JP2013059010A - Solid-state imaging device - Google Patents

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悠介 大竹
Takahiko Murata
隆彦 村田
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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging device with a suppressed amount of leakage current occurring in a storage portion.SOLUTION: A solid-state imaging device includes a plurality of pixel portions disposed on a semiconductor substrate 70, a plurality of storage portions, and a vertical scanning circuit 6. In the semiconductor substrate 70, a first-conductivity-type well 61 is formed. Each of the plurality of storage portions has a writing transistor 31 formed in the well 61. The well 61 and a second-conductivity-type diffusion region 72 that is a source or a drain of the writing transistor 31 are bonded. The vertical scanning circuit 6 applies, to the well 61, a predetermined voltage for reducing the electric field intensity of the bonded portion between the well 61 and the diffusion region 72 during the storage period for storing pixel signals in the storage portions.

Description

本発明は、デジタルカメラ等に用いられる固体撮像装置に関し、特に、MOSイメージセンサの画質改善に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device used for a digital camera or the like, and more particularly to image quality improvement of a MOS image sensor.

従来のCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサのシャッター方式は、全画素で同時にフォトダイオードの信号電荷を転送領域に転送し、その後順次読み出しを行うグローバルシャッター方式である。そのため、CCDイメージセンサでは、全画素で同時刻の画像を得ることができる。   A conventional CCD (Charge Coupled Device) image sensor shutter system is a global shutter system in which the signal charge of a photodiode is simultaneously transferred to a transfer region in all pixels and then sequentially read out. Therefore, the CCD image sensor can obtain images at the same time for all pixels.

一方、MOS(Metal Oxide Semiconductor)型トランジスタを用いたMOSイメージセンサのシャッター方式は、行走査によりフォトダイオードからの信号読出しを行うローリングシャッター方式である。   On the other hand, a shutter system of a MOS image sensor using a MOS (Metal Oxide Semiconductor) type transistor is a rolling shutter system that reads a signal from a photodiode by row scanning.

これまでのMOSイメージセンサにおいては、ローリングシャッターが一般的であり、この点は、グローバルシャッターを基本とするCCDイメージセンサとの主な違いの一つである。このローリングシャッター方式の固体撮像装置は、画面の行によって撮影時刻が異なる。したがって、ブロック内の先頭行と最終行では、画素信号の転送から読み出しまでの時間が異なるため、移動する物体を撮影したときに、画像が歪むといった現象が生じる。   In conventional MOS image sensors, a rolling shutter is generally used, and this is one of the main differences from a CCD image sensor based on a global shutter. In this rolling shutter type solid-state imaging device, the shooting time differs depending on the row of the screen. Therefore, since the time from the transfer of the pixel signal to the reading is different between the first row and the last row in the block, a phenomenon occurs in which the image is distorted when a moving object is photographed.

このような課題に対して、特許文献1の固体撮像装置では、メモリ部を設けることでグローバルシャッター動作を可能にしている。   To deal with such a problem, the solid-state imaging device disclosed in Patent Document 1 enables a global shutter operation by providing a memory unit.

図6は上記特許文献1の固体撮像装置のブロック図である。図6に示すように、固体撮像装置200は、光信号を電気信号に変換する画素セル201と、画素セル201を2次元状に配列した画素部202と、画素部202の垂直方向(行)を選択する垂直走査部203と、選択行からの画素信号のノイズを抑圧するノイズ抑圧部231と、ノイズ抑圧部231の出力信号を蓄積するメモリセル221を2次元的に配列したメモリ部222と、メモリ部222の垂直方向(メモリ行)を選択するメモリ用垂直走査部223と、選択されたメモリ行の信号を選択する水平選択部205と、水平選択部205を水平方向に順次選択する水平走査部206と、出力アンプ212とから構成されている。   FIG. 6 is a block diagram of the solid-state imaging device of Patent Document 1. As illustrated in FIG. 6, the solid-state imaging device 200 includes a pixel cell 201 that converts an optical signal into an electric signal, a pixel unit 202 in which the pixel cells 201 are two-dimensionally arranged, and a vertical direction (row) of the pixel unit 202. A vertical scanning unit 203 that selects a pixel, a noise suppression unit 231 that suppresses noise of a pixel signal from a selected row, and a memory unit 222 that two-dimensionally arranges memory cells 221 that accumulate output signals of the noise suppression unit 231; , A memory vertical scanning unit 223 that selects the vertical direction (memory row) of the memory unit 222, a horizontal selection unit 205 that selects a signal of the selected memory row, and a horizontal that sequentially selects the horizontal selection unit 205 in the horizontal direction. The scanning unit 206 and an output amplifier 212 are included.

図7は、図6に示す固体撮像装置200に含まれるノイズ抑圧部231、メモリ部222および水平選択部205の回路図である。メモリセル221は、ノイズ抑圧部231の出力信号を蓄積するメモリ容量C31と、メモリ容量C31へ書き込むためのメモリ書き込みトランジスタM31と、メモリ容量C31に蓄積された信号を増幅するメモリ用アンプA31と、メモリ用アンプA31の出力を読み出すメモリ読み出しトランジスタM32とから構成されている。以下においては、メモリ部を、記憶部ともいう。   FIG. 7 is a circuit diagram of the noise suppression unit 231, the memory unit 222, and the horizontal selection unit 205 included in the solid-state imaging device 200 illustrated in FIG. 6. The memory cell 221 includes a memory capacitor C31 that accumulates the output signal of the noise suppression unit 231, a memory write transistor M31 that writes to the memory capacitor C31, a memory amplifier A31 that amplifies the signal accumulated in the memory capacitor C31, It comprises a memory read transistor M32 for reading the output of the memory amplifier A31. Hereinafter, the memory unit is also referred to as a storage unit.

特開2008−072188号公報JP 2008-072188 A

しかしながら、上記特許文献1に記載の固体撮像装置では、記憶部で信号電荷を蓄積する時間が最大で数百msecと長くなるため、記憶部で発生する僅かなリーク電流でも無視することができず、出力にノイズが混入してしまう。   However, in the solid-state imaging device described in Patent Document 1, since the time for storing the signal charge in the storage unit is as long as several hundreds msec at the maximum, even a slight leak current generated in the storage unit cannot be ignored. , Noise will be mixed in the output.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、固体撮像装置における記憶部で発生するリーク電流の量を抑制した固体撮像装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device in which the amount of leakage current generated in a storage unit in the solid-state imaging device is suppressed.

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、半導体基板に行列状に配置され、入射光量に応じた信号である画素信号を出力する複数の画素部と、前記複数の画素部の列毎に設けられた列信号線と、前記列信号線毎に設けられ、前記列信号線から転送される画素信号を記憶する複数の記憶部と、電圧を印加する電圧印加部とを備え、前記半導体基板内には、第一導電型のウエルが形成され、前記複数の記憶部の各々は、前記ウエルに形成され、前記複数の画素部の各々から前記列信号線を介して前記画素信号を読み出すための第一トランジスタと、前記画素信号を記憶するための記憶容量とを有し、前記第一トランジスタのソース又はドレインである、前記第一導電型とは異なる第二導電型の拡散領域は前記記憶容量に接続され、前記ウエルと前記拡散領域とは接合され、前記電圧印加部は、前記記憶部に画素信号を記憶させるための記憶期間中に、前記ウエルと前記拡散領域との接合部の電界強度を低減させる所定電圧を、前記ウエルに印加する。   In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention includes a plurality of pixel portions that are arranged in a matrix on a semiconductor substrate and output pixel signals that are signals corresponding to the amount of incident light. A column signal line provided for each column of the pixel unit, a plurality of storage units provided for each column signal line for storing pixel signals transferred from the column signal line, and a voltage applying unit for applying a voltage A first conductivity type well is formed in the semiconductor substrate, each of the plurality of memory portions is formed in the well, and each of the plurality of pixel portions is connected to the column signal line via the column signal line. A second transistor having a first transistor for reading out the pixel signal and a storage capacitor for storing the pixel signal, the source or drain of the first transistor being different from the first conductivity type. The diffusion area of the mold Subsequently, the well and the diffusion region are joined, and the voltage application unit determines the electric field strength of the junction between the well and the diffusion region during a storage period for storing a pixel signal in the storage unit. A predetermined voltage to be reduced is applied to the well.

すなわち、前記固体撮像装置は、半導体基板に配置される複数の画素部と、複数の記憶部と、電圧印加部とを備える。前記半導体基板内には、第一導電型のウエルが形成される。前記複数の記憶部の各々は、前記ウエルに形成される第一トランジスタを有する。前記ウエルと、前記第一トランジスタのソース又はドレインである第二導電型の前記拡散領域とは接合される。前記電圧印加部は、前記記憶部に画素信号を記憶させるための記憶期間中に、前記ウエルと前記拡散領域との接合部の電界強度を低減させる所定電圧を、前記ウエルに印加する。   That is, the solid-state imaging device includes a plurality of pixel units disposed on a semiconductor substrate, a plurality of storage units, and a voltage application unit. A first conductivity type well is formed in the semiconductor substrate. Each of the plurality of storage units includes a first transistor formed in the well. The well and the diffusion region of the second conductivity type that is the source or drain of the first transistor are joined. The voltage application unit applies a predetermined voltage to the well to reduce the electric field strength at the junction between the well and the diffusion region during a storage period for storing a pixel signal in the storage unit.

これにより、前記ウエルと、第一トランジスタの前記拡散領域との接合部の電界強度が低減する。その結果、第一トランジスタを含む記憶部で発生するリーク電流の量を抑制することができる。   Thereby, the electric field strength at the junction between the well and the diffusion region of the first transistor is reduced. As a result, it is possible to suppress the amount of leakage current generated in the storage unit including the first transistor.

また、好ましくは、前記電圧印加部は、前記記憶期間中に、前記ウエルと前記拡散領域との接合部に逆バイアスを印加するための前記所定電圧を、前記ウエルに印加する。   Preferably, the voltage application unit applies the predetermined voltage for applying a reverse bias to the junction between the well and the diffusion region during the storage period.

また、好ましくは、前記電圧印加部は、前記記憶部から画素信号を読み出すための読み出し期間中に、接地電圧又は電源電圧を前記ウエルに印加する。   Preferably, the voltage application unit applies a ground voltage or a power supply voltage to the well during a reading period for reading a pixel signal from the storage unit.

また、好ましくは、前記複数の記憶部は複数のブロックに分割され、前記ウエルは、前記ブロック毎に電気的に分離され、前記電圧印加部は、各前記ブロックに対応する分離されたウエルに、該ブロックの動作期間に応じて、前記所定電圧、接地電圧および電源電圧のいずれかを印加する。   Preferably, the plurality of storage units are divided into a plurality of blocks, the wells are electrically separated for each block, and the voltage application unit is separated into the separated wells corresponding to the blocks, One of the predetermined voltage, ground voltage and power supply voltage is applied according to the operation period of the block.

また、好ましくは、前記複数の記憶部は行列状に配置され、分割された各前記ブロックは、前記複数の記憶部の行単位で設定され、前記固体撮像装置は、前記複数の記憶部の行単位で、画素信号を読み出す処理を行う。   Preferably, the plurality of storage units are arranged in a matrix, each of the divided blocks is set in units of rows of the plurality of storage units, and the solid-state imaging device includes rows of the plurality of storage units. A process of reading out pixel signals is performed in units.

また、好ましくは、前記半導体基板内には、第一絶縁分離部および第二絶縁分離部が形成され、前記複数の記憶部の各々は、前記第一トランジスタを含む少なくとも二つのトランジスタを有し、前記少なくとも二つのトランジスタの各々は前記第一絶縁分離部によって電気的に分離され、前記複数のブロックには、前記第二絶縁分離部によって前記ウエルが電気的に分離された複数のウエルがそれぞれ対応づけられ、前記半導体基板において、前記第二絶縁分離部の下端は、前記第一絶縁分離部の下端よりも深い位置にあり、前記半導体基板において、前記第二絶縁分離部の下端は、分離された前記ウエルの下端よりも深い位置にある。   Preferably, a first insulating separation portion and a second insulating separation portion are formed in the semiconductor substrate, and each of the plurality of storage portions includes at least two transistors including the first transistor, Each of the at least two transistors is electrically isolated by the first insulation isolation unit, and the plurality of blocks correspond to a plurality of wells in which the well is electrically isolated by the second insulation isolation unit, respectively. In the semiconductor substrate, the lower end of the second insulating isolation part is deeper than the lower end of the first insulating isolation part, and the lower end of the second insulating isolation part is separated in the semiconductor substrate. Further, it is at a position deeper than the lower end of the well.

本発明に係る固体撮像装置によれば、記憶部で発生するリーク電流の量を抑制することができる。   According to the solid-state imaging device according to the present invention, it is possible to suppress the amount of leakage current generated in the storage unit.

本発明の実施の形態に係るカメラおよび固体撮像装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the camera and solid-state imaging device which concern on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る固体撮像装置における画素構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the pixel structure in the solid-state imaging device concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る固体撮像装置における記憶回路の内部の一部に対応する回路図である。It is a circuit diagram corresponding to a part of the inside of the memory circuit in the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention. 記憶回路に含まれる複数のトランジスタの概略断面図である。3 is a schematic cross-sectional view of a plurality of transistors included in a memory circuit. FIG. 本発明の実施の形態に係る固体撮像装置における主要な信号の時間変化を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the time change of the main signal in the solid-state imaging device concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係る固体撮像装置における記憶回路の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the memory circuit in the solid-state imaging device concerning embodiment of this invention. 従来の固体撮像装置のブロック図である。It is a block diagram of the conventional solid-state imaging device. 従来の固体撮像装置に含まれるノイズ抑圧部、メモリ部および水平選択部の回路図である。It is a circuit diagram of the noise suppression part, memory part, and horizontal selection part which are contained in the conventional solid-state imaging device.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明では、同一の構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明を省略する場合がある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same components are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof may be omitted.

なお、実施の形態において例示される各構成要素の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるものであり、本発明はそれらの例示に限定されるものではない。また、各図における各構成要素の寸法は、実際の寸法と異なる場合がある。   It should be noted that the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the constituent elements exemplified in the embodiments are appropriately changed depending on the configuration of the apparatus to which the present invention is applied and various conditions. It is not limited to those examples. Moreover, the dimension of each component in each figure may differ from an actual dimension.

本実施の形態に係る固体撮像装置は、半導体基板に行列状に配置され、入射光量に応じた信号である画素信号を出力する複数の画素部と、前記複数の画素部の列毎に設けられた列信号線と、前記列信号線毎に設けられ、前記列信号線から転送される画素信号を記憶する複数の記憶部と、電圧を印加する電圧印加部とを備え、前記半導体基板内には、第一導電型のウエルが形成され、前記複数の記憶部の各々は、前記ウエルに形成され、前記複数の画素部の各々から前記列信号線を介して前記画素信号を読み出すための第一トランジスタと、前記画素信号を記憶するための記憶容量とを有し、前記第一トランジスタのソース又はドレインである、前記第一導電型とは異なる第二導電型の拡散領域は前記記憶容量に接続され、前記ウエルと前記拡散領域とは接合され、前記電圧印加部は、前記記憶部に画素信号を記憶させるための記憶期間中に、前記ウエルと前記拡散領域との接合部の電界強度を低減させる所定電圧を、前記ウエルに印加する。   The solid-state imaging device according to the present embodiment is arranged in a matrix on a semiconductor substrate, and is provided for each of a plurality of pixel units that output pixel signals that are signals corresponding to the amount of incident light, and for each column of the plurality of pixel units. A column signal line, a plurality of storage units that are provided for each of the column signal lines and that store pixel signals transferred from the column signal line, and a voltage application unit that applies a voltage. A well of a first conductivity type is formed, and each of the plurality of storage portions is formed in the well, and a first signal for reading out the pixel signal from each of the plurality of pixel portions via the column signal line. A diffusion region of a second conductivity type different from the first conductivity type, which is a source or drain of the first transistor, and has a storage capacity for storing the pixel signal; Connected, and the well and the expansion. The voltage application unit applies a predetermined voltage for reducing the electric field strength at the junction between the well and the diffusion region during a storage period for storing a pixel signal in the storage unit. Apply to.

このような構成により、固体撮像装置におけるメモリ部で発生するリーク電流の量を抑制した固体撮像装置を提供することができる。   With such a configuration, it is possible to provide a solid-state imaging device in which the amount of leakage current generated in the memory unit in the solid-state imaging device is suppressed.

本発明の実施の形態について述べる。   Embodiments of the present invention will be described.

図1は、本発明の実施の形態に係る撮像装置(カメラ)および固体撮像装置の概略構成を示す図である。なお、図1における、矢印は、各種信号の送信方向を示す。   FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an imaging device (camera) and a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. In addition, the arrow in FIG. 1 shows the transmission direction of various signals.

図1のカメラ1000は、固体撮像装置400と、レンズ410と、メカニカルシャッター411と、DSP(デジタル信号処理回路)420と、画像表示デバイス430と、画像メモリ440とを備える。   The camera 1000 in FIG. 1 includes a solid-state imaging device 400, a lens 410, a mechanical shutter 411, a DSP (digital signal processing circuit) 420, an image display device 430, and an image memory 440.

なお、メカニカルシャッター411には、レンズシャッターあるいはフォーカルプレーンシャッターを用いる。メカニカルシャッター411がフォーカルプレーンシャッターである場合、メカニカルシャッター411は、2つの幕である先幕と後幕から構成される。また、この図における、直線矢印は、各種信号の送信方向を示す。   The mechanical shutter 411 is a lens shutter or a focal plane shutter. When the mechanical shutter 411 is a focal plane shutter, the mechanical shutter 411 includes two curtains, a front curtain and a rear curtain. Moreover, the straight arrow in this figure shows the transmission direction of various signals.

このカメラ1000には、レンズ410を介して外部から光が入射される。入射した光は固体撮像装置400により出力信号に変換され、当該出力信号は、出力線4を介して、出力インタフェース428から出力される。   Light enters the camera 1000 from the outside through the lens 410. The incident light is converted into an output signal by the solid-state imaging device 400, and the output signal is output from the output interface 428 via the output line 4.

そして、出力された出力信号はDSP420により処理されて映像信号として画像メモリ440へ出力され、当該映像信号は、画像メモリ440に記録される。また、当該映像信号は、画像表示デバイス430へ出力され、当該画像表示デバイス430において画像が表示される。   The output signal thus output is processed by the DSP 420 and output as a video signal to the image memory 440, and the video signal is recorded in the image memory 440. Further, the video signal is output to the image display device 430, and an image is displayed on the image display device 430.

DSP420は、画像処理回路421と、カメラシステム制御部422とを含む。画像処理回路421は、固体撮像装置400の出力信号に対してノイズ除去等の処理を行って映像信号を生成する。   The DSP 420 includes an image processing circuit 421 and a camera system control unit 422. The image processing circuit 421 generates a video signal by performing processing such as noise removal on the output signal of the solid-state imaging device 400.

カメラシステム制御部422は、固体撮像装置400における画素の走査タイミング及びゲインの制御を行う。DSP420は、例えば固体撮像装置400の画素内で共有される画素間での特性差に関する補正を行う。   The camera system control unit 422 controls pixel scanning timing and gain in the solid-state imaging device 400. For example, the DSP 420 performs correction related to a characteristic difference between pixels shared within the pixels of the solid-state imaging device 400.

通信タイミング制御部(タイミングジェネレータ)450は、外部端子を介して入力されたマスタークロックCLK0およびデータDATAを受け取り、種々の内部クロックを生成する。そして、通信タイミング制御部450は、生成した内部クロックを利用して、後述の水平走査回路5、垂直走査回路6、ノイズ除去回路3、及び出力インタフェース428などを制御する。   A communication timing control unit (timing generator) 450 receives a master clock CLK0 and data DATA input via an external terminal, and generates various internal clocks. Then, the communication timing control unit 450 controls a horizontal scanning circuit 5, a vertical scanning circuit 6, a noise removal circuit 3, an output interface 428, and the like, which will be described later, using the generated internal clock.

なお、本実施の形態において、後述の記憶回路2と出力インタフェース428との間に、アナログ/デジタル信号処理部(AD変換部)が備えられても良い。   In the present embodiment, an analog / digital signal processing unit (AD conversion unit) may be provided between a storage circuit 2 and an output interface 428 described later.

さらに、図1に示すように、固体撮像装置400は、画素回路1と、記憶回路2と、ノイズ除去回路3と、出力線4と、水平走査回路5と、垂直走査回路6とを備える。ここでは、信号を蓄積する記憶回路2を画素回路1の外部に設置する構成としているが、構成はこれに限らない。例えば、記憶回路2が画素回路1内に設けられていても良い。   Further, as shown in FIG. 1, the solid-state imaging device 400 includes a pixel circuit 1, a storage circuit 2, a noise removal circuit 3, an output line 4, a horizontal scanning circuit 5, and a vertical scanning circuit 6. Here, the storage circuit 2 for storing signals is installed outside the pixel circuit 1, but the configuration is not limited to this. For example, the memory circuit 2 may be provided in the pixel circuit 1.

画素回路1からは、基準信号と出力信号が出力される。記憶回路2は基準信号と出力信号を保持する。ノイズ除去回路3は記憶回路2に保持されている基準信号と出力信号との差分を出力する。この差分は水平走査回路5の出力に同期して出力線4に出力される。垂直走査回路6は画素回路1、記憶回路2にパルス(電圧)を印加する。すなわち、垂直走査回路6は、電圧を印加する電圧印加部である。   The pixel circuit 1 outputs a reference signal and an output signal. The memory circuit 2 holds a reference signal and an output signal. The noise removal circuit 3 outputs the difference between the reference signal held in the storage circuit 2 and the output signal. This difference is output to the output line 4 in synchronization with the output of the horizontal scanning circuit 5. The vertical scanning circuit 6 applies a pulse (voltage) to the pixel circuit 1 and the storage circuit 2. That is, the vertical scanning circuit 6 is a voltage application unit that applies a voltage.

図2は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置400における画素構成の一例を示す回路図である。   FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a pixel configuration in the solid-state imaging device 400 according to the embodiment of the present invention.

図2中の破線で囲まれる部分は画素単位である画素部2aである。後述の半導体基板70には、複数の画素部2aが行列状に配置される。各画素部2aは、入射光量に応じた信号である画素信号を出力する。   A portion surrounded by a broken line in FIG. 2 is a pixel portion 2a which is a pixel unit. A plurality of pixel portions 2a are arranged in a matrix on a semiconductor substrate 70 described later. Each pixel unit 2a outputs a pixel signal that is a signal corresponding to the amount of incident light.

画素部2aは、フォトダイオード10と、転送MOSトランジスタ11と、リセットMOSトランジスタ12と、出力MOSトランジスタ13とで構成される。   The pixel unit 2 a includes a photodiode 10, a transfer MOS transistor 11, a reset MOS transistor 12, and an output MOS transistor 13.

画素部2aにおいて、フォトダイオード10のアノードは接地され、カソードは転送MOSトランジスタ11のドレインに接続される。転送MOSトランジスタ11のソースはリセットMOSトランジスタ12のソースと出力MOSトランジスタ13のゲートに接続され、ゲートは端子23に接続される。この領域はフローティングディフュージョン(以後FDと呼ぶ)と呼ばれる拡散容量を形成する。   In the pixel unit 2 a, the anode of the photodiode 10 is grounded, and the cathode is connected to the drain of the transfer MOS transistor 11. The source of the transfer MOS transistor 11 is connected to the source of the reset MOS transistor 12 and the gate of the output MOS transistor 13, and the gate is connected to the terminal 23. This region forms a diffusion capacitance called floating diffusion (hereinafter referred to as FD).

リセットMOSトランジスタ12のドレインは電源に接続され、ゲートは端子22に接続される。出力MOSトランジスタ13のドレインは電源に接続され、ソースは行選択MOSトランジスタ14のドレインに接続される。   The drain of the reset MOS transistor 12 is connected to the power supply, and the gate is connected to the terminal 22. The drain of the output MOS transistor 13 is connected to the power supply, and the source is connected to the drain of the row selection MOS transistor 14.

電流源20は列信号線21(図1および図2参照)に接続される。列信号線21は、複数の画素部2aの列毎に設けられる。行選択MOSトランジスタ14は、ゲートは端子24に接続され、導通しているときは出力MOSトランジスタ13と電流源20とでソースフォロアが形成される。   The current source 20 is connected to the column signal line 21 (see FIGS. 1 and 2). The column signal line 21 is provided for each column of the plurality of pixel units 2a. In the row selection MOS transistor 14, the gate is connected to the terminal 24. When the row selection MOS transistor 14 is conductive, the output MOS transistor 13 and the current source 20 form a source follower.

次に、図3Aおよび図3Bを用いて、記憶回路2の内部構成について説明する。記憶回路2は、行列状に配置された複数の記憶部を含む。当該複数の記憶部は、記憶部3a、3bを含む。すなわち、記憶部3a、3bを含む複数の記憶部は、行列状に配置される。記憶部3a、3bは、前記列信号線21毎に設けられる。記憶部3a、3bは、前記列信号線21から転送される画素信号を記憶する。   Next, the internal configuration of the memory circuit 2 will be described with reference to FIGS. 3A and 3B. The storage circuit 2 includes a plurality of storage units arranged in a matrix. The plurality of storage units include storage units 3a and 3b. That is, a plurality of storage units including the storage units 3a and 3b are arranged in a matrix. The storage units 3 a and 3 b are provided for each column signal line 21. The storage units 3a and 3b store pixel signals transferred from the column signal line 21.

図3Aは、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置400における記憶回路2の内部の一部に対応する回路図である。具体的には、図3Aは、記憶部3a、3bの回路図である。   FIG. 3A is a circuit diagram corresponding to a part of the inside of the memory circuit 2 in the solid-state imaging device 400 according to the embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 3A is a circuit diagram of the storage units 3a and 3b.

図3Bは、記憶回路2に含まれる複数のトランジスタの概略断面図である。   FIG. 3B is a schematic cross-sectional view of a plurality of transistors included in the memory circuit 2.

図3Aにおいて、列信号線21は図2の列信号線21である。記憶回路2は、記憶部3a、3bと、電流源35と、読み出し列信号線34とを含む。   In FIG. 3A, the column signal line 21 is the column signal line 21 of FIG. The storage circuit 2 includes storage units 3 a and 3 b, a current source 35, and a read column signal line 34.

記憶部3aは、書き込みトランジスタ31と、読み出しトランジスタ33と、記憶トランジスタ32とを含む。また、記憶部3bは、書き込みトランジスタ36と、読み出しトランジスタ38と、記憶トランジスタ37とを含む。   The storage unit 3 a includes a write transistor 31, a read transistor 33, and a storage transistor 32. In addition, the storage unit 3 b includes a write transistor 36, a read transistor 38, and a storage transistor 37.

書き込みトランジスタ31、36、読み出しトランジスタ33、38および記憶トランジスタ32、37は、n型の電界効果トランジスタである。   The write transistors 31, 36, the read transistors 33, 38, and the storage transistors 32, 37 are n-type field effect transistors.

書き込みトランジスタ31、36の各々は、前記複数の画素部2aの各々から前記列信号線21を介して前記画素信号を読み出すための第一トランジスタである。
なお、書き込みトランジスタ31、36、読み出しトランジスタ33、38および記憶トランジスタ32、37は、p型の電界効果トランジスタであってもよい。
Each of the writing transistors 31 and 36 is a first transistor for reading out the pixel signal from each of the plurality of pixel portions 2 a via the column signal line 21.
Note that the write transistors 31 and 36, the read transistors 33 and 38, and the storage transistors 32 and 37 may be p-type field effect transistors.

図3Bに示すように、半導体基板70内には、p型のウエル61、62が形成されている。なお、ウエル61、62の導電型は、n型であってもよい。   As shown in FIG. 3B, p-type wells 61 and 62 are formed in the semiconductor substrate 70. The conductivity type of the wells 61 and 62 may be n-type.

ウエル61、62には、それぞれ、記憶部3a、3bが形成されている。すなわち、各記憶部はウエルに形成されている。半導体基板70には、さらに、ウエルコンタクト63、64が形成されている。ウエルコンタクト63、64には、それぞれ、コンタクトプラグ63a、64aが電気的に接続される。   In the wells 61 and 62, storage portions 3a and 3b are formed, respectively. That is, each storage unit is formed in a well. Further, well contacts 63 and 64 are formed on the semiconductor substrate 70. Contact plugs 63a and 64a are electrically connected to the well contacts 63 and 64, respectively.

ウエルコンタクト63は、コンタクトプラグ63aを介して、ウエル61に電圧を印加するために使用される。ウエルコンタクト64は、コンタクトプラグ64aを介して、ウエル62に電圧を印加するために使用される。   The well contact 63 is used for applying a voltage to the well 61 via the contact plug 63a. The well contact 64 is used to apply a voltage to the well 62 through the contact plug 64a.

ウエル61には、書き込みトランジスタ31、記憶トランジスタ32および図示しない読み出しトランジスタ33が形成される。ウエル62には、書き込みトランジスタ36、記憶トランジスタ37および図示しない読み出しトランジスタ38が形成される。   In the well 61, a write transistor 31, a storage transistor 32, and a read transistor 33 (not shown) are formed. In the well 62, a write transistor 36, a storage transistor 37, and a read transistor 38 (not shown) are formed.

書き込みトランジスタ31は、n型の拡散領域71、72と、ゲート電極73とを含む。拡散領域71、72の各々は、書き込みトランジスタ31のソースまたはドレインである。なお、ウエル61、62の導電型がn型である場合、拡散領域71、72の導電型は、p型であってもよい。拡散領域71、72の各々と、ウエル61とは接合される。   The write transistor 31 includes n-type diffusion regions 71 and 72 and a gate electrode 73. Each of the diffusion regions 71 and 72 is a source or a drain of the write transistor 31. When the conductivity type of the wells 61 and 62 is n-type, the conductivity type of the diffusion regions 71 and 72 may be p-type. Each of diffusion regions 71 and 72 and well 61 are joined.

なお、書き込みトランジスタ36および記憶トランジスタ32、37の構成は、書き込みトランジスタ31と同様な構成である。以下においては書き込みトランジスタ31のゲート電極73を、単に、書き込みトランジスタ31のゲートともいう。   Note that the configuration of the write transistor 36 and the storage transistors 32 and 37 is the same as that of the write transistor 31. Hereinafter, the gate electrode 73 of the writing transistor 31 is also simply referred to as the gate of the writing transistor 31.

詳細は後述するが、記憶トランジスタ32、37の各々は、前記画素信号を記憶する。記憶トランジスタ32、37は本発明における記憶容量に相当する。書き込みトランジスタ31のソースまたはドレインは、前記記憶容量としての記憶トランジスタ32のゲートに接続される。すなわち、書き込みトランジスタ31のソース又はドレインである、第一導電型とは異なる第二導電型(n型)の拡散領域は前記記憶容量に接続される。   Although details will be described later, each of the storage transistors 32 and 37 stores the pixel signal. The storage transistors 32 and 37 correspond to the storage capacity in the present invention. The source or drain of the write transistor 31 is connected to the gate of the storage transistor 32 as the storage capacitor. That is, the diffusion region of the second conductivity type (n-type) different from the first conductivity type, which is the source or drain of the write transistor 31, is connected to the storage capacitor.

記憶トランジスタ32は、読み出しトランジスタ33と電流源35とでソースフォロアを形成する。また、記憶トランジスタ37は、読み出しトランジスタ38と電流源35とでソースフォロアを形成する。   In the storage transistor 32, the read transistor 33 and the current source 35 form a source follower. In the storage transistor 37, the read transistor 38 and the current source 35 form a source follower.

書き込みトランジスタ31、36のゲートは、それぞれ、端子40、42に接続される。また、読み出しトランジスタ33、38のゲートは、それぞれ、端子41、43に接続される。   The gates of the write transistors 31 and 36 are connected to terminals 40 and 42, respectively. The gates of the read transistors 33 and 38 are connected to terminals 41 and 43, respectively.

また、書き込みトランジスタ31に対応するウエル61は、ウエルコンタクト63およびコンタクトプラグ63aを介して、端子50に電気的に接続される。また、書き込みトランジスタ36に対応するウエル62は、ウエルコンタクト64およびコンタクトプラグ64aを介して、端子51に電気的に接続される。   The well 61 corresponding to the write transistor 31 is electrically connected to the terminal 50 via the well contact 63 and the contact plug 63a. The well 62 corresponding to the write transistor 36 is electrically connected to the terminal 51 via the well contact 64 and the contact plug 64a.

すなわち、記憶部3aにおいて、読み出しトランジスタ33及び記憶トランジスタ32に対応するウエル61は、端子50に電気的に接続される。また、記憶部3bにおいて、読み出しトランジスタ38及び記憶トランジスタ37に対応するウエル62は、端子51に電気的に接続される。   That is, in the storage unit 3 a, the well 61 corresponding to the read transistor 33 and the storage transistor 32 is electrically connected to the terminal 50. In the memory unit 3 b, the well 62 corresponding to the read transistor 38 and the memory transistor 37 is electrically connected to the terminal 51.

なお、図3Bに示すように、前記半導体基板70内には、第一絶縁分離部60および第二絶縁分離部65が形成される。第一絶縁分離部60および第二絶縁分離部65の詳細については後述する。   As shown in FIG. 3B, a first insulation separation part 60 and a second insulation separation part 65 are formed in the semiconductor substrate 70. Details of the first insulation separation unit 60 and the second insulation separation unit 65 will be described later.

また、詳細は後述するが、記憶トランジスタ32、37の各々は、前記画素信号を記憶する。   Although details will be described later, each of the storage transistors 32 and 37 stores the pixel signal.

次に、画素回路1から記憶回路2までの信号出力動作について説明する。画素部2aに入射する光は、フォトダイオード10で光電変換され、変換により生成された電荷は、所定の期間、フォトダイオード10に蓄積される。初めに基準信号を読み出すために、リセットMOSトランジスタをON状態とし、FDをリセットする。行選択MOSトランジスタ14をON状態とすることで、基準信号を列信号線21に伝達する。列信号線21を伝達する基準信号は、図1の記憶回路2に入力される。   Next, a signal output operation from the pixel circuit 1 to the memory circuit 2 will be described. Light incident on the pixel portion 2a is photoelectrically converted by the photodiode 10, and the charge generated by the conversion is accumulated in the photodiode 10 for a predetermined period. First, in order to read the reference signal, the reset MOS transistor is turned on and the FD is reset. The reference signal is transmitted to the column signal line 21 by turning on the row selection MOS transistor 14. A reference signal transmitted through the column signal line 21 is input to the memory circuit 2 in FIG.

列信号線21から記憶回路2に基準信号が入力された状態で、書き込みトランジスタ31をON状態とする。書き込みトランジスタ31が導通することで列信号線21の基準信号は記憶トランジスタ32のゲートに導かれ、記憶トランジスタ32のゲート容量に保持される。この基準信号を読み出す場合は、読み出しトランジスタ33をON状態とすることで、記憶トランジスタ32のゲート容量に蓄積された基準信号に応じた信号を読み出し列信号線34から出力する。   The write transistor 31 is turned on in a state where the reference signal is input from the column signal line 21 to the memory circuit 2. When the write transistor 31 is turned on, the reference signal of the column signal line 21 is guided to the gate of the storage transistor 32 and held in the gate capacitance of the storage transistor 32. When reading this reference signal, the read transistor 33 is turned on, and a signal corresponding to the reference signal accumulated in the gate capacitance of the storage transistor 32 is output from the read column signal line 34.

続いて、上記リセット動作の後に、転送MOSトランジスタ11をON状態とすることにより、フォトダイオード10に蓄積されている電荷をFDに転送する。FDにおいて、転送された電荷は電圧信号に変換され、当該電圧信号は、出力MOSトランジスタ13のゲートに印加される。このとき、行選択MOSトランジスタ14をON状態とすることで、出力信号を列信号線21に伝達する。出力信号は、列信号線21を介して、図1の記憶回路2に入力される。   Subsequently, after the reset operation, the transfer MOS transistor 11 is turned on to transfer the charge accumulated in the photodiode 10 to the FD. In the FD, the transferred charge is converted into a voltage signal, and the voltage signal is applied to the gate of the output MOS transistor 13. At this time, the output signal is transmitted to the column signal line 21 by turning on the row selection MOS transistor 14. The output signal is input to the memory circuit 2 in FIG. 1 via the column signal line 21.

列信号線21から記憶回路2に出力信号が入力された状態で、書き込みトランジスタ36をON状態とする。書き込みトランジスタ36が導通することで、列信号線21の出力信号は記憶トランジスタ37のゲートに導かれ、記憶トランジスタ37のゲート容量に保持される。この出力信号を読み出す場合は、読み出しトランジスタ38をON状態とすることで、記憶トランジスタ37のゲート容量に蓄積された出力信号に応じた信号を読み出し列信号線34から出力する。   With the output signal being input from the column signal line 21 to the memory circuit 2, the write transistor 36 is turned on. When the write transistor 36 is turned on, the output signal of the column signal line 21 is guided to the gate of the storage transistor 37 and held in the gate capacitance of the storage transistor 37. When reading this output signal, the read transistor 38 is turned on, and a signal corresponding to the output signal accumulated in the gate capacitance of the memory transistor 37 is output from the read column signal line 34.

読み出し列信号線34から出力される基準信号及び出力信号は、水平走査回路5によって任意の列が選択され、ノイズ除去回路3で差分演算を行った後、出力線4から出力される。この水平走査回路5の駆動周波数は限られており、瞬時に全画素分の出力信号を出力線4に送ることはできないため、記憶トランジスタ37のゲート容量には最大で数百msecもの期間、信号を蓄積する必要がある。   The reference signal and the output signal output from the read column signal line 34 are output from the output line 4 after an arbitrary column is selected by the horizontal scanning circuit 5 and a difference calculation is performed by the noise removal circuit 3. Since the driving frequency of the horizontal scanning circuit 5 is limited and an output signal for all pixels cannot be instantaneously sent to the output line 4, the gate capacity of the storage transistor 37 is a signal for a period of several hundred msec at maximum. Need to accumulate.

以下においては、記憶トランジスタのゲート容量に信号を蓄積する期間を、蓄積期間または記憶期間ともいう。   Hereinafter, the period for accumulating signals in the gate capacitance of the storage transistor is also referred to as an accumulation period or a storage period.

このゲート容量に接続するノード(ソース又はドレイン)、例えば、記憶トランジスタ37のゲート電極に接続されるノードで蓄積期間内にリーク電流が発生した場合、記憶トランジスタ37のゲート容量に蓄積されている信号にノイズが混入してしまうために、このノードでのリーク電流を抑制する必要がある。   If a leak current occurs in a node (source or drain) connected to the gate capacitance, for example, a node connected to the gate electrode of the storage transistor 37 within the storage period, the signal stored in the gate capacitance of the storage transistor 37 Therefore, it is necessary to suppress the leakage current at this node.

図4は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置400における主要な信号の時間変化を示すタイミングチャートである。   FIG. 4 is a timing chart showing temporal changes of main signals in the solid-state imaging device 400 according to the embodiment of the present invention.

図4には、垂直走査回路6から図2及び図3A中の端子22、23、24、40、41、42、43、50、51に印加される制御信号が示されている。制御信号は、印加される端子の符号にSを付した名称で表わされている。例えば、端子22に印加される信号は、信号S22と表される。   FIG. 4 shows control signals applied from the vertical scanning circuit 6 to the terminals 22, 23, 24, 40, 41, 42, 43, 50, 51 in FIGS. 2 and 3A. The control signal is represented by a name with S added to the sign of the applied terminal. For example, a signal applied to the terminal 22 is represented as a signal S22.

また、信号S40は、端子40に印加される書き込みトランジスタ31のゲートに入力される信号である。信号S42は、端子42に印加される書き込みトランジスタ36のゲートに入力される信号である。信号S41は、端子41に印加される読み出しトランジスタ33のゲートに入力される信号である。信号S43は、端子43に印加される読み出しトランジスタ38のゲートに入力される信号である。   The signal S40 is a signal input to the gate of the write transistor 31 applied to the terminal 40. The signal S42 is a signal input to the gate of the write transistor 36 applied to the terminal 42. The signal S41 is a signal input to the gate of the read transistor 33 applied to the terminal 41. The signal S43 is a signal input to the gate of the read transistor 38 applied to the terminal 43.

信号S50は、端子50に印加される書き込みトランジスタ31に対応するウエル61に入力される信号である。信号S51は、端子51に印加される書き込みトランジスタ36に対応するウエル62に入力される信号である。   The signal S50 is a signal input to the well 61 corresponding to the write transistor 31 applied to the terminal 50. The signal S51 is a signal input to the well 62 corresponding to the write transistor 36 applied to the terminal 51.

次に、本実施の形態に係る固体撮像装置400の記憶回路2の動作について、図3Aおよび図4を参照しながら説明する。以下の説明において、信号または信号線の2値的な高電圧状態および低電圧状態を、それぞれ、「Hレベル」および「Lレベル」とも称する。   Next, the operation of the memory circuit 2 of the solid-state imaging device 400 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3A and 4. In the following description, the binary high voltage state and low voltage state of a signal or signal line are also referred to as “H level” and “L level”, respectively.

図4中の時点t3〜t4において、画素部2aから列信号線21に基準信号Vrefが出力される。このとき、信号S40、信号S41がHレベルになることで、垂直走査回路6は、書き込みトランジスタ31、読み出しトランジスタ33の各ゲートにHレベルのパルス信号を与えて、書き込みトランジスタ31、読み出しトランジスタ33を導通させる。   The reference signal Vref is output from the pixel unit 2a to the column signal line 21 at time points t3 to t4 in FIG. At this time, when the signal S40 and the signal S41 are at the H level, the vertical scanning circuit 6 applies an H level pulse signal to the gates of the writing transistor 31 and the reading transistor 33 so that the writing transistor 31 and the reading transistor 33 are turned on. Conduct.

書き込みトランジスタ31が導通されることで、列信号線21の基準信号Vrefは記憶トランジスタ32のゲートに導かれ、記憶トランジスタ32のゲート容量に保持される。このとき、読み出しトランジスタ33も導通されているため、記憶トランジスタ32、読み出しトランジスタ33、電流源35で構成されるソースフォロアも動作する。このため、後述する時点t9では、記憶トランジスタ32のゲート容量に蓄積された基準信号Vrefに応じた出力信号が、読み出し列信号線34に出力される。   When the write transistor 31 is turned on, the reference signal Vref of the column signal line 21 is guided to the gate of the storage transistor 32 and held in the gate capacitance of the storage transistor 32. At this time, since the read transistor 33 is also conductive, the source follower including the storage transistor 32, the read transistor 33, and the current source 35 also operates. Therefore, an output signal corresponding to the reference signal Vref accumulated in the gate capacitance of the storage transistor 32 is output to the read column signal line 34 at a time point t9 described later.

このように、書き込みトランジスタ31が導通するとき、読み出しトランジスタ33も導通しているため、記憶トランジスタ32及び読み出しトランジスタ33は電流源35とともにソースフォロア、つまりアンプとして動作する。したがって、記憶トランジスタ32のゲート容量に蓄積された電気信号に応じた出力信号を増幅して効率よく読み出し列信号線34に出力することができる。   Thus, when the write transistor 31 is turned on, the read transistor 33 is also turned on, so that the storage transistor 32 and the read transistor 33 operate as a source follower, that is, an amplifier, together with the current source 35. Therefore, the output signal corresponding to the electrical signal accumulated in the gate capacitance of the storage transistor 32 can be amplified and output to the read column signal line 34 efficiently.

また、記憶部3aに電気信号(画素信号)を保持するとき、記憶トランジスタ32及び読み出しトランジスタ33は、記憶部3aに保持されている電気信号を読み出すときと同様に導通状態にされる。つまり、記憶部3aに電気信号(画素信号)を保持するとき、記憶部3aに保持されている電気信号を読み出すときの状態と同じ状態になるので、保持している信号値を正確に保持し読み出すことができる。   Further, when an electrical signal (pixel signal) is held in the storage unit 3a, the storage transistor 32 and the read transistor 33 are turned on in the same manner as when the electrical signal held in the storage unit 3a is read. That is, when the electrical signal (pixel signal) is held in the storage unit 3a, the state is the same as the state when the electrical signal held in the storage unit 3a is read out, so that the held signal value is accurately held. Can be read.

時点t7〜t8において、画素部2aから列信号線21に出力信号V1が出力される。このとき、信号S42、信号S43がHレベルになることで、垂直走査回路6は、書き込みトランジスタ36、読み出しトランジスタ38の各ゲートにHレベルのパルス信号を与えて、書き込みトランジスタ36、読み出しトランジスタ38を導通させる。   From time t7 to t8, the output signal V1 is output from the pixel unit 2a to the column signal line 21. At this time, when the signal S42 and the signal S43 are at the H level, the vertical scanning circuit 6 applies an H level pulse signal to the gates of the writing transistor 36 and the reading transistor 38 so that the writing transistor 36 and the reading transistor 38 are turned on. Conduct.

書き込みトランジスタ36が導通されることで、列信号線21の出力信号V1は記憶トランジスタ37のゲートに導かれ、記憶トランジスタ37のゲート容量に保持される。このとき、読み出しトランジスタ38も導通されているため、記憶トランジスタ37、読み出しトランジスタ38、電流源35で構成されるソースフォロアも動作する。このため、後述する時点t10では、記憶トランジスタ37のゲート容量に蓄積された出力信号V1に応じた信号が、読み出し列信号線34に出力される。   When the write transistor 36 is turned on, the output signal V 1 of the column signal line 21 is guided to the gate of the storage transistor 37 and held in the gate capacitance of the storage transistor 37. At this time, since the read transistor 38 is also conductive, the source follower including the storage transistor 37, the read transistor 38, and the current source 35 also operates. Therefore, a signal corresponding to the output signal V1 accumulated in the gate capacitance of the storage transistor 37 is output to the read column signal line 34 at a time point t10 described later.

このように、書き込みトランジスタ36が導通するとき、読み出しトランジスタ38も導通しているため、記憶トランジスタ37及び読み出しトランジスタ38は電流源35とともにソースフォロア、つまりアンプとして動作する。したがって、記憶トランジスタ37のゲート容量に蓄積された電気信号に応じた出力信号を増幅して効率よく読み出し列信号線34に出力することができる。   Thus, when the write transistor 36 is turned on, the read transistor 38 is also turned on, so that the storage transistor 37 and the read transistor 38 operate as a source follower, that is, an amplifier, together with the current source 35. Therefore, an output signal corresponding to the electric signal accumulated in the gate capacitance of the storage transistor 37 can be amplified and output to the read column signal line 34 efficiently.

また、記憶部3bに電気信号(画素信号)を保持するとき、記憶トランジスタ37及び読み出しトランジスタ38は、記憶部3bに保持されている電気信号を読み出すときと同様に導通状態にされる。つまり、記憶部3bに電気信号を保持するとき、記憶部3bに保持されている電気信号を読み出すときの状態と同じ状態になるので、保持している信号値を正確に保持し読み出すことができる。   Further, when an electrical signal (pixel signal) is held in the storage unit 3b, the storage transistor 37 and the read transistor 38 are brought into a conductive state as in the case of reading the electrical signal held in the storage unit 3b. That is, when the electrical signal is held in the storage unit 3b, the state is the same as the state when the electrical signal held in the storage unit 3b is read, so that the held signal value can be accurately held and read. .

時点t9では、信号S41はHレベルとなり、読み出しトランジスタ33が導通されて基準信号Vrefに応じた出力信号が、読み出し列信号線34に出力される。   At time t9, the signal S41 becomes H level, the read transistor 33 is turned on, and an output signal corresponding to the reference signal Vref is output to the read column signal line 34.

時点t10では信号S43はHレベルとなり、読み出しトランジスタ38が導通されて出力信号V1に応じた出力信号が、読み出し列信号線34に出力される。   At time t10, the signal S43 becomes H level, the read transistor 38 is turned on, and an output signal corresponding to the output signal V1 is output to the read column signal line 34.

ここで、時点t3から時点t9の期間には、前述のゲート容量に、基準信号Vrefが蓄積されており、時点t7から時点t10の期間には出力信号V1が蓄積されている。先に述べたように、この蓄積期間は、水平走査回路5の駆動周波数が限られるため、最大で数百msecに及ぶ。   Here, the reference signal Vref is accumulated in the above-described gate capacitance during the period from time t3 to time t9, and the output signal V1 is accumulated during the period from time t7 to time t10. As described above, this accumulation period is several hundred msec at the maximum because the driving frequency of the horizontal scanning circuit 5 is limited.

この長時間の蓄積期間中に、ゲート容量に接続するノード(ソース又はドレイン)、例えば、記憶トランジスタ37のゲート電極に接続されるノードにおいて、蓄積期間内にリーク電流が発生した場合、記憶トランジスタ37のゲート容量に蓄積されている信号にノイズが混入してしまう。そのため、記憶トランジスタ37のゲート電極に接続されるノードでのリーク電流を抑制する必要がある。   In the case where a leakage current occurs in the accumulation period in a node (source or drain) connected to the gate capacitance, for example, a node connected to the gate electrode of the storage transistor 37 during this long storage period, the storage transistor 37 Noise is mixed in the signal accumulated in the gate capacitance. Therefore, it is necessary to suppress leakage current at a node connected to the gate electrode of the storage transistor 37.

リーク電流としては、接合リーク電流、GIDL(Gate Induced Drain Leakage)、界面リークなどが挙げられる。特に、メモリに微細トランジスタを使用する場合には、パンチスルーを防ぐためにウエルの不純物濃度を高くする必要がある。この場合、書き込みトランジスタのソース又はドレインとウエルとのpn接合部での電界強度が増加してしまい、pn接合部の電界強度に起因して発生する接合リーク電流が増加してしまう。   Examples of the leakage current include junction leakage current, GIDL (Gate Induced Drain Leakage), interface leakage, and the like. In particular, when a fine transistor is used for the memory, it is necessary to increase the impurity concentration of the well in order to prevent punch-through. In this case, the electric field strength at the pn junction between the source or drain of the writing transistor and the well increases, and the junction leakage current generated due to the electric field strength at the pn junction increases.

この書き込みトランジスタのソース又はドレインとウエルとのpn接合部での電界強度を緩和するために、以下の処理を行う。   In order to reduce the electric field strength at the pn junction between the source or drain of the writing transistor and the well, the following processing is performed.

具体的には、垂直走査回路6が、蓄積期間中に、端子50、51等を用いて、書き込みトランジスタ(例えば、書き込みトランジスタ31)が形成されているウエル(例えば、ウエル61)に所定電圧を印加する。言い換えれば、前記電圧印加部としての垂直走査回路6は、前記記憶部に画素信号を記憶させるための記憶期間(蓄積期間)中に、前記ウエルと前記拡散領域との接合部の電界強度を低減させる所定電圧を、前記ウエルに印加する。   Specifically, the vertical scanning circuit 6 applies a predetermined voltage to the well (for example, well 61) in which the write transistor (for example, write transistor 31) is formed using the terminals 50 and 51 and the like during the accumulation period. Apply. In other words, the vertical scanning circuit 6 as the voltage application unit reduces the electric field strength at the junction between the well and the diffusion region during the storage period (accumulation period) for storing the pixel signal in the storage unit. A predetermined voltage to be applied is applied to the well.

ここで、例えば、当該ウエルの導電型がn型であり、拡散領域の導電型がp型であるとする。この場合、前記ウエルと前記拡散領域との接合部に逆バイアスを印加するために、前記所定電圧は、Hレベルの電圧である。   Here, for example, it is assumed that the conductivity type of the well is n-type and the conductivity type of the diffusion region is p-type. In this case, the predetermined voltage is an H level voltage in order to apply a reverse bias to the junction between the well and the diffusion region.

これにより、電圧が印加された書き込みトランジスタにおけるpn接合部での電界強度を低減することができる。これにより、pn接合部で発生するリーク電流の量を抑制することができる。すなわち、書き込みトランジスタを含む記憶部で発生するリーク電流の量を抑制することができる。   As a result, the electric field strength at the pn junction in the write transistor to which a voltage is applied can be reduced. Thereby, the amount of leakage current generated at the pn junction can be suppressed. That is, the amount of leakage current generated in the memory portion including the writing transistor can be suppressed.

例えば、垂直走査回路6は、時点t3から時点t9の期間には信号S50をHレベルとし、時点t7から時点t10の期間には信号S51をHレベルとする。   For example, the vertical scanning circuit 6 sets the signal S50 to H level during the period from time t3 to time t9, and sets the signal S51 to H level during the period from time t7 to time t10.

なお、ウエルへの電圧印加による読み出し動作への影響を避けるために、図4に示すように、信号S50、S51の印加開始時点は書き込みパルスの印加終了時点からタイムラグを設けても良い。当該書き込みパルスは、信号S40、S42のHレベルの部分である。   In order to avoid the influence on the read operation due to the voltage application to the well, as shown in FIG. 4, a time lag may be provided at the application start time of the signals S50 and S51 from the application pulse application end time. The write pulse is the H level portion of the signals S40 and S42.

ウエルへの電圧印加の終了時点において、蓄積信号にカップリングなどによるノイズが混入してしまうが、書き込みトランジスタのソース又はドレインとウエルとのpn接合部の接合容量を小さくすることでノイズを低減することができる。また、同様にウエル電圧駆動がなされたリファレンス信号との差分演算を行うことによっても、ノイズを低減することができる。   At the end of voltage application to the well, noise due to coupling or the like is mixed into the accumulated signal, but the noise is reduced by reducing the junction capacitance of the pn junction between the source or drain of the writing transistor and the well. be able to. Similarly, noise can be reduced by calculating a difference from a reference signal driven by a well voltage.

ここで、端子50、51にそれぞれ印加する信号S50、S51の電圧は、ソース又はドレインとウエルとのpn接合部に逆バイアスが印加される電圧であることが好ましい。当該pn接合部に順バイアスを印加した場合には電流が流れてしまうため、蓄積している信号が破壊されてしまう。   Here, the voltages of the signals S50 and S51 applied to the terminals 50 and 51, respectively, are preferably voltages at which a reverse bias is applied to the pn junction between the source or drain and the well. When a forward bias is applied to the pn junction, a current flows, and the accumulated signal is destroyed.

そこで、本実施の形態では、垂直走査回路6は、蓄積期間中に、書き込みトランジスタ31のソース又はドレインと、ウエル61との接合部(pn接合部)に逆バイアスを印加する。また、垂直走査回路6は、蓄積期間中に、書き込みトランジスタ36のソース又はドレインと、ウエル62との接合部(pn接合部)に逆バイアスを印加する。   Therefore, in the present embodiment, the vertical scanning circuit 6 applies a reverse bias to the junction (pn junction) between the source or drain of the write transistor 31 and the well 61 during the accumulation period. The vertical scanning circuit 6 applies a reverse bias to the junction (pn junction) between the source or drain of the write transistor 36 and the well 62 during the accumulation period.

具体的には、垂直走査回路6は、蓄積期間中に、書き込みトランジスタ31のソース又はドレインと、ウエル61との接合部に逆バイアスを印加するための電圧を有する信号S50を、端子50へ供給する。   Specifically, the vertical scanning circuit 6 supplies to the terminal 50 a signal S50 having a voltage for applying a reverse bias to the junction between the source or drain of the writing transistor 31 and the well 61 during the accumulation period. To do.

また、垂直走査回路6は、蓄積期間中に、書き込みトランジスタ36のソース又はドレインと、ウエル62との接合部に逆バイアスを印加するための電圧を有する信号S51を、端子51へ供給する。   In addition, the vertical scanning circuit 6 supplies a signal S51 having a voltage for applying a reverse bias to the junction between the source or drain of the writing transistor 36 and the well 62 during the accumulation period.

すなわち、前記電圧印加部としての垂直走査回路6は、前記記憶期間(蓄積期間)中に、前記ウエル61と前記拡散領域との接合部に逆バイアスを印加するための前記所定電圧を、前記ウエル61に印加する。拡散領域は、例えば、拡散領域71または拡散領域72である。当該接合部に逆バイアスを印加するための当該所定電圧は、前述した、前記ウエルと前記拡散領域との接合部の電界強度を低減させる所定電圧である。   That is, the vertical scanning circuit 6 serving as the voltage application unit applies the predetermined voltage for applying a reverse bias to the junction between the well 61 and the diffusion region during the storage period (accumulation period). 61 is applied. The diffusion region is, for example, the diffusion region 71 or the diffusion region 72. The predetermined voltage for applying a reverse bias to the junction is a predetermined voltage for reducing the electric field strength at the junction between the well and the diffusion region as described above.

これにより、ウエル61と前記拡散領域との接合部において発生するリーク電流の量を抑制することができる。すなわち、拡散領域としてのソースまたはドレインを有する書き込みトランジスタを含む記憶部で発生するリーク電流の量を抑制することができる。   Thereby, the amount of leak current generated at the junction between the well 61 and the diffusion region can be suppressed. That is, the amount of leakage current generated in the memory portion including the write transistor having the source or drain as the diffusion region can be suppressed.

また、仮に、信号の読み出し期間中において、記憶部が形成されているウエルに所定電圧が印加されたとする。読み出し期間とは、記憶部から画素信号を読み出す処理が行われる期間である。この場合、記憶部に含まれる読み出しトランジスタおよび記憶トランジスタのオン電流が変動してしまう等の不具合が生じてしまう。   Further, it is assumed that a predetermined voltage is applied to the well in which the memory portion is formed during the signal reading period. The readout period is a period during which processing for reading out pixel signals from the storage unit is performed. In this case, problems such as fluctuations in the on-state currents of the read transistor and the storage transistor included in the storage unit occur.

そのため、読み出し期間中において、記憶部が形成されているウエルに接地電圧が印加されることが好ましい。なお、当該ウエルの導電型がn型である場合は、読み出し期間中において、当該ウエルに電源電圧が印加されることが好ましい。   Therefore, it is preferable that the ground voltage is applied to the well in which the memory portion is formed during the reading period. Note that in the case where the conductivity type of the well is n-type, it is preferable that a power supply voltage is applied to the well during the reading period.

具体的には、前記電圧印加部としての垂直走査回路6は、端子50、51等を用いて、前記記憶部から画素信号を読み出すための読み出し期間中に、接地電圧又は電源電圧を前記ウエルに印加する。すなわち、記憶部が形成されているウエルには、読み出し期間中に接地電圧又は電源電圧が印加される。   Specifically, the vertical scanning circuit 6 as the voltage application unit uses the terminals 50 and 51 and the like to supply a ground voltage or a power supply voltage to the well during a reading period for reading a pixel signal from the storage unit. Apply. That is, the ground voltage or the power supply voltage is applied to the well in which the memory portion is formed during the reading period.

なお、p型のウエルに対しては上述のように読出し期間中において、接地電圧が印加される。一方、n型のウエルに対しては、読出し期間中において、電源電圧が印加されることになる。   Note that the ground voltage is applied to the p-type well during the readout period as described above. On the other hand, a power supply voltage is applied to the n-type well during the read period.

ここで、記憶部が、記憶部3aであるとする。この場合、垂直走査回路6は、前記記憶部3aから画素信号を読み出すための読み出し期間中に、当該記憶部3aが形成されているウエル61に接地電圧を印加する。すなわち、ウエル61には、読み出し期間中に接地電圧が印加される。   Here, it is assumed that the storage unit is the storage unit 3a. In this case, the vertical scanning circuit 6 applies a ground voltage to the well 61 in which the storage unit 3a is formed during a readout period for reading out pixel signals from the storage unit 3a. That is, the ground voltage is applied to the well 61 during the readout period.

これにより、記憶部に含まれる読み出しトランジスタおよび記憶トランジスタのオン電流の変動を防止することができる。   Thus, fluctuations in on-state currents of the read transistor and the storage transistor included in the storage unit can be prevented.

図5は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置400における記憶回路2の概略構成を示す図である。図5に示すように、記憶回路2に含まれる複数の記憶部は複数のブロックBKに分割されている。これにより、記憶回路2は、記憶部に含まれるトランジスタに対応するウエルに印加する電圧をブロックBK毎に調整することができる。   FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of the memory circuit 2 in the solid-state imaging device 400 according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the plurality of storage units included in the storage circuit 2 are divided into a plurality of blocks BK. Thereby, the memory circuit 2 can adjust the voltage applied to the well corresponding to the transistor included in the memory unit for each block BK.

ここで、ウエルの構成について詳細に説明する。   Here, the structure of the well will be described in detail.

半導体基板70内にはp型のウエルが形成される。すなわち、前記半導体基板70内には、第一導電型(p型)のウエルが形成される。なお、半導体基板70内に形成されるウエルはn型であってもよい。   A p-type well is formed in the semiconductor substrate 70. That is, a first conductivity type (p-type) well is formed in the semiconductor substrate 70. The well formed in the semiconductor substrate 70 may be n-type.

半導体基板70内に形成されるウエルは、前記ブロックBK毎に電気的に分離される。すなわち、半導体基板70内に形成されるウエルは、複数のウエルに分離される。分離された複数のウエルのうちの2つは、例えば、図3Bのウエル61,62である。   Wells formed in the semiconductor substrate 70 are electrically separated for each block BK. That is, the well formed in the semiconductor substrate 70 is separated into a plurality of wells. Two of the separated wells are, for example, wells 61 and 62 in FIG. 3B.

半導体基板70内に形成されるウエルは、例えば、図3Bの第二絶縁分離部65によって電気的および物理的に分離される。分離されたウエル61、62は、それぞれ、隣り合う2つのブロックBKに対応する。   The well formed in the semiconductor substrate 70 is electrically and physically separated by, for example, the second insulating separation portion 65 of FIG. 3B. The separated wells 61 and 62 correspond to two adjacent blocks BK, respectively.

このため、ブロックBKの動作期間に応じてウエルに印加する電圧を容易に調整することができる。具体的には、垂直走査回路6は、ブロックBKに対応する複数の記憶部が蓄積期間中である、当該ブロックBKに対応するウエル(例えば、ウエル61)に前述の所定電圧を印加する。また、垂直走査回路6は、ブロックBKに対応する複数の記憶部が読み出し期間中である、当該ブロックBKに対応するウエル(例えば、ウエル62)に接地電圧を印加する。   For this reason, the voltage applied to the well can be easily adjusted according to the operation period of the block BK. Specifically, the vertical scanning circuit 6 applies the predetermined voltage described above to a well (for example, well 61) corresponding to the block BK in which a plurality of storage units corresponding to the block BK are in the accumulation period. Further, the vertical scanning circuit 6 applies a ground voltage to a well (for example, well 62) corresponding to the block BK in which a plurality of storage units corresponding to the block BK are in a reading period.

なお、当該ウエルの導電型がn型である場合、垂直走査回路6は、ブロックBKに対応する複数の記憶部が読み出し期間中である、当該ブロックBKに対応するウエルに電源電圧を印加する。   When the conductivity type of the well is n-type, the vertical scanning circuit 6 applies a power supply voltage to the well corresponding to the block BK in which the plurality of storage units corresponding to the block BK are in the reading period.

すなわち、電圧印加部としての垂直走査回路6は、各前記ブロックBKに対応する分離されたウエルに、該ブロックBKの動作期間に応じて、前記所定電圧、接地電圧および電源電圧のいずれかを印加する。これにより、各前記ブロックBKに対応する分離されたウエルには、該ブロックの動作期間に応じて、前記所定電圧、接地電圧および電源電圧のいずれかが印加される。このように、垂直走査回路6は、ウエルに印加する電圧を切り替える。すなわち、異なる各ブロックBKに対応するウエルに、異なる電圧を印加できる。   That is, the vertical scanning circuit 6 as a voltage application unit applies any one of the predetermined voltage, the ground voltage, and the power supply voltage to the separated well corresponding to each block BK according to the operation period of the block BK. To do. Thus, any one of the predetermined voltage, the ground voltage, and the power supply voltage is applied to the separated well corresponding to each block BK according to the operation period of the block. Thus, the vertical scanning circuit 6 switches the voltage applied to the well. That is, different voltages can be applied to wells corresponding to different blocks BK.

なお、半導体基板70内に形成されるウエル全体に電圧を印加する場合、当該ウエルの容量及び抵抗が高いために高速にウエルを駆動することは難しい。このため、前述のように、半導体基板70内に形成されるウエルをブロックBK毎に電気的に分離することにより、ウエルの容量及び抵抗を極力小さくすることができる。その結果、分離された各ウエルを高速に駆動することができる。   When a voltage is applied to the whole well formed in the semiconductor substrate 70, it is difficult to drive the well at high speed because the capacity and resistance of the well are high. Therefore, as described above, the well formed in the semiconductor substrate 70 is electrically separated for each block BK, so that the capacity and resistance of the well can be minimized. As a result, each separated well can be driven at high speed.

さらに、図5に示すように、分割された各前記ブロックBKは、前記複数の記憶部の行単位で設定される。これにより、ブロックBKを、行単位以外の単位で設定する構成よりも、さらなる効果を得ることができる。   Further, as shown in FIG. 5, each of the divided blocks BK is set in units of rows of the plurality of storage units. Thereby, a further effect can be obtained compared with the configuration in which the block BK is set in units other than the row unit.

具体的には、上述のように、固体撮像装置400の垂直走査回路6は、記憶部からの画素信号の読み出し動作は、複数の記憶部の行毎に行っている。すなわち、前記固体撮像装置400は、前記複数の記憶部の行単位で、画素信号を読み出す処理を行う。   Specifically, as described above, the vertical scanning circuit 6 of the solid-state imaging device 400 performs the pixel signal readout operation from the storage unit for each row of the plurality of storage units. That is, the solid-state imaging device 400 performs a process of reading pixel signals in units of rows of the plurality of storage units.

そのため、ブロックBKを、前記複数の記憶部の行単位で設定する、すなわち、ブロックBKを行毎に分割することにより、信号を蓄積している記憶部に対応するウエルの電圧と、信号を読み出している記憶部のウエルの電圧とを容易に切り分けることができる。   Therefore, the block BK is set for each row of the plurality of storage units, that is, by dividing the block BK for each row, the voltage of the well corresponding to the storage unit storing the signal and the signal are read. It is possible to easily separate the voltage of the well of the storage portion.

前述したように、蓄積期間中のブロックBKに対応するウエルには所定電圧が印加され、読み出し期間中のブロックBKに対応するウエルには接地電圧が印加される。この場合、図3Aに示す記憶部3aと記憶部3bは異なるブロックBKに属する(対応する)。そのため、独立してウエルに印加する電圧を調整することができる。   As described above, a predetermined voltage is applied to the well corresponding to the block BK during the accumulation period, and a ground voltage is applied to the well corresponding to the block BK during the reading period. In this case, the storage unit 3a and the storage unit 3b illustrated in FIG. 3A belong to (correspond to) different blocks BK. Therefore, the voltage applied to the well can be adjusted independently.

なお、ブロックBKの設定単位は、行単位に限定されず、例えば、隣接する複数の記憶部単位であってもよい。   The setting unit of the block BK is not limited to the row unit, and may be a plurality of adjacent storage unit units, for example.

ここで、蓄積期間中にウエルに所定電圧が印加されていても、当該ウエルに対応する記憶部のトランジスタは動作していない。そのため、ブロックBK毎の記憶部に含まれる、書き込みトランジスタ、読み出しトランジスタおよび記憶トランジスタの各々に対応するウエルに印加する電圧は全て同じに設定されてもよい。   Here, even if a predetermined voltage is applied to the well during the accumulation period, the transistor in the memory portion corresponding to the well is not operating. Therefore, all the voltages applied to the wells corresponding to each of the write transistor, the read transistor, and the storage transistor included in the storage unit for each block BK may be set to be the same.

次に、ウエルおよびトランジスタの電気的な分離構造について図3Bを用いて詳細に説明する。   Next, the electrical isolation structure of the well and the transistor will be described in detail with reference to FIG. 3B.

記憶部3aに含まれる書き込みトランジスタ31、読み出しトランジスタ33および記憶トランジスタ32の各々は、第一絶縁分離部60によって電気的に分離されている。また、記憶部3bに含まれる書き込みトランジスタ36、読み出しトランジスタ38および記憶トランジスタ37の各々は、第一絶縁分離部60によって電気的に分離されている。これらのトランジスタは、ウエル61、または、ウエル62に形成されている。すなわち、記憶回路2に含まれる前記複数の記憶部の各々は、少なくとも二つのトランジスタを有し、前記少なくとも二つのトランジスタの各々は第一絶縁分離部60によって電気的に分離される。   Each of the write transistor 31, the read transistor 33, and the storage transistor 32 included in the storage unit 3 a is electrically separated by the first insulating separation unit 60. In addition, each of the write transistor 36, the read transistor 38, and the storage transistor 37 included in the storage unit 3 b is electrically separated by the first insulating separation unit 60. These transistors are formed in the well 61 or the well 62. That is, each of the plurality of storage units included in the storage circuit 2 includes at least two transistors, and each of the at least two transistors is electrically isolated by the first insulating separation unit 60.

第一絶縁分離部60は、例えば、STI(Shallow Trench Isolation)という素子分離技術を用いて形成される。なお、図3Bには、便宜上、読み出しトランジスタ33、38は図示していない。   The first insulation isolation part 60 is formed using, for example, an element isolation technique called STI (Shallow Trench Isolation). In FIG. 3B, the read transistors 33 and 38 are not shown for convenience.

また、前述したように、半導体基板70には、半導体基板70内に形成されるウエルが、第二絶縁分離部65によって電気的および物理的に分離されたウエル61、62が形成される。ウエル61、62は、それぞれ、隣り合う2つのブロックBKに対応する。   As described above, the wells 61 and 62 in which the wells formed in the semiconductor substrate 70 are electrically and physically separated by the second insulating separation portion 65 are formed in the semiconductor substrate 70. Each of the wells 61 and 62 corresponds to two adjacent blocks BK.

すなわち、図5の複数のブロックBKには、第二絶縁分離部65によって半導体基板70内に形成されるウエルが電気的に分離された複数のウエルがそれぞれ対応づけられる。   That is, the plurality of blocks BK in FIG. 5 are associated with a plurality of wells in which the wells formed in the semiconductor substrate 70 by the second insulating separation portion 65 are electrically separated.

ここで、半導体基板70において、第二絶縁分離部65は第一絶縁分離部60よりも深い位置まで形成されている。すなわち、前記半導体基板70において、前記第二絶縁分離部65の下端は、前記第一絶縁分離部60の下端よりも深い位置にある。   Here, in the semiconductor substrate 70, the second insulating separation portion 65 is formed to a position deeper than the first insulating separation portion 60. That is, in the semiconductor substrate 70, the lower end of the second insulating separation part 65 is deeper than the lower end of the first insulating separation part 60.

また、半導体基板70において、第二絶縁分離部65は、ウエル61、62よりも深い位置まで形成されている。すなわち、前記半導体基板70において、前記第二絶縁分離部65の下端は、分離された前記ウエル61、62の下端よりも深い位置にある。   In the semiconductor substrate 70, the second insulating separation portion 65 is formed to a position deeper than the wells 61 and 62. That is, in the semiconductor substrate 70, the lower end of the second insulating separation portion 65 is deeper than the lower ends of the separated wells 61 and 62.

第二絶縁分離部65は、例えば、DTI(Deep Trench Isolation)という素子分離技術を用いて形成される。   The second insulation isolation portion 65 is formed using, for example, an element isolation technique called DTI (Deep Trench Isolation).

このように、半導体基板70において、深い位置まで形成された第二絶縁分離部65によって各ブロックBKに対応するウエルを電気的に分離することができる。そのため、ブロック毎に独立してウエルに印加する電圧を調整することができる。   As described above, in the semiconductor substrate 70, the wells corresponding to the respective blocks BK can be electrically separated by the second insulating separation portion 65 formed to a deep position. Therefore, the voltage applied to the well can be adjusted independently for each block.

図3Bでは、一例として、ウエル61とウエル62とが電気的に分離されている。この場合、拡散層を用いた分離構造よりも分離部の占有面積を小さくすることができる。そのため、チップコストの増加を抑えることもできる。   In FIG. 3B, as an example, the well 61 and the well 62 are electrically separated. In this case, the occupied area of the separation part can be made smaller than that of the separation structure using the diffusion layer. Therefore, an increase in chip cost can be suppressed.

このように、本実施の形態に係る固体撮像装置400の記憶回路2において、記憶トランジスタ32、37は、保持容量(記憶容量)としての役割と、アンプ(増幅用のトランジスタ)としての役割の双方を担う。そのため、保持容量とアンプとを独立に備えていた従来技術における固体撮像装置と比較して、回路面積を縮小することを可能にし、且つ、接合リーク電流を抑制することを可能にする。   As described above, in the storage circuit 2 of the solid-state imaging device 400 according to the present embodiment, the storage transistors 32 and 37 both serve as a storage capacitor (storage capacitor) and serve as an amplifier (amplification transistor). Take on. Therefore, the circuit area can be reduced and the junction leakage current can be suppressed as compared with the solid-state imaging device according to the prior art that has the storage capacitor and the amplifier independently.

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形を行ってもよい。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications may be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、本発明において使用される各トランジスタは、p型、n型のいずれであってもよい。   For example, each transistor used in the present invention may be either p-type or n-type.

また、記憶容量はトランジスタに限らず、その他の素子により構成されたものであってもよい。   Further, the storage capacity is not limited to the transistor, and may be constituted by other elements.

また、本発明に係る固体撮像装置には、上記実施の形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、実施の形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係る固体撮像装置を備えた各種デバイスなども本発明に含まれる。例えば、本発明に係る固体撮像装置を備えたムービーカメラも本発明に含まれる。   In addition, the solid-state imaging device according to the present invention includes other embodiments realized by combining arbitrary components in the above-described embodiments, and other embodiments that do not depart from the gist of the present invention. Modifications obtained by applying various modifications conceived by a trader and various devices including the solid-state imaging device according to the present invention are also included in the present invention. For example, a movie camera provided with the solid-state imaging device according to the present invention is also included in the present invention.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の固体撮像装置は、監視カメラ、ネットワークカメラ、車載カメラ、デジタルカメラ、携帯電話などに利用可能であり、これらの機器の撮像画像の画質向上を実現可能とする。   The solid-state imaging device of the present invention can be used for surveillance cameras, network cameras, vehicle-mounted cameras, digital cameras, mobile phones, and the like, and can improve the image quality of captured images of these devices.

1 画素回路
2a 画素部
2 記憶回路
3a、3b 記憶部
3 ノイズ除去回路
5 水平走査回路
6 垂直走査回路
20、35 電流源
21 列信号線
31、36 書き込みトランジスタ
32、37 記憶トランジスタ
33、38 読み出しトランジスタ
34 読み出し列信号線
60 第一絶縁分離部
65 第二絶縁分離部
70 半導体基板
200、400 固体撮像装置
1000 カメラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pixel circuit 2a Pixel part 2 Storage circuit 3a, 3b Storage part 3 Noise removal circuit 5 Horizontal scanning circuit 6 Vertical scanning circuit 20, 35 Current source 21 Column signal line 31, 36 Write transistor 32, 37 Storage transistor 33, 38 Read transistor 34 readout column signal line 60 first insulation separation unit 65 second insulation separation unit 70 semiconductor substrate 200, 400 solid-state imaging device 1000 camera

Claims (6)

半導体基板に行列状に配置され、入射光量に応じた信号である画素信号を出力する複数の画素部と、
前記複数の画素部の列毎に設けられた列信号線と、
前記列信号線毎に設けられ、前記列信号線から転送される画素信号を記憶する複数の記憶部と、
電圧を印加する電圧印加部とを備え、
前記半導体基板内には、第一導電型のウエルが形成され、
前記複数の記憶部の各々は、
前記ウエルに形成され、前記複数の画素部の各々から前記列信号線を介して前記画素信号を読み出すための第一トランジスタと、
前記画素信号を記憶するための記憶容量とを有し、
前記第一トランジスタのソース又はドレインである、前記第一導電型とは異なる第二導電型の拡散領域は前記記憶容量に接続され、
前記ウエルと前記拡散領域とは接合され、
前記電圧印加部は、前記記憶部に画素信号を記憶させるための記憶期間中に、前記ウエルと前記拡散領域との接合部の電界強度を低減させる所定電圧を、前記ウエルに印加する
固体撮像装置。
A plurality of pixel units arranged in a matrix on a semiconductor substrate and outputting a pixel signal that is a signal corresponding to the amount of incident light;
A column signal line provided for each column of the plurality of pixel portions;
A plurality of storage units that are provided for each of the column signal lines and store pixel signals transferred from the column signal lines;
A voltage application unit for applying a voltage,
A first conductivity type well is formed in the semiconductor substrate,
Each of the plurality of storage units is
A first transistor formed in the well for reading the pixel signal from each of the plurality of pixel portions via the column signal line;
A storage capacity for storing the pixel signal;
A diffusion region of a second conductivity type different from the first conductivity type, which is a source or drain of the first transistor, is connected to the storage capacitor;
The well and the diffusion region are joined,
The voltage application unit applies a predetermined voltage to the well for reducing the electric field strength at the junction between the well and the diffusion region during a storage period for storing a pixel signal in the storage unit. .
前記電圧印加部は、前記記憶期間中に、前記ウエルと前記拡散領域との接合部に逆バイアスを印加するための前記所定電圧を、前記ウエルに印加する
請求項1に記載の固体撮像装置。
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the voltage applying unit applies the predetermined voltage for applying a reverse bias to a junction between the well and the diffusion region during the storage period.
前記電圧印加部は、前記記憶部から画素信号を読み出すための読み出し期間中に、接地電圧又は電源電圧を前記ウエルに印加する
請求項1または2に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the voltage application unit applies a ground voltage or a power supply voltage to the well during a reading period for reading a pixel signal from the storage unit.
前記複数の記憶部は複数のブロックに分割され、
前記ウエルは、前記ブロック毎に電気的に分離され、
前記電圧印加部は、各前記ブロックに対応する分離されたウエルに、該ブロックの動作期間に応じて、前記所定電圧、接地電圧および電源電圧のいずれかを印加する
請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
The plurality of storage units are divided into a plurality of blocks,
The well is electrically separated for each block;
The voltage application unit applies any one of the predetermined voltage, ground voltage, and power supply voltage to the separated well corresponding to each block according to the operation period of the block. The solid-state imaging device according to item 1.
前記複数の記憶部は行列状に配置され、
分割された各前記ブロックは、前記複数の記憶部の行単位で設定され、
前記固体撮像装置は、前記複数の記憶部の行単位で、画素信号を読み出す処理を行う
請求項4に記載の固体撮像装置。
The plurality of storage units are arranged in a matrix,
Each of the divided blocks is set in units of rows of the plurality of storage units,
The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the solid-state imaging device performs a process of reading out pixel signals in units of rows of the plurality of storage units.
前記半導体基板内には、第一絶縁分離部および第二絶縁分離部が形成され、
前記複数の記憶部の各々は、前記第一トランジスタを含む少なくとも二つのトランジスタを有し、
前記少なくとも二つのトランジスタの各々は前記第一絶縁分離部によって電気的に分離され、
前記複数のブロックには、前記第二絶縁分離部によって前記ウエルが電気的に分離された複数のウエルがそれぞれ対応づけられ、
前記半導体基板において、前記第二絶縁分離部の下端は、前記第一絶縁分離部の下端よりも深い位置にあり、
前記半導体基板において、前記第二絶縁分離部の下端は、分離された前記ウエルの下端よりも深い位置にある
請求項1〜5のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
In the semiconductor substrate, a first insulation separation part and a second insulation separation part are formed,
Each of the plurality of storage units includes at least two transistors including the first transistor,
Each of the at least two transistors is electrically separated by the first isolation portion;
The plurality of blocks are respectively associated with a plurality of wells in which the wells are electrically separated by the second insulating separation part,
In the semiconductor substrate, the lower end of the second insulating isolation part is deeper than the lower end of the first insulating isolation part,
6. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a lower end of the second insulating separation portion is located deeper than a lower end of the separated well in the semiconductor substrate.
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