JP3658266B2 - 信号転送方法と該信号転送方法を用いた固体撮像装置の信号転送方法、信号転送装置及び該信号転送装置を用いた固体撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は信号転送方法と該信号転送方法を用いた固体撮像装置の信号転送方法、信号転送装置及び該信号転送装置を用いた固体撮像装置に係わり、特に信号電荷を画素内で増幅する光電変換素子の信号を共通線を介して出力端子へ転送する回路に好適に用いられる信号転送方法と該信号転送方法を用いた固体撮像装置の信号転送方法、信号転送装置及び該信号転送装置を用いた固体撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数の信号源からの信号を信号転送用スイッチを介して共通線に転送する信号転送装置は、例えば固体撮像装置に用いられている。
【０００３】
例えば、固体撮像装置の１つとして増幅型ＭＯＳセンサーを用いた固体撮像装置があり、この撮像装置においては、各画素に発生したそれぞれの信号電荷をそのまま読み出さず、それぞれの信号電荷を容量を用いて電圧に変換した後、各容量から走査回路と信号転送用スイッチを用いて信号を読み出す方法が通常使用されている。
【０００４】
そして、上記固体撮像装置の各画素には、入射光に応じて信号電荷を発生する光電変換部と、この光電変換部の信号電荷を容量によって信号電圧に変換した後、増幅部によってインピーダンス変換される構成となっているものがある。この画素を直線的に配置した場合を例にとって、各画素の増幅部から信号転送部を経て出力端子から信号電圧を出力する動作を図９に示す固体撮像装置を用いて説明する。
【０００５】
図９において、Ｓ１〜Ｓｎは画素の光電変換部、Ａ１〜Ａｎは光電変換部Ｓ１〜Ｓｎの信号電荷を受け、電圧に変換し増幅する増幅部、Ｑ１〜Ｑｎは増幅部Ａ１〜Ａｎからの信号電圧をサンプルホールド容量ＣＴ１〜ＣＴｎに転送するスイッチとして機能するＭＯＳトランジスタである。ＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑｎは端子１０４に印加されるパルスφ１が高電位の時にＯＮ、低電位のときにＯＦＦする。Ｑｈ１〜Ｑｈｎはサンプルホールド容量ＣＴ１〜ＣＴｎに保持されている信号電圧を走査回路からのパルスφｈ１〜φｈｎによって順次ＯＮし、水平信号線１０１に信号電圧を転送するスイッチとなるＭＯＳトランジスタである。Ｑｈｒは、ＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎによって順次信号電圧が水平信号線１０１へ転送される間に水平信号線１０１をＧＮＤレベルにリセットするためのスイッチとなるＭＯＳトランジスタであり、パルスφｈｒが高電位の時にＯＮ、低電位の時ＯＦＦする。３は水平信号線１０１の信号電圧を受け、出力端子１０２から信号を出力するためのバッファーアンプである。
【０００６】
また図９には記載していないが、水平信号線１０１には、転送スイッチとなるＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎ、リセットスイッチとなるＭＯＳトランジスタＱｈｒのソース／ドレイン−基板間に寄生的に発生する容量Ｃdbnや、ソース／ドレイン−ゲート間に寄生的に発生する重なり容量と称される容量Ｃgdnの総和となる容量（以降、Ｃｈと称する）が付随する。
【０００７】
図１０のタイミングチャートを用い、さらに上記固体撮像装置の動作を説明する。
【０００８】
まず、期間Ｔ１では、パルスφ１ とパルスφｈｒが高電位で、ＭＯＳトランジスタＱ１〜ＱｎとＭＯＳトランジスタＱｈｒがＯＮするため、増幅部Ａ１〜Ａｎからの信号電圧がそれぞれＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑｎを経てサンプルホールド容量ＣＴ１〜ＣＴｎに印加されると同時に、水平信号線１０１の電位はＧＮＤレベルになる。その後、ＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑｎはパルスφ１が低電位となるためＯＦＦし、サンプルホールド容量ＣＴ１〜ＣＴｎには増幅部Ａ１〜Ａｎからの出力電圧が保持される。
【０００９】
次に、期間Ｔ２では、パルスφｈ１が高電位となり、したがってＭＯＳトランジスタＱｈ１がＯＮするので、サンプルホールド容量ＣＴ１の電荷は水平信号線１０１に寄生する容量Ｃｈに移動し、サンプルホールド容量ＣＴ１の電位は水平信号線１０１に伝達され、バッファーアンプ３の出力端子１０２から信号電圧が出力される。
【００１０】
次に、期間Ｔ３では、パルスφｈｒが高電位となり、水平信号線１０１の電位はＧＮＤレベルになる。
【００１１】
以降同様に、期間Ｔ４〜Ｔ６ではそれぞれホールド容量ＣＴ２〜ＣＴｎに保持された電位が順次水平信号線１０１に伝達され、バッファーアンプ３の出力端子１０２から出力される。
【００１２】
また図１０には、出力端子１０２の電圧の変化を、上記の期間Ｔ１〜Ｔ６でどのように変化するか模式的に示している。
【００１３】
また別の従来例として、図１１に示すようなクランプ容量を用いた固体撮像装置がある。基本的に構成及びその動作は図９及び図１０に示した上述した従来例と同様であるが、図１１に示すように、図９の構成からサンプルホールド容量ＣＴ１〜ＣＴｎを除き、代わりにクランプ容量Ｃ１〜Ｃｎ、リセットスイッチとなるＭＯＳトランジスタＱｒ１〜Ｑｒｎを挿入し、そのＭＯＳトランジスタＱｒ１〜ＱｒｎのＯＮ／ＯＦＦを制御する制御端子１０５が追加されている。
【００１４】
本従来例の固体撮像装置の動作としては、光電変換部Ｓ１〜Ｓｎおよびその出力を受け垂直信号線Ｖ１〜Ｖｎにそれぞれ出力する増幅部Ａ１〜Ａｎが暗時出力を出力する時に、制御端子１０５に印加されるパルスφｒが高電位となりリセットスイッチとなるＭＯＳトランジスタＱｒ１〜ＱｒｎがＯＮし、クランプ容量Ｃ１〜Ｃｎの一端の電位は基準電位（ＧＮＤ）になる。その後、光電変換部Ｓ１〜Ｓｎおよび増幅部Ａ１〜Ａｎが明時出力を出力する時には、制御端子１０５に印加されるパルスφｒは低電位となり、ＭＯＳトランジスタＱｒ１〜ＱｒｎがＯＦＦしている。明時出力を出力する時において、クランプ容量Ｃ１〜ＣｎのＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑｎ側の電極の電位の変動は（明時出力−暗時出力）となり、クランプ容量Ｃ１〜Ｃｎの他方の電極の電位もＧＮＤから（明時出力−暗時出力）分変動する。そして走査回路部が順次パルスφｈ１からφｈｎを出力することで、クランプ容量Ｃ１〜Ｃｎに蓄えられた信号を共通水平信号線１０１に転送させ、バッファーアンプ３を通して出力端子１０２から出力させる。なお、図１０と同様に走査回路部が順次パルスφｈ１からφｈｎを出力する間に、パルスφｈｒが高電位となって水平信号線１０１をＧＮＤレベルとする。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、図９におけるサンプルホールド容量ＣＴ１〜ＣＴｎから水平信号線１０１に寄生する容量Ｃｈへ信号が転送される際、信号伝達ゲインはｎ段目の信号転送系を例にとると、ＣＴｎ／（ＣＴｎ＋Ｃｈ）と１以下になりＳ／Ｎが低下するという課題があった。さらにこの課題は、固体撮像素子の画素数を増し、図９におけるＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎの個数が増加すると、それにともない容量Ｃｈの構成要素である、ＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎのドレイン−バックゲート間寄生容量の総和やゲート−ドレイン間寄生重なり容量の総和も当然増加するので容量Ｃｈの容量値 も増加し、前記信号伝達ゲインは小さくなってしまい、Ｓ／Ｎが悪化する。
【００１６】
図１２は容量Ｃｈ の構成要素となる２つの寄生容量を模式的に表したもので、１１はＭＯＳトランジスタのゲート、１２，１３はソースまたはドレイン領域、１４はバルク基板、１５は酸化膜である。容量Ｃｈ の構成要素のうち１つはソース領域１２と基板１４との間またはドレイン領域１３と基板１４の間に存在するＰＮ接合容量であり、図１２がＮＭＯＳトランジスタを表す場合、バルク基板は通常ＧＮＤ電極に接続されるので、ＰＮ接合容量はＧＮＤラインに対して形成される。
【００１７】
一方、容量Ｃｈのもう一つの構成要素となる寄生容量は、図１２で２１，２２で表したゲート１１とソース、ドレイン１２，１３との重なり部分で形成される酸化膜を誘電体にした容量である。
【００１８】
図９におけるＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎのゲート−ドレイン／ソース間重なり寄生容量が容量Ｃｈの構成要素となるわけであるが、ＭＯＳトランジスタＱｈｎ〜Ｑｈｎのゲートは走査回路部で駆動され、実際はＣＭＯＳインバーターなどのゲート回路で駆動される。したがって、ゲート−ドレイン／ソース間重なり容量の電極の１つであるゲートはＣＭＯＳインバーターなどの駆動ゲート回路のＯＮ抵抗を経てＣＭＯＳインバーターなどの駆動ゲート回路の高電位電源または低電位電源（通常ＧＮＤ）に接続されることとなる。
【００１９】
図１３はＭＯＳトランジスタＱｈｎと走査回路部の一部を示す模式的構成図である。図１３において図９と同じ構成部材及びパルス信号については同一符号を付する。
【００２０】
図１３において、Ｑｈｎは容量ＣＴｎから容量Ｃｈへ信号を転送するためのスイッチとなるＭＯＳトランジスタ、１０１は水平信号線、ＬｈｎはＭＯＳトランジスタＱｈｎのＯＮ／ＯＦＦを制御する信号線である。図１３ではさらに、容量Ｃｈの構成要素であるＭＯＳトランジスタＱｈｎのゲート−ソース／ドレイン間寄生重なり容量３５、ＭＯＳトランジスタＱｈｎのドレイン−基板間寄生ＰＮ接合容量３６、ＭＯＳトランジスタＱｈｎのゲートを駆動する走査回路部内の実際の駆動素子としてＰＭＯＳトランジスタ３２とＮＭＯＳトランジスタ３３から成るＣＭＯＳインバーターと、そのＣＭＯＳインバーターの高電位電源３１を示している。
【００２１】
また図１１の従来例でも同様の問題があり、クランプ容量Ｃ１〜Ｃｎの信号を共通水平信号線１０１へ転送する際、クランプ容量Ｃ１〜Ｃｎに蓄えられている信号電荷が共通水平信号線１０１の持つ寄生容量Ｃｈへ移送されるため信号電圧のゲインはＣｎ／（Ｃｎ＋Ｃｈ）と低下してしまう。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の信号転送方法は、複数の信号源から、各複数の信号源ごとに設けられたスイッチ手段を介して順次信号を共通線に転送する信号転送方法において、
信号を前記共通線に転送する場合に、前記共通線の信号レベルに基づいて、前記共通線につながる寄生容量の両端子間の電圧の変動をなくす又は減少されるように制御し、
前記信号源は、光電変換素子と該光電変換素子からの信号を蓄積するサンプルホールド手段又はクランプ容量手段とを含む、又は複数の光電変換素子と該複数の光電変換素子から順次転送される信号を蓄積するサンプルホールド手段又はクランプ容量手段とを含むことを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の固体撮像装置の信号転送方法は上記本発明の信号転送方法を用いたものである。
【００２５】
本発明の信号転送装置は、複数の信号源と、各複数の信号源ごとに設けられた絶縁ゲート型トランジスタからなるスイッチ手段と、各スイッチ手段を介して順次、前記複数の信号源からの信号が転送される共通線と、該共通線の転送信号電圧に直流オフセット電圧を加えた電圧を前記絶縁ゲート型トランジスタのバックゲートに入力する入力手段とを有し、
前記信号源は、光電変換素子と該光電変換素子からの信号を蓄積するサンプルホールド手段又はクランプ容量手段とを含む、又は複数の光電変換素子と該複数の光電変換素子から順次転送される信号を蓄積するサンプルホールド手段又はクランプ容量手段とを含むことを特徴とするものである。
【００２６】
また本発明の信号転送装置は、複数の信号源と、
各複数の信号源ごとに設けられたスイッチ手段と、
各スイッチ手段を介して順次、前記複数の信号源からの信号が転送される共通線と、
信号を前記共通線に転送する場合に、前記共通線の信号レベルに基づいて、前記共通線につながる寄生容量の両端子間の電圧の変動をなくす又は減少されるように制御する寄生容量制御手段とを有し、
前記信号源は、光電変換素子と該光電変換素子からの信号を蓄積するサンプルホールド手段又はクランプ容量手段とを含む、又は複数の光電変換素子と該複数の光電変換素子から順次転送される信号を蓄積するサンプルホールド手段又はクランプ容量手段とを含むことを特徴とするものである。
【００２７】
本発明の固体撮像装置は上記本発明の信号転送装置を用いたものである。
【００２８】
本発明は、信号源から共通線に信号転送する上での寄生容量に基づく電圧ゲインの低下、例えば、図１３に示す容量ＣＴｎから容量Ｃｈへの信号伝達における電圧ゲインの低下という課題を解決するために、図１のような構成をとる。
【００２９】
すなわち、本発明は複数の信号源Ｇ１〜Ｇｎからの信号をスイッチ手段ＳＷ１〜ＳＷｎを介して共通線１０１に出力する場合、共通線１０１の転送信号レベルに基づいて（転送信号レベルそのまま、又はバッファーアンプ等により直流オフセット電圧を加えた信号により）、共通線１０１につながる寄生容量（ここではスイッチの寄生容量）を制御することで、寄生容量の両端の電極の電位変動をなくし又は減少させて、実質的な電荷蓄積をなくし又は減少させ、見かけ上の寄生容量の容量値をなくし又は減少させるものである。
【００３０】
なお、本発明における寄生容量としてはスイッチ手段の寄生容量が挙げられるが、特にスイッチ手段に限定されず、共通線につながる他の素子により生ずる寄生容量も含まれ、かかる寄生容量の制御もスイッチ手段の寄生容量の制御と同様に行うことができる。さらに、本発明のスイッチ手段の寄生容量の制御は共通線からの信号に基づいて行う場合に限定されず、共通線の信号と同様の電圧変動を行う信号発生手段等により（すなわち、スイッチ手段を介して出力される信号に対応する信号により）寄生容量の制御を行ってもよい。
【００３１】
以下、図１３を用いて本発明についてより具体的に説明する。
【００３２】
容量Ｃｈの構成要素である図１３内の２つの寄生容量３５，３６において、寄生容量３５，３６のそれぞれの２つの電極のうち、水平信号線１０１（共通線）に接続されていない側の電極に、水平信号線１０１（共通線）の電位と等しい電位か、もしくはその電位にあるＤＣオフセット電圧を足し合わせた電位を、バッファー回路等の入力手段で印加することにより、寄生容量３５，３６のそれぞれの２つの端子間電圧が一定で変化せず（又は変化が抑えられ）、それゆえ容量ＣＴｎから信号電圧を電荷の形で転送する際、寄生容量３５，３６には電荷が流入しないようにすることで、転送する際の電圧ゲインを従来例より増加させ、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００３３】
本発明は固体撮像装置に好適に用いられるものであるが、特に固体撮像装置に限定されず、半導体メモリ、フラットディスプレイ等の表示装置等における信号転送装置に用いることができる。
【００３４】
信号源からの信号を転送するスイッチ手段としては、バイポーラトランジスタ，ＣＭＯＳトランジスタ，ＭＯＳトランジスタ等で構成されるトランジスタスイッチ、マイクロスイッチ等を用いることができる。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。
【００３６】
（第１の実施例）
図２は本発明の第１の実施例の固体撮像装置の構成を示す回路構成図である。図２において、図９と同一構成部材については同一符号を付し、同一構成部材及びその動作の重複説明は省略する。なお、ここでは画素を直線的に配置した場合を示しているが、画素を２次元に配列してエリアセンサを構成してもよい。図２において、信号転送装置となる信号転送回路は破線領域で示してある。
【００３７】
図２において図９の構成と異なるのは、転送スイッチとなるＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎのバックゲート（バルク基板）がバッファーアンプ２の出力に接続されていることと、走査回路部内の、ＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎのゲートを駆動するＣＭＯＳドライバーにおいて、ＮＭＯＳトランジスタｎ１〜ｎｎのソースがＧＮＤラインではなく、バッファーアンプ２の出力に接続されている点である。バッファーアンプ２は、水平信号線１０１の電位を受け、その電位にあるＤＣ電圧を加えてオフセットさせた電位を出力する。１は高電位電源を示している。
【００３８】
以下、上記固体撮像装置の動作について図３を用いて説明する。図３は上記固体撮像装置の動作シーケンスを表すタイミングチャートである。
【００３９】
まず、期間Ｔ１で、各画素の光電変換部Ｓ１〜Ｓｎの信号電荷を受けた増幅部Ａ１〜Ａｎの出力電圧が、転送スイッチとなるＭＯＳトランジスタＱ１〜ＱｎがＯＮすることでサンプルホールド容量ＣＴ１〜ＣＴｎに印加される。その後、端子１０４に加えられるパルスφ１が低電位になるのでＭＯＳトランジスタＱ１〜ＱｎはＯＦＦし、サンプルホールド容量ＣＴ１〜ＣＴｎには印加された電位が保持される。
【００４０】
次に、期間Ｔ２では、走査回路により出力されるパルスφｈ１のみ高電位で、他のパルスφｈ２〜φｈｎは低電位となるため、走査回路部内のＣＭＯＳドライバーを構成するＰＭＯＳトランジスタｐ１〜ｐｎ、ＮＭＯＳトランジスタｎ１〜ｎｎのうちＰＭＯＳトランジスタｐ１とＮＭＯＳトランジスタｎ２〜ｎｎがＯＮ、ＮＭＯＳトランジスタｎ１とＰＭＯＳトランジスタｐ２〜ｐｎがＯＦＦとなっている。したがってサンプルホールド容量ＣＴ１から水平信号線１０１へ信号を転送するスイッチであるＭＯＳトランジスタＱｈ１はＯＮする。他のスイッチであるＭＯＳトランジスタＱｈ２〜ＱｈｎはＯＦＦとなっている。水平信号線１０１の電位は、サンプルホールド容量ＣＴ１から信号電圧が伝えられることで、ある電位になるが、バッファーアンプ２の出力に接続されている配線１０３の電位は、バッファーアンプ２の入力、すなわち水平信号線１０１の電位にあるＤＣオフセット電圧が足された値になる。そのＤＣオフセット電圧の大きさは、増幅部Ａ１〜Ａｎの出力ダイナミックレンジよりも大きくし、かつＤＣオフセット電圧の極性は転送スイッチたるＭＯＳトランジスタＱｈ１〜ＱｈｎがＯＦＦする極性となるようバッファーアンプ２の構成を設定する。例として、増幅部Ａ１〜Ａｎの出力Ｄレンジが１Ｖで、転送スイッチとなるＭＯＳトランジスタはＮ型、そのしきい値電圧Ｖthを０．７Ｖと仮定し前記ＤＣオフセット電圧を−１Ｖとなるように設定したとすると、ＯＦＦすべき転送スイッチたるＭＯＳトランジスタＱｈ２〜Ｑｈｎのゲート−ソース間電圧はそのしきい値電圧を上回ることはないので、ＭＯＳトランジスタＱｈ２〜ＱｈｎはＯＦＦを維持する。かつＭＯＳトランジスタＱｈ２〜Ｑｈｎのゲート−ソース間電圧は水平信号線１０１の電圧とバッファーアンプ２の出力１０３の電圧の差に等しいので、常に１Ｖと変化しない。さらにＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎのソース−基板間電圧は同様に水平信号線１０１の電圧とバッファーアンプ２の出力１０３の電圧の差に等しいのでやはり１Ｖと一定であり、ＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎのソース−基板間のＰＮ接合は逆バイアス状態（０Ｖ状態であってもよい）が保たれているのでその動作に支障は生じない。
【００４１】
以上示したように従来の、水平信号線１０１に付随する寄生容量Ｃｈ の構成要素となる２種類の寄生容量の双方の、端子間電圧が一定となるのでサンプルホールド容量ＣＴ１〜ＣＴｎから水平信号線１０１へ信号を伝達する際の電圧ゲインの低下は非常に小さくなる。
【００４２】
図４は図２におけるバッファーアンプ２の具体的な回路の一例で、図４におけるＩ1は定電流源、４は（−）電源ラインを表しており、ＱBはＮＭＯＳトランジスタである。図４に示されるように、バッファーアンプ２はソースフォロワーの構成をとっており、ＮＭＯＳトランジスタＱBのゲート電圧に対しソース電圧は、
【００４３】
【数１】
（ｋは定数、Ｗ、ＬはそれぞれＮＭＯＳトランジスタＱB のゲート幅とゲート長、Ｉ1は電流源Ｉ1の出力電流値、ＶthはＮＭＯＳトランジスタＱB のしきい値電圧）
だけ低い値となり、出力電流値Ｉ1の値が一定であればＶGSの値も一定となる。
【００４４】
図８は本実施例に用いることのできる固体撮像装置における画素の等価回路図である。なお、ここではエリアセンサに用いる画素構成を示しているが、画素を一列に配列する場合は選択スイッチＱ１４は設けなくて良い。
【００４５】
図８において、５０５が光電変換部にあたるホトダイオードである。Ｑ１３が増幅手段にあたるソースフォロワアンプの入力ＭＯＳトランジスタであり、Ｑ１４は読み出す行を選択するための選択スイッチである。ソースフォロワの定電流負荷は図示していないが、信号出力線５０４に接続されている。Ｑ１２はソースフォロワの入力端子をリセットするためのリセットスイッチであり、増幅手段の入力部のリセット手段にあたる。Ｑ１１は、ホトダイオード５０５の光信号を信号増幅手段であるソースフォロワの入力部に転送するための転送スイッチであり、電荷転送手段にあたる。５０１は電源線、５０２はリセットスイッチ線、５０３は選択スイッチ線、５０６は転送スイッチ線である。
【００４６】
本実施例において、寄生容量制御は、水平信号線１０１に接続されるバッファーアンプ２と、バッファーアンプ２とＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎのバックゲート及びＮＭＯＳトランジスタｎ１〜ｎｎのソースとを接続する配線１０３とで構成される。
（第２の実施例）
図５は本発明の第２の実施例の固体撮像装置を示す回路構成図であり、クランプ容量を用いて信号を共通信号線へ転送する図１１の従来例に対する本発明の実施例であるが、図２におけるバッファーアンプ２のようにアンプを新たに追加せず、出力バッファーアンプ３の出力で転送スイッチたるＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎのバックゲート（バルク基板）や、ＮＭＯＳトランジスタｎ１〜ｎｎを介して転送スイッチとなるＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎのゲートを駆動する構成となっている。
【００４７】
本実施例において、寄生容量制御は、水平信号線１０１に接続される出力バッファーアンプ３と、バッファーアンプ３とＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎのバックゲート及びＮＭＯＳトランジスタｎ１〜ｎｎのソースとを接続する配線１０３とで構成される。
（第３の実施例）
図６は本発明の第３の実施例の固体撮像装置を示す回路構成図である。
【００４８】
共通水平信号線１０１を遮光する必要がある場合には、共通水平信号線１０１を形成するＡｌ（アルミニウム）等の配線層より縦構造上、上部に位置するＡｌ等の配線層で共通水平信号線１０１をおおうことになるが、その場合、２つの配線層間には層間絶縁膜を誘電体とする寄生容量Ｃが形成され、これによって共通水平信号線１０１に付随する寄生容量が増大し、信号の転送における電圧ゲインの低下を引き起こすことになる。
【００４９】
そこで、遮光を行う配線層を、共通信号線１０１の電位を受け、同電位を出力するバッファーアンプで駆動することで、遮光を行う上部の配線層と共通信号線１０１とで形成する寄生容量への電荷の移動をなくし、寄生容量を見かけ上なくすことができる。
【００５０】
しかし、遮光を行うＡｌ等の配線層を駆動するバッファーアンプを個別に設けて、そのバッファーアンプの入力を共通水平信号線に接続すると、バッファーアンプには必ず入力容量が存在するために再び共通水平信号線１０１に付随する寄生容量が増大してしまうことになる。
【００５１】
そこで、遮光を行うＡｌ等の配線層を駆動するバッファーアンプと、転送スイッチとなるＭＯＳトランジスタのバックゲート等を駆動するバッファーアンプとを共通化して構成した。
【００５２】
図６は図２とほぼ等しく、図６における配線１０４のみが図２に対し追加されている。この配線１０４は遮光を行う配線となり、バッファーアンプ２の出力側に接続されている。図７は配線１０４を設けた場合の模式的断面図を示している。
【００５３】
本実施例においては、寄生容量制御手段は水平信号線に接続されたバッファーアンプ２、バッファーアンプ２とＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎのバックゲート及びＮＭＯＳトランジスタｎ１〜ｎｎのソースとを接続する配線１０３、及びバッファーアンプ２と接続された配線１０４とで構成される。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の信号源からスイッチ手段を介し、共通線を経て信号出力電圧を出力する際、共通線につながる寄生容量を制御することにより、その寄生容量への電荷の流入を抑えることで、信号伝達ゲインの低下を非常に小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための模式図である。
【図２】本発明の第１の実施例となる増幅型固体撮像装置を表す回路図である。
【図３】図２の動作を表すタイミングチャートである。
【図４】図２の回路図をより具体的に表した実施例である。
【図５】本発明の第２の実施例の固体撮像装置を示す回路構成図である。
【図６】本発明の第３の実施例の固体撮像装置を示す回路構成図である。
【図７】共通線の寄生容量を制御するための配線を設けた場合の模式的断面図である。
【図８】本実施例に用いることのできる固体撮像装置における画素の等価回路図である。
【図９】従来例の固体撮像装置を示す回路構成図である。
【図１０】従来の固体撮像装置である図９の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１１】他の従来例の固体撮像装置を示す回路構成図である。
【図１２】容量Ｃｈ の構成要素となる２つの寄生容量を模式図である。
【図１３】ＭＯＳトランジスタＱｈｎと走査回路部の一部を示す模式的構成図である。
【符号の説明】
Ｇ１〜Ｇｎ 信号源
ＳＷ１〜ＳＷｎ スイッチ手段
２ バッファーアンプ（入力手段）
１０１ 共通線
【発明の属する技術分野】
本発明は信号転送方法と該信号転送方法を用いた固体撮像装置の信号転送方法、信号転送装置及び該信号転送装置を用いた固体撮像装置に係わり、特に信号電荷を画素内で増幅する光電変換素子の信号を共通線を介して出力端子へ転送する回路に好適に用いられる信号転送方法と該信号転送方法を用いた固体撮像装置の信号転送方法、信号転送装置及び該信号転送装置を用いた固体撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数の信号源からの信号を信号転送用スイッチを介して共通線に転送する信号転送装置は、例えば固体撮像装置に用いられている。
【０００３】
例えば、固体撮像装置の１つとして増幅型ＭＯＳセンサーを用いた固体撮像装置があり、この撮像装置においては、各画素に発生したそれぞれの信号電荷をそのまま読み出さず、それぞれの信号電荷を容量を用いて電圧に変換した後、各容量から走査回路と信号転送用スイッチを用いて信号を読み出す方法が通常使用されている。
【０００４】
そして、上記固体撮像装置の各画素には、入射光に応じて信号電荷を発生する光電変換部と、この光電変換部の信号電荷を容量によって信号電圧に変換した後、増幅部によってインピーダンス変換される構成となっているものがある。この画素を直線的に配置した場合を例にとって、各画素の増幅部から信号転送部を経て出力端子から信号電圧を出力する動作を図９に示す固体撮像装置を用いて説明する。
【０００５】
図９において、Ｓ１〜Ｓｎは画素の光電変換部、Ａ１〜Ａｎは光電変換部Ｓ１〜Ｓｎの信号電荷を受け、電圧に変換し増幅する増幅部、Ｑ１〜Ｑｎは増幅部Ａ１〜Ａｎからの信号電圧をサンプルホールド容量ＣＴ１〜ＣＴｎに転送するスイッチとして機能するＭＯＳトランジスタである。ＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑｎは端子１０４に印加されるパルスφ１が高電位の時にＯＮ、低電位のときにＯＦＦする。Ｑｈ１〜Ｑｈｎはサンプルホールド容量ＣＴ１〜ＣＴｎに保持されている信号電圧を走査回路からのパルスφｈ１〜φｈｎによって順次ＯＮし、水平信号線１０１に信号電圧を転送するスイッチとなるＭＯＳトランジスタである。Ｑｈｒは、ＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎによって順次信号電圧が水平信号線１０１へ転送される間に水平信号線１０１をＧＮＤレベルにリセットするためのスイッチとなるＭＯＳトランジスタであり、パルスφｈｒが高電位の時にＯＮ、低電位の時ＯＦＦする。３は水平信号線１０１の信号電圧を受け、出力端子１０２から信号を出力するためのバッファーアンプである。
【０００６】
また図９には記載していないが、水平信号線１０１には、転送スイッチとなるＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎ、リセットスイッチとなるＭＯＳトランジスタＱｈｒのソース／ドレイン−基板間に寄生的に発生する容量Ｃdbnや、ソース／ドレイン−ゲート間に寄生的に発生する重なり容量と称される容量Ｃgdnの総和となる容量（以降、Ｃｈと称する）が付随する。
【０００７】
図１０のタイミングチャートを用い、さらに上記固体撮像装置の動作を説明する。
【０００８】
まず、期間Ｔ１では、パルスφ１ とパルスφｈｒが高電位で、ＭＯＳトランジスタＱ１〜ＱｎとＭＯＳトランジスタＱｈｒがＯＮするため、増幅部Ａ１〜Ａｎからの信号電圧がそれぞれＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑｎを経てサンプルホールド容量ＣＴ１〜ＣＴｎに印加されると同時に、水平信号線１０１の電位はＧＮＤレベルになる。その後、ＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑｎはパルスφ１が低電位となるためＯＦＦし、サンプルホールド容量ＣＴ１〜ＣＴｎには増幅部Ａ１〜Ａｎからの出力電圧が保持される。
【０００９】
次に、期間Ｔ２では、パルスφｈ１が高電位となり、したがってＭＯＳトランジスタＱｈ１がＯＮするので、サンプルホールド容量ＣＴ１の電荷は水平信号線１０１に寄生する容量Ｃｈに移動し、サンプルホールド容量ＣＴ１の電位は水平信号線１０１に伝達され、バッファーアンプ３の出力端子１０２から信号電圧が出力される。
【００１０】
次に、期間Ｔ３では、パルスφｈｒが高電位となり、水平信号線１０１の電位はＧＮＤレベルになる。
【００１１】
以降同様に、期間Ｔ４〜Ｔ６ではそれぞれホールド容量ＣＴ２〜ＣＴｎに保持された電位が順次水平信号線１０１に伝達され、バッファーアンプ３の出力端子１０２から出力される。
【００１２】
また図１０には、出力端子１０２の電圧の変化を、上記の期間Ｔ１〜Ｔ６でどのように変化するか模式的に示している。
【００１３】
また別の従来例として、図１１に示すようなクランプ容量を用いた固体撮像装置がある。基本的に構成及びその動作は図９及び図１０に示した上述した従来例と同様であるが、図１１に示すように、図９の構成からサンプルホールド容量ＣＴ１〜ＣＴｎを除き、代わりにクランプ容量Ｃ１〜Ｃｎ、リセットスイッチとなるＭＯＳトランジスタＱｒ１〜Ｑｒｎを挿入し、そのＭＯＳトランジスタＱｒ１〜ＱｒｎのＯＮ／ＯＦＦを制御する制御端子１０５が追加されている。
【００１４】
本従来例の固体撮像装置の動作としては、光電変換部Ｓ１〜Ｓｎおよびその出力を受け垂直信号線Ｖ１〜Ｖｎにそれぞれ出力する増幅部Ａ１〜Ａｎが暗時出力を出力する時に、制御端子１０５に印加されるパルスφｒが高電位となりリセットスイッチとなるＭＯＳトランジスタＱｒ１〜ＱｒｎがＯＮし、クランプ容量Ｃ１〜Ｃｎの一端の電位は基準電位（ＧＮＤ）になる。その後、光電変換部Ｓ１〜Ｓｎおよび増幅部Ａ１〜Ａｎが明時出力を出力する時には、制御端子１０５に印加されるパルスφｒは低電位となり、ＭＯＳトランジスタＱｒ１〜ＱｒｎがＯＦＦしている。明時出力を出力する時において、クランプ容量Ｃ１〜ＣｎのＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑｎ側の電極の電位の変動は（明時出力−暗時出力）となり、クランプ容量Ｃ１〜Ｃｎの他方の電極の電位もＧＮＤから（明時出力−暗時出力）分変動する。そして走査回路部が順次パルスφｈ１からφｈｎを出力することで、クランプ容量Ｃ１〜Ｃｎに蓄えられた信号を共通水平信号線１０１に転送させ、バッファーアンプ３を通して出力端子１０２から出力させる。なお、図１０と同様に走査回路部が順次パルスφｈ１からφｈｎを出力する間に、パルスφｈｒが高電位となって水平信号線１０１をＧＮＤレベルとする。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、図９におけるサンプルホールド容量ＣＴ１〜ＣＴｎから水平信号線１０１に寄生する容量Ｃｈへ信号が転送される際、信号伝達ゲインはｎ段目の信号転送系を例にとると、ＣＴｎ／（ＣＴｎ＋Ｃｈ）と１以下になりＳ／Ｎが低下するという課題があった。さらにこの課題は、固体撮像素子の画素数を増し、図９におけるＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎの個数が増加すると、それにともない容量Ｃｈの構成要素である、ＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎのドレイン−バックゲート間寄生容量の総和やゲート−ドレイン間寄生重なり容量の総和も当然増加するので容量Ｃｈの容量値 も増加し、前記信号伝達ゲインは小さくなってしまい、Ｓ／Ｎが悪化する。
【００１６】
図１２は容量Ｃｈ の構成要素となる２つの寄生容量を模式的に表したもので、１１はＭＯＳトランジスタのゲート、１２，１３はソースまたはドレイン領域、１４はバルク基板、１５は酸化膜である。容量Ｃｈ の構成要素のうち１つはソース領域１２と基板１４との間またはドレイン領域１３と基板１４の間に存在するＰＮ接合容量であり、図１２がＮＭＯＳトランジスタを表す場合、バルク基板は通常ＧＮＤ電極に接続されるので、ＰＮ接合容量はＧＮＤラインに対して形成される。
【００１７】
一方、容量Ｃｈのもう一つの構成要素となる寄生容量は、図１２で２１，２２で表したゲート１１とソース、ドレイン１２，１３との重なり部分で形成される酸化膜を誘電体にした容量である。
【００１８】
図９におけるＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎのゲート−ドレイン／ソース間重なり寄生容量が容量Ｃｈの構成要素となるわけであるが、ＭＯＳトランジスタＱｈｎ〜Ｑｈｎのゲートは走査回路部で駆動され、実際はＣＭＯＳインバーターなどのゲート回路で駆動される。したがって、ゲート−ドレイン／ソース間重なり容量の電極の１つであるゲートはＣＭＯＳインバーターなどの駆動ゲート回路のＯＮ抵抗を経てＣＭＯＳインバーターなどの駆動ゲート回路の高電位電源または低電位電源（通常ＧＮＤ）に接続されることとなる。
【００１９】
図１３はＭＯＳトランジスタＱｈｎと走査回路部の一部を示す模式的構成図である。図１３において図９と同じ構成部材及びパルス信号については同一符号を付する。
【００２０】
図１３において、Ｑｈｎは容量ＣＴｎから容量Ｃｈへ信号を転送するためのスイッチとなるＭＯＳトランジスタ、１０１は水平信号線、ＬｈｎはＭＯＳトランジスタＱｈｎのＯＮ／ＯＦＦを制御する信号線である。図１３ではさらに、容量Ｃｈの構成要素であるＭＯＳトランジスタＱｈｎのゲート−ソース／ドレイン間寄生重なり容量３５、ＭＯＳトランジスタＱｈｎのドレイン−基板間寄生ＰＮ接合容量３６、ＭＯＳトランジスタＱｈｎのゲートを駆動する走査回路部内の実際の駆動素子としてＰＭＯＳトランジスタ３２とＮＭＯＳトランジスタ３３から成るＣＭＯＳインバーターと、そのＣＭＯＳインバーターの高電位電源３１を示している。
【００２１】
また図１１の従来例でも同様の問題があり、クランプ容量Ｃ１〜Ｃｎの信号を共通水平信号線１０１へ転送する際、クランプ容量Ｃ１〜Ｃｎに蓄えられている信号電荷が共通水平信号線１０１の持つ寄生容量Ｃｈへ移送されるため信号電圧のゲインはＣｎ／（Ｃｎ＋Ｃｈ）と低下してしまう。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の信号転送方法は、複数の信号源から、各複数の信号源ごとに設けられたスイッチ手段を介して順次信号を共通線に転送する信号転送方法において、
信号を前記共通線に転送する場合に、前記共通線の信号レベルに基づいて、前記共通線につながる寄生容量の両端子間の電圧の変動をなくす又は減少されるように制御し、
前記信号源は、光電変換素子と該光電変換素子からの信号を蓄積するサンプルホールド手段又はクランプ容量手段とを含む、又は複数の光電変換素子と該複数の光電変換素子から順次転送される信号を蓄積するサンプルホールド手段又はクランプ容量手段とを含むことを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の固体撮像装置の信号転送方法は上記本発明の信号転送方法を用いたものである。
【００２５】
本発明の信号転送装置は、複数の信号源と、各複数の信号源ごとに設けられた絶縁ゲート型トランジスタからなるスイッチ手段と、各スイッチ手段を介して順次、前記複数の信号源からの信号が転送される共通線と、該共通線の転送信号電圧に直流オフセット電圧を加えた電圧を前記絶縁ゲート型トランジスタのバックゲートに入力する入力手段とを有し、
前記信号源は、光電変換素子と該光電変換素子からの信号を蓄積するサンプルホールド手段又はクランプ容量手段とを含む、又は複数の光電変換素子と該複数の光電変換素子から順次転送される信号を蓄積するサンプルホールド手段又はクランプ容量手段とを含むことを特徴とするものである。
【００２６】
また本発明の信号転送装置は、複数の信号源と、
各複数の信号源ごとに設けられたスイッチ手段と、
各スイッチ手段を介して順次、前記複数の信号源からの信号が転送される共通線と、
信号を前記共通線に転送する場合に、前記共通線の信号レベルに基づいて、前記共通線につながる寄生容量の両端子間の電圧の変動をなくす又は減少されるように制御する寄生容量制御手段とを有し、
前記信号源は、光電変換素子と該光電変換素子からの信号を蓄積するサンプルホールド手段又はクランプ容量手段とを含む、又は複数の光電変換素子と該複数の光電変換素子から順次転送される信号を蓄積するサンプルホールド手段又はクランプ容量手段とを含むことを特徴とするものである。
【００２７】
本発明の固体撮像装置は上記本発明の信号転送装置を用いたものである。
【００２８】
本発明は、信号源から共通線に信号転送する上での寄生容量に基づく電圧ゲインの低下、例えば、図１３に示す容量ＣＴｎから容量Ｃｈへの信号伝達における電圧ゲインの低下という課題を解決するために、図１のような構成をとる。
【００２９】
すなわち、本発明は複数の信号源Ｇ１〜Ｇｎからの信号をスイッチ手段ＳＷ１〜ＳＷｎを介して共通線１０１に出力する場合、共通線１０１の転送信号レベルに基づいて（転送信号レベルそのまま、又はバッファーアンプ等により直流オフセット電圧を加えた信号により）、共通線１０１につながる寄生容量（ここではスイッチの寄生容量）を制御することで、寄生容量の両端の電極の電位変動をなくし又は減少させて、実質的な電荷蓄積をなくし又は減少させ、見かけ上の寄生容量の容量値をなくし又は減少させるものである。
【００３０】
なお、本発明における寄生容量としてはスイッチ手段の寄生容量が挙げられるが、特にスイッチ手段に限定されず、共通線につながる他の素子により生ずる寄生容量も含まれ、かかる寄生容量の制御もスイッチ手段の寄生容量の制御と同様に行うことができる。さらに、本発明のスイッチ手段の寄生容量の制御は共通線からの信号に基づいて行う場合に限定されず、共通線の信号と同様の電圧変動を行う信号発生手段等により（すなわち、スイッチ手段を介して出力される信号に対応する信号により）寄生容量の制御を行ってもよい。
【００３１】
以下、図１３を用いて本発明についてより具体的に説明する。
【００３２】
容量Ｃｈの構成要素である図１３内の２つの寄生容量３５，３６において、寄生容量３５，３６のそれぞれの２つの電極のうち、水平信号線１０１（共通線）に接続されていない側の電極に、水平信号線１０１（共通線）の電位と等しい電位か、もしくはその電位にあるＤＣオフセット電圧を足し合わせた電位を、バッファー回路等の入力手段で印加することにより、寄生容量３５，３６のそれぞれの２つの端子間電圧が一定で変化せず（又は変化が抑えられ）、それゆえ容量ＣＴｎから信号電圧を電荷の形で転送する際、寄生容量３５，３６には電荷が流入しないようにすることで、転送する際の電圧ゲインを従来例より増加させ、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００３３】
本発明は固体撮像装置に好適に用いられるものであるが、特に固体撮像装置に限定されず、半導体メモリ、フラットディスプレイ等の表示装置等における信号転送装置に用いることができる。
【００３４】
信号源からの信号を転送するスイッチ手段としては、バイポーラトランジスタ，ＣＭＯＳトランジスタ，ＭＯＳトランジスタ等で構成されるトランジスタスイッチ、マイクロスイッチ等を用いることができる。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。
【００３６】
（第１の実施例）
図２は本発明の第１の実施例の固体撮像装置の構成を示す回路構成図である。図２において、図９と同一構成部材については同一符号を付し、同一構成部材及びその動作の重複説明は省略する。なお、ここでは画素を直線的に配置した場合を示しているが、画素を２次元に配列してエリアセンサを構成してもよい。図２において、信号転送装置となる信号転送回路は破線領域で示してある。
【００３７】
図２において図９の構成と異なるのは、転送スイッチとなるＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎのバックゲート（バルク基板）がバッファーアンプ２の出力に接続されていることと、走査回路部内の、ＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎのゲートを駆動するＣＭＯＳドライバーにおいて、ＮＭＯＳトランジスタｎ１〜ｎｎのソースがＧＮＤラインではなく、バッファーアンプ２の出力に接続されている点である。バッファーアンプ２は、水平信号線１０１の電位を受け、その電位にあるＤＣ電圧を加えてオフセットさせた電位を出力する。１は高電位電源を示している。
【００３８】
以下、上記固体撮像装置の動作について図３を用いて説明する。図３は上記固体撮像装置の動作シーケンスを表すタイミングチャートである。
【００３９】
まず、期間Ｔ１で、各画素の光電変換部Ｓ１〜Ｓｎの信号電荷を受けた増幅部Ａ１〜Ａｎの出力電圧が、転送スイッチとなるＭＯＳトランジスタＱ１〜ＱｎがＯＮすることでサンプルホールド容量ＣＴ１〜ＣＴｎに印加される。その後、端子１０４に加えられるパルスφ１が低電位になるのでＭＯＳトランジスタＱ１〜ＱｎはＯＦＦし、サンプルホールド容量ＣＴ１〜ＣＴｎには印加された電位が保持される。
【００４０】
次に、期間Ｔ２では、走査回路により出力されるパルスφｈ１のみ高電位で、他のパルスφｈ２〜φｈｎは低電位となるため、走査回路部内のＣＭＯＳドライバーを構成するＰＭＯＳトランジスタｐ１〜ｐｎ、ＮＭＯＳトランジスタｎ１〜ｎｎのうちＰＭＯＳトランジスタｐ１とＮＭＯＳトランジスタｎ２〜ｎｎがＯＮ、ＮＭＯＳトランジスタｎ１とＰＭＯＳトランジスタｐ２〜ｐｎがＯＦＦとなっている。したがってサンプルホールド容量ＣＴ１から水平信号線１０１へ信号を転送するスイッチであるＭＯＳトランジスタＱｈ１はＯＮする。他のスイッチであるＭＯＳトランジスタＱｈ２〜ＱｈｎはＯＦＦとなっている。水平信号線１０１の電位は、サンプルホールド容量ＣＴ１から信号電圧が伝えられることで、ある電位になるが、バッファーアンプ２の出力に接続されている配線１０３の電位は、バッファーアンプ２の入力、すなわち水平信号線１０１の電位にあるＤＣオフセット電圧が足された値になる。そのＤＣオフセット電圧の大きさは、増幅部Ａ１〜Ａｎの出力ダイナミックレンジよりも大きくし、かつＤＣオフセット電圧の極性は転送スイッチたるＭＯＳトランジスタＱｈ１〜ＱｈｎがＯＦＦする極性となるようバッファーアンプ２の構成を設定する。例として、増幅部Ａ１〜Ａｎの出力Ｄレンジが１Ｖで、転送スイッチとなるＭＯＳトランジスタはＮ型、そのしきい値電圧Ｖthを０．７Ｖと仮定し前記ＤＣオフセット電圧を−１Ｖとなるように設定したとすると、ＯＦＦすべき転送スイッチたるＭＯＳトランジスタＱｈ２〜Ｑｈｎのゲート−ソース間電圧はそのしきい値電圧を上回ることはないので、ＭＯＳトランジスタＱｈ２〜ＱｈｎはＯＦＦを維持する。かつＭＯＳトランジスタＱｈ２〜Ｑｈｎのゲート−ソース間電圧は水平信号線１０１の電圧とバッファーアンプ２の出力１０３の電圧の差に等しいので、常に１Ｖと変化しない。さらにＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎのソース−基板間電圧は同様に水平信号線１０１の電圧とバッファーアンプ２の出力１０３の電圧の差に等しいのでやはり１Ｖと一定であり、ＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎのソース−基板間のＰＮ接合は逆バイアス状態（０Ｖ状態であってもよい）が保たれているのでその動作に支障は生じない。
【００４１】
以上示したように従来の、水平信号線１０１に付随する寄生容量Ｃｈ の構成要素となる２種類の寄生容量の双方の、端子間電圧が一定となるのでサンプルホールド容量ＣＴ１〜ＣＴｎから水平信号線１０１へ信号を伝達する際の電圧ゲインの低下は非常に小さくなる。
【００４２】
図４は図２におけるバッファーアンプ２の具体的な回路の一例で、図４におけるＩ1は定電流源、４は（−）電源ラインを表しており、ＱBはＮＭＯＳトランジスタである。図４に示されるように、バッファーアンプ２はソースフォロワーの構成をとっており、ＮＭＯＳトランジスタＱBのゲート電圧に対しソース電圧は、
【００４３】
【数１】
だけ低い値となり、出力電流値Ｉ1の値が一定であればＶGSの値も一定となる。
【００４４】
図８は本実施例に用いることのできる固体撮像装置における画素の等価回路図である。なお、ここではエリアセンサに用いる画素構成を示しているが、画素を一列に配列する場合は選択スイッチＱ１４は設けなくて良い。
【００４５】
図８において、５０５が光電変換部にあたるホトダイオードである。Ｑ１３が増幅手段にあたるソースフォロワアンプの入力ＭＯＳトランジスタであり、Ｑ１４は読み出す行を選択するための選択スイッチである。ソースフォロワの定電流負荷は図示していないが、信号出力線５０４に接続されている。Ｑ１２はソースフォロワの入力端子をリセットするためのリセットスイッチであり、増幅手段の入力部のリセット手段にあたる。Ｑ１１は、ホトダイオード５０５の光信号を信号増幅手段であるソースフォロワの入力部に転送するための転送スイッチであり、電荷転送手段にあたる。５０１は電源線、５０２はリセットスイッチ線、５０３は選択スイッチ線、５０６は転送スイッチ線である。
【００４６】
本実施例において、寄生容量制御は、水平信号線１０１に接続されるバッファーアンプ２と、バッファーアンプ２とＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎのバックゲート及びＮＭＯＳトランジスタｎ１〜ｎｎのソースとを接続する配線１０３とで構成される。
（第２の実施例）
図５は本発明の第２の実施例の固体撮像装置を示す回路構成図であり、クランプ容量を用いて信号を共通信号線へ転送する図１１の従来例に対する本発明の実施例であるが、図２におけるバッファーアンプ２のようにアンプを新たに追加せず、出力バッファーアンプ３の出力で転送スイッチたるＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎのバックゲート（バルク基板）や、ＮＭＯＳトランジスタｎ１〜ｎｎを介して転送スイッチとなるＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎのゲートを駆動する構成となっている。
【００４７】
本実施例において、寄生容量制御は、水平信号線１０１に接続される出力バッファーアンプ３と、バッファーアンプ３とＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎのバックゲート及びＮＭＯＳトランジスタｎ１〜ｎｎのソースとを接続する配線１０３とで構成される。
（第３の実施例）
図６は本発明の第３の実施例の固体撮像装置を示す回路構成図である。
【００４８】
共通水平信号線１０１を遮光する必要がある場合には、共通水平信号線１０１を形成するＡｌ（アルミニウム）等の配線層より縦構造上、上部に位置するＡｌ等の配線層で共通水平信号線１０１をおおうことになるが、その場合、２つの配線層間には層間絶縁膜を誘電体とする寄生容量Ｃが形成され、これによって共通水平信号線１０１に付随する寄生容量が増大し、信号の転送における電圧ゲインの低下を引き起こすことになる。
【００４９】
そこで、遮光を行う配線層を、共通信号線１０１の電位を受け、同電位を出力するバッファーアンプで駆動することで、遮光を行う上部の配線層と共通信号線１０１とで形成する寄生容量への電荷の移動をなくし、寄生容量を見かけ上なくすことができる。
【００５０】
しかし、遮光を行うＡｌ等の配線層を駆動するバッファーアンプを個別に設けて、そのバッファーアンプの入力を共通水平信号線に接続すると、バッファーアンプには必ず入力容量が存在するために再び共通水平信号線１０１に付随する寄生容量が増大してしまうことになる。
【００５１】
そこで、遮光を行うＡｌ等の配線層を駆動するバッファーアンプと、転送スイッチとなるＭＯＳトランジスタのバックゲート等を駆動するバッファーアンプとを共通化して構成した。
【００５２】
図６は図２とほぼ等しく、図６における配線１０４のみが図２に対し追加されている。この配線１０４は遮光を行う配線となり、バッファーアンプ２の出力側に接続されている。図７は配線１０４を設けた場合の模式的断面図を示している。
【００５３】
本実施例においては、寄生容量制御手段は水平信号線に接続されたバッファーアンプ２、バッファーアンプ２とＭＯＳトランジスタＱｈ１〜Ｑｈｎのバックゲート及びＮＭＯＳトランジスタｎ１〜ｎｎのソースとを接続する配線１０３、及びバッファーアンプ２と接続された配線１０４とで構成される。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の信号源からスイッチ手段を介し、共通線を経て信号出力電圧を出力する際、共通線につながる寄生容量を制御することにより、その寄生容量への電荷の流入を抑えることで、信号伝達ゲインの低下を非常に小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための模式図である。
【図２】本発明の第１の実施例となる増幅型固体撮像装置を表す回路図である。
【図３】図２の動作を表すタイミングチャートである。
【図４】図２の回路図をより具体的に表した実施例である。
【図５】本発明の第２の実施例の固体撮像装置を示す回路構成図である。
【図６】本発明の第３の実施例の固体撮像装置を示す回路構成図である。
【図７】共通線の寄生容量を制御するための配線を設けた場合の模式的断面図である。
【図８】本実施例に用いることのできる固体撮像装置における画素の等価回路図である。
【図９】従来例の固体撮像装置を示す回路構成図である。
【図１０】従来の固体撮像装置である図９の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１１】他の従来例の固体撮像装置を示す回路構成図である。
【図１２】容量Ｃｈ の構成要素となる２つの寄生容量を模式図である。
【図１３】ＭＯＳトランジスタＱｈｎと走査回路部の一部を示す模式的構成図である。
【符号の説明】
Ｇ１〜Ｇｎ 信号源
ＳＷ１〜ＳＷｎ スイッチ手段
２ バッファーアンプ（入力手段）
１０１ 共通線
Claims (13)
- 複数の信号源から、各複数の信号源ごとに設けられたスイッチ手段を介して順次信号を共通線に転送する信号転送方法において、
信号を前記共通線に転送する場合に、前記共通線の信号レベルに基づいて、前記共通線につながる寄生容量の両端子間の電圧の変動をなくす又は減少されるように制御し、
前記信号源は、光電変換素子と該光電変換素子からの信号を蓄積するサンプルホールド手段又はクランプ容量手段とを含む、又は複数の光電変換素子と該複数の光電変換素子から順次転送される信号を蓄積するサンプルホールド手段又はクランプ容量手段とを含むことを特徴とする信号転送方法。 - 請求項１に記載の信号転送方法において、前記スイッチ手段は絶縁ゲート型トランジスタであって、該絶縁ゲート型トランジスタのバックゲートの電位を前記共通線の信号レベルに基づいて制御することで、該絶縁ゲート型トランジスタの寄生容量の両端子間の電圧の変動をなくす又は減少されるように制御することを特徴とする信号転送方法。
- 請求項１に記載の信号転送方法において、前記スイッチ手段は絶縁ゲート型トランジスタであって、前記共通線に信号が転送されている以外の前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極の電位を前記共通線の信号レベルに基づいて制御することで、該絶縁ゲート型トランジスタの寄生容量の両端子間の電圧の変動をなくす又は減少されるように制御することを特徴とする信号転送方法。
- 請求項１に記載の信号転送方法において、前記スイッチ手段は絶縁ゲート型トランジスタであって、該絶縁ゲート型トランジスタのバックゲートの電位と前記共通線に信号が転送されている以外の前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極の電位とを前記共通線の信号レベルに基づいて制御することで、該絶縁ゲート型トランジスタの寄生容量の両端子間の電圧の変動をなくす又は減少されるように制御することを特徴とする信号転送方法。
- 複数の信号源と、各複数の信号源ごとに設けられた絶縁ゲート型トランジスタからなるスイッチ手段と、各スイッチ手段を介して順次、前記複数の信号源からの信号が転送される共通線と、該共通線の転送信号電圧に直流オフセット電圧を加えた電圧を前記絶縁ゲート型トランジスタのバックゲートに入力する入力手段とを有し、
前記信号源は、光電変換素子と該光電変換素子からの信号を蓄積するサンプルホールド手段又はクランプ容量手段とを含む、又は複数の光電変換素子と該複数の光電変換素子から順次転送される信号を蓄積するサンプルホールド手段又はクランプ容量手段とを含むことを特徴とする信号転送装置。 - 請求項５に記載の信号転送装置において、前記直流オフセット電圧を、前記絶縁ゲート型トランジスタのソース、ドレインとバックゲート間にあるＰＮ接合が０Ｖもしくは逆バイアス状態が保たれる値とすることを特徴とする信号転送装置。
- 請求項５に記載の信号転送装置において、前記スイッチ手段を第１のスイッチ手段とし、
該第１のスイッチ手段のゲートを、絶縁ゲート型トランジスタからなる第２のスイッチ手段を介して、前記入力手段の出力側端子に接続し、前記第１のスイッチ手段がＯＦＦのときに、前記第２のスイッチ手段をＯＮすることを特徴とする信号転送装置。 - 請求項７に記載の信号転送装置において、前記直流オフセット電圧を、前記第１のスイッチ手段がＯＦＦとなるべき場合には、前記第１のスイッチ手段のゲートの電圧が、該第１のスイッチ手段のＯＮ／ＯＦＦを決定するしきい値となる電圧を下まわるような値とすることを特徴とする信号転送装置。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載の信号転送方法を用いた固体撮像装置の信号転送方法において、前記光電変換素子は、光電変換手段と、該光電変換手段によって形成された信号電荷を信号電圧又は信号電流に変換して増幅出力する増幅手段とを有することを特徴とする固体撮像装置の信号転送方法。
- 請求項５〜８のいずれか１項に記載の信号転送装置を用いた固体撮像装置において、前記光電変換素子は、光電変換手段と、該光電変換手段によって形成された信号電荷を信号電圧に変換して増幅する増幅手段とを有することを特徴とする固体撮像装置。
- 複数の信号源と、
各複数の信号源ごとに設けられたスイッチ手段と、
各スイッチ手段を介して順次、前記複数の信号源からの信号が転送される共通線と、
信号を前記共通線に転送する場合に、前記共通線の信号レベルに基づいて、前記共通線につながる寄生容量の両端子間の電圧の変動をなくす又は減少されるように制御する寄生容量制御手段とを有し、
前記信号源は、光電変換素子と該光電変換素子からの信号を蓄積するサンプルホールド手段又はクランプ容量手段とを含む、又は複数の光電変換素子と該複数の光電変換素子から順次転送される信号を蓄積するサンプルホールド手段又はクランプ容量手段とを含むことを特徴とする信号転送装置。 - 請求項１１に記載の信号転送装置において、前記寄生容量制御手段は、前記スイッチ手段の寄生容量を制御することを特徴とする信号転送装置。
- 請求項１２に記載の信号転送装置において、前記スイッチ手段は、絶縁ゲート型トランジスタからなり、前記寄生容量制御手段は、前記共通線からの信号を、前記絶縁ゲート型トランジスタのバックゲートに入力するための入力手段を含むことを特徴とする信号転送装置。
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