JP2010040675A - Laminated solid-state imaging apparatus - Google Patents

Laminated solid-state imaging apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2010040675A
JP2010040675A JP2008200070A JP2008200070A JP2010040675A JP 2010040675 A JP2010040675 A JP 2010040675A JP 2008200070 A JP2008200070 A JP 2008200070A JP 2008200070 A JP2008200070 A JP 2008200070A JP 2010040675 A JP2010040675 A JP 2010040675A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pixel
photoelectric conversion
conversion film
transistor
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
JP2008200070A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshihisa Watabe
俊久 渡部
Hiroshi Otake
浩 大竹
Yoshiro Takiguchi
吉郎 瀧口
Masakazu Nanba
正和 難波
Yuki Honda
悠葵 本田
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.)
Japan Broadcasting Corp
Original Assignee
Nippon Hoso Kyokai NHK
Japan Broadcasting 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 Nippon Hoso Kyokai NHK, Japan Broadcasting Corp filed Critical Nippon Hoso Kyokai NHK
Priority to JP2008200070A priority Critical patent/JP2010040675A/en
Publication of JP2010040675A publication Critical patent/JP2010040675A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laminated solid-state imaging apparatus that obtains an output of high picture quality. <P>SOLUTION: The laminated solid-state imaging apparatus includes: a pixel transistor 30 provided for each of pixels 100 arrayed in two dimensions; a photoelectric conversion film 10 laminated on the pixel electrode 31 connected to one diffusion layer of the pixel transistor and photoelectrically converting light received by a light receiving surface positioned on the opposite side from the pixel electrode side to generate signal charge; a transparent electrode 20 provided on the light receiving surface of the photoelectric conversion film; a solid driving portion 80 which selects a pixel to be read by turning on the pixel transistor and supplies a predetermined fixed potential from the pixel electrode to put the photoelectric conversion film back into an initial bias state; and a readout circuit 130 which is connected to the transparent electrode, and detects a current corresponding to the signal charge flowing through the photoelectric conversion film when the photoelectric conversion film is put back into the initial bias state to read out the signal charge generated by the photoelectric conversion film. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、積層型固体撮像装置に関し、特に、画素トランジスタの画素電極の上に光電変換膜を積層した積層側固体撮像装置に関する。   The present invention relates to a stacked solid-state imaging device, and more particularly to a stacked-side solid-state imaging device in which a photoelectric conversion film is stacked on a pixel electrode of a pixel transistor.

従来から、固体撮像装置として、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサが利用されているが、これらの固体撮像装置は、画素サイズが小さくなってきたため、開口率が低くなり、感度、S/N(Signal/Noise)が悪化してきている。これを改善する手段として、CMOSイメージセンサ上に光電変換膜を積層した積層型固体撮像装置が提案されている(例えば、非特許文献1、非特許文献2参照)。   Conventionally, CCD (Charge Coupled Device) and CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensors have been used as solid-state image pickup devices, but these solid-state image pickup devices have a low aperture ratio because of their smaller pixel sizes. Thus, sensitivity and S / N (Signal / Noise) are getting worse. As means for improving this, a stacked solid-state imaging device in which a photoelectric conversion film is stacked on a CMOS image sensor has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2).

かかる積層型固体撮像装置によれば、開口率を100%近くまで向上させることができる。特に、光電変換膜に信号増幅作用がある場合、開口率の向上との相乗効果により、一層の高感度、高S/N化を図ることができる。このような撮像デバイスに適用する光電変換膜として、アバランシェ増倍作用を有するHARP(High-gain Avalanche Rushing amorphous Photoconductor)膜を採用したHARP膜積層CMOSイメージセンサや、アモルファスシリコンを積層したCMOSイメージセンサの検討及び試作が行われている。これらの光電変換膜を利用した積層型固体撮像装置においては、いずれも光電変換膜で発生し、増倍された信号電荷を、CMOSの拡散層に接続された画素電極を介してCMOSイメージセンサの画素に導き、CMOSイメージセンサの出力として読み出す方式を採用している。
映像情報メディア学年次大会 12−3、P.166〜167、1998 映像情報メディア学年次大会 14−4、2002
According to such a stacked solid-state imaging device, the aperture ratio can be improved to nearly 100%. In particular, when the photoelectric conversion film has a signal amplification function, a higher sensitivity and higher S / N can be achieved by a synergistic effect with an improvement in the aperture ratio. As a photoelectric conversion film applied to such an imaging device, a HARP film-laminated CMOS image sensor employing a HARP (High-gain Avalanche Rushing amorphous Photoconductor) film having an avalanche multiplication effect, or a CMOS image sensor laminated with amorphous silicon Study and trial production are being conducted. In the stacked solid-state imaging device using these photoelectric conversion films, any signal charge generated and multiplied by the photoelectric conversion film is transferred to the CMOS image sensor via the pixel electrode connected to the CMOS diffusion layer. A method of leading to the pixel and reading it as the output of the CMOS image sensor is adopted.
Video Information Media Annual Conference 12-3, P.I. 166-167, 1998 Video Information Media Annual Conference 14-4, 2002

しかしながら、上述の非特許文献1及び非特許文献2に記載の構成では、光電変換膜とCMOSイメージセンサの読み出し回路との接合部分のバンプ等が画素毎にばらつき、かかる画素毎のばらつきが固定パターン雑音として現れたり、接合部分の界面状態により光電変換膜で発生して増倍された信号電荷がトラップされることにより、信号電圧が低下したり、残像が発生したりし、画質が低下するという問題があった。   However, in the configurations described in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 described above, bumps and the like at the junction between the photoelectric conversion film and the readout circuit of the CMOS image sensor vary from pixel to pixel, and the variation from pixel to pixel is a fixed pattern. Appears as noise or traps the signal charge generated and multiplied by the photoelectric conversion film due to the interface state of the junction part, so that the signal voltage is lowered or the afterimage is generated, and the image quality is lowered. There was a problem.

そこで、本発明は、光電変換膜と画素電極との接合部分のばらつきに起因する画質低下を解消し、高画質な出力を得られる積層型固体撮像装置を提供することを目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a stacked solid-state imaging device capable of eliminating a deterioration in image quality due to a variation in a joint portion between a photoelectric conversion film and a pixel electrode and obtaining a high-quality output.

上記目的を達成するため、第1の発明に係る積層型固体撮像装置は、2次元状に配列された画素毎に設けられた画素トランジスタと、
該画素トランジスタの一方の拡散層に接続された画素電極の上に積層され、該画素電極側と反対側に位置する受光面で受光した光を光電変換して、信号電荷を発生させる光電変換膜と、
該光電変換膜の前記受光面上に設けられた透明電極と、
前記信号電荷の読み出し対象となる前記画素を、前記画素トランジスタをオンとして選択するとともに、前記画素電極から所定の固定電位を供給して前記光電変換膜を初期バイアス状態に戻す固体駆動部と、
前記透明電極に接続され、前記光電変換膜が前記初期バイアス状態に戻るときに、前記光電変換膜を流れる前記信号電荷に対応する電流を検出し、光電変換膜で発生した前記信号電荷を読み出す読み出し回路と、を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a stacked solid-state imaging device according to a first aspect of the present invention includes a pixel transistor provided for each of two-dimensionally arranged pixels,
A photoelectric conversion film which is stacked on a pixel electrode connected to one diffusion layer of the pixel transistor and photoelectrically converts light received by a light receiving surface located on the side opposite to the pixel electrode side to generate a signal charge. When,
A transparent electrode provided on the light receiving surface of the photoelectric conversion film;
A solid-state drive unit that selects the pixel to be read out of the signal charge by turning on the pixel transistor, and supplies a predetermined fixed potential from the pixel electrode to return the photoelectric conversion film to an initial bias state;
When the photoelectric conversion film connected to the transparent electrode returns to the initial bias state, a current corresponding to the signal charge flowing through the photoelectric conversion film is detected, and the signal charge generated in the photoelectric conversion film is read out. And a circuit.

これにより、信号電荷の読み出しを光電変換膜の受光面側から行うことができ、画素トランジスタの画素電極と光電変換膜の接合部分の画素毎のばらつきによる影響を受けることなく信号電荷を読み出すことができ、高品質の画像を撮像することができる。   As a result, the signal charge can be read from the light receiving surface side of the photoelectric conversion film, and the signal charge can be read without being affected by the variation of the pixel electrode of the pixel transistor and the photoelectric conversion film for each pixel. And high-quality images can be taken.

第2の発明は、第1の発明に係る積層型固体撮像装置において、
前記固体駆動部は、前記画素トランジスタを行毎に駆動する垂直シフトレジスタと、前記画素の列毎に対応して設けられた水平選択トランジスタと、該水平選択トランジスタを駆動する水平シフトレジスタとを有し、
前記画素トランジスタの前記画素電極に接続されていない他方の拡散層は、各列に対応した前記水平選択トランジスタの一方の拡散層に接続されており、前記水平選択トランジスタの他方の拡散層は、前記固定電位を供給する固定電位供給手段に接続されたことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the stacked solid-state imaging device according to the first aspect,
The solid-state driving unit includes a vertical shift register that drives the pixel transistor for each row, a horizontal selection transistor that is provided corresponding to each column of the pixel, and a horizontal shift register that drives the horizontal selection transistor. And
The other diffusion layer that is not connected to the pixel electrode of the pixel transistor is connected to one diffusion layer of the horizontal selection transistor corresponding to each column, and the other diffusion layer of the horizontal selection transistor is It is connected to fixed potential supply means for supplying a fixed potential.

これにより、読み出し対象となる2次元配列された画素に、順次固定電位を供給して行順、列順に走査して読み出すことができ、固定撮像素子を画素選択のスイッチングのみに用い、ノイズを与えず高速に信号電荷の読み出しを行うことができる。   As a result, a fixed potential can be sequentially supplied to the two-dimensionally arranged pixels to be read and scanned in the row order and the column order, and the fixed image sensor is used only for pixel selection switching and gives noise. Therefore, signal charges can be read out at high speed.

第3の発明は、第1又は第2の発明に係る積層型固体撮像装置において、
前記固定電位は、接地電位又は所定の電源電位であることを特徴とする。
According to a third aspect of the invention, in the stacked solid-state imaging device according to the first or second aspect of the invention,
The fixed potential is a ground potential or a predetermined power supply potential.

これにより、光電変換膜のキャリアの極性に応じて、適切な電位を供給することができるとともに、回路構成を簡素にすることができる。   Thus, an appropriate potential can be supplied according to the polarity of the carrier of the photoelectric conversion film, and the circuit configuration can be simplified.

第4の発明は、第1〜3のいずれかの発明に係る積層型固体撮像装置において、
前記光電変換膜は、アバランシェ増倍作用を有するアバランシェ増倍型光電変換膜であることを特徴とする。
A fourth invention is a multilayer solid-state imaging device according to any one of the first to third inventions,
The photoelectric conversion film is an avalanche multiplication type photoelectric conversion film having an avalanche multiplication function.

これにより、アバランシェ増倍作用と、撮像電極と光電変換膜の接合部分の固定雑音パターンの解消の効果と相俟って、高S/N化を実現でき、高品質の画像を得ることができる。   Accordingly, in combination with the avalanche multiplication action and the effect of eliminating the fixed noise pattern at the joint between the imaging electrode and the photoelectric conversion film, a high S / N ratio can be realized, and a high quality image can be obtained. .

第5の発明は、第4の発明に係る積層側固体撮像装置において、
前記アバランシェ増倍型光電変換膜は、アモルファスセレンを含む膜であり、前記固定電位は、接地電位であることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the stacked-side solid-state imaging device according to the fourth aspect,
The avalanche multiplication type photoelectric conversion film is a film containing amorphous selenium, and the fixed potential is a ground potential.

これにより、HARP膜を用いて十分な信号電荷の増倍効果を得ることができ、光電変換膜のキャリアが正孔の場合には、光電変換膜を接地電位にして上面の透明電極から信号電荷を読み出すことができる。   As a result, a sufficient signal charge multiplication effect can be obtained using the HARP film. When the carrier of the photoelectric conversion film is a hole, the photoelectric conversion film is set to the ground potential and the signal charge is transferred from the transparent electrode on the upper surface. Can be read out.

第6の発明は、第4の発明に係る積層型固体撮像装置において、
前記アバランシェ増倍型光電変換膜は、アモルファスシリコンを含む膜であり、前記固定電位は、所定の電源電位であることを特徴とする。
A sixth invention is the multilayer solid-state imaging device according to the fourth invention, wherein:
The avalanche multiplication type photoelectric conversion film is a film containing amorphous silicon, and the fixed potential is a predetermined power supply potential.

これにより、アモルファスシリコンを適用した光電変換膜の場合には、光電変換膜を電源電位の初期バイアス状態に戻して適切に上面の透明電極から信号電荷を読み出すことができる。   Thereby, in the case of the photoelectric conversion film to which amorphous silicon is applied, the signal charge can be appropriately read from the transparent electrode on the upper surface by returning the photoelectric conversion film to the initial bias state of the power supply potential.

第7の発明は、第1〜6のいずれかの発明に係る積層型固体撮像装置において、
前記読み出し回路は、前記光電変換膜が初期バイアス状態に戻るときに流れる電流を電圧に変換して読み出す電流−電圧変換回路を含むことを特徴とする。
A seventh invention is a multilayer solid-state imaging device according to any one of the first to sixth inventions,
The readout circuit includes a current-voltage conversion circuit that converts and reads out a current that flows when the photoelectric conversion film returns to an initial bias state.

これにより、電流を電圧に変換して信号電荷を読み出すことができ、その後の処理を容易にすることができる。   As a result, the signal charge can be read by converting the current into a voltage, and the subsequent processing can be facilitated.

本発明によれば、高画質で撮像画像を出力することができる。   According to the present invention, a captured image can be output with high image quality.

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明を適用した実施例1に係る積層型固体撮像装置の全体構成を示した図である。図1において、実施例1に係る積層型固体撮像装置は、光電変換膜10と、画素100と、固体駆動部80とを備える。画素100は、画素毎に画素トランジスタ30と、画素電極31とを備える。また、固体駆動部80は、水平選択トランジスタ40と、垂直シフトレジスタ50と、水平シフトレジスト60と、固定電位供給手段70とを備える。   FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a stacked solid-state imaging device according to a first embodiment to which the present invention is applied. In FIG. 1, the stacked solid-state imaging device according to the first embodiment includes a photoelectric conversion film 10, a pixel 100, and a solid-state driving unit 80. The pixel 100 includes a pixel transistor 30 and a pixel electrode 31 for each pixel. The solid-state driving unit 80 includes a horizontal selection transistor 40, a vertical shift register 50, a horizontal shift resist 60, and a fixed potential supply unit 70.

光電変換膜10は、上部の受光面から光を受光し、光に基づいて電荷信号を発生させる手段である。光電変換膜10は、光を受光して電荷信号に変換させる膜であれば、種々の光電変換膜10を適用することができるが、実施例1においては、アバランシェ増倍作用を有するHARP膜が適用されている例を説明する。HARP膜は、受光した光を電気信号に変換して信号電荷を発生させるだけでなく、アバランシェ増倍作用により、雪なだれ式に信号電荷量を増倍する。HARP膜は、横方向の抵抗値が非常に高く、画素間で信号電荷が混合されるおそれが少ないため、画素に区切る必要が無い。よって、HARP膜は、2次元に配列された画素トランジスタ30に接続された画素電極31の全面に積層している。   The photoelectric conversion film 10 is means for receiving light from an upper light receiving surface and generating a charge signal based on the light. As long as the photoelectric conversion film 10 is a film that receives light and converts it into a charge signal, various photoelectric conversion films 10 can be applied. In Example 1, an HARP film having an avalanche multiplication function is used. An applied example will be described. The HARP film not only converts the received light into an electric signal to generate a signal charge, but also multiplies the signal charge amount in an avalanche manner by an avalanche multiplication action. Since the HARP film has a very high resistance value in the lateral direction and there is little possibility that signal charges are mixed between pixels, there is no need to divide the pixels into pixels. Therefore, the HARP film is laminated on the entire surface of the pixel electrode 31 connected to the pixel transistors 30 arranged in two dimensions.

画素100は、画像を撮像する単位であり、2次元状に配列される。各画素は、画素トランジスタ30と、画素トランジスタ30の一方の拡散層に接続された画素電極31とを有する。   The pixel 100 is a unit for capturing an image and is arranged in a two-dimensional manner. Each pixel includes a pixel transistor 30 and a pixel electrode 31 connected to one diffusion layer of the pixel transistor 30.

画素トランジスタ30は、画素毎に設けられたトランジスタである。画素トランジスタ30は、各画素100に対応して設けられ、複数の画素トランジスタ30が2次元状に配置される。本実施例に係る積層型固体撮像装置においては、1画素について1個の画素トランジスタ30が備えられる。本実施例に係る積層型固体撮像装置においては、画素トランジスタ30は、信号電荷の増幅や読み出しを行わず、読み取り対象となる画素を選択し、選択した画素に所定の固定電位を供給する役割のみを担う。画素トランジスタ30は、例えばMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタが適用されてよく、ゲートに駆動電圧が印加されてオンとされることにより、読み出し対象の画素100が選択されてよい。なお、画素トランジスタ30は、用途に応じてNチャネルMOSトランジスタが適用されてもよいし、PチャネルMOSトランジスタが適用されてもよいが、一般的には、NチャネルMOSトランジスタが適用される。   The pixel transistor 30 is a transistor provided for each pixel. The pixel transistors 30 are provided corresponding to the respective pixels 100, and a plurality of pixel transistors 30 are two-dimensionally arranged. In the stacked solid-state imaging device according to the present embodiment, one pixel transistor 30 is provided for one pixel. In the stacked solid-state imaging device according to this embodiment, the pixel transistor 30 selects only a pixel to be read without amplifying or reading out signal charges and supplies a predetermined fixed potential to the selected pixel. Take on. The pixel transistor 30 may be, for example, a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor, and the pixel 100 to be read may be selected by turning on the gate by applying a drive voltage. The pixel transistor 30 may be an N-channel MOS transistor or a P-channel MOS transistor depending on the application, but generally an N-channel MOS transistor is applied.

画素電極31は、画素トランジスタ30の一方の拡散層に接続された電極であり、平面的には、画素電極31の1個の形状が、1個の画素100を構成する。よって、画素100に対応して、複数の画素電極31が、2次元状に配置される。画素電極31は、光電変換膜10の受光面と反対側に位置し、光電変換膜10の下面に設けられる。光電変換膜10が、画素電極31上に積層されていると言ってもよく、光電変換膜10の下面に、例えばバンプ等で光電変換膜10に接合されて画素電極31は設けられる。画素電極31は、読み出し対象として選択された画素100に対応する位置の光電変換膜10に、信号電荷読み出しの際に固定電位を供給する。つまり、読み出し対象となる画素100の画素トランジスタ30がオンとなったときに、画素電極31から所定の固定電位が光電変換膜10に印加される。画素電極31は、例えば、アルミニウム、銅又は金等の配線用の金属が適用されてよい。また、画素電極31は、光電変換膜10に所定の固定電位を供給できれば、画素トランジスタ30のドレイン又はソースのいずれに接続されてもよいが、実施例1においては、例えば、画素トランジスタ30にNチャネルMOSトランジスタが適用された場合には、画素トランジスタ30のドレインに画素電極31が接続されるように構成されてよい。   The pixel electrode 31 is an electrode connected to one diffusion layer of the pixel transistor 30, and one shape of the pixel electrode 31 constitutes one pixel 100 in plan view. Therefore, a plurality of pixel electrodes 31 are two-dimensionally arranged corresponding to the pixels 100. The pixel electrode 31 is located on the opposite side of the light receiving surface of the photoelectric conversion film 10 and is provided on the lower surface of the photoelectric conversion film 10. It can be said that the photoelectric conversion film 10 is laminated on the pixel electrode 31, and the pixel electrode 31 is provided on the lower surface of the photoelectric conversion film 10 by being bonded to the photoelectric conversion film 10 by, for example, a bump or the like. The pixel electrode 31 supplies a fixed potential to the photoelectric conversion film 10 at a position corresponding to the pixel 100 selected as a reading target when reading signal charges. That is, a predetermined fixed potential is applied from the pixel electrode 31 to the photoelectric conversion film 10 when the pixel transistor 30 of the pixel 100 to be read is turned on. For example, a metal for wiring such as aluminum, copper, or gold may be applied to the pixel electrode 31. In addition, the pixel electrode 31 may be connected to either the drain or the source of the pixel transistor 30 as long as a predetermined fixed potential can be supplied to the photoelectric conversion film 10. When a channel MOS transistor is applied, the pixel electrode 31 may be connected to the drain of the pixel transistor 30.

画素トランジスタ30の、画素電極31と接続されていない他方の拡散層は、垂直ライン35に接続される。垂直ライン35には、画素100の垂直列をなす画素トランジスタ30の画素電極31と接続されていない方の拡散層が、共通して接続される。   The other diffusion layer of the pixel transistor 30 that is not connected to the pixel electrode 31 is connected to the vertical line 35. A diffusion layer that is not connected to the pixel electrode 31 of the pixel transistor 30 forming the vertical column of the pixels 100 is connected to the vertical line 35 in common.

固体駆動部80は、信号電荷の読み出し対象となる画素100を選択し、読み出し対象となる画素100に対応する光電変換膜10に固定電位を供給し、光電変換膜10を初期バイアス状態に戻すように画素トランジスタ30を駆動する手段である。固体駆動部80は、水平選択トランジスタ40と、垂直シフトレジスタ50と、水平シフトレジスタ60と、固定電位供給手段70を備える。   The solid-state driving unit 80 selects the pixel 100 from which signal charges are to be read, supplies a fixed potential to the photoelectric conversion film 10 corresponding to the pixel 100 to be read, and returns the photoelectric conversion film 10 to the initial bias state. This is means for driving the pixel transistor 30. The solid-state driving unit 80 includes a horizontal selection transistor 40, a vertical shift register 50, a horizontal shift register 60, and a fixed potential supply unit 70.

水平選択トランジスタ40は、信号電荷の読み出し対象となる画素100の画素トランジスタ30を、水平方向(列方向)について選択し、選択した画素トランジスタ30に所定の固定電位を供給するスイッチング用のトランジスタである。水平選択トランジスタは、例えばMOSトランジスタが適用されてよい。水平トランジスタ40は、画素トランジスタ30の水平方向についての選択を行うため、画素トランジスタ30の画素電極31に接続されていない方の拡散層が共通して接続されている垂直ライン36に、一方の拡散層が接続される。つまり、同列にある画素トランジスタ30の画素電極31に接続されていない方の拡散層は、垂直ライン35を介して、対応する列に設けられた水平選択トランジスタ40の一方の拡散層に接続される。   The horizontal selection transistor 40 is a switching transistor that selects the pixel transistor 30 of the pixel 100 from which signal charges are to be read out in the horizontal direction (column direction) and supplies a predetermined fixed potential to the selected pixel transistor 30. . As the horizontal selection transistor, for example, a MOS transistor may be applied. Since the horizontal transistor 40 performs selection in the horizontal direction of the pixel transistor 30, one diffusion is applied to the vertical line 36 to which the diffusion layer not connected to the pixel electrode 31 of the pixel transistor 30 is connected in common. Layers are connected. That is, the diffusion layer that is not connected to the pixel electrode 31 of the pixel transistor 30 in the same column is connected to one diffusion layer of the horizontal selection transistor 40 provided in the corresponding column via the vertical line 35. .

水平選択トランジスタ40の、画素トランジスタ30(垂直ライン35)と接続されていない方の拡散層は、固定電位供給手段70に接続される。これにより、信号電荷の読み出し対象となった画素100の画素トランジスタ30がオンとなり、かつ読み出し対象となっている画素100の列の水平選択トランジスタ40がオンとなれば、固定電位供給手段70から供給される固定電位を画素トランジスタ30の画素電極31に供給することができる。なお、水平選択トランジスタ40は、用途に応じてNチャネルMOSトランジスタ及びPチャネルMOSトランジスタの双方を適用することができる。   The diffusion layer of the horizontal selection transistor 40 which is not connected to the pixel transistor 30 (vertical line 35) is connected to the fixed potential supply means 70. As a result, when the pixel transistor 30 of the pixel 100 that is the signal charge readout target is turned on and the horizontal selection transistor 40 of the column of the pixel 100 that is the readout target is turned on, the signal is supplied from the fixed potential supply means 70. The fixed potential can be supplied to the pixel electrode 31 of the pixel transistor 30. As the horizontal selection transistor 40, both an N-channel MOS transistor and a P-channel MOS transistor can be applied depending on applications.

固定電位供給手段70は、水平選択トランジスタ40の一方の拡散層が接続され、水平選択トランジスタ40がオンとなって導通したときに、固定電位を供給するための手段である。実施例1に係る積層型固体撮像装置においては、固定電位供給手段70は接地電位を供給するように構成されている。この固定電位は、光電変換膜10の電位状態を、初期バイアス状態とするのに適切な電位が設定されてよく、実施例1に係る積層型固体撮像装置においては、光電変換膜10にキャリアが正孔のHARP膜が適用されているので、固定電位供給手段70は接地状態となっている。   The fixed potential supply means 70 is a means for supplying a fixed potential when one diffusion layer of the horizontal selection transistor 40 is connected and the horizontal selection transistor 40 is turned on and becomes conductive. In the stacked solid-state imaging device according to the first embodiment, the fixed potential supply unit 70 is configured to supply a ground potential. The fixed potential may be set to an appropriate potential for setting the potential state of the photoelectric conversion film 10 to the initial bias state. In the stacked solid-state imaging device according to the first embodiment, carriers are present in the photoelectric conversion film 10. Since the hole HARP film is applied, the fixed potential supply means 70 is in a grounded state.

垂直シフトレジスタ50は、読み出し対象である画素トランジスタ30を駆動させるための垂直走査回路である。よって、垂直シフトレジスタ50は、画素トランジスタ30のゲートに接続されるが、2次元配列された画素トランジスタ30について、同じ行に配列された画素トランジスタ30のゲートに共通に接続されている。これにより、垂直方向について、順次信号電荷の読み出しを行う画素トランジスタ30を選択し、駆動させることができる。垂直シフトレジスタ50により、例えば、1行目、2行目・・・m行目というように順次信号電荷を読み出す画素100の画素トランジスタ30を選択駆動するとともに、水平選択トランジスタ40で水平方向に列の選択を行えば、一意に読み出し対象となる画素トランジスタ30を特定することができ、画素100について1個ずつ順次読み出しを行うことができる。なお、垂直シフトレジスタ50は、通常に用いられるシフトレジスタが適用されてよい。   The vertical shift register 50 is a vertical scanning circuit for driving the pixel transistor 30 to be read. Therefore, the vertical shift register 50 is connected to the gate of the pixel transistor 30, but the two-dimensionally arranged pixel transistors 30 are commonly connected to the gates of the pixel transistors 30 arranged in the same row. As a result, the pixel transistors 30 that sequentially read out signal charges can be selected and driven in the vertical direction. The vertical shift register 50 selectively drives the pixel transistors 30 of the pixels 100 that sequentially read out signal charges, such as the first row, the second row,... Thus, it is possible to uniquely identify the pixel transistor 30 to be read, and sequentially read out the pixels 100 one by one. As the vertical shift register 50, a commonly used shift register may be applied.

水平シフトレジスタ60は、読み出し対象となる画素トランジスタ30の列に対応する水平方向トランジスタ40を駆動させるための水平走査回路である。よって、水平シフトレジスタ60は、各列の水平選択トランジスタ40のゲートに接続され、選択する列の水平方向トランジスタ40を駆動できるように構成されている。水平シフトレジスタ60においても、例えば、1列目、2列目、・・・n列目というように、各列に配置された水平選択トランジスタ40を順次選択して駆動させることにより、水平方向に移動させる読み出し走査を行わせることができる。垂直シフトレジスタ50と水平シフトレジスタ60により、2次元状に配置された画素トランジスタ30を、一意に選択して読み出しを行うことができる。   The horizontal shift register 60 is a horizontal scanning circuit for driving the horizontal direction transistor 40 corresponding to the column of the pixel transistors 30 to be read. Therefore, the horizontal shift register 60 is connected to the gate of the horizontal selection transistor 40 in each column and is configured to drive the horizontal direction transistor 40 in the column to be selected. Also in the horizontal shift register 60, the horizontal selection transistors 40 arranged in each column are sequentially selected and driven, for example, in the first column, the second column,. The reading scan to be moved can be performed. By the vertical shift register 50 and the horizontal shift register 60, the pixel transistors 30 arranged two-dimensionally can be uniquely selected and read out.

図2は、実施例1に係る積層型固体撮像装置の1画素100、1列分について、読み出し回路130まで加えた構成を示した図である。図2において、1画素分の画素トランジスタ30と、1列分の水平選択トランジスタ40が示されている。画素トランジスタ30と水平選択トランジスタ40は直列に接続され、画素トランジスタ30の一方の拡散層と、水平選択トランジスタ40の一方の拡散層が接続されている。水平選択トランジスタ40の他方の拡散層は、固定電位供給手段70に接続され、実施例1においては、グラウンドに接続されて接地電位が供給されるようになっている。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration in which the readout circuit 130 is added for one pixel 100 and one column of the stacked solid-state imaging device according to the first embodiment. In FIG. 2, a pixel transistor 30 for one pixel and a horizontal selection transistor 40 for one column are shown. The pixel transistor 30 and the horizontal selection transistor 40 are connected in series, and one diffusion layer of the pixel transistor 30 and one diffusion layer of the horizontal selection transistor 40 are connected. The other diffusion layer of the horizontal selection transistor 40 is connected to the fixed potential supply means 70. In the first embodiment, the ground diffusion potential is supplied by being connected to the ground.

画素トランジスタ30の、水平トランジスタ40と接続されていない方の拡散層は、画素電極31に接続され、画素電極31の上には、光電変換膜10が積層されている。光電変換膜10の上面は、受光面を構成するが、その受光面上に透明電極20が配置されている。透明電極20は、光電変換膜10と同様に、連続した1枚の電極として設けられてよい。また、透明電極20の上面には、ガラス基板90が配置されている。光電変換膜10は、ガラス基板90及び透明電極20を介して光を受光できる構成となっている。   The diffusion layer of the pixel transistor 30 that is not connected to the horizontal transistor 40 is connected to the pixel electrode 31, and the photoelectric conversion film 10 is laminated on the pixel electrode 31. The upper surface of the photoelectric conversion film 10 constitutes a light receiving surface, and the transparent electrode 20 is disposed on the light receiving surface. Similar to the photoelectric conversion film 10, the transparent electrode 20 may be provided as one continuous electrode. A glass substrate 90 is disposed on the upper surface of the transparent electrode 20. The photoelectric conversion film 10 can receive light through the glass substrate 90 and the transparent electrode 20.

透明電極20には、読み出し回路130が接続されている。読み出し回路130は、画素100毎に設けられる必要は必ずしも無く、1個の読み出し回路130で、選択された画素100の信号電荷を順次切り替えて読み出す構成としてもよい。読み出し回路130は、初期バイアス供給回路110と、電流−電圧変換回路120とを有する。   A read circuit 130 is connected to the transparent electrode 20. The readout circuit 130 is not necessarily provided for each pixel 100, and the signal charge of the selected pixel 100 may be sequentially switched and read out by one readout circuit 130. The read circuit 130 includes an initial bias supply circuit 110 and a current-voltage conversion circuit 120.

初期バイアス供給回路110は、画素トランジスタ30及び水平選択トランジスタがオンとなり閉回路が形成されたときに、光電変換膜10の両端に、透明電極20から抵抗R1を介して電圧V0を印加し、初期バイアス状態となるように初期バイアス電圧を印加するための回路である。よって、初期バイアス回路110は、抵抗R1と電源V0を備えてよい。電流−電圧変換回路120は、入力電流を電圧に変換して出力して信号電荷を読み出すための回路であり、例えば、オペアンプAmpと抵抗R2により構成されてよい。また、光電変換膜10には、例えば15〔μm〕の場合には1500〔V〕、25〔μm〕の場合には2500〔V〕と大電圧が印加されるため、初期バイアス供給回路110と電流−電圧変換回路120との間は、交流成分のみを通過させるための安全用のデカップリングコンデンサC1が設けられていてもよい。   When the pixel transistor 30 and the horizontal selection transistor are turned on to form a closed circuit, the initial bias supply circuit 110 applies a voltage V0 from the transparent electrode 20 to the both ends of the photoelectric conversion film 10 via the resistor R1. This is a circuit for applying an initial bias voltage so as to be in a bias state. Therefore, the initial bias circuit 110 may include the resistor R1 and the power source V0. The current-voltage conversion circuit 120 is a circuit for converting an input current into a voltage and outputting it to read out a signal charge, and may be composed of, for example, an operational amplifier Amp and a resistor R2. For example, a large voltage of 1500 [V] is applied to the photoelectric conversion film 10 in the case of 15 [μm] and 2500 [V] in the case of 25 [μm]. Between the current-voltage conversion circuit 120, a safety decoupling capacitor C1 for allowing only an AC component to pass may be provided.

このように、本実施例に係る積層型固体撮像装置は、光電変換膜10の受光面である上面に設けられた透明電極20から初期バイアス電圧V0を印加するとともに、信号電荷の読み出しも上面の透明電極20から行う構成となっている。   As described above, the stacked solid-state imaging device according to the present embodiment applies the initial bias voltage V0 from the transparent electrode 20 provided on the upper surface, which is the light receiving surface of the photoelectric conversion film 10, and also reads out the signal charge on the upper surface. The configuration is performed from the transparent electrode 20.

次に、かかる構成を有する実施例1に係る積層型固体撮像装置において、引き続き図2を用いて受光から信号電荷の読み出しまでの一連の動作について説明する。まず、受光前に、垂直シフトレジスタ50(図1参照)及び水平シフトレジスタ60(図1参照)により、信号電荷の読み出し対象となる画素100の画素トランジスタ30及びその画素トランジスタ30と垂直ライン35を介して接続されている水平選択トランジスタ40をオンとし、光電変換膜10の両端にかかる電圧を初期バイアス状態とする。これにより、抵抗R1を介して光電変換膜10に初期バイアス電圧V0が印加される。   Next, in the multilayer solid-state imaging device according to the first embodiment having such a configuration, a series of operations from light reception to signal charge readout will be described with reference to FIG. First, before light reception, the vertical shift register 50 (see FIG. 1) and the horizontal shift register 60 (see FIG. 1) define the pixel transistor 30 of the pixel 100 from which signal charges are to be read, and the pixel transistor 30 and the vertical line 35. Then, the horizontal selection transistor 40 connected thereto is turned on, and the voltage applied to both ends of the photoelectric conversion film 10 is set to the initial bias state. Thereby, the initial bias voltage V0 is applied to the photoelectric conversion film 10 via the resistor R1.

次いで、画素トランジスタ30及び水平選択トランジスタ40をオフとし、照射された光によって発生し、アバランシェ増倍された正孔を蓄積する。正孔は、HARP膜である光電変換膜10中の電界によって画素電極31側に走行、蓄積するため、光電変換膜10の両端の電圧が初期バイアス状態よりも減少する。   Next, the pixel transistor 30 and the horizontal selection transistor 40 are turned off, and holes generated by the irradiated light and avalanche multiplied are accumulated. The holes travel and accumulate on the pixel electrode 31 side due to the electric field in the photoelectric conversion film 10 that is a HARP film, so that the voltage at both ends of the photoelectric conversion film 10 decreases from the initial bias state.

1フレーム後に、再び画素トランジスタ30及び水平選択トランジスタ40をオンとすると、光電変換膜10の両端の電圧が初期バイアス状態に戻るため、電流が流れる。この電流を、電流−電圧変換回路120で電圧に変換して読み出す。このような動作を、各画素100で行えば、2次元の画像信号を得ることができる。   When the pixel transistor 30 and the horizontal selection transistor 40 are turned on again after one frame, the voltage flows across the photoelectric conversion film 10 to return to the initial bias state, and thus a current flows. This current is converted into a voltage by the current-voltage conversion circuit 120 and read. If such an operation is performed in each pixel 100, a two-dimensional image signal can be obtained.

この信号電荷読み出しの過程において、MOSトランジスタで構成された画素トランジスタ30及び水平選択トランジスタ40は、読み出しを行う画素100の選択及び画素100に対応する光電変換膜10の下面の電位を接地電位に落として光電変換膜10を初期バイアス状態にする役割のみを担っており、信号電荷の読み出しは行っていない。よって、従来の積層型固体撮像装置で問題となる、光電変換膜10と固体撮像装置の接合部分での接触抵抗の画素100毎のばらつきが、固定パターン雑音として現れたり、接合部分の界面状態により光電変換膜10で発生した信号電荷がトラップされたりすることによる信号電圧の低下や、残像の発生等の不具合を回避することができる。これにより、高S/Nの信号電荷読み出しが可能となる。   In the process of reading the signal charge, the pixel transistor 30 and the horizontal selection transistor 40 formed of MOS transistors select the pixel 100 to be read and lower the potential of the lower surface of the photoelectric conversion film 10 corresponding to the pixel 100 to the ground potential. Thus, it only plays a role of bringing the photoelectric conversion film 10 into an initial bias state, and does not read out signal charges. Therefore, a variation in contact resistance between the photoelectric conversion film 10 and the solid-state imaging device, which is a problem in the conventional stacked solid-state imaging device, for each pixel 100 appears as fixed pattern noise or depends on the interface state of the joint portion. Problems such as a decrease in signal voltage due to trapping of signal charges generated in the photoelectric conversion film 10 and generation of afterimages can be avoided. As a result, high S / N signal charge readout is possible.

図3は、実施例1に係る積層型固体撮像装置の光電変換膜10にHARP膜を適用した場合の1画素100の構成例を示した断面構成図である。図3において、画素100は、半導体基板150に形成された画素トランジスタ30を有し、積層構造によりゲート、ドレイン及びソースの引き出し配線32が形成されている。図1において説明したように、ゲートは垂直シフトレジスタ50に接続され、ソースは垂直ライン35に接続される。   FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a configuration example of one pixel 100 when a HARP film is applied to the photoelectric conversion film 10 of the stacked solid-state imaging device according to the first embodiment. In FIG. 3, a pixel 100 includes a pixel transistor 30 formed on a semiconductor substrate 150, and gate, drain, and source lead wirings 32 are formed by a stacked structure. As described in FIG. 1, the gate is connected to the vertical shift register 50, and the source is connected to the vertical line 35.

ドレインは、引き出し配線32を介して画素電極31に接続され、画素電極31上には、光電変換膜10としてHARP膜が積層される。HARP膜は、例えば、GeO層11と、CeO層12と、Se及びLiF層13と、a−Se(アモルファスセレン)層14と、Sb層15とから構成されてもよい。図3に示すように、HARP膜は、例えばアモルファスセレン層14が主成分として構成される。HARP膜は、正孔をキャリアとし、上面(受光面)から光が入射することにより内部で信号電荷である正孔が発生し、正孔が画素電極31の方に向かって走行するにつれて雪なだれ式に信号電荷量が増倍されるアバランシェ増倍作用を有する。これにより、高S/Nを実現することができる。 The drain is connected to the pixel electrode 31 through the lead wiring 32, and a HARP film is stacked on the pixel electrode 31 as the photoelectric conversion film 10. The HARP film may be composed of, for example, a GeO 2 layer 11, a CeO 2 layer 12, a Se and LiF layer 13, an a-Se (amorphous selenium) layer 14, and an Sb 2 S 3 layer 15. As shown in FIG. 3, the HARP film is composed mainly of an amorphous selenium layer 14, for example. The HARP film uses holes as carriers, and when light enters from the upper surface (light receiving surface), holes that are signal charges are generated inside, and as the holes travel toward the pixel electrode 31, snow avalanche is generated. The equation has an avalanche multiplication action in which the signal charge amount is multiplied. Thereby, high S / N is realizable.

なお、HARP膜のキャリアが正孔であるため、NチャネルMOSトランジスタから構成される画素トランジスタ30は、ドレインが画素電極31に接続される。   Since the carrier of the HARP film is a hole, the drain of the pixel transistor 30 composed of an N channel MOS transistor is connected to the pixel electrode 31.

光電変換膜10であるHARP膜の上面には、透明電極20が設置され、更にその上面にガラス基板90が設置され、1つの画素100を構成する。透明電極20には、図2において説明したように、読み出し回路130が接続され、上面の透明電極20側から信号電荷を読み出すことにより、光電変換膜10と画素トランジスタ30の接合部分の画素100毎のばらつきの影響を解消することができる。   A transparent electrode 20 is installed on the upper surface of the HARP film that is the photoelectric conversion film 10, and a glass substrate 90 is installed on the upper surface of the transparent electrode 20, thereby constituting one pixel 100. As described with reference to FIG. 2, the readout circuit 130 is connected to the transparent electrode 20, and signal charges are read out from the transparent electrode 20 side on the upper surface, whereby each pixel 100 at the junction between the photoelectric conversion film 10 and the pixel transistor 30 is read. It is possible to eliminate the influence of variations.

このように、実施例1に係る積層型固体撮像装置によれば、アバランシェ増倍作用を有するHARP膜を光電変換膜10として用いて、高S/Nの画像信号を取得することができる。   As described above, according to the multilayer solid-state imaging device according to the first embodiment, a high S / N image signal can be obtained using the HARP film having an avalanche multiplication function as the photoelectric conversion film 10.

図4は、本発明を適用した実施例2に係る積層型固体撮像装置の全体構成を示した図である。実施例2に係る積層型固体撮像装置は、光電変換膜10aと、画素100aと、固体駆動部80aとを備える点においては、実施例1に係る積層型固体撮像装置と同様であるが、光電変換膜10aに、キャリアが電子のアモルファスシリコン膜が適用されており、それに伴い種々の構成要素の極性が実施例1と異なっている。なお、実施例1に係る積層型固体撮像装置と同様の構成要素については、同様の参照符号を付してその説明を省略する。また、実施例1に係る構成要素と極性のみ異なる構成要素については、参照符号の後にaを追加して付すものとする。   FIG. 4 is a diagram illustrating an overall configuration of a stacked solid-state imaging device according to a second embodiment to which the present invention is applied. The stacked solid-state imaging device according to the second embodiment is the same as the stacked solid-state imaging device according to the first embodiment in that the photoelectric conversion film 10a, the pixel 100a, and the solid-state driving unit 80a are provided. An amorphous silicon film having electrons as carriers is applied to the conversion film 10a. Accordingly, the polarities of various components are different from those of the first embodiment. In addition, about the component similar to the laminated | stacked solid-state imaging device which concerns on Example 1, the same referential mark is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. In addition, components that differ only in polarity from the components according to the first embodiment are appended with “a” after the reference symbol.

図4において、実施例2に係る積層型固体撮像装置は、光電変換膜10aと、画素100aと、固体駆動部80aを備える。   In FIG. 4, the stacked solid-state imaging device according to the second embodiment includes a photoelectric conversion film 10a, a pixel 100a, and a solid-state driving unit 80a.

光電変換膜10aは、アモルファスシリコン膜が適用され、やはりアバランシェ増倍作用を有する。アモルファスシリコン膜においては、受光面で光を受光したときには、光の輝度に応じて信号電荷を発生させ、信号電荷が光電変換膜10a中を走行するにつれて信号電荷が増倍される点はHARP膜と同様であるが、信号電荷が正孔ではなく電子である点が異なっている。このように、アモルファスシリコン膜を光電変換膜10aに適用し、信号電荷が電子である場合も、極性が異なるのみで、HARP膜と同様に高S/Nの画像信号を取得できる。   As the photoelectric conversion film 10a, an amorphous silicon film is applied, which also has an avalanche multiplication effect. In the amorphous silicon film, when light is received by the light receiving surface, a signal charge is generated according to the luminance of the light, and the signal charge is multiplied as the signal charge travels through the photoelectric conversion film 10a. , Except that the signal charge is not a hole but an electron. As described above, even when the amorphous silicon film is applied to the photoelectric conversion film 10a and the signal charge is an electron, an image signal with a high S / N can be acquired just like the HARP film only with a different polarity.

各画素100aは、実施例1と同様に、複数の画素100aが2次元状に配列され、各画素100aは画素トランジスタ30aを備える。画素トランジスタ30aは、MOSトランジスタが適用されてよいが、例えば、NチャネルMOSトランジスタが適用される場合には、ソースが画素電極31に接続され、ドレインが垂直ライン35に接続されるように構成される。画素電極31は、実施例1と同様に、アルミニウム、銅又は金等の配線用金属が適用されてよい。   As in the first embodiment, each pixel 100a includes a plurality of pixels 100a arranged two-dimensionally, and each pixel 100a includes a pixel transistor 30a. The pixel transistor 30a may be a MOS transistor. For example, when an N-channel MOS transistor is applied, the pixel transistor 30a is configured such that the source is connected to the pixel electrode 31 and the drain is connected to the vertical line 35. The The pixel electrode 31 may be made of a wiring metal such as aluminum, copper, or gold, as in the first embodiment.

水平選択トランジスタ40aは、一方の拡散層が、画素トランジスタ30aが接続されている垂直ライン35に接続され、他方の拡散層が固定電位供給手段70aに接続されている点は、実施例1に係る積層型固体撮像装置と同様であるが、固定電位供給手段70aが接地電位ではなく、電源電圧V0の固定電位を供給している点で、実施例1とは異なっている。なお、水平選択トランジスタ40aの極性についても、実施例1と異なる極性の接続がなされてよく、例えば、NチャネルMOSトランジスタが適用された場合には、ドレインが固定電位供給手段70aに接続され、ソースが垂直ライン35に接続されて構成されてよい。   The horizontal selection transistor 40a has one diffusion layer connected to the vertical line 35 to which the pixel transistor 30a is connected, and the other diffusion layer connected to the fixed potential supply means 70a according to the first embodiment. Although it is the same as the stacked solid-state imaging device, it is different from the first embodiment in that the fixed potential supply means 70a supplies a fixed potential of the power supply voltage V0 instead of the ground potential. Note that the polarity of the horizontal selection transistor 40a may be different from that of the first embodiment. For example, when an N-channel MOS transistor is applied, the drain is connected to the fixed potential supply means 70a, and the source May be connected to the vertical line 35.

垂直シフトレジスタ50及び水平シフトレジスタ60については、実施例1に係る積層型撮像装置と同様の構成の垂直シフトレジスタ50及び水平シフトレジスタ60を用いてもよい。垂直シフトレジスタ50は、行方向に並列してゲートが接続された画素トランジスタ30aを、順次行方向に駆動し、水平シフトレジスタ60は、各列に接続された水平選択トランジスタ40aを順次列方向に駆動することにより、実施例1に係る積層型固体撮像装置と同様の駆動動作を行うことができる。   As for the vertical shift register 50 and the horizontal shift register 60, the vertical shift register 50 and the horizontal shift register 60 having the same configuration as that of the multilayer imaging apparatus according to the first embodiment may be used. The vertical shift register 50 sequentially drives the pixel transistors 30a whose gates are connected in parallel in the row direction in the row direction, and the horizontal shift register 60 sequentially moves the horizontal selection transistors 40a connected to each column in the column direction. By driving, a driving operation similar to that of the stacked solid-state imaging device according to the first embodiment can be performed.

このように、実施例2に係る積層型固体撮像装置の平面構成図においては、光電変換膜10aの種類と極性、画素トランジスタ30aの極性、水平選択トランジスタ40aの極性及び固定電位供給源70aの固定電位のみが異なる。   As described above, in the plan configuration diagram of the stacked solid-state imaging device according to the second embodiment, the type and polarity of the photoelectric conversion film 10a, the polarity of the pixel transistor 30a, the polarity of the horizontal selection transistor 40a, and the fixed potential supply source 70a are fixed. Only the potential is different.

図5は、実施例2に係る積層型固体撮像装置の読み出し回路130aを加えた1画素分、1列分の構成を示した図である。   FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration for one pixel and one column to which the readout circuit 130a of the stacked solid-state imaging device according to the second embodiment is added.

図5において、光電変換膜10aにアモルファスシリコン膜が適用されたことに伴い、固定電位供給手段70aから電源電圧V0の固定電位が、水平選択トランジスタ40a及び画素トランジスタ30aのオンにより画素電極31に印加される構成となっている点と、読み出し回路130aの初期バイアス供給回路110aが、電源供給側ではなく抵抗R1を介して接地された回路となっている点で、実施例1の図2と異なっている。   In FIG. 5, as the amorphous silicon film is applied to the photoelectric conversion film 10a, the fixed potential of the power supply voltage V0 is applied from the fixed potential supply means 70a to the pixel electrode 31 by turning on the horizontal selection transistor 40a and the pixel transistor 30a. 2 is different from FIG. 2 of the first embodiment in that the initial bias supply circuit 110a of the readout circuit 130a is a circuit grounded via the resistor R1 instead of the power supply side. ing.

図5における動作例を説明する。   An example of the operation in FIG. 5 will be described.

まず、受光前に画素トランジスタ30a及び水平選択トランジスタ40aがオンとなって、画素電極31側が高電位側となって光電変換膜10aの両端に抵抗R1を介して初期バイアス電圧V0が印加され、初期バイアス状態となる。   First, before light reception, the pixel transistor 30a and the horizontal selection transistor 40a are turned on, the pixel electrode 31 side becomes a high potential side, and an initial bias voltage V0 is applied to both ends of the photoelectric conversion film 10a via the resistor R1. Biased.

次いで、画素トランジスタ30a及び水平選択トランジスタ40aをオフとする。そして、ガラス基板90、透明電極20を介して光電変換膜10aに光が照射され、受光面に光が入射すると、光の輝度に応じて信号電荷である電子が発生し、信号電荷が光電変換膜10a内を走行するにつれて電子量が増倍される。アモルファスシリコン膜においては、HARP膜よりは増倍度合いは低いが、信号電荷である電子量を増倍させ、高S/Nの信号電荷を発生させることができる。かかる電子の発生により、アモルファスシリコン膜である光電変換膜10aの両端の電圧が初期バイアス状態より低下する。   Next, the pixel transistor 30a and the horizontal selection transistor 40a are turned off. When the photoelectric conversion film 10a is irradiated with light through the glass substrate 90 and the transparent electrode 20 and light is incident on the light receiving surface, electrons that are signal charges are generated according to the luminance of the light, and the signal charges are photoelectrically converted. The amount of electrons is multiplied as the film 10a travels. In the amorphous silicon film, although the degree of multiplication is lower than that of the HARP film, the amount of electrons as a signal charge can be increased to generate a signal charge with a high S / N. Due to the generation of such electrons, the voltage across the photoelectric conversion film 10a, which is an amorphous silicon film, decreases from the initial bias state.

次のフレームにおいて、読み出し対象となる画素100の画素トランジスタ30a及び水平トランジスタ40aをオンとすると、固定電位供給手段70aから初期バイアス電圧V0が印加され、光電変換膜10aが初期バイアス状態に戻るとともに、透明電極20から電流が流れる。かかる電流を、読み出し回路130aの電流−電圧変換回路120で電圧に変換して読み出すことにより、光に対応して発生した信号電荷を読み出すことができる。   In the next frame, when the pixel transistor 30a and the horizontal transistor 40a of the pixel 100 to be read are turned on, the initial bias voltage V0 is applied from the fixed potential supply means 70a, the photoelectric conversion film 10a returns to the initial bias state, A current flows from the transparent electrode 20. By converting such a current into a voltage by the current-voltage conversion circuit 120 of the reading circuit 130a and reading the voltage, the signal charge generated corresponding to the light can be read.

なお、読み出し回路130aは、初期バイアス供給回路110aの抵抗R1が接続されている所がグラウンドとなる点以外は、電流−電圧変換回路120がオペアンプAmpと抵抗R2を有する点や、デカップリングコンデンサC1を備えてもよい点は、実施例1と同様であってよい。   The read circuit 130a has a point that the current-voltage conversion circuit 120 includes an operational amplifier Amp and a resistor R2, except that the place where the resistor R1 of the initial bias supply circuit 110a is connected is grounded, and the decoupling capacitor C1. May be the same as in the first embodiment.

このように、実施例2に係る積層型固体撮像装置においても、画素トランジスタ30aと水平選択トランジスタ40aは読み出し対象となる画素100aの選択のみを行い、信号電荷の読み出しは、透明電極20側に接続された読み出し回路130aを用いて、光電変換膜10aの上面の透明電極20から行うことができる。これにより、光電変換膜10aと固体撮像装置の接合部分の接触抵抗の画素毎のばらつきが固定パターン雑音として生じたり、接合部分の界面状態に起因して光電変換膜10aで発生した信号電荷が捕獲され、信号電圧が減少したり残像が発生するという問題を解消することができる。   As described above, also in the stacked solid-state imaging device according to the second embodiment, the pixel transistor 30a and the horizontal selection transistor 40a only select the pixel 100a to be read, and the signal charge is read out to the transparent electrode 20 side. Using the readout circuit 130a thus formed, it can be performed from the transparent electrode 20 on the upper surface of the photoelectric conversion film 10a. As a result, variation in contact resistance between the photoelectric conversion film 10a and the solid-state imaging device for each pixel occurs as fixed pattern noise, or signal charges generated in the photoelectric conversion film 10a due to the interface state of the bonding part are captured. Thus, the problem that the signal voltage is reduced or an afterimage is generated can be solved.

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.

特に、実施例1及び実施例2においては、光電変換膜10、10aにアバランシェ増倍作用を有する膜を適用した例を挙げて説明したが、このような増倍作用を持たない光電変換膜についても、本発明を適用することができる。この場合には、光照射によって発生した電子−正孔対がそれぞれ電界によって光電変換膜10、10aの両端に向かって走行、蓄積するため、信号電荷は電子、正孔のいずれで考えてもよい。   In particular, in Example 1 and Example 2, although the example which applied the film | membrane which has an avalanche multiplication effect to the photoelectric converting films 10 and 10a was demonstrated, about the photoelectric converting film which does not have such a multiplication effect | action Also, the present invention can be applied. In this case, since the electron-hole pairs generated by the light irradiation travel and accumulate toward both ends of the photoelectric conversion films 10 and 10a by the electric field, the signal charge may be considered as either electrons or holes. .

実施例1に係る積層型固体撮像装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a stacked solid-state imaging device according to Embodiment 1. FIG. 実施例1に係る積層型固体撮像装置の読み出し回路130を加えた構成図である。1 is a configuration diagram in which a readout circuit 130 of a stacked solid-state imaging device according to Embodiment 1 is added. FIG. 光電変換膜10にHARP膜を適用した場合の画素100の断面構成図例である。2 is a cross-sectional configuration diagram of a pixel 100 when a HARP film is applied to the photoelectric conversion film 10. FIG. 実施例2に係る積層型固体撮像装置の全体構成を示した図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an overall configuration of a stacked solid-state imaging device according to a second embodiment. 実施例2に係る積層型固体撮像装置の読み出し回路130aを加えた構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram in which a readout circuit 130a of a stacked solid-state imaging device according to Embodiment 2 is added.

符号の説明Explanation of symbols

10、10a 光電変換膜
20 透明電極
30、30a 画素トランジスタ
31 画素電極
32 引き出し配線
35 垂直ライン
40、40a 水平選択トランジスタ
50 垂直シフトレジスタ
60 水平シフトレジスタ
70、70a 固定電位供給手段
80、80a 固体駆動部
90 ガラス基板
100、100a 画素
110、110a 初期バイアス供給回路
120 電流−電圧変換回路
130、130a 読み出し回路
150 半導体基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10a Photoelectric conversion film 20 Transparent electrode 30, 30a Pixel transistor 31 Pixel electrode 32 Lead-out wiring 35 Vertical line 40, 40a Horizontal selection transistor 50 Vertical shift register 60 Horizontal shift register 70, 70a Fixed potential supply means 80, 80a Solid drive part 90 Glass substrate 100, 100a Pixel 110, 110a Initial bias supply circuit 120 Current-voltage conversion circuit 130, 130a Read circuit 150 Semiconductor substrate

Claims (7)

2次元状に配列された画素毎に設けられた画素トランジスタと、
該画素トランジスタの一方の拡散層に接続された画素電極の上に積層され、該画素電極側と反対側に位置する受光面で受光した光を光電変換して、信号電荷を発生させる光電変換膜と、
該光電変換膜の前記受光面上に設けられた透明電極と、
前記信号電荷の読み出し対象となる前記画素を、前記画素トランジスタをオンとして選択するとともに、前記画素電極から所定の固定電位を供給して前記光電変換膜を初期バイアス状態に戻す固体駆動部と、
前記透明電極に接続され、前記光電変換膜が前記初期バイアス状態に戻るときに、前記光電変換膜を流れる前記信号電荷に対応する電流を検出し、前記光電変換膜で発生した前記信号電荷を読み出す読み出し回路と、を有することを特徴とする積層型固体撮像装置。
A pixel transistor provided for each pixel arranged two-dimensionally;
A photoelectric conversion film which is stacked on a pixel electrode connected to one diffusion layer of the pixel transistor and photoelectrically converts light received by a light receiving surface located on the side opposite to the pixel electrode side to generate a signal charge. When,
A transparent electrode provided on the light receiving surface of the photoelectric conversion film;
A solid-state drive unit that selects the pixel to be read out of the signal charge by turning on the pixel transistor, and supplies a predetermined fixed potential from the pixel electrode to return the photoelectric conversion film to an initial bias state;
When the photoelectric conversion film is connected to the transparent electrode and returns to the initial bias state, a current corresponding to the signal charge flowing through the photoelectric conversion film is detected, and the signal charge generated in the photoelectric conversion film is read out. A stacked solid-state imaging device comprising: a readout circuit;
前記固体駆動部は、前記画素トランジスタを行毎に駆動する垂直シフトレジスタと、前記画素の列毎に対応して設けられた水平選択トランジスタと、該水平選択トランジスタを駆動する水平シフトレジスタとを有し、
前記画素トランジスタの前記画素電極に接続されていない他方の拡散層は、各列に対応した前記水平選択トランジスタの一方の拡散層に接続されており、前記水平選択トランジスタの他方の拡散層は、前記固定電位を供給する固定電位供給手段に接続されたことを特徴とする請求項1に記載の積層型固体撮像装置。
The solid-state driving unit includes a vertical shift register that drives the pixel transistor for each row, a horizontal selection transistor that is provided corresponding to each column of the pixel, and a horizontal shift register that drives the horizontal selection transistor. And
The other diffusion layer that is not connected to the pixel electrode of the pixel transistor is connected to one diffusion layer of the horizontal selection transistor corresponding to each column, and the other diffusion layer of the horizontal selection transistor is The stacked solid-state imaging device according to claim 1, wherein the stacked solid-state imaging device is connected to fixed potential supply means for supplying a fixed potential.
前記固定電位は、接地電位又は所定の電源電位であることを特徴とする請求項1又は2に記載の積層型固体撮像装置。   The stacked solid-state imaging device according to claim 1, wherein the fixed potential is a ground potential or a predetermined power supply potential. 前記光電変換膜は、アバランシェ増倍作用を有するアバランシェ増倍型光電変換膜であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の積層型固体撮像装置。   4. The stacked solid-state imaging device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion film is an avalanche multiplication type photoelectric conversion film having an avalanche multiplication function. 5. 前記アバランシェ増倍型光電変換膜は、アモルファスセレンを含む膜であり、前記固定電位は、接地電位であることを特徴とする請求項4に記載の積層側固体撮像装置。   The stacked-side solid-state imaging device according to claim 4, wherein the avalanche multiplication type photoelectric conversion film is a film containing amorphous selenium, and the fixed potential is a ground potential. 前記アバランシェ増倍型光電変換膜は、アモルファスシリコンを含む膜であり、前記固定電位は、所定の電源電位であることを特徴とする請求項4に記載の積層型固体撮像装置。   5. The stacked solid-state imaging device according to claim 4, wherein the avalanche multiplication type photoelectric conversion film is a film containing amorphous silicon, and the fixed potential is a predetermined power supply potential. 前記読み出し回路は、前記光電変換膜が初期バイアス状態に戻るときに流れる電流を電圧に変換して読み出す電流−電圧変換回路を含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の積層型固体撮像装置。   7. The read circuit includes a current-voltage conversion circuit that converts a current flowing when the photoelectric conversion film returns to an initial bias state into a voltage and reads the voltage. 8. Multilayer solid-state imaging device.
JP2008200070A 2008-08-01 2008-08-01 Laminated solid-state imaging apparatus Pending JP2010040675A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008200070A JP2010040675A (en) 2008-08-01 2008-08-01 Laminated solid-state imaging apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008200070A JP2010040675A (en) 2008-08-01 2008-08-01 Laminated solid-state imaging apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010040675A true JP2010040675A (en) 2010-02-18

Family

ID=42012927

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008200070A Pending JP2010040675A (en) 2008-08-01 2008-08-01 Laminated solid-state imaging apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010040675A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021036669A (en) * 2015-05-04 2021-03-04 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54147790A (en) * 1978-05-12 1979-11-19 Victor Co Of Japan Ltd Solidstate pick up element
JP2003007992A (en) * 2001-06-25 2003-01-10 Fuji Photo Film Co Ltd Photodetector
JP2004014673A (en) * 2002-06-05 2004-01-15 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Solid state imaging apparatus and camera using same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54147790A (en) * 1978-05-12 1979-11-19 Victor Co Of Japan Ltd Solidstate pick up element
JP2003007992A (en) * 2001-06-25 2003-01-10 Fuji Photo Film Co Ltd Photodetector
JP2004014673A (en) * 2002-06-05 2004-01-15 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Solid state imaging apparatus and camera using same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021036669A (en) * 2015-05-04 2021-03-04 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device
JP7016931B2 (en) 2015-05-04 2022-02-07 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10651213B2 (en) Solid-state image pickup device and method of driving the same
CN111526305B (en) Imaging device and electronic apparatus
US9172895B2 (en) Solid-state imaging device
WO2011058684A1 (en) Solid-state image pickup device
US20160219238A1 (en) Image pickup apparatus, image pickup system, and method of driving image pickup apparatus
JP2008199101A (en) Solid-state imaging apparatus and method for driving the same
JP7000020B2 (en) Photoelectric conversion device, imaging system
JP2018093298A (en) Photoelectric conversion device and photoelectric conversion system
JP4155568B2 (en) Solid-state imaging device and camera
JP2018093297A (en) Photoelectric conversion device and imaging system
JP2014239266A (en) Solid state image pickup device and driving method of the same
JP2013171889A (en) Imaging device, and driving method of imaging device
JP4746962B2 (en) Solid-state imaging device and imaging system
JP2010040675A (en) Laminated solid-state imaging apparatus
JP2006210680A (en) Solid-state imaging element
JPH02224481A (en) Amplification type solid-state image pickup element
JP7402635B2 (en) Solid-state imaging device, imaging device, and method for suppressing white scratches
JP4921345B2 (en) Solid-state imaging device and camera
JP2021082785A (en) Solid state imaging device and imaging apparatus
JP2019134418A (en) Solid-state imaging device, driving circuit of the same, and imaging apparatus
JP2010010188A (en) Solid-state image sensor and imaging device
JP2007165868A (en) Solid-state imaging apparatus
WO2014007107A1 (en) Solid-state imaging device, driving method, and electronic device
JP2015198342A (en) photoelectric conversion device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20101125

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121030

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20121031

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130305