JP5470475B2 - Semiconductor device and electronic equipment - Google Patents

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JP5470475B2
JP5470475B2 JP2013027336A JP2013027336A JP5470475B2 JP 5470475 B2 JP5470475 B2 JP 5470475B2 JP 2013027336 A JP2013027336 A JP 2013027336A JP 2013027336 A JP2013027336 A JP 2013027336A JP 5470475 B2 JP5470475 B2 JP 5470475B2
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Description

本願発明は、半導体装置およびその駆動方法に関する。より詳細には、イメージセンサ
機能を有するMOS型センサ装置およびその駆動方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor device and a driving method thereof. More specifically, the present invention relates to a MOS sensor device having an image sensor function and a driving method thereof.

近年、パソコン等の情報機器が広く普及し、様々な情報を電子情報としてパソコンなど
に読み込みたいという要求が高くなっている。そのため、従来の銀塩カメラに代わるもの
としてデジタルスチルカメラが、また、紙などに印刷されたものを読み取るための手段と
してスキャナが、大きく注目されている。
In recent years, information devices such as personal computers have become widespread, and there is an increasing demand for reading various information into a personal computer as electronic information. For this reason, a digital still camera is attracting much attention as an alternative to the conventional silver salt camera, and a scanner as a means for reading what is printed on paper or the like.

デジタルスチルカメラでは、画素が2次元に配列されたエリアセンサが用いられている
。スキャナやコピー機などでは、画素が1次元に配列されたラインセンサが用いられてい
る。ラインセンサを用いて2次元の画像を読み取る場合は、ラインセンサを移動させなが
ら信号を読み取っている。
In the digital still camera, an area sensor in which pixels are arranged two-dimensionally is used. In scanners and copiers, line sensors in which pixels are arranged one-dimensionally are used. When reading a two-dimensional image using a line sensor, the signal is read while moving the line sensor.

これらの画像読み取り機器では、イメージセンサとしてCCD型センサが主に使われてい
る。CCD型センサでは、各画素のフォトダイオードで光電変換を行い、その信号を、CCDを
用いて読み出している。しかしながら、近年、周辺回路を内蔵できることや、ワンチップ
化できること、リアルタイム信号処理に適していること、消費電力が低いことなどを武器
に、単結晶シリコン基板を用いて作成されたMOS型センサが一部で普及の兆しを見せて
いる。また、研究レベルでは、ガラス基板上にTFTを用いて作成したMOS型センサも
開発されている。MOS型センサでは、各画素のフォトダイオードで光電変換を行い、MOSト
ランジスタによって形成されたスイッチを用いて、各画素の信号を読み出している。
In these image reading devices, CCD type sensors are mainly used as image sensors. In a CCD sensor, photoelectric conversion is performed by a photodiode of each pixel, and the signal is read out using a CCD. However, in recent years, a single MOS-type sensor made using a single crystal silicon substrate has been developed with the advantage of being able to incorporate peripheral circuits, being able to be integrated into one chip, being suitable for real-time signal processing, and having low power consumption. Shows signs of widespread use. At the research level, MOS type sensors created using TFTs on glass substrates have also been developed. In the MOS sensor, photoelectric conversion is performed by a photodiode of each pixel, and a signal of each pixel is read using a switch formed by a MOS transistor.

MOS型センサの画素構成としては、様々なタイプのものが開発されている。それらは、
2つの種類、つまり、パッシブセンサとアクティブセンサとに、大まかには分類できる。
パッシブセンサは、各画素に信号増幅素子を搭載しないセンサであり、アクティブセンサ
は、各画素に信号増幅素子を搭載するセンサである。
アクティブセンサでは、各画素内で信号が増幅されるため、パッシブセンサよりも雑音に
強いというメリットがある。
Various types of pixel configurations for MOS sensors have been developed. They are,
It can be roughly classified into two types: passive sensors and active sensors.
A passive sensor is a sensor in which no signal amplification element is mounted on each pixel, and an active sensor is a sensor in which a signal amplification element is mounted on each pixel.
An active sensor has a merit that it is more resistant to noise than a passive sensor because a signal is amplified in each pixel.

図3に、パッシブセンサにおける画素の回路例を示す。画素305は、スイッチ用トランジ
スタ301とフォトダイオード304で構成されている。フォトダイオード304は、電源基準線3
06とスイッチ用トランジスタ301のソース端子に接続されている。スイッチ用トランジス
タ301のゲート端子には、ゲート信号線302が接続され、ドレイン端子には、信号出力線30
3が接続されている。フォトダイオード304では、光電変換が行われる。つまり、入射した
光に応じて電荷を生成し、電荷をそこに蓄積する。そして、ゲート信号線302を制御して
、スイッチ用トランジスタ301を導通状態にして、フォトダイオード304の電荷を信号出力
線303を通して読み出している。
FIG. 3 shows a circuit example of a pixel in the passive sensor. The pixel 305 includes a switching transistor 301 and a photodiode 304. Photodiode 304 is power supply reference line 3
06 and the source terminal of the switching transistor 301 are connected. A gate signal line 302 is connected to the gate terminal of the switching transistor 301, and a signal output line 30 is connected to the drain terminal.
3 is connected. In the photodiode 304, photoelectric conversion is performed. That is, a charge is generated according to incident light, and the charge is accumulated there. Then, the gate signal line 302 is controlled so that the switching transistor 301 is turned on, and the charge of the photodiode 304 is read through the signal output line 303.

アクティブセンサの画素の構成としては、様々なタイプがある。IEDM95:p17:CMOS Im
age Sensors, Electronic Camera On a Chip、あるいはIEDM97:p201:CMOS Image Senso
rs - Recent Advances and Device Scaling Considerationsでは、フォトダイオード型、
フォトゲート型などの画素構成と動作を紹介している。ISSCC97:p180: A 1/4 Inch 330
k Square Pixel Progressive Scan CMOS Active Pixel Image Sensorでは、画素の選択方
法という観点で画素構成を分類している。つまり、選択する素子として、トランジスタを
使う場合や、容量を使う場合などについて、述べている。このように、1画素を構成する
トランジスタ数に関して、様々なものがある。JIECセミナ:CMOSカメラの開発展望:平成
10年2月20日には、CMOS型センサの全般について広く紹介しており、リセット用トランジ
スタのゲート電極とドレイン電極を接続することにより、光強度の対数の信号を出力する
対数変換型などについても、述べている。
There are various types of pixel configurations of the active sensor. IEDM95: p17: CMOS Im
age Sensors, Electronic Camera On a Chip, or IEDM97: p201: CMOS Image Senso
rs-Recent Advances and Device Scaling Considerations
It introduces the pixel configuration and operation of the photogate type. ISSCC97: p180: A 1/4 Inch 330
k Square Pixel Progressive Scan CMOS Active Pixel Image Sensor classifies pixel configurations in terms of pixel selection methods. That is, the case where a transistor is used as the element to be selected or the case where a capacitor is used is described. As described above, there are various types of transistors constituting one pixel. JIEC Seminar: CMOS Camera Development Outlook: Heisei
On February 20, 2010, we introduced a wide range of CMOS-type sensors, including a logarithmic conversion type that outputs a logarithmic signal of light intensity by connecting the gate electrode and drain electrode of a reset transistor. Also said.

最もよく採用されているアクティブセンサの画素構成は、図4に示すように、3つのNチ
ャネル型トランジスタと1つのフォトダイオードで1つの画素408を構成するタイプであ
る。フォトダイオード404のPチャネル側端子は電源基準線412に接続され、Nチャネル側
端子は、増幅用トランジスタ406のゲート端子と接続されている。増幅用トランジスタ406
のドレイン端子とソース端子は、電源線409とスイッチ用トランジスタ401のドレイン端子
に接続されている。スイッチ用トランジスタ401のゲート端子には、ゲート信号線402が接
続され、ソース端子には、信号出力線403が接続されている。リセット用トランジスタ407
のゲート端子は、リセット信号線405に接続されている。リセット用トランジスタ407のソ
ース端子とドレイン端子は、電源線409と増幅用トランジスタ406のゲート端子に接続され
ている。
As shown in FIG. 4, the pixel configuration of the active sensor most often adopted is a type in which one pixel 408 is composed of three N-channel transistors and one photodiode. The P-channel side terminal of the photodiode 404 is connected to the power supply reference line 412, and the N-channel side terminal is connected to the gate terminal of the amplifying transistor 406. Amplifying transistor 406
The drain terminal and the source terminal are connected to the power supply line 409 and the drain terminal of the switching transistor 401. A gate signal line 402 is connected to the gate terminal of the switching transistor 401, and a signal output line 403 is connected to the source terminal. Reset transistor 407
These gate terminals are connected to the reset signal line 405. The source terminal and the drain terminal of the reset transistor 407 are connected to the power supply line 409 and the gate terminal of the amplification transistor 406.

エリアセンサの場合、一本の信号出力線403には、1個の画素408だけでなく、多くの画
素が接続されている。ただし、バイアス用トランジスタ411は、1本の信号出力線403につ
き、1個だけ配置されている。バイアス用トランジスタ411のゲート端子には、バイアス
信号線410が接続されている。バイアス用トランジスタ411のソース端子とドレイン端子は
、信号出力線403とバイアス用電源線413に接続されている。
In the case of an area sensor, not only one pixel 408 but many pixels are connected to one signal output line 403. However, only one bias transistor 411 is arranged for one signal output line 403. A bias signal line 410 is connected to the gate terminal of the bias transistor 411. A source terminal and a drain terminal of the bias transistor 411 are connected to the signal output line 403 and the bias power supply line 413.

次に、画素408の基本的な動作について述べる。   Next, a basic operation of the pixel 408 will be described.

まず、リセット用トランジスタ407を導通状態する。フォトダイオード404のPチャネル
側端子が電源基準線412に接続され、Nチャネル側端子が電源線409と電気的につながる状
態になり、電源基準線412の電位は基準電位0Vであり、電源線409の電位は電源電位Vddで
あるため、フォトダイオード404には、逆バイアス電圧が加わることになる。以後、フォ
トダイオード404のNチャネル側端子の電位が電源線409の電位にまで充電される動作を、
リセットと呼ぶことにする。その後、リセット用トランジスタ407を非導通状態にする。
すると、フォトダイオード404に光が照射されている場合、光電変換により、電荷が発生
する。そのため、時間が経過するにしたがって、電源線409の電位にまで充電されていた
フォトダイオード404のNチャネル側端子の電位が、光によって発生した電荷が原因とな
って、徐々に小さくなってくる。そして、ある一定時間経過した後、スイッチ用トランジ
スタ401を導通状態にする。すると、増幅用トランジスタ406を通って、信号出力線403へ
信号が出力される。
First, the reset transistor 407 is turned on. The P-channel side terminal of the photodiode 404 is connected to the power supply reference line 412, the N-channel side terminal is electrically connected to the power supply line 409, the potential of the power supply reference line 412 is the reference potential 0V, and the power supply line 409 Is a power supply potential Vdd, a reverse bias voltage is applied to the photodiode 404. Thereafter, the operation of charging the potential of the N channel side terminal of the photodiode 404 to the potential of the power supply line 409,
This is called reset. Thereafter, the reset transistor 407 is turned off.
Then, when light is irradiated to the photodiode 404, electric charge is generated by photoelectric conversion. Therefore, as time passes, the potential of the N-channel side terminal of the photodiode 404 that has been charged to the potential of the power supply line 409 gradually decreases due to the charge generated by light. Then, after a certain time has elapsed, the switching transistor 401 is turned on. Then, a signal is output to the signal output line 403 through the amplification transistor 406.

ただし、信号が出力されている時、バイアス信号線410には、電位が加えられており、
バイアス用トランジスタ411には、電流が流れるようになっている。よって、増幅用トラ
ンジスタ406とバイアス用トランジスタ411は、いわゆる、ソースフォロワ回路として動作
することになる。
However, when a signal is output, a potential is applied to the bias signal line 410,
A current flows through the bias transistor 411. Therefore, the amplifying transistor 406 and the biasing transistor 411 operate as a so-called source follower circuit.

図4では、フォトダイオード404のPチャネル側端子が接続されている配線、つまり、電
源基準線412は、ダイオード側電源線と呼んでも良い。ダイオード側電源線の電位は、フ
ォトダイオード404の向きによって変わる。図4では、ダイオード側電源線には、フォトダ
イオード404のPチャネル側端子が接続されており、その電位は基準電位0Vである。その
ため、図4では、ダイオード側電源線を電源基準線と呼んでいる。
In FIG. 4, the wiring to which the P channel side terminal of the photodiode 404 is connected, that is, the power supply reference line 412 may be called a diode side power supply line. The potential of the diode side power supply line varies depending on the direction of the photodiode 404. In FIG. 4, the P-channel side terminal of the photodiode 404 is connected to the diode-side power supply line, and the potential thereof is the reference potential 0V. Therefore, in FIG. 4, the diode-side power supply line is called a power supply reference line.

同様に、図4では、リセット用トランジスタ407が接続されている配線、つまり、電源線
409は、リセット側電源線と呼んでも良い。リセット側電源線の電位は、フォトダイオー
ド404の向きによって変わる。図4では、リセット側電源線には、リセット用トランジスタ
407を介して、フォトダイオード404のNチャネル側端子が接続されており、その電位は電
源電位Vddである。そのため、図4では、リセット側電源線を電源線と呼んでいる。
Similarly, in FIG. 4, the wiring to which the reset transistor 407 is connected, that is, the power supply line
409 may be called a reset-side power line. The potential of the reset side power supply line varies depending on the direction of the photodiode 404. In FIG. 4, the reset-side power line has a reset transistor.
The N-channel side terminal of the photodiode 404 is connected via 407, and its potential is the power supply potential Vdd. Therefore, in FIG. 4, the reset-side power supply line is called a power supply line.

フォトダイオード404をリセットするということは、フォトダイオード404に逆バイアス
電圧を加えるということと同じである。よって、フォトダイオード404の向きによって、
ダイオード側電源線とリセット側電源線の電位の大小関係は変わる。
Resetting the photodiode 404 is the same as applying a reverse bias voltage to the photodiode 404. Therefore, depending on the orientation of the photodiode 404,
The magnitude relationship between the potentials of the diode-side power supply line and the reset-side power supply line changes.

次に、図5に最も基本的なソースフォロワ回路の例を示す。図5では、Nチャネル型トラ
ンジスタを用いた場合について示す。Pチャネル型トランジスタを用いてソースフォロワ
回路を構成することも出来る。増幅側電源線503には、電源電位Vddが加えられている。バ
イアス側電源線504には、基準電位0Vが加えられている。増幅用トランジスタ501のドレ
イン端子は増幅側電源線503に接続され、ソース端子はバイアス用トランジスタ502のドレ
イン端子に接続されている。バイアス用トランジスタ502のソース端子は、バイアス側電
源線504に接続されている。バイアス用トランジスタ502のゲート端子には、バイアス電位
Vbが加えられている。よって、バイアス用トランジスタ502には、バイアス電流Ibが流れ
ることになる。バイアス用トランジスタ502は、基本的には、定電流源として動作する。
増幅用トランジスタ501のゲート端子が、入力端子506になる。よって、増幅用トランジス
タ501のゲート端子には、入力電位Vinが加えられる。増幅用トランジスタ501のソース端
子が出力端子507になる。よって、増幅用トランジスタ501のソース端子の電位が、出力電
位Voutとなる。このときのソースフォロワ回路の入出力関係は、Vout=Vin-Vbとなる。
Next, FIG. 5 shows an example of the most basic source follower circuit. FIG. 5 shows the case where an N-channel transistor is used. A source follower circuit can also be configured using a P-channel transistor. A power supply potential Vdd is applied to the amplification side power supply line 503. A reference potential 0 V is applied to the bias side power supply line 504. The drain terminal of the amplifying transistor 501 is connected to the amplifying side power supply line 503, and the source terminal is connected to the drain terminal of the biasing transistor 502. The source terminal of the bias transistor 502 is connected to the bias side power line 504. A bias potential is applied to the gate terminal of the bias transistor 502.
Vb has been added. Therefore, the bias current Ib flows through the bias transistor 502. The bias transistor 502 basically operates as a constant current source.
The gate terminal of the amplifying transistor 501 becomes the input terminal 506. Therefore, the input potential Vin is applied to the gate terminal of the amplifying transistor 501. The source terminal of the amplifying transistor 501 becomes the output terminal 507. Therefore, the potential of the source terminal of the amplifying transistor 501 becomes the output potential Vout. The input / output relationship of the source follower circuit at this time is Vout = Vin−Vb.

図4と図5を比較させた場合、増幅用トランジスタ406は、増幅用トランジスタ501に対応
する。バイアス用トランジスタ411は、バイアス用トランジスタ502に対応する。スイッチ
用トランジスタ401は、導通状態であることを想定しているため、図5では、省略されてい
ると考えることが出来る。フォトダイオード404のNチャネル側端子の電位は、入力電位V
in(増幅用トランジスタ501のゲート電位、つまり入力端子506の電位)に対応する。信号
出力線403の電位は、出力電位Vout(増幅用トランジスタ501のソース電位、つまり出力端
子507の電位)に対応する。電源線409は、増幅側電源線503に対応する。
When comparing FIG. 4 and FIG. 5, the amplifying transistor 406 corresponds to the amplifying transistor 501. The bias transistor 411 corresponds to the bias transistor 502. Since the switching transistor 401 is assumed to be in a conductive state, it can be considered omitted in FIG. The potential of the N-channel side terminal of the photodiode 404 is the input potential V
This corresponds to in (the gate potential of the amplifying transistor 501, that is, the potential of the input terminal 506). The potential of the signal output line 403 corresponds to the output potential Vout (the source potential of the amplifying transistor 501, that is, the potential of the output terminal 507). The power line 409 corresponds to the amplification side power line 503.

従って、図4において、フォトダイオード404のNチャネル側端子の電位をVpdとし、バ
イアス信号線410の電位、つまり、バイアス電位をVbとし、信号出力線403の電位をVoutと
し、電源基準線412とバイアス側電源線413の電位を0Vとすると、Vout=Vpd-Vbとなる。よ
って、フォトダイオード404のNチャネル側端子の電位Vpdが変化すると、Voutも変化する
ことになり、Vpdの変化を信号として出力し、光強度を読みとることが出来る。
Therefore, in FIG. 4, the potential of the N channel side terminal of the photodiode 404 is Vpd, the potential of the bias signal line 410, that is, the bias potential is Vb, the potential of the signal output line 403 is Vout, and the power supply reference line 412 When the potential of the bias side power supply line 413 is 0 V, Vout = Vpd−Vb. Therefore, when the potential Vpd of the N-channel side terminal of the photodiode 404 changes, Vout also changes, so that the change in Vpd can be output as a signal and the light intensity can be read.

次に、画素409での信号タイミングチャートを図6に示す。まず、リセット信号線405を
制御することにより、リセット用トランジスタ407を導通状態にする。すると、フォトダ
イオード404のNチャネル側端子の電位は、電源線409の電位である電源電位Vddにまで充
電される。すなわち、画素がリセットされる。それから、リセット信号線405を制御する
ことにより、リセット用トランジスタ407を非導通状態にする。その後、フォトダイオー
ド404に光が照射されていると、光強度に応じた電荷が生成される。そのため、リセット
動作により充電された電荷が、徐々に放電されていく。つまり、フォトダイオード404の
Nチャネル側端子の電位が下がってくる。暗い光が照射されている場合は、放電される量
も少ないため、フォトダイオード404のNチャネル側端子の電位もあまり下がらない。そ
して、ある時点において、スイッチ用トランジスタ401を導通状態にして、フォトダイオ
ード404のNチャネル側端子の電位を信号として読み出す。この信号は、光の強度に比例
している。そして再び、リセット用トランジスタ407を導通状態にしてフォトダイオード4
04をリセットし、同様の動作を繰り返していく。
Next, a signal timing chart of the pixel 409 is shown in FIG. First, the reset transistor 407 is turned on by controlling the reset signal line 405. Then, the potential of the N-channel side terminal of the photodiode 404 is charged to the power supply potential Vdd that is the potential of the power supply line 409. That is, the pixel is reset. Then, the reset transistor 407 is turned off by controlling the reset signal line 405. Thereafter, when the photodiode 404 is irradiated with light, a charge corresponding to the light intensity is generated. Therefore, the charge charged by the reset operation is gradually discharged. That is, the potential of the N channel side terminal of the photodiode 404 is lowered. When dark light is irradiated, since the amount of discharge is small, the potential of the N-channel side terminal of the photodiode 404 does not drop so much. At a certain point, the switching transistor 401 is turned on, and the potential of the N-channel terminal of the photodiode 404 is read as a signal. This signal is proportional to the light intensity. Then, again, the reset transistor 407 is turned on and the photodiode 4
Reset 04 and repeat the same operation.

次に、画素408でのトランジスタについて述べる。極性については、全てNチャネル型で
あることが多い。まれに、リセット用トランジスタをPチャネル型にしている場合がある
(JIECセミナ:CMOSカメラの開発展望:平成10年2月20日:p9,図11参照)。また、増幅用
トランジスタと選択用トランジスタの並び方については、両トランジスタともNチャネル
型を用いて、図4のように、電源線409と増幅用トランジスタ406を接続し、増幅用トラン
ジスタ406とスイッチ用トランジスタ401を接続し、スイッチ用トランジスタ401と信号出
力線403を接続していることが多い。まれに、両トランジスタともNチャネル型を用いて、
電源線409とスイッチ用トランジスタ401を接続し、スイッチ用トランジスタ401と増幅用
トランジスタ406を接続し、増幅用トランジスタ406と信号出力線403を接続している場合
もある(ISSCC97:p180: A 1/4 Inch 330k Square Pixel Progressive Scan CMOS Activ
e Pixel Image Sensor)。
Next, a transistor in the pixel 408 is described. The polarities are often all N-channel types. In rare cases, the reset transistor may be a P-channel type (JIEC Seminar: CMOS Camera Development Outlook: February 20, 1998: p9, see Fig. 11). As for the arrangement of the amplifying transistor and the selecting transistor, both transistors are N-channel type, and as shown in FIG. 4, the power line 409 and the amplifying transistor 406 are connected, and the amplifying transistor 406 and the switching transistor are connected. In many cases, 401 is connected, and the switch transistor 401 and the signal output line 403 are connected. In rare cases, both transistors use N-channel type,
In some cases, the power supply line 409 and the switching transistor 401 are connected, the switching transistor 401 and the amplification transistor 406 are connected, and the amplification transistor 406 and the signal output line 403 are connected (ISSCC97: p180: A 1 / 4 Inch 330k Square Pixel Progressive Scan CMOS Activ
e Pixel Image Sensor).

次に、光電変換などを行うセンサ部について、述べる。通常は、PN型のフォトダイオー
ドを用いて、光を電気に変換する。その他に、PIN型のダイオード、アバランシェ型ダイ
オード、npn埋め込み型ダイオード、ショットキー型ダイオードなどがある。その他には
、X線用にフォトコンダクタや、赤外線用のセンサなどもある。これについては、固体撮
像素子の基礎ー電子の目のしくみ:安藤隆男、菰淵寛仁著:日本理工出版界、に述べられ
ている。
Next, a sensor unit that performs photoelectric conversion and the like will be described. Usually, light is converted into electricity using a PN photodiode. In addition, there are PIN type diodes, avalanche type diodes, npn buried type diodes, Schottky type diodes and the like. In addition, there are photoconductors for X-rays and infrared sensors. This is described in the basics of solid-state imaging devices-the mechanism of electronic eyes: Takao Ando and Hirohito Tsuji: Japan Science and Technology Publishing.

次に、センサの適用製品について、述べる。通常のデジタルスチルカメラや、スキャナ
などの他に、X線用カメラにも用いられている。その場合、X線を直接電気信号に変換す
るフォトコンダクタを用いる場合や、蛍光材やシンチレータにより、X線を光に変換した
後、その光を読みとる場合などがある。Euro Display 99:p203:X-ray Detectors based o
n Amorphous Silicon Active Matrixでは、シンチレータにより、 X線を光に変換した後
、その光を読みとる場合について述べている。IEDM 98:p21:amorphous silicon tft x-ra
y image sensorsでは、アモルファスシリコンを用いて読みとっており、AM-LCD99:p45:re
al-time imaging flat panal x-ray detectorでは、フォトコンダクタを用いて読みとる
場合について、報告されている。
Next, the application products of the sensor will be described. In addition to ordinary digital still cameras and scanners, they are also used for X-ray cameras. In that case, there are a case where a photoconductor that directly converts X-rays into an electric signal is used, and a case where the light is read after being converted into light by a fluorescent material or a scintillator. Euro Display 99: p203: X-ray Detectors based o
n Amorphous Silicon Active Matrix describes a case where X-rays are converted to light by a scintillator and then the light is read. IEDM 98: p21: amorphous silicon tft x-ra
y image sensors read using amorphous silicon, AM-LCD99: p45: re
The al-time imaging flat panal x-ray detector has been reported for reading using a photoconductor.

従来の電源線409の電位は、一定である。一方、リセット用トランジスタ407が非導通状
態の時、光が照射されていると、フォトダイオード404には、電荷が生成される。その電
荷が要因となって、リセット動作によって充電された電荷が、放電されていく。その結果
、フォトダイオード404のNチャネル側端子の電位が下がってくる。この時の状況をリセ
ット用トランジスタ407の立場で考えてみる。
The potential of the conventional power supply line 409 is constant. On the other hand, when light is irradiated when the reset transistor 407 is in a non-conductive state, electric charge is generated in the photodiode 404. Due to the charge, the charge charged by the reset operation is discharged. As a result, the potential of the N channel side terminal of the photodiode 404 is lowered. Consider this situation from the standpoint of the reset transistor 407.

フォトダイオード404のNチャネル側端子の電位が下がるということは、リセット用ト
ランジスタ407のソース・ドレイン間電圧Vdsが大きくなることに等しい。ここで、この時
の一般的なトランジスタの電流特性を図7に示す。横軸にゲート・ソース間電圧Vgsをとり
、縦軸にはドレイン・ソース間電流Idsの対数をとっている。そして、ソース・ドレイン
間電圧Vdsをパラメータとして、複数本のグラフを示している。図7から分かるように、非
導通状態(ゲート・ソース間電圧Vgs<0)の領域において、ソース・ドレイン間電圧Vdsが
大きくなると、つまりフォトダイオード404のNチャネル側端子の電位が下がってくると
、もれ電流が大きくなる(本来、非導通状態においては、ドレイン・ソース間電流Idsは
流れないことが理想である。そのため、非導通状態において流れてしまうドレイン・ソー
ス間電流Idsのことを、もれ電流とよぶことがある)。そのため、図8に示すように、リセ
ット用トランジスタ807を通って、フォトダイオード804に、もれ電流814が流れてしまう
。このもれ電流814は、電源線809からフォトダイオード804の方に流れ、フォトダイオー
ド804のNチャネル側端子の電位を電源線809の電位に近づけるように作用する。その結果
、図9に示すように、フォトダイオード804のNチャネル側端子の電位が下がりにくくなる
A decrease in the potential of the N-channel side terminal of the photodiode 404 is equivalent to an increase in the source-drain voltage Vds of the reset transistor 407. Here, FIG. 7 shows current characteristics of a general transistor at this time. The horizontal axis represents the gate-source voltage Vgs, and the vertical axis represents the logarithm of the drain-source current Ids. A plurality of graphs are shown using the source-drain voltage Vds as a parameter. As can be seen from FIG. 7, when the source-drain voltage Vds increases in the non-conduction state (gate-source voltage Vgs <0) region, that is, when the potential of the N-channel side terminal of the photodiode 404 decreases. , Leakage current becomes large (It is ideal that the drain-source current Ids does not flow in the non-conducting state. Therefore, the drain-source current Ids that flows in the non-conducting state is Sometimes called leakage current). Therefore, as shown in FIG. 8, a leakage current 814 flows through the reset transistor 807 to the photodiode 804. This leakage current 814 flows from the power supply line 809 toward the photodiode 804, and acts so that the potential of the N-channel side terminal of the photodiode 804 approaches the potential of the power supply line 809. As a result, as shown in FIG. 9, the potential at the N-channel side terminal of the photodiode 804 is unlikely to drop.

以上のことを考えると、リセット用トランジスタ807のもれ電流に関して、次のような
問題点が考えられる。
Considering the above, the following problems can be considered regarding the leakage current of the reset transistor 807.

まず、フォトダイオード804において光によって生成される単位時間当たりの電荷量をI
photoとすると、フォトダイオード804に照射される光が弱い場合、Iphotoがもれ電流814
よりも小さいことが考えられる。そのような場合は、どれだけ時間が経過しても、フォト
ダイオード804の電位が下がらない。そのため、弱い光の場合は、全く信号を得られなく
なってしまうと考えられる。
First, the amount of charge per unit time generated by light in the photodiode 804 is expressed as I
Assuming that the light irradiated to the photodiode 804 is weak, Iphoto leaks current 814
Smaller than that. In such a case, the potential of the photodiode 804 does not drop no matter how much time elapses. Therefore, in the case of weak light, it is considered that no signal can be obtained.

また、図7から分かるように、もれ電流814はフォトダイオード804のNチャネル側端子
の電位(つまり、リセット用トランジスタ807のソース・ドレイン間電圧)によって異な
る。よって、フォトダイオード804のNチャネル側端子の電位と蓄積時間の関係は非線形
になってしまう。ここで、蓄積時間とは、フォトダイオード804をリセットした後から、
スイッチ用トランジスタ801を導通状態にして信号を出力する時までの時間のことであり
、すなわち、フォトダイオード804に、光によって生成される電荷を蓄積しておく期間の
ことである。もし、もれ電流814が無かった場合は、フォトダイオード804のNチャネル側
端子の電位は時間とともに小さくなるため、フォトダイオード804のNチャネル側端子の
電位と蓄積時間との関係は線形になる。しかし、もれ電流814がある場合は、フォトダイ
オード804のNチャネル側端子の電位は時間とともに小さくなるが、フォトダイオード804
のNチャネル側端子の電位が小さくなると、リセット用トランジスタ807のもれ電流が大
きくなる。よって、フォトダイオード804のNチャネル側端子の電位が小さくなりにくく
なってくる。そのため、フォトダイオード804のNチャネル側端子の電位と蓄積時間との
関係は線形にならない。その結果、フォトダイオード804の電位と光強度の関係も非線形
になってしまうため、イメージセンサのガンマ特性が悪化してしまう。
As can be seen from FIG. 7, the leakage current 814 varies depending on the potential of the N-channel terminal of the photodiode 804 (that is, the voltage between the source and drain of the reset transistor 807). Therefore, the relationship between the potential of the N-channel terminal of the photodiode 804 and the accumulation time becomes nonlinear. Here, the accumulation time is after the photodiode 804 is reset,
This is the time until the signal is output after the switching transistor 801 is turned on, that is, the period during which charges generated by light are accumulated in the photodiode 804. If there is no leakage current 814, the potential of the N-channel side terminal of the photodiode 804 decreases with time, and the relationship between the potential of the N-channel side terminal of the photodiode 804 and the accumulation time is linear. However, when there is a leakage current 814, the potential of the N-channel side terminal of the photodiode 804 decreases with time, but the photodiode 804
When the potential at the N channel side terminal of the reset transistor 807 becomes small, the leakage current of the reset transistor 807 increases. Therefore, the potential at the N-channel terminal of the photodiode 804 is difficult to decrease. Therefore, the relationship between the potential of the N-channel terminal of the photodiode 804 and the accumulation time is not linear. As a result, the relationship between the potential of the photodiode 804 and the light intensity also becomes non-linear, which deteriorates the gamma characteristics of the image sensor.

より詳細に考えてみると、図10に示したように、光によってフォトダイオード804のN
チャネル側端子の電位が下がった結果、つまり、リセット用トランジスタ807のソース・
ドレイン間電圧Vdsが大きくなった結果、もれ電流814と光によって生成される単位時間当
たりの電荷Iphotoとが等しくなる場合が考えられる。
その様な状態になると、もうそれ以上、フォトダイオード804のNチャネル側端子の電位
は下がらなくなってしまう。もれ電流814が無い場合では、たとえ光が弱くても、光によ
って生成される電荷を蓄積する時間を長くすれば、フォトダイオード804のNチャネル側
端子の電位を下げることが出来た。つまり、信号値を大きくすることが出来た。しかし、
もれ電流814と光によって生成される単位時間当たりの電荷Iphotoとが等しい場合、光に
よって生成される電荷を蓄積する時間を長くしても、フォトダイオード804のNチャネル
側端子の電位は変化しない。よって、蓄積時間を長くすることによって信号値を大きくす
ることが出来なくなる。
Considering in more detail, as shown in FIG.
As a result of the potential at the channel terminal dropping, that is, the source of the reset transistor 807
As a result of the increase of the drain-to-drain voltage Vds, the leakage current 814 and the charge Iphoto per unit time generated by light may be equal.
In such a state, the potential of the N-channel side terminal of the photodiode 804 can no longer be lowered. In the case where there was no leakage current 814, even if the light was weak, the potential of the N-channel terminal of the photodiode 804 could be lowered by increasing the time for accumulating the charge generated by the light. That is, the signal value could be increased. But,
When the leakage current 814 and the charge Iphoto per unit time generated by light are equal, the potential of the N-channel terminal of the photodiode 804 does not change even if the time for storing the charge generated by light is increased. . Therefore, it becomes impossible to increase the signal value by increasing the accumulation time.

本願発明は、上記従来技術の問題点を解決することを目的とする。   The object of the present invention is to solve the problems of the prior art.

従来であれば、リセット用トランジスタのソース端子、あるいはドレイン端子に関して
、フォトダイオードと接続されていない側の端子が接続されている配線、つまり、電源線
(リセット側電源線)の電位は、一定であった。本発明においては、リセット動作時以外
の時、リセット用トランジスタのソース端子、あるいはドレイン端子に関して、フォトダ
イオードと接続されていない側の端子が接続されている配線の電位値、つまり、電源線(
リセット側電源線)の電位を、フォトダイオードのPチャネル側端子の電位、つまり、電
源基準線(ダイオード側電源線)の電位に近づける。その結果、電源線(リセット側電源
線)の方からフォトダイオードの方へ漏れ電流が流れにくくなる。
Conventionally, with respect to the source terminal or drain terminal of the reset transistor, the wiring connected to the terminal not connected to the photodiode, that is, the potential of the power supply line (reset power supply line) is constant. there were. In the present invention, the potential value of the wiring to which the terminal not connected to the photodiode is connected with respect to the source terminal or drain terminal of the resetting transistor at a time other than the reset operation, that is, the power line (
The potential of the reset side power supply line) is brought close to the potential of the P channel side terminal of the photodiode, that is, the potential of the power supply reference line (diode side power supply line). As a result, it is difficult for leakage current to flow from the power line (reset power line) to the photodiode.

フォトダイオードのNチャネル側端子の電位が、電源線の電位よりも高い場合は、フォ
トダイオードから電源線の方へ漏れ電流が流れる。そのため、フォトダイオードのNチャ
ネル側端子の電位が下がりやすくなる。フォトダイオードのNチャネル側端子の電位が、
電源線の電位よりも低い場合でも、従来よりも、リセット用トランジスタのソース・ドレ
イン間電圧が小さいため、もれ電流は小さい。
そのため、フォトダイオードのNチャネル側端子の電位が下がりにくくなることを抑える
ことが出来る。
When the potential of the N channel side terminal of the photodiode is higher than the potential of the power supply line, a leakage current flows from the photodiode toward the power supply line. For this reason, the potential at the N-channel side terminal of the photodiode tends to decrease. The potential at the N-channel terminal of the photodiode is
Even when the potential is lower than the potential of the power supply line, the leakage current is small because the voltage between the source and drain of the resetting transistor is smaller than in the conventional case.
Therefore, it is possible to prevent the potential at the N-channel side terminal of the photodiode from being easily lowered.

ただし、フォトダイオードをリセットしている時は、充電するための電位が必要である
。よって、リセット動作時では、リセット用トランジスタのソース端子、あるいはドレイ
ン端子に関して、フォトダイオードと接続されていない側の端子が接続されている配線の
電位、つまり、電源線(リセット側電源線)の電位値は、従来と同様にしておく。
However, when the photodiode is reset, a potential for charging is necessary. Therefore, during the reset operation, the potential of the wiring to which the terminal not connected to the photodiode is connected with respect to the source terminal or the drain terminal of the resetting transistor, that is, the potential of the power supply line (reset-side power supply line) The value is the same as before.

また、図11に示すように、電源線1109(リセット側電源線)には、リセット用トランジ
スタ1107だけでなく、増幅用トランジスタ1106やスイッチ用トランジスタ1101も接続され
ていることが多い。その場合、増幅用トランジスタ1106に電流を流して動作させている時
には、電源線1109(リセット側電源線)の電位が低いと問題である。よって、電源線1109
(リセット側電源線)に増幅用トランジスタ1106やスイッチ用トランジスタ1101も接続さ
れている場合は、増幅用トランジスタ1106を動作させている間、電源線1109(リセット側
電源線)の電位値は、従来と同様にしておく。
In addition, as shown in FIG. 11, not only the reset transistor 1107 but also the amplifying transistor 1106 and the switching transistor 1101 are often connected to the power line 1109 (reset-side power line). In that case, there is a problem that the potential of the power supply line 1109 (reset-side power supply line) is low when the amplifier transistor 1106 is operated by passing a current. Therefore, the power line 1109
When the amplifying transistor 1106 and the switching transistor 1101 are also connected to the (reset-side power line), the potential value of the power line 1109 (reset-side power line) during the operation of the amplifying transistor 1106 Same as above.

このように、電源線1109(リセット側電源線)の電位を電源基準線1112(ダイオード側
電源線)の電位に近づけることにより、リセット用トランジスタ1107のもれ電流による問
題を改善する事が出来る。よって、フォトダイオード1104に照射される光が弱い場合にも
、リセット用トランジスタ1107のもれ電流は、フォトダイオード1104において光によって
生成される単位時間当たりの電荷量Iphotoを打ち消さない。そのため、弱い光の場合でも
、フォトダイオード1104が放電されて、その電位が下がるので、画素から信号を読み取る
ことが可能になる。それによって、ダイナミックレンジが広がり、画質が向上する。また
、リセット用トランジスタのソース・ドレイン間電圧が小さくなることにより、もれ電流
が減るため、フォトダイオード1104の電位と蓄積時間との非線形な関係が改善される。そ
の結果、ガンマ特性が良くなる。
In this way, by bringing the potential of the power supply line 1109 (reset-side power supply line) close to the potential of the power supply reference line 1112 (diode-side power supply line), the problem caused by the leakage current of the reset transistor 1107 can be improved. Therefore, even when the light applied to the photodiode 1104 is weak, the leakage current of the reset transistor 1107 does not cancel the charge amount Iphoto per unit time generated by the light in the photodiode 1104. Therefore, even in the case of weak light, the photodiode 1104 is discharged and its potential is lowered, so that a signal can be read from the pixel. Thereby, the dynamic range is expanded and the image quality is improved. In addition, since the leakage current is reduced by reducing the source-drain voltage of the reset transistor, the nonlinear relationship between the potential of the photodiode 1104 and the accumulation time is improved. As a result, the gamma characteristic is improved.

以下に、本願発明の構成を示す。
本願発明は上記構成によって、 リセット用トランジスタと光電変換素子とリセット側
電源線とダイオード側電源線とリセット信号線と増幅用トランジスタとを有する半導体装
置であって、 前記リセット用トランジスタのゲート端子は前記リセット信号線に接続さ
れており、 前記リセット用トランジスタのドレイン端子またはソース端子の一方は、前
記リセット側電源線に接続されており、他方は前記光電変換素子に接続されており、 前
記光電変換素子の一方の端子は、前記ダイオード側電源線と接続されており、他方の端子
は、前記リセット用トランジスタのソース端子もしくはドレイン端子とに接続されており
、 前記リセット用トランジスタのソース端子もしくはドレイン端子と前記光電変換素子
とに接続されている端子に、前記増幅用トランジスタのゲート端子が接続されており、
前記リセット側電源線と前記リセット信号線とが平行に配置されていることを特徴とする
半導体装置が提供される。
The configuration of the present invention is shown below.
The present invention is a semiconductor device having a reset transistor, a photoelectric conversion element, a reset-side power line, a diode-side power line, a reset signal line, and an amplifying transistor according to the above configuration, wherein the gate terminal of the reset transistor is One of a drain terminal and a source terminal of the reset transistor is connected to the reset-side power line, and the other is connected to the photoelectric conversion element. One terminal is connected to the diode-side power line, and the other terminal is connected to the source terminal or drain terminal of the reset transistor, and the source terminal or drain terminal of the reset transistor The amplifier is connected to a terminal connected to the photoelectric conversion element. The gate terminal of the transistor is connected,
A semiconductor device is provided in which the reset-side power supply line and the reset signal line are arranged in parallel.

本願発明は上記構成によって、 リセット用トランジスタと光電変換素子とリセット側
電源線とダイオード側電源線とリセット信号線と増幅用トランジスタと信号発生装置とを
有する半導体装置であって、 前記リセット用トランジスタのゲート端子は前記リセット
信号線に接続されており、 前記リセット用トランジスタのドレイン端子またはソース端
子の一方は、前記リセット側電源線に接続されており、他方は前記光電変換素子に接続さ
れており、 前記光電変換素子の一方の端子は、前記ダイオード側電源線と接続されてお
り、他方の端子は、前記リセット用トランジスタのソース端子もしくはドレイン端子とに
接続されており、 前記リセット用トランジスタのソース端子もしくはドレイン端子と前
記光電変換素子とに接続されている端子に、前記増幅用トランジスタのゲート端子が接続
されており、 前記リセット側電源線の電位を前記ダイオード側電源線の電位に近づける
ように動作する信号発生装置が前記リセット側電源線に接続されていることを特徴とする
半導体装置が提供される。
The present invention is a semiconductor device having a reset transistor, a photoelectric conversion element, a reset-side power line, a diode-side power line, a reset signal line, an amplifying transistor, and a signal generating device according to the above configuration, The gate terminal is connected to the reset signal line, one of the drain terminal or the source terminal of the reset transistor is connected to the reset-side power line, and the other is connected to the photoelectric conversion element, One terminal of the photoelectric conversion element is connected to the diode-side power line, and the other terminal is connected to a source terminal or a drain terminal of the reset transistor, and a source terminal of the reset transistor Or an end connected to the drain terminal and the photoelectric conversion element Further, a gate terminal of the amplifying transistor is connected, and a signal generator that operates to bring the potential of the reset-side power line close to the potential of the diode-side power line is connected to the reset-side power line A semiconductor device is provided.

本願発明は上記構成によって、 リセット用トランジスタと光電変換素子とリセット側
電源線とダイオード側電源線とリセット信号線とを有し、 前記リセット用トランジスタ
のゲート端子は前記リセット信号線に接続されており、 前記リセット用トランジスタの
ドレイン端子またはソース端子の一方は、前記リセット側電源線に接続されており、他方
は前記光電変換素子に接続されており、 前記光電変換素子の一方の端子は、前記ダイオ
ード側電源線と接続されており、他方の端子は、前記リセット用トランジスタのソース端
子もしくはドレイン端子とに接続されており、 前記リセット用トランジスタが非導通状
態の時に、前記リセット側電源線の電位を前記ダイオード側電源線の電位に近づけること
を特徴とする半導体装置の駆動方法が提供される。
The present invention has a reset transistor, a photoelectric conversion element, a reset side power line, a diode side power line, and a reset signal line, and the gate terminal of the reset transistor is connected to the reset signal line. One of the drain terminal and the source terminal of the reset transistor is connected to the reset-side power line, the other is connected to the photoelectric conversion element, and one terminal of the photoelectric conversion element is the diode The other terminal is connected to the source terminal or drain terminal of the reset transistor, and when the reset transistor is in a non-conductive state, the potential of the reset power line is A driving method of a semiconductor device, characterized in that the driving method is close to the potential of the diode side power supply line It is subjected.

本願発明は上記構成によって、 リセット用トランジスタと光電変換素子とリセット側
電源線とダイオード側電源線とリセット信号線とを有し、 前記リセット用トランジスタ
のゲート端子は前記リセット信号線に接続されており、 前記リセット用トランジスタの
ドレイン端子またはソース端子の一方は、前記リセット側電源線に接続されており、他方
は前記光電変換素子に接続されており、 前記光電変換素子の一方の端子は、前記ダイオ
ード側電源線と接続されており、他方の端子は、前記リセット用トランジスタのソース端
子もしくはドレイン端子とに接続されている半導体装置の駆動方法において、 前記リセ
ット用トランジスタが非導通状態の時に、前記リセット側電源線の電位を、前記リセット
用トランジスタが導通状態の時の電位と前記ダイオード側電源線の電位の中間の電位にす
ることを特徴とする半導体装置の駆動方法が提供される。
The present invention has a reset transistor, a photoelectric conversion element, a reset side power line, a diode side power line, and a reset signal line, and the gate terminal of the reset transistor is connected to the reset signal line. One of the drain terminal and the source terminal of the reset transistor is connected to the reset-side power line, the other is connected to the photoelectric conversion element, and one terminal of the photoelectric conversion element is the diode In the method of driving a semiconductor device in which the other terminal is connected to the source terminal or drain terminal of the reset transistor, the reset terminal is connected when the reset transistor is in a non-conducting state. Side power supply line potential when the reset transistor is conductive The driving method of a semiconductor device which is characterized in that the intermediate potential between the potential of the diode-side power supply line is provided.

本願発明は上記構成によって、 リセット用トランジスタと光電変換素子とリセット側
電源線とダイオード側電源線とリセット信号線と増幅用トランジスタとを有し、 前記リ
セット用トランジスタのゲート端子は前記リセット信号線に接続されており、 前記リセ
ット用トランジスタのドレイン端子またはソース端子の一方は、前記リセット側電源線に
接続されており、他方は前記光電変換素子に接続されており、 前記光電変換素子の一方
の端子は、前記ダイオード側電源線と接続されており、他方の端子は、前記リセット用ト
ランジスタのソース端子もしくはドレイン端子とに接続されており、 前記リセット用ト
ランジスタのソース端子もしくはドレイン端子と前記光電変換素子とに接続されている端
子に、前記増幅用トランジスタのゲート端子が接続されている半導体装置の駆動方法にお
いて、 前記リセット用トランジスタが非導通状態の時に、前記リセット側電源線の電位
を前記ダイオード側電源線の電位に近づけることを特徴とする半導体装置の駆動方法が提
供される。
The present invention has a reset transistor, a photoelectric conversion element, a reset power line, a diode power line, a reset signal line, and an amplifying transistor, and the gate terminal of the reset transistor is connected to the reset signal line. One of the drain terminal and the source terminal of the reset transistor is connected to the reset-side power line, the other is connected to the photoelectric conversion element, and one terminal of the photoelectric conversion element Is connected to the diode-side power line, and the other terminal is connected to the source terminal or drain terminal of the reset transistor, and the source terminal or drain terminal of the reset transistor and the photoelectric conversion element And a terminal of the amplifying transistor connected to a terminal connected to A method for driving a semiconductor device to which a terminal is connected, characterized in that the potential of the reset-side power supply line is brought close to the potential of the diode-side power supply line when the reset transistor is non-conductive. A method is provided.

本願発明は上記構成によって、 リセット用トランジスタと光電変換素子とリセット側
電源線とダイオード側電源線とリセット信号線と増幅用トランジスタとを有し、 前記リ
セット用トランジスタのゲート端子は前記リセット信号線に接続されており、 前記リセ
ット用トランジスタのドレイン端子またはソース端子の一方は、前記リセット側電源線に
接続されており、他方は前記光電変換素子に接続されており、 前記光電変換素子の一方
の端子は、前記ダイオード側電源線と接続されており、他方の端子は、前記リセット用ト
ランジスタのソース端子もしくはドレイン端子とに接続されており、 前記リセット用ト
ランジスタのソース端子もしくはドレイン端子と前記光電変換素子とに接続されている端
子に、前記増幅用トランジスタのゲート端子が接続されている半導体装置の駆動方法にお
いて、 前記リセット用トランジスタが非導通状態の時に、前記リセット側電源線の電位
を、前記リセット用トランジスタが導通状態の時の電位と前記ダイオード側電源線の電位
の中間の電位にすることを特徴とする半導体装置の駆動方法が提供される。
The present invention has a reset transistor, a photoelectric conversion element, a reset power line, a diode power line, a reset signal line, and an amplifying transistor, and the gate terminal of the reset transistor is connected to the reset signal line. One of the drain terminal and the source terminal of the reset transistor is connected to the reset-side power line, the other is connected to the photoelectric conversion element, and one terminal of the photoelectric conversion element Is connected to the diode-side power line, and the other terminal is connected to the source terminal or drain terminal of the reset transistor, and the source terminal or drain terminal of the reset transistor and the photoelectric conversion element And a terminal of the amplifying transistor connected to a terminal connected to In the method for driving a semiconductor device to which a terminal is connected, the potential of the reset-side power line when the reset transistor is non-conductive, the potential when the reset transistor is conductive and the diode-side power line There is provided a method for driving a semiconductor device, characterized in that the potential is set to an intermediate potential.

前記光電変換素子が、X線センサまたは赤外線センサであることを特徴としていても良
い。
The photoelectric conversion element may be an X-ray sensor or an infrared sensor.

前記光電変換素子が、フォトダイオード、ショットキーダイオード、アバランシェダイ
オード、またはフォトコンダクタのいずれか1つであることを特徴としていても良い。
The photoelectric conversion element may be any one of a photodiode, a Schottky diode, an avalanche diode, or a photoconductor.

前記フォトダイオードが、PN型、PIN型、またはNPN埋め込み型のいずれか1つであるこ
とを特徴としていても良い。
The photodiode may be any one of a PN type, a PIN type, and an NPN embedded type.

本願発明は、リセット用トランジスタのもれ電流が光電変換素子に与える悪影響を小さ
くすることが出来る。そのため、高い画質をもつセンサが実現される。
The present invention can reduce the adverse effect of the leakage current of the reset transistor on the photoelectric conversion element. Therefore, a sensor with high image quality is realized.

本願発明の画素の回路の回路図Circuit diagram of pixel circuit of the present invention 本願発明の画素の回路のタイミングチャートTiming chart of pixel circuit of the present invention 従来のパッシブセンサの画素の回路図Circuit diagram of a conventional passive sensor pixel 従来のアクティブセンサの画素の回路図Conventional active sensor pixel circuit diagram 従来のソースフォロワ回路の回路図Circuit diagram of conventional source follower circuit アクティブセンサでのタイミングチャートTiming chart with active sensor トランジスタの電流特性図Current characteristics of transistor 従来のアクティブセンサの画素の回路図ともれ電流を表す図A circuit diagram of a pixel of a conventional active sensor. 従来のアクティブセンサでのタイミングチャートTiming chart with conventional active sensor 従来のアクティブセンサでのタイミングチャートTiming chart with conventional active sensor 本願発明の画素の回路の回路図Circuit diagram of pixel circuit of the present invention 本願発明のアクティブセンサでのタイミングチャートTiming chart of the active sensor of the present invention 本願発明の画素の回路の回路図Circuit diagram of pixel circuit of the present invention 本願発明のアクティブセンサでのタイミングチャートTiming chart of the active sensor of the present invention 本願発明のアクティブセンサでのタイミングチャートTiming chart of the active sensor of the present invention 本願発明のエリアセンサのブロック図Block diagram of area sensor of the present invention 本願発明のアクティブセンサの画素の回路図Circuit diagram of pixel of active sensor of the present invention 本願発明のアクティブセンサの画素の回路図Circuit diagram of pixel of active sensor of the present invention 本願発明の信号処理回路の回路図Circuit diagram of signal processing circuit of the present invention 本願発明の最終出力増幅用回路の回路図Circuit diagram of final output amplification circuit of the present invention 本願発明の最終出力増幅用回路の回路図Circuit diagram of final output amplification circuit of the present invention 本願発明のエリアセンサのタイミングチャートTiming chart of area sensor of the present invention 本願発明のエリアセンサのタイミングチャートTiming chart of area sensor of the present invention 本願発明のエリアセンサのタイミングチャートTiming chart of area sensor of the present invention 本願発明のエリアセンサのタイミングチャートTiming chart of area sensor of the present invention 本願発明のエリアセンサのタイミングチャートTiming chart of area sensor of the present invention 本願発明のイメージセンサの作製行程を示す図The figure which shows the preparation process of the image sensor of this invention 本願発明のイメージセンサの作製行程を示す図The figure which shows the preparation process of the image sensor of this invention 本願発明のイメージセンサの作製行程を示す図The figure which shows the preparation process of the image sensor of this invention 本願発明のイメージセンサの作製行程を示す図The figure which shows the preparation process of the image sensor of this invention 本願発明のイメージセンサを用いた電子機器の図Diagram of an electronic device using the image sensor of the present invention 本願発明のイメージセンサを用いた電子機器の図Diagram of an electronic device using the image sensor of the present invention 本願発明のイメージセンサを用いた電子機器の図Diagram of an electronic device using the image sensor of the present invention 本願発明のイメージセンサを用いた電子機器の図Diagram of an electronic device using the image sensor of the present invention

[実施の形態1] 以下に、本願発明の代表的な実施の形態を示す。まず、アクティブセン
サを用いた場合に、本願発明を実施した形態について、回路図を図1に、タイミングチャ
ートを図2に示す。
[Embodiment 1] A typical embodiment of the present invention will be described below. First, FIG. 1 shows a circuit diagram and FIG. 2 shows a timing chart of an embodiment in which the present invention is implemented when an active sensor is used.

回路図は、従来と同様である。ただし、リセット側電源線109と増幅側電源線108は、従
来では、接続されていることが多かった。本実施の形態では、接続されていても、接続さ
れていなくても、どちらでもよい。まず、接続されていない場合について、そのタイミン
グチャートを述べる。
The circuit diagram is the same as the conventional one. However, the reset-side power supply line 109 and the amplification-side power supply line 108 are conventionally connected in many cases. In this embodiment, it may be either connected or not connected. First, a timing chart for the case where the connection is not made will be described.

まず、リセット信号線105を制御して、リセット用トランジスタ107を導通状態にし、フ
ォトダイオード104をリセットする。その後、リセット用トランジスタ107を非導通状態に
し、蓄積時間に入る。その時、リセット側電源線109の電位を下げて、ダイオード側電源
線110の電位に近づける。その時に、最も望ましいリセット側電源線109の電位は、リセッ
ト時のリセット側電源線109の電位と、ダイオード側電源線110の電位の中間の電位である
First, the reset signal line 105 is controlled, the reset transistor 107 is turned on, and the photodiode 104 is reset. Thereafter, the reset transistor 107 is turned off, and the accumulation time starts. At that time, the potential of the reset side power supply line 109 is lowered to approach the potential of the diode side power supply line 110. At that time, the most desirable potential of the reset-side power line 109 is an intermediate potential between the potential of the reset-side power line 109 and the potential of the diode-side power line 110 at the time of reset.

すると、暗い場合、フォトダイオード104のNチャネル側端子の電位は、リセット側電源
線109の電位よりも高いため、もれ電流は、フォトダイオード104からリセット側電源線10
9の方へ流れる。そのため、暗くても、フォトダイオード104のNチャネル側端子の電位は
下がりやすくなる。
Then, in the dark, the potential of the N-channel side terminal of the photodiode 104 is higher than the potential of the reset-side power line 109, so that the leakage current from the photodiode 104 to the reset-side power line 10
It flows toward 9. Therefore, even when it is dark, the potential at the N-channel side terminal of the photodiode 104 tends to decrease.

明るい場合は、フォトダイオード104のNチャネル側端子の電位は、時間が経過するにし
たがって、下がってくる。当初は、フォトダイオード104のNチャネル側端子の電位がリセ
ット側電源線109の電位よりも高いため、もれ電流は、フォトダイオード104からリセット
側電源線109の方へ流れる。その後、フォトダイオード104のNチャネル側端子の電位より
もリセット側電源線109の電位の方が高くなり、もれ電流は、リセット側電源線109からフ
ォトダイオード104の方へ流れる。
このように、もれ電流の流れる向きが反転するため、もれ電流の悪影響を相殺することが
できる。また、リセット用トランジスタ107のソース・ドレイン間電圧が小さいため、従
来よりも、もれ電流自体が少なくなる。
When it is bright, the potential of the N-channel side terminal of the photodiode 104 decreases as time passes. Initially, since the potential of the N channel side terminal of the photodiode 104 is higher than the potential of the reset side power line 109, the leakage current flows from the photodiode 104 toward the reset side power line 109. Thereafter, the potential of the reset-side power line 109 becomes higher than the potential of the N-channel side terminal of the photodiode 104, and the leakage current flows from the reset-side power line 109 toward the photodiode 104.
In this way, since the direction of leakage current is reversed, the adverse effect of the leakage current can be offset. Further, since the voltage between the source and the drain of the reset transistor 107 is small, the leakage current itself is less than that in the conventional case.

そして、再びフォトダイオード104をリセットする前に、ゲート信号線102を制御し、ス
イッチ用トランジスタ101を導通状態にして、信号出力線103に信号を出力する。その後、
再びフォトダイオード104をリセットする。その時には、リセット側電源線109の電位は、
もとに戻しておく。
Then, before resetting the photodiode 104 again, the gate signal line 102 is controlled, the switching transistor 101 is turned on, and a signal is output to the signal output line 103. after that,
The photodiode 104 is reset again. At that time, the potential of the reset power line 109 is
Put it back.

ただし、リセット側電源線109と増幅側電源線108が、接続されている場合は、信号出力線
103に信号を出力するときに、リセット側電源線109の電位が下がっていると、正しい信号
を出力できない。よって、リセット側電源線109と増幅側電源線108が、接続されている場
合は、信号を出力するときにも、リセット側電源線109の電位を、もとに戻しておく。
However, if the reset-side power line 109 and the amplification-side power line 108 are connected, the signal output line
When outputting a signal to 103, if the potential of the reset-side power line 109 is lowered, a correct signal cannot be output. Therefore, when the reset-side power supply line 109 and the amplification-side power supply line 108 are connected, the potential of the reset-side power supply line 109 is returned to the original level when a signal is output.

なお、図2では、蓄積時間中の増幅側電源線108の電位は、中間くらいであったが、図12
に示すように、ダイオード側電源線110の電位と、ほぼ等しくなるくらいにまで下げても
よい。
In FIG. 2, the potential of the amplification side power supply line 108 during the accumulation time was about the middle.
As shown in FIG. 5, the potential may be lowered to substantially the same as the potential of the diode-side power supply line 110.

図1では、フォトダイオード104のPチャネル側端子がダイオード側電源線110と接続され
ていた。しかしながら、図13に示すように、フォトダイオード1304のNチャネル側端子が
ダイオード側電源線1310と接続されていてもよい。ただし、その場合、電位の大小関係が
逆になる。図1では、リセット側電源線109の電位の方が、ダイオード側電源線110の電位
よりも高い。一方、図13では、リセット側電源線1309の電位の方が、ダイオード側電源線
1310の電位よりも低い。これは、フォトダイオード1304をリセットするときに、逆バイア
ス電圧が加わるようにするためである。図2に対応する図を図14に、図12に対応する図を
図15に示す。
In FIG. 1, the P-channel side terminal of the photodiode 104 is connected to the diode-side power line 110. However, as shown in FIG. 13, the N-channel side terminal of the photodiode 1304 may be connected to the diode-side power line 1310. However, in that case, the magnitude relation of the potential is reversed. In FIG. 1, the potential of the reset side power line 109 is higher than the potential of the diode side power line 110. On the other hand, in FIG. 13, the potential of the reset-side power supply line 1309 is greater than the diode-side power supply line.
Lower than 1310 potential. This is because a reverse bias voltage is applied when the photodiode 1304 is reset. A diagram corresponding to FIG. 2 is shown in FIG. 14, and a diagram corresponding to FIG. 12 is shown in FIG.

なお、図13においても、リセット側電源線1309と増幅側電源線1308は、接続されていて
も、接続されていなくても、どちらでもよい。
Also in FIG. 13, the reset-side power supply line 1309 and the amplification-side power supply line 1308 may be either connected or not connected.

なお、図1、図13において、増幅用トランジスタ、リセット用トランジスタ、スイッチ
用トランジスタは、Nチャネル型でもPチャネル型でもよい。
1 and 13, the amplifying transistor, the resetting transistor, and the switching transistor may be N-channel type or P-channel type.

なお、図1、図13において、スイッチ用トランジスタは、増幅側電源線と増幅用トラン
ジスタの間に配置されていてもよいし、増幅用トランジスタと信号出力線の間に配置され
ていてもよい。
In FIG. 1 and FIG. 13, the switching transistor may be disposed between the amplification-side power supply line and the amplification transistor, or may be disposed between the amplification transistor and the signal output line.

次に、周辺に駆動回路を搭載し、画素を2次元に配置したエリアセンサに、本願発明を
適用した実施例について述べる。全体の回路図を図16に示す。まず、画素が2次元に配列
された画素配列部1605がある。そして、各々の画素のゲート信号線やリセット信号線や電
源線を駆動するための駆動回路が、画素配列部1605の左右に配置されている。図16では、
ゲート信号線リセット信号線用駆動回路1606が左側に、電源線用駆動回路1607が右側に配
置されている。
Next, an embodiment in which the present invention is applied to an area sensor in which a drive circuit is mounted in the periphery and pixels are two-dimensionally arranged will be described. The overall circuit diagram is shown in FIG. First, there is a pixel array unit 1605 in which pixels are arrayed two-dimensionally. In addition, driving circuits for driving the gate signal line, the reset signal line, and the power supply line of each pixel are arranged on the left and right sides of the pixel array portion 1605. In FIG.
A gate signal line reset signal line drive circuit 1606 is arranged on the left side, and a power supply line drive circuit 1607 is arranged on the right side.

そして、画素配列部1605の上側には、信号処理用の回路などが配置されている。図16で
は、画素配列部1605の上に、バイアス用回路1603が配置されている。このバイアス用回路
1603は、各画素の増幅用トランジスタと対になって、ソースフォロワ回路を形成する。バ
イアス用回路1603の上には、サンプルホールド&信号処理用回路1602が配置されている。
ここでは、信号をいったん保存しておいたり、アナログ・デジタル変換を行ったり、雑音
を低減したりするための回路などが配置されている。サンプルホールド&信号処理用回路
1602の上には、信号出力線用駆動回路1601が配置されている。信号出力線用駆動回路1601
は、一時的に保存されていた信号を、順に出力していくための信号を出力している。そし
て、外に信号を出す前に、最終出力増幅用回路1604が配置されている。ここでは、サンプ
ルホールド&信号処理用回路1602と信号出力線用駆動回路1601とにより、順に出力されて
くる信号を、外に出す前に、増幅している。よって、信号を増幅しない場合は必要ないが
、現実的には、配置されることが多い。
A signal processing circuit or the like is disposed above the pixel array unit 1605. In FIG. 16, a bias circuit 1603 is arranged on the pixel array portion 1605. This bias circuit
A source follower circuit 1603 is paired with the amplifying transistor of each pixel. A sample hold & signal processing circuit 1602 is arranged on the bias circuit 1603.
Here, a circuit for temporarily storing the signal, performing analog / digital conversion, and reducing noise is arranged. Sample hold & signal processing circuit
A signal output line driving circuit 1601 is disposed on the 1602. Signal output line drive circuit 1601
Outputs a signal for sequentially outputting the temporarily stored signals. A final output amplification circuit 1604 is arranged before a signal is output to the outside. Here, the signals output in order by the sample hold & signal processing circuit 1602 and the signal output line driving circuit 1601 are amplified before being output. Therefore, it is not necessary when the signal is not amplified, but in reality, it is often arranged.

次に、各部分の回路図を示す。まず、2次元に配列されている画素配列部1605の中から
、例として、i行j列目画素部回路1608の回路図を、図17に示す。図17では、Pチャネル型
リセット用トランジスタ1707、Pチャネル型スイッチ用トランジスタ1701、Nチャネル型増
幅用トランジスタ1706、光電変換素子(ここでは、最も代表的なフォトダイオード1704)
から構成されている。フォトダイオード1704では、Pチャネル側端子は電源基準線1712に
、Nチャネル側端子は、増幅用トランジスタ1706のゲート端子に接続されている。リセッ
ト用トランジスタ1707のゲート端子には、i行目リセット信号線1705が接続され、ソース
端子とドレイン端子は、i行目電源線1709と増幅用トランジスタ1706のゲート端子に接続
されている。スイッチ用トランジスタ1701のゲート端子は、i行目ゲート信号線1702に接
続され、ソース端子とドレイン端子は、 i行目電源線1709と増幅用トランジスタ1706に接
続されている。増幅用トランジスタ1706のソース端子とドレイン端子は、j列目信号出力
線1703とスイッチ用トランジスタ1701に接続されている。 j列目信号出力線1703とi行目
ゲート信号線1702は、従来通り、交差して配置されており、 j列目信号出力線1703は縦方
向に配線が伸びている。i行目ゲート信号線1702とi行目リセット信号線1705は、従来通り
、横方向に配線が伸びており、平行に配置されている。図16および図17では、i行目電源
線1709も、横方向に伸びており、 i行目リセット信号線1705と平行に配置されている。従
来は、縦方向に伸びていた。これは、1行ごとに画素のフォトダイオードを選択していく
ため、同様に、1行ごとに電源線の電圧を変えることが出来るようにするためである。
Next, a circuit diagram of each part is shown. First, as an example, a circuit diagram of an i-th row and j-th column pixel portion circuit 1608 from the two-dimensionally arranged pixel arrangement portion 1605 is shown in FIG. In FIG. 17, a P-channel reset transistor 1707, a P-channel switch transistor 1701, an N-channel amplification transistor 1706, and a photoelectric conversion element (here, the most typical photodiode 1704)
It is composed of In the photodiode 1704, the P channel side terminal is connected to the power supply reference line 1712, and the N channel side terminal is connected to the gate terminal of the amplifying transistor 1706. An i-th row reset signal line 1705 is connected to the gate terminal of the reset transistor 1707, and a source terminal and a drain terminal are connected to the i-th row power supply line 1709 and the gate terminal of the amplification transistor 1706. The gate terminal of the switching transistor 1701 is connected to the i-th gate signal line 1702, and the source terminal and the drain terminal are connected to the i-th power line 1709 and the amplifying transistor 1706. The source terminal and drain terminal of the amplifying transistor 1706 are connected to the j-th column signal output line 1703 and the switching transistor 1701. The j-th column signal output line 1703 and the i-th row gate signal line 1702 are arranged so as to cross each other as usual, and the j-th column signal output line 1703 extends in the vertical direction. The i-th gate signal line 1702 and the i-th reset signal line 1705 extend in the horizontal direction and are arranged in parallel as in the past. In FIG. 16 and FIG. 17, the i-th power line 1709 also extends in the horizontal direction and is arranged in parallel with the i-th reset signal line 1705. Conventionally, it has extended in the vertical direction. This is because the pixel photodiode is selected for each row, and similarly, the voltage of the power supply line can be changed for each row.

図17では、リセット用トランジスタ1707は、Pチャネル型を用いている。しかし、リセ
ット用トランジスタは、Nチャネル型でもよい。ただし、Nチャネル型の場合、リセット動
作のとき、ゲート・ソース間電圧が大きくとれない。よって、リセット用トランジスタが
飽和領域で動作することになり、フォトダイオード1704を十分に充電できない。したがっ
て、リセット用トランジスタは、Nチャネル型でも動作するが、Pチャネル型の方が望まし
い。
In FIG. 17, the reset transistor 1707 is a P-channel type. However, the reset transistor may be an N-channel type. However, in the N-channel type, the gate-source voltage cannot be increased during the reset operation. Therefore, the reset transistor operates in the saturation region, and the photodiode 1704 cannot be charged sufficiently. Therefore, the reset transistor operates with an N-channel type, but a P-channel type is more desirable.

スイッチ用トランジスタ1701については、i行目電源線1709と増幅用トランジスタ1706
の間に配置し、かつ、Pチャネル型を用いるのが望ましい。しかし、従来と同様、Nチャネ
ル型でも動作するため、Nチャネル型でも構わないし、j列目信号出力線1703と増幅用トラ
ンジスタ1706の間に配置しても構わない。ただし、正しく信号を出力しにくいため、スイ
ッチ用トランジスタ1701は、i行目電源線1709と増幅用トランジスタ1706の間に配置し、
かつ、Pチャネル型を用いるのが望ましい。
For the switching transistor 1701, the i-th power line 1709 and the amplifying transistor 1706
It is desirable to use a P-channel type. However, since the N-channel type operates as in the conventional case, the N-channel type may be used, and it may be arranged between the j-th column signal output line 1703 and the amplifying transistor 1706. However, since it is difficult to output a signal correctly, the switching transistor 1701 is arranged between the i-th power line 1709 and the amplifying transistor 1706,
In addition, it is desirable to use the P channel type.

増幅用トランジスタ1706については、図17では、Nチャネル型を用いている。
しかし、Pチャネル型を用いることも可能である。ただしその場合、バイアス用トランジ
スタと組み合わせてソースフォロワ回路として動作させるためには、回路の接続方法を変
える必要がある。つまり、単純に、図17の回路図において、増幅用トランジスタ1706の極
性を変えるだけでは、動作しない。
As the amplifying transistor 1706, an N-channel type is used in FIG.
However, it is also possible to use a P channel type. However, in that case, in order to operate as a source follower circuit in combination with the bias transistor, it is necessary to change the circuit connection method. That is, simply changing the polarity of the amplifying transistor 1706 in the circuit diagram of FIG.

そこで、 Pチャネル型の増幅用トランジスタを用いた時の回路構成の一例を図18に示す
。図17との違いは、増幅用トランジスタ1806の極性がPチャネル型であることと、フォト
ダイオードの向きが逆になっていることと、電源線と電源基準線とが入れ替わっているこ
とである。増幅用トランジスタにPチャネル型を用いる場合は、バイアス用トランジスタ
もPチャネル型を用いる必要がある。なぜなら、バイアス用トランジスタは、定電流源と
して動作させる必要があるからである。よって、図18では、参考のため、バイアス用トラ
ンジスタ1811も記述している。図18に示すi行j列画素部回路1608は、Nチャネル型リセッ
ト用トランジスタ1807、Nチャネル型スイッチ用トランジスタ1801、Pチャネル型増幅用ト
ランジスタ1806、光電変換素子(ここでは、最も代表的なフォトダイオード1804)から構
成されている。フォトダイオード1804は、Nチャネル側端子は電源線1809に、Pチャネル側
端子は、増幅用トランジスタ1806のゲート端子に接続されている。リセット用トランジス
タ1807のゲート端子には、i行目リセット信号線1805が接続され、ソース端子とドレイン
端子は、i行目電源基準線1812と増幅用トランジスタ1806のゲート端子に接続されている
。スイッチ用トランジスタ1801のゲート端子は、i行目ゲート信号線1802に接続され、ソ
ース端子とドレイン端子は、i行目電源基準線1812と増幅用トランジスタ1806に接続され
ている。増幅用トランジスタ1806のソース端子とドレイン端子は、j列目信号出力線1803
とスイッチ用トランジスタ1801に接続されている。バイアス用トランジスタ1811のゲート
端子には、バイアス信号線1810が接続され、ソース端子とドレイン端子は、j列目信号出
力線1803と電源線1809に接続されている。
Thus, FIG. 18 shows an example of a circuit configuration when a P-channel type amplifying transistor is used. The difference from FIG. 17 is that the polarity of the amplifying transistor 1806 is a P-channel type, the direction of the photodiode is reversed, and the power supply line and the power supply reference line are interchanged. When the P-channel type is used for the amplifying transistor, it is necessary to use the P-channel type for the bias transistor. This is because the biasing transistor needs to be operated as a constant current source. Therefore, in FIG. 18, a biasing transistor 1811 is also described for reference. 18 includes an N-channel reset transistor 1807, an N-channel switch transistor 1801, a P-channel amplification transistor 1806, a photoelectric conversion element (here, the most representative photo). Diode 1804). The photodiode 1804 has an N-channel terminal connected to the power supply line 1809 and a P-channel terminal connected to the gate terminal of the amplifying transistor 1806. The i-th reset signal line 1805 is connected to the gate terminal of the reset transistor 1807, and the source terminal and drain terminal are connected to the i-th power supply reference line 1812 and the gate terminal of the amplification transistor 1806. The gate terminal of the switching transistor 1801 is connected to the i-th gate signal line 1802, and the source terminal and drain terminal are connected to the i-th power supply reference line 1812 and the amplifying transistor 1806. The source terminal and drain terminal of the amplifying transistor 1806 are connected to the j-th column signal output line 1803.
And the switch transistor 1801. A bias signal line 1810 is connected to a gate terminal of the bias transistor 1811, and a source terminal and a drain terminal are connected to a j-th column signal output line 1803 and a power supply line 1809.

図18では、リセット用トランジスタ1807は、Nチャネル型を用いている。しかし、リセ
ット用トランジスタは、Pチャネル型でもよい。ただし、Pチャネル型の場合、リセット動
作のとき、ゲート・ソース間電圧が大きくとれない。よって、リセット用トランジスタが
飽和領域で動作することになり、フォトダイオード1804を十分に充電できない。したがっ
て、リセット用トランジスタは、Pチャネル型でも動作するが、Nチャネル型の方が望まし
い。
In FIG. 18, the reset transistor 1807 is an N-channel type. However, the reset transistor may be a P-channel type. However, in the case of the P channel type, the gate-source voltage cannot be increased during the reset operation. Therefore, the reset transistor operates in the saturation region, and the photodiode 1804 cannot be charged sufficiently. Therefore, the reset transistor operates with a P-channel type, but is preferably an N-channel type.

図18では、スイッチ用トランジスタ1801については、 j列目電源基準線1812と増幅用ト
ランジスタ1806の間に配置し、かつ、Nチャネル型を用いるのが望ましい。しかし、Pチャ
ネル型でも動作するため、Pチャネル型でも構わないし、j列目信号出力線1803と増幅用ト
ランジスタ1806の間に配置しても構わない。ただし、正しく信号を出力しにくいため、ス
イッチ用トランジスタ1801は、 j列目電源基準線1809と増幅用トランジスタ1806の間に配
置し、かつ、Nチャネル型を用いるのが望ましい。
In FIG. 18, the switching transistor 1801 is preferably disposed between the j-th column power supply reference line 1812 and the amplifying transistor 1806, and is preferably an N-channel type. However, since the P-channel type also operates, the P-channel type may be used, or it may be disposed between the j-th column signal output line 1803 and the amplifying transistor 1806. However, since it is difficult to output a signal correctly, it is desirable that the switching transistor 1801 is disposed between the j-th column power supply reference line 1809 and the amplifying transistor 1806 and is an N-channel type.

このように、図17と図18を比較すると分かるように、増幅用トランジスタの極性が異な
ると、最適なトランジスタの構成、フォトダイオードの向きなども異なってくる。
Thus, as can be seen from a comparison between FIGS. 17 and 18, when the polarity of the amplifying transistor is different, the optimum transistor configuration, the direction of the photodiode, and the like are also different.

図17では、スイッチ用トランジスタ1701とリセット用トランジスタ1707の両方に、1本
の電源線から電流を供給している。図18では、スイッチ用トランジスタ1801とリセット用
トランジスタ1807の両方に、1本の電源基準線から電流を供給している。このように、フ
ォトダイオードの向きと増幅用トランジスタの極性を合わせることにより、配線を共有出
来る。
In FIG. 17, current is supplied from one power supply line to both the switching transistor 1701 and the resetting transistor 1707. In FIG. 18, current is supplied to both the switching transistor 1801 and the resetting transistor 1807 from one power supply reference line. Thus, the wiring can be shared by matching the direction of the photodiode and the polarity of the amplifying transistor.

しかし、電流を供給する配線を1本増やして、それぞれ別々に電流を供給しても構わな
い。その場合、スイッチ用トランジスタに電流を供給する配線の電位は、定電位でよい。
また、フォトダイオードの向きと増幅用トランジスタの極性を合わせる必要もない。
However, it is also possible to increase the number of wires for supplying current and supply current separately. In that case, the potential of the wiring that supplies current to the switching transistor may be a constant potential.
Further, it is not necessary to match the direction of the photodiode and the polarity of the amplifying transistor.

次に、バイアス用回路1603とサンプルホールド&信号処理用回路1602の中から、1列分
の回路として、j列目周辺部回路1609の回路図を、図19に示す。バイアス用回路1603には
、バイアス用トランジスタ1911が配置されている。その極性は、各画素の増幅用トランジ
スタの極性と同じものである。よって、画素の増幅用トランジスタがNチャネル型の場合
は、バイアス用トランジスタもNチャネル型になる。図19では、バイアス用バイアス用ト
ランジスタ1911は、Nチャネル型である。バイアス用トランジスタ1911のゲート端子には
、バイアス信号線1910が接続され、ソース端子とドレイン端子は、j列目信号出力線1903
と電源基準線1912に接続されている(バイアス用トランジスタがPチャネル型の場合は、
電源基準線の代わりに、電源線を用いる)。バイアス用トランジスタは1911は、各画素の
増幅用トランジスタと対になって、ソースフォロワ回路として動作する。転送用トランジ
スタ1913のゲート端子には、転送信号線1914が接続され、ソース端子とドレイン端子は、
j列目信号出力線1903と負荷容量1915に接続されている。転送用トランジスタは、信号出
力線1903の電位を負荷容量1915に転送するときに、動作させる。よって、Pチャネル型の
転送用トランジスタを追加して、Nチャネル型転送用トランジスタ1914と並列に接続して
もよい。負荷容量1915は、転送用トランジスタ1913と電源基準線1912に接続されている。
負荷容量1915の役割は、信号出力線1903から出力される信号を一時的に蓄積することであ
る。放電用トランジスタ1916のゲート端子は、プリ放電信号線1917に接続され、ソース端
子とドレイン端子は、負荷容量1915と電源基準線1912に接続されている。放電用トランジ
スタ1916は、信号出力線1903の電位を負荷容量1915に入力する前に、いったん、負荷容量
1915にたまっている電荷を放電するように動作する。
Next, FIG. 19 shows a circuit diagram of a j-th column peripheral circuit 1609 as a circuit for one column out of the bias circuit 1603 and the sample hold & signal processing circuit 1602. A bias transistor 1911 is disposed in the bias circuit 1603. The polarity is the same as the polarity of the amplifying transistor of each pixel. Therefore, when the amplifying transistor of the pixel is an N channel type, the bias transistor is also an N channel type. In FIG. 19, the biasing transistor 1911 for biasing is an N-channel type. A bias signal line 1910 is connected to a gate terminal of the bias transistor 1911, and a source terminal and a drain terminal are connected to a j-th column signal output line 1903.
And the power supply reference line 1912 (when the bias transistor is a P-channel type,
Use a power line instead of a power line.) The biasing transistor 1911 is paired with the amplifying transistor of each pixel and operates as a source follower circuit. A transfer signal line 1914 is connected to the gate terminal of the transfer transistor 1913, and the source terminal and the drain terminal are
The j-th column signal output line 1903 and the load capacitor 1915 are connected. The transfer transistor is operated when the potential of the signal output line 1903 is transferred to the load capacitor 1915. Therefore, a P-channel transfer transistor may be added and connected in parallel with the N-channel transfer transistor 1914. The load capacitor 1915 is connected to the transfer transistor 1913 and the power supply reference line 1912.
The role of the load capacitor 1915 is to temporarily store a signal output from the signal output line 1903. The gate terminal of the discharging transistor 1916 is connected to the pre-discharge signal line 1917, and the source terminal and the drain terminal are connected to the load capacitor 1915 and the power supply reference line 1912. Before the discharge transistor 1916 inputs the potential of the signal output line 1903 to the load capacitor 1915, the discharge capacitor 1916
It operates to discharge the charge accumulated in 1915.

なお、アナログ・デジタル信号変換回路や雑音低減回路などを配置することも可能であ
る。
An analog / digital signal conversion circuit, a noise reduction circuit, or the like can be arranged.

そして、負荷容量1915と最終出力線1920の間に、最終選択用トランジスタ1919が接続さ
れる。最終選択用トランジスタ1919のソース端子とドレイン端子は、負荷容量1915と最終
出力線1920に接続され、ゲート端子は、j列目最終選択線1918に接続される。最終選択線
は、1列目から順にスキャンされる。そして、j列目最終選択線1918が選択され、最終選
択用トランジスタ1919が導通状態になると、負荷容量1915の電位と最終出力線1920の電位
が等しくなる。その結果、負荷容量1915に蓄積していた信号を最終出力線1920に出力する
ことが出来る。ただし、最終出力線1920に信号を出力する前に、最終出力線1920に電荷が
蓄積されていると、その電荷により、最終出力線1920に信号を出力したときの電位が影響
を受けてしまう。そこで、最終出力線1920に信号を出力するまえに、最終出力線1920の電
位を、ある電位値に初期化しなければならない。図19では、最終出力線1920と電源基準線
1912の間に、最終リセット用トランジスタ1922を配置している。そして、最終リセット用
トランジスタ1922のゲート端子には、j列目最終リセット線1921が接続されている。そし
て、j列目最終選択線1918を選択する前に、j列目最終リセット線1921を選択し、最終出力
線1920の電位を電源基準線1912の電位に初期化する。その後、j列目最終選択線1918を選
択し、最終出力線1920に、負荷容量1915に蓄積していた信号を出力する。
A final selection transistor 1919 is connected between the load capacitor 1915 and the final output line 1920. The source terminal and the drain terminal of the final selection transistor 1919 are connected to the load capacitor 1915 and the final output line 1920, and the gate terminal is connected to the j-th column final selection line 1918. The final selection line is scanned sequentially from the first column. When the j-th column final selection line 1918 is selected and the final selection transistor 1919 becomes conductive, the potential of the load capacitor 1915 and the potential of the final output line 1920 become equal. As a result, the signal accumulated in the load capacitor 1915 can be output to the final output line 1920. However, if charges are accumulated in the final output line 1920 before the signal is output to the final output line 1920, the electric potential when the signal is output to the final output line 1920 is affected by the charge. Therefore, before the signal is output to the final output line 1920, the potential of the final output line 1920 must be initialized to a certain potential value. In Figure 19, the final output line 1920 and the power reference line
A final reset transistor 1922 is disposed between 1912. The j-th column final reset line 1921 is connected to the gate terminal of the final reset transistor 1922. Then, before selecting the j-th column final selection line 1918, the j-th column final reset line 1921 is selected, and the potential of the final output line 1920 is initialized to the potential of the power supply reference line 1912. Thereafter, the j-th column final selection line 1918 is selected, and the signal accumulated in the load capacitor 1915 is output to the final output line 1920.

最終出力線1920に出力される信号は、そのまま外に取り出しても良い。しかしながら、
信号が微弱であるため、外に取り出す前に、信号を増幅しておく場合が多い。そのための
回路として、図20に、最終部回路1610の回路を示す。信号を増幅する回路としては、演算
増幅器など、様々なものがある。信号を増幅する回路であれば、どのような回路でもよい
が、ここでは、最も簡単な回路構成として、ソースフォロワ回路を示す。図20では、Nチ
ャネル型の場合を示す。最終出力増幅用回路1604への入力は、最終出力線2002となる。最
終出力線2002には、1列目から順に、信号が出力される。その信号を、最終出力増幅用回
路1604によって、増幅し、外に出力する。最終出力線2002は、最終出力増幅向け増幅用ト
ランジスタ2004のゲート端子に接続される。最終出力増幅向け増幅用トランジスタ2004の
ドレイン端子は、電源線2006に接続され、ソース端子は、出力端子となる。最終出力増幅
向けバイアス用トランジスタ2003のゲート端子は、最終出力増幅用バイアス信号線2005と
接続される。ソース端子とドレイン端子は、電源基準線2007と最終出力増幅向け増幅用ト
ランジスタ2004のソース端子とに接続される。
The signal output to the final output line 1920 may be taken out as it is. However,
Since the signal is weak, the signal is often amplified before being taken out. As a circuit for that purpose, FIG. 20 shows a circuit of the final circuit 1610. There are various circuits such as operational amplifiers for amplifying signals. Any circuit may be used as long as it is a circuit that amplifies a signal. Here, a source follower circuit is shown as the simplest circuit configuration. FIG. 20 shows an N channel type case. An input to the final output amplification circuit 1604 is a final output line 2002. Signals are output to the final output line 2002 in order from the first column. The signal is amplified by the final output amplification circuit 1604 and output to the outside. The final output line 2002 is connected to the gate terminal of the amplifying transistor 2004 for final output amplification. The drain terminal of the amplifying transistor 2004 for final output amplification is connected to the power supply line 2006, and the source terminal is an output terminal. The gate terminal of the final output amplification bias transistor 2003 is connected to the final output amplification bias signal line 2005. The source terminal and the drain terminal are connected to the power supply reference line 2007 and the source terminal of the amplification transistor 2004 for final output amplification.

図21に、Pチャネル型の場合のソースフォロワ回路を用いた場合の回路図を示す。図20
との違いは、電源線と電源基準線を逆にしていることである。最終出力線2102は、最終出
力増幅向け増幅用トランジスタ2104のゲート端子に接続される。最終出力増幅向け増幅用
トランジスタ2104のドレイン端子は、電源基準線2107に接続され、ソース端子は、出力端
子となる。最終出力増幅向けバイアス用トランジスタ2103のゲート端子は、最終出力増幅
用バイアス信号線2105と接続される。ソース端子とドレイン端子は、電源線2106と最終出
力増幅向け増幅用トランジスタ2104のソース端子とに接続される。最終出力増幅用バイア
ス信号線2105の電位は、Nチャネル型を用いた場合の最終出力増幅用バイアス信号線2005
とは、値が異なる。
FIG. 21 shows a circuit diagram in the case of using a source follower circuit in the case of the P channel type. FIG.
The difference is that the power supply line and the power supply reference line are reversed. The final output line 2102 is connected to the gate terminal of the amplification transistor 2104 for final output amplification. The drain terminal of the amplifying transistor 2104 for final output amplification is connected to the power supply reference line 2107, and the source terminal is an output terminal. The gate terminal of the final output amplification bias transistor 2103 is connected to the final output amplification bias signal line 2105. The source terminal and the drain terminal are connected to the power supply line 2106 and the source terminal of the amplification transistor 2104 for final output amplification. The potential of the final output amplification bias signal line 2105 is the same as that of the final output amplification bias signal line 2005 when the N-channel type is used.
And the value is different.

図20と図21では、ソースフォロワ回路を1段のみで構成していた。しかしながら、複数
段で構成しても良い。例えば、2段で構成する場合は、1段目の出力端子を2段目の入力
端子に接続すればよい。また、各々の段において、Nチャネル型を用いても、Pチャネル型
を用いても、どちらでも良い。
In FIG. 20 and FIG. 21, the source follower circuit is composed of only one stage. However, it may be composed of a plurality of stages. For example, in the case of two stages, the first stage output terminal may be connected to the second stage input terminal. In each stage, either an N channel type or a P channel type may be used.

ゲート信号線リセット信号線用駆動回路1606や電源線用駆動回路1607や信号出力線用駆
動回路1601は、単に、パルス信号を出力しているだけの回路である。よって、公知の技術
を用いて実施出来る。
The gate signal line reset signal line drive circuit 1606, the power supply line drive circuit 1607, and the signal output line drive circuit 1601 are circuits that simply output pulse signals. Therefore, it can be implemented using a known technique.

次に、信号のタイミングチャートについて述べる。まず、図16と図17の回路におけるタ
イミングチャートについて、図22と図23に示す。リセット信号線は、1行目から順にスキ
ャンしていく。例えば、(i-1)行目を選択し、その次に、i行目を選択し、次に、(i+1)行
目を選択していく。再び同じ行を選択するまでの期間がフレーム期間に相当する。ゲート
信号線も、同様に、1行目から順にスキャンしていく。ただし、リセット信号線をスキャ
ンし始めるタイミングよりも、ゲート信号線をスキャンし始めるタイミングの方が遅い。
例えば、i行目の画素に着目すると、i行目リセット信号線が選択されて、その後、i行目
ゲート信号線が選択される。i行目ゲート信号線が選択されると、i行目の画素から信号が
出力される。画素がリセットされてから、信号を出力する時までの期間が、蓄積時間にな
る。蓄積時間の間、フォトダイオードにおいて、光によって生成される電荷を蓄積してい
る。各行で、リセットされるタイミングと信号を出力するタイミングは、異なる。よって
、蓄積時間は全行の画素で等しいが、蓄積している時刻は異なる。
Next, a timing chart of signals will be described. First, timing charts in the circuits of FIGS. 16 and 17 are shown in FIGS. The reset signal line is scanned sequentially from the first row. For example, the (i-1) -th row is selected, the i-th row is then selected, and then the (i + 1) -th row is selected. A period until the same row is selected again corresponds to a frame period. Similarly, the gate signal lines are scanned sequentially from the first row. However, the timing to start scanning the gate signal line is later than the timing to start scanning the reset signal line.
For example, when focusing on the pixel in the i-th row, the i-th row reset signal line is selected, and then the i-th gate signal line is selected. When the i-th gate signal line is selected, a signal is output from the i-th row pixel. The period from when the pixel is reset to when a signal is output is the accumulation time. During the accumulation time, charges generated by light are accumulated in the photodiode. In each row, the reset timing and the signal output timing are different. Therefore, the accumulation time is the same for all rows of pixels, but the accumulation time is different.

電源線1709については、リセット用トランジスタ1707を非導通状態にした後、電源線17
09の電圧も順に下げていく。電源線1709の電圧を下げるタイミングを遅くしている理由は
、フォトダイオード1704の電圧が電源線1709の影響を受けないようにするためには、リセ
ット用トランジスタ1707が完全に非導通状態になった後で、電源線1709の電圧を下げなけ
ればならないからである。このときの電源線1709の電圧は、図22では、完全に下まで下げ
ず、半分程度だけ下げている。図23では、完全に下まで下げている。その後、フォトダイ
オード1704に光が照射されている場合、光強度に応じた電荷がフォトダイオード1704に生
成され、その結果、光強度に応じてフォトダイオード1704の電圧が下がってくる。光強度
が強い方が、より多くの電荷が生成されるため、フォトダイオード1704の電圧の下がり方
も大きい。
For the power supply line 1709, after the reset transistor 1707 is turned off, the power supply line 17
The voltage of 09 is also lowered in order. The reason for delaying the timing to lower the voltage of the power supply line 1709 is that the reset transistor 1707 is completely turned off so that the voltage of the photodiode 1704 is not affected by the power supply line 1709. This is because the voltage of the power supply line 1709 must be lowered later. At this time, the voltage of the power supply line 1709 is not lowered completely in FIG. In FIG. 23, it is fully lowered. Thereafter, when the photodiode 1704 is irradiated with light, a charge corresponding to the light intensity is generated in the photodiode 1704. As a result, the voltage of the photodiode 1704 decreases according to the light intensity. When the light intensity is higher, more charges are generated, and thus the voltage drop of the photodiode 1704 is also greater.

図22では、電源線1709の電圧は、半分程度だけ下がっている。よって、リセット用トラ
ンジスタ1707のもれ電流の流れる方向は、フォトダイオード1704の電圧の値によって変化
する。まず、光が弱い場合、フォトダイオード1704の電圧は、あまり下がらない。よって
、リセット用トランジスタ1707のもれ電流はフォトダイオード1704から電源線1709の方へ
流れる。従って、光によって生成される単位時間当たりの電荷量Iphotoが小さくても、フ
ォトダイオード1704の電圧の変化に寄与するので、信号を得ることが出来る。次に、光が
強い場合、フォトダイオード1704の電圧は、十分に下がる。よって、リセット用トランジ
スタ1707のもれ電流は電源線1709からフォトダイオード1704の方へ流れる。ただし、リセ
ット用トランジスタ1707のソース・ドレイン間電圧が小さいため、従来よりもリセット用
トランジスタ1707のもれ電流は小さい。また、最初は、フォトダイオード1704から電源線
1709の方へ流れ、フォトダイオード1704の電圧が電源線1709の電圧よりも下がると、もれ
電流は、電源線1709からフォトダイオード1704の方へ流れる。
つまり、リセット用トランジスタ1707のもれ電流の向きが変わる。従って、互いに打ち消
し合うため、リセット用トランジスタ1707のもれ電流の影響が小さくなる。以上のことか
ら、フォトダイオード1704の電圧と蓄積時間との非線形な関係が改善される。その結果、
ガンマ特性が良くなる。
In FIG. 22, the voltage of the power supply line 1709 is lowered by about half. Therefore, the direction of leakage current flowing through the reset transistor 1707 varies depending on the voltage value of the photodiode 1704. First, when the light is weak, the voltage of the photodiode 1704 does not drop much. Therefore, the leakage current of the reset transistor 1707 flows from the photodiode 1704 toward the power supply line 1709. Therefore, even if the charge amount Iphoto per unit time generated by light is small, it contributes to the change in the voltage of the photodiode 1704, so that a signal can be obtained. Next, when the light is strong, the voltage of the photodiode 1704 decreases sufficiently. Therefore, the leakage current of the reset transistor 1707 flows from the power supply line 1709 toward the photodiode 1704. However, since the voltage between the source and the drain of the reset transistor 1707 is small, the leakage current of the reset transistor 1707 is smaller than that of the conventional transistor. Initially, the power line from the photodiode 1704
When the voltage of the photodiode 1704 flows toward 1709 and the voltage of the power supply line 1709 falls, the leakage current flows from the power supply line 1709 to the photodiode 1704.
That is, the direction of the leakage current of the reset transistor 1707 changes. Accordingly, since they cancel each other, the influence of the leakage current of the reset transistor 1707 is reduced. From the above, the nonlinear relationship between the voltage of the photodiode 1704 and the accumulation time is improved. as a result,
Improved gamma characteristics.

図23では、電源線1709の電圧は、完全に低くなっている。よって、電源線1709からフォ
トダイオード1704の方へ、リセット用トランジスタ1707のもれ電流が流れることを防ぐこ
とが出来る。よって、暗い光がフォトダイオード1704に照射されている時に、フォトダイ
オード1704の電圧が下がりにくくなるという問題が改善されている。
In FIG. 23, the voltage of the power supply line 1709 is completely low. Thus, leakage current of the reset transistor 1707 from the power supply line 1709 to the photodiode 1704 can be prevented. Therefore, the problem that the voltage of the photodiode 1704 is difficult to decrease when dark light is irradiated on the photodiode 1704 is improved.

それから、ゲート信号線1702を制御して、信号を出力する。図17では、スイッチ用トラ
ンジスタ1701とリセット用トランジスタ1707の両方に、1本の電源線から電流を供給して
いる。その場合は、信号を出力する時にも、電源線1709の電位をもとに戻しておく必要が
ある。もし、別々の配線を用いて電流を供給する場合は、スイッチ用トランジスタ1701に
電流を供給する配線の電位は、時間的に変化させず、定電位でよい。その時、電源線1709
の電位をもとに戻しておく必要もない。
Then, the gate signal line 1702 is controlled to output a signal. In FIG. 17, current is supplied from one power supply line to both the switching transistor 1701 and the resetting transistor 1707. In that case, it is necessary to restore the potential of the power supply line 1709 even when a signal is output. If current is supplied using separate wirings, the potential of the wiring that supplies current to the switching transistor 1701 may be a constant potential without being changed with time. At that time, power line 1709
There is no need to restore the original potential.

次に、図16と図18の回路におけるタイミングチャートについて、図24と図25に示す。ト
ランジスタの極性やフォトダイオードの向きが異なるため、電位の大小関係がことなるが
、動作自体は、図22、図23と同じである。
Next, timing charts in the circuits of FIGS. 16 and 18 are shown in FIGS. 24 and 25. FIG. Since the polarity of the transistor and the direction of the photodiode are different, the potential relationship is different, but the operation itself is the same as in FIGS.

次に、図19における信号のタイミングチャートを図26に示す。繰り返しの動作になるた
め、例として、i行目のゲート信号線が選択されている時を考える。まず、i行目のゲート
信号線1702が選択された後、プリ放電信号線1917を選択し、放電用トランジスタ1916を導
通状態にする。その後、転送信号線1914を選択する。すると、i行目の画素から、各列の
信号が各列の負荷容量1915に出力される。
Next, FIG. 26 shows a timing chart of signals in FIG. Since this is a repetitive operation, consider the case where the i-th gate signal line is selected as an example. First, after the gate signal line 1702 in the i-th row is selected, the pre-discharge signal line 1917 is selected, and the discharging transistor 1916 is turned on. Thereafter, the transfer signal line 1914 is selected. Then, the signal of each column is output to the load capacitance 1915 of each column from the pixel in the i-th row.

i行目の全ての画素の信号を、各列の負荷容量1915に蓄積した後、最終出力線1920に各
列の信号を順に出力していく。転送信号線1914が非選択になってから、ゲート信号線が選
択されているまでの間、信号出力線用駆動回路1601により、全列をスキャンしていく。ま
ず、1列目の最終リセット線を選択し、最終リセット用トランジスタ1922を導通状態にし
、最終出力線1920を電源基準線1912の電位に初期化する。その後、1列目の最終選択線19
18を選択し、最終選択用トランジスタ1919を導通状態にし、1列目の負荷容量1915の信号
を最終出力線1920に出力する。つぎに、2列目の最終リセット線を選択し、最終リセット
用トランジスタ1922を導通状態にし、最終出力線1920を電源基準線1912の電位に初期化す
る。その後、2列目の最終選択線1918を選択し、最終選択用トランジスタ1919を導通状態
にし、2列目の負荷容量1915の信号を最終出力線1920に出力する。その後も、同様の動作
を繰り返していく。j列目の場合も、j列目の最終リセット線を選択し、最終リセット用ト
ランジスタ1922を導通状態にし、最終出力線1920を電源基準線1912の電位に初期化する。
その後、j列目の最終選択線1918を選択し、最終選択用トランジスタ1919を導通状態にし
、j列目の負荷容量1915の信号を最終出力線1920に出力する。つぎに、(j+1)列目の最終リ
セット線を選択し、最終リセット用トランジスタ1922を導通状態にし、最終出力線1920を
電源基準線1912の電位に初期化する。その後、(j+1)列目の最終選択線1918を選択し、最
終選択用トランジスタ1919を導通状態にし、(j+1)列目の負荷容量1915の信号を最終出力
線1920に出力する。その後も、同様の動作を繰り返し、全列の信号を最終出力線に、順次
、出力していく。そのあいだ、バイアス信号線1910は、一定のままである。最終出力線19
20に出力された信号は、最終出力増幅用回路1604で増幅され、外へ出力されていく。
After the signals of all the pixels in the i-th row are accumulated in the load capacitance 1915 of each column, the signals of each column are sequentially output to the final output line 1920. The signal output line driving circuit 1601 scans all the columns until the gate signal line is selected after the transfer signal line 1914 is deselected. First, the final reset line in the first column is selected, the final reset transistor 1922 is turned on, and the final output line 1920 is initialized to the potential of the power supply reference line 1912. Then the last selection line 19 in the first column
18 is selected, the final selection transistor 1919 is turned on, and the signal of the load capacitor 1915 in the first column is output to the final output line 1920. Next, the final reset line in the second column is selected, the final reset transistor 1922 is turned on, and the final output line 1920 is initialized to the potential of the power supply reference line 1912. Thereafter, the final selection line 1918 in the second column is selected, the final selection transistor 1919 is turned on, and the signal of the load capacitor 1915 in the second column is output to the final output line 1920. Thereafter, the same operation is repeated. Also in the j-th column, the final reset line in the j-th column is selected, the final reset transistor 1922 is turned on, and the final output line 1920 is initialized to the potential of the power supply reference line 1912.
Thereafter, the final selection line 1918 in the jth column is selected, the final selection transistor 1919 is turned on, and the signal of the load capacitor 1915 in the jth column is output to the final output line 1920. Next, the final reset line in the (j + 1) th column is selected, the final reset transistor 1922 is turned on, and the final output line 1920 is initialized to the potential of the power supply reference line 1912. Thereafter, the final selection line 1918 in the (j + 1) th column is selected, the final selection transistor 1919 is turned on, and the signal of the load capacitor 1915 in the (j + 1) th column is output to the final output line 1920. Thereafter, the same operation is repeated, and the signals of all the columns are sequentially output to the final output line. Meanwhile, the bias signal line 1910 remains constant. Final output line 19
The signal output to 20 is amplified by the final output amplification circuit 1604 and output to the outside.

次に、i+1行目ゲート信号線が選択される。すろと、i行目ゲート信号線が選択された
のと同様に、動作させる。そして、さらに、次の行のゲート信号線が選択され、同様の動
作を繰り返していく。
Next, the (i + 1) th row gate signal line is selected. Then, the operation is performed in the same manner as when the i-th gate signal line is selected. Further, the gate signal line in the next row is selected, and the same operation is repeated.

なお、光電変換などを行うセンサ部については、通常のPN型のフォトダイオードの他に
、PIN型のダイオード、アバランシェ型ダイオード、npn埋め込み型ダイオード、ショット
キー型ダイオード、X線用のフォトコンダクタ、赤外線用のセンサなどでもよい。また、
蛍光材やシンチレータにより、X線を光に変換した後、その光を読みとってもよい。
For sensor units that perform photoelectric conversion, in addition to ordinary PN type photodiodes, PIN type diodes, avalanche type diodes, npn buried type diodes, Schottky type diodes, X-ray photoconductors, infrared rays For example, a sensor may be used. Also,
After converting X-rays into light using a fluorescent material or scintillator, the light may be read.

これまで述べてきたように、光電変換素子は、ソースフォロワ回路の入力端子に接続さ
れることが多い。しかし、フォトゲート型のように、スイッチを間に挟んでもよい。ある
いは、対数変換型のように、光強度の対数値なるように処理した後の信号を入力端子に入
力してもよい。
As described above, the photoelectric conversion element is often connected to the input terminal of the source follower circuit. However, a switch may be interposed between them as in the photogate type. Or you may input the signal after processing so that it may become the logarithm value of light intensity like a logarithmic conversion type | mold to an input terminal.

なお、本実施例では、画素が2次元に配置されたエリアセンサについて述べたが、画素
が1次元に配置されたラインセンサを実現することも出来る。
In the present embodiment, the area sensor in which the pixels are two-dimensionally described has been described, but a line sensor in which the pixels are one-dimensionally arranged can also be realized.

本願発明のセンサを、 TFTを用いてガラス上に作製する場合の作製方法について、
図27〜図30を用いて説明する。
About the production method when producing the sensor of the present invention on glass using TFT,
This will be described with reference to FIGS.

まず、図27(A)に示すように、ガラス基板200上に下地膜201を300nmの
厚さに形成する。本実施例では下地膜201として窒化酸化珪素膜を積層して用いる。こ
の時、ガラス基板200に接する方の窒素濃度を10〜25wt%としておくと良い。ま
た、下地膜201に放熱効果を持たせることは有効であり、DLC(ダイヤモンドライク
カーボン)膜を設けても良い。
First, as shown in FIG. 27A, a base film 201 is formed to a thickness of 300 nm over a glass substrate 200. In this embodiment, a silicon nitride oxide film is stacked and used as the base film 201. At this time, the nitrogen concentration in contact with the glass substrate 200 is preferably set to 10 to 25 wt%. In addition, it is effective to provide the base film 201 with a heat dissipation effect, and a DLC (diamond-like carbon) film may be provided.

次に下地膜201の上に50nmの厚さの非晶質珪素膜(図示せず))を公知の成膜法
で形成する。なお、非晶質珪素膜に限定する必要はなく、非晶質構造を含む半導体膜(微
結晶半導体膜を含む)であれば良い。さらに非晶質シリコンゲルマニウム膜などの非晶質
構造を含む化合物半導体膜でも良い。また、膜厚は20〜100nmの厚さであれば良い
Next, an amorphous silicon film (not shown) having a thickness of 50 nm is formed on the base film 201 by a known film formation method. Note that the semiconductor film is not limited to an amorphous silicon film, and any semiconductor film including an amorphous structure (including a microcrystalline semiconductor film) may be used. Further, a compound semiconductor film including an amorphous structure such as an amorphous silicon germanium film may be used. The film thickness may be 20 to 100 nm.

そして、公知の技術により非晶質珪素膜を結晶化し、結晶質珪素膜(多結晶シリコン膜
若しくはポリシリコン膜ともいう)202を形成する。公知の結晶化方法としては、電熱
炉を使用した熱結晶化方法、レーザー光を用いたレーザーアニール結晶化法、赤外光を用
いたランプアニール結晶化法がある。本実施例では、XeClガスを用いたエキシマレー
ザー光を用いて結晶化する。
Then, the amorphous silicon film is crystallized by a known technique to form a crystalline silicon film (also referred to as a polycrystalline silicon film or a polysilicon film) 202. Known crystallization methods include a thermal crystallization method using an electric furnace, a laser annealing crystallization method using laser light, and a lamp annealing crystallization method using infrared light. In this embodiment, crystallization is performed using excimer laser light using XeCl gas.

なお、本実施例では線状に加工したパルス発振型のエキシマレーザー光を用いるが、矩
形であっても良いし、連続発振型のアルゴンレーザー光や連続発振型のエキシマレーザー
光を用いることもできる。
In this embodiment, a pulse oscillation type excimer laser beam processed into a linear shape is used. However, a rectangular shape, a continuous oscillation type argon laser beam, or a continuous oscillation type excimer laser beam may be used. .

また、本実施例では結晶質珪素膜をTFTの活性層として用いるが、非晶質珪素膜を用
いることも可能である。
In this embodiment, a crystalline silicon film is used as an active layer of a TFT, but an amorphous silicon film can also be used.

なお、オフ電流を低減する必要のあるリセット用トランジスタの活性層を非晶質珪素膜
で形成し、増幅用トランジスタの活性層を結晶質珪素膜で形成することは有効である。非
晶質珪素膜はキャリア移動度が低いため電流を流しにくくオフ電流が流れにくい。即ち、
電流を流しにくい非晶質珪素膜と電流を流しやすい結晶質珪素膜の両者の利点を生かすこ
とができる。
Note that it is effective to form the active layer of the resetting transistor that needs to reduce the off current from an amorphous silicon film and the active layer of the amplifying transistor from a crystalline silicon film. Since the amorphous silicon film has low carrier mobility, it is difficult for an electric current to flow and an off current is difficult to flow. That is,
Advantages of both an amorphous silicon film that hardly allows current to flow and a crystalline silicon film that easily allows current to flow can be utilized.

次に、図27(B)に示すように、結晶質珪素膜202上に酸化珪素膜でなる保護膜2
03を130nmの厚さに形成する。この厚さは100〜200nm(好ましくは130
〜170nm)の範囲で選べば良い。また、珪素を含む絶縁膜であれば他の膜でも良い。
この保護膜203は不純物を添加する際に結晶質珪素膜が直接プラズマに曝されないよう
にするためと、微妙な濃度制御を可能にするために設ける。
Next, as shown in FIG. 27B, a protective film 2 made of a silicon oxide film is formed on the crystalline silicon film 202.
03 is formed to a thickness of 130 nm. This thickness is 100-200 nm (preferably 130
It may be selected in the range of ˜170 nm. Any other film may be used as long as it is an insulating film containing silicon.
This protective film 203 is provided to prevent the crystalline silicon film from being directly exposed to plasma when impurities are added, and to enable fine concentration control.

そして、その上にレジストマスク204a、204b、204cを形成し、保護膜20
3を介してn型を付与する不純物元素(以下、n型不純物元素という)
を添加する。なお、n型不純物元素としては、代表的には周期表の15族に属する元素、
典型的にはリン又は砒素を用いることができる。なお、本実施例ではフォスフィン(PH
3)を質量分離しないでプラズマ励起したプラズマドーピング法を用い、リンを1×101
8atoms/cm3の濃度で添加する。勿論、質量分離を行うイオンインプランテーション法を用
いても良い。
Then, resist masks 204a, 204b, and 204c are formed thereon, and the protective film 20
Impurity element imparting n-type via 3 (hereinafter referred to as n-type impurity element)
Add. As the n-type impurity element, typically, an element belonging to Group 15 of the periodic table,
Typically, phosphorus or arsenic can be used. In this embodiment, phosphine (PH
3 ) Using a plasma doping method in which plasma is excited without mass separation, phosphorus is 1 × 10 1
Add at a concentration of 8 atoms / cm 3 . Of course, an ion implantation method for performing mass separation may be used.

この工程により形成されるn型不純物領域(b)205a、205bには、n型不純物
元素が2×1016〜5×1019atoms/cm3(代表的には5×1017〜5×1018atoms/cm3
)の濃度で含まれるようにドーズ量を調節する。
In the n-type impurity regions (b) 205a and 205b formed by this step, an n-type impurity element is 2 × 10 16 to 5 × 10 19 atoms / cm 3 (typically 5 × 10 17 to 5 × 10 18 atoms / cm 3
) Adjust the dose so that it is included at the concentration of

次に、図27(C)に示すように、保護膜203、レジストマスク204a、204b
、204cを除去し、添加したn型不純物元素の活性化を行う。活性化手段は公知の技術
を用いれば良いが、本実施例ではエキシマレーザー光の照射(レーザーアニール)により
活性化する。勿論、パルス発振型でも連続発振型でも良いし、エキシマレーザー光に限定
する必要はない。但し、添加された不純物元素の活性化が目的であるので、結晶質珪素膜
が溶融しない程度のエネルギーで照射することが好ましい。なお、保護膜203をつけた
ままレーザー光を照射しても良い。
Next, as shown in FIG. 27C, the protective film 203 and the resist masks 204a and 204b
, 204c are removed, and the added n-type impurity element is activated. As the activation means, a known technique may be used. In this embodiment, activation is performed by irradiation with excimer laser light (laser annealing). Of course, the pulse oscillation type or the continuous oscillation type may be used, and it is not necessary to limit to the excimer laser beam. However, since the purpose is to activate the added impurity element, it is preferable to irradiate with energy that does not melt the crystalline silicon film. Note that laser light may be irradiated with the protective film 203 attached.

なお、このレーザー光による不純物元素の活性化に際して、熱処理(ファーネスアニー
ル)による活性化を併用しても構わない。熱処理による活性化を行う場合は、基板の耐熱
性を考慮して450〜550℃程度の熱処理を行えば良い。
When the impurity element is activated by the laser beam, activation by heat treatment (furnace annealing) may be used in combination. When activation by heat treatment is performed, heat treatment at about 450 to 550 ° C. may be performed in consideration of the heat resistance of the substrate.

この工程によりn型不純物領域(b)205a、205bの端部、即ち、n型不純物領
域(b)205a、205bの周囲に存在するn型不純物元素を添加していない領域との
境界部(接合部)が明確になる。このことは、後にTFTが完成した時点において、LD
D領域とチャネル形成領域とが非常に良好な接合部を形成しうることを意味する。
By this step, the end portions of n-type impurity regions (b) 205a and 205b, that is, the boundary portions (junctions) with regions not added with the n-type impurity element existing around n-type impurity regions (b) 205a and 205b. Part) becomes clear. This is because when the TFT is completed later, the LD
This means that the D region and the channel formation region can form a very good junction.

次に、図27(D)に示すように、結晶質珪素膜の不要な部分を除去して、島状の半導
体膜(以下、活性層という)206〜210を形成する。
Next, as shown in FIG. 27D, unnecessary portions of the crystalline silicon film are removed to form island-shaped semiconductor films (hereinafter referred to as active layers) 206 to 210.

次に、図28(A)に示すように、活性層206〜210を覆ってゲート絶縁膜211
を形成する。ゲート絶縁膜211としては、10〜200nm、好ましくは50〜150
nmの厚さの珪素を含む絶縁膜を用いれば良い。これは単層構造でも積層構造でも良い。
本実施例では110nm厚の窒化酸化珪素膜を用いる。
Next, as illustrated in FIG. 28A, the gate insulating film 211 is covered with the active layers 206 to 210.
Form. The gate insulating film 211 is 10 to 200 nm, preferably 50 to 150.
An insulating film containing silicon with a thickness of nm may be used. This may be a single layer structure or a laminated structure.
In this embodiment, a silicon nitride oxide film having a thickness of 110 nm is used.

次に、200〜400nm厚の導電膜を形成し、パターニングしてゲート電極212〜
216を形成する。なお本実施例では、ゲート電極とゲート電極に電気的に接続された引
き回しのための配線(以下、ゲート配線という)とを同一材料で形成している。勿論、ゲ
ート電極と、ゲート配線とを別の材料で形成しても良い。具体的にはゲート電極よりも低
抵抗な材料をゲート配線として用いても良い。これは、ゲート電極としては微細加工が可
能な材料を用い、ゲート配線には微細加工はできなくとも配線抵抗が小さい材料を用いる
ためである。このような構造とすることでゲート配線の配線抵抗を非常に小さくすること
ができるため、面積の大きいセンサ部を形成することができる。即ち、画面の大きさが対
角10インチ以上(さらには30インチ以上)のセンサ部を有するエリアセンサを実現す
る上で、上記の画素構造は極めて有効である。
Next, a conductive film having a thickness of 200 to 400 nm is formed and patterned to form gate electrodes 212 to
216 is formed. In this embodiment, the gate electrode and the wiring for electrical connection (hereinafter referred to as gate wiring) electrically connected to the gate electrode are formed of the same material. Of course, the gate electrode and the gate wiring may be formed of different materials. Specifically, a material having a lower resistance than the gate electrode may be used as the gate wiring. This is because a material that can be finely processed is used for the gate electrode, and a material that has a low wiring resistance is used for the gate wiring even though it cannot be finely processed. With such a structure, the wiring resistance of the gate wiring can be extremely reduced, so that a sensor portion having a large area can be formed. That is, the above pixel structure is extremely effective in realizing an area sensor having a sensor portion with a screen size of 10 inches or more (or 30 inches or more) diagonally.

また、ゲート電極は単層の導電膜で形成しても良いが、必要に応じて二層、三層といっ
た積層膜とすることが好ましい。ゲート電極212〜216の材料としては公知のあらゆ
る導電膜を用いることができる。
The gate electrode may be formed of a single-layer conductive film, but it is preferable to form a stacked film of two layers or three layers as necessary. Any known conductive film can be used as a material for the gate electrodes 212 to 216.

代表的には、アルミニウム(Al)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、モリブデン
(Mo)、タングステン(W)、クロム(Cr)、シリコン(Si)から選ばれた元素で
なる膜、または前記元素の窒化物膜(代表的には窒化タンタル膜、窒化タングステン膜、
窒化チタン膜)、または前記元素を組み合わせた合金膜(代表的にはMo−W合金、Mo
−Ta合金)、または前記元素のシリサイド膜(代表的にはタングステンシリサイド膜、
チタンシリサイド膜)を用いることができる。勿論、単層で用いても積層して用いても良
い。
Typically, a film made of an element selected from aluminum (Al), tantalum (Ta), titanium (Ti), molybdenum (Mo), tungsten (W), chromium (Cr), silicon (Si), or the above Element nitride films (typically tantalum nitride films, tungsten nitride films,
Titanium nitride film) or an alloy film combining the above elements (typically Mo—W alloy, Mo
-Ta alloy), or a silicide film of the element (typically a tungsten silicide film,
Titanium silicide film) can be used. Of course, it may be used as a single layer or may be laminated.

本実施例では、30nm厚の窒化タングステン(WN)膜と、370nm厚のタングス
テン(W)膜とでなる積層膜を用いる。これはスパッタ法で形成すれば良い。また、スパ
ッタガスとしてXe、Ne等の不活性ガスを添加すると応力による膜はがれを防止するこ
とができる。
In this embodiment, a stacked film including a tungsten nitride (WN) film having a thickness of 30 nm and a tungsten (W) film having a thickness of 370 nm is used. This may be formed by sputtering. Further, when an inert gas such as Xe or Ne is added as a sputtering gas, peeling of the film due to stress can be prevented.

またこの時、ゲート電極213、216はそれぞれn型不純物領域(b)205a、2
05bの一部とゲート絶縁膜211を介して重なるように形成する。この重なった部分が
後にゲート電極と重なったLDD領域となる。
At this time, the gate electrodes 213 and 216 are n-type impurity regions (b) 205a and 2a, respectively.
It is formed so as to overlap a part of 05b with the gate insulating film 211 interposed therebetween. This overlapped portion later becomes an LDD region overlapping with the gate electrode.

次に、図28(B)に示すように、ゲート電極212〜216をマスクとして自己整合
的にn型不純物元素(本実施例ではリン)を添加する。こうして形成されるn型不純物領
域(c)217〜224にはn型不純物領域(b)205a、205bの1/2〜1/1
0(代表的には1/3〜1/4)の濃度でリンが添加されるように調節する。具体的には
、1×1016〜5×1018atoms/cm3(典型的には3×1017〜3×1018atoms/cm3)の
濃度が好ましい。
Next, as shown in FIG. 28B, an n-type impurity element (phosphorus in this embodiment) is added in a self-aligning manner using the gate electrodes 212 to 216 as masks. The n-type impurity regions (c) 217 to 224 thus formed have 1/2 to 1/1 of the n-type impurity regions (b) 205a and 205b.
Adjust so that phosphorus is added at a concentration of 0 (typically 1/3 to 1/4). Specifically, a concentration of 1 × 10 16 to 5 × 10 18 atoms / cm 3 (typically 3 × 10 17 to 3 × 10 18 atoms / cm 3 ) is preferable.

次に、図28(C)に示すように、ゲート電極212、214、215を覆う形でレジ
ストマスク225a〜225cを形成し、n型不純物元素(本実施例ではリン)を添加し
て高濃度にリンを含むn型不純物領域(a)226〜233を形成する。ここでもフォス
フィン(PH3)を用いたイオンドープ法で行い、この領域のリンの濃度は1×1020
1×1021atoms/cm3(代表的には2×1020〜5×1021atoms/cm3)となるように調節
する。
Next, as shown in FIG. 28C, resist masks 225a to 225c are formed so as to cover the gate electrodes 212, 214, and 215, and an n-type impurity element (phosphorus in this embodiment) is added to form a high concentration. N-type impurity regions (a) 226 to 233 containing phosphorus are formed. Again, the ion doping method using phosphine (PH 3 ) is used, and the phosphorus concentration in this region is 1 × 10 20 to
It is adjusted to 1 × 10 21 atoms / cm 3 (typically 2 × 10 20 to 5 × 10 21 atoms / cm 3 ).

この工程によってnチャネル型TFTのソース領域若しくはドレイン領域が形成される
。そしてnチャネル型TFTでは、図28(B)の工程で形成したn型不純物領域217
、218、222、223の一部を残す。この残された領域がLDD領域となる。
By this step, the source region or drain region of the n-channel TFT is formed. In the n-channel TFT, the n-type impurity region 217 formed in the step of FIG.
218, 222 and 223 are left. This remaining region becomes an LDD region.

次に、図28(D)に示すように、レジストマスク225a〜225cを除去し、新た
にレジストマスク234a、234bを形成する。そして、p型不純物元素(本実施例で
はボロン)を添加し、高濃度にボロンを含むp型不純物領域235、236を形成する。
ここではジボラン(B26)を用いたイオンドープ法により3×1020〜3×1021atom
s/cm3(代表的には5×1020〜1×1021atoms/cm3ノ)濃度となるようにボロンを添加
する。
Next, as illustrated in FIG. 28D, the resist masks 225a to 225c are removed, and new resist masks 234a and 234b are formed. Then, a p-type impurity element (boron in this embodiment) is added to form p-type impurity regions 235 and 236 containing boron at a high concentration.
Here, 3 × 10 20 to 3 × 10 21 atom is formed by ion doping using diborane (B 2 H 6 ).
Boron is added so as to have a concentration of s / cm 3 (typically 5 × 10 20 to 1 × 10 21 atoms / cm 3 ).

なお、不純物領域235、236には既に1×1020〜1×1021atoms/cm3の濃度で
リンが添加されているが、ここで添加されるボロンはその少なくとも3倍以上の濃度で添
加される。そのため、予め形成されていたn型の不純物領域は完全にp型に反転し、p型
の不純物領域として機能する。
Note that phosphorus is already added to the impurity regions 235 and 236 at a concentration of 1 × 10 20 to 1 × 10 21 atoms / cm 3 , but the boron added here is added at a concentration at least three times higher than that. Is done. Therefore, the n-type impurity region formed in advance is completely inverted to the p-type and functions as a p-type impurity region.

次に、レジストマスク234a、234bを除去した後、それぞれの濃度で添加された
n型またはp型不純物元素を活性化する。活性化手段としては、ファーネスアニール法、
レーザーアニール法、またはランプアニール法で行うことができる。本実施例では電熱炉
において窒素雰囲気中、550℃、4時間の熱処理を行う。
Next, after removing the resist masks 234a and 234b, the n-type or p-type impurity elements added at the respective concentrations are activated. As activation means, furnace annealing method,
Laser annealing or lamp annealing can be used. In this embodiment, heat treatment is performed in an electric furnace in a nitrogen atmosphere at 550 ° C. for 4 hours.

このとき雰囲気中の酸素を極力排除することが重要である。なぜならば酸素が少しでも
存在していると露呈したゲート電極の表面が酸化され、抵抗の増加を招くからである。従
って、上記活性化工程における処理雰囲気中の酸素濃度は1ppm以下、好ましくは0.
1ppm以下とすることが望ましい。
At this time, it is important to eliminate oxygen in the atmosphere as much as possible. This is because the presence of even a small amount of oxygen oxidizes the exposed surface of the gate electrode, leading to an increase in resistance. Therefore, the oxygen concentration in the treatment atmosphere in the activation step is 1 ppm or less, preferably 0.
It is desirable to set it to 1 ppm or less.

次に、図29(A)に示すように、第1層間絶縁膜237を形成する。第1層間絶縁膜
237としては、珪素を含む絶縁膜を単層で用いるか、その中で組み合わせた積層膜を用
いれば良い。また、膜厚は400nm〜1.5μmとすれば良い。本実施例では、200
nm厚の窒化酸化珪素膜の上に800nm厚の酸化珪素膜を積層した構造とする。
Next, as shown in FIG. 29A, a first interlayer insulating film 237 is formed. As the first interlayer insulating film 237, an insulating film containing silicon may be used as a single layer, or a laminated film combined therewith may be used. The film thickness may be 400 nm to 1.5 μm. In this embodiment, 200
A silicon oxide film having a thickness of 800 nm is stacked on a silicon nitride oxide film having a thickness of nm.

さらに、3〜100%の水素を含む雰囲気中で、300〜450℃で1〜12時間の熱
処理を行い水素化処理を行う。この工程は熱的に励起された水素により半導体膜の不対結
合手を水素終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化(プラズマに
より励起された水素を用いる)を行っても良い。
Further, a hydrogenation treatment is performed by performing a heat treatment at 300 to 450 ° C. for 1 to 12 hours in an atmosphere containing 3 to 100% hydrogen. This step is a step in which the dangling bonds of the semiconductor film are terminated with hydrogen by thermally excited hydrogen. As another means of hydrogenation, plasma hydrogenation (using hydrogen excited by plasma) may be performed.

なお、水素化処理は第1層間絶縁膜237を形成する間に入れても良い。即ち、200
nm厚の窒化酸化珪素膜を形成した後で上記のように水素化処理を行い、その後で残り8
00nm厚の酸化珪素膜を形成しても構わない。
Note that the hydrogenation treatment may be performed while the first interlayer insulating film 237 is formed. That is, 200
After forming a silicon nitride oxide film having a thickness of nm, hydrogenation is performed as described above, and then the remaining 8
A silicon oxide film having a thickness of 00 nm may be formed.

次に、ゲート絶縁膜211及び第1層間絶縁膜237に対してコンタクトホールを形成
し、ソース配線238〜242と、ドレイン配線243〜247を形成する。なお、本実
施例ではこの電極を、Ti膜を100nm、Tiを含むアルミニウム膜を300nm、T
i膜150nmをスパッタ法で連続形成した3層構造の積層膜とする。勿論、他の導電膜
でも良い。
Next, contact holes are formed in the gate insulating film 211 and the first interlayer insulating film 237, and source wirings 238 to 242 and drain wirings 243 to 247 are formed. In this embodiment, this electrode is made of a Ti film of 100 nm, an aluminum film containing Ti of 300 nm, T
A laminated film having a three-layer structure in which an i film of 150 nm is continuously formed by sputtering is used. Of course, other conductive films may be used.

次に、50〜500nm(代表的には200〜300nm)の厚さで第1パッシベーシ
ョン膜248を形成する。本実施例では第1パッシベーション膜248として300nm
厚の窒化酸化珪素膜を用いる。これは窒化珪素膜で代用しても良い。なお、窒化酸化珪素
膜の形成に先立ってH2、NH3等水素を含むガスを用いてプラズマ処理を行うことは有効
である。この前処理により励起された水素が第1層間絶縁膜237に供給され、熱処理を
行うことで、第1パッシベーション膜248の膜質が改善される。それと同時に、第1層
間絶縁膜237に添加された水素が下層側に拡散するため、効果的に活性層を水素化する
ことができる。
Next, a first passivation film 248 is formed with a thickness of 50 to 500 nm (typically 200 to 300 nm). In this embodiment, the first passivation film 248 is 300 nm.
A thick silicon nitride oxide film is used. This may be replaced by a silicon nitride film. Note that it is effective to perform plasma treatment using a gas containing hydrogen such as H 2 or NH 3 prior to formation of the silicon nitride oxide film. Hydrogen excited by this pretreatment is supplied to the first interlayer insulating film 237 and heat treatment is performed, whereby the film quality of the first passivation film 248 is improved. At the same time, hydrogen added to the first interlayer insulating film 237 diffuses to the lower layer side, so that the active layer can be effectively hydrogenated.

次に、図29(B)に示すように有機樹脂からなる第2層間絶縁膜249を形成する。
有機樹脂としてはポリイミド、ポリアミド、アクリル、BCB(ベンゾシクロブテン)等
を使用することができる。特に、第2層間絶縁膜249は平坦化の意味合いが強いので、
平坦性に優れたアクリルが好ましい。本実施例ではTFTによって形成される段差を十分
に平坦化しうる膜厚でアクリル膜を形成する。好ましくは1〜5μm(さらに好ましくは
2〜4μm)とすれば良い。
Next, as shown in FIG. 29B, a second interlayer insulating film 249 made of an organic resin is formed.
As the organic resin, polyimide, polyamide, acrylic, BCB (benzocyclobutene), or the like can be used. In particular, since the second interlayer insulating film 249 has a strong meaning of planarization,
Acrylic having excellent flatness is preferred. In this embodiment, the acrylic film is formed with a film thickness that can sufficiently flatten the step formed by the TFT. The thickness is preferably 1 to 5 μm (more preferably 2 to 4 μm).

次に、第2層間絶縁膜249及び第1パッシベーション膜248にドレイン配線245
に達するコンタクトホールを形成し、ドレイン配線245に接するようにフォトダイオー
ドのカソード電極250を形成する。本実施例では、カソード電極250としてスパッタ
法によって形成したアルミニウム膜を用いたが、その他の金属、例えばチタン、タンタル
、タングステン、銅を用いることができる。
また、チタン、アルミニウム、チタンでなる積層膜を用いてもよい。
Next, the drain wiring 245 is formed on the second interlayer insulating film 249 and the first passivation film 248.
Is formed, and a cathode electrode 250 of the photodiode is formed so as to be in contact with the drain wiring 245. In this embodiment, an aluminum film formed by sputtering is used as the cathode electrode 250, but other metals such as titanium, tantalum, tungsten, and copper can be used.
Alternatively, a laminated film made of titanium, aluminum, or titanium may be used.

次に、水素を含有する非晶質珪素膜を基板全面に成膜した後にパターニングし、光電変
換層251を形成する。次に、基板全面に透明導電膜を形成する。本実施例では透明導電
膜として厚さ200nmのITOをスパッタ法で成膜する。透明導電膜をパターニングし
、アノード電極252を形成する。(図29(C))
Next, an amorphous silicon film containing hydrogen is formed over the entire surface of the substrate and then patterned to form a photoelectric conversion layer 251. Next, a transparent conductive film is formed on the entire surface of the substrate. In this embodiment, ITO having a thickness of 200 nm is formed as a transparent conductive film by a sputtering method. The transparent conductive film is patterned to form the anode electrode 252. (FIG. 29C)

次に、図30(A)に示すように第3層間絶縁膜253を形成する。第3層間絶縁膜2
53として、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、アクリル等の樹脂を用いるこ
とで、平坦な表面を得ることができる。本実施例では、第3層間絶縁膜253として厚さ
0.7μmのポリイミド膜を基板全面に形成した。
Next, as shown in FIG. 30A, a third interlayer insulating film 253 is formed. Third interlayer insulating film 2
By using a resin such as polyimide, polyamide, polyimide amide, or acrylic as 53, a flat surface can be obtained. In this example, a polyimide film having a thickness of 0.7 μm was formed on the entire surface of the substrate as the third interlayer insulating film 253.

次に、第3層間絶縁膜253に、アノード電極252に達するコンタクトホールを形成
し、センサ用配線254を形成する。本実施例ではアルミニウム合金膜(1wt%のチタン
を含有したアルミニウム膜)を300nmの厚さに形成する。
Next, a contact hole reaching the anode electrode 252 is formed in the third interlayer insulating film 253, and a sensor wiring 254 is formed. In this embodiment, an aluminum alloy film (an aluminum film containing 1 wt% titanium) is formed to a thickness of 300 nm.

こうして図30(B)に示すような構造のセンサ基板が完成する。   In this way, a sensor substrate having a structure as shown in FIG. 30B is completed.

270は増幅用TFT、271はスイッチ用TFT、272はリセット用TFT、27
3はバイアス用TFT、274は放電用TFTである。
270 is an amplifying TFT, 271 is a switching TFT, 272 is a resetting TFT, 27
3 is a bias TFT, and 274 is a discharge TFT.

本実施例では、増幅用TFT270及びバイアス用TFT273がnチャネル型TFT
であり、それぞれソース領域側とドレイン領域側の両方にそれぞれLDD領域281〜2
84を有している。なおこのLDD領域281〜284はゲート絶縁膜211を間に介し
てゲート電極212、215と重なっていない。上記構成により、増幅用TFT270及
びバイアス用TFT273は、極力ホットキャリア注入を低減させることができる。
In this embodiment, the amplification TFT 270 and the bias TFT 273 are n-channel TFTs.
LDD regions 281-2 on both the source region side and the drain region side, respectively.
84. The LDD regions 281 to 284 do not overlap with the gate electrodes 212 and 215 with the gate insulating film 211 interposed therebetween. With the above configuration, the amplification TFT 270 and the bias TFT 273 can reduce hot carrier injection as much as possible.

また本実施例では、スイッチ用TFT271及び放電用TFT274がnチャネル型T
FTであり、それぞれドレイン領域側にのみそれぞれLDD領域283、286を有して
いる。なおこのLDD領域283、286はゲート絶縁膜211を間に介してゲート電極
213、216と重なっている。
In this embodiment, the switching TFT 271 and the discharging TFT 274 are n-channel T
The FT has LDD regions 283 and 286 only on the drain region side. The LDD regions 283 and 286 overlap with the gate electrodes 213 and 216 with the gate insulating film 211 interposed therebetween.

ドレイン領域側のみにLDD領域283、286を形成しているのは、ホットキャリア
注入を低減させ、なおかつ動作速度を落とさないための配慮である。また、このスイッチ
用271及び放電用TFT274はオフ電流値をあまり気にする必要はなく、それよりも
動作速度を重視した方が良い。従って、LDD領域283、286は完全にゲート電極2
13、216と重ねてしまい、極力抵抗成分を少なくすることが望ましい。即ち、いわゆ
るオフセットはなくした方がよい。
特に、ソース信号線駆動回路又はゲート信号線駆動回路を15V〜20Vで駆動させる場
合、本実施例の放電用TFT274の上記構成は、ホットキャリア注入を低減させ、なお
かつ動作速度を落とさないのに有効である。
The reason why the LDD regions 283 and 286 are formed only on the drain region side is to reduce hot carrier injection and not to reduce the operation speed. Further, the switch 271 and the discharge TFT 274 do not need to worry about the off-current value so much, and it is better to focus on the operation speed than that. Therefore, the LDD regions 283 and 286 are completely formed in the gate electrode 2.
13 and 216, and it is desirable to reduce the resistance component as much as possible. That is, it is better to eliminate the so-called offset.
In particular, when the source signal line drive circuit or the gate signal line drive circuit is driven at 15 V to 20 V, the above-described configuration of the discharge TFT 274 of this embodiment is effective for reducing hot carrier injection and not reducing the operation speed. It is.

また本実施例では、リセット用TFT272はpチャネル型TFTであり、LDD領域
を有していない。pチャネル型TFTは、ホットキャリア注入による劣化が殆ど気になら
ないので、特にLDD領域を設けなくても良い。勿論、nチャネル型TFTと同様にLD
D領域を設け、ホットキャリア対策を講じることも可能である。また、リセット用TFT
272がnチャネル型TFTであっても良い。
In this embodiment, the reset TFT 272 is a p-channel TFT and does not have an LDD region. In the p-channel TFT, since deterioration due to hot carrier injection is hardly noticed, it is not particularly necessary to provide an LDD region. Of course, like n-channel TFT, LD
It is also possible to provide a D region and take measures against hot carriers. Reset TFT
272 may be an n-channel TFT.

また、基板上に形成された素子又は回路から引き回された端子と外部信号端子とを接続
するためのコネクター(フレキシブルプリントサーキット:FPC)を取り付けて製品と
して完成する。
Further, a connector (flexible printed circuit: FPC) for connecting a terminal routed from an element or circuit formed on the substrate and an external signal terminal is attached to complete the product.

なお、本実施例では、ガラス上のTFTやフォトダイオードを用いて、センサを作製し
ているが、単結晶シリコン基板上のトランジスタを用いて、センサを作製することも可能
である。
Note that in this embodiment, a sensor is manufactured using a TFT or a photodiode on glass, but a sensor can be manufactured using a transistor on a single crystal silicon substrate.

本願発明を実施して形成されたセンサは、様々な電子機器に用いることが出来る。その
様な本願発明の電子機器としては、スキャナ、デジタルスチルカメラ、X線カメラ、携帯
情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機)、ノート型パーソナルコ
ンピュータ、ゲーム機器、テレビ電話、等が挙げられる。
A sensor formed by implementing the present invention can be used in various electronic devices. Examples of such an electronic device of the present invention include a scanner, a digital still camera, an X-ray camera, a portable information terminal (mobile computer, mobile phone, portable game machine), a notebook personal computer, a game device, a video phone, and the like. Can be mentioned.

図31(A)は、スキャナであり、読みとり領域3102、センサ部3101、読みとり開始スイッ
チ3103等を含む。本願発明は、センサ部3101に用いることが出来る。
FIG. 31A shows a scanner, which includes a reading area 3102, a sensor portion 3101, a reading start switch 3103, and the like. The present invention can be used for the sensor portion 3101.

図31(B)は、デジタルスチルカメラであり、ファインダ3105、センサ部3104、シャッタ
ーボタン3106等を含む。本願発明は、センサ部3104に用いることが出来る。
FIG. 31B shows a digital still camera, which includes a finder 3105, a sensor portion 3104, a shutter button 3106, and the like. The present invention can be used for the sensor portion 3104.

図32は、X線カメラであり、X線発生器3201、センサ部3203、信号処理用コンピュータ32
04等を含む。 X線発生器3201とセンサ部3203の間に、人間3202が入って、X線写真を取る
。本願発明は、センサ部3203に用いることが出来る。
FIG. 32 shows an X-ray camera, which includes an X-ray generator 3201, a sensor unit 3203, and a signal processing computer 32.
Including 04. A person 3202 enters between the X-ray generator 3201 and the sensor unit 3203 and takes an X-ray photograph. The present invention can be used for the sensor portion 3203.

図33はパーソナルコンピュータであり、本体3301、筐体3302、表示装置3303、キ
ーボード3304、センサ部3305等を含む。本願発明はセンサ部3305に用いることがで
きる。
FIG. 33 shows a personal computer, which includes a main body 3301, a housing 3302, a display device 3303, a keyboard 3304, a sensor portion 3305, and the like. The present invention can be used for the sensor portion 3305.

ここで図34は携帯電話であり、本体3401、音声出力部3402、音声入力部3403、表
示装置3404、操作スイッチ3405、アンテナ3406、センサ部3407を含む。本願発明
はセンサ部3407に用いることができる。
FIG. 34 shows a mobile phone, which includes a main body 3401, an audio output unit 3402, an audio input unit 3403, a display device 3404, an operation switch 3405, an antenna 3406, and a sensor unit 3407. The present invention can be used for the sensor portion 3407.

なお、実施例1〜実施例3は、各々の実施例と自由に組み合わせることが可能である。   In addition, Example 1- Example 3 can be freely combined with each Example.

101 スイッチ用トランジスタ
102 ゲート信号線
103 信号出力線
104 フォトダイオード
105 リセット信号線
106 増幅用トランジスタ
107 リセット用トランジスタ
108 増幅側電源線
109 リセット側電源線
110 ダイオード側電源線
101 Switch transistor
102 Gate signal line
103 Signal output line
104 photodiode
105 Reset signal line
106 Amplifying transistor
107 Reset transistor
108 Amplified power line
109 Reset power line
110 Diode side power supply line

Claims (6)

光電変換素子と、第1及び第2のトランジスタと、を有する半導体装置であって、A semiconductor device having a photoelectric conversion element and first and second transistors,
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第1の配線と電気的に接続され、One of a source and a drain of the first transistor is electrically connected to the first wiring;
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第2のトランジスタのゲートと電気的に接続され、The other of the source and the drain of the first transistor is electrically connected to the gate of the second transistor;
前記光電変換素子は、スイッチを介して、前記第2のトランジスタのゲートと電気的に接続され、The photoelectric conversion element is electrically connected to the gate of the second transistor via a switch,
第2の配線は、前記第1のトランジスタのゲートと電気的に接続され、A second wiring electrically connected to the gate of the first transistor;
前記第2の配線は、前記第1の配線と平行に配置されている領域を有し、The second wiring has a region arranged in parallel with the first wiring,
前記第1の配線に供給される第1の信号の電圧の振幅値は、前記第2の配線に供給される第2の信号の電圧の振幅値よりも小さく、The amplitude value of the voltage of the first signal supplied to the first wiring is smaller than the amplitude value of the voltage of the second signal supplied to the second wiring,
前記第1の信号が有する電位の数は、2つであり、The number of potentials of the first signal is two;
前記第2のトランジスタは、前記第2のトランジスタのソース又はドレインの一方から、第3の配線へ信号を出力することができる機能を有し、The second transistor has a function of outputting a signal from one of a source and a drain of the second transistor to a third wiring,
前記第2の信号は、前記第1の信号が変化するよりも前に変化して、前記第1のトランジスタを非導通状態にすることができる機能を有することを特徴とする半導体装置。The semiconductor device has a function of changing the second signal before the first signal is changed so that the first transistor can be turned off.
請求項1において、In claim 1,
前記第2のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第1の配線と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。The other of the source and the drain of the second transistor is electrically connected to the first wiring.
請求項1又は2において、In claim 1 or 2,
第3のトランジスタを有し、Having a third transistor;
前記第3のトランジスタは、前記第2のトランジスタと直列接続で電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。The semiconductor device is characterized in that the third transistor is electrically connected in series with the second transistor.
請求項3において、In claim 3,
前記第2のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第3のトランジスタを介して、前記第1の配線と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。The other of the source and the drain of the second transistor is electrically connected to the first wiring through the third transistor.
請求項1乃至4のいずれか一において、In any one of Claims 1 thru | or 4,
前記光電変換素子は、フォトダイオード、ショットキーダイオード、アバランシェダイオード、又はフォトコンダクタを有することを特徴とする半導体装置。The photoelectric conversion element includes a photodiode, a Schottky diode, an avalanche diode, or a photoconductor.
請求項1乃至5のいずれか一に記載の半導体装置と、操作スイッチ、シャッター、又はアンテナと、を有することを特徴とする電子機器。An electronic apparatus comprising the semiconductor device according to claim 1 and an operation switch, a shutter, or an antenna.
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