulse SUBO is generated. During the electronic shutter operation, the diode 131b electrically shuts off the OFDO and OFDX except for the feedback path.

次に図2を参照して、OFD増幅回路131aについてさらに説明する。OFD増幅回路131aは、複数のMOSトランジスタM101〜M111を含んで構成される。   Next, the OFD amplifier circuit 131a will be further described with reference to FIG. The OFD amplifier circuit 131a includes a plurality of MOS transistors M101 to M111.

MOSトランジスタM103〜M107を含んで入力段の増幅器が構成される。NMOSトランジスタM103とM104とを含んで差動対が構成される。演算増幅器の正入力に相当するのがNMOSトランジスタM104のゲートであり、負入力に相当するのがNMOSトランジスタM103のゲートである。NMOSトランジスタM107が、差動対に電流を供給する電流源として機能する。NMOSトランジスタM103及びM104のソースとNMOSトランジスタM107のドレインとが、相互に接続されている。   An input stage amplifier is configured including the MOS transistors M103 to M107. A differential pair is configured including NMOS transistors M103 and M104. The gate of the NMOS transistor M104 corresponds to the positive input of the operational amplifier, and the gate of the NMOS transistor M103 corresponds to the negative input. The NMOS transistor M107 functions as a current source that supplies current to the differential pair. The sources of the NMOS transistors M103 and M104 and the drain of the NMOS transistor M107 are connected to each other.

互いに直列に接続されたPMOSトランジスタM109及びM111と、ダイオード131bと、互いに直列に接続されたNMOSトランジスタM101及びM102とを含んで、出力段の増幅器が構成される。PMOSトランジスタM111のドレインとNMOSトランジスタM111のドレインとが、ダイオード131bを介して接続されている。PMOSトランジスタM111のドレインにダイオード131bのアノードが接続され、NMOSトランジスタM111のドレインにダイオード131bのカソードが接続される。   An output stage amplifier is configured including PMOS transistors M109 and M111 connected in series, a diode 131b, and NMOS transistors M101 and M102 connected in series. The drain of the PMOS transistor M111 and the drain of the NMOS transistor M111 are connected via a diode 131b. The anode of the diode 131b is connected to the drain of the PMOS transistor M111, and the cathode of the diode 131b is connected to the drain of the NMOS transistor M111.

PMOSトランジスタM111のドレインの出力がOFDXであり、ダイオード131bの出力がOFDOである。OFDOが、NMOSトランジスタM101のドレインと、NMOSトランジスタM103のゲートとに入力される。OFDIが、NMOSトランジスタM104のゲートに入力される。   The output of the drain of the PMOS transistor M111 is OFDX, and the output of the diode 131b is OFDO. OFDO is input to the drain of the NMOS transistor M101 and the gate of the NMOS transistor M103. OFDI is input to the gate of the NMOS transistor M104.

ダイオード131bの出力OFDOが、NMOSトランジスタM103のゲートに入力されており、フィードバックがかかった状態である。このため、温度や電源電位が変動しても、ダイオード131bの出力OFDOが、OFD増幅回路131aの正入力(基準電圧)OFDIと等しい電圧となるように制御される。   The output OFDO of the diode 131b is input to the gate of the NMOS transistor M103, and feedback is applied. For this reason, even if the temperature and the power supply potential fluctuate, the output OFDO of the diode 131b is controlled to be equal to the positive input (reference voltage) OFDI of the OFD amplifier circuit 131a.

フィードバック経路中にダイオード131bが配置されており、ダイオード131bの電圧降下の影響を織り込んで出力OFDOが制御される。このため、OFD電圧を精度良く制御できる。   A diode 131b is arranged in the feedback path, and the output OFDO is controlled in consideration of the influence of the voltage drop of the diode 131b. For this reason, the OFD voltage can be controlled with high accuracy.

スイッチ回路SW1が、NMOSトランジスタ101及びM107のそれぞれのゲートに印加される電圧を切り替える。例えば中央演算装置(CPU)を用いて構成される制御装置Cが、スイッチ回路SW1を制御する。制御装置Cはまた、パルス発生回路132を制御する。電源電圧生成回路Pが、通常の電源電圧(例えば3V)と接地電位とに基づいて、高電源電圧VHと低電源電圧VLとを生成する。   The switch circuit SW1 switches the voltage applied to the gates of the NMOS transistors 101 and M107. For example, the control device C configured using a central processing unit (CPU) controls the switch circuit SW1. The control device C also controls the pulse generation circuit 132. The power supply voltage generation circuit P generates a high power supply voltage VH and a low power supply voltage VL based on a normal power supply voltage (for example, 3 V) and a ground potential.

各MOSトランジスタの耐圧が30Vであり、閾値電圧Vthが2.5Vであり、飽和電圧が0.5Vであるとする。また、シャッタ電圧を38Vとする。電子シャッタ動作時に、NMOSトランジスタM101のドレイン及びNMOSトランジスタM103のゲートに、シャッタ電圧が印加される。シャッタ電圧38Vは、NMOSトランジスタM101及びM103の耐圧30Vよりも高い。   It is assumed that the breakdown voltage of each MOS transistor is 30V, the threshold voltage Vth is 2.5V, and the saturation voltage is 0.5V. The shutter voltage is 38V. During the electronic shutter operation, a shutter voltage is applied to the drain of the NMOS transistor M101 and the gate of the NMOS transistor M103. The shutter voltage 38V is higher than the withstand voltage 30V of the NMOS transistors M101 and M103.

なお、電子シャッタ動作時に、ダイオード131bがアノード側とカソード側とを電気的に分離するので、PMOSトランジスタM111に、シャッタ電圧に起因する順バイアス電流が流れることを防止できる。   During the electronic shutter operation, the diode 131b electrically separates the anode side and the cathode side, so that it is possible to prevent a forward bias current from flowing through the PMOS transistor M111 from the shutter voltage.

次に、図3(A)を参照して、MOSトランジスタM101に耐圧よりも高い電圧が印加されないようにする方法について説明する。電子シャッタ動作時以外の状態を、通常動作時と呼ぶこととする。   Next, a method for preventing a voltage higher than the withstand voltage from being applied to the MOS transistor M101 will be described with reference to FIG. The state other than during the electronic shutter operation is referred to as normal operation.

MOSトランジスタM101及びM102の閾値電圧Vthが2.5Vであり飽和電圧が0.5Vであるので、通常動作時に例えば、MOSトランジスタM101及びM102のゲート・ソース電圧差がそれぞれ3.0Vとなり、ドレイン・ソース電圧差がそれぞれ0.5Vとなる。つまり通常動作時に、例えば、MOSトランジスタM102のゲート電圧が3.0Vとなり、MOSトランジスタM102のドレイン電圧が0.5Vとなり、MOSトランジスタM101のゲート電圧が3.5Vとなり、MOSトランジスタM101のドレイン電圧が1.0Vとなる。   Since the threshold voltage Vth of the MOS transistors M101 and M102 is 2.5V and the saturation voltage is 0.5V, for example, the gate-source voltage difference between the MOS transistors M101 and M102 is 3.0V during normal operation, and the drain Each source voltage difference is 0.5V. That is, during normal operation, for example, the gate voltage of the MOS transistor M102 is 3.0V, the drain voltage of the MOS transistor M102 is 0.5V, the gate voltage of the MOS transistor M101 is 3.5V, and the drain voltage of the MOS transistor M101 is 1.0V.

図3(A)に示すように、電子シャッタ動作時に、MOSトランジスタM101のドレインにシャッタ電圧が印加される。シャッタ電圧が印加されるタイミングと同時に(またはそのタイミングより少し前に)、MOSトランジスタM101のゲート電圧を、高電源電圧VH(18V)まで上昇させる。制御装置Cが、ゲート電圧の上昇をシャッタ電圧の印加と同期させる。   As shown in FIG. 3A, a shutter voltage is applied to the drain of the MOS transistor M101 during the electronic shutter operation. Simultaneously with the timing at which the shutter voltage is applied (or slightly before that timing), the gate voltage of the MOS transistor M101 is raised to the high power supply voltage VH (18V). The control device C synchronizes the increase in the gate voltage with the application of the shutter voltage.

MOSトランジスタM101のゲート電圧を上昇させても、MOSトランジスタM101には電子シャッタ動作前と等しい電流が流れるので、MOSトランジスタM101のゲート・ソース電圧差は電子シャッタ動作前と同様の3.0Vに保たれる。このため、MOSトランジスタM101のソース電圧は、ゲート電圧18Vとゲート・ソース電圧差3Vとの差である15Vとなる。従って、MOSトランジスタM101のドレイン・ソース電圧差は、ドレイン電圧38Vとソース電圧15Vの差である23Vとなる。これはMOSトランジスタM101の耐圧30V以下である。   Even if the gate voltage of the MOS transistor M101 is increased, a current equal to that before the electronic shutter operation flows through the MOS transistor M101. Therefore, the gate-source voltage difference of the MOS transistor M101 is maintained at 3.0 V, which is the same as before the electronic shutter operation. Be drunk. For this reason, the source voltage of the MOS transistor M101 is 15V which is the difference between the gate voltage 18V and the gate-source voltage difference 3V. Therefore, the drain-source voltage difference of the MOS transistor M101 is 23V which is the difference between the drain voltage 38V and the source voltage 15V. This is the breakdown voltage of the MOS transistor M101 is 30V or less.

仮に、MOSトランジスタM101のゲート電圧を電子シャッタ動作時に変化させず、3.5Vに保ったとする。この場合、MOSトランジスタM101のソース電圧が0.5Vに保たれるので、MOSトランジスタM101のドレイン・ソース電圧差は、ドレイン電圧38Vとソース電圧0.5Vの差である37.5Vとなる。これはMOSトランジスタM101の耐圧30Vを超えている。   Assume that the gate voltage of the MOS transistor M101 is kept at 3.5V without being changed during the electronic shutter operation. In this case, since the source voltage of the MOS transistor M101 is maintained at 0.5V, the drain-source voltage difference of the MOS transistor M101 is 37.5V which is the difference between the drain voltage 38V and the source voltage 0.5V. This exceeds the withstand voltage 30V of the MOS transistor M101.

このように、MOSトランジスタM101のドレインにシャッタ電圧が印加されるタイミングに同期して、MOSトランジスタM101のゲートに印加する電圧を上昇させることにより、そうしない場合に比べてドレイン・ソース電圧差を減少させることができるので、ドレイン・ソース電圧差を耐圧以下に抑えることが可能となる。   In this way, by increasing the voltage applied to the gate of the MOS transistor M101 in synchronization with the timing at which the shutter voltage is applied to the drain of the MOS transistor M101, the drain-source voltage difference is reduced as compared with the case where the shutter voltage is not applied. Therefore, the drain-source voltage difference can be suppressed to a withstand voltage or less.

MOSトランジスタM101のゲート電圧を上昇させることにより、MOSトランジスタM101のソース電圧が上昇する。すなわち、MOSトランジスタM102のドレイン・ソース電圧差が拡大するが、MOSトランジスタM102のドレイン・ソース電圧差は、MOSトランジスタM1のゲート電圧(高電源電圧VH)で制限されるので、耐圧以下に留まる。   By raising the gate voltage of the MOS transistor M101, the source voltage of the MOS transistor M101 is raised. That is, the drain-source voltage difference of the MOS transistor M102 is enlarged, but the drain-source voltage difference of the MOS transistor M102 is limited by the gate voltage (high power supply voltage VH) of the MOS transistor M1, and therefore remains below the breakdown voltage.

図3(A)を参照して説明した例では、MOSトランジスタM101のドレインに印加され、MOSトランジスタの耐圧より高い電圧を、双方が耐圧以下であるMOSトランジスタM101のドレイン・ソース電圧差とMOSトランジスタM102のドレイン・ソース電圧差とに分圧することができる。   In the example described with reference to FIG. 3A, a voltage higher than the breakdown voltage of the MOS transistor is applied to the drain of the MOS transistor M101, and the drain-source voltage difference of the MOS transistor M101 and both are equal to or lower than the breakdown voltage. The voltage can be divided into the drain-source voltage difference of M102.

なお、MOSトランジスタ(NMOSまたはPMOSトランジスタ)のドレインに、振幅の絶対値が耐圧を超える電圧パルスが印加されるとき、電圧パルスの印加に同期して、当該MOSトランジスタのゲートに印加される電圧の絶対値を上昇させることにより、ドレイン・ソース電圧差を耐圧以下に抑えることが可能となる。   When a voltage pulse whose absolute amplitude exceeds the withstand voltage is applied to the drain of the MOS transistor (NMOS or PMOS transistor), the voltage applied to the gate of the MOS transistor is synchronized with the application of the voltage pulse. By increasing the absolute value, the drain-source voltage difference can be suppressed to a withstand voltage or less.

次に、図3(B)を参照して、MOSトランジスタM103に耐圧よりも高い電圧が印加されないようにする方法について説明する。通常動作時にMOSトランジスタM104に入力されるOFDIが10Vであるとする。通常動作時に、MOSトランジスタM107のゲートに、MOSトランジスタM107をオンにするゲート電圧Vbias2が印加されており、MOSトランジスタM103及びM104に電流が供給されている。通常動作時に、MOSトランジスタM103のゲートにもOFDIと等しい10Vが印加される。   Next, a method for preventing a voltage higher than the withstand voltage from being applied to the MOS transistor M103 will be described with reference to FIG. It is assumed that OFDI input to the MOS transistor M104 during normal operation is 10V. During normal operation, the gate voltage Vbias2 for turning on the MOS transistor M107 is applied to the gate of the MOS transistor M107, and current is supplied to the MOS transistors M103 and M104. During normal operation, 10 V equal to OFDI is also applied to the gate of the MOS transistor M103.

MOSトランジスタM103及びM104の閾値電圧Vthが2.5Vであり飽和電圧が0.5Vであるので、通常動作時に例えば、MOSトランジスタM103及びM104のゲート・ソース電圧差がそれぞれ3.0Vとなる。つまり通常動作時に、例えば、MOSトランジスタM103及びM104のソース電圧が7Vとなる。   Since the threshold voltage Vth of the MOS transistors M103 and M104 is 2.5V and the saturation voltage is 0.5V, for example, the gate-source voltage difference between the MOS transistors M103 and M104 is 3.0V during normal operation. That is, during normal operation, for example, the source voltages of the MOS transistors M103 and M104 are 7V.

図3(B)に示すように、電子シャッタ動作時に、MOSトランジスタM103のゲートにシャッタ電圧が印加される。シャッタ電圧が印加されるタイミングと同時に(またはそのタイミングより少し前に)、MOSトランジスタM107のゲートを接地する。制御装置Cが、ゲートの接地をシャッタ電圧の印加と同期させる。   As shown in FIG. 3B, a shutter voltage is applied to the gate of the MOS transistor M103 during the electronic shutter operation. Simultaneously (or slightly before the timing) when the shutter voltage is applied, the gate of the MOS transistor M107 is grounded. The control device C synchronizes the grounding of the gate with the application of the shutter voltage.

MOSトランジスタM107のゲートを接地することにより、MOSトランジスタM107がオフになり、MOSトランジスタM103及びM104に電流が供給されなくなる。これにより、MOSトランジスタM103及びM104のゲート・ソース電圧差が閾値電圧Vth(2.5V)以下になる。このため、MOSトランジスタM103のソース電圧は38Vと2.5Vの差である35.5Vまで上昇すると考えられるが、高電源電圧VHが18Vであるので、MOSトランジスタM103のソース電圧は電源電圧18Vに留まる。   By grounding the gate of the MOS transistor M107, the MOS transistor M107 is turned off, and no current is supplied to the MOS transistors M103 and M104. As a result, the gate-source voltage difference between the MOS transistors M103 and M104 becomes the threshold voltage Vth (2.5 V) or less. For this reason, the source voltage of the MOS transistor M103 is considered to rise to 35.5V, which is the difference between 38V and 2.5V. However, since the high power supply voltage VH is 18V, the source voltage of the MOS transistor M103 is changed to the power supply voltage 18V. stay.

MOSトランジスタM103のソース電圧が18Vまで上昇したとき、MOSトランジスタM103のゲート・ソース電圧差は、ゲート電圧38Vとソース電圧18Vの差である20Vとなる。これはMOSトランジスタM103の耐圧30V以下である。   When the source voltage of the MOS transistor M103 rises to 18V, the gate-source voltage difference of the MOS transistor M103 becomes 20V, which is the difference between the gate voltage 38V and the source voltage 18V. This is a withstand voltage of 30 V or less of the MOS transistor M103.

仮に、MOSトランジスタM107のゲート電圧を電子シャッタ動作時に変化させなかったとする。この場合、MOSトランジスタM103のソース電圧が7Vに保たれるので、MOSトランジスタM103のゲート・ソース電圧差は、ゲート電圧38Vとソース電圧7Vの差である31Vとなる。これはMOSトランジスタM103の耐圧30Vを超えている。   Suppose that the gate voltage of the MOS transistor M107 is not changed during the electronic shutter operation. In this case, since the source voltage of the MOS transistor M103 is maintained at 7V, the gate-source voltage difference of the MOS transistor M103 is 31V which is the difference between the gate voltage 38V and the source voltage 7V. This exceeds the withstand voltage 30 V of the MOS transistor M103.

このように、MOSトランジスタM103のゲートにシャッタ電圧が印加されるタイミングに同期して、MOSトランジスタM103のソース電圧を上昇させることにより、そうしない場合に比べてゲート・ソース電圧差を減少させることができるので、ゲート・ソース電圧差を耐圧以下に抑えることが可能となる。   As described above, by increasing the source voltage of the MOS transistor M103 in synchronization with the timing at which the shutter voltage is applied to the gate of the MOS transistor M103, the gate-source voltage difference can be reduced as compared with the case where the shutter voltage is not applied. As a result, the gate-source voltage difference can be suppressed to a withstand voltage or less.

次に図4を参照し、MOSトランジスタM101及びM107のゲート電圧を切り替えるためのスイッチ回路SW1の構成例について説明する。スイッチ回路SW1は、MOSトランジスタM121〜M126を含んで構成される。   Next, a configuration example of the switch circuit SW1 for switching the gate voltages of the MOS transistors M101 and M107 will be described with reference to FIG. The switch circuit SW1 includes MOS transistors M121 to M126.

スイッチ回路SW1に、スイッチ切り替え電圧Vswが入力される。スイッチ切り替え電圧Vswを、通常動作時は高レベルとし、電子シャッタ動作時は低レベルとする。Vswの高レベルは高電源電圧VH(18V)と等しく、Vswの低レベルは接地電位(0V)と等しい。   The switch switching voltage Vsw is input to the switch circuit SW1. The switch switching voltage Vsw is set to a high level during normal operation and to a low level during electronic shutter operation. The high level of Vsw is equal to the high power supply voltage VH (18V), and the low level of Vsw is equal to the ground potential (0V).

スイッチ切り替え電圧Vswが、PMOSトランジスタM121及びNMOSトランジスタM122のゲートに印加される。PMOSトランジスタM121のソースに、高電源電圧VHが印加されている。NMOSトランジスタM122のソースに、Vbias1が印加されている。Vbias1は、通常動作時にMOSトランジスタM101のゲートに印加すべき電圧である。PMOSトランジスタM121及びNMOSトランジスタM122のドレインが、MOSトランジスタM101のゲートに接続している。   A switch switching voltage Vsw is applied to the gates of the PMOS transistor M121 and the NMOS transistor M122. A high power supply voltage VH is applied to the source of the PMOS transistor M121. Vbias1 is applied to the source of the NMOS transistor M122. Vbias1 is a voltage to be applied to the gate of the MOS transistor M101 during normal operation. The drains of the PMOS transistor M121 and the NMOS transistor M122 are connected to the gate of the MOS transistor M101.

スイッチ切り替え電圧Vswが高レベルのとき(通常動作時)、PMOSトランジスタM121はオフであり、NMOSトランジスタM122はオンであるので、MOSトランジスタM101のゲートに、NMOSトランジスタM122を介してVbias1が印加される。   When the switch switching voltage Vsw is at a high level (during normal operation), the PMOS transistor M121 is off and the NMOS transistor M122 is on, so that Vbias1 is applied to the gate of the MOS transistor M101 via the NMOS transistor M122. .

スイッチ切り替え電圧Vswが低レベルのとき(電子シャッタ動作時)、PMOSトランジスタM121はオンであり、NMOSトランジスタM122はオフであるので、MOSトランジスタM101のゲートに、PMOSトランジスタM121を介して高電源電圧VHが印加される。   When the switch switching voltage Vsw is at a low level (during electronic shutter operation), the PMOS transistor M121 is on and the NMOS transistor M122 is off, so that the high power supply voltage VH is connected to the gate of the MOS transistor M101 via the PMOS transistor M121. Is applied.

PMOSトランジスタM125及びNMOSトランジスタM126が、スイッチ切り替え電圧Vswを入力とするインバータ回路を構成する。このインバータ回路は、Vswが高レベルのとき接地電位を出力し、Vswが低レベルのとき高電源電圧VHを出力する。インバータの出力が、PMOSトランジスタM123及びNMOSトランジスタM124のゲートに印加される。   The PMOS transistor M125 and the NMOS transistor M126 constitute an inverter circuit that receives the switch switching voltage Vsw. This inverter circuit outputs a ground potential when Vsw is at a high level, and outputs a high power supply voltage VH when Vsw is at a low level. The output of the inverter is applied to the gates of the PMOS transistor M123 and the NMOS transistor M124.

PMOSトランジスタM123のソースに、Vbias2が印加されている。Vbias2は、通常動作時にMOSトランジスタM107のゲートに印加すべき電圧である。NMOSトランジスタM124のソースが接地電位にされている。PMOSトランジスタM123及びNMOSトランジスタM124のドレインが、MOSトランジスタM107のゲートに接続している。   Vbias2 is applied to the source of the PMOS transistor M123. Vbias2 is a voltage to be applied to the gate of the MOS transistor M107 during normal operation. The source of the NMOS transistor M124 is set to the ground potential. The drains of the PMOS transistor M123 and the NMOS transistor M124 are connected to the gate of the MOS transistor M107.

スイッチ切り替え電圧Vswが高レベルのとき(通常動作時)、インバータ出力は低レベルとなる。よってPMOSトランジスタM123はオンとなり、NMOSトランジスタM124はオフとなるので、MOSトランジスタM107のゲートに、PMOSトランジスタM123を介してVbias2が印加される。   When the switch switching voltage Vsw is at a high level (during normal operation), the inverter output is at a low level. Therefore, since the PMOS transistor M123 is turned on and the NMOS transistor M124 is turned off, Vbias2 is applied to the gate of the MOS transistor M107 via the PMOS transistor M123.

スイッチ切り替え電圧Vswが低レベルのとき(電子シャッタ動作時)、インバータ出力は高レベルとなる。よってPMOSトランジスタM123はオフとなり、NMOSトランジスタM124はオンとなるので、MOSトランジスタM107のゲートに、NMOSトランジスタM124を介して接地電位が印加される。   When the switch switching voltage Vsw is at a low level (when the electronic shutter is operating), the inverter output is at a high level. Accordingly, the PMOS transistor M123 is turned off and the NMOS transistor M124 is turned on, so that the ground potential is applied to the gate of the MOS transistor M107 via the NMOS transistor M124.

このように、スイッチ回路SW1を用いれば、MOSトランジスタM101及びM107のゲートに印加される電圧を切り替えることができる。   Thus, by using the switch circuit SW1, the voltage applied to the gates of the MOS transistors M101 and M107 can be switched.

なお、実施例によるOFD制御回路では、PMOSトランジスタのソースまたはドレインにシャッタ電圧が印加されないので、図11を参照して説明したような、順バイアス電圧に伴う不具合が抑制される。従って、半導体基板の導電型の制約がない。   In the OFD control circuit according to the embodiment, since the shutter voltage is not applied to the source or drain of the PMOS transistor, problems associated with the forward bias voltage as described with reference to FIG. 11 are suppressed. Therefore, there is no restriction on the conductivity type of the semiconductor substrate.

以上説明したように、実施例による固体撮像モジュールは、n型基板を用いる場合でも作製が容易であり、また、MOSトランジスタの耐圧が特に高くなくても作製が容易である。   As described above, the solid-state imaging module according to the embodiment can be easily manufactured even when an n-type substrate is used, and can be easily manufactured even if the breakdown voltage of the MOS transistor is not particularly high.

次に、図5(A)〜図5(C)を参照して、ダイオード131bの構成について説明する。図5(A)は、半導体基板のダイオード131bが形成されている領域の平面図であり、図5(B)は、半導体基板のダイオード131bが形成されている領域の断面図であり、図5(C)は、ダイオード131bの等価回路図である。   Next, the structure of the diode 131b is described with reference to FIGS. 5A is a plan view of a region where the diode 131b of the semiconductor substrate is formed, and FIG. 5B is a cross-sectional view of the region where the diode 131b of the semiconductor substrate is formed. (C) is an equivalent circuit diagram of the diode 131b.

図5(A)に示すように、n型基板201の表面に高耐圧pウェル202が形成されている。高耐圧pウェル202の不純物濃度は、1×1016Atoms/cm程度である。 As shown in FIG. 5A, a high breakdown voltage p-well 202 is formed on the surface of an n-type substrate 201. The impurity concentration of the high breakdown voltage p-well 202 is about 1 × 10 16 atoms / cm 3 .

高耐圧pウェル202の内部に、8角形状の第1のn型領域203と、第1のn型領域を取り囲むリング状の第2のn型領域204とが形成されている。第1のn型領域203と第2のn型領域204とは、pウェル202により相互に分離されている。第1のn型領域203及び第2のn型領域204の不純物濃度は、1×1020Atoms/cm以上である。第1のn型領域203と第2のn型領域204との間隔は、例えば1〜3μmである。 An octagonal first n + -type region 203 and a ring-shaped second n + -type region 204 surrounding the first n + -type region are formed inside the high breakdown voltage p-well 202. First n + -type region 203 and second n + -type region 204 are separated from each other by p-well 202. The impurity concentration of the first n + -type region 203 and the second n + -type region 204 is 1 × 10 20 atoms / cm 3 or more. The distance between the first n + -type region 203 and the second n + -type region 204 is, for example, 1 to 3 μm.

pウェル202内の、第1及び第2のn型領域から離れた領域に、p型コンタクト領域205が形成されている。p型コンタクト領域205の不純物濃度は、1×1019Atoms/cm以上である。p型コンタクト領域205は、pウェル202の一部とみなせる。 A p + type contact region 205 is formed in the p well 202 in a region away from the first and second n + type regions. The impurity concentration of the p + type contact region 205 is 1 × 10 19 atoms / cm 3 or more. The p + type contact region 205 can be regarded as a part of the p well 202.

図5(B)に示すように、高耐圧pウェル202の下に、埋め込みpウェル206が形成されている。埋め込みpウェル206の不純物濃度は、5×1016Atoms/cm〜5×1017Atoms/cm程度である。埋め込みpウェル206の深さは例えば3μmであり、埋め込みpウェル206とn型基板201との接合の深さは例えば4〜6μmである。 As shown in FIG. 5B, a buried p-well 206 is formed under the high breakdown voltage p-well 202. The impurity concentration of the buried p-well 206 is about 5 × 10 16 atoms / cm 3 to 5 × 10 17 atoms / cm 3 . The depth of the buried p-well 206 is, for example, 3 μm, and the depth of junction between the buried p-well 206 and the n-type substrate 201 is, for example, 4-6 μm.

第1のn型領域203、pウェル202、第2のn型領域204が、ラテラル型NPNバイポーラトランジスタNPN1を構成する。ラテラル型NPNバイポーラトランジスタNPN1のベース・コレクタ間を直結することにより、ダイオード131bが構成される。第1のn型領域203が、ダイオード131bのカソード端子Caに接続される。第2のn型領域204及びp型コンタクト領域205の双方が、ダイオード131bのアノード端子に接続される。 The first n + -type region 203, the p-well 202, and the second n + -type region 204 constitute a lateral NPN bipolar transistor NPN1. A diode 131b is configured by directly connecting the base and collector of the lateral NPN bipolar transistor NPN1. The first n + -type region 203 is connected to the cathode terminal Ca of the diode 131b. Both the second n + type region 204 and the p + type contact region 205 are connected to the anode terminal of the diode 131b.

型領域203、pウェル202、n型基板201が、寄生素子としてバーティカル型NPNバイポーラトランジスタNPN2を構成する。しかし、高エネルギイオン打ち込みでpウェル202を形成する場合、pウェル202底部の不純物濃度がpウェルの他の部分の不純物濃度よりも高いため、電子の輸送効率が低く、トランジスタNPN2の電流増幅率(hFE)は、トランジスタNPN1のそれに比べて非常に小さく無視できる。 The n + -type region 203, the p-well 202, and the n-type substrate 201 constitute a vertical NPN bipolar transistor NPN2 as a parasitic element. However, when the p-well 202 is formed by high energy ion implantation, since the impurity concentration at the bottom of the p-well 202 is higher than the impurity concentration at other portions of the p-well, the electron transport efficiency is low, and the current amplification factor of the transistor NPN2 (HFE) is much smaller than that of the transistor NPN1 and can be ignored.

なお、高エネルギイオン打ち込みを行うことなくpウェル202を形成する場合、寄生トランジスタNPN2のhFEが無視できない場合がある。しかしこの場合、図6に示すように、トランジスタNPN2は単なる電流源として動作し、出力電圧が多少オフセットした程度の影響しか持たず、特に問題は生じない。   Note that when forming the p-well 202 without performing high-energy ion implantation, the hFE of the parasitic transistor NPN2 may not be ignored. However, in this case, as shown in FIG. 6, the transistor NPN2 operates as a mere current source, and has only an influence that the output voltage is slightly offset, so that no particular problem occurs.

次に、図5(C)を参照して、電子シャッタ動作時にダイオード131bに印加される電圧について説明する。電子シャッタ動作時に、カソードにシャッタ電圧(38V)が印加される。カソードとアノードとが電気的に分離されるので、電子シャッタ動作時のアノードの電圧は、OFD電圧10Vにダイオード131bの閾値電圧0.7Vを足した10.7Vのままである。従って、アノード・カソード間の電圧差は27.3Vとなる。これは、ダイオード131bの耐圧30V以下である。   Next, a voltage applied to the diode 131b during the electronic shutter operation will be described with reference to FIG. During the electronic shutter operation, a shutter voltage (38 V) is applied to the cathode. Since the cathode and the anode are electrically separated, the anode voltage during the electronic shutter operation remains 10.7 V, which is the OFD voltage 10 V plus the threshold voltage 0.7 V of the diode 131 b. Therefore, the voltage difference between the anode and the cathode is 27.3V. This is 30V or less of the withstand voltage of the diode 131b.

次に、寄生トランジスタNPN2について考える。寄生トランジスタNPN2のコレクタ(n型基板201)は、高電源電圧VH(18V)に接続される。エミッタ(第1のn型領域203)にシャッタ電圧(38V)が印加される。従って、コレクタ・エミッタ間の電圧差は20Vとなる。これも素子の耐圧30V以下である。 Next, consider the parasitic transistor NPN2. The collector (n-type substrate 201) of the parasitic transistor NPN2 is connected to the high power supply voltage VH (18V). A shutter voltage (38 V) is applied to the emitter (first n + -type region 203). Therefore, the voltage difference between the collector and the emitter is 20V. This also has a breakdown voltage of 30 V or less.

次に、回路中におけるダイオード131bの配置が有する利点について説明する。一般に、ダイオードを用いるときには定常的な一定電流を流す必要がある。この電流を流さなければ、直流的に接続されていないことと等価になる。   Next, advantages of the arrangement of the diode 131b in the circuit will be described. Generally, when a diode is used, it is necessary to flow a constant constant current. If this current does not flow, it is equivalent to not being connected in direct current.

上述のOFD増幅回路131aにおいて、MOSトランジスタM111とM101との間に、ダイオード131bが直列に挿入されている。OFD増幅回路131aでは、MOSトランジスタM109、M111、M101、M102にバイアス電流を流す。このため、MOSトランジスタM109、M111、M101、M102に流すためのバイアス電流を、ダイオード131b用のバイアス電流としても利用することができる。ダイオード131bのためだけのバイアス電流を流す必要がない。   In the above-described OFD amplifier circuit 131a, a diode 131b is inserted in series between the MOS transistors M111 and M101. In the OFD amplifier circuit 131a, a bias current is passed through the MOS transistors M109, M111, M101, and M102. For this reason, the bias current for flowing through the MOS transistors M109, M111, M101, and M102 can also be used as the bias current for the diode 131b. It is not necessary to pass a bias current only for the diode 131b.

図7は、参考例による固体撮像モジュールのOFD増幅回路の出力部分を示す。参考例の固体撮像モジュールは、MOSトランジスタM111とM101との間にダイオードが直列に挿入されていない回路構成の例を示す。   FIG. 7 shows an output part of the OFD amplifier circuit of the solid-state imaging module according to the reference example. The solid-state imaging module of the reference example shows an example of a circuit configuration in which no diode is inserted in series between the MOS transistors M111 and M101.

参考例の回路では、MOSトランジスタM111のドレイン及びMOSトランジスタM101のドレインに、ダイオードDのアノードが接続されている。ダイオードDのカソードが、容量結合用の容量111に接続されている。   In the circuit of the reference example, the anode of the diode D is connected to the drain of the MOS transistor M111 and the drain of the MOS transistor M101. The cathode of the diode D is connected to the capacitor 111 for capacitive coupling.

このような回路では、ダイオードDのカソードとグランドとの間にバイアス用の抵抗素子Rが必要になる。実施例による回路では、このような抵抗素子が必要ない。   In such a circuit, a biasing resistance element R is required between the cathode of the diode D and the ground. Such a resistance element is not necessary in the circuit according to the embodiment.

また、参考例の回路では、MOSトランジスタM109とM111に、本来のバイアス電流に加えてダイオード用のバイアス電流も流れることになり、これに起因して、演算増幅器としての性能の劣化(電圧利得の低下)を招く可能性がある。電圧利得をAとした場合、入力電圧Vinと出力電圧Voutとの関係は、電圧利得Aを用いて、   In the circuit of the reference example, in addition to the original bias current, a diode bias current also flows through the MOS transistors M109 and M111. As a result, performance degradation as an operational amplifier (voltage gain) Decrease). When the voltage gain is A, the relationship between the input voltage Vin and the output voltage Vout is as follows:

Figure 2007081943
Figure 2007081943

という式で表される。電圧利得Aが低下すると、出力電圧OFDOの精度の低下につながる。 It is expressed by the formula. When the voltage gain A is reduced, the accuracy of the output voltage OFDO is reduced.

参考例の回路では、ダイオードDのアノードとグランドとの間に位相補償用の容量Cが必要になる。電子シャッタ動作時に、シャッタ電圧が印加されるため、ダイオードDに逆バイアスが印加される。このときダイオードDの前後で回路が電気的に遮断される。このとき、容量Cが配置されていないと増幅回路の位相余裕が取れなくなり、回路が不安定になる(発振や波形のリンギングが生じる)。   In the circuit of the reference example, a phase compensation capacitor C is required between the anode of the diode D and the ground. Since a shutter voltage is applied during the electronic shutter operation, a reverse bias is applied to the diode D. At this time, the circuit is electrically disconnected before and after the diode D. At this time, if the capacitor C is not arranged, the phase margin of the amplifier circuit cannot be obtained, and the circuit becomes unstable (oscillation or ringing of the waveform occurs).

実施例の回路において、通常動作時には、容量結合用容量111が位相補償の役割も果たしている。電子シャッタ動作時は、MOSトランジスタM107が接地され、MOSトランジスタM103〜M107で構成される差動対が回路として動作しない。このため、電子シャッタ動作時は、実施例の回路が増幅回路としての利得を持たない。   In the circuit of the embodiment, during normal operation, the capacitive coupling capacitor 111 also plays a role of phase compensation. During the electronic shutter operation, the MOS transistor M107 is grounded, and the differential pair composed of the MOS transistors M103 to M107 does not operate as a circuit. For this reason, during the electronic shutter operation, the circuit of the embodiment does not have a gain as an amplifier circuit.

フィードバック系で発振が発生する条件は、利得が1以上で、位相が180°以上回転する場合である。増幅回路として利得を持たない以上、発振が起こり得ないので、実施例の回路では電子シャッタ動作時の位相補償が必要ない。従って、実施例の回路では、容量結合用容量111の他に位相補償用の容量を配置する必要がない。   The conditions for oscillation in the feedback system are when the gain is 1 or more and the phase is rotated 180 ° or more. Since no oscillation can occur as long as the amplifier circuit does not have a gain, the circuit of the embodiment does not require phase compensation during the electronic shutter operation. Therefore, in the circuit of the embodiment, it is not necessary to arrange a phase compensation capacitor in addition to the capacitive coupling capacitor 111.

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

本発明の実施例による固体撮像モジュール、及び実施例の固体撮像モジュールで駆動される固体撮像素子の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the solid-state image sensor driven by the solid-state imaging module by the Example of this invention, and the solid-state imaging module of an Example. 実施例によるOFD増幅回路を概略的に示す回路図である。It is a circuit diagram which shows schematically the OFD amplifier circuit by an Example. 図3(A)及び図3(B)は、実施例によるOFD増幅回路の駆動方法を説明するための回路図である。FIG. 3A and FIG. 3B are circuit diagrams for explaining a method of driving the OFD amplifier circuit according to the embodiment. 実施例によるスイッチ回路を概略的に示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram schematically showing a switch circuit according to an embodiment. 図5(A)は、半導体基板のダイオード131bが形成されている領域の平面図であり、図5(B)は、半導体基板のダイオード131bが形成されている領域の断面図であり、図5(C)は、ダイオード131bの等価回路図である。5A is a plan view of a region where the diode 131b of the semiconductor substrate is formed, and FIG. 5B is a cross-sectional view of the region where the diode 131b of the semiconductor substrate is formed. (C) is an equivalent circuit diagram of the diode 131b. 寄生バイポーラトランジスタが電流源として動作することを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows that a parasitic bipolar transistor operates as a current source. 参考例による固体撮像モジュールの一部を概略的に示す回路図である。It is a circuit diagram which shows roughly a part of solid-state imaging module by a reference example. 先の提案による固体撮像モジュール、及び当該固体撮像モジュールで駆動される固体撮像素子の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the solid-state imaging module by the previous proposal, and the solid-state imaging device driven with the said solid-state imaging module. 先の提案による固体撮像モジュールに含まれるOFD制御回路をCMOSで構成する場合のブロック図である。It is a block diagram in the case where the OFD control circuit included in the solid-state imaging module proposed above is configured with CMOS. 図9に示す先の提案のスイッチ回路をCMOSで構成した回路の一例である。It is an example of the circuit which comprised the switch circuit of the proposal previously shown in FIG. 9 with CMOS. 図11(A)及び図11(B)は、先の提案による固体撮像モジュールで生じうる課題を説明するための回路図である。FIG. 11A and FIG. 11B are circuit diagrams for explaining problems that may occur in the solid-state imaging module proposed above. 従来の固体撮像モジュールを概略的に示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the conventional solid-state imaging module schematically.

符号の説明Explanation of symbols

101 固体撮像モジュール
102 CCDエリアセンサ
131 OFD制御回路
131a OFD増幅回路
131b ダイオード
132 パルス発生回路
111 容量
M101〜M111 MOSトランジスタ
SW1 スイッチ回路
C 制御回路
201 n型基板
202 pウェル
203 第1のn型領域
204 第2のn型領域
205 p型コンタクト領域
Ca カソード端子
An アノード端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Solid-state imaging module 102 CCD area sensor 131 OFD control circuit 131a OFD amplifier circuit 131b Diode 132 Pulse generation circuit 111 Capacitance M101-M111 MOS transistor SW1 Switch circuit C Control circuit 201 N-type board | substrate 202 P well 203 1st n + type area | region 204 Second n + type region 205 p + type contact region Ca Cathode terminal An An anode terminal

Claims (4)

演算増幅器を含む、固体撮像素子の基板電圧制御手段と、
電圧パルスを発生させるパルス発生回路と
を有し、
前記演算増幅器の出力段は、PMOSトランジスタ、ダイオード、及びNMOSトランジスタを含み、該PMOSトランジスタのドレインと該ダイオードのアノードとが接続され、該ダイオードのカソードと該NMOSトランジスタのドレインとが接続されており、該PMOSトランジスタ、ダイオード、及びNMOSトランジスタは、同一の半導体基板に形成されており、
前記パルス発生回路は、前記ダイオードのカソードに電圧パルスを印加する固体撮像モジュール。
A substrate voltage control means for a solid-state imaging device, including an operational amplifier;
A pulse generation circuit for generating a voltage pulse,
The output stage of the operational amplifier includes a PMOS transistor, a diode, and an NMOS transistor, the drain of the PMOS transistor and the anode of the diode are connected, and the cathode of the diode and the drain of the NMOS transistor are connected. The PMOS transistor, the diode, and the NMOS transistor are formed on the same semiconductor substrate,
The pulse generation circuit is a solid-state imaging module that applies a voltage pulse to the cathode of the diode.
前記ダイオードは、前記半導体基板の表面に形成されたp型領域と、該p型領域中に互いに離れて形成された第1及び第2のn型領域とから構成されるラテラルバイポーラ構造を有し、ベース・コレクタ直結型ダイオードである請求項1に記載の固体撮像モジュール。   The diode has a lateral bipolar structure including a p-type region formed on the surface of the semiconductor substrate and first and second n-type regions formed apart from each other in the p-type region. The solid-state imaging module according to claim 1, which is a base-collector direct connection type diode. 前記第2のn型領域は、前記第1のn型領域を取り囲むように配置されている請求項1または2に記載の固体撮像モジュール。   The solid-state imaging module according to claim 1, wherein the second n-type region is disposed so as to surround the first n-type region. さらに、前記ダイオードのカソードに接続された前記NMOSトランジスタのドレインに電圧パルスが印加されるタイミングに同期して、該NMOSトランジスタのゲートに印加される電圧を上昇させる制御回路を有する請求項1〜3のいずれかに記載の固体撮像モジュール。   4. A control circuit for increasing a voltage applied to the gate of the NMOS transistor in synchronization with a timing at which a voltage pulse is applied to the drain of the NMOS transistor connected to the cathode of the diode. The solid-state imaging module according to any one of the above.
JP2005268438A 2005-09-15 2005-09-15 Solid-state imaging module Pending JP2007081943A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005268438A JP2007081943A (en) 2005-09-15 2005-09-15 Solid-state imaging module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005268438A JP2007081943A (en) 2005-09-15 2005-09-15 Solid-state imaging module

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007081943A true JP2007081943A (en) 2007-03-29

Family

ID=37941748

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005268438A Pending JP2007081943A (en) 2005-09-15 2005-09-15 Solid-state imaging module

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007081943A (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07336603A (en) * 1994-06-03 1995-12-22 Sony Corp Correction circuit for saturated charge versus temperature characteristic for ccd image sensor
JPH10145684A (en) * 1996-11-13 1998-05-29 Sony Corp Bias fluctuation suppression circuit in solid-state image pickup element
JP2002084461A (en) * 2000-09-07 2002-03-22 Advantest Corp Image pickup element drive circuit, image pickup element test unit

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07336603A (en) * 1994-06-03 1995-12-22 Sony Corp Correction circuit for saturated charge versus temperature characteristic for ccd image sensor
JPH10145684A (en) * 1996-11-13 1998-05-29 Sony Corp Bias fluctuation suppression circuit in solid-state image pickup element
JP2002084461A (en) * 2000-09-07 2002-03-22 Advantest Corp Image pickup element drive circuit, image pickup element test unit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7286004B2 (en) Current source circuit
US8575986B2 (en) Level shift circuit and switching regulator using the same
JP5341780B2 (en) Power supply control circuit
JP5341781B2 (en) Power supply control circuit
KR101316327B1 (en) Driving circuit, semiconductor device having driving circuit, and switching regulator and electronic equipment using driving circuit and semiconductor device
US6803807B2 (en) Negative voltage output charge pump circuit
EP1613056A2 (en) Cmos image sensor, reset transistor control circuit and voltage switch circuit
JP2008211707A (en) Input circuit
CN111211763B (en) High potential side driving circuit
US20060164135A1 (en) Driver circuit
US7212066B2 (en) Charge pump circuit
JP2007081943A (en) Solid-state imaging module
JP2007081942A (en) Solid imaging module and semiconductor device
JP4740693B2 (en) CCD drive circuit
JP4648170B2 (en) Solid-state imaging module
JP4797600B2 (en) Output buffer circuit of solid-state imaging device and solid-state imaging device using the same
JP2008011242A (en) Drive circuit
JP2007134657A (en) Switching power source circuit
JP2009189038A (en) Solid-state imaging module
JP4658360B2 (en) Output buffer
US7723799B2 (en) Semiconductor device
JP2007306245A (en) Vertical register driver of ccd imaging element
JP2006157627A (en) Solid-state imaging module
JP2007019691A (en) Solid-state imaging device
JPH06216323A (en) Semiconductor integrated circuit device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061221

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070216

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080204

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100518

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100525

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20101005