JPH05328225A - 増幅型固体撮像装置 - Google Patents
増幅型固体撮像装置Info
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Abstract
度の向上および分光感度特性の適正化を可能とした増幅
型固体撮像装置を提供する。 【構成】 マトリクス状に2次元配置された複数の画素
の各々を、N型半導体基板11の基板表面側にN+ 不純
物領域からなるソース領域12を形成し、その周りには
P+ 型不純物領域からなる環状のゲート領域13を深さ
方向に幅細くかつ深く形成し、さらにソース領域12と
環状のゲート領域13に取り囲まれるようにP型のセン
サ領域14を形成し、基板表面をソース、基板裏面をド
レインとする縦型JFET構造とする。
Description
関し、特に増幅型固体撮像装置の画素構造に関する。
増幅してから走査して読み出すものであって、その画素
構造には種々のタイプのものがあり、その1タイプとし
てCMD(Charge Modulation Device)型固体撮像装置が
知られている。このCMD型固体撮像装置などでは、単
位画素をMOSフォトトランジスタで構成し、MOSゲ
ートに光電荷を蓄積するMOS‐FET型を採用してい
る。
‐FET型の固体撮像装置では、受光領域にポリシリコ
ンなどからなるゲート電極が配された構成となっている
ので、入射光がゲート電極を透過する際に減衰してしま
い、可視光領域短波長側の感度(青感度)が低下してし
まうという欠点があった。これを防止するために、ゲー
ト電極の厚さを薄くする努力がなされているが、ゲート
電極を薄くするにも限界がある。すなわち、MOS‐F
ET型固体撮像装置においては、ゲート電極に透明電極
を使用しない限り、ゲート電極で入射光の減衰があり、
感度の低下を来すことになる。
のであり、受光領域における入射光の減衰を無くし、感
度の向上および分光感度特性の適正化を可能とした増幅
型固体撮像装置を提供することを目的とする。
撮像装置は、第1導電型の半導体基板に水平及び垂直方
向にマトリクス状に2次元配列されて形成された複数の
画素の各々が、半導体基板の基板表面から深さ方向に環
状に形成された第2導電型の一対のゲート領域と、この
ゲート領域内に位置するように形成された第2導電型の
センサ領域とからなり、半導体基板の基板表面をソー
ス、基板裏面をドレインとした構成となっている。
板表面をソースとし、半導体基板に第2導電型のゲート
領域を環状に埋め込むとともに、このゲート領域内に第
2導電型のセンサを形成することにより、縦型接合FE
T構造の単位画素が構成される。この縦型接合FET構
造の単位画素において、光電変換された電荷はセンサ領
域に蓄積され、センサ領域のポテンシャルが変化する。
このセンサ領域のポテンシャルによってゲート領域とセ
ンサ領域に挟まれたチャネルに流れる電流を制御する。
これにより、このチャネル電流がセンサ領域に蓄積され
た電荷に応じて変化し、各画素の信号として出力され
る。
に説明する。図2は、本発明による増幅型固体撮像装置
であるJ(接合)FET型固体撮像装置の構成図であ
る。図2において、TV(テレビジョン)信号を得るた
めに、例えば、水平768個、垂直492個の画素トラ
ンジスタ21が、平面上にマトリクス状に2次元配列さ
れてイメージセンサ部を構成している。この画素トラン
ジスタ21のゲートは、垂直選択線(…,Vn ,
Vn+1 ,…)22に接続され、ドレインは電源VDDに、
ソースは垂直信号線23にそれぞれ接続されている。
4により、垂直選択線(…,Vn ,Vn+1 ,…)22の
うち、TV信号の水平走査線に相当する画素列の垂直選
択線(Vn )に高い電圧φHを与え、その画素列の画素
トランジスタ21に電流が流れるようにする。垂直選択
線(Vn )以外の垂直選択線(…,Vn-1 ,Vn+1 ,
…)に接続されたその他の画素トランジスタには中位の
電圧φMが印加され、よってこれら画素トランジスタに
電流は流れない。
の各々の一端と水平信号線25の間には、水平スイッチ
26が接続されている。垂直シフトレジスタ24によっ
て選択された画素列の画素トランジスタのうちの1個
が、水平走査回路である水平シフトレジスタ27で選択
された水平スイッチ26により選択され、水平信号線2
5に接続される。
画素トランジスタ21のうちの1個だけが選択され、水
平信号線25の出力端子28に接続された電流検出アン
プ29に画素トランジスタ21の電流が流れ込む。した
がって、TV信号の水平走査および垂直走査に合わせて
水平シフトレジスタ27および垂直シフトレジスタ24
を動作させると、各画素の電流が電流検出アンプ29に
流れ、これにより映像信号が得られる。
装置のイメージセンサ部における1ピクセル(単位画
素)の一実施例の断面構造図である。図1において、N
型半導体基板11の基板表面側には、N+ 不純物領域か
らなるソース領域12が形成されている。ソース領域1
2の周りには、P+ 型不純物領域からなるゲート領域1
3が、平面形状の円環状若しくは矩形環状となるよう
に、深さ方向に幅細くかつ深く形成されている。さら
に、ソース領域12と環状のゲート領域13に取り囲ま
れるようにP型のセンサ領域14が形成されている。そ
して、N型半導体基板11の基板表面がソース、基板裏
面がドレインとなる。以上により、図2に示すように画
素単位で2次元配置された画素トランジスタ21が構成
されている。
たホール(正孔)はセンサ領域14に蓄積され、センサ
領域14のポテンシャル(電位)が変化する。すると、
基板裏面のドレインから基板表面のソースへ、ゲート領
域13とセンサ領域14に挟まれたチャネルを流れるチ
ャネル電流が、センサ領域14に蓄積されたホールに比
例して変化する。すなわち、チャネル電流はセンサ領域
14のポテンシャルで制御されることになる。このチャ
ネル電流が各画素の信号電流としてソースを介して電流
検出アンプ29(図2参照)に出力される。また、過剰
に光電変換されたホールは、センサ領域14からゲート
領域13に向かってチャネルに直交してオーバーフロー
する。
止するために、センサ領域14に蓄積されたホールを捨
てるリセット動作が行われる。すなわち、信号の読出し
が終了した画素については、その画素トランジスタ21
のゲートに低い電圧φLを与え、センサ領域14に蓄積
されたホールをゲート領域13にパンチスルー動作で排
出する。このとき、センサ領域14のホールは、すべて
ゲート領域13に排出され、空乏化する。その結果、残
像のない映像信号が得られる。
置を駆動するタイミングを、図3に示す。図3におい
て、水平走査期間aの最初の水平ブランキング期間に、
垂直選択線(Vn-1)を低い電圧φLにして既に読み出さ
れたn−1列目の画素をリセットする。水平走査有効期
間では、n列目の画素トランジスタ21のゲートに高い
電圧φHを印加することにより、水平シフトレジスタ2
7および水平スイッチ26によって各画素の出力を順次
水平信号線25から読み出す。このn列目の画素トラン
ジスタ21については、次の水平走査期間bの水平ブラ
ンキング期間にリセットを行う。この信号読出しを全画
素列について繰り返して行うことにより、1枚分の撮像
信号が得られる。
第1導電型の半導体基板の裏面をドレイン、基板表面を
ソースとし、半導体基板に第2導電型のゲート領域を環
状に埋め込むとともに、このゲート領域内に第2導電型
のセンサ領域を形成し、単位画素を縦型接合FET構造
としたことにより、受光領域における入射光の減衰が無
くなるため、感度の向上および分光感度特性の適正化が
図れる効果がある。
ランジスタのゲートにリセット電圧を印加し、センサ領
域に蓄積された電荷をゲート領域に捨てるようにしたこ
とにより、残像のない映像信号を得ることができる効果
もある。
ジセンサ部における1ピクセル(単位画素)の一実施例
の断面構造図である。
T型固体撮像装置の構成図である。
イミングを示すタイミングチャートである。
Claims (4)
- 【請求項1】 第1導電型の半導体基板に水平及び垂直
方向にマトリクス状に2次元配列されて形成された複数
の画素の各々が、 前記半導体基板の基板表面から深さ方向に環状に形成さ
れた第2導電型のゲート領域と、 前記ゲート領域内に位置するように形成された第2導電
型のセンサ領域とからなり、 前記半導体基板の基板表面をソース、基板裏面をドレイ
ンとしたことを特徴とする増幅型固体撮像装置。 - 【請求項2】 前記ゲート領域と前記センサ領域の間の
領域を、ドレインからソースへチャネル電流が流れるこ
とを特徴とする請求項1記載の増幅型固体撮像装置。 - 【請求項3】 信号読出しが終了した画素の前記ゲート
領域にリセット電圧を印加することにより、前記センサ
領域に蓄積された電荷を前記ゲート領域に捨てることを
特徴とする請求項1記載の増幅型固体撮像装置。 - 【請求項4】 過剰に光電変換されて前記センサ領域に
蓄積された電荷を、前記ゲート領域に向かってチャネル
に直交してオーバーフローすることを特徴とする請求項
1記載の増幅型固体撮像装置。
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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