JP2002335455A - Solid-state imaging apparatus - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルカメラ等
に使用されるMOS型の固体撮像装置に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a MOS type solid-state imaging device used for a digital camera or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】図17は、MOSトランジスタで構成さ
れた従来の固体撮像装置の一例を示している。この固体
撮像装置は、半導体基板上に、各々フォトダイオード
(PD)1と、読み出しトランジスタ2と、フローティ
ングディフュージョン(FD)部と、リセットトランジ
スタ3と、検出トランジスタ4と、アドレストランジス
タ5とを有する複数の増幅型単位画素を二次元状に配列
した感光領域14を備えた固体撮像装置であって、更に
信号線6、ドレイン線7、読み出しゲート線8、リセッ
トゲート線9、アドレスゲート線10、画素行を選択す
る垂直シフトレジスタ12、画素列を選択する水平シフ
トレジスタ13、両シフトレジスタ12,13に必要な
パルスを供給するタイミング発生回路11などにより構
成されている。2. Description of the Related Art FIG. 17 shows an example of a conventional solid-state imaging device composed of MOS transistors. This solid-state imaging device includes a plurality of semiconductor devices each including a photodiode (PD) 1, a readout transistor 2, a floating diffusion (FD) unit, a reset transistor 3, a detection transistor 4, and an address transistor 5 on a semiconductor substrate. A solid-state imaging device provided with a photosensitive region 14 in which amplifying unit pixels are two-dimensionally arranged, further comprising a signal line 6, a drain line 7, a readout gate line 8, a reset gate line 9, an address gate line 10, a pixel It comprises a vertical shift register 12 for selecting a row, a horizontal shift register 13 for selecting a pixel column, and a timing generation circuit 11 for supplying necessary pulses to the shift registers 12 and 13.
【0003】PD1で光電変換された信号電荷は、読み
出しトランジスタ2により、信号電荷を蓄えるための蓄
積領域であるFD部に読み出される。このFD部に読み
出された電荷の量によりFD部の電位が決定され、検出
トランジスタ4のゲート電圧が変化し、アドレストラン
ジスタ5が選択されたことを条件として、信号線6に信
号電圧が取り出される。The signal charge photoelectrically converted by the PD 1 is read out by the readout transistor 2 to an FD section which is an accumulation area for storing the signal charge. The potential of the FD section is determined by the amount of charge read to the FD section, the gate voltage of the detection transistor 4 changes, and a signal voltage is extracted to the signal line 6 on condition that the address transistor 5 is selected. It is.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】図17の従来技術によ
れば、1行毎に信号線6に信号電圧が取り出されるにも
かかわらず、二次元状に配列した複数の増幅型単位画素
の全てに同時に、縦方向のドレイン線7を介して電源パ
ルスが供給されるようになっていた。したがって、消費
電力が大きいという課題があった。According to the prior art shown in FIG. 17, all of the plurality of amplifying unit pixels arranged two-dimensionally, despite the fact that a signal voltage is taken out to the signal line 6 for each row. At the same time, a power pulse is supplied via the vertical drain line 7. Therefore, there is a problem that power consumption is large.
【0005】本発明の目的は、固体撮像装置における消
費電力を削減することにある。An object of the present invention is to reduce power consumption in a solid-state imaging device.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の固体撮像装置は、複数の増幅型単位画素の
ドレイン領域(リセットトランジスタを介してFD部へ
パルス電圧を供給するための領域)を1行毎に異なるド
レイン線に接続することとしたものである。この構成に
より、1行毎に選択的に電源パルスを供給することがで
きるので、消費電力が削減される。しかも、少なくとも
蓄積領域の信号電荷をリセットする期間と、蓄積領域の
信号電荷を検出する期間とはドレイン線の電位をHIG
Hレベル電位に設定するように、ドレイン線をパルス駆
動することとした。つまり、必要な期間にのみドレイン
線が駆動されるので、消費電力が更に削減される。In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention comprises a drain region of a plurality of amplifying unit pixels (for supplying a pulse voltage to an FD section via a reset transistor). Region) is connected to a different drain line for each row. With this configuration, a power pulse can be selectively supplied for each row, so that power consumption is reduced. In addition, at least during the period of resetting the signal charge in the storage region and the period of detecting the signal charge in the storage region, the potential of the drain line is set to a high level.
The drain line is pulse-driven so as to be set to the H level potential. That is, since the drain line is driven only during a necessary period, power consumption is further reduced.
【0007】更に読み出しトランジスタがオンしている
期間にドレイン線の電位をHIGHレベル電位に設定す
るように構成すれば、ドレイン線のLOWレベル電位に
起因した光電変換領域(PD)への電荷の逆流の心配が
ない。Further, if the potential of the drain line is set to the HIGH level potential while the read transistor is on, the reverse flow of charges to the photoelectric conversion region (PD) due to the LOW level potential of the drain line No worries.
【0008】[0008]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係る固
体撮像装置について説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention will be described.
【0009】図1は、本発明に係る固体撮像装置におけ
る増幅型単位画素の構成例を示している。図1におい
て、1はフォトダイオード(PD)、2は読み出しトラ
ンジスタ、FDはフローティングディフュージョン部、
3はリセットトランジスタ、4は検出トランジスタ、6
は信号線、7はドレイン線(VDD)、15は増幅型単
位画素、16は読み出しとリセットを兼ねたゲート線、
17はFD部と検出トランジスタ4のゲートとを結ぶF
D配線である。読み出しとリセットを兼ねたゲート線1
6は、Nを整数とするとき、第N行の画素の読み出しト
ランジスタ2のゲートと、第(N+1)行の画素のリセ
ットトランジスタ3のゲートとに接続されている。検出
トランジスタ4は、1列毎に異なる信号線6に接続され
ている。また、横方向のドレイン線7には1行毎に異な
るVDD電源パルスが与えられるようになっている。FIG. 1 shows an example of the configuration of an amplification type unit pixel in a solid-state imaging device according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a photodiode (PD), 2 is a read transistor, FD is a floating diffusion portion,
3 is a reset transistor, 4 is a detection transistor, 6
Is a signal line, 7 is a drain line (VDD), 15 is an amplifying unit pixel, 16 is a gate line that performs both reading and resetting,
17 is an F connecting the FD section and the gate of the detection transistor 4
D wiring. Gate line 1 for both reading and reset
6 is connected to the gate of the readout transistor 2 of the pixel in the Nth row and the gate of the reset transistor 3 of the pixel in the (N + 1) th row, where N is an integer. The detection transistor 4 is connected to a different signal line 6 for each column. Further, different VDD power supply pulses are applied to the horizontal drain lines 7 for each row.
【0010】図1によれば、各単位画素15の構成は、
縦方向の1配線(信号線6)と、横方向の2配線(ドレ
イン線7と、読み出しとリセットを兼ねたゲート線1
6)と、3トランジスタ(読み出しトランジスタ2、リ
セットトランジスタ3及び検出トランジスタ4)に削減
される。According to FIG. 1, the configuration of each unit pixel 15 is as follows.
One vertical line (signal line 6), two horizontal lines (drain line 7, and gate line 1 serving as both reading and resetting)
6) and three transistors (read transistor 2, reset transistor 3, and detection transistor 4).
【0011】図2は、垂直シフトレジスタ12の構成例
を示している。Vin、T1及びT2は、タイミング発
生回路11から与えられるタイミングパルスである。シ
フトレジスタの各段にキャパシタ18が設けられてお
り、Sig1、Sig2及びSig3はシフトレジスタ
各段の出力である。FIG. 2 shows a configuration example of the vertical shift register 12. Vin, T1 and T2 are timing pulses provided from the timing generation circuit 11. A capacitor 18 is provided at each stage of the shift register, and Sig1, Sig2, and Sig3 are outputs of each stage of the shift register.
【0012】図3は、図1の増幅型単位画素15を駆動
するための駆動回路の構成例を示している。図3におい
て、20は垂直シフトレジスタ12のN段目、21は垂
直シフトレジスタ12の(N+1)段目、22は電荷読
み出しパルス発生回路、23はリセットパルス発生回
路、24はOR回路、25はVDD横配線電源回路であ
る。電荷読み出しパルス発生回路22は、垂直シフトレ
ジスタ12のN段目出力SigNと従来の読み出しパル
スとのAND信号を発生するための回路である。リセッ
トパルス発生回路23は、垂直シフトレジスタ12の
(N+1)段目出力Sig(N+1)と従来のリセット
パルスとのAND信号を発生するための回路である。O
R回路24は、電荷読み出しパルス発生回路22の出力
とリセットパルス発生回路23の出力とのOR信号をゲ
ート線16へ供給するための回路である。VDD横配線
電源回路25は、垂直シフトレジスタ12のN段目出力
SigNと従来の電源パルスとのAND信号をドレイン
線7へ供給するための回路である。FIG. 3 shows an example of the configuration of a drive circuit for driving the amplifying unit pixel 15 of FIG. 3, reference numeral 20 denotes the N-th stage of the vertical shift register 12, 21 denotes the (N + 1) -th stage of the vertical shift register 12, 22 denotes a charge readout pulse generation circuit, 23 denotes a reset pulse generation circuit, 24 denotes an OR circuit, and 25 denotes This is a VDD horizontal wiring power supply circuit. The charge read pulse generation circuit 22 is a circuit for generating an AND signal between the N-th output SigN of the vertical shift register 12 and a conventional read pulse. The reset pulse generation circuit 23 is a circuit for generating an AND signal between the (N + 1) th stage output Sig (N + 1) of the vertical shift register 12 and a conventional reset pulse. O
The R circuit 24 is a circuit for supplying an OR signal of the output of the charge readout pulse generation circuit 22 and the output of the reset pulse generation circuit 23 to the gate line 16. The VDD horizontal wiring power supply circuit 25 is a circuit for supplying an AND signal between the N-th output SigN of the vertical shift register 12 and a conventional power supply pulse to the drain line 7.
【0013】図4は、図3の駆動回路の動作を説明する
ためのタイミングチャート図である。図4中の「FD2
の電位」は図1の増幅型単位画素(第1の画素)15に
おけるFD部の電位を示す。また、図5(a)は第1の
画素における各ポテンシャルの相対位置を示す図であ
り、図5(b)〜図5(g)は図3の駆動回路の動作に
伴う同画素のポテンシャル図である。図5(b)〜図5
(g)中のタイミングt1〜t6は、図4中のタイミン
グt1〜t6にそれぞれ対応している。ここで、第1の
画素に隣接する第2の画素のリセット時の第1の画素の
ドレイン線7のLOWレベル電位は、第1の画素のPD
1の電位深さよりも高い電位に設定される。また、第1
の画素のリセットトランジスタ3のゲートにLOWレベ
ル電圧が与えられた場合の当該ゲート下のポテンシャル
は、ドレイン線7のLOWレベル電位よりも高い電位に
設定される。したがって、第2の画素のリセットの際に
第1の画素の読み出しトランジスタ2にパルスが与えら
れても、例えば図5(e)に示すように第1の画素にお
けるPD1の不要電荷が効率良く捨てられる結果、FD
部からPD1への電荷の逆流が防止される。しかも、図
5(c)以外の状況で第1の画素の検出トランジスタ4
のオフ状態を確保できるように、同画素の読み出しトラ
ンジスタ2のゲートに与えられるLOWレベル電圧は、
同画素のリセットトランジスタ3のゲートに与えられる
LOWレベル電圧よりも低い電圧となるように設定され
ている。FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation of the drive circuit of FIG. “FD2” in FIG.
“Potential” indicates the potential of the FD section in the amplification type unit pixel (first pixel) 15 in FIG. FIG. 5A is a diagram showing a relative position of each potential in the first pixel, and FIGS. 5B to 5G are potential diagrams of the same pixel accompanying the operation of the driving circuit in FIG. It is. 5 (b) to 5
Timings t1 to t6 in (g) respectively correspond to timings t1 to t6 in FIG. Here, when the second pixel adjacent to the first pixel is reset, the LOW level potential of the drain line 7 of the first pixel is equal to the PD level of the first pixel.
The potential is set higher than the potential depth of 1. Also, the first
When a LOW level voltage is applied to the gate of the reset transistor 3 of the pixel, the potential below the gate is set to a potential higher than the LOW level potential of the drain line 7. Therefore, even when a pulse is applied to the readout transistor 2 of the first pixel when the second pixel is reset, unnecessary charges of the PD1 in the first pixel are efficiently discarded as shown in FIG. FD
Backflow of charges from the section to PD1 is prevented. In addition, the detection transistor 4 of the first pixel in a situation other than that shown in FIG.
LOW level voltage applied to the gate of the readout transistor 2 of the same pixel so that the off state of
The voltage is set to be lower than the LOW level voltage applied to the gate of the reset transistor 3 of the same pixel.
【0014】この場合、PD1から読み出された信号電
荷がFD部に蓄えられている期間と、このFD部の信号
電荷をリセットする期間のうち少なくとも1回とは、ド
レイン線7の電位をHIGHレベル電位に設定する必要
がある。電子シャッタ機能の実現のためにPD1で得ら
れた不要電荷を捨てる場合には、PD1から読み出され
た不要電荷がFD部に蓄えられている期間と、このFD
部の不要電荷をリセットする期間とに、ドレイン線7の
電位をHIGHレベル電位に設定すればよい。ただし、
PD1からFD部へ読み出された不要電荷を直ちにリセ
ットする場合には、読み出しトランジスタ2とリセット
トランジスタ3とが同時にオンする期間にドレイン線7
の電位をHIGHレベル電位に設定すればよい。インタ
ーレース表示を実現するためには、列方向に互いに隣接
する2画素以上の信号電荷を検出すべく、1水平ブラン
キング期間内に2行以上のドレイン線7の電位をHIG
Hレベル電位に設定できるように構成する。In this case, the potential of the drain line 7 is set to HIGH during the period in which the signal charges read from the PD 1 are stored in the FD portion and at least one of the periods in which the signal charges in the FD portion are reset. Must be set to level potential. When the unnecessary charges obtained by the PD1 are discarded for realizing the electronic shutter function, the period during which the unnecessary charges read from the PD1 are stored in the FD section and the FD
The potential of the drain line 7 may be set to the HIGH level potential during the period in which unnecessary charges of the unit are reset. However,
In the case where the unnecessary charges read from the PD 1 to the FD section are immediately reset, the drain line 7 is turned on while the read transistor 2 and the reset transistor 3 are simultaneously turned on.
May be set to a HIGH level potential. In order to realize the interlaced display, in order to detect signal charges of two or more pixels adjacent to each other in the column direction, the potentials of the drain lines 7 of two or more rows are set to HIG within one horizontal blanking period.
It is configured so that it can be set to the H level potential.
【0015】なお、第2の画素のリセット時の第1の画
素のドレイン線7のLOWレベル電位を、第1の画素の
PD1の電位深さよりも低い電位に設定し、かつ、第1
の画素のリセットトランジスタ3のゲートにLOWレベ
ル電圧が与えられた場合の当該ゲート下のポテンシャル
を、ドレイン線7のLOWレベル電位よりも高い電位に
設定するようにしてもよい。これにより、第2の画素の
リセットの際に第1の画素の読み出しトランジスタ2に
パルスが与えられると、残像対策のためにVDDのLO
Wレベル電位をPDの基準電位とする、いわゆる「呼び
水効果」を発揮することができる。Note that, when the second pixel is reset, the LOW level potential of the drain line 7 of the first pixel is set to a potential lower than the potential depth of PD1 of the first pixel, and
When a LOW level voltage is applied to the gate of the reset transistor 3 of the pixel, the potential under the gate may be set to a potential higher than the LOW level potential of the drain line 7. Accordingly, when a pulse is given to the readout transistor 2 of the first pixel at the time of resetting the second pixel, the LO of VDD is reduced to prevent a residual image.
A so-called "priming effect", in which the W level potential is used as the reference potential of the PD, can be exhibited.
【0016】図6は図4の動作の変形例を、図7(a)
〜図7(g)は図6に対応した、図5(a)〜図5
(g)の変形例をそれぞれ示している。図6及び図7
(a)〜図7(g)に示すように、VDDのLOWレベ
ル電位とPD1の電位との差を大きくするだけでも、P
D1への電荷の逆流を防ぐことができる。この場合に
は、読み出しトランジスタ2とリセットトランジスタ3
との各々のゲートに与えるLOWレベル電圧を同一にで
き、製造プロセスを簡略化することができる。FIG. 6 shows a modification of the operation shown in FIG.
5A to FIG. 5G correspond to FIG.
(G) shows a modified example. 6 and 7
As shown in (a) to (g) of FIG. 7, even if the difference between the LOW level potential of VDD and the potential of PD1 is increased, P
The backflow of the electric charge to D1 can be prevented. In this case, the read transistor 2 and the reset transistor 3
And the LOW level voltage applied to each gate can be made the same, and the manufacturing process can be simplified.
【0017】図8は、図1の増幅型単位画素を駆動する
ための駆動回路の他の構成例を示している。図8におい
て、30は第1の電源パルス発生回路、31は第2の電
源パルス発生回路、32はVDD横配線電源OR回路で
ある。第1の電源パルス発生回路30は、第1の期間に
おいて垂直シフトレジスタ12のN段目出力SigNと
第1の電源パルスとのAND信号を発生するための回路
である。第2の電源パルス発生回路31は、第1の期間
に続く第2の期間において垂直シフトレジスタ12の
(N+1)段目出力Sig(N+1)と第2の電源パル
スとのAND信号を発生するための回路である。VDD
横配線電源OR回路32は、第1の電源パルス発生回路
30の出力と第2の電源パルス発生回路31の出力との
OR信号をドレイン線7へ供給するための回路である。
ゲート線16を駆動するための回路構成は、図3の場合
と同様である。FIG. 8 shows another example of the configuration of a drive circuit for driving the amplifying unit pixel of FIG. In FIG. 8, reference numeral 30 denotes a first power supply pulse generation circuit, 31 denotes a second power supply pulse generation circuit, and 32 denotes a VDD horizontal wiring power supply OR circuit. The first power supply pulse generation circuit 30 is a circuit for generating an AND signal between the N-th output SigN of the vertical shift register 12 and the first power supply pulse in the first period. The second power supply pulse generating circuit 31 generates an AND signal between the (N + 1) -th stage output Sig (N + 1) of the vertical shift register 12 and the second power supply pulse in a second period following the first period. Circuit. VDD
The horizontal wiring power supply OR circuit 32 is a circuit for supplying an OR signal of the output of the first power supply pulse generation circuit 30 and the output of the second power supply pulse generation circuit 31 to the drain line 7.
The circuit configuration for driving the gate line 16 is the same as that in FIG.
【0018】図9は、図8の駆動回路の動作を説明する
ためのタイミングチャート図である。図9中の「FD2
の電位」は図1の増幅型単位画素(第1の画素)15に
おけるFD部の電位を示す。ここで、ドレイン線7のL
OWレベル電位がPD1へ逆流しないようにするため
に、図9中のタイミングt4〜t6において、電荷読み
出しパルス発生回路22の出力とリセットパルス発生回
路23の出力とのOR信号である「OR回路出力2」が
タイミングt4の後にLOWになった後に、VDD電源
パルス(VDD2)がLOWレベルになるようにしてい
る(t5)。また、図10(a)は第1の画素における
各ポテンシャルの相対位置を示す図であり、図10
(b)〜図10(g)は図6の駆動回路の動作に伴う同
画素のポテンシャル図である。図10(b)〜図10
(g)中のタイミングt1〜t6は、図9中のタイミン
グt1〜t6にそれぞれ対応している。ここで、第1の
画素に隣接する第2の画素のリセット時の第1の画素の
ドレイン線7の電位はHIGHレベル電位に、第2の画
素において光電変換で得られた信号電荷が読み出しトラ
ンジスタ2によりFD部に読み出されて検出トランジス
タ4が動作する時(t5)の第1の画素のドレイン線7
の電位はLOWレベル電位(ここではゼロ)にそれぞれ
設定される。また、第1の画素のリセットトランジスタ
3のゲートにLOWレベル電圧が与えられた場合の当該
ゲート下のポテンシャルは、第1の画素のPD1の電位
深さよりも高い電位に設定される。したがって、第2の
画素のリセットの際に第1の画素の読み出しトランジス
タ2にパルスが与えられても、例えば図10(e)に示
すように第1の画素におけるFD部からPD1への電荷
の逆流が防止される。しかも、図10(f)に示すよう
に第2の画素の読み出し時の第1の画素のドレイン線7
の電位がLOWレベル電位であるので、第1の画素にお
ける検出トランジスタ4のオフ状態を確保でき、信号線
6における出力信号の混合を防止できる。なお、リセッ
トトランジスタ3をディプレッション型としてもよい。
また、ドレイン線7のLOWレベル電位をゼロとして
も、検出トランジスタ4のオフ状態を確保できる。FIG. 9 is a timing chart for explaining the operation of the drive circuit of FIG. "FD2" in FIG.
“Potential” indicates the potential of the FD section in the amplification type unit pixel (first pixel) 15 in FIG. Here, L of the drain line 7
In order to prevent the OW level potential from flowing back to the PD1, at timings t4 to t6 in FIG. 9, "OR circuit output" which is an OR signal of the output of the charge readout pulse generation circuit 22 and the output of the reset pulse generation circuit 23 After “2” becomes LOW after the timing t4, the VDD power supply pulse (VDD2) is set to the LOW level (t5). FIG. 10A is a diagram showing a relative position of each potential in the first pixel.
(B) to (g) of FIG. 10 are potential diagrams of the same pixel accompanying the operation of the drive circuit of FIG. 10 (b) to 10
Timings t1 to t6 in (g) respectively correspond to timings t1 to t6 in FIG. Here, the potential of the drain line 7 of the first pixel at the time of reset of the second pixel adjacent to the first pixel is set to the HIGH level potential, and the signal charge obtained by photoelectric conversion in the second pixel is read transistor. 2, the drain line 7 of the first pixel at the time when the detection transistor 4 operates by being read to the FD section (t5).
Are set to LOW level potentials (here, zero). Further, when a LOW level voltage is applied to the gate of the reset transistor 3 of the first pixel, the potential under the gate is set to a potential higher than the potential depth of PD1 of the first pixel. Therefore, even when a pulse is applied to the readout transistor 2 of the first pixel when the second pixel is reset, for example, as shown in FIG. 10E, the charge from the FD portion to the PD1 in the first pixel is changed. Backflow is prevented. Moreover, as shown in FIG. 10F, the drain line 7 of the first pixel at the time of reading out the second pixel is used.
Is a LOW level potential, the off state of the detection transistor 4 in the first pixel can be ensured, and mixing of output signals on the signal line 6 can be prevented. Note that the reset transistor 3 may be of a depletion type.
Further, even when the LOW level potential of the drain line 7 is set to zero, the off state of the detection transistor 4 can be ensured.
【0019】図11は、図3及び図8の駆動回路の具体
的な構成例を示している。図11において、C1及びC
2はキャパシタ、SW1及びSW2はスイッチ、Tr1
及びTr2は逆流防止用トランジスタである。図11の
構成は、C1、SW1及びTr1からなる第1のAND
回路と、C2、SW2及びTr2からなる第2のAND
回路と、該両AND回路の出力のワイヤードOR接続と
により構成されたダイナミック回路である。例えば、第
1のAND回路が電荷読み出しパルス発生回路22に、
第2のAND回路がリセットパルス発生回路23に、ワ
イヤードOR接続がOR回路24にそれぞれ対応する
(図3参照)。この場合、第1のAND回路の2入力φ
A及びφTがそれぞれ垂直シフトレジスタ12のN段目
出力SigNと従来の読み出しパルスとに相当し、第2
のAND回路の2入力φX及びφRがそれぞれ垂直シフ
トレジスタ12の(N+1)段目出力Sig(N+1)
と従来のリセットパルスとに相当する。第1のAND回
路では、スイッチSW1がキャパシタC1の一端(+
側)に第1のパルス信号φAを印加する。このキャパシ
タC1の他端(−側)には、第2のパルス信号φTが印
加される。トランジスタTr1のゲートはキャパシタC
1の一端(+側)に、ドレインは当該キャパシタC1の
他端(−側)に、ソースはワイヤードOR接続点にそれ
ぞれ結合されている。第2のAND回路も同様の構成を
有する。φB及びφYは、それぞれスイッチSW1及び
SW2の開閉を制御するための信号である。FIG. 11 shows a specific configuration example of the drive circuits of FIGS. In FIG. 11, C1 and C1
2 is a capacitor, SW1 and SW2 are switches, Tr1
And Tr2 are backflow prevention transistors. The configuration of FIG. 11 is based on a first AND comprising C1, SW1, and Tr1.
Circuit and a second AND comprising C2, SW2 and Tr2
This is a dynamic circuit composed of a circuit and a wired OR connection of outputs of both AND circuits. For example, the first AND circuit supplies the charge readout pulse generation circuit 22 with:
The second AND circuit corresponds to the reset pulse generating circuit 23, and the wired OR connection corresponds to the OR circuit 24 (see FIG. 3). In this case, the two inputs φ of the first AND circuit
A and φT correspond to the N-th output SigN of the vertical shift register 12 and the conventional read pulse, respectively,
Are input to the (N + 1) th stage output Sig (N + 1) of the vertical shift register 12 respectively.
And a conventional reset pulse. In the first AND circuit, the switch SW1 is connected to one end (+
Side) is applied with the first pulse signal φA. A second pulse signal φT is applied to the other end (−side) of the capacitor C1. The gate of the transistor Tr1 is a capacitor C
1, the drain is coupled to the other end (− side) of the capacitor C1, and the source is coupled to a wired OR connection point. The second AND circuit has a similar configuration. φB and φY are signals for controlling the opening and closing of switches SW1 and SW2, respectively.
【0020】図12は、図11の回路中の第1のAND
回路の動作を説明するためのタイミングチャート図であ
る。図12によれば、制御信号φBによりスイッチSW
1が閉じられた状態で、第1のパルス信号φAの立ち上
がりエッジが到来する。これによりキャパシタC1が充
電され、スイッチSW1が開いた後もキャパシタC1は
充電電圧(図11に示した極性を有するHIGHレベル
電圧)を保持する。この状態で第2のパルス信号φTが
到来すると、この信号のHIGHレベル電圧がキャパシ
タC1の充電電圧に重畳される結果、トランジスタTr
1がオンし、当該パルス信号φTがワイヤードOR接続
点へ抜けていく。この後、第1のパルス信号φAの立ち
下がり後にスイッチSW1が再び閉じられる結果、キャ
パシタC1が放電されて、元の状態に戻る。FIG. 12 shows the first AND in the circuit of FIG.
FIG. 3 is a timing chart for explaining the operation of the circuit. According to FIG. 12, the switch SW is controlled by the control signal φB.
1 is closed, the rising edge of the first pulse signal φA arrives. As a result, the capacitor C1 is charged, and the capacitor C1 holds the charging voltage (the HIGH level voltage having the polarity shown in FIG. 11) even after the switch SW1 is opened. When the second pulse signal φT arrives in this state, the HIGH level voltage of this signal is superimposed on the charging voltage of the capacitor C1, and as a result, the transistor Tr
1 turns on, and the pulse signal φT passes through the wired OR connection point. Thereafter, the switch SW1 is closed again after the fall of the first pulse signal φA. As a result, the capacitor C1 is discharged and returns to the original state.
【0021】図11中の各AND回路によれば、出力側
から入力側への電荷の逆流が防止される。したがって、
図2に示した垂直シフトレジスタ12中のキャパシタ1
8が充電された状態でも、当該垂直シフトレジスタ12
の動作に支障が生じることはない。ただし、図11の逆
流防止機能を有するダイナミック回路は、本実施形態に
係る固体撮像装置に限らず広い応用範囲を有するもので
ある。According to each AND circuit in FIG. 11, the backflow of charges from the output side to the input side is prevented. Therefore,
The capacitor 1 in the vertical shift register 12 shown in FIG.
8 is charged, the vertical shift register 12
There is no problem in the operation of. However, the dynamic circuit having the backflow prevention function of FIG. 11 has a wide application range, not limited to the solid-state imaging device according to the present embodiment.
【0022】図13は、図1の増幅型単位画素15にお
ける配線レイアウト例を示している。信号線6とドレイ
ン線7とは、光の洩れ込みを防止すべく、互いに異なる
層で交差するように配線されている。具体的には、ドレ
イン線7とFD配線17とはゲート線16(不図示)よ
り上層の第1層目金属からなり、信号線6はこれより上
層の第2層目金属からなる。ここに、FD配線17は第
1層目の遮光性金属であり、信号線6は第2層目の遮光
性金属である。信号線6の上に更に遮光膜を設けてもよ
い。なお、ドレイン線7とゲート線16とを同一の配線
層、例えばポリシリコン、ポリサイド、シリサイド等で
構成すれば、半導体基板上に積み上げる層を薄くするこ
とができるので、PD1の開口における集光率が改善さ
れる。FIG. 13 shows an example of a wiring layout in the amplifying unit pixel 15 of FIG. The signal line 6 and the drain line 7 are wired so as to intersect at different layers in order to prevent light leakage. Specifically, the drain line 7 and the FD wiring 17 are made of a first-layer metal above the gate line 16 (not shown), and the signal line 6 is made of a second-layer metal above this. Here, the FD wiring 17 is a first-layer light-shielding metal, and the signal line 6 is a second-layer light-shielding metal. A light-shielding film may be further provided on the signal line 6. If the drain line 7 and the gate line 16 are formed of the same wiring layer, for example, polysilicon, polycide, silicide, etc., the layer stacked on the semiconductor substrate can be made thinner, so that the light collection efficiency at the opening of the PD 1 can be reduced. Is improved.
【0023】図14は、図1の増幅型単位画素15にお
ける他の配線レイアウト例を示している。この例でも、
光の洩れ込みを防止すべく、信号線6とドレイン線7と
は互いに異なる層で交差するように配線されている。具
体的には、信号線6とFD配線17とはゲート線16
(不図示)より上層の第1層目金属からなり、ドレイン
線7はこれより上層の第2層目金属からなる。ここに、
FD配線17は第1層目の遮光性金属であり、ドレイン
線7は第2層目の遮光性金属である。ドレイン線7の上
に更に遮光膜を設けてもよい。FIG. 14 shows another wiring layout example in the amplification type unit pixel 15 of FIG. In this example,
In order to prevent light leakage, the signal line 6 and the drain line 7 are wired so as to cross each other in different layers. Specifically, the signal line 6 and the FD wiring 17 are connected to the gate line 16
The drain line 7 is made of a first metal layer (not shown), and the drain line 7 is made of a second metal layer. here,
The FD wiring 17 is a first-layer light-shielding metal, and the drain line 7 is a second-layer light-shielding metal. A light-shielding film may be further provided on the drain line 7.
【0024】図15は、本発明に係る他の固体撮像装置
の構成例を示している。図15の例では、ポリシリコン
/アルミ配線40の上に、VDD共通配線(単一のドレ
イン層)41が形成される。つまり、図1中の横方向の
ドレイン線7が更に削減されて、各単位画素のドレイン
領域が、遮光膜を兼ねる単一のドレイン層41に接続さ
れる。具体的に説明すると、信号線とFD配線とはゲー
ト線(不図示)より上層のポリシリコン/アルミ配線4
0からなり、ドレイン層41はこれより上層の第2層目
金属からなる。ここに、FD配線は第1層目の遮光性金
属であり、ドレイン層41は第2層目の遮光性金属であ
る。なお、ドレイン層41は、オプティカルブラック部
のセル遮光膜をも兼ねるようにするのがよい。ただし、
図15の構成は、読み出しとリセットを兼ねたゲート線
を有しない固体撮像装置にも適用可能である。FIG. 15 shows a configuration example of another solid-state imaging device according to the present invention. In the example of FIG. 15, a VDD common wiring (single drain layer) 41 is formed on the polysilicon / aluminum wiring 40. That is, the horizontal drain lines 7 in FIG. 1 are further reduced, and the drain region of each unit pixel is connected to a single drain layer 41 also serving as a light shielding film. More specifically, the signal line and the FD wiring are formed of polysilicon / aluminum wiring 4 above the gate line (not shown).
0, and the drain layer 41 is made of a second-layer metal layer above the drain layer 41. Here, the FD wiring is a first layer light shielding metal, and the drain layer 41 is a second layer light shielding metal. It is preferable that the drain layer 41 also serves as a cell light shielding film in the optical black portion. However,
The configuration in FIG. 15 can be applied to a solid-state imaging device having no gate line for both reading and resetting.
【0025】図16は、図3の構成の変形例を示してい
る。図2によれば、垂直シフトレジスタ12を駆動する
ための入力タイミングパルスT1又はT2が、シフトレ
ジスタ各段の出力Sig(N)となることが分かる(N
=1,2,3,…)。図16によれば、垂直シフトレジ
スタ12のN段目出力SigNが、VDD横配線電源回
路25(図3参照)を介さずにドレイン線7を直接駆動
する。つまり、図16の例によれば、VDD横配線電源
回路25を構成するドライバを省略でき、半導体基板の
サイズ縮小と低消費電力化とを実現できる。読み出しと
リセットを兼ねたゲート線16を垂直シフトレジスタ1
2の各段の出力で駆動するようにしてもよい。FIG. 16 shows a modification of the configuration of FIG. According to FIG. 2, it is understood that the input timing pulse T1 or T2 for driving the vertical shift register 12 becomes the output Sig (N) of each stage of the shift register (N
= 1, 2, 3, ...). According to FIG. 16, the Nth stage output SigN of the vertical shift register 12 directly drives the drain line 7 without passing through the VDD horizontal wiring power supply circuit 25 (see FIG. 3). That is, according to the example of FIG. 16, the driver constituting the VDD horizontal wiring power supply circuit 25 can be omitted, and the reduction in the size of the semiconductor substrate and the reduction in power consumption can be realized. The gate line 16 which performs both reading and resetting is connected to the vertical shift register 1
It may be driven by the output of each of the two stages.
【0026】なお、上記実施形態はトランジスタがN型
MOSの場合を示したが、トランジスタがP型MOSの
場合や、CMOSの場合も同様な原理で動作させること
で、同様な効果を実現できる。また、本発明は上記実施
形態に限定されるものではなく、単位画素、垂直シフト
レジスタとその駆動回路、配線や遮光膜の構造など、様
々な組み合わせを実施形態として採り得る。また、上記
実施形態ではN型フォトダイオードの場合について示し
たが、P型フォトダイオードの場合は各電圧及び電位の
関係が逆になることは言うまでもない。Although the above embodiment has shown the case where the transistor is an N-type MOS, the same effect can be realized when the transistor is a P-type MOS or a CMOS by operating according to the same principle. Further, the present invention is not limited to the above embodiments, and various combinations such as a unit pixel, a vertical shift register and its driving circuit, a structure of wiring and a light shielding film, and the like can be adopted. In the above embodiment, the case of the N-type photodiode has been described. However, in the case of the P-type photodiode, it goes without saying that the relationship between each voltage and the potential is reversed.
【0027】[0027]
【発明の効果】以上説明してきたとおり、本発明によれ
ば、固体撮像装置において1行毎に選択的に電源パルス
を供給することができるので、消費電力が削減される。As described above, according to the present invention, a solid-state imaging device can selectively supply a power pulse for each row, thereby reducing power consumption.
【図1】本発明に係る固体撮像装置における増幅型単位
画素の構成例を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of an amplification type unit pixel in a solid-state imaging device according to the present invention.
【図2】垂直シフトレジスタの構成例を示す回路図であ
る。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a vertical shift register.
【図3】図1の増幅型単位画素を駆動するための駆動回
路の構成例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of a drive circuit for driving the amplification unit pixel of FIG. 1;
【図4】図3の駆動回路の動作を説明するためのタイミ
ングチャート図である。FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation of the drive circuit of FIG. 3;
【図5】(a)は図1の増幅型単位画素における各ポテ
ンシャルの相対位置を示す図であり、(b)〜(g)は
図3の駆動回路の動作に伴う同画素のポテンシャル図で
ある。5A is a diagram showing a relative position of each potential in the amplification unit pixel of FIG. 1, and FIGS. 5B to 5G are potential diagrams of the same pixel accompanying the operation of the drive circuit of FIG. is there.
【図6】図4の動作の変形例を示すタイミングチャート
図である。FIG. 6 is a timing chart showing a modification of the operation in FIG. 4;
【図7】(a)〜(g)は図6に対応した、図5(a)
〜図5(g)の変形例を示す図である。7 (a) to 7 (g) correspond to FIG. 6 and FIG. 5 (a)
It is a figure which shows the modification of FIG.5 (g).
【図8】図1の増幅型単位画素を駆動するための駆動回
路の他の構成例を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing another configuration example of a drive circuit for driving the amplification unit pixel of FIG. 1;
【図9】図8の駆動回路の動作を説明するためのタイミ
ングチャート図である。FIG. 9 is a timing chart for explaining the operation of the drive circuit of FIG. 8;
【図10】(a)は図1の増幅型単位画素における各ポ
テンシャルの相対位置を示す図であり、(b)〜(g)
は図8の駆動回路の動作に伴う同画素のポテンシャル図
である。10A is a diagram showing a relative position of each potential in the amplifying unit pixel of FIG. 1, and FIGS.
FIG. 9 is a potential diagram of the pixel accompanying the operation of the drive circuit of FIG.
【図11】図3及び図8の駆動回路の具体的な構成例を
示す回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram showing a specific configuration example of the drive circuits of FIGS. 3 and 8;
【図12】図11の回路の動作を説明するためのタイミ
ングチャート図である。FIG. 12 is a timing chart for explaining the operation of the circuit of FIG. 11;
【図13】図1の増幅型単位画素における配線レイアウ
ト例を示す平面図である。FIG. 13 is a plan view illustrating an example of a wiring layout in the amplification unit pixel of FIG. 1;
【図14】図1の増幅型単位画素における他の配線レイ
アウト例を示す平面図である。FIG. 14 is a plan view showing another example of a wiring layout in the amplification unit pixel of FIG. 1;
【図15】本発明に係る他の固体撮像装置の構成例を示
す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of another solid-state imaging device according to the present invention.
【図16】図3の構成の変形例を示すブロック図であ
る。FIG. 16 is a block diagram showing a modification of the configuration of FIG. 3;
【図17】従来の固体撮像装置の一例を示すブロック図
である。FIG. 17 is a block diagram illustrating an example of a conventional solid-state imaging device.
1 フォトダイオード(PD)[光電変換領域] 2 読み出しトランジスタ 3 リセットトランジスタ 4 検出トランジスタ 6 信号線 7 ドレイン線(VDD) 11 タイミング発生回路 12 垂直シフトレジスタ 13 水平シフトレジスタ 14 感光領域 15 増幅型単位画素 16 読み出しとリセットを兼ねたゲート線 17 フローティングディフュージョン(FD)と検出
トランジスタとを結ぶ配線 18 キャパシタ 20 シフトレジスタN段目 21 シフトレジスタ(N+1)段目 22 電荷読み出しパルス発生回路 23 リセットパルス発生回路 24 OR回路 25 VDD横配線電源回路 30 第1の電源パルス発生回路 31 第2の電源パルス発生回路 32 VDD横配線電源OR回路 40 ポリシリコン/アルミ配線 41 VDD共通配線[単一のドレイン層] C1,C2 キャパシタ FD フローティングディフュージョン[蓄積領域] SW1,SW2 スイッチ Tr1,Tr2 逆流防止用トランジスタREFERENCE SIGNS LIST 1 photodiode (PD) [photoelectric conversion region] 2 readout transistor 3 reset transistor 4 detection transistor 6 signal line 7 drain line (VDD) 11 timing generation circuit 12 vertical shift register 13 horizontal shift register 14 photosensitive region 15 amplifying unit pixel 16 Gate line serving both reading and reset 17 Wiring connecting floating diffusion (FD) and detection transistor 18 Capacitor 20 Nth stage of shift register 21 Nth stage of shift register (N + 1) stage 22 Charge read pulse generation circuit 23 Reset pulse generation circuit 24 OR Circuit 25 VDD horizontal wiring power supply circuit 30 First power pulse generation circuit 31 Second power pulse generation circuit 32 VDD horizontal wiring power supply OR circuit 40 Polysilicon / aluminum wiring 41 VDD common wiring [ Single drain layer] C1, C2 Capacitor FD Floating diffusion [storage area] SW1, SW2 Switch Tr1, Tr2 Backflow prevention transistor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M118 AA04 AB01 BA14 CA02 DB03 DB09 DB11 DD04 DD12 FA06 FA33 GB15 GB17 5C024 CY42 GX03 GX16 GY38 GY39 GZ22 HX40 HX51 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4M118 AA04 AB01 BA14 CA02 DB03 DB09 DB11 DD04 DD12 FA06 FA33 GB15 GB17 5C024 CY42 GX03 GX16 GY38 GY39 GZ22 HX40 HX51
Claims (12)
するための光電変換領域と、前記光電変換で得られた信
号電荷を読み出すための読み出しトランジスタと、前記
読み出された信号電荷を蓄えるための蓄積領域と、前記
蓄積領域の電位がゲートに加わることで前記読み出され
た信号電荷を検出するための検出トランジスタと、前記
蓄積領域の信号電荷をリセットするためのリセットトラ
ンジスタと、前記リセットトランジスタを介して前記蓄
積領域へパルス電圧を供給するためのドレイン領域とを
有する複数の増幅型単位画素を二次元状に配列した固体
撮像装置において、 前記複数の増幅型単位画素のドレイン領域は、1行毎に
異なるドレイン線に接続され、かつ、 少なくとも前記蓄積領域の信号電荷をリセットする期間
と、前記蓄積領域の信号電荷を検出する期間とは前記ド
レイン線の電位をHIGHレベル電位に設定するよう
に、前記ドレイン線がパルス駆動されることを特徴とす
る固体撮像装置。1. A photoelectric conversion region for photoelectrically converting incident light, a readout transistor for reading out signal charges obtained by the photoelectric conversion, and storing the readout signal charges on a semiconductor substrate. A detection transistor for detecting the read signal charge by applying a potential of the storage region to a gate; a reset transistor for resetting the signal charge of the storage region; In a solid-state imaging device in which a plurality of amplifying unit pixels having a drain region for supplying a pulse voltage to the accumulation region via a transistor are two-dimensionally arranged, the drain region of the plurality of amplifying unit pixels is: A period connected to a different drain line for each row, and at least a period for resetting signal charges in the accumulation region; The period for detecting the signal charge to set the potential of the drain line to HIGH level potential, the solid-state imaging device, characterized in that said drain line is pulsed.
記ドレイン線の電位をHIGHレベル電位に設定するよ
うに構成されたことを特徴とする固体撮像装置。2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the potential of the drain line is set to a HIGH level potential while the readout transistor is on. apparatus.
おいて、 前記複数の増幅型単位画素のうちのある行を選択するた
めの垂直シフトレジスタと、 前記垂直シフトレジスタのある段の出力を用いて生成し
た電源パルスを、対応する行のドレイン線に与えるため
の回路とを更に備えたことを特徴とする固体撮像装置。3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a vertical shift register for selecting a certain row among the plurality of amplifying unit pixels, and an output of a certain stage of the vertical shift register are provided. A solid-state imaging device further comprising: a circuit for supplying a power pulse generated by using the power pulse to a drain line of a corresponding row.
おいて、 前記複数の増幅型単位画素のうちのある行又は列を選択
するためのシフトレジスタを更に備え、 前記複数の増幅型単位画素の各々は、前記シフトレジス
タを駆動するパルスで駆動されることを特徴とする固体
撮像装置。4. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a shift register for selecting a certain row or column among the plurality of amplifying unit pixels, wherein the plurality of amplifying unit pixels are further provided. Are driven by a pulse for driving the shift register.
体撮像装置において、 前記複数の増幅型単位画素のうちの列方向に互いに隣接
する2画素以上の信号電荷を検出すべく、ブランキング
期間内に2行以上のドレイン線の電位をHIGHレベル
電位に設定できるように構成されたことを特徴とする固
体撮像装置。5. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein two or more signal charges adjacent to each other in a column direction among the plurality of amplification unit pixels are detected. A solid-state imaging device configured to be able to set the potentials of two or more drain lines to a HIGH level potential during a blanking period.
体撮像装置において、 前記光電変換領域から読み出された信号電荷が前記蓄積
領域に蓄えられている期間と、前記蓄積領域の信号電荷
をリセットする期間のうち少なくとも1回とは、前記ド
レイン線の電位をHIGHレベル電位に設定するように
構成されたことを特徴とする固体撮像装置。6. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a period during which the signal charge read from the photoelectric conversion region is stored in the storage region, and a period during which the signal charge is stored in the storage region. The solid-state imaging device is configured to set the potential of the drain line to a HIGH level potential at least once in the period for resetting the signal charge.
体撮像装置において、 前記光電変換領域で得られた不要電荷を捨てるべく、前
記光電変換領域から読み出された不要電荷が前記蓄積領
域に蓄えられている期間と、前記蓄積領域の不要電荷を
リセットする期間とは、前記ドレイン線の電位をHIG
Hレベル電位に設定するように構成されたことを特徴と
する固体撮像装置。7. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the unnecessary charge read from the photoelectric conversion region is used to discard the unnecessary charge obtained in the photoelectric conversion region. The period in which the charge is stored in the storage region and the period in which the unnecessary charge in the storage region is reset are determined by setting the potential of the drain line to a high level.
A solid-state imaging device configured to be set to an H level potential.
体撮像装置において、 前記光電変換領域で得られた不要電荷を捨てるべく、前
記読み出しトランジスタと前記リセットトランジスタと
が同時にオンする期間に、前記ドレイン線の電位をHI
GHレベル電位に設定するように構成されたことを特徴
とする固体撮像装置。8. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the readout transistor and the reset transistor are simultaneously turned on to discard unnecessary charges obtained in the photoelectric conversion region. The potential of the drain line is set to HI
A solid-state imaging device configured to be set to a GH level potential.
体撮像装置において、 前記ドレイン線は、前記各トランジスタのゲートと同一
の配線層で形成されていることを特徴とする固体撮像装
置。9. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein said drain line is formed of the same wiring layer as a gate of each of said transistors. apparatus.
固体撮像装置において、 前記蓄積領域と前記検出トランジスタのゲートとを結ぶ
配線は、第1層目の遮光性金属からなることを特徴とす
る固体撮像装置。10. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a wiring connecting the storage region and a gate of the detection transistor is made of a first-layer light-shielding metal. Characteristic solid-state imaging device.
の固体撮像装置において、 前記複数の増幅型単位画素の検出トランジスタは、1列
毎に異なる信号線に接続され、 前記蓄積領域と前記検出トランジスタのゲートとを結ぶ
配線と、前記ドレイン線とは、第1層目金属からなり、
かつ、 前記信号線は、前記第1層目金属より上層の第2層目金
属からなることを特徴とする固体撮像装置。11. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the detection transistors of the plurality of amplification-type unit pixels are connected to different signal lines for each column, and A wiring connecting the gate of the detection transistor and the drain line are made of a first layer metal,
In addition, the signal line is made of a second layer metal that is higher than the first layer metal.
の固体撮像装置において、 前記複数の増幅型単位画素の検出トランジスタは、1列
毎に異なる信号線に接続され、 前記蓄積領域と前記検出トランジスタのゲートとを結ぶ
配線と、前記信号線とは、第1層目金属からなり、か
つ、 前記ドレイン線は、前記第1層目金属より上層の第2層
目金属からなることを特徴とする固体撮像装置。12. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the detection transistors of the plurality of amplifying unit pixels are connected to different signal lines for each column, and are connected to the storage region. The wiring connecting the gate of the detection transistor and the signal line are made of a first-layer metal, and the drain line is made of a second-layer metal higher than the first-layer metal. Characteristic solid-state imaging device.
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