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JPH04206742A - amplifier circuit - Google Patents

amplifier circuit

Info

Publication number
JPH04206742A
JPH04206742A JP2335799A JP33579990A JPH04206742A JP H04206742 A JPH04206742 A JP H04206742A JP 2335799 A JP2335799 A JP 2335799A JP 33579990 A JP33579990 A JP 33579990A JP H04206742 A JPH04206742 A JP H04206742A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate insulating
insulating film
amplification
gate
capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2335799A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiki Suzuki
鈴木 敏樹
Hirobumi Koshi
輿 博文
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2335799A priority Critical patent/JPH04206742A/en
Publication of JPH04206742A publication Critical patent/JPH04206742A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain an amplification circuit with an improved sensitivity in a simple configuration by forming a film thickness of a gate insulating film of an amplification MOSFET constituting a source follower circuit which receives a voltage signal of a capacitor which receives a signal charge to be thicker than that of other gate insulating films which are formed on a same semiconductor substrate. CONSTITUTION:A title item is provided with a source follower circuit with a capacitor C3 which receives a signal charge, an amplification MOSFETQ2 which receives a voltage of the capacitor C3, and a loading means Q3 which is located at a source side of the amplification MOSFETQ2 and a film thickness of a gate insulating films 3 of the above amplification MOSFETQ2 is formed to be thicker than that of other gate insulating film 3' which is formed on a same semiconductor substrate 1. For example, in the above amplification MOSFETQ2, a gate electrode 4 is formed on a gate insulating film 3 which is formed relatively thickly. In other MOSFETQ1, Q3-Q5, a gate electrode 4' is formed on a gate insulating film 3' which is formed thinly by the half-etching technique with the above gate electrode 4 as a mask.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、増幅回路に関し、例えばC0D(電荷結合
素子)固体撮像素子における信号電荷を増幅して出力さ
せる増幅回路に利用して有効な技術に関するものである
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an amplifier circuit, and provides a technology that is effective when applied to, for example, an amplifier circuit that amplifies and outputs signal charges in a C0D (charge-coupled device) solid-state image sensor. It is related to.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

CCD固体撮像素子では、CCDからの信号電荷は出力
拡散層(構造上等価的にダイオードの形態で示される)
に転送され、その接合容量からなるキャパシタにより信
号電圧の形態に変換される。
In a CCD solid-state image sensor, signal charges from the CCD are transferred to an output diffusion layer (structurally equivalently represented in the form of a diode).
and is converted into a signal voltage form by a capacitor consisting of its junction capacitance.

この信号電圧は、増幅MOS F ETと負荷MOSF
ETからなるソースフォロワ回路を介して出力される。
This signal voltage is applied to the amplification MOSFET and load MOSFET.
The signal is output via a source follower circuit consisting of an ET.

このような増幅回路は、浮遊拡散層型増幅器(FDA;
Floating  Diffusion Ampli
fier)と呼ばれる。上記出力拡散層に設けられるリ
センl−M03FETは、上記信号電荷に対応した信号
電圧が増幅されて出力されると、言い換えるならば、次
の信号電荷が転送される前にリセットパルスにより上記
キャパシタに保持された信号電荷を基準電圧によりリセ
ットさせる。
Such an amplifier circuit is called a floating diffusion layer amplifier (FDA;
Floating Diffusion Ampli
fier). When the signal voltage corresponding to the signal charge is amplified and output, the reset L-M03FET provided in the output diffusion layer is connected to the capacitor by a reset pulse before the next signal charge is transferred. The held signal charge is reset by a reference voltage.

このようなFDAに関しては、例えばラジオ技術社昭和
61年11月3日発行rCCDカメラ技術」頁64があ
る。
Regarding such FDA, for example, see page 64 of ``rCCD Camera Technology'' published by Radio Gijutsusha on November 3, 1986.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記FDAの感度は、リセットMOS F ETや増幅
MOSFETにおける寄生容量及び出力拡散層からなる
合成容1E(l!と、ソースフォロワ回路のゲイン(A
s<1)の積(As/C)に比例する。
The sensitivity of the above FDA is determined by the combined capacitance 1E (l!) consisting of the parasitic capacitance and output diffusion layer in the reset MOSFET and amplification MOSFET, and the gain (A) of the source follower circuit.
It is proportional to the product (As/C) of s<1).

上記ゲインASの向上にはAs<lのように限界があり
、FDAの感度向上にはいかに合成容量値を小さくする
かにかかっている。このため、従来のFDAにおいては
、容量値を小さくするために出力拡散層や増幅MOS 
F ET等を如何に小さく形成するかに心血が注がれて
いる。しかしながら、増幅MOS F ETのサイズを
小さくすると必然的に出力電力も小さくなり、後段の負
荷駆動能力が無くなるという矛盾を含んでいる。
There is a limit to the improvement of the gain AS, such as As<l, and improvement in FDA sensitivity depends on how small the combined capacitance value is. For this reason, in conventional FDA, an output diffusion layer and an amplification MOS are used to reduce the capacitance value.
A lot of effort is being put into how to make FETs etc. as small as possible. However, if the size of the amplifying MOS FET is reduced, the output power will also inevitably be reduced, which is a contradiction in terms, as the load driving capability of the subsequent stage will be lost.

この発明の目的は、簡単な構成により感度向上を実現し
た増幅回路を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an amplifier circuit that achieves improved sensitivity with a simple configuration.

この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は
、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであ
ろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記の通りである。
A brief overview of typical inventions disclosed in this application is as follows.

すなわち、信号電荷を受けるキャパシタの電圧信号を受
けるソースフォロワ回路を構成する増幅MOSFETの
ゲート絶縁膜の膜圧を同一半導体基板上に形成される他
のゲート絶縁膜より厚く形成する。
That is, the film thickness of the gate insulating film of the amplification MOSFET constituting the source follower circuit that receives the voltage signal of the capacitor receiving the signal charge is made thicker than that of other gate insulating films formed on the same semiconductor substrate.

〔作 用〕[For production]

上記した手段よれば、増幅MOSFETのゲート容量を
大幅に小さくできることに伴い検出容量の容量値を小さ
くでき、転送された信号電荷に対して大きな信号電圧が
得られるから高感度化が可能になる。
According to the above means, since the gate capacitance of the amplification MOSFET can be significantly reduced, the capacitance value of the detection capacitor can be reduced, and a large signal voltage can be obtained with respect to the transferred signal charge, so that high sensitivity can be achieved.

〔実施例〕〔Example〕

第1図には、この発明が適用されたCOD固体撮像素子
に用いられる増幅回路の一実施例の回路図が示されてい
る。同図の各回路素子は、公知の半導体集積回路の製造
技術により、COD固体撮像素子を構成する他の素子と
ともに単結晶シリコンのような1個の半導体基板上にお
いて形成される。
FIG. 1 shows a circuit diagram of an embodiment of an amplifier circuit used in a COD solid-state image sensor to which the present invention is applied. Each circuit element in the figure is formed on a single semiconductor substrate such as single crystal silicon along with other elements constituting the COD solid-state image sensor using known semiconductor integrated circuit manufacturing techniques.

後述するようなCOD転送回路を通して転送された信号
電荷は、P型の半導体基板(P −S UB)又はN型
半導体基板上に形成されたP型ウェル領域の表面に形成
されたN゛層からなる出力拡散層に入力される。この出
力拡散層N゛は、上記P型基板又はP型ウェル領域とに
より等価的にダイオードの形態で示され、その接合容量
に上記信号電荷が保持される。
Signal charges transferred through a COD transfer circuit as described below are transferred from an N layer formed on the surface of a P-type well region formed on a P-type semiconductor substrate (P-SUB) or an N-type semiconductor substrate. It is input to the output diffusion layer. This output diffusion layer N' is equivalently represented in the form of a diode by the P-type substrate or P-type well region, and the signal charge is held in its junction capacitance.

上記出力拡散層N゛には、その信号電荷に対応した電圧
信号が増幅回路を通して出力され、次の信号電荷が転送
される前にリセット(掃き出し)を行うためにリセット
MOSFETQIが接続される。このリセットMOSF
ETQIは、リセットパルスRGによりオン状態にされ
て出力拡散層N“にリセット電圧RDを与える。
A voltage signal corresponding to the signal charge is outputted to the output diffusion layer N' through an amplifier circuit, and a reset MOSFET QI is connected to perform reset (sweeping out) before the next signal charge is transferred. This reset MOSF
ETQI is turned on by a reset pulse RG and applies a reset voltage RD to the output diffusion layer N''.

上記出力拡散層N+は、増幅MOSFETQ2のゲート
に接続される。増幅MOSFETQ2は、そのソースに
ゲートとソースが接地されたデイプレッション型MOS
FETQ3が負荷として設けられてソースフォロワ回路
を構成する。
The output diffusion layer N+ is connected to the gate of the amplification MOSFET Q2. Amplification MOSFET Q2 is a depletion type MOS whose gate and source are grounded.
FETQ3 is provided as a load to constitute a source follower circuit.

上記COD転送回路を通して転送された信号電荷Qは、
上記出力拡散層N゛におけるPN接合容量C3とリセッ
トMOSFETQ2のソース、ドレイン間のオーバーラ
ツプ容量C1及び増幅MOSFETQIのゲート容量C
3の合成容量C(C1+c2+C3)により、V=Q/
Cの電圧に変換される。
The signal charge Q transferred through the above COD transfer circuit is
The PN junction capacitance C3 in the output diffusion layer N', the overlap capacitance C1 between the source and drain of the reset MOSFET Q2, and the gate capacitance C of the amplification MOSFET QI
3 combined capacitance C (C1+c2+C3), V=Q/
It is converted to a voltage of C.

このようにキャパシタCの電圧信号は、増幅MOSFE
TQ2と負荷MOSFETQ3からなるソースフォロワ
回路により電力増幅される。この初段増幅回路の出力信
号は、増幅MOSFETQ4と上記同様な負荷MO5F
ETQ5により電力増幅されて出力端子Voutから出
力される。
In this way, the voltage signal of capacitor C is
Power is amplified by a source follower circuit consisting of TQ2 and load MOSFET Q3. The output signal of this first stage amplifier circuit is connected to the amplifier MOSFET Q4 and the same load MO5F as above.
The power is amplified by ETQ5 and output from the output terminal Vout.

上記のように信号電荷を電圧信号に変換する検出容量C
の容量値を小さくすると、V=Q/Cの式より大きな電
圧信号■を得ることができ、高感度化が可能になる。
As mentioned above, the detection capacitor C converts the signal charge into a voltage signal
By reducing the capacitance value, it is possible to obtain a voltage signal (2) larger than the equation of V=Q/C, and higher sensitivity can be achieved.

そこで、この実施例では、出力拡散層N゛に接続される
増幅MOSFETQ2のゲート容量C2を低減されるた
めに、そのゲート絶縁膜の膜圧を厚く形成するものであ
る。これにより、ゲート入力容量C2の容量値は膜圧に
反比例して大幅に小さくすることができる。これにより
、増幅MOSFETQ2のサイズを極端に小さくするこ
となく入力容量C2を低減させることができる。この結
果、検出容itC(C1十C2+C3)は、上記ゲート
容量C2の低減に伴い小さくすることができるから、上
記電圧変換式V=Q/Cより、同じ信号電荷Qに対して
検出容量Cの容量値を減少させた分だけ電圧Vを大きく
することができる。
Therefore, in this embodiment, in order to reduce the gate capacitance C2 of the amplifying MOSFET Q2 connected to the output diffusion layer N', the film thickness of the gate insulating film is made thick. Thereby, the capacitance value of the gate input capacitor C2 can be significantly reduced in inverse proportion to the membrane pressure. Thereby, the input capacitance C2 can be reduced without extremely reducing the size of the amplification MOSFET Q2. As a result, the detection capacitance itC (C1 + C2 + C3) can be made smaller as the gate capacitance C2 is reduced, so from the voltage conversion formula V=Q/C, the detection capacitance C for the same signal charge Q can be reduced. The voltage V can be increased by the amount by which the capacitance value is reduced.

ちなみに、C2の容量値が検出容量Cの容量値の70%
を占めている場合、平面寸法をそのままでゲート絶縁膜
の膜圧を350人から1000人に厚くするだけで、C
2の容量値が約30%に低減できる。これにより検出容
量Cの容量値が50%も減少することとなり、信号電荷
が同じでも出力電圧は2倍に大きくできる。そして、ソ
ースフォロワ回路を縦列接続することにより、出力端子
では大きな負荷駆動能力を持つようにされるから、高速
読み出しが可能になる。これにより、例えば、多画素化
に伴い信号電荷の減少を補うような高感度化と、高速動
作化を合わせ持つCCD固体撮像素子が得られる。
By the way, the capacitance value of C2 is 70% of the capacitance value of detection capacitor C.
, by simply increasing the film thickness of the gate insulating film from 350 to 1000 with the planar dimensions unchanged, C
The capacitance value of No. 2 can be reduced to about 30%. As a result, the capacitance value of the detection capacitor C is reduced by 50%, and the output voltage can be doubled even if the signal charge is the same. By connecting the source follower circuits in series, the output terminal has a large load driving capability, thereby enabling high-speed reading. As a result, it is possible to obtain, for example, a CCD solid-state image sensor that has both high sensitivity that compensates for the decrease in signal charge due to the increase in the number of pixels, and high-speed operation.

第2A図ないし第2C図には、上記増幅MOSFETQ
2と他のMOSFETQ4の製造方法の一実施例の製造
工程断面図が示されている。
In FIGS. 2A to 2C, the amplification MOSFETQ
2 and another manufacturing process cross-sectional view of an embodiment of the manufacturing method of MOSFETQ4.

第2A図においては、P型半導体基板(又はN型半導体
基板上に形成されたP型ウェル領域)上の素子分離領域
には厚い厚さのフィールド絶縁膜を2を形成した後に、
素子形成領域には厚い厚さのゲート絶縁膜3を形成する
。このゲート絶縁膜3の膜圧は、上記増幅MOSFET
Q2のゲート絶縁膜に対応して厚く形成される。そして
、MO5FETQ2が形成されるべき素子形成領域のゲ
ート絶縁膜上には、ゲート電極を構成するポリシリコン
層4を写真技術により形成する。
In FIG. 2A, after forming a thick field insulating film 2 in an element isolation region on a P-type semiconductor substrate (or a P-type well region formed on an N-type semiconductor substrate),
A thick gate insulating film 3 is formed in the element formation region. The film thickness of this gate insulating film 3 is the same as that of the amplification MOSFET mentioned above.
It is formed thickly corresponding to the gate insulating film of Q2. Then, on the gate insulating film in the element formation region where the MO5FETQ2 is to be formed, a polysilicon layer 4 constituting a gate electrode is formed using a photographic technique.

第2B図においては、コントロールエツチング技術によ
り、上記絶縁膜の表面を全体的にハーフエツチングする
。この場合、増幅MO5FETQ2が形成される部分は
、上記ポリシリコン層4がマスクとなってゲート絶縁膜
は厚いままとされる。
In FIG. 2B, the entire surface of the insulating film is half-etched using a controlled etching technique. In this case, the polysilicon layer 4 serves as a mask and the gate insulating film remains thick in the portion where the amplifying MO5FET Q2 is formed.

それ故、代表として示されたMO5FETQ4等が形成
される他の素子形成領域上のゲート絶縁膜は、上記のよ
うなハーフエツチングによって薄くされたゲート絶縁膜
3′となり、その上にゲート電極4゛が上記同様な写真
技術により形成される。
Therefore, the gate insulating film on the other element formation regions where the MO5FETQ4 etc. shown as a representative are formed becomes the gate insulating film 3' thinned by the above-mentioned half etching, and the gate electrode 4' is formed on top of the gate insulating film 3'. is formed by the same photographic technique as above.

第2C図においては、上記ゲート電極4.4′とフィー
ルド絶縁膜2をマスクとしてイオン打ち込み法によりN
型不純物を導入が行われてソース。
In FIG. 2C, the gate electrode 4,4' and the field insulating film 2 are used as a mask to perform the ion implantation method.
Type impurities are introduced into the source.

ドレイン領域5が形成されるとともにポリシリコン層4
.4′にもN型不純物を導入が行わせて導体層とされる
A drain region 5 is formed and a polysilicon layer 4 is formed.
.. N-type impurities are also introduced into 4' to form a conductor layer.

なお、CCD転送路を構成したり、増幅MOSFETQ
2.Q4に対する配線を形成する工程が必要とされるが
、この発明には直接関係がないのでその説明は省略する
In addition, the CCD transfer path may be configured or the amplification MOSFETQ
2. Although a step of forming wiring for Q4 is required, the explanation thereof will be omitted since it is not directly related to this invention.

このように比較的簡単な製造工程の追加により上記実施
例のMOSFETQ2とC4のようにゲート絶縁膜の膜
圧の異なる2種類のMOSFETを形成することができ
る。
In this manner, by adding a relatively simple manufacturing process, two types of MOSFETs having different gate insulating film thicknesses, such as MOSFETs Q2 and C4 in the above embodiment, can be formed.

第3図には、この発明が適用されるCCD固体撮像素子
の一実施例の概略回路構成図が示されている。
FIG. 3 shows a schematic circuit configuration diagram of an embodiment of a CCD solid-state image sensor to which the present invention is applied.

同図では、発明の理解を容易にするため2行2列の合計
4個からなる光ダイオードD1〜D4が代表として例示
的に示されている。実際には、複数行と複数列に光ダイ
オードをマトリックス状に配置して、公知のように全体
で約20万から約40万のような多数の光ダイオードが
設けられるものである。
In the figure, in order to facilitate understanding of the invention, photodiodes D1 to D4 consisting of a total of four photodiodes arranged in two rows and two columns are exemplarily shown as a representative. In practice, photodiodes are arranged in a matrix in a plurality of rows and columns to provide a total number of about 200,000 to about 400,000 photodiodes, as is known in the art.

光ダイオードDIのアノード側は回路の接地電位点に接
続され、カソード側にフォトゲート(以下単にPGゲー
トという)が設けられて、光電変換された信号電荷が垂
直CCD (以下、VCCDという)のv1ゲートに転
送される。同じ列の他の光ダイオードD2は、PGゲー
トを介してVCCDの■3ゲートに転送される。他の列
の光ダイオードD3.D4も上記同様にPGゲートを介
してそれに対応したVCCDに転送される。
The anode side of the photodiode DI is connected to the ground potential point of the circuit, and a photogate (hereinafter simply referred to as PG gate) is provided on the cathode side, and the photoelectrically converted signal charge is connected to the v1 of the vertical CCD (hereinafter referred to as VCCD). Transferred to gate. The other photodiode D2 in the same column is transferred to the 3 gate of VCCD via the PG gate. Photodiodes in other columns D3. Similarly to the above, D4 is also transferred to the corresponding VCCD via the PG gate.

VCCDの最終段の信号電荷は、水平CCD(以下HC
CDという)に転送される。HCCDは、VCCDから
次の信号電荷が転送されるまでの間に転送パルスH1,
H2に同期して高速に電荷転送動作を行い、信号電荷を
電圧信号に変換する上記のような検出容量Cに伝える。
The signal charge at the final stage of the VCCD is transferred to the horizontal CCD (hereinafter referred to as HC).
(referred to as a CD). The HCCD receives a transfer pulse H1,
A charge transfer operation is performed at high speed in synchronization with H2, and the signal charge is transmitted to the above-mentioned detection capacitor C that converts the signal charge into a voltage signal.

HCCDの出力部に設けられるOGはアウトプントゲー
トであり、HCCDの信号電荷がスムーズに検出容量C
に転送させるよう作用する。上記検出容量Cにより信号
電荷は電圧信号に変換され、前記第1図に示したような
回路構成のアンプAmpにより増幅されて出力端子Vo
utから送出される。上記検出容量Cに転送された信号
電荷は、上記アンプAmpを通して電圧信号として出力
されると、リセットMOSFETQにより1画素毎にリ
セット、言い換えるならば掃き出される。RGはリセッ
トゲートパルスであり、RDはリセット電圧である。
The OG provided at the output part of the HCCD is an output gate, and the signal charge of the HCCD is smoothly transferred to the detection capacitor C.
It acts to cause the transfer to. The signal charge is converted into a voltage signal by the detection capacitor C, and is amplified by the amplifier Amp having the circuit configuration shown in FIG.
Sent from ut. When the signal charge transferred to the detection capacitor C is outputted as a voltage signal through the amplifier Amp, it is reset pixel by pixel by the reset MOSFETQ, in other words, it is swept out. RG is a reset gate pulse and RD is a reset voltage.

このCCD固体撮像素子の信号電荷の読み出し動作の概
略を次に説明する。
An outline of the signal charge readout operation of this CCD solid-state image pickup device will be described below.

PCパルスがハイレベルにされると、PCゲートと接続
されるVCCDの■1ゲートとV3ゲートがハイレベル
にされる。これにより、光ダイオードDi、D2 (D
3.D4)の光電変換電荷がVCCDのvl、v3ゲー
トに読み出される。
When the PC pulse is set to high level, the 1 gate and V3 gate of VCCD connected to the PC gate are set to high level. This causes the photodiodes Di, D2 (D
3. The photoelectric conversion charges of D4) are read out to the vl and v3 gates of the VCCD.

次に、例えば奇数フィールドではV2ゲートがハイレベ
ルにされる。これにより、VlとV3ゲート下の信号電
荷が混合されてv2ゲート下に一旦集められる。以下、
次のタイミングではV3ゲートがハイレベルに、更に次
のタイミングではV4ゲートがハイレベルにされて上記
信号電荷が下方向に転送される。
Next, for example, in an odd field, the V2 gate is set to high level. As a result, the signal charges under the Vl and V3 gates are mixed and once collected under the v2 gate. below,
At the next timing, the V3 gate is set to high level, and at the next timing, the V4 gate is set to high level, and the signal charge is transferred downward.

以下、■1〜v4の順序で各ゲートがハイレベルにされ
て、それより上に配置される光ダイオードにより変換さ
れた光電変換電荷を上記同様に転送するものである。
Hereinafter, each gate is set to a high level in the order of (1) to (v4), and the photoelectric conversion charge converted by the photodiode placed above it is transferred in the same manner as described above.

また、偶数フィールドでは、上記の■2ゲートに代わっ
てV4がハイレベルにされる。これにより、1行ずれて
■3とV1ゲート下の信号電荷が混合されてv4ゲート
下に一旦集められる。以下、次のタイミングでは■1ゲ
ートがハイレベルに、更に次のタイミングでは■2ゲー
トがハイレベルにされて上記信号電荷が下方向転送され
る。このように奇数フィールドと偶数フィールドとで信
号電荷の組み合わせを1行シフトすることより等価的に
インクレースでの読み出しが行われる。
Further, in an even field, V4 is set to high level instead of the above-described 2 gate. As a result, the signal charges under the gates ``3'' and ``V1'' are mixed by one line and are once collected under the gate ``v4''. Thereafter, at the next timing, the gate (1) is set to high level, and at the next timing, gate (2) is set to high level, and the signal charge is transferred downward. In this way, by shifting the combination of signal charges by one row between the odd field and the even field, readout is equivalently performed in the increment manner.

上記の実施例から得られる作用効果は、下記の通りであ
る。
The effects obtained from the above examples are as follows.

(1)信号電荷を受けるキャパシタの電圧信号を受ける
ソースフォロワ回路を構成する初段増幅MOSFETの
ゲート絶縁膜の膜圧を同一半導体基板上に形成される他
のゲート絶縁膜より厚く形成することにより、初段増幅
MO5FETのゲート容量を大幅に小さくできることに
伴い信号電荷を電圧信号に変換する検出容量の容量値を
小さくでき、転送された信号電荷に対して大きな信号電
圧に変換されて高感度化が図られるという効果が得られ
る。
(1) By forming the gate insulating film of the first-stage amplification MOSFET that constitutes the source follower circuit that receives the voltage signal of the capacitor that receives the signal charge to be thicker than other gate insulating films formed on the same semiconductor substrate, As the gate capacitance of the first stage amplification MO5FET can be significantly reduced, the capacitance value of the detection capacitor that converts the signal charge into a voltage signal can be reduced, and the transferred signal charge is converted into a large signal voltage, resulting in higher sensitivity. You can get the effect of being able to

(2)初段増幅MOSFETのゲート絶縁膜の膜圧を厚
くする方法として、ハーフエツチング技術を用いること
により比較的簡単に上記2種類のゲート絶縁膜を持つM
OSFETを形成するこ・とがでのるという効果が得ら
れる。
(2) As a method of increasing the film thickness of the gate insulating film of the first-stage amplification MOSFET, half-etching technology can be used to relatively easily create a MOSFET with two types of gate insulating films.
The effect of forming an OSFET can be obtained.

(3)  ソースフォロワ回路を複数段縦列接続し、初
段増幅MOSFETのゲート絶縁膜のみを厚く形成する
ことにより、高感度化と高速読み出しが可能になるとい
う効果が得られる。
(3) By connecting multiple stages of source follower circuits in series and forming only the gate insulating film of the first-stage amplification MOSFET to be thick, it is possible to achieve the effects of increasing sensitivity and enabling high-speed readout.

以上本発明者によりなされた発明を実施例に基づき具体
的に説明したが、本願発明は前記実施例に限定されるも
のではな(、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。例えば、第1図において
、初段増幅回路の出力信号は、ソース接地増幅MOSF
ETに入力して反転増幅させるものであってもよい。こ
のように反転増幅回路を設けた場合には、電圧利得を持
つからいっそうの高感度化が可能になる。また、第2B
図において、他の素子形成領域の厚い厚さのゲート絶縁
膜を全面的に除去して、あらためて薄いゲート絶縁膜3
゛を形成するものであってもよい。このように、2種類
のゲート絶縁膜を持つMOS F ETを形成する方法
、言い換えるならば、初段のソースフォロワ回路の増幅
MO5FETQ2のゲート絶縁膜のみを厚く形成する製
造方法は種々の実施形態を採ることができるものである
Although the invention made by the present inventor has been specifically explained based on Examples above, the present invention is not limited to the above-mentioned Examples (although it is possible to make various changes without departing from the gist thereof). For example, in Fig. 1, the output signal of the first stage amplifier circuit is a source-grounded amplifier MOSFET.
It may be input to an ET and inverted and amplified. When an inverting amplifier circuit is provided in this way, it has a voltage gain, so it is possible to achieve even higher sensitivity. Also, 2nd B
In the figure, the thick gate insulating film in the other element formation region is completely removed and a thin gate insulating film 3 is added.
It may also form a As described above, a method of forming a MOS FET having two types of gate insulating films, in other words, a manufacturing method of forming only a thick gate insulating film of the amplifier MO5FETQ2 of the first stage source follower circuit employs various embodiments. It is something that can be done.

さらに、第3図に示したCCD固体撮像素子において、
垂直CODは4相クロツクを用いるもの他、3相クロン
クを用いるもの等種々の実施形態を採ることができる。
Furthermore, in the CCD solid-state image sensor shown in FIG.
The vertical COD can take various embodiments, such as one using a four-phase clock or one using a three-phase clock.

この発明に係る増幅回路は、ラインセンサやエリアセン
サを構成するCCD固体撮像素子の他、単に受光量に応
じた信号電荷を形成する光ダイオードと、その信号電荷
を増幅する増!4回路等からなる微弱光モニター素子又
は光センサー素子にも利用できる。すなわち、この発明
に係る増幅回路は、微小な信号電荷を増幅する回路に広
く利用できる。
The amplifier circuit according to the present invention includes, in addition to a CCD solid-state image sensor constituting a line sensor or an area sensor, a photodiode that simply forms a signal charge according to the amount of received light, and an amplifier that amplifies the signal charge. It can also be used as a weak light monitor element or a light sensor element consisting of four circuits or the like. That is, the amplifier circuit according to the present invention can be widely used in circuits that amplify minute signal charges.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。すなわち、信号電荷を受けるキャパシタの電圧信号を
受けるソースフォロワ回路を構成する初段増幅MOSF
ETのゲート絶縁膜の膜圧を同一半導体基板上に形成さ
れる他のゲート絶縁膜より厚く形成することにより、初
段増幅MOSFETのゲート容量を大幅に小さくできる
ことに伴い信号電荷を電圧信号に変換する検出容量の容
量値を小さくでき、転送された信号電荷に対して大きな
信号電圧に変換されて高感度化が図られる。
A brief explanation of the effects obtained by typical inventions disclosed in this application is as follows. That is, the first stage amplification MOSF constitutes a source follower circuit that receives a voltage signal of a capacitor that receives signal charges.
By making the film thickness of the gate insulating film of the ET thicker than other gate insulating films formed on the same semiconductor substrate, the gate capacitance of the first stage amplification MOSFET can be significantly reduced, and signal charges can be converted into voltage signals. The capacitance value of the detection capacitor can be made small, and the transferred signal charge is converted into a large signal voltage, resulting in high sensitivity.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、この発明に係る増幅回路の一実施例を示す回
路図、 第2A図ないし第2C図は、上記増幅回路に用いられる
MOS F ETの製造方法の一例を説明するための製
造工程断面図、 第3図は、この発明が適用されるCCD固体撮像素子の
一実施例を示す概略構成図である。 C1〜C5・・MOSFET、、C1〜C3・・キャパ
シタ、C・・検出容量、P−3UB・・基板、N゛ ・
・出力拡散層、1・・基板、2・・フィールド絶縁膜、
3,3゛ ・・ゲート絶縁膜、4゜4” ・・ゲート電
極、5・・ソース、ドレイン、D1〜D4・・光ダイオ
ード、PG・・フォトゲート、VCCD−−垂直CCD
、HCCD・・水平CCD、OG・・アウトプットゲー
ト、Amp・・増幅回路。
FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of an amplifier circuit according to the present invention, and FIGS. 2A to 2C are manufacturing steps for explaining an example of a method for manufacturing a MOS FET used in the above amplifier circuit. A cross-sectional view and FIG. 3 are schematic configuration diagrams showing one embodiment of a CCD solid-state image sensor to which the present invention is applied. C1-C5...MOSFET, C1-C3...capacitor, C...detection capacitance, P-3UB...substrate, N゛・
・Output diffusion layer, 1...substrate, 2...field insulating film,
3,3゛...Gate insulating film, 4゜4''...Gate electrode, 5...Source, drain, D1-D4...Photodiode, PG...Photogate, VCCD--Vertical CCD
, HCCD...Horizontal CCD, OG...Output gate, Amp...Amplification circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、信号電荷を受けるキャパシタと、このキャパシタの
電圧を受ける増幅MOSFETと、この増幅MOSFE
Tのソース側に設けられる負荷手段とを備えたソースフ
ォロワ回路を備え、上記増幅MOSFETのゲート絶縁
膜の膜圧を同一半導体基板上に形成される他のゲート絶
縁膜より厚く形成してなることを特徴とする増幅回路。 2、上記増幅MOSFETは、比較的厚く形成されたゲ
ート絶縁膜上にゲート電極が形成されてなり、他のMO
SFETは上記ゲート電極をマスクとしたハーフエッチ
ング技術により薄く形成されたゲート絶縁膜上にゲート
電極が形成されるものであることを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の増幅回路。 3、上記ソースフォロワ回路は複数段縦列接続されてな
り、初段回路の増幅MOSFETのみが上記厚い厚さの
ゲート絶縁膜を持つものであることを特徴とする特許請
求の範囲第1又は第2項記載の増幅回路。
[Claims] 1. A capacitor that receives a signal charge, an amplification MOSFET that receives the voltage of this capacitor, and this amplification MOSFET
A source follower circuit is provided with a load means provided on the source side of the T, and the gate insulating film of the amplifying MOSFET is formed to have a film thickness thicker than other gate insulating films formed on the same semiconductor substrate. An amplifier circuit featuring: 2. The amplification MOSFET has a gate electrode formed on a relatively thick gate insulating film, and is connected to other MOSFETs.
2. The amplifier circuit according to claim 1, wherein the SFET has a gate electrode formed on a thin gate insulating film formed by a half-etching technique using the gate electrode as a mask. 3. Claim 1 or 2, characterized in that the source follower circuit is connected in series in a plurality of stages, and only the amplifying MOSFET in the first stage circuit has the thick gate insulating film. The amplifier circuit described.
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