JP2016096362A - Solid-state imaging apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging apparatus capable of making an output property or noise level of a pixel adjacent to a dummy photodiode closer to that of another pixel.SOLUTION: A solid-state imaging apparatus 1A includes a light-receiving part 20, an unwanted carrier capturing part 30 and a vertical shift register 60. The unwanted carrier capturing part 30 includes carrier capturing areas DAto DAwhich are disposed for each row in an area between the light-receiving part 20 and the vertical shift register 60. Each of the carrier capturing areas DAto DAincludes a transistor and a photodiode. One end of the transistor is connected to the photodiode and the other end is connected to electric charge discharging wiring R. The electric charge discharging wiring Ris short-circuited to a reference potential line GND.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、固体撮像装置に関するものである。   The present invention relates to a solid-state imaging device.

特許文献1には、放射線撮像装置に関する技術が記載されている。この装置は、被写体からの放射線を電気信号に変換する変換素子と、電気信号を外部に転送する転送スイッチとを含む複数の画素が二次元状に配置されて成るセンサアレイを備えている。また、この装置は、センサアレイの各画素を行方向に接続する複数のゲート線と、各ゲート線に接続された各画素の電気信号を読み出すために、各ゲート線を駆動させるゲート駆動装置と、センサアレイの各画素を列方向に接続する複数の信号線と、各信号線に対応して設けられ、各転送スイッチから転送された電気信号を増幅して読み出す複数のアンプとを備えている。   Patent Document 1 describes a technique related to a radiation imaging apparatus. This apparatus includes a sensor array in which a plurality of pixels including a conversion element that converts radiation from a subject into an electric signal and a transfer switch that transfers the electric signal to the outside are two-dimensionally arranged. In addition, the device includes a plurality of gate lines that connect the pixels of the sensor array in the row direction, and a gate driving device that drives the gate lines to read out electrical signals of the pixels connected to the gate lines. And a plurality of signal lines connecting the pixels of the sensor array in the column direction, and a plurality of amplifiers provided corresponding to the signal lines and amplifying and reading out the electric signals transferred from the transfer switches. .

特開2007−50053号公報JP 2007-50053 A

固体撮像装置は、複数の画素が複数行及び複数列にわたって二次元状に配置された受光部を有する。各画素には、入射した光を電子に変換するためのフォトダイオードが配置される。各画素のフォトダイオードは、各列毎に配設された読出用配線にスイッチ回路(例えばトランジスタ)を介して接続されており、フォトダイオード内に蓄積された電荷は、スイッチ回路が導通状態となることによって読出用配線へ流出する。電荷は、読出用配線を通って積分回路に達し、積分回路において電圧信号に変換される。各画素のスイッチ回路の導通状態を制御するための制御端子(例えばゲート端子)は、各行毎に配設された行選択用配線に接続されている。そして、シフトレジスタからの信号が行選択用配線を介して各スイッチ回路の制御端子に与えられることにより、各画素からの電荷の読み出しが各行毎に行われる。   The solid-state imaging device has a light receiving unit in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged over a plurality of rows and a plurality of columns. Each pixel is provided with a photodiode for converting incident light into electrons. The photodiode of each pixel is connected to the readout wiring arranged for each column via a switch circuit (for example, a transistor), and the charge accumulated in the photodiode becomes conductive. This flows out to the readout wiring. The electric charge reaches the integrating circuit through the readout wiring and is converted into a voltage signal in the integrating circuit. A control terminal (for example, a gate terminal) for controlling the conduction state of the switch circuit of each pixel is connected to a row selection wiring arranged for each row. Then, a signal from the shift register is supplied to the control terminal of each switch circuit via the row selection wiring, whereby the charge is read from each pixel for each row.

このような構成を備える固体撮像装置では、受光部だけでなく受光部の周囲の領域にも光が入射する。また、例えば固体撮像装置がX線撮像装置として用いられる場合には、受光部の周囲の領域がシンチレータによって覆われていたとしても、シンチレータを透過したX線およびシンチレータからのシンチレーション光が受光部の周囲の領域に入射する。これにより、受光部の周囲の領域では不要な電荷(キャリア)が発生してしまう。特に、受光部と並んで配置されるシフトレジスタは或る程度の面積を有しているので、シフトレジスタが形成されている領域において多くの不要キャリアが発生する。   In a solid-state imaging device having such a configuration, light enters not only the light receiving unit but also a region around the light receiving unit. For example, when a solid-state imaging device is used as an X-ray imaging device, X-rays transmitted through the scintillator and scintillation light from the scintillator are transmitted to Incident into the surrounding area. As a result, unnecessary charges (carriers) are generated in the region around the light receiving unit. In particular, since the shift register arranged alongside the light receiving portion has a certain area, many unnecessary carriers are generated in the region where the shift register is formed.

シフトレジスタにおいて発生した不要キャリアが受光部に流入すると、シフトレジスタに隣接する画素からの出力にノイズが重畳されてしまう。このような現象を回避するため、シフトレジスタと受光部との間の領域に、不要キャリアを吸収するためのフォトダイオード(ダミーフォトダイオード)を配置し、このダミーフォトダイオードを基準電位線(接地配線)に短絡することが考えられる。   When unnecessary carriers generated in the shift register flow into the light receiving unit, noise is superimposed on an output from a pixel adjacent to the shift register. In order to avoid such a phenomenon, a photodiode (dummy photodiode) for absorbing unnecessary carriers is arranged in a region between the shift register and the light receiving unit, and this dummy photodiode is connected to a reference potential line (ground wiring). ).

しかしながら、この方式には次の課題がある。通常、受光部において互いに隣接する画素間には、これらのフォトダイオード間に生じるカップリング容量等に起因するクロストークが存在する。また、各画素では、スイッチ回路を介して互いに繋がっているフォトダイオードと行選択用配線との間に寄生容量が存在しており、この寄生容量もまた、クロストークに影響する。しかし、上述したダミーフォトダイオードにはスイッチ回路が設けられていないので、このような寄生容量は生じない。このため、ダミーフォトダイオードに隣接する画素では、他の画素と比較してクロストークの程度が異なり、ダミーフォトダイオードに隣接する画素からの出力特性やノイズの大きさが他の画素とは異なってしまう。   However, this method has the following problems. Usually, crosstalk caused by coupling capacitance or the like generated between these photodiodes exists between pixels adjacent to each other in the light receiving section. In each pixel, a parasitic capacitance exists between the photodiode and the row selection wiring connected to each other via the switch circuit, and this parasitic capacitance also affects the crosstalk. However, since the dummy photodiode described above is not provided with a switch circuit, such a parasitic capacitance does not occur. For this reason, the pixel adjacent to the dummy photodiode has a different degree of crosstalk compared to the other pixels, and the output characteristics and noise level from the pixel adjacent to the dummy photodiode are different from those of the other pixels. End up.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ダミーフォトダイオードに隣接する画素の出力特性やノイズの大きさを、他の画素に近づけることができる固体撮像装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and provides a solid-state imaging device capable of bringing the output characteristics and noise magnitude of pixels adjacent to a dummy photodiode closer to other pixels. With the goal.

上述した課題を解決するために、本発明による固体撮像装置は、第1のフォトダイオード、及び該第1のフォトダイオードに一端が接続された第1のスイッチ回路を各々含み、M行N列(M,Nは2以上の整数)に二次元配列されたM×N個の画素を有し、単結晶シリコン基板上に形成された受光部と、各列毎に配設され、対応する列の画素に含まれる第1のスイッチ回路の他端に接続されたN本の読出用配線と、N本の読出用配線を経て入力される電荷の量に応じた電圧値を各々出力するN個の積分回路と、受光部に対して行方向に並んで配置され、第1のスイッチ回路の開閉状態を各行毎に制御するシフトレジスタと、シフトレジスタと受光部との間の領域に配置されたダミーフォトダイオードと、ダミーフォトダイオードに一端が接続された第2のスイッチ回路と、第2のスイッチ回路の他端に接続されるとともに基準電位線に短絡された電荷排出用配線とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a solid-state imaging device according to the present invention includes a first photodiode and a first switch circuit having one end connected to the first photodiode, and includes M rows and N columns ( M, N are integers of 2 or more), and M × N pixels are two-dimensionally arranged. The light receiving portions are formed on the single crystal silicon substrate, and are arranged for each column. N readout wirings connected to the other end of the first switch circuit included in the pixel, and N pieces of output voltage values corresponding to the amounts of electric charges input through the N readout wirings, respectively. An integration circuit, a shift register that is arranged in the row direction with respect to the light receiving unit, and that controls the open / close state of the first switch circuit for each row, and a dummy that is disposed in a region between the shift register and the light receiving unit One end connected to photodiode and dummy photodiode A second switch circuit, characterized in that it comprises a shorted charge drain wiring to the reference potential line is connected to the other end of the second switch circuit.

この固体撮像装置では、シフトレジスタと受光部との間の領域にダミーフォトダイオードが配置されている。シフトレジスタにおいて発生する不要キャリアは、このダミーフォトダイオードによって吸収される。これにより、シフトレジスタにおいて発生した不要キャリアに起因するノイズが受光部の画素からの出力に重畳されることを効果的に防ぐことができる。   In this solid-state imaging device, a dummy photodiode is disposed in a region between the shift register and the light receiving unit. Unnecessary carriers generated in the shift register are absorbed by the dummy photodiode. As a result, it is possible to effectively prevent noise caused by unnecessary carriers generated in the shift register from being superimposed on the output from the pixels of the light receiving unit.

また、この固体撮像装置では、ダミーフォトダイオードと電荷排出用配線とが第2のスイッチ回路を介して接続されており、第2のスイッチ回路が導通状態となったときに、不要キャリアがダミーフォトダイオードから電荷排出用配線を経て基準電位線へ排出される。このように、上記固体撮像装置では、受光部内の各画素における第1のスイッチ回路と同様に、ダミーフォトダイオードにも第2のスイッチ回路が設けられている。従って、上記の固体撮像装置によれば、ダミーフォトダイオードに隣接する画素におけるクロストークの大きさを、他の画素におけるクロストークの大きさに近づけることができ、ダミーフォトダイオードに隣接する画素からの出力特性やノイズの大きさを他の画素のそれに近づけることが可能となる。   Further, in this solid-state imaging device, the dummy photodiode and the charge discharging wiring are connected via the second switch circuit, and when the second switch circuit is turned on, the unnecessary carrier is a dummy photo. It is discharged from the diode to the reference potential line through the charge discharging wiring. As described above, in the solid-state imaging device, the second switch circuit is provided in the dummy photodiode as well as the first switch circuit in each pixel in the light receiving unit. Therefore, according to the above-described solid-state imaging device, the magnitude of the crosstalk in the pixels adjacent to the dummy photodiode can be made closer to the magnitude of the crosstalk in the other pixels, It becomes possible to bring the output characteristics and the magnitude of noise close to those of other pixels.

また、固体撮像装置は、行方向におけるダミーフォトダイオードの幅が、該方向における第1のフォトダイオードの幅よりも短いことを特徴としてもよい。上記の固体撮像装置において、ダミーフォトダイオードの大きさは、第1のフォトダイオードと必ずしも等しくなくてもよい。そこで、このようにダミーフォトダイオードの幅を第1のフォトダイオードの幅よりも短くすることによって、受光部の周囲の領域を狭くし、例えば複数の固体撮像装置を並べて配置する際に固体撮像装置間に生じる不感領域を狭くすることができる。   The solid-state imaging device may be characterized in that the width of the dummy photodiode in the row direction is shorter than the width of the first photodiode in the direction. In the solid-state imaging device described above, the size of the dummy photodiode is not necessarily equal to that of the first photodiode. Therefore, by making the width of the dummy photodiode shorter than the width of the first photodiode in this way, the area around the light receiving unit is narrowed, and for example, when arranging a plurality of solid-state imaging devices side by side, the solid-state imaging device The insensitive area generated between them can be narrowed.

また、固体撮像装置は、シフトレジスタと受光部とが共通の基板上に形成されていることを特徴としてもよい。このような場合には、シフトレジスタにおいて発生した不要キャリアが受光部に流入し易いが、上記の固体撮像装置によれば、受光部への不要キャリアの流入を効果的に防ぐことができる。   The solid-state imaging device may be characterized in that the shift register and the light receiving unit are formed on a common substrate. In such a case, unnecessary carriers generated in the shift register easily flow into the light receiving unit, but according to the solid-state imaging device, it is possible to effectively prevent the unnecessary carriers from flowing into the light receiving unit.

本発明による固体撮像装置によれば、ダミーフォトダイオードに隣接する画素の出力特性やノイズの大きさを、他の画素に近づけることができる。   According to the solid-state imaging device according to the present invention, the output characteristics and noise magnitude of the pixels adjacent to the dummy photodiode can be brought close to other pixels.

固体撮像装置を示す平面図である。It is a top view which shows a solid-state imaging device. 固体撮像装置の一部を拡大した平面図である。It is the top view to which a part of solid-state imaging device was expanded. 固体撮像装置の内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of a solid-state imaging device. 画素、積分回路、及び保持回路、並びにキャリア捕獲領域の詳細な回路構成例を示す図である。It is a figure which shows the detailed circuit structural example of a pixel, an integration circuit, a holding circuit, and a carrier capture area | region. 各信号のタイミングチャートである。It is a timing chart of each signal. シフトレジスタと受光部との間の領域に、不要キャリアを吸収するためのダミーフォトダイオードを配置した例を示す平面図である。It is a top view which shows the example which has arrange | positioned the dummy photodiode for absorbing an unnecessary carrier in the area | region between a shift register and a light-receiving part. (a)受光部の平面図であって、継ぎ露光の境界線の一例を示している。(b)キャリア捕獲部付近の継ぎ露光の境界線の一例を示している。(A) It is a top view of a light-receiving part, Comprising: An example of the boundary line of joint exposure is shown. (B) An example of a boundary line for joint exposure in the vicinity of the carrier capturing portion is shown. (a)受光部の平面図であって、継ぎ露光の境界線の別の例を示している。(b)キャリア捕獲部付近の継ぎ露光の境界線の別の例を示している。(A) It is a top view of a light-receiving part, Comprising: Another example of the boundary line of joint exposure is shown. (B) Another example of the boundary line of the joint exposure near the carrier capturing portion is shown. 2枚のガラス基板を並べて配置した例を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the example which arranged two glass substrates side by side.

以下、添付図面を参照しながら本発明による固体撮像装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Embodiments of a solid-state imaging device according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

本実施形態に係る固体撮像装置は、例えば医療用X線撮像システムに用いられる。図1及び図2は、本実施形態における固体撮像装置1Aの構成を示す図である。図1は固体撮像装置1Aを示す平面図であり、図2は固体撮像装置1Aの一部を拡大した平面図である。なお、図1及び図2には、理解を容易にするためXYZ直交座標系を併せて示している。   The solid-state imaging device according to the present embodiment is used in, for example, a medical X-ray imaging system. 1 and 2 are diagrams showing a configuration of a solid-state imaging device 1A according to the present embodiment. FIG. 1 is a plan view showing the solid-state imaging device 1A, and FIG. 2 is an enlarged plan view of a part of the solid-state imaging device 1A. 1 and 2 also show the XYZ orthogonal coordinate system for easy understanding.

図1に示されるように、固体撮像装置1Aは、受光部20、不要キャリア捕獲部30、読出回路部40、及び垂直シフトレジスタ60を備えている。受光部20、不要キャリア捕獲部30、読出回路部40、及び垂直シフトレジスタ60は、基板12の主面上に作製されている。垂直シフトレジスタ60は、受光部20に対してX軸方向に並んで配置されている。不要キャリア捕獲部30の一部分は、受光部20と垂直シフトレジスタ60との間の領域に配置されており、不要キャリア捕獲部30の残りの部分は、受光部20に対してY軸方向に並んで配置され、受光部20と読出回路部40との間の領域に位置している。   As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device 1 </ b> A includes a light receiving unit 20, an unnecessary carrier capturing unit 30, a reading circuit unit 40, and a vertical shift register 60. The light receiving unit 20, the unnecessary carrier capturing unit 30, the reading circuit unit 40, and the vertical shift register 60 are fabricated on the main surface of the substrate 12. The vertical shift register 60 is arranged side by side with respect to the light receiving unit 20 in the X-axis direction. A part of the unnecessary carrier capturing unit 30 is disposed in a region between the light receiving unit 20 and the vertical shift register 60, and the remaining part of the unnecessary carrier capturing unit 30 is aligned with the light receiving unit 20 in the Y-axis direction. And is located in a region between the light receiving unit 20 and the readout circuit unit 40.

読出回路部40は、受光部20の複数列それぞれに対応して設けられた複数の積分回路を含んでおり、これら複数の積分回路は、対応する列の画素から出力される電荷の量に応じた電圧値をそれぞれ生成する。読出回路部40は、各積分回路から出力された電圧値を保持し、その保持した電圧値を逐次的に出力する。   The readout circuit unit 40 includes a plurality of integration circuits provided corresponding to each of the plurality of columns of the light receiving unit 20, and the plurality of integration circuits correspond to the amount of charge output from the pixels in the corresponding column. Each voltage value is generated. The read circuit unit 40 holds the voltage value output from each integrating circuit, and sequentially outputs the held voltage value.

受光部20は、複数の画素P1,1〜PM,NがM行及びN列(M,Nは2以上の整数)にわたって二次元配列されることにより構成されている。図2には、複数の画素P1,1〜PM,Nを代表して、4つの画素Pm,N−1、Pm,N、Pm+1,N−1、及びPm+1,Nが示されている。例えば、画素Pm,Nは第m行第N列(mは1以上M以下の整数)に位置する画素である。図1及び図2において、列方向はY軸方向と一致し、行方向はX軸方向と一致する。受光部20に含まれる画素P1,1〜PM,Nそれぞれは、トランジスタ21及びフォトダイオード22を備えている。画素P1,1〜PM,Nそれぞれが有するトランジスタ21は、本実施形態における第1のスイッチ回路である。トランジスタ21は、好適には電界効果トランジスタ(FET)によって構成されるが、バイポーラトランジスタによって構成されてもよい。以下では、トランジスタ21がFETであるものとして説明する。この場合、制御端子はゲートを意味する。トランジスタ21がバイポーラトランジスタである場合には、制御端子はベースを意味する。 The light receiving unit 20 is configured by two-dimensionally arranging a plurality of pixels P 1,1 to P M, N over M rows and N columns (M and N are integers of 2 or more). In FIG. 2, a plurality of pixels P 1, 1 to P M, on behalf of N, 4 each pixel P m, N-1, P m, N, is P m + 1, N-1 , and P m + 1, N It is shown. For example, the pixel P m, N is a pixel located in the m-th row and the N-th column (m is an integer of 1 to M). 1 and 2, the column direction matches the Y-axis direction, and the row direction matches the X-axis direction. Each of the pixels P 1,1 to PM , N included in the light receiving unit 20 includes a transistor 21 and a photodiode 22. The transistor 21 included in each of the pixels P 1,1 to P M, N is a first switch circuit in the present embodiment. The transistor 21 is preferably a field effect transistor (FET), but may be a bipolar transistor. In the following description, it is assumed that the transistor 21 is an FET. In this case, the control terminal means a gate. When the transistor 21 is a bipolar transistor, the control terminal means a base.

また、画素P1,1〜PM,Nそれぞれが有するフォトダイオード22は、本実施形態における第1のフォトダイオードである。フォトダイオード22は、pn接合若しくはpin接合を含む半導体領域によって構成され、入射光強度に応じた量の電荷を発生し、その発生した電荷を接合容量部に蓄積する。トランジスタ21の一端(例えばソース領域)は、フォトダイオード22と電気的に接続されている。なお、受光部20の上には図示しないシンチレータが設けられている。シンチレータは、入射したX線に応じてシンチレーション光を発生してX線像を光像へと変換し、この光像をフォトダイオード22へ出力する。 In addition, the photodiode 22 included in each of the pixels P 1,1 to PM , N is the first photodiode in the present embodiment. The photodiode 22 is constituted by a semiconductor region including a pn junction or a pin junction, generates an amount of electric charge corresponding to the incident light intensity, and accumulates the generated electric charge in the junction capacitance portion. One end (for example, a source region) of the transistor 21 is electrically connected to the photodiode 22. A scintillator (not shown) is provided on the light receiving unit 20. The scintillator generates scintillation light according to the incident X-rays, converts the X-ray image into an optical image, and outputs this optical image to the photodiode 22.

固体撮像装置1Aは、各行毎に配設された複数の行選択用配線Q〜Q(図2にはQ及びQm+1を代表して示す)と、各列毎に配設された複数の読出用配線R〜R(図2にはR及びRN−1を代表して示す)とを更に備えている。第m行の行選択用配線Qは、対応する行の画素Pm,1〜Pm,Nに含まれるトランジスタ21の開閉状態を制御するための制御端子(例えばゲート端子)と、トランジスタ21の開閉状態を各行毎に制御する垂直シフトレジスタ60とを互いに電気的に接続している。また、第n列(nは1以上N以下の整数)の読出用配線Rは、対応する列の画素P1,n〜PM,nに含まれるトランジスタ21の他端(例えばドレイン領域)と電気的に接続されている。複数の行選択用配線Q〜Q、及び複数の読出用配線R〜Rは、例えば金属からなる。 The solid-state imaging device 1A is provided with a plurality of row selection wirings Q 1 to Q M (represented by Q m and Q m + 1 in FIG. 2) arranged for each row and for each column. A plurality of readout wirings R 1 to R N (representing RN and RN-1 as representative in FIG. 2) are further provided. The m-th row selection wiring Q m includes a control terminal (for example, a gate terminal) for controlling the open / close state of the transistors 21 included in the pixels P m, 1 to P m, N of the corresponding row, and the transistor 21. Are vertically connected to a vertical shift register 60 that controls the open / close state of each row. Further, the readout wiring R n in the n-th column (n is an integer of 1 to N) is the other end (for example, drain region) of the transistor 21 included in the pixels P 1, n to P M, n of the corresponding column. And are electrically connected. A plurality of row selecting wirings Q 1 to Q M, and a plurality of readout wiring R 1 to R N, for example made of metal.

不要キャリア捕獲部30は、M個のキャリア捕獲領域DA〜DAを有する。キャリア捕獲領域DA〜DAは、受光部20と垂直シフトレジスタ60との間の領域において、各行毎に配置されている。なお、図2には、キャリア捕獲領域DA〜DAを代表して、2つのキャリア捕獲領域DA及びDAm+1が示されている。例えば、キャリア捕獲領域DAは第m行に位置するキャリア捕獲領域である。M個のキャリア捕獲領域DA〜DAそれぞれは、上述した画素P1,1〜PM,Nと同様に、トランジスタ21及びフォトダイオード22を備えている。なお、キャリア捕獲領域DA〜DAそれぞれが有するM個のトランジスタ21は、本実施形態における第2のスイッチ回路である。また、キャリア捕獲領域DA〜DAそれぞれが有するM個のフォトダイオード22は、本実施形態におけるダミーフォトダイオードであって、pn接合若しくはpin接合を含む半導体領域によって構成され、受光部20と垂直シフトレジスタ60との間の領域において各行毎に配置されている。トランジスタ21の一端(例えばソース領域)は、フォトダイオード22と電気的に接続されている。 Unnecessary carrier capturing portion 30 has M carrier capturing regions DA 1 to DA M. Carrier capturing regions DA 1 to DA M is in the region between the light receiving portion 20 and the vertical shift register 60, it is arranged in each row. In FIG. 2, on behalf of the carrier capturing regions DA 1 to DA M, 2 one carrier capture region DA m and DA m + 1 is shown. For example, the carrier trap region DA m is a carrier trap region located in the m-th row. The M number of carrier capturing regions DA 1 to DA M respectively, the pixel P 1, 1 to P M as described above, similarly to the N, and a transistor 21 and a photodiode 22. Incidentally, M number of transistors 21 having carrier capturing regions DA 1 to DA M each is a second switch circuit in this embodiment. Further, M-number of photodiodes 22 having carrier capturing regions DA 1 to DA M each is a dummy photodiode in this embodiment, is constituted by a semiconductor region including a pn junction or pin junction, the light receiving portion 20 and the vertical It is arranged for each row in the area between the shift register 60. One end (for example, a source region) of the transistor 21 is electrically connected to the photodiode 22.

キャリア捕獲領域DAに含まれるトランジスタ21の開閉状態を制御するための制御端子(例えばゲート端子)は、対応する行の行選択用配線Qと電気的に接続されている。また、固体撮像装置1Aは、電荷排出用配線Rを更に備えている。電荷排出用配線Rは、キャリア捕獲領域DA〜DAに含まれるトランジスタ21の他端(例えばドレイン領域)と電気的に接続されている。電荷排出用配線Rは、金属からなる。なお、キャリア捕獲領域DA〜DAは遮光されておらず、キャリア捕獲領域DA〜DAには通常の画素P1,1〜PM,Nと同様に光が入射する。但し、キャリア捕獲領域DA〜DAの一部または全部が遮光されていてもよい。 Carrier control terminal for controlling the opening and closing states of the capture region transistor 21 included in the DA m (for example, the gate terminal) is the corresponding row selecting wiring Q m and electrically connected to the line. Further, the solid-state imaging device 1A further includes a charge discharging wiring Rd . Charge discharging wire R d is, the other end of the transistor 21 included in the carrier capture region DA 1 to DA M (e.g. drain region) and are electrically connected. The charge discharging wiring Rd is made of metal. Incidentally, the carrier capturing regions DA 1 to DA M not been blocked, the carrier capture region DA 1 to DA M normal pixels P 1, 1 to P M, is N like the light incident. However, part or all of the carrier capturing regions DA 1 to DA M may be shielded.

不要キャリア捕獲部30は、更に、各列毎に配置された(N+1)個のキャリア捕獲領域DB〜DBN+1を有する。キャリア捕獲領域DB〜DBN+1の構成は、前述した画素P1,1〜PM,Nと同様である。すなわち、キャリア捕獲領域DB〜DBN+1それぞれは、トランジスタ21及びフォトダイオード22を備えている。トランジスタ21の一端(例えばソース領域)は、フォトダイオード22と電気的に接続されている。キャリア捕獲領域DB〜DBN+1に含まれるトランジスタ21の制御端子は、後述する行選択用配線Qと電気的に接続されている。また、キャリア捕獲領域DB〜DBに含まれるトランジスタ21の他端(例えばドレイン領域)は、各列の読出用配線R〜Rと電気的に接続されている。なお、第(N+1)列のキャリア捕獲領域DBN+1に含まれるトランジスタ21の他端は、電荷排出用配線Rと電気的に接続されている。 Unnecessary carrier capturing portion 30 further has a disposed in each column (N + 1) pieces of carrier capturing regions DB 1 ~DB N + 1. The configurations of the carrier capture regions DB 1 to DB N + 1 are the same as those of the pixels P 1,1 to P M, N described above. That is, each of the carrier trap regions DB 1 to DB N + 1 includes a transistor 21 and a photodiode 22. One end (for example, a source region) of the transistor 21 is electrically connected to the photodiode 22. The control terminals of the transistors 21 included in the carrier trap regions DB 1 to DB N + 1 are electrically connected to a row selection wiring Q d described later. The other end (e.g. the drain region) of the transistor 21 included in the carrier capture region DB 1 to DB N is electrically connected to the readout wiring R 1 to R N of each column. Note that the other end of the transistor 21 included in the carrier capture region DB N + 1 in the (N + 1) th column is electrically connected to the charge discharging wiring Rd .

続いて、固体撮像装置1Aの回路構成について詳細に説明する。図3は、固体撮像装置1Aの内部構成を示す図である。前述したように、受光部20は、M×N個の画素P1,1〜PM,NがM行N列に2次元配列されて成る。また、不要キャリア捕獲部30は、M個のキャリア捕獲領域DA〜DAと、(N+1)個のキャリア捕獲領域DB〜DBN+1とを含んでいる。第m行のN個の画素Pm,1〜Pm,Nおよびキャリア捕獲領域DAに接続された第m行選択用配線Qは、垂直シフトレジスタ60に接続されている。また、キャリア捕獲領域DB〜DBN+1に接続された行選択用配線Qもまた、垂直シフトレジスタ60に接続されている。 Next, the circuit configuration of the solid-state imaging device 1A will be described in detail. FIG. 3 is a diagram illustrating an internal configuration of the solid-state imaging device 1A. As described above, the light receiving unit 20 includes M × N pixels P 1,1 to P M, N two-dimensionally arranged in M rows and N columns. Moreover, unnecessary carrier capturing portion 30 includes and M carrier capturing regions DA 1 to DA M, and (N + 1) pieces of carrier capturing regions DB 1 ~DB N + 1. N pixels of the m-th row P m, 1 to P m, N and m-th row selecting wiring Q m that is connected to the carrier capturing region DA m is connected to a vertical shift register 60. Further, the row selection wiring Q d connected to the carrier capture regions DB 1 to DB N + 1 is also connected to the vertical shift register 60.

読出回路部40は、読出用配線R〜Rを介して各列毎に出力される電荷量に応じた電気信号を、逐次に出力するための回路である。読出回路部40は、各列毎に設けられたN個の積分回路42と、N個の保持回路44とを有している。積分回路42及び保持回路44は、各列毎に互いに直列に接続されている。N個の積分回路42は、互いに共通の構成を有している。また、N個の保持回路44は、互いに共通の構成を有している。 The read circuit unit 40 is a circuit for sequentially outputting an electrical signal corresponding to the amount of charge output for each column via the read wirings R 1 to R N. The read circuit unit 40 includes N integration circuits 42 provided for each column and N holding circuits 44. The integrating circuit 42 and the holding circuit 44 are connected to each other in series for each column. The N integration circuits 42 have a common configuration. The N holding circuits 44 have a common configuration.

N個の積分回路42それぞれは、読出用配線R〜Rそれぞれに接続された入力端を有しており、読出用配線R〜Rから入力された電荷を蓄積し、その蓄積電荷量に応じた電圧値を出力端からN個の保持回路44それぞれへ出力する。但し、電荷排出用配線Rには積分回路が設けられておらず、電荷排出用配線Rは基準電位線(本実施形態においては接地電位に接続された電位線)GNDに短絡されている。従って、電荷排出用配線Rを通った電荷は、基準電位線GNDに排出される。このように、キャリア捕獲領域DA〜DAの各ダミーフォトダイオード22から出力される信号は、読出回路部40へ入力される画素P1,1〜PM,Nのフォトダイオード22から出力される信号と異なり、固体撮像装置1Aから出力されない。 The N is the integration circuit 42 each have an input terminal connected to the respective readout wiring R 1 to R N, accumulates charges input from the readout wiring R 1 to R N, the accumulated charge A voltage value corresponding to the amount is output from the output terminal to each of the N holding circuits 44. However, the integration circuit is not provided in the charge drain wire R d, is short-circuited to GND (connected to a ground potential voltage line in the present embodiment) charge drain wire R d is the reference potential line . Accordingly, the charge which has passed through the charge discharging wire R d is discharged to the reference potential line GND. Thus, the signal output from the dummy photodiode 22 of the carrier capturing regions DA 1 to DA M is the pixel P 1, 1 to P M that is input to the read circuit section 40, is output from the photodiode 22 of the N Unlike the signal, it is not output from the solid-state imaging device 1A.

N個の積分回路42それぞれは、N個の積分回路42に対して共通に設けられたリセット用配線46に接続されている。N個の保持回路44それぞれは、積分回路42の出力端に接続された入力端を有し、この入力端に入力される電圧値を保持し、その保持した電圧値を出力端から電圧出力用配線48へ出力する。N個の保持回路44それぞれは、N個の保持回路44に対して共通に設けられた保持用配線45に接続されている。また、N個の保持回路44それぞれは、第1列選択用配線U〜第N列選択用配線Uそれぞれを介して水平シフトレジスタ61に接続されている。 Each of the N integration circuits 42 is connected to a reset wiring 46 provided in common to the N integration circuits 42. Each of the N holding circuits 44 has an input terminal connected to the output terminal of the integrating circuit 42, holds a voltage value input to this input terminal, and uses the held voltage value for voltage output from the output terminal. Output to the wiring 48. Each of the N holding circuits 44 is connected to a holding wiring 45 provided in common to the N holding circuits 44. Also, each of the N holding circuits 44 are connected to a horizontal shift register 61 through the respective first row selection wiring U 1 ~ N-th column selection wiring U N.

垂直シフトレジスタ60は、第m行選択制御信号VSを、第m行選択用配線Qを介して第m行のN個の画素Pm,1〜Pm,Nそれぞれに提供する。加えて、垂直シフトレジスタ60は、行選択制御信号VSを、行選択用配線Qを介して(N+1)個のキャリア捕獲領域DB〜DBN+1に提供する。垂直シフトレジスタ60において、行選択制御信号VS,VS〜VSは順次に有意値とされる。また、水平シフトレジスタ61は、列選択制御信号HS〜HSを、列選択用配線U〜Uを介してN個の保持回路44それぞれに提供する。列選択制御信号HS〜HSは順次に有意値とされる。また、N個の積分回路42それぞれには、リセット用配線46を介してリセット制御信号REが提供される。N個の保持回路44それぞれには、保持用配線45を介して保持制御信号Hdが提供される。 The vertical shift register 60 provides the m-th row selection control signal VS m to each of the N pixels P m, 1 to P m, N in the m-th row via the m-th row selection wiring Q m . In addition, the vertical shift register 60 provides a row select control signal VS d, via the row selecting wiring Q d (N + 1) pieces of the carrier capturing regions DB 1 ~DB N + 1. In the vertical shift register 60, the row selection control signals VS d and VS 1 to VS M are sequentially set to significant values. The horizontal shift register 61, the column selection control signal HS 1 ~HS n, provided to each of the N holding circuits 44 via line U 1 ~U n for the column selection. The column selection control signals HS 1 to HS n are sequentially set to significant values. Each of the N integrating circuits 42 is provided with a reset control signal RE via a reset wiring 46. A holding control signal Hd is provided to each of the N holding circuits 44 via the holding wiring 45.

図4は、画素Pm,n、積分回路42、及び保持回路44、並びにキャリア捕獲領域DAの詳細な回路構成例を示す図である。ここでは、M×N個の画素P1,1〜PM,Nを代表して第m行第n列の画素Pm,nの回路図を示しており、M個のキャリア捕獲領域DA〜DAを代表して第m行のキャリア捕獲領域DAの回路図を示している。 FIG. 4 is a diagram illustrating a detailed circuit configuration example of the pixel P m, n , the integration circuit 42, the holding circuit 44, and the carrier capture region DA m . Here, a circuit diagram of the pixel P m, n in the m- th row and the n-th column is shown on behalf of the M × N pixels P 1,1 to P M, N , and M carrier capture regions DA 1 are shown. On behalf of the to DA M and shows a circuit diagram of a carrier capturing region DA m of the m-th row.

図4に示されるように、画素Pm,nのフォトダイオード22のアノード端子は接地され、カソード端子は、トランジスタ21を介して読出用配線Rに接続されている。同様に、キャリア捕獲領域DAのフォトダイオード22のアノード端子は接地され、カソード端子は、トランジスタ21を介して電荷排出用配線Rに接続されている。画素Pm,n及びキャリア捕獲領域DAのトランジスタ21には、垂直シフトレジスタ60から第m行選択用配線Qを介して第m行選択制御信号VSが提供される。第m行選択制御信号VSは、第m行のN個の画素Pm,1〜Pm,n及びキャリア捕獲領域DAに含まれるトランジスタ21の開閉動作を指示する。例えば、第m行選択制御信号VSが非有意値(トランジスタ21の制御端子のオフ電圧)であるときに、トランジスタ21が非導通状態となる。このとき、フォトダイオード22において発生した電荷は、読出用配線R(または電荷排出用配線R)へ出力されることなくフォトダイオード22の接合容量部に蓄積される。一方、第m行選択制御信号VSが有意値(トランジスタ21の制御端子のオン電圧)であるときに、トランジスタ21が接続状態となる。このとき、フォトダイオード22の接合容量部に蓄積されていた電荷は、トランジスタ21を経て読出用配線R(または電荷排出用配線R)へ出力される。画素Pm,nのフォトダイオード22から出力された電荷は、読出用配線Rを通って積分回路42へ送られる。一方、キャリア捕獲領域DAのフォトダイオード22から出力された電荷は、電荷排出用配線Rを通って基準電位線GNDへ送られる。 As shown in FIG. 4, the anode terminal of the photodiode 22 of the pixel P m, n is grounded, and the cathode terminal is connected to the readout wiring R n via the transistor 21. Similarly, the anode terminal of the photodiode 22 of the carrier capturing region DA m is grounded, the cathode terminal is connected to the charge discharging wire R d via the transistor 21. The m-th row selection control signal VS m is provided from the vertical shift register 60 to the transistor 21 in the pixel P m, n and the carrier trap region DA m via the m-th row selection wiring Q m . The m-th row selection control signal VS m instructs the opening / closing operation of the transistors 21 included in the N pixels P m, 1 to P m, n and the carrier capture region DA m of the m-th row. For example, when the m-th row selection control signal VS m is an insignificant value (the off voltage of the control terminal of the transistor 21), the transistor 21 is turned off. At this time, the charge generated in the photodiode 22 is accumulated in the junction capacitance portion of the photodiode 22 without being output to the readout wiring R n (or the charge discharging wiring R d ). On the other hand, when the m-th row selection control signal VS m is a significant value (the ON voltage of the control terminal of the transistor 21), the transistor 21 is connected. At this time, the electric charge accumulated in the junction capacitance portion of the photodiode 22 is output to the reading wiring R n (or the charge discharging wiring R d ) via the transistor 21. The charges output from the photodiode 22 of the pixel P m, n are sent to the integration circuit 42 through the readout wiring R n . Meanwhile, the charge output from the photodiode 22 of the carrier capturing region DA m is sent to the reference potential line GND through the charge discharging wire R d.

積分回路42は、アンプ42a、容量素子42b、及び放電用スイッチ42cを含む、いわゆる電荷積分型の構成を備えている。容量素子42b及び放電用スイッチ42cは、互いに並列に接続され、且つアンプ42aの入力端子と出力端子との間に接続されている。アンプ42aの入力端子は読出用配線Rに接続されている。放電用スイッチ42cには、リセット用配線46を介してリセット制御信号REが提供される。 The integration circuit 42 has a so-called charge integration type configuration including an amplifier 42a, a capacitive element 42b, and a discharge switch 42c. The capacitive element 42b and the discharge switch 42c are connected in parallel to each other and are connected between the input terminal and the output terminal of the amplifier 42a. Input terminal of the amplifier 42a is connected to the readout wiring line R n. A reset control signal RE is provided to the discharge switch 42 c via the reset wiring 46.

リセット制御信号REは、N個の積分回路42それぞれの放電用スイッチ42cの開閉動作を指示する。例えば、リセット制御信号REが非有意値(例えばハイレベル)であるときに、放電用スイッチ42cが閉じて、容量素子42bが放電され、積分回路42の出力電圧値が初期化される。また、リセット制御信号REが有意値(例えばローレベル)であるときに、放電用スイッチ42cが開いて、積分回路42に入力された電荷が容量素子42bに蓄積され、その蓄積電荷量に応じた電圧値が積分回路42から出力される。   The reset control signal RE instructs the opening / closing operation of the discharge switch 42c of each of the N integration circuits 42. For example, when the reset control signal RE is an insignificant value (for example, high level), the discharging switch 42c is closed, the capacitive element 42b is discharged, and the output voltage value of the integrating circuit 42 is initialized. When the reset control signal RE is a significant value (for example, low level), the discharge switch 42c is opened, and the charge input to the integration circuit 42 is accumulated in the capacitive element 42b. The voltage value is output from the integration circuit 42.

保持回路44は、入力用スイッチ44a、出力用スイッチ44b及び容量素子44cを含む。容量素子44cの一端は接地されている。容量素子44cの他端は、入力用スイッチ44aを介して積分回路42の出力端に接続され、且つ、出力用スイッチ44bを介して電圧出力用配線48と接続されている。入力用スイッチ44aには、保持用配線45を介して保持制御信号Hdが与えられる。保持制御信号Hdは、N個の保持回路44それぞれの入力用スイッチ44aの開閉動作を指示する。保持回路44の出力用スイッチ44bには、第n列選択用配線Uを介して第n列選択制御信号HSが与えられる。選択制御信号HSは、保持回路44の出力用スイッチ44bの開閉動作を指示する。 The holding circuit 44 includes an input switch 44a, an output switch 44b, and a capacitive element 44c. One end of the capacitive element 44c is grounded. The other end of the capacitive element 44c is connected to the output end of the integrating circuit 42 through the input switch 44a, and is connected to the voltage output wiring 48 through the output switch 44b. A holding control signal Hd is given to the input switch 44 a via the holding wiring 45. The holding control signal Hd instructs the opening / closing operation of the input switch 44 a of each of the N holding circuits 44. The output switch 44b of the holding circuit 44, the n-th column selection control signal HS n via the n-th column selecting wiring U n is given. The selection control signal HS n instructs the opening / closing operation of the output switch 44b of the holding circuit 44.

例えば、保持制御信号Hdがハイレベルからローレベルに転じると、入力用スイッチ44aが閉状態から開状態に転じて、そのときに保持回路44に入力されている電圧値が容量素子44cに保持される。また、第n列選択制御信号HSがローレベルからハイレベルに転じると、出力用スイッチ44bが閉じて、容量素子44cに保持されている電圧値が電圧出力用配線48へ出力される。 For example, when the holding control signal Hd changes from the high level to the low level, the input switch 44a changes from the closed state to the open state, and the voltage value input to the holding circuit 44 at that time is held in the capacitive element 44c. The When the n-th column selection control signal HS n changes from the low level to the high level, the output switch 44b is closed and the voltage value held in the capacitive element 44c is output to the voltage output wiring 48.

図5は、各信号のタイミングチャートである。図5には、上から順に、(a)リセット制御信号RE、(b)行選択制御信号VS、(c)第1行選択制御信号VS、(d)第2行選択制御信号VS、(e)第3行選択制御信号VS、(f)第4行選択制御信号VS、(g)第M行選択制御信号VS、(h)保持制御信号Hd、及び(i)第1列選択制御信号HS〜第N列選択制御信号HSがそれぞれ示されている。 FIG. 5 is a timing chart of each signal. In FIG. 5, in order from the top, (a) reset control signal RE, (b) row selection control signal VS d , (c) first row selection control signal VS 1 , (d) second row selection control signal VS 2. (E) third row selection control signal VS 3 , (f) fourth row selection control signal VS 4 , (g) Mth row selection control signal VS M , (h) holding control signal Hd, and (i) A first column selection control signal HS 1 to an Nth column selection control signal HS N are shown.

まず、時刻t10から時刻t11までの期間、リセット制御信号REがハイレベルとされる。これにより、N個の積分回路42それぞれにおいて、放電用スイッチ42cが閉状態となり、容量素子42bが放電される。 First, a period of from the time t 10 to the time t 11, the reset control signal RE is set to the high level. As a result, in each of the N integration circuits 42, the discharge switch 42c is closed, and the capacitive element 42b is discharged.

時刻t11より後の時刻t12から時刻t13までの期間、垂直シフトレジスタ60が行選択制御信号VSをハイレベルとする。これにより、キャリア捕獲領域DB〜DBN+1においてトランジスタ21が接続状態となり、キャリア捕獲領域DB〜DBN+1それぞれのフォトダイオード22に蓄積された電荷が、読出用配線R〜Rを通って積分回路42に出力され、容量素子42bに蓄積される。その後、時刻t13より後の時刻t14から時刻t15までの期間、リセット制御信号REがハイレベルとされる。これにより、N個の積分回路42それぞれにおいて、放電用スイッチ42cが閉状態となり、容量素子42bに蓄積されていた電荷が放出される。 During a period from time t 12 to time t 13 after time t 11 , the vertical shift register 60 sets the row selection control signal VS d to the high level. Thus, the transistor 21 becomes the connected state in the carrier capture region DB 1 ~DB N + 1, the carrier capture region DB 1 ~DB N + 1 charges accumulated in the photodiodes 22 through the readout wiring line R 1 to R N It is output to the integrating circuit 42 and stored in the capacitive element 42b. Then, the period from the time t 14 after the time t 13 to the time t 15, the reset control signal RE is set to the high level. Thereby, in each of the N integration circuits 42, the discharge switch 42c is closed, and the charge accumulated in the capacitive element 42b is released.

続いて、時刻t15より後の時刻t16から時刻t17までの期間、第1行選択制御信号VSをハイレベルとする。これにより、第1行の画素P1,1〜P1,N及びキャリア捕獲領域DAにおいてトランジスタ21が接続状態となる。画素P1,1〜P1,Nそれぞれのフォトダイオード22に蓄積された電荷は、読出用配線R〜Rを通って積分回路42に出力され、容量素子42bに蓄積される。積分回路42からは、容量素子42bに蓄積された電荷量に応じた大きさの電圧値が出力される。一方、キャリア捕獲領域DAのフォトダイオード22に蓄積された電荷は、電荷排出用配線Rを通って基準電位線GNDへ放出される。 Subsequently, the first row selection control signal VS 1 is set to the high level during a period from time t 16 to time t 17 after time t 15 . As a result, the transistors 21 are connected in the pixels P 1,1 to P 1, N and the carrier trap region DA 1 in the first row. Pixels P 1, 1 to P 1, N charges accumulated in the photodiodes 22 is outputted to the integration circuit 42 through the readout wiring line R 1 to R N, it is accumulated in the capacitor 42b. The integration circuit 42 outputs a voltage value having a magnitude corresponding to the amount of charge accumulated in the capacitive element 42b. On the other hand, a photodiode and the charge stored in the 22 of the carrier capturing regions DA 1 is discharged to the reference potential line GND through the charge discharging wire R d.

そして、時刻t17より後の時刻t18から時刻t19までの期間、保持制御信号Hdがハイレベルとされ、これにより、N個の保持回路44のそれぞれにおいて入力用スイッチ44aが接続状態となり、積分回路42から出力された電圧値が容量素子44cによって保持される。 Then, during a period from time t 18 to time t 19 after time t 17 , the holding control signal Hd is set to the high level, whereby the input switch 44 a is connected in each of the N holding circuits 44. The voltage value output from the integrating circuit 42 is held by the capacitive element 44c.

続いて、時刻t19より後の時刻t20から時刻t21までの期間、水平シフトレジスタ61が第1列選択制御信号HS〜第N列選択制御信号HSを順次ハイレベルとする。これにより、N個の保持回路44の出力用スイッチ44bが順次閉状態となり、容量素子44cに保持されていた電圧値が逐次に電圧出力用配線48へ出力される。また、この間、リセット制御信号REがハイレベルとされ、積分回路42の容量素子42bが放電される。 Then, the period from the time t 20 after the time t 19 to time t 21, the horizontal shift register 61 to the first column selection control signal HS 1 ~ N-th column selection control signal HS N the high level sequentially. As a result, the output switches 44b of the N holding circuits 44 are sequentially closed, and the voltage value held in the capacitive element 44c is sequentially output to the voltage output wiring 48. During this time, the reset control signal RE is set to the high level, and the capacitive element 42b of the integrating circuit 42 is discharged.

続いて、時刻t21より後の時刻t22から時刻t23までの期間、垂直シフトレジスタ60が第2行選択制御信号VSをハイレベルとする。これにより、第2行の画素P2,1〜P2,N及びキャリア捕獲領域DAにおいてトランジスタ21が接続状態となる。画素P2,1〜P2,Nそれぞれのフォトダイオード22に蓄積された電荷は、読出用配線R〜Rを通って積分回路42に出力され、容量素子42bに蓄積される。一方、キャリア捕獲領域DAのフォトダイオード22に蓄積された電荷は、電荷排出用配線Rを通って基準電位線GNDへ放出される。以降、第1行と同様の動作によって、容量素子42bに蓄積された電荷量に応じた大きさの電圧値がN個の保持回路44から逐次に電圧出力用配線48へ出力される。そして、第3行ないし第M行の画素に蓄積された電荷についても、第1行と同様の動作によって電圧値に変換され、逐次に電圧出力用配線48へ出力される。こうして、受光部20からの一つの撮像フレーム分の画像データの読み出しが完了する。 Then, the period from the time t 22 after the time t 21 to time t 23, the vertical shift register 60 is the second row selection control signal VS 2 to high level. As a result, the transistors 21 are connected in the pixels P 2,1 to P 2, N and the carrier trap region DA 2 in the second row. Pixels P 2,1 to P 2, N charges accumulated in the photodiodes 22 is outputted to the integration circuit 42 through the readout wiring line R 1 to R N, it is accumulated in the capacitor 42b. On the other hand, a photodiode and the charge stored in the 22 of the carrier capturing region DA 2 is discharged to the reference potential line GND through the charge discharging wire R d. Thereafter, by the same operation as in the first row, a voltage value having a magnitude corresponding to the amount of charge accumulated in the capacitor element 42 b is sequentially output from the N holding circuits 44 to the voltage output wiring 48. The charges accumulated in the pixels in the third to Mth rows are also converted into voltage values by the same operation as in the first row, and sequentially output to the voltage output wiring 48. Thus, reading of image data for one imaging frame from the light receiving unit 20 is completed.

以上に説明した本実施形態による固体撮像装置1Aが奏する効果について説明する。本実施形態の固体撮像装置1Aでは、受光部20だけでなく受光部20の周囲の領域にも光が入射する。また、固体撮像装置1AはX線撮像装置として用いられるが、受光部20の周囲の領域がシンチレータによって覆われていたとしても、シンチレータを透過したX線およびシンチレータからのシンチレーション光が受光部20の周囲の領域に入射する。これにより、受光部20の周囲の領域では不要な電荷(不要キャリア)が発生してしまう。特に、受光部20と並んで配置される垂直シフトレジスタ60は或る程度の面積を有しているので、垂直シフトレジスタ60が形成されている領域において多くの不要キャリアが発生する。   The effect which 1A of solid-state imaging devices by this embodiment demonstrated above show | plays is demonstrated. In the solid-state imaging device 1A of the present embodiment, light is incident not only on the light receiving unit 20 but also on a region around the light receiving unit 20. Further, although the solid-state imaging device 1A is used as an X-ray imaging device, X-rays transmitted through the scintillator and scintillation light from the scintillator are transmitted to the light receiving unit 20 even if the area around the light receiving unit 20 is covered with the scintillator. Incident into the surrounding area. As a result, unnecessary charges (unnecessary carriers) are generated in the region around the light receiving unit 20. In particular, since the vertical shift register 60 arranged side by side with the light receiving unit 20 has a certain area, many unnecessary carriers are generated in the region where the vertical shift register 60 is formed.

垂直シフトレジスタ60において発生した不要キャリアが受光部20に流入すると、垂直シフトレジスタ60に隣接する画素P1,N〜PM,Nからの出力にノイズが重畳されてしまう。図6は、このような現象を回避するため、垂直シフトレジスタ60と受光部20との間の領域に、不要キャリアを吸収するためのフォトダイオード(ダミーフォトダイオード)81を配置した例を示す平面図である。このダミーフォトダイオード81は、複数行にわたって形成されており、第1行から第M行まで連続的に形成されている(すなわち列方向につながっている)。このダミーフォトダイオード81を基準電位線(接地配線)GNDに短絡することにより、垂直シフトレジスタ60において発生した不要キャリアを基準電位線GNDへ放出し、受光部20への流入を防ぐことができる。 When unnecessary carriers generated in the vertical shift register 60 flow into the light receiving unit 20, noise is superimposed on the outputs from the pixels P 1, N to P M, N adjacent to the vertical shift register 60. FIG. 6 is a plan view showing an example in which a photodiode (dummy photodiode) 81 for absorbing unnecessary carriers is arranged in a region between the vertical shift register 60 and the light receiving unit 20 in order to avoid such a phenomenon. FIG. The dummy photodiodes 81 are formed over a plurality of rows, and are continuously formed from the first row to the Mth row (that is, connected in the column direction). By short-circuiting the dummy photodiode 81 to the reference potential line (ground wiring) GND, unnecessary carriers generated in the vertical shift register 60 can be discharged to the reference potential line GND and can be prevented from flowing into the light receiving unit 20.

しかしながら、この方式には次の課題がある。通常、受光部20において互いに隣接する画素間には、これらのフォトダイオード22間に生じるカップリング容量等に起因するクロストークが存在する。また、各画素では、トランジスタ21を介して互いに繋がっているフォトダイオード22と行選択用配線Qとの間に寄生容量が存在しており、この寄生容量もまた、クロストークに影響する。しかし、上述したダミーフォトダイオード81にはトランジスタが設けられていないので、そのような寄生容量は生じない。このため、ダミーフォトダイオード81に隣接する画素P1,N〜PM,Nでは、他の画素と比較してクロストークの程度が異なり、ダミーフォトダイオード81に隣接する画素P1,N〜PM,Nからの出力特性やノイズの大きさが他の画素とは異なってしまう。 However, this method has the following problems. Normally, crosstalk caused by coupling capacitance or the like generated between the photodiodes 22 exists between pixels adjacent to each other in the light receiving unit 20. Further, in each pixel, parasitic capacitance is present between the wiring Q m photodiode 22 and the row selection are connected to each other through the transistor 21, the parasitic capacitance also affects the crosstalk. However, since the above-described dummy photodiode 81 is not provided with a transistor, such parasitic capacitance does not occur. For this reason, the pixels P 1, N to P M, N adjacent to the dummy photodiode 81 have different degrees of crosstalk compared to other pixels, and the pixels P 1, N to P adjacent to the dummy photodiode 81 are different. The output characteristics from M and N and the magnitude of noise are different from those of other pixels.

このような課題に鑑み、本実施形態の固体撮像装置1Aでは、垂直シフトレジスタ60と受光部20との間のキャリア捕獲領域DA〜DAにおいて、M個のフォトダイオード(ダミーフォトダイオード)22が各行毎に配置されている。垂直シフトレジスタ60において発生する不要キャリアは、これらのフォトダイオード22によって吸収される。これにより、垂直シフトレジスタ60において発生した不要キャリアに起因するノイズが受光部20の画素からの出力に重畳されることを効果的に防ぐことができる。 In view of such problems, the solid-state imaging device 1A of the present embodiment, in the carrier capture region DA 1 to DA M between the vertical shift register 60 and the light receiving portion 20, M-number of photodiodes (dummy photodiode) 22 Is arranged for each row. Unnecessary carriers generated in the vertical shift register 60 are absorbed by these photodiodes 22. Thereby, it is possible to effectively prevent noise caused by unnecessary carriers generated in the vertical shift register 60 from being superimposed on the output from the pixels of the light receiving unit 20.

また、この固体撮像装置1Aでは、キャリア捕獲領域DA〜DAのフォトダイオード22と電荷排出用配線Rとがトランジスタ21を介して接続されており、トランジスタ21が導通状態となったときに、不要キャリアがフォトダイオード22から電荷排出用配線Rを経て基準電位線GNDへ排出される。このように、固体撮像装置1Aでは、受光部20内の各画素P1,1〜PM,Nと同様に、キャリア捕獲領域DA〜DAのフォトダイオード22にもトランジスタ21が設けられている。また、各行のキャリア捕獲領域DA〜DAそれぞれにフォトダイオード22が設けられているため、列方向に隣接するキャリア捕獲領域DA〜DAのフォトダイオード22は互いに離間している。従って、本実施形態の固体撮像装置1Aによれば、キャリア捕獲領域DA〜DAに隣接する画素P1,N〜PM,Nにおけるクロストークの大きさを、他の画素におけるクロストークの大きさに近づけることができるので、画素P1,N〜PM,Nからの出力特性やノイズの大きさを他の画素のそれに近づけることが可能となる。また、キャリア捕獲領域DA〜DAが遮光されていないか、または一部のみ遮光されている場合には、他の画素P1,1〜PM,Nと同様にキャリア捕獲領域DA〜DAのフォトダイオード22にも光が入射してキャリアが発生するので、キャリアの蓄積量も他の画素に近づけることが可能となる。 Further, in the solid-state imaging device 1A, and the photodiode 22 of the carrier capturing regions DA 1 to DA M and the charge drain wire R d is connected via the transistor 21, when the transistor 21 becomes a conductive state , unnecessary carriers are discharged to the reference potential line GND via the charge discharging wire R d from the photodiode 22. Thus, the solid-state imaging device 1A, the pixel P 1, 1 to P M in the light receiving portion 20, similarly to the N, the transistor 21 is also provided on the photodiode 22 of the carrier capturing regions DA 1 to DA M Yes. Moreover, since the photodiode 22 is provided on the carrier capture region DA 1 to DA M each row, the photodiode 22 of the carrier capturing regions DA 1 to DA M which are adjacent in the column direction are spaced apart from each other. Thus, in this embodiment according to the solid-state imaging device 1A, the pixel P 1, N to P M adjacent to the carrier capturing regions DA 1 to DA M, the size of the crosstalk in N, crosstalk in the other pixels Since it can be made close to the size , the output characteristics from the pixels P1 , N to PM , N and the magnitude of noise can be made close to those of other pixels. Also, when the carrier capturing regions DA 1 to DA M is either not blocked, or is partially shielded only, other pixels P 1, 1 to P M, N as well as the carrier capture region DA 1 ~ the light to the photodiode 22 of the DA M carriers are generated by incident, the amount of accumulated carriers also can be made closer to the other pixels.

また、本実施形態のように、垂直シフトレジスタ60と受光部20とは、共通の基板12上に形成されていてもよい。このような場合には、垂直シフトレジスタ60において発生した不要キャリアが受光部20に流入し易いが、本実施形態の固体撮像装置1Aによれば、受光部20への不要キャリアの流入を効果的に防ぐことができる。   Further, as in the present embodiment, the vertical shift register 60 and the light receiving unit 20 may be formed on a common substrate 12. In such a case, unnecessary carriers generated in the vertical shift register 60 tend to flow into the light receiving unit 20. However, according to the solid-state imaging device 1 </ b> A of the present embodiment, it is effective for the unnecessary carriers to flow into the light receiving unit 20. Can be prevented.

また、本実施形態のように、キャリア捕獲領域DA〜DAのトランジスタ21の各制御端子は、各画素P1,1〜PM,Nのトランジスタ21の各制御端子と共通の行選択用配線Q〜Qに接続されていることが好ましい。これにより、キャリア捕獲領域DA〜DAのフォトダイオード22と行選択用配線Q〜Qとの間の寄生容量値を、各画素P1,1〜PM,Nのフォトダイオード22と行選択用配線Q〜Qとの間の寄生容量値に近づけることができる。従って、キャリア捕獲領域DA〜DAに隣接する画素P1,N〜PM,Nにおけるクロストークの大きさを、他の画素におけるクロストークの大きさに更に近づけることができる。 Also, as in the present embodiment, the control terminals of the carrier capturing regions DA 1 to DA M of the transistor 21, for common row selection and the control terminals of the transistors 21 of the pixels P 1, 1 to P M, N It is preferable that they are connected to the wirings Q 1 to Q M. Thus, the parasitic capacitance between the carrier capture region DA 1 to DA photodiode 22 and the row selecting wiring of M Q 1 to Q M, each pixel P 1, 1 to P M, the photodiode 22 of the N The parasitic capacitance value between the row selection wirings Q 1 to Q M can be approached. Thus, the pixel P 1, N to P M adjacent to the carrier capturing regions DA 1 to DA M, the size of the crosstalk in N, can be further closer to the magnitude of the crosstalk in the other pixel.

ここで、本実施形態に係る固体撮像装置1Aの製造工程における露光方法について説明する。固体撮像装置1Aを製造する際には、多数の画素P1,N〜PM,Nおよびキャリア捕獲領域DA〜DA、DB〜DBN+1を、所定パターンを含むレチクルを使用しつつフォトリソグラフィ技術によって作製する。このとき、各画素P1,N〜PM,Nが互いに共通の構成を有することから、所定パターンを含むレチクルの位置を移動させながら複数回にわたって露光を行う、いわゆる継ぎ露光が行われる。図7(a)は、受光部20の平面図であって、継ぎ露光の境界線(継ぎ目)LAの一例を示している。図7(a)に示される例では、矩形状のフォトダイオード22の中心を通る線を境界線LA,LBとしている。この場合、図7(b)に示されるように、キャリア捕獲領域DA〜DA、DB〜DBN+1のフォトダイオード22の大きさは、画素P1,N〜PM,Nのフォトダイオード22の大きさとほぼ同等となる。 Here, an exposure method in the manufacturing process of the solid-state imaging device 1A according to the present embodiment will be described. When manufacturing a solid-state image pickup device 1A includes a plurality of pixels P 1, N ~P M, N and carrier capturing regions DA 1 to DA M, the DB 1 ~DB N + 1, while using a reticle containing a predetermined pattern Photo It is produced by lithography technology. At this time, since each of the pixels P1 , N to PM , N has a common configuration, so-called joint exposure is performed in which exposure is performed a plurality of times while moving the position of the reticle including the predetermined pattern. FIG. 7A is a plan view of the light receiving unit 20 and shows an example of a boundary line (seam) LA for joint exposure. In the example shown in FIG. 7A, the lines passing through the center of the rectangular photodiode 22 are defined as the boundary lines LA and LB. In this case, as shown in FIG. 7B, the size of the photodiodes 22 in the carrier capture regions DA 1 to DA M and DB 1 to DB N + 1 is equal to the photodiodes of the pixels P 1, N to P M, N. The size of 22 is almost the same.

また、図8(a)は、受光部20の平面図であって、継ぎ露光の境界線LAの別の例を示している。図8(a)に示される例では、列方向の境界線LAが、矩形状のフォトダイオード22の中心に対して左側(すなわちキャリア捕獲領域DA〜DAから離れる側)に寄っており、また、行方向の境界線LBが、矩形状のフォトダイオード22の中心に対して上側(すなわちキャリア捕獲領域DB〜DBから離れる側)に寄っている。この場合、図8(b)に示されるように、キャリア捕獲領域DA〜DA、DB〜DBN+1のフォトダイオード22の大きさを、画素P1,N〜PM,Nのフォトダイオード22の大きさよりも小さくすることができる。具体的には、行方向におけるキャリア捕獲領域DA〜DAのフォトダイオード22の幅を、該方向における画素P1,N〜PM,Nのフォトダイオード22の幅よりも短くすることができる。また、列方向におけるキャリア捕獲領域DB〜DBのフォトダイオード22の幅を、該方向における画素P1,N〜PM,Nのフォトダイオード22の幅よりも短くすることができる。従って、受光部20の周囲に必要とされる領域を狭くすることができる。 FIG. 8A is a plan view of the light receiving unit 20 and shows another example of the boundary line LA for joint exposure. In the example shown in FIG. 8 (a), the column direction of the boundary line LA is, is closer to the left side (i.e. the side away from the carrier capturing regions DA 1 to DA M) with respect to the center of the rectangular photodiode 22, the row direction of the border line LB has shifted to the upper side (i.e. the side away from the carrier capturing regions DB 1 to DB N) with respect to the center of the rectangular photodiode 22. In this case, as shown in FIG. 8B, the size of the photodiodes 22 in the carrier capture regions DA 1 to DA M , DB 1 to DB N + 1 is set to the photodiodes of the pixels P 1, N to P M, N. The size can be smaller than 22. Specifically, the width of the carrier capturing regions DA 1 to DA M of photodiodes 22 in the row direction, the pixel P 1, N to P M in said direction can be made shorter than the width of the N photodiodes 22 . Further, it is possible to shorten the width of the carrier capturing regions DB 1 to DB N photodiode 22, the pixel P 1 in the direction, N to P M, than the width of the N photodiodes 22 in the row direction. Therefore, the area required around the light receiving unit 20 can be narrowed.

上記のようにキャリア捕獲領域DA〜DA、DB〜DBN+1のフォトダイオード22を小さくすることには、次の利点がある。図9は、2枚のガラス基板12を並べて配置した例を概略的に示す平面図である。これらのガラス基板12上には、受光部20の画素P1,N〜PM,Nと、キャリア捕獲領域DA〜DA及びDB〜DBN+1とが形成されている。固体撮像装置全体での受光部の面積を更に大きくしたい場合には、このように複数枚のガラス基板12を並べて配置することが有効である。このとき、2枚のガラス基板12上における画素P1,N〜PM,N、キャリア捕獲領域DA〜DA及びDB〜DBの配置を同一とすれば、部品を共通化して製造コストを低く抑えることができる。しかし、その場合、2つの受光部20の間にキャリア捕獲領域DA〜DAが位置することとなり、その領域は画像を取得できない不感領域(デッドエリア)となる。このような場合、行方向におけるキャリア捕獲領域DA〜DAのフォトダイオード22の幅を、該方向における画素P1,N〜PM,Nのフォトダイオード22の幅よりも短くすることによって、上記の不感領域を狭くすることが可能となる。 Carrier capture region as described above DA 1 to DA M, to reduce the photodiode 22 of the DB 1 ~DB N + 1 has the following advantages. FIG. 9 is a plan view schematically showing an example in which two glass substrates 12 are arranged side by side. These glass substrate 12, pixel P 1, N to P M of the light receiving portion 20, and the N, and a carrier capturing regions DA 1 to DA M and DB 1 ~DB N + 1 is formed. In order to further increase the area of the light receiving portion in the entire solid-state imaging device, it is effective to arrange a plurality of glass substrates 12 side by side in this manner. At this time, the pixel P 1 in the two glass substrates 12 on, N to P M, N, if the arrangement of the carrier capturing regions DA 1 to DA M and DB 1 to DB N identical to common parts and manufacturing Cost can be kept low. However, in that case, it becomes the carrier capture region DA 1 to DA M between the two light receiving portion 20 is located, the region becomes a dead zone can not be obtained image (dead areas). In this case, the width of the carrier capturing regions DA 1 to DA M of photodiodes 22 in the row direction, the pixel P 1 in the direction N to P M, by less than the width of the N photodiodes 22, The insensitive area can be narrowed.

また、図8(a)を参照すると、通常の画素Pm+1,nにおいて、Pm+1,n+1に近い側にトランジスタが形成されている。また、画素Pm+1,nの継ぎ目(境界線LA)は、画素Pm+1,n−1に近い側に存在している。つまり、画素Pm+1,nの中心に対して、画素の一方の側にトランジスタ、他方の側に継ぎ目(境界線LA)が存在することとなり、行方向において継ぎ目とトランジスタとの距離が大きくなる。このように、継ぎ目とトランジスタとを物理的に離すことができるので、製造不良を少なくすることができる。 Further, referring to FIG. 8A, in a normal pixel P m + 1, n , a transistor is formed on the side closer to P m + 1, n + 1 . The pixel P m + 1, n seams (boundaries LA) is present on the side close to the pixel P m + 1, n-1 . That is, with respect to the center of the pixel P m + 1, n , a transistor is present on one side of the pixel and a seam (boundary line LA) is present on the other side, and the distance between the seam and the transistor is increased in the row direction. In this way, since the seam and the transistor can be physically separated, manufacturing defects can be reduced.

本発明による固体撮像装置は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態に示された受光部は、ガラス基板上にアモルファスシリコンや多結晶シリコンが成膜された構成を備えてもよい。この場合、トランジスタ21は薄膜トランジスタによって好適に実現される。或いは、受光部は、単結晶シリコン基板上に作製されてもよい。   The solid-state imaging device according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other modifications are possible. For example, the light receiving unit shown in the above embodiment may have a configuration in which amorphous silicon or polycrystalline silicon is formed on a glass substrate. In this case, the transistor 21 is preferably realized by a thin film transistor. Alternatively, the light receiving portion may be fabricated on a single crystal silicon substrate.

また、上記実施形態では、各画素に増幅回路を有さず、各列の読出し用配線毎に積分回路が設けられた、いわゆるパッシブピクセルセンサ(PPS)について本発明を適用したが、本発明は、各画素毎に増幅回路を有する、いわゆるアクティブピクセルセンサ(APS)に適用されてもよい。   In the above embodiment, the present invention is applied to a so-called passive pixel sensor (PPS) in which each pixel does not have an amplifier circuit and an integration circuit is provided for each readout wiring in each column. The present invention may be applied to a so-called active pixel sensor (APS) having an amplifier circuit for each pixel.

また、上記実施形態では、受光部に対し列方向に並んでキャリア捕獲領域DB〜DBN+1が設けられている例を示したが、キャリア捕獲領域DB〜DBN+1は省略されてもよい。 In the above embodiment, the carrier capture regions DB 1 to DB N + 1 are provided side by side in the column direction with respect to the light receiving unit, but the carrier capture regions DB 1 to DB N + 1 may be omitted.

1A…固体撮像装置、12…基板、20…受光部、21…トランジスタ、22…フォトダイオード、30…不要キャリア捕獲部、40…読出回路部、42…積分回路、44…保持回路、45…保持用配線、46…リセット用配線、48…電圧出力用配線、51…ボンディングワイヤ、60…垂直シフトレジスタ、61…水平シフトレジスタ、DA〜DA,DB〜DBN+1…キャリア捕獲領域、GND…基準電位線、LA,LB…境界線(継ぎ目)、P1,1〜PM,N…画素、Q〜Q,Q…行選択用配線、R〜R…読出用配線、R…電荷排出用配線、R…読出用配線、R…列読出用配線。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A ... Solid-state imaging device, 12 ... Board | substrate, 20 ... Light-receiving part, 21 ... Transistor, 22 ... Photodiode, 30 ... Unnecessary carrier capture part, 40 ... Read-out circuit part, 42 ... Integration circuit, 44 ... Holding circuit, 45 ... Holding use wire, 46 ... reset wiring 48 ... voltage output wiring 51 ... bonding wire, 60 ... vertical shift register, 61 ... horizontal shift register, DA 1 ~DA M, DB 1 ~DB N + 1 ... carrier capturing regions, GND ... reference potential line, LA, LB ... boundary line (seam), P 1,1 ~P M, N ... pixel, Q 1 ~Q M, Q d ... row selecting wiring, R 1 to R N ... readout wiring , R d ... charge discharging wiring, R n ... reading wiring, R n ... column reading wiring.

Claims (3)

第1のフォトダイオード、及び該第1のフォトダイオードに一端が接続された第1のスイッチ回路を各々含み、M行N列(M,Nは2以上の整数)に二次元配列されたM×N個の画素を有し、単結晶シリコン基板上に形成された受光部と、
各列毎に配設され、対応する列の前記画素に含まれる前記第1のスイッチ回路の他端に接続されたN本の読出用配線と、
前記N本の読出用配線に接続された読出回路部と、
前記受光部に対して行方向に並んで配置され、前記第1のスイッチ回路の開閉状態を各行毎に制御するシフトレジスタと、
前記シフトレジスタと前記受光部との間の領域に配置されたダミーフォトダイオードと、
前記ダミーフォトダイオードに一端が接続された第2のスイッチ回路と、
前記第2のスイッチ回路の他端に接続されるとともに基準電位線に短絡された電荷排出用配線と
を備えることを特徴とする、固体撮像装置。
The M × M array includes a first photodiode and a first switch circuit having one end connected to the first photodiode, and is two-dimensionally arranged in M rows and N columns (M and N are integers of 2 or more). A light receiving portion having N pixels and formed on a single crystal silicon substrate;
N readout wirings arranged for each column and connected to the other end of the first switch circuit included in the pixel of the corresponding column;
A readout circuit unit connected to the N readout wirings;
A shift register that is arranged side by side in the row direction with respect to the light receiving unit, and controls the open / close state of the first switch circuit for each row;
A dummy photodiode disposed in a region between the shift register and the light receiving unit;
A second switch circuit having one end connected to the dummy photodiode;
A solid-state imaging device comprising: a charge discharging wiring connected to the other end of the second switch circuit and short-circuited to a reference potential line.
行方向における前記ダミーフォトダイオードの幅が、該方向における前記第1のフォトダイオードの幅よりも短いことを特徴とする、請求項1に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a width of the dummy photodiode in a row direction is shorter than a width of the first photodiode in the direction. 前記シフトレジスタと前記受光部とが共通の基板上に形成されていることを特徴とする、請求項1または2に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the shift register and the light receiving unit are formed on a common substrate.
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