(57)【要約】      （修正有）【課題】光電変換装置におけるノイズを低減する。【解決手段】画素アレイの選択された画素から列信号線を介して、第１期間に第１信号を読み出し、第２期間に第２信号を読み出す読み出し部と、出力部とを有する光電変換装置は、第１伝達線と第２伝達線とを含む伝達線対を備え、第１伝達線は、第１配線パターンと、第２配線パターンと、第１接続部と、第２接続部とを含み、第２伝達線は、第３配線パターンと、第４配線パターンと、第３接続部と、第４接続部とを含み、伝達線対は、ツイスト構造を構成するように、第２配線パターンと第３配線パターンとが交差する第１交差部と、第２配線パターンと第４配線パターンとが並走する並走部と、第１配線パターンと第４配線パターンとが交差する第２交差部とを含み、第２接続部および第４接続部は、並走部に配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が配列された画素アレイと、前記画素アレイの選択された画素から列信号線を介して、第１期間に第１信号を読み出し、第２期間に第２信号を読み出す読み出し部と、出力部とを有する光電変換装置であって、
前記読み出し部によって読み出された前記第１信号を前記出力部に伝達する第１伝達線と前記読み出し部によって読み出された前記第２信号を前記出力部に伝達する第２伝達線とを含む伝達線対を備え、
前記第１伝達線は、第１配線層に配置された第１配線パターンと、第２配線層に配置された第２配線パターンと、前記第１配線パターンと前記第２配線パターンとを接続する第１接続部と、前記第２配線パターンと前記読み出し部とを接続する第２接続部とを含み、
前記第２伝達線は、前記第１配線層に配置された第３配線パターンと、前記第２配線層に配置された第４配線パターンと、前記第３配線パターンと前記第４配線パターンとを接続する第３接続部と、前記第４配線パターンと前記読み出し部とを接続する第４接続部とを含み、
前記伝達線対は、ツイスト構造を構成するように、前記第２配線パターンと前記第３配線パターンとが交差する第１交差部と、前記第２配線パターンと前記第４配線パターンとが並走する並走部と、前記第１配線パターンと前記第４配線パターンとが交差する第２交差部とを含み、
前記第２接続部および前記第４接続部は、前記並走部に配置されている、
ことを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記第２配線層に配置され、前記出力部に制御クロックを供給する制御クロック線を更に備え、前記制御クロック線は、前記並走部における前記第２配線パターンおよび前記第４配線パターンと平行に配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記第２接続部は、第３配線層に配置され、前記読み出し部および前記第２配線パターンに接続された第５配線パターンを含み、
前記第４接続部は、前記第３配線層に配置され、前記読み出し部および前記第４配線パターンに接続された第６配線パターンを含む、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記第１交差部を通るように配置された電圧線と、
前記第２交差部を通るように配置された電圧線と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記並走部を通るように配置され前記読み出し部に信号を供給する信号線を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項６】
複数の前記第１交差部および複数の前記第２交差部を備え、
前記第１交差部の数と前記第２交差部の数とが等しい、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項７】
複数の前記伝達線対を備え、
複数の前記伝達線対のそれぞれにおける前記第１交差部の数が互いに等しく、複数の前記伝達線対のそれぞれにおける前記第２交差部の数が互いに等しい、
ことを特徴とする請求項６に記載の光電変換装置。
【請求項８】
前記画素は、光電変換素子と、電荷電圧変換部と、前記光電変換素子で光電変換によって発生した電荷を前記電荷電圧変換部に転送する転送部と、前記電荷電圧変換部の電圧をリセットするリセット部とを含み、
前記第１信号は、前記電荷電圧変換部が前記リセット部によってリセットされた事に対応して前記読み出し部によって読み出される信号であり、前記第２信号は、前記光電変換素子において光電変換によって発生した電荷が前記転送部によって前記電荷電圧変換部に転送された事に対応して前記読み出し部によって読み出される信号である、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置から出力される信号を処理して画像データを生成する映像信号処理部と、
を備えることを特徴とする撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置およびそれを備える撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の図１１には、半導体記憶装置で発生する容量性カップリングによる影響を低減するために、対をなすセンス線をツイスト構造にすることが開示されている。しかし、特許文献１に記載されたツイスト構造は、デジタルデータを記憶する半導体記憶装置におけるセンス線対を対象とするものに過ぎず、特許文献１には、ツイスト構造を光電変換装置、特にアナログの信号を伝達する部分に適用するための開示も示唆もない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−０７６４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、光電変換装置にツイスト構造を採用するとともにそのツイスト構造を工夫することにより光電変換装置におけるノイズを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの側面は、複数の画素が配列された画素アレイと、前記画素アレイの選択された画素から列信号線を介して、第１期間に第１信号を読み出し、第２期間に第２信号を読み出す読み出し部と、出力部とを有する光電変換装置を対象とし、前記光電変換装置は、前記読み出し部によって読み出された前記第１信号を前記出力部に伝達する第１伝達線と前記読み出し部によって読み出された前記第２信号を前記出力部に伝達する第２伝達線とを含む伝達線対を備え、前記第１伝達線は、第１配線層に配置された第１配線パターンと、第２配線層に配置された第２配線パターンと、前記第１配線パターンと前記第２配線パターンとを接続する第１接続部と、前記第２配線パターンと前記読み出し部とを接続する第２接続部とを含み、前記第２伝達線は、前記第１配線層に配置された第３配線パターンと、前記第２配線層に配置された第４配線パターンと、前記第３配線パターンと前記第４配線パターンとを接続する第３接続部と、前記第４配線パターンと前記読み出し部とを接続する第４接続部とを含み、前記伝達線対は、ツイスト構造を構成するように、前記第２配線パターンと前記第３配線パターンとが交差する第１交差部と、前記第２配線パターンと前記第４配線パターンとが並走する並走部と、前記第１配線パターンと前記第４配線パターンとが交差する第２交差部とを含み、前記第２接続部および前記第４接続部は、前記並走部に配置されている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、光電変換装置におけるノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態としての光電変換装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】伝達線対の構成を例示するレイアウト図である。
【図３】伝達線対の構成を例示する断面図である。
【図４】本発明の実施形態としての光電変換装置の構成を概略的に示す図である。
【図５】本発明の実施形態としての光電変換装置の構成を概略的に示す図である。
【図６】複数の伝達線対の構成を例示するレイアウト図である。
【図７】本発明の実施形態としての光電変換装置の構成を概略的に示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る撮像システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１を参照しながら本発明の実施形態としての光電変換装置ＩＳについて説明する。光電変換装置ＩＳは、画素アレイ１００と、読み出し部１３０と、伝達線対１５０と、出力部１６０と、行選択部１１０と、列選択部１４０とを備えうる。図１に示す例では、画素アレイ１００は、行および列を構成するように複数の画素Ｐが配列されて構成されるが、複数の画素Ｐが１次元状に配列されてもよい。画素アレイ１００は、行および列を構成するように複数の画素Ｐが配列された光電変換装置ＩＳは、イメージセンサと呼ばれうる。複数の画素Ｐが１次元状に配列された光電変換装置ＩＳは、ラインセンサと呼ばれうる。図１には、簡単化のために、２行２列で画素Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２が配列された画素アレイ１００が示されているが、行および列の数は任意に決定されうる。各画素Ｐは、光電変換素子と、電荷電圧変換部と、転送部と、増幅部と、リセット部とを含みうる。光電変換素子は、典型的には、フォトダイオードを含む。電荷電圧変換部は、典型的には、フローティングディフュージョンを含む。転送部は、光電変換素子で光電変換によって発生した電荷を電荷電圧変換部に転送する。増幅部は、電荷電圧変換部の電圧に応じた信号を列信号線１０５に出力する。リセット部は、電荷電圧変換部の電圧をリセットする。電荷電圧変換部、増幅部およびリセット部は、複数の画素によって共有されてもよい。
【０００９】
読み出し部１３０は、画素アレイ１００における複数の行のうち行選択部１１０によって選択された行の各画素から列信号線１０５を介して、第１期間に第１信号を読み出し、第２期間に第２信号を読み出す。ここで、第１信号は、電荷電圧変換部がリセット部によってリセットされた事に対応して読み出し部１３０によって読み出される信号でありうる。第２信号は、光電変換素子において光電変換によって発生した電荷が転送部によって電荷電圧変換部に転送された事に対応して読み出し部１３０によって読み出される信号でありうる。
【００１０】
読み出し部１３０は、第１信号を保持するメモリ１３１と、第２信号を保持するメモリ１３２と、画素Ｐから列信号線１０５に出力される第１信号、第２信号をそれぞれメモリ１３１、１３２に格納する信号処理部１３３と、スイッチＳＷを含みうる。メモリ１３１、１３２は、典型的には、容量素子を含む。信号処理部１３３は、例えば、増幅器を含みうる。スイッチＳＷは、列選択部１４０によって駆動される列選択信号ＣＳによって制御され、選択された列のメモリ１３１、１３２にそれぞれ保持された第１信号、第２信号を、伝達線対１５０を構成する第１伝達線１５１、第２伝達線１５２に伝達する。
【００１１】
伝達線対１５０を構成する第１伝達線１５１、第２伝達線１５２は、出力部１６０に接続されている。出力部１６０は、例えば、第１伝達線１５１、第２伝達線１５２を介して伝達される第１信号、第２信号を差動増幅して出力する差動アンプを含んでもよいし、第１信号、第２信号をそれぞれ増幅して出力するアンプを含んでもよい。出力部１６０は、制御クロック線１６５を介して提供される制御クロックＣＬＫに従って動作しうる。光電変換装置ＩＳは、第１伝達線１５１、第２伝達線１５２の電圧を所定電圧ＶＳにリセットするリセット部１７０を備えうる。
【００１２】
図２は、伝達線対１５０の構成を例示するレイアウト図であり、図３は、図２のＡ−Ａ'における断面を例示する断面図である。図２および図３において、Ｍｅｔａｌ１、Ｍｅｔａｌ２、Ｍｅｔａｌ３は、それぞれ、配線のために使用されるメタル層の第１層、第２層、第３層である。光電変換装置ＩＳが形成されている半導体基板側から第１層、第２層、第３層の順に積層されている。ＶＩＡ１は、Ｍｅｔａｌ１とＭｅｔａｌ２とを接続するビアの層であり、ＶＩＡ２は、Ｍｅｔａｌ２とＭｅｔａｌ３とを接続するビアの層である。図２および図３では、記載を簡略にするためにＭｅｔａｌ１、Ｍｅｔａｌ２、Ｍｅｔａｌ３、ＶＩＡ１、ＶＩＡ２の層のみが示されている。つまり、図２および図３では、それ以外の部分、例えば、半導体基板、メタル配線部の上側に形成される可能性のある平坦化層、遮光層、カラーフィルタ層等については省略されている。図４および図６についても同様である。
【００１３】
図２に例示されるように、伝達線対１５０を構成する第１伝達線１５１および第２伝達線１５２は、他の信号線（例えば、出力部１６０を制御する制御クロックＣＬＫを伝達する制御クロック線１６５など。）との容量性カップリングによるノイズの影響を抑えるためにツイスト構造を有する。第１伝達線１５１は、Ｍｅｔａｌ２（第１配線層）に配置された第１配線パターンＰ１と、Ｍｅｔａｌ３（第２配線層）に配置された第２配線パターンＰ２とを含みうる。第１伝達線１５１はまた、第１配線パターンＰ１と第２配線パターンＰ２とを接続する第１接続部（ＶＩＡ２）ＣＮ１と、第２配線パターンＰ２と読み出し部１３０のメモリ１３１とスイッチＳＷを介して接続する第２接続部ＣＮ２とを含みうる。第２伝達線１５２は、Ｍｅｔａｌ２（第１配線層）に配置された第３配線パターンＰ３と、Ｍｅｔａｌ３（第２配線層）に配置された第４配線パターンＰ４とを含みうる。第２伝達線１５２はまた、第３配線パターンＰ３と第４配線パターンＰ４とを接続する第３接続部（ＶＩＡ２）ＣＮ３と、第４配線パターンＰ４と読み出し部１３０のメモリ１３２とスイッチＳＷを介して接続する第４接続部ＣＮ４とを含みうる。
【００１４】
伝達線対１５０は、ツイスト構造を構成するように、第１交差部ＣＰ１と、並走部ＰＰと、第２交差部ＣＰ２とを含む。第１交差部ＣＰ１は、第２配線パターンＰ２と第３配線パターンＰ３とが交差する部分である。並走部ＰＰは、第２配線パターンＰ２と第４配線パターンＰ４とが並走する部分である。第２交差部ＣＰ２は、第１配線パターンＰ１と第４配線パターンＰ４とが交差する部分である。このような構成によれば、第１伝達線１５１を通して伝達される第１信号と第２伝達線１５２を通して伝達される第２信号とが他の信号線（例えば、制御クロック線１６５）から同様の影響を受ける。よって、第１信号と第２信号との差動を演算することにより、他の信号線（例えば、制御クロック線１６５）から同様の影響を相殺または低減することができる。すなわち、第１信号および第２信号の同相ノイズを除去することができる。制御クロック線１６５は、並走部ＰＰにおける第２配線パターンＰ２および第４配線パターンＰ４と平行に配置されている。
【００１５】
伝達線対１５０は、複数の第１交差部ＣＰ１と複数の第２交差部ＣＰ２を備えることができ、この場合において、第１交差部ＣＰ１の数と第２交差部ＣＰ２の数とが等しいことが好ましい。これにより、伝達線対１５０を構成する第１伝達線１５１および第２伝達線１５２と他の信号線（例えば、制御クロック線１６５）とのカップリング容量Ｃ１、Ｃ２を相互に等しくすることができる。また、第１伝達線１５１における抵抗値と第２伝達線１５２における抵抗値とを等しくすることができる。並走部ＰＰにおける第１伝達線１５１および第２伝達線１５２は、同一のメタル層に配置されることが好ましい。これにより、第１伝達線１５１および第２伝達線１５２の抵抗値および容量値を同一にすることができる。
【００１６】
第１伝達線１５１の第２接続部ＣＮ２および第２伝達線１５２の第４接続部ＣＮ４は、並走部ＰＰに配置されることが好ましい。これは、第２接続部ＣＮ２および第４接続部ＣＮ４が第１交差部ＣＰ１または第２交差部ＣＰ２に配置されると、第１伝達線１５１と第２伝達線１５２との間に抵抗値および容量値の差が生じるためである。第１伝達線１５１の第２接続部ＣＮ２は、第１伝達線１５１および第２伝達線１５２と交差するようにＭｅｔａｌ１（第３配線層）に配置された配線パターン（第５配線パターン）３１１と、ビアＰＬ２と、ビア１５５と、配線パターン１５６とを含む。ビアＰＬ２はＶＩＡ２に配置され、ビア１５５はＶＩＡ１に配置され、配線パターン１５６はＭｅｔａｌ２に配置されている。第２伝達線１５２の第４接続部ＣＮ４は、第１伝達線１５１、第２伝達線１５２と交差するようにＭｅｔａｌ１に配置された配線パターン（第６配線パターン）３２１と、ビアＰＬ４と、ＶＩＡ１およびＭｅｔａｌ２に配置されたビアおよび配線パターンを含む。ビアＰＬ４はＶＩＡ２に配置されている。列選択線ＣＳも、第１伝達線１５１および第２伝達線１５２と容量性カップリングするので、配線パターン３１１、３２１と同様に、並走部ＰＰに配置されることが好ましい。第１伝達線１５１および第２伝達線１５２とそれらと並走する他の信号線（例えば、制御クロック線１６５）とは、同一の層に配置されうる。このようにすると、第１伝達線１５１および第２伝達線１５２と当該他の信号線とのカップリング容量を低減することができる。
【００１７】
電源線および接地線のような電圧線は、交差部ＣＰ１交差部ＣＰ２を通るように配置されてもよい。この場合、複数の交差部ＣＰ１および複数の交差部ＣＰ２の全てを通るように電源線が配置されることが好ましい。該電圧線は、画素アレイ１００に電力を供給するように配置されうる。図４に例示的に示すように、伝達線対１５０を容量性カップリングによるクロストークを引き起こしうる他の信号線（例えば、制御クロック線１６５）からシールドするために、伝達線対１５０と当該他の信号線との間に接地線ＧＮＤ等の電圧線を配置してもよい。
【００１８】
図５は、本発明の他の実施形態としての光電変換装置ＩＳを示す図である。図５において、図１に示す実施形態と同様の構成要素には、同様の符号が付されている。図５に示す実施形態では、２つの出力部１６０が設けられ、それに応じて２つの伝達線対１５０が設けられている。図６は、２つの伝達線対１５０の構成を例示するレイアウト図である。図７は、本発明の更に他の実施形態としての光電変換装置ＩＳを示す図である。図７において、図１に示す実施形態と同様の構成要素には、同様の符号が付されている。図７に示す実施形態では、３つの出力部１６０が設けられ、それに応じて３つの伝達線対１５０が設けられている。
【００１９】
図５〜図７は、複数の伝達線対を設けて、該複数の伝達線対を通して並列に信号を出力する構成を例示している。このような構成では、該複数の伝達線対のそれぞれにおける第１交差部ＣＰ１の数が互いに等しく、該複数の伝達線対のそれぞれにおける第２交差部ＣＰ２の数が互いに等しいことが好ましい。複数の伝達線対において第１交差部ＣＰ１の数が異なっていたり、複数の伝達線対において第２交差部ＣＰ２の数が異なっていたりすると、固定パターンノイズ（Ｆｉｘｅｄ−Ｐａｔｔｅｒｎ−Ｎｏｉｓｅ）の発生要因となりうる。
【００２０】
次に、図８を参照しながら本発明の実施形態に係る撮像システムについて説明する。撮像システム８００は、例えば、光学部８１０、撮像装置１０００、映像信号処理回路部８３０、記録・通信部８４０、タイミング制御回路部８５０、システムコントロール回路部８６０、及び再生・表示部８７０を含む。撮像装置１０００としては、イメージセンサとして構成された前述の実施形態に代表される光電変換装置ＩＳが使用される。
【００２１】
レンズなどの光学系である光学部は８１０、被写体からの光を撮像装置１０００の画素アレイに結像させ、被写体の像を形成する。撮像装置１０００は、タイミング制御回路部８５０からの信号に基づくタイミングで、画素部に結像された光に応じた信号を出力する。
【００２２】
撮像装置１０００から出力された信号は、映像信号処理部である映像信号処理回路部８３０に入力され、映像信号処理回路部８３０が、プログラムなどによって定められた方法に従って、入力された電気信号に対してＡＤ変換などの処理を行う。映像信号処理回路部での処理によって生成された信号は画像データとして記録・通信部８４０に送られる。記録・通信部８４０は、画像を形成するための信号を再生・表示部８７０に送り、再生・表示部８７０に動画や静止画像が再生・表示させる。記録通信部は、また、映像信号処理回路部８３０からの信号を受けて、システムコントロール回路部８６０とも通信を行うほか、不図示の記録媒体に、画像を形成するための信号を記録する動作も行う。
【００２３】
システムコントロール回路部８６０は、撮像システムの動作を統括的に制御するものであり、光学部８１０、タイミング制御回路部８５０、記録・通信部８４０、及び再生・表示部８７０の駆動を制御する。また、システムコントロール回路部８６０は、例えば記録媒体である不図示の記憶装置を備え、ここに撮像システムの動作を制御するのに必要なプログラムなどが記録される。また、システムコントロール回路部８６０は、例えばユーザの操作に応じて駆動モードを切り替える信号を撮像システム内で供給する。具体的な例としては、読み出す行やリセットする行の変更、電子ズームに伴う画角の変更や、電子防振に伴う画角のずらしなどである。タイミング制御回路部８５０は、制御部であるシステムコントロール回路部８６０による制御に基づいて撮像装置１０００及び映像信号処理回路部８３０の駆動タイミングを制御する。
【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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