JPH02262344A - 出力回路 - Google Patents

出力回路

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JPH02262344A
JPH02262344A JP1083689A JP8368989A JPH02262344A JP H02262344 A JPH02262344 A JP H02262344A JP 1083689 A JP1083689 A JP 1083689A JP 8368989 A JP8368989 A JP 8368989A JP H02262344 A JPH02262344 A JP H02262344A
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transistor
gate
source
drain
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JP1083689A
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Tadakuni Narabe
忠邦 奈良部
Masaharu Hamazaki
浜崎 正治
Tetsuya Iizuka
哲也 飯塚
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Sony Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/148Charge coupled imagers
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C19/00Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers
    • G11C19/28Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements
    • G11C19/282Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements with charge storage in a depletion layer, i.e. charge coupled devices [CCD]
    • G11C19/285Peripheral circuits, e.g. for writing into the first stage; for reading-out of the last stage

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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野] 本発明は入力電荷を電圧に変換する出力回路に関し、特
にCCD撮像素子やCCD遅延素子等の電荷転送素子の
初段の出力バッファの如き出力回路に関する。
〔発明の概要〕
本発明は、入力電荷を電圧に変換して出力する出力回路
において、ソースホロワを構成する第1のMISトラン
ジスタのドレイン側にディプリーション型の第2のMi
s)ランジスタを接続し、その第2のMisトランジス
タのゲートに出力信号を供給することにより、第1のM
■Sトランジスタのゲート・ドレイン間の容量を低減し
、電荷電圧変換利得を改善するものである。
〔従来の技術〕
CCD撮像素子やCCD遅延素子においては、信号電荷
を出力するための出力回路がチップ上に形成され、微小
な入力電荷を電圧に変換することが行われている。
第9図は一般的な出力回路の一例である。基板101上
に、電荷を転送するための転送電極102、出力ゲート
103がそれぞれ形成される。信号電荷を蓄積するため
の浮遊拡散領域104は、出力ゲート103とプリチャ
ージゲート105に挟まれ、出力回路の初段のソースホ
ロワを構成するnMOS )ランジスタ106のゲート
に接続する。この初段のソースホロワでは、nMOS)
ランジスタ106のソースに定電流源107を介して接
地電圧GNDが供給され、nMOSトランジスタ106
のドレインには電源電圧■、が供給される。この初段の
ソースホロワからの出力は、0MO5)ランジスタ10
6のソースから取り出され、次段のバッファを構成する
nMOS)ランジスタ108のゲートに入力する。この
nMOSトランジスタ108のソースにも同様に定電流
源109が接続すると共に出力信号Voutが取り出さ
れる。
また、先行する技術として、前記浮遊拡散領域104に
代えて、フローティングゲートを設け、そのフローティ
ングゲートからソースホロワに電荷を送り電圧への変換
を行うものも知られる。
〔発明が解決しようとする課題〕
このような出力回路では、微小な電荷から電圧の変換が
行われ、その電荷電圧変換利得が大きい方が、回路のS
/N比も大きくなる。
ところで、良く知られるように、 ■(電圧)−Q(電荷)/C(容量) の関係から、容1cが小さい方が小さな電荷で所要の電
圧を得ることができ、より出力回路として好ましい。
特に、第10図に示すように、浮遊拡散領域1)0から
初段のソースホロワのnMOS )ランジスタ1)1ま
での間には、 Ctot = CFD+ CI + Can(なお、C
tot・・・合成容量+CFD・・・浮遊拡散領域と基
板間の容量、G3・・・配線容量、  CG1)・・・
nM。
Sトランジスタのゲート−ドレイン間の容量)の関係が
有り、特に信号Vsigが供給されるnMOSトランジ
スタのゲートとドレインのオーバーランプ分に依存する
容I Ca oを低減することが、回路特性上求められ
ている。
そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑み、入力電荷
から電圧への変換が行われる出力回路の初段のトランジ
スタのゲート・ドレイン間の容量を低減し、その電荷電
圧変換利得を改善するような出力回路の提供を目的とす
る。
[課題を解決するための手段〕 上述の課題を解決するために、本発明の出力回路は、入
力電荷を電圧に変換して出力するものであり、ゲートに
その入力電荷が供給され且つソースホロワを構成する第
1のMISトランジスタ(MOS)ランジスタ〕を存し
ている。その入力電荷は浮遊拡散領域から或いはフロー
ティングゲートからとを問わない。この第1のMIS)
ランジスタのソースには、定電流源を配することができ
、その定電流源と該定電流源に接続される電源(例えば
MISトランジスタがnチャンネルであれば接地電圧G
ND)との間に負荷を接続しても良い。そして、その第
1のMIS)ランジスタのドレイン側にはディプリーシ
ョン型(ノマーリイ・オン)の第2のMIS)ランジス
タ(MOS)ランジスタ)が接続され、この第2のMI
Sトランジスタを介して電源(例えばMISトランジス
タがnチャンネルであれば電源電圧■。、)が供給され
る。さらに、第2のMOS)ランジスタのゲートはソー
スホロワの出力部すなわち第1のM[Sトランジスタの
ソースに接続される。
このような本発明の出力回路において、第1のMIS)
ランジスタや第2のMISトランジスタのソースの電位
を基板電位(ウェルの電位を含む。
)と等しくする構成とすることもできる。
〔作用〕
ソースホロワを構成する第1のMISトランジスタのド
レインと電源の間に第2のMISトランジスタを接続し
、その第20Ml5)ランジスタのゲートをソースホロ
ワの出力部と接続する。すると、入力信号に対して第2
のMISトランジスタも同相で振られることになり、第
1のMISトランジスタのドレインのレベルが第1のM
IS)ランジスタのゲートのレベル変動に付随するかた
ちとなる。よって、第1のMIS)ランジスタのゲート
−ドレイン間の容量は低減される。
〔実施例〕
本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。
第1の実施例 本実施例は、CODのチップ上に形成される出力回路で
ある。
第1図に本実施例の回路構成を示す。ソースホロワを構
成する第1のMISトランジスタであるnMOS トラ
ンジスタ1のゲートは、図示しない電荷転送部の端部に
設けられている浮遊拡散領域10に接続される。そのn
MOS )ランジスタ1のゲートには浮遊拡散領域10
からの入力電荷が供給される。nMOS)ランジスタ1
のソースは初段のソースホロワの出力部6であり、次段
のソースホロワを構成するnMOSトランジスタ4のゲ
ートに接続される。nMOS)ランジスタ1のソースに
は、さらに定電流源として機能するnMOS)ランジス
タ3が接地電圧GNDとの間で接続される。このnMO
S)ランジスタ3のゲートには定電圧VGGが供給され
る。
nMOSトランジスタ1のドレインには、ディプリーシ
ョン型の第2のMIS)ランジスタであるnMOS)ラ
ンジスタ2のソースが接続される。
このディプリーション型のnMOSトランジスタ2のド
レインには電源電圧VOOが供給され、そのゲートはn
、MOSトランジスタlのソースすなわちソースホロワ
の出力部6と接続される。
次段のソースホロワは、nMOS)ランジスタ4.5か
らなり、初段のソースホロワの出力部6にゲートが接続
されるnMOS)ランジスタのドレインには電源電圧v
0が供給され、nMOSトランジスタ5のソースには接
地電圧GNDが供給されると共にそのゲートには定電圧
VC,Gが供給される。そして、nMOS)ランジスタ
4のソースから出力信号が取り出される。
このような回路構成の本実施例の出力回路は、nMOS
)ランジスタlのゲート電圧である入力電圧Vsigの
変化に応じて、nMOS)ランジスタ2のソースの電圧
V、を変化させることができる。すなわち、nMOS)
ランジスタ1がソースホロワとされて、同時にnMOS
 )ランジスタ2もソースホロワの如き機能を果たす。
例えば、仮にソースホロワの利得をC+、Gz(およそ
0.9程度)とすると、初段のソースホロワにおいて、
Vout =G+  −Vsig であり、概略的に、 Vp =Gz  ・G+  ・Vsigとなって、nM
OS)ランジスタ1のドレインの電位VPが入力電圧V
sigと同相で変化することが判る。このため、等価的
にnMOS )ランジスタ1のゲートとドレイン間の容
ff1ccoが小さくなることになり、容I CGoは
従来の15%〜35%程度の小さな値になる。従って、
電荷電圧変換利得が改善される。また、ショートチャン
ネル効果も緩和され、ソースホロワの利得が向上する。
第2図は本実施例の出力回路をチップ上に形成した例の
初段のソースホロワの断面図である。n型のシリコン基
板21上にp型のウェル領域22が形成され、そのp型
のウェル領域22に、浮遊拡散領域23が形成される。
さらにp型のウェル領域22にはぜゲート電極とセルフ
ァラインでn型の高濃度不純物拡散領域24a〜24d
が形成され、n型の高濃度不純物拡散領域24a、24
bがディプリーション型のnMOS)ランジスタ2のド
レイン、ソースとなり、n型の高濃度不純物拡散領域2
4b、24cがnMO3)ランジスタ1のドレイン、ソ
ースとなり、n型の高濃度不純物拡散領域24c、24
dが定電流源として機能するnMO3)ランジスタ3の
ドレイン、ソースとなる。出力部6は、n型の高濃度不
純物拡散領域24cであり、n型の高濃度不純物拡散領
域24aには電源電圧■。。が供給され、n型の高濃度
不純物拡散領域24dには接地電圧GNDが供給される
。、この例において、ソースホロワを構成するnMOS
トランジスタ1のソースであるn型の高濃度不純物拡散
領域24cがnMO3トランジスタ2のゲートに接続さ
れるため、そのnMOSトランジスタ1のゲート−ドレ
イン間の容1c0.が小さくなる。
第3図は第2図の断面方向に於けるポテンシャルエネル
ギー図であり、電g電圧VOOを約15■。
接地電圧GNDをO■とした例である。また、■0.は
2.5〜3.0V程度であり、入力信号VsigのDC
レベルの中心は8.0v程度である。
この図において、高濃度不純物拡散領域24cにおける
ポテンシャルΦ。、7が変化して、ソースホロワからの
出力が行われるが、このポテンシャルΦ。、7の変化に
応じて、高濃度不純物拡散領域24bのポテンシャルΦ
2も変化し、これらが同相で変化することから、Δ■9
□はnMO3)ランジスタ2を有しない場合に比較して
小さな変化しか示さない。よって、nMO3トランジス
タlのゲート−ドレイン間の容ffccoが小さくなり
、電荷電圧変換利得が改善されることになる。
なお、製造方法について説明すると、ディプリーション
型のnMOSトランジスタ2は、リン等のイオン注入に
より闇値電圧■いを調整して形成することができ、一般
のCCDのプロセスにおいて、埋め込みチャンネルの形
成に用いているイオン注入のマスクを、出力回路上で変
更するのみで良(、工程数の増加無しで実現できる。
第2の実施例 本実施例は、CCDの出力回路であって、p型のウェル
領域がそれぞれソースの電位にバイアスされる構成を有
する例である。
第4図にその回路構成を示す。浮遊拡散領域30はnM
OSトランジスタ31のゲートに接続され、このnMO
3)ランジスタ31はソースホロワを構成する。nMO
5トランジスタ31のソースには、接地電圧GNDとの
間で定TH′ft’FAとなるnMO3)ランジスタ3
3が接続され、そのnMO3)ランジスタ33のゲート
には定電位VCCが与えられている。ディプリーション
型のnMOSトランジスタ32は、そのゲートがソース
ホロワの出力部であるnMOSトランジスタ31のソー
スに接続され、このnMO3)ランジスタ32のドレイ
ンに電源電圧VDDが供給されている。このディプリー
ション型のnMO3)ランジスタ32のソースは、nM
OSトランジスタ31のドレインに接続される。このた
め、nMOSトランジスタ32の作動によって、nMO
Sトランジスタ31のドレインはソースホロワの出力電
圧と同相に制御され、nMO3トランジスタ31のゲー
ト−ドレイン間の容I Cc oが大きくならないよう
にされている。
そして、本実施例の出力回路では、nMOSトランジス
タ31とnMOSトランジスタ32のウェルの電位が各
ソースの電位と等しくされている。
このため、ウェルの電位とソースの電位が同相となり、
チャンネル−ウェル間の容量は等価的に小さくなって、
利得の劣化を抑えることが可能となる。
第5回は本実施例にかかる素子構造の断面図であり、各
nMO3)ランジスタ31,32.33は、基板電圧V
 subが与えられるn型のシリコン基板34の表面に
形成されたそれぞれp型のウェル領域35,36.37
内に形成される。
詳しくは、ソースから出力電圧Voutが取り出される
nMO3)ランジスタ31は、p型のウェル領域35内
のn型の高濃度不純物拡散領域38をドレイン、同じp
型のウェル領域35のn型の高濃度不純物拡散領域39
をソースとする。そのゲート40は、n型の高濃度不純
物拡散領域38゜39の間の領域の上部に形成され、入
力電圧Vsigが供給される。p型のウェル領域35に
は、ウェルの電位を与えるためのp型の高濃度不純物拡
散領域である取り出し領域41が形成され、この取り出
し領域41にはn型の高濃度不純物拡散領域39と同じ
電位が与えられる。
そのnMOs)ランジスタ31の電源電圧VIID側に
形成されるディプリーション型のnMOSトランジスタ
32は、p型のウェル領域36内のn型の高濃度不純物
拡散領域42をドレイン、同じp型のウェル領域36の
n型の高濃度不純物拡散領域43をソースとする。その
ゲート44は、n型の高濃度不純物拡散領域42.43
の間の領域の上部に形成され、前記nMO3)ランジス
タ31のソースであるn型の高濃度不純物拡散領域39
と接続される。ソースであるn型の高濃度不純物拡散領
域43は、nMOs )ランジスタ31のドレインであ
るn型の高濃度不純物拡散領域38に接続すると共に、
ウェル領域36の電位を与えるためのp型の高濃度不純
物拡散領域からなる取り出し領域45に接続する。
また、定電流源としてのnMOSトランジスタ33につ
いても同様に、nMOs )ランジスタ31のソースに
接続するドレインがp型のウェル領域37に形成される
n型の高濃度不純物拡散領域46であり、接地電圧GN
Dが与えられるソースが同じウェル領域37に形成され
るn型の高濃度不純物拡散領域47である。定電圧Va
tが与えられるゲート48は、それらn型の高濃度不純
物拡散領域46.47間の上部に形成される。そして、
このウェル領域37にも同様に、p型の高濃度不純物拡
散領域からなる取り出し領域49が形成され、この取り
出し領域49には接地電圧GNDが供給される。
このような構造の出力回路においては、nM。
Sトランジスタ31のドレインであるn型の高濃度不純
物拡散領域38の電位が、出力電圧Voutがゲート4
4に入力するnMOs )ランジスタ32の機能によっ
て、入力電圧Vsigに対して同相で振られることにな
り、このためnMOSトランジスタ31のゲートとドレ
イン間の容量CGDは小さくなる。そして、さらに本実
施例の出力回路においては、各ウェル領域35,36.
37の各取り出し領域41.45.49がnMOSトラ
ンジスタ31,32.33のソースと接続される。従っ
て、ソースの電位と同相で基板(ウェル)電位を変化さ
せることができ、チャンネルとウェルの間の寄生容量を
小さくして、利得の劣化を抑えることができる。
第3の実施例 本実施例は、第1の実施例の変形例であって、定電流源
の接地側の端子に抵抗を配した回路構成となっている。
第6図にその回路構成を示す、第1のMIS)ランジス
タであるnMOs)ランジスタ51は、そのゲートが浮
遊拡散領域55に接続され、ソースが次段のソースホロ
ワへ出力するための出力部とされている。このnMOs
)ランジスタ51のソースは、さらにディプリーション
型の第2のMIs)ランジスタであるnMOs)ランジ
スタ52のゲートに接続され、定電流源であるnMOS
トランジスタ53のドレインにも接続される。ディプリ
ーション型のnMO3l−ランジスタ52のドレインに
は電源電圧Vll1)が供給され、そのソースは上記n
MO3トランジスタ51のドレインに接続される。よっ
ス、nMOs)ランジスタ51のゲート−ドレイン間の
容ICcoを小さくできる。
定電流源であるnMOs)ランジスタ53のゲートには
、定電圧V6Gが供給され、そのソースには抵抗54を
介して接地電圧GNDが供給されている。なお、次段の
ソースホロワはnMOSトランジスタ56及び定電流源
としてのnMOs)ランジスタ57から構成されている
この回路構成の本実施例の出力回路は、定電圧VGGに
ノイズが含まれた場合にも、nMOs)ランジスタ53
には接地電圧GNDとの間で抵抗54が接続されている
ために、そのノイズによる定電流量の変化を吸収させて
、定まった電流量を維持するように作動させることがで
きる。また、上述の実施例と同様に、nMOsトランジ
スタ51のゲート−ドレイン間の容!−Ccoを小さく
できることは勿論である。
なお、本実施例の構成においても、第2の実施例のよう
に各MO3)ランジスタのソースと基板(ウェル)電位
を等しくするようにすることもできる。
第4の実施例 第4の実施例の出力回路は、第1の実施例の出力回路の
入力電荷の取り出しをフローティングゲートから行う例
である。
第7図にその回路構成を示す。第1のMISトランジス
タであるnMOSトランジスタ61のゲートは、フロー
ティングゲート64に接続され、このフローティングゲ
ート64より入力電荷がnMO3トランジスタロ1のゲ
ートへ転送される。
このnMOs)ランジスタロ1はソースホロワを構成し
、出力がソースより取り出される。そのソースは、接地
電圧GNDが定電流源であるnMOSトランジスタ63
を介して供給され、さらにディプリーション型のnMO
s トランジスタ62のゲートに接続される。このディ
プリーション型のnMOs)ランジスタロ2のドレイン
にはT1B電圧VDDが供給され、そのソースはソース
ホロワを構成するnMOSトランジスタ61のドレイン
に接続される。なお、次段のソースホロワは、nMOS
トランジスタ65及び定電流源としてのnMOSトラン
ジスタ66から構成される。
このように入力電荷をフローティングゲート64より取
り出す構成においても、ディプリーション型のnMOS
トランジスタ62によって、nMOSトランジスタ61
のドレインの電位が入力電荷と同相で振られ、その結果
、nMOs)ランジスタロ1のゲート−ドレイン間の容
Wk Cc nを小さくできる。また、この構成におい
て、基板(ウェル)の電位を各nMO3)ランジスタの
ソースの電位と等しくするようにすることもできる。
第5の実施例 第5の実施例は、フローティングゲートから入力電荷を
取り出し、且つ定電流源と直列に抵抗が配設される例で
ある。
第8図にその回路構成を示す、第1のMisトランジス
タであるnMOs)ランジスタフ1のゲートは、フロー
ティングゲート74に接続され、このフローティングゲ
ート74より入力電荷がnMOSトランジスタ71のゲ
ートへ転送される。
このnMOsトランジスタ7エはソースホロワを構成し
、出力がソースより取り出される。そのソースには、接
地電圧GNDとの間に、定電流源であるnMOSトラン
ジスタ73と抵抗75が直列に配設される。このため、
定電圧VCCにノイズがある場合でも、そのノイズの悪
影響を抑えることができる。さらにnMOs )ランジ
スタフ1のソースは、ディプリーション型のnMOs)
ランジスタフ2のゲートに接続される。このディプリー
ション型のnMOs トランジスタ72のドレインには
電源電圧VD1)が供給され、そのソースはソースホロ
ワを構成するnMOSトランジスタ71のドレインに接
続される。よって、nMOSトランジスタ71のゲート
−ドレイン間の容I Cr、 oを小さくできる。なお
、次段のソースホロワは、nMOSトランジスタ76及
び定電流源としてのnMOs)ランジスタフ7から構成
される。
このようにフローティングゲート74から入力電荷を取
り出し且つ定電流源に直列に抵抗を配する構成において
も、ゲート−ドレイン間の容1c0.を小さくできる。
[発明の効果] 本発明の出力回路は、第1のMISトランジスタの出力
部にゲートが接続されるディプリーション型の第2のM
IS)ランジスタを有し、このディプリーション型の第
2のMIS)ランジスタが第1のM[Sトランジスタの
ドレインの電位を入力電荷に対して同相に変化させるた
め、その第1のMIS)ランジスタのゲートとドレイン
間の容量を等価的に小さくさせることができる。従って
、CCD等の素子の電荷電圧変換利得を改善させること
ができ、ショートチャンネル効果の緩和も図ることかで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の出力回路の一例の回路図、第2図はそ
の一例を基板上に形成した場合の断面図、第3図は上記
−例において電源電圧VOOを15Vとした場合におけ
る第2図の断面に沿ったポテンシャルエネルギー図、第
4図は本発明の出力回路の他の一例の回路図、第5図は
上記他の一例を基板上に形成した場合の断面図である。 第6図は本発明の出力回路の更に他の一例の回路図、第
7図は本発明の出力回路のまた更に他の一例の回路図、
第8図は本発明の出力回路の更にまた他の一例の回路図
である。 第9図は一般的なCCDの出力回路の一例の回路図であ
り、第10図はその一般的なCCDの出力回路の一例の
要部の回路図である。 2.32.52,62.72・・・ブイプリーシラン型
のnMOsトランジスタ 3.33,53,63.13−nMOsトランジスタ(
定電流源) 10.30.55・・・浮遊拡散領域 64.74・・・フローティングゲート35〜37・・
・p型のウェル領域 特許出願人   ソニー株式会社 代理人弁理士 小泡 晃(他2名) 1.31.51.61.71・=nMO3)ランジスタ DD Vo。 本発明の出力回路が一優」 第1図 刈

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)入力電荷を電圧に変換して出力する出力回路にお
    いて、 ソースホロワを構成する第1のMISトランジスタのゲ
    ートに上記入力電荷が供給され、 上記第1のMISトランジスタのドレイン側にディプリ
    ーション型の第2のMISトランジスタを介して電源が
    供給され、 上記第2のMISトランジスタのゲートがソースホロワ
    の出力部に接続されることを特徴とする出力回路。
  2. (2)第1のMISトランジスタのソースと接続される
    定電流源とその定電流源に接続される電源との間に負荷
    が接続されることを特徴とする請求項第1項記載の出力
    回路。
  3. (3)第1のMISトランジスタ及び/又は第2のMI
    Sトランジスタの基板電位が当該MISトランジスタの
    ソースの電位に等しいことを特徴とする請求項第1項記
    載の出力回路。
JP1083689A 1989-03-31 1989-03-31 出力回路 Pending JPH02262344A (ja)

Priority Applications (4)

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