(57)【要約】【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】信号電荷を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を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。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体素子の微細化に伴い、ホットキャリア（ＨＣ）によるトランジスタの特性変動が懸念されている。特に、固体撮像素子の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の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】
【特許文献１】特開２００４−３９６８１号公報
【発明の開示】
【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を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、ソース領域に電圧を印加することで、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。
【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の垂直転送部と、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の駆動トランジスタ１とデプレッション型の負荷トランジスタ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、ドレイン近傍の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に別途設けて、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】
【図１】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２】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３】図２のＡ−Ａ線断面模式図
【図４】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
【図１】
2006339430.tif 000003
【図２】
2006339430.tif 000004
【図３】
2006339430.tif 000005
【図４】
2006339430.tif 000006