(57)【要約】【課題】  光電変換セルに占めるトランジスタ部及び配線部の面積を小さくし、光電変換セルのサイズを大きくすることなく光電変換部の開口面積が大きい固体撮像装置を実現できるようにする。【解決手段】  光電変換セル３１は、ＰＤ部１と、リセットトランジスタ５、画素アンプトランジスタ９及びスイッチングトランジスタ１３からなるトランジスタ部とによって形成されている。光電変換セル３１と同一列において隣接する光電変換セル３３は、同様にＰＤ部３、リセットトランジスタ７、画素アンプトランジスタ１１及びスイッチングトランジスタ１５により形成されている。第１の光電変換セル３１のリセットトランジスタ５と、光電変換セル３１と列方向に隣接する光電変換セル３３のリセットトランジスタ７とは、活性領域を共有するように形成されている。【選択図】  図１
2006222356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが行列を構成するように配置され且つ光電変換を行う複数の光電変換部と、
前記各光電変換部の電位をそれぞれ検出すると共に検出した電位をそれぞれ信号として出力する複数の画素アンプトランジスタと、
前記各画素アンプトランジスタとそれぞれ接続され且つ前記信号をそれぞれ出力する複数の信号線と、
前記各光電変換部の電位をそれぞれリセットする複数のリセットトランジスタとを備え、
一の列に互いに隣接して配置された２つの前記光電変換部の電位をそれぞれリセットする２つの前記リセットトランジスタは、互いに活性領域を共有していることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記各画素アンプトランジスタと前記各信号線との間にそれぞれ設けられ、且つ前記各画素アンプトランジスタが前記信号を出力するタイミングをそれぞれ制御する複数のスイッチングトランジスタと、
前記各スイッチングトランジスタと接続され、且つ前記各スイッチングトランジスタに制御信号をそれぞれ供給する複数の選択パルス線とをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
それぞれが前記光電変換部と、該光電変換部とそれぞれ接続された前記リセットトランジスタ、画素アンプトランジスタ及びスイッチングトランジスタとを含む複数の光電変換セルが形成され、
前記各光電変換セルは、基板の上に前記行列を構成するように配置された複数の光電変換セル形成領域にそれぞれ形成され、
少なくとも前記一の列に互いに隣接して配置され且つ前記２つのリセットトランジスタが互いに活性領域を共有している前記２つの光電変換セル同士における前記光電変換部、画素アンプトランジスタ及びスイッチングトランジスタの平面配置は、互いに同一であることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記各画素アンプトランジスタ及び各スイッチングトランジスタは、それぞれ前記各光電変換セル形成領域における前記各光電変換部に対して行方向の同一側において隣接する領域に互いに間隔をおいて形成されていることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記各信号線は、列方向にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記各信号線は、行方向にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記各リセットトランジスタは、それぞれゲート電極を有し、
前記各光電変換セルにおける前記各リセットトランジスタの前記各ゲート電極にリセットパルスを供給する、列方向に配置された複数のリセットパルス線をさらに備え、
一の行に配置された前記各光電変換セルにおける前記各リセットトランジスタの前記各ゲート電極と接続された前記各リセットパルス線は、前記一の行に配置された各光電変換部の側方の領域に埋め込まれた導電膜であることを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記複数の画素アンプトランジスタが出力する信号を処理する信号処理回路をさらに備えていることを特徴とする請求項１から７のうちのいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記各画素アンプトランジスタ及び各リセットトランジスタにそれぞれ電位を供給する電源線をさらに備え、
前記電源線は、前記リセットトランジスタの活性領域に光が入射することを防止する遮光膜を兼ねることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光電変換部が配置された固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＭＯＳ 型イメージセンサの一般的な光電変換セルの構成図を、図９に示す（例えば特許文献１を参照）。図９は従来の固体撮像装置の回路構成の一例を示している。この固体撮像装置は、複数の光電変換セル１２６が行列状に配列された撮像領域１２７と、光電変換セル１２６を選択するための垂直シフトレジスタ１２８及び水平シフトレジスタ１２９と、垂直シフトレジスタ１２８及び水平シフトレジスタ１２９に必要なパルスを供給するタイミング発生回路１３０とを１つの基板上に備えている。
【０００３】
撮像領域１２７内に配置する各光電変換セル１２６は、フォトダイオードからなる光電変換部１２１と、転送用トランジスタ１２２と、リセットトランジスタ１２３と、増幅トランジスタ１２４とスイッチングトランジスタ１２５とにより構成されている。
【０００４】
転送用トランジスタ１２２は、ソースが光電変換部１２１の出力部と接続され、ドレインが増幅トランジスタ１２４のゲートと接続され、ゲートが垂直シフトレジスタ１２８からの出力パルス線１３１と接続されている。リセットトランジスタ１２３は、ソースが転送用トランジスタ１２２のドレインと接続され、ゲートが垂直シフトレジスタ１２８からの出力パルス線１３２と接続され、ドレインが電源１３３と接続されている。増幅トランジスタ１２４は、ドレインが電源１３３と接続され、ゲートが転送トランジスタ１２２のドレイン及びリセットトランジスタ１２３のソースと接続され、ソースがスイッチングトランジスタ１２５のドレインと接続されている。スイッチングトランジスタ１２５は、ドレインが増幅トランジスタ１２４のソースと接続され、ゲートが垂直シフトレジスタ１２８からの出力パルス線１３４と接続され、ソースが信号線１３５と接続されている。
【特許文献１】米国特許第５４７１５１５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の固体撮像装置は、１つの光電変換セルごとに合計４つのトランジスタ及び５本の制御配線が必要であり、光電変換セルに占めるトランジスタ部及び配線部の面積が大きく、光電変換部の開口面積を十分確保することが困難であるという問題を有している。
【０００６】
例えば、光電変換セルの面積を４．１μｍ×４．１μｍとし、０．３５μｍルールにより設計を行うと、光電変換部１２１の光電変換セルに対する開口率は１０％程度に過ぎない。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題を解決し、光電変換セルに占めるトランジスタ部及び配線部の面積を小さくし、光電変換セルのサイズを大きくすることなく光電変換部の開口率が大きい固体撮像装置を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、本発明は
前記の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、隣接する２つの光電変換部の電位をそれぞれリセットする２つのリセットトランジスタとして、活性領域を共有する２つのトランジスタを用いる構成とする。
【０００９】
具体的に本発明に係る固体撮像装置は、それぞれが行列を構成するように配置され且つ光電変換を行う複数の光電変換部と、各光電変換部の電位をそれぞれ検出すると共に検出した電位をそれぞれ信号として出力する複数の画素アンプトランジスタと、各画素アンプトランジスタとそれぞれ接続され且つ信号をそれぞれ出力する複数の信号線と、各光電変換部の電位をそれぞれリセットする複数のリセットトランジスタとを備え、一の列に互いに隣接して配置された２つの光電変換部の電位をそれぞれリセットする２つのリセットトランジスタは、互いに活性領域を共有していることを特徴とする。
【００１０】
本発明の固体撮像装置によれば、一の列に互いに隣接して配置された２つの光電変換部の電位をそれぞれリセットする２つのリセットトランジスタは、互いに活性領域を共有しているため、リセットトランジスタが占有する面積を低減することが可能であり、光電変換部の開口率を向上させることが可能である。
【００１１】
本発明の固体撮像装置は、各画素アンプトランジスタと各信号線との間にそれぞれ設けられ、且つ各画素アンプトランジスタが信号を出力するタイミングをそれぞれ制御する複数のスイッチングトランジスタと、各スイッチングトランジスタと接続され、且つ各スイッチングトランジスタに制御信号をそれぞれ供給する複数の選択パルス線とをさらに備えていることが好ましい。このような構成とすることにより、各光電変換部に蓄積された電荷量を個別に信号線において検出できる。
【００１２】
本発明の固体撮像装置は、それぞれが光電変換部と、該光電変換部とそれぞれ接続されたリセットトランジスタ、画素アンプトランジスタ及びスイッチングトランジスタとを含む複数の光電変換セルが形成され、各光電変換セルは、基板の上に行列を構成するように配置された複数の光電変換セル形成領域にそれぞれ形成され、少なくとも一の列に互いに隣接して配置され且つ２つのリセットトランジスタが互いに活性領域を共有している２つの光電変換セル同士おける光電変換部、画素アンプトランジスタ及びスイッチングトランジスタの平面配置は、互いに同一であることが好ましい。このような構成とすることにより、各光電変換部と各画素アンプトランジスタとを接続するコンタクト部を各光電変換部における同一の位置に形成することが可能となるため、各光電変換部の特性を均一にすることができる。
【００１３】
本発明の固体撮像装置において、各画素アンプトランジスタ及び各スイッチングトランジスタは、それぞれ各光電変換セル形成領域における各光電変換部に対して行方向の同一側において隣接する領域に互いに間隔をおいて形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、画素アンプトランジスタ及びスイッチングトランジスタを効率よく配置することが可能となる。
【００１４】
本発明の固体撮像装置において、各信号線は、列方向にそれぞれ配置されていることが好ましい。
【００１５】
本発明の固体撮像装置において、各信号線は、行方向にそれぞれ配置されていることが好ましい。
【００１６】
この場合において、各リセットトランジスタはそれぞれゲート電極を有し、各光電変換セルにおける各リセットトランジスタの各ゲート電極にリセットパルスを供給する、行方向に配置された複数のリセットパルス線をさらに備え、一の行に配置された各光電変換セルにおける各リセットトランジスタの各ゲート電極と接続された各リセットパルス線は、一の行に配置された各光電変換部の側方の領域に埋め込まれた導電膜であることが好ましい。このような構成とすることにより、各光電変換部に斜めに入射した光がリセットパルス線の側面において反射されるため、各光電変換部において光電変換される光量が増加し、感度を向上させることができる。
【００１７】
本発明の固体撮像装置は、複数の画素アンプトランジスタが出力する信号を処理する信号処理回路をさらに備えていることが好ましい。
【００１８】
本発明の固体撮像装置は、各画素アンプトランジスタ及び各リセットトランジスタにそれぞれ電位を供給する電源線をさらに備え、電源線はリセットトランジスタの活性領域に光が入射することを防止する遮光膜を兼ねることが好ましい。このような構成とすることにより、信号線と異なる配線層に電源配線を形成することができるので、光電変換セルの面積を増大させることなく開口率を大きくすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の固体撮像装置によれば、光電変換セルに占めるトランジスタ部及び配線部の面積を小さくし、光電変換セルのサイズを大きくすることなく光電変換部の開口率が大きい固体撮像装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置について図を参照して説明する。図１は本実施形態の固体撮像装置の回路構成を示している。図１に示すように、例えばフォトダイオードからなる光電変換部（ＰＤ部）１及びＰＤ部２が行方向に順に配置されている。また、ＰＤ部１及びＰＤ部２と列方向に隣接して、ＰＤ部３及びＰＤ部４がそれぞれ順に配置されている。
【００２１】
ＰＤ部１には、リセットトランジスタ５のソースと、ドレインが電源線と接続された画素アンプトランジスタ９のゲートとが接続されている。画素アンプトランジスタ９のソースには、直列にスイッチングトランジスタ１３のドレインが接続され、スイッチングトランジスタ１３のゲートには、制御パルス線（図示せず）が接続されている。リセットトランジスタ５のゲートには、リセットパルス線（図示せず）が接続されており、リセットトランジスタ５のドレインは電源線と接続されている。
【００２２】
以上のように、ＰＤ部１と、リセットトランジスタ５、画素アンプトランジスタ９及びスイッチングトランジスタ１３からなるトランジスタ部とによって光電変換セル３１が形成されている。
【００２３】
また、同様にＰＤ部２、リセットトランジスタ６、画素アンプトランジスタ１０及びスイッチングトランジスタ１４から光電変換セル３２が形成され、ＰＤ部３、リセットトランジスタ７、画素アンプトランジスタ１１及びスイッチングトランジスタ１５から光電変換セル３３が形成され、ＰＤ部４、リセットトランジスタ８、画素アンプトランジスタ１２及びスイッチングトランジスタ１６から光電変換セル３３が形成されている。
【００２４】
光電変換セル３１のスイッチングトランジスタ１３のソースと、光電変換セル３１と列方向に隣接する光電変換セル３３のスイッチングトランジスタ１５のソースは共に信号線１７と接続されている。また、光電変換セル３２のスイッチングトランジスタ１４のソースと、光電変換セル３２と列方向に隣接する光電変換セル３４のスイッチングトランジスタ１６のソースは共に信号線１８と接続されている。
【００２５】
信号線１７及び信号線１８は、それぞれロードトランジスタ１９及びロードトランジスタ２０と接続されており、ロードトランジスタ１９及びロードトランジスタ２０は共に、ロードゲート線（ＣＧＣＥＬＬ）２１とソース電源線（ＳＣＥＬＬ）とによって駆動される。
【００２６】
本実施形態の固体撮像装置においては、光電変換セル３１のリセットトランジスタ５と、光電変換セル３１と列方向に隣接する光電変換セル３３のリセットトランジスタ７とは、活性領域を共有するように形成されている。また、光電変換セル３２のリセットトランジスタ６と、光電変換セル３４のリセットトランジスタ８とが同様に活性領域を共有するように形成されている。
【００２７】
以上説明したように本実施形態の固体撮像装置の各光電変換セルは、各ＰＤ部が蓄積した電荷を各光電変換セルにおいて増幅する増幅型ＭＯＳ撮像素子（Amplified MOS Imager）となっている。このため、フローティングディフュージョン部を用いるＦＤＡ方式と異なり転送トランジスタが不要であり、各光電変換セル当たりのトランジスタの数をＦＤＡ方式の場合の４分の３に削減できる。また、転送トランジスタを制御するための制御線が不要になるため、制御線の数も５分の４となる。
【００２８】
さらに、本実施形態の固体撮像装置においては、列方向に互いに隣接する２つの光電変換セルのリセットトランジスタが、活性領域を共有している。これにより、従来約１０％であったリセットトランジスタが各光電変換セルに占める面積の割合を約５％に削減される。
【００２９】
このように、本実施形態の固体撮像装置は、各光電変換セルに占めるトランジスタ部及び配線の面積を削減することができるため、従来約１０％しかなかった光電変換部の開口率を約２０％にまで向上させることができる。
【００３０】
以下に、本実施形態の固体撮像装置のレイアウトの一例について図を参照して説明する。図２は本実施形態の固体撮像装置の基板上におけるレイアウトの一例を示している。
【００３１】
図２に示すようにそれぞれが行列を構成するように基板の上に配置された、各光電変換セル形成領域の１行目に光電変換セル３１及び光電変換セル３２がそれぞれ形成され、２行目に光電変換セル３３及び光電変換セル３４がそれぞれ形成されている。
【００３２】
各光電変換セルにおけるＰＤ部、画素アンプトランジスタ及びスイッチングトランジスタの配置は、互いに同一となっている。また、各光電変換セルにおいて、画素アンプトランジスタ及びスイッチングトランジスタは、それぞれＰＤ部に対して行方向に隣接する領域に互いに間隔をおいて形成されている。
【００３３】
列方向に配置された光電変換セル３１及び光電変換セル３３におけるスイッチングトランジスタ１３及びスイッチングトランジスタ１５とそれぞれ接続された信号線１７が列方向に形成されており、同様に光電変換セル３２及び光電変換セル３４におけるスイッチングトランジスタ１４及びスイッチングトランジスタ１６とそれぞれ接続された信号線１８が列方向に形成されている。
【００３４】
列方向に互いに隣接する光電変換セル３１及び光電変換セル３３のリセットトランジスタ５及びリセットトランジスタ７は、ＰＤ部１とＰＤ部３との間に、活性領域４１を共有するようにそれぞれ形成されている。また、光電変換セル３２及び光電変換セル３４のリセットトランジスタ６及びリセットトランジスタ８は、同様にＰＤ部２とＰＤ部４との間にそれぞれ活性領域４２を共有するように形成されている。
【００３５】
このような配置とすることにより、各ＰＤ部と各画素アンプトランジスタとを接続するためのコンタクト部を、各ＰＤ部においてすべて同一の位置に形成することが可能となる。また、各光電変換セルを同一ピッチで設けることが可能となる。これにより、入射光に対する光電変換特性を各光電変換セルにおいて同一とすることができ、画像ムラの発生を防止することが可能となる。
【００３６】
なお、本実施形態においては、すべての光電変換セルにおいて、ＰＤ部、画素アンプトランジスタ及びスイッチングトランジスタの配置を互いに同一としたが、少なくとも活性領域を共有する２つのリセットトランジスタをそれぞれ含む２つの光電変換セルにおいてＰＤ部、画素アンプトランジスタ及びスイッチングトランジスタの配置を互いに同一とすれば、同様の効果が得られる。
【００３７】
以下に、本実施形態の固体撮像装置の動作について図を参照して説明する。図３は本実施形態の固体撮像装置の駆動タイミングを表しており、ここでは水平ブランキング期間内で一連の動作が完結する。
【００３８】
まず、１行目に配置されたＰＤ部１及びＰＤ部２の電荷を検出する場合を例に説明する。なお、電源線にも所定の電圧が印加されており、本実施形態においては、電源線の電圧は３．３Ｖである。また、ロードトランジスタ１９及びロードトランジスタ２０のゲートには、所定の一定電圧が印加され定電流源として動作している。
【００３９】
スイッチングトランジスタ１３及びスイッチングトランジスタ１４をオン状態とすることにより、画素アンプトランジスタ９及び画素アンプトランジスタ１０がそれぞれ検出したＰＤ部１及びＰＤ部２に蓄積された電荷に応じた信号レベルが、信号線１７及び信号線１８を通してノイズキャンセル回路（図示せず）に導入され、導入された信号レベルはノイズキャンセル回路によりクランプされる。
【００４０】
次に、リセットトランジスタ５及びリセットトランジスタ６を一時的にオン状態とする。これにより、ＰＤ部１及びＰＤ部２の電位を電源電圧にリセットする。これにより、画素アンプトランジスタ９及び画素アンプトランジスタ１０がそれぞれ検出したリファレンスレベルが、信号線１７及び信号線１８を通してイズキャンセル回路に導入され、導入された信号レベルはノイズキャンセル回路によりクランプされる。
【００４１】
次に、スイッチングトランジスタ１３及びスイッチングトランジスタ１４をオフ状態として、画素アンプトランジスタ９及び画素アンプトランジスタ１０をそれぞれ信号線１７及び信号線１８から切り離す。これにより１行目に配置されたＰＤ部１及びＰＤ部２の電荷を検出する駆動が終了する。このようにすることにより、画素アンプトランジスタ９及び画素アンプトランジスタ１０の閾値のばらつき及びノイズ成分を除去した出力信号を検出することができる。
【００４２】
次の水平ブランキング期間において同様にして２行目に配置されたＰＤ部３及びＰＤ部４の電荷を検出する。この場合には、リセットトランジスタ１３及びリセットトランジスタ１４に代えてリセットトランジスタ１５及びリセットトランジスタ１６をオン状態とする。
【００４３】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置について図を参照して説明する。図４は本実施形態の固体撮像装置の回路構成を示している。図４に示すように、例えばフォトダイオードからなる光電変換部（ＰＤ部）１及びＰＤ部２が行方向に順に配置されている。また、ＰＤ部１及びＰＤ部２と列方向に隣接して、ＰＤ部３及びＰＤ部４がそれぞれ順に配置されている。
【００４４】
ＰＤ部１には、リセットトランジスタ５のソースと、ドレインが電源線と接続された画素アンプトランジスタ９のゲートとが接続されている。画素アンプトランジスタ９のソースには、直列にスイッチングトランジスタ１３のドレインが接続され、スイッチングトランジスタ１３のゲートには、制御パルス線（図示せず）が接続されている。リセットトランジスタ５のゲートには、リセットパルス線（図示せず）が接続されており、リセットトランジスタ５のドレインは電源線と接続されている。
【００４５】
以上のように、ＰＤ部１と、リセットトランジスタ５、画素アンプトランジスタ９及びスイッチングトランジスタ１３からなるトランジスタ部とによって光電変換セル３１が形成されている。
【００４６】
また、同様にＰＤ部２、リセットトランジスタ６、画素アンプトランジスタ１０及びスイッチングトランジスタ１４から光電変換セル３２が形成され、ＰＤ部３、リセットトランジスタ７、画素アンプトランジスタ１１及びスイッチングトランジスタ１５から光電変換セル３３が形成され、ＰＤ部４、リセットトランジスタ８、画素アンプトランジスタ１２及びスイッチングトランジスタ１６から光電変換セル３３が形成されている。
【００４７】
光電変換セル３１のスイッチングトランジスタ１３のソースと、光電変換セル３１と行方向に隣接する光電変換セル３２のスイッチングトランジスタ１４のソースは共に信号線１７と接続されている。また、光電変換セル３３のスイッチングトランジスタ１５のソースと、光電変換セル３３と行方向に隣接する光電変換セル３４のスイッチングトランジスタ１６のソースは共に信号線１８と接続されている。
【００４８】
信号線１７及び信号線１８は、それぞれロードトランジスタ１９及びロードトランジスタ２０と接続されており、ロードトランジスタ１９及びロードトランジスタ２０は共に、ロードゲート線（ＣＧＣＥＬＬ）２１とソース電源線（ＳＣＥＬＬ）とによって駆動される。
【００４９】
本実施形態の固体撮像装置においては、光電変換セル３１のリセットトランジスタ５と、光電変換セル３１と列方向に隣接する光電変換セル３３のリセットトランジスタ７とは、活性領域を共有するように形成されている。また、光電変換セル３２のリセットトランジスタ６と、光電変換セル３４のリセットトランジスタ８とが同様に活性領域を共有するように形成されている。
【００５０】
以上説明したように本実施形態の固体撮像装置の各光電変換セルは、各ＰＤ部が蓄積した電荷を各光電変換セルにおいて増幅する増幅型ＭＯＳ撮像素子（Amplified MOS Imager）となっている。このため、フローティングディフュージョン部を用いるＦＤＡ方式と異なり転送トランジスタが不要であり、各光電変換セル当たりのトランジスタの数をＦＤＡ方式の場合の４分の３に削減できる。また、転送トランジスタを制御するための制御線が不要になるため、制御線の数も５分の４となる。
【００５１】
さらに、本実施形態の固体撮像装置においては、列方向に互いに隣接する２つの光電変換セルのリセットトランジスタが、活性領域を共有している。これにより、従来約１０％であったリセットトランジスタが各光電変換セルに占める面積の割合を約５％に削減される。
【００５２】
このように、本実施形態の固体撮像装置は、各光電変換セルに占めるトランジスタ部及び配線の面積を削減することができるため、従来約１０％しかなかった光電変換部の開口率を約２０％にまで向上させることができる。
【００５３】
以下に、本実施形態の固体撮像装置のレイアウトの一例について図を参照して説明する。図５は本実施形態の固体撮像装置の基板上におけるレイアウトの一例を示している。
【００５４】
図５に示すようにそれぞれが行列を構成するように基板の上に配置された、各光電変換セル形成領域の１行目に光電変換セル３１及び光電変換セル３２がそれぞれ形成され、２行目に光電変換セル３３及び光電変換セル３４がそれぞれ形成されている。
【００５５】
各光電変換セルにおけるＰＤ部、画素アンプトランジスタ及びスイッチングトランジスタの配置は、互いに同一となっている。また、各光電変換セルにおいて、画素アンプトランジスタ及びスイッチングトランジスタは、それぞれＰＤ部に対して行方向に隣接する領域に互いに間隔をおいて形成されている。
【００５６】
列方向に配置された光電変換セル３１及び光電変換セル３３におけるスイッチングトランジスタ１３及びスイッチングトランジスタ１５とそれぞれ接続された信号線１７が列方向に形成されており、同様に光電変換セル３２及び光電変換セル３４におけるスイッチングトランジスタ１４及びスイッチングトランジスタ１６とそれぞれ接続された信号線１８が列方向に形成されている。
【００５７】
列方向に互いに隣接する光電変換セル３１及び光電変換セル３３のリセットトランジスタ５及びリセットトランジスタ７は、ＰＤ部１とＰＤ部３との間に、活性領域を共有するようにそれぞれ形成されている。また、光電変換セル３２及び光電変換セル３４のリセットトランジスタ６及びリセットトランジスタ８は、同様にＰＤ部２とＰＤ部４との間にそれぞれ形成されている。
【００５８】
このような配置とすることにより、各ＰＤ部と各画素アンプトランジスタとを接続するためのコンタクト部を、各ＰＤ部においてすべて同一の位置に形成することが可能となる。また、各光電変換セルを同一ピッチで設けることが可能となる。これにより、入射光に対する光電変換特性を各光電変換セルにおいて同一とすることができ、画像ムラの発生を防止することが可能となる。
【００５９】
また、本実施形態においては、リセットトランジスタ５及びリセットトランジスタ７を制御するリセットパルス線４３を、ＰＤ部１及びＰＤ部３の側方の領域に埋め込まれた導電膜により形成しており、リセットトランジスタ６及びリセットトランジスタ８を制御するリセットパルス線４４を、ＰＤ部２及びＰＤ部４の側方の領域に埋め込まれた導電膜により形成している。これにより、各ＰＤ部に斜めに入射した光がリセットパルス線の側面において反射されるため、各ＰＤ部において光電変換される光量が増加するので、感度を１割分ほど向上させることが可能である。
【００６０】
なお、本実施形態においては、すべての光電変換セルにおいて、ＰＤ部、画素アンプトランジスタ及びスイッチングトランジスタの配置を互いに同一としたが、少なくとも活性領域を共有する２つのリセットトランジスタをそれぞれ含む２つの光電変換セルにおいてＰＤ部、画素アンプトランジスタ及びスイッチングトランジスタの配置を互いに同一とすれば、同様の効果が得られる。
【００６１】
以下に、本実施形態の固体撮像装置の動作について図を参照して説明する。図６は本実施形態の固体撮像装置の駆動タイミングを表しており、ここでは水平ブランキング期間内で一連の動作が完結する。
【００６２】
まず、１列目に配置されたＰＤ部１及びＰＤ部３の電荷を検出する場合を例に説明する。なお、電源線にも所定の一定電圧が印加されており、本実施形態においては、電源線の電圧は３．３Ｖである。また、ロードトランジスタ１９及びロードトランジスタ２０のゲートには、所定の電圧が印加され定電流源として動作している。
【００６３】
スイッチングトランジスタ１３及びスイッチングトランジスタ１５をオン状態とすることにより、画素アンプトランジスタ９及び画素アンプトランジスタ１１がそれぞれ検出したＰＤ部１及びＰＤ部３に蓄積された電荷に応じた信号レベルが、信号線１７及び信号線１８を通してノイズキャンセル回路（図示せず）に導入され、導入された信号レベルはノイズキャンセル回路によりクランプされる。
【００６４】
次に、リセットトランジスタ５及びリセットトランジスタ７を一時的にオン状態とする。これにより、ＰＤ部１及びＰＤ部３の電位を電源電圧にリセットする。これにより、画素アンプトランジスタ９及び画素アンプトランジスタ１０がそれぞれ検出したリファレンスレベルが、信号線１７及び信号線１８を通してイズキャンセル回路に導入され、導入された信号レベルはノイズキャンセル回路によりクランプされる。
【００６５】
次に、スイッチングトランジスタ１３及びスイッチングトランジスタ１５をオフ状態として、画素アンプトランジスタ９及び画素アンプトランジスタ１１をそれぞれ信号線１７及び信号線１８から切り離す。これにより１列目に配置されたＰＤ部１及びＰＤ部３の電荷を検出する駆動が終了する。このようにすることにより、画素アンプトランジスタ９及び画素アンプトランジスタ１１の閾値のばらつき及びノイズ成分を除去した出力信号を検出することができる。
【００６６】
次の水平ブランキング期間において同様にして２列目に配置されたＰＤ部２及びＰＤ部４の電荷を検出する。この場合には、リセットトランジスタ１３及びリセットトランジスタ１５に代えてリセットトランジスタ１４及びリセットトランジスタ１６をオン状態とする。
【００６７】
なお、第１の実施形態及び第２の実施形態において、光電変換部の配置が２行２列の例を示しているが、光電変換部は２行単位又は２列単位で任意に増やすことができる。また、行と列とを入れ替えてもかまわない。
【００６８】
また、例えば光電変換セル３１において、リセットトランジスタ５のドレイン領域に光が入射すると、リセットトランジスタ５からＰＤ部１へ電荷が流入し感度が低下する。このため、リセットトランジスタ５のドレイン領域に光が入射することを防止する遮光膜を設ける必要がある。図７に示すようにこの遮光膜を格子状に配置し、これを電源線として用いることにより、信号線１７及び信号線１８と異なる配線層に、電源線を形成することが可能となる。これにより、光電変換セルの占有面積を縮小すると共に開口率を向上させることが可能となる。
【００６９】
また、図８に示すようなセンサモジュール６０と、センサモジュール６０からの信号を処理する信号処理回路６１と、処理された信号を表示する表示機６２と、処理された信号を記憶する記憶メディア６３とから構成されたカメラにおいて、センサモジュール６０を、第１の実施形態又は第２の実施形態の固体撮像装置とし、異なるブランキング時間に読み出したすべての光電変換部からの電荷を処理することにより、すべての光電変換部からの信号電荷により画像を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の固体撮像装置は、光電変換セルに占めるトランジスタ部及び配線部の面積を小さくすることにより、光電変換セルのサイズを大きくすることなく光電変換部の開口率が大きい固体撮像装置を実現でき、複数の光電変換部が配置された固体撮像装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置を示す回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置を示すレイアウト図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置を示す回路図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置を示すレイアウト図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の第１の実施形態又は第２の実施形態に係る固体撮像装置の要部の一例を示す断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態又は第２の実施形態に係る固体撮像装置の使用例を示すブロック図である。
【図９】従来例に係る固体撮像装置を示す回路図である。
【符号の説明】
【００７２】
１    ＰＤ部
２    ＰＤ部
３    ＰＤ部
４    ＰＤ部
５    リセットトランジスタ
６    リセットトランジスタ
７    リセットトランジスタ
８    リセットトランジスタ
９    画素アンプトランジスタ
１０  画素アンプトランジスタ
１１  画素アンプトランジスタ
１２  画素アンプトランジスタ
１３  スイッチングトランジスタ
１４  スイッチングトランジスタ
１５  スイッチングトランジスタ
１６  スイッチングトランジスタ
１７  信号線
１８  信号線
１９  ロードトランジスタ
２０  ロードトランジスタ
２１  ソース電源線（ＳＣＥＬＬ）
２２  ロードゲート線（ＣＧＣＥＬＬ）
３１  光電変換セル
３２  光電変換セル
３３  光電変換セル
３４  光電変換セル
４１  活性領域（ドレイン）
４２  活性領域（ドレイン）
４３  活性領域（ドレイン）
４４  活性領域（ドレイン）
７０  シリコン基板
７１  ゲート酸化膜
７２  ゲート電極
７３  金属配線
７４  金属配線
７５  層間絶縁膜
７６  金属配線
６０  センサモジュール
６１  信号処理回路
６２  表示機
６３  記録メディア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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