CN1574370A - 固体摄像器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固体摄像器件，其目的在于：减少一个光电转换单元内的晶体管的个数及布线的条数而将单元尺寸微小化，且缩短检测所有的光电转换部分的电荷的时间。提供开、关用信号的读出脉冲线(34)由分别设置给相邻的一对行的光电二极管(PD)部分(1、2、5、6)的传送晶体管(15、16、19、20)共用，由此，将相邻的一对行的PD部分的电荷传送给不同的浮置扩散(FD)部分(9、10、12、13)，由对应于每一个FD部分而设的像素放大晶体管(25、26、27、28)检测所产生的电荷，同时还能在输出信号线(38、39、40、41)上得到一对行的像素信号。

Description

固体摄像器件
技术领域
本发明涉及一种设置了用以对入射光进行光电转换的多个光电转换部分的固体摄像器件。
背景技术
FAD(Floating Diffusion Amplifier：浮置扩散放大器)方式的MOS型图像传感器(image sensor)为众人所知。在该MOS型图像传感器中一般是使用有4个晶体管和5条布线的光电转换单元(参考专利文献1)。
也有为减少MOS型图像传感器的功耗、提高开口率等而改良光电转换单元本身的结构的(参考专利文献2、3)。
专利文献1  日本公开专利公报特开平11-274455号公报
专利文献2  日本公开专利公报特开2002-335455号公报
专利文献3  日本公开专利公报特开2002-354343号公报
发明内容
在有4个晶体管和5条布线的光电转换单元中，若例如在光电转换单元的面积为4.1μm×4.1μm的情况下，以0.35μm的最小布线规格(rule)进行设计，则由光电二极管构成的光电转换部分的开口率就只有5％左右。
本发明的目的，在于：从相邻行的光电转换单元入手，来提高每一个光电转换单元内的光电转换部分的开口率。
为达成上述目的，根据本发明，在包括：二维排列着的多个光电转换部分、接收所述光电转换部分的电荷的浮置扩散(FD)部分、用以将所述光电转换部分的电荷传送到所述FD部分的传送晶体管、检测所述FD部分的电位的像素放大晶体管以及输出所述像素放大晶体管的检测信号的输出信号线的固体摄像器件中，所设置的提供开、关所述传送晶体管的信号的读出布线由分别附设给相邻的一对行的所述光电转换部分的所述传送晶体管共用，通过共用的所述读出布线开、关所述各个传送晶体管，将相邻的一对行的所述光电转换部分的电荷传送给不同的每一个所述FD部分，由对应于每一个所述FD部分而设的所述像素放大晶体管检测所产生的所述电荷。
-发明的效果-
根据本发明，能够减少每一个光电转换单元中的晶体管的个数及布线的条数，从而能够提高光电转换部分的开口率。并且，因为以两行为单位读出，所以能够在短时间内将来自所有光电转换单元的电荷读出。
附图的简单说明
图1为一示出了本发明所涉及的固体摄像器件的一个结构的电路图。
图2为一示出了图1中的固体摄像器件的驱动时刻的波形图。
图3为图1中的固体摄像器件的部分剖面图。
图4为显示使用了图1中的固体摄像器件的照相机的方框图。
-符号说明-
1～8-光电二极管(PD)部分；9～14-浮置扩散(FD)部分；15～22-传送晶体管；23，24-复位(reset)晶体管；25～28-像素放大晶体管；29～32-负载晶体管；33-单元电源线(VDDCELL)；34，35-读出(READ)脉冲线；36，37-复位(RESET)脉冲线；38～41-输出信号线(VOUT)；42-负载栅极线；43-源极电源线；51-栅电极；52-第一层金属布线；53-第二层金属布线(兼作遮光膜用)；54-硅衬底；55-层间膜；56-栅极氧化膜；61-照相机；62-传感器；63-驱动电路；64-前处理部分；65-图像处理电路；66-显示处理电路；67-媒体控制电路；68-数字信号处理器(DSP)。
具体实施方式
下面，参照附图，说明本发明的实施例所涉及的固体摄像器件。
图1示出了本发明所涉及的固体摄像器件的一个结构。图1中，1～8为进行光电转换的光电二极管(PD：photo diode)部分。邻接着每一个PD部分1～8，设置了积累光电转换后的电荷的浮置扩散部分(FD)9～14。经由传送晶体管15～22将电荷从每一个PD部分1～8传送到每一个FD部分9～14中。用以排出这些电荷的复位晶体管23、24接在FD部分9～14上，FD部分9～14又接在用以检测这些电荷的像素放大晶体管25～28的栅极上。负载晶体管29～32与像素放大晶体管25～28一起形成源极跟随放大器。
图1中，33为单元电源线(VDDCELL)，34及35为用以将脉冲电压施加在传送晶体管15～22上的读出(READ)脉冲线，36及37为用以排出FD部分9～14的电荷的复位(RESET)脉冲线，38～41为输出FD部9～14的检测电压的输出信号线(VOUT)，42为将信号加在负载晶体管29～32的栅极上的负载栅极线，43为负载晶体管29～32的源极电源线。
图2示出了图1的固体摄像器件的一个消隐(blanking)期内的驱动时刻。在某一个消隐期对布置在第一行及第二行的光电转换单元进行信号电荷的检测，在下一个消隐期对布置在第三行及第四行的光电转换单元进行信号电荷的检测，就这样信号电荷的检测是以两行为单位进行的。此时，是针对两行同时进行信号电荷的检测。
首先，传送第一行及第二行的PD部分1、5、2、6的电荷。因此，为使负载晶体管29、30、31、32成为恒流源，要将一定的电压分别加在负载栅极线42及源极电源线43上。接着，使单元电源线33为高电平以后，使复位脉冲线36、37为高电平而让复位晶体管23、24导通，以将FD部分9、10、12、13的电荷排出。此时，由像素放大晶体管25、26、27、28检测复位时的信号电平，经由输出信号线38、39、40、41在噪音消除电路(未示)中进行黑电平的信号固定。
接着，使复位脉冲线36、37为低电平而让复位晶体管23、24截止以后，再将高电平电压加到读出脉冲线34上而让传送晶体管15、16、19、20导通。这样一来，便将PD部分1、5、2、6所积累的电荷传送到各自所对应的FD部分9、10、12、13中。传送到每一个FD部分9、10、12、13的电荷由各自对应的像素放大晶体管25、26、27、28检测信号积累电平，通过各自对应的每一条输出信号线38、39、40、41在噪音消除电路中进行信号抽样。通过这一操作，便能检测像素放大晶体管25、26、27、28所具有的阈值偏差及除去了噪音成份而得到的输出信号。
接着，若让单元电源线33为低电平，同时让复位脉冲线36、37为高电平而让复位晶体管23、24导通，FD部分9、10、12、13便成为单元电源线33的低电平，像素放大晶体管25、26、27、28就不工作了。因为这之后，到由未图示的沿垂直方向扫描的扫描电路选择读出脉冲线34为止，该像素放大晶体管25、26、27、28也不工作，所以像素放大晶体管25、26、27、28为非选择状态。而且，在下一个消隐期，在同样的驱动时刻从输出信号线38、39、40、41检测在第三行、第四行上的PD部分3、4、7、8的电荷。
如上所述，根据图1所示的结构，因为：提供开、关用信号的读出脉冲线34由分别附设给相邻的一对行上的PD部分(例如1、2、5、6)的传送晶体管15、16、19、20共用，因此将相邻的一对行上的PD部分的电荷传送给相互不同的FD部分9、10、12、13，由对应于每一个FD部分而设的像素放大晶体管25、26、27、28检测所产生的电荷，所以每一个光电转换单元内的读出布线的条数就减少，而能够对单元尺寸的微细化做出贡献。而且，因为同时在输出信号线38、39、40、41上得到一对行的像素信号，所以能高速地读出来自该固体摄像器件中的所有光电转换单元的电荷。
另外，所述相邻一对行中之一行上的PD部分2、6与不是构成所述一对行中的行但与所述一个行相邻的行上的所述PD部分3、7，共用FD部分10、13及像素放大晶体管26、28。这样一来，就能减少每一个光电转换单元的FD部分的个数和像素放大晶体管的个数。
另外，对布置在同一行且相邻的PD部分(例如1、5)分别设置使用了共用的漏极部分的像素放大晶体管25、27，各个像素放大晶体管向不同的输出信号线38、41输出电荷检测结果。这样一来，就能减少每一个光电转换单元的漏极部分的个数。
具体而言，若采用图1的电路结构，每一个光电转换单元中的晶体管的个数及布线的条数就分别为1.75个、2.75条。若例如在光电转换单元的面积为4.1μm×4.1μm的情况下，以0.35μm的最小布线规格进行设计，每一个PD部分1～8的开口率就高达30％。
另外，因为进一步设置了用以将FD部分(例如9、12)电位复位的复位晶体管23，所以在输出信号线38、41检测来自PD部分1、5的信号之后，就能使从像素放大晶体管25、27的信号传停下来。需提一下，该复位晶体管23，能够同时对传送第一行的PD部分1、5的电荷的FD部分9、12进行复位。而且，另一个复位晶体管24，能够同时对传送第二行、第三行上的PD部分2、3、6、7的电荷的FD部分10、13进行复位。
因为交替着布置设有FD部分9～14和像素放大晶体管25～28的区域与设有读出脉冲线34、35的区域，所以很容易等间隔地布置每一个PD部分1～8，而容易得到均匀一致的图像。
图3为图1的固体摄像器件的部分剖面图。如图3所示，在硅衬底54上形成有PD部分1等，在栅极氧化膜56上形成有栅电极(多晶硅膜)51。而且，隔着层间膜55布置着第一层金属布线52及第二层金属布线53。这里，起单元电源线33之作用的第二层金属布线53兼作FD部分9～14的遮光膜用。若这样在与输出信号线38～41不同的平面上形成单元电源线33，就能进一步提高开口率。若在与上述相同的条件下进行设计，每一个PD部分1～8的开口率就高达32％，这将使感光度提高。
图4为一示出了用图1中的固体摄像器件作传感器62的照相机61的方框图。图4中的照相机61，由结构如图1所示的传感器62、提供驱动该传感器62的信号的驱动电路63、对经由输出信号线38～41从该传感器62读出的信号进行处理的数字信号处理器(DSP)68构成。从传感器62所读出的信号暂时累积到DSP68的前处理部分64中。因为由传感器62以两行为单位读出PD部分1～8的累积电荷，所以在前处理部分64所设置的存储元件的数量要和两行的像素数量一样多。前处理部分64的输出，由与现有技术一样的像素处理电路65变换为彩色图像，并由显示处理电路66置换为在显示器显示出来的信号。而且，能够通过媒体控制电路67的控制将传感器62的图像保存到记录媒体中。
(实用性)
综上所述，在本发明所涉及的固体摄像器件中，减少了每一个光电转换部分中的晶体管的个数及布线的条数，该装置能够对光电转换单元的微细化做出贡献。

Claims (7)

1、一种固体摄像器件，其特征在于：
包括：二维排列着的多个光电转换部分、接收所述光电转换部分的电荷的浮置扩散(FD)部分、用以将所述光电转换部分的电荷传送到所述FD部分的传送晶体管、检测所述FD部分的电位的像素放大晶体管以及输出所述像素放大晶体管的检测信号的输出信号线；
提供开、关所述传送晶体管的信号的读出布线由分别设置给相邻的一对行的所述光电转换部分的所述传送晶体管共用，通过共用的所述读出布线开、关所述各个传送晶体管，将相邻的一对行上的所述光电转换部分的电荷传送给不同的每一个所述FD部分，由对应于每一个所述FD部分而设的所述像素放大晶体管检测出所产生的所述电荷。
2、根据权利要求1所述的固体摄像器件，其中：
所述相邻一对行中之一行上所述光电转换部分和为不构成一对行的行但与所述一个行相邻的行上的所述光电转换部分，共用所述FD部分及所述像素放大晶体管。
3、根据权利要求1所述的固体摄像器件，其中：
对布置在同一行且相邻的所述光电转换部分分别设置使用了共用的漏极部分的像素放大晶体管，各像素放大晶体管向不同的所述输出信号线输出电荷的检测结果。
4、根据权利要求1所述的固体摄像器件，其中：
还设有用以将所述FD部分的电位复位的复位元件。
5、根据权利要求1所述的固体摄像器件，其中：
交替着布置设有所述FD部分与所述像素放大晶体管的区域、和设有所述读出布线的区域。
6、根据权利要求1所述的固体摄像器件，其中：
所述像素放大晶体管的电源布线兼作所述FD部分的遮光膜用。
7、根据权利要求1所述的固体摄像器件，其中：
还包括：处理所述输出信号线上的信号的信号处理电路。
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