JP2014239266A - Solid state image pickup device and driving method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置、特に積層型の固体撮像装置およびその駆動方法に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a stacked solid-state imaging device and a driving method thereof.
一般的な固体撮像装置は、受光部として埋め込みフォトダイオード構造が用いられているが、特許文献1は、固体増幅装置を構成する制御電極の上に光電変換層を形成しこの上に透明電極層を設け、ここに印加した電圧の作用を、変換層を介して制御電極に及ぼすことにより良好なSN比で光情報を電気信号に変える装置、いわゆる、積層型の固体撮像装置を開示している。
In general solid-state imaging devices, an embedded photodiode structure is used as a light receiving unit. However, in
積層型の固体撮像装置は、画素回路が形成された半導体基板の上に絶縁膜を介して光電変換膜が形成された構成を有している。このため、光電変換膜にアモルファスシリコン等の光吸収係数が大きい材料を用いることが可能となる。例えば、アモルファスシリコンの場合、波長550nmの緑色の光は、0.4nm程度の厚さでほとんど吸収することができる。 A stacked solid-state imaging device has a configuration in which a photoelectric conversion film is formed on a semiconductor substrate on which a pixel circuit is formed via an insulating film. For this reason, it is possible to use a material having a large light absorption coefficient such as amorphous silicon for the photoelectric conversion film. For example, in the case of amorphous silicon, green light having a wavelength of 550 nm can be almost absorbed with a thickness of about 0.4 nm.
しかしながら、特許文献1に示された固体撮像装置は、特に高輝度の被写体を撮像した後に光電変換部に電荷が残りやすく、その残留電荷の影響で次フレームに前フレームの画像が残像として残るという問題を有している。
However, in the solid-state imaging device disclosed in
そこで、特許文献2には、固体撮像装置に新たに備え付けた光照射機構より光電変換部に光を照射し、光電変換部の残留電荷を生じないようにする技術が示されている。
Therefore,
特許文献2に示されたような方法で残留電荷を生じないようにする場合、光照射機構が必要となり、固体撮像装置の小型化が求められている現状では、実現が困難である。
In order to prevent a residual charge from being generated by the method as disclosed in
このような課題を鑑み、本発明は、光照射機構を必要とせず、光電変換部の残留電荷を低減することを目的とする。 In view of such problems, an object of the present invention is to reduce the residual charge of the photoelectric conversion unit without requiring a light irradiation mechanism.
本発明は、前記の目的を達成する一手段として、以下の構成を備える。 The present invention has the following configuration as one means for achieving the above object.
上記課題を解決するために本発明の固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に行列状に配置された複数の画素と、前記複数の画素の列毎に設けられた列信号線と、前記複数の画素の列毎に設けられ、前記複数の画素にリセット電位を与えるリセットドレイン線とを備える固体撮像装置であって、前記画素は、増幅トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタおよび光電変換部を有し、前記光電変換部は、前記半導体基板の上方に形成された光電変換膜と、前記光電変換膜の前記半導体基板側の面に形成された画素電極と、前記光電変換膜の前記画素電極と反対側の面に形成された透明電極とを有し、前記増幅トランジスタは、前記画素電極に接続されたゲートを有し、前記画素電極の電位に応じた信号電圧を、前記選択トランジスタを介して列信号線に出力し、前記リセットトランジスタのソースは前記画素電極に接続され、前記リセットトランジスタのドレインは前記リセットドレイン線に接続され、第1フレームと、前記第1フレームに続く第2フレームとの撮像において、前記第1フレームの水平ブランキング期間終了後且つ前記第2フレームの電子シャッタ駆動前の所定の期間、前記リセットトランジスタをオンすることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a solid-state imaging device of the present invention includes a semiconductor substrate, a plurality of pixels arranged in a matrix on the semiconductor substrate, a column signal line provided for each column of the plurality of pixels, A solid-state imaging device provided for each column of the plurality of pixels and including a reset drain line that applies a reset potential to the plurality of pixels, wherein the pixel includes an amplification transistor, a selection transistor, a reset transistor, and a photoelectric conversion unit. The photoelectric conversion unit includes a photoelectric conversion film formed above the semiconductor substrate, a pixel electrode formed on a surface of the photoelectric conversion film on the semiconductor substrate side, and the pixel electrode of the photoelectric conversion film A transparent electrode formed on a surface opposite to the pixel electrode, the amplification transistor has a gate connected to the pixel electrode, and the signal voltage corresponding to the potential of the pixel electrode is selected. Output to a column signal line through a transistor, the source of the reset transistor is connected to the pixel electrode, the drain of the reset transistor is connected to the reset drain line, and the first frame and the first frame following the first frame In imaging with two frames, the reset transistor is turned on for a predetermined period after the end of the horizontal blanking period of the first frame and before driving the electronic shutter of the second frame.
また、好ましくは、前記所定の期間は、前記第1フレームの水平ブランキング期間終了後から、前記第2フレームの電子シャッタ駆動前までの、全ての期間であることを特徴とする。 Preferably, the predetermined period is the entire period from the end of the horizontal blanking period of the first frame to before the electronic shutter driving of the second frame.
また、好ましくは、前記第1フレームの水平ブランキング期間終了後且つ前記第2フレームの電子シャッタ駆動前に、前記リセットトランジスタのオンオフを複数回行うことを特徴とする。 Preferably, the reset transistor is turned on and off a plurality of times after the horizontal blanking period of the first frame and before driving the electronic shutter of the second frame.
また、上記課題を解決するために本発明の固体撮像装置の駆動方法は、半導体基板と、前記半導体基板に行列状に配置された複数の画素と、前記複数の画素の列毎に設けられた列信号線と、前記複数の画素の列毎に設けられ、前記複数の画素にリセット電位を与えるリセットドレイン線とを備える固体撮像装置の駆動方法であって、前記画素は、増幅トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタおよび光電変換部を有し、前記光電変換部は、前記半導体基板の上方に形成された光電変換膜と、前記光電変換膜の前記半導体基板側の面に形成された画素電極と、前記光電変換膜の前記画素電極と反対側の面に形成された透明電極とを有し、前記増幅トランジスタは、前記画素電極に接続されたゲートを有し、前記画素電極の電位に応じた信号電圧を、前記選択トランジスタを介して列信号線に出力し、前記リセットトランジスタのソースは前記画素電極に接続され、前記リセットトランジスタのドレインは前記リセットドレイン線に接続され、第1フレームと、前記第1フレームに続く第2フレームとの撮像において、前記第1フレームの水平ブランキング期間終了後且つ前記第2フレームの電子シャッタ駆動前の所定の期間、前記リセットトランジスタをオンすることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a driving method of a solid-state imaging device according to the present invention is provided for a semiconductor substrate, a plurality of pixels arranged in a matrix on the semiconductor substrate, and a column of the plurality of pixels. A solid-state imaging device driving method comprising: a column signal line; and a reset drain line that is provided for each column of the plurality of pixels and applies a reset potential to the plurality of pixels, wherein the pixels include an amplification transistor and a selection transistor A reset transistor and a photoelectric conversion unit, wherein the photoelectric conversion unit includes a photoelectric conversion film formed above the semiconductor substrate, a pixel electrode formed on a surface of the photoelectric conversion film on the semiconductor substrate side, A transparent electrode formed on a surface of the photoelectric conversion film opposite to the pixel electrode, and the amplification transistor has a gate connected to the pixel electrode, the potential of the pixel electrode The signal voltage is output to the column signal line through the selection transistor, the source of the reset transistor is connected to the pixel electrode, the drain of the reset transistor is connected to the reset drain line, In imaging with the second frame following the first frame, the reset transistor is turned on for a predetermined period after the end of the horizontal blanking period of the first frame and before driving the electronic shutter of the second frame. And
本発明によれば、積層膜の残留電荷を排出し、残像を抑制することが出来る。 According to the present invention, the residual charge of the laminated film can be discharged and the afterimage can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態における固体撮像装置およびカメラシステムについて、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a solid-state imaging device and a camera system according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
なお、図面において、実質的に同一の構成、動作、および効果を表す要素については、同一の符号を付す。また、以下において記述される数値は、すべて本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数値に制限されない。さらに、構成要素間の接続関係は、本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明の機能を実現する接続関係はこれに限定されない。さらにまた、FETのソース電極およびドレイン電極は同一の構造および機能である場合が殆どであり、明確に区別されないことも多いが、以下の説明では便宜上、信号が入力される電極をドレイン電極、出力される電極をソース電極と表記する。 In the drawings, elements that represent substantially the same configuration, operation, and effect are denoted by the same reference numerals. In addition, the numerical values described below are all exemplified for specifically explaining the present invention, and the present invention is not limited to the illustrated numerical values. Furthermore, the connection relationship between the components is exemplified for specifically explaining the present invention, and the connection relationship for realizing the function of the present invention is not limited to this. Furthermore, in many cases, the source electrode and the drain electrode of the FET have the same structure and function and are not clearly distinguished, but in the following description, for convenience, the electrode to which a signal is input is referred to as the drain electrode and the output. This electrode is referred to as a source electrode.
(第1の実施形態)
図1は本実施形態に係る積層型の固体撮像装置のチップ構成を示している。図2Aは画素部43およびその周辺回路の構成の詳細を示している。図2Bは単位画素42の断面図を示している。図2Cは行走査回路33およびマルチプレクサ回路41の構成の詳細の一例を示している。図3は、本実施の形態に係る固体撮像装置の回路図である。なお、図2Aにおいて、単位画素42は「2行2列」分だけ記載されているが、単位画素42の行数及び列数は任意に設定されてよい。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a chip configuration of a stacked solid-state imaging device according to this embodiment. FIG. 2A shows details of the configuration of the
図1に示すように、固体撮像装置つまりセンサチップ52は、画素リセット信号線7、画素アドレス信号線8、垂直信号線9、リセットドレイン線16、列選択トランジスタ27、列走査回路(水平走査部)29、水平信号線30、出力アンプ31、行走査回路(垂直走査部)33、マルチプレクサ回路(MUX)41、VOUT端子32、画素部43、CDS(Correlated Double Sampling)回路45、タイミング制御回路50および蓄積ダイオード初期化電圧発生回路53を備える。
As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device, that is, the
画素部43では、複数の単位画素42が半導体基板で行列状に配置され、単位画素42の列毎に垂直信号線9が設けられている。センサチップ52内において、画素部43の単位画素42は行走査回路33とマルチプレクサ回路41とによって選択される。
In the
図2Aに示すように、各単位画素42は、光電変換部1と、一端が光電変換部1と接続された蓄積部2と、ソースが垂直信号線9と接続され、ドレインが電源線6と接続され、ゲートが蓄積部2と接続された増幅トランジスタ4と、ゲートが画素リセット信号線7に接続され、ドレインがリセットドレイン線16と接続されたリセットトランジスタ3と、増幅トランジスタ4と直列に接続された選択トランジスタ5とを有している。なお、選択トランジスタ5は、増幅トランジスタ4のソースと垂直信号線9との間に挿入されているが、増幅トランジスタ4のドレインと電源線6との間に挿入されてもよい。
As shown in FIG. 2A, each
図2Bに示すように、シリコンからなる半導体基板71に増幅トランジスタ4、選択トランジスタ5及びリセットトランジスタ3が形成されている。増幅トランジスタ4は、ゲート電極72と、ドレインである拡散層73及びソースである拡散層74とを有している。選択トランジスタ5はゲート電極75と、ドレインである拡散層74及びソースである拡散層76とを有している。増幅トランジスタ4のソースと選択トランジスタ5のドレインとは、共通の拡散層74である。リセットトランジスタ3は、ゲート電極77と、ドレインである拡散層78及びソースである拡散層79とを有している。拡散層73と拡散層78とは素子分離領域80により分離されている。
As shown in FIG. 2B, an
半導体基板71の上には、各トランジスタを覆うように絶縁膜84が形成されている。絶縁膜84の上には光電変換部1が形成されている。光電変換部1は、半導体基板の上方に形成されたアモルファスシリコン等からなる光電変換する光電変換膜81と、光電変換膜81の半導体基板71側の面に形成された画素電極82と、光電変換膜81の画素電極82と反対側の面に形成された透明電極83とを有する。画素電極82は、コンタクト85を介して増幅トランジスタ4のゲート電極72及びリセットトランジスタ3のソースである拡散層78と接続されている。画素電極82と接続された拡散層78は蓄積ダイオード(蓄積部2)として機能する。
An
行走査回路33は、画素リセット信号線7および画素アドレス信号線8等を介して画素部43に種々のタイミング信号を供給する。列走査回路29は、列選択トランジスタ27に列選択信号28を供給することにより、画素部43の信号を順次水平信号線30へ読み出させる。出力アンプ31は、水平信号線30を介して伝達された信号を増幅してVOUT端子32に出力する。
The
画素リセット信号線7は、リセット信号が伝達する信号線であり、対応する行の単位画素42の信号をリセットするために単位画素42の行ごとに設けられている。
The pixel reset
CDS回路45は、垂直信号線9毎に設けられ、対応する垂直信号線9における任意の異なる二つのタイミングにおける電位差、つまりリセット動作時の電位(リセットトランジスタ3がオンしている時の垂直信号線9の電位)と信号出力動作時の電位(リセットトランジスタ3がオフしている時の垂直信号線9の電位)との差に応じた信号をCDS出力ノード26から出力する。
The
CDS回路45は、コンデンサ19および25と、サンプルトランジスタ制御信号21でオンオフが制御されるサンプルトランジスタ20と、クランプトランジスタ制御信号23でオンオフが制御され、クランプ信号線24と接続されたクランプトランジスタ22とを有する。
The
垂直信号線9には、画素負荷トランジスタ制御線11でオンオフが制御される画素負荷トランジスタ10が接続されている。
The
リセットドレイン線16には、画素リセット信号線7でオンオフが制御されるリセットトランジスタ3のドレインが接続されている。
The
タイミング制御回路50は、行走査回路33に垂直走査信号40を供給し、マルチプレクサ回路41に行選択信号35およびリセット信号36を供給し、列走査回路29に水平走査信号39を供給する。
The
マルチプレクサ回路41は、行選択信号35およびリセット信号36の画素部43への出力を制御する。マルチプレクサ回路41は、タイミング制御回路50と単位画素42との間に設けられ、リセット信号36を所定行の単位画素42に対応する画素リセット信号線7に選択的に供給し、行選択信号35を所定行の単位画素42に対応する画素アドレス信号線8に選択的に供給する。
The
基準電圧発生回路51は、画素負荷トランジスタ制御線11に画素負荷トランジスタ制御信号LGを、クランプ信号線24にクランプ信号NCDCを、それぞれ供給する。
The reference
リセットドレイン線16に接続された蓄積ダイオード初期化電圧発生回路53は、リセットドレイン線16に、単位画素42のリセット電位を供給する。
The storage diode initialization
次に、本実施の形態に係る固体撮像装置の動作を説明する。 Next, the operation of the solid-state imaging device according to this embodiment will be described.
図4は、本実施の形態に係る固体撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。ここでは、あるフレームにおける一つの単位画素42の動作のみを示す。
FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation of the solid-state imaging device according to the present embodiment. Here, only the operation of one
本実施の形態に係る固体撮像装置において、積層膜である光電変換部1により光が電気信号Sに変換されて、電気信号Sは蓄積部2で蓄えられる。本実施の形態では光が正の電気信号Sに変換される場合を想定しているので、蓄積部2の電位は上昇する。ここで、時刻T1において画素アドレス信号線8の電位をローレベルからハイレベルとし、選択トランジスタ5をオンにする。また、同じく時刻T1において画素負荷トランジスタ制御線11の電位をローレベルから上昇させることにより、この電気信号Sは、増幅トランジスタ4と画素負荷トランジスタ10とにより形成されるソースフォロア回路でインピーダンス変換され、垂直信号線9を介して、CDS回路45に入力される。時刻T1において、サンプルトランジスタ制御信号21およびクランプトランジスタ制御信号23をローレベルからハイレベルとし、CDS回路45で電気信号Sは一旦サンプルホールドされる。時刻T2において、クランプトランジスタ制御信号23をローレベルとする。
In the solid-state imaging device according to the present embodiment, light is converted into an electric signal S by the
次に、時刻T3において、画素リセット信号線7の電位をローレベルからハイレベルとし、リセットトランジスタ3がオンすると、先ほど蓄積部2で蓄えられた電気信号Sがリセット(初期化)され、蓄積部2の電位が降下する。
Next, when the potential of the pixel
次に、時刻T4において、画素リセット信号線7の電位をローレベルとする。リセット後の蓄積部2の電気信号Nは、垂直信号線9を介して、CDS回路45に入力される。CDS回路45では、電気信号Sと電気信号Nとが差分されて、差分がCDS出力ノード26に出力され、画素信号Pとして扱われる。
Next, at time T4, the potential of the pixel
次に、時刻T5において、画素アドレス信号線8および画素負荷トランジスタ制御線11の電位をローレベルとする。更に、サンプルトランジスタ制御信号21をローレベルとする。これにより、画素信号Pはコンデンサ25に蓄積される。
Next, at time T5, the potentials of the pixel
時刻T5以降、列走査回路29からの列選択信号28により列選択トランジスタ27がオンすることで、先の画素信号Pは水平信号線30に読み出されて、出力アンプ31で増幅後にVOUT端子32から外部出力される。
After time T5, the
時刻T1から時刻T5までの、画素信号Pを読み出すために要する期間を水平ブランキング期間と称す。一般的なCMOS型固体撮像装置の場合、時刻T5以降次フレームの水平ブランキング期間までの間は、画素リセット信号線の電位はローレベルである。しかしながら、本実施の形態における固体撮像装置は、光電変換部1として積層膜を用いているため、時刻T3から時刻T4までの短時間のリセットでは積層膜に電荷が残留し、次フレームの撮像時に残像が生じる原因となる。そこで、残像抑制のため、時刻T5以降次フレームの水平ブランキング期間までの間において、所定の期間だけ画素リセット信号線7の電位をハイレベルとし、時刻T3から時刻T4までのリセットで排出されなかった積層膜の残留電荷を、次フレームの電子シャッタ駆動前に排出する。
A period required to read out the pixel signal P from time T1 to time T5 is referred to as a horizontal blanking period. In the case of a general CMOS type solid-state imaging device, the potential of the pixel reset signal line is at a low level from time T5 to the horizontal blanking period of the next frame. However, since the solid-state imaging device according to the present embodiment uses a laminated film as the
図5は、本実施の形態に係る固体撮像装置の残留電荷排出動作を説明するためのタイミングチャートである。あるフレームにおける水平ブランキング期間は時刻T1から時刻T5であり、次フレームにおける水平ブランキング期間は時刻T1’から時刻T5’である。時刻T5以降の所定の時刻T6において、画素リセット信号線7の電位をハイレベルとする。その後、次フレームの電子シャッタ駆動を行なう時刻T7まで画素リセット信号線7の電位をハイレベルのまま維持し、時刻T7において画素リセット信号線7の電位をハイレベルからローレベルとする。つまり、時刻T6から時刻T7まで、リセットトランジスタ3はオンしている。この駆動により、時刻T6から時刻T7まで、積層膜の残留電荷が排出される。
FIG. 5 is a timing chart for explaining the residual charge discharging operation of the solid-state imaging device according to the present embodiment. The horizontal blanking period in a certain frame is from time T1 to time T5, and the horizontal blanking period in the next frame is from time T1 'to time T5'. At a predetermined time T6 after time T5, the potential of the pixel
時刻T7以降、蓄積部2への電気信号Sの蓄積が始まり、次フレームの時刻T3’に再び画素リセット信号線7の電位がハイレベルとなるまで電気信号Sは蓄積され続ける。すなわち、時刻T7から時刻T3’までの期間が、本実施の形態に係る固体撮像装置の露光期間である。
After time T7, the accumulation of the electric signal S in the
このように、本実施の形態に係る固体撮像装置においては、時刻T6から時刻T7までの期間、画素リセット信号線7の電位をハイレベルとすることで、積層膜の残留電荷を排出し、次フレームの残像を抑制することが出来る。
Thus, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, the residual charge of the stacked film is discharged by setting the potential of the pixel
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置について説明するが、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, although the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention will be described, the description will focus on parts different from the first embodiment.
図6は、本実施の形態における固体撮像装置の残留電荷排出動作を説明するためのタイミングチャートである。時刻T5以降の所定の時刻T6において、画素リセット信号線7の電位をハイレベルとする。その後、次フレームの電子シャッタ駆動を行なう時刻T7までの期間において、画素リセット信号線7の電位を所定の期間ハイレベルに保つ動作を複数回行い、時刻T7において画素リセット信号線7の電位をハイレベルからローレベルとする。つまり、時刻T6から時刻T7まで、リセットトランジスタ3が複数回オンオフし、リセットトランジスタ3が所定の期間オンしている動作が複数回実現される。この駆動により、時刻T6から時刻T7までの期間において、積層膜の残留電荷が複数回排出される。
FIG. 6 is a timing chart for explaining the residual charge discharging operation of the solid-state imaging device according to the present embodiment. At a predetermined time T6 after time T5, the potential of the pixel
このように、本実施の形態に係る固体撮像装置においては、時刻T6から時刻T7までの期間において、画素リセット信号線7の電位を所定の期間ハイレベルに保つ動作を複数回行うことで、積層膜の残留電荷を排出し、次フレームの残像を抑制することが出来る。また、第1の実施形態のように、時刻T6から時刻T7までの期間画素リセット信号線7の電位をハイレベルとし続ける場合と比較して、消費電力を削減することが出来る。
As described above, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, the operation of maintaining the potential of the pixel
(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態に係る固体撮像装置について説明するが、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, the solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention will be described, but the description will focus on parts that are different from the first embodiment.
図7は、本実施の形態における固体撮像装置の残留電荷排出動作を説明するためのタイミングチャートである。時刻T5以降の所定の時刻T6から次フレームの電子シャッタ駆動を行なう時刻T7まで、画素リセット信号線7にパルス状にハイレベルの電位を印加し、時刻T7において画素リセット信号線7の電位をローレベルとする。つまり、時刻T6から時刻T7まで、リセットトランジスタ3は、画素リセット信号線7の電位変化に応じて、短期間でのオンオフを繰り返す。この駆動により、時刻T6から時刻T7まで、積層膜の残留電荷が排出される。
FIG. 7 is a timing chart for explaining the residual charge discharging operation of the solid-state imaging device according to the present embodiment. A high level potential is applied to the pixel
このように、本実施の形態に係る固体撮像装置においては、時刻T6から時刻T7までの期間において、画素リセット信号線7の電位をパルス状にハイレベルにすることで、積層膜の残留電荷を排出し、次フレームの残像を抑制することが出来る。また、第1の実施形態のように、時刻T6から時刻T7までの期間画素リセット信号線7の電位をハイレベルとし続ける場合と比較して、積層膜に残留する電荷に振動を加えて、より確実に残留電荷を排出することが出来る。
As described above, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, in the period from time T6 to time T7, the potential of the pixel
(第4の実施形態)
以下、本発明の第4の実施形態に係る固体撮像装置について説明するが、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present invention will be described, but the description will focus on parts that are different from the first embodiment.
図8は、本実施の形態における固体撮像装置の残留電荷排出動作を説明するためのタイミングチャートである。時刻T6から所定の期間、画素リセット信号線7の電位をパルス状にハイレベルとする。その後、次フレームの電子シャッタ駆動を行なう時刻T7までの期間において、画素リセット信号線7の電位を所定の期間パルス状にハイレベルとする動作を複数回行い、時刻T7において画素リセット信号線7の電位をハイレベルからローレベルとする。つまり、時刻T6から時刻T7までの間で複数回、画素リセット信号線7の電位変化に応じて、短期間でのオンオフを繰り返す。この駆動により、時刻T6から時刻T7までの期間において、積層膜の残留電荷が複数回排出される。
FIG. 8 is a timing chart for explaining the residual charge discharging operation of the solid-state imaging device according to the present embodiment. The potential of the pixel
このように、本実施の形態に係る固体撮像装置においては、時刻T6から時刻T7までの期間において、画素リセット信号線7の電位を所定の期間パルス状にハイレベルとする動作を複数回行うことで、積層膜の残留電荷を排出し、次フレームの残像を抑制することが出来る。また、第2の実施形態と比較して、パルス状に電位を変動させることで、積層膜に残留する電荷に振動を加えて、より確実に残留電荷を排出できる。また、第3の実施形態のように、時刻T6から時刻T7までの期間画素リセット信号線7の電位を変動し続ける場合と比較して、消費電力を削減することが出来る。
As described above, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, the operation of setting the potential of the pixel
以上、本発明の固体撮像装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、複数の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。 Although the solid-state imaging device of the present invention has been described based on the embodiment, the present invention is not limited to this embodiment. The present invention includes various modifications made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. Moreover, you may combine each component in several embodiment arbitrarily in the range which does not deviate from the meaning of invention.
本発明にかかわる固体撮像装置は、小型・薄型・高感度の画像ピックアップ装置等として有効である。 The solid-state imaging device according to the present invention is effective as a small, thin, and highly sensitive image pickup device.
1 光電変換部
2 蓄積部
3 リセットトランジスタ
4 増幅トランジスタ
5 選択トランジスタ
6 電源線
7 画素リセット信号線
8 画素アドレス信号線
9 垂直信号線
10 画素負荷トランジスタ
11 画素負荷トランジスタ制御線
16 リセットドレイン線
19、25 コンデンサ
20 サンプルトランジスタ
21 サンプルトランジスタ制御信号
22 クランプトランジスタ
23 クランプトランジスタ制御信号
24 クランプ信号線
26 CDS出力ノード
27 列選択トランジスタ
28 列選択信号
29 列走査回路
30 水平信号線
31 出力アンプ
32 VOUT端子
33 行走査回路
35 行選択信号
36 リセット信号
39 水平走査信号
40 垂直走査信号
41 マルチプレクサ回路
42 単位画素
43 画素部
45 CDS回路
50 タイミング制御回路
51 基準電圧発生回路
52 センサチップ
53 蓄積ダイオード初期化電圧発生回路
71 半導体基板
72、75、77 ゲート電極
73、74、76、78、79 拡散層
80 素子分離領域
81 光電変換膜
82 画素電極
83 透明電極
84 絶縁膜
85 コンタクト
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記半導体基板に行列状に配置された複数の画素と、
前記複数の画素の列毎に設けられた列信号線と、
前記複数の画素の列毎に設けられ、前記複数の画素にリセット電位を与えるリセットドレイン線とを備える固体撮像装置であって、
前記画素は、増幅トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタおよび光電変換部を有し、
前記光電変換部は、前記半導体基板の上方に形成された光電変換膜と、前記光電変換膜の前記半導体基板側の面に形成された画素電極と、前記光電変換膜の前記画素電極と反対側の面に形成された透明電極とを有し、
前記増幅トランジスタは、前記画素電極に接続されたゲートを有し、前記画素電極の電位に応じた信号電圧を、前記選択トランジスタを介して列信号線に出力し、
前記リセットトランジスタのソースは前記画素電極に接続され、
前記リセットトランジスタのドレインは前記リセットドレイン線に接続され、
第1フレームと、前記第1フレームに続く第2フレームとの撮像において、
前記第1フレームの水平ブランキング期間終了後且つ前記第2フレームの電子シャッタ駆動前の所定の期間、前記リセットトランジスタをオンすることを特徴とする固体撮像装置。 A semiconductor substrate;
A plurality of pixels arranged in a matrix on the semiconductor substrate;
A column signal line provided for each column of the plurality of pixels;
A solid-state imaging device provided for each column of the plurality of pixels, and including a reset drain line that applies a reset potential to the plurality of pixels;
The pixel includes an amplification transistor, a selection transistor, a reset transistor, and a photoelectric conversion unit,
The photoelectric conversion unit includes a photoelectric conversion film formed above the semiconductor substrate, a pixel electrode formed on a surface of the photoelectric conversion film on the semiconductor substrate side, and a side opposite to the pixel electrode of the photoelectric conversion film. A transparent electrode formed on the surface of
The amplification transistor has a gate connected to the pixel electrode, and outputs a signal voltage corresponding to the potential of the pixel electrode to a column signal line through the selection transistor,
A source of the reset transistor is connected to the pixel electrode;
The drain of the reset transistor is connected to the reset drain line,
In imaging of the first frame and the second frame following the first frame,
The solid-state imaging device, wherein the reset transistor is turned on for a predetermined period after the end of the horizontal blanking period of the first frame and before driving the electronic shutter of the second frame.
前記所定の期間は、前記第1フレームの水平ブランキング期間終了後から、前記第2フレームの電子シャッタ駆動前までの、全ての期間であることを特徴とする固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the predetermined period is an entire period from the end of the horizontal blanking period of the first frame to before the electronic shutter driving of the second frame.
前記第1フレームの水平ブランキング期間終了後且つ前記第2フレームの電子シャッタ駆動前に、前記リセットトランジスタのオンオフを複数回行うことを特徴とする固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the reset transistor is turned on and off a plurality of times after the horizontal blanking period of the first frame and before the electronic shutter driving of the second frame.
前記半導体基板に行列状に配置された複数の画素と、
前記複数の画素の列毎に設けられた列信号線と、
前記複数の画素の列毎に設けられ、前記複数の画素にリセット電位を与えるリセットドレイン線とを備える固体撮像装置の駆動方法であって、
前記画素は、増幅トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタおよび光電変換部を有し、
前記光電変換部は、前記半導体基板の上方に形成された光電変換膜と、前記光電変換膜の前記半導体基板側の面に形成された画素電極と、前記光電変換膜の前記画素電極と反対側の面に形成された透明電極とを有し、
前記増幅トランジスタは、前記画素電極に接続されたゲートを有し、前記画素電極の電位に応じた信号電圧を、前記選択トランジスタを介して列信号線に出力し、
前記リセットトランジスタのソースは前記画素電極に接続され、
前記リセットトランジスタのドレインは前記リセットドレイン線に接続され、
第1フレームと、前記第1フレームに続く第2フレームとの撮像において、
前記第1フレームの水平ブランキング期間終了後且つ前記第2フレームの電子シャッタ駆動前の所定の期間、前記リセットトランジスタをオンすることを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 A semiconductor substrate;
A plurality of pixels arranged in a matrix on the semiconductor substrate;
A column signal line provided for each column of the plurality of pixels;
A solid-state imaging device driving method comprising a reset drain line that is provided for each of the plurality of pixels and applies a reset potential to the plurality of pixels,
The pixel includes an amplification transistor, a selection transistor, a reset transistor, and a photoelectric conversion unit,
The photoelectric conversion unit includes a photoelectric conversion film formed above the semiconductor substrate, a pixel electrode formed on a surface of the photoelectric conversion film on the semiconductor substrate side, and a side opposite to the pixel electrode of the photoelectric conversion film. A transparent electrode formed on the surface of
The amplification transistor has a gate connected to the pixel electrode, and outputs a signal voltage corresponding to the potential of the pixel electrode to a column signal line through the selection transistor,
A source of the reset transistor is connected to the pixel electrode;
The drain of the reset transistor is connected to the reset drain line,
In imaging of the first frame and the second frame following the first frame,
The solid-state imaging device driving method, wherein the reset transistor is turned on for a predetermined period after the horizontal blanking period of the first frame and before the electronic shutter driving of the second frame.
前記所定の期間は、前記第1フレームの水平ブランキング期間終了後から、前記第2フレームの電子シャッタ駆動前までの、全ての期間であることを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 The solid-state imaging device according to claim 4,
The solid-state imaging device driving method according to claim 1, wherein the predetermined period is an entire period from the end of the horizontal blanking period of the first frame to before the electronic shutter driving of the second frame.
前記第1フレームの水平ブランキング期間終了後且つ前記第2フレームの電子シャッタ駆動前に、前記リセットトランジスタのオンオフを複数回行うことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 The solid-state imaging device according to claim 4,
The solid-state imaging device driving method, wherein the reset transistor is turned on and off a plurality of times after the horizontal blanking period of the first frame and before the electronic shutter driving of the second frame.
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