JPH02181470A - Solid-state image pick-up element - Google Patents
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Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は各画素に増幅機能を有するトランジスタとリセ
ットトランジスタが設けられる内部増幅型の固体撮像素
子に関し、特にその画素上の全面に光導電膜が設けられ
る固体描像素子に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an internal amplification type solid-state image pickup device in which each pixel is provided with a transistor having an amplification function and a reset transistor, and in particular, the present invention relates to an internal amplification type solid-state image sensor in which each pixel is provided with a transistor having an amplification function and a reset transistor. The present invention relates to a solid-state image element provided with a solid-state image element.
本発明は、光導電膜を全面に形成した内部増幅型の固体
撮像素子において、リセット時以外の期間にリセットト
ランジスタを導通状態にさせ、光導電膜上の透明電極と
リセットトランジスタのソース電極から画素毎に延在さ
れた電極間に所定の電位を印加させることにより、その
ブルーミング特性を改善するものである。The present invention provides an internal amplification type solid-state image sensor in which a photoconductive film is formed on the entire surface, in which a reset transistor is made conductive during a period other than the reset time, and a pixel is connected from a transparent electrode on the photoconductive film and a source electrode of the reset transistor. The blooming characteristic is improved by applying a predetermined potential between the electrodes extending in each direction.
各画素毎に増幅機能を有した内部増幅型の固体撮像素子
は、高感度化、高解像度化を図る素子として注目されて
おり、画素の内部に増幅回路を設けた増幅型MOSイメ
ージ中(所謂AMI)や。Internal amplification type solid-state image sensors, which have an amplification function for each pixel, are attracting attention as devices that aim to increase sensitivity and resolution. AMI) Ya.
1画素を静電誘導フォトトランジスタを以て構成した静
電誘導トランジスタ型イメージヤ(所謂SIT)或いは
MOSフォトトランジスタで画素を構成した電荷変調デ
バイス(所謂CMD)等の各種素子が知られている。Various elements are known, such as a static induction transistor type imager (so-called SIT) in which each pixel is constituted by a static induction phototransistor, and a charge modulation device (so-called CMD) in which each pixel is constituted by a MOS phototransistor.
また、このような技術については、「テレビジラン学会
誌J 、 VOl、411 N1111.1987.第
1075頁〜第1082頁に記載される増幅型固体撮像
素子の技術があり、その増幅型固体撮像素子の各画素は
、増幅用のトランジスタ、スイッチ用のトランジスタ。Regarding such technology, there is a technology for an amplified solid-state image sensor described in "Journal of the Televisier Society J, VOl, 411 N1111.1987, pages 1075 to 1082; Each pixel is an amplification transistor and a switch transistor.
リセットトランジスタの計3個のトランジスタと、ダイ
オードから構成される。It consists of a total of three transistors (reset transistor) and a diode.
このような増幅型固体撮像素子においては、その高解像
度化が求められており、各画素を高密度に配置すること
で、解像度が向上する。しかし、単に各画素を高密度に
するだけでは、開口率が低下して十分な感度が得られな
い。Such amplified solid-state image sensing devices are required to have higher resolution, and the resolution is improved by arranging each pixel at a higher density. However, simply increasing the density of each pixel lowers the aperture ratio and makes it impossible to obtain sufficient sensitivity.
これに対して光導電膜を各画素上の全面に設けることで
、その開口率を高めることができるが、例えば強い光が
入射した時では、成る画素に相当する部分の光導電膜に
電荷が溢れ、周囲の画素へ電荷が拡がる現象(ブルーミ
ング)が発生することになる。On the other hand, by providing a photoconductive film over the entire surface of each pixel, the aperture ratio can be increased, but for example, when strong light is incident, the photoconductive film in the portion corresponding to the pixel is charged. This causes a phenomenon (blooming) in which charges overflow and spread to surrounding pixels.
そこで、本発明は、周囲の画素へ電荷が拡がるブルーミ
ング現象を抑制するような固体撮像素子を提供すること
を目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a solid-state image sensor that suppresses the blooming phenomenon in which charges spread to surrounding pixels.
上述の目的を達成するために、本発明の固体撮像素子は
、マトリクス状に配される各画素に増幅機能を有するト
ランジスタとリセットトランジスタとが設けられ、その
上に全面に形成された光導電膜とから構成される固体撮
像素子において、リセット時以外も上記リセットトラン
ジスタを導通状態にしておくことにより、上記光導電膜
上の透明電極と、上記リセットトランジスタのソース電
極から延在され且つ画素毎に区分された電穫との間に所
定の電位が印加されるようにすることを特徴とする。In order to achieve the above object, the solid-state image sensor of the present invention includes a transistor having an amplification function and a reset transistor in each pixel arranged in a matrix, and a photoconductive film formed on the entire surface thereof. In a solid-state imaging device consisting of It is characterized in that a predetermined potential is applied between the divided electric potentials.
ここで、リセット時以外のリセットトランジスタの導通
状態は、リセット時のリセットトランジスタの導通状態
よりもそのインピーダンスが大きいものとすることがで
きる。Here, the impedance of the conductive state of the reset transistor other than during reset can be higher than that of the conductive state of the reset transistor during reset.
リセット時以外の光信号電荷の蓄積時にリセットトラン
ジスタを導通状態にさせることで、光導電膜とリセット
トランジスタのソース電極から延在され且つ画素毎に区
分された電極との間に所定の電位が印加され、光導電膜
の内部には電位差が生じて、ホールやエレクトロンはそ
れぞれ透明電極や上記延在された電極へ集められること
になる。By bringing the reset transistor into conduction during accumulation of optical signal charges other than during reset, a predetermined potential is applied between the photoconductive film and the electrodes extending from the source electrode of the reset transistor and divided for each pixel. As a result, a potential difference is generated inside the photoconductive film, and holes and electrons are collected into the transparent electrode and the extended electrode, respectively.
その結果、周囲の画素へ拡がって行くような電荷も減少
することになり、ブルーミングが抑制されることになる
。As a result, charges that spread to surrounding pixels are also reduced, and blooming is suppressed.
本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施例は、増幅機能を有するトランジスタとリセット
トランジスタによって画素が構成される固体撮像素子の
例であって、その全面にa−3i(アモルファスシリコ
ン)膜からなる光導電膜が形成される固体撮像素子の例
である。This example is an example of a solid-state imaging device in which a pixel is formed by a transistor having an amplification function and a reset transistor, and a solid-state imaging device in which a photoconductive film made of an a-3i (amorphous silicon) film is formed on the entire surface. This is an example of an element.
まず、その構造については、第1図に示すように、p型
のシリコン基板ll上に選択酸化によりフィールド酸化
膜12が形成され、そのフィールド酸化膜12の下部に
はチャンネルストッパー領域13が形成されている。な
お、p型のシリコン基板11はn型のシリコン基板にp
型のウェル領域を形成したものであっても良い、シリコ
ン基板11の表面には、リセットトランジスタのソース
6N+!!4とドレイン領域5をMO3I−ランジスク
で構成するようにn゛型の高濃度不純物拡散領域が離間
して形成され、これらソース領域4とドレイン領域5の
間の領域上にゲート絶縁膜を介してリセットトランジス
タのゲート電極6が形成されている。リセットトランジ
スタのドレイン領域5には、不要電荷を掃き出すための
配線17が接続される。First, regarding its structure, as shown in FIG. 1, a field oxide film 12 is formed on a p-type silicon substrate 11 by selective oxidation, and a channel stopper region 13 is formed under the field oxide film 12. ing. Note that the p-type silicon substrate 11 is a p-type silicon substrate.
The source 6N+! of the reset transistor is formed on the surface of the silicon substrate 11, which may have a type well region formed therein. ! N-type high-concentration impurity diffusion regions are formed apart from each other so that the source region 4 and the drain region 5 are composed of MO3I transistors, and a A gate electrode 6 of a reset transistor is formed. A wiring 17 for sweeping out unnecessary charges is connected to the drain region 5 of the reset transistor.
このリセットトランジスタのソース領域4には、増幅機
能を有するMOS)ランジスタのゲート電極7が接続さ
れ、そのソース領域4は、そのゲート電極7を介し、更
に眉間絶縁膜15中に形成された導電領域18を介して
、画素毎に区分されてなるアルミ電極層3に接続する。A gate electrode 7 of a MOS transistor having an amplification function is connected to the source region 4 of the reset transistor, and the source region 4 is connected to a conductive region formed in the glabella insulating film 15 via the gate electrode 7. 18, it is connected to the aluminum electrode layer 3 which is divided into sections for each pixel.
このアルミ電極層3は、眉間絶縁膜15上で1つの画素
領域に亘って設けられており、そのアルミ電極N3上に
アモルファスシリコン膜からなる光導電膜1が所要の膜
厚を以て形成されている。このように光導電膜1を形成
することで、その開口率を高くすることができ、該光導
電膜1で光信号電荷が生成される。この光導電膜l上に
は透明電極2が形成され、この透明電極2には接地電圧
GND (例えばOv)が印加されている。This aluminum electrode layer 3 is provided over one pixel area on the glabellar insulating film 15, and a photoconductive film 1 made of an amorphous silicon film is formed on the aluminum electrode N3 to a required thickness. . By forming the photoconductive film 1 in this manner, its aperture ratio can be increased, and optical signal charges are generated in the photoconductive film 1. A transparent electrode 2 is formed on this photoconductive film 1, and a ground voltage GND (for example, Ov) is applied to this transparent electrode 2.
上記ソース領域4に接続する増幅用MOSトランジスタ
のゲート電極7は、同一画素領域内で延在され、この増
幅機能を有するMOS)ランジスタは例えば同じ画素内
の図示しない垂直スイッチトランジスタと直列に接続さ
れる。The gate electrode 7 of the amplification MOS transistor connected to the source region 4 extends within the same pixel region, and this MOS transistor having an amplification function is connected in series with, for example, a vertical switch transistor (not shown) within the same pixel. Ru.
第2図は、本実施例の固体撮像素子の回路構成の概略を
示す図であり、各画素はマトリクス状に配置され、各画
素は増幅機能を有するMOS )ランジスタ2】、リセ
ットトランジスタ22.垂直スイッチトランジスタ23
及び光導電膜1による受光部20からなる。各画素の受
光部20はリセットトランジスタ22のソース電極に接
続されると共に増幅用MO5)ランジスタ21のゲート
に接続する。リセットトランジスタ22のゲートは垂直
走査回路31からの信号によって制御され、リセットト
ランジスタ22は、特にリセット時以外の時でも導通状
態にされる。信号の読み出しは、垂直走査回路31によ
って成る1列が選択され、その選択にかかる列の垂直ス
イッチトランジスタ23がオンになる。その結果、光信
号電荷に応じて垂直信号線の電位が変化する。そして、
水平走査回路32によって、水平スイッチトランジスタ
33が順次選択され、ビデオライン34に現れた信号が
増幅器35を介して出力される。FIG. 2 is a diagram schematically showing the circuit configuration of the solid-state image sensing device of this embodiment, in which each pixel is arranged in a matrix, and each pixel is a MOS transistor (2), a reset transistor (22), and a reset transistor (22), each having an amplification function. Vertical switch transistor 23
and a light receiving section 20 made of the photoconductive film 1. The light receiving section 20 of each pixel is connected to the source electrode of the reset transistor 22 and also to the gate of the amplification MO5) transistor 21. The gate of the reset transistor 22 is controlled by a signal from the vertical scanning circuit 31, and the reset transistor 22 is made conductive even at times other than reset. To read a signal, one column formed by the vertical scanning circuit 31 is selected, and the vertical switch transistor 23 of the selected column is turned on. As a result, the potential of the vertical signal line changes depending on the optical signal charge. and,
The horizontal switch transistors 33 are sequentially selected by the horizontal scanning circuit 32, and the signal appearing on the video line 34 is outputted via the amplifier 35.
このような構成を有する本実施例の固体撮像素子は、第
3図及び第4図に示すようなポテンシャル分布を有する
。The solid-state imaging device of this example having such a configuration has potential distributions as shown in FIGS. 3 and 4.
まず、第3図は光導電膜の膜厚の方向における電位を示
しており、透明電極2の電位は定常的にOvにされる。First, FIG. 3 shows the potential in the direction of the film thickness of the photoconductive film, and the potential of the transparent electrode 2 is constantly set to Ov.
そして、この透明電極2に光導電n’A Iを挟んで対
向するアルミ電極層3の電位は、リセットトランジスタ
の導通状態に応じて変化し、リセット時に電位Φ2とな
り、リセット時以外の蓄積時に電位Φ、となる。電位Φ
、はりセットドレインと同じ電位であり、電位Φ1はo
vよりも少し高い程度の電位である。このような電位の
変化は、後述するように、アルミ電極Ji3が増幅用の
MOS)ランジスタのゲー)f17に接続すると共にリ
セットトランジスタのソース領域(電極)4に接続し、
そのリセットトランジスタのインピーダンスが変化する
ことから行われる。The potential of the aluminum electrode layer 3 facing this transparent electrode 2 across the photoconductive n'A I changes depending on the conduction state of the reset transistor, and becomes the potential Φ2 at the time of reset, and becomes the potential at the time of accumulation other than the time of reset. Φ. Potential Φ
, the same potential as the beam set drain, and the potential Φ1 is o
The potential is slightly higher than v. Such a change in potential is caused by the fact that the aluminum electrode Ji3 is connected to the gate f17 of the amplifying MOS transistor and is also connected to the source region (electrode) 4 of the reset transistor, as will be described later.
This is done because the impedance of the reset transistor changes.
まず、リセット時において、アルミ電極N3の電位が電
位Φ雪になることで、電子はアルミ電極層3側へ集めら
れ、さらにリセットトランジスタを介して配線17へ不
要電子が掃き出される。−方、正孔は表面の透明電極2
側へ集められてリセットされる。First, at the time of reset, the potential of the aluminum electrode N3 becomes the potential Φ, so that electrons are collected toward the aluminum electrode layer 3 side, and unnecessary electrons are further swept out to the wiring 17 via the reset transistor. - On the other hand, the holes are on the transparent electrode 2 on the surface.
They are gathered to the side and reset.
次に、リセット時以外の時では、アルミ電極層3の電位
が電位Φ1にされ、光導電膜lにおいては一点鎖線P、
で示す電位の勾配が得られる。従って、光の入射によっ
て発生する電子は、その勾配に従って、アルミ電極層3
に集められ、正孔も同様に勾配に従って、透明電極2側
に集められることになる。このため例えば高輝度光源か
らの強い光によって発生した余分な電荷は、アルミ電極
層3.導電領域18.ゲート電極7及びリセットトラン
ジスタのソース領域4.ドレイン領域5を介して、配!
17にオーバーフローされることになる。仮に、光導電
膜lに電圧が印加されない場合には、アルミ電極層3の
電位は電位Φ。となって、光導電膜1中の電位は図中破
線P、で示すように平坦なもの°となる。このため高輝
度光源からの強い光によって発生する余分な電荷を光導
電膜1の膜厚の厚み方向で掃き出すことができず、周囲
の画素に溢れ出してブルーミングが発生する。Next, at times other than reset, the potential of the aluminum electrode layer 3 is set to the potential Φ1, and in the photoconductive film l, the one-dot chain line P,
The potential gradient shown is obtained. Therefore, the electrons generated by the incidence of light follow the gradient of the aluminum electrode layer 3.
Similarly, holes are also collected on the transparent electrode 2 side according to the gradient. Therefore, for example, excess charges generated by strong light from a high-intensity light source are transferred to the aluminum electrode layer 3. Conductive region 18. Gate electrode 7 and source region of the reset transistor 4. Through the drain region 5, the distribution!
17 will be overflowed. If no voltage is applied to the photoconductive film 1, the potential of the aluminum electrode layer 3 is the potential Φ. Therefore, the potential in the photoconductive film 1 becomes flat as shown by the broken line P in the figure. Therefore, excess charges generated by strong light from a high-intensity light source cannot be swept away in the thickness direction of the photoconductive film 1, and overflow to surrounding pixels, causing blooming.
しかしながら、本実施例の固体撮像素子では、リセット
トランジスタが導通状態にされて、アルミ電極N3の電
位が電位Φ1にされ、光導電膜1には電位勾配があるこ
とから、ブルーミングが抑制されることになる。However, in the solid-state imaging device of this example, the reset transistor is made conductive, the potential of the aluminum electrode N3 is set to the potential Φ1, and since there is a potential gradient in the photoconductive film 1, blooming is suppressed. become.
第4図はリセットトランジスタのポテンシャル分布を示
しており、ドレイン領域5がリセットドレインであり、
その電位としてはリセット電位Φrが与えられている。FIG. 4 shows the potential distribution of the reset transistor, where the drain region 5 is the reset drain,
A reset potential Φr is given as the potential.
リセットトランジスタのゲート電極6には、電圧が印加
され、リセット時にはその電位が電位Φ8にされ、リセ
ット時以外でその電位が電位Φ、にされる。リセット時
のゲート電極6の電位Φ8は、リセットトランジスタの
インピーダンスが十分に低くなるレベルであり、そのリ
セットソース側の電荷がドレイン側に掃きだされてリセ
ットが行われる。また、この時、リセットトランジスタ
のインピーダンスが十分に低くくなるため、上述のよう
にアルミ電極層3の電位は電位Φ、になり、光導電II
U1の電荷も集められる0次に、リセット時以外のゲー
ト電極6の電位Φ、は、当該リセットトランジスタを導
通状態とする電位であるが、例えば、ゲート電極6に0
゜5〜2v程度の電圧を印加した程度の電位とされる。A voltage is applied to the gate electrode 6 of the reset transistor, and the potential thereof is set to the potential Φ8 at the time of resetting, and the potential is set to the potential Φ at times other than the time of resetting. The potential Φ8 of the gate electrode 6 at the time of resetting is a level at which the impedance of the reset transistor becomes sufficiently low, and the charge on the reset source side is swept out to the drain side to perform resetting. Also, at this time, since the impedance of the reset transistor becomes sufficiently low, the potential of the aluminum electrode layer 3 becomes the potential Φ, as described above, and the photoconductor II
The electric charge of U1 is also collected. Next, the potential Φ of the gate electrode 6 other than during reset is the potential that makes the reset transistor conductive.
The potential is about the same as applying a voltage of about 5 to 2 volts.
このため、リセットトランジスタのインピーダンスはゲ
ート電圧がOvの時よりは低く(なるが、リセット時の
ゲートの電位よりはポテンシャル障壁が高くなる。従っ
て、第3図に電位Φ、で示したような中間電位が光導電
膜lのアルミ電極N3側に形成されることになり、余分
な電荷のオーバーフローによってブルーミングが抑えら
れることになる。Therefore, the impedance of the reset transistor is lower than when the gate voltage is Ov (although the potential barrier is higher than the gate potential at reset. A potential is formed on the aluminum electrode N3 side of the photoconductive film 1, and blooming is suppressed due to the overflow of excess charge.
なお、上述の実施例においては、リセットトランジスタ
を横型としたが、n型シリコン基板、p型ウェル領域、
nMO3)ランジスタで素子を構成し、その基板に不要
電荷を掃き出す縦型であっても良い、また、アルミ電極
層3は、他の導電材料であっても良い、また、リセット
時以外に光導電膜に電位差を与える手段として、上述の
ようにアルミ電極層3の電位を変化させるのではなく、
透明電極2側に所要の電位を与えて、余分な電荷をオー
バーフローさせるようにすることもできる。In the above-described embodiment, the reset transistor is of horizontal type, but an n-type silicon substrate, a p-type well region,
nMO3) It may be a vertical type in which the element is configured with a transistor and discharges unnecessary charges to the substrate.Also, the aluminum electrode layer 3 may be made of other conductive materials. As a means of applying a potential difference to the membrane, instead of changing the potential of the aluminum electrode layer 3 as described above,
It is also possible to apply a required potential to the transparent electrode 2 side to cause excess charge to overflow.
さらに、増幅機能を有する画素の構造は、他の構造とす
ることもできる。Furthermore, the structure of the pixel having the amplification function can also be made into another structure.
本発明の固体撮像素子は、光導電膜が画素上に形成され
るため、開口率が向上し、その内部増幅機能と相まって
、高感度化、高解像度化を図ることができる。そして更
に、上述のように、リセット時以外も上記リセットトラ
ンジスタが導通状態とされて、光導電膜上の透明電極と
上記リセットトランジスタのソース電極から延在され且
つ画素毎に区分された電極との間に所定の電位が印加さ
れるため、余分な電荷のオーバーフローを行うことがで
き、ブルーミングを抑制することが可能となる。In the solid-state imaging device of the present invention, since the photoconductive film is formed on the pixel, the aperture ratio is improved, and in combination with its internal amplification function, high sensitivity and high resolution can be achieved. Further, as described above, the reset transistor is kept in a conductive state even when not being reset, so that the transparent electrode on the photoconductive film and the electrode extending from the source electrode of the reset transistor and divided for each pixel are connected. Since a predetermined potential is applied between them, excess charge can overflow, making it possible to suppress blooming.
第3図はその一例の光導電膜の膜厚方向に於けるポテン
シャル分布図、第4図はその一例のリセットトランジス
タに於けるポテンシャル分布図である。FIG. 3 is a potential distribution diagram in the thickness direction of a photoconductive film as an example, and FIG. 4 is a potential distribution diagram in a reset transistor as an example.
1・・・光導電膜 2・・・透明電極 3・・・アルミ電極層 4・・・ソース領域 5・・・ドレイン領域 6.7・・・ゲート電極 特許出願人 ソニー株式会社 代理人弁理士 小泡 晃(他2名)1... Photoconductive film 2...Transparent electrode 3...Aluminum electrode layer 4...Source area 5...Drain region 6.7...Gate electrode Patent applicant: Sony Corporation Representative patent attorney Akira Koba (and 2 others)
Claims (1)
ランジスタとリセットトランジスタとが設けられ、その
画素上に全面に形成される光導電膜とから構成される固
体撮像素子において、 リセット時以外も上記リセットトランジスタを導通状態
にしておくことにより、上記光導電膜上の透明電極と、
上記リセットトランジスタのソース電極から延在され且
つ画素毎に区分された電極との間に所定の電位が印加さ
れるようにした固体撮像素子。[Scope of Claims] A solid-state image sensor comprising a transistor having an amplification function and a reset transistor arranged in each pixel arranged in a matrix, and a photoconductive film formed entirely on the pixel, By keeping the reset transistor in a conductive state even when not resetting, the transparent electrode on the photoconductive film and
A solid-state image pickup device, wherein a predetermined potential is applied between an electrode extending from the source electrode of the reset transistor and divided for each pixel.
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JP64000953A Pending JPH02181470A (en) | 1989-01-06 | 1989-01-06 | Solid-state image pick-up element |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH02181470A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007324248A (en) * | 2006-05-31 | 2007-12-13 | Sanyo Electric Co Ltd | Photographic device |
JP2008270840A (en) * | 2008-07-29 | 2008-11-06 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Semiconductor device |
JP2010045843A (en) * | 1996-08-20 | 2010-02-25 | Thomson Licensing | High sensitivity image sensor arrays |
JP2011097075A (en) * | 2010-12-22 | 2011-05-12 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Semiconductor device, image sensor, and photographing apparatus |
-
1989
- 1989-01-06 JP JP64000953A patent/JPH02181470A/en active Pending
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