JP2008147486A - Solid-state imaging device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging device which has a high integration and a high resolution by utilizing both of a pair of electron/hole produced due to a photoelectric effect. <P>SOLUTION: The solid-state imaging device includes a first conduction type semiconductor substrate 11, a second conduction type hole accumulation/transfer area 13 which is located in the surface area of the semiconductor substrate 11, a first conduction type light receiving area 12 which is located in the hole accumulation/transfer area 13, a first conduction type electron transfer area 14 which is located in the surface area in the hole accumulation/transfer area 13 at a predetermined space from the light receiving area 12, a gate oxide film 15 which is formed on the surface of the semiconductor substrate 11, a first transfer gate electrode 16 which is formed on the gate oxide film 15 at a position corresponding between the light receiving area 12 and the hole accumulation/transfer area 13, an electron detection circuit 17 which is connected to the electron transfer area, means 13-1, 21 which extract holes accumulated in the hole accumulation/transfer area, and a hole detection circuit 18 to which the hole extracted by the means is supplied. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像装置に関し、特に高集積度で、高解像度の固体撮像装置に関するものである。   The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a highly integrated and high-resolution solid-state imaging device.

近年固体撮像装置では高解像度化/多画素化が進み、それに伴って、1画素の面積か小さくなっている。これは実際に光電効果に寄与する受光部が小さくなる事から、同じ明るさの環境下でも、1画素当りから得られる出力が小さくなる事を意味する。ノイズが大きく改善しない場合、出力が小さくなれば相対的にノイズが大きくなり、画質の劣化の原因となる、従来の固体撮像装置では、光電効果で発生した電子/正孔対の内、電子のみを出力として使用しており、入射光によって発生した正孔の電荷は利用されていなかった。
特開2000−269618号公報
In recent years, solid-state imaging devices have become higher in resolution / multiple pixels, and the area of one pixel has been reduced accordingly. This means that since the light receiving portion that actually contributes to the photoelectric effect is reduced, the output obtained from one pixel is reduced even in the same brightness environment. If the noise does not improve greatly, if the output is reduced, the noise will increase relatively, causing image quality degradation. In conventional solid-state imaging devices, only electrons out of the electron / hole pairs generated by the photoelectric effect As the output, and the charge of the holes generated by the incident light was not utilized.
JP 2000-269618 A

本発明の課題は、光電効果で発生した電子/正孔対の両方を利用することにより、高集積度で、高解像度の固体撮像装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device with high integration and high resolution by utilizing both electron / hole pairs generated by the photoelectric effect.

本発明の固体撮像装置は、第1導電型の半導体基板と、この半導体基板内の表面領域に設けられた第2導電型の正孔蓄積/転送領域と、この正孔蓄積/転送領域内に設けられた、第1導電型の受光領域と、この受光領域に対して所定の間隔をおいて前記正孔蓄積/転送領域内の表面領域に設けられた、第1導電型の電子転送領域と、前記半導体基板表面に形成されたゲート酸化膜と、このゲート酸化膜上の、前記受光領域および前記正孔蓄積/転送領域間に対応する位置に形成された第1の転送ゲート電極と、前記電子転送領域に接続された電子検出回路と、前記正孔蓄積/転送領域に蓄積された正孔を取り出す手段と、この手段により取り出された正孔が供給される正孔検出回路と、を備えることを特徴とするものである。   A solid-state imaging device according to the present invention includes a first conductivity type semiconductor substrate, a second conductivity type hole accumulation / transfer region provided in a surface region of the semiconductor substrate, and a hole accumulation / transfer region in the hole conductivity / transfer region. A first-conductivity-type light-receiving region provided, and a first-conductivity-type electron-transfer region provided in a surface region within the hole accumulation / transfer region at a predetermined interval with respect to the light-receiving region; A gate oxide film formed on the surface of the semiconductor substrate; a first transfer gate electrode formed on the gate oxide film at a position corresponding to between the light receiving region and the hole accumulation / transfer region; An electron detection circuit connected to the electron transfer region; means for extracting the holes accumulated in the hole accumulation / transfer region; and a hole detection circuit to which the holes extracted by the means are supplied. It is characterized by this.

光電効果で発生した電子/正孔対の両方を利用することにより、高集積度で、高解像度の固体撮像装置構造が得られる。   By using both electron / hole pairs generated by the photoelectric effect, a solid-state imaging device structure with high integration and high resolution can be obtained.

以下本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(実施形態1)
図1は固体撮像装置の1画素に対応する受光部と光電変換された画像情報の読み出し回路の構成を示す平面図である。また、図2は図1の破線A−A´に沿った断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a light receiving unit corresponding to one pixel of a solid-state imaging device and a readout circuit for photoelectrically converted image information. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a broken line AA ′ in FIG.

これらの図に示されるように、例えばN型のSi半導体基板11の表面から一定の深さの部分には、N型の半導体領域からなる受光部12が形成されている。この受光部12は、その平面形状が、ほぼ正方形の隣接する2つの角部が除去された形状を有している。この受光部12の周囲には、その一部が半導体基板11の表面に達するP型の半導体領域からなり、正孔を蓄積/転送する正孔蓄積/転送領域13が形成されている。この正孔蓄積/転送領域13は、その平面形状が、図1に示されるように、ほぼ正方形であるが、1つの角部が拡大されている。この拡大された正孔蓄積/転送領域13内には、受光部12から僅かに離間されて、電子を転送する電子転送領域14が形成されている。この電子転送領域14はその一部が半導体基板11の表面に達するN型の半導体領域からなっている。そして、この電子転送領域14は、その平面形状が図1に示されるようにほぼ三角形であり、その一辺が、受光部12の除去された角部に対して一定の間隔を置いて対向するように配置されている。   As shown in these drawings, for example, a light receiving portion 12 made of an N type semiconductor region is formed at a certain depth from the surface of an N type Si semiconductor substrate 11. The light receiving unit 12 has a shape in which two adjacent corners of a substantially square shape are removed. Around the light receiving portion 12, a hole accumulation / transfer region 13 for accumulating / transferring holes is formed of a P-type semiconductor region partially reaching the surface of the semiconductor substrate 11. As shown in FIG. 1, the hole accumulation / transfer region 13 has a substantially square shape, but one corner is enlarged. In the expanded hole accumulation / transfer region 13, an electron transfer region 14 for transferring electrons is formed slightly spaced from the light receiving unit 12. The electron transfer region 14 is composed of an N-type semiconductor region that partially reaches the surface of the semiconductor substrate 11. The planar shape of the electron transfer region 14 is substantially a triangle as shown in FIG. 1, and its one side is opposed to the removed corner of the light receiving unit 12 with a certain interval. Is arranged.

これらの各領域が形成された半導体基板11の表面には、SiOからなるゲート酸化膜15が形成される。このゲート酸化膜15上には、受光部12と電子転送領域14の間の部分に、その平面形状が、ほぼ長方形の転送ゲート(TG)電極16が配置される。この転送ゲート電極16にはゲート制御線TGnが接続されている。このゲート制御線TGnは、図示しないが、転送ゲート電極16をおよび半導体基板11の表面を覆う絶縁膜上に多層配線されている。 A gate oxide film 15 made of SiO 2 is formed on the surface of the semiconductor substrate 11 where these regions are formed. On the gate oxide film 15, a transfer gate (TG) electrode 16 having a substantially rectangular planar shape is disposed in a portion between the light receiving unit 12 and the electron transfer region 14. A gate control line TGn is connected to the transfer gate electrode 16. Although not shown, the gate control line TGn is multi-layered on the insulating film that covers the transfer gate electrode 16 and the surface of the semiconductor substrate 11.

電子転送領域14には電子取り出し端子14−1が設けられ、この端子は電子を検知するN−chトランジスタにより構成される電子検出回路17の入力端子に接続されている。また、正孔蓄積/転送領域13には正孔取り出し端子13−1が設けられ、この端子は正孔を検知するP−chトランジスタにより構成される正孔検出回路18の入力端子に接続されている。電子検出回路17および正孔検出回路18の出力端子S1、S2はそれぞれA/Dコンバータ19の入力端子に接続され、出力側にはデジタル出力信号が取り出される。電子検出回路17および正孔検出回路18の出力端子s1、s2には、また、信号読み出し用の信号線Sが接続されている。   The electron transfer region 14 is provided with an electron takeout terminal 14-1, which is connected to an input terminal of an electron detection circuit 17 constituted by an N-ch transistor for detecting electrons. The hole accumulation / transfer area 13 is provided with a hole extraction terminal 13-1, which is connected to an input terminal of a hole detection circuit 18 constituted by a P-ch transistor for detecting holes. Yes. The output terminals S1 and S2 of the electron detection circuit 17 and the hole detection circuit 18 are connected to the input terminal of the A / D converter 19, respectively, and a digital output signal is taken out on the output side. A signal line S for signal reading is also connected to the output terminals s1 and s2 of the electron detection circuit 17 and the hole detection circuit 18.

なお、図1および図2には、1画素分の回路装置(セル)のみ示されているが、実際の装置においては、複数個の画素に対応するセルがライン状あるいはマトリクス状に配列され、ゲート制御線TGn、信号線SおよびA/Dコンバータ19は、それらのセルに共通に利用される。   1 and FIG. 2 show only a circuit device (cell) for one pixel, but in an actual device, cells corresponding to a plurality of pixels are arranged in a line or matrix, The gate control line TGn, the signal line S, and the A / D converter 19 are commonly used for these cells.

次にこのように構成された固体撮像装置の動作について図3および図4を用いて説明する。受光部12に被写体からの入射光Lが入射すると、これによって電子/正孔対が発生し、正孔については従来装置では主に基板に排出され、信号出力には寄与していなかったが、本実施形態においては、受光部12を取り囲む正孔蓄積/転送領域13内に蓄積される。この実施形態における固体撮像装置は、入射光Lが入射する前後の定常状態においては、ゲート制御線TGnの電位はグランドレベル、すなわち、Lowレベルとする。この状態において正孔蓄積/転送領域13内に蓄積された正孔は、正孔取り出し端子13−1を介して外部に取り出され、正孔検出回路18に供給される。正孔検出回路18は、供給された正孔を検出し、その量に応じた正のアナログ電位出力をその出力端子s2に発生する。   Next, the operation of the solid-state imaging device configured as described above will be described with reference to FIGS. When incident light L from the subject is incident on the light receiving unit 12, an electron / hole pair is generated by this, and the holes are mainly discharged to the substrate in the conventional apparatus, and do not contribute to the signal output. In the present embodiment, the light is accumulated in the hole accumulation / transfer region 13 surrounding the light receiving unit 12. In the solid-state imaging device according to this embodiment, the potential of the gate control line TGn is set to the ground level, that is, the Low level in the steady state before and after the incident light L is incident. In this state, the holes accumulated in the hole accumulation / transfer area 13 are extracted outside via the hole extraction terminal 13-1 and supplied to the hole detection circuit 18. The hole detection circuit 18 detects the supplied holes and generates a positive analog potential output corresponding to the amount at the output terminal s2.

他方、入射光Lの入射により受光部12に発生した電子/正孔対の内の電子は、転送ゲートTGを所定の正電位、すなわちHighレベルとすることにより、受光部12と電子転送領域14間の正孔蓄積/転送領域13の表面領域に形成されたNチャネル、電子取り出し端子14−1を介して外部に取り出される。電子取り出し端子14−1を介して外部に取り出された電子は、電子検出回路17の入力端子に供給される。電子検出回路17は、供給された電子を検出し、その量に応じた正のアナログ電位出力をその出力端子s1に発生する。   On the other hand, the electrons in the electron / hole pair generated in the light receiving unit 12 by the incidence of the incident light L make the transfer gate TG a predetermined positive potential, that is, a high level, whereby the light receiving unit 12 and the electron transfer region 14 It is taken out to the outside through the N channel and electron take-out terminal 14-1 formed in the surface region of the hole accumulation / transfer region 13 between them. Electrons extracted outside through the electron extraction terminal 14-1 are supplied to the input terminal of the electron detection circuit 17. The electron detection circuit 17 detects the supplied electrons and generates a positive analog potential output corresponding to the amount at the output terminal s1.

電子検出回路17の出力端子s1および正孔検出回路18の出力端子s2に発生した正のアナログ電位出力はともにA/Dコンバータ19の入力端子に供給されることにより加算され、その出力端子にデジタル変換された信号出力が得られる。この出力は信号線Sに読み出される。   Both positive analog potential outputs generated at the output terminal s1 of the electron detection circuit 17 and the output terminal s2 of the hole detection circuit 18 are added to each other by being supplied to the input terminal of the A / D converter 19, and digitally output to the output terminal. A converted signal output is obtained. This output is read out to the signal line S.

このように、A/Dコンバータ19の出力端には、固体撮像装置の出力信号として、電子検出回路17の出力と正孔検出回路18の出力とが加算された信号が出力されるため、電子単独の場合の出力と比較して最大2倍の出力が得られる。   As described above, the output terminal of the A / D converter 19 outputs a signal obtained by adding the output of the electron detection circuit 17 and the output of the hole detection circuit 18 as an output signal of the solid-state imaging device. Up to twice as much output can be obtained as compared with the output of a single case.

(実施形態2)
図5は本発明の固体撮像装置の第2の実施形態を示す平面図であり、1画素に対応する受光部と光電変換された画像情報の読み出し回路の構成を示すである。また、図6は図5の破線B−B´に沿った断面図である。これらの図において、図1および図2に対応する構成部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a plan view showing a second embodiment of the solid-state imaging device of the present invention, and shows a configuration of a light receiving unit corresponding to one pixel and a readout circuit for photoelectrically converted image information. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the broken line BB ′ in FIG. In these drawings, components corresponding to those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, different portions will be mainly described.

この実施の形態においては、半導体基板11内の正孔蓄積/転送領域13から僅かに離れた部分に、その一部が半導体基板11の表面に達するP型の半導体領域からなり、正孔を転送する正孔転送領域21が形成されている。この正孔蓄積/転送領域13および正孔転送領域21の間の半導体基板11の表面部分には、Pチャンネル領域22が形成されている。また、正孔蓄積/転送領域13および正孔転送領域21の間の位置に対応する、ゲート酸化膜15上には第2の転送ゲート電極TG2が設けられている。ここで、受光部12と電子転送領域14の間に設けられた第1の転送ゲート電極T1は、図1および図2における転送ゲート(TG)電極16に対応している。正孔転送領域21の平面形状は、図5に示されるように、ほぼ三角形であり、その一辺が、受光部12の除去された角部に対して一定の間隔を置いて対向するように配置されている。また、第2の転送ゲート電極TG2の平面形状は、第1の転送ゲート電極T1と同様に、ほぼ長方形となっている。   In this embodiment, a portion of the semiconductor substrate 11 that is slightly away from the hole accumulation / transfer region 13 is a P-type semiconductor region that reaches the surface of the semiconductor substrate 11 and transfers holes. A hole transfer region 21 is formed. A P channel region 22 is formed on the surface portion of the semiconductor substrate 11 between the hole accumulation / transfer region 13 and the hole transfer region 21. A second transfer gate electrode TG 2 is provided on the gate oxide film 15 corresponding to the position between the hole accumulation / transfer region 13 and the hole transfer region 21. Here, the first transfer gate electrode T1 provided between the light receiving unit 12 and the electron transfer region 14 corresponds to the transfer gate (TG) electrode 16 in FIGS. As shown in FIG. 5, the plane shape of the hole transfer region 21 is substantially a triangle, and is arranged so that one side of the hole transfer region 21 is opposed to the removed corner of the light receiving unit 12 at a certain interval. Has been. Further, the planar shape of the second transfer gate electrode TG2 is substantially rectangular like the first transfer gate electrode T1.

第1の転送ゲート電極T1には第1のゲート制御線TGnが接続されている。この第1のゲート制御線TGnは図1又は図2に示したゲート制御線TGnに対応している。これに対して、第2の転送ゲート電極TG2には、第2のゲート制御線TGn´が接続されている。この第2のゲート制御線TGn´は、図示しないが、第1のゲート制御線TGnと同様に、第1の転送ゲート電極T1、第2の転送ゲート電極TG2および半導体基板11の表面を覆う絶縁膜上に多層配線されている。第1のゲート制御線TGnと第2のゲート制御線TGn´には、互いに極性が反転した制御電圧が印加される。   A first gate control line TGn is connected to the first transfer gate electrode T1. The first gate control line TGn corresponds to the gate control line TGn shown in FIG. 1 or FIG. On the other hand, a second gate control line TGn ′ is connected to the second transfer gate electrode TG2. Although not shown, the second gate control line TGn ′ is an insulating material that covers the first transfer gate electrode T1, the second transfer gate electrode TG2, and the surface of the semiconductor substrate 11 in the same manner as the first gate control line TGn. Multi-layer wiring is provided on the film. Control voltages having opposite polarities are applied to the first gate control line TGn and the second gate control line TGn ′.

前述したように、電子転送領域14には電子取り出し端子14−1が設けられ、この端子14−1には第1の信号線S1が接続される。この端子14−1はまた、電子を検知するN−chトランジスタにより構成される電子検出回路17の入力端子に接続されている。また、正孔転送領域21には正孔取り出し端子21−1が設けられ、この端子には第2の信号線S2が接続される。この端子21−1はまた、正孔を検知するN−chトランジスタにより構成される正孔検出回路23の入力端子に接続されている。電子検出回路17および正孔検出回路23の出力端子s1、s2はそれぞれ第1のA/Dコンバータ24および第2のA/Dコンバータ25の入力端子に接続され、出力側にはデジタル出力信号が取り出される。第1および第2のA/Dコンバータ24、25の出力信号は差分回路26の入力端子に供給され、その出力端に固体撮像装置の出力信号27が得られる。   As described above, the electron transfer region 14 is provided with the electron takeout terminal 14-1, and the first signal line S1 is connected to the terminal 14-1. The terminal 14-1 is also connected to an input terminal of an electron detection circuit 17 constituted by an N-ch transistor that detects electrons. The hole transfer region 21 is provided with a hole extraction terminal 21-1, and the second signal line S2 is connected to this terminal. The terminal 21-1 is also connected to an input terminal of a hole detection circuit 23 configured by an N-ch transistor that detects holes. The output terminals s1 and s2 of the electron detection circuit 17 and the hole detection circuit 23 are connected to the input terminals of the first A / D converter 24 and the second A / D converter 25, respectively, and a digital output signal is output on the output side. It is taken out. The output signals of the first and second A / D converters 24 and 25 are supplied to the input terminal of the difference circuit 26, and the output signal 27 of the solid-state imaging device is obtained at the output terminal.

次にこのように構成された固体撮像装置の動作について図7乃至図9を用いて説明する。受光部12に被写体からの入射光Lが入射すると、これによって電子/正孔対が発生し、正孔については従来装置では主に基板に排出され、信号出力には寄与していなかったが、本実施形態においては、受光部12を取り囲む正孔蓄積/転送領域13内に蓄積される。この電荷蓄積時には、第1のゲート制御線TGnはLowレベル、第2のゲート制御線TGn´にはHighレベルの電圧が与えられる。これによって、第2の転送ゲート電極TG2にHighレベルの電位を印加して、第2の転送ゲート電極TG2直下のPチャンネル22を反転させ、正孔蓄積/転送領域13から正孔転送領域21への正孔の移動を阻止する。この状態においては、第1の転送ゲート電極T1にはLowレベルの電位が与えられているため、第1の転送ゲート電極T1の直下のN型半導体基板11には反転は生じない。したがって、正孔蓄積/転送領域13内に発生した電子も電子転送領域14には移動しない。   Next, the operation of the solid-state imaging device configured as described above will be described with reference to FIGS. When incident light L from the subject is incident on the light receiving unit 12, an electron / hole pair is generated by this, and the holes are mainly discharged to the substrate in the conventional apparatus, and do not contribute to the signal output. In the present embodiment, the light is accumulated in the hole accumulation / transfer region 13 surrounding the light receiving unit 12. During this charge accumulation, the first gate control line TGn is supplied with a low level voltage, and the second gate control line TGn ′ is supplied with a high level voltage. As a result, a high level potential is applied to the second transfer gate electrode TG2 to invert the P channel 22 immediately below the second transfer gate electrode TG2, and from the hole accumulation / transfer region 13 to the hole transfer region 21. Block the movement of holes. In this state, since a low level potential is applied to the first transfer gate electrode T1, no inversion occurs in the N-type semiconductor substrate 11 immediately below the first transfer gate electrode T1. Therefore, the electrons generated in the hole accumulation / transfer area 13 do not move to the electron transfer area 14.

次に信号読み出し時においては、第1のゲート制御線TGnはHighレベル、第2のゲート制御線TGn´にはLowレベルの電圧が与えられる。これによって、第1の転送ゲート電極T1にはHighレベルの電位が与えられるため、第1の転送ゲート電極T1の直下のP型正孔蓄積/転送領域13は反転し、Nチャンネルが形成される。したがって、正孔蓄積/転送領域13内に発生した電子は電子転送領域14に転送され、電子取り出し端子14−1を介して外部に取り出される。取り出された電子は、N−chトランジスタにより構成される電子検出回路17の入力端子に供給され、取り出された電子の量に応じたアナログ信号に変換される。   Next, at the time of signal readout, the first gate control line TGn is supplied with a high level voltage and the second gate control line TGn ′ is supplied with a low level voltage. As a result, since a high level potential is applied to the first transfer gate electrode T1, the P-type hole accumulation / transfer region 13 immediately below the first transfer gate electrode T1 is inverted, and an N channel is formed. . Therefore, the electrons generated in the hole accumulation / transfer area 13 are transferred to the electron transfer area 14 and taken out to the outside via the electron takeout terminal 14-1. The extracted electrons are supplied to the input terminal of the electron detection circuit 17 configured by an N-ch transistor, and converted into an analog signal corresponding to the amount of extracted electrons.

この信号読み出し時においては、また、第2の転送ゲート電極TG2にLowレベル電位が印加され、第2の転送ゲート電極TG2直下のPチャンネル領域22を反転させることはないため、正孔蓄積/転送領域13から正孔転送領域21への正孔が転送される。正孔転送領域21へ移動した正孔は、正孔取り出し端子21−1を介して取り出され、N−chトランジスタにより構成される正孔検出回路23の入力端子に供給される。   At the time of reading this signal, a low level potential is applied to the second transfer gate electrode TG2, and the P channel region 22 immediately below the second transfer gate electrode TG2 is not inverted. Holes are transferred from the region 13 to the hole transfer region 21. The holes that have moved to the hole transfer region 21 are extracted through the hole extraction terminal 21-1 and supplied to the input terminal of the hole detection circuit 23 configured by an N-ch transistor.

ここで、電子が電子転送領域14に転送され、正孔が転送領域21へ転送される前に、第1の信号線S1をHighレベル電位にリセットし、第2の信号線S2をLowレベル電位にリセットして、第1および第2のA/Dコンバータ24、25それぞれの出力を基準信号電位として保持する。電荷を読み出すと、第1のA/Dコンバータ24(ADC1)の出力は基準信号電位より高くなり、第2のA/Dコンバータ25(ADC2)の出力は基準信号電位より低くなり、それぞれの基準信号電位との差が第1および第2のA/Dコンバータ24、25の出力電位となる。第1および第2のA/Dコンバータ24、25の出力信号は差分回路26の入力端子に供給され、その出力端に固体撮像装置の出力信号27が得られる。   Here, before the electrons are transferred to the electron transfer region 14 and the holes are transferred to the transfer region 21, the first signal line S1 is reset to the high level potential, and the second signal line S2 is set to the low level potential. And the outputs of the first and second A / D converters 24 and 25 are held as reference signal potentials. When the charge is read, the output of the first A / D converter 24 (ADC1) becomes higher than the reference signal potential, and the output of the second A / D converter 25 (ADC2) becomes lower than the reference signal potential. The difference from the signal potential becomes the output potential of the first and second A / D converters 24 and 25. The output signals of the first and second A / D converters 24 and 25 are supplied to the input terminal of the difference circuit 26, and the output signal 27 of the solid-state imaging device is obtained at the output terminal.

図9は入射光量に対する第1および第2のA/Dコンバータ24、25の出力電位を示すグラフである。図からわかるように、第1および第2のA/Dコンバータ24、25の出力電位であるADC1とADC2はともに入射光量に比例して増加するが、それらの極性は互いに逆の極性となる。このためADC1とADC2の出力の差分を取れば、電子単独の出力の場合と比較して振幅は最大2倍となる。   FIG. 9 is a graph showing output potentials of the first and second A / D converters 24 and 25 with respect to the amount of incident light. As can be seen from the figure, ADC1 and ADC2, which are output potentials of the first and second A / D converters 24 and 25, both increase in proportion to the amount of incident light, but their polarities are opposite to each other. For this reason, if the difference between the outputs of ADC1 and ADC2 is taken, the amplitude will be doubled at maximum compared to the case of the output of only the electrons.

この実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、固体撮像装置の出力信号として、電子検出回路17の出力と正孔検出回路23の出力とが加算された信号が出力されるため、電子単独の場合の出力と比較して最大2倍の出力が得られる。   According to this embodiment, as in the first embodiment, a signal obtained by adding the output of the electron detection circuit 17 and the output of the hole detection circuit 23 is output as the output signal of the solid-state imaging device. Compared to the output of an electron alone, the maximum output is doubled.

また、この実施形態によれば、電子検出回路17および正孔検出回路23はいずれもNチャンネルトランジスタにより構成することができるため、受光部12を中心とする画素形成領域内の装置分離領域を減らすことができ、これによって固体撮像装置の面積をより小さくできる。   In addition, according to this embodiment, since both the electron detection circuit 17 and the hole detection circuit 23 can be configured by N-channel transistors, the device isolation region in the pixel formation region centered on the light receiving unit 12 is reduced. This can reduce the area of the solid-state imaging device.

なお、この実施形態においては、電子検出回路17および正孔検出回路23をNチャンネルトランジスタにより構成したが、これらをPチャンネルトランジスタで構成することもできる。   In this embodiment, the electron detection circuit 17 and the hole detection circuit 23 are configured by N-channel transistors, but these can also be configured by P-channel transistors.

本発明の実施例にかかる固体撮像装置の1画素に対応する受光部と光電変換された画像情報の読み出し回路の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the readout circuit of the image information photoelectrically converted and the light-receiving part corresponding to 1 pixel of the solid-state imaging device concerning the Example of this invention. 図1の破線A−A´に沿った断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a broken line AA ′ in FIG. 1. 図1に示す固体撮像装置の動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the solid-state imaging device shown in FIG. 同じく図1に示す固体撮像装置の動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the solid-state imaging device similarly shown in FIG. 本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置の1画素に対応する受光部と光電変換された画像情報の読み出し回路の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the light-receiving part corresponding to 1 pixel of the solid-state imaging device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention, and the readout circuit of the photoelectrically converted image information. 図5の破線B−B´に沿った断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view taken along a broken line BB ′ in FIG. 5. 図5に示す固体撮像装置の動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the solid-state imaging device shown in FIG. 同じく図5に示す固体撮像装置の動作を説明するための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the operation of the solid-state imaging device shown in FIG. 5. 図9は図5に示す固体撮像装置の入射光量に対する第1および第2のA/Dコンバータ24、25の出力電位を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing output potentials of the first and second A / D converters 24 and 25 with respect to the amount of incident light of the solid-state imaging device shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

11…半導体基板
12…受光部
13…正孔蓄積/転送領域
14…電子転送領域
15…ゲート酸化膜
16…転送ゲート電極
17…電子検出回路
18…正孔検出回路
19…A/Dコンバータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Semiconductor substrate 12 ... Light-receiving part 13 ... Hole accumulation / transfer area 14 ... Electron transfer area 15 ... Gate oxide film 16 ... Transfer gate electrode 17 ... Electron detection circuit 18 ... Hole detection circuit 19 ... A / D converter

Claims (5)

第1導電型の半導体基板と、この半導体基板内の表面領域に設けられた第2導電型の正孔蓄積/転送領域と、この正孔蓄積/転送領域内に設けられた、第1導電型の受光領域と、この受光領域に対して所定の間隔をおいて前記正孔蓄積/転送領域内の表面領域に設けられた、第1導電型の電子転送領域と、前記半導体基板表面に形成されたゲート酸化膜と、このゲート酸化膜上の、前記受光領域および前記正孔蓄積/転送領域間に対応する位置に形成された第1の転送ゲート電極と、前記電子転送領域に接続された電子検出回路と、を備えることを特徴とする固体撮像装置。   A first conductivity type semiconductor substrate, a second conductivity type hole accumulation / transfer region provided in a surface region of the semiconductor substrate, and a first conductivity type provided in the hole accumulation / transfer region A first conductivity type electron transfer region provided on a surface region in the hole accumulation / transfer region at a predetermined interval with respect to the light receiving region, and a surface of the semiconductor substrate. A gate oxide film, a first transfer gate electrode formed on the gate oxide film at a position corresponding to the space between the light receiving region and the hole accumulation / transfer region, and electrons connected to the electron transfer region A solid-state imaging device comprising: a detection circuit. 更に、前記正孔蓄積/転送領域に蓄積された正孔を取り出す手段と、この手段により取り出された正孔が供給される正孔検出回路と、を備えることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。   2. The device according to claim 1, further comprising: means for taking out holes accumulated in the hole accumulation / transfer region; and a hole detection circuit to which holes taken out by the means are supplied. Solid-state imaging device. 前記電子検出回路は第1導電型のMOSトランジスタにより構成され、前記正孔検出回路は第2導電型のMOSトランジスタにより構成され、前記正孔取り出し手段は、前記正孔蓄積/転送領域に接続された導体であることを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置。   The electron detection circuit is composed of a first conductivity type MOS transistor, the hole detection circuit is composed of a second conductivity type MOS transistor, and the hole extraction means is connected to the hole accumulation / transfer region. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the solid-state imaging device is a solid conductor. 前記正孔取り出し手段は、前記正孔蓄積/転送領域に対して所定の間隔をおいて前記半導体基板内の表面領域に形成された、第2導電型の正孔転送領域と、この正孔転送領域および前記正孔蓄積/転送領域間の前記半導体基板の表面領域に形成された、第2導電型のチャンネル領域と、前記ゲート酸化膜上の、前記正孔転送領域および前記正孔蓄積/転送領域間に対応する位置に形成された第2の転送ゲート電極とにより構成されていることを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置。   The hole extraction means includes a second conductivity type hole transfer region formed in a surface region of the semiconductor substrate at a predetermined interval with respect to the hole accumulation / transfer region, and the hole transfer A channel region of a second conductivity type formed in a surface region of the semiconductor substrate between the region and the hole accumulation / transfer region, and the hole transfer region and the hole accumulation / transfer on the gate oxide film 3. The solid-state imaging device according to claim 2, comprising a second transfer gate electrode formed at a position corresponding to between the regions. 前記電子検出回路および正孔検出回路は第1導電型のMOSトランジスタにより構成され、前記第1の転送ゲートおよび第2の転送ゲート電極のうちの、一方を高レベル電位,他方を低レベル電位にリセットして基準信号電位とすることにより、蓄積電荷に対応する信号を読み出すようにしたことを特徴とする請求項4記載の固体撮像装置。   The electron detection circuit and the hole detection circuit are composed of first conductivity type MOS transistors, and one of the first transfer gate and the second transfer gate electrode is set to a high level potential and the other is set to a low level potential. 5. The solid-state imaging device according to claim 4, wherein a signal corresponding to the accumulated charge is read out by resetting to a reference signal potential.
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