JP4547871B2 - Solid-state image sensor - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子に関し、特に信号電荷を電気信号に変換する電荷検出部を複数隣接配置してなるCCD(Charge Coupled Device)固体撮像素子に代表される電荷転送型固体撮像素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電荷転送型固体撮像素子、例えばCCD固体撮像素子として、高画素化(多画素化)に適し、かつ低消費電力化および高速駆動化を可能にするために、垂直CCDによって転送されてくる信号電荷を電圧変換する電荷検出部を垂直CCDごとに複数設け、これら複数の電荷検出部の各々から出力される信号電圧を順次走査しつつ読み出すいわゆる水平スキャン方式の固体撮像素子がある(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−135656号公報
【0004】
図7は、従来一般的な電荷検出部の構成を示す回路図である。図7において、電荷転送部(図示せず)によって転送されてくる信号電荷は、フローティングディフュージョン領域FDに画素単位で注入される。このフローティングディフュージョン領域FDに注入された信号電荷は、当該領域FDにゲートが接続されたソースフォロアの出力トランジスタ101からなる出力回路100によって信号電圧に変換されて出力端子102から出力される。出力トランジスタ101は、電源電圧VDDが与えられる電源端子103にドレインが接続され、ソースが抵抗104を介して接地されている。
【0005】
フローティングディフュージョン領域FDから信号電荷が読み出されると、当該領域FDの電位がリセットトランジスタ105によってリセットドレイン電圧VRDにリセットされる。リセットドレイン電圧VRDは、電圧値が電源電圧VDDとほぼ等しくなるように設定されている。リセットトランジスタ105は、リセットドレイン電圧VRDが与えられるリセットドレイン(RD)端子106にドレインが、フローティングディフュージョン領域FDにソースがそれぞれ接続されており、リセットゲートパルスφRGが所定の周期でリセットゲート(RG)に与えられることにより、フローティングディフュージョン領域FDの電位をリセットドレイン電圧VRDにリセットする。
【0006】
図8は、フローティングディフュージョン領域FDおよびリセットトランジスタ105の構造を示す断面図である。図8において、フローティングディフュージョン領域FDは、例えばシリコン基板110の表層部に形成されたn+ 型拡散領域111である。このn+ 型拡散領域111には、電荷転送部120の出力ゲート部121を介して信号電荷が注入される。リセットトランジスタ105は、n+ 型拡散領域111をソース領域としており、当該ソース領域111と、シリコン基板110の表層部に形成されたn+ 型ドレイン領域112と、両領域111,112間のチャネル領域上の基板表面にゲート絶縁膜114を介して形成されたゲート電極113とから構成されている。
【0007】
上記構成の電荷検出部を複数、例えば2つ隣接して配置した場合の平面的な配置パターン例を図9に示す。同図から明らかなように、1つの電荷検出部は、電源(VDD)端子103、フローティングディフュージョン領域FD、出力端子(VOUT)102、リセットトランジスタ105のゲート電極(RG)およびリセットドレイン(RD)端子106の5つ端子電極が横に順に並んで配置された構成となっている。そして、この1つの電荷検出部が、本例の場合には2つ並んで隣接して配置されることになる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上述した水平スキャン方式の固体撮像素子では、上記構成の電荷検出部を垂直CCDごとに配置するには、当該電荷検出部が5つの端子電極を横に並べた構成となっているために、垂直CCD間のピッチをある程度確保する必要がある。したがって、画素が2次元配置されてなるセンサ部(画素部)において、特に水平方向(左右方向)のサイズの縮小化を図る上で限界が生ずる。また、垂直CCD間のピッチは水平方向の画素間のピッチで決まるため、垂直CCD間のピッチをある程度確保するということは、画素間のピッチを狭くできないことを意味し、多画素化を図る上で非常に不利になる。
【0009】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電荷検出部を複数隣接配置するに当たって、当該電荷検出部の微細化を可能にした固体撮像素子を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明による固体撮像素子は、
受光した光を光電変換する複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子からの信号電荷を転送する複数の電荷転送部と、
前記複数の電荷転送部に対して所定の単位ごとに隣接して配置された電荷検出部とを備え、
前記電荷検出部は、
前記電荷転送部から電荷が注入されるフローティングディフュージョン領域と、
前記フローティングディフュージョン領域をリセットする電圧を与えるリセット端子と前記フローティングディフュージョン領域との間に接続されたリセットトランジスタと、
前記フローティングディフュージョン領域にゲートが、電源電圧を与える電源端子にドレインが、出力端子にソースがそれぞれ接続されたソースフォロアの出力トランジスタとを有し、
隣り合う前記電荷検出部間において前記電源端子と前記リセット端子とを共通化し
当該共通化した電源/リセット端子、前記フローティングディフュージョン領域、前記出力端子および前記リセットトランジスタのゲート電極は、前記電荷検出部の隣接方向に順に並んで配置されている
構成となっている。
【0011】
上記構成の固体撮像素子において、フローティングディフュージョン構成の電荷検出部を複数隣接配置するに当たり、隣り合う電荷検出部間において電源端子とリセット端子とを共通化することで、一方の端の電荷検出部を除いて、1つの電荷検出部につき端子を1つずつ削減できる。その結果、削減できる端子1個分の幅だけ個々の電荷検出部を微細化できる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0013】
図1は、本発明の一実施形態に係る固体撮像素子を示す概略構成図である。ここでは、センサ部(画素部)の各画素で光電変換された信号電荷を垂直転送部で垂直方向に転送し、垂直転送部の各々の後段に設けられた電荷検出部で電圧変換して得られる各信号電圧を水平走査にて順次読み出す水平スキャン方式のCCD固体撮像素子に適用した場合を例に挙げている。
【0014】
図1において、半導体基板10上にはセンサ部20と共に、その周辺回路部30が搭載されている。センサ部20は、半導体基板10上に行列状に多数二次元配置されたフォトダイオード等からなるフォトセンサ(光電変換素子)21と、これらフォトセンサ21に対して垂直画素列ごとに配された垂直CCD(垂直転送部)22と、これら垂直CCD22毎にその転送先側の端部に配された電荷検出部23とを有する構成となっている。
【0015】
フォトセンサ21は、受光した光を露光期間に亘って光電変換し、光電変換によって発生する信号電荷を蓄積する。垂直CCD22は、フォトセンサ21の各々から読み出される信号電荷を、例えば4相のクロックパルスφV1〜φV4によって駆動されることで垂直方向に転送する。垂直CCD22の各々からは、対応する電荷検出部23に対して信号電荷が1行(1ライン)単位で転送される。
電荷検出部23は、垂直CCD22によって転送される信号電荷を信号電圧に変換して出力する。この電荷検出部23の構成が本発明の特徴とする部分であり、その具体的な構成については後で詳細に説明する。
【0016】
周辺回路部30は、一例として、センサ部20の各垂直画素列に対応して設けられた信号処理回路31と、この信号処理回路31を通して出力される各信号電圧を水平走査にて順次読み出す水平出力回路32および水平走査回路33を有する構成となっている。
【0017】
信号処理回路31は、出力回路33を経由して供給される信号電圧中に含まれるノイズ成分を除去するノイズ除去回路、例えばCDS(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング回路)などを有する構成となっている。水平出力回路33も同じ半導体基板10に搭載される周辺回路の一つであり、当該水平出力回路33と共に基板10上に搭載され、シフトレジスタ等からなる水平走査回路34から順次出力される水平走査パルスに同期して、信号処理回路32を通して供給される1ライン分の信号を画素単位で順次選択してCCD撮像信号Voutとして基板10外に出力する。
【0018】
図2は、電荷検出部23が複数の垂直CCD22の各々に対応して1つずつ設けられてなる電荷検出部群のうち、一番端から2つの電荷検出部23−1,23−2の構成を示す回路図である。
【0019】
図2において、一番端側に位置する電荷検出部23−1は、垂直CCD22の出力ゲート221−1を介して信号電荷が注入されるフローティングディフュージョン領域(以下、「FD領域」と記す)41−1と、このFD領域41−1にソースが接続され、ゲートにリセットゲートパルスφRGが与えられるリセットトランジスタ42−1と、FD領域41−1にゲートが、電源電圧VDDが与えられる電源端子43−1にドレインがそれぞれ接続され、ソースが抵抗44−1を介して接地されたソースフォロアの出力トランジスタ45−1からなる出力回路46−1とを有する構成となっている。
【0020】
リセットトランジスタ42−1は、隣接する電荷検出部23−2の電源端子43−2にドレインが接続されており、ゲートにリセットゲートパルスφRGが所定の周期で与えられることによってFD部41−1の電位を電源電圧VDDにリセットする。出力トランジスタ45−1は、垂直CCD22から画素単位でFD部41−1に注入される信号電荷を信号電圧に変換し、出力端子47−1を通して次段の回路へ出力する。リセットトランジスタ42−1および出力トランジスタ45−1としては、例えばMOSトランジスタが用いられる。
【0021】
2つ目の電荷検出回路23−2も、1つ目の電荷検出回路23−1と同様に、垂直CCD22の出力ゲート221−2を介して信号電荷が注入されるFD領域41−2と、このFD領域41−2にソースが接続され、ゲートにリセットゲートパルスφRGが与えられるリセットトランジスタ42−2と、FD領域41−2にゲートが、電荷検出回路23−1のドレイン端子と共通化された電源端子43−2にドレインがそれぞれ接続され、ソースが抵抗44−2を介して接地されたソースフォロアの出力トランジスタ45−2からなる出力回路46−2とを有する構成となっている。
【0022】
リセットトランジスタ42−2は、電荷検出回路23−1と反対側に隣接する電荷検出部23−3の電源端子43−3にドレインが接続されており、ゲートにリセットゲートパルスφRGが与えられることによってFD部41−2の電位を電源電圧VDDにリセットする。出力トランジスタ45−2は、垂直CCD22から画素単位でFD部41−2に注入(転送)される信号電荷を信号電圧に変換し、出力端子47−2を通して次段の回路へ出力する。リセットトランジスタ42−2および出力トランジスタ45−2としても、MOSトランジスタが用いられる。
【0023】
なお、本回路例では、出力回路46−1,46−2,…として、単一の出力トランジスタ45−1,45−2,…および抵抗44−1,44−2,…によって構成した場合を例に挙げたが、これに限られるものではなく、駆動MOSトランジスタおよび負荷MOSトランジスタからなるソースフォロア段を多段縦続接続してなる周知のソースフォロア回路構成の出力回路を用いても良いことは勿論である。
【0024】
上記構成の例えば2つの電荷検出部23−1,23−2を隣接して配置した場合の平面的な配置パターン例を図3に示す。同図から明らかなように、1つの電荷検出部23−1は、リセットドレイン端子が隣接する電荷検出部23−2の電源端子43−2と共通化されていることで、電源(VDD)端子43−1、FD領域41−1、出力端子(VOUT)47−1およびリセットトランジスタ42−1のゲート電極(RG)48−1の4つ端子電極が横に順に並んで配置された構成となっている。
【0025】
続いて、上記構成の例えば電荷検出回路23−1の動作について、図4のタイミングチャートを用いて説明する。
【0026】
ある時刻に入力パルスに応答して出力ゲート221−1がオン(開)すると、垂直CCD22によって転送されてきた信号電荷が当該出力ゲート221−1を介してFD領域41−1に注入される。すると、FD領域41−1の電位が、FD領域41−1のFD容量をCFD、注入される信号電荷の電荷量(数)をQTotとすると、FD容量CFDおよび電荷量QTotで決定される電位ΔV、即ち
ΔV=QTot/CFD
なる電位分だけリセットレベル、即ち電源電圧VDDから下がる。
【0027】
この電位ΔVが信号レベルとなり、出力トランジスタ45−1によって信号電圧として検出され、出力端子47−1を介して次段の回路へ渡される。その後、リセットトランジスタ42−1のゲートにリセットゲートパルスφRGが与えられると、FD領域41−1、即ち出力トランジスタ45−1のゲートに蓄積されていた信号電荷がリセットされ、その結果、FD領域41−1の電位が電源電圧VDDになる。
【0028】
上述したように、垂直CCD22の各々に対応してフローティングディフュージョン構成の電荷検出部23を複数隣接配置してなる水平スキャン方式のCCD固体撮像素子において、電荷検出部23の各々を形成するに当たって、隣り合う電荷検出部23−1,23−2,…の各々の間で電源端子とリセットドレイン端子とを共通化することで、一方の端の電荷検出部を除いて、1つの電荷検出部につき端子電極、具体的にはリセットドレイン端子の電極を1つずつ削減できる。
【0029】
これにより、削減できるリセットドレイン端子の電極1個分の幅だけ個々の電荷検出部23を微細化できる。このように、電荷検出部23を微細化できることにより、垂直CCD22のピッチを狭く設定でき、その分だけ光電変換素子21の水平方向の画素ピッチを狭くできるため、さらなる多画素化に大きく寄与できることになる。
【0030】
なお、上記実施形態では、複数の垂直CCD22の各々に対して電荷検出部23を1つずつ配置してなる水平スキャン方式のCCD固体撮像素子に適用した場合を例に挙げて説明したが、図5に示すように、垂直CCD22を複数個ずつ、例えば2個ずつ単位として当該単位ごとに電荷検出部23を1つずつ配置してなる水平スキャン方式のCCD固体撮像素子にも同様に適用可能である。この水平スキャン方式のCCD固体撮像素子では、2本の垂直CCD22,22によってそれぞれ転送される信号電荷は、出力ゲート部24によって選択的に電荷検出部23に転送される。
【0031】
このように、水平スキャン方式のCCD固体撮像素子において、垂直CCD22を2個ずつ単位として当該単位ごとに電荷検出部23を1つずつ配置することにより、電荷検出部23の数を半減、またはそれ以上に削減できるため、電荷検出部23個々の配置スペースを確実に確保することができる。換言すれば、複数の垂直CCD22の各々に対して電荷検出部23を1つずつ配置する場合に比べて、電荷検出部23全体の配置スペースを半減、またはそれ以上に削減できるため、垂直CCD22のピット、ひいては水平方向の画素ピッチを狭くでき、よって画素の微細化に寄与できる。しかも、先述したように、隣り合う電荷検出部23,23間で電源端子とリセットドレイン端子とを共通化することにより、電荷検出部23全体の配置スペースをさらに削減できるため、さらなる多画素化に寄与できる。
【0032】
なお、本適用例では、垂直CCD22を2個ずつ単位として当該単位ごとに電荷検出部23を1つずつ配置してなる水平スキャン方式のCCD固体撮像素子に適用する場合を例に挙げて説明したが、これに限られるものではなく、垂直CCD22を3個以上ずつ単位として当該単位ごとに電荷検出部23を1つずつ配置してなる水平スキャン方式のCCD固体撮像素子にも同様に適用可能である。
【0033】
また、本発明は水平スキャン方式のCCD固体撮像素子への適用に限られるものではなく、図6に示すように、センサ部20から垂直CCD22の各々によって1行分(1ライン分)ずつ転送される信号電荷を、水平CCD(水平転送部)51によってさらに水平転送した後、電荷検出部52によって信号電圧に変換するいわゆる水平CCD方式のCCD固体撮像素子であって、水平CCD51を複数有するCCD固体撮像素子にも同様に適用可能である。
【0034】
すなわち、水平CCD方式のCCD固体撮像素子において、水平CCD51を複数、例えば2つの水平CCD51−1,51−2を設けるとともに、これら水平CCD51−1,51−2間に振り分けゲート部53を配置して、当該振り分けゲート部53の作用によって2つの水平CCD51−1,51−2に信号電荷を振り分けて、水平CCD51−1,51−2によって並行して水平転送することにより、水平CCD51−1,51−2の駆動周波数を水平CCD51が1本の場合に比べて落とすことができるため、その分だけ低消費電力化を図ることができる。
【0035】
この2つの水平CCD51−1,51−2を持つ水平CCD方式のCCD固体撮像素子では、水平CCD51−1,51−2の各転送先側の端部に電荷検出部52−1,52−2を設けて、水平CCD51−1,51−2によって転送されてくる信号電荷を電荷検出部52−1,52−2でそれぞれ検出し、信号電圧に変換して出力することになる。したがって、2つの電荷検出部52−1,52−2は互いに隣接して配置されることになる。
【0036】
そこで、この2つの水平CCD51−1,51−2を持つ水平CCD方式のCCD固体撮像素子に本発明を適用し、2つの電荷検出部52−1,52−2間で電源端子とリセットドレイン端子とを共通化することにより、電荷検出部52−1,52−2全体の配置スペースを削減できる。すなわち、先述したように、1つの電荷検出部52で5つの端子電極が必要となることから、2つの電荷検出部52−1,52−2で計10個の端子電極を設ける必要があるのに対して、電荷検出部52−1,52−2間で電源端子とリセットドレイン端子とを共通化することで端子電極を1つ削減できるため、その分だけ電荷検出部52−1,52−2全体の配置スペースを削減でき、その結果、2つの水平CCD51−1,51−2間のピッチを狭くできるため、デバイス全体の小型化に寄与できる。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、フローティングディフュージョン構成の電荷検出部を複数隣接配置するに当たって、隣り合う電荷検出部間で電源端子とリセット端子とを共通化することにより端子電極を削減できるため、個々の電荷検出部を微細化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る水平スキャン方式のCCD固体撮像素子を示す概略構成図である。
【図2】2つの電荷検出部の構成を示す回路図である。
【図3】2つの電荷検出部を隣接して配置した場合の平面的な配置パターン例を示す図である。
【図4】電荷検出部の動作説明のためのタイミングチャートである。
【図5】本発明の他の適用例に係る水平スキャン方式のCCD固体撮像素子を示す概略構成図である。
【図6】本発明の他の適用例に係る水平CCD方式のCCD固体撮像素子を示す概略構成図である。
【図7】電荷検出部の一般的な構成を示す回路図である。
【図8】フローティングディフュージョン領域およびリセットトランジスタの構造を示す断面図である。
【図9】従来技術に係る電荷検出部の平面的な配置パターン例を示す図である。
【符号の説明】
10…半島タイミング基板、20…センサ部、21…光電変換素子、22…垂直CCD、23,23−1,23−2,52−1,52−2…電荷検出部、32…水平出力回路、33…水平走査回路、41−1,41−2…フローティングディフュージョン(FD)領域、42−1,42−2…リセットトランジスタ、45−1,45−2…出力トランジスタ,51−1,51−2…水平CCD
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a charge transfer type solid-state imaging device typified by a CCD (Charge Coupled Device) solid-state imaging device in which a plurality of charge detection units for converting signal charges into electrical signals are arranged adjacent to each other.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a charge transfer type solid-state image pickup device, for example, a CCD solid-state image pickup device, it is suitable for high pixel count (multiple pixels) and is transferred by a vertical CCD to enable low power consumption and high speed drive. There is a so-called horizontal scan type solid-state image pickup device in which a plurality of charge detection units for converting signal charges into voltages are provided for each vertical CCD, and signal voltages output from each of the plurality of charge detection units are read while sequentially scanning (for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-135656
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional general charge detection unit. In FIG. 7, signal charges transferred by a charge transfer unit (not shown) are injected into the floating diffusion region FD in units of pixels. The signal charge injected into the floating diffusion region FD is converted into a signal voltage by the output circuit 100 including the output transistor 101 of the source follower whose gate is connected to the region FD, and is output from the output terminal 102. The output transistor 101 has a drain connected to a power supply terminal 103 to which a power supply voltage VDD is applied, and a source grounded via a resistor 104.
[0005]
When signal charge is read from the floating diffusion region FD, the potential of the region FD is reset to the reset drain voltage V RD by the reset transistor 105. The reset drain voltage V RD is set so that the voltage value is substantially equal to the power supply voltage VDD. The reset transistor 105 has a drain connected to a reset drain (RD) terminal 106 to which a reset drain voltage V RD is applied, and a source connected to a floating diffusion region FD, and a reset gate pulse φRG is reset at a predetermined cycle (RG). ) To reset the potential of the floating diffusion region FD to the reset drain voltage V RD .
[0006]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of the floating diffusion region FD and the reset transistor 105. In FIG. 8, a floating diffusion region FD is an n + -type diffusion region 111 formed in the surface layer portion of the silicon substrate 110, for example. Signal charges are injected into the n + -type diffusion region 111 via the output gate portion 121 of the charge transfer portion 120. The reset transistor 105 uses the n + -type diffusion region 111 as a source region, the source region 111, an n + -type drain region 112 formed in the surface layer portion of the silicon substrate 110, and a channel region between both the regions 111 and 112. The gate electrode 113 is formed on the upper substrate surface via the gate insulating film 114.
[0007]
FIG. 9 shows an example of a planar arrangement pattern when a plurality of, for example, two, charge detection units having the above-described configuration are arranged adjacent to each other. As can be seen from the figure, one charge detector includes a power supply (VDD) terminal 103, a floating diffusion region FD, an output terminal (VOUT) 102, a gate electrode (RG) and a reset drain (RD) terminal of the reset transistor 105. The five terminal electrodes 106 are arranged side by side in order. In the case of this example, two charge detectors are arranged adjacent to each other.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described horizontal scan type solid-state imaging device, in order to arrange the charge detection unit having the above configuration for each vertical CCD, the charge detection unit has a configuration in which five terminal electrodes are arranged side by side. It is necessary to secure a certain pitch between the CCDs. Therefore, in the sensor unit (pixel unit) in which the pixels are two-dimensionally arranged, there is a limit in reducing the size particularly in the horizontal direction (left-right direction). Further, since the pitch between the vertical CCDs is determined by the pitch between the pixels in the horizontal direction, securing a certain pitch between the vertical CCDs means that the pitch between the pixels cannot be reduced. Is very disadvantageous.
[0009]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that enables miniaturization of the charge detection unit when arranging a plurality of charge detection units adjacent to each other. It is in.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The solid-state imaging device according to the present invention is
A plurality of photoelectric conversion elements for photoelectrically converting received light;
A plurality of charge transfer units for transferring signal charges from the plurality of photoelectric conversion elements;
A charge detector disposed adjacent to the plurality of charge transfer units for each predetermined unit;
The charge detector is
A floating diffusion region into which charges are injected from the charge transfer section ;
A reset transistor connected between a reset terminal for applying a voltage for resetting the floating diffusion region and the floating diffusion region;
A source follower output transistor having a gate connected to the floating diffusion region, a drain connected to a power supply terminal for supplying a power supply voltage, and a source connected to an output terminal;
The power supply terminal and the reset terminal are shared between the adjacent charge detection units ,
The common power / reset terminal, the floating diffusion region, the output terminal, and the gate electrode of the reset transistor are arranged side by side in the adjacent direction of the charge detection unit .
[0011]
In the solid-state imaging device having the above-described configuration, when a plurality of charge detection units having a floating diffusion configuration are arranged adjacent to each other, by sharing a power supply terminal and a reset terminal between adjacent charge detection units, the charge detection unit at one end is Except for this, it is possible to reduce one terminal per charge detection unit. As a result, it is possible to miniaturize individual charge detection portions by a width corresponding to one terminal that can be reduced.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. Here, the signal charge photoelectrically converted by each pixel of the sensor unit (pixel unit) is transferred in the vertical direction by the vertical transfer unit, and is obtained by voltage conversion by the charge detection unit provided in the subsequent stage of each vertical transfer unit. As an example, a case where the present invention is applied to a horizontal solid-state CCD solid-state imaging device that sequentially reads out each signal voltage by horizontal scanning is described.
[0014]
In FIG. 1, a sensor circuit 20 and its peripheral circuit section 30 are mounted on a semiconductor substrate 10. The sensor unit 20 is arranged for each vertical pixel column with respect to the photosensors (photoelectric conversion elements) 21 including photodiodes and the like that are arranged two-dimensionally in a matrix on the semiconductor substrate 10. Each of the vertical CCDs 22 includes a vertical CCD (vertical transfer unit) 22 and a charge detection unit 23 arranged at the end of the transfer destination for each vertical CCD 22.
[0015]
The photosensor 21 photoelectrically converts the received light over the exposure period and accumulates signal charges generated by the photoelectric conversion. The vertical CCD 22 transfers signal charges read from each of the photosensors 21 in the vertical direction by being driven by, for example, four-phase clock pulses φV1 to φV4. From each of the vertical CCDs 22, signal charges are transferred to the corresponding charge detection unit 23 in units of one row (one line).
The charge detector 23 converts the signal charge transferred by the vertical CCD 22 into a signal voltage and outputs it. The configuration of the charge detector 23 is a feature of the present invention, and the specific configuration will be described later in detail.
[0016]
As an example, the peripheral circuit unit 30 includes a signal processing circuit 31 provided corresponding to each vertical pixel column of the sensor unit 20 and a horizontal readout that sequentially reads each signal voltage output through the signal processing circuit 31 by horizontal scanning. The output circuit 32 and the horizontal scanning circuit 33 are included.
[0017]
The signal processing circuit 31 includes a noise removing circuit that removes a noise component included in a signal voltage supplied via the output circuit 33, such as a CDS (Correlated Double Sampling). ing. The horizontal output circuit 33 is also one of the peripheral circuits mounted on the same semiconductor substrate 10, and is mounted on the substrate 10 together with the horizontal output circuit 33 and is sequentially output from a horizontal scanning circuit 34 including a shift register or the like. In synchronism with the pulse, signals for one line supplied through the signal processing circuit 32 are sequentially selected in units of pixels and output to the outside of the substrate 10 as the CCD imaging signal Vout.
[0018]
FIG. 2 shows two charge detection units 23-1 and 23-2 from the end of the charge detection unit group in which one charge detection unit 23 is provided corresponding to each of the plurality of vertical CCDs 22. It is a circuit diagram which shows a structure.
[0019]
In FIG. 2, the charge detection unit 23-1 located at the extreme end side is a floating diffusion region (hereinafter referred to as “FD region”) 41 into which signal charges are injected via the output gate 221-1 of the vertical CCD 22. −1, a reset transistor 42-1 having a source connected to the FD region 41-1 and a gate to which a reset gate pulse φRG is applied, and a power supply terminal 43 to which the gate is applied to the FD region 41-1 and a power supply voltage VDD is applied. -1 and an output circuit 46-1 including a source follower output transistor 45-1 having a drain connected to each other and a source grounded via a resistor 44-1.
[0020]
The drain of the reset transistor 42-1 is connected to the power supply terminal 43-2 of the adjacent charge detection unit 23-2, and the reset gate pulse φRG is given to the gate at a predetermined period, whereby the reset transistor 42-1 has the drain of the FD unit 41-1. The potential is reset to the power supply voltage VDD. The output transistor 45-1 converts the signal charge injected from the vertical CCD 22 into the FD unit 41-1 in units of pixels into a signal voltage, and outputs the signal voltage to the next stage circuit through the output terminal 47-1. For example, MOS transistors are used as the reset transistor 42-1 and the output transistor 45-1.
[0021]
Similarly to the first charge detection circuit 23-1, the second charge detection circuit 23-2 also includes an FD region 41-2 into which signal charges are injected via the output gate 221-2 of the vertical CCD 22, A source is connected to the FD region 41-2, a reset transistor 42-2 to which a gate is supplied with a reset gate pulse φRG, and a gate of the FD region 41-2 is shared with a drain terminal of the charge detection circuit 23-1. The power supply terminal 43-2 has a drain connected to the output terminal 46-2 and a source connected to the ground via a resistor 44-2. The output circuit 46-2 includes a source follower output transistor 45-2.
[0022]
The drain of the reset transistor 42-2 is connected to the power supply terminal 43-3 of the charge detection unit 23-3 adjacent to the opposite side of the charge detection circuit 23-1, and the reset gate pulse φRG is given to the gate. The potential of the FD unit 41-2 is reset to the power supply voltage VDD. The output transistor 45-2 converts the signal charge injected (transferred) from the vertical CCD 22 into the FD unit 41-2 in units of pixels into a signal voltage and outputs the signal voltage to the next stage circuit through the output terminal 47-2. MOS transistors are also used as the reset transistor 42-2 and the output transistor 45-2.
[0023]
In this circuit example, the output circuits 46-1, 46-2,... Are configured by a single output transistor 45-1, 45-2,... And resistors 44-1, 44-2,. Although an example has been given, the present invention is not limited to this, and it is of course possible to use an output circuit having a known source follower circuit configuration in which source follower stages composed of a driving MOS transistor and a load MOS transistor are connected in cascade. It is.
[0024]
FIG. 3 shows an example of a planar arrangement pattern in the case where, for example, two charge detection units 23-1 and 23-2 having the above configuration are arranged adjacent to each other. As can be seen from the figure, one charge detection unit 23-1 has a reset drain terminal in common with the power supply terminal 43-2 of the adjacent charge detection unit 23-2, thereby providing a power supply (VDD) terminal. 43-1, an FD region 41-1, an output terminal (VOUT) 47-1 and a gate electrode (RG) 48-1 of the reset transistor 42-1 are arranged side by side in order. ing.
[0025]
Next, the operation of, for example, the charge detection circuit 23-1 having the above configuration will be described with reference to the timing chart of FIG.
[0026]
When the output gate 221-1 is turned on (opened) in response to an input pulse at a certain time, the signal charge transferred by the vertical CCD 22 is injected into the FD region 41-1 via the output gate 221-1. Then, when the potential of the FD region 41-1 is C FD for the FD capacitance of the FD region 41-1 and the charge amount (number) of the injected signal charge is Q Tot , the FD capacitance C FD and the charge amount Q Tot are Determined potential ΔV, ie ΔV = Q Tot / C FD
The voltage is lowered from the reset level, that is, the power supply voltage VDD by the potential.
[0027]
This potential ΔV becomes a signal level, is detected as a signal voltage by the output transistor 45-1, and is passed to the next stage circuit through the output terminal 47-1. Thereafter, when the reset gate pulse φRG is applied to the gate of the reset transistor 42-1, the signal charge accumulated in the gate of the FD region 41-1, that is, the output transistor 45-1, is reset. As a result, the FD region 41 The potential of −1 becomes the power supply voltage VDD.
[0028]
As described above, in the horizontal scanning type CCD solid-state imaging device in which a plurality of charge detection units 23 having a floating diffusion configuration are arranged adjacent to each of the vertical CCDs 22, adjacent to each of the charge detection units 23 is formed. By sharing the power supply terminal and the reset drain terminal between the matching charge detection units 23-1, 23-2,..., One charge detection unit is provided for each charge detection unit except for one end of the charge detection unit. The number of electrodes, specifically, the electrodes of the reset drain terminal can be reduced one by one.
[0029]
As a result, each charge detector 23 can be miniaturized by a width corresponding to one electrode of the reset drain terminal that can be reduced. As described above, since the charge detection unit 23 can be miniaturized, the pitch of the vertical CCD 22 can be set narrow, and the horizontal pixel pitch of the photoelectric conversion element 21 can be narrowed accordingly, which can greatly contribute to further increase in the number of pixels. Become.
[0030]
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a horizontal scan type CCD solid-state imaging device in which one charge detection unit 23 is arranged for each of a plurality of vertical CCDs 22 has been described as an example. As shown in FIG. 5, the present invention can be similarly applied to a horizontal scan type CCD solid-state imaging device in which a plurality of vertical CCDs 22 are provided, for example, two units each, and one charge detection unit 23 is arranged for each unit. is there. In this horizontal scan type CCD solid-state imaging device, the signal charges transferred by the two vertical CCDs 22 and 22 are selectively transferred to the charge detection unit 23 by the output gate unit 24.
[0031]
As described above, in the horizontal scanning type CCD solid-state imaging device, by arranging two vertical CCDs 22 as a unit and one charge detection unit 23 for each unit, the number of the charge detection units 23 is reduced to half or less. Since it can reduce to the above, the arrangement space of each electric charge detection part 23 can be ensured reliably. In other words, compared to the case where one charge detection unit 23 is arranged for each of the plurality of vertical CCDs 22, the arrangement space of the entire charge detection unit 23 can be reduced by half or more, so The pitch of the pits and thus the horizontal pixel pitch can be reduced, thereby contributing to pixel miniaturization. In addition, as described above, by sharing the power supply terminal and the reset drain terminal between the adjacent charge detection units 23 and 23, the arrangement space of the charge detection unit 23 as a whole can be further reduced. Can contribute.
[0032]
In this application example, the case of applying to a horizontal scanning CCD solid-state imaging device in which two vertical CCDs 22 are provided as a unit and one charge detection unit 23 is arranged for each unit has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be similarly applied to a horizontal scan type CCD solid-state imaging device in which three or more vertical CCDs 22 are used as a unit and one charge detection unit 23 is arranged for each unit. is there.
[0033]
Further, the present invention is not limited to application to a horizontal scanning CCD solid-state imaging device, and as shown in FIG. 6, one row (one line) is transferred from the sensor unit 20 by each of the vertical CCDs 22. This is a so-called horizontal CCD type CCD solid-state image pickup device in which a signal charge is further horizontally transferred by a horizontal CCD (horizontal transfer unit) 51 and then converted into a signal voltage by a charge detection unit 52. The present invention can be similarly applied to an image sensor.
[0034]
That is, in a horizontal CCD type CCD solid-state imaging device, a plurality of horizontal CCDs 51, for example, two horizontal CCDs 51-1 and 51-2 are provided, and a distribution gate unit 53 is disposed between the horizontal CCDs 51-1 and 51-2. Thus, the signal charges are distributed to the two horizontal CCDs 51-1 and 51-2 by the action of the distribution gate unit 53, and are horizontally transferred in parallel by the horizontal CCDs 51-1 and 51-2. Since the driving frequency of 51-2 can be lowered as compared with the case of one horizontal CCD 51, the power consumption can be reduced correspondingly.
[0035]
In the horizontal CCD type CCD solid-state imaging device having the two horizontal CCDs 51-1 and 51-2, the charge detection units 52-1 and 52-2 are arranged at the transfer end sides of the horizontal CCDs 51-1 and 51-2. The signal charges transferred by the horizontal CCDs 51-1 and 51-2 are detected by the charge detection units 52-1 and 52-2, converted into signal voltages, and output. Therefore, the two charge detection units 52-1 and 52-2 are arranged adjacent to each other.
[0036]
Therefore, the present invention is applied to a horizontal CCD type CCD solid-state imaging device having the two horizontal CCDs 51-1 and 51-2, and a power supply terminal and a reset drain terminal are connected between the two charge detection units 52-1 and 52-2. Can be shared, the arrangement space of the entire charge detection units 52-1, 52-2 can be reduced. That is, as described above, since one charge detection unit 52 requires five terminal electrodes, it is necessary to provide a total of 10 terminal electrodes by the two charge detection units 52-1 and 52-2. On the other hand, since the terminal electrode can be reduced by one by sharing the power supply terminal and the reset drain terminal between the charge detection units 52-1, 52-2, the charge detection units 52-1, 52- are correspondingly reduced. As a result, the arrangement space of the entire two devices can be reduced, and as a result, the pitch between the two horizontal CCDs 51-1 and 51-2 can be reduced.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when a plurality of charge detection units having a floating diffusion configuration are arranged adjacent to each other, the terminal electrode can be reduced by sharing the power supply terminal and the reset terminal between the adjacent charge detection units. Therefore, the individual charge detection units can be miniaturized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a horizontal solid-state CCD solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of two charge detection units.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a planar arrangement pattern when two charge detection units are arranged adjacent to each other.
FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation of the charge detection unit;
FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating a horizontal scan type CCD solid-state imaging device according to another application example of the invention.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a horizontal CCD type CCD solid-state imaging device according to another application example of the invention.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a general configuration of a charge detection unit.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing structures of a floating diffusion region and a reset transistor.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a planar arrangement pattern of charge detection units according to the related art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Peninsula timing board, 20 ... Sensor part, 21 ... Photoelectric conversion element, 22 ... Vertical CCD, 23, 23-1, 23-2, 52-1, 52-2 ... Charge detection part, 32 ... Horizontal output circuit, 33 ... Horizontal scanning circuit, 41-1, 41-2 ... Floating diffusion (FD) region, 42-1, 42-2 ... Reset transistor, 45-1, 45-2 ... Output transistor, 51-1, 51-2 ... Horizontal CCD

Claims (4)

受光した光を光電変換する複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子からの信号電荷を転送する複数の電荷転送部と、
前記複数の電荷転送部に対して所定の単位ごとに隣接して配置された電荷検出部とを備え、
前記電荷検出部は、
前記電荷転送部から電荷が注入されるフローティングディフュージョン領域と、
前記フローティングディフュージョン領域をリセットする電圧を与えるリセット端子と前記フローティングディフュージョン領域との間に接続されたリセットトランジスタと、
前記フローティングディフュージョン領域にゲートが、電源電圧を与える電源端子にドレインが、出力端子にソースがそれぞれ接続されたソースフォロアの出力トランジスタとを有し、
隣り合う前記電荷検出部間において前記電源端子と前記リセット端子とを共通化し
当該共通化した電源/リセット端子、前記フローティングディフュージョン領域、前記出力端子および前記リセットトランジスタのゲート電極は、前記電荷検出部の隣接方向に順に並んで配置されている
固体撮像素子。
A plurality of photoelectric conversion elements for photoelectrically converting received light;
A plurality of charge transfer units for transferring signal charges from the plurality of photoelectric conversion elements;
A charge detector disposed adjacent to the plurality of charge transfer units for each predetermined unit;
The charge detector is
A floating diffusion region into which charges are injected from the charge transfer section ;
A reset transistor connected between a reset terminal for applying a voltage for resetting the floating diffusion region and the floating diffusion region;
A source follower output transistor having a gate connected to the floating diffusion region, a drain connected to a power supply terminal for supplying a power supply voltage, and a source connected to an output terminal;
The power supply terminal and the reset terminal are shared between the adjacent charge detection units ,
The common power source / reset terminal, the floating diffusion region, the output terminal, and the gate electrode of the reset transistor are arranged in order in the adjacent direction of the charge detection unit .
前記複数の電荷転送部は、前記複数の光電変換素子の垂直画素列ごとに配置されて当該複数の光電変換素子からの信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直転送部であり、
前記電荷検出部は、前記複数の垂直転送部の各々に対して1つずつ配置されている
請求項1記載の固体撮像素子。
The plurality of charge transfer units are a plurality of vertical transfer units that are arranged for each vertical pixel column of the plurality of photoelectric conversion elements and transfer signal charges from the plurality of photoelectric conversion elements in a vertical direction,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein one charge detection unit is arranged for each of the plurality of vertical transfer units.
前記電荷検出部は、前記複数の垂直転送部を複数個ずつ単位として当該単位ごとに1つずつ配置されている
請求項2記載の固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the charge detection unit is arranged for each of the plurality of vertical transfer units as a unit.
前記複数の電荷転送部は、前記複数の光電変換素子の垂直画素列ごとに配された複数の垂直転送部によって転送されてくる信号電荷を並行して水平方向に転送する複数の水平転送部であり、
前記電荷検出部は、前記複数の水平転送部の各々に対して1つずつ配置されている
請求項1記載の固体撮像素子。
The plurality of charge transfer units are a plurality of horizontal transfer units that transfer signal charges transferred by a plurality of vertical transfer units arranged for each vertical pixel column of the plurality of photoelectric conversion elements in a horizontal direction in parallel. Yes,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein one charge detection unit is arranged for each of the plurality of horizontal transfer units.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60111579A (en) * 1983-11-21 1985-06-18 Nec Corp Signal charge detection circuit of charge transfer device
JPH0697414A (en) * 1992-09-11 1994-04-08 Hitachi Ltd Solid-state image sensing device
JPH06165040A (en) * 1992-11-18 1994-06-10 Hamamatsu Photonics Kk Solid-state image pickup device
JPH09154066A (en) * 1995-11-28 1997-06-10 Sony Corp Charge transfer element and driving method for the same
JPH09163235A (en) * 1995-12-11 1997-06-20 Matsushita Electron Corp Solid-state image pickup device and its drive method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60111579A (en) * 1983-11-21 1985-06-18 Nec Corp Signal charge detection circuit of charge transfer device
JPH0697414A (en) * 1992-09-11 1994-04-08 Hitachi Ltd Solid-state image sensing device
JPH06165040A (en) * 1992-11-18 1994-06-10 Hamamatsu Photonics Kk Solid-state image pickup device
JPH09154066A (en) * 1995-11-28 1997-06-10 Sony Corp Charge transfer element and driving method for the same
JPH09163235A (en) * 1995-12-11 1997-06-20 Matsushita Electron Corp Solid-state image pickup device and its drive method

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