CN102271228B

CN102271228B - 固体摄像元件

Info

Publication number: CN102271228B
Application number: CN201110159222.4A
Authority: CN
Inventors: 中山智史
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2011-06-07
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2031-06-07
Also published as: JP2011259075A; US8497460B2; US20110297814A1; EP2393285B1; EP2393285A1; CN102271228A; JP5126291B2

Abstract

一种固体摄像元件，具有像素、垂直信号线以及控制部。像素具有将光转换为电荷的光电转换部、电荷电压转换部、将光电转换部的电荷转移到电荷电压转换部的转移晶体管、生成基于电荷电压转换部的电压的放大晶体管、选择是否输出信号的选择晶体管、和将电荷电压转换部的电荷复位的复位晶体管。电荷电压转换部通过连接配线与放大晶体管及复位晶体管连接。从放大晶体管输出的信号传输到垂直信号线。控制部控制复位晶体管以及选择晶体管，以便在将光电转换部的电荷复位的复位期间，在复位晶体管从导通状态变化为截止状态时，选择晶体管为导通状态。

Description

固体摄像元件

技术领域

本发明涉及固体摄像元件。

背景技术

通常，在数码相机等摄像装置中使用CCD型、CMOS型的固体摄像元件。例如，CMOS型的固体摄像元件具有配置成二维矩阵状的多个像素。例如，像素具有根据入射光的光量而生成信号电荷的光电二极管等光电转换部、转移晶体管、放大晶体管、复位晶体管、选择晶体管。此外，转移晶体管的漏极与放大晶体管的栅极连接，而起到存储由光电二极管生成的信号电荷的浮动扩散区域的作用。

在读出期间，像素信号按照各行而输出到设置于各列的垂直信号线。例如，在读出期间，读出对象的行的选择晶体管导通。然后，在选择晶体管导通状态的行的像素中，首先，复位晶体管导通一定期间，浮动扩散区域的电荷被复位。接着，转移晶体管导通，在光电二极管中生成的信号电荷转移到浮动扩散区域中。基于转移到浮动扩散区域中的电荷的信号电压，通过作为源极跟随电路动作的放大晶体管而输出到垂直信号线上。

最近，提出了以下的固体摄像元件（例如，参照日本特开2007-165864号公报）：由配置在列方向上的两个像素共享放大晶体管、复位晶体管以及选择晶体管的固体摄像元件。在这种固体摄像元件中，例如，共享放大晶体管等的两个像素的转移晶体管的漏极（浮动扩散区域的一部分）通过金属等配线相互连接而由两个像素所共享。通常，将配置在列方向上的两个像素的转移晶体管的漏极相互连接的配线，配置成与垂直信号线平行。

在读出期间，选择晶体管导通时，电流从电源经由放大晶体管以及选择晶体管流到垂直信号线。由此，垂直信号线的电压上升。然后，由于垂直信号线和浮动扩散区域之间的耦合，浮动扩散区域的电压上升。此外，浮动扩散区域的电压也因选择晶体管的栅极以及浮动扩散区域之间的耦合而上升。

尤其是，在浮动扩散区域的配线与垂直信号线平行地配置的固体摄像元件（例如，由两个像素共享放大晶体管等的固体摄像元件）中，垂直信号线和浮动扩散区域之间的耦合的影响变大，浮动扩散区域的电压的上升变得较大。

在浮动扩散区域的电压上升的情况下，将复位晶体管的栅极设为高电平时，存在复位晶体管的栅极和源极之间的电压不会成为阈值电压以上的担忧。在此情况下，由于复位晶体管不能正常动作，因此浮动扩散区域的电荷不被复位，从而放大晶体管的动作范围脱离正常动作的范围。例如，在多个像素的复位晶体管无法正常动作的情况下，浮动扩散区域的电压在多个像素中散乱不均，其结果，放大晶体管的输出特性在多个像素中散乱不均。在此情况下，在图像中产生浓阴影、固定模式噪声。

发明内容

本发明的目的在于降低浓阴影、固定模式噪声。

固体摄像元件具有：包括光电转换部、电荷电压转换部、转移晶体管、放大晶体管、选择晶体管以及复位晶体管的像素；传输从放大晶体管输出的信号的垂直信号线；以及控制部。光电转换部将光转换为电荷。电荷电压转换部将从光电转换部转移的电荷转换为电压。转移晶体管将光电转换部的电荷转移到电荷电压转换部。放大晶体管生成基于电荷电压转换部的电压的信号。选择晶体管选择是否从放大晶体管输出信号。复位晶体管将电荷电压转换部的电荷复位。此外，电荷电压转换部通过连接配线与放大晶体管以及复位晶体管连接。控制部控制复位晶体管以及选择晶体管，以便在复位光电转换部的电荷的复位期间，在复位晶体管从导通状态变化为截止状态时，选择晶体管为导通状态。

附图说明

图1是表示一实施方式中的固体摄像元件的概要的图。

图2是表示图1所示的像素的一例的图。

图3是表示图2所示像素的布局的一例的图。

图4是表示图1所示的固体摄像元件的动作的一例的图。

图5是表示使用图1所示的固体摄像元件而构成的摄像装置的一例的图。

图6是表示其他实施方式中的固体摄像元件的概要的图。

图7是表示图6所示像素的布局的一例的图。

图8是表示图3所示像素的布局的变形例的图。

图9是表示图7所示像素的布局的变形例的图。

具体实施方式

下面，使用附图说明本发明的实施方式。对传输控制信号（转移信号TX、选择信号SEL、复位信号RST等）的信号线使用与控制信号名相同的附图标记。

图1表示本发明一实施方式。该实施方式的固体摄像元件10，例如为CMOS型的固体摄像元件，具有像素阵列20、垂直扫描电路30、水平扫描电路40、恒流源IS以及垂直信号线VL。

像素阵列20具有配置成二维矩阵状的多个像素PX（PXa、PXb）。例如，各像素PX生成与入射光的光量对应的电信号。此外，在本实施方式中，通过在列方向（图1的纵方向）上相邻的两个像素PXa、PXb构成像素组PXG。例如，像素组PXG被配置成n行m列。在此情况下，像素PX被配置成（2×n）行m列。关于构成像素组PXG的像素PXa、PXb的详细将在后述的图2中说明。配置在列方向上的多个像素组PXG连接在设置于各列的垂直信号线VL上。另外，为了读出来自各像素PX的信号而在各垂直信号线VL上连接有恒流源IS。

垂直扫描电路30使用选择信号SEL、复位信号RST以及转移信号TX（TXa、TXb）按每行控制像素阵列20的像素PX。下面，将选择信号SEL、复位信号RST、转移信号TX也分别称为控制信号SEL、RST、TX。此外，控制信号SEL、RST由构成像素组PXG的像素PXa、PXb所共享。

例如，选择信号SEL（n）以及复位信号RST（n）分别表示第n行的像素组PXG的选择信号SEL以及复位信号RST。即，选择信号SEL（n）由第（2×n-1）行以及第（2×n）行的像素PX所共享。另外，复位信号RST（n）由第（2×n-1）行以及第（2×n）行的像素PX所共享。此外，转移信号TXa（n）是第（2×n-1）行的像素PX（第n行的像素组PXG的像素PXa）的转移信号TX。并且，转移信号TXb（n）是第（2×n）行的像素PX（第n行的像素组PXG的像素PXb）的转移信号TX。

因此，垂直扫描电路30例如控制控制信号SEL（1）、RST（1）、TXa（1）而控制第1行的像素PX（第1行的像素组PXG的像素PXa）。另外，例如垂直扫描电路30控制控制信号SEL（1）、RST（1）、TXa（1）而控制第2行的像素PX（第1行的像素组PXG的像素PXb）。

水平扫描电路40存储通过垂直扫描电路30选择的行的像素PX的信号OUTS、OUTN，将所存储的信号OUTS、OUTN按每列依次输出。在此，例如，信号OUTN为表示含有像素PX的复位噪声成分等的固定噪声成分的、噪声信号。另外，信号OUTS是包含像素PX的复位噪声成分等固定噪声成分和与由像素PX内的光电转换部生成的电荷对应的信号成分的像素信号。

图2表示图1所示的像素PX的一例。此外，图2表示构成像素组PXG的像素PXa、PXb的一例。例如，像素组PXG具有在列方向（图2的纵方向）上相邻的两个像素PXa、PXb。此外，在本实施方式中，形成于像素PX（PXa、PXb）内的晶体管MTRa、MTRb、MAM、MSE、MRS均为nMOS晶体管。

像素PXa具有光电转换部PDa、转移晶体管MTRa、放大晶体管MAM、选择晶体管MSE、复位晶体管MRS以及浮动扩散FD（浮动扩散区域）。另外，像素PXb具有光电转换部PDb、转移晶体管MTRb、放大晶体管MAM、选择晶体管MSE、复位晶体管MRS以及浮动扩散FD。如上所述，放大晶体管MAM、选择晶体管MSE、复位晶体管MRS以及浮动扩散FD由像素PXa、PXb所共享。

在此，浮动扩散FD为形成有储存从光电转换部PD转移的电荷的电容FC1、FC2等的区域（晶体管MTRa、MTRb的漏极区域等）。此外，图中的电容FC1表示形成在像素PXa的转移晶体管MTRa的漏极区域上的电容，电容FC2表示形成在像素PXb的转移晶体管MTRb的漏极区域上的电容。例如，转移晶体管MTRa的漏极（电容FC1）通过配线CL连接在转移晶体管MTRb的漏极（电容FC2）上。由此，由像素PXa、PXb共享浮动扩散FD。

光电转换部PD例如为光电二极管PD，根据入射光的光量生成信号电荷。下面，将光电转换部PD也称为光电二极管PD。例如，在像素PXa中，光电二极管PDa的阳极接地且阴极连接在转移晶体管MTRa的源极上。由光电二极管PDa生成的信号电荷经由转移晶体管MTRa而转移到浮动扩散FD。转移到浮动扩散FD的信号电荷储存到电容FC1、FC2等中而转换为电压。这样，浮动扩散FD起到将从光电转换部PD转移的电荷转换为电压的、电荷电压转换部的作用。

转移晶体管MTRa例如在施加于栅极的转移信号TXa为高电平的期间导通，从而存储在光电二极管PDa中的信号电荷转移到浮动扩散FD。此外，转移晶体管MTRa的漏极通过配线CL连接在转移晶体管MTRb的漏极、放大晶体管MAM的栅极以及复位晶体管MRS的源极上。即，转移晶体管MTRa的漏极、转移晶体管MTRb的漏极、放大晶体管MAM的栅极以及复位晶体管MRS的源极相互连接。

放大晶体管MAM的源极连接在选择晶体管MSE的漏极上，漏极连接在电源VDD上，栅极连接在转移晶体管MTR（MTRa、MTRb）的漏极上。即，浮动扩散FD的电压输入到放大晶体管MAM的栅极。另外，放大晶体管MAM例如将从栅极的电压下降了放大晶体管MAM的阈值电压量的电压从源极输出。这样，放大晶体管MAM生成基于转移到浮动扩散FD的信号电荷的、像素信号。

选择晶体管MSE的源极连接在垂直信号线VL上，漏极连接在放大晶体管MAM的源极上，由栅极接收选择信号SEL。例如，选择晶体管MSE在选择信号SEL为高电平的期间导通，从而使放大晶体管MAM的源极和垂直信号线VL之间导通。因此，在选择晶体管MSE导通的期间，通过放大晶体管MAM、选择晶体管MSE和连接在垂直信号线VL上的恒流源（图1所示的恒流源IS）构成源极跟随电路。由此，由选择晶体管MSE选择的像素PX的信号输出到垂直信号线VL。这样，选择晶体管MSE根据选择信号SEL来选择是否从放大晶体管MAM输出信号。此外，选择信号SEL由构成像素组PXG的像素PXa、PXb所共享。

复位晶体管MRS的源极连接在放大晶体管MAM的栅极上，漏极连接在电源VDD上，由栅极接收复位信号RST。例如，复位晶体管MRS在复位信号RST为高电平的期间导通而复位浮动扩散FD的电荷（存储在电容FC1、FC2等中的电荷）。即，复位晶体管MRS在复位信号RST为高电平的期间复位浮动扩散FD的电压。此外，复位信号RST是由构成像素组RXG的像素PXa、PXb所共享。

在像素PXb中，光电二极管PDb的阳极接地且阴极连接在转移晶体管MTRb的源极上。例如，转移晶体管MTRb在施加于栅极的转移信号TXb为高电平的期间导通而使存储在光电二极管PDb中的信号电荷转移到浮动扩散FD。转移到浮动扩散FD的信号电荷存储在电容FC1、FC2等中。

图3表示图2所示像素PX的布局的一例。此外，在图3中示出了纵4像素×横3像素量的区域。图中的阴影表示晶体管的栅极，标上×符号的矩形表示接触区域。此外，在图3中为了便于观察而省略了连接在晶体管MAM、MRS的漏极上的电源VDD的配线的记载。在图3的例中，像素组PXG由在纵方向上相邻的两个像素PXa、PXb构成。

像素PXa、PXb所共享的选择晶体管MSE、放大晶体管MAM以及复位晶体管MRS例如配置在像素PXa的光电二极管PDa和像素PXb的光电二极管PDb之间。另外，选择晶体管MSE、放大晶体管MAM以及复位晶体管MRS排列在图的横方向上。

例如，选择晶体管MSE的漏极以及放大晶体管MAM的源极相互共享扩散区域（晶体管MSE、MAM的栅极之间的区域）而相互连接。另外，放大晶体管MAM的漏极以及复位晶体管MRS的漏极相互共享扩散区域（晶体管MAM、MRS的栅极之间的区域）而相互连接。此外，放大晶体管MAM的漏极以及复位晶体管MRS的漏极经由接触区域（晶体管MAM、MRS的栅极之间的标有×符号的矩形）连接在电源VDD的配线（未图示）上。

传输选择信号SEL的选择信号线SEL设置在像素组PXG的各行上而连接到配置于行方向（图3的横方向）上的选择晶体管MSE的栅极。另外，传输复位信号RST的复位信号线RST设置在像素组PXG的各行上而连接到配置于行方向上的复位晶体管MRS的栅极。

转移晶体管MTRa、MTRb分别与光电二极管PDa、PDb相邻而配置。此外，转移晶体管MTR的源极以及光电二极管PD的阴极相互共享扩散区域而相互连接。而且，传输转移信号TX的转移信号线TX设置在像素PX的各行上而连接在配置于行方向的转移晶体管MTR的栅极上。例如，传输转移信号TXa的转移信号线TXa连接在配置于行方向的转移晶体管MTRa的栅极上。而且，传输转移信号TXb的转移信号线TXb连接在配置于行方向的转移晶体管MTRb的栅极上。

另外，转移晶体管MTRa、MTRb的漏极通过配线CL共同连接在放大晶体管MAM的栅极上。例如，配线CL将转移晶体管MTRa的漏极、转移晶体管MTRb的漏极、放大晶体管MAM的栅极以及复位晶体管MRS的源极相互连接。即，像素PXa、PXb具有将浮动扩散FD（例如，转移晶体管MTR的漏极）连接到放大晶体管MAM的栅极以及复位晶体管MRS的源极的配线CL。

配线CL的一部分与在列方向（图3的纵方向）上延伸的垂直信号线VL相邻而平行配置。例如，在像素组PXG中，将转移晶体管MTRa、MTRb的漏极（扩散区域）相互连接的部分的配线CL，与垂直信号线VL相邻而平行配置。此外，垂直信号线VL连接在配置于列方向上的选择晶体管MSE的源极上。另外，接地电压GND的配线与垂直信号线VL平行地配置。例如，在垂直信号线VL的一侧配置有配线CL而在垂直信号线VL的另一侧配置有接地电压GND的配线。

在本实施方式中，垂直信号线VL连接在具有与自身相邻的配线CL的像素PX的选择晶体管MSE的源极上。在此，例如，在放大晶体管MAM作为源极跟随电路而动作时，浮动扩散FD的电压变动直接传递到垂直信号线VL。因此，在放大晶体管MAM作为源极跟随电路而动作时，配线CL和垂直信号线VL之间的耦合电容表观上变小。

例如，浮动扩散FD具有形成于转移晶体管MTR的漏极的电容（图2所示的电容FC1、FC2）、配线CL和其他配线之间的耦合电容、形成于复位晶体管MRS的源极的电容等。因此，通过配线CL和垂直信号线VL之间的耦合电容表观上变小，浮动扩散FD的表观电容变得较小。例如，浮动扩散FD的表观电容对应于与浮动扩散FD的电压变化量相对的电荷的变化量。

对此，例如，在将电源配线（接地电压GND的配线等）配置在配线CL以及垂直信号线VL之间而降低配线CL和垂直信号线VL之间的耦合电容的结构中，形成配线CL和电源配线之间的耦合电容。由于电源配线的电压维持一定，因此即使是在放大晶体管MAM作为源极跟随电路而动作时，配线CL和电源配线之间的耦合电容也起到浮动扩散FD的电容的一部分的作用。因此，浮动扩散FD的表观电容变得大于与将配线CL的一部分与垂直信号线VL相邻而平行配置的结构（图3所示的结构）。

例如，在浮动扩散FD的电容较大的情况下，与转移到浮动扩散FD中的电荷量（电荷变化量）相对的电压变化量较小。即，在浮动扩散FD的电容较大的情况下，将从光电二极管PD转移到浮动扩散FD的电荷转换为电压时的转换增益（以下，也称为浮动扩散FD的转换增益）变小。此外，在本实施方式中，放大晶体管MAM作为源极跟随电路而动作时，能够使浮动扩散FD的表观电容变得较小，因此能够使浮动扩散FD的转换增益变大。由此，在本实施方式中，能够使像素PX的像素信号（放大晶体管MAM的输出信号）变得较大，能够使SN比较高。其结果能够提高画质。

图4表示图1所示的固体摄像元件10的动作的一例。此外，在图4中，省略除了第1行的像素组PXG的控制信号RST（1）、TXa（1）、TXb（1）、SEL（1）以及第n行的像素组PXG的控制信号SEL（n）以外的控制信号RST、TX、SEL的记载。另外，在图4中，示出了与关注的一个像素组PXG对应的垂直信号线VL以及浮动扩散FD的电压。此外，图中的虚线的波形作为比较例示出了在复位期间TRST选择信号SEL维持在低电平时的浮动扩散FD的电压。

复位期间TRST是例如将构成拍摄图像的所有的像素PX的光电二极管PD的电荷复位的期间。另外，曝光期间TEXP是例如打开机械快门而曝光光电二极管PD的期间。另外，读出期间TRD是将像素PX的信号按每行读出的期间。

在复位期间TRST中，首先，在所有行的转移信号TX以及选择信号SEL维持在低电平的状态下，所有行的像素PX的复位信号RST从低电平变化到高电平（图4的（a））。由此，所有像素PX的复位晶体管MRS导通。

通过所有像素PX的复位晶体管MRS导通，所有像素PX的浮动扩散FD的电荷被复位，所有像素PX的浮动扩散FD的电压维持在电压VTH。此外，电压VTH是从复位信号RST的高电平下降了复位晶体管MRS的阈值电压量的电压，为使复位晶体管MRS导通的上限值。例如，在浮动扩散FD的电压高于电压VTH的情况下，即使在复位信号RST高电平时，复位晶体管MRS也不导通。

由于所有行的选择信号SEL维持在低电平，因此所有像素PX的选择晶体管截止。因此，例如，为了使垂直信号线VL的电压不低于使图1所示的恒流源IS动作的最低电压，而将垂直信号线VL的电压限幅于电压VCLP。

接着，所有行的转移信号TX从低电平变化为高电平（图4的（b）），所有像素PX的转移晶体管MTR导通。由此，所有像素PX的光电二极管PD的电荷从光电二极管PD转移到浮动扩散PD而被复位。此外，转移信号TX从低电平变化到高电平时，浮动扩散FD的电压因转移信号线TX和浮动扩散FD之间的耦合而上升。此外，在图4的说明中，在转移信号线TX中例如还包括转移晶体管MTR的栅极。

另外，所有行的选择信号SEL从低电平变化到高电平（图4的（c）），所有像素PX的选择晶体管MSE导通。由此，所有像素PX的放大晶体管MAM作为源极跟随电路而动作。例如，放大晶体管MAM将从栅极电压（浮动扩散FD的电压）下降放大晶体管MAM的阈值电压量的电压从源极输出到垂直信号线VL。由此，垂直信号线VL的电压上升。此时，浮动扩散FD的电压因垂直信号线VL和浮动扩散FD（例如，图3所示配线CL）之间的耦合、选择信号线SEL和浮动扩散FD之间的耦合而上升。此外，在图4的说明中，在选择信号线SEL中例如还包括选择晶体管MSE的栅极。

选择信号SEL从低电平变化到高电平之后，所有行的转移信号TX从高电平变化到低电平（图4的（d）），所有像素PX的转移晶体管MTR截止。此时，浮动扩散FD的电压由于转移信号线TX和浮动扩散FD的耦合、因转移晶体管MTR的截止而产生的电荷注入而下降。

此外，在转移信号TX从高电平变化到低电平时，放大晶体管MAM作为源极跟随电路而动作，因此浮动扩散FD的表观电容较小。因此，转移信号线TX和浮动扩散FD之间的耦合对于浮动扩散FD的电压的影响较大。因此，例如，在转移信号TX从高电平变化到低电平时（图4的（d））的浮动扩散FD的电压下降量大于在转移信号TX从低电平变化到高电平时（图4的（b））的浮动扩散FD的电压上升量。

通过浮动扩散FD的电压下降，例如复位晶体管MRS导通。由此，浮动扩散FD的电荷被复位，浮动扩散FD的电压维持在电压VTH。由此，所有像素PX的光电二极管PD的电荷经由转移晶体管MTR以及复位晶体管MRS排出到电源VDD。此外，垂直信号线VL的电压追踪浮动扩散FD的电压变化而下降。

然后，所有行像素PX的复位信号RST从高电平变化到低电平（图4的（e）），所有像素PX的复位晶体管MRS导通。此时，浮动扩散FD的电压由于复位信号线RST和浮动扩散FD之间的耦合、因复位晶体管MRS的截止而产生的电荷注入而下降。此外，在图4的说明中，在复位信号线RST中例如还包括复位晶体管MRS的栅极。垂直信号线VL的电压追踪浮动扩散FD的电压变化而下降。

此外，在复位信号RST从高电平变化到低电平时，放大晶体管MAM作为源极跟随电路而动作。因此，复位信号RST从高电平变化到低电平时的浮动扩散FD的表观电容较小。因此，复位信号线RST和浮动扩散FD之间的耦合对于浮动扩散FD的电压的影响较大。因此，在本实施方式中，复位信号RST从高电平变化到低电平时的浮动扩散FD的电压下降量大于由图4的虚线波形所表示的比较例（在复位期间TRST中，将选择信号SEL维持在低电平的情况）。

复位信号RST从高电平变化到低电平之后，所有行的选择信号SEL从高电平变化到低电平（图4的（f）），所有像素PX的选择晶体管MSE截止。因选择晶体管MSE的截止，放大晶体管MAM无法作为源极跟随电路动作，因此垂直信号线VL的电压下降。为了使垂直信号线VL的电压不低于使图1所示的恒流源动作的最低电压，而将垂直信号线VL的电压例如限幅于电压VCLP。此时，浮动扩散FD的电压因垂直信号线VL和浮动扩散FD（例如，图3所示的配线CL）之间的耦合、选择信号线SEL和浮动扩散FE之间的耦合而下降。

这样，在复位期间TRST中，例如，图1所示的垂直扫描电路30在复位晶体管MRS以及转移晶体管MTR维持在导通状态时，使选择晶体管MSE从截止状态变化为导通状态，在复位晶体管MRS以及转移晶体管MTR从导通状态变化到截止状态之后，使选择晶体管MSE从导通状态变化到截止状态。即，在复位期间TRST中，选择晶体管MSE在转移晶体管MTR以及复位晶体管MRS各自从截止状态变化到导通状态时维持截止状态，在转移晶体管MTR以及复位晶体管MRS各自从导通状态变化到截止状态时维持导通状态。

在曝光期间TXEP中，所有行的复位信号RST、转移信号TX以及选择信号SEL维持在低电平，所有像素PX的复位晶体管MRS、转移晶体管MTR以及选择晶体管MSE截止。因此，浮动扩散FD的电压维持在复位期间TRST的最终电压（选择信号SEL从高电平变化到低电平之后的电压）。

在读出期间TRD中，首先，在所有行的转移信号TX以及复位信号RST维持在低电平的状态下，选择信号SEL（1）从低电平变化到高电平（图4的（g））。此外，读出对象的行（在图4的例中为第1行）的像素组PXG的选择信号SEL以外的选择信号SEL维持在低电平。

通过选择信号SEL（1）从低电平变化到高电平，第1行像素组PXG的选择晶体管MSE导通，第1行像素组PXG的放大晶体管MAM作为源极跟随电路动作。由此，垂直信号线VL的电压上升。此时，浮动扩散FD的电压因垂直信号线VL和浮动扩散FD（例如，图3所示的配线CL）之间的耦合、选择信号线SEL和浮动扩散FD之间的耦合而上升。

尤其是，如图3所示，在为了使浮动扩散FD的转换增益变大而相对加大垂直信号线VL和浮动扩散FD之间的耦合的结构中，浮动扩散FD的电压上升量变大。例如，在复位期间TRST不控制选择信号SEL的结构（在复位期间TRST中将选择信号SEL维持在低电平的情况）中，如图4的虚线波形所示，浮动扩散FD的电压变成高于电压VTH。在此情况下，即使在复位信号RST从低电平变化到高电平时，复位晶体管MRS也不导通，因此浮动扩散FD的电荷不被复位。

对此，在本实施方式中，通过在复位期间TRST控制选择信号SEL而能够使复位期间TRST的最终电压变低，从而能够防止浮动扩散FD的电压高于电压VTH。

在选择信号SEL（1）从低电平变化到高电平之后，复位信号RST（1）从低电平变化到高电平（图4的（h））。此外，使复位信号RST（1）从低电平变化到高电平的定时可以与使选择信号SEL（1）从低电平变化到高电平的定时相同。

通过复位信号RST（1）从低电平变化到高电平，第1行像素组PXG的复位晶体管导通，第1行像素组PXG的浮动扩散FD的电荷被复位。由此，浮动扩散FD的电压上升到电压VTH为止。垂直信号线VL的电压追踪浮动扩散FD的电压变化而上升。此外，在由虚线波形表示的比较例中，浮动扩散FD的电压因复位信号线RST和浮动扩散FD之间的耦合而上升。

浮动扩散FD的电荷复位之后，复位信号RST（1）从高电平变化到低电平（图4的（i）），第1行像素组PXG的复位晶体管MRS截止。此时，第1行像素组PXG的浮动扩散FD的电压由于复位信号线RST和浮动扩散FD之间的耦合、因复位晶体管MRS的截止而产生的电荷注入而下降到电压VREF为止。然后，与电压VREF对应的信号输出到垂直信号线VL上。

例如，第1行像素组PXG的放大晶体管MAM将第1行像素组PXG的从浮动扩散FD的电压VREF下降放大晶体管MAM的阈值电压量的电压（与图1所示的信号OUTN对应的电压）输出到垂直信号线VL。此外，在由虚线波形所示的比较例中，由于浮动扩散FD的电荷未被复位，因此浮动扩散FD的电压脱离了使放大晶体管MAM正常动作的电压范围（例如，电压VREF以下的范围）。

对此，在本实施方式中，由于在复位信号RST（1）为高电平时浮动扩散FD的电荷被复位，因此能够防止浮动扩散FD的电压脱离使放大晶体管MAM正常动作的电压范围。其结果，在本实施方式中，能够防止放大晶体管的动作范围脱离正常动作的范围，从而能够减少在图像中产生浓阴影、固定模式噪声的情况。

放大晶体管MAM将与电压VREF对应的信号输出到垂直信号线VL之后，转移信号TXa（1）维持高电平一定期间（图4的（j））。此外，如图1中所说明，转移信号TXa（1）为第1行像素PX（第1行像素组PXG的像素PXa）的转移信号TX。

通过转移信号TXa（1）维持高电平一定期间，第1行像素PX的转移晶体管MTR导通一定期间。由此，在第1行像素PX中，由光电二极管PD生成的信号电荷经由转移晶体管MTR转移到浮动扩散FD。浮动扩散FD的电压例如对应于所转移的信号电荷的量而下降。

另外，对应于信号电荷的量而下降的浮动扩散FD的电压经由放大晶体管MAM输出到垂直信号线VL。例如，第1行像素组PXG的放大晶体管MAM将第1行像素组PXG的从浮动扩散FD的电压下降放大晶体管MAM的阈值电压量的电压（与图1所示的信号OUTS对应的电压）输出到垂直信号线VL。由此，与由第1行像素组PXG的像素PXa（第1行像素PX）的光电二极管PD生成的信号电荷对应的信号传输到垂直信号线VL。

接着，为了读出第2行像素PX的信号，复位信号RST（1）从低电平变化到高电平（图4的（k）），第1行像素组PXG的复位晶体管MRS导通。由此，第1行像素组PXG的浮动扩散FD的电荷被复位，浮动扩散FD的电压上升到VTH为止。垂直信号线VL的电压追踪浮动扩散FD的电压变化而上升。

然后，复位信号RST（1）从高电平变化到低电平（图4的（l）），第1行像素组PXG的复位晶体管MRS截止。此时，如图4的（i）所说明，第1行像素组PXG的浮动扩散FD的电压下降到电压VREF为止。然后，与电压VREF对应的信号输出到垂直信号线VL。例如，第1行像素组PXG的放大晶体管MAM将第1行的像素组PXG的从浮动扩散FD的电压VREF下降放大晶体管MAM的阈值电压量的电压（与图1所示的信号OUTN对应的电压）输出到垂直信号线VL。

如上所述，在本实施方式中，由于复位放大器MRS正常动作，因此，例如在第1行以及第2行的像素PX中，能够使信号电荷转移之前的浮动扩散FD的电压与电压VREF一致。即，在本实施方式中，能够防止信号电荷转移之前的浮动扩散FD的电压在多个像素PX中散乱不均。

此外，在用虚线波形表示的比较例中，由于浮动扩散FD的电荷未被复位，因此信号电荷转移之前的浮动扩散FD的电压在多个像素PX中散乱不均。在此情况下，放大晶体管MAM的输出特性在多个像素PX中散乱不均，因此在图像中产生浓阴影、固定模式噪声。

对此，在本实施方式中，由于能够防止浮动扩散FD的电压在多个像素PX中散乱不均，因此能够防止放大晶体管MAM的输出特性在多个像素PX中散乱不均。其结果，在本实施方式中，能够减少在图像中产生浓阴影、固定模式噪声的情况。另外，在本实施方式中，由于能够可靠地复位浮动扩散FD的电荷，因此能够防止在连续拍摄等的图像中产生残像。

放大晶体管MAM将与电压VREF对应的信号输出到垂直信号线VL之后，转移信号TXb（1）维持高电平一定期间（图4的（m））。此外，如图1中所说明，转移信号TXb（1）为第2行像素PX（第1行像素组PXG的像素PXb）的转移信号TX。通过转移信号TXb（1）维持高电平一定期间，第2行像素PX的转移晶体管MTR导通一定期间。由此，在第2行像素PX中，由光电二极管PD生成的信号电荷经由转移晶体管MTR转移到浮动扩散FD。浮动扩散FD的电压例如对应于所转移的信号电荷的量而下降。

对应于信号电荷的量而下降的浮动扩散FD的电压经由放大晶体管MAM输出到垂直信号线VL。例如，第1行像素组PXG的放大晶体管MAM将第1行像素组PXG的从浮动扩散FD的电压下降放大晶体管MAM的阈值电压量的电压（与图1所示的信号OUTS对应的电压）输出到垂直信号线VL。由此，与由第1行像素组PXG的像素PXb（第2行像素PX）的光电二极管PD生成的信号电荷对应的信号传输到垂直信号线VL。

然后，选择信号SEL（1）从高电平变化到低电平（图4的（n）），第1行像素组PXG的选择晶体管MSE截止。由此，第1行像素组PXG的读出动作结束。接着，例如第2行像素组PXG（第3行以及第4行的像素PX）的读出动作开始。在第n行像素组PXG的读出动作结束时，读出期间TRD的动作结束。此外，在读出对象行的像素组PXG中，读出对象行的像素组PXG的控制信号RST、TXa、TXb、SEL与第1行像素组PXG的读出动作时的控制信号RST（1）、TXa（1）、TXb（1）、SEL（1）相同地受到控制。

图5表示使用图1所示的固体摄像元件10构成的摄像装置100的一例。摄像装置100例如为数码相机，具有固体摄像元件10、摄影镜头110、存储器120、CPU130、定时发生器140、存储介质150、监视器160以及操作部170。

摄影镜头110将被拍摄体的像成像于固体摄像元件10的受光面上。存储器120为例如由DRAM（DynamicRAM：动态随机存储器）、SRAM（StaticRAM：静态随机存储器）等形成的内置存储器，暂时存储通过固体摄像元件10拍摄的图像的图像数据等。CPU130例如为微型处理器，根据未图示的程序控制固体摄像元件10、摄影镜头110等的动作。例如，CPU130执行自动对焦控制、光圈控制、对固体摄像元件10的曝光控制以及图像数据的记录等。此外，在对固体摄像元件10的曝光控制中例如包括机械快门（未图示）的开闭控制等。

定时发生器140受到CPU130的控制而对固体摄像元件10提供驱动时钟等。例如，定时发生器140对固体摄像元件10提供图1所示的垂直扫描电路30以及水平扫描电路40的驱动时钟等。此外，定时发生器140也可以设置在CPU130内，还可以设置在固体摄像元件10内。存储介质150存储所拍摄的图像的图像数据等。监视器160例如为液晶显示器，显示所拍摄的图像、存储在存储器120中的图像、存储在存储介质150中的图像以及菜单画面等。操作部170具有释放按钮以及其他各种开关，为了使摄像装置100动作而由用户进行操作。

以上，在本实施方式中，固体摄像元件10具有在复位期间TRST的复位晶体管MRS的状态从导通变化到截止时将选择晶体管MSE维持在导通状态的垂直扫描电路30。即，垂直扫描电路30控制复位晶体管MRS以及选择晶体管MSE，以便在复位期间RST复位晶体管MRS从导通状态变化到截止状态时选择晶体管MSE成为导通状态。还有，浮动扩散FD的配线CL的一部分与垂直信号线VL相邻而平行配置。由此，在本实施方式中，能够使复位期间TRST的最终电压变得较低，从而能够使复位晶体管MRS在读出期间TRD正常动作。

其结果，在本实施方式中，能够防止放大晶体管MAM的动作范围脱离正常动作的范围，能够减少在图像中产生浓阴影、固定模式噪声的情况。另外，在本实施方式中，能够使复位晶体管MRS正常动作，因此能够防止浮动扩散FD的电压在多个像素PX中散乱不均。由此，在本实施方式中，能够防止放大晶体管MAM的输出特性在多个像素PX中散乱不均，从而能够提高画质。

图6表示其他实施方式中的固体摄像元件12的概要。本实施方式的固体摄像元件12，替代图1所示的垂直扫描电路30以及像素阵列20而分别设置有垂直扫描电路32以及像素阵列22。固体摄像元件12的其他结构与图1至图5中说明的实施方式相同。另外，搭载固体摄像元件12的拍摄装装置的结构除了替代图5所示的固体摄像元件10而设置有固体摄像元件12之外，与图5所示的摄像装置100相同。对于与图1至图5中说明的要素相同的要素标上相同的附图标记，并省略对这些的详细说明。此外，图中的电容FC表示形成在转移晶体管MTR的漏极区域中的电容。

像素阵列22具有配置成n行m列的二维矩阵状的多个像素PX。各像素PX具有作为光电转换部的光电二极管PD、转移晶体管MTR、放大晶体管MAM、选择晶体管MSE、复位晶体管MRS以及浮动扩散FD。此外，在本实施方式中，按每个像素PX设置有光电二极管PD、转移晶体管MTR、放大晶体管MAM、选择晶体管MSE、复位晶体管MRS以及浮动扩散FD。即，各像素PX例如与从图2所示的像素组PXG中省略了光电二极管PDb、转移晶体管MTRb以及电容FC2的结构相同。

垂直扫描电路32使用选择信号SEL、复位信号RST以及转移信号TX而按每行控制像素阵列22的像素PX。例如，在将图6的转移信号TX对应到图2的转移信号TXa的情况下，固体摄像元件12的动作除了读出期间TRD的复位信号RST的控制之外，与省略了图4所示的固体摄像元件10的转移信号TXb的控制的动作相同。此外，在固体摄像元件12的读出期间TRD中复位信号RST的控制，例如从图4所示的复位信号RST的控制省略与像素PXb的读出对应的控制（例如，图4的（k、l））。

图7表示图6所示的像素PX的布局的一例。此外，在图7中示出了纵4像素×横3像素量的区域。图中的阴影表示晶体管的栅极，标上×符号的矩形表示接触区域。此外，在图7中，为了便于观察，省略了连接在晶体管MAM、MRS的漏极上的电源VDD的配线的记载。

图7所示的像素PX的布局除了选择晶体管MSE、放大晶体管MAM以及复位晶体管MRS按每个像素PX配置这一点之外，与图3所示的像素PX的布局基本相同。例如，各像素PX具有将浮动扩散FD（例如，转移晶体管MTR的漏极）与放大晶体管MAM的栅极以及复位晶体管MRS的源极连接的配线CL。

另外，配线CL的一部分与在列方向（图7的纵方向）上延伸的垂直信号线VL相邻而平行配置。例如，配线CL配置在垂直信号线VL的一侧，接地电压GND的配线配置在垂直信号线VL的另一侧。此外，垂直信号线VL连接在具有与自身相邻的配线CL的像素PX的选择晶体管MSE的源极上。

由此，在本实施方式中，能够使浮动扩散FD的转换增益变大。此外，在本实施方式中，由于实施与图4所示的动作相同的控制，因此能够使复位期间TRST的最终电压变低而使复位晶体管MRS在读出期间TRD正常动作。以上，在本实施方式中，也能够获得与上述实施方式相同的效果。

此外，在上述实施方式中，叙述了晶体管MTR、MAM、MSE、MRS为nMOS晶体管的情况的例。本发明不限定于该实施方式。例如，晶体管MTR、MAM、MSE、MRS也可以为pMOS晶体管。在此情况下，控制信号RST、TX、SEL的动作例如可以通过将图4所示的动作的高电平以及低电平分别改读为低电平以及高电平来说明。在此情况下，也可以获得与上述实施方式相同的效果。

在上述实施方式中叙述了转移晶体管MTR维持在导通状态时选择晶体管MSE由截止状态变化为导通状态的例。本发明不限定于该实施方式。例如，垂直扫描电路30也可以在转移晶体管MTR从截止状态变化为导通状态之前使选择晶体管MSE从截止状态变化为导通状态。或者，垂直扫描电路30也可以在转移晶体管MTR从导通状态变化为截止状态之后使选择晶体管MSE从截止状态变化为导通状态。即，选择晶体管MSE可以在转移晶体管MTR维持在截止状态时从截止状态变化为导通状态。在此情况下，也能够使复位晶体管MRS从导通状态变化为截止状态时的浮动扩散FD的表观电容变得较小，因此能够得到与上述实施方式相同的效果。

在上述实施方式中，叙述了复位晶体管MRS维持在导通状态时选择晶体管MSE由截止状态变化为导通状态的例。本发明不限定于该实施方式。例如，垂直扫描电路30也可以在复位晶体管MRS从截止状态变化为导通状态之前使选择晶体管MSE从截止状态变化为导通状态。即，选择晶体管MSE至少在复位晶体管MRS由导通状态变化为截止状态时维持在导通状态即可。在此情况下，也能够使复位晶体管MRS从导通状态变化为截止状态时的浮动扩散FD的表观电容变得较小，因此能够得到与上述实施方式相同的效果。

在上述实施方式中，叙述了垂直信号线VL连接在具有与自身相邻的配线CL的像素PX的选择晶体管MSE的源极上的例。本发明不限定于该实施方式。例如，如图8、图9所示，垂直信号线VL也可以连接在与具有与自身相邻的配线的像素PX不同的列的像素PX的选择晶体管MSE的源极上。复位期间TRST的动作在所有像素PX中相同，因此在此情况下也能够使复位期间TRST的最终电压变得较低。因此，在此情况下也能够得到与上述实施方式相同的效果。

图8表示图3所示像素PX的布局的变形例。另外，图9表示图7所示像素PX的布局的变形例。在图8以及图9所示的例中，选择晶体管MSE、放大晶体管MAM以及复位晶体管MRS按与图3（图7）所示的选择晶体管MSE、放大晶体管MAM以及复位晶体管MRS相反的顺序排列在图的横方向上。因此，配线CL的一部分与和包括自身的像素PX不同的列的垂直先号线VL相邻而平行配置。在此情况下也能够得到与上述实施方式相同的效果。

在上述实施方式中，叙述了通过机械快门来控制光电二极管PD的曝光的例。本发明不限定于该实施方式。例如，光电二极管PD的曝光也可以通过全局电子快门等控制。在此情况下也能够得到与上述实施方式相同的效果。

上述实施方式的许多特征和优点从详细的说明中是显而易见的，因此，意欲通过权利要求书来覆盖落在其精神和范围内的实施方式的所有这样的特征和优点。因此，由于对于本领域的技术人员来说能够容易得出很多变型和改变，从而不必将有创造性的实施方式限定为图示和描述的精确的结构和操作，进而所有适当的变型和等同方式包含在本发明的范围内。

Claims

1.一种固体摄像元件，其特征在于，

具备像素、垂直信号线和控制部，

所述像素具有：光电转换部，将光转换为电荷；电荷电压转换部，将从上述光电转换部转移的上述电荷转换为电压；转移晶体管，将上述光电转换部的上述电荷转移到上述电荷电压转换部；放大晶体管，生成基于上述电荷电压转换部的电压的信号；选择晶体管，选择是否从上述放大晶体管输出信号；复位晶体管，将上述电荷电压转换部的电荷复位；以及连接配线，将上述电荷电压转换部与上述放大晶体管及上述复位晶体管连接，

所述垂直信号线传输从上述放大晶体管输出的信号，

所述控制部控制上述复位晶体管以及上述选择晶体管，以便在将上述光电转换部的电荷复位的复位期间，在上述复位晶体管从导通状态变化为截止状态时，上述选择晶体管为导通状态。

2.根据权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，

上述连接配线的至少一部分与上述垂直信号线相邻且平行地配置。

3.根据权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，

在上述复位期间，上述控制部在上述复位晶体管从截止状态变化为导通状态之后，使上述选择晶体管从截止状态变化为导通状态，且在上述复位晶体管从导通状态变化为截止状态之后，使上述选择晶体管从导通状态变化为截止状态。

4.根据权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，

上述控制部控制上述转移晶体管的导通/截止的状态，

在上述复位期间，上述控制部在使上述转移晶体管从截止状态变化为导通状态之后，使上述选择晶体管从截止状态变化为导通状态，且在上述转移晶体管从导通状态变化为截止状态之后，使上述选择晶体管从导通状态变化为截止状态。

5.根据权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，

上述控制部控制上述转移晶体管的导通/截止的状态，

在上述复位期间，上述控制部在使上述复位晶体管以及上述转移晶体管从截止状态变化为导通状态之后，使上述选择晶体管从截止状态变化为导通状态，且在使上述复位晶体管以及上述转移晶体管从导通状态变化为截止状态之后，使上述选择晶体管从导通状态变化为截止状态。

6.一种固体摄像元件，其特征在于，

具备像素组、垂直信号线和控制部，

所述像素组具有：第一光电转换部，将光转换为电荷；第二光电转换部，将光转换为电荷且与上述第一光电转换部不同；电荷电压转换部，将电荷转换为电压；第一转移晶体管，将由上述第一光电转换部转换的电荷从上述第一光电转换部转移到上述电荷电压转换部；第二转移晶体管，将由上述第二光电转换部转换的电荷从上述第二光电转换部转移到上述电荷电压转换部；放大晶体管，生成基于上述电荷电压转换部的电压的信号；选择晶体管，选择是否输出上述信号；复位晶体管，将上述电荷电压转换部的电荷复位；以及连接配线，将上述电荷电压转换部与上述放大晶体管及上述复位晶体管连接，

所述垂直信号线传输从上述放大晶体管输出的信号，

7.根据权利要求6所述的固体摄像元件，其特征在于，

上述控制部控制上述第一转移晶体管和上述第二光电转换部的导通/截止的状态，

在上述复位期间，上述控制部在使上述复位晶体管、上述第一转移晶体管以及上述第二光电转换部从截止状态变化为导通状态之后，使上述选择晶体管从截止状态变化为导通状态，且在使上述复位晶体管、上述第一转移晶体管以及上述第二光电转换部从导通状态变化为截止状态之后，使上述选择晶体管从导通状态变化为截止状态。

8.根据权利要求6所述的固体摄像元件，其特征在于，

上述电荷电压转换部包括形成上述第一转移晶体管的漏极的第一扩散区域和形成上述第二转移晶体管的漏极的第二扩散区域，

上述第一扩散区域和上述第二扩散区通过上述连接配线相互连接，将上述第一扩散区域和上述第二扩散区相互连接的部分的上述连接配线与上述垂直信号线相邻且平行地配置。