JP3720036B2 - CMOS image sensor - Google Patents

CMOS image sensor Download PDF

Info

Publication number
JP3720036B2
JP3720036B2 JP2003344248A JP2003344248A JP3720036B2 JP 3720036 B2 JP3720036 B2 JP 3720036B2 JP 2003344248 A JP2003344248 A JP 2003344248A JP 2003344248 A JP2003344248 A JP 2003344248A JP 3720036 B2 JP3720036 B2 JP 3720036B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transistor
read
transistors
diffusion region
gate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003344248A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004153253A (en
Inventor
弘一 関根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2003344248A priority Critical patent/JP3720036B2/en
Publication of JP2004153253A publication Critical patent/JP2004153253A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3720036B2 publication Critical patent/JP3720036B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

本発明は、半導体基板にアクティブピクセルがマトリクス配列され、X−YアドレスされるCMOSイメージセンサに関する。     The present invention relates to a CMOS image sensor in which active pixels are arranged in a matrix on a semiconductor substrate and are XY addressed.

CMOSイメージセンサのアクティブピクセルは、半導体基板上に形成した受光素子としてのフォトダイオードと、このフォトダイオードに光が照射されて生じる信号電荷を伝送、増幅する複数のMOSトランジスタからなり、これらの素子の組合わせをピクセルユニットセルとしてその複数個を半導体基板上にマトリクス配列して画素部としている。基本的には一つのフォトトランジスタの伝送のために、リセットトランジスタ、増幅トランジスタおよび行アドレスのための選択トランジスタの組合わせを必要とする。     An active pixel of a CMOS image sensor includes a photodiode as a light receiving element formed on a semiconductor substrate and a plurality of MOS transistors that transmit and amplify signal charges generated by irradiating the photodiode with light. A combination of pixel unit cells is used as a pixel unit by arranging a plurality of pixel unit cells in a matrix on a semiconductor substrate. Basically, for the transmission of one phototransistor, a combination of a reset transistor, an amplifying transistor and a selection transistor for row address is required.

この1つの組合わせを複数のフォトダイオードに共通に用いて信号処理の効率化をはかる構造も知られている。通常、一対のフォトダイオードに共通の増幅部を配置したセンサがディジタルカメラ、モバイル機器、カメラ付き携帯電話などに実用化されている。この構造では、一対のフォトダイオードから信号電荷を交互に取り出すために各ダイオードに読み取りトランジスタを付属させて信号切換えを行う。また画素部の周辺部にタイミング発生回路と、垂直ライン走査回路、ノイズキャンセル回路、さらに水平ライン走査回路、出力増幅器を有する読出し部を配置したものがある(例えば特許文献1参照)。   There is also known a structure for improving the efficiency of signal processing by using this one combination in common for a plurality of photodiodes. Usually, a sensor in which a common amplification unit is disposed in a pair of photodiodes has been put to practical use in digital cameras, mobile devices, camera-equipped mobile phones, and the like. In this structure, in order to alternately extract signal charges from a pair of photodiodes, a signal transistor is attached to each diode to perform signal switching. In addition, there is a pixel in which a timing generation circuit, a vertical line scanning circuit, a noise canceling circuit, a horizontal line scanning circuit, and a reading unit having an output amplifier are arranged in the periphery of the pixel portion (see, for example, Patent Document 1).

以下、従来例を図10ないし図12を参照して説明する。図10はマトリクス配列図、図11は要部の回路図であり、図12は要部のレイアウトを示す図である。     Hereinafter, a conventional example will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a matrix arrangement diagram, FIG. 11 is a circuit diagram of the main part, and FIG. 12 is a diagram showing a layout of the main part.

図において、CMOSイメージセンサの画素部1は、複数のユニットセルCeを二次元的に略正格子状にマトリクス配置して構成されており、1ユニットセルCeの画素が2つの第1および第2のフォトダイオード12a,12bで構成されている。そして、回路構成は、図11に示すように、2つの第1および第2のフォトダイオード12a,12bは、それぞれに対応して設けられた読出しトランジスタ13a,13bのソースに接続されており、また各読出しトランジスタ13a,13bのゲート14a,14bには、それぞれ読出しパルスを供給する読出し線15a,15bが接続されている。     In the figure, the pixel portion 1 of the CMOS image sensor is configured by arranging a plurality of unit cells Ce in a two-dimensional matrix arrangement in a substantially regular lattice, and the pixel of one unit cell Ce has two first and second pixels. Photodiodes 12a and 12b. As shown in FIG. 11, the circuit configuration is such that the two first and second photodiodes 12a and 12b are connected to the sources of the read transistors 13a and 13b provided corresponding to the first and second photodiodes 12a and 12b, respectively. Read lines 15a and 15b for supplying a read pulse are connected to the gates 14a and 14b of the read transistors 13a and 13b, respectively.

また、読出しトランジスタ13a,13bのドレインは、共通のフローティング拡散領域16で形成されており、フローティング拡散領域16は、金属配線により増幅トランジスタ17のゲート18とリセットトランジスタ19のソース20に接続されている。また増幅トランジスタ17のドレイン21は、選択トランジスタ22のソースと共通となっており、選択トランジスタ22のドレイン23は、電源線24に接続され、選択トランジスタ22のゲート25には、選択パルスを供給する選択線26が接続されている。さらに増幅トランジスタ17のソースは、ソース拡散領域27で形成され、このソース拡散領域27には、信号線28が接続されている。     The drains of the read transistors 13a and 13b are formed by a common floating diffusion region 16, and the floating diffusion region 16 is connected to the gate 18 of the amplification transistor 17 and the source 20 of the reset transistor 19 by a metal wiring. . The drain 21 of the amplification transistor 17 is common with the source of the selection transistor 22, the drain 23 of the selection transistor 22 is connected to the power supply line 24, and a selection pulse is supplied to the gate 25 of the selection transistor 22. A selection line 26 is connected. Further, the source of the amplification transistor 17 is formed by a source diffusion region 27, and a signal line 28 is connected to the source diffusion region 27.

一方、リセットトランジスタ19のドレインは、隣接するユニットセルCeの選択トランジスタ22のドレイン23と共通で、リセットドレイン電圧源の電源線24に接続されており、リセットトランジスタ19のゲート29には、リセットパルスを供給するリセット線30が接続されている。     On the other hand, the drain of the reset transistor 19 is common to the drain 23 of the selection transistor 22 of the adjacent unit cell Ce and is connected to the power supply line 24 of the reset drain voltage source. Is connected to the reset line 30.

また、レイアウトは、図12に示すように、共に方形をなす第1のフォトダイオード12a、または第2のフォトダイオード12bのみを、所定間隔で水平方向に配置し、また垂直方向には、第1のフォトダイオード12aと第2のフォトダイオード12bを交互に所定間隔で配置したものとなっている。そして、同一ユニットセルCeの垂直方向に隣接する第1のフォトダイオード12aと第2のフォトダイオード12bとの間には、フローティング拡散領域16を間に挟むようにして、読出し線15a,15bがパターンの中間部に水平方向に延在するように設けられている。読出し線は読出しトランジスタ13a,13bのゲート14a,14bを構成して読出しパルスを供給する。     In addition, as shown in FIG. 12, the layout is such that only the first photodiode 12a or the second photodiode 12b, both of which are square, are arranged in the horizontal direction at a predetermined interval, and the first photodiode 12a is arranged in the vertical direction. The photodiodes 12a and the second photodiodes 12b are alternately arranged at a predetermined interval. Then, between the first photodiode 12a and the second photodiode 12b adjacent to each other in the vertical direction of the same unit cell Ce, the read lines 15a and 15b are arranged in the middle of the pattern so as to sandwich the floating diffusion region 16 therebetween. It is provided in the part so that it may extend in the horizontal direction. The read line constitutes the gates 14a and 14b of the read transistors 13a and 13b and supplies a read pulse.

また、第1のフォトダイオード12aの垂直方向上方側には、リセットパルスが供給されるリセットトランジスタ19のゲート29が形成されたリセット線30が、所定間隔を設けて水平方向に延在するように設けられている。一方、第2のフォトダイオード12bの垂直方向の下方側には、下方側の隣接ユニットセルの第1のフォトダイオード12aとの間に、選択パルスが供給される選択トランジスタ22のゲート25が形成された選択線26が、同じ隣接するユニットセルのリセット線30との間に所定間隔を設けかつ水平方向に延在するように設けられている。     Further, on the upper side in the vertical direction of the first photodiode 12a, a reset line 30 on which a gate 29 of a reset transistor 19 to which a reset pulse is supplied is formed so as to extend in the horizontal direction with a predetermined interval. Is provided. On the other hand, on the lower side in the vertical direction of the second photodiode 12b, the gate 25 of the selection transistor 22 to which a selection pulse is supplied is formed between the second photodiode 12b and the first photodiode 12a of the adjacent unit cell on the lower side. The selection lines 26 are provided so as to extend in the horizontal direction with a predetermined interval between the reset lines 30 of the same adjacent unit cells.

さらに、リセットトランジスタ19のゲート29となるリセット線30の中間部には、その下側にソース20、上側に隣接するユニットセルの選択トランジスタ22のドレイン23と共通のドレインが形成されている。また、第2のフォトダイオード12bを間に挟む読出し線15bと選択線26の間には、第2のフォトダイオード12bの近傍に増幅トランジスタ17のゲート18が形成されている。ゲート18の垂直方向上側に増幅トランジスタ17のソース拡散領域27が、また下側には選択線26との間に選択トランジスタ22のソースでもある増幅トランジスタ7のドレイン21が形成されている。     Further, a source 20 is formed below the reset line 30 serving as the gate 29 of the reset transistor 19, and a drain common to the drain 23 of the selection transistor 22 of the adjacent unit cell is formed on the upper side. A gate 18 of the amplification transistor 17 is formed in the vicinity of the second photodiode 12b between the read line 15b and the selection line 26 with the second photodiode 12b interposed therebetween. A source diffusion region 27 of the amplifying transistor 17 is formed above the gate 18 in the vertical direction, and a drain 21 of the amplifying transistor 7 that is also the source of the selecting transistor 22 is formed between the gate 18 and the selection line 26.

またさらに、選択トランジスタ22のソースに対応して、選択線26と垂直方向下方側に隣接するユニットセルのリセット線30との間には、隣接するユニットセルのリセットトランジスタ19のドレインでもある選択トランジスタ22のドレイン23が形成されている。     Further, corresponding to the source of the select transistor 22, a select transistor that is also a drain of the reset transistor 19 of the adjacent unit cell between the select line 26 and the reset line 30 of the adjacent unit cell on the lower side in the vertical direction. 22 drains 23 are formed.

上記のように構成されたパターンの各ユニットセルには、垂直方向に配列された各ユニットセルのリセットトランジスタ19のドレインでもある選択トランジスタ22のドレイン23に対し、それぞれを相互に接続するようAl配線による電源線24が配線されている。また同じく、垂直方向に配列された各ユニットセルCeの増幅トランジスタ17のソース拡散領域27に対しては、読出しパルスによって読み出された信号を出力する信号線28が、Al配線によってそれぞれを接続するように配線されている。     In each unit cell of the pattern configured as described above, an Al wiring is connected to the drain 23 of the selection transistor 22 which is also the drain of the reset transistor 19 of each unit cell arranged in the vertical direction. A power line 24 is wired. Similarly, to the source diffusion region 27 of the amplification transistor 17 of each unit cell Ce arranged in the vertical direction, a signal line 28 that outputs a signal read by a read pulse is connected to each other by an Al wiring. Are wired like so.

さらに、各ユニットセルCe毎に、フローティング拡散領域16と増幅トランジスタ17のゲート18およびリセットトランジスタ19のソース20には、これらをそれぞれ接続するように、例えばフローティング拡散領域16と増幅トランジスタ17のゲート18を接続する接続線31と、フローティング拡散領域16とリセットトランジスタ19のソース20を接続する接続線32とが、Al配線によって配線されている。なお、上記各トランジスタ13a,13b,17,19,22のゲート14a,14b,18,25,29は、多結晶シリコンによって形成されている。
米国特許第6,019,449号明細書
Further, for each unit cell Ce, for example, the floating diffusion region 16 and the gate 18 of the amplification transistor 17 are connected to the floating diffusion region 16, the gate 18 of the amplification transistor 17, and the source 20 of the reset transistor 19, respectively. A connection line 31 for connecting the floating diffusion region 16 and the connection line 32 for connecting the source 20 of the reset transistor 19 are wired by Al wiring. The gates 14a, 14b, 18, 25, and 29 of the transistors 13a, 13b, 17, 19, and 22 are made of polycrystalline silicon.
US Pat. No. 6,019,449

しかしながら上記の従来技術においては、1つのユニットセルCeを第1のフォトダイオード12aと第2のフォトダイオード12b、さらに読出しトランジスタ13a,13b、増幅トランジスタ17、リセットトランジスタ19、選択トランジスタ22で構成し、これに対し、読出し線15a,15b、選択線26、リセット線30を同一面にレイアウトするように形成し、電源線24、信号線28、接続線31,32をAl配線によって設けなければならなかった。このため、第1のフォトダイオード12aと第2のフォトダイオード12bの面積が、ユニットセルCe全体の面積の20%〜30%程度しか取れず、またセンサの解像度を向上させるべく高集積化を図ろうとした場合、その実現は難しく、解像度向上等の点で限界があった。さらに読出し線15aと接続線32とが交差し交差部40を形成している。   However, in the above prior art, one unit cell Ce is composed of the first photodiode 12a and the second photodiode 12b, the read transistors 13a and 13b, the amplification transistor 17, the reset transistor 19, and the selection transistor 22. On the other hand, the readout lines 15a and 15b, the selection line 26, and the reset line 30 are formed so as to be laid out on the same plane, and the power supply line 24, the signal line 28, and the connection lines 31 and 32 must be provided by Al wiring. It was. For this reason, the area of the first photodiode 12a and the second photodiode 12b is only about 20% to 30% of the entire area of the unit cell Ce, and high integration is achieved in order to improve the resolution of the sensor. When trying to do so, it is difficult to realize it, and there is a limit in terms of resolution improvement. Further, the readout line 15 a and the connection line 32 intersect to form an intersection 40.

一方フローティング拡散層16に加えてリセットトランジスタのソース部20と接続線32が存在することは、容量の増加をもたらし、信号電荷量に対する信号出力の変化、すなわちアンプゲインを低下させてしまい高感度センサ実現に障害となった。   On the other hand, the presence of the source portion 20 and the connection line 32 of the reset transistor in addition to the floating diffusion layer 16 leads to an increase in capacitance, and a change in signal output with respect to the amount of signal charge, that is, an amplifier gain is reduced. It became an obstacle to realization.

上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところはユニットセルを構成する素子や配線等を効率的に配置し、素子や配線等を特に小さくしたり、細線化したりすることなく高集積化できて、解像度等を向上させることができるCMOSイメージセンサを提供することにある。     The present invention has been made in view of the above situation, and its object is to efficiently arrange the elements and wirings constituting the unit cell, and to make the elements and wirings particularly small or thin. It is an object of the present invention to provide a CMOS image sensor that can be highly integrated without increasing the resolution and improve the resolution and the like.

本発明の一態様のCMOSイメージセンサは、
フォトダイオードと複数のMOSトランジスタで構成される複数のユニットセルを半導体基板にマトリクス状に配置してなるCMOSイメージセンサにおいて、
前記ユニットセルは半導体基板に形成された第1と第2フォトダイオードと、前記第1フォトダイオードに接続されその信号電荷を読み出す第1読出しトランジスタと、前記第2フォトダイオードに接続されその信号電荷を読み出す第2読出しトランジスタと、前記第1と第2読出しトランジスタに接続されて信号電荷が伝送されるフローティング拡散領域と、前記フローティング拡散領域に接続されこの領域の電位をリセットするリセットトランジスタと、前記フローティング拡散領域にゲートが接続され信号電荷を増幅する増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタを選択的にアドレスする選択トランジスタとからなり、
前記ユニットセルはそれぞれ前記マトリクス配置の水平方向にそれぞれ延在する4本のゲート線である前記第1および第2読出しトランジスタの読出し線、前記リセットトランジスタのリセット線および前記選択トランジスタのセレクト線に結合され、
前記ユニットセルは前記マトリクス配置の垂直方向にそれぞれ延在し前記リセットトランジスタおよび選択トランジスタに接続される電源線および前記増幅トランジスタに接続される信号線に結合され、
前記ゲート線は2線ごとに二重配線層で延在し、
前記第1および第2フォトダイオードは前記第1および第2読出しトランジスタの読出し線を挟んで互いに離間して配置され、
前記フローティング拡散領域はほぼ方形状をなし、
前記第1および第2読出しトランジスタならびに前記リセットトランジスタが前記フローティング拡散領域の各辺に半導体基板内で接続されている。
A CMOS image sensor of one embodiment of the present invention includes:
In a CMOS image sensor in which a plurality of unit cells composed of a photodiode and a plurality of MOS transistors are arranged in a matrix on a semiconductor substrate,
The unit cell includes first and second photodiodes formed on a semiconductor substrate, a first readout transistor connected to the first photodiode for reading out the signal charge, and a signal charge connected to the second photodiode. A second read transistor for reading, a floating diffusion region connected to the first and second read transistors for transmitting signal charges, a reset transistor connected to the floating diffusion region for resetting the potential of the region, and the floating transistor An amplification transistor having a gate connected to the diffusion region and amplifying the signal charge, and a selection transistor for selectively addressing the amplification transistor,
Each of the unit cells is coupled to a read line of the first and second read transistors, a reset line of the reset transistor, and a select line of the select transistor, which are four gate lines extending in the horizontal direction of the matrix arrangement, respectively. And
The unit cells extend in the vertical direction of the matrix arrangement and are coupled to a power supply line connected to the reset transistor and the selection transistor and a signal line connected to the amplification transistor,
The gate line extends in a double wiring layer every two lines,
The first and second photodiodes are spaced apart from each other across a read line of the first and second read transistors;
The floating diffusion region has a substantially rectangular shape,
The first and second read transistors and the reset transistor are connected to each side of the floating diffusion region in a semiconductor substrate.

以上のように,一対の読出しトランジスタおよびリセットトランジスタを共通の方形のフローティング拡散領域で直接結合し,かつゲート線を二重層配線にすることによって、フォトダイオード面積の拡大、ユニットセルと配線の効率的配置をはかることができる。   As described above, a pair of readout transistor and reset transistor are directly coupled with a common rectangular floating diffusion region, and the gate line is formed as a double layer wiring, thereby expanding the photodiode area and improving the efficiency of the unit cell and the wiring. The arrangement can be measured.

本発明の他の態様のCMOSイメージセンサは、対をなす2つのフォトダイオード、前記フォトダイオードに夫々に接続されフォトダイオードの信号を読み出す対をなす読出しトランジスタ、前記信号を増幅する増幅トランジスタ、前記信号をリセットするリセットトランジスタ、前記増幅トランジスタを選択する選択トランジスタとを備えるユニットセルを、垂直方向、水平方向に二次元的に所定ピッチで複数個、マトリクス配置してなるCMOSイメージセンサにおいて、
前記ユニットセルの2つの前記フォトダイオードは前記マトリクス配置の垂直方向に離間配置され、前記対をなす読出しトランジスタは前記対をなすフォトダイオード間に配置されて、ドレインとなるフローティング拡散領域を共通に有し、
前記フローティング拡散領域はほぼ方形に形成され、
前記リセットトランジスタは前記フローティング拡散領域に直接隣接して設けられ、
各フォトダイオードに対応する前記読出しトランジスタのそれぞれのゲートを構成する読出し線が、フローティング拡散領域を前記垂直方向の両側から挟むようにして対向配置され、
前記対をなす読出しトランジスタの前記読出し線に挟まれた領域に前記増幅トランジスタ、リセットトランジスタ、選択トランジスタを形成している。
A CMOS image sensor according to another aspect of the present invention includes a pair of photodiodes, a pair of readout transistors connected to the photodiodes for reading out signals of the photodiodes, an amplification transistor for amplifying the signals, and the signal In a CMOS image sensor, in which a plurality of unit cells each having a reset transistor for resetting and a selection transistor for selecting the amplification transistor are arranged in a matrix at a predetermined pitch two-dimensionally in the vertical and horizontal directions.
The two photodiodes of the unit cell are spaced apart from each other in the vertical direction of the matrix arrangement, and the paired readout transistors are arranged between the paired photodiodes and have a common floating diffusion region serving as a drain. And
The floating diffusion region is substantially rectangular;
The reset transistor is provided directly adjacent to the floating diffusion region;
Read lines constituting the respective gates of the read transistors corresponding to the photodiodes are arranged to face each other so as to sandwich the floating diffusion region from both sides in the vertical direction,
The amplification transistor, the reset transistor, and the selection transistor are formed in a region sandwiched between the readout lines of the paired readout transistors.

ユニットセルの各フォトダイオードに対応する前記読出しトランジスタのそれぞれのゲートは、前記フォトダイオードの間に設けられた略方形のフローティング拡散領域を垂直方向両側から挟むようにして、対向配置されている。または前記ユニットセルの各フォトダイオードに対応する前記読出しトランジスタのそれぞれのゲートが、前記フォトダイオードに対し共通に設けられた略方形のフローティング拡散領域の隣り合う辺に沿って、互いに直交するように設けられて形成され、前記フローティング拡散領域に途中配線を経由せず直接隣接してリセットトランジスタが設けられている。   The gates of the readout transistors corresponding to the photodiodes of the unit cell are arranged to face each other so as to sandwich a substantially square floating diffusion region provided between the photodiodes from both sides in the vertical direction. Alternatively, the gates of the read transistors corresponding to the photodiodes of the unit cell are provided so as to be orthogonal to each other along adjacent sides of a substantially square floating diffusion region provided in common to the photodiodes. A reset transistor is provided directly adjacent to the floating diffusion region without going through an intermediate wiring.

以上のように,一対の読出しトランジスタおよびリセットトランジスタを共通の方形のフローティング拡散領域で直接結合することによって、ユニットセルと配線の効率的配置をはかることができる。   As described above, the unit cell and the wiring can be efficiently arranged by directly coupling the pair of read transistor and reset transistor in the common rectangular floating diffusion region.

本発明によれば、ユニットセルを構成する素子や配線等を効率的に配置することができ、高集積化できて、またフォトダイオード面積を30%以上向上させることができ、かつ電荷電圧変換ゲインを向上させてダイナミックゲインを増加させ、高感度なセンサを提供できる等の効果を奏する。   According to the present invention, elements, wirings, and the like constituting the unit cell can be efficiently arranged, can be highly integrated, can improve the photodiode area by 30% or more, and have a charge-voltage conversion gain. As a result, the dynamic gain can be increased and a highly sensitive sensor can be provided.

以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお各図で同一符号の部分は同様部分を示す。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the part of the same code | symbol in each figure shows the same part.

第1の実施形態を、図1ないし図5により説明する。図1は半導体基板上に複数のユニットセルCe1を配置したマトリクス図を示し、R1,R2は読出しパルスR1、R2が印加されてフォトダイオード52a、52bの信号電荷を読み出す読出しトランジスタゲート領域を示し、これにリセットトランジスタゲート部RSおよび増幅トランジスタおよび選択トランジスタ部AMPが接続されている。   A first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a matrix diagram in which a plurality of unit cells Ce1 are arranged on a semiconductor substrate, R1 and R2 show read transistor gate regions for reading out signal charges of photodiodes 52a and 52b when read pulses R1 and R2 are applied, The reset transistor gate portion RS, the amplification transistor, and the selection transistor portion AMP are connected to this.

図中、マトリクス水平方向の左側に読出しパルスR1、R2を発生させる周辺回路であるY DriverCKT(R1,R2)を、図の右側にリセットパルス、アドレスパルスを発生させる周辺回路Y DriverCKT(RS,ADD)をそれぞれ示す。図下側のマトリクス垂直方向に信号線の情報を順次読み出すための周辺回路READ CKT を示している。   In the figure, Y Driver CKT (R1, R2), which is a peripheral circuit that generates read pulses R1, R2 on the left side in the horizontal direction of the matrix, and a peripheral circuit Y Driver CKT (RS, ADD), which generates reset pulses and address pulses, on the right side of the figure. ) Respectively. A peripheral circuit READ CKT for sequentially reading signal line information in the vertical direction of the matrix on the lower side of the figure is shown.

マトリクスの水平方向Xに、読出しパルスが印加される第1、第2読出し線54a、54b、リセットパルスが印加されるリセット線69、アドレスパルスが印加される選択線65が延びている。これらの線は各トランジスタのゲートを制御するゲート線である。さらにマトリクスの垂直方向Yに、電源線68と信号線62が延びている。ユニットセルCe1は、水平方向に延びる4本のゲート線54a、54b、65、69と垂直方向に延びる電源線68と信号線62に結合される。   In the horizontal direction X of the matrix, first and second read lines 54a and 54b to which a read pulse is applied, a reset line 69 to which a reset pulse is applied, and a selection line 65 to which an address pulse is applied extend. These lines are gate lines that control the gate of each transistor. Further, power supply lines 68 and signal lines 62 extend in the vertical direction Y of the matrix. The unit cell Ce1 is coupled to four gate lines 54a, 54b, 65, 69 extending in the horizontal direction and a power supply line 68 and signal line 62 extending in the vertical direction.

本実施例ではRS部が読出し線54a、54bの間に存在し、読出し線との間に交差部がない。   In this embodiment, the RS portion exists between the read lines 54a and 54b, and there is no crossing portion between the read lines.

図において、CMOSイメージセンサの画素部101は、半導体基板上に複数のユニットセルCe1を水平、垂直の二次元的に略正格子状にマトリクス配置して構成されており、1ユニットセルCe1の画素が2つの第1および第2のフォトダイオード52a,52bで構成されている。   In the figure, the pixel portion 101 of the CMOS image sensor is configured by arranging a plurality of unit cells Ce1 in a matrix in a horizontal and vertical two-dimensional substantially regular lattice on a semiconductor substrate. Is composed of two first and second photodiodes 52a and 52b.

本実施形態では第1の読出しトランジスタ53aの第1読出し線54aとリセットトランジスタ59のリセット線69が層間絶縁層103(図4)を介して二重配線層104として積層されている。さらに、第2読出しトランジスタ53bの第2読出し線54bと選択トランジスタ62の選択線65が層間絶縁層103(図4)を介して二重配線層105として積層されている。   In the present embodiment, the first read line 54a of the first read transistor 53a and the reset line 69 of the reset transistor 59 are stacked as the double wiring layer 104 via the interlayer insulating layer 103 (FIG. 4). Further, the second read line 54b of the second read transistor 53b and the select line 65 of the select transistor 62 are stacked as a double wiring layer 105 via the interlayer insulating layer 103 (FIG. 4).

図3に示すようにレイアウトはこれらの二重配線層104,105がマトリクス配列の水平方向に延在して平行に配置されている。フォトダイオード52a、52bはこれらの配線層の外側に配置され、第1および第2読出しトランジスタ53a,53bおよび二重配線層104,105を内側に挟むように位置する。また、第1および第2読出しトランジスタのドレインに接続されたフローティング拡散領域56、リセットトランジスタ59、増幅トランジスタ57および選択トランジスタ62が二重配線層の内側領域に配置される。   As shown in FIG. 3, in the layout, these double wiring layers 104 and 105 extend in the horizontal direction of the matrix arrangement and are arranged in parallel. The photodiodes 52a and 52b are arranged outside these wiring layers, and are positioned so as to sandwich the first and second read transistors 53a and 53b and the double wiring layers 104 and 105 inside. In addition, the floating diffusion region 56, the reset transistor 59, the amplification transistor 57, and the selection transistor 62 connected to the drains of the first and second read transistors are disposed in the inner region of the double wiring layer.

フローティング拡散領域56は方形形状をなし、第1および第2読出しトランジスタ53a、53bのドレインがこの領域の4辺のうち互いに対向する2辺56a、56bにそれぞれ接続される。また2辺56a、56bに挟まれる1辺にリセットトランジスタ59のソースが接続される。   The floating diffusion region 56 has a rectangular shape, and the drains of the first and second read transistors 53a and 53b are respectively connected to two sides 56a and 56b facing each other among the four sides of this region. Further, the source of the reset transistor 59 is connected to one side sandwiched between the two sides 56a and 56b.

さらに詳述すると、図2に示すように、各ユニットセルの2つの第1および第2のフォトダイオード52a,52bには、それぞれに対応して読出しトランジスタ53a,53bが設けられそのソースが接続される。各読出しトランジスタ53a,53bのゲートは、それぞれ読出しパルスを供給する読出し線54a,54bが兼ねており、読出しトランジスタ53a,53bのドレインは、共通のフローティング拡散領域56で形成されている。そして、2つの第1および第2のフォトダイオード52a,52bに対し、増幅トランジスタ57、リセットトランジスタ59、選択トランジスタ62が共通に設けられている。     More specifically, as shown in FIG. 2, the two first and second photodiodes 52a and 52b of each unit cell are provided with read transistors 53a and 53b, respectively, and their sources are connected. The The gates of the read transistors 53 a and 53 b also serve as read lines 54 a and 54 b for supplying a read pulse, respectively. The drains of the read transistors 53 a and 53 b are formed by a common floating diffusion region 56. An amplification transistor 57, a reset transistor 59, and a selection transistor 62 are provided in common for the two first and second photodiodes 52a and 52b.

また、レイアウトは、図3に示すように、同ユニットセル内で水平方向に長い長方形状をなす第1のフォトダイオード52a、または第2のフォトダイオード52bのみを、所定間隔で水平方向に配置する。また垂直方向には、同一ユニットセルの第1のフォトダイオード52aと第2のフォトダイオード52bとの間には所定間隔を設ける。水平方向の隣接ユニットセルの第1のフォトダイオード52aと第2のフォトダイオード52bとが隣接するようにして、第1のフォトダイオード52aと第2のフォトダイオード52bとが交互に位置するように配置してもよい。     Further, as shown in FIG. 3, only the first photodiode 52a or the second photodiode 52b having a rectangular shape that is long in the horizontal direction in the unit cell is arranged in the horizontal direction at a predetermined interval. . In the vertical direction, a predetermined interval is provided between the first photodiode 52a and the second photodiode 52b of the same unit cell. Arranged so that the first photodiode 52a and the second photodiode 52b are alternately positioned so that the first photodiode 52a and the second photodiode 52b of the adjacent unit cells in the horizontal direction are adjacent to each other. May be.

第1のフォトダイオード52aと第2のフォトダイオード52bとの間には、マトリクス配置の水平方向に配列された各コラムのユニットセルCe1共通に第1読出し線54aと第2読出し線54bが延びている。第1読出し線54aが第1のフォトダイオード52aの側の読出しトランジスタ53aのゲート線である。また第2読出し線54bが第2のフォトダイオード52bの側の読出しトランジスタ53bのゲート線である。なお、読出し線54a,54bは、多結晶シリコンで形成されており、また、それぞれには読出しパルスを供給する読出し線端部55a,55bが接続されている。     Between the first photodiode 52a and the second photodiode 52b, the first readout line 54a and the second readout line 54b extend in common to the unit cells Ce1 of each column arranged in the horizontal direction of the matrix arrangement. Yes. The first read line 54a is the gate line of the read transistor 53a on the first photodiode 52a side. The second read line 54b is a gate line of the read transistor 53b on the second photodiode 52b side. The read lines 54a and 54b are made of polycrystalline silicon, and read line ends 55a and 55b for supplying a read pulse are connected to the read lines 54a and 54b, respectively.

さらに、読出しトランジスタ53aのゲート(第1読出し線)54aと読出しトランジスタ53bのゲート(第2読出し線)54bの間には、水平方向に順に略方形のフローティング拡散領域56、これから素子分離領域Fにより所定間隔を隔てて増幅トランジスタ57の略方形のソース拡散領域67が配置される。ソース拡散領域67に隣接して増幅トランジスタ57の方形状のゲート58、ゲート58に隣接して増幅トランジスタ57の方形状ドレイン61が配置され、さらにこのドレイン61領域をソースとしてこの間に所定間隔を設けて選択トランジスタ62の方形状のドレイン63が、各ユニットセルCe1毎に配置されている。     Further, between the gate (first read line) 54a of the read transistor 53a and the gate (second read line) 54b of the read transistor 53b, a substantially rectangular floating diffusion region 56 in order in the horizontal direction, and an element isolation region F. A substantially square source diffusion region 67 of the amplification transistor 57 is arranged at a predetermined interval. A rectangular gate 58 of the amplifying transistor 57 is disposed adjacent to the source diffusion region 67, and a rectangular drain 61 of the amplifying transistor 57 is disposed adjacent to the gate 58. Further, a predetermined interval is provided between the drain 61 region as a source. Thus, a square drain 63 of the selection transistor 62 is disposed for each unit cell Ce1.

一方、読出しトランジスタ53aのゲート(第1読出し線)54aと読出しトランジスタ53bのゲート(第2読出し線)54bをそれぞれ下層として、それら層の上層には、多結晶シリコンで形成されたリセットトランジスタ59のゲート69aに接続されたリセット線69と選択トランジスタ62のゲート65aに接続された選択線65とが、それぞれの読出し線の間に層間絶縁層を設けて水平方向に延在するものとなっている。さらに、リセットトランジスタ59のゲート69aについてはリセット線69から突出して形成され、フローティング拡散領域56と水平方向に隣接するユニットセルCe1の選択トランジスタ62のドレイン63の間、あるいは選択トランジスタ62のドレイン63と水平方向に隣接するユニットセルCe1のフローティング拡散領域56の間に配置される。     On the other hand, the gate (first read line) 54a of the read transistor 53a and the gate (second read line) 54b of the read transistor 53b are used as lower layers, and the reset transistor 59 formed of polycrystalline silicon is formed on the upper layer of these layers. The reset line 69 connected to the gate 69a and the selection line 65 connected to the gate 65a of the selection transistor 62 extend in the horizontal direction by providing an interlayer insulating layer between the respective readout lines. . Further, the gate 69a of the reset transistor 59 is formed so as to protrude from the reset line 69, and between the drain 63 of the selection transistor 62 of the unit cell Ce1 adjacent to the floating diffusion region 56 in the horizontal direction or the drain 63 of the selection transistor 62. Arranged between floating diffusion regions 56 of unit cells Ce1 adjacent in the horizontal direction.

選択トランジスタ62のゲート65aについては選択線65から突出して形成され、増幅トランジスタ57のドレイン61と選択トランジスタ62のドレイン63の間に配置されている。なお、リセット線69には、リセットパルスを供給するリセット線端子70が、リセット線端部に接続されており、また選択線65には、選択パルスを供給する選択線端子65aが選択線端部に接続されている。     The gate 65 a of the selection transistor 62 is formed so as to protrude from the selection line 65 and is disposed between the drain 61 of the amplification transistor 57 and the drain 63 of the selection transistor 62. The reset line 69 has a reset line terminal 70 for supplying a reset pulse connected to the end of the reset line, and the selection line 65 has a selection line terminal 65a for supplying a selection pulse. It is connected to the.

上記のように構成されたレイアウトの各ユニットセルCe1には、垂直方向にAl配線による電源線64が直接配線されている。ユニットセルCe1のリセットトランジスタ59のドレインと選択トランジスタ62のドレイン63は共通であり、電源線64はコラム単位でそれぞれのユニットセルを相互に接続する。垂直方向に列状に配列された各ユニットセルCe1の増幅トランジスタ57のソース拡散領域67に対しては、読出しパルスによって読み出された信号を出力する信号線68が、Al配線によってそれぞれを接続されている。さらに、各ユニットセルCe1毎に、フローティング拡散領域56と増幅トランジスタ57のゲート58とを接続する接続線73が、Al配線によって配線されている。     Each unit cell Ce1 having the layout configured as described above is directly wired with a power supply line 64 of Al wiring in the vertical direction. The drain of the reset transistor 59 of the unit cell Ce1 and the drain 63 of the selection transistor 62 are common, and the power supply line 64 connects the unit cells to each other in column units. A signal line 68 for outputting a signal read by a read pulse is connected to the source diffusion region 67 of the amplification transistor 57 of each unit cell Ce1 arranged in a column in the vertical direction by an Al wiring. ing. Further, for each unit cell Ce1, a connection line 73 that connects the floating diffusion region 56 and the gate 58 of the amplification transistor 57 is wired by an Al wiring.

なお、上記において、増幅トランジスタ57のゲート58については、図4に示されるように、読出しトランジスタ53a,53bのゲート54a,54bと同層にして、あるいは、リセットトランジスタ59のゲート69aと選択トランジスタ62のゲート65aと同層にして、同じ多結晶シリコンによって形成してもよく、あるいはまた、それぞれ異なる層として、別の多結晶シリコン層、金属層によって形成してもよい。     In the above description, as shown in FIG. 4, the gate 58 of the amplification transistor 57 is in the same layer as the gates 54a and 54b of the read transistors 53a and 53b, or the gate 69a of the reset transistor 59 and the selection transistor 62. The gate 65a may be formed of the same polycrystalline silicon, or may be formed of different polycrystalline silicon layers or metal layers as different layers.

本実施例の変形として図6のように選択線65、リセット線69は二重層配線106として上下に隣接するユニットセルのフォトダイオード52a、52bの間隙部間を通過させてもよい。   As a modification of this embodiment, as shown in FIG. 6, the selection line 65 and the reset line 69 may be passed through the gaps between the photodiodes 52a and 52b of the unit cells adjacent vertically as the double layer wiring 106.

CMOSイメージセンサの概略の動作につき図5に示す駆動パルス波形、図4に示す図3のA−A’線における断面図、図4に示すそれぞれの箇所での電位井戸の変化図をもとに説明する。     Based on the drive pulse waveform shown in FIG. 5, the cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 3 shown in FIG. 4, and the potential well change diagram at each location shown in FIG. 4. explain.

図5は読出しトランジスタ53a、53bのゲート(読出し線)に印加されるそれぞれの読出しパルスR1,R2と、リセットトランジスタのゲート69aに印加されるリセット線69にかかるリセットパルス波形RS(69)と、選択トランジスタのゲート65aに印加される選択線65にかかるアドレスパルス波形ADD(65)のタイミングチャートを示している。   FIG. 5 shows respective read pulses R1, R2 applied to the gates (read lines) of the read transistors 53a, 53b, a reset pulse waveform RS (69) applied to the reset line 69 applied to the gate 69a of the reset transistor, The timing chart of the address pulse waveform ADD (65) applied to the selection line 65 applied to the gate 65a of the selection transistor is shown.

図4では半導体基板100上に拡散で設けたフォトダイオード52a、52bおよびフローティング拡散領域56から、増幅トランジスタ57のゲート58への接続線として金属配線73が描かれている。     In FIG. 4, a metal wiring 73 is drawn as a connection line from the photodiodes 52 a and 52 b and the floating diffusion region 56 provided by diffusion on the semiconductor substrate 100 to the gate 58 of the amplification transistor 57.

図では電位井戸の変化を各部分に対応させて記載している。パルス波形の各ハイレベルH、ローレベルLに対応した電位の井戸の変化の変化量を矢印で示してある。   In the figure, the change of the potential well is described corresponding to each part. The amount of change in potential well change corresponding to each of the high level H and low level L of the pulse waveform is indicated by arrows.

駆動方法としては、まずリセットトランジスタのゲート69aに印加されているリセットパルス(RS(69))をハイレベルにし、フローティング拡散領域56の電位をリセットトランジスタのドレイン電位(一定電位)にリセットする(T1)。次に選択トランジスタのゲート65aにアドレスパルス(ADD(65))のハイレベルを印加し、フォトダイオード52aからの信号電荷の転送前のソース拡散領域67の電位を検知する(T2)。   As a driving method, first, the reset pulse (RS (69)) applied to the gate 69a of the reset transistor is set to high level, and the potential of the floating diffusion region 56 is reset to the drain potential (constant potential) of the reset transistor (T1). ). Next, the high level of the address pulse (ADD (65)) is applied to the gate 65a of the selection transistor, and the potential of the source diffusion region 67 before the transfer of the signal charge from the photodiode 52a is detected (T2).

次に読出しトランジスタのゲート54aに印加されている読出しパルス(R1(54a))をハイレベルにし、フォトダイオード52aより信号電荷をフローティング拡散領域56へ転送させる(T3)。このフローティング拡散領域56の電位変化は接続線73を介し増幅トランジスタのゲート58に伝わり、選択トランジスタのゲート65aに印加されているアドレスパルスがハイレベルになると、ソース拡散領域67の電位が変化する(T4)。この際、上記信号電荷のない状態との差を取ることにより、出力回路のノイズ成分が抑制される。次にリセットトランジスタのゲート69aに再びリセットパルスのハイレベルを印加し、フローティング拡散領域56の電位を再び、リセットトランジスタのドレイン電位(一定電位)にリセットする(T5)。   Next, the read pulse (R1 (54a)) applied to the gate 54a of the read transistor is set to the high level, and the signal charge is transferred from the photodiode 52a to the floating diffusion region 56 (T3). This potential change in the floating diffusion region 56 is transmitted to the gate 58 of the amplification transistor via the connection line 73, and when the address pulse applied to the gate 65a of the selection transistor becomes high level, the potential of the source diffusion region 67 changes ( T4). At this time, the noise component of the output circuit is suppressed by taking the difference from the state without the signal charge. Next, the high level of the reset pulse is applied again to the gate 69a of the reset transistor, and the potential of the floating diffusion region 56 is reset again to the drain potential (constant potential) of the reset transistor (T5).

以下同様に読出しパルス(R2(54b))によりフォトダイオード52bの信号電荷の読出しを行う。   Similarly, the signal charge of the photodiode 52b is read by the read pulse (R2 (54b)).

さらに、画素列の3ライン目、4ライン目となる垂直方向下方に隣接して水平に並ぶ各ユニットセルCe1の第1、第2のフォトダイオード52a,52bについても、信号電荷の読出しを、フローティング拡散領域56を共通にして、上記1ライン目、2ライン目と同様にして行う。またさらに、それ以降の各ラインについても同様に繰り返すことで、画素部101の画素である全ての第1、第2のフォトダイオード52a,52bについての読出しを行う。   Further, the signal charges are also read out from the first and second photodiodes 52a and 52b of the unit cells Ce1 horizontally adjacent to each other in the third line and the fourth line of the pixel column. This is performed in the same manner as the first line and the second line with the diffusion region 56 in common. Further, by repeating the same operation for each subsequent line, reading is performed for all the first and second photodiodes 52a and 52b which are pixels of the pixel unit 101.

以上の通り構成し、読出しトランジスタ53a,53bの間に対向配置された読出しトランジスタ53a,53bのゲート54a,54bの間に、さらにフローティング拡散領域56を設けるようにし、またフローティング拡散領域56に隣接して、これを信号読み取り後に所定電位にリセットするリセットトランジスタ59が設けるようにしているので、従来レイアウト(図10〜図12)で必要としていたフローティング拡散領域16とリセットトランジスタ19のソース20を接続する接続線32が不要となる。これにより、ユニットセルCe1内の出力回路の高集積化が可能となり、センサ全体しての高集積化が図れ、解像度を向上させることができる。   The floating diffusion region 56 is further provided between the gates 54a and 54b of the read transistors 53a and 53b which are configured as described above and are arranged to face each other between the read transistors 53a and 53b, and adjacent to the floating diffusion region 56. Since the reset transistor 59 for resetting the signal to a predetermined potential after reading the signal is provided, the floating diffusion region 16 and the source 20 of the reset transistor 19 required in the conventional layout (FIGS. 10 to 12) are connected. The connection line 32 becomes unnecessary. As a result, the output circuit in the unit cell Ce1 can be highly integrated, the sensor as a whole can be highly integrated, and the resolution can be improved.

一方、本実施形態により、従来装置におけるリセットトランジスタのソースと、これを接続するための接続線32(図12)が必要なくなることにより、信号電荷量に対する信出力の変化、すなわちアンプゲインを従来装置よりも向上するという利点をもたらす。このアンプゲインの増加は約30%に達する。   On the other hand, according to the present embodiment, the source of the reset transistor and the connection line 32 (FIG. 12) for connecting the reset transistor in the conventional device are not necessary, so that the change in the signal output with respect to the signal charge amount, that is, the amplifier gain can be controlled. It offers the advantage of improving over. This increase in amplifier gain reaches approximately 30%.

また、第1のフォトダイオード52aと第2のフォトダイオード52bを長い長方形状とし、間に素子分離領域の幅で決まる所定間隔をおいて水平方向にそれぞれ配置し、また垂直方向には第1のフォトダイオード52aと第2のフォトダイオード52bの間に、共通の出力回路を各ユニットセルCe1毎に配置しているので、フォトダイオード間素子分離領域の幅が各フォトダイオード単位で見ると略半減されたことになり、第1のフォトダイオード52aと第2のフォトダイオード52bの面積を大きく取ることができ、ユニットセルCe1全体の面積に対する占積率を増加させることができる。   Further, the first photodiode 52a and the second photodiode 52b are formed in a long rectangular shape, arranged in the horizontal direction with a predetermined interval determined by the width of the element isolation region therebetween, and the first photodiode 52a and the second photodiode 52b in the vertical direction. Since a common output circuit is arranged for each unit cell Ce1 between the photodiode 52a and the second photodiode 52b, the width of the inter-photodiode element isolation region is substantially halved when viewed in units of each photodiode. As a result, the areas of the first photodiode 52a and the second photodiode 52b can be increased, and the space factor with respect to the entire area of the unit cell Ce1 can be increased.

フォトダイオード52aの水平方向の幅に対し、読出し用フローティング拡散領域56の水平方向幅は図3に示すように十分小さく、かつフォトダイオード相互の水平方向の間隙部に素子分離領域しか存在しない。このため図6のようにフォトダイオード52aは垂直に隣接するフォトダイオード52bに対して水平方向Xに相互にずらすことができる。これにより画素を市松状にずらして解像度を向上するレイアウトも容易にできる。     The horizontal width of the read floating diffusion region 56 is sufficiently small as shown in FIG. 3 with respect to the horizontal width of the photodiode 52a, and only the element isolation region exists in the gap between the photodiodes in the horizontal direction. Therefore, as shown in FIG. 6, the photodiodes 52a can be shifted from each other in the horizontal direction X with respect to the vertically adjacent photodiodes 52b. This facilitates a layout that improves the resolution by shifting the pixels in a checkered pattern.

次に第2の実施形態を、図7ないし図9により説明する。図7はマトリクス図を示し、R1,R2は読出しパルスR1、R2が印加されるフォトダイオードの読出しトランジスタゲート領域を示し、RSはリセットトランジスタゲート部を、AMPは増幅トランジスタおよび選択トランジスタ部を示す。   Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows a matrix diagram, R1 and R2 indicate read transistor gate regions of the photodiode to which the read pulses R1 and R2 are applied, RS indicates a reset transistor gate portion, and AMP indicates an amplifying transistor and a select transistor portion.

図中、左側に読出しパルスR1、R2を発生させる周辺回路Y DriverCKT(R1,R2)を、図の右側にリセットパルス、アドレスパルスを発生させる周辺回路Y DriverCKT(RS,AMP)をそれぞれ示す。図下側に信号線の情報を順次読み出すための周辺回路READ CKTを示している。   In the figure, the peripheral circuit Y DriverCKT (R1, R2) for generating the read pulses R1 and R2 is shown on the left side, and the peripheral circuit Y DriverCKT (RS, AMP) for generating the reset pulse and the address pulse is shown on the right side of the figure. A peripheral circuit READ CKT for sequentially reading signal line information is shown on the lower side of the figure.

図7の実施形態ではRS部が読出し線54aを迂回することにより交差部をなくしている。   In the embodiment of FIG. 7, the RS section bypasses the readout line 54a, thereby eliminating the intersection.

図8、図9A、図9Bにおいて、CMOSイメージセンサの画素部201は、複数のユニットセルCe2を二次元マトリクスに配置して構成されており、1ユニットセルCe2の画素が2つの第1および第2のフォトダイオード52a,52bで構成され、図2に示す回路構成と同じものとなっている。   In FIG. 8, FIG. 9A, and FIG. 9B, the pixel unit 201 of the CMOS image sensor is configured by arranging a plurality of unit cells Ce2 in a two-dimensional matrix, and one unit cell Ce2 has two first and second pixels. 2 photodiodes 52a and 52b, which are the same as the circuit configuration shown in FIG.

すなわち、各ユニットセルCe2の2つの第1および第2のフォトダイオード52a,52bには、それぞれに対応して読出しトランジスタ53a,53bが設けられ、各読出しトランジスタ53a,53bのゲート54a,54bに、それぞれ読出しパルスを供給する読出し線端子55a,55bが接続されている。読出しトランジスタ53a,53bのドレインは、共通のフローティング拡散領域56で形成されている。そして、2つの第1および第2のフォトダイオード52a,52bに対し、増幅トランジスタ57、リセットトランジスタ59、選択トランジスタ62が共通に設けられている。   That is, the two first and second photodiodes 52a and 52b of each unit cell Ce2 are provided with corresponding read transistors 53a and 53b, and the gates 54a and 54b of the read transistors 53a and 53b Read line terminals 55a and 55b for supplying read pulses are connected. The drains of the read transistors 53 a and 53 b are formed by a common floating diffusion region 56. An amplification transistor 57, a reset transistor 59, and a selection transistor 62 are provided in common for the two first and second photodiodes 52a and 52b.

また、レイアウトは、図9Aに示すように、平行四辺形状をなす第1のフォトダイオード52a、または第2のフォトダイオード52bのみを、所定間隔で水平方向に配置し、垂直方向にはそれぞれの間に所定間隔を設け、交互に位置するよう第1のフォトダイオード52aと第2のフォトダイオード52bが配置されている。各配置された第1のフォトダイオード52aと第2のフォトダイオード52bは、共に長辺を水平方向に位置させるようにしている。例えば第1のフォトダイオード52aは、下側の長辺が上側の長辺より左方向に位置するように、また第2のフォトダイオード52bでは、下側の長辺が上側の長辺より右方向に位置するように配置され、同一ユニットセルCe2における第1のフォトダイオード52aの下側長辺521aと、第2のフォトダイオード52bの上側長辺521bとは、垂直方向に所定間隔をおいて対向している。   Further, as shown in FIG. 9A, the layout is such that only the first photodiode 52a or the second photodiode 52b having a parallelogram shape is arranged in the horizontal direction at a predetermined interval, and in the vertical direction. The first photodiode 52a and the second photodiode 52b are arranged so as to be alternately positioned with a predetermined interval therebetween. Both the first photodiode 52a and the second photodiode 52b that are arranged have their long sides positioned in the horizontal direction. For example, in the first photodiode 52a, the lower long side is positioned to the left of the upper long side, and in the second photodiode 52b, the lower long side is to the right of the upper long side. The lower long side 521a of the first photodiode 52a and the upper long side 521b of the second photodiode 52b in the same unit cell Ce2 face each other at a predetermined interval in the vertical direction. are doing.

そして、同一ユニットセルCe2における第1のフォトダイオード52aと第2のフォトダイオード52bとの間には、両フォトダイオード52a、52bの対向する長辺521a,521b間と、隣接するユニットセルCe2との間にかけて水平方向に延びる第1の二重層ゲート線202が設けられる。ゲート線202は垂直方向下方側に凸となる略直角に曲折する第1のV字状部分74aを有している。二重層構成の下層に多結晶シリコンで形成された読出しトランジスタ53aのゲート54a、間に層間絶縁層を設けて、その上層に同じく多結晶シリコンで形成された読出しトランジスタ53bのゲート54bが形成され、それぞれ隣接する各ユニットセルCe2にも同様設けられるように水平方向に延在している。   Between the first photodiode 52a and the second photodiode 52b in the same unit cell Ce2, between the opposing long sides 521a and 521b of the photodiodes 52a and 52b, and between the adjacent unit cells Ce2 A first double layer gate line 202 extending in the horizontal direction is provided therebetween. The gate line 202 has a first V-shaped portion 74a that is bent at a substantially right angle and protrudes downward in the vertical direction. An interlayer insulating layer is provided between the gate 54a of the read transistor 53a formed of polycrystalline silicon in the lower layer of the double layer structure, and the gate 54b of the read transistor 53b also formed of polycrystalline silicon is formed on the upper layer. Each of the adjacent unit cells Ce2 extends in the horizontal direction so as to be provided in the same manner.

また一方、垂直方向に隣接するユニットセルCe2の間では、水平方向Xに延びる第2の二重層ゲート線203が設けられる。第2の二重層ゲート線は第2のフォトダイオード52bの下側長辺521bと隣接するユニットセルCe2の第1のフォトダイオード52aの上側長辺521aとの間に設けられる。このゲート線203はダイオードの両長辺に沿う水平部分と、隣接するユニットセルCe2との間で垂直方向下方側に凸となる略直角に曲折する第2のV字状部分74bとを形成している。   On the other hand, a second double layer gate line 203 extending in the horizontal direction X is provided between the unit cells Ce2 adjacent in the vertical direction. The second double layer gate line is provided between the lower long side 521b of the second photodiode 52b and the upper long side 521a of the first photodiode 52a of the adjacent unit cell Ce2. The gate line 203 forms a horizontal portion along both long sides of the diode and a second V-shaped portion 74b that is bent at a substantially right angle and protrudes downward in the vertical direction between the adjacent unit cells Ce2. ing.

二重層構成の下層に多結晶シリコンで形成されたリセットトランジスタ59のゲート69と、その間に層間絶縁層を介して上層に同じく多結晶シリコンで形成された選択トランジスタ62のゲート65が配置され、それぞれ水平方向に隣接する各ユニットセルCe2にも同様設けられるように延在している。   A gate 69 of the reset transistor 59 formed of polycrystalline silicon is disposed in the lower layer of the double layer structure, and a gate 65 of the selection transistor 62 also formed of polycrystalline silicon is disposed in the upper layer via an interlayer insulating layer therebetween. The unit cells Ce2 extending in the horizontal direction extend in the same manner.

これにより、フローティング拡散領域56が配置される第1の区画部分75aと、増幅トランジスタ57が配置される第2の区画部分75bが形成される。この第1の区画部分75aは第1のV字状部分74aと第2のV字状部分74b、さらに第1のフォトダイオード52aの右側短辺と第2のフォトダイオード52bの右側短辺とによって、略方形状に形成される。さらにこの部分は第1のフォトダイオード52aの水平方向右側に隣接して形成される。第2の区画部分75bは第2のフォトダイオード52bの水平方向右側に第1のV字状部分74aを間にして形成される。   Thereby, a first partition portion 75a where the floating diffusion region 56 is disposed and a second partition portion 75b where the amplification transistor 57 is disposed are formed. The first partition portion 75a includes a first V-shaped portion 74a, a second V-shaped portion 74b, a right short side of the first photodiode 52a, and a right short side of the second photodiode 52b. It is formed in a substantially square shape. Further, this portion is formed adjacent to the right side of the first photodiode 52a in the horizontal direction. The second partition portion 75b is formed on the right side in the horizontal direction of the second photodiode 52b with the first V-shaped portion 74a interposed therebetween.

またさらに、読出しトランジスタ53aのゲート54aについては、第1のV字状部分74aの開口端から第1の区画部分75a内側に向けて、第1のフォトダイオード52aの右側短辺に沿って直角に突出部位76であり、ゲート54aと同一深さで延出している。またリセットトランジスタ59のゲート69については、水平部分から第1の区画部分75a内側に向けて、根元部分は直角で、また先端部分はゲート54aの突出部位76に直交するよう突出部位77が形成されており、ゲート69と同一深さになっている。なお、ゲート54aの突出部76とゲート69の突出部77とは、間に層間絶縁層を設けて異なる深さに形成されている。   Furthermore, the gate 54a of the read transistor 53a is perpendicular to the right short side of the first photodiode 52a from the opening end of the first V-shaped portion 74a toward the inside of the first partition portion 75a. The protruding portion 76 extends at the same depth as the gate 54a. As for the gate 69 of the reset transistor 59, a protruding portion 77 is formed from the horizontal portion toward the inside of the first partition portion 75a so that the root portion is at a right angle and the tip portion is orthogonal to the protruding portion 76 of the gate 54a. And the same depth as the gate 69. Note that the protruding portion 76 of the gate 54a and the protruding portion 77 of the gate 69 are formed at different depths by providing an interlayer insulating layer therebetween.

読出しトランジスタ53a,53bのゲート54a,54bには、読出しパルスを供給する対応する読出し線端子55a,55bが接続されている。またリセットトランジスタ59のゲート77に、リセットパルスを供給するリセット線69が接続されており、選択トランジスタ62のゲートは、選択パルスを供給する選択線65で形成されている。   Corresponding read line terminals 55a and 55b for supplying a read pulse are connected to the gates 54a and 54b of the read transistors 53a and 53b. A reset line 69 for supplying a reset pulse is connected to the gate 77 of the reset transistor 59, and the gate of the selection transistor 62 is formed by a selection line 65 for supplying a selection pulse.

さらに、第1の区画部分75a内には、リセットトランジスタ59のゲートを形成する突出部位77を挟むようにして、方形状のフローティング拡散領域56と台形状の選択トランジスタ62のドレイン63が配置されている。   Further, a rectangular floating diffusion region 56 and a drain 63 of a trapezoidal selection transistor 62 are arranged in the first partition portion 75a so as to sandwich a protruding portion 77 that forms the gate of the reset transistor 59.

図9Bで拡大して示すように、方形のフローティング拡散領域は第1ないし第4の各辺56c、56d、56e、56fが前記マトリクス配置の水平方向Xに対してほぼ45°の方向に配置される。さらに隣り合う第1の辺56cと第2の辺56dに沿って、かつ互いに直交するように前記第1および第2読出しトランジスタのゲート76,54bが配置される。第4の辺56fに対向してリセットトランジスタ62のゲート69の突出部77が配置される。第3の辺56eの方向に増幅トランジスタ57が配置されており、フローティング拡散領域56から増幅トランジスタのゲート58に金属配線73が引出される。   As shown in an enlarged view in FIG. 9B, in the rectangular floating diffusion region, the first to fourth sides 56c, 56d, 56e, and 56f are arranged in a direction of approximately 45 ° with respect to the horizontal direction X of the matrix arrangement. The Furthermore, the gates 76 and 54b of the first and second read transistors are arranged along the adjacent first side 56c and second side 56d and so as to be orthogonal to each other. A protruding portion 77 of the gate 69 of the reset transistor 62 is disposed opposite to the fourth side 56f. An amplification transistor 57 is arranged in the direction of the third side 56e, and a metal wiring 73 is drawn from the floating diffusion region 56 to the gate 58 of the amplification transistor.

また第2の区画部分75b内には、第2のフォトダイオード52bの左側短辺に平行な方形状の増幅トランジスタ57のゲート58を間に挟むようにして、方形状のソース拡散領域67と方形状の増幅トランジスタ57のドレイン61が配置されている。   Further, in the second partition portion 75b, the rectangular source diffusion region 67 and the rectangular shape are formed so as to sandwich the gate 58 of the rectangular amplification transistor 57 parallel to the left short side of the second photodiode 52b. A drain 61 of the amplification transistor 57 is disposed.

そして、上記のように構成されたレイアウトの各ユニットセルCe2には、垂直方向Yに配列された各ユニットセルCe2のリセットトランジスタ59のドレインでもある選択トランジスタ62のドレイン63に対し、それぞれを相互に接続するようAl配線による電源線64が直接配線されている。また同じく、垂直方向に配列された各ユニットセルCe2の増幅トランジスタ57のソース拡散領域67に対しては、読出しパルスによって読み出された信号を出力する信号線68が、Al配線によってそれぞれを接続するように配線されている。さらに、各ユニットセルCe2毎に、フローティング拡散領域56と増幅トランジスタ57のゲート58とを接続する接続線73が、Al配線によって配線されている。   Then, each unit cell Ce2 of the layout configured as described above is mutually connected to the drain 63 of the selection transistor 62 that is also the drain of the reset transistor 59 of each unit cell Ce2 arranged in the vertical direction Y. A power supply line 64 made of Al wiring is directly wired so as to be connected. Similarly, to the source diffusion region 67 of the amplification transistor 57 of each unit cell Ce2 arranged in the vertical direction, a signal line 68 for outputting a signal read by a read pulse is connected by an Al wiring. Are wired like so. Further, for each unit cell Ce2, a connection line 73 that connects the floating diffusion region 56 and the gate 58 of the amplification transistor 57 is wired by an Al wiring.

以上の通り、読出しトランジスタ53aのゲート54aと読出しトランジスタ53bのゲート54bとを上下2層にして2重層配線202に形成して水平方向Xに延ばし、リセットトランジスタ59のゲート69と選択トランジスタ62のゲート65とを同様に上下2重層配線203にして水平方向Xに延ばしている。さらに各上下2層に積層化されたゲート線54a,54bとゲート線65,69を垂直方向Yに交互に配置する。さらにユニットセル内で交互配置した間に平行四辺形状をなす第1のフォトダイオード52a、または第2のフォトダイオード52bのみを水平方向に配置する。垂直方向に交互に配置することにより、第1のフォトダイオード52aと第2のフォトダイオード52bの面積を大きく取ることができ、ユニットセルCe2全体の面積に対する占積率を増加させることができる。   As described above, the gate 54a of the read transistor 53a and the gate 54b of the read transistor 53b are formed in the double layer wiring 202 in two upper and lower layers and extended in the horizontal direction X, and the gate 69 of the reset transistor 59 and the gate of the selection transistor 62 are formed. Similarly, the upper and lower double-layer wirings 203 are extended in the horizontal direction X. Further, the gate lines 54a and 54b and the gate lines 65 and 69 stacked in two upper and lower layers are alternately arranged in the vertical direction Y. Further, only the first photodiode 52a or the second photodiode 52b having a parallelogram shape is arranged in the horizontal direction while being alternately arranged in the unit cell. By alternately arranging in the vertical direction, the area of the first photodiode 52a and the second photodiode 52b can be increased, and the space factor with respect to the entire area of the unit cell Ce2 can be increased.

また、読出しトランジスタ53a,53b、リセットトランジスタ59、選択トランジスタ62の各ゲート54a,54b,69,65に、各ユニットセルCe2毎に略直角に曲折する第1、第2のV字状部分74a,74bを形成して、第1、第2の区画部分75a,75bを設け、それらの区画部分75a,75b内に2つの読出しトランジスタ53a,53bに共通のフローティング拡散領域56や増幅トランジスタ57のゲート58等を配置している。なお、この時、方形状のフローティング拡散領域56については、水平方向に対して略45°傾けた状態で配置されるので、垂直方向の幅が、約0.7倍に減少したものとなる。   In addition, the first and second V-shaped portions 74a, which are bent at substantially right angles for each unit cell Ce2, are provided to the gates 54a, 54b, 69, 65 of the read transistor 53a, 53b, the reset transistor 59, and the selection transistor 62, respectively. 74b is formed, and first and second partition portions 75a and 75b are provided, and the floating diffusion region 56 common to the two read transistors 53a and 53b and the gate 58 of the amplification transistor 57 are provided in the partition portions 75a and 75b. Etc. are arranged. At this time, since the rectangular floating diffusion region 56 is disposed in a state inclined by approximately 45 ° with respect to the horizontal direction, the width in the vertical direction is reduced by about 0.7 times.

これにより、第1のフォトダイオード52aと第2のフォトダイオード52bの垂直方向の配置間隔は、隣接するユニットセルCe2における素子分離領域の幅、積層化された読出しトランジスタ53a,53b、リセットトランジスタ59、選択トランジスタ62の各ゲート54a,54b,69,65の幅のみで決められることになり、垂直方向における高集積化が可能となる。   Thereby, the arrangement interval in the vertical direction between the first photodiode 52a and the second photodiode 52b is the width of the element isolation region in the adjacent unit cell Ce2, stacked read transistors 53a and 53b, reset transistor 59, It is determined only by the width of each gate 54a, 54b, 69, 65 of the selection transistor 62, and high integration in the vertical direction is possible.

さらに、第1、第2の区画部分75a,75b内にフローティング拡散領域56を設けるようにし、またフローティング拡散領域56に隣接して、これを信号読み取り後に所定電位にリセットするリセットトランジスタ59が設けるようにしているので、従来レイアウトでは必要としていたフローティング拡散領域56とリセットトランジスタ59のソース60を接続する接続線が不要となる。こうした構成することで、ユニットセルCe2内の出力回路の高集積化が可能となり、センサ全体しての高集積化が図れ、解像度を向上させることができる。   Further, a floating diffusion region 56 is provided in the first and second partition portions 75a and 75b, and a reset transistor 59 is provided adjacent to the floating diffusion region 56 to reset it to a predetermined potential after reading a signal. Therefore, the connection line connecting the floating diffusion region 56 and the source 60 of the reset transistor 59, which is necessary in the conventional layout, becomes unnecessary. With such a configuration, the output circuit in the unit cell Ce2 can be highly integrated, the sensor as a whole can be highly integrated, and the resolution can be improved.

本発明の実施形態をマトリックス図を用い従来装置と対比すると、
図10で示される従来装置において特徴的なことは、図中点線で示したようにフローティング拡散領域からRSまでの間に読出し線15aが交差部40を形成していて、これにより、図11、12で示したようにリセットトランジスタのソース領域20および接続線32が必要になる。
When the embodiment of the present invention is compared with a conventional apparatus using a matrix diagram,
The characteristic feature of the conventional device shown in FIG. 10 is that the readout line 15a forms an intersection 40 between the floating diffusion region and the RS as shown by the dotted line in FIG. As indicated by 12, the source region 20 of the reset transistor and the connection line 32 are required.

図7に示す本実施形態のマトリクス図では、読出し線を迂回することができてこれにより交差部をなくしている。   In the matrix diagram of the present embodiment shown in FIG. 7, the readout line can be bypassed, thereby eliminating the intersection.

本発明の第1の実施形態におけるマトリクスを示す回路略図。1 is a schematic circuit diagram showing a matrix according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態のユニットセルの回路図。The circuit diagram of the unit cell of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の要部のレイアウトを示す平面図。The top view which shows the layout of the principal part of the 1st Embodiment of this invention. 第1の実施形態を説明するもので、電位井戸図を記載した、図3のA−A’線にそう断面略図。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 3 for explaining the first embodiment and describing a potential well diagram. 第1の実施形態の動作を説明するパルス波形図。FIG. 6 is a pulse waveform diagram for explaining the operation of the first embodiment. 第1の実施形態の変形例を示す回路図。The circuit diagram which shows the modification of 1st Embodiment. 本発明の第2の実施形態におけるマトリクスを示す回路略図。The circuit schematic which shows the matrix in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態のユニットセルの回路図。The circuit diagram of the unit cell of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態の要部のレイアウトを示す平面図。The top view which shows the layout of the principal part of the 2nd Embodiment of this invention. 図9Aの要部拡大平面図。The principal part enlarged plan view of FIG. 9A. 従来装置のマトリクスを示す回路略図。The circuit schematic which shows the matrix of the conventional apparatus. 従来装置のユニットセルの回路図。The circuit diagram of the unit cell of a conventional apparatus. 従来装置の要部のレイアウトを示す平面図。The top view which shows the layout of the principal part of a conventional apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

52a,52b:フォトダイオード
53a,53b:読出しトランジスタ
54a,54b:読出しトランジスタゲート(読出し線)
56:フローティング拡散領域
57:増幅トランジスタ
58:増幅トランジスタのゲート
59:リセットトランジスタ
60:リセットトランジスタのソース
61:増幅トランジスタのドレイン、選択トランジスタのソース
62:選択トランジスタ
63:選択トランジスタのドレイン、リセットトランジスタのドレイン
64:電源線
65:選択線
65a:選択トランジスタのゲート
67:ソース拡散領域
68:信号線
69:リセット線
69a:リセットトランジスタのゲート
73:接続線
101、201:画素部
Ce1、Ce2:ユニットセル
52a, 52b: Photodiode 53a, 53b: Read transistor 54a, 54b: Read transistor gate (read line)
56: floating diffusion region 57: amplification transistor 58: gate of amplification transistor 59: reset transistor 60: source of reset transistor 61: drain of amplification transistor, source of selection transistor 62: selection transistor 63: drain of selection transistor, reset transistor Drain 64: Power line 65: Selection line 65a: Gate of selection transistor 67: Source diffusion region 68: Signal line 69: Reset line 69a: Gate of reset transistor 73: Connection line 101, 201: Pixel portion
Ce1, Ce2: Unit cell

Claims (4)

フォトダイオードと複数のMOSトランジスタで構成される複数のユニットセルを半導体基板にマトリクス状に配置してなるCMOSイメージセンサにおいて、
前記ユニットセルは半導体基板に形成された第1と第2フォトダイオードと、前記第1フォトダイオードに接続されその信号電荷を読み出す第1読出しトランジスタと、前記第2フォトダイオードに接続されその信号電荷を読み出す第2読出しトランジスタと、前記第1と第2読出しトランジスタに接続されて信号電荷が伝送されるフローティング拡散領域と、前記フローティング拡散領域に接続されこの領域の電位をリセットするリセットトランジスタと、前記フローティング拡散領域にゲートが接続され信号電荷を増幅する増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタを選択的にアドレスする選択トランジスタとからなり、
前記ユニットセルはそれぞれ前記マトリクス配置の水平方向にそれぞれ延在する4本のアドレス線である前記第1および第2読出しトランジスタの読出し線、前記リセットトランジスタのリセット線および前記選択トランジスタのセレクト線と、前記マトリクス配置の垂直方向にそれぞれ延在し前記リセットトランジスタおよび選択トランジスタに接続される電源線および前記増幅トランジスタに接続される信号線と、に結合され、
前記アドレス線は2線ごとに二重層に積層されて延在し、
前記第1および第2フォトダイオードは前記第1および第2読出しトランジスタの読出し線を挟んで互いに離間して配置され、
前記第1および第2読出しトランジスタならびに前記リセットトランジスタが前記フローティング拡散領域に半導体基板内で接続されている
CMOSイメージセンサ。
In a CMOS image sensor in which a plurality of unit cells composed of a photodiode and a plurality of MOS transistors are arranged in a matrix on a semiconductor substrate,
The unit cell includes first and second photodiodes formed on a semiconductor substrate, a first readout transistor connected to the first photodiode for reading out the signal charge, and a signal charge connected to the second photodiode. A second read transistor for reading, a floating diffusion region connected to the first and second read transistors for transmitting signal charges, a reset transistor connected to the floating diffusion region for resetting the potential of the region, and the floating transistor An amplification transistor having a gate connected to the diffusion region and amplifying the signal charge, and a selection transistor for selectively addressing the amplification transistor,
The unit cells are four address lines respectively extending in the horizontal direction of the matrix arrangement, the read lines of the first and second read transistors, the reset lines of the reset transistors and the select lines of the selection transistors, A power supply line extending in a vertical direction of the matrix arrangement and connected to the reset transistor and the selection transistor and a signal line connected to the amplification transistor,
The address lines extend in a double layer every two lines,
The first and second photodiodes are spaced apart from each other across a read line of the first and second read transistors;
A CMOS image sensor in which the first and second read transistors and the reset transistor are connected to the floating diffusion region in a semiconductor substrate.
前記フローティング拡散領域は略方形をなし第1ないし第4の各辺が前記マトリクス配置の水平方向に対してほぼ45°の方向に配置され、隣り合う第1の辺と第2の辺に沿って、かつ互いに直交するように前記第1および第2読出しトランジスタのゲートが配置され、前記第3の辺に対向して前記リセットトランジスタのゲートが配置され、前記第4の辺の方向に前記増幅トランジスタが配置され前記フローティング拡散領域から前記増幅トランジスタのゲートに金属配線が引出されてなる請求項1記載のCMOSイメージセンサ。 The floating diffusion region has a substantially square shape, and the first to fourth sides are arranged in a direction of about 45 ° with respect to the horizontal direction of the matrix arrangement, along the adjacent first side and second side. The gates of the first and second read transistors are arranged so as to be orthogonal to each other, the gate of the reset transistor is arranged opposite to the third side, and the amplification transistor is arranged in the direction of the fourth side The CMOS image sensor according to claim 1, wherein a metal wiring is drawn from the floating diffusion region to a gate of the amplification transistor. 対をなす2つのフォトダイオード、前記フォトダイオードに個々に接続されフォトダイオードの信号を読み出す対をなす読み出しトランジスタ、前記信号を増幅する増幅トランジスタ、前記信号をリセットするリセットトランジスタ、前記増幅トランジスタを選択する選択トランジスタとを備えるユニットセルを、垂直方向、水平方向に二次元的に所定ピッチで略格子状に複数個、マトリクス配置してなり、前記対をなす読み出しトランジスタ、前記リセットトランジスタおよび前記選択トランジスタの夫々のゲートが前記マトリクス配置の水平方向に延在するゲート線で形成されているCMOSイメージセンサにおいて、A pair of two photodiodes, a pair of readout transistors individually connected to the photodiodes for reading out photodiode signals, an amplification transistor for amplifying the signals, a reset transistor for resetting the signals, and the amplification transistor are selected. A plurality of unit cells each including a selection transistor are arranged in a matrix in a substantially lattice pattern at a predetermined pitch two-dimensionally in a vertical direction and a horizontal direction, and the pair of read transistors, the reset transistors, and the selection transistors In the CMOS image sensor in which each gate is formed by a gate line extending in the horizontal direction of the matrix arrangement,
前記ゲート線は少なくとも2本が層方向に重なって2重配線層を形成しており、  At least two of the gate lines overlap in the layer direction to form a double wiring layer,
前記ユニットセルの2つの前記フォトダイオードは前記マトリクス配置の垂直方向に離間配置され、前記対をなす読み出しトランジスタはドレインとなるフローティング拡散領域を共通に有し2つの前記フォトダイオード間に配置され、  The two photodiodes of the unit cell are spaced apart in the vertical direction of the matrix arrangement, and the paired readout transistors have a floating diffusion region in common as a drain and are arranged between the two photodiodes.
前記リセットトランジスタが前記フローティング拡散領域に直接隣接して設けられていることを特徴とするCMOSイメージセンサ。  A CMOS image sensor, wherein the reset transistor is provided directly adjacent to the floating diffusion region.
対をなす2つのフォトダイオード、前記フォトダイオードに個々に接続されフォトダイオードの信号を読み出す対をなす読み出しトランジスタ、前記信号を増幅する増幅トランジスタ、前記信号をリセットするリセットトランジスタ、前記増幅トランジスタを選択する選択トランジスタとを備えるユニットセルを、垂直方向、水平方向に二次元的に所定ピッチで略格子状に複数個、マトリクス配置してなるCMOSイメージセンサにおいて、A pair of two photodiodes, a pair of readout transistors individually connected to the photodiodes for reading out photodiode signals, an amplification transistor for amplifying the signals, a reset transistor for resetting the signals, and the amplification transistor are selected. In a CMOS image sensor in which a plurality of unit cells each including a selection transistor are arranged in a matrix in a substantially lattice shape at a predetermined pitch two-dimensionally in a vertical direction and a horizontal direction,
前記ユニットセルの2つの前記フォトダイオードは前記マトリクス配置の垂直方向に離間配置され、前記対をなす読み出しトランジスタは2つの前記フォトダイオード間に配置されてソースが前記フォトダイオードに接続され、ドレインとなるフローティング拡散領域を共通に有し、  The two photodiodes of the unit cell are spaced apart from each other in the vertical direction of the matrix arrangement, and the paired readout transistors are arranged between the two photodiodes, the source is connected to the photodiode, and becomes the drain Having a floating diffusion region in common,
前記リセットトランジスタが前記フローティング拡散領域に直接隣接して設けられ、  The reset transistor is provided directly adjacent to the floating diffusion region;
各フォトダイオードに対応する前記読み出しトランジスタのそれぞれのゲートを構成する読出し線が、フローティング拡散領域を前記垂直方向の両側から挟むようにして対向配置され  The readout lines constituting the respective gates of the readout transistors corresponding to the respective photodiodes are arranged to face each other so as to sandwich the floating diffusion region from both sides in the vertical direction.
前記対をなす読出しトランジスタの読出し線に挟まれた領域に前記増幅トランジスタ、リセットトランジスタ、選択トランジスタを形成したことを特徴とするCMOSイメージセンサ。  A CMOS image sensor, wherein the amplification transistor, the reset transistor, and the selection transistor are formed in a region sandwiched between the readout lines of the paired readout transistors.
JP2003344248A 2002-10-11 2003-10-02 CMOS image sensor Expired - Fee Related JP3720036B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003344248A JP3720036B2 (en) 2002-10-11 2003-10-02 CMOS image sensor

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002298662 2002-10-11
JP2003344248A JP3720036B2 (en) 2002-10-11 2003-10-02 CMOS image sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004153253A JP2004153253A (en) 2004-05-27
JP3720036B2 true JP3720036B2 (en) 2005-11-24

Family

ID=32473593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003344248A Expired - Fee Related JP3720036B2 (en) 2002-10-11 2003-10-02 CMOS image sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3720036B2 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101003246B1 (en) 2004-04-28 2010-12-21 크로스텍 캐피탈, 엘엘씨 CMOS image sensor
JP2006005711A (en) 2004-06-18 2006-01-05 Iwate Toshiba Electronics Co Ltd Cmos image sensor
JP4935354B2 (en) * 2004-07-20 2012-05-23 富士通セミコンダクター株式会社 CMOS image sensor
JP2006049611A (en) 2004-08-05 2006-02-16 Iwate Toshiba Electronics Co Ltd Cmos image sensor
JP4768305B2 (en) * 2005-04-15 2011-09-07 岩手東芝エレクトロニクス株式会社 Solid-state imaging device
KR100718781B1 (en) * 2005-06-15 2007-05-16 매그나칩 반도체 유한회사 Cmos image sensors with compact pixel layout
US20070040922A1 (en) * 2005-08-22 2007-02-22 Micron Technology, Inc. HDR/AB on multi-way shared pixels
KR101248805B1 (en) 2011-08-23 2013-04-01 주식회사 동부하이텍 Solid-state imaging apparatus and method for producing the same

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2589312B2 (en) * 1987-07-03 1997-03-12 キヤノン株式会社 Photoelectric conversion device
JP3031606B2 (en) * 1995-08-02 2000-04-10 キヤノン株式会社 Solid-state imaging device and image imaging device
JP2000152086A (en) * 1998-11-11 2000-05-30 Canon Inc Image pickup device and image pickup system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004153253A (en) 2004-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4631723B2 (en) Solid-state imaging device
JP5038188B2 (en) Imaging apparatus and imaging system using the same
US7688373B2 (en) Solid-state imaging device with specific contact arrangement
KR101682253B1 (en) Solid-state imaging device and electronic apparatus
US20040113151A1 (en) CMOS image sensor
JP4752447B2 (en) Solid-state imaging device and camera
US10887539B2 (en) Imaging device
US20120008030A1 (en) Solid-state imaging apparatus and imaging system
KR102060843B1 (en) Solid-state image pickup element and electronic apparatus
JP2010016056A (en) Photoelectric conversion device
WO2022209681A1 (en) Light detection device and electronic apparatus
JP2004128193A (en) Cmos image sensor
JP5134427B2 (en) Solid-state imaging device
JP3720036B2 (en) CMOS image sensor
US6674094B2 (en) CMOS image sensor
JP2004319837A (en) Solid-state imaging apparatus
JP4961748B2 (en) Solid-state imaging device
JP5422455B2 (en) Solid-state imaging device
JP2010177564A (en) Solid-state image pickup device
JP2004335582A (en) Photoelectric converting device
JP2012186540A (en) Solid-state imaging device
JP4718169B2 (en) CMOS imaging device circuit
JP5231179B2 (en) Image sensor
JP3579251B2 (en) Solid-state imaging device
JP2005183527A (en) Cmos image sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050117

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050125

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050324

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20050415

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20050510

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050628

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20050808

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20050830

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20050906

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080916

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090916

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090916

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100916

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110916

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110916

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120916

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120916

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130916

Year of fee payment: 8

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees