(57)【要約】【課題】  ダークシェーディングや固定パターンノイズを低減する。【解決手段】  固体撮像素子は、画素、垂直信号線および制御部を有している。画素は、光を電荷に変換する光電変換部と、電荷電圧変換部と、光電変換部の電荷を電荷電圧変換部に転送する転送トランジスタと、電荷電圧変換部の電圧に基づく信号を生成する増幅トランジスタと、信号を出力するか否かを選択する選択トランジスタと、電荷電圧変換部の電荷をリセットするリセットトランジスタとを有している。電荷電圧変換部は、接続配線により、増幅トランジスタおよびリセットトランジスタに接続される。垂直信号線には、増幅トランジスタから出力された信号が伝達される。制御部は、光電変換部の電荷をリセットするリセット期間で、リセットトランジスタがオン状態からオフ状態に変化するときに、選択トランジスタがオン状態であるように、リセットトランジスタおよび選択トランジスタを制御する。【選択図】    図４
2011259075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部から転送される前記電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と、前記光電変換部の前記電荷を前記電荷電圧変換部に転送する転送トランジスタと、前記電荷電圧変換部の電圧に基づく信号を生成する増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタから信号を出力するか否かを選択する選択トランジスタと、前記電荷電圧変換部の電荷をリセットするリセットトランジスタと、前記電荷電圧変換部を前記増幅トランジスタおよび前記リセットトランジスタに接続する接続配線とを有する画素と、
前記増幅トランジスタから出力された信号を伝達する垂直信号線と、
前記光電変換部の電荷をリセットするリセット期間で、前記リセットトランジスタがオン状態からオフ状態に変化するときに、前記選択トランジスタがオン状態であるように、前記リセットトランジスタおよび前記選択トランジスタを制御する制御部とを備えていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子において、
前記接続配線の少なくとも一部は、前記垂直信号線に隣接して平行に配置されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１記載の固体撮像素子において、
前記リセット期間では、前記制御部は、前記リセットトランジスタがオフ状態からオン状態に変化した後に、前記選択トランジスタをオフ状態からオン状態に変化させ、前記リセットトランジスタがオン状態からオフ状態に変化した後に、前記選択トランジスタをオン状態からオフ状態に変化させることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１記載の固体撮像素子において、
前記制御部は、前記転送トランジスタのオン／オフの状態を制御し、
前記リセット期間では、前記制御部は、前記転送トランジスタをオフ状態からオン状態に変化させた後に、前記選択トランジスタをオフ状態からオン状態に変化させ、前記転送トランジスタをオン状態からオフ状態に変化させた後に、前記選択トランジスタをオン状態からオフ状態に変化させることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項５】
請求項１記載の固体撮像素子において、
前記制御部は、前記転送トランジスタのオン／オフの状態を制御し、
前記リセット期間では、前記制御部は、前記リセットトランジスタおよび前記転送トランジスタをオフ状態からオン状態に変化させた後に、前記選択トランジスタをオフ状態からオン状態に変化させ、前記リセットトランジスタおよび前記転送トランジスタをオン状態からオフ状態に変化させた後に、前記選択トランジスタをオン状態からオフ状態に変化させることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項６】
請求項１記載の固体撮像素子において、
複数の前記画素により構成される画素群を備え、
前記光電変換部および前記転送トランジスタは、前記画素毎に設けられ、
前記電荷電圧変換部、前記増幅トランジスタ、前記選択トランジスタ、前記リセットトランジスタおよび前記接続配線は、前記画素群毎に設けられ、前記画素群を構成する複数の画素に共用されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項７】
請求項６記載の固体撮像素子において、
前記制御部は、前記転送トランジスタのオン／オフの状態を制御し、
前記リセット期間では、前記制御部は、前記リセットトランジスタおよび前記転送トランジスタをオフ状態からオン状態に変化させた後に、前記選択トランジスタをオフ状態からオン状態に変化させ、前記リセットトランジスタおよび前記転送トランジスタをオン状態からオフ状態に変化させた後に、前記選択トランジスタをオン状態からオフ状態に変化させることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項８】
請求項６記載の固体撮像素子において、
前記電荷電圧変換部は、前記転送トランジスタのドレインが形成される拡散領域を含み、
前記画素群では、前記拡散領域は、前記接続配線により互いに接続され、前記拡散領域を互いに接続している部分の前記接続配線は、前記垂直信号線に隣接して平行に配置されていることを特徴とする固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、デジタルカメラ等の撮像装置には、ＣＣＤ型やＣＭＯＳ型の固体撮像素子が使用されている。例えば、ＣＭＯＳ型の固体撮像素子は、２次元行列状に配置された複数の画素を有している。例えば、画素は、入射光の光量に応じて信号電荷を生成するフォトダイオード等の光電変換部、転送トランジスタ、増幅トランジスタ、リセットトランジスタ、選択トランジスタを有している。なお、転送トランジスタのドレインは、増幅トランジスタのゲートに接続され、フォトダイオードで生成された信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン領域として機能する。
【０００３】
画素の信号は、読み出し期間に、列毎に設けられた垂直信号線に行毎に出力される。例えば、読み出し期間では、読み出し対象の行の選択トランジスタがオンする。そして、選択トランジスタがオン状態の行の画素では、先ず、リセットトランジスタが一定期間オンし、フローティングディフュージョン領域の電荷がリセットされる。次に、転送トランジスタがオンし、フォトダイオードで生成された信号電荷がフローティングディフュージョン領域に転送される。フローティングディフュージョン領域に転送された電荷に基づく信号電圧は、ソースフォロア回路として動作する増幅トランジスタにより、垂直信号線に出力される。
【０００４】
近年、増幅トランジスタ、リセットトランジスタおよび選択トランジスタを列方向に配置された２つの画素で共有する固体撮像素子が提案されている（例えば、特許文献１）。この種の固体撮像素子では、例えば、増幅トランジスタ等を共有する２つの画素の転送トランジスタのドレイン（フローティングディフュージョン領域の一部）は、金属等の配線により互いに接続され、２つの画素で共有される。一般に、列方向に配置された２つの画素の転送トランジスタのドレインを互いに接続する配線は、垂直信号線と平行に配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６５８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
読み出し期間では、選択トランジスタがオンしたとき、増幅トランジスタおよび選択トランジスタを介して、電源から垂直信号線に電流が流れる。これにより、垂直信号線の電圧は、上昇する。そして、垂直信号線とフローティングディフュージョン領域とのカップリングにより、フローティングディフュージョン領域の電圧は、上昇する。なお、フローティングディフュージョン領域の電圧は、選択トランジスタのゲートとフローティングディフュージョン領域とのカップリングでも、上昇する。
【０００７】
特に、フローティングディフュージョン領域の配線が垂直信号線と平行に配置された固体撮像素子（例えば、増幅トランジスタ等を２つの画素で共有する固体撮像素子）では、垂直信号線とフローティングディフュージョン領域とのカップリングの影響が大きくなり、フローティングディフュージョン領域の電圧の上昇は、大きくなる。
【０００８】
フローティングディフュージョン領域の電圧が上昇した場合、リセットトランジスタのゲートを高レベルにしたとき、リセットトランジスタのゲート・ソース間電圧が閾値電圧以上にならないおそれがある。この場合、リセットトランジスタが正常に動作しないため、フローティングディフュージョン領域の電荷がリセットされず、増幅トランジスタの動作範囲が正常動作の範囲から外れる。例えば、複数の画素のリセットトランジスタが正常に動作しない場合、フローティングディフュージョン領域の電圧が複数の画素でばらつき、その結果、増幅トランジスタの出力特性が複数の画素でばらつく。この場合、ダークシェーディングや固定パターンノイズが画像に発生する。
【０００９】
本発明の目的は、ダークシェーディングや固定パターンノイズを低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
固体撮像素子は、光電変換部、電荷電圧変換部、転送トランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタおよびリセットトランジスタを含む画素と、増幅トランジスタから出力された信号を伝達する垂直信号線と、制御部とを有している。光電変換部は、光を電荷に変換する。電荷電圧変換部は、光電変換部から転送される電荷を電圧に変換する。転送トランジスタは、光電変換部の電荷を電荷電圧変換部に転送する。増幅トランジスタは、電荷電圧変換部の電圧に基づく信号を生成する。選択トランジスタは、増幅トランジスタから信号を出力するか否かを選択する。リセットトランジスタは、電荷電圧変換部の電荷をリセットする。なお、電荷電圧変換部は、接続配線により、増幅トランジスタおよびリセットトランジスタに接続される。制御部は、光電変換部の電荷をリセットするリセット期間で、リセットトランジスタがオン状態からオフ状態に変化するときに、選択トランジスタがオン状態であるように、リセットトランジスタおよび選択トランジスタを制御する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ダークシェーディングや固定パターンノイズを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態における固体撮像素子の概要を示す図である。
【図２】図１に示した画素の一例を示す図である。
【図３】図２に示した画素のレイアウトの一例を示す図である。
【図４】図１に示した固体撮像素子の動作の一例を示す図である。
【図５】図１に示した固体撮像素子を用いて構成された撮像装置の一例を示す図である。
【図６】別の実施形態における固体撮像素子の概要を示す図である。
【図７】図６に示した画素のレイアウトの一例を示す図である。
【図８】図３に示した画素のレイアウトの変形例を示す図である。
【図９】図７に示した画素のレイアウトの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。制御信号（転送信号ＴＸ、選択信号ＳＥＬ、リセット信号ＲＳＴ等）が伝達される信号線には、制御信号名と同じ符号を使用する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態を示している。この実施形態の固体撮像素子１０は、例えば、ＣＭＯＳ型の固体撮像素子であり、画素アレイ２０、垂直走査回路３０、水平走査回路４０、定電流源ＩＳおよび垂直信号線ＶＬ有している。
【００１５】
画素アレイ２０は、２次元行列状に配置された複数の画素ＰＸ（ＰＸａ、ＰＸｂ）を有している。例えば、各画素ＰＸは、入射光の光量に応じた電気信号を生成する。なお、この実施形態では、列方向（図１の縦方向）に隣接する２つの画素ＰＸａ、ＰＸｂにより画素群ＰＸＧが構成されている。例えば、画素群ＰＸＧは、ｎ行ｍ列に配置されている。この場合、画素ＰＸは、（２×ｎ）行ｍ列に配置されている。画素群ＰＸＧを構成する画素ＰＸａ、ＰＸｂの詳細は、後述する図２で説明する。列方向に配置された複数の画素群ＰＸＧは、列毎に設けられた垂直信号線ＶＬに接続されている。また、各垂直信号線ＶＬには、各画素ＰＸからの信号を読み出すために、定電流源ＩＳが接続されている。
【００１６】
垂直走査回路３０は、選択信号ＳＥＬ、リセット信号ＲＳＴおよび転送信号ＴＸ（ＴＸａ、ＴＸｂ）を用いて、画素アレイ２０の画素ＰＸを行毎に制御する。以下、選択信号ＳＥＬ、リセット信号ＲＳＴ、転送信号ＴＸを、制御信号ＳＥＬ、ＲＳＴ、ＴＸともそれぞれ称する。なお、制御信号ＳＥＬ、ＲＳＴは、画素群ＰＸＧを構成する画素ＰＸａ、ＰＸｂで共有されている。
【００１７】
例えば、選択信号ＳＥＬ（ｎ）およびリセット信号ＲＳＴ（ｎ）は、ｎ行目の画素群ＰＸＧの選択信号ＳＥＬおよびリセット信号ＲＳＴをそれぞれ示している。すなわち、選択信号ＳＥＬ（ｎ）は、（２×ｎ−１）行目および（２×ｎ）行目の画素ＰＸで共有されている。また、リセット信号ＲＳＴ（ｎ）は、（２×ｎ−１）行目および（２×ｎ）行目の画素ＰＸで共有されている。なお、転送信号ＴＸａ（ｎ）は、（２×ｎ−１）行目の画素ＰＸ（ｎ行目の画素群ＰＸＧの画素ＰＸａ）の転送信号ＴＸである。そして、転送信号ＴＸｂ（ｎ）は、（２×ｎ）行目の画素ＰＸ（ｎ行目の画素群ＰＸＧの画素ＰＸｂ）の転送信号ＴＸである。
【００１８】
したがって、垂直走査回路３０は、例えば、制御信号ＳＥＬ（１）、ＲＳＴ（１）、ＴＸａ（１）を制御し、１行目の画素ＰＸ（１行目の画素群ＰＸＧの画素ＰＸａ）を制御する。また、例えば、垂直走査回路３０は、制御信号ＳＥＬ（１）、ＲＳＴ（１）、ＴＸｂ（１）を制御し、２行目の画素ＰＸ（１行目の画素群ＰＸＧの画素ＰＸｂ）を制御する。
【００１９】
水平走査回路４０は、垂直走査回路３０により選択された行の画素ＰＸの信号ＯＵＴＳ、ＯＵＴＮを蓄積し、蓄積した信号ＯＵＴＳ、ＯＵＴＮを列毎に順次出力する。ここで、信号ＯＵＴＮは、例えば、画素ＰＸのリセットノイズ成分等を含む固定ノイズ成分を示すノイズ信号である。また、信号ＯＵＴＳは、画素ＰＸのリセットノイズ成分等の固定ノイズ成分と、画素ＰＸ内の光電変換部で生成された電荷に応じた信号成分とを含む画素信号である。
【００２０】
図２は、図１に示した画素ＰＸの一例を示している。なお、図２は、画素群ＰＸＧを構成する画素ＰＸａ、ＰＸｂの一例を示している。例えば、画素群ＰＸＧは、列方向（図２の縦方向）に隣接する２つの画素ＰＸａ、ＰＸｂを有している。なお、この実施形態では、画素ＰＸ（ＰＸａ、ＰＸｂ）内に形成されるトランジスタＭＴＲａ、ＭＴＲｂ、ＭＡＭ、ＭＳＥ、ＭＲＳは、全てｎＭＯＳトランジスタである。
【００２１】
画素ＰＸａは、光電変換部ＰＤａ、転送トランジスタＭＴＲａ、増幅トランジスタＭＡＭ、選択トランジスタＭＳＥ、リセットトランジスタＭＲＳおよびフローティングディフュージョンＦＤ（フローティングディフュージョン領域）を有している。また、画素ＰＸｂは、光電変換部ＰＤｂ、転送トランジスタＭＴＲｂ、増幅トランジスタＭＡＭ、選択トランジスタＭＳＥ、リセットトランジスタＭＲＳおよびフローティングディフュージョンＦＤを有している。このように、増幅トランジスタＭＡＭ、選択トランジスタＭＳＥ、リセットトランジスタＭＲＳおよびフローティングディフュージョンＦＤは、画素ＰＸａ、ＰＸｂで共用されている。
【００２２】
ここで、フローティングディフュージョンＦＤは、光電変換部ＰＤから転送される電荷を蓄積する容量ＦＣ１、ＦＣ２等が形成される領域（トランジスタＭＴＲａ、ＭＴＲｂのドレイン領域等）である。なお、図中の容量ＦＣ１は、画素ＰＸａの転送トランジスタＭＴＲａのドレイン領域に形成される容量を示し、容量ＦＣ２は、画素ＰＸｂの転送トランジスタＭＴＲｂのドレイン領域に形成される容量を示している。例えば、転送トランジスタＭＴＲａのドレイン（容量ＦＣ１）は、配線ＣＬにより、転送トランジスタＭＴＲｂのドレイン（容量ＦＣ２）に接続されている。これにより、フローティングディフュージョンＦＤは、画素ＰＸａ、ＰＸｂで共用される。
【００２３】
光電変換部ＰＤは、例えば、フォトダイオードＰＤであり、入射光の光量に応じて信号電荷を生成する。以下、光電変換部ＰＤをフォトダイオードＰＤとも称する。例えば、画素ＰＸａでは、フォトダイオードＰＤａは、アノードが接地され、カソードが転送トランジスタＭＴＲａのソースに接続されている。フォトダイオードＰＤａにより生成された信号電荷は、転送トランジスタＭＴＲａを介して、フローティングディフュージョンＦＤに転送される。フローティングディフュージョンＦＤに転送された信号電荷は、容量ＦＣ１、ＦＣ２等に蓄積され、電圧に変換される。このように、フローティングディフュージョンＦＤは、光電変換部ＰＤから転送される電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部として機能する。
【００２４】
転送トランジスタＭＴＲａは、例えば、ゲートに印加される転送信号ＴＸａが高レベルの期間にオンし、フォトダイオードＰＤａに蓄積されている信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。なお、転送トランジスタＭＴＲａのドレインは、配線ＣＬにより、転送トランジスタＭＴＲｂのドレイン、増幅トランジスタＭＡＭのゲートおよびリセットトランジスタＭＲＳのソースに接続されている。すなわち、転送トランジスタＭＴＲａのドレイン、転送トランジスタＭＴＲｂのドレイン、増幅トランジスタＭＡＭのゲートおよびリセットトランジスタＭＲＳのソースは、互いに接続されている。
【００２５】
増幅トランジスタＭＡＭは、ソースが選択トランジスタＭＳＥのドレインに接続され、ドレインが電源ＶＤＤに接続され、ゲートが転送トランジスタＭＴＲ（ＭＴＲａ、ＭＴＲｂ）のドレインに接続されている。すなわち、フローティングディフュージョンＦＤの電圧は、増幅トランジスタＭＡＭのゲートに入力される。そして、増幅トランジスタＭＡＭは、例えば、ゲートの電圧から増幅トランジスタＭＡＭの閾値電圧分下降した電圧を、ソースから出力する。このように、増幅トランジスタＭＡＭは、フローティングディフュージョンＦＤに転送された信号電荷に基づく画素信号を生成する。
【００２６】
選択トランジスタＭＳＥは、ソースが垂直信号線ＶＬに接続され、ドレインが増幅トランジスタＭＡＭのソースに接続され、ゲートで選択信号ＳＥＬを受ける。例えば、選択トランジスタＭＳＥは、選択信号ＳＥＬが高レベルの期間にオンし、増幅トランジスタＭＡＭのソースと垂直信号線ＶＬとの間を導通させる。したがって、選択トランジスタＭＳＥがオンの期間では、増幅トランジスタＭＡＭと、選択トランジスタＭＳＥと、垂直信号線ＶＬに接続された定電流源（図１に示した定電流源ＩＳ）とにより、ソースフォロア回路が構成される。これにより、選択トランジスタＭＳＥにより選択された画素ＰＸの信号が、垂直信号線ＶＬに出力される。このように、選択トランジスタＭＳＥは、選択信号ＳＥＬに基づいて、増幅トランジスタＭＡＭから信号を出力するか否かを選択する。なお、選択信号ＳＥＬは、画素群ＰＸＧを構成する画素ＰＸａ、ＰＸｂで共有されている。
【００２７】
リセットトランジスタＭＲＳは、ソースが増幅トランジスタＭＡＭのゲートに接続され、ドレインが電源ＶＤＤに接続され、ゲートでリセット信号ＲＳＴを受ける。例えば、リセットトランジスタＭＲＳは、リセット信号ＲＳＴが高レベルの期間にオンし、フローティングディフュージョンＦＤの電荷（容量ＦＣ１、ＦＣ２等に蓄積されている電荷）をリセットする。すなわち、リセットトランジスタＭＲＳは、リセット信号ＲＳＴが高レベルの期間に、フローティングディフュージョンＦＤの電圧をリセットする。なお、リセット信号ＲＳＴは、画素群ＰＸＧを構成する画素ＰＸａ、ＰＸｂで共有されている。
【００２８】
画素ＰＸｂでは、フォトダイオードＰＤｂは、アノードが接地され、カソードが転送トランジスタＭＴＲｂのソースに接続されている。例えば、転送トランジスタＭＴＲｂは、ゲートに印加される転送信号ＴＸｂが高レベルの期間にオンし、フォトダイオードＰＤｂに蓄積されている信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。フローティングディフュージョンＦＤに転送された信号電荷は、容量ＦＣ１、ＦＣ２等に蓄積される。
【００２９】
図３は、図２に示した画素ＰＸのレイアウトの一例を示している。なお、図３では、縦４画素×横３画素分の領域を示している。図中の網掛けは、トランジスタのゲートを示し、×印を付けた矩形は、コンタクト領域を示している。なお、図３では、図を見やすくするために、トランジスタＭＡＭ、ＭＲＳのドレインに接続される電源ＶＤＤの配線の記載を省略している。図３の例では、画素群ＰＸＧは、縦方向に隣接する２つの画素ＰＸａ、ＰＸｂにより構成されている。
【００３０】
画素ＰＸａ、ＰＸｂに共有される選択トランジスタＭＳＥ、増幅トランジスタＭＡＭおよびリセットトランジスタＭＲＳは、例えば、画素ＰＸａのフォトダイオードＰＤａと画素ＰＸｂのフォトダイオードＰＤｂとの間に配置されている。そして、選択トランジスタＭＳＥ、増幅トランジスタＭＡＭおよびリセットトランジスタＭＲＳは、図の横方向に並んでいる。
【００３１】
例えば、選択トランジスタＭＳＥのドレインおよび増幅トランジスタＭＡＭのソースは、拡散領域（トランジスタＭＳＥ、ＭＡＭのゲート間の領域）を互いに共有し、互いに接続されている。また、増幅トランジスタＭＡＭのドレインおよびリセットトランジスタＭＲＳのドレインは、拡散領域（トランジスタＭＡＭ、ＭＲＳのゲート間の領域）を互いに共有し、互いに接続されている。なお、増幅トランジスタＭＡＭのドレインおよびリセットトランジスタＭＲＳのドレインは、コンタクト領域（トランジスタＭＡＭ、ＭＲＳのゲート間の×印を付けた矩形）を介して、電源ＶＤＤの配線（図示せず）に接続される。
【００３２】
選択信号ＳＥＬが伝達される選択信号線ＳＥＬは、画素群ＰＸＧの行毎に設けられ、行方向（図３の横方向）に配置された選択トランジスタＭＳＥのゲートに接続されている。また、リセット信号ＲＳＴが伝達されるリセット信号線ＲＳＴは、画素群ＰＸＧの行毎に設けられ、行方向に配置されたリセットトランジスタＭＲＳのゲートに接続されている。
【００３３】
転送トランジスタＭＴＲａ、ＭＴＲｂは、フォトダイオードＰＤａ、ＰＤｂにそれぞれ隣接して配置される。なお、転送トランジスタＭＴＲのソースおよびフォトダイオードＰＤのカソードは、拡散領域を互いに共有し、互いに接続されている。そして、転送信号ＴＸが伝達される転送信号線ＴＸは、画素ＰＸの行毎に設けられ、行方向に配置された転送トランジスタＭＴＲのゲートに接続されている。例えば、転送信号ＴＸａが伝達される転送信号線ＴＸａは、行方向に配置された転送トランジスタＭＴＲａのゲートに接続されている。そして、転送信号ＴＸｂが伝達される転送信号線ＴＸｂは、行方向に配置された転送トランジスタＭＴＲｂのゲートに接続されている。
【００３４】
また、転送トランジスタＭＴＲａ、ＭＴＲｂのドレインは、配線ＣＬにより、増幅トランジスタＭＡＭのゲートに共通に接続されている。例えば、配線ＣＬは、転送トランジスタＭＴＲａのドレイン、転送トランジスタＭＴＲｂのドレイン、増幅トランジスタＭＡＭのゲートおよびリセットトランジスタＭＲＳのソースを互いに接続している。すなわち、画素ＰＸａ、ＰＸｂは、フローティングディフュージョンＦＤ（例えば、転送トランジスタＭＴＲのドレイン）を増幅トランジスタＭＡＭのゲートおよびリセットトランジスタＭＲＳのソースに接続する配線ＣＬを有している。
【００３５】
配線ＣＬの一部は、列方向（図３の縦方向）に延在する垂直信号線ＶＬに隣接して平行に配置されている。例えば、画素群ＰＸＧでは、転送トランジスタＭＴＲａ、ＭＴＲｂのドレイン（拡散領域）を互いに接続している部分の配線ＣＬが、垂直信号線ＶＬに隣接して平行に配置されている。なお、垂直信号線ＶＬは、列方向に配置された選択トランジスタＭＳＥのソースに接続されている。また、接地電圧ＧＮＤの配線は、垂直信号線ＶＬに平行に配置されている。例えば、垂直信号線ＶＬの一方側に、配線ＣＬが配置され、垂直信号線ＶＬの他方側に、接地電圧ＧＮＤの配線が配置される。
【００３６】
この実施形態では、垂直信号線ＶＬは、自身に隣接する配線ＣＬを有する画素ＰＸの選択トランジスタＭＳＥのソースに接続されている。ここで、例えば、増幅トランジスタＭＡＭがソースフォロア回路として動作しているとき、フローティングディフュージョンＦＤの電圧の変動は、垂直信号線ＶＬにそのまま伝達される。このため、増幅トランジスタＭＡＭがソースフォロア回路として動作しているとき、配線ＣＬと垂直信号線ＶＬとのカップリング容量は、見かけ上小さくなる。
【００３７】
例えば、フローティングディフュージョンＦＤは、転送トランジスタＭＴＲのドレインに形成される容量（図２に示した容量ＦＣ１、ＦＣ２）、配線ＣＬと他の配線とのカップリング容量、リセットトランジスタＭＲＳのソースに形成される容量等を有している。したがって、配線ＣＬと垂直信号線ＶＬとのカップリング容量が見かけ上小さくなることにより、フローティングディフュージョンＦＤの見かけ上の容量は、小さくなる。例えば、フローティングディフュージョンＦＤの見かけ上の容量は、フローティングディフュージョンＦＤの電圧の変化量に対する電荷の変化量に対応している。
【００３８】
これに対し、例えば、配線ＣＬおよび垂直信号線ＶＬ間に電源配線（接地電圧ＧＮＤの配線等）を配置し、配線ＣＬと垂直信号線ＶＬとのカップリング容量を低減した構成では、配線ＣＬと電源配線とのカップリング容量が形成される。電源配線の電圧が一定に維持されるため、増幅トランジスタＭＡＭがソースフォロア回路として動作しているときでも、配線ＣＬと電源配線とのカップリング容量は、フローティングディフュージョンＦＤの容量の一部として機能する。したがって、フローティングディフュージョンＦＤの見かけ上の容量は、配線ＣＬの一部を垂直信号線ＶＬに隣接して平行に配置した構成（図３に示した構成）に比べて大きくなる。
【００３９】
例えば、フローティングディフュージョンＦＤの容量が大きい場合、フローティングディフュージョンＦＤに転送される電荷量（電荷の変化量）に対する電圧の変化量は、小さい。すなわち、フローティングディフュージョンＦＤの容量が大きい場合、フォトダイオードＰＤからフローティングディフュージョンＦＤに転送される電荷を電圧に変換するときの変換ゲイン（以下、フローティングディフュージョンＦＤの変換ゲインとも称する）が小さくなる。なお、この実施形態では、増幅トランジスタＭＡＭがソースフォロア回路として動作しているとき、フローティングディフュージョンＦＤの見かけ上の容量を小さくできるため、フローティングディフュージョンＦＤの変換ゲインを大きくできる。これにより、この実施形態では、画素ＰＸの画素信号（増幅トランジスタＭＡＭの出力信号）を大きくでき、ＳＮ比を高くできる。この結果、画質が向上する。
【００４０】
図４は、図１に示した固体撮像素子１０の動作の一例を示している。なお、図４では、１行目の画素群ＰＸＧの制御信号ＲＳＴ（１）、ＴＸａ（１）、ＴＸｂ（１）、ＳＥＬ（１）およびｎ行目の画素群ＰＸＧの制御信号ＳＥＬ（ｎ）以外の制御信号ＲＳＴ、ＴＸ、ＳＥＬの記載を省略している。また、図４では、着目した１つの画素群ＰＸＧに対応する垂直信号線ＶＬおよびフローティングディフュージョンＦＤの電圧を示している。なお、図中の破線の波形は、リセット期間ＴＲＳＴに選択信号ＳＥＬが低レベルに維持されたときのフローティングディフュージョンＦＤの電圧を、比較例として示している。
【００４１】
リセット期間ＴＲＳＴは、例えば、撮影画像を構成する全ての画素ＰＸのフォトダイオードＰＤの電荷をリセットする期間である。また、露光期間ＴＥＸＰは、例えば、メカニカルシャッタを開き、フォトダイオードＰＤを露光する期間である。そして、読み出し期間ＴＲＤは、画素ＰＸの信号を行毎に読み出す期間である。
【００４２】
リセット期間ＴＲＳＴでは、先ず、全ての行の転送信号ＴＸおよび選択信号ＳＥＬが低レベルに維持された状態で、全ての行の画素ＰＸのリセット信号ＲＳＴが低レベルから高レベルに変化する（図４（ａ））。これにより、全ての画素ＰＸのリセットトランジスタＭＲＳがオンする。
【００４３】
全ての画素ＰＸのリセットトランジスタＭＲＳがオンすることにより、全ての画素ＰＸのフローティングディフュージョンＦＤの電荷がリセットされ、全ての画素ＰＸのフローティングディフュージョンＦＤの電圧は、電圧ＶＴＨに維持される。なお、電圧ＶＴＨは、リセット信号ＲＳＴの高レベルからリセットトランジスタＭＲＳの閾値電圧分下降した電圧であり、リセットトランジスタＭＲＳをオンさせる上限値である。例えば、フローティングディフュージョンＦＤの電圧が電圧ＶＴＨより高い場合、リセット信号ＲＳＴが高レベルのときでも、リセットトランジスタＭＲＳはオンしない。
【００４４】
全ての行の選択信号ＳＥＬが低レベルに維持されているため、全ての画素ＰＸの選択トランジスタは、オフしている。このため、垂直信号線ＶＬの電圧は、例えば、図１に示した定電流源ＩＳを動作させる最低電圧より低下しないように、電圧ＶＣＬＰにクリップされている。
【００４５】
次に、全ての行の転送信号ＴＸが低レベルから高レベルに変化し（図４（ｂ））、全ての画素ＰＸの転送トランジスタＭＴＲがオンする。これにより、全ての画素ＰＸのフォトダイオードＰＤの電荷は、フォトダイオードＰＤからフローティングディフュージョンＦＤに転送され、リセットされる。なお、転送信号ＴＸが低レベルから高レベルに変化したとき、フローティングディフュージョンＦＤの電圧は、転送信号線ＴＸとフローティングディフュージョンＦＤとのカップリングにより、上昇する。なお、図４の説明では、転送信号線ＴＸには、例えば、転送トランジスタＭＴＲのゲートも含まれる。
【００４６】
そして、全ての行の選択信号ＳＥＬが低レベルから高レベルに変化し（図４（ｃ））、全ての画素ＰＸの選択トランジスタＭＳＥがオンする。これにより、全ての画素ＰＸの増幅トランジスタＭＡＭがソースフォロア回路として動作する。例えば、増幅トランジスタＭＡＭは、ゲートの電圧（フローティングディフュージョンＦＤの電圧）から増幅トランジスタＭＡＭの閾値電圧分下降した電圧を、ソースから垂直信号線ＶＬに出力する。これにより、垂直信号線ＶＬの電圧は、上昇する。この際、フローティングディフュージョンＦＤの電圧は、垂直信号線ＶＬとフローティングディフュージョンＦＤ（例えば、図３に示した配線ＣＬ）とのカップリングや選択信号線ＳＥＬとフローティングディフュージョンＦＤとのカップリングにより、上昇する。なお、図４の説明では、選択信号線ＳＥＬには、例えば、選択トランジスタＭＳＥのゲートも含まれる。
【００４７】
選択信号ＳＥＬが低レベルから高レベルに変化した後に、全ての行の転送信号ＴＸが高レベルから低レベルに変化し（図４（ｄ））、全ての画素ＰＸの転送トランジスタＭＴＲがオフする。この際、フローティングディフュージョンＦＤの電圧は、転送信号線ＴＸとフローティングディフュージョンＦＤとのカップリングや転送トランジスタＭＴＲのオフによるチャージインジェクションにより、下降する。
【００４８】
なお、転送信号ＴＸが高レベルから低レベルに変化したとき、増幅トランジスタＭＡＭがソースフォロア回路として動作しているため、フローティングディフュージョンＦＤの見かけ上の容量は、小さい。したがって、フローティングディフュージョンＦＤの電圧に対する転送信号線ＴＸとフローティングディフュージョンＦＤとのカップリングの影響は、大きい。このため、例えば、転送信号ＴＸが高レベルから低レベルに変化したとき（図４（ｄ））のフローティングディフュージョンＦＤの電圧の下降量は、転送信号ＴＸが低レベルから高レベルに変化したとき（図４（ｂ））のフローティングディフュージョンＦＤの電圧の上昇量より大きくなる。
【００４９】
フローティングディフュージョンＦＤの電圧が下降することにより、例えば、リセットトランジスタＭＲＳがオンする。これにより、フローティングディフュージョンＦＤの電荷がリセットされ、フローティングディフュージョンＦＤの電圧は、電圧ＶＴＨに維持される。このようにして、全ての画素ＰＸのフォトダイオードＰＤの電荷は、転送トランジスタＭＴＲおよびリセットトランジスタＭＲＳを介して電源ＶＤＤに排出される。なお、垂直信号線ＶＬの電圧は、フローティングディフュージョンＦＤの電圧の変化に追従して下降する。
【００５０】
そして、全ての行の画素ＰＸのリセット信号ＲＳＴが高レベルから低レベルに変化し（図４（ｅ））、全ての画素ＰＸのリセットトランジスタＭＲＳがオフする。この際、フローティングディフュージョンＦＤの電圧は、リセット信号線ＲＳＴとフローティングディフュージョンＦＤとのカップリングやリセットトランジスタＭＲＳのオフによるチャージインジェクションにより、下降する。なお、図４の説明では、リセット信号線ＲＳＴには、例えば、リセットトランジスタＭＲＳのゲートも含まれる。垂直信号線ＶＬの電圧は、フローティングディフュージョンＦＤの電圧の変化に追従して下降する。
【００５１】
なお、リセット信号ＲＳＴが高レベルから低レベルに変化したとき、増幅トランジスタＭＡＭは、ソースフォロア回路として動作している。このため、リセット信号ＲＳＴが高レベルから低レベルに変化したときのフローティングディフュージョンＦＤの見かけ上の容量は、小さい。したがって、フローティングディフュージョンＦＤの電圧に対するリセット信号線ＲＳＴとフローティングディフュージョンＦＤとのカップリングの影響は、大きい。このため、この実施形態では、リセット信号ＲＳＴが高レベルから低レベルに変化したときのフローティングディフュージョンＦＤの電圧の下降量は、図４の破線の波形で示した比較例（リセット期間ＴＲＳＴ中、選択信号ＳＥＬを低レベルに維持した場合）に比べて大きい。
【００５２】
リセット信号ＲＳＴが高レベルから低レベルに変化した後、全ての行の選択信号ＳＥＬが高レベルから低レベルに変化し（図４（ｆ））、全ての画素ＰＸの選択トランジスタＭＳＥがオフする。選択トランジスタＭＳＥのオフにより増幅トランジスタＭＡＭがソースフォロア回路として動作しなくなるため、垂直信号線ＶＬの電圧は、下降する。そして、垂直信号線ＶＬの電圧は、例えば、図１に示した定電流源ＩＳを動作させる最低電圧より低下しないように、電圧ＶＣＬＰにクリップされる。この際、フローティングディフュージョンＦＤの電圧は、垂直信号線ＶＬとフローティングディフュージョンＦＤ（例えば、図３に示した配線ＣＬ）とのカップリングや選択信号線ＳＥＬとフローティングディフュージョンＦＤとのカップリングにより、下降する。
【００５３】
このように、リセット期間ＴＲＳＴでは、例えば、図１に示した垂直走査回路３０は、リセットトランジスタＭＲＳおよび転送トランジスタＭＴＲがオン状態に維持されているときに、選択トランジスタＭＳＥをオフ状態からオン状態に変化させ、リセットトランジスタＭＲＳおよび転送トランジスタＭＴＲがオン状態からオフ状態に変化した後に、選択トランジスタＭＳＥをオン状態からオフ状態に変化させる。すなわち、リセット期間ＴＲＳＴでは、選択トランジスタＭＳＥは、転送トランジスタＭＴＲおよびリセットトランジスタＭＲＳの各々がオフ状態からオン状態に変化するときに、オフ状態に維持され、転送トランジスタＭＴＲおよびリセットトランジスタＭＲＳの各々がオン状態からオフ状態に変化するときに、オン状態に維持される。
【００５４】
露光期間ＴＸＥＰでは、全ての行のリセット信号ＲＳＴ、転送信号ＴＸおよび選択信号ＳＥＬが低レベルに維持され、全ての画素ＰＸのリセットトランジスタＭＲＳ、転送トランジスタＭＳＥおよび選択トランジスタＭＳＥがオフしている。このため、フローティングディフュージョンＦＤの電圧は、リセット期間ＴＲＳＴの最終電圧（選択信号ＳＥＬが高レベルから低レベルに変化した後の電圧）に維持されている。
【００５５】
読み出し期間ＴＲＤでは、先ず、全ての行の転送信号ＴＸおよびリセット信号ＲＳＴが低レベルに維持された状態で、選択信号ＳＥＬ（１）が低レベルから高レベルに変化する（図４（ｇ））。なお、読み出し対象の行（図４の例では、１行目）の画素群ＰＸＧの選択信号ＳＥＬ以外の選択信号ＳＥＬは、低レベルに維持されている。
【００５６】
選択信号ＳＥＬ（１）が低レベルから高レベルに変化することにより、１行目の画素群ＰＸＧの選択トランジスタＭＳＥがオンし、１行目の画素群ＰＸＧの増幅トランジスタＭＡＭがソースフォロア回路として動作する。これにより、垂直信号線ＶＬの電圧は、上昇する。この際、フローティングディフュージョンＦＤの電圧は、垂直信号線ＶＬとフローティングディフュージョンＦＤ（例えば、図３に示した配線ＣＬ）とのカップリングや選択信号線ＳＥＬとフローティングディフュージョンＦＤとのカップリングにより、上昇する。
【００５７】
特に、図３に示したように、フローティングディフュージョンＦＤの変換ゲインを大きくするために、垂直信号線ＶＬとフローティングディフュージョンＦＤとのカップリングを相対的に大きくした構成では、フローティングディフュージョンＦＤの電圧の上昇量は、大きくなる。例えば、リセット期間ＴＲＳＴに選択信号ＳＥＬを制御しない構成（リセット期間ＴＲＳＴ中、選択信号ＳＥＬを低レベルに維持した場合）では、図４の破線の波形で示したように、フローティングディフュージョンＦＤの電圧が電圧ＶＴＨより高くなる。この場合、リセット信号ＲＳＴが低レベルから高レベルに変化したときでも、リセットトランジスタＭＲＳがオンしないため、フローティングディフュージョンＦＤの電荷は、リセットされない。
【００５８】
これに対し、この実施形態では、リセット期間ＴＲＳＴに選択信号ＳＥＬを制御することにより、リセット期間ＴＲＳＴの最終電圧を低くでき、フローティングディフュージョンＦＤの電圧が電圧ＶＴＨより高くなることを防止できる。
【００５９】
選択信号ＳＥＬ（１）が低レベルから高レベルに変化した後に、リセット信号ＲＳＴ（１）が低レベルから高レベルに変化する（図４（ｈ））。なお、リセット信号ＲＳＴ（１）を低レベルから高レベルに変化させるタイミングは、選択信号ＳＥＬ（１）を低レベルから高レベルに変化させるタイミングと同じでもよい。
【００６０】
リセット信号ＲＳＴ（１）が低レベルから高レベルに変化することにより、１行目の画素群ＰＸＧのリセットトランジスタＭＲＳがオンし、１行目の画素群ＰＸＧのフローティングディフュージョンＦＤの電荷がリセットされる。これにより、フローティングディフュージョンＦＤの電圧は、電圧ＶＴＨまで上昇する。垂直信号線ＶＬの電圧は、フローティングディフュージョンＦＤの電圧の変化に追従して上昇する。なお、破線の波形で示した比較例では、フローティングディフュージョンＦＤの電圧は、リセット信号線ＲＳＴとフローティングディフュージョンＦＤとのカップリングにより、上昇する。
【００６１】
フローティングディフュージョンＦＤの電荷がリセットされた後に、リセット信号ＲＳＴ（１）が高レベルから低レベルに変化し（図４（ｉ））、１行目の画素群ＰＸＧのリセットトランジスタＭＲＳがオフする。この際、１行目の画素群ＰＸＧのフローティングディフュージョンＦＤの電圧は、リセット信号線ＲＳＴとフローティングディフュージョンＦＤとのカップリングやリセットトランジスタＭＲＳのオフによるチャージインジェクションにより、電圧ＶＲＥＦまで下降する。そして、電圧ＶＲＥＦに応じた信号が垂直信号線ＶＬに出力される。
【００６２】
例えば、１行目の画素群ＰＸＧの増幅トランジスタＭＡＭは、１行目の画素群ＰＸＧのフローティングディフュージョンＦＤの電圧ＶＲＥＦから増幅トランジスタＭＡＭの閾値電圧分下降した電圧（図１に示した信号ＯＵＴＮに対応する電圧）を垂直信号線ＶＬに出力する。なお、破線の波形で示した比較例では、フローティングディフュージョンＦＤの電荷がリセットされていないため、フローティングディフュージョンＦＤの電圧は、増幅トランジスタＭＡＭを正常に動作させる電圧範囲（例えば、電圧ＶＲＥＦ以下の範囲）から外れている。
【００６３】
これに対し、この実施形態では、リセット信号ＲＳＴ（１）が高レベルのときにフローティングディフュージョンＦＤの電荷がリセットされているため、フローティングディフュージョンＦＤの電圧が増幅トランジスタＭＡＭを正常に動作させる電圧範囲から外れることを防止できる。この結果、この実施形態では、増幅トランジスタの動作範囲が正常動作の範囲から外れることを防止でき、ダークシェーディングや固定パターンノイズが画像に発生することを低減できる。
【００６４】
増幅トランジスタＭＡＭが電圧ＶＲＥＦに応じた信号を垂直信号線ＶＬに出力した後に、転送信号ＴＸａ（１）が高レベルに一定期間維持される（図４（ｊ））。なお、転送信号ＴＸａ（１）は、図１で説明したように、１行目の画素ＰＸ（１行目の画素群ＰＸＧの画素ＰＸａ）の転送信号ＴＸである。
【００６５】
転送信号ＴＸａ（１）が高レベルに一定期間維持されることにより、１行目の画素ＰＸの転送トランジスタＭＴＲが一定期間オンする。これにより、１行目の画素ＰＸでは、フォトダイオードＰＤにより生成された信号電荷が、転送トランジスタＭＴＲを介して、フローティングディフュージョンＦＤに転送される。フローティングディフュージョンＦＤの電圧は、例えば、転送された信号電荷の量に応じて下降する。
【００６６】
そして、信号電荷の量に応じて下降したフローティングディフュージョンＦＤの電圧は、増幅トランジスタＭＡＭを介して、垂直信号線ＶＬに出力される。例えば、１行目の画素群ＰＸＧの増幅トランジスタＭＡＭは、１行目の画素群ＰＸＧのフローティングディフュージョンＦＤの電圧から増幅トランジスタＭＡＭの閾値電圧分下降した電圧（図１に示した信号ＯＵＴＳに対応する電圧）を垂直信号線ＶＬに出力する。これにより、垂直信号線ＶＬには、１行目の画素群ＰＸＧの画素ＰＸａ（１行目の画素ＰＸ）のフォトダイオードＰＤで生成された信号電荷に応じた信号が伝達される。
【００６７】
次に、２行目の画素ＰＸの信号を読み出すために、リセット信号ＲＳＴ（１）が低レベルから高レベルに変化し（図４（ｋ））、１行目の画素群ＰＸＧのリセットトランジスタＭＲＳがオンする。これにより、１行目の画素群ＰＸＧのフローティングディフュージョンＦＤの電荷がリセットされ、フローティングディフュージョンＦＤの電圧は、電圧ＶＴＨまで上昇する。垂直信号線ＶＬの電圧は、フローティングディフュージョンＦＤの電圧の変化に追従して上昇する。
【００６８】
そして、リセット信号ＲＳＴ（１）が高レベルから低レベルに変化し（図４（ｌ））、１行目の画素群ＰＸＧのリセットトランジスタＭＲＳがオフする。この際、１行目の画素群ＰＸＧのフローティングディフュージョンＦＤの電圧は、図４（ｉ）で説明したように、電圧ＶＲＥＦまで下降する。そして、電圧ＶＲＥＦに応じた信号が垂直信号線ＶＬに出力される。例えば、１行目の画素群ＰＸＧの増幅トランジスタＭＡＭは、１行目の画素群ＰＸＧのフローティングディフュージョンＦＤの電圧ＶＲＥＦから増幅トランジスタＭＡＭの閾値電圧分下降した電圧（図１に示した信号ＯＵＴＮに対応する電圧）を垂直信号線ＶＬに出力する。
【００６９】
このように、この実施形態では、リセットトランジスタＭＲＳが正常に動作するため、例えば、１行目および２行目の画素ＰＸにおいて、信号電荷が転送される前のフローティングディフュージョンＦＤの電圧を、電圧ＶＲＥＦに合わせることができる。すなわち、この実施形態では、信号電荷が転送される前のフローティングディフュージョンＦＤの電圧が複数の画素ＰＸでばらつくことを防止できる。
【００７０】
なお、破線の波形で示した比較例では、フローティングディフュージョンＦＤの電荷がリセットされていないため、信号電荷が転送される前のフローティングディフュージョンＦＤの電圧は、複数の画素ＰＸでばらつく。この場合、増幅トランジスタＭＡＭの出力特性が複数の画素ＰＸでばらつくため、ダークシェーディングや固定パターンノイズが画像に発生する。
【００７１】
これに対し、この実施形態では、フローティングディフュージョンＦＤの電圧が複数の画素ＰＸでばらつくことを防止できるため、増幅トランジスタＭＡＭの出力特性が複数の画素ＰＸでばらつくことを防止できる。この結果、この実施形態では、ダークシェーディングや固定パターンノイズが画像に発生することを低減できる。また、この実施形態では、フローティングディフュージョンＦＤの電荷を確実にリセットできるため、連射撮影等の画像に残像が発生することを防止できる。
【００７２】
増幅トランジスタＭＡＭが電圧ＶＲＥＦに応じた信号を垂直信号線ＶＬに出力した後に、転送信号ＴＸｂ（１）が高レベルに一定期間維持される（図４（ｍ））。なお、転送信号ＴＸｂ（１）は、図１で説明したように、２行目の画素ＰＸ（１行目の画素群ＰＸＧの画素ＰＸｂ）の転送信号ＴＸである。転送信号ＴＸｂ（１）が高レベルに一定期間維持されることにより、２行目の画素ＰＸの転送トランジスタＭＴＲが一定期間オンする。これにより、２行目の画素ＰＸでは、フォトダイオードＰＤにより生成された信号電荷が、転送トランジスタＭＴＲを介して、フローティングディフュージョンＦＤに転送される。フローティングディフュージョンＦＤの電圧は、例えば、転送された信号電荷の量に応じて下降する。
【００７３】
信号電荷の量に応じて下降したフローティングディフュージョンＦＤの電圧は、増幅トランジスタＭＡＭを介して、垂直信号線ＶＬに出力される。例えば、１行目の画素群ＰＸＧの増幅トランジスタＭＡＭは、１行目の画素群ＰＸＧのフローティングディフュージョンＦＤの電圧から増幅トランジスタＭＡＭの閾値電圧分下降した電圧（図１に示した信号ＯＵＴＳに対応する電圧）を垂直信号線ＶＬに出力する。これにより、垂直信号線ＶＬには、１行目の画素群ＰＸＧの画素ＰＸｂ（２行目の画素ＰＸ）のフォトダイオードＰＤで生成された信号電荷に応じた信号が伝達される。
【００７４】
そして、選択信号ＳＥＬ（１）が高レベルから低レベルに変化し（図４（ｎ））、１行目の画素群ＰＸＧの選択トランジスタＭＳＥがオフする。これにより、１行目の画素群ＰＸＧの読み出し動作が終了する。次に、例えば、２行目の画素群ＰＸＧ（３行目および４行目の画素ＰＸ）の読み出し動作が開始する。ｎ行目の画素群ＰＸＧの読み出し動作が終了したときに、読み出し期間ＴＲＤの動作が終了する。なお、読み出し対象の行の画素群ＰＸＧでは、読み出し対象の行の画素群ＰＸＧの制御信号ＲＳＴ、ＴＸａ、ＴＸｂ、ＳＥＬは、１行目の画素群ＰＸＧの読み出し動作のときの制御信号ＲＳＴ（１）、ＴＸａ（１）、ＴＸｂ（１）、ＳＥＬ（１）と同じように制御される。
【００７５】
図５は、図１に示した固体撮像素子１０を用いて構成された撮像装置１００の一例を示している。撮像装置１００は、例えば、デジタルカメラであり、固体撮像素子１０、撮影レンズ１１０、メモリ１２０、ＣＰＵ１３０、タイミングジェネレータ１４０、記憶媒体１５０、モニタ１６０および操作部１７０を有している。
【００７６】
撮影レンズ１１０は、被写体の像を固体撮像素子１０の受光面に結像する。メモリ１２０は、例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic RAM）やＳＲＡＭ（Static RAM）等で形成された内蔵メモリであり、固体撮像素子１０により撮影された画像の画像データ等を一時的に記憶する。ＣＰＵ１３０は、例えば、マイクロプロセッサであり、図示しないプログラムに基づいて、固体撮像素子１０や撮影レンズ１１０等の動作を制御する。例えば、ＣＰＵ１３０は、オートフォーカス制御、絞り制御、固体撮像素子１０への露光制御および画像データの記録等を実施する。なお、固体撮像素子１０への露光制御には、例えば、メカニカルシャッタ（図示せず）の開閉の制御等も含まれる。
【００７７】
タイミングジェネレータ１４０は、ＣＰＵ１３０により制御され、固体撮像素子１０に駆動クロック等を供給する。例えば、タイミングジェネレータ１４０は、図１に示した垂直走査回路３０および水平走査回路４０の駆動クロック等を、固体撮像素子１０に供給する。なお、タイミングジェネレータ１４０は、ＣＰＵ１３０内に設けられてもよいし、固体撮像素子１０内に設けられてもよい。記憶媒体１５０は、撮影された画像の画像データ等を記憶する。モニタ１６０は、例えば、液晶ディスプレイであり、撮影された画像、メモリ１２０に記憶された画像、記憶媒体１５０に記憶された画像およびメニュー画面等を表示する。操作部１７０は、レリーズボタンおよびその他の各種スイッチを有し、撮像装置１００を動作させるために、ユーザにより操作される。
【００７８】
以上、この実施形態では、固体撮像素子１０は、リセット期間ＴＲＳＴのリセットトランジスタＭＲＳの状態がオンからオフに変化するときに、選択トランジスタＭＳＥをオン状態に維持する垂直走査回路３０を有している。すなわち、垂直走査回路３０は、リセット期間ＴＲＳＴにおいて、リセットトランジスタＭＲＳがオン状態からオフ状態に変化するときに、選択トランジスタＭＳＥがオン状態であるように、リセットトランジスタＭＲＳおよび選択トランジスタＭＳＥを制御する。さらに、フローティングディフュージョンＦＤの配線ＣＬの一部は、垂直信号線ＶＬに隣接して平行に配置されている。これにより、この実施形態では、リセット期間ＴＲＳＴの最終電圧を低くでき、読み出し期間ＴＲＤに、リセットトランジスタＭＲＳを正常に動作させることができる。
【００７９】
この結果、この実施形態では、増幅トランジスタＭＡＭの動作範囲が正常動作の範囲から外れることを防止でき、ダークシェーディングや固定パターンノイズが画像に発生することを低減できる。また、この実施形態では、リセットトランジスタＭＲＳを正常に動作させることができるため、フローティングディフュージョンＦＤの電圧が複数の画素ＰＸでばらつくことを防止できる。これにより、この実施形態では、増幅トランジスタＭＡＭの出力特性が複数の画素ＰＸでばらつくことを防止でき、画質を向上できる。
【００８０】
図６は、別の実施形態における固体撮像素子１２の概要を示している。この実施形態の固体撮像素子１２は、図１に示した垂直走査回路３０および画素アレイ２０の代わりに垂直走査回路３２および画素アレイ２２がそれぞれ設けられている。固体撮像素子１２のその他の構成は、図１−図５で説明した実施形態と同じである。また、固体撮像素子１２が搭載される撮像装置の構成は、図５に示した固体撮像素子１０の代わりに固体撮像素子１２が設けられることを除いて、図５に示した撮像装置１００と同じである。図１−図５で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。なお、図中の容量ＦＣは、転送トランジスタＭＴＲのドレイン領域に形成される容量を示している。
【００８１】
画素アレイ２２は、ｎ行ｍ列の２次元行列状に配置された複数の画素ＰＸを有している。各画素ＰＸは、光電変換部としてのフォトダイオードＰＤ、転送トランジスタＭＴＲ、増幅トランジスタＭＡＭ、選択トランジスタＭＳＥ、リセットトランジスタＭＲＳおよびフローティングディフュージョンＦＤを有している。なお、この実施形態では、フォトダイオードＰＤ、転送トランジスタＭＴＲ、増幅トランジスタＭＡＭ、選択トランジスタＭＳＥ、リセットトランジスタＭＲＳおよびフローティングディフュージョンＦＤは、画素ＰＸ毎に設けられている。すなわち、各画素ＰＸは、例えば、図２示した画素群ＰＸＧからフォトダイオードＰＤｂ、転送トランジスタＭＴＲｂおよび容量ＦＣ２が省かれた構成と同じである。
【００８２】
垂直走査回路３２は、選択信号ＳＥＬ、リセット信号ＲＳＴおよび転送信号ＴＸを用いて、画素アレイ２２の画素ＰＸを行毎に制御する。例えば、図６の転送信号ＴＸを図２の転送信号ＴＸａに対応させた場合、固体撮像素子１２の動作は、読み出し期間ＴＲＤのリセット信号ＲＳＴの制御を除いて、図４に示した固体撮像素子１０の転送信号ＴＸｂの制御を省いた動作と同じである。なお、固体撮像素子１２の読み出し期間ＴＲＤでは、リセット信号ＲＳＴの制御は、例えば、図４に示したリセット信号ＲＳＴの制御から画素ＰＸｂの読み出しに対応する制御（例えば、図４（ｋ、ｌ））が省かれる。
【００８３】
図７は、図６に示した画素ＰＸのレイアウトの一例を示している。なお、図７では、縦４画素×横３画素分の領域を示している。図中の網掛けは、トランジスタのゲートを示し、×印を付けた矩形は、コンタクト領域を示している。なお、図７では、図を見やすくするために、トランジスタＭＡＭ、ＭＲＳのドレインに接続される電源ＶＤＤの配線の記載を省略している
図７に示した画素ＰＸのレイアウトは、選択トランジスタＭＳＥ、増幅トランジスタＭＡＭおよびリセットトランジスタＭＲＳが画素ＰＸ毎に配置されている点を除いて、図３に示した画素ＰＸのレイアウトと基本的に同じである。例えば、各画素ＰＸは、フローティングディフュージョンＦＤ（例えば、転送トランジスタＭＴＲのドレイン）を増幅トランジスタＭＡＭのゲートおよびリセットトランジスタＭＲＳのソースに接続する配線ＣＬを有している。
【００８４】
そして、配線ＣＬの一部は、列方向（図７の縦方向）に延在する垂直信号線ＶＬに隣接して平行に配置されている。例えば、垂直信号線ＶＬの一方側に、配線ＣＬが配置され、垂直信号線ＶＬの他方側に、接地電圧ＧＮＤの配線が配置される。なお、垂直信号線ＶＬは、自身に隣接する配線ＣＬを有する画素ＰＸの選択トランジスタＭＳＥのソースに接続されている。
【００８５】
これにより、この実施形態では、フローティングディフュージョンＦＤの変換ゲインを大きくできる。なお、この実施形態では、図４に示した動作と同様の制御が実施されるため、リセット期間ＴＲＳＴの最終電圧を低くでき、リセットトランジスタＭＲＳを読み出し期間ＴＲＤに正常に動作させることができる。以上、この実施形態においても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８６】
なお、上述した実施形態では、トランジスタＭＴＲ、ＭＡＭ、ＭＳＥ、ＭＲＳがｎＭＯＳトランジスタである場合の例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、トランジスタＭＴＲ、ＭＡＭ、ＭＳＥ、ＭＲＳは、ｐＭＯＳトランジスタでもよい。この場合、制御信号ＲＳＴ、ＴＸ、ＳＥＬの動作は、例えば、図４に示した動作の高レベルおよび低レベルを低レベルおよび高レベルにそれぞれ読み替えることで説明される。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８７】
上述した実施形態では、転送トランジスタＭＴＲがオン状態に維持されているときに、選択トランジスタＭＳＥがオフ状態からオン状態に変化する例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、垂直走査回路３０は、転送トランジスタＭＴＲがオフ状態からオン状態に変化する前に、選択トランジスタＭＳＥをオフ状態からオン状態に変化させてもよい。あるいは、垂直走査回路３０は、転送トランジスタＭＴＲがオン状態からオフ状態に変化した後に、選択トランジスタＭＳＥをオフ状態からオン状態に変化させてもよい。すなわち、選択トランジスタＭＳＥは、転送トランジスタＭＴＲがオフ状態に維持されているときに、オフ状態からオン状態に変化してもよい。この場合にも、リセットトランジスタＭＲＳがオン状態からオフ状態に変化したときのフローティングディフュージョンＦＤの見かけ上の容量を小さくできるため、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８８】
上述した実施形態では、リセットトランジスタＭＲＳがオン状態に維持されているときに、選択トランジスタＭＳＥがオフ状態からオン状態に変化する例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、垂直走査回路３０は、リセットトランジスタＭＲＳがオフ状態からオン状態に変化する前に、選択トランジスタＭＳＥをオフ状態からオン状態に変化させてもよい。すなわち、選択トランジスタＭＳＥは、少なくともリセットトランジスタＭＲＳがオン状態からオフ状態に変化するときに、オン状態に維持されていればよい。この場合にも、リセットトランジスタＭＲＳがオン状態からオフ状態に変化したときのフローティングディフュージョンＦＤの見かけ上の容量を小さくできるため、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８９】
上述した実施形態では、垂直信号線ＶＬが自身に隣接する配線ＣＬを有する画素ＰＸの選択トランジスタＭＳＥのソースに接続される例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、図８や図９に示すように、垂直信号線ＶＬは、自身に隣接する配線ＣＬを有する画素ＰＸと異なる列の画素ＰＸの選択トランジスタＭＳＥのソースに接続されてもよい。リセット期間ＴＲＳＴの動作が全ての画素ＰＸで同じため、この場合にも、リセット期間ＴＲＳＴの最終電圧を低くできる。したがって、この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９０】
図８は、図３に示した画素ＰＸのレイアウトの変形例を示している。また、図９は、図７に示した画素ＰＸのレイアウトの変形例を示している。図８および図９に示した例では、選択トランジスタＭＳＥ、増幅トランジスタＭＡＭおよびリセットトランジスタＭＲＳは、図３（図７）に示した選択トランジスタＭＳＥ、増幅トランジスタＭＡＭおよびリセットトランジスタＭＲＳと逆の順序で図の横方向に並んでいる。このため、配線ＣＬの一部は、自身を含む画素ＰＸと異なる列の垂直信号線ＶＬに隣接して平行に配置されている。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９１】
上述した実施形態では、メカニカルシャッタによりフォトダイオードＰＤの露光が制御される例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、フォトダイオードＰＤの露光は、グローバル電子シャッタ等により制御されてもよい。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９２】
以上、本発明について詳細に説明してきたが、上記の実施形態およびその変形例は発明の一例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。本発明を逸脱しない範囲で変形可能であることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
固体撮像素子に利用できる。
【符号の説明】
【００９４】
１０、１２‥固体撮像素子；２０、２２‥画素アレイ；３０、３２‥垂直走査回路；４０‥水平走査回路；ＣＬ‥配線；ＦＣ、ＦＣ１、ＦＣ２‥容量；ＦＤ‥フローティングディフュージョン；ＩＳ‥定電流源；ＭＡＭ‥増幅トランジスタ；ＭＲＳ‥リセットトランジスタ；ＭＳＥ‥選択トランジスタ；ＭＴＲ、ＭＴＲａ、ＭＴＲｂ‥転送トランジスタ；ＰＤ、ＰＤａ、ＰＤｂ‥フォトダイオード；ＰＸ、ＰＸａ、ＰＸｂ‥画素；ＰＸＧ‥画素群；ＶＬ‥垂直信号線
【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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