JP2010259110A - Solid-state imaging sensor and solid-state imaging system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置及び固体撮像システムに関し、特に、デジタルカメラなどに用いられる固体撮像装置及び固体撮像システムに関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a solid-state imaging system, and more particularly to a solid-state imaging device and a solid-state imaging system used for a digital camera or the like.
従来、平面上に、複数の撮像レンズを備え、各撮像レンズにより撮像対象からの光を、光電変換素子を有する二次元センサなどに集光して、二次元センサなどからの出力信号を、画像処理部において処理して、画像を形成する固体撮像装置がある。 Conventionally, a plurality of imaging lenses are provided on a plane, and each imaging lens collects light from an imaging target on a two-dimensional sensor having a photoelectric conversion element, and outputs an output signal from the two-dimensional sensor, etc. There is a solid-state imaging device that forms an image by processing in a processing unit.
図1は、従来のMOS型撮像素子を備えた固体撮像装置の構成を示す模式図である。図1において、300はたとえばG,B,Rのカラーフィルタのいずれかを備えた画素、301は入射光を電荷に変換するフォトダイオード、307は変換された電荷が転送される浮遊拡散領域、302はフォトダイオード301の電荷を浮遊拡散領域307へ転送する転送スイッチ、303は電荷に基づく増幅信号を得るためのMOSトランジスタ、305はMOSトランジスタ303に電源VDからの電圧をかけるための選択スイッチ、306は増幅信号が読み出される垂直信号線、313は垂直信号線に増幅信号を読み出すための定電流源、304は増幅信号を読み出した後の浮遊拡散領域307及びフォトダイオード301の電位をリセットするために電源VRをかけるためのリセットスイッチである。なお、ここでは転送スイッチ302、リセットスイッチ304及び選択スイッチ305をMOSトランジスタで構成している。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a solid-state imaging device including a conventional MOS type imaging device. In FIG. 1,
また、図1において、312,314,315はそれぞれ転送スイッチ302,リセットスイッチ304及び選択スイッチ305のオン/オフをそれぞれ制御する転送パルス,リセットパルス及び選択パルスを伝送する転送パルス伝送線,リセットパルス伝送線及び選択パルス伝送線、931〜933は転送パルス伝送線312,リセットパルス伝送線314及び選択パルス伝送線315を伝送する転送パルス,リセットパルス及び選択パルスをそれぞれ生成する生成信号を入力する転送パルス生成信号入力端子,リセットパルス生成信号入力端子及び選択パルス生成信号入力端子、330は転送パルス生成信号入力端子931,リセットパルス生成信号入力端子932及び選択パルス生成信号入力端子933から入力される各生成信号とクロック信号PVに基づいて垂直シフトレジスタ906から出力される制御信号とを加算するANDゲートである。
In FIG. 1,
さらに、図1において、320a,320bは転送スイッチ302,リセットスイッチ304及び選択スイッチ305のスイッチング動作や転送スイッチ302等の製造ばらつきによって生じる固定パターンなどのノイズ信号をキャンセルするノイズキャンセル回路、323a,323bはノイズ信号を含む増幅信号を蓄積する増幅信号保持容量、スイッチ、324a,324bはノイズ信号を蓄積するノイズ信号保持容量、321a,321bは増幅信号を制御信号Ptnに従って増幅信号保持容量323a,323bへ送るスイッチ、322a,322bはノイズ信号を制御信号Ptsに従ってノイズ信号保持容量324a,324bへ送るスイッチ、325a,325bは増幅信号保持容量323a,323bに保持されている増幅信号をクロック信号PH1,PH2に基づいて水平シフトレジスタ911a,911bから出力される制御信号に従って外部へ出力するスイッチ、326a,326bはノイズ信号保持容量324a,324bに保持されているノイズ信号をクロック信号PH1,PH2に基づいて水平シフトレジスタ911a,911bから出力される制御信号に従って外部へ出力するスイッチ、327a,327bはノイズキャンセル回路320a,320bから出力された各信号を増幅する差動増幅器である。
Further, in FIG. 1,
なお、図1では、たとえば奇数列に配列されている画素300から読み出された信号は、水平シフトレジスタ911a側のノイズキャンセル回路320aへ送り、偶数列に配列されている画素300から読み出された信号は、水平シフトレジスタ911b側のノイズキャンセル回路320bへ送るようにしている。
In FIG. 1, for example, a signal read from the
また、図1には簡単のため画素300を4つ示したが、実際には、必要とする解像度や、撮像領域の面積に応じた数の画素が配列されている。さらに、画素列の数に応じた数のノイズキャンセル回路320a,320bが設けられている。なお、次に説明するように、ノイズキャンセル回路320a,320bは、実際には、2画素ピッチで配置されている。
Further, although four
図7(b)は、図1のノイズキャンセル回路320a,320bの上面のレイアウト図である。図7(a)は、図7(b)のA−A’間の断面図である。図7において、600はn型半導体基板、603はn型半導体基板600内に設けられたp型チャネルMOSトランジスタのソース−ドレインを形成する高濃度p型拡散領域、601はn型半導体基板600上に形成されたシリコン酸化膜(SiO2)、602はn型半導体基板100の電位をとるための高濃度n型拡散領域、604はp型チャネルMOSトランジスタのゲートを形成するポリシリコンなどからなる多結晶シリコン層(Poly−Si層)、606はアルミニウムなどからなる配線層(Al層)、605は配線層606と多結晶シリコン層102,高濃度n型拡散領域602又は高濃度p型拡散領域をそれぞれ電気的に接続するコンタクトホールである。
FIG. 7B is a layout diagram of the upper surfaces of the
なお、図1に示すノイズ信号保持容量324a,324bはCnで示し、増幅信号保持容量323a,323bはCsでそれぞれ示している。図面中のCs内の配線層606は、スイッチ321a,321bとスイッチ325a,325bとをそれぞれ接続しており、Cn内の配線層606は、スイッチ322a,322bとスイッチ326a,326bとをそれぞれ接続している。
The noise
図7に示すように、ノイズキャンセル回路320a,320bは、増幅信号保持容量Csとノイズ信号保持容量Cnとの各短手方向が、それぞれ1画素ピッチ内に納まるように配列している。増幅信号保持容量Csとノイズ信号保持容量Cnとのゲート長はたとえば3.5μm、ゲート幅はたとえば1100μmとしている。
As shown in FIG. 7, the
しかし、固体撮像装置は、近年、チップサイズの縮小、画素数の増加の傾向に伴って、画素サイズが縮小されつつある。画素サイズの縮小に伴い画素ピッチが短くなると、増幅信号保持容量Csとノイズ信号保持容量Cnとの各ゲート長が短くなる。 However, in recent years, the pixel size of the solid-state imaging device is being reduced along with the trend of reduction in chip size and increase in the number of pixels. When the pixel pitch is shortened as the pixel size is reduced, the gate lengths of the amplified signal holding capacitor Cs and the noise signal holding capacitor Cn are shortened.
ここで、ゲートを作成する際の加工精度のばらつきによって、ゲート長ばらつきΔLが生じるが、このゲート長ばらつきは各ゲート長が短くなるにつれて大きくなり、増幅信号保持容量Csとノイズ信号保持容量Cnとの容量値のばらつきが増大する。その結果、固体撮像装置の性能としては、列ごとの固定パターンノイズが増加してくることによって、画質が低下するという問題があった。 Here, the gate length variation ΔL is caused by the variation in processing accuracy when the gate is formed. The gate length variation becomes larger as each gate length becomes shorter, and the amplified signal holding capacitance Cs and the noise signal holding capacitance Cn The variation in the capacitance value increases. As a result, the performance of the solid-state imaging device has a problem that the image quality deteriorates due to an increase in fixed pattern noise for each column.
そこで、本発明は、複数の保持容量のレイアウトを工夫して、画質の低下を防止することを課題とする。 In view of the above, an object of the present invention is to devise a layout of a plurality of storage capacitors to prevent deterioration in image quality.
上記課題を解決するために、本発明は、水平方向及び垂直方向に複数配列された画素と、前記垂直方向の複数の画素毎に共通に接続される複数の垂直出力線と、1つの垂直出力線毎に設けられていて前記垂直出力線の信号を保持する複数の保持容量と、前記垂直出力線の信号が読み出される水平出力線とを有し、前記水平出力線は、前記画素領域を挟んで対向配置された第1及び第2の水平出力線を有し、前記複数の垂直出力線は、前記第1の水平出力線に信号を読み出す第1の垂直出力線群と、前記第2の水平出力線に信号を読み出す第2の垂直出力線群とを有し、前記複数の保持容量を前記垂直方向に配置したことを特徴とする。
本明細書に記載された発明の他の側面は、一方向に配列された複数の画素と、前記複数の画素からの信号が順次読み出される共通出力線と、前記複数の画素からの信号をそれぞれ前記共通出力線に読み出すための複数の読み出し手段と、前記画素と前記読み出し手段の間に設けられた複数の保持容量とを有し、前記複数の保持容量は、前記一方向に対して垂直な方向に配置したことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides a plurality of pixels arranged in a horizontal direction and a vertical direction, a plurality of vertical output lines commonly connected to the plurality of pixels in the vertical direction, and one vertical output. A plurality of storage capacitors that are provided for each line and hold a signal of the vertical output line; and a horizontal output line from which the signal of the vertical output line is read, the horizontal output line sandwiching the pixel region The first and second horizontal output lines are arranged opposite to each other, and the plurality of vertical output lines includes a first vertical output line group for reading a signal to the first horizontal output line, and the second And a second vertical output line group for reading a signal to a horizontal output line, and the plurality of storage capacitors are arranged in the vertical direction.
Another aspect of the invention described in this specification includes a plurality of pixels arranged in one direction, a common output line from which signals from the plurality of pixels are sequentially read, and a signal from the plurality of pixels, respectively. A plurality of readout means for reading out to the common output line; and a plurality of storage capacitors provided between the pixels and the readout means, wherein the plurality of storage capacitors are perpendicular to the one direction. It is arranged in the direction.
また、本明細書に記載された発明の更に他の側面は、水平方向及び垂直方向に複数配列された複数の画素と、前記垂直方向の複数の画素毎に共通に接続される複数の垂直出力線と、1つの垂直出力線毎に複数設けられた保持容量とを有し、1つの垂直出力線毎の複数の保持容量を垂直方向に配置したことを特徴とする。 According to still another aspect of the invention described in this specification, a plurality of pixels arranged in a plurality of horizontal and vertical directions and a plurality of vertical outputs commonly connected to each of the plurality of pixels in the vertical direction. And a plurality of storage capacitors provided for each vertical output line, and a plurality of storage capacitors for each vertical output line are arranged in the vertical direction.
さらに、本発明の好ましい実施形態は、各画素から読み出される信号を保持する保持容量を備えた固体撮像装置において、前記保持容量の短手方向の長さを、画素ピッチよりも長くすることを特徴とする。 Furthermore, in a preferred embodiment of the present invention , in a solid-state imaging device having a storage capacitor that stores a signal read from each pixel, the length of the storage capacitor in the short direction is longer than the pixel pitch. And
また、本発明の好ましい実施形態は、各画素から読み出される第1信号及び第2信号をそれぞれ保持する第1保持容量及び第2保持容量を備えた固体撮像装置において、前記第1保持容量及び前記第2保持容量の短手方向の長さを、画素ピッチよりも長くすることを特徴とする。 In a preferred embodiment of the present invention , in the solid-state imaging device including a first storage capacitor and a second storage capacitor that respectively hold a first signal and a second signal read from each pixel, the first storage capacitor and the second storage capacitor The length of the second storage capacitor in the short direction is longer than the pixel pitch.
さらに、本発明の固体撮像システムは、上記固体撮像装置と、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。 Furthermore, a solid-state imaging system of the present invention includes the solid-state imaging device, an optical system that focuses light on the solid-state imaging device, and a signal processing circuit that processes an output signal from the solid-state imaging device. And
以上説明したように、本発明は、固定パターンノイズの増加を抑制しているので、画質の低下を防止することができる。 As described above, since the present invention suppresses the increase in fixed pattern noise, it is possible to prevent the image quality from being deteriorated.
(実施形態1)
[構成の説明]
図1は、本発明の実施形態1のMOS型撮像素子を備えた固体撮像装置の構成を示す模式図である。図1において、300はたとえばG,B,Rのカラーフィルタのいずれかを備えた画素であり水平方向及び垂直方向に複数配列されている。301は入射光を電荷に変換するフォトダイオード、307は変換された電荷が転送される浮遊拡散領域、302はフォトダイオード301の電荷を浮遊拡散領域307へ転送する転送スイッチ、303は第1信号である電荷に基づく増幅信号を得るためのMOSトランジスタ、305はMOSトランジスタ303に電源VDからの電圧をかけるための選択スイッチ、306は増幅信号が読み出される垂直信号線、313は垂直信号線に増幅信号を読み出すための定電流源、304は増幅信号を読み出した後の浮遊拡散領域307及びフォトダイオード301の電位をリセットするために電源VRをかけるためのリセットスイッチである。なお、ここでは転送スイッチ302、リセットスイッチ304及び選択スイッチ305をMOSトランジスタで構成している。
(Embodiment 1)
[Description of configuration]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a solid-state imaging apparatus including a MOS imaging element according to
また、図1において、312,314,315はそれぞれ転送スイッチ302,リセットスイッチ304及び選択スイッチ305のオン/オフをそれぞれ制御する転送パルス,リセットパルス及び選択パルスを伝送する転送パルス伝送線,リセットパルス伝送線及び選択パルス伝送線、931〜933は転送パルス伝送線312,リセットパルス伝送線314及び選択パルス伝送線315を伝送する転送パルス,リセットパルス及び選択パルスをそれぞれ生成する生成信号を入力する転送パルス生成信号入力端子,リセットパルス生成信号入力端子及び選択パルス生成信号入力端子、330は転送パルス生成信号入力端子931,リセットパルス生成信号入力端子932及び選択パルス生成信号入力端子933から入力される各生成信号とクロック信号PVに基づいて垂直シフトレジスタ906から出力される制御信号とを加算するANDゲートである。
In FIG. 1,
さらに、図1において、320a,320bは転送スイッチ302、リセットスイッチ304及び選択スイッチ305のスイッチング動作や転送スイッチ302等の製造ばらつきによって生じる固定パターンなどの第2信号であるノイズ信号をキャンセルするノイズキャンセル回路、323a,323bはノイズ信号を含む増幅信号を蓄積する第1保持容量である増幅信号保持容量、スイッチ、324a,324bはノイズ信号を蓄積する第2保持容量であるノイズ信号保持容量、321a,321bは増幅信号を制御信号Ptnに従って増幅信号保持容量323a,323bへ送るスイッチ、322a,322bはノイズ信号を制御信号Ptsに従ってノイズ信号保持容量324a,324bへ送るスイッチ、325a,325bは増幅信号保持容量323a,323bに保持されている増幅信号をクロック信号PH1,PH2に基づいて水平シフトレジスタ911a,911bから出力される制御信号に従って外部へ出力するスイッチ、326a,326bはノイズ信号保持容量324a,324bに保持されているノイズ信号をクロック信号PH1,PH2に基づいて水平シフトレジスタ911a,911bから出力される制御信号に従って外部へ出力するスイッチ、327a,327bはノイズキャンセル回路320a,320bから出力された各信号を増幅する差動増幅器である。
Further, in FIG. 1,
なお、図1では、たとえば奇数列に配列されている画素300から読み出された信号は、水平シフトレジスタ911a側のノイズキャンセル回路320aへ送り、偶数列に配列されている画素300から読み出された信号は、水平シフトレジスタ911b側のノイズキャンセル回路320bへ送るようにしている。
In FIG. 1, for example, a signal read from the
また、図1には簡単のため画素300を4つ示したが、実際には、必要とする解像度や、撮像領域の面積に応じた数の画素が配列されている。また、画素列の数に応じた数のノイズキャンセル回路320a,320bが設けられている。
Further, although four
図2は、図1のノイズキャンセル回路320a,320bの一形態の回路図である。図3(b)は、図2のノイズキャンセル回路320a,320bの上面のレイアウト図である。図3(a)は、図3(b)のA−A’間の断面図である。本実施形態では、いわゆるp型チャネルMOSトランジスタを用いている。
FIG. 2 is a circuit diagram of one form of the
図2において、323',324'は、それぞれp型チャネルMOSトランジスタである。なお、図2において図1に示した部分同様の部分には同一符号を付している。 In FIG. 2, 323 ′ and 324 ′ are p-type channel MOS transistors. In FIG. 2, the same parts as those shown in FIG.
図3において、100はn型半導体基板、110はn型半導体基板600内に設けられたp型チャネルMOSトランジスタのソース−ドレインを形成する高濃度p型拡散領域、111はn型半導体基板100上に形成されたシリコン酸化膜(SiO2)、102はp型チャネルMOSトランジスタのゲートを形成するポリシリコンなどからなる多結晶シリコン層(Poly−Si層)、103,104,107はアルミニウムなどからなる配線層(Al層)、105,106,108は配線層103と多結晶シリコン層101と,配線層104と多結晶シリコン層102と,配線層107と高濃度p型拡散領域110とをそれぞれ接続するコンタクトホール、109は配線層103,104のクロストークを防止する電源線である。なお、図示していないが、n型半導体基板100の電位をとるための高濃度n型拡散領域をn型半導体基板100内に形成している。
In FIG. 3, 100 is an n-type semiconductor substrate, 110 is a high-concentration p-type diffusion region for forming the source-drain of a p-type channel MOS transistor provided in the n-type semiconductor substrate 600, and 111 is on the n-
また、配線層103は、スイッチ321a,321bとスイッチ325a,325bとをそれぞれ接続しており、配線層104は、スイッチ322a,322bとスイッチ326a,326bとをそれぞれ接続している。
The
図3に示すように、本実施形態では、増幅信号保持容量Cs及びノイズ信号保持容量Cnのゲート長(短手方向)Lが、それぞれ1画素ピッチ以上で2画素ピッチ内に納まるように配列している。また、増幅信号保持容量Cs及びノイズ信号保持容量Cnを、水平方向の複数の画素に対して垂直な方向である垂直方向に配列している。なお、増幅信号保持容量Cs及びノイズ信号保持容量Cnの各ゲート長はたとえば8μm、各ゲート幅(長手方向)はたとえば500μmとしている。 As shown in FIG. 3, in this embodiment, the amplification signal holding capacitor Cs and the noise signal holding capacitor Cn are arranged so that the gate lengths (short direction) L are within one pixel pitch and within two pixel pitches. ing. In addition, the amplified signal holding capacitor Cs and the noise signal holding capacitor Cn are arranged in a vertical direction that is a direction perpendicular to a plurality of pixels in the horizontal direction. Each gate length of the amplified signal holding capacitor Cs and the noise signal holding capacitor Cn is, for example, 8 μm, and each gate width (longitudinal direction) is, for example, 500 μm.
ところで、ゲート長ばらつきΔLが大きくなっても容量値のばらつきが増大しにくいように、増幅信号保持容量Cs及びノイズ信号保持容量Cnの各ゲート長と各ゲート幅とが、理想的には同じになるようにレイアウトすることが望ましい。 By the way, the gate lengths and the gate widths of the amplified signal holding capacitor Cs and the noise signal holding capacitor Cn are ideally the same so that the variation of the capacitance value hardly increases even when the gate length variation ΔL increases. It is desirable to lay out as follows.
しかし、たとえば[各ゲート長/各ゲート幅]が0.05、0.01、0.1、1、10の場合には容量ばらつきがそれぞれ0.1%、0.05%、0.018%、0.01%、0.018%であり、[各ゲート長/各ゲート幅]と容量ばらつきとが指数対数的な関係にあるので、これを考慮すると、[各ゲート長/各ゲート幅]は0.1程度までであれば好ましいと考える。 However, for example, when [each gate length / each gate width] is 0.05, 0.01, 0.1, 1, 10, the capacitance variation is 0.1%, 0.05%, 0.018%, respectively. 0.01% and 0.018%, and [each gate length / each gate width] has an exponential logarithmic relationship, and considering this, [each gate length / each gate width] Is preferably about 0.1.
このように、増幅信号保持容量Cs及びノイズ信号保持容量Cnの各ゲート長と各ゲート幅とを調整するには、ゲート長及びゲート幅が65μm程度となるように、たとえば5〜8画素ピッチのゲート長として、各ゲート長に合わせてゲート幅方向に増幅信号保持容量Cs及びノイズ信号保持容量Cnを配列すればよい。 Thus, in order to adjust each gate length and each gate width of the amplified signal holding capacitor Cs and the noise signal holding capacitor Cn, the gate length and the gate width are set to about 65 μm, for example, at a pitch of 5 to 8 pixels. As the gate length, the amplified signal holding capacitor Cs and the noise signal holding capacitor Cn may be arranged in the gate width direction in accordance with each gate length.
だが、実際には、ゲート長を5画素とすると、配線層107等のレイアウトが面倒になるので、図3に示すように、2画素ピッチ程度に納まるようにゲート長を確保すればよい。
However, in practice, if the gate length is 5 pixels, the layout of the
なお、図3では、増幅信号保持容量Csを画素から遠い側に配置しているが、
ノイズ信号保持容量Cnを画素から遠い側に配置してもよい。
In FIG. 3, the amplified signal holding capacitor Cs is arranged on the side far from the pixel.
The noise signal holding capacitor Cn may be arranged on the side far from the pixel.
また、増幅信号保持容量Cs及びノイズ信号保持容量Cnはn型チャネルMOSトランジスタであってもよいが、いずれにしてもMOSトランジスタを用いると、たとえば各画素300をMOS型撮像素子によって構成している場合に、同様の層構成なるので製造が容易となる。
Further, the amplified signal holding capacitor Cs and the noise signal holding capacitor Cn may be n-type channel MOS transistors. However, if any MOS transistor is used, for example, each
[動作の説明]
図4は、図1の固体撮像装置で用いるパルス信号のパターン図である。図4に示すように、(1)垂直シフトレジスタ906に入力されるクロック信号PVがハイレベルになると、垂直シフトレジスタ906の1段目の出力がハイレベルになる。こうして、1行目の画素内の転送スイッチ302、リセットスイッチ304、選択スイッチ305にそれぞれローレベルの転送パルスPtx,ハイレベルのリセットパルスPres及びローレベルの選択パルスPselがそれぞれ印加される。
[Description of operation]
FIG. 4 is a pattern diagram of pulse signals used in the solid-state imaging device of FIG. As shown in FIG. 4, (1) when the clock signal PV input to the
このため、リセットスイッチ304だけがオンし、浮遊拡散領域307の電位がリセット電圧VRとなる。次に、(2)リセットパルスPresをローレベルにすると、リセットノイズが発生して、浮遊拡散領域307の電位が変化する。
For this reason, only the
また同時に選択パルスPselをハイレベルにすることでリセットノイズと、
MOSトランジスタのしきい値ばらつきによる固定パターンノイズを含んだノイズ信号とが垂直信号線306へ出力される。次に、(3)制御信号Ptnをハイレベルにすることで、ノイズ信号がノイズ信号保持容量323a,323bに保持される。
At the same time, by setting the selection pulse Psel to high level, reset noise and
A noise signal including fixed pattern noise due to threshold variation of the MOS transistor is output to the
次に、(4)転送パルスPtxをハイレベルにすることで、フォトダイオード301で蓄積されている電荷が浮遊拡散領域307に転送され、MOSトランジスタ303のソースから、電荷とリセットによるノイズ信号とに基づく増幅信号が垂直信号線306に出力される。次に、(5)制御信号Ptsをハイレベルにすることで、出力された増幅信号が増幅信号保持容量324a,324bに保持される。以上の(1)〜(5)までの動作により、1行目の全画素の信号がそれぞれの列に対応する増幅信号保持容量324a,324b及びノイズ信号保持容量323a,323bに保持される。
Next, (4) by setting the transfer pulse Ptx to high level, the charge accumulated in the
次に、(6)クロック信号PH1をハイレベルにして、水平シフトレジスタ911aに、スイッチ325aとスイッチ326aとを同時にオンさせることによって、1列目の画素に係る増幅信号保持容量324aに保持されている増幅信号から1列目の画素に係るノイズ信号保持容量323aに保持されているノイズ信号をそれぞれ読み出して、差動増幅器327aへ入力し、増幅信号からノイズ信号を差分することで、ノイズ信号成分を除去して、電荷に基づく増幅信号のみを差動増幅器327aから出力する。
Next, (6) the clock signal PH1 is set to the high level, and the horizontal shift register 911a is simultaneously turned on by the
それから、クロック信号PH1をローレベルにした後に、クロック信号PH2をハイレベルにして、水平シフトレジスタ911bに、スイッチ325bとスイッチ326bとを同時にオンさせることによって、2列目の画素に係る増幅信号保持容量324bに保持されている増幅信号から2列目の画素に係るノイズ信号保持容量323bに保持されているノイズ信号をそれぞれ読み出して、差動増幅器327bへ入力し、増幅信号からノイズ信号を差分することで、ノイズ信号成分を除去して、電荷に基づく増幅信号のみを差動増幅器327bから出力する。
Then, after the clock signal PH1 is set to the low level, the clock signal PH2 is set to the high level, and the horizontal shift register 911b is turned on at the same time by turning on the switches 325b and 326b. The noise signal held in the noise
同様の手順によって、クロックパルスPH1,PH2を交互にハイレベル、ローレベルとすることで、水平シフトレジスタ911a、911bを順次走査して、1行1列目から最終列までの画素からの電荷に基づく増幅信号が順次、差動増幅器327a,327bから交互に出力される。
By similarly setting the clock pulses PH1 and PH2 to the high level and the low level in the same procedure, the horizontal shift registers 911a and 911b are sequentially scanned, and the charges from the pixels from the first row to the first column to the last column are obtained. Based on the amplified signals, the
次に、(7)クロックパルスPVをハイレベルにすることで、垂直シフトレジスタ906が1段走査され、垂直シフトレジスタ906の2段目の出力がハイレベルになることで、2行目の画素が選択され、(1)〜(6)を繰り返すことで、2行全列の画素からの電荷に基づく増幅信号が順次、差動増幅器327a,327bから交互に出力される。このようにして、全行全列の画素からの電荷に基づく増幅信号を外部に出力することで、1フレーム分の増幅信号が得られる。
Next, (7) the clock pulse PV is set to the high level, the
(実施形態2)
図5(b)は、本実施形態に係るノイズキャンセル回路320a,320bの上面のレイアウト図であり、図3(b)に相当するものである。図5(a)は、図5(b)のA−A’間の断面図であり、図3(a)に相当するものである。図5に示すように、本実施形態では、多孔質シリコン層203,209によって空間的に増幅信号保持容量Csを形成し、多孔質シリコン層204,209によって空間的にノイズ信号保持容量Cnを形成している。
(Embodiment 2)
FIG. 5B is a layout diagram of the top surfaces of the
図5において、200はn型半導体基板、210はn型半導体基板200内に形成されたp型ウエル、202は素子分離のための選択膜、203,204,209は多孔質シリコン層、207,208,211はアルミニウムなどからなる配線層、205,206,212は配線層207と多孔質シリコン層203と,配線層208と多孔質シリコン層204と,配線層211と多孔質シリコン層209とをそれぞれ電気的に接続するコンタクトホール、210はシリコン酸化膜、213は配線層207,208のクロストークを防止する電源線である。なお、図示していないが、n型半導体基板200の電位をとるための高濃度n型拡散領域をn型半導体基板200内に形成している。
In FIG. 5, 200 is an n-type semiconductor substrate, 210 is a p-type well formed in the n-type semiconductor substrate 200, 202 is a selective film for element isolation, 203, 204 and 209 are porous silicon layers, 207, 208, 211 are wiring layers made of aluminum or the like, 205, 206, 212 are wiring
また、配線層207は、スイッチ321a,321bとスイッチ325a,325bとをそれぞれ接続しており、配線層208は、スイッチ322a,322bとスイッチ326a,326bとをそれぞれ接続している。
The
本実施形態では、MOSトランジスタで形成した各容量に代えて、多孔質シリコン層による並行平板を電極として各容量を形成している。このようにレイアウトすると、2画素ピッチで多孔質シリコン層の並行平板を配列することができ、短手方向の長さをたとえば10μmとすることができる。また、図3(b)に示すように長手方向に2つの容量をそれぞれ配列しなくてもよくなるので、長手方向側の長さを短くすることができる。 In the present embodiment, each capacitor is formed using a parallel plate formed of a porous silicon layer as an electrode instead of each capacitor formed by a MOS transistor. With such a layout, parallel flat plates of porous silicon layers can be arranged at a pitch of 2 pixels, and the length in the short direction can be set to 10 μm, for example. Further, as shown in FIG. 3B, it is not necessary to arrange the two capacitors in the longitudinal direction, so that the length on the longitudinal direction side can be shortened.
なお、実施形態1と同様に、短手方向を、2画素ピッチ以外の複数画素ピッチとしてもよい。さらに、複数の画素をいくつかの領域に分けて、各領域上に同じ色のフィルタを形成するいわゆる複眼の固体撮像装置であっても、同様に各容量のレイアウトを行うこともできる。 As in the first embodiment, the short direction may be a plurality of pixel pitches other than the two-pixel pitch. Further, even in a so-called compound eye solid-state imaging device in which a plurality of pixels are divided into several regions and the same color filter is formed on each region, the layout of each capacitor can be similarly performed.
また、実施形態1,2では、増幅信号保持容量Cs及びノイズ信号保持容量Cnを備える固体撮像装置を例に説明したが、ノイズをキャンセルするタイプの固体撮像装置においても、増幅信号等を保持する保持容量の短手方向を、たとえば2画素ピッチとしてもよい。 In the first and second embodiments, the solid-state imaging device including the amplified signal holding capacitor Cs and the noise signal holding capacitor Cn has been described as an example. However, in the solid-state imaging device of the type that cancels noise, the amplified signal and the like are held. The short side direction of the storage capacitor may be, for example, a two-pixel pitch.
また、実施形態1,2では、増幅信号保持容量Cs及びノイズ信号保持容量Cnを備える固体撮像装置を例に説明したが、垂直方向の2つの画素からの信号を保持できるように、1つの垂直出力線毎に複数の増幅信号保持容量Csを設けるようにした構成であってもよい。 In the first and second embodiments, the solid-state imaging device including the amplified signal holding capacitor Cs and the noise signal holding capacitor Cn has been described as an example. However, one vertical signal is used so that signals from two pixels in the vertical direction can be held. The configuration may be such that a plurality of amplified signal holding capacitors Cs are provided for each output line.
また、実施形態1,2では、垂直方向の一列の画素毎に上下の差動増幅器に信号を読み出す構成のものを説明したが、水平方向及び垂直方向に配列された複数の画素からの信号を1つの差動増幅器から出力する構成であってもよい。この場合では、増幅信号保持容量Cs及びノイズ信号保持容量Cnは、1画素ピッチで配列される。 In the first and second embodiments, the configuration in which the signals are read out to the upper and lower differential amplifiers for each pixel in the vertical direction is described. However, signals from a plurality of pixels arranged in the horizontal direction and the vertical direction are described. The output from one differential amplifier may be sufficient. In this case, the amplified signal holding capacitor Cs and the noise signal holding capacitor Cn are arranged at a pixel pitch.
(実施形態3)
図6は、実施形態1,2において説明した固体撮像装置を用いた固体撮像システムの構成図である。図6において、1はレンズのプロテクトとメインスイッチを兼ねるバリア、2は被写体の光学像を実施形態1,2において説明した固体撮像装置である固体撮像素子4に結像させるレンズ、3はレンズを通った光量を可変するための絞り、4はレンズ2で結像された被写体を画像信号として取り込むための固体撮像素子、5は固体撮像素子4から出力される画像信号に各種の補正、クランプ等の処理を行う撮像信号処理回路、6は固体撮像素子4より出力される画像信号のアナログ−ディジタル変換を行うA/D変換器、7はA/D変換器6より出力された画像データに各種の補正を行ったりデータを圧縮する信号処理部、8は固体撮像素子4,撮像信号処理回路5,A/D変換器6,信号処理部7に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部、9は各種演算とスチルビデオカメラ全体を制御する全体制御・演算部、10は画像データを一時的に記憶するためのメモリ部、11は記録媒体に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部、12は画像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、13は外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース(I/F)部である。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a configuration diagram of a solid-state imaging system using the solid-state imaging device described in the first and second embodiments. In FIG. 6, 1 is a barrier that serves as a lens protect and a main switch, 2 is a lens that forms an optical image of a subject on the solid-
次に、図6の動作について説明する。バリア1がオープンされるとメイン電源がオンされ、次にコントロール系の電源がオンし、さらに、A/D変換器6などの撮像系回路の電源がオンされる。それから、露光量を制御するために、全体制御・演算部9は絞り3を開放にし、固体撮像素子4から出力された信号は、撮像信号処理回路5をスルーしてA/D変換器6へ出力される。A/D変換器6は、その信号をA/D変換して、信号処理部7に出力する。信号処理部7は、そのデータを基に露出の演算を全体制御・演算部9で行う。
Next, the operation of FIG. 6 will be described. When the
この測光を行った結果により明るさを判断し、その結果に応じて全体制御・演算部9は絞りを制御する。次に、固体撮像素子4から出力された信号をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離の演算を全体制御・演算部9で行う。その後、レンズを駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断したときは、再びレンズを駆動し測距を行う。
The brightness is determined based on the result of the photometry, and the overall control /
そして、合焦が確認された後に本露光が始まる。露光が終了すると、固体撮像素子4から出力された画像信号は、撮像信号処理回路5において補正等がされ、さらにA/D変換器6でA/D変換され、信号処理部7を通り全体制御・演算9によりメモリ部10に蓄積される。その後、メモリ部10に蓄積されたデータは、全体制御・演算部9の制御により記録媒体制御I/F部を通り半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体12に記録される。また外部I/F部13を通り直接コンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。
Then, after the in-focus state is confirmed, the main exposure starts. When the exposure is completed, the image signal output from the solid-
1 バリア
2 レンズ
3 絞り
4 固体撮像素子
5 撮像信号処理回路
6 A/D変換器
7 信号処理部
8 タイミング発生部
9 全体制御・演算部
10 メモリ部
11 記録媒体制御インターフェース(I/F)部
12 記録媒体
13 外部インターフェース(I/F)部
101,102,203,204,209,604 多結晶シリコン層
103,104,107,109,207,208,211,606 配線層
105,106,108,205,206,212,605 コンタクトホール
109,213 電源線
110,603 高濃度p型拡散領域
111,210,601 シリコン酸化膜
200,600 n型半導体基板
201 p型ウエル
202 選択膜
300 画素
301 フォトダイオード
302 転送スイッチ
303 MOSトランジスタ
304 リセットスイッチ
305 選択スイッチ
306 垂直信号線
307 浮遊拡散領域
312 転送パルス伝送線
313 定電流源
314 リセットパルス伝送線
315 選択パルス伝送線
321a,321b,322a,322b,325a,325b,326a,
326b スイッチ
323a,323b 増幅信号保持容量
324a,324b リセット信号保持容量
327a,327b 差動増幅器
330 ANDゲート
323',324' p型チャネルMOSトランジスタ
602 高濃度n型拡散領域
DESCRIPTION OF
326b
Claims (7)
前記垂直方向の複数の画素毎に共通に接続される複数の垂直出力線と、
1つの垂直出力線毎に設けられていて前記垂直出力線の信号を保持する複数の保持容量と、
前記垂直出力線の信号が読み出される水平出力線とを有し、
前記水平出力線は、前記画素領域を挟んで対向配置された第1及び第2の水平出力線を有し、
前記複数の垂直出力線は、前記第1の水平出力線に信号を読み出す第1の垂直出力線群と、前記第2の水平出力線に信号を読み出す第2の垂直出力線群とを有し、
前記複数の保持容量を前記垂直方向に配置したことを特徴とする固体撮像装置。 A plurality of pixels arranged in the horizontal and vertical directions;
A plurality of vertical output lines connected in common to the plurality of pixels in the vertical direction;
A plurality of storage capacitor for holding a signal of the vertical output lines are set eclipse every one vertical output lines,
A horizontal output line from which a signal of the vertical output line is read out ,
The horizontal output line has first and second horizontal output lines arranged opposite to each other across the pixel region,
The plurality of vertical output lines include a first vertical output line group that reads a signal to the first horizontal output line, and a second vertical output line group that reads a signal to the second horizontal output line. ,
A solid-state imaging apparatus characterized by disposing the holding capacity of the multiple in the vertical direction.
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---|---|---|---|---|
JPH06339072A (en) * | 1993-05-26 | 1994-12-06 | Olympus Optical Co Ltd | Solid-state image pickup element |
JPH08250695A (en) * | 1995-03-10 | 1996-09-27 | Nikon Corp | Solid-state image sensor |
JPH09275525A (en) * | 1996-04-05 | 1997-10-21 | Sony Corp | Method for driving mos type imager |
JPH10229182A (en) * | 1997-02-14 | 1998-08-25 | Nikon Corp | Capacitance for semiconductor integrated circuit |
JPH11103418A (en) * | 1997-09-29 | 1999-04-13 | Canon Inc | Photoelectric converting device |
JP2001230400A (en) * | 1999-12-06 | 2001-08-24 | Canon Inc | Solid-state image sensor |
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06339072A (en) * | 1993-05-26 | 1994-12-06 | Olympus Optical Co Ltd | Solid-state image pickup element |
JPH08250695A (en) * | 1995-03-10 | 1996-09-27 | Nikon Corp | Solid-state image sensor |
JPH09275525A (en) * | 1996-04-05 | 1997-10-21 | Sony Corp | Method for driving mos type imager |
JPH10229182A (en) * | 1997-02-14 | 1998-08-25 | Nikon Corp | Capacitance for semiconductor integrated circuit |
JPH11103418A (en) * | 1997-09-29 | 1999-04-13 | Canon Inc | Photoelectric converting device |
JP2001230400A (en) * | 1999-12-06 | 2001-08-24 | Canon Inc | Solid-state image sensor |
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