KR100299575B1 - Solid-state image sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 고체촬상장치, 특히, 소량의 전하를 취급하는 소형의 화소를 구비한 고체촬상장치에 관한 것이다, 상기 고체촬상장치는, 빛을 전하로 변환하는 광전변환부(a)와, 상기 전하를 전송하는 전송부(b)와, 전송된 전하를 전압으로 변환하는 부유확산층(c)과, 상기 전압을 증폭하여 출력하는 다단으로 구성된 소스폴로어회로(d)를 포함하는 것으로서, 초단 MOSFET의 드레인 전위가 공급되는 배선과 게이트전극과의 거리가, 제2단 또는 그 다음단의 MOSFET의 드레인 전위가 공급되는 배선과 게이트전극과의 거리보다 더 길게 되어 있는 것을 특징으로 한다. 상기의 고체촬상장치에 의하면, 초단 MOSFET의 게이트전극의 용량을 저감시킨는 것이 가능하므로, 소량의 전하량을 취급하는 소형의 화소를 구비한 고체촬상장치라도 고감도를 확보할 수가 있게 된다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid state imaging device, in particular, a solid state imaging device having a small pixel that handles a small amount of charge. The solid state imaging device includes a photoelectric conversion section (a) for converting light into electric charges; An ultrashort MOSFET comprising a transfer section (b) for transferring charge, a floating diffusion layer (c) for converting transferred charges into a voltage, and a source follower circuit (d) having multiple stages for amplifying and outputting the voltage. The distance between the wiring supplied with the drain potential of the gate electrode and the gate electrode is longer than the distance between the wiring supplied with the drain potential of the MOSFET of the second stage or the next stage and the gate electrode. According to the above-mentioned solid state imaging device, the capacitance of the gate electrode of the ultra-short MOSFET can be reduced, so that a high sensitivity can be secured even in a solid state imaging device having a small pixel that handles a small amount of charge.
Description
본 발명은, 고체촬상장치, 특히, 소량의 전하를 취급하는 소형의 화소를 구비한 고체촬상장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid state imaging device, in particular, a solid state imaging device having a small pixel that handles a small amount of electric charge.
전하 전송장치는 통상 다단의 MOSFET로 구성된 출력회로를 포함하도록 제조된다. 상기의 장치는, 전하 전송부를 통해 전송된 신호전하를 검출용량으로 축적하여, 검출용량의 전위변동을 증폭하여 출력한다. 상기와 같은 일반적인 전하전송장치에 있어서는, 신호전하검출용의 부유확산층을 구비한 리셋용 MOSFET와, 상기 부유확산층에 배선층을 통해 전기적으로 접속된 게이트전극을 구비한 MOSFET를 포함하여, 소스폴로어회로를 구성하는 전하전송장치가 종래부터 공지되어 있다.The charge transfer device is usually manufactured to include an output circuit composed of multiple stage MOSFETs. The above apparatus accumulates the signal charges transmitted through the charge transfer section as the detection capacitance, and amplifies and outputs the potential variation of the detection capacitance. In the above general charge transfer apparatus, a source follower circuit including a reset MOSFET having a floating diffusion layer for signal charge detection and a MOSFET having a gate electrode electrically connected to the floating diffusion layer through a wiring layer. The charge transfer device constituting the above is known in the art.
예컨대 상기와 같은 장치의 하나가 참고문헌('Two Phase Charge Coupled Devices with Overlapping Polysillicon and Aluminum Gates”, Kosonocky, W.F. and Cames.J.E., RCA Review Vol.34, pp.146-202,1973년)에 개시되어 있다.For example, one such device is disclosed in 'Two Phase Charge Coupled Devices with Overlapping Polysillicon and Aluminum Gates', Kosonocky, WF and Cames. JE, RCA Review Vol. 34, pp. 146-202, 1973. It is.
도1은, 종래의 고체촬상장치에 관한 횡단면도이다. 상기에 도시된 고체촬상장치는, 빛이 전기로 변환되는 광전변환부(도시되지 않음)와, 전하를 전송하는 3상구동전하전송부(10)와, 리셋용 MOSFET(14)를 포함하는 신호전하검출부(16)와, 초단 소스폴로어회로(18) 및 제2단 소스폴로어회로(20)로 이루어지는 2단으로 구성된 소스폴로어회로 구성되어 있다.1 is a cross sectional view of a conventional solid-state imaging device. The solid-state imaging device shown above includes a photoelectric conversion unit (not shown) in which light is converted into electricity, a signal charge including a three-phase drive charge transfer unit 10 for transferring charge, and a reset MOSFET 14. A source follower circuit composed of two stages comprising a detector 16, an ultra-short source follower circuit 18, and a second-stage source follower circuit 20 is provided.
도1에 있어서, 3상구동전하전송부(10)는, P형 반도체기판(22)과, 상기 P형 반도체기판(22)에 형성된 N형 반도체영역(24)과, 전하전송펄스 Φ1, Φ2, 및 Φ3가 각각 인가되는 전하전송전극(26, 28 및 30)과, 상기 전하전송부(10)의 출력단에서 발생된 저전압 Vog가 인가되는 게이트전극(32)으로 구성되어 있다.In Fig. 1, the three-phase drive charge transfer section 10 includes a P-type semiconductor substrate 22, an N-type semiconductor region 24 formed on the P-type semiconductor substrate 22, charge transfer pulses? 1,? 2, And charge transfer electrodes 26, 28, and 30 to which Φ3 is applied, and gate electrode 32 to which low voltage Vog generated at the output of the charge transfer section 10 is applied.
상기 신호전하검출부(16)는, 상기 P형 반도체기판(22)과, 상기 P형 반도체기판(22)에 형성된 부유확산층(12)과, 상기 P형 반도체기판(22)에 형성된 N형 반도체영역(24)과, 리셋전원 Vrd에 전기적으로 접속되는 N+형 반도체영역(36)과, 리셋 펄스전압 Φ가 인가되는 리셋 게이트전극(34)으로 구성되어 있다.The signal charge detection unit 16 includes the P-type semiconductor substrate 22, the floating diffusion layer 12 formed on the P-type semiconductor substrate 22, and the N-type semiconductor region formed on the P-type semiconductor substrate 22. (24), an N + type semiconductor region 36 electrically connected to the reset power supply Vrd , and a reset gate electrode 34 to which a reset pulse voltage? Is applied.
초단 소스폴로어회로(18)는, P형 반도체기판(22)과, 전하검출용 제1 MOSFET의 게이트전극(37)과, 부하로서 작용하는 공핍형의 제2 MOSFET의 게이트전극(39)과, 드레인전위를 공급하는 배선층(41)과, 제1 MOSFET의 소스전위를 인출하는 배선층(43)과, 제2 MOSTET의 대지전위(ground potential) 또는 소스전위를 공급하는 배선층(45)과, 장치가 제조될 영역 각각을 전기적으로 분리하는 고농도의 P형 반도체영역(48)과, 상기 게이트전극(37 및 39)을 서로 전기적으로 절연하는 층간절연막(49)으로 구성된다.The first stage source follower circuit 18 includes a P-type semiconductor substrate 22, a gate electrode 37 of the first MOSFET for charge detection, a gate electrode 39 of a depletion type second MOSFET serving as a load, A wiring layer 41 for supplying the drain potential, a wiring layer 43 for drawing the source potential of the first MOSFET, a wiring layer 45 for supplying the ground potential or the source potential of the second MOSTET, and an apparatus. Is composed of a high concentration P-type semiconductor region 48 that electrically isolates each of the regions to be manufactured, and an interlayer insulating film 49 that electrically insulates the gate electrodes 37 and 39 from each other.
상기 제2단 소스폴로어회로(20)는, P형 반도체기판(22)과, 전하검출용 제1MOSFET의 게이트전극(38)과, 부하로서 작용하는 공핍형의 제2 MOSFET 게이트전극(40)과, 드레인전위를 공급하는 배선층(42)과, 제1 MOSFET의 소스전위를 인출하는 배선층(44)과, 제2 MOSTET의 대지전위(ground potential) 또는 소스전위를 공급하는 배선층(46)과, 장치가 제조될 영역 각각의 영역을 전기적으로 분리하는 고농도의 P형 반도체영역(50)과, 상기 게이트전극(38 및 40)을 전기적으로 절연하는 층간절연막(51)으로 구성된다.The second stage source follower circuit 20 includes a P-type semiconductor substrate 22, a gate electrode 38 of the first MOSFET for charge detection, and a depletion-type second MOSFET gate electrode 40 serving as a load. A wiring layer 42 for supplying the drain potential, a wiring layer 44 for extracting the source potential of the first MOSFET, a wiring layer 46 for supplying the ground potential or the source potential of the second MOSTET; A high concentration P-type semiconductor region 50 electrically separating each region to be fabricated, and an interlayer insulating film 51 electrically insulating the gate electrodes 38 and 40.
상기 신호전하검출부(16)의 부유확산층(12)은 배선(53)을 통해 초단 소스폴로어회로(18)의 게이트전극(37)에 전기적으로 접속되어 있다.The floating diffusion layer 12 of the signal charge detection unit 16 is electrically connected to the gate electrode 37 of the first stage source follower circuit 18 through the wiring 53.
드레인전원 Vdd는 초단 및 제2단의 소스 폴로어회로(18 및 20)에서의 배선층(41 및 42)에 전기적으로 접속되어 있다. 초단의 소스 폴로어회로(18)의 소스전압을 인출하는 배선층(43)은 제2단의 소스폴로어회로(20)의 게이트전극(38)에 전기적으로 접속되어 있다. 제2단의 소스 폴로어회로(20)의 소스전위를 인출하는 배선층(44)은 신호출력단자(52)에 전기적으로 접속되어 있다.The drain power source Vdd is electrically connected to the wiring layers 41 and 42 in the source follower circuits 18 and 20 in the first and second stages. The wiring layer 43 for extracting the source voltage of the source follower circuit 18 at the first stage is electrically connected to the gate electrode 38 of the source follower circuit 20 at the second stage. The wiring layer 44 which draws out the source potential of the source follower circuit 20 of the second stage is electrically connected to the signal output terminal 52.
상기 신호전하검출부(16)의 부유확산층(12)에 전기적으로 접속된 게이트전극(37)을 포함하는 전체의 전하검출용량이 Cfd이고, 전송되어 온 신호전하량이 Qsig 인 경우, 상기 부유확산층(12)의 전위변동 △Vfd가 발생된다. 여기서, △Vfd = Qsig/Cfd로 정의된다.When the total charge detection capacity including the gate electrode 37 electrically connected to the floating diffusion layer 12 of the signal charge detection unit 16 is Cfd and the amount of transmitted signal charge is Qsig, the floating diffusion layer 12 ), A potential variation ΔVfd is generated. Here, ΔVfd = Qsig / Cfd.
상기 전위변동 △Vfd은 초단 및 제2단의 소스폴로어회로(18 및 20)의 제1 MOSFET의 게이트전극에서의 게이트전압을 변화시킨다. 결과적으로 신호전하량 Qsig에 비례한 전압변화가, 상기 출력단자(52)에서 검출된다.The potential change [Delta] Vfd changes the gate voltage at the gate electrode of the first MOSFET of the source follower circuits 18 and 20 in the first and second stages. As a result, a voltage change proportional to the signal charge Qsig is detected at the output terminal 52.
근래의 고체촬상장치에 있어서는, 영상신호의 S/N비를 충분히 확보할 필요 즉, 검출감도를 증대시키기 위해서 전하검출용량을 감소시킬 필요가 있다.In recent solid state imaging devices, it is necessary to sufficiently secure the S / N ratio of the video signal, that is, reduce the charge detection capacity in order to increase the detection sensitivity.
그러나, 종래의 고체촬상장치로는, 도2에 도시된 바와 같이, 스미어(smear)의 발생을 방지하기 위해, 평탄화되어 있지 않은 엷은 층간절연막(49)을 구비하도록 제조되므로, 전하검출용량에 대한 게이트와 배선사이의 용량의 영향은 무시할 수 없게 된다.However, in the conventional solid-state imaging device, as shown in Fig. 2, in order to prevent the occurrence of smears, it is manufactured to have a thin interlayer insulating film 49 that is not planarized. The influence of the capacitance between the gate and the wiring cannot be ignored.
상기에 언급된 게이트와 배선사이의 용량은, 초단 소스폴로어회로(18)에서의 게이트전극(37)과 배선층(41 및 43)과의 사이의 용량에 대응하고, 제2단 소스폴로어회로(20)에서의 게이트전극(38)과 배선층(42 및 44)사이의 용량에 또한 대응한다.The above-mentioned capacitance between the gate and the wiring corresponds to the capacitance between the gate electrode 37 and the wiring layers 41 and 43 in the first stage source follower circuit 18, and the second stage source follower circuit. It also corresponds to the capacitance between the gate electrode 38 and the wiring layers 42 and 44 at (20).
전술한 용량은, 게이트전극과 배선층사이의 거리에 영향을 받는다. 도1에 있어서, 초단 소스폴로어회로(18)에서의 드레인전위 Vdd를 공급하는 배선층(41)과 게이트전극(37)사이의 거리는 L1으로 나타내고, 제2단 소스폴로어회로(20)에서의 드레인전압 Vdd를 공급하는 배선층(42)과 게이트전극(38) 사이의 거리 역시 L1으로 나타낸다.The capacitance described above is influenced by the distance between the gate electrode and the wiring layer. In Fig. 1, the distance between the wiring layer 41 and the gate electrode 37 for supplying the drain potential Vdd in the first stage source follower circuit 18 is represented by L1, and in the second stage source follower circuit 20 is shown. The distance between the wiring layer 42 and the gate electrode 38 for supplying the drain voltage Vdd is also represented by L1.
도1에 있어서, 배선층(41)은 설명의 편의상 게이트전극(37)과 떨어져 있는 것 처럼 도시되어 있다. 그러나, 실제로는 배선층(41)은, 도2에 도시된 바와 같이, 층간절연막(49)을 사이에 세워, 게이트전극(37)의 상부의 위치로 확장되어 있다. 따라서, 거리 Ll은 실질적으로 0이 된다.In Fig. 1, the wiring layer 41 is shown as separated from the gate electrode 37 for convenience of explanation. In reality, however, the wiring layer 41 extends to an upper position of the gate electrode 37 with the interlayer insulating film 49 interposed therebetween, as shown in FIG. Thus, the distance Ll becomes substantially zero.
전술한 구성을 갖는 종래의 고체촬상장치는, 취급 전하량이 적은 소형의 화소를 구비한다면, 전하검출용량을 감소시키는데 충분치 않으므로, 고감도의 특성을 얻을수 가 용이하지 않다는 문제점이 존재했다.The conventional solid-state imaging device having the above-described configuration has a problem in that, if it is provided with a small pixel having a small amount of handling charge, it is not sufficient to reduce the charge detection capacity, and thus it is not easy to obtain high sensitivity characteristics.
전술한 문제점을 고려하여, 본 발명의 목적은, 고체촬상장치가 소량의 전하량을 취급하는 소형의 화소를 구비하더라도, 전하검출용량을 충분히 감소시켜, 고감도를 확보해 주는 고체촬상장치를 제공하는 것에 있다.In view of the above-described problems, it is an object of the present invention to provide a solid state imaging device which sufficiently reduces the charge detection capacity and ensures high sensitivity even if the solid state imaging device includes a small pixel that handles a small amount of charge. have.
본 발명에 의한 전하를 전송하는 장치는, 초단의 MOSFET에서의 드레인 전위를 공급하는 배선과 게이트 전극사이의 거리 L2가, 제2단 또는 그 다음단의 MOSFET에서의 드레인전위를 공급하는 배선과 게이트 전극사이의 거리보다 길게 되어 있는 것을 특징으로 하는 복수의 MOSFET를 포함한다.In the device for transferring charge according to the present invention, a wiring and a gate in which the distance L2 between the wiring for supplying the drain potential in the first stage MOSFET and the gate electrode supply the drain potential in the second stage or the next stage MOSFET is provided. It includes a plurality of MOSFETs characterized in that it is longer than the distance between the electrodes.
또한, 본 발명에 의한 고체촬상장치는, 빛을 전기로 변환시키는 광전변환부(a)와, 상기 전하를 전송하는 전송부(b)와, 전송된 전하를 전압으로 변환하는 부유확산층(c)과, 상기전압을 증폭하여 출력하는 다단으로 이루어진 소스폴로어회로(d)를 포함하는 것으로서, 초단 MOSFET에 있어서의 드레인전위를 공급하는 배선과 게이트전극과의 거리 L2가, 제2단 또는 그 다음단의 MOSFET에 있어서의 드레인전위를 공급하는 배선과 게이트전극과의 거리보다도 길게되어 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the solid-state imaging device according to the present invention includes a photoelectric conversion section (a) for converting light into electricity, a transfer section (b) for transferring the charge, and a floating diffusion layer (c) for converting the transferred charge into a voltage. And a multi-stage source follower circuit (d) for amplifying and outputting the voltage, wherein the distance L2 between the wiring for supplying the drain potential in the first-stage MOSFET and the gate electrode is the second stage or the next. It is characterized by being longer than the distance between the wiring for supplying the drain potential in the MOSFET at the stage and the gate electrode.
본 발명에 의하면, 초단 소스폴로어회로의 게이트전극의 입력용량을 저감시키는 것이 가능하고, 특히, 게이트전극과 드레인배선 사이의 용량과, 게이트전극과소스배선 사이의 용량을 저감시키는 것이 가능하다.According to the present invention, it is possible to reduce the input capacitance of the gate electrode of the ultra-short source follower circuit, and in particular, it is possible to reduce the capacitance between the gate electrode and the drain wiring and the capacitance between the gate electrode and the source wiring.
도1은 종래의 고체촬상장치에 관한 단면도.1 is a cross-sectional view of a conventional solid-state imaging device.
도2는 종래의 고체촬상장치에 관한 단면도.Fig. 2 is a sectional view of a conventional solid state imaging device.
도3은 본 발명에 의한 제1 실시예에 따른 고체촬상장치에 관한 단면도.Fig. 3 is a sectional view of a solid state imaging device according to a first embodiment of the present invention.
도4는 본 발명에 의한 제2 실시예에 따른 고체촬상장치에 관한 단면도.Fig. 4 is a sectional view of a solid state imaging device according to a second embodiment of the present invention.
<도면의 주요부에 간단한 설명><Brief description of the main parts of the drawing>
10 : 3상구동전하전송부 12 : 부유확산층10: three-phase drive charge transmitter 12: floating diffusion layer
14 : 리셋용 MOSFET 16 : 신호전하검출부14: reset MOSFET 16: signal charge detector
18 : 초단 소스폴로어회로 20 : 제2단 소스폴로어회로18: second stage source follower circuit 20: second stage source follower circuit
22 : P형 반도체기판 24 : N형 반도체영역22: P-type semiconductor substrate 24: N-type semiconductor region
26, 28, 30 : 전하전송전극 32 : 게이트전극26, 28, 30: charge transfer electrode 32: gate electrode
34 : 리셋 게이트전극 36 : N+형 반도체영역34: reset gate electrode 36: N + type semiconductor region
37, 38 : 전하검출용 MOSFET 게이트전극37, 38: MOSFET gate electrode for charge detection
39, 40 : 부하용 MOSFET 게이트전극39, 40: MOSFET gate electrode for load
41, 42 : 드레인전위 공급용 배선41, 42: Drain potential supply wiring
43, 44 : MOSFET의 소스전위인출용 배선43, 44: source potential drawing wiring of MOSFET
45, 46 : MOSFET의 소스전위공급용 배선45, 46: source potential supply wiring of MOSFET
48, 50 : P형 반도체영역 49, 51 : 층간절연막48, 50: P-type semiconductor region 49, 51: interlayer insulating film
52 : 신호출력단자 53 : 배선52: signal output terminal 53: wiring
<제1실시예>First Embodiment
도3은, 본 발명에 의한 고체촬상장치에 관한 횡단면도 이다. 도3에 도시된 바와 같이, 상기 고체촬상장치는, 빛을 전하로 변환시키는 광전변환부(도시하지 않음)와, 전하를 전송하는 3상구동전하전송부(10)와, 리셋용 MOSFET(14)를 포함하는 신호전하검출부(16)와, 초단 소스폴로어회로(18) 및 제2단 소스폴로어회로(20)로 이루어지는 2단의 소스폴로어회로로 구성되어 있다.3 is a cross sectional view of a solid-state imaging device according to the present invention. As shown in Fig. 3, the solid-state imaging device includes a photoelectric conversion unit (not shown) for converting light into electric charge, a three-phase drive charge transfer unit 10 for transferring electric charge, and a reset MOSFET 14 And a two-stage source follower circuit including a signal charge detection unit 16 including a first stage source follower circuit 18 and a second stage source follower circuit 20.
상기 3상구동전하전송부(10)는, P형 반도체기판(22)과, 상기 반도체기판(22)에 형성된 N형 반도체영역(24)과, 전하전송펄스 Φ1, Φ2, 및 Φ3가 각각 인가되는 전하전송전극(26, 28 및 30)과, 상기 전하전송부(10)의 출력단자에서 발생된 저전압 Vog가 인가되는 게이트전극(32)으로 구성되어 있다.The three-phase drive charge transfer unit 10 includes a P-type semiconductor substrate 22, an N-type semiconductor region 24 formed on the semiconductor substrate 22, and charge transfer pulses Φ 1, Φ 2, and Φ 3, respectively. The charge transfer electrodes 26, 28, and 30, and the gate electrode 32 to which the low voltage Vog generated at the output terminal of the charge transfer section 10 are applied.
상기 신호전극(16)은, P형 반도체기판(22)과, 상기 P형 반도체기판(22)에 형성된 부유확산층(12)과, 상기 반도체기판(22)에 형성된 N형 반도체영역(24)과, 리셋 전원 Vrd에 전기적으로 접속된 N+형 반도체영역(36)과, 리셋 펄스전압Φ가 인가되는 리셋 게이트전극(34)로 구성되어 있다.The signal electrode 16 includes a P-type semiconductor substrate 22, a floating diffusion layer 12 formed on the P-type semiconductor substrate 22, an N-type semiconductor region 24 formed on the semiconductor substrate 22, and And an N + type semiconductor region 36 electrically connected to the reset power supply V rd , and a reset gate electrode 34 to which a reset pulse voltage Φ is applied.
상기 초단 소스폴로어회로(18)는, P형 반도체기판(22)과, 전하검출용 제1MOSFET의 게이트전극(37)과, 부하로서 작용하는 공핍형의 제2 MOSFET의 게이트전극(39)과, 드레인전위를 공급하는 배선층(41)과, 제1 MOSFET의 소스전위를 인출하는 배선층(43)과, 제2 MOSTET의 대지전위(ground potential) 또는 소스전위를 공급하는 배선층(45)과, 장치가 제조될 각 영역을 전기적으로 분리하는 고농도의 P형 반도체영역(48)과, 게이트전극(37 및 39)을 전기적으로 절연하는 층간절연막(49)으로 구성된다.The ultra-short source follower circuit 18 includes a P-type semiconductor substrate 22, a gate electrode 37 of a first MOSFET for charge detection, a gate electrode 39 of a second depletion MOSFET serving as a load, A wiring layer 41 for supplying the drain potential, a wiring layer 43 for drawing the source potential of the first MOSFET, a wiring layer 45 for supplying the ground potential or the source potential of the second MOSTET, and an apparatus. Is composed of a high concentration P-type semiconductor region 48 that electrically isolates each region to be manufactured, and an interlayer insulating film 49 that electrically insulates the gate electrodes 37 and 39.
상기 제2단 소스폴로어회로(20)는, P형 반도체기판(22)과, 전하검출용 제1 MOSFET의 게이트전극(38)과, 부하로서 작용하는 공핍형의 제2 MOSFET의 게이트전극(40)과, 드레인전위를 공급하는 배선층(42)과, 제1 MOSFET의 소스전위를 인출하는 배선층(44)과, 제2 MOSTET의 대지전위(ground potential) 또는 소스전위를 공급하는 배선층(46)과, 장치가 제조될 각 영역을 전기적으로 분리하는 고농도의 P형 반도체영역(50)과, 게이트전극(38 및 39)을 전기적으로 절연하는 층간절연막(51)으로 구성된다.The second stage source follower circuit 20 includes a P-type semiconductor substrate 22, a gate electrode 38 of the first MOSFET for charge detection, and a gate electrode of the second MOSFET having a depletion type serving as a load. 40, the wiring layer 42 for supplying the drain potential, the wiring layer 44 for extracting the source potential of the first MOSFET, and the wiring layer 46 for supplying the ground potential or source potential of the second MOSTET. And a high concentration P-type semiconductor region 50 for electrically separating each region where the device is to be manufactured, and an interlayer insulating film 51 for electrically insulating the gate electrodes 38 and 39.
신호전하검출기(16)의 부유확산층(12)은, 배선(53)을 통해 초단 소스폴로어회로(18)의 게이트전극(37)에 전기적으로 접속되어 있다.The floating diffusion layer 12 of the signal charge detector 16 is electrically connected to the gate electrode 37 of the first stage source follower circuit 18 through the wiring 53.
드레인전원 Vdd는 초단 및 제2단의 소스폴로어회로(18 및 20)의 배선층(41 및 42)에 전기적으로 접속되어 있다. 초단의 소스폴로어회로(18)의 소스전위를 인출하는 배선층(43)은, 제2단의 소스폴로어회로(20)의 게이트전극(38)에 전기적으로 접속되어 있다. 제2단의 소스폴로어회로(20)의 소스전압을 인출하는 배선층(44)은 신호출력단자(52)에 전기적으로 접속되어 있다.The drain power source Vdd is electrically connected to the wiring layers 41 and 42 of the source follower circuits 18 and 20 in the first and second stages. The wiring layer 43 which draws out the source potential of the source follower circuit 18 at the first stage is electrically connected to the gate electrode 38 of the source follower circuit 20 at the second stage. The wiring layer 44 for extracting the source voltage of the source follower circuit 20 of the second stage is electrically connected to the signal output terminal 52.
본 발명에 의한 제1실시예에 있어서, 초단 소스폴로어회로(18)에 있어서의 드레인전위 Vdd를 공급하는 배선층(41)과 게이트전극(37)과의 사이의 거리 L2는, 제2단 소스폴로어회로(20)에 있어서의 드레인전위 Vdd를 공급하는 배선층(42)과 게이트전극(38)의 사이의 거리 L1 보다 길게 설계되어 있다. 즉, 상기 거리 L2는 도1에 도시된 바와 같은 종래의 고체촬상장치에서의 거리보다는 길게 설계되어 있다.In the first embodiment according to the present invention, the distance L2 between the wiring layer 41 and the gate electrode 37 that supplies the drain potential Vdd in the ultrashort source follower circuit 18 is the second stage source. It is designed to be longer than the distance L1 between the wiring layer 42 for supplying the drain potential Vdd in the follower circuit 20 and the gate electrode 38. That is, the distance L2 is designed to be longer than the distance in the conventional solid state imaging device as shown in FIG.
본 발명의 제1 실시예에 따른 고체촬상장치에 있어서, 전하검출용량 C는, 부유확산층(12)과 P형 반도체기판(22)과의 사이의 접합용량 Cfd(a)와, 부유확산층(12)과 초단 소스폴로어회로(18)의 게이트전극(37)과의 사이의 배선용량 Cw(b)와, 게이트전극(37)의 입력용량 Ggw(c)와, 상기 게이트전극(37)과 상기 배선층(41) 및 게이트전극(37)사이에 확장하는 드레인영역(60)과의 사이의 용량 Cgd(d)와의 합계로 나타낸다.In the solid state imaging device according to the first embodiment of the present invention, the charge detection capacitance C is the junction capacitance Cfd (a) between the floating diffusion layer 12 and the P-type semiconductor substrate 22 and the floating diffusion layer 12. ) And the wiring capacitance Cw (b) between the gate electrode 37 of the ultrashort source follower circuit 18, the input capacitance Ggw (c) of the gate electrode 37, the gate electrode 37 and the It is shown by the sum with the capacitance Cgd (d) between the wiring layer 41 and the drain region 60 extending between the gate electrode 37. FIG.
C = Cfd + Cw + Cgw + CgdC = Cfd + Cw + Cgw + Cgd
초단 소스폴로어회로(18)에서 전하를 검출하는 제1 MOSFET가, N형 채널트랜지스터로 구성되었다고 하면, 게이트 전극(37)의 입력용량 Cgw는, 다음과 같이 정의된다.If the first MOSFET for detecting charge in the first stage source follower circuit 18 is composed of an N-type channel transistor, the input capacitance Cgw of the gate electrode 37 is defined as follows.
Cgw = Cgw1 + (1-G) × Cgw2Cgw = Cgw1 + (1-G) × Cgw2
여기서, G는 이득(gain)을, Cgwl은 게이트전극(37)과 드레인배선층(41)과의 사이의 용량을, Cgw2는 소스전압이 공급되는 배선층(43)과 게이트전극(37) 사이의 용량을 나타낸다.Where G is the gain, Cgwl is the capacitance between the gate electrode 37 and the drain wiring layer 41, and Cgw2 is the capacitance between the wiring layer 43 and the gate electrode 37 to which the source voltage is supplied. Indicates.
소스 폴로어회로의 이득 G가 O.90 정도 이므로, 게이트전극(37)의 입력용량Cgw는 용량 Cgw2 보다는 용량 Cgwl에 의해 영향을 보다 많이 받는다.Since the gain G of the source follower circuit is about 0.90, the input capacitance Cgw of the gate electrode 37 is more affected by the capacitance Cgwl than the capacitance Cgw2.
본 발명의 제1실시예에 따르면, 초단 소스폴로어회로(18)에 있어서의 드레인전압 Vdd를 공급하는 배선층(41)과 게이트전극(37)과의 사이의 거리 L2는, 제2단 소스폴로어회로(20)에 있어서의 드레인 전압 Vdd을 공급하는 배선층(42)과 게이트전극(38)과의 사이의 거리 L1보다 길다는 점이다.According to the first embodiment of the present invention, the distance L2 between the wiring layer 41 and the gate electrode 37 for supplying the drain voltage Vdd in the first stage source follower circuit 18 is the second stage source follower. It is longer than the distance L1 between the wiring layer 42 and the gate electrode 38 for supplying the drain voltage Vdd in the fishing circuit 20.
결과적으로, 초단 소스폴로어회로(18)의 게이트전극(37)의 입력용량 Cgw를 저감시키는 것이 가능하여, 전하검출용량 C의 감소를 보장해 준다.As a result, it is possible to reduce the input capacitance Cgw of the gate electrode 37 of the ultrashort source follower circuit 18, thereby ensuring the reduction of the charge detection capacitance C.
본 발명자는, 본 발명의 제1실시예에 따른 고체촬상장치가 전하검출용량 C를 저감할수 있음을 실험을 통해 확인하였다. 실험에 의해, 발명자는 2개의 고체촬상장치를 제조하였다. 제1 고체촬상장치에 있어서는, 거리 L1 및 L2는 0에 가깝도록 설정하였다. 제2 고체촬상장치에 있어서는, 거리 L2는 10.0 μm정도로 설정하였다. 즉, 제1 고체 촬상장치는, 종래의 발명에 의한 것을 의미하고, 제2 고체 촬상장치는, 본 발명에 의한 제1실시예에 따른 것을 의미한다. 제2 고체 촬상장치는 제1 고체촬상장치 즉, 종래의 기술에 의한 발명에 비하여, 전하검출용량 C를 15% 정도 저감할 수가 있었다.The inventor has confirmed through experiments that the solid state imaging device according to the first embodiment of the present invention can reduce the charge detection capacity C. By experiment, the inventor produced two solid state imaging devices. In the first solid state imaging device, the distances L1 and L2 were set to be close to zero. In the second solid state imaging device, the distance L2 was set to about 10.0 μm. In other words, the first solid-state imaging device means the thing according to the conventional invention, and the second solid-state imaging device means the thing according to the first embodiment according to the present invention. The second solid-state imaging device was able to reduce the charge detection capacitance C by about 15% compared with the first solid-state imaging device, that is, the invention according to the prior art.
<제2실시예>Second Embodiment
도4는, 본 발명에 의한 제2실시예를 도시하는 횡단면도 이다.Fig. 4 is a cross sectional view showing a second embodiment according to the present invention.
본 발명에 의한 제2실시예에 따른 고체촬상장치는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체촬상장치의 구성과 동일한 구성을 구비하고 있다. 도3에 도시된 고체촬상장치의 소자와 대응하는 소자 또는 부품은 동일한 참조번호가 부여되어 있다.The solid state imaging device according to the second embodiment of the present invention has the same configuration as that of the solid state imaging device according to the first embodiment of the present invention. Elements or parts corresponding to those of the solid state imaging device shown in Fig. 3 are given the same reference numerals.
본 발명에 의한 제2 실시예에 따른 고체촬상장치와 본 발명에 의한 제1 실시예에 따른 고체촬상장치와의 상이점으로는, 초단 소스폴로어회로(18)에 있어서의 제1 MOSFET의 소스전압을 인출하는 배선층(43)과 게이트전극(37)사이의 거리 L3는 제2단 소스폴로어회로(20)에 있어서의 제1 MOSFET의 소스전압을 인출하는 배선층(44)과 게이트전극(38)사이의 거리보다 길게 설계되었다는 점 뿐이다.As a difference between the solid state imaging device according to the second embodiment of the present invention and the solid state imaging device according to the first embodiment of the present invention, the source voltage of the first MOSFET in the ultra-short source follower circuit 18 is described. The distance L3 between the wiring layer 43 and the gate electrode 37 for extracting the same is the wiring layer 44 and the gate electrode 38 for extracting the source voltage of the first MOSFET in the second stage source follower circuit 20. It's just designed to be longer than the distance between them.
본 발명의 제2 실시예에 의해서도, 전하검출용량 C를 저감하는 것이 또한 가능하다.According to the second embodiment of the present invention, it is also possible to reduce the charge detection capacity C.
본 발명자는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고체촬상장치는 전하검출용량 C를 저감할수 있음을 실험을 통해 확인하였다. 실험에서, 발명자는 2개의 고체촬상장치를 제조하였다. 제1 고체촬상장치에 있어서는, L2는 10μm정도로 설정하었고, 거리 L1, L3, L4는 0으로 설정하였다. 제2 고체촬상장치에 있어서는, 거리 L2 및 L3는 10μm로 설정하였고, 거리 L1 및 L4는 0으로 설정하였다. 즉, 제1 고체촬상장치는 본 발명에 의한 제1 실시예에 따른 것을 의미하고, 제2 고체촬상장치는 본 발명에 의한 제2 실시예에 따른 것을 의미한다. 제2 고체 촬상장치는 제1 고체촬상장치와 비교하여 전하검출용량 C를 10% 정도 저감할 수가 있었다.The inventor has confirmed through experiments that the solid state imaging device according to the second embodiment of the present invention can reduce the charge detection capacity C. In the experiment, the inventor prepared two solid state imaging devices. In the first solid state imaging device, L2 was set to about 10 µm, and distances L1, L3, and L4 were set to zero. In the second solid state imaging device, the distances L2 and L3 were set to 10 m, and the distances L1 and L4 were set to zero. That is, the first solid state imaging device is meant according to the first embodiment according to the present invention, and the second solid state imaging device is meant according to the second embodiment according to the present invention. The second solid-state imaging device was able to reduce the charge detection capacitance C by about 10% compared with the first solid-state imaging device.
상기에 언급된 제1 및 제2 실시예에 있어서, 소스폴로어회로가 2단인 경우 에 관해서 설명했지만 이것에 한정되는 것이 아니라, 3단 이상의 소스 폴로어회로이더라도 좋다는 점을 주목해야 할 것이다. 소스폴로어회로가 3단 이상인 경우에는, 초단 소스폴로어회로(18)의 거리 L2는, 제2단 또는 그 다음단의 소스폴로어회로의 거리 Ll 보다 길게 설정되었고, 초단 소스폴로어회로의 거리 L3는, 2단 또는그 다음단의 소스폴로어회로의 거리 L4 보다 길게 설정되었다.In the above-mentioned first and second embodiments, the case where the source follower circuit has two stages has been described, but it should be noted that the source follower circuit may be three or more stages. When the source follower circuit has three or more stages, the distance L2 of the first stage source follower circuit 18 is set longer than the distance Ll of the source follower circuit of the second stage or the next stage, The distance L3 was set longer than the distance L4 of the source follower circuit of the second stage or the next stage.
상기에 언급된 제1 및 제2 실시예에서, 소스폴로어회로는 출력회로로서 채택되었지만, 다른 증폭기가 출력회로로서 채용될수 있다는 점을 주목해야 한다.In the above-mentioned first and second embodiments, it is to be noted that although the source follower circuit is adopted as the output circuit, other amplifiers may be employed as the output circuit.
본 발명에 의하면, 전하전송부를 전송되어 온 신호전하를 검출용량에 축적하여, 검출용량의 전위변동을 복수단의 검출용 MOSFET에서 구성된 출력회로에서 증폭하여 출력하는 전하전송장치에 있어서, 초단의 검출용 MOSFET의 게이트전극의 입력용량을 저감할 수가 있기때문에, 취급 전하량이 적은 화소 사이즈가 작은 고체촬상장치에 있어서도, 전하검출용량을 저감하여, 고감도특성을 얻는다는 효과가 있다.According to the present invention, in the charge transfer device which accumulates the signal charges transferred from the charge transfer unit in the detection capacitor, and amplifies the potential variation of the detection capacitor in an output circuit composed of a plurality of stages of the detection MOSFETs, it detects the first stage. Since the input capacitance of the gate electrode of the MOSFET can be reduced, there is an effect that the charge detection capacitance can be reduced and high sensitivity can be obtained even in a solid state imaging device having a small pixel size with a small handling charge amount.
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