[go: up one dir, main page]

JP2016219589A - Solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device Download PDF

Info

Publication number
JP2016219589A
JP2016219589A JP2015102711A JP2015102711A JP2016219589A JP 2016219589 A JP2016219589 A JP 2016219589A JP 2015102711 A JP2015102711 A JP 2015102711A JP 2015102711 A JP2015102711 A JP 2015102711A JP 2016219589 A JP2016219589 A JP 2016219589A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pixel
green
signal
imaging device
state imaging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015102711A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
佳孝 江川
Yoshitaka Egawa
佳孝 江川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2015102711A priority Critical patent/JP2016219589A/en
Publication of JP2016219589A publication Critical patent/JP2016219589A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

【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11A solid-state imaging device capable of improving sensitivity while suppressing color mixing is provided. A red pixel R1 is arranged so as to overlap in a depth direction over one pixel of a green pixel G, and a blue pixel B1 is overlapped in a depth direction over one pixel of a green pixel G. The reset component SigGt of the green pixel G is stored in the frame memory 41, and the subtractor 43 subtracts the reset component SigGt from the signal component SigGs of the green pixel G, thereby causing CDS of the green pixel G to be performed. [Selection] Figure 11

Description

本発明の実施形態は、固体撮像装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a solid-state imaging device.

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。   In recent years, a camera module mounted on a mobile phone or the like is required to be thin and have high resolution. In response to the reduction in the thickness and the resolution of the camera module, the image sensor has been miniaturized. In the image sensor, as the pixel area becomes smaller, the amount of light incident on the pixel decreases, so that the signal amount decreases and the signal-to-noise ratio (SNR) deteriorates. For this reason, the image sensor is desired to achieve high sensitivity by improving light utilization efficiency.

特表2002−513145号公報JP-T-2002-513145 特開2006−120773号公報JP 2006-120773 A 特開2006−278446号公報JP 2006-278446 A 特開2012−238648号公報JP 2012-238648 A

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。   An object of one embodiment of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of improving sensitivity while suppressing color mixing.

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。   According to one embodiment of the present invention, it comprises pixels partitioned along a grid set at 45 ° with respect to the column direction. The pixel includes a green pixel, a red pixel arranged to overlap the green pixel in the depth direction, and a blue pixel arranged to overlap the green pixel in the depth direction.

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。FIG. 1A is a block diagram illustrating a schematic configuration of the solid-state imaging device according to the first embodiment, and FIG. 1B illustrates an example of the layout of the photoelectric conversion layer of the solid-state imaging device in FIG. A perspective view and FIG.1 (c) are perspective views which show the other example of the layout of the photoelectric converting layer of the solid-state imaging device of Fig.1 (a). 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。FIG. 2A is a plan view illustrating a layout example of green pixels of the solid-state imaging device according to the first embodiment, and FIG. 2B is a plan view of red pixels and blue pixels of the solid-state imaging device according to the first embodiment. FIG. 2C is a plan view showing a layout example of the microlenses of the solid-state imaging device according to the first embodiment. 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。FIG. 3 is a circuit diagram showing a two-pixel one-cell configuration in the red pixel and the blue pixel in FIG. 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。FIG. 4 is a circuit diagram showing a 2-pixel 1-cell configuration in the green pixel of FIG. 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。FIG. 5 is a plan view illustrating a layout example for four pixels of the solid-state imaging device according to the first embodiment. 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。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an example of a schematic configuration of the solid-state imaging device cut along AA ′ in FIG. 5. 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。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating another example of the schematic configuration of the solid-state imaging device cut along the line AA ′ in FIG. 5. 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。FIG. 8A is a plan view illustrating a layout example of green pixels of the solid-state imaging device according to the second embodiment, and FIG. 8B is a diagram illustrating red pixels and blue pixels of the solid-state imaging device according to the second embodiment. FIG. 8C is a plan view showing a layout example of microlenses of the solid-state imaging device according to the second embodiment. 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。FIG. 9 is a plan view illustrating a layout example for six pixels of the solid-state imaging device according to the second embodiment. 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。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a schematic configuration of the solid-state imaging device cut along AA ′ in FIG. 9. 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。FIG. 11A is a block diagram showing a schematic configuration of the solid-state imaging device according to the third embodiment, and FIG. 11B shows an example of the layout of the photoelectric conversion layer of the solid-state imaging device of FIG. A perspective view and FIG.11 (c) are perspective views which show the other example of the layout of the photoelectric converting layer of the solid-state imaging device of Fig.11 (a). 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。FIG. 12A is a timing chart showing the read operation of the red and blue pixels of the solid-state imaging device according to the third embodiment, and FIG. 12B is the green pixel of the solid-state imaging device according to the third embodiment. It is a timing chart which shows read-out operation. 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。FIG. 13A is a block diagram showing a schematic configuration of the solid-state imaging device according to the fourth embodiment, and FIG. 13B shows an example of the layout of the photoelectric conversion layer of the solid-state imaging device of FIG. A perspective view and FIG.13 (c) are perspective views which show the other example of the layout of the photoelectric converting layer of the solid-state imaging device of Fig.13 (a). 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。FIG. 14A is a timing chart showing the read operation of the red and blue pixels of the solid-state imaging device according to the fourth embodiment, and FIG. 14B is the green pixel of the solid-state imaging device according to the fourth embodiment. It is a timing chart which shows read-out operation. 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。FIG. 15 is a timing chart showing a green pixel readout operation of the solid-state imaging device according to the fifth embodiment. 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。FIG. 16 is a circuit diagram showing a one-cell one-cell configuration in red and blue pixels according to the sixth embodiment. 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。FIG. 17A is a block diagram showing a schematic configuration of the solid-state imaging device according to the seventh embodiment, and FIG. 17B shows an example of the layout of the photoelectric conversion layer of the solid-state imaging device of FIG. A perspective view and FIG.17 (c) are perspective views which show the other example of the layout of the photoelectric converting layer of the solid-state imaging device of Fig.17 (a). 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。FIG. 18 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a digital camera to which the solid-state imaging device according to the eighth embodiment is applied. 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。FIG. 19 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a camera module to which the solid-state imaging device according to the ninth embodiment is applied.

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。   Hereinafter, a solid-state imaging device according to an embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments.

(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。
(First embodiment)
FIG. 1A is a block diagram illustrating a schematic configuration of the solid-state imaging device according to the first embodiment, and FIG. 1B illustrates an example of the layout of the photoelectric conversion layer of the solid-state imaging device in FIG. A perspective view and FIG.1 (c) are perspective views which show the other example of the layout of the photoelectric converting layer of the solid-state imaging device of Fig.1 (a).
1A, in the solid-state imaging device, a pixel array 1 in which pixels PC for storing photoelectrically converted charges are arranged in a matrix in a row direction RD and a column direction CD, and a pixel PC to be read out are vertically arranged. Vertical scanning circuit 2 that scans in the direction, column ADC circuit 3 that detects and converts the signal component of each pixel PC by CDS, horizontal scanning circuit 4 that scans pixel PC to be read in the horizontal direction, and each pixel PC Are provided with a timing control circuit 5 for controlling the timing of reading and storage of data and a reference voltage generating circuit 6 for outputting a reference voltage VREF to the column ADC circuit 3. Note that a master clock MCK is input to the timing control circuit 5.

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。
Here, the pixel PC is partitioned along a grid GU set obliquely with respect to the column direction CD. The inclination of the grid GU with respect to the column direction CD can be set to 45 degrees. At this time, the pixels PC can be two-dimensionally arranged with a shift of ½ pixel for each line. When the pixel PC is colored, as shown in FIG. 1B, a green pixel G, a red pixel R1, and a blue pixel B1 can be provided as the pixel PC. The red pixel R1 can be disposed so as to overlap in the depth direction over one pixel of the green pixel G. The blue pixel B1 can be arranged so as to overlap in the depth direction over one pixel of the green pixel G. The red pixels R1 and the blue pixels B1 can be alternately arranged in a checkered pattern in the same plane. In addition, as a material of the green pixel G, an inorganic material or an organic material mainly sensitive to green can be used. As an organic photoelectric material that absorbs green light and is transparent to red light and blue light, a perylene compound, a quinacridone compound, rhodamine 6G, or the like can be used. In order to collect charges photoelectrically converted by the green pixel G, transparent electrodes can be provided above and below the green pixel G. The organic photoelectric film can be formed by vacuum deposition, and the transparent electrode can be formed by sputtering. As a material of the red pixel R1 and the blue pixel B1, a semiconductor such as Si can be used.
When the pixel PC is colorized, a green pixel G, a red pixel R2, and a blue pixel B2 may be provided as the pixel PC in addition to the configuration of FIG. 1B, as shown in FIG. The red pixel R2 can be arranged so as to overlap in the depth direction over the two pixels of the green pixel G. The blue pixel B2 can be arranged so as to overlap in the depth direction over the two pixels of the green pixel G. The blue pixel B1 can be arranged on the red pixel R1 so as to overlap in the depth direction. The longitudinal direction of the red pixel R2 and the blue pixel B2 can coincide with the direction of the grid GU.

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。   In the pixel array unit 1, a horizontal control line Hlin for performing readout control of the pixel PC is provided in the row direction RD. In the column direction CD, a vertical signal line VlinG for transmitting a signal read from the green pixel G is provided, and a signal read from the red pixel R1 and the blue pixel B1 or the red pixel R2 and the blue pixel B2 is provided. Is provided with a vertical signal line VlinBR. At this time, the column ADC circuit 3 includes an AD converter ADCg that AD converts a signal transmitted via the vertical signal line VlinG and an AD converter ADCbr that AD converts a signal transmitted via the vertical signal line VlinBR. It can be provided for each column.

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。
The pixel PC is scanned in the vertical direction by the vertical scanning circuit 2 so that the pixel PC in the row direction RD is selected, and the signal read from the pixel PC is columned via the vertical signal lines VlinG and VlinBR. It is sent to the ADC circuit 3. Then, by taking a difference between the signal level of the pixel signal read from the pixel PC and the reset level, the signal component of each pixel PC is detected for each column by CDS (Correlated Double Sampling), and is output as the output signal Vout1. Is output.
Here, by interpolating the signal between the pixels PC based on the pixel signal obtained from the green pixel G by two-dimensionally arranging the pixels PC with a shift of 1/2 pixel for each line, the horizontal and vertical directions are 0. Pixel signals can be generated at a pitch of 5 pixels, and the resolution can be improved.
Further, as shown in FIG. 1B, by arranging the green pixel G so as to overlap the red pixel R1 and the blue pixel B1 in the depth direction, it is possible to reduce color mixing and The green pixel size can be doubled with respect to the Bayer array structure. As a result, the sensitivity can be improved by a factor of two by obtaining twice the amount of incident light.
Further, as shown in FIG. 1C, the red pixel R2 and the blue pixel B2 are arranged so as to overlap each other over two pixels, so that the red and blue sensitivities can be obtained with respect to the single-layer Bayer arrangement structure. Can be improved four times.
In this configuration, the green pixels G are arranged for each column, and the red pixels R1 and the blue pixels B1 are alternately arranged for each column. At this time, when the pixel signal is read, the vertical signal line VlinG is assigned to the green pixel G for each column, and the vertical signal line VlinBR is alternately assigned to the red pixel R1 and the blue pixel B1 for each column. Can do. For this reason, pixel signals can be simultaneously read from the green pixel G, red pixel R1, and blue pixel B1 for each line, and pixel signals are read from the green pixel G, red pixel R1, and blue pixel B1 in time series for each line. The operation speed can be improved compared to the case. The same applies to the combination of the green pixel G, red pixel R2, and blue pixel B2.

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。
FIG. 2A is a plan view illustrating a layout example of green pixels of the solid-state imaging device according to the first embodiment, and FIG. 2B is a plan view of red pixels and blue pixels of the solid-state imaging device according to the first embodiment. FIG. 2C is a plan view showing a layout example of the microlenses of the solid-state imaging device according to the first embodiment.
In FIG. 2A, green pixels Gr and Gb are provided as green pixels G. At this time, the green pixel G can cover the entire pixel array unit 1. The green pixels Gr and Gb can be alternately arranged in a checkered pattern in the same plane.
In FIG. 2B, the blue pixel B1 and the red pixel R1 are arranged so as to overlap the green pixel G in the depth direction. The red pixels R1 and the blue pixels B1 can be alternately arranged in a checkered pattern in the same plane.
In FIG. 2C, each pixel PC can be provided with a microlens Z1. The micro lens Z1 can be disposed on the green pixel G. In order to increase the light collection efficiency, it is preferable that the center of each microlens Z1 coincides with the center of each pixel PC. Note that the microlens Z1 may not be provided.

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。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a two-pixel one-cell configuration (shared output circuit) in the red and blue pixels of FIG.
In FIG. 3, this cell is provided with photodiodes PD-B and PD-R, a row selection transistor TRadrBR, an amplification transistor TRampBR, a reset transistor TRrstBR, and read transistors TGb and TGr. The photodiode PD-B can be provided in the blue pixel B1. The photodiode PD-R can be provided in the red pixel R1. In addition, a floating diffusion FD is formed as a detection node at a connection point between the amplification transistor TRampBR, the reset transistor TRrstBR, and the read transistors TGb and TGr. Here, the floating diffusion FD, the row selection transistor TRadBR, the amplification transistor TRampBR, and the reset transistor TRrstBR are shared as output circuits of the photodiodes PD-B and PD-R.

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。   The source of the read transistor TGr is connected to the photodiode PD-R, and the source of the read transistor TGb is connected to the photodiode PD-B. The source of the reset transistor TRrstBR is connected to the drains of the read transistors TGb and TGr, and the drains of the reset transistor TRrstBR and the row selection transistor TRadrBR are connected to the power supply potential VDD. The source of the amplification transistor TRampBR is connected to the vertical signal line VlinBR, the gate of the amplification transistor TRampBR is connected to the drains of the read transistors TGb and TGr, and the drain of the amplification transistor TRampBR is connected to the source of the row selection transistor TRadBRBR. Has been. The vertical signal line VlinBR is grounded via the bias transistor VBi ′ and is connected to the column ADC circuit 3.

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。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a one-pixel one-cell configuration (the output circuit is independent) in the green pixel of FIG.
In FIG. 4, this cell is provided with photoelectric conversion elements OPD-Gr, OPD-Gb, storage diodes SD-Gr, SD-Gb, row selection transistors TRadrGr, TRadrGb, amplification transistors TRampGr, TRampGb, and reset transistors TRrstGr, TRrstGb. It has been. Note that the photoelectric conversion element OPD-Gr can be provided in the green pixel Gr. The photoelectric conversion element OPD-Gb can be provided in the green pixel Gb.

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。
The source of the reset transistor TRrstGr is connected to the gate of the amplification transistor TRampGr and the cathode of the storage diode SD-Gr, and the drain of the reset transistor TRrstGr is connected to the power supply potential Vsd. The drain of the amplification transistor TRampGr is connected to the power supply potential VDD, and the source of the amplification transistor TRampGr is connected to the vertical signal line VlinG via the row selection transistor TRadrGr. The source of the reset transistor TRrstGb is connected to the gate of the amplification transistor TRampGb and the cathode of the storage diode SD-Gb, and the drain of the reset transistor TRrstGb is connected to the power supply potential Vsd. The drain of the amplification transistor TRampGb is connected to the power supply potential VDD, and the source of the amplification transistor TRampGb is connected to the vertical signal line VlinG via the row selection transistor TRadrGb. A bias voltage VB is applied to the photoelectric conversion elements OPD-Gr and OPD-Gb. The vertical signal line VlinG is grounded via the bias transistor VBi and is connected to the column ADC circuit 3.
Here, by directly connecting the photoelectric conversion elements OPD-Gr and OPD-Gb to the gates of the amplification transistors TRampGr, kTC noise is reduced when signals are read from the photoelectric conversion elements OPD-Gr and OPD-Gb. be able to.

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。
FIG. 5 is a plan view illustrating a layout example for four pixels of the solid-state imaging device according to the first embodiment. This layout can be used for the green pixel G, red pixel R1, and blue pixel B1 in FIG.
In FIG. 5, the blue pixel B1 is provided with a photodiode PD-B1, and the red pixel R1 is provided with a photodiode PD-R1. The side of the photodiode PD-B1 is disposed adjacent to the side of the photodiode PD-R1. A floating diffusion FD is disposed between the apexes of the four photodiodes PD-B1 and PD-R1 adjacent to each other. The floating diffusion FD is shared by the photodiodes PD-B1 and PD-R1. At this time, the floating diffusion FD can be arranged every other column. That is, the vertex of the photodiode PD-B1 can be arranged at a position adjacent to the column direction CD, and the vertex of the photodiode PD-R1 can be prevented from being arranged at a position adjacent to the column direction CD. A read transistor TGb is disposed between the photodiode PD-B1 and the floating diffusion FD, and a read transistor TGr is disposed between the photodiode PD-R1 and the floating diffusion FD.
Further, between the sides of the photodiodes PD-B1 and PD-R1, the reset transistor TRrstBR, the amplification transistor TRampBR, and the row selection transistor TRadBRBR are sequentially arranged along a direction inclined by 45 degrees with respect to the column direction CD. .
Further, between the sides of the photodiodes PD-B1 and PD-R1, the storage diode SD-Gr, the reset transistor TRrstGr, the amplification transistor TRampGr, and the row selection transistor TradrGr are inclined by −45 degrees with respect to the column direction CD. Are arranged sequentially. A contact CT-Gr that connects the photoelectric conversion element OPD-Gr to the storage diode SD-Gr is disposed adjacent to the storage diode SD-Gr.
Further, between the sides of the photodiodes PD-B1 and PD-R1, the storage diode SD-Gb, the reset transistor TRrstGb, the amplification transistor TRampGb, and the row selection transistor TradrGb are inclined by −45 degrees with respect to the column direction CD. Are arranged sequentially. A contact CT-Gb connecting the photoelectric conversion element OPD-Gb to the storage diode SD-Gb is disposed adjacent to the storage diode SD-Gb.

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。   Vertical signal lines VlinBR and VlinG are provided as the vertical signal lines Vlin. The vertical signal line VlinBR is connected to the source of the amplification transistor TRampBR. The vertical signal line VlinG is connected to the sources of the row selection transistors TRadrGr and TRadrGb. Horizontal control lines SGr, SGb, SrstBR, SadrBR, SrstGr, SadrGr, SrstGb, and SadrGb are provided as the horizontal control lines Hlin. The horizontal control line SGr is connected to the gate of the amplification transistor TRampGr. The horizontal control line SGb is connected to the gate of the amplification transistor TRampGb. The horizontal control line SrstBR is connected to the gate of the reset transistor TRrstBR. The horizontal control line SadrBR is connected to the gate of the row selection transistor TRadrBR. The horizontal control line SrstGr is connected to the gate of the reset transistor TRrstGr. The horizontal control line SadrGr is connected to the gate of the row selection transistor TRadrGr. The horizontal control line SrstGb is connected to the gate of the reset transistor TRrstGb. The horizontal control line SadrGb is connected to the gate of the row selection transistor TRadrGb.

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。   Here, the reset transistor TRrstBR, the amplification transistor TRampBR, and the row selection transistor TRadBRBR are sequentially arranged along a direction inclined by 45 degrees with respect to the column direction CD, and the storage diodes SD-Gb, SD-Gr, the reset transistor TRrstGb, By sequentially arranging TRrstGr, amplification transistors TRampGb, TRampGr, and row selection transistors TRradGb, TRadrGr along the direction inclined by −45 degrees with respect to the column direction CD, the photoelectric conversion elements OPD-Gr, OPD-Gb, and photo The layout area of the output circuit of the diodes PD-B1 and PD-R1 can be reduced.

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。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an example of a schematic configuration of the solid-state imaging device cut along AA ′ in FIG. 5. In the example of FIG. 6, a back-illuminated CMOS sensor is shown.
In FIG. 6, an impurity diffusion layer H2 is formed in the semiconductor layer SB1, and a gate insulating film H0 is formed on the surface side of the impurity diffusion layer H2. An impurity diffusion layer H1 is formed on the back side of the impurity diffusion layer H2. The semiconductor layer SB1 may be a semiconductor substrate. In the photodiode PD-B1, the impurity diffusion layer H3 is formed over one pixel in the semiconductor layer SB1, and the impurity diffusion layer H5 is formed on the surface side of the impurity diffusion layer H3. In the photodiode PD-R1, the impurity diffusion layer H4 is formed over one pixel in the semiconductor layer SB1, and the impurity diffusion layer H6 is formed on the surface side of the impurity diffusion layer H4.
In the storage diode SD-Gb, an impurity diffusion layer H8 is formed in the semiconductor layer SB1. In the storage diode SD-Gr, an impurity diffusion layer H9 is formed in the semiconductor layer SB1. In the floating diffusion FD, an impurity diffusion layer H7 is formed in the semiconductor layer SB1. The impurity diffusion layers H1, H5, and H6 can be set to p + type. The impurity diffusion layer H2 can be set to p-type. The impurity diffusion layers H3 and H4 can be set to n-type. The impurity diffusion layers H7 to H9 can be set to n + type.

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。   Further, on the surface side of the semiconductor layer SB1, a gate electrode G1 is disposed on the impurity diffusion layer H2 between the impurity diffusion layers H5 and H7, and on the impurity diffusion layer H2 between the impurity diffusion layers H6 and H7. Is arranged. The gate electrodes G1 and G2 can be used for the read transistors TGb and TGr. Further, wirings P1 and P2 connected to the impurity diffusion layers H8 and H9, respectively, are arranged on the surface side of the semiconductor layer SB1. An interlayer insulating film E1 is formed on the back side of the semiconductor layer SB1, and a blue filter Fb and a red filter Fr are embedded in the interlayer insulating film E1. The blue filter Fb is disposed on the photodiode PD-B1, and the red filter Fr is disposed on the photodiode PD-R1. A green photoelectric conversion film G is provided on the interlayer insulating film E1 so as to cover the entire back surface of the semiconductor layer SB1. Transparent electrodes D1 and D2 are provided on the lower surface of the green photoelectric conversion film G for each of the green pixels Gb and Gr, and a transparent electrode D3 is provided on the lower surface of the green photoelectric conversion film G. An interlayer insulating film E2 is formed on the transparent electrode D3, and a micro lens Z1 is disposed for each pixel PC on the interlayer insulating film E2. Contact electrodes CT-Gb and CT-Gr are embedded in the interlayer insulating film E1. The contact electrode CT-Gb connects the impurity diffusion layer H8 and the transparent electrode D1. The contact electrode CT-Gr connects the impurity diffusion layer H9 and the transparent electrode D2.

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。
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating another example of the schematic configuration of the solid-state imaging device cut along the line AA ′ in FIG. 5. In the example of FIG. 7, a back-illuminated CMOS sensor is shown.
In the configuration of FIG. 6, the case where the microlens Z1 is on the green photoelectric conversion film G is shown, but in the configuration of FIG. 7, the microlens Z1 is disposed below the green photoelectric conversion film G. That is, the microlens Z1 is disposed on the blue filter Fb and the red filter Fr, and the interlayer insulating film E3 is formed on the microlens Z1. The interlayer insulating film E3 can planarize the surface on the microlens Z1. A green photoelectric conversion film G is provided on the interlayer insulating film E3 so as to cover the entire back surface of the semiconductor layer SB1. Transparent electrodes D1 and D2 are provided on the lower surface of the green photoelectric conversion film G for each of the green pixels Gb and Gr, and a transparent electrode D3 is provided on the lower surface of the green photoelectric conversion film G.

(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。
(Second Embodiment)
FIG. 8A is a plan view illustrating a layout example of green pixels of the solid-state imaging device according to the second embodiment, and FIG. 8B is a diagram illustrating red pixels and blue pixels of the solid-state imaging device according to the second embodiment. FIG. 8C is a plan view showing a layout example of microlenses of the solid-state imaging device according to the second embodiment.
In FIG. 8A, green pixels Gr and Gb are provided as green pixels G. At this time, the green pixel G can cover the entire pixel array unit 1. The green pixels Gr and Gb can be alternately arranged in a checkered pattern in the same plane.
In FIG. 8B, the blue pixel B2 and the red pixel R2 are arranged so as to overlap the green pixel G in the depth direction over two pixels. The blue pixel B2 is disposed on the red pixel R2 so as to overlap in the depth direction.
In FIG. 8C, each pixel PC can be provided with a microlens Z2. The micro lens Z2 can be disposed on the green pixel G. In order to increase the light collection efficiency, it is preferable that the center of each microlens Z2 coincides with the center of each pixel PC. Note that the microlens Z2 may not be provided.

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。
FIG. 9 is a plan view illustrating a layout example for six pixels of the solid-state imaging device according to the second embodiment. This layout can be used for the green pixel G, the red pixel R2, and the blue pixel B2 in FIG.
In FIG. 9, the blue pixel B2 is provided with a photodiode PD-B2, and the red pixel R2 is provided with a photodiode PD-R2. Each photodiode PD-B2 and PD-R2 is continuously arranged over two pixels. The photodiode PD-B2 is disposed so as to overlap the photodiode PD-R2 in the depth direction. At this time, the longitudinal direction of the photodiodes PD-B2 and PD-R2 can coincide with the direction of the grid GU.

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。
The reset transistors TRrstBR, TRrstGb, TRrstGr, the amplification transistors TRampBR, TRampGb, TRampGr, the row selection transistors TRradBR, TRadrGb, TRradGr, and the storage diodes SD-Gb, SD-Gr can be arranged in the same manner as in FIG. The vertical signal lines VlinBR and VlinG and the horizontal control lines SGr, SGb, SrstBR, SadrBR, SrstGr, SadrGr, SrstGb, and SadrGb can also be arranged similarly to the configuration of FIG.
Here, by making the longitudinal direction of the photodiodes PD-B2 and PD-R2 coincide with the direction of the grid GU, the photodiode PD- is also formed in the empty region between the sides of the photodiodes PD-B1 and PD-R1 in FIG. B2 and PD-R2 can be arranged, and the output circuits of the photoelectric conversion elements OPD-Gr and OPD-Gb and the photodiodes PD-B2 and PD-R2 are arranged around the photodiodes PD-B2 and PD-R2. Can be arranged without any gaps, and the layout area can be reduced.

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。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a schematic configuration of the solid-state imaging device cut along AA ′ in FIG. 9. In the example of FIG. 10, a back-illuminated CMOS sensor is shown.
In FIG. 10, an impurity diffusion layer H12 is formed in the semiconductor layer SB2, and a gate insulating film H10 is formed on the surface side of the impurity diffusion layer H12. An impurity diffusion layer H11 is formed on the back side of the impurity diffusion layer H12. The semiconductor layer SB2 may be a semiconductor substrate. Further, in the photodiode PD-B2, an impurity diffusion layer H13 is formed over two pixels on the back surface side of the semiconductor layer SB2, and a part of the impurity diffusion layer H13 is drawn to the surface side of the semiconductor layer SB2. . In the photodiode PD-R2, the impurity diffusion layer H14 is formed on the surface side of the semiconductor layer SB2 so as to overlap the impurity diffusion layer H13 in the depth direction, and the impurity diffusion layer H15 is formed on the surface side of the impurity diffusion layer H14. Is formed.
In the storage diode SD-Gb, an impurity diffusion layer H18 is formed in the semiconductor layer SB2. In the storage diode SD-Gr, an impurity diffusion layer H19 is formed in the semiconductor layer SB2. In the floating diffusion FD, an impurity diffusion layer H17 is formed in the semiconductor layer SB2. The impurity diffusion layers H11 and H15 can be set to p + type. The impurity diffusion layer H12 can be set to p-type. The impurity diffusion layers H13 and H14 can be set to n-type. The impurity diffusion layers H17 to H19 can be set to n + type.

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。   Further, on the surface side of the semiconductor layer SB2, a gate electrode G11 is disposed on the impurity diffusion layer H12 between the impurity diffusion layers H15 and H17, and on the impurity diffusion layer H12 between the impurity diffusion layers H13 and H17. Is arranged. The gate electrodes G11 and G12 can be used for the read transistors TGb and TGr. Further, wirings P11 and P12 connected to the impurity diffusion layers H18 and H19, respectively, are arranged on the surface side of the semiconductor layer SB2. An interlayer insulating film E4 is formed on the back side of the semiconductor layer SB2. On the interlayer insulating film E4, a green photoelectric conversion film G is provided so as to cover the entire back surface of the semiconductor layer SB2. Transparent electrodes D1 and D2 are provided on the lower surface of the green photoelectric conversion film G for each of the green pixels Gb and Gr, and a transparent electrode D3 is provided on the lower surface of the green photoelectric conversion film G. An interlayer insulating film E5 is formed on the transparent electrode D3, and a micro lens Z2 is disposed for each pixel PC on the interlayer insulating film E5. Contact electrodes CT-Gb and CT-Gr are embedded in the interlayer insulating film E4. The contact electrode CT-Gb connects the impurity diffusion layer H18 and the transparent electrode D1. The contact electrode CT-Gr connects the impurity diffusion layer H19 and the transparent electrode D2.

(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。
(Third embodiment)
FIG. 11A is a block diagram showing a schematic configuration of the solid-state imaging device according to the third embodiment, and FIG. 11B shows an example of the layout of the photoelectric conversion layer of the solid-state imaging device of FIG. A perspective view and FIG.11 (c) are perspective views which show the other example of the layout of the photoelectric converting layer of the solid-state imaging device of Fig.11 (a).
In the solid-state imaging device of FIG. 11A, a frame memory 41, a demultiplexer 42, a subtractor 43, and a multiplexer 44 are added to the configuration of FIG.
Each pixel PC in the pixel array unit 1 is sequentially driven line by line by a horizontal control line Hlin arranged in the vertical direction by a vertical scanning circuit 2 that operates in synchronization with a horizontal synchronization signal HD generated by the timing control circuit 5.
The green pixel G first resets an extra pixel signal accumulated in the green pixel G. Then, after the reset component SigGt of the storage diode SD-Gr or SD-Gb of the reset green pixel G is read, the reset component SigGt is stored in the frame memory 41. Then, the accumulation operation for the green pixel G is started. When the column ADC circuit 3 reads out the pixel signal after the accumulation operation from the green pixel G, the signal component SigGs of the green pixel G is generated.
The blue pixel B1 or the blue pixel B2 first resets the pixel B1 or B2. Then, the accumulation operation for the blue pixel B1 or the blue pixel B2 is started. When the pixel signal accumulated from the blue pixel B1 or the blue pixel B2 is read out at the end of the accumulation operation, the column ADC circuit 3 detects the reset level of the floating diffusion FD unit that is the detection node of the pixel unit PC and the floating diffusion FD unit. The blue signal SigB is generated by taking the difference from the pixel signal level.
Similarly, when a pixel signal is read from the red pixel R1 or the red pixel R2, in the column ADC circuit 3, the pixel signal level detected by the floating diffusion FD portion of the pixel portion PC and the reset level of the floating diffusion FD portion that is a detection node are detected. As a result, the red signal SigR is generated. The signal component SigGs, the blue signal SigB, and the red signal SigR of the green pixel G are output from the column ADC circuit 3 to the demultiplexer 42. In the demultiplexer 42, the signal component SigGs of the green pixel G is separated from the blue signal SigB and the red signal SigR and output to the subtractor 43. At this time, the reset component SigGt of the green pixel G is read from the frame memory 41 and output to the subtractor 43. Then, the subtracter 43 subtracts the reset component SigGt from the signal component SigGs of the green pixel G to generate a green signal SigG and outputs it to the multiplexer 44. Then, in the multiplexer 44, the green signal SigG, the blue signal SigB, and the red signal SigR are integrated to generate the output signal Vout2.

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。   Here, the reset component SigGt of the green pixel G is stored in the frame memory 41, and the reset component SigGt is subtracted from the signal component SigGs of the green pixel G by the subtractor 43, whereby CDS of the green pixel G can be performed. . Therefore, as shown in FIG. 4, even when there is no readout transistor for the green pixel G, it is possible to reduce the threshold variation for each column of the amplification transistors TRampGr and TRampGb, and the reset transistors TRrstGr and TGrstGb. KTC noise generated by the reset operation can be reduced.

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。
FIG. 12A is a timing chart showing the read operation of the red and blue pixels of the solid-state imaging device according to the third embodiment, and FIG. 12B is the green pixel of the solid-state imaging device according to the third embodiment. It is a timing chart which shows read-out operation. Note that in FIG. 12A and FIG. 12B, a reset line where charge accumulation is started and a read line where reading is performed are shown separately. As for the reset signal for the CDS operation, in the red pixel and the blue pixel, the reset signal and the readout line of the accumulated pixel signal are the same line. In the green pixel, the reset signal and the accumulated pixel signal readout line are not the same line. Further, FIG. 12B shows the green pixel Gr, but the same applies to the green pixel Gb. HD is a horizontal synchronization signal.
In the reset line of FIG. 12A, when the row selection transistor TRadrBR is off, the amplification transistor TRampBR does not operate as a source follower, so that no signal is output to the vertical signal line VlinBR. At this time, when the reset transistor TRrstBR is off, the read transistors TGb and TGr are turned on, so that the charges accumulated in the photodiodes PD-B and PD-R are discharged to the floating diffusion FD. When the reset transistor TRrstBR is turned on, the charge of the floating diffusion FD is discharged to the power supply potential VDD.

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。   After the charges accumulated in the photodiodes PD-B and PD-R are discharged to the floating diffusion FD, when the read transistors TGb and TGr are turned off, the photodiodes PD-B and PD-R have effective signal charges. Accumulation starts.

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。   Next, in the readout line of FIG. 12A, excess charge generated due to leakage current or the like in the floating diffusion FD is reset when the reset transistor TRrstBR is on.

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。   When the row selection transistor TRadrBR is turned on, the power supply potential VDD is applied to the drain of the amplification transistor TRampBR, so that the amplification transistor TRampBR and the constant current source constitute a source follower. At this time, the bias transistor VBi ′ can operate as a constant current source. A voltage corresponding to the reset components SigBr and SigRr of the floating diffusion FD is applied to the gate of the amplification transistor TRampBR. Here, since the source follower is configured by the amplification transistor TRampBR and the constant current source, the voltage of the vertical signal line VlinBR follows the voltage applied to the gate of the amplification transistor TRampBR, and the pixels of the reset components SigBr and SigRr. The signal is output to the column ADC circuit 3 through the vertical signal line VlinBR.

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。   At this time, a ramp wave is given as the reference voltage VREF, and the pixel signals of the reset components SigBr and SigRr are compared with the reference voltage VREF. The pixel signals of the reset components SigBr and SigRr are down-counted until they match the level of the reference voltage VREF, whereby the pixel signals of the reset components SigBr and SigRr are converted into digital values and held in the column ADC circuit 3. The

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。
Next, when the reset transistor TRrstBR is off, the read transistors TGb and TGr are turned on, so that the charges accumulated in the photodiodes PD-B and PD-R are transferred to the floating diffusion FD, and the signal of the floating diffusion FD A voltage corresponding to the components SigBs and SigRs is applied to the gate of the amplification transistor TRampBR. Here, since the amplification transistor TRampBR and the constant current source constitute a source follower, the voltage of the vertical signal line VlinBR follows the voltage applied to the gate of the amplification transistor TRampBR, and the pixels of the signal components SigBs and SigRs. The signal is output to the column ADC circuit 3 through the vertical signal line VlinBR.
At this time, a ramp wave is given as the reference voltage VREF, and the pixel signals of the signal components SigBs and SigRs are compared with the reference voltage VREF. Then, the pixel signals of the signal components SigBs and SigRs are up-counted until the pixel signals of the signal components SigBs and SigRs coincide with the level of the reference voltage VREF, thereby converting the pixel signals of the signal components SigBs and SigRs into digital values. The difference between the pixel signals of the reset components SigBr and SigRr and the pixel signals of the signal components SigBs and SigRs is held and output as a blue signal SigB and a red signal SigR.

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。
On the other hand, in the reset line of FIG. 12B, the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion element OPD-Gr is stored in the storage diode SD-Gr. At this time, excess charge generated due to a leakage current or the like in the storage diode SD-Gr is reset when the reset transistor TRrstGr is on.
When the row selection transistor TRadrGr is turned on, the power supply potential VDD is applied to the drain of the amplification transistor TRampGr, so that the amplification transistor TRampGr and the constant current source constitute a source follower. At this time, the bias transistor VBi can operate as a constant current source. A voltage corresponding to the reset component SigGt of the storage diode SD-Gr is applied to the gate of the amplification transistor TRampGr. Here, since the source follower is configured by the amplification transistor TRampGr and the constant current source, the voltage of the vertical signal line VlinG follows the voltage applied to the gate of the amplification transistor TRampGr, and the pixel signal of the reset component SigGt is vertical. The signal is output to the column ADC circuit 3 through the signal line VlinG.

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。   At this time, a ramp wave is applied as the reference voltage VREF, and the pixel signal of the reset component SigGt is compared with the reference voltage VREF. The pixel signal of the reset component SigGt is up-counted until it matches the level of the reference voltage VREF, whereby the pixel signal of the reset component SigGt is converted into a digital value and held in the frame memory 41.

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。   When the reset transistor TRrstGr is turned off after the charge of the storage diode SD-Gr is reset, the storage diode SD-Gr starts to accumulate effective signal charge.

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。   Next, in the readout line of FIG. 12B, when the row selection transistor TRadrGr is turned on, the power supply potential VDD is applied to the drain of the amplification transistor TRampGr, thereby forming a source follower with the amplification transistor TRampGr and the constant current source. Is done. At this time, the bias transistor VBi can operate as a constant current source. A voltage corresponding to the signal component SigGs of the storage diode SD-Gr is applied to the gate of the amplification transistor TRampGr. Here, since the amplification transistor TRampGr and the constant current source constitute a source follower, the voltage of the vertical signal line VlinG follows the voltage applied to the gate of the amplification transistor TRampGr, and the pixel signal of the signal component SigGs is vertical. The signal is output to the column ADC circuit 3 through the signal line VlinG.

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。
At this time, a ramp wave is applied as the reference voltage VREF, and the pixel signal of the signal component SigGs is compared with the reference voltage VREF. The pixel signal of the signal component SigGs is up-counted until it matches the level of the reference voltage VREF, whereby the pixel signal of the signal component SigGs is converted into a digital value and input to the subtractor 43. At this time, the digital value of the reset component SigGt is read from the frame memory 41 and input to the subtractor 43. Then, the subtractor 43 subtracts the digital value of the reset component SigGt from the digital value of the signal component SigGs to generate a green signal SigG.
Here, the reset line of the storage diode SD portion of the green pixel and the readout line for reading out the stored pixel signal are changed to the same line by switching within the horizontal synchronization signal HD period, and the horizontal synchronization signal between the green pixel, the red pixel and the blue pixel. By matching the timing of the CDS process within the HD period, the CDS process can be speeded up.

(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。
(Fourth embodiment)
FIG. 13A is a block diagram showing a schematic configuration of the solid-state imaging device according to the fourth embodiment, and FIG. 13B shows an example of the layout of the photoelectric conversion layer of the solid-state imaging device of FIG. A perspective view and FIG.13 (c) are perspective views which show the other example of the layout of the photoelectric converting layer of the solid-state imaging device of Fig.13 (a).
In the solid-state imaging device of FIG. 13A, column ADC circuits 3A, 3B, horizontal scanning circuits 4A, 4B, and reference instead of the column ADC circuit 3, horizontal scanning circuit 4, and reference voltage generating circuit 6 of FIG. Voltage generation circuits 6A and 6B are provided. The column ADC circuit 3, the horizontal scanning circuit 4, and the reference voltage generation circuit 6 are shared by the green pixel, the red pixel, and the blue pixel. On the other hand, the column ADC circuit 3A, the horizontal scanning circuit 4A, and the reference voltage generating circuit 6A are assigned to the red pixel and the blue pixel, and the column ADC circuit 3B, the horizontal scanning circuit 4B, and the reference voltage generating circuit 6B are assigned to the green pixel. It is done. The column ADC circuit 3A is provided with an AD converter ADCbr for AD converting a signal transmitted via the vertical signal line VlinBR for each column. The column ADC circuit 3B is transmitted via the vertical signal line VlinG. An AD converter ADCg for AD converting the signal is provided for each column. The reference voltage generation circuit 6A generates the reference voltage VREFbr exclusively for the red pixel and the blue pixel. The reference voltage generation circuit 6B generates the reference voltage VREFg exclusively for the green pixel.

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。
Then, after the reset component SigGt of the green pixel G is read from the column ADC circuit 3B, an accumulation operation for the green pixel G is started. The reset component SigGt is stored in the frame memory 41. When the pixel signal after the accumulation operation is read from the green pixel G in the column ADC circuit 3B, the signal component SigGs of the green pixel G is generated. When the pixel signal is read from the blue pixel B1 or the blue pixel B2, the column ADC circuit 3A generates a blue signal SigB by taking a difference between the signal level of the pixel signal and the reset level. When the pixel signal is read from the red pixel R1 or the red pixel R2, the column ADC circuit 3A generates a red signal SigR by taking a difference between the signal level of the pixel signal and the reset level. When the signal component SigGs of the green pixel G is output to the subtractor 43, the reset component SigGt of the green pixel G is read from the frame memory 41 and output to the subtractor 43. Then, the subtracter 43 subtracts the reset component SigGt from the signal component SigGs of the green pixel G to generate a green signal SigG and outputs it to the multiplexer 44. In the multiplexer 44, the green signal SigG, the blue signal SigB, and the red signal SigR are integrated to generate the output signal Vout3.
Here, the reset component SigGt of the green pixel G is stored in the frame memory 41, and the reset component SigGt is subtracted from the signal component SigGs of the green pixel G by the subtractor 43, whereby CDS of the green pixel G can be performed. . Therefore, as shown in FIG. 4, even when there is no readout transistor for the green pixel G, it is possible to reduce the threshold variation for each column of the amplification transistors TRampGr and TRampGb, and to reduce kTC noise. Can do.
Here, by generating the reference voltage VREFbr exclusively for the red pixel and the blue pixel and generating the reference voltage VREFg exclusively for the green pixel, the polarity and signal level of the red pixel and the blue pixel differ from the green pixel. Even in such a case, the CDS process can be performed properly. If the signal of the green pixel is an electron, the polarity is the same as that of the red pixel and the blue pixel. When the signal of the green pixel is a hole, the polarity is opposite to that of the red pixel and the blue pixel.

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。
FIG. 14A is a timing chart showing the read operation of the red and blue pixels of the solid-state imaging device according to the fourth embodiment, and FIG. 14B is the green pixel of the solid-state imaging device according to the fourth embodiment. It is a timing chart which shows read-out operation.
14 (a) and 14 (b) are the same as FIGS. 12 (a) and 12 (b) except that the reference voltage VREF is separated into reference voltages VREFbr and VREFg. Here, in the blue pixel and the red pixel, the CDS processing is performed by subtracting the reset components SigBr and SigRr from the pixel signal components SigBs and SigRs in the column ADC circuit 3A after charge accumulation. On the other hand, in the green pixel, the reset component SigGt is output from the column ADC circuit 3B at the start of charge accumulation and stored in the frame memory 41. At the end of charge accumulation, the signal component SigGs is output from the column ADC circuit 3B. Then, the CDS process is performed by subtracting the reset component SigGt from the pixel signal component SigGs by the subtractor 43. At this time, the timing of the CDS processing of the blue pixel and the red pixel in the column ADC circuit 3A can be matched with the timing of the CDS processing of the green pixel in the subtractor 43.

(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。
(Fifth embodiment)
FIG. 15 is a timing chart showing a green pixel readout operation of the solid-state imaging device according to the fifth embodiment.
In the method of FIG. 12B, the reset line for reading the reset signal of the storage diode SD portion of the green pixel and the read line for reading the accumulated pixel signal are not the same line. For this reason, the 1 / f noise when the amplification transistor TRampGr performs the source follower operation is the frequency of the difference (frame time) between the reset time and the read time, and the 1 / f noise when the amplification transistor TRampBR performs the source follower operation. Compared to larger.
In order to reduce the 1 / f noise, in the method of FIG. 15, the voltage applied to the gate of the bias transistor VBi is temporarily increased before reading out the reset component SigGt and before reading out the pixel signal component SigGs, and the amplification transistor The current Iup flowing through the TRampGr source follower circuit is temporarily increased. This makes it possible to temporarily increase the current flowing through the amplification transistor TRampGr before reading out the reset component SigGt and before reading out the signal component SigGs, and increase the number of electrons trapped at the gate interface of the amplification transistor TRampGr. it can. As a result, fluctuations in the number of electrons trapped at the gate interface of the amplification transistor TRampGr can be reduced, and signal fluctuation due to 1 / f noise can be reduced.

(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。
(Sixth embodiment)
FIG. 16 is a circuit diagram showing a one-cell one-cell configuration in red and blue pixels according to the sixth embodiment.
In FIG. 16, this cell is provided with photodiodes PD-B, PD-R, row selection transistors TRadB, TRadrR, amplification transistors TRampB, TRampR, and reset transistors TRrstB, TRrstR. Here, the row selection transistor TRadrB, the amplification transistor TRampB, and the reset transistor TRrstB are used as an output circuit of the photodiode PD-B. The row selection transistor TRadRR, the amplification transistor TRampR, and the reset transistor TRrstR are used as an output circuit of the photodiode PD-R.

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。
The source of the reset transistor TRrstR is connected to the gate of the amplification transistor TRampR and the cathode of the photodiode PD-R, and the drain of the reset transistor TRrstR is connected to the power supply potential Vsd. The drain of the amplification transistor TRampR is connected to the power supply potential VDD, and the source of the amplification transistor TRampR is connected to the vertical signal line VlinBR via the row selection transistor TRadrR. The source of the reset transistor TRrstB is connected to the gate of the amplification transistor TRampB and the cathode of the photodiode PD-B, and the drain of the reset transistor TRrstB is connected to the power supply potential Vsd. The drain of the amplification transistor TRampB is connected to the power supply potential VDD, and the source of the amplification transistor TRampB is connected to the vertical signal line VlinBR via the row selection transistor TRadB.
Here, by directly connecting the photodiodes PD-B and PD-R to the gates of the amplification transistors TRampB and TRampR, the layout and driving method of the red and blue pixels are made equal to the layout and driving method of the green pixel. In addition, the pixel layout and the driving circuit can be simplified.

(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。
(Seventh embodiment)
FIG. 17A is a block diagram showing a schematic configuration of the solid-state imaging device according to the seventh embodiment, and FIG. 17B shows an example of the layout of the photoelectric conversion layer of the solid-state imaging device of FIG. A perspective view and FIG.17 (c) are perspective views which show the other example of the layout of the photoelectric converting layer of the solid-state imaging device of Fig.17 (a).
In the solid-state imaging device of FIG. 17A, a frame memory 45 and a subtracter 46 are added to the configuration of FIG.
Then, after the reset component SigGt of the green pixel G is read, an accumulation operation for the green pixel G is started. Further, after the reset component SigBt of the blue pixel B1 or the blue pixel B2 is read, the accumulation operation for the blue pixel B1 or the blue pixel B2 is started. Further, after the reset component SigRt of the red pixel R1 or the red pixel R2 is read, the accumulation operation for the red pixel R1 or the red pixel R2 is started. These reset components SigGt, SigBt, and SigRt are stored in the frame memory 45. Then, when the pixel signal after the accumulation operation is read from the green pixel G in the column ADC circuit 3, the signal component SigGs of the green pixel G is generated. When the pixel signal after the accumulation operation is read from the blue pixel B1 or the blue pixel B2, the signal component SigBs of the blue pixel B1 or the blue pixel B2 is generated. When the pixel signal after the accumulation operation is read from the red pixel R1 or the red pixel R2, the signal component SigRs of the red pixel R1 or the red pixel R2 is generated. These signal components SigGs, SigBs, and SigRs are output to the subtractor 46. At this time, the reset components SigGt, SigBt, and SigRt are read from the frame memory 45 and output to the subtractor 46. The subtractor 46 subtracts the reset components SigGt, SigBt, and SigRt from the signal components SigGs, SigBs, and SigRs, respectively, thereby generating a green signal SigG, a blue signal SigB, and a red signal SigR.

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。   Here, the reset components SigGt, SigBt, and SigRt of the green pixel, red pixel, and blue pixel are stored in the frame memory 45, and the reset components SigGt, By subtracting SigBt and SigRt by the subtractor 46, CDS of the green pixel, red pixel and blue pixel can be performed. Therefore, as shown in FIG. 4 and FIG. 16, even when there are no green pixel, red pixel, and blue pixel readout transistors, the threshold variation for each column of each amplification transistor TRampGr, TRampGb, TRampR, TRampB is reduced. KTC noise can be reduced.

(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。
(Eighth embodiment)
FIG. 18 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a digital camera to which the solid-state imaging device according to the eighth embodiment is applied.
In FIG. 18, the digital camera 11 includes a camera module 12 and a post-processing unit 13. The camera module 12 includes an imaging optical system 14 and a solid-state imaging device 15. The post-processing unit 13 includes an image signal processor (ISP) 16, a storage unit 17, and a display unit 18. The solid-state imaging device 15 can use the configuration shown in FIG. 1, FIG. 11, FIG. 13, or FIG. Further, at least a part of the configuration of the ISP 16 may be integrated with the solid-state imaging device 15 into one chip.

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。   The imaging optical system 14 takes in light from a subject and forms a subject image. The solid-state imaging device 15 captures a subject image. The ISP 16 processes an image signal obtained by imaging with the solid-state imaging device 15. The storage unit 17 stores an image that has undergone signal processing in the ISP 16. The storage unit 17 outputs an image signal to the display unit 18 in accordance with a user operation or the like. The display unit 18 displays an image according to the image signal input from the ISP 16 or the storage unit 17. The display unit 18 is, for example, a liquid crystal display. In addition to the digital camera 11, the camera module 12 may be applied to an electronic device such as a mobile terminal with a camera.

(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。
(Ninth embodiment)
FIG. 19 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a camera module to which the solid-state imaging device according to the ninth embodiment is applied.
In FIG. 19, light incident on the lens 22 of the camera module 21 from the subject enters the solid-state imaging device 29 through the main mirror 23, the sub mirror 24, and the mechanical shutter 28. Note that the solid-state imaging device 29 can use the configuration of FIG. 1, FIG. 11, FIG. 13, or FIG.
The light reflected by the sub mirror 24 enters an auto focus (AF) sensor 25. In the camera module 21, focus adjustment is performed based on the detection result of the AF sensor 25. The light reflected by the main mirror 23 enters the finder 30 through the lens 26 and the prism 27.

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。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

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   1 pixel array unit, 2 vertical scanning circuit, 3 column ADC circuit, 4 horizontal scanning circuit, 5 timing control circuit, 6 reference voltage generating circuit, Vlin vertical signal line, Hlin horizontal control line, PC pixel, GU grid, G green pixel , R1, R2 Red pixel, B1, B2 Blue pixel

Claims (7)

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。
Comprising pixels partitioned along a grid set at 45 ° to the column direction;
The pixel is
Green pixels,
A red pixel disposed to overlap the green pixel in the depth direction;
A solid-state imaging device comprising: the green pixel and a blue pixel arranged to overlap in the depth direction.
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。
A first output circuit for the red pixel and the blue pixel is arranged along the grid between the red pixel and the blue pixel;
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second output circuit for the green pixel is arranged between the red pixel and the blue pixel in a direction orthogonal to the arrangement direction of the first output circuit.
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。
Green pixels,
A red pixel disposed to overlap the green pixel in the depth direction;
A blue pixel disposed to overlap the green pixel in the depth direction;
A memory for storing a reset level of a pixel signal read from the green pixel;
A solid-state imaging device comprising: a difference calculation unit that calculates a difference between a signal level of a pixel signal read from the green pixel and the reset level.
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。
The red pixel is arranged so as to overlap over one pixel of the green pixel,
The blue pixel is arranged so as to overlap over one pixel of the green pixel,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the red pixel and the blue pixel are arranged on the same plane.
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。
The red pixel is arranged so as to overlap over two pixels of the green pixel,
The blue pixel is arranged so as to overlap over two pixels of the green pixel,
4. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the red pixel and the blue pixel are disposed so as to overlap in a depth direction. 5.
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。
A reference voltage generating circuit for outputting a reference voltage;
An ADC circuit for AD converting the pixel signal for each column based on a comparison result between the reference voltage and the pixel signal;
The timing control circuit which performs AD conversion of the pixel signal read from the green pixel at the same timing as AD conversion of the pixel signal read from the red pixel or the blue pixel. The solid-state imaging device according to item.
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。   The timing control circuit reads out from a first line which is a readout line of a reset level of a pixel signal read from the red pixel or the blue pixel and a signal level of the pixel signal, and outputs a pixel signal read from the green pixel. The solid-state imaging device according to claim 6, wherein a signal level is also read from the first line, and a reset level of a pixel signal read from the green pixel is read from a second line that is a reset line of a storage diode.
JP2015102711A 2015-05-20 2015-05-20 Solid-state imaging device Pending JP2016219589A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015102711A JP2016219589A (en) 2015-05-20 2015-05-20 Solid-state imaging device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015102711A JP2016219589A (en) 2015-05-20 2015-05-20 Solid-state imaging device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016219589A true JP2016219589A (en) 2016-12-22

Family

ID=57581502

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015102711A Pending JP2016219589A (en) 2015-05-20 2015-05-20 Solid-state imaging device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016219589A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016225330A (en) * 2015-05-27 2016-12-28 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Solid-state imaging device and imaging apparatus
JPWO2021124964A1 (en) * 2019-12-17 2021-06-24
US11431933B2 (en) 2019-06-28 2022-08-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Digital pixel and image sensor including the same

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016225330A (en) * 2015-05-27 2016-12-28 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Solid-state imaging device and imaging apparatus
US10468438B2 (en) 2015-05-27 2019-11-05 Sony Semiconductor Solutions Corporation Semiconductor device and electronic apparatus
US10998355B2 (en) 2015-05-27 2021-05-04 Sony Semiconductor Solutions Corporation Semiconductor device and electronic apparatus
US11431933B2 (en) 2019-06-28 2022-08-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Digital pixel and image sensor including the same
JPWO2021124964A1 (en) * 2019-12-17 2021-06-24
JP7692840B2 (en) 2019-12-17 2025-06-16 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Image pickup device, image pickup device driving method, and electronic device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6171997B2 (en) Solid-state imaging device, driving method thereof, and electronic apparatus
KR102542664B1 (en) Solid-state imaging device, driving method therefor, and electronic apparatus
CN101164334B (en) Optical sensor, solid-state imaging device, and operation method of solid-state imaging device
US12170306B2 (en) Imaging device and electronic device
TWI539814B (en) Electronic device and driving method thereof
US9287302B2 (en) Solid-state imaging device
JP5967192B2 (en) Solid-state imaging device and electronic device
JP2015231046A (en) Solid state image pickup device
CN103208499A (en) Solid-state imaging device and electronic apparatus
CN107210311A (en) Solid-state imaging devices and electronic equipment
TW201523850A (en) Solid-state image sensing device
US20170200761A1 (en) Image sensor
TWI709235B (en) Solid-state imaging element, its manufacturing method and electronic equipment
WO2018105334A1 (en) Solid-state image pickup element and electronic apparatus
JP2016219589A (en) Solid-state imaging device
JP5213969B2 (en) Solid-state imaging device and camera