JPH039565A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH039565A JPH039565A JP1143019A JP14301989A JPH039565A JP H039565 A JPH039565 A JP H039565A JP 1143019 A JP1143019 A JP 1143019A JP 14301989 A JP14301989 A JP 14301989A JP H039565 A JPH039565 A JP H039565A
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- Japan
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- impurity semiconductor
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- potential
- avalanche
- photodiode
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 14
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 abstract 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、固体撮像装置に関するものである。
（従来の技術）
固体撮像装置は、小型、軽量、メンテナンス・フリー、
画像歪みのない等の長所を備えている。
画像歪みのない等の長所を備えている。
１９７０年代後半に実用素子が現れて以来、性能向上が
目ざましい勢いで続けられ、民生用ビデオカメラでは、
Ｍｋｓ管の性能を凌駕し、はとんど全て撮像管と置き
換わっている。なかでも、ＣＯＤおよびＭＯＳタイプの
撮像素子は、総合的に優れ、その−Ｌ流になっている。
目ざましい勢いで続けられ、民生用ビデオカメラでは、
Ｍｋｓ管の性能を凌駕し、はとんど全て撮像管と置き
換わっている。なかでも、ＣＯＤおよびＭＯＳタイプの
撮像素子は、総合的に優れ、その−Ｌ流になっている。
しかし１．ＨＤＴＶ（ハンディＴＶ）の時代に向けて、
固体撮像素子は、画素寸法の縮小を益々余儀なくされて
おり、感度はダイナミックレンジの低下が予想されてい
る。
固体撮像素子は、画素寸法の縮小を益々余儀なくされて
おり、感度はダイナミックレンジの低下が予想されてい
る。
第４図は、従来のＭＯＳ型撮像素子の画素構造図である
。画素部は、ホトダイオードと垂直スイッチＭＯＳトラ
ンジスタとからなる。ホトダイオードは、Ｐウェル１１
、正バイアスが印加されているｎ型基板１２．および光
電変換された信号電荷を菩精するｎ０不純物半導体領域
】３のｎｐｎ３層摺造からなっている。垂直スイッチＭ
ＯＳトランジスタ部分は、ドレイン５、垂直ゲート線７
、垂直信号線８よりなる。なお、１０はチャネルストッ
プ領域である。
。画素部は、ホトダイオードと垂直スイッチＭＯＳトラ
ンジスタとからなる。ホトダイオードは、Ｐウェル１１
、正バイアスが印加されているｎ型基板１２．および光
電変換された信号電荷を菩精するｎ０不純物半導体領域
】３のｎｐｎ３層摺造からなっている。垂直スイッチＭ
ＯＳトランジスタ部分は、ドレイン５、垂直ゲート線７
、垂直信号線８よりなる。なお、１０はチャネルストッ
プ領域である。
第５図は、ＭＯＳタイプ撮像素子の基本回路図である、
第５図において、３０は水平走査回路、３１は垂直走査
回路、３２は水平読出スイッチである。
第５図において、３０は水平走査回路、３１は垂直走査
回路、３２は水平読出スイッチである。
７は垂直ゲート線、８は垂直信号線、３３はホトダイオ
ード部である。
ード部である。
以上のように構成されたＭＯＳタイプ撮像素子について
以下その動作を説明する。
以下その動作を説明する。
ホトダイオード部で一定期間光電変換された信号電荷は
、信号電荷蓄積部であるｎ′″不純物半導体領域１３に
蓄積される。次に、水平ブランキング期間に垂直走査回
路３１より垂直ゲート線７にパルスを印加し、ｎ０不純
物半導体領域１３に？９積された信号電荷を垂直信号１
ｉＩ８に読み出す。この後。
、信号電荷蓄積部であるｎ′″不純物半導体領域１３に
蓄積される。次に、水平ブランキング期間に垂直走査回
路３１より垂直ゲート線７にパルスを印加し、ｎ０不純
物半導体領域１３に？９積された信号電荷を垂直信号１
ｉＩ８に読み出す。この後。
水平走査期間の間に水平走査回路３０から水平走査パル
スを印加し、水平読出スイッチ３２を導通して順番に信
号電荷を出力する。
スを印加し、水平読出スイッチ３２を導通して順番に信
号電荷を出力する。
（発明が解決しようとする課題）
しかし、以上のように構成された固体撮像装置では、垂
直信号線の容量が大きいために、熱雑音の高いいわゆる
ＫＴＣノイズを下げることができなかった。第６図にＭ
ＯＳタイプで撮像素子の１画素当たりの雑音電子数と信
号電荷の関係を示す。
直信号線の容量が大きいために、熱雑音の高いいわゆる
ＫＴＣノイズを下げることができなかった。第６図にＭ
ＯＳタイプで撮像素子の１画素当たりの雑音電子数と信
号電荷の関係を示す。
第６図から明らかなように、ＫＴＣノイズがほぼ照度全
体にわたって支配的になるという問題があった。
体にわたって支配的になるという問題があった。
本発明は、以上のような問題を解決するためのもので、
ＫＴＣノイズの影響をできるだけ受けない、低照度でも
Ｓ／Ｈのよい固体撮像装置を提供することを目的とする
。
ＫＴＣノイズの影響をできるだけ受けない、低照度でも
Ｓ／Ｈのよい固体撮像装置を提供することを目的とする
。
（課題を解決するための手段）
前記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、
−伝導型半導体基板上にアバランシェ・ホトダイオード
と、前記アバランシェ・ホトダイオードで光電変換され
た信号電荷を増幅して蓄積する蓄積ホトダイオードと、
アバランシェ領域となるｎ型不純物半導体領域およびｎ
”不純物半導体領域が全て空乏化される負の電位を設定
する電位設定ゲート線および電位設定信号線と、前記蓄
積ホトダイオードから前記信号電荷を読み出すＭ○Ｓト
ランジスタとから構成される。
−伝導型半導体基板上にアバランシェ・ホトダイオード
と、前記アバランシェ・ホトダイオードで光電変換され
た信号電荷を増幅して蓄積する蓄積ホトダイオードと、
アバランシェ領域となるｎ型不純物半導体領域およびｎ
”不純物半導体領域が全て空乏化される負の電位を設定
する電位設定ゲート線および電位設定信号線と、前記蓄
積ホトダイオードから前記信号電荷を読み出すＭ○Ｓト
ランジスタとから構成される。
（作 用）
本発明によれば、電位設定ゲート線および電位設定信号
線に負の電位を設定し、アバランシェ領域となるｎ型不
純物半導体領域およびｎ−不純物半導体領域が全て空乏
化されるようにしたので、相対的にＫＴＣノイズを低減
することが可能になり、低照度でもＳ／Ｎのよい画像信
号を得ることができる。
線に負の電位を設定し、アバランシェ領域となるｎ型不
純物半導体領域およびｎ−不純物半導体領域が全て空乏
化されるようにしたので、相対的にＫＴＣノイズを低減
することが可能になり、低照度でもＳ／Ｎのよい画像信
号を得ることができる。
（実施例）
以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。第１図は、本発明の実施例における固体撮像装
置の画素部における断面構造図である。
明する。第１図は、本発明の実施例における固体撮像装
置の画素部における断面構造図である。
第１図において、１はアバランシェ・ホトダイオードの
ｐ００不純物半導領域、２は信号電荷を増幅するアバラ
ンシェ領域となるｎ型不純物半導体領域、３は増幅され
た信号電荷を蓄積する蓄積ホトダイオード、４はｎ型不
純物半導体領域２で増幅された信号電荷を蓄積ホトダイ
オード３へ導くためのｎ−不純物半導体領域、５は信号
電荷を読み出すドレイン、６はｎ−不純物半導体領域４
の電位を設定するための電位設定ゲート線、７は蓄積ホ
トダイオード３に７！Ｉ積した信号電荷を読み出すため
のパルスを与える垂直ゲート線、８は蓄積ホトダイオー
ド３に蓄積された信号電荷を前記垂直ゲート線７のパル
スにより読み出す垂直信号線、９はアバランシェ・ホト
ダイオードのｐ＋不純物半導体領域１の電位を設定する
ための電位設定信号線、 １０はチャネルストップ領域
、１１はｐウェル、１２はｎ型基板を示す。
ｐ００不純物半導領域、２は信号電荷を増幅するアバラ
ンシェ領域となるｎ型不純物半導体領域、３は増幅され
た信号電荷を蓄積する蓄積ホトダイオード、４はｎ型不
純物半導体領域２で増幅された信号電荷を蓄積ホトダイ
オード３へ導くためのｎ−不純物半導体領域、５は信号
電荷を読み出すドレイン、６はｎ−不純物半導体領域４
の電位を設定するための電位設定ゲート線、７は蓄積ホ
トダイオード３に７！Ｉ積した信号電荷を読み出すため
のパルスを与える垂直ゲート線、８は蓄積ホトダイオー
ド３に蓄積された信号電荷を前記垂直ゲート線７のパル
スにより読み出す垂直信号線、９はアバランシェ・ホト
ダイオードのｐ＋不純物半導体領域１の電位を設定する
ための電位設定信号線、 １０はチャネルストップ領域
、１１はｐウェル、１２はｎ型基板を示す。
以」二のように構成された固体撮像装置の動作について
説明する。
説明する。
ｐウェル１１にはＯｖ、アバランシェ・ホトダイオード
のｐ＋不純物半４体領域１の電位を設定する電位設定信
号線９には、ｎ型不純物半導体領域２およびｎ−不純物
半導体領域４が全て空乏化されるような適当な負の電位
、ｎ型基板１２にはホトダイオードの下のｐウェル１１
が空乏化されるように正の電位をそれぞれ設定しておく
。また、電位設定ゲート線６には正の電圧を印加するこ
とにより、ｎ型不純物半導体領域２に高電界をかけ、ア
バランシェ状態にしておく。
のｐ＋不純物半４体領域１の電位を設定する電位設定信
号線９には、ｎ型不純物半導体領域２およびｎ−不純物
半導体領域４が全て空乏化されるような適当な負の電位
、ｎ型基板１２にはホトダイオードの下のｐウェル１１
が空乏化されるように正の電位をそれぞれ設定しておく
。また、電位設定ゲート線６には正の電圧を印加するこ
とにより、ｎ型不純物半導体領域２に高電界をかけ、ア
バランシェ状態にしておく。
このように設定された時のホトダイオード部分のポテン
シャル形状を第２図に示す。
シャル形状を第２図に示す。
本実施例の回路構成は、第５図の回路構成図と全く同じ
である。
である。
アバランシェ・ホトダイオードのｐ１不純物半導体領域
１に入射した光は、光電変換され、正孔はｐ＋不純物半
導体領域に達し、吸収される。電子はアバランシェ領域
であるｎ型不純物半導体領域２において増幅され、ｎ−
不純物半導体領域４に達する。ｎ−不純物半導体領域４
に達した電子は、蓄積ホトダイオード３に蓄積される。
１に入射した光は、光電変換され、正孔はｐ＋不純物半
導体領域に達し、吸収される。電子はアバランシェ領域
であるｎ型不純物半導体領域２において増幅され、ｎ−
不純物半導体領域４に達する。ｎ−不純物半導体領域４
に達した電子は、蓄積ホトダイオード３に蓄積される。
この後の電荷の読出しは、従来例と同じように水平ブラ
ンキング期間に垂直走査回路３１より垂直ゲート線７に
パルスを印加し、蓄積ホトダイオード３より垂直信号線
８に読み出す。この後、水平走査期間中に水平走査回路
３０より水平走査パルスを印加し。
ンキング期間に垂直走査回路３１より垂直ゲート線７に
パルスを印加し、蓄積ホトダイオード３より垂直信号線
８に読み出す。この後、水平走査期間中に水平走査回路
３０より水平走査パルスを印加し。
水平読出スイッチ３２を導通して順次出力する。
以上のように構成された本発明の固体撮像装置の光電変
換性を第３図に示す０本発明の実施例ではアバランシェ
・ホトダイオードのゲインが、１０倍になるように電圧
を設定している。第３図かられかるように、ＫＴＣノイ
ズ成分が相対的に低減する。
換性を第３図に示す０本発明の実施例ではアバランシェ
・ホトダイオードのゲインが、１０倍になるように電圧
を設定している。第３図かられかるように、ＫＴＣノイ
ズ成分が相対的に低減する。
（発明の効果）
本発明によれば、ｎ−不純物半導体領域およびｎ型不純
物半導体領域が全て空乏化されるような負の電位を設定
することにより、ＫＴＣノイズ成分を相対的に低減した
ので、低照度でもＳ／Ｎのよい映像を得ることができる
ようになり、ダイナミックレンジも向上した。
物半導体領域が全て空乏化されるような負の電位を設定
することにより、ＫＴＣノイズ成分を相対的に低減した
ので、低照度でもＳ／Ｎのよい映像を得ることができる
ようになり、ダイナミックレンジも向上した。
第１図は本発明の実施例における固体撮像装置の画素部
の断面構造図、第２図は本発明の実施例におけるアバラ
ンシェ・ホトダイオードのポテンシャル形状を示す図、
第３図は本発明の実施例における光電変換およびノイズ
特性図、第４図は従来の固体撮像装置の画素部の断面構
造図、第５図は従来および実施例における固体撮像装置
の回路構成図、第６図は従来の固体撮像装置の光電変換
およびノイズ特性図である。 １．２．４ ・・・アバランシェ・ホトダイオードを
構成するＰａｎ型、ｎ−不純物半導体領域、 ３ ・・
蓄積ホトダイオード。 ５ ・・・ドレイン、 ６ ・・・アバランシェ・ホト
ダイオードのｎ−不純物半導体領域の電位を設定するた
めの電位設定ゲート線、７・・・信号電荷を読み出す垂
直ゲート線。 ８ ・・・垂直信号線、 ９ ・・・アバランシェ・ホ
トダイオードのｐ３不純物半導体領域の電位を設定する
ための電位設定信号線、１０・・・チャネルストップ領
域、 １１・・・ ｐウェル、１２・・・ ｎ型基板。
の断面構造図、第２図は本発明の実施例におけるアバラ
ンシェ・ホトダイオードのポテンシャル形状を示す図、
第３図は本発明の実施例における光電変換およびノイズ
特性図、第４図は従来の固体撮像装置の画素部の断面構
造図、第５図は従来および実施例における固体撮像装置
の回路構成図、第６図は従来の固体撮像装置の光電変換
およびノイズ特性図である。 １．２．４ ・・・アバランシェ・ホトダイオードを
構成するＰａｎ型、ｎ−不純物半導体領域、 ３ ・・
蓄積ホトダイオード。 ５ ・・・ドレイン、 ６ ・・・アバランシェ・ホト
ダイオードのｎ−不純物半導体領域の電位を設定するた
めの電位設定ゲート線、７・・・信号電荷を読み出す垂
直ゲート線。 ８ ・・・垂直信号線、 ９ ・・・アバランシェ・ホ
トダイオードのｐ３不純物半導体領域の電位を設定する
ための電位設定信号線、１０・・・チャネルストップ領
域、 １１・・・ ｐウェル、１２・・・ ｎ型基板。
Claims (1)
- 一伝導型半導体基板上にアバランシェ・ホトダイオード
と、前記アバランシェ・ホトダイオードで光電変換され
た信号電荷を増幅して蓄積する蓄積ホトダイオードと、
アバランシェ領域となるｎ型不純物半導体領域およびｎ
＾−不純物半導体領域が全て空乏化される負の電位を設
定する電位設定ゲート線および電位設定信号線と、前記
蓄積ホトダイオードから前記信号電荷を読み出すＭＯＳ
トランジスタとを備えたことを特徴とする固体撮像装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1143019A JPH039565A (ja) | 1989-06-07 | 1989-06-07 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1143019A JPH039565A (ja) | 1989-06-07 | 1989-06-07 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH039565A true JPH039565A (ja) | 1991-01-17 |
Family
ID=15329040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1143019A Pending JPH039565A (ja) | 1989-06-07 | 1989-06-07 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH039565A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5583352A (en) * | 1994-04-29 | 1996-12-10 | Eg&G Limited | Low-noise, reach-through, avalanche photodiodes |
| KR20020022931A (ko) * | 2000-09-21 | 2002-03-28 | 박종섭 | 씨모스 이미지 센서의 포토다이오드 및 그의 제조방법 |
| KR100450670B1 (ko) * | 2002-02-09 | 2004-10-01 | 삼성전자주식회사 | 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서 및 그 제조방법 |
| JP2006321536A (ja) * | 2005-05-19 | 2006-11-30 | Kyocera Mita Corp | 梱包部材 |
| JP2015005752A (ja) * | 2013-06-20 | 2015-01-08 | アイメック・ヴェーゼットウェーＩｍｅｃ Ｖｚｗ | イメージセンサで使用される埋め込みフォトダイオードの改良 |
-
1989
- 1989-06-07 JP JP1143019A patent/JPH039565A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5583352A (en) * | 1994-04-29 | 1996-12-10 | Eg&G Limited | Low-noise, reach-through, avalanche photodiodes |
| KR20020022931A (ko) * | 2000-09-21 | 2002-03-28 | 박종섭 | 씨모스 이미지 센서의 포토다이오드 및 그의 제조방법 |
| KR100450670B1 (ko) * | 2002-02-09 | 2004-10-01 | 삼성전자주식회사 | 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서 및 그 제조방법 |
| JP2006321536A (ja) * | 2005-05-19 | 2006-11-30 | Kyocera Mita Corp | 梱包部材 |
| JP2015005752A (ja) * | 2013-06-20 | 2015-01-08 | アイメック・ヴェーゼットウェーＩｍｅｃ Ｖｚｗ | イメージセンサで使用される埋め込みフォトダイオードの改良 |
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