CN1972386A - 固体成像装置及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种固体成像装置及其驱动方法，该固体成像装置具备：垂直信号线；单位像素，具有对入射光进行光电变换并储存的光电二极管、放大来自上述光电二极管的输入信号并输出到上述垂直信号线的放大晶体管、和使上述放大晶体管的控制电极的电位复位的复位晶体管；以及控制电路，构成为在上述复位晶体管驱动期间，维持上述垂直信号线的电位状态。

Description

固体成像装置及其驱动方法

相关申请的交叉引用

本申请基于2005年10月28日提交的在先日本专利申请JP2005-314712和2005年10月28日提交的JP2005-314713并且要求其优先权，在此通过引用包含其全部内容。

技术领域

本发明涉及固体成像装置及其驱动方法，适用于例如CMOS图像传感器等。

背景技术

目前，作为固体成像装置的一个例子，例如有CMOS图像传感器等。例如有在2004年的ISSCC中由马渊等发表的“CMOS Image Sensor Using a FloatingDiffusion Driving Buried Photodiode”，ISSCC Digest of Technical Papers，2004年2月(以下，称为非专利文献1)。

但是，上述非专利文献1公开的固体成像装置在进行升压操作时，放大晶体管在五极管区域动作，因此在放大晶体管的栅电容中，仅“2/3”能够对升压操作作出贡献。

而且，在上述非专利文献1公开的固体成像装置的驱动操作中，为了选择期望的单位像素，需要将漏电源DRN降低到低电压的期间(Low状态的期间)。这里，单位像素中的漏电源DRN也起到吸收剩余信号电荷的作用。因此，在存在没有将高电压施加到漏电源DRN上的期间(Low状态的期间)的情况下，如果对高亮度的主体成像，则不能将从光电二极管溢出的剩余电荷吸收到漏电源DRN中，从而会产生像散。

发明内容

本发明的一个方面提供一种固体成像装置，包括：垂直信号线；单位像素，具有：对入射光进行光电变换并储存的光电二极管、放大来自上述光电二极管的输入信号并输出到上述垂直信号线的放大晶体管、和使上述放大晶体管的控制电极的电位复位的复位晶体管；以及控制电路，构成为在上述复位晶体管驱动期间，维持上述垂直信号线的电位状态。

本发明的一个方面提供一种固体成像装置，包括：垂直信号线；单位像素，具有：对入射光进行光电变换并储存的光电二极管，将控制电极和上述垂直信号线进行电容耦合、放大来自上述光电二极管的输入信号并输出到上述垂直信号线的放大晶体管，和使上述放大晶体管的控制电极的电位复位的复位晶体管；以及连接到上述放大晶体管和上述复位晶体管的电流流路的一端、其电压值固定的漏电源。

本发明的一个方面提供一种固体成像装置的驱动方法，该固体成像装置具备：垂直信号线；单位像素，具有对入射光进行光电变换并储存的光电二极管、放大来自上述光电二极管的信号并输出到上述垂直信号线的放大晶体管、和使上述放大晶体管的控制电极的电位复位的复位晶体管；连接到上述放大晶体管和上述复位晶体管的电流流路的一端、其电压值固定的漏电源；以及以控制上述垂直信号线的电位状态的方式构成的控制电路，上述驱动方法利用上述控制电路使上述垂直信号线的电位状态变化，利用上述放大晶体管的栅电容使上述放大晶体管导通，从而选择上述单位像素。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的固体成像装置的平面图；

图2是表示图1中的一个单位像素的电路图；

图3是表示图2中示出的一个单位像素的驱动操作的时间图；

图4是图2中示出的一个单位像素的电位图，(a)是时刻t3时的电位图，(b)是时刻t4时的电位图，(c)是时刻t5时的电位图，(d)是时刻t6时的电位图；

图5是表示第2实施方式的一个像素区域的电路图；

图6是表示图5中的放大晶体管的器件结构的截面图；

图7是表示图5中的一个单位像素的驱动操作的时间图；

图8是表示第3实施方式的一个单位像素的驱动操作的时间图。

具体实施方式

[第1实施方式]

以下，参照图1至图4，对本发明第1实施方式的固体成像装置及其驱动方法进行说明。在该说明中，对所有图中共有的部分标注相同的参考符号。图1是示意性示出本实施方式的固体成像装置的一个例子的平面图。

如图所示，在半导体芯片11中，配置像素区域12、垂直移位寄存器13，AD变换电路15。

在像素区域12中，阵列状配置包含对入射光进行光电变换并储存的光电二极管的单位像素21，作为成像部使用。

垂直移位寄存器13作为选择部使用，用于将信号LS1～SLk输出到像素区域12，并在每一复位信号线上选择单位像素21。从所选择的复位信号线的单位像素21中，分别通过垂直信号线VSL输出与入射光量相对应的模拟信号Vsig。

AD变换电路15的功能是，将通过垂直信号线VSL输入的模拟信号Vsig变换成数字信号。

下面，利用图2对像素区域12中的单位像素(PIXEL)进行说明。这里，以被输入了信号LS1的一个选择单位像素为例，进行说明。

如图所示，设置单位像素21。该单位像素21具有光电二极管22、放大晶体管Tr1、读出晶体管Tr2、复位晶体管Tr3、地址晶体管Tr4。

光电二极管22的阴极接地。放大晶体管Tr1以放大并输出来自浮动扩散区FD的信号的方式构成。放大晶体管Tr1的栅极和浮动扩散区FD连接，源极和垂直信号线VSL连接，漏极和地址晶体管Tr4的源极连接。

读出晶体管Tr2以控制光电二极管22的储存的方式构成。读出晶体管Tr2的栅极和读出信号线TRF连接，源极和光电二极管22的阳极连接，漏极和浮动扩散区FD连接。

复位晶体管Tr3以使放大晶体管Tr1的栅极电位复位的方式构成。复位晶体管Tr3的栅极和复位信号线RST连接，源极和浮动扩散区FD连接，漏极和漏电源DRN连接。

地址晶体管Tr4的栅极和地址信号线ADR连接，漏极和电源DRN连接。

而且，浮动扩散区FD的对地电容C1的电容值用Cfd表示，浮动扩散区FD和垂直信号线VSL之间的栅电容C2的电容值用Camp表示。

另外，设置以控制上述垂直信号线VSL的电压的方式构成的VSL控制电路31。该VSL控制电路31具有控制信号线DC、偏置晶体管Tr5、选择信号线SF、负载晶体管Tr6、电流源32。

偏置晶体管Tr5以将垂直信号线VSL的电位固定在BIAS电平的方式构成。偏置晶体管Tr5的栅极和控制信号线DC连接，源极和电源BIAS连接，漏极和垂直信号线VSL连接。

选择信号线SF和负载晶体管Tr6的栅极连接。负载晶体管Tr6的源极和偏置晶体管Tr5的漏极连接，漏极和电流源32的一端连接。电流源32的另一端接地。

<驱动方法>

下面，利用图3和图4对本实施方式的固体成像装置的驱动方法进行说明。图3是示出本实施方式的固体成像装置的操作的时间图。图4是本实施方式的固体成像装置的一个操作的电位图。

首先，在时刻t0的初始状态，选择控制信号线DC，使之为High状态，从而使偏置晶体管Tr5导通。因此，在垂直信号线VSL上施加来自电源BIAS的较低电压。而且，在这一时刻，复位晶体管Tr3和地址晶体管Tr4截止。

接着，在时刻t1，选择复位信号线RST1，使复位晶体管Tr3导通。然后，使电源DRN和浮动扩散区FD导通，将浮动扩散区FD的电位复位到基本接近漏极电压的电位。放大晶体管Tr1的栅电压和浮动扩散区FD的电压相等，所以放大晶体管Tr1导通，放大晶体管Tr1的源、漏端子的电位都和电源BIAS的电压值相等。

接着，在时刻t2，使复位信号线RST为Low状态，使复位晶体管Tr3导通。然后，使浮动扩散区FD的电位状态为浮动状态。

接着，在时刻t3，使控制信号线DC为Low状态，从而使偏置晶体管Tr5截止(图4(a))。

接着，在时刻t4，在选择信号线SF上施加比晶体管的阈值高例如0.3V左右的电压，使负载晶体管Tr6为恒定电流电路，并在大致相同的时刻选择地址信号线ADR，从而使地址晶体管Tr4导通。此时，由具有放大晶体管Tr1和负载晶体管Tr6的源极跟随器决定的电压Vsig将垂直信号线VSL的电位设定为比上述电源BAIS高的电压。于是在时刻t4，放大晶体管Tr1的源/漏端子的电压和电源BAIS的电压值基本相等，成为比稳定状态的Vsig低的电压，所以电压向着Vsig上升。这里，如图4(b)所示，放大晶体管Tr1在三极管区域动作(漏电压比沟道电位低)。

于是，在时刻t5，浮动扩散区FD通过电容Camp与放大晶体管Tr1的沟道进行电容耦合，所以如图4(c)所示，复位信号线RS1上的选择像素21的浮动扩散区FD由于电容耦合而成为下面所示的升高了电位ΔVfd的电位。即如下所示。

$\mathrm{\&Delta;}{V}_{\mathrm{fd}}=\frac{C_{\mathrm{amp}}}{C_{\mathrm{amp}}+C_{\mathrm{fd}}}(\mathrm{Vsig}-\mathrm{BIAS})$

如上所述，通过适当设定上式中的参数，能够上升到比漏电压高的电压。

而且，在上式中，Camp的前面没有加“2/3”的系数。这是在复位时间(时刻t1～时刻t2)期间，垂直信号线VSL的电位维持在比电压Vsig低的电源BIAS的电压。然后，从时刻t4到时刻t5期间，放大晶体管Tr1的漏极电位以比沟道电位低的方式被驱动。因此，可以使放大晶体管Tr1在三极管区域(线性区域)D1中动作。因此，能够有效地、即与用虚线35表示的以前的增加电位ΔVfd相比，使浮动扩散区FD的电位上升1.5倍左右。这是因为用虚线35表示的放大晶体管Tr1在五极管区域(饱和区域)D2中执行动作。

之后，在时刻t5和时刻t6之间，放大晶体管Tr1在五极管区域动作，所以浮动扩散区FD的电压变化较小，而且垂直信号线VSL的电位大致维持时刻t4时的电位，变化较小。然后，由选择行的浮动扩散区FD的电位决定的电压Vsig被输出到垂直信号线VSL。

接着，在时刻t7，垂直信号线VSL的输出达到像素21的复位电平(ResetLevel)时，读出信号线TRF为High状态，读出晶体管Tr2导通。然后，输出了光电二极管22的信号的状态下的垂直信号线VSL的输出成为单位像素21的输出信号电平，并发送(Signal Level)输出信号(signal)。

接着，控制信号线DC为High状态，偏置晶体管Tr5导通，返回到初始状态。

而且，在这一实施方式中，浮动扩散区FD的电位变化由以下的数学式决定。

$\frac{C_{\mathrm{amp}}}{C_{\mathrm{amp}}+C_{\mathrm{fd}}}(\mathrm{Vsig}-\mathrm{BIAS})$

因此，与Cfd相比，希望将Camp较大地设定，可能的话使Camp＞Cfd，而且最好将(Vsig-BIAS)设定为较大的值。

如上所述，利用本实施方式的固体成像装置及其驱动方法，能够实现下述(1)至(3)所示的效果。

(1)能够增大可储存在浮动扩散区FD中的电子的量。

这里，CMOS图像传感器的单位像素(PIXEL)的像素尺寸一直缩小。如果在没有采取特别措施的情况下缩小该像素尺寸，则放大晶体管Tr1的栅电极的专有面积也缩小，所以像素的浮动扩散区的电容变小。可以储存在该浮动扩散区中的电荷量Q用Q＝CVfd表示(C：栅电容，Vfd：浮动扩散区的电位)。因此，如果电压Vfd是一定的，则电荷量Q和电容C成比例，可处理的电荷量减少。

在上述非专利文献1的例子中，通过和漏电压相比，使浮动扩散区的电压升高(升压)，来增加可处理的电荷量。

上述文献中的图4(b)是使复位晶体管RST的栅极为High，从而使复位晶体管RST导通之后的电位图。因为复位晶体管RST导通，所以浮动扩散区FD的电位成为和复位晶体管PST的沟道电位基本相等的电位。

另一方面，垂直信号线SIG的电位反映浮动扩散区FD的电位而上升，但上升时间由垂直信号线的对地电容和Load晶体管的电流供给能力决定。因此，为了达到稳定状态，需要较长的时间。因此，在图4(b)的时刻，还没有达到稳定状态，和图4(a)相比，电位处于稍高的状态。

接着，图4(c)是使复位晶体管PST导通后不久垂直信号线SIG的电位到达稳定状态时的电位图。图中的浮动扩散区FD在电位达到和复位晶体管RST的沟道电位基本相等的状态后，成为浮动状态。因此，如果垂直信号线SIG的电位变化，则通过放大晶体管AMP的栅电容，成为较高的电位，并最终升压到高于漏电压DRN的电压。

这里，已知用以下的公式表示从上述图4(b)变化到图4(c)示出的电位状态时，浮动扩散区FD的电位变化。

${\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{fd}}=\frac{2/3C_{\mathrm{amp}}}{2/{3C}_{\mathrm{amp}}+C_{\mathrm{fd}}}\mathrm{\&Delta;Vsig}$

这里，ΔVsig是从上述图4(b)变化到图4(c)示出的电位状态时垂直信号线SIG的电位变化量，Camp是放大晶体管AMP的栅电容。

而且，上式中在Camp前面加上系数“2/3”，这是因为在上述图4(b)时，在放大晶体管AMP的漏极(DRN)和源极(SIG)之间产生电位差，放大晶体管AMP在五极管区域(饱和区域)动作。例如在上述图4(b)的上部的截面图中，示出了放大晶体管AMP的栅电容的2/3对电容作出贡献的状态。

如上所述，上述非专利文献1公开的固体成像装置在进行升压操作时，放大晶体管在五极管区域动作，所以放大晶体管Tr1的栅电容中，仅仅“2/3”能够对升压操作作出贡献。因此，对可储存在浮动扩散区中的电子数量的增大是不利的。这在伴随单位像素的微细化、放大晶体管Tr1的栅电极的专有面积减少的情况下变得显著。

但是，在本实施方式的固体成像装置中，在复位时间(时刻t1～时刻t2)期间，将垂直信号线VSL的电位维持在比电压Vsig低的电源BIAS的电压。然后，从时刻t4到时刻t5期间进行驱动，使得放大晶体管Tr1的漏极电位比沟道电位低。因此，可以使放大晶体管Tr1在三极管区域(线性区域)D1中动作，放大晶体管Tr1的栅电容(对地电容)C2的电容值Camp全部都能够对升压操作作出贡献。因此，由于在Camp前面没有加系数“2/3”的电容耦合，可以使浮动扩散区FD的电位增加电位ΔVfd。该增加的电位ΔVfd可以用下式表示。

${\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{fd}}=\frac{C_{\mathrm{amp}}}{C_{\mathrm{amp}}+C_{\mathrm{fd}}}(\mathrm{Vsig}-\mathrm{BIAS})$

结果是，在能够增大可储存在浮动扩散区FD中的电子数量这一点上是有利的。例如在本实施方式的情况下，可储存在浮动扩散区FD中的电子数量与用虚线35表示的现有例的增加电位ΔVfd′相比，能够达其1.5倍左右。

(2)能够提高升压操作的可靠性。

而且，上述升压操作是利用放大晶体管Tr1的栅电容(对地电容)C2的电容值Camp的静态操作。

因此，能够与使单位像素21进行升压操作时的频率无关地进行浮动扩散区FD的升压。从而能够防止浮动扩散区FD的升压依赖于频率而变动。结果是，在能够提高升压操作的可靠性这一点上是有利的。

(3)对微细化是有利的。

如上所述，利用本实施方式的固体成像装置的驱动方法，能够使放大晶体管Tr1的栅电容(对地电容)C2的电容值Camp全部都对升压操作作出贡献。因此，不必为了增大栅电容而增大放大晶体管Tr1的栅电极的面积，从而可以减少栅电极的面积。结果是，在减少放大晶体管Tr1的专有面积这一点上，对微细化是有利的。

[第2实施方式]

首先，利用图5至图7，对本发明第2实施方式的固体成像装置进行说明。图5是示意性示出本实施方式的固体成像装置的一个例子的平面图。在本说明中，和上述第1实施方式重复的部分，省略详细的说明。

首先，利用图5对本例的像素区域12中的单位像素(PIXEL)进行说明。这里，以输入了信号LS1的一个选择单位像素为例，进行说明。

如图所示，单位像素(PIXEL)21是具有光电二极管22、放大晶体管Tr1、读出晶体管Tr2、复位晶体管Tr3的3Tr型CMOS图像传感器，在这一点上和上述第1实施方式不同。

光电二极管22以对入射光进行光电变换并储存的方式构成。放大晶体管Tr1以放大并输出来自浮动扩散区FD的信号的方式构成。放大晶体管Tr1的栅极和浮动扩散区FD连接，源极和垂直信号线VSL连接，漏极和漏电源DRN连接。

读出晶体管Tr2以控制光电二极管22的储存的方式构成。读出晶体管Tr2的栅极和读出信号线TRF连接，源极和光电二极管22的阳极连接，漏极和浮动扩散区FD连接。

复位晶体管Tr3以使放大晶体管Tr1的栅极电位复位的方式构成。复位晶体管Tr3的栅极和复位信号线RST1连接，源极和浮动扩散区FD连接，漏极和电源DRN连接。

另外，浮动扩散区FD的对地电容C1的电容值用Cfd表示，浮动扩散区FD和垂直信号线VSL之间的栅电容C2的电容值用Camp表示。

并且设置以控制上述垂直信号线VSL的电压的方式构成的VSL控制电路31。该VSL控制电路31具有控制信号线DC、偏置晶体管Tr5、选择信号线SF、负载晶体管Tr6、电流源32。

偏置晶体管Tr5以固定垂直信号线VSL的电位的方式构成。偏置晶体管Tr5的栅极和控制信号线DC连接，源极和电源BIAS连接，漏极和垂直信号线VSL连接。

设置选择信号线SF，其与负载晶体管Tr6的栅极连接。负载晶体管Tr6的漏极和电流源32的一端连接，源极和垂直信号线VSL连接。电流源32的另一端接地。

下面，利用图6对放大晶体管Tr1的截面器件结构进行说明。

如图所示，放大晶体管Tr1采用MOS晶体管结构，具有设置在半导体基板51上的栅电极G1、以及在基板51中以夹着栅电极G1的方式隔离设置的源极55和漏极57。漏极57和电源DRN电连接，源极55和垂直信号线VSL电连接。

这里，源极55的一部分区域55G以潜入栅电极G1下方的方式设置，和栅电极G1重叠。将该重叠的区域55G的电容定义为上述C2，将栅电极G1的整个区域的电容定义为Coverlap。

<驱动方法>

下面，利用图7对本实施方式的固体成像装置的驱动方法进行说明。图7是表示本实施方式的固体成像装置的驱动操作的时间图。在该说明中，以连接到输入了复位信号LS1而被选择的复位信号线RST1上的一个选择单位像素21为例进行说明。

如图所示，在时刻t0的初始状态，使复位信号线RST1为High状态，使浮动扩散区FD和漏电源DRN导通，固定浮动扩散区FD的电位。而且，使控制信号线DC为High状态，使偏置晶体管Tr5导通，将来自电源BIAS的较低电压施加到垂直信号线VSL上。

接着，在时刻t1，从垂直移位寄存器13仅向成为选择行的复位信号线RST1输入信号LS1，使复位信号线RST1为Low状态。然后，使复位晶体管Tr3截止，使浮动扩散区FD为浮动状态。

接着，在时刻t2，使控制信号线DC为Low状态，使偏置晶体管Tr5截止。

接着，在时刻t3，使选择信号线SF为High状态，使负载晶体管Tr6导通。然后，使垂直信号线VSL的电位成为由具有放大晶体管Tr1和负载晶体管Tr6的源极跟随器决定的电压Vsig。于是，复位信号线RS1上的选择像素21的浮动扩散区FD由于电容耦合而成为如下所示升高了电位ΔVfd的电位。即如下所示。

${\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{fd}}=\frac{C_{\mathrm{amp}}}{C_{\mathrm{amp}}+C_{\mathrm{fd}}}(\mathrm{Vsig}-\mathrm{BIAS})$

情况①V_sigV_amp

$\&RightArrow;{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{fd}}=\frac{C_{\mathrm{amp}}-C_{\mathrm{overlap}}}{C_{\mathrm{amp}}-C_{\mathrm{overlap}}+C_{\mathrm{fd}}}(V_{\mathrm{sig}}-\mathrm{BIAS})$

情况②V_sig＜V_amp

$\&RightArrow;{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{fd}}=\frac{C_{\mathrm{amp}}}{C_{\mathrm{amp}}+C_{\mathrm{fd}}}(V_{\mathrm{sig}}-\mathrm{BIAS})$

这里，Vamp是放大晶体管Tr1的沟道电位。

另一方面，非选择行(复位信号线RST2～复位信号线RSTk)上的像素的浮动扩散区FD与漏电源DRN导通，没有成为浮动状态，所以电位基本保持一定。

因此，无需降低选择单位像素21的漏电源DRN的电位，就可以仅仅导通选择行的复位信号线RST1的放大晶体管Tr1。即，能够利用伴随着使垂直信号线VSL的电位从Low状态变成High状态的上述电容耦合，使浮动扩散区FD的电位增加，使放大晶体管Tr1导通，来选择单位像素21。

然后，由选择行的浮动扩散区FD的电位决定的电压Vsig被输出到垂直信号线VSL。

接着，在时刻t4，如果垂直信号线VSL的输出成为像素21的复位电平(ResetLevel)，则使读出信号线TRF成为High状态，读出晶体管Tr2导通。然后，输出了光电二极管22的信号的状态下的垂直信号线VSL的输出成为单位像素21的输出信号电平，并发送(Signal Level)输出信号(signal)。

接着，在时刻t5，使复位信号线RST1成为High状态，复位晶体管Tr3导通，从而使浮动扩散区FD和漏电源DRN导通，停止发送输出信号(signal)。

接着，在时刻t6，使控制信号线DC为High状态，偏置晶体管Tr5导通，从而返回到初始状态。

这样，在上述时刻t0～t6，漏电源DRN的电压值没有必要为了选择像素而降低。因此，漏电源DRN的电压值可以始终维持高电压，不存在低电压值的期间。而且，漏电源DRN能够利用例如内部电源和垂直移位寄存器13等维持在期望的高电压。

在本实施方式中，浮动扩散区FD的电位变化由下式决定。

$\frac{C_{\mathrm{amp}}}{C_{\mathrm{amp}}+C_{\mathrm{fd}}}(\mathrm{Vsig}-\mathrm{BIAS})$

因此，与Cfd相比，希望将Camp较大地没定，可能的话使Camp＞Cfd。而且，出于同样的目的，希望将(Vsig-BIAS)设定为较大的值。

如上所述，利用本实施方式的结构，能够得到下面(4)至(6)的效果。

(4)能够防止产生像散。

这里，在非专利文献1中的图1(a)中，公开了单位像素(PIXEL)的结构图。在图1(b)中公开了单位像素的驱动脉冲。如图所示，在选择单位像素时，首先通过复位晶体管RST使FD(浮动扩散区)电位处于通常的Low状态。然后，仅在进行选择时，使复位晶体管RST为High状态，从而发送复位脉冲，仅使要选择的单位像素的放大晶体管AMP导通。

由于该最初的复位脉冲，FD的电位成为High状态，在读出之后，使漏电源DRN为Low状态。而且，利用第2次的复位脉冲使FD的电位成为Low状态，返回初始状态。

但是，在该驱动操作中，为了选择期望的单位像素，需要将漏电源DRN降低到低电压的期间(Low状态的期间)。这里，单位像素中的漏电源DRN起到吸收剩余信号电荷的作用。然后，在存在没有在漏电源DRN上施加高电压的期间(Low状态的期间)的情况下，如果对高亮度的主体成像，则无法将从光电二极管22溢出的剩余电荷吸收到漏电源DRN中，从而会产生像散。

但是，在本实施方式中，首先使要选择的单位像素21的浮动扩散区FD为浮动状态(时刻t1)。接着使垂直信号线VSL的电位从Low状态变化到High状态(时刻t3)。然后，可以利用此时的电容耦合使浮动扩散区FD的电位增加ΔVfd，使放大晶体管Tr1导通(时刻t3)，从而选择单位像素21。

因此，无需为了选择单位像素21而降低漏电源DRN的电压值。从而漏电源DRN的电压值能够始终维持高电压值，不存在低电压值的期间。

因此，即使在对高亮度的主体成像时，也可以始终将从光电二极管22溢出的剩余电荷吸收到漏电源DRN中。其结果是，在能够防止产生像散这一点上是有利的。

(5)对微细化是有利的。

如上所述，根据本实施方式，能够使垂直信号线VSL的电位从Low状态变化到High状态，利用此时的电容耦合，增加浮动扩散区FD的电位，使放大晶体管Tr1导通，从而选择单位像素21。

因此，单位像素21可以具有放大晶体管Tr1、读出晶体管Tr2以及复位晶体管Tr3这3个晶体管(3Tr型)。结果是，不需更地址晶体管等，与具有4个晶体管的单位像素(4Tr型)相比，在能够减少单位像素21的专有面积这一点上，对微细化有利。

(6)能够提高驱动操作的可靠性。

上述VSL控制电路31中的浮动扩散区FD升压操作是利用放大晶体管Tr1的栅电容(对地电容)C1的电容值Cfd的静态操作。

因此，能够与使单位像素21进行升压操作时的频率无关地进行浮动扩散区FD的升压。从而能够防止浮动扩散区FD的升压依赖于频率而变动。结果是，在能够提高驱动操作的可靠性这一点上是有利的。

[第3实施方式]

下面，利用图8，对本发明第3实施方式的固体成像装置进行说明。图8是示出本实施方式的固体成像装置的驱动操作的时间图。本实施方式涉及在上述第2实施方式说明的驱动操作中使选择像素和非选择像素的电位关系相反的驱动方法。在本说明中，省略和上述第2实施方式重复的部分的说明。

因为本实施方式的电路结构和上述第2实施方式相同，所以省略其详细说明。而且，在本驱动操作的说明中，以由复位信号线RS1选择的一个选择单位像素21为例进行说明。

<驱动方法>

如图所示，在时刻t0时的初始状态下，没有将信号LS1～LSk发送至选择/非选择的复位信号线中的任意一个，所以复位晶体管Tr3的栅电极为Low状态。因此，浮动扩散区FD的电位成为浮动状态，初始状态的电位状态相反。而且，控制信号线DC被选择，偏置晶体管Tr5导通，由电源BIAS将较高的电压施加到垂直信号线VSL上，在这一点上和上述第1实施方式不同。

接着，在时刻t1时，仅使要选择的像素21的复位信号线RST1为High状态，从而使复位晶体管Tr3导通。然后，使浮动扩散区FD和漏电源DRN导通，固定浮动扩散区FD的电位。

接着，在时刻t2时，使控制信号线DC为Low状态，偏置晶体管Tr5截止。

接着，在时刻t3时，通过使选择信号线SF为High状态，使负载晶体管Tr6导通。然后，使垂直信号线VSL的电位成为由具有放大晶体管Tr1和负载晶体管Tr6的源极跟随器决定的电压Vsig。此时，非选择像素的复位信号线上的浮动扩散区FD的电位由于电容耦合而成为如下所示降低了电位ΔVfd的电位。即电位ΔVfd如下所示。

${\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{fd}}=\frac{C_{\mathrm{amp}}}{C_{\mathrm{amp}}+C_{\mathrm{fd}}}(\mathrm{BIAS}-\mathrm{Vsig})$

情况①V_sig＞V_amp

$\&RightArrow;{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{fd}}=\frac{C_{\mathrm{amp}}-C_{\mathrm{overlap}}}{C_{\mathrm{amp}}-C_{\mathrm{overlap}}+C_{\mathrm{fd}}}(\mathrm{BIAS}-V_{\mathrm{sig}})$

情况②V_sig＜V_amp

$\&RightArrow;{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{fd}}=\frac{C_{\mathrm{amp}}}{C_{\mathrm{amp}}+C_{\mathrm{fd}}}(\mathrm{BIAS}-V_{\mathrm{sig}})$

这里，Vamp是放大晶体管Tr1的沟道电位。

另一方面，选择像素21的浮动扩散区FD不处于浮动状态，与漏电源DRN导通，电位基本上保持一定，在这一点上和上述第1实施方式不同。因此，仅选择像素21的放大晶体管Tr1导通，由要选择的浮动扩散区FD的电位决定的电压被输出至垂直信号线VSL。

接着，在时刻t4，如果垂直信号线VSL的输出成为像素21的复位电平(ResetLevel)，则读出信号线TRF成为High状态，读出晶体管Tr2导通。然后，输出了光电二极管22的信号的状态下的垂直信号线VSL的输出成为单位像素21的输出信号电平，并发送(Signal Level)输出信号(signal)。

接着，在时刻t5，使控制信号线DC为High状态，偏置晶体管Tr5导通，返回到初始状态。

利用本实施方式的固体成像装置及其驱动方法，能够得到和上述(4)至(6)相同的效果。

而且，在该驱动操作中，在时刻t3时，非选择像素的浮动扩散区FD的电位由于电容耦合而成为降低了ΔVfd的电位。另一方面，选择像素21的浮动扩散区FD不处于浮动状态，与漏电源DRN导通，电位基本上维持恒定电位，所以可以仅导通选择像素21的放大晶体管。

因此，无需为了选择单位像素21而降低漏电源DRN的电压值。从而漏电源DRN的电压值能够始终维持高电压值，能够选择期望的像素21，能够防止产生像散，在这一点上是有利的。

这样，根据需要，也可以使选择像素21和非选择像素的电位关系与上述第2实施方式相反地执行像素选择。

而且，上述第2、第3实施方式的固体成像装置在形成光电二极管22的杂质扩散层的导电类型和半导体基板的导电类型相同的情况下是有效的。

以下，进行具体说明。例如在用n型杂质扩散层形成光电二极管22、利用n型半导体基板制造单位像素21(CMOS传感器)的情况下，除了漏电源DRN之外，剩余电荷也可以被n型半导体基板吸收。因此，在能够防止产生像散这一点上是更有利的。

另一方面，在用n型杂质扩散层形成光电二极管22、利用p型半导体基板制造单位像素21(CMOS传感器)的情况下，剩余电荷仅被漏电源DRN吸收，p型半导体基板不能吸收。

对于本领域普通技术人员来说，其它的优点和修改是显而易见的。因此，广义上本发明不局限于这里示出和描述的具体细节和代表性实施例。因此，在不脱离由所附权利要求及其等同技术方案所限定的一般发明概念的精神或者范围的情况下，可以作出各种修改。

Claims (17)

1、一种固体成像装置，包括：

垂直信号线；

单位像素，具有：对入射光进行光电变换并储存的光电二极管；放大来自上述光电二极管的输入信号并输出到上述垂直信号线的放大晶体管；和使上述放大晶体管的控制电极的电位复位的复位晶体管；以及

控制电路，构成为在上述复位晶体管驱动期间，维持上述垂直信号线的电位状态。

2、根据权利要求1的固体成像装置，其中在设上述放大晶体管的控制电极的对地电容的电容值为Cfd、上述放大晶体管和上述垂直信号线之间的电容值为Camp时，Camp＞Cfd。

3、根据权利要求1的固体成像装置，其中在上述复位晶体管驱动期间，上述放大晶体管的漏电压比沟道电位低。

4、根据权利要求1的固体成像装置，其中上述控制电路具有：控制信号线；以及控制电极和上述控制信号线连接、电流流路的一端和上述垂直信号线连接、将固定电位施加至电流流路的另一端的偏置晶体管。

5、根据权利要求1的固体成像装置，其中上述控制电路还具有输出连接至电源的电流源。

6、根据权利要求5的固体成像装置，其中上述控制电路还具有：电流流路的一端和上述偏置晶体管的电流流路的一端连接、电流流路的另一端和上述电流源的输入连接的负载晶体管。

7、根据权利要求1的固体成像装置，其中还包括连接至上述放大晶体管和上述复位晶体管的电流流路的一端的漏电源。

8、根据权利要求1的固体成像装置，其中上述单位像素还具有以控制上述光电二极管的储存的方式构成的读出晶体管。

9、根据权利要求1的固体成像装置，其中上述单位像素还具有：电流流路的一端和上述放大晶体管的电流流路的一端连接、电流流路的另一端和上述漏电源连接的地址晶体管。

10、一种固体成像装置，包括：

垂直信号线；

单位像素，具有：对入射光进行光电变换并储存的光电二极管；将控制电极和上述垂直信号线进行电容耦合、放大来自上述光电二极管的输入信号并输出到上述垂直信号线的放大晶体管；和使上述放大晶体管的控制电极的电位复位的复位晶体管；以及

连接到上述放大晶体管和上述复位晶体管的电流流路的一端、其电压值固定的漏电源。

11、根据权利要求10的固体成像装置，其中上述放大晶体管具有：设置在半导体基板上的栅电极；在上述半导体基板中以夹着上述栅电极的方式隔开设置的源极和漏极；以及以潜入上述栅电极下方的方式设置的源极的一部分区域，

其中，上述电容耦合设置在上述源极的一部分区域和上述栅电极之间。

12、根据权利要求10的固体成像装置，其中在设上述放大晶体管的控制电极的对地电容的电容值为Cfd、上述放大晶体管和上述垂直信号线之间的电容值为Camp时，Camp＞Cfd。

13、根据权利要求10的固体成像装置，还包括控制电路，该控制电路具有：控制信号线；以及控制电极和上述控制信号线连接、电流流路的一端和上述垂直信号线连接、将固定电位施加至电流流路的另一端的偏置晶体管。

14、根据权利要求13的固体成像装置，其中上述控制电路还具有输出连接至电源的电流源。

15、根据权利要求13的固体成像装置，其中上述控制电路还具有：电流流路的一端和上述偏置晶体管的电流流路的一端连接、电流流路的另一端和上述电流源的输入连接的负载晶体管。

16、根据权利要求10的固体成像装置，其中上述单位像素还具有以控制上述光电二极管的储存的方式构成的读出晶体管。

17、一种固体成像装置的驱动方法，该固体成像装置具备：

垂直信号线；

单位像素，具有：对入射光进行光电变换并储存的光电二极管；放大来自上述光电二极管的信号并输出到上述垂直信号线的放大晶体管；和使上述放大晶体管的控制电极的电位复位的复位晶体管；

连接到上述放大晶体管和上述复位晶体管的电流流路的一端、其电压值固定的漏电源；以及

以控制上述垂直信号线的电位状态的方式构成的控制电路，

上述驱动方法利用上述控制电路使上述垂直信号线的电位状态变化，利用上述放大晶体管的栅电容使上述放大晶体管导通，从而选择上述单位像素。

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