図面 (/)

技術 固体撮像素子用出力アンプ、デジタルカメラ、及び携帯電話機

出願人 富士フイルム株式会社
発明者 川村利輝
出願日 2005年6月2日 (15年7ヶ月経過) 出願番号 2005-162663
公開日 2006年12月14日 (14年0ヶ月経過) 公開番号 2006-339430
状態 未査定
技術分野 固体撮像素子 光信号から電気信号への変換
主要キーワード 印加制御 所定動作 起動動作 多段接続 CCD型固体撮像素子 携帯電話機内 特性変動 印加可能
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2006年12月14日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

ホットキャリアによる特性変動を抑制することが可能な固体撮像素子用出力アンプを提供する。

解決手段

信号電荷蓄積するフローティングディフュージョン部7と、フローティングディフュージョン部7の電位変化に応じた信号を出力するソースフォロワ回路とを有する固体撮像素子用出力アンプであって、ソースフォロワ回路に含まれる駆動トランジスタ3のゲート電極34下のゲート絶縁膜33にトラップされる電荷トンネリングによって引き抜くためのソース領域35を備え、ゲート絶縁膜33及びゲート電極34は、それぞれソース領域34上方まで延びて形成されている。

概要

背景

近年の半導体素子微細化に伴い、ホットキャリア(HC)によるトランジスタ特性変動が懸念されている。特に、固体撮像素子出力アンプ部に用いられるトランジスタでは、その特性変動が画質に大きく影響を与えてしまうため、ホットキャリア対策が重要となっている。

従来では、トランジスタのゲート電極下ゲート絶縁膜にホットキャリアがトラップされるのを抑止するために、トランジスタをLDD構造にする等の対策がとられている(特許文献1参照)。

特開2004−39681号公報

概要

ホットキャリアによる特性変動を抑制することが可能な固体撮像素子用出力アンプを提供する。信号電荷蓄積するフローティングディフュージョン部7と、フローティングディフュージョン部7の電位変化に応じた信号を出力するソースフォロワ回路とを有する固体撮像素子用出力アンプであって、ソースフォロワ回路に含まれる駆動トランジスタ3のゲート電極34下のゲート絶縁膜33にトラップされる電荷トンネリングによって引き抜くためのソース領域35を備え、ゲート絶縁膜33及びゲート電極34は、それぞれソース領域34上方まで延びて形成されている。

目的

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ホットキャリアによる特性変動を抑制することが可能な固体撮像素子用出力アンプを提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

信号電荷蓄積するフローティングディフュージョン部と、前記フローティングディフュージョン部の電位変化に応じた信号を出力するソースフォロワ回路とを有する固体撮像素子用出力アンプであって、前記ソースフォロワ回路に含まれる少なくとも1つのトランジスタゲート電極下ゲート絶縁膜トラップされる電荷トンネリングによって引き抜くためのソース領域を備え、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極は、それぞれ前記ソース領域上方まで延びて形成されている固体撮像素子用出力アンプ。

請求項2

請求項1記載の固体撮像素子用出力アンプを有する固体撮像素子を備えるデジタルカメラであって、前記デジタルカメラの所定動作連動して、前記ソース領域に電圧印加して前記トラップされた電荷の引き抜きを行う電圧印加手段を備えるデジタルカメラ。

請求項3

請求項2記載のデジタルカメラであって、前記所定動作が、前記デジタルカメラの起動動作であるデジタルカメラ。

請求項4

請求項1記載の固体撮像素子用出力アンプを有する固体撮像素子を含むデジタルカメラを備える携帯電話機であって、前記携帯電話機の所定動作に連動して、前記ソース領域に電圧を印加して前記トラップされた電荷の引き抜きを行う電圧印加手段を備える携帯電話機。

請求項5

請求項4記載の携帯電話機であって、前記所定動作が、前記携帯電話機の充電動作である携帯電話機。

技術分野

0001

本発明は、信号電荷蓄積するフローティングディフュージョン部と、前記フローティングディフュージョン部の電位変化に応じた信号を出力するソースフォロワ回路とを有する固体撮像素子用出力アンプに関する。

背景技術

0002

近年の半導体素子微細化に伴い、ホットキャリア(HC)によるトランジスタ特性変動が懸念されている。特に、固体撮像素子出力アンプ部に用いられるトランジスタでは、その特性変動が画質に大きく影響を与えてしまうため、ホットキャリア対策が重要となっている。

0003

従来では、トランジスタのゲート電極下ゲート絶縁膜にホットキャリアがトラップされるのを抑止するために、トランジスタをLDD構造にする等の対策がとられている(特許文献1参照)。

0004

特開2004−39681号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかし、上記従来の対策は、ホットキャリアがゲート絶縁膜にトラップされるのを抑止するものであり、一旦トラップされたしまったホットキャリアに対する対策はなされていない。

0006

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ホットキャリアによる特性変動を抑制することが可能な固体撮像素子用出力アンプを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

本発明の固体撮像素子用出力アンプは、信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部と、前記フローティングディフュージョン部の電位変化に応じた信号を出力するソースフォロワ回路とを有する固体撮像素子用出力アンプであって、前記ソースフォロワ回路に含まれる少なくとも1つのトランジスタのゲート電極下のゲート絶縁膜にトラップされる電荷トンネリングによって引き抜くためのソース領域を備え、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極は、それぞれ前記ソース領域上方まで延びて形成されている。

0008

この構成により、ソース領域に電圧印加することで、トラップされた電荷をソース領域に引き抜くことができるため、アンプの特性変動を抑制することができる。

0009

本発明のデジタルカメラは、前記固体撮像素子用出力アンプを有する固体撮像素子を備えるデジタルカメラであって、前記デジタルカメラの所定動作連動して、前記ソース領域に電圧を印加して前記トラップされた電荷の引き抜きを行う電圧印加手段を備える。

0010

本発明のデジタルカメラは、前記所定動作が前記デジタルカメラの起動動作である。

0011

この構成により、トラップされた電荷の引き抜きを適度なタイミングで適度な回数だけ行うことができる。

0012

本発明の携帯電話機は、固体撮像素子用出力アンプを有する固体撮像素子を含むデジタルカメラを備える携帯電話機であって、前記携帯電話機の所定動作に連動して、前記ソース領域に電圧を印加して前記トラップされた電荷の引き抜きを行う電圧印加手段を備える。

0013

本発明の携帯電話機は、前記所定動作が前記携帯電話機の充電動作である。

0014

この構成により、トラップされた電荷の引き抜きを適度なタイミングで適度な回数だけ行うことができる。

発明の効果

0015

本発明によれば、ホットキャリアによる特性変動を抑制することが可能な固体撮像素子用出力アンプを提供することができる。

発明を実施するための最良の形態

0016

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

0017

本実施形態では、固体撮像素子に用いられる出力アンプについて説明する。一般に、光電変換素子からの信号電荷をCCD転送部によって転送するCCD型固体撮像素子は、行列状に2次元配置された光電変換素子から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する複数本垂直転送部と、垂直転送部から転送される1ライン分の信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、水平転送部によって転送された信号電荷を電気信号に変換して出力する出力アンプとを有している。

0018

図1は、本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子用出力アンプの概略構成を示す回路図である。
図1に示す出力アンプは、CCD型の固体撮像素子に含まれる水平転送部から転送されてきた信号電荷が蓄積されるFD(フローティングディフュージョン)部7と、FD部7の電位変化を検出して、それに応じた信号を出力する多段接続された3つのソースフォロワ回路とを備える。

0019

第1段目のソースフォロワ回路は、エンハンスメント型駆動トランジスタ1とデプレッション型負荷トランジスタ2とから構成される。駆動トランジスタ1は、そのゲートがFD部7に接続され、そのソースが負荷トランジスタ2のドレインに接続される。負荷トランジスタ2は、そのゲート及びソースが接地される。

0020

第2段目のソースフォロワ回路は、エンハンスメント型の駆動トランジスタ3とデプレッション型の負荷トランジスタ4とから構成される。駆動トランジスタ3は、そのゲートが駆動トランジスタ1のソースと負荷トランジスタ2のドレイン間に接続され、そのソースが負荷トランジスタ4のドレインに接続される。負荷トランジスタ4は、そのゲート及びソースが接地される。

0021

第3段目のソースフォロワ回路は、エンハンスメント型の駆動トランジスタ5とデプレッション型の負荷トランジスタ6とから構成される。駆動トランジスタ5は、そのゲートが駆動トランジスタ3のソースと負荷トランジスタ4のドレイン間に接続され、そのソースが負荷トランジスタ6のドレインに接続される。負荷トランジスタ6は、そのゲート及びソースが接地される。

0022

上述した回路が形成されていない半導体基板表面には、駆動トランジスタ3のゲート電極下のゲート絶縁膜にトラップされるホットキャリアをトンネリングによって引き抜くためのソース領域(図示せず)が設けられており、このソース領域にソース電圧Vss2が印加可能になっている。

0023

このように構成された固体撮像素子用出力アンプでは、FD部7の電位変化が第1〜第3のソースフォロワ回路によって検出され、その変化に応じた信号が端子OSから出力される。

0024

本実施形態では、低消費電力化を実現するために、初段のソースフォロワ回路と第2段目のソースフォロワ回路の入力ドレイン電圧である駆動トランジスタ1,3のドレイン電圧OD1を例えば15Vとし、最終段のソースフォロワ回路の入力ドレイン電圧である駆動トランジスタ5のドレイン電圧OD2をドレイン電圧OD1よりも十分小さい例えば5Vとしている。

0025

図2は、図1に示す駆動トランジスタ3を模式的に示す平面図である。図3は、図2のA−A線断面模式図である。図4は、図2のB−B線断面模式図である。
駆動トランジスタ3は、半導体基板10表面に形成されたソース領域31と、ドレイン領域32と、ソース領域31及びドレイン領域32間の上方にゲート絶縁膜33を介して形成されたゲート電極34とから構成されている。ソース領域31には所定のソース電圧Vss1が印加され、ドレイン領域32には所定のドレイン電圧Vdが印加され、ゲート電極34には所定のゲート電圧Vgが印加される。ゲート絶縁膜33は、例えばSiO2膜やONO膜等からなる。ゲート電極34は、例えばポリシリコン等からなる。

0026

図3に示すように、ソース領域31とドレイン領域32との間で電子が移動する際にホットキャリア(HC)が発生し、これがゲート絶縁膜33にトラップされることがある。本実施形態のような構成の出力アンプの場合、各トランジスタの設計の仕方にもよるが、駆動トランジスタ3のゲート・ドレイン間電圧は他に比べて大きくなり、ドレイン近傍電界が大きくなってホットキャリアが発生しやすい。このため、駆動トランジスタ3におけるホットキャリア対策が最も重要となる。

0027

そこで、本実施形態の出力アンプでは、図2及び図4に示すように、ゲート絶縁膜33にトラップされたホットキャリアをトンネリングにより引き抜くためのソース領域35を半導体基板10表面に設けている。更に、図2及び図4に示すように、ゲート電極34を、ソース領域35の上方まで延ばして形成し、ゲート絶縁膜33を、ゲート電極34の下をゲート電極34に沿ってソース領域35上まで延ばして形成している。尚、ソース領域35と、ソース領域31及びドレイン領域32とはフィールド酸化膜36によって分離されている。

0028

このような構成によれば、ソース領域35に所定のソース電圧Vss2を印加することで、ゲート絶縁膜33にトラップされたホットキャリアをトンネリングによってソース領域35に引き抜くことが可能となる。このため、ゲート絶縁膜33にトラップされたホットキャリアを定期的に引き抜いておくことで、駆動トランジスタ3の特性変動を少なくすることができ、出力アンプの特性を向上させることができる。固体撮像素子用出力アンプの場合、ソース領域35を形成できるスペースが十分に存在するため、本実施形態のような構成でも容易に製造することができる。

0029

尚、ホットキャリアの引き抜きには比較的高い電圧が必要であることと、トラップされているホットキャリアが少量である場合はトランジスタの特性に影響はあまりないこととから、ホットキャリアの引き抜きは、頻繁に行わないことが好ましい。

0030

例えば、上述した出力アンプを含む固体撮像素子を備えるデジタルカメラの場合は、撮影している期間だけ電源をONにし、その他は電源をOFFにしていることが多いため、デジタルカメラの起動動作に連動してソース電圧Vss2の印加を行ってホットキャリアの引き抜きを行うことで、ホットキャリアの引き抜きを適度なタイミングで適度な回数だけ行うことができる。又、上述した出力アンプを含む固体撮像素子を有するデジタルカメラを備えた携帯電話機の場合は、定期的に充電を行う必要があるため、携帯電話機の充電動作に連動してソース電圧Vss2の印加を行ってホットキャリアの引き抜きを行うことで、ホットキャリアの引き抜きを適度なタイミングで適度な回数だけ行うことができる。

0031

上述したデジタルカメラや携帯電話機には、出力アンプの駆動に必要なドレイン電圧やソース電圧を印加するための電圧印加手段を備え、この電圧印加手段によってソース電圧Vss2の印加制御を行うものとする。ソース電圧Vss2の値がホットキャリアの引き抜きに十分でない場合は、昇圧回路等を出力アンプ内又はデジタルカメラや携帯電話機内別途設けて、ソース電圧Vss2を昇圧してからソース領域35に印加するようにしても良い。

0032

尚、以上の説明では、出力アンプに含まれる駆動トランジスタ3に対してのみホットキャリア対策を施しているが、その他のトランジスタに対しても同様にソース領域35を設けて、ホットキャリアの引き抜きを行う構成にしても良い。出力アンプに含まれる複数のトランジスタのうちの少なくとも1つのトランジスタに対して本実施形態のようなホットキャリア対策を施すことで、出力アンプの特性を向上させることが可能である。

0033

又、以上の説明では、出力アンプが多段接続された3つのソースフォロワ回路を有する構成としたが、ソースフォロワ回路が2つ多段接続された一般的な構成であっても本発明は適用可能である。

図面の簡単な説明

0034

本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子用出力アンプの概略構成を示す回路図
図1に示す駆動トランジスタ3を模式的に示す平面図
図2のA−A線断面模式図
図2のB−B線断面模式図

符号の説明

0035

1,3,5駆動トランジスタ
2,4,6負荷トランジスタ
7フローティングディフュージョン部
31,35ソース領域
32ドレイン領域
33ゲート絶縁膜
34ゲート電極
36 フィールド酸化膜

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • コニカミノルタ株式会社の「 近赤外線吸収性組成物、近赤外線吸収性膜及び固体撮像素子用イメージセンサー」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題・解決手段】本発明の課題は、長期間にわたる保存における、構成材料の分散安定性及び近赤外線カット安定性に優れた近赤外線吸収性組成物と、これを用いて形成した近赤外線吸収性膜と、当該近赤外線吸収性膜を... 詳細

  • 株式会社半導体エネルギー研究所の「 撮像装置」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】フォトセンサを有する表示装置において、フォトセンサの出力が変化し、撮像品質が低下することを防ぐ画素構成とすることを課題の一つとする。【解決手段】FDの電位の変化を抑えるため、FDと信号線との寄... 詳細

  • シャープ株式会社の「 撮像装置」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】位相差AFの精度を従来よりも向上させる。【解決手段】撮像装置(100)において、画素アレイ(10)には、異なる偏光特性を有する偏光フィルタを備えた複数の位相差画素によって、偏光ユニットが構成さ... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ