(57)【要約】【課題】混色を抑制しつつ感度を向上させることが可能な固体撮像装置を提供する。【解決手段】赤色画素Ｒ１は、緑色画素Ｇの１画素分に渡って深さ方向に重なるように配置し、青色画素Ｂ１は、緑色画素Ｇの１画素分に渡って深さ方向に重なるように配置し、緑色画素Ｇのリセット成分ＳｉｇＧｔをフレームメモリ４１に記憶させ、緑色画素Ｇの信号成分ＳｉｇＧｓからリセット成分ＳｉｇＧｔを減算器４３で減算させることで、緑色画素ＧのＣＤＳを行わせる。【選択図】図１１
2016219589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラム方向に対して４５°に設定されたグリッドに沿って区画された画素を備え、
前記画素は、
緑色画素と、
前記緑色画素と深さ方向に重なるように配置された赤色画素と、
前記緑色画素と深さ方向に重なるように配置された青色画素とを備える固体撮像装置。
【請求項２】
前記赤色画素および前記青色画素に対する第１出力回路が前記赤色画素と前記青色画素との間に前記グリッドに沿って配列され、
前記緑色画素に対する第２出力回路が前記赤色画素と前記青色画素との間に前記第１出力回路の配列方向と直交する方向に配列されている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
緑色画素と、
前記緑色画素と深さ方向に重なるように配置された赤色画素と、
前記緑色画素と深さ方向に重なるように配置された青色画素と、
前記緑色画素から読み出される画素信号のリセットレベルを記憶するメモリと、
前記緑色画素から読み出される画素信号の信号レベルと前記リセットレベルとの差分を算出する差分算出部とを備える固体撮像装置。
【請求項４】
前記赤色画素は前記緑色画素の１画素分に渡って重なるように配置され、
前記青色画素は前記緑色画素の１画素分に渡って重なるように配置され、
前記赤色画素と前記青色画素は同一平面上に配置されている請求項１から３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記赤色画素は前記緑色画素の２画素分に渡って重なるように配置され、
前記青色画素は前記緑色画素の２画素分に渡って重なるように配置され、
前記赤色画素と前記青色画素は深さ方向に重なるように配置されている請求項１から３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
基準電圧を出力する基準電圧発生回路と、
前記基準電圧と前記画素信号との比較結果に基づいて前記画素信号をカラムごとにＡＤ変換するＡＤＣ回路と、
前記赤色画素または前記青色画素から読み出される画素信号のＡＤ変換と同一のタイミングで前記緑色画素から読み出される画素信号のＡＤ変換を実行させるタイミング制御回路とをさらに備える請求項１から５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記タイミング制御回路は、前記赤色画素または前記青色画素から読み出される画素信号のリセットレベルおよび画素信号の信号レベルの読出しラインである第１ラインから読み出させるとともに、前記緑色画素から読み出される画素信号の信号レベルも前記第１ラインから読み出させ、前記緑色画素から読み出される画素信号のリセットレベルは蓄積ダイオードのリセットラインである第２ラインから読み出させる請求項６に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等に搭載されるカメラモジュールは、薄型化および高解像度化が要請されるようになっている。カメラモジュールの薄型化および高解像度化に対応して、イメージセンサは画素の微細化が進められている。イメージセンサは、画素面積が小さくなるほど、画素へ入射する光量が少なくなるため、信号量が低下し、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）が劣化する。このため、イメージセンサは、光利用効率の向上による高感度化の実現が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００２−５１３１４５号公報
【特許文献２】特開２００６−１２０７７３号公報
【特許文献３】特開２００６−２７８４４６号公報
【特許文献４】特開２０１２−２３８６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一つの実施形態は、混色を抑制しつつ感度を向上させることが可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一つの実施形態によれば、カラム方向に対して４５°に設定されたグリッドに沿って区画された画素を備える。前記画素は、緑色画素と、前記緑色画素と深さ方向に重なるように配置された赤色画素と、前記緑色画素と深さ方向に重なるように配置された青色画素とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１（ａ）は、第１実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の固体撮像装置の光電変換層のレイアウトの一例を示す斜視図、図１（ｃ）は、図１（ａ）の固体撮像装置の光電変換層のレイアウトのその他の例を示す斜視図である。
【図２】図２（ａ）は、第１実施形態に係る固体撮像装置の緑色画素のレイアウト例を示す平面図、図２（ｂ）は、第１実施形態に係る固体撮像装置の赤色画素と青色画素のレイアウト例を示す平面図、図２（ｃ）は、第１実施形態に係る固体撮像装置のマイクロレンズのレイアウト例を示す平面図である。
【図３】図３は、図２（ｂ）の赤色画素と青色画素における２画素１セル構成を示す回路図である。
【図４】図４は、図２（ａ）の緑色画素における２画素１セル構成を示す回路図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る固体撮像装置の４画素分のレイアウト例を示す平面図である。
【図６】図６は、図５のＡ−Ａ´に沿って切断した固体撮像装置の概略構成の一例を示す断面図である。
【図７】図７は、図５のＡ−Ａ´線に沿って切断した固体撮像装置の概略構成のその他の例を示す断面図である。
【図８】図８（ａ）は、第２実施形態に係る固体撮像装置の緑色画素のレイアウト例を示す平面図、図８（ｂ）は、第２実施形態に係る固体撮像装置の赤色画素と青色画素のレイアウト例を示す平面図、図８（ｃ）は、第２実施形態に係る固体撮像装置のマイクロレンズのレイアウト例を示す平面図である。
【図９】図９は、第２実施形態に係る固体撮像装置の６画素分のレイアウト例を示す平面図である。
【図１０】図１０は、図９のＡ−Ａ´に沿って切断した固体撮像装置の概略構成の一例を示す断面図である。
【図１１】図１１（ａ）は、第３実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の固体撮像装置の光電変換層のレイアウトの一例を示す斜視図、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）の固体撮像装置の光電変換層のレイアウトのその他の例を示す斜視図である。
【図１２】図１２（ａ）は、第３実施形態に係る固体撮像装置の赤色画素および青色画素の読み出し動作を示すタイミングチャート、図１２（ｂ）は、第３実施形態に係る固体撮像装置の緑色画素の読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【図１３】図１３（ａ）は、第４実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の固体撮像装置の光電変換層のレイアウトの一例を示す斜視図、図１３（ｃ）は、図１３（ａ）の固体撮像装置の光電変換層のレイアウトのその他の例を示す斜視図である。
【図１４】図１４（ａ）は、第４実施形態に係る固体撮像装置の赤色画素および青色画素の読み出し動作を示すタイミングチャート、図１４（ｂ）は、第４実施形態に係る固体撮像装置の緑色画素の読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【図１５】図１５は、第５実施形態に係る固体撮像装置の緑色画素の読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【図１６】図１６は、第６実施形態に係る赤色画素と青色画素における１画素１セル構成を示す回路図である。
【図１７】図１７（ａ）は、第７実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の固体撮像装置の光電変換層のレイアウトの一例を示す斜視図、図１７（ｃ）は、図１７（ａ）の固体撮像装置の光電変換層のレイアウトのその他の例を示す斜視図である。
【図１８】図１８は、第８実施形態に係る固体撮像装置が適用されたデジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。
【図１９】図１９は、第９実施形態に係る固体撮像装置が適用されたカメラモジュールの概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に添付図面を参照して、実施形態に係る固体撮像装置を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００８】
（第１実施形態）
図１（ａ）は、第１実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の固体撮像装置の光電変換層のレイアウトの一例を示す斜視図、図１（ｃ）は、図１（ａ）の固体撮像装置の光電変換層のレイアウトのその他の例を示す斜視図である。
図１（ａ）において、固体撮像装置には、光電変換した電荷を蓄積する画素ＰＣがロウ方向ＲＤおよびカラム方向ＣＤにマトリックス状に配置された画素アレイ部１、読み出し対象となる画素ＰＣを垂直方向に走査する垂直走査回路２、各画素ＰＣの信号成分をＣＤＳにて検出してＡＤ変換するカラムＡＤＣ回路３、読み出し対象となる画素ＰＣを水平方向に走査する水平走査回路４、各画素ＰＣの読み出しや蓄積のタイミングを制御するタイミング制御回路５およびカラムＡＤＣ回路３に基準電圧ＶＲＥＦを出力する基準電圧発生回路６が設けられている。なお、タイミング制御回路５には、マスタークロックＭＣＫが入力されている。
【０００９】
ここで、画素ＰＣは、カラム方向ＣＤに対して斜めに設定されたグリッドＧＵに沿って区画されている。このグリッドＧＵのカラム方向ＣＤに対する傾きは４５度に設定することができる。この時、画素ＰＣは、ラインごとに１／２画素だけずらして２次元的に配置することができる。この画素ＰＣをカラー化する場合、図１（ｂ）に示すように、画素ＰＣとして緑色画素Ｇ、赤色画素Ｒ１および青色画素Ｂ１を設けることができる。赤色画素Ｒ１は、緑色画素Ｇの１画素分に渡って深さ方向に重なるように配置することができる。青色画素Ｂ１は、緑色画素Ｇの１画素分に渡って深さ方向に重なるように配置することができる。赤色画素Ｒ１および青色画素Ｂ１は、同一平面内に市松状に交互に配置することができる。なお、緑色画素Ｇの材料は、主に緑色に感度がある無機材料または有機材料を用いることができる。緑色光を吸収し、赤色光および青色光に透明な有機光電材料として、ペリレン系化合物、キナクリドン系化合物またはローダミン６Ｇなどを用いることができる。緑色画素Ｇにて光電変換された電荷を集めるために、緑色画素Ｇの上下に透明電極を設けることができる。有機光電膜は真空蒸着にて形成し、透明電極はスパッタにて形成することができる。赤色画素Ｒ１および青色画素Ｂ１の材料は、Ｓｉなどの半導体を用いることができる。
画素ＰＣをカラー化する場合、図１（ｂ）の構成の他、図１（ｃ）に示すように、画素ＰＣとして緑色画素Ｇ、赤色画素Ｒ２および青色画素Ｂ２を設けるようにしてもよい。赤色画素Ｒ２は、緑色画素Ｇの２画素分に渡って深さ方向に重なるように配置することができる。青色画素Ｂ２は、緑色画素Ｇの２画素分に渡って深さ方向に重なるように配置することができる。青色画素Ｂ１は、赤色画素Ｒ１上に深さ方向に重なるように配置することができる。赤色画素Ｒ２および青色画素Ｂ２の長手方向はグリッドＧＵの方向に一致させることができる。
【００１０】
また、画素アレイ部１において、ロウ方向ＲＤには、画素ＰＣの読み出し制御を行う水平制御線Ｈｌｉｎが設けられている。また、カラム方向ＣＤには、緑色画素Ｇから読み出された信号を伝送する垂直信号線ＶｌｉｎＧが設けられるとともに、赤色画素Ｒ１および青色画素Ｂ１または赤色画素Ｒ２および青色画素Ｂ２から読み出された信号を伝送する垂直信号線ＶｌｉｎＢＲが設けられている。この時、カラムＡＤＣ回路３には、垂直信号線ＶｌｉｎＧを介して伝送される信号をＡＤ変換するＡＤ変換器ＡＤＣｇおよび垂直信号線ＶｌｉｎＢＲを介して伝送される信号をＡＤ変換するＡＤ変換器ＡＤＣｂｒをカラムごとに設けることができる。
【００１１】
そして、垂直走査回路２にて画素ＰＣが垂直方向に走査されることで、ロウ方向ＲＤの画素ＰＣが選択され、その画素ＰＣから読み出された信号は垂直信号線ＶｌｉｎＧ、ＶｌｉｎＢＲを介してカラムＡＤＣ回路３に送られる。そして、画素ＰＣから読み出された画素信号の信号レベルとリセットレベルとで差分がとられることで各画素ＰＣの信号成分がＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ）にてカラムごとに検出され、出力信号Ｖｏｕｔ１として出力される。
ここで、ラインごとに１／２画素だけずらして画素ＰＣを２次元的に配置することにより、緑色画素Ｇから得られた画素信号に基づいて画素ＰＣ間の信号を補間すると、水平垂直に０．５画素ピッチで画素信号を生成することができ、解像度を向上させることができる。
また、図１（ｂ）に示すように、赤色画素Ｒ１および青色画素Ｂ１に深さ方向に重なるように緑色画素Ｇを配置することにより、混色を低減することが可能となるとともに、単層のベイヤ配列構造に対して、緑画素サイズが２倍にできる。この結果、入射光量を２倍得ることで感度を２倍に向上させることができる。
さらに、図１（ｃ）に示すように、赤色画素Ｒ２と青色画素Ｂ２とを２画素分に渡って重なるように配置することにより、単層のベイヤ配列構造に対して、赤色および青色の感度を４倍に向上させることができる。
また、この構成では、緑色画素Ｇはカラムごとに配置され、赤色画素Ｒ１および青色画素Ｂ１はカラムごとに交互に配置される。この時、画素信号の読み出し時において、緑色画素Ｇに対しては垂直信号線ＶｌｉｎＧをカラムごとに割り当て、赤色画素Ｒ１および青色画素Ｂ１に対しては垂直信号線ＶｌｉｎＢＲをカラムごとに交互に割り当てることができる。このため、緑色画素Ｇ、赤色画素Ｒ１および青色画素Ｂ１からラインごとに同時に画素信号を読み出すことができ、緑色画素Ｇ、赤色画素Ｒ１および青色画素Ｂ１からラインごとに時系列的に画素信号を読み出す場合に比べて動作速度を向上させることができる。緑色画素Ｇ、赤色画素Ｒ２および青色画素Ｂ２の組み合わせについても同様である。
【００１２】
図２（ａ）は、第１実施形態に係る固体撮像装置の緑色画素のレイアウト例を示す平面図、図２（ｂ）は、第１実施形態に係る固体撮像装置の赤色画素と青色画素のレイアウト例を示す平面図、図２（ｃ）は、第１実施形態に係る固体撮像装置のマイクロレンズのレイアウト例を示す平面図である。
図２（ａ）において、緑色画素Ｇとして緑色画素Ｇｒ、Ｇｂが設けられている。この時、緑色画素Ｇは画素アレイ部１全体を覆うことができる。緑色画素Ｇｒ、Ｇｂは、同一平面内に市松状に交互に配置することができる。
図２（ｂ）において、青色画素Ｂ１および赤色画素Ｒ１は、緑色画素Ｇに深さ方向に重なるように配置されている。赤色画素Ｒ１および青色画素Ｂ１は、同一平面内に市松状に交互に配置することができる。
図２（ｃ）において、各画素ＰＣには、マイクロレンズＺ１を設けることができる。マイクロレンズＺ１は、緑色画素Ｇ上に配置することができる。また、集光効率を高めるために、各マイクロレンズＺ１の中心と各画素ＰＣの中心とが一致することが好ましい。なお、マイクロレンズＺ１はなくてもよい。
【００１３】
図３は、図２（ｂ）の赤色画素と青色画素における２画素１セル構成（出力回路が共有）を示す回路図である。
図３において、このセルには、フォトダイオードＰＤ−Ｂ、ＰＤ−Ｒ、行選択トランジスタＴＲａｄｒＢＲ、増幅トランジスタＴＲａｍｐＢＲ、リセットトランジスタＴＲｒｓｔＢＲおよび読み出しトランジスタＴＧｂ、ＴＧｒが設けられている。フォトダイオードＰＤ−Ｂは青色画素Ｂ１に設けることができる。フォトダイオードＰＤ−Ｒは赤色画素Ｒ１に設けることができる。また、増幅トランジスタＴＲａｍｐＢＲとリセットトランジスタＴＲｒｓｔＢＲと読み出しトランジスタＴＧｂ、ＴＧｒとの接続点には検出ノードとしてフローティングディフュージョンＦＤが形成されている。ここで、フローティングディフュージョンＦＤ、行選択トランジスタＴＲａｄｒＢＲ、増幅トランジスタＴＲａｍｐＢＲおよびリセットトランジスタＴＲｒｓｔＢＲはフォトダイオードＰＤ−Ｂ、ＰＤ−Ｒの出力回路として共用されている。
【００１４】
そして、読み出しトランジスタＴＧｒのソースは、フォトダイオードＰＤ−Ｒに接続され、読み出しトランジスタＴＧｂのソースは、フォトダイオードＰＤ−Ｂに接続されている。また、リセットトランジスタＴＲｒｓｔＢＲのソースは、読み出しトランジスタＴＧｂ、ＴＧｒのドレインに接続され、リセットトランジスタＴＲｒｓｔＢＲおよび行選択トランジスタＴＲａｄｒＢＲのドレインは、電源電位ＶＤＤに接続されている。また、増幅トランジスタＴＲａｍｐＢＲのソースは、垂直信号線ＶｌｉｎＢＲに接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐＢＲのゲートは、読み出しトランジスタＴＧｂ、ＴＧｒのドレインに接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐＢＲのドレインは、行選択トランジスタＴＲａｄｒＢＲのソースに接続されている。垂直信号線ＶｌｉｎＢＲは、バイアストランジスタＶＢｉ´を介して接地されるとともに、カラムＡＤＣ回路３に接続されている。
【００１５】
図４は、図２（ａ）の緑色画素における１画素１セル構成（出力回路が独立）を示す回路図である。
図４において、このセルには、光電変換素子ＯＰＤ−Ｇｒ、ＯＰＤ−Ｇｂ、蓄積ダイオードＳＤ−Ｇｒ、ＳＤ−Ｇｂ、行選択トランジスタＴＲａｄｒＧｒ、ＴＲａｄｒＧｂ、増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒ、ＴＲａｍｐＧｂおよびリセットトランジスタＴＲｒｓｔＧｒ、ＴＲｒｓｔＧｂが設けられている。なお、光電変換素子ＯＰＤ−Ｇｒは緑色画素Ｇｒに設けることができる。光電変換素子ＯＰＤ−Ｇｂは緑色画素Ｇｂに設けることができる。
【００１６】
そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔＧｒのソースは、増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒのゲートおよび蓄積ダイオードＳＤ−Ｇｒのカソードに接続され、リセットトランジスタＴＲｒｓｔＧｒのドレインは、電源電位Ｖｓｄに接続されている。増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒのドレインは、電源電位ＶＤＤに接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒのソースは、行選択トランジスタＴＲａｄｒＧｒを介して垂直信号線ＶｌｉｎＧに接続されている。リセットトランジスタＴＲｒｓｔＧｂのソースは、増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｂのゲートおよび蓄積ダイオードＳＤ−Ｇｂのカソードに接続され、リセットトランジスタＴＲｒｓｔＧｂのドレインは、電源電位Ｖｓｄに接続されている。増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｂのドレインは、電源電位ＶＤＤに接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｂのソースは、行選択トランジスタＴＲａｄｒＧｂを介して垂直信号線ＶｌｉｎＧに接続されている。また、光電変換素子ＯＰＤ−Ｇｒ、ＯＰＤ−Ｇｂにはバイアス電圧ＶＢが印加される。垂直信号線ＶｌｉｎＧは、バイアストランジスタＶＢｉを介して接地されるとともに、カラムＡＤＣ回路３に接続されている。
ここで、各光電変換素子ＯＰＤ−Ｇｒ、ＯＰＤ−Ｇｂを増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒのゲートにそれぞれ直接接続することにより、各光電変換素子ＯＰＤ−Ｇｒ、ＯＰＤ−Ｇｂからの信号の読み出し時にｋＴＣノイズを低減することができる。
【００１７】
図５は、第１実施形態に係る固体撮像装置の４画素分のレイアウト例を示す平面図である。なお、このレイアウトは、図１（ｂ）の緑色画素Ｇ、赤色画素Ｒ１および青色画素Ｂ１に用いることができる。
図５において、青色画素Ｂ１にはフォトダイオードＰＤ−Ｂ１が設けられ、赤色画素Ｒ１にはフォトダイオードＰＤ−Ｒ１が設けられている。フォトダイオードＰＤ−Ｂ１の辺は、フォトダイオードＰＤ−Ｒ１の辺に隣接するように配置されている。そして、互いに隣接する４個のフォトダイオードＰＤ−Ｂ１、ＰＤ−Ｒ１の頂点間にはフローティングディフュージョンＦＤが配置されている。フローティングディフュージョンＦＤは、フォトダイオードＰＤ−Ｂ１、ＰＤ−Ｒ１で共有されている。この時、フローティングディフュージョンＦＤは１カラム置きに配置することができる。すなわち、フォトダイオードＰＤ−Ｂ１の頂点がカラム方向ＣＤに隣接する位置に配置し、フォトダイオードＰＤ−Ｒ１の頂点がカラム方向に隣接する位置に配置しないようにすることができる。フォトダイオードＰＤ−Ｂ１とフローティングディフュージョンＦＤとの間には読み出しトランジスタＴＧｂが配置され、フォトダイオードＰＤ−Ｒ１とフローティングディフュージョンＦＤとの間には読み出しトランジスタＴＧｒが配置されている。
また、フォトダイオードＰＤ−Ｂ１、ＰＤ−Ｒ１の辺間には、リセットトランジスタＴＲｒｓｔＢＲ、増幅トランジスタＴＲａｍｐＢＲおよび行選択トランジスタＴＲａｄｒＢＲがカラム方向ＣＤに対して４５度だけ傾いた方向に沿って順次配置されている。
さらに、フォトダイオードＰＤ−Ｂ１、ＰＤ−Ｒ１の辺間には、蓄積ダイオードＳＤ−Ｇｒ、リセットトランジスタＴＲｒｓｔＧｒ、増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒおよび行選択トランジスタＴＲａｄｒＧｒがカラム方向ＣＤに対して−４５度だけ傾いた方向に沿って順次配置されている。光電変換素子ＯＰＤ−Ｇｒを蓄積ダイオードＳＤ−Ｇｒに接続するコンタクトＣＴ−Ｇｒが蓄積ダイオードＳＤ−Ｇｒに隣接して配置されている。
また、フォトダイオードＰＤ−Ｂ１、ＰＤ−Ｒ１の辺間には、蓄積ダイオードＳＤ−Ｇｂ、リセットトランジスタＴＲｒｓｔＧｂ、増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｂおよび行選択トランジスタＴＲａｄｒＧｂがカラム方向ＣＤに対して−４５度だけ傾いた方向に沿って順次配置されている。光電変換素子ＯＰＤ−Ｇｂを蓄積ダイオードＳＤ−Ｇｂに接続するコンタクトＣＴ−Ｇｂが蓄積ダイオードＳＤ−Ｇｂに隣接して配置されている。
【００１８】
垂直信号線Ｖｌｉｎとして、垂直信号線ＶｌｉｎＢＲ、ＶｌｉｎＧが設けられている。垂直信号線ＶｌｉｎＢＲは増幅トランジスタＴＲａｍｐＢＲのソースに接続されている。垂直信号線ＶｌｉｎＧは行選択トランジスタＴＲａｄｒＧｒ、ＴＲａｄｒＧｂのソースに接続されている。水平制御線Ｈｌｉｎとして、水平制御線ＳＧｒ、ＳＧｂ、ＳｒｓｔＢＲ、ＳａｄｒＢＲ、ＳｒｓｔＧｒ、ＳａｄｒＧｒ、ＳｒｓｔＧｂ、ＳａｄｒＧｂが設けられている。水平制御線ＳＧｒは、増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒのゲートに接続されている。水平制御線ＳＧｂは、増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｂのゲートに接続されている。水平制御線ＳｒｓｔＢＲは、リセットトランジスタＴＲｒｓｔＢＲのゲートに接続されている。水平制御線ＳａｄｒＢＲは、行選択トランジスタＴＲａｄｒＢＲのゲートに接続されている。水平制御線ＳｒｓｔＧｒは、リセットトランジスタＴＲｒｓｔＧｒのゲートに接続されている。水平制御線ＳａｄｒＧｒは、行選択トランジスタＴＲａｄｒＧｒのゲートに接続されている。水平制御線ＳｒｓｔＧｂは、リセットトランジスタＴＲｒｓｔＧｂのゲートに接続されている。水平制御線ＳａｄｒＧｂは、行選択トランジスタＴＲａｄｒＧｂのゲートに接続されている。
【００１９】
ここで、リセットトランジスタＴＲｒｓｔＢＲ、増幅トランジスタＴＲａｍｐＢＲおよび行選択トランジスタＴＲａｄｒＢＲをカラム方向ＣＤに対して４５度だけ傾いた方向に沿って順次配置するとともに、蓄積ダイオードＳＤ−Ｇｂ、ＳＤ−Ｇｒ、リセットトランジスタＴＲｒｓｔＧｂ、ＴＲｒｓｔＧｒ、増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｂ、ＴＲａｍｐＧｒおよび行選択トランジスタＴＲａｄｒＧｂ、ＴＲａｄｒＧｒをカラム方向ＣＤに対して−４５度だけ傾いた方向に沿ってそれぞれ順次配置することにより、光電変換素子ＯＰＤ−Ｇｒ、ＯＰＤ−ＧｂおよびフォトダイオードＰＤ−Ｂ１、ＰＤ−Ｒ１の出力回路のレイアウト面積を小さくすることができる。
【００２０】
図６は、図５のＡ−Ａ´に沿って切断した固体撮像装置の概略構成の一例を示す断面図である。なお、図６の例では、裏面照射型ＣＭＯＳセンサを示した。
図６において、半導体層ＳＢ１には不純物拡散層Ｈ２が形成され、不純物拡散層Ｈ２の表面側にはゲート絶縁膜Ｈ０が形成されている。不純物拡散層Ｈ２の裏面側には不純物拡散層Ｈ１が形成されている。なお、半導体層ＳＢ１は半導体基板であってもよい。また、フォトダイオードＰＤ−Ｂ１において、半導体層ＳＢ１には不純物拡散層Ｈ３が１画素分に渡って形成され、不純物拡散層Ｈ３の表面側には不純物拡散層Ｈ５が形成されている。また、フォトダイオードＰＤ−Ｒ１において、半導体層ＳＢ１には不純物拡散層Ｈ４が１画素分に渡って形成され、不純物拡散層Ｈ４の表面側には不純物拡散層Ｈ６が形成されている。
蓄積ダイオードＳＤ−Ｇｂにおいて、半導体層ＳＢ１には不純物拡散層Ｈ８が形成されている。蓄積ダイオードＳＤ−Ｇｒにおいて、半導体層ＳＢ１には不純物拡散層Ｈ９が形成されている。フローティングディフュージョンＦＤにおいて、半導体層ＳＢ１には不純物拡散層Ｈ７が形成されている。なお、不純物拡散層Ｈ１、Ｈ５、Ｈ６はｐ＋型に設定することができる。不純物拡散層Ｈ２はｐ型に設定することができる。不純物拡散層Ｈ３、Ｈ４はｎ型に設定することができる。不純物拡散層Ｈ７〜Ｈ９はｎ＋型に設定することができる。
【００２１】
また、半導体層ＳＢ１の表面側において、不純物拡散層Ｈ５、Ｈ７間の不純物拡散層Ｈ２上にはゲート電極Ｇ１が配置され、不純物拡散層Ｈ６、Ｈ７間の不純物拡散層Ｈ２上にはゲート電極Ｇ２が配置されている。ゲート電極Ｇ１、Ｇ２は読み出しトランジスタＴＧｂ、ＴＧｒに用いることができる。また、半導体層ＳＢ１の表面側には、不純物拡散層Ｈ８、Ｈ９にそれぞれ接続された配線Ｐ１、Ｐ２が配置されている。また、半導体層ＳＢ１の裏面側には層間絶縁膜Ｅ１が形成され、層間絶縁膜Ｅ１には青色フィルタＦｂおよび赤色フィルタＦｒが埋め込まれている。青色フィルタＦｂはフォトダイオードＰＤ−Ｂ１上に配置され、赤色フィルタＦｒはフォトダイオードＰＤ−Ｒ１上に配置されている。層間絶縁膜Ｅ１上には、半導体層ＳＢ１の裏面全体を覆うように緑色用光電変換膜Ｇが設けられている。緑色用光電変換膜Ｇの下面には、緑色画素Ｇｂ、Ｇｒごとに透明電極Ｄ１、Ｄ２が設けられ、緑色用光電変換膜Ｇの下面には透明電極Ｄ３が設けられている。透明電極Ｄ３上には層間絶縁膜Ｅ２が形成され、層間絶縁膜Ｅ２上にはマイクロレンズＺ１が画素ＰＣごとに配置されている。層間絶縁膜Ｅ１には、コンタクト電極ＣＴ−Ｇｂ、ＣＴ−Ｇｒが埋め込まれている。コンタクト電極ＣＴ−Ｇｂは、不純物拡散層Ｈ８と透明電極Ｄ１とを接続する。コンタクト電極ＣＴ−Ｇｒは、不純物拡散層Ｈ９と透明電極Ｄ２とを接続する。
【００２２】
図７は、図５のＡ−Ａ´線に沿って切断した固体撮像装置の概略構成のその他の例を示す断面図である。なお、図７の例では、裏面照射型ＣＭＯＳセンサを示した。
図６の構成では、マイクロレンズＺ１が緑色用光電変換膜Ｇ上にある場合を示したが、図７の構成では、マイクロレンズＺ１が緑色用光電変換膜Ｇ下に配置されている。すなわち、青色フィルタＦｂおよび赤色フィルタＦｒ上にマイクロレンズＺ１が配置され、マイクロレンズＺ１上に層間絶縁膜Ｅ３が形成されている。層間絶縁膜Ｅ３は、マイクロレンズＺ１上の表面を平坦化することができる。層間絶縁膜Ｅ３上には、半導体層ＳＢ１の裏面全体を覆うように緑色用光電変換膜Ｇが設けられている。緑色用光電変換膜Ｇの下面には、緑色画素Ｇｂ、Ｇｒごとに透明電極Ｄ１、Ｄ２が設けられ、緑色用光電変換膜Ｇの下面には透明電極Ｄ３が設けられている。
【００２３】
（第２実施形態）
図８（ａ）は、第２実施形態に係る固体撮像装置の緑色画素のレイアウト例を示す平面図、図８（ｂ）は、第２実施形態に係る固体撮像装置の赤色画素と青色画素のレイアウト例を示す平面図、図８（ｃ）は、第２実施形態に係る固体撮像装置のマイクロレンズのレイアウト例を示す平面図である。
図８（ａ）において、緑色画素Ｇとして緑色画素Ｇｒ、Ｇｂが設けられている。この時、緑色画素Ｇは画素アレイ部１全体を覆うことができる。緑色画素Ｇｒ、Ｇｂは、同一平面内に市松状に交互に配置することができる。
図８（ｂ）において、青色画素Ｂ２および赤色画素Ｒ２は、２画素分に渡って緑色画素Ｇに深さ方向に重なるように配置されている。青色画素Ｂ２は赤色画素Ｒ２上に深さ方向に重なるように配置されている。
図８（ｃ）において、各画素ＰＣには、マイクロレンズＺ２を設けることができる。マイクロレンズＺ２は、緑色画素Ｇ上に配置することができる。また、集光効率を高めるために、各マイクロレンズＺ２の中心と各画素ＰＣの中心とが一致することが好ましい。なお、マイクロレンズＺ２はなくてもよい。
【００２４】
図９は、第２実施形態に係る固体撮像装置の６画素分のレイアウト例を示す平面図である。なお、このレイアウトは、図１（ｃ）の緑色画素Ｇ、赤色画素Ｒ２および青色画素Ｂ２に用いることができる。
図９において、青色画素Ｂ２にはフォトダイオードＰＤ−Ｂ２が設けられ、赤色画素Ｒ２にはフォトダイオードＰＤ−Ｒ２が設けられている。各フォトダイオードＰＤ−Ｂ２、ＰＤ−Ｒ２は２画素分に渡って連続して配置されている。フォトダイオードＰＤ−Ｂ２は、フォトダイオードＰＤ−Ｒ２と深さ方向に重なるように配置されている。この時、フォトダイオードＰＤ−Ｂ２、ＰＤ−Ｒ２の長手方向はグリッドＧＵの方向に一致させることができる。
【００２５】
リセットトランジスタＴＲｒｓｔＢＲ、ＴＲｒｓｔＧｂ、ＴＲｒｓｔＧｒ、増幅トランジスタＴＲａｍｐＢＲ、ＴＲａｍｐＧｂ、ＴＲａｍｐＧｒ、行選択トランジスタＴＲａｄｒＢＲ、ＴＲａｄｒＧｂ、ＴＲａｄｒＧｒおよび蓄積ダイオードＳＤ−Ｇｂ、ＳＤ−Ｇｒは、図６の構成と同様に配置することができる。垂直信号線ＶｌｉｎＢＲ、ＶｌｉｎＧおよび水平制御線ＳＧｒ、ＳＧｂ、ＳｒｓｔＢＲ、ＳａｄｒＢＲ、ＳｒｓｔＧｒ、ＳａｄｒＧｒ、ＳｒｓｔＧｂ、ＳａｄｒＧｂについても、図６の構成と同様に配置することができる。
ここで、フォトダイオードＰＤ−Ｂ２、ＰＤ−Ｒ２の長手方向はグリッドＧＵの方向に一致させることにより、図６のフォトダイオードＰＤ−Ｂ１、ＰＤ−Ｒ１の辺間の空き領域にもフォトダイオードＰＤ−Ｂ２、ＰＤ−Ｒ２を配置することが可能となるとともに、光電変換素子ＯＰＤ−Ｇｒ、ＯＰＤ−ＧｂおよびフォトダイオードＰＤ−Ｂ２、ＰＤ−Ｒ２の出力回路をフォトダイオードＰＤ−Ｂ２、ＰＤ−Ｒ２の周囲に隙間なく配置することができ、レイアウト面積を小さくすることができる。
【００２６】
図１０は、図９のＡ−Ａ´に沿って切断した固体撮像装置の概略構成の一例を示す断面図である。なお、図１０の例では、裏面照射型ＣＭＯＳセンサを示した。
図１０において、半導体層ＳＢ２には不純物拡散層Ｈ１２が形成され、不純物拡散層Ｈ１２の表面側にはゲート絶縁膜Ｈ１０が形成されている。不純物拡散層Ｈ１２の裏面側には不純物拡散層Ｈ１１が形成されている。なお、半導体層ＳＢ２は半導体基板であってもよい。また、フォトダイオードＰＤ−Ｂ２において、半導体層ＳＢ２の裏面側には不純物拡散層Ｈ１３が２画素分に渡って形成され、不純物拡散層Ｈ１３の一部は半導体層ＳＢ２の表面側に引き出されている。また、フォトダイオードＰＤ−Ｒ２において、半導体層ＳＢ２の表面側には不純物拡散層Ｈ１４が不純物拡散層Ｈ１３と深さ方向に重なるように形成され、不純物拡散層Ｈ１４の表面側には不純物拡散層Ｈ１５が形成されている。
蓄積ダイオードＳＤ−Ｇｂにおいて、半導体層ＳＢ２には不純物拡散層Ｈ１８が形成されている。蓄積ダイオードＳＤ−Ｇｒにおいて、半導体層ＳＢ２には不純物拡散層Ｈ１９が形成されている。フローティングディフュージョンＦＤにおいて、半導体層ＳＢ２には不純物拡散層Ｈ１７が形成されている。なお、不純物拡散層Ｈ１１、Ｈ１５はｐ＋型に設定することができる。不純物拡散層Ｈ１２はｐ型に設定することができる。不純物拡散層Ｈ１３、Ｈ１４はｎ型に設定することができる。不純物拡散層Ｈ１７〜Ｈ１９はｎ＋型に設定することができる。
【００２７】
また、半導体層ＳＢ２の表面側において、不純物拡散層Ｈ１５、Ｈ１７間の不純物拡散層Ｈ１２上にはゲート電極Ｇ１１が配置され、不純物拡散層Ｈ１３、Ｈ１７間の不純物拡散層Ｈ１２上にはゲート電極Ｇ１２が配置されている。ゲート電極Ｇ１１、Ｇ１２は読み出しトランジスタＴＧｂ、ＴＧｒに用いることができる。また、半導体層ＳＢ２の表面側には、不純物拡散層Ｈ１８、Ｈ１９にそれぞれ接続された配線Ｐ１１、Ｐ１２が配置されている。また、半導体層ＳＢ２の裏面側には層間絶縁膜Ｅ４が形成されている。層間絶縁膜Ｅ４上には、半導体層ＳＢ２の裏面全体を覆うように緑色用光電変換膜Ｇが設けられている。緑色用光電変換膜Ｇの下面には、緑色画素Ｇｂ、Ｇｒごとに透明電極Ｄ１、Ｄ２が設けられ、緑色用光電変換膜Ｇの下面には透明電極Ｄ３が設けられている。透明電極Ｄ３上には層間絶縁膜Ｅ５が形成され、層間絶縁膜Ｅ５上にはマイクロレンズＺ２が画素ＰＣごとに配置されている。層間絶縁膜Ｅ４には、コンタクト電極ＣＴ−Ｇｂ、ＣＴ−Ｇｒが埋め込まれている。コンタクト電極ＣＴ−Ｇｂは、不純物拡散層Ｈ１８と透明電極Ｄ１とを接続する。コンタクト電極ＣＴ−Ｇｒは、不純物拡散層Ｈ１９と透明電極Ｄ２とを接続する。
【００２８】
（第３実施形態）
図１１（ａ）は、第３実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の固体撮像装置の光電変換層のレイアウトの一例を示す斜視図、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）の固体撮像装置の光電変換層のレイアウトのその他の例を示す斜視図である。
図１１（ａ）の固体撮像装置には、フレームメモリ４１、デマルチプレクサ４２、減算器４３およびマルチプレクサ４４が図１の構成に追加されている。
画素アレイ部１の各画素ＰＣは、タイミング制御回路５で発生した水平同期信号ＨＤに同期して動作する垂直走査回路２により垂直方向に配置した水平制御ラインＨｌｉｎにより順次ライン毎に駆動される。
緑色画素Ｇは、まず緑色画素Ｇに蓄積していた余分な画素信号をリセットする。そしてこのリセットした緑色画素Ｇの蓄積ダイオードＳＤ−ＧｒまたはＳＤ−Ｇｂのリセット成分ＳｉｇＧｔが読み出された後、リセット成分ＳｉｇＧｔはフレームメモリ４１に記憶される。そして、緑色画素Ｇについての蓄積動作が開始される。カラムＡＤＣ回路３において、緑色画素Ｇから蓄積動作後の画素信号が読み出されると、緑色画素Ｇの信号成分ＳｉｇＧｓが生成される。
青色画素Ｂ１または青色画素Ｂ２は、まず画素Ｂ１またはＢ２をリセットする。そして、青色画素Ｂ１または青色画素Ｂ２についての蓄積動作が開始される。蓄積動作終了時に、青色画素Ｂ１または青色画素Ｂ２から蓄積した画素信号が読み出されると、カラムＡＤＣ回路３において、画素部ＰＣの検出ノードであるフローティングディフュージョンＦＤ部のリセットレベルとフローティングディフュージョンＦＤ部で検出した画素信号レベルとの差分がとられることで青色信号ＳｉｇＢが生成される。
同様に、赤色画素Ｒ１または赤色画素Ｒ２から画素信号が読み出されると、カラムＡＤＣ回路３において、画素部ＰＣのフローティングディフュージョンＦＤ部で検出した画素信号レベルと検出ノードであるフローティングディフュージョンＦＤ部のリセットレベルとで差分がとられることで赤色信号ＳｉｇＲが生成される。緑色画素Ｇの信号成分ＳｉｇＧｓ、青色信号ＳｉｇＢおよび赤色信号ＳｉｇＲはカラムＡＤＣ回路３からデマルチプレクサ４２に出力される。そして、デマルチプレクサ４２において、緑色画素Ｇの信号成分ＳｉｇＧｓが青色信号ＳｉｇＢおよび赤色信号ＳｉｇＲと分離され、減算器４３に出力される。この時、緑色画素Ｇのリセット成分ＳｉｇＧｔがフレームメモリ４１から読み出され、減算器４３に出力される。そして、減算器４３において、緑色画素Ｇの信号成分ＳｉｇＧｓからリセット成分ＳｉｇＧｔが減算されることで緑色信号ＳｉｇＧが生成され、マルチプレクサ４４に出力される。そして、マルチプレクサ４４において、緑色信号ＳｉｇＧ、青色信号ＳｉｇＢおよび赤色信号ＳｉｇＲが統合されることで出力信号Ｖｏｕｔ２が生成される。
【００２９】
ここで、緑色画素Ｇのリセット成分ＳｉｇＧｔをフレームメモリ４１に記憶させ、緑色画素Ｇの信号成分ＳｉｇＧｓからリセット成分ＳｉｇＧｔを減算器４３で減算させることで、緑色画素ＧのＣＤＳを行わせることができる。このため、図４に示すように、緑色画素Ｇの読み出しトランジスタがない場合においても、各増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒ、ＴＲａｍｐＧｂのカラムごとの閾値バラツキを低減することが可能となるとともに、リセットトランジスタＴＲｒｓｔＧｒ、ＴＧｒｓｔＧｂのリセット動作で発生するｋＴＣノイズを低減することができる。
【００３０】
図１２（ａ）は、第３実施形態に係る固体撮像装置の赤色画素および青色画素の読み出し動作を示すタイミングチャート、図１２（ｂ）は、第３実施形態に係る固体撮像装置の緑色画素の読み出し動作を示すタイミングチャートである。なお、図１２（ａ）および図１２（ｂ）では、電荷の蓄積が開始されるリセットラインと読み出しが行われる読み出しラインとを分けて示した。ＣＤＳ動作用のリセット信号は、赤色画素および青色画素では、リセット信号と蓄積した画素信号の読み出しラインは同一ラインである。緑色画素では、リセット信号と蓄積した画素信号読み出しラインは不同ラインである。また、図１２（ｂ）では、緑色画素Ｇｒについて示したが、緑色画素Ｇｂについても同様である。なお、ＨＤは水平同期信号である。
図１２（ａ）のリセットラインにおいて、行選択トランジスタＴＲａｄｒＢＲがオフの場合、増幅トランジスタＴＲａｍｐＢＲはソースフォロワ動作しないため、垂直信号線ＶｌｉｎＢＲに信号は出力されない。この時、リセットトランジスタＴＲｒｓｔＢＲがオフの時に読み出しトランジスタＴＧｂ、ＴＧｒがオンすることで、フォトダイオードＰＤ−Ｂ、ＰＤ−Ｒに蓄積されていた電荷がフローティングディフュージョンＦＤに排出される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔＢＲがオンすると、フローティングディフュージョンＦＤの電荷が電源電位ＶＤＤに排出される。
【００３１】
フォトダイオードＰＤ−Ｂ、ＰＤ−Ｒに蓄積されていた電荷がフローティングディフュージョンＦＤに排出された後、読み出しトランジスタＴＧｂ、ＴＧｒがオフすると、フォトダイオードＰＤ−Ｂ、ＰＤ−Ｒでは、有効な信号電荷の蓄積が開始される。
【００３２】
次に、図１２（ａ）の読み出しラインにおいて、フローティングディフュージョンＦＤにリーク電流などで発生した余分な電荷は、リセットトランジスタＴＲｒｓｔＢＲがオンの時にリセットされる。
【００３３】
そして、行選択トランジスタＴＲａｄｒＢＲがオンすると、増幅トランジスタＴＲａｍｐＢＲのドレインに電源電位ＶＤＤが印加されることで、増幅トランジスタＴＲａｍｐＢＲと定電流源とでソースフォロアが構成される。この時、バイアストランジスタＶＢｉ´が定電流源として動作することができる。そして、フローティングディフュージョンＦＤのリセット成分ＳｉｇＢｒ、ＳｉｇＲｒに応じた電圧が増幅トランジスタＴＲａｍｐＢＲのゲートにかかる。ここで、増幅トランジスタＴＲａｍｐＢＲと定電流源とでソースフォロアが構成されているので、増幅トランジスタＴＲａｍｐＢＲのゲートに印加された電圧に垂直信号線ＶｌｉｎＢＲの電圧が追従し、各リセット成分ＳｉｇＢｒ、ＳｉｇＲｒの画素信号が垂直信号線ＶｌｉｎＢＲを介してカラムＡＤＣ回路３に出力される。
【００３４】
この時、基準電圧ＶＲＥＦとしてランプ波が与えられ、各リセット成分ＳｉｇＢｒ、ＳｉｇＲｒの画素信号と基準電圧ＶＲＥＦとが比較される。そして、各リセット成分ＳｉｇＢｒ、ＳｉｇＲｒの画素信号が基準電圧ＶＲＥＦのレベルと一致するまでダウンカウントされることで、各リセット成分ＳｉｇＢｒ、ＳｉｇＲｒの画素信号がデジタル値に変換されカラムＡＤＣ回路３に保持される。
【００３５】
次に、リセットトランジスタＴＲｒｓｔＢＲがオフの時に、読み出しトランジスタＴＧｂ、ＴＧｒがオンすることで、フォトダイオードＰＤ−Ｂ、ＰＤ−Ｒに蓄積されていた電荷がフローティングディフュージョンＦＤに転送され、フローティングディフュージョンＦＤの信号成分ＳｉｇＢｓ、ＳｉｇＲｓに応じた電圧が増幅トランジスタＴＲａｍｐＢＲのゲートにかかる。ここで、増幅トランジスタＴＲａｍｐＢＲと定電流源とでソースフォロアが構成されているので、増幅トランジスタＴＲａｍｐＢＲのゲートに印加された電圧に垂直信号線ＶｌｉｎＢＲの電圧が追従し、各信号成分ＳｉｇＢｓ、ＳｉｇＲｓの画素信号が垂直信号線ＶｌｉｎＢＲを介してカラムＡＤＣ回路３に出力される。
この時、基準電圧ＶＲＥＦとしてランプ波が与えられ、各信号成分ＳｉｇＢｓ、ＳｉｇＲｓの画素信号と基準電圧ＶＲＥＦとが比較される。そして、各信号成分ＳｉｇＢｓ、ＳｉｇＲｓの画素信号が基準電圧ＶＲＥＦのレベルと一致するまで今度はアップカウントされることで、各信号成分ＳｉｇＢｓ、ＳｉｇＲｓの画素信号がデジタル値に変換される。そして、各リセット成分ＳｉｇＢｒ、ＳｉｇＲｒの画素信号と各信号成分ＳｉｇＢｓ、ＳｉｇＲｓの画素信号との差分が保持され、青色信号ＳｉｇＢおよび赤色信号ＳｉｇＲとして出力される。
【００３６】
一方、図１２（ｂ）のリセットラインにおいて、光電変換素子ＯＰＤ−Ｇｒにて光電変換された電荷は蓄積ダイオードＳＤ−Ｇｒに蓄積される。この時、蓄積ダイオードＳＤ−Ｇｒにリーク電流などで発生した余分な電荷は、リセットトランジスタＴＲｒｓｔＧｒがオンの時にリセットされる。
そして、行選択トランジスタＴＲａｄｒＧｒがオンすると、増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒのドレインに電源電位ＶＤＤが印加されることで、増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒと定電流源とでソースフォロアが構成される。この時、バイアストランジスタＶＢｉが定電流源として動作することができる。そして、蓄積ダイオードＳＤ−Ｇｒのリセット成分ＳｉｇＧｔに応じた電圧が増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒのゲートにかかる。ここで、増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒと定電流源とでソースフォロアが構成されているので、増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒのゲートに印加された電圧に垂直信号線ＶｌｉｎＧの電圧が追従し、リセット成分ＳｉｇＧｔの画素信号が垂直信号線ＶｌｉｎＧを介してカラムＡＤＣ回路３に出力される。
【００３７】
この時、基準電圧ＶＲＥＦとしてランプ波が与えられ、リセット成分ＳｉｇＧｔの画素信号と基準電圧ＶＲＥＦとが比較される。そして、リセット成分ＳｉｇＧｔの画素信号が基準電圧ＶＲＥＦのレベルと一致するまでアップカウントされることで、リセット成分ＳｉｇＧｔの画素信号がデジタル値に変換されフレームメモリ４１に保持される。
【００３８】
蓄積ダイオードＳＤ−Ｇｒの電荷がリセットされた後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔＧｒがオフすると、蓄積ダイオードＳＤ−Ｇｒでは、有効な信号電荷の蓄積が開始される。
【００３９】
次に、図１２（ｂ）の読み出しラインにおいて、行選択トランジスタＴＲａｄｒＧｒがオンすると、増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒのドレインに電源電位ＶＤＤが印加されることで、増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒと定電流源とでソースフォロアが構成される。この時、バイアストランジスタＶＢｉが定電流源として動作することができる。そして、蓄積ダイオードＳＤ−Ｇｒの信号成分ＳｉｇＧｓに応じた電圧が増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒのゲートにかかる。ここで、増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒと定電流源とでソースフォロアが構成されているので、増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒのゲートに印加された電圧に垂直信号線ＶｌｉｎＧの電圧が追従し、信号成分ＳｉｇＧｓの画素信号が垂直信号線ＶｌｉｎＧを介してカラムＡＤＣ回路３に出力される。
【００４０】
この時、基準電圧ＶＲＥＦとしてランプ波が与えられ、信号成分ＳｉｇＧｓの画素信号と基準電圧ＶＲＥＦとが比較される。そして、信号成分ＳｉｇＧｓの画素信号が基準電圧ＶＲＥＦのレベルと一致するまでアップカウントされることで、信号成分ＳｉｇＧｓの画素信号がデジタル値に変換され、減算器４３に入力される。この時、フレームメモリ４１からリセット成分ＳｉｇＧｔのデジタル値が読み出され、減算器４３に入力される。そして、減算器４３において、信号成分ＳｉｇＧｓのデジタル値からリセット成分ＳｉｇＧｔのデジタル値が減算されることで緑色信号ＳｉｇＧが生成される。
ここで、緑色画素の蓄積ダイオードＳＤ部のリセットラインと蓄積した画素信号を読み出す読出しラインは水平同期信号ＨＤ期間内に切換えることで不同ラインとし、緑色画素、赤色画素および青色画素とで水平同期信号ＨＤ期間内のＣＤＳ処理のタイミングを一致させることにより、ＣＤＳ処理を高速化することができる。
【００４１】
（第４実施形態）
図１３（ａ）は、第４実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の固体撮像装置の光電変換層のレイアウトの一例を示す斜視図、図１３（ｃ）は、図１３（ａ）の固体撮像装置の光電変換層のレイアウトのその他の例を示す斜視図である。
図１３（ａ）の固体撮像装置では、図１１（ａ）のカラムＡＤＣ回路３、水平走査回路４および基準電圧発生回路６に代わりにカラムＡＤＣ回路３Ａ、３Ｂ、水平走査回路４Ａ、４Ｂおよび基準電圧発生回路６Ａ、６Ｂが設けられている。カラムＡＤＣ回路３、水平走査回路４および基準電圧発生回路６は、緑色画素、赤色画素および青色画素で共有される。これに対して、カラムＡＤＣ回路３Ａ、水平走査回路４Ａおよび基準電圧発生回路６Ａは赤色画素および青色画素に割り当てられ、カラムＡＤＣ回路３Ｂ、水平走査回路４Ｂおよび基準電圧発生回路６Ｂは緑色画素に割り当てられる。カラムＡＤＣ回路３Ａには、垂直信号線ＶｌｉｎＢＲを介して伝送される信号をＡＤ変換するＡＤ変換器ＡＤＣｂｒがカラムごとに設けられ、カラムＡＤＣ回路３Ｂには、垂直信号線ＶｌｉｎＧを介して伝送される信号をＡＤ変換するＡＤ変換器ＡＤＣｇがカラムごとに設けられる。基準電圧発生回路６Ａは、赤色画素および青色画素に専用に基準電圧ＶＲＥＦｂｒを発生させる。基準電圧発生回路６Ｂは、緑色画素に専用に基準電圧ＶＲＥＦｇを発生させる。
【００４２】
そして、緑色画素Ｇのリセット成分ＳｉｇＧｔがカラムＡＤＣ回路３Ｂから読み出された後、緑色画素Ｇについての蓄積動作が開始される。このリセット成分ＳｉｇＧｔはフレームメモリ４１に記憶される。そして、カラムＡＤＣ回路３Ｂにおいて、緑色画素Ｇから蓄積動作後の画素信号が読み出されると、緑色画素Ｇの信号成分ＳｉｇＧｓが生成される。また、青色画素Ｂ１または青色画素Ｂ２から画素信号が読み出されると、カラムＡＤＣ回路３Ａにおいて、その画素信号の信号レベルとリセットレベルとで差分がとられることで青色信号ＳｉｇＢが生成される。また、赤色画素Ｒ１または赤色画素Ｒ２から画素信号が読み出されると、カラムＡＤＣ回路３Ａにおいて、その画素信号の信号レベルとリセットレベルとで差分がとられることで赤色信号ＳｉｇＲが生成される。そして、緑色画素Ｇの信号成分ＳｉｇＧｓが減算器４３に出力された時に、緑色画素Ｇのリセット成分ＳｉｇＧｔがフレームメモリ４１から読み出され、減算器４３に出力される。そして、減算器４３において、緑色画素Ｇの信号成分ＳｉｇＧｓからリセット成分ＳｉｇＧｔが減算されることで緑色信号ＳｉｇＧが生成され、マルチプレクサ４４に出力される。そして、マルチプレクサ４４において、緑色信号ＳｉｇＧ、青色信号ＳｉｇＢおよび赤色信号ＳｉｇＲが統合されることで出力信号Ｖｏｕｔ３が生成される。
ここで、緑色画素Ｇのリセット成分ＳｉｇＧｔをフレームメモリ４１に記憶させ、緑色画素Ｇの信号成分ＳｉｇＧｓからリセット成分ＳｉｇＧｔを減算器４３で減算させることで、緑色画素ＧのＣＤＳを行わせることができる。このため、図４に示すように、緑色画素Ｇの読み出しトランジスタがない場合においても、各増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒ、ＴＲａｍｐＧｂのカラムごとの閾値バラツキを低減することが可能となるとともに、ｋＴＣノイズを低減することができる。
ここで、赤色画素および青色画素に専用に基準電圧ＶＲＥＦｂｒを発生させ、緑色画素に専用に基準電圧ＶＲＥＦｇを発生させることにより、緑色画素に対して赤色画素および青色画素の極性や信号レベルが異なっている場合においても、ＣＤＳ処理を適正に行うことができる。なお、緑色画素の信号を電子とすると、赤色画素および青色画素と極性が等しくなる。緑色画素の信号を正孔とすると、赤色画素および青色画素と極性が逆になる。
【００４３】
図１４（ａ）は、第４実施形態に係る固体撮像装置の赤色画素および青色画素の読み出し動作を示すタイミングチャート、図１４（ｂ）は、第４実施形態に係る固体撮像装置の緑色画素の読み出し動作を示すタイミングチャートである。
図１４（ａ）および図１４（ｂ）において、基準電圧ＶＲＥＦが基準電圧ＶＲＥＦｂｒ、ＶＲＥＦｇに分離されている以外は図１２（ａ）および図１２（ｂ）と同様である。ここで、青色画素および赤色画素では、電荷蓄積後にカラムＡＤＣ回路３Ａにて画素信号成分ＳｉｇＢｓ、ＳｉｇＲｓからリセット成分ＳｉｇＢｒ、ＳｉｇＲｒが減算されることでＣＤＳ処理が行われる。一方、緑色画素では、電荷蓄積開始時にカラムＡＤＣ回路３Ｂからリセット成分ＳｉｇＧｔが出力され、フレームメモリ４１に記憶される。電荷蓄積終了時にカラムＡＤＣ回路３Ｂから信号成分ＳｉｇＧｓが出力される。そして、減算器４３にて画素信号成分ＳｉｇＧｓからリセット成分ＳｉｇＧｔが減算されることでＣＤＳ処理が行われる。この時、カラムＡＤＣ回路３Ａでの青色画素および赤色画素のＣＤＳ処理のタイミングと、減算器４３での緑色画素のＣＤＳ処理のタイミングとを一致させることができる。
【００４４】
（第５実施形態）
図１５は、第５実施形態に係る固体撮像装置の緑色画素の読み出し動作を示すタイミングチャートである。
図１２（ｂ）の方法では、緑色画素の蓄積ダイオードＳＤ部のリセット信号を読み出すリセットラインと蓄積した画素信号を読み出す読出しラインは不同ラインである。このため、増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒがソースフォロア動作する時の１／ｆノイズは、リセット時と読み出し時との差分（フレーム時間）の周波数となり、増幅トランジスタＴＲａｍｐＢＲがソースフォロア動作する時の１／ｆノイズに比べて大きくなる。
この１／ｆノイズを減らすため、図１５の方法では、リセット成分ＳｉｇＧｔの読み出し前と、画素信号成分ＳｉｇＧｓの読み出し前にバイアストランジスタＶＢｉのゲートに印加される電圧を一時的に増大させ、増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒのソースフォロア回路に流れる電流Ｉｕｐを一時的に増大させる。これにより、リセット成分ＳｉｇＧｔの読み出し前と、信号成分ＳｉｇＧｓの読み出し前に増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒに流れる電流を一時的に増大させることができ、増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒのゲート界面にトラップされる電子を増大させることができる。この結果、増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒのゲート界面にトラップされる電子数の変動を低減することができ、１／ｆノイズによる信号揺らぎを低減することができる。
【００４５】
（第６実施形態）
図１６は、第６実施形態に係る赤色画素と青色画素における１画素１セル構成を示す回路図である。
図１６において、このセルには、フォトダイオードＰＤ−Ｂ、ＰＤ−Ｒ、行選択トランジスタＴＲａｄｒＢ、ＴＲａｄｒＲ、増幅トランジスタＴＲａｍｐＢ、ＴＲａｍｐＲおよびリセットトランジスタＴＲｒｓｔＢ、ＴＲｒｓｔＲが設けられている。ここで、行選択トランジスタＴＲａｄｒＢ、増幅トランジスタＴＲａｍｐＢおよびリセットトランジスタＴＲｒｓｔＢはフォトダイオードＰＤ−Ｂの出力回路として用いられる。行選択トランジスタＴＲａｄｒＲ、増幅トランジスタＴＲａｍｐＲおよびリセットトランジスタＴＲｒｓｔＲはフォトダイオードＰＤ−Ｒの出力回路として用いられる。
【００４６】
そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔＲのソースは、増幅トランジスタＴＲａｍｐＲのゲートおよびフォトダイオードＰＤ−Ｒのカソードに接続され、リセットトランジスタＴＲｒｓｔＲのドレインは、電源電位Ｖｓｄに接続されている。増幅トランジスタＴＲａｍｐＲのドレインは、電源電位ＶＤＤに接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐＲのソースは、行選択トランジスタＴＲａｄｒＲを介して垂直信号線ＶｌｉｎＢＲに接続されている。リセットトランジスタＴＲｒｓｔＢのソースは、増幅トランジスタＴＲａｍｐＢのゲートおよびフォトダイオードＰＤ−Ｂのカソードに接続され、リセットトランジスタＴＲｒｓｔＢのドレインは、電源電位Ｖｓｄに接続されている。増幅トランジスタＴＲａｍｐＢのドレインは、電源電位ＶＤＤに接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐＢのソースは、行選択トランジスタＴＲａｄｒＢを介して垂直信号線ＶｌｉｎＢＲに接続されている。
ここで、各フォトダイオードＰＤ−Ｂ、ＰＤ−Ｒを増幅トランジスタＴＲａｍｐＢ、ＴＲａｍｐＲのゲートにそれぞれ直接接続することにより、赤色画素と青色画素のレイアウトおよび駆動方法を緑色画素のレイアウトおよび駆動方法と等しくすることができ、画素レイアウトや駆動回路を簡素化することができる。
【００４７】
（第７実施形態）
図１７（ａ）は、第７実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の固体撮像装置の光電変換層のレイアウトの一例を示す斜視図、図１７（ｃ）は、図１７（ａ）の固体撮像装置の光電変換層のレイアウトのその他の例を示す斜視図である。
図１７（ａ）の固体撮像装置には、フレームメモリ４５および減算器４６が図１の構成に追加されている。
そして、緑色画素Ｇのリセット成分ＳｉｇＧｔが読み出された後、緑色画素Ｇについての蓄積動作が開始される。また、青色画素Ｂ１または青色画素Ｂ２のリセット成分ＳｉｇＢｔが読み出された後、青色画素Ｂ１または青色画素Ｂ２についての蓄積動作が開始される。また、赤色画素Ｒ１または赤色画素Ｒ２のリセット成分ＳｉｇＲｔが読み出された後、赤色画素Ｒ１または赤色画素Ｒ２についての蓄積動作が開始される。これらのリセット成分ＳｉｇＧｔ、ＳｉｇＢｔ、ＳｉｇＲｔはフレームメモリ４５に記憶される。そして、カラムＡＤＣ回路３において、緑色画素Ｇから蓄積動作後の画素信号が読み出されると、緑色画素Ｇの信号成分ＳｉｇＧｓが生成される。また、青色画素Ｂ１または青色画素Ｂ２から蓄積動作後の画素信号が読み出されると、青色画素Ｂ１または青色画素Ｂ２の信号成分ＳｉｇＢｓが生成される。また、赤色画素Ｒ１または赤色画素Ｒ２から蓄積動作後の画素信号が読み出されると、赤色画素Ｒ１または赤色画素Ｒ２の信号成分ＳｉｇＲｓが生成される。そして、これらの信号成分ＳｉｇＧｓ、ＳｉｇＢｓ、ＳｉｇＲｓは減算器４６に出力される。この時、リセット成分ＳｉｇＧｔ、ＳｉｇＢｔ、ＳｉｇＲｔがフレームメモリ４５から読み出され、減算器４６に出力される。そして、減算器４６において、信号成分ＳｉｇＧｓ、ＳｉｇＢｓ、ＳｉｇＲｓからリセット成分ＳｉｇＧｔ、ＳｉｇＢｔ、ＳｉｇＲｔがそれぞれ減算されることで緑色信号ＳｉｇＧ、青色信号ＳｉｇＢおよび赤色信号ＳｉｇＲが生成される。
【００４８】
ここで、緑色画素、赤色画素および青色画素の各リセット成分ＳｉｇＧｔ、ＳｉｇＢｔ、ＳｉｇＲｔをフレームメモリ４５に記憶させ、緑色画素、赤色画素および青色画素の各信号成分ＳｉｇＧｓ、ＳｉｇＢｓ、ＳｉｇＲｓからリセット成分ＳｉｇＧｔ、ＳｉｇＢｔ、ＳｉｇＲｔを減算器４６で減算させることで、緑色画素、赤色画素および青色画素のＣＤＳを行わせることができる。このため、図４および図１６に示すように、緑色画素、赤色画素および青色画素の読み出しトランジスタがない場合においても、各増幅トランジスタＴＲａｍｐＧｒ、ＴＲａｍｐＧｂ、ＴＲａｍｐＲ、ＴＲａｍｐＢのカラムごとの閾値バラツキを低減することが可能となるとともに、ｋＴＣノイズを低減することができる。
【００４９】
（第８実施形態）
図１８は、第８実施形態に係る固体撮像装置が適用されたデジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。
図１８において、デジタルカメラ１１は、カメラモジュール１２および後段処理部１３を有する。カメラモジュール１２は、撮像光学系１４および固体撮像装置１５を有する。後段処理部１３は、イメージシグナルプロセッサ（ＩＳＰ）１６、記憶部１７及び表示部１８を有する。なお、固体撮像装置１５は、図１、図１１、図１３または図１７の構成を用いることができる。また、ＩＳＰ１６の少なくとも一部の構成は固体撮像装置１５とともに１チップ化するようにしてもよい。
【００５０】
撮像光学系１４は、被写体からの光を取り込み、被写体像を結像させる。固体撮像装置１５は、被写体像を撮像する。ＩＳＰ１６は、固体撮像装置１５での撮像により得られた画像信号を信号処理する。記憶部１７は、ＩＳＰ１６での信号処理を経た画像を格納する。記憶部１７は、ユーザの操作等に応じて、表示部１８へ画像信号を出力する。表示部１８は、ＩＳＰ１６あるいは記憶部１７から入力される画像信号に応じて、画像を表示する。表示部１８は、例えば、液晶ディスプレイである。なお、カメラモジュール１２は、デジタルカメラ１１以外にも、例えばカメラ付き携帯端末等の電子機器に適用するようにしてもよい。
【００５１】
（第９実施形態）
図１９は、第９実施形態に係る固体撮像装置が適用されたカメラモジュールの概略構成を示す断面図である。
図１９において、被写体からカメラモジュール２１のレンズ２２へ入射した光は、メインミラー２３、サブミラー２４およびメカシャッタ２８を経て固体撮像装置２９に入射する。なお、固体撮像装置２９は、図１、図１１、図１３または図１７の構成を用いることができる。
サブミラー２４で反射した光は、オートフォーカス（ＡＦ）センサ２５に入射する。カメラモジュール２１では、ＡＦセンサ２５での検出結果に基づいてフォーカス調整が行われる。メインミラー２３で反射した光は、レンズ２６およびプリズム２７を経てファインダ３０に入射する。
【００５２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５３】
１  画素アレイ部、２  垂直走査回路、３  カラムＡＤＣ回路、４  水平走査回路、５  タイミング制御回路、６  基準電圧発生回路、Ｖｌｉｎ  垂直信号線、Ｈｌｉｎ  水平制御線、ＰＣ  画素、ＧＵ  グリッド、Ｇ  緑色画素、Ｒ１、Ｒ２  赤色画素、Ｂ１、Ｂ２  青色画素
【図１】
2016219589.tif 000003
【図２】
2016219589.tif 000004
【図３】
2016219589.tif 000005
【図４】
2016219589.tif 000006
【図５】
2016219589.tif 000007
【図６】
2016219589.tif 000008
【図７】
2016219589.tif 000009
【図８】
2016219589.tif 000010
【図９】
2016219589.tif 000011
【図１０】
2016219589.tif 000012
【図１１】
2016219589.tif 000013
【図１２】
2016219589.tif 000014
【図１３】
2016219589.tif 000015
【図１４】
2016219589.tif 000016
【図１５】
2016219589.tif 000017
【図１６】
2016219589.tif 000018
【図１７】
2016219589.tif 000019
【図１８】
2016219589.tif 000020
【図１９】
2016219589.tif 000021