JPH06216385A - 電荷転送素子の出力回路 - Google Patents
電荷転送素子の出力回路Info
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- JPH06216385A JPH06216385A JP5020549A JP2054993A JPH06216385A JP H06216385 A JPH06216385 A JP H06216385A JP 5020549 A JP5020549 A JP 5020549A JP 2054993 A JP2054993 A JP 2054993A JP H06216385 A JPH06216385 A JP H06216385A
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- Japan
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- charge transfer
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 微小信号電荷の電圧変換能力を高いレベルで
維持したまま、１／ｆノイズを低減し、低照度時の画質
及び感度特性の向上を可能とした電荷転送素子の出力回
路を提供する。 【構成】 ＣＣＤの電荷転送部から転送されてきた信号
電荷を検出して信号電圧に変換する出力回路において、
信号電荷を受ける初段ソースフォロワの駆動側ＭＯＳト
ランジスタＱ1Dのゲート酸化膜を、同一回路内の他のＭ
ＯＳトランジスタＱ1L，Ｑ2D，Ｑ2L，Ｑ3D，Ｑ3Lのゲー
ト酸化膜よりも薄膜化し、１／ｆノイズを低減する。
維持したまま、１／ｆノイズを低減し、低照度時の画質
及び感度特性の向上を可能とした電荷転送素子の出力回
路を提供する。 【構成】 ＣＣＤの電荷転送部から転送されてきた信号
電荷を検出して信号電圧に変換する出力回路において、
信号電荷を受ける初段ソースフォロワの駆動側ＭＯＳト
ランジスタＱ1Dのゲート酸化膜を、同一回路内の他のＭ
ＯＳトランジスタＱ1L，Ｑ2D，Ｑ2L，Ｑ3D，Ｑ3Lのゲー
ト酸化膜よりも薄膜化し、１／ｆノイズを低減する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子等の電荷
転送素子の電荷転送部から転送されてきた信号電荷を検
出して信号電圧に変換する出力回路に関し、特に複数段
のソースフォロワからなる電荷転送素子の出力回路に関
する。
転送素子の電荷転送部から転送されてきた信号電荷を検
出して信号電圧に変換する出力回路に関し、特に複数段
のソースフォロワからなる電荷転送素子の出力回路に関
する。
【０００２】
【従来の技術】最近のＣＣＤ固体撮像素子の特性とし
て、当該撮像素子を小型化しても低照度時の感度を低下
させないようにするために、センサ部の構造と合わせて
微小信号電荷を信号電圧に変換する変換能力が重要とな
っている。この信号電荷の電圧変換能力を高めるために
は、電荷検出部の寄生容量をできるだけ小さくする必要
がある。この寄生容量を小さくするには、信号電荷を初
めに受けるＭＯＳトランジスタのゲート・チャネル間容
量を低減する、つまりゲート面積を縮小すれば良い。
て、当該撮像素子を小型化しても低照度時の感度を低下
させないようにするために、センサ部の構造と合わせて
微小信号電荷を信号電圧に変換する変換能力が重要とな
っている。この信号電荷の電圧変換能力を高めるために
は、電荷検出部の寄生容量をできるだけ小さくする必要
がある。この寄生容量を小さくするには、信号電荷を初
めに受けるＭＯＳトランジスタのゲート・チャネル間容
量を低減する、つまりゲート面積を縮小すれば良い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＭＯＳ
トランジスタのゲート面積を縮小化すると、出力回路を
構成するＭＯＳトランジスタのゲート面積に依存する１
／ｆノイズが増大することになる。このため、低照度時
の画質劣化を引き起こすことになり、ＣＣＤ固体撮像素
子を小型化する際のＳ／Ｎの従来品レベルの維持、向上
の妨げとなっていた。
トランジスタのゲート面積を縮小化すると、出力回路を
構成するＭＯＳトランジスタのゲート面積に依存する１
／ｆノイズが増大することになる。このため、低照度時
の画質劣化を引き起こすことになり、ＣＣＤ固体撮像素
子を小型化する際のＳ／Ｎの従来品レベルの維持、向上
の妨げとなっていた。
【０００４】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、微小信号電荷の電圧
変換能力を高いレベルで維持したまま、１／ｆノイズを
低減し、低照度時の画質及び感度特性の向上を可能とし
た電荷転送素子の出力回路を提供することにある。
であり、その目的とするところは、微小信号電荷の電圧
変換能力を高いレベルで維持したまま、１／ｆノイズを
低減し、低照度時の画質及び感度特性の向上を可能とし
た電荷転送素子の出力回路を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、電荷転送素子の電荷転送部から転送され
てきた信号電荷を検出して信号電圧に変換する出力回路
において、信号電荷を受けるＭＯＳトランジスタのゲー
ト酸化膜を、同一回路内の他のＭＯＳトランジスタのゲ
ート酸化膜よりも薄膜化した構成を採っている。
に、本発明は、電荷転送素子の電荷転送部から転送され
てきた信号電荷を検出して信号電圧に変換する出力回路
において、信号電荷を受けるＭＯＳトランジスタのゲー
ト酸化膜を、同一回路内の他のＭＯＳトランジスタのゲ
ート酸化膜よりも薄膜化した構成を採っている。
【０００６】
【作用】信号電荷を受けるＭＯＳトランジスタのゲート
酸化膜を薄膜化すると、出力回路から発生する１／ｆノ
イズがＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜厚の２乗に比
例することから、１／ｆノイズを低減できる。したがっ
て、当該ＭＯＳトランジスタのゲート面積の縮小化によ
って微小信号電荷の電圧変換能力を高いレベルで維持し
たまま、１／ｆノイズの低減によって低照度時の画質及
び感度特性を向上できる。
酸化膜を薄膜化すると、出力回路から発生する１／ｆノ
イズがＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜厚の２乗に比
例することから、１／ｆノイズを低減できる。したがっ
て、当該ＭＯＳトランジスタのゲート面積の縮小化によ
って微小信号電荷の電圧変換能力を高いレベルで維持し
たまま、１／ｆノイズの低減によって低照度時の画質及
び感度特性を向上できる。
【０００７】
【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ＣＣＤ固体撮像素子
の出力回路の一実施例を示す回路図であり、例えば、フ
ローティング・ディフュージョン・アンプ構成のものに
適用した場合を示す。図１において、駆動側ＭＯＳトラ
ンジスタＱnD及び負荷側ＭＯＳトランジスタＱnLからな
る例えば３段のソースフォロワ回路１によって本出力回
路のアンプ部が構成されている。
に説明する。図１は、本発明によるＣＣＤ固体撮像素子
の出力回路の一実施例を示す回路図であり、例えば、フ
ローティング・ディフュージョン・アンプ構成のものに
適用した場合を示す。図１において、駆動側ＭＯＳトラ
ンジスタＱnD及び負荷側ＭＯＳトランジスタＱnLからな
る例えば３段のソースフォロワ回路１によって本出力回
路のアンプ部が構成されている。
【０００８】この３段のソースフォロワ回路１におい
て、負荷側ＭＯＳトランジスタＱ1L，Ｑ2L，Ｑ3Lの各ゲ
ートは、直流電源２によって共通にバイアスされてお
り、また初段の駆動側ＭＯＳトランジスタＱ1Dのゲート
は、本出力回路の電荷検出部を構成するフローティング
・ディフュージョン（ＦＤ）３に接続されている。フロ
ーティング・ディフュージョン３には、ＣＣＤ固体撮像
素子の水平転送レジスタ（図示せず）から信号電荷が転
送される。フローティング・ディフュージョン３は、リ
セットスイッチ４によって所定の周期でリセットされ
る。
て、負荷側ＭＯＳトランジスタＱ1L，Ｑ2L，Ｑ3Lの各ゲ
ートは、直流電源２によって共通にバイアスされてお
り、また初段の駆動側ＭＯＳトランジスタＱ1Dのゲート
は、本出力回路の電荷検出部を構成するフローティング
・ディフュージョン（ＦＤ）３に接続されている。フロ
ーティング・ディフュージョン３には、ＣＣＤ固体撮像
素子の水平転送レジスタ（図示せず）から信号電荷が転
送される。フローティング・ディフュージョン３は、リ
セットスイッチ４によって所定の周期でリセットされ
る。
【０００９】ところで、上記構成の出力回路において、
信号電荷の電圧変換能力を高めるためには、電荷検出部
の寄生容量をできるだけ小さくする必要がある訳である
が、本出力回路のうち、信号電荷を最初に受ける初段ソ
ースフォロワの駆動側ＭＯＳトランジスタＱ1Dもその対
象となる。このため、初段ソースフォロワの駆動側ＭＯ
ＳトランジスタＱ1Dは、寄生容量を充分に小さくすべく
ゲート面積が縮小化され、さらに、ゲート面積に依存す
る１／ｆノイズを低減すべくゲート下の酸化膜が薄膜化
されている。
信号電荷の電圧変換能力を高めるためには、電荷検出部
の寄生容量をできるだけ小さくする必要がある訳である
が、本出力回路のうち、信号電荷を最初に受ける初段ソ
ースフォロワの駆動側ＭＯＳトランジスタＱ1Dもその対
象となる。このため、初段ソースフォロワの駆動側ＭＯ
ＳトランジスタＱ1Dは、寄生容量を充分に小さくすべく
ゲート面積が縮小化され、さらに、ゲート面積に依存す
る１／ｆノイズを低減すべくゲート下の酸化膜が薄膜化
されている。
【００１０】具体的には、初段及び２段目ソースフォロ
ワの各駆動側ＭＯＳトランジスタＱ1D，Ｑ2Dの断面構造
を示す図２において、初段ソースフォロワの駆動側ＭＯ
ＳトランジスタＱ1Dのゲート酸化膜５は、２段目ソース
フォロワの駆動側ＭＯＳトランジスタＱ2Dのゲート酸化
膜６の２／３〜１／３程度に薄膜化されている。図２に
は、２段目ソースフォロワの駆動側ＭＯＳトランジスタ
Ｑ2Dとの対比で示したが、実際には、ソースフォロワ回
路１において、初段の負荷側ＭＯＳトランジスタＱ1L及
び２段目以降のＭＯＳトランジスタＱ2D，Ｑ2L，Ｑ3D，
Ｑ3Lの各ゲート酸化膜が同一の膜厚で形成され、これら
のゲート酸化膜に対して初段の駆動側ＭＯＳトランジス
タＱ1Dのゲート酸化膜が薄膜化されている。
ワの各駆動側ＭＯＳトランジスタＱ1D，Ｑ2Dの断面構造
を示す図２において、初段ソースフォロワの駆動側ＭＯ
ＳトランジスタＱ1Dのゲート酸化膜５は、２段目ソース
フォロワの駆動側ＭＯＳトランジスタＱ2Dのゲート酸化
膜６の２／３〜１／３程度に薄膜化されている。図２に
は、２段目ソースフォロワの駆動側ＭＯＳトランジスタ
Ｑ2Dとの対比で示したが、実際には、ソースフォロワ回
路１において、初段の負荷側ＭＯＳトランジスタＱ1L及
び２段目以降のＭＯＳトランジスタＱ2D，Ｑ2L，Ｑ3D，
Ｑ3Lの各ゲート酸化膜が同一の膜厚で形成され、これら
のゲート酸化膜に対して初段の駆動側ＭＯＳトランジス
タＱ1Dのゲート酸化膜が薄膜化されている。
【００１１】初段ソースフォロワの駆動側ＭＯＳトラン
ジスタＱ1Dのゲート酸化膜５の薄膜化に際しては、先
ず、ソースフォロワ回路１を構成する全てのＭＯＳトラ
ンジスタＱ1D，Ｑ1L，Ｑ2D，Ｑ2L，Ｑ3D，Ｑ3Lに関して
同一の膜厚のゲート酸化膜を形成し、しかる後初段の駆
動側ＭＯＳトランジスタＱ1Dのゲート酸化膜５について
のみ、例えばドライエッチングによって２／３〜１／３
程度に薄くすることによって実現できる。
ジスタＱ1Dのゲート酸化膜５の薄膜化に際しては、先
ず、ソースフォロワ回路１を構成する全てのＭＯＳトラ
ンジスタＱ1D，Ｑ1L，Ｑ2D，Ｑ2L，Ｑ3D，Ｑ3Lに関して
同一の膜厚のゲート酸化膜を形成し、しかる後初段の駆
動側ＭＯＳトランジスタＱ1Dのゲート酸化膜５について
のみ、例えばドライエッチングによって２／３〜１／３
程度に薄くすることによって実現できる。
【００１２】ここで、ＭＯＳトランジスタのゲート面積
をＷ・Ｌ、ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜厚をｄｏ
ｘとすると、これらに依存する１／ｆノイズのノイズエ
ネルギーＥnf 2 には数１の式の関係がある。
をＷ・Ｌ、ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜厚をｄｏ
ｘとすると、これらに依存する１／ｆノイズのノイズエ
ネルギーＥnf 2 には数１の式の関係がある。
【数１】 Ｅnf 2 ∽（１／Ｗ・Ｌ），ｄｏｘ2 ，Ｋ，（１／ｆm ） ここで、ＫはＳｉ／ＳｉＯ2 の界面準位によって決まる
定数、ｆは周波数、ｍは１〜０．８である。
定数、ｆは周波数、ｍは１〜０．８である。
【００１３】ソースフォロワ回路１において、最終段
（３段目）は、ＣＣＤ固体撮像素子の外部のバッファ
（図示せず）を充分駆動できる電流を流し得るサイズの
ＭＯＳトランジスタによって構成されている。また、２
段目は、初段が充分に駆動でき、かつ最終段を充分駆動
できるように構成され、出力回路全体で充分な周波数特
性を持つように各ＭＯＳトランジスタのサイズが最適化
されている。なお、出力回路全体の薄膜化は、静電耐圧
が低下し、回路部の破壊につながる可能性が大きくな
り、量産品には不向きである。
（３段目）は、ＣＣＤ固体撮像素子の外部のバッファ
（図示せず）を充分駆動できる電流を流し得るサイズの
ＭＯＳトランジスタによって構成されている。また、２
段目は、初段が充分に駆動でき、かつ最終段を充分駆動
できるように構成され、出力回路全体で充分な周波数特
性を持つように各ＭＯＳトランジスタのサイズが最適化
されている。なお、出力回路全体の薄膜化は、静電耐圧
が低下し、回路部の破壊につながる可能性が大きくな
り、量産品には不向きである。
【００１４】上述したように、初段ソースフォロワの駆
動側ＭＯＳトランジスタＱ1Dのゲート酸化膜５を、同一
回路内の他のＭＯＳトランジスタＱ1L，Ｑ2D，Ｑ2L，Ｑ
3D，Ｑ3Lの酸化膜よりも薄膜化したことにより、信号電
荷を最初に受ける初段ソースフォロワの駆動側ＭＯＳト
ランジスタＱ1Dは流れる電流が少ないことから、図１に
示すように、保護抵抗Ｒを付けることができるため、薄
膜化しても静電耐圧は劣化しなく、しかもゲート面積の
縮小化によって微小信号の信号電荷の電圧変換能力を高
いレベルで維持したまま、１／ｆノイズを低減すること
ができる。
動側ＭＯＳトランジスタＱ1Dのゲート酸化膜５を、同一
回路内の他のＭＯＳトランジスタＱ1L，Ｑ2D，Ｑ2L，Ｑ
3D，Ｑ3Lの酸化膜よりも薄膜化したことにより、信号電
荷を最初に受ける初段ソースフォロワの駆動側ＭＯＳト
ランジスタＱ1Dは流れる電流が少ないことから、図１に
示すように、保護抵抗Ｒを付けることができるため、薄
膜化しても静電耐圧は劣化しなく、しかもゲート面積の
縮小化によって微小信号の信号電荷の電圧変換能力を高
いレベルで維持したまま、１／ｆノイズを低減すること
ができる。
【００１５】図３に、本発明の実験結果を示す。図３
は、初段ソースフォロワのゲート面積及びゲート酸化膜
厚の２つの値を変えたものに対してノイズエネルギーが
どのように変化するかを表した特性図である。この実験
結果から明かなように、ゲート酸化膜厚を薄くすると、
同じゲート面積でも１／ｆノイズが低減していることが
わかる。すなわち、信号電荷の電圧変換能力を高めるた
め、ＭＯＳトランジスタのサイズを小さくしても、ゲー
ト酸化膜厚を薄くすることにより、１／ｆノイズを従来
品レベル、またはそれ以上に低減することができる。
は、初段ソースフォロワのゲート面積及びゲート酸化膜
厚の２つの値を変えたものに対してノイズエネルギーが
どのように変化するかを表した特性図である。この実験
結果から明かなように、ゲート酸化膜厚を薄くすると、
同じゲート面積でも１／ｆノイズが低減していることが
わかる。すなわち、信号電荷の電圧変換能力を高めるた
め、ＭＯＳトランジスタのサイズを小さくしても、ゲー
ト酸化膜厚を薄くすることにより、１／ｆノイズを従来
品レベル、またはそれ以上に低減することができる。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固体撮像素子等の電荷転送素子の電荷転送部から転送さ
れてきた信号電荷を検出して信号電圧に変換する出力回
路において、信号電荷を受けるＭＯＳトランジスタのゲ
ート酸化膜を、同一回路内の他のＭＯＳトランジスタの
ゲート酸化膜よりも薄膜化したことにより、出力回路か
ら発生する１／ｆノイズがＭＯＳトランジスタのゲート
酸化膜厚の２乗に比例することから、１／ｆノイズを低
減できるため、当該ＭＯＳトランジスタのゲート面積の
縮小化によって微小信号電荷の電圧変換能力を高いレベ
ルで維持したまま、１／ｆノイズの低減によって低照度
時の画質及び感度特性を向上できることになる。
固体撮像素子等の電荷転送素子の電荷転送部から転送さ
れてきた信号電荷を検出して信号電圧に変換する出力回
路において、信号電荷を受けるＭＯＳトランジスタのゲ
ート酸化膜を、同一回路内の他のＭＯＳトランジスタの
ゲート酸化膜よりも薄膜化したことにより、出力回路か
ら発生する１／ｆノイズがＭＯＳトランジスタのゲート
酸化膜厚の２乗に比例することから、１／ｆノイズを低
減できるため、当該ＭＯＳトランジスタのゲート面積の
縮小化によって微小信号電荷の電圧変換能力を高いレベ
ルで維持したまま、１／ｆノイズの低減によって低照度
時の画質及び感度特性を向上できることになる。
【図１】本発明による出力回路の一実施例を示す回路図
である。
である。
【図２】初段及び２段目ソースフォロワの各駆動側ＭＯ
Ｓトランジスタの断面構造図である。
Ｓトランジスタの断面構造図である。
【図３】本発明に係る実験結果を示す特性図である。
１ ソースフォロワ回路 ２ フローティング・ディフュージョン（ＦＤ） ４ リセットスイッチ ５，６ ゲート酸化膜
Claims (3)
- 【請求項１】 電荷転送素子の電荷転送部から転送され
てきた信号電荷を検出して信号電圧に変換する出力回路
であって、 信号電荷を受けるＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜
が、同一回路内の他のＭＯＳトランジスタのゲート酸化
膜よりも薄膜化されたことを特徴とする電荷転送素子の
出力回路。 - 【請求項２】 複数段のソースフォロワからなり、前記
信号電荷を受けるＭＯＳトランジスタは初段のソースフ
ォロワを構成する駆動側ＭＯＳトランジスタであること
を特徴とする請求項１記載の電荷転送素子の出力回路。 - 【請求項３】 前記他のＭＯＳトランジスタは、２段目
以降のソースフォロワを構成するＭＯＳトランジスタで
あることを特徴とする請求項２記載の電荷転送素子の出
力回路。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02054993A JP3309464B2 (ja) | 1993-01-12 | 1993-01-12 | 電荷転送装置 |
| EP94100201A EP0609658B1 (en) | 1993-01-12 | 1994-01-07 | Output circuit device for charge transfer element |
| DE69429018T DE69429018T2 (de) | 1993-01-12 | 1994-01-07 | Ausgangsschaltung für Ladungsübertragungselement |
| EP97101820A EP0789399B1 (en) | 1993-01-12 | 1994-01-07 | Output circuit device for charge transfer element |
| DE69409274T DE69409274T2 (de) | 1993-01-12 | 1994-01-07 | Ausgangsschaltung für Ladungsübertragungselement |
| KR1019940000285A KR100300782B1 (ko) | 1993-01-12 | 1994-01-10 | 전하전송소자의출력회로및그제조방법 |
| US08/180,283 US5432364A (en) | 1993-01-12 | 1994-01-12 | Output circuit device for charge transfer element |
| US08/393,827 US5498887A (en) | 1993-01-12 | 1995-02-24 | Output circuit device for a charge transfer element having tripartite diffusion layer |
| US08/446,251 US5569616A (en) | 1993-01-12 | 1995-05-22 | Process for forming an output circuit device for a charge transfer element having tripartite diffusion layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02054993A JP3309464B2 (ja) | 1993-01-12 | 1993-01-12 | 電荷転送装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06216385A true JPH06216385A (ja) | 1994-08-05 |
| JP3309464B2 JP3309464B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=12030236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02054993A Expired - Lifetime JP3309464B2 (ja) | 1993-01-12 | 1993-01-12 | 電荷転送装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3309464B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6417553B1 (en) * | 2001-03-16 | 2002-07-09 | Amic Technology (Taiwan) Inc. | Semiconductor wafer with sensors for detecting radiation on the semiconductor wafer |
| JP2006253316A (ja) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Sony Corp | 固体撮像装置 |
| US7557848B2 (en) | 2004-03-04 | 2009-07-07 | Sharp Kabushiki Kaisha | Solid-state image pickup device including switched capacitor amplifier |
| WO2012176364A1 (ja) * | 2011-06-24 | 2012-12-27 | パナソニック株式会社 | 固体撮像装置 |
-
1993
- 1993-01-12 JP JP02054993A patent/JP3309464B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6417553B1 (en) * | 2001-03-16 | 2002-07-09 | Amic Technology (Taiwan) Inc. | Semiconductor wafer with sensors for detecting radiation on the semiconductor wafer |
| US7557848B2 (en) | 2004-03-04 | 2009-07-07 | Sharp Kabushiki Kaisha | Solid-state image pickup device including switched capacitor amplifier |
| JP2006253316A (ja) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Sony Corp | 固体撮像装置 |
| US8507961B2 (en) | 2005-03-09 | 2013-08-13 | Sony Corporation | Solid-state imaging device |
| US8895382B2 (en) | 2005-03-09 | 2014-11-25 | Sony Corporation | Solid-state imaging device |
| US9196649B2 (en) | 2005-03-09 | 2015-11-24 | Sony Corporation | Solid-state imaging device |
| WO2012176364A1 (ja) * | 2011-06-24 | 2012-12-27 | パナソニック株式会社 | 固体撮像装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3309464B2 (ja) | 2002-07-29 |
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