JP3786886B2 - Solid-state imaging device - Google Patents
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- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルカメラ等に使用されるMOS型の固体撮像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図17は、MOSトランジスタで構成された従来の固体撮像装置の一例を示している。この固体撮像装置は、半導体基板上に、各々フォトダイオード(PD)1と、読み出しトランジスタ2と、フローティングディフュージョン(FD)部と、リセットトランジスタ3と、検出トランジスタ4と、アドレストランジスタ5とを有する複数の増幅型単位画素を二次元状に配列した感光領域14を備えた固体撮像装置であって、更に信号線6、ドレイン線7、読み出しゲート線8、リセットゲート線9、アドレスゲート線10、画素行を選択する垂直シフトレジスタ12、画素列を選択する水平シフトレジスタ13、両シフトレジスタ12,13に必要なパルスを供給するタイミング発生回路11などにより構成されている。
【0003】
PD1で光電変換された信号電荷は、読み出しトランジスタ2により、信号電荷を蓄えるための蓄積領域であるFD部に読み出される。このFD部に読み出された電荷の量によりFD部の電位が決定され、検出トランジスタ4のゲート電圧が変化し、アドレストランジスタ5が選択されたことを条件として、信号線6に信号電圧が取り出される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
図17の従来技術によれば、1行毎に信号線6に信号電圧が取り出されるにもかかわらず、二次元状に配列した複数の増幅型単位画素の全てに同時に、縦方向のドレイン線7を介して電源パルスが供給されるようになっていた。したがって、消費電力が大きいという課題があった。
【0005】
本発明の目的は、固体撮像装置における消費電力を削減することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、半導体基板上に、各々入射光を光電変換するための光電変換領域と、光電変換で得られた信号電荷を読み出すための読み出しトランジスタと、読み出された信号電荷を蓄えるための蓄積領域と、蓄積領域の電位がゲートに加わることで読み出された信号電荷を検出するための検出トランジスタと、蓄積領域の信号電荷をリセットするためのリセットトランジスタと、リセットトランジスタを介して蓄積領域へLOWレベル電位及びHIGHレベル電位からなるパルス電圧を供給するためのドレイン領域とを有する複数の増幅型単位画素を二次元状に配列した固体撮像装置において、複数の増幅型単位画素のドレイン領域は、1行毎に異なるドレイン線に接続され、複数の増幅型単位画素のうちの第1の画素の読み出しトランジスタへの読み出しパルスと、第1の画素に対して列方向に隣接する第2の画素のリセットトランジスタへのリセットパルスとを共通のゲート線で供給するように構成され、第2の画素において光電変換領域で得られた信号電荷が読み出しトランジスタにより蓄積領域に読み出されて検出トランジスタが動作する前の、当該第2の画素のリセットの際に、第1の画素の読み出しトランジスタの共通のゲート線にパルスを与えられたときの当該第1の画素のドレイン線の電位がHIGHレベル電位に設定されていることを特徴とする。この構成により、1行毎に選択的に電源パルスを供給することができるので、消費電力が削減される。しかも、ドレイン線のLOWレベル電位に起因した光電変換領域(PD)への電荷の逆流の心配がない。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。
【0009】
図1は、本発明に係る固体撮像装置における増幅型単位画素の構成例を示している。図1において、1はフォトダイオード(PD)、2は読み出しトランジスタ、FDはフローティングディフュージョン部、3はリセットトランジスタ、4は検出トランジスタ、6は信号線、7はドレイン線(VDD)、15は増幅型単位画素、16は読み出しとリセットを兼ねたゲート線、17はFD部と検出トランジスタ4のゲートとを結ぶFD配線である。読み出しとリセットを兼ねたゲート線16は、Nを整数とするとき、第N行の画素の読み出しトランジスタ2のゲートと、第(N+1)行の画素のリセットトランジスタ3のゲートとに接続されている。検出トランジスタ4は、1列毎に異なる信号線6に接続されている。また、横方向のドレイン線7には1行毎に異なるVDD電源パルスが与えられるようになっている。
【0010】
図1によれば、各単位画素15の構成は、縦方向の1配線(信号線6)と、横方向の2配線(ドレイン線7と、読み出しとリセットを兼ねたゲート線16)と、3トランジスタ(読み出しトランジスタ2、リセットトランジスタ3及び検出トランジスタ4)に削減される。
【0011】
図2は、垂直シフトレジスタ12の構成例を示している。Vin、T1及びT2は、タイミング発生回路11から与えられるタイミングパルスである。シフトレジスタの各段にキャパシタ18が設けられており、Sig1、Sig2及びSig3はシフトレジスタ各段の出力である。
【0012】
図3は、図1の増幅型単位画素15を駆動するための駆動回路の構成例を示している。図3において、20は垂直シフトレジスタ12のN段目、21は垂直シフトレジスタ12の(N+1)段目、22は電荷読み出しパルス発生回路、23はリセットパルス発生回路、24はOR回路、25はVDD横配線電源回路である。電荷読み出しパルス発生回路22は、垂直シフトレジスタ12のN段目出力SigNと従来の読み出しパルスとのAND信号を発生するための回路である。リセットパルス発生回路23は、垂直シフトレジスタ12の(N+1)段目出力Sig(N+1)と従来のリセットパルスとのAND信号を発生するための回路である。OR回路24は、電荷読み出しパルス発生回路22の出力とリセットパルス発生回路23の出力とのOR信号をゲート線16へ供給するための回路である。VDD横配線電源回路25は、垂直シフトレジスタ12のN段目出力SigNと従来の電源パルスとのAND信号をドレイン線7へ供給するための回路である。
【0013】
図4は、図3の駆動回路の動作を説明するためのタイミングチャート図である。図4中の「FD2の電位」は図1の増幅型単位画素(第1の画素)15におけるFD部の電位を示す。また、図5(a)は第1の画素における各ポテンシャルの相対位置を示す図であり、図5(b)〜図5(g)は図3の駆動回路の動作に伴う同画素のポテンシャル図である。図5(b)〜図5(g)中のタイミングt1〜t6は、図4中のタイミングt1〜t6にそれぞれ対応している。ここで、第1の画素に隣接する第2の画素のリセット時の第1の画素のドレイン線7のLOWレベル電位は、第1の画素のPD1の電位深さよりも高い電位に設定される。また、第1の画素のリセットトランジスタ3のゲートにLOWレベル電圧が与えられた場合の当該ゲート下のポテンシャルは、ドレイン線7のLOWレベル電位よりも高い電位に設定される。したがって、第2の画素のリセットの際に第1の画素の読み出しトランジスタ2にパルスが与えられても、例えば図5(e)に示すように第1の画素におけるPD1の不要電荷が効率良く捨てられる結果、FD部からPD1への電荷の逆流が防止される。しかも、図5(c)以外の状況で第1の画素の検出トランジスタ4のオフ状態を確保できるように、同画素の読み出しトランジスタ2のゲートに与えられるLOWレベル電圧は、同画素のリセットトランジスタ3のゲートに与えられるLOWレベル電圧よりも低い電圧となるように設定されている。
【0014】
この場合、PD1から読み出された信号電荷がFD部に蓄えられている期間と、このFD部の信号電荷をリセットする期間のうち少なくとも1回とは、ドレイン線7の電位をHIGHレベル電位に設定する必要がある。電子シャッタ機能の実現のためにPD1で得られた不要電荷を捨てる場合には、PD1から読み出された不要電荷がFD部に蓄えられている期間と、このFD部の不要電荷をリセットする期間とに、ドレイン線7の電位をHIGHレベル電位に設定すればよい。ただし、PD1からFD部へ読み出された不要電荷を直ちにリセットする場合には、読み出しトランジスタ2とリセットトランジスタ3とが同時にオンする期間にドレイン線7の電位をHIGHレベル電位に設定すればよい。インターレース表示を実現するためには、列方向に互いに隣接する2画素以上の信号電荷を検出すべく、1水平ブランキング期間内に2行以上のドレイン線7の電位をHIGHレベル電位に設定できるように構成する。
【0015】
なお、第2の画素のリセット時の第1の画素のドレイン線7のLOWレベル電位を、第1の画素のPD1の電位深さよりも低い電位に設定し、かつ、第1の画素のリセットトランジスタ3のゲートにLOWレベル電圧が与えられた場合の当該ゲート下のポテンシャルを、ドレイン線7のLOWレベル電位よりも高い電位に設定するようにしてもよい。これにより、第2の画素のリセットの際に第1の画素の読み出しトランジスタ2にパルスが与えられると、残像対策のためにVDDのLOWレベル電位をPDの基準電位とする、いわゆる「呼び水効果」を発揮することができる。
【0016】
図6は図4の動作の変形例を、図7(a)〜図7(g)は図6に対応した、図5(a)〜図5(g)の変形例をそれぞれ示している。図6及び図7(a)〜図7(g)に示すように、VDDのLOWレベル電位とPD1の電位との差を大きくするだけでも、PD1への電荷の逆流を防ぐことができる。この場合には、読み出しトランジスタ2とリセットトランジスタ3との各々のゲートに与えるLOWレベル電圧を同一にでき、製造プロセスを簡略化することができる。
【0017】
図8は、図1の増幅型単位画素を駆動するための駆動回路の他の構成例を示している。図8において、30は第1の電源パルス発生回路、31は第2の電源パルス発生回路、32はVDD横配線電源OR回路である。第1の電源パルス発生回路30は、第1の期間において垂直シフトレジスタ12のN段目出力SigNと第1の電源パルスとのAND信号を発生するための回路である。第2の電源パルス発生回路31は、第1の期間に続く第2の期間において垂直シフトレジスタ12の(N+1)段目出力Sig(N+1)と第2の電源パルスとのAND信号を発生するための回路である。VDD横配線電源OR回路32は、第1の電源パルス発生回路30の出力と第2の電源パルス発生回路31の出力とのOR信号をドレイン線7へ供給するための回路である。ゲート線16を駆動するための回路構成は、図3の場合と同様である。
【0018】
図9は、図8の駆動回路の動作を説明するためのタイミングチャート図である。図9中の「FD2の電位」は図1の増幅型単位画素(第1の画素)15におけるFD部の電位を示す。ここで、ドレイン線7のLOWレベル電位がPD1へ逆流しないようにするために、図9中のタイミングt4〜t6において、電荷読み出しパルス発生回路22の出力とリセットパルス発生回路23の出力とのOR信号である「OR回路出力2」がタイミングt4の後にLOWになった後に、VDD電源パルス(VDD2)がLOWレベルになるようにしている(t5)。また、図10(a)は第1の画素における各ポテンシャルの相対位置を示す図であり、図10(b)〜図10(g)は図8の駆動回路の動作に伴う同画素のポテンシャル図である。図10(b)〜図10(g)中のタイミングt1〜t6は、図9中のタイミングt1〜t6にそれぞれ対応している。ここで、第1の画素に隣接する第2の画素のリセット時の第1の画素のドレイン線7の電位はHIGHレベル電位に、第2の画素において光電変換で得られた信号電荷が読み出しトランジスタ2によりFD部に読み出されて検出トランジスタ4が動作する時(t5)の第1の画素のドレイン線7の電位はLOWレベル電位(ここではゼロ)にそれぞれ設定される。また、第1の画素のリセットトランジスタ3のゲートにLOWレベル電圧が与えられた場合の当該ゲート下のポテンシャルは、第1の画素のPD1の電位深さよりも高い電位に設定される。したがって、第2の画素のリセットの際に第1の画素の読み出しトランジスタ2にパルスが与えられても、例えば図10(e)に示すように第1の画素におけるFD部からPD1への電荷の逆流が防止される。しかも、図10(f)に示すように第2の画素の読み出し時の第1の画素のドレイン線7の電位がLOWレベル電位であるので、第1の画素における検出トランジスタ4のオフ状態を確保でき、信号線6における出力信号の混合を防止できる。なお、リセットトランジスタ3をディプレッション型としてもよい。また、ドレイン線7のLOWレベル電位をゼロとしても、検出トランジスタ4のオフ状態を確保できる。
【0019】
図11は、図3及び図8の駆動回路の具体的な構成例を示している。図11において、C1及びC2はキャパシタ、SW1及びSW2はスイッチ、Tr1及びTr2は逆流防止用トランジスタである。図11の構成は、C1、SW1及びTr1からなる第1のAND回路と、C2、SW2及びTr2からなる第2のAND回路と、該両AND回路の出力のワイヤードOR接続とにより構成されたダイナミック回路である。例えば、第1のAND回路が電荷読み出しパルス発生回路22に、第2のAND回路がリセットパルス発生回路23に、ワイヤードOR接続がOR回路24にそれぞれ対応する(図3参照)。この場合、第1のAND回路の2入力φA及びφTがそれぞれ垂直シフトレジスタ12のN段目出力SigNと従来の読み出しパルスとに相当し、第2のAND回路の2入力φX及びφRがそれぞれ垂直シフトレジスタ12の(N+1)段目出力Sig(N+1)と従来のリセットパルスとに相当する。第1のAND回路では、スイッチSW1がキャパシタC1の一端(+側)に第1のパルス信号φAを印加する。このキャパシタC1の他端(−側)には、第2のパルス信号φTが印加される。トランジスタTr1のゲートはキャパシタC1の一端(+側)に、ドレインは当該キャパシタC1の他端(−側)に、ソースはワイヤードOR接続点にそれぞれ結合されている。第2のAND回路も同様の構成を有する。φB及びφYは、それぞれスイッチSW1及びSW2の開閉を制御するための信号である。
【0020】
図12は、図11の回路中の第1のAND回路の動作を説明するためのタイミングチャート図である。図12によれば、制御信号φBによりスイッチSW1が閉じられた状態で、第1のパルス信号φAの立ち上がりエッジが到来する。これによりキャパシタC1が充電され、スイッチSW1が開いた後もキャパシタC1は充電電圧(図11に示した極性を有するHIGHレベル電圧)を保持する。この状態で第2のパルス信号φTが到来すると、この信号のHIGHレベル電圧がキャパシタC1の充電電圧に重畳される結果、トランジスタTr1がオンし、当該パルス信号φTがワイヤードOR接続点へ抜けていく。この後、第1のパルス信号φAの立ち下がり後にスイッチSW1が再び閉じられる結果、キャパシタC1が放電されて、元の状態に戻る。
【0021】
図11中の各AND回路によれば、出力側から入力側への電荷の逆流が防止される。したがって、図2に示した垂直シフトレジスタ12中のキャパシタ18が充電された状態でも、当該垂直シフトレジスタ12の動作に支障が生じることはない。ただし、図11の逆流防止機能を有するダイナミック回路は、本実施形態に係る固体撮像装置に限らず広い応用範囲を有するものである。
【0022】
図13は、図1の増幅型単位画素15における配線レイアウト例を示している。信号線6とドレイン線7とは、光の洩れ込みを防止すべく、互いに異なる層で交差するように配線されている。具体的には、ドレイン線7とFD配線17とはゲート線16(不図示)より上層の第1層目金属からなり、信号線6はこれより上層の第2層目金属からなる。ここに、FD配線17は第1層目の遮光性金属であり、信号線6は第2層目の遮光性金属である。信号線6の上に更に遮光膜を設けてもよい。なお、ドレイン線7とゲート線16とを同一の配線層、例えばポリシリコン、ポリサイド、シリサイド等で構成すれば、半導体基板上に積み上げる層を薄くすることができるので、PD1の開口における集光率が改善される。
【0023】
図14は、図1の増幅型単位画素15における他の配線レイアウト例を示している。この例でも、光の洩れ込みを防止すべく、信号線6とドレイン線7とは互いに異なる層で交差するように配線されている。具体的には、信号線6とFD配線17とはゲート線16(不図示)より上層の第1層目金属からなり、ドレイン線7はこれより上層の第2層目金属からなる。ここに、FD配線17は第1層目の遮光性金属であり、ドレイン線7は第2層目の遮光性金属である。ドレイン線7の上に更に遮光膜を設けてもよい。
【0024】
図15は、本発明に係る他の固体撮像装置の構成例を示している。図15の例では、ポリシリコン/アルミ配線40の上に、VDD共通配線(単一のドレイン層)41が形成される。つまり、図1中の横方向のドレイン線7が更に削減されて、各単位画素のドレイン領域が、遮光膜を兼ねる単一のドレイン層41に接続される。具体的に説明すると、信号線とFD配線とはゲート線(不図示)より上層のポリシリコン/アルミ配線40からなり、ドレイン層41はこれより上層の第2層目金属からなる。ここに、FD配線は第1層目の遮光性金属であり、ドレイン層41は第2層目の遮光性金属である。なお、ドレイン層41は、オプティカルブラック部のセル遮光膜をも兼ねるようにするのがよい。ただし、図15の構成は、読み出しとリセットを兼ねたゲート線を有しない固体撮像装置にも適用可能である。
【0025】
図16は、図3の構成の変形例を示している。図2によれば、垂直シフトレジスタ12を駆動するための入力タイミングパルスT1又はT2が、シフトレジスタ各段の出力Sig(N)となることが分かる(N=1,2,3,…)。図16によれば、垂直シフトレジスタ12のN段目出力SigNが、VDD横配線電源回路25(図3参照)を介さずにドレイン線7を直接駆動する。つまり、図16の例によれば、VDD横配線電源回路25を構成するドライバを省略でき、半導体基板のサイズ縮小と低消費電力化とを実現できる。読み出しとリセットを兼ねたゲート線16を垂直シフトレジスタ12の各段の出力で駆動するようにしてもよい。
【0026】
なお、上記実施形態はトランジスタがN型MOSの場合を示したが、トランジスタがP型MOSの場合や、CMOSの場合も同様な原理で動作させることで、同様な効果を実現できる。また、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、単位画素、垂直シフトレジスタとその駆動回路、配線や遮光膜の構造など、様々な組み合わせを実施形態として採り得る。また、上記実施形態ではN型フォトダイオードの場合について示したが、P型フォトダイオードの場合は各電圧及び電位の関係が逆になることは言うまでもない。
【0027】
【発明の効果】
以上説明してきたとおり、本発明によれば、固体撮像装置において1行毎に選択的に電源パルスを供給することができるので、消費電力が削減される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る固体撮像装置における増幅型単位画素の構成例を示す回路図である。
【図2】垂直シフトレジスタの構成例を示す回路図である。
【図3】図1の増幅型単位画素を駆動するための駆動回路の構成例を示すブロック図である。
【図4】図3の駆動回路の動作を説明するためのタイミングチャート図である。
【図5】(a)は図1の増幅型単位画素における各ポテンシャルの相対位置を示す図であり、(b)〜(g)は図3の駆動回路の動作に伴う同画素のポテンシャル図である。
【図6】図4の動作の変形例を示すタイミングチャート図である。
【図7】(a)〜(g)は図6に対応した、図5(a)〜図5(g)の変形例を示す図である。
【図8】図1の増幅型単位画素を駆動するための駆動回路の他の構成例を示すブロック図である。
【図9】図8の駆動回路の動作を説明するためのタイミングチャート図である。
【図10】(a)は図1の増幅型単位画素における各ポテンシャルの相対位置を示す図であり、(b)〜(g)は図8の駆動回路の動作に伴う同画素のポテンシャル図である。
【図11】図3及び図8の駆動回路の具体的な構成例を示す回路図である。
【図12】図11の回路の動作を説明するためのタイミングチャート図である。
【図13】図1の増幅型単位画素における配線レイアウト例を示す平面図である。
【図14】図1の増幅型単位画素における他の配線レイアウト例を示す平面図である。
【図15】本発明に係る他の固体撮像装置の構成例を示す断面図である。
【図16】図3の構成の変形例を示すブロック図である。
【図17】従来の固体撮像装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 フォトダイオード(PD)[光電変換領域]
2 読み出しトランジスタ
3 リセットトランジスタ
4 検出トランジスタ
6 信号線
7 ドレイン線(VDD)
11 タイミング発生回路
12 垂直シフトレジスタ
13 水平シフトレジスタ
14 感光領域
15 増幅型単位画素
16 読み出しとリセットを兼ねたゲート線
17 フローティングディフュージョン(FD)と検出トランジスタとを結ぶ配線
18 キャパシタ
20 シフトレジスタN段目
21 シフトレジスタ(N+1)段目
22 電荷読み出しパルス発生回路
23 リセットパルス発生回路
24 OR回路
25 VDD横配線電源回路
30 第1の電源パルス発生回路
31 第2の電源パルス発生回路
32 VDD横配線電源OR回路
40 ポリシリコン/アルミ配線
41 VDD共通配線[単一のドレイン層]
C1,C2 キャパシタ
FD フローティングディフュージョン[蓄積領域]
SW1,SW2 スイッチ
Tr1,Tr2 逆流防止用トランジスタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a MOS type solid-state imaging device used for a digital camera or the like.
[0002]
[Prior art]
FIG. 17 shows an example of a conventional solid-state imaging device composed of MOS transistors. The solid-state imaging device includes a plurality of photodiodes (PD) 1, a
[0003]
The signal charge photoelectrically converted by the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
According to the prior art of FIG. 17, although the signal voltage is taken out to the
[0005]
An object of the present invention is to reduce power consumption in a solid-state imaging device.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention includes a photoelectric conversion region for photoelectrically converting incident light on a semiconductor substrate, a read transistor for reading signal charges obtained by photoelectric conversion, and A storage region for storing the read signal charge, a detection transistor for detecting the read signal charge by applying the potential of the storage region to the gate, and resetting the signal charge in the storage region In a solid-state imaging device in which a plurality of amplifying unit pixels having a reset transistor and a drain region for supplying a pulse voltage composed of a LOW level potential and a HIGH level potential to a storage region via the reset transistor are two-dimensionally arranged The drain regions of the plurality of amplification unit pixels are connected to different drain lines for each row, and the plurality of amplification unit pixels The read pulse to the read transistor of the first pixel and the reset pulse to the reset transistor of the second pixel adjacent to the first pixel in the column direction are supplied by a common gate line. When the second pixel is reset before the signal transistor obtained in the photoelectric conversion region in the second pixel is read out to the accumulation region by the readout transistor and the detection transistor operates. The potential of the drain line of the first pixel when a pulse is applied to the common gate line of the readout transistors is set to a HIGH level potential . With this configuration, power supply pulses can be selectively supplied for each row, so that power consumption is reduced. In addition, there is no fear of backflow of charges to the photoelectric conversion region (PD) due to the LOW level potential of the drain line.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention will be described.
[0009]
FIG. 1 shows a configuration example of an amplification unit pixel in a solid-state imaging device according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a photodiode (PD), 2 is a readout transistor, FD is a floating diffusion section, 3 is a reset transistor, 4 is a detection transistor, 6 is a signal line, 7 is a drain line (VDD), and 15 is an amplification type. A unit pixel, 16 is a gate line for both reading and resetting, and 17 is an FD wiring connecting the FD section and the gate of the
[0010]
According to FIG. 1, the configuration of each
[0011]
FIG. 2 shows a configuration example of the
[0012]
FIG. 3 shows a configuration example of a drive circuit for driving the amplification
[0013]
FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation of the drive circuit of FIG. “The potential of FD2” in FIG. 4 indicates the potential of the FD portion in the amplification type unit pixel (first pixel) 15 in FIG. FIG. 5A is a diagram showing the relative position of each potential in the first pixel, and FIGS. 5B to 5G are potential diagrams of the pixel accompanying the operation of the drive circuit in FIG. It is. Timings t1 to t6 in FIGS. 5B to 5G respectively correspond to timings t1 to t6 in FIG. Here, the LOW level potential of the
[0014]
In this case, the potential of the
[0015]
Note that the LOW level potential of the
[0016]
6 shows a modified example of the operation of FIG. 4, and FIGS. 7A to 7G show modified examples of FIGS. 5A to 5G corresponding to FIG. As shown in FIGS. 6 and 7 (a) to 7 (g), the backflow of charge to PD1 can be prevented only by increasing the difference between the LOW level potential of VDD and the potential of PD1. In this case, the LOW level voltage applied to the gates of the read
[0017]
FIG. 8 shows another configuration example of the drive circuit for driving the amplification type unit pixel of FIG. In FIG. 8, 30 is a first power supply pulse generation circuit, 31 is a second power supply pulse generation circuit, and 32 is a VDD horizontal wiring power supply OR circuit. The first power
[0018]
FIG. 9 is a timing chart for explaining the operation of the drive circuit of FIG. “The potential of FD2” in FIG. 9 indicates the potential of the FD portion in the amplification type unit pixel (first pixel) 15 in FIG. Here, in order to prevent the LOW level potential of the
[0019]
FIG. 11 shows a specific configuration example of the drive circuit of FIGS. 3 and 8. In FIG. 11, C1 and C2 are capacitors, SW1 and SW2 are switches, and Tr1 and Tr2 are backflow prevention transistors. The configuration shown in FIG. 11 is a dynamic AND circuit composed of a first AND circuit composed of C1, SW1, and Tr1, a second AND circuit composed of C2, SW2, and Tr2, and a wired OR connection of outputs of both AND circuits. Circuit. For example, the first AND circuit corresponds to the charge readout
[0020]
FIG. 12 is a timing chart for explaining the operation of the first AND circuit in the circuit of FIG. According to FIG. 12, the rising edge of the first pulse signal φA arrives with the switch SW1 closed by the control signal φB. Thereby, even after the capacitor C1 is charged and the switch SW1 is opened, the capacitor C1 maintains the charging voltage (HIGH level voltage having the polarity shown in FIG. 11). When the second pulse signal φT arrives in this state, the HIGH level voltage of this signal is superimposed on the charging voltage of the capacitor C1, so that the transistor Tr1 is turned on, and the pulse signal φT passes to the wired OR connection point. . Thereafter, the switch SW1 is closed again after the fall of the first pulse signal φA. As a result, the capacitor C1 is discharged and returns to the original state.
[0021]
According to each AND circuit in FIG. 11, the backflow of charges from the output side to the input side is prevented. Therefore, even when the
[0022]
FIG. 13 shows a wiring layout example in the amplification
[0023]
FIG. 14 shows another wiring layout example in the
[0024]
FIG. 15 shows a configuration example of another solid-state imaging apparatus according to the present invention. In the example of FIG. 15, the VDD common wiring (single drain layer) 41 is formed on the polysilicon /
[0025]
FIG. 16 shows a modification of the configuration of FIG. As can be seen from FIG. 2, the input timing pulse T1 or T2 for driving the
[0026]
Although the above embodiment shows the case where the transistor is an N-type MOS, the same effect can be realized by operating according to the same principle when the transistor is a P-type MOS or CMOS. Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various combinations such as a unit pixel, a vertical shift register and its driving circuit, a structure of a wiring and a light shielding film, and the like can be adopted as the embodiment. In the above-described embodiment, the case of the N-type photodiode has been described. However, it goes without saying that the relationship between each voltage and potential is reversed in the case of the P-type photodiode.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the power pulse can be selectively supplied for each row in the solid-state imaging device, the power consumption is reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of an amplification unit pixel in a solid-state imaging device according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a vertical shift register.
3 is a block diagram illustrating a configuration example of a driving circuit for driving the amplification type unit pixel of FIG. 1;
4 is a timing chart for explaining the operation of the drive circuit of FIG. 3; FIG.
5A is a diagram showing a relative position of each potential in the amplification type unit pixel of FIG. 1, and FIGS. 5B to 5G are potential diagrams of the pixel accompanying the operation of the drive circuit of FIG. is there.
6 is a timing chart showing a modification of the operation of FIG.
FIGS. 7A to 7G are diagrams showing modifications of FIGS. 5A to 5G corresponding to FIG.
FIG. 8 is a block diagram showing another configuration example of a drive circuit for driving the amplification type unit pixel of FIG. 1;
9 is a timing chart for explaining the operation of the drive circuit of FIG. 8; FIG.
10A is a diagram showing the relative position of each potential in the amplification type unit pixel of FIG. 1, and FIGS. 10B to 10G are potential diagrams of the pixel accompanying the operation of the drive circuit of FIG. is there.
11 is a circuit diagram showing a specific configuration example of the drive circuit of FIGS. 3 and 8. FIG.
12 is a timing chart for explaining the operation of the circuit of FIG.
13 is a plan view showing a wiring layout example in the amplification type unit pixel of FIG. 1; FIG.
14 is a plan view showing another wiring layout example in the amplification type unit pixel of FIG. 1; FIG.
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of another solid-state imaging device according to the present invention.
16 is a block diagram showing a modification of the configuration of FIG.
FIG. 17 is a block diagram illustrating an example of a conventional solid-state imaging device.
[Explanation of symbols]
1 Photodiode (PD) [Photoelectric conversion area]
2
DESCRIPTION OF
C1, C2 Capacitor FD Floating diffusion [Storage region]
SW1, SW2 Switch Tr1, Tr2 Backflow prevention transistor
Claims (7)
前記複数の増幅型単位画素のドレイン領域は、1行毎に異なるドレイン線に接続され、
前記複数の増幅型単位画素のうちの第1の画素の読み出しトランジスタへの読み出しパルスと、前記第1の画素に対して列方向に隣接する第2の画素のリセットトランジスタへのリセットパルスとを共通のゲート線で供給するように構成され、
前記第2の画素において光電変換領域で得られた信号電荷が読み出しトランジスタにより蓄積領域に読み出されて検出トランジスタが動作する前の、当該第2の画素のリセットの際に、前記第1の画素の読み出しトランジスタの前記共通のゲート線にパルスを与えられたときの当該第1の画素のドレイン線の電位がHIGHレベル電位に設定されていることを特徴とする固体撮像装置。A photoelectric conversion region for photoelectrically converting incident light on a semiconductor substrate, a read transistor for reading signal charges obtained by the photoelectric conversion, and an accumulation region for storing the read signal charges A detection transistor for detecting the read signal charge by applying a potential of the storage region to a gate, a reset transistor for resetting the signal charge of the storage region, and the reset transistor through the reset transistor. In a solid-state imaging device in which a plurality of amplification type unit pixels having a drain region for supplying a pulse voltage composed of a LOW level potential and a HIGH level potential to a storage region are two-dimensionally arranged,
The drain regions of the plurality of amplification type unit pixels are connected to different drain lines for each row,
A readout pulse to the readout transistor of the first pixel of the plurality of amplification type unit pixels and a reset pulse to the reset transistor of the second pixel adjacent to the first pixel in the column direction are shared. Configured to supply with a gate line of
In resetting the second pixel, the signal charge obtained in the photoelectric conversion region in the second pixel is read out to the accumulation region by the read transistor and the detection transistor operates. A solid-state imaging device , wherein a potential of a drain line of the first pixel when a pulse is applied to the common gate line of the readout transistor is set to a HIGH level potential .
前記第2の画素において光電変換領域で得られた信号電荷が読み出しトランジスタにより蓄積領域に読み出されて検出トランジスタが動作した後の、前記第1の画素の読み出しトランジスタの前記共通のゲート線にパルスが与えられて当該第1の画素の読み出しトランジスタがオンしている期間に当該第1の画素のドレイン線の電位をHIGHレベル電位に設定するように構成されたことを特徴とする固体撮像装置。The solid-state imaging device according to claim 1,
After the signal charge obtained in the photoelectric conversion region in the second pixel is read out to the storage region by the read transistor and the detection transistor is operated, a pulse is applied to the common gate line of the read transistor in the first pixel. And a potential of the drain line of the first pixel is set to a HIGH level potential during a period in which the readout transistor of the first pixel is on .
1水平ブランキング期間内に、前記複数の増幅型単位画素のうちの列方向に互いに隣接する2画素以上の信号電荷を検出すべく、2行以上のドレイン線の電位をHIGHレベル電位に設定できるように構成されたことを特徴とする固体撮像装置。The solid-state imaging device according to claim 1 or 2 ,
Within one horizontal blanking period, the potential of the drain lines of two or more rows can be set to a HIGH level potential in order to detect signal charges of two or more pixels adjacent to each other in the column direction among the plurality of amplification type unit pixels. A solid-state imaging device configured as described above.
前記ドレイン線は、前記各トランジスタのゲートと同一の配線層で形成されていることを特徴とする固体撮像装置。The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3 ,
The solid-state imaging device, wherein the drain line is formed of the same wiring layer as the gate of each transistor.
前記蓄積領域と前記検出トランジスタのゲートとを結ぶ配線は、第1層目の遮光性金属からなることを特徴とする固体撮像装置。The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3 ,
The solid-state imaging device, wherein a wiring connecting the accumulation region and the gate of the detection transistor is made of a light-shielding metal of a first layer.
前記複数の増幅型単位画素の検出トランジスタは、1列毎に異なる信号線に接続され、
前記蓄積領域と前記検出トランジスタのゲートとを結ぶ配線と、前記ドレイン線とは、第1層目金属からなり、かつ、
前記信号線は、前記第1層目金属より上層の第2層目金属からなることを特徴とする固体撮像装置。The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3 ,
The detection transistors of the plurality of amplification unit pixels are connected to different signal lines for each column,
The wiring connecting the accumulation region and the gate of the detection transistor and the drain line are made of a first layer metal, and
The solid-state imaging device, wherein the signal line is made of a second layer metal that is higher than the first layer metal.
前記複数の増幅型単位画素の検出トランジスタは、1列毎に異なる信号線に接続され、
前記蓄積領域と前記検出トランジスタのゲートとを結ぶ配線と、前記信号線とは、第1層目金属からなり、かつ、
前記ドレイン線は、前記第1層目金属より上層の第2層目金属からなることを特徴とする固体撮像装置。The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3 ,
The detection transistors of the plurality of amplification unit pixels are connected to different signal lines for each column,
The wiring connecting the accumulation region and the gate of the detection transistor and the signal line are made of a first layer metal, and
The solid-state imaging device, wherein the drain line is made of a second layer metal that is higher than the first layer metal.
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