JP2012151369A - Solid state image sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置に関し、特に積層型の固体撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a stacked solid-state imaging device.
近年、シリコン基板内部にフォトダイオードを設け、CCD(Charge Coupled Device)やMOS(Metal Oxide Semiconductor)を走査回路とし、入射光を光電変換し電気信号を読み出すCCD型イメージセンサ(固体撮像装置)やMOS型イメージセンサの画素単位セルの微細化が急速に進んでいる。このような画素単位セルについて、2000年ごろに3μm□のセルサイズを、2007年には2μm□のセルサイズを突破した。2010年には1.4μm□のセルサイズのイメージセンサが製品化される予定で、このペースで画素単位セルの微細化が進むとここ数年で1μm□のセルサイズが要求される勢いである。 In recent years, a photodiode is provided inside a silicon substrate, a CCD (Charge Coupled Device) or a MOS (Metal Oxide Semiconductor) is used as a scanning circuit, a CCD image sensor (solid-state imaging device) or a MOS that photoelectrically converts incident light and reads an electrical signal The miniaturization of pixel unit cells of a type image sensor is rapidly progressing. About such a pixel unit cell, the cell size of 3 μm □ was exceeded around 2000, and the cell size of 2 μm □ was exceeded in 2007. An image sensor with a cell size of 1.4 μm □ is scheduled to be commercialized in 2010, and if the pixel unit cell is miniaturized at this pace, a cell size of 1 μm □ is required in recent years. .
一方で、近年特許文献1および2に示されるような積層型のイメージセンサが注目されている。積層型のイメージセンサでは、シリコン基板に形成する画素回路の上に積層する光電変換膜の種類をシリコン以外の材料を選択することによりシリコンでは実現できなかった特性をもつイメージセンサを得ることができる。例えばシリコンより光の吸収係数の高い材料を選択することにより感度の高いセンサを実現できる等の応用が考えられる。またシリコンでは感度のない遠赤外線の感度を有する光電変換膜を積層すると、被写体の温度を検出できる遠赤外線センサが実現できる。
On the other hand, in recent years, a multilayer image sensor as disclosed in
また積層型のセンサは感度が高く、上述した画素単位セルの微細化にも有効である。 In addition, the stacked sensor has high sensitivity and is effective for miniaturization of the pixel unit cell described above.
ところで、積層型のイメージセンサにおいて光電変換膜に印加される電圧は、光電変換膜の種類によるが、特許文献1に示されているカルコゲナイド膜、三硫化アンチモン膜およびアモルファスシリコン膜、ならびに近年注目されてきている特許文献2に示されている有機光導電膜では、10Vから100Vである。この電圧は、シリコン基板に形成された画素回路を構成するトランジスタのゲート絶縁膜の破壊電圧(ゲート破壊電圧)及び電源電圧より高いため、動作条件により増幅トランジスタのゲートが破壊してセンサが破壊し動作しなくなるという問題がある。例えば光電変換膜に印加される電圧がゲート破壊電圧(4.5〜5V)を超えて、増幅トランジスタのゲート破壊が起こる。
By the way, the voltage applied to the photoelectric conversion film in the stacked image sensor depends on the type of the photoelectric conversion film, but the chalcogenide film, the antimony trisulfide film and the amorphous silicon film disclosed in
そこで、本発明は、かかる問題に鑑み、光電変換膜に印加される電圧が高い場合でも増幅トランジスタのゲート破壊を抑えることが可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。 Therefore, in view of such a problem, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of suppressing gate breakdown of an amplification transistor even when a voltage applied to a photoelectric conversion film is high.
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る固体撮像装置は、2次元状に配列された複数の画素単位セルと、前記画素単位セルの列に対応して設けられ、対応する列の前記画素単位セルの信号電圧を伝達する垂直信号線とを備え、前記画素単位セルは、半導体基板の上方に形成され、入射光を光電変換する光電変換膜と、前記光電変換膜の前記半導体基板側の面に形成された画素電極と、前記光電変換膜の前記画素電極と反対側の面に形成され、正電圧が印加された透明電極と、前記半導体基板内に形成されたトランジスタであって、前記画素電極と結線されたゲート電極を有し、前記画素電極の電位に応じた信号電圧を出力する増幅トランジスタと、前記半導体基板内に形成されたトランジスタであって、前記画素電極と結線されたソース領域又はドレイン領域を有し、前記増幅トランジスタのゲート電極の電位をリセット電圧にリセットするリセットトランジスタとを有し、前記半導体基板内には、前記リセットトランジスタの画素電極と結線されたソース領域又はドレイン領域により寄生ダイオードが形成され、前記寄生ダイオードのブレークダウン電圧は、前記増幅トランジスタのゲート破壊電圧以下であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to one aspect of the present invention is provided corresponding to a plurality of pixel unit cells arranged in a two-dimensional manner and a column of the pixel unit cells. A vertical signal line that transmits a signal voltage of the pixel unit cell, the pixel unit cell being formed above a semiconductor substrate, photoelectrically converting incident light, and the semiconductor of the photoelectric conversion film A pixel electrode formed on a surface on the substrate side, a transparent electrode formed on a surface opposite to the pixel electrode of the photoelectric conversion film to which a positive voltage is applied, and a transistor formed in the semiconductor substrate. An amplifying transistor having a gate electrode connected to the pixel electrode and outputting a signal voltage corresponding to the potential of the pixel electrode; and a transistor formed in the semiconductor substrate, wherein the transistor is connected to the pixel electrode. Was A source region connected to the pixel electrode of the reset transistor in the semiconductor substrate, the source region having a source region or a drain region, and a reset transistor for resetting the potential of the gate electrode of the amplification transistor to a reset voltage Alternatively, a parasitic diode is formed by the drain region, and a breakdown voltage of the parasitic diode is lower than a gate breakdown voltage of the amplification transistor.
ここで、前記リセットトランジスタの閾値電圧は、前記増幅トランジスタの閾値電圧より高くてもよい。 Here, the threshold voltage of the reset transistor may be higher than the threshold voltage of the amplification transistor.
また、前記画素単位セルは、さらに、前記半導体基板内に形成されたトランジスタであって、前記画素単位セルから前記垂直信号線に信号電圧を出力させるアドレストランジスタを有し、前記リセットトランジスタの閾値電圧は、前記アドレストランジスタの閾値電圧より高くてもよい。 The pixel unit cell further includes an address transistor that is a transistor formed in the semiconductor substrate and outputs a signal voltage from the pixel unit cell to the vertical signal line, and a threshold voltage of the reset transistor. May be higher than a threshold voltage of the address transistor.
本態様によれば、光電変換膜に印加される電圧が高く、リセットトランジスタのオフ時に透明電極に強い入射光が入ってきた場合でも、寄生ダイオードはブレークダウン状態となって増幅トランジスタのゲート破壊が抑えられる。 According to this aspect, even when the voltage applied to the photoelectric conversion film is high and strong incident light enters the transparent electrode when the reset transistor is turned off, the parasitic diode is in a breakdown state, and the gate breakdown of the amplification transistor is caused. It can be suppressed.
また、前記固体撮像装置は、さらに、前記リセットトランジスタのゲート電極に前記リセットトランジスタのオンオフを制御するリセット信号を印加する行走査回路を備え、前記リセット信号のローレベル電圧は、前記寄生ダイオードのブレークダウン電圧を前記ゲート破壊電圧以下とする電圧であってもよい。 The solid-state imaging device further includes a row scanning circuit that applies a reset signal for controlling on / off of the reset transistor to a gate electrode of the reset transistor, and a low level voltage of the reset signal is a break voltage of the parasitic diode. It may be a voltage with a down voltage equal to or lower than the gate breakdown voltage.
本態様によれば、回路等の新たな構成を付加することなく、増幅トランジスタのゲート破壊が抑えることができ。 According to this aspect, the gate breakdown of the amplification transistor can be suppressed without adding a new configuration such as a circuit.
また、前記半導体基板には、前記リセットトランジスタの画素電極と結線されたソース領域又はドレイン領域と反対の導電型を有し、前記寄生ダイオードを形成するブレークダウン拡散領域が形成され、前記ブレークダウン拡散領域は、前記リセットトランジスタの画素電極と結線されたソース領域又はドレイン領域と接し、前記半導体基板よりも高い不純物濃度を有してもよい。 The semiconductor substrate has a breakdown diffusion region having a conductivity type opposite to that of a source region or a drain region connected to a pixel electrode of the reset transistor and forming the parasitic diode, and the breakdown diffusion region is formed. The region may be in contact with a source region or a drain region connected to the pixel electrode of the reset transistor, and may have a higher impurity concentration than the semiconductor substrate.
本態様によれば、寄生ダイオードのブレークダウン電圧を更に低くして増幅トランジスタのゲート破壊保護能力を向上させることができる。 According to this aspect, the breakdown voltage of the parasitic diode can be further lowered to improve the gate breakdown protection capability of the amplification transistor.
また、前記ブレークダウン拡散領域は、前記リセットトランジスタのソース領域又はドレイン領域と重なって形成されてもよい。 The breakdown diffusion region may be formed so as to overlap with a source region or a drain region of the reset transistor.
本態様によれば、寄生ダイオードのブレークダウン電圧を更に低くすることができるため、ゲート破壊保護能力を向上させることができる。 According to this aspect, since the breakdown voltage of the parasitic diode can be further reduced, the gate breakdown protection capability can be improved.
また、前記ブレークダウン拡散領域は、前記リセットトランジスタのゲート電極下方に位置してもよい。 The breakdown diffusion region may be located below the gate electrode of the reset transistor.
本態様によれば、寄生ダイオードがゲート電圧の影響を受け易くなるため、ブレークダウン拡散領域の不純物濃度を下げてノイズの増大を抑えつつ寄生ダイオードのブレークダウン電圧を低くすることができる。 According to this aspect, since the parasitic diode is easily affected by the gate voltage, the breakdown voltage of the parasitic diode can be lowered while reducing the impurity concentration in the breakdown diffusion region and suppressing the increase in noise.
また、前記ブレークダウン拡散領域は、前記リセットトランジスタのソース領域及びドレイン領域をつなぐように連続して形成されてもよい。 The breakdown diffusion region may be continuously formed so as to connect the source region and the drain region of the reset transistor.
本態様によれば、リセットトランジスタの閾値電圧を高くしてダイナミックレンジの大きいセンサを実現できる。 According to this aspect, it is possible to realize a sensor having a large dynamic range by increasing the threshold voltage of the reset transistor.
また、前記リセットトランジスタのリセット電圧は、前記ゲート破壊電圧以下であってもよい。 The reset voltage of the reset transistor may be equal to or lower than the gate breakdown voltage.
本態様によれば、リセットトランジスタがオン時には増幅トランジスタのゲートにリセット電圧が導入されるため、リセットトランジスタのオン時の増幅トランジスタのゲート破壊が抑えられる。 According to this aspect, since the reset voltage is introduced to the gate of the amplification transistor when the reset transistor is on, the gate breakdown of the amplification transistor when the reset transistor is on can be suppressed.
また、本発明の一態様に係る固体撮像装置は、2次元状に配列された複数の画素単位セルと、前記画素単位セルの列に対応して設けられ、対応する列の前記画素単位セルの信号電圧を伝達する垂直信号線とを備え、前記画素単位セルは、半導体基板の上方に形成され、入射光を光電変換する光電変換膜と、前記光電変換膜の前記半導体基板側の面に形成された画素電極と、前記光電変換膜の前記画素電極と反対側の面に形成され、正電圧が印加された透明電極と、前記半導体基板内に形成されたトランジスタであって、前記画素電極と結線されたゲート電極を有し、前記画素電極の電位に応じた信号電圧を出力する増幅トランジスタと、前記半導体基板内に形成されたトランジスタであって、前記画素電極と結線されたソース領域又はドレイン領域を有し、前記増幅トランジスタのゲート電極の電位をリセットするリセットトランジスタと、前記増幅トランジスタのゲートと結線され、ブレークダウン電圧が前記増幅トランジスタのゲート破壊電圧以下である保護ダイオードとを有することを特徴とする。 A solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention is provided corresponding to a plurality of pixel unit cells arranged in a two-dimensional manner and a column of the pixel unit cells, and the pixel unit cells of the corresponding column A vertical signal line for transmitting a signal voltage, and the pixel unit cell is formed above the semiconductor substrate, and is formed on a surface of the photoelectric conversion film on the semiconductor substrate side of the photoelectric conversion film that photoelectrically converts incident light. A pixel electrode, a transparent electrode formed on a surface opposite to the pixel electrode of the photoelectric conversion film, to which a positive voltage is applied, and a transistor formed in the semiconductor substrate, the pixel electrode and An amplifying transistor having a connected gate electrode and outputting a signal voltage corresponding to the potential of the pixel electrode; and a transistor formed in the semiconductor substrate, the source region or drain connected to the pixel electrode A reset transistor that resets the potential of the gate electrode of the amplification transistor, and a protection diode that is connected to the gate of the amplification transistor and whose breakdown voltage is equal to or lower than the gate breakdown voltage of the amplification transistor. Features.
本態様によれば、光電変換膜に印加される電圧が高く、透明電極に強い入射光が入ってきた場合でも、保護ダイオードはオン状態となって増幅トランジスタのゲート破壊が抑えられる。 According to this aspect, even when a high voltage is applied to the photoelectric conversion film and strong incident light enters the transparent electrode, the protective diode is turned on and gate breakdown of the amplification transistor is suppressed.
本発明によれば、光電変換膜に印加される電圧が高い場合でも増幅トランジスタのゲート破壊を抑えることが可能な信頼性の高い積層型イメージセンサを提供できる。その結果、このセンサを搭載した製品において長時間の使用が可能な信頼性の高いカメラを提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even when the voltage applied to a photoelectric converting film is high, the reliable lamination type image sensor which can suppress gate destruction of an amplification transistor can be provided. As a result, a highly reliable camera that can be used for a long time in a product equipped with this sensor can be provided.
以下、本発明の実施形態における固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
なお、図面において、実質的に同一の構成、動作、および効果を表す要素については、同一の符号を付す。また、以下において記述される数値は、すべて本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数値に制限されない。さらに、構成要素間の接続関係は、本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明の機能を実現する接続関係はこれに限定されない。 In the drawings, elements that represent substantially the same configuration, operation, and effect are denoted by the same reference numerals. In addition, the numerical values described below are all exemplified for specifically explaining the present invention, and the present invention is not limited to the illustrated numerical values. Furthermore, the connection relationship between the components is exemplified for specifically explaining the present invention, and the connection relationship for realizing the function of the present invention is not limited to this.
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration of a solid-state imaging device according to the present embodiment.
この固体撮像装置は、積層型の固体撮像装置であって、2次元状に配列された複数の画素単位セル11から構成される感光領域と、垂直走査部(行走査回路)15、光電変換膜制御線16、垂直信号線(垂直信号線配線)17、負荷部18、カラム信号処理部(行信号蓄積部)19、水平信号読み出し部(列走査回路)20、電源配線(ソースフォロア電源)21、反転増幅器(フィードバックアンプ)23及びフィードバック線24から構成され、画素単位セル11を順次駆動し信号を取り出す駆動回路部とを備える。
This solid-state imaging device is a stacked solid-state imaging device, and is a photosensitive region composed of a plurality of
画素単位セル11は、アドレストランジスタ(行選択トランジスタ)4と、増幅トランジスタ5と、リセットトランジスタ6と、光電変換膜部8とを有する。
The
光電変換膜部8は、入射光を光電変換し、入射光の光量に応じた信号電荷を生成及び蓄積する。増幅トランジスタ5は、光電変換膜部8で生成された信号電荷量に応じた信号電圧を出力する。リセットトランジスタ6は、光電変換膜部8、言い換えると増幅トランジスタ5のゲート電極の電位をリセット(初期化)する。アドレストランジスタ4は、所定行の画素単位セル11から垂直信号線17に信号電圧を選択的に出力させる。
The photoelectric
垂直走査部15は、アドレストランジスタ4のゲート電極にアドレストランジスタ4のオンオフを制御する行選択信号を印加することで、垂直方向(列方向)に画素単位セル11の行を走査し、垂直信号線17に信号電圧を出力させる画素単位セル11の行を選択する。垂直走査部15は、リセットトランジスタ6のゲート電極にリセットトランジスタ6のオンオフを制御するリセット信号を印加することで、リセット動作を行わせる画素単位セル11の行を選択する。
The
光電変換膜制御線16は、全ての画素単位セル11に共通に接続され、全ての光電変換膜部8に同じ正の定電圧を印加する。
The photoelectric conversion
垂直信号線17は、画素単位セル11の列に対応して設けられ、対応する列の画素単位セル11の信号電圧を列方向(垂直方向)に伝達する。
The
負荷部18は、各垂直信号線17に対応して設けられ、対応する垂直信号線17に接続されている。負荷部18は、増幅トランジスタ5とともにソースフォロア回路を構成している。
The
カラム信号処理部19は、相関2重サンプリングに代表される雑音抑圧信号処理及びAD変換(アナログ−デジタル変換)等を行う。カラム信号処理部19は、各垂直信号線17に対応して設けられ、対応する垂直信号線17に接続されている。
The column
水平信号読み出し部20は、水平方向(行方向)に配された複数のカラム信号処理部19の信号を順次水平共通信号線(図外)に読み出す。
The horizontal
電源配線21は、増幅トランジスタ5及びリセットトランジスタ6のドレイン領域に接続され、画素単位セル11の配列領域(撮像領域)で垂直方向(図1の紙面の上下方向)に配線される。これは、画素単位セル11が列ごとにアドレスされるため、ドレイン配線を列方向(垂直方向)に配線すると、一列の画素駆動電流がすべて一本の配線に流れて電圧降下が大きくなるためである。電源配線21は、全ての画素単位セル11の増幅トランジスタ5に共通にソースフォロア電源電圧を印加している。
The
反転増幅器23は、画素単位セル11の列に対応して設けられている。反転増幅器23の出力はリセットトランジスタ6のソース領域に接続されており、アドレストランジスタ4とリセットトランジスタ6とが導通状態にある時、アドレストランジスタ4の出力を受け取り、増幅トランジスタ5のゲート電位が、一定のフィードバック電圧(反転増幅器23の出力電圧)になるように、フィードバック動作する。この時、反転増幅器23の出力電圧は、0V又は0V近傍の正電圧となる。
The inverting
フィードバック線24は、画素単位セル11の列に対応して設けられ、反転増幅器23の出力信号を対応する列の画素単位セル11にフィードバックする。
The
上記構造を有する固体撮像装置では、垂直走査部15により選択された行の画素単位セル11において、光電変換膜部8で光電変換された信号電荷が増幅トランジスタ5で増幅されアドレストランジスタ4を介して垂直信号線17に出力される。そして、出力された信号はカラム信号処理部19に電気信号として蓄積された後、水平信号読み出し部20で選択され出力される。その後、信号を出力した画素単位セル11内の信号電荷はリセットトランジスタ6をオンすることにより排出される。その際、リセットトランジスタ6がkTC雑音と呼ばれる大きな雑音を発生するが、この雑音はリセットトランジスタ6をオフし信号電荷の蓄積を始めるときも残留する。従って、kTC雑音を抑圧するために反転増幅器23で雑音出力を反転増幅しフィードバック線24でリセットトランジスタ6のソース領域にフィードバックする。
In the solid-state imaging device having the above structure, in the
図2は本実施形態に係る固体撮像装置における1つの画素単位セル11の詳細な構造を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a detailed structure of one
画素単位セル11は、半導体基板としてのp型シリコン基板1内に形成された3つのトランジスタつまりアドレストランジスタ4、増幅トランジスタ5及びリセットトランジスタ6からなる画素回路と、シリコン基板1上に順次積層された層間絶縁膜14、画素電極7、光電変換膜13及び透明電極9からなる光電変換膜部8とを有する。
The
画素単位セル11では、シリコン基板1内に形成されたn型拡散層領域10A及び10Bと、シリコン基板1上に形成されたゲート電極3Aとからリセットトランジスタ6が形成されている。同様に、シリコン基板1内に形成されたn型拡散層領域10C及び10Dと、シリコン基板1上に形成されたゲート電極3Bとから増幅トランジスタ5が形成されている。さらに、シリコン基板1内に形成されたn型拡散層領域10D及び10Eと、シリコン基板1上に形成されたゲート電極3Cとからアドレストランジスタ4が形成されている。
In the
画素単位セル11の間のシリコン基板1内には画素単位セル11間を電気的に分離する素子分離領域12が形成されている。
An
n型拡散層領域10Aはリセットトランジスタ6のソース領域として機能し、n型拡散層領域10Bはリセットトランジスタ6のドレイン領域として機能している。n型拡散層領域10Cは増幅トランジスタ5のドレイン領域として機能して機能している。n型拡散層領域10Dは増幅トランジスタ5のソース領域及びアドレストランジスタ4のドレイン領域として機能し、n型拡散層領域10Eはアドレストランジスタ4のソース領域として機能している。
The n-type
例えば、シリコン基板1の不純物濃度は1×1017cm−3であり、n型拡散層領域10A、10B、10C、10D及び10Eの不純物濃度は1×1020〜1022cm−3であり、ゲート電極3A、3B及び3C下方のゲート絶縁膜の膜厚は6.5〜10nmである。
For example, the impurity concentration of the
光電変換膜13は、アモルファスシリコン等からなり、シリコン基板1の上方に形成され、入射光を光電変換する。画素電極7は、光電変換膜13のシリコン基板1側の面上に形成され、光電変換膜13と接し、光電変換膜13で発生した信号電荷を収集する。透明電極9は、光電変換膜13のシリコン基板1側の面(画素電極7)と反対側の面上に形成され、光電変換膜13の信号電荷を画素電極7に読み出すために、光電変換膜制御線16を介して光電変換膜13に正の定電圧が印加される。
The
増幅トランジスタ5は、シリコン基板1内の画素電極7の下方に形成されたMOSトランジスタであって、画素電極7と結線されたゲート電極3Bを有し、画素電極7の電位に応じた信号電圧を出力する。リセットトランジスタ6は、シリコン基板1内の画素電極7の下方に形成されたMOSトランジスタであって、画素電極7と結線されたドレイン領域を有し、増幅トランジスタ5のゲート電極3Bの電位をリセット電圧(フィードバック電圧)にリセットする。アドレストランジスタ4は、シリコン基板1内の画素電極7の下方に形成されたMOSトランジスタであって、増幅トランジスタ5と垂直信号線17との間に設けられ、画素単位セル11から垂直信号線17に信号電圧を出力させる。なお、アドレストランジスタ4は、増幅トランジスタ5のソース領域と垂直信号線17との間に挿入されているが、増幅トランジスタ5のドレイン領域と電源配線21との間に挿入されてもよい。
The
画素電極7は、コンタクトを介して増幅トランジスタ5のゲート電極3Bとリセットトランジスタ6のドレイン領域(n型拡散層領域10B)に接続されている。画素電極7と接続されたn型拡散層領域10Bとシリコン基板1との間のpn接合は信号電荷を蓄積する寄生ダイオード(蓄積ダイオード)を形成する。
The
図3は、図2のX−Y線に沿った部分における電位を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing a potential at a portion along line XY in FIG.
透明電極9には正電圧が印加されており、信号がない状態(リセットされている状態)においては、寄生ダイオードであるn型拡散層領域10Bの電位は、ほぼ0Vである。透明電極9の上部から入射した光は透明電極9を通過して光電変換膜13に入射し、ここで電子正孔対に変換される。変換された電子正孔対のうちの電子は透明電極9側に移送され透明電極9に接続された電源配線21に流れる。一方、正孔はn型拡散層領域10B側に移送されここに蓄積される。このため、n型拡散層領域10Bの電位は+方向に変化し、n型拡散層領域10Bとシリコン基板1との間に電圧が加わる。
When a positive voltage is applied to the
n型拡散層領域10Bに蓄積された正孔により+側に変化した電圧は、増幅トランジスタ5のゲート電極3Bに伝達され、増幅トランジスタ5により増幅された信号はアドレストランジスタ4を通過し画素単位セル11外部つまり垂直信号線17に出力される。その後、n型拡散層領域10Bに蓄積された信号電荷はリセットトランジスタ6をオンすることにより排出される。このとき、透明電極9に印加されている電圧より低い電圧にリセットされる。
The voltage changed to the + side by the holes accumulated in the n-type
ここで、透明電極9に強い入射光が入ってくると、n型拡散層領域10Bの電位が上昇し、最終的には透明電極9に印加された電圧とほぼ同じ電位になる。透明電極9に印加される電圧は、上述のように10〜100V程度であり、MOSトランジスタの耐圧限界(〜5V)より大きい。したがってn型拡散層領域10BにつながっているMOSトランジスタつまり増幅トランジスタ5は破壊される可能性が高い。具体的には増幅トランジスタ5のゲート電極3Bとシリコン基板1との間のゲート絶縁膜が破壊される可能性が高い。しかしながら、シリコン基板1内に形成されたリセットトランジスタ6の寄生ダイオードのブレークダウン電圧を増幅トランジスタ5のゲート破壊電圧以下とすることで、寄生ダイオードが保護ダイオードとして機能するため、このような破壊を抑えることができる。これは、寄生ダイオードのブレークダウン電圧が増幅トランジスタ5のゲート破壊電圧以下となるように、リセット信号のローレベル電圧の値を例えば0V以下に設定することにより実現される。これについて以下で詳述する。
Here, when strong incident light enters the
図4は、リセットトランジスタ6の断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the
リセットトランジスタ6のソース領域つまりn型拡散層領域10Aには図1に示すように反転増幅器23からフィードバック電圧が印加されている。そして、リセットトランジスタ6のドレイン領域つまりn型拡散層領域10Bとシリコン基板1との間には逆バイアスの電圧が印加されている。透明電極9に強い入射光が入ってn型拡散層領域10Bの電圧が大きくなると寄生ダイオードがブレークダウンを起こし、ある電圧より大きな電圧はn型拡散層領域10Bにかからなくなる。
A feedback voltage is applied from the inverting
図5は寄生ダイオードの電流電圧特性を示す図である。なお、図5において横軸にn型拡散層領域10Bの電圧を、縦軸にn型拡散層領域10Bとシリコン基板1との間に流れる電流を示している。また、グラフA、B及びCはそれぞれ異なるリセットトランジスタ6のゲート電圧が異なる場合における特性を示しており、グラフA、B及びCの順でリセットトランジスタ6のゲート電圧が高くなっている。
FIG. 5 is a diagram showing current-voltage characteristics of the parasitic diode. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the voltage of the n-type
グラフA、B及びCのいずれにおいても、n型拡散層領域10Bの印加電圧が大きなってブレークダウン電圧26を超えると、電流が急激に増加しそれ以上の電圧はかからなくなる。一般にこの電圧はトランジスタのゲート破壊電圧27より大きい。理由はこの電圧を低くするとトランジスタの動作範囲が狭くなるためである。
In any of graphs A, B, and C, when the applied voltage of the n-type
しかしながら、ブレークダウン電圧26は、pn接合の近傍にゲート電極が存在すると、ゲート電極に印加される電圧に依存するようになる。図5に示されるように、リセットトランジスタ6のゲート電圧が下がると、寄生ダイオードのpn接合にかかっている電界強度が増してくるため、ブレークダウン電圧26が低下してくる。その結果、寄生ダイオードのブレークダウン電圧26はゲート破壊電圧27以下になり(グラフA)、n型拡散層領域10Bに電気的に接続している増幅トランジスタ5のゲート破壊は起きなくなる。
However, the
ここで、リセットトランジスタ6のゲート電圧が低い場合はこのように増幅トランジスタ5のゲートを保護できるが、リセットトランジスタ6にはパルス電圧が印加されるので、リセットトランジスタ6のゲート電極3Aには低いローレベル電圧(例えば0V)と高いハイレベル電圧(例えば3.3V)のどちらも印加される。ハイレベルパルス電圧が印加されているときはn型拡散層領域10Bとシリコン基板1との間のブレークダウン電圧26はゲート破壊電圧27をこえており、ゲート保護の機能がない。しかし、この場合はリセットトランジスタ6がオンしており、n型拡散層領域10Bの電圧はn型拡散層領域10Aの電圧と等しくなるため、フィードバック電圧をゲート破壊電圧27以下に設定しておけば破壊は起こらない。従って、リセットトランジスタ6のリセット電圧はゲート破壊電圧以下とされ、例えば0Vとされる。
Here, when the gate voltage of the
図6Aは、本実施形態に係る固体撮像装置の基本的な撮像動作を示すフローチャートである。なお、図6Aにおいて、SEL1は、1行目の画素単位セル11に印加される行選択信号を示す。RST1は、1行目の画素単位セル11に印加されるリセット信号を示す。SEL2及びRST2も、対応する行が異なる点以外同様である。1水平周期は、行選択信号が有効になってから、次の行の行選択信号が有効になるまで(SEL1の立ち上がりからSEL2の立ち上がりまで)の期間であり、1行分の画素単位セル11から信号電圧を読み出すのに要する期間である。1垂直周期は、全行の画素単位セル11から信号電圧を読み出すのに要する期間である。
FIG. 6A is a flowchart illustrating a basic imaging operation of the solid-state imaging device according to the present embodiment. In FIG. 6A, SEL1 indicates a row selection signal applied to the
フィードバック動作は、行選択信号とリセット信号とが同時に有効になったときに起こる。つまり、アドレストランジスタ4とリセットトランジスタ6とが同時にオンのとき起こる。図6Aのように、垂直走査部15は、画素単位セル11からの信号読み出しの後にリセット動作(フィードバック動作)を行うように制御する。具体的には、まずアドレストランジスタ4のゲート電極にハイレベルの行選択信号を印加することにより、増幅トランジスタ5の出力信号を垂直信号線17に出力させ、次に、行選択信号がハイレベルになってから一定時間遅れてリセット信号をハイレベルにすることにより、反転増幅器23の出力を画素電極7にフィードバックさせる。
The feedback operation occurs when the row selection signal and the reset signal are enabled at the same time. That is, it occurs when the
このフィードバック動作により、リセットトランジスタ6で信号電荷をリセットするときに発生するリセット雑音は抑圧され、次の信号電荷にリセット雑音が重畳されることが軽減されるので、ランダム雑音を抑圧することが出来る。
By this feedback operation, reset noise generated when the
なお、図6Bに示されるように、リセット信号のリセットパルスの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジに傾斜が付与され、リセットパルスの振幅が小さくてもよい。これにより、立ち下がりエッジに起因するランダムノイズの発生を抑制することができる。また、リセット信号の振幅が小さく、エッジに傾斜が付与されるので、リセットトランジスタ6を、オンとオフの2状態を持つ単純なスイッチとしてではなく、オンからとオフまで抵抗値が連続的に変化するスイッチとして動作させることができる。
Note that, as shown in FIG. 6B, the rising edge and the falling edge of the reset pulse of the reset signal may be inclined so that the amplitude of the reset pulse is small. Thereby, generation | occurrence | production of the random noise resulting from a falling edge can be suppressed. Further, since the amplitude of the reset signal is small and the edge is inclined, the resistance value of the
以上のように、本実施形態の固体撮像装置によれば、画素単位セル11はその内部に増幅トランジスタ5のゲート絶縁膜の保護機能を有する。つまり、寄生ダイオードのブレークダウン電圧が増幅トランジスタ5のゲート破壊電圧より小さいため、光電変換膜13に印加される電圧が高く、リセットトランジスタ6のオフ時に透明電極9に強い入射光が入ってきた場合でも、寄生ダイオードはブレークダウン状態となって増幅トランジスタ5のゲート破壊が抑えられる。また、リセットトランジスタ6に印加されるフィードバック電圧がゲート破壊電圧より小さく、リセットトランジスタ6がオン時に増幅トランジスタ5のゲートにフィードバック電圧が導入されるため、リセットトランジスタ6がオン時の増幅トランジスタ5のゲート破壊も抑えられる。
As described above, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, the
(変形例1)
図7は、本変形例に係る固体撮像装置のリセットトランジスタ6の構造を示す図である。なお、図7(a)はリセットトランジスタ6の断面図であり、図7(b)はリセットトランジスタ6の上面図である。
(Modification 1)
FIG. 7 is a diagram showing the structure of the
本変形例の固体撮像装置は、画素単位セル11が寄生ダイオードのブレークダウン電圧及びブレークダウン電流を制御するためのブレークダウン拡散領域29をシリコン基板1内のチャネル領域に備えるという点で本実施形態の固体撮像装置と異なる。
The solid-state imaging device of this modification is the embodiment in that the
ブレークダウン拡散領域29は、リセットトランジスタ6の画素電極7と結線されたドレイン領域(n型拡散層領域10B)と反対の導電型つまりシリコン基板1と同じ導電型(p型)を有し、寄生ダイオードを形成する。ブレークダウン拡散領域29は、n型拡散層領域10Bと接し、シリコン基板1よりも高い不純物濃度、例えば1桁高い1×1018cm−3の不純物濃度を有し、さらにドレイン領域より低い不純物濃度を有する。従って、増幅トランジスタ5の閾値電圧とアドレストランジスタ4の閾値電圧とは等しいが、リセットトランジスタ6の閾値電圧は増幅トランジスタ5及びアドレストランジスタ4の閾値電圧より高くなる。
ブレークダウン拡散領域29は、リセットトランジスタ6のゲート電極3Aの下方に、リセットトランジスタ6のドレイン領域(n型拡散層領域10B)及びソース領域(n型拡散層領域10A)に挟まれて位置する。
The
以上のように、本変形例に係る固体撮像装置によれば、寄生ダイオードを形成するリセットトランジスタ6のドレイン領域に接する形で、該ドレイン領域と反対の導電型で高不純物濃度のブレークダウン拡散領域29が設けられる。従って、寄生ダイオードのブレークダウン電圧を低くして増幅トランジスタ5のゲート破壊保護能力を向上させることができる。このとき、ブレークダウン拡散領域29は、リセットトランジスタ6の一部の領域だけで構成されるためリセットトランジスタ6の特性には大きな影響を与えない。
As described above, according to the solid-state imaging device according to this modification, the breakdown diffusion region having a high impurity concentration and a conductivity type opposite to the drain region is in contact with the drain region of the
また、本変形例に係る固体撮像装置によれば、ブレークダウン拡散領域29は、リセットトランジスタ6のゲート電極3Aの下方に設けられるため、寄生ダイオードがゲート電圧の影響を受けてそのブレークダウン電圧が下がり易くなる。従って、ブレークダウン拡散領域の不純物濃度を下げてノイズの増大を抑えつつ寄生ダイオードのブレークダウン電圧を低くすることができる。
Further, according to the solid-state imaging device according to this modification, the
(変形例2)
図8は、本変形例に係る固体撮像装置のリセットトランジスタ6の構造を示す図である。なお、図8(a)はリセットトランジスタ6の断面図であり、図8(b)はリセットトランジスタ6の上面図である。
(Modification 2)
FIG. 8 is a diagram showing the structure of the
本変形例の固体撮像装置は、リセットトランジスタ6のドレイン領域(n型拡散層領域10B)及びソース領域(n型拡散層領域10A)と同じ幅のブレークダウン拡散領域29をシリコン基板1内に備えるという点で変形例1の固体撮像装置と異なる。
The solid-state imaging device of this modification includes a
以上のように、本変形例に係る固体撮像装置によれば、変形例1の固体撮像装置と同様の理由により増幅トランジスタ5のゲート破壊保護能力を向上させることができる。
As described above, according to the solid-state imaging device according to the present modification, the gate breakdown protection capability of the
(変形例3)
図9は、本変形例に係る固体撮像装置のリセットトランジスタ6の構造を示す図である。なお、図9(a)はリセットトランジスタ6の断面図であり、図9(b)はリセットトランジスタ6の上面図である。
(Modification 3)
FIG. 9 is a diagram illustrating the structure of the
本変形例の固体撮像装置は、シリコン基板1内においてリセットトランジスタ6のドレイン領域(n型拡散層領域10B)の下方つまりチャネル領域の外側にブレークダウン拡散領域29を備えるという点で変形例1の固体撮像装置と異なる。
The solid-state imaging device according to the present modification has a
以上のように、本変形例に係る固体撮像装置によれば、変形例1の固体撮像装置と同様の理由により増幅トランジスタ5のゲート破壊保護能力を向上させることができる。
As described above, according to the solid-state imaging device according to the present modification, the gate breakdown protection capability of the
(変形例4)
図10は、本変形例に係る固体撮像装置のリセットトランジスタ6の構造を示す図である。なお、図10(a)はリセットトランジスタ6の断面図であり、図10(b)はリセットトランジスタ6の上面図である。
(Modification 4)
FIG. 10 is a diagram illustrating the structure of the
本変形例の固体撮像装置は、シリコン基板1内においてリセットトランジスタ6のドレイン領域(n型拡散層領域10B)の左方(ソース領域が設けられていない側)つまりチャネル領域の外側にブレークダウン拡散領域29を備えるという点で変形例1の固体撮像装置と異なる。
The solid-state imaging device according to the present modification has breakdown diffusion in the
以上のように、本変形例に係る固体撮像装置によれば、変形例1の固体撮像装置と同様の理由により増幅トランジスタ5のゲート破壊保護能力を向上させることができる。
As described above, according to the solid-state imaging device according to the present modification, the gate breakdown protection capability of the
(変形例5)
図11は、本変形例に係る固体撮像装置のリセットトランジスタ6の構造を示す図である。なお、図11(a)はリセットトランジスタ6の断面図であり、図11(b)はリセットトランジスタ6の平面図である。
(Modification 5)
FIG. 11 is a diagram showing the structure of the
本変形例の固体撮像装置は、ブレークダウン拡散領域29がリセットトランジスタ6のドレイン領域(n型拡散層領域10B)と重なるように形成されているという点で変形例1の固体撮像装置と異なる。このような構成は、例えばシリコン基板1におけるリセットトランジスタ6のドレイン領域とゲート電極3A下方の領域とにp型不純物を注入することにより形成される。
The solid-state imaging device of this modification is different from the solid-state imaging device of
以上のように、本変形例に係る固体撮像装置によれば、ブレークダウン拡散領域29がリセットトランジスタ6のドレイン領域にはみ出して形成されるため、変形例1の固体撮像装置よりもさらにゲート破壊保護能力を向上させることができる。
As described above, according to the solid-state imaging device according to the present modification, the
(変形例6)
図12は、本変形例に係る固体撮像装置のリセットトランジスタ6の構造を示す図である。なお、図12(a)はリセットトランジスタ6の断面図であり、図12(b)はリセットトランジスタ6の平面図である。
(Modification 6)
FIG. 12 is a diagram illustrating the structure of the
本変形例の固体撮像装置は、ブレークダウン拡散領域29がリセットトランジスタ6のソース領域(n型拡散層領域10A)及びドレイン領域(n型拡散層領域10B)をつなぐように連続して形成されているという点で変形例1の固体撮像装置と異なる。
In the solid-state imaging device of this modification, the
リセットトランジスタ6のソース領域に印加する電圧は低く設定することが多い。理由は図3においてリセットトランジスタ6のドレイン領域に信号が蓄積されると該ドレイン領域の電圧がプラス方向に電圧がシフトしていくため、信号のないリセット状態の電圧が低いほうが増幅トランジスタ5の動作範囲が広くなりダイナミックレンジの大きいセンサが実現できるためである。この場合、リセットトランジスタ6の閾値電圧は高くしても動作する。従って、本変形例に係る固体撮像装置によれば、リセットトランジスタ6のゲート電極3A下のシリコン基板1全面に閾値電圧調整用の拡散層として高不純物濃度でブレークダウン拡散領域29を形成することで、リセットトランジスタ6の閾値電圧を高くしてダイナミックレンジの大きいセンサを実現できる。
The voltage applied to the source region of the
(第2の実施形態)
図13は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素単位セル11の構成を示す回路図である。
(Second Embodiment)
FIG. 13 is a circuit diagram illustrating a configuration of the
本実施形態の固体撮像装置は、画素単位セル11の内部に保護トランジスタ32が設けられているという点で第1の実施形態に係る固体撮像装置と異なる。
The solid-state imaging device according to the present embodiment is different from the solid-state imaging device according to the first embodiment in that a
保護トランジスタ32のゲート電極とドレイン領域とは増幅トランジスタ5のゲート電極と結線され、保護トランジスタ32のソース領域は保護電圧33に結線されている。保護トランジスタ32は増幅トランジスタ5のゲート破壊電圧以下でオンするため、入射光で信号が大きくなって保護トランジスタ32のゲート電圧が上昇してくると保護トランジスタ32がオンする。その結果、増幅トランジスタ5のゲート電極には保護電圧源33の電圧が印加されるようになり信号がさらに増えてもそれ以上大きな電圧にはならなくなり増幅トランジスタ5のゲート破壊は抑えられる。
The gate electrode and drain region of the
以上のように、本実施形態の固体撮像装置によれば、画素単位セル11はその内部に増幅トランジスタ5のゲート絶縁膜の保護機能を有する。つまり、画素単位セル11は増幅トランジスタ5のゲート破壊電圧以下でオンする保護トランジスタ32をさらに有するため、光電変換膜13に印加される電圧が高く、透明電極9に強い入射光が入ってきた場合でも、保護トランジスタ32はオン状態となって増幅トランジスタ5のゲート破壊が抑えられる。また、リセットトランジスタ6に印加されるフィードバック電圧がゲート破壊電圧より小さく、リセットトランジスタ6がオン時に増幅トランジスタ5のゲートにフィードバック電圧が導入されるため、リセットトランジスタ6がオン時の増幅トランジスタ5のゲート破壊も抑えられる。
As described above, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, the
なお、本実施形態の固体撮像装置は、第1の実施形態に係る固体撮像装置と比較して、保護トランジスタ32や保護電圧33を導入する配線が必要になるため、画素単位セル11が大きい場合には有効である。
Note that the solid-state imaging device according to the present embodiment requires wiring for introducing the
以上、本発明の固体撮像装置について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、複数の実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。 While the solid-state imaging device of the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. The present invention includes various modifications made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. Moreover, you may combine each component in several embodiment arbitrarily in the range which does not deviate from the meaning of invention.
例えば、上記実施形態において、シリコン基板1の導電型はp型であり、画素回路の各トランジスタはn−チャネル型であるとしたが、シリコン基板1の導電型はn型であり、画素回路の各トランジスタはp−チャネル型でもかまわない。
For example, in the above embodiment, the conductivity type of the
この場合は電圧電位の符号が逆になる。例えば、リセットトランジスタ6のソース領域が画素電極7と結線されて蓄積ダイオードとして機能し、ブレークダウン拡散領域がリセットトランジスタ6のソース領域と反対の導電型で該ソース電極と接して(重なって)形成される。
In this case, the sign of the voltage potential is reversed. For example, the source region of the
また、上記実施形態において、画素回路を構成する各トランジスタはMOSトランジスタであるとしたが、電界効果トランジスタ(FET)であればこれに限られない。 In the above embodiments, each transistor constituting the pixel circuit is a MOS transistor. However, the present invention is not limited to this as long as it is a field effect transistor (FET).
また、上記実施形態において、画素単位セル11には保護トランジスタ32が設けられるとしたが、増幅トランジスタ5のゲート電極と結線され、ブレークダウン電圧が増幅トランジスタ5のゲート破壊電圧以下である保護ダイオードが代わりに設けられてもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態において、リセットトランジスタ6のドレイン領域とシリコン基板1により寄生ダイオードが形成されるとした。しかし、シリコン基板1にp型ウェル領域が形成され、画素回路がウェル領域内に形成される場合には、リセットトランジスタ6のドレイン領域とウェル領域により寄生ダイオードが形成される。
In the above embodiment, a parasitic diode is formed by the drain region of the
本発明は、固体撮像装置に利用でき、特に小型の画像ピックアップ装置等に利用することができる。 The present invention can be used for a solid-state imaging device, and in particular, for a small-sized image pickup device.
1 シリコン基板
3A、3B、3C ゲート電極
4 アドレストランジスタ
5 増幅トランジスタ
6 リセットトランジスタ
7 画素電極
8 光電変換膜部
9 透明電極
10A、10B、10C、10D、10E n型拡散層領域
11 画素単位セル
12 素子分離領域
13 光電変換膜
14 層間絶縁膜
15 垂直走査部
16 光電変換膜制御線
17 垂直信号線
18 負荷部
19 カラム信号処理部
20 水平信号読み出し部
21 電源配線
23 反転増幅器
24 フィードバック線
26 ブレークダウン電圧
27 ゲート破壊電圧
29 ブレークダウン拡散領域
32 保護トランジスタ
33 保護電圧源
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記画素単位セルの列に対応して設けられ、対応する列の前記画素単位セルの信号電圧を伝達する垂直信号線とを備え、
前記画素単位セルは、
半導体基板の上方に形成され、入射光を光電変換する光電変換膜と、
前記光電変換膜の前記半導体基板側の面に形成された画素電極と、
前記光電変換膜の前記画素電極と反対側の面に形成され、正電圧が印加された透明電極と、
前記半導体基板内に形成されたトランジスタであって、前記画素電極と結線されたゲート電極を有し、前記画素電極の電位に応じた信号電圧を出力する増幅トランジスタと、
前記半導体基板内に形成されたトランジスタであって、前記画素電極と結線されたソース領域又はドレイン領域を有し、前記増幅トランジスタのゲート電極の電位をリセット電圧にリセットするリセットトランジスタとを有し、
前記半導体基板内には、前記リセットトランジスタの画素電極と結線されたソース領域又はドレイン領域により寄生ダイオードが形成され、
前記寄生ダイオードのブレークダウン電圧は、前記増幅トランジスタのゲート破壊電圧以下である
固体撮像装置。 A plurality of pixel unit cells arranged two-dimensionally;
A vertical signal line provided corresponding to a column of the pixel unit cell and transmitting a signal voltage of the pixel unit cell of the corresponding column;
The pixel unit cell is:
A photoelectric conversion film formed above the semiconductor substrate for photoelectrically converting incident light;
A pixel electrode formed on a surface of the photoelectric conversion film on the semiconductor substrate side;
A transparent electrode formed on the surface of the photoelectric conversion film opposite to the pixel electrode, to which a positive voltage is applied;
An amplifying transistor which is formed in the semiconductor substrate and has a gate electrode connected to the pixel electrode and outputs a signal voltage corresponding to the potential of the pixel electrode;
A transistor formed in the semiconductor substrate, having a source region or a drain region connected to the pixel electrode, and having a reset transistor for resetting the potential of the gate electrode of the amplification transistor to a reset voltage;
In the semiconductor substrate, a parasitic diode is formed by a source region or a drain region connected to the pixel electrode of the reset transistor,
A breakdown voltage of the parasitic diode is equal to or lower than a gate breakdown voltage of the amplification transistor.
前記リセット信号のローレベル電圧は、前記寄生ダイオードのブレークダウン電圧を前記ゲート破壊電圧以下とする電圧である
請求項1に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device further includes a row scanning circuit that applies a reset signal for controlling on / off of the reset transistor to the gate electrode of the reset transistor,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the low-level voltage of the reset signal is a voltage that causes a breakdown voltage of the parasitic diode to be equal to or lower than the gate breakdown voltage.
請求項1又は2に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a threshold voltage of the reset transistor is higher than a threshold voltage of the amplification transistor.
前記リセットトランジスタの閾値電圧は、前記アドレストランジスタの閾値電圧より高い
請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 The pixel unit cell further includes a transistor formed in the semiconductor substrate, the address unit outputting a signal voltage from the pixel unit cell to the vertical signal line,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a threshold voltage of the reset transistor is higher than a threshold voltage of the address transistor.
前記ブレークダウン拡散領域は、前記リセットトランジスタの画素電極と結線されたソース領域又はドレイン領域と接し、前記半導体基板よりも高い不純物濃度を有する
請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 The semiconductor substrate has a conductivity type opposite to that of a source region or a drain region connected to a pixel electrode of the reset transistor, and a breakdown diffusion region for forming the parasitic diode is formed.
The solid-state imaging according to claim 1, wherein the breakdown diffusion region is in contact with a source region or a drain region connected to a pixel electrode of the reset transistor and has a higher impurity concentration than the semiconductor substrate. apparatus.
請求項5に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the breakdown diffusion region is formed so as to overlap a source region or a drain region of the reset transistor.
請求項5又は6に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the breakdown diffusion region is located below a gate electrode of the reset transistor.
請求項7に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 7, wherein the breakdown diffusion region is continuously formed so as to connect a source region and a drain region of the reset transistor.
請求項1〜8のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a reset voltage of the reset transistor is equal to or lower than the gate breakdown voltage.
前記画素単位セルの列に対応して設けられ、対応する列の前記画素単位セルの信号電圧を伝達する垂直信号線とを備え、
前記画素単位セルは、
半導体基板の上方に形成され、入射光を光電変換する光電変換膜と、
前記光電変換膜の前記半導体基板側の面に形成された画素電極と、
前記光電変換膜の前記画素電極と反対側の面に形成され、正電圧が印加された透明電極と、
前記半導体基板内に形成されたトランジスタであって、前記画素電極と結線されたゲート電極を有し、前記画素電極の電位に応じた信号電圧を出力する増幅トランジスタと、
前記半導体基板内に形成されたトランジスタであって、前記画素電極と結線されたソース領域又はドレイン領域を有し、前記増幅トランジスタのゲート電極の電位をリセットするリセットトランジスタと、
前記増幅トランジスタのゲートと結線され、ブレークダウン電圧が前記増幅トランジスタのゲート破壊電圧以下である保護ダイオードとを有する
固体撮像装置。 A plurality of pixel unit cells arranged two-dimensionally;
A vertical signal line provided corresponding to a column of the pixel unit cell and transmitting a signal voltage of the pixel unit cell of the corresponding column;
The pixel unit cell is:
A photoelectric conversion film formed above the semiconductor substrate for photoelectrically converting incident light;
A pixel electrode formed on a surface of the photoelectric conversion film on the semiconductor substrate side;
A transparent electrode formed on the surface of the photoelectric conversion film opposite to the pixel electrode, to which a positive voltage is applied;
An amplifying transistor which is formed in the semiconductor substrate and has a gate electrode connected to the pixel electrode and outputs a signal voltage corresponding to the potential of the pixel electrode;
A transistor formed in the semiconductor substrate, having a source region or a drain region connected to the pixel electrode, and resetting a potential of the gate electrode of the amplification transistor;
A solid-state imaging device, comprising: a protection diode connected to the gate of the amplification transistor and having a breakdown voltage equal to or lower than a gate breakdown voltage of the amplification transistor.
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