JP2007129473A - Solid-state imaging apparatus and imaging system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置及び撮像システムに関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging system.
今日、MOSトランジスタを利用した撮像素子であるCMOSエリアセンサの開発が盛んである。CMOSエリアセンサの詳細は、特許文献1などに開示されている。また特許文献2には、MOS型のイメージセンサの信号読み出し動作及びその回路構成が開示されている。
Today, CMOS area sensors, which are image sensors using MOS transistors, are actively developed. Details of the CMOS area sensor are disclosed in
CMOSエリアセンサにおいて、特許文献1などに開示されている垂直信号線は、画素領域中でアナログ信号が通る特に大事な配線である。ノイズや信号切り替えによる垂直信号線の電位の変動を最小限に抑えることが、信頼性のあるCMOSセンサを提供する上で必要である。これを具体的に説明する。特許文献2の図1の構成において、画素アンプ5と共にソースフォロワ回路を構成するためのロードトランジスタ6のゲート電極に接続されている定電流を供給するための配線LGCEL,SCELの電位が変動する。この電圧変動によって、層間絶縁膜を介して生じる寄生容量を介して、信号出力線10の電位が変動する。この信号出力線の電位変動を低減することが望まれている。
In a CMOS area sensor, a vertical signal line disclosed in
本発明は、このような課題に鑑み、垂直信号線の外来ノイズに起因する電位の変動を最小限に抑え、高品位画像を撮像できる固体撮像装置及び撮像システムを提供することを目的とする。 In view of such problems, it is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device and an imaging system that can capture a high-quality image while minimizing potential fluctuation caused by external noise of a vertical signal line.
本発明の固体撮像装置は、光電変換された電荷を増幅するためのアンプ用電界効果トランジスタと、前記アンプ用電界効果トランジスタのソース電極に接続される信号線と、前記信号線に接続される電流源の負荷を構成する電界効果トランジスタと、前記電流源の負荷を構成する電界効果トランジスタのゲート電極に接続されるコンデンサとを有することを特徴とする。 The solid-state imaging device of the present invention includes an amplifier field effect transistor for amplifying photoelectrically converted charges, a signal line connected to a source electrode of the amplifier field effect transistor, and a current connected to the signal line. And a capacitor connected to the gate electrode of the field effect transistor constituting the load of the current source.
コンデンサを設けることにより、アンプ用電界効果トランジスタのソース電極に接続される信号線の電位の変動を防止することができる。信号線の外来ノイズに起因する電位の変動を最小限に抑え、高品位画像を撮像することができる。 By providing the capacitor, fluctuations in the potential of the signal line connected to the source electrode of the amplifier field effect transistor can be prevented. It is possible to capture a high-quality image while minimizing the potential fluctuation caused by the external noise of the signal line.
以下に好ましい実施形態を挙げて説明するが、この形態の内容の任意の組み合わせも本発明の範囲内である。 Although a preferred embodiment will be described below, any combination of the contents of this embodiment is within the scope of the present invention.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態による固体撮像装置の周辺回路領域を示す回路図である。以下、電界効果トランジスタを単にトランジスタという。図中、1は画素領域、2は垂直信号線、3は水平走査回路、4はカレントミラー構成回路、5は電流源の負荷を構成する最終段MOSトランジスタの共通ゲート線、6は輝度信号用水平信号線である。8は信号読み出し回路、9はFD電位生成回路、10は電流源の負荷を構成する最終段MOSトランジスタ、12は負荷電流源遮断用MOSトランジスタ、16はノイズレベル用水平信号線、17はメインアンプ、19は外部信号端子である。本実施形態では、負荷電流源の最終段のMOS電界効果トランジスタ10のゲート電極にコンデンサ7を取り付ける。そして、このコンデンサ7は、垂直信号線2ごとにトランジスタ10のゲート電極に接続される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a peripheral circuit region of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, the field effect transistor is simply referred to as a transistor. In the figure, 1 is a pixel region, 2 is a vertical signal line, 3 is a horizontal scanning circuit, 4 is a current mirror constituting circuit, 5 is a common gate line of a final MOS transistor constituting a load of a current source, and 6 is for a luminance signal. It is a horizontal signal line. 8 is a signal readout circuit, 9 is an FD potential generation circuit, 10 is a final-stage MOS transistor constituting a load of a current source, 12 is a load current source cutoff MOS transistor, 16 is a noise level horizontal signal line, and 17 is a main amplifier. , 19 are external signal terminals. In this embodiment, the
第1の実施形態では、負荷電流源最終段MOSトランジスタ10のゲート電極とつながった一方の電極と、半導体基板を使った他方の電極と、両者間の酸化膜で、コンデンサ7を構成する。図3は、この構成を示す平面図(a)と断面図(b)である。断面図(b)は、平面図(a)のAA’線での断面図である。図中、13はn型シリコン基板、14はp型ウエル、15はn型不純物領域、18は酸化膜を表す。他の符号は、以前に説明した部品と同じである。以下、これらの部品の関係について、詳述する。
In the first embodiment, the
n型シリコン基板13の表面にp型ウエル14を形成し、p型ウエル14中にn型不純物領域15を形成する。n型不純物領域15のない部分の直上には、コンデンサ7を作る一方の電極、負荷電流源最終段MOSトランジスタ10のゲート電極、負荷電流源遮断用MOSトランジスタ12のゲート電極が、酸化膜18を介して存在する。これらコンデンサ7を作る一方の電極、負荷電流源最終段MOSトランジスタ10のゲート電極、負荷電流源遮断用MOSトランジスタ12のゲート電極は、ポリシリコンで形成されるのが望ましい。負荷電流源遮断用MOSトランジスタ12の役割については後述する。この構成では、コンデンサ7を、MOSトランジスタ10、12などと同じプロセスで形成するため、コンデンサ7を形成することによるコストアップ要因はない。コンデンサ7は、MOS構造によって形成されている。このコンデンサ7の望ましい容量は、1〜100fFの範囲である。また、図3(b)の断面図では、コンデンサ7の下部には、n型不純物領域15のないように構成しているが、電極形成前にイオン打ち込みをしてn型不純物領域を形成してもよい。なお、この構成では、p型ウェル14がn型シリコン基板13中にあるとして説明したが、p型ウェル14が無くて、基板がp型シリコン基板であってもよい。また、MOSトランジスタ10、12はnチャンネルMOSトランジスタであるとして説明したが、p型ウエル14をn型ウエルまたはn型シリコン基板として、pチャンネルMOSトランジスタとしてもよい。
A p-
さらには、コンデンサ7の他方の電極をもポリシリコンで形成してもよい。このとき、コンデンサ7の一方の電極もポリシリコンで形成しているが、その一方の電極の上に絶縁層を介してポリシリコンからなる他方の電極を形成するのである。この構成においても、上記と同様の効果を得ることができる。
Furthermore, the other electrode of the
図2は、画素領域1と垂直走査回路11を示す回路図である。図中、11は垂直走査回路である。PD1−1、PD2−1などはフォトダイオード、FD1、FD2、FD3はフローティングディフュージョン、M1とM2は転送MOSトランジスタ、M3とM5はリセットMOSトランジスタ、M4はアンプ用MOSトランジスタである。他の符号は、以前に説明した部品と同じである。なお、以降はフローティングディフュージョンをFDと略す。第1の実施形態の場合、1画素(1個のフォトダイオード)ごとに一つの転送MOSトランジスタがあり、2画素(2個のフォトダイオード)ごとに一つのFD、リセットMOSトランジスタ、アンプ用MOSトランジスタがある。また、FDは、フォトダイオードから転送された電荷を蓄積する画素コンデンサとしての役割もある。
FIG. 2 is a circuit diagram showing the
フォトダイオードPD1−1等は、光電変換により電荷を生成する光電変換手段である。転送MOSトランジスタM1及びM2は、それぞれフォトダイオードPD1−1及びPD1−2の電荷をFD1に転送するための転送手段である。アンプ用MOSトランジスタM4は、ゲート電極がFD1に接続され、ソース電極が垂直信号線2に接続され、ドレイン電極が電源電圧(VDD)に接続され、FD1の電荷を増幅し、垂直信号線2に出力する。
The photodiode PD1-1 or the like is a photoelectric conversion unit that generates charges by photoelectric conversion. The transfer MOS transistors M1 and M2 are transfer means for transferring the charges of the photodiodes PD1-1 and PD1-2 to the FD1, respectively. In the amplifier MOS transistor M4, the gate electrode is connected to the FD1, the source electrode is connected to the
図4の駆動タイミングチャートを使って、第1の実施形態の駆動方法を説明する。図中のφRes1、φTX1、φTX2、φRes2は、図2の画素領域1に通じる配線の電圧のタイミングを表しており、その配線位置については図2に記述している。φRes1とφRes2は、それぞれリセットMOSトランジスタM3、M5のオン/オフを制御する。また、φTX1、φTX2は、それぞれ転送MOSトランジスタM1、M2のオン/オフを制御する。また、φVR1とφVR2は、図1のFD電位生成回路9に通じる配線の電圧のタイミングを表しており、その配線位置については図1に記述している。
The driving method of the first embodiment will be described using the driving timing chart of FIG. ΦRes1, φTX1, φTX2, and φRes2 in the drawing represent the timing of the voltage of the wiring that leads to the
まず、1行目の走査について説明する。タイミングt1で、φRes1のハイレベルによってリセットMOSトランジスタM3をオンし、FD1の電位をVRHとし、FD1、FD2、FD3を活性化する。このとき、FD電位生成回路9は、φVR1のハイレベルとφVR2のハイレベルによって垂直信号線2に電位VRHを供給している。つぎに、タイミングt2で、φVR1のローレベルにより、負荷電流源遮断用MOSトランジスタ12がオンし、垂直信号線2は負荷電流源構成回路4と負荷電流源最終段MOSトランジスタ10に接続される。これにより、FD1、FD2、FD3のノイズレベルがアンプMOSトランジスタM4と垂直信号線2を通じて読み出し回路8に読み出される。つぎに、タイミングt3で、φTX1のハイレベルにより転送MOSトランジスタM1がオンとなり、光照射によりPD1−1に貯まった電荷がFD1に転送される。同時に、光照射によりPD2−1、PD3−1に貯まった電荷が、それぞれFD2、FD3に転送される。つぎに、タイミングt4で、転送MOSトランジスタM1がオフとなり、光照射によるPD1−1、PD2−1、PD3−1の電荷発生量がアンプMOSトランジスタM4と垂直信号線2を通じ、輝度信号として読み出し回路8に読み出される。つぎに、タイミングt5で、φRes1のハイレベルによって、リセットMOSトランジスタM3がオンし、FD1、FD2、FD3の電位をグランド(GND)とし、FD1、FD2、FD3をオフする。このとき、FD電位生成回路9は、φVR1のハイレベルとφVR2のローレベルによって垂直信号線2にGNDを供給している。
First, scanning of the first row will be described. At timing t1, the reset MOS transistor M3 is turned on by the high level of φRes1, the potential of FD1 is set to VRH, and FD1, FD2, and FD3 are activated. At this time, the FD potential generation circuit 9 supplies the potential VRH to the
つぎに、タイミングt6で、水平走査回路3により読み出し回路8に蓄えられたノイズレベルと輝度信号が読み出され、それぞれノイズレベル用水平信号線16と輝度信号用水平信号線6を通じてメインアンプ17に送られる。このとき、図示していないが、水平走査回路3から複数の読み出し回路8に順々にパルスが送られ、左の列から順に、輝度信号とノイズレベルが読み出される。メインアンプ17は、輝度信号用水平信号線6から入った輝度信号から、ノイズレベル用水平信号線16から入ったノイズレベルを引き算し、真の輝度信号を、外部信号端子19に送り、1行目の走査が終わる。
Next, at the timing t6, the noise level and the luminance signal stored in the
2行目も、タイミング期間t7の間で、転送MOSトランジスタM2をオンすること以外は、1行目と同様の走査をする。つまり、2行目を選択するために、φTX2のハイレベルにより転送MOSトランジスタM2がオンとなり、光照射によりPD1−2に貯まった電荷がFD1に転送される。同時に、光照射によりPD2−2、PD3−2に貯まった電荷が、それぞれFD2、FD3に転送される。 The second row is scanned in the same manner as the first row except that the transfer MOS transistor M2 is turned on during the timing period t7. That is, in order to select the second row, the transfer MOS transistor M2 is turned on by the high level of φTX2, and the charge stored in the PD1-2 by light irradiation is transferred to the FD1. At the same time, charges accumulated in PD2-2 and PD3-2 by light irradiation are transferred to FD2 and FD3, respectively.
3行目は、タイミングt8でφRes2をハイレベルにすることによって、リセットMOSトランジスタM5をオンして、3行目用と4行目用のFDの電位をVRHにして活性化する。このとき、φRes1はローレベルであるため、リセットMOSトランジスタM3はオフであるため、1行目用と2行目用のFDの電位はGNDのままである。同様に、3行目用と4行目用以外の行のリセットMOSトランジスタはオフのため、これらの行のFDの電位はGNDのままである。 In the third row, φRes2 is set to high level at timing t8 to turn on the reset MOS transistor M5 and activate the potentials of the FDs for the third row and the fourth row to VRH. At this time, since φRes1 is at a low level, the reset MOS transistor M3 is off, so that the potentials of the FDs for the first row and the second row remain at GND. Similarly, reset MOS transistors in rows other than those for the third row and the fourth row are off, so that the potential of the FD in these rows remains at GND.
これらの走査を全行繰り返すことによって、1フレームの輝度信号が外部に読み出される。第1の実施形態では、負荷電流源の最終段のMOSトランジスタ10のゲート電極にコンデンサ7を取り付ける。そして、このコンデンサ7は、垂直信号線2ごとにあるが、MOSトランジスタの形成と同じプロセスで製造できるため、低コストである。また、第1の実施形態では、垂直信号線2でFD電位を供給するが、前述のコンデンサ7を付加したため、信号転送時の電位の変動が小さい。
By repeating these scans for all rows, one frame of luminance signal is read out. In the first embodiment, the
本実施形態は、周辺回路領域に配する負荷電流源の最終段のMOSトランジスタ10のゲート電極に、電気的に接続されたコンデンサ7を形成するものである。この最終段のMOSトランジスタ10は、画素領域から信号が出力される垂直信号線2に接続されている。このことによって、垂直信号線2の電位の変動を最小限に抑え、高品位画像を撮像できるCMOSセンサを提供することができる。
In the present embodiment, a
(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態による固体撮像装置の周辺回路領域を示す回路図である。図中、20はFD電位供給線であり、他の符号は、以前に説明した部品と同じである。第1の実施形態ではFDの電位制御は垂直信号線2を介して行われていたが、第2の実施形態では、FDの電位制御はFD電位供給線20を介して行われる。本実施形態では、FD電位の供給を垂直方向に走るFD電位供給線20から行う。また、第1の実施形態と同様に、負荷電流源の最終段のMOSトランジスタ10のゲート電極にコンデンサ7を取り付ける。そして、このコンデンサ7は、垂直信号線2ごとにある。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a circuit diagram showing a peripheral circuit region of the solid-state imaging device according to the second embodiment. In the figure,
図6は、第2の実施形態の画素領域と垂直走査回路を示す回路図である。図中の符号は、以前に説明した部品と同じである。第2の実施形態では、画素領域のリセットMOSトランジスタM3、M5は、そのドレインがFD電位供給線20に接続されている。また、画素領域のアンプMOSトランジスタM4は、そのドレインがFD電位供給線20に接続されている。これは、FD電位供給線20が、アンプMOSトランジスタM4の電源電圧(VDD)をも供給しているからである。
FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a pixel region and a vertical scanning circuit according to the second embodiment. The reference numerals in the figure are the same as the parts described previously. In the second embodiment, the drains of the reset
図7の駆動タイミングチャートを使って、第2の実施形態の駆動を説明する。図中のφRes1、φTX1、φTX2、φRes2、φVFDは、図6の画素領域1に通じる配線の電圧のタイミングを表しており、その配線位置については図6に記述している。φVFDは、FD電位供給線20の電位である。
The driving of the second embodiment will be described using the driving timing chart of FIG.
まず、1行目の走査について説明する。タイミングt1で、φRes1のハイレベルによってリセットMOSトランジスタM3をオンし、FD1の電位をVDDとし、FD1、FD2、FD3を活性化する。このとき、φVFDは電源電圧(VDD)となっている。つぎに、タイミングt2で、信号読み出し回路8内の駆動によって、FD1、FD2、FD3のノイズレベルがアンプMOSトランジスタM4と垂直信号線2を通じて読み出し回路8に読み出される。つぎに、タイミングt3で、φTX1のハイレベルにより転送MOSトランジスタM1がオンとなり、光照射によりPD1−1に貯まった電荷がFD1に転送される。同時に、光照射によりPD2−1、PD3−1に貯まった電荷が、それぞれFD2、FD3に転送される。つぎに、タイミングt4で、転送MOSトランジスタM1がオフとなり、光照射によるPD1−1、PD2−1、PD3−1の電荷発生量がアンプMOSトランジスタM4と垂直信号線2を通じ、輝度信号として読み出し回路8に読み出される。つぎに、タイミングt5で、φRes1のハイレベルによって、リセットMOSトランジスタM3がオンし、FD1、FD2、FD3の電位をグランド(GND)とし、FD1、FD2、FD3をオフする。このとき、φVFDはグランド(GND)となっている。
First, scanning of the first row will be described. At timing t1, the reset MOS transistor M3 is turned on by the high level of φRes1, the potential of FD1 is set to VDD, and FD1, FD2, and FD3 are activated. At this time, φVFD is the power supply voltage (VDD). Next, at timing t2, the noise levels of FD1, FD2, and FD3 are read out to the
つぎに、タイミングt6で、水平走査回路3により読み出し回路8に蓄えられたノイズレベルと輝度信号が読み出され、それぞれノイズレベル用水平信号線16と輝度信号用水平信号線6を通じてメインアンプ17に送られる。このとき、図示していないが、水平走査回路3から複数の読み出し回路8に順々にパルスが送られ、左の列から順に、輝度信号とノイズレベルが読み出される。メインアンプ17は、輝度信号用水平信号線6から入った輝度信号から、ノイズレベル用水平信号線16から入ったノイズレベルを引き算し、真の輝度信号を、外部信号端子19に送り、1行目の走査が終わる。
Next, at the timing t6, the noise level and the luminance signal stored in the
2行目も、タイミング期間t7の間で、転送MOSトランジスタM2をオンすること以外は、1行目と同様の走査をする。つまり、2行目を選択するために、φTX2のハイレベルにより転送MOSトランジスタM2がオンとなり、光照射によりPD1−2に貯まった電荷がFD1に転送される。同時に、光照射によりPD2−2、PD3−2に貯まった電荷が、それぞれFD2、FD3に転送される。 The second row is scanned in the same manner as the first row except that the transfer MOS transistor M2 is turned on during the timing period t7. That is, in order to select the second row, the transfer MOS transistor M2 is turned on by the high level of φTX2, and the charge stored in the PD1-2 by light irradiation is transferred to the FD1. At the same time, charges accumulated in PD2-2 and PD3-2 by light irradiation are transferred to FD2 and FD3, respectively.
3行目は、タイミングt8でφRes2をハイレベルにすることによって、リセットMOSトランジスタM5をオンして、3行目用と4行目用のFDの電位を電源電圧(VDD)にして活性化する。このとき、φRes1はローレベルであるため、リセットMOSトランジスタM3はオフであり、1行目用と4行目用のFDの電位はグランド(GND)のままである。同様に、3行目用と4行目用以外の行のリセットMOSトランジスタはオフのため、これらの行のFDの電位はグランド(GND)のままである。 In the third row, φRes2 is set to high level at timing t8 to turn on the reset MOS transistor M5 and activate the potentials of the FDs for the third row and the fourth row to the power supply voltage (VDD). . At this time, since φRes1 is at a low level, the reset MOS transistor M3 is off, and the potentials of the FDs for the first row and the fourth row remain at ground (GND). Similarly, reset MOS transistors in rows other than those for the third row and the fourth row are turned off, so that the potential of the FD in these rows remains at the ground (GND).
これらの走査を全行繰り返すことによって、1フレームの輝度信号が外部に読み出される。 By repeating these scans for all rows, one frame of luminance signal is read out.
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態は、負荷電流源の最終段のMOSトランジスタ10のゲート電極にコンデンサ7を取り付ける。そして、このコンデンサ7は、2本の垂直信号線2ごとに1つある。他の回路と駆動方法は、第1の実施形態と同様である。
(Third embodiment)
In the third embodiment of the present invention, the
(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態は、負荷電流源の最終段のMOSトランジスタ10のゲート電極にコンデンサ7を取り付ける。そして、このコンデンサ7は、4本の垂直信号線2ごとに1つある。他の回路と駆動方法は、第1の実施形態と同様である。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment of the present invention, the
(第5の実施形態)
本発明の第5の実施形態は、4画素(4個のフォトダイオード)に一つのFD、リセットMOSトランジスタ、アンプ用MOSトランジスタがある。各画素(各フォトダイオード)には、一つずつ転送MOSトランジスタがある。このため、トランジスタ数が削減できる。
(Fifth embodiment)
In the fifth embodiment of the present invention, there are one FD, reset MOS transistor, and amplifier MOS transistor in four pixels (four photodiodes). Each pixel (each photodiode) has one transfer MOS transistor. For this reason, the number of transistors can be reduced.
(第6の実施形態)
本発明の第6の実施形態は、第1の実施形態の負荷電流源にスイッチを加える形態である。図9は、第6の実施形態の周辺回路領域を示す回路図である。図中、21は負荷電流源スイッチ、22は負荷電流源スイッチのゲート線であり、他の部品番号は前述のとおりである。図10の駆動タイミングチャートを使って、負荷電流源スイッチ21の使い方を説明する。図9の負荷電流源スイッチのゲート線は、図10のφPVLのタイミングでオンオフ動作される。つまり、画素選択の時間はオンにするが、それ以外の時間はオフにするのである。
(Sixth embodiment)
In the sixth embodiment of the present invention, a switch is added to the load current source of the first embodiment. FIG. 9 is a circuit diagram showing a peripheral circuit region of the sixth embodiment. In the figure, 21 is a load current source switch, 22 is a gate line of the load current source switch, and the other part numbers are as described above. The usage of the load current source switch 21 will be described using the drive timing chart of FIG. The gate line of the load current source switch in FIG. 9 is turned on / off at the timing of φPVL in FIG. That is, the pixel selection time is turned on, but other times are turned off.
この駆動により、必要のないときに負荷電流源最終段MOSトランジスタ10に電流が流れるのを防止できながら、コンデンサ7の効果で、必要なときの垂直信号線2の電位を安定させることができる。
By this driving, it is possible to stabilize the potential of the
(デジタルカメラに適用した実施形態)
図8は、本発明の第1〜第6の実施形態に記載の固体撮像装置をカメラ(撮像システム)に適用した際の構成例を示す回路ブロック図である。本実施形態は、上記実施形態の固体撮像装置をカメラに応用する場合の例を示したものである。上記実施形態の固体撮像装置は、固体撮像素子54に対応する。撮影レンズ(光学系)52の手前にはシャッター51があり、露出を制御する。絞り53により必要に応じ光量を制御し、撮影レンズ52は固体撮像素子54に光を結像させる。固体撮像素子54から出力された撮像信号は信号処理回路55で処理され、A/D変換部56によりアナログ信号からディジタル信号に変換される。出力されるディジタル信号はさらに信号処理部57で演算処理される。処理されたディジタル信号はメモリ部60に蓄えられたり、外部I/F部63を通して外部の機器に送られる。固体撮像素子54、撮像信号処理回路55、A/D変換部56、信号処理部57はタイミング発生部58により制御される他、システム全体は全体制御部・演算部59で制御される。記録媒体62に画像を記録するために、出力ディジタル信号は全体制御部・演算部59で制御される記録媒体制御I/F部61を通して、記録される。
(Embodiment applied to a digital camera)
FIG. 8 is a circuit block diagram showing a configuration example when the solid-state imaging device described in the first to sixth embodiments of the present invention is applied to a camera (imaging system). This embodiment shows an example in which the solid-state imaging device of the above-described embodiment is applied to a camera. The solid-state imaging device of the above embodiment corresponds to the solid-
以上のように、第1〜第6の実施形態によれば、光電変換された電荷を増幅するアンプ用MOSトランジスタを備えた画素領域1と、少なくとも、前記アンプ用MOSトランジスタのソース電極に垂直信号線2を介して電気的に接続された負荷電流源4,10を備えた周辺回路領域と、を有する光電変換装置において、負荷電流源を構成する最終段のMOSトランジスタ10があり、最終段のMOSトランジスタ10のゲート電極がコンデンサ7の一方の電極が、垂直信号線2ごとに電気的に接続されている。また、コンデンサ7の他方の電極は、半導体基板内にある。
As described above, according to the first to sixth embodiments, a vertical signal is applied to the
コンデンサ7を設けることにより、画素領域1にあって、光電変換された電荷を増幅するアンプ用MOSトランジスタM4のソース電極に接続された垂直信号線2の電位の変動を防止することができる。すなわち、垂直信号線2の外来ノイズに起因する電位の変動を最小限に抑え、高品位画像を撮像できるCMOSセンサを提供することができる。
By providing the
本実施形態の光電変換装置は、スチルカメラや、ビデオカメラなどの、撮像用の撮像装置として、利用することができる。 The photoelectric conversion device of this embodiment can be used as an imaging device for imaging such as a still camera or a video camera.
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
1 画素領域
2 垂直信号線
3 水平走査回路
4 負荷電流源構成回路
5 電流源最終段MOSトランジスタの共通ゲート線
6 輝度信号用水平信号線
7 コンデンサ
8 信号読み出し回路
9 FD電位生成回路
10 負荷電流源最終段MOSトランジスタ
11 垂直走査回路
12 負荷電流源遮断用MOSトランジスタ
13 n型シリコン基板
14 p型ウエル
15 n型領域
16 ノイズレベル用水平信号線
17 メインアンプ
18 酸化膜
19 外部信号端子
20 FD電位供給線
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記アンプ用電界効果トランジスタのソース電極に接続される信号線と、
前記信号線に接続される電流源の負荷を構成する電界効果トランジスタと、
前記電流源の負荷を構成する電界効果トランジスタのゲート電極に接続されるコンデンサと
を有することを特徴とする固体撮像装置。 A field effect transistor for an amplifier for amplifying the photoelectrically converted charge;
A signal line connected to a source electrode of the amplifier field effect transistor;
A field effect transistor constituting a load of a current source connected to the signal line;
And a capacitor connected to a gate electrode of a field effect transistor constituting a load of the current source.
前記コンデンサは、前記各信号線ごとに前記電流源の負荷を構成する電界効果トランジスタのゲート電極に接続されていることを特徴とする請求項1又は2記載の固体撮像装置。 A plurality of field effect transistors constituting the amplifier field effect transistor, the signal line and the load of the current source are arranged,
3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the capacitor is connected to a gate electrode of a field effect transistor that constitutes a load of the current source for each signal line.
前記画素コンデンサの電位制御は、前記信号線を介して行われることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 Furthermore, it has a pixel capacitor that accumulates charges and is connected to the gate electrode of the amplifier field effect transistor,
5. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the potential control of the pixel capacitor is performed through the signal line. 6.
前記画素コンデンサの電位制御は、前記アンプ用電界効果トランジスタのドレイン電極に接続された供給線を介して行われることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 Furthermore, it has a pixel capacitor that accumulates charges and is connected to the gate electrode of the amplifier field effect transistor,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the potential control of the pixel capacitor is performed through a supply line connected to a drain electrode of the amplifier field effect transistor.
前記コンデンサは、前記2本の信号線ごとに1つが前記電流源の負荷を構成する電界効果トランジスタのゲート電極に接続されていることを特徴とする請求項1又は2記載の固体撮像装置。 A plurality of field effect transistors constituting the amplifier field effect transistor, the signal line and the load of the current source are arranged,
3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein one capacitor is connected to a gate electrode of a field effect transistor that constitutes a load of the current source for each of the two signal lines.
前記コンデンサは、前記4本の信号線ごとに1つが前記電流源の負荷を構成する電界効果トランジスタのゲート電極に接続されていることを特徴とする請求項1又は2記載の固体撮像装置。 A plurality of field effect transistors constituting the amplifier field effect transistor, the signal line and the load of the current source are arranged,
3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein one capacitor for each of the four signal lines is connected to a gate electrode of a field effect transistor constituting a load of the current source.
電荷を蓄積し、前記アンプ用電界効果トランジスタのゲート電極に接続される画素コンデンサと、
前記光電変換手段の電荷を前記画素コンデンサに転送するための転送手段と
を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 Furthermore, photoelectric conversion means for generating electric charge by photoelectric conversion,
A pixel capacitor that accumulates charge and is connected to a gate electrode of the amplifier field effect transistor;
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a transfer unit configured to transfer a charge of the photoelectric conversion unit to the pixel capacitor.
前記転送手段は、前記各光電変換手段ごとに1つが設けられることを特徴とする請求項10記載の固体撮像装置。 The pixel capacitor and the amplifier field effect transistor are provided one for each of the plurality of photoelectric conversion means,
The solid-state imaging device according to claim 10, wherein one transfer unit is provided for each photoelectric conversion unit.
前記固体撮像装置へ光を結像する光学系と、
前記固体撮像装置からの出力信号を処理する信号処理回路と
を有することを特徴とする撮像システム。 The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 11,
An optical system for imaging light onto the solid-state imaging device;
An imaging system comprising: a signal processing circuit that processes an output signal from the solid-state imaging device.
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