JP7334472B2 - Semiconductor integrated circuit and imaging device - Google Patents

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Description

本発明は、例えば撮像装置のための半導体集積回路に関する。 The present invention relates to semiconductor integrated circuits, for example for imaging devices.

撮像装置に用いられているCMOSリニアイメージセンサは、直線状に配置された画素内のフォトダイオードで光電変換した信号を増幅器で増幅し、時系列で取り出す構造を有する。取り出された信号は、1つ以上の画素毎に1つずつ列状に配置された回路で増幅及びアナログ/デジタル変換などの処理が行われる。 A CMOS linear image sensor used in an imaging device has a structure in which signals photoelectrically converted by photodiodes in pixels arranged linearly are amplified by an amplifier and extracted in time series. The extracted signal is subjected to processing such as amplification and analog/digital conversion in circuits arranged in columns, one for each one or more pixels.

近年、イメージセンサをはじめとするアナログ回路は、より高性能化、抵コスト化を求められている。CMOSリニアイメージセンサは短辺が数mm程度までで、長辺が10~数十mm程度と、短辺と長辺のアスペクト比が大きいチップとなることが多い。これにより、短辺方向の縮小が大きくコストダウンに繋がる。小規模にかつ小面積に回路を構成する方法として、画素等の信号を出力する回路の後段において、増幅手段などの後段の処理回路を共有して、信号を出力する回路を順次切り替えて時系列に信号を処理する技術が考えられ既に知られている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, analog circuits such as image sensors are required to have higher performance and lower costs. A CMOS linear image sensor has a short side of up to several millimeters and a long side of about 10 to several tens of millimeters. As a result, the reduction in the short side direction is large, leading to cost reduction. As a method of configuring a circuit on a small scale and in a small area, a post-stage processing circuit such as an amplifying means is shared in the post-stage of a circuit that outputs a signal such as a pixel, and the circuit that outputs the signal is sequentially switched to form a time-series circuit. A signal processing technique has been considered and is already known (see, for example, Patent Document 1).

しかし、後段の処理回路を共有化する場合、前段の信号出力回路と、後段の処理回路とを接続するための配線領域が拡大し、配線の負荷(例えば寄生抵抗、寄生容量)が増加し、高速に回路を動作できない、あるいは駆動能力を上げるために回路面積が増大するという問題点があった。 However, when the post-stage processing circuit is shared, the wiring area for connecting the pre-stage signal output circuit and the post-stage processing circuit is expanded, and the wiring load (for example, parasitic resistance and parasitic capacitance) increases. There was a problem that the circuit could not be operated at high speed, or that the circuit area increased in order to increase the driving capability.

ここで、補足説明すると、画素は数um~十数um四方の小さい領域に形成され、かつ画素の出力を増幅する増幅器も画素の直近に形成されるため、小さく形成する必要がある。つまり、駆動能力の大きい増幅器を画素直近に形成することは困難であり、画素の出力を増幅する増幅器は出力配線の寄生抵抗、寄生容量の影響を大きく受けるという問題点があった。 Here, as a supplementary explanation, the pixels are formed in a small area of several micrometers to ten and several micrometers square, and the amplifiers for amplifying the output of the pixels are also formed in the immediate vicinity of the pixels, so they must be formed small. In other words, it is difficult to form an amplifier with a large driving capability in the vicinity of the pixel, and there is a problem that the amplifier that amplifies the output of the pixel is greatly affected by the parasitic resistance and parasitic capacitance of the output wiring.

本発明の目的は以上の問題点を解決し、例えば撮像装置のための半導体集積回路を、従来技術に比較して省面積化又は低消費電力化することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems, and to reduce the area or power consumption of a semiconductor integrated circuit for an imaging device, for example, as compared with the prior art.

本発明に係る半導体集積回路は、複数の信号出力回路と、信号配線と、増幅回路と、を少なくとも備える回路群とを備えた半導体集積回路であって、
前記信号配線は前記複数の信号出力回路の各々と、前記増幅回路と、に接続され、
前記増幅回路は、入力段トランジスタを備え、
前記入力段トランジスタは、第1導電型ウェル領域又は半導体基板によって分離された、第2の導電型ウェル領域に形成され、
前記トランジスタのゲート電極と、前記信号配線と、が接続され、
前記トランジスタのソース電極と、前記トランジスタのバックゲート電極と、が接続され、
前記トランジスタのゲート電極に印加されるゲート電位に追従してソース電位が変動し、
前記入力段トランジスタは、前記各信号出力回路の一端と、前記各信号出力回路の他端と、の間を配線される前記信号配線の配線長のうち、少なくとも所定長にわたって、前記第2導電型ウェル領域の上部を前記信号配線が通るように、前記信号配線に沿って配置され、
前記第2導電型ウェル領域の短辺と長辺との比が少なくとも所定比以上になるように構成したことを特徴とする。
A semiconductor integrated circuit according to the present invention includes a circuit group including at least a plurality of signal output circuits, signal wiring, and an amplifier circuit,
the signal wiring is connected to each of the plurality of signal output circuits and the amplifier circuit;
The amplifier circuit comprises an input stage transistor,
the input stage transistor is formed in a first conductivity type well region or a second conductivity type well region separated by a semiconductor substrate;
the gate electrode of the transistor and the signal wiring are connected,
a source electrode of the transistor and a back gate electrode of the transistor are connected;
the source potential fluctuates following the gate potential applied to the gate electrode of the transistor;
The input stage transistor is of the second conductivity type over at least a predetermined length of the wiring length of the signal wiring wired between one end of each of the signal output circuits and the other end of each of the signal output circuits. arranged along the signal wiring so that the signal wiring passes over the well region;
It is characterized in that the ratio of the short side to the long side of the second conductivity type well region is at least a predetermined ratio or more.

本発明に係る半導体集積回路によれば、例えば撮像装置のための半導体集積回路を、従来技術に比較して省面積化又は低消費電力化、高速動作可能にすることができる。 According to the semiconductor integrated circuit of the present invention, for example, a semiconductor integrated circuit for an imaging device can be made smaller in area or consume less power and can operate at higher speeds than in the prior art.

実施形態1に係る撮像装置のための半導体集積回路の構成例を示す平面図である。2 is a plan view showing a configuration example of a semiconductor integrated circuit for the imaging device according to Embodiment 1; FIG. 図1Aの半導体集積回路におけるトランジスタ4の接続関係を示す回路図である。1B is a circuit diagram showing a connection relationship of transistors 4 in the semiconductor integrated circuit of FIG. 1A; FIG. 図1Aのトランジスタ4の構造例を示す縦断面図である。1B is a longitudinal sectional view showing a structural example of a transistor 4 of FIG. 1A; FIG. 図1Aのトランジスタ4の別の構造例を示す縦断面図である。1B is a longitudinal sectional view showing another structural example of the transistor 4 of FIG. 1A; FIG. 図1Aのトランジスタ4の構造例において信号配線2に発生する寄生容量C1~C4を示す縦断面図である。1B is a vertical cross-sectional view showing parasitic capacitances C1 to C4 generated in signal wiring 2 in the structural example of transistor 4 of FIG. 1A; FIG. 図1Aのトランジスタ4の構造例において信号配線2の下側にトランジスタ等の素子がない場合を示す縦断面図である。1B is a vertical cross-sectional view showing a case where there is no element such as a transistor below the signal wiring 2 in the structural example of the transistor 4 of FIG. 1A. FIG. 図3Aの上面図である。3B is a top view of FIG. 3A; FIG. 図1Aのトランジスタ4の別の配置例を示す平面図である。1B is a plan view showing another arrangement example of the transistor 4 of FIG. 1A; FIG. 実施形態2に係る撮像装置のための半導体集積回路の構成例を示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing a configuration example of a semiconductor integrated circuit for an imaging device according to Embodiment 2; 図5の半導体集積回路においてトランジスタのバックゲート電極の配置例を示す平面図である。6 is a plan view showing an arrangement example of back gate electrodes of transistors in the semiconductor integrated circuit of FIG. 5; FIG. 図5の半導体集積回路においてトランジスタのバックゲート電極の別の配置例を示す平面図である。6 is a plan view showing another arrangement example of back gate electrodes of transistors in the semiconductor integrated circuit of FIG. 5; FIG. 図5の半導体集積回路において信号配線2の寄生容量をより減らすレイアウト方法を示す平面図である。6 is a plan view showing a layout method for further reducing parasitic capacitance of signal wiring 2 in the semiconductor integrated circuit of FIG. 5; FIG. 図5の半導体集積回路において信号配線2をポリシリコンで行う構成例を示す平面図である。6 is a plan view showing a configuration example in which signal wiring 2 is made of polysilicon in the semiconductor integrated circuit of FIG. 5; FIG.

以下、本発明にかかる実施形態について図面を参照して説明する。なお、同一又は同様の構成要素については同一の符号を付している。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code|symbol is attached|subjected about the same or similar component.

実施形態1.
図1Aは実施形態1に係る撮像装置のための半導体集積回路の構成例を示す平面図である。
Embodiment 1.
1A is a plan view showing a configuration example of a semiconductor integrated circuit for an imaging device according to Embodiment 1. FIG.

図1Aにおいて、半導体集積回路は、複数n個の信号出力回路1-1~1-nと、信号配線2と、増幅回路3とにより、1つの回路群とした構成をなす。増幅回路3は少なくとも1つのトランジスタ4を含み、トランジスタ4は信号配線2の一部に沿って配置される。ここで、トランジスタ4は例えばMOSトランジスタであって、ゲート電極Gと、ドレイン電極Dと、ソース電極Sと、バックゲート電極Bとを有する。 In FIG. 1A, the semiconductor integrated circuit comprises a plurality of n signal output circuits 1-1 to 1-n, a signal wiring 2, and an amplifier circuit 3 as one circuit group. The amplifier circuit 3 includes at least one transistor 4 , which is arranged along part of the signal line 2 . Here, the transistor 4 is a MOS transistor, for example, and has a gate electrode G, a drain electrode D, a source electrode S, and a back gate electrode B. FIG.

図1Bは図1Aの半導体集積回路におけるトランジスタ4の接続関係を示す回路図である。 FIG. 1B is a circuit diagram showing the connection relationship of transistors 4 in the semiconductor integrated circuit of FIG. 1A.

図1Bにおいて、信号配線2は、例えばメタル配線からなり、トランジスタ4のゲート電極とコンタクトなどによって複数個所にわたって接続される。トランジスタ4のソース電極Sとバックゲート電極Bとが接続され、バックゲートを成すウェルは他の同導電型のウェルとは電気的に分離される。トンランジスタ4のソース電極S、ドレイン電極Dには、増幅回路3を構成する他回路(電圧供給源を含む)5が接続されるとともに、例えば電源電圧源、接地電圧源(GND)、他のトランジスタなどの能動素子、抵抗又は容量などの受動素子が接続され、他回路5の出力端子6より信号が出力される。 In FIG. 1B, the signal wiring 2 is made of metal wiring, for example, and is connected to the gate electrode of the transistor 4 at a plurality of locations by means of contacts or the like. The source electrode S and the back gate electrode B of the transistor 4 are connected, and the well forming the back gate is electrically isolated from other wells of the same conductivity type. A source electrode S and a drain electrode D of the transistor 4 are connected to another circuit (including a voltage supply source) 5 that constitutes the amplifier circuit 3. For example, a power supply voltage source, a ground voltage source (GND), other An active element such as a transistor and a passive element such as a resistor or capacitor are connected, and a signal is output from the output terminal 6 of the other circuit 5 .

本実施形態の構成上、トランジスタ4のW/L比(Wは幅、Lは長手方向の長さ)は非常に大きくなるため、複数のフィンガーに分けて配置する。また、トランジスタ4が形成され、バックゲートをなすウェル領域も信号配線2に沿って形成されるため、短辺と長辺のアスペクト比は大きい。少なくとも、短辺に対して、長辺は2桁以上のアスペクト比となる。ここで、短辺:長辺=1:10以上とすることが好ましい。 Due to the configuration of this embodiment, the W/L ratio (W is the width and L is the length in the longitudinal direction) of the transistor 4 is very large, so it is divided into a plurality of fingers and arranged. Further, since the transistor 4 is formed and the well region forming the back gate is also formed along the signal wiring 2, the aspect ratio between the short side and the long side is large. At least, the long sides have an aspect ratio of two digits or more with respect to the short sides. Here, it is preferable that the ratio of short side to long side is 1:10 or more.

増幅回路3が、例えば一般的なソースフォロア回路で構成される場合、ドレイン電極Dには電源電圧源又は接地電圧源(GND)が接続され、ソース電極Sには電流源を成すトランジスタ4のドレイン電極Dと出力端子6とが接続される。 When the amplifier circuit 3 is composed of, for example, a general source follower circuit, the drain electrode D is connected to a power supply voltage source or a ground voltage source (GND), and the source electrode S is connected to the drain of the transistor 4 forming a current source. The electrode D and the output terminal 6 are connected.

ここで、ソースフォロア回路をはじめとした増幅回路3において、入力段トランジスタ4のソース電極Sとバックゲート電極Bとを接続して用いることは一般的に行われる。ソース電極Sとバックゲート電極Bとを接続した場合、ソース電位とバックゲート電位が等しくなるため、バックゲートバイアス効果の影響がなくなり、利得を向上できる。また、入力段トランジスタ4のゲート電極G及びウェルに付く寄生容量の充放電を入力段トランジスタ4、又は入力段トランジスタ4に接続される他のトランジスタによって行うことができる。一般的に、前段回路よりも後段回路の駆動能力は高く設定されるため、入力段トランジスタ4のゲート電極G及びウェルに付く寄生容量の充放電を前段回路によって行うよりも素早く行われ、入力段トランジスタ4のゲート電極G及びウェルに付く寄生容量は前段回路からみると実質小さなものとして扱うことができるので、応答性や周波数特性を向上できる。 Here, in the amplifier circuit 3 including the source follower circuit, it is common practice to connect the source electrode S and the back gate electrode B of the input stage transistor 4 for use. When the source electrode S and the back gate electrode B are connected, the source potential and the back gate potential become equal, so that the influence of the back gate bias effect disappears and the gain can be improved. Also, the parasitic capacitance attached to the gate electrode G and the well of the input stage transistor 4 can be charged and discharged by the input stage transistor 4 or other transistors connected to the input stage transistor 4 . In general, the drivability of the post-stage circuit is set higher than that of the pre-stage circuit. Since the parasitic capacitance attached to the gate electrode G and the well of the transistor 4 can be treated as substantially small when viewed from the preceding circuit, the responsiveness and frequency characteristics can be improved.

図2Aは図1Aのトランジスタ4の構造例を示す縦断面図である。また、図2Bは図1Aのトランジスタ4の別の構造例を示す縦断面図である。なお、以下の図2A~図3Bにおいて、各電極と半導体基板との間の絶縁層については、図示を省略する。 FIG. 2A is a longitudinal sectional view showing a structural example of the transistor 4 of FIG. 1A. FIG. 2B is a longitudinal sectional view showing another structural example of the transistor 4 of FIG. 1A. In FIGS. 2A to 3B below, the insulating layer between each electrode and the semiconductor substrate is omitted.

例えば、トランジスタ4をNチャネルトランジスタで構成した場合、図2Aでは、第2電導型(P型)の半導体基板103に形成され、第1電導型(N型)のウェル101で分離された、第2電導型(P型)のウェル102内にトランジスタ4が形成される。図2Bでは、第1電導型(N型)の半導体基板101で分離された、第2電導型(P型)のウェル102内にトランジスタ4が形成される。前述したように、第2電導型ウェル102は他の同電導型ウェルとは電気的に分離される。トランジスタ4をPチャネルトランジスタで構成する場合は、第1電導型をP型に、第2電導型をN型に置き換えればよい。 For example, when the transistor 4 is an N-channel transistor, in FIG. A transistor 4 is formed in a biconductivity type (P type) well 102 . In FIG. 2B, a transistor 4 is formed in a well 102 of second conductivity type (P type) separated by a semiconductor substrate 101 of first conductivity type (N type). As previously mentioned, the second conductivity type well 102 is electrically isolated from other same conductivity type wells. If the transistor 4 is a P-channel transistor, the first conductivity type should be replaced with the P-type, and the second conductivity type with the N-type.

図3Aは図1Aのトランジスタ4の構造例において信号配線2に発生する寄生容量C1~C4を示す縦断面図である。また、図3Bは図1Aのトランジスタ4の構造例において信号配線2の下側にトランジスタ等の素子がない場合を示す縦断面図である。図4Aは図3Aの上面図であり、図4Bは図1Aのトランジスタ4の別の配置例を示す平面図である。 FIG. 3A is a longitudinal sectional view showing parasitic capacitances C1 to C4 generated in signal wiring 2 in the structural example of transistor 4 in FIG. 1A. FIG. 3B is a vertical cross-sectional view showing the structure example of the transistor 4 in FIG. 1A in which there is no element such as a transistor below the signal wiring 2. As shown in FIG. 4A is a top view of FIG. 3A, and FIG. 4B is a plan view showing another arrangement example of the transistor 4 of FIG. 1A.

これらの図3A~図4Bにおいて、2、201~203は信号配線であり、特に203は上層メタル配線であり、4はトランジスタ、C1~C4は寄生容量である。また、101は第1電導型ウェル又は半導体基板、102は第2電導型ウェル、103は第2電導型半導体基板である。さらに、201a~203aは信号配線又はシールド配線、C1a~C3aは寄生容量である。 3A to 4B, 2 and 201 to 203 are signal wirings, particularly 203 is an upper layer metal wiring, 4 is a transistor, and C1 to C4 are parasitic capacitances. Also, 101 is a first conductivity type well or semiconductor substrate, 102 is a second conductivity type well, and 103 is a second conductivity type semiconductor substrate. Furthermore, 201a to 203a are signal wirings or shield wirings, and C1a to C3a are parasitic capacitances.

図3A及び図3Bは信号配線2に付く寄生容量を模式的に示した図である。実際は斜め方向やフリンジ容量などの寄生容量が付くが、簡単のため省略する。なお、図4Aに図3Aの上面図の一例(ただし、上層配線203は除く)を示す。図4AのA-A’面の断面図が図3Aに対応する。 3A and 3B are diagrams schematically showing parasitic capacitance attached to the signal wiring 2. FIG. Parasitic capacitances such as oblique capacitance and fringe capacitance are actually attached, but are omitted for simplicity. Note that FIG. 4A shows an example of a top view of FIG. 3A (however, the upper layer wiring 203 is excluded). A cross-sectional view of the A-A' plane of FIG. 4A corresponds to FIG. 3A.

トランジスタ4は、例えば、W/L比の大きいトランジスタを分割したトランジスタ素子が並列に接続される。分割された複数のトランジスタ素子の境界で、トランジスタ4のゲート電極Gと、信号配線2とが、コンタクトによって接続される。図4Aにおいて、分割されたトランジスタ素子ごとに、ソース拡散、ドレイン拡散は分離されているが、繋がっていても構わないし、ポリシリコンをトランジスタごとに分割してもいいし、配線等のレイアウトに関してもこれに限定されるものではない。 For the transistor 4, for example, transistor elements obtained by dividing a transistor having a large W/L ratio are connected in parallel. The gate electrode G of the transistor 4 and the signal wiring 2 are connected by contacts at the boundaries of the plurality of divided transistor elements. In FIG. 4A, source diffusion and drain diffusion are separated for each divided transistor element. It is not limited to this.

ここで、信号配線2は半導体基板、ウェル間や配線間に寄生容量を持つ。信号配線2に付く寄生容量は、
(A)信号配線2とソースノード信号配線201との間に付く寄生容量C1、
(B)信号配線2とドレインノード信号配線202との間に付く寄生容量C2、
(C)信号配線2とトランジスタ4のゲート電極Gとの間に付く寄生容量C3、
(D)信号配線2と上層のメタル配線203との間に付く寄生容量C4
が存在する。信号配線2に付く寄生容量は、C1~C4に加えて、信号配線2とトランジスタ4のゲート電極Gが接続されるため、トランジスタ4のゲート容量やウェル、ソース電極S、ドレイン電極Dなどに付く寄生容量も含まれる。
Here, the signal wiring 2 has a parasitic capacitance between the semiconductor substrate and wells or between wirings. The parasitic capacitance attached to the signal wiring 2 is
(A) a parasitic capacitance C1 between the signal wiring 2 and the source node signal wiring 201;
(B) a parasitic capacitance C2 between the signal wiring 2 and the drain node signal wiring 202;
(C) a parasitic capacitance C3 between the signal wiring 2 and the gate electrode G of the transistor 4;
(D) Parasitic capacitance C4 between signal wiring 2 and upper metal wiring 203
exists. In addition to C1 to C4, the parasitic capacitance attached to the signal wiring 2 is attached to the gate capacitance of the transistor 4, the well, the source electrode S, the drain electrode D, etc., because the signal wiring 2 and the gate electrode G of the transistor 4 are connected. Parasitic capacitance is also included.

信号配線2とトランジスタ4のゲート電極はコンタクトによって接続され、信号配線2の電位が変動してもトランジスタ4のゲート電極がすぐに信号配線2と同電位となるため、実質みえるC3の容量値は非常に小さく、等価的に無視できる。同様に、トランジスタ4のソース電極とバックゲート電極が接続されており、トランジスタ4のソース電位は、ゲート電位に追従して変動するため、トランジスタ4のゲート容量、および、信号配線2とソースノード信号配線201との寄生容量C1の実質みえる容量は非常に小さい。つまり、信号配線2に見える寄生容量はほぼC2とC4のみとなる。 The signal wiring 2 and the gate electrode of the transistor 4 are connected by a contact, and even if the potential of the signal wiring 2 fluctuates, the gate electrode of the transistor 4 immediately becomes the same potential as the signal wiring 2, so the actual capacitance value of C3 is very small and equivalently negligible. Similarly, the source electrode and the back gate electrode of the transistor 4 are connected, and the source potential of the transistor 4 fluctuates following the gate potential. The actual visible capacitance of the parasitic capacitance C1 with the wiring 201 is very small. In other words, the parasitic capacitance visible on the signal line 2 is almost only C2 and C4.

図3Bは信号配線2の下にトランジスタ素子がない場合の信号配線2に付く寄生容量を模式的に示した図である。 FIG. 3B is a diagram schematically showing parasitic capacitance attached to the signal wiring 2 when there is no transistor element under the signal wiring 2. In FIG.

図3Bにおいて、信号配線201a、202aは他の信号配線や信号配線間のカップリングを防ぐ目的で入れられるシールド配線である。信号配線2に付く寄生容量は、
(A)信号配線2と信号配線201aとの間に付く寄生容量C1a、
(B)信号配線2と信号配線202aとの間に付く寄生容量C2a、
(C)信号配線2とウェルとの間に付く寄生容量C3a、
(D)信号配線2と上層のメタル配線203との間に付く寄生容量C4a
が存在する。ここで、図3A及び図3Bにおいて、信号配線2と隣接信号配線間距離が等しいとすると寄生容量も等しいため、C1=C1a、C2=C2a、C4=C4aとなる。また、半導体基板103と信号配線2との距離は、ゲート電極<ウェルとなるように構成されるため、C3>C3aであるが、前述の通り、寄生容量C1、C3は等価的にゼロとみなせるため、図3Bに対して、図3Aの構成は、(C1a+C3a)分の容量を低減できる。
In FIG. 3B, signal wirings 201a and 202a are shield wirings inserted for the purpose of preventing coupling between other signal wirings and signal wirings. The parasitic capacitance attached to the signal wiring 2 is
(A) Parasitic capacitance C1a between signal wiring 2 and signal wiring 201a,
(B) a parasitic capacitance C2a between the signal wiring 2 and the signal wiring 202a;
(C) a parasitic capacitance C3a between the signal wiring 2 and the well;
(D) Parasitic capacitance C4a between signal wiring 2 and upper metal wiring 203
exists. Here, in FIGS. 3A and 3B, if the distance between the signal wiring 2 and the adjacent signal wiring is equal, the parasitic capacitances are also equal, so C1=C1a, C2=C2a, and C4=C4a. Further, since the distance between the semiconductor substrate 103 and the signal wiring 2 is configured to be gate electrode<well, C3>C3a, but as described above, the parasitic capacitances C1 and C3 can be equivalently regarded as zero. Therefore, the configuration in FIG. 3A can reduce the capacitance by (C1a+C3a) as compared to FIG. 3B.

実際の半導体集積回路のレイアウトにおいて、図3Aは信号配線201、202をソース電極S、ドレイン電極Dと接続する必要があるため、配線幅や配線間隔といったレイアウトの制約を受ける。その点、図3Bの構成は、チップサイズに影響があるが、信号配線幅や信号配線間隔にレイアウトの制約はほぼない。例えば、信号配線201a,202aをなくす、あるいは距離を大きく取ることも可能である。図3Bにおいて、信号配線2の隣接信号配線201a,202aを取り除き、寄生容量C1a,C2aをゼロと考えた場合、信号配線2のサイドとウェル/上層メタル間のフリンジ容量αを加味して、C2<C3a+α(フリンジ容量)を満たすように図3Aの信号配線2、信号配線202がレイアウトされれば、信号配線2に付く寄生容量において、図3Aの方が優位である。 In the layout of an actual semiconductor integrated circuit, FIG. 3A requires that the signal wirings 201 and 202 be connected to the source electrode S and the drain electrode D, so layout restrictions such as wiring width and wiring spacing are imposed. On the other hand, although the configuration of FIG. 3B affects the chip size, there are almost no layout restrictions on the signal wiring width and signal wiring spacing. For example, it is possible to eliminate the signal wirings 201a and 202a or to increase the distance. In FIG. 3B, when the adjacent signal lines 201a and 202a of the signal line 2 are removed and the parasitic capacitances C1a and C2a are assumed to be zero, C2 If the signal wiring 2 and the signal wiring 202 in FIG. 3A are laid out so as to satisfy <C3a+α (fringe capacitance), the parasitic capacitance attached to the signal wiring 2 is superior in FIG. 3A.

図3Aにおいて、寄生容量C2,C4をより小さくなるようにレイアウトすると、より高い効果を得られる。例えば、上層のメタル配線203を全面に配線しない、C2<C1となるように信号配線2を信号配線201側に寄せる、ソース領域よりもドレイン領域を広げて信号配線202を遠ざける、信号配線2をメタル配線ではなくトランジスタ4のポリシリコンを用いる、などである(図7参照)。 In FIG. 3A, a higher effect can be obtained by laying out the parasitic capacitances C2 and C4 to be smaller. For example, the upper metal wiring 203 is not routed over the entire surface, the signal wiring 2 is moved closer to the signal wiring 201 so that C2<C1, the drain region is widened more than the source region to keep the signal wiring 202 away, and the signal wiring 2 is removed. For example, polysilicon of the transistor 4 is used instead of metal wiring (see FIG. 7).

図4Bは、トランジスタ4の配置の別の例を示したものであり、図4Aと同様、W/L比の大きいトランジスタを分割し並列に接続される。信号配線2と、トランジスタの4のゲートはコンタクトで接続され、ソース電極Sは、ビア(図4B等において全面の四角形で図示する)で上の層のメタル信号配線203を介してそれぞれ接続される。2つの分割されたトランジスタ素子間のソース電極S、ドレイン電極Dはそれぞれ共有化されており、図4Aよりもソース電極S、ドレイン電極Dが占める面積を小さくできるため、ソース電極S、ドレイン電極Dが有する寄生成分は少なく構成できる。また、図4Bの構成であれば面積影響を小さく、トランジスタ4の長さLを大きくできるため、長さLを大きくしたい場合に好適である。勿論、ソース電極S、ドレイン電極Dを共有化しなくともよいし、信号配線等のレイアウトに関してもこれに限定されるものではない。 FIG. 4B shows another example of arrangement of the transistors 4, in which transistors with a large W/L ratio are divided and connected in parallel, as in FIG. 4A. The signal wiring 2 and the gate of the transistor 4 are connected by contacts, and the source electrodes S are connected by vias (indicated by squares on the entire surface in FIG. 4B, etc.) via the metal signal wiring 203 in the upper layer. . The source electrode S and the drain electrode D are shared between the two divided transistor elements, respectively, and the area occupied by the source electrode S and the drain electrode D can be made smaller than in FIG. can be constructed with less parasitic components. In addition, the configuration of FIG. 4B has a small effect on the area, and the length L of the transistor 4 can be increased. Of course, it is not necessary to share the source electrode S and the drain electrode D, and the layout of the signal wiring and the like is not limited to this.

以上のように構成された実施形態1によれば、トランジスタ4のゲート電極Gに印加されるゲート電位に追従してソース電位が変動し、入力段トランジスタ4は、各信号出力回路の一端と各信号出力回路の他端との間を配線される前記信号配線の配線長のうち、少なくとも所定長(好ましくは、全体長の1/5の長さ)にわたって、第2導電型ウェル領域の上部を信号配線が通るように、信号配線に沿って配置され、第2導電型ウェル領域の短辺と長辺との比が少なくとも所定比(好ましくは、1:10)になるように構成している。これにより、例えば撮像装置のための半導体集積回路を、従来技術に比較して省面積化又は低消費電力化することで、高速動作可能にすることができる。 According to the first embodiment configured as described above, the source potential fluctuates following the gate potential applied to the gate electrode G of the transistor 4, and the input stage transistor 4 is connected to one end of each signal output circuit and each At least a predetermined length (preferably ⅕ of the total length) of the wiring length of the signal wiring wired between the other end of the signal output circuit and the upper portion of the second conductivity type well region It is arranged along the signal wiring so as to pass the signal wiring, and is configured so that the ratio of the short side to the long side of the second conductivity type well region is at least a predetermined ratio (preferably 1:10). . As a result, for example, a semiconductor integrated circuit for an imaging device can operate at high speed by reducing the area or power consumption compared to the conventional technology.

実施形態2.
図5は実施形態2に係る撮像装置のための半導体集積回路の構成例を示す平面図である。
Embodiment 2.
FIG. 5 is a plan view showing a configuration example of a semiconductor integrated circuit for an imaging device according to Embodiment 2. FIG.

図5において、1-1-1~1-4-nは信号出力回路であり、2-1~2-4は信号配線、4-1~4-4は増幅回路を構成するトランジスタの1つである。 In FIG. 5, 1-1-1 to 1-4-n are signal output circuits, 2-1 to 2-4 are signal wirings, and 4-1 to 4-4 are one of transistors constituting an amplifier circuit. is.

複数n個の信号出力回路1-1-1~1-1-n、1-2-1~1-2-n、1-3-1~1-3-n、1-4-1~1-4-nはそれぞれ、信号配線2-1~2-4に重複することなく接続される。信号配線2-1~2-4は増幅回路をなすトランジスタ4-1~4-4にそれぞれ1対1に対応して接続される。トランジスタ4-1~4-4は、第1電導型ウェル又は半導体基板によってそれぞれ分離された、第2電導型ウェル領域に形成される。トランジスタ4-1~4-4は2×2のマトリクス形状に配置され、第2電導型ウェル領域上部を第2電導型ウェル領域に形成されるトランジスタ4-1~4-4と1対1に対応して接続された信号配線2-1~2-4が通過するように配線が行われる。 A plurality of n signal output circuits 1-1-1 to 1-1-n, 1-2-1 to 1-2-n, 1-3-1 to 1-3-n, 1-4-1 to 1 -4-n are connected to the signal wirings 2-1 to 2-4 without duplication. The signal wirings 2-1 to 2-4 are connected to the transistors 4-1 to 4-4 forming the amplifier circuit in one-to-one correspondence. Transistors 4-1 to 4-4 are formed in second conductivity type well regions separated by first conductivity type wells or semiconductor substrates, respectively. The transistors 4-1 to 4-4 are arranged in a 2×2 matrix, and the upper portion of the second conductivity type well region is one-to-one with the transistors 4-1 to 4-4 formed in the second conductivity type well region. Wiring is performed so that the correspondingly connected signal wirings 2-1 to 2-4 pass through.

ここで、対応して接続されない信号配線に関して、信号のカップリングを考慮しないのであれば、第2電導型ウェル領域上部を通し、信号のカップリングを考慮するのであれば、シールド配線を挟んで第2電導型ウェル領域上部を通すか、第1電導型ウェル又は半導体基板領域の上部に配線する。 Here, regarding the signal wiring that is not connected correspondingly, if signal coupling is not taken into consideration, it passes through the upper part of the second conductivity type well region, and if signal coupling is taken into consideration, the shield wiring is interposed between the second conductivity type well region and the second conductive well region. It is wired through the upper part of the two-conductivity type well region or to the upper part of the first-conductivity type well or the semiconductor substrate region.

図5において、信号配線2-1~2-4の寄生容量低減効果は、1対1に対応して接続されるトランジスタ4-1~4-4が形成される第2電導型ウェル領域を通る配線に限定されるので、図1Aの構成と比較して、1/2程度である。しかし、図5の構成では、トランジスタ4-1~4-4をマトリクス形状に配置するため、余分に大きくトランジスタ4を構成する必要がなく、素子配置における面積効率は図1構成よりもよい。 In FIG. 5, the effect of reducing the parasitic capacitance of the signal wirings 2-1 to 2-4 passes through the second conductivity type well region in which the transistors 4-1 to 4-4 connected in one-to-one correspondence are formed. Since it is limited to wiring, it is about 1/2 compared with the configuration of FIG. 1A. However, in the configuration of FIG. 5, since the transistors 4-1 to 4-4 are arranged in a matrix, there is no need to configure the transistor 4 excessively, and the area efficiency in element arrangement is better than that of the configuration of FIG.

複数n個の信号出力回路と、1本の信号配線と1つの増幅回路を1つの回路群としたときに、図5は4つ回路群から構成される。例えば、回路群の数を32とした場合、トランジスタ4は、2×16、3×11、4×8のようにX×Yのマトリクス形状に配置される。ここで、Xは図5の横方向の個数、Yは図5の縦方向の個数を示す。ただし、3×11の場合、1つのトランジスタ領域が余ることになるので、その領域は、何も置かないか、トランジスタを配置するがゲート電極Gをハイレベル又はローレベルに固定する、他の素子を配置する、などすればよい。 When a plurality of n signal output circuits, one signal wiring, and one amplifier circuit form one circuit group, FIG. 5 is composed of four circuit groups. For example, when the number of circuit groups is 32, the transistors 4 are arranged in an X×Y matrix shape such as 2×16, 3×11, and 4×8. Here, X indicates the number in the horizontal direction in FIG. 5, and Y indicates the number in the vertical direction in FIG. However, in the case of 3×11, one transistor region is left over, so in that region nothing is placed, or another element is placed where the transistor is placed but the gate electrode G is fixed at a high level or a low level. , and so on.

X方向に配置するトランジスタ数を増やせば、より面積効率良く、トランジスタ4を配置可能だが、前述したように、信号配線の寄生容量低減効果が薄れることに加え、信号配線が混雑し、逆に寄生容量が増えてしまう可能性がある。よって、Xは2~4に設定するのが適当であり、それ以上は、逆に特性を悪化させてしまう可能性がある。つまり、例えば、図5に示される、信号出力回路1-1-1と1-1-nとの間を接続する信号配線2-1(参考図の赤線部分の意)の配線長のうち、少なくとも1/5はトランジスタを形成する第2電導型ウェル領域と重なって配線される。他の回路群に関しても同様である。 If the number of transistors arranged in the X direction is increased, it is possible to arrange the transistors 4 with better area efficiency. Capacity may increase. Therefore, it is appropriate to set X to 2 to 4, and if it is more than that, the characteristics may deteriorate. That is, for example, of the wiring length of the signal wiring 2-1 (meaning the red line portion in the reference diagram) connecting between the signal output circuits 1-1-1 and 1-1-n shown in FIG. , at least ⅕ are wired to overlap the second conductivity type well region forming the transistor. The same applies to other circuit groups.

図6Aは図5の半導体集積回路においてトランジスタのバックゲート電極の配置例
を示す平面図である。また、図6Bは図5の半導体集積回路においてトランジスタのバックゲート電極の別の配置例を示す平面図である。
6A is a plan view showing an arrangement example of back gate electrodes of transistors in the semiconductor integrated circuit of FIG. 5. FIG. 6B is a plan view showing another arrangement example of back gate electrodes of transistors in the semiconductor integrated circuit of FIG.

図6A及び図6Bにおいて、2、201、202は信号配線であり、101は第1電導型ウェル又は半導体基板であり、102は第2電導型ウェル、104は第2電導型拡散領域である。 6A and 6B, 2, 201 and 202 are signal wirings, 101 is a first conductivity type well or semiconductor substrate, 102 is a second conductivity type well, and 104 is a second conductivity type diffusion region.

図6A及び図6Bにおいて、バックゲート電極Bの配置の1例を示す。バックゲート電極Bは、第2電導型ウェル102内に形成された第2電導型拡散領域にコンタクトにて接続される。トランジスタ4はソース電極Sとバックゲート電極Bが接続されるため、ソース電極Sに接続される信号配線201とバックゲート電極Bとが接続される。 6A and 6B show an example of the arrangement of the back gate electrodes B. FIG. The back gate electrode B is connected to a second conductivity type diffusion region formed in the second conductivity type well 102 by a contact. Since the source electrode S and the back gate electrode B of the transistor 4 are connected, the signal wiring 201 connected to the source electrode S and the back gate electrode B are connected.

図6Aはバックゲート電極Bを、第2電導型ウェルの一端と、他端、トランジスタとトランジスタの間に設けた例を示す。この構成では、バックゲート電極Bの接続抵抗が大きくなるが、面積影響なく、バックゲート電極Bを設けることができる。また、トランジスタとトランジスタの間に設けるバックゲート電極Bの数を増やせば、その分バックゲート電極Bの抵抗を減らすことができる。その場合、一箇所にまとめて設けるのではなく、広く分散させて設けると効果的である。 FIG. 6A shows an example in which the back gate electrode B is provided at one end of the second conductivity type well, the other end, and between transistors. In this configuration, although the connection resistance of the back gate electrode B is increased, the back gate electrode B can be provided without affecting the area. Further, by increasing the number of back gate electrodes B provided between transistors, the resistance of the back gate electrodes B can be reduced accordingly. In that case, it is effective to disperse them widely instead of collectively providing them in one place.

図6Bはトランジスタと並列して、広い範囲にバックゲート電極を配置した例を示す。この構成では、バックゲート電極Bの接続抵抗を非常に小さくできるため、第2電導型ウェルの電位の応答が速くなるが、面積が大きくなる。 FIG. 6B shows an example in which back gate electrodes are arranged over a wide range in parallel with transistors. In this configuration, the connection resistance of the back gate electrode B can be made very small, so that the potential response of the second-conductivity-type well becomes faster, but the area becomes larger.

なお、図6A及び図6Bの構成を併用してバックゲート電極が設けられてもよい。 A back gate electrode may be provided by using the configurations of FIGS. 6A and 6B together.

図7Aは図5の半導体集積回路において信号配線2の寄生容量をより減らすレイアウト方法を示す平面図である。また、図7Bは図5の半導体集積回路において信号配線2をポリシコンで行う構成例を示す平面図である。すなわち、図7A及び図7Bから明らかなように、駆動能力の低い信号出力回路が複数接続される信号配線の一部の寄生容量を実質ごく小さな容量とすることを特徴としている。 7A is a plan view showing a layout method for further reducing the parasitic capacitance of the signal wiring 2 in the semiconductor integrated circuit of FIG. 5. FIG. FIG. 7B is a plan view showing a configuration example in which the signal wiring 2 is made of polysilicon in the semiconductor integrated circuit of FIG. That is, as is clear from FIGS. 7A and 7B, the parasitic capacitance of a portion of the signal wiring to which a plurality of signal output circuits with low driving capability are connected is substantially reduced to a very small capacitance.

以上のように構成された実施形態2によれば、入力段トランジスタの各々は、マトリクス形状に配置され、入力段トランジスタの各々は、前記複数の信号配線が自然数n対1に対応して接続され、各信号出力回路の一端の各々と、各信号出力回路の他端の各々と、の間を配線される前記信号配線の各々の配線長のうち、少なくとも所定長にわたって、前記第2導電型ウェル領域の上部を前記信号配線の各々が通るように、前記信号配線に沿って配置される。これにより、これにより、例えば撮像装置のための半導体集積回路を、従来技術に比較して省面積化又は低消費電力化、高速動作可能にすることができる。 According to the second embodiment configured as described above, each of the input stage transistors is arranged in a matrix, and each of the input stage transistors is connected to the plurality of signal wirings corresponding to the natural number n:1. , of the wiring length of each of the signal wirings wired between one end of each signal output circuit and the other end of each signal output circuit, over at least a predetermined length of the second conductivity type well It is arranged along the signal wiring so that each of the signal wirings passes over the region. As a result, a semiconductor integrated circuit for, for example, an imaging device can be made smaller in area or consume less power and can operate at higher speed than in the prior art.

また、回路群を複数備え、複数の回路群の各入力段トランジスタは、マトリクス形状に配置されることが好ましい。 Moreover, it is preferable that a plurality of circuit groups are provided, and the respective input stage transistors of the plurality of circuit groups are arranged in a matrix.

さらに、実施形態1の図4及び実施形態2の図6Aから明らかなように、入力段トランジスタは、2つ以上のトランジスタ素子の並列接続からなり、バックゲート電極は、少なくとも、前記第2導電型ウェル領域の一端と他端との2点に置かれることが好ましい。これにより、半導体基板上において、従来技術に比較して面積効率を向上させてバックゲート電極を配置できる。 Furthermore, as is clear from FIG. 4 of Embodiment 1 and FIG. 6A of Embodiment 2, the input stage transistor is composed of two or more transistor elements connected in parallel, and the back gate electrode is at least the second conductivity type. It is preferably placed at two points, one end and the other end of the well region. As a result, the back gate electrodes can be arranged on the semiconductor substrate with improved area efficiency as compared with the prior art.

実施形態2の図6Aから明らかなように、バックゲート電極は、トランジスタ素子とトランジスタ素子との間に配置され、トランジスタ素子とトランジスタ素子との間に配置されるバックゲート電極は、
(A)第2導電型ウェル領域の中央に1箇所に設けられ、もしくは
(B)第2導電型ウェル領域の長辺方向に分散して、複数個所に設けられることが好ましい。これにより、半導体基板上において、従来技術に比較して面積効率を向上させてバックゲート電極を配置でき、バックゲート電極の抵抗値を低くすることができる。
As is clear from FIG. 6A of Embodiment 2, the back gate electrode is arranged between the transistor elements, and the back gate electrode arranged between the transistor elements is
It is preferable that (A) it is provided at one location in the center of the second conductivity type well region, or (B) it is provided at a plurality of locations dispersed in the long side direction of the second conductivity type well region. As a result, the back gate electrodes can be arranged on the semiconductor substrate with improved area efficiency compared to the conventional technique, and the resistance value of the back gate electrodes can be reduced.

また、実施形態2の図6Bから明らかなように、バックゲート電極は、入力段トランジスタに平行して、第2導電型ウェル領域の所定範囲にわたって設けられることが好ましい。これにより、バックゲート電極の抵抗値をさらに低下できる。 Moreover, as is clear from FIG. 6B of Embodiment 2, the back gate electrode is preferably provided over a predetermined range of the second conductivity type well region in parallel with the input stage transistor. Thereby, the resistance value of the back gate electrode can be further reduced.

さらに、実施形態2の図7から明らかなように、信号配線よりも上層のメタルを用いた配線は、前記信号配線の上部において、全面に配線を形成しないように構成されることが好ましい。これにより、信号配線の寄生容量を従来技術に比較して大幅に低減できる。 Furthermore, as is clear from FIG. 7 of Embodiment 2, it is preferable that the wiring using the metal in the upper layer than the signal wiring is configured so that the wiring is not formed on the entire surface above the signal wiring. As a result, the parasitic capacitance of the signal wiring can be significantly reduced as compared with the prior art.

また、実施形態2の図7から明らかなように、信号配線は、前記入力段トランジスタのゲート配線に被るように配線され、前記入力段トランジスタのゲート電極の中心よりも、ソース電極に近づけて配線されることが好ましい。これにより、信号配線の寄生容量を従来技術に比較して大幅に低減できる。 Further, as is clear from FIG. 7 of Embodiment 2, the signal wiring is wired so as to cover the gate wiring of the input stage transistor, and is wired closer to the source electrode than the center of the gate electrode of the input stage transistor. preferably. As a result, the parasitic capacitance of the signal wiring can be significantly reduced as compared with the prior art.

さらに、実施形態2の図7から明らかなように、入力段トランジスタのドレインを形成する第2電導型拡散領域は、前記入力段トランジスタのソースを形成する第2電導型拡散領域よりも、面積が大きくなるように構成されることが好ましい。これにより、信号配線の寄生容量を従来技術に比較して大幅に低減できる。 Furthermore, as is clear from FIG. 7 of Embodiment 2, the second conductivity type diffusion region forming the drain of the input stage transistor has a larger area than the second conductivity type diffusion region forming the source of the input stage transistor. It is preferably configured to be large. As a result, the parasitic capacitance of the signal wiring can be significantly reduced as compared with the prior art.

またさらに、実施形態1及び2において、前記信号配線の一部は、前記入力段トランジスタのゲート電極を形成する、ポリシリコンを用いて形成されることが好ましい。これにより、信号配線の寄生容量を従来技術に比較して大幅に低減できる。 Furthermore, in Embodiments 1 and 2, it is preferable that part of the signal wiring is formed using polysilicon that forms the gate electrode of the input stage transistor. As a result, the parasitic capacitance of the signal wiring can be significantly reduced as compared with the prior art.

さらに、複数の撮像素子を備える撮像装置において、上述の実施形態1又は2に係る半導体集積回路を備えることで、従来技術に比較して省面積化又は低消費電力化、高速動作可能にすることができる撮像装置を構成できる。 Further, in an image pickup apparatus having a plurality of image pickup elements, by providing the semiconductor integrated circuit according to the above-described first or second embodiment, area saving or power consumption can be reduced and high-speed operation can be achieved as compared with the conventional technology. It is possible to configure an imaging device capable of

特許文献1との比較.
特許文献1は、チップサイズを減少する目的で、増幅段を複数の光電変換部で共有し、かつ、所定数の画素の集合を示す画素群ごとに1つの増幅段を設け、出力線の負荷(寄生抵抗、寄生容量)を大きなものとしない構成が開示されている。
Comparison with Patent Document 1.
In Patent Document 1, for the purpose of reducing the chip size, an amplification stage is shared by a plurality of photoelectric conversion units, and one amplification stage is provided for each pixel group representing a set of a predetermined number of pixels to reduce the load on the output line. A configuration that does not increase (parasitic resistance, parasitic capacitance) is disclosed.

しかし、特許文献1では、素子の配置や、そのレイアウト方法に関して特に記載されていない。特に、特許文献1の図10は、光電変換部、制御部、配線部、増幅部により構成された例を図示する。複数の光電変換部は同一の配線部を介して増幅部に接続される。その他の光電変換部、配線部、増幅部に関しても同様に規則性をもって接続が行われる。このような構成の場合、当業者であれば、配線部は負荷をできるだけ小さくするため、あるいは、動的に電圧が変動する素子のノードとのカップリングを避けるために、配線下に素子は置かず配線を行うためだけの領域が設けられる、もしくは、素子を設けたとしてもMOSキャップなど静的な素子が置かれる。 However, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-200000 does not particularly describe the arrangement of the elements or the layout method thereof. In particular, FIG. 10 of Patent Document 1 illustrates an example configured by a photoelectric conversion section, a control section, a wiring section, and an amplification section. A plurality of photoelectric conversion units are connected to the amplifier unit via the same wiring unit. Other photoelectric conversion units, wiring units, and amplification units are similarly connected with regularity. In such a configuration, a person skilled in the art would understand that the elements should be placed under the wiring in order to minimize the load on the wiring section or to avoid coupling with the node of the element whose voltage fluctuates dynamically. A region is provided only for wiring, or a static element such as a MOS cap is placed even if an element is provided.

また、増幅部は余分な寄生成分が付くことを避けるためやトランジスタ素子の特性バラツキを抑えるために、縦横のアスペクト比ができるだけ小さくなるように、制約がなければ正方形に近くなる形で、レイアウトする。つまり、画素群を成す画素数は、光電変換部の駆動能力と、配線部の負荷(寄生抵抗、寄生容量、増幅部のゲート容量)と増幅部の出力の負荷(配線の寄生抵抗、寄生容量、出力負荷)などによって決定されるが、前述のように、光電変換部の駆動能力を大きくすることは困難であるため、配線部に接続される光電変換部の数は制限され、増幅部の数を劇的に減らすことは事実上難しく、先行文献記載のチップサイズ低減の効果は大きくない。 In addition, in order to avoid extra parasitic components and to suppress variations in the characteristics of the transistor elements, the amplifier section should be laid out in a form that is close to a square if there are no restrictions, so that the aspect ratio of the vertical and horizontal sides is as small as possible. . In other words, the number of pixels forming a pixel group depends on the driving capability of the photoelectric converter, the load on the wiring (parasitic resistance, parasitic capacitance, gate capacitance of the amplifier), and the output load of the amplifier (wiring parasitic resistance, parasitic capacitance). , output load), etc., but as described above, it is difficult to increase the driving capability of the photoelectric conversion units, so the number of photoelectric conversion units connected to the wiring unit is limited. It is practically difficult to dramatically reduce the number, and the effect of chip size reduction described in the prior art is not large.

これに対して、本発明に係る実施形態によれば、駆動能力の低い信号出力回路が複数接続される信号配線の一部の寄生容量を実質ごく小さな容量とすることによって、回路の高速化、省面積化、低消費電力化のいずれかあるいは全てを図ることができる。 On the other hand, according to the embodiment of the present invention, the parasitic capacitance of a portion of the signal wiring to which a plurality of signal output circuits with low drive capability are connected is substantially reduced to a very small capacitance, thereby speeding up the circuit. Either or all of area saving and power consumption reduction can be achieved.

従来構成で、駆動能力の低い信号出力回路が複数接続される信号配線に関して、信号配線の電圧変化に対して電気的に同期して変動しないウェルやノードに対して付いていた寄生容量を、信号配線の電圧変化に対して電気的に同期して変動するウェルやノードに対して付けることによって、寄生容量の絶対値が増えたとしても、信号配線の電圧変化に対して電気的に同期して変動するウェルやノードに対して付く寄生容量は等価的に小さなものとして扱うことができる。実質的な容量成分が減ることで、応答性や周波数特性を改善でき、その分、半導体集積回路を高速化できる、あるいは回路駆動能力を下げることができるので回路面積の縮小又は低消費電力化できる。 In the conventional configuration, regarding the signal wiring to which multiple signal output circuits with low drive capability are connected, the parasitic capacitance attached to the wells and nodes that do not fluctuate electrically in synchronization with the voltage change of the signal wiring is removed from the signal wiring. By attaching it to wells and nodes that fluctuate electrically in synchronization with voltage changes in the wiring, even if the absolute value of the parasitic capacitance increases, it will not electrically synchronize with the voltage changes in the signal wiring. Parasitic capacitance attached to fluctuating wells and nodes can be treated as equivalently small. By reducing the substantial capacitance component, the responsiveness and frequency characteristics can be improved, and the speed of the semiconductor integrated circuit can be increased by that amount, or the circuit driving capability can be lowered, so that the circuit area can be reduced and the power consumption can be reduced. .

1-1~1-n,1-1-1~1-4-n 信号出力回路
2,2-1~2-4 信号配線
3 増幅回路
4,4-1~4-4 トランジスタ
5 他回路
6 出力端子
101 第1電導型ウェル又は半導体基板
102 第2電導型ウェル
103 第2電導型半導体基板
104 第2電導型拡散領域
201~203 信号配線
201a,202a,203a 信号配線又はシールド配線
B バックゲート電極
C1~C4,C1a~C4a 寄生容量
D ドレイン電極
G ゲート電極
S ソース電極
1-1 to 1-n, 1-1-1 to 1-4-n Signal output circuit 2, 2-1 to 2-4 Signal wiring 3 Amplifier circuit 4, 4-1 to 4-4 Transistor 5 Other circuit 6 Output terminal 101 First conductivity type well or semiconductor substrate 102 Second conductivity type well 103 Second conductivity type semiconductor substrate 104 Second conductivity type diffusion regions 201 to 203 Signal wiring 201a, 202a, 203a Signal wiring or shield wiring B Back gate electrode C1 to C4, C1a to C4a parasitic capacitance D drain electrode G gate electrode S source electrode

特開2019-009691号公報JP 2019-009691 A

Claims (11)

複数の信号出力回路と、信号配線と、増幅回路と、を少なくとも備える回路群とを備えた半導体集積回路であって、
前記信号配線は前記複数の信号出力回路の各々と、前記増幅回路と、に接続され、
前記増幅回路は、入力段トランジスタを備え、
前記入力段トランジスタは、第1導電型ウェル領域又は半導体基板によって分離された、第2導電型ウェル領域に形成され、
前記トランジスタのゲート電極と、前記信号配線と、が接続され、
前記トランジスタのソース電極と、前記トランジスタのバックゲート電極と、が接続され、
前記トランジスタのゲート電極に印加されるゲート電位に追従してソース電位が変動し、
前記入力段トランジスタは、前記各信号出力回路の一端と、前記各信号出力回路の他端と、の間を配線される前記信号配線の配線長のうち、少なくとも所定長にわたって、前記第2導電型ウェル領域の上部を前記信号配線が通るように、前記信号配線に沿って配置され、
前記第2導電型ウェル領域の短辺と長辺との比所定比以上になるように構成した
ことを特徴とする半導体集積回路。
A semiconductor integrated circuit comprising a circuit group comprising at least a plurality of signal output circuits, signal wiring, and an amplifier circuit,
the signal wiring is connected to each of the plurality of signal output circuits and the amplifier circuit;
The amplifier circuit comprises an input stage transistor,
the input stage transistor is formed in a first conductivity type well region or a second conductivity type well region separated by a semiconductor substrate;
the gate electrode of the transistor and the signal wiring are connected,
a source electrode of the transistor and a back gate electrode of the transistor are connected;
the source potential fluctuates following the gate potential applied to the gate electrode of the transistor;
The input stage transistor is of the second conductivity type over at least a predetermined length of the wiring length of the signal wiring wired between one end of each of the signal output circuits and the other end of each of the signal output circuits. arranged along the signal wiring so that the signal wiring passes over the well region;
A semiconductor integrated circuit, wherein a ratio of a short side to a long side of the second conductivity type well region is equal to or greater than a predetermined ratio.
複数の信号出力回路と、複数の信号配線と、複数の増幅回路とを備えた半導体集積回路であって、
前記複数の信号配線と、前記複数の増幅回路と、は1対1に対応して接続がなされ、
前記複数の信号出力回路と、前記複数の信号配線と、は自然数n対1に対応して重複がないように接続がなされ、
前記複数の増幅回路の各々は、少なくとも1つの入力段トランジスタを備え、
前記入力段トランジスタの各々は、第1導電型ウェル領域又は半導体基板によって前記トランジスタごとに分離された、第2導電型ウェル領域に形成され、
前記トランジスタのゲート電極と、前記信号配線とが接続され、
前記トランジスタのソース電極と前記トランジスタのバックゲート電極と、が接続され、
前記トランジスタのゲート電極に印加されるゲート電位に追従して、ソース電位が変動し、
前記入力段トランジスタの各々は、マトリクス形状に配置され、
前記入力段トランジスタの各々は、前記複数の信号配線が自然数n対1に対応して接続され、
前記各信号出力回路の一端の各々と、前記各信号出力回路の他端の各々と、の間を配線される前記信号配線の各々の配線長のうち、少なくとも所定長にわたって、前記第2導電型ウェル領域の上部を前記信号配線の各々が通るように、前記信号配線に沿って配置される
前記第2導電型ウェル領域の短辺と長辺との比が所定比以上になるように構成した
ことを特徴とする半導体集積回路。
A semiconductor integrated circuit comprising a plurality of signal output circuits, a plurality of signal wirings, and a plurality of amplifier circuits,
the plurality of signal wirings and the plurality of amplifier circuits are connected in a one-to-one correspondence,
the plurality of signal output circuits and the plurality of signal wirings are connected in correspondence with a natural number n to 1 so as not to overlap;
each of the plurality of amplifier circuits includes at least one input stage transistor;
each of the input stage transistors is formed in a second conductivity type well region separated for each transistor by a first conductivity type well region or a semiconductor substrate;
the gate electrode of the transistor and the signal wiring are connected,
a source electrode of the transistor and a back gate electrode of the transistor are connected;
the source potential fluctuates following the gate potential applied to the gate electrode of the transistor;
each of the input stage transistors arranged in a matrix,
each of the input stage transistors is connected to the plurality of signal wirings corresponding to a natural number n to 1;
out of the wiring length of each of the signal wirings wired between one end of each of the signal output circuits and the other end of each of the signal output circuits, at least over a predetermined length, the second conductivity type arranged along the signal wirings so that each of the signal wirings passes over the well region
The ratio of the short side to the long side of the second conductivity type well region is configured to be a predetermined ratio or more.
A semiconductor integrated circuit characterized by:
前記回路群を複数備え、
前記複数の回路群の各入力段トランジスタは、マトリクス形状に配置される
ことを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路。
comprising a plurality of the circuit groups,
2. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein said input stage transistors of said plurality of circuit groups are arranged in a matrix.
前記入力段トランジスタは、2つ以上のトランジスタ素子の並列接続からなり、
前記バックゲート電極は、少なくとも、前記第2導電型ウェル領域の一端と他端との2点に置かれる、
ことを特徴とする、請求項1又は2記載の半導体集積回路。
the input stage transistor is composed of a parallel connection of two or more transistor elements;
The back gate electrode is placed at least at two points, one end and the other end of the second conductivity type well region,
3. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein:
前記入力段トランジスタは、2つ以上のトランジスタ素子の並列接続からなり、
前記バックゲート電極は、前記トランジスタ素子と前記トランジスタ素子との間に配置され、
前記トランジスタ素子と前記トランジスタ素子との間に配置される前記バックゲート電極は、
(A)前記第2導電型ウェル領域の中央に1箇所に設けられ、もしくは
(B)前記第2導電型ウェル領域の長辺方向に分散して、複数個所に設けられる、
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の半導体集積回路。
the input stage transistor is composed of a parallel connection of two or more transistor elements;
the back gate electrode is arranged between the transistor elements,
the back gate electrode arranged between the transistor elements,
(A) provided at one location in the center of the second conductivity type well region, or (B) provided at a plurality of locations dispersed in the longitudinal direction of the second conductivity type well region,
3. The semiconductor integrated circuit according to claim 1 , wherein:
前記バックゲート電極は、前記入力段トランジスタに平行して、前記第2導電型ウェル領域の所定範囲にわたって設けられる、
ことを特徴とする、請求項1~4のうちのいずれか1つに記載の半導体集積回路。
The back gate electrode is provided over a predetermined range of the second conductivity type well region in parallel with the input stage transistor.
5. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, characterized by:
前記信号配線よりも上層のメタルを用いた配線は、前記信号配線の上部において、全面に配線を形成しないように構成される
ことを特徴とする、請求項1~5のうちのいずれか1つに記載の半導体集積回路。
6. The wiring according to any one of claims 1 to 5, wherein the wiring using a metal in a layer above the signal wiring is configured so as not to form wiring over the entire surface above the signal wiring. The semiconductor integrated circuit according to .
前記信号配線は、前記入力段トランジスタのゲート配線に被るように配線され、
前記入力段トランジスタのゲート電極の中心よりも、ソース電極に近づけて配線される、
ことを特徴とする、請求項1~6のうちのいずれか1つに記載の半導体集積回路。
The signal wiring is wired so as to cover the gate wiring of the input stage transistor,
wired closer to the source electrode than the center of the gate electrode of the input stage transistor;
7. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, characterized by:
前記入力段トランジスタのドレインを形成する第2電導型拡散領域は、前記入力段トランジスタのソースを形成する第2電導型拡散領域よりも、面積が大きくなるように構成される、
ことを特徴とする、請求項1~7のうちのいずれか1つに記載の半導体集積回路。
the second conductivity type diffusion region forming the drain of the input stage transistor is configured to have a larger area than the second conductivity type diffusion region forming the source of the input stage transistor;
8. The semiconductor integrated circuit according to any one of claims 1 to 7, characterized by:
前記信号配線の一部は、前記入力段トランジスタのゲート電極を形成する、ポリシリコンを用いて形成される
ことを特徴とする、請求項1~8のうちのいずれか1つに記載の半導体集積回路。
9. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein a part of said signal wiring is formed using polysilicon which forms a gate electrode of said input stage transistor. circuit.
複数の撮像素子を備える撮像装置であって、
請求項1~10のうちのいずれか1つに記載の半導体集積回路を備える
ことを特徴とする撮像装置。
An imaging device comprising a plurality of imaging elements,
An imaging device comprising the semiconductor integrated circuit according to any one of claims 1 to 10.
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