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JPH11274451A - Solid-state image pick up device and its drive - Google Patents

Solid-state image pick up device and its drive

Info

Publication number
JPH11274451A
JPH11274451A JP10070238A JP7023898A JPH11274451A JP H11274451 A JPH11274451 A JP H11274451A JP 10070238 A JP10070238 A JP 10070238A JP 7023898 A JP7023898 A JP 7023898A JP H11274451 A JPH11274451 A JP H11274451A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
potential
reset
channel structure
row selection
row
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
JP10070238A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshinori Iida
義典 飯田
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba 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
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP10070238A priority Critical patent/JPH11274451A/en
Publication of JPH11274451A publication Critical patent/JPH11274451A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state image pick up device which provides a microminiaturized pixel structure having a high sensitivity, by achieving a high numerical aperture and a high signal charge - signal voltage conversion gain. SOLUTION: This image pick up device is provided with a photoelectric conversion means 3 which is formed on a semiconductor substrate for photoelectric conversion, a resetting means 9 for resetting accumulated signal charges, an amplifying transistor 20 which is modulated by the signal charge, and a line selecting means for selecting a line to read. The image pick up device has at least one of the following constitutions; a first constitution is provided with the line selecting means 8 which has a line selecting channel structure composed of a low-concentration impurity layer of the same conductivity type as that of the semiconductor substrate, and the potential of the line selecting channel structure is modulated by the potential of the drain of the amplifying transistor 20, and a second constitution is provided with the resetting means 9 which has a reset channel structure composed of a low-concentration impurity layer of the same conductivity type as that of the semiconductor substrate, and the potential of the reset channel structure is modulated by the potential of the drain of the amplifying transistor 20.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像装置及びそ
の駆動装置に関し、特に、固体撮像装置の単位画素内部
での行選択構造およびリセット構造に係わり、高い開口
率および高い信号電荷−信号電圧変換ゲインを実現する
ことで、高感度な微細化画素構造を提供することができ
る固体撮像装置及びその駆動装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device and a driving device thereof, and more particularly to a row selection structure and a reset structure inside a unit pixel of the solid-state image pickup device, which has a high aperture ratio and a high signal charge-signal voltage conversion. The present invention relates to a solid-state imaging device capable of providing a highly sensitive miniaturized pixel structure by realizing a gain and a driving device thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】光電変換により発生した信号電荷で信号
電荷蓄積部の電位を変調し、その電位により画素内部の
増幅トランジスタを変調することで画素内部に増幅機能
を持たせた固体撮像装置は増幅型固体撮像装置と呼ば
れ、画素サイズの縮小に伴うフォトダイオード面積の低
下に起因する感度の低下を補うことが可能である。それ
と同時に、このような固体撮像装置はいわゆるMOSプ
ロセスにより製造することが可能なことから、画素領域
外部にオンチップのパルス発生回路や信号処理回路を搭
載可能な固体撮像装置としてその将来が期待されてい
る。
2. Description of the Related Art A solid-state imaging device having an amplifying function inside a pixel by modulating the potential of a signal charge accumulating section with a signal charge generated by photoelectric conversion and modulating an amplifying transistor inside the pixel with the potential is amplified. It is called a solid-state imaging device, and can compensate for a decrease in sensitivity due to a decrease in the photodiode area due to a decrease in pixel size. At the same time, since such a solid-state imaging device can be manufactured by a so-called MOS process, its future is expected as a solid-state imaging device capable of mounting an on-chip pulse generation circuit and a signal processing circuit outside the pixel region. ing.

【0003】増幅型固体撮像装置における単位画素は、
光電変換のためのフォトダイオードと、このフォトダイ
オードの電圧を初期化するためのリセットトランジスタ
と、増幅のためのトランジスタと、行選択のためのトラ
ンジスタあるいは容量結合と、フォトダイオードと増幅
トランジスタゲートとを接続する配線とにより構成され
ている。また、行選択の手段として増幅トランジスタの
ドレイン電圧をパルス駆動する方法(石田ら、「160
万画素BCASTイメージセンサ」,ITE Technical Re
port , Vol.20, No.23, pp.37-42, 1996)も可能である
が、その場合にもリセットトランジスタ構造は必要であ
る。
A unit pixel in an amplification type solid-state imaging device is
A photodiode for photoelectric conversion, a reset transistor for initializing the voltage of this photodiode, a transistor for amplification, a transistor for row selection or capacitive coupling, and a photodiode and an amplification transistor gate And the wiring to be connected. As a means for selecting a row, a method of pulse-driving the drain voltage of the amplification transistor (Ishida et al., “160
10,000 pixels BCAST image sensor ”, ITE Technical Re
port, Vol. 20, No. 23, pp. 37-42, 1996) is also possible, but in that case, a reset transistor structure is necessary.

【0004】さらに、光電変換した信号電荷を一定期間
蓄積する場合にはフォトダイオードとは異なる領域に電
荷蓄積のための構造を設け、フォトダイオードと電荷蓄
積部との間には転送ゲートを設ける。
Further, when the photoelectrically converted signal charge is stored for a certain period, a structure for storing the charge is provided in a region different from the photodiode, and a transfer gate is provided between the photodiode and the charge storage unit.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】これまでの増幅型固体
撮像装置の画素構成においては、信号読み出しにおける
行選択手段として、行選択トランジスタ構造を増幅トラ
ンジスタに直列的に配置する方法か、あるいは増幅トラ
ンジスタのゲート部と行選択線との間に容量結合を形成
する方法のいずれかが用いられてきた。
In the conventional pixel configuration of the amplification type solid-state imaging device, as a row selection means for signal reading, a method of arranging a row selection transistor structure in series with an amplification transistor or a method of amplifying transistor Any of the methods for forming capacitive coupling between the gate section and the row selection line has been used.

【0006】第1の方法である、行選択トランジスタ構
造を採用する場合には、画素構造の内部にトランジスタ
を形成する必要があるので、画素の微細化に伴いその配
置が困難になるとともに、撮像素子の感度を支配する重
要な要素である開口率が低下してしまう。
When the first method, that is, a row selection transistor structure, is employed, it is necessary to form a transistor inside the pixel structure. The aperture ratio, which is an important factor that governs the sensitivity of the device, decreases.

【0007】一方、容量結合による行選択方法において
は、たとえばゲート構造よりも上層に容量結合を積層す
る、いわゆるスタックキャパシタ構造の導入により上記
の開口率の問題を回避することが可能である。しかし、
行選択のための容量結合は、画素内部の増幅トランジス
タゲート容量等により構成される、フローティングディ
フュージョン構造の容量に付加されてしまうので、その
結果としてこのフローティングディフュージョン構造の
信号電荷−信号電圧変換ゲインが低下してしまい、感度
の低下を招く(Y.Iida et al., "A 1/4-Inch 330k squa
re pixel progressive scan CMOS active pixel image
sensor", IEEE Journal of Solid-StateCircuits, Vol.
32, No.12, pp.2030, 1997 )。
On the other hand, in the row selection method based on capacitive coupling, it is possible to avoid the above-described aperture ratio problem by introducing a so-called stack capacitor structure in which capacitive coupling is stacked above the gate structure. But,
The capacitive coupling for row selection is added to the capacitance of the floating diffusion structure, which is constituted by the amplification transistor gate capacitance and the like inside the pixel. As a result, the signal charge-signal voltage conversion gain of the floating diffusion structure is reduced. And the sensitivity is reduced (Y. Iida et al., "A 1 / 4-Inch 330k squa
re pixel progressive scan CMOS active pixel image
sensor ", IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol.
32, No. 12, pp. 2030, 1997).

【0008】もちろん、いずれの方法による行選択手段
においても行選択のために、各行に共通な配線に結線さ
れた行選択線が画素領域を横断している必要があり、こ
の行選択線の存在自身も開口率を低下させている要因の
一つであった。
Of course, in any of the row selecting means, a row selection line connected to a wiring common to each row needs to cross the pixel region for row selection. He himself was one of the factors that reduced the aperture ratio.

【0009】さらに、これまでの増幅型固体撮像装置の
画素構成では、画素内部に蓄積された信号電荷をリセッ
トするための構造として、画素領域外部からのリセット
信号パルスによりオンするトランジスタ構造を用いるこ
とが一般的であった。
Further, in the conventional pixel structure of the amplification type solid-state imaging device, a transistor structure which is turned on by a reset signal pulse from outside the pixel region is used as a structure for resetting signal charges accumulated inside the pixel. Was common.

【0010】トランジスタ構造を用いた行選択手段とリ
セット手段とを用いた場合の画素の内部構造は図9に示
すように複雑化し、特に微細画素構造を設計する場合の
問題となっている(M.Yamawaki et al., "A Pixel Size
Shrinkage of Amplified MOS Imager with Two-Line
Mixing," IEEE Trans. on Electron Devices, Vol.43,
NO.5, pp.713-719, 1996)。
The internal structure of a pixel when a row selecting means and a resetting means using a transistor structure are used becomes complicated as shown in FIG. 9, and this is a problem particularly when a fine pixel structure is designed (M .Yamawaki et al., "A Pixel Size
Shrinkage of Amplified MOS Imager with Two-Line
Mixing, "IEEE Trans. On Electron Devices, Vol.43,
NO.5, pp.713-719, 1996).

【0011】さらに、増幅型固体撮像装置においては、
画素内部に配置される増幅トランジスタの特性ばらつき
に起因する固定パターン雑音の低減が重要な技術的課題
であるが、この固定パターン雑音は上記の増幅トランジ
スタのゲート長に強く依存していることが報告されてい
る(M. Yamawaki et al., "A Pixel Size Shrinkageof
Amplified MOS Imager with Two-Line Mixing," IEEE T
rans. On ElectronDevices , Vol.43, NO.5, pp.713-71
9, 1996)。しかし、画素構造の微細化に伴い増幅トラ
ンジスタ構造にも微細構造化が求められており、したが
って、増幅トランジスタのゲート長の縮小に伴う固定パ
ターン雑音の発生が問題となっている。
Further, in the amplification type solid-state imaging device,
It is an important technical issue to reduce the fixed pattern noise caused by the characteristic variation of the amplification transistor placed inside the pixel, but it is reported that this fixed pattern noise strongly depends on the gate length of the amplification transistor described above. (M. Yamawaki et al., "A Pixel Size Shrinkageof
Amplified MOS Imager with Two-Line Mixing, "IEEE T
rans.On ElectronDevices, Vol.43, NO.5, pp.713-71
9, 1996). However, with the miniaturization of the pixel structure, the miniaturization of the amplifying transistor structure is also required. Therefore, the occurrence of fixed pattern noise due to the reduction in the gate length of the amplifying transistor has become a problem.

【0012】また、K. Mabuchi et al. により、埋め込
みトランジスタ構造によってリセット構造を実現した例
が報告(K. Mabuchi et al., "A 5.5 μm CMOS image s
ensor cell utilizing a buried channel", 1997 Sympo
sium on VLSI TechnologyDigest of Technical papers,
pp.75-76, 1997)されているが、この報告では、フォ
トダイオードおよび増幅トランジスタゲートと、ライン
選択線との間の容量結合によりフォトダイオード電位を
変調し、その結果としてリセット動作とライン選択動作
を同一の配線の3値駆動により実現し、同時に画素内部
からリセットのためのポリシリコンゲート構造を省略す
ることが示されている。しかしながら、依然として画素
を横切る配線として行選択線は必要であり、また前記の
容量結合のために、信号電荷を信号電圧に変換するいわ
ゆるフローティングディフュージョンの容量が増加して
しまい、その結果として上記フローティングディフュー
ジョンにおける信号電荷−信号電圧変換ゲインが大幅に
低下してしまう。
Further, K. Mabuchi et al. Reported an example in which a reset structure was realized by a buried transistor structure (K. Mabuchi et al., "A 5.5 μm CMOS image s
ensor cell utilizing a buried channel ", 1997 Sympo
sium on VLSI TechnologyDigest of Technical papers,
pp.75-76, 1997), but in this report, the photodiode potential is modulated by the capacitive coupling between the photodiode and amplification transistor gate and the line selection line, and as a result, reset operation and line selection are performed. It is shown that the operation is realized by ternary driving of the same wiring, and at the same time, the polysilicon gate structure for resetting is omitted from inside the pixel. However, a row selection line is still required as a wiring crossing the pixel, and the capacity of the so-called floating diffusion for converting a signal charge into a signal voltage increases due to the above-mentioned capacitive coupling. , The signal charge-signal voltage conversion gain is greatly reduced.

【0013】本発明はこのような課題に着目してなされ
たものであり、その目的とするところは、高い開口率お
よび高い信号電荷−信号電圧変換ゲインを達成すること
で、高感度な微細化画素構造を実現することができる固
体撮像装置及びその駆動装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to achieve a high sensitivity miniaturization by achieving a high aperture ratio and a high signal charge-signal voltage conversion gain. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of realizing a pixel structure and a driving device thereof.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第1の発明に係る固体撮像装置は、半導体基板上
に形成された光電変換の光電変換手段と、前記光電変換
により蓄積された信号電荷をリセットするリセット手段
と、上記信号電荷により変調される増幅トランジスタ
と、この増幅トランジスタからの信号電流を読み出すに
あたって、読み出すべき行を選択する行選択手段とを具
備する固体撮像装置であって、上記行選択手段の構造
が、半導体基板と同一の導電型の低濃度不純物層からな
る行選択チャネル構造であって、この行選択チャネル構
造の電位が、前記増幅トランジスタのドレインの電位に
より変調される第1の構成と、上記リセット手段の構造
が、半導体基板と同一の導電型の低濃度不純物層からな
るリセットチャネル構造であって、このリセットチャネ
ル構造の電位が、前記増幅トランジスタのドレインの電
位により変調される第2の構成のうち少なくともいずれ
か一方の構成を有する。
In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to a first aspect of the present invention comprises a photoelectric conversion means for photoelectric conversion formed on a semiconductor substrate, and a photoelectric conversion means which is stored by the photoelectric conversion. A solid-state imaging device comprising: reset means for resetting the signal charge; an amplification transistor modulated by the signal charge; and a row selection means for selecting a row to be read when reading a signal current from the amplification transistor. The structure of the row selection means is a row selection channel structure made of a low-concentration impurity layer of the same conductivity type as the semiconductor substrate, and the potential of the row selection channel structure is modulated by the potential of the drain of the amplification transistor. The first structure and the structure of the reset means are the same as those of the semiconductor substrate. A is, the potential of the reset channel structure has at least one of the configuration of the second configuration being modulated by the drain potential of the amplifying transistor.

【0015】また、第2の発明に係る固体撮像装置は、
第1の発明に係る固体撮像装置において、前記第1及び
第2の構成を有し、前記行選択チャネル構造のチャネル
長(Ls)が、前記リセットチャネル構造のチャネル長
(Lr)より短い(Ls<Lr)、あるいは前記行選択
チャネル構造のチャネル不純物濃度(Ns)が、前記リ
セットチャネル構造のチャネル不純物濃度(Nr)より
低い(Ns<Nr)。
Further, a solid-state imaging device according to a second aspect of the present invention comprises:
The solid-state imaging device according to a first aspect of the present invention has the first and second configurations, wherein a channel length (Ls) of the row selection channel structure is shorter than a channel length (Lr) of the reset channel structure (Ls). <Lr) or the channel impurity concentration (Ns) of the row selection channel structure is lower than the channel impurity concentration (Nr) of the reset channel structure (Ns <Nr).

【0016】また、第3の発明に係る固体撮像装置は、
第1の発明に係る固体撮像装置において、各々の単位画
素内部には、前記活性領域が一つだけ存在し、上記の光
電変換手段、増幅トランジスタ、行選択チャネル構造、
およびリセットチャネル構造は、同一の活性領域内に配
置されている。
Further, a solid-state imaging device according to a third aspect of the present invention comprises:
In the solid-state imaging device according to the first aspect, only one active region exists in each unit pixel, and the photoelectric conversion unit, the amplification transistor, the row selection channel structure,
And the reset channel structure are arranged in the same active region.

【0017】また、第4の発明に係る固体撮像装置は、
第1の発明に係る固体撮像装置において、各々の単位画
素内部には、前記活性領域が一つだけ存在し、ある画素
内部の活性領域内部の光電変換手段により発生した信号
電荷により変調される増幅トランジスタが、隣接画素内
部の活性領域内部に存在する。
A solid-state imaging device according to a fourth aspect of the present invention comprises:
In the solid-state imaging device according to the first aspect, only one active region exists in each unit pixel, and amplification is modulated by signal charges generated by photoelectric conversion means inside an active region inside a certain pixel. A transistor is present inside the active region inside the adjacent pixel.

【0018】また、第5の発明に係る固体撮像装置は、
第1の発明に係る固体撮像装置において、前記増幅トラ
ンジスタと光電変換手段と行選択手段とリセット手段
が、第1の方向およびこの第1の方向と反対の第2の方
向に直線状に形成された一つの活性領域内部に形成さ
れ、単位画素内には複数個の活性領域を有しており、前
記活性領域は第1の方向および第2の方向に隣接する単
位画素間で共有され、前記増幅トランジスタの増幅ゲー
トは、前記第1および第2の方向と直交する第3の方向
およびこの第3の方向と反対の第4の方向に隣接する活
性領域と接続され、上記光電変換手段を含む活性領域
は、上記第1および第2の方向のいずれかに隣接する単
位画素の増幅トランジスタを含む活性領域である。
Further, a solid-state imaging device according to a fifth aspect of the present invention comprises:
In the solid-state imaging device according to the first aspect, the amplification transistor, the photoelectric conversion unit, the row selection unit, and the reset unit are formed linearly in a first direction and a second direction opposite to the first direction. A single active region, the unit pixel includes a plurality of active regions, and the active region is shared between adjacent unit pixels in a first direction and a second direction. An amplification gate of the amplification transistor is connected to an active region adjacent in a third direction orthogonal to the first and second directions and in a fourth direction opposite to the third direction, and includes the photoelectric conversion unit. The active region is an active region including the amplifying transistor of the unit pixel adjacent in any one of the first and second directions.

【0019】また、第6の発明に係る固体撮像装置は、
第1の発明に係る固体撮像装置において、単位画素内部
には増幅トランジスタのゲート以外のゲート構造を持た
ない。
Further, a solid-state imaging device according to a sixth aspect of the present invention comprises:
In the solid-state imaging device according to the first aspect, the unit pixel has no gate structure other than the gate of the amplification transistor.

【0020】また、第7の発明に係る固体撮像装置の駆
動装置は、半導体基板上に形成された光電変換のための
光電変換手段と、前記光電変換により蓄積された信号電
荷をリセットするリセット手段と、上記信号電荷により
変調される増幅トランジスタと、この増幅トランジスタ
からの信号電流を読み出すにあたって、読み出すべき行
を選択する行選択手段とを具備する固体撮像装置であっ
て、上記行選択手段の構造が、半導体基板と同一の導電
型の低濃度不純物層からなる行選択チャネル構造であっ
て、この行選択チャネル構造の電位が、前記増幅トラン
ジスタのドレインの電位により変調され、かつ、上記リ
セット手段の構造が、半導体基板と同一の導電型の低濃
度不純物層からなるリセットチャネル構造であって、こ
のリセットチャネル構造の電位が、前記増幅トランジス
タのドレインの電位により変調される固体撮像装置を駆
動するための駆動装置であって、前記行選択のためのパ
ルスと、上記リセットのためのパルスを、前記増幅トラ
ンジスタのドレイン電圧に重畳させる重畳手段を有し、
この重畳されたパルスにより前記固体撮像装置を駆動す
る。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a driving apparatus for a solid-state image pickup device, comprising: a photoelectric conversion unit formed on a semiconductor substrate for photoelectric conversion; and a reset unit for resetting signal charges accumulated by the photoelectric conversion. A solid-state imaging device comprising: an amplification transistor modulated by the signal charge; and a row selection unit that selects a row to be read in reading out a signal current from the amplification transistor. Is a row selection channel structure composed of a low-concentration impurity layer of the same conductivity type as the semiconductor substrate, and the potential of this row selection channel structure is modulated by the potential of the drain of the amplification transistor; The structure is a reset channel structure comprising a low-concentration impurity layer of the same conductivity type as that of the semiconductor substrate. A driving device for driving a solid-state imaging device in which a potential of a structure is modulated by a potential of a drain of the amplifying transistor, wherein the pulse for selecting a row and the pulse for resetting are supplied to the amplifying transistor. Superimposing means for superimposing on the drain voltage of
The solid-state imaging device is driven by the superimposed pulse.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態に
係わる増幅型固体撮像装置の単位画素の回路構成図であ
り、図2は図1に示す回路を構成するための断面構造の
一例であり、図3は図1に示す単位画素を駆動するため
のドレインパルスおよびその時の出力信号線電位の変化
を示す図である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a unit pixel of an amplification type solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an example of a cross-sectional structure for configuring the circuit shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 2 is a diagram showing a drain pulse for driving the unit pixel shown in FIG. 1 and a change in the output signal line potential at that time.

【0022】図1、図2に示すように、本実施形態にお
いては行選択およびリセットの機能を実現する手段とし
て、ゲートの無い低不純物濃度チャネル構造、すなわ
ち、行選択手段(行選択チャネル)8と、リセット手段
(リセットチャネル9)とを用いる。
As shown in FIGS. 1 and 2, in this embodiment, as a means for realizing the row selection and reset functions, a low impurity concentration channel structure without a gate, that is, a row selection means (row selection channel) 8 And reset means (reset channel 9).

【0023】より詳細には、本実施形態では、画素内部
構造を複雑化せしめた原因の一つである、信号読み出し
における行選択のための構造は、従来の画素領域外部か
らのゲート駆動パルスにより動作するトランジスタ構造
型や容量結合型では無く、半導体基板と同一の導電型の
低濃度不純物層により構成される行選択チャネル8によ
り形成されており、この行選択チャネル8は、従来の行
選択トランジスタと同様に増幅トランジスタ20に直列
に配置されている。この行選択チャネル8の電位は行選
択チャネル8に隣接する、増幅トランジスタ20のドレ
イン4の電位により容易に変調されるように、そのチャ
ネル長は十分短く、かつその不純物濃度は十分低く設定
されている。したがって、ドレイン4に適当な電圧を印
加することで行選択チャネル電位を、増幅トランジスタ
20のゲート1の下部の暗時電位よりも高電位に設定す
ることが可能となり、この状態が行選択状態となる。図
4はこのような行選択動作時の電位分布図を示してい
る。
More specifically, in the present embodiment, the structure for selecting a row in signal reading, which is one of the causes of complicating the internal structure of the pixel, is based on a conventional gate drive pulse from outside the pixel region. It is not formed of an operating transistor structure type or a capacitive coupling type, but is formed by a row selection channel 8 constituted by a low-concentration impurity layer of the same conductivity type as the semiconductor substrate. As in the case of (1), they are arranged in series with the amplification transistor 20. The channel length is set short enough and the impurity concentration is set sufficiently low so that the potential of row selection channel 8 is easily modulated by the potential of drain 4 of amplifying transistor 20 adjacent to row selection channel 8. I have. Therefore, by applying an appropriate voltage to the drain 4, the row selection channel potential can be set higher than the dark potential below the gate 1 of the amplification transistor 20, and this state is referred to as a row selection state. Become. FIG. 4 shows a potential distribution diagram during such a row selection operation.

【0024】また、本実施形態では、画素内部構造を複
雑化せしめた原因の一つである、蓄積した信号電荷のリ
セット構造は、画素領域外部からのゲート駆動パルスに
より動作するポリシリコンゲートトランジスタ構造では
なく、半導体基板と同一の導電型の低濃度不純物層によ
り構成されるリセットチャネル9により形成されてお
り、さらにこのリセットチャネル9の電位はリセットチ
ャネル9に隣接する、増幅トランジスタ20のドレイン
4の電位により容易に変調されるように、そのチャネル
長は十分短く、かつその不純物濃度は十分低く設定され
ている。したがって、ドレイン4に適当な電圧を印加す
ることでリセットチャネル9の電位を、光電変換手段
(フォトダイオード)3あるいは信号電荷蓄積部の暗時
電位として設定することが可能となり、この状態がリセ
ット状態となる。図5はこのようなリセット動作時の電
位分布図である。
In the present embodiment, the reset structure of the accumulated signal charge, which is one of the causes of the complicated internal structure of the pixel, is a polysilicon gate transistor structure operated by a gate drive pulse from outside the pixel region. Instead, the reset channel 9 is formed of a low-concentration impurity layer of the same conductivity type as that of the semiconductor substrate. The channel length is set short enough and the impurity concentration is set low enough so that it can be easily modulated by the potential. Therefore, by applying an appropriate voltage to the drain 4, the potential of the reset channel 9 can be set as the dark potential of the photoelectric conversion means (photodiode) 3 or the signal charge storage portion. Becomes FIG. 5 is a potential distribution diagram during such a reset operation.

【0025】以上の構造により、画素内部に必要なポリ
シリコンゲート構造は唯一増幅トランジスタのみとな
り、その画素構造は大幅に単純化されるとともに、画素
構造設計の自由度は大幅に向上する。特に、画素構造の
単純化によりフォトダイオード面積と画素面積との比に
より定義され、光感度の重要な指標である開口率を大幅
に向上可能であり、したがって大幅な高感度化が可能と
なる。
With the above structure, the only polysilicon gate structure required inside the pixel is the only amplifying transistor. The pixel structure is greatly simplified, and the degree of freedom in designing the pixel structure is greatly improved. In particular, the simplification of the pixel structure enables the aperture ratio, which is defined by the ratio of the photodiode area to the pixel area, and is an important index of light sensitivity, to be greatly improved, and therefore significantly increases the sensitivity.

【0026】その上、本実施形態によれば、固定パター
ン雑音の増大を招く増幅トランジスタの短チャネル化を
起こさずに微細画素構造を実現することが可能となるの
で、高感度化と同時に低雑音化も可能となる。さらに、
ライン選択あるいはリセットのための容量結合も存在し
ないので、画素内部のフローティングディフュージョン
の信号電荷−信号電圧変換ゲインの低下も発生しない。
In addition, according to the present embodiment, it is possible to realize a fine pixel structure without causing a short channel of the amplifying transistor which causes an increase in fixed pattern noise. It becomes possible. further,
Since there is no capacitive coupling for line selection or reset, the signal charge-signal voltage conversion gain of the floating diffusion in the pixel does not decrease.

【0027】以下に本実施形態に係る行選択動作を説明
する。本実施形態では行選択パルスを増幅トランジスタ
20のドレイン電圧に重畳することで増幅型固体撮像装
置の駆動を行なう。すなわち、ドレイン線5に図3に示
すような中間電圧:Vmiddleを印加すると、ドレ
イン4に隣接している低不純物濃度の行選択チャネル8
の空乏層が伸び、ドレイン4から距離Lsだけ離れた増
幅トランジスタゲート1端部の電位を変調する。このと
き、行選択チャネル長:Lsと行選択チャネル不純物濃
度:Nsと中間電圧:Vmiddleとの関係を適当に
設計することで、図4に示すような行選択における電位
分布図が得られる。
The row selecting operation according to the present embodiment will be described below. In this embodiment, the amplification type solid-state imaging device is driven by superimposing the row selection pulse on the drain voltage of the amplification transistor 20. That is, when an intermediate voltage: Vmiddle shown in FIG. 3 is applied to the drain line 5, the row selection channel 8 having a low impurity concentration adjacent to the drain 4 is formed.
Depletion layer extends and modulates the potential of the end of the amplification transistor gate 1 which is separated from the drain 4 by the distance Ls. At this time, by appropriately designing the relationship between the row selection channel length: Ls, the row selection channel impurity concentration: Ns, and the intermediate voltage: Vmiddle, a potential distribution diagram in row selection as shown in FIG. 4 can be obtained.

【0028】また、上記の中間電圧:Vmiddleを
ドレイン線5に印加して行選択動作を行っている間、ド
レイン4とフォトダイオード3との間に設けられた低不
純物濃度チャネル(リセットチャネル)9は、リセット
チャネル長:Lrとリセットチャネル不純物濃度:Nr
と中間電圧:Vmiddleとの関係を適当に設計する
ことで、図5に示すように、行選択動作時にフォトダイ
オード3内部で過剰に発生した信号電荷をオーバーフロ
ーさせるオーバーフロードレインとして機能させること
が可能である。
During the row selection operation by applying the above-mentioned intermediate voltage: Vmiddle to the drain line 5, a low impurity concentration channel (reset channel) 9 provided between the drain 4 and the photodiode 3 is provided. Are reset channel length: Lr and reset channel impurity concentration: Nr
By appropriately designing the relationship between the signal and the intermediate voltage: Vmiddle, as shown in FIG. 5, it is possible to function as an overflow drain for overflowing signal charges excessively generated inside the photodiode 3 during the row selection operation. is there.

【0029】以下に本実施形態に係るリセット動作を説
明する。本実施形態ではリセットパルスを増幅トランジ
スタ20のドレイン電圧に重畳することで増幅型固体撮
像装置の駆動を行なう。すなわち、ドレイン線5に図3
に示すような高電圧:Vhighを印加すると、ドレイ
ン4に隣接している低不純物濃度のリセットチャネル9
の空乏層が伸び、ドレイン4から距離Lrだけ離れたフ
ォトダイオード3端部の電位を変調する。このとき、リ
セットチャネル長:Lrとリセットチャネル不純物濃
度:Nrと高電圧:Vhighとの関係を適当に設計す
ることで、図5に示すようなリセット動作における電位
分布図が得られる。
Hereinafter, the reset operation according to the present embodiment will be described. In this embodiment, the amplification type solid-state imaging device is driven by superimposing a reset pulse on the drain voltage of the amplification transistor 20. That is, FIG.
When a high voltage Vhigh as shown in FIG. 1 is applied, a low impurity concentration reset channel 9 adjacent to the drain 4 is applied.
Depletion layer extends and modulates the potential at the end of the photodiode 3 that is separated from the drain 4 by a distance Lr. At this time, by appropriately designing the relationship between the reset channel length: Lr, the reset channel impurity concentration: Nr, and the high voltage: Vhigh, a potential distribution diagram in the reset operation as shown in FIG. 5 can be obtained.

【0030】また、上記の高電圧:Vhighをドレイ
ン線5に印加することでリセット動作を行っている間、
ドレイン4と増幅トランジスタ20との間に設けられた
低不純物濃度チャネル(行選択チャネル)は、行選択チ
ャネル長:Lsと行選択チャネル不純物濃度:Nsと高
電圧:Vhighとの関係を適当に設計することで、図
4に示すような行選択状態を維持することが可能であ
る。
Further, while the reset operation is performed by applying the high voltage: Vhigh to the drain line 5,
The low impurity concentration channel (row selection channel) provided between the drain 4 and the amplification transistor 20 appropriately designs the relationship between the row selection channel length: Ls, the row selection channel impurity concentration: Ns, and the high voltage: Vhigh. By doing so, it is possible to maintain the row selection state as shown in FIG.

【0031】図6は、本発明の一実施形態に係わる増幅
型固体撮像装置の画素構造の平面図であり、図6(a)
では図の判読を容易にする目的でAl配線構造を省略
し、図6(b)にAl配線構造までを含む平面図を各々
示している。
FIG. 6 is a plan view of a pixel structure of an amplification type solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention, and FIG.
In FIG. 6, the Al wiring structure is omitted for the purpose of making the figure easier to read, and FIG. 6B is a plan view including the Al wiring structure.

【0032】本実施形態は、0.7μmルールにより
5.6μm×5.6μmの画素構造を設計した例であ
る。本実施形態においては、リセットチャネル長:Lr
=0.9μm、行選択チャネル長:Ls=0.4μmと
して設計したものである。
This embodiment is an example in which a pixel structure of 5.6 μm × 5.6 μm is designed according to the 0.7 μm rule. In the present embodiment, the reset channel length: Lr
= 0.9 μm and the row selection channel length: Ls = 0.4 μm.

【0033】本実施形態において、前述のような行選択
動作とリセット動作を実現するためには、チャネル不純
物を2×1015cm-3として、ドレイン4に印加するパ
ルス電圧としてVhigh=9[V]、Vmiddle
=5[V]を設定することで図4、図5に示すような行
選択動作及びリセット動作が可能となる。このとき、V
highによるリセット動作により設定されるフォトダ
イオード3の暗時電位:φdは4.2[V]、Vmid
dleによる行選択動作により設定されるオーバーフロ
ー電位:φoは1.2[V]であり、これらの電位が各
々暗時レベル、飽和レベルを規定する。
In the present embodiment, in order to realize the above-described row selection operation and reset operation, the channel impurity is set to 2 × 10 15 cm −3 , and the pulse voltage applied to the drain 4 is set to Vhigh = 9 [V]. ], Vmiddle
= 5 [V], the row selection operation and the reset operation as shown in FIGS. 4 and 5 become possible. At this time, V
The dark potential of the photodiode 3 set by the high reset operation: φd is 4.2 [V], Vmid
The overflow potential φo set by the row selection operation by dle is 1.2 [V], and these potentials define the dark level and the saturation level, respectively.

【0034】また、行選択動作における行選択チャネル
端部の電位は3.8[V]であり、増幅トランジスタゲ
ート1の特性として、一般的な値であるVth=0.2
[V]、変調度=0.8を用いた場合の暗時レベルにお
ける増幅トランジスタゲート1下の電位(3.2
[V])より高電位であるので、図4に示す行選択動作
が可能となる。
The potential at the end of the row selection channel in the row selection operation is 3.8 [V], and the characteristic of the amplification transistor gate 1 is Vth = 0.2 which is a general value.
[V], the potential under the amplification transistor gate 1 at the dark level when the modulation factor = 0.8 (3.2
[V]), the row selection operation shown in FIG. 4 becomes possible.

【0035】本実施形態においては、行選択チャネル8
の不純物濃度:Nsとリセットチャネル9の不純物濃
度:Nrの値を同一とした場合を示しており、その場合
には上述のとおりに行選択チャネル8のチャネル長:L
sとリセットチャネル9のチャネル長:Lrとの関係
を、Lr>Lsとして設計し、上述のようなパルス電圧
でドレイン線5を駆動すれば良い。
In this embodiment, the row selection channel 8
And the value of the impurity concentration of the reset channel 9 is equal to the value of the impurity concentration: Ns of the reset channel 9. In this case, the channel length of the row selection channel 8 is L as described above.
The relationship between s and the channel length of the reset channel 9: Lr may be designed such that Lr> Ls, and the drain line 5 may be driven by the pulse voltage as described above.

【0036】逆に、設計上の要請からLr=Lsとする
ことが必要な場合には、NsとNrの関係を、Ns<N
rとすることで同様に駆動することが可能である。本実
施形態においては、増幅トランジスタゲート1とフォト
ダイオード3との間の接続のために、フォトダイオード
3の一部がAl配線により遮光されてしまうために、フ
ォトダイオード3の開口面積は若干低下してしまうが、
それでも開口率として37%という極めて高い値を実現
可能である。
Conversely, if Lr = Ls is required due to design requirements, the relationship between Ns and Nr is expressed as Ns <N.
By setting r, it is possible to drive similarly. In the present embodiment, since the connection between the amplification transistor gate 1 and the photodiode 3 causes a part of the photodiode 3 to be shielded from light by the Al wiring, the opening area of the photodiode 3 is slightly reduced. But
Nevertheless, an extremely high aperture ratio of 37% can be realized.

【0037】さらに、本実施形態の他の構成上の特徴
は、増幅トランジスタ20のゲート1のゲート長(図2
のLa)が極めて大きく設計されている点である。増幅
型固体撮像装置においては、画素内部に配置される増幅
トランジスタ20の特性上のばらつきに起因する固定パ
ターン雑音の低減が重要な技術的課題であるが、この固
定パターン雑音は上記の増幅トランジスタのゲート長に
強く依存していることが報告されている(M. Yamawaki
et al., "A Pixel Size Shrinkageof Amplified MOS I
mager with Two-Line Mixing," IEEE Trans. on Electr
onDevices, Vol.43, NO.5 pp.713-719, 1996)。しか
し、画素構造の微細化に伴い増幅トランジスタ構造にも
微細構造化が求められており、したがって、増幅トラン
ジスタのゲート長の縮小に伴う固定パターン雑音の発生
が問題となっているが、図6の実施形態では、La=
2.0μmと極めて大きい値を実現しているので、上述
の固定パターン雑音は大幅に低減されることになる。
Further, another structural feature of the present embodiment is that the gate length of the gate 1 of the amplification transistor 20 (FIG. 2)
La) is designed to be very large. In the amplification type solid-state imaging device, reduction of fixed pattern noise due to variation in characteristics of the amplification transistor 20 disposed inside the pixel is an important technical problem. It has been reported that there is a strong dependence on gate length (M. Yamawaki
et al., "A Pixel Size Shrinkageof Amplified MOS I
mager with Two-Line Mixing, "IEEE Trans. on Electr
onDevices, Vol.43, NO.5 pp.713-719, 1996). However, with the miniaturization of the pixel structure, the miniaturization of the amplifying transistor structure is also required. Therefore, the occurrence of fixed pattern noise due to the reduction of the gate length of the amplifying transistor has become a problem. In the embodiment, La =
Since an extremely large value of 2.0 μm is realized, the above-described fixed pattern noise is significantly reduced.

【0038】図7、図8は、微細化された画素構成の例
として、3.7μm×3.7μm寸法の画素を、0.6
μmルールによりレイアウトした実施形態である。図
7、図8に示すレイアウトの素子においても、その基本
的な駆動方法は前述の駆動方法と同様であるので、その
説明は省略する。
FIGS. 7 and 8 show a pixel having a size of 3.7 μm × 3.7 μm as an example of a miniaturized pixel configuration.
This is an embodiment laid out according to the μm rule. The basic driving method of the elements having the layouts shown in FIGS. 7 and 8 is the same as that of the above-described driving method, and the description thereof is omitted.

【0039】図7、図8では、左右方向に直線的に形成
された活性領域に増幅トランジスタゲート1、リセット
構造9、フォトダイオード3が形成されており、左右に
隣接する画素間で同一の活性領域を共有する構造となっ
ている。また、フォトダイオード3の電位変化により変
調される増幅トランジスタゲート1は上に隣接する画素
内部に存在するという構成である。
7 and 8, an amplifying transistor gate 1, a reset structure 9, and a photodiode 3 are formed in an active region formed linearly in the left-right direction. It has a structure that shares an area. Further, the configuration is such that the amplification transistor gate 1 modulated by the potential change of the photodiode 3 exists inside the pixel adjacent above.

【0040】図7、8に示した3.7μm×3.7μm
という極めて微細な画素のレイアウトにおいては図6で
示したような増幅トランジスタ20のゲート長(La)
の増加は実現できないものの、フォトダイオード3の開
口率はいずれも非常に大きい値を実現している。
3.7 μm × 3.7 μm shown in FIGS.
In the extremely fine pixel layout, the gate length (La) of the amplification transistor 20 as shown in FIG.
Although the increase cannot be realized, the aperture ratio of each of the photodiodes 3 realizes a very large value.

【0041】図7の実施形態においては、リセットチャ
ネル長:Lr=0.9μm、行選択チャネル長:Ls=
0.45μmとしており、この場合にはフォトダイオー
ド3の開口率は10.2%である。
In the embodiment of FIG. 7, the reset channel length: Lr = 0.9 μm, the row selection channel length: Ls =
In this case, the aperture ratio of the photodiode 3 is 10.2%.

【0042】本実施形態の場合でも、前述のような行選
択動作とリセット動作を実現するためには、チャネル不
純物を2×1015cm-3として、ドレイン4に印加する
パルス電圧としてVhigh=9[V]、Vmiddl
e=5[V]を設定することで図4、5に示すような行
選択動作及びリセット動作が可能となる。このとき、V
highによるリセット動作により設定されるフォトダ
イオード3の暗時電位:φdは4.2[V]、Vmid
dleによる行選択動作により設定されるオーバフロー
電位:φoは1.2[V]であり、これらの電位が各々
暗時レベル、飽和レベルを規定する。
Also in the case of the present embodiment, in order to realize the above-described row selection operation and reset operation, the channel impurity is set to 2 × 10 15 cm −3 , and the pulse voltage applied to the drain 4 is set to Vhigh = 9. [V], Vmiddl
By setting e = 5 [V], the row selection operation and the reset operation as shown in FIGS. At this time, V
The dark potential of the photodiode 3 set by the high reset operation: φd is 4.2 [V], Vmid
The overflow potential φo set by the row selection operation by dle is 1.2 [V], and these potentials define the dark level and the saturation level, respectively.

【0043】また、行選択動作における行選択チャネル
端部の電位は3.6[V]であり、増幅トランジスタゲ
ート1の特性として、一般的な値であるVth=0.2
[V]、変調度=0.8を用いた場合の暗時レベルにお
ける増幅トランジスタゲート1下の電位(3.2
[V])より高電位であるので、図4に示す行選択動作
が可能となる。
The potential at the end of the row selection channel in the row selection operation is 3.6 [V], and the characteristic of the amplification transistor gate 1 is Vth = 0.2 which is a general value.
[V], the potential under the amplification transistor gate 1 at the dark level when the modulation factor = 0.8 (3.2
[V]), the row selection operation shown in FIG. 4 becomes possible.

【0044】図8の実施形態は、図7と同一の基本構造
の中で、さらにLr,Lsを微細化したものであり、L
r=0.7μm、Ls=0.25μmとしており、その
結果としてフォトダイオード3の開口率は13.2%ま
で向上している。
In the embodiment shown in FIG. 8, Lr and Ls are further miniaturized in the same basic structure as in FIG.
r = 0.7 μm and Ls = 0.25 μm. As a result, the aperture ratio of the photodiode 3 is improved to 13.2%.

【0045】本実施形態において、前述のような行選択
動作とリセット動作を実現するためには、チャネル不純
物を5×1015cm-3として、ドレイン4に印加するパ
ルス電圧としてVhigh=9[V]、Vmiddle
=5[V]を設定することで図4、5に示す行選択動作
及びリセット動作が可能となる。このとき、Vhigh
によるリセット動作により設定されるフォトダイオード
3の暗時電位:φdは3.2[V]、Vmiddleに
よる行選択動作により設定されるオーバーフロー電位:
φoは1.2[V]であり、これらの電位が各々暗時レ
ベル、飽和レベルを規定する。また、行選択動作におけ
る行選択チャネル端部の電位は3.8[V]であり、増
幅トランジスタ1の特性として、一般的な値であるVt
h=0.2[V]、変調度=0.8を用いた場合の暗時
レベルにおける増幅トランジスタゲート1下の電位
(2.4[V])より高電位であるので、図4に示す行
選択動作が可能となる。
In this embodiment, in order to realize the above-described row selection operation and reset operation, the channel impurity is set to 5 × 10 15 cm −3 , and the pulse voltage applied to the drain 4 is set to Vhigh = 9 [V]. ], Vmiddle
= 5 [V], the row selection operation and the reset operation shown in FIGS. At this time, Vhigh
, The dark potential of the photodiode 3 set by the reset operation due to: φd is 3.2 [V], and the overflow potential set by the row selection operation by Vmiddle:
φo is 1.2 [V], and these potentials define the dark level and the saturation level, respectively. The potential of the end of the row selection channel in the row selection operation is 3.8 [V], and the characteristic of the amplification transistor 1 is Vt which is a general value.
Since h = 0.2 [V] and the modulation level = 0.8, the potential is higher than the potential (2.4 [V]) under the amplification transistor gate 1 at the dark level when darkness is used. Row selection operation becomes possible.

【0046】さらに、このような微細な構造であると同
時に、行選択のための付加的容量が存在しないために、
図7、8に示した画素レイアウトによれば、増幅トラン
ジスタゲート1のゲート容量と、フォトダイオード3の
容量により形成されるフローティングディフュージョン
容量は極めて小さく、そのためにこのフローティングデ
ィフュージョン構造における信号電荷−信号電圧変換ゲ
インは30[μV/電子]と非常に高くなる。
Furthermore, because of such a fine structure and no additional capacitance for row selection,
According to the pixel layouts shown in FIGS. 7 and 8, the floating diffusion capacitance formed by the gate capacitance of the amplification transistor gate 1 and the capacitance of the photodiode 3 is extremely small. Therefore, the signal charge-signal voltage in the floating diffusion structure is reduced. The conversion gain is as high as 30 [μV / electron].

【0047】上記した図6、図7、図8に示した単位画
素構造の変形例として、増幅トランジスタゲート1とフ
ォトダイオード3との間に金属配線による接続を設けず
に、増幅トランジスタゲート1と同一の材料層とフォト
ダイオード3との間に形成された容量結合により増幅ト
ランジスタ1を変調することも可能である。このような
容量結合による増幅トランジスタの変調構造によれば、
図6、図7、図8において開口率低下の原因となった金
属配線による遮光は発生せず、ゲート材料層において完
全に吸収されない比較的長波長側の光について高い開口
率を維持可能である。図6、図7、図8の構造に適用す
れば、その開口率は各々40.5%、17.2%、2
0.5%にもなる。
As a modification of the unit pixel structure shown in FIGS. 6, 7, and 8, the connection between the amplification transistor gate 1 and the photodiode 3 is not provided by metal wiring, The amplification transistor 1 can be modulated by capacitive coupling formed between the same material layer and the photodiode 3. According to the modulation structure of the amplification transistor by such a capacitive coupling,
In FIGS. 6, 7, and 8, no light is shielded by the metal wiring that caused a decrease in the aperture ratio, and a high aperture ratio can be maintained for light on a relatively long wavelength side that is not completely absorbed in the gate material layer. . When applied to the structures of FIGS. 6, 7 and 8, the aperture ratios are 40.5%, 17.2%, 2
0.5%.

【0048】上記した本発明の実施形態によれば、従来
の増幅型固体撮像装置における画素サイズ縮小を阻害し
ていた、信号電荷リセットのためのトランジスタ構造
や、行選択のためのトランジスタ構造が不要となり、単
位画素内部には、唯一のトランジスタとして増幅トラン
ジスタのみが存在する構造が可能となり、微細画素構造
が実現される。
According to the above-described embodiment of the present invention, a transistor structure for resetting signal charges and a transistor structure for selecting rows, which hindered a reduction in pixel size in a conventional amplification type solid-state imaging device, are not required. Thus, a structure in which only an amplification transistor exists as the only transistor inside the unit pixel is possible, and a fine pixel structure is realized.

【0049】また、上記構造の増幅型固体撮像装置の駆
動は、行選択パルスおよびリセットパルスを増幅トラン
ジスタのドレイン電圧に重畳することで可能となるの
で、撮像領域内部の画素と、撮像領域外部の駆動部との
間は、増幅のために最低限必要な信号線とドレイン線の
みとなり、周辺の駆動回路の構成が容易になるのみなら
ず、画素内部を横切る配線数も最小化される。
Further, since the driving of the amplification type solid-state imaging device having the above structure can be performed by superposing the row selection pulse and the reset pulse on the drain voltage of the amplification transistor, the pixels inside the imaging region and those outside the imaging region can be driven. Only a signal line and a drain line, which are necessary for amplification, are provided at least between the driving unit and the driving unit. This not only facilitates the configuration of the peripheral driving circuit but also minimizes the number of wirings traversing the inside of the pixel.

【0050】その結果として、従来型の増幅型固体撮像
装置と比較して、画素内部のフォトダイオード面積と画
素面積との比により定義される開口率を大幅に向上可能
であり高感度化が可能となる。
As a result, the aperture ratio defined by the ratio of the photodiode area to the pixel area inside the pixel can be greatly improved and the sensitivity can be increased as compared with the conventional amplification type solid-state imaging device. Becomes

【0051】また、従来の容量結合型の行選択構造と比
較して、画素内部の増幅トランジスタゲート容量等によ
り構成される、フローティングディフュージョン構造の
容量に付加される容量は大幅に低減され、したがって、
信号電荷−信号電圧変換ゲインは大幅に増加可能であ
り、高感度化が可能となる。その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で、種々変形実施可能である。
Further, as compared with the conventional capacitance-coupling type row selection structure, the capacitance added to the capacitance of the floating diffusion structure constituted by the gate capacitance of the amplifying transistor inside the pixel is greatly reduced.
The signal charge-signal voltage conversion gain can be greatly increased, and high sensitivity can be achieved. In addition, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明によれば、増幅型固体撮像装置に
おける画素内部の構造を単純化可能であるために、その
設計自由度は大幅に向上し、その結果高いフォトダイオ
ード開口率と高い信号電荷−信号電圧変換ゲインを得る
ことができ、これによって、高感度な微細化画素構造を
実現することができる。
According to the present invention, since the internal structure of the pixel in the amplification type solid-state imaging device can be simplified, the degree of freedom in design is greatly improved. As a result, a high photodiode aperture ratio and a high signal It is possible to obtain a charge-signal voltage conversion gain, thereby realizing a highly sensitive miniaturized pixel structure.

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

【図1】本発明の一実施形態に係わる増幅型固体撮像装
置の単位画素の回路構成図である。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a unit pixel of an amplification type solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態に係わる増幅型固体撮像装
置を構成する断面構造図である。
FIG. 2 is a sectional structural view of an amplification type solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.

【図3】図1の構成による単位画素を駆動するためのド
レインパルスおよびその時の出力信号線電位の変化を説
明するタイミングチャートである。
3 is a timing chart illustrating a drain pulse for driving a unit pixel and a change in an output signal line potential at that time according to the configuration of FIG. 1;

【図4】本発明の一実施形態に係わる増幅型固体撮像装
置における行選択動作を説明するための電位分布図であ
る。
FIG. 4 is a potential distribution diagram for explaining a row selection operation in the amplification type solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施形態に係わる増幅型固体撮像装
置におけるリセット動作を説明するための電位分布図で
ある。
FIG. 5 is a potential distribution diagram for explaining a reset operation in the amplification type solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施形態に係わる増幅型固体撮像装
置のセルレイアウトを説明するためのセルレイアウト図
である。
FIG. 6 is a cell layout diagram for explaining a cell layout of the amplification type solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施形態に係わる増幅型固体撮像装
置のセルレイアウトを説明するためのセルレイアウト図
である。
FIG. 7 is a cell layout diagram for explaining a cell layout of the amplification type solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention.

【図8】本発明の一実施形態に係わる増幅型固体撮像装
置のセルレイアウトを説明するためのセルレイアウト図
である。
FIG. 8 is a cell layout diagram for explaining a cell layout of the amplification type solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention.

【図9】従来の増幅型固体撮像装置のセルレイアウトを
説明するためのセルレイアウト図である。
FIG. 9 is a cell layout diagram for explaining a cell layout of a conventional amplification type solid-state imaging device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・ 増幅トランジスタゲート 2・・・ コンタクトホール 3・・・ フォトダイオード 4・・・ ドレイン 5・・・ ドレイン線 6・・・ 信号出力部 7・・・ 信号線 8・・・ 行選択チャネル 9・・・ リセットチャネル 12・・・ コンタクトホール 20…増幅トランジスタ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Amplification transistor gate 2 ... Contact hole 3 ... Photodiode 4 ... Drain 5 ... Drain line 6 ... Signal output part 7 ... Signal line 8 ... Row selection channel 9 reset channel 12 contact hole 20 amplifying transistor

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に形成された光電変換のた
めの光電変換手段と、 前記光電変換により蓄積された信号電荷をリセットする
リセット手段と、 上記信号電荷により変調される増幅トランジスタと、 この増幅トランジスタからの信号電流を読み出すにあた
って、読み出すべき行を選択する行選択手段と、 を具備する固体撮像装置であって、 上記行選択手段の構造が、半導体基板と同一の導電型の
低濃度不純物層からなる行選択チャネル構造であって、
この行選択チャネル構造の電位が、前記増幅トランジス
タのドレインの電位により変調される第1の構成と、上
記リセット手段の構造が、半導体基板と同一の導電型の
低濃度不純物層からなるリセットチャネル構造であっ
て、このリセットチャネル構造の電位が、前記増幅トラ
ンジスタのドレインの電位により変調される第2の構成
のうち少なくともいずれか一方の構成を有することを特
徴とする固体撮像装置。
A photoelectric conversion means for photoelectric conversion formed on a semiconductor substrate; a reset means for resetting signal charges accumulated by the photoelectric conversion; an amplification transistor modulated by the signal charges; A row selecting means for selecting a row to be read in reading a signal current from the amplifying transistor, wherein the row selecting means has the same conductivity type low-concentration impurity as the semiconductor substrate. A row select channel structure comprising layers,
A first structure in which the potential of the row selection channel structure is modulated by the potential of the drain of the amplification transistor; and a reset channel structure in which the structure of the reset means is a low-concentration impurity layer of the same conductivity type as the semiconductor substrate. A solid-state imaging device having at least one of a second configuration in which a potential of the reset channel structure is modulated by a potential of a drain of the amplification transistor.
【請求項2】 前記第1と第2の両方の構成を有し、前
記行選択チャネル構造のチャネル長(Ls)が、前記リ
セットチャネル構造のチャネル長(Lr)より短い(L
s<Lr)、あるいは前記行選択チャネル構造のチャネ
ル不純物濃度(Ns)が、前記リセットチャネル構造の
チャネル不純物濃度(Nr)より低い(Ns<Nr)こ
とを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
2. The semiconductor device having both the first and second configurations, wherein a channel length (Ls) of the row selection channel structure is shorter than a channel length (Lr) of the reset channel structure (Lr).
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein s <Lr, or a channel impurity concentration (Ns) of the row selection channel structure is lower (Ns <Nr) than a channel impurity concentration (Nr) of the reset channel structure. apparatus.
【請求項3】 半導体基板上に形成された光電変換のた
めの光電変換手段と、 前記光電変換により蓄積された信号電荷をリセットする
リセット手段と、 上記信号電荷により変調される増幅トランジスタと、 この増幅トランジスタからの信号電流を読み出すにあた
って、読み出すべき行を選択する行選択手段と、 を具備する固体撮像装置であって、 上記行選択手段の構造が、半導体基板と同一の導電型の
低濃度不純物層からなる行選択チャネル構造であって、
この行選択チャネル構造の電位が、前記増幅トランジス
タのドレインの電位により変調され、かつ、上記リセッ
ト手段の構造が、半導体基板と同一の導電型の低濃度不
純物層からなるリセットチャネル構造であって、このリ
セットチャネル構造の電位が、前記増幅トランジスタの
ドレインの電位により変調される固体撮像装置を駆動す
るための駆動装置であって、 前記行選択のためのパルスと、上記リセットのためのパ
ルスを、前記増幅トランジスタのドレイン電圧に重畳さ
せる重畳手段を有し、この重畳されたパルスにより前記
固体撮像装置を駆動するようにしたことを特徴とする固
体撮像装置の駆動装置。
3. A photoelectric conversion means for photoelectric conversion formed on a semiconductor substrate, reset means for resetting signal charges accumulated by the photoelectric conversion, and an amplification transistor modulated by the signal charges. A row selecting means for selecting a row to be read in reading a signal current from the amplifying transistor, wherein the row selecting means has the same conductivity type low-concentration impurity as the semiconductor substrate. A row select channel structure comprising layers,
The potential of the row selection channel structure is modulated by the potential of the drain of the amplification transistor, and the structure of the reset means is a reset channel structure made of the same conductivity type low concentration impurity layer as the semiconductor substrate, A drive device for driving a solid-state imaging device in which the potential of the reset channel structure is modulated by the potential of the drain of the amplification transistor, wherein the pulse for row selection and the pulse for reset are: A driving apparatus for a solid-state imaging device, comprising: superposition means for superimposing on a drain voltage of the amplification transistor, wherein the superimposed pulse drives the solid-state imaging device.
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