CN103703760A - 固体摄像装置以及开关电路 - Google Patents

Abstract

本发明的一形态的固体摄像装置（200）具备：将光转换成信号电荷的光电转换部（12）；蓄积上述信号电荷的蓄积部（230）；被连接在光电转换部（120）和蓄积部（230）之间，将由光电转换部（120）转换的上述信号电荷传输给蓄积部（230）的传输晶体管（101）；栅极与蓄积部（230）连接，通过对蓄积部（230）中蓄积的信号电荷进行放大而生成电压信号的放大晶体管（105）；对蓄积部（230）的电压进行复位的复位晶体管（116）；将由放大晶体管（105）生成的上述电压信号负反馈到复位晶体管（116）的第一放大电路（108）；将由放大晶体管（105）生成的上述电压信号正反馈到放大晶体管（105）的第二放大电路（206）。

Description

固体摄像装置以及开关电路

技术领域

本发明涉及一种固体摄像装置以及开关电路。

背景技术

在一般的固体摄像装置中，作为光电转换部采用埋入型光电二极管。

另外，专利文献1公开了一种积层型的固体摄像装置。在该积层型的固体摄像装置中，在控制电极上形成光电转换膜，并在该光电转换膜上形成透明电极层。积层型的固体摄像装置将施加在该透明电极的电压，通过光电转换膜的作用传到控制电极，从而能够以良好的信噪比将光信息变换成电信号。

积层型的固体摄像装置其结构为，在形成有像素电路的半导体基板上，隔着绝缘膜形成光电转换膜。因此，可以用非晶硅等光吸收系数大的材料来形成光电转换膜。例如，在光电转换膜使用非晶硅的情况下，通过厚度为0.4nm程度的光电转换膜，几乎能够吸收波长550nm的全部绿色光。

另外，积层型的固体摄像装置中不采用埋入型光电二极管。因此，在积层型的固体摄像装置中可以增大光电转换部的电容，从而能够增大饱和电荷。并且，在积层型的固体摄像装置中，并不完全传输电荷，因此可积极地附加电容。由此，积层型的固体摄像装置在细微化的像素也能够实现充分大的电容。并且，在积层型的固体摄像装置，也可以采用动态随机存取器以及堆栈元件等的结构。

专利文献1：日本专利特开昭55-120182号公报

但是，在专利文献1所示的固体摄像装置中，对信号电荷进行复位时会发生噪声。即，专利文献1所示的固体摄像装置的问题在于，起因于复位信号中包含的复位脉冲的后缘（后侧的边缘），复位信号线和像素电极等之间的电容耦合导致发生随机噪声（复位噪声）。由于积层型的固体摄像装置无法完全传输电荷，因此，在CDS（相关双取样）电路中实施像一般的埋入型光电二极管的固体摄像装置那样的采样，并不能完全消除复位噪声（kTC噪声）。因此，在发生噪声的状态下，下一个信号电荷会被加在复位后的电荷上，而会读出重叠有复位噪声的信号电荷。从而，专利文献1所示的固体摄像装置中存在着随机噪声变大的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能够降低kTC噪声的固体摄像装置。

为了达成上述目的，本发明的一形态的固体摄像装置具备：光电转换部，将光转换成信号电荷；蓄积部，蓄积上述信号电荷；传输晶体管，被连接在上述光电转换部和上述蓄积部之间，将由上述光电转换部转换的上述信号电荷传输给上述蓄积部；放大晶体管，其栅极与上述蓄积部连接，通过对上述蓄积部中蓄积的信号电荷进行放大而生成电压信号；复位晶体管，对上述蓄积部的电压进行复位；第一放大电路，将由上述放大晶体管生成的上述电压信号负反馈到上述复位晶体管；第二放大电路，将由上述放大晶体管生成的上述电压信号正反馈到上述放大晶体管。

根据该结构，本发明的一形态的固体摄像装置除了抑制在复位晶体管发生的kTC噪声之外，还能够抑制在传输晶体管发生的kTC噪声。

另外，固体摄像装置可以进行：第一行程，在使上述传输晶体管以及上述复位晶体管接通之后，通过使上述第一放大电路进行动作，从而一边将上述电压信号负反馈到上述复位晶体管一边使上述复位晶体管切断；第二行程，在使上述复位晶体管切断并使上述传输晶体管接通之后，通过使上述第二放大电路进行动作，从而一边将上述电压信号正反馈到上述放大晶体管的栅极一边使上述传输晶体管切断。

另外可以是，上述固体摄像装置还具备电容元件，该电容元件被连接在上述放大晶体管的栅极和上述第二放大电路的输出端子之间，上述第二放大电路通过上述电容元件将上述电压信号正反馈到上述放大晶体管的栅极。

另外可以是，上述电容元件的电容值和上述第二放大电路的增益的积，大致等于上述蓄积部的电容值。

另外可以是，上述固体摄像装置还具备电源线，该电源线用于向上述放大晶体管的源极以及漏极的一方提供电压，上述第二放大电路通过上述电源线，将上述电压信号正反馈到上述放大晶体管的上述源极以及漏极的一方。

另外可以是，上述电源线的电容值和上述第二放大电路的增益的积，大致等于上述蓄积部的电容值。

另外可以是，上述固体摄像装置还具备电容元件，该电容元件被连接在第一端子和上述第二放大电路的输出端子之间，上述第一端子是指上述传输晶体管的源极以及漏极中位于上述光电转换部侧的一方，上述第二放大电路通过上述电容元件以及上述传输晶体管，将上述电压信号正反馈到上述放大晶体管的栅极。

另外可以是，上述电容元件的电容值和上述第二放大电路的增益的积，大致等于上述蓄积部的电容值。

另外可以是，上述固体摄像装置具有多个像素和像素共享电路，该像素共享电路与上述多个像素中的每两个以上的像素对应而设置，上述多个像素分别包括上述光电转换部以及与该光电转换部连接的上述传输晶体管，上述像素共享电路分别包括与被包含在对应的两个以上的像素中的两个以上的上述传输晶体管连接的上述蓄积部、上述放大晶体管和上述复位晶体管。

另外本发明的一形态的开关电路具备：第一电容以及第二电容；传输晶体管，被连接在上述第一电容和上述第二电容之间；放大晶体管，其栅极与上述第二电容连接，通过对上述第二电容中蓄积的电荷进行放大而生成电压信号；第三电容，被连接在上述放大晶体管的栅极；放大电路，通过上述第三电容，将由上述放大晶体管生成的上述电压信号正反馈到上述放大晶体管的栅极。

另外，不仅能够通过上述固体摄像装置来实现本发明，还能够通过以固体摄像装置所包含的特征性部分作为步骤的固体摄像装置的控制方法来实现本发明。

另外，可以通过实现上述固体摄像装置的一部分功能或者全部功能的半导体集成电路（LSI）来实现本发明，也可以通过具备上述固体摄像装置的摄像装置来实现本发明。

如上所述，本发明能够提供可降低kTC噪声的固体摄像装置。

附图说明

图1是表示本发明的比较例1的固体摄像装置的结构的图。

图2是本发明的比较例1的固体摄像装置的剖面图。

图3是表示本发明的比较例1的固体摄像装置的动作的时间图。

图4是本发明的比较例2的固体摄像装置的电路图。

图5是本发明的第1实施方式的固体摄像装置的电路图。

图6是表示本发明的第1实施方式的固体摄像装置的动作的时间图。

图7是本发明的第1实施方式的开关电路的电路图。

图8是本发明的第2实施方式的固体摄像装置的电路图。

图9是本发明的第3实施方式的固体摄像装置的电路图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。图中，相同的符号表示相同的结构要素。

另外，以下将说明的实施方式均表示本发明所优选的一具体例。以下的实施方式中给出的数值、形状、材料、结构要素、结构要素的配置位置以及连接形态、步骤、步骤的顺序等也都表示一例，并不意味本发明限定于此。本发明只受权利要求的范围的限定。因此，关于以下实施方式的结构要素中未被记载于表示本发明的最上位概念的独立权利要求项的结构要素，虽不是为了达成本发明的目的所必须的结构要素，但作为构成优选形态的结构要素对其进行说明。

（比较例1）

首先，在说明本发明的实施方式之前，就本发明的比较例的固体摄像装置进行说明。

图1是表示本发明的比较例1的固体摄像装置50的图，图2是表示图1的像素11的结构的断面图。

图1所示的固体摄像装置50具备半导体基板31、以阵列状被配置在半导体基板31上的多个像素11、向像素11提供各种定时信号的垂直扫描部13、将像素11的信号依次读出到水平输出端子142的水平扫描部15、按每个列形成的垂直信号线114、与垂直信号线114连接的第一放大电路108、按每个列被设置的反馈线115，该反馈线115由于将第一放大电路108的输出信号反馈到对应的列的像素11。在图1中，只记载了“2行2列”范围的像素11，但是，行数以及列数可任意设定。

另外，各像素11具有光电转换部120、栅极与光电转换部120连接的放大晶体管105、漏极与光电转换部120连接的复位晶体管116、与放大晶体管105串联连接的选择晶体管113。

光电转换部120如图2所示，具备进行光电转换的光电转换膜45、被形成在光电转换膜的半导体基板侧的面上的像素电极46、被形成在光电转换膜的与像素电极相反侧的面上的透明电极47。该光电转换部120被连接在放大晶体管105的栅极以及复位晶体管116的漏极和光电转换部控制线131之间。放大晶体管105具有与像素电极46连接的栅极，将与像素电极46的电位相应的信号电压，通过选择晶体管113输出到垂直信号线114。在此，将通过光电转换而获得的电荷除以与放大晶体管105的栅极连接的节点的寄生电容，并以该除值决定像素电极46的电位。该寄生电容是指该节点与电位为接地电位等固定电位的多个节点的每一个电位之间的多个电容的合计，既所谓的蓄积电容。

复位晶体管116的源极以及漏极的一方与像素电极46连接，源极以及漏极的另一方与对应的反馈线115连接。选择晶体管113的栅极通过地址控制线121与垂直扫描部13连接。复位晶体管116的栅极通过复位控制线123与垂直扫描部13连接。在每个行都设置有地址控制线121和复位控制线123。在本比较例中将说明如下的例子，复位晶体管116为n型MOS晶体管，输入其栅极的复位信号中包含的复位脉冲是正脉冲（上升的脉冲），复位脉冲的后缘是下降边。

光电转换部控制线131被共用于全像素。垂直信号线114被设置在每个列，并通过列信号处理部21与水平扫描部15连接。列信号处理部21进行以相关双采样为代表的噪声抑制信号处理以及模拟/数字转换等。

另外，被设置在每个列的垂直信号线114分别与第一放大电路108连接。全像素共用的参照电压VR也被输入到一第放大电路108。第一放大电路108的输出端子与复位晶体管116的源极连接。该第一放大电路108，在选择晶体管113以及复位晶体管116为导通状态时，接受来自选择晶体管113的输出信号，并进行反馈动作，以使放大晶体管105的栅极电位保持一定。此时，第一放大电路108的输出信号成为0v或者接近0v的正电压。

图3是表示固体摄像装置50的最基本的撮像动作的时间图。该图的SEL1表示第1行的行选择信号。RST1表示第1行的行复位信号。除了对应的行不同之外，SEL2、RST2其意同上。1个水平周期是指从行选择信号成为有效之后到下一个行的行选择信号成为有效为止（从SEL1上升开始到SEL2的上升）的期间，即为从1行的像素读出信号电压时所需要的期间。1个垂直周期是从全行的像素读出信号电压时所需要的期间。

反馈动作，在行选择信号和行复位信号同时成为有效时发生。即，反馈动作，在选择晶体管113和复位晶体管116同时接通时发生。如图3所示，垂直扫描部13进行控制，以在读出来自像素的信号之后进行复位（反馈动作）。首先，垂直扫描部13使提供给选择晶体管113的栅极的行选择信号成为有效。由此，放大晶体管105的输出信号被输出到垂直信号线114。其次，垂直扫描部13在行选择信号成为有效的一定时间之后，使行复位信号成为有效。由此，第一放大电路108的输出信号通过复位晶体管116被反馈到像素电极。

通常而言，对信号电荷进行复位时发生的噪声的频率为GHz基准以上，难以利用电路来控制该噪声。但是，通过以下的方法能够降低噪声频率，即，能够控制该噪声。一边使赋予复位控制线123的电压逐渐降低（以下，简称为渐变），一边进行反馈动作。复位控制线123的电压降低时，复位晶体管116的沟道电阻会增大。该沟道电阻和蓄积电容形成一种低通滤波器。因此，该滤波器的截止频率以下的噪声就无法通过复位晶体管116。该截止频率成为该反馈电路的频域以下时，由于反馈控制，可抑制全噪声。

如上所述，通过反馈动作，在复位晶体管116中，能够抑制对信号电荷进行复位时发生的复位噪声。并且，能够减少复位噪声被重叠在下一个信号电荷的情况。由此，固体摄像装置50能够抑制随机噪声。

另外，如图2所示，在由硅构成的半导体基板31上形成有放大晶体管105、选择晶体管113以及复位晶体管116。放大晶体管105具有栅极电极41、作为漏极的扩散层51以及作为源极的扩散层52。选择晶体管113具有栅极电极42、作为漏极的扩散层52以及作为源极的扩散层53。放大晶体管105的源极和选择晶体管113的漏极为同一扩散层52。复位晶体管116具有栅极电极43、作为漏极的扩散层54以及作为源极的扩散层55。扩散层51和扩散层54被元件分离区域33所分离。

另外，在半导体基板31上，以覆盖各晶体管的方式形成有绝缘膜35。在绝缘膜35之上形成有光电转换部120。光电转换部120具有由非晶硅等构成的光电转换膜45、在光电转换膜45的下面形成的像素电极46、在光电转换膜45的上面形成的透明电极47。像素电极46通过接触端子36与放大晶体管105的栅极电极41以及作为复位晶体管116的源极的扩散层54连接。与像素电极46连接的扩散层54起到蓄积二极管的作用。

如上所述，本发明的比较例1的固体摄像装置50采用光吸收系数大的光电转换部，因此量化效率极佳。

另外，在本发明的比较例1的固体摄像装置50中，能够减小光电二极管的面积，因此能够增大电路的转换增益。并且，从结构上讲，不能在半导体基板内进行光电转换，因此，随机噪声被抑制时的效果极大。

并且，通过利用第一放大电路108来进行反馈动作，能够抑制积层型的固体摄像装置50的复位噪声。由此，能够减少读出重叠有复位噪声的信号电荷的情况，从而能够抑制固体摄像装置50的随机噪声。

（比较例2）

在比较例1中，每1个像素有3个晶体管。为了满足进一步细微化的要求，有必要削减每1个像素的晶体管数。在采用一般的埋入型光电二极管的CMOS图像传感器中，作为削减每1个像素的晶体管数的方法，广为所知的有使多个光电转换部共享复位晶体管、放大晶体管以及选择晶体管的方法。

在此，同样以在积层型的固体摄像装置中使多个光电转换部共享复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管的情况为例进行说明。

图4是表示本发明的比较例2的固体摄像装置100的结构的图。在此，为了简化说明，图4中只记载了2个像素范围的电路结构。

在图4所示的固体摄像装置100中，各像素110所必须的晶体管只有传输晶体管101。而关于其他的放大晶体管105、选择晶体管113和复位晶体管116，可在多个像素110之间共享，因此，能够削减每1个像素的晶体管数（该共享电路也称之为像素共享电路111）。例如，4像素共享像素共享电路111时，能使每1个像素的晶体管成为1.75个。

另外，固体摄像装置100具有按像素共享电路111的每个列被设置的列电路112。列电路112具备第一放大电路108。

在此，图4所示的电路中，必须使输入到放大晶体管105的栅极的电压（以下称之为共享电路电压）复位成规定的电压。因此，在通过接通复位晶体管116来使共享电路电压成为与反馈线115的电压相等的电压之后，必须要切断复位晶体管116。此时会发生kTC噪声。

关于削减在该复位晶体管116发生的kTC噪声，在此对进行与比较例1同样的驱动的情况进行说明。首先，接通复位晶体管116，将来自第一放大电路108的输出电压作为共享电路电压输入到放大晶体管105。与该电压对应的电压从放大晶体管105被输出，被输出的电压通过选择晶体管113被输入到第一放大电路108的负输入端子。正输入端子与电压源连接，从来自该电压源的电压减去输入到负输入端子的电压之后的电压，通过反馈线115被反馈到共享电路电压。如果在这种状态下使复位晶体管116逐渐切断（使复位晶体管116的栅极电压渐变），在复位晶体管116发生的kTC噪声将受到抑制。

然而，在图4所示的电路中，除了共享电路电压的复位之外，对传输晶体管101的光电转换部120侧的节点的电压（以下，称之为像素电压）也要进行复位。因此，在对共享电路电压进行复位时，必须使传输晶体管101接通以及切断。从而，传输晶体管101造成kTC噪声的发生。并且，在该电路无法抑制该kTC噪声。其原因在于，以上所述的负反馈循环内不存在传输晶体管101，因此无法通过负反馈来进行控制。并且，像素电压的节点必须是孤立的（浮游），因此无法采用在负反馈循环内配置传输晶体管101的结构。即，要想抑制该kTC噪声，必须基于新的原理，构成能够抑制kTC噪声的开关电路。

（第1实施方式）

以下，参照附图来说明本发明的第1实施方式。在此，对于与已经说明过的要素相同的要素赋予相同的符号，有时会省略其说明。另外，以下将晶体管设想为n型MOS，但是，通过p型MOS也能够进行同样的动作。另外，以下记载为晶体管的源极/漏极之处，表示源极或者漏极的任意一方（在实际的元件中，源极和漏极为同一物，无法区别）。但是，其一方被赋予的电压高于另一方时，称之为漏极。

首先，说明本发明的第1实施方式的固体摄像装置的结构。

图5是本发明的第1实施方式的固体摄像装置200的电路图。在图5中，为了简化说明，只记载了2个像素范围的电路结构。

图5所示的固体摄像装置200是积层型的固体摄像装置，其具备多个像素110以及像素共享电路211，像素共享电路211与多个像素110中的每2个以上的像素对应而设置。

多个像素110（110a以及110b）分别包含光电转换部120（120a以及120b）、与光电转换部120连接的传输晶体管101（101a以及101b）。

像素共享电路211分别包含蓄积部230、放大晶体管105、选择晶体管113、复位晶体管116和电容元件204，蓄积部230与对应的2个以上的像素110中包含的2个以上的传输晶体管101连接。

根据该结构，在与1个像素共享电路211连接的多个传输晶体管101中，通过只接通其中的1个，在多个像素110之间共享像素共享电路211。实际上，像素110以及像素共享电路211被配置成二维状。

另外，固体摄像装置200具有按像素共享电路211的每个列被设置的列电路212。

另外，除了像素部（像素110以及像素共享电路211）以及列电路212之外，固体摄像装置200的整体结构与图1所示的结构相同，因此省略说明。

另外，在图5中，传输晶体管101的光电转换部120侧的节点的电容被表示为电容202（202a以及202b），蓄积部230的电容被表示为电容203。该电容202以及203并不限定于有意图地附加的电容，而是该节点和被施加固定电压的配线之间的寄生电容的全部合计值。寄生电容在现实电路中必然存在，因此在并非有意图地附加电容的情况下，也必定存在电容202以及203。另外，在此，固定电压源是指在下述的固体摄像装置200的动作工序中电压不变化的节点。

光电转换部120将光转换成信号电荷，并蓄积转换后的信号电荷。另外，光电转换部120的结构与上述比较例1相同。

蓄积部230蓄积由光电转换部120进行光电转换的信号电荷。

传输晶体管101被连接在光电转换部120和蓄积部230之间，由光电转换部120转换的信号电荷被传输到蓄积部230。

放大晶体管105，其栅极与蓄积部230连接，生成与蓄积部230中蓄积的信号电荷（电压）对应的电压信号。

复位晶体管116被连接在蓄积部230和反馈线115之间。在固体摄像装置200的垂直扫描动作中，通过接通被选择的行的复位晶体管116，以来自反馈线115的电压，对蓄积部230的电压进行复位。

另外，在固体摄像装置200的垂直扫描动作中，只有被选择的行的选择晶体管113被接通。通过该选择晶体管113被接通，由放大晶体管105生成的电压信号被输出到垂直信号线114。该选择晶体管113与放大晶体管105串联连接。

另外，选择晶体管113如图5所示，可以被配置在放大晶体管105的垂直信号线114侧，也可以被配置在放大晶体管105的电源侧。

另外，还可以考虑采用通过设定放大晶体管105的阈值来附加使放大晶体管105接通以及切断的功能，而不再需要选择晶体管113的结构。这种结构为常见的结构，因此在此省略赘述。

另外，还可以与垂直信号线114并联连接电流源（典型的是晶体管），使放大晶体管105作为源极跟随器进行动作。

列电路212被二维状配置的多个像素共享电路211中的被配置在同列的像素共享电路211所共享。该列电路212具备第一放大电路108、第二放大电路206、开关207以及209。

第一放大电路108是典型的运算放大器。该第一放大电路108将由放大晶体管105生成的电压信号，通过反馈线115负反馈到复位晶体管。具体是，第一放大电路108的负输入端子（反相输入端子）与垂直信号线114连接。由此，由放大晶体管105生成的电压信号通过选择晶体管113以及垂直信号线114，被输入到第一放大电路108的负输入端子。另外，第一放大电路108的正输入端子（非反相输入端子）被施加固定电压（参照电压）。

开关209被连接在第一放大电路108的输出端子和反馈线115之间。因此，第一放大电路108的输出端子通过开关209以及反馈线115，与复位晶体管116的漏极连接。

第二放大电路206是典型的运算放大器。该第二放大电路206将由放大晶体管105生成的电压信号，通过电容元件204负反馈到放大晶体管105的栅极。具体是，第二放大电路206的正输入端子与垂直信号线114连接，负输入端子被施加固定电压（参照电压）。由此，由放大晶体管105生成的电压信号通过垂直信号线114，被输入到第二放大电路206的正输入端子。

开关207被连接在第二放大电路206的输出端子和电容元件204的一端之间。另外，电容元件204的另一端与蓄积部230连接。另外，开关207的另一端与被配置在同一列的多个电容元件204连接。

另外，也可以将图5所示的开关207配置在垂直信号线114和第二放大电路206的正输入端子之间。在此情况下，第二放大电路206的输出端子和电容元件204被直接连接。即，开关207是用于对由第二放大电路206构成的反馈循环的接通和切断进行切换的部件。因此，开关207可被设置在该反馈循环内的任意位置。

另外，电容元件204的电容值，除了包含有意图地附加的电容的电容值之外，还包含寄生电容。

另外，在图5中，被施加在传输晶体管101a的栅极的电压为

被施加在传输晶体管101b的栅极的电压为这些电压通常通过横配线，被同时施加在同一行的所有像素110。

另外，被施加在复位晶体管116的栅极的电压为该电压通常也是通过横配线，被同时施加在同一行的所有像素共享电路211。

另外，被施加在选择晶体管113的栅极的电压为

该电压通常也是通过横配线，被同时施加在同一行的所有像素共享电路211。

被赋予开关207的控制电压为

在该电压是高电平时开关207被接通，低电平时被切断。被施加在开关209的控制电压为

在该电压是高电平时开关209被接通，低电平时被切断。

另外，这些控制信号由图1所示的垂直扫描部13或者未图示的控制电路等生成，并被施加在各晶体管或者开关。

以下，说明该固体摄像装置200的驱动方法。在此，图5中虽未记载，但通过垂直扫描动作以及水平扫描动作来读出从各像素110获得的信号的动作，与通常的固体摄像装置相同，此为该领域技术人员必能明确理解的内容。因此，以下只注目于各像素110的驱动方法来进行说明。

另外，在此，在垂直扫描动作中，在像素110a之后对像素110b进行扫描。即，设想为像素110a和像素110b在上下方向上被邻接配置。另外，也可以考虑将像素110a和像素110b配置在左右方向或者斜方向上，在这种情况下当然也能够通过以下将说明的方法来进行类推和驱动。

像素110的驱动需要（1）蓄积信号读出动作、（2）复位动作、（3）复位电压读出动作、（4）蓄积动作等4个动作。

进行动画摄影时反复循环进行这些（1）～（4）的动作。进行静止画摄影时，从（2）复位动作开始，依次进行（3）复位电压读出动作、（4）蓄积动作、（1）蓄积信号读出动作之后结束动作。

另外，在利用电子快门的情况下，在（4）蓄积动作的期间插入电子快门复位动作。并且，在使用电子快门的情况下，不进行（3）复位电压读出动作。

图6是说明固体摄像装置200的驱动方法的图。通过参照该图，按顺序说明（1）～（4）的动作。

（1）蓄积信号读出动作的说明。

首先，通过使φtran1以及成为高电平，使传输晶体管101a和选择晶体管113接通。由此，与光照射量相对应地被积蓄的信号电荷，从光电转换部120被传输到蓄积部230。并且，与该蓄积信号电荷对应的信号电压被输出到垂直信号线114。另外，图5中虽未记载，但垂直信号线114通常与相关双采样电路（CDS电路）等连接，通过该相关双采样电路来对该电压进行采样。

（2）复位动作以及（3）复位电压读出动作的说明。

在传输晶体管101a和选择晶体管113接通的状态下，通过使

以及

成为高电平，来使由第一放大电路108、复位晶体管116和放大晶体管105构成的负反馈电路进行动作。并且，通过使φres逐渐成为低电平，使复位晶体管116逐渐切断。由此，能够抑制复位晶体管116的kTC噪声。

然后，通过使φSW2成为低电平来切断开关209。在这种状态下，使垂直信号线114输出与复位状态的蓄积部230的电压对应的复位电压。并且，通过相关双采样电路（CDS电路）等，将该电压作为复位电压，对其进行取样。然后，通过使φSW1逐渐成为高电平来切断开关207，然后通过使

逐渐成为低电平来切断传输晶体管101a。由此，能够抑制因传输晶体管101a而发生的kTC噪声。关于其原理详情后述。

在（4）蓄积动作中，使像素110a以及像素共享电路211保持复位电压读出动作（3）结束时的状态。由此，与输入光对应的电荷会被蓄积到光电转换部120。另外，在未使用电子快门的情况下，以上的期间为1帧。

另外，图6所示的接下来的动作，即对像素110b进行动作与像素110a相同，因此省略详述。

另外，水平扫描部15将进行完上述（1）蓄积信号读出动作、（2）复位动作以及（3）复位电压读出动作的信号，依次输出到固体摄像装置200之外。该领域的其他技术人员可明确理解该动作，因此省略详述。

以下，关于通过本发明的第1实施方式的固体摄像装置200能够抑制传输晶体管101中发生的kTC噪声的原理进行说明。

图7是表示从图5所示的电路中去除了与上述正反馈动作有关的电路之后的结构的图。另外，图7所示的电路，以下称之为开关电路。另外，该开关电路除了用于如上所述的固体摄像装置之外，还能够用于其他同样需要开关动作的电路。

另外，设想为电容202的电容值是C1，电容203的电容值是C2，电容元件204的电容值是C3。另外，设想为第二放大电路206的增益为α。

首先，接通传输晶体管101，使电容202和蓄积部230成为同电位。设定电位的方法有多种，例如，可以通过另一个开关（以下称之为单位设定开关）向蓄积部230赋予电位。例如，该电位设定开关是上述复位晶体管116。以上的处理称之为行程一。

然后，形成使电容203只与传输晶体管101连接，使蓄积部230只与传输晶体管101、放大晶体管105以及电容元件204连接的状态。在使用上述电位设定开关的情况下，此时切断电位设定开关。严密地说，此时会发生kTC噪声，但在此该噪声是0（通过使用上述第一放大电路108的负反馈，能够使该kTC噪声实质上成为0）。以上的处理称之为行程二。

行程二之后，接下来使传输晶体管101切断，但是，通常（图7中，电容元件204的开关207侧为固定电压的情况下）会发生如下所述的kTC噪声。该kTC噪声的电荷量，根据C1和C2+C3的串联电容值而定。因此，可通过下式（1）来表示kTC噪声的标准偏差。

$\sqrt{\frac{\mathrm{kT}(C2+C3)C1}{C1+C2+C3}}...\left(1\right)$

因此，可通过下式（2）来表示由放大晶体管105检测出的噪声电压的标准偏差。

$\sqrt{\frac{\mathrm{kTC}1}{(C1+C2+C3)(C2+C3)}}...\left(2\right)$

在此，k是波尔茨曼定数，T是该系统的绝对温度。对此，若进行以下的动作，能够降低该kTC噪声。

行程二之后，通过使开关207接通，来接通第二放大电路206的反馈循环。然后，使传输晶体管101的栅极电压逐渐下降。其结果，在该栅极电压成为传输晶体管101的阈值电压程度的时点，传输晶体管101的沟道电阻将变大，因此能够由放大晶体管105检测出传输晶体管101的噪声电压Vn。于是，该电压被第二放大电路206放大，电压值αVn被输出到电容元件204。

关于此时被充入C2以及C3的、噪声所致的电荷Qn进行说明。在此，设想放大晶体管105侧的电荷为正。首先，C2因噪声而只被充电至电压Vn，因此，被充入C2的噪声电荷为C2×Vn。

另外，由于噪声电压Vn，C3两端的电压差成为（Vn-α）×Vn，因此，C3的噪声电荷为C3×（Vn-α）×Vn。

因此，可通过下式（3）来表示电荷Qn。

Qn=C2×Vn+C3×（Vn-α）×Vn

=｛C2+（1-α）×C3｝×Vn……（3）

关于电容值的定义，考虑到其为电荷对电压的比例系数，可知对于电荷Qn以及电压Vn，则能以｛C2+（1-α）×C3｝作为电容值进行动作。

因此，通过以｛C2+（1-α）×C3｝代替式（1）中的C2+C3之后的式来表示kTC噪声电荷的标准偏差。即，可通过下式（4）来表示kTC噪声电荷的标准偏差。

$\sqrt{\frac{\mathrm{kT}\{C2+(1-\mathrm{\α})C3\}C1}{C1+C2+(1-\mathrm{\α})C3}}...\left(4\right)$

并且，如果将α、C3设定成满足C2+（1-α）×C3<<C1、C2的值，式（4）将近似于下式（5）。

$\sqrt{\mathrm{kT}\{C2+(1-\mathrm{\&alpha;})C3\}}....\left(5\right)$

即，可知若使C2+（1-α）×C3越小，越能降低kTC噪声。

实际上，当C2+（1-α）×C3接近0时，Vn扩至无限大，因此，降低kTC噪声是有一定限度的。不过，相对于式（1）所示的值，将式（4）所示的值降低为10分之1程度是充分可能的。

即，最好是使电容元件204的电容值C3和第二放大电路206的增益α的积，大致等于蓄积部230的电容值C2。具体而言，电容值C3和增益α的积最好是小到电容值（C2+C3）的0～10％。

如上所述，本发明的第1实施方式的固体摄像装置200利用第二放大电路206的正反馈。由此，固体摄像装置200除了抑制在复位晶体管116发生的kTC噪声之外，还能够抑制在传输晶体管101发生的kTC噪声。

（第2实施方式）

以下，参照附图来说明本发明的第2实施方式。在此，将主要说明与第1实施方式不同的点，对重复部分省略不述。

图8是本发明的第2实施方式的固体摄像装置300的电路图。

图8所示的固体摄像装置300不同于图5所示的固体摄像装置200之处在于，第二放大电路206的输出端子与放大晶体管105的源极连接。即，像素共享电路311不具备图5所示的电容元件204。另外，固体摄像装置300还具备开关317和电源线318。

具体而言，第二放大电路206的输出端子通过开关207以及电源线318，与放大晶体管105的漏极连接。即，第二放大电路206将由放大晶体管105生成的电压信号通过电源线318正反馈到放大晶体管105的漏极。

电源线318与放大晶体管105的漏极连接，用于向放大晶体管105的漏极提供电压。开关317被连接在电源线318和电源之间。另外，该电源线318与被配置在同一列的多个放大晶体管105连接。

该固体摄像装置300的驱动方法基本上与本发明的第1实施方式相同。但不同点在于，在该电路中不存在图5所示的固体摄像装置200的电容元件204，取而代之使用放大晶体管105的漏极-栅极间电容。以下，通过与第1实施方式的动作进行对比的方式，来说明第2实施方式的固体摄像装置300的动作。

首先，（1）蓄积信号读出动作时，接通开关317，切断开关207，将电源连接于放大晶体管105的漏极。从而，能够进行与第1实施方式相同的动作。

在（2）复位动作以及（3）复位电压读出动作中最初是保持以上的状态，而在接通开关207之后，通过切断开关317，使放大晶体管105的漏极和第二放大电路206的输出端子连接。由此，正反馈电路进行动作。另外，在这种状态下，在第二放大电路206的输出端子和放大晶体管105的栅极之间存在漏极-栅极间电容。并且，该漏极-栅极间电容起到与图5所示的固体摄像装置200的电容元件204相同的作用。因此，根据在第1实施方式中叙述的原理，能够抑制因传输晶体管101而发生的kTC噪声。

然后，通过接通开关317并切断开关207，使放大晶体管105的漏极连接电源。由此，能够进行与第1实施方式相同的动作。

另外，与上述第1实施方式同样，为了充分降低kTC噪声，最好是使电源线318的电容值和第二放大电路206的增益α的积，成为大致等于蓄积部230的电容值C2的值。具体是，最好是使电源线318的电容值和增益α的积，成为比电源线318的电容值和电容值C2的和小0～10％的值。

如上所述，本发明的第2实施方式的固体摄像装置300，与上述第1实施方式的固体摄像装置200同样，除了抑制在复位晶体管116发生的kTC噪声之外，还能够抑制在传输晶体管101发生的kTC噪声。

（第3实施方式）

以下，参照附图来说明本发明的第3实施方式。以下，主要说明与第1实施方式的不同点，省略重复的说明。

图9是本发明的第3实施方式的固体摄像装置400的电路图。

图9所示的固体摄像装置400不同于图5所示的固体摄像装置200之处在于，第二放大电路206的输出端子通过电容元件404，与传输晶体管101的光电转换部120侧的节点连接。

具体是，像素410（410a以及410b）还具备电容元件404（404a以及404b）。第二放大电路206的输出端子通过开关207与电容元件404的一端连接。电容元件404的另一端与传输晶体管101的光电转换部120侧的节点连接。在此，电容元件404的电容值除了包含有意图地附加的电容的电容值之外，还包含寄生电容。另外，在与被配置在同一列的像素共享电路311对应的多个电容元件404的一端，连接有该列的开关207。

即，第二放大电路206将由放大晶体管105生成的电压信号，通过电容元件404以及传输晶体管101，正反馈到放大晶体管105的栅极。

另外，固体摄像装置400的驱动方法与第1实施方式相同，因此省略其说明。

另外，与上述的第1实施方式同样，为了充分降低kTC噪声，最好是使电容元件404的电容值和第二放大电路206的增益α的积成为与蓄积部230的电容值C2大致相等的值。具体是，最好是使电容元件404的电容值和增益α的积成为，比电容元件404的电容值和电容值C2的和小0～10％的值。

如上所述，本发明的第3实施方式的固体摄像装置400，与上述第1实施方式的固体摄像装置200同样，除了抑制在复位晶体管116发生的kTC噪声之外，还能够抑制在传输晶体管101发生的kTC噪声。

以上，说明了本发明的实施方式的固体摄像装置，但本发明并不限定于该实施方式。

另外，上述实施方式的固体摄像装置中包含的各处理部在典型的情况下，由作为集成电路的LSI来实现。可以将这些处理部分别作为一个芯片，也可以将其中一部分或者全部作为一个芯片。

另外，在上述剖面图等，用直线记载了所述各结构要素的角部以及边部，此外，出于制造上的理由，角部以及边部呈弧形的形态也属于本发明。

另外，可以对上述实施方式的固体摄像装置及其变形例的功能中至少一部分进行组合。

另外，以上采用的数字都是为了具体说明本发明的例子，本发明并不限制于例示的数字。并且，被表示为高/低的逻辑水平，以及被表示为接通/切断的开关状态也是为了具体说明本发明的例子，通过例示的逻辑水平或者开关状态的不同组合，也可以获得相同的结果。另外，晶体管等的n型以及p型等是为了具体说明本发明的例子，对这些进行调换，也可以获得同等的结果。另外，以上所述的各结构要素的材料都是为了具体说明本发明的例子，本发明并不限定于这些例示的材料。另外，结构要素间的连接关系是为了具体说明本发明的例子，实现本发明的功能的连接关系并不限定于此。

另外，方框图中的功能块分割仅为一例，也可以将多个功能块作为一个功能块，或者将一个功能块分割成多个功能块，以及将一部分功能转移到其他功能块。

另外，上述说明中举出了利用MOS晶体管的例子，但也可以利用其他种类的晶体管。

另外，上述电路图所表示的电路结构仅为一例，本发明并不限定于上述电路结构。即，与上述电路结构同样，能够实现本发明的特征性功能的电路也属于本发明。例如，在实现与上述电路结构相同的功能的范围内，对某单元串联或者并联连接开关元件（晶体管）、电阻元件或者电容元件等元件的形态也属于本发明。换言之，上述实施方式中的“连接”并不限于2个端子（节点）被直接连接的情况下，还包含在能够实现相同功能的范围内该2个端子（节点）通过元件被连接的情况。

另外，只要不脱离本发明的主旨，本领域的技术人员在其可想到的范围内对本实施方式进行变更而成的各种变形例也属于本发明。

本发明适用于固体摄像装置。另外，能够在采用了固体摄像装置的数码静态相机和数码摄像机等利用本发明。

符号说明

11  像素

13  垂直扫描部

15  水平扫描部

21  列信号处理部

31  半导体基板

33  元件分离区域

35  绝缘膜

36  接触端子

41、42、43  栅极电极

45  光电转换膜

46  像素电极

47  透明电极

50、100、200、300、400  固体摄像装置

51、52、53、54、55  扩散层

101、10a、101b  传输晶体管

105  放大晶体管

108  第一放大电路

110、110a、110b、410、410ａ、410b  像素

111、211、311  像素共享电路

112、212  列电路

113  选择晶体管

114  垂直信号线

115  反馈线

116  复位晶体管

120、120a、120b  光电转换部

121  地址控制线

123  复位控制线

131  光电转换部控制线

142  水平输出端子

202、203  电容

204、404  电容元件

206  第二放大电路

207、209、317  开关

230  蓄积部

318  电源线

Claims (10)

1.一种固体摄像装置，具备：

光电转换部，将光转换成信号电荷；

蓄积部，蓄积上述信号电荷；

传输晶体管，被连接在上述光电转换部和上述蓄积部之间，将由上述光电转换部转换的上述信号电荷传输给上述蓄积部；

放大晶体管，其栅极与上述蓄积部连接，通过对上述蓄积部中蓄积的上述信号电荷进行放大而生成电压信号；

复位晶体管，对上述蓄积部的电压进行复位；

第一放大电路，将由上述放大晶体管生成的上述电压信号负反馈到上述复位晶体管；以及

第二放大电路，将由上述放大晶体管生成的上述电压信号正反馈到上述放大晶体管。

2.如权利要求1所述的固体摄像装置，进行：

第一行程，在使上述传输晶体管以及上述复位晶体管接通之后，通过使上述第一放大电路进行动作，从而一边将上述电压信号负反馈到上述复位晶体管一边使上述复位晶体管切断；以及

第二行程，在使上述复位晶体管切断并使上述传输晶体管接通之后，通过使上述第二放大电路进行动作，从而一边将上述电压信号正反馈到上述放大晶体管的栅极一边使上述传输晶体管切断。

3.如权利要求1或者2所述的固体摄像装置，

上述固体摄像装置还具备电容元件，该电容元件被连接在上述放大晶体管的栅极和上述第二放大电路的输出端子之间，

上述第二放大电路通过上述电容元件，将上述电压信号正反馈到上述放大晶体管的栅极。

4.如权利要求3所述的固体摄像装置，

上述电容元件的电容值和上述第二放大电路的增益的积，大致等于上述蓄积部的电容值。

5.如权利要求1或者2所述的固体摄像装置，

上述固体摄像装置还具备电源线，该电源线用于向上述放大晶体管的源极以及漏极的一方提供电压，

上述第二放大电路通过上述电源线，将上述电压信号正反馈到上述放大晶体管的上述源极以及漏极的一方。

6.如权利要求5所述的固体摄像装置，

上述电源线的电容值和上述第二放大电路的增益的积，大致等于上述蓄积部的电容值。

7.如权利要求1或者2所述的固体摄像装置，

上述固体摄像装置还具备电容元件，该电容元件被连接在第一端子和上述第二放大电路的输出端子之间，上述第一端子是指上述传输晶体管的源极以及漏极中位于上述光电转换部侧的一方，

上述第二放大电路通过上述电容元件以及上述传输晶体管，将上述电压信号正反馈到上述放大晶体管的栅极。

8.如权利要求7所述的固体摄像装置，

上述电容元件的电容值和上述第二放大电路的增益的积，大致等于上述蓄积部的电容值。

9.如权利要求1～8的任一项所述的固体摄像装置，

上述固体摄像装置具有多个像素和像素共享电路，该像素共享电路与上述多个像素中的每两个以上的像素对应而设置，

上述多个像素分别包括上述光电转换部以及与该光电转换部连接的上述传输晶体管，

上述像素共享电路分别包括与被包含在对应的两个以上的像素中的两个以上的上述传输晶体管连接的上述蓄积部、上述放大晶体管和上述复位晶体管。

10.一种开关电路，具备：

第一电容以及第二电容；

传输晶体管，被连接在上述第一电容和上述第二电容之间；

放大晶体管，其栅极与上述第二电容连接，通过对上述第二电容中蓄积的电荷进行放大而生成电压信号；

第三电容，被连接在上述放大晶体管的栅极；以及

放大电路，通过上述第三电容，将由上述放大晶体管生成的上述电压信号正反馈到上述放大晶体管的栅极。

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