(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板に行列状に配置された複数の画素と、
列毎に形成された列信号線と、
前記列信号線に接続された反転増幅器と、
前記反転増幅器の出力信号を対応する列の画素にフィードバックするために列毎に設けられたフィードバック線とを備え、
前記画素は、
リセットトランジスタ、選択トランジスタ及び、増幅トランジスタ、および光電変換部を有し、
前記光電変換部は、
光電変換する光電変換膜と、
前記光電変換膜の前記半導体基板側の面に形成された画素電極と、
前記光電変換膜の前記画素電極と反対側の面に形成された透明電極とを有し、
前記増幅トランジスタは、前記画素電極に接続されたゲートを有し、前記画素電極の電位に応じた信号電圧を、前記選択トランジスタを介して列信号線に出力し、
前記リセットトランジスタのソースおよびドレインの一方は前記画素電極に接続され、ソースおよびドレインの他方は対応する前記フィードバック線に接続され、
前記選択トランジスタのゲートには行選択信号が印加され、
前記リセットトランジスタのゲートには行リセット信号が印加され、
前記行リセット信号は、前記行選択信号が有効になってから一定時間遅れて有効になり、かつ、前記行選択信号が有効な期間内に有効である
固体撮像装置。
【請求項２】
前記固体撮像装置は、さらに、
前記リセットトランジスタのゲートに印加すべき行リセット信号の波形を調整する波形調整部を有し、
前記波形調整部は、行リセット信号に含まれるリセットパルスの後縁に傾斜を付与するよう波形を調整し、前記リセットトランジスタのゲートに供給する
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記固体撮像装置は、第１のフレームレートでの撮像と、前記第１のフレームレートよりも高い第２のフレームレートでの撮像とを切換可能であり、
前記波形調整部は、第１のフレームレートでの撮像における前記リセットパルスの後縁の立ち下がりまたは立ち上がりに要する遷移時間を、第２のフレームでの撮像における遷移時間よりも大きくするように前記リセットパルスの後縁の傾斜を調整する
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記波形調整部は、前記リセットトランジスタのゲートに接続されたリセット制御線に挿入されたフィルタ回路である
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記波形調整部は、前記フィルタ回路の回路定数を変更することにより前記リセットパルスの後縁の傾斜を調整する
請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記波形調整部は、前記リセットパルスの後縁に傾斜をもつアナログ信号を前記行リセット信号として出力するデジタル−アナログコンバータを含む
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記固体撮像装置は、さらに、
前記リセットトランジスタのゲートに印加される行リセット信号の波形を調整する波形調整部を有し、
前記波形調整部は、行リセット信号中のリセットパルスの後縁が有する周波数帯域を調整する請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記波形調整部は、さらに、電源電圧に相当する振幅を有する波形調整前の行リセット信号が入力され、当該行リセット信号の振幅を小さくするよう波形を調整する
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記リセットトランジスタのゲートに印加される前記行リセット信号の振幅は、前記増幅トランジスタのドレインに印加される最大電圧より小さい
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記リセットトランジスタのゲートに印加される前記行リセット信号の振幅は、前記選択トランジスタのゲートに印加される最大電圧より小さい
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記リセットトランジスタのゲートに印加される前記行リセット信号の振幅は、前記反転増幅器に印加される電源電圧より小さい
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記リセットトランジスタのゲートに印加される前記行リセット信号の振幅は、前記透明電極に印加される最大電圧より小さい
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記リセットトランジスタのゲートに印加される前記行リセット信号の振幅は、
（ａ）前記増幅トランジスタのドレインに印加される最大電圧、
（ｂ）前記選択トランジスタのゲートに印加される最大電圧、
（ｃ）前記反転増幅器に印加される電源電圧、および
（ｄ）前記透明電極に印加される最大電圧
よりも小さい
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
固体撮像装置であって、
半導体基板に行列状に配置された複数の画素と、
行リセット信号を生成する行走査部と、
前記リセットトランジスタのゲートに印加すべき行リセット信号の波形を調整する波形調整部とを備え、
前記画素は、
リセットトランジスタ、選択トランジスタ及び、増幅トランジスタ、および光電変換部を有し、
前記光電変換部は、
光電変換する光電変換膜と、
前記光電変換膜の前記半導体基板側の面に形成された画素電極と、
前記光電変換膜の前記画素電極と反対側の面に形成された透明電極とを有し、
前記増幅トランジスタは、前記画素電極に接続されたゲートを有し、前記画素電極の電位に応じた信号電圧を、前記選択トランジスタを介して列信号線に出力し、
前記波形調整部は、行リセット信号に含まれるリセットパルスの後縁に傾斜を付与するよう波形を調整し、調整後の行リセット信号を前記リセットトランジスタのゲートに供給し、
前記選択トランジスタのゲートには行選択信号が印加され、
前記リセットトランジスタのゲートには行リセット信号が印加され、
前記行リセット信号は、前記行選択信号が有効になってから一定時間遅れて有効になり、かつ、前記行選択信号が有効な期間内に有効である
固体撮像装置。
【請求項１５】
固体撮像装置の駆動方法であって、
前記固体撮像装置は、
半導体基板と、
前記半導体基板に行列状に配置された複数の画素と、
列毎に形成された列信号線と、
前記列信号線に接続された反転増幅器と、
前記反転増幅器の出力信号を対応する列の画素にフィードバックするために列毎に設けられたフィードバック線とを備え、
前記画素は、
リセットトランジスタ、選択トランジスタ及び、増幅トランジスタ、および光電変換部を有し、
前記光電変換部は、
光電変換する光電変換膜と、
前記光電変換膜の前記半導体基板側の面に形成された画素電極と、
前記光電変換膜の前記画素電極と反対側の面に形成された透明電極とを有し、
前記増幅トランジスタは、前記画素電極に接続されたゲートを有し、前記画素電極の電位に応じた信号電圧を、前記選択トランジスタを介して列信号線に出力し、
前記リセットトランジスタのソースおよびドレインの一方は前記画素電極に接続され、ソースおよびドレインの他方は対応する前記フィードバック線に接続され、
前記駆動方法は、
前記選択トランジスタのゲートに行選択信号を有効にすることにより、前記増幅トランジスタの出力信号を列信号線に出力し、
前記行選択信号が有効になってから一定時間遅れて前記行リセット信号を有効にすることにより、前記反転増幅器の出力を前記リセットトランジスタを介して前記画素電極にフィードバックする
固体撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関し、特に積層型の固体撮像装置およびその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な固体撮像装置は、受光部として埋め込みフォトダイオード構造が用いられている。
【０００３】
また、特許文献１は、固体増幅装置を構成する制御電極の上に光電変換層を形成しこの上に透明電極層を設け、ここに印加した電圧の作用を変換層を介して制御電極に及ぼすことにより良好なＳＮ比で光情報を電気信号に変える装置、いわゆる、積層型の固体撮像装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５５−１２０１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
積層型の固体撮像装置は、画素回路が形成された半導体基板の上に絶縁膜を介して光電変換膜が形成された構成を有している。このため、光電変換膜にアモルファスシリコン等の光吸収係数が大きい材料を用いることが可能となる。例えば、アモルファスシリコンの場合、波長５５０ｎｍの緑色の光は、０．４ｎｍ程度の厚さでほとんど吸収することができる。
【０００６】
また埋め込みフォトダイオードを用いないため、光電変換部の容量を大きくすることが可能であり、飽和電荷を大きくすることができる。さらに、電荷を完全転送しないため付加容量を積極的に付加することも可能であり、微細化された画素においても十分な大きさの容量が実現でき、さらに、ダイナミックランダムアクセスメモリにおけるスタックセルのような構造とすることも可能である。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に示された固体撮像装置は、一般的な埋め込みフォトダイオード型の固体撮像装置よりもランダム雑音が大きいという問題を有している。
【０００８】
まず、一般的な埋め込みフォトダイオード型の固体撮像装置は、電荷の転送がほぼ完全に出来るので、（信号レベル＋固定パターンノイズ）−（黒レベル＋固定パターンノイズ）＝信号レベルというサンプリングをＣＤＳ回路で行えば、固定パターンノイズのキャンセルが可能であり、信号をリセットする際にリセットトランジスタの強反転動作と弱反転動作とを組み合わせることにより雑音を１／√２に抑圧する方法を用いるが、この方法を積層型の固体撮像装置に用いることは出来ない。
【０００９】
また、特許文献１に示された固体撮像装置は、信号電荷をリセットするときに雑音が発生する。すなわち、リセット信号に含まれるリセットパルスの後縁に起因して、リセット信号線と画素電極等との間の容量結合によりランダムノイズが発生してしまうという問題を有している。積層型は電荷の完全転送が出来ないために、ＣＤＳ回路で一般的な埋め込みフォトダイオード型の固体撮像装のようなサンプリングを実施しても、リセット雑音のキャンセルが不完全になり、雑音が発生した状態において次の信号電荷が加算されるためにリセット雑音が重畳された信号電荷を読み出す。このため、ランダム雑音が大きくなるという問題を有している。なお、リセットパルスの後縁（後ろエッジ）は、リセット信号に含まれるリセットパルスが正パルス（上向きのパルス）である場合は立ち下がりエッジであり、リセットパルスが負パルス（下向きのパルス）である場合は立ち上がりエッジである。
【００１０】
さらに、近年はＨＤ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）と言った１秒間に６０枚のフレームレートを必要とする映像規格があり、動画像に関して、高フレームレートに関する要望もあり、ランダム雑音抑圧に時間をかけて、フレームレートを遅くするという方法を用いることは出来ない。
【００１１】
前記課題を鑑み、本発明は、ランダム雑音を抑圧する固体撮像装置およびその駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため本発明の一形態に係る固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に行列状に配置された複数の画素と、列毎に形成された列信号線と、前記列信号線に接続された反転増幅器と、前記反転増幅器の出力信号を対応する列の画素にフィードバックするために列毎に設けられたフィードバック線とを備え、前記画素は、リセットトランジスタ、選択トランジスタ及び、増幅トランジスタ、および光電変換部を有し、前記光電変換部は、光電変換する光電変換膜と、前記光電変換膜の前記半導体基板側の面に形成された画素電極と、前記光電変換膜の前記画素電極と反対側の面に形成された透明電極とを有し、前記増幅トランジスタは、前記画素電極に接続されたゲートを有し、前記画素電極の電位に応じた信号電圧を、前記選択トランジスタを介して列信号線に出力し、前記リセットトランジスタのソースおよびドレインの一方は前記画素電極に接続され、ソースおよびドレインの他方は対応する前記フィードバック線に接続される。
【００１３】
この構成によれば、反転増幅器の出力をフィードバックすることによって、リセットトランジスタで画素電極の信号電荷をリセットするときに発生するリセット雑音が抑圧され、次の信号電荷にリセット雑音が重畳されることを軽減するので、ランダム雑音を抑圧することが出来る。また、フィードバックにより回路バラツキ（例えば、列ごとの増幅トランジスタのＶｔｈムラ）によるノイズを軽減することができる。
【００１４】
ここで、前記選択トランジスタのゲートには行選択信号が印加され、前記リセットトランジスタのゲートには行リセット信号が印加され、前記行リセット信号は、前記行選択信号が有効になってから一定時間遅れて有効になり、かつ、前記行選択信号が有効な期間内に有効である構成としてもよい。
【００１５】
この構成によれば、フィードバックループを容易に形成することができる。
【００１６】
ここで、前記固体撮像装置は、さらに、前記リセットトランジスタのゲートに印加すべき行リセット信号の波形を調整する波形調整部を有し、前記波形調整部は、行リセット信号に含まれるリセットパルスの後縁に傾斜を付与するよう波形を調整し、前記リセットトランジスタのゲートに供給する構成としてもよい。
【００１７】
この構成によれば、リセット信号に含まれるパルスの後縁により発生するランダムノイズを抑制することができる。
【００１８】
ここで、前記固体撮像装置は、第１のフレームレートでの撮像と、前記第１のフレームレートよりも高い第２のフレームレートでの撮像とを切換可能であり、前記波形調整部は、第１のフレームレートでの撮像における前記リセットパルスの後縁の立ち下がりまたは立ち上がりに要する遷移時間を、第２のフレームでの撮像における遷移時間よりも大きくするように前記リセットパルスの後縁の傾斜を調整するとしてもよい。
【００１９】
この構成によれば、シーンに応じたフレームレートで撮影が可能な積層型の固体撮像装置において種々のフレームレートに対応してノイズ低減を行うことができる。
【００２０】
ここで、前記波形調整部は、前記リセットトランジスタゲートに接続されたリセット制御線に挿入されたフィルタ回路であってもよい。
【００２１】
ここで、前記波形調整部は、前記フィルタ回路の回路定数を変更することにより前記リセットパルスの後縁に傾斜を調整してもよい。
【００２２】
ここで、前記波形調整部は、前記リセットパルスの後縁に傾斜をもつアナログ信号を前記行リセット信号として出力するデジタル−アナログコンバータを含む構成としてもよい。
【００２３】
この構成によれば、リセット信号に含まれるパルスの後縁の傾斜を調整する精度を向上させることができる。
【００２４】
ここで、前記固体撮像装置は、さらに、前記リセットトランジスタのゲートに印加される行リセット信号の波形を調整する波形調整部を有し、前記波形調整部は、行リセット信号中のリセットパルスの後縁が有する周波数帯域を調整してもよい。
【００２５】
ここで、前記波形調整部は、さらに、電源電圧に相当する振幅を有する波形調整前の行リセット信号が入力され、当該行リセット信号の振幅を小さくするよう波形を調整してもよい。
【００２６】
この構成によれば、リセット信号に含まれるパルスの後縁により発生するランダムノイズを抑制することができ、高フレームレート化を容易にする。
【００２７】
ここで、前記リセットトランジスタのゲートに印加される前記行リセット信号の振幅は、前記増幅トランジスタのドレインに印加される最大電圧より小さくすることが望ましい。
【００２８】
ここで、前記リセットトランジスタのゲートに印加される前記行リセット信号の振幅は、前記選択トランジスタのゲートに印加される最大電圧より小さくすることが望ましい。
【００２９】
ここで、前記リセットトランジスタのゲートに印加される前記行リセット信号の振幅は、前記反転増幅器に印加される電源電圧より小さくすることが望ましい。
【００３０】
ここで、前記リセットトランジスタのゲートに印加される前記行リセット信号の振幅は、前記透明電極に印加される最大電圧より小さくすることが望ましい。
【００３１】
ここで、前記リセットトランジスタのゲートに印加される前記行リセット信号の振幅は、（ａ）前記増幅トランジスタのドレインに印加される最大電圧、（ｂ）前記選択トランジスタのゲートに印加される最大電圧、（ｃ）前記反転増幅器に印加される電源電圧、および（ｄ）前記透明電極に印加される最大電圧よりも小さくしてもよい。
【００３２】
また、本発明の他の形態に係る固体撮像装置は、半導体基板に行列状に配置された複数の画素と、行リセット信号を生成する行走査部と、前記リセットトランジスタのゲートに印加すべき行リセット信号の波形を調整する波形調整部とを備え、前記画素は、リセットトランジスタ、選択トランジスタ及び、増幅トランジスタ、および光電変換部を有し、前記光電変換部は、光電変換する光電変換膜と、前記光電変換膜の前記半導体基板側の面に形成された画素電極と、前記光電変換膜の前記画素電極と反対側の面に形成された透明電極とを有し、前記増幅トランジスタは、前記画素電極に接続されたゲートを有し、前記画素電極の電位に応じた信号電圧を、前記選択トランジスタを介して列信号線に出力し、前記波形調整部は、行リセット信号に含まれるリセットパルスの後縁に傾斜を付与するよう波形を調整し、前記リセットトランジスタのゲートに供給する。
【００３３】
また、本発明の他の形態に係る固体撮像装置の駆動方法において、前記固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に行列状に配置された複数の画素と、列毎に形成された列信号線と、前記列信号線に接続された反転増幅器と、前記反転増幅器の出力信号を対応する列の画素にフィードバックするために列毎に設けられたフィードバック線とを備え、前記画素は、リセットトランジスタ、選択トランジスタ及び、増幅トランジスタ、および光電変換部を有し、前記光電変換部は、光電変換する光電変換膜と、前記光電変換膜の前記半導体基板側の面に形成された画素電極と、前記光電変換膜の前記画素電極と反対側の面に形成された透明電極とを有し、前記増幅トランジスタは、前記画素電極に接続されたゲートを有し、前記画素電極の電位に応じた信号電圧を、前記選択トランジスタを介して列信号線に出力し、前記リセットトランジスタのソースおよびドレインの一方は前記画素電極に接続され、ソースおよびドレインの他方は対応する前記フィードバック線に接続され、前記駆動方法は、前記選択トランジスタのゲートに行選択信号を有効にすることにより、前記増幅トランジスタの出力信号を列信号線に出力し、前記行選択信号が有効になってから一定時間遅れて前記行リセット信号を有効にすることにより、前記反転増幅器の出力を前記リセットトランジスタを介して前記画素電極にフィードバックする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明に係る固体撮像装置によれば、ランダム雑音を抑制することができる。また、シーンに応じたフレームレートに対応してランダム雑音を抑制可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】第１の実施形態に係る固体撮像装置を示す回路図である。
【図２】第１の実施形態に係る固体撮像装置の１画素を示す断面図である。
【図３Ａ】図２のＩ−ＩＩ線に沿った部分における電位を示す図である。
【図３Ｂ】第１の実施形態に係る固体撮像装置の動作を示すタイムチャートである。
【図４】第２の実施形態に係る固体撮像装置を示す回路図である。
【図５Ａ】第２の実施形態で、リセット周波数に対するリセット雑音を図示したものである。
【図５Ｂ】第２の実施形態に係る固体撮像装置の動作を示すタイムチャートである。
【図６】第２の実施形態で、リセットトランジスタの抵抗によるリセット帯域とリセット雑音の関係を図示したものである。
【図７】第３の実施形態で、リセット信号振幅とリセット雑音の関係を図示したものである。
【図８】第５の実施形態で、リセット帯域によるリセット雑音を図示したものである。
【図９Ａ】従来技術における画素のポテンシャル図である。
【図９Ｂ】第３の実施形態における画素のポテンシャル図である。
【図１０Ａ】リセット信号制御素子の回路例を示す図である。
【図１０Ｂ】リセット信号制御素子の回路例を示す図である。
【図１０Ｃ】リセット信号制御素子の回路例を示す図である。
【図１０Ｄ】リセット信号制御素子の回路例を示す図である。
【図１０Ｅ】リセット信号制御素子の回路例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置を示した装置概略図であり、図２は図１の画素１１の構造断面図である。
【００３７】
図１に示すように、固体撮像装置は、半導体基板３１と、半導体基板３１に行列状に配置された複数の画素１１と、画素１１に種々のタイミング信号を供給する垂直走査部（行走査部とも呼ぶ）１３と、画素１１の信号を順次水平出力端子１４２へ読み出す水平走査部（列走査部、水平信号読み出し部とも呼ぶ）１５と、列毎に形成された列信号線１４１と、列信号線に接続された反転増幅器２３と、反転増幅器２３の出力信号を対応する列の画素１１にフィードバックするために列毎に設けられたフィードバック線１２６とを備えている。図１において、画素１１は「２行２列」分だけを記載しているが、行数及び列数は任意に設定してよい。
【００３８】
また、各画素１１は、光電変換部１１１と、ゲートが光電変換部１１１と接続された増幅トランジスタ１１３と、ドレインが光電変換部１１１と接続されたリセットトランジスタ１１７と、増幅トランジスタ１１３と直列に接続された選択トランジスタ１１５とを有している。
【００３９】
光電変換部１１１は、図２に示すように、光電変換する光電変換膜４５と、光電変換膜の半導体基板側の面に形成された画素電極４６と、光電変換膜の画素電極と反対側の面に形成された透明電極４７とを有する。この光電変換部１１１は、増幅トランジスタ１１３のゲート及びリセットトランジスタ１１７のドレインと、光電変換部制御線１３１との間に接続されている。増幅トランジスタ１１３は、画素電極４６に接続されたゲートを有し、画素電極４６の電位に応じた信号電圧を、選択トランジスタ１１５を介して列信号線１４１に出力する。リセットトランジスタ１１７のソースおよびドレインの一方は画素電極４６に接続され、ソースおよびドレインの他方は対応するフィードバック線１２６に接続されている。選択トランジスタ１１５のゲートは、アドレス制御線１２１を介して垂直走査部１３と接続されている。リセットトランジスタ１１７のゲートは、リセット制御線１２３を介して垂直走査部１３と接続されている。アドレス制御線１２１、リセット制御線１２３は行ごとに設けられている。本実施の形態では、リセットトランジスタ１１７がｎ型ＭＯＳトランジスタであり、そのゲートに入力されるリセット信号に含まれるリセットパルスが正パルス（上向きのパルス）であり、リセットパルスのの後縁が立ち下がりエッジである例について説明する。
【００４０】
光電変換部制御線１３１は、全画素に共通となっている。列信号線１４１は、列ごとに設けられ、列信号処理部２１を介して水平信号読み出し部１５と接続されている。列信号処理部２１は、相関２重サンプリングに代表される雑音抑圧信号処理及び、アナログ／デジタル変換等を行う。
【００４１】
また、列ごとに設けられた列信号線１４１には、反転増幅器２３がそれぞれ接続されており、反転増幅器２３には、全画素共通の基準電圧（ＶR）１３３も入力されており、反転増幅器２３の出力はリセットトランジスタ１１７のソースに接続されており、選択トランジスタ１１５とリセットトランジスタ１１７が導通状態にある時、選択トランジスタ１１５の出力を受け取り、増幅トランジスタ１１３のゲート電位が、一定になるように、フィードバック動作する。この時、反転増幅器２３の出力は、０Ｖもしくは、０Ｖ近傍の正電圧となる。
【００４２】
図３Ｂは、固体撮像装置の最も基本的な撮像動作を示すフローチャートである。同図のＳＥＬ１は、１行目の行選択信号を示す。ＲＳＴ１は、１行目の行リセット信号を示す。ＳＥＬ２、ＲＳＴ２も、対応する行が異なる点以外同様である。１水平周期は、行選択信号が有効になってから、次の行の行選択信号が有効になるまで（ＳＥＬ１に立ち上がりからＳＥＬ２の立ち上がりまで）の期間であり、１行分の画素から信号電圧を読み出すのに要する期間である。１垂直周期は、全行の画素から信号電圧を読み出すのに要する期間である。
【００４３】
フィードバック動作は、行選択信号と行リセット信号が同時に有効になったときに起こる。つまり、選択トランジスタとリセットトランジスタが同時にオンのとき起こる。図３Ｂのように、垂直走査部１３は、画素からの信号読み出しの後にリセット（フィードバック動作）を行うように制御する。まず、選択トランジスタ１１５のゲートに行選択信号を有効にすることにより、増幅トランジスタの出力信号を列信号線に出力し、次に、行選択信号が有効になってから一定時間遅れて行リセット信号を有効にすることにより、反転増幅器の出力をリセットトランジスタを介して画素電極にフィードバックする。
【００４４】
このフィードバック動作により、リセットトランジスタ１１７で信号電荷をリセットするときに発生するリセット雑音は抑圧され、次の信号電荷にリセット雑音が重畳されることが軽減するので、ランダム雑音を抑圧することが出来る。
【００４５】
また、図２に示すようにシリコンからなる半導体基板３１に増幅トランジスタ、選択トランジスタ及びリセットトランジスタが形成されている。増幅トランジスタは、ゲート電極４１と、ドレインである拡散層５１及びソースである拡散層５２とを有している。選択トランジスタ１１５はゲート電極４２と、ドレインである拡散層５２及びソースである拡散層５３とを有している。増幅トランジスタのソースと選択トランジスタのドレインとは、共通の拡散層５２である。リセットトランジスタは、ゲート電極４３と、ドレインである拡散層５４及びソースである拡散層５５とを有している。拡散層５１と拡散層５４とは素子分離領域３３により分離されている。
【００４６】
また、半導体基板３１の上には、各トランジスタを覆うように絶縁膜３５が形成されている。絶縁膜３５の上には光電変換部１１１が形成されている。光電変換部１１１は、アモルファスシリコン等からなる光電変換膜４５と光電変換膜４５の下面に形成された画素電極４６と、光電変換膜４５の上面に形成された透明電極４７とを有している。画素電極４６は、コンタクト３６を介して増幅トランジスタ１１３のゲート電極４１及びリセットトランジスタ１１７のソースである拡散層５４と接続されている。画素電極４６と接続された拡散層５４は蓄積ダイオードとして機能する。
【００４７】
以上のように、本発明の実施形態に係る固体撮像装置は、光吸収係数が大きな光電変換部を用いているので、量子化効率が格段に良く、従ってランダム雑音が下がった時の効果が非常に大きい。
【００４８】
また、本発明の実施形態に係る固体撮像装置は、フォトダイオード面積を小さく出来るので、回路的に変換ゲインを大きく出来るので、ランダム雑音が下がった時の効果が格段に大きい。さらに、構造的に、本発明は半導体基板内で光電変換が行われないので、ランダム雑音が抑圧された時の効果が格段に大きい。
【００４９】
さらに、各列信号線上の反転増幅器を用いてフィードバック動作をさせることにより、積層型の固体撮像装置のリセット雑音を抑圧が可能となり、リセット雑音が重畳された信号電荷を読み出すことも軽減するので、ランダム雑音を抑圧することが出来る。
【００５０】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置について説明するが、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５１】
まず、第１の実施形態は、光電導膜積層センサにおけるリセット雑音の抑圧が出来るが、さらにリセット雑音を抑圧する手段がある。
【００５２】
具体的には、第１の実施形態のリセット雑音はｋＴＣ雑音と呼ばれ、その電圧（Ｅｎ）は以下の式（１）で表される。
【００５３】
Ｅｎ2＝  ｋＴ／Ｃ
Ｅｎ  ＝  √（ｋＴ／Ｃ）＝  √（４ｋＴＲΔｆ）  ・・・（１）
【００５４】
ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度（Ｋ）、Ｒはリセットトランジスタ１１７の抵抗値（Ω）、Ｃはリセットトランジスタ１１７の寄生容量（Ｆ）、Δｆはリセットトランジスタ１１７のリセット周波数（Ｈｚ）で示され、（１）式より、リセットトランジスタ１１７で発生するリセット雑音の電圧（Ｅｎ）は、４ｋＴＲを定数とすると、リセットトランジスタ１１７のリセット周波数の帯域幅（Δｆ）によって、限定されることがわかる（つまりΔｆが小さければ、Ｅｎも小さくなる。）。ここで、リセット周波数は、主に、行リセット信号に含まれるパルスの後縁に含まれる周波数成分をいう。図５Ａは、リセット周波数ｆに対するリセット雑音Ｅｎを示した図である。
【００５５】
５０１がリセットトランジスタ１１７のリセット周波数を横軸に記した時のリセット雑音電圧（Ｅｎ）で、５０２が第１の実施形態で示した反転増幅器２３のフィードバック周波数帯域で、５０１と５０２が交わっている領域５０３が第１の実施形態で示した抑圧可能なリセット雑音で、５０４が第１の実施形態では抑圧しきれないリセット雑音となる。
【００５６】
ここで、リセットトランジスタ１１７のリセット周波数の帯域幅（Δｆ）は（１）式より下記の式で表される。
【００５７】
Δｆ  ＝  １／（４ＣＲ）  ・・・（２）
【００５８】
リセットトランジスタ１１７のリセット周波数の帯域幅（Δｆ）は、（２）式より時定数１／ＣＲで表現出来るが、リセットトランジスタ１１７の寄生容量Ｃは第１の実施形態で軽減が可能であるので無視すると、リセットトランジスタ１１７のリセット周波数の帯域幅（Δｆ）は、リセットトランジスタ１１７の抵抗値Ｒによって限定される。
【００５９】
つまり抵抗値Ｒが大きいほどΔｆは小さくなり、これは周波数ｆが遅いこと（低周波数である）を意味する。ここで、リセットトランジスタ１１７の抵抗値Ｒとは、リセットトランジスタ１１７の「導通のしにくさ」を表し、これはリセットトランジスタ１１７のゲートにかかるリセット信号の帯域幅に置き換えることが出来る（抵抗値Ｒが大きいほど、リセットにかかる時間が長くなる。）。
【００６０】
図５Ｂは、本実施の形態における固体撮像装置の基本的な撮像動作を示すフローチャートである。同図は、図３Ｂと比べて、行リセット信号のリセットパルスの立ち下がりエッジに傾斜が付与されている点が異なっている。なお、図３Ｂでは、リセットパルスの立ち上がりエッジにも傾斜が付与されている。また、傾斜したエッジをもつリセットパルスの振幅が小さい点は図３Ｂと同様である。
【００６１】
このように、行リセット信号の立ち下がりエッジに傾斜が付与されている。言い換えれば、急峻な立ち下がりと比べて図５Ｂの立ち下がりエッジに含まれる周波数成分の帯域が狭くなっている。これにより、立ち下がりエッジに起因するランダムノイズの発生を抑制することができる。また、行リセット信号の振幅が小さく、エッジに傾斜が付与されるので、リセットトランジスタは、オンとオフの２状態を持つ単純なスイッチとして動作するのではなく、オンからとオフまで抵抗値が連続的に変化するスイッチとして動作する。
【００６２】
図６にリセットトランジスタ１１７の抵抗値Ｒの帯域とリセット雑音Ｅｎの関係を図示した。横軸に時間ｔをとった場合、リセットトランジスタ１１７の抵抗値Ｒが大きい場合（ａ）は、６０１のように、リセットトランジスタ１１７のゲートにかかるリセット信号が鈍ったようになり、リセット信号のハイ（Ａボルト）の期間はｔ１と表すことができ、逆にリセットトランジスタ１１７の抵抗値Ｒが小さい場合（ｂ）は、６０２のように、リセットトランジスタ１１７のゲートにかかるリセット信号が急峻になり、リセット信号のハイ（Ａボルト）の期間はｔ２と表すことができる。
【００６３】
これを図５Ａと同じように横軸に周波数ｆをとると、リセットトランジスタ１１７の抵抗値Ｒが大きい場合（ａ）は、リセット雑音（Ｅｎ）は６０３のように反転増幅器２３のフィードバック周波数帯域（５０２）内に入る可能性が高くなり、第１の実施形態のフィードバック回路によって、リセット雑音は抑圧されやすくなり、リセットトランジスタ１１７の抵抗値Ｒが小さい場合（ｂ）は、リセット雑音（Ｅｎ）は６０４のように反転増幅器２３のフィードバック周波数帯域（５０２）内に入らない帯域（６０６）が出てくる可能性が高くなり、リセット雑音は抑圧されにくくなる。なお、６０５はリセット雑音（Ｅｎ）が抑圧される領域で６０３と６０４の面積は同じである。
【００６４】
つまり、リセットトランジスタ１１７のゲートに入力するリセット信号のリセット帯域をｔ１のようにｔ２より長くすれば、リセットトランジスタ１１７で発生するリセット雑音を抑圧できることがわかる。
【００６５】
次に、図４は本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置を示す全体構成図であり、具体的には第１の実施形態の形態図（図１）に対し、リセット信号制御素子１５１が追加された点が主に異なっている。同じ点は説明を省略し、以下異なる点を中心に説明する。
【００６６】
リセット信号制御素子１５１は、リセットトランジスタ１１７のゲートに印加すべき行リセット信号の波形を調整する波形調整部である。リセット信号制御素子（波形調整部）１５１は、行リセット信号に含まれるリセットパルスの立ち下がりエッジに傾斜を付与するよう波形を調整し、リセットトランジスタ１１７のゲートに供給する。言い換えれば、リセット信号制御素子（波形調整部）１５１は、行リセット信号中の立ち下がりエッジが有する周波数帯域を調整する。
【００６７】
また、図４に記したリセット信号制御素子１５１の回路例を図１０Ａ〜図１０Ｅに示す。
【００６８】
リセット信号制御素子１５１は、図１０Ａの様に抵抗素子Ｒ（１００１）でも、図１０Ｂの様にフィルタ回路（ＲＣのフィルタ回路、１００２と１００３）でも、一般的なテーパード回路でも良く、リセットトランジスタ１１７のゲートに入力するリセット信号を調整して、リセット信号のリセット帯域を調整出来ればよい。
【００６９】
つまり、垂直走査部１３から出力されるリセット信号を、リセット信号制御素子１５１を用いて、波形調整してリセット帯域を調整する。
【００７０】
図１０Ｃに抵抗素子を複数用いて、抵抗値を選択可能な場合のリセット信号制御素子１５１を記した。リセット信号制御素子１５１内の抵抗値はＲ３＞Ｒ２＞Ｒ１になっており、抵抗値選択信号１００４によって、セレクタ１００５で選択した抵抗値を通過してリセット帯域が調整されたリセット信号がリセットトランジスタ１１７のゲートへ入力される。
【００７１】
図１０Ｃの例では、Ｒ３はＲ１に比べて抵抗値が大きいので、リセット信号が鈍り、リセットに必要な時間が長くなる。撮影シーンに応じて、リセット帯域を調整することが出来る。図１０Ｃには、抵抗値を３種類選択可能な場合を記載したが、選択可能な抵抗値数は限定しない。
【００７２】
また、図１０Ｂには、ＲＣのフィルタ回路（１００２と１００３）を記したが、フィルタ回路構成は、垂直走査部１３から出力されるリセット信号の立ち下がり波形を調整出来れば、これに限定しない。さらに、複数のフィルタ係数に変更可能な構成にして（例えば、図１０Ｅのように１００２と１００３の値を回路的に変更可能な構成にして）、フィルタ回路を通過してリセット帯域が調整されたリセット信号がリセットトランジスタ１１７のゲートへ入力する構成も有効である。
【００７３】
さらに、一般的なテーパード回路を用いて、リセットトランジスタ１１７のゲートに入力するリセット信号を調整して、リセット信号のリセット帯域を調整する構成も有効である。
【００７４】
しかし、リセットトランジスタ１１７のゲートに入力するリセット信号帯域を単に長くすれば良いと言うことにはならない。図６のｔ１のようにリセットトランジスタ１１７のゲートに入力するリセット信号の帯域が長くなるということは各画素１１のリセット期間が長くなることになり、つまりは、出力するフレームレートが遅くなることを意味する。
【００７５】
よって、リセット信号制御素子１５１の時定数を所望のフレームレートで出力できるように制御する。具体的には、リセット信号制御素子１５１が抵抗で構成した場合（図１０のＣ）は、所望のフレームレートで出力できるようにリセット帯域（ｔ１やｔ２）を求め、それに応じてリセット信号の波形の傾きを調整できるように、リセット信号制御素子１５１は、複数の異なる値の抵抗で構成し、その抵抗値（ここではリセット信号のリセット帯域幅に相当）を選択可能な選択回路で構成し、所望のシーンに応じて、フレームレートを可変できるようにする。
【００７６】
同様に、リセット信号制御素子１５１をフィルタ回路で構成した場合もリセット信号のリセット帯域幅を可変および選択可能な回路構成にする。また、リセット信号制御素子１５１をテーパードリセット回路で構成し、同様にリセット信号のリセット帯域幅を可変および選択可能な回路構成にする。
【００７７】
また、本発明の場合は図１や図４に記したが、各列信号線１１４上の反転増幅器２３を用いていており、フィードバック帯域を広く取れるので格段にリセット雑音の抑圧効果が大きい。また、本発明は積層型の固体撮像装置にテーパードリセット回路を用いることを特徴としており、リセット雑音の抑圧効果は一般的な固体撮像装置よりも格段に大きい。
【００７８】
さらに、図４に示したが、リセット信号制御素子１５１をテーパード回路で構成している場合は、各列信号線１４１上の列信号処理部２１では各画素１１のアナログ出力をデジタル信号出力に変換しており、それに用いているＤＡＣ回路（Ｄ／Ａコンバーター回路）を兼用してもよい（図１０Ｄ参照）。
【００７９】
具体的には、ＤＡＣ回路で生成したアナログ／デジタル変換に用いている波形をテーパードリセット信号として用いても構わないし、アナログ／デジタル変換にＤＡＣ回路を使用していない時に、ＤＡＣ回路を用いてテーパードリセット信号を生成しても構わない。
【００８０】
この場合、垂直走査部１３からは、列信号処理部２１で生成したテーパードリセット信号を選択する信号を出力するようにして、リセット信号制御素子１５１で選択し、該当した場合はリセットトランジスタ１１７のゲートにテーパードリセット信号を印加する。
【００８１】
従って、第２の実施形態の構成では、各列信号線１４１上の反転増幅器２３を用いてフィードバック動作をさせることにより、積層型の固体撮像装置のリセット雑音の抑圧が可能となり、リセット雑音が重畳された信号電荷を読み出すことも軽減するので、ランダム雑音を抑圧することが可能となり、さらに撮影シーンに応じたフレームレートでの出力が出来る。
【００８２】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置について説明するが、第１、第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００８３】
図１や図４において、増幅トランジスタ１１３、選択トランジスタ１１５およびリセットトランジスタ１１７がｐ型の半導体基板に形成され、ｎ型の拡散層を有するｎチャンネル型のトランジスタであるとして説明を行う。図２の場合、３１がｐ型の半導体基板で、４１から４３と５１から５５がｎ型の拡散層を有するｎチャンネル型のトランジスタになる。ただし、転増幅器２３の出力は０Ｖもしくは、０Ｖ近傍の正電圧となるので、増幅トランジスタ１１３は、デプレッション型のトランジスタであることが望ましい。
【００８４】
基本的な回路構成は、第１の実施形態の図１および、第２の実施形態の図４で構成可能である。
【００８５】
図３Ａは、図２のＩ−ＩＩ線に沿った部分における電位を示す図である。まず、信号がない状態（リセットされている状態）においては、蓄積ダイオードである拡散層５４の電位は、ほぼ０Ｖであり若干の逆バイアスが印加されている。逆バイアスが熱雑音によって生じる２５ｍＶ程度である場合には蓄積ダイオードの電荷の一部が基板側に抜けてしまうおそれがある。このため、信号電荷を蓄積する期間に印加する逆バイアスは、約０．１Ｖ以上とすることが好ましい。蓄積ダイオードの電位を０Ｖ近傍とすることにより、蓄積ダイオードと半導体基板３１との間に流れる逆方向リーク電流（暗電流）を小さくすることができる。一方、透明電極４７には正電圧が印加されている。透明電極４７の上部から入射した光は透明電極４７を通過して光電変換膜４５に入射し、ここで電子正孔対に変換される。変換された電子正孔対のうちの電子は透明電極４７側に移送され透明電極４７と接続された電源（図示せず）に流れる。正孔は拡散層５４側に移送されここに蓄積される。このため、拡散層５４の電位は＋方向に変化し、拡散層５４と半導体基板３１との間に電圧が加わる。これにより、拡散層５４と半導体基板３１との間に逆方向リーク電流（暗電流）が流れ雑音となる。しかし、信号がある状態では雑音は目立たないので問題とならない。
【００８６】
拡散層５４に蓄積された正孔により＋側に変化した電圧は増幅トランジスタ１１３のゲート電極４１に伝達され、増幅トランジスタ１１３により増幅された信号は選択トランジスタ１１５を介して列信号線１４１に出力される。
【００８７】
一般的な固体撮像素子は、マイナスの電荷を持った電子を拡散層に蓄積させるために、リセットトランジスタのゲートには、振幅の高いリセット信号の印加が必要であったが、本発明の構成にすると、プラスの電荷を持った正孔を拡散層に蓄積させるので、リセットトランジスタのゲートには小振幅のリセット信号の印加をすればよい。
【００８８】
図９Ａに一般的な埋め込み型フォトダイオード型の固体撮像装置のポテンシャル図を、図９Ｂに第３の実施形態の積層型固体撮像装置のポテンシャル図を示した。
【００８９】
一般的な埋め込み型フォトダイオード型の固体撮像装置は、基準レベル９０３（例として３Ｖ）よりも負（マイナス側）に電荷９０２（ここでは電子）を蓄積するので、９０１のような振幅の大きなリセット信号を印加する必要がある。
【００９０】
それに対し、本第３の実施形態の積層型固体撮像装置は、光電変換膜９０７に正（プラス）の電圧を印加し、基準レベル９０６（例として０Ｖ）よりも正（プラス側）に電荷９０５（ここでは正孔）を蓄積するので、９０４のような小振幅のリセット信号を印加すればよい。
【００９１】
図７にリセットトランジスタ１１７に印加するリセット信号振幅と時間の関係を記す。図７（ａ）は、一般的な構成のリセット信号７０１の場合で、リセット信号７０１の振幅の８０％（Ｍボルト）の期間ｔ３をリセット帯域とし、リセット振幅は電源電圧レベルに相当する。
【００９２】
図７（ｂ）は、本発明の構成のリセット信号７０２の場合で、リセット信号７０２の振幅の８０％（Ｎボルト）の期間ｔ４をリセット帯域とし、リセット振幅７０２は「増幅トランジスタ１１３のドレインに印加される最大電圧１２５より低い」、「選択トランジスタ１１５のゲートに印加される最大電圧１２１より低い」、「反転増幅器２３に印加する電源電圧より低い」、「透明電極４７に印加される最大電圧１３１より低い」のいずれかでよい（Ｍ＞Ｎの関係）。
【００９３】
従って、図７のｔ３とｔ４を比較するとわかるが、第３の実施形態の構成にすることによって、リセットトランジスタ１１７のゲートに印加するリセット信号７０２の振幅を小振幅にでき、さらにリセット帯域（リセット時間）を短く出来るので、フレームレートの高速化が出来る。
【００９４】
これは、第１の実施形態の形態および第２の実施形態の形態でも実現可能な構成であり、リセット雑音の抑圧が可能となり、リセット雑音が重畳された信号電荷を読み出すことも軽減するので、ランダム雑音を抑圧することが出来る。さらに、シーンに応じたフレームレートの制御にも有効である。
【００９５】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置について説明するが、第１〜第３の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００９６】
第２の実施形態では、積層型固体撮像装置での「フィードバック回路によるリセット雑音の抑圧」および「リセット信号のリセット帯域を制御することによるリセット雑音の抑圧」によるランダム雑音の抑圧を説明したが、これらの組合せによるはリセット雑音の抑圧は、本発明のような積層型固体撮像装置に限定した構成ではなく、一般的な固体撮像装置でも可能な技術である。
【００９７】
具体的には図４の画素１１を一般的な画素構成（埋め込み式のフォトダイオード型や裏面照射型）にして、第２の実施形態や第３の実施形態の動作をさせることによって、実現可能であり、効果的にリセット雑音を抑圧し、リセット雑音が重畳された信号電荷を読み出すことも軽減するので、ランダム雑音を抑圧することが出来る。さらに、シーンに応じたフレームレートの制御にも有効であるので、一般的な固体撮像装置でも格段の効果をもたらす。
【００９８】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置について説明するが、第１〜第４の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００９９】
図８に撮影シーンに応じて、（ａ）リセット雑音抑圧優先の場合と、（ｂ）フレームレート優先の場合を記した。フレームレートを特に必要としない場合（例えば、暗くて信号成分が少ないので、より多くの信号成分を取得するために露光時間を延ばす場合など）は、リセット雑音が顕著に目立つ場合があり、リセット雑音抑圧優先にした方がよく、逆に、高速撮影の場合などは、フレームレートがどうしても優先の場合もある。
【０１００】
図４のリセット信号制御素子を用いて、リセット帯域を以下のように調整する。
【０１０１】
（ａ）リセット雑音抑圧優先の場合は、リセットトランジスタ１１７に印加するリセット信号は８０１のように鈍らせて、リセット帯域はｔ５のように十分に長くする。この時、図４の反転増幅器２３のフィードバック帯域は８０５として、抑圧可能なリセット雑音は８０３のようになる。
【０１０２】
（ｂ）フレームレート優先の場合は、リセットトランジスタ１１７に印加するリセット信号は８０２のように急峻にして、リセット帯域はｔ６のように短くする。リセット雑音は８０４のように高周波な領域まで延びるので、図４の反転増幅器２３のフィードバック帯域は８０５では、完全に抑圧出来ない。反転増幅器２３のフィードバック帯域を８０６のような帯域まで伸ばすことによって、リセット雑音８０４は抑圧可能となる。
【０１０３】
図４の反転増幅器２３のフィードバック帯域を８０２の状態から８０６の状態のように広げるには、具体的には、反転増幅器２３のアンプ部に流す電流を増やしてフィードバック帯域を広げる方法（高速フィードバックをする）や、反転増幅器２３に用いているトランジスタ数を増やして回路のドライブ能力を上げてフィードバック帯域を広げる方法などがあり、逆に（ａ）のようにフレームレート優先ではない場合は、反転増幅器２３を制御して、フィードバック帯域を８０６の状態から８０５の状態に調整可能にする。
【０１０４】
（ｂ）のように、フィードバック帯域が広ければ、抑圧可能なリセット雑音の帯域が広がるが、上記のように反転増幅器２３をドライブする電流を増やす必要が発生するので、消費電量が増える悪影響が発生するので、反転増幅器２３のフィードバック帯域は、リセット信号のリセット帯域と連動して、フレームレートを考慮し、ドライブに要する電流や回路のドライブ能力を制御することが望ましい。
【０１０５】
なお、これは第１の実施形態から第４の実施形態の構成でも実現可能である。
【０１０６】
従って、第５の実施形態の構成にすることによって、リセット雑音の抑圧が可能となり、リセット雑音が重畳された信号電荷を読み出すことも軽減するので、ランダム雑音を抑圧することが可能となり、さらにリセットトランジスタ１１７のゲートに入力するリセット信号のリセット帯域と、フィードバックに用いる反転増幅器２３のフィードバック帯域を制御することにより、消費電力を考慮し、シーンに応じたフレームレートの出力が出来る。
【０１０７】
（まとめ）
以上、図面を用いて説明したように、本発明の実施形態に係る固体撮像装置は、フィードバック回路、およびリセット信号の帯域を制御するしくみを用いて、フレームレートを考慮しながら、ランダム雑音の抑圧を可能な構成とする。
【０１０８】
具体的に、固体撮像装置は、半導体基板と、半導体基板に行列状に配置された複数の画素と、列毎に形成された列信号線と、列信号線に接続された反転増幅器とを備え、画素は、半導体基板上に形成されたリセットトランジスタ、選択トランジスタ及び、増幅トランジスタと、光電変換部を有し、光電変換部は、半導体基板上に形成された光電変換膜と、光電変換膜の半導体基板側の面に形成された画素電極と、光電変換膜の画素電極と反対側の面に形成された透明電極とを有し、増幅トランジスタは、ゲートが画素電極と接続され、リセットトランジスタは、ドレインが画素電極と接続され、増幅トランジスタと選択トランジスタが直列接続され、画素の出力が列信号線に接続される構成にして、選択トランジスタとリセットトランジスタが導通状態にある時、反転増幅器の出力が、リセットトランジスタのソースにフィードバックされることにより、リセットトランジスタで発生するリセット雑音が抑圧され、リセット雑音が重畳された信号電荷を読み出すことも軽減するので、ランダム雑音を抑圧することが出来る。
【０１０９】
また、固体撮像装置は、半導体基板と、半導体基板に行列状に配置された複数の画素と、列毎に形成された列信号線と、列信号線に接続された反転増幅器とを備え、画素は、半導体基板上に形成されたリセットトランジスタ、選択トランジスタ及び、増幅トランジスタと、光電変換部を有し、光電変換部は、半導体基板上に形成された光電変換膜と、光電変換膜の半導体基板側の面に形成された画素電極と、光電変換膜の画素電極と反対側の面に形成された透明電極とを有し、増幅トランジスタは、ゲートが画素電極と接続され、リセットトランジスタは、ドレインが画素電極と接続され、増幅トランジスタと選択トランジスタが直列接続され、画素の出力が列信号線に接続される構成にして、選択トランジスタとリセットトランジスタが導通状態にある時、反転増幅器の出力が、リセットトランジスタのソースにフィードバックされ、リセットトランジスタを導通状態にするためにゲートに印加するリセット信号は、波形を調整して、リセット帯域を調整可能とする構成にする。
【０１１０】
これによって、反転増幅器からのフィードバック動作により、リセットトランジスタで発生するリセット雑音が抑圧され、リセット雑音が重畳された信号電荷を読み出すことも軽減するので、ランダム雑音を抑圧することが出来る。
【０１１１】
さらに、リセット信号の帯域を制御することにより、リセット雑音の軽減が出来るほか、リセット信号の帯域を制御することにより、フレームレートを考慮したリセット動作が出来る。
【０１１２】
また、固体撮像装置は、リセットトランジスタを導通状態にするためにゲートに印加するリセット信号のラインに、抵抗を入れる構成にする。リセットトランジスタを導通状態にするためにゲートに印加するリセット信号のラインに、複数の抵抗と選択回路を入れ、抵抗値によってリセット信号の波形を調整して、選択回路によって、リセット信号のリセット帯域を選択することにより、リセット雑音が抑圧され、リセット雑音が重畳された信号電荷を読み出すことも軽減するので、ランダム雑音を抑圧することが出来る。さらにリセット信号の帯域を制御することにより、フレームレートを考慮したリセット動作が出来る。
【０１１３】
また、固体撮像装置は、リセットトランジスタを導通状態にするためにゲートに印加するリセット信号のラインに、フィルタ回路を入れる構成にする。リセットトランジスタを導通状態にするためにゲートに印加するリセット信号のラインに、フィルタ回路を入れ、フィルタ回路によってリセット信号の波形を調整して、リセット信号のリセット帯域を選択することにより、リセット雑音が抑圧され、リセット雑音が重畳された信号電荷を読み出すことも軽減するので、ランダム雑音を抑圧することが出来る。さらにリセット信号の帯域を制御することにより、フレームレートを考慮したリセット動作が出来る。
【０１１４】
また、固体撮像装置は、リセットトランジスタを導通状態にするためにゲートに印加するリセット信号のラインに、テーパード回路を入れる構成にする。リセットトランジスタを導通状態にするためにゲートに印加するリセット信号のラインに、テーパード回路を入れ、テーパード回路によってリセット信号の波形を調整して、リセット信号のリセット帯域を選択することにより、リセット雑音が抑圧され、リセット雑音が重畳された信号電荷を読み出すことも軽減するので、ランダム雑音を抑圧することが出来る。さらにリセット信号の帯域を制御することにより、フレームレートを考慮したリセット動作が出来る。
【０１１５】
また、列信号線に、画素のアナログ出力をデジタル信号に変換する回路を設け、そのアナログ・デジタル変換回路で用いている回路をテーパード回路に用いることにより、回路の兼用が可能となり、回路規模の増大は防ぐことが出来る。
【０１１６】
また、固体撮像装置は、半導体基板と、半導体基板に行列状に配置された複数の画素と、列毎に形成された列信号線と、列信号線に接続された反転増幅器とを備え、画素は、半導体基板上に形成されたリセットトランジスタ、選択トランジスタ及び、増幅トランジスタと、光電変換部を有し、光電変換部は、半導体基板上に形成された光電変換膜と、光電変換膜の半導体基板側の面に形成された画素電極と、光電変換膜の画素電極と反対側の面に形成された透明電極とを有し、増幅トランジスタは、ゲートが画素電極と接続され、リセットトランジスタは、ドレインが画素電極と接続され、増幅トランジスタと選択トランジスタが直列接続され、画素の出力が列信号線に接続される構成にして、選択トランジスタとリセットトランジスタが導通状態にある時、反転増幅器の出力が、リセットトランジスタのソースにフィードバックされ、リセットトランジスタを導通状態にするためにゲートに印加するリセット信号の振幅は、増幅トランジスタのドレインに印加する電圧より低い構成にする。
【０１１７】
また、半導体基板と、半導体基板に行列状に配置された複数の画素と、列毎に形成された列信号線と、列信号線に接続された反転増幅器とを備え、画素は、半導体基板上に形成されたリセットトランジスタ、選択トランジスタ及び、増幅トランジスタと、光電変換部を有し、光電変換部は、半導体基板上に形成された光電変換膜と、光電変換膜の半導体基板側の面に形成された画素電極と、光電変換膜の画素電極と反対側の面に形成された透明電極とを有し、増幅トランジスタは、ゲートが画素電極と接続され、リセットトランジスタは、ドレインが画素電極と接続され、増幅トランジスタと選択トランジスタが直列接続され、画素の出力が列信号線に接続される構成にして、選択トランジスタとリセットトランジスタが導通状態にある時、反転増幅器の出力が、リセットトランジスタのソースにフィードバックされ、リセットトランジスタを導通状態にするためにゲートに印加するリセット信号の振幅は、選択トランジスタのゲートに印加する電圧より低い構成にする。
【０１１８】
また、半導体基板と、半導体基板に行列状に配置された複数の画素と、列毎に形成された列信号線と、列信号線に接続された反転増幅器とを備え、画素は、半導体基板上に形成されたリセットトランジスタ、選択トランジスタ及び、増幅トランジスタと、光電変換部を有し、光電変換部は、半導体基板上に形成された光電変換膜と、光電変換膜の半導体基板側の面に形成された画素電極と、光電変換膜の画素電極と反対側の面に形成された透明電極とを有し、増幅トランジスタは、ゲートが画素電極と接続され、リセットトランジスタは、ドレインが画素電極と接続され、増幅トランジスタと選択トランジスタが直列接続され、画素の出力が列信号線に接続される構成にして、選択トランジスタとリセットトランジスタが導通状態にある時、反転増幅器の出力が、リセットトランジスタのソースにフィードバックされ、リセットトランジスタを導通状態にするためにゲートに印加するリセット信号の振幅は、反転増幅器に印加する電源電圧より低い構成にする。
【０１１９】
また、半導体基板と、半導体基板に行列状に配置された複数の画素と、列毎に形成された列信号線と、列信号線に接続された反転増幅器とを備え、画素は、半導体基板上に形成されたリセットトランジスタ、選択トランジスタ及び、増幅トランジスタと、光電変換部を有し、光電変換部は、半導体基板上に形成された光電変換膜と、光電変換膜の半導体基板側の面に形成された画素電極と、光電変換膜の画素電極と反対側の面に形成された透明電極とを有し、増幅トランジスタは、ゲートが画素電極と接続され、リセットトランジスタは、ドレインが画素電極と接続され、増幅トランジスタと選択トランジスタが直列接続され、画素の出力が列信号線に接続される構成にして、選択トランジスタとリセットトランジスタが導通状態にある時、反転増幅器の出力が、リセットトランジスタのソースにフィードバックされ、リセットトランジスタを導通状態にするためにゲートに印加するリセット信号の振幅は、透明電極に印加する電圧より低い構成にする。
【０１２０】
これにより、反転増幅器からのフィードバック動作により、リセットトランジスタで発生するリセット雑音が抑圧され、リセット雑音が重畳された信号電荷を読み出すことも軽減するので、ランダム雑音を抑圧することが出来る。
【０１２１】
さらに、リセット信号の振幅が「増幅トランジスタのドレインに印加される最大電圧より低い」、「選択トランジスタのゲートに印加される最大電圧より低い」、「反転増幅器に印加する電源電圧より低い」、「透明電極に印加される最大電圧より低い」のいずれかであるので、リセット動作にかかる時間を短く制御しやすくなり、フレームレートを考慮したリセット動作が出来る。
【０１２２】
また、半導体基板と、半導体基板に行列状に配置された複数の画素と、列毎に形成された列信号線と、列信号線に接続された反転増幅器とを備え、画素は、半導体基板上に形成されたリセットトランジスタ、選択トランジスタ及び、増幅トランジスタと、光電変換部を有し、増幅トランジスタは、ゲートが画素電極と接続され、リセットトランジスタは、ドレインが画素電極と接続され、増幅トランジスタと選択トランジスタが直列接続され、画素の出力が列信号線に接続される構成にして、選択トランジスタとリセットトランジスタが導通状態にある時、反転増幅器の出力が、リセットトランジスタのソースにフィードバックされ、リセットトランジスタを導通状態にするためにゲートに印加するリセット信号のラインに、テーパード回路を入れ、リセット波形を調整して、リセット帯域を調整可能とする構成にする。
【０１２３】
なお、列信号線に接続された反転増幅器の周波数特性を選択および、変更が可能である構成にして、リセット信号の帯域に加えて、フィードバックにかかる帯域の制御が可能になるので、さらに消費電力とフレームレートを考慮したリセット動作が出来る。
【０１２４】
なお、上記の実施の形態では、リセットトランジスタ１１７がｎ型ＭＯＳトランジスタであり、そのゲートに入力されるリセット信号に含まれるリセットパルスの後縁が立ち下がりエッジである例について説明したが、リセットトランジスタ１１７がｐ型ＭＯＳトランジスタである場合には、そのゲートに入力されるリセットパルスは負パルス（下向きのパルス）になり、リセットパルスの後縁が立ち上がりエッジになる。この場合、リセット信号制御素子（波形調整部）１５１は、行リセット信号に含まれるリセットパルスの後縁つまり立ち上がりエッジに傾斜を付与するよう波形を調整し、リセットトランジスタ１１７のゲートに供給する。言い換えれば、リセット信号制御素子（波形調整部）１５１は、行リセット信号中の後縁である立ち上がりエッジが有する周波数帯域を調整する。
【０１２５】
以上説明してきたように、本発明の一形態における固体撮像装置は、半導体基板３１と、半導体基板に行列状に配置された複数の画素１１と、列毎に形成された列信号線１４１と、列信号線に接続された反転増幅器２３と、反転増幅器２３の出力信号を対応する列の画素１１にフィードバックするために列毎に設けられたフィードバック線１２６とを備える。各画素１１は、リセットトランジスタ１１７、選択トランジスタ１１５及び、増幅トランジスタ１１３、および光電変換部１１１を有する。光電変換部１１１は、光電変換する光電変換膜４５と、光電変換膜の半導体基板側の面に形成された画素電極４６と、光電変換膜４５の画素電極と反対側の面に形成された透明電極４７とを有する。増幅トランジスタ１１３は、画素電極４６に接続されたゲートを有し、画素電極４６の電位に応じた信号電圧を、選択トランジスタ１１５を介して列信号線１４１に出力し、リセットトランジスタ１１７のソースおよびドレインの一方は画素電極４６に接続され、ソースおよびドレインの他方は対応するフィードバック線１２６に接続されている。
【０１２６】
また、選択トランジスタ１１５のゲートには行選択信号が印加され、リセットトランジスタ１１７のゲートには行リセット信号が印加され、行リセット信号は、行選択信号が有効になってから一定時間遅れて有効になり、かつ、行選択信号が有効な期間内に有効であることが望ましい。
【０１２７】
また、固体撮像装置は、さらに、リセットトランジスタのゲートに印加すべき行リセット信号の波形を調整するリセット信号制御素子（波形調整部）１５１を有し、リセット信号制御素子（波形調整部）１５１は、行リセット信号に含まれるリセットパルスの後縁に傾斜を付与するよう波形を調整し、リセットトランジスタのゲートに供給することが望ましい。
【０１２８】
また、固体撮像装置は、第１のフレームレートでの撮像と、第１のフレームレートよりも高い第２のフレームレートでの撮像とを切換可能であり、リセット信号制御素子（波形調整部）１５１は、第１のフレームレートでの撮像におけるリセットパルスの後縁の立ち下がりまたは立ち上がりに要する遷移時間を、第２のフレームでの撮像における遷移時間よりも大きくするようにリセットパルスの後縁の傾斜を調整するようにしてもよい。
【０１２９】
ここで、リセット信号制御素子（波形調整部）１５１は、リセットトランジスタのゲートに接続されたリセット制御線１２３に挿入されたフィルタ回路であってもよい。
【０１３０】
ここで、リセット信号制御素子（波形調整部）１５１は、フィルタ回路の回路定数を変更することによりリセットパルスの後縁の傾斜を調整するようにしてもよい。
【０１３１】
ここで、リセット信号制御素子（波形調整部）１５１は、リセットパルスの後縁に傾斜をもつアナログ信号を行リセット信号として出力するデジタル−アナログコンバータを含む。
【０１３２】
ここで、固体撮像装置は、さらに、リセットトランジスタのゲートに印加される行リセット信号の波形を調整するリセット信号制御素子（波形調整部）１５１を有し、リセット信号制御素子（波形調整部）１５１は、行リセット信号中のリセットパルスの後縁が有する周波数帯域を調整してもよい。
【０１３３】
ここで、リセット信号制御素子（波形調整部）１５１は、さらに、電源電圧に相当する振幅を有する波形調整前の行リセット信号が入力され、当該行リセット信号の振幅を小さくするよう波形を調整してもよい。
【０１３４】
ここで、リセットトランジスタのゲートに印加される行リセット信号の振幅は、増幅トランジスタのドレインに印加される最大電圧より小さくてもよい。
【０１３５】
ここで、リセットトランジスタのゲートに印加される行リセット信号の振幅は、選択トランジスタのゲートに印加される最大電圧より小さいようにしてもよい。
【０１３６】
ここで、リセットトランジスタのゲートに印加される行リセット信号の振幅は、反転増幅器に印加される電源電圧より小さくてもよい。
【０１３７】
ここで、リセットトランジスタのゲートに印加される行リセット信号の振幅は、透明電極に印加される最大電圧より小さくてもよい。
【０１３８】
ここで、リセットトランジスタのゲートに印加される行リセット信号の振幅は、（ａ）増幅トランジスタのドレインに印加される最大電圧、（ｂ）選択トランジスタのゲートに印加される最大電圧、（ｃ）反転増幅器に印加される電源電圧、および（ｄ）透明電極に印加される最大電圧よりも小さくてもよい。
【０１３９】
また、固体撮像装置の他の形態は、半導体基板に行列状に配置された複数の画素１１と、行リセット信号を生成する垂直走査部（行走査部）１３と、リセットトランジスタのゲートに印加すべき行リセット信号の波形を調整するリセット信号制御素子（波形調整部）１５１とを備える。この画素１１は、リセットトランジスタ１１７、選択トランジスタ１１５及び、増幅トランジスタ１１３、および光電変換部１１１を有する。この光電変換部１１１は、光電変換する光電変換膜４５と、光電変換膜の半導体基板側の面に形成された画素電極４６と、光電変換膜の画素電極と反対側の面に形成された透明電極４７とを有する。  増幅トランジスタ１１３は、画素電極４６に接続されたゲートを有し、画素電極４６の電位に応じた信号電圧を、選択トランジスタ１１５を介して列信号線１４１に出力し、リセット信号制御素子（波形調整部）１５１は、行リセット信号に含まれるリセットパルスの後縁に傾斜を付与するよう波形を調整し、リセットトランジスタのゲートに供給する。
【０１４０】
また、固体撮像装置の駆動方法の一形態は、以下である。
【０１４１】
この固体撮像装置は、半導体基板３１と、半導体基板３１に行列状に配置された複数の画素１１と、列毎に形成された列信号線１４１と、列信号線に接続された反転増幅器２３と、反転増幅器２３の出力信号を対応する列の画素１１にフィードバックするために列毎に設けられたフィードバック線１２６とを備える。
【０１４２】
この画素１１は、リセットトランジスタ１１７、選択トランジスタ１１５及び、増幅トランジスタ１１３、および光電変換部１１１を有する。
【０１４３】
この光電変換部１１１は、光電変換する光電変換膜４５と、光電変換膜の半導体基板側の面に形成された画素電極４６と、光電変換膜の画素電極と反対側の面に形成された透明電極４７とを有する。
【０１４４】
この増幅トランジスタ１１３は、画素電極４６に接続されたゲートを有し、画素電極４６の電位に応じた信号電圧を、選択トランジスタ１１５を介して列信号線１４１に出力し、リセットトランジスタ１１７のソースおよびドレインの一方は画素電極４６に接続され、ソースおよびドレインの他方は対応するフィードバック線１２６に接続される。
【０１４５】
上記の駆動方法は、選択トランジスタ１１５のゲートに行選択信号を有効にすることにより、増幅トランジスタの出力信号を列信号線に出力し、行選択信号が有効になってから一定時間遅れて行リセット信号を有効にすることにより、反転増幅器の出力をリセットトランジスタを介して画素電極にフィードバックする。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
本発明に係る固体撮像素子は、リセット雑音を抑圧しながら、シーンに応じたフレームレートの出力が可能な積層型の固体撮像装置を実現でき、特に小型・薄型で動画像撮影を目的とする画像ピックアップ装置等として有効である。
【符号の説明】
【０１４７】
１１  画素
１３  垂直走査部
１５  水平走査部
２１  列信号処理部
２３  反転増幅器
１１１  光電変換部
１１３  増幅トランジスタ
１１５  選択トランジスタ
１１７  リセットトランジスタ
１２１  アドレス制御線
１２３  リセット制御線
１２５  電源
１２６  フィードバック線
１３１  光電変換部制御線
１４１  列信号線
１４２  水平出力端子
１４３  反転増幅器（２３）の電源
１５１  リセット信号制御素子
３１  半導体基板
３３  素子分離領域
３５  絶縁膜
３６  コンタクト
４１  ゲート電極（増幅トランジスタ）
４２  ゲート電極（選択トランジスタ）
４３  ゲート電極（リセットトランジスタ）
４５  光電変換膜
４６  画素電極
４７  透明電極
５１〜５５  拡散層
５０１  リセット雑音
５０２  反転増幅器（２３）のフィードバック周波数帯域
５０３  リセット雑音抑圧可能領域
５０４  リセット雑音抑圧不可能領域
６０１  リセットトランジスタ（１１７）の抵抗値が大きい場合のリセット信号
６０２  リセットトランジスタ（１１７）の抵抗値が小さい場合のリセット信号
６０３  リセットトランジスタ（１１７）の抵抗値が大きい場合のリセット雑音
６０４  リセットトランジスタ（１１７）の抵抗値が小さい場合のリセット雑音
６０５  リセット雑音抑圧可能領域
６０６  リセット雑音抑圧不可能領域
７０１  リセット信号の振幅（大きい場合）
７０２  リセット信号の振幅（小さい場合）
７０３  リセット信号の振幅が大きい場合のリセット雑音
７０４  リセット信号の振幅が小さい場合のリセット雑音
８０１  リセット雑音抑圧優先の場合のリセット信号
８０２  フレームレート優先の場合のリセット信号
８０３  リセット雑音抑圧優先の場合のリセット雑音
８０４  フレームレート優先の場合のリセット雑音
８０５  リセット雑音抑圧優先の場合の反転増幅器（２３）のフィードバック周波数帯域
８０６  フレームレート優先の場合の反転増幅器（２３）のフィードバック周波数帯域
９０１  一般的な埋め込みフォトダイオード型の固体撮像装置のリセット振幅
９０２  一般的な埋め込みフォトダイオード型の固体撮像装置の電荷（電子）
９０３  一般的な埋め込みフォトダイオード型の固体撮像装置の基準レベル（３Ｖ）
９０４  本発明の積層型固体撮像装置のリセット振幅
９０５  本発明の積層型固体撮像装置の電荷（正孔）
９０６  本発明の積層型固体撮像装置の基準レベル（０Ｖ）
９０７  光電変換膜の電位
１００２  抵抗
１００３  容量（コンデンサ）
【図１】
0005530277.tif 000002
【図２】
0005530277.tif 000003
【図３Ａ】
0005530277.tif 000004
【図３Ｂ】
0005530277.tif 000005
【図４】
0005530277.tif 000006
【図５Ａ】
0005530277.tif 000007
【図５Ｂ】
0005530277.tif 000008
【図６】
0005530277.tif 000009
【図７】
0005530277.tif 000010
【図８】
0005530277.tif 000011
【図９Ａ】
0005530277.tif 000012
【図９Ｂ】
0005530277.tif 000013
【図１０Ａ】
0005530277.tif 000014
【図１０Ｂ】
0005530277.tif 000015
【図１０Ｃ】
0005530277.tif 000016
【図１０Ｄ】
0005530277.tif 000017
【図１０Ｅ】
0005530277.tif 000018