固體攝像裝置以及開關(guān)電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的一形態(tài)的固體攝像裝置（200）具備：將光轉(zhuǎn)換成信號電荷的光電轉(zhuǎn)換部（12）；蓄積上述信號電荷的蓄積部（230）；被連接在光電轉(zhuǎn)換部（120）和蓄積部（230）之間，將由光電轉(zhuǎn)換部（120）轉(zhuǎn)換的上述信號電荷傳輸給蓄積部（230）的傳輸晶體管（101）；柵極與蓄積部（230）連接，通過對蓄積部（230）中蓄積的信號電荷進行放大而生成電壓信號的放大晶體管（105）；對蓄積部（230）的電壓進行復(fù)位的復(fù)位晶體管（116）；將由放大晶體管（105）生成的上述電壓信號負反饋到復(fù)位晶體管（116）的第一放大電路（108）；將由放大晶體管（105）生成的上述電壓信號正反饋到放大晶體管（105）的第二放大電路（206）。
【專利說明】固體攝像裝置以及開關(guān)電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種固體攝像裝置以及開關(guān)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在一般的固體攝像裝置中，作為光電轉(zhuǎn)換部采用埋入型光電二極管。
[0003]另外，專利文獻I公開了一種積層型的固體攝像裝置。在該積層型的固體攝像裝置中，在控制電極上形成光電轉(zhuǎn)換膜，并在該光電轉(zhuǎn)換膜上形成透明電極層。積層型的固體攝像裝置將施加在該透明電極的電壓，通過光電轉(zhuǎn)換膜的作用傳到控制電極，從而能夠以良好的信噪比將光信息變換成電信號。
[0004]積層型的固體攝像裝置其結(jié)構(gòu)為，在形成有像素電路的半導(dǎo)體基板上，隔著絕緣膜形成光電轉(zhuǎn)換膜。因此，可以用非晶硅等光吸收系數(shù)大的材料來形成光電轉(zhuǎn)換膜。例如，在光電轉(zhuǎn)換膜使用非晶硅的情況下，通過厚度為0.4nm程度的光電轉(zhuǎn)換膜，幾乎能夠吸收波長550nm的全部綠色光。
[0005]另外，積層型的固體攝像裝置中不采用埋入型光電二極管。因此，在積層型的固體攝像裝置中可以增大光電轉(zhuǎn)換部的電容，從而能夠增大飽和電荷。并且，在積層型的固體攝像裝置中，并不完全傳輸電荷，因此可積極地附加電容。由此，積層型的固體攝像裝置在細微化的像素也能夠?qū)崿F(xiàn)充分大的電容。并且，在積層型的固體攝像裝置，也可以采用動態(tài)隨機存取器以及堆棧元件等的結(jié)構(gòu)。
[0006]專利文獻1:日本專利特開昭55-120182號公報
[0007]但是，在專利文獻I所示的固體攝像裝置中，對信號電荷進行復(fù)位時會發(fā)生噪聲。即，專利文獻I所示的固體攝像裝置的問題在于，起因于復(fù)位信號中包含的復(fù)位脈沖的后緣(后側(cè)的邊緣)，復(fù)位信號線和像素電極等之間的電容耦合導(dǎo)致發(fā)生隨機噪聲(復(fù)位噪聲)。由于積層型的固體攝像裝置無法完全傳輸電荷，因此，在⑶S (相關(guān)雙取樣)電路中實施像一般的埋入型光電二極管的固體攝像裝置那樣的采樣，并不能完全消除復(fù)位噪聲(kTC噪聲)。因此，在發(fā)生噪聲的狀態(tài)下，下一個信號電荷會被加在復(fù)位后的電荷上，而會讀出重疊有復(fù)位噪聲的信號電荷。從而，專利文獻I所示的固體攝像裝置中存在著隨機噪聲變大的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠降低kTC噪聲的固體攝像裝置。
[0009]為了達成上述目的，本發(fā)明的一形態(tài)的固體攝像裝置具備:光電轉(zhuǎn)換部，將光轉(zhuǎn)換成信號電荷；蓄積部，蓄積上述信號電荷；傳輸晶體管，被連接在上述光電轉(zhuǎn)換部和上述蓄積部之間，將由上述光電轉(zhuǎn)換部轉(zhuǎn)換的上述信號電荷傳輸給上述蓄積部；放大晶體管，其柵極與上述蓄積部連接，通過對上述蓄積部中蓄積的信號電荷進行放大而生成電壓信號；復(fù)位晶體管，對上述蓄積部的電壓進行復(fù)位；第一放大電路，將由上述放大晶體管生成的上述電壓信號負反饋到上述復(fù)位晶體管；第二放大電路，將由上述放大晶體管生成的上述電壓信號正反饋到上述放大晶體管。
[0010]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的一形態(tài)的固體攝像裝置除了抑制在復(fù)位晶體管發(fā)生的kTC噪聲之外，還能夠抑制在傳輸晶體管發(fā)生的kTC噪聲。
[0011]另外，固體攝像裝置可以進行:第一行程，在使上述傳輸晶體管以及上述復(fù)位晶體管接通之后，通過使上述第一放大電路進行動作，從而一邊將上述電壓信號負反饋到上述復(fù)位晶體管一邊使上述復(fù)位晶體管切斷；第二行程，在使上述復(fù)位晶體管切斷并使上述傳輸晶體管接通之后，通過使上述第二放大電路進行動作，從而一邊將上述電壓信號正反饋到上述放大晶體管的柵極一邊使上述傳輸晶體管切斷。
[0012]另外可以是，上述固體攝像裝置還具備電容元件，該電容元件被連接在上述放大晶體管的柵極和上述第二放大電路的輸出端子之間，上述第二放大電路通過上述電容元件將上述電壓信號正反饋到上述放大晶體管的柵極。
[0013]另外可以是，上述電容元件的電容值和上述第二放大電路的增益的積，大致等于上述蓄積部的電容值。
[0014]另外可以是，上述固體攝像裝置還具備電源線，該電源線用于向上述放大晶體管的源極以及漏極的一方提供電壓，上述第二放大電路通過上述電源線，將上述電壓信號正反饋到上述放大晶體管的上述源極以及漏極的一方。
[0015]另外可以是，上述電源線的電容值和上述第二放大電路的增益的積，大致等于上述蓄積部的電容值。
[0016]另外可以是，上述固體攝像裝置還具備電容元件，該電容元件被連接在第一端子和上述第二放大電路的輸出端子之間，上述第一端子是指上述傳輸晶體管的源極以及漏極中位于上述光電轉(zhuǎn)換部側(cè)的一方，上述第二放大電路通過上述電容元件以及上述傳輸晶體管，將上述電壓信號正反饋到上述放大晶體管的柵極。
[0017]另外可以是，上述電容元件的電容值和上述第二放大電路的增益的積，大致等于上述蓄積部的電容值。
[0018]另外可以是，上述固體攝像裝置具有多個像素和像素共享電路，該像素共享電路與上述多個像素中的每兩個以上的像素對應(yīng)而設(shè)置，上述多個像素分別包括上述光電轉(zhuǎn)換部以及與該光電轉(zhuǎn)換部連接的上述傳輸晶體管，上述像素共享電路分別包括與被包含在對應(yīng)的兩個以上的像素中的兩個以上的上述傳輸晶體管連接的上述蓄積部、上述放大晶體管和上述復(fù)位晶體管。
[0019]另外本發(fā)明的一形態(tài)的開關(guān)電路具備:第一電容以及第二電容；傳輸晶體管，被連接在上述第一電容和上述第二電容之間；放大晶體管，其柵極與上述第二電容連接，通過對上述第二電容中蓄積的電荷進行放大而生成電壓信號；第三電容，被連接在上述放大晶體管的柵極；放大電路，通過上述第三電容，將由上述放大晶體管生成的上述電壓信號正反饋到上述放大晶體管的柵極。
[0020]另外，不僅能夠通過上述固體攝像裝置來實現(xiàn)本發(fā)明，還能夠通過以固體攝像裝置所包含的特征性部分作為步驟的固體攝像裝置的控制方法來實現(xiàn)本發(fā)明。
[0021]另外，可以通過實現(xiàn)上述固體攝像裝置的一部分功能或者全部功能的半導(dǎo)體集成電路(LSI)來實現(xiàn)本發(fā)明，也可以通過具備上述固體攝像裝置的攝像裝置來實現(xiàn)本發(fā)明。
[0022]如上所述，本發(fā)明能夠提供可降低kTC噪聲的固體攝像裝置?！緦＠綀D】
【附圖說明】
[0023]圖1是表示本發(fā)明的比較例I的固體攝像裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
[0024]圖2是本發(fā)明的比較例I的固體攝像裝置的剖面圖。
[0025]圖3是表示本發(fā)明的比較例I的固體攝像裝置的動作的時間圖。
[0026]圖4是本發(fā)明的比較例2的固體攝像裝置的電路圖。
[0027]圖5是本發(fā)明的第I實施方式的固體攝像裝置的電路圖。
[0028]圖6是表示本發(fā)明的第I實施方式的固體攝像裝置的動作的時間圖。
[0029]圖7是本發(fā)明的第I實施方式的開關(guān)電路的電路圖。
[0030]圖8是本發(fā)明的第2實施方式的固體攝像裝置的電路圖。
[0031]圖9是本發(fā)明的第3實施方式的固體攝像裝置的電路圖。
【具體實施方式】
[0032]以下，參照附圖來說明本發(fā)明的實施方式。圖中，相同的符號表示相同的結(jié)構(gòu)要素。
[0033]另外，以下將說明的實施方式均表示本發(fā)明所優(yōu)選的一具體例。以下的實施方式中給出的數(shù)值、形狀、材料、結(jié)構(gòu)要素、結(jié)構(gòu)要素的配置位置以及連接形態(tài)、步驟、步驟的順序等也都表示一例，并不意味本發(fā)明限定于此。本發(fā)明只受權(quán)利要求的范圍的限定。因此，關(guān)于以下實施方式的結(jié)構(gòu)要素中未被記載于表不本發(fā)明的最上位概念的獨立權(quán)利要求項的結(jié)構(gòu)要素，雖不是為了達成本發(fā)明的目的所必須的結(jié)構(gòu)要素，但作為構(gòu)成優(yōu)選形態(tài)的結(jié)構(gòu)要素對其進行說明。
[0034](比較例I)
[0035]首先，在說明本發(fā)明的實施方式之前，就本發(fā)明的比較例的固體攝像裝置進行說明。
[0036]圖1是表示本發(fā)明的比較例I的固體攝像裝置50的圖，圖2是表示圖1的像素11的結(jié)構(gòu)的斷面圖。
[0037]圖1所示的固體攝像裝置50具備半導(dǎo)體基板31、以陣列狀被配置在半導(dǎo)體基板31上的多個像素11、向像素11提供各種定時信號的垂直掃描部13、將像素11的信號依次讀出到水平輸出端子142的水平掃描部15、按每個列形成的垂直信號線114、與垂直信號線114連接的第一放大電路108、按每個列被設(shè)置的反饋線115，該反饋線115由于將第一放大電路108的輸出信號反饋到對應(yīng)的列的像素11。在圖1中，只記載了“2行2列”范圍的像素11，但是，行數(shù)以及列數(shù)可任意設(shè)定。
[0038]另外，各像素11具有光電轉(zhuǎn)換部120、柵極與光電轉(zhuǎn)換部120連接的放大晶體管105、漏極與光電轉(zhuǎn)換部120連接的復(fù)位晶體管116、與放大晶體管105串聯(lián)連接的選擇晶體管 113。
[0039]光電轉(zhuǎn)換部120如圖2所示，具備進行光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換膜45、被形成在光電轉(zhuǎn)換膜的半導(dǎo)體基板側(cè)的面上的像素電極46、被形成在光電轉(zhuǎn)換膜的與像素電極相反側(cè)的面上的透明電極47。該光電轉(zhuǎn)換部120被連接在放大晶體管105的柵極以及復(fù)位晶體管116的漏極和光電轉(zhuǎn)換部控制線131之間。放大晶體管105具有與像素電極46連接的柵極，將與像素電極46的電位相應(yīng)的信號電壓，通過選擇晶體管113輸出到垂直信號線114。在此，將通過光電轉(zhuǎn)換而獲得的電荷除以與放大晶體管105的柵極連接的節(jié)點的寄生電容，并以該除值決定像素電極46的電位。該寄生電容是指該節(jié)點與電位為接地電位等固定電位的多個節(jié)點的每一個電位之間的多個電容的合計，既所謂的蓄積電容。
[0040]復(fù)位晶體管116的源極以及漏極的一方與像素電極46連接，源極以及漏極的另一方與對應(yīng)的反饋線115連接。選擇晶體管113的柵極通過地址控制線121與垂直掃描部13連接。復(fù)位晶體管116的柵極通過復(fù)位控制線123與垂直掃描部13連接。在每個行都設(shè)置有地址控制線121和復(fù)位控制線123。在本比較例中將說明如下的例子，復(fù)位晶體管116為η型MOS晶體管，輸入其柵極的復(fù)位信號中包含的復(fù)位脈沖是正脈沖(上升的脈沖)，復(fù)位脈沖的后緣是下降邊。
[0041]光電轉(zhuǎn)換部控制線131被共用于全像素。垂直信號線114被設(shè)置在每個列，并通過列信號處理部21與水平掃描部15連接。列信號處理部21進行以相關(guān)雙采樣為代表的噪聲抑制信號處理以及模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換等。
[0042]另外，被設(shè)置在每個列的垂直信號線114分別與第一放大電路108連接。全像素共用的參照電壓VR也被輸入到一第放大電路108。第一放大電路108的輸出端子與復(fù)位晶體管116的源極連接。該第一放大電路108，在選擇晶體管113以及復(fù)位晶體管116為導(dǎo)通狀態(tài)時，接受來自選擇晶體管113的輸出信號，并進行反饋動作，以使放大晶體管105的柵極電位保持一定。此時，第一放大電路108的輸出信號成為Ov或者接近Ov的正電壓。
[0043]圖3是表不固體攝像裝置50的最基本的撮像動作的時間圖。該圖的SELl表不第I行的行選擇信號。RSTl表示第I行的行復(fù)位信號。除了對應(yīng)的行不同之外，SEL2、RST2其意同上。I個水平周期是指從行選擇信號成為有效之后到下一個行的行選擇信號成為有效為止(從SELl上升開始到SEL2的上升)的期間，即為從I行的像素讀出信號電壓時所需要的期間。I個垂直周期是從全行的像素讀出信號電壓時所需要的期間。
[0044]反饋動作，在行選擇信號和行復(fù)位信號同時成為有效時發(fā)生。即，反饋動作，在選擇晶體管113和復(fù)位晶體管116同時接通時發(fā)生。如圖3所示，垂直掃描部13進行控制，以在讀出來自像素的信號之后進行復(fù)位(反饋動作)。首先，垂直掃描部13使提供給選擇晶體管113的柵極的行選擇信號成為有效。由此，放大晶體管105的輸出信號被輸出到垂直信號線114。其次，垂直掃描部13在行選擇信號成為有效的一定時間之后，使行復(fù)位信號成為有效。由此，第一放大電路108的輸出信號通過復(fù)位晶體管116被反饋到像素電極。
[0045]通常而言，對信號電荷進行復(fù)位時發(fā)生的噪聲的頻率為GHz基準以上，難以利用電路來控制該噪聲。但是，通過以下的方法能夠降低噪聲頻率，即，能夠控制該噪聲。一邊使賦予復(fù)位控制線123的電壓逐漸降低(以下，簡稱為漸變)，一邊進行反饋動作。復(fù)位控制線123的電壓降低時，復(fù)位晶體管116的溝道電阻會增大。該溝道電阻和蓄積電容形成一種低通濾波器。因此，該濾波器的截止頻率以下的噪聲就無法通過復(fù)位晶體管116。該截止頻率成為該反饋電路的頻域以下時，由于反饋控制，可抑制全噪聲。
[0046]如上所述，通過反饋動作，在復(fù)位晶體管116中，能夠抑制對信號電荷進行復(fù)位時發(fā)生的復(fù)位噪聲。并且，能夠減少復(fù)位噪聲被重疊在下一個信號電荷的情況。由此，固體攝像裝置50能夠抑制隨機噪聲。
[0047]另外，如圖2所示，在由硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板31上形成有放大晶體管105、選擇晶體管113以及復(fù)位晶體管116。放大晶體管105具有柵極電極41、作為漏極的擴散層51以及作為源極的擴散層52。選擇晶體管113具有柵極電極42、作為漏極的擴散層52以及作為源極的擴散層53。放大晶體管105的源極和選擇晶體管113的漏極為同一擴散層52。復(fù)位晶體管116具有柵極電極43、作為漏極的擴散層54以及作為源極的擴散層55。擴散層51和擴散層54被元件分離區(qū)域33所分離。
[0048]另外，在半導(dǎo)體基板31上，以覆蓋各晶體管的方式形成有絕緣膜35。在絕緣膜35之上形成有光電轉(zhuǎn)換部120。光電轉(zhuǎn)換部120具有由非晶硅等構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換膜45、在光電轉(zhuǎn)換膜45的下面形成的像素電極46、在光電轉(zhuǎn)換膜45的上面形成的透明電極47。像素電極46通過接觸端子36與放大晶體管105的柵極電極41以及作為復(fù)位晶體管116的源極的擴散層54連接。與像素電極46連接的擴散層54起到蓄積二極管的作用。
[0049]如上所述，本發(fā)明的比較例I的固體攝像裝置50采用光吸收系數(shù)大的光電轉(zhuǎn)換部，因此量化效率極佳。
[0050]另外，在本發(fā)明的比較例I的固體攝像裝置50中，能夠減小光電二極管的面積，因此能夠增大電路的轉(zhuǎn)換增益。并且，從結(jié)構(gòu)上講，不能在半導(dǎo)體基板內(nèi)進行光電轉(zhuǎn)換，因此，隨機噪聲被抑制時的效果極大。
[0051]并且，通過利用第一放大電路108來進行反饋動作，能夠抑制積層型的固體攝像裝置50的復(fù)位噪聲。由此，能夠減少讀出重疊有復(fù)位噪聲的信號電荷的情況，從而能夠抑制固體攝像裝置50的隨機噪聲。
[0052](比較例2)
[0053]在比較例I中，每I個像素有3個晶體管。為了滿足進一步細微化的要求，有必要削減每I個像素的晶體管數(shù)。在采用一般的埋入型光電二極管的CMOS圖像傳感器中，作為削減每I個像素的晶體管數(shù)的方法，廣為所知的有使多個光電轉(zhuǎn)換部共享復(fù)位晶體管、放大晶體管以及選擇晶體管的方法。
[0054]在此，同樣以在積層型的固體攝像裝置中使多個光電轉(zhuǎn)換部共享復(fù)位晶體管、放大晶體管和選擇晶體管的情況為例進行說明。
[0055]圖4是表示本發(fā)明的比較例2的固體攝像裝置100的結(jié)構(gòu)的圖。在此，為了簡化說明，圖4中只記載了 2個像素范圍的電路結(jié)構(gòu)。
[0056]在圖4所示的固體攝像裝置100中，各像素110所必須的晶體管只有傳輸晶體管101。而關(guān)于其他的放大晶體管105、選擇晶體管113和復(fù)位晶體管116，可在多個像素110之間共享，因此，能夠削減每I個像素的晶體管數(shù)(該共享電路也稱之為像素共享電路111)。例如，4像素共享像素共享電路111時，能使每I個像素的晶體管成為1.75個。
[0057]另外，固體攝像裝置100具有按像素共享電路111的每個列被設(shè)置的列電路112。列電路112具備第一放大電路108。
[0058]在此，圖4所示的電路中，必須使輸入到放大晶體管105的柵極的電壓(以下稱之為共享電路電壓)復(fù)位成規(guī)定的電壓。因此，在通過接通復(fù)位晶體管116來使共享電路電壓成為與反饋線115的電壓相等的電壓之后，必須要切斷復(fù)位晶體管116。此時會發(fā)生kTC噪聲。
[0059]關(guān)于削減在該復(fù)位晶體管116發(fā)生的kTC噪聲，在此對進行與比較例I同樣的驅(qū)動的情況進行說明。首先，接通復(fù)位晶體管116，將來自第一放大電路108的輸出電壓作為共享電路電壓輸入到放大晶體管105。與該電壓對應(yīng)的電壓從放大晶體管105被輸出，被輸出的電壓通過選擇晶體管113被輸入到第一放大電路108的負輸入端子。正輸入端子與電壓源連接，從來自該電壓源的電壓減去輸入到負輸入端子的電壓之后的電壓，通過反饋線115被反饋到共享電路電壓。如果在這種狀態(tài)下使復(fù)位晶體管116逐漸切斷(使復(fù)位晶體管116的柵極電壓漸變)，在復(fù)位晶體管116發(fā)生的kTC噪聲將受到抑制。
[0060]然而，在圖4所示的電路中，除了共享電路電壓的復(fù)位之外，對傳輸晶體管101的光電轉(zhuǎn)換部120側(cè)的節(jié)點的電壓(以下，稱之為像素電壓)也要進行復(fù)位。因此，在對共享電路電壓進行復(fù)位時，必須使傳輸晶體管101接通以及切斷。從而，傳輸晶體管101造成kTC噪聲的發(fā)生。并且，在該電路無法抑制該kTC噪聲。其原因在于，以上所述的負反饋循環(huán)內(nèi)不存在傳輸晶體管101，因此無法通過負反饋來進行控制。并且，像素電壓的節(jié)點必須是孤立的(浮游)，因此無法采用在負反饋循環(huán)內(nèi)配置傳輸晶體管101的結(jié)構(gòu)。S卩，要想抑制該kTC噪聲，必須基于新的原理，構(gòu)成能夠抑制kTC噪聲的開關(guān)電路。
[0061](第I實施方式)
[0062]以下，參照附圖來說明本發(fā)明的第I實施方式。在此，對于與已經(jīng)說明過的要素相同的要素賦予相同的符號，有時會省略其說明。另外，以下將晶體管設(shè)想為η型M0S，但是，通過P型MOS也能夠進行同樣的動作。另外，以下記載為晶體管的源極/漏極之處，表示源極或者漏極的任意一方(在實際的元件中，源極和漏極為同一物，無法區(qū)別)。但是，其一方被賦予的電壓高于另一方時，稱之為漏極。
[0063]首先，說明本發(fā)明的第I實施方式的固體攝像裝置的結(jié)構(gòu)。
[0064]圖5是本發(fā)明的第I實施方式的固體攝像裝置200的電路圖。在圖5中，為了簡化說明，只記載了 2個像素范圍的電路結(jié)構(gòu)。
[0065]圖5所示的固體攝像裝置200是積層型的固體攝像裝置，其具備多個像素110以及像素共享電路211，像素共享電路211與多個像素110中的每2個以上的像素對應(yīng)而設(shè)置。
[0066]多個像素110 (IlOa以及IlOb)分別包含光電轉(zhuǎn)換部120 (120a以及120b)、與光電轉(zhuǎn)換部120連接的傳輸晶體管101 (IOla以及101b)。
[0067]像素共享電路211分別包含蓄積部230、放大晶體管105、選擇晶體管113、復(fù)位晶體管116和電容元件204，蓄積部230與對應(yīng)的2個以上的像素110中包含的2個以上的傳輸晶體管101連接。
[0068]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在與I個像素共享電路211連接的多個傳輸晶體管101中，通過只接通其中的I個，在多個像素Iio之間共享像素共享電路211。實際上，像素110以及像素共享電路211被配置成二維狀。
[0069]另外，固體攝像裝置200具有按像素共享電路211的每個列被設(shè)置的列電路212。
[0070]另外，除了像素部(像素110以及像素共享電路211)以及列電路212之外，固體攝像裝置200的整體結(jié)構(gòu)與圖1所示的結(jié)構(gòu)相同，因此省略說明。
[0071]另外，在圖5中，傳輸晶體管101的光電轉(zhuǎn)換部120側(cè)的節(jié)點的電容被表示為電容202 (202a以及202b)，蓄積部230的電容被表示為電容203。該電容202以及203并不限定于有意圖地附加的電容，而是該節(jié)點和被施加固定電壓的配線之間的寄生電容的全部合計值。寄生電容在現(xiàn)實電路中必然存在，因此在并非有意圖地附加電容的情況下，也必定存在電容202以及203。另外，在此，固定電壓源是指在下述的固體攝像裝置200的動作工序中電壓不變化的節(jié)點。
[0072]光電轉(zhuǎn)換部120將光轉(zhuǎn)換成信號電荷，并蓄積轉(zhuǎn)換后的信號電荷。另外，光電轉(zhuǎn)換部120的結(jié)構(gòu)與上述比較例I相同。
[0073]蓄積部230蓄積由光電轉(zhuǎn)換部120進行光電轉(zhuǎn)換的信號電荷。
[0074]傳輸晶體管101被連接在光電轉(zhuǎn)換部120和蓄積部230之間，由光電轉(zhuǎn)換部120轉(zhuǎn)換的信號電荷被傳輸?shù)叫罘e部230。
[0075]放大晶體管105，其柵極與蓄積部230連接，生成與蓄積部230中蓄積的信號電荷(電壓)對應(yīng)的電壓信號。
[0076]復(fù)位晶體管116被連接在蓄積部230和反饋線115之間。在固體攝像裝置200的垂直掃描動作中，通過接通被選擇的行的復(fù)位晶體管116，以來自反饋線115的電壓，對蓄積部230的電壓進行復(fù)位。
[0077]另外，在固體攝像裝置200的垂直掃描動作中，只有被選擇的行的選擇晶體管113被接通。通過該選擇晶體管113被接通，由放大晶體管105生成的電壓信號被輸出到垂直信號線114。該選擇晶體管113與放大晶體管105串聯(lián)連接。
[0078]另外，選擇晶體管113如圖5所示，可以被配置在放大晶體管105的垂直信號線114偵彳，也可以被配置在放大晶體管105的電源側(cè)。
[0079]另外，還可以考慮采用通過設(shè)定放大晶體管105的閾值來附加使放大晶體管105接通以及切斷的功能，而不再需要選擇晶體管113的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)為常見的結(jié)構(gòu)，因此在此省略贅述。
[0080]另外，還可以與垂直信號線114并聯(lián)連接電流源(典型的是晶體管)，使放大晶體管105作為源極跟隨器進行動作。
[0081]列電路212被二維狀配置的多個像素共享電路211中的被配置在同列的像素共享電路211所共享。該列電路212具備第一放大電路108、第二放大電路206、開關(guān)207以及209。
[0082]第一放大電路108是典型的運算放大器。該第一放大電路108將由放大晶體管105生成的電壓信號，通過反饋線115負反饋到復(fù)位晶體管。具體是，第一放大電路108的負輸入端子(反相輸入端子)與垂直信號線114連接。由此，由放大晶體管105生成的電壓信號通過選擇晶體管113以及垂直信號線114，被輸入到第一放大電路108的負輸入端子。另外，第一放大電路108的正輸入端子(非反相輸入端子)被施加固定電壓(參照電壓)。
[0083]開關(guān)209被連接在第一放大電路108的輸出端子和反饋線115之間。因此，第一放大電路108的輸出端子通過開關(guān)209以及反饋線115，與復(fù)位晶體管116的漏極連接。
[0084]第二放大電路206是典型的運算放大器。該第二放大電路206將由放大晶體管105生成的電壓信號，通過電容元件204負反饋到放大晶體管105的柵極。具體是，第二放大電路206的正輸入端子與垂直信號線114連接，負輸入端子被施加固定電壓(參照電壓)。由此，由放大晶體管105生成的電壓信號通過垂直信號線114，被輸入到第二放大電路206的正輸入端子。
[0085]開關(guān)207被連接在第二放大電路206的輸出端子和電容元件204的一端之間。另夕卜，電容元件204的另一端與蓄積部230連接。另外，開關(guān)207的另一端與被配置在同一列的多個電容元件204連接。
[0086]另外，也可以將圖5所示的開關(guān)207配置在垂直信號線114和第二放大電路206的正輸入端子之間。在此情況下，第二放大電路206的輸出端子和電容元件204被直接連接。即，開關(guān)207是用于對由第二放大電路206構(gòu)成的反饋循環(huán)的接通和切斷進行切換的部件。因此，開關(guān)207可被設(shè)置在該反饋循環(huán)內(nèi)的任意位置。
[0087]另外，電容元件204的電容值，除了包含有意圖地附加的電容的電容值之外，還包含寄生電容。
[0088]另外，在圖5中，被施加在傳輸晶體管IOIa的柵極的電壓為(ptranl，被施加在傳
輸晶體管IOib的柵極的電壓為Cptran2e這些電壓通常通過橫配線，被同時施加在同一行的所有像素110。
[0089]另外，被施加在復(fù)位晶體管116的柵極的電壓為ipres。該電壓通常也是通過橫配線，被同時施加在同一行的所有像素共享電路211。
[0090]另外，被施加在選擇晶體管113的柵極的電壓為(psel?a亥電壓通常也是通過橫配線，被同時施加在同一行的所有像素共享電路211。
[0091]被賦予開關(guān)207的控制電壓為cpS胃L.在該電壓是高電平時開關(guān)207被接通，低
電平時被切斷。被施加在開關(guān)209的控制電壓為CpS1Wl在該電壓是高電平時開關(guān)209被接通，低電平時被切斷。
[0092]另外， 這些控制信號由圖1所示的垂直掃描部13或者未圖示的控制電路等生成，并被施加在各晶體管或者開關(guān)。
[0093]以下，說明該固體攝像裝置200的驅(qū)動方法。在此，圖5中雖未記載，但通過垂直掃描動作以及水平掃描動作來讀出從各像素110獲得的信號的動作，與通常的固體攝像裝置相同，此為該領(lǐng)域技術(shù)人員必能明確理解的內(nèi)容。因此，以下只注目于各像素110的驅(qū)動方法來進行說明。
[0094]另外，在此，在垂直掃描動作中，在像素IlOa之后對像素IlOb進行掃描。即，設(shè)想為像素IlOa和像素IlOb在上下方向上被鄰接配置。另外，也可以考慮將像素IlOa和像素IlOb配置在左右方向或者斜方向上，在這種情況下當然也能夠通過以下將說明的方法來進行類推和驅(qū)動。
[0095]像素110的驅(qū)動需要(I)蓄積信號讀出動作、(2)復(fù)位動作、(3)復(fù)位電壓讀出動作、(4)蓄積動作等4個動作。
[0096]進行動畫攝影時反復(fù)循環(huán)進行這些(I)~(4)的動作。進行靜止畫攝影時，從(2)復(fù)位動作開始，依次進行(3)復(fù)位電壓讀出動作、(4)蓄積動作、(I)蓄積信號讀出動作之后結(jié)束動作。
[0097]另外，在利用電子快門的情況下，在(4)蓄積動作的期間插入電子快門復(fù)位動作。并且，在使用電子快門的情況下，不進行(3)復(fù)位電壓讀出動作。
[0098]圖6是說明固體攝像裝置200的驅(qū)動方法的圖。通過參照該圖，按順序說明(I)~
(4)的動作。
[0099](I)蓄積信號讀出動作的說明。[0100]首先，通過使(jitranl以及fSel成為高電平，使傳輸晶體管IOla和選擇晶體管
113接通。由此，與光照射量相對應(yīng)地被積蓄的信號電荷，從光電轉(zhuǎn)換部120被傳輸?shù)叫罘e部230。并且，與該蓄積信號電荷對應(yīng)的信號電壓被輸出到垂直信號線114。另外，圖5中雖未記載，但垂直信號線114通常與相關(guān)雙采樣電路(CDS電路)等連接，通過該相關(guān)雙采樣電路來對該電壓進行采樣。
[0101](2)復(fù)位動作以及(3)復(fù)位電壓讀出動作的說明。
[0102]在傳輸晶體管IOla和選擇晶體管113接通的狀態(tài)下,通過使{pres以及CpS胃2
成為高電平，來使由第一放大電路108、復(fù)位晶體管116和放大晶體管105構(gòu)成的負反饋電路進行動作。并且，通過使逐漸成為低電平，使復(fù)位晶體管116逐漸切斷。由此，能夠抑制復(fù)位晶體管116的kTC噪聲。
[0103]然后，通過使φ SW2成為低電平來切斷開關(guān)209。在這種狀態(tài)下，使垂直信號線114輸出與復(fù)位狀態(tài)的蓄積部230的電壓對應(yīng)的復(fù)位電壓。并且，通過相關(guān)雙采樣電路(CDS電路)等，將該電壓作為復(fù)位電壓，對其進行取樣。然后，通過使Φ SWl逐漸成為高電平來切斷開關(guān)207，然后通過使tptran.1逐漸成為低電平來切斷傳輸晶體管101a。由此，能夠抑制因傳輸晶體管IOla而發(fā)生的kTC噪聲。關(guān)于其原理詳情后述。
[0104]在(4)蓄 積動作中，使像素IlOa以及像素共享電路211保持復(fù)位電壓讀出動作
(3)結(jié)束時的狀態(tài)。由此,與輸入光對應(yīng)的電荷會被蓄積到光電轉(zhuǎn)換部120。另外，在未使用電子快門的情況下，以上的期間為I幀。
[0105]另外，圖6所示的接下來的動作，即對像素IlOb進行動作與像素IlOa相同，因此省略詳述。
[0106]另外，水平掃描部15將進行完上述(I)蓄積信號讀出動作、(2)復(fù)位動作以及(3)復(fù)位電壓讀出動作的信號，依次輸出到固體攝像裝置200之外。該領(lǐng)域的其他技術(shù)人員可明確理解該動作，因此省略詳述。
[0107]以下，關(guān)于通過本發(fā)明的第I實施方式的固體攝像裝置200能夠抑制傳輸晶體管101中發(fā)生的kTC噪聲的原理進行說明。
[0108]圖7是表示從圖5所示的電路中去除了與上述正反饋動作有關(guān)的電路之后的結(jié)構(gòu)的圖。另外，圖7所示的電路，以下稱之為開關(guān)電路。另外，該開關(guān)電路除了用于如上所述的固體攝像裝置之外，還能夠用于其他同樣需要開關(guān)動作的電路。
[0109]另外，設(shè)想為電容202的電容值是Cl，電容203的電容值是C2，電容元件204的電容值是C3。另外，設(shè)想為第二放大電路206的增益為a。
[0110]首先，接通傳輸晶體管101，使電容202和蓄積部230成為同電位。設(shè)定電位的方法有多種，例如，可以通過另一個開關(guān)(以下稱之為單位設(shè)定開關(guān))向蓄積部230賦予電位。例如，該電位設(shè)定開關(guān)是上述復(fù)位晶體管116。以上的處理稱之為行程一。
[0111]然后，形成使電容203只與傳輸晶體管101連接，使蓄積部230只與傳輸晶體管101、放大晶體管105以及電容元件204連接的狀態(tài)。在使用上述電位設(shè)定開關(guān)的情況下，此時切斷電位設(shè)定開關(guān)。嚴密地說，此時會發(fā)生kTC噪聲，但在此該噪聲是O (通過使用上述第一放大電路108的負反饋，能夠使該kTC噪聲實質(zhì)上成為O)。以上的處理稱之為行程
--O[0112]行程二之后，接下來使傳輸晶體管101切斷，但是，通常(圖7中，電容元件204的開關(guān)207側(cè)為固定電壓的情況下)會發(fā)生如下所述的kTC噪聲。該kTC噪聲的電荷量，根據(jù)Cl和C2+C3的串聯(lián)電容值而定。因此，可通過下式(I)來表示kTC噪聲的標準偏差。
【權(quán)利要求】
1.一種固體攝像裝置，具備: 光電轉(zhuǎn)換部，將光轉(zhuǎn)換成信號電荷； 蓄積部，蓄積上述信號電荷； 傳輸晶體管，被連接在上述光電轉(zhuǎn)換部和上述蓄積部之間，將由上述光電轉(zhuǎn)換部轉(zhuǎn)換的上述信號電荷傳輸給上述蓄積部； 放大晶體管，其柵極與上述蓄積部連接，通過對上述蓄積部中蓄積的上述信號電荷進行放大而生成電壓信號； 復(fù)位晶體管，對上述蓄積部的電壓進行復(fù)位； 第一放大電路，將由上述放大晶體管生成的上述電壓信號負反饋到上述復(fù)位晶體管；以及 第二放大電路，將由上述放大晶體管生成的上述電壓信號正反饋到上述放大晶體管。
2.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，進行: 第一行程，在使上述傳輸晶體管以及上述復(fù)位晶體管接通之后，通過使上述第一放大電路進行動作，從而一邊將上述電壓信號負反饋到上述復(fù)位晶體管一邊使上述復(fù)位晶體管切斷；以及 第二行程，在使上述復(fù)位晶體管切斷并使上述傳輸晶體管接通之后，通過使上述第二放大電路進行動作，從而一邊將上述電壓信號正反饋到上述放大晶體管的柵極一邊使上述傳輸晶體管切斷。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的固體攝像裝置， 上述固體攝像裝置還具備電容元件，該電容元件被連接在上述放大晶體管的柵極和上述第二放大電路的輸出端子之間， 上述第二放大電路通過上述電容元件，將上述電壓信號正反饋到上述放大晶體管的柵極。
4.如權(quán)利要求3所述的固體攝像裝置， 上述電容元件的電容值和上述第二放大電路的增益的積，大致等于上述蓄積部的電容值。
5.如權(quán)利要求1或者2所述的固體攝像裝置， 上述固體攝像裝置還具備電源線，該電源線用于向上述放大晶體管的源極以及漏極的一方提供電壓， 上述第二放大電路通過上述電源線，將上述電壓信號正反饋到上述放大晶體管的上述源極以及漏極的一方。
6.如權(quán)利要求5所述的固體攝像裝置， 上述電源線的電容值和上述第二放大電路的增益的積，大致等于上述蓄積部的電容值。
7.如權(quán)利要求1或者2所述的固體攝像裝置， 上述固體攝像裝置還具備電容元件，該電容元件被連接在第一端子和上述第二放大電路的輸出端子之間，上述第一端子是指上述傳輸晶體管的源極以及漏極中位于上述光電轉(zhuǎn)換部側(cè)的一方， 上述第二放大電路通過上述電容元件以及上述傳輸晶體管，將上述電壓信號正反饋到上述放大晶體管的柵極。
8.如權(quán)利要求7所述的固體攝像裝置， 上述電容元件的電容值和上述第二放大電路的增益的積，大致等于上述蓄積部的電容值。
9.如權(quán)利要求1~8的任一項所述的固體攝像裝置， 上述固體攝像裝置具有多個像素和像素共享電路，該像素共享電路與上述多個像素中的每兩個以上的像素對應(yīng)而設(shè)置， 上述多個像素分別包括上述光電轉(zhuǎn)換部以及與該光電轉(zhuǎn)換部連接的上述傳輸晶體管，上述像素共享電路分別包括與被包含在對應(yīng)的兩個以上的像素中的兩個以上的上述傳輸晶體管連接的上述蓄積部、上述放大晶體管和上述復(fù)位晶體管。
10.一種開關(guān)電路，具備: 第一電容以及第二電容； 傳輸晶體管，被連接在上述第一電容和上述第二電容之間； 放大晶體管，其柵極與上述第二電容連接，通過對上述第二電容中蓄積的電荷進行放大而生成電壓信號； 第三電容，被連接在上述放大晶體管的柵極；以及 放大電路，通過上述第三電容，將由上述放大晶體管生成的上述電壓信號正反饋到上述放大晶體管的柵極。
【文檔編號】H01L27/146GK103703760SQ201280036570
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月4日
【發(fā)明者】石井基范, 春日繁孝 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社