JP3579194B2 - Driving method of solid-state imaging device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は増幅型MOSセンサを用いた固体撮像装置に係り、特にセル構成を簡単にすると共に、高解像度を得ることが可能な固体撮像装置の駆動方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、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が開発されている。この装置は、増幅型固体撮像装置と称されるもので、画素数の増加やイメージサイズの縮小による画素サイズの縮小に適した固体撮像装置として期待されている。
【0003】
図14は、従来の固体撮像装置の構成を示した図である。
図14に於いて、単位セルはフォトダイオード1、読出しトランジスタ2、増幅トランジスタ3、リセットトランジスタ4、アドレストランジスタ5から成り、ソース線6に接続されたロードトランジスタ7は信号線8を通じて増幅トランジスタ3とソースフォロワ回路を構成している。増幅トランジスタ3とアドレストランジスタ5は、ソース/ドレイン(S/D)部9により接続されている。
【0004】
垂直レジスタ10からは、アドレス線11、読出し線12、ドレイン線13、が配線されており、アドレス線11はアドレストランジスタのゲートに、読出し線12は読出しトランジスタ2のゲートに、そしてドレイン線13はアドレストランジスタ5とリセットトランジスタ4のドレインに接続されている。また、信号線8は、サンプル/ホールド線14が接続されたサンプル/ホールドトランジスタ(SHTr)15を介して、蓄積容量16と接続される。信号電荷は、水平レジスタ17より水平トランジスタ18に読出しパルスを印加することにより、信号出力線19へと出力される。
【0005】
図15は、このような従来構造の固体撮像装置を駆動するときのタイミングチャートである。水平ブランキングHBLK内をt 〜t11に分割して説明する。先ず、選択されるアドレス線11′がハイ(Hi)レベルにされて(t )、読出し線12′がHiにされてリセットトランジスタ4と読出しトランジスタ2がオンされることにより、1ライン前の画素列Bがリセットされると同時に、現在選択されている画素列Aの信号が読出される(t )。
【0006】
その後、サンプルホールド線14がオンされることで(t )、信号が蓄積容量16に蓄えられる。そして、信号有効期間中に水平レジスタ17より水平トランジスタ18に読出しパルスが印加されることにより、信号が信号出力線19に出力される。
【0007】
図16は、読出しトランジスタ7、増幅トランジスタ3、アドレストランジスタ5を1断面に構成したセル部断面形状を示した図である。
電荷はソース線6から注入され、読出しトランジスタ7、信号線8、増幅トランジスタ3を通り、更にS/D部9、アドレストランジスタ5を通ってドレイン線13へと排出される。尚、20は基板である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
図17は、図16の断面部の電位分布図で、(a)及び(b)はそれぞれセル選択時及び非選択時について示した図である。
図17(a)に示されるように、セルが選択されているときは、電荷はソース線6から注入され、読出しトランジスタ7、信号線8、増幅トランジスタ3を通り、更にS/D部9、アドレストランジスタ5を通ってドレイン線13へと排出される。このとき、増幅トランジスタ3には信号電圧が印加されるので、信号線8には、その電圧に応じた出力が出る。
【0009】
一方、図17(b)に示されるように、セルが選択されていないときには、アドレストランジスタ5がオフされているので、電荷はソース線6から注入され、読出しトランジスタ7、信号線8まで流れるが、ドレイン線13には流れず、信号線8、増幅トランジスタ3、S/D部9はフローティングになっている。このため、この部分の電位は、他の選択されたセルの信号電位により変化する。
【0010】
このように、従来のセル構造ではアドレストランジスタを使用していたために、フォトダイオードの開口率を大きく取れないという問題があった。
したがってこの発明は上記実状に鑑みてなされたもので、セル内で使用するトランジスタ数を減らしてセル構成を簡単化し、光電変換部の開口率を大きく取ることのできる固体撮像装置の駆動方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
すなわちこの発明は、半導体基板上に少なくともフォトダイオード、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、信号電荷読出しトランジスタを有した単位セルを行列2次元状に配置してなる撮像領域と、この撮像領域の読出し行を選択する垂直選択手段と、選択された行に相当する上記フォトダイオードの検出信号を読出す列方向に配置された複数の垂直信号線と、該垂直信号線から行方向に配置された水平信号線に検出信号を順次読出す水平トランジスタを備えた固体撮像装置の駆動方法に於いて、上記単位セルを選択するのに、ある選択された行のみの全セルに於いて、リセットトランジスタをオンして該リセットトランジスタのドレイン電圧を増幅トランジスタのゲートに印加し、非選択行の増幅トランジスタのゲート電圧よりも高い電圧に設定して行うことを特徴とする。
【0014】
この発明の固体撮像装置の駆動方法にあっては、セルの選択、非選択がリセットトランジスタを介して行われる。
また、この発明によれば、読出しトランジスタのチャネル幅が、フォトダイオード側よりも増幅回路側の方が大きいので、ナローチャネル効果の結果、読出しトランジスタのゲート下のチャネルポテンシャルは増幅回路側の方が高くなる。したがって、読出しトランジスタのチャネルを通過する信号電荷は、このポテンシャル差によっても移動するので、拡散のみによって流れる場合よりも読出し時間が短くなる。
【0015】
更にこの発明にあっては、信号電流の読出し用の配線と信号電荷の排出用の配線のうち、1本分の配線幅でしかフォトダイオードの開口率を制限しなくなるので、従来よりもフォトダイオードの開口率を大きくすることが可能である。
また、同様の積層型撮像素子においては、素子を微細化しても、ドレイン線と信号線を配線できるようになる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
図1は、この発明の第1の実施の形態に於ける固体撮像装置の構成を示した図である。
【0017】
図1に於いて、単位セルは、フォトダイオード21、読出しトランジスタ22、増幅トランジスタ23、リセットトランジスタ24から成っており、ソース線25に接続された読出しトランジスタ26は、信号線27を通じて増幅トランジスタ23とソースフォロワ回路を構成している。
【0018】
垂直レジスタ28からは、読出し線29、ドレイン線30、リセットアドレス線31が配線されており、読出し線29は読出しトランジスタ22のゲートに、ドレイン線30は増幅トランジスタ23とリセットトランジスタ24のドレインに、そしてリセットアドレス線31はリセットトランジスタ24のゲートに接続されている。また、信号線27は、サンプル/ホールド線32に接続されたサンプル/ホールドトランジスタ(SHTr)33を介して、蓄積容量34と接続される。信号電荷は、水平レジスタ35より水平トランジスタ36に読出しパルスが印加されることにより、信号出力線37へと出力される。
【0019】
次に、図2に示されるタイミングチャートを参照して、第1の実施の形態に於けるデバイスを駆動するときの動作を説明する。
水平ブランキングHBLK内をt21〜t31に分割する。先ず、選択する画素列Aのドレイン線30′がHiにされ(t22)、その後リセットアドレス線31′がオフされる(t23)。そして、読出し線29′がHiにされる(t24)。このとき、選択されていない画素列Bは、リセットアドレス線31がHiにされてドレイン線30がロー(Low)レベルにされている。
【0020】
その後、サンプル/ホールド線32がオンされることで(t26)、信号が蓄積容量34に蓄えられる。そして、信号有効期間中に水平レジスタ35から水平トランジスタ36に読出しパルスが印加されることにより、信号が信号出力線37へと出力される。
【0021】
図3は、読出しトランジスタ26、増幅トランジスタ23を1断面に構成したセル部断面形状を示した図である。
電荷は、ソース線25より注入され、読出しトランジスタ26、信号線27、増幅トランジスタ23を通り、ドレイン線30へと排出される。
【0022】
図4は、図3の断面部の電位分布図で、(a)及び(b)はそれぞれセル選択時及び非選択時について示した図である。
図4(a)に示されるように、セルが選択されているときは、電荷はソース線25より注入され、読出しトランジスタ26、信号線27、増幅トランジスタ23を通ってドレイン線30へと排出される。このとき、増幅トランジスタ23には信号電圧が印加されるので、信号線27には、その電圧に応じた出力が出る。
【0023】
一方、図4(b)に示されるように、セルが選択されていないときには、増幅トランジスタ23がオフされているので、電荷はソース線25より注入され、読出しトランジスタ26、信号線27まで流れるが、ドレイン線30には流れず、信号線27はフローティングになっている。このため、この部分の電位は、他の選択されたセルの信号電位により変化する。
【0024】
このように、第1の実施の形態によれば、セル内にアドレストランジスタが不要になるので、開口率を大きく取ることが可能になる。
ここで、基本的な固体撮像装置のパターン例を図5に示す、また、図6は、図5に示された固体撮像装置の単位セルの回路構成図である。
【0025】
図6に於いて、信号電荷は、フォトダイオード40から読出しトランジスタ41を経て増幅トランジスタ42のゲートに読出され、垂直選択信号Yによって垂直選択トランジスタ43が選択されたとき、増幅された信号が読出される。フォトダイオード40から読出された信号電荷は、次のフィールドの信号電荷が読出される前に、充放電トランジスタ44を経てドレインに捨てられる。
【0026】
このこととを、図5に示される平面パターンを用いて説明すると以下のようになる。
すなわち、垂直シフトレジスタから水平方向に配線されている水平アドレス線45は、垂直選択トランジスタ43のゲートに接続され、信号を読出すラインを選択する。同様に、垂直シフトレジスタから水平方向に配線されるリセット線46、読出し線47は、それぞれリセットトランジスタ44のゲート、読出しトランジスタ41のゲートに接続されている。増幅トランジスタ42のドレインは、垂直方向に配置された垂直信号線に層間コンタクト48を経て接続されている。
【0027】
上記フォトダイオード40に蓄積された信号電荷は、読出しトランジスタ41がオンされるとドレインに読出される。このドレインは、層間コンタクト49を経て増幅トランジスタ42のゲート50に電気的に接続されているので、ゲート50の電位が変化する。垂直選択トランジスタ43がオンされると、増幅された信号は層間コンタクト48を経て、垂直信号線に読出される。
【0028】
また、フォトダイオード40から読出された増幅トランジスタ42のゲートを変調している信号電荷は、次のフィールドの信号電荷が読出される前に、充放電トランジスタ44を経てドレインに捨てられる。充放電トランジスタ44のドレインは、隣接する単位セルの増幅トランジスタのドレインと共通になっており、層間コンタクト51を経て電源線に繋がっている。
【0029】
尚、図5では簡単のために、素子形成領域とゲートポリシリコンと層間コンタクトのパターンのみを示しているが、実際には第2層ポリシリコンやアルミ配線も存在している。
【0030】
このとき、読出しトランジスタ41のチャネル幅を見ると、フォトダイオード40側のチャネル幅もドレイン側のチャネル幅も同じになっている。
このように、基本的な固体撮像装置では、フォトダイオードと増幅回路の間のMOS形読出しトランジスタに関して、読出しトランジスタのチャネルポテンシャルがチャネル方向に渡って一定であった。このため、チャネル内を走行する信号電荷は拡散のみで移動し、読出しが終了するまでに時間がかかっており、これが素子の多画素化を妨げる要因の1つとなっていた。そこで、読出しトランジスタを用いたフォトダイオードからの信号電荷の読出し時間を短くするために、読出しトランジスタのチャネル幅について、フォトダイオード側よりも増幅回路側の方を大きくすることが考えられる。
【0031】
図7は、この発明の第2の実施の形態に係る固体撮像装置の平面図である。この図7に示される固体撮像装置の単位セルの構成図は図6と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【0032】
図7に於いて、垂直シフトレジスタから水平方向に配線されている水平アドレス線45は、垂直選択トランジスタ43のゲートに接続され、信号を読出すラインを選択する。同様に、垂直シフトレジスタから水平方向に配線されるリセット線46、読出し線47は、それぞれリセットトランジスタ44のゲート、読出しトランジスタ41′のゲートに接続されている。増幅トランジスタ42のドレインは、垂直方向に配置された垂直信号線に層間コンタクト48を経て接続されている。
【0033】
フォトダイオード40に蓄積された信号電荷は、読出しトランジスタ41′がオンされるとドレインに読出される。このドレインは、層間コンタクト49を経て増幅トランジスタ42のゲート50に電気的に接続されているので、ゲート50の電位が変化する。
【0034】
また、垂直選択トランジスタ43がオンされると、増幅された信号は層間コンタクト49を経て垂直信号線に読出される。フォトダイオード40から読出された増幅トランジスタ42のゲート50を変調している信号電荷は、次のフィールドの信号電荷が読出される前に、充放電トランジスタ44を経てドレインに捨てられる。
【0035】
充放電トランジスタ44のドレインは、隣接する単位セルの増幅トランジスタ42のドレインと共通になっており、層間コンタクト51を経て電源線に繋がっている。尚、図7では簡単のために、素子形成領域とゲートポリシリコンと層間コンタクトのパターンのみを示しているが、実際には第2層ポリシリコンやアルミ配線も存在している。
【0036】
このとき、読出しトランジスタ41′のチャネル幅を見ると、フォトダイオード40側のチャネル幅よりも、ドレイン側のチャネル幅の方が広く形成されている。
【0037】
図8は、第2の実施の形態の効果を簡単に説明するもので、(a)は読出しトランジスタ41′のパターンを示す平面図、(b)は同図(a)I−I線に沿った断面図、(c)はそのチャネルポテンシャルを表わす図である。
【0038】
図8(a)及び(b)に於いて、フォトダイオード40がソース、第1層ポリシリコンがゲート電極53となっている。フォトダイオード40で生じた信号電荷は、トランジスタのオンと共にドレイン54に読出される。尚、55は読出しトランジスタのドレインと図示されない上層の配線とを接続するコンタクトであり、56はP型基板、57はN型不純物拡散層、58はゲート酸化膜、そして59はLOCOS領域である。
【0039】
図8(c)に於いて、ゲート電極53の下方では、IからI′方向に行くに従ってチャネル幅が広くなっている(W <W )。それ故、ナローチャネル効果によりチャネルポテンシャルが低くなる(図8(c)では上方になる)。この結果、チャネルを通過する信号電荷は、ポテンシャル差によってもドレイン方向に加速を受けることになる。したがって、拡散のみで流れる従来例と比較して、読出し時間を短くすることが可能となる。
【0040】
このように、第2の実施の形態によれば、読出しトランジスタのチャネル幅が、フォトダイオード側よりも増幅回路側の方が大きいので、ナローチャネル効果の結果、読出しトランジスタのゲート下のチャネルポテンシャルは増幅回路側の方が高くなる。したがって、読出しトランジスタのチャネルを通過する信号電荷はこのポテンシャル差によっても移動するので、拡散のみによって流れる場合よりも、読出し時間が短くなる。
【0041】
ところで、フォトダイオードの開口率を大きくするために、信号線とドレイン線の配線を重ねて構成しても良い。
すなわち、増幅型固体撮像装置に於ける画素の基本構成は、フォトダイオード、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、ライン選択トランジスタ、或いは容量結合、そして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である。
【0042】
また、光電変換した信号電荷を一時蓄積する場合には、フォトダイオードとは異なる領域に蓄積ダイオードを設け、フォトダイオードと蓄積ダイオードとの間に転送ゲートを設けている。
【0043】
更に、増幅トランジスタで増幅された信号を読出すための信号線と、信号電荷をリセット、排出するためのドレイン線が、それぞれ配線されている。通常、信号線とドレイン線は、それぞれ、独立に2本配線されている。
【0044】
素子を微細化して、光電変換部をトランジスタや信号線、ドレイン線の上部に蓄積した構造の固体撮像素子に於いては、画素電極と蓄積部との電気的導通を得るために、信号線を形成する層とドレイン線を形成する層とを、同じ層で金属のキャップを形成しなければならない。このため、信号線、ドレイン線を形成するとき、上記金属キャップと電気的に接触しないようにするという制約がある。
【0045】
このような増幅型固体撮像装置では、信号線とドレイン線の配線を独立に配線していた。しかしながら、上記配線を独立した構造では、素子の微細化を行うにあたり、信号線とドレイン線の2本の配線によりフォトダイオード部の開口率を制限してしまう。
【0046】
また、光電変換部を最上部に積層した構造の撮像装置では、信号線とドレイン線を重ならないように独立に配線するだけのスペースが無くなるという問題がある。つまり、微細な素子を形成するとき、信号線とドレイン線を重ねないで配線することが不可能になる。
【0047】
このため、以下に述べる実施の形態では、信号線とドレイン線を重ねた構成によりフォトダイオードの開口率を大きくした例を説明する。
図9は、この発明の第3の実施の形態を示すもので、増幅型固体撮像素子の1画素分について、増幅された信号電流を読出すための配線(信号線)と信号電荷を排出するための配線(ドレイン線)の配置構成を示した図である。また、図10は、図9の増幅型固体撮像素子の配線配置についての半面配置を示した図である。更に、図11はこの増幅型固体撮像素子の等価回路図である。
【0048】
この増幅型固体撮像素子に於いて、p型シリコン半導体基板61の表面層に、p 層(素子分離領域)62、p++層(フォトダイオード)63が形成される。このフォトダイオード63では、信号電荷が発生される。そして、フォトダイオード63と電気的接触のためのコンタクトホールが形成された後、フォトダイオード63と増幅トランジスタ64のゲートと電気的接触を得るように形成される。このとき、増幅トランジスタ64及び信号電荷を排出するためのリセットトランジスタ65が形成される領域にn層が形成される。
【0049】
そして、ソース、ドレインが形成され、電気的接触を有するためのコンタクトホールが形成される。その後、トランジスタのゲートを形成するためにポリシリコンが堆積され、所望の形状に加工されて増幅トランジスタ64とリセットトランジスタ65が形成される。更に、信号電荷を蓄積するために、ポリシリコンとSiO /SiN/SiO (絶縁層)により、キャパシタ66が形成される。
【0050】
このようにして、増幅型固体撮像素子の素子部分が形成される。
次いで、増幅型固体撮像装置の素子部分が形成された後、信号電流を読出すための配線である信号線67と、信号電荷を排出するための配線であるドレイン線68とが配線される。このとき、ドレイン線68が形成されるため、例えばアルミニウム(Al)薄膜がスパッタリングにより形成される。そして、パターニング、RIE(反応性イオンエッチング)法等により、所望の形状に加工されてドレイン線68が形成される。
【0051】
次に、シリコン酸化膜69が積層される。このシリコン酸化膜69は、絶縁層としてドレイン線68を保護し、また、他の部分との電気的な接触を防ぐ役割を担うものである。そして、信号線67が形成されるために、例えばAl薄膜がスパッタリング法等により堆積される。この後、先に形成されたドレイン線68に重なるようにレジストがパターニングされ、RIE法により信号線67が加工される。
【0052】
これにより、図10に示されるように、信号線67がドレイン線68の上部に重なるように形成される。尚、70はアドレス線であり、71はリセット線である。
【0053】
また、レジストのパターニングを行う際、信号線67の幅がドレイン線68の幅よりも小さくなるようにパターニングすることも好ましい。この理由は、信号線67を覆っているレジストをパターニングする際、合わせずれに起因して信号線67がドレイン線68の外側にはみ出し、段差を生じて、電気的な導通不良を起こすことを無くすことができるからである。
【0054】
このように、図9に示されるように、信号電流を読出すための配線(信号線67)と、信号電荷を排出するための配線(ドレイン線68)の2本を重ねる構造に配設することにより、フォトダイオード63の開口率を制限する配線幅を1本分の幅とすることができる。この結果、フォトダイオード68の開口率を向上させることができるので、高感度化することができる。
【0055】
尚、上述した第3の実施の形態では、配線材料としてAl(アルミニウム)を用いているが、その他、例えばタングステン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)等の金属、或いは該金属を少なくとも1種類以上含む金属合金、シリザイド化合物を初めとする化合物を用いることもできる。
【0056】
次に、この発明の第4の実施の形態について説明する。
図12及び図13は、光電変換部を積層した構造の増幅型固体撮像素子について示したもので、図12は増幅型固体撮像素子の1画素分についての信号線とドレイン線の配置構成を示した図、図13は図12の増幅型固体撮像素子の配線配置についての半面配置を示した図である。
【0057】
上述した第3の実施の形態と同様に、先ず素子部分から形成される。尚、このとき、第3の実施の形態の光電変換部となる部分でも一部電荷を蓄積することができる。
【0058】
そして、信号電荷を蓄積部73に運ぶために、絶縁層74にRIE等を用いて公が形成され、タングステンCVD等により金属の柱(プラグ)75が形成される。この後、スパッタリング法等により、Al(アルミニウム)膜が、例えば400nm堆積されて、レジストのパターニング、RIE等によって所望の形状に形成される。これにより、ドレイン線76と金属キャップ77が同時に形成される。
【0059】
この後、シリコン酸化膜74が堆積され、再度、レジストのパターニング、RIE、金属膜の堆積等が繰返されて、金属プラグ78上に信号線79及び金属キャップ80が形成される。このとき、信号線79と同層で金属キャップ80が形成されるので、信号線79と金属キャップ80が電気的に接触しないようにしなければならない。このため、信号線79と金属キャップ80の間には、0.6μm以上の間隔を保って電気的に接触する危険性を避けるようにする。
【0060】
このため、図12からも分かるように、信号線79は、ドレイン線76の上に重ならないように配線することはできない。つまり、信号線79とドレイン線76は、重ねられた構造にしなくてはならない。
【0061】
信号線まで形成された後は、再度シリコン酸化膜74が堆積され、RIEによる加工、金属膜の堆積加工が行われて金属プラグ81が形成される。この後、例えば、Ti等の金属が堆積され、RIE等による形状加工が行われて画素電極82が形成される。
【0062】
最後に、光電変換層83として、例えばアモルファスSi膜が堆積され、光電変換層83上、すなわち最上部に、例えばITO等で構成される透明電極84が堆積される。
【0063】
尚、85は増幅トランジスタ、86はアドレス線であり、87はリセット線である。
このように、第4の実施の形態によれば、光電変換部を信号線、ドレイン線等の配線よりも上方に配設したので、開口率を制限されることはない。
【0064】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、セル内で使用するトランジスタ数を減らしてセル構成を簡単化し、光電変換部の開口率を大きく取ることのできる固体撮像装置の駆動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態に於ける固体撮像装置の構成を示した図である。
【図2】第1の実施の形態に於けるデバイスを駆動するときの動作を説明するタイミングチャートである。
【図3】読出しトランジスタ26、増幅トランジスタ23を1断面に構成したセル部断面形状を示した図である。
【図4】図3の断面部の電位分布図で、(a)及び(b)はそれぞれセル選択時及び非選択時について示した図である。
【図5】基本的な固体撮像装置のパターン例を示した図である。
【図6】図5に示された固体撮像装置の単位セルの回路構成図である。
【図7】この発明の第2の実施の形態に係る固体撮像装置の平面図である。
【図8】第2の実施の形態の効果を簡単に説明するもので、(a)は読出しトランジスタ41′のパターンを示す平面図、(b)は同図(a)I−I線に沿った断面図、(c)はそのチャネルポテンシャルを表わす図である。
【図9】この発明の第3の実施の形態を示すもので、増幅型固体撮像素子の1画素分について、増幅された信号電流を読出すための配線(信号線)と信号電荷を排出するための配線(ドレイン線)の配置構成を示した図である。
【図10】図9の増幅型固体撮像素子の配線配置についての半面配置を示した図である。
【図11】この増幅型固体撮像素子の等価回路図である。
【図12】光電変換部を積層した構造の増幅型固体撮像素子の1画素分についての信号線とドレイン線の配置構成を示した図である。
【図13】光電変換部を積層した構造の増幅型固体撮像素子について示したもので、図12の増幅型固体撮像素子の配線配置についての半面配置を示した図である。
【図14】従来の固体撮像装置の構成を示した図である。
【図15】従来構造の固体撮像装置を駆動するときのタイミングチャートである。
【図16】読出しトランジスタ7、増幅トランジスタ3、アドレストランジスタ5を1断面に構成したセル部断面形状を示した図である。
【図17】図16の断面部の電位分布図で、(a)及び(b)はそれぞれセル選択時及び非選択時について示した図である。
【符号の説明】
21、40 フォトダイオード、
22 読出しトランジスタ、
23、42 増幅トランジスタ、
24 リセットトランジスタ、
25 ソース線、
26、41、41′ 読出しトランジスタ、
27 信号線、
28 垂直レジスタ、
29、47 読出し線、
30 ドレイン線、
31 リセットアドレス線、
32 サンプル/ホールド線、
33 サンプル/ホールドトランジスタ、
34 蓄積容量、
35 水平レジスタ、
36 水平トランジスタ、
37 信号出力線、
43 垂直選択トランジスタ、
44 充放電トランジスタ、
45 水平アドレス線、
46 リセット線、
48、49、51 層間コンタクト、
50 ゲート。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging device using an amplifying MOS sensor, and particularly to a solid-state imaging device capable of simplifying a cell configuration and obtaining high resolution. Set The present invention relates to a driving method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, solid-state imaging devices have been developed in which the potential of a signal charge storage unit is modulated by signal charges generated by photoelectric conversion, and an amplification transistor inside the pixel is modulated by the potential, thereby providing an amplification function inside the pixel. . This device is called an amplifying solid-state image pickup device, and is expected as a solid-state image pickup device suitable for reducing the pixel size by increasing the number of pixels or reducing the image size.
[0003]
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of a conventional solid-state imaging device.
In FIG. 14, the unit cell includes a photodiode 1, a read transistor 2, an amplification transistor 3, a reset transistor 4, and an address transistor 5, and a load transistor 7 connected to a source line 6 is connected to the amplification transistor 3 through a signal line 8. A source follower circuit is configured. The amplification transistor 3 and the address transistor 5 are connected by a source / drain (S / D) section 9.
[0004]
From the vertical register 10, an address line 11, a read line 12, and a drain line 13 are wired. The address line 11 is the gate of the address transistor, the read line 12 is the gate of the read transistor 2, and the drain line 13 is The drains of the address transistor 5 and the reset transistor 4 are connected. The signal line 8 is connected to the storage capacitor 16 via a sample / hold transistor (SHTr) 15 to which the sample / hold line 14 is connected. The signal charge is output to the signal output line 19 by applying a read pulse from the horizontal register 17 to the horizontal transistor 18.
[0005]
FIG. 15 is a timing chart for driving such a conventional solid-state imaging device. T in horizontal blanking HBLK 1 ~ T 11 This will be described separately. First, the selected address line 11 'is set to the high (Hi) level (t 2 ) When the readout line 12 ′ is set to Hi and the reset transistor 4 and the readout transistor 2 are turned on, the pixel column B one line before is reset, and at the same time, the signal of the currently selected pixel column A is Read out (t 3 ).
[0006]
Thereafter, the sample hold line 14 is turned on (t 7 ), The signal is stored in the storage capacitor 16. Then, a read pulse is applied from the horizontal register 17 to the horizontal transistor 18 during the signal valid period, whereby a signal is output to the signal output line 19.
[0007]
FIG. 16 is a diagram showing a cross-sectional shape of the cell portion in which the read transistor 7, the amplification transistor 3, and the address transistor 5 are formed in one cross section.
Charge is injected from the source line 6, passes through the read transistor 7, the signal line 8, and the amplification transistor 3, and is further discharged to the drain line 13 through the S / D unit 9 and the address transistor 5. Reference numeral 20 denotes a substrate.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 17 is a potential distribution diagram of the cross section of FIG. 16, and (a) and (b) are diagrams showing the cell selection time and the non-selection time, respectively.
As shown in FIG. 17A, when a cell is selected, electric charge is injected from the source line 6, passes through the read transistor 7, the signal line 8, and the amplification transistor 3, and further, the S / D section 9, It is discharged to the drain line 13 through the address transistor 5. At this time, since a signal voltage is applied to the amplification transistor 3, an output corresponding to the voltage is output to the signal line 8.
[0009]
On the other hand, as shown in FIG. 17B, when the cell is not selected, the address transistor 5 is turned off, so that charge is injected from the source line 6 and flows to the read transistor 7 and the signal line 8. The signal line 8, the amplification transistor 3, and the S / D unit 9 are in a floating state without flowing through the drain line 13. For this reason, the potential of this portion varies depending on the signal potential of other selected cells.
[0010]
As described above, since the conventional cell structure uses the address transistor, there is a problem that the aperture ratio of the photodiode cannot be increased.
Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and a solid-state imaging device capable of simplifying the cell configuration by reducing the number of transistors used in the cell and increasing the aperture ratio of the photoelectric conversion unit. Driving method The purpose is to provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention selects an imaging region in which unit cells each having at least a photodiode, a reset transistor, an amplification transistor, and a signal charge readout transistor are arranged in a two-dimensional matrix on a semiconductor substrate, and a readout row of the imaging region. A plurality of vertical signal lines arranged in the column direction for reading out the detection signals of the photodiodes corresponding to the selected row, and horizontal signal lines arranged in the row direction from the vertical signal lines. In a driving method of a solid-state imaging device having a horizontal transistor for sequentially reading detection signals, the unit cell is selected by turning on reset transistors in all cells in only a selected row. The drain voltage of the reset transistor is applied to the gate of the amplification transistor. Applied, To a voltage higher than the gate voltage of the amplification transistor of the non-selected row It is characterized by setting.
[0014]
In the driving method of the solid-state imaging device according to the present invention, selection and non-selection of the cell are performed via the reset transistor.
In addition, according to the present invention, the channel width of the read transistor is larger on the amplifier circuit side than on the photodiode side. As a result of the narrow channel effect, the channel potential below the gate of the read transistor is higher on the amplifier circuit side. Get higher. Therefore, since the signal charge passing through the channel of the read transistor moves also due to this potential difference, the read time is shorter than when it flows only by diffusion.
[0015]
Further, according to the present invention, the aperture ratio of the photodiode is limited only by one wiring width among the signal current reading wiring and the signal charge discharging wiring. It is possible to increase the aperture ratio.
Further, in the same multilayer image sensor, the drain line and the signal line can be wired even if the element is miniaturized.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
[0017]
In FIG. 1, the unit cell includes a photodiode 21, a read transistor 22, an amplification transistor 23, and a reset transistor 24. A read transistor 26 connected to a source line 25 is connected to the amplification transistor 23 through a signal line 27. A source follower circuit is configured.
[0018]
From the vertical register 28, a read line 29, a drain line 30, and a reset address line 31 are wired. The read line 29 is connected to the gate of the read transistor 22, and the drain line 30 is connected to the drains of the amplifying transistor 23 and the reset transistor 24. The reset address line 31 is connected to the gate of the reset transistor 24. The signal line 27 is connected to the storage capacitor 34 via a sample / hold transistor (SHTr) 33 connected to the sample / hold line 32. The signal charge is output to the signal output line 37 when a read pulse is applied from the horizontal register 35 to the horizontal transistor 36.
[0019]
Next, the operation when driving the device in the first embodiment will be described with reference to the timing chart shown in FIG.
T in horizontal blanking HBLK 21 ~ T 31 Divide into First, the drain line 30 'of the pixel column A to be selected is set to Hi (t 22 Thereafter, the reset address line 31 'is turned off (t 23 ). Then, the readout line 29 'is set to Hi (t 24 ). At this time, in the unselected pixel column B, the reset address line 31 is set to Hi and the drain line 30 is set to low level.
[0020]
Thereafter, the sample / hold line 32 is turned on (t 26 ), The signal is stored in the storage capacitor 34. A signal is output to the signal output line 37 by applying a read pulse from the horizontal register 35 to the horizontal transistor 36 during the signal valid period.
[0021]
FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional shape of the cell portion in which the reading transistor 26 and the amplifying transistor 23 are configured in one cross section.
Charge is injected from the source line 25, passes through the read transistor 26, the signal line 27, and the amplification transistor 23, and is discharged to the drain line 30.
[0022]
FIG. 4 is a potential distribution diagram of the cross section of FIG. 3, and (a) and (b) are diagrams showing the cell selection time and the non-selection time, respectively.
As shown in FIG. 4A, when a cell is selected, charges are injected from the source line 25 and discharged to the drain line 30 through the read transistor 26, the signal line 27, and the amplification transistor 23. The At this time, since a signal voltage is applied to the amplification transistor 23, an output corresponding to the voltage is output to the signal line 27.
[0023]
On the other hand, as shown in FIG. 4B, when the cell is not selected, the amplification transistor 23 is turned off, so that charge is injected from the source line 25 and flows to the read transistor 26 and the signal line 27. The signal line 27 is in a floating state without flowing through the drain line 30. For this reason, the potential of this portion varies depending on the signal potential of other selected cells.
[0024]
As described above, according to the first embodiment, since an address transistor is not required in the cell, a large aperture ratio can be obtained.
Here, a basic pattern example of the solid-state imaging device is shown in FIG. 5, and FIG. 6 is a circuit configuration diagram of a unit cell of the solid-state imaging device shown in FIG.
[0025]
In FIG. 6, the signal charge is read from the photodiode 40 through the read transistor 41 to the gate of the amplification transistor 42, and when the vertical selection transistor 43 is selected by the vertical selection signal Y, the amplified signal is read out. The The signal charge read from the photodiode 40 is discarded to the drain through the charge / discharge transistor 44 before the signal charge of the next field is read.
[0026]
This can be explained as follows using the plane pattern shown in FIG.
That is, the horizontal address line 45 wired in the horizontal direction from the vertical shift register is connected to the gate of the vertical selection transistor 43 and selects a line for reading a signal. Similarly, the reset line 46 and the readout line 47 wired in the horizontal direction from the vertical shift register are connected to the gate of the reset transistor 44 and the gate of the readout transistor 41, respectively. The drain of the amplifying transistor 42 is connected to a vertical signal line arranged in the vertical direction via an interlayer contact 48.
[0027]
The signal charge accumulated in the photodiode 40 is read to the drain when the read transistor 41 is turned on. Since this drain is electrically connected to the gate 50 of the amplification transistor 42 through the interlayer contact 49, the potential of the gate 50 changes. When the vertical selection transistor 43 is turned on, the amplified signal is read to the vertical signal line via the interlayer contact 48.
[0028]
In addition, the signal charge modulating the gate of the amplification transistor 42 read from the photodiode 40 is discarded to the drain through the charge / discharge transistor 44 before the signal charge of the next field is read. The drain of the charge / discharge transistor 44 is common with the drain of the amplification transistor of the adjacent unit cell, and is connected to the power supply line via the interlayer contact 51.
[0029]
In FIG. 5, for the sake of simplicity, only the element formation region, the gate polysilicon, and the interlayer contact pattern are shown, but in reality, the second layer polysilicon and aluminum wiring are also present.
[0030]
At this time, looking at the channel width of the read transistor 41, the channel width on the photodiode 40 side and the channel width on the drain side are the same.
Thus, in the basic solid-state imaging device, the channel potential of the readout transistor is constant in the channel direction with respect to the MOS readout transistor between the photodiode and the amplifier circuit. For this reason, the signal charge traveling in the channel moves only by diffusion, and it takes time until the reading is completed, which is one of the factors that hinders the increase in the number of pixels in the element. Therefore, in order to shorten the readout time of signal charges from the photodiode using the readout transistor, it is conceivable that the channel width of the readout transistor is made larger on the amplifier circuit side than on the photodiode side.
[0031]
FIG. 7 is a plan view of a solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention. Since the configuration diagram of the unit cell of the solid-state imaging device shown in FIG. 7 is the same as that of FIG. 6, the description thereof is omitted here.
[0032]
In FIG. 7, a horizontal address line 45 wired in the horizontal direction from the vertical shift register is connected to the gate of the vertical selection transistor 43 to select a line for reading a signal. Similarly, the reset line 46 and the readout line 47 wired in the horizontal direction from the vertical shift register are connected to the gate of the reset transistor 44 and the gate of the readout transistor 41 ', respectively. The drain of the amplifying transistor 42 is connected to a vertical signal line arranged in the vertical direction via an interlayer contact 48.
[0033]
The signal charge accumulated in the photodiode 40 is read to the drain when the read transistor 41 'is turned on. Since this drain is electrically connected to the gate 50 of the amplification transistor 42 through the interlayer contact 49, the potential of the gate 50 changes.
[0034]
When the vertical selection transistor 43 is turned on, the amplified signal is read to the vertical signal line through the interlayer contact 49. The signal charge modulating the gate 50 of the amplification transistor 42 read from the photodiode 40 is discarded to the drain via the charge / discharge transistor 44 before the signal charge of the next field is read.
[0035]
The drain of the charge / discharge transistor 44 is common to the drain of the amplification transistor 42 of the adjacent unit cell, and is connected to the power supply line via the interlayer contact 51. In FIG. 7, for the sake of simplicity, only the element formation region, the gate polysilicon, and the interlayer contact pattern are shown, but there are actually second-layer polysilicon and aluminum wiring.
[0036]
At this time, looking at the channel width of the read transistor 41 ′, the channel width on the drain side is formed wider than the channel width on the photodiode 40 side.
[0037]
8A and 8B briefly explain the effects of the second embodiment. FIG. 8A is a plan view showing a pattern of the read transistor 41 ', and FIG. 8B is taken along line II in FIG. Sectional view (c) shows the channel potential.
[0038]
8A and 8B, the photodiode 40 is the source, and the first layer polysilicon is the gate electrode 53. The signal charge generated in the photodiode 40 is read to the drain 54 when the transistor is turned on. Reference numeral 55 denotes a contact for connecting the drain of the read transistor and an upper wiring (not shown), 56 is a P-type substrate, 57 is an N-type impurity diffusion layer, 58 is a gate oxide film, and 59 is a LOCOS region.
[0039]
In FIG. 8C, below the gate electrode 53, the channel width increases in the direction from I to I '(W 1 <W 2 ). Therefore, the channel potential is lowered by the narrow channel effect (upward in FIG. 8C). As a result, the signal charge passing through the channel is accelerated in the drain direction due to the potential difference. Therefore, it is possible to shorten the readout time as compared with the conventional example that flows only by diffusion.
[0040]
Thus, according to the second embodiment, since the channel width of the read transistor is larger on the amplifier circuit side than on the photodiode side, as a result of the narrow channel effect, the channel potential under the gate of the read transistor is The amplifier circuit side is higher. Therefore, since the signal charge passing through the channel of the read transistor moves also by this potential difference, the read time is shorter than when it flows only by diffusion.
[0041]
By the way, in order to increase the aperture ratio of the photodiode, the signal line and the drain line may be overlapped.
That is, the basic configuration of the pixel in the amplification type solid-state imaging device is a photodiode, a reset transistor, an amplification transistor, a line selection transistor, or capacitive coupling, and a wiring connecting the photodiode and the amplification transistor gate.
[0042]
In addition, in the case of temporarily storing signal charges obtained by photoelectric conversion, a storage diode is provided in a region different from the photodiode, and a transfer gate is provided between the photodiode and the storage diode.
[0043]
Further, a signal line for reading the signal amplified by the amplification transistor and a drain line for resetting and discharging the signal charge are wired. Usually, two signal lines and two drain lines are wired independently.
[0044]
In a solid-state imaging device with a structure in which the element is miniaturized and the photoelectric conversion unit is accumulated on top of the transistor, signal line, and drain line, in order to obtain electrical continuity between the pixel electrode and the accumulation unit, A metal cap must be formed from the same layer as the layer to be formed and the layer to form the drain line. For this reason, when forming a signal line and a drain line, there is a restriction that electrical contact with the metal cap is avoided.
[0045]
In such an amplification type solid-state imaging device, signal lines and drain lines are wired independently. However, in the structure in which the wirings are independent, the aperture ratio of the photodiode portion is limited by the two wirings of the signal line and the drain line when the element is miniaturized.
[0046]
In addition, the imaging device having a structure in which the photoelectric conversion unit is stacked on the uppermost portion has a problem that there is no space for independent wiring so that the signal line and the drain line do not overlap. That is, when forming a fine element, it becomes impossible to wire without overlapping the signal line and the drain line.
[0047]
Therefore, in the embodiment described below, an example in which the aperture ratio of the photodiode is increased by a configuration in which the signal line and the drain line are overlapped will be described.
FIG. 9 shows a third embodiment of the present invention, in which a wiring (signal line) for reading an amplified signal current and a signal charge are discharged for one pixel of an amplification type solid-state imaging device. It is the figure which showed the arrangement configuration of the wiring (drain line) for this. FIG. 10 is a diagram showing a half-surface layout of the wiring layout of the amplification type solid-state imaging device of FIG. Further, FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of the amplification type solid-state imaging device.
[0048]
In this amplification type solid-state imaging device, p-type silicon semiconductor substrate 61 has a p-type surface layer. + Layer (element isolation region) 62, p ++ A layer (photodiode) 63 is formed. In the photodiode 63, signal charges are generated. Then, after a contact hole for electrical contact with the photodiode 63 is formed, it is formed so as to obtain electrical contact between the photodiode 63 and the gate of the amplification transistor 64. At this time, an n layer is formed in a region where the amplification transistor 64 and the reset transistor 65 for discharging signal charges are formed.
[0049]
Then, a source and a drain are formed, and a contact hole for making electrical contact is formed. Thereafter, polysilicon is deposited to form the gate of the transistor and processed into a desired shape to form an amplifying transistor 64 and a reset transistor 65. Furthermore, in order to accumulate signal charges, polysilicon and SiO 2 / SiN / SiO 2 The capacitor 66 is formed by the (insulating layer).
[0050]
In this way, the element portion of the amplification type solid-state imaging element is formed.
Next, after the element portion of the amplification type solid-state imaging device is formed, a signal line 67 that is a wiring for reading a signal current and a drain line 68 that is a wiring for discharging signal charges are wired. At this time, since the drain line 68 is formed, for example, an aluminum (Al) thin film is formed by sputtering. Then, the drain line 68 is formed by processing into a desired shape by patterning, RIE (reactive ion etching), or the like.
[0051]
Next, a silicon oxide film 69 is laminated. This silicon oxide film 69 serves to protect the drain line 68 as an insulating layer and prevent electrical contact with other parts. Then, in order to form the signal line 67, for example, an Al thin film is deposited by sputtering or the like. Thereafter, the resist is patterned so as to overlap the drain line 68 formed previously, and the signal line 67 is processed by the RIE method.
[0052]
As a result, as shown in FIG. 10, the signal line 67 is formed so as to overlap the upper portion of the drain line 68. Reference numeral 70 is an address line, and 71 is a reset line.
[0053]
Further, when patterning the resist, it is also preferable to pattern the signal line 67 so that the width of the signal line 67 is smaller than the width of the drain line 68. The reason for this is that when the resist covering the signal line 67 is patterned, the signal line 67 protrudes outside the drain line 68 due to misalignment, thereby causing a step and causing a poor electrical conduction. Because it can.
[0054]
As described above, as shown in FIG. 9, the wiring for reading out the signal current (signal line 67) and the wiring for discharging the signal charge (drain line 68) are arranged to overlap each other. As a result, the width of the wiring that limits the aperture ratio of the photodiode 63 can be set to one width. As a result, the aperture ratio of the photodiode 68 can be improved, so that the sensitivity can be increased.
[0055]
In the third embodiment described above, Al (aluminum) is used as the wiring material, but other metals such as tungsten (W), molybdenum (Mo), titanium (Ti), or the like are used. It is also possible to use a metal alloy including at least one kind or a compound such as a silizide compound.
[0056]
Next explained is the fourth embodiment of the invention.
12 and 13 show an amplification type solid-state imaging device having a structure in which photoelectric conversion portions are stacked. FIG. 12 shows an arrangement configuration of signal lines and drain lines for one pixel of the amplification type solid-state imaging device. FIG. 13 is a diagram showing a half-surface layout of the wiring layout of the amplification type solid-state imaging device of FIG.
[0057]
As in the third embodiment described above, the element portion is first formed. At this time, a part of the charge can be accumulated even in the portion that becomes the photoelectric conversion unit of the third embodiment.
[0058]
Then, in order to carry the signal charge to the storage portion 73, the public is formed on the insulating layer 74 using RIE or the like, and a metal column (plug) 75 is formed by tungsten CVD or the like. Thereafter, an Al (aluminum) film is deposited, for example, by 400 nm by sputtering or the like, and is formed into a desired shape by resist patterning, RIE, or the like. Thereby, the drain line 76 and the metal cap 77 are formed simultaneously.
[0059]
Thereafter, a silicon oxide film 74 is deposited, and resist patterning, RIE, metal film deposition, and the like are repeated again to form a signal line 79 and a metal cap 80 on the metal plug 78. At this time, since the metal cap 80 is formed in the same layer as the signal line 79, it is necessary to prevent the signal line 79 and the metal cap 80 from being in electrical contact. For this reason, the risk of electrical contact between the signal line 79 and the metal cap 80 is maintained with an interval of 0.6 μm or more.
[0060]
Therefore, as can be seen from FIG. 12, the signal line 79 cannot be wired so as not to overlap the drain line 76. That is, the signal line 79 and the drain line 76 must be stacked.
[0061]
After the formation of the signal lines, the silicon oxide film 74 is deposited again, and processing by RIE and metal film deposition are performed to form the metal plug 81. Thereafter, for example, a metal such as Ti is deposited, and shape processing by RIE or the like is performed to form the pixel electrode 82.
[0062]
Finally, an amorphous Si film, for example, is deposited as the photoelectric conversion layer 83, and a transparent electrode 84 made of, for example, ITO is deposited on the photoelectric conversion layer 83, that is, the uppermost portion.
[0063]
Incidentally, 85 is an amplification transistor, 86 is an address line, and 87 is a reset line.
Thus, according to the fourth embodiment, since the photoelectric conversion unit is disposed above the wiring such as the signal line and the drain line, the aperture ratio is not limited.
[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a solid-state imaging device capable of simplifying the cell configuration by reducing the number of transistors used in the cell and increasing the aperture ratio of the photoelectric conversion unit. Driving method Can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a timing chart for explaining an operation when driving a device in the first embodiment;
FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional shape of a cell portion in which a read transistor and an amplifying transistor are configured in one cross section.
FIGS. 4A and 4B are potential distribution diagrams of a cross-sectional portion of FIG. 3, and FIGS. 4A and 4B are diagrams showing a cell selection time and a non-selection time, respectively.
FIG. 5 is a diagram illustrating a pattern example of a basic solid-state imaging device.
6 is a circuit configuration diagram of a unit cell of the solid-state imaging device shown in FIG.
FIG. 7 is a plan view of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention.
8A and 8B briefly explain the effects of the second embodiment, in which FIG. 8A is a plan view showing a pattern of a read transistor 41 ′, and FIG. 8B is along the line II in FIG. 8A; Sectional view (c) shows the channel potential.
FIG. 9 illustrates a third embodiment of the present invention, and discharges a signal charge and wiring for reading an amplified signal current for one pixel of an amplification type solid-state imaging device; It is the figure which showed the arrangement configuration of the wiring (drain line) for this.
10 is a diagram showing a half-surface layout of the wiring layout of the amplification type solid-state imaging device of FIG. 9. FIG.
FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of the amplification type solid-state imaging device.
FIG. 12 is a diagram showing an arrangement configuration of signal lines and drain lines for one pixel of an amplification type solid-state imaging device having a structure in which photoelectric conversion units are stacked.
13 is a diagram illustrating an amplification type solid-state imaging device having a structure in which photoelectric conversion units are stacked, and is a diagram illustrating a half-surface layout of the wiring configuration of the amplification type solid-state imaging device in FIG. 12;
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of a conventional solid-state imaging device.
FIG. 15 is a timing chart when driving a solid-state imaging device having a conventional structure;
16 is a diagram showing a cross-sectional shape of a cell portion in which a read transistor 7, an amplification transistor 3, and an address transistor 5 are formed in one cross section. FIG.
FIGS. 17A and 17B are potential distribution diagrams of the cross-sectional portion of FIG. 16, and FIGS. 17A and 16B are diagrams showing a cell selection time and a non-selection time, respectively.
[Explanation of symbols]
21, 40 photodiode,
22 read transistor,
23, 42 Amplifying transistor,
24 reset transistor,
25 source lines,
26, 41, 41 'read transistor,
27 signal lines,
28 vertical registers,
29, 47 readout line,
30 drain wire,
31 Reset address line,
32 sample / hold lines,
33 sample / hold transistor,
34 Storage capacity,
35 horizontal registers,
36 horizontal transistors,
37 signal output line,
43 vertical select transistor,
44 charge / discharge transistor,
45 horizontal address lines,
46 Reset line,
48, 49, 51 Interlayer contact,
50 gate.

Claims (3)

半導体基板上に少なくともフォトダイオード、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、信号電荷読出しトランジスタを有した単位セルを行列2次元状に配置してなる撮像領域と、この撮像領域の読出し行を選択する垂直選択手段と、選択された行に相当する上記フォトダイオードの検出信号を読出す列方向に配置された複数の垂直信号線と、該垂直信号線から行方向に配置された水平信号線に検出信号を順次読出す水平トランジスタを備えた固体撮像装置の駆動方法に於いて、
上記単位セルを選択するのに、ある選択された行のみの全セルに於いて、リセットトランジスタをオンして該リセットトランジスタのドレイン電圧を増幅トランジスタのゲートに印加し、非選択行の増幅トランジスタのゲート電圧よりも高い電圧に設定して行うことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
An imaging region in which unit cells having at least a photodiode, a reset transistor, an amplifying transistor, and a signal charge readout transistor are arranged on a semiconductor substrate in a two-dimensional matrix; and a vertical selection means for selecting a readout row of the imaging region; The detection signals are sequentially read from a plurality of vertical signal lines arranged in the column direction for reading out the detection signals of the photodiodes corresponding to the selected row and the horizontal signal lines arranged in the row direction from the vertical signal lines. In a driving method of a solid-state imaging device having a horizontal transistor to be output,
In selecting the unit cell, in all the cells of only a selected row, the reset transistor is turned on , the drain voltage of the reset transistor is applied to the gate of the amplification transistor, and the amplification transistor of the non-selected row is selected. A method for driving a solid-state imaging device, wherein the driving is performed by setting a voltage higher than a gate voltage .
上記単位セルを非選択するのに、ある選択された行のみの全セルに於いて、上記リセットトランジスタをオンして該リセットトランジスタのドレインの電圧を上記増幅トランジスタのゲートに印加し、選択行の増幅トランジスタのゲートの電圧よりも低い電圧に設定して行うことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置の駆動方法。In order to deselect the unit cell, in all cells in only a selected row, the reset transistor is turned on, and the drain voltage of the reset transistor is applied to the gate of the amplification transistor. 2. The method for driving a solid-state imaging device according to claim 1, wherein the voltage is set to a voltage lower than the voltage of the gate of the amplification transistor . 水平有効期間に於いて、上記リセットトランジスタのドレイン及びアンプトランジスタのドレインに接続されたもので、選択された行の、上記リセットトランジスタのドレインに接続されたドレイン線はハイレベルであり、In the horizontal effective period, connected to the drain of the reset transistor and the drain of the amplifier transistor, the drain line connected to the drain of the reset transistor in the selected row is at a high level,
リセット動作時は、選択された行の、上記リセットトランジスタのゲートに接続されたリセットアドレス線と上記ドレイン線はハイレベルであり、During the reset operation, the reset address line and the drain line connected to the gate of the reset transistor in the selected row are at a high level,
読み出し動作時は、選択された行のみ上記垂直信号線はローレベルであることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置の駆動方法。2. The method of driving a solid-state imaging device according to claim 1, wherein the vertical signal line is at a low level only in a selected row during a read operation.
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