JP2007189085A - Solid state imaging device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To permit efficient wiring layout in staggered pixel array and contrive the utilization of CMOS (complementary metal oxide semiconductor) type solid state imaging device. <P>SOLUTION: The pixels 15, constituted of a photoelectric conversion unit and a transistor, are arrayed by staggering two-dimensionally into horizontal direction and/or vertical direction, so as to be arrayed through the repetition of the same layout or so as to have a periodical structure. In this case, a plurality of pixels 15a, 15b, 15c, arrayed in the vertical direction, share a vertical signal line 18 and a well potential supplying wiring 22 while a plurality of pixels 15d, 15b, 15e, 15f, arrayed in the horizontal direction, share the gate pulse wirings 16, 17, 19 of the transistor. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像装置、特に、光電変換部により生成された電荷を画素信号に変換する変換部を画素内に含む固体撮像装置、例えばCMOSイメージセンサ等に関する。ここで、CMOSイメージセンサとは、CMOSプロセスを応用して、又は部分的に使用して作製されたイメージセンサである。   The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a solid-state imaging device including a conversion unit that converts a charge generated by a photoelectric conversion unit into a pixel signal in a pixel, such as a CMOS image sensor. Here, the CMOS image sensor is an image sensor manufactured by applying or partially using a CMOS process.

CMOSイメージセンサは、光電変換部と複数のMOSトランジスタからなる画素が複数、2次元的に配列され、光電変換部により生成された電荷を画素信号に変換して読み出す固体撮像装置である。近年、このCMOSイメージセンサは、携帯電話用のカメラ、デジタルスチルカメラあるいはデジタルビデオカメラ等の撮像素子として注目されている。   A CMOS image sensor is a solid-state imaging device in which a plurality of pixels each including a photoelectric conversion unit and a plurality of MOS transistors are arranged two-dimensionally, and charges generated by the photoelectric conversion unit are converted into pixel signals and read. In recent years, this CMOS image sensor has attracted attention as an imaging device such as a camera for a mobile phone, a digital still camera, or a digital video camera.

固体撮像装置においては、解像度向上とチップサイズの縮小といった要望から画素の微細化が進められている。こうした微細化は、上記要望を満たすには有効な手段であるが、飽和信号量や感度といったいわゆる画素特性を悪化させるのが一般的である。特に、上述のCMOSイメージセンサと呼ばれる固体撮像装置では、画素内に通常複数のMOSトランジスタを備え、このMOSトランジスタを駆動させるために複数の配線が画素に密にレイアウトされており、同じ固体撮像装置であるCCD固体撮像装置と比較して微細化に不利であるとされてきた。   In a solid-state imaging device, pixel miniaturization has been promoted due to demands for improvement in resolution and reduction in chip size. Such miniaturization is an effective means for satisfying the above requirements, but generally deteriorates so-called pixel characteristics such as saturation signal amount and sensitivity. In particular, in the above-described solid-state imaging device called a CMOS image sensor, a plurality of MOS transistors are usually provided in a pixel, and a plurality of wirings are densely laid out in the pixel to drive the MOS transistor. It has been considered that it is disadvantageous for miniaturization as compared with the CCD solid-state imaging device.

これとは別に、解像度を向上させる技術として、画素をある規則性をもってずらして配置する手法が古くから広く知られている(特許文献1参照)。この技術はCCD固体撮像装置で多用されてきた技術であるが、CMOSイメージセンサへの適用の試みについての検討がなされている(特許文献2参照)。   Apart from this, as a technique for improving the resolution, a method of shifting pixels with a certain regularity has been widely known for a long time (see Patent Document 1). Although this technique has been widely used in CCD solid-state imaging devices, attempts have been made to apply it to a CMOS image sensor (see Patent Document 2).

確かに、CMOSイメージセンサでもCCDイメージセンサの技術を応用し概念的に解像度を向上させることは可能であるが、未だずらし配列を実施したCMOSイメージセンサは現時点では世に出ていない。現状でのCMOSイメージセンサは、図14に示すように、複数の単位画素1を水平・垂直方向に正方配列、すなわち2次元正方状に配列された構成であり、この構成において画素サイズの縮小化が試みられている。   Certainly, it is possible to improve the resolution conceptually by applying the technology of the CCD image sensor even with the CMOS image sensor, but a CMOS image sensor with a shifted arrangement is not yet available. As shown in FIG. 14, the current CMOS image sensor has a configuration in which a plurality of unit pixels 1 are arranged in a square arrangement in the horizontal and vertical directions, that is, in a two-dimensional square arrangement. In this arrangement, the pixel size is reduced. Has been tried.

特公昭59−3066号公報Japanese Patent Publication No.59-3066 特開2003−7995号公報JP 2003-7995 A

ところで、CMOSイメージセンサにおいては、画素を一定の割合でずらして配置した構成の場合、配線のレイアウトが難しい。すなわち、CMOSイメージセンサは、通常上述したように、画素内に複数のトランジスタを有しており、そのトランジスタ駆動のために複数の配線を画素内にレイアウトする必要がある。しかし、画素部は光電変換部であるフォトダイオード(PD)を有しているので、当然ながらフォトダイオード上を配線が通ることは画素特性の大きな損失になり、直線で各配線をレイアウトすることができない。   By the way, in the CMOS image sensor, the layout of the wiring is difficult in the case of the configuration in which the pixels are shifted and arranged at a certain ratio. That is, the CMOS image sensor normally has a plurality of transistors in the pixel as described above, and a plurality of wirings need to be laid out in the pixel for driving the transistors. However, since the pixel portion has a photodiode (PD) that is a photoelectric conversion portion, it is a matter of course that wiring through the photodiode causes a large loss in pixel characteristics, and each wiring can be laid out in a straight line. Can not.

特性損失を発生させないためには、フォトダイオード上をなるべく配線が通らないように、且つそれぞれのトランジスタを駆動させる配線をショートさせることなくレイアウトしなければならない。CMOSイメージセンサにおいて画素ずらし配列あるいは斜め配列が実現しなかった理由は、配線を精度よく作り込むプロセス技術と配線を効率よくレイアウト技術とがなかったからに他ならない。このうちプロセス技術は、最近の微細化技術の進歩で精度よく作り込めるようになってきたが、如何に画素特性を損失させずに配線をレイアウトするかという点で問題があった。   In order not to cause characteristic loss, it is necessary to lay out the wiring so as not to pass over the photodiode as much as possible and without shorting the wiring for driving each transistor. The reason why the pixel shifted arrangement or the oblique arrangement is not realized in the CMOS image sensor is none other than the lack of a process technology for producing wiring with high accuracy and an efficient layout technology for wiring. Of these, the process technology can be made with high precision by recent progress in miniaturization technology, but there is a problem in how to lay out the wiring without losing the pixel characteristics.

一方、画素を45度の斜め配列させたCMOSイメージセンサにおいて、図13の模式図に示すような配線レイアウトが考えられる。図13においては、水平方向及び垂直方向に所定ピッチで配列させた第1画素1Aのグループと、第1画素1Aのグループに対して水平方向及び垂直方向共に前記ピッチの1/2ピッチずらした第2画素1Bのグループとが配列され、いわゆる画素1A,1Bが斜め配列されて成る。この斜め配列の画素に対して、例えば3トランジスタ型では水平方向に沿って転送パルス配線2、リセットパルス配線3が隣合う2行の画素1A,1Bに共有するようにジグザグ状にレイアウトされる。また、垂直方向に沿って垂直方向に並ぶ画素1A,1Bに共有するように、垂直信号線(配線)4と各画素のウェル領域の電位を安定化させるためのウェル電位供給配線5とを直線状にレイアウトされる。   On the other hand, in a CMOS image sensor in which pixels are obliquely arranged at 45 degrees, a wiring layout as shown in the schematic diagram of FIG. 13 can be considered. In FIG. 13, a group of first pixels 1A arranged at a predetermined pitch in the horizontal direction and the vertical direction, and a group shifted by ½ pitch of the pitch in both the horizontal direction and the vertical direction with respect to the group of first pixels 1A. A group of two pixels 1B is arranged, and so-called pixels 1A and 1B are arranged obliquely. For the diagonally arranged pixels, for example, in the three-transistor type, the transfer pulse wiring 2 and the reset pulse wiring 3 are laid out in a zigzag shape so as to be shared by two adjacent pixels 1A and 1B along the horizontal direction. Further, the vertical signal line (wiring) 4 and the well potential supply wiring 5 for stabilizing the potential of the well region of each pixel are linearly shared by the pixels 1A and 1B arranged in the vertical direction along the vertical direction. Are laid out.

このような2行の画素1A,1Bを共有するようにジグザグ状に転送パルス配線2、リセットパルス配線3をレイアウトするときは、周辺回路部での駆動回路の段数が節減される利点がある反面、水平方向に沿う配線の抵抗が大きくなり抵抗、寄生容量が大きくなるなど、駆動回路として能力の大きな駆動回路が必要になり、実施する上で不利となる。   When the transfer pulse wiring 2 and the reset pulse wiring 3 are laid out in a zigzag manner so as to share the two rows of pixels 1A and 1B, there is an advantage that the number of stages of the drive circuit in the peripheral circuit portion is reduced. A driving circuit having a high capability as a driving circuit is required, such as an increase in resistance of wiring along the horizontal direction and an increase in resistance and parasitic capacitance, which is disadvantageous in implementation.

本発明は、上述の点に鑑み、画素をずらし配列すると共に、配線を画素特性を損失させずに、効率よくレイアウトし、実用可能ならしめた固体撮像装置を提供するものである。   In view of the above, the present invention provides a solid-state imaging device in which pixels are arranged in a shifted manner, wiring is efficiently laid out without losing pixel characteristics, and can be practically used.

本発明に係る固体撮像装置は、光電変換部とトランジスタからなる画素が、2次元的に水平方向及び/又は垂直方向にずらし配列され、画素は同じレイアウトの繰り返しで配列され、垂直方向に並ぶ複数の画素が、垂直信号線及びウェル電位供給配線を共有し、水平方向に並ぶ複数の画素が、トランジスタのゲートパルス配線を共有していることを特徴とする。   In the solid-state imaging device according to the present invention, pixels each including a photoelectric conversion unit and a transistor are two-dimensionally shifted and arranged in the horizontal direction and / or the vertical direction, and the pixels are arranged by repeating the same layout and are arranged in the vertical direction. These pixels share a vertical signal line and well potential supply wiring, and a plurality of pixels arranged in the horizontal direction share a gate pulse wiring of a transistor.

本発明の固体撮像装置では、画素が水平方向及び/又は垂直方向にずらし配列されるので、記録画素数として実画素よりも増大し、解像度が上がる。画素が同じレイアウトの繰り返しで配列された状態で、垂直方向に並ぶ複数の画素が垂直信号線及びウェル電位供給配線を共有し、水平方向に並ぶ複数の画素がトランジスタのゲートパルス配線を共有するので、フォトダイオードの開口部を避けた配線を可能にし、微細化されても効率のよい配線レイアウトができる。   In the solid-state imaging device according to the present invention, since the pixels are arranged while being shifted in the horizontal direction and / or the vertical direction, the number of recording pixels increases from the actual pixels, and the resolution increases. In a state where the pixels are arranged in the same layout, a plurality of pixels arranged in the vertical direction share the vertical signal line and the well potential supply wiring, and a plurality of pixels arranged in the horizontal direction share the gate pulse wiring of the transistor. This enables wiring that avoids the opening of the photodiode, and enables efficient wiring layout even when miniaturized.

本発明に係る固体撮像装置は、光電変換部と複数のトランジスタとを含む画素が複数配列された撮像領域を有し、画素は行列の格子点から交互に水平方向及び/又は垂直方向にずれて配置されると共に、同じ周期構造で配列され、垂直方向に並ぶ複数の画素は、出力信号線及びウェル電位供給配線を共有し、水平方向に並ぶ複数の画素は、複数のトランジスタに含まれる所定のトランジスタのゲートパルス配線を共有していることを特徴とする。   The solid-state imaging device according to the present invention has an imaging region in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit and a plurality of transistors are arranged, and the pixels are alternately shifted in the horizontal direction and / or the vertical direction from the lattice points of the matrix. The plurality of pixels arranged in the same periodic structure and arranged in the vertical direction share the output signal line and the well potential supply wiring, and the plurality of pixels arranged in the horizontal direction are predetermined transistors included in the plurality of transistors. The gate pulse wiring of the transistor is shared.

本発明の固体撮像装置では、光電変換部と複数のトランジスタとを含む画素が複数配列された撮像領域において、画素が行列の格子点から交互に水平方向及び/又は垂直方向にずれて配置されるので、記録画素数として実画素よりも増大し、解像度が上がる。画素は同じ周期構造で配列され、垂直方向に並ぶ複数の画素は、出力信号線及びウェル電位供給配線を共有し、水平方向に並ぶ複数の画素は、複数のトランジスタに含まれる所定のトランジスタのゲートパルス配線を共有するので、フォトダイオードの開口部を避けた配線を可能にし、微細化されても効率のよい配線レイアウトができる。   In the solid-state imaging device of the present invention, in an imaging region where a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit and a plurality of transistors are arranged, the pixels are alternately shifted from the lattice points of the matrix in the horizontal direction and / or the vertical direction. As a result, the number of recording pixels increases from the actual pixels, and the resolution increases. The pixels are arranged in the same periodic structure, the plurality of pixels arranged in the vertical direction share the output signal line and the well potential supply wiring, and the plurality of pixels arranged in the horizontal direction are gates of predetermined transistors included in the plurality of transistors. Since the pulse wiring is shared, wiring that avoids the opening of the photodiode is possible, and an efficient wiring layout can be achieved even if it is miniaturized.

本発明に係る固体撮像装置によれば、配線を画素特性を損失させずに効率よくレイアウトすることができる。従って、実用化を可能にした画素ずらし配列のCMOSセンサによる固体撮像装置を提供することができる。   According to the solid-state imaging device according to the present invention, wiring can be efficiently laid out without losing pixel characteristics. Therefore, it is possible to provide a solid-state imaging device using a pixel-shifted CMOS sensor that can be put into practical use.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1に、本発明の固体撮像装置、すなわちCMOSイメージセンサに適用される画素構成の一例を示す。本例は一般に3トランジスタ型といわれる単位画素内に光電変換部となるフォトダイオード(PD)と3つのMOSトランジスタを有した場合である。図1の画素構成は、1つのフォトダイオード11と、3つのMOSトランジスタ、すなわち転送トランジスタ12、リセットトランジスタ13及び増幅トランジスタ14とから単位画素15が形成される。   FIG. 1 shows an example of a pixel configuration applied to the solid-state imaging device of the present invention, that is, a CMOS image sensor. In this example, a unit pixel generally called a three-transistor type has a photodiode (PD) serving as a photoelectric conversion unit and three MOS transistors. In the pixel configuration of FIG. 1, a unit pixel 15 is formed from one photodiode 11 and three MOS transistors, that is, a transfer transistor 12, a reset transistor 13, and an amplification transistor 14.

フォトダイオード1のカソードは転送トランジスタ12を介して増幅トランジスタ114のゲートに接続される。増幅トランジスタ14に電気的に繋がったノードをフローティング・ディフージョンFDと呼ぶ。転送トランジスタ12はフォトダイオード11とフローティング・ディフージョンFDとの間に接続され、ゲートに転送パルスを印加する転送パルス配線16が接続される。リセットトランジスタ13はそのソースがフローティング・ディフージョンFDに接続され、そのドレインがドレイン端子tdに接続され、ゲートがリセットパルスを印加するリセットパルス配線17に接続される。増幅トランジスタ14はそのドレインがドレイン端子tdに接続され、ソースが垂直信号線(配線)18に接続される。CMOSイメージセンサでは、この単位画素15が複数、2次元的に配列されて成る。   The cathode of the photodiode 1 is connected to the gate of the amplification transistor 114 through the transfer transistor 12. A node electrically connected to the amplification transistor 14 is referred to as a floating diffusion FD. The transfer transistor 12 is connected between the photodiode 11 and the floating diffusion FD, and a transfer pulse wiring 16 for applying a transfer pulse to the gate is connected. The reset transistor 13 has a source connected to the floating diffusion FD, a drain connected to the drain terminal td, and a gate connected to a reset pulse wiring 17 that applies a reset pulse. The amplification transistor 14 has a drain connected to the drain terminal td and a source connected to the vertical signal line (wiring) 18. In the CMOS image sensor, a plurality of unit pixels 15 are two-dimensionally arranged.

画素の選択・非選択の区別はフローティング・ディフージョンFDの電位(FD電位という)によってなされる。選択行ではFD電位が非選択画素よりも高くなっている。このCMOSイメージセンサにおいて、ドレイン端子tdは電圧が可変であり、パルスでローレベルとハイレベルに変化することが特徴である。   The distinction between pixel selection and non-selection is made by the potential of the floating diffusion FD (referred to as FD potential). In the selected row, the FD potential is higher than that of the non-selected pixel. This CMOS image sensor is characterized in that the drain terminal td has a variable voltage and changes between a low level and a high level by a pulse.

図2に、本発明の固体撮像装置、すなわちCMOSイメージセンサに適用される画素構成の他の例を示す。本例は4トランジスタ型といわれる単位画素内に光電変換部となるフォトダイオード(PD)と4つのMOSトランジスタを有した場合である。図2の画素構成は、1つのフォトダイオード11と、4つのMOSトランジスタ、すなわち転送トランジスタ12、リセットトランジスタ13、増幅トランジスタ14及び選択トランジスタ19とから単位画素15が形成される。この画素構成では、図1の画素構成において、さらに増幅トランジスタ14のソースに選択トランジスタ19のドレインが接続され、選択トランジスタ19のソースに垂直信号線(配線)18が接続される。その他の接続関係は図1と同様である。この4トランジスタ型の画素構成では、ドレイン端子tdの電圧が常にハイレベルに固定されており、画素の選択・非選択の区別は選択トランジスタ19のオン、オフで決定される。   FIG. 2 shows another example of a pixel configuration applied to the solid-state imaging device of the present invention, that is, a CMOS image sensor. In this example, a photodiode (PD) serving as a photoelectric conversion unit and four MOS transistors are provided in a unit pixel called a four-transistor type. In the pixel configuration of FIG. 2, a unit pixel 15 is formed from one photodiode 11 and four MOS transistors, that is, a transfer transistor 12, a reset transistor 13, an amplification transistor 14, and a selection transistor 19. In this pixel configuration, in the pixel configuration of FIG. 1, the drain of the selection transistor 19 is further connected to the source of the amplification transistor 14, and the vertical signal line (wiring) 18 is connected to the source of the selection transistor 19. Other connection relationships are the same as those in FIG. In this four-transistor pixel configuration, the voltage at the drain terminal td is always fixed at a high level, and whether the pixel is selected or not is determined by whether the selection transistor 19 is on or off.

次に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちCMOSイメージセンサの画素配列の実施の形態を説明する。本発明の実施の形態では、図1及び図2で説明された画素15が2次元的に配列されて成る。
図3に、本発明に係るCMOSイメージセンサの画素配列の一実施の形態を示す。本実施の形態は、模式的に方形をなす画素15が水平方向及び垂直方向に対して45度ずらして斜め配列して構成される。すなわち、水平方向及び垂直方向に所定ピッチa及びbで配列された第1画素15Aのグループと、第1画素1Aのグループに対して水平方向及び垂直方向共に前記ピッチa,bの1/2ピッチ(a/2,b/2)ずらした第2画素15Bのグループとが配列される。
Next, an embodiment of a pixel array of a solid-state imaging device, that is, a CMOS image sensor according to the present invention will be described. In the embodiment of the present invention, the pixels 15 described in FIGS. 1 and 2 are two-dimensionally arranged.
FIG. 3 shows an embodiment of a pixel array of a CMOS image sensor according to the present invention. The present embodiment is configured by obliquely arranging pixels 15 having a square shape with a 45 degree shift with respect to the horizontal direction and the vertical direction. That is, a group of the first pixels 15A arranged at predetermined pitches a and b in the horizontal direction and the vertical direction, and a half pitch of the pitches a and b in both the horizontal direction and the vertical direction with respect to the group of the first pixels 1A. A group of second pixels 15B shifted by (a / 2, b / 2) is arranged.

換言すれば、図3の画素配列は、前述の図 の画素が2次元正方状にアレー展開している画素配列から、45度の倍数の角度を回転させたような配列である。この場合、水平方向のピッチ(a/2)は画素の水平方向のサイズaの1/2とし、また垂直方向のピッチ(b/2)は画素の垂直方向のサイズbの1/2となるように配列される(以下、斜め画素ずらし配列という)。   In other words, the pixel array in FIG. 3 is an array obtained by rotating an angle that is a multiple of 45 degrees from the pixel array in which the pixels in the above-described figure are arrayed in a two-dimensional square shape. In this case, the horizontal pitch (a / 2) is ½ of the horizontal size a of the pixel, and the vertical pitch (b / 2) is ½ of the vertical size b of the pixel. (Hereinafter referred to as an oblique pixel shift arrangement).

図4に、本発明に係るCMOSイメージセンサの画素配列の他の実施の形態を示す。本実施の形態は、模式的に方形をなす画素15が水平方向及び垂直方向に配列されるも、1行置きに画素15の水平方向のサイズcの1/2だけずれるように配列される(以下、行画素ずらし配列という)。   FIG. 4 shows another embodiment of the pixel array of the CMOS image sensor according to the present invention. In the present embodiment, the pixels 15 having a square shape are arranged in the horizontal direction and the vertical direction, but are arranged so as to be shifted by 1/2 of the horizontal size c of the pixels 15 every other row ( Hereinafter, this is referred to as a row pixel shift array).

図5に、本発明に係るCMOSイメージセンサの画素配列の更に他の実施の形態を示す。本実施の形態は、模式的に方形をなす画素15が水平方向及び垂直方向に配列されるも、1列置きに画素15の垂直方向のサイズdの1/2だけずれるように配列される(以下、列画素ずらし配列という)。
図3〜図5の画素配列を総称してずらし配列と呼ぶことにする。
FIG. 5 shows still another embodiment of the pixel array of the CMOS image sensor according to the present invention. In the present embodiment, the pixels 15 having a square shape are arranged in the horizontal direction and the vertical direction, but are arranged so as to be shifted by ½ of the vertical size d of the pixels 15 every other column ( Hereinafter, it is referred to as a column pixel shift array).
The pixel arrays in FIGS. 3 to 5 are collectively referred to as a shifted array.

これらの図3〜図5の画素配列の特徴は、全て同じレイアウトの画素15を繰り返し配列してアレイ状に展開している点である。逆にいうと、本実施の形態での画素配列は、2つのレイアウトの異なる画素、あるいはあるレイアウトAよりなる画素グループに対してレイアウトは同じであるが回転させたレイアウトA′よりなる別の画素グループが、画素サイズの半分のピッチでずらされた、2つの画素グループによる構成ではない。   A feature of these pixel arrays in FIGS. 3 to 5 is that the pixels 15 having the same layout are all repeatedly arranged and developed in an array. In other words, the pixel arrangement in the present embodiment is different in two layouts, or another pixel having the same layout but a rotated layout A ′ with respect to a pixel group having a layout A. The group is not configured by two pixel groups that are shifted by a half pitch of the pixel size.

本発明の実施の形態に係る配線レイアウトでは、図3〜図5の画素配列ともに適用可能である。以下に、図3の斜め画素ずらし配列を適用した場合を中心に本発明に係る配線レイアウトを有するCMOSイメージセンサの実施の形態を説明する。   In the wiring layout according to the embodiment of the present invention, the pixel arrangements shown in FIGS. 3 to 5 can be applied. In the following, an embodiment of a CMOS image sensor having a wiring layout according to the present invention will be described, focusing on the case where the oblique pixel shifting arrangement of FIG. 3 is applied.

本発明の第1実施の形態に係るCMOSイメージセンサ21は、図6に示すように、画素15を斜め画素ずらし配列した構成において、同一垂直線上に画素中心を有する複数の画素15が垂直信号線18及びウェル電位供給配線22を共有し、同一水平線上に画素中心を有する複数の画素15が画素トランジスタのゲートパルス配線を共有して構成される。すなわち、斜線の画素15bに注目すると、信号をカラム信号処理回路に伝える垂直信号線18を、図6において画素15bの真上、真下の各画素15a,15cで共有させる。また、ウェル電位を安定化させるためのウェル電位供給配線22も、同様に画素15bの真上と真下の各画素15a,15cと共有させる。   As shown in FIG. 6, in the CMOS image sensor 21 according to the first embodiment of the present invention, a plurality of pixels 15 having pixel centers on the same vertical line are arranged as vertical signal lines in a configuration in which the pixels 15 are arranged obliquely. 18 and the well potential supply wiring 22 are shared, and a plurality of pixels 15 having the pixel center on the same horizontal line are configured to share the gate pulse wiring of the pixel transistor. That is, paying attention to the hatched pixel 15b, the vertical signal line 18 for transmitting a signal to the column signal processing circuit is shared by the pixels 15a and 15c directly above and below the pixel 15b in FIG. Similarly, the well potential supply wiring 22 for stabilizing the well potential is also shared by the pixels 15a and 15c directly above and below the pixel 15b.

それぞれの真上と真下の画素でこれらの配線18、22を共有することで、画素15bの真上と真下に存在する全ての画素、すなわち画素中心を通る垂直線上に存在する全ての画素15が同じ垂直信号線18とウェル電位供給配線22を共有することになる。   By sharing these wirings 18 and 22 between the pixels directly above and directly below, all the pixels existing directly above and below the pixel 15b, that is, all the pixels 15 existing on the vertical line passing through the pixel center can be obtained. The same vertical signal line 18 and well potential supply wiring 22 are shared.

一方、3トランジスタ型の画素を配列した場合は、転送トランジスタのゲートに電圧を印加する転送パルス配線16、リセットトランジスタのゲートに電圧を印加するリセットパルス配線17を、4トランジスタ型の画素を配列した場合は、さらに選択トランジスタのゲートに電圧を印加する選択パルス配線19を、図6において画素15bの真右と真左の画素15e,15fと画素15dで共有させる。   On the other hand, when a three-transistor pixel is arranged, a transfer pulse wiring 16 for applying a voltage to the gate of the transfer transistor and a reset pulse wiring 17 for applying a voltage to the gate of the reset transistor are arranged in a four-transistor pixel. In this case, the selection pulse wiring 19 for applying a voltage to the gate of the selection transistor is shared by the pixels 15e, 15f and 15d on the right and left of the pixel 15b in FIG.

それぞれの真右と真左の画素でこれらのゲートパルス配線を共有することで、画素15bの真右と真左に存在する全ての画素、すなわち画素15bの画素中心を通る水平線上に存在する全ての画素15が同じ転送パルス配線16、リセットパルス配線17、あるいは同じ転送パルス配線16、リセットパルス配線17、選択パルス配線19を共有することになる。   By sharing these gate pulse wirings with the respective right and left pixels, all the pixels existing right and right of the pixel 15b, that is, all existing on the horizontal line passing through the pixel center of the pixel 15b. The pixels 15 share the same transfer pulse wiring 16, reset pulse wiring 17, or the same transfer pulse wiring 16, reset pulse wiring 17, and selection pulse wiring 19.

電源配線は隣接の仕方に関係なく全画素15で共有させる。電源配線は全面にメタルを形成するが、有効画素領域のフォトダイオード11上のみ開口されている。   The power supply wiring is shared by all the pixels 15 regardless of the adjacent manner. The power supply wiring forms metal on the entire surface, but is opened only on the photodiode 11 in the effective pixel region.

ここで、ウェル電位供給配線について説明する。CMOSイメージセンサにおいて、画素をアレイ状に多数配列した画素領域は、第1導電型の半導体基板に第2導電型の半導体ウェル領域に形成されている。この半導体ウェル領域には、基準電位となるグランド(GND)電位、いわゆるウェル電位が供給されるが、画素領域内で場所によりウェル電位が異なることを避けるために、各画素内にウェル電位供給配線22と接続するウェルコンタクトを設けるようにしている。   Here, the well potential supply wiring will be described. In a CMOS image sensor, a pixel region in which a large number of pixels are arranged in an array is formed in a second conductivity type semiconductor well region on a first conductivity type semiconductor substrate. A ground (GND) potential serving as a reference potential, that is, a well potential, is supplied to the semiconductor well region. To prevent the well potential from being different depending on the location in the pixel region, a well potential supply wiring is provided in each pixel. A well contact to be connected to 22 is provided.

第1実施の形態に係るCMOSイメージセンサによれば、斜め画素ずらし配列した構成において、同一垂直線上に画素中心を有する複数の画素15a,15b,15cに垂直信号線18及びウェル電位供給配線22を共有するようにレイアウトし、同一水平線上に画素中心を有する複数の画素15d,15b,15e,15fに各トランジスタのゲートパルス配線16、17、19を共有するようにレイアウトすることにより、微細化されてもフォトダイオード(PD)の開口を避けた配線レイアウトが可能になり、飽和信号量や感度などの画素特性を損失させずに効率のよい配線レイアウトができる。   In the CMOS image sensor according to the first embodiment, the vertical signal line 18 and the well potential supply wiring 22 are provided to the plurality of pixels 15a, 15b, and 15c having the pixel center on the same vertical line in the configuration in which the pixels are arranged obliquely. By laying out so as to be shared and laying out such that the gate pulse wirings 16, 17, and 19 of each transistor are shared by a plurality of pixels 15d, 15b, 15e, and 15f having the pixel center on the same horizontal line, it is miniaturized. However, a wiring layout that avoids opening of the photodiode (PD) is possible, and an efficient wiring layout can be achieved without losing pixel characteristics such as the saturation signal amount and sensitivity.

したがって、このような配線レイアウトにより、図 のようなジグザグ配線に比べてゲートパルス配線16、17、19の抵抗、配線による寄生容量が低減し、能力の小さい駆動回路で駆動することができ、実施する上で有利となる。   Therefore, with such a wiring layout, the resistance of the gate pulse wirings 16, 17, and 19 and the parasitic capacitance due to the wiring are reduced as compared with the zigzag wiring as shown in the figure, and the driving can be performed with a driving circuit having a small capacity. This is advantageous.

図7に、上述の図6の第1実施の形態の画素配列及び配線レイアウトによるCMOSイメージセンサ21を用いたときの、信号読出しの駆動方法の一例を示す。本実施の形態の駆動方法は、隣接する2行の画素行L1,L2を同時に垂直信号線に読み出す。そして、画素行L1に対応した各画素15Aの信号は垂直信号線18Aを通して図7の下側(矢印方向)に読み出す。また、画素行L2に対応した各画素15Bの信号は垂直信号線18Bを通して図7の上側(矢印方向)に読み出す。   FIG. 7 shows an example of a signal readout driving method when the CMOS image sensor 21 having the pixel arrangement and the wiring layout of the first embodiment shown in FIG. 6 is used. In the driving method of the present embodiment, two adjacent pixel rows L1 and L2 are simultaneously read out to the vertical signal line. Then, the signal of each pixel 15A corresponding to the pixel row L1 is read out downward (in the direction of the arrow) in FIG. 7 through the vertical signal line 18A. Further, the signal of each pixel 15B corresponding to the pixel row L2 is read out upward (in the direction of the arrow) in FIG. 7 through the vertical signal line 18B.

本実施の形態の駆動方法によれば、斜め画素配列において2行ずつ同時に読み出すことができる。しかも、隣り合う画素列は互いに上下反対側に読み出すので、微細化が進んでも各画素列にも設けるカラム信号処理回路は2列分の余裕をもってレイアウトすることができる。これは製造を容易にする。   According to the driving method of the present embodiment, two rows can be read simultaneously in the diagonal pixel array. In addition, since the adjacent pixel columns are read in the opposite directions, the column signal processing circuit provided in each pixel column can be laid out with a margin of two columns even if miniaturization progresses. This facilitates manufacturing.

次に、本発明の第2実施の形態に係るCMOSイメージセンサを説明する。
CMOSイメージセンサの画素領域では、第1導電型、例えばn型のシリコン半導体基板に第2導電型、例えばp型の半導体ウェル領域が形成され、このp型半導体ウェル領域にフォトダイオード及び複数のMOSトランジスから成る画素が多数アレイ状に形成され、更に基板上に層間絶縁膜を介して多層配線、本例では基板側から1層目メタル、2層目メタル、3層目メタルによる上述の配線が形成されて成る。
Next, a CMOS image sensor according to a second embodiment of the present invention will be described.
In the pixel region of the CMOS image sensor, a second conductivity type, for example, a p-type semiconductor well region is formed on a first conductivity type, for example, an n-type silicon semiconductor substrate, and a photodiode and a plurality of MOSs are formed in the p-type semiconductor well region. A number of pixels made of transistors are formed in an array, and further, multilayer wiring is formed on the substrate via an interlayer insulating film. In this example, the above-described wiring by the first-layer metal, second-layer metal, and third-layer metal is formed from the substrate side. Formed.

本発明の第2実施の形態では、図6で説明した第1実施の形態において、各配線を形成するメタル層を特定して構成する。すなわち、図1のフローティング・ディフージョン(FD)の電位で選択、非選択が決まる3トランジスタ型の画素を配列した場合には、垂直信号線118とウェル電位供給配線22を第1層目メタルで形成し、転送パルス配線16、リセットパルス配線17を第2層目メタルで形成し、電源パルス配線(図示せず)を第3層目メタルで形成するようにして、各配線のレイアウトを行う。
また、図2の選択トランジスタで選択、非選択をする4トランジスタ型の画素を配列した場合には、垂直信号線118とウェル電位供給配線22を第1層目メタルで形成し、転送パルス配線16、リセットパルス配線17及び選択パルス配線19を第2層目メタルで形成し、電源供給配線(図示せず)を第3層目メタルで形成するようにして、各配線のレイアウトを行う。
In the second embodiment of the present invention, the metal layer forming each wiring is specified and configured in the first embodiment described with reference to FIG. That is, when the three-transistor type pixels that are selected or not selected by the potential of the floating diffusion (FD) in FIG. 1 are arranged, the vertical signal line 118 and the well potential supply wiring 22 are made of the first layer metal. Then, the transfer pulse wiring 16 and the reset pulse wiring 17 are formed of the second layer metal, and the power supply pulse wiring (not shown) is formed of the third layer metal, thereby laying out each wiring.
2 is arranged, the vertical signal line 118 and the well potential supply wiring 22 are formed of the first layer metal, and the transfer pulse wiring 16 is formed. Then, the reset pulse wiring 17 and the selection pulse wiring 19 are formed of the second layer metal, and the power supply wiring (not shown) is formed of the third layer metal, thereby laying out each wiring.

各層のメタルは例えばAlあるいはCuを用いることができる。さらに、フローティング・ディフージョン(FD)と増幅トランジスタのゲートを接続する配線を、第1層目メタルで形成することが望ましい。   For example, Al or Cu can be used as the metal of each layer. Furthermore, it is desirable to form the wiring connecting the floating diffusion (FD) and the gate of the amplification transistor with the first layer metal.

微細プロセスは配線が細くなることによる配線抵抗の増大という問題が生じるが、それに合わせてメタル層間を接続するコンタクト部も小さくなるので、コンタクト抵抗も増大する。そこで、画素からの信号をカラム信号処理回路に伝える垂直信号線18と、グランド(GND)電位を供給するウェル電位供給配線22は、負荷(RC時定数)を軽くするために第1層目メタルにてレイアウトするのが望ましい。   Although the fine process has a problem that the wiring resistance increases due to the thinning of the wiring, the contact portion connecting the metal layers is also reduced accordingly, and the contact resistance is also increased. Therefore, the vertical signal line 18 for transmitting the signal from the pixel to the column signal processing circuit and the well potential supply wiring 22 for supplying the ground (GND) potential are provided in the first layer metal in order to reduce the load (RC time constant). It is desirable to lay out.

ウェル電位供給配線の負荷が重い場合、微細プロセスではウェル領域の抵抗に対して配線とコンタクト抵抗が無視できなくなり、例えば3トランジスタ型の画素を配列したイメージセンサでは、電源パルスを印加したときにカップリングでウェル基準電位がゆれて、シェーディングなどの画質劣化を引き起こすので注意が必要である。   When the load of the well potential supply wiring is heavy, the wiring and contact resistance cannot be ignored with respect to the resistance of the well region in a fine process. For example, in an image sensor in which three-transistor pixels are arranged, a cup is applied when a power pulse is applied. Care must be taken because the well reference potential is fluctuated by the ring, causing deterioration of image quality such as shading.

続いて各トランジスタのゲートに電圧を印加する各配線16、17、4トランジスタの場合はさらにゲート配線19を、第2層目メタルを用いてレイアウトし、全画素15に共通の電源配線を第3層目メタルでレイアウトする。第3層目メタルは、いわゆる有効画素領域のフォトダイオード11に対応する部分を開口させる必要がある。   Subsequently, in the case of each of the wirings 16, 17, and 4 transistors for applying a voltage to the gate of each transistor, the gate wiring 19 is further laid out using the second layer metal, and the third power supply wiring common to all the pixels 15 is provided. Lay out with layer metal. The third layer metal needs to open a portion corresponding to the photodiode 11 in the so-called effective pixel region.

第2実施の形態に係るCMOSイメージセンサによれば、垂直信号線18とウェル電位供給配線22を第1層目メタルで形成することにより、コンタクト抵抗を含めた配線に係わる抵抗の増加を最小限に抑えることができ、配線による負荷を低減することができる。特に上記ウェル電位供給配線22に起因したシェーディングなどの画質劣化を回避することができる。   According to the CMOS image sensor of the second embodiment, the vertical signal line 18 and the well potential supply wiring 22 are formed of the first layer metal, thereby minimizing an increase in resistance related to the wiring including the contact resistance. The load due to wiring can be reduced. In particular, image quality deterioration such as shading caused by the well potential supply wiring 22 can be avoided.

次に、本発明の第3実施の形態に係るCMOSイメージセンサを説明する。
本発明の第3実施の形態では、前述した第1、第2実施の形態の画素配列において、各配線、すなわち垂直信号線18、ウェル電位供給配線22、転送パルス配線16、リセットパルス配線17、選択パルス配線19を、各画素15のフォトダイオード(PD)の開口部に入らないように、略隣接する画素15の境界に近いところにレイアウトする。図8に、上下方向の配線31、32のみを模式的に示しているが、左右方向の配線(転送パルス配線、リセットパルス配線、選択パルス配線)も同様にフォトダイオード上を避けて隣接画素の境界に近いところにレイアウトされる。配線の共有のさせ方は前述したように、あくまでも、ある画素の真上と真下、あるいは真左と真右の隣接画素間のみである。ここで、配線31は画素15a,15b及び15cに接続され、配線32は画素15r,15s,15t及び15uに接続されている。各配線31、32は、それぞれが上述した垂直信号線18及びウェル電位供給配線22を代表して表している。
Next, a CMOS image sensor according to a third embodiment of the invention will be described.
In the third embodiment of the present invention, each wiring, that is, the vertical signal line 18, the well potential supply wiring 22, the transfer pulse wiring 16, the reset pulse wiring 17, in the pixel array of the first and second embodiments described above, The selection pulse wiring 19 is laid out at a position close to the boundary between adjacent pixels 15 so as not to enter the photodiode (PD) opening of each pixel 15. FIG. 8 schematically shows only the wirings 31 and 32 in the vertical direction, but the wirings in the horizontal direction (transfer pulse wiring, reset pulse wiring, and selection pulse wiring) are similarly avoided on the photodiode to avoid adjacent pixels. It is laid out near the boundary. As described above, the wiring is shared only between adjacent pixels directly above and below a certain pixel or between right and left. Here, the wiring 31 is connected to the pixels 15a, 15b and 15c, and the wiring 32 is connected to the pixels 15r, 15s, 15t and 15u. Each of the wirings 31 and 32 represents the vertical signal line 18 and the well potential supply wiring 22 as described above.

このように各配線(代表的に配線31、32)がフォトダイオード(PD)の開口部を避けてレイアウトすることにより、感度低下やメタル配線に光が当たって乱反射して起こる混色を防止することができる。   In this way, each wiring (typically, the wirings 31 and 32) is laid out so as to avoid the opening of the photodiode (PD), thereby preventing a reduction in sensitivity and color mixing caused by light reflection on the metal wiring and irregular reflection. Can do.

一方、このような配線レイアウトを行うと、図8中の点線円33で示したように、ある分で配線が密集する。その結果、特にカップリングし易い場所になることが予想される。特に、図8で示す配線31、32が垂直信号線の場合には、カップリングが存在すると、出力の大きい信号が出力の小さい方にカップリングし、正常な場合と比較してより大きい出力を出す場合がある。暗時では白点を発生している画素以外の正常な画素からも白点が検出されることがあり、問題となる。   On the other hand, when such a wiring layout is performed, as shown by the dotted circle 33 in FIG. As a result, it is expected to be a place where coupling is particularly easy. In particular, in the case where the wirings 31 and 32 shown in FIG. 8 are vertical signal lines, if there is coupling, a signal with a large output is coupled to a smaller output, and a larger output is obtained as compared with a normal case. May be issued. In the dark, white spots may be detected from normal pixels other than the pixels generating white spots, which is a problem.

この問題を回避するために、本実施の形態では、特に配線31、32が垂直信号線の場合には、点線円33の配線密集部において、隣接配線31及び32間で信号の伝達を阻止シールド層又は別配線を形成する。例えば図9Aに示すように、配線31及び32の間に信号伝達を阻止する導電層(配線)、例えばシールドとなるメタル層35を挟むようにするか、あるいは図9Bに示すように、配線31及び32の間に他の配線36を挟むように構成する。間に挟まれる配線36は、カップリングに敏感でない方を用いる。例えば、電源線、グランド線、その他の信号線に絡まない配線を選ぶ。上下方向には垂直信号線の他にウェル電位供給配線がレイアウトされているので、配線36としてこのグランド(GND)電位となるウェル電位供給配線を隣接する垂直信号線間に挟むことも有効である。   In order to avoid this problem, in the present embodiment, especially when the wirings 31 and 32 are vertical signal lines, a signal shielding between the adjacent wirings 31 and 32 is prevented in the wiring dense part of the dotted circle 33. A layer or another wiring is formed. For example, as shown in FIG. 9A, a conductive layer (wiring) that prevents signal transmission, for example, a metal layer 35 that serves as a shield, is sandwiched between the wirings 31 and 32, or as shown in FIG. And 32 so that another wiring 36 is sandwiched between them. The wiring 36 sandwiched between them uses the one that is not sensitive to coupling. For example, a wiring that does not entangle with a power line, a ground line, or other signal lines is selected. Since the well potential supply wiring is laid out in the vertical direction in addition to the vertical signal line, it is also effective to sandwich the well potential supply wiring serving as the ground (GND) potential between the adjacent vertical signal lines as the wiring 36. .

勿論、図9A,Bのレイアウトは、左右方向に配置されている配線に対しても同様に有効である。また、第3層目メタルにてレイアウトされている電源配線から画素領域の半導体基板にコンタクトするために、第3層目メタルから第2層目メタル、第1層目メタルへとコンタクトを落として行くが、その電源配線からコンタクトを取った第1層目のメタル層を利用しても良い。その他のより上層から画素領域(画素アクティブ領域)にコンタクトさせる際に経由するメタル層を用いてもよい。   Of course, the layouts of FIGS. 9A and 9B are also effective for the wiring arranged in the left-right direction. Further, in order to contact the power supply wiring laid out in the third layer metal to the semiconductor substrate in the pixel region, the contact is dropped from the third layer metal to the second layer metal and the first layer metal. However, the first metal layer contacted from the power supply wiring may be used. A metal layer that is used when contacting the pixel region (pixel active region) from another upper layer may be used.

図1及び図2の等価回路で示すフローティング・ディフージョン(FD)と増幅トランジスタ14のゲート間は、前述したように第1層目メタルによる配線で接続される。フローティング・ディフージョン(FD)に印加される電位は増幅トランジスタ14を介して接続された垂直信号線18に出力される信号と同期した変化をする。この接続配線も垂直信号線に含めることができる。従って、配線密集部33において、ある画素列の垂直信号線32に隣接して他の画素列のフローティング・ディフージョン(FD)と増幅トランジスタのゲート間の接続配線37が存在すると(図10参照)、垂直信号線32と接続配線37間のカップリングが接続配線37を介して垂直信号線31に伝達する。   As described above, the floating diffusion (FD) shown in the equivalent circuit of FIGS. 1 and 2 and the gate of the amplification transistor 14 are connected by the wiring of the first layer metal. The potential applied to the floating diffusion (FD) changes in synchronization with the signal output to the vertical signal line 18 connected via the amplification transistor 14. This connection wiring can also be included in the vertical signal line. Accordingly, in the wiring dense portion 33, if there is a connection wiring 37 between the floating diffusion (FD) of another pixel column and the gate of the amplification transistor adjacent to the vertical signal line 32 of a certain pixel column (see FIG. 10). The coupling between the vertical signal line 32 and the connection wiring 37 is transmitted to the vertical signal line 31 through the connection wiring 37.

本実施の形態においては、図10に示すように、配線密集部33において、隣接する垂直信号線32と接続配線37との間に、前述したシールド層35あるいは信号伝達を阻止する別の配線をレイアウトする。   In the present embodiment, as shown in FIG. 10, in the wiring dense portion 33, the shield layer 35 described above or another wiring for preventing signal transmission is provided between the adjacent vertical signal line 32 and the connection wiring 37. Layout.

第3実施の形態によれば、各配線をフォトダイオード(PD)の開口部を避けてレイアウトすることにより、飽和信号量や感度、混色防止等の画素特性を向上することができる。また、微細化に伴って隣接画素の配線が一か所で密集する場合においても、その配線間にシールド層、あるいは別の配線を挟むように構成することにより、カップリングに起因した上述の問題を回避することができる。   According to the third embodiment, pixel characteristics such as saturation signal amount, sensitivity, and color mixing prevention can be improved by laying out each wiring while avoiding the opening of the photodiode (PD). In addition, even when the wiring of adjacent pixels is concentrated in one place due to miniaturization, the above-mentioned problem caused by coupling can be obtained by sandwiching a shield layer or another wiring between the wirings. Can be avoided.

上例では、本発明を図3に示す斜め画素ずらし配列に適用したが、その他、図4の行画素ずらし配列及び図5の列画素ずらし配列にも同様に適用することができる。図11、図12にそれぞれの配線レイアウトを示す。詳細説明は省略するが、上述の実施の形態と同様の効果を奏する。   In the above example, the present invention is applied to the diagonal pixel shift arrangement shown in FIG. 3, but can be similarly applied to the row pixel shift arrangement of FIG. 4 and the column pixel shift arrangement of FIG. 11 and 12 show the respective wiring layouts. Although detailed description is omitted, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained.

なお、本発明の実施の形態に係る画素ずらし配列は、上述の実施の形態において説明した画素の水平・垂直方向サイズの1/2ピッチずらし(図3参照)、画素の水平方向サイズの1/2ピッチずらし(図4参照)、あるいは画素の垂直方向サイズの1/2ピッチずらし(図5参照)、に限定されるものではなく、それぞれ水平・垂直方向、水平方向、あるいは垂直方向に所定の距離でずらされている配列であってもよい。   It should be noted that the pixel shift arrangement according to the embodiment of the present invention is shifted by 1/2 pitch of the horizontal / vertical direction size of the pixel described in the above embodiment (see FIG. 3), and 1 / of the horizontal size of the pixel. It is not limited to shifting by 2 pitches (see FIG. 4) or shifting by 1/2 pitch of the vertical size of the pixels (see FIG. 5), but it is predetermined in the horizontal / vertical direction, horizontal direction, or vertical direction, respectively. The arrangement may be shifted by a distance.

また、本発明の実施の形態に係る画素の配列としては、画素内のフォトダイオード、各トランジスタの配置、垂直信号線を含む各配線の向きなどが全て同じレイアウトである画素を、繰り返し配列しているものに限らず、いわゆる画素が周期構造で配列されていてもよい。例えば、複数画素を組みとしてこの画素の組が周期的には配列されていてもよい。例えば隣り合う2つの画素が画素内のレイアウトを対象的に配置されているときに、その2画素を組として周期的に配列されていてもよい。この場合、隣り合う2つの画素が、それぞれフォトダイオード、複数のトランジスタを備えた構成、あるいは複数のトランジスタのうち所要のトランジスタを共有した構成としてもよい。   In addition, the pixel arrangement according to the embodiment of the present invention is such that pixels having the same layout in the photodiode, the arrangement of each transistor, the direction of each wiring including the vertical signal line, etc. are repeatedly arranged. The pixel is not limited to this, and so-called pixels may be arranged in a periodic structure. For example, a set of a plurality of pixels may be periodically arranged. For example, when two adjacent pixels are arranged so as to target the layout in the pixel, the two pixels may be periodically arranged as a set. In this case, two adjacent pixels may have a configuration including a photodiode and a plurality of transistors, or a configuration in which a required transistor among a plurality of transistors is shared.

すなわち、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置は、光電変換部であるフォトダイオードと複数のトランジスタとを含む画素が複数配列された撮像領域を有し、画素が行列の格子点から交互に水平方向及び/又は垂直方向にずれて配置されると共に、同じ周期構造で配列され、垂直方向に並ぶ複数の画素が出力信号線及びウェル電位供給線を共有し、水平方向に並ぶ複数の画素が複数のトランジスタに含まれる所定のトランジスタのゲートパルス配線を共有した構成においても、適用することができる。この構成においても、上述の実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。   That is, the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention has an imaging region in which a plurality of pixels including photodiodes that are photoelectric conversion units and a plurality of transistors are arranged, and the pixels are alternately arranged from lattice points of the matrix. The plurality of pixels arranged in the horizontal direction and / or the vertical direction and arranged in the same periodic structure, and arranged in the vertical direction share the output signal line and the well potential supply line, and the plurality of pixels arranged in the horizontal direction The present invention can also be applied to a configuration in which gate pulse wirings of predetermined transistors included in a plurality of transistors are shared. Even in this configuration, the same effect as described in the above embodiment can be obtained.

上述した実施の形態によれば、従来実用化されている正方画素配列のCMOSイメージセンサと比較して解像度が向上する。また、同じピッチをもつ正方画素配列のCMOSイメージセンサと比較して同等以上の画素特性を得ることができる。そして、本実施の形態の配線レイアウトにより、画素ずらし配列のCMOSイメージセンサの実用化を可能にする。   According to the above-described embodiment, the resolution is improved as compared with a CMOS image sensor having a square pixel arrangement which has been conventionally used. In addition, compared with a square pixel array CMOS image sensor having the same pitch, the same or better pixel characteristics can be obtained. The wiring layout according to this embodiment makes it possible to put a CMOS image sensor having a pixel shift arrangement into practical use.

本発明に係る固体撮像装置に適用される単位画素の一例を示す等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram which shows an example of the unit pixel applied to the solid-state imaging device which concerns on this invention. 本発明に係る固体撮像装置に適用される単位画素の他の例を示す等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram which shows the other example of the unit pixel applied to the solid-state imaging device which concerns on this invention. 本発明に係る固体撮像装置の画素配列の一実施の形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one Embodiment of the pixel arrangement | sequence of the solid-state imaging device concerning this invention. 本発明に係る固体撮像装置の画素配列の他の実施の形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows other embodiment of the pixel arrangement | sequence of the solid-state imaging device which concerns on this invention. 本発明に係る固体撮像装置の画素配列の更に他の実施の形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows other embodiment of the pixel arrangement | sequence of the solid-state imaging device which concerns on this invention. 本発明に係る固体撮像装置の第1実施の形態の配線レイアウトを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the wiring layout of 1st Embodiment of the solid-state imaging device which concerns on this invention. 本発明に係る固体撮像装置の駆動方法の一実施の形態を示す概略図である。It is the schematic which shows one Embodiment of the drive method of the solid-state imaging device which concerns on this invention. 本発明に係る固体撮像装置の第3実施の形態の配線レイアウトを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the wiring layout of 3rd Embodiment of the solid-state imaging device which concerns on this invention. A,B 図8の要部の拡大図である。A, B It is an enlarged view of the principal part of FIG. 図8の要部の他の例の拡大図である。It is an enlarged view of the other example of the principal part of FIG. 本発明に係る固体撮像装置の他の実施の形態の配線レイアウトを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the wiring layout of other embodiment of the solid-state imaging device concerning this invention. 本発明に係る固体撮像装置の他の実施の形態の配線レイアウトを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the wiring layout of other embodiment of the solid-state imaging device concerning this invention. 斜め画素ずらし配列のCMOSイメージセンサの比較例を示す配線レイアウトの模式図である。It is a schematic diagram of the wiring layout which shows the comparative example of the CMOS image sensor of the diagonal pixel shifting arrangement | sequence. 従来のCMOSイメージセンサに係る正方画素配列を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the square pixel arrangement | sequence which concerns on the conventional CMOS image sensor.

符号の説明Explanation of symbols

11・・フォトダイオード、12・・転送トランジスタ、13・・リセットトランジスタ、14・・増幅トランジスタ、FD・・フローティング・ディフージョン部、15・・単位画素、16・・転送パルス配線、17・・リセットパルス配線、18・・垂直信号線、19・・選択トランジスタ、20・・選択パルス配線、21・・CMOSイメージセンサ、22・・ウェル電位供給配線、31、32・・配線、33・・配線密集部、35・・シールド層、36・・別配線、37・・接続配線   11 .. Photodiode, 12 .... Transfer transistor, 13 .... Reset transistor, 14 .... Amplification transistor, FD ..., Floating / Diffusion part, 15 .... Unit pixel, 16 .... Transfer pulse wiring, 17 .... Reset Pulse wiring, 18 ... vertical signal line, 19 ... selection transistor, 20 ... selection pulse wiring, 21 ... CMOS image sensor, 22 ... well potential supply wiring, 31, 32 ... wiring, 33 ... wiring dense 35, Shield layer, 36 ... Separate wiring, 37 ... Connection wiring

Claims (7)

光電変換部とトランジスタとからなる画素が、2次元的に水平方向及び/又は垂直方向にずらし配列され、
前記画素は同じレイアウトの繰り返しで配列され、
垂直方向に並ぶ複数の前記画素が、垂直信号線及びウェル電位供給配線を共有し、
水平方向に並ぶ複数の前記画素が、前記トランジスタのゲートパルス配線を共有している
ことを特徴とする固体撮像装置。
Pixels composed of photoelectric conversion units and transistors are two-dimensionally shifted and arranged in the horizontal direction and / or vertical direction,
The pixels are arranged by repeating the same layout,
A plurality of the pixels arranged in the vertical direction share a vertical signal line and a well potential supply wiring,
A plurality of the pixels arranged in the horizontal direction share the gate pulse wiring of the transistor.
前記垂直信号線及びウェル電位供給配線が第1層メタルで形成され、
前記トランジスタのゲートパルス配線が第2層メタルで形成され、
電源配線が第3層メタルで形成されている
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
The vertical signal line and the well potential supply wiring are formed of a first layer metal,
The gate pulse wiring of the transistor is formed of a second layer metal,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the power supply wiring is formed of a third layer metal.
前記画素のフローティング・ディフージョン部と増幅トランジスタのゲート部間を接続する配線が、第1層メタルで形成されている
ことを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 2, wherein a wiring connecting the floating diffusion portion of the pixel and the gate portion of the amplification transistor is formed of a first layer metal.
前記画素が斜め配列され、
互いに隣接する画素に接続された前記配線間に、信号の伝達を阻止するためのシールド層又は別配線が形成されている
ことを特徴とする請求項1、2又は3記載の固体撮像装置。
The pixels are arranged diagonally;
4. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a shield layer or another wiring for preventing signal transmission is formed between the wirings connected to adjacent pixels. 5.
互いに隣接する画素に接続された前記垂直信号線間に、信号の伝達を阻止するためのシールド層又は別配線が形成されている
ことを特徴とする請求項4記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 4, wherein a shield layer or a separate wiring for preventing signal transmission is formed between the vertical signal lines connected to adjacent pixels.
互いに隣接する画素に接続された前記垂直信号線とフローティング・ディフージョン部及び増幅トランジスタのゲート部間を接続する配線との間に、信号の伝達を阻止するためのシールド層又は別配線が形成されている
ことを特徴とする請求項4記載の固体撮像装置。
A shield layer or another wiring for preventing signal transmission is formed between the vertical signal line connected to the pixels adjacent to each other and the wiring connecting the floating diffusion portion and the gate portion of the amplification transistor. The solid-state imaging device according to claim 4.
光電変換部と複数のトランジスタとを含む画素が複数配列された撮像領域を有し、
前記画素は行列の格子点から交互に水平方向及び/又は垂直方向にずれて配置されると共に、同じ周期構造で配列され、
垂直方向に並ぶ複数の前記画素は、出力信号線及びウェル電位供給配線を共有し、
水平方向に並ぶ複数の前記画素は、前記複数のトランジスタに含まれる所定のトランジスタのゲートパルス配線を共有している
ことを特徴とする固体撮像装置。
An imaging region in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit and a plurality of transistors are arranged;
The pixels are alternately shifted from the lattice points of the matrix in the horizontal direction and / or the vertical direction, and arranged in the same periodic structure,
The plurality of pixels arranged in the vertical direction share an output signal line and a well potential supply wiring,
The solid-state imaging device, wherein the plurality of pixels arranged in a horizontal direction share gate pulse wirings of predetermined transistors included in the plurality of transistors.
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