JPH04312082A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH04312082A JPH04312082A JP3106667A JP10666791A JPH04312082A JP H04312082 A JPH04312082 A JP H04312082A JP 3106667 A JP3106667 A JP 3106667A JP 10666791 A JP10666791 A JP 10666791A JP H04312082 A JPH04312082 A JP H04312082A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices 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
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
-
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- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
- H01L27/14654—Blooming suppression
-
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- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に関し、
特に各画素毎に増幅機能を有する電流出力タイプの増幅
型固体撮像装置に関する。
特に各画素毎に増幅機能を有する電流出力タイプの増幅
型固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、電流出力タイプの増幅型固体撮像
装置としては、単位画素の中に増幅回路を組み込んだＡ
ＭＩ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ＭＯＳ Ｉｎｔｅｌｌｉｇ
ｅｎｔ） 型固体撮像装置や、ＭＯＳフォトトランジス
タで画素を構成したＣＭＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｍｏｄｕｌ
ａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ）型固体撮像装置等が知られ
ている。
装置としては、単位画素の中に増幅回路を組み込んだＡ
ＭＩ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ＭＯＳ Ｉｎｔｅｌｌｉｇ
ｅｎｔ） 型固体撮像装置や、ＭＯＳフォトトランジス
タで画素を構成したＣＭＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｍｏｄｕｌ
ａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ）型固体撮像装置等が知られ
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これら電流出力タイプ
の増幅型固体撮像装置のうち、ＡＭＩ型の固体撮像装置
では、リセットノイズやＶｔｈムラの点で、またＣＭＤ
型の固体撮像装置では、ブルーミングや表面性暗電流の
点でそれぞれ問題がある。そこで、本発明は、リセット
ノイズ、Ｖｔｈムラ、スミア成分及び表面性暗電流を低
減するとともに、ブルーミングの発生を抑制できる固体
撮像装置を提供することを目的とする。
の増幅型固体撮像装置のうち、ＡＭＩ型の固体撮像装置
では、リセットノイズやＶｔｈムラの点で、またＣＭＤ
型の固体撮像装置では、ブルーミングや表面性暗電流の
点でそれぞれ問題がある。そこで、本発明は、リセット
ノイズ、Ｖｔｈムラ、スミア成分及び表面性暗電流を低
減するとともに、ブルーミングの発生を抑制できる固体
撮像装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による固体撮像装置は、水平及び垂直方向に
て画素単位で２次元的に配列された複数個のフォトセン
サ部の各々が、ゲート電極が水平選択線に、ソース電極
が垂直信号線にそれぞれ接続された垂直選択トランジス
タ及びこの垂直選択トランジスタのチャネル領域下に設
けられた光電変換素子からなり、前記ソース電極及びチ
ャネル領域の下部に高濃度不純物を埋め込み、ソース電
極に電圧を印加することにより、光電変換された信号電
荷をリセットする構成となっている。
に、本発明による固体撮像装置は、水平及び垂直方向に
て画素単位で２次元的に配列された複数個のフォトセン
サ部の各々が、ゲート電極が水平選択線に、ソース電極
が垂直信号線にそれぞれ接続された垂直選択トランジス
タ及びこの垂直選択トランジスタのチャネル領域下に設
けられた光電変換素子からなり、前記ソース電極及びチ
ャネル領域の下部に高濃度不純物を埋め込み、ソース電
極に電圧を印加することにより、光電変換された信号電
荷をリセットする構成となっている。
【０００５】
【作用】本発明による固体撮像装置において、選択画素
の垂直選択トランジスタのゲート電極に３．５Ｖ程度の
中間レベルの電圧を、ソース電極に２Ｖ程度の電圧をそ
れぞれ印加することにより、選択画素のゲート電極の下
部に溜まったホール数に比例した電流が流れる。次に、
選択画素のソース電極を８Ｖ程度とし、ゲート電極の下
部に電圧を印加することにより、チャネル領域のホール
をドレイン領域の方へ捨て、ホール・オーバーフロー・
ドレインを介して基板へ流す。その後、もう一度空の状
態を読み取る。このＣＤＳ（相関二重サンプリング）動
作により、Ｖｔｈムラやスミア成分の除去された信号成
分を検出できる。また、水平ブランキング期間で全画素
をオン状態にし、水平走査期間毎に表面チャネル領域に
電子を注入することにより、表面準位に電子が入り、表
面性暗電流が抑制される。
の垂直選択トランジスタのゲート電極に３．５Ｖ程度の
中間レベルの電圧を、ソース電極に２Ｖ程度の電圧をそ
れぞれ印加することにより、選択画素のゲート電極の下
部に溜まったホール数に比例した電流が流れる。次に、
選択画素のソース電極を８Ｖ程度とし、ゲート電極の下
部に電圧を印加することにより、チャネル領域のホール
をドレイン領域の方へ捨て、ホール・オーバーフロー・
ドレインを介して基板へ流す。その後、もう一度空の状
態を読み取る。このＣＤＳ（相関二重サンプリング）動
作により、Ｖｔｈムラやスミア成分の除去された信号成
分を検出できる。また、水平ブランキング期間で全画素
をオン状態にし、水平走査期間毎に表面チャネル領域に
電子を注入することにより、表面準位に電子が入り、表
面性暗電流が抑制される。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、本発明による固体撮像装置の一実
施例の要部を示す回路図である。この図では、説明の都
合上、水平及び垂直方向においてマトリクス状に２次元
配列された複数画素のうち、あるラインの１画素のみの
回路構成を示しているが、残りの画素も全て同じ回路構
成となっているものとする。図において、単位画素のフ
ォトセンサ部１は、ゲート電極が水平選択線２に、ソー
ス電極が垂直信号線３にそれぞれ接続された垂直選択ト
ランジスタ４を有し、この垂直選択トランジスタ４のチ
ャネル領域に光電変換素子であるフォトダイオード５が
設けられた構成となっている。
に説明する。図１は、本発明による固体撮像装置の一実
施例の要部を示す回路図である。この図では、説明の都
合上、水平及び垂直方向においてマトリクス状に２次元
配列された複数画素のうち、あるラインの１画素のみの
回路構成を示しているが、残りの画素も全て同じ回路構
成となっているものとする。図において、単位画素のフ
ォトセンサ部１は、ゲート電極が水平選択線２に、ソー
ス電極が垂直信号線３にそれぞれ接続された垂直選択ト
ランジスタ４を有し、この垂直選択トランジスタ４のチ
ャネル領域に光電変換素子であるフォトダイオード５が
設けられた構成となっている。
【０００７】かかる構成のフォトセンサ部１において、
垂直選択トランジスタ４のドレイン電極には電源電圧Ｖ
ＤＤ（例えば、５Ｖ）が固定電圧として印加され、また
ゲート電極には水平選択線２を介して垂直走査回路６か
ら垂直走査パルスφＶ が印加されることによって水平
ラインの選択が行われる。そして、１の水平ラインが選
択されると、その選択された水平ラインの画素のフォト
ダイオード５に入射光に応じて蓄えられた信号電荷が垂
直選択トランジスタ４によって増幅されて垂直信号線３
に出力されることになる。
垂直選択トランジスタ４のドレイン電極には電源電圧Ｖ
ＤＤ（例えば、５Ｖ）が固定電圧として印加され、また
ゲート電極には水平選択線２を介して垂直走査回路６か
ら垂直走査パルスφＶ が印加されることによって水平
ラインの選択が行われる。そして、１の水平ラインが選
択されると、その選択された水平ラインの画素のフォト
ダイオード５に入射光に応じて蓄えられた信号電荷が垂
直選択トランジスタ４によって増幅されて垂直信号線３
に出力されることになる。
【０００８】垂直信号線３に導出された出力信号は、水
平ゲートスイッチ７によるスイッチングによって水平信
号線８に電流出力として導出される。水平ゲートスイッ
チ７のスイッチング制御は、水平走査回路９から出力さ
れる水平シフトパルスφＨ によって行われる。水平信
号線８に導出された電流出力は、切替えスイッチ１０を
経た後アンプ１１によって電圧出力Ｖｏｕｔ として導
出される。切替えスイッチ１０は、水平信号線８に対し
て選択的にリセット電圧ＶＲｅｓｅｔ （例えば、８Ｖ
）を印加するようになっている。
平ゲートスイッチ７によるスイッチングによって水平信
号線８に電流出力として導出される。水平ゲートスイッ
チ７のスイッチング制御は、水平走査回路９から出力さ
れる水平シフトパルスφＨ によって行われる。水平信
号線８に導出された電流出力は、切替えスイッチ１０を
経た後アンプ１１によって電圧出力Ｖｏｕｔ として導
出される。切替えスイッチ１０は、水平信号線８に対し
て選択的にリセット電圧ＶＲｅｓｅｔ （例えば、８Ｖ
）を印加するようになっている。
【０００９】図２は１ユニットセル（単位画素）の構造
を示す平面図、図３は図２のＡ‐Ａ矢視断面図である。 先ず、図３において、Ｐ型シリコン基板２１の表面には
、Ｎ型ウェル２２が形成され、その上にはさらにＰ型ウ
ェル２３が形成されている。Ｐ型ウェル２３上には、シ
リコン酸化膜（ＳｉＯ２）２４を介して薄いポリシリコ
ンからなる透明なゲート電極２５が図２に示す如く環状
に形成されている。ゲート電極２５の内側直下でＰ型ウ
ェル２３の表面側には、Ｎ＋ 型のソース領域２６が形
成されている。また、ソース領域２６の周りのゲート電
極２５と対向する位置にはＮ型のチャネル領域２７が形
成され、さらにその周りにはＮ＋ 型のドレイン領域２
８が形成され、以上によって先述した垂直選択トランジ
スタ４が構成されている。
を示す平面図、図３は図２のＡ‐Ａ矢視断面図である。 先ず、図３において、Ｐ型シリコン基板２１の表面には
、Ｎ型ウェル２２が形成され、その上にはさらにＰ型ウ
ェル２３が形成されている。Ｐ型ウェル２３上には、シ
リコン酸化膜（ＳｉＯ２）２４を介して薄いポリシリコ
ンからなる透明なゲート電極２５が図２に示す如く環状
に形成されている。ゲート電極２５の内側直下でＰ型ウ
ェル２３の表面側には、Ｎ＋ 型のソース領域２６が形
成されている。また、ソース領域２６の周りのゲート電
極２５と対向する位置にはＮ型のチャネル領域２７が形
成され、さらにその周りにはＮ＋ 型のドレイン領域２
８が形成され、以上によって先述した垂直選択トランジ
スタ４が構成されている。
【００１０】また、ソース領域２６及びチャネル領域２
７の下部には、Ｎ＋ 型不純物領域２９が埋め込まれて
いる。このＮ＋ 型不純物領域２９は、ソース領域２６
を介して電圧が印加されることにより、チャネル領域２
７の下部をバイアスし、光電変換によってチャネル領域
２７の下部に溜まったホールをドレイン２８方向に捨て
る作用をなす。ドレイン２８方向に捨てられたホールは
、ホール・オーバーフロー・ドレイン３０を介して基板
２１へ流れる。このホール・オーバーフロー・ドレイン
３０とゲート電極２５の間には、ホールに対する適当な
バリアを有するオーバーフロー・コントロール部３１が
形成されている。ゲート電極２５はこのオーバーフロー
・コントロール部３１を介してコンタクト３２によって
水平選択線２に、ソース領域２６はコンタクト３３によ
って垂直信号線３にそれぞれ接続されている。
７の下部には、Ｎ＋ 型不純物領域２９が埋め込まれて
いる。このＮ＋ 型不純物領域２９は、ソース領域２６
を介して電圧が印加されることにより、チャネル領域２
７の下部をバイアスし、光電変換によってチャネル領域
２７の下部に溜まったホールをドレイン２８方向に捨て
る作用をなす。ドレイン２８方向に捨てられたホールは
、ホール・オーバーフロー・ドレイン３０を介して基板
２１へ流れる。このホール・オーバーフロー・ドレイン
３０とゲート電極２５の間には、ホールに対する適当な
バリアを有するオーバーフロー・コントロール部３１が
形成されている。ゲート電極２５はこのオーバーフロー
・コントロール部３１を介してコンタクト３２によって
水平選択線２に、ソース領域２６はコンタクト３３によ
って垂直信号線３にそれぞれ接続されている。
【００１１】次に、かかる構造のユニットセルの動作に
つき、図４のポテンシャル分布図を参照しつつ図５の波
形図に基づいて説明する。なお、図４において、実線は
ドレイン２８のポテンシャル分布を、破線はゲート電極
２５の直下のポテンシャル分布をそれぞれ示している。 また、図５において、（Ａ）はソース電圧Ｖｓ の波形
を、（Ｂ）は出力電流Ｉの波形をそれぞれ示している。
つき、図４のポテンシャル分布図を参照しつつ図５の波
形図に基づいて説明する。なお、図４において、実線は
ドレイン２８のポテンシャル分布を、破線はゲート電極
２５の直下のポテンシャル分布をそれぞれ示している。 また、図５において、（Ａ）はソース電圧Ｖｓ の波形
を、（Ｂ）は出力電流Ｉの波形をそれぞれ示している。
【００１２】光電変換によって発生したホールはゲート
電極２５下のチャネル領域２７の下部に蓄積される。こ
の状態において、非選択画素の垂直選択トランジスタ４
をそのゲート電極に“Ｌ”レベル（例えば、０Ｖ）の電
圧を印加してＬｏｗ状態にする一方、選択画素の垂直選
択トランジスタ４のゲート電極に水平選択線２を介して
３．５Ｖ程度の中間レベルの電圧を、又ソース電極に外
部のアンプ１１（図１参照）によって例えば２Ｖ程度の
電圧をそれぞれ印加する（図５（Ａ）参照）。これによ
り、選択画素のゲート電極２５下のチャネル領域２７の
下部に溜まったホールの数に依存して電流変調を受け、
ホール数に比例した電流が流れることになる。この出力
電流は、図５（Ｂ）に示すように、信号成分以外にＶｔ
ｈムラやスミア成分をも含んでいる。
電極２５下のチャネル領域２７の下部に蓄積される。こ
の状態において、非選択画素の垂直選択トランジスタ４
をそのゲート電極に“Ｌ”レベル（例えば、０Ｖ）の電
圧を印加してＬｏｗ状態にする一方、選択画素の垂直選
択トランジスタ４のゲート電極に水平選択線２を介して
３．５Ｖ程度の中間レベルの電圧を、又ソース電極に外
部のアンプ１１（図１参照）によって例えば２Ｖ程度の
電圧をそれぞれ印加する（図５（Ａ）参照）。これによ
り、選択画素のゲート電極２５下のチャネル領域２７の
下部に溜まったホールの数に依存して電流変調を受け、
ホール数に比例した電流が流れることになる。この出力
電流は、図５（Ｂ）に示すように、信号成分以外にＶｔ
ｈムラやスミア成分をも含んでいる。
【００１３】続いて、切替えスイッチ１０によるリセッ
ト電圧ＶＲｅｓｅｔの選択によって垂直信号線３を介し
て選択画素のソース領域２６に８Ｖ程度の電圧を印加し
、Ｎ＋ 型不純物領域２９を介してゲート電極２５の下
部をバイアスすることにより、チャネル領域２３のホー
ルをドレイン領域２８の方向へ、即ち横方向に捨てる。 ドレイン領域２８に捨てられたホールは、オーバーフロ
ー・コントロール部３１によって制御されつつホール・
オーバーフロー・ドレイン３０を介して基板２１へ流れ
る。このホールのリセット動作により、ブルーミングの
発生を抑制できることになる。
ト電圧ＶＲｅｓｅｔの選択によって垂直信号線３を介し
て選択画素のソース領域２６に８Ｖ程度の電圧を印加し
、Ｎ＋ 型不純物領域２９を介してゲート電極２５の下
部をバイアスすることにより、チャネル領域２３のホー
ルをドレイン領域２８の方向へ、即ち横方向に捨てる。 ドレイン領域２８に捨てられたホールは、オーバーフロ
ー・コントロール部３１によって制御されつつホール・
オーバーフロー・ドレイン３０を介して基板２１へ流れ
る。このホールのリセット動作により、ブルーミングの
発生を抑制できることになる。
【００１４】ホールのリセット後、もう一度空の状態を
読み取る。このときには、信号成分は存在しないことか
ら、Ｖｔｈムラやスミア成分のみを検出できる。したが
って、リセット前とリセット後の出力電流の差をとるこ
とにより、Ｖｔｈムラやスミア成分の除去された信号成
分のみを検出できることになる。一方、水平ブランキン
グ期間において、ソース電極をオープンにしかつ全ての
ゲート電極を“Ｈ”レベル（例えば、５Ｖ）にすること
により、全画素をオン状態にし、水平走査期間毎に表面
チャネル領域２７に電子を注入する（このとき、ソース
電極はドレイン電極と同じ電位になる）。これにより、
表面準位に電子が入り、表面性暗電流が１／１０以下に
抑えられることになる。
読み取る。このときには、信号成分は存在しないことか
ら、Ｖｔｈムラやスミア成分のみを検出できる。したが
って、リセット前とリセット後の出力電流の差をとるこ
とにより、Ｖｔｈムラやスミア成分の除去された信号成
分のみを検出できることになる。一方、水平ブランキン
グ期間において、ソース電極をオープンにしかつ全ての
ゲート電極を“Ｈ”レベル（例えば、５Ｖ）にすること
により、全画素をオン状態にし、水平走査期間毎に表面
チャネル領域２７に電子を注入する（このとき、ソース
電極はドレイン電極と同じ電位になる）。これにより、
表面準位に電子が入り、表面性暗電流が１／１０以下に
抑えられることになる。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
画素単位のフォトセンサ部毎に、ゲート電極が水平選択
線に、ソース電極が垂直信号線にそれぞれ接続された垂
直選択トランジスタを配するとともに、この垂直選択ト
ランジスタのチャネル領域下に光電変換素子を設け、ソ
ース電極及びチャネル領域の下部に高濃度不純物を埋め
込み、ソース電極に電圧を印加することにより、光電変
換された信号電荷をリセットする構成となっているので
、ＣＤＳ動作によってＶｔｈムラ、リセットノイズ及び
スミアを低減できる効果がある。また、水平ブランキン
グ期間で全画素をオン状態にし、水平走査期間毎に表面
準位に電子を注入することにより、表面性暗電流を低減
できることにもなる。
画素単位のフォトセンサ部毎に、ゲート電極が水平選択
線に、ソース電極が垂直信号線にそれぞれ接続された垂
直選択トランジスタを配するとともに、この垂直選択ト
ランジスタのチャネル領域下に光電変換素子を設け、ソ
ース電極及びチャネル領域の下部に高濃度不純物を埋め
込み、ソース電極に電圧を印加することにより、光電変
換された信号電荷をリセットする構成となっているので
、ＣＤＳ動作によってＶｔｈムラ、リセットノイズ及び
スミアを低減できる効果がある。また、水平ブランキン
グ期間で全画素をオン状態にし、水平走査期間毎に表面
準位に電子を注入することにより、表面性暗電流を低減
できることにもなる。
【図１】本発明による固体撮像装置の一実施例の要部を
示す回路図である。
示す回路図である。
【図２】１ユニットセルの構造を示す平面図である。
【図３】１ユニットセルの構造を示す断面図である。
【図４】ドレイン領域（実線）及び各動作状態における
ゲート電極直下（破線）のポテンシャル分布図である。
ゲート電極直下（破線）のポテンシャル分布図である。
【図５】動作説明のための波形図である。
１ フォトセンサ部
２ 水平選択線
３ 垂直信号線
４ 垂直選択トランジスタ
７ 水平ゲートスイッチ
８ 水平信号線
２１ シリコン基板
２５ ゲート電極
２６ ソース領域
２７ チャネル領域
２８ ドレイン領域
Claims (1)
- 【請求項１】 水平及び垂直方向にて画素単位で２次
元的に配列された複数個のフォトセンサ部の各々が、ゲ
ート電極が水平選択線に、ソース電極が垂直信号線にそ
れぞれ接続された垂直選択トランジスタ及びこの垂直選
択トランジスタのチャネル領域下に設けられた光電変換
素子からなり、前記ソース電極及びチャネル領域の下部
に高濃度不純物を埋め込み、前記ソース電極に電圧を印
加することにより、前記光電変換素子で光電変換された
信号電荷をリセットすることを特徴とする固体撮像装置
。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3106667A JPH04312082A (ja) | 1991-04-10 | 1991-04-10 | 固体撮像装置 |
| KR1019920005678A KR920020734A (ko) | 1991-04-10 | 1992-04-06 | 고체촬상장치 |
| US07/865,487 US5285091A (en) | 1991-04-10 | 1992-04-09 | Solid state image sensing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3106667A JPH04312082A (ja) | 1991-04-10 | 1991-04-10 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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