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JP4718169B2 - CMOS imaging device circuit - Google Patents

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JP4718169B2
JP4718169B2 JP2004366555A JP2004366555A JP4718169B2 JP 4718169 B2 JP4718169 B2 JP 4718169B2 JP 2004366555 A JP2004366555 A JP 2004366555A JP 2004366555 A JP2004366555 A JP 2004366555A JP 4718169 B2 JP4718169 B2 JP 4718169B2
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signal
well
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俊男 和田
隆 能勢
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Nidec Mobility Corp
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Omron Automotive Electronics Co Ltd
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Description

本発明は、CMOS撮像デバイス回路に関するものである。   The present invention relates to a CMOS imaging device circuit.

従来、種々の画像データを取得するために、MOS型の撮像デバイスが用いられている。この種の撮像デバイスは、フォト・ダイオードのpn接合容量に蓄積した電荷をMOS型のトランジスタ(例えば、電界効果型トランジスタ(FET))を介して読み出すようになっている。   Conventionally, MOS-type imaging devices have been used to acquire various image data. This type of imaging device reads out the electric charge accumulated in the pn junction capacitance of the photo diode through a MOS transistor (for example, a field effect transistor (FET)).

一般に、MOS型等の撮像デバイスは、撮影に用いられるネガ・フィルムに比べてラティテュード、即ちダイナミック・レンジが狭いと言われている。ラティテュードが狭いことは、画像の暗い部分が黒い画素データとして記録され、画像の明るい部分が白い画素データとして記録される。   In general, it is said that an imaging device such as a MOS type has a narrow latitude, that is, a dynamic range, compared to a negative film used for photographing. The narrow latitude means that the dark part of the image is recorded as black pixel data, and the bright part of the image is recorded as white pixel data.

このダイナミック・レンジを拡大する技術として、対数変換型の撮像デバイスがある(例えば、特許文献1,非特許文献1参照)。例えば、特許文献1に開示された画像セルは、受光素子を第1のMOSトランジスタの一方の端子と第2のMOSトランジスタのゲート端子との間に接続され、第1のMOSトランジスタの他方の端子は電圧供給源の一方の電極に接続されている。そして、サブ・スレッショルド領域にて動作する第1のMOSトランジスタにより画像セル中で対数変換を行い、その変換結果を出力する。
米国特許5608204号明細書 映像メディア学会誌、Vol.54、No.2、pp.224−、2000年
As a technique for expanding the dynamic range, there is a logarithmic conversion type imaging device (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). For example, in the image cell disclosed in Patent Document 1, a light receiving element is connected between one terminal of a first MOS transistor and a gate terminal of a second MOS transistor, and the other terminal of the first MOS transistor. Is connected to one electrode of a voltage supply source. Then, logarithmic conversion is performed in the image cell by the first MOS transistor operating in the sub-threshold region, and the conversion result is output.
US Pat. No. 5,608,204 The Journal of the Video Media Society, Vol. 54, no. 2, pp. 224, 2000

ところが、上記の特許文献1と非特許文献1に開示された撮像デバイスは、フォト・ダイオードにて発生する電荷が蓄積され、その電荷が隣接して配列された画像セルのフォト・ダイオードに発生する電荷に影響を与える、所謂電荷干渉によるクロストークが問題となっている。特に、夜間撮影のように明暗(コントラスト)の差が大きくその明点が移動する場合、画像解像度の劣化を招き、画質が低下するという問題がある。   However, in the imaging devices disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 described above, charges generated in the photo diode are accumulated, and the charges are generated in the photo diode of the image cell arranged adjacently. Crosstalk due to so-called charge interference that affects the charge is a problem. In particular, when there is a large difference in contrast (contrast) as in night photography, and the bright point moves, there is a problem that image resolution is deteriorated and image quality is lowered.

この発明は、隣接する画像セル間の電荷干渉を低減することを目的とする。   An object of the present invention is to reduce charge interference between adjacent image cells.

この発明によるCMOS撮像デバイス回路は、行選択線と列信号線の交点に接続された画像セルを一導電型半導体基板表面に備えたCMOS撮像デバイス回路であって、前記画像セルは、直列接続された受光素子及び一導電チャネル型の第1トランジスタを備え、該第1トランジスタをサブ・スレッショルド領域に動作させて入射光量に応じて対数特性を持つ光電変換信号を生成する対数変換部と、前記光電変換信号を増幅して前記列信号線に出力する信号増幅部と、を備え、前記信号増幅部は、ゲート端子が前記受光素子と前記第1トランジスタとの間のセンスノードに接続され、ソース端子が第1の電源に接続された第2トランジスタと、ゲート端子が前記行選択線に接続され、第1端子が前記第2トランジスタに接続され、第2端子が前記列信号線に接続され、該行選択線を介して供給される駆動信号に応答して前記第2トランジスタと前記列信号線とを接離する第3トランジスタと、を備え、前記信号増幅部は、前記第1トランジスタとは逆導電チャネル型のトランジスタにより構成され、前記画像セルは矩形状の領域に形成され、前記画像セルの中央に前記受光素子が設けられ、前記画像セルの頂点のいずれかに前記第1トランジスタが設けられるとともに、前記第1トランジスタが設けられた頂点の対角の頂点に前記第2トランジスタ及び前記第3トランジスタが設けられ、前記受光素子及び前記第1トランジスタ、前記一導電型半導体基板に画素毎に設けた逆導電型のウェル内に形成され、前記受光素子が形成されるウェルと前記第1トランジスタが形成されるウェルとを連続した一つのウェルとして形成するとともに、該ウェルには、前記信号増幅部を構成するトランジスタが形成されていないものである。尚、半導体基板は、基板単体のみならず、表面にエピタキシャル層等が形成された基板、絶縁基板の表面に単結晶等の半導体層を形成した基板を含むものとする。 A CMOS imaging device circuit according to the present invention is a CMOS imaging device circuit having an image cell connected to an intersection of a row selection line and a column signal line on the surface of a one-conductivity type semiconductor substrate, wherein the image cell is connected in series. A logarithmic conversion unit that generates a photoelectric conversion signal having a logarithmic characteristic according to the amount of incident light by operating the first transistor in a sub-threshold region. A signal amplifying unit that amplifies the converted signal and outputs the amplified signal to the column signal line, the signal amplifying unit having a gate terminal connected to a sense node between the light receiving element and the first transistor, and a source terminal Has a second transistor connected to the first power supply, a gate terminal connected to the row selection line, a first terminal connected to the second transistor, and a second terminal A third transistor connected to the column signal line and contacting and separating the second transistor and the column signal line in response to a drive signal supplied via the row selection line; Is constituted by a transistor having a reverse conductivity channel type with respect to the first transistor, the image cell is formed in a rectangular region, the light receiving element is provided in the center of the image cell, and any of the apexes of the image cell The first transistor is provided, and the second transistor and the third transistor are provided at the vertices of the vertices where the first transistor is provided, and the light receiving element and the first transistor are is formed on the first conductivity type semiconductor substrate opposite conductivity type in the well provided for each pixel, the well and the first transistor receiving element is formed is formed U Thereby forming a Le as a continuous one well, in the well are those transistors constituting the signal amplifying section is not formed. Note that the semiconductor substrate includes not only a single substrate but also a substrate in which an epitaxial layer or the like is formed on the surface, and a substrate in which a semiconductor layer such as a single crystal is formed on the surface of an insulating substrate.

この発明によると、受光素子及び第1トランジスタが、一導電型半導体基板に画素毎に設けた逆導電型のウェル内に形成されるため、受光した光により発生する蓄積電荷が隣接する画像セルの蓄積電荷に影響を与えることが低減されるため、隣接する画像セル間の電荷干渉が低減される。   According to the present invention, since the light receiving element and the first transistor are formed in the reverse conductivity type well provided for each pixel in the one conductivity type semiconductor substrate, the accumulated charge generated by the received light is generated in the adjacent image cell. Since the effect on the stored charge is reduced, charge interference between adjacent image cells is reduced.

また、画像セルにおいて光電変換信号が増幅されて列信号線に出力されるため、所定の面積にて画像セルを形成する場合、トランジスタの数が少ないほど受光素子の面積が大きくなる、つまり画像セルの面積に対する受光素子の面積の比率が大きくなる。これにより、トランジスタの数が多い画像セルに比べて同じ受光量に対して受光素子に流れる電流(フォトカレント)の量が多くなり、センスノードにおけるS/N比(signal-to-noise ratio )が改善される。そして、画像セルの出力信号を受ける増幅回路において増幅率を高くすることができ、高感度化を図ることができる。
さらに、ウェルを形成し該ウェルと逆導電型の領域に信号増幅部を構成するトランジスタを形成することができるため、それらトランジスタのためのウェルを形成する必要がなく、そのウェルを形成する場合に比べて受光素子の面積を大きくして感度の向上を図ることができる。
In addition, since the photoelectric conversion signal is amplified and output to the column signal line in the image cell, when the image cell is formed with a predetermined area, the area of the light receiving element increases as the number of transistors decreases. The ratio of the area of the light receiving element to the area of is increased. As a result, the amount of current (photocurrent) flowing through the light receiving element is increased with respect to the same amount of received light as compared with an image cell having a large number of transistors, and the S / N ratio (signal-to-noise ratio) at the sense node is increased. Improved. In the amplifier circuit that receives the output signal of the image cell, the amplification factor can be increased and the sensitivity can be increased.
Furthermore, since a well can be formed and a transistor constituting a signal amplifying portion can be formed in a region having a conductivity type opposite to that of the well, there is no need to form a well for the transistor, and the well is formed. In comparison, the area of the light receiving element can be increased to improve the sensitivity.

この発明の一態様においては、前記信号増幅部は、更に、ゲート端子がリセット線に接続され、第1端子が前記センスノードに接続され、第2端子が第2の電源に接続され、該リセット線を介して供給されるリセット信号に応答して前記センスノードと第2の電源とを接離する第4トランジスタを備える。受光素子は光照射で光電流を発生してインピーダンスが低下するが、低照度での光電流が小さい場合にはセンスノードが中間電位を保持して残像が発生する要因となる。第4トランジスタは、リセット信号によりセンスノードを第2の電源のレベルにリセットするため、残像問題が解消され高品質高感度の撮像が実現される。
この発明の一態様においては、半導体基板は、その表面にエピタキシャル層が形成されたものであり、隣接する前記ウェル間には、該ウェルに対して逆導電型である一導電型ウェルが前記エピタキシャル層に至るように設けられている。
In one aspect of the present invention, the signal amplifier further includes a gate terminal connected to a reset line, a first terminal connected to the sense node, a second terminal connected to a second power source, and the reset And a fourth transistor for connecting and disconnecting the sense node and the second power source in response to a reset signal supplied via the line. The light receiving element generates a photocurrent when irradiated with light, and the impedance is lowered. However, when the photocurrent is low at a low illuminance, the sense node holds an intermediate potential and causes an afterimage. Since the fourth transistor resets the sense node to the level of the second power supply by the reset signal, the afterimage problem is solved and high-quality and high-sensitivity imaging is realized.
In one embodiment of the present invention, the semiconductor substrate has an epitaxial layer formed on a surface thereof, and between the adjacent wells, one conductivity type well having a reverse conductivity type with respect to the well is provided in the epitaxial substrate. It is provided to reach the layer.

以上記述したように、本発明によれば、隣接する画像セル間の電荷干渉を低減することができる。   As described above, according to the present invention, charge interference between adjacent image cells can be reduced.

以下、本発明を具体化した一実施形態を図1〜図6に従って説明する。
図5は、固体撮像装置の概略ブロック回路図である。
固体撮像装置10は、撮像部11、内部クロック発生回路12、垂直走査回路13、水平走査回路14、出力回路15を含む。
Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 is a schematic block circuit diagram of the solid-state imaging device.
The solid-state imaging device 10 includes an imaging unit 11, an internal clock generation circuit 12, a vertical scanning circuit 13, a horizontal scanning circuit 14, and an output circuit 15.

撮像部11は、行列配列された複数の画像セルCaを備えている。尚、図5には、m行n列のマトリックス状に配列された画像セルCaを示している。
内部クロック発生回路12は、クロック信号Φ0が入力され、該クロック信号Φ0に基づいて垂直クロック信号Φwと水平クロック信号Φtを生成する。
The imaging unit 11 includes a plurality of image cells Ca arranged in a matrix. FIG. 5 shows image cells Ca arranged in a matrix of m rows and n columns.
The internal clock generation circuit 12 receives the clock signal Φ0 and generates a vertical clock signal Φw and a horizontal clock signal Φt based on the clock signal Φ0.

垂直走査回路13は、垂直方向のシフトレジスタであり、行選択線W1〜Wmと、該行選択線W1〜Wmと対を成すリセット線R1〜Rmが接続されている。水平走査回路14は複数(図5において4個)の増幅回路16とシフトレジスタ17とを含み、列信号線BL1〜BLnが接続されている。それら行選択線W1〜Wmと列信号線BL1〜BLnの交点に画像セルCaが接続されている。また、各画像セルCaは、行選択線W1〜Wmと対を成すリセット線R1〜Rmが接続されている。   The vertical scanning circuit 13 is a vertical shift register, and is connected to row selection lines W1 to Wm and reset lines R1 to Rm that are paired with the row selection lines W1 to Wm. The horizontal scanning circuit 14 includes a plurality of (four in FIG. 5) amplifier circuits 16 and a shift register 17, to which column signal lines BL1 to BLn are connected. An image cell Ca is connected to intersections of the row selection lines W1 to Wm and the column signal lines BL1 to BLn. Each image cell Ca is connected to reset lines R1 to Rm that are paired with row selection lines W1 to Wm.

垂直走査回路13は、垂直クロック信号Φwに基づいて行選択線W1〜Wmを順次駆動する。行選択線W1〜Wmに接続された画像セルCaは、行選択線W1〜Wmを介して供給される駆動信号に応答して光電変換信号を列信号線BL1〜BLnに出力する。   The vertical scanning circuit 13 sequentially drives the row selection lines W1 to Wm based on the vertical clock signal Φw. The image cells Ca connected to the row selection lines W1 to Wm output photoelectric conversion signals to the column signal lines BL1 to BLn in response to drive signals supplied via the row selection lines W1 to Wm.

水平走査回路14を構成する増幅回路16は各列信号線BL1〜BLnが接続されている。各増幅回路16は、列信号線BL1〜BLnを介して入力される光電変換信号を増幅する増幅部と、その増幅部の出力信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル(A/D)変換部を含む。   Each of the column signal lines BL1 to BLn is connected to the amplifier circuit 16 constituting the horizontal scanning circuit 14. Each amplifying circuit 16 includes an amplifying unit that amplifies photoelectric conversion signals input via the column signal lines BL1 to BLn, and an analog-digital (A / D) converting unit that converts an output signal of the amplifying unit into a digital signal. including.

水平走査回路14を構成するシフトレジスタ17は、増幅回路16から出力されるデジタル信号を水平クロック信号Φtに基づいて出力回路15に転送する。
出力回路15は、水平走査回路14から出力される信号のパルス幅を伸長した出力信号outを生成し出力する。
The shift register 17 constituting the horizontal scanning circuit 14 transfers the digital signal output from the amplifier circuit 16 to the output circuit 15 based on the horizontal clock signal Φt.
The output circuit 15 generates and outputs an output signal out obtained by extending the pulse width of the signal output from the horizontal scanning circuit 14.

次に、画像セルの構成を説明する。
図1は、行選択線W1と列信号線BL1との交点に接続された画像セルCaを示す。
画像セルCaは、対数変換部21と信号増幅部22とを備えている。対数変換部21はフォト・ダイオードPDを含む。そのフォト・ダイオードPDは、アノードが一導電チャネル型の第1トランジスタT1に接続され、カソードが高電位電源Vddに接続されている。この第1トランジスタT1は本実施形態ではPチャネル型MOSトランジスタであり、第1端子(ソース端子)がフォト・ダイオードPDに接続され、第2端子(ドレイン端子)及びゲート端子が低電位電源(本実施形態ではグランドGND)に接続されている。更に、フォト・ダイオードPD及び第1トランジスタT1は、該第1トランジスタT1と逆導電型ウェル(本実施形態ではnウェル)23内に形成されている。
Next, the configuration of the image cell will be described.
FIG. 1 shows an image cell Ca connected to the intersection of the row selection line W1 and the column signal line BL1.
The image cell Ca includes a logarithmic conversion unit 21 and a signal amplification unit 22. The logarithmic converter 21 includes a photodiode PD. The photodiode PD has an anode connected to the first transistor T1 having a one-conductive channel type and a cathode connected to the high potential power supply Vdd. In the present embodiment, the first transistor T1 is a P-channel MOS transistor. The first terminal (source terminal) is connected to the photodiode PD, and the second terminal (drain terminal) and the gate terminal are low-potential power supplies (mains). In the embodiment, it is connected to the ground GND). Further, the photodiode PD and the first transistor T1 are formed in a well 23 (n-well in this embodiment) having a conductivity type opposite to that of the first transistor T1.

フォト・ダイオードPDと第1トランジスタT1との接続点であるセンスノードN1は信号増幅部22に接続されている。信号増幅部22は、複数(本実施形態では3つ)のトランジスタT2,T3,T4から構成されている。各トランジスタT2〜T4は、第1トランジスタT1と逆導電チャネル型、即ちNチャネル型MOSトランジスタである。従って、フォト・ダイオードPD及び第1トランジスタT1からなる対数変換部21は、信号増幅部22を構成するトランジスタT2〜T4と同じ導電型であるnウェルに形成されている。   A sense node N1 that is a connection point between the photo diode PD and the first transistor T1 is connected to the signal amplifier 22. The signal amplifying unit 22 includes a plurality (three in this embodiment) of transistors T2, T3, and T4. Each of the transistors T2 to T4 is a reverse conductive channel type, that is, an N-channel type MOS transistor with respect to the first transistor T1. Therefore, the logarithmic conversion unit 21 including the photodiode PD and the first transistor T1 is formed in an n-well having the same conductivity type as the transistors T2 to T4 constituting the signal amplification unit 22.

第2トランジスタT2は増幅用トランジスタであり、ゲート端子がセンスノードN1に接続され、ソース端子が第1の電源としてのグランドGNDに接続され、ドレイン端子が第3トランジスタT3に接続されている。第2トランジスタT2は、センスノードN1の電位を増幅した信号を出力する。   The second transistor T2 is an amplifying transistor, the gate terminal is connected to the sense node N1, the source terminal is connected to the ground GND as the first power supply, and the drain terminal is connected to the third transistor T3. The second transistor T2 outputs a signal obtained by amplifying the potential of the sense node N1.

第3トランジスタT3は行選択用トランジスタであり、第1端子(例えばソース端子)が第2トランジスタT2に接続され、第2端子(例えばドレイン端子)が列信号線BL1に接続されている。そして、第3トランジスタT3は、ゲート端子が行選択線W1に接続され、該ゲート端子に行選択線W1を介して後述する駆動信号Φw1が印加される。第3トランジスタT3は、行選択線W1を介して供給される駆動信号Φw1に応答してオン・オフし、第2トランジスタT2と列信号線BL1とを接離する。従って、第3トランジスタT3がオンしたときに、第2トランジスタT2から出力される信号(光電変換信号)が列信号線BL1に出力される。   The third transistor T3 is a row selection transistor, and a first terminal (for example, a source terminal) is connected to the second transistor T2, and a second terminal (for example, a drain terminal) is connected to the column signal line BL1. The third transistor T3 has a gate terminal connected to the row selection line W1, and a drive signal Φw1 described later is applied to the gate terminal via the row selection line W1. The third transistor T3 is turned on / off in response to the drive signal Φw1 supplied via the row selection line W1, and connects and disconnects the second transistor T2 and the column signal line BL1. Therefore, when the third transistor T3 is turned on, a signal (photoelectric conversion signal) output from the second transistor T2 is output to the column signal line BL1.

第4トランジスタT4はセンスノードN1のリセット用トランジスタであり、ソース端子が第2の電源としてのグランドGNDに接続され、ドレイン端子がセンスノードN1に接続され、バックゲート端子がグランドGNDに接続されている。そして、第4トランジスタT4は、ゲート端子がリセット線R1に接続され、該ゲート端子にリセット線R1を介して後述するリセット信号Φr1が印加される。第4トランジスタT4は、リセット信号Φr1に応答してセンスノードN1とグランドGNDとの間を接離する。   The fourth transistor T4 is a reset transistor for the sense node N1, the source terminal is connected to the ground GND as the second power supply, the drain terminal is connected to the sense node N1, and the back gate terminal is connected to the ground GND. Yes. The fourth transistor T4 has a gate terminal connected to the reset line R1, and a reset signal Φr1 described later is applied to the gate terminal via the reset line R1. The fourth transistor T4 connects and disconnects the sense node N1 and the ground GND in response to the reset signal Φr1.

このように構成された画像セルCaは、行選択線W1及びリセット線R1の電位に従って動作する。
その行選択線W1の電位は、垂直走査回路13から供給され、その波形は垂直クロック信号Φwと実質的に同じ波形を持つ。尚、ここでは、行選択線W1に供給される電位を持つ信号をΦw1とする。この駆動信号Φw1は、図6に示すように、立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとを所定の時定数によりなまらせた台形状の波形を持つ。例えば、垂直走査回路13は、駆動信号Φw1を、パルス幅tkの10〜20パーセントの立ち上がり幅tr及び立ち下がり幅tfを持つように生成している。更に、垂直走査回路13は、LレベルがグランドGNDレベルであり、Hレベルが高電位電源Vddレベルであるように駆動信号Φw1を生成している。更に、垂直走査回路13は、駆動信号Φw1が立ち下がった後の所定期間tr、Hレベルとなるリセット信号Φr1を生成する。
The image cell Ca configured in this manner operates according to the potentials of the row selection line W1 and the reset line R1.
The potential of the row selection line W1 is supplied from the vertical scanning circuit 13, and the waveform thereof is substantially the same as that of the vertical clock signal Φw. Here, a signal having a potential supplied to the row selection line W1 is Φw1. As shown in FIG. 6, the drive signal Φw1 has a trapezoidal waveform in which a rising edge and a falling edge are smoothed by a predetermined time constant. For example, the vertical scanning circuit 13 generates the drive signal Φw1 so as to have a rising width tr and a falling width tf that are 10 to 20 percent of the pulse width tk. Further, the vertical scanning circuit 13 generates the drive signal Φw1 so that the L level is the ground GND level and the H level is the high potential power supply Vdd level. Further, the vertical scanning circuit 13 generates a reset signal Φr1 that is at the H level for a predetermined period tr after the drive signal Φw1 falls.

フォト・ダイオードPDは、入射光の光量に応じた光電流(フォトカレント)を流し、その光電流により第1トランジスタT1がサブ・スレッショルド領域にて動作し、対数変換された電圧が第2トランジスタT2のゲート端子に印加される。第4トランジスタT4は、ゲート端子に加わる電圧を増幅した信号を出力する。第3トランジスタT3は、Hレベルの駆動信号Φw1に応答してオンし、そのオンした第3トランジスタT3を介して信号が列信号線BL1に出力される。   The photo diode PD passes a photocurrent according to the amount of incident light, the first transistor T1 operates in the sub-threshold region by the photocurrent, and the logarithmically converted voltage is applied to the second transistor T2. Applied to the gate terminal. The fourth transistor T4 outputs a signal obtained by amplifying the voltage applied to the gate terminal. The third transistor T3 is turned on in response to the H-level drive signal Φw1, and a signal is output to the column signal line BL1 through the third transistor T3 that is turned on.

駆動信号Φw1がLレベルとなり第3トランジスタT3がオフした後、リセット信号Φr1がHレベルに立ち上がる。すると、このリセット信号Φr1がゲート端子に供給されている第4トランジスタT4はオンする。この第4トランジスタT4はNチャネル型MOSトランジスタであるため、ドレイン端子の電位をソース端子電位と同じとすることができる。つまり、オンした第4トランジスタT4は、ドレイン端子が接続されたセンスノードN1をグランドGNDの電位にする。これにより、センスノードN1の電位をグランドGNDレベルにリセット(暗リセット)する。   After the drive signal Φw1 becomes L level and the third transistor T3 is turned off, the reset signal Φr1 rises to H level. Then, the fourth transistor T4 to which the reset signal Φr1 is supplied to the gate terminal is turned on. Since the fourth transistor T4 is an N-channel MOS transistor, the potential of the drain terminal can be made equal to the source terminal potential. That is, the fourth transistor T4 that is turned on sets the sense node N1 to which the drain terminal is connected to the potential of the ground GND. As a result, the potential of the sense node N1 is reset to the ground GND level (dark reset).

駆動信号Φw1の波形をなまらせることは、ノイズ発生を防ぐ。つまり、駆動信号Φw1の電位を急激に立ち上げると、第1トランジスタT1が急激に動作するため、光電流にリンギング等のノイズが発生する。同様に、駆動信号Φw1の電位を急激に立ち下げると、ノイズが発生する。このため、駆動信号Φw1の立ち上がり及び立ち下がりをなまらせることで、これらのノイズを抑える。   Smoothing the waveform of the drive signal Φw1 prevents noise generation. That is, when the potential of the drive signal Φw1 is suddenly raised, the first transistor T1 operates suddenly, so that noise such as ringing occurs in the photocurrent. Similarly, noise is generated when the potential of the drive signal Φw1 is suddenly lowered. For this reason, the noise is suppressed by smoothing the rise and fall of the drive signal Φw1.

図5に示す増幅回路16は、列信号線BL1に読み出された信号を増幅し、水平クロック信号Φtに基づいてサンプリングしA/D変換する。この水平クロック信号Φtは図6に示すように、フォト・ダイオードPDで十分に光電流が発生している時期にサンプリングするようにタイミングが設定されている。   The amplifier circuit 16 shown in FIG. 5 amplifies the signal read out to the column signal line BL1, samples it based on the horizontal clock signal Φt, and performs A / D conversion. As shown in FIG. 6, the timing of the horizontal clock signal Φt is set so as to be sampled when a sufficient photocurrent is generated in the photodiode PD.

そして、シフトレジスタ17は、増幅回路16の出力信号を出力回路15に転送し、出力回路15は、入力信号のパルス幅を所定のパルス幅(本実施形態では幅tk)に伸張した出力信号outを生成し、それを出力する。   Then, the shift register 17 transfers the output signal of the amplifier circuit 16 to the output circuit 15, and the output circuit 15 expands the pulse width of the input signal to a predetermined pulse width (width tk in this embodiment). And output it.

図3は、撮像部11の一部のレイアウトを示す平面図である。
撮像部11は、隣接して配列された複数の画像セルCaを備えている。各画像セルCaは、図3において2点鎖線で区画された矩形状の領域に形成されている。複数の画像セルCaは、垂直方向(図において縦方向)と水平方向(図において横方向)とに等間隔にて配列されている。即ち、各画像セルCaは、正方形の領域内に形成されている。尚、画像セルCaを長方形の領域内に形成する、即ち垂直方向と水平方向の配列間隔を異なるようにしてもよい。
FIG. 3 is a plan view showing a partial layout of the imaging unit 11.
The imaging unit 11 includes a plurality of image cells Ca arranged adjacent to each other. Each image cell Ca is formed in a rectangular area partitioned by a two-dot chain line in FIG. The plurality of image cells Ca are arranged at equal intervals in the vertical direction (vertical direction in the figure) and the horizontal direction (horizontal direction in the figure). That is, each image cell Ca is formed in a square area. Note that the image cells Ca may be formed in a rectangular area, that is, the arrangement intervals in the vertical direction and the horizontal direction may be different.

隣接する画像セルCaの境界上には、電源配線が境界線に沿って延びるように形成されている。詳述すると、垂直方向に隣接する画像セルCaの境界上には、それぞれ水平方向に沿って延びる複数の第1電源配線V1が、1つおきに配置されている。第1電源配線V1は、それらの中心の垂直方向の間隔が2つ分の画像セルCaの垂直方向の長さにて配列されている。第1電源配線V1は、垂直方向において隣接する2つの画像セルCaの境界上に配置されている。   On the boundary between adjacent image cells Ca, a power supply wiring is formed so as to extend along the boundary line. More specifically, every other plurality of first power supply wirings V1 extending along the horizontal direction are arranged on the boundary between the image cells Ca adjacent in the vertical direction. The first power supply wirings V1 are arranged in such a manner that the vertical intervals between the centers of the first power supply wirings V1 are the lengths of the image cells Ca. The first power supply wiring V1 is disposed on the boundary between two image cells Ca adjacent in the vertical direction.

水平方向に隣接する画像セルCaの境界上には、垂直方向に沿って延びる第2電源配線V2と第3電源配線V3が水平方向に交互に配置されている。つまり、第1電源配線V1と第2電源配線V2は、互いに直交する方向に沿って延びるように形成されている。また、第1電源配線V1と第3電源配線V3は、互いに直交する方向に沿って延びるように形成されている。   On the boundary between the image cells Ca adjacent in the horizontal direction, the second power supply wiring V2 and the third power supply wiring V3 extending along the vertical direction are alternately arranged in the horizontal direction. That is, the first power supply wiring V1 and the second power supply wiring V2 are formed so as to extend along directions orthogonal to each other. The first power supply wiring V1 and the third power supply wiring V3 are formed so as to extend along directions orthogonal to each other.

第1電源配線V1及び第2電源配線V2は、各画像セルCaに低電位電源(グランドGND)を供給するための配線であり、第3電源配線V3は、各画像セルCaに高電位電源Vddを供給するための配線である。   The first power supply wiring V1 and the second power supply wiring V2 are wirings for supplying a low potential power supply (ground GND) to each image cell Ca, and the third power supply wiring V3 is a high potential power supply Vdd to each image cell Ca. It is wiring for supplying.

各第1電源配線V1の両側(図3において上下両側)には、リセット線Rが、各第1電源配線V1に沿って延びるように形成されている。撮像部11には、第1電源配線V1が配設されていない境界に沿って水平方向に延びる行選択線Wが形成されている。即ち、撮像部11には、垂直方向に、第1電源配線V1及び2本のリセット線Rからなる第1の組と、2本の行選択線Wからなる第2の組とが交互に配列されている。   On both sides (upper and lower sides in FIG. 3) of each first power supply line V1, reset lines R are formed so as to extend along each first power supply line V1. In the imaging unit 11, a row selection line W extending in the horizontal direction is formed along a boundary where the first power supply wiring V1 is not provided. That is, in the imaging unit 11, a first set including the first power supply wiring V <b> 1 and the two reset lines R and a second set including the two row selection lines W are alternately arranged in the vertical direction. Has been.

各第3電源配線V3の両側(図3において左右両側)には、列信号線BLが、各第2電源配線V2に沿って延びるように形成されている。即ち、撮像部11には、水平方向に、第2電源配線V2からなる第3の組と、第3電源配線V3及び2本の列信号線BLからなる第4の組とが交互に配列されている。   Column signal lines BL are formed on both sides of each third power supply wiring V3 (on the left and right sides in FIG. 3) so as to extend along each second power supply wiring V2. That is, in the imaging unit 11, a third set of the second power supply wiring V2 and a fourth set of the third power supply wiring V3 and the two column signal lines BL are alternately arranged in the horizontal direction. ing.

各画像セルCaは、それぞれの領域上に配設されたリセット線Rと行選択線Wと列信号線BLに接続されている。また、各画像セルCaは、それぞれの境界上に配設された第1〜第3電源配線V1〜V3に接続されている。   Each image cell Ca is connected to a reset line R, a row selection line W, and a column signal line BL arranged on each region. Further, each image cell Ca is connected to first to third power supply wirings V1 to V3 disposed on the respective boundaries.

図2は、図3の一部拡大図である。尚、図2では、図3に示す電源配線V1〜V3、行選択線W、列信号線BL、リセット線Rを省略している。
撮像部11を構成する画像セルCaに対し、各画像セルCaの中央部にはNウェル31が形成され、そのNウェル31にフォト・ダイオードPDが形成されている。
FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG. In FIG. 2, the power supply wirings V1 to V3, the row selection line W, the column signal line BL, and the reset line R shown in FIG. 3 are omitted.
For the image cell Ca constituting the imaging unit 11, an N well 31 is formed in the center of each image cell Ca, and a photodiode PD is formed in the N well 31.

画像セルCaが形成された矩形状の領域は、4つの頂点O1〜O4を持つ。図2において、左上の頂点から時計回りにO1,O2,O3,O4とする。
第1頂点O1には、該頂点O1を中心とする略矩形状のNウェル32が形成され、該Nウェル32に第1トランジスタT1が形成されている。第1トランジスタT1は、図3に示す行選択線Wに沿って(図2において横方向に沿って)配列されたドレイン領域41及びソース領域42と、ドレイン領域41とソース領域42との間に形成され行選択線Wと直交する方向(図2において上下方向)に沿って延びるゲート配線43とを有している。ソース領域42は、水平方向に隣接する画像セルCaの第1トランジスタT1を構成するソース領域42と連続して形成され、第1電源配線V1と接続されている。第1頂点O1を中心に形成された4つのトランジスタT1は、ゲート配線43が電気的に接続されるとともに第1電源配線V1と接続されている。
The rectangular area in which the image cell Ca is formed has four vertices O1 to O4. In FIG. 2, O1, O2, O3, and O4 are clockwise from the top left vertex.
A substantially rectangular N well 32 centered on the vertex O1 is formed at the first vertex O1, and a first transistor T1 is formed in the N well 32. The first transistor T1 includes a drain region 41 and a source region 42 arranged along the row selection line W shown in FIG. 3 (along the horizontal direction in FIG. 2), and between the drain region 41 and the source region 42. The gate wiring 43 is formed and extends along a direction (vertical direction in FIG. 2) perpendicular to the row selection line W. The source region 42 is formed continuously with the source region 42 constituting the first transistor T1 of the image cell Ca adjacent in the horizontal direction, and is connected to the first power supply wiring V1. The four transistors T1 formed around the first vertex O1 are electrically connected to the gate wiring 43 and to the first power supply wiring V1.

第1トランジスタT1は、そのドレイン領域41の一部がフォト・ダイオードPDと重なるように形成されている。従って、フォト・ダイオードPD及び第1トランジスタT1がそれぞれ形成されたNウェル31,32は、連続して形成され、1つのNウェルを構成している。   The first transistor T1 is formed so that a part of its drain region 41 overlaps with the photodiode PD. Therefore, the N wells 31 and 32 in which the photodiode PD and the first transistor T1 are respectively formed are continuously formed to constitute one N well.

1つの辺の両端に形成される第2及び第3頂点O2,O3には、第1トランジスタT1と逆導電チャネル型のトランジスタである第2〜第4トランジスタT2〜T4が形成されている。詳述すると、第2頂点O2には第4トランジスタT4が形成され、第3頂点O3には第2トランジスタT2と第3トランジスタT3が形成されている。   The second and fourth vertices O2 and O3 formed at both ends of one side are formed with second to fourth transistors T2 to T4, which are transistors of a reverse conductivity channel type with respect to the first transistor T1. More specifically, a fourth transistor T4 is formed at the second vertex O2, and a second transistor T2 and a third transistor T3 are formed at the third vertex O3.

第4頂点O4には、フォト・ダイオードPDを形成したウェルと同じ導電型のウェル領域、つまりNウェル33が形成されている。Nウェル33は、頂点O4を中心とする8角形状に形成されている。そして、このNウェル33は、他のNウェル31,32と連続して形成され、1つのNウェルを構成している。Nウェル33は、第2電源配線V2と接続されている。従って、フォト・ダイオードPD及び第1トランジスタT1が形成されたNウェル31,32には、第2電源配線V2を介して高電位電源Vddの電圧が印加されている。   At the fourth vertex O4, a well region having the same conductivity type as the well in which the photodiode PD is formed, that is, an N well 33 is formed. The N well 33 is formed in an octagonal shape centered on the vertex O4. The N well 33 is formed continuously with the other N wells 31 and 32 to constitute one N well. The N well 33 is connected to the second power supply wiring V2. Accordingly, the voltage of the high potential power supply Vdd is applied to the N wells 31 and 32 in which the photodiode PD and the first transistor T1 are formed via the second power supply wiring V2.

図3に示すように、隣接する画像セルCaは、その互いの境界線(水平方向,垂直方向)を対称軸とする線対称にて形成されている。従って、第1頂点O1の周りに4つの画像セルCaが形成され、それぞれが含む第1トランジスタT1からなるトランジスタ群の中心点が第1頂点O1と一致するように形成されている。このように形成された4つの第1トランジスタT1は、1つの第1電源配線V1(又は第2電源配線V2)に接続される。従って、4つの第1トランジスタT1は、1つの第1電源配線V1に容易に接続される。   As shown in FIG. 3, adjacent image cells Ca are formed with line symmetry with the boundary line (horizontal direction, vertical direction) of each other as the axis of symmetry. Accordingly, four image cells Ca are formed around the first vertex O1, and the center point of the transistor group including the first transistors T1 included therein is formed so as to coincide with the first vertex O1. The four first transistors T1 thus formed are connected to one first power supply wiring V1 (or second power supply wiring V2). Accordingly, the four first transistors T1 are easily connected to one first power supply wiring V1.

同様に、第2頂点O2の周りに形成された4つの画像セルCaが含む第4トランジスタT4からなるトランジスタ群の中心点が第2頂点O2と一致するように形成され、4つの第4トランジスタT4が第1電源配線V1と容易に接続される。更に、第3頂点O3の周りに形成された4つの画像セルCaが含む第3及び第4トランジスタT3,T4からなるトランジスタ群の中心点が第3頂点O3と一致するように形成され、第2トランジスタT2が第3電源配線V3と容易に接続される。   Similarly, the center point of the transistor group including the fourth transistors T4 included in the four image cells Ca formed around the second vertex O2 is formed so as to coincide with the second vertex O2, and the four fourth transistors T4 are formed. Are easily connected to the first power supply wiring V1. Further, the center point of the transistor group including the third and fourth transistors T3 and T4 included in the four image cells Ca formed around the third vertex O3 is formed so as to coincide with the third vertex O3. The transistor T2 is easily connected to the third power supply wiring V3.

図4は、固体撮像装置10であるチップ50の断面図である。一導電型半導体基板としてのチップ50は、P型のシリコン基板51と、その上方に形成されたP型エピタキシャル層52を備えている。P型エピタキシャル層52には、Nウェル53が形成されている。このNウェル53は、図2におけるNウェル31,32,33、更には図1におけるNウェル23を構造的に示すものである。隣接するNウェル53の間にはPウェル54が形成されている。このPウェル54は、P型エピタキシャル層52に到達するように形成されており、従来技術にて一般的に使用される例えばLOCOS等の素子分離領域に比べて深いところまで到達している。   FIG. 4 is a cross-sectional view of a chip 50 that is the solid-state imaging device 10. A chip 50 as a one-conductivity type semiconductor substrate includes a P-type silicon substrate 51 and a P-type epitaxial layer 52 formed thereabove. An N well 53 is formed in the P type epitaxial layer 52. The N well 53 structurally shows the N wells 31, 32, 33 in FIG. 2, and the N well 23 in FIG. A P well 54 is formed between adjacent N wells 53. The P well 54 is formed so as to reach the P-type epitaxial layer 52 and reaches a deeper position than an element isolation region such as LOCOS generally used in the prior art.

Nウェル53には、その上面から所定の深さまでP型領域55が形成されている。P型領域55には、その上面をほぼ覆うようにN型領域56が形成され、該N型領域56はNウェル53と電気的に接続されている。これらP型領域55及びN型領域56によりフォト・ダイオードPDが構成されている。そして、Nウェル53、即ち図2に示すNウェル31,32,33には、高電位電源Vddの電圧が印加されている。   A P-type region 55 is formed in the N well 53 from its upper surface to a predetermined depth. An N-type region 56 is formed in the P-type region 55 so as to substantially cover the upper surface thereof, and the N-type region 56 is electrically connected to the N-well 53. The P-type region 55 and the N-type region 56 constitute a photodiode PD. The voltage of the high potential power supply Vdd is applied to the N well 53, that is, the N wells 31, 32, and 33 shown in FIG.

また、Nウェル53には、その上面から所定の深さまでP型領域57,58が形成されている。両P型領域57,58間の上方にはゲート配線59が形成され、このゲート配線59及びP型領域57,58により第1トランジスタT1が構成されている。第1トランジスタT1を構成するP型領域(ドレイン領域)58はフォト・ダイオードPDを構成するP型領域55と領域的に重なるように形成されている。   Further, P-type regions 57 and 58 are formed in the N well 53 from the upper surface to a predetermined depth. A gate wiring 59 is formed above the P-type regions 57 and 58, and the gate transistor 59 and the P-type regions 57 and 58 constitute a first transistor T1. The P-type region (drain region) 58 constituting the first transistor T1 is formed so as to overlap with the P-type region 55 constituting the photodiode PD.

フォト・ダイオードPDのPN接合に発生した電荷が光電流となって流れる時、各フォト・ダイオードPDがNウェル53に形成されているため、各Nウェル53に形成されたフォト・ダイオードPD間の干渉が防止される、即ちクロストークが防止される。また、Nウェル53間のPウェル54は、従来例の素子分離に比べて深く形成されているため、図4に示すように隣接するフォト・ダイオードPDにおける相互干渉が防止される。   When the charge generated at the PN junction of the photo diode PD flows as a photocurrent, each photo diode PD is formed in the N well 53, and therefore, between the photo diodes PD formed in each N well 53. Interference is prevented, that is, crosstalk is prevented. Further, since the P well 54 between the N wells 53 is formed deeper than the conventional element isolation, mutual interference between adjacent photodiodes PD is prevented as shown in FIG.

以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)画像セルCaの対数変換部21は、直列接続されたフォト・ダイオードPD及び一導電チャネル型の第1トランジスタT1を備え、それらフォト・ダイオードPD及び第1トランジスタT1を、該第1トランジスタT1と逆導電型のウェル23内に形成した。従って、受光した光により発生する蓄積電荷が隣接する画像セルCaの蓄積電荷に影響を与えることが低減されるため、隣接する画像セル間の電荷干渉を低減することができる。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The logarithmic conversion unit 21 of the image cell Ca includes a photodiode PD and a one-conductive channel type first transistor T1 connected in series, and the photodiode PD and the first transistor T1 are connected to the first transistor. It was formed in a well 23 having a conductivity type opposite to that of T1. Accordingly, since the accumulated charge generated by the received light is reduced from affecting the accumulated charge of the adjacent image cell Ca, the charge interference between the adjacent image cells can be reduced.

(2)信号増幅部22は、第2トランジスタT2と第3トランジスタT3を備える。第2トランジスタT2は、ゲート端子がセンスノードN1に接続され、ソース端子がグランドGNDに接続される。第3トランジスタT3は、ゲート端子が行選択線W1に接続され、第1端子が第2トランジスタT2に接続され、第2端子が列信号線BL1に接続され、行選択線W1を介して供給される駆動信号Φw1に応答して第2トランジスタT2と列信号線BL1とを接離する。従って、画像セルCaにおいて光電変換信号が増幅されて列信号線BL1に出力されるため、所定の面積にて画像セルCaを形成する場合、トランジスタの数が少ないほどフォト・ダイオードPDの面積が大きくなる、つまり画像セルの面積に対するフォト・ダイオードPDの面積の比率が大きくなる。これにより、トランジスタの数が多い画像セルに比べて同じ受光量に対してフォト・ダイオードPDに流れる電流(フォトカレント)の量が多くなり、センスノードにおけるS/N比(signal-to-noise ratio )が改善される。そして、画像セルの出力信号を受ける増幅回路において増幅率を高くすることができ、高感度化を図ることができる。   (2) The signal amplifying unit 22 includes a second transistor T2 and a third transistor T3. The second transistor T2 has a gate terminal connected to the sense node N1, and a source terminal connected to the ground GND. The third transistor T3 has a gate terminal connected to the row selection line W1, a first terminal connected to the second transistor T2, a second terminal connected to the column signal line BL1, and is supplied via the row selection line W1. The second transistor T2 is connected to and separated from the column signal line BL1 in response to the drive signal Φw1. Therefore, since the photoelectric conversion signal is amplified and output to the column signal line BL1 in the image cell Ca, when the image cell Ca is formed with a predetermined area, the area of the photodiode PD increases as the number of transistors decreases. That is, the ratio of the area of the photodiode PD to the area of the image cell is increased. As a result, the amount of current (photocurrent) flowing through the photodiode PD is increased with respect to the same amount of received light as compared with an image cell having a large number of transistors, and the S / N ratio (signal-to-noise ratio) at the sense node is increased. ) Is improved. In the amplifier circuit that receives the output signal of the image cell, the amplification factor can be increased and the sensitivity can be increased.

(3)信号増幅部22は、更に、ゲート端子がリセット線R1に接続され、第1端子がセンスノードN1に接続され、第2端子がグランドGNDに接続された第4トランジスタT4を備え、該第4トランジスタT4はリセット線R1を介して供給されるリセット信号Φr1に応答してセンスノードN1とグランドGNDとを接離する。フォト・ダイオードPDは光照射で光電流を発生してインピーダンスが低下するが、低照度での光電流が小さい場合にはセンスノードN1が中間電位を保持して残像が発生する要因となる。第4トランジスタT4は、リセット信号Φr1によりセンスノードN1をグランドGNDレベルにリセットするため、残像問題が解消され高品質高感度の撮像が実現される。   (3) The signal amplifier 22 further includes a fourth transistor T4 having a gate terminal connected to the reset line R1, a first terminal connected to the sense node N1, and a second terminal connected to the ground GND. The fourth transistor T4 connects and disconnects the sense node N1 and the ground GND in response to a reset signal Φr1 supplied via the reset line R1. The photo diode PD generates a photocurrent when irradiated with light and its impedance is lowered. However, when the photocurrent is low at low illuminance, the sense node N1 holds an intermediate potential and causes an afterimage. Since the fourth transistor T4 resets the sense node N1 to the ground GND level by the reset signal Φr1, the afterimage problem is solved and high-quality and high-sensitivity imaging is realized.

(4)信号増幅部22は、第1トランジスタT1と逆導電チャネル型のトランジスタT2〜T4により構成される。つまり、信号増幅部22を構成するトランジスタT2〜T4は、フォト・ダイオードPD及び第1トランジスタT1が形成されたウェル23と同じ導電型のチャネルを有するトランジスタである。このため、ウェル23が形成され該ウェル23と逆導電型の領域に信号増幅部22を構成するトランジスタT2〜T4を形成することができるため、各トランジスタT2〜T4の素子分離が不要となってそれらトランジスタのためのウェルを形成する必要がなく、そのウェルを形成する場合に比べてフォト・ダイオードPDの面積を大きくして感度の向上を図ることができる。   (4) The signal amplifying unit 22 includes the first transistor T1 and the reverse conductivity channel type transistors T2 to T4. That is, the transistors T2 to T4 constituting the signal amplification unit 22 are transistors having the same conductivity type as the well 23 in which the photodiode PD and the first transistor T1 are formed. Therefore, since the well 23 is formed and the transistors T2 to T4 constituting the signal amplifying unit 22 can be formed in a region having a conductivity type opposite to that of the well 23, element isolation of each of the transistors T2 to T4 becomes unnecessary. It is not necessary to form wells for these transistors, and the area of the photodiode PD can be increased as compared with the case where the wells are formed, and sensitivity can be improved.

尚、上記各実施の形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記実施形態では、フォト・ダイオードPDにPチャネル型MOSトランジスタよりなる第1トランジスタT1を接続し、フォト・ダイオードPD及び第1トランジスタT1をNウェル23(53)に形成した。これを、フォト・ダイオードPDにNチャネル型MOSトランジスタを接続してこれらをPウェルに形成してもよい。この場合、トランジスタはフォト・ダイオードPDと高電位電源Vddとの間に接続される。このように構成しても、画像セル間の干渉を防止することができる。
In addition, you may implement each said embodiment in the following aspects.
In the above embodiment, the first transistor T1 made of a P-channel MOS transistor is connected to the photo diode PD, and the photo diode PD and the first transistor T1 are formed in the N well 23 (53). This may be formed in a P-well by connecting an N-channel MOS transistor to the photodiode PD. In this case, the transistor is connected between the photodiode PD and the high potential power supply Vdd. Even if comprised in this way, the interference between image cells can be prevented.

・上記実施形態では、対数変換部21の第1トランジスタT1と、信号増幅部22を構成する第2〜第4トランジスタT2〜T4とを互いに逆導電型のトランジスタとした所謂CMOS型の画像セルCaに具体化したが、同じ導電型のトランジスタにより画像セルを構成してもよい。   In the above embodiment, the so-called CMOS type image cell Ca in which the first transistor T1 of the logarithmic conversion unit 21 and the second to fourth transistors T2 to T4 constituting the signal amplification unit 22 are transistors of opposite conductivity type to each other. However, the image cell may be composed of transistors having the same conductivity type.

・上記実施形態において、センスノードN1を高電位電源Vddレベルにリセットしてもよい。その際、図1に示す第4トランジスタT4をセンスノードN1と高電位電源Vddとの間に接続してセンスノードN1をリセットしてもよい。また、Pチャネル型MOSトランジスタを高電位電源VddとセンスノードN1との間に接続し、リセット信号Φr1を反転した信号によりそのトランジスタを駆動する構成としてもよい。   In the above embodiment, the sense node N1 may be reset to the high potential power supply Vdd level. At this time, the fourth transistor T4 shown in FIG. 1 may be connected between the sense node N1 and the high potential power supply Vdd to reset the sense node N1. Alternatively, a P-channel MOS transistor may be connected between the high potential power supply Vdd and the sense node N1, and the transistor may be driven by a signal obtained by inverting the reset signal Φr1.

・上記実施形態では、一導電型半導体基板としてシリコン基板51にエピタキシャル層52を備えたチップ50に画像セルCaを形成したが、半導体基板としてシリコン基板そのもの、絶縁基板の表面に単結晶等を形成した基板を用いてもよい。また、張り合わせにより形成した基板を用いてもよい。   In the above embodiment, the image cell Ca is formed on the chip 50 having the epitaxial layer 52 on the silicon substrate 51 as the one-conductivity type semiconductor substrate. However, the silicon substrate itself is formed as the semiconductor substrate, and a single crystal or the like is formed on the surface of the insulating substrate. A substrate that has been used may be used. Alternatively, a substrate formed by bonding may be used.

・上記実施形態では、画像セルCaの駆動信号Φw1を、立ち上がり及び立ち下がりをなまらせるようにしたが、少なくとも立ち上がりをなまらせるようにしてもよい。   In the above embodiment, the drive signal Φw1 of the image cell Ca is made to rise and fall, but at least the rise may be made slow.

一実施の形態の画像セルを示す回路図である。It is a circuit diagram showing an image cell of one embodiment. 画像セルのレイアウトを示す平面図である。It is a top view which shows the layout of an image cell. 撮像部の一部のレイアウトを示す平面図である。It is a top view which shows a part layout of an imaging part. 画像セルが形成されたチップの一部断面図である。It is a partial cross section figure of the chip in which the image cell was formed. 固体撮像装置のブロック回路図である。It is a block circuit diagram of a solid-state imaging device. 固体撮像装置の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of a solid-state imaging device.

符号の説明Explanation of symbols

21…対数変換部、22…信号増幅部、23…ウェル、50…半導体基板としてのチップ、Ca…画像セル、R,R1〜Rm…リセット線、W,W1〜Wm…行選択線、BL,BL1〜BLn…列信号線、N1…センスノード、T1…第1トランジスタ、T2…第2トランジスタ、T3…第3トランジスタ、T4…第4トランジスタ、Φr1…リセット信号、Φw1…駆動信号。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Logarithmic conversion part, 22 ... Signal amplification part, 23 ... Well, 50 ... Chip | tip as a semiconductor substrate, Ca ... Image cell, R, R1-Rm ... Reset line, W, W1-Wm ... Row selection line, BL, BL1 to BLn ... column signal line, N1 ... sense node, T1 ... first transistor, T2 ... second transistor, T3 ... third transistor, T4 ... fourth transistor, [Phi] r1 ... reset signal, [Phi] w1 ... drive signal.

Claims (3)

行選択線と列信号線の交点に接続された画像セルを一導電型半導体基板表面に備えたCMOS撮像デバイス回路であって、
前記画像セルは、直列接続された受光素子及び一導電チャネル型の第1トランジスタを備え、該第1トランジスタをサブ・スレッショルド領域に動作させて入射光量に応じて対数特性を持つ光電変換信号を生成する対数変換部と、前記光電変換信号を増幅して前記列信号線に出力する信号増幅部と、を備え、
前記信号増幅部は、ゲート端子が前記受光素子と前記第1トランジスタとの間のセンスノードに接続され、ソース端子が第1の電源に接続された第2トランジスタと、ゲート端子が前記行選択線に接続され、第1端子が前記第2トランジスタに接続され、第2端子が前記列信号線に接続され、該行選択線を介して供給される駆動信号に応答して前記第2トランジスタと前記列信号線とを接離する第3トランジスタと、を備え、
前記信号増幅部は、前記第1トランジスタとは逆導電チャネル型のトランジスタにより構成され、
前記画像セルは矩形状の領域に形成され、
前記画像セルの中央に前記受光素子が設けられ、前記画像セルの頂点のいずれかに前記第1トランジスタが設けられるとともに、前記第1トランジスタが設けられた頂点の対角の頂点に前記第2トランジスタ及び前記第3トランジスタが設けられ、
前記受光素子及び前記第1トランジスタ、前記一導電型半導体基板に画素毎に設けた逆導電型のウェル内に形成され、
前記受光素子が形成されるウェルと前記第1トランジスタが形成されるウェルとを連続した一つのウェルとして形成するとともに、該ウェルには、前記信号増幅部を構成するトランジスタが形成されていないことを特徴とするCMOS撮像デバイス回路。
A CMOS imaging device circuit comprising an image cell connected to the intersection of a row selection line and a column signal line on the surface of a one-conductive semiconductor substrate,
The image cell includes a light-receiving element connected in series and a first transistor of one conductivity channel type, and operates the first transistor in a sub-threshold region to generate a photoelectric conversion signal having logarithmic characteristics according to the amount of incident light. A logarithmic conversion unit, and a signal amplification unit that amplifies the photoelectric conversion signal and outputs the amplified signal to the column signal line,
The signal amplifier includes a second transistor having a gate terminal connected to a sense node between the light receiving element and the first transistor, a source terminal connected to a first power supply, and a gate terminal connected to the row selection line. , A first terminal connected to the second transistor, a second terminal connected to the column signal line, and in response to a drive signal supplied via the row selection line, the second transistor and the A third transistor for contacting and separating the column signal line,
The signal amplifying unit is composed of a transistor having a reverse conductivity channel type with respect to the first transistor,
The image cell is formed in a rectangular area,
The light receiving element is provided at the center of the image cell, the first transistor is provided at one of the apexes of the image cell, and the second transistor is provided at the apex of the diagonal of the apex provided with the first transistor. And the third transistor is provided,
The light receiving element and the first transistor are formed in a reverse conductivity type well provided for each pixel on the one conductivity type semiconductor substrate ,
The well in which the light receiving element is formed and the well in which the first transistor is formed are formed as one continuous well, and the transistor constituting the signal amplification unit is not formed in the well. A characteristic CMOS imaging device circuit.
前記信号増幅部は、更に、ゲート端子がリセット線に接続され、第1端子が前記センスノードに接続され、第2端子が第2の電源に接続され、該リセット線を介して供給されるリセット信号に応答して前記センスノードと第2の電源とを接離する第4トランジスタを備えることを特徴とする請求項1に記載のCMOS撮像デバイス回路。 The signal amplifier further includes a gate terminal connected to a reset line, a first terminal connected to the sense node, a second terminal connected to a second power supply, and a reset supplied via the reset line. The CMOS imaging device circuit according to claim 1, further comprising a fourth transistor that connects and disconnects the sense node and the second power supply in response to a signal. 半導体基板は、その表面にエピタキシャル層が形成されたものであり、隣接する前記ウェル間には、該ウェルに対して逆導電型である一導電型ウェルが前記エピタキシャル層に至るように設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のCMOS撮像デバイス回路。 The semiconductor substrate has an epitaxial layer formed on the surface thereof, and between the adjacent wells, one conductivity type well having a reverse conductivity type with respect to the well is provided so as to reach the epitaxial layer. The CMOS image pickup device circuit according to claim 1 , wherein the CMOS image pickup device circuit is provided.
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