(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と、
複数段のソースフォロワ回路が縦続接続されてなり、前記光電変換部で光電変換された信号電荷に応じた電気信号を出力する出力回路と、
を備えた固体撮像装置において、
前記出力回路内の最終段側のソースフォロワ回路を構成する２つのMOSFETのうち、電流源を構成するMOSFETのみのゲート長を、他方のMOSFETおよびその前段側のソースフォロワ回路を構成するMOSFETのゲート長よりも長くしたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記出力回路は、前記複数段のソースフォロワ回路の段間に設けられたMOSFETからなる反転増幅回路をさらに有し、
前記出力回路内の最終段側のソースフォロワ回路を構成する少なくとも一つのMOSFETのゲート長を、前記反転増幅回路を構成するMOSFETのゲート長よりも長くしたことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトダイオード等の光電変換部で光電変換された信号電荷を転送する固体撮像装置に関し、特に、インパクトイオン化が起きないようにして画質の向上を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像装置の代表的なものにＣＣＤイメージセンサがある。ＣＣＤイメージセンサは、集積化が容易なため、高画素数が要求されるスキャナ、デジタル複写機、およびビデオカメラ等で広く用いられている。
【０００３】
図７はＣＣＤイメージセンサの概略構成を示す平面図である。図７のＣＣＤイメージセンサは、複数の感光画素１０が線状に配置された光電変換部１１と、光電変換部１１で光電変換された後にシフト電極１２を介して送られてきた信号電荷を図７の矢印の方向に転送するＣＣＤレジスタ１３と、ＣＣＤレジスタ１３の端まで移動した信号電荷に応じたアナログ信号を出力する出力回路１４とを備えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
最近の電子機器の高速化に伴って、ＣＣＤイメージセンサの出力データレートも高速化が要求されつつある。このため、出力回路１４内のMOSFETのゲート長を短くしてMOSFETの駆動能力を上げたり、回路に流れる電流を増やして高速化を図ったりしている。
【０００５】
しかしながら、MOSFETのゲート長を短くすると、ソース−ドレイン間の電界が強まり、インパクトイオン化により電子・正孔対が発生し、この電子・正孔対は、図８に示すように再結合して光を発することが知られている（武田著、日経マグロウヒル社、「ホットキャリア効果」、p37、1987）。
【０００６】
なお、図中の符号３０はゲート電極、符号３１はソース領域、符号３２はドレイン領域である。
【０００７】
この光が図７の光電変換部１１に達すると、この光に起因する信号電荷が光電変換部１１で生成されて、画質を劣化させる原因になる。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、インパクトイオン化が起きにくいようにして画質の向上を図り得る固体撮像装置を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、インパクトイオン化を原因とする発光光の影響を回避することで画質の向上を図り得る固体撮像装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の一態様によれば、光電変換部と、
複数段のソースフォロワ回路が縦続接続されてなり、前記光電変換部で光電変換された信号電荷に応じた電気信号を出力する出力回路と、
を備えた固体撮像装置において、
前記出力回路内の最終段側のソースフォロワ回路を構成する２つのMOSFETのうち、電流源を構成するMOSFETのみのゲート長を、他方のMOSFETおよびその前段側のソースフォロワ回路を構成するMOSFETのゲート長よりも長くしたことを特徴とする固体撮像装置が提供される。
【００１２】
また、本発明では、出力回路内の後段側のソースフォロワ回路を構成するMOSFETのうち、電流源を構成するMOSFETのゲート長を長くするため、ゲート長の長いMOSFETの数を少なくしても、インパクトイオン化が起きなくなる。
【００１３】
また、本発明では、出力回路内の最終段側のソースフォロワ回路を構成するMOSFETのゲート長を、反転増幅回路を構成するMOSFETのゲート長よりも長くする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る固体撮像装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２４】
（第１の実施形態）
第１の実施形態は、出力回路１４内の後段側をインパクトイオンが生じにくいような構造にした点に特徴がある。
【００２５】
図１は本発明に係る固体撮像装置の出力回路１４の詳細構成を示す回路図、図２は本発明に係る固体撮像装置の平面図である。図１に示す出力回路１４は、図２の光電変換部１１から転送されてきた電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部１と、インピーダンス変換を行う複数段のソースフォロワ回路２1〜２nと、これらソースフォロワ回路２1〜２nの段間等に設けられる反転増幅回路３とを備えている。
【００２６】
電荷電圧変換部１は、浮遊容量４とリセットゲート５とを有する。リセットゲート５、ソースフォロワ回路２、および反転増幅回路３は、MOSFETを組み合わせて構成される。
【００２７】
出力回路１４内の後段側のソースフォロワ回路２１等は、駆動能力を高めるために、電流を多く流せるような構造になっており、具体的には、例えばゲート幅を大きくしている。ところが、MOSFETに電流が多く流れるほど、上述したインパクトイオン化が起きやすくなり、再結合による発光が起きやすくなる。
【００２８】
このため、本実施形態では、図１の出力回路１４の内部で、最もインパクトイオン化が起きやすい最終段のソースフォロワ回路２１内のMOSFETＱ１，Ｑ２のゲート長Ｌ１，Ｌ２を、他のソースフォロワ回路や反転増幅回路３を構成するMOSFETのゲート長よりも長くしている。
【００２９】
具体的には、最終段のソースフォロワ回路２1を構成するMOSFETＱ１，Ｑ２のゲート長をインパクトイオン化が起きない程度の長さに設定している。これにより、インパクトイオン化が起きにくくなり、インパクトイオン化を原因とする発光光が光電変換部１１に入り込みにくくなって、画質の劣化を防止できる。
【００３０】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、ソースフォロワ回路２を構成する複数のMOSFETのうち一部のMOSFETのみを、インパクトイオン化が起きにくい構造にするものである。
【００３１】
ソースフォロワ回路２は、MOSFETＱ２で構成された電流源を有する。このMOSFETＱ２のドレイン側は、他の部分よりも電界が集中しやすく、インパクトイオン化が起きやすい。
【００３２】
そこで、第２の実施形態では、出力回路１４内の最終段のソースフォロワ回路２1を構成するMOSFETＱ１，Ｑ２のうち、電流源を構成するMOSFETＱ２のみを、出力回路１４内の他のMOSFETよりもゲート長を長くする。
【００３３】
これにより、第１の実施形態と同様に、インパクトイオン化を原因とする発光光が光電変換部１１に入り込みにくくなる。また、ゲート長が長いMOSFETの数を第１の実施形態よりも減らせるため、その分、動作速度の低下が最小限に抑えられ、かつ製造工程を簡略化できる。
【００３４】
なお、上述した第１および第２の実施形態では、出力回路１４内の最終段のソースフォロワ回路２1を構成するMOSFETのゲート長を他のMOSFETのゲート長よりも長くする例を説明したが、ゲート長を長くするMOSFETは、必ずしも最終段のソースフォロワ回路２1だけに限らない。
【００３５】
すなわち、図２の矢印ｙ１で示すように、出力回路１４内の後段側のソースフォロワ回路２を構成する各MOSFETのうち、少なくとも一部のゲート長を他のMOSFETよりも長くすればよい。
【００３６】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、MOSFETを第１および第２の実施形態とは異なる構造にすることにより、インパクトイオン化が起きにくいようにするものである。
【００３７】
図３は本発明に係る固体撮像装置の第３の実施形態を説明する図であり、出力回路１４内の最終段のソースフォロワ回路２1を構成するMOSFETの断面図である。図３のMOSFETは、ゲート電極３０の両側に形成されたソース領域３１とドレイン領域３２に、それぞれ低濃度領域３３，３４を設けたＬＤＤ(Lightly Doped Drain)構造を有する。ＬＤＤ構造にすることにより、ソース領域３１およびドレイン領域３２での電界集中を緩和でき、インパクトイオン化が起きにくくなる。
【００３８】
なお、図３では、ソース領域３１とドレイン領域３２の双方をＬＤＤ構造にしているが、いずれか一方、特にドレイン側のみＬＤＤ構造にしてもよく、その方がMOSFETの特性劣化も少ない。
【００３９】
また、ＬＤＤ構造にするMOSFETは、必ずしも最終段のソースフォロワ回路２だけに限らないが、初段を含む少なくとも一部のソースフォロワ回路は、ＬＤＤ構造にしない方が望ましい。これにより、すべてをＬＤＤ構造にするよりも、出力回路１４に流せる電流を増やすことができ、回路の特性がよくなる。
【００４０】
具体的には、図２の矢印ｙ１で示す最終段側の少なくとも一部のMOSFETをＬＤＤ構造にすればよい。
【００４１】
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、ソースフォロワ回路２を構成する２つのMOSFETの間に、電界緩和用のMOSFETを新たに追加するものである。
【００４２】
図４は本発明に係る固体撮像装置の第４の実施形態を説明する図であり、出力回路１４内の最終段のソースフォロワ回路２1の回路図である。図４の回路は、ソースフォロワ回路２1を構成する２つのMOSFETＱ１，Ｑ２の間に電界緩和用のMOSFETＱ３を挿入した構成になっている。MOSFETＱ３は、ドレイン端子とゲート端子を短絡することにより、ダイオードとして作用する。
【００４３】
このMOSFETＱ３を設けることにより、電流源を構成するMOSFETＱ２のドレイン側の電界集中を緩和でき、インパクトイオン化が起きなくなる。
【００４４】
また、MOSFETＱ３を設けるソースフォロワ回路は、必ずしも最終段のソースフォロワ回路２1に限らないが、構造を簡略化するためには、初段を含む少なくとも一部のソースフォロワ回路にはMOSFETＱ３を設けないのが望ましい。
【００４５】
具体的には、図２の矢印ｙ１で示す最終段側の領域内の少なくとも一部のソースフォロワ回路２に図４のような電界緩和用のトランジスタＱ３を挿入すればよい。
【００４６】
（第５の実施形態）
第５の実施形態は、インパクトイオン化を原因とする発光光の入射経路に遮光部材を設けて、光電変換部で発光光が入り込まないようにするものである。
【００４７】
図５は本発明に係る固体撮像装置の第５の実施形態の断面図である。出力回路１４内で発生したインパクトイオン化を原因とする発光光は、基板内を進む経路ＲＴ１と、基板と遮光膜７との間を進む経路ＲＴ２とを通って光電変換部１１に入射される。
【００４８】
図５の経路ＲＴ１，ＲＴ２を通って進行するインパクトイオン化を原因とする発光光を回避するために、第５の実施形態では、図５に示すように、インパクトイオン化を原因とする発光光の進行経路上に、アルミニウム等を材料とする遮光部材６を設ける。遮光部材６を設けることにより、インパクトイオン化を原因とする発光光の通過を遮断でき、光電変換部１１に発光光が入射されなくなる。
【００４９】
なお、遮光部材６の形状や数は特に制限されないが、インパクトイオン化が起きやすい出力回路１４内の後段側に遮光部材６を設ければ、少数の遮光部材６で効率よく発光光を遮断できる。具体的な場所は、図２の矢印ｙ１で示す出力回路１４内の最終段側が望ましい。
【００５０】
（第６の実施形態）
上述した第１〜第５の実施形態では、転送部としてＣＣＤレジスタを有する固体撮像装置の例について説明したが、ＣＣＤレジスタを持たない固体撮像装置、例えばＭＯＳセンサについても、インパクトイオンの発生による画質の劣化が起きるおそれがある。
【００５１】
そこで、第６の実施形態は、ＭＯＳセンサのインパクトイオン化を防止するものである。
【００５２】
図６はＭＯＳセンサを用いたリニアセンサの概略平面図である。図６のＭＯＳセンサは、各画素ごとに、光電変換部１０と、ソースフォロワ回路４１と、ＭＯＳスイッチ４２と、シフトレジスタ４３とを有し、各ＭＯＳスイッチ４２のソース電極はいずれも出力ライン４４に接続され、出力ライン４４の他端には出力回路１４が接続されている。
【００５３】
光電変換部１１それぞれに蓄積された電荷は、各画素ごとにソースフォロワ回路４１で電圧信号に変換される。図６では省略しているが、ソースフォロワ回路４１とＭＯＳスイッチ４２との間には、コンデンサ等からなる電荷保存部が設けられている。
【００５４】
シフトレジスタ４３は、ＭＯＳスイッチ４２を順にオンする。各ＭＯＳスイッチ４２がオンすると、対応するソースフォロワ回路４１の出力信号が出力ラインを介して出力回路１４に入力される。
【００５５】
出力回路１４の最終段側のソースフォロワ回路を構成する少なくとも一つのMOSFETのゲート長は、その前段側のソースフォロワ回路を構成するMOSFETのゲート長よりも長くされている。これにより、第１〜第５の実施形態と同様に、インパクトイオンが発生しにくくなり、画質の向上が図れる。
【００５６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の固体撮像装置によれば、インパクトイオン化を原因とする発光光が光電変換部に入射されにくくなり、画質の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る固体撮像装置の出力回路の詳細構成を示す回路図。
【図２】ゲート長の長いMOSFETが形成される場所を説明する固体撮像装置の平面図。
【図３】本発明に係る固体撮像装置の第３の実施形態を説明する図。
【図４】本発明に係る固体撮像装置の第４の実施形態を説明する図。
【図５】本発明に係る固体撮像装置の第５の実施形態の断面図。
【図６】ＭＯＳセンサを用いたリニアセンサの概略平面図
【図７】ＣＣＤイメージセンサの概略構成を示す平面図。
【図８】インパクトイオンを説明する図。
【符号の説明】
１  電荷電圧変換部
２１〜２ｎ  ソースフォロワ回路
３  反転増幅回路
６  遮光部材
７  遮光膜
１０  感光画素
１１  光電変換部
１２  シフト電極
１３  ＣＣＤレジスタ
１４  出力回路
【図１】
0004031901.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004031901.tif 000008
【図８】
0004031901.tif 000009