(57)【要約】【課題】  画素リーク電流による特性低下を防止したＣＭＯＳイメージセンサを提供する。【解決手段】  ＰＮ接合を有するフォトダイオードにリーク電流相殺用のダイオードを接続することで、フォトダイオードのＰＮ接合逆方向リーク電流を相殺し、光電変換による信号電荷に加算されるノイズ成分を低減する構成とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板および前記半導体基板の表面に形成された第２導電型の第１の不純物領域とからなるフォトダイオードと、
前記第１の不純物領域とは連続しない第２導電型の第２の不純物領域および前記第２の不純物領域内に形成された第１導電型の第３の不純物領域とからなるダイオードとを有し、
前記フォトダイオードの第２導電型の前記第１の不純物領域と前記ダイオードの第１導電型の前記第３の不純物領域とが接続されたＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項２】
前記フォトダイオードの前記半導体基板および前記第１の不純物領域と前記ダイオードの前記第２の不純物領域および前記第３の不純物領域は、前記フォトダイオードのＰＮ接合逆方向リーク電流の大きさと、前記ダイオードの逆方向リーク電流との大きさとがほぼ等しくなるような不純物濃度をそれぞれ有する請求項１記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項３】
前記フォトダイオードおよび前記ダイオードは、前記フォトダイオードのＰＮ接合逆方向リーク電流の大きさと、前記ダイオードの逆方向リーク電流の大きさとがほぼ等しくなるような大きさをそれぞれ有する請求項１記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に形成されたフォトダイオード及びＭＯＳトランジスタにより構成されるＣＭＯＳイメージセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光電変換された信号電荷をＭＯＳトランジスタによって読み出すＣＭＯＳイメージセンサでは、一般的に光電変換素子として半導体のＰＮ接合からなるＰＮ接合フォトダイオードを用い、前記ＰＮ接合フォトダイオードで蓄積した信号電荷をリセットする回路、及び前記信号電荷を転送し前記信号電荷を増幅する回路をＭＯＳトランジスタにより構成する。
【０００３】
図２は、従来のＣＭＯＳイメージセンサの画素部の等価回路図である（例えば、特許文献１参照。）。図２において、ＰＮ接合を用いたフォトダイオード１のカソードに、フォトダイオード１を適当な電圧にリセットするためのリセット用ＭＯＳトランジスタ３と、フォトダイオード１で蓄積された光電荷を増幅するための増幅用ＭＯＳトランジスタ４が結線されている。リセット用ＮＭＯＳトランジスタ３をオンし、フォトダイオード１が十分にリセット電圧となるリセット動作と、リセット用ＮＭＯＳトランジスタ３をオフし、一定期間中フォトダイオード１にて光信号から変換された信号電荷を蓄積させる蓄積動作と、フォトダイオード１のカソードに蓄積された信号電荷を、増幅用ＭＯＳトランジスタ４を介して、増幅して読み出す読み出し動作で、連続的に光情報を読み取ることが出来る構成になっている。この時、フォトダイオード１のカソードに蓄積された信号電荷は、フォトダイオード１のＰＮ接合を通して流れる逆方向リーク電流Irにより幾分かは流出する。特許文献１においては、リセット電圧を下げ、フォトダイオード１の逆バイアス電圧を下げることによって、逆方向リーク電流Irを減らす構成が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２４４８１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図２に示す回路では、上記リセット動作においてＰＮ接合フォトダイオード１を逆バイアスにリセットすることが必要である。従って、リセット用ＭＯＳトランジスタ３をオフした信号電荷の蓄積動作中は、フォトダイオード１は逆バイアスとなる。逆バイアスにおける半導体のＰＮ接合には、少数キャリアの拡散電流及び欠陥等による生成電流による逆方向リーク電流Irが存在するため、フォトダイオード１に蓄積される信号電荷は、光電変換された信号電荷にフォトダイオード１の逆方向リーク電流による電荷が加算されたものとなる。前記のリーク電流Irによる電荷は、ノイズ成分となるので画像読み取り性能を低下させる問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、前記課題を解決するために、第１導電型の半導体基板に第２導電型の不純物を導入して形成されたフォトダイオード１を有するＣＭＯＳイメージセンサにおいて、フォトダイオード１を構成する第２導電型の不純物領域とは連続しない第２導電型の不純物領域内に、第１導電型の不純物を導入して、フォトダイオード１の逆方向リーク電流を相殺するＰＮ接合ダイオード２を形成し、前記フォトダイオード１の第２導電型の不純物領域と前記リーク電流相殺用ＰＮ接合ダイオード２の第１導電型の不純物領域を接続する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により、フォトダイオード１のＰＮ接合リーク電流Irと、リーク電流相殺用ダイオード２のＰＮ接合リーク電流Ir1を相殺させることが可能となり、特別な製造工程や、リーク成分を除去するような回路を付加することなく、受光素子のリーク電流を大幅に低減することが出来る。本発明を適用することにより、イメージスキャナ、ファクシミリ等の画像入出力システムの高画質化を図ることが出来る。
【０００７】
さらに、受光素子のリーク電流が低減することによりフォトダイオード１の逆バイアス電圧を上げることが可能となるため、フォトダイオード１の寄生容量値を小さくしてイメージセンサの感度を向上することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明を実施するための最良の形態について、図面を用いて説明する。
【０００９】
図２は、本発明実施例のＣＭＯＳイメージセンサの一画素を示す回路図である。第1導電型、例えば、Ｐ型導電型の半導体基板であるアノードが接地されたフォトダイオード１のカソードが、リーク電流相殺用に設けたダイオード２のアノード、リセット用ＭＯＳトランジスタ３のドレイン、及び増幅用ＭＯＳトランジスタ４のゲートに配線５を介して接続されている。ダイオード２のカソードは、リセット電圧よりも高い電源線に接続されている。本実施例の構成によれば、フォトダイオード１のＰＮ接合逆方向リーク電流Irと、ダイオード２のＰＮ接合逆方向リーク電流Ir1は、矢印の向きとなる。この時、信号電荷が蓄積されるフォトダイオード１のカソードにおいては、電流が相反する向きとなり、互いに相殺されリーク電流によるノイズ成分を低減することが可能となる。
【実施例】
【００１０】
図1は、図２に示した本発明によるＣＭＯＳイメージセンサの断面模式図である。図1には、本発明の重要な構成であるフォトダイオード１とダイオード２のみ示し、トランジスタ３とトランジスタ４は省略してある。図1では、第1導電型の半導体基板６をアノードとし第２導電型の不純物領域８をカソードとするフォトダイオード１を点線で囲み、第1導電型の不純物領域７をアノードとし第２導電型の不純物領域８をカソードとするダイオード２を点線で囲んで示している。フォトダイオード１のカソードである第２導電型の不純物領域８と、ダイオード２のアノードである第1導電型の不純物領域７とをアルミなどの配線５を介して接続している。ここで、リーク電流相殺用ダイオード２の不純物濃度や面積を、フォトダイオード１のリーク電流に合せて調整すれば、リーク電流によるノイズ成分を更に除去することが可能である。また、ダイオード２のカソードが接続される電源線の電圧を調整することによってもダイオード２のリーク電流を調整することが可能である。
【００１１】
以上、本実施例ではＰ導電型の半導体基板を用いて実施例を説明したが、Ｎ導電型の半導体基板を用い、カソードが電源線に接続されたフォトダイオード１のアノードに、アノードが接地されたリーク電流相殺用ダイオード２のカソードを接続しても、同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１のＣＭＯＳイメージセンサの断面模式図である。
【図２】本発明の実施形態１のＣＭＯＳイメージセンサの画素部の等価回路図である。
【図３】従来技術のＣＭＯＳイメージセンサの画素部の等価回路図である。
【符号の説明】
【００１３】
１  フォトダイオード
２  リーク電流相殺用ダイオード
３  リセット用ＭＯＳトランジスタ
４  増幅用ＭＯＳトランジスタ
５  配線
６  半導体基板
７  第１導電型の不純物領域
８  第２導電型の不純物領域 Ir  フォトダイオード１のリーク電流 Ir1  ダイオード２のリーク電流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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