JPH04281683A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
特に各画素毎に増幅素子を有する増幅型固体撮像装置に
関する。
ge CoupledDevice) 型固体撮像装置
では、各画素の光電変換部に入射光に応じて蓄積された
信号電荷を、CCDを用いて電荷のまま出力部に転送す
る構成となっているが、CCDによる電荷転送中に雑音
成分が混入することにより、S/Nが劣化し易いという
不具合があった。かかる不具合を解消すべくなされた固
体撮像装置として、入射光に応じて信号電荷を蓄積する
光電変換部と、この光電変換部に蓄積された信号電荷を
増幅して垂直信号線に出力する増幅用MOSトランジス
タと、この増幅用MOSトランジスタの入力をリセット
するリセット手段とを有するフォトセンサ部を、2次元
配列された複数画素の各画素毎に設けた構成の増幅型固
体撮像装置が知られている(例えば、特開平1−154
678号公報参照)。この増幅型固体撮像装置において
は、通常、各画素毎に増幅用MOSトランジスタを持つ
他、各垂直信号線に1個の負荷用MOSトランジスタが
接続された構成となっている。
は、アルミニウム線等によってパターン配線されること
になるが、開口率を高めるためにはできるだけ細い方が
良い。しかし、垂直信号線があまり細すぎると、垂直信
号線に電流が流れたとき、垂直信号線内で電圧降下が起
き、負荷用MOSトランジスタに近い画素と遠い画素で
、同じ出力電圧でも電圧差が生じることになる。例えば
、幅が0.8μm、厚さが0.4μm、画素領域の全長
が4mmのアルミニウム線の両端では、線抵抗Rが45
0Ω程度になる。このとき、負荷用MOSトランジスタ
の定電流特性が良いと、画素内の電流は一定であるから
、画素間でゲイン変化は生じない。定電流特性を良くす
るには、チャネル長Lを長くし、ゲート電圧をVg 、
スレッショルド電圧をVthとした場合、Vg −Vt
hを小さくすれば良い。このとき、電流IL は、電子
の移動度をμn、酸化膜の単位面積当りの容量をCox
、ソース電圧をVs とすると、 IL = 1/2 μn Cox(Vg −Vth−
Vs )2 で表され、Vs =0で(Vg −Vth
)が小さいと、スレッショルド電圧Vthのバラツキ(
以下、Vthムラと称する)が2乗されることによって
大きくなるという問題がある。
OSトランジスタのVthムラを低減し、垂直信号線の
細線化に伴う開口率の向上を可能とした固体撮像装置を
提供することを目的とする。
めに、本発明は、2次元配列された複数画素の各画素毎
に、光電変換された信号電荷を増幅して垂直信号線に出
力する増幅用トランジスタを有し、各垂直信号線には負
荷用トランジスタが接続された構成の固体撮像装置にお
いて、互いに直列接続された定電流特性を有する第1の
FETと、負帰還による抵抗作用をなす第2のFETと
よって前記負荷用トランジスタを構成している。
ETとして、チャネル幅Wとチャネル長Lとの比W/L
を大きく設定し、(Vg −Vth)を小さくすること
で定電流特性を持たせたものを用い、第2のFETとし
て、W/Lを小さく設定し、(Vg −Vth)を大き
くすることでリニア動作をなすものを用いる。これによ
れば、負荷用MOSトランジスタとして、定電流性に優
れかつVthムラに強いものを得ることができるので、
垂直信号線をより細線化でき、これに伴い開口率をより
向上できる。
に説明する。図1は、本発明による固体撮像装置の一実
施例の要部を示す回路図である。この図では、説明の都
合上、水平及び垂直方向においてマトリクス状に2次元
配列された複数画素のうち、隣り合うn番目及びn+1
番目の2ラインの各1画素のみの回路構成を示している
が、残りの画素も全て同じ回路構成となっているものと
する。図において、各画素に光が入射すると、その入射
光に応じた信号電荷がストレージ(ST)1に蓄えられ
る。このストレージ1及びその出力ゲート(OG)スイ
ッチ2により1ビットのCCDが構成されている。また
、このCCDと同一チップ上にリセット用MOS‐FE
T3とソースホロワの増幅用MOS‐FET4が作られ
、増幅用MOS‐FET4のゲートがFD(Float
ing Diffusion)に接続されてフローティ
ング・ディフュージョン・アンプ(FDA)5を構成し
ている。
アンプ5において、出力ゲートスイッチ2のゲート電極
が出力ゲート(OG)信号線6に接続され、またリセッ
ト用MOS‐FET3のゲート電極がリセットゲート(
RG)信号線7aに、リセット電極がリセットドレイン
(RD)信号線7bにそれぞれ接続されている。そして
、垂直走査回路8から、出力ゲートスイッチ2のゲート
電極に出力ゲートパルスφOGが、またリセット用MO
S‐FET3のゲート電極にリセットゲートパルスφR
Gが、ドレイン電極にリセットドレインパルスφRDが
それぞれ印加されることによって水平ラインの選択を行
うように構成されている。また、増幅用MOS‐FET
4のドレイン電極には電源電圧VDDが印加され、その
ソース電極が出力端Vout として垂直信号線9に接
続されている。そして、1の水平ラインが選択されると
、その選択された水平ラインの全画素の信号電荷が増幅
用MOS‐FET4によって増幅されて垂直信号線9に
出力される。
スタ10及びP型MOS‐FETからなる転送ゲートス
イッチ11が接続されており、この垂直信号線9に出力
された各画素の増幅出力はノイズ除去用コンデンサC0
に蓄えられる。このコンデンサC0 の出力端にはク
ランプスイッチ12が接続されており、クランプスイッ
チ12がそのゲート電極にクランプパルスφCLP が
印加されることによってオン状態となることにより、コ
ンデンサC0 の出力端の電位がクランプレベルVCL
P にクランプされる。このノイズ除去用コンデンサC
0 及びクランプスイッチ12により、増幅用MOS‐
FET4のソース出力に含まれるリセット雑音等の雑音
を低減するためのCDS(相関二重サンプリング)回路
15が構成されている。
号線9と接地間に互いに直列接続されたMOS‐FET
10a及びMOS‐FET10bによって構成されてい
る。一方のMOS‐FET10aとしては、チャネル幅
Wとチャネル長Lとの比W/Lを大きく設定し、(Vg
−Vth)を小さくすることで、図2に実線Aで示す
如き定電流特性を持たせたものを用いる。他方のMOS
‐FET10bとしては、W/Lを小さく設定し、(V
g −Vth)を大きくすることで、図2に一点鎖線B
で示すように、リニア動作をなすものを用いる。このM
OS‐FET10bにおいて、ドレイン電圧をVD と
すると、その電流Iは、I=μn Cox(W/L)(
Vg −Vth)VD で決まることになり、MOS‐
FET10bは負帰還による抵抗作用をなすことになる
。このMOS‐FET10bで主として電流が決まるよ
うにパラメータを設定する。ここで、Vg ≫Vthと
すると、Vthムラに対して強いものとなる。
バッファアンプ13を経た後切替えスイッチ14によっ
てサンプル/ホールド用コンデンサC1 ,C2 に択
一的に供給され、これらコンデンサC1 ,C2 によ
ってサンプル/ホールドされる。切替えスイッチ14の
切替え制御は、水平ブランキング期間において発生され
るサンプル/ホールドパルスφSHによって1ライン毎
に行われる。 これにより、例えば、偶数ラインの画素出力がコンデン
サC1 に、奇数ラインの画素出力がコンデンサC2
にそれぞれホールドされることになる。コンデンサC1
,C2 のホールド出力は、バッファアンプ16−1
,16−2を経た後、水平ゲートスイッチ17−1,1
7−2によるスイッチングによって水平信号線18−1
,18−2に導出される。水平ゲートスイッチ16−1
,16−2のスイッチング制御は、水平走査回路19か
ら出力される水平シフトパルスφH によって行われる
。
れる負荷用MOSトランジスタ10を、互いに直列接続
された定電流特性を有するMOS‐FET10a及び負
帰還による抵抗作用をなすMOS‐FET10bによっ
て構成したことにより、MOS‐FET10aの定電流
性によって画素間でゲイン変化が生ずることはなく、し
かもMOS‐FET10bがVthムラに強いことから
、垂直信号線9のより細線化が可能となり、これに伴い
開口率をより向上できることになる。
の適用に限定されるものではなく、各垂直信号線9に接
続された負荷用MOSトランジスタ10を有する増幅型
固体撮像装置全般に適用し得るものである。
増幅型固体撮像装置において、各垂直信号線に接続され
る負荷用MOSトランジスタを、互いに直列接続された
定電流特性を有するMOS‐FET及び負帰還による抵
抗作用をなすMOS‐FETによって構成したことによ
り、定電流性に優れかつVthムラに強い負荷用MOS
トランジスタが得られるので、垂直信号線をより細線化
でき、これに伴い開口率をより向上できる効果がある。
示す回路図である。
ンプ) 10 負荷用MOSトランジスタ 10a 定電流特性を有するMOS‐FET10b
負帰還による抵抗作用をなすMOS‐FET12
クランプスイッチ
Claims (1)
- 【請求項1】 2次元配列された複数画素の各画素毎
に、光電変換された信号電荷を増幅して垂直信号線に出
力する増幅用トランジスタを有し、各垂直信号線には負
荷用トランジスタが接続された構成の固体撮像装置にお
いて、前記負荷用トランジスタは、互いに直列接続され
た定電流特性を有する第1のFETと、負帰還による抵
抗作用をなす第2のFETとからなることを特徴とする
固体撮像装置。
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