CN100466281C - 固体摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种固体摄像装置，包括：像素组和输出电路组。在像素组中，在垂直方向、水平方向上分别以预定的间距二维地配置有像素，在垂直方向上邻接的像素成对。从在垂直方向上邻接的像素对的间隙部至在水平方向上邻接该像素对的像素对的间隙部，设置有输出电路组。此输出电路组将与从上述像素对中被选择的一个像素中读出的信号电荷相对应的信息输出到外部。有包含在垂直方向上邻接的像素对和对应于此像素对的输出电路而构成单位单元。单位单元被配置成栅格状。沿同一水平线上配置有在倾斜方向上邻接的单位单元中的像素对的一个像素。

Description

固体摄像装置
技术领域
本发明涉及一种CMOS图像传感器等的固体摄像装置，更详细地涉及一种用于在固体摄像装置中的水平方向高度集成化的布图设计(patternlayout)。
背景技术
在数码相机和带照相机的便携式电话中，正在使用CMOS图像传感器作为图像拾取装置(image pickup device)。对于此种设备中适合的靠低电压工作且低功耗的CMOS图像传感器，例如在U.S.P.6091499中就有记载。在CMOS图像传感器中，单位单元(元件)被配置成矩阵状。各单位单元包含有对应于像素的光电二极管、传输晶体管、复位晶体管、地址晶体管及驱动晶体管等，并由它们构成各单位单元。
上述光电二极管配置成正方形格子状。由这些光电二极管产生、贮存的信号电荷被传输到浮动结(floating junction)并贮存起来。将传输脉冲提供给传输晶体管(传输栅极)的栅极、形成沟道(开启传输栅极)，由此进行此信号电荷的传输。此时，为了同样地开启供给传输脉冲且被配置在同一行的传输栅极，将与这些传输栅极连接的光电二极管的信号电荷也传输到浮动结。
在此信号电荷的传输之前，各浮动结的电位通过复位晶体管(复位栅极)被初始化(复位)为复位漏极电压。此浮动结的电压电平根据上述信号电荷流入而变化。上述浮动结连接到驱动晶体管(驱动栅极)的栅极，其电位变化就会引起沟道电位的调制。
接着，将地址信号提供给地址晶体管(地址栅极)的栅极，将调制沟道电位的驱动晶体管与信号线进行连接。在这些信号线上连接有负载晶体管，对应于信号电荷的信号从水平读出电路按时间序列输出到外部。
1行的读出结束之后，浮动结再次被复位为复位漏极电压。然后，开启传输栅极，将由光电二极管产生、贮存的信号电荷传输到浮动结。然后，重复上述操作，读出1行的信号电荷。
下一像素列的光电二极管及再下一像素列的光电二极管的信号电荷的读出，都共同使用浮动结，通过重复与上述相同的操作来进行全像素的读出。
顺便说一下，在上述U.S.P.6091499中，使在垂直方向上排列的两个像素的输出电路共通。即，由于将在上下方向邻接配置的两个光电二极管的信号电荷传输到共同的浮动结并利用输出电路进行读出，所以适合于高集成化。
但是，虽然有利于垂直方向的高集成化，但难以用于在水平方向配置像素和输出电路的高集成化。特别地，在应用于数码相机时，由于需要使水平、垂直方向的像素间距相同，所以尽管只有一方能够缩小，但仍不能实现高集成化。此外，相对于水平方向，也不能汇集相当于输出电路部分的水平方向的像素间的信息。
而且，在现有的图像传感器中，由于在水平方向上排列有像素和输出电路，所以像素的开口为纵向长的形状。即便是CCD区域传感器，由于在像素的水平方向存在有CCD寄存器，所以像素的开口仍然为纵向长。
另一方面，相机的光学系统的帧的纵横比(aspect ratio)通常为3：4横向长。因此，当考虑到感光面的周边部的像素时，水平方向的像素端的一侧就会比垂直方向更倾斜地入射从透镜入射到传感器的感光面的光。因此，周边像素的输出与中央部的像素相比灵敏度通常会下降，就会产生所谓的“阴影(shading)”。如上所述，在像素的开口为纵向长的情况下，就更容易受“阴影”的影响。
发明内容
根据本发明的一种实施方式，提供一种固体摄像装置，包括：像素组，在垂直方向、水平方向上分别以预定的间距二维地配置有像素，在垂直方向上邻接的像素成对；以及输出电路组，设置在从上述垂直方向上邻接的像素对的间隙部至在水平方向上邻接该像素对的像素对的间隙部，且将与从该像素对中被选择的一个像素中读出的信号电荷相对应的信息输出到外部，该固体摄像装置的特征在于，包含在上述垂直方向上邻接的像素对和对应于上述像素对的输出电路而构成的单位单元被配置成栅格状，且在倾斜方向上邻接的上述单位单元中的像素对的一个被配置在同一水平线上而。
附图说明
图1是用于说明根据本发明的第一实施方式的固体摄像装置的图，表示CMOS图像传感器的主要部分的结构例的电路图。
图2是表示图1所示的CMOS图像传感器的具体布图设计例的平面图。
图3是用于说明根据本发明的第二实施方式的固体摄像装置的图，表示图1所示的CMOS图像传感器的另一具体布图设计例的平面图。
图4是用于说明根据本发明的第三实施方式的固体摄像装置的图，表示图1所示的CMOS图像传感器的又一具体布图设计例的平面图。
图5是用于说明根据本发明的第四实施方式的固体摄像装置的图，表示上述图1所示的电路结构的另一具体布图设计例的平面图。
图6是用于说明根据本发明的第五实施方式的固体摄像装置的图，抽取CMOS图像传感器的主要部分加以表示的电路图。
图7是表示图6所示的CMOS图像传感器的驱动例的时序图。
图8是表示图6所示的CMOS图像传感器的布图设计例的平面图。
图9是用于说明根据本发明的第六实施方式的固体摄像装置的图，抽取CMOS图像传感器的主要部分加以表示的电路图。以及
图10是表示图9所示的CMOS图像传感器的驱动例的时序图。
具体实施方式
第一实施方式
图1是用于说明根据本发明的第一实施方式的固体摄像装置的图，表示CMOS图像传感器的主要部分的结构例的电路图。此CMOS图像传感器由两个像素和一个输出电路构成各个单位单元(元件)UC11～UC24。这些单位单元UC11～UC24配置为栅格状。在上述按栅格状配置的单位单元中，由在同一行上邻接配置的四个像素、和对应于此四像素的四个输出电路，形成一个重复单元(unit)。
各单位单元UC包含有：作为像素的光电二极管对PD、向这些光电二极管对PD的信号电荷的浮动结FJ的进行传输控制的传输晶体管对TG、及输出电路OUT，并由此构成各单位单元UC。在倾斜方向上邻接的单位单元UC中的光电二极管PD被配置在同一水平线上。上述输出电路OUT具有复位晶体管RS、地址晶体管AD及驱动晶体管D。
光电二极管PD11～PD45，分别在垂直方向、水平方向上以预定间距二维地配置。在垂直方向上邻接的光电二极管形成对。输出电路OUT11～OUT24，分别由在上述垂直方向邻接的成对的两个光电二极管(光电二极管对)所共用。这些输出电路OUT11～OUT24彼此不同地被配置在光电二极管对的垂直方向的间隙部。
接着，针对一个重复单元详细地说明其结构。在此，关于重复状况，以第三行(光电二极管PD31、PD32、PD33、PD34)为例。在输出电路OUT21中光电二极管对PD31、PD41对应，在输出电路OUT22中光电二极管对PD22、PD32对应，在输出电路OUT23中光电二极管对PD33、PD43对应，在输出电路OUT24中光电二极管对PD24、PD34对应。分别邻接上述光电二极管PD31、PD32、PD33、PD34来设置传输栅极TG31、TG32、TG33、TG34，以便能够控制向浮动结FJ21、FJ22、FJ23、FJ24传输信号电荷。
串联连接驱动晶体管D21、地址晶体管AD21及复位晶体管RS21的电流通路以构成上述输出电路OUT21。串联连接驱动晶体管D22、地址晶体管AD22及复位晶体管RS22的电流通路以构成上述输出电路OUT22。串联连接驱动晶体管D23、地址晶体管AD23及复位晶体管RS23的电流通路以构成上述输出电路OUT23。串联连接驱动晶体管D24、地址晶体管AD24及复位晶体管RS24的电流通路以构成上述输出电路OUT24。复位漏极RD兼为地址晶体管AD21、AD22、AD23、AD24的漏极。驱动晶体管D21、D22、D23、D24的源极分别与信号线S1、S2、S3、S4连接。
上述CMOS图像传感器的基本驱动方法与现有驱动方法相同。当将传输脉冲提供给读出布线LTG3时，将来自光电二极管PD31、PD32、PD33、PD34的信号电荷一起地传输到在倾斜方向上邻接的两列输出电路OUT21、OUT22、OUT23、OUT24的浮动结FJ21、FJ22、FJ23、FJ24，将信号从各输出电路OUT21、OUT22、OUT23、OUT24一起输出到信号线S1、S2、S3、S4。
此时，由于同时驱动在倾斜方向上邻接的两列输出电路OUT21、OUT22、OUT23、OUT24，所以就能够将地址脉冲同时地提供给连接地址晶体管AD21、AD23的地址布线ADD34和连接地址晶体管AD22、AD24的地址布线ADD23这两列。
同样地，就能够将复位脉冲同时地提供给连接复位晶体管RS21、RS23的复位布线RSL34和连接复位晶体管RS22、RS24的复位布线RSL23这两列。
接着，说明上述图1所示的CMOS图像传感器的操作。首先，先进行传输操作，输入复位脉冲，使复位晶体管RS21～RS24导通，将浮动结FJ21～FJ24复位为复位漏极电压。此后，在将信号电荷传输到浮动结FJ21～FJ24之前，使复位晶体管RS21～RS24截止，使浮动结FJ21～FJ24成为浮置(floating)状态。当信号电荷向浮动结FJ21～FJ24传输时，其电位变化，调制连接在各结的驱动晶体管D21～D24的沟道电位。而且为了使输出电路OUT21～OUT24工作，将地址脉冲提供给地址布线ADD23、ADD34，使地址晶体管AD21～AD24导通。由此，将与光电二极管PD31～PD34的信号电荷对应的电位输出到信号线S1～S4。
图2表示上述图1所示的CMOS图像传感器的具体布图设计的例子。作为像素的光电二极管PD11～PD44被二维排列，在垂直方向、水平方向上分别以预定的间距配置。各光电晶体管PD11～PD44在水平方向由元件隔离区域所分离。从在垂直方向上邻接的光电二极管对PD11和PD21、PD12和PD22、PD13和PD23、PD14和PD24、PD31和PD41、PD32和PD42、PD33和PD43、PD34和PD44的间隙部，到各个这些光电二极管对中在水平方向上邻接的光电二极管对的间隙部，配置有传输栅极TG11～TG44、浮动结FJ11、FJ21、……及输出电路OUT11～OUT14、OUT21～OUT24。上述传输栅极TG11～TG44和浮动结FJ11、FJ21配置在成为读出对象的光电二极管对的垂直方向的间隙部。此外，上述输出电路OUT11～OUT14、OUT21～OUT24存在于与在读出晶体管对的水平方向上邻接的光电二极管对的垂直方向的间隙部邻接的位置，向在水平方向上邻接的光电二极管的垂直方向的读出方向彼此不同。这些输出电路OUT11～OUT14、OUT21～OUT24，由在上述垂直方向上邻接的光电二极管对所共用，将从上述光电二极管对的一个中选择的信息输出到外部。
下面，针对第三行进行详细地说明。在垂直方向上排列的光电二极管对(像素对)PD31、PD41的间隙部，配置有传输栅极TG31、TG41和浮动结FJ21。此光电二极管对PD31、PD41的信号电荷，通过传输栅极TG31、TG41贮存在浮动结FJ21。将构成输出电路OUT21的各晶体管RS21、AD21、D21形成在倾斜方向邻接的光电二极管对PD22、PD32和光电二极管对PD42、PD52(未图示)的间隙部(光电二极管对PD32、PD42的垂直方向的间隙部)。因此，与光电二极管PD31在水平方向邻接的光电二极管PD32的传输栅极TG32设置在光电二极管对PD22、PD32的间隙部。即，在水平方向上邻接的光电二极管中的信号电荷的传输方向可变为彼此不同上下重复。
根据这种结构，由于在垂直方向、水平方向上分别以预定的间距二维地配置光电二极管，在垂直方向上邻接的光电二极管对的间隙部及在倾斜方向上邻接的光电二极管对的间隙部设置输出电路，所以能够以狭窄的间距在水平方向上配置光电二极管(像素)，从而实现水平方向的高集成化。
第二实施方式
图3是用于说明根据本发明的第二实施方式的固体摄像装置的图，表示上述图1所示的电路结构的另一具体的布图设计例。在图3中，对与图1和图2相同的结构部位赋予相同的符号并省略其详细的说明。
根据本第二实施方式的CMOS图像传感器省略了上述第一实施方式的各输出电路OUT11～OUT14、OUT21～OUT24中的地址晶体管(地址栅极)AD11～AD14、AD21～AD24。
即，各输出电路OUT11～OUT14、OUT21～OUT24包含有复位晶体管RS和驱动晶体管D。复位晶体管RS的电流通路的一端与传输栅极对TG11～TG14、TG21～TG24连接，电流通路的另一端与复位漏极RD连接，从复位布线RSL01～RSL34向栅极供给复位信号。驱动晶体管D的电流通路的一端与上述复位漏极RD连接，电流通路的另一端与信号线S1～S4连接，栅极与上述复位晶体管RS的电流通路的一端连接。
对于省略上述地址栅极的结构，例如公开在IEEEJournal of SolidStates Circuits vol.39，No.12，Dec.2004 P.2408～2416中。
此CMOS图像传感器的操作是在将低电平的脉冲施加在复位漏极RD的状态下，将高电平的复位脉冲赋予复位布线RSL，使浮动结FJ成为低电平。例如，在读出第三行的光电二极管对PD31～PD34时，同时对复位布线RSL23、RSL34施加复位脉冲。接着，在驱动晶体管D的栅极为低电平的状态下，使复位漏极RD成为常规驱动的高电平，使待选择行的复位晶体管RS的栅极成为高电平，将浮动结FJ复位。此后，开启待选择的光电二极管对PD的传输栅极TG，利用信号电荷调制驱动晶体管D的栅极电压。此时，未被选择的驱动晶体管D栅极变成低电平，选择出的驱动晶体管D的输出在信号线S1～S4中进行输出。
通过采用这种驱动方式，就能够省略地址晶体管AD11～AD14、AD21～AD24。
而且，采用上述这种结构，也能够与第一实施方式同样地实现水平方向的高集成化。
第三实施方式
图4是用于说明根据本发明的第三实施方式的固体摄像装置的图，表示上述图1所示的电路结构的另一具体的布图设计例。在图4中，对与图1至图3相同的结构部位赋予相同的符号并省略其详细的说明。
即，根据本第三实施方式的CMOS图像传感器，大致45度倾斜配置(以传输栅极对的一个相对于水平方向实际上倾斜正45度、传输栅极对的另一个相对于水平方向实际上倾斜负45度的状态相对配置)各传输栅极对TG11和TG21、TG13和TG23、TG22和TG32、TG24和TG34、TG31和TG41、TG33和TG43、TG42和TG52、TG44和TG54，以便使各传输栅极对相对于水平方向相对置。此外，将各浮动结FJ配置在由上述传输栅极对交差部附近和复位晶体管RS所包围的区域中。
通过这种配置，仅在元件隔离区域形成各光电二极管对的垂直方向的间隙部，各光电二极管对向元件隔离区域方向延伸，就能够增加光电二极管对的占有面积。
在图4所示的布图设计中，光电二极管对的三个方向由元件隔离区域包围，仅在一个方向配置输出电路的元件隔离区域。在此三个方向的元件隔离区域中，例如能够使用由离子注入形成的杂质区域。在现有的图像传感器中广泛采用的、由对应于各像素形成的微型透镜聚集入射光的情况下，由于像素的倾斜方向的角部入射光不能成像，所以与现有的结构相比，就会减少由在图4所示的倾斜方向上配制的传输栅极的部分所引起的画质劣化。
再有，在图4中，虽然将传输栅极配置在倾斜方向上，但并不限于倾斜方向上，在图2及图3所示的布图设计中，也可以是将传输栅极配置在光电二极管的角部、缩短浮动结的长度、并在光电二极管的倾斜方向的间隙部进行配置的结构。
第四实施方式
图5是用于说明根据本发明的第四实施方式的固体摄像装置的图，表示上述图1所示的电路结构的另一具体的布图设计例。在图5中，对与图1至图4相同的结构部位赋予相同的符号并省略其详细的说明。
即，根据本第四实施方式的CMOS图像传感器，在能够将在水平方向上延伸的输出电路的长度设计得比像素的水平方向的间距小的情况下是有效的，是将在垂直方向上邻接的输出电路的间隙部的一部分作为仅元件隔离的宽度的设计(layout)。通过进行此构造，就能够进一步增加像素电荷贮存部分的面积。
在此第四实施方式中，除水平方向的元件隔离外，垂直方向上除输出电路以外的像素间隙部也仅成为元件隔离区域。此元件隔离区域能够通过离子注入来形成。此外，由于输出电路能集中配置在像素的角部的部分，所以即使输出电路的元件隔离不是形成厚的氧化膜的结构，也能够通过仅由离子注入形成的元件隔离区域来形成。
第五实施方式
图6是用于说明根据本发明的第五实施方式的固体摄像装置的图，抽取出CMOS图像传感器的主要部分加以表示的电路图。此CMOS图像传感器具有：单位单元UC、负载晶体管LT、选择晶体管ST、水平寄存器11、垂直寄存器12、时序发生电路13及放大器(amp)14等。将上述单位单元UC配置成2n～2(n+1)+2行、m～M+2列。各单位单元UC包含有光电二极管PD、传输晶体管TG、复位晶体管RS、地址晶体管AD及驱动晶体管D等。
上述光电二极管对PD的正极接地，负极分别连接到传输晶体管对TG的电流通路的一端。在上述传输晶体管对TG的栅极分别连接读出信号线READ，从垂直寄存器12供给读出信号。上述传输晶体管对TG的电路通路的另一端共同连接到驱动晶体管D的栅极。在此驱动晶体管D的栅极和电位供给源间连接复位晶体管RS的电流通路。此复位晶体管RS的栅极与复位信号线RESET连接，从上述垂直寄存器12供给复位信号。在上述驱动晶体管D的电流通路的一端和电位供给源间连接地址晶体管AD的电流通路。在此地址晶体管AD的栅极与地址信号线ADRES连接，从上述垂直寄存器12供给地址信号。上述驱动晶体管D的电流通路的另一端与垂直信号线Vsig连接。此垂直信号线Vsig配置在与上述复位信号线RESET、上述地址信号线ADRES及上述读出信号线READ交差的方向。
在上述垂直信号线Vsig的一端和接地点间连接有负载晶体管LT的电流通路。在上述垂直信号线Vsig的另一端和放大器14的输入端子间连接有选择晶体管ST的电流通路。对这些晶体管ST的栅极供给水平寄存器11的输出信号来进行控制。而且，能够用上述时序发生电路13的输出信号来控制上述垂直寄存器12和水平寄存器11的操作时序。
即，根据本第五实施方式的CMOS图像传感器，将横方向排列的地址线ADRES和复位线RESET设置为每2行中存在1条。通过构成此结构，就能够将横方向排列的驱动线的数量从每1行3条节约为2条。因此，对于在微细化像素的情况中容易引起的“在金属布线中光被遮蔽而使灵敏度降低”的现象是有利的。
图7是表示根据本发明的第五实施方式固体摄像装置的驱动例的时序图。使用图7以从根据本第五实施方式的CMOS图像传感器的2n+1行和2(n+1)行的像素(光电二极管PD)中读出信号电荷时的操作为例进行说明。首先，通过使复位信号线RESET[2n]和复位信号线RESET[2(n+1)]成为高电平，来使与2n+1行的像素对应的浮动结复位。接着，通过使地址信号线ADRES[2n+1]成为高电平，来使与2n+1行的像素对应的源极跟随器(sourcefollower)电路激活，读出2n+1行的像素的黑(Dark)电平。
然后，通过使读出信号线READ[2n+1]成为高电平，来使与2n+1行的像素对应的传输晶体管TG导通，将贮存在像素的信号电荷读出到浮动结。接着，通过使地址信号线ADRES[2n+1]成为高电平，来使与2n+1行的像素对应的源极跟随器电路激活，读出2n+1行的像素的信号。该信号成为黑电平与信号(Signal)电平之和。因此，在像素之外，通过先获取与读出的黑电平的差，就能够仅取出2n+1行的信号电平。
接着，通过使复位信号线RESET[2(n+1)]和复位信号线RESET[2(n+2)]成为高电平，来复位与2(n+1)行的像素对应的浮动结。接着，通过使地址信号线ADRES[2(n+1)+1]成为高电平，来使2(n+1)行的像素中的与偶数列对应的像素的源极跟随器电路激活，读出2(n+1)行的偶数列的像素的黑电平。接着，通过使地址信号线ADRES[2n+1]成为高电平，来使2(n+1)行的像素中的与奇数列对应的源极跟随器电路激活，读出2(n+1)行的像素的奇数列的黑电平。
然后，通过使读出信号线READ[2(n+1)]成为高电平，来使与2(n+1)行的像素对应的传输晶体管TG导通，将贮存在像素的信号电荷读出到浮动结。接着，通过使地址信号线ADRES[2(n+1)+1]成为高电平，来使与2(n+1)行的偶数列的像素对应的源极跟随器电路激活，读出2(n+1)行的像素的偶数列的信号。接着，通过使地址信号线ADRES[2n+1]成为高电平，来使与2(n+1)行的奇数列的像素对应的源极跟随器电路激活，读出2(n+1)行的像素的奇数列的信号。这些信号成为黑电平与信号电平之和。因此，在像素之外，通过先获取与读出的黑电平的差，就有能够仅取出2(n+1)行的信号电平。
图8是表示上述图6所示的CMOS图像传感器的布图设计例的平面图。横方向上的金属布线(第二层铝)为每1行2条，形成难以遮光的结构。
在此结构中，水平方向的结构要素是光电二极管和元件隔离区域，布线延伸到元件隔离区域上，金属布线即可，并且这些金属布线用于光遮蔽。因此，实际上，在基板表面附近的水平方向的光电二极管间仅存在元件隔离区域。在此元件隔离区域上由于没有栅极布线，所以就不需要使用现有这种厚的氧化膜的元件隔离区域，由于也可通过杂质的离子注入来形成元件隔离区域，因此就能够实现高集成化。
此外，即使就垂直方向的间距而言，如上所述，像素间隙部的结构用由“2条的读出栅极(传输栅极)+1个浮动结”构成的读出部分、或由“地址晶体管+驱动晶体管+复位晶体管”构成的输出电路部分中任意一个来构成。由于能够使这些宽度为大致相同的程度，并且以栅格状配置单位单元，由此能够在水平方向上邻接配置此读出部分和输出电路部分。像素垂直间隙部的这种有效活用便于高集成化。
特别地，在数码相机和在带相机的便携式电话的相机中应用时，需要将像素配置为正方形格子状，伴随于此就要求像素的开口部的尺寸是完全等间隔。根据本发明，由于能够缩小水平方向和垂直方向的像素间距，就能够容易地进行单位单元的布图设计并实现高集成化。
第六实施方式
再有，如果将上述图6所示的电路构成为省略了在上述第二实施方式中说明的地址晶体管的结构，就能够进一步地缩小输出电路所占面积。此时，减少了对应于省略的地址晶体管的地址信号线ADRES(地址信号)，优选增加仅减少的部分的复位信号线RESET(复位信号)的条数。
图9是用于说明根据本发明的第六实施方式的固体摄像装置的电路图，对于与图6相同的结构部赋予相同的符号。与图6所示的第五实施方式的不同点在于，省略各单位单元内的地址晶体管AD，将驱动晶体管D的电流通路的一端直接与电位供给源(Drain)连接。
此CMOS图像传感器与图6的电路相同，具有：单位单元UC、负载晶体管LT、选择晶体管ST、水平寄存器11、垂直寄存器12、时序发生电路13及放大器(amp)14等。将上述单位单元UC配置成2n～2(n+1)+1行、m～m+2列。各单位单元UC包含光电二极管对PD、传输晶体管对TG、复位晶体管RS及驱动晶体管D等。
上述光电二极管对PD的正极接地，负极分别连接到传输晶体管对TG的电流通路的一端。在上述传输晶体管对TG的栅极分别连接有读出信号线READ，从垂直寄存器12供给读出信号。上述传输晶体管对TG的电路通路的另一端共同连接在驱动晶体管D的栅极。在此驱动晶体管D的栅极和电位供给源间连接有复位晶体管RS的电流通路。此复位晶体管RS的栅极连接复位信号线RESET，从上述垂直寄存器12供给复位信号。上述驱动晶体管D的电流通路的另一端连接垂直信号线Vsig。此垂直信号线Vsig配置在与上述复位信号线RESET、上述地址信号线ADRES及上述读出信号线READ交差的方向。
即，根据第六实施方式的CMOS图像传感器，省略地址信号线ADRES线，将横方向上的复位信号线RESET设置为每1行中1条。通过构成本结构，就可以不改变横方向上的驱动线的数量为每1行为2条。
图10是表示根据本发明的第六实施方式的固体摄像装置的驱动列的时序图。使用图10以从根据本第六实施方式的CMOS图像传感器的2n+1行和2(n+1)行的像素(光电二极管PD)中读出信号电荷时的操作为例进行说明。首先，通过使复位信号线RESET[2n]和复位信号线RESET[2(n+1)]成为高电平，来使与2n+1行的像素对应的浮动结复位。此时，连接浮动结的驱动晶体管D变成高电平，使与2n+1行的像素对应的源极跟随器电路激活，读出2n+1行的像素的黑(Dark)电平。
然后，通过使读出信号线READ[2n+1]成为高电平，来使与2n+1行的像素对应的传输晶体管TG导通，将贮存在像素的信号电荷读出到浮动结。此时，连接浮动结的驱动晶体管D通过信号电荷施加调制，处于高电平的状态，直到使与2n+1行的像素对应的源极跟随器电路激活，读出2n+1行的像素的信号。此信号成为黑电平和信号(Signal)电平之和。因此，在像素之外，通过先获取与读出的黑电平的差，就能够仅取出2n+1行的信号电平。
接着，使电源供给源Drain的电位成为低电平。在此状态下，通过使复位信号线RESET2n和复位信号线RESET[2n+1]成为高电平，来使与2n+1行的像素对应的浮动结变为低电平，断开截止驱动晶体管D，使与2n行的单位单元UC[m，2n]、UC[m+2，2n]和2n+1行的单位单元UC[m+1，2n+1]对应的源极跟随器电路变化成非激活状态。2n行的单位单元的源极跟随器电路返回激活状态，是在为了在相当于1帧的时间后读出2n行的像素RESET[2n]变为高电平时刻，在此间保持在非激活状态下。接着，通过使RESET[2n+1]、RESET[2(n+1)]成为高电平，来再次激活单位单元UC[m+1，2n+1]，使单位单元UC[m，2(n+1)]、单位单元UC[m+2，2(n+1)]激活。然后，通过使读出信号线READ[2(n+1)]成为高电平，来将贮存在2(n+1)行的像素的信号电荷读出到浮动结。以后，重复与2n+1行的像素相同的读出次序。
通过将单位单元构成这样的结构，如图7中说明的复杂时序、即一个水平消隐(blanking)期间，进行多次的地址操作，能够不需要分成多次读出信号，而利用与现有同等的驱动方法来驱动像素。此外，根据本发明，由于能够缩小水平方向和垂直方向的像素间距，因此容易进行单位单元的布图设计并可实现高集成化。
再有，本发明不限定于上述的实施方式，如第三、第四实施方式所说明的，通过将浮动结部分配置在像素的倾斜方向，将读出栅极配置在倾斜方向，就能进一步高集成化。即，通过有效地利用在倾斜方向上邻接的像素间隙部，使没有输出电路的垂直方向的像素间隙部仅成为元件隔离区域，就能够增加在该像素分离区域的垂直方向上邻接的像素面积。
在输出电路位于像素的角部的结构中，利用微型透镜在像素中使入射光成像的情况下，由于在像素部以圆形形状聚光，所以即使在此像素的角部的部分有输出电路，输出电路部的入射光的遮光也很少。
此外，由于在水平方向没有输出电路部，水平方向的开口变宽，开口成为横向长的形状。由于像素数是通常横：纵为4：3比率或16：9比率的横向长结构，因此作为像素的开口形状能够实现横向长的一方相对于阴影难于受到影响的结构。这与输出电路配置在像素的横向上的现有CMOS区域传感器、或垂直CCD寄存器不得不配置在像素的横向上的CCD区域传感器的纵向长形状的像素开口相比，成为一个显著优点。
此外，在本实施方式中，用2×2的4像素形成一个重复单元。由于此结构与现状的拜尔(ベイヤ一)排列的滤色片由2×2的4像素单位配置有颜色的3原色的R、G、B的重复单元相同，所以不产生重复配置的差别所导致的周期的不规则性。并且，拜尔排列的两个绿色(Green)被配置为栅格状，在本结构中，位于栅格状的位置的像素形成相同的结构，两个绿色中也不会产生因配置导致的不规则性。
并且，利用离子注入的元件隔离区域的形成方法，如在CCD区域传感器中有实效那样，与形成厚的氧化膜相比，能够抑制在半导体基板中产生晶格缺陷，能够抑制结漏电(junction leak)引起的损伤，可获得画质的改善。
如上所述，根据本发明的一种实施方式，就能够提供实现水平方向的高集成化的固体摄像装置。
对本领域普通技术人员来讲，附加优点和各种修改将是显而易见的。因此，本发明在其宽泛的方面则不限于在此展示并描述的具体细节和各个实施例。因此，在不脱离由本发明的附加权利要求和它的等同物所限定的精神和基本概念的范围之下，可以进行各种修改。

Claims (20)

1、一种固体摄像装置，其特征在于具有：像素组，在垂直方向、水平方向上分别以预定的间距二维地配置有像素，且在垂直方向上邻接的像素成对；以及
输出电路组，设置在从在上述垂直方向上邻接的像素对的间隙部至在水平方向上与该像素对邻接的像素对的间隙部，并且将与从该像素对中被选择的一个像素中读出的信号电荷相对应的信息输出到外部，
包含在上述垂直方向上邻接的像素对和对应于上述像素对的输出电路而构成的单位单元被配置成栅格状，且在倾斜方向上邻接的上述单位单元中的像素对的一个被配置在同一水平线上。
2、根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，上述各单位单元还具有：浮动结，配置在上述像素对的间隙部，传输并贮存由上述像素对所生成的信号电荷；以及传输栅极对，分别配置在上述像素对和上述浮动结之间，分别控制从上述像素对向上述浮动结的信号电荷的传输；
在上述各单位单元的倾斜方向上邻接的四个单位单元内、在垂直方向上邻接的两个单位单元的间隙部配置有上述输出电路。
3、根据权利要求2所述的固体摄像装置，其特征在于，对于沿上述同一水平线上配置的像素，同时开启上述传输栅极对中的一个传输栅极，并在所对应的上述输出电路中进行传输，由此进行读出。
4、根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，上述各单位单元还具有：浮动结，被配置在上述像素对的间隙部中、且配置有上述输出电路一侧的端部，传输并贮存由上述像素对生成的信号电荷；以及传输栅极对，与上述浮动结相对置且分别被配置在像素对的角部，分别控制从上述像素对向上述浮动结的信号电荷的传输，
在上述各单位单元的倾斜方向上邻接的四个单位单元内、在垂直方向上邻接的两个单位单元的间隙部配置有上述输出电路。
5、根据权利要求4所述的固体摄像装置，其特征在于，对于沿上述同一水平线上配置的像素，同时开启上述传输栅极对中的一个传输栅极，并在所对应的上述输出电路中进行传输，由此进行读出。
6、根据权利要求4所述的固体摄像装置，其特征在于，上述传输栅极对以上述传输栅极对的一个相对水平方向实际上倾斜正45度、上述传输栅极对的另一个相对水平方向实际上倾斜负45度的状态来相对置地配置，
上述浮动结被配置在由上述传输栅极对的交差部附近和上述输出电路所包围的区域中。
7、根据权利要求4所述的固体摄像装置，其特征在于，上述输出电路中的水平方向的输出电路的长度比像素的水平方向的间距小，在垂直方向上邻接的输出电路的间隙部的一部分与元件隔离区域的宽度相等。
8、根据权利要求7所述的固体摄像装置，其特征在于，上述像素对之间的水平方向和除了上述输出电路之外的上述像素间隙部的垂直方向由元件隔离区域隔离。
9、根据权利要求4所述的固体摄像装置，其特征在于，上述输出电路包含：复位晶体管，电流通路的一端与上述传输栅极对连接，电流通路的另一端与复位漏极连接，且向栅极供给复位信号；地址晶体管，电流通路的一端与上述复位漏极连接，且向栅极供给地址信号；以及驱动晶体管，电流通路的一端与上述地址晶体管的电流通路的另一端连接，电流通路的另一端与信号线连接，且栅极与上述复位晶体管的电流通路的一端连接。
10、根据权利要求9所述的固体摄像装置，其特征在于，还具有垂直寄存器，对上述复位晶体管的栅极供给复位信号，对上述传输晶体管对的栅极分别供给读出信号，对上述地址晶体管的栅极供给地址信号。
11、根据权利要求10所述的固体摄像装置，其特征在于，还具有：放大器，放大并输出信号；选择晶体管，电流通路分别连接到上述放大器的输入端和信号线之间；水平寄存器，控制上述选择晶体管；以及时序发生电路，控制上述垂直寄存器和上述水平寄存器的操作时序。
12、根据权利要求4所述的固体摄像装置，其特征在于，上述输出电路包含：复位晶体管，电流通路的一端与上述传输栅极对连接，电流通路的另一端与复位漏极连接，且向栅极供给复位信号；以及驱动晶体管，电流通路的一端与上述复位漏极连接，电流通路的另一端与信号线连接，且栅极与上述复位晶体管的电流通路的一端连接。
13、根据权利要求12所述的固体摄像装置，其特征在于，还具有垂直寄存器，对上述复位晶体管的栅极供给复位信号，对上述传输晶体管对的栅极分别供给读出信号，对上述地址晶体管的栅极供给地址信号。
14、根据权利要求13所述的固体摄像装置，其特征在于，还具有：放大器，放大并输出信号；选择晶体管，电流通路分别连接到上述放大器的输入端和信号线之间；水平寄存器，控制上述选择晶体管；以及时序发生电路，控制上述垂直寄存器和上述水平寄存器的操作时序。
15、根据权利要求4所述的固体摄像装置，其特征在于，上述输出电路包含：复位晶体管，电流通路的一端与电位供给源连接，电流通路的另一端与传输栅极对连接，使上述浮动结的电位复位；地址晶体管，电流通路的一端与上述电位供给源连接，栅极被供给地址信号；以及驱动晶体管，电流通路的一端与上述地址晶体管的电流通路的另一端连接，电流通路的另一端与信号线连接，且栅极与上述栅极对连接。
16、根据权利要求15所述的固体摄像装置，其特征在于，还具有垂直寄存器，对上述复位晶体管的栅极供给复位信号，对上述传输晶体管对的栅极分别供给读出信号，对上述地址晶体管的栅极供给地址信号。
17、根据权利要求16所述的固体摄像装置，其特征在于，还具有：放大器，放大并输出信号；选择晶体管，电流通路分别连接到上述放大器的输入端和信号线之间；水平寄存器，控制上述选择晶体管；以及时序发生电路，控制上述垂直寄存器和上述水平寄存器的操作时序。
18、根据权利要求4所述的固体摄像装置，其特征在于，上述输出电路包含：复位晶体管，电流通路的一端与电位供给源连接，电流通路的另一端与传输栅极对连接，使上述浮动结的电位复位；以及驱动晶体管，电流通路的一端与上述电位供给源连接，电流通路的另一端与上述信号线连接，且栅极与上述传输栅极对连接。
19、根据权利要求18所述的固体摄像装置，其特征在于，还包括垂直寄存器，对上述复位晶体管的栅极供给复位信号，对上述传输晶体管对的栅极分别供给读出信号。
20、根据权利要求19所述的固体摄像装置，其特征在于，还具有：放大器，放大并输出信号；选择晶体管，电流通路分别连接到上述放大器的输入端和信号线之间；水平寄存器，控制上述选择晶体管；以及时序发生电路，控制上述垂直寄存器和上述水平寄存器的操作时序。
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