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JP7543159B2 - Solid-state imaging device - Google Patents
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Description

本発明は、動画像に対応したグローバルシャッタ動作を行う固体撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device that performs global shutter operation corresponding to moving images.

従来、グローバルシャッタ画素を用いた固体撮像装置が種々開発されている。これに関連する技術として、下記の特許文献1に開示された発明がある。 Various solid-state imaging devices using global shutter pixels have been developed in the past. A related technology is the invention disclosed in Patent Document 1 below.

特許文献1は、斜め方向に並べられている複数の画素でFD(フローティングディフュージョン)等の素子を共有する場合に用いられる固体撮像素子に関する。固体撮像素子は、少なくともFDを共有する複数の画素から成る共有画素組が斜め方向に並べられている画素アレイと、共有画素組を成す各画素の光電変換部を避けてジグザグに配線されている垂直信号線とを備え、垂直信号線は、共有画素組との接続部において他の垂直信号線と接近するように配置されている。 Patent Document 1 relates to a solid-state imaging device used when multiple pixels arranged in a diagonal direction share an element such as an FD (floating diffusion). The solid-state imaging device includes a pixel array in which shared pixel pairs, each consisting of multiple pixels that share at least an FD, are arranged in a diagonal direction, and vertical signal lines that are wired in a zigzag pattern to avoid the photoelectric conversion units of each pixel that makes up the shared pixel pair, and the vertical signal lines are arranged so that they are close to other vertical signal lines at the connection points with the shared pixel pairs.

国際公開第2018/173793号International Publication No. 2018/173793

上述の特許文献1に開示された固体撮像素子においては、2画素共有の共有画素組を斜め方向に傾けた上で、水平および垂直の両方向に1/2画素ピッチずらして配置することにより解像度を向上させている。さらには隣接する2本の信号出力線の配置を交差させることにより、対称性が良く、感度特性を損なうことのない画素配置を実現している。しかしながら、共有画素組が斜め方向となっているため、読み出しライン数が多くなり、フレームレートが低くなるといった問題点がある。 In the solid-state imaging device disclosed in the above-mentioned Patent Document 1, the pixel pairs that share two pixels are tilted diagonally and then shifted by 1/2 pixel pitch in both the horizontal and vertical directions to improve resolution. Furthermore, by crossing the arrangement of two adjacent signal output lines, a pixel arrangement that is symmetrical and does not impair sensitivity characteristics is realized. However, because the shared pixel pairs are diagonal, there are problems such as a large number of readout lines and a low frame rate.

本発明の一態様は、読み出しライン数を削減して、高フレームレートを可能にした固体撮像装置を実現することを目的とする。 One aspect of the present invention aims to realize a solid-state imaging device that reduces the number of readout lines and enables a high frame rate.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る固体撮像装置は、グローバルシャッタ共有画素を隣接配置した2×2画素ユニットを、複数個配置した固体撮像装置であって、隣接する2×2画素ユニットは、列方向に2画素周期、行方向に1画素周期で複数個配置され、2×2画素ユニットは、第1のグローバルシャッタ共有画素と、第1のグローバルシャッタ共有画素と同一のレイアウトを列方向に反転した配置の第2のグローバルシャッタ共有画素とが行方向および列方向にそれぞれ1/2画素ピッチずつずらして隣接配置され、第1のグローバルシャッタ共有画素および第2のグローバルシャッタ共有画素のそれぞれは、1対の単位画素が列方向に対向配置され、電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部と、フローティングディフュージョン部に蓄積される電荷に応じて画素信号を生成する信号電荷検出部と、フローティングディフュージョン部に蓄積される電荷を排出する信号電荷リセット部とを共有し、1対の単位画素のそれぞれは、光信号を光電変換して電荷を蓄積するフォトダイオード部と、フォトダイオード部に蓄積される電荷を転送する第1の電荷転送部と、第1の電荷転送部によって転送される電荷を保持する電荷保持部と、電荷保持部に保持される電荷をフローティングディフュージョン部に転送する第2の電荷転送部とを備える。 In order to solve the above problem, a solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention is a solid-state imaging device in which a plurality of 2×2 pixel units in which global shutter shared pixels are arranged adjacent to each other are arranged, and the adjacent 2×2 pixel units are arranged at a period of two pixels in the column direction and at a period of one pixel in the row direction, and in each 2×2 pixel unit, a first global shutter shared pixel and a second global shutter shared pixel having the same layout as the first global shutter shared pixel but inverted in the column direction are arranged adjacent to each other with a shift of 1/2 pixel pitch in the row direction and the column direction, and each of the first global shutter shared pixel and the second global shutter shared pixel is arranged in a pair. The unit pixels are arranged opposite each other in the column direction and share a floating diffusion section that accumulates electric charges, a signal charge detection section that generates a pixel signal according to the electric charges accumulated in the floating diffusion section, and a signal charge reset section that discharges the electric charges accumulated in the floating diffusion section. Each of the pair of unit pixels includes a photodiode section that photoelectrically converts an optical signal to accumulate electric charges, a first charge transfer section that transfers the electric charges accumulated in the photodiode section, a charge retention section that retains the electric charges transferred by the first charge transfer section, and a second charge transfer section that transfers the electric charges retained in the charge retention section to the floating diffusion section.

本発明の一態様によれば、読み出しライン数を削減して、高フレームレートを可能にした固体撮像装置を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device that reduces the number of readout lines and enables a high frame rate.

本発明の実施形態に係る固体撮像装置の単位画素の平面レイアウト図である。1 is a planar layout diagram of a unit pixel of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る固体撮像装置のグローバルシャッタ共有画素の平面レイアウト図である。2 is a planar layout diagram of a global shutter shared pixel of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention. FIG. 本発明の実施形態に係る固体撮像装置のグローバルシャッタ共有画素の回路構成を示す図である。2 is a diagram showing a circuit configuration of a global shutter shared pixel of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る固体撮像装置のグローバルシャッタ2×2画素ユニットの平面レイアウト図である。1 is a planar layout diagram of a global shutter 2×2 pixel unit of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る固体撮像装置の平面レイアウト図である。1 is a planar layout diagram of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. 図5に示す本発明の実施形態に係る固体撮像装置の平面レイアウトに、第2の電荷転送部に接続される行読み出し駆動配線を太線で追加した図である。6 is a diagram in which row readout drive wiring connected to a second charge transfer section is added by a thick line to the planar layout of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 5 . 図5に示す本発明の実施形態に係る固体撮像装置の平面レイアウトに、行選択トランジスタに接続される駆動配線と、リセットトランジスタに接続される駆動配線とを太線で追加した図である。6 is a diagram in which drive wiring connected to row selection transistors and drive wiring connected to reset transistors are added by thick lines to the planar layout of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 5 . 本発明の実施形態に係る固体撮像装置の画素信号の読み出し方法を説明するための図である。5A to 5C are diagrams for explaining a method for reading out pixel signals of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。なお、説明の便宜上、同一の部材には同一の符号を付し、それらの名称および機能も同一である。したがって、それらの詳細な説明は繰り返さない。 One embodiment of the present invention will be described in detail below. For ease of explanation, identical components are given the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed descriptions thereof will not be repeated.

<固体撮像装置の単位画素の平面レイアウト>
図1は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の単位画素の平面レイアウト図である。単位画素100は、フォトダイオード部PDと、フォトダイオード部PDに隣接し第1のゲート電極で覆われた第1の電荷転送部TRXと、第1の電荷転送部TRXに対しフォトダイオード部PDと異なる方向に隣接する電荷保持部(図示せず)と、電荷保持部に対し第1の電荷転送部TRXと異なる方向に隣接する第2のゲート電極で覆われた第2の電荷転送部TRGとを含む。
<Plane layout of unit pixel of solid-state imaging device>
1 is a planar layout diagram of a unit pixel of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. The unit pixel 100 includes a photodiode portion PD, a first charge transfer portion TRX adjacent to the photodiode portion PD and covered with a first gate electrode, a charge retention portion (not shown) adjacent to the first charge transfer portion TRX in a direction different from the photodiode portion PD, and a second charge transfer portion TRG covered with a second gate electrode adjacent to the charge retention portion in a direction different from the first charge transfer portion TRX.

単位画素100はさらに、第2の電荷転送部TRGに対し電荷保持部と異なる方向で隣接する第1導電型半導体領域のフローティングディフュージョン部FDと、フォトダイオード部PDに対し第1の電荷転送部TRXと異なる方向に隣接する第3のゲート電極で覆われた第3の電荷転送部OFGと、第3の電荷転送部OFGに対しフォトダイオード部PDと異なる方向で隣接し電源電圧VDDに接続されるオーバーフロードレイン部とを含む。 The unit pixel 100 further includes a floating diffusion portion FD of the first conductive type semiconductor region adjacent to the second charge transfer portion TRG in a direction different from the charge holding portion, a third charge transfer portion OFG covered by a third gate electrode adjacent to the photodiode portion PD in a direction different from the first charge transfer portion TRX, and an overflow drain portion adjacent to the third charge transfer portion OFG in a direction different from the photodiode portion PD and connected to the power supply voltage VDD.

<固体撮像装置のグローバルシャッタ共有画素の平面レイアウト>
図2は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置のグローバルシャッタ共有画素の平面レイアウト図である。フローティングディフュージョン部FDの接続配線を太線で示している。グローバルシャッタ共有画素は、図2に示すように、まず、2つの単位画素100-1および100-2をフローティングディフュージョン部FDで接続し、列方向(図の上下方向)に対向配置する。
<Plane Layout of Global Shutter Shared Pixels in Solid-State Imaging Device>
2 is a planar layout diagram of a global shutter shared pixel of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. The connection wiring of the floating diffusion portion FD is indicated by a thick line. As shown in FIG. 2, the global shutter shared pixel is configured such that two unit pixels 100-1 and 100-2 are connected by a floating diffusion portion FD and are arranged opposite each other in the column direction (the vertical direction in the figure).

さらに、太線で示される画素100-2内の配線によりそのゲート電極がフローティングディフュージョン部FDと接続されるソースフォロワートランジスタSFおよび行選択トランジスタSELで構成される信号電荷検出部と、さらには同じ太線で示される画素100-2内の配線を介してそのソース部がフローティングディフュージョン部FDと接続され、そのドレイン部が電源電圧VDDに接続されるリセットトランジスタ(信号電荷リセット部)RSTとを2つの単位画素100-1および100-2で共有することにより構成される。なお、単位画素100-1と100-2との画素ピッチをaとする。 The signal charge detection section is composed of a source follower transistor SF and a row selection transistor SEL, whose gate electrode is connected to the floating diffusion section FD by wiring in pixel 100-2 shown by a thick line, and a reset transistor (signal charge reset section) RST, whose source section is connected to the floating diffusion section FD via wiring in pixel 100-2 also shown by a thick line, and whose drain section is connected to the power supply voltage VDD, are shared by the two unit pixels 100-1 and 100-2. The pixel pitch between unit pixels 100-1 and 100-2 is a.

図3は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置のグローバルシャッタ共有画素100-1および100-2の回路構成を示す図である。グローバルシャッタ共有画素100-1および100-2は、第1の電荷転送部TRX1およびTRX2と、第2の電荷転送部TRG1およびTRG2と、オーバーフローゲート(第3の電荷転送部)OFG1およびOFG2と、フォトダイオード部PD1およびPD2と、電荷保持部MEM1およびMEM2と、フローティングディフュージョン部FDと、リセットトランジスタRSTと、ソースフォロワートランジスタSFと、行選択トランジスタSELとを含む。 FIG. 3 is a diagram showing the circuit configuration of the global shutter shared pixels 100-1 and 100-2 of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention. The global shutter shared pixels 100-1 and 100-2 include first charge transfer units TRX1 and TRX2, second charge transfer units TRG1 and TRG2, overflow gates (third charge transfer units) OFG1 and OFG2, photodiode units PD1 and PD2, charge holding units MEM1 and MEM2, a floating diffusion unit FD, a reset transistor RST, a source follower transistor SF, and a row selection transistor SEL.

フォトダイオード部PD1は、入射した光を光電変換によって電荷に変換して蓄積する光電変換部として機能する。フォトダイオード部PD1のアノード端子が接地され、カソード端子が第1の電荷転送部TRX1および第3の電荷転送部OFG1に接続される。 The photodiode unit PD1 functions as a photoelectric conversion unit that converts incident light into electric charge by photoelectric conversion and accumulates the electric charge. The anode terminal of the photodiode unit PD1 is grounded, and the cathode terminal is connected to the first charge transfer unit TRX1 and the third charge transfer unit OFG1.

第1の電荷転送部TRX1は、図示しない第1の転送信号によって駆動する。第1の電荷転送部TRX1がオンになると、フォトダイオード部PD1に蓄積されている電荷が電荷保持部MEM1に転送される。フォトダイオード部PD1から電荷保持部MEM1への電荷の転送は、固体撮像素子が有する全ての単位画素で略同一のタイミングで行われ、全ての単位画素で電荷が一斉に転送される。電荷保持部MEM1は、フォトダイオード部PD1から転送される電荷を保持する。 The first charge transfer unit TRX1 is driven by a first transfer signal (not shown). When the first charge transfer unit TRX1 is turned on, the charge stored in the photodiode unit PD1 is transferred to the charge holding unit MEM1. The transfer of charge from the photodiode unit PD1 to the charge holding unit MEM1 is performed at approximately the same timing for all unit pixels of the solid-state imaging element, and charge is transferred simultaneously for all unit pixels. The charge holding unit MEM1 holds the charge transferred from the photodiode unit PD1.

第2の電荷転送部TRG1は、後述の行読み出し駆動信号によって駆動する。第2の電荷転送部TRG1がオンになると、電荷保持部MEM1に蓄積されている電荷がフローティングディフュージョン部FDに転送される。 The second charge transfer unit TRG1 is driven by a row readout drive signal described below. When the second charge transfer unit TRG1 is turned on, the charge stored in the charge holding unit MEM1 is transferred to the floating diffusion unit FD.

オーバーフローゲートOFG1は、図示しない排出信号によって駆動する。オーバーフローゲートOFG1がオンになると、フォトダイオード部PD1に溜まっている電荷が電源配線VDDに排出される。また、オーバーフローゲートOFG1は、フォトダイオード部PD1の飽和電荷量よりも多い電荷が光電変換によって発生した場合に、フォトダイオード部PD1から電源配線VDDに電荷をオーバーフローさせる(溢れさせる)機能を有している。 The overflow gate OFG1 is driven by a discharge signal (not shown). When the overflow gate OFG1 is turned on, the charge stored in the photodiode portion PD1 is discharged to the power supply wiring VDD. The overflow gate OFG1 also has the function of causing charge to overflow (overflow) from the photodiode portion PD1 to the power supply wiring VDD when charge greater than the saturation charge amount of the photodiode portion PD1 is generated by photoelectric conversion.

同様に、フォトダイオード部PD2は、入射した光を光電変換によって電荷に変換して蓄積する光電変換部として機能する。フォトダイオード部PD2のアノード端子が接地され、カソード端子が第1の電荷転送部TRX2および第3の電荷転送部OFG2に接続される。 Similarly, the photodiode unit PD2 functions as a photoelectric conversion unit that converts incident light into electric charge by photoelectric conversion and accumulates the electric charge. The anode terminal of the photodiode unit PD2 is grounded, and the cathode terminal is connected to the first charge transfer unit TRX2 and the third charge transfer unit OFG2.

第1の電荷転送部TRX2は、図示しない第1の転送信号によって駆動する。第1の電荷転送部TRX2がオンになると、フォトダイオード部PD2に蓄積されている電荷が電荷保持部MEM2に転送される。フォトダイオード部PD2から電荷保持部MEM2への電荷の転送は、固体撮像素子が有する全ての単位画素で略同一のタイミングで行われ、全ての単位画素で電荷が一斉に転送される。電荷保持部MEM2は、フォトダイオード部PD2から転送される電荷を保持する。 The first charge transfer unit TRX2 is driven by a first transfer signal (not shown). When the first charge transfer unit TRX2 is turned on, the charge stored in the photodiode unit PD2 is transferred to the charge holding unit MEM2. The transfer of charge from the photodiode unit PD2 to the charge holding unit MEM2 is performed at approximately the same timing for all unit pixels of the solid-state imaging element, and charge is transferred simultaneously for all unit pixels. The charge holding unit MEM2 holds the charge transferred from the photodiode unit PD2.

第2の電荷転送部TRG2は、後述の行読み出し駆動信号によって駆動する。第2の電荷転送部TRG2がオンになると、電荷保持部MEM2に蓄積されている電荷がフローティングディフュージョン部FDに転送される。 The second charge transfer unit TRG2 is driven by a row readout drive signal described below. When the second charge transfer unit TRG2 is turned on, the charge stored in the charge holding unit MEM2 is transferred to the floating diffusion unit FD.

オーバーフローゲートOFG2は、図示しない排出信号によって駆動する。オーバーフローゲートOFG2がオンになると、フォトダイオード部PD2に溜まっている電荷が電源配線VDDに排出される。また、オーバーフローゲートOFG2は、フォトダイオード部PD2の飽和電荷量よりも多い電荷が光電変換によって発生した場合に、フォトダイオード部PD2から電源配線VDDに電荷をオーバーフローさせる(溢れさせる)機能を有している。 The overflow gate OFG2 is driven by a discharge signal (not shown). When the overflow gate OFG2 is turned on, the charge stored in the photodiode section PD2 is discharged to the power supply wiring VDD. The overflow gate OFG2 also has the function of causing charge to overflow (overflow) from the photodiode section PD2 to the power supply wiring VDD when charge greater than the saturation charge amount of the photodiode section PD2 is generated by photoelectric conversion.

ソースフォロワートランジスタSFは、フローティングディフュージョン部FDに蓄積されている電荷に応じたレベルの画素信号を、行選択トランジスタSELを介して垂直信号線VSLに出力する。すなわち、フローティングディフュージョン部FDがソースフォロワートランジスタSFのゲート電極に接続される構成とすることにより、フローティングディフュージョン部FDおよびソースフォロワートランジスタSFは、フォトダイオード部PD1またはPD2において発生した電荷を、その電荷に応じたレベルの画素信号に変換する変換部として機能する。 The source follower transistor SF outputs a pixel signal at a level corresponding to the charge stored in the floating diffusion section FD to the vertical signal line VSL via the row selection transistor SEL. In other words, by configuring the floating diffusion section FD to be connected to the gate electrode of the source follower transistor SF, the floating diffusion section FD and the source follower transistor SF function as a conversion section that converts the charge generated in the photodiode section PD1 or PD2 into a pixel signal at a level corresponding to that charge.

行選択トランジスタSELは、後述の行選択信号によって駆動する。行選択トランジスタSELがオンになると、ソースフォロワートランジスタSFから出力される画素信号が垂直信号線VSLに出力可能な状態となる。ソースフォロワートランジスタSFおよび行選択トランジスタSELは、信号電荷検出部として機能する。 The row selection transistor SEL is driven by a row selection signal, which will be described later. When the row selection transistor SEL is turned on, the pixel signal output from the source follower transistor SF can be output to the vertical signal line VSL. The source follower transistor SF and the row selection transistor SEL function as a signal charge detection unit.

リセットトランジスタRSTは、後述の行リセット信号(RST信号)によって駆動する。リセットトランジスタRSTがオンになると、フローティングディフュージョン部FDに蓄積されている電荷が電源配線VDDに排出されて、フローティングディフュージョン部FDがリセットされる。 The reset transistor RST is driven by a row reset signal (RST signal) described below. When the reset transistor RST is turned on, the charge stored in the floating diffusion portion FD is discharged to the power supply wiring VDD, and the floating diffusion portion FD is reset.

フローティングディフュージョン部FDは、ソースフォロワートランジスタSFのゲート電極に接続された所定の蓄積容量を有する第1導電型半導体領域であり、電荷保持部から転送される電荷を蓄積する。なお、フローティングディフュージョン部FD、リセットトランジスタRST、ソースフォロワートランジスタSFおよび行選択トランジスタSELは、2つの単位画素100-1および100-2で共有される。 The floating diffusion portion FD is a first conductivity type semiconductor region having a predetermined storage capacitance connected to the gate electrode of the source follower transistor SF, and stores the charge transferred from the charge holding portion. The floating diffusion portion FD, reset transistor RST, source follower transistor SF, and row selection transistor SEL are shared by two unit pixels 100-1 and 100-2.

<固体撮像装置のグローバルシャッタ2×2画素ユニットの平面レイアウト>
図4は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置のグローバルシャッタ2×2画素ユニットの平面レイアウト図である。フローティングディフュージョン部FDの接続配線を太線で示している。なお、単位画素100-11および100-21で1つのグローバルシャッタ共有画素が構成され、単位画素100-12および100-22で他のグローバルシャッタ共有画素が構成される。
<Plane Layout of Global Shutter 2×2 Pixel Unit of Solid-State Imaging Device>
4 is a planar layout diagram of a global shutter 2×2 pixel unit of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. The connection wiring of the floating diffusion portion FD is indicated by a thick line. Note that unit pixels 100-11 and 100-21 constitute one global shutter shared pixel, and unit pixels 100-12 and 100-22 constitute another global shutter shared pixel.

グローバルシャッタ2×2画素ユニットは、図2に示すグローバルシャッタ共有画素(100-1,100-2)に対し、同じグローバルシャッタ共有画素を列方向(上下方向)に反転し、行方向および列方向にそれぞれ画素ピッチaに対してa/2ずつずらして隣接配置されている。 The global shutter 2×2 pixel unit is arranged adjacent to the global shutter shared pixels (100-1, 100-2) shown in FIG. 2 by inverting the same global shutter shared pixels in the column direction (up and down direction) and shifting them by a/2 with respect to the pixel pitch a in the row and column directions.

図4に示すように、左側のグローバルシャッタ共有画素(100-11,100-21)の上側のフォトダイオードPD11に隣接するオーバーフローゲートOFG11のオーバーフロードレイン部のVDDは、右側のグローバルシャッタ共有画素(100-12,100-22)のリセットトランジスタRST2のドレイン端子に接続されるVDDと共有されている。 As shown in FIG. 4, the VDD of the overflow drain of the overflow gate OFG11 adjacent to the upper photodiode PD11 of the left global shutter shared pixel (100-11, 100-21) is shared with the VDD connected to the drain terminal of the reset transistor RST2 of the right global shutter shared pixel (100-12, 100-22).

<固体撮像装置の平面レイアウト>
図5は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置1の平面レイアウト図である。フローティングディフュージョン部FDの接続配線を太線で示している。本実施形態に係る固体撮像装置は、図3に示すグローバルシャッタ2×2ユニットを、列方向に2画素周期、行方向に1画素周期で複数個配列することにより構成される。
<Plane layout of solid-state imaging device>
5 is a planar layout diagram of the solid-state imaging device 1 according to the embodiment of the present invention. The connection wiring of the floating diffusion portion FD is indicated by a thick line. The solid-state imaging device according to the present embodiment is configured by arranging a plurality of global shutter 2×2 units shown in FIG. 3 at a period of two pixels in the column direction and at a period of one pixel in the row direction.

図5に示すように、例えば、左上側のグローバルシャッタ共有画素(100-11,100-21)の下側のフォトダイオードPD21に隣接するオーバーフローゲートOFG21のVDDは、その右下側のグローバルシャッタ共有画素(100-32,100-42)のソースフォロワートランジスタSF22のドレイン部に接続されるVDDと共有されている。なお、他のグローバルシャッタ共有画素についても、同様に配置され、同様に接続される。 As shown in FIG. 5, for example, the VDD of the overflow gate OFG21 adjacent to the lower photodiode PD21 of the global shutter shared pixel (100-11, 100-21) on the upper left side is shared with the VDD connected to the drain of the source follower transistor SF22 of the global shutter shared pixel (100-32, 100-42) on the lower right side. The other global shutter shared pixels are similarly arranged and connected.

図5においては、グローバルシャッタ共有画素(100-13,100-23)とグローバルシャッタ共有画素(100-14,100-24)とで、1つのグローバルシャッタ2×2画素ユニットが構成される。また、グローバルシャッタ共有画素(100-31,100-41)とグローバルシャッタ共有画素(100-32,100-42)とで、1つのグローバルシャッタ2×2画素ユニットが構成される。同様に、グローバルシャッタ共有画素(100-33,100-43)とグローバルシャッタ共有画素(100-34,100-44)とで、1つのグローバルシャッタ2×2画素ユニットが構成される。 In FIG. 5, the global shutter shared pixel (100-13, 100-23) and the global shutter shared pixel (100-14, 100-24) form one global shutter 2×2 pixel unit. The global shutter shared pixel (100-31, 100-41) and the global shutter shared pixel (100-32, 100-42) form one global shutter 2×2 pixel unit. Similarly, the global shutter shared pixel (100-33, 100-43) and the global shutter shared pixel (100-34, 100-44) form one global shutter 2×2 pixel unit.

<固体撮像装置の行読み出し駆動配線>
図6は、図5に示す本発明の実施形態に係る固体撮像装置1の平面レイアウトに、第2の電荷転送部TRGに接続される行読み出し駆動配線を太線で追加した図である。行読み出し駆動配線TRG1~TRG4は、列方向に配列された各グローバルシャッタ共有画素の境界部にジグザグに配線され、各グローバルシャッタ共有画素の上側の第2の電荷転送部TRGが同じ行読み出し駆動配線(TRG1,TRG3)で接続され、下側の第2の電荷転送部TRGが同じ行読み出し駆動配線(TRG2,TRG4)で接続されている。
<Row readout drive wiring of solid-state imaging device>
Fig. 6 is a diagram in which row readout drive wirings connected to the second charge transfer units TRG are added by thick lines to the planar layout of the solid-state imaging device 1 according to the embodiment of the present invention shown in Fig. 5. The row readout drive wirings TRG1 to TRG4 are wired in a zigzag pattern at the boundaries of the global shutter shared pixels arranged in the column direction, and the second charge transfer units TRG on the upper side of each global shutter shared pixel are connected by the same row readout drive wirings (TRG1, TRG3), and the second charge transfer units TRG on the lower side are connected by the same row readout drive wirings (TRG2, TRG4).

<固体撮像装置の行選択トランジスタSELに接続される駆動配線およびリセットトランジスタRSTに接続される駆動配線>
図7は、図5に示す本発明の実施形態に係る固体撮像装置の平面レイアウトに、行選択トランジスタSELに接続される駆動配線と、リセットトランジスタRSTに接続される駆動配線とを太線で追加した図である。
<Drive Wiring Connected to Row Selection Transistor SEL and Drive Wiring Connected to Reset Transistor RST of Solid-State Imaging Device>
FIG. 7 is a diagram in which a drive wiring connected to the row selection transistor SEL and a drive wiring connected to the reset transistor RST are added by bold lines to the planar layout of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 5 .

行選択トランジスタSEL11、SEL12、SEL13およびSEL14に駆動配線(行選択信号)SEL1が接続される。画素配列内では別の配線となっているが、図示しない画素周辺回路部で接続されており、同じ波形が供給される。 A drive wiring (row selection signal) SEL1 is connected to row selection transistors SEL11, SEL12, SEL13, and SEL14. Although they are separate wirings within the pixel array, they are connected in the pixel peripheral circuit section (not shown) and the same waveform is supplied.

行選択トランジスタSEL21、SEL22、SEL23およびSEL24に駆動配線SEL2が接続される。画素配列内では別の配線となっているが、行選択信号SEL1と同様に、図示しない画素周辺回路部で接続されており、同じ波形が供給される。 Drive wiring SEL2 is connected to row selection transistors SEL21, SEL22, SEL23, and SEL24. Although it is a separate wiring within the pixel array, it is connected in the pixel peripheral circuit section (not shown) like row selection signal SEL1, and the same waveform is supplied.

リセットトランジスタRST11、RST12、RST13およびSEL14に駆動配線(行リセット信号)RST1が接続される。画素配列内では別の配線となっているが、図示しない画素周辺回路部で接続されており、同じ波形が供給される。 A drive wiring (row reset signal) RST1 is connected to the reset transistors RST11, RST12, RST13, and SEL14. Although it is a separate wiring within the pixel array, it is connected in the pixel peripheral circuit section (not shown) and the same waveform is supplied.

リセットトランジスタRST21、RST22、RST23およびSEL24に駆動配線RST2が接続される。画素配列内では別の配線となっているが、行リセット信号RST1と同様に、図示しない画素周辺回路部で接続されており、同じ波形が供給される。 The drive wiring RST2 is connected to the reset transistors RST21, RST22, RST23, and SEL24. Although it is a separate wiring within the pixel array, it is connected in the pixel peripheral circuit section (not shown) in the same way as the row reset signal RST1, and the same waveform is supplied.

各駆動配線SEL1、SEL2、RST1およびRST2は、各グローバルシャッタ共有画素の境界部にジグザグに配線されている。駆動配線SEL1とRST1とは、各グローバルシャッタ共有画素に対し、2本の配線で接続されるが、図7に示すようにグローバルシャッタ共有画素の上側に配線される場合と、下側に配線される場合とで列方向の配列順序が逆になっている。 The drive wirings SEL1, SEL2, RST1, and RST2 are wired in a zigzag pattern at the boundaries of each global shutter shared pixel. The drive wirings SEL1 and RST1 are connected to each global shutter shared pixel by two wires, but as shown in FIG. 7, the order of arrangement in the column direction is reversed when the drive wirings are wired above the global shutter shared pixel and when they are wired below the global shutter shared pixel.

図8は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置1の画素信号の読み出し方法を説明するための図である。図8に示すように、ジグザグに配置された単位画素から画素信号を読み出すことにより、従来技術と比較して、読み出し回数を半分にすることができる。したがって、高フレームレートで動作させることができ、高速読み出しが可能となる。 Figure 8 is a diagram for explaining a method for reading out pixel signals from the solid-state imaging device 1 according to an embodiment of the present invention. As shown in Figure 8, by reading out pixel signals from unit pixels arranged in a zigzag pattern, the number of readouts can be halved compared to the conventional technology. This allows operation at a high frame rate, enabling high-speed readout.

以上説明したように、本実施形態における固体撮像装置によれば、2つの単位画素100-1および100-2をフローティングディフュージョン部FDで接続し、列方向(図の上下方向)に対向配置してグローバルシャッタ共有画素とする。そして、グローバルシャッタ共有画素の上側の第2の電荷転送部TRGが行読み出し駆動配線で接続され、下側の第2の電荷転送部TRGが別の行読み出し駆動配線で接続されるようにした。これによって、読み出しライン数を削減することができ、高フレームレートを実現することが可能となった。 As described above, in the solid-state imaging device of this embodiment, two unit pixels 100-1 and 100-2 are connected by a floating diffusion section FD and arranged opposite each other in the column direction (the vertical direction in the figure) to form a global shutter shared pixel. The second charge transfer section TRG on the upper side of the global shutter shared pixel is connected by a row readout drive wiring, and the second charge transfer section TRG on the lower side is connected by another row readout drive wiring. This makes it possible to reduce the number of readout lines and achieve a high frame rate.

フレームレート(1画面を読み出すために必要な時間)は、1ラインあたりの読み出し時間(1ライン当たりのAD変換時間)に、読み出しライン数を掛けて計算する。したがって、画素数が同じでも、読み出しライン数が半分になるとフレームレートは単純に2倍となる。 The frame rate (the time required to read one screen) is calculated by multiplying the readout time per line (the AD conversion time per line) by the number of lines read out. Therefore, even if the number of pixels is the same, if the number of lines read out is halved, the frame rate will simply double.

また、グローバルシャッタ共有画素(100-11,100-21)の上側のフォトダイオードPD11に隣接するオーバーフローゲートOFG11のオーバーフロードレイン部のVDDが、グローバルシャッタ共有画素(100-12,100-22)のリセットトランジスタRST2のドレイン端子に接続されるVDDと共有されるようにした。したがって、グローバルシャッタ共有画素(100-11,100-21)と、グローバルシャッタ共有画素(100-12,100-22)との配置が効率的に行えるようになり、フォトダイオード部および電荷保持部の特性を保持することが可能となった。 In addition, the VDD of the overflow drain section of the overflow gate OFG11 adjacent to the upper photodiode PD11 of the global shutter shared pixel (100-11, 100-21) is shared with the VDD connected to the drain terminal of the reset transistor RST2 of the global shutter shared pixel (100-12, 100-22). Therefore, the arrangement of the global shutter shared pixel (100-11, 100-21) and the global shutter shared pixel (100-12, 100-22) can be efficiently performed, and the characteristics of the photodiode section and the charge holding section can be maintained.

また、グローバルシャッタ共有画素(100-11,100-21)の下側のフォトダイオードPD21に隣接するオーバーフローゲートOFG21のVDDが、グローバルシャッタ共有画素(100-32,100-42)のソースフォロワートランジスタSF22のドレイン部に接続されるVDDと共有されるようにした。したがって、グローバルシャッタ共有画素(100-11,100-21)と、グローバルシャッタ共有画素(100-32,100-42)との配置が効率的に行えるようになり、フォトダイオード部および電荷保持部の特性を保持することが可能となった。 In addition, the VDD of the overflow gate OFG21 adjacent to the lower photodiode PD21 of the global shutter shared pixel (100-11, 100-21) is shared with the VDD connected to the drain of the source follower transistor SF22 of the global shutter shared pixel (100-32, 100-42). Therefore, the global shutter shared pixel (100-11, 100-21) and the global shutter shared pixel (100-32, 100-42) can be efficiently arranged, and the characteristics of the photodiode section and the charge storage section can be maintained.

固体撮像素子の感度特性および飽和電荷量は、フォトダイオード部PDの面積に依存する。また、グローバルシャッタ画素の飽和電荷量は、電荷保持部MEMの面積に依存する。したがって、配置を効率的に行うことにより、斜め画素配置としてもフォトダイオード部PDおよび電荷保持部MEMの面積を保持でき、通常の画素配列で同等の特性を保持できる。 The sensitivity characteristics and saturation charge amount of a solid-state imaging element depend on the area of the photodiode section PD. In addition, the saturation charge amount of a global shutter pixel depends on the area of the charge holding section MEM. Therefore, by efficiently arranging the pixels in an angled arrangement, the areas of the photodiode section PD and the charge holding section MEM can be maintained, and the same characteristics can be maintained as with a normal pixel arrangement.

その他、各単位画素のレイアウトが同一であり、各グローバルシャッタ共有画素のレイアウトを同一とすることにより、各画素の感度・飽和電荷量・暗時ノイズ特性・電荷転送特性等、様々な特性を均一にすることが可能になる。 In addition, by making the layout of each unit pixel and each global shutter shared pixel the same, it is possible to uniformize various characteristics of each pixel, such as the sensitivity, saturation charge, dark noise characteristics, and charge transfer characteristics.

また、行選択トランジスタSEL11、SEL12、SEL13およびSEL14に駆動配線(行選択信号)SEL1が接続され、行選択トランジスタSEL11およびSEL13に接続される駆動配線と、行選択トランジスタSEL12およびSEL14に接続される駆動配線とが、別の配線となるようにした。したがって、行選択信号SEL1の配線が効率的に行えるようになった。 In addition, a drive wiring (row selection signal) SEL1 is connected to the row selection transistors SEL11, SEL12, SEL13, and SEL14, and the drive wiring connected to the row selection transistors SEL11 and SEL13 and the drive wiring connected to the row selection transistors SEL12 and SEL14 are separate wirings. This allows the row selection signal SEL1 to be wired efficiently.

また、リセットトランジスタRST11、RST12、RST13およびSEL14に駆動配線(行リセット信号)RST1が接続され、リセットトランジスタRST11およびRST13に接続される駆動配線と、リセットトランジスタRST12およびRST14に接続される駆動配線とが、別の配線となるようにした。したがって、行リセット信号RST1の配線が効率的に行えるようになった。 In addition, a drive wiring (row reset signal) RST1 is connected to the reset transistors RST11, RST12, RST13, and SEL14, and the drive wiring connected to the reset transistors RST11 and RST13 and the drive wiring connected to the reset transistors RST12 and RST14 are separate wirings. This allows the row reset signal RST1 to be wired efficiently.

また、駆動配線SEL1とRST1とが、各グローバルシャッタ共有画素に対し、2本の配線で接続されるが、グローバルシャッタ共有画素の上側に配線される場合と、下側に配線される場合とで列方向の配列順序が逆になるようにした。したがって、行選択信号SEL1と行リセット信号RST1との配線が効率的に行えるようになった。 In addition, the drive wiring SEL1 and RST1 are connected to each global shutter shared pixel by two wirings, but the order of arrangement in the column direction is reversed when wiring is provided above the global shutter shared pixel and when wiring is provided below the global shutter shared pixel. This allows the row selection signal SEL1 and row reset signal RST1 to be wired efficiently.

<まとめ>
本発明の態様1に係る固体撮像装置は、グローバルシャッタ共有画素を隣接配置した2×2画素ユニットを、複数個配置した固体撮像装置であって、隣接する2×2画素ユニットは、列方向に2画素周期、行方向に1画素周期で複数個配置され、2×2画素ユニットは、第1のグローバルシャッタ共有画素と、第1のグローバルシャッタ共有画素と同一のレイアウトを列方向に反転した配置の第2のグローバルシャッタ共有画素とが行方向および列方向にそれぞれ1/2画素ピッチずつずらして隣接配置され、第1のグローバルシャッタ共有画素および第2のグローバルシャッタ共有画素のそれぞれは、1対の単位画素が列方向に対向配置され、電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部と、フローティングディフュージョン部に蓄積される電荷に応じて画素信号を生成する信号電荷検出部と、フローティングディフュージョン部に蓄積される電荷を排出する信号電荷リセット部とを共有し、1対の単位画素のそれぞれは、光信号を光電変換して電荷を蓄積するフォトダイオード部と、フォトダイオード部に蓄積される電荷を転送する第1の電荷転送部と、第1の電荷転送部によって転送される電荷を保持する電荷保持部と、電荷保持部に保持される電荷をフローティングディフュージョン部に転送する第2の電荷転送部とを備える。
<Summary>
A solid-state imaging device according to a first aspect of the present invention is a solid-state imaging device in which a plurality of 2×2 pixel units each having a global shutter shared pixel arranged adjacent to each other are arranged, and the adjacent 2×2 pixel units are arranged at a period of two pixels in the column direction and at a period of one pixel in the row direction. In each 2×2 pixel unit, a first global shutter shared pixel and a second global shutter shared pixel having the same layout as the first global shutter shared pixel but inverted in the column direction are arranged adjacent to each other with a shift of ½ pixel pitch in the row direction and the column direction, and each of the first global shutter shared pixel and the second global shutter shared pixel is a pair of unit pixels A pair of unit pixels are arranged opposite each other in the column direction and share a floating diffusion section that accumulates charge, a signal charge detection section that generates a pixel signal in accordance with the charge accumulated in the floating diffusion section, and a signal charge reset section that discharges the charge accumulated in the floating diffusion section, and each of the unit pixels includes a photodiode section that photoelectrically converts an optical signal to accumulate charge, a first charge transfer section that transfers the charge accumulated in the photodiode section, a charge holding section that holds the charge transferred by the first charge transfer section, and a second charge transfer section that transfers the charge held in the charge holding section to the floating diffusion section.

上記の構成によれば、読み出しライン数を削減することができ、高フレームレートを実現することが可能となる。 The above configuration allows the number of read lines to be reduced, making it possible to achieve a high frame rate.

本発明の態様2に係る固体撮像装置は、上記態様1において、第1のグローバルシャッタ共有画素内の上側の単位画素の第2の電荷転送部と、第2のグローバルシャッタ共有画素内の上側の単位画素の第2の電荷転送部とが第1の行読み出し駆動信号で駆動され、第1のグローバルシャッタ共有画素の下側の単位画素の第2の電荷転送部と、第2のグローバルシャッタ共有画素の下側の単位画素の第2の電荷転送部とが第2の行読み出し駆動信号で駆動される。 A solid-state imaging device according to aspect 2 of the present invention is the same as that of aspect 1 above, except that the second charge transfer unit of the upper unit pixel in the first global shutter shared pixel and the second charge transfer unit of the upper unit pixel in the second global shutter shared pixel are driven by a first row readout drive signal, and the second charge transfer unit of the lower unit pixel of the first global shutter shared pixel and the second charge transfer unit of the lower unit pixel of the second global shutter shared pixel are driven by a second row readout drive signal.

上記の構成によれば、読み出しライン数を削減することができ、高フレームレートを実現することが可能となる。 The above configuration allows the number of read lines to be reduced, making it possible to achieve a high frame rate.

本発明の態様3に係る固体撮像装置は、上記態様1または2において、単位画素はさらに、フォトダイオード部の飽和電荷量よりも多い電荷を排出する第3の電荷転送部を備え、第1のグローバルシャッタ共有画素内の単位画素の第3の電荷転送部のオーバーフロードレイン部と、第2のグローバルシャッタ共有画素内の信号電荷リセット部のドレイン部とが、同一の第1半導体領域によって構成される。 In the solid-state imaging device according to aspect 3 of the present invention, in the above aspect 1 or 2, the unit pixel further includes a third charge transfer section that discharges a charge that is greater than the saturated charge amount of the photodiode section, and the overflow drain section of the third charge transfer section of the unit pixel in the first global shutter shared pixel and the drain section of the signal charge reset section in the second global shutter shared pixel are formed from the same first semiconductor region.

上記の構成によれば、第1のグローバルシャッタ共有画素と、第2のグローバルシャッタ共有画素との配置が効率的に行えるようになり、フォトダイオード部および電荷保持部の特性を保持することが可能となる。 The above configuration allows the first global shutter shared pixel and the second global shutter shared pixel to be arranged efficiently, making it possible to maintain the characteristics of the photodiode section and the charge storage section.

本発明の態様4に係る固体撮像装置は、上記態様1または2において、単位画素はさらに、フォトダイオード部の飽和電荷量よりも多い電荷を排出する第3の電荷転送部を備え、第1のグローバルシャッタ共有画素内の単位画素の第3の電荷転送部のオーバーフロードレイン部と、第2のグローバルシャッタ共有画素内の信号電荷検出部のドレイン部とが、同一の第1半導体領域によって構成される。 In the solid-state imaging device according to aspect 4 of the present invention, in the above aspect 1 or 2, the unit pixel further includes a third charge transfer section that discharges a charge that is greater than the saturated charge amount of the photodiode section, and the overflow drain section of the third charge transfer section of the unit pixel in the first global shutter shared pixel and the drain section of the signal charge detection section in the second global shutter shared pixel are formed from the same first semiconductor region.

上記の構成によれば、第1のグローバルシャッタ共有画素と、第2のグローバルシャッタ共有画素との配置が効率的に行えるようになり、フォトダイオード部および電荷保持部の特性を保持することが可能となる。 The above configuration allows the first global shutter shared pixel and the second global shutter shared pixel to be arranged efficiently, making it possible to maintain the characteristics of the photodiode section and the charge storage section.

本発明の態様5に係る固体撮像装置は、上記態様1~4のいずれかにおいて、第1のグローバルシャッタ共有画素内の信号電荷検出部に接続される行選択信号と、第2のグローバルシャッタ共有画素内の信号電荷検出部に接続される行選択信号とが、同じ信号波形であり、別の配線で接続される。 In the solid-state imaging device according to aspect 5 of the present invention, in any one of aspects 1 to 4 above, the row selection signal connected to the signal charge detection unit in the first global shutter shared pixel and the row selection signal connected to the signal charge detection unit in the second global shutter shared pixel have the same signal waveform and are connected by different wiring.

上記の構成によれば、行選択信号の配線が効率的に行えるようになる。 The above configuration allows for efficient wiring of row selection signals.

本発明の態様6に係る固体撮像装置は、上記態様5において、第1のグローバルシャッタ共有画素内の信号電荷リセット部に接続される行リセット信号と、第2のグローバルシャッタ共有画素内の信号電荷リセット部に接続される行リセット信号とが、同じ信号波形であり、別の配線で接続される。 In the solid-state imaging device according to aspect 6 of the present invention, in the above-mentioned aspect 5, the row reset signal connected to the signal charge reset unit in the first global shutter shared pixel and the row reset signal connected to the signal charge reset unit in the second global shutter shared pixel have the same signal waveform and are connected by different wiring.

上記の構成によれば、行リセット信号の配線が効率的に行えるようになる。 The above configuration allows for efficient wiring of row reset signals.

本発明の態様7に係る固体撮像装置は、上記態様6において、第1のグローバルシャッタ共有画素に接続される行選択信号および行リセット信号の配線の並びと、第2のグローバルシャッタ共有画素に接続される行選択信号および行リセット信号の配線の並びとが逆である。 In the solid-state imaging device according to aspect 7 of the present invention, the wiring arrangement of the row selection signal and row reset signal connected to the first global shutter shared pixel is reversed to the wiring arrangement of the row selection signal and row reset signal connected to the second global shutter shared pixel in the above-mentioned aspect 6.

上記の構成によれば、行選択信号と行リセット信号との配線が効率的に行えるようになる。 The above configuration allows efficient wiring of row selection signals and row reset signals.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the claims. The technical scope of the present invention also includes embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments. Furthermore, new technical features can be formed by combining the technical means disclosed in the respective embodiments.

1 固体撮像装置
100,100-1~100-2,100-11~100-44 単位画素
PD,PD1~PD2,PD11~PD44 フォトダイオード
TRX,TRX1~TRX2,RX11~TRX44 第1の電荷転送部
TRG,TRG1~TRG2,TRG11~TRG44 第2の電荷転送部
OFG,OFG1~OFG2,OFG11~OFG44 オーバーフローゲート部
FD フローティングディフュージョン部
SF,SF11~SF24 ソースフォロワートランジスタ
SEL,SEL11~SEL24 行選択トランジスタ
RST,RST11~RST24 信号電荷リセット部
VDD 電源配線
1 Solid-state imaging device 100, 100-1 to 100-2, 100-11 to 100-44 Unit pixel PD, PD1 to PD2, PD11 to PD44 Photodiode TRX, TRX1 to TRX2, RX11 to TRX44 First charge transfer section TRG, TRG1 to TRG2, TRG11 to TRG44 Second charge transfer section OFG, OFG1 to OFG2, OFG11 to OFG44 Overflow gate section FD Floating diffusion section SF, SF11 to SF24 Source follower transistor SEL, SEL11 to SEL24 Row selection transistor RST, RST11 to RST24 Signal charge reset section VDD Power supply wiring

Claims (6)

グローバルシャッタ共有画素を隣接配置した2×2画素ユニットを、複数個配置した固体撮像装置であって、
隣接する前記2×2画素ユニットは、列方向に2画素周期、行方向に1画素周期で複数個配置され、
前記2×2画素ユニットは、第1のグローバルシャッタ共有画素と、前記第1のグローバルシャッタ共有画素と同一のレイアウトを列方向に反転した配置の第2のグローバルシャッタ共有画素とが行方向および列方向にそれぞれ1/2画素ピッチずつずらして隣接配置され、
前記第1のグローバルシャッタ共有画素および前記第2のグローバルシャッタ共有画素のそれぞれは、1対の単位画素が列方向に対向配置され、電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部と、前記フローティングディフュージョン部に蓄積される電荷に応じて画素信号を生成する信号電荷検出部と、前記フローティングディフュージョン部に蓄積される電荷を排出する信号電荷リセット部とを共有し、
前記1対の単位画素のそれぞれは、光信号を光電変換して電荷を蓄積するフォトダイオード部と、前記フォトダイオード部に蓄積される電荷を転送する第1の電荷転送部と、前記第1の電荷転送部によって転送される電荷を保持する電荷保持部と、前記電荷保持部に保持される電荷を前記フローティングディフュージョン部に転送する第2の電荷転送部とを備え
前記第1のグローバルシャッタ共有画素内の上側の単位画素の前記第2の電荷転送部と、前記第2のグローバルシャッタ共有画素内の上側の単位画素の前記第2の電荷転送部とが第1の行読み出し駆動信号で駆動され、
前記第1のグローバルシャッタ共有画素の下側の単位画素の前記第2の電荷転送部と、前記第2のグローバルシャッタ共有画素の下側の単位画素の前記第2の電荷転送部とが第2の行読み出し駆動信号で駆動される、固体撮像装置。
A solid-state imaging device in which a plurality of 2×2 pixel units are arranged, each having a global shutter shared pixel arranged adjacent to each other,
The adjacent 2×2 pixel units are arranged in a plurality of units at a period of two pixels in the column direction and at a period of one pixel in the row direction,
In the 2×2 pixel unit, a first global shutter shared pixel and a second global shutter shared pixel having the same layout as the first global shutter shared pixel but inverted in the column direction are adjacently arranged with a shift of ½ pixel pitch in the row and column directions,
each of the first global shutter shared pixel and the second global shutter shared pixel includes a pair of unit pixels arranged opposite to each other in a column direction, and the pair of unit pixels share a floating diffusion section that accumulates electric charges, a signal charge detection section that generates a pixel signal in accordance with the electric charges accumulated in the floating diffusion section, and a signal charge reset section that discharges the electric charges accumulated in the floating diffusion section;
Each of the pair of unit pixels includes a photodiode section that photoelectrically converts an optical signal and accumulates an electric charge, a first charge transfer section that transfers the electric charge accumulated in the photodiode section, a charge holding section that holds the electric charge transferred by the first charge transfer section, and a second charge transfer section that transfers the electric charge held in the charge holding section to the floating diffusion section ,
the second charge transfer unit of an upper unit pixel in the first global shutter shared pixel and the second charge transfer unit of an upper unit pixel in the second global shutter shared pixel are driven by a first row readout drive signal;
a second charge transfer unit of a unit pixel below the first global shutter shared pixel and a second charge transfer unit of a unit pixel below the second global shutter shared pixel, the second charge transfer unit being driven by a second row readout drive signal .
前記単位画素はさらに、前記フォトダイオード部の飽和電荷量よりも多い電荷を排出する第3の電荷転送部を備え、
前記第1のグローバルシャッタ共有画素内の単位画素の前記第3の電荷転送部のオーバーフロードレイン部と、前記第2のグローバルシャッタ共有画素内の前記信号電荷リセット部のドレイン部とが、同一の第1半導体領域によって構成される、請求項1に記載の固体撮像装置。
the unit pixel further includes a third charge transfer section configured to discharge a charge amount greater than a saturation charge amount of the photodiode section,
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein an overflow drain portion of the third charge transfer portion of a unit pixel in the first global shutter shared pixel and a drain portion of the signal charge reset portion in the second global shutter shared pixel are formed from the same first semiconductor region.
前記単位画素はさらに、前記フォトダイオード部の飽和電荷量よりも多い電荷を排出する第3の電荷転送部を備え、
前記第1のグローバルシャッタ共有画素内の単位画素の前記第3の電荷転送部のオーバーフロードレイン部と、前記第2のグローバルシャッタ共有画素内の前記信号電荷検出部のドレイン部とが、同一の第1半導体領域によって構成される、請求項1に記載の固体撮像装置。
the unit pixel further includes a third charge transfer section configured to discharge a charge amount greater than a saturation charge amount of the photodiode section,
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein an overflow drain portion of the third charge transfer portion of a unit pixel in the first global shutter shared pixel and a drain portion of the signal charge detection portion in the second global shutter shared pixel are formed from the same first semiconductor region.
前記第1のグローバルシャッタ共有画素内の前記信号電荷検出部に接続される行選択信号と、前記第2のグローバルシャッタ共有画素内の前記信号電荷検出部に接続される行選択信号とが、同じ信号波形であり、別の配線で接続される、請求項1~のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 4. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a row selection signal connected to the signal charge detection unit in the first global shutter shared pixel and a row selection signal connected to the signal charge detection unit in the second global shutter shared pixel have the same signal waveform and are connected by different wirings. 前記第1のグローバルシャッタ共有画素内の前記信号電荷リセット部に接続される行リセット信号と、前記第2のグローバルシャッタ共有画素内の前記信号電荷リセット部に接続される行リセット信号とが、同じ信号波形であり、別の配線で接続される、請求項に記載の固体撮像装置。 5. The solid-state imaging device according to claim 4, wherein a row reset signal connected to the signal charge reset unit in the first global shutter shared pixel and a row reset signal connected to the signal charge reset unit in the second global shutter shared pixel have the same signal waveform and are connected by different wiring. 前記第1のグローバルシャッタ共有画素に接続される前記行選択信号および前記行リセット信号の配線の並びと、前記第2のグローバルシャッタ共有画素に接続される前記行選択信号および前記行リセット信号の配線の並びとが逆である、請求項に記載の固体撮像装置。 6. The solid-state imaging device according to claim 5, wherein an arrangement of wirings of the row selection signal and the row reset signal connected to the first global shutter shared pixel is reversed to an arrangement of wirings of the row selection signal and the row reset signal connected to the second global shutter shared pixel.
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