JP2006156556A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 微細なセルを有し、シェーディングの発生を抑制する。
【解決手段】 光電変換を行い信号電荷が蓄積される光電変換部と増幅トランジスタとリセットトランジスタとを有し、マトリクス状に配置された単位セルと、行方向の単位セルの選択を行うための水平アドレス回路と、前記列方向の単位セルの選択を行うための垂直アドレス回路とを備えた固体撮像装置において、前記行方向の同一ライン上に並ぶ前記単位セルと接続され、前記単位セルからの出力信号が供給される複数の信号線と、前記列方向の同一ライン上に並ぶＮ個の前記単位セルと接続される複数のローカルアドレス線と、前記複数のローカルアドレス線の一端に接続されるアドレストランジスタと、を有し、前記ローカルアドレス線に前記アドレストランジスタを介して信号を送ることによって、信号を出力すべき単位セルが選択され、前記単位セル内の信号電荷が読み出されることを特徴とする固体撮像装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固体撮像装置、例えばＣＭＯＳセンサに関するものである。

従来、光電変換により発生した信号電荷で信号電荷蓄積部の電位を変調し、その電位により画素内部の増幅トランジスタを変調することで画素内部に増幅機能を持たせた固体撮像装置は、増幅型固体撮像装置と呼ばれ、画素数の増加やイメージサイズの縮小による画素サイズの縮小に適した固体撮像装置として期待されている。

従来の増幅型固体撮像装置における画素の基本構成は、光電変換を行うためのフォトダイオードと、このフォトダイオードから電荷を読み出すための読み出しトランジスタ、信号電荷を排出するためのリセットトランジスタ、信号増幅のための増幅トランジスタ、ライン選択のためのアドレストランジスタである。

これに対し、例えば、特許文献１には、フォトダイオード、リセットトランジスタ、増幅トランジスタからなるセルを単位画素とした固体撮像装置が開示されている。このような固体撮像装置では、行ごとに１つのアドレストランジスタを設け、このアドレストランジスタにより、各セルをアドレスしている。しかしながら、行方向には例えば１０２４つのセルが配設されるため、アドレス線の抵抗により、電位が低下し、読み出しトランジスタから離れた位置のメモリセルの信号電荷を読み出しにくく、画像がぼやけたりするシェーディングが発生していた。
特開２００３‐１１０９４０号公報

本発明は、微細なセルを有し、かつ、シェーディングの発生を抑制することが可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の固体撮像装置は、光電変換を行い信号電荷が蓄積される光電変換部と増幅トランジスタとリセットトランジスタとを有し、マトリクス状に配置された単位セルと、行方向の単位セルの選択を行うための水平アドレス回路と、前記列方向の単位セルの選択を行うための垂直アドレス回路とを備えた固体撮像装置において、前記行方向の同一ライン上に並ぶ前記単位セルと接続され、前記単位セルからの出力信号が供給される複数の信号線と、前記列方向の同一ライン上に並ぶＮ個の前記単位セルと接続される複数のローカルアドレス線と、前記複数のローカルアドレス線の一端に接続されるアドレストランジスタと、を有し、前記ローカルアドレス線に前記アドレストランジスタを介して信号を送ることによって、信号を出力すべき単位セルが選択され、前記単位セル内の信号電荷が読み出されることを特徴としている。

本発明によれば、微細なセルを有し、かつ、シェーディングの発生を抑制することが可能な固体撮像装置を提供することができる。

以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。

本発明の実施例に係る固体撮像装置を図１及び図２を用いて説明する。図１は、本発明の実施例に係る固体撮像装置の構造を示す概略図である。

図１に示すように、固体撮像装置１００内には、単位セル３が縦（垂直方向または列方向）、横（水平方向または行方向）に２次元マトリクス状に配列されている。図１では簡単のため省略して示しているが、実際には単位セル３は、数千個×数千個配置される。

本実施例に係る固体撮像装置１００は、垂直アドレス回路１、水平アドレス回路２、単位セル３、リセット線４、垂直信号線５、ローカルアドレス線６、アドレストランジスタドレイン線７、アドレストランジスタゲート線８、アドレストランジスタ９を有している。

垂直アドレス回路１は、内部にシフトレジスタを有しており、水平方向に配設された複数のリセット線４及びアドレストランジスタゲート線８が接続され、各リセット線４及び各アドレストランジスタゲート線８に信号を送ることができる。水平アドレス回路２は、垂直アドレス回路１と同様に内部にシフトレジスタを有しており、複数本の垂直信号線５及び複数本のアドレストランジスタドレイン線７が接続され、各垂直信号線５及び各アドレストランジスタドレイン線７に信号を送ることができる。そして、リセット線４、垂直信号線５は、それぞれ各単位セル３に接続されている。

単位セル３は、例えば、水平方向に並んだ１０個から１００個の単位セル３を一つのブロック２０とし、一つのブロック２０内の単位セル３同士は、ローカルアドレス線６で接続されている。この一つのブロック２０ごとにアドレストランジスタ９が１つ設けられている。単位セル３の内部には、フォトダイオード３０、読み出しトランジスタ４０、リセットトランジスタ５０及び増幅トランジスタ６０を有しており、単位セル３の内部には、アレイ状に並んだ複数の単位セル３のうちどの単位セル３を読み出すかを選択するアドレストランジスタが設けられていない。単位セル３の内部の構成については、後に詳述する。

一方、アドレストランジスタドレイン線７は、電位Ｖｄを供給され、垂直方向に並んで配置されるアドレストランジスタ９の各ドレインとそれぞれ接続されている。

また、アドレストランジスタゲート線８は、垂直アドレス回路１において、アドレストランジスタ９をオンさせることができる電位Ｖｇを供給され、水平方向のアドレストランジスタ９の各ゲートとそれぞれ接続されている。このようにして、本実施例に係る固体撮像装置１００は構成されている。

本実施例に係る固体撮像装置においては、単位セル３内に、アレイ状に並んだ単位セル３のうちどの単位セル３を読み出すかを選択するアドレストランジスタが設けられておらず、アドレストランジスタは、複数の単位セル３からなるブロック２０ごとに一つのアドレストランジスタが設けられているところに特徴を有している。アドレストランジスタを単位セル３ごとに設けないことで、単位セル３の占める面積を低減することができ、微細な単位セルを提供することができる。

次に、図２を参照して、本実施例に係る固体撮像装置における、フォトダイオードに蓄積される信号電荷の読み出し方法について説明する。図２は、本実施例に係る固体撮像装置の単位セル部分の部分拡大概略図である。

図２には、単位セル３が４個（単位セル３−１、３−２、３−３、３−４）と、それらの単位セル３−１，３−２，３−３，３−４を選択するアドレストランジスタ９が示されている。単位セル３は、それぞれ、フォトダイオード３０、読み出しトランジスタ４０、リセットトランジスタ５０及び増幅トランジスタ６０を有している。

以下、単位セル３内に蓄積された信号電荷を読み出す方法について説明する。本実施例に係る固体撮像装置においては、同一のブロック内に含まれる単位セルの信号電荷が垂直信号線５に同時に読み出される。

まず、垂直アドレス回路１により、アドレストランジスタゲート線８にアドレストランジスタ９がオンするような電位Ｖｇが供給され、行一列のアドレストランジスタ９がオンする。これにより、アドレストランジスタ９のブロック２０内のローカルアドレス線６に電位ＶＤＤが供給される。このとき、１つのブロック２０に対して１つのアドレス線を持っているので、アドレストランジスタローカルアドレス線６を介して接続されているブロック２０内に属する単位セル３−１，３−２，３−３，３−４が選択される。つまり、ブロック２０内の増幅トランジスタ６０−１，６０−２，６０−３，６０−４のドレインに電位ＶＤＤが供給される。

一方、フォトダイオード３０に蓄積された信号電荷は、読み出しトランジスタ４０を介して増幅トランジスタのゲート電極にまで読み出されているので、信号電荷に応じて、増幅トランジスタ６０がオンし、それぞれの垂直信号線５−１，５−２，５−３，５−４に信号電荷が読み出される。

そして、垂直信号線５−１，５−２，５−３，５−４に読み出された、信号電荷は、水平アドレス回路２に読み出される。

このように、本実施例の固体撮像装置によれば、単位セル３内の信号電荷を読み出す際に、ブロックごとに読み出される。なお、リセット動作については、通常の固体撮像装置と同様であるため、説明を省略する。

本実施例のように、アドレストランジスタをブロックごとに１つ設けているので、アドレストランジスタからの電位の降下が少なくなる。従来の１行ごとに一つのアドレストランジスタを設けていた固体撮像装置に比べて、単位セル内の信号電荷を読み出しやすくなる。これは、横１行の単位セルに対して一つのアドレストランジスタを設けた場合、アドレストランジスタからの距離が離れていると、アドレス線自身の配線抵抗により、電位が降下してしまい、セルの増幅トランジスタのドレインに供給される電位が低くなる。そのため、単位セル内の信号電荷を十分に読み出すことができずに、出力信号が微弱となり、画像にぼやけなどが生じるシェーディングが発生する。

これに対して、本実施例は、アドレストランジスタをブロックごとに１つ設けており、ブロック内のセルに共通なアドレス線を設けている。そのため、アドレス線自身の配線長が短くなり、配線抵抗による電位降下も低減することができるので、セル内の信号電荷を読み出しやすくなる。したがって、画像がぼやけることや、シェーディングの発生を抑制することが可能となる。

以上のように、本発明の本実施例の固体撮像装置によれば、アドレストランジスタを横１行の複数の単位セルで共通化しており、単位セル内にはアドレストランジスタを有しておらず、単位セルの占有する面積を低減することが可能となる。

また、アドレストランジスタを複数の単位画素ごとに設けているので、画素内の信号電荷を読み出しやすくなり、シェーディング等の画像の質の低下を防止することが可能となる。

本発明の実施例に係る固体撮像装置の構成を示す概略図。 本発明の実施例に係る複数の単位画素からなるブロックの概略図。

符号の説明

１ 垂直アドレス回路
２ 水平アドレス回路
３ 単位セル
４ リセット線
５ 垂直信号線
６ ローカルアドレス線
７ アドレストランジスタドレイン線
８ アドレストランジスタゲート線
９ アドレストランジスタ
２０ ブロック
３０ フォトダイオード
４０ 読み出しトランジスタ
５０ リセットトランジスタ
６０ 増幅トランジスタ
１００ 固体撮像装置

Claims (3)

1. 光電変換を行い信号電荷が蓄積される光電変換部と増幅トランジスタとリセットトランジスタとを有し、マトリクス状に配置された単位セルと、行方向の単位セルの選択を行うための水平アドレス回路と、前記列方向の単位セルの選択を行うための垂直アドレス回路とを備えた固体撮像装置において、
   前記行方向の同一ライン上に並ぶ前記単位セルと接続され、前記単位セルからの出力信号が供給される複数の信号線と、
   前記列方向の同一ライン上に並ぶＮ個の前記単位セルと接続される複数のローカルアドレス線と、
   前記複数のローカルアドレス線の一端に接続されるアドレストランジスタと、を有し、
   前記ローカルアドレス線に前記アドレストランジスタを介して信号を送ることによって、信号を出力すべき単位セルが選択され、前記単位セル内の信号電荷が読み出されることを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記ローカルアドレス線が、前記増幅トランジスタのドレインと接続されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記アドレストランジスタは、ソースが前記ローカルアドレス線に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。

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