WO2020059580A1 - 固体撮像装置及び電子機器 - Google Patents
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Definitions
- transistors for example, a reset transistor 904 and an amplification transistor 905 are provided between the plurality of unit pixels 900 in order to reduce the pitch of the unit pixels 900 (hereinafter, referred to as pixel pitch).
- pixel pitch the pitch of the unit pixels 900
- the parasitic capacitance C fd of the FD 903 increases along with the extension of the wiring from the plurality of transfer transistors 902 to the amplification transistor 905 of the shared pixel 900A, and the conversion efficiency ⁇ fd Becomes increasingly difficult.
- the open loop gain ⁇ Av is generally a large value of about several tens to 100. Therefore, the parasitic capacitance C fd of the FD 903 having a large capacitance value is suppressed by the high open-loop gain -Av. Thereby, the influence of the parasitic capacitance C fd can be suppressed, and as a result, it can be expressed as ⁇ vsl ⁇ e / C gd .
- the column readout circuit unit 14 includes at least a circuit for supplying a constant current to the unit pixels 100 in the selected row in the pixel array unit 13 for each column, a current mirror circuit, a switch for switching the unit pixels 100 to be read out, and the like.
- An amplifier is formed together with a transistor in a selected pixel in the array unit 13, and the photoelectric charge signal is converted into a voltage signal and output to the vertical pixel wiring LV.
- the vertical drive circuit 12 includes a shift register, an address decoder, and the like, and drives each unit pixel 100 of the pixel array unit 13 simultaneously for all pixels or in units of rows. Although the specific configuration of the vertical drive circuit 12 is not shown, the vertical drive circuit 12 has a read scanning system and a sweep scanning system or a batch sweeping and batch transfer system.
- the signal level of the pixel signal read out by the readout operation by the readout scanning system corresponds to the amount of light incident after the immediately preceding readout operation or the electronic shutter operation.
- the period from the readout timing by the immediately preceding readout operation or the sweep timing by the electronic shutter operation to the readout timing by the current readout operation is the photocharge accumulation time (exposure time) in the unit pixel 100.
- the time from batch sweep to batch transfer is the accumulation time (exposure time).
- the system control unit 11 includes a timing generator that generates various timing signals, and controls the vertical drive circuit 12, the column signal processing circuit 15, the horizontal drive circuit 16, and the like based on the various timing signals generated by the timing generator. Drive control is performed.
- FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a schematic configuration example of a unit pixel in an effective pixel area according to the present embodiment.
- the unit pixel 100 includes a PD 101, a transfer transistor 102, a reset transistor 104, a first amplification transistor 105 1 , a first selection transistor 106 1 , a second amplification transistor 105 2 , a second selection transistor 106 2 , A first selection transistor driving line 116 1 , a second selection transistor driving line 116 2 , a reset transistor driving line 114, a transfer transistor driving line 112, which is a pixel driving line LD having one end connected to the vertical driving circuit 12; It comprises a vertical signal line VSL which is a vertical pixel line LV having one end connected to the column readout circuit section 14, a vertical reset input line VRD, and a vertical current supply line VCOM.
- the anode of the PD 101 is grounded, and the cathode is connected to the source of the transfer transistor 102.
- the drain of the transfer transistor 102 is connected to the source and the first and second gate of the amplifying transistor 105 1 and 105 2 of the reset transistor 104, constituting a node connection point serves as FD 103.
- the reset transistor 104 is arranged in series between the FD 103 and the vertical reset input line VRD.
- the drain of the reset transistor 104 is connected to the vertical reset input line VRD.
- First and second source of the amplifying transistor 105 1 and 105 2 are connected to the vertical current supply line VCOM, respectively.
- First drain of the amplifier transistor 105 1 is connected to a first source of the selection transistor 106 1
- the second drain of the amplifier transistor 105 2 is connected to a second source of the selection transistor 106 2.
- the drains of the first and second selection transistors 106 1 and 106 2 are connected to the vertical signal line VSL, respectively.
- the gate of the transfer transistor 102, the gate of the reset transistor 104, and the gates of the first and second select transistors 106 1 and 106 2 are connected to the vertical drive circuit 12 via the pixel drive line LV, respectively. A pulse as a signal is supplied to each.
- the unit pixel 100 according to this embodiment has a structure in which the gate is connected to the parallel of the two amplifier transistors relative FD 103 (105 1 and 105 2).
- the unit pixel 100 according to the present embodiment has a configuration of two fingers in which the amplification transistor is divided into two.
- the overlap capacitance C gd between the FD 103 and the vertical signal line VSL can be increased, for example, by a factor of two, so that the conversion efficiency ⁇ vsl can be effectively reduced.
- the FD 103 has a function of accumulating charges transferred from the PD 101 via the transfer transistor 102 and converting the charges into a voltage. Therefore, in the floating state in which the reset transistor 104 is turned off, the potential of the FD 103 is modulated according to the amount of accumulated charge.
- FIG. 7 is a top view illustrating a layout example of unit pixels according to the present embodiment.
- the PD 101 is formed by the n-type semiconductor region 1011 formed on the semiconductor substrate and the p-type semiconductor region 1012 surrounding the n-type semiconductor region 1011.
- a transfer transistor 102 is arranged, for example, substantially at the center of the n-type semiconductor region 1011 in the PD 101.
- the first and second amplification transistors 105 1 and 105 2 and the first and second selection transistors 106 1 and 106 2 are, for example, n-type semiconductors.
- the other end of the wiring 1031 is branched into, for example, three.
- One of the three branched ends is connected to the source of the reset transistor 104 via the electrode 1043, for example.
- One of the remaining two ends, for example, via the electrodes 1052 1 is connected to the gate 1051 of the first amplifier transistor 105 1, the other one, for example, via the electrodes 1052 2, It is connected to the gate 1051 of the second amplifier transistor 105 2.
- the unit pixel 100 has a two-finger configuration in which the amplification transistor is divided into two.
- the gate 1061 1 of the first selection transistor 106 1 is connected to the selection transistor drive line 116 1 (see FIG. 6) via, for example, the electrode 1062 1 .
- the second gate 1061 and second selection transistors 106 2 is connected to the selection transistor driving line 116 2 (see FIG. 6).
- the transfer control signal TRG of the signal pixel 100A rises to a high level in a pulse shape
- the charges accumulated in the PD 101 of the signal pixel 100A are transferred to the FD 103 via the transfer transistor 102. Is done.
- the potential of the FD 103 of the signal pixel 100A is modulated by the transferred charges.
- the modulated potential is input to the first gate of the amplifying transistor 105 1 of the signal pixel 100A as a voltage signal, a voltage signal corresponding to the accumulated charge amount to the vertical signal line VSL of the signal pixel 100A side appears.
- FIG. 10 is a timing chart showing a driving example of the differential amplification read circuit according to the present embodiment in the second differential read mode. Note that the second differential read mode, by using both of the first amplification transistor 105 1 and a second amplifier transistor 105 2, a read mode having a reduced conversion efficiency Itavsl.
- the unit pixel 100-1 is provided with a vertical signal line VSL11 and a signal line VL1.
- the signal line VL1 functions as a part of the vertical signal line VSL during source follower reading, and functions as the vertical current supply line VCOM during differential amplification reading.
- the vertical reset signal line VRD1 is connected to the power supply voltage VDD via the switch SW17 and to a predetermined power supply Vrst via the switch SW16.
- the signal line VL2 is connected to the power supply voltage VDD via the switch SW22 and to the tail current source 142 via the switch SW23.
- the switches SW12, SW14, SW17, SW22, SW24 and SW27 are turned on. Note that the other switches are off.
- the switches SW0, SW13, SW15, and SW21 are used. , SW23 and SW26 are turned on. Note that the other switches are off.
- the unit pixel 100 according to this embodiment has a structure in which the gate of the two amplifier transistors relative FD 103 (105 1 and 105 2) are connected in parallel.
- the unit pixel 100 according to the present embodiment has a configuration of two fingers in which the amplification transistor is divided into two.
- the overlap capacitance C gd between the FD 103 and the vertical signal line VSL can be increased, for example, by a factor of two, so that the conversion efficiency ⁇ vsl can be effectively reduced.
- FIG. 23 is a top view illustrating a layout example of a unit pixel according to the present embodiment.
- Figure 24 is a structural example of a D-D cross section in FIG. 23, i.e., a cross-sectional view showing a second example of the cross-sectional structure of the amplification transistor 305 2.
- the first gate length of the amplifying transistor 105 1 (channel length) L1 for example, be equal to the first amplifying transistor 105 first gate length in the first embodiment (channel length) Good or short. If shortening the first gate length of the amplifying transistor 105 1 (channel length) L1, the capacity C fd of FD103 is reduced, the conversion efficiency of the source follower read and differential amplifier reading using the first amplification transistor 105 1 It is possible to increase.
- a photoelectric conversion element that generates a charge according to the amount of incident light
- a transfer transistor for transferring the charge generated in the photoelectric conversion element
- a charge storage unit that stores the charge transferred by the transfer transistor
- An amplification transistor including at least two fingers connected in parallel to the charge storage unit;
- a selection transistor provided one-to-one for each finger of the amplification transistor;
- a solid-state imaging device including a plurality of unit pixels.
- the plurality of unit pixels include a first unit pixel and a second unit pixel, In the first unit pixel, A gate of the first amplification transistor and a gate of the second amplification transistor are connected to the charge storage unit; A source of the first amplification transistor and a source of the second amplification transistor are connected to the third signal line; A drain of the first amplification transistor is connected to the first signal line via the first selection transistor; A drain of the second amplification transistor is connected to the first signal line via the second selection transistor; In the second unit pixel, A gate of the first amplification transistor and a gate of the second amplification transistor are connected to the charge storage unit; A source of the first amplification transistor and a source of the second amplification transistor are connected to the fourth signal line, A drain of the first amplification transistor is connected to the second signal line via the first selection transistor; The solid-state imaging device according to (2), wherein a drain of the second amplification transistor is connected to the second signal line via the second
- a driving circuit for driving a unit pixel to be read out of the plurality of unit pixels includes: When reading a pixel signal from the unit pixel to be read at the first conversion efficiency, a first selection control signal of a high level is supplied to the gate of the first selection transistor and a second signal supplied to the gate of the second selection transistor.
- each of the plurality of unit pixels further includes a reset transistor configured to discharge a charge of the charge storage unit.
- a pixel array section in which a plurality of unit pixels are arranged in a matrix direction, A drive circuit for driving a unit pixel to be read out in the plurality of unit pixels, A reading circuit for reading an analog pixel signal from the unit pixel to be read driven by the driving circuit; A signal processing circuit that converts the pixel signal read by the reading circuit into a digital value; A control unit that controls the drive circuit, the readout circuit, and the signal processing circuit;
- Each of the plurality of unit pixels is A photoelectric conversion element that generates a charge according to the amount of incident light, A transfer transistor for transferring the charge generated in the photoelectric conversion element, A charge storage unit that stores the charge transferred by the transfer transistor;
- An amplification transistor including at least two fingers connected in parallel to the charge storage unit; A selection transistor provided one-to-one for each finger of the amplification transistor;
Abstract
画質の低下を抑制する。実施形態に係る固体撮像装置(1)は、入射光量に応じた電荷を発生させる光電変換素子(PD)と、前記光電変換素子に発生した前記電荷を転送する転送トランジスタ(102)と、前記転送トランジスタで転送された前記電荷を蓄積する電荷蓄積部(FD)と、前記電荷蓄積部に対して並列に接続された少なくとも2つのフィンガを含む増幅トランジスタ(1051,1052)と、前記増幅トランジスタの各フィンガに対して一対一で設けられた選択トランジスタ(106)とを含む複数の単位画素(100)を備える。
Description
本開示は、固体撮像装置及び電子機器に関する。
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型の固体撮像装置(以下、CMOSイメージセンサ又は単にイメージセンサという)では、光電子変換部(受光部)で発生した信号電荷を浮遊拡散領域(フローティングディフュージョン:FD)で電圧に変換される。FDで変換された電圧は、増幅トランジスタが構成するソースフォロア回路を介して出力電圧(画素信号ともいう)として読み出される。
画素の出力電圧Vは、信号検出容量をC、受光信号に応じた信号電荷量をQとすると、V=Q/Cで与えられる。したがって、信号検出容量Cが小さければ、出力電圧Vを大きくする、即ち感度を高くすることができる。
このため、従来では、一端が接地された光電変換素子と、当該光電変換素子の他端にゲート電極が接続され、ソース電極が接地され、ドレイン電極が負荷回路に接続されたソース接地型の増幅トランジスタと、当該増幅トランジスタのドレイン電極とゲート電極の間に接続された容量素子と、当該容量素子に並列に接続されたリセットトランジスタとで画素を構成し、容量素子の容量を小さくすることで、高感度信号出力を実現していた。
しかしながら、近年の画素の更なる微細化に伴い、個々の画素から十分な電圧値の信号電圧を得ることが益々困難になってきている。出力電圧が小さいと、出力電圧におけるノイズ成分が占める割合が大きくなってしまい、その結果、出力画像がノイズの影響を受けて画質が低下してしまうという問題が発生する。
そこで本開示では、画質の低下を抑制することが可能な固体撮像装置及び電子機器を提案する。
上記の課題を解決するために、本開示に係る一形態の固体撮像装置は、入射光量に応じた電荷を発生させる光電変換素子と、前記光電変換素子に発生した前記電荷を転送する転送トランジスタと、前記転送トランジスタで転送された前記電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部に対して並列に接続された少なくとも2つのフィンガを含む増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタの各フィンガに対して一対一で設けられた選択トランジスタとを含む複数の単位画素を備える。
以下に、本開示の一実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
また、以下に示す項目順序に従って本開示を説明する。
1.はじめに
2.第1の実施形態
2.1 CMOSイメージセンサのシステム構成例
2.2 単位画素の回路構成例
2.3 単位画素の基本機能例
2.4 単位画素のレイアウト例
2.5 差動増幅読出し回路の例
2.6 差動増幅読出し回路の駆動例
2.6.1 第1差動読出しモード(高変換効率)
2.6.2 第2差動読出しモード(低変換効率)
2.7 差動増幅読出し回路とソースフォロワ読出し回路との切替え
2.7.1 第1の接続状態(ソースフォロワ読出し回路)
2.7.2 第2の接続状態(ソースフォロワ読出し回路)
2.7.3 第3の接続状態(差動増幅読出し回路)
2.7.4 第4の接続状態(差動増幅読出し回路)
2.8 作用・効果
3.第2の実施形態
3.1 単位画素のレイアウト例
3.2 差動増幅読出し回路とソースフォロワ読出し回路との切替え
3.3 作用・効果
4.第3の実施形態
4.1 単位画素のレイアウト例
4.2 作用・効果
1.はじめに
2.第1の実施形態
2.1 CMOSイメージセンサのシステム構成例
2.2 単位画素の回路構成例
2.3 単位画素の基本機能例
2.4 単位画素のレイアウト例
2.5 差動増幅読出し回路の例
2.6 差動増幅読出し回路の駆動例
2.6.1 第1差動読出しモード(高変換効率)
2.6.2 第2差動読出しモード(低変換効率)
2.7 差動増幅読出し回路とソースフォロワ読出し回路との切替え
2.7.1 第1の接続状態(ソースフォロワ読出し回路)
2.7.2 第2の接続状態(ソースフォロワ読出し回路)
2.7.3 第3の接続状態(差動増幅読出し回路)
2.7.4 第4の接続状態(差動増幅読出し回路)
2.8 作用・効果
3.第2の実施形態
3.1 単位画素のレイアウト例
3.2 差動増幅読出し回路とソースフォロワ読出し回路との切替え
3.3 作用・効果
4.第3の実施形態
4.1 単位画素のレイアウト例
4.2 作用・効果
1.はじめに
通常のCMOSイメ-ジセンサでは、図1に示すように、光電変換素子であるフォトダイオード(以下、PDという)901と、PD901で発生した電子を電圧変換する浮遊拡散領域(フローティングディフュージョン。以下、FDという)903と、FD903の電圧をゲート入力とする増幅トランジスタ905とを用いて単位画素900が構成される。なお、FDは、電荷蓄積部とも称される。
通常のCMOSイメ-ジセンサでは、図1に示すように、光電変換素子であるフォトダイオード(以下、PDという)901と、PD901で発生した電子を電圧変換する浮遊拡散領域(フローティングディフュージョン。以下、FDという)903と、FD903の電圧をゲート入力とする増幅トランジスタ905とを用いて単位画素900が構成される。なお、FDは、電荷蓄積部とも称される。
各単位画素900からは、増幅トランジスタ905で構成されたソースフォロワ回路(以下、ソースフォロワ読出し回路という)を介してアナログの出力電圧(画素信号)が読み出されて、デジタルの電圧値に変換(AD(Analog to Digital)変換)される。
一方で、単位画素900から画素信号を読み出す構成としては、ソースフォロワ読出しの他にも、2つの単位画素900で差動型増幅回路(以下、単に差動増幅回路という)を構成し、この差動増幅回路を介して画素信号を読み出す構成(以下、差動増幅読出し回路という)とが存在する。
PD901で発生した電子は、FD903を構成するノードの寄生容量に応じた1電子当たりの電圧変換効率(μV/e-)で電圧に変換される。この信号電子数に応じたFD903の電圧振幅ΔVfdが、増幅トランジスタ905を介して各単位画素900から読み出される。このとき、読み出された画素信号には、ノイズが重畳される。
ノイズの主な発生源としては、単位画素900内の増幅トランジスタ905が発生する画素ノイズ(ランダムノイズともいう)Vn_pix(μV(マイクロボルト)rms)、各単位画素900から垂直信号線VSL経由で読み出された電圧を増幅する回路等のアナログ回路(Analog Front End:AFE)が発生するAFEノイズVn_afe(μVrms)、AD変換回路(ADC)が発生するADCノイズVn_adc(μVrms)などがある。
以下の説明では、図2に示すように、FD903で発生する電圧ノイズに入力換算したものを画素ノイズVn_pixと定義し、垂直信号線VSLで発生する電圧ノイズに換算したものをAFEノイズVn_afeと定義し、ADC920の入力ノードで発生するノイズに換算したものをADCノイズVn_adcと定義する。
ソースフォロワ読出し回路では、FD903の電圧振幅ΔVfdに対する、垂直信号線VSLの電圧振幅ΔVvslのゲインAsfは、ΔVvsl=Asf×ΔVfdで求まり、その値は、約0.8~1.0倍である。また、FD903における電子電圧変換の変換効率(μV/e-)をηfdとした場合、すなわち、垂直信号線VSLにおける電子電圧変換の変換効率(μV/e-)をηvslとした場合、ηvsl=Asf×ηfdとなる。
ここで、PD901から読み出される信号の電子数(信号電子数ともいう)をNsig_eとすると、ΔVvsl=ηvsl×Nsig_e=ηfd×Asf×Nsig_eと表すことができる。簡単のために、AFEでは電圧増幅をしない、すなわちゲインが1倍であるとして、ADC920の出力に重畳するノイズを垂直信号線VSLで発生する電圧ノイズに換算してVn_total(μVrms)とすると、総ノイズVn_totalは、ADCノイズVn_adcとAFEノイズVn_afeとノイズAfd×Vn_pixとの和(二乗加算平均)となる。これは、信号電子数Nsig_eによる垂直信号線VSLの電圧振幅ΔVvslに対して、総ノイズVn_totalが重畳していることを表している。なお、Afdは、FD903のゲインである。
画質の観点では、ある信号電子数Nsig_eに対してノイズがどれだけ重畳しているかが重要となる。総ノイズVn_totalをFD903における電子数に換算(単位e-rms)すると、総ノイズVn_totalの電子数Vn_total_eは、以下の式(1)で表される。
式(1)において、ηvsl=Asf×ηfdであるから、ゲインAsfを大きくすればADCノイズVn_adc及びAFEノイズVn_afeの影響を小さくすることができ、変換効率ηfdを大きくすれば、ADCノイズVn_adc、AFEノイズVn_afe及び画素ノイズVn_pixの影響を小さくすることができることが分かる。
ゲインAsfは、前述の通り、ソースフォロワ回路の電圧ゲインで、一般的に0.8~1.0であり、理論的に1.0以下である。そのため、ゲインAsfを改善することは困難である。一方で、変換効率ηfdは、FD903からみた寄生容量の合計Cfdで決まり、ηfd=e/Cfdとなる。eは電子素量で1.602×10-19ク-ロンの定数である。
ノイズ低減のための容量削減には物理的な限界がある。また、図3A及び図3Bに示すように、単位画素900のピッチ(以下、画素ピッチという)を縮小するために、複数の単位画素900間でトランジスタ(例えば、リセットトランジスタ904や増幅トランジスタ905等。以下、画素トランジスタともいう)を共有する構造を採用すると、共有画素900Aの複数の転送トランジスタ902から増幅トランジスタ905までの配線の延長に伴ってFD903の寄生容量Cfdが大きくなり、変換効率ηfdを大きくすることが増々困難となる。
上述のように、ソースフォロワ読出し回路では、そのゲインAsfが1倍程度であるため、単位画素900を微細化することで変換効率ηfdを大きくすることができなくなると、変換効率ηvslも大きく設計することができず、ノイズ低減ができなくなるという課題が存在する。
一方で、差動増幅読出し回路では、垂直信号線VSLの電圧振幅ΔVvslのゲインAdifが、FD903の寄生容量Cfdの一部である垂直信号線VSLとのオーバラップ容量Cgdで決まる。なお、オーバラップ容量Cgdには、増幅トランジスタ905の寄生容量だけでなく、ゲインAdifを調整するために配線容量等で意図的に付加した容量も含まれ得る。
差動増幅読出し回路における差動増幅回路のオープンループ・ゲインを-Avとした場合、ηvsl=e/{Cgd+Cfd/-Av}となる。同様に、差動増幅読出し回路での総ノイズをFD903における電子数に換算すると、総ノイズVn_totalの電子数Vn_total_eは、以下の式(2)で表される。
式(2)から分かるように、差動増幅読出し回路においても、変換効率ηvsl及びηfdを大きくすると、ノイズを低減することができる。
ここで、ソースフォロワ読出し回路の式(1)と差動増幅読出し回路の式(2)とを比較すると、ADCノイズVn_adc及びAFEノイズVn_afeにおいては、式(1)の変換効率ηvslがAsf×ηfdであり、ゲインAsfが最大でも1.0であることから、ηvsl≦ηfd=e/Cfdとなる。したがって、寄生容量Cfdを小さくすることが難しい状況では、変換効率ηvslを大きくすることができない。
式(3)において、オープンループ・ゲイン-Avは、一般的に数10~100程度と大きな値である。そのため、大きな容量値を持つFD903の寄生容量Cfdは、高いオープンループ・ゲイン-Avにより抑圧される。それにより、寄生容量Cfdの影響を抑えることができ、その結果、ηvsl≒e/Cgdと表すことが可能となる。
オーバラップ容量Cgdは、寄生容量Cfdの一部であるため、寄生容量Cfdよりも小さい値である。さらに、図4に示すように、オーバラップ容量Cgdは増幅トランジスタ905に寄生する容量であるため、増幅トランジスタ905を複数の単位画素900間で共有する構造(図3B参照)を採用したとしても、容量削減の妨げとはならない。すなわち、変換効率ηvslは、差動増幅読出し回路の方が大きな値とすることができる。これは、ノイズ低減という観点において、差動増幅読出し回路の方がソースフォロワ読出し回路よりも有利であることを示している。
しかしながら、差動増幅読出し回路は、変換効率がソースフォロワ読出し回路よりも大きいものの、読出し可能な最大入力電子数が小さい。つまり、差動増幅読出し時のダイナミックレンジは小さい。そこで、実用的には、ソースフォロワ読出しと差動増幅読出しとを、固体撮像素子を搭載する撮像装置の自動露出(AE:Auto Exposure)制御システムで撮像照度条件などに応じて切り替えることが望ましいが、切り替えたときの撮像画像の出力信号レベルや総ノイズ等に大きな変化があると、出力画像の明るさやノイズの程度が変化してしまう。そのため、ソースフォロワ読出しと差動増幅読出しとを切り替える構成をAE制御システムに組み込んだ場合の画質の低下を低減することが困難となる。
そこで、例えば、ソースフォロワ読出しの特性に近づけるために、FD903と垂直信号線VSLとの間に容量(Cgdに相当)を意図的に付加することで、変換効率を下げてダイナミックレンジを広げることは可能であるが、変換効率が下がるとAFEノイズVn_afeやADCノイズVn_adcの抑圧率が下がる。加えて、画素ノイズVn_pixはFD903の総容量に反比例するため、総ノイズVn_totalが悪化し、その結果、十分に暗いシ-ンでの低ノイズ読出しという差動増幅読出し回路のメリットが低減してしまうという課題が発生する。
また、差動増幅読出し回路の変換効率ηvslが高くなりすぎると、上述した式(3)の分母における寄生容量Cfdのバラツキの影響が大きくなり、それにより、PRNU(Photo Response Non-Uniformity)特性が悪化して、画質が低下するという課題も発生する。
そこで、以下の実施形態では、差動増幅読出し時の変換効率を調整可能にする。それにより、状況に応じて差動増幅読出し時の変換効率を調整することが可能となるため、例えば、ソースフォロワ読出しと差動増幅読出しとのシームレスな切替えや、ランダムノイズの低減や、PRNU特性が向上された固体撮像装置及び電子機器を実現することが可能となる。
2.第1の実施形態
次に、第1の実施形態に係る固体撮像装置及び電子機器について、図面を参照して詳細に説明する。
次に、第1の実施形態に係る固体撮像装置及び電子機器について、図面を参照して詳細に説明する。
2.1 CMOSイメージセンサのシステム構成例
図5は、本実施形態に係る電子機器に搭載される固体撮像装置としてのCMOSイメージセンサの概略構成例を示すシステム構成図である。図5に示すように、CMOSイメージセンサ1は、画素アレイ部13、垂直駆動回路12、カラム読出し回路部14、カラム信号処理回路15、水平駆動回路16、システム制御部11及び信号処理部17を備える。これら画素アレイ部13、垂直駆動回路12、カラム読出し回路部14、カラム信号処理回路15、水平駆動回路16、システム制御部11及び信号処理部17は、同一の半導体基板(チップ)上または電気的に接続された複数の積層半導体基板(チップ)上に設けられる。
図5は、本実施形態に係る電子機器に搭載される固体撮像装置としてのCMOSイメージセンサの概略構成例を示すシステム構成図である。図5に示すように、CMOSイメージセンサ1は、画素アレイ部13、垂直駆動回路12、カラム読出し回路部14、カラム信号処理回路15、水平駆動回路16、システム制御部11及び信号処理部17を備える。これら画素アレイ部13、垂直駆動回路12、カラム読出し回路部14、カラム信号処理回路15、水平駆動回路16、システム制御部11及び信号処理部17は、同一の半導体基板(チップ)上または電気的に接続された複数の積層半導体基板(チップ)上に設けられる。
画素アレイ部13には、入射光量に応じた電荷量を光電変換して内部に蓄積し、信号として出力を行うことが可能な光電変換素子(PD101)を有する有効単位画素(以下、単位画素という)100が行列状に2次元配置されている。また、画素アレイ部13は、有効単位画素100の他に、PDを持たない構造のダミー単位画素や、受光面を遮光することで外部からの光入射が遮断された遮光単位画素等が、行及び/又は列状に配置されている領域を含む場合がある。なお、遮光単位画素は、受光面が遮光された構造である以外は、有効単位画素100と同様の構成を備えていてもよい。
また、以下では、入射光量に応じた電荷量の光電荷を、単に「電荷」と記述し、単位画素100を、単に「画素」と記述する場合もある。
画素アレイ部13には、行列状の画素配列に対して、行ごとに画素駆動線LDが図面中の左右方向(画素行の画素の配列方向)に沿って形成され、列ごとに垂直画素配線LVが図面中の上下方向(画素列の画素の配列方向)に沿って形成されている。画素駆動線LDの一端は、垂直駆動回路12の各行に対応した出力端に接続されている。
カラム読出し回路部14は少なくとも、画素アレイ部13内の選択行における単位画素100に列毎に定電流を供給する回路、カレントミラー回路、読出し対象の単位画素100を切り替える切替えスイッチなどを含み、画素アレイ部13内の選択画素におけるトランジスタと共に増幅器を構成し、光電荷信号を電圧信号に変換して垂直画素配線LVに出力する。
垂直駆動回路12は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどを含み、画素アレイ部13の各単位画素100を、全画素同時や行単位等で駆動する。この垂直駆動回路12は、その具体的な構成については図示を省略するが、読出し走査系と、掃出し走査系あるいは一括掃出し及び一括転送系とを有する構成となっている。
読出し走査系は、単位画素100から画素信号を読み出すために、画素アレイ部13の単位画素100を行単位で順に選択走査する。行駆動(ローリングシャッタ動作)の場合、掃出しについては、読出し走査系によって読出し走査が行われる読出し行に対して、その読出し走査よりもシャッタスピードの時間分だけ先行して掃出し走査が行なわれる。また、グローバル露光(グローバルシャッタ動作)の場合は、一括転送よりもシャッタスピードの時間分先行して一括掃出しが行なわれる。このような掃出しにより、読出し行の単位画素100のPD101から不要な電荷が掃出(リセット)される。そして、不要電荷の掃出し(リセット)により、いわゆる電子シャッタ動作が行われる。
ここで、電子シャッタ動作とは、直前までPD101に溜まっていた不要な光電荷を捨てて、新たに露光を開始する(光電荷の蓄積を開始する)動作のことを言う。
読出し走査系による読出し動作によって読み出される画素信号の信号レベルは、その直前の読出し動作または電子シャッタ動作以降に入射した光量に対応するものである。行駆動の場合は、直前の読出し動作による読出しタイミングまたは電子シャッタ動作による掃出しタイミングから、今回の読出し動作による読出しタイミングまでの期間が、単位画素100における光電荷の蓄積時間(露光時間)となる。グローバル露光の場合は、一括掃出しから一括転送までの時間が蓄積時間(露光時間)となる。
垂直駆動回路12によって選択走査された画素行の各単位画素100から出力される画素信号は、垂直画素配線LVの各々を通してカラム信号処理回路15に供給される。カラム信号処理回路15は、画素アレイ部13の画素列ごとに、選択行の各単位画素100から垂直画素配線LVを通して出力される画素信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。
具体的には、カラム信号処理回路15は、信号処理として、例えば、ノイズ除去処理やCDS(Correlated Double Sampling:相関二重サンプリング)処理等を行う。このカラム信号処理回路15によるCDS処理により、リセットノイズや増幅トランジスタ105の閾値ばらつき等の画素固有の固定パターンノイズが除去される。なお、カラム信号処理回路15には、ノイズ除去処理以外に、例えば、AD変換機能を持たせて、画素信号をデジタル信号として出力するように構成することも可能である。
水平駆動回路16は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどを含み、カラム信号処理回路15の画素列に対応する単位回路を順番に選択する。この水平駆動回路16による選択走査により、カラム信号処理回路15で信号処理された画素信号が順番に信号処理部17に出力される。
システム制御部11は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ等を含み、タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に、垂直駆動回路12、カラム信号処理回路15、水平駆動回路16などの駆動制御を行う。
CMOSイメージセンサ1はさらに、信号処理部17と、不図示のデータ格納部とを備えている。信号処理部17は、少なくとも加算処理機能を有し、カラム信号処理回路15から出力される画素信号に対して加算処理等の種々の信号処理を行う。データ格納部は、信号処理部17での信号処理にあたって、その処理に必要なデータを一時的に格納する。これら信号処理部17及びデータ格納部については、CMOSイメージセンサ1と同じ基板上に搭載されてもよいし、CMOSイメージセンサ1とは別の基板に設けられる外部信号処理部、例えばDSP(Digital Signal Processor)やソフトウェアによる処理であってもよい。
2.2 単位画素の回路構成例
次に、図5の画素アレイ部13に行列状に配置されている単位画素100の回路構成例について説明する。
次に、図5の画素アレイ部13に行列状に配置されている単位画素100の回路構成例について説明する。
図6は、本実施形態に係る有効画素領域の単位画素の概略構成例を示す回路図である。図6に示すように、単位画素100は、PD101、転送トランジスタ102、リセットトランジスタ104、第1増幅トランジスタ1051、第1選択トランジスタ1061、第2増幅トランジスタ1052、第2選択トランジスタ1062、垂直駆動回路12に一端が接続される画素駆動線LDであるところの第1選択トランジスタ駆動線1161、第2選択トランジスタ駆動線1162、リセットトランジスタ駆動線114、転送トランジスタ駆動線112、並びに、カラム読出し回路部14に一端が接続される垂直画素配線LVであるところの垂直信号線VSL、垂直リセット入力線VRD、及び、垂直電流供給線VCOMから構成される。
PD101は、入射した光を光電変換する。転送トランジスタ102は、PD101に発生した電荷を転送する。FD103は、転送トランジスタ102が転送した電荷を蓄積する。第1及び第2増幅トランジスタ1051及び1052は、FD103に蓄積された電荷に応じた電圧の画素信号を垂直信号線VSLに出現させる。リセットトランジスタ104は、FD103に蓄積された電荷を放出する。第1及び第2選択トランジスタ1061及び1062は、読出し対象の単位画素100を選択する。
PD101のアノードは、接地されており、カソ-ドは、転送トランジスタ102のソースに接続されている。転送トランジスタ102のドレインは、リセットトランジスタ104のソース並びに第1及び第2増幅トランジスタ1051及び1052のゲートに接続されており、この接続点がFD103として機能するノードを構成する。リセットトランジスタ104は、FD103と垂直リセット入力線VRDとの間に直列に配置されている。
リセットトランジスタ104のドレインは、垂直リセット入力線VRDに接続されている。第1及び第2増幅トランジスタ1051及び1052のソースは、それぞれ垂直電流供給線VCOMに接続されている。第1増幅トランジスタ1051のドレインは、第1選択トランジスタ1061のソースに接続されており、第2増幅トランジスタ1052のドレインは、第2選択トランジスタ1062のソースに接続されている。第1及び第2選択トランジスタ1061及び1062のドレインは、それぞれ垂直信号線VSLに接続されている。
転送トランジスタ102のゲート、リセットトランジスタ104のゲート、並びに、第1及び第2選択トランジスタ1061及び1062のゲートは、画素駆動線LVを介して、垂直駆動回路12にそれぞれ接続されており、駆動信号としてのパルスがそれぞれに供給される。
このように、本実施形態に係る単位画素100は、FD103に対して2つの増幅トランジスタ(1051及び1052)のゲートが並列に接続された構成を備える。言い換えれば、本実施形態に係る単位画素100は、増幅トランジスタが2つに分割された2フィンガの構成を備える。それにより、FD103と垂直信号線VSLとの間のオーバラップ容量Cgdを例えば2倍に増やすことが可能となるため、効果的に変換効率ηvslを下げることが可能となる。
また、本実施形態では、2つの増幅トランジスタ(1051及び1052)それぞれに一対一に対応する選択トランジスタ(1061及び1062)が設けられているため、状況等に応じて変換効率ηvslを調整することも可能である。例えば、高い変換効率ηvslが要求される状況では、第1及び第2増幅トランジスタ1051及び1052のうちの一方を選択せず、変換効率ηvslを落としたい場合には、第1及び第2増幅トランジスタ1051及び1052の両方を選択するように制御することが可能となる。
2.3 単位画素の基本機能例
次に、単位画素100の基本機能について説明する。リセットトランジスタ104は、垂直駆動回路12から供給されるリセット信号RSTに従って、FD103に蓄積されている電荷の排出をオン/オフする。リセットトランジスタ104のゲートにHighレベルのリセット信号RSTが入力されると、FD103が、垂直リセット入力線VRDを通して印加される電圧にクランプされる。これにより、FD103に蓄積されていた電荷が排出(リセット)される。また、リセットトランジスタ104のゲートにLowレベルのリセット信号RSTが入力されると、FD103は、垂直リセット入力線VRDと電気的に切断され、浮遊状態になる。
次に、単位画素100の基本機能について説明する。リセットトランジスタ104は、垂直駆動回路12から供給されるリセット信号RSTに従って、FD103に蓄積されている電荷の排出をオン/オフする。リセットトランジスタ104のゲートにHighレベルのリセット信号RSTが入力されると、FD103が、垂直リセット入力線VRDを通して印加される電圧にクランプされる。これにより、FD103に蓄積されていた電荷が排出(リセット)される。また、リセットトランジスタ104のゲートにLowレベルのリセット信号RSTが入力されると、FD103は、垂直リセット入力線VRDと電気的に切断され、浮遊状態になる。
PD101は、入射光を光電変換し、その光量に応じた電荷を生成する。生成された電荷は、PD101のカソード側に蓄積する。転送トランジスタ102は、垂直駆動回路12から供給される転送制御信号TRGに従って、PD101からFD103への電荷の転送をオン/オフする。例えば、転送トランジスタ102のゲートにHighレベルの転送制御信号TRGが入力されると、PD101に蓄積されている電荷がFD103に転送される。一方、転送トランジスタ102のゲートにLowレベルの転送制御信号TRGが供給されると、PD101からの電荷の転送が停止する。なお、転送トランジスタ102が、FD103への電荷の転送を停止している間、光電変換された電荷は、PD101に蓄積される。
FD103は、PD101から転送トランジスタ102を介して転送されてくる電荷を蓄積して電圧に変換する機能を持つ。したがって、リセットトランジスタ104がオフした浮遊状態では、FD103の電位は、蓄積する電荷量に応じて変調される。
第1及び第2増幅トランジスタ1051及び1052は、それぞれのゲートに接続された又はFD103の電位変動を入力信号とする増幅器として機能し、その出力電圧信号は、それぞれのドレインに接続された第1又は第2選択トランジスタ1061又は1062を介して垂直信号線VSLに画素信号として出力される。
第1選択トランジスタ1061は、垂直駆動回路12から供給される選択制御信号SEL1に従って、第1増幅トランジスタ1051からの電圧信号の垂直信号線VSLへの出力をオン/オフする。例えば、第1選択トランジスタ1061のゲートにHighレベルの選択制御信号SEL1が入力されると、第1増幅トランジスタ1051からの電圧信号が垂直信号線VSLに出力され、Lowレベルの選択制御信号SEL1が入力されると、垂直信号線VSLへの電圧信号の出力が停止される。
同様に、第2選択トランジスタ1062は、垂直駆動回路12から供給される選択制御信号SEL2に従って、第2増幅トランジスタ1052からの電圧信号の垂直信号線VSLへの出力をオン/オフする。例えば、第2選択トランジスタ1062のゲートにHighレベルの選択制御信号SEL2が入力されると、第2増幅トランジスタ1052からの電圧信号が垂直信号線VSLに出力され、Lowレベルの選択制御信号SEL2が入力されると、垂直信号線VSLへの電圧信号の出力が停止される。
これらの動作により、複数の単位画素100が接続された垂直信号線VSLにおいて、選択した単位画素100の出力を取り出すことが可能となる。
2.4 単位画素のレイアウト例
次に、単位画素100を1つのチップに作り込んだ場合の画素レイアウトについて、図面を参照して詳細に説明する。
次に、単位画素100を1つのチップに作り込んだ場合の画素レイアウトについて、図面を参照して詳細に説明する。
図7は、本実施形態に係る単位画素のレイアウト例を示す上視図である。図7に示すように、単位画素100では、半導体基板に形成されたn型半導体領域1011と、n型半導体領域1011を囲むp型半導体領域1012とで、PD101が形成されている。PD101におけるn型半導体領域1011の例えば略中央には、転送トランジスタ102が配置されている。また、n型半導体領域1011と隣接する領域には、第1及び第2の増幅トランジスタ1051及び1052と、第1及び第2の選択トランジスタ1061及び1062とが、例えば、n型半導体領域1011の略中心を列方向に走る垂直電流供給線VCOMを軸として、線対称に配置されている。さらに、n型半導体領域1011と隣接する領域であって、n型半導体領域1011の角部と近接する領域には、リセットトランジスタ104が配置されている。
転送トランジスタ102は、例えば、n型半導体領域1011の中心に対して点対象に配置された複数(図7では4つ)のゲート1021を含む。各ゲート1021は、例えば、電極1022を介して転送トランジスタ駆動線112(図6参照)に接続される。
また、転送トランジスタ102のドレインは、電極1023を介して配線1031の一方の端に接続される。この配線1031は、例えば、FD103を構成するノードである。
配線1031の他方の端は、例えば、3つに分岐している。分岐した3つの端のうちの1つは、例えば、電極1043を介して、リセットトランジスタ104のソースに接続される。残りの2つの端のうちの1つは、例えば、電極10521を介して、第1増幅トランジスタ1051のゲート10511に接続され、他の1つは、例えば、電極10522を介して、第2増幅トランジスタ1052のゲート10512に接続される。これにより、単位画素100が、増幅トランジスタが2つに分割された2フィンガの構成を備えることとなる。
第1及び第2増幅トランジスタ1051及び1052、並びに、第1及び第2選択トランジスタ1061及び1062は、例えば、n型半導体領域1011に隣接する領域に形成された帯状の素子形成領域1055に形成される。これにより、第1増幅トランジスタ1051のソース及び第2増幅トランジスタ1052のソース、第1増幅トランジスタ1051のドレイン及び第1選択トランジスタ1061のソース、並びに、第2増幅トランジスタ1052のドレイン及び第2選択トランジスタ1062のソースが、それぞれ共通化される。
第1及び第2増幅トランジスタ1051及び1052の共通化されたソースは、例えば、電極1054を介して垂直電流供給線VCOMに接続される。
第1選択トランジスタ1061のドレインは、例えば、電極10631を介して、垂直信号線VSLに接続される。同様に、第2選択トランジスタ1062のドレインは、例えば、電極10632を介して、垂直信号線VSLに接続される。
第1選択トランジスタ1061のゲート10611は、例えば、電極10621を介して、選択トランジスタ駆動線1161(図6参照)に接続される。同様に、第2選択トランジスタ1062のゲート10612は、例えば、電極10622を介して、選択トランジスタ駆動線1162(図6参照)に接続される。
リセットトランジスタ104は、例えば、n型半導体領域1011と隣接する領域であって、n型半導体領域1011の角部と近接する領域に形成された素子形成領域1045に形成される。リセットトランジスタ104のドレインは、例えば、電極1044を介して、垂直リセット入力線VRD(図6参照)に接続される。リセットトランジスタ104のゲート1041は、例えば、電極1042を介して、リセットトランジスタ駆動線114(図6参照)に接続される。
2.5 差動増幅読出し回路の例
次に、画素アレイ部13にて行列状に2次元配置された単位画素100とカラム読出し回路部14とからなる差動増幅読出し回路について説明する。
次に、画素アレイ部13にて行列状に2次元配置された単位画素100とカラム読出し回路部14とからなる差動増幅読出し回路について説明する。
図8は、本実施形態に係る差動増幅読出し回路の概略構成例を示す回路図である。図8に示す差動増幅読出し回路は、画素信号の読出しが行なわれる単位画素(以下、読出し画素又は信号画素という)100Aと、差動増幅の基準電圧を与える単位画素(以下、参照画素という)100Rと、カラム読出し回路部14に配置されたPMOSトランジスタ1411及び1412から成るカレントミラー回路141と、信号画素100A及び参照画素100Rに定電流を供給するテール電流源部142とで構成される。
ここで、参照画素100Rは、リセット時におけるFD103rの電位変動が、信号画素100AのFD103の電位変動と等価な動きをする単位画素100であることが望ましく、例えば、読出し対象である信号画素100Aの近傍にある読出しが終わった不活性な有効画素などであってよい。なお、図8及び以下の説明では、明確化のため、参照画素100R側の各構成の符号に対して‘r’が付加されている。
参照画素100R側の垂直リセット入力線VRDrは、カラム読出し回路部14で所定の電源Vrst(又は電源電圧VDD)に接続されており、リセット時には、垂直リセット入力線VRDrを通して選択された参照画素100RのFD103r、すなわち参照画素100R側の第1及び第2増幅トランジスタ105r1及び105r2の入力端子に所望の入力電圧信号が印加される。
参照画素100R側の垂直信号線VSLrは、カラム読出し回路部14で、カレントミラー回路141における参照側のPMOSトランジスタ1411のドレイン及びゲートと、読出側のPMOSトランジスタ1412のゲートとに接続されている。
一方、信号画素100A側の垂直信号線VSLは、カラム読出し回路部14でカレントミラー回路141における読出側のPMOSトランジスタ1412のドレインと、選択された信号画素100AのFD103、すなわち信号画素100A側の第1及び第2増幅トランジスタ1051及び1052の入力端子に、リセットトランジスタ104を介して接続される。これにより、画素アレイ部13とカラム読出し回路部14とで構成される差動増幅読出し回路(差動増幅回路)の出力信号が負帰還される。なお、差動増幅読出し回路の出力信号は、垂直信号線VSL1から画素信号として取り出されもする。
また、参照側及び読出側の垂直電流供給線VCOMは互いに接続されたのち、例えば、NMOSトランジスタ等の負荷MOSトランジスタを用いて構成された定電流源であるテール電流源部142に接続される。
2.6 差動増幅読出し回路の駆動例
次に、差動増幅読出し回路の駆動例について説明する。なお、以下の説明では、明確化のため、図8に示す差動増幅読出し回路に基づくものとする。
次に、差動増幅読出し回路の駆動例について説明する。なお、以下の説明では、明確化のため、図8に示す差動増幅読出し回路に基づくものとする。
2.6.1 第1差動読出しモード(高変換効率)
図9は、本実施形態に係る差動増幅読出し回路の第1差動読出しモードでの駆動例を示すタイミングチャ-トである。なお、第1差動読出しモードは、2つの増幅トランジスタ(1051及び1052)のうち第2増幅トランジスタ1052を常時非選択(選択制御信号SEL2が常時Low)とすることで、高い変換効率ηvslを実現した読出しモードである。
図9は、本実施形態に係る差動増幅読出し回路の第1差動読出しモードでの駆動例を示すタイミングチャ-トである。なお、第1差動読出しモードは、2つの増幅トランジスタ(1051及び1052)のうち第2増幅トランジスタ1052を常時非選択(選択制御信号SEL2が常時Low)とすることで、高い変換効率ηvslを実現した読出しモードである。
図9に示すように、第1読出しモードでは、まず、時刻t11~t12の期間において、信号画素100Aに入力されるリセット信号RST及び転送制御信号TRGがHighレベルに立ち上がると、信号画素100AのPD101及びFD103に蓄積されている電荷がリセットトランジスタ104を介して排出される。これにより、これまでPD101に蓄積されていた電荷が掃き出され、時刻t12からt15までの期間においては、新たに入射した光を光電変換することで得られた電荷がPD101に蓄積される。
次に、時刻t13~t17の期間において、選択された信号画素100A及び参照画素100Rの選択制御信号SEL1がLowレベルからHighレベルに立ち上がると、信号画素100Aの第1増幅トランジスタ1051及び参照画素100Rの第1増幅トランジスタ105r1それぞれのソースからドレインに向けて、テール電流源部142から電流が供給される。これにより、信号画素100AのFD103の電位を入力電圧信号とする差動増幅回路(差動増幅読出し回路)が動作し、その結果、増幅された電圧信号が垂直信号線VSLに出力される。この状態は、時刻t17において、選択制御信号SEL1がLowレベルになるまで継続する。
なお、時刻t11からt13の期間においては、参照画素100Rの各駆動信号SEL1、SEL2、RSTr及びTRGrは、信号画素100Aの信号読出しには寄与しない。
また、時刻t13~t14の期間において、信号画素100Aに入力されるリセット信号RST及び参照画素100Rに入力されるリセット信号RSTrがHighレベルに立ち上がると、信号画素100AのFD103及び参照画素100RのFD103rに蓄積されていた電荷がそれぞれ排出され、これにより、出力信号レベルが初期化(リセット)される。
この時、差動増幅回路の出力Voutは、信号画素100A側の垂直リセット入力線VRD及びリセットトランジスタ104を通して、差動増幅回路の入力の1つである信号画素100AのFD103に電気的に接続される。その結果、差動増幅回路は、出力Voutが信号画素100AのFD103に負帰還されて仮想接地状態となるため、所定の電源Vrstに外部印加で固定されている参照画素100RのFD103rと、信号画素100AのFD103と、出力Voutとが同電位となる(ボルテージフォロワ回路の構成)。
次に、信号画素100Aに入力されるリセット信号RST及び参照画素100Rに入力されるリセット信号RSTrがHighレベルからLowレベルに立ち下がると、信号画素100AのFD103及び参照画素100RのFD103rが、それぞれの垂直リセット入力線VRD及びVRDrから電気的に切断され、浮遊状態になる。
この時、信号画素100AのFD103と、参照画素100RのFD103rとがほぼ等価な構造であることから、リセットオフ時の電位変動(リセットフィードスルー)もほぼ同じとなり、それにより、信号画素100AのFD103の電位と、参照画素100RのFD103rの電位とが、ほぼ同じ動きをする。そのため、差動増幅回路の出力は、リセットオン時の電源Vrstの電圧レベルからほとんど変化しない。この状態が、差動増幅読出しにおけるリセット(初期)状態となり、この出力レベルが、差動増幅読出しにおけるリセット(初期)レベルとなる。これは、差動増幅回路が両入力の同相信号成分を増幅しないためである。このリセット状態は、時刻t15で信号電荷の転送が行われるまで続き、その間、リセットレベルとしての電圧が読み出される。
次に、時刻t15~t16の期間において、信号画素100Aの転送制御信号TRGがパルス状にHighレベルに立ち上がると、信号画素100AのPD101に蓄積されていた電荷が転送トランジスタ102を介してFD103に転送される。この転送された電荷により、信号画素100AのFD103の電位が変調される。この変調された電位が信号画素100Aの第1増幅トランジスタ1051のゲートに電圧信号として入力されると、信号画素100A側の垂直信号線VSLに蓄積電荷量に応じた電圧信号が出現する。
この信号読出し状態は、時刻t17において選択制御信号SEL1がLowレベルになるまで続き、その間、信号レベルとしての電圧が読み出される。
このようにして読み出されたリセットレベルと信号レベルとの差分をとることで、ノイズを除去するCDS処理が実行され、これにより、ノイズが除去された画素信号が読み出される。
2.6.2 第2差動読出しモード(低変換効率)
図10は、本実施形態に係る差動増幅読出し回路の第2差動読出しモードでの駆動例を示すタイミングチャ-トである。なお、第2差動読出しモードは、第1増幅トランジスタ1051及び第2増幅トランジスタ1052の両方を使用することで、変換効率ηvslを下げた読出しモードである。
図10は、本実施形態に係る差動増幅読出し回路の第2差動読出しモードでの駆動例を示すタイミングチャ-トである。なお、第2差動読出しモードは、第1増幅トランジスタ1051及び第2増幅トランジスタ1052の両方を使用することで、変換効率ηvslを下げた読出しモードである。
図10に示すように、第2読出しモードでは、図9における時刻t11~t12の期間と同様に、時刻t21~t22の期間においてリセット信号RST及び転送制御信号TRGがHighレベルに立ち上がると、信号画素100AのPD101及びFD103に蓄積されている電荷がリセットトランジスタ104を介して排出される。そして、時刻t22からt25までの期間においては、新たに入射した光を光電変換することで得られた電荷がPD101に蓄積される。
次に、時刻t23~t27の期間において、選択された信号画素100A及び参照画素100Rの選択制御信号SEL1及びSEL2がLowレベルからHighレベルに立ち上がると、信号画素100Aの第1及び第2増幅トランジスタ1051及び1052並びに参照画素100Rの第1及び第2増幅トランジスタ105r1及び105r2それぞれのソースからドレインに向けて、テール電流源部142から電流が供給される。これにより、信号画素100AのFD103の電位を入力電圧信号とする差動増幅回路(差動増幅読出し回路)が動作し、その結果、増幅された電圧信号が垂直信号線VSLに出力される。この状態は、時刻t27において、選択制御信号SEL1がLowレベルになるまで継続する。
なお、時刻t21からt23の期間においては、図9と同様に、参照画素100Rの各駆動信号SEL1、SEL2、RSTr及びTRGrは、信号画素100Aの信号読出しには寄与しない。
また、時刻t23~t24の期間において、信号画素100Aに入力されるリセット信号RST及び参照画素100Rに入力されるリセット信号RSTrがHighレベルに立ち上がると、図9における時刻t13~t14の期間と同様に、信号画素100AのFD103及び参照画素100RのFD103rに蓄積されていた電荷がそれぞれ排出され、これにより、出力信号レベルが初期化(リセット)される。この時、差動増幅回路では、所定の電源Vrstに外部印加で固定されている参照画素100RのFD103rと、信号画素100AのFD103と、出力Voutとが同電位となる(ボルテージフォロワ回路の構成)。
そして、リセット信号RST及びリセット信号RSTrがHighレベルからLowレベルに立ち下がると、信号画素100AのFD103及び参照画素100RのFD103rが、それぞれの垂直リセット入力線VRD及びVRDrから電気的に切断されて浮遊状態になる。この時のリセット状態は、時刻t25で信号電荷の転送が行われるまで続き、その間、リセットレベルとしての電圧が読み出される。
次に、時刻t25~t26の期間において、信号画素100Aの転送制御信号TRGがパルス状にHighレベルに立ち上がると、信号画素100AのPD101に蓄積されていた電荷が転送トランジスタ102を介してFD103に転送される。この転送された電荷により、信号画素100AのFD103の電位が変調される。この変調された電位が信号画素100Aの第1及び第2増幅トランジスタ1051及び1052のゲートにそれぞれ電圧信号として入力されると、信号画素100A側の垂直信号線VSLに蓄積電荷量に応じた電圧信号が出現する。
この信号読出し状態は、時刻t27において選択制御信号SEL1及びSEL2がLowレベルになるまで続き、その間、信号レベルとしての電圧が読み出される。
このようにして読み出されたリセットレベルと信号レベルとの差分をとることで、ノイズを除去するCDS処理が実行され、これにより、ノイズが除去された画素信号が読み出される。
2.7 差動増幅読出し回路とソースフォロワ読出し回路との切替え
ところで、上述したように、差動増幅読出しでは、ソースフォロワ読出し回路よりも高い変換効率が得られ、上述の式(2)に示すように、後段のADCノイズVn_adcやAFEノイズVn_afeが抑圧される。そのため、差動増幅読出しは、ADCノイズVn_adcやAFEノイズVn_afeの影響が大きくなる、暗い撮影シーンにて効果を発揮する。一方で、明るい撮影シーンでは、よりダイナミックレンジの広いソースフォロワ読出しの方が適している。このような事情から、CMOSイメージセンサ1には、ソースフォロワ読出しと差動増幅読出しとを、状況に応じて適宜切り替えることを可能とすることが望まれる。
ところで、上述したように、差動増幅読出しでは、ソースフォロワ読出し回路よりも高い変換効率が得られ、上述の式(2)に示すように、後段のADCノイズVn_adcやAFEノイズVn_afeが抑圧される。そのため、差動増幅読出しは、ADCノイズVn_adcやAFEノイズVn_afeの影響が大きくなる、暗い撮影シーンにて効果を発揮する。一方で、明るい撮影シーンでは、よりダイナミックレンジの広いソースフォロワ読出しの方が適している。このような事情から、CMOSイメージセンサ1には、ソースフォロワ読出しと差動増幅読出しとを、状況に応じて適宜切り替えることを可能とすることが望まれる。
図11は、本実施形態に係るソースフォロワ読出しと差動増幅読出しとの切替えを可能にした周辺回路を含む回路構成例を示す回路図である。なお、図11には、画素アレイ部13における2つの単位画素100-1及び100-2に着目し、差動増幅読出し時にはこれらのうちの一方を参照画素とし、他方を信号画素とする場合の例が示されている。2つの単位画素100-1及び100-2は、画素アレイ部13における異なる列に配置された単位画素100であってもよいし、同一列に配置された単位画素100であってもよい。2つの単位画素100-1及び100-2を同一列に配置された単位画素100とした場合、例えば、単位画素100-1を偶数行の単位画素100とし、単位画素100-2を奇数行の単位画素100とすることができる。
図11に示す回路構成例において、一方の単位画素100-1に着目すると、単位画素100-1には、垂直信号線VSL11と、信号線VL1とが設けられている。信号線VL1は、ソースフォロワ読出し時には垂直信号線VSLの一部として機能し、差動増幅読出し時には垂直電流供給線VCOMとして機能する。
垂直信号線VSL1には、単位画素100-1における第1選択トランジスタ1061のドレインが接続され、信号線VL1には、第1増幅トランジスタ1051のソースが接続されている。また、垂直信号線VSL1には、第2選択トランジスタ1062のドレインも接続され、信号線VL1には、第2増幅トランジスタVS1052のソースも接続されている。
垂直信号線VSL1は、カレントミラー回路141を構成する2つのPMOSトランジスタ1411及び1412のうちの一方のPMOSトランジスタ1412のドレインに接続されている。また、垂直信号線VSL1は、スイッチSW15を介して、垂直リセット信号線VRD1に接続されるとともに、スイッチSW14を介してテール電流源部142に接続される。さらに、垂直信号線VSL1は、スイッチSW14及びスイッチSW0を介して、単位画素100-2側の信号線VL2にも接続されている。
信号線VL1は、スイッチSW12を介して電源電圧VDDに接続されるとともに、スイッチSW13を介してテール電流源部142に接続される。さらに、信号線VL1は、スイッチSW13及びSW0を介して、単位画素100-2側の垂直信号線VL2にも接続されている。
垂直リセット信号線VRD1は、スイッチSW17を介して電源電圧VDDに接続されるとともに、スイッチSW16を介して所定の電源Vrstに接続されている。
また、他方の単位画素100-2に着目すると、単位画素100-2にも、垂直信号線VSL2と信号線VL2とが設けられている。信号線VL2は、ソースフォロワ読出し時には垂直信号線VSLの一部として機能し、差動増幅読出し時には垂直電流供給線VCOMとして機能する。
垂直信号線VSL2には、単位画素100-2における第1選択トランジスタ1061のドレインが接続され、信号線VL2には、第1増幅トランジスタ1051のソースが接続されている。また、垂直信号線VSL2には、第2選択トランジスタ1062のドレインも接続され、信号線VL2には、第2増幅トランジスタVS1052のソースも接続されている。
垂直信号線VSL2は、カレントミラー回路141を構成する2つのPMOSトランジスタ1411及び1412のうちの一方のPMOSトランジスタ1411のドレインに接続されている。また、垂直信号線VSL2は、スイッチSW25を介して、垂直リセット信号線VRD2に接続されるとともに、スイッチSW24を介してテール電流源部142に接続される。
信号線VL2は、スイッチSW22を介して電源電圧VDDに接続されるとともに、スイッチSW23を介してテール電流源部142に接続される。
垂直リセット信号線VRD1は、スイッチSW27を介して電源電圧VDDに接続されるとともに、スイッチSW26を介して所定の電源Vrstに接続されている。
カレントミラー回路141では、PMOSトランジスタ1411及び1412それぞれのゲートが、スイッチSW11を介してPMOSトランジスタ1412のドレインに接続されるとともに、スイッチSW21を介してPMOSトランジスタ1411のドレインに接続される。
なお、上記した各スイッチSW0、SW11~SW17、SW21~SW27は、例えば、カラム読出し回路部14に配置され、システム制御部11からの制御に従って、その接続状態を切り替える。
2.7.1 第1の接続状態(ソースフォロワ読出し回路)
つづいて、図11に例示した回路構成においてソースフォロワ読出し回路を構成した際の第1の接続状態について説明する。図12は、本実施形態に係る第1の接続状態を示す回路図である。なお、第1の接続状態では、各単位画素100の2つの増幅トランジスタ(1051及び1052)のうちの第1増幅トランジスタ1051が使用されてソースフォロワ読出し回路が構成される。
つづいて、図11に例示した回路構成においてソースフォロワ読出し回路を構成した際の第1の接続状態について説明する。図12は、本実施形態に係る第1の接続状態を示す回路図である。なお、第1の接続状態では、各単位画素100の2つの増幅トランジスタ(1051及び1052)のうちの第1増幅トランジスタ1051が使用されてソースフォロワ読出し回路が構成される。
図12に示すように、ソースフォロワ読出し回路を実現する接続状態では、スイッチSW12、SW14、SW17、SW22、SW24及びSW27がオン状態(接続状態)とされる。なお、その他のスイッチは、オフ状態(遮断状態)である。
このような接続状態とすることで、図12中、太い破線で示されるように、単位画素100-1及び100-2それぞれについて、スイッチSW12及びSW14/スイッチSW22及びSW24を介して電源電圧VDDからテール電流源部142にかけて形成された垂直信号線VSL(VSL1及びVL1/VSL2及びVL2)に、単位画素100-1/100-2の第1増幅トランジスタ1051のソースと第1選択トランジスタ1061のドレインとが接続されたソースフォロワ読出し回路が構成されて、ソースフォロワ読出しが行なわれる。また、単位画素100-1/100-2のFD103に蓄積された電荷がスイッチSW17/SW27を介して電源電圧に掃出(リセット)される経路も構成される。
2.7.2 第2の接続状態(ソースフォロワ読出し回路)
つづいて、図11に例示した回路構成においてソースフォロワ読出し回路を構成した際の第2の接続状態について説明する。図13は、本実施形態に係る第2の接続状態を示す回路図である。なお、この第2の接続状態では、各単位画素100の2つの増幅トランジスタ(1051及び1052)の両方が使用されてソースフォロワ読出し回路が構成される。
つづいて、図11に例示した回路構成においてソースフォロワ読出し回路を構成した際の第2の接続状態について説明する。図13は、本実施形態に係る第2の接続状態を示す回路図である。なお、この第2の接続状態では、各単位画素100の2つの増幅トランジスタ(1051及び1052)の両方が使用されてソースフォロワ読出し回路が構成される。
図13に示すように、ソースフォロワ読出し回路を実現する接続状態では、スイッチSW12、SW14、SW17、SW22、SW24及びSW27がオン状態とされる。なお、その他のスイッチは、オフ状態である。
このような接続状態とすることで、図13中、太い破線で示されるように、単位画素100-1及び100-2それぞれについて、スイッチSW12及びSW14/スイッチSW22及びSW24を介して電源電圧VDDからテール電流源部142にかけて形成された垂直信号線VSL(VSL1及びVL1/VSL2及びVL2)に、単位画素100-1/100-2の第1増幅トランジスタ1051及び第2増幅トランジスタ1052のソースと、第1選択トランジスタ1061及び第2選択トランジスタ1062のドレインとが接続されたソースフォロワ読出し回路が構成されて、ソースフォロワ読出しが行なわれる。また、単位画素100-1/100-2のFD103に蓄積された電荷がスイッチSW17/SW27を介して電源電圧に掃出(リセット)される経路も構成される。
なお、この第2の接続状態は、上述した第1の接続状態、及び、後述する第3及び第4の接続状態を含めた4つの接続状態のうちで、最も変換効率を低くする、言い換えれば、最もダイナミックレンジを広くする接続状態である。
2.7.3 第3の接続状態(差動増幅読出し回路)
つづいて、図11に例示した回路構成において差動増幅読出し回路を実現した際の第3の接続状態について説明する。図14及び図15は、図11に例示した回路構成において差動増幅読出し回路を実現した際の第3の接続状態を示す回路図である。なお、図14は、単位画素100-1を信号画素とし、単位画素100-2を参照画素とした場合を示し、図15は、単位画素100-2を信号画素とし、単位画素100-1を参照画素とした場合を示している。また、第3の接続状態では、各単位画素100の2つの増幅トランジスタ(1051及び1052)のうちの第1増幅トランジスタ1051が使用されて差動増幅読出し回路が構成される。
つづいて、図11に例示した回路構成において差動増幅読出し回路を実現した際の第3の接続状態について説明する。図14及び図15は、図11に例示した回路構成において差動増幅読出し回路を実現した際の第3の接続状態を示す回路図である。なお、図14は、単位画素100-1を信号画素とし、単位画素100-2を参照画素とした場合を示し、図15は、単位画素100-2を信号画素とし、単位画素100-1を参照画素とした場合を示している。また、第3の接続状態では、各単位画素100の2つの増幅トランジスタ(1051及び1052)のうちの第1増幅トランジスタ1051が使用されて差動増幅読出し回路が構成される。
図14に示すように、差動増幅読出し回路を実現する接続状態において、単位画素100-1を信号画素とし、単位画素100-2を参照画素とする場合では、スイッチSW0、SW13、SW15、SW21、SW23及びSW26がオン状態とされる。なお、その他のスイッチは、オフ状態である。
このような接続状態とすることで、図14中、太い破線で示されるように、単位画素100-1を信号画素とし、単位画素100-2を参照画素とした差動増幅回路が構成されて、単位画素100-1に対する差動増幅読出しが行なわれる。
また、図15に示すように、差動増幅読出し回路を実現する接続状態において、単位画素100-2を信号画素とし、単位画素100-1を参照画素とする場合では、スイッチSW0、SW11、SW13、SW16、SW23及びSW25がオン状態とされる。なお、その他のスイッチは、オフ状態である。
このような接続状態とすることで、図15中、太い破線で示されるように、信号画素とする単位画素100-2/100-1における第1増幅トランジスタ1051のゲートを反転入力端子とし、参照画素とする単位画素100-1/100-2における第1増幅トランジスタ1051のゲートを非反転入力端子とした差動増幅回路が構成されて、単位画素100-2/100-1に対する差動増幅読出しが行なわれる。
なお、この第3の接続状態は、上述した第1及び第2の接続状態、並びに、後述する第4の接続状態を含めた4つの接続状態のうちで、最も変換効率を高くする、言い換えれば、最もダイナミックレンジを狭くする接続状態である。
2.7.4 第4の接続状態(差動増幅読出し回路)
つづいて、図11に例示した回路構成において差動増幅読出し回路を実現した際の第4の接続状態について説明する。図16及び図17は、図11に例示した回路構成において差動増幅読出し回路を実現した際の第4の接続状態を示す回路図である。なお、図16は、単位画素100-1を信号画素とし、単位画素100-2を参照画素とした場合を示し、図17は、単位画素100-2を信号画素とし、単位画素100-1を参照画素とした場合を示している。また、第4の接続状態では、各単位画素100の2つの増幅トランジスタ(1051及び1052)の両方が使用されて差動増幅読出し回路が構成される。
つづいて、図11に例示した回路構成において差動増幅読出し回路を実現した際の第4の接続状態について説明する。図16及び図17は、図11に例示した回路構成において差動増幅読出し回路を実現した際の第4の接続状態を示す回路図である。なお、図16は、単位画素100-1を信号画素とし、単位画素100-2を参照画素とした場合を示し、図17は、単位画素100-2を信号画素とし、単位画素100-1を参照画素とした場合を示している。また、第4の接続状態では、各単位画素100の2つの増幅トランジスタ(1051及び1052)の両方が使用されて差動増幅読出し回路が構成される。
図16に示すように、差動増幅読出し回路を実現する接続状態において、単位画素100-1を信号画素とし、単位画素100-2を参照画素とする場合では、スイッチSW0、SW13、SW15、SW21、SW23及びSW26がオン状態とされる。なお、その他のスイッチは、オフ状態である。
このような接続状態とすることで、図16中、太い破線で示されるように、単位画素100-1を信号画素とし、単位画素100-2を参照画素とした差動増幅回路が構成されて、単位画素100-1に対する差動増幅読出しが行なわれる。
また、図17に示すように、差動増幅読出し回路を実現する接続状態において、単位画素100-2を信号画素とし、単位画素100-1を参照画素とする場合では、スイッチSW0、SW11、SW13、SW16、SW23及びSW25がオン状態とされる。なお、その他のスイッチは、オフ状態である。
このような接続状態とすることで、図17中、太い破線で示されるように、信号画素とする単位画素100-2/100-1における第1増幅トランジスタ1051及び第2増幅トランジスタ1052のゲートを反転入力端子とし、参照画素とする単位画素100-1/100-2における第1増幅トランジスタ1051及び第2増幅トランジスタ1052のゲートを非反転入力端子とした差動増幅回路が構成されて、単位画素100-2/100-1に対する差動増幅読出しが行なわれる。
なお、この第4の接続状態の変換効率は、上述した第2の接続状態の変換効率と、第3の接続状態の変換効率との間の変換効率、例えば、上述した第1の接続状態の変換効率と同等であってもよい。これにより、ソースフォロワ読出しと差動増幅読出しとの間でシームレスな切替えが可能となる。
2.8 作用・効果
以上のように、本実施形態に係る単位画素100は、FD103に対して2つの増幅トランジスタ(1051及び1052)のゲートが並列に接続された構成を備える。言い換えれば、本実施形態に係る単位画素100は、増幅トランジスタが2つに分割された2フィンガの構成を備える。それにより、FD103と垂直信号線VSLとの間のオーバラップ容量Cgdを例えば2倍に増やすことが可能となるため、効果的に変換効率ηvslを下げることが可能となる。
以上のように、本実施形態に係る単位画素100は、FD103に対して2つの増幅トランジスタ(1051及び1052)のゲートが並列に接続された構成を備える。言い換えれば、本実施形態に係る単位画素100は、増幅トランジスタが2つに分割された2フィンガの構成を備える。それにより、FD103と垂直信号線VSLとの間のオーバラップ容量Cgdを例えば2倍に増やすことが可能となるため、効果的に変換効率ηvslを下げることが可能となる。
また、本実施形態では、2つの増幅トランジスタ(1051及び1052)それぞれに一対一に対応する選択トランジスタ(1061及び1062)が設けられているため、状況等に応じて変換効率ηvslを調整することも可能である。例えば、高い変換効率ηvslが要求される状況では、第1及び第2増幅トランジスタ1051及び1052のうちの一方を選択せず、変換効率ηvslを落としたい場合には、第1及び第2増幅トランジスタ1051及び1052の両方を選択するように制御することが可能となる。
それにより、ソースフォロワ読出し時及び/又は差動増幅読出し時の変換効率を調整することが可能となるため、例えば、ソースフォロワ読出しと差動増幅読出しとのシームレスな切替えや、ランダムノイズの低減や、PRNU特性の向上などを実現することが可能となる。
また、本実施形態に係る単位画素100は、2つの増幅トランジスタ(1051及び1052)が垂直信号線VSLに対して並列に接続された構成を有するため、消費電力の増加を抑制することができるというメリットも存在する。
3.第2の実施形態
次に、第2の実施形態に係る固体撮像装置及び電子機器について、図面を参照して詳細に説明する。
次に、第2の実施形態に係る固体撮像装置及び電子機器について、図面を参照して詳細に説明する。
第1の実施形態では、第1増幅トランジスタ1051と第2増幅トランジスタ1052とを同等の構造とし、これにより、第1増幅トランジスタ1051と第2増幅トランジスタ1052との特性を同等のものとしていた。これに対し、単位画素100内の増幅トランジスタが発生する画素ノイズVn_pixを低減するためには、増幅トランジスタのゲート絶縁膜を薄膜化してFD103の容量Cfdを増加することが有効である。ただし、ゲート絶縁膜を薄膜化した場合、増幅トランジスタが破壊されやすくなり、製品寿命が短くなるという課題が発生する。
そこで本実施形態では、短寿命化を抑制しつつ、画素ノイズVn_pixを低減することが可能な構成について、例を挙げて説明する。
3.1 単位画素のレイアウト例
図18は、本実施形態に係る単位画素のレイアウト例を示す上視図である。図18に示すように、本実施形態に係る単位画素200は、図7に示した単位画素100と同様の構成において、第2増幅トランジスタ1052が第2増幅トランジスタ2052に置き換えられた構成を有する。
図18は、本実施形態に係る単位画素のレイアウト例を示す上視図である。図18に示すように、本実施形態に係る単位画素200は、図7に示した単位画素100と同様の構成において、第2増幅トランジスタ1052が第2増幅トランジスタ2052に置き換えられた構成を有する。
図19は、図18におけるA-A断面の構造例、すなわち、第1増幅トランジスタ1051の断面構造例を示す断面図であり、図20は、図18におけるB-B断面の構造例、すなわち、第2増幅トランジスタ2051の断面構造例を示す断面図である。また、図21は、図18におけるC-C断面の構造例を示す断面図である。ただし、図21では、説明の簡略化のため、リセットトランジスタ104を省略している。
図19~図21を参照すると明らかなように、本実施形態では、第2増幅トランジスタ2052のゲート絶縁膜2057が、第1増幅トランジスタ1051のゲート絶縁膜1057と比較して、薄膜化されている。
このように、2つの増幅トランジスタ(1051及び2052)のうちの一方である第2増幅トランジスタ2052のゲート絶縁膜2057を薄くした構造とすることで、FD103の容量Cfdが増加するため、第2増幅トランジスタ2052を使用した読出し時の画素ノイズVn_pixを低減することが可能となる。その一方で、第1増幅トランジスタ1051の耐久性は維持されているので、単位画素100、強いてはCMOSイメージセンサの短寿命化を抑制することも可能である。
3.2 差動増幅読出し回路とソースフォロワ読出し回路との切替え
図22は、本実施形態に係るソースフォロワ読出しと差動増幅読出しとの切替えを可能にした周辺回路を含む回路構成例を示す回路図である。なお、図22には、図11と同様に、画素アレイ部13における2つの単位画素200-1及び200-2に着目し、差動増幅読出し時にはこれらのうちの一方を参照画素とし、他方を信号画素とする場合の例が示されている。
図22は、本実施形態に係るソースフォロワ読出しと差動増幅読出しとの切替えを可能にした周辺回路を含む回路構成例を示す回路図である。なお、図22には、図11と同様に、画素アレイ部13における2つの単位画素200-1及び200-2に着目し、差動増幅読出し時にはこれらのうちの一方を参照画素とし、他方を信号画素とする場合の例が示されている。
図22に示すように、本実施形態に係る回路構成例は、第1の実施形態において図11を用いて説明した回路構成例と同様の構成において、単位画素200-1及び200-2の第2増幅トランジスタ1052が、それぞれ第2増幅トランジスタ2052に置き換えられた構成を備える。
各単位画素200-1及び200-2において、第1増幅トランジスタ1051と第2増幅トランジスタ3052とのいずれを使用するかは、上述した実施形態と同様に、選択制御信号SEL1及びSEL2によって制御される。
3.3 作用・効果
以上のように、本実施形態によれば、通常の読出し動作では第1増幅トランジスタ1051を使用し、超暗時などの特定の読出し動作では第2増幅トランジスタ2052を使用するなどのように、状況に応じて使用する増幅トランジスタを切り替えることが可能となる。それにより、第2増幅トランジスタ2052の使用割合を抑えることが可能となるため、製品寿命の短縮を抑制することが可能となる。
以上のように、本実施形態によれば、通常の読出し動作では第1増幅トランジスタ1051を使用し、超暗時などの特定の読出し動作では第2増幅トランジスタ2052を使用するなどのように、状況に応じて使用する増幅トランジスタを切り替えることが可能となる。それにより、第2増幅トランジスタ2052の使用割合を抑えることが可能となるため、製品寿命の短縮を抑制することが可能となる。
また、第2増幅トランジスタ2052を使用した読出しでは、第1増幅トランジスタ1051を使用した読出しよりも画素ノイズVn_pixが低減されるため、より高品質の画像を読み出すことが可能となる。
さらに、本実施形態では、第2増幅トランジスタ2052のゲート絶縁膜を薄膜化してFD103の容量Cfdを増加させることで、変換効率の低減などの効果も得られる。
その他の構成、動作及び効果は、CMOSイメージセンサの構成例を含め、上述した実施形態と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
4.第3の実施形態
次に、第3の実施形態に係る固体撮像装置及び電子機器について、図面を参照して詳細に説明する。
次に、第3の実施形態に係る固体撮像装置及び電子機器について、図面を参照して詳細に説明する。
第2の実施形態では、各単位画素200における2つの増幅トランジスタ(第1増幅トランジスタ1051及び第2増幅トランジスタ1052)のうちの一方の増幅トランジスタ(第2増幅トランジスタ2052)のゲート絶縁膜を薄膜化することで、画素ノイズVn_pixを低減する形態について例示したが、画素ノイズVn_pixを低減する形態としては、ゲート絶縁膜の薄膜化に限定されるものではない。例えば、増幅トランジスタのゲート長(チャネル長ともいう)を長くしてFD103の容量Cfdを増加させることでも、画素ノイズVn_pixの低減を図ることが可能である。
そこで本実施形態では、各単位画素300における2つの増幅トランジスタのうちの一方の増幅トランジスタのゲート長(チャネル長)を長くすることで、画素ノイズVn_pixを低減する形態について、例を挙げて説明する。
4.1 単位画素のレイアウト例
図23は、本実施形態に係る単位画素のレイアウト例を示す上視図である。図24は、図23におけるD-D断面の構造例、すなわち、第2増幅トランジスタ3052の断面構造例を示す断面図である。
図23は、本実施形態に係る単位画素のレイアウト例を示す上視図である。図24は、図23におけるD-D断面の構造例、すなわち、第2増幅トランジスタ3052の断面構造例を示す断面図である。
図23に示すように、本実施形態に係る単位画素300は、図7に示した単位画素100又は図18に示した単位画素200と同様の構成において、第2増幅トランジスタ1052又は2052が第2増幅トランジスタ3052に置き換えられた構成を有する。また、図24に示すように、第2増幅トランジスタ3052のゲート長(チャネル長)L2は、第1増幅トランジスタ1051のゲート長(チャネル長)L1よりも長い。
4.2 作用・効果
以上のように、本実施形態によれば、2つの増幅トランジスタ(1051及び3052)のうちの一方である第2増幅トランジスタ3052のゲート長(チャネル長)を長くした構造とすることで、FD103の容量Cfdが増加するため、第2増幅トランジスタ3052を使用した読出し時の画素ノイズVn_pixを低減することが可能となる。
以上のように、本実施形態によれば、2つの増幅トランジスタ(1051及び3052)のうちの一方である第2増幅トランジスタ3052のゲート長(チャネル長)を長くした構造とすることで、FD103の容量Cfdが増加するため、第2増幅トランジスタ3052を使用した読出し時の画素ノイズVn_pixを低減することが可能となる。
なお、第3の実施形態では、第1及び第2増幅トランジスタ1051及び3052のゲート絶縁膜の厚さを同等としている。これは、本実施形態によれば、第2増幅トランジスタ3052の耐久性を維持しつつ、第2増幅トランジスタ3052を使用した読出し時の画素ノイズVn_pixを低減することが可能であることを意味している。ただし、これに限定されず、本実施形態において、第1及び/又は第2増幅トランジスタ1051及び/又は3052のゲート絶縁膜の厚さを薄くしてもよい。
また、本実施形態では、第2増幅トランジスタ3052のゲート長(チャネル長)を長くしてFD103の容量Cfdを増加させることで、変換効率の低減やPRNU特性の改善などの効果も得られる。
さらに、本実施形態において、第1増幅トランジスタ1051のゲート長(チャネル長)L1は、例えば、第1の実施形態における第1増幅トランジスタ1051のゲート長(チャネル長)と同等であってもよいし、短くてもよい。第1増幅トランジスタ1051のゲート長(チャネル長)L1を短くした場合、FD103の容量Cfdが減少するため、第1増幅トランジスタ1051を使用したソースフォロワ読出しや差動増幅読出しの変換効率を高めることが可能となる。
その他の構成、動作及び効果は、CMOSイメージセンサの構成例やソースフォロワ読出しと差動増幅読出しとの切替え構成等を含め、上述した実施形態と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
なお、上述した各実施形態では、各単位画素100/200/300が、増幅トランジスタが2つに分割された2フィンガの構成を備える場合について例示したが、増幅トランジスタの分割数は2つに限定されず、3つ以上とすることが可能である。その場合でも、各フィンガ(分割された増幅トランジスタ)に対して一対一に対応する選択トランジスタが設けられる。それにより、ソースフォロワ読出し時及び/又は差動増幅読出し時の変換効率をより細かく調整することが可能となるため、例えば、ソースフォロワ読出しと差動増幅読出しとのよりシームレスな切替えが可能となる。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示の技術的範囲は、上述の実施形態そのままに限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、異なる実施形態及び変形例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
また、本明細書に記載された各実施形態における効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、他の効果があってもよい。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
(1)
入射光量に応じた電荷を発生させる光電変換素子と、
前記光電変換素子に発生した前記電荷を転送する転送トランジスタと、
前記転送トランジスタで転送された前記電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部に対して並列に接続された少なくとも2つのフィンガを含む増幅トランジスタと、
前記増幅トランジスタの各フィンガに対して一対一で設けられた選択トランジスタと、
を含む複数の単位画素を備える固体撮像装置。
(2)
前記増幅トランジスタは、前記少なくとも2つのフィンガのうちの1のフィンガに相当する第1増幅トランジスタと、他の1のフィンガに相当する第2増幅トランジスタとを含み、
前記選択トランジスタは、前記第1増幅トランジスタに対して直列に接続された第1選択トランジスタと、前記第2増幅トランジスタに対して直列に接続された第2選択トランジスタとを含む、
前記(1)に記載の固体撮像装置。
(3)
第1~第4の信号線をさらに備え、
前記複数の単位画素は、第1の単位画素と第2の単位画素とを含み、
前記第1の単位画素において、
前記第1増幅トランジスタのゲート及び前記第2増幅トランジスタのゲートは、前記電荷蓄積部に接続され、
前記第1増幅トランジスタのソース及び前記第2増幅トランジスタのソースは、前記第3の信号線に接続され、
前記第1増幅トランジスタのドレインは、前記第1選択トランジスタを介して前記第1の信号線に接続され、
前記第2増幅トランジスタのドレインは、前記第2選択トランジスタを介して前記第1の信号線に接続され、
前記第2の単位画素において、
前記第1増幅トランジスタのゲート及び前記第2増幅トランジスタのゲートは、前記電荷蓄積部に接続され、
前記第1増幅トランジスタのソース及び前記第2増幅トランジスタのソースは、前記第4の信号線に接続され、
前記第1増幅トランジスタのドレインは、前記第1選択トランジスタを介して前記第2の信号線に接続され、
前記第2増幅トランジスタのドレインは、前記第2選択トランジスタを介して前記第2の信号線に接続される
前記(2)に記載の固体撮像装置。
(4)
前記第1及び第2の信号線に接続されたカレントミラー回路と、
前記第3及び第4の信号線に接続された定電流回路と、
をさらに備える前記(3)に記載の固体撮像装置。
(5)
定電流回路と、
前記第1又は第2の信号線と前記定電流回路との接続を切り替える第1のスイッチと、
前記第3又は第4の信号線と所定の電源電圧との接続を切り替える第2のスイッチと、
をさらに備える前記(3)に記載の固体撮像装置。
(6)
前記第1の信号線に接続された第1トランジスタと、前記第2の信号線に接続された第2トランジスタとを含むカレントミラー回路と、
前記第3の信号線と前記定電流回路との接続を切り替える第3のスイッチと、
前記第4の信号線と前記定電流回路との接続を切り替える第4のスイッチと、
前記第1の単位画素における前記第1及び第2増幅トランジスタそれぞれのゲートと前記第1の信号線との接続を切り替える第5のスイッチと、
前記第2の単位画素における前記第1及び第2増幅トランジスタそれぞれのゲートと前記第2の信号線との接続を切り替える第6のスイッチと、
前記第1及び第2トランジスタそれぞれのゲートと前記第1トランジスタのドレインとの接続を切り替える第7のスイッチと、
前記第1及び第2トランジスタそれぞれのゲートと前記第2トランジスタのドレインとの接続を切り替える第8のスイッチと、
をさらに備える前記(5)に記載の固体撮像装置。
(7)
前記第1~第8のスイッチの接続状態を切り替える制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記複数の単位画素に対してソースフォロア読出しを実行する場合、前記第1及び第2のスイッチをオン状態とし、前記第3~第8のスイッチをオフ状態として、ソースフォロア回路を構成する前記(6)に記載の固体撮像装置。
(8)
前記制御部は、
前記第1の単位画素から画素信号を読み出す差動増幅読出しを実行する場合、前記第1及び第2のスイッチ並びに前記第8のスイッチをオフ状態とし、前記第3~第7のスイッチをオン状態として、第1の差動増幅回路を構成し、
前記第2の単位画素から画素信号を読み出す差動増幅読出しを実行する場合、前記第1及び第2のスイッチ並びに前記第7のスイッチをオフ状態とし、前記第3~第6のスイッチ及び第8のスイッチをオン状態として、第2の差動増幅回路を構成する
前記(7)に記載の固体撮像装置。
(9)
前記第1増幅トランジスタと前記第2増幅トランジスタとは、同一の構造を備える前記(3)~(8)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(10)
前記第2増幅トランジスタのゲート絶縁膜は、前記第1増幅トランジスタのゲート絶縁膜よりも薄い前記(3)~(8)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(11)
前記第2増幅トランジスタのゲート長は、前記第1増幅トランジスタのゲート長よりも長い前記(3)~(8)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(12)
前記複数の単位画素のうち読出し対象の単位画素を駆動する駆動回路をさらに備え、
前記駆動回路は、
前記読出し対象の単位画素から第1の変換効率で画素信号を読み出す場合、前記第1選択トランジスタのゲートにHighレベルの第1選択制御信号を与えるとともに、前記第2選択トランジスタのゲートに与える第2選択制御信号をLowレベルに維持し、
前記読出し対象の単位画素から前記第1の変換効率よりも低い第2の変換効率で画素信号を読み出す場合、前記第1選択トランジスタのゲートにHighレベルの前記第1選択制御信号を与えるとともに、前記第2選択トランジスタのゲートにHighレベルの前記第2選択制御信号を与える
前記(2)~(11)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(13)
前記複数の単位画素のうち読出し対象の単位画素を駆動する駆動回路をさらに備え、
前記駆動回路は、
前記読出し対象の単位画素から第1の変換効率で画素信号を読み出す場合、前記第1選択トランジスタのゲートにHighレベルの第1選択制御信号を与えるとともに、前記第2選択トランジスタのゲートに与える第2選択制御信号をLowレベルに維持し、
前記読出し対象の単位画素から前記第1の変換効率よりも低い第2の変換効率で画素信号を読み出す場合、前記第1選択トランジスタのゲートに与える前記第1選択制御信号をLowレベルに維持するとともに、前記第2選択トランジスタのゲートにHighレベルの前記第2選択制御信号を与える
前記(10)又は(11)に記載の固体撮像装置。
(14)
前記第1及び第2の単位画素それぞれにおいて、前記第1増幅トランジスタ及び前記第1選択トランジスタと、前記第2増幅トランジスタと前記第2選択トランジスタとは、前記第3又は第4の信号線を中心軸として線対称にレイアウトされている前記(3)~(11)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(15)
前記複数の単位画素それぞれは、前記電荷蓄積部の電荷を放電させるリセットトランジスタをさらに含む前記(1)~(10)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(16)
複数の単位画素が行列方向に配列した画素アレイ部と、
前記複数の単位画素における読出し対象の単位画素を駆動する駆動回路と、
前記駆動回路により駆動された前記読出し対象の単位画素からアナログの画素信号を読み出す読出し回路と、
前記読出し回路で読み出された前記画素信号をデジタル値に変換する信号処理回路と、
前記駆動回路と、前記読出し回路と、前記信号処理回路とを制御する制御部と、
を備え、
前記複数の単位画素それぞれは、
入射光量に応じた電荷を発生させる光電変換素子と、
前記光電変換素子に発生した前記電荷を転送する転送トランジスタと、
前記転送トランジスタで転送された前記電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部に対して並列に接続された少なくとも2つのフィンガを含む増幅トランジスタと、
前記増幅トランジスタの各フィンガに対して一対一で設けられた選択トランジスタと、
を含む電子機器。
(1)
入射光量に応じた電荷を発生させる光電変換素子と、
前記光電変換素子に発生した前記電荷を転送する転送トランジスタと、
前記転送トランジスタで転送された前記電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部に対して並列に接続された少なくとも2つのフィンガを含む増幅トランジスタと、
前記増幅トランジスタの各フィンガに対して一対一で設けられた選択トランジスタと、
を含む複数の単位画素を備える固体撮像装置。
(2)
前記増幅トランジスタは、前記少なくとも2つのフィンガのうちの1のフィンガに相当する第1増幅トランジスタと、他の1のフィンガに相当する第2増幅トランジスタとを含み、
前記選択トランジスタは、前記第1増幅トランジスタに対して直列に接続された第1選択トランジスタと、前記第2増幅トランジスタに対して直列に接続された第2選択トランジスタとを含む、
前記(1)に記載の固体撮像装置。
(3)
第1~第4の信号線をさらに備え、
前記複数の単位画素は、第1の単位画素と第2の単位画素とを含み、
前記第1の単位画素において、
前記第1増幅トランジスタのゲート及び前記第2増幅トランジスタのゲートは、前記電荷蓄積部に接続され、
前記第1増幅トランジスタのソース及び前記第2増幅トランジスタのソースは、前記第3の信号線に接続され、
前記第1増幅トランジスタのドレインは、前記第1選択トランジスタを介して前記第1の信号線に接続され、
前記第2増幅トランジスタのドレインは、前記第2選択トランジスタを介して前記第1の信号線に接続され、
前記第2の単位画素において、
前記第1増幅トランジスタのゲート及び前記第2増幅トランジスタのゲートは、前記電荷蓄積部に接続され、
前記第1増幅トランジスタのソース及び前記第2増幅トランジスタのソースは、前記第4の信号線に接続され、
前記第1増幅トランジスタのドレインは、前記第1選択トランジスタを介して前記第2の信号線に接続され、
前記第2増幅トランジスタのドレインは、前記第2選択トランジスタを介して前記第2の信号線に接続される
前記(2)に記載の固体撮像装置。
(4)
前記第1及び第2の信号線に接続されたカレントミラー回路と、
前記第3及び第4の信号線に接続された定電流回路と、
をさらに備える前記(3)に記載の固体撮像装置。
(5)
定電流回路と、
前記第1又は第2の信号線と前記定電流回路との接続を切り替える第1のスイッチと、
前記第3又は第4の信号線と所定の電源電圧との接続を切り替える第2のスイッチと、
をさらに備える前記(3)に記載の固体撮像装置。
(6)
前記第1の信号線に接続された第1トランジスタと、前記第2の信号線に接続された第2トランジスタとを含むカレントミラー回路と、
前記第3の信号線と前記定電流回路との接続を切り替える第3のスイッチと、
前記第4の信号線と前記定電流回路との接続を切り替える第4のスイッチと、
前記第1の単位画素における前記第1及び第2増幅トランジスタそれぞれのゲートと前記第1の信号線との接続を切り替える第5のスイッチと、
前記第2の単位画素における前記第1及び第2増幅トランジスタそれぞれのゲートと前記第2の信号線との接続を切り替える第6のスイッチと、
前記第1及び第2トランジスタそれぞれのゲートと前記第1トランジスタのドレインとの接続を切り替える第7のスイッチと、
前記第1及び第2トランジスタそれぞれのゲートと前記第2トランジスタのドレインとの接続を切り替える第8のスイッチと、
をさらに備える前記(5)に記載の固体撮像装置。
(7)
前記第1~第8のスイッチの接続状態を切り替える制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記複数の単位画素に対してソースフォロア読出しを実行する場合、前記第1及び第2のスイッチをオン状態とし、前記第3~第8のスイッチをオフ状態として、ソースフォロア回路を構成する前記(6)に記載の固体撮像装置。
(8)
前記制御部は、
前記第1の単位画素から画素信号を読み出す差動増幅読出しを実行する場合、前記第1及び第2のスイッチ並びに前記第8のスイッチをオフ状態とし、前記第3~第7のスイッチをオン状態として、第1の差動増幅回路を構成し、
前記第2の単位画素から画素信号を読み出す差動増幅読出しを実行する場合、前記第1及び第2のスイッチ並びに前記第7のスイッチをオフ状態とし、前記第3~第6のスイッチ及び第8のスイッチをオン状態として、第2の差動増幅回路を構成する
前記(7)に記載の固体撮像装置。
(9)
前記第1増幅トランジスタと前記第2増幅トランジスタとは、同一の構造を備える前記(3)~(8)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(10)
前記第2増幅トランジスタのゲート絶縁膜は、前記第1増幅トランジスタのゲート絶縁膜よりも薄い前記(3)~(8)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(11)
前記第2増幅トランジスタのゲート長は、前記第1増幅トランジスタのゲート長よりも長い前記(3)~(8)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(12)
前記複数の単位画素のうち読出し対象の単位画素を駆動する駆動回路をさらに備え、
前記駆動回路は、
前記読出し対象の単位画素から第1の変換効率で画素信号を読み出す場合、前記第1選択トランジスタのゲートにHighレベルの第1選択制御信号を与えるとともに、前記第2選択トランジスタのゲートに与える第2選択制御信号をLowレベルに維持し、
前記読出し対象の単位画素から前記第1の変換効率よりも低い第2の変換効率で画素信号を読み出す場合、前記第1選択トランジスタのゲートにHighレベルの前記第1選択制御信号を与えるとともに、前記第2選択トランジスタのゲートにHighレベルの前記第2選択制御信号を与える
前記(2)~(11)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(13)
前記複数の単位画素のうち読出し対象の単位画素を駆動する駆動回路をさらに備え、
前記駆動回路は、
前記読出し対象の単位画素から第1の変換効率で画素信号を読み出す場合、前記第1選択トランジスタのゲートにHighレベルの第1選択制御信号を与えるとともに、前記第2選択トランジスタのゲートに与える第2選択制御信号をLowレベルに維持し、
前記読出し対象の単位画素から前記第1の変換効率よりも低い第2の変換効率で画素信号を読み出す場合、前記第1選択トランジスタのゲートに与える前記第1選択制御信号をLowレベルに維持するとともに、前記第2選択トランジスタのゲートにHighレベルの前記第2選択制御信号を与える
前記(10)又は(11)に記載の固体撮像装置。
(14)
前記第1及び第2の単位画素それぞれにおいて、前記第1増幅トランジスタ及び前記第1選択トランジスタと、前記第2増幅トランジスタと前記第2選択トランジスタとは、前記第3又は第4の信号線を中心軸として線対称にレイアウトされている前記(3)~(11)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(15)
前記複数の単位画素それぞれは、前記電荷蓄積部の電荷を放電させるリセットトランジスタをさらに含む前記(1)~(10)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(16)
複数の単位画素が行列方向に配列した画素アレイ部と、
前記複数の単位画素における読出し対象の単位画素を駆動する駆動回路と、
前記駆動回路により駆動された前記読出し対象の単位画素からアナログの画素信号を読み出す読出し回路と、
前記読出し回路で読み出された前記画素信号をデジタル値に変換する信号処理回路と、
前記駆動回路と、前記読出し回路と、前記信号処理回路とを制御する制御部と、
を備え、
前記複数の単位画素それぞれは、
入射光量に応じた電荷を発生させる光電変換素子と、
前記光電変換素子に発生した前記電荷を転送する転送トランジスタと、
前記転送トランジスタで転送された前記電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部に対して並列に接続された少なくとも2つのフィンガを含む増幅トランジスタと、
前記増幅トランジスタの各フィンガに対して一対一で設けられた選択トランジスタと、
を含む電子機器。
1 CMOSイメージセンサ
11 システム制御部
12 垂直駆動回路
13 画素アレイ部
14 カラム読出し回路部
15 カラム信号処理回路
16 水平駆動回路
17 信号処理部
100、100-1、100-2、200、200-1、200-2、300 単位画素
100A 信号画素
100B 参照画素
101、101r PD
102、102r 転送トランジスタ
103、103r FD
104、104r リセットトランジスタ
1051、105r1 第1増幅トランジスタ
1052、105r2、2052、3052 第2増幅トランジスタ
1061、106r1 第1選択トランジスタ
1062、106r2 第2選択トランジスタ
112 転送トランジスタ駆動線
114 リセットトランジスタ駆動線
1161 第1選択トランジスタ駆動線
1162 第2選択トランジスタ駆動線
141 カレントミラー回路
142 テール電流源部
1011 n型半導体領域
1012 p型半導体領域
1021、1041、10511、10512、10611、10612、30512 ゲート
1022、1023、1042、1043、1044、10521、10522、1054、10621、10622、10631、10632 電極
1031 配線
1045、1055 素子形成領域
1411、1412 PMOSトランジスタ
1057、2057 ゲート絶縁膜
LD 画素駆動線
LV 垂直画素配線
SW0、SW11~SW17、SW21~SW27 スイッチ
VCOM 垂直電流供給線
VDD 電源電圧
VL1、VL2 信号線
VRD、VRDr、VRD1、VRD2 垂直リセット入力線
VSL、VSLr、VSL1、VSL2 垂直信号線
Vest 所定の電圧
11 システム制御部
12 垂直駆動回路
13 画素アレイ部
14 カラム読出し回路部
15 カラム信号処理回路
16 水平駆動回路
17 信号処理部
100、100-1、100-2、200、200-1、200-2、300 単位画素
100A 信号画素
100B 参照画素
101、101r PD
102、102r 転送トランジスタ
103、103r FD
104、104r リセットトランジスタ
1051、105r1 第1増幅トランジスタ
1052、105r2、2052、3052 第2増幅トランジスタ
1061、106r1 第1選択トランジスタ
1062、106r2 第2選択トランジスタ
112 転送トランジスタ駆動線
114 リセットトランジスタ駆動線
1161 第1選択トランジスタ駆動線
1162 第2選択トランジスタ駆動線
141 カレントミラー回路
142 テール電流源部
1011 n型半導体領域
1012 p型半導体領域
1021、1041、10511、10512、10611、10612、30512 ゲート
1022、1023、1042、1043、1044、10521、10522、1054、10621、10622、10631、10632 電極
1031 配線
1045、1055 素子形成領域
1411、1412 PMOSトランジスタ
1057、2057 ゲート絶縁膜
LD 画素駆動線
LV 垂直画素配線
SW0、SW11~SW17、SW21~SW27 スイッチ
VCOM 垂直電流供給線
VDD 電源電圧
VL1、VL2 信号線
VRD、VRDr、VRD1、VRD2 垂直リセット入力線
VSL、VSLr、VSL1、VSL2 垂直信号線
Vest 所定の電圧
Claims (16)
- 入射光量に応じた電荷を発生させる光電変換素子と、
前記光電変換素子に発生した前記電荷を転送する転送トランジスタと、
前記転送トランジスタで転送された前記電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部に対して並列に接続された少なくとも2つのフィンガを含む増幅トランジスタと、
前記増幅トランジスタの各フィンガに対して一対一で設けられた選択トランジスタと、
を含む複数の単位画素を備える固体撮像装置。 - 前記増幅トランジスタは、前記少なくとも2つのフィンガのうちの1のフィンガに相当する第1増幅トランジスタと、他の1のフィンガに相当する第2増幅トランジスタとを含み、
前記選択トランジスタは、前記第1増幅トランジスタに対して直列に接続された第1選択トランジスタと、前記第2増幅トランジスタに対して直列に接続された第2選択トランジスタとを含む、
請求項1に記載の固体撮像装置。 - 第1~第4の信号線をさらに備え、
前記複数の単位画素は、第1の単位画素と第2の単位画素とを含み、
前記第1の単位画素において、
前記第1増幅トランジスタのゲート及び前記第2増幅トランジスタのゲートは、前記電荷蓄積部に接続され、
前記第1増幅トランジスタのソース及び前記第2増幅トランジスタのソースは、前記第3の信号線に接続され、
前記第1増幅トランジスタのドレインは、前記第1選択トランジスタを介して前記第1の信号線に接続され、
前記第2増幅トランジスタのドレインは、前記第2選択トランジスタを介して前記第1の信号線に接続され、
前記第2の単位画素において、
前記第1増幅トランジスタのゲート及び前記第2増幅トランジスタのゲートは、前記電荷蓄積部に接続され、
前記第1増幅トランジスタのソース及び前記第2増幅トランジスタのソースは、前記第4の信号線に接続され、
前記第1増幅トランジスタのドレインは、前記第1選択トランジスタを介して前記第2の信号線に接続され、
前記第2増幅トランジスタのドレインは、前記第2選択トランジスタを介して前記第2の信号線に接続される
請求項2に記載の固体撮像装置。 - 前記第1及び第2の信号線に接続されたカレントミラー回路と、
前記第3及び第4の信号線に接続された定電流回路と、
をさらに備える請求項3に記載の固体撮像装置。 - 定電流回路と、
前記第1又は第2の信号線と前記定電流回路との接続を切り替える第1のスイッチと、
前記第3又は第4の信号線と所定の電源電圧との接続を切り替える第2のスイッチと、
をさらに備える請求項3に記載の固体撮像装置。 - 前記第1の信号線に接続された第1トランジスタと、前記第2の信号線に接続された第2トランジスタとを含むカレントミラー回路と、
前記第3の信号線と前記定電流回路との接続を切り替える第3のスイッチと、
前記第4の信号線と前記定電流回路との接続を切り替える第4のスイッチと、
前記第1の単位画素における前記第1及び第2増幅トランジスタそれぞれのゲートと前記第1の信号線との接続を切り替える第5のスイッチと、
前記第2の単位画素における前記第1及び第2増幅トランジスタそれぞれのゲートと前記第2の信号線との接続を切り替える第6のスイッチと、
前記第1及び第2トランジスタそれぞれのゲートと前記第1トランジスタのドレインとの接続を切り替える第7のスイッチと、
前記第1及び第2トランジスタそれぞれのゲートと前記第2トランジスタのドレインとの接続を切り替える第8のスイッチと、
をさらに備える請求項5に記載の固体撮像装置。 - 前記第1~第8のスイッチの接続状態を切り替える制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記複数の単位画素に対してソースフォロア読出しを実行する場合、前記第1及び第2のスイッチをオン状態とし、前記第3~第8のスイッチをオフ状態として、ソースフォロア回路を構成する請求項6に記載の固体撮像装置。 - 前記制御部は、
前記第1の単位画素から画素信号を読み出す差動増幅読出しを実行する場合、前記第1及び第2のスイッチ並びに前記第8のスイッチをオフ状態とし、前記第3~第7のスイッチをオン状態として、第1の差動増幅回路を構成し、
前記第2の単位画素から画素信号を読み出す差動増幅読出しを実行する場合、前記第1及び第2のスイッチ並びに前記第7のスイッチをオフ状態とし、前記第3~第6のスイッチ及び第8のスイッチをオン状態として、第2の差動増幅回路を構成する
請求項7に記載の固体撮像装置。 - 前記第1増幅トランジスタと前記第2増幅トランジスタとは、同一の構造を備える請求項3に記載の固体撮像装置。
- 前記第2増幅トランジスタのゲート絶縁膜は、前記第1増幅トランジスタのゲート絶縁膜よりも薄い請求項3に記載の固体撮像装置。
- 前記第2増幅トランジスタのゲート長は、前記第1増幅トランジスタのゲート長よりも長い請求項3に記載の固体撮像装置。
- 前記複数の単位画素のうち読出し対象の単位画素を駆動する駆動回路をさらに備え、
前記駆動回路は、
前記読出し対象の単位画素から第1の変換効率で画素信号を読み出す場合、前記第1選択トランジスタのゲートにHighレベルの第1選択制御信号を与えるとともに、前記第2選択トランジスタのゲートに与える第2選択制御信号をLowレベルに維持し、
前記読出し対象の単位画素から前記第1の変換効率よりも低い第2の変換効率で画素信号を読み出す場合、前記第1選択トランジスタのゲートにHighレベルの前記第1選択制御信号を与えるとともに、前記第2選択トランジスタのゲートにHighレベルの前記第2選択制御信号を与える
請求項2に記載の固体撮像装置。 - 前記複数の単位画素のうち読出し対象の単位画素を駆動する駆動回路をさらに備え、
前記駆動回路は、
前記読出し対象の単位画素から第1の変換効率で画素信号を読み出す場合、前記第1選択トランジスタのゲートにHighレベルの第1選択制御信号を与えるとともに、前記第2選択トランジスタのゲートに与える第2選択制御信号をLowレベルに維持し、
前記読出し対象の単位画素から前記第1の変換効率よりも低い第2の変換効率で画素信号を読み出す場合、前記第1選択トランジスタのゲートに与える前記第1選択制御信号をLowレベルに維持するとともに、前記第2選択トランジスタのゲートにHighレベルの前記第2選択制御信号を与える
請求項10に記載の固体撮像装置。 - 前記第1及び第2の単位画素それぞれにおいて、前記第1増幅トランジスタ及び前記第1選択トランジスタと、前記第2増幅トランジスタと前記第2選択トランジスタとは、前記第3又は第4の信号線を中心軸として線対称にレイアウトされている請求項3に記載の固体撮像装置。
- 前記複数の単位画素それぞれは、前記電荷蓄積部の電荷を放電させるリセットトランジスタをさらに含む請求項1に記載の固体撮像装置。
- 複数の単位画素が行列方向に配列した画素アレイ部と、
前記複数の単位画素における読出し対象の単位画素を駆動する駆動回路と、
前記駆動回路により駆動された前記読出し対象の単位画素からアナログの画素信号を読み出す読出し回路と、
前記読出し回路で読み出された前記画素信号をデジタル値に変換する信号処理回路と、
前記駆動回路と、前記読出し回路と、前記信号処理回路とを制御する制御部と、
を備え、
前記複数の単位画素それぞれは、
入射光量に応じた電荷を発生させる光電変換素子と、
前記光電変換素子に発生した前記電荷を転送する転送トランジスタと、
前記転送トランジスタで転送された前記電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部に対して並列に接続された少なくとも2つのフィンガを含む増幅トランジスタと、
前記増幅トランジスタの各フィンガに対して一対一で設けられた選択トランジスタと、
を含む電子機器。
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US17/274,722 US11303832B2 (en) | 2018-09-19 | 2019-09-11 | Solid-state imaging device and electronic apparatus |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113422918A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-09-21 | 天津大学 | 提高动态范围的像素单元、阵列与阵列驱动方法 |
WO2023153091A1 (ja) * | 2022-02-09 | 2023-08-17 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 半導体装置及び電子機器 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11553148B2 (en) * | 2018-04-04 | 2023-01-10 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Solid-state imaging device |
US11652131B2 (en) * | 2020-05-15 | 2023-05-16 | Omnivision Technologies, Inc. | Layout design of dual row select structure |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008022259A (ja) * | 2006-07-12 | 2008-01-31 | Sony Corp | 固体撮像装置 |
JP2008271280A (ja) * | 2007-04-23 | 2008-11-06 | Sony Corp | 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、固体撮像装置の信号処理方法および撮像装置 |
JP2018074268A (ja) * | 2016-10-26 | 2018-05-10 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 固体撮像素子およびその制御方法、並びに電子機器 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013172210A (ja) * | 2012-02-17 | 2013-09-02 | Canon Inc | 撮像装置 |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008022259A (ja) * | 2006-07-12 | 2008-01-31 | Sony Corp | 固体撮像装置 |
JP2008271280A (ja) * | 2007-04-23 | 2008-11-06 | Sony Corp | 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、固体撮像装置の信号処理方法および撮像装置 |
JP2018074268A (ja) * | 2016-10-26 | 2018-05-10 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 固体撮像素子およびその制御方法、並びに電子機器 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113422918A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-09-21 | 天津大学 | 提高动态范围的像素单元、阵列与阵列驱动方法 |
WO2023153091A1 (ja) * | 2022-02-09 | 2023-08-17 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 半導体装置及び電子機器 |
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