專利名稱：固體攝像裝置、其驅動方法及使用它的照相機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種將多個光電變換部配置成陣列狀的固體攝像裝置、其驅動方法及使用它的照相機。
背景技術：
圖10示出現(xiàn)有技術的固體攝像裝置——MOS型圖象傳感器的一般的電路結構(例如，參閱特開平11-274455號公報)。
如圖10所示，光電變換單元，由光電二極管(PD)部101、傳輸晶體管113、復位晶體管122、象素放大晶體管123、選擇晶體管152、浮動擴散(FD)部109、電源線131及輸出信號線138構成。
陽極被接地的FD部101，其陰極與傳輸晶體管113的源極連接。傳輸晶體管113的漏極分別與FD部109、象素放大晶體管123的柵極及復位晶體管122的源極連接，其柵極與讀出線134連接。柵極接收復位信號137的復位晶體管122，其漏極與象素放大晶體管123的漏極及電源線131連接。象素放大晶體管123的源極，與選擇晶體管152的漏極連接，該選擇晶體管152，其柵極接收選擇信號SEL的同時，其源極與輸出信號線138連接。
輸出信號線138與輸入晶體管125的漏極連接，輸入晶體管125的柵極與輸入柵極線140連接，其源極與電源線141連接。
在這種結構中，給輸入柵極線140外加所定的電壓，從而使輸入晶體管125成為恒電流源，在PD部101中經(jīng)過光電變換的電荷，暫時使傳輸晶體管113成為ON狀態(tài)后，從而被傳輸給FD部109，PD部101的電荷，則被象素放大晶體管123檢出。這時，使選擇晶體管152成為ON狀態(tài)后，可以通過輸出信號線138檢出信號電荷。
可是，所述現(xiàn)有技術的固體攝像裝置，需要給每個光電變換單元配置合計4個晶體管113、122、123及152，和5條布線131、134、137、138及150，晶體管部及布線部在單元中所占的面積很大。例如假設將光電變換單元的面積定為4.1μm×4.1μm，以0.35μm的規(guī)則設計，那么FD部101對光電變換單元而言的開口率只不過是5％左右。這樣，就存在難以確保FD部101具有足夠大的開口面積并且將光電變換單元的尺寸細微化的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明就是要解決現(xiàn)有技術的上述問題，目的是要在FDA(FloatingDiffusion Amplifier)方式中，能夠一面增大光電變換部的開口面積，一面使光電變換單元的尺寸細微化。
為了達到上述目的，本發(fā)明在固體攝像裝置中，采用多個光電變換(PD)部可以共有晶體管及布線的結構。
具體地說，本發(fā)明涉及的第1固體攝像裝置，包括分別具有至少配置成2行2列的陣列狀的多個光電變換部的光電變換單元；通過傳輸晶體管，分別與各光電變換單元的同一行包含的各光電變換部連接，與該同一行包含的各光電變換部共有的多個浮動擴散部；選擇性地與多個傳輸晶體管中不被同一行包含的至少2個連接的多條讀出布線；檢出各浮動擴散部的電位后輸出的象素放大晶體管；與多條讀出布線中的一條連接，而且被多個傳輸晶體管讀出的各光電變換部的電荷，分別被不同的浮動擴散部讀出。
采用第1固體攝像裝置后，由于浮動擴散被同一行包含的至少N個光電變換部所共有，每個光電變換單元的浮動擴散部，由現(xiàn)有技術的1個變成N分之一個(例如N＝2時，為0.5個)，所以可以增大光電變換部對光電變換單元而言的開口率，可以縮小光電變換單元。其結果，就能一面增大光電變換部的開口率，一面實現(xiàn)光電變換單元的元件尺寸細微化。
在第1固體攝像裝置中，各讀出布線，最好和與多個光電變換部中被同一列包含的光電變換部連接的傳輸晶體管連接。這樣一來，就可以由1個浮動擴散部、象素放大晶體管及信號線輸出被互相鄰接的行包含的各自至少2個光電變換部的電荷。
另外，在第1固體攝像裝置中，各讀出布線，最好和與多個光電變換部中被相鄰的列包含的光電變換部連接的傳輸晶體管連接。這樣一來，就可以由1個浮動擴散部、象素放大晶體管及信號線輸出被互相鄰接的行包含的各自至少2個光電變換部的電荷。
在第1固體攝像裝置中，各浮動擴散部及各象素放大晶體管，最好被和與多條讀出布線中的一條連接的傳輸晶體管讀出的行不同的相鄰的行所共有。
第1固體攝像裝置，最好還具有將來自各象素放大晶體管的信號向外部輸出的信號線；分別設置在各象素放大晶體管和信號線之間，有選擇地使各象素放大晶體管和信號線之間導通的選擇晶體管。這樣一來，就能用共同的信號線，檢出來自被互相鄰接的行包含的光電變換部的電荷。
在第1固體攝像裝置中，各浮動擴散部及各象素放大晶體管，最好被沿行方向及列方向鄰接的光電變換部彼此共有。這樣一來，就能夠擴大光電變換部的開口率，縮小光電變換單元的尺寸。
在第1固體攝像裝置中，最好還具有廢棄各浮動擴散部積蓄的電荷的復位晶體管，復位晶體管的漏極電位時間性地變化，在復位晶體管的漏極電位為第1電位時，各浮動擴散部的電位成為第3電位，從而具有各象素放大晶體管能夠檢出電荷的期間；在復位晶體管的漏極電位為第2電位時，各浮動擴散部的電位成為第4電位，從而具有停止各象素放大晶體管檢出電荷的期間。這樣一來，在用象素放大晶體管檢出由光電變換部讀出的電荷后，能夠停止象素放大晶體管檢出電荷，所以不需要設置選擇晶體管。
在第1固體攝像裝置中，各光電變換部，最好配置成其行方向或列方向的間隔相等。這樣一來，可以根據(jù)由光電變換部讀出的信號，獲得析象度高的高質量圖象。
在第1固體攝像裝置中，最好還具有處理來自各象素放大晶體管的輸出信號的信號處理電路。這樣一來，由于能夠在進行信號處理之前，減少混入的雜波，所以可以獲得高質量的圖象。
在第1固體攝像裝置中，光電變換單元最好被兼作遮光膜的電源布線區(qū)劃開。這樣一來，可以在和與象素放大晶體管連接的輸出信號線不同的遮光膜上形成電源布線，所以可以更進一步地縮小光電變換單元的單元尺寸，而且進一步增大開口面積。
本發(fā)明涉及的固體攝像裝置的驅動方法，以驅動本發(fā)明的第1固體攝像裝置的驅動方法為對象，包括在一個光電變換單元中，通過第1讀出布線，將不被同一行包含、而且被互相鄰接的列彼此包含的光電變換部的信號電荷，傳輸給與該光電變換部連接的浮動擴散部的第1工序；通過第2讀出布線，將多個光電變換部中在第1工序中未被讀出的光電變換部的信號電荷，傳輸給與該光電變換部連接的和第1工序相同的浮動擴散部的第2工序。
本發(fā)明涉及的第2固體攝像裝置，包括分別具有至少配置成2行的陣列狀的多個光電變換部的多個光電變換單元；分別通過傳輸晶體管，與各光電變換單元中互相鄰接的行、并被同一列包含的各光電變換部連接，并且被各光電變換部分別共有的浮動擴散部；與各傳輸晶體管連接，與各光電變換部分別共有的浮動擴散部獨立從光電變換部中讀出電荷的多條讀出布線；檢出各浮動擴散部的電位后輸出的多個象素放大晶體管；廢棄各浮動擴散部蓄積的電荷的復位晶體管；復位晶體管的漏極電位，時間性地變化，復位晶體管的漏極電位為第1電位時，各浮動擴散部蓄積的電荷的電位成為第3電位，從而具有使象素放大晶體管能夠檢出電荷的期間；復位晶體管的漏極電位為第2電位時，各浮動擴散部蓄積的電荷的電位成為第4電位，從而具有使象素放大晶體管停止檢出電荷的期間。
采用第2固體攝像裝置后，浮動擴散部與多個傳輸晶體管連接，而且被互相鄰接的行且屬于同一列的多個光電變換部共有，并且和與各傳輸晶體管獨立地從光電變換部讀出電荷的多條讀出布線連接，所以不需要通常設置的行選擇晶體管。其結果，每個光電變換單元的布線數(shù)，由現(xiàn)有技術的5條減至3.5條，所以可以一面擴大光電變換部的面積，一面縮小光電變換單元本身的面積。
在第2固體攝像裝置中，復位晶體管的漏極，最好與象素放大晶體管的漏極共同連接。這樣一來，連接復位晶體管的漏極和象素放大晶體管的漏極的布線，可以共有，所以可以進一步減少每個光電變換單元的布線數(shù)。
在第2固體攝像裝置中，各浮動擴散部最好配置在各光電變換單元中沿行方向鄰接的光電變換部的彼此之間。這樣一來，可以縮小每個光電變換單元的浮動擴散部的面積。
另外，在第2固體攝像裝置中，各傳輸晶體管最好由MIS晶體管構成，各MIS晶體管的柵極最好沿行方向配置。這樣一來，讀出布線可以兼作傳輸晶體管的布線，可以縮小該讀出布線在光電變換單元中所占的面積。
另外，在第2固體攝像裝置中，各象素放大晶體管最好配置在各光電變換單元中的包含各光電變換部的互相鄰接的各行之間。這樣一來，能夠縮小每個光電變換單元中的象素放大晶體管的占有面積，增大光電變換部的面積，提高對光的靈敏度。
另外，在第2固體攝像裝置中，各象素放大晶體管及各浮動擴散部最好配置在讀出布線彼此之間。這樣一來，可以縮短象素放大晶體管和浮動擴散部的布線，所以能夠縮小每個光電變換單元中的象素放大晶體管及浮動擴散部的占有面積。
另外，在第2固體攝像裝置中，各傳輸晶體管最好由MIS晶體管構成，各象素放大晶體管最好配置在MIS晶體管彼此的柵極之間。這樣一來，由于可以利用列方向和行方向的交差部位的空閑區(qū)域，所以能夠擴大光點變換部的面積，而且還能縮小光電變換單元本身的面積。
在第2固體攝像裝置具有復位晶體管時，各復位晶體管最好配置在各光電變換單元中包含各光電變換部的互相鄰接的行之間。這樣一來，能夠縮小每個光電變換單元中的復位晶體管的占有面積，擴大光電變換部的面積，而且還能縮小光電變換單元本身的面積。
另外，在第2固體攝像裝置具有復位晶體管時，各復位晶體管及各浮動擴散部最好配置在讀出布線的彼此之間。這樣一來，能夠省略浮動擴散部和復位晶體管的布線，使復位晶體管的源極和浮動擴散部成為共同，所以能夠縮小每個光電變換單元中的復位晶體管及浮動擴散部的占有面積。
另外，在第2固體攝像裝置具有復位晶體管時，各復位晶體管最好和被配置在互相沿行方向鄰接的光電變換單元的彼此之間的布線連接。這樣一來，由于容易和光點變換部的行方向的間距吻合，所以提高析象度。
另外，在第2固體攝像裝置具有復位晶體管時，各復位晶體管最好和配置在互相沿列方向鄰接的各光電變換單元的彼此之間。這樣一來，因為能夠將光點變換部向行方向加大開口，所以細微化后也能維持靈敏度。
這時，各傳輸晶體管最好由MIS晶體管構成，各復位晶體管最好配置在MIS晶體管彼此的柵極之間。這樣一來，由于可以利用列方向和行方向的交差部位的空閑區(qū)域，所以能夠擴大光點變換部的面積，而且還能縮小光電變換單元本身的面積。
在第2固體攝像裝置中，各浮動擴散部最好配置在互相沿列方向鄰接的各光電變換單元的彼此之間。這樣一來，能夠縮小每個光電變換單元中的浮動擴散部的占有面積。
在第2固體攝像裝置中，各光電變換部最好配置成相互的間隔在行方向及列方向上至少在一個方向上相等。這樣一來，由于能夠修正拍攝的圖象中的析象度的偏差，所以可以獲得高析象度的圖象。
在第2固體攝像裝置具有復位晶體管時，連接復位晶體管的漏極和象素放大晶體管的漏極布線，最好兼作遮光膜。這樣一來，由于能夠減少每個光電變換單元中的布線數(shù)，所以可以擴大光電變換部的面積，而且還能縮小光電變換單元本身的面積。
在第2固體攝像裝置中，最好還具有處理由各象素放大晶體管輸出的輸出信號的信號處理電路。這樣一來，可以獲得高析象度的圖象。
本發(fā)明涉及的照相機，具有本發(fā)明的第1固體攝像裝置或第2固體攝像裝置。這樣，本發(fā)明的照相機可以獲得高析象度的圖象。


圖1是表示本發(fā)明的第1實施方式涉及的固體攝像裝置中的光電變換單元的回路結構的一個示例的電路圖。
圖2是表示本發(fā)明的第1實施方式涉及的固體攝像裝置的驅動時序的時間圖。
圖3是表示本發(fā)明的第1實施方式的一種變形例涉及的固體攝像裝置中光電變換單元的一個示例的電路圖。
圖4是表示本發(fā)明的第2實施方式涉及的固體攝像裝置中光電變換單元的一個示例的電路圖。
圖5是表示本發(fā)明的第2實施方式涉及的固體攝像裝置的驅動時序的時間圖。
圖6是表示本發(fā)明的第3實施方式涉及的固體攝像裝置中光電變換單元的一個示例的電路圖。
圖7是表示本發(fā)明的第3實施方式涉及的固體攝像裝置的驅動時序的時間圖。
圖8是示意性地表示本發(fā)明的第3實施方式涉及的固體攝像裝置中光電變換單元部分的光電變換部的配置的平面圖。
圖9是表示在圖8的各區(qū)域A～E配置晶體管等的各配置部位的PD部對光電變換單元而言的開口率的表。
圖10是表示現(xiàn)有技術的固體攝像裝置的光電變換單元的電路圖。
具體實施例方式
第1實施方式下面，參閱附圖，講述本發(fā)明的第1實施方式。
圖1示出本發(fā)明的第1實施方式涉及的固體攝像裝置中的光電變換單元的回路結構的一個示例。
如圖1所示，例如，由光電二極管元件構成的、將入射光變換成電能的光電變換(PD)部1、2、3、4，沿行方向依次配置。進而，各PD部5、6、7、8分別沿行方向依次配置，從而與各PD部1～4沿列方向鄰接。
在這里，在本說明書中，所謂“行方向”，是指行號增大的方向；所謂“列方向”，是指列號增大的方向在第1行和圖中未出的第0行之間，設置著積蓄來自第1行包含的PD部1、5及第0行包含的PD部的光電變換后的電荷的第1浮動擴散部(FD)部9。在第2行和第3行之間，積蓄來自第2行包含的PD部2、6及第3行包含的PD部3、7的光電變換后的電荷的第2FD部10，設置成被這些PD部2、3、6、7包圍的狀態(tài)。在第4行和圖中未出的第5行之間，設置著積蓄來自第4行包含的PD部4、8及第5行包含的PD部的光電變換后的電荷的第3FD部11。這樣，各FD部9、10、11分別被4個PD共有。
在這里，將包含PD部1、2、5、6的單元，作為第1光電變換單元91；將包含PD部3、4、7、8的單元，作為第2光電變換單元92。
在第1光電變換單元91中，在第1行包含的PD部1和第1FD部9之間，連接著將電荷由PD部1輸送到第1FD部9的N溝道型的傳輸晶體管13；在PD部5和第1FD部9之間，連接著將電荷由PD部5輸送到第1FD部9的N溝道型的傳輸晶體管17。
另外，在第1光電變換單元91中，在第2行包含的PD部2和第2FD部10之間，連接著將電荷由PD部2輸送到第2FD部10的N溝道型的傳輸晶體管14；在PD部6和第2FD部10之間，連接著將電荷由PD部6輸送到第2FD部10的N溝道型的傳輸晶體管18。
作為第1實施方式的特點，第1行包含的傳輸晶體管13和第2行包含的傳輸晶體管14的各柵極，和第1讀出(READ)線32連接。與此相對，第1行包含的傳輸晶體管17和第2行包含的傳輸晶體管18的各柵極，和第2READ線33連接。
在第2光電變換單元92中，在第3行包含的PD部3和第2FD部10之間，連接著將電荷由PD部3輸送到第2FD部10的N溝道型的傳輸晶體管15；在PD部7和第2FD部10之間，連接著將電荷由PD部7輸送到第2FD部10的N溝道型的傳輸晶體管19。
另外，在第2光電變換單元92中，在第4行包含的PD部4和第3FD部11之間，連接著將電荷由PD部4輸送到第3FD部11的N溝道型的傳輸晶體管16；在PD部8和第3FD部11之間，連接著將電荷由PD部8輸送到第3FD部11的N溝道型的傳輸晶體管20。
在這里也是第3行包含的傳輸晶體管15和第4行包含的傳輸晶體管16的各柵極，和第3READ線34連接。與此相對，第3行包含的傳輸晶體管19和第4行包含的傳輸晶體管20的各柵極，和第4READ線35連接。
第1FD部9與N溝道型的第1復位晶體管21連接，該第1復位晶體管21，其源極與第1FD部9連接，其漏極與光電變換單元用電源(VDDCFLL)線31連接，其柵極與第1復位脈沖(RSCELL)線36連接。這樣，積蓄在第1FD部9中的電荷，在RSCELL信號的作用下，被VDDCFLL線31廢棄。
同樣，第2FD部10也與N溝道型的第2復位晶體管22連接，該第2復位晶體管22，其源極與第2FD部10連接，其漏極與VDDCFLL線31連接，其柵極與第2RSCELL線37連接。此外，雖然圖中沒有示出，但第3FD部11也設置著和第1復位晶體管21等同一結構的復位晶體管。
第1FD部9及第1復位晶體管21與N溝道型的第1象素放大晶體管23連接，該第1象素放大晶體管23，其柵極與第1FD部9連接，其漏極與VDDCFLL線31連接，其源極與第1輸出信號(VO)線38連接。
同樣，第2FD部10及第2復位晶體管22與N溝道型的第2象素放大晶體管24連接，該第2象素放大晶體管24，其柵極與第2FD部10連接，其漏極與VDDCFLL線31連接，其源極與第2VO線39連接。
第1VO線38及第2VO線39，與和各象素放大晶體管23、24一起，和形成源隨動放大器的N溝道型的第1及第2輸入晶體管25、26連接，各輸入晶體管25、26的柵極分別與輸入柵極(LGCELL)線40連接，它們的源極分別與源電源(SCLL)線41連接。
下面，參閱附圖，講述采用上述結構的固體攝像裝置的動作。
圖2表示第1實施方式涉及的固體攝像裝置的驅動時序，在這里，在水平熄滅期間(＝1H)內完成一系列動作。
另外，來自配置成陣列狀的各PD部1～8的信號電荷的檢出順序是同時進行第1行和第2行，接著同時進行第3行和第4行。
如圖2所示，首先，給LGCELL線40外加高電平的電壓，從而使各輸入晶體管25、26成為恒電流源。接著，在使VDDCFLL線31的電位成為高電平的期間，使各RSCELL36、37成為脈沖狀的高電平，使各復位晶體管暫時成為ON狀態(tài)。這樣，第1光電變換單元91中的第1FD部9及第2光電變換單元92中的第2FD部10積蓄的電荷，都被VDDCFLL線31廢棄。這時，在各象素放大晶體管23、24中，檢出該復位時的信號電平，將檢出的信號電平，通過各VO線38、39導入雜波清除電路(圖中未示出)，導入的信號電平，被雜波清除電路電平固定。
接著，各復位晶體管21、22變成OFF狀態(tài)后，向第1READ線32脈沖狀地外加高電平的電壓，使各傳輸晶體管13、14同時成為ON狀態(tài)。這樣，第1行的PD部1積蓄的電荷，傳輸給第1FD部9，另一方面，第2行的PD部2積蓄的電荷，傳輸給第2FD部10。傳輸給第1FD部9及第2FD部10的電荷，分別在第1象素放大晶體管23及第2象素放大晶體管24中，被檢出積蓄信號的電壓電平。進一步，檢出的電壓電平分別通過第1VO線38及第2VO線39，被導入雜波清除電路，在該雜波清除電路中進行各自的信號取樣。經(jīng)過這一系列的動作后，可以檢出各象素放大晶體管23、24具有的臨界值的離差，以及被清除了雜波成分的輸出信號。
接著，將VDDCELL線31置于低電平的OFF狀態(tài)，并且使各RSCELL線36、37暫時成為ON狀態(tài)后，各FD部9、10的電位，成為與VDDCELL線31一樣的OFF電平，所以各象素放大晶體管23、24停止動作。
在這之后，在垂直行掃描電路中，直到各RSCELL線36、37及第1READ線32被選擇為止，由于各象素放大晶體管23、24不動作，所以成為非選擇狀態(tài)。
在下一個水平熄滅期間2H中，將各復位晶體管21、22暫時置于ON狀態(tài)，廢棄各FD部9、10的電荷。這時，如前所述，在各象素放大晶體管23、24中，檢出復位時的信號電平，將檢出的信號電平通過各VO線38、39導入雜波清除電路，在那里將信號電平電平固定。
接著，各復位晶體管21、2成為OFF狀態(tài)后，將高電平的電壓，脈沖狀地外加給第2READ線33，各傳輸晶體管17、18同時成為ON狀態(tài)。這樣，第1行的PD部5積蓄的電荷，被傳輸給第1FD部9，另一方面，第2行的PD部6積蓄的電荷，被傳輸給第2FD部10。
然后，和第1水平熄滅期間1H一樣，傳輸給互不相同的第1FD部9及第2FD部10的電荷，分別在第1象素放大晶體管及第2象素放大晶體管中被檢出積蓄信號的電壓電平。進而，分別通過第1VO線38及第2VO線39，被雜波清除電路進行信號取樣。經(jīng)過這一系列的動作后，可以檢出各象素放大晶體管23、24具有的臨界值的離差及去掉雜波成分的輸出信號。
這樣，通過信號處理電路(圖中未示出)分別處理第1水平熄滅期間1H檢出的電荷及第2水平熄滅期間2H檢出的電荷，可以將在第1行及第2行的配置位置被光電變換的電荷，作為和實際配置對應的圖象檢出。
接著，在第3行及第4行進行和第1行及第2行一樣的驅動，從而可以對整個陣列進行信號檢出。
此外，在第1實施方式中，講述了隔1列，即在讀出包含PD部1、2的第奇數(shù)列后，檢出包含PD部5、6的第偶數(shù)列的電荷的電路結構及驅動方法。但并不限于此，增加READ線后，可以用同樣的驅動時序，隔2列檢出電荷第1實施方式涉及的固體攝像裝置，如圖1的電路結構所示，例如4個PD部共有1個FD部及1個象素放大晶體管，所以平均每個光電變換單元的晶體管的個數(shù)，最終可以由現(xiàn)有技術的4個，削減為1.5個，布線數(shù)則由現(xiàn)有技術的5條，削減為2.5條。例如，將光電變換單元的面積定為4.1μm×4.1μm，以0.35μm的規(guī)則設計時，對光電變換單元而言，PD部的開口率就成為35％左右。這樣，就能夠在縮小光電變換單元91、92的單元尺寸的同時，還能夠大幅度增大PD部的開口率。
順便指出，在現(xiàn)有技術的電路結構中，采用由一條READ線以同一個時刻檢出被互相鄰接的行包含的2個光電變換部的信號電荷的結構時，假如將光電變換單元的面積定為4.1μm×4.1μm，以0.35μm的規(guī)則設計時，PD部的開口率是10％左右。
另外，在現(xiàn)有技術的電路結構中，采用由一條READ線讀出被互相鄰接的行包含的2個光電變換部的電荷，而且用2個光電變換部共有與未被讀出的行鄰接的行包含的光電變換單元的FD部及象素放大晶體管，檢出信號電荷的結構時，使用2個光電變換部以同一個時刻檢出信號電荷的驅動方法后，假如將光電變換單元的面積定為4.1μm×4.1μm，以0.35μm的規(guī)則設計時，PD部的開口率是15％左右。
第1實施方式的一種變形例圖3示出本發(fā)明的第1實施方式的一種變形例涉及的固體攝像裝置中光電變換單元的電路結構。在圖3中，對和圖1所示的構成要素相同的構成要素，也賦予相同的符號，并且不再贅述。
如圖3所示，例如，在第1光電變換單元91中，第1READ線32，與被互相鄰接的列包含的傳輸晶體管13及傳輸晶體管18連接，另一方面，第2READ線33，也與被互相鄰接的列包含的傳輸晶體管14及傳輸晶體管17連接。這樣，對于被夾著第1READ線32及第2READ線33鄰接的2行包含的PD部1、2、5、6來說，即使連接成傳輸未被同一列包含PD部彼此的信號電荷，也能用圖2所示的驅動時刻檢出電荷。
例如，在第1READ線32暫時成為ON狀態(tài)時，信號電荷通過傳輸晶體管13由PD部1傳輸給第1FD部9，與此同時，信號電荷通過傳輸晶體管18由PD部6傳輸給第2FD部10。
此外，第1實施方式及其一種變形例，在水平熄滅期間1H中，讀出被1個光電變換單元91包含的4個PD部中的2個PD部的信號電荷。但也可以取而代之，讀出4個PD部中的所有PD部的信號電荷。
另外，通過對在不同的水平熄滅期間讀出的來自所有的光電變換單元的信號電荷，進行信號處理，可以獲得畫面質量高的多象素的圖象。
第2實施方式下面，參閱附圖，講述本發(fā)明的第2實施方式。
圖4示出本發(fā)明的第2實施方式涉及的固體攝像裝置中光電變換單元的電路結構的一個示例。在圖4中，對和圖1所示的構成要素相同的構成要素，也賦予相同的符號，并且不再贅述。
首先，講述在圖4中和圖1所示的第1實施方式涉及的固體攝像裝置的不同之處。
在第2實施方式中，采用第1象素放大晶體管23及第2象素放大晶體管24，分別通過N溝道型的第1選擇晶體管52和第2選擇晶體管53，與第1輸出信號(VO)線38、第2輸出信號(VO)線39連接的結構。
第1選擇晶體管52和第2選擇晶體管53的各柵極，分別與外加開關脈沖的第1選擇(SO)線50及第2SO線51連接。
下面，參閱附圖，講述采用上述結構的固體攝像裝置的動作。
圖5表示第2實施方式涉及的固體攝像裝置的驅動時序，在這里，在水平熄滅期間(＝1H)內完成一系列動作。
如圖5所示，首先，在給LGCELL線40外加所定的電壓，從而使第1及第2的各輸入晶體管25、26成為恒電流源的同時，將VDDCFLL線31的電位調成高電平。接著，使各RSCELL36、37成為脈沖狀的高電平，使各復位晶體管21、22暫時成為ON狀態(tài)。這樣，第1FD部9及第2FD部10積蓄的電荷，被VDDCFLL線31廢棄。這時，在各象素放大晶體管23、24中，通過預先將各選擇晶體管52、53置于ON狀態(tài)，從而檢出復位時的信號電平，將檢出的信號電平，通過各VO線38、39導入雜波清除電路(圖中未示出)，導入的信號電平，被雜波清除電路電平固定。
接著，各復位晶體管21、22變成OFF狀態(tài)后，向第1READ線32脈沖狀地外加高電平的電壓，使各傳輸晶體管13、14同時成為ON狀態(tài)。這樣，第1行的PD部1積蓄的電荷，傳輸給第1FD部9，另一方面，第2行的PD部2積蓄的電荷，傳輸給第2FD部10。然后，傳輸給第1FD部9及第2FD部10的電荷，分別在第1象素放大晶體管23及第2象素放大晶體管24中，被檢出積蓄信號的電壓電平。
再接著，第1SO線50及第2SO線51都轉變成高電平，第1及第2的各選擇晶體管52、53保持ON狀態(tài)，從而使第1象素放大晶體管23的積蓄信號通過第1VO線38，第2象素放大晶體管24的積蓄信號通過第2VO線39，被分別導入雜波清除電路，由該雜波清除電路進行信號取樣。
然后，第1SO線50及第2SO線51都恢復低電平，使第1及第2的各選擇晶體管52、53成為OFF狀態(tài)后，各象素放大晶體管23、24停止動作。
在這之后，在垂直行掃描電路中，直到各RSCELL線36、37及第1READ線32被選擇為止，由于各象素放大晶體管23、24不動作，所以成為非選擇狀態(tài)。
在下一個水平熄滅期間2H中，將各復位晶體管21、22暫時置于ON狀態(tài)，廢棄各FD部9、10的電荷。這時，如前所述，在各象素放大晶體管23、24中，檢出復位時的信號電平，將檢出的信號電平通過各VO線38、39導入雜波清除電路，在該雜波清除電路中將信號電平電平固定。
接著，各復位晶體管21、2成為OFF狀態(tài)后，將高電平的電壓，脈沖狀地外加給第2READ線33，各傳輸晶體管17、18同時成為ON狀態(tài)。這樣，第1行的PD部5積蓄的電荷，被傳輸給第1FD部9，另一方面，第2行的PD部6積蓄的電荷，被傳輸給第2FD部10。
然后，和第1水平熄滅期間1H一樣，傳輸給互不相同的第1FD部9及第2FD部10的電荷，分別在互不相同的第1象素放大晶體管及第2象素放大晶體管中被檢出積蓄信號的電壓電平。進而，電壓電平被檢出的積蓄信號，被分別選擇性地使第1及第2VO線38、39成為導通狀態(tài)，被導入雜波清除電路，在那里進行信號取樣。經(jīng)過這一系列的動作后，可以檢出各象素放大晶體管23、24具有的臨界值的離差及去掉雜波成分的輸出信號。
這樣，被不同的PD部9、10積蓄的信號電荷，通過在第1VO線38及第2VO線39之間分別設置第1選擇晶體管52及第2選擇晶體管53，從而使平均每個光電變換單元的晶體管個數(shù)成為1.75個，布線數(shù)成為2.5條，所以可以在縮小光電變換單元91、92的單元尺寸的同時，還能夠大幅度增大各PD部的開口率。
此外，在第2實施方式中，也和第1實施方式的一種變形例一樣，例如，可以采用將傳輸晶體管13和與之處于對角位置的傳輸晶體管18跟第1READ線32連接、將傳輸晶體管14和與之處于對角位置的傳輸晶體管17跟第2READ線33連接的結構。
另外，在1個光電變換單元91中，配置了2行2列PD部。但并不限于此，可以將各PD部配置成2行3列或3行2列，甚至3行3列或3行3列以上。
第3實施方式下面，參閱附圖，講述本發(fā)明的第3實施方式。
圖6示出本發(fā)明的第3實施方式涉及的固體攝像裝置中光電變換單元的電路結構的一個示例。在圖6中，對和圖1所示的構成要素相同的構成要素，也賦予相同的符號，并且不再贅述。
如圖6所示，第3實施方式涉及的固體攝像裝置，第1～第4的各光電變換單元91、92、93、94被配置成行列狀。
例如，光電變換單元91，在陣列配置的第1列、而且在第1行和第2行分別具有光電變換(PD)部1、2，該PD部1、2，分別通過N溝道型的傳輸晶體管13、14共有第1FD部9。
第1FD部9與N溝道型的第1復位晶體管21連接，該第1復位晶體管21，其源極與第1FD部9連接，其漏極與第1VDDCELL線30連接，其柵極與第1RSCELL線36連接。這樣，第1FD部9積蓄的電荷，在RSCELL信號的作用下，被第1VDDCELL線30廢棄。
第1FD部9及第1復位晶體管21，與N溝道型的第1象素放大晶體管23連接，該第1象素放大晶體管23，其柵極與第1FD部9連接，其漏極與第1VDDCELL線30連接，其源極與第1VO線38連接。
同樣，在構成第2光電變換單元92的第1列、而且被配置成第3行和第4行的PD部3及PD部4，分別通過傳輸晶體管15、16，共有第2FD部10，第2復位晶體管22選擇性地導通第2FD部10和第1VDDCELL線30。另外，柵極接收第2FD部10的信號電位、漏極接收第1VDDCELL線30的信號電位的第2象素放大晶體管24，向第1VO線38輸出與接收的信號電位對應的檢出信號。
在構成第3光電變換單元93的第2列、而且被配置成第1行和第2行的PD部5及PD部6，分別通過傳輸晶體管17、18，共有第3FD部11，第3復位晶體管61選擇性地導通第3FD部11和第2VDDCELL線31。另外，柵極接收第3FD部11的信號電位、漏極接收第2VDDCELL線31的信號電位的第3象素放大晶體管63，向第2VO線39輸出與接收的信號電位對應的檢出信號。
在構成第4光電變換單元94的第2列、而且被配置成第3行和第4行PD部7及PD部8，分別通過傳輸晶體管19、20，共有第4FD部12，第4復位晶體管62選擇性地導通第4FD部12和第2VDDCELL線31。另外，柵極接收第4FD部12的信號電位、漏極接收第2VDDCELL線31的信號電位的第4象素放大晶體管64，向第2VO線39輸出與接收的信號電位對應的檢出信號。
下面，參閱附圖，講述采用上述結構的固體攝像裝置的動作。
圖7表示第3實施方式涉及的固體攝像裝置的驅動時序，在這里，在水平熄滅期間(＝1H)內完成一系列動作。
另外，來自配置成陣列狀的各PD部1～8的信號電荷的檢出順序是按照從第1行到第2行的順序依次進行。
如圖7所示，首先，給LGCELL線40外加高電平的電壓，從而使各輸入晶體管25、26成為恒電流源。接著，在使第1VDDCELL線30及第2VDDCELL線31的電位都成為高電平的期間，使第1RSCELL線36成為脈沖狀的高電平，使各復位晶體管21、61暫時成為ON狀態(tài)。這樣，第1光電變換單元91中的第1FD部9及第3光電變換單元93中的第3FD部11積蓄的電荷，分別被第1VDDCELL線30及第2VDDCELL線31廢棄。這時，在各象素放大晶體管23、63中，檢出該復位時的信號電平，將檢出的信號電平，通過各VO線38、39導入雜波清除電路(圖中未示出)，導入的信號電平，被雜波清除電路電平固定。
接著，各復位晶體管21、61變成OFF狀態(tài)后，向第1READ線32脈沖狀地外加高電平的電壓，使各傳輸晶體管13、17同時成為ON狀態(tài)。這樣，第1列的PD部1積蓄的電荷，傳輸給第1FD部9，另一方面，第2列的PD部5積蓄的電荷，傳輸給第3FD部11。傳輸給第1FD部9及第3FD部11的電荷，分別在第1象素放大晶體管23及第3象素放大晶體管63中，被檢出積蓄信號的電壓電平。進一步，檢出的電壓電平分別通過第1VO線38及第2VO線39，被導入雜波清除電路，在該雜波清除電路中進行各自的信號取樣。經(jīng)過這一系列的動作后，可以檢出各象素放大晶體管23、63具有的臨界值的離差，以及被清除了雜波成分的輸出信號。
接著，將VDDCELL線30、31都置于低電平的OFF狀態(tài)，并且使第1RSCELL線36暫時成為ON狀態(tài)后，各FD部9、11的電位，都成為和各VDDCELL線30、31相同的OFF電平，所以各象素放大晶體管23、63停止動作。
在這之后，在垂直行掃描電路中，直到第1RSCELL線36及第1READ線32被選擇為止，由于各象素放大晶體管23、63不動作，所以成為非選擇狀態(tài)。
在下一個水平熄滅期間2H中，將各復位晶體管21、61暫時置于ON狀態(tài)，廢棄各FD部9、11的電荷。這時，如前所述，在各象素放大晶體管23、63中，檢出復位時的信號電平，將檢出的信號電平通過各VO線38、39導入雜波清除電路，在那里將信號電平電平固定。
接著，各復位晶體管21、61成為OFF狀態(tài)后，將高電平的電壓，脈沖狀地外加給第2READ線33，各傳輸晶體管14、18同時成為ON狀態(tài)。這樣，第1列的PD部2積蓄的電荷，被傳輸給第1FD部9，另一方面，第2列的PD部6積蓄的電荷，被傳輸給第3FD部11。
然后，和第1水平熄滅期間1H一樣，傳輸給互不相同的第1FD部9及第3FD部11的電荷，分別在第1象素放大晶體管23及第3象素放大晶體管63中被檢出積蓄信號的電壓電平。進而，分別通過第1VO線38及第2VO線39，被雜波清除電路進行信號取樣。經(jīng)過這一系列的動作后，可以檢出各象素放大晶體管23、63具有的臨界值的離差及去掉雜波成分的輸出信號。
這樣，通過信號處理電路(圖中未示出)分別處理第1水平熄滅期間1H檢出的電荷及第2水平熄滅期間2H檢出的電荷，可以將在第1列及第2列的配置位置被光電變換的電荷，作為和實際配置對應的圖象檢出。這樣，在第3實施方式中，例如，給第1復位晶體管21的漏極和第1象素放大晶體管23的漏極外加的電源電位的變化相同，所以可以不需要現(xiàn)有技術中的行選擇用的晶體管152。
接著，在第3行及第4行進行和第1行及第2行一樣的驅動，從而可以對整個陣列進行信號檢出。
綜上所述，第3實施方式涉及的固體攝像裝置，例如由于采用2個PD部1、2共有第1FD部9及第1象素放大晶體管23的結構，所以平均每個光電變換單元的晶體管的個數(shù)，最終可以由現(xiàn)有技術的4個，削減為2個。另外，布線數(shù)則由現(xiàn)有技術的5條，削減為3.5條。這樣，例如，將光電變換單元的面積定為4.1μm×4.1μm，以0.35μm的規(guī)則設計時，各PD部1、2的開口率就成為30％左右。這樣，就能夠在縮小各光電變換單元的單元尺寸的同時，還能夠大幅度增大PD部的開口率。
此外，將各復位晶體管21、22、61、62采用N溝道型MOS晶體管。但取而代之，采用P溝道型時，給第1及第2RSCELL線36、37外加低電平的電壓后，各復位晶體管21、22、61、62就成為ON狀態(tài)。
同樣，將各象素放大晶體管23、24、63、64采用N溝道型MOS晶體管。但取而代之，采用P溝道型時，給第1及第2VDDCELL線30、31外加低電平的電壓后，各象素放大晶體管23、24、63、64就成為ON狀態(tài)，成為檢出來自各自對應的各FD部9、10、11、12的信號電位的電位檢出期間。
下面，如圖8所示，配置各PD部1、2、3、5、6、7，將PD部1和PD部2之間的區(qū)域，作為A部位；將被PD部1、2、5、6包圍的中心區(qū)域，作為B部位；將PD部5和PD部6之間的區(qū)域，作為C部位；將PD部2和PD部6之間的區(qū)域，作為D部位；將PD部1和PD部5之間的區(qū)域，作為E部位。在這里，如圖9所示，將各FD部9、11、各象素放大晶體管23、63及復位晶體管21、61配置到各部位，從而任何時候都能比現(xiàn)有技術提高各PD部對光電變換單元而言的開口率，而且還能使單元尺寸細微化。
進而，還如圖9所示，將各FD部9、11分別配置到A部位及C部位時，將驅動各傳輸晶體管13、14的各READ線32、33相互并行配置后，可以將PD部的開口率提高到30％。
另外，假如將驅動第1復位晶體管21的第1RSCELL線36配置在PD部2和PD部3之間后，可以將PD部的開口率提高到30％左右。
另外，如圖8所示，通過將各PD部相互的間隔配置成在行方向及列方向上至少在一個方向上相等，從而能夠修正拍攝的圖象中的析象度的偏差，所以可以獲得高析象度的圖象。
另外，雖然圖中未示出，但通過將第1VDDCELL線30及第2VDDCELL線31用作區(qū)劃光電變換單元彼此的遮光膜，從而可以在和第1VO線38及第2VO線39不同的布線層上形成這些各VDDCELL線30、31，因此既可以縮小光電變換單元的尺寸，還能增大PD部的開口面積。
另外，使用第1～第3實施方式涉及的固體攝像裝置后，可以實現(xiàn)小型的而且能夠得到高析象度的圖象的照相機。
本發(fā)明涉及的固體攝像裝置，具有一面加大光電變換部的開口面積，一面使光電變換單元的尺寸細微化的效果。作為將多個光電變換部配置成陣列狀的固體攝像裝置、其驅動方法及使用它的照相機等，大有用處。
權利要求
1.一種固體攝像裝置，其特征在于，包括分別具有至少配置成2行2列的陣列狀的多個光電變換部的光電變換單元；通過傳輸晶體管分別與所述各光電變換單元的同一行中所包含的各光電變換部連接，而且被所述同一行中所包含的所述各光電變換部共有的多個浮動擴散部；選擇性地與所述多個傳輸晶體管中不被同一行包含的至少2個連接的多條讀出布線；以及檢出所述各浮動擴散部的電位后輸出的多個象素放大晶體管，與所述多條讀出布線中的一條連接，而且被多個傳輸晶體管讀出的各光電變換部的電荷，分別被讀出到不同的浮動擴散部。
2.如權利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于所述各讀出布線，和與所述多個光電變換部中被同一列包含的光電變換部連接的傳輸晶體管的柵極連接。
3.如權利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于所述各讀出布線，和與所述多個光電變換部中被相鄰的列包含的光電變換部連接的傳輸晶體管的柵極連接。
4.如權利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于所述各浮動擴散部及各象素放大晶體管，被和與所述多條讀出布線中的一條連接的傳輸晶體管讀出的行不同的相鄰的行所共有。
5.如權利要求1～4任一項所述的固體攝像裝置，其特征在于，還具有將來自所述各象素放大晶體管的信號向外部輸出的信號線；和分別設置在所述各象素放大晶體管和所述信號線之間，有選擇地使所述各象素放大晶體管和所述信號線之間導通的選擇晶體管。
6.如權利要求1～4任一項所述的固體攝像裝置，其特征在于所述各浮動擴散部及各象素放大晶體管，被沿行方向及列方向鄰接的光電變換部彼此共有。
7.如權利要求1～4任一項所述的固體攝像裝置，其特征在于還具有廢棄所述各浮動擴散部積蓄的電荷的復位晶體管，所述復位晶體管的漏極電位時間性地變化，在所述復位晶體管的漏極電位為第1電位時，所述各浮動擴散部的電位成為第3電位，從而具有所述各象素放大晶體管能夠檢出電荷的期間；在所述復位晶體管的漏極電位為第2電位時，所述各浮動擴散部的電位成為第4電位，從而具有停止所述各象素放大晶體管檢出電荷的期間。
8.如權利要求1～4任一項所述的固體攝像裝置，其特征在于所述各光電變換部，配置成其行方向或列方向的間隔相等。
9.如權利要求1～4任一項所述的固體攝像裝置，其特征在于還具有處理來自所述各象素放大晶體管的輸出信號的信號處理電路。
10.如權利要求1～4任一項所述的固體攝像裝置，其特征在于所述各光電變換單元被兼作遮光膜的電源布線區(qū)劃開。
11.一種固體攝像裝置的驅動方法，是驅動權利要求3所述的固體攝像裝置的驅動方法，其特征在于，包括在所述光電變換單元中，通過第1讀出布線，將不被同一行包含、而且被互相鄰接的列彼此包含的所述光電變換部的信號電荷，傳輸給與該光電變換部連接的所述浮動擴散部的第1工序；通過第2讀出布線，將所述多個光電變換部中在所述第1工序中未被讀出的光電變換部的信號電荷，傳輸給與該光電變換部連接的和第1工序相同的浮動擴散部的第2工序。
12.一種固體攝像裝置，其特征在于，包括分別具有至少配置成2行的陣列狀的多個光電變換部的多個光電變換單元；分別通過傳輸晶體管，與所述各光電變換單元中互相鄰接的行的、并被同一列包含的各光電變換部連接，并且被所述各光電變換部分別共有的浮動擴散部；與所述各傳輸晶體管連接，從所述光電變換部中獨立地讀出電荷到所述各光電變換部分別共有的所述浮動擴散部的多條讀出布線；檢出所述各浮動擴散部的電位后輸出的多個象素放大晶體管；以及廢棄所述各浮動擴散部蓄積的電荷的復位晶體管，所述復位晶體管的漏極電位，時間性地變化，所述復位晶體管的漏極電位為第1電位時，所述各浮動擴散部的電位成為第3電位，從而具有使所述象素放大晶體管能夠檢出電荷的期間；所述復位晶體管的漏極電位為第2電位時，所述各浮動擴散部的電位成為第4電位，從而具有使所述象素放大晶體管停止檢出電荷的期間。
13.如權利要求12所述的固體攝像裝置，其特征在于所述復位晶體管的漏極與所述象素放大晶體管的漏極共同連接，
14.如權利要求12所述的固體攝像裝置，其特征在于所述各浮動擴散部，配置在所述各光電變換單元中沿行方向鄰接的光電變換部的彼此之間。
15.如權利要求12所述的固體攝像裝置，其特征在于所述各傳輸晶體管由MIS晶體管構成，所述各MIS晶體管的柵極沿行方向配置。
16.如權利要求12所述的固體攝像裝置，其特征在于所述各象素放大晶體管，配置在所述各光電變換單元中的包含所述各光電變換部的互相鄰接的各行之間。
17.如權利要求12所述的固體攝像裝置，其特征在于所述各象素放大晶體管及各浮動擴散部，配置在所述讀出布線彼此之間。
18.如權利要求12所述的固體攝像裝置，其特征在于所述各象素放大晶體管，配置在列方向互相鄰接的所述各光電變換單元中的彼此之間。
19.如權利要求18所述的固體攝像裝置，其特征在于所述各傳輸晶體管由MIS晶體管構成，所述各象素放大晶體管，配置在所述MIS晶體管彼此的柵極之間。
20.如權利要求12所述的固體攝像裝置，其特征在于所述各復位晶體管，配置在所述各光電變換單元中包含所述各光電變換部的互相鄰接的行之間。
21.如權利要求12所述的固體攝像裝置，其特征在于所述各復位晶體管及各浮動擴散部，配置在所述讀出布線的彼此之間。
22.如權利要求12所述的固體攝像裝置，其特征在于所述各復位晶體管，和被配置在互相沿行方向鄰接的所述光電變換單元的彼此之間的布線連接。
23.如權利要求12所述的固體攝像裝置，其特征在于所述各復位晶體管，配置在互相沿列方向鄰接的所述各光電變換單元的彼此之間。
24.如權利要求23所述的固體攝像裝置，其特征在于所述各傳輸晶體管由MIS晶體管構成，所述各復位晶體管，配置在所述MIS晶體管彼此的柵極之間。
25.如權利要求12所述的固體攝像裝置，其特征在于所述各浮動擴散部，配置在互相沿列方向鄰接的所述各光電變換單元的彼此之間。
26.如權利要求12～25任一項所述的固體攝像裝置，其特征在于所述各光電變換部，配置成相互的間隔在行方向及列方向上至少在一個方向上相等。
27.如權利要求12所述的固體攝像裝置，其特征在于連接所述復位晶體管的漏極和所述象素放大晶體管的漏極布線，兼作遮光膜。
28.如權利要求12～25任一項所述的固體攝像裝置，其特征在于還具有處理由所述各象素放大晶體管輸出的輸出信號的信號處理電路。
29.一種照相機，其特征在于具有權利要求1～4、12～25任一項所述的固體攝像裝置。
全文摘要
在固體攝像裝置中，沿行方向配置將入射光變換成電能的光電變換部(PD)部(1、2、3、4)，還與各PD部(1～4)在列方向上鄰接地配置著PD部(5、6、7、8)。被第1行包含的傳輸晶體管(13)和被第2行包含的傳輸晶體管(14)的各柵極，與第1READ線(32)連接；被第1行包含的傳輸晶體管(17)和被第2行包含的傳輸晶體管(18)的各柵極，與第2READ線(33)連接。來自第2行及第3行包含的PD部(2、3、6、7)的電荷，都積蓄在第2FD部(10)中。
文檔編號H04N3/15GK1703901SQ20038010097
公開日2005年11月30日 申請日期2003年11月14日 優(yōu)先權日2003年2月13日
發(fā)明者森三佳, 山口琢己, 村田隆彥 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社