(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を電気信号に変換する画素が行列状に配置された画素部と、
上記画素部を駆動する駆動部と、を有し、
上記画素は、
一対の電極に接続された、光電変換を行う光電変換膜と、
半導体基板の表面部に、上記一対の電極のうちの一方の電極にコンタクトを介して接続されたコンタクト部として形成され、上記光電変換膜で発生した電荷を半導体基板に注入する注入部と、
半導体基板にあって光電変換膜で発生した電荷を蓄積する蓄積部と、
上記光電変換膜と蓄積部の間で電位障壁をなす障壁部と、
ソースが上記注入部に接続される排出トランジスタと、
上記蓄積部と電位配線との間に接続され、上記蓄積部の電荷をリセット可能なリセットトランジスタと、を含み、
上記駆動部は、
初期化前に、上記光電変換膜から注入部に供給される電荷を、上記排出トランジスタを通して当該排出トランジスタのドレイン側に排出させ、
初期化時に、上記排出トランジスタのドレイン側から上記注入部を経由し、上記障壁部を通して上記蓄積部にまで電荷を注入し、
電荷注入後、上記リセットトランジスタを通して上記蓄積部の電荷をリセットし、
リセット後、露光期間として、上記蓄積部への電荷の蓄積を行い、
露光期間終了後、読み出し順が回ってくるまで、上記蓄積部に信号を保持させた状態で、上記光電変換膜から注入部に供給される電荷を、上記排出トランジスタを通して当該排出トランジスタのドレイン側に排出させる
固体撮像装置。
【請求項２】
上記駆動部は、
上記注入部および上記蓄積部に電荷が残っている状態で、上記リセットトランジスタを通して上記蓄積部の電荷をリセットする
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
上記リセットにおいて、
上記蓄積部の電荷が引き抜かれ、上記注入部の電位が上記障壁部の電位に揃う
請求項１または２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
上記画素は、
上記蓄積部と出力ノードとの間に接続され、上記蓄積部に蓄積された電荷を上記出力ノードに転送可能な転送トランジスタを含み、
上記リセットトランジスタは、上記出力ノードとリセット電位との間に接続され、
上記蓄積部の電荷のリセット時には、
上記転送トランジスタおよび上記リセットトランジスタをオンして上記電荷のリセットを行い、
上記露光期間を、
上記転送トランジスタをオフにすることにより開始させる
請求項１から３のいずれか一に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
上記駆動部は、
上記露光期間を、上記排出トランジスタを全画素オンにすることにより終了させる
請求項１から４のいずれか一に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
光を電気信号に変換する画素が行列状に配置された画素部を有し、
上記画素は、
一対の電極に接続された、光電変換を行う光電変換膜と、
半導体基板の表面部に、上記一対の電極のうちの一方の電極にコンタクトを介して接続されたコンタクト部として形成され、上記光電変換膜で発生した電荷を半導体基板に注入する注入部と、
半導体基板にあって光電変換膜で発生した電荷を蓄積する蓄積部と、
上記光電変換膜と蓄積部の間で電位障壁をなす障壁部と、
ソースが上記注入部に接続される排出トランジスタと、
上記蓄積部と電位配線との間に接続され、上記蓄積部の電荷をリセット可能なリセットトランジスタと、を含む
固体撮像装置を駆動するに際し、
初期化前に、上記光電変換膜から注入部に供給される電荷を、上記排出トランジスタを通して当該排出トランジスタのドレイン側に排出させ、
初期化時に、上記排出トランジスタのドレイン側から上記注入部を経由し、上記障壁部を通して上記蓄積部にまで電荷を注入し、
電荷注入後、上記リセットトランジスタを通して上記蓄積部の電荷をリセットし、
リセット後、露光期間として、上記蓄積部への電荷の蓄積を行い、
露光期間終了後、読み出し順が回ってくるまで、上記蓄積部に信号を保持させた状態で、上記光電変換膜から注入部に供給される電荷を、上記排出トランジスタを通して当該排出トランジスタのドレイン側に排出させる
固体撮像装置の駆動方法。
【請求項７】
上記注入部および上記蓄積部に電荷が残っている状態で、上記リセットトランジスタを通して上記蓄積部の電荷をリセットする
請求項６記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項８】
上記リセットにおいて、
上記蓄積部の電荷が引き抜かれ、上記注入部の電位が上記障壁部の電位に揃う
請求項６または７記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項９】
上記画素は、
上記蓄積部と出力ノードとの間に接続され、上記蓄積部に蓄積された電荷を上記出力ノードに転送可能な転送トランジスタを含み、
上記リセットトランジスタは、上記出力ノードとリセット電位との間に接続され、
上記蓄積部の電荷のリセット時には、
上記転送トランジスタおよび上記リセットトランジスタをオンして上記電荷のリセットを行い、
上記露光期間を、
上記転送トランジスタをオフにすることにより開始させる
請求項６から８のいずれか一に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１０】
上記露光期間を、上記排出トランジスタを全画素オンにすることにより終了させる
請求項６から９のいずれか一に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１１】
基板の第１基板面側から光を受光する固体撮像装置と、
上記固体撮像装置の上記第１基板面側に入射光を導く光学系と、
上記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と、
を有し、
上記固体撮像装置は、
光を電気信号に変換する画素が行列状に配置された画素部と、
上記画素部を駆動する駆動部と、を有し、
上記画素は、
一対の電極に接続された、光電変換を行う光電変換膜と、
半導体基板の表面部に、上記一対の電極のうちの一方の電極にコンタクトを介して接続されたコンタクト部として形成され、上記光電変換膜で発生した電荷を半導体基板に注入する注入部と、
半導体基板にあって光電変換膜で発生した電荷を蓄積する蓄積部と、
上記光電変換膜と蓄積部の間で電位障壁をなす障壁部と、
ソースが上記注入部に接続される排出トランジスタと、
上記蓄積部と電位配線との間に接続され、上記蓄積部の電荷をリセット可能なリセットトランジスタと、を含み、
上記駆動部は、
初期化前に、上記光電変換膜から注入部に供給される電荷を、上記排出トランジスタを通して当該排出トランジスタのドレイン側に排出させ、
初期化時に、上記排出トランジスタのドレイン側から上記注入部を経由し、上記障壁部を通して上記蓄積部にまで電荷を注入し、
電荷注入後、上記リセットトランジスタを通して上記蓄積部の電荷をリセットし、
リセット後、露光期間として、上記蓄積部への電荷の蓄積を行い、
露光期間終了後、読み出し順が回ってくるまで、上記蓄積部に信号を保持させた状態で、上記光電変換膜から注入部に供給される電荷を、上記排出トランジスタを通して当該排出トランジスタのドレイン側に排出させる
カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換膜を有する固体撮像装置およびその駆動方法、カメラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、光電変換膜をＣＣＤ型固体撮像装置に積層した構成が記載されている。
【０００３】
図１は、特許文献１に記載された固体撮像装置を示す図である。
固体撮像装置１は、半導体基板２のｐウェル３に電荷蓄積部４、障壁部５、コンタクト部６、電荷転送部７が形成されている。
ｐウェル３上には絶縁膜８が形成され、その上層に光電変換膜９、上部電極１０、および下部電極１１が形成され、絶縁膜８に形成されたコンタクト１２により下部電極１１とコンタクト部６が接続されている。
【０００４】
この固体撮像装置１においては、光電変換膜９で光電変換によって生成された電子を、蓄積部４に蓄積する。
ここで、光電変換膜９と蓄積部４を直結するのではなく、間に電位障壁部５を設けて、この障壁をオーバーフローさせて蓄積部４に導く構造にしている。
【０００５】
この構造の利点は、次の通りである。
光電変換膜９の下部電極１１の電位が電位障壁部５の電位と同じになる。
この電位は蓄積部４に電荷が蓄積されていっても変化しない。
その結果、光電変換膜９にかかる電界が、信号量によって変化しない。
そして、信号の線形性が良い。
【０００６】
この構造では、コンタクト部６が蓄積部４と分離されているので、コンタクト部６の電位を低くできる。蓄積部４は光電子蓄積のため、高い電位にすることが要求される。
その結果、コンタクト部６で発生する暗電流を低減できる。
【０００７】
上記特許文献１に記載の固体撮像装置はＣＣＤ型であるが、ＭＯＳ型の固体撮像装置では、露光期間の画面内での同時性が確保されてなく、動くものが歪んで写る。
【０００８】
特許文献２には、露光期間の画面内での同時性を得るために、フォトダイオードに排出トランジスタを設けている固体撮像装置が記載されている。
【０００９】
図２は、特許文献２に記載された固体撮像装置を示す図である。
この固体撮像装置２０では、転送トランジスタ２１、増幅トランジスタ２２、選択トランジスタ２３、リセットトランジスタ２４、排出トランジスタ２５、およびフォトダイオード２６を有する。
この場合、フォトダイオード（ＰＤ）２６の電荷を全画素同時にＦＤに転送するが、その信号を１行ずつ読み出すのを待つまでの間にＰＤ２６で光電変換された電荷は排出トランジスタ２５を通して電源Ｖｄｄに捨てられる。
【００１０】
また、この種の固体撮像装置としては、特許文献３〜６に記載されたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−１２０９２２号公報
【特許文献２】特開２００４−１４０１４９号公報
【特許文献３】特開平１１−２３９２９９号公報
【特許文献４】特開２００４−１１５９０号公報
【特許文献５】特開２００９−４９８７０号公報
【特許文献６】特開２００８−２５８４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、光電変換膜を積層するとともに障壁部を設けた特許文献１のタイプの固体撮像装置をＭＯＳ型にした場合、特許文献２のように排出トランジスタを設ければ、同様に画面内での同時性を得ることができそうである。
しかしながら、それだけでは問題がある。その問題について説明する。
特許文献１の固体撮像装置をＭＯＳ型にして排出トランジスタを追加したものは図３のようになる。
露光期間に光電変換膜で発生した光電子は、電位障壁となる障壁部を通って、蓄積部にオーバーフローする。
露光終了後は、光電子が蓄積部４の信号を壊さないように、排出トランジスタ１３をオンして、そのドレイン（Ａ）に捨てる。
この期間、コンタクト部（Ｄ）６の電位は障壁部５の電位よりも高くなければならない。
その後、次の露光期間に入る前に排出トランジスタ１３をオフするが、コンタクト部（Ｄ）６の電位が障壁部５よりも高いので、露光期間の初めに光電変換膜９からコンタクト部（Ｄ）６に入ってくる電子は障壁部５を超えられず、蓄積部４に蓄積されない。
このことにより、信号の線形性が劣化する。
【００１３】
本発明は、グローバルシャッタ動作させた場合の、信号の線形性を改善することが可能な固体撮像装置およびその駆動方法、カメラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の観点の固体撮像装置は、光を電気信号に変換する画素が行列状に配置された画素部と、上記画素部を駆動する駆動部と、を有し、上記画素は、一対の電極に接続された、光電変換を行う光電変換膜と、半導体基板の表面部に、上記一対の電極のうちの一方の電極にコンタクトを介して接続されたコンタクト部として形成され、上記光電変換膜で発生した電荷を半導体基板に注入する注入部と、半導体基板にあって光電変換膜で発生した電荷を蓄積する蓄積部と、上記光電変換膜と蓄積部の間で電位障壁をなす障壁部と、ソースが上記注入部に接続される排出トランジスタと、上記蓄積部と電位配線との間に接続され、上記蓄積部の電荷をリセット可能なリセットトランジスタと、を含み、上記駆動部は、初期化前に、上記光電変換膜から注入部に供給される電荷を、上記排出トランジスタを通して当該排出トランジスタのドレイン側に排出させ、初期化時に、上記排出トランジスタのドレイン側から上記注入部を経由し、上記障壁部を通して上記蓄積部にまで電荷を注入し、電荷注入後、上記リセットトランジスタを通して上記蓄積部の電荷をリセットし、リセット後、露光期間として、上記蓄積部への電荷の蓄積を行い、露光期間終了後、読み出し順が回ってくるまで、上記蓄積部に信号を保持させた状態で、上記光電変換膜から注入部に供給される電荷を、上記排出トランジスタを通して当該排出トランジスタのドレイン側に排出させる。
【００１５】
本発明の第２の観点の撮像装置の駆動方法は、光を電気信号に変換する画素が行列状に配置された画素部を有し、上記画素は、一対の電極に接続された、光電変換を行う光電変換膜と、半導体基板の表面部に、上記一対の電極のうちの一方の電極にコンタクトを介して接続されたコンタクト部として形成され、上記光電変換膜で発生した電荷を半導体基板に注入する注入部と、半導体基板にあって光電変換膜で発生した電荷を蓄積する蓄積部と、上記光電変換膜と蓄積部の間で電位障壁をなす障壁部と、ソースが上記注入部に接続される排出トランジスタと、上記蓄積部と電位配線との間に接続され、上記蓄積部の電荷をリセット可能なリセットトランジスタと、を含む固体撮像装置を駆動するに際し、初期化前に、上記光電変換膜から注入部に供給される電荷を、上記排出トランジスタを通して当該排出トランジスタのドレイン側に排出させ、初期化時に、上記排出トランジスタのドレイン側から上記注入部を経由し、上記障壁部を通して上記蓄積部にまで電荷を注入し、電荷注入後、上記リセットトランジスタを通して上記蓄積部の電荷をリセットし、リセット後、露光期間として、上記蓄積部への電荷の蓄積を行い、露光期間終了後、読み出し順が回ってくるまで、上記蓄積部に信号を保持させた状態で、上記光電変換膜から注入部に供給される電荷を、上記排出トランジスタを通して当該排出トランジスタのドレイン側に排出させる。
【００１６】
本発明の第３の観点のカメラは、基板の第１基板面側から光を受光する固体撮像装置と、上記固体撮像装置の上記第１基板面側に入射光を導く光学系と、上記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と、を有し、上記固体撮像装置は、光を電気信号に変換する画素が行列状に配置された画素部と、上記画素部を駆動する駆動部と、を有し、上記画素は、一対の電極に接続された、光電変換を行う光電変換膜と、半導体基板の表面部に、上記一対の電極のうちの一方の電極にコンタクトを介して接続されたコンタクト部として形成され、上記光電変換膜で発生した電荷を半導体基板に注入する注入部と、半導体基板にあって光電変換膜で発生した電荷を蓄積する蓄積部と、上記光電変換膜と蓄積部の間で電位障壁をなす障壁部と、ソースが上記注入部に接続される排出トランジスタと、上記蓄積部と電位配線との間に接続され、上記蓄積部の電荷をリセット可能なリセットトランジスタと、を含み、上記駆動部は、初期化前に、上記光電変換膜から注入部に供給される電荷を、上記排出トランジスタを通して当該排出トランジスタのドレイン側に排出させ、初期化時に、上記排出トランジスタのドレイン側から上記注入部を経由し、上記障壁部を通して上記蓄積部にまで電荷を注入し、電荷注入後、上記リセットトランジスタを通して上記蓄積部の電荷をリセットし、リセット後、露光期間として、上記蓄積部への電荷の蓄積を行い、露光期間終了後、読み出し順が回ってくるまで、上記蓄積部に信号を保持させた状態で、上記光電変換膜から注入部に供給される電荷を、上記排出トランジスタを通して当該排出トランジスタのドレイン側に排出させる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、グローバルシャッタ動作させた場合の、信号の線形性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】特許文献１に記載された固体撮像装置を示す図である。
【図２】特許文献２に記載された固体撮像装置を示す図である。
【図３】光電変換膜を積層した特許文献１のタイプの固体撮像装置をＭＯＳ型にした場合の構成例を示す図である。
【図４】本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施形態に係る画素の第１の構成例を示す回路図である。
【図６】本発明の実施形態に係る画素の第１の構成例を示す一部省略簡略断面図である。
【図７】図５および図６の画素の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】図５および図６の動作タイミング毎のポテンシャル図を示す第１図である。
【図９】図５および図６の動作タイミング毎のポテンシャル図を示す第２図である。
【図１０】第１の構成例の画素の動作概念を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る画素の第２の構成例を示す回路図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る画素の第２の構成例を示す一部省略簡略断面図である。
【図１３】図１１および図１２の画素の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１４】本発明の実施形態に係る画素の第３の構成例を示す回路図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る画素の第３の構成例を示す一部省略簡略断面図である。
【図１６】図１４および図１５の画素の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１７】本発明の実施形態に係る固体撮像素子が適用されるカメラシステムの構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施形態について、図面に関連付けて説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．固体撮像装置の概略構成
２．画素の第１の構成例
３．画素の第２の構成例
４．画素の第３の構成例
５．カメラ
【００２０】
＜１．固体撮像装置の概略構成＞
図４は、本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【００２１】
本固体撮像装置１００は、図４に示すように、センシング部としての画素部１１０、駆動部としての垂直駆動回路１２０、カラム処理回路１３０、出力回路１４０、および制御回路１５０を有する。
【００２２】
画素部１１０は、後で詳述するように、入射光を電気信号に変える複数の画素２００がたとえばマトリクス状（行列状）に配置されて構成される。
垂直駆動回路１２０は、画素部１１０の画素２００を駆動する。
カラム処理回路１３０は、画素からの画像信号を受けてＶｔｈバラツキの補正やＡＤ変換などを行う。
出力回路１４０は、カラム処理回路１３０からの画像信号を受けて、ゲイン調整や傷補正などを行って外部に出力する。
制御回路１５０は、垂直駆動回路１２０、カラム処理回路１３０、出力回路１４０の各部に制御信号を送って、動作を制御する。
【００２３】
以下に、本実施形態に係る画素の具体的な構成および動作について説明する。
【００２４】
＜２．画素の第１の構成例＞
図５は、本発明の実施形態に係る画素の第１の構成例を示す回路図である。
図６は、本発明の実施形態に係る画素の第１の構成例を示す一部省略簡略断面図である。
【００２５】
画素２００は、光電変換膜２０１、注入部としてのコンタクト部２０２、障壁部２０３、蓄積部２０４、転送トランジスタ２０５、リセットトランジスタ２０６、増幅トランジスタ２０７、選択トランジスタ２０８、および排出トランジスタ２０９を有する。
光電変換膜２０１は一端が上部電極２１０に接続され、他端が下部電極２１１に接続され、下部電極２１１がコンタクト２１２を介して下層のコンタクト部２０２に接続されている。
コンタクト部２０２は、光電変換膜２０１で発生した電荷が注入される。
コンタクト部２０２は、障壁部２０３を介して蓄積部２０４と接続される。
転送トランジスタ２０５は、蓄積部２０４と出力ノードとしてのフローティングディフュージョンＦＤ（以下、単にＦＤというときもある）との間に接続され、転送制御線ＬＴＲＦを通じてそのゲート（転送ゲート）に制御信号である転送信号ＴＲＧが与えられる。
これにより、転送トランジスタ２０５は、蓄積部２０４に蓄積された電荷（ここでは電子）をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。
【００２６】
リセットトランジスタ２０６は、電源ラインＬＶＤＤとフローティングディフュージョンＦＤとの間に接続され、リセット制御線ＬＲＳＴを通してそのゲートに制御信号であるリセット信号ＲＳＴが与えられる。
これにより、リセットトランジスタ２０６は、フローティングディフュージョンＦＤの電位を電源ラインＬＶＤＤの電位にリセットする。
【００２７】
フローティングディフュージョンＦＤには、増幅トランジスタ２０７のゲートが接続されている。増幅トランジスタ２０７は、ソースが垂直信号線ＬＳＧＮに接続されている。増幅トランジスタ２０７のドレインが選択トランジスタ２０８のソースに接続され、選択トランジスタ２０８のドレインが電源線ＬＶＤＤに接続され、画素部外の定電流源とソースフォロアを構成している。
そして、選択制御線ＬＳＥＬを通してアドレス信号に応じた制御信号である選択信号ＳＥＬが選択トランジスタ２０８のゲートに与えられ、選択トランジスタ２０８がオンする。
選択トランジスタ２０８がオンすると、増幅トランジスタ２０７はフローティングディフュージョンＦＤの電位に応じた電圧を信号線ＬＳＧＮに出カする。信号線ＬＳＧＮを通じて、各画素から出力された電圧は、カラム処理回路１３０に出力される。
これらの動作は、たとえば転送トランジスタ２０５、リセットトランジスタ２０６、および選択トランジスタ２０８の各ゲートが行単位で接続されていることから、１行分の各画素について同時に行われる。
【００２８】
排出トランジスタ２０９は、コンタクト部２０２をソースとし、ドレインが排出ドレイン線ＬＤＲＮに接続され、ゲートが排出ゲート線ＬＤＧＴに接続されている。
排出ドレイン線ＬＤＲＮおよび排出ゲート線ＬＤＧＴは垂直駆動回路１２０により駆動制御され、初期状態で、排出トランジスタ２０９はオン状態に保持されて、ドレインからコンタクト部２０２に電荷を注入する初期化動作が行われる。
排出トランジスタ２０９のゲートとドレインはこの例では同じ行の画素で共有する横配線としているが、同じ列の画素で共有する縦方向の配線とすることも可能である。
【００２９】
画素部１１０に配線されているリセット制御線ＬＲＳＴ、転送制御線ＬＴＲＦ、選択制御線ＬＳＥＬ、排出ドレイン線ＬＤＲＮ、および排出ゲート線ＬＤＧＴが一組として画素配列の各行単位で配線されている。
ＬＲＳＴ、ＬＴＲＦ、ＬＳＥＬ、ＬＤＲＮ、ＬＤＧＴの各制御線はそれぞれＭ本ずつ設けられている。
これらのリセット制御線ＬＲＳＴ、転送制御線ＬＴＲＦ、選択制御線ＬＳＥＬ、排出ドレイン線ＬＤＲＮ、および排出ゲート線ＬＤＧＴは、垂直駆動回路１２０により駆動される。
【００３０】
垂直駆動回路１２０は、画素部１１０の中の任意の行に配置された画素の動作を制御する。垂直駆動回路１２０は、制御線ＬＳＥＬ、ＬＲＳＴ、ＬＴＲＦ、ＬＤＲＮ、ＬＤＧＴを通して画素２００を制御する。
垂直駆動回路１２０は、シャッタモードに応じて露光方式を行毎に露光を行うローリングシャッタ方式または全画素同時に露光を行うグローバルシャッタ方式に切り替えて、画像駆動制御を行う。
【００３１】
図６は、本実施形態に係る画素２００の光電変換膜２０１、コンタクト部２０２、障壁部２０３、蓄積部２０４、転送トランジスタ２０５、排出トランジスタ２０９、上部電極２１０、下部電極２１１、コンタクト２１２を含めて簡略断面を示している。
【００３２】
基本的に、本画素２００は、Ｓｉ半導体基板２２０のＰウェル２２１内に、ｐ層２０４１、ｎ層２０４２のＰＮ接合により形成される蓄積部２０４が基板表面側に形成されている。
蓄積部２０４の図中右側に転送トランジスタ２０５のｎ＋拡散層２０５１が形成され、蓄積部２０４のｐ層２０４１と拡散層２０５１間のチャネル形成領域２０５２上にゲート絶縁膜２０５３を介してゲート電極２０５４が形成されている。
また、蓄積部２０４のｐ層２０４１に接した状態で図中左側にｎ＋層からなるコンタクト部２０２が形成されている。
蓄積部２０４のｎ層２０４２がコンタクト部２０２の底面側に延設されて障壁部２０３が形成されている。
上述したように、排出トランジスタ２０９は、コンタクト部２０２をソース領域とする。排出トランジスタ２０９は、このコンタクト部２０２とチャネル形成領域２０９１を挟んだ位置にドレイン領域２０９２が形成され、チャネル形成領域２０９１上にゲート絶縁膜２０９３を介してゲート電極２０９４が形成されている。
ドレイン領域２０９２は、半導体基板２２０の表面側に形成された層間絶縁膜２２２内に形成されたコンタクト２２３を介して排出ドレイン線ＬＤＲＮに接続される。
そして、層間絶縁膜２２２上に下部電極２１１が形成され、その上に光電変換膜２０１が形成され、その上に上部電極２１０が形成されている。
【００３３】
なお、上部電極２１０はＩＴＯなどの透明電極により形成される。
光電変換膜２０１はアモルファスシリコンや、有機光電変換膜などで形成される。
下部電極２１１は、Ｔｉなどの金属で形成される。下部電極２１１はシリコン基板表面のコンタクト部（Ｄ）２０２までコンタクトでつながっている。
【００３４】
緑の波長光で光電変換する有機光電変換膜としては、たとえばローダーミン系色素、メラシアニン系色素、キナクリドン等を含む有機光電変換材料を用いることができる。
赤の波長光で光電変換する有機光電変換膜としては、フタロシアニン系色素を含む有機光電変換材料を用いることができる。
青の波長光で光電変換する有機光電変換膜としては、クマリン系色素、トリス−８−ヒドリキシキノリンＡｌ（Ａｌｑ３）、メラシアニン系色素等を含む有機光電変換材料を用いることができる。
【００３５】
次に、図５および図６の画素の動作を説明する。
図７は、図５および図６の画素の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【００３６】
まず、排出トランジスタ２０９のゲート配線ＬＤＧＴとドレイン配線ＬＤＲＮを駆動して、全画素同時にコンタクト部（Ｄ）２０２に電子を注入する。
その後、転送トランジスタ２０５の転送線ＴＲＧとリセットトランジスタ２０６のリセット線ＬＲＳＴにハイアクティブのパルスを入れて、蓄積部２０４をリセットする。
転送ゲート２０５がオフして以降が露光期間になる。
露光期間の終了は、排出ゲート配線ＬＤＧＴを全画素同時にハイレベルに戻す。
その後、１行ずつ読み出す期間になる。注目画素は、その行が読み出される時に、通常の読み出し動作がされる。
【００３７】
図８および図９は、図５および図６の動作タイミング毎のポテンシャル図を示す。
【００３８】
（ａ）光電変換膜２０１からの光電子は、コンタクト部（Ｄ）２０２から排出トランジスタ２０９を通してそのドレイン（Ａ）に捨てられている。
（ｂ）初期化のために、排出ドレイン配線ＬＤＲＮをローレベルにする。
排出ドレイン配線ＬＤＲＮから、排出トランジスタ２０９と障壁部２０３を通して蓄積部２０４まで電子が注入される。
（ｃ）排出ゲート配線ＬＤＧＴをローレベルにした後、排出ドレイン配線ＬＤＲＮをハイレベルにする。
このときコンタクト部（Ｄ）２０２と蓄積部２０４に注入された電子が残っている。
（ｄ）転送線ＬＴＲＦとリセット配線ＬＲＳＴを駆動して転送トランジスタ２０５とリセットトランジスタ２０６をオンにすると、蓄積部２０４の電子が引き抜かれて空になるとともに、コンタクト部（Ｄ）２０２の電位が障壁部２０３の電位に揃う。
図には転送ゲートまでしか描いていない。
（ｅ）転送配線ＬＴＲＦをローレベルにすることで、蓄積部２０４に蓄積が開始される。
（ｆ）蓄積中は、光電変換膜２０１からの光電子が障壁部２０３を乗り越えて蓄積部２０４に蓄積される。
（ｇ）露光期間が終了して排出トランジスタ２０９がオンして、該当画素２００の読み出し順が回ってくるまでは、蓄積部２０４に信号が保持され、光電変換膜２０１からの光電子は、排出トランジスタ２０９を通して排出される。
【００３９】
上記の動作により、光電変換膜からの光電子は、露光期間当初から蓄積部に流入するので、信号の線形性が良くなる。
【００４０】
動作をまとめると、図１０に示すようになる。
最初に排出トランジスタ２０９のドレイン（Ａ）からコンタクト部（Ｄ）２０２に電子を注入することが本質的である。
これは、排出トランジスタ２０９のドレイン（Ａ）を駆動することで実現されている。垂直駆動回路１２０が、排出ドレイン配線ＬＤＲＮの駆動回路を有している。
【００４１】
＜３．画素の第２の構成例＞
図１１は、本発明の実施形態に係る画素の第２の構成例を示す回路図である。
図１２は、本発明の実施形態に係る画素の第２の構成例を示す一部省略簡略断面図である。
【００４２】
本第２の構成例の画素２００Ａが第１の構成例の画素２００と異なる点は、排出トランジスタが設けられていないことにある。
【００４３】
光電変換膜２０１を積層していることを利用して、排出トランジスタを作らなくても、グローバルシャッタ動作可能である。
この場合、リセットトランジスタ２０６と選択トランジスタ（増幅トランジスタの場合もある）２０８のドレイン配線は、全画素で共通の配線になっているが、固定電圧でなくて、駆動できるようになっている。
上部電極２１０Ａの電圧も固定でなく、駆動できるようになっている。
全面配線ＬＡＬＬ、上部電極２１０Ａとも、垂直駆動回路１２０で駆動される。
【００４４】
図１３は、図１１および図１２の画素の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【００４５】
転送制御線ＬＴＲＦとリセット制御線ＬＲＳＴにハイアクティブのパルスを入れて、転送トランジスタ２０５およびリセットトランジスタ２０６をオンにした状態で、全面配線ＬＡＬＬをローレベルにする。
これにより、リセットトランジスタ２０６、転送トランジスタ２０５を経由して、コンタクト部（Ｄ）２０２まで電子を注入する。
全面配線ＬＡＬＬをハイレベルに戻すことで、コンタクト部（Ｄ）２０２の電位が障壁部２０３の電位にそろい、蓄積部２０４はリセットされる。
露光期間は、上部電極２１０Ａはローレベルであるので、光電変換膜２０１の光電子はＳｉ側に送られる。
露光終了は、上部電極２１０Ａをハイレベルにすることで、光電変換膜２０１の光電子がＳｉ側に送られなくする。そして、１行ずつ読み出す。
上部電極２１０Ａがハイレベルの間、コンタクト部（Ｄ）２０２の電位は障壁部２０３の電位よりも高くなっており、それは、上部電極２１０Ａをローレベルに戻しても解消されないので、そのままだと、同じ機構で線形性の劣化が起こるおそれがある。
その解決のために、全面配線ＬＡＬＬからコンタクト部（Ｄ）２０２まで電子を注入し、蓄積部２０４の電子はその後排出する。
原理的には第１の構成例と同じである。
【００４６】
この例では、光電変換膜２０１を積層していることを利用して、排出トランジスタを設けずに、グローバルシャッタ時の露光終了後の信号の混入を防いでいる。
【００４７】
＜４．画素の第３の構成例＞
図１４は、本発明の実施形態に係る画素の第３の構成例を示す回路図である。
図１５は、本発明の実施形態に係る画素の第３の構成例を示す一部省略簡略断面図である。
【００４８】
本第３の構成例の画素２００Ｂが第１の構成例の画素２００と異なる点は、光電変換膜２０１、フォトダイオード２１３を組み合わせて用いるように構成されていることにある。
フォトダイオード２１３と蓄積部２０４と出力ノードとしてのフローティングディフュージョンＦＤ（以下、単にＦＤというときもある）との間に接続され転送トランジスタ２１４が配置されている。
転送トランジスタ２１４は、転送制御線ＬＴＲＦ２を通じてそのゲート（転送ゲート）に制御信号である転送信号ＴＲＦ２が与えられる。
これにより、転送トランジスタ２１４は、フォトダイオード２１３に蓄積された電荷（ここでは電子）をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。
【００４９】
ある波長の光（たとえば緑）を吸収する光電変換膜２０１Ｂと、それを透過した光を吸収する半導体基板にあるフォトダイオード２１３との組み合わせについて説明する。
概念図は図１５のようになる。光電変換膜は有機光電変換膜としている。フォトダイオードはＳｉ基板２２０中にあり、一般的なのものと同様に作られている。
実際には構成要素が１直線に並ぶわけではないので、断面図というよりもあくまで概念図である。
【００５０】
図１６は、図１４および図１５の画素の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【００５１】
この場合、読み出すときには、有機光電変換膜２０１Ｂから来た信号を先に、フォトダイオード２１３から来た信号を後に読み出している。
その他の動作を上記した場合と同様であることからここではその説明は省略する。
【００５２】
なお、前述したように、緑の波長光で光電変換する有機光電変換膜としては、たとえばローダーミン系色素、メラシアニン系色素、キナクリドン等を含む有機光電変換材料を用いることができる。
赤の波長光で光電変換する有機光電変換膜としては、フタロシアニン系色素を含む有機光電変換材料を用いることができる。
青の波長光で光電変換する有機光電変換膜としては、クマリン系色素、トリス−８−ヒドリキシキノリンＡｌ（Ａｌｑ３）、メラシアニン系色素等を含む有機光電変換材料を用いることができる。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態によれば、光電変換膜を積層したＭＯＳ型固体撮像装置にグローバルシャッタ動作させた場合の、信号の線形性を改善することができる。
【００５４】
以上のような特徴を有する固体撮像装置は、デジタルカメラやビデオカメラの撮像デバイスとして適用することができる。
【００５５】
図１７は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子が適用されるカメラシステムの構成の一例を示す図である。
【００５６】
＜５．カメラ＞
本カメラシステム３００は、図１７に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置１００が適用可能な撮像デバイス３１０を有する。
カメラシステム３００は、この撮像デバイス３１０の画素領域に入射光を導く（被写体像を結像する）光学系、たとえば入射光（像光）を撮像面上に結像させるレンズ３２０を有する。
カメラシステム３００は、撮像デバイス３１０を駆動する駆動回路(ＤＲＶ)３３０と、撮像デバイス３１０の出力信号を処理する信号処理回路(ＰＲＣ)３４０と、を有する。
【００５７】
駆動回路３３０は、撮像デバイス３１０内の回路を駆動するスタートパルスやクロックパルスを含む各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ(図示せず)を有し、所定のタイミング信号で撮像デバイス３１０を駆動する。
【００５８】
また、信号処理回路３４０は、撮像デバイス３１０の出力信号に対してＣＤＳ(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング)などの信号処理を施す。
信号処理回路３４０で処理された画像信号は、たとえばメモリなどの記録媒体に記録される。記録媒体に記録された画像情報は、プリンタなどによってハードコピーされる。また、信号処理回路３４０で処理された画像信号を液晶ディスプレイ等からなるモニターに動画として映し出される。
【００５９】
上述したように、デジタルスチルカメラ等の撮像装置において、撮像デバイス３１０として、先述した固体撮像装置１００を搭載することで、高精度なカメラが実現できる。
【００６０】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
たとえば、本実施形態で挙げた数値や材料は一例であり、これに限定されるものではない。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１００・・・固体撮像装置、１１０・・・画素部、１２０・・・垂直駆動回路、１３０・・・カラム処理回路、１４０・・・出力回路、１５０・・・制御回路、２００，２００Ａ，２００Ｂ・・・画素、２０１・・・光電変換膜、２０１Ｂ・・・有機光電変換膜、２０２・・・コンタクト部、２０３・・・障壁部、２０４・・・蓄積部、２０５・・・転送トランジスタ、２０６・・・リセットトランジスタ、２０７・・・増幅トランジスタ、２０８・・・選択トランジスタ、２０９・・・排出トランジスタ、２１０，２１０Ｂ・・・上部電極、２１１，２１１Ｂ・・・下部電極、２１３・・・フォトダイオード、２１４・・・転送トランジスタ、３００・・・カメラシステム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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