专利名称：具有串扰噪声消减电路的半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于减小诸如固态图像传感设备之类的半导体装置中信号线之间的串扰噪声的技术。
背景技术：
诸如固态图像传感设备、液晶显示设备、半导体存储器之类的某些半导体装置包括多个驱动器电路、连接到驱动器电路用于传输控制信号的多种类型的控制信号线、以及与多种类型的控制信号线连接并由驱动器电路驱动的一组元件。
这种半导体装置总是存在这样的问题信号线之间的串扰以及由此引起的误操作。下面使用固态图像传感设备作为示例来描述这一问题。
如在下面的专利参考文献1和专利参考文献2中所述，诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器之类的固态图像传感设备具有像素阵列，像素由光电二极管和多个晶体管、用于指定要读取的像素的移位寄存器、用于控制每个像素的晶体管的驱动器电路以及放置在像素周围的类似元件组成，并且控制信号线被布设在阵列中。
随着半导体集成电路技术的发展，固态图像传感设备的像素大小已经减小，并且阵列大小已经增大到了超过百万像素(即，阵列的一边已经变长)。于是，在像素中的控制信号之间容易发生串扰。
当像素中第一控制线的控制信号改变时，在与该第一控制线相邻安装的第二控制线中出现串扰噪声，因而第二控制信号有时无意识地改变。
例如，如果第一和第二控制信号分别是电荷传输控制信号和像素复位信号，则像素复位信号使存储的信号无意识地复位，因而输出图像恶化。因为这一现象的程度取决于到像素阵列中驱动器的距离，所以输出图像具有阴影(shading)特性。
下面介绍涉及本发明的现有技术文献。
如上所述，专利参考文献1和专利参考文献2每个都公开了一种固态图像传感设备。专利参考文献1涉及一种用于将固态图像传感设备中传感器的动态范围向高亮度一侧等扩展的技术。虽然在关于图像传感器中的噪声方面，该文献公开了在初始化信号电荷时所导致的复位噪声，但是其没有公开像素中的控制信号之间的串扰。
专利参考文献2公开了在固态图像传感器中减少了线路的数目。专利参考文献2中所描述的固态图像传感器配备有移位寄存器，用于选择位于像素阵列每侧垂直方向上的像素。然而，专利文献2也没有公开像素中的控制信号之间的串扰。
专利参考文献3涉及液晶显示器，并公开了跨过液晶显示设备在信号驱动器的对面配备补偿电压应用电路，以便解决在屏幕上出现显示变化(串扰)的问题。在专利参考文献3中，像素被放置为阵列，并且布设信号线，但是其没有公开信号线之间的串扰问题。
如上所述，通常，作为减少信号线之间串扰的措施，在设计阶段中保证信号线之间有足够的距离。或者，在半导体装置中的每个元件处考虑对策以防止由于串扰引起的误操作。然而，这些措施导致增大了芯片面积，并且增加了半导体装置的大小，而这是不能令人满意的。
采取这些串扰消减措施不是优选的，因为它们增加了半导体装置中线路的数目，或者它们干扰用于驱动半导体装置中每个元件的逻辑，并且限制驱动逻辑。
专利参考文献1日本已公开专利申请No.2004-159274专利参考文献2日本已公开专利申请No.2003-134399专利参考文献3日本已公开专利申请No.H08-129158发明内容本发明的目的是减小半导体装置内控制信号线之间引起的串扰噪声，而不增加半导体装置的大小，尤其用在包括多个驱动器电路、与多个驱动器电路中的每一个相连接用于传输来自每个驱动器电路的控制信号的多条控制信号线、以及与多条控制信号线相连接并且由驱动器电路向其提供控制信号并使用控制信号来驱动的多个元件的半导体装置中。
在控制信号线上驱动器电路的相对端提供了用于该控制信号线的噪声保护电路，以减小串扰噪声的影响。噪声保护电路这样来进行控制当相关控制信号线的逻辑是用于驱动元件的正逻辑时，增加相关控制信号线和固定电势之间的阻抗；并且当相关控制信号线的逻辑是用于驱动元件的负逻辑时，减小相关控制信号线和固定电势之间的阻抗。
这样，可以防止由于串扰而引起的误操作，并且还可以防止芯片面积的增加。
图1示出了本发明的基本配置。
图2示出了本发明第一优选实施例的电路配置。
图3是本发明第一优选实施例中控制信号线的操作时序图。
图4示出了本发明第二优选实施例的电路配置。
图5A是本发明第二优选实施例中控制信号线的第一操作时序图。
图5B是本发明第二优选实施例中控制信号线的第二操作时序图。
具体实施例方式
下面使用固态图像传感设备作为半导体装置的示例，并且使用复位信号线(用于复位所存储的像素)和传输门(transfer gate)信号线(用于控制像素中存储的电荷的传输)作为控制信号线的示例，来描述本发明。
图1示出了本发明的基本配置。用于选择位于垂直方向的像素的V移位寄存器11和控制信号线的驱动器12放置于像素阵列10的一侧，并且噪声保护(noise guard)13放置在另一侧。作为控制信号线，描述了传输门(TG)信号线14、复位(RST)信号线15和选择(SEL)信号线16。只有复位信号线15连接到噪声保护13。
复位信号线15被分为从驱动器侧开始的箭头线和从噪声保护侧开始的箭头线。这表示在本发明中，在远离驱动器侧(其位于另一侧)的噪声保护侧提供了足够的复位信号。
下面参考图2至图5描述本发明的优选实施例。
(第一优选实施例)图2示出了第一优选实施例的电路配置，其示出了本发明的固态图像传感设备的一个像素以及在该像素所属的行上配备的噪声保护。图3是在第一优选实施例中在像素读取时控制信号线的操作时序图。
图2所示的噪声保护23包括用于将复位信号线15的逻辑反相的反相器231和N沟道MOS晶体管232，反相器231的输出连接到该晶体管的栅极，反相器231的漏极连接到复位信号线15，并且其源极接地。
如图3所示，在像素读取时，首先选择信号SEL上升，并且读取晶体管26变为接通。然后，当复位信号变为高时，复位晶体管25变为接通，并且消除了剩余电荷。在复位信号返回低后的预定时刻，传输信号变为高，并且电荷传输晶体管24变为接通。这样，存储在光电二极管27中的信号电荷被引出，并且被放大晶体管28放大，并经由读取晶体管26输出到输出信号线29。标号为21的线是供电线。
噪声保护23采用复位信号的逻辑，并且当没有复位信号时，因为晶体管231接通，所以噪声保护23的阻抗为低。因此，即使传输门信号升高，也可以减小串扰噪声。
当复位信号上升时，晶体管231变为断开，并且可以获得与在从驱动器12的对面提供复位信号时相同的效果。
(第二优选实施例)图4示出了本发明第二优选实施例的电路配置。相同的标号被加在了与第一优选实施例中相同的部件上。像素部分与图2相同，但是噪声保护33的配置不同于图2所示的噪声保护。图5A和图5B每个都是第二优选实施例中在像素读取时每条控制信号线的操作时序图。
在第二优选实施例的噪声保护33中，复位信号线的逻辑经由NOR电路331被提供给晶体管332的栅极。禁用端的信号被提供给NOR电路331的另一输入。
即，第二优选实施例中的噪声保护33是通过将第一优选实施例中的噪声保护23的反相器231替换为NOR电路331获得的，并且可以从外部输入控制信号。
至于选择(SEL)信号、复位信号和传输门信号，图5A和5B中所示的每条控制信号线在像素读取时的操作时序与图3所示的第一优选实施例相同，但是第二优选实施例与第一优选实施例的不同之处在于添加了用于提供给禁用端的复位保持(RSTHLD)信号。
图5A所示的复位保持信号在复位信号线被长时间保护时使用。复位保持信号在复位信号上升之前马上上升，并且在复位信号下降之后马上下降。因此，复位信号线和地之间的阻抗在复位期期间变高，而在其他情况下则变低。因此，可以确保复位操作，并且还可以避免来自传输门信号线的串扰以及其他噪声的影响。
图5B所示的复位保持信号在复位信号线被短时间保护时使用。复位保持信号在传输门信号上升之前从高降到低，并且在传输门信号下降之后返回到高。因此，复位信号线和地之间的阻抗在传输门信号上升之前可以保持为低。因此，可以防止由传输门信号引起的串扰。
图4所示的禁用端的使用并不限于图5A和图5B所示的复位保持信号，禁用端还可以根据其应用被用于多种信号输入。例如，禁用端还可以被用来总是保持晶体管332断开。
至此，使用示例详细描述了如何减小固态图像传感设备的复位信号线和传输门线路之间的串扰。然而，对于本领域的普通技术人员而言清楚的是，本发明的目标不是限于固态图像传感设备的复位信号线和传输门线路之间的串扰。
本发明的噪声保护被配置在作为噪声保护目标的控制信号线的驱动器侧的相对端，并且在最小配置的情况下，其可以通过一个晶体管和一个反相器来实现。因此，不会增加很多芯片面积。另外，因为本发明的噪声保护基本上以其控制信号线的逻辑工作，所以其不需要用于其自身的专用控制信号。因此，不需要增加线路数目，并且逻辑与其他控制逻辑兼容，因为其不会干扰其他控制逻辑。
作为用于减小控制信号线阻抗的一个晶体管，可以采用大尺寸的晶体管，以便进一步减小阻抗。
如果为了减小固态图像传感设备的复位信号线和传输门线路之间的串扰而应用本发明，则可以进一步获得如下效果。
(1)因为可以防止无意识的复位，所以可以减小输出图像(阴影)的像素位置相关性。
(2)因为在像素外部提供了噪声保护，所以决不会减小像素的填满率(filfactor)。
(3)因为像素的填满率和线路的数目不改变，所以灵敏度不会恶化。
(4)本发明与需要诸如光学膜(blooming)对策之类的像素扫描逻辑的设备相兼容。
本发明不限于上述优选实施例，并且可以做出多种关于其的变化和修改，只要不偏离本发明的主题。
权利要求
1.一种半导体装置，具有多个驱动器电路、与所述多个驱动器电路中的每一个相连接用于传输来自每个所述驱动器电路的控制信号的多条控制信号线、以及与所述多条控制信号线相连接并且由所述驱动器电路向其提供控制信号并使用所述控制信号来驱动的多个元件，所述半导体装置还包括噪声保护电路，用于通过相关控制信号线的逻辑来控制相关控制信号线和固定电势之间的阻抗，所述噪声保护电路位于至少一条控制信号线上与该控制信号线一端相连接的驱动器电路的相对端。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其中所述噪声保护电路以这样的方式来进行控制当所述至少一条控制信号线的逻辑是用于驱动元件的正逻辑时，增加相关控制信号线和固定电势之间的阻抗，并且以这样的方式来进行控制当所述至少一条控制信号线的逻辑是用于驱动元件的负逻辑时，减小相关控制信号线和固定电势之间的阻抗。
3.如权利要求2所述的半导体装置，其中所述噪声保护电路包括用于将所述至少一条控制信号线的逻辑反相的反相器电路和晶体管，所述晶体管的栅极连接到所述反相器电路的输出，所述晶体管的漏极连接到所述控制信号线，并且所述晶体管的源极连接到所述固定电势。
4.如权利要求2所述的半导体装置，其中所述噪声保护电路包括或非电路和晶体管，其中所述或非电路的一个输入连接到所述至少一条控制信号线，并且所述或非电路的另一输入连接到外部端子，所述晶体管的栅极连接到所述或非电路的输出，所述晶体管的漏极连接到所述控制信号线，并且所述晶体管的源极连接到所述固定电势。
5.如权利要求4所述的半导体装置，其中向所述外部端子提供下述信号，所述信号在所述至少一条控制信号线的控制信号上升时断开所述晶体管，并且在对所述至少一条控制信号线造成串扰影响的控制信号线中相关控制信号上升之前接通所述晶体管。
6.一种固态图像传感设备，其包括驱动器电路，用于经由控制信号线来使像素阵列中的像素能够工作，所述驱动器电路只位于所述像素阵列的一侧，所述图像传感设备还包括噪声保护电路，用于通过相关控制信号线的逻辑来控制相关控制信号线和固定电势之间的阻抗，所述噪声保护电路位于至少一条控制信号线上与该控制信号线一端相连接的驱动器电路的相对端。
7.如权利要求6所述的固态图像传感设备，其中所述噪声保护电路以这样的方式来进行控制当所述至少一条控制信号线的逻辑是用于驱动元件的正逻辑时，增加相关控制信号线和固定电势之间的阻抗，并且以这样的方式来进行控制当所述至少一条控制信号线的逻辑是用于驱动元件的负逻辑时，减小相关控制信号线和固定电势之间的阻抗。
8.如权利要求7所述的固态图像传感设备，其中所述噪声保护电路包括用于将所述至少一条控制信号线的逻辑反相的反相器电路和晶体管，所述晶体管的栅极连接到所述反相器电路的输出，所述晶体管的漏极连接到所述控制信号线，并且所述晶体管的源极连接到所述固定电势。
9.如权利要求7所述的固态图像传感设备，其中所述噪声保护电路包括或非电路和晶体管，其中所述或非电路的一个输入连接到所述至少一条控制信号线，并且所述或非电路的另一输入连接到外部端子，所述晶体管的栅极连接到所述或非电路的输出，所述晶体管的漏极连接到所述控制信号线，并且所述晶体管的源极连接到所述固定电势。
10.如权利要求9所述的固态图像传感设备，其中向所述外部端子提供下述信号，所述信号在所述至少一条控制信号线的控制信号上升时断开所述晶体管，并且在对所述至少一条控制信号线造成串扰影响的控制信号线中相关控制信号上升之前接通所述晶体管。
11.如权利要求10所述的固态图像传感设备，其中所述至少一条控制信号线是复位信号线，并且造成串扰影响的控制信号线是传输门信号线。
全文摘要
为了减小半导体装置中控制信号线之间引起的串扰而不增加半导体装置的大小，在控制信号线上驱动器电路的相对端提供了噪声保护电路。噪声保护电路这样来进行控制当相关控制信号线的逻辑是用于驱动元件的正逻辑时，增加相关控制信号线和固定电势之间的阻抗；并且当相关控制信号线的逻辑是用于驱动元件的负逻辑时，减小相关控制信号线和固定电势之间的阻抗。
文档编号H04N5/376GK1816116SQ200510077308
公开日2006年8月9日 申请日期2005年6月20日 优先权日2005年2月4日
发明者船越纯, 樋口刚 申请人:富士通株式会社