【手続補正書】
【提出日】平成17年2月15日(2005.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  光電変換装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】  光電変換手段と、この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からなる増幅型光電変換素子を備え、この増幅型光電変換素子を垂直信号線に接続し、該垂直信号線には容量とスイッチを用いたノイズ低減回路が接続され、該スイッチの一つの端子には基準電圧端子が接続し、該ノイズ低減回路を経た後、第１のスイッチ手段を用いて水平信号線に前記信号電圧を転送し、該水平信号線に一方の入力端子が接続された増幅器の、もう一方の入力端子に前記基準電圧端子が接続された固体撮像装置において、該基準電圧端子に、一方の端子が接続された容量を形成し、該容量のもう一方の端子は、ＧＮＤまたは電源などの低インピーダンス線としたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】  請求項１における、該基準電圧端子に接続される前記容量は、前記ノイズ低減回路で用いられるスイッチに附随する寄生容量で実現することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】  請求項１における、該基準電圧端子に接続される前記容量は、ＳｉＯ２などの酸化膜を誘電体と容量で実現する固体撮像装置。
【請求項４】  請求項１における、該基準電圧端子に接続される前記容量は、ＰＮ接合に付随する寄生接合容量で実現することを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光電変換素子を半導体装置に集積し、その中の基準電圧を与えるＩＣの端子における、静電気放電に対する保護回路と、それに係わる光電変換素子内部の回路構成に関するものであり、該光電変換素子を使用した光電変換装置（基準電圧端子におけるＥＳＤ回路）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は従来の、光電変換素子を半導体上に集積したＩＣの、静電気放電に対する保護回路を含んだ等価回路である。
【０００３】
単位光電変換セルはフォトダイオード１、転送スイッチ２、リセットスイッチ３、増幅トランジスタ４、選択スイッチ５から構成され、各セルに配置されたフォトダイオード１（１−１−１，１−１−２、・・）に蓄積された信号は増幅トランジスタ４（４−１−１，４−１−２，・・）によって電圧として垂直信号線８（８−１，８−２、・・）に読み出されるが、この時増幅トランジスタ４と定電流回路となっている負荷トランジスタ９（９−１，９−２、・・）によってソースフォロワ回路が構成されているのでフォトダイオードの信号に応じた電圧信号が垂直信号線８に読み出される。また、負荷トランジスタ９のゲートは、定電流源と、そのゲートとドレインが短絡されたトランジスタ２によって電圧印加されることでカレントミラー回路が構成されていても良い。
【０００４】
さらに、この垂直信号線の電圧を受けるクランプ容量１０（１０−１，１０−２、・・）と、クランプ電位を与えるスイッチ１１（１１−１、１１−２、・・）がある。
【０００５】
垂直信号線に現れる信号電圧はクランプ容量１０、水平転送スイッチ１２、水平信号線１４を経て、増幅アンプ２０と負帰還容量１８によって電圧信号が出力端子２４から出力される。
【０００６】
図４は、上記従来例における、信号の読み出し、およびその信号における雑音を低減するクランプ型雑音低減回路の動作を表すタイミング図である。
【０００７】
垂直選択信号線１３−１にパルス１０１を印加することによって、増幅トランジスタ４−１−１，４−１−２、の行を活性化させる。リセットトランジスタ３−１−１，３−１−２、をＯＮさせ、垂直信号線８−１，８−２，８−３にセンサーのリセット電位が現われるようリセット信号線６−１にパルス１０９を印加する。その時ほぼ同時にクランプ用スイッチ１１−１，１１−２，１１−３のゲートにパルスを印加し、クランプ容量１０−１，１０−２，１０−３の両端に、クランプ基準電圧２１の電位と、センサーリセット電位が印加されるようにする。
【０００８】
その後、センサー信号転送信号線７−１にパルス１０２を印加することにより、センサーセル内の信号転送スイッチ２−１−１，２−１−２，２−１−３をＯＮさせ、垂直信号線８−１，８−２，８−３に信号電位がクランプ容量１０の一端に現われる。
【０００９】
そして、水平シフトレジスタからの選択パルス１０５，１０６，１０７を水平選択トランジスタ１２−１，１２−２，１２−３にそれぞれ印加して水平信号線１４に信号を伝達し、演算増幅器２０と負帰還容量１８によって信号電荷を信号電圧に変換し、出力端子２４から出力する。演算増幅器２０の非反転入力端子は、前記クランプ基準電圧が印可されているので、その出力電圧はこの基準電圧を基準として出力される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように外部から基準電圧端子を経て印加される基準電圧は、出力端子２０から出力される出力電圧に対する伝達関数は大きく、１つはクランプ容量をクランプする際に取り込まれ、もう１つは演算増幅器２０を経るもので、該基準電圧端子に、静電気放電保護用の抵抗を挿入した場合、その抵抗による熱雑音の影響を大きく受け、該出力端子に現われるノイズが悪化するという問題が発生した。
【００１１】
また該保護抵抗の存在は、前記クランプ動作を高速に行う場合に障害になり得、該保護抵抗と寄生容量とで形成されるローパスフィルターにより、前記クランプ容量を急速に充電できないという問題が発生する。
【００１２】
以上の理由により、該保護抵抗はない方が光電変換素子の出力特性の観点からは好ましい。
【００１３】
しかしながら、該保護抵抗がない場合は、静電気保護特性を確保することが困難になりやすく、特に該基準電圧端子には、前述したように、クランプ動作に係わるスイッチが接続されるため、そのスイッチをＭＯＳトランジスタで実現するとすると、該基準電圧端子には該ＭＯＳトランジスタのドレインが接続されるので、前記保護抵抗がない場合は、該ドレインのＰＮ接合が損傷を受けることになり、また前記演算増幅器の入力端子に接続される増幅素子がＭＯＳトランジスタの場合、該基準電圧端子は該ＭＯＳトランジスタのゲート電極に接続され、したがって、ゲート酸化膜の破壊が発生しやすいという問題があった。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
一方の電極が該基準電圧端子に接続され、もう一方の電極は電源もしくはＧＮＤなどの低インピーダンスの配線に接続される容量を形成し、静電気による、外部から流入する電荷を該容量に流すことで静電気保護として、前記保護抵抗の削除を可能とする一方、クランプ動作などの通常動作では、クランプ容量を充電する電流供給源として使用することで、静電気保護と、前記ノイズ増加の抑制や高速動作を可能にする。この基準電圧端子に接続される容量は、前記クランプ動作に係るスイッチをＭＯＳトランジスタで実現し、そのドレイン端子に附随する寄生容量を利用するため、該ドレイン端子のＰＮ接合面積を意識的に増加させてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る第１の実施例であり、増幅アンプ２０の基準電圧入力端子とＧＮＤの間に容量２６が付加されている。図２は第２の実施例であり、図１の容量を、クランプ容量を充電するスイッチとなるＭＯＳトランジスタのドレインに附随する寄生容量で実現させたもので、その面積を意識的に拡大したレイアウトとしている。
【００１６】
【発明の効果】
以上に示したように、基準電圧入力端子に、ＧＮＤもしくは電源線などの低インピーダンス線に対して容量を付加することで、静電気保護用の抵抗を削除して、それによる熱雑音の影響を回避し、光電変換素子出力のノイズ除去回路に用いられているクランプ容量やサンプル／ホールド容量などの容量を急速充電する際の電荷を供給する手段とすると共に、外部電源からその電荷を供給する際に抵抗となる寄生インダクタンスの影響を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に係る第１の実施例の図
【図２】
本発明に係る第２の実施例の図
【図３】
従来の、光電変換素子を半導体上に集積したＩＣの、静電気放電に対する保護回路を含んだ等価回路
【図４】
従来例における、信号の読み出し、およびその信号における雑音を低減するクランプ型雑音低減回路の動作を表すタイミング図
【符号の説明】
１  フォトダイオード
２  転送スイッチ
３  リセットスイッチ
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2003244543.tif 000001