JPH06204573A - Pyroelectric solid-state imaging device - Google Patents

Pyroelectric solid-state imaging device

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Publication number
JPH06204573A
JPH06204573A JP4359026A JP35902692A JPH06204573A JP H06204573 A JPH06204573 A JP H06204573A JP 4359026 A JP4359026 A JP 4359026A JP 35902692 A JP35902692 A JP 35902692A JP H06204573 A JPH06204573 A JP H06204573A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate
pyroelectric
voltage
charge
wiring
Prior art date
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Pending
Application number
JP4359026A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toru Konuma
徹 小沼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kokusai Denki Electric Inc
Original Assignee
Hitachi Denshi KK
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Denshi KK filed Critical Hitachi Denshi KK
Priority to JP4359026A priority Critical patent/JPH06204573A/en
Publication of JPH06204573A publication Critical patent/JPH06204573A/en
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce the rate of using an Al layer, the first layer, as an interconnection without increasing the number of layers of polycrystalline silicon by wiring a connection gate and reset gates with one wiring and by setting threshold voltage of the reset gates larger than that of the connection gate. CONSTITUTION:Three gates, reset gates RG1, RG2 and a connection gate CG, are so connected to each other that they may be controlled by one terminal TG. By setting voltage to be applied to the TG when the voltage of diodes D1, D2 is set at Vinit at a different level from that when a signal is read out on a CCD from the diode D1, D2, the number of wirings of a picture element section can be reduced from 4 to 1. In this way, the complexity of a wiring pattern of the picture element section is reduced and thereby additional plane space is generated. Therefore, an yield can be increased in building a device. Moreover, an area of a pyroelectric film can be increased and then a numerical aperture and a sensitivity can be increased.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は固体撮像装置に係り、特
に赤外線画像を撮像する固体撮像装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device, and more particularly to a solid-state image pickup device for picking up an infrared image.

【0002】[0002]

【従来の技術】焦電型赤外線センサーでは可視光センサ
ーとは異なりGeなどの赤外線光学材料を使用した光学
レンズを用いて赤外線画像を結像する。赤外線は熱とし
て焦電膜に吸収され、膜面には赤外線画像に対応した温
度変化分布が生じる。焦電膜の分極は温度上昇によって
減少するため、その焦電効果によって温度変化分布が膜
の表面電荷分布に変換される。焦電効果は誘電体の時間
的温度変化によるものであるから、静止物体の撮像には
固体撮像素子の前面に赤外光を時間的に断続するチョッ
パーを設ける必要がある。赤外光の時間的断続によって
焦電膜の温度が△Tだけ変化した時、焦電係数をP T
すると膜面に誘起する電荷量△QはPT・△Tとなる。
△Qは分極の増減によるものであるから、焦電膜の両側
に誘起する電荷量の絶対値は等しく、符号は逆である。
図5は従来の赤外線画像を撮像する焦電型固体撮像装置
の画素部を等価的に示した図である。焦電素子はコンデ
ンサCと電流源ISにより表現されている。焦電素子の
両端を短絡させて初期電圧Vinitにするために、リ
セット・トランジスタMR1、MR2が接続されてい
る。容量素子として信号の積分を行うダイオードD1、
D2に蓄積された電荷は読み出しトランジスタMY1、
MY2のゲートYG1、YG2の制御により結合部を経
てCCDに転送される。20−1、20−2はCCDの
転送単位を示している。図6(a)は焦電素子の一端に
接続されたリセット・トランジスタMR1、ダイオード
D1、読み出しトランジスタMY1、結合部MC、CC
Dに沿った断面図である。図6(b)は焦電素子の他の
一端についての同様な構造についての断面図である。こ
のように本従来例では焦電素子から信号を読み出すため
に各画素ごとに2系統の信号転送機構を有している。1
はp-形半導体基板、2はCCDチャネル用のn-形拡散
層、3−1は配線も兼ねたリセット・ドレインRD用n
+形拡散層、3−3は焦電膜12の下面と接続する信号
積分ダイオードD1形成用のn+形拡散層、3−4は焦
電膜12の上面と接続する信号積分ダイオードD2形成
用のn+形拡散層である。4−1、4−2はそれぞれ焦
電膜12の下面および上面を初期電圧Vinitに設定
するためのリセット・トランジスタMR1、MR2のチ
ャネル用P形拡散層、9−1、9−2はそれぞれMR
1、MR2のゲート電極である。5はチャネルストッパ
用p+形拡散層、6は絶縁分離用Si2、8−1、8−
2はそれぞれD1、D2を読み出し電圧Vreadに設
定するための読み出しゲートYG1、YG2、21はダ
イオードD1、D2からの2つの信号の流れを一本にま
とめてCCDチャネル2に転送するための結合ゲートC
Gであり、YG1、YG2およびCCDゲート7と若干
重なりを持ったY字形のゲート電極である。11−4、
11−5はそれぞれYG1、YG2と接続する第一層目
のAl層、10および14はSi2もしくはポリイミド
のような層間絶縁膜、13はニクロム等の熱吸収膜、1
5は配線および遮光用の第二層目のAl層である。図7
は従来例の動作を説明するパルスタイミング図、図8
(a)および(b)は図7の時刻t1〜t5における図6
(a)および(b)に対応した表面ポテンシャルであ
る。斜線部分は電子で充満していることを示している。
以下、チョッパを開いて素子面に入射赤外光を当て焦電
膜の温度が上昇した時、焦電効果によって焦電膜12の
下面に負電荷が誘起するように分極処理をした場合につ
いての動作を説明する。図7の時刻t1で示したよう
に、垂直帰線期間(V−BLK)においてチョッパが開
いた状態に変わる間、リセットゲート(RG)に電圧V
GHを印加してMR1、MR2をON状態とし、焦電膜1
2の両面を短絡して電圧をVinitにセットする。R
Gに電圧VGLを印加してMR1、MR2をOFF状態に
すると、YG1、YG2のゲート下のチャネルがOFF
状態になっているため、フローティング状態になった信
号積分用ダイオードD1、D2では信号積分を開始す
る。温度上昇により焦電膜の下面に負電荷、上面に正電
荷が誘起するため、図7の時刻t2では図8のようにD
1の電位は低下し、D2の電位は上昇する。時刻t3
はD1からCCD20−1へ電荷を転送するためYG
1、CGにそれぞれVYH、VCHを印加し、ゲート下のチ
ャネルを開く。この時の電荷量QreadはVinit
とVreadによって決まるバイアス電荷量Qbias
と焦電膜12の下面に誘起した電荷量Qsigとによっ
てQbias+Qsigとなる。Vreadはゲート印
加電圧VYHとYG1のしきい値電圧で決まる。D1から
の電荷転送が終了する(ダイオードの電圧がVread
になる)と、YG1、CGにそれぞれVYL、VCLを印加
し、ゲート下のチャネルを閉じる。この時、電荷Qre
adは第5図のCCD20−1に蓄積されているが、C
CDを駆動して1ビット分シフトさせ、次のCCDの転
送単位20−2に移動させる。時刻t4ではYG2、C
Gのチャネルを開きダイオードD2からCCD20−1
へ電荷を転送する。この時の電荷量Q′readは焦電
膜の上面に誘起した電荷量Q′sigによりQbias
−Q′sigとなる。YG2、CGのチャネルを閉じた
後、時刻t5では時刻t1と同様にMR1、MR2をON
状態にしてダイオードD1、D2の電圧をVinitに
再設定する。チョッパを閉じて赤外光を遮断すると焦電
膜の温度が低下するため、これまでとは逆の符号の電荷
が誘起する。この信号電荷積分中に、先にCCDへ転送
していた電荷を順次走査し、撮像素子から取り出す。
外部回路ではこの電荷量を検出して、チョッパの開期間
に蓄積された信号Qsig、Q′sigを含む読み出し
電荷に対しては各々の単位画素ごとにQread−Q´
read、その逆の期間についてはQ´read−Qr
eadを行うことによってバイアス電荷Qbiasをキ
ャンセルし、単位画素から出力されてきた信号Qsig
+Q′sigを得られるようになる。
2. Description of the Related Art A pyroelectric infrared sensor is a visible light sensor.
Optics using infrared optical materials such as Ge
An infrared image is formed using a lens. Infrared is heat
Is absorbed by the pyroelectric film, and the film surface has a temperature corresponding to the infrared image.
Degree change distribution occurs. The polarization of the pyroelectric film increases with temperature
The pyroelectric effect reduces the temperature change distribution in the film.
Is converted to the surface charge distribution. Pyroelectric effect is dielectric time
It is due to the dynamic temperature change.
A chord that temporally interrupts infrared light on the front surface of the solid-state image sensor.
It is necessary to provide a par. By the temporal interruption of infrared light
When the temperature of the pyroelectric film changes by ΔT, the pyroelectric coefficient P TWhen
Then, the amount of charge ΔQ induced on the film surface is PT・ △ T.
△ Q is due to the increase or decrease of polarization, so both sides of the pyroelectric film
The absolute value of the amount of electric charge induced in is equal and the sign is opposite.
FIG. 5 shows a conventional pyroelectric solid-state image pickup device for picking up an infrared image.
3 is a diagram equivalently showing the pixel portion of FIG. The pyroelectric element is a
Sensor C and current source ISIs represented by. Pyroelectric element
In order to short-circuit both ends to the initial voltage Vinit,
Set transistors MR1 and MR2 are connected
It A diode D1 that integrates a signal as a capacitive element,
The charge accumulated in D2 is the read transistor MY1,
The gates YG1 and YG2 of MY2 are controlled to pass through the coupling section.
Are transferred to the CCD. 20-1 and 20-2 are CCD
Indicates the transfer unit. Figure 6 (a) shows one end of the pyroelectric element
Connected reset transistor MR1, diode
D1, read transistor MY1, coupling part MC, CC
It is sectional drawing along D. FIG. 6B shows another example of the pyroelectric element.
It is sectional drawing about the same structure about one end. This
In the conventional example as described above, the signal is read from the pyroelectric element.
In addition, each pixel has a two-system signal transfer mechanism. 1
Is p-type semiconductor substrate, 2 is n-type diffusion for CCD channel
Layer 3-1 is n for reset / drain RD which also serves as wiring
+ Type diffusion layer, 3-3 is a signal connected to the lower surface of the pyroelectric film 12
N + type diffusion layer for forming the integrating diode D1, 3-4 is a focus layer
Forming a signal integrating diode D2 connected to the upper surface of the electric film 12
It is an n + type diffusion layer for. 4-1 and 4-2 are focal points
The lower and upper surfaces of the electric film 12 are set to the initial voltage Vinit
Reset transistors MR1 and MR2
P-type diffusion layers for channels, 9-1 and 9-2 are MR
1. MR2 gate electrode. 5 is a channel stopper
P + type diffusion layer, 6 for insulation isolation SiD2, 8-1, 8-
2 sets D1 and D2 to the read voltage Vread, respectively.
Read gates YG1, YG2, and 21 for determining
Combine the two signal flows from the iodines D1 and D2 into one.
Combined gate C for stopping and transferring to CCD channel 2
G, and a little with YG1, YG2 and CCD gate 7
It is a Y-shaped gate electrode having an overlap. 11-4,
11-5 is the first layer connected to YG1 and YG2, respectively
Al layers, 10 and 14 are SiO2Or polyimide
Interlayer insulating film such as, 13 is a heat absorbing film such as nichrome, 1
Reference numeral 5 is a second Al layer for wiring and light shielding. Figure 7
8 is a pulse timing diagram for explaining the operation of the conventional example, FIG.
7A and 7B show time t in FIG.1~ TFive6 in
A surface potential corresponding to (a) and (b).
It The shaded area shows that it is full of electrons.
Below, open the chopper and apply incident infrared light to the device surface to pyroelectrically
When the temperature of the film rises, the pyroelectric effect of the pyroelectric film 12 is caused by the pyroelectric effect.
Only when polarization is applied so that negative charges are induced on the bottom surface.
The operation will be described. Time t in FIG.1As shown in
During the vertical blanking period (V-BLK), the chopper opens.
The voltage V is applied to the reset gate (RG) while changing to the normal state.
GHIs applied to turn on MR1 and MR2, and the pyroelectric film 1
Both sides of 2 are short-circuited and the voltage is set to Vinit. R
Voltage V on GGLIs applied to turn off MR1 and MR2.
Then, the channels under the gates of YG1 and YG2 are turned off.
Since it is in the status
Signal integration is started in the signal integration diodes D1 and D2.
It As the temperature rises, the lower surface of the pyroelectric film has a negative charge and the upper surface has a positive charge.
Since the load is induced, time t in FIG.2Then, as shown in Figure 8, D
The potential of 1 decreases and the potential of D2 increases. Time t3so
YG to transfer charge from D1 to CCD 20-1
1, V for each CGYH, VCHAnd apply the
Open the channel. The charge amount Qread at this time is Vinit
And the amount of bias charge Qbias determined by Vread
And the amount of charge Qsig induced on the lower surface of the pyroelectric film 12
Becomes Qbias + Qsig. Vread is a gate mark
Applied voltage VYHAnd the threshold voltage of YG1. From D1
Charge transfer is completed (the diode voltage is Vread
Becomes V), and V in YG1 and CG respectivelyYL, VCLApply
And close the channel under the gate. At this time, the charge Qre
ad is stored in CCD 20-1 in FIG. 5, but C
The CD is driven and shifted by 1 bit, and the next CCD is transferred.
It is moved to the sending unit 20-2. Time tFourThen YG2, C
Open the G channel and connect the diode D2 to CCD20-1.
Transfer charge to. The charge amount Q'read at this time is the pyroelectric
Qbias due to the amount of charge Q'sig induced on the upper surface of the film
-Q'sig. Closed YG2 and CG channels
After time tFiveThen time t1Turn on MR1 and MR2 in the same manner as
State and set the voltage of diodes D1 and D2 to Vinit
Reset. When the chopper is closed to block infrared light, pyroelectric
Since the temperature of the film decreases, the charge of the opposite sign
Is induced. During this signal charge integration, transfer to CCD first
The charged charges are sequentially scanned and taken out from the image sensor.
The external circuit detects this amount of charge and opens the chopper during the open period.
Readout including signals Qsig and Q'sig stored in
For the electric charge, Qread-Q 'for each unit pixel
For read and vice versa, Q'read-Qr
By performing the ead, the bias charge Qbias is canceled.
The signal Qsig output from the unit pixel after canceling
You can get + Q'sig.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本従来例ではCCDゲ
ート以外に画素部のゲート配線としてRG、YG1、Y
G2、CGの4本が必要となる。CCDゲートは画素部
に格子上に形成されており、通常一層目と二層目の多結
晶シリコン層で形成する。そこでこの4本の配線は三層
目以降の多結晶シリコン層、または一層目のAl層で配
線することになる。ところが一層目のAl層を配線とし
て使う割合が多いほど焦電膜の面積が減少し、赤外感度
の低下を招く。また多結晶シリコンの層数を増加させる
と製造プロセスの工程増加により歩留りが低下する。本
発明の目的は多結晶シリコンの層数を増加させることな
く一層目のAl層を配線として使う割合を減少させるこ
とにある。
In this conventional example, RG, YG1, Y are used as the gate wiring of the pixel portion in addition to the CCD gate.
Four G2 and CG are required. The CCD gate is formed on the lattice in the pixel portion, and is usually formed by the first and second polycrystalline silicon layers. Therefore, these four wires are to be wired in the third and subsequent polycrystalline silicon layers or in the first Al layer. However, as the ratio of using the first Al layer as a wiring increases, the area of the pyroelectric film decreases and the infrared sensitivity decreases. Further, when the number of layers of polycrystalline silicon is increased, the yield is reduced due to the increase in the number of manufacturing processes. An object of the present invention is to reduce the ratio of using the first Al layer as a wiring without increasing the number of polycrystalline silicon layers.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、結合ゲートCGとリセットゲートRGの配
線を一つの配線で共用し、リセットゲートのしきい値電
圧を結合ゲートのしきい値電圧よりも大きくしたもので
ある。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention shares the wiring of the coupling gate CG and the reset gate RG by one wiring, and sets the threshold voltage of the reset gate to the threshold of the coupling gate. It is larger than the value voltage.

【0005】[0005]

【作用】その結果、結合ゲートがオンしていてもリセッ
トゲートがオフしている状態で信号の読み出しができる
ようになり、画素部のゲート配線数を4本から3本に減
少させ、そのため画素部のレイアウトに余裕が出で多結
晶シリコンの層数を増加させることなく一層目のAl層
を配線として使う割合を減少させることができ、開口
率、感度を向上させられる。
As a result, even if the coupling gate is on, the signal can be read out while the reset gate is off, and the number of gate wirings in the pixel portion is reduced from four to three. The ratio of using the first Al layer as a wiring can be reduced without increasing the number of layers of polycrystalline silicon, and the aperture ratio and sensitivity can be improved.

【0006】[0006]

【実施例】以下、実施例を用いて本発明を説明する。図
1は本発明の焦電型固体撮像装置の画素部を等価的に示
した図である。この撮像素子は焦電膜の両側に誘起した
信号電荷をCCDに転送するために2系統の信号転送機
構を有しており、図2(a)、(b)はそれぞれの経路
の断面図である。図1に示したように本発明の撮像素子
はリセット・ゲートRG1、RG2、結合ゲートCGの
3つのゲートが一つの端子TGで制御できるように接続
されている。ダイオードD1、D2の電圧をVinit
にセットする時にTGに加える電圧と、ダイオードD
1、D2から信号をCCDに読み出す時にTGに加える
電圧とを異なる値にすることによって画素部の配線を4
本から1本に減らせている。20−1、20−2、20
−3はCCDの転送単位である。図2の23−1、23
−2はトランジスタMY1、MY2、MCのしきい値電
圧を制御するためのP形拡散層であり、特にMCのしき
い値電圧はCCDチャネル2のn-形拡散層との兼ね合
いでトランジスタMR1、MR2のしきい値電圧よりも
低くなるようになっている。22−1、22−2はそれ
ぞれトランジスタMY1のゲート8−1、トランジスタ
MY2のゲート8−2の配線部であり、3層目の多結晶
シリコンで形成されている。図3は本発明の駆動方法を
説明するためのパルスタイミング図、図4(a)、
(b)は図3の時刻ta〜teでの図2(a)、(b)
にそれぞれ対応した表面ポテンシャルである。図4の斜
線部分は電子で充満していることを示す。以下、チョッ
パを開いて素子面に入射赤外光を当てて焦電膜の温度が
上昇した時、焦電効果によって焦電膜の下面に負電荷が
誘起するように分極処理をした場合についての動作を説
明する。図3の時刻taで示したように垂直帰線期間
(V−BLK)においてチョッパが開いた状態に変わる
間、リセットゲートRGに電圧VGHを印加してリセット
・トランジスタMR1、MR2をON状態とし、焦電膜
の両面を短絡してその電圧をVinitにセットする。
次にRGに電圧VGLを印加してMR1、MR2をOFF
状態にするとダイオードD1、D2はフローティング状
態になり信号の積分を開始する。温度上昇により焦電膜
の下面に負電荷、上面に正電荷が誘起するため、図3の
時刻tbでは図4のようにD1の電位は低下しD2の電
位は上昇する。時刻tcではYG1とTGにそれぞれV
YH、VTMを印加してチャネルを開き、D1からCCD2
0−1へ電荷を読み出す。ここでVTMはリセット・トラ
ンジスタMR1、MR2がオンしない電圧であり、CG
のゲート下のポテンシャルがYG1より低くなるように
設定する。リセット・トランジスタMR1、MR2がオ
ンしてしまえばリセット・ドレインRDより電荷が流入
してしまうからである。読み出し電圧VreadはYG
1のポテンシャルによって決まり、この時読み出す電荷
量QreadはVinitとVreadによって決まる
バイアス電荷量Qbiasと焦電膜の下面に誘起した電
荷量Qsigとの和Qbias+Qsigになる。ここ
でVreadはYG1に加える電圧VYHとトランジスタ
MY1のしきい値電圧とによって決まる。ダイオードD
1の電圧がVreadになり電荷転送が終了するとYG
1とTGにそれぞれVYL、VTLを印加してチャネルを閉
じる。そしてCCDを駆動して1ビット分シフトさせ、
図1のCCD20−1に蓄積した電荷Qreadを次の
転送単位に移動させる。次に時刻tdではYG2とTG
にそれぞれVYH、VTHを印加してチャネルを開き、ダイ
オードD2からCCD20−1に電荷を転送する。この
時の電荷量Q´readは焦電膜の上面に誘起する電荷
量Q´sigによりQbias−Q´sigとなる。転
送終了後YG2とTGにそれぞれVYL、VTLを印加して
チャネルを閉じ、時刻teでは時刻taと同様にD1、
D2をVinitにリセットする。チョッパを閉じて赤
外光を遮断すると焦電膜の温度が低下するためこれまで
とは逆の符号の電荷が誘起する。この信号積分中に先に
CCDへ転送していた電荷をCCD20−2からCCD
20−3へ、CCD20−1から空いたばかりのCCD
20−2へと電荷を順次走査し、撮像素子から取り出
す。
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples. FIG. 1 is a diagram equivalently showing a pixel portion of a pyroelectric solid-state imaging device of the present invention. This imaging device has two systems of signal transfer mechanism for transferring the signal charges induced on both sides of the pyroelectric film to the CCD. FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views of the respective paths. is there. As shown in FIG. 1, in the image pickup device of the present invention, three gates of reset gates RG1 and RG2 and a coupling gate CG are connected so as to be controlled by one terminal TG. Set the voltage of the diodes D1 and D2 to Vinit
And the voltage applied to TG when set to
By setting the value of the voltage applied to the TG when reading the signal from the D1 and D2 to the CCD to a different value, the wiring of the pixel portion is
I have reduced it from one to one. 20-1, 20-2, 20
-3 is a CCD transfer unit. 23-1, 23 in FIG.
-2 is a P-type diffusion layer for controlling the threshold voltage of the transistors MY1, MY2, MC. Especially, the threshold voltage of MC is a transistor MR1, in consideration of the n-type diffusion layer of the CCD channel 2. It becomes lower than the threshold voltage of MR2. Reference numerals 22-1 and 22-2 denote wiring portions of the gate 8-1 of the transistor MY1 and the gate 8-2 of the transistor MY2, respectively, which are formed of the third-layer polycrystalline silicon. FIG. 3 is a pulse timing diagram for explaining the driving method of the present invention, FIG.
FIG. 2B is a diagram of FIGS. 2A and 2B at times ta to te of FIG.
Are surface potentials corresponding to. The shaded area in FIG. 4 indicates that it is full of electrons. Below is a description of the case where polarization processing is performed so that the negative electric charge is induced on the lower surface of the pyroelectric film by the pyroelectric effect when the temperature of the pyroelectric film rises by opening the chopper and applying incident infrared light to the element surface. The operation will be described. As shown at time ta in FIG. 3, while the chopper changes to the open state in the vertical blanking period (V-BLK), the voltage V GH is applied to the reset gate RG to turn on the reset transistors MR1 and MR2. , Both sides of the pyroelectric film are short-circuited and the voltage is set to Vinit.
Next, the voltage V GL is applied to RG to turn off MR1 and MR2.
When brought into the state, the diodes D1 and D2 are brought into a floating state and the integration of signals is started. Since negative charges are induced on the lower surface of the pyroelectric film and positive charges are induced on the upper surface of the pyroelectric film due to the temperature increase, the potential of D1 decreases and the potential of D2 increases at time tb in FIG. 3 as shown in FIG. At time tc, V is applied to YG1 and TG, respectively.
YH and V TM are applied to open the channel, D1 to CCD2
The charge is read to 0-1. Here, V TM is a voltage at which the reset transistors MR1 and MR2 do not turn on, and CG
The potential under the gate of is set to be lower than YG1. This is because if the reset transistors MR1 and MR2 are turned on, charges will flow from the reset drain RD. Read voltage Vread is YG
The charge amount Qread to be read at this time is the sum Qbias + Qsig of the bias charge amount Qbias determined by Vinit and Vread and the charge amount Qsig induced on the lower surface of the pyroelectric film. Here, Vread is determined by the voltage V YH applied to YG1 and the threshold voltage of the transistor MY1. Diode D
When the voltage of 1 becomes Vread and the charge transfer ends, YG
The channels are closed by applying V YL and V TL to 1 and TG, respectively. Then, drive the CCD to shift by 1 bit,
The charge Qread accumulated in the CCD 20-1 of FIG. 1 is moved to the next transfer unit. Next, at time td, YG2 and TG
Each application of V YH, V TH to open the channel, transfers the charge from the diode D2 to CCD20-1. The charge amount Q′read at this time becomes Qbias−Q′sig due to the charge amount Q′sig induced on the upper surface of the pyroelectric film. After the transfer is completed, V YL and V TL are applied to YG2 and TG, respectively, to close the channel, and at time te, D1 and
Reset D2 to Vinit. When the chopper is closed to block the infrared light, the temperature of the pyroelectric film is lowered, so that the electric charge of the opposite sign is induced. During this signal integration, the charge previously transferred to the CCD is transferred from the CCD 20-2 to the CCD.
20-3 to CCD 20-1 CCD just opened
Charges are sequentially scanned to 20-2 and taken out from the image sensor.

【0007】[0007]

【発明の効果】以上説明したように、従来は画素部のゲ
ート配線としてRG、YG1、YG2、CGの4本が必
要であったのに対して、本発明ではRGとCGの配線を
共用することにより3本に減少するので画素部の配線パ
ターンの複雑度が減少し、平面的な余裕ができるためデ
バイス構成の点での歩留りは向上する。しかも一層目の
Al層を配線として使う割合が減少するため焦電膜の面
積を増加させることができ、開口率、感度を向上させら
れる。多結晶シリコンの層数を増加させることなく一層
目のAl層を配線として使う割合が減少するため製造プ
ロセスの工程増加が原因となるような歩留りの低下はな
い。
As described above, in the past, four gate wirings RG, YG1, YG2, and CG were required as the gate wiring of the pixel portion, whereas in the present invention, the wirings of RG and CG are shared. As a result, the number of wiring patterns is reduced to three, the complexity of the wiring pattern of the pixel portion is reduced, and a planar allowance is provided, so that the yield in terms of device configuration is improved. Moreover, since the proportion of the first Al layer used as the wiring is reduced, the area of the pyroelectric film can be increased, and the aperture ratio and the sensitivity can be improved. Since the proportion of using the first Al layer as a wiring is reduced without increasing the number of layers of polycrystalline silicon, there is no reduction in yield that would be caused by an increase in the number of manufacturing process steps.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の焦電型固体撮像装置の画素部の等価
図。
FIG. 1 is an equivalent diagram of a pixel portion of a pyroelectric solid-state imaging device of the present invention.

【図2】本発明の焦電型固体撮像装置の断面図。FIG. 2 is a sectional view of a pyroelectric solid-state imaging device according to the present invention.

【図3】本発明の動作を説明するためのパルスタイミン
グ図。
FIG. 3 is a pulse timing chart for explaining the operation of the present invention.

【図4】本発明の動作を説明するための表面ポテンシャ
ル図。
FIG. 4 is a surface potential diagram for explaining the operation of the present invention.

【図5】従来の固体撮像装置の例を示す等価図。FIG. 5 is an equivalent diagram showing an example of a conventional solid-state imaging device.

【図6】従来例の断面図。FIG. 6 is a sectional view of a conventional example.

【図7】従来例のパルスタイミング図。FIG. 7 is a pulse timing chart of a conventional example.

【図8】従来例の表面ポテンシャル図。FIG. 8 is a surface potential diagram of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

RG1、RG2 リセットゲート CG 結合ゲート D1、D2 ダイオード RG1, RG2 reset gate CG coupling gate D1, D2 diode

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 第一導電型の半導体基板の主表面に焦電気性を示す誘電
体によって形成された焦電素子、前記焦電膜の上面およ
び下面に誘起する電荷を別々に蓄積するための容量素子
からなる光電変換素子を形成し、各々の容量素子につい
てその初期電圧設定素子と読み出し電圧設定ゲートを設
け、各々の容量素子に蓄積した電荷を信号電荷転送素子
に転送するために各々の読み出し電圧設定ゲートと信号
電荷転送素子に接続して結合ゲートを設け、それぞれを
一つの構成単位としてアレー状に形成した焦電型固体撮
像装置において、初期電圧設定素子の制御ゲートと結合
ゲートを同一の端子で制御できるように相互接続し、前
記制御ゲートのしきい値電圧を結合ゲートのしきい値電
圧よりも大きくしたことを特徴とする焦電型固体撮像装
置。
A photoelectric device including a pyroelectric element formed of a dielectric material showing pyroelectricity on the main surface of a semiconductor substrate of the first conductivity type, and a capacitive element for separately accumulating charges induced on the upper surface and the lower surface of the pyroelectric film. A conversion element is formed, an initial voltage setting element and a read voltage setting gate are provided for each capacitance element, and each read voltage setting gate and a signal are transferred to transfer the charge accumulated in each capacitance element to the signal charge transfer element. In a pyroelectric solid-state imaging device in which a coupling gate is provided to be connected to a charge transfer element and each of which is a unit, and which is formed in an array, the control gate and the coupling gate of the initial voltage setting element can be controlled by the same terminal. And a threshold voltage of the control gate higher than a threshold voltage of the coupling gate.
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