(57)【要約】【課題】サンプルホールド容量に付加される寄生容量を均一にすることができる固体撮像装置および撮像装置を提供する。【解決手段】サンプルホールド容量231，232，233，234とクランプ容量260は、矩形の平板状の2枚の金属電極を対向させた構造の容量であり、以下の条件を満たしている。（１）左右方向あるいは上下方向に隣接する2つのサンプルホールド容量の距離が等しい。（２）左右方向あるいは上下方向に隣接する2つのサンプルホールド容量の一辺の長さが等しい。（３）それぞれのサンプルホールド容量と、同じ画素グループ内のクランプ容量260または隣接する画素グループ内のクランプ容量260との距離が等しい。（４）同じ画素グループ内のクランプ容量260または隣接する画素グループ内のクランプ容量260と対向するサンプルホールド容量231，232，233，234の一辺の長さが等しい。【選択図】図8
2014150327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を備え、当該画素を構成する回路要素が配置された第１の基板と第２の基板とが接続部によって電気的に接続されている固体撮像装置であって、
前記画素は、
前記第１の基板に配置され、入射光量に応じた信号を発生する光電変換素子と、
前記第２の基板に配置され、前記光電変換素子が発生した信号に応じた出力信号を保持するサンプルホールド容量と、
前記第２の基板に配置され、複数の前記画素で共有され、複数の前記サンプルホールド容量に保持される前記出力信号の電圧を固定するクランプ容量と、
を備え、
前記サンプルホールド容量と前記クランプ容量は、矩形の平板状の2枚の金属電極を対向させた構造の容量であり、
前記クランプ容量を共有する複数の前記画素において、
隣接する2つの前記サンプルホールド容量の間の距離が等しく、
隣接する2つの前記サンプルホールド容量の一辺の長さが等しく、
それぞれの前記サンプルホールド容量と、前記クランプ容量との距離が等しく、
前記クランプ容量と対向する前記サンプルホールド容量の一辺の長さが等しい
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記クランプ容量を共有する複数の前記画素に含まれる複数の前記サンプルホールド容量は、前記クランプ容量の同一の一辺に沿って配置されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記クランプ容量を共有する複数の前記画素に含まれる複数の前記サンプルホールド容量のうち、一部の前記サンプルホールド容量は、前記クランプ容量の第１の辺に沿って配置され、残りの前記サンプルホールド容量は、前記第１の辺と異なる、前記クランプ容量の第２の辺に沿って配置されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記クランプ容量の前記第１の辺に沿って配置されている前記サンプルホールド容量の数と、前記クランプ容量の前記第２の辺に沿って配置されている前記サンプルホールド容量の数とが等しいことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記クランプ容量と、前記クランプ容量を共有する複数の前記画素に含まれる複数の前記サンプルホールド容量とを含むグループの単位で前記クランプ容量と前記サンプルホールド容量が2次元に配置され、
第１のグループに含まれる前記クランプ容量を共有する複数の前記画素に含まれる複数の前記サンプルホールド容量のうち、一部の前記サンプルホールド容量は、前記第１のグループに含まれる前記クランプ容量の一辺に沿って配置され、残りの前記サンプルホールド容量は、前記第１のグループと異なる第２のグループに含まれる前記クランプ容量の一辺に沿って配置されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１のグループに含まれる前記クランプ容量の一辺に沿って配置されている前記サンプルホールド容量の数と、前記第２のグループに含まれる前記クランプ容量の一辺に沿って配置されている前記サンプルホールド容量の数とが等しいことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
請求項１に記載の固体撮像装置を具備する撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の画素を備え、当該画素を構成する回路要素が配置された第１の基板と第２の基板とが接続部によって電気的に接続されている固体撮像装置および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラや電子スチルカメラなどが広く一般に普及している。これらのカメラには、CCD（Charge Coupled Device）型や増幅型の固体撮像装置が使用されている。増幅型の固体撮像装置は、光が入射する画素の光電変換部が生成・蓄積した信号電荷を、画素に設けられた増幅部に導き、増幅部が増幅した信号を画素から出力する。増幅型の固体撮像装置では、このような画素が二次元マトリクス状に複数配置されている。増幅型の固体撮像装置には、例えばCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）トランジスタを用いたCMOS型固体撮像装置等がある。
【０００３】
従来、一般的なCMOS型固体撮像装置は、二次元マトリクス状に配列された各画素の光電変換部が生成した信号電荷を行毎に順次読み出す方式を採用している。この方式では、各画素の光電変換部における露光のタイミングは、信号電荷の読み出しの開始と終了によって決まるため、行毎に露光のタイミングが異なる。このため、このようなCMOS型固体撮像装置を用いて動きの速い被写体を撮像すると、撮像した画像内で被写体が歪んでしまう。
【０００４】
この被写体の歪みを無くすために、信号電荷の蓄積の同時性を実現する同時撮像機能（グローバルシャッタ機能）が提案されている。また、グローバルシャッタ機能を有するCMOS型固体撮像装置の用途が多くなりつつある。グローバルシャッタ機能を有するCMOS型固体撮像装置では、通常、光電変換部が生成した信号電荷を、読み出しが行われるまで蓄えておくために、遮光性を持った蓄積容量部を有することが必要となる。このような従来のCMOS型固体撮像装置は、全画素を同時に露光した後、各光電変換部が生成した信号電荷を全画素で同時に各蓄積容量部に転送して一旦蓄積しておき、この信号電荷を所定の読み出しタイミングで順次画素信号に変換して読み出している。
【０００５】
ただし、従来のグローバルシャッタ機能を有するCMOS型固体撮像装置では、光電変換部と蓄積容量部とを同一基板の同一平面上に作りこまねばならず、チップ面積の増大が避けられない。さらに、蓄積容量部に蓄積された信号電荷を読み出すまでの待機期間中に、光に起因するノイズや、蓄積容量部で発生するリーク電流（暗電流）に起因するノイズにより信号の品質が劣化してしまうという問題がある。
【０００６】
この問題を解決するために、光電変換部が形成された第１の基板と、光電変換部で生成された信号電荷を蓄積するアナログメモリ（本発明におけるサンプルホールド容量に対応）とが形成された第２の基板とを貼り合わせた固体撮像装置により、チップ面積の増大を防ぐと共にノイズを低減する方法が特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の固体撮像装置では、第１の基板で発生したリセットノイズ等のノイズをサンプルホールド動作により除去するためのクランプ容量が設けられている。また、特許文献１に記載の固体撮像装置では、4つの画素でクランプ容量が共有されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−２５７０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１には、信号電荷を蓄積するサンプルホールド容量と、ノイズを除去するためのクランプ容量とをどのように配置するのかについては記載されていない。図13は、第２の基板を平面的に見た場合のサンプルホールド容量およびクランプ容量の配置の一例を示している。4つの画素のそれぞれに対応した4つのサンプルホールド容量1231，1232，1233，1234、および、4つの画素で共有されるクランプ容量1260は、金属で構成された2枚の平板状の電極（上部電極、下部電極）が対向した構造を有する。信号に対するゲインをより大きくするため、クランプ容量1260の面積はサンプルホールド容量1231，1232，1233，1234の面積よりも広い。
【０００９】
図13(a)では、寄生容量C101，C102，C103，C104，C105，C106，C107，C108が示されている。寄生容量C101は、サンプルホールド容量1231とクランプ容量1260との間の寄生容量である。寄生容量C102は、サンプルホールド容量1232とクランプ容量1260との間の寄生容量である。寄生容量C103は、サンプルホールド容量1233とクランプ容量1260との間の寄生容量である。寄生容量C104は、サンプルホールド容量1234とクランプ容量1260との間の寄生容量である。寄生容量C105は、サンプルホールド容量1231とサンプルホールド容量1232との間の寄生容量である。寄生容量C106は、サンプルホールド容量1232とサンプルホールド容量1233との間の寄生容量である。寄生容量C107は、サンプルホールド容量1233とサンプルホールド容量1234との間の寄生容量である。寄生容量C108は、サンプルホールド容量1234とクランプ容量1260との間の寄生容量である。
【００１０】
サンプルホールド容量1231，1232，1233，1234は略同一の形状に形成されており、サンプルホールド容量1231，1232，1233，1234とクランプ容量1260との距離が略同一であるため、寄生容量C101，C102，C103，C104は略同一である。また、サンプルホールド容量1231，1232，1233，1234は略同一の形状に形成されており、サンプルホールド容量1231，1232，1233，1234間の距離が略同一であるため、寄生容量C105，C106，C107は略同一である。しかし、クランプ容量1260の形状がサンプルホールド容量1231，1232，1233，1234の形状と異なるため、寄生容量C108は寄生容量C105，C106，C107と異なる。
【００１１】
図13(b)では、寄生容量C111，C112，C113，C114，C115，C116，C117，C118が示されている。寄生容量C111は、サンプルホールド容量1231とサンプルホールド容量1232との間の寄生容量である。寄生容量C112は、サンプルホールド容量1232とサンプルホールド容量1233との間の寄生容量である。寄生容量C113は、サンプルホールド容量1233とサンプルホールド容量1234との間の寄生容量である。寄生容量C114は、サンプルホールド容量1234とクランプ容量1260との間の寄生容量である。
【００１２】
サンプルホールド容量1231，1232，1233，1234は略同一の形状に形成されており、サンプルホールド容量1231，1232，1233，1234間の距離が略同一であるため、寄生容量C111，C112，C113は略同一である。しかし、クランプ容量1260の形状がサンプルホールド容量1231，1232，1233，1234の形状と異なるため、寄生容量C114は寄生容量C111，C112，C113と異なる。
【００１３】
図13に示したようにサンプルホールド容量とクランプ容量とを配置した場合、一部のサンプルホールド容量に付加される寄生容量が、他のサンプルホールド容量に付加される寄生容量と異なるため、ゲインに差が生じ、信号レベルに差が生じる懸念がある。
【００１４】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、サンプルホールド容量に付加される寄生容量を均一にすることができる固体撮像装置および撮像装置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】
【００１５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、複数の画素を備え、当該画素を構成する回路要素が配置された第１の基板と第２の基板とが接続部によって電気的に接続されている固体撮像装置であって、前記画素は、前記第１の基板に配置され、入射光量に応じた信号を発生する光電変換素子と、前記第２の基板に配置され、前記光電変換素子が発生した信号に応じた出力信号を保持するサンプルホールド容量と、前記第２の基板に配置され、複数の前記画素で共有され、複数の前記サンプルホールド容量に保持される前記出力信号の電圧を固定するクランプ容量と、を備え、前記サンプルホールド容量と前記クランプ容量は、矩形の平板状の2枚の金属電極を対向させた構造の容量であり、前記クランプ容量を共有する複数の前記画素において、隣接する2つの前記サンプルホールド容量の間の距離が等しく、隣接する2つの前記サンプルホールド容量の一辺の長さが等しく、それぞれの前記サンプルホールド容量と、前記クランプ容量との距離が等しく、前記クランプ容量と対向する前記サンプルホールド容量の一辺の長さが等しいことを特徴とする固体撮像装置である。
【００１６】
また、本発明は、上記の固体撮像装置を具備する撮像装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、クランプ容量を共有する複数の画素に含まれる複数のサンプルホールド容量において、隣接する2つのサンプルホールド容量の間の距離を等しく、隣接する2つのサンプルホールド容量の一辺の長さを等しく、それぞれのサンプルホールド容量と、クランプ容量との距離を等しく、クランプ容量と対向する一辺の長さを等しくすることによって、サンプルホールド容量に付加される寄生容量を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態による固体撮像装置を適用した撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態による固体撮像装置の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による固体撮像装置が備える画素の回路構成を示す回路図である。
【図５】本発明の一実施形態による固体撮像装置が備える画素の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の一実施形態による固体撮像装置が備える画素の動作を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の一実施形態による固体撮像装置が備える複数の画素で構成される画素グループの配置を示す参考図である。
【図８】本発明の一実施形態による固体撮像装置が備えるサンプルホールド容量およびクランプ容量の平面図である。
【図９】本発明の一実施形態による固体撮像装置が備えるサンプルホールド容量およびクランプ容量の断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態による固体撮像装置が備えるサンプルホールド容量およびクランプ容量の平面図である。
【図１１】本発明の一実施形態による固体撮像装置が備えるサンプルホールド容量およびクランプ容量の平面図である。
【図１２】本発明の一実施形態による固体撮像装置が備えるサンプルホールド容量およびクランプ容量の平面図である。
【図１３】固体撮像装置が備えるサンプルホールド容量およびクランプ容量の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態による固体撮像装置を適用した撮像装置の一例としてデジタルカメラの構成を示している。本発明の一態様に係る撮像装置は、撮像機能を有する電子機器であればよく、デジタルカメラのほか、デジタルビデオカメラ、内視鏡等であってもよい。図1に示すデジタルカメラ10は、レンズ部1、レンズ制御装置2、固体撮像装置3、駆動回路4、メモリ5、信号処理回路6、記録装置7、制御装置8、および表示装置9を備える。
【００２０】
レンズ部1はズームレンズやフォーカスレンズを備えており、被写体からの光を固体撮像装置3の受光面に被写体像として結像する。レンズ制御装置2は、レンズ部1のズーム、フォーカス、絞りなどを制御する。レンズ部1を介して取り込まれた光は固体撮像装置3の受光面で結像される。固体撮像装置3は、受光面に結像された被写体像を画像信号に変換して出力する。固体撮像装置3の受光面には、複数の画素が行方向および列方向に2次元的に配列されている。
【００２１】
駆動回路4は、固体撮像装置3を駆動し、その動作を制御する。メモリ5は、画像データを一時的に記憶する。信号処理回路6は、固体撮像装置3から出力された画像信号に対して、予め定められた処理を行う。信号処理回路6によって行われる処理には、画像信号の増幅、画像データの各種の補正、画像データの圧縮などがある。
【００２２】
記録装置7は、画像データの記録または読み出しを行うための半導体メモリなどによって構成されており、着脱可能な状態でデジタルカメラ10に内蔵される。表示装置9は、動画像（ライブビュー画像）の表示、静止画像の表示、記録装置7に記録された動画像や静止画像の表示、デジタルカメラ10の状態の表示などを行う。
【００２３】
制御装置8は、デジタルカメラ10全体の制御を行う。制御装置8の動作は、デジタルカメラ10が内蔵するROMに格納されているプログラムに規定されている。制御装置8は、このプログラムを読み出して、プログラムが規定する内容に従って、各種の制御を行う。
【００２４】
図2は、固体撮像装置3の構成を示している。図2に示す固体撮像装置は、画素部200（画素アレイ）、垂直走査回路300、列処理回路350、水平走査回路400、および出力アンプ410を備えている。図2に示す各回路要素の配置位置は実際の配置位置と必ずしも一致するわけではない。
【００２５】
画素部200は、2次元の行列状に配列された画素100と、列毎に設けられた電流源130とを有する。本実施形態では、固体撮像装置3が有する全画素からなる領域を画素信号の読み出し対象領域とするが、固体撮像装置3が有する全画素からなる領域の一部を読み出し対象領域としてもよい。読み出し対象領域は、少なくとも有効画素領域の全画素を含むことが望ましい。また、読み出し対象領域は、有効画素領域の外側に配置されているオプティカルブラック画素（常時遮光されている画素）を含んでもよい。オプティカルブラック画素から読み出した画素信号は、例えば暗電流成分の補正に使用される。
【００２６】
垂直走査回路300は行単位で画素部200の駆動制御を行う。この駆動制御を行うために、垂直走査回路300は、行数と同じ数の単位回路301-1，301-2，・・・，301-n（nは行数）で構成されている。
【００２７】
各単位回路301-i（i=1，2，・・・，n）は、1行分の画素100を制御するための制御信号を、行毎に設けられている信号線110へ出力する。信号線110は画素100に接続されており、単位回路301-iから出力された制御信号を画素100に供給する。図2では、各行に対応する各信号線110が1本の線で表現されているが、各信号線110は複数の信号線を含む。制御信号により選択された行の画素100の信号は、列毎に設けられている垂直信号線120へ出力されるようになっている。
【００２８】
電流源130は垂直信号線120に接続されており、画素100内の増幅トランジスタ（後述する第２増幅トランジスタ241，242，243，244）とソースフォロア回路を構成する。列処理回路350は、垂直信号線120に出力された画素信号に対してノイズ抑圧などの信号処理を行う。水平走査回路400は、垂直信号線120に出力されて列処理回路350によって処理された1行分の画素100の画素信号を水平方向の並びの順で時系列に出力アンプ410へ出力する。出力アンプ410は、水平走査回路400から出力された画素信号を増幅し、画像信号として固体撮像装置3の外部へ出力する。
【００２９】
図3は固体撮像装置3の断面構造を示している。固体撮像装置3は、画素100を構成する回路要素（光電変換素子や、トランジスタ、容量等）が配置された2枚の基板（第１基板20、第２基板21）が重なった構造を有する。画素100を構成する回路要素は第１基板20と第２基板21に分配して配置されている。第１基板20と第２基板21は、画素100の駆動時に2枚の基板間で電気信号を授受可能なように電気的に接続されている。
【００３０】
第１基板20の2つの主面（側面よりも相対的に表面積が大きい表面）のうち、光Lが照射される側の主面側に光電変換素子が形成されており、第１基板20に照射された光は光電変換素子に入射する。第１基板20の2つの主面のうち、光Lが照射される側の主面とは反対側の主面には、第２基板21と接続するための接続部250が形成されている。第１基板20に配置されている光電変換素子で発生した信号電荷に基づく信号は、接続部250を介して第２基板21へ出力される。図3に示す例では第１基板20と第２基板21の主面の面積が異なるが、第１基板20と第２基板21の主面の面積が同じであってもよい。
【００３１】
画素100以外の垂直走査回路300、列処理回路350、水平走査回路400、出力アンプ410に関しては、それぞれ第１基板20と第２基板21のどちらに配置されていてもよい。また、垂直走査回路300、列処理回路350、水平走査回路400、出力アンプ410のそれぞれを構成する回路要素が第１基板20と第２基板21に分散して配置されていてもよい。
【００３２】
図4は、4画素分の画素100で構成された画素セルの回路構成を示している。本実施形態では、垂直方向に並んだ4画素で一部の回路要素を共有する例を説明する。4画素分の画素100で構成される画素セルは、光電変換素子201，202，203，204と、第１転送トランジスタ211，212，213，214と、電荷保持部230（フローティングディフュージョン）と、第１リセットトランジスタ220と、第１増幅トランジスタ240と、電流源280と、クランプ容量260と、第２転送トランジスタ271，272，273，274と、第２リセットトランジスタ221，222，223，224と、サンプルホールド容量231，232，233，234と、第２増幅トランジスタ241，242，243，244と、選択トランジスタ291，292，293，294とを有する。図4に示す各回路要素の配置位置は実際の配置位置と必ずしも一致するわけではない。
【００３３】
画素セルには4つの画素100の回路要素が含まれる。第１画素は、光電変換素子201と、第１転送トランジスタ211と、電荷保持部230と、第１リセットトランジスタ220と、第１増幅トランジスタ240と、電流源280と、クランプ容量260と、第２転送トランジスタ271と、第２リセットトランジスタ221と、サンプルホールド容量231と、第２増幅トランジスタ241と、選択トランジスタ291とを有する。第２画素は、光電変換素子202と、第１転送トランジスタ212と、電荷保持部230と、第１リセットトランジスタ220と、第１増幅トランジスタ240と、電流源280と、クランプ容量260と、第２転送トランジスタ272と、第２リセットトランジスタ222と、サンプルホールド容量232と、第２増幅トランジスタ242と、選択トランジスタ292とを有する。
【００３４】
第３画素は、光電変換素子203と、第１転送トランジスタ213と、電荷保持部230と、第１リセットトランジスタ220と、第１増幅トランジスタ240と、電流源280と、クランプ容量260と、第２転送トランジスタ273と、第２リセットトランジスタ223と、サンプルホールド容量233と、第２増幅トランジスタ243と、選択トランジスタ293とを有する。第４画素は、光電変換素子204と、第１転送トランジスタ214と、電荷保持部230と、第１リセットトランジスタ220と、第１増幅トランジスタ240と、電流源280と、クランプ容量260と、第２転送トランジスタ274と、第２リセットトランジスタ224と、サンプルホールド容量234と、第２増幅トランジスタ244と、選択トランジスタ294とを有する。電荷保持部230と、第１リセットトランジスタ220と、第１増幅トランジスタ240と、電流源280と、クランプ容量260とは、4つの画素100で共有されている。
【００３５】
光電変換素子201，202，203，204の一端は接地されている。第１転送トランジスタ211，212，213，214のドレイン端子は光電変換素子201，202，203，204の他端に接続されている。第１転送トランジスタ211，212，213，214のゲート端子は垂直走査回路300に接続されており、転送パルスΦTX1-1，ΦTX1-2，ΦTX1-3，ΦTX1-4が供給される。
【００３６】
電荷保持部230の一端は第１転送トランジスタ211，212，213，214のソース端子に接続されており、電荷保持部230の他端は接地されている。第１リセットトランジスタ220のドレイン端子は電源電圧VDDに接続されており、第１リセットトランジスタ220のソース端子は第１転送トランジスタ211，212，213，214のソース端子に接続されている。第１リセットトランジスタ220のゲート端子は垂直走査回路300に接続されており、リセットパルスΦRST1が供給される。
【００３７】
第１増幅トランジスタ240のドレイン端子は電源電圧VDDに接続されている。第１増幅トランジスタ240の入力部であるゲート端子は第１転送トランジスタ211，212，213，214のソース端子に接続されている。電流源280の一端は第１増幅トランジスタ240のソース端子に接続されており、電流源280の他端は接地されている。一例として、ドレイン端子が第１増幅トランジスタ240のソース端子に接続され、ソース端子が接地され、ゲート端子が垂直走査回路300に接続されたトランジスタで電流源280を構成してもよい。クランプ容量260の一端は、接続部250を介して第１増幅トランジスタ240のソース端子および電流源280の一端に接続されている。
【００３８】
第２転送トランジスタ271，272，273，274のドレイン端子はクランプ容量260の他端に接続されている。第２転送トランジスタ271，272，273，274のゲート端子は垂直走査回路300に接続されており、転送パルスΦTX2-1，ΦTX2-2，ΦTX2-3，ΦTX2-4が供給される。第２リセットトランジスタ221，222，223，224のドレイン端子は電源電圧VDDに接続されており、第２リセットトランジスタ221，222，223，224のソース端子は第２転送トランジスタ271，272，273，274のソース端子に接続されている。第２リセットトランジスタ221，222，223，224のゲート端子は垂直走査回路300に接続されており、リセットパルスΦRST2-1，ΦRST2-2，ΦRST2-3，ΦRST2-4が供給される。
【００３９】
サンプルホールド容量231，232，233，234の一端は第２転送トランジスタ271，272，273，274のソース端子に接続されており、サンプルホールド容量231，232，233，234の他端は接地されている。第２増幅トランジスタ241，242，243，244のドレイン端子は電源電圧VDDに接続されている。第２増幅トランジスタ241，242，243，244の入力部を構成するゲート端子は第２転送トランジスタ271，272，273，274のソース端子に接続されている。選択トランジスタ291，292，293，294のドレイン端子は第２増幅トランジスタ241，242，243，244のソース端子に接続されており、選択トランジスタ291，292，293，294のソース端子は垂直信号線120に接続されている。選択トランジスタ291，292，293，294のゲート端子は垂直走査回路300に接続されており、選択パルスΦSEL1，ΦSEL2，ΦSEL3，ΦSEL4が供給される。上述した各トランジスタに関しては極性を逆にし、ソース端子とドレイン端子を上記と逆にしてもよい。
【００４０】
光電変換素子201，202，203，204は、例えばフォトダイオードであり、入射した光の量に基づく信号電荷を生成（発生）し、生成（発生）した信号電荷を保持・蓄積する。第１転送トランジスタ211，212，213，214は、光電変換素子201，202，203，204に蓄積された信号電荷を電荷保持部230に転送するトランジスタである。第１転送トランジスタ211，212，213，214のオン／オフは、垂直走査回路300からの転送パルスΦTX1-1，ΦTX1-2，ΦTX1-3，ΦTX1-4によって制御される。電荷保持部230は、光電変換素子201，202，203，204から転送された信号電荷を一時的に保持・蓄積する浮遊拡散容量である。
【００４１】
第１リセットトランジスタ220は、電荷保持部230をリセットするトランジスタである。第１リセットトランジスタ220のオン／オフは、垂直走査回路300からのリセットパルスΦRST1によって制御される。第１リセットトランジスタ220と第１転送トランジスタ211，212，213，214を同時にオンにすることによって、光電変換素子201，202，203，204をリセットすることも可能である。電荷保持部230／光電変換素子201，202，203，204のリセットは、電荷保持部230／光電変換素子201，202，203，204に蓄積されている電荷量を制御して電荷保持部230／光電変換素子201，202，203，204の状態（電位）を基準状態（基準電位、リセットレベル）に設定することである。
【００４２】
第１増幅トランジスタ240は、ゲート端子に入力される、電荷保持部230に蓄積されている信号電荷に基づく信号を増幅した増幅信号をソース端子から出力するトランジスタである。電流源280は、第１増幅トランジスタ240の負荷として機能し、第１増幅トランジスタ240を駆動する電流を第１増幅トランジスタ240に供給する。第１増幅トランジスタ240と電流源280はソースフォロワ回路を構成する。
【００４３】
クランプ容量260は、第１増幅トランジスタ240から出力される増幅信号の電圧レベルをクランプ（固定）する容量である。第２転送トランジスタ271，272，273，274は、クランプ容量260の他端の電圧レベルをサンプルホールドし、サンプルホールド容量231，232，233，234に蓄積するトランジスタである。第２転送トランジスタ271，272，273，274のオン／オフは、垂直走査回路300からの転送パルスΦTX2-1，ΦTX2-2，ΦTX2-3，ΦTX2-4によって制御される。
【００４４】
第２リセットトランジスタ221，222，223，224は、サンプルホールド容量231，232，233，234をリセットするトランジスタである。第２リセットトランジスタ221，222，223，224のオン／オフは、垂直走査回路300からのリセットパルスΦRST2-1，ΦRST2-2，ΦRST2-3，ΦRST2-4によって制御される。サンプルホールド容量231，232，233，234のリセットは、サンプルホールド容量231，232，233，234に蓄積されている電荷量を制御してサンプルホールド容量231，232，233，234の状態（電位）を基準状態（基準電位、リセットレベル）に設定することである。サンプルホールド容量231，232，233，234は、第２転送トランジスタ271，272，273，274によってサンプルホールドされたアナログ信号を保持・蓄積する。
【００４５】
サンプルホールド容量231，232，233，234の容量は、電荷保持部230の容量よりも大きな容量に設定される。サンプルホールド容量231，232，233，234には、単位面積当たりのリーク電流（暗電流）の少ない容量であるMIM（Metal Insulator Metal）容量を使用することがより望ましい。これによって、ノイズに対する耐性が向上し、高品質な信号が得られる。
【００４６】
第２増幅トランジスタ241，242，243，244は、ゲート端子に入力される、サンプルホールド容量231，232，233，234に蓄積されている信号電荷に基づく信号を増幅した増幅信号をソース端子から出力するトランジスタである。第２増幅トランジスタ241，242，243，244と、垂直信号線120に接続された電流源130とはソースフォロワ回路を構成する。選択トランジスタ291，292，293，294は、画素100を選択し、第２増幅トランジスタ241，242，243，244の出力を垂直信号線120に伝えるトランジスタである。選択トランジスタ291，292，293，294のオン／オフは、垂直走査回路300からの選択パルスΦSEL1，ΦSEL2，ΦSEL3，ΦSEL4によって制御される。
【００４７】
図4に示す回路要素のうち、光電変換素子201，202，203，204、第１転送トランジスタ211，212，213，214、電荷保持部230、第１リセットトランジスタ220、第１増幅トランジスタ240、電流源280は第１基板20に配置されている。また、クランプ容量260、第２転送トランジスタ271，272，273，274、第２リセットトランジスタ221，222，223，224、サンプルホールド容量231，232，233，234、第２増幅トランジスタ241，242，243，244、選択トランジスタ291，292，293，294は第２基板21に配置されている。
【００４８】
第１基板20と第２基板21の間には、接続部250が配置されている。第１基板20の第１増幅トランジスタ240から出力された増幅信号は、接続部250を介して第２基板21へ出力される。
【００４９】
図4では、接続部250が第１増幅トランジスタ240のソース端子および電流源280の一端とクランプ容量260の一端との間の経路に配置されているが、これに限らない。接続部250は、第１転送トランジスタ211，212，213，214から第２転送トランジスタ271，272，273，274までの電気的に接続された経路上のどこに配置されていてもよい。
【００５０】
例えば、第１転送トランジスタ211，212，213，214のソース端子と、電荷保持部230の一端、第１リセットトランジスタ220のソース端子、および第１増幅トランジスタ240のゲート端子との間の経路に接続部250が配置されていてもよい。あるいは、クランプ容量260の他端と、第２転送トランジスタ271，272，273，274のドレイン端子との間の経路に接続部250が配置されていてもよい。
【００５１】
次に、図5を参照し、画素100の動作を説明する。図5は、垂直走査回路300から行毎に画素100に供給される制御信号を示している。以下では、図4に示した4画素で構成される画素セルの単位で動作を説明する。
【００５２】
［期間T1の動作］
まず、リセットパルスΦRST1が“L”（Low）レベルから“H”（High）レベルに変化することで、第１リセットトランジスタ220がオンとなる。同時に、転送パルスΦTX1-1が“L”レベルから“H”レベルに変化することで、第１転送トランジスタ211がオンとなる。これによって、第１画素の光電変換素子201がリセットされる。
【００５３】
続いて、リセットパルスΦRST1および転送パルスΦTX1-1が“H”レベルから“L”レベルに変化することで、第１リセットトランジスタ220および第１転送トランジスタ211がオフとなる。これによって、第１画素の光電変換素子201のリセットが終了し、第１画素の露光（信号電荷の蓄積）が開始される。上記と同様にして、第２画素の光電変換素子202、第３画素の光電変換素子203、第４画素の光電変換素子204が順にリセットされ、各画素の露光が開始される。図4では、転送パルスΦTX1-1，ΦTX1-2，ΦTX1-3，ΦTX1-4が“H”レベルになるタイミングでリセットパルスΦRST1が“H”レベルになっているが、光電変換素子201，202，203，204をリセットする期間中、リセットパルスΦRST1が常に“H”レベルであってもよい。
【００５４】
［期間T2の動作］
続いて、リセットパルスΦRST2-1が“L”レベルから“H”レベルに変化することで、第２リセットトランジスタ221がオンとなる。これによって、サンプルホールド容量231がリセットされる。同時に、転送パルスΦTX2-1が“L”レベルから“H”レベルに変化することで、第２転送トランジスタ271がオンとなる。これによって、クランプ容量260の他端の電位が電源電圧VDDにリセットされると共に、第２転送トランジスタ271がクランプ容量260の他端の電位のサンプルホールドを開始する。
【００５５】
続いて、リセットパルスΦRST1が“L”レベルから“H”レベルに変化することで、第１リセットトランジスタ220がオンとなる。これによって、電荷保持部230がリセットされる。続いて、リセットパルスΦRST1が“H”レベルから“L”レベルに変化することで、第１リセットトランジスタ220がオフとなる。これによって、電荷保持部230のリセットが終了する。電荷保持部230のリセットを行うタイミングは露光期間中であればよいが、露光期間の終了直前のタイミングで電荷保持部230のリセットを行うことによって、電荷保持部230のリーク電流によるノイズをより低減することができる。
【００５６】
続いて、リセットパルスΦRST2-1が“H”レベルから“L”レベルに変化することで、第２リセットトランジスタ221がオフとなる。これによって、サンプルホールド容量231のリセットが終了する。この時点でクランプ容量260は、第１増幅トランジスタ240から出力される増幅信号（電荷保持部230のリセット後の増幅信号）をクランプしている。
【００５７】
［期間T3の動作］
まず、転送パルスΦTX1-1が“L”レベルから“H”レベルに変化することで、第１転送トランジスタ211がオンとなる。これによって、光電変換素子201に蓄積されている信号電荷が、第１転送トランジスタ211を介して電荷保持部230に転送され、電荷保持部230に蓄積される。これによって、第１画素の露光（信号電荷の蓄積）が終了する。期間T1における第１画素の露光開始から期間T3における第１画素の露光終了までの期間が露光期間（信号蓄積期間）である。続いて、転送パルスΦTX1-1が“H”レベルから“L”レベルに変化することで、第１転送トランジスタ211がオフとなる。
【００５８】
続いて、転送パルスΦTX2-1が“H”レベルから“L”レベルに変化することで、第２転送トランジスタ271がオフとなる。これによって、第２転送トランジスタ271がクランプ容量260の他端の電位のサンプルホールドを終了する。
【００５９】
［期間T4の動作］
上述した期間T2，T3の動作は第１画素の動作である。期間T4では、第２画素、第３画素、第４画素の各画素について、期間T2，T3の動作と同様の動作が行われる。各画素の露光期間の長さを同一とすることがより望ましい。
【００６０】
以下では、サンプルホールド容量231の一端の電位の変化について説明する。サンプルホールド容量232，233，234の一端の電位の変化についても同様である。電荷保持部230のリセットが終了した後に光電変換素子201から電荷保持部230に信号電荷が転送されることによる電荷保持部230の一端の電位の変化をΔVfd、第１増幅トランジスタ240のゲインをα1とすると、光電変換素子201から電荷保持部230に信号電荷が転送されることによる第１増幅トランジスタ240のソース端子の電位の変化ΔVamp1はα1×ΔVfdとなる。
【００６１】
サンプルホールド容量231と第２転送トランジスタ271の合計のゲインをα2とすると、光電変換素子201から電荷保持部230に信号電荷が転送された後の第２転送トランジスタ271のサンプルホールドによるサンプルホールド容量231の一端の電位の変化ΔVmemはα2×ΔVamp1、すなわちα1×α2×ΔVfdとなる。ΔVfdは、信号電荷の転送による電荷保持部230の一端の電位の変化量であり、電荷保持部230をリセットすることにより発生するリセットノイズを含んでいない。したがって、第２転送トランジスタ271がサンプルホールドを行うことによって、光電変換素子201で発生するノイズの影響を低減することができる。
【００６２】
サンプルホールド容量231のリセットが終了した時点のサンプルホールド容量231の一端の電位は電源電圧VDDであるため、光電変換素子201から電荷保持部230に信号電荷が転送された後、第２転送トランジスタ271によってサンプルホールドされたサンプルホールド容量231の一端の電位Vmemは以下の（１）式となる。（１）式において、ΔVmem<0、ΔVfd<0である。
Vmem＝VDD＋ΔVmem
＝VDD＋α1×α2×ΔVfd  ・・・（１）
【００６３】
また、α2は以下の（２）式となる。（２）式において、CLはクランプ容量260の容量値であり、CSHはサンプルホールド容量231の容量値である。ゲインの低下をより小さくするため、クランプ容量260の容量CLはサンプルホールド容量231の容量CSHよりも大きいことがより望ましい。
【００６４】
【数１】
2014150327.tif 000003
【００６５】
［期間T5の動作］
期間T5では、サンプルホールド容量231，232，233，234に蓄積されている信号電荷に基づく信号が行毎に順次読み出される。まず、第１画素からの信号の読み出しが行われる。選択パルスΦSET1が“L”レベルから“H”レベルに変化することで、選択トランジスタ291がオンとなる。これによって、（１）式に示した電位Vmemに基づく信号が選択トランジスタ291を介して垂直信号線120へ出力される。
【００６６】
続いて、リセットパルスΦRST2-1が“L”レベルから“H”レベルに変化することで、第２リセットトランジスタ221がオンとなる。これによって、サンプルホールド容量231がリセットされ、リセット時のサンプルホールド容量231の一端の電位に基づく信号が選択トランジスタ291を介して垂直信号線120へ出力される。
【００６７】
続いて、リセットパルスΦRST2-1が“H”レベルから“L”レベルに変化することで、第２リセットトランジスタ221がオフとなる。続いて、選択パルスΦSET1が“H”レベルから“L”レベルに変化することで、選択トランジスタ291がオフとなる。
【００６８】
列処理回路350は、（１）式に示した電位Vmemに基づく信号と、サンプルホールド容量231をリセットしたときのサンプルホールド容量231の一端の電位に基づく信号との差分をとった差分信号を生成する。この差分信号は、（１）式に示した電位Vmemと電源電圧VDDとの差分に基づく信号であり、光電変換素子201に蓄積された信号電荷が電荷保持部230に転送された直後の電荷保持部230の一端の電位と、電荷保持部230の一端がリセットされた直後の電荷保持部230の電位との差分ΔVfdに基づく信号である。したがって、サンプルホールド容量231をリセットすることによるノイズ成分と、電荷保持部230をリセットすることによるノイズ成分とを抑圧した、光電変換素子201に蓄積された信号電荷に基づく信号成分を得ることができる。
【００６９】
列処理回路350から出力された信号は、水平走査回路400によって出力アンプ410へ出力される。出力アンプ410は、水平走査回路400から出力された信号を処理し、画像信号として出力する。以上で、第１画素からの信号の読み出しが終了する。
【００７０】
［期間T6の動作］
続いて、第２画素、第３画素、第４画素の各画素について、期間T5における第１画素の動作と同様の動作が行われる。
【００７１】
上記の動作では、光電変換素子201，202，203，204から電荷保持部230に転送された信号電荷を電荷保持部230が各画素100の読み出しタイミングまで保持していなければならない。電荷保持部230が信号電荷を保持している期間中にノイズが発生すると、電荷保持部230が保持している信号電荷にノイズが重畳され、信号品質（S/N）が劣化する。
【００７２】
電荷保持部230が信号電荷を保持している期間（以下、保持期間と記載）中に発生するノイズの主な要因は、電荷保持部230のリーク電流による電荷（以下、リーク電荷と記載）と、光電変換素子201，202，203，204以外の部分に入射する光に起因する電荷（以下、光電荷と記載）である。単位時間に発生するリーク電荷と光電荷をそれぞれqid、qpnとし、保持期間の長さをtcとすると、保持期間中に発生するノイズ電荷Qnは（qid＋qpn）tcとなる。
【００７３】
電荷保持部230の容量をCfd、サンプルホールド容量231，232，233，234の容量をCmemとし、CfdとCmemの比（Cmem/Cfd）をAとする。また、前述したように、第１増幅トランジスタ240のゲインをα1、サンプルホールド容量231，232，233，234と第２転送トランジスタ271，272，273，274の合計のゲインをα2とする。露光期間中に光電変換素子201，202，203，204で発生した信号電荷をQphとすると、露光期間の終了後にサンプルホールド容量231，232，233，234に保持される信号電荷はA×α1×α2×Qphとなる。
【００７４】
光電変換素子201，202，203，204から電荷保持部230に転送された信号電荷に基づく信号は第２転送トランジスタ271，272，273，274によってサンプルホールドされ、サンプルホールド容量231，232，233，234に格納される。したがって、電荷保持部230に信号電荷が転送されてからサンプルホールド容量231，232，233，234に信号電荷が格納されるまでの時間は短く、電荷保持部230で発生したノイズは無視することができる。サンプルホールド容量231，232，233，234が信号電荷を保持している期間に発生するノイズを上記と同じQnと仮定すると、S/NはA×α1×α2×Qph/Qnとなる。
【００７５】
一方、従来技術のように、容量蓄積部に保持された信号電荷を、増幅トランジスタを介して画素から読み出す場合のS/NはQph/Qnとなる。したがって、本実施形態のS/Nは従来技術のS/NのA×α1×α2倍となる。A×α1×α2が1よりも大きくなるようにサンプルホールド容量231，232，233，234の容量値を設定する（例えば、サンプルホールド容量231，232，233，234の容量値を電荷保持部230の容量値よりも十分大きくする）ことによって、信号品質の劣化を低減することができる。
【００７６】
本実施形態では、垂直方向の位置（以下、垂直位置と記載）が同一である画素セルの動作のタイミングは同一であるが、垂直位置が異なる画素セルの動作のタイミングは異なる。図6は、垂直位置（V1，V2，・・・，Vn）が異なる画素セルの動作のタイミングを模式的に示している。図6の垂直方向の位置が画素セルの配列における垂直位置を示し、水平方向の位置が時間位置を示している。
【００７７】
リセット期間は図5の期間T1に相当し、信号転送期間は図5の期間T2，T3，T4に相当し、読み出し期間は図5の期間T5，T6に相当する。図6に示すように、垂直位置が異なる画素セルではリセット期間および信号転送期間は同一である。一方、垂直位置が異なる画素セルでは読み出し期間が異なる。上述した動作では、同一の画素セル内の画素毎に露光のタイミングが異なるが、画素セルの全体では露光の同時性を実現することができる。
【００７８】
本実施形態の固体撮像装置では、複数の画素間で一部の回路要素を共有しているため、複数の画素間で回路要素を共有しない場合と比較して、チップ面積を低減することができる。さらに、複数の画素間で第１増幅トランジスタ240および電流源280を共有しているため、同時に動作する電流源の数を抑えることができる。このため、多数の電流源が同時に動作することによる電源電圧の電圧降下やGND（グランド）電圧の上昇等の発生を低減することができる。
【００７９】
また、画素の全ての回路要素を1枚の基板に配置する場合と比較して、第１基板20の光電変換素子の面積を大きくすることが可能となるため、感度が向上する。さらに、サンプルホールド容量を用いることによって、第２基板21に設ける信号蓄積用の領域の面積を小さくすることができる。
【００８０】
また、サンプルホールド容量231，232，233，234を設けたことによって、信号品質の劣化を低減することができる。特に、サンプルホールド容量の容量値を電荷保持部の容量値よりも大きくする（例えば、サンプルホールド容量の容量値を電荷保持部の容量値の5倍以上にする）ことによって、サンプルホールド容量が保持する信号電荷が、電荷保持部が保持する信号電荷よりも大きくなる。このため、サンプルホールド容量のリーク電流による信号劣化の影響を小さくすることができる。
【００８１】
また、クランプ容量260および第２転送トランジスタ271，272，273，274を設けることによって、第１基板20で発生するノイズの影響を低減することができる。第１基板20で発生するノイズには、第１増幅トランジスタ240に接続される回路（例えば第１リセットトランジスタ220）の動作に由来して第１増幅トランジスタ240の入力部で発生するノイズ（例えばリセットノイズ）や、第１増幅トランジスタ240の動作特性に由来するノイズ（例えば第１増幅トランジスタ240の回路閾値のばらつきによるノイズ）等がある。
【００８２】
また、サンプルホールド容量231，232，233，234をリセットしたときの信号と、光電変換素子201，202，203，204から電荷保持部230へ信号電荷を転送することによって発生する第１増幅トランジスタ240の出力の変動に応じた信号とを時分割で画素100から出力し、画素100の外部で各信号の差分処理を行うことによって、第２基板21で発生するノイズの影響を低減することができる。第２基板21で発生するノイズには、第２増幅トランジスタ241，242，243，244に接続される回路（例えば第２リセットトランジスタ221，222，223，224）の動作に由来して第２増幅トランジスタ241，242，243，244の入力部で発生するノイズ（例えばリセットノイズ）等がある。
【００８３】
次に、サンプルホールド容量231，232，233，234およびクランプ容量260の詳細な構造を説明する。図7は、電荷保持部230、第１リセットトランジスタ220、第１増幅トランジスタ240、電流源280、およびクランプ容量260を共有する4つの画素100で構成された画素グループ30の、第２基板21における平面的な配置を示している。図7に示すように、画素グループ30は2次元の行列状に配置されている。
【００８４】
図8および図9は、1つの画素グループ30の構造を示している。図8は、第２基板21を平面的に見た場合のサンプルホールド容量231，232，233，234およびクランプ容量260の配置の一例を示している。1つの画素グループ30を構成する4つの画素100のそれぞれに対応した4つのサンプルホールド容量231，232，233，234、および、4つの画素で共有されるクランプ容量260は、金属で構成された2枚の平板状の電極（上部電極、下部電極）が対向した構造を有する。信号に対するゲインをより大きくするため、クランプ容量1260の面積はサンプルホールド容量1231，1232，1233，1234の面積よりも広い。
【００８５】
図9は、図8(a)の線分A-A'における断面を示している。サンプルホールド容量231は、上部電極231aと下部電極231bとが高誘電率の絶縁膜231cを介して対向するように形成されている。また、クランプ容量260は、上部電極260aと下部電極260bとが高誘電率の絶縁膜260cを介して対向するように形成されている。下部電極231bは上部電極231aよりも面積が大きく、下部電極260bは上部電極260aよりも面積が大きい。サンプルホールド容量232，233，234の構造もサンプルホールド容量231の構造と同様である。図示していないが、サンプルホールド容量231，232，233，234およびクランプ容量260の周囲は絶縁膜で構成されている。
【００８６】
図8(a)では、寄生容量C11，C12，C13，C14，C15，C16，C17が示されている。寄生容量C11は、サンプルホールド容量231とクランプ容量260との間の寄生容量である。寄生容量C12は、サンプルホールド容量232とクランプ容量260との間の寄生容量である。寄生容量C13は、サンプルホールド容量233とクランプ容量260との間の寄生容量である。寄生容量C14は、サンプルホールド容量234とクランプ容量260との間の寄生容量である。寄生容量C15は、サンプルホールド容量231とサンプルホールド容量232との間の寄生容量である。寄生容量C16は、サンプルホールド容量232とサンプルホールド容量233との間の寄生容量である。寄生容量C17は、サンプルホールド容量233とサンプルホールド容量234との間の寄生容量である。
【００８７】
サンプルホールド容量231，232，233，234およびクランプ容量260のそれぞれの上部電極と下部電極は矩形（本実施形態では長方形）の平板状の電極である。サンプルホールド容量231，232，233，234のそれぞれの上部電極の形状および面積は略同一であり、サンプルホールド容量231，232，233，234のそれぞれの下部電極の形状および面積も略同一である。製造プロセスの条件によりそれぞれの電極の平面的な形状が厳密な矩形ではなくなることがあるが、設計時のそれぞれの電極の形状が矩形であるとみなせる構造は本実施形態に含まれる。また、製造プロセスの条件によりそれぞれの電極の大きさに若干の差が生じることがあるが、設計時のそれぞれの電極の大きさが略同一であるとみなせる構造は本実施形態に含まれる。
【００８８】
サンプルホールド容量231，232，233，234は、それぞれの上部電極および下部電極の短辺（長方形を構成する2組の対向する辺のうち短いほうの辺）がクランプ容量260の1つの長辺（長方形を構成する2組の対向する辺のうち長いほうの辺）に沿って配置されている。つまり、サンプルホールド容量231，232，233，234は、略同一の長さである短辺をクランプ容量260に向けた状態で配置されている。また、サンプルホールド容量231，232，233，234とクランプ容量260との距離は略同一である。より詳細には、サンプルホールド容量231，232，233，234の上部電極とクランプ容量260の上部電極との距離が略同一であると共に、サンプルホールド容量231，232，233，234の下部電極とクランプ容量260の下部電極との距離が略同一である。以上のことから、寄生容量C11，C12，C13，C14は略同一である。
【００８９】
サンプルホールド容量231とサンプルホールド容量232は、略同一の長さである長辺が向かい合った状態で配置されている。サンプルホールド容量232とサンプルホールド容量233、サンプルホールド容量233とサンプルホールド容量234も、同様の状態で配置されている。また、サンプルホールド容量231，232，233，234のそれぞれの間の距離は略同一である。より詳細には、上下方向に隣接する2つのサンプルホールド容量の上部電極間の距離が略同一であると共に、上下方向に隣接する2つのサンプルホールド容量の下部電極間の距離が略同一である。以上のことから、寄生容量C15，C16，C17は略同一である。
【００９０】
図8(b)では、寄生容量C18，C19，C20，C21，C22，C23が示されている。クランプ容量260と対向するサンプルホールド容量231，232，233，234の短辺の反対側の短辺は、隣接する他の画素グループ30内のクランプ容量260と対向している。寄生容量C18，C19，C20，C21は、サンプルホールド容量231，232，233，234と、隣接する他の画素グループ30内のクランプ容量260との間の寄生容量である。サンプルホールド容量231，232，233，234と、隣接する他の画素グループ30内のクランプ容量260との距離は略同一である。以上のことから、寄生容量C18，C19，C20，C21は略同一である。
【００９１】
サンプルホールド容量232と対向するサンプルホールド容量231の長辺の反対側の長辺は、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量234と対向している。寄生容量C22は、サンプルホールド容量231と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量234との間の寄生容量である。サンプルホールド容量231と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量234との距離は、同じ画素グループ30内のサンプルホールド容量231とサンプルホールド容量232との距離と略同一である。以上のことから、寄生容量C22は寄生容量C15，C16，C17と略同一である。
【００９２】
サンプルホールド容量233と対向するサンプルホールド容量234の長辺の反対側の長辺は、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量231と対向している。寄生容量C23は、サンプルホールド容量234と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量231との間の寄生容量である。サンプルホールド容量234と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量231との距離は、同じ画素グループ30内のサンプルホールド容量234とサンプルホールド容量233との距離と略同一である。以上のことから、サンプルホールド容量234と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量231との間の寄生容量C23は寄生容量C15，C16，C17と略同一である。
【００９３】
上述したように、寄生容量C11，C12，C13，C14は略同一であり、寄生容量C18，C19，C20，C21は略同一であり、寄生容量C15，C16，C17，C22，C23は略同一である。したがって、サンプルホールド容量231，232，233，234のそれぞれに付加される寄生容量は均一となる。
【００９４】
次に、サンプルホールド容量231，232，233，234およびクランプ容量260の配置の変形例を説明する。図10は、第２基板21を平面的に見た場合のサンプルホールド容量231，232，233，234およびクランプ容量260の配置の他の一例を示している。図10では、サンプルホールド容量231，232，233，234およびクランプ容量260の全体が図8と比較して90度回転しているが、サンプルホールド容量231，232，233，234およびクランプ容量260の相対的な位置関係は図8と同一である。したがって、図10においても、サンプルホールド容量231，232，233，234のそれぞれに付加される寄生容量は均一となる。
【００９５】
図11は、第２基板21を平面的に見た場合のサンプルホールド容量231，232，233，234およびクランプ容量260の配置の他の一例を示している。サンプルホールド容量231，232，233，234およびクランプ容量260自体の構造は、図8におけるサンプルホールド容量231，232，233，234およびクランプ容量260の構造と同様である。
【００９６】
図11(a)では、寄生容量C31，C32，C33，C34，C35，C36が示されている。寄生容量C31は、サンプルホールド容量231とクランプ容量260との間の寄生容量である。寄生容量C32は、サンプルホールド容量232とクランプ容量260との間の寄生容量である。寄生容量C33は、サンプルホールド容量233とクランプ容量260との間の寄生容量である。寄生容量C34は、サンプルホールド容量234とクランプ容量260との間の寄生容量である。寄生容量C35は、サンプルホールド容量231とサンプルホールド容量232との間の寄生容量である。寄生容量C36は、サンプルホールド容量233とサンプルホールド容量234との間の寄生容量である。
【００９７】
サンプルホールド容量231，232は、それぞれの上部電極および下部電極の短辺がクランプ容量260の1つの辺に沿って配置されている。つまり、サンプルホールド容量231，232は、略同一の長さである短辺をクランプ容量260に向けた状態で配置されている。また、サンプルホールド容量233，234は、それぞれの上部電極および下部電極の短辺がクランプ容量260の他の1つの辺に沿って配置されている。つまり、サンプルホールド容量233，234は、略同一の長さである短辺をクランプ容量260に向けた状態で配置されている。サンプルホールド容量231，232は、クランプ容量260の対向する2つの辺のうちの一方に沿って配置され、サンプルホールド容量233，234は、クランプ容量260の対向する2つの辺のうちの他方に沿って配置されている。
【００９８】
また、サンプルホールド容量231，232，233，234とクランプ容量260との距離は略同一である。より詳細には、サンプルホールド容量231，232，233，234の上部電極とクランプ容量260の上部電極との距離が略同一であると共に、サンプルホールド容量231，232，233，234の下部電極とクランプ容量260の下部電極との距離が略同一である。以上のことから、寄生容量C31，C32，C33，C34は略同一である。
【００９９】
サンプルホールド容量231とサンプルホールド容量232は、略同一の長さである長辺が向かい合った状態で配置されている。サンプルホールド容量233とサンプルホールド容量234も、同様の状態で配置されている。また、サンプルホールド容量231，232間の距離およびサンプルホールド容量233，234間の距離は略同一である。より詳細には、上下方向に隣接する2つのサンプルホールド容量の上部電極間の距離が略同一であると共に、上下方向に隣接する2つのサンプルホールド容量の下部電極間の距離が略同一である。以上のことから、寄生容量C35，C36は略同一である。
【０１００】
図11(b)では、寄生容量C37，C38，C39，C40，C41，C42，C43，C44が示されている。クランプ容量260と対向するサンプルホールド容量231，232の短辺の反対側の短辺は、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量233，234と対向している。寄生容量C37，C38は、サンプルホールド容量231，232と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量233，234との間の寄生容量である。クランプ容量260と対向するサンプルホールド容量233，234の短辺の反対側の短辺は、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量231，232と対向している。寄生容量C39，C40は、サンプルホールド容量233，234と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量231，232との間の寄生容量である。
【０１０１】
サンプルホールド容量231，232と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量233，234との距離は、サンプルホールド容量233，234と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量231，232との距離と略同一である。以上のことから、寄生容量C37，C38，C39，C40は略同一である。
【０１０２】
サンプルホールド容量232と対向するサンプルホールド容量231の長辺の反対側の長辺は、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量232と対向している。寄生容量C41は、サンプルホールド容量231と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量232との間の寄生容量である。サンプルホールド容量231と対向するサンプルホールド容量232の長辺の反対側の長辺は、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量231と対向している。寄生容量C42は、サンプルホールド容量232と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量231との間の寄生容量である。
【０１０３】
サンプルホールド容量234と対向するサンプルホールド容量233の長辺の反対側の長辺は、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量234と対向している。寄生容量C43は、サンプルホールド容量233と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量234との間の寄生容量である。サンプルホールド容量233と対向するサンプルホールド容量234の長辺の反対側の長辺は、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量233と対向している。寄生容量C44は、サンプルホールド容量234と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量233との間の寄生容量である。
【０１０４】
サンプルホールド容量231と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量232との距離、サンプルホールド容量232と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量231との距離、サンプルホールド容量233と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量234との距離、サンプルホールド容量234と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量233との距離は全て略同一である。以上のことから、寄生容量C41，C42，C43，C44は全て略同一である。
【０１０５】
上述したように、寄生容量C31，C32，C33，C34は略同一であり、寄生容量C35，C36は略同一であり、寄生容量C37，C38，C39，C40は略同一であり、寄生容量C41，C42，C43，C44は略同一である。したがって、サンプルホールド容量231，232，233，234のそれぞれに付加される寄生容量は均一となる。
【０１０６】
図12は、第２基板21を平面的に見た場合のサンプルホールド容量231，232，233，234およびクランプ容量260の配置の他の一例を示している。サンプルホールド容量231，232，233，234およびクランプ容量260自体の構造は、図8におけるサンプルホールド容量231，232，233，234およびクランプ容量260の構造と同様である。
【０１０７】
図12(a)では、寄生容量C51，C52，C53，C54，C55，C56が示されている。寄生容量C51は、サンプルホールド容量231とサンプルホールド容量232との間の寄生容量である。寄生容量C52は、サンプルホールド容量233とサンプルホールド容量234との間の寄生容量である。寄生容量C53は、サンプルホールド容量231とサンプルホールド容量233との間の寄生容量である。寄生容量C54は、サンプルホールド容量232とサンプルホールド容量234との間の寄生容量である。寄生容量C55は、サンプルホールド容量233とクランプ容量260との間の寄生容量である。寄生容量C56は、サンプルホールド容量234とクランプ容量260との間の寄生容量である。
【０１０８】
サンプルホールド容量231とサンプルホールド容量232は、略同一の長さである長辺が向かい合った状態で配置されている。サンプルホールド容量233とサンプルホールド容量234も、同様の状態で配置されている。また、サンプルホールド容量231とサンプルホールド容量232との間の距離、および、サンプルホールド容量233とサンプルホールド容量234との間の距離は略同一である。より詳細には、左右方向に隣接する2つのサンプルホールド容量の上部電極間の距離が略同一であると共に、左右方向に隣接する2つのサンプルホールド容量の下部電極間の距離が略同一である。以上のことから、寄生容量C51，C52は略同一である。
【０１０９】
サンプルホールド容量231とサンプルホールド容量233は、略同一の長さである短辺が向かい合った状態で配置されている。サンプルホールド容量232とサンプルホールド容量234も、同様の状態で配置されている。また、サンプルホールド容量231とサンプルホールド容量233との間の距離、および、サンプルホールド容量232とサンプルホールド容量234との間の距離は略同一である。より詳細には、上下方向に隣接する2つのサンプルホールド容量の上部電極間の距離が略同一であると共に、上下方向に隣接する2つのサンプルホールド容量の下部電極間の距離が略同一である。以上のことから、寄生容量C53，C54は略同一である。
【０１１０】
サンプルホールド容量233，234は、それぞれの上部電極および下部電極の短辺がクランプ容量260の1つの辺に沿って配置されている。つまり、サンプルホールド容量233，234は、略同一の長さである短辺をクランプ容量260に向けた状態で配置されている。また、サンプルホールド容量233，234とクランプ容量260との距離は略同一である。より詳細には、サンプルホールド容量233，234の上部電極とクランプ容量260の上部電極との距離が略同一であると共に、サンプルホールド容量233，234の下部電極とクランプ容量260の下部電極との距離が略同一である。以上のことから、寄生容量C55，56は略同一である。
【０１１１】
図12(b)では、寄生容量C57，C58，C59，C60，C61，C62が示されている。サンプルホールド容量232と対向するサンプルホールド容量231の長辺の反対側の長辺は、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量232と対向している。寄生容量C57は、サンプルホールド容量231と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量232との間の寄生容量である。サンプルホールド容量231と対向するサンプルホールド容量232の長辺の反対側の長辺は、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量231と対向している。寄生容量C58は、サンプルホールド容量232と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量231との間の寄生容量である。
【０１１２】
サンプルホールド容量234と対向するサンプルホールド容量233の長辺の反対側の長辺は、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量234と対向している。寄生容量C59は、サンプルホールド容量233と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量234との間の寄生容量である。サンプルホールド容量233と対向するサンプルホールド容量234の長辺の反対側の長辺は、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量233と対向している。寄生容量C60は、サンプルホールド容量234と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量233との間の寄生容量である。
【０１１３】
サンプルホールド容量231と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量232との距離、サンプルホールド容量232と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量231との距離、サンプルホールド容量233と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量234との距離、サンプルホールド容量234と、隣接する他の画素グループ30内のサンプルホールド容量233との距離は全て略同一である。以上のことから、寄生容量C57，C58，C59，C60は全て略同一である。
【０１１４】
サンプルホールド容量233と対向するサンプルホールド容量231の短辺の反対側の短辺は、隣接する他の画素グループ30内のクランプ容量260と対向している。寄生容量C61は、サンプルホールド容量231と、隣接する他の画素グループ30内のクランプ容量260との間の寄生容量である。サンプルホールド容量234と対向するサンプルホールド容量232の短辺の反対側の短辺は、隣接する他の画素グループ30内のクランプ容量260と対向している。寄生容量C62は、サンプルホールド容量232と、隣接する他の画素グループ30内のクランプ容量260との間の寄生容量である。
【０１１５】
サンプルホールド容量231，232と、隣接する他の画素グループ30内のクランプ容量260との距離は略同一である。より詳細には、サンプルホールド容量231，232の上部電極と、隣接する他の画素グループ30内のクランプ容量260の上部電極との距離が略同一であると共に、サンプルホールド容量231，232の下部電極と、隣接する他の画素グループ30内のクランプ容量260の下部電極との距離が略同一である。さらに、サンプルホールド容量231，232と、隣接する他の画素グループ30内のクランプ容量260との距離は、同じ画素グループ30内のサンプルホールド容量233，234とクランプ容量260との距離と略同一である。以上のことから、寄生容量C61，C62は寄生容量C55，56と略同一である。
【０１１６】
上述したように、寄生容量C51，C52は略同一であり、寄生容量C53，C54は略同一であり、寄生容量C55，C56，C61，C62は略同一であり、寄生容量C57，C58，C59，C60は略同一である。したがって、サンプルホールド容量231，232，233，234のそれぞれに付加される寄生容量は均一となる。
【０１１７】
上述したように、本実施形態によれば、以下の条件を全て満たすようにサンプルホールド容量231，232，233，234およびクランプ容量260を配置することによって、サンプルホールド容量231，232，233，234に付加される寄生容量を均一にすることができる。したがって、画素グループ30内で生成される信号に対するゲインを均一にすることができる。
（１）左右方向あるいは上下方向に隣接する2つのサンプルホールド容量の組合せが1つの画素グループ30内に複数存在し、それらの2つのサンプルホールド容量の間の距離が、どの組合せについても等しい。
（２）左右方向あるいは上下方向に隣接する2つのサンプルホールド容量の組合せが1つの画素グループ30内に複数存在し、それらの2つのサンプルホールド容量の互いに向かい合った一辺の長さが、どの組合せについても等しい。
（３）それぞれのサンプルホールド容量と、同じ画素グループ30内のクランプ容量260または隣接する画素グループ30内のクランプ容量260との距離が等しい。
（４）同じ画素グループ30内のクランプ容量260または隣接する画素グループ30内のクランプ容量260と対向するサンプルホールド容量231，232，233，234のそれぞれの一辺の長さが等しい。
【０１１８】
図13(a)に示す配置では、例えばサンプルホールド容量1233については短辺のみがクランプ容量1260と対向し、サンプルホールド容量1234については短辺と長辺がクランプ容量1260と対向しているため、上記の（４）の条件が満たされていない。また、図13(b)に示す配置では、例えばサンプルホールド容量1234とクランプ容量1260との間の距離、および、サンプルホールド容量1233とクランプ容量1260との間の距離が異なるため、上記の（３）の条件が満たされていない。
【０１１９】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【０１２０】
1  レンズ部、2  レンズ制御装置、3  固体撮像装置、4  駆動回路、5  メモリ、6  信号処理回路、7  記録装置、8  制御装置、9  表示装置、20  第１基板、21  第２基板、100  画素、130，280  電流源、200  画素部、201，202，203，204  光電変換素子、211，212，213，214  第１転送トランジスタ、220  第１リセットトランジスタ、221，222，223，224  第２リセットトランジスタ、230  電荷保持部、231，232，233，234，1231，1232，1233，1234  サンプルホールド容量、240  第１増幅トランジスタ、241，242，243，244  第２増幅トランジスタ、250  接続部、260，1260  クランプ容量、271，272，273，274  第２転送トランジスタ、291，292，293，294  選択トランジスタ、300  垂直走査回路、350  列処理回路、400  水平走査回路、410  出力アンプ
【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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