JP4503955B2 - Solid-state imaging device and camera - Google Patents
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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。 The present invention relates to a MOS type solid-state imaging device used for a digital camera or the like.
従来のMOS型の固体撮像装置として様々なものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
図7は、MOSトランジスタで構成された従来の固体撮像装置の例を示す図である。この固体撮像装置22は、半導体基板上に、入射光を光電変換するフォトダイオード部(以下、PD部と略称する)1、PD部1で得られた信号電荷を読み出す読み出しトランジスタ2、読み出しトランジスタ2で読み出された信号電荷を蓄えるフローティングディフュージョン部(以下、FD部と略称する)7、FD部7で蓄積された信号電荷を検出する検出トランジスタ4、FD部7で蓄積された信号電荷をリセットするリセットトランジスタ3、垂直信号線5、および、VDD電源6を有する増幅型単位画素の複数を二次元状に配列した撮像領域8を備える。さらに、垂直信号線5により画素列を選択する水平シフトレジスタ9、画素行を選択する垂直シフトレジスタ10、駆動に必要なパルスを供給するタイミング発生回路11、および、出力アンプ12を備える。
Various types of conventional MOS type solid-state imaging devices have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
FIG. 7 is a diagram showing an example of a conventional solid-state imaging device composed of MOS transistors. The solid-
図8は、従来技術における固体撮像装置の断面図である。この固体撮像装置は、N型基板16上に撮像部のP型半導体のウエル層13と周辺回路領域のP型半導体のウエル層14が形成されている。撮像部のP型半導体のウエル層13と周辺回路領域のP型半導体のウエル層14は同一のウエル電位15であり、通常はグランド電位(0V)となっている。撮像部のP型半導体のウエル層13上には、N型半導体のPD部1、FD部7、VDD電源6、読み出しトランジスタ2、および、リセットトランジスタ3が形成されている。VDD電源6、読み出しトランジスタ2、リセットトランジスタ3は、Highレベルが3Vで、Lowレベルが0Vである。また、周辺回路領域のP型半導体のウエル層14には、N型半導体が2ヶ所形成されており、それぞれ読み出しトランジスタ2、および、リセットトランジスタ3のゲートと接続されている。なお、図8には検出トランジスタ4の断面図は記載していないが検出トランジスタ4も撮像部のP型半導体のウエル層13上に形成されている。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional solid-state imaging device. In this solid-state imaging device, a P-type
図9は、従来技術における固体撮像装置における撮像領域の要素回路図を示す図である。PD部1で光電変換された信号電荷はPD部1のP−N接合容量に蓄積された後、読み出しトランジスタ2によりFD部7のP−N接合容量に読み出される。このFD部7はP−N接合容量が主であるため、読み出された電荷の量によりFD部7の電位が決定され、それにより検出トランジスタ4のゲート電圧が変化することで垂直信号線5の電位変化として信号が取り出される。
FIG. 9 is a diagram illustrating an element circuit diagram of an imaging region in a solid-state imaging device according to a conventional technique. The signal charge photoelectrically converted by the
図10は、従来技術における画素部駆動タイミングを示す図であり、N行目と(N+1)行目の動作時における、VDD電源6の電圧パルス(以下、VDDパルスと略称する)、N行目リセットトランジスタ3のリセットパルス(以下、N行目リセットパルスと略称する)、N行目読み出しトランジスタ2の読み出しパルス(以下、N行目読み出しパルスと略称する)、(N+1)リセットトランジスタのリセットパルス(以下、N+1行目リセットパルスと略称する)、および、(N+1)行目読み出しトランジスタの読み出しパルス(以下、N+1行目読み出しパルスと略称する)の様子を示している。なお、Lowレベルはグランド(0V)で、Highレベルは3Vである。
FIG. 10 is a diagram showing the pixel unit drive timing in the prior art. The voltage pulse (hereinafter abbreviated as VDD pulse) of the
図11は、図10で説明した画素部の各時刻におけるポテンシャルを示す図である。なお、図11では縦軸は上がLowレベルで下がHighレベルで示している。まず、図11(a)の時刻T1において、PD部1に信号電荷があり、読み出しトランジスタ2のゲートがLowレベルであり、リセットトランジスタ3のゲートはLowレベルであり、VDD電源6はHighレベルとなっている。図11(b)の時刻T2になるとリセットトランジスタ3のゲートがHighレベルとなり、FD部7をVDD電源6の電圧のHighレベルに設定する。図11(c)の時刻T3には、読み出しパルスが終了しているため、PD部1にあった電荷がFD部7に読み出される。このとき、FD部7の電位変化により検出トランジスタ4のゲート電圧が変化することで、垂直信号線5の電位変化として信号が取り出される。図11(d)の時刻T4においてVDD電源6がLowレベルとなった後、図11(e)の時刻T5にリセットトランジスタ3のゲートが再びHighレベルとなることで、FD部7がLowレベルに設定される。図11(f)の時刻T6では、リセットトランジスタ3のゲートがLowレベルとなっている。図11(g)の時刻T7には、(N+1)行目の信号を検出するため、VDD電源6が再びHighレベルになる。同様にして、時刻T8からT14においては、N行目の画素における時刻T1からT7の動作が(N+1)行目に対して繰り返される。
しかしながら、従来の技術では、以下に述べる誤動作が発生する可能性があるという問題がある。
背景技術において説明を行った図11(b)の時刻T2において、N行目の検出トランジスタ4を非選択としているFD部7のLowレベルがVDD電源電圧のHighレベルになる場合に、FD部7と読み出しトランジスタ2のゲートとの間のカップリング容量40があるために、FD部7が急峻にVDD電源6のHighレベルになると、読み出しトランジスタ2のゲート電圧も同時にプラスの方向に振られてしまう。そのため、読み出しトランジスタ2のゲートが開き、N行目のPD部1にある電荷の一部がFD部7側に抜けてしまい、PD部1の電位がプラス電位となってしまう。それにより、PD部1の電荷が減少するためにPD部1の飽和電荷量が減少してしまう。
However, the conventional technique has a problem that the following malfunction may occur.
At time T2 in FIG. 11B described in the background art, when the Low level of the
また、図11(g)の時刻T7においては、VDD電源6が再びHighレベルになるときに急峻な電圧変化をしている。すると、VDD電源6とリセットトランジスタ3のゲートとの間のカップリング容量41のため、リセットトランジスタ3のゲート電圧も同時にプラスの方向に振られてしまう。そのため、リセットトランジスタ3のゲートが開き、FD部7にある電子の一部がVDD電源6側に抜けてしまい、FD部7の電位がプラス電位となってしまう。このFD部7の電位変化により、検出トランジスタ4のゲート電圧がプラス電位となり、本来、オフすべき検出トランジスタ4がオンしてしまう。すると結局、本来の選択行で検出された電荷に、非選択である行が動作することによって誤検出された電荷が加わってしまうため、本来の正しい電荷信号が得られず、例えば、明るい光が検出できなくなるという誤動作が発生する可能性があるという問題が生じる。
Further, at time T7 in FIG. 11 (g), when the VDD
さらに、図12はリセットトランジスタがディプレッション型の場合のポテンシャル図を示している。リセットトランジスタ3がディプレッション型の場合には、図12(g)の時刻T7において、検出トランジスタ4を非選択としているFD部7のLowレベルをVDD電源6電圧のHighレベルにする時に、リセットトランジスタ3のゲートの下のポテンシャル17が高いため、VDD電源6とリセットトランジスタ3のゲートとの間のカップリング容量41により、リセットトランジスタ3のゲートの電圧がプラスの方向に振られやすく、FD部7を非選択にするための電子がFD部7からVDD電源6に対して、よりこぼれやすくなる。
Further, FIG. 12 shows a potential diagram when the reset transistor is a depletion type. When the
このように、読み出しトランジスタ2のゲートとリセットトランジスタ3のゲートのLowレベル、および、撮像部のP型半導体のウエル層13が、すべて0Vとなっているため、時刻T2とT7において、ドレイン領域の急激なプラス電位への変化と、ドレイン領域とのカップリング容量40および41が原因となり、読み出しトランジスタ2のゲートとリセットトランジスタ3のゲートの電位が本来0Vであるところがプラス側へ振られ、撮像部のP型半導体のウエル層13の電位を越えてしまうことで誤動作が発生する可能性がある。
As described above, the low level of the gate of the
そこで、本発明は、VDD電源により行選択と非選択を決定する回路を持つMOS型の固体撮像装置において、読み出しトランジスタやリセットトランジスタのゲートの電位を適切に設定できるようにし、さらに、カップリング容量に起因する飽和電荷の低下および非選択行が誤って選択される誤動作を防止する固体撮像装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention enables a gate potential of a read transistor and a reset transistor to be appropriately set in a MOS type solid-state imaging device having a circuit for determining row selection and non-selection by a VDD power source, and further, coupling capacitance It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device that prevents a decrease in saturation charge caused by the above-described phenomenon and a malfunction in which an unselected row is erroneously selected.
上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板上に単位画素を二次元状に複数配列したMOS型の固体撮像装置であって、入射光を光電変換する光電変換手段と、前記光電変換手段で得られた信号電荷を読み出すP型MOSトランジスタの読み出し手段と、前記読み出し手段で読み出された信号電荷を蓄える蓄積手段と、前記蓄積手段で蓄積された前記信号電荷を検出する検出手段と、前記蓄積手段で蓄積された前記信号電荷をリセットするN型MOSトランジスタのリセット手段と、前記リセット手段のゲートのLowレベルを、前記リセット手段のゲート下にある撮像領域のP型ウエルの電位よりも低く設定する電位設定手段とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention is a MOS solid-state imaging device in which a plurality of unit pixels are arranged two-dimensionally on a semiconductor substrate, and photoelectric conversion means for photoelectrically converting incident light A P-type MOS transistor reading means for reading the signal charge obtained by the photoelectric conversion means, a storage means for storing the signal charge read by the reading means, and the signal charge stored by the storage means. The detecting means for detecting, the reset means for the N-type MOS transistor for resetting the signal charge accumulated in the accumulating means, and the low level of the gate of the resetting means, the P of the imaging area under the gate of the resetting means And a potential setting means for setting the potential lower than that of the mold well.
前記リセット手段がP型の場合は、前記リセット手段のゲートのHighレベルを、前記リセット手段のゲート下にある撮像領域のN型ウエルの電位よりも高く設定する電位設定手段を備えることを特徴とする。 When the reset means is P-type, the reset means includes a potential setting means for setting a high level of the gate of the reset means higher than the potential of the N-type well in the imaging region under the gate of the reset means. To do.
また、半導体基板上に単位画素を二次元状に複数配列したMOS型の固体撮像装置であって、入射光を光電変換する光電変換手段と、前記光電変換手段で得られた信号電荷を読み出すN型MOSトランジスタの読み出し手段と、前記読み出し手段で読み出された前記信号電荷を蓄える蓄積手段と、前記蓄積手段で蓄積された前記信号電荷を検出する検出手段と、パルス変調された電源に接続されたN型MOSトランジスタであって、前記蓄積手段で蓄積された前記信号電荷をリセットするN型MOSトランジスタのリセット手段と、前記読み出し手段のゲートのLowレベルを、前記読み出し手段のゲート下にある撮像領域のP型ウエルの電位よりも低く設定する電位設定手段とを備えることを特徴とする。 Further, it is a MOS type solid-state imaging device in which a plurality of unit pixels are two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate, and photoelectric conversion means for photoelectrically converting incident light, and N for reading signal charges obtained by the photoelectric conversion means Connected to a pulse-modulated power source, a reading means for the MOS transistor, a storage means for storing the signal charges read by the reading means, a detection means for detecting the signal charges stored by the storage means, and an N-type MOS transistor, and the reset means of the N-type MOS transistor for resetting the accumulated said signal charge in said storage means, the Low level of the gate of the reading means, imaging under the gate of the reading means And a potential setting means for setting the potential lower than the potential of the P-type well in the region.
前記読み出し手段がP型の場合は、前記読み出し手段のゲートのHighレベルを、前記読み出し手段のゲート下にある撮像領域のN型ウエルの電位よりも高く設定する電位設定手段を備えることを特徴とする。 In the case where the readout means is P-type, the readout means includes a potential setting means for setting a high level of the gate of the readout means higher than the potential of the N-type well in the imaging region under the gate of the readout means. To do.
また、半導体基板上に単位画素を二次元状に複数配列したMOS型の固体撮像装置であって、入射光を光電変換する光電変換手段と、前記光電変換手段で得られた信号電荷を読み出すP型MOSトランジスタの読み出し手段と、前記読み出し手段で読み出された信号電荷を蓄える蓄積手段と、前記蓄積手段で蓄積された前記信号電荷を検出する検出手段と、前記蓄積手段で蓄積された前記信号電荷をリセットするN型MOSトランジスタのリセット手段と、撮像領域のP型ウエル電位を、周辺回路領域のP型ウエル電位よりも高く設定する電位設定手段とを備えることを特徴とする。 Further, it is a MOS type solid-state imaging device in which a plurality of unit pixels are arranged two-dimensionally on a semiconductor substrate, and includes a photoelectric conversion means for photoelectrically converting incident light, and a P for reading out signal charges obtained by the photoelectric conversion means. Type MOS transistor reading means, storage means for storing the signal charges read by the reading means, detection means for detecting the signal charges stored by the storage means, and the signals stored by the storage means An N-type MOS transistor resetting means for resetting the charge and a potential setting means for setting the P-type well potential in the imaging region higher than the P-type well potential in the peripheral circuit region are provided.
前記リセット手段がP型の場合は、撮像領域のN型ウエル電位を、周辺回路領域のN型ウエル電位よりも低く設定する電位設定手段を備えることを特徴とする。 In the case where the reset means is P-type, the reset means includes a potential setting means for setting the N-type well potential in the imaging region to be lower than the N-type well potential in the peripheral circuit region.
また、半導体基板上に単位画素を二次元状に複数配列したMOS型の固体撮像装置であって、入射光を光電変換する光電変換手段と、前記光電変換手段で得られた信号電荷を読み出すN型MOSトランジスタの読み出し手段と、前記読み出し手段で読み出された前記信号電荷を蓄える蓄積手段と、前記蓄積手段で蓄積された前記信号電荷を検出する検出手段と、前記蓄積手段で蓄積された前記信号電荷をリセットするリセット手段と、撮像領域のP型ウエル電位を、周辺回路領域のP型ウエル電位よりも高く設定する電位設定手段とを備えることを特徴とする。 Further, it is a MOS type solid-state imaging device in which a plurality of unit pixels are two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate, and photoelectric conversion means for photoelectrically converting incident light, and N for reading signal charges obtained by the photoelectric conversion means Type MOS transistor reading means, storage means for storing the signal charges read by the reading means, detection means for detecting the signal charges stored by the storage means, and the storage means stored by the storage means It is characterized by comprising reset means for resetting signal charges and potential setting means for setting the P-type well potential in the imaging region higher than the P-type well potential in the peripheral circuit region.
前記読み出し手段がP型の場合は、撮像領域のN型ウエル電位を、周辺回路領域のN型ウエル電位よりも低く設定する電位設定手段を備えることを特徴とする。 In the case where the reading means is P-type, the reading means includes a potential setting means for setting the N-type well potential in the imaging region to be lower than the N-type well potential in the peripheral circuit region.
本発明によれば、撮像領域のP型ウエルと周辺回路領域のP型ウエルとを分離して、周辺回路領域のP型ウエル電位を撮像領域のP型ウエル電位よりも低く設定し、また、読み出し手段のゲートと蓄積手段との間のカップリング容量があっても、読み出し手段のゲートの電位が0Vを越えてプラス電位に振られることがないように読み出し手段のゲートの電位を設定するため、光電変換手段で光電変換された電荷が蓄積手段にこぼれることによる飽和電荷の低下を防止することができる。 According to the present invention, the P-type well in the imaging region and the P-type well in the peripheral circuit region are separated, the P-type well potential in the peripheral circuit region is set lower than the P-type well potential in the imaging region, Even if there is a coupling capacitance between the gate of the reading means and the storage means, the potential of the gate of the reading means is set so that the potential of the gate of the reading means does not exceed 0V and is shifted to a positive potential. Further, it is possible to prevent the saturation charge from being lowered due to the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion means spilling into the storage means.
また、VDD電源とリセット手段のゲートとの間のカップリング容量のために、従来のようにリセット手段のゲート電圧がプラスの方向に振られた場合においても、リセット手段のゲートの電位が0Vを越えてプラス電位に振られることがないため、蓄積手段を非選択にするための電子が蓄積手段からVDD電源側にこぼれなくなり、非選択行の蓄積手段の電位レベルがプラス電位になることが妨げられ、検出手段がオンしてしまうことがなくなって、非選択行が選択される誤動作を防止することができる。 In addition, because of the coupling capacitance between the VDD power supply and the reset means gate, the potential of the reset means gate is 0 V even when the gate voltage of the reset means is swung in the positive direction as in the prior art. As a result, the electrons for deselecting the storage means do not spill from the storage means to the VDD power supply side, preventing the potential level of the storage means in the non-selected row from becoming a positive potential. Thus, the detection means is not turned on, and a malfunction in which an unselected row is selected can be prevented.
さらに、周辺回路領域のP型ウエル電位を、リセット手段のゲートおよび読み出し手段のゲートのLowレベルよりも低く設定することで、周辺回路領域のP型ウエル層とN型拡散層との間を逆バイアスにし、順方向のリーク電流が生じることを防止することができる。 Further, the P-type well potential in the peripheral circuit region is set lower than the low level of the gate of the reset unit and the gate of the readout unit, so that the P-type well layer and the N-type diffusion layer in the peripheral circuit region are reversed. It is possible to prevent a forward leakage current from being generated by biasing.
また、撮像領域のウエルと周辺回路領域のウエルとを分離しているので、読み出し手段やリセット手段のゲートの電位を設定する手段を、固体撮像装置の内部で作ることができる。 Further, since the well in the imaging region and the well in the peripheral circuit region are separated, a means for setting the gate potential of the reading means and the resetting means can be made inside the solid-state imaging device.
なお、本発明は、N型のMOSトランジスタをリセット手段、読み出し手段、および、検出手段にそれぞれ利用した場合と同様に、それらの手段がP型のMOSトランジスタである場合にも効果がある。 The present invention is also effective when the N-type MOS transistor is a P-type MOS transistor as in the case where the N-type MOS transistor is used for the resetting means, the reading means, and the detecting means.
特に、リセットトランジスタがN型である場合、撮像領域のP型ウエルの電位、または、周辺回路領域のP型ウエルの電位をグランド電位(0V)にすると、電位設定回路を簡素化できる。また、リセットトランジスタがP型である場合、撮像領域のN型ウエルの電位、または、周辺回路領域のN型ウエルの電位をグランド電位(0V)にすると、電位設定回路を簡素化できる。 In particular, when the reset transistor is N-type, the potential setting circuit can be simplified if the potential of the P-type well in the imaging region or the potential of the P-type well in the peripheral circuit region is set to the ground potential (0 V). When the reset transistor is P-type, the potential setting circuit can be simplified by setting the potential of the N-type well in the imaging region or the potential of the N-type well in the peripheral circuit region to the ground potential (0 V).
また、本発明の固体撮像装置をカメラ等に用いることで、誤動作のない優れたカメラ等を実現することが可能となるので、その実用的価値は極めて高い。 In addition, by using the solid-state imaging device of the present invention for a camera or the like, it is possible to realize an excellent camera or the like that does not malfunction, and its practical value is extremely high.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態に係る固体撮像装置における断面および電位設定を示す図である。周辺回路領域のP型ウエル層14の電位19と撮像部のP型ウエル層13の電位18とが異なる電位になるように設定する点が、従来技術と違っている。電位設定部50は、読み出しパルス発生部52、リセットパルス発生部53、0V、および−2Vの電位を備える。読み出しパルス発生部52は、周辺回路領域のN型拡散層と読み出しトランジスタ2のゲートの電位を設定する。リセットパルス発生部53は、周辺回路領域の別のN型拡散層とリセットトランジスタ3のゲートの電位を設定する。撮像部のP型ウエル層13の電位18は、0Vに設定される。周辺回路領域のP型ウエル層14の電位19は、−2Vに設定される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a cross section and potential setting in the solid-state imaging device according to the present embodiment. This is different from the prior art in that the potential 19 of the P-
図2は、本実施の形態に係る固体撮像装置における読み出しパルス発生部52およびリセットパルス発生部53の回路を示す図である。この回路は、Highレベルが3VでLowレベルが−1Vの電圧パルスを、読み出しトランジスタ2およびリセットトランジスタ3のゲートにそれぞれ供給する。この回路において、Highレベル電位設定用入力部31をオンにし、Lowレベル電位設定用入力部32をオフにすると、Highレベル電位設定用トランジスタ33がオンでLowレベル電位設定用トランジスタ34がオフとなるため、パルス出力部35が3Vに設定される。逆に、Highレベル電位設定用入力部31をオフにし、Lowレベル電位設定用入力部32をオンにすると、Highレベル電位設定用トランジスタ33がオフでLowレベル電位設定用トランジスタ34がオンとなるため、パルス出力部35が−1Vに設定される。
FIG. 2 is a diagram showing a circuit of the
図3は、本実施の形態に係る固体撮像装置における画素部駆動タイミングである。図3と従来技術である図10との異なる点は、リセットトランジスタ3のゲートおよび読み出しトランジスタ2のゲートのLowレベルの電位を、撮像部のP型ウエル層電位18の0Vよりも低い−1Vに設定している点である。
FIG. 3 shows pixel unit driving timing in the solid-state imaging device according to the present embodiment. The difference between FIG. 3 and FIG. 10 showing the prior art is that the low level potential of the gate of the
図4は、図3の画素部駆動タイミングにおけるポテンシャル図である。図4と従来技術における図11との異なる点は、図4(b)と図4(g)の2ヶ所である。図4(b)の時刻T2において、読み出しトランジスタ2のゲートのLowレベルの電位を−1Vに設定しているため、読み出しトランジスタ2のゲートとFD部7との間のカップリング容量40があっても、読み出しトランジスタ2のゲートの電位が0Vを越えてプラス電位に振られることがないため、PD部1に蓄積された電荷がFD部7にこぼれることによる飽和電荷の低下を防止することができる。
FIG. 4 is a potential diagram at the pixel unit drive timing of FIG. 4 differs from FIG. 11 in the prior art in two places, FIG. 4 (b) and FIG. 4 (g). At time T2 in FIG. 4B, since the low level potential of the gate of the read
また、図4(g)の時刻T7においては、リセットトランジスタ3のゲートのLowレベルの電位を−1Vに設定しているため、検出トランジスタ4を非選択としているFD部7のLowレベルをVDD電源6電圧のHighレベルにする時に、VDD電源6とリセットトランジスタ3のゲートとの間のカップリング容量41によりリセットトランジスタ3のゲート電圧がプラスの方向に振られた場合においても、リセットトランジスタ3のゲートの電位が0Vを越えてプラス電位に振られることがないため、FD部7を非選択にするための電子がFD部7からVDD電源6にこぼれる現象が一瞬たりとも発生しなくなり、非選択行のFD部7の電位レベルが高くなって選択行となる誤動作を防止することができる。
At time T7 in FIG. 4G, since the low level potential of the gate of the
また、周辺回路領域のP型ウエル電位19を−2Vに設定することで、周辺回路領域のP型ウエル層14とN型拡散層(リセットトランジスタ3のゲートおよび読み出しトランジスタ2のゲートと同電位)との間を逆バイアスにし、順方向のリーク電流が生じることを防止することができる。
Further, by setting the P-type well potential 19 in the peripheral circuit region to −2 V, the P-
ところで、リセットトランジスタ3がP型MOSトランジスタの場合は、リセットトランジスタ3のHighレベルを、リセットトランジスタ3のゲート下にある撮像領域のN型ウエルの電位よりも高く設定し、かつ、周辺回路領域のN型ウエル電位よりも低く設定することで目的が達成できる。また、読み出しトランジスタ2がP型MOSトランジスタの場合は、読み出しトランジスタ2のHighレベルを、読み出しトランジスタ2のゲート下にある撮像領域のN型ウエルの電位よりも高く設定し、かつ、周辺回路領域のN型ウエル電位よりも低く設定することで目的が達成できる。
When the
以上のように、本実施の形態における固体撮像装置によれば、読み出しトランジスタやリセットトランジスタのゲートの電位を適切に設定できるようになり、さらに、カップリング容量に起因する飽和電荷の低下および非選択行が誤って選択される誤動作を防止することができるので、従来のような画素の特性の劣化を防ぐことができる。 As described above, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, the gate potential of the readout transistor and the reset transistor can be appropriately set, and further, the saturation charge is reduced due to the coupling capacitance and is not selected. Since it is possible to prevent a malfunction in which a row is erroneously selected, it is possible to prevent deterioration of pixel characteristics as in the related art.
(実施の形態2)
図5は、本発明の実施の形態に係る、読み出しトランジスタがないタイプの固体撮像装置における画素部の回路図である。PD部1が直接FD部7に接続されている。PD部1で得られた信号電荷は、直接FD部7に蓄えられる。他の動作は、図7で説明した動作と同様である。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a circuit diagram of the pixel portion in the solid-state imaging device of the type having no readout transistor according to the embodiment of the present invention. The
従って、本発明の実施の形態1と同様に、リセットトランジスタ3のゲートの電位を撮像部のP型ウエル層電位18の0Vよりも低い−1Vにすることで、時刻T7において、VDD電源6とリセットトランジスタ3のゲートとの間のカップリング容量41のために、従来のようにリセットトランジスタ3のゲート電圧がプラスの方向に振られた場合においても、リセットトランジスタ3のゲートの電位が0Vを越えてプラス電位に振られることがないため、FD部7を非選択にするための電子がFD部7からVDD電源6側にこぼれなくなり、非選択行のFD部7の電位レベルがプラス電位になることが妨げられ、検出トランジスタ4がオンしてしまうことがなくなって、非選択行が選択される誤動作を防止することができる。
Therefore, similarly to the first embodiment of the present invention, the potential of the gate of the
(実施の形態3)
図6は、これまでに説明した本発明の実施の形態に係る固体撮像装置のいずれかをカメラに用いたときのブロック図である。カメラ20は、レンズ21、固体撮像装置22a、駆動回路23、信号処理部25、および、外部インターフェイス部26を備えている。レンズ21を通過した光は、固体撮像装置22aに入る。信号処理部25は、駆動回路23を通して固体撮像装置22aを駆動し、固体撮像装置22aからの出力信号を取り込む。信号処理部25で処理された信号は、外部インターフェイス部26を通して外部に出力できる。本発明の実施の形態1または2の固体撮像装置を用いることで、非選択行が誤って選択される誤動作のない、飽和特性の優れたカメラを実現することができる。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a block diagram when any one of the solid-state imaging devices according to the embodiments of the present invention described so far is used in a camera. The
以上、本発明に係る固体撮像装置およびカメラについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。例えば、本発明はN型のMOSトランジスタをリセットトランジスタ、読み出しトランジスタ、および、検出トランジスタにそれぞれ利用した場合であるが、それぞれのトランジスタがP型のMOSトランジスタである場合に適用してもよい。また、電位の設定値については必ずしも−1Vや−2Vでなくてもよく、生成回路も実施の形態で説明したものでなくてもよい。 As described above, the solid-state imaging device and the camera according to the present invention have been described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to this embodiment. For example, the present invention is a case where an N-type MOS transistor is used as a reset transistor, a readout transistor, and a detection transistor, respectively, but may be applied when each transistor is a P-type MOS transistor. Further, the set value of the potential is not necessarily −1V or −2V, and the generation circuit is not necessarily described in the embodiment.
特に、リセットトランジスタがN型である場合、撮像領域のP型ウエルの電位、または、周辺回路領域のP型ウエルの電位をグランド電位(0V)にすると、電位設定回路を簡素化できる。また、リセットトランジスタがP型である場合、撮像領域のN型ウエルの電位、または、周辺回路領域のN型ウエルの電位をグランド電位(0V)にすると、電位設定回路を簡素化できる。 In particular, when the reset transistor is N-type, the potential setting circuit can be simplified if the potential of the P-type well in the imaging region or the potential of the P-type well in the peripheral circuit region is set to the ground potential (0 V). When the reset transistor is P-type, the potential setting circuit can be simplified by setting the potential of the N-type well in the imaging region or the potential of the N-type well in the peripheral circuit region to the ground potential (0 V).
本発明に係る固体撮像装置は、カップリング容量に起因する、飽和電荷の低下および非選択行が誤って選択される誤動作を防止する効果を有し、携帯電話やデジタルカメラ等に使用されるMOS型の固体撮像装置として有用である。 The solid-state imaging device according to the present invention has an effect of preventing a malfunction due to a decrease in saturation charge and an erroneous selection of a non-selected row due to a coupling capacitance, and is used in a mobile phone, a digital camera, or the like This is useful as a solid-state imaging device.
1 フォトダイオード(PD)部
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
5 垂直信号線
6 VDD電源
7 フローティングディフュージョン(FD)部
8 撮像領域
9 水平シフトレジスタ
10 垂直シフトレジスタ
11 タイミング発生回路
12 出力アンプ
13 撮像領域のP型ウエル層
14 周辺回路領域のP型ウエル層
15 従来のP型ウエル電位
16 N型基板
17 リセットトランジスタのゲートの下のポテンシャル
18 撮像領域のP型ウエル電位
19 周辺回路領域のP型ウエル電位
20 カメラ
21 レンズ
22、22a 固体撮像装置
23 駆動回路
25 信号処理部
26 外部インターフェイス部
31 Highレベル電位設定用入力部
32 Lowレベル電位設定用入力部
33 Highレベル電位設定用トランジスタ
34 Lowレベル電位設定用トランジスタ
35 パルス出力部
40 カップリング容量
41 カップリング容量
50 電位設定部
52 読み出しパルス発生部
53 リセットパルス発生部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
入射光を光電変換する光電変換手段と、
前記光電変換手段で得られた信号電荷を読み出すN型MOSトランジスタの読み出し手段と、
前記読み出し手段で読み出された信号電荷を蓄える蓄積手段と、
前記蓄積手段で蓄積された前記信号電荷を検出する検出手段と、
前記蓄積手段で蓄積された前記信号電荷をリセットするN型MOSトランジスタのリセット手段と、
前記リセット手段のゲートのLowレベルを、前記リセット手段のゲート下にある撮像領域のP型ウエルの電位よりも低く設定する電位設定手段と
を備えることを特徴とする固体撮像装置。 A MOS type solid-state imaging device in which a plurality of unit pixels are arranged two-dimensionally on a semiconductor substrate,
Photoelectric conversion means for photoelectrically converting incident light;
N-type MOS transistor reading means for reading the signal charge obtained by the photoelectric conversion means;
Storage means for storing the signal charges read by the reading means;
Detection means for detecting the signal charge accumulated in the accumulation means;
N-type MOS transistor resetting means for resetting the signal charge stored in the storage means;
A solid-state imaging device comprising: a potential setting unit that sets a low level of the gate of the reset unit to be lower than a potential of a P-type well in an imaging region under the gate of the reset unit.
入射光を光電変換する光電変換手段と、
前記光電変換手段で得られた信号電荷を読み出すP型MOSトランジスタの読み出し手段と、
前記読み出し手段で読み出された信号電荷を蓄える蓄積手段と、
前記蓄積手段で蓄積された前記信号電荷を検出する検出手段と、
前記蓄積手段で蓄積された前記信号電荷をリセットするP型MOSトランジスタのリセット手段と、
前記リセット手段のゲートのHighレベルを、前記リセット手段のゲート下にある撮像領域のN型ウエルの電位よりも高く設定する電位設定手段と
を備えることを特徴とする固体撮像装置。 A MOS type solid-state imaging device in which a plurality of unit pixels are arranged two-dimensionally on a semiconductor substrate,
Photoelectric conversion means for photoelectrically converting incident light;
P-type MOS transistor readout means for reading out signal charges obtained by the photoelectric conversion means;
Storage means for storing the signal charges read by the reading means;
Detection means for detecting the signal charge accumulated in the accumulation means;
P-type MOS transistor resetting means for resetting the signal charge stored in the storage means;
A solid-state imaging device comprising: a potential setting unit that sets a high level of the gate of the reset unit to be higher than a potential of an N-type well in an imaging region under the gate of the reset unit.
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising:
をさらに備えることを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。The solid-state imaging device according to claim 2, further comprising:
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