JPH02224480A - Solid-stage image pickup element - Google Patents
Solid-stage image pickup elementInfo
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- JPH02224480A JPH02224480A JP1043025A JP4302589A JPH02224480A JP H02224480 A JPH02224480 A JP H02224480A JP 1043025 A JP1043025 A JP 1043025A JP 4302589 A JP4302589 A JP 4302589A JP H02224480 A JPH02224480 A JP H02224480A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は固体撮像素子、更に詳しく言えば、半導体基板
上に、画素の光信号を電気信号に変換する画素子を多数
配列した光電変換部と、上記画素子を選択する走査部と
走査部からの信号を画像信号として外部に読出す出力部
を形成した固体撮像素子、特に画素子の構成に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a solid-state image sensor, and more specifically, to a photoelectric conversion unit in which a large number of pixel elements that convert optical signals of pixels into electrical signals are arranged on a semiconductor substrate. The present invention also relates to a solid-state imaging device, in particular the structure of a pixel element, which has a scanning section for selecting the pixel element and an output section for reading out a signal from the scanning section as an image signal to the outside.
従来固体撮像素子として多くの種類のものが知られてい
るが、特に信号雑音比の高いものとしては画素子として
、画素毎に増幅素子を設けた構造の画素増幅型固体撮像
素子が知られているにの種の画素増幅型固体撮像素子と
しては文献アイ・イー・デイ−・エム テクニイカル
ダイジェスト16.4.第400頁から第443頁(1
985年)(IEDM Tech、Dig、、16.4
pp、400−443 (1985) )において論
じられている。上記文献に記載されている固体撮像素子
で使用されている画素子は第10図に示す静電誘導トラ
ンジスタで構成されている。Many types of solid-state image sensors have been known in the past, but one with a particularly high signal-to-noise ratio is a pixel amplification type solid-state image sensor, which has a structure in which an amplification element is provided for each pixel. Regarding the type of pixel amplification type solid-state imaging device, there is a document published by IEDM Technical.
Digest 16.4. Pages 400 to 443 (1
985) (IEDM Tech, Dig, 16.4
pp. 400-443 (1985)). The pixel element used in the solid-state image sensor described in the above-mentioned document is composed of a static induction transistor shown in FIG.
同図において、12.13および14はそれぞれ静電誘
導トランジスタのソースとなるnt層ゲートとなるpt
層、ドレインとなるnt基板であり、】5は隣接画素の
クロストークを防ぐためのトレンチアイソレーションで
あり、又、4はゲート容量である。In the same figure, 12, 13 and 14 are pt layer gates which are the sources of static induction transistors, respectively.
5 is a trench isolation for preventing crosstalk between adjacent pixels, and 4 is a gate capacitor.
このような画素子が水平、垂直の行列状に配置され、垂
直及び水平走査回路からの信号によって画素子が選択さ
れ、かつ電気信号に変換され、画像信号として出力され
る。Such pixel elements are arranged in horizontal and vertical rows and columns, and the pixel elements are selected by signals from vertical and horizontal scanning circuits, converted into electrical signals, and output as image signals.
上記画素子の出力電圧信号はα、 G L A / (
Ca+Ct)に比例したものとなる。ここで、Caはゲ
ート容量4の容量値、CTはゲート13と基板14間容
量とゲート13とソース12間容量値で、Cc + C
rが蓄積容量の値となる。また、Aは、ゲート13のゲ
ート容量4の領域を除く光利用領域(第10図(b)の
斜線部)の面積、GLは電荷発生率、αは静電誘導トラ
ンジスタの特性により決る要因である。The output voltage signal of the above pixel element is α, G L A / (
Ca+Ct). Here, Ca is the capacitance value of the gate capacitor 4, CT is the capacitance value between the gate 13 and the substrate 14, and the capacitance value between the gate 13 and the source 12, and Cc + C
r is the value of storage capacity. In addition, A is the area of the light utilization area (the shaded area in FIG. 10(b)) excluding the area of gate capacitance 4 of the gate 13, GL is the charge generation rate, and α is a factor determined by the characteristics of the static induction transistor. be.
上述の如き画素子を多数半導体基板上にLSI製造工程
によって製造する場合、各画素子の上記定数を完全に均
一に製造することは困難であり、必然的に素子定数のば
らつきが存在する。When a large number of pixel elements as described above are manufactured on a semiconductor substrate by an LSI manufacturing process, it is difficult to manufacture the constants of each pixel element to be completely uniform, and variations in element constants inevitably exist.
上記従来技術は出力信号の均一性という点について配慮
がされておらず、均一な光を照射した場合にも各画素子
からの出力電圧が均一にならず著しく画質の劣った画像
しか再生できないという問題があった。すなわち、第1
均一光を照射しても光利用領域Aのばらつき、蓄積容量
Ca + Crのばらつきにより、ゲート電圧は均一な
変化をしない。The above conventional technology does not take into account the uniformity of the output signal, and even when irradiated with uniform light, the output voltage from each pixel is not uniform, and only images with extremely poor image quality can be reproduced. There was a problem. That is, the first
Even if uniform light is irradiated, the gate voltage does not change uniformly due to variations in the light utilization area A and variations in the storage capacitance Ca + Cr.
第2に、ゲート電圧の変化が均一であっても各画素に設
けられた静電誘導トランジスタαのばらつきにより、ソ
ース線の電圧変動は均一にならない。Second, even if the gate voltage changes uniformly, the source line voltage fluctuations do not become uniform due to variations in the static induction transistor α provided in each pixel.
また、上記従来技術は暗電流低減について配慮がされて
おらず、その画素ごとのばらつきが低照度における画質
を劣化されるという問題があった。Further, the above-mentioned conventional technology does not take into consideration the reduction of dark current, and there is a problem in that the variation from pixel to pixel deteriorates the image quality at low illuminance.
従って1本発明の第1の目的は上述した素子定数のばら
つきが存在しても、均一な光を照射したとき均一な信号
出力の得られる画素増幅型固体撮像素子を提供すること
である。本発明の他の目的は、上記第1の目的を満す構
造の固体撮像素子において、暗電流を低減することにあ
る。Therefore, a first object of the present invention is to provide a pixel amplification type solid-state image pickup device that can obtain a uniform signal output when uniform light is irradiated even if the above-mentioned variations in device constants exist. Another object of the present invention is to reduce dark current in a solid-state imaging device having a structure that satisfies the first object.
上記目的を達成するため、本発明は、半導体基板上に画
素の光情報に対応する信号電荷をうる光電変換素子と上
記光電変換素子の信号電荷に対応した増幅信号をうる増
幅素子とからなる画素子を多数個形成した光電変換部を
持つ固体撮像素子において、上記増幅素子を構成要素と
して反転増幅回路を構成し、上記増幅素子の出力端と上
記光電変換素子との間に帰還容量を設けた。さらに、こ
の帰還容量の形成領域と各画素の光利用領域をほぼ一致
させたものである。In order to achieve the above object, the present invention provides a pixel comprising, on a semiconductor substrate, a photoelectric conversion element that generates a signal charge corresponding to optical information of a pixel, and an amplification element that generates an amplified signal corresponding to the signal charge of the photoelectric conversion element. In a solid-state imaging device having a photoelectric conversion section formed with a large number of children, an inverting amplifier circuit is configured using the amplification element as a component, and a feedback capacitor is provided between the output terminal of the amplification element and the photoelectric conversion element. . Furthermore, the formation area of this feedback capacitance and the light use area of each pixel are made to almost match.
上記増幅素子は上記静電誘導形トランジスタにかぎらず
MOSトランジスタ、パイポーラトランジスタ等の半導
体回路で構成される。光電変換素子はホトダイオード等
の上記増幅素子の一部を構成する場合を含み、光情報を
電荷にして蓄積する蓄積容量素子で構成される。The amplifying element is not limited to the electrostatic induction type transistor, but is composed of a semiconductor circuit such as a MOS transistor or a bipolar transistor. The photoelectric conversion element includes a case where it constitutes a part of the above-mentioned amplification element, such as a photodiode, and is constituted by a storage capacitor element that converts optical information into charge and stores it.
上記他の目的を達成するために、上記帰還容量をMO5
容量で形成し、このMO8容量の増幅器出力端側に、信
号出力のなされない所定の期間。In order to achieve the other objectives mentioned above, the feedback capacitance is set to MO5.
A predetermined period during which no signal is output to the amplifier output end of the MO8 capacitor.
上記光電変換素子を形成する第1の不純物層の表面に第
1不純物層と反極性のキャリヤ層が形成される様な電圧
を印加するように構成したものである。また上記光電変
換を形成する第2の不純物層上を、第2の不純物層と反
極性の第3の不純物層でおおい、この第3の不純物層を
、光電変換素子を形成する第2の不純物層周辺の空乏層
により基板と分離するようにしたものである。さらに、
該光電変換素子を形成する第2の不純物層上に第2の不
純物層と反極性の第3の不純物層を設け、第3の不純物
層を第2の不純物暦により基板と分離し、かつ、この分
離領域の第2の不純物層表面に信号出力のない一定期間
に基板と同極性のキャリヤ層を誘起する手段を設けたも
のである。The structure is such that a voltage is applied to the surface of the first impurity layer forming the photoelectric conversion element so that a carrier layer having a polarity opposite to that of the first impurity layer is formed. Further, the second impurity layer forming the photoelectric conversion element is covered with a third impurity layer having a polarity opposite to that of the second impurity layer, and this third impurity layer is covered with the second impurity layer forming the photoelectric conversion element. The layer is separated from the substrate by a depletion layer around the layer. moreover,
A third impurity layer having a polarity opposite to that of the second impurity layer is provided on the second impurity layer forming the photoelectric conversion element, and the third impurity layer is separated from the substrate by a second impurity pattern, and Means is provided on the surface of the second impurity layer in this isolation region for inducing a carrier layer having the same polarity as the substrate during a certain period when no signal is output.
本発明の固体撮像素子における画素子の出力電圧変動、
すなわち反転増幅器の電圧変動Vsは次式で表わすこと
ができる。Fluctuations in the output voltage of the pixel element in the solid-state image sensor of the present invention,
That is, the voltage fluctuation Vs of the inverting amplifier can be expressed by the following equation.
ここに、Qsは信号電荷量、CFは帰還容量の容量値、
Cpは増幅器入力端につく帰還容量以外の容量値、Gは
増幅器のオーブンループ利得である。Here, Qs is the signal charge amount, CF is the capacitance value of the feedback capacitor,
Cp is the capacitance value other than the feedback capacitance attached to the input terminal of the amplifier, and G is the oven loop gain of the amplifier.
今、Gを充分に大きく(例えば10倍以上)設計すると
上記式は
Qs
Vs = −−
CF
で近似される。Now, if G is designed to be sufficiently large (for example, 10 times or more), the above equation can be approximated by Qs Vs = -- CF.
従って、前述の出力電圧の変動要因である、トランジス
タの特性αは利得Gに表われるものであって、これらの
要因による変動が抑えられる。また信号電荷Qsは各画
素の光利用領域の面積A。Therefore, the characteristic α of the transistor, which is a factor of variation in the output voltage mentioned above, is expressed in the gain G, and variation due to these factors is suppressed. Further, the signal charge Qs is the area A of the light use area of each pixel.
に比例し、同一強度の光が当たった時の信号電荷Qsの
各画素ごとのばらつきはこの光利用領域の面積のばらつ
きにより発生する。一方、帰還容量の値CFは帰還容量
の形成領域の面積に比例し、その容量値のばらつきはこ
の帰還容量の形成領域のばらつきにより発生する。そこ
で、帰還容量の形成領域を光利用領域に一致させること
により、信号電圧は各面積のばらつきによらずほぼ一定
となる。The variation in the signal charge Qs from pixel to pixel when illuminated with light of the same intensity is caused by the variation in the area of the light utilization region. On the other hand, the value CF of the feedback capacitance is proportional to the area of the region where the feedback capacitance is formed, and variations in the capacitance value occur due to variations in the region where the feedback capacitance is formed. Therefore, by making the region where the feedback capacitance is formed coincide with the optical use region, the signal voltage becomes almost constant regardless of the variations in each area.
また、MO8容量で形成された帰還容量の増幅器出力端
には、信号出力のなされない所定の期間、光電変換素子
を形成する第1の不純物暦の表面に第1の不純物層と反
極性のキャリヤ層が形成される様な電圧がかかる。これ
によって、光電変換素子を形成する不純物層の表面に存
在する準位がキャリヤにより埋められるので、暗電流の
発生を抑圧できる。さらに、光電変換素子を形成する第
2の不純物層上に設けられた第2の不純物暦と反極性の
第3の不純物層により、光電変換素子を形成する第2の
不純物層の表面は暗電流の発生源となる準位の少ない基
板深部に形成され、かつ、第2の不純物層周辺の空乏層
は、光電変換素子上の不純物層と基板とを電気的に分離
する。これによって、暗電流が抑圧されるとともに、光
電変換素子上の第3の不純物層は基板と電気的に分離さ
れた帰還容量の上部電極の役割を果すことができる。Further, at the amplifier output terminal of the feedback capacitor formed by the MO8 capacitor, carriers of opposite polarity to the first impurity layer are formed on the surface of the first impurity layer forming the photoelectric conversion element during a predetermined period in which no signal is output. A voltage is applied to form a layer. As a result, the level existing on the surface of the impurity layer forming the photoelectric conversion element is filled with carriers, so that the generation of dark current can be suppressed. Furthermore, due to the third impurity layer having the opposite polarity to the second impurity layer provided on the second impurity layer forming the photoelectric conversion element, the surface of the second impurity layer forming the photoelectric conversion element can generate a dark current. The depletion layer, which is formed in the deep part of the substrate where there are few levels that are a source of generation, and around the second impurity layer electrically isolates the impurity layer on the photoelectric conversion element and the substrate. As a result, dark current is suppressed, and the third impurity layer on the photoelectric conversion element can serve as an upper electrode of a feedback capacitor electrically isolated from the substrate.
また、光電変換素子を形成する第2の不純物層上の第2
の不純物層と反極性の第3の不純物層は、光電変換素子
を形成する第2の不純物層により基板と分離され、この
分離領域の第2の不純物層表面上には信号出力のない一
定期間に基板と同極性のキャリヤ層が誘起される。これ
によって、信号読み出し時には第3の不純物層は基板と
電気的に分離された帰還容量の上部電極の役割を果すこ
とができ、かつ、分離領域に発生する暗電流も抑圧する
ことができ、暗電流を低減することができる。Further, the second impurity layer on the second impurity layer forming the photoelectric conversion element is
The third impurity layer having the opposite polarity to the impurity layer is separated from the substrate by the second impurity layer forming the photoelectric conversion element, and there is a certain period of time during which no signal is output on the surface of the second impurity layer in this separation region. A carrier layer with the same polarity as the substrate is induced. As a result, during signal readout, the third impurity layer can play the role of the upper electrode of the feedback capacitor electrically isolated from the substrate, and can also suppress the dark current generated in the isolation region. Current can be reduced.
本発明による固体撮像素子の第1の実施例を第1図〜第
3図を用いて説明する。第1図は、第1の実施例の固体
撮像素子の回路構成図、第2図(a)及び(b)はそれ
ぞれ第1図における各画素子の平面構成図と断面構造図
、第3図(a)は第1図の固体撮像素子の動作説明のた
めの駆動パルスタイミング図、同図(b)は反転増幅回
路の動作点設定法を説明する図、同図(C)は各タイミ
ングにおけるホトダイオードのポテンシャル図を示す0
本実施例の画素子には本発明者等が先に提案した(特願
昭62−153292)完全空乏化デュアルゲート縦型
JFETを用い、また、各画素の直流電圧のばらつきを
キャンセルするための手段を各列ごとに設けている。A first embodiment of a solid-state image sensor according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a circuit configuration diagram of the solid-state image sensor of the first embodiment, FIGS. 2(a) and (b) are a plan configuration diagram and a cross-sectional configuration diagram of each pixel element in FIG. 1, respectively, and FIG. 3 (a) is a drive pulse timing diagram for explaining the operation of the solid-state image sensor in Figure 1, (b) is a diagram for explaining the method of setting the operating point of the inverting amplifier circuit, and (C) is a diagram for explaining the operation point setting method of the inverting amplifier circuit. 0 showing the potential diagram of a photodiode
The pixel of this example uses a fully depleted dual-gate vertical JFET that was previously proposed by the inventors (Japanese Patent Application No. 153292/1982). A means is provided for each column.
第1図において、ドライバとなるnチャネル完全空乏化
デュアルゲート縦型JFET21は増幅素子であって、
負荷となるnチャネルデプレッションMoSトランジス
タ22とともに光電変換素子であるホトダイオードの電
位を検知増幅するための反転増幅回路を形成している。In FIG. 1, an n-channel fully depleted dual-gate vertical JFET 21 serving as a driver is an amplification element,
Together with the n-channel depletion MoS transistor 22 serving as a load, it forms an inverting amplifier circuit for detecting and amplifying the potential of a photodiode, which is a photoelectric conversion element.
23はホトダイオードと増幅素子との間に設けられた帰
還容量である。23 is a feedback capacitor provided between the photodiode and the amplification element.
なお、図面は簡明のため光電変換素子、増幅素子及び帰
還容量で構成される画素子は横3縦3の9素子の場合に
ついて示している。Note that, for the sake of simplicity, the drawings show a case in which nine pixel elements, each consisting of a photoelectric conversion element, an amplification element, and a feedback capacitor, are arranged in a matrix of 3 horizontally and 3 vertically.
2は各行を選択する垂直走査回路、3は3値レベルを発
生するレベルミキシング回路、5は水平走査回路である
。また、24〜28は各画素子の直流電圧のばらつきを
キャンセルするために各列ごとに設けられた出力回路を
構成しており、24は結合容量、25は結合容量の一端
をクランプするためのクランプスイッチ、27はメモリ
容量26への信号書き込みスイッチ、28はメモリ容量
26からの信号読み出しスイッチである。29は水平信
号線30に読み出された信号電荷を増幅し出力するため
の増幅器、31は水平信号線30をリセットするための
リセットスイッチである。32はレベルミキシング回路
3の出力を各完全空乏化デュアルゲート縦型J FET
のゲートに伝えるための垂直ゲート線、33は垂直信号
線である。φ0は反転増幅回路の電源電圧、φCはクラ
ンプスイッチ25のゲート電圧、VRはリセット電圧、
φ1、φ2は読み込みスイッチのゲート電圧、Pl、P
2は水平走査回路を動作させる2相のクロック信号、0
1、o2は出力端子である。2 is a vertical scanning circuit that selects each row; 3 is a level mixing circuit that generates three-value levels; and 5 is a horizontal scanning circuit. Further, 24 to 28 constitute an output circuit provided for each column in order to cancel variations in the DC voltage of each pixel, 24 is a coupling capacitor, and 25 is an output circuit for clamping one end of the coupling capacitor. A clamp switch 27 is a switch for writing a signal to the memory capacitor 26, and 28 is a switch for reading a signal from the memory capacitor 26. 29 is an amplifier for amplifying and outputting the signal charge read out to the horizontal signal line 30; 31 is a reset switch for resetting the horizontal signal line 30; 32 connects the output of the level mixing circuit 3 to each fully depleted dual gate vertical J FET.
A vertical gate line 33 is a vertical signal line for transmitting data to the gate of the signal line. φ0 is the power supply voltage of the inverting amplifier circuit, φC is the gate voltage of the clamp switch 25, VR is the reset voltage,
φ1, φ2 are the gate voltages of the read switch, Pl, P
2 is a two-phase clock signal that operates the horizontal scanning circuit, 0
1 and o2 are output terminals.
なお、負荷22はpチャネルMOSトランジスタでもn
チャネルトランジスタでもよい。Note that the load 22 may be a p-channel MOS transistor or an n-channel MOS transistor.
A channel transistor may also be used.
画素子の構成を示す第2図(a)、(b)において、4
1はn型基板、42はホトダイオードとなるフローティ
ング低濃度p型不純物層、43は画素の選択リセットを
行なうリセットゲートとなるp”型不純物層、44は垂
直ゲート線32の配線用ポリシリコン、45は垂直信号
線33と帰還容量23の上部電極を兼ねる透光性薄膜ポ
リシリコン、46は縦型JFETのソースとなるコンタ
クトでオーミックコンタクトを行なうためのn1層が形
成される。第1図帰還容量23は、ホトダイオードとな
るp−不純物層42と垂直信号線33を形成する薄膜ポ
リシリコン45の間に形成されている。また、光利用領
域はp−不純物領域42となり、その平面領域は上記帰
還容量の形成領域と一致している。なお、高速動作が必
要な場合には垂直ゲート線の配線層44をシリサイドや
アルミの低抵抗配線で形成し、薄膜ポリシリコン層45
にアルミ配線を接続し低抵抗化をすればよい。さらに、
リセットゲートル?不純物層43は垂直ゲート線44と
の容量結合により電位を制御してもよい。In FIGS. 2(a) and 2(b) showing the structure of the pixel element, 4
1 is an n-type substrate, 42 is a floating low-concentration p-type impurity layer that becomes a photodiode, 43 is a p''-type impurity layer that becomes a reset gate for resetting pixel selection, 44 is polysilicon for wiring of the vertical gate line 32, 45 46 is a contact that serves as the source of the vertical JFET, and an n1 layer is formed for making ohmic contact.FIG. 1 Feedback capacitance 23 is formed between the p- impurity layer 42 which becomes a photodiode and the thin film polysilicon 45 which forms the vertical signal line 33.The light use region is the p- impurity region 42, and its plane region is the above-mentioned feedback region. This coincides with the formation area of the capacitor.If high-speed operation is required, the wiring layer 44 of the vertical gate line is formed with a low resistance wiring of silicide or aluminum, and the thin film polysilicon layer 45 is formed with a low resistance wiring of silicide or aluminum.
You can lower the resistance by connecting aluminum wiring to the moreover,
Reset gaiter? The potential of the impurity layer 43 may be controlled by capacitive coupling with the vertical gate line 44.
第3図(a)において、HBLは水平ブランキング期間
、n行とは第1図において上からn番目、φDφCφ□
φ2は第1図における対応する記号の電圧を示している
。電圧は図中上方が高く、また。In FIG. 3(a), HBL is the horizontal blanking period, and n row is the nth row from the top in FIG. 1, φDφCφ□
φ2 indicates the voltage of the corresponding symbol in FIG. The voltage is higher in the upper part of the figure.
垂直ゲート線電圧V L V MV Nは、リセットゲ
ートを形成するp+領域43が基板41に対して順方向
とならない様に常に基板41の電位より低くなっている
。また、φDの電圧VDLVD)lはソース領域46が
リセットゲートル+領域43に対し順方向にならない様
に常にp+領域43より高い電圧となっている。The vertical gate line voltage V L V MV N is always lower than the potential of the substrate 41 so that the p+ region 43 forming the reset gate is not in the forward direction with respect to the substrate 41 . Further, the voltage VDLVD)l of φD is always higher than the p+ region 43 so that the source region 46 is not in the forward direction with respect to the reset gaiter+ region 43.
また、第3図(b)において図中の曲線は、リセットゲ
ートル?領域43がVLの時のホトダイオードp−不純
物層42の電位に対する反転回路の出力となるコンタク
ト層46の電圧の関係を示す図で、Vpoは同図(c)
に示す薄膜ポリシリコン45の電圧が低電圧voLの時
のホトダイオードp−不純物層42の電圧、vTは縦型
、TFETのしきい電圧を。Also, in Figure 3(b), the curve in the figure is a reset gaiter? This is a diagram showing the relationship between the voltage of the contact layer 46, which is the output of the inversion circuit, with respect to the potential of the photodiode p-impurity layer 42 when the region 43 is at VL, and Vpo is as shown in FIG.
The voltage of the photodiode p-impurity layer 42 when the voltage of the thin film polysilicon 45 shown in FIG.
VBは信号読み出し時のホトダイオードp−不純物層4
2のバイアス電圧を示す、リセット時にVpoであるホ
トダイオード電圧はφ0がVot、からVDHとなると
、帰還容量23を介し反転回路が高利得をもつバイアス
点Vaに設定される。また、第3図(C)において、各
曲線は薄膜ポリシリコン電極45がVDL、VDHの電
圧の時のホトダイオードp−不純物層42の電位を示す
図で高電圧VDIIは薄膜ポリシリコン層45にVoo
がかけられた時にホトダイオードp−不純物層42の表
面に基板と同型のキャリヤすなわちエレクトロンが誘起
される電圧となっている。一方、信号読み出し時のホト
ダイオードp−不純物層42の表面電位はホトダイオー
ドp−不純物層42と薄膜ポリシリコン層45間に基板
と同極性nのキャリヤが誘起され、2電極間にシールド
溜が形成されない様に設定されている。以下、本実施例
の動作を説明する。VB is photodiode p-impurity layer 4 during signal readout
When φ0 changes from Vot to VDH, the photodiode voltage, which is Vpo at reset and shows a bias voltage of 2, is set to a bias point Va at which the inverting circuit has a high gain via the feedback capacitor 23. Further, in FIG. 3(C), each curve is a diagram showing the potential of the photodiode p-impurity layer 42 when the thin film polysilicon electrode 45 is at voltages VDL and VDH, and the high voltage VDII is a diagram showing the potential of the photodiode p-impurity layer 42 when the thin film polysilicon electrode 45 is at a voltage of VDL and VDH.
The voltage is such that carriers of the same type as the substrate, that is, electrons, are induced on the surface of the photodiode p-impurity layer 42 when the voltage is applied. On the other hand, at the surface potential of the photodiode p-impurity layer 42 during signal readout, carriers of the same polarity as the substrate are induced between the photodiode p-impurity layer 42 and the thin film polysilicon layer 45, and no shield reservoir is formed between the two electrodes. It is set as follows. The operation of this embodiment will be explained below.
水平ブランキング期間に入ると、まずn行の信号読み出
しが行なわれる。すなわち、0行垂直ゲート832がV
Lとなりリセットゲートル+不純物層43の電圧が高く
なるとともにφDがVDLからVo。When the horizontal blanking period begins, signals of n rows are first read out. That is, the 0th row vertical gate 832 is at V
As the voltage of the reset gaiter + impurity layer 43 increases, φD changes from VDL to Vo.
となり、出力線33と帰還容量23を介する容量結合に
よりホトダイオードp−不純物層42の電圧が高くなり
、完全空乏化デュアルゲート縦型JFET21をドライ
バとしデプレッションMOSトランジスタ22を負荷と
する反転増幅器が高利得領域に設定される。この動作直
前には、ホトダイオード電圧は信号量しこ応じ、リセッ
ト時電圧VpoよりV s ’だけ高くなっているが、
この動作により、増幅素子の利得が充分に高い場合には
、ホトダイオード電圧はしきい電圧Vt近傍のあるバイ
アス電圧VBとなり、出力電圧は前記式で示すVaだけ
リセット時の出力電圧より低くなる。一方、リセットス
イッチ25はこの状態で導通しており、結合容量24の
出力端はリセット電圧VRとなっている。As a result, the voltage of the photodiode p-impurity layer 42 increases due to capacitive coupling via the output line 33 and the feedback capacitor 23, and the inverting amplifier with the fully depleted dual-gate vertical JFET 21 as a driver and the depletion MOS transistor 22 as a load has a high gain. Set to area. Immediately before this operation, the photodiode voltage is higher than the reset voltage Vpo by Vs' depending on the signal amount.
As a result of this operation, if the gain of the amplification element is sufficiently high, the photodiode voltage becomes a certain bias voltage VB near the threshold voltage Vt, and the output voltage becomes lower than the output voltage at reset by Va shown in the above equation. On the other hand, the reset switch 25 is conductive in this state, and the output terminal of the coupling capacitor 24 is at the reset voltage VR.
リセットスイッチ25が閉じる(OFF)と結合容量2
4の両端の電位差としてn行の信号のある時の増幅器の
出力が保持される(第3図1 = 1.□)にの後、ホ
トダイオードp−不純物層42のリセッl−が行なわれ
る。すなわち、電圧φ0が再びVDLとなるとともに、
n行垂直ゲート線32の電圧が、リセットゲートル+不
純物層43とホトダイオードp−不純物層42の間のパ
ンチスルー電圧Vptとホトダイオードp−不純物層4
2のリセット電圧Vpoの和の電圧より低いリセット電
圧VHとなり、ホトダイオードp−不純物層42は完全
に空乏化し、リセットがなされる(第3図1=1.)、
この後、信号のない時の各画素の増幅器出力が信号読み
出し時と同様に読み出される。すなわち、クランプスイ
ッチ25は閉じた(OFF)まま、メモリ容量26−2
への信号読み込みスイッチ27−2が開く。この結果、
結合容量24の時刻1=1Lからの電位変動、すなわち
、信号による増幅器出力の電位変動Vsが、結合容量2
4とメモリ容量26−2の容量比により分割された値だ
けメモリ容量26−2の電圧はリセット電圧VRより上
昇し、この電圧がスイッチ27−2を閉じる(OFF)
と、メモリ容量26−2に保持される(第3図(a)t
=t、)。When the reset switch 25 closes (OFF), the coupling capacitance 2
After the output of the amplifier when there is a signal in the n row is held as the potential difference between the two ends of the photodiode p-impurity layer 42 (FIG. 3, 1=1.□), the photodiode p-impurity layer 42 is reset l-. That is, as the voltage φ0 becomes VDL again,
The voltage of the n-row vertical gate line 32 is equal to the punch-through voltage Vpt between the reset gaiter + impurity layer 43 and the photodiode p-impurity layer 42 and the photodiode p-impurity layer 4
The reset voltage VH becomes lower than the sum of the two reset voltages Vpo, and the photodiode p-impurity layer 42 is completely depleted and reset is performed (FIG. 3, 1=1.).
Thereafter, the amplifier output of each pixel when there is no signal is read out in the same way as when reading out the signal. That is, the clamp switch 25 remains closed (OFF) and the memory capacity 26-2
The signal read switch 27-2 opens. As a result,
The potential fluctuation of the coupling capacitor 24 from time 1=1L, that is, the potential fluctuation Vs of the amplifier output due to the signal,
The voltage of the memory capacity 26-2 rises above the reset voltage VR by the value divided by the capacity ratio between the memory capacity 26-2 and the memory capacity 26-2, and this voltage closes the switch 27-2 (OFF).
is held in the memory capacity 26-2 (Fig. 3(a) t
=t,).
以上の動作の後、全く同様にn+1行の信号がメモリ容
量26−1に保持される(第3図(a)t”t4)−
なお、上記動作時において、非選択行の垂直ゲート線電
圧はVptよりやや低い電圧VMに保たれ、縦型JFE
Tは導電状態になることはない、また、強い光が当って
もホトダイオードp−不純物層42の電位はVM−VP
Tより高くなることはなくブルーミング現象も抑圧され
る。After the above operation, the signal of the n+1 row is held in the memory capacitor 26-1 in exactly the same way (FIG. 3(a) t''t4). is kept at a voltage VM slightly lower than Vpt, and the vertical JFE
T will never become conductive, and even if it is exposed to strong light, the potential of the photodiode p-impurity layer 42 will be VM-VP.
It never becomes higher than T, and the blooming phenomenon is also suppressed.
この後、すべての垂直ゲート線電圧がVにとなりすべて
の完全空乏化デュアルゲート縦型JPETが非導通の状
態で、電圧φDが高電圧VHとなり、ホトダイオードp
−不純物層42の表面には電子が一時誘起され、暗電流
の発生が抑圧される(第3図(a) t=tt) 。After this, all vertical gate line voltages become V and all fully depleted dual-gate vertical JPETs are non-conducting, voltage φD becomes high voltage VH, and photodiode p
- Electrons are temporarily induced on the surface of the impurity layer 42, and the generation of dark current is suppressed (FIG. 3(a) t=tt).
水平走査期間に入ると、水平スイッチ28−1゜28−
2が順次開閉し、水平信号線30に読み出された信号電
荷が増幅器29により増幅され出力される。When entering the horizontal scanning period, the horizontal switch 28-1゜28-
2 are sequentially opened and closed, and the signal charge read out to the horizontal signal line 30 is amplified by the amplifier 29 and output.
なお水平信号線30のリセットは、リセットスイッチ3
(を介して行なわれる。Note that the horizontal signal line 30 can be reset using the reset switch 3.
(This is done via
本実施例によれば、帰還容量による画素出力のばらつき
抑圧効果のほかにリセット時のホトダイオードが完全に
空乏化しているのでリセット雑音は生ぜず、かつ、帰還
容量23を介して完全空乏化ホトダイオードの表面を一
水平走査期間ごとにアキュムレーションしているので、
暗電流を低減できる。According to this embodiment, in addition to the effect of suppressing variations in pixel output due to the feedback capacitor, the photodiode is completely depleted at the time of reset, so no reset noise is generated, and the fully depleted photodiode is Since the surface is accumulated every horizontal scanning period,
Dark current can be reduced.
なお、本実施例ではnチャネルJFETの場合を述べた
がpチャネルJFETの場合も同様である。また、p基
板上のnウェル内にnチャネルJFETを形成してもよ
いし、n基板上のpウェル内にPチャネルJFETを形
成してもよい。In this embodiment, the case of an n-channel JFET has been described, but the same applies to the case of a p-channel JFET. Further, an n-channel JFET may be formed in an n-well on a p-substrate, or a p-channel JFET may be formed in a p-well on an n-substrate.
次に、本発明の第2の実施例を第4図〜第6図を用い説
明する。第4図は本発明の第2の実施例の固体撮像素子
の回路構成図、第5図(a)及び(b)はそれぞれ各画
素子の平面構成図と断面構造図、第6図は第4図の固体
撮像素子の動作説明のための駆動パルスタイミングを示
す0本実施例は、アイ・イー・イー トランザクション
オンエレクトロン デバイシイーズ 35巻 5号(
1988年)646頁から652頁(IEEE TRA
NSACTIONSON ELECTRON DEVI
CES vol、35 Na3 MAY 1988)に
述べられた画素増幅型固体撮像素子に本発明を適用した
ものである。Next, a second embodiment of the present invention will be described using FIGS. 4 to 6. FIG. 4 is a circuit configuration diagram of a solid-state image sensing device according to a second embodiment of the present invention, FIGS. This example shows the drive pulse timing for explaining the operation of the solid-state image sensor shown in Figure 4.
1988) pp. 646-652 (IEEE TRA
NSACTIONSON ELECTRON DEVI
The present invention is applied to the pixel amplification type solid-state image sensor described in CES Vol. 35 Na3 MAY 1988).
第4図において、2.3,5.22〜33は第1図と同
様であり、51は反転増幅回路のドライバとなる横型J
FET、52は横型JFETのゲート電圧を制御する
ゲート容量である。また、第5図において、53はn型
基板、54はn型ウェル、55はホトダイオードpす層
で、P型基板53とpf層55の間に横型JFETが形
成されている。また、56は垂直ゲート線32の配線用
ポリシリコンでpt層55の間ゲート電圧制御用ゲート
容量52が形成される。57は横型JFETのドレイン
となるコンタクト、58は垂直信号線33と帰還容量2
3の上部電極を兼ねる透光性薄膜ポリシリコンで、帰還
容量23は21層55とポリシリコン58間に形成され
る。本実施例における光利用領域は、配線用ポリシリコ
ン56が非透光性であるために、同図(a)の領域Aと
なり。In FIG. 4, 2.3, 5.22 to 33 are the same as in FIG.
FET 52 is a gate capacitor that controls the gate voltage of the lateral JFET. Further, in FIG. 5, 53 is an n-type substrate, 54 is an n-type well, 55 is a photodiode p layer, and a lateral JFET is formed between the p-type substrate 53 and the pf layer 55. Further, 56 is polysilicon for wiring of the vertical gate line 32, and a gate capacitor 52 for gate voltage control is formed between the PT layers 55. 57 is a contact that becomes the drain of the horizontal JFET, 58 is the vertical signal line 33 and the feedback capacitor 2
A feedback capacitor 23 is formed between the 21 layer 55 and the polysilicon 58 using a light-transmitting thin film polysilicon which also serves as the upper electrode of the 21st layer 55 . The light utilization area in this embodiment is the area A in FIG. 3(a) because the wiring polysilicon 56 is non-transparent.
帰還容量23の形成領域と一致している。さらに、第6
図において、各記号は第3図(a)で説明したと同様で
ある。本実施例の動作は増幅器が容量帰還型アンプで構
成され、この増幅器を適切なバイアス点に設定するため
φDをパルス動作していること以外は上記文献に述べら
れたものと同様であるのでここでは詳細な説明は省略す
る。本実施例によれば、増幅器を容量帰還型としている
ので、ゲート電圧制御用容量がホトダイオード蓄積容量
と作用するにもかかわらず、信号読み出し時の信号電圧
には何ら関与せず、均一性の高い信号出力を得られる。This coincides with the formation region of the feedback capacitor 23. Furthermore, the sixth
In the figure, each symbol is the same as that explained in FIG. 3(a). The operation of this embodiment is the same as that described in the above-mentioned document, except that the amplifier is composed of a capacitive feedback type amplifier, and φD is pulsed to set the amplifier to an appropriate bias point. A detailed explanation will be omitted. According to this embodiment, since the amplifier is of the capacitive feedback type, although the gate voltage control capacitor interacts with the photodiode storage capacitor, it does not affect the signal voltage at the time of signal readout, resulting in high uniformity. Signal output can be obtained.
なお、本実施例ではnチャネルJFETの場合を述べた
がpチャネルの場合も同様である。In this embodiment, the case of an n-channel JFET has been described, but the same applies to the case of a p-channel.
さらに、本発明による固体撮像素子の第3の実施例を第
7図と第8図を用い説明する。第7図は第3の実施例の
固体撮像素子の回路構成図、第8図(a)及び(b)は
それぞれ各画素の平面構成図および断面構造図を示して
いる1本実施例は、画素子ごとにバイポーラトランジス
タを用いて構成したものである。Furthermore, a third embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention will be described using FIGS. 7 and 8. FIG. 7 is a circuit configuration diagram of a solid-state image sensor according to the third embodiment, and FIGS. 8(a) and 8(b) are a plan configuration diagram and a cross-sectional configuration diagram of each pixel, respectively. It is constructed using bipolar transistors for each pixel element.
第7図において、2.3,5.22〜33は第1図と同
様の構成要素であり、71は反転増幅器のドライバとな
るバイポーラトランジスタ、72はバイポーラトランジ
スタのベース電圧を制御するためのゲート容量である。In FIG. 7, 2.3, 5.22 to 33 are the same components as in FIG. 1, 71 is a bipolar transistor serving as a driver of the inverting amplifier, and 72 is a gate for controlling the base voltage of the bipolar transistor. It is capacity.
また、−第8図において、73はn型基板、74はホト
ダイオードとなるp+層、75は垂直ゲート線32の配
線用ポリシリコンでP中層74との間にベース電圧制御
用ゲート容量72が形成されている。また、76はバイ
ポーラトランジスタのコレクタとなるnt層、77は垂
直信号線33と帰還容量23の上部電極と兼ねる透光性
薄膜ポリシリコンである。帰還容量・はコレクタとなる
nt層76と01層に接続された透光性薄膜ポリシリコ
ン77とホトダイオ−ドル+層74間に形成されている
。- In FIG. 8, 73 is an n-type substrate, 74 is a p+ layer which becomes a photodiode, and 75 is polysilicon for wiring of the vertical gate line 32, and a gate capacitor 72 for base voltage control is formed between it and the p middle layer 74. has been done. Further, 76 is an NT layer that serves as the collector of the bipolar transistor, and 77 is a transparent thin film polysilicon that also serves as the vertical signal line 33 and the upper electrode of the feedback capacitor 23. A feedback capacitance is formed between the photodiode + layer 74 and the light-transmitting thin film polysilicon 77 connected to the NT layer 76 and the 01 layer, which serve as collectors.
一方、光利用領域はホトダイオード74の上部に配線用
ポリシリコン76が形成されていない同図(a)の領域
Aとなり、帰還容量の形成領域と一致している。また、
本実施例の駆動パルスタイミングは第6図と同様である
。本実施例の動作は、各画素ごとに設けられたトランジ
スタがJFETからバイポーラトランジスタに変更され
ただけで、第2の実施例(第4図、第5図)と同様であ
るので、ここでは説明を省略する。本実施例においても
、第2の実施例と同様にゲート容量の存在にもかかわら
ず均一性の高い信号出力を得られる。On the other hand, the optical use area is the area A in FIG. 2A where the wiring polysilicon 76 is not formed above the photodiode 74, and coincides with the area where the feedback capacitance is formed. Also,
The drive pulse timing of this embodiment is the same as that shown in FIG. The operation of this embodiment is the same as that of the second embodiment (Figs. 4 and 5), except that the transistor provided for each pixel is changed from a JFET to a bipolar transistor, so it will not be explained here. omitted. In this embodiment as well, as in the second embodiment, a highly uniform signal output can be obtained despite the presence of gate capacitance.
なお1本実施例ではnpnトランジスタの場合を述べた
がpnphランジスタの場合も同様である。In this embodiment, the case of an npn transistor has been described, but the same applies to the case of a pnph transistor.
なお、以上の実施例では2次元固体撮像素子の例を述べ
たが、本発明は2次元固体撮像素子に限定されるもので
なく、1次元固体撮像素子においても容易に実施できる
ことは言うまでもない。また、各画素からの信号電圧の
読み出し形態や具体的な反転増幅回路の形態によらずに
実施できる。In the above embodiments, an example of a two-dimensional solid-state image sensor has been described, but it goes without saying that the present invention is not limited to a two-dimensional solid-state image sensor, and can be easily implemented in a one-dimensional solid-state image sensor. Further, the present invention can be implemented regardless of the format of reading out the signal voltage from each pixel or the specific format of the inverting amplifier circuit.
さて、以上の実施例では帰還容量の上記電極として薄膜
ポリシリコンを用いた実施例を述べた。In the above embodiments, thin film polysilicon was used as the electrode of the feedback capacitor.
しかし、より高い光透過率を得たい場合には、帰還容量
の上部電極をホトダイオードを形成する不純物層と逆極
性の不純物層で形成することも可能である。また、ホト
ダイオード上部にホトダイオードを形成する不純物層と
反極性の不純物層を形成する構造は暗電流低減にも有効
である。しかし、この場合には帰還容量を形成する不純
物層が基板と同極性となるため、帰還容量と基板間を電
気的に分離する必要がある。以下、第9図を用い、この
方法を説明する。However, if higher light transmittance is desired, it is also possible to form the upper electrode of the feedback capacitor with an impurity layer having a polarity opposite to that of the impurity layer forming the photodiode. Furthermore, a structure in which an impurity layer having a polarity opposite to that of the impurity layer forming the photodiode is formed above the photodiode is also effective in reducing dark current. However, in this case, since the impurity layer forming the feedback capacitance has the same polarity as the substrate, it is necessary to electrically isolate the feedback capacitance and the substrate. This method will be explained below using FIG. 9.
第9図は、第2図の画素構造において、上部電極をホト
ダイオードと反極性、基板と同極性の不純物層で形成し
た実施例の同図BB’ B’の断面構造を示す図である
。同図(a)の実施例では41゜42.44は第2図と
同様であり、91は帰還容量の上部電極を形成する07
層である。19層91はホトダイオ−ドル−層42の全
領域をおおう様に形成されており、第2図(a)のコン
タクト部46で垂直信号線のアルミ等の配線層に接続さ
れている0本実施例では、ホトダイオードP″″[42
の基板41に対する電位差が最小になる時にも、ホトダ
イオード分離領域のn領域(図中領域D)は空乏化して
おり、領域りのX方向の最大電位のY方向の最小値は基
板41の電位より常に小さい、この結果、n1層91は
基板41と電気的に分離されている。FIG. 9 is a diagram showing a cross-sectional structure at BB'B' of the same figure of an example in which the upper electrode is formed of an impurity layer of opposite polarity to the photodiode and the same polarity as the substrate in the pixel structure of FIG. 2. In the embodiment shown in FIG. 2(a), 41°42.44 is the same as in FIG. 2, and 91 is 07 which forms the upper electrode of the feedback capacitor.
It is a layer. The 19th layer 91 is formed so as to cover the entire area of the photodiode layer 42, and is connected to the wiring layer made of aluminum or the like of the vertical signal line at the contact portion 46 in FIG. 2(a). In the example, photodiode P″″[42
Even when the potential difference with respect to the substrate 41 is at its minimum, the n region of the photodiode isolation region (region D in the figure) is depleted, and the minimum value in the Y direction of the maximum potential in the X direction of the region is lower than the potential of the substrate 41. The n1 layer 91 is always small, so that the n1 layer 91 is electrically isolated from the substrate 41.
さらに、同図(b)の実施例では、各画素子のn+層9
1間の分離を確実なものとするために、ホトダイオード
分離領域(図中領域D)の上部にフィールドプレート9
2を設けた。フィールドプレート92には基板に対し負
の電圧がかけられ、異なる画素子の01層91間のY方
向の最大電位の最小値は異なるnt十層1間の電圧の低
い方の電圧値より常に低くなっている。この結果、 n
rlf91は互いに電気的に分離される。Furthermore, in the embodiment shown in FIG.
A field plate 9 is placed above the photodiode isolation region (area D in the figure) to ensure separation between
2 was established. A negative voltage is applied to the field plate 92 with respect to the substrate, and the minimum value of the maximum potential in the Y direction between the 01 layers 91 of different pixel elements is always lower than the lower voltage value of the voltages between the different NT layers 1. It has become. As a result, n
rlf91 are electrically isolated from each other.
また、同図(Q)の実施例では、n’ N’llはホト
ダイオ−ドル−層42の内側の部分に形成され、n1層
91はホトダイオードp−542により基板41と電気
的に分離されている。この際、ホトダイオ−ドル−層4
2のn1層の形成されていない領域(図中領域E)にお
いて暗電流が発生する。この問題を防ぐために、領域E
上にフィル−ドブレート92を設ける。フィールドプレ
ート92には、第3図(a)の信号読み出し期間以外の
所定の期間に、高い電圧がかけられ、ホトダイオ−ドル
−層42の表面にエレクトロンが一時誘起され、暗電流
が抑圧される。また、信号読み出し期間には、低い電圧
がかけられ、nf層91とn基板41間の最小電圧が常
にn基板41の電位より低くなる様に動作し 19層9
1とn基板41が電気的に分離される。なお、フィール
ドプレート92をマスクとし、p−層ならびにn中層を
形成することにより、容易に(c)図に示す構造を実現
することができる。Further, in the embodiment shown in FIG. 2(Q), n'N'll is formed in the inner part of the photodiode layer 42, and the n1 layer 91 is electrically isolated from the substrate 41 by the photodiode p-542. There is. At this time, the photodiode layer 4
A dark current is generated in the region where the n1 layer of No. 2 is not formed (region E in the figure). To prevent this problem, area E
A filled plate 92 is provided on top. A high voltage is applied to the field plate 92 during a predetermined period other than the signal readout period shown in FIG. 3(a), and electrons are temporarily induced on the surface of the photodiode layer 42, suppressing dark current. . Further, during the signal read period, a low voltage is applied, and the layer 9 operates so that the minimum voltage between the NF layer 91 and the N substrate 41 is always lower than the potential of the N substrate 41.
1 and n-substrate 41 are electrically isolated. Note that by using the field plate 92 as a mask and forming a p-layer and an n-middle layer, the structure shown in FIG. 12(c) can be easily realized.
なお1以上の実施例においては、第2図の画素子の構造
を例に取り説明したが、他の画素子の構造においても同
様に実施できる。また、ホトダイオードの極性がpの場
合を述べたが、nの場合も同様である。また、p基板上
のnウェル間にp型ホトダイオードを形成した場合も、
n基板上のpウェル内にn型ホトダイオードを形成した
場合も同様である。さらに、第9図に示した実施例は帰
還容量の上部電極の形成法に限定されず、暗電流低減の
ためにホトダイオード上部にホトダイオードと逆極性の
不純物層を形成し、かつ、その不純物層を基板より電気
的に分離することが必要なすべての場合に実施できる。Although one or more embodiments have been described using the structure of the pixel element shown in FIG. 2 as an example, the present invention can be implemented in the same manner with other pixel element structures. Further, although the case where the photodiode has p polarity has been described, the same applies to the case where the photodiode has n polarity. Also, when a p-type photodiode is formed between n-wells on a p-substrate,
The same applies when an n-type photodiode is formed in a p-well on an n-substrate. Furthermore, the embodiment shown in FIG. 9 is not limited to the method of forming the upper electrode of the feedback capacitance, and in order to reduce dark current, an impurity layer with the opposite polarity to the photodiode is formed above the photodiode, and the impurity layer is It can be implemented in all cases where electrical isolation from the substrate is required.
本発明によれば、各画素子に設けられた増幅器入力端の
光利用領域、蓄積容量ならびに増幅器を形成するトラン
ジスタの特性のばらつきによらず。According to the present invention, the light utilization area of the amplifier input terminal provided in each pixel element, the storage capacitance, and the variations in characteristics of the transistors forming the amplifier are not affected.
均一な信号出力を得ることができるので高画質な再生画
像を得られるという効果がある。Since uniform signal output can be obtained, there is an effect that high-quality reproduced images can be obtained.
また、光電変換素子を形成する不純物暦表面において発
生する暗電流を、第1の発明に必要とされる帰還容量の
形成と同時に低減できるので、均一な信号出力を得つつ
、暗電流を低減できるという効果もある。In addition, the dark current generated on the impurity surface that forms the photoelectric conversion element can be reduced at the same time as the feedback capacitance required for the first invention is formed, so the dark current can be reduced while obtaining a uniform signal output. There is also this effect.
第1図、第4図、第7図は本発明による固体撮像素子の
回路構成図、第2図、第5図、第8図はそれぞれ第1図
、第4図、第7図の実施例の画素子部の平面構成図と断
面構造図、第3図、第6図はそれぞれ第1図、第4図の
実施例の駆動パルスタイミング図、第9図は第2図(a
)におけるBB’ B’の断面構造図、第10図は従来
の固体撮像素子の画素子の断面構造図である。
21・・・完全空乏化デュアルゲート縦型J FET2
2・・・負荷MO823・・・帰還容量42・・・ホト
ダイオードp−不純物層45.58.77・・・薄膜ポ
リシリコン51・・・横型JFET 52.72
・・・ゲート容量55.74・・・ホトダイオ−121
層71・・・バイポーラトランジスタ1, 4, and 7 are circuit configuration diagrams of the solid-state imaging device according to the present invention, and FIGS. 2, 5, and 8 are examples of the embodiments shown in FIGS. 1, 4, and 7, respectively. 3 and 6 are drive pulse timing diagrams of the embodiments of FIGS. 1 and 4, respectively, and FIG. 9 is a diagram of the drive pulse timing of the embodiment of FIG.
), and FIG. 10 is a cross-sectional structural diagram of a pixel element of a conventional solid-state image sensor. 21...Fully depleted dual gate vertical J FET2
2...Load MO823...Feedback capacitance 42...Photodiode p-impurity layer 45.58.77...Thin film polysilicon 51...Horizontal JFET 52.72
...Gate capacity 55.74...Photodiode-121
Layer 71...Bipolar transistor
Claims (1)
した出力をうる増幅素子とからなる画素子を複数個半導
体基板上に形成した光電変換部を持つ画素増幅型固体撮
像素子において、上記増幅素子を用いて反転増幅回路を
構成し、上記増幅素子の出力を上記光電変換素子に帰還
する帰還容量を上記画素子のそれぞれに設けたことを特
徴とする固体撮像素子。 2、請求項1記載において、上記帰還容量が上記半導体
基板上の上記光電変換素子を形成する領域とほぼ同一の
平面領域に形成されていることを特徴とする固体撮像素
子。 3、請求項1記載において、上記光電変換素子がリセッ
ト時に完全に空乏化する低濃度不純物層で、上記帰還容
量がMOS構造で構成され、上記増幅素子の出力となる
端子に信号出力のなされない所定の期間上記光電変換素
子の表面に上記光電変換素子を構成する不純物と反極性
のキャリヤ層が形成されるような電圧が印加されるよう
に構成されたことを特徴とする固体撮像素子。 4、第1の不純物層よりなる半導体基板と、上記半導体
基板上に設けられた基板と反極性の第2の不純物層と、
上記第2の不純物層上を覆い基板と同極性の第3の不純
物層よりなる光電変換素子を持つ固体撮像素子において
、上記第3の不純物層が半導体基板と第2の不純物層間
に形成される空乏層により電気的に分離されて構成され
たことを特徴とする固体撮像素子。 5、第1の不純物層よりなる半導体基板と、上記半導体
基板上に設けられた基板と反極性の第2の不純物層と、
上記第2の不純物層上に設けられた基板と同極性の第3
の不純物層よりなる光電変換素子を持つ固体撮像素子に
おいて、上記第3の不純物層が第2の不純物層により基
板より分離され、かつ、上記分離された領域上に信号読
み出しのなされない所定の期間に第2の不純物層表面に
基板と同極性のキャリヤ層を誘起させる手段を有するこ
とを特徴とする固体撮像素子。[Claims] 1. A pixel amplification type solid state having a photoelectric conversion section in which a plurality of pixel elements each consisting of a photoelectric conversion element and an amplification element that obtains an output corresponding to the signal charge of the photoelectric conversion element are formed on a semiconductor substrate. A solid-state image sensor, characterized in that an inverting amplifier circuit is constructed using the amplifying element, and each of the pixel elements is provided with a feedback capacitor for feeding back the output of the amplifying element to the photoelectric conversion element. 2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the feedback capacitance is formed in substantially the same planar area as the area on the semiconductor substrate in which the photoelectric conversion element is formed. 3. In claim 1, the photoelectric conversion element is a low concentration impurity layer that is completely depleted at the time of reset, the feedback capacitor is configured with a MOS structure, and no signal is output to the terminal that serves as the output of the amplification element. A solid-state imaging device characterized in that a voltage is applied to the surface of the photoelectric conversion device for a predetermined period so that a carrier layer having a polarity opposite to that of impurities constituting the photoelectric conversion device is formed. 4. a semiconductor substrate made of a first impurity layer; a second impurity layer provided on the semiconductor substrate and having a polarity opposite to that of the substrate;
In a solid-state imaging device having a photoelectric conversion element comprising a third impurity layer covering the second impurity layer and having the same polarity as the substrate, the third impurity layer is formed between the semiconductor substrate and the second impurity layer. A solid-state imaging device characterized in that it is configured to be electrically isolated by a depletion layer. 5. a semiconductor substrate made of a first impurity layer; a second impurity layer provided on the semiconductor substrate and having a polarity opposite to that of the substrate;
A third impurity layer having the same polarity as the substrate provided on the second impurity layer.
In a solid-state imaging device having a photoelectric conversion element made of an impurity layer, the third impurity layer is separated from the substrate by the second impurity layer, and a predetermined period in which no signal is read out on the separated region. 1. A solid-state imaging device, comprising means for inducing a carrier layer having the same polarity as the substrate on the surface of the second impurity layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1043025A JP2898005B2 (en) | 1989-02-27 | 1989-02-27 | Solid-state imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1043025A JP2898005B2 (en) | 1989-02-27 | 1989-02-27 | Solid-state imaging device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02224480A true JPH02224480A (en) | 1990-09-06 |
| JP2898005B2 JP2898005B2 (en) | 1999-05-31 |
Family
ID=12652410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1043025A Expired - Lifetime JP2898005B2 (en) | 1989-02-27 | 1989-02-27 | Solid-state imaging device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2898005B2 (en) |
-
1989
- 1989-02-27 JP JP1043025A patent/JP2898005B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2898005B2 (en) | 1999-05-31 |
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