JPH11195777A - Solid-state image-pickup device of amplification type and reading pixel signal therefrom - Google Patents

Solid-state image-pickup device of amplification type and reading pixel signal therefrom

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Publication number
JPH11195777A
JPH11195777A JP10001021A JP102198A JPH11195777A JP H11195777 A JPH11195777 A JP H11195777A JP 10001021 A JP10001021 A JP 10001021A JP 102198 A JP102198 A JP 102198A JP H11195777 A JPH11195777 A JP H11195777A
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JP
Japan
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signal
detection unit
reset
misfet
scanning line
Prior art date
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Pending
Application number
JP10001021A
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Japanese (ja)
Inventor
Keiji Mabuchi
圭司 馬渕
Michio Sasaki
道夫 佐々木
Ryohei Miyagawa
良平 宮川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state image-pickup device of an amplification type capable of reducing a capacitive after-image and noise, while providing a large amplitude for a pixel signal and improving its dynamic range. SOLUTION: A vertical scanning line operating circuit 10 of the solid-state imaging device includes an intermediate potential generation circuit 10B. The intermediate potential circuit 10B supplies an intermediate potential to a vertical scanning line 2 to apply a bias voltage to signal detector for a selective pixel. The supply of the intermediate potential is carried out through a resetting metal-insulator-semiconductor(MIS) FET, and the intermediate potential is set at a level corresponding to a threshold voltage of the FET. Since the intermediate potential causes the threshold voltage of resetting MIS FETs for non-selected pixels to be increased due to substrate effect, a leak current can be prevented from flowing from the vertical scanning line 2 to the signal detector. As a result, the threshold voltage of the resetting MIS FET can be set low, and thus the width of a pixel signal can be made large in the signal detector.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、増幅型固体撮像装
置及び画素信号読出し方法に関する。特に本発明は、画
素の信号検出部にリセット用MISFET(Metal Insulator S
emiconductor Field Effect Transistor)を通して垂直
走査線からバイアス注入を行う増幅型固体撮像装置とそ
の画素信号読出し方法に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an amplification type solid-state imaging device and a pixel signal reading method. In particular, the present invention provides a reset MISFET (Metal Insulator S
The present invention relates to an amplifying solid-state imaging device that performs bias injection from a vertical scanning line through a semiconductor field effect transistor and a method of reading out pixel signals from the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】4トランジスタ構造で構成される画素が
複数個行列状に配列された増幅型固体撮像装置が知られ
ている。1画素には、光電変換素子と、転送用MOSFET(M
etal Oxide Semiconductor Field Effect Transisto
r)、信号増幅用MOSFET、アドレス信号用MOSFET及びリセ
ット用MOSFETの4個のトランジスタとが配置される。
2. Description of the Related Art Amplification type solid-state imaging devices in which a plurality of pixels each having a four-transistor structure are arranged in a matrix are known. One pixel includes a photoelectric conversion element and a transfer MOSFET (M
etal Oxide Semiconductor Field Effect Transisto
r), four transistors of a signal amplification MOSFET, an address signal MOSFET and a reset MOSFET are arranged.

【0003】光電変換素子は光信号を電気信号に変換す
るフォトダイオードで形成される。転送用MOSFETは光電
変換素子で検出された信号を信号検出部に取り出す。信
号増幅用MOSFETは、垂直信号線に電気的に接続されてお
り、信号検出部の信号を増幅し、増幅された信号を垂直
信号線に出力する。アドレス信号用MOSFETは、ゲート電
極を水平走査線(アドレス信号線)に、ソース領域を信
号増幅用MOSFETに、ドレイン領域を垂直走査線にそれぞ
れ接続しており、水平走査線に伝達される水平走査信号
により画素の選択、非選択を行う。リセット用MOSFET
は、ソース領域を信号検出部に、ドレイン領域を垂直走
査線にそれぞれ電気的に接続する。このリセット用MOSF
ETは、以下に説明する画素信号読出し動作において、信
号検出部のリセット動作及び光電変換素子へのバイアス
注入によるリセット動作を行う。
[0003] The photoelectric conversion element is formed of a photodiode that converts an optical signal into an electric signal. The transfer MOSFET extracts a signal detected by the photoelectric conversion element to a signal detection unit. The signal amplification MOSFET is electrically connected to the vertical signal line, amplifies the signal of the signal detection unit, and outputs the amplified signal to the vertical signal line. The address signal MOSFET has a gate electrode connected to a horizontal scanning line (address signal line), a source region connected to a signal amplification MOSFET, and a drain region connected to a vertical scanning line. Selection or non-selection of a pixel is performed by a signal. Reset MOSFET
Electrically connects a source region to a signal detection unit and a drain region to a vertical scanning line. This reset MOSF
The ET performs a reset operation of the signal detection unit and a reset operation by injecting a bias into the photoelectric conversion element in a pixel signal reading operation described below.

【0004】増幅型固体撮像装置の画素信号読出し動作
は、まず信号検出部のリセット動作を行う。このリセッ
ト動作は、選択画素に接続された垂直走査線に回路電源
電位、例えば3.3Vを供給し、選択画素の信号検出部の電
位を高電位に保持する。垂直走査線に供給された回路動
作電位は、リセット用MOSFETを通して信号検出部に供給
される。
In the pixel signal reading operation of the amplification type solid-state imaging device, first, a reset operation of a signal detection unit is performed. In this reset operation, a circuit power supply potential, for example, 3.3 V is supplied to the vertical scanning line connected to the selected pixel, and the potential of the signal detection unit of the selected pixel is held at a high potential. The circuit operation potential supplied to the vertical scanning line is supplied to the signal detection unit through the reset MOSFET.

【0005】次に、画素信号の読出し動作を行う。この
画素信号の読出し動作は、光電変換素子で得られた信号
電荷を信号検出部に供給して電圧変換を行い、この電圧
変化を信号増幅用MOSFETにより電流増幅し、増幅された
信号を垂直信号線を通して信号検出回路に電送する。
Next, a read operation of a pixel signal is performed. In this pixel signal read operation, the signal charge obtained by the photoelectric conversion element is supplied to a signal detection unit to perform voltage conversion.This voltage change is current-amplified by a signal amplification MOSFET, and the amplified signal is converted into a vertical signal. The signal is sent to the signal detection circuit through the wire.

【0006】次に、光電変換素子のバイアス注入による
リセット動作を行う。この光電変換素子のリセット動作
においては、まず垂直走査線を回路基準電位、例えば0V
に保持したまま、リセット用MOSFETと転送用MOSFETとを
導通状態にする。垂直走査線に供給された回路基準電位
は信号検出部を通して光電変換素子に供給され、光電変
換素子の電位は回路基準電位に保持される。次に、転送
用MOSFETを非導通状態に維持した状態において、垂直走
査線に回路電源電位、例えば3.3Vを供給すると、光電変
換素子の電位が回路基準電位に保持されたまま、信号検
出部の電位が回路電源電位に上昇し、信号検出部の信号
電荷が空になった状態になる。
Next, a reset operation by bias injection of the photoelectric conversion element is performed. In the reset operation of the photoelectric conversion element, first, a vertical scanning line is set to a circuit reference potential, for example, 0V.
And the reset MOSFET and the transfer MOSFET are brought into conduction. The circuit reference potential supplied to the vertical scanning line is supplied to the photoelectric conversion element through the signal detector, and the potential of the photoelectric conversion element is held at the circuit reference potential. Next, in a state where the transfer MOSFET is maintained in a non-conductive state, when a circuit power supply potential, for example, 3.3 V, is supplied to the vertical scanning line, the potential of the photoelectric conversion element is kept at the circuit reference potential, and The potential rises to the circuit power supply potential, and the signal charge of the signal detection unit becomes empty.

【0007】この状態において、最後に光電変換素子の
電位を初期化する。光電変換素子の初期化は、転送用MO
SFETのみを導通状態にし、光電変換素子のリセットされ
た電荷を信号検出部を通して垂直走査線に排出すること
により行われる。
In this state, finally, the potential of the photoelectric conversion element is initialized. Initialize the photoelectric conversion element by using the transfer MO
This is performed by bringing only the SFET into a conductive state and discharging the reset electric charge of the photoelectric conversion element to the vertical scanning line through the signal detection unit.

【0008】このような動作が1本の水平走査線毎に垂
直方向に配列された画素数分だけ行われる。
Such an operation is performed for each horizontal scanning line by the number of pixels arranged in the vertical direction.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】前述の増幅型固体撮像
装置においては、以下の点について配慮がなされていな
い。
In the above-mentioned amplification type solid-state imaging device, the following points are not considered.

【0010】画素信号読出し動作において、信号検出部
のリセット動作では、垂直走査線に供給された回路電源
電位はリセット用MOSFETを通して信号検出部に供給され
る。リセット用MOSFETのしきい値電圧相当の落ちがある
ので、回路電源電位からしきい値電圧を差し引いた電位
が信号検出部に供給される。この信号検出部に供給され
た電位は読み出される画素信号の振幅を決定し、ダイナ
ミックレンジを向上するにはリセット用MOSFETのしきい
値電圧ができる限り低く、信号検出部に供給される電位
はできる限り高い方が好ましい。
In the pixel signal reading operation, in the reset operation of the signal detection unit, the circuit power supply potential supplied to the vertical scanning line is supplied to the signal detection unit through the reset MOSFET. Since there is a drop corresponding to the threshold voltage of the reset MOSFET, a potential obtained by subtracting the threshold voltage from the circuit power supply potential is supplied to the signal detection unit. The potential supplied to this signal detection unit determines the amplitude of the pixel signal to be read out. To improve the dynamic range, the threshold voltage of the reset MOSFET is as low as possible, and the potential supplied to the signal detection unit is The higher is preferred.

【0011】画素信号の読出し動作では、垂直走査線に
供給された回路電源電位はアドレス信号用MOSFETを通し
て信号増幅用MOSFETに供給される。同様に、アドレス信
号用MOSFETのしきい値電圧相当の落ちがあるので、信号
増幅用MOSFETの垂直走査線側の電圧降下を防ぎ信号増幅
用MOSFETの動作範囲を拡大するためにはアドレス信号用
MOSFETのしきい値電圧ができる限り低く、信号増幅用MO
SFETに供給される電位はできる限り高い方が好ましい。
In the read operation of the pixel signal, the circuit power supply potential supplied to the vertical scanning line is supplied to the signal amplification MOSFET through the address signal MOSFET. Similarly, since there is a drop corresponding to the threshold voltage of the address signal MOSFET, to prevent the voltage drop on the vertical scanning line side of the signal amplifier MOSFET and to expand the operating range of the signal amplifier MOSFET,
MO for signal amplification, with MOSFET threshold voltage as low as possible
It is preferable that the potential supplied to the SFET is as high as possible.

【0012】一方、容量性残像を抑制すためには光電変
換素子の電位を毎回均一にする必要があり、この容量性
残像の抑制はバイアス注入による光電変換素子のリセッ
ト動作で実現できる。すなわち、リセット動作は、垂直
走査線からリセット用MOSFET、信号検出部、転送用MOSF
ETのそれぞれを通して光電変換素子に回路基準電位を供
給し(バイアス注入し)、この後に光電変換素子の電荷
を転送用MOSFETを通して捨てる(バイアス排出)。
On the other hand, in order to suppress the capacitive image lag, it is necessary to make the potential of the photoelectric conversion element uniform every time. The suppression of the capacitive image lag can be realized by resetting the photoelectric conversion element by bias injection. That is, the reset operation is performed from the vertical scanning line to the reset MOSFET, the signal detector, and the transfer MOSFET.
The circuit reference potential is supplied to the photoelectric conversion element through each of the ETs (bias injection), and thereafter, the charge of the photoelectric conversion element is discarded through the transfer MOSFET (bias discharge).

【0013】しかしながら、前述のダイナミックレンジ
を向上するためにリセット用MOSFETのしきい値電圧を低
く設定した場合には、リセット用MOSFETの非導通時のリ
ーク電流が増大する。併せて、信号増幅用MOSFETの動作
範囲を拡大するためにアドレス信号用MOSFETのしきい値
電圧を低く設定した場合には、アドレス信号用MOSFETの
非導通時のリーク電流が増大する。光電変換素子のリセ
ット動作は水平走査線に接続されたすべての画素につい
て行われるので、合計のリーク電流はかなり多くなり、
非選択画素の信号検出部に蓄積されたリーク電流は光電
変換素子にリークする。この光電変換素子にリークした
リーク電流は雑音となる。さらに、画素信号の読出し動
作において、信号増幅用MOSFETに誤動作が生じ、また画
素信号に変化が生じる。
However, when the threshold voltage of the reset MOSFET is set low in order to improve the dynamic range described above, the leakage current when the reset MOSFET is non-conductive increases. At the same time, if the threshold voltage of the address signal MOSFET is set low in order to expand the operating range of the signal amplification MOSFET, the leakage current when the address signal MOSFET is off is increased. Since the reset operation of the photoelectric conversion element is performed for all pixels connected to the horizontal scanning line, the total leak current is considerably large,
The leak current accumulated in the signal detection unit of the non-selected pixel leaks to the photoelectric conversion element. The leak current leaking to the photoelectric conversion element becomes noise. Further, in the read operation of the pixel signal, a malfunction occurs in the signal amplification MOSFET, and a change occurs in the pixel signal.

【0014】本願発明者は、リセット用MOSFETのしきい
値電圧を低く設定するために、リセット用MOSFETのゲー
ト電極に昇圧回路から昇圧電位を印加する方式を採用す
ることについて検討した。しかしながら、昇圧回路は回
路電源電位を徐々に繰り返し昇圧してゆく回路でかなり
の占有面積を必要とし、増幅型固体撮像装置の素子面積
の増大が著しいという問題が生じる。さらに、回路電源
電圧で動作するMOSFETに対して、ゲート絶縁膜の耐圧を
考慮した高耐圧リセット用MOSFET、高耐圧アドレス信号
用MOSFETをそれぞれ製作する必要があり、増幅型固体撮
像装置の製造が複雑になるという問題が生じる。
The inventor of the present application has studied a method of applying a boosted potential from a booster circuit to the gate electrode of the reset MOSFET in order to set the threshold voltage of the reset MOSFET low. However, the booster circuit requires a considerable occupied area in a circuit that gradually and repeatedly boosts the circuit power supply potential, and there is a problem that the element area of the amplification type solid-state imaging device is significantly increased. Furthermore, it is necessary to manufacture a high-breakdown-voltage reset MOSFET and a high-breakdown-voltage address signal MOSFET in consideration of the withstand voltage of the gate insulating film for the MOSFET operating at the circuit power supply voltage, which complicates the manufacturing of the amplification type solid-state imaging device. Problem arises.

【0015】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものである。従って、本発明の目的は、画素信号の振
幅を大きくしダイナミックレンジを向上しつつ、容量性
残像を減少し雑音の発生が減少できる増幅型固体撮像装
置の提供にある。
The present invention has been made to solve the above problems. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an amplification type solid-state imaging device capable of reducing a capacitive afterimage and reducing noise while increasing the amplitude of a pixel signal and improving a dynamic range.

【0016】さらに、本発明の目的は、画素信号の読出
し動作の誤動作を防止しつつ、画素信号の変動が減少で
きる増幅型固体撮像素子の提供にある。
It is a further object of the present invention to provide an amplification type solid-state imaging device which can reduce the fluctuation of the pixel signal while preventing the malfunction of the reading operation of the pixel signal.

【0017】さらに、本発明の目的は、構造並びに製造
が簡易化できる増幅型固体撮像装置の提供ある。
Still another object of the present invention is to provide an amplification type solid-state imaging device which can simplify the structure and the manufacturing.

【0018】さらに、本発明の目的は、上記目的が達成
できる画像信号読出し方法の提供にある。
Still another object of the present invention is to provide an image signal reading method which can achieve the above object.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、光信号を電気信号に変換する光電変換
素子と、光電変換素子で変換された信号量を検出する信
号検出部と、信号検出部で検出された信号を増幅し垂直
信号線に出力する信号増幅用トランジスタと、信号検出
部に垂直走査線からバイアス注入を行うリセット用MISF
ETとを有する画素が行列状に配列された増幅型固体撮像
装置において、回路基準電位よりも高く回路電源電位よ
りも低い中間電位を垂直走査線に供給し、垂直走査線か
らリセット用MISFETを通して画素の信号検出部にバイア
ス注入を行う中間電位発生回路を備えたことを特徴とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a photoelectric conversion element for converting an optical signal into an electric signal, and a signal detection unit for detecting a signal amount converted by the photoelectric conversion element. , A signal amplification transistor that amplifies the signal detected by the signal detection unit and outputs the signal to a vertical signal line, and a reset MISF that injects a bias from the vertical scanning line to the signal detection unit
In an amplification type solid-state imaging device in which pixels having ET are arranged in a matrix, an intermediate potential higher than a circuit reference potential and lower than a circuit power supply potential is supplied to a vertical scanning line, and the pixel is supplied from the vertical scanning line through a reset MISFET. And an intermediate potential generating circuit for injecting a bias into the signal detecting section.

【0020】好ましくは、画素は、信号増幅用トランジ
スタを構成する信号増幅用MISFETと、リセット用MISFET
と、光電変換素子から信号検出部に信号の取り出しを行
う転送用MISFETと、信号増幅用MISFET、垂直走査線のそ
れぞれに接続され画素を選択するアドレス信号用MISFET
と、を含む4トランジスタ構造で構成される。中間電位
発生回路はリセット用MISFETのしきい値電圧相当分の中
間電位を垂直走査線に供給することが好ましい。最も好
ましくは、回路基準電位に0V、回路電源電位に3.3V、中
間電位に0.3-0.7Vのそれぞれが使用され、リセット用MI
SFETのしきい値電圧は0.3-0.7Vに設定する。
Preferably, the pixel comprises a signal amplifying MISFET constituting a signal amplifying transistor and a reset MISFET.
A transfer MISFET for extracting a signal from the photoelectric conversion element to the signal detector, a signal amplification MISFET, and an address signal MISFET connected to each of the vertical scanning lines to select a pixel.
And a four-transistor structure including: The intermediate potential generating circuit preferably supplies an intermediate potential corresponding to the threshold voltage of the reset MISFET to the vertical scanning line. Most preferably, 0V is used as the circuit reference potential, 3.3V is used as the circuit power supply potential, and 0.3-0.7V is used as the intermediate potential.
The threshold voltage of the SFET is set to 0.3-0.7V.

【0021】このように構成される増幅型固体撮像装置
においては、中間電位発生回路によりバイアス注入(光
電変換素子のリセット動作)が中間電位で行われる。選
択画素には導通状態のリセット用MISFETを通して垂直走
査線から信号検出部にバイアス注入が行われ、この信号
検出部に注入されたバイアス電荷に基づき光電変換素子
がリセットされる。光電変換素子の電位が回路基準電位
とほぼ等しい電位にリセットされるので、容量性残像が
防止できる。一方、非選択画素においては、垂直走査線
に中間電位が供給されるので、基板効果により非導通時
のリセット用MISFETの見かけ上のしきい値電圧が上昇
し、垂直走査線から信号検出部へのリーク電流が防止で
きる。すなわち、選択画素においてはバイアス注入が充
分に行え、非選択画素においてはリーク電流が防止でき
るので、リセット用MISFETのしきい値電圧自体が低く設
定できる。この結果、垂直走査線からリセット用MISFET
を通して信号検出部に読出し信号を供給する際(信号検
出部のリセット動作を行った際)にしきい値電圧による
電流落ちが減少できるので、信号検出部において検出電
位幅(画素信号の振幅)が充分に確保でき、ダイナミッ
クレンジが改善できる。同様に、画素信号の読出し動作
において、アドレス信号用MISFETのしきい値電圧が低く
できるので、信号増幅用MISFETへの電源供給量が増加で
き、信号増幅用MISFETの動作範囲が拡大できる。
In the amplification type solid-state image pickup device thus configured, bias injection (reset operation of the photoelectric conversion element) is performed at the intermediate potential by the intermediate potential generating circuit. In the selected pixel, a bias is injected from the vertical scanning line to the signal detection unit through the reset MISFET in a conductive state, and the photoelectric conversion element is reset based on the bias charge injected into the signal detection unit. Since the potential of the photoelectric conversion element is reset to a potential substantially equal to the circuit reference potential, capacitive afterimage can be prevented. On the other hand, in the non-selected pixels, the intermediate potential is supplied to the vertical scanning line, so that the apparent threshold voltage of the reset MISFET at the time of non-conduction increases due to the substrate effect, and the vertical scanning line moves to the signal detection unit from the vertical scanning line. Leakage current can be prevented. That is, the bias injection can be sufficiently performed in the selected pixel, and the leak current can be prevented in the non-selected pixel, so that the threshold voltage itself of the reset MISFET can be set low. As a result, the reset MISFET
When the readout signal is supplied to the signal detection unit through the gate (the reset operation of the signal detection unit is performed), the current drop due to the threshold voltage can be reduced, so that the detection potential width (the amplitude of the pixel signal) is sufficient in the signal detection unit. And the dynamic range can be improved. Similarly, in the pixel signal reading operation, the threshold voltage of the address signal MISFET can be lowered, so that the amount of power supply to the signal amplification MISFET can be increased and the operation range of the signal amplification MISFET can be expanded.

【0022】さらに、増幅型固体撮像装置においては、
リセット用MISFET、アドレス信号用MISFETのそれぞれの
しきい値電圧が低くできるので、このそれぞれのを昇圧
する必要がなくなり、昇圧回路がなくせるとともに、低
電圧動作が実現できる。さらに、低電圧動作が実現でき
る結果、リセット用MISFET、アドレス信号用MISFETのそ
れぞれのゲート絶縁膜はその他の低電圧動作のMISFETの
ゲート絶縁膜と同一のものが使用できるので、増幅型固
体撮像装置の構造及び製造が簡易化できる。
Further, in the amplification type solid-state imaging device,
Since the threshold voltage of each of the reset MISFET and the address signal MISFET can be lowered, it is not necessary to boost each of them, so that a booster circuit can be eliminated and a low voltage operation can be realized. Furthermore, as a result of realizing low-voltage operation, the same gate insulating film of the MISFET for reset and the MISFET for address signal can be used as the gate insulating film of the other MISFET for low-voltage operation. Can be simplified in structure and manufacturing.

【0023】さらに、増幅型固体撮像装置においては、
中間電位発生回路から供給される中間電位がリセット用
MISFETのしきい値電圧相当に設定されるので、バイアス
注入により信号検出部の電位が実効的に回路基準電位に
リセットできる。
Further, in the amplification type solid-state imaging device,
The intermediate potential supplied from the intermediate potential generation circuit is for reset
Since the voltage is set to be equal to the threshold voltage of the MISFET, the potential of the signal detection unit can be effectively reset to the circuit reference potential by bias injection.

【0024】また、この発明は、前述の増幅型固体撮像
装置の画素信号読出し方法において、垂直走査線に回路
電源電位を供給し、選択された画素のリセット用MISFET
を通して信号検出部を高電位に保持し、信号検出部のリ
セット動作を行う段階と、光電変換素子で得られた信号
に基づき、信号検出部の電位変化を信号増幅用トランジ
スタで増幅し、この増幅された信号を垂直信号線を通し
て読出す画素信号読出し段階と、回路基準電位よりも高
く回路電源電位よりも低い中間電位を垂直走査線に供給
し、垂直走査線からリセット用MISFETを通して画素の信
号検出部にバイアス注入を行い、光電変換素子のリセッ
ト動作を行う段階と、を備えたことを特徴とする。
Further, according to the present invention, in the above-mentioned pixel signal reading method for an amplification type solid-state imaging device, a circuit power supply potential is supplied to a vertical scanning line, and a reset MISFET of a selected pixel is provided.
Through which the signal detection unit is held at a high potential to perform a reset operation of the signal detection unit, and based on a signal obtained by the photoelectric conversion element, a potential change of the signal detection unit is amplified by a transistor for signal amplification. A pixel signal reading step of reading the read signal through a vertical signal line, and supplying an intermediate potential higher than the circuit reference potential and lower than the circuit power supply potential to the vertical scanning line, and detecting a pixel signal from the vertical scanning line through a reset MISFET. Performing a bias injection into the unit and performing a reset operation of the photoelectric conversion element.

【0025】このように構成される増幅型固体撮像装置
においては、前述の通り、ダイナミックレンジを改善し
つつ、雑音の発生が減少できる画像信号の読出し動作が
実現できる。
In the amplification type solid-state imaging device configured as described above, as described above, the reading operation of the image signal which can reduce the generation of noise while improving the dynamic range can be realized.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図2は本発明の実施の形態1に係る増幅型
固体撮像装置の全体構成を示す概略ブロック図である。
増幅型固体撮像装置は、画素領域1、垂直走査線操作回
路10及び信号検出回路20を備える。画素領域1に
は、複数本の垂直走査線(ドレイン線)2、複数本の垂
直信号線3、複数本の水平走査線(アドレス信号線)
4、図示しないが複数本のリセット信号線、複数本の転
送ゲート信号線、及び複数個の画素Pが配置される。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating an overall configuration of the amplification type solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
The amplification type solid-state imaging device includes a pixel region 1, a vertical scanning line operation circuit 10, and a signal detection circuit 20. The pixel area 1 includes a plurality of vertical scanning lines (drain lines) 2, a plurality of vertical signal lines 3, and a plurality of horizontal scanning lines (address signal lines).
4. Although not shown, a plurality of reset signal lines, a plurality of transfer gate signal lines, and a plurality of pixels P are arranged.

【0027】複数本の垂直走査線2は、それぞれ垂直方
向に延在し、それぞれ水平方向に配列される。複数本の
垂直信号線3は、垂直走査線2と同様に、それぞれ垂直
方向に延在し、それぞれ水平方向に配列される。複数本
の水平走査線4は、垂直走査線2と交差し、それぞれ水
平方向に延在し、垂直方向に配列される。画素Pは垂直
走査線2及び垂直信号線3と水平走査線4との交差部分
に配置され、複数の画素Pは行列状に配列される。
The plurality of vertical scanning lines 2 extend in the vertical direction, and are respectively arranged in the horizontal direction. The plurality of vertical signal lines 3 extend in the vertical direction and are arranged in the horizontal direction, similarly to the vertical scanning lines 2. The plurality of horizontal scanning lines 4 intersect with the vertical scanning lines 2, extend in the horizontal direction, and are arranged in the vertical direction. The pixels P are arranged at intersections between the vertical scanning lines 2 and the vertical signal lines 3 and the horizontal scanning lines 4, and the plurality of pixels P are arranged in a matrix.

【0028】図3は前述の1画素Pの等価回路図、図4
は画素Pの各素子の具体的構造を示す断面構造図であ
る。図3に示すように、画素Pは、光電変換素子PD、
転送用MISFETT1、信号増幅用MISFETT2、リセット用
MISFETT3、アドレス信号用MISFETT4、信号検出部S
を備え、4トランジスタ構造で構成される。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of one pixel P, and FIG.
3 is a sectional structural view showing a specific structure of each element of the pixel P. FIG. As shown in FIG. 3, the pixel P includes a photoelectric conversion element PD,
MISFETT1 for transfer, MISFETT2 for signal amplification, reset
MISFETT3, MISFETT4 for address signal, signal detection unit S
And has a four-transistor structure.

【0029】光電変換素子PDは光信号を電気信号に変
換するフォトダイオードで形成される。このフォトダイ
オードは、図4中、左側に示すように、p型ウエル領域
32をアノード領域とし、p型ウエル領域32の主面部
分に形成されたn型半導体領域34をカソード領域とし
て構成される。増幅型固体撮像装置は同図4に示すよう
にp型半導体基板31を主体に構成されており、p型半
導体基板31には相補型トランジスタの構築を目的とし
てp型ウエル領域32が構成される。
The photoelectric conversion element PD is formed by a photodiode for converting an optical signal into an electric signal. As shown on the left side in FIG. 4, the photodiode is configured such that the p-type well region 32 is used as an anode region and the n-type semiconductor region 34 formed on the main surface portion of the p-type well region 32 is used as a cathode region. . As shown in FIG. 4, the amplification type solid-state imaging device mainly includes a p-type semiconductor substrate 31, and a p-type well region 32 is formed on the p-type semiconductor substrate 31 for the purpose of constructing a complementary transistor. .

【0030】転送用MISFETT1は、図3に示すように、
一方の半導体領域を光電変換素子PDのカソード領域に
接続し、他方の半導体領域を信号検出部Sを通して信号
増幅用MISFETT2のゲート電極に接続し、ゲート電極を
転送ゲート端子(転送ゲート信号線)TGに接続する。
この転送用MISFETT1は、光電変換素子PDで検出され
た信号を信号検出部Sに取り出す。転送用MISFETT1
は、図4中、中央部分に示すように、p型ウエル領域3
2で形成されるチャネル形成領域、ゲート絶縁膜33、
ゲート電極35、ソース領域及びドレイン領域として使
用される一対のn型半導体領域34で構成される。
The transfer MISFETT1, as shown in FIG.
One semiconductor region is connected to the cathode region of the photoelectric conversion element PD, the other semiconductor region is connected to the gate electrode of the MISFET T2 for signal amplification through the signal detection unit S, and the gate electrode is connected to a transfer gate terminal (transfer gate signal line) TG. Connect to
The transfer MISFETT1 takes out the signal detected by the photoelectric conversion element PD to the signal detection unit S. MISFETT1 for transfer
Represents a p-type well region 3 as shown in the central portion in FIG.
2, a channel formation region, a gate insulating film 33,
It comprises a gate electrode 35 and a pair of n-type semiconductor regions 34 used as a source region and a drain region.

【0031】信号増幅用MISFETT2は、図3に示すよう
に、ソース領域を垂直信号線3に接続し、ドレイン領域
をアドレス信号用MISFETT4のソース領域に接続する。
信号増幅用MISFETT2は、信号検出部Sの画像信号を増
幅し、増幅された画像信号を垂直信号線3に出力する。
垂直信号線3に出力された画像信号は前述の図2に示す
信号検出回路20において検出される。信号増幅用MISF
ETT2は、図4中、右側に示すように、p型ウエル領域
32で形成されるチャネル形成領域、ゲート絶縁膜3
3、ゲート電極35、ソース領域及びドレイン領域とし
て使用される一対のn型半導体領域34で構成される。
As shown in FIG. 3, the signal amplification MISFETT2 has a source region connected to the vertical signal line 3, and a drain region connected to the source region of the address signal MISFETT4.
The signal amplification MISFETT2 amplifies the image signal of the signal detection unit S, and outputs the amplified image signal to the vertical signal line 3.
The image signal output to the vertical signal line 3 is detected by the signal detection circuit 20 shown in FIG. MISF for signal amplification
As shown on the right side of FIG. 4, the ETT 2 includes a channel forming region formed by the p-type well region 32 and a gate insulating film 3.
3, a gate electrode 35, and a pair of n-type semiconductor regions 34 used as a source region and a drain region.

【0032】アドレス信号用MISFETT4は、図3に示す
ように、ゲート電極を水平走査線4に接続し、ドレイン
領域を垂直信号線2に接続する。アドレス信号用MISFET
T4は、水平走査線4に伝達される水平走査信号により
画素Pの選択、非選択を行う。さらに、アドレス信号用
MISFETT4は、画素信号の読出し動作において、垂直走
査線2から信号増幅用MISFETT2に回路動作電位を供給
する。アドレス信号用MISFETT4は、図4中、中央部分
に示すように、p型ウエル領域32で形成されるチャネ
ル形成領域、ゲート絶縁膜33、ゲート電極35、ソー
ス領域及びドレイン領域として使用される一対のn型半
導体領域34で構成される。
The address signal MISFET T4 has a gate electrode connected to the horizontal scanning line 4 and a drain region connected to the vertical signal line 2, as shown in FIG. MISFET for address signal
T4 selects or deselects a pixel P by a horizontal scanning signal transmitted to the horizontal scanning line 4. In addition, for address signals
The MISFET T4 supplies a circuit operating potential from the vertical scanning line 2 to the signal amplifying MISFET T2 in a pixel signal read operation. The MISFET T4 for an address signal is, as shown in the center portion in FIG. 4, a pair of channels used as a channel forming region formed by a p-type well region 32, a gate insulating film 33, a gate electrode 35, a source region and a drain region. It is composed of an n-type semiconductor region 34.

【0033】リセット用MISFETT3は、図3に示すよう
に、ソース領域を信号検出部Sに接続し、ドレイン領域
を垂直走査線2に接続し、ゲート電極をリセット端子
(リセット信号線)RSに接続する。このリセット用MI
SFETT3は、画像信号読出し動作において、画素Pの信
号検出部Sのリセット動作及びバイアス注入による光電
変換素子PDのリセット動作を行う。リセット用MISFET
T3は、図4中、中央部分に示すように、p型ウエル領
域32で形成されるチャネル形成領域、ゲート絶縁膜3
3、ゲート電極35、ソース領域及びドレイン領域とし
て使用される一対のn型半導体領域34で構成される。
As shown in FIG. 3, the reset MISFET T3 has a source region connected to the signal detecting portion S, a drain region connected to the vertical scanning line 2, and a gate electrode connected to a reset terminal (reset signal line) RS. I do. This reset MI
The SFETT3 performs a reset operation of the signal detection unit S of the pixel P and a reset operation of the photoelectric conversion element PD by bias injection in an image signal reading operation. MISFET for reset
T3 is a channel forming region formed by the p-type well region 32 and the gate insulating film 3 as shown in the center portion in FIG.
3, a gate electrode 35, and a pair of n-type semiconductor regions 34 used as a source region and a drain region.

【0034】これら画素Pを構成する転送用MISFETT
1、信号増幅用MISFETT2、リセット用MISFETT3、ア
ドレス信号用MISFETT4の4つのトランジスタは、いず
れも同一製造プロセスで構成され、実質的に同一構造で
構成される。例えば、増幅型固体撮像装置の製造プロセ
スに0.7μmプロセスが採用される場合、特にリセット
用MISFETT3のゲート長は最小加工寸法である0.7μm
で形成され、このリセット用MISFETT3のしきい値電圧
は0.3-0.7Vに設定される。また、アドレス信号用MISFET
T4も同様に形成される。
The transfer MISFETT constituting these pixels P
1. The four transistors of the MISFETT2 for signal amplification, the MISFETT3 for reset, and the MISFETT4 for address signal are all formed by the same manufacturing process and have substantially the same structure. For example, when a 0.7 μm process is employed in the manufacturing process of the amplification type solid-state imaging device, the gate length of the reset MISFET T3 is particularly 0.7 μm, which is the minimum processing size.
The threshold voltage of the reset MISFET T3 is set to 0.3-0.7V. MISFET for address signal
T4 is similarly formed.

【0035】図1は前述の図2に示す垂直走査線操作回
路10の詳細な等価回路図である。垂直走査線操作回路
10は、垂直信号線(DR)2毎に配置されたドライバ
回路10Aと、このドライバ回路10Aと垂直信号線2
との間に配置された中間電位発生回路10Bとを備え
る。
FIG. 1 is a detailed equivalent circuit diagram of the vertical scanning line operation circuit 10 shown in FIG. The vertical scanning line operation circuit 10 includes a driver circuit 10A arranged for each vertical signal line (DR) 2 and the driver circuit 10A and the vertical signal line 2
And an intermediate potential generating circuit 10B arranged between the two.

【0036】ドライバ回路10Aは、垂直走査線2を選
択し、この垂直走査線2に回路電源電位を供給する。ド
ライバ回路10Aの動作は垂直走査線操作回路10に供
給される走査制御信号DRGにより制御される。ドライ
バ回路10Aは同図1に示すように、直列に2段接続し
たインバータ回路11及び12で構成される。最終段の
インバータ回路12は、回路電源電位、例えば3.3Vを垂
直走査線2に供給できる。ドライバ回路10Aのインバ
ータ回路段数は2段に限定されないが、偶数段の場合に
は、走査制御信号DRGが高電位だとインバータ回路1
0Aの出力も高電位になり、走査制御信号DRGが低電
位だとインバータ回路10Aの出力も低電位になり、入
力と出力とが揃えられる。
The driver circuit 10A selects the vertical scanning line 2 and supplies a circuit power supply potential to the vertical scanning line 2. The operation of the driver circuit 10A is controlled by a scanning control signal DRG supplied to the vertical scanning line operation circuit 10. As shown in FIG. 1, the driver circuit 10A includes inverter circuits 11 and 12 connected in two stages in series. The final-stage inverter circuit 12 can supply a circuit power supply potential, for example, 3.3 V, to the vertical scanning line 2. Although the number of inverter circuit stages of the driver circuit 10A is not limited to two, in the case of an even number stage, if the scanning control signal DRG has a high potential, the inverter circuit 1
The output of 0A also has a high potential, and if the scanning control signal DRG has a low potential, the output of the inverter circuit 10A also has a low potential, so that the input and the output are aligned.

【0037】中間電位発生回路10Bは、図1に示すよ
うに、トランスミッション回路13、インバータ回路1
4、分割抵抗を構成する抵抗素子15及び16、中間電
位をチャージ、ディスチャージする容量素子17、中間
電位の供給を制御するスイッチング用MISFET18を備え
る。トランスミッション回路13は走査制御信号DRG
により制御され、トランスミッション回路13の導通
時、トランスミッション回路13はドライバ回路10A
の出力である回路電源電位を垂直走査線2に供給する。
中間電位発生回路10Bにおいては、この垂直走査線2
に回路電源電位を供給中に、ドライバ回路10Aの出力
である回路電源電位が抵抗素子15及び16の分割抵抗
により中間電位に生成され、この中間電位は容量素子1
7にチャージされる。中間電位は、回路基準電位例えば
0Vよりも高く回路電源電位例えば3.3Vよりも低い電位で
あり、好ましくはリセット用MISFETT3(又はアドレス
信号用MISFETT4)のしきい値電圧に相当する電位に設
定される。前述の通り、本実施の形態において、リセッ
ト用MISFETT3のしきい値電圧は0.3-0.7Vに設定されて
いるので、中間電位は同様に0.3-0.7Vに設定する。トラ
ンスミッション回路13の非導通時にはドライバ回路1
0Aの出力が回路基準電位になるが、スイッチ用MISFET
18が導通状態になり、容量素子17にチャージされた
中間電位が垂直走査線2にディスチャージされる。
As shown in FIG. 1, the intermediate potential generating circuit 10B includes a transmission circuit 13, an inverter circuit 1
4, resistance elements 15 and 16 constituting a divided resistor, a capacitance element 17 for charging and discharging an intermediate potential, and a switching MISFET 18 for controlling supply of the intermediate potential. The transmission circuit 13 has a scanning control signal DRG
When the transmission circuit 13 is conducting, the transmission circuit 13 is controlled by the driver circuit 10A.
Is supplied to the vertical scanning line 2.
In the intermediate potential generating circuit 10B, the vertical scanning line 2
During the supply of the circuit power supply potential to the circuit element 1, the circuit power supply potential which is the output of the driver circuit 10A is generated at the intermediate potential by the divided resistors of the resistance elements 15 and 16, and this intermediate potential is
7 is charged. The intermediate potential is a circuit reference potential, for example,
The potential is higher than 0 V and lower than the circuit power supply potential, for example, 3.3 V, and is preferably set to a potential corresponding to the threshold voltage of the reset MISFET T3 (or the address signal MISFET T4). As described above, in the present embodiment, the threshold voltage of the reset MISFET T3 is set to 0.3 to 0.7 V, so that the intermediate potential is set to 0.3 to 0.7 V in the same manner. When the transmission circuit 13 is not conducting, the driver circuit 1
The output of 0A becomes the circuit reference potential, but the MISFET for the switch
18 becomes conductive, and the intermediate potential charged in the capacitor 17 is discharged to the vertical scanning line 2.

【0038】次に、このように構成される増幅型固体撮
像装置の画像信号読出し動作について、図5を参照して
説明する。図5は画像信号読出し動作において各素子の
動作タイミングを示すタイミングチャート図である。
Next, the image signal reading operation of the amplification type solid-state imaging device configured as described above will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a timing chart showing the operation timing of each element in the image signal reading operation.

【0039】(1)まず、画素Pの信号検出部Sのリセ
ット動作を行う。このリセット動作においては、選択垂
直走査線2と選択水平走査線4との交差部に位置する選
択画素Pにおいて、リセット用MISFETT3が導通状態に
なり、垂直信号線2から回路電源電位が信号検出部Sに
供給され、信号検出部Sが高電位に保持される(図2及
び図3参照)。垂直走査線2には、図1に示すドライバ
回路10Aから中間電位発生回路10Bを通して回路電
源電位が供給され、この回路電源電位は選択画素Pのリ
セット用MISFETT3を通して信号検出部Sに供給され
る。信号検出部Sに供給された高電位はリセット用MISF
ETT3のしきい値電圧落ちがあるものの、リセット用MI
SFETT3のしきい値電圧が低く設定されているので、信
号検出部Sは充分に高い高電位に保持される。
(1) First, a reset operation of the signal detection unit S of the pixel P is performed. In this reset operation, in the selected pixel P located at the intersection of the selected vertical scanning line 2 and the selected horizontal scanning line 4, the reset MISFET T3 becomes conductive, and the circuit power supply potential from the vertical signal line 2 to the signal detection unit S, and the signal detection unit S is held at a high potential (see FIGS. 2 and 3). The vertical scanning line 2 is supplied with a circuit power supply potential from the driver circuit 10A shown in FIG. 1 through the intermediate potential generation circuit 10B, and this circuit power supply potential is supplied to the signal detection unit S through the reset MISFET T3 of the selected pixel P. The high potential supplied to the signal detection unit S is the reset MISF
Despite the threshold voltage drop of ETT3, reset MI
Since the threshold voltage of the SFET T3 is set low, the signal detection unit S is held at a sufficiently high high potential.

【0040】(2)次に、画素信号の読出し動作を行
う。この画素信号の読出し動作は、光電変換素子PDで
得られた画素信号(信号電荷)を転送用MISFETT1を通
して信号検出部Sに供給し、この画像信号の供給に伴う
信号検出部Sの電位変化を信号増幅用MISFETT2により
電流増幅し、増幅された画像信号を垂直信号線3を通し
て信号検出回路20に伝達することにより行われる。ア
ドレス信号用MISFETT4は、非選択時に基板バイアス効
果によりしきい値電圧が見かけ上、上昇できるので、リ
ーク電流が防止できる。つまり、アドレス信号用MISFET
T4のしきい値電圧が低く設定できるので、垂直走査線
2から信号増幅用MISFETT2に供給される電流量が増加
でき、信号増幅用MISFETT2の動作範囲が拡大できる。
(2) Next, a pixel signal read operation is performed. This pixel signal reading operation is performed by supplying a pixel signal (signal charge) obtained by the photoelectric conversion element PD to the signal detection unit S through the transfer MISFET T1, and detecting a potential change of the signal detection unit S accompanying the supply of the image signal. The current is amplified by the MISFET T2 for signal amplification, and the amplified image signal is transmitted to the signal detection circuit 20 through the vertical signal line 3. Since the threshold voltage of the address signal MISFET T4 can be apparently increased by the substrate bias effect when the address signal is not selected, a leak current can be prevented. In other words, MISFET for address signal
Since the threshold voltage of T4 can be set low, the amount of current supplied from the vertical scanning line 2 to the signal amplification MISFET T2 can be increased, and the operating range of the signal amplification MISFET T2 can be expanded.

【0041】(3)次に、光電変換素子PDのバイアス
注入によるリセット動作を行う。この光電変換素子PD
のリセット動作においては、まず垂直走査線操作回路1
0の中間電位発生回路10Bにおいて予め容量素子17
にチャージされた中間電位を垂直走査線2に供給したま
ま、リセット用MISFETT3と転送用MISFETT1とを導通
状態にする。垂直走査線2に供給された中間電位は信号
検出部Sを通して光電変換素子PDに供給され、光電変
換素子PDの電位はほぼ回路基準電位に保持される。垂
直信号線2に供給される中間電位は前述のように回路基
準電位よりも高く回路電源電位よりも低い電位であり、
特に本実施の形態においてはリセット用MISFETT3のし
きい値電圧相当の電位が中間電位として使用されるの
で、リセット用MISFETT3のしきい値電圧を差し引いた
回路基準電位に相当する0Vが信号検出部Sを通して光電
変換素子PDにバイアス注入される。
(3) Next, a reset operation by bias injection of the photoelectric conversion element PD is performed. This photoelectric conversion element PD
In the reset operation, the vertical scanning line operation circuit 1
0 in the intermediate potential generating circuit 10B.
The reset MISFETT3 and the transfer MISFETT1 are made conductive while the intermediate potential charged to the MISFETT3 is supplied to the vertical scanning line 2. The intermediate potential supplied to the vertical scanning line 2 is supplied to the photoelectric conversion element PD through the signal detection unit S, and the potential of the photoelectric conversion element PD is held substantially at the circuit reference potential. The intermediate potential supplied to the vertical signal line 2 is higher than the circuit reference potential and lower than the circuit power supply potential, as described above.
In particular, in the present embodiment, a potential corresponding to the threshold voltage of the reset MISFET T3 is used as the intermediate potential, so that 0 V corresponding to the circuit reference potential obtained by subtracting the threshold voltage of the reset MISFET T3 is equal to 0 V. Through the photoelectric conversion element PD.

【0042】この時、非選択画素Pにおいては、垂直走
査線2に中間電位が供給されることにより、基板効果で
リセット用MISFETT3のしきい値電圧は、中間電位に相
当する分、見かけ上、上昇する。従って、非選択画素P
においては、非導通状態のリセット用MISFETT3でリー
クするリーク電流が防止できる。
At this time, in the non-selected pixel P, the intermediate potential is supplied to the vertical scanning line 2, so that the threshold voltage of the reset MISFET T3 is equivalent to the intermediate potential due to the body effect, and apparently, Rise. Therefore, the unselected pixel P
In this case, the leakage current leaking from the reset MISFET T3 in the non-conductive state can be prevented.

【0043】(4)そして、転送用MISFETT1を非導通
状態に維持した状態において、垂直走査線2に回路電源
電位、例えば3.3Vを供給すると、光電変換素子PDの電
位が回路基準電位に保持されたまま、信号検出部Sの電
位が回路電源電位に上昇し、信号検出部Sの信号電荷が
空になった状態になる。
(4) Then, when a circuit power supply potential, for example, 3.3 V is supplied to the vertical scanning line 2 while the transfer MISFET T1 is kept in a non-conductive state, the potential of the photoelectric conversion element PD is held at the circuit reference potential. In this state, the potential of the signal detection unit S rises to the circuit power supply potential, and the signal charge of the signal detection unit S becomes empty.

【0044】この状態において、最後に光電変換素子P
Dの電位を初期化する。光電変換素子PDの初期化は、
転送用MISFETT1のみを導通状態にし、光電変換素子P
Dのリセットされた電荷を信号検出部Sを通して垂直走
査線2に排出することにより行われる。前述のように、
非選択画素Pにおいては、リセット用MISFETT3を通し
た垂直走査線2から信号検出部Sへのリーク電流が防止
されているので、信号検出部Sから光電変換素子PDへ
のリーク電流が防止できる。この結果、転送用MISFETT
1のしきい値電圧はリセット用MISFETT3のしきい値電
圧と同様に低く設定でき、増幅型固体撮像装置は低電圧
動作を実現できる。
In this state, finally, the photoelectric conversion element P
The potential of D is initialized. Initialization of the photoelectric conversion element PD
Only the transfer MISFET T1 is turned on, and the photoelectric conversion element P
This is performed by discharging the reset electric charge of D to the vertical scanning line 2 through the signal detection unit S. As aforementioned,
In the non-selected pixels P, the leakage current from the vertical scanning line 2 through the reset MISFET T3 to the signal detection unit S is prevented, so that the leakage current from the signal detection unit S to the photoelectric conversion element PD can be prevented. As a result, the transfer MISFETT
The threshold voltage of 1 can be set as low as the threshold voltage of the reset MISFET T3, and the amplification type solid-state imaging device can realize low voltage operation.

【0045】(5)光電変換素子PDのリセット動作が
終了すると、1つの画素Pにおいて画素信号読出し動作
が終了する。増幅型固体撮像装置においては、このよう
な画素信号読出し動作が1本の水平走査線毎に垂直方向
に配列された画素数分だけ行われる。
(5) When the reset operation of the photoelectric conversion element PD ends, the pixel signal reading operation ends for one pixel P. In the amplification type solid-state imaging device, such a pixel signal reading operation is performed by the number of pixels arranged in the vertical direction for each horizontal scanning line.

【0046】以上説明したように、本実施の形態に係る
増幅型固体撮像装置においては、中間電位発生回路10
Bによりバイアス注入が中間電位で行われ、選択画素P
の信号検出部Sの電位が回路基準電位とほぼ等しい電位
にリセットされ、この信号検出部Sのバイアス注入され
た電位に基づき光電変換素子PDがリセットされる。従
って、容量性残像が防止できる。一方、非選択画素Pに
おいては、中間電位による基板効果で非導通時のリセッ
ト用MISFETT3の見かけ上のしきい値電圧が上昇でき、
垂直走査線2から信号検出部Sへのリーク電流が防止で
きる。すなわち、選択画素Pにおいてはバイアス注入が
充分に行え、非選択画素Pにおいてはリーク電流が防止
できるので、リセット用MISFETT3のしきい値電圧自体
が低く設定できる。この結果、垂直走査線2からリセッ
ト用MISFETT3を通して信号検出部Sに読出し信号を供
給する際(画素のリセット動作を行った際)にしきい値
電圧による電流落ちが減少できるので、信号検出部Sに
おいて検出電位幅(画素信号の振幅)が充分に確保で
き、ダイナミックレンジが改善できる。
As described above, in the amplification type solid-state imaging device according to the present embodiment, the intermediate potential generation circuit 10
B, bias injection is performed at an intermediate potential, and the selected pixel P
Is reset to a potential substantially equal to the circuit reference potential, and the photoelectric conversion element PD is reset based on the bias-injected potential of the signal detection unit S. Therefore, capacitive afterimages can be prevented. On the other hand, in the non-selected pixel P, the apparent threshold voltage of the reset MISFET T3 at the time of non-conduction can be increased by the substrate effect due to the intermediate potential,
Leakage current from the vertical scanning line 2 to the signal detection unit S can be prevented. That is, since the bias injection can be sufficiently performed in the selected pixel P and the leak current can be prevented in the non-selected pixel P, the threshold voltage itself of the reset MISFET T3 can be set low. As a result, when the readout signal is supplied from the vertical scanning line 2 to the signal detection unit S through the reset MISFET T3 (when the pixel is reset), the current drop due to the threshold voltage can be reduced. The detection potential width (amplitude of the pixel signal) can be sufficiently secured, and the dynamic range can be improved.

【0047】同様に、画素信号の読出し動作において、
アドレス信号用MISFETT4のしきい値電圧が低くできる
ので、信号増幅用MISFETT2への電源供給量が増加で
き、信号増幅用MISFETT2の動作範囲が拡大できる。
Similarly, in the read operation of the pixel signal,
Since the threshold voltage of the address signal MISFETT4 can be reduced, the amount of power supply to the signal amplification MISFETT2 can be increased, and the operating range of the signal amplification MISFETT2 can be expanded.

【0048】さらに、増幅型固体撮像装置においては、
リセット用MISFETT3、アドレス信号用MISFETT4のそ
れぞれのしきい値電圧が低くできるので、これらのMISF
ETを昇圧する必要がなくなり、昇圧回路がなくせるとと
もに、低電圧動作が実現できる。さらに、低電圧動作が
実現できる結果、リセット用MISFETT3、アドレス信号
用MISFETT4のそれぞれのゲート絶縁膜はその他の低電
圧動作のMISFETのゲート絶縁膜と同一のものが使用でき
るので、増幅型固体撮像装置の構造及び製造が簡易化で
きる。
Further, in the amplification type solid-state imaging device,
Since the threshold voltage of each of the reset MISFETT3 and the address signal MISFETT4 can be reduced,
There is no need to boost the ET, eliminating the need for a booster circuit and realizing low voltage operation. Further, as a result of realizing low-voltage operation, the same gate insulating film as the other low-voltage operation MISFETs can be used for the reset MISFETT3 and the address signal MISFETT4. Can be simplified in structure and manufacturing.

【0049】さらに、増幅型固体撮像装置においては、
中間電位発生回路10Bから供給される中間電位がリセ
ット用MISFETT3のしきい値電圧相当に設定されるの
で、バイアス注入により信号検出部Sの電位が実効的に
回路基準電位にリセットできる。
Further, in the amplification type solid-state imaging device,
Since the intermediate potential supplied from the intermediate potential generating circuit 10B is set to be equivalent to the threshold voltage of the reset MISFET T3, the potential of the signal detection unit S can be effectively reset to the circuit reference potential by bias injection.

【0050】さらに、増幅型固体撮像装置においては、
前述の通り、ダイナミックレンジを改善しつつ、雑音の
発生が減少できる画像信号の読出し動作が実現できる。
Further, in the amplification type solid-state imaging device,
As described above, it is possible to realize an image signal reading operation capable of reducing the generation of noise while improving the dynamic range.

【0051】なお、本発明は、前述の実施の形態に限定
されない。特に、前述の中間電位発生回路10Bの変形
は自由に行える。
The present invention is not limited to the above embodiment. In particular, the above-described intermediate potential generation circuit 10B can be freely modified.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明は、画素信号の振幅を大きくしダ
イナミックレンジを向上しつつ、容量性残像を減少し雑
音の発生が減少できる増幅型固体撮像装置を提供でき
る。さらに、本発明は、画素信号の読出し動作の誤動作
を防止しつつ、画素信号の変動が減少できる増幅型固体
撮像素子を提供できる。さらに、本発明は、構造並びに
製造が簡易化できる増幅型固体撮像装置を提供できる。
さらに、本発明は、これらの効果が得られる画像信号読
出し方法を提供できる。
According to the present invention, it is possible to provide an amplification type solid-state imaging device capable of increasing the amplitude of a pixel signal and improving a dynamic range, reducing capacitive afterimages and reducing noise. Further, the present invention can provide an amplifying solid-state imaging device capable of reducing a fluctuation of a pixel signal while preventing a malfunction of a reading operation of the pixel signal. Further, the present invention can provide an amplification type solid-state imaging device which can simplify the structure and the manufacturing.
Further, the present invention can provide an image signal reading method that can obtain these effects.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態1に係る増幅型固体撮像装
置の垂直走査線操作回路の詳細な等価回路図である。
FIG. 1 is a detailed equivalent circuit diagram of a vertical scanning line operation circuit of an amplification type solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】増幅型固体撮像装置の全体構成を示す概略ブロ
ック図である。
FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating an overall configuration of an amplification type solid-state imaging device.

【図3】画素の等価回路図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a pixel.

【図4】画素の各素子の具体的構造を示す断面構造図で
ある。
FIG. 4 is a cross-sectional structural view showing a specific structure of each element of a pixel.

【図5】画像信号読出し動作において各素子の動作タイ
ミングを示すタイミングチャート図である。
FIG. 5 is a timing chart showing the operation timing of each element in the image signal reading operation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 画像領域 2 垂直走査線 3 垂直信号線 4 水平走査線 10 垂直走査線操作回路 10A ドライバ回路 10B 中間電位発生回路 11、12、14 インバータ回路 13 トランスミッション回路 15、16 抵抗素子 17 容量素子 18 スイッチング用MISFET 20 信号検出回路 P 画素 PD 光電変換素子 T1 転送用MISFET T2 信号増幅用MISFET T3 リセット用MISFET T4 アドレス信号用MISFET DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image area 2 Vertical scanning line 3 Vertical signal line 4 Horizontal scanning line 10 Vertical scanning line operation circuit 10A Driver circuit 10B Intermediate potential generating circuit 11, 12, 14 Inverter circuit 13 Transmission circuit 15, 16 Resistance element 17 Capacitance element 18 For switching MISFET 20 signal detection circuit P pixel PD photoelectric conversion element T1 MISFET for transfer T2 MISFET for signal amplification T3 MISFET for reset T4 MISFET for address signal

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光信号を電気信号に変換する光電変換素
子と、前記光電変換素子で変換された信号量を検出する
信号検出部と、前記信号検出部で検出された信号を増幅
し垂直信号線に出力する信号増幅用トランジスタと、前
記信号検出部に垂直走査線からバイアス注入を行うリセ
ット用MISFETとを有する画素が行列状に配列された増幅
型固体撮像装置において、 回路基準電位よりも高く回路電源電位よりも低い中間電
位を前記垂直走査線に供給し、前記垂直走査線からリセ
ット用MISFETを通して画素の信号検出部にバイアス注入
を行う中間電位発生回路を備えたことを特徴とする増幅
型固体撮像装置。
A photoelectric conversion element that converts an optical signal into an electric signal; a signal detection unit that detects an amount of the signal converted by the photoelectric conversion element; and a vertical signal that amplifies the signal detected by the signal detection unit. In an amplification type solid-state imaging device in which pixels having a signal amplification transistor that outputs a signal to a line and a reset MISFET that injects a bias from a vertical scanning line to the signal detection unit are arranged in a matrix, the voltage is higher than a circuit reference potential. An amplification type comprising: an intermediate potential generating circuit that supplies an intermediate potential lower than a circuit power supply potential to the vertical scanning line, and injects a bias from the vertical scanning line to a signal detection unit of a pixel through a reset MISFET. Solid-state imaging device.
【請求項2】 前記画素は、前記信号増幅用トランジス
タを構成する信号増幅用MISFETと、前記リセット用MISF
ETと、前記光電変換素子から信号検出部に信号の取り出
しを行う転送用MISFETと、前記信号増幅用MISFET、垂直
走査線のそれぞれに接続され前記画素を選択するアドレ
ス信号用MISFETと、を含む4トランジスタ構造で構成さ
れることを特徴とする増幅型固体撮像装置。
2. The method according to claim 1, wherein the pixel comprises a signal amplification MISFET constituting the signal amplification transistor, and a reset MISF.
4 including an ET, a transfer MISFET for extracting a signal from the photoelectric conversion element to the signal detection unit, the signal amplifying MISFET, and an address signal MISFET connected to each of the vertical scanning lines and selecting the pixel. An amplification-type solid-state imaging device having a transistor structure.
【請求項3】 前記中間電位発生回路は、前記リセット
用MISFETのしきい値電圧相当分の中間電位を垂直走査線
に供給することを特徴とする請求項1に記載の増幅型固
体撮像装置。
3. The amplifying solid-state imaging device according to claim 1, wherein the intermediate potential generating circuit supplies an intermediate potential corresponding to a threshold voltage of the reset MISFET to a vertical scanning line.
【請求項4】 光信号を電気信号に変換する光電変換素
子と、前記光電変換素子で変換された信号量を検出する
信号検出部と、前記信号検出部で検出された信号を増幅
し垂直信号線に出力する信号増幅用トランジスタと、前
記信号検出部に垂直走査線からバイアス注入を行うリセ
ット用MISFETとを有する画素が行列状に配列された増幅
型固体撮像装置の画素信号読出し方法において、 前記垂直走査線に回路電源電位を供給し、選択された画
素のリセット用MISFETを通して信号検出部を高電位に保
持し、信号検出部のリセット動作を行う段階と、 前記光電変換素子で得られた信号に基づき、前記信号検
出部の電位変化を前記信号増幅用トランジスタで増幅
し、この増幅された信号を垂直信号線を通して読出す画
素信号読出し段階と、 回路基準電位よりも高く回路電源電位よりも低い中間電
位を前記垂直走査線に供給し、前記垂直走査線からリセ
ット用MISFETを通して画素の信号検出部にバイアス注入
を行い、光電変換素子のリセット動作を行う段階と、 を備えたことを特徴とする増幅型固体撮像装置の画素信
号読出し方法。
4. A photoelectric conversion element for converting an optical signal into an electric signal, a signal detection unit for detecting an amount of the signal converted by the photoelectric conversion element, and a vertical signal for amplifying the signal detected by the signal detection unit. A pixel signal reading method of an amplification type solid-state imaging device in which pixels having a signal amplification transistor that outputs a signal to a line and a reset MISFET that performs a bias injection from a vertical scanning line to the signal detection unit are arranged in a matrix, Supplying a circuit power supply potential to the vertical scanning line, holding the signal detection unit at a high potential through the reset MISFET of the selected pixel, and performing a reset operation of the signal detection unit, and a signal obtained by the photoelectric conversion element. A pixel signal reading step of amplifying a potential change of the signal detection unit by the signal amplifying transistor and reading out the amplified signal through a vertical signal line, based on a circuit reference potential. Supplying an intermediate potential higher than the circuit power supply potential to the vertical scanning line, performing bias injection from the vertical scanning line to the signal detection unit of the pixel through the reset MISFET, and performing a reset operation of the photoelectric conversion element. A pixel signal reading method for an amplification type solid-state imaging device, comprising:
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