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JPH08264743A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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Publication number
JPH08264743A
JPH08264743A JP7063103A JP6310395A JPH08264743A JP H08264743 A JPH08264743 A JP H08264743A JP 7063103 A JP7063103 A JP 7063103A JP 6310395 A JP6310395 A JP 6310395A JP H08264743 A JPH08264743 A JP H08264743A
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JP
Japan
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horizontal
signal line
solid
switch
mos
Prior art date
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Application number
JP7063103A
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English (en)
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JP3284816B2 (ja
Inventor
Kazuya Yonemoto
和也 米本
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.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=13219629&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JPH08264743(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Priority to JP06310395A priority Critical patent/JP3284816B2/ja
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to EP96104280A priority patent/EP0734069B1/en
Priority to DE69634712T priority patent/DE69634712T2/de
Priority to EP04014735A priority patent/EP1469520A3/en
Priority to KR1019960007284A priority patent/KR100230469B1/ko
Priority to US08/618,566 priority patent/US5825056A/en
Publication of JPH08264743A publication Critical patent/JPH08264743A/ja
Priority to US08/861,831 priority patent/US6873362B1/en
Publication of JP3284816B2 publication Critical patent/JP3284816B2/ja
Application granted granted Critical
Priority to US11/091,150 priority patent/US7471326B2/en
Priority to US11/091,148 priority patent/US7471325B2/en
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80Constructional details of image sensors
    • H10F39/802Geometry or disposition of elements in pixels, e.g. address-lines or gate electrodes
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
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    • H04N25/71Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
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    • HELECTRICITY
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    • H10F39/10Integrated devices
    • H10F39/12Image sensors
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  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固体撮像装置において、水平信号線の寄生容
量を減らして信号検出手段からの検出感度の向上を図
る。 【構成】 複数の画素が行列状に配列され、画素の信号
を水平スイッチ39を介して水平信号線40に信号電荷
として流し、水平信号線40の端に接続された信号検出
手段により信号を出力する固体撮像装置であって、水平
スイッチ39を構成する絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタが、該トランジスタの水平信号線40に接続される
ソース電極と他のドレイン電極との間のチャネルを少な
くとも2方向に形成するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に関す
る。より詳しくは、増幅型固体撮像装置、或はMOS型
固体撮像装置等の固体撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】固体撮像素子の高解像度化の要求に従っ
て、画素毎に光信号電荷を増幅する内部増幅型固体撮像
素子の開発が進められている。その他MOS型固体撮像
素子も知られている。
【0003】内部増幅型固体撮像素子の主なものとして
は、静電誘導トランジスタ(SIT)、増幅型MOSイ
メージャ(AMI)、電荷変調デバイス(CMD)、バ
イポーラトランジスタを画素に用いたBASIS等の各
種撮像デバイス構造が知られている。
【0004】また、次のような増幅型固体撮像素子もそ
の1つである。この増幅型固体撮像素子では、光電変換
により得られたホール(信号電荷)をnチャネルMOS
トランジスタ(画素MOSトランジスタ)のp型ポテン
シャル井戸に蓄積しておき、このp型ポテンシャル井戸
における電位変動(すなわち、バックゲートの電位変
化)に基づくチャネル電流の変化を画素信号として出力
するようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】一方、本出願人は、先
に感度の均一化、高感度化、低消費電力化等を可能にし
た容量負荷動作方式の増幅型固体撮像装置を提案した。
図13は、容量負荷動作方式の増幅型固体撮像装置の例
を示す。この増幅型固体撮像装置1は、同図に示すよう
に、複数の単位画素(セル)を構成する受光素子、例え
ば画素トランジスタ、本例では画素MOSトランジスタ
2が行列状に配列され、各行の画素MOSトランジスタ
2のゲートがシフトレジスタ等から構成される垂直走査
回路3にて選択される垂直選択線4に接続され、そのド
レインが電源VDDに接続され、その各列毎のソースが垂
直信号線5に接続される。
【0006】垂直信号線5には、動作MOSスイッチ7
を介して信号電圧(電荷)を保持する負荷容量素子8が
接続される。動作MOSスイッチ7のゲートには動作パ
ルスφOPが印加される。負荷容量素子8は、水平MOS
スイッチ9のドレインに接続され、この水平MOSスイ
ッチ9のソースが水平信号線10に接続される。
【0007】11は、シフトレジスタ等から構成された
水平走査回路であり、この水平走査回路11は水平信号
線10に接続された水平MOSスイッチ9のゲートへ順
次水平走査パルスφH〔φH1 ,‥‥φHi ,φ
i+1 ,‥‥〕が供給される。
【0008】水平信号線10の出力端には、信号検出手
段、この例では反転増幅器、例えば差動増幅器等を用い
た演算増幅器13と検出容量素子14とリセットスイッ
チ15とを備えた電荷検出回路16が接続される。
【0009】即ち、水平信号線10が電荷検出回路16
の演算増幅器13の反転入力端子に接続され、その非反
転入力端子に所定のバイアス電圧VB から与えられる。
このバイアス電圧VB は、水平信号線10の電位を決め
るためのものである。この演算増幅器13に並列に、す
なわち、演算増幅器13の反転入力端子と出力端子t 1
間に検出容量素子14が接続され、この検出容量素子1
4に、水平信号線10と検出容量素子14をリセットす
るリセットスイッチ、例えばMOSトランジスタ15が
並列接続される。
【0010】この増幅型固体撮像装置1では、読み出し
動作が行われる水平ブランキング期間中に、各行の選択
線4に順次垂直走査回路3からの垂直走査信号(即ち垂
直選択パルス)φV〔φV1 ,‥‥φVn ,φVn+1
‥‥〕が印加され、各行の画素MOSトランジスタ2が
順次選択されると共に、動作MOSスイッチ7が動作パ
ルスφOPによりオン状態になることによって、画素MO
Sトランジスタ2と負荷容量素子8が導通し、動作MO
Sスイッチ7がオンした瞬間から負荷容量素子8に信号
電圧がチャージされ始め、信号電圧が十分安定した後、
動作MOSスイッチ7がオフになると、画素MOSトラ
ンジスタ2に蓄積された信号電荷量(ホール量)に応じ
たチャネルポテンシャルに相当する信号電圧が負荷容量
素子8に保持される。
【0011】負荷容量素子8に保持された信号電圧は、
水平走査期間中に、水平走査回路11からの水平走査信
号(即ち水平走査パルス)φH〔φH1 ,‥‥φHi
φH i+1 ,‥‥〕により水平MOSスイッチ9が順次オ
ンすることで、信号が電荷として水平信号線10に流れ
る。水平信号線10に流れ出た信号電荷は、演算増幅器
13を用いた電荷検出回路16の検出容量素子14に信
号電圧として復調され、映像信号として出力端子t 1
出力される。電荷検出回路16の検出容量素子14は、
次の画素MOSトランジスタ2に対応する水平MOSス
イッチ9がオンする前にリセットパルスφR によりリセ
ットスイッチ15をオンさせてリセットする。
【0012】この増幅型固体撮像装置1によれば、負荷
容量素子7に信号電圧が保持されると、垂直信号線5に
はほとんど電流が流れないため、垂直信号線5の抵抗に
大きく影響されることがなく、均一な感度が得られる。
負荷が容量素子7であるため、負荷MOSトランジスタ
のようなバラツキは少なく、縦縞状の固定パターンノイ
ズ(FPN)が発生しにくい。
【0013】画素MOSトランジスタ2のチャネルポテ
ンシャルがそのまま負荷容量素子8に保持される電位に
なるため、負荷MOSトランジスタを用いて画素MOS
トランジスタを定常状態で即ちチャネルに一定の電流を
流している状態で動作させる場合に比べて、感度が高く
なる。さらに、画素MOSトランジスタ2に定常電流が
流れないため、消費電力は低減される。
【0014】ところで、この増幅型固体撮像装置1の水
平MOSスイッチ9は、図14に示すような構造のMO
Sトランジスタが使用される。このMOSトランジスタ
9は、夫々選択酸化によるフィールド絶縁層(いわゆる
LOCOS酸化層)21で素子分離された半導体領域
に、ソース領域22S及びドレイン領域22Dが形成さ
れ、両領域22S及び22D間にゲート絶縁膜を介して
例えば多結晶シリコンによるゲート電極23が形成され
て成る。
【0015】ゲート電極23は、水平走査回路11に接
続される。ソース電極24S及びドレイン電極24D
は、例えばAlで形成され、ドレイン電極24Dが垂直
信号線5に動作MOSスイッチを介して接続され、ソー
ス電極24Sが水平信号線10に接続される。26はコ
ンタクト部、27はAl配線である。
【0016】この構成においては、水平信号線10に多
くの水平スイッチ9のソース領域22Sが接続されるた
め、ソース容量によって、水平信号線10が持つ寄生容
量が大きくなり、電荷検出回路16の検出感度が低下し
てしまう問題がある。
【0017】本発明は、上述の点に鑑み、水平信号線1
0の寄生容量を低減して検出感度の向上を図った固体撮
像装置を提供するものである。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明に係る固体撮像装
置は、画素の信号を水平スイッチを介して水平信号線に
信号電荷として流す固体撮像装置であって、その水平ス
イッチを構成する絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
を、該トランジスタの水平信号線に接続される第1主電
極と他の第2主電極との間のチャネルが少なくとも2方
向に形成するように構成する。
【0019】
【作用】水平信号線の寄生容量は水平スイッチの水平信
号線に接続された領域の容量(例えばソース容量)がか
なりの部分を占める。
【0020】本発明に係る固体撮像装置においては、水
平スイッチを構成する絶縁ゲート型電界効果トランジス
タを、その水平信号線に接続される第1主電極と他の第
2主電極との間のチャネルが少なくとも2方向に形成さ
れる構造を有することにより、水平信号線に接続される
領域(例えばソース領域)の面積が小さくなる。これに
よって水平スイッチの水平信号線に接続された領域の容
量が減り、水平信号線の寄生容量が大幅に減少し、電荷
検出手段からの検出感度が高くなる。
【0021】
【実施例】本発明に係る固体撮像装置は、複数の画素が
行列状に配列され、画素の信号を水平スイッチを介して
水平信号線に信号電荷として流し、水平信号線の端に接
続された信号検出手段により信号を出力する固体撮像装
置であって、水平スイッチを構成する絶縁ゲート型電界
効果トランジスタを、該トランジスタの水平信号線に接
続される第1主電極と他の第2主電極との間のチャネル
が少なくとも2方向に形成されるように構成して成る。
【0022】本発明に係る固体撮像装置は、前記固体撮
像装置において、水平の隣り合う画素に対応した水平ス
イッチを、水平信号線を挟んで上下に配置して構成する
ことができる。
【0023】本発明に係る固体撮像装置は、前記固体撮
像装置において、複数本の水平信号線を有し、水平の画
素に対応した水平スイッチを夫々の水平信号線に振り分
けて接続して構成することができる。
【0024】本発明に係る固体撮像装置は、前記固体撮
像装置において、複数本の水平信号線を有し、水平ライ
ンの画素に対応した水平スイッチが複数本の水平信号線
の夫々に振り分けられ、且つ各水平信号線を挟んで上下
に配置した構成とすることができる。
【0025】以下、図面を参照して本発明に係る固体撮
像装置の実施例を説明する。
【0026】図1及び図2は、本発明を容量負荷動作方
式の増幅型固体撮像装置に適用した場合の一実施例を示
す。図1は、前述の図13と同様の等価回路構成を有す
るものである。図1において、31は増幅型固体撮像装
置を全体として示す。32は単位画素(セル)を構成す
る受光素子、例えば画素トランジスタ、本例では画素M
OSトランジスタを示し、複数の画素MOSトランジス
タ32が行列状に配列される。33はシフトレジスタ等
から構成された垂直走査回路、34は各行毎の画素MO
Sトランジスタ32のゲートに接続された垂直選択線
で、垂直走査回路33に接続され、垂直走査信号、即ち
垂直走査パルスφV〔φV1 ,‥‥φVn ,φVn+1
‥‥〕が順次与えられる。画素MOSトランジスタ32
のソースは各列毎に垂直信号線35に接続され、そのド
レインが電源VDDに接続される。
【0027】各垂直信号線35には、動作MOSスイッ
チ37を介して信号電圧(電荷)を保持する負荷容量素
子38が接続される。即ち、この負荷容量素子38は、
垂直信号線35と第1の電位、本例では接地電位との間
に接続される。動作MOSスイッチ37のゲートには、
動作パルスφOPが印加される。負荷容量素子38は、水
平スイッチ、本例では絶縁ゲート型電界効果トランジス
タ(以下水平MOSスイッチと云う)39のドレインに
接続され、この水平MOS39のソースが水平信号線4
0に接続される。
【0028】41は、シフトレジスタ等から構成された
水平走査回路であり、この水平走査回路41は水平信号
線40に接続された水平MOSスイッチ39のゲートへ
順次、水平走査パルスφH〔φH1 ,‥‥φHi ,φH
i+1 ,‥‥〕が供給される。
【0029】水平信号線40の出力端には、信号検出手
段、本例では反転増幅器例えば差動増幅器等を用いた演
算増幅器43と検出容量素子44とリセットスイッチ4
5とを備えた電荷検出回路46が接続される。即ち、水
平信号線40が電荷検出回路46の演算増幅器43の反
転入力端子に接続され、その非反転入力端子に所定のバ
イアス電圧VB が与えられる。このバイアス電圧VB
水平信号線40の電位を決めるためのものである。この
演算増幅器43に並列に、即ち、演算増幅器43の反転
入力端子と出力端子t2 間に検出容量素子44が接続さ
れ、この検出容量素子44に、水平信号線40と検出容
量素子44をリセットするためのリセットスイッチ45
が並列接続される。
【0030】リセットスイッチ45は、例えばMOSト
ランジスタで構成され、そのゲートにリセットパルスφ
R が印加される。演算増幅器43としては、入力電流が
流れない、又は入力インピーダンスが高いという理由で
MOSトランジスタで構成するものが好ましい。
【0031】図4は、単位画素(即ち画素MOSトラン
ジスタ)32の半導体構造を示す断面図である。この図
4において、51は第1導電型例えばp型のシリコン基
板、52は第2導電型例えばn型のウエル領域、53は
受光により光電変換されたホール(信号電荷)54を蓄
積するp型ウエル領域を示す。
【0032】このp型ウエル領域53にn型のソース領
域55及びドレイン領域56が形成され、両領域55及
び56間上にゲート絶縁膜57を介して例えば多結晶シ
リコン薄膜によるゲート電極58Gが形成される。ゲー
ト電極58G真下のp型ウエル領域53に光電変換によ
って蓄積されたホール54は、読み出し動作時における
チャネル電流(ドレイン電流)を制御し、そのチャネル
電流の変化量が信号出力となる。ゲート電極58Gは垂
直選択線34に接続され、ドレイン電極58Dは電源V
DDに接続され、ソース電極58Sは垂直信号線35に接
続される。
【0033】この増幅型固体撮像装置31の駆動タイミ
ングチャートを図3に示す。かかる増幅型固体撮像装置
31においては、垂直信号線35にドレインを接続した
動作MOSスイッチ37がそのゲートにかかる動作パル
スφOPによりオンし、画素MOSトランジスタ32から
の信号電圧を水平ブランキング期間HBKの前半に、負
荷容量素子38に読み出す。負荷容量素子38では、そ
れぞれの画素MOSトランジスタ32に蓄積された信号
電荷量に応じたチャネルポテンシャルに相当するポテン
シャル即ち電圧に保持される。負荷容量素子38に読み
出された信号電圧は、水平映像期間中に、順次、水平走
査回路41で走査される水平MOSスイッチ39をオン
して水平信号線40に出力される。
【0034】即ち、各行の選択線34に順次垂直走査回
路33からの垂直選択パルスφV〔φV1 ,‥‥φ
n ,φVn+1 ,‥‥〕が印加され、各行の画素MOS
トランジスタ32が順次選択される。例えばn行の選択
線34に与えられた垂直走査パルスφVn の電位が高レ
ベルになるとn行の画素MOSトランジスタ32が選択
状態になる。なお、非選択に対応する選択線34の電位
は、低レベル状態となり、この選択線34に接続されて
いる他の画素MOSトランジスタ32は非選択状態とな
る。
【0035】動作パルスφOPによって動作MOSスイッ
チ37がオンすると、そのn行の画素MOSトランジス
タ32は動作状態になり、その画素MOSトランジスタ
32の入射光量に応じて蓄積された信号電荷量(ホー
ル)に応じて負荷容量素子38の端子に信号が現われ、
水平ブランキング期間HBK中に動作MOSスイッチ3
7がオフに変化した時点で、負荷容量素子38に画素M
OSトランジスタ32のチャネルポテンシャルに相当す
る信号電圧が保持される。この動作を容量負荷動作と称
して、通常水平ブランキング期間HBKに行なう。
【0036】水平ブランキング期間HBKに行われたこ
の容量負荷動作により、画素MOSトランジスタ32か
ら負荷容量素子38に保持された信号電圧(電荷)は、
水平走査期間中に、図3で示す水平走査回路41からの
水平走査パルスφH〔φH1,‥‥φHi ,φHi+1
‥‥〕で水平MOSスイッチ39が順次オンすることに
より、信号電荷として順次水平信号線40に流れ出す。
【0037】水平信号線40に流れ出た信号電荷は、演
算増幅器43を用いた電荷検出回路46の検出容量素子
44に信号電圧として復調され、映像信号として出力端
子t 2 に出力される。電荷検出回路46の検出容量素子
44は、次の画素MOSトランジスタ32に対応する水
平MOSスイッチ39がオンする前にリセットパルスφ
R によりリセットスイッチ45をオンさせてリセットす
る。このリセット動作により、水平信号線40と、検出
容量素子44の両端の電圧はバイアス電圧VB にリセッ
トされる。即ち、電荷検出回路46の検出容量は、例え
ば水平MOSスイッチ39がオンし出力端子t2 に画素
MOSトランジスタ32の信号出力が出終わったら、リ
セットスイッチ45がオンすることでリセットし、検出
容量を初期化し、次の画素MOSトランジスタ32の信
号出力の検出に備える。
【0038】そして、本実施例においては、特に、図2
に示すように、水平スイッチを構成する絶縁ゲート型電
界効果トランジスタ、即ち水平MOSスイッチ39を、
水平信号線40に接続される第1主電極と他の第2主電
極との間のチャネルが少なくとも2方向に形成されるよ
うに構成する。図2は、水平MOSスイッチ39の平面
レイアウトの一例を示す。
【0039】図2の水平MOSスイッチ39は、選択酸
化によるフィールド絶縁層(いわゆるLOCOS酸化
層)61で素子分離された半導体領域に、中央にソース
領域62Sを配置し、このソース領域62Sの両側に夫
々対向するように2分されたドレイン領域62D1 ,6
2D2 を配置し、ソース領域62S及びドレイン領域6
2D1 間と、ソース領域62S及びドレイン領域62D
2 間に夫々ゲート絶縁膜を介して水平走査回路41に接
続される例えば多結晶シリコンよりなるゲート電極63
1 及び63G2 を形成して構成される。
【0040】ソース領域63Sに接続される例えばAl
よりなるソース電極63Sは、水平信号線40に接続さ
れ、ドレイン領域62D1 ,62D2 に接続される例え
ばAlよりなるドレイン電極63D1 ,63D2 は、共
通の垂直信号線35に接続される。64はコンタクト部
である。
【0041】この水平MOSスイッチ39では、ソース
領域62Sを挟んで両側にドレイン領域62D1 ,62
2 が配置され、ソース及びドレイン間のチャネルが2
方向に形成された構成となる。即ち、ソース領域62S
は、図13の比較例の場合に比べておおよそ1/2の面
積となる。
【0042】ここで、電荷検出回路46の出力端子t2
に得られる信号量は、水平信号線40の持つ寄生容量C
B に強く依存する。即ち、図5の等価回路において、負
荷容量素子38の容量をCL 、水平信号線40の寄生容
量をCB 、電荷検出回路46の検出容量素子44の容量
をCD 、演算増幅器43の利得を一Gとし、負荷容量素
子38に保持された信号電圧Vsig、電荷検出回路46
の出力信号Vout とすると、Vout のVsig に対する検
出感度(即ち電荷検出回路46の利得)Gain は、数1
の式で表される。
【0043】
【数1】
【0044】この数1の式において、水平信号線40の
寄生容量CB は、、水平MOSスイッチ39のソース容
量がかなりの部分を占めるため、この寄生容量CB を低
減できれば固体撮像装置としての感度が向上することに
なる。
【0045】上述した図1及び図2の本実施例に係る固
体撮像装置31によれば、水平信号線40に接続される
水平MOSスイッチ39のソース面積が図14の比較例
の水平MOSスイッチ9のソース面積に比べておおよそ
半分になり、さらにソース領域62Sの素子分離のフィ
ールド絶縁層51と接する長さが大幅に短くなるため、
ソース接合容量が大幅に低減される。
【0046】図2の実施例のソース容量Csourc を、図
14の場合と比較すると次の表1のようになる。
【0047】
【表1】
【0048】但し、図6に示すように、Cj はソース領
域62S(22S)の1次元接合容量、Cjsw はソース
領域62S(22S)と素子分離のフィールド絶縁層6
1(21)が接する横方向接合容量、Cgso はソース及
びゲート間容量を示す。LDはソース幅、Wはチャネル
幅である(図14参照)。具体例の計算は、Cj =5×
10-4F/m2 ,Cjsw =3×10-10 F/m,Cgso
=1×10-10 F/m,W=10μm,LD =2μmと
した。
【0049】今仮に、水平信号線の寄生容量CB の8割
りが水平MOSスイッチのソース容量で占められていた
とすれば、表1の条件では、図2に示す本実施例の水平
MOSスイッチ39を用いると、水平信号線40の容量
B が約40%減少する。
【0050】一例として、負荷容量素子38(8)の容
量CL が1pF,検出容量素子44(14)の容量CD
が1pF,図5の寄生容量CB が10pF,差動増幅器
43(13)の利得−Gが20,とすると、数1の式
は、図14の比較例が0.625,図2の本実施例が
0.714になり、14%の感度向上になる。
【0051】実際は、水平信号線40の寄生容量CB
小さくなれば、水平MOSスイッチ39のチャネル幅も
それにつれて狭くしてよいため、水平MOSスイッチ3
9のソース容量が減り、相乗的効果でさらに感度の向上
が図れる。
【0052】本実施例の水平MOSスイッチ39は、1
個のソースに対してドレイン2個,ゲート2個を有する
構造を取るため、1個当たりの水平MOSスイッチ39
の水平方向の幅が広くなり、画素MOSトランジスタ3
2の水平ピッチの中に水平MOSスイッチ1個を入れる
ことができない場合が生ずる。
【0053】この点を改善した例を図7に示す。この実
施例においては、水平の隣り合う画素MOSトランジス
タ32に対応した水平MOSスイッチ39を、1本の水
平信号線40を挟んで上下に配置して構成する。即ち、
水平方向の1つ置きの画素MOSトランジスタ32に対
応した各水平MOSスイッチ39を水平信号線40を挟
んで上側に配置して水平信号線40に接続し、他の1つ
置きの画素MOSトランジスタ32に対応した各水平M
OSスイッチ39を水平信号線40を挟んで下側に配置
して水平信号線40に接続するようになす。
【0054】水平MOSスイッチ39のトランジスタ構
造は、図2のものと同じである。この図7の実施例に示
す水平MOSスイッチのレイアウトパターンは、画素M
OSトランジスタ32の水平ピッチが狭い場合に有利と
なる。
【0055】図8は、画素MOSトランジスタ32の水
平ピッチが、水平MOSスイッチ39の幅よりも狭い場
合の水平MOSスイッチのレイアウトの他の実施例を示
す。複数本、本例では2本の水平信号線40A及び40
Bを用意し、水平の隣り合う画素MOSトランジスタ3
2に対応した水平MOSスイッチ39を夫々第1の水平
信号線40Aと第2の水平信号線40Bに振り分けて接
続するようになす。即ち、水平方向の1つ置きの画素M
OSトランジスタ32に対応した各水平MOSスイッチ
39と他の1つ置きの画素MOSトランジスタに対応し
た各水平MOSスイッチ39が2段に配置され、その1
段目の水平MOSスイッチは、第1の水平信号線40A
に接続し、2段目の水平MOSスイッチ39は、第2の
水平信号線40Bに接続して構成する。水平MOSスイ
ッチのトランジスタ構造は、図2のものと同じである。
【0056】2本の水平信号線40A及び40Bの端は
電気的に接続し、1つの電荷検出回路46に入力する
か、それぞれの水平信号線40A及び40Bに1つずつ
電荷検出回路46を接続(いわゆる2線出力)すること
ができる。本例では、それぞれの水平信号線40A及び
40Bに電荷検出回路46A及び46Bを接続した場合
である。
【0057】この実施例によれば、画素MOSトランジ
スタ32の水平ピッチが水平MOSスイッチ39の幅よ
りも狭い場合でも、水平MOSスイッチの配列が可能と
なり、高密度化に適応できる。電荷検出回路46を夫々
の水平信号線40〔40A及び40B〕に1つずつ用意
する場合は、水平走査回路41のクロック周波数を半分
にすることができ、電荷検出回路40の周波数特性を落
としてSN比を改善することができる。
【0058】図9は、水平MOSスイッチ39のレイア
ウトパターンの更に他の実施例を示す。本例は図7と図
8のレイアウトパターンを組み合わせた場合である。複
数本、本例では2本の水平信号線40A及び40Bを用
意し、水平方向の例えば第1の3つ置きの画素MOSト
ランジスタに対応した各水平MOSスイッチ39を第1
の水平信号線40Aを挟む上側に配置し、次の第2の3
つ置きの画素MOSトランジスタに対応した各水平MO
Sスイッチ39を第2の水平信号線40Bを挟む上側に
配置し、次の第3の3つ置き画素MOSトランジスタに
対応した各水平MOSスイッチ39を第1の水平信号線
40Aを挟む下側に配置し、次の第4の3つ置きの画素
MOSトランジスタに対応した各水平MOSスイッチ3
9を第2の水平信号線40Bを挟む下側に配置して構成
する。
【0059】第1の水平信号線40Aの上下に配置した
水平MOSスイッチ39は、第1の水平信号線40Aに
接続し、第2の水平信号線40Bの上下に配置した水平
MOSスイッチ39は第2の水平信号線40Bに接続す
る。第1及び第2の水平信号線40A及び40Bの上側
に配置された水平MOSスイッチ39のゲートは共通接
続して水平走査回路41に接続され、第1及び第2の水
平信号線40A及び40Bの下側に配置された水平MO
Sスイッチ39のゲートは共通接続して水平走査回路4
1に接続される。水平MOSスイッチ39のトランジス
タ構造は、図2のものと同じである。
【0060】2本の水平信号線40A及び40Bの端
は、電気的に接続し1つの電荷検出回路46に入力する
か、それぞれの水平信号線40A及び40Bに1つずつ
電荷検出回路46を接続することができる。本例では、
それぞれの水平信号線40A及び40Bに電荷検出回路
46A及び46Bを接続している。この実施例のレイア
ウトパターンによれば、画素MOSトランジスタの水平
ピッチをさらに狭くした場合にも適応できる。
【0061】上述の実施例によれば、水平信号線40に
接続した水平MOSスイッチ39のソース容量が大幅に
減少するため検出感度を向上することができる。即ち電
荷検出回路46の利得が高くなりSN比を向上すること
ができる。
【0062】上例では、水平MOSスイッチ39のトラ
ンジスタ構造として、中央のソース領域62Sを挟んで
両側にドレイン領域62D1 ,62D2 を配置しチャネ
ルを2方向とした構造としたが、その他、図10,図1
1及び図12に示すトランジスタ構造とすることもでき
る。
【0063】図10の水平MOSスイッチ39は、中央
のソース領域62Sに対してその両側と上側に対向する
ように連続した逆U字状のドレイン領域62D3 を形成
し、両領域62S及び62D3 間にゲート絶縁膜を介し
てゲート電極63G3 を形成してチャネルが3方向に形
成されるように構成する。63Sはソース電極、63D
3 はドレイン電極を示す。
【0064】図11の水平MOSスイッチ39は、ソー
ス領域62Sに対してその一方の側部と上側に対向する
ように連続した逆L字状のドレイン領域62D4 を形成
し、両領域62S及び62D4 間にゲート絶縁膜を介し
てゲート電極63G4 を形成してチャネルが2方向に形
成されるように構成する。63Sはソース電極、63D
4 はドレイン電極を示す。
【0065】図12の水平MOSスイッチ39は、ソー
ス領域62Sを中心に之を取り囲むようにドレイン領域
62D5 を形成し、両領域62S及び62D5 間にゲー
ト絶縁膜を介してゲート電極63G5 を形成してチャネ
ルが360°の方向に形成されるように構成する。63
Sはソース電極、63D5 はドレイン電極である。
【0066】之等、図10〜図12の水平MOSスイッ
チ39のトランジスタ構造とする場合にも、前述の比較
例に比べてソース容量が低減し、水平信号線40の寄生
容量CB を低減して検出感度の向上を図ることができ
る。
【0067】上例の増幅型固体撮像装置では、水平信号
線に接続される信号検出手段として、電荷検出回路46
を用いたが、その他、ベース接地アンプ、負荷抵抗によ
り信号電荷を電圧に戻す構成とすることもできる。
【0068】更に、上例では、容量負荷動作方式の増幅
型固体撮像装置に適用したが、その他の増幅型固体撮像
装置、MOS型固体撮像装置等にも適用することができ
る。
【0069】
【発明の効果】本発明に係る固体撮像装置によれば、水
平信号線に接続した水平スイッチのソース容量が大幅に
減少し、検出感度即ち信号検出手段の利得が高くなり、
SN比を向上することができる。
【0070】本発明に係る固体撮像装置によれば、水平
の隣り合う画素に対応した水平スイッチを、水平信号線
を挟んで上下に配置するときには、画素の水平ピッチを
狭くすることができる。
【0071】本発明に係る固体撮像装置によれば、複数
本の水平信号線を有して水平画素に対応した水平スイッ
チを夫々の水平信号線に振り分けて接続することによ
り、画素の水平ピッチが水平スイッチの幅より狭い場合
にも水平スイッチの配列を可能にする。
【0072】本発明に係る固体撮像装置によれば、複数
本の水平信号線を有し、水平ラインの画素に対応した水
平スイッチを、複数本の水平信号線の夫々に振り分け且
つ各水平信号線を挟んで上下に配置するときには、画素
の水平ピッチが更に狭くなった場合にも水平スイッチの
配列を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る増幅型固体撮像装置の一例を示す
構成図である。
【図2】図1の水平MOSスイッチの平面レイアウトを
示す要部の構成図である。
【図3】図1の増幅型固体撮像装置の駆動タイミングチ
ャートである。
【図4】画素MOSトランジスタの半導体構造を示す断
面図である。
【図5】本発明の説明に供する等価回路図である。
【図6】ソース容量に係る説明図である。
【図7】本発明に係る水平MOSスイッチのレイアウト
パターンの例を示す要部の構成図である。
【図8】本発明に化学水平MOSスイッチのレイアウト
パターンの他の例を示す要部の構成図である。
【図9】本発明に係る水平MOSスイッチのレイアウト
パターンの更に他の例を示す要部の構成図である。
【図10】本発明に係る水平MOSスイッチの平面レイ
アウトの他の例を示す要部の構成図である。
【図11】本発明に係る水平MOSスイッチの平面レイ
アウトの他の例を示す要部の構成図である。
【図12】本発明に係る水平MOSスイッチの平面レイ
アウトの他の例を示す要部の構成図である。
【図13】比較例に係る増幅型固体撮像装置の構成図で
ある。
【図14】図13の水平MOSスイッチの平面レイアウ
トを示す要部の構成図である。
【符号の説明】
31 増幅型固体撮像装置 32 画素MOSトランジスタ 33 垂直走査回路 34 信号選択線 35 垂直信号線 37 動作MOSスイッチ 38 負荷容量素子 39 水平MOSスイッチ 40 水平信号線 41 水平走査回路 46 電荷検出回路 62S ソース領域 62D1 ,62D2 ,62D3 ,62D4 ,62D5
ドレイン領域 63G1 ,63G2 ,63G3 ,63G4 ,63G5
ゲート電極 63S ソース電極 63D1 ,63D2 ,63D3 ,63D4 ,63D5
ドレイン電極

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の画素が行列状に配列され、 前記画素の信号を水平スイッチを介して水平信号線に信
    号電荷として流し、 前記水平信号線の端に接続された信号検出手段により信
    号を出力する固体撮像装置であって、 前記水平スイッチを構成する絶縁ゲート型電界効果トラ
    ンジスタが、該トランジスタの前記水平信号線に接続さ
    れる第1主電極と他の第2主電極との間のチャネルを少
    なくとも2方向に形成するように構成されて成ることを
    特徴とする固体撮像装置。
  2. 【請求項2】 水平の隣り合う画素に対応した前記水平
    スイッチが、前記水平信号線を挟んで上下に配置されて
    成ることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
  3. 【請求項3】 複数本の前記水平信号線を有し、水平の
    画素に対応した前記水平スイッチが前記夫々の水平信号
    線に振り分けられて接続されて成ることを特徴とする請
    求項1に記載の固体撮像装置。
  4. 【請求項4】 複数本の前記水平信号線を有し、水平ラ
    インの画素に対応した前記水平スイッチが、前記複数本
    の水平信号線の夫々に振り分けられ、且つ各水平信号線
    を挟んで上下に配置されて成ることを特徴とする請求項
    1に記載の固体撮像装置。
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