JP3396880B2 - Solid-state imaging device and driving method thereof - Google Patents

Solid-state imaging device and driving method thereof

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JP3396880B2
JP3396880B2 JP2000001972A JP2000001972A JP3396880B2 JP 3396880 B2 JP3396880 B2 JP 3396880B2 JP 2000001972 A JP2000001972 A JP 2000001972A JP 2000001972 A JP2000001972 A JP 2000001972A JP 3396880 B2 JP3396880 B2 JP 3396880B2
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region
solid
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gate electrode
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▲高▼ 三井田
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イノテック株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置及び
その駆動方法に関し、より詳しくは、ビデオカメラ、電
子カメラ、画像入力カメラ、スキャナ又はファクシミリ
等に用いられる閾値電圧変調方式のMOS型イメージセ
ンサを用いた固体撮像装置及びその駆動方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device and a driving method thereof, and more particularly to a threshold voltage modulation type MOS image sensor used in a video camera, an electronic camera, an image input camera, a scanner or a facsimile. The present invention relates to a solid-state image pickup device using the same and a driving method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】CCD型イメージセンサやMOS型イメ
ージセンサなどの半導体イメージセンサは量産性に優れ
ているため、パターンの微細化技術の進展に伴い、ほと
んどの画像入力デバイス装置に適用されている。特に、
近年、CCD型イメージセンサと比べて、消費電力が小
さく、かつセンサ素子と周辺回路素子とを同じCMOS
技術によって作成できるという利点を生かして、MOS
型イメージセンサが見直されている。
2. Description of the Related Art Semiconductor image sensors such as CCD image sensors and MOS image sensors are excellent in mass productivity, and are applied to almost all image input device devices with the progress of pattern miniaturization technology. In particular,
In recent years, the power consumption is lower than that of a CCD image sensor, and the sensor element and the peripheral circuit element have the same CMOS.
Taking advantage of the fact that it can be created by technology, MOS
Type image sensor is being reviewed.

【0003】このような世の中の動向に鑑み、本願出願
人はMOS型イメージセンサの改良を行い、チャネル領
域下にキャリアポケット(高濃度埋込層)を有するセン
サ素子に関する特許出願(特願平10−186453
号)を行って特許(登録番号2935492号)を得て
いる。この特許(登録番号2935492号)に係る発
明では、半導体層の表面欠陥への光発生電荷の注入を抑
制し、雑音の低減を図るため、受光ダイオード111は
光発生電荷(この場合、正孔)に対する埋め込み構造を
有している。即ち、p型のウエル領域の表層にn型の不
純物領域が形成されており、p型のウエル領域が光信号
検出用MOSトランジスタのp型のベース領域と一体的
に形成され、かつ、n型の不純物領域がn型のドレイン
領域と一体的に形成されている。従って、受光ダイオー
ド111部分のp型のウエル領域に発生した光発生電荷
が光信号の検出に寄与するような構造となっている。
In view of such trends in the world, the applicant of the present application has improved the MOS type image sensor and applied for a patent for a sensor element having a carrier pocket (high-concentration buried layer) under the channel region (Japanese Patent Application No. 10-96). -186453
No.) to obtain a patent (Registration No. 2935492). In the invention according to this patent (Registration No. 2935492), in order to reduce the noise by suppressing the injection of photo-generated charges into the surface defects of the semiconductor layer, the light-receiving diode 111 has photo-generated charges (holes in this case). It has a buried structure for. That is, the n-type impurity region is formed in the surface layer of the p-type well region, the p-type well region is formed integrally with the p-type base region of the optical signal detecting MOS transistor, and the n-type impurity region is formed. Impurity region is integrally formed with the n-type drain region. Therefore, the structure is such that the photo-generated charges generated in the p-type well region of the light receiving diode 111 portion contribute to the detection of the optical signal.

【0004】このMOS型イメージセンサは特許(登録
番号2935492号)の図8に示す回路構成を有し、
その動作においては、初期化期間−蓄積期間−読出期間
を経る。初期化期間に各電極に高い逆電圧を印加して空
乏化させ、ホールポケット25に残る光発生正孔を放出
させる。蓄積期間に光照射により光発生正孔を生じさせ
てホールポケット25に蓄積させ、読出期間に光発生正
孔の蓄積量に比例した光信号を検出する。
This MOS type image sensor has a circuit configuration shown in FIG. 8 of a patent (registered number 2935492),
In the operation, there is an initialization period-accumulation period-reading period. During the initialization period, a high reverse voltage is applied to each electrode to deplete it, and the photogenerated holes remaining in the hole pocket 25 are emitted. Light-generated holes are generated by light irradiation during the accumulation period and accumulated in the hole pocket 25, and an optical signal proportional to the accumulation amount of the photo-generated holes is detected during the reading period.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、CMO
S回路は低電圧化の方向に向かっており、初期化期間に
高電圧を印加して初期化を加速したいとする要求と相反
する。本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて創作さ
れたものであり、CMOS回路の低電圧動作と初期化期
間での高電圧印加を両立させることができる固体撮像装
置及びその駆動方法を提供するものである。
However, the CMO
The S circuit is in the direction of lowering the voltage, which conflicts with the demand for applying a high voltage during the initialization period to accelerate the initialization. The present invention was created in view of the above-mentioned problems of the prior art, and provides a solid-state imaging device and a driving method thereof capable of achieving both low voltage operation of a CMOS circuit and application of a high voltage during an initialization period. To do.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明は固体撮像装置に係り、その基本構成とし
て、図4に示すように、受光ダイオード111と受光ダ
イオード111に隣接する光信号検出用の絶縁ゲート型
電界効果トランジスタ(MOSトランジスタ)112と
を含む各単位画素101を有し、MOSトランジスタ1
12のゲート電極は垂直走査信号(VSCAN)駆動走
査回路102に接続し、ソース領域は昇圧走査回路10
8と接続していることを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a solid-state image pickup device, and as a basic configuration thereof, as shown in FIG. 4, a light receiving diode 111 and an optical signal detection adjacent to the light receiving diode 111. Insulated gate type field effect transistor (MOS transistor) 112 for each unit pixel 101, and MOS transistor 1
A gate electrode 12 is connected to a vertical scanning signal (VSCAN) driving scanning circuit 102, and a source region is a boosting scanning circuit 10.
It is characterized by being connected to 8.

【0007】また、各単位画素101においては、受光
ダイオード111とMOSトランジスタ112とは相互
に接続したウエル領域15a、15bに形成され、MO
Sトランジスタ112のソース領域の周辺部のウエル領
域15b内に光発生電荷を蓄積する高濃度埋込層(キャ
リアポケット)25を有していることを特徴としてい
る。
In each unit pixel 101, the light receiving diode 111 and the MOS transistor 112 are formed in well regions 15a and 15b connected to each other, and MO
It is characterized by having a high-concentration buried layer (carrier pocket) 25 for accumulating photo-generated charges in the well region 15b in the peripheral portion of the source region of the S transistor 112.

【0008】上記の構成にさらに、ドレイン領域はドレ
イン電圧(VDD)駆動走査回路103に接続し、ソー
ス領域はスイッチ105a,105bを介して定電流源
106と映像信号出力端子107に接続している。スイ
ッチ105a,105bの光検出信号入力端子28aは
ソース領域と接続し、スイッチ105a,105bの光
信号出力端子28Cは定電流源106と映像信号出力端
子107に接続し、スイッチ105a,105bのHS
CAN入力端子28bはHSCAN供給線27aを介し
て水平走査信号(HSCAN)入力走査回路104と接
続している。本発明の駆動方法においては、昇圧回路1
22を光信号検出用のMOSトランジスタ112のソー
ス領域に接続して、蓄積期間から初期化期間への切り換
え時にチャネルを閉じ、かつ昇圧回路122からソース
領域に電圧を印加することで、ゲート電極19には、ソ
ース領域16とゲート電極19の間の容量を通して、蓄
積期間に印加していたゲート電圧にさらに昇圧回路12
2からVSCAN駆動走査回路102の電源電圧よりも
高い昇圧電圧が加わる。これにより、ゲート電極19に
高電圧が加わるため、キャリアポケット25からのキャ
リアの掃き出し動作を加速することができる。
In addition to the above structure, the drain region is connected to the drain voltage (VDD) driving scanning circuit 103, and the source region is connected to the constant current source 106 and the video signal output terminal 107 via the switches 105a and 105b. . The light detection signal input terminals 28a of the switches 105a and 105b are connected to the source region, the light signal output terminals 28C of the switches 105a and 105b are connected to the constant current source 106 and the video signal output terminal 107, and the HS of the switches 105a and 105b are connected.
The CAN input terminal 28b is connected to the horizontal scanning signal (HSCAN) input scanning circuit 104 via the HSCAN supply line 27a. In the driving method of the present invention, the booster circuit 1
22 is connected to the source region of the MOS transistor 112 for detecting an optical signal, the channel is closed at the time of switching from the accumulation period to the initialization period, and a voltage is applied from the booster circuit 122 to the source region, so that the gate electrode 19 In addition, through the capacitance between the source region 16 and the gate electrode 19, the gate voltage applied during the accumulation period is further increased by the booster circuit 12.
A boosted voltage higher than the power supply voltage of the VSCAN driving scan circuit 102 is applied from 2. As a result, a high voltage is applied to the gate electrode 19, so that the operation of sweeping out the carriers from the carrier pocket 25 can be accelerated.

【0009】なお、ウエル領域等が上記と逆の導電型の
場合、即ち高濃度埋込層がn型の場合、高濃度埋込層は
エレクトロンポケット(キャリアポケット)となり、光
発生電子を蓄積することになる。
When the well region or the like has a conductivity type opposite to the above, that is, when the high-concentration burying layer is n-type, the high-concentration burying layer becomes an electron pocket (carrier pocket) and accumulates photo-generated electrons. It will be.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下に、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。図1は、本発明の実
施の形態に係るMOS型イメージセンサの単位画素内に
おける素子レイアウトについて示す平面図である。図1
に示すように、単位画素101内に、受光ダイオード1
11と光信号検出用MOSトランジスタ112とが隣接
して設けられている。MOSトランジスタ112とし
て、低濃度ドレイン構造(LDD構造)を有するnチャ
ネルMOS(nMOS)を用いている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing an element layout in a unit pixel of a MOS image sensor according to an embodiment of the present invention. Figure 1
As shown in FIG.
11 and the optical signal detecting MOS transistor 112 are provided adjacent to each other. As the MOS transistor 112, an n-channel MOS (nMOS) having a low concentration drain structure (LDD structure) is used.

【0011】これら受光ダイオード111とMOSトラ
ンジスタ112は、それぞれ異なるウエル領域、即ち第
1のウエル領域15aと第2のウエル領域15bに形成
され、それらのウエル領域15a、15bは互いに接続
されている。受光ダイオード111の部分の第1のウエ
ル領域15aは光照射による電荷の発生領域の一部を構
成している。MOSトランジスタ112の部分の第2の
ウエル領域15bはこの領域15bに付与するポテンシ
ャルによってチャネルの閾値電圧を変化させることがで
きるゲート領域を構成している。
The light receiving diode 111 and the MOS transistor 112 are formed in different well regions, that is, the first well region 15a and the second well region 15b, and the well regions 15a and 15b are connected to each other. The first well region 15a at the portion of the light receiving diode 111 constitutes a part of a region where charge is generated by light irradiation. The second well region 15b in the portion of the MOS transistor 112 constitutes a gate region in which the threshold voltage of the channel can be changed by the potential applied to this region 15b.

【0012】MOSトランジスタ112の部分は低濃度
ドレイン(LDD)構造を有している。ドレイン領域1
7a、17bはリング状のゲート電極19の外周部を取
り囲むように形成され、ソース領域16はリング状のゲ
ート電極19の内周に囲まれるように形成されている。
低濃度のドレイン領域17aが延在して低濃度のドレイ
ン領域17aとほぼ同じ不純物濃度を有する受光ダイオ
ード111の不純物領域17が形成されている。即ち、
不純物領域17と低濃度のドレイン領域17aとは互い
に接続した第1及び第2のウエル領域15a,15bの
表層に大部分の領域がかかるように一体的に形成されて
いる。また、不純物領域17と低濃度のドレイン領域1
7aの外側周辺部には受光部を避けて低濃度ドレイン領
域17aに接続するようにコンタクト層としての高濃度
のドレイン領域17bが形成されている。
The portion of the MOS transistor 112 has a low concentration drain (LDD) structure. Drain region 1
7a and 17b are formed so as to surround the outer peripheral portion of the ring-shaped gate electrode 19, and the source region 16 is formed so as to be surrounded by the inner periphery of the ring-shaped gate electrode 19.
The low-concentration drain region 17a extends to form the impurity region 17 of the light-receiving diode 111 having the same impurity concentration as the low-concentration drain region 17a. That is,
The impurity region 17 and the low-concentration drain region 17a are integrally formed so that most of the region is on the surface layer of the first and second well regions 15a and 15b connected to each other. In addition, the impurity region 17 and the low-concentration drain region 1
A high-concentration drain region 17b serving as a contact layer is formed on the outer peripheral portion of 7a so as to avoid the light-receiving portion and be connected to the low-concentration drain region 17a.

【0013】さらに、このMOS型イメージセンサの特
徴であるキャリアポケット(高濃度埋込層)25は、ゲ
ート電極19下の第2のウエル領域15b内であって、
ソース領域16の周辺部に、ソース領域16を取り囲む
ように形成されている。ドレイン領域17a、17bは
低抵抗のコンタクト層17bを通してドレイン電圧(V
DD)供給線(又はドレイン電極)22と接続され、ゲ
ート電極19は垂直走査信号(VSCAN)供給線21
に接続され、ソース領域16は垂直出力線(又はソース
電極)20に接続されている。
Further, the carrier pocket (high-concentration buried layer) 25, which is a characteristic of this MOS type image sensor, is in the second well region 15b below the gate electrode 19,
The source region 16 is formed around the source region 16 so as to surround the source region 16. The drain regions 17a and 17b are connected to the drain voltage (V
DD) supply line (or drain electrode) 22 and the gate electrode 19 is a vertical scan signal (VSCAN) supply line 21.
And the source region 16 is connected to the vertical output line (or source electrode) 20.

【0014】また、受光ダイオード111の受光窓24
以外の領域は金属層(遮光膜)23により遮光されてい
る。上記のMOS型イメージセンサにおける光信号検出
のための素子動作においては、掃出期間(初期化期間)
−蓄積期間−読出期間−掃出期間(初期化期間)−・・
・というように、掃出期間(初期化期間)−蓄積期間−
読出期間という一連の過程が繰り返される。
Further, the light receiving window 24 of the light receiving diode 111
Areas other than the above are shielded from light by the metal layer (light-shielding film) 23. In the element operation for detecting the optical signal in the MOS image sensor, the sweep period (initialization period)
− Accumulation period − Readout period − Sweep period (initialization period) −
・ In this way, the sweep period (initialization period) -accumulation period-
A series of processes of the reading period is repeated.

【0015】掃出期間(初期化期間)では、光発生電荷
(光発生キャリア)を蓄積する前に、読み出しが終わっ
て残留する光発生電荷や、アクセプタやドナー等を中性
化し、或いは表面準位に捕獲されている正孔や電子等、
光信号の読み出し前の残留電荷を半導体内から排出し
て、キャリアポケット25を空にする。ソース領域16
やドレイン領域17a、17bやゲート電極19に約+
5V以上、通常7〜8V程度の正の高電圧を印加する。
In the sweep period (initialization period), before the photo-generated charges (photo-generated carriers) are accumulated, the photo-generated charges remaining after the reading is completed, the acceptors, the donors, etc. are neutralized, or the surface quasi-surface is neutralized. Holes and electrons captured in
The residual charge before reading the optical signal is discharged from the semiconductor, and the carrier pocket 25 is emptied. Source region 16
+ About the drain regions 17a and 17b and the gate electrode 19
A positive high voltage of 5 V or more, usually about 7 to 8 V is applied.

【0016】蓄積期間では、光照射によりキャリアを発
生させ、キャリアのうち正孔(ホール)を第1及び第2
のウエル領域15a,15b内を移動させてキャリアポ
ケット25に蓄積させる。ドレイン領域17a、17b
に凡そ+2〜3Vの正の電圧を印加するとともに、ゲー
ト電極19にMOSトランジスタ112がカットオフ状
態を維持するような低い正或いは負の電圧を印加する。
In the accumulation period, carriers are generated by light irradiation, and holes of the carriers are first and second holes.
The well regions 15a and 15b are moved to be accumulated in the carrier pocket 25. Drain regions 17a, 17b
A positive voltage of about +2 to 3 V is applied to the gate electrode 19, and a low positive or negative voltage that keeps the MOS transistor 112 in the cutoff state is applied to the gate electrode 19.

【0017】読出期間では、キャリアポケット25に蓄
積された光発生電荷によるMOSトランジスタ112の
閾値電圧の変化をソース電位の変化として読み取る。M
OSトランジスタ112が飽和状態で動作するように、
ドレイン領域17a、17bに凡そ+2〜3Vの正の電
圧を印加するとともに、ゲート電極19に凡そ+2〜3
Vの正の電圧を印加する。
In the read period, the change in the threshold voltage of the MOS transistor 112 due to the photo-generated charges accumulated in the carrier pocket 25 is read as the change in the source potential. M
In order for the OS transistor 112 to operate in a saturated state,
A positive voltage of approximately +2 to 3V is applied to the drain regions 17a and 17b, and the gate electrode 19 is approximately +2 to 3V.
A positive voltage of V is applied.

【0018】次に、本発明の実施の形態に係るMOS型
イメージセンサのデバイス構造を断面図を用いて説明す
る。図2(a)は、図1のA−A線に沿う断面図に相当
する、本発明の実施の形態に係るMOS型イメージセン
サのデバイス構造について示す断面図である。図2
(b)は、半導体基板表面に沿うポテンシャルの様子を
示す図である。
Next, the device structure of the MOS type image sensor according to the embodiment of the present invention will be described with reference to sectional views. FIG. 2A is a cross-sectional view corresponding to the cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1, showing the device structure of the MOS image sensor according to the embodiment of the present invention. Figure 2
FIG. 6B is a diagram showing a state of the potential along the surface of the semiconductor substrate.

【0019】図2(a)に示すように、不純物濃度1×
1018cm-3以上のp型(第1の導電型)シリコンから
なる基板(第1の半導体層)11上に不純物濃度1×1
15cm-3程度のn型(第2の導電型)シリコンをエピ
タキシャル成長し、エピタキシャル層(第2の半導体
層)12を形成する。このエピタキシャル層12に受光
ダイオード111と光信号検出用MOSトランジスタ1
12とを含む単位画素101が複数形成されている。そ
して、各単位画素101を分離するように、隣接する単
位画素101間のエピタキシャル層12表面に、選択酸
化(LOCOS)によりフィールド絶縁膜(素子分離絶
縁膜)14が形成されている。さらに、フィールド絶縁
膜14の下部であって基板11上部に、エピタキシャル
層31とフィールド絶縁膜14との界面全体を含み、か
つn型のエピタキシャル層12を分離するようにp型の
素子分離領域13が形成されている。
As shown in FIG. 2A, the impurity concentration is 1 ×
An impurity concentration of 1 × 1 is formed on a substrate (first semiconductor layer) 11 made of p-type (first conductivity type) silicon of 10 18 cm −3 or more.
An epitaxial layer (second semiconductor layer) 12 is formed by epitaxially growing n-type (second conductivity type) silicon of about 0 15 cm −3 . The light receiving diode 111 and the optical signal detecting MOS transistor 1 are formed on the epitaxial layer 12.
A plurality of unit pixels 101 including 12 are formed. A field insulating film (element isolation insulating film) 14 is formed by selective oxidation (LOCOS) on the surface of the epitaxial layer 12 between the adjacent unit pixels 101 so as to separate each unit pixel 101. Furthermore, the p-type element isolation region 13 is formed below the field insulating film 14 and above the substrate 11 so as to include the entire interface between the epitaxial layer 31 and the field insulating film 14 and separate the n-type epitaxial layer 12. Are formed.

【0020】次に、受光ダイオード111の詳細につい
て図2(a)により説明する。受光ダイオード111
は、エピタキシャル層12と、エピタキシャル層12の
表層に形成されたp型の第1のウェル領域15aと、第
1のウェル領域15aの表層からエピタキシャル層12
の表層に延在するn型の不純物領域17とで構成されて
いる。p型の基板11は受光ダイオード111部の第1
の導電型の第1の半導体層を構成する。n型のエピタキ
シャル層12は同じく第2の導電型の第2の半導体層を
構成する。
Next, details of the light receiving diode 111 will be described with reference to FIG. Light receiving diode 111
Is the epitaxial layer 12, the p-type first well region 15a formed on the surface layer of the epitaxial layer 12, and the surface layer of the first well region 15a.
And an n-type impurity region 17 extending to the surface layer of. The p-type substrate 11 is the first part of the light receiving diode 111.
Forming a first semiconductor layer of conductivity type. The n-type epitaxial layer 12 also constitutes a second semiconductor layer of the second conductivity type.

【0021】不純物領域17は、低濃度ドレイン(LD
D)構造を有する光信号検出用MOSトランジスタ11
2の低濃度のドレイン領域17aから延在するように形
成されており、低濃度のドレイン領域17aとほぼ同じ
不純物濃度を有している。そして、不純物領域17の不
純物濃度が低いため、より浅い不純物領域17が形成さ
れている。このため、波長が短く、表面から離れるにつ
れて急激に減衰してしまう青色光を十分な強度で受光す
ることができる。
The impurity region 17 is a low concentration drain (LD
D) MOS transistor 11 for optical signal detection having a structure
It is formed so as to extend from the second low-concentration drain region 17a and has almost the same impurity concentration as the low-concentration drain region 17a. Since the impurity concentration of the impurity region 17 is low, the shallower impurity region 17 is formed. Therefore, blue light, which has a short wavelength and is rapidly attenuated as the distance from the surface is increased, can be received with sufficient intensity.

【0022】また、上記説明した蓄積期間において、不
純物領域17はドレイン電圧供給線22に接続されて正
の電位にバイアスされる。このとき、不純物領域17と
第1のウエル領域15aとの境界面から空乏層が第1の
ウエル領域15a全体に広がり、n型のエピタキシャル
層12に達する。一方、基板11とエピタキシャル層1
2との境界面から空乏層がエピタキシャル層12に広が
り、第1のウエル領域15aに達する。
In the accumulation period described above, the impurity region 17 is connected to the drain voltage supply line 22 and biased to a positive potential. At this time, a depletion layer spreads from the boundary surface between the impurity region 17 and the first well region 15a to the entire first well region 15a and reaches the n-type epitaxial layer 12. On the other hand, the substrate 11 and the epitaxial layer 1
The depletion layer spreads from the boundary surface with 2 to the epitaxial layer 12 and reaches the first well region 15a.

【0023】第1のウエル領域15a及びエピタキシャ
ル層12では、ポテンシャルが基板11側から表面側に
向かって漸減するようなポテンシャル分布となるため、
第1のウエル領域15a内とエピタキシャル層12内で
光により発生した正孔(ホール)は基板11側に流出し
ないで第1のウエル領域15aやエピタキシャル層12
内にとどまるようになる。第1のウエル領域15aやエ
ピタキシャル層12はMOSトランジスタ112のゲー
ト領域15bと繋がっているため、光により発生したこ
れらのホールをMOSトランジスタ112の閾値電圧変
調用の電荷として有効に用いることができる。言い換え
れば、第1のウエル領域15a及びエピタキシャル層1
2全体が光によるキャリア発生領域となる。
In the first well region 15a and the epitaxial layer 12, the potential distribution is such that the potential gradually decreases from the substrate 11 side toward the surface side.
The holes generated by light in the first well region 15a and the epitaxial layer 12 do not flow out to the substrate 11 side, and the first well region 15a and the epitaxial layer 12 do not flow out.
To stay inside. Since the first well region 15a and the epitaxial layer 12 are connected to the gate region 15b of the MOS transistor 112, these holes generated by light can be effectively used as charges for threshold voltage modulation of the MOS transistor 112. In other words, the first well region 15a and the epitaxial layer 1
The whole 2 becomes a carrier generation region by light.

【0024】また、上記の受光ダイオード111におい
ては不純物領域17の下に光によるキャリア発生領域が
配置されているという点で、受光ダイオード111は光
により発生した正孔(ホール)に対する埋め込み構造を
有している。従って、捕獲準位の多い半導体層表面に影
響されず、雑音の低減を図ることができる。次に、光信
号検出用MOSトランジスタ112の詳細について図2
(a)により説明する。
Further, in the above light receiving diode 111, the light carrier generating region is arranged below the impurity region 17, and therefore the light receiving diode 111 has a buried structure for holes generated by light. is doing. Therefore, the noise can be reduced without being affected by the surface of the semiconductor layer having many trap levels. Next, details of the MOS transistor 112 for detecting an optical signal are shown in FIG.
This will be described with reference to (a).

【0025】MOSトランジスタ112部分は、下から
順に、p型の基板11と、この基板11上に形成された
n型のエピタキシャル層12と、このエピタキシャル層
12内に形成されたp型の第2のウエル領域15bとを
有している。p型の基板11はMOSトランジスタ11
2部の反対導電型の第1の半導体層を構成し、エピタキ
シャル層12は同じくMOSトランジスタ112部の一
導電型の第2の半導体層を構成している。
The MOS transistor 112 portion is, in order from the bottom, a p-type substrate 11, an n-type epitaxial layer 12 formed on the substrate 11, and a p-type second layer formed in the epitaxial layer 12. Well region 15b. The p-type substrate 11 is a MOS transistor 11
Two parts constitute a first semiconductor layer of opposite conductivity type, and the epitaxial layer 12 similarly constitutes a second semiconductor layer of one conductivity type in the MOS transistor 112 part.

【0026】このMOSトランジスタ112はリング状
のゲート電極19の外周をn型の低濃度のドレイン領域
17aが囲むような構造を有する。n型の低濃度のドレ
イン領域17aはn型の不純物領域17と一体的に形成
されている。低濃度のドレイン領域17aから延在する
不純物領域17の外側周辺部には、この不純物領域17
と接続し、素子分離領域13及び素子分離絶縁膜14に
まで延びる高濃度のドレイン領域17bが形成されてい
る。高濃度のドレイン領域17bはドレイン電極22の
コンタクト層となる。
The MOS transistor 112 has a structure in which the outer periphery of the ring-shaped gate electrode 19 is surrounded by the n-type low-concentration drain region 17a. The n-type low-concentration drain region 17a is formed integrally with the n-type impurity region 17. The impurity region 17 is formed on the outer peripheral portion of the impurity region 17 extending from the low-concentration drain region 17a.
A high-concentration drain region 17b that is connected to the element isolation region 13 and extends to the element isolation insulating film 14 is formed. The high-concentration drain region 17b serves as a contact layer for the drain electrode 22.

【0027】また、リング状のゲート電極19によって
囲まれるようにn型のソース領域16が形成されてい
る。ソース領域16は、中央部が高濃度となっており、
周辺部が低濃度となっている。ソース電極20はソース
領域16に接続している。ゲート電極19は、ドレイン
領域17aとソース領域16の間の第2のウエル領域1
5b上にゲート絶縁膜18を介して形成されている。ゲ
ート電極19下の第2のウエル領域15bの表層がチャ
ネル領域となる。さらに、通常の動作電圧において、チ
ャネル領域を反転状態或いはデプレーション状態に保持
するため、チャネル領域に適当な濃度のn型不純物を導
入してチャネルドープ層15cを形成している。
An n-type source region 16 is formed so as to be surrounded by the ring-shaped gate electrode 19. The source region 16 has a high concentration in the central portion,
The peripheral area has a low concentration. The source electrode 20 is connected to the source region 16. The gate electrode 19 is formed in the second well region 1 between the drain region 17a and the source region 16.
It is formed on 5b via the gate insulating film 18. The surface layer of the second well region 15b below the gate electrode 19 becomes a channel region. Further, in order to keep the channel region in the inverted state or the depletion state at the normal operating voltage, the channel dope layer 15c is formed by introducing an n-type impurity having an appropriate concentration into the channel region.

【0028】そのチャネル領域の下の第2のウエル領域
15b内であってチャネル長方向の一部領域に、即ちソ
ース領域16の周辺部であって、ソース領域16を囲む
ように、p+ 型のキャリアポケット(高濃度埋込層)2
5が形成されている。このp+ 型のキャリアポケット2
5は、例えばイオン注入法により形成することができ
る。キャリアポケット25は表面に生じるチャネル領域
よりも下側の第2のウエル領域15b内に形成される。
キャリアポケット25はチャネル領域にかからないよう
に形成することが望ましい。
In the second well region 15b below the channel region, in a partial region in the channel length direction, that is, in the peripheral portion of the source region 16, the source region 16 is surrounded by the p + type. Carrier pocket (high-concentration buried layer) 2
5 is formed. This p + type carrier pocket 2
5 can be formed by, for example, an ion implantation method. The carrier pocket 25 is formed in the second well region 15b below the channel region formed on the surface.
The carrier pocket 25 is preferably formed so as not to cover the channel region.

【0029】上記したp+ 型のキャリアポケット25で
は光発生電荷のうち光発生ホールに対するポテンシャル
が低くなるため、ドレイン領域17a、17bにゲート
電圧よりも高い電圧を印加したときに光発生ホールをこ
のキャリアポケット25に集めることができる。図2
(b)に光発生ホールがキャリアポケット25に蓄積
し、チャネル領域に電子が誘起されて反転領域が生じて
いる状態のポテンシャル図を示す。この蓄積電荷によ
り、MOSトランジスタ112の閾値電圧が変化する。
従って、光信号の検出は、この閾値電圧の変化を検出す
ることにより行うことができる。
In the above-mentioned p + type carrier pocket 25, the potential of the photo-generated charges with respect to the photo-generated holes becomes low. Therefore, when a voltage higher than the gate voltage is applied to the drain regions 17a and 17b, the photo-generated holes are generated. It can be collected in the carrier pocket 25. Figure 2
(B) shows a potential diagram in a state in which photo-generated holes are accumulated in the carrier pocket 25 and electrons are induced in the channel region to generate an inversion region. This accumulated charge changes the threshold voltage of the MOS transistor 112.
Therefore, the optical signal can be detected by detecting the change in the threshold voltage.

【0030】ところで、上記したキャリアの掃出期間に
おいては、ゲート電極19に高い電圧を印加し、それに
よって生じる電界によって第2のウエル領域15bに残
るキャリアを基板11側に掃き出している。この場合、
印加した電圧によって、チャネル領域のチャネルドープ
層15cと第2のウエル領域15bとの境界面から空乏
層が第2のウエル領域15bに広がり、また、p型の基
板11とエピタキシャル層12との境界面から空乏層が
第2のウエル領域15bの下のエピタキシャル層12に
広がる。
By the way, during the above-mentioned carrier sweep period, a high voltage is applied to the gate electrode 19, and the electric field generated thereby sweeps out the carriers remaining in the second well region 15b to the substrate 11 side. in this case,
Due to the applied voltage, a depletion layer spreads from the boundary surface between the channel dope layer 15c in the channel region and the second well region 15b to the second well region 15b, and the boundary between the p-type substrate 11 and the epitaxial layer 12 is increased. From the surface, a depletion layer spreads to the epitaxial layer 12 below the second well region 15b.

【0031】従って、ゲート電極19に印加した電圧に
よる電界の及ぶ範囲は、主として第2のウエル領域15
b及び第2のウエル領域15bの下のエピタキシャル層
12にわたる。上記実施の形態に係るMOS型イメージ
センサにおいては、素子分離絶縁膜14の下のp型の基
板11上に素子分離絶縁膜14の下面を含み、かつエピ
タキシャル層12を分離するようにp型の素子分離領域
13が形成されている。即ち、素子分離絶縁膜14と素
子分離領域13の界面で生じた欠陥が素子分離領域13
によって囲まれている。
Therefore, the range of the electric field caused by the voltage applied to the gate electrode 19 is mainly the second well region 15
b and the epitaxial layer 12 under the second well region 15b. In the MOS type image sensor according to the above-described embodiment, the p-type substrate 11 including the lower surface of the element isolation insulating film 14 on the p-type substrate 11 below the element isolation insulating film 14 is separated so as to isolate the epitaxial layer 12. The element isolation region 13 is formed. That is, the defects generated at the interface between the element isolation insulating film 14 and the element isolation region 13 are
Is surrounded by.

【0032】このため、初期化期間及び蓄積期間におい
てn型のドレイン領域17a、17bに正の電圧を印加
したときに、p型のウエル領域15a、15b或いはp
型の基板11からエピタキシャル層12内に広がる空乏
層は素子分離領域13の外側周辺部に到達するのみで、
素子分離領域13の内部には広がらないため、前記界面
に生じた欠陥は前記空乏層には覆われない。従って、欠
陥に捕獲された電荷がその空乏層中に放出されるのを防
止することができ、これにより、欠陥に起因する電荷の
ホールポケット25への蓄積による固定パターン雑音を
抑制することができる。
Therefore, when a positive voltage is applied to the n-type drain regions 17a and 17b during the initialization period and the accumulation period, the p-type well regions 15a and 15b or p type well regions 15a and 15b are formed.
The depletion layer extending from the substrate 11 of the mold into the epitaxial layer 12 reaches only the outer peripheral portion of the element isolation region 13,
Since it does not spread inside the element isolation region 13, the defect generated at the interface is not covered by the depletion layer. Therefore, it is possible to prevent the charge trapped in the defect from being released into the depletion layer, and thereby suppress the fixed pattern noise due to the accumulation of the charge in the hole pocket 25 due to the defect. .

【0033】次に、図4を参照して上記の構造の単位画
素を用いたMOS型イメージセンサの全体の構成につい
て説明する。図4は、本発明の実施の形態におけるMO
S型イメージセンサの回路構成図を示す。図4に示すよ
うに、このMOS型イメージセンサは、2次元アレーセ
ンサの構成を採っており、上記した構造の単位画素10
1が列方向及び行方向にマトリクス状に配列されてい
る。
Next, with reference to FIG. 4, the overall structure of a MOS image sensor using the unit pixel having the above structure will be described. FIG. 4 shows an MO according to the embodiment of the present invention.
The circuit block diagram of an S type image sensor is shown. As shown in FIG. 4, this MOS type image sensor has a two-dimensional array sensor configuration, and the unit pixel 10 having the above-described structure is used.
1 are arranged in a matrix in the column direction and the row direction.

【0034】また、垂直走査信号(VSCAN)の駆動
走査回路102及びドレイン電圧(VDD)の駆動走査
回路103が画素領域を挟んでその左右に配置されてい
る。垂直走査信号供給線21a,21bは垂直走査信号
(VSCAN)の駆動走査回路102から行毎に一つず
つでている。各垂直走査信号供給線21a,21bは行
方向に並ぶ全ての単位画素101内のMOSトランジス
タ112のゲートに接続されている。
A vertical scanning signal (VSCAN) driving scanning circuit 102 and a drain voltage (VDD) driving scanning circuit 103 are arranged on the left and right sides of the pixel region. The vertical scanning signal supply lines 21a and 21b are provided for each row from the driving scanning circuit 102 for the vertical scanning signal (VSCAN). The vertical scanning signal supply lines 21a and 21b are connected to the gates of the MOS transistors 112 in all the unit pixels 101 arranged in the row direction.

【0035】また、ドレイン電圧供給線(VDD供給
線)22a,22bはドレイン電圧(VDD)の駆動走
査回路103から行毎に一つずつでている。各ドレイン
電圧供給線(VDD供給線)22a,22bは、行方向
に並ぶ全ての単位画素101内の光信号検出用MOSト
ランジスタ112のドレインに接続されている。また、
列毎に異なる垂直出力線20a,20bが設けられて、
各垂直出力線20a,20bは列方向に並ぶ全ての単位
画素101内のMOSトランジスタ112のソースにそ
れぞれ接続されている。
Further, the drain voltage supply lines (VDD supply lines) 22a and 22b are provided one by one for each row from the drive scanning circuit 103 for the drain voltage (VDD). The drain voltage supply lines (VDD supply lines) 22a and 22b are connected to the drains of the optical signal detection MOS transistors 112 in all the unit pixels 101 arranged in the row direction. Also,
Different vertical output lines 20a and 20b are provided for each column,
The vertical output lines 20a and 20b are connected to the sources of the MOS transistors 112 in all the unit pixels 101 arranged in the column direction.

【0036】さらに、列毎に異なるスイッチとしてのM
OSトランジスタ105a,105bが設けられてお
り、各垂直出力線20a,20bは各MOSトランジス
タ105a,105bのドレイン(光検出信号入力端
子)28a,29aに1つずつ接続されている。各スイ
ッチ105a,105bのゲート(水平走査信号入力端
子)28b,29bは水平走査信号(HSCAN)の駆
動走査回路104に接続されている。
Furthermore, M as a switch that is different for each column
OS transistors 105a and 105b are provided, and the vertical output lines 20a and 20b are connected to the drains (photodetection signal input terminals) 28a and 29a of the MOS transistors 105a and 105b, respectively. Gates (horizontal scanning signal input terminals) 28b and 29b of the respective switches 105a and 105b are connected to a driving scanning circuit 104 for a horizontal scanning signal (HSCAN).

【0037】また、各スイッチ105a,105bのソ
ース(光検出信号出力端子)28c,29cは共通の定
電流源(負荷回路)106を通して映像信号出力端子1
07に接続されている。即ち、各単位画素101内のM
OSトランジスタ112のソースは定電流源106に接
続され、画素単位のソースフォロワ回路を形成してい
る。従って、各MOSトランジスタ112のゲート−ソ
ース間の電位差、及びバルク−ソース間の電位差は接続
された定電流源106により決定される。
The sources (light detection signal output terminals) 28c and 29c of the respective switches 105a and 105b pass through a common constant current source (load circuit) 106 and the video signal output terminal 1
It is connected to 07. That is, M in each unit pixel 101
The source of the OS transistor 112 is connected to the constant current source 106 to form a source follower circuit for each pixel. Therefore, the potential difference between the gate and the source and the potential difference between the bulk and the source of each MOS transistor 112 are determined by the connected constant current source 106.

【0038】垂直走査信号(VSCAN)及び水平走査
信号(HSCAN)により、遂次、各単位画素101の
MOSトランジスタ112を駆動して光の入射量に比例
した映像信号(Vout )が読み出される。さらに、昇圧
走査回路108を有し、昇圧走査回路108からの各昇
圧電圧出力線30a、30bが各垂直出力線20a,2
0bに接続されている。即ち、列毎に各単位画素101
のMOSトランジスタ112のソース領域に昇圧された
電圧が印加される。昇圧された電圧はさらにゲート−ソ
ース間の容量を通して結果的にゲートにかかる。これに
より、ウエル領域にかかる電界強度を増して、キャリア
の掃き出しを促進することができる。
The vertical scanning signal (VSCAN) and the horizontal scanning signal (HSCAN) sequentially drive the MOS transistor 112 of each unit pixel 101 to read out a video signal (Vout) proportional to the amount of incident light. Further, the boosting scanning circuit 108 is provided, and the boosting voltage output lines 30a and 30b from the boosting scanning circuit 108 are respectively connected to the vertical output lines 20a and 2a.
It is connected to 0b. That is, each unit pixel 101 for each column
The boosted voltage is applied to the source region of the MOS transistor 112. The boosted voltage is further applied to the gate as a result through the gate-source capacitance. As a result, the electric field strength applied to the well region can be increased and the sweeping out of carriers can be promoted.

【0039】図5は、図4の昇圧走査回路108部分の
詳細を示す回路図である。図5に示すように、昇圧走査
回路108は、クロック発生回路121と、昇圧回路1
22と、プリチャージ回路123とで構成される。クロ
ック発生回路121においては、インバータG1乃至G
4が直列接続されている。また、インバータG2とG3
の間にクロックパルス遅延のための容量C1が並列接続
されている。クロック入力端子(CL/)から入力した
クロックは増幅され、クロック発生回路121の出力端
から反転せずにそのままの極性で昇圧回路122に出力
される。
FIG. 5 is a circuit diagram showing details of the step-up scanning circuit 108 portion of FIG. As shown in FIG. 5, the boost scan circuit 108 includes a clock generation circuit 121 and a boost circuit 1.
22 and a precharge circuit 123. In the clock generation circuit 121, the inverters G1 to G
4 are connected in series. Also, inverters G2 and G3
A capacitor C1 for delaying a clock pulse is connected in parallel between the two. The clock input from the clock input terminal (CL /) is amplified and output from the output end of the clock generation circuit 121 to the booster circuit 122 with the same polarity without being inverted.

【0040】昇圧回路122においては、入力端は2方
向に分岐する。一方はトランジスタT5のゲートに接続
し、他方はさらに2方向に分岐し、トランジスタT4の
ゲートに接続するとともに、インバータG9の入力端に
接続している。インバータG9の出力端には容量C2の
一端が接続し、容量C2の他端はトランジスタT4のソ
ース及びトランジスタT5のドレインと接続している。
インバータG9の出力端の電位をCLDで示す。また、
T4のドレインは3.3Vの電源に接続し、T5の出力
端は、垂直出力線20aと繋がった昇圧電圧出力線30
aに接続している。昇圧電圧出力線30aの電位をVP
Snで示す。
In the booster circuit 122, the input end branches in two directions. One is connected to the gate of the transistor T5, the other is further branched in two directions, is connected to the gate of the transistor T4, and is connected to the input terminal of the inverter G9. One end of the capacitor C2 is connected to the output end of the inverter G9, and the other end of the capacitor C2 is connected to the source of the transistor T4 and the drain of the transistor T5.
The potential at the output end of the inverter G9 is indicated by CLD. Also,
The drain of T4 is connected to the 3.3V power source, and the output terminal of T5 is the boosted voltage output line 30 connected to the vertical output line 20a.
It is connected to a. Set the potential of the boosted voltage output line 30a to VP
Indicated by Sn.

【0041】クロックパルスのH(High)が入力される
と、T4及びT5が開き、T4を通してC2に3.3V
が充電される。また、T5を通して昇圧電圧出力線30
aに3.3Vが出力される。また、L(Low)が入力さ
れると、インバータG9を通してC2に3.3Vが充電
される。このとき、直前にC2に3.3Vが充電されて
いる場合、C2の端子間電圧は計6.6Vとなる。
When the clock pulse H (High) is input, T4 and T5 are opened, and 3.3V is applied to C2 through T4.
Is charged. In addition, the boosted voltage output line 30 passes through T5.
3.3V is output to a. Further, when L (Low) is input, 3.3V is charged in C2 through the inverter G9. At this time, if C2 is charged with 3.3V immediately before, the voltage across the terminals of C2 is 6.6V in total.

【0042】プリチャージ回路123においては、入力
端(PR/)にインバータG10が接続し、インバータ
G10の出力端にトランジスタT6が接続している。イ
ンバータG10の出力端の電位をPRで示す。プリチャ
ージ回路123の出力端であるT6のソースは昇圧電圧
出力線30aに接続している。プリチャージ回路123
の入力端(PR/)にHが入力したとき、T6は閉じ、
Lが入力したとき、T6は開き、接地電位が昇圧電圧出
力線30aに出力される。
In the precharge circuit 123, the input terminal (PR /) is connected to the inverter G10, and the output terminal of the inverter G10 is connected to the transistor T6. The potential at the output end of the inverter G10 is indicated by PR. The source of T6, which is the output terminal of the precharge circuit 123, is connected to the boosted voltage output line 30a. Precharge circuit 123
When H is input to the input terminal (PR /) of, T6 is closed,
When L is input, T6 is opened and the ground potential is output to the boosted voltage output line 30a.

【0043】次に、VSCAN駆動走査回路102とV
DD駆動走査回路103の詳細な回路の一例について説
明する。VSCAN駆動走査回路102とVDD駆動走
査回路103は入力端を共有し、この入力端から同じ走
査信号(VSCNn)が入力される。まず、VSCAN
駆動走査回路102の詳細について以下に説明する。入
力端は2方向に分岐し、一方はインバータG8の入力端
と接続し、他方は分岐して2入力のインバータG5及び
G6の一入力端にそれぞれ接続している。G6の出力端
は分岐し、一方がG5の他の入力端と接続し、他方がV
DD駆動走査回路103のスイッチであるトランジスタ
T3のゲートと接続している。T3のゲートの電位をS
pbnで示す。
Next, the VSCAN drive scanning circuit 102 and V
An example of a detailed circuit of the DD drive scanning circuit 103 will be described. The VSCAN driving scanning circuit 102 and the VDD driving scanning circuit 103 share an input end, and the same scanning signal (VSCNn) is input from this input end. First, VSCAN
Details of the drive scanning circuit 102 will be described below. The input end is branched in two directions, one is connected to the input end of the inverter G8, and the other is branched to be connected to one input end of the two-input inverters G5 and G6. The output end of G6 is branched and one is connected to the other input end of G5 and the other is V
It is connected to the gate of a transistor T3 which is a switch of the DD drive scanning circuit 103. Set the gate potential of T3 to S
Shown as pbn.

【0044】また、G6の他の入力端にはクロック発生
回路121の反転出力端が接続している。また、G5の
出力端はインバータG7の入力端と接続し、インバータ
G7の出力端はトランジスタT1のゲートと接続してい
る。インバータG7の出力端の電位をVspnで示す。
インバータG8の出力端はトランジスタT2のゲートに
接続している。
The inverting output terminal of the clock generating circuit 121 is connected to the other input terminal of G6. The output terminal of G5 is connected to the input terminal of the inverter G7, and the output terminal of the inverter G7 is connected to the gate of the transistor T1. The potential at the output end of the inverter G7 is indicated by Vspn.
The output terminal of the inverter G8 is connected to the gate of the transistor T2.

【0045】トランジスタT1及びT2のドレイン同士
は接続し、T1のソースは3.3Vの電源に接続し、T
2のソースは接地されている。T1及びT2のドレイン
がVSCAN駆動走査回路102の出力端となり、VS
CAN供給線21aに接続している。VSCAN供給線
21aの電位をVPGn(VSCAN)で示す。蓄積期
間においてT1及びT2のうちT1がオフの時にT2が
オンとなって接地電位が現れ、読出期間においてT1が
オンの時にT2がオフとなって出力端に凡そ2Vが現れ
る。また、初期化期間においてT1及びT2はともにオ
フとなってVSCAN供給線21aはフローティングと
なり、VSCAN供給線21aにはMOSトランジスタ
112のゲート電位が現れる。
The drains of the transistors T1 and T2 are connected to each other, and the source of T1 is connected to a 3.3V power source.
The source of 2 is grounded. The drains of T1 and T2 serve as the output terminals of the VSCAN driving scan circuit 102, and VS
It is connected to the CAN supply line 21a. The potential of the VSCAN supply line 21a is represented by VPPG (VSCAN). In the accumulation period, when T1 is off among T1 and T2, T2 is turned on and the ground potential appears, and during the read period, when T1 is turned on, T2 is turned off and approximately 2V appears at the output terminal. Further, in the initialization period, both T1 and T2 are turned off, the VSCAN supply line 21a becomes floating, and the gate potential of the MOS transistor 112 appears on the VSCAN supply line 21a.

【0046】VDD駆動走査回路103のスイッチとし
てトランジスタT3が設けられている。T3のゲートは
G6の出力端と接続し、ドレインは3.3Vの電源に接
続し、T3の出力端であるソースはVDD供給線22a
と接続している。そのVDD供給線22aは単位画素1
01中のMOSトランジスタ112のドレインと繋がっ
ている。VDD供給線22aの電位をVpdn(VD
D)で示す。
A transistor T3 is provided as a switch of the VDD drive scanning circuit 103. The gate of T3 is connected to the output terminal of G6, the drain is connected to the 3.3V power supply, and the source, which is the output terminal of T3, is the VDD supply line 22a.
Connected with. The VDD supply line 22a is a unit pixel 1
It is connected to the drain of the MOS transistor 112 in 01. The potential of the VDD supply line 22a is set to Vpdn (VD
This is indicated by D).

【0047】図6は、本発明に係るMOS型イメージセ
ンサを動作させるための各入出力信号のタイミングチャ
ートを示す。p型の第1及び第2のウエル領域15a、
15bを用い、かつ光信号検出用トランジスタ112が
nMOSの場合に適用する。次に、図4乃至図6にした
がって、一連の連続した固体撮像素子の光信号検出動作
を簡単に説明する。光信号検出動作は、前記したよう
に、掃出期間(初期化期間)−蓄積期間−読出期間から
なる一連の過程を繰り返し行う。ここでは、都合上、蓄
積期間から説明を始める。
FIG. 6 shows a timing chart of each input / output signal for operating the MOS type image sensor according to the present invention. p-type first and second well regions 15a,
This is applied when 15b is used and the optical signal detecting transistor 112 is an nMOS. Next, the optical signal detection operation of the series of continuous solid-state image pickup devices will be briefly described with reference to FIGS. As described above, the optical signal detection operation repeats a series of processes including the sweep period (initialization period) -accumulation period-readout period. Here, for convenience, the description starts from the accumulation period.

【0048】まず、蓄積期間において、昇圧走査回路1
08の光信号検出用MOSトランジスタ112のゲート
電極19に低いゲート電圧を印加し、ドレイン領域17
a、17bにトランジスタの動作に必要な約2〜3Vの
電圧(VDD)を印加する。このとき、第1のウエル領
域15a、第2のウエル領域15b及びエピタキシャル
層12が空乏化する。そして、ドレイン領域17a、1
7bからソース領域16に向かう電界が生じる。
First, in the accumulation period, the boost scan circuit 1
08, a low gate voltage is applied to the gate electrode 19 of the optical signal detecting MOS transistor 112, and the drain region 17
A voltage (VDD) of about 2 to 3 V necessary for the operation of the transistor is applied to a and 17b. At this time, the first well region 15a, the second well region 15b and the epitaxial layer 12 are depleted. Then, the drain regions 17a, 1
An electric field is generated from 7b toward the source region 16.

【0049】そして、読出期間直前の蓄積期間におい
て、プリチャージ回路123の入力端(PR/)にクロ
ックパルスのLを入力し、出力端を接地電位(MOSト
ランジスタ112のソース電位となる)とする。このと
き、VSCAN駆動走査回路102の入力端にクロック
パルス(VSCNn)のLが入力されており、VSCA
N駆動走査回路102の出力は接地電位(MOSトラン
ジスタ112のゲート電位となる)となっている。VD
D駆動走査回路103の出力(Vpdn)は凡そ2Vと
なっている。
Then, in the accumulation period immediately before the read period, the clock pulse L is input to the input end (PR /) of the precharge circuit 123, and the output end is set to the ground potential (the source potential of the MOS transistor 112). . At this time, the L of the clock pulse (VSCNn) is input to the input end of the VSCAN drive scanning circuit 102, and VSCA
The output of the N drive scanning circuit 102 is at the ground potential (becomes the gate potential of the MOS transistor 112). VD
The output (Vpdn) of the D drive scanning circuit 103 is approximately 2V.

【0050】続いて、受光ダイオード111に光を照射
する。このとき、受光ダイオード111の部分のキャリ
ア発生領域は、表面に近く形成されているので、青色光
のような波長が短く、表面近くで減衰しやすい光に対し
ても感度が向上し、またその全厚は厚くなっているの
で、赤色光のような受光部の奥深くまで到達する波長の
長い光に対しても感度が向上している。従って、効率よ
く、電子−正孔対(光発生電荷)を生じさせることがで
きる。
Then, the light receiving diode 111 is irradiated with light. At this time, the carrier generation region of the portion of the light receiving diode 111 is formed near the surface, so that the wavelength such as blue light is short and the sensitivity is improved even for light that is easily attenuated near the surface. Since the total thickness is thick, the sensitivity is improved even for light having a long wavelength that reaches deep inside the light receiving portion such as red light. Therefore, it is possible to efficiently generate electron-hole pairs (photogenerated charges).

【0051】上記電界によりこの光発生電荷のうち光発
生ホールが光信号検出用MOSトランジスタ112のゲ
ート領域15bに注入され、かつキャリアポケット25
に蓄積される。これにより、チャネル領域からその下の
ゲート領域15bに広がる空乏層幅が制限されるととも
に、そのソース領域16付近のポテンシャルが変調され
て、MOSトランジスタ112の閾値電圧が変化する。
Due to the electric field, photogenerated holes of the photogenerated charges are injected into the gate region 15b of the optical signal detecting MOS transistor 112, and the carrier pocket 25 is formed.
Accumulated in. As a result, the width of the depletion layer extending from the channel region to the gate region 15b therebelow is limited, and the potential near the source region 16 is modulated, so that the threshold voltage of the MOS transistor 112 changes.

【0052】次に、読出期間において、VSCAN駆動
走査回路102の入力端にクロックパルス(VSCN
n)のHを入力する。これにより、VSCAN駆動走査
回路102の出力(VPGn)を凡そ2V(MOSトラ
ンジスタ112のゲート電位となる)とする。同時に、
プリチャージ回路123の入力端にクロックパルス(P
R/)のHを入力し、出力(VPSn)を3.3V(M
OSトランジスタ112のソース電位となる)とする。
一方、VDD駆動走査線22aは凡そ2Vに保たれてい
る。
Next, in the read period, a clock pulse (VSCN) is applied to the input terminal of the VSCAN driving scanning circuit 102.
Enter H in n). As a result, the output (VPGn) of the VSCAN drive scanning circuit 102 is set to approximately 2V (becomes the gate potential of the MOS transistor 112). at the same time,
A clock pulse (P
R /) H is input and output (VPSn) is 3.3V (M
It becomes the source potential of the OS transistor 112).
On the other hand, the VDD drive scanning line 22a is maintained at about 2V.

【0053】即ち、ゲート電極19にMOSトランジス
タ112が飽和状態で動作しうる約2〜3Vのゲート電
圧を印加し、ドレイン領域17a、17bにMOSトラ
ンジスタ112が動作しうる約2〜3Vの電圧VDDを
印加する。これにより、キャリアポケット25上方のチ
ャネル領域の一部に低電界の反転領域が形成され、残り
の部分に高電界領域が形成される。このとき、MOSト
ランジスタ112のドレイン電圧−電流特性は、図3に
示すように、飽和特性を示す。
That is, a gate voltage of about 2 to 3 V at which the MOS transistor 112 can operate in a saturated state is applied to the gate electrode 19, and a voltage VDD of about 2 to 3 V at which the MOS transistor 112 can operate at the drain regions 17a and 17b. Is applied. As a result, a low electric field inversion region is formed in a part of the channel region above the carrier pocket 25, and a high electric field region is formed in the remaining part. At this time, the drain voltage-current characteristic of the MOS transistor 112 shows a saturation characteristic as shown in FIG.

【0054】さらに、MOSトランジスタ112のソー
ス領域16a、16bに定電流源106を接続して一定
の電流を流す。これにより、MOSトランジスタ112
はソースフォロワ回路を形成し、従って、光発生ホール
によるMOSトランジスタ112の閾値電圧の変動に追
随してソース電位が変化し、出力電圧の変化をもたら
す。
Further, a constant current source 106 is connected to the source regions 16a and 16b of the MOS transistor 112 to flow a constant current. As a result, the MOS transistor 112
Forms a source follower circuit. Therefore, the source potential changes following the fluctuation of the threshold voltage of the MOS transistor 112 due to the light generation hole, which causes a change in the output voltage.

【0055】このようにして、光照射量に比例した映像
信号(Vout )を取り出すことができる。次に、初期化
動作に移る。初期化動作においてはキャリアポケット2
5内、第1及び第2のウエル領域15a,15b内に残
る電荷を排出する。即ち、VDD供給線22a,22b
を通して光信号検出用MOSトランジスタ112のドレ
インに、またVSCAN供給線21a,21bを通して
同じくゲートにそれぞれ凡そ7〜8Vの高い正の電圧を
印加する。
In this way, the video signal (Vout) proportional to the light irradiation amount can be taken out. Next, the initialization operation starts. Carrier pocket 2 for initialization operation
5, the charges remaining in the first and second well regions 15a and 15b are discharged. That is, the VDD supply lines 22a and 22b
A high positive voltage of about 7 to 8 V is applied to the drain of the MOS transistor 112 for detecting an optical signal through the gate and to the gate through the VSCAN supply lines 21a and 21b.

【0056】読出期間の直後の初期化期間(TW期間)
を図7のタイミングチャートを参照して説明する。図7
に示すように、昇圧走査回路108のプリチャージ回路
123の入力端にTWよりも短いパルス幅TW1で、か
つ電位レベルがLのクロックパルス(PR/)を入力す
る。なお、G10の反転出力(PR)はTW1からTW
2遅延して立ち下がる。そして、クロックパルス(PR
/)の立ち上がりに対応させてクロック発生回路121
の入力端に入力するクロックパルス(CL/)の電圧を
HからLに切り換える。これにより、T3は閉じてVD
D供給線22aはフローティングとなる。また、T2は
すでに閉じており、T1が閉じてVSCAN供給線21
aもフローティングとなる。
Initialization period (TW period) immediately after the reading period
Will be described with reference to the timing chart of FIG. Figure 7
As shown in, a clock pulse (PR /) having a pulse width TW1 shorter than TW and a potential level L is input to the input terminal of the precharge circuit 123 of the step-up scanning circuit 108. The inverted output (PR) of G10 is from TW1 to TW
2 Delay and fall. And the clock pulse (PR
/) Corresponding to the rising edge of the clock generation circuit 121
The voltage of the clock pulse (CL /) input to the input terminal of is switched from H to L. This causes T3 to close and VD
The D supply line 22a becomes floating. Also, T2 is already closed, T1 is closed and VSCAN supply line 21
a also becomes floating.

【0057】一方、TW0からTW1の間でクロック発
生回路121のクロックパルス(CL/)によりT4が
開いており、C2には3.3Vが充電されている。プリ
チャージ回路123のG10の反転出力(PR)の立ち
下がりに対応してT6が閉じ、垂直出力線20aはフロ
ーティングとなり、かつCL/の立ち下がりによりC2
にさらに3.3Vが充電されて、垂直出力線20aには
6.6Vが現れる。しかも、VSCAN供給線21aは
フローティングとなっているため、ソースが6.6Vと
なることにより、ソース−ゲート間の容量を介してゲー
ト電極19の電位はすでに充電されている2Vに加えて
凡そ8.6Vとなる。
On the other hand, between TW0 and TW1, T4 is opened by the clock pulse (CL /) of the clock generation circuit 121, and C2 is charged with 3.3V. Corresponding to the fall of the inverted output (PR) of G10 of the precharge circuit 123, T6 is closed, the vertical output line 20a becomes floating, and the fall of CL / causes C2 to rise.
Is further charged with 3.3V, and 6.6V appears on the vertical output line 20a. Moreover, since the VSCAN supply line 21a is in a floating state, the potential of the gate electrode 19 becomes about 8V in addition to the already charged 2V via the capacitance between the source and the gate because the source becomes 6.6V. It becomes 0.6V.

【0058】このとき、ゲート電極19に印加した電圧
は第2のウエル領域15b及び第2のウエル領域15b
の下のエピタキシャル層12にかかる。このとき発生す
る高電界により第2のウエル領域15bから確実にキャ
リアを掃き出すことができる。このように、昇圧回路を
備えることにより低い電源電圧でより確実にキャリアを
掃き出すことができる。
At this time, the voltage applied to the gate electrode 19 is the second well region 15b and the second well region 15b.
Underlying epitaxial layer 12. The high electric field generated at this time can surely sweep out the carriers from the second well region 15b. As described above, by providing the booster circuit, the carriers can be more surely swept out with a low power supply voltage.

【0059】また、上記初期化期間及び蓄積期間におい
て、n型のドレイン領域17a、17bに正の電圧を印
加したときに、素子分離絶縁膜14と半導体層との界面
が素子分離領域13によって覆われているため、その界
面がウエル領域から広がる空乏層に曝されず、このた
め、その界面の欠陥に捕獲された電荷が空乏層中に放出
されるのを防止することができる。これにより、欠陥に
起因する電荷のホールポケット25への蓄積による固定
パターン雑音を抑制することができる。
In addition, during the initialization period and the storage period, when a positive voltage is applied to the n-type drain regions 17a and 17b, the interface between the element isolation insulating film 14 and the semiconductor layer is covered with the element isolation region 13. As a result, the interface is not exposed to the depletion layer extending from the well region, and thus it is possible to prevent the charge trapped by defects in the interface from being released into the depletion layer. As a result, fixed pattern noise due to the accumulation of charges in the hole pocket 25 due to defects can be suppressed.

【0060】さらに、n型のドレイン領域17a、17
bに正の電圧を印加したときに、ドレイン電極22が素
子分離絶縁膜14の近くに接続されているため、たとえ
素子分離絶縁膜14の近傍の欠陥から電荷が放出されて
もその電荷がホールポケット25の方に流れるのを抑制
することができる。これにより、欠陥に起因する電荷の
ホールポケット25への蓄積による固定パターン雑音を
より一層抑制することができる。
Further, the n-type drain regions 17a and 17 are formed.
Since a drain electrode 22 is connected near the element isolation insulating film 14 when a positive voltage is applied to b, even if the charge is discharged from a defect near the element isolation insulating film 14, the charge is released into a hole. The flow toward the pocket 25 can be suppressed. As a result, fixed pattern noise due to the accumulation of charges in the hole pocket 25 due to defects can be further suppressed.

【0061】以上のように、この発明の実施の形態によ
れば、光信号検出用MOSトランジスタ112のソース
領域に昇圧回路122を接続することにより、低い電源
電圧でより確実にキャリアを掃き出すことができる。初
期化期間及び蓄積期間において、素子分離絶縁膜14と
素子分離領域13の界面で生じた欠陥に起因する電荷の
ホールポケット25への蓄積による固定パターン雑音を
一層抑制することができる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, by connecting the booster circuit 122 to the source region of the optical signal detecting MOS transistor 112, carriers can be swept out more reliably at a low power supply voltage. it can. In the initialization period and the accumulation period, fixed pattern noise due to the accumulation of charges in the hole pocket 25 due to the defect generated at the interface between the element isolation insulating film 14 and the element isolation region 13 can be further suppressed.

【0062】さらに、掃出動作(初期化動作)−蓄積動
作−読出動作の一連の過程において、光発生ホールが移
動するときに、半導体表面やチャネル領域内の雑音源と
相互作用しない理想的な光電変換機構を実現することが
できる。また、キャリアポケット25への電荷蓄積によ
り、図3に示すように、MOSトランジスタ112を飽
和状態で動作させることができ、しかも、ソースフォロ
ワ回路を形成しているので、光発生電荷による閾値電圧
の変化をソース電位の変化として検出することができ
る。このため、線型性の良い光電変換を行うことができ
る。
Further, in a series of processes of sweeping operation (initializing operation) -accumulating operation-reading operation, when the photogenerating hole moves, it is ideal that it does not interact with the noise source on the semiconductor surface or in the channel region. A photoelectric conversion mechanism can be realized. Further, by accumulating charges in the carrier pocket 25, as shown in FIG. 3, the MOS transistor 112 can be operated in a saturated state, and since the source follower circuit is formed, the threshold voltage due to the photo-generated charges is increased. The change can be detected as a change in the source potential. Therefore, photoelectric conversion with good linearity can be performed.

【0063】以上、実施の形態によりこの発明を詳細に
説明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的
に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を
逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範
囲に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、p型の
基板11上のn型のエピタキシャル層12内に第1及び
第2のウエル領域15a、15bを形成しているが、n
型のエピタキシャル層12の代わりに、p型のエピタキ
シャル層にn型不純物を導入してn型ウエル層を形成
し、このn型ウエル層内に第1及び第2のウエル領域1
5a、15bを形成してもよい。
Although the present invention has been described in detail above with reference to the embodiments, the scope of the present invention is not limited to the examples concretely shown in the above embodiments, and does not depart from the scope of the present invention. Modifications of the above embodiment are included in the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, the first and second well regions 15a and 15b are formed in the n-type epitaxial layer 12 on the p-type substrate 11,
In place of the p-type epitaxial layer 12, an n-type impurity is introduced into the p-type epitaxial layer to form an n-type well layer, and the first and second well regions 1 are formed in the n-type well layer.
5a and 15b may be formed.

【0064】さらに、この発明が適用される固体撮像素
子の構造として種々の変形例が考えられるが、他の構造
はどうであれ、受光ダイオードと光信号検出用のMOS
トランジスタとが隣接して単位画素を構成し、かつMO
Sトランジスタのチャネル領域下のp型のウエル領域内
であってソース領域の近傍に高濃度埋込層(キャリアポ
ケット)が設けられていればよい。
Further, various modifications are conceivable as the structure of the solid-state image pickup device to which the present invention is applied. However, regardless of other structures, the light receiving diode and the MOS for detecting the optical signal are used.
The transistor and the transistor are adjacent to each other to form a unit pixel, and MO
A high-concentration buried layer (carrier pocket) may be provided in the p-type well region below the channel region of the S transistor and near the source region.

【0065】さらに、p型の基板11を用いているが、
代わりにn型の基板を用いてもよい。この場合、上記実
施の形態と同様な効果を得るためには、上記実施の形態
等で説明した各層及び各領域の導電型をすべて逆転させ
ればよい。この場合、キャリアポケット25に蓄積すべ
きキャリアは電子及び正孔のうち電子である。
Further, although the p-type substrate 11 is used,
Alternatively, an n-type substrate may be used. In this case, in order to obtain the same effect as that of the above-described embodiment, all the conductivity types of each layer and each region described in the above-described embodiment may be reversed. In this case, the carriers to be stored in the carrier pocket 25 are electrons and holes.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、光信号
検出用MOSトランジスタのソース領域に昇圧回路を接
続し、読出期間の直後の初期化期間に昇圧電圧をソース
に印加することにより、ゲート電極の電位を垂直走査信
号駆動走査回路の電源電圧よりも高くすることができ
る。
As described above, according to the present invention, the booster circuit is connected to the source region of the optical signal detecting MOS transistor, and the boosted voltage is applied to the source in the initialization period immediately after the reading period. The potential of the gate electrode can be made higher than the power supply voltage of the vertical scanning signal drive scanning circuit.

【0067】これにより、低い電源電圧でより確実にキ
ャリアを掃き出すことができる。
As a result, carriers can be swept out more reliably with a low power supply voltage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置に用い
られる固体撮像素子の単位画素内の素子レイアウトを示
す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing an element layout in a unit pixel of a solid-state image sensor used in a solid-state image sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】(a)は、本発明の実施の形態に係る固体撮像
装置に用いられる固体撮像素子の単位画素内の素子の構
造を示す、図1のA−A線に沿う断面図である。(b)
は、光発生ホールがキャリアポケットに蓄積し、チャネ
ル領域に電子が誘起されて反転領域が生じている状態の
ポテンシャルの様子を示す図である。
FIG. 2A is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1, showing a structure of an element in a unit pixel of a solid-state imaging device used in the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention. . (B)
FIG. 4 is a diagram showing a potential state in which light generation holes are accumulated in carrier pockets and electrons are induced in a channel region to generate an inversion region.

【図3】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置に用い
られる固体撮像素子の光信号検出用MOSトランジスタ
のドレイン電流−電圧特性を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing drain current-voltage characteristics of a MOS transistor for detecting an optical signal of a solid-state image pickup element used in the solid-state image pickup device according to the embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の全体
の回路構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an overall circuit configuration of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の駆動
回路の詳細を示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing details of a drive circuit of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.

【図6】図5の駆動回路を動作させる際のタイミングチ
ャートである。
FIG. 6 is a timing chart when operating the drive circuit of FIG.

【図7】図6のタイミングチャートのうち読出期間から
初期化期間への切り換え時の動作を詳細に示すタイミン
グチャートである。
7 is a timing chart showing in detail the operation at the time of switching from the reading period to the initialization period in the timing chart of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板(第1の半導体層) 12 n型ウエル層(一導電型領域、第2の半導体層) 12a エピタキシャル層(一導電型領域、第2の半導
体層) 13 素子分離領域 14 素子分離絶縁膜 15a 第1のウエル領域 15b 第2のウエル領域 15c チャネルドープ層 16a 低濃度のソース領域 16b 高濃度のソース領域(コンタクト層) 17 不純物領域 17a 低濃度のドレイン領域 17b 高濃度のドレイン領域(コンタクト層) 18 ゲート絶縁膜 19 ゲート電極 25 キャリアポケット(高濃度埋込層) 30a、30b 昇圧電圧供給線 101 単位画素 106 定電流源(負荷回路) 107 映像信号出力端子 108 昇圧走査回路 111 受光ダイオード 112 光信号検出用絶縁ゲート型電界効果トランジス
タ(光信号検出用MOSトランジスタ) 121 クロック発生回路 122 昇圧回路 123 プリチャージ回路
Reference Signs List 11 substrate (first semiconductor layer) 12 n-type well layer (one conductivity type region, second semiconductor layer) 12a epitaxial layer (one conductivity type region, second semiconductor layer) 13 element isolation region 14 element isolation insulating film 15a First well region 15b Second well region 15c Channel dope layer 16a Low concentration source region 16b High concentration source region (contact layer) 17 Impurity region 17a Low concentration drain region 17b High concentration drain region (contact layer ) 18 gate insulating film 19 gate electrode 25 carrier pocket (high-concentration buried layer) 30a, 30b boosted voltage supply line 101 unit pixel 106 constant current source (load circuit) 107 video signal output terminal 108 boosted scanning circuit 111 light receiving diode 112 light Insulated gate type field effect transistor for signal detection (MOS transistor for optical signal detection Motor) 121 clock generation circuit 122 boost circuit 123 precharge circuit

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 受光ダイオード及び該受光ダイオードに
隣接する光信号検出用の絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタを備えた単位画素を有し、前記絶縁ゲート型電界効
果トランジスタはソース領域の近傍であってゲート電極
下のウエル領域内に設けられた、前記受光ダイオードで
発生したキャリアを蓄積する高濃度埋込層を有する固体
撮像素子と、 前記ゲート電極に垂直走査信号電圧を出力する垂直走査
信号駆動走査回路と、 前記ソース領域に前記垂直走査信号駆動走査回路の電源
電圧よりも高い昇圧電圧を出力する昇圧走査回路とを有
し、 前記昇圧走査回路から前記ソース領域に前記垂直走査信
号電圧よりも高い昇圧電圧を印加することにより、選択
的に前記垂直走査信号電圧が印加されたゲート電極に前
記ソース領域と前記ゲート電極との間の容量を介して前
記昇圧電圧を印加して、前記選択されたゲート電極に前
記垂直走査信号電圧及び昇圧電圧によって持ち上げられ
たゲート電圧を形成し、前記高濃度埋込層に蓄積された
キャリアを前記高濃度埋込層から掃き出すことを特徴と
する固体撮像装置。
1. A unit pixel comprising a light receiving diode and an insulated gate field effect transistor adjacent to the light receiving diode for detecting an optical signal, wherein the insulated gate field effect transistor has a gate in the vicinity of a source region. A solid-state imaging device having a high-concentration buried layer for accumulating carriers generated in the light-receiving diode, provided in a well region below the electrode, and a vertical scanning signal drive scanning circuit for outputting a vertical scanning signal voltage to the gate electrode. And a step-up scanning circuit that outputs a step-up voltage higher than a power supply voltage of the vertical scanning signal drive scanning circuit to the source region, and a step-up voltage higher than the vertical scanning signal voltage from the step-up scanning circuit to the source region. By applying a voltage, the source region and the gate electrode are selectively formed on the gate electrode to which the vertical scanning signal voltage is selectively applied. The boosted voltage is applied via the capacitance between the two to form a gate voltage raised by the vertical scanning signal voltage and the boosted voltage on the selected gate electrode, and the gate voltage is accumulated in the high-concentration buried layer. A solid-state imaging device, wherein carriers are swept from the high-concentration buried layer.
【請求項2】 受光ダイオード及び該受光ダイオードに
隣接する光信号検出用の絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタを備えた単位画素を有し、前記絶縁ゲート型電界効
果トランジスタは、第1の導電型のウエル領域の表層に
形成された第2の導電型のソース領域と、前記ウエル領
域の表層に形成された第2の導電型のドレイン領域と、
前記ソース領域と前記ドレイン領域の間のチャネル領域
と、前記チャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成さ
れたゲート電極と、前記チャネル領域下のソース領域の
近くの前記ウエル領域内部に形成された、前記受光ダイ
オードで発生したキャリアを蓄積する第1の導電型の高
濃度埋込層とを有する固体撮像素子と、 前記ゲート電極に垂直走査信号供給線を介して接続され
た、垂直走査信号電圧を出力する垂直走査信号駆動走査
回路と、 前記ソース領域に前記垂直走査信号駆動走査回路の電源
電圧よりも高い昇圧電圧を出力する昇圧走査回路とを有
し、 前記昇圧走査回路から前記ソース領域に前記垂直走査信
号電圧よりも高い昇圧電圧を印加することにより、選択
的に前記垂直走査信号電圧が印加されたゲート電極に前
記ソース領域と前記ゲート電極との間の容量を介して昇
圧電圧を印加して、前記選択されたゲート電極に前記垂
直走査信号電圧及び昇圧電圧によって持ち上げられたゲ
ート電圧を形成し、前記高濃度埋込層に蓄積されたキャ
リアを前記高濃度埋込層から掃き出すことを特徴とする
固体撮像装置。
2. A unit pixel having a light receiving diode and an insulated gate field effect transistor adjacent to the light receiving diode for detecting an optical signal, wherein the insulated gate field effect transistor has a first conductivity type well. A source region of the second conductivity type formed on the surface layer of the region, and a drain region of the second conductivity type formed on the surface layer of the well region,
A channel region between the source region and the drain region, a gate electrode formed on the channel region via a gate insulating film, and formed inside the well region near the source region below the channel region. A solid-state imaging device having a first conductivity type high-concentration buried layer for accumulating carriers generated in the light-receiving diode; and a vertical scanning signal voltage connected to the gate electrode via a vertical scanning signal supply line. A vertical scanning signal drive scanning circuit that outputs a vertical scanning signal drive scanning circuit and a boosting scanning circuit that outputs a boosted voltage higher than a power supply voltage of the vertical scanning signal driving scanning circuit to the source region, By applying a boosted voltage higher than the vertical scanning signal voltage, the gate electrode to which the vertical scanning signal voltage is selectively applied is connected to the source region and the front electrode. A boosted voltage is applied through a capacitance between the gate electrode and the gate electrode to form a gate voltage raised by the vertical scanning signal voltage and the boosted voltage on the selected gate electrode and stored in the high-concentration buried layer. The solid-state imaging device, wherein the generated carriers are swept from the high-concentration buried layer.
【請求項3】 請求項2記載の固体撮像装置は、さら
に、前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのドレイン
領域にドレイン電圧供給線を介して接続されたドレイン
電圧駆動走査回路と、 前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのソース領域に
スイッチを介して接続された映像信号出力端子と、 水平走査信号供給線を介して前記スイッチをオン又はオ
フする水平走査信号入力走査回路とを有することを特徴
とする請求項2記載の固体撮像装置。
3. The solid-state imaging device according to claim 2, further comprising a drain voltage drive scanning circuit connected to the drain region of the insulated gate field effect transistor via a drain voltage supply line, and the insulated gate field effect transistor. 7. A video signal output terminal connected to a source region of an effect transistor via a switch, and a horizontal scanning signal input scanning circuit for turning on or off the switch via a horizontal scanning signal supply line. 2. The solid-state imaging device according to 2.
【請求項4】 前記高濃度埋込層が形成されたソース領
域の近辺は、前記ドレイン領域から前記ソース領域に至
るチャネル長方向の一部領域であって、前記ソース領域
側であることを特徴とする請求項2又は3記載の固体撮
像装置。
4. The vicinity of the source region in which the high-concentration buried layer is formed is a partial region in the channel length direction from the drain region to the source region, and is on the source region side. The solid-state imaging device according to claim 2 or 3.
【請求項5】 前記高濃度埋込層はチャネル幅方向全域
にわたって形成されていることを特徴とする請求項2乃
至4の何れか一に記載の固体撮像装置。
5. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the high-concentration buried layer is formed over the entire region in the channel width direction.
【請求項6】 前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
のゲート電極はリング状を有し、前記ソース領域は前記
ゲート電極によって囲まれた前記ウエル領域の表層に形
成され、前記ドレイン領域は前記ゲート電極を囲むよう
に前記ウエル領域の表層に形成されていることを特徴と
する請求項2乃至5の何れか一に記載の固体撮像装置。
6. The gate electrode of the insulated gate field effect transistor has a ring shape, the source region is formed in a surface layer of the well region surrounded by the gate electrode, and the drain region is formed of the gate electrode. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the solid-state imaging device is formed so as to surround the well region.
【請求項7】 前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
のゲート電極及びその周辺は遮光されていることを特徴
とする請求項2乃至6の何れか一に記載の固体撮像装
置。
7. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the gate electrode of the insulated gate field effect transistor and its periphery are shielded from light.
【請求項8】 前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
のソース領域に負荷回路が接続されてソースフォロワ回
路を構成していることを特徴とする請求項2乃至7の何
れか一に記載の固体撮像装置。
8. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein a load circuit is connected to a source region of the insulated gate field effect transistor to form a source follower circuit. .
【請求項9】 前記ソースフォロワ回路のソース出力は
前記映像信号出力端子に接続されていることを特徴とす
る請求項8記載の固体撮像装置。
9. The solid-state imaging device according to claim 8, wherein the source output of the source follower circuit is connected to the video signal output terminal.
【請求項10】 請求項2乃至8の何れか一に記載の固
体撮像装置を用いて、前記高濃度埋込層に残留するキャ
リアを排除する初期化期間と、光照射により発生した電
荷を前記高濃度埋込層に蓄積させる蓄積期間と、前記高
濃度埋込層に蓄積された光発生電荷に基づく光信号を読
み出す読出期間とをこの順に繰り返して光信号を読み出
す固体撮像装置の駆動方法であって、 前記初期化期間のうち前記読出期間の直後において、前
記ドレイン電圧供給線、前記垂直走査信号供給線及び前
記水平走査信号供給線をフローティングとした状態で、
前記昇圧走査回路から前記昇圧電圧を出力し、前記絶縁
ゲート電界効果トランジスタのソース領域に前記昇圧電
圧を印加することにより前記ソース領域と前記ゲート電
極との間の容量を介して前記昇圧電圧を前記ゲート電極
に印加し、該昇圧電圧によって持ち上げられたゲート電
圧により前記高濃度埋込層に蓄積されたキャリアを前記
高濃度埋込層から掃き出すことを特徴とする固体撮像装
置の駆動方法。
10. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein an initialization period for eliminating carriers remaining in the high-concentration buried layer, and a charge generated by light irradiation are applied to the initialization period. A method for driving a solid-state imaging device, wherein an accumulation period for accumulating in a high-concentration buried layer and a reading period for reading out an optical signal based on the photo-generated charges accumulated in the high-concentration buried layer are repeated in this order to read out an optical signal. In the state where the drain voltage supply line, the vertical scanning signal supply line, and the horizontal scanning signal supply line are in a floating state immediately after the readout period in the initialization period,
The boosted voltage is output from the boosted scanning circuit, and the boosted voltage is applied to the source region of the insulated gate field effect transistor, thereby boosting the boosted voltage via the capacitance between the source region and the gate electrode. A method for driving a solid-state imaging device, characterized in that carriers accumulated in the high-concentration buried layer are swept from the high-concentration buried layer by a gate voltage applied to a gate electrode and raised by the boosted voltage.
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