CN104520993B - 固体摄像装置 - Google Patents

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Abstract

像素(10)具备：光电转换部(21)；电荷累积部(115)；栅极与电荷累积部(115)连接的放大晶体管(116)；源极与放大晶体管(116)的源极连接、漏极与列信号线(23)连接的选择晶体管(202)；以及源极与电荷累积部(115)连接、漏极与列信号线(23)连接的复位晶体管(117)，在像素信号读出期间，使选择晶体管(202)成为导通状态的第一电压被施加到选择晶体管(202)的栅极，使复位晶体管(117)成为非导通状态的第二电压被施加到复位晶体管(117)的栅极，在电荷累积部(115)复位期间，第一电压与第二电压的中间电压被施加到选择晶体管(202)的栅极。

Description

固体摄像装置
技术领域
本发明涉及固体摄像装置，尤其涉及层叠型的固体摄像装置。
背景技术
在专利文献1中示出了层叠型的固体摄像装置。在专利文献1所示的层叠型的固体摄像装置中，在对信号电荷进行复位时产生噪声。具体而言，当复位脉冲在断开时的脉冲形状陡峻的情况下，由于沟道上的电荷移动到复位晶体管的源极以及漏极的哪一方是随机的，因而出现kTC噪声。并且，因复位信号线与像素电极等之间的电容耦合也会产生kTC噪声。
并且，层叠型的固体摄像装置即使采用相关双采样，也不能完全消除kTC噪声。这是因为，在层叠型的固体摄像装置中，被设置在半导体衬底上方的光电转换部与半导体衬底是由金属等导电性高的材料来连接的，因而不能将电荷完全传送。在复位后残留有kTC噪声的状态下，由于加上了下一个信号电荷，因此，读出的是重叠了kTC噪声的信号电荷。因此，专利文献1所示的固体摄像装置具有kTC噪声增大的问题。
为了降低kTC噪声，提出了专利文献2的技术。
图14示出了专利文献2公开的单位像素以及其周边电路。在专利文献2所示的固体摄像装置中，在光电二极管512生成的信号电荷的复位是通过将被选择的行的单位像素510的行选择晶体管518完全导通而开始的。在此，该行的所有的单位像素510的放大晶体管514的一方的端子，经由列信号线524，与源极电源530中所包含的低阻抗电压源连接。与电源线522连接的晶体管520，通过栅极526被施加波形Vbias的偏压，从而成为电流源。放大晶体管514与晶体管520构成具有负的增益的放大器。并且，复位晶体管516的沟道电阻通过递减复位电源550而变化。即，通过将从递减复位电源550发生的倾斜波形的复位脉冲施加到复位晶体管516的栅极，从而复位晶体管516的沟道电阻逐渐增加。在复位晶体管516发生的kTC噪声的带宽，由于与复位晶体管516的沟道电阻成反比，因此，在沟道电阻増加时kTC噪声的带宽降低。为此，kTC噪声的带宽若降低到由放大晶体管514以及晶体管520构成的放大器的带宽，则kTC噪声能够有效地由来自该放大器的负反馈来抑制。
(现有技术文献)
(专利文献)
专利文献1 日本 特开昭55-120182号公报
专利文献2 日本 特表2002-510944号公报
专利文献2所公开的技术如图14所示，单位像素510仅能够适应于具有放大晶体管514、复位晶体管516、行选择晶体管518以及晶体管520这4个晶体管的情况。然而，近些年，由于需求固体摄像装置的更小型化，因此，即使在单位像素所具有的晶体管为3个的情况下，也需要能够降低kTC噪声的技术。
发明内容
鉴于上述的课题，本发明的目的在于提供一种固体摄像装置，其能够在即使单位像素所具有的晶体管为3个的情况下，也能够降低kTC噪声。
为了解决上述的课题，本发明所涉及的固体摄像装置具备：半导体衬底；像素部，在该像素部，多个像素以矩阵状被配置在所述半导体衬底；以及多个列信号线，按所述像素部的每个列而被配置，所述多个像素的每一个具备：光电转换膜；像素电极，被形成在所述光电转换膜的所述半导体衬底一侧的面上；透明电极，被形成在所述光电转换膜的与所述像素电极相反一侧的面上；电荷累积部，与所述像素电极电连接，累积来自所述光电转换膜的信号电荷；放大晶体管，输出与所述电荷累积部的信号电荷量对应的像素信号；复位晶体管，对所述电荷累积部的电位进行复位；以及选择晶体管，决定所述放大晶体管输出所述像素信号的定时，在读出与在所述光电转换膜生成的信号电荷量对应的像素信号的第一期间，使所述选择晶体管成为导通状态的第一电压被施加到所述选择晶体管的栅极端子，使所述复位晶体管成为非导通状态的第二电压被施加到所述复位晶体管的栅极端子，在对所述电荷累积部进行复位的第二期间，第三电压被施加到所述选择晶体管的栅极端子，该第三电压是所述第一电压以及所述第二电压的中间值。
通过本发明所涉及的固体摄像装置，即使在单位像素所具有的晶体管为3个的情况下，也能够降低kTC噪声。
附图说明
图1是示出实施方式所涉及的固体摄像装置的全体构成的方框图。
图2是实施方式所涉及的固体摄像装置中的3个像素的结构的截面图。
图3是第一个实施方式所涉及的固体摄像装置的像素以及控制电路的电路图。
图4是示出第一个实施方式所涉及的固体摄像装置的驱动方法的时间图。
图5是第二个实施方式所涉及的固体摄像装置的像素以及控制电路的电路图。
图6是第三个实施方式所涉及的固体摄像装置的像素以及控制电路的电路图。
图7是示出第三个实施方式所涉及的固体摄像装置的驱动方法的时间图。
图8是第四个实施方式所涉及的固体摄像装置的像素以及控制电路的电路图。
图9是示出第四个实施方式所涉及的固体摄像装置的驱动方法的时间图。
图10是第五个实施方式所涉及的固体摄像装置的像素以及控制电路的电路图。
图11是示出第五个实施方式所涉及的固体摄像装置的驱动方法的时间图。
图12是第六个实施方式所涉及的固体摄像装置的像素以及控制电路的电路图。
图13是示出第六个实施方式所涉及的固体摄像装置的驱动方法的时间图。
图14示出了专利文献2所公开的单位像素及其周边电路。
具体实施方式
以下参照附图，对实施方式所涉及的固体摄像装置以及驱动方法进行说明。并且，关于本发明所涉及的固体摄像装置，虽然利用以下的实施方式以及附图进行说明，不过这些仅为一个示例，本发明所涉及的固体摄像装置并非受这些示例所限。
(第一个实施方式)
对第一个实施方式所涉及的固体摄像装置的全体构成进行说明。
图1是示出实施方式所涉及的固体摄像装置的全体构成的方框图。该图中所记载的固体摄像装置1具备：多个像素10被配置成矩阵状的像素部12；行信号驱动电路13a和13b；由按每个列配置的放大电路构成的列放大器电路14；由被配置在各个列的相关双采样(CDS)电路等构成的噪声消除电路15；水平驱动电路16；以及输出级放大器17。
图2是实施方式所涉及的固体摄像装置的3个像素的结构截面图。并且，在实际的固体摄像装置中，在像素部12例如有1000万个像素被配置成矩阵状。如图2所示，固体摄像装置1具备：微型透镜101、红色滤光片104、绿色滤光片103、蓝色滤光片102、保护膜105、平坦化膜106、上部电极107、光电转换膜108、电子阻挡层109、电极间绝缘膜110、下部电极111、布线间绝缘膜112、供电层113、布线114、衬底118、阱119、STI区域(Shallow TrenchIsolation：浅沟槽隔离)120、以及层间绝缘层121。
衬底118是半导体衬底，例如是硅衬底。并且，P型的阱119被形成在衬底118。并且，在阱119形成有STI区域120，该区域使元件间电分离。STI区域120可以由SiO2构成，也可以由注入了高浓度的P型的杂质的分离区域构成。在阱119内，作为信号读出电路形成有：FD(电荷累积)部115、放大晶体管116、复位晶体管117、以及图中没有示出的被形成在同一像素内的选择晶体管。并且，虽然将阱119的导电型设定为P型，也可以是N型。
微型透镜101为了高效地对入射光进行聚光，从而在固体摄像装置1的最表面按照每个像素10来形成。
红色滤光片104、绿色滤光片103以及蓝色滤光片102为了拍摄彩色图像而被形成。并且，红色滤光片104、绿色滤光片103以及蓝色滤光片102被形成在各个微型透镜101的正下方、且在保护膜105内。为了形成在所有的1000万像素上不出现聚光以及色彩的不均一的微型透镜101以及彩色滤光片群，从而使这些光学元件形成在平坦化膜106上。平坦化膜106例如由SiN构成。
上部电极107被形成在整个像素部12的平坦化膜106的下面，即是被形成在光电转换膜108的与下部电极111相反一侧的面上。该上部电极107是使可见光透过的透明电极。例如，上部电极107由ITO(Indium Tin Oxide：氧化铟锡)构成。
光电转换膜108将光转换为信号电荷。具体而言，光电转换膜108被形成在上部电极107的下面，由具有高的光吸收率的有机分子构成。并且，光电转换膜108的厚度例如约为500nm。并且，光电转换膜108例如通过真空淀积法而被形成。上述的有机分子在波长约为400nm至大约700nm的可见光的所有范围内具有高的光吸收率。
电子阻挡层109被形成在光电转换膜108的下面，对通过入射光的光电转换而发生的空穴进行传导，并且阻止来自下部电极111的电子注入。该电子阻挡层109被形成在具有高平坦度的电极间绝缘膜110以及下部电极111之上。电子阻挡层109例如由有机材料构成。
多个下部电极111被形成在衬底118的上方，是在光电转换膜108的衬底118一侧的面上被配置成矩阵状的像素电极。并且，多个下部电极111彼此以0.2μm的间隔而被电隔离。具体而言，下部电极111被形成在电极间绝缘膜110之间，对在光电转换膜108发生的空穴进行收集。该下部电极111例如由TiN构成。并且，下部电极111被形成在平坦化后的厚度约为100nm的布线间绝缘膜112上。
在电极间绝缘膜110的下方、并且是布线间绝缘膜112的下面设置有供电层113。该供电层113例如由Cu构成。具体而言，供电层113被形成在相邻的下部电极111之间、且是下部电极111与衬底118之间。并且，能够对供电层113提供与下部电极111无关的电位。具体而言，光电转换膜108在进行光电转换的曝光工作时、以及信号读出电路进行生成与信号电荷量对应的像素信号的读出工作时，向供电层113提供用于排斥信号电荷的电位。例如，在信号电荷为空穴的情况下，施加正电压。通过此构成，在各个像素能够防止相邻的像素中的空穴混入。并且，对于向供电层113进行电压印加的控制，例如由固体摄像装置1所具备的控制部(未图示)来执行。
在供电层113连接有布线层114。并且，布线层114与信号读出电路的FD部115以及放大晶体管116的栅极端子连接。FD部115与下部电极111电连接，是对来自光电转换膜108的信号电荷进行累积的电荷累积部，而且兼用作复位晶体管117的源极与漏极的一方。被形成在阱119的信号读出电路通过对多个下部电极111的每一个所发生的电流或电压的变化进行检测，从而生成与信号电荷量对应的像素信号。具体而言，放大晶体管116通过对在下部电极111发生的电流或电压的变化进行放大，从而生成与信号电荷量对应的像素信号。
并且，复位晶体管117的栅极端子与复位晶体管控制线连接，通过复位晶体管控制线的电位，来控制复位晶体管117的导通与断开。例如，当复位晶体管控制线的电位为高电平时，复位晶体管117被导通。并且，复位晶体管控制线的电位为低电平时，复位晶体管117断开。
并且，选择晶体管的栅极端子与选择晶体管控制线连接，通过选择晶体管控制线的电位来控制选择晶体管的导通与断开。例如，当选择晶体管控制线的电位为高电平时，选择晶体管被导通。并且，当选择晶体管控制线的电位为低电平时，选择晶体管被断开。
图3是第一个实施方式所涉及的固体摄像装置的像素以及控制电路的电路图。具体而言，示出了在本实施方式中的属于像素部12的m(m为自然数)行n(n为自然数)列的像素10的电路及其控制电路的一个例子。像素10具有光电转换部21、FD部115、放大晶体管116、选择晶体管202、复位晶体管117。
光电转换部21通过对入射光进行光电转换，从而按照入射光量来生成信号电荷。
选择晶体管202的源极以及漏极的一方与放大晶体管116的源极以及漏极的一方连接。并且，选择晶体管202的源极以及漏极的另一方由于与被设置在像素部12的每个列的列信号线23连接，从而对是否将在放大晶体管116检测出的信号传递到列信号线23进行控制。即，选择晶体管202决定放大晶体管116输出像素信号的定时。
放大晶体管116的源极以及漏极的另一方与被设置在每个列的电源电位供给线25连接。放大晶体管116按照FD部115的信号电荷量来输出像素信号。电源电位供给线25的一端经由开关SW1，例如与供给高电平的电源电位VDD的电源电位供给电路连接。并且，电源电位供给线25的另一端经由开关SW3，而与供给接地电位的接地电位供给电路连接。并且，电源电位供给线25对属于n列的多个像素10共通连接。
复位晶体管117的源极以及漏极的一方与列信号线23连接。复位晶体管117的源极以及漏极的另一方与光电转换部21以及放大晶体管116的栅极端子连接。复位晶体管117对FD部115的电位进行复位。
列信号线23的一端经由开关SW2以及负载晶体管204，与电源电位供给电路连接。由于在负载晶体管204的栅极端子被施加了一定的电压，因此，电源电位供给电路与负载晶体管204作为定电流源来工作。由于列信号线23的另一端经由开关SW4与后级的列放大器电路等连接，因此，列信号线23的电位S23经由开关SW4被输出到后级。并且，列信号线23对属于n列的多个像素10共通连接。
在选择晶体管202的栅极端子连接有选择晶体管控制线26。在复位晶体管117的栅极端子连接有复位晶体管控制线27。选择晶体管控制线26以及复位晶体管控制线27按行而被设置。选择晶体管控制线26以及复位晶体管控制线27对属于m行的多个像素10共通连接。
并且，在第一个实施方式，构成像素10的晶体管虽然是NMOS晶体管，当阱119的导电型为N型的情况下，为PMOS晶体管。
图4是示出第一个实施方式所涉及的固体摄像装置的驱动方法的时间图。具体而言，示出了图3所示的包含像素10的第m行的像素以及其控制电路的驱动方法的时间图。在开关SW1被施加控制信号S1，在开关SW2被施加控制信号S2，在开关SW3被施加控制信号S3，在开关SW4被施加控制信号S4。在控制信号为高电平时，接通开关以成为导通状态。并且，在控制信号为低电平时，使开关断开，以成为非导通状态。
经由选择晶体管控制线26，控制信号S26被施加到选择晶体管202的栅极端子。并且，经由复位晶体管控制线27，控制信号S27被施加到复位晶体管117的栅极端子。
在时刻t1，与在光电转换部21生成的信号电荷量对应的像素信号，经由列信号线23被输出。由于控制信号S1以及S4为高电平，因此，作为第一开关的开关SW1成为导通状态，SW4也为导通状态。此时，在电源电位供给线25被供给有电源电位VDD。由于控制信号S2以及S3为低电平，因此，开关SW2以及第二开关SW3为非导通状态。并且，由于控制信号S26为高电平，因此选择晶体管202为导通状态。由于控制信号S27为低电平，因此复位晶体管117为非导通状态。此时，列信号线23的电位S23示出了与光电转换部21所生成的信号电荷量对应的像素信号。
在时刻t2，开始FD部115的复位。此时，控制信号S1、S2、S3以及S4全部反转。即，由于控制信号S1以及S4为低电平，因此SW4以及作为第一开关的开关SW1成为非导通状态。由于控制信号S2以及S3为高电平，因此开关SW2以及作为第二开关的开关SW3成为导通状态。此时，电源电位供给线25被供给了接地电位。由于控制信号S27为高电平，因此，复位晶体管117成为导通状态。控制信号S26由于是高电平与低电平的中间的电位，因此与控制信号S26为高电平时进行比较，选择晶体管202的沟道电阻变大。因此，选择晶体管202具有放大晶体管116的负载的作用。这样，放大晶体管116和选择晶体管202这两个晶体管形成所谓的共阴-共栅放大器。在共阴-共栅放大器中，比起仅以放大晶体管116来形成放大器而言，能够获得更大的增益。并且，该共阴-共栅放大器通过复位晶体管117，而输出与输入短路。因此，列信号线23的电位S23由负载晶体管204、以及该输入输出被短路的共阴-共栅放大器的特性唯一决定。
在时刻t3，控制信号S27从高电平开始逐渐下降。即，使控制信号S27缓慢地连续地变化，将控制信号S27设定成斜度特性(单调减少特性)。在复位晶体管117发生的kTC噪声的带宽与复位晶体管117的沟道电阻成反比。因此，通过使以放大晶体管116与选择晶体管202这两个晶体管形成的共阴-共栅放大器，迎合在复位晶体管117发生的kTC噪声的带宽，从而能够得到高的噪声降低效果。
在时刻t4，列信号线23的电位S23开始上升。具体而言，当复位晶体管117断开时，通过复位晶体管117的栅极端子与FD部115的耦合容量，FD部115的电位跟随复位晶体管117的栅极电压而降低。于是，放大晶体管116将FD部115的电位反转放大后输出。
在时刻t5，FD部115的复位完成了。与复位后的FD部115的电位对应的复位信号，经由列信号线23而被输出。此时，控制信号S1、S2、S3以及S4全部反转。即，由于控制信号S1以及S4为高电平，因此开关SW1以及SW4成为导通状态。由于控制信号S2以及S3为低电平，因此开关SW2以及SW3成为非导通状态。并且，由于控制信号S26为高电平，因此选择晶体管202成为导通状态。由于控制信号S27为低电平，因此复位晶体管117为非导通状态。此时，列信号线23的电位S23示出与复位后的FD部115的电位对应的复位信号。
在时刻t6，由于控制信号S26为低电平，包含像素10的第m行的像素的复位信号以及与信号电荷量对应的像素信号的读出完成。在时刻t6以后，在包含像素10的第m行的像素，在光电转换部21生成的信号电荷被累积到FD部115，准备进行与下一个信号电荷量对应的像素信号的读出。在此过程中，对于第m行以外的行，执行在时刻t1至时刻t6说明的驱动，来自第m行以外的行的像素的复位信号以及与信号电荷量对应的像素信号被依次读出。
即，在读出与光电转换膜108所生成的信号电荷量对应的像素信号的第一期间(时刻t1～时刻t2)，在选择晶体管202的栅极端子被施加有使选择晶体管202成为导通状态的高电平的第一电压，在复位晶体管117的栅极端子施加有使复位晶体管117成为非导通状态的低电平的第二电压，在对FD部115进行复位的第二期间(时刻t2～时刻t5)，在选择晶体管202的栅极端子被施加有第三电压，该第三电压是上述第一电压以及上述第二电压的中间值。
并且，在上述第二期间，在复位晶体管117的栅极端子被施加有使上述第一电压连续地变化为第二电压的电压，上述第一电压是使复位晶体管117成为导通状态的电压，上述第二电压是使复位晶体管117成为非导通状态的电压。
并且，放大晶体管116的源极以及漏极的一方与电源电位供给线25连接，在上述第一期间，在电源电位供给线25被供给高电平的电源电压，在上述第二期间，在电源电位供给线25被供给低电平的接地电压。
这样，在第一个实施方式所涉及的固体摄像装置中，在对FD部115进行复位时，通过将高电平与低电平的中间的电位施加到选择晶体管202的栅极端子，从而能够使增益増大。因此，即使在单位像素所具有的晶体管为3个的情况下，也能够高效地降低kTC噪声。
(第二个实施方式)
对第二个实施方式所涉及的固体摄像装置以及其驱动方法进行说明。并且，对于实质上与第一个实施方式相同的构成赋予相同的符号，并有省略说明的情况。第二个实施方式所涉及的固体摄像装置的全体构成和截面图由于与第一个实施方式所涉及的固体摄像装置实质上相同，因此省略说明。
图5是第二个实施方式所涉及的固体摄像装置的像素以及控制电路的电路图。具体而言，示出了本实施方式中的属于像素部12的m(m为自然数)行n(n为自然数)列的像素10的电路以及其控制电路的一个例子。以与第一个实施方式中的像素10的电路以及其控制电路不同的构成为中心进行说明。
负载晶体管204的源极以及漏极的一方与供给电源电位VDD的电源电位供给电路连接。负载晶体管204的源极以及漏极的另一方经由开关SW2，与列信号线23连接。并且，负载晶体管204的源极以及漏极的另一方与放大器321的输入端子连接。放大器321的输出端子经由电容322，与FD部115以及放大晶体管116的栅极端子连接。通过此构成，能够增加被施加到复位晶体管117的源极漏极间的电压的振幅，从而能够进一步增大降低kTC噪声的效果。
并且，在第二个实施方式中，构成像素10的晶体管虽然是NMOS晶体管，但是在阱119的导电型为N型的情况下为PMOS晶体管。
图5所示的包含像素10的第m行的像素以及其控制电路的驱动方法的时间图，与图4所示的第一个实施方式的时间图实质上相同。在从时刻t2到时刻t5的期间中，使选择晶体管202和放大晶体管116这两个晶体管作为共阴-共栅放大器来工作，来降低在复位晶体管117发生的kTC噪声。
这样，在第二个实施方式所涉及的固体摄像装置，在对FD部115进行复位时，通过对选择晶体管202的栅极端子施加高电平与低电平的中间的电位，从而能够使增益増大，这样，即使在单位像素所具有的晶体管为3个的情况下，也能够降低kTC噪声。而且，由于通过放大器321也能够使FD部115的电位发生变化，因此，能够增大kTC噪声降低效果。
(第三个实施方式)
对第三个实施方式所涉及的固体摄像装置及其驱动方法进行说明。并且，对于与第一个实施方式实质上相同的构成赋予相同的符号，并有省略说明的情况。第三个实施方式所涉及的固体摄像装置的全体构成和截面图，由于实质上与第一个实施方式所涉及的固体摄像装置相同，因此省略说明。
图6是第三个实施方式所涉及的固体摄像装置的像素以及控制电路的电路图。具体而言，示出了本实施方式中的属于像素部12的m(m为自然数)行n(n为自然数)列的像素10的电路以及其控制电路的一个例子。以与第一个实施方式中的像素10的电路以及其控制电路不同的构成为中心进行说明。
电源-接地电位供给线331是与包含像素10的属于n列的多个像素的放大晶体管的源极以及漏极的一方连接的电源电位供给线。并且，电源-接地电位供给线331的一端经由开关SW5，有选择性的与供给电源电位VDD的电源电位供给电路或者供给接地电位的接地电位供给电路连接。
图7是示出第三个实施方式所涉及的固体摄像装置的驱动方法的时间图。具体而言，是示出图6所示的包含像素10的第m行的像素以及其控制电路的驱动方法的时间图。开关SW5被施加有控制信号S5。在控制信号S5为高电平时，电源-接地电位供给线331与电源电位供给电路连接。并且，在控制信号S5为低电平时，电源-接地电位供给线331的一端与接地电位供给电路连接。
在时刻t1，与光电转换部21生成的信号电荷量对应的像素信号，经由列信号线23而被输出。由于控制信号S4为高电平，因此SW4为导通状态。由于控制信号S2为低电平，因此开关SW2为非导通状态。由于控制信号S5为高电平，因此电源-接地电位供给线331的一端与电源电位供给电路连接。并且，由于控制信号S26为高电平，因此选择晶体管202为导通状态。由于控制信号S27为低电平，因此复位晶体管117为非导通状态。此时，列信号线23的电位S23示出与光电转换部21生成的信号电荷量对应的像素信号。
在时刻t2，开始FD部115的复位。此时，控制信号S2、S4以及S5全部反转。即，由于控制信号S4为低电平，因此开关SW4为非导通状态。由于控制信号S2为高电平，因此开关SW2为导通状态。由于控制信号S5为低电平，因此电源-接地电位供给线331的一端与接地电位供给电路连接。由于控制信号S27为高电平，因此复位晶体管117为导通状态。由于控制信号S26为高电平与低电平的中间的电位，因此选择晶体管202成为放大晶体管116的负载，以放大晶体管116与选择晶体管202这两个晶体管形成了所谓的共阴-共栅放大器。在共阴-共栅放大器中，与仅以放大晶体管116来形成放大器相比，能够使增益增大。而且，该共阴-共栅放大器通过复位晶体管117而输出与输入短路。此时，列信号线23的电位S23由负载晶体管204以及使该输入输出短路的共阴-共栅放大器自动地决定。
在时刻t3，控制信号S27从高电平开始逐渐下降。即，使控制信号S27缓慢地连续变化，将控制信号S27设定为斜度特性(单调减少特性)。在复位晶体管117发生的kTC噪声的带宽与复位晶体管117的沟道电阻成反比。因此，由放大晶体管116与选择晶体管202这两个晶体管形成的共阴-共栅放大器，能够迎合复位晶体管117所发生的kTC噪声的带宽，从而能够得到高的噪声降低效果。
在时刻t4，列信号线23的电位S23开始上升。具体而言，当复位晶体管117断开时，通过复位晶体管117的栅极端子与FD部115的容量耦合，从而FD部115的电位迎合复位晶体管117的栅极电压而下降。于是，将FD部115的电位由放大晶体管116反转放大后输出。
在时刻t5，FD部115的复位完成。与复位后的FD部115的电位对应的复位信号，经由列信号线23而被输出。此时，控制信号S2、S4以及S5全部反转。即，由于控制信号S4为高电平，因此开关SW4为导通状态。由于控制信号S2为低电平，因此开关SW2为非导通状态。由于控制信号S5为高电平，因此电源-接地电位供给线331的一端与电源电位供给电路连接。并且，由于控制信号S26为高电平，因此选择晶体管202为导通状态。由于控制信号S27为低电平，因此复位晶体管117为非导通状态。此时，列信号线23的电位S23示出与复位后的FD部115的电位对应的复位信号。
在时刻t6，由于控制信号S26为低电平，因此来自包含像素10的第m行的像素的复位信号以及与信号电荷量对应的像素信号的读出完成。时刻t6以后，在包含像素10的第m行的像素，由光电转换部21生成的信号电荷被累积到FD部115，从而准备进行与下一个信号电荷量对应的像素信号的读出。在此过程中，对于第(m+1)行等除第m行以外的行，被执行图3所说明的驱动，来自第m行以外的行的像素的复位信号以及与信号电荷量对应的像素信号被依次读出。
这样，在第三个实施方式所涉及的固体摄像装置中，在对FD部115进行复位时，通过对选择晶体管202的栅极端子施加高电平与低电平的中间的电位，从而能够使增益増大，这样，即使在单位像素所具有的晶体管为3个的情况下，也能够降低kTC噪声。
(第四个实施方式)
对第四个实施方式所涉及的固体摄像装置及其驱动方法进行说明。并且，对于与第一个实施方式或第三个实施方式实质上相同的构成赋予相同的符号，并有省略说明的情况。第四个实施方式所涉及的固体摄像装置的全体构成和截面图由于实质上与第一个实施方式所涉及的固体摄像装置相同，因此省略说明。
图8是第四个实施方式所涉及的固体摄像装置的像素以及控制电路的电路图。具体而言，示出了本实施方式中的属于像素部12的m(m为自然数)行n(n为自然数)列的像素10的电路以及其控制电路的一个例子。以与第四个实施方式中的像素10的电路以及其控制电路不同的构成为中心进行说明。列信号线23的一端经由开关SW2，与供给电源电位VDD的电源电压供给电路连接。复位晶体管117的源极以及漏极的一方与放大晶体管116的栅极端子连接。并且，复位晶体管117的源极以及漏极的另一方与放大晶体管116的源极以及漏极的一方连接。
图9是示出第四个实施方式所涉及的固体摄像装置的驱动方法的时间图。具体而言，是示出图8所示的包含像素10的第m行的像素以及其控制电路的驱动方法的时间图。
在时刻t1，开始FD部115的复位。与直到第三个实施方式不同之处是，在此时刻开始所有像素的复位。此时，由于控制信号S4为低电平，因此开关SW4为非导通状态。由于控制信号S2为高电平，因此开关SW2为导通状态。由于控制信号S5为低电平，因此电源-接地电位供给线331与接地电位供给电路连接。由于控制信号S27为高电平，因此复位晶体管117为导通状态。由于控制信号S26为高电平与低电平的中间的电位，因此选择晶体管202作为放大晶体管116的负载来工作。放大晶体管116的源极以及漏极的一方与栅极端子，经由复位晶体管117短路。因此，放大晶体管116的源极以及漏极的一方的电位由作为负载来工作的选择晶体管202而被唯一决定。此时，列信号线23的电位维持为VDD。
在时刻t2，控制信号S27从高电平开始逐渐下降。使控制信号S27缓慢地连续变化，以使控制信号S27为斜度形状。在复位晶体管117发生的kTC噪声的带宽与复位晶体管117的沟道电阻成反比。因此，由放大晶体管116以及选择晶体管202这两个晶体管形成的共阴-共栅放大器，由于能够与复位晶体管117所发生的kTC噪声的带宽迎合，因此能够得到高的噪声降低效果。
在时刻t3，放大晶体管116的源极的电位S28进一步开始下降。这是因为，复位晶体管117断开，因复位晶体管117的栅极端子与FD部115的耦合电容，而电位S28与复位晶体管117的栅极电压迎合。
在时刻t4，当所有像素的FD部115的复位完成时，所有像素同时开始曝光。即，能够实现所谓的全局复位工作。
在时刻t5，与光电转换部21所生成的信号电荷量对应的像素信号，经由列信号线23而被输出。与复位时不同之处是，在此是按行依次读出信号。由于控制信号S4为高电平，因此SW4为导通状态。由于控制信号S2为低电平，因此开关SW2为非导通状态。由于控制信号S5为高电平，因此电源-接地电位供给线331与电源电位供给电路连接。并且，由于控制信号S26为高电平，因此选择晶体管202为导通状态。由于控制信号S27为低电平，因此复位晶体管117为非导通状态。此时，列信号线23的电位S23示出与光电转换部21所生成的信号电荷量对应的像素信号。
这样，在第三个实施方式所涉及的固体摄像装置中，在对FD部115进行复位时，通过对选择晶体管202的栅极端子施加高电平与低电平的中间的电位，从而能够仅以单位像素来形成噪声降低电路，在单位像素所具有的晶体管为3个的情况下，能够降低kTC噪声。
(第五个实施方式)
对第五个实施方式所涉及的固体摄像装置及其驱动方法进行说明。并且，对于与第一个实施方式到第四个实施方式实质上相同的构成赋予相同的符号，并有省略说明的情况。第五个实施方式所涉及的固体摄像装置的全体构成和截面图由于与第一个实施方式所涉及的固体摄像装置相同，因此省略说明。
图10是第五个实施方式所涉及的固体摄像装置的像素以及控制电路的电路图。具体而言，示出了本实施方式中的属于像素部12的m(m为自然数)行n(n为自然数)列的像素10a以及属于(m+1)(m为自然数)行n(n为自然数)列的像素10b的电路以及其控制电路的一个例子。与像素10a以及10b的信号电荷对应的电压，经由负载晶体管203而被输出到列信号线23。具体而言，负载晶体管203的源极以及漏极的一方与像素10a的选择晶体管201a的源极以及漏极的一方连接，并且连接于与像素10a相邻的像素10b的选择晶体管201b的源极以及漏极的一方。负载晶体管203的源极以及漏极的另一方与包含在多个列信号线的第一列信号线，即列信号线23连接。
并且，在图10中，虽然是对在列方向上相邻的像素10a以及像素10b进行了共通连接，也可以是对在行方向上以及列方向上相邻的多个像素进行共通连接。
以下参照图11，对第五个实施方式所涉及的固体摄像装置的驱动方法进行说明。
图11是示出第五个实施方式所涉及的固体摄像装置的驱动方法的时间图。
首先，在时刻t1到时刻t4，驱动像素10a。从图10中的上到下进行垂直扫描。
在时刻t1，对负载晶体管203的控制信号S24进行导通，断开对复位晶体管117a的控制信号S27a，对选择晶体管201a的控制信号S22a进行导通。并且，与像素10b相关的控制信号S27b、S22b均为断开。并且，断开开关SW2、导通开关SW4，开关SW5与电源电位供给电路侧连接。因此，能够将像素10a通过曝光而得到的信号电荷所对应的电压，从放大晶体管116a经由SOUT来读出。
接着，在时刻t2，将控制信号S24设为中间电位，导通控制信号S27a，将控制信号S22a设为中间电位。并且，导通开关SW2，断开开关SW4，使开关SW5与接地电位供给电路连接。通过将控制信号S24设为中间电位，从而将负载晶体管203作为电阻来驱动。而且，通过将S22a也设定为中间电位，从而放大晶体管116a与选择晶体管201a能够作为将负载晶体管203视为负载的共阴-共栅放大器来工作。该共阴-共栅放大器的输入端子成为与放大晶体管116a的栅极的连接点，输出端子成为与选择晶体管201a和复位晶体管117a的连接点。该输出经由复位晶体管117a而被输入，即被反馈到放大晶体管116a的栅极，使像素复位。由于控制信号S27a逐渐被断开，因此该反馈循环的的频带逐渐变窄，当成为比kTC噪声的频带窄时，能够使kTC噪声减少。
接着，在时刻t3，使控制信号S24导通，使控制信号S27a断开，使控制信号S22a导通，使开关SW2断开，使开关SW4导通，使开关SW5与电源电位供给电路侧连接。这样，由于与时刻t1成为相同的状态，因此能够将与像素10a的复位电压对应的电压，从放大晶体管116a通过SOUT来读出。
在时刻t4到时刻t7，针对具有放大晶体管116b、复位晶体管117b以及选择晶体管201b的像素10b的驱动，与针对像素10a的驱动相同，在此省略说明。之后，针对被配置在其他的行的像素进行同样的驱动。
(第六个实施方式)
对第六个实施方式所涉及的固体摄像装置及其驱动方法进行说明。并且，对于实质上与第一个实施方式到第五个实施方式相同的构成赋予相同的符号，并有省略说明的情况。第六个实施方式所涉及的固体摄像装置的全体构成以及截面图与第一个实施方式所涉及的固体摄像装置实质上相同，在此省略说明。
图12是第六个实施方式所涉及的固体摄像装置的像素以及控制电路的电路图。具体而言，示出了本实施方式中的属于像素部12的m(m为自然数)行n(n为自然数)列的像素10的电路以及其控制电路的一个例子。
本实施方式所涉及的固体摄像装置还具备辅助放大电路401，该辅助放大电路401是一放大器，其输入端子与列信号线23连接，该列信号线23是多个列信号线中包含的第一列信号线。在负载晶体管204的源极以及漏极的一方连接有辅助放大电路401以及辅助反馈电容402。辅助放大电路401的输出端子经由开关SW6，与供给恒压V1的恒压源或者辅助反馈电容402连接。列信号线23经由寄生电容403与接地电位连接。并且，寄生电容403在第1至第五个实施方式也同样存在，在第六个实施方式中为了说明而明确示出。
以下参照图13对第六个实施方式所涉及的固体摄像装置的驱动方法进行说明。
图13是示出第六个实施方式所涉及的固体摄像装置的驱动方法的时间图。
首先，在时刻t1，使选择晶体管202的控制信号S26导通，使复位晶体管117的控制信号S27断开，将开关SW2断开，将开关SW4导通，使开关SW5连接到电源电位供给电路侧，使开关SW6与恒压源侧连接。为此，与通过对像素10曝光而得到的信号电荷对应的电压，经由放大晶体管116而被输出到SOUT。
接着，在时刻t2，使控制信号S26为中间电位，使控制信号S27导通，将开关SW2导通，将开关SW4断开，使开关SW5与接地电位供给电路连接，使开关SW6与辅助放大电路401连接。通过使控制信号S27逐渐断开，从而与第1至第五个实施方式同样，能够降低kTC噪声。但是，在放大晶体管116的互导小的情况下，由于不能充分地驱动寄生电容403，这样为了降低kTC噪声，则需要花费非常长的时间，因而成为一个缺点。这个缺点通过采用辅助放大电路401以及辅助反馈电容402而得到了解决。具体而言，将辅助放大电路401的电压增益设为B、将辅助反馈电容402的电容值设为C1、将寄生电容403的电容值设为C2。只要将下式1的左辺的值设定成仅比右边小一点，就能够实际上使寄生电容值C2变小，从而能够缩短时间。并且，若式1的左边比右边大，则会发生振荡。
C1(B-1)＝C2 (式1)
开关SW6仅在时刻t2到时刻t3的复位期间中才与辅助放大电路401连接，除此以外的时刻与恒压源连接。据此，在时刻t2至时刻t3的复位期间以外，能够切断辅助放大电路401与列信号线23的连接。
由于时刻t3以后与其他的实施方式相同，因此省略说明。
以上基于第一至第六个实施方式对本发明所涉及的固体摄像装置进行了说明，本发明并非受上述实施方式所限。在不脱离本发明的主旨的范围，实施本领域技术人员所能够想到的各种变形的方式也包含在本发明的范围内。并且，在不脱离发明的趣旨的范围内，也可以对多个实施方式中的各个构成要素进行任意地组合。
并且，上述实施方式所涉及的固体摄像装置典型地能够作为集成电路的LSI来实现。这些可以分别制成一个芯片，也可以将其中的一部分或全部制成一个芯片。
并且，集成电路化的方法不仅限于LSI，也可以以专用电路或通用处理器来实现。在LSI制造后，也可以利用可编程的FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)或利用能够将LSI内部的电路单元的连接以及设定重新构建的可重装处理器。
并且，在上述的截面图等中，虽然以直线标记了各个构成要素的角部以及边，不过由于制造上的原因，具有圆弧状的角部以及边也包含在本发明内。
并且，也可以至少包括上述实施方式所涉及的固体摄像装置的功能的一部分。
并且，以上所使用的数字均为对本发明进行具体说明的一个例子，本发明并非受这些数字所限。
并且，在上述的说明中虽然采用了MOS晶体管，也可以采用其他的晶体管。
进一步，在不脱离本发明的主旨的范围内，针对本实施方式实施本领域技术人员所能够想到的范围内的变更的各种变形例也包含在本发明内。
本发明所涉及的固体摄像装置能够应用于数字静态相机、医疗用摄像机、监视用摄像机、数码单镜头反光相机、无反光镜可换镜头式相机等。
符号说明
1 固体摄像装置
10、10a、10b 像素
12 像素部
13a、13b 行信号驱动电路
14 列放大器电路
15 噪声消除电路
16 水平驱动电路
17 输出级放大器
21 光电转换部
23、524 列信号线
25 电源电位供给线
26 选择晶体管控制线
27 复位晶体管控制线
101 微型透镜
102 蓝色滤光片
103 绿色滤光片
104 红色滤光片
105 保护膜
106 平坦化膜
107 上部电极
108 光电转换膜
109 电子阻挡层
110 电极间绝缘膜
111 下部电极
112 布线间绝缘膜
113 供电层
114 布线层
115 FD部(电荷累积部)
116、116a、116b、514 放大晶体管
117、117a、117b、516 复位晶体管
118 衬底
119 阱
120 STI区域
121 层间绝缘层
201a、201b、202 选择晶体管
203、204 负载晶体管
321 放大器
322 电容
331 电源-接地电位供给线
401 辅助放大电路
402 辅助反馈电容
403 寄生电容
510 单位像素
512 光电二极管
518 行选择晶体管
520 晶体管
522 电源线
526 栅极
530 源极电源
550 递减复位电源
S1、S2、S3、S4、S5、S22a、S22b、S24、S26、S27、S27a、S27b 控制信号
S23、S28 电位
SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6 开关

Claims (10)

1.一种固体摄像装置，
该固体摄像装置具备：
半导体衬底；
像素部，在该像素部，多个像素以矩阵状被配置在所述半导体衬底；以及
多个列信号线，按所述像素部的每个列而被配置，
所述多个像素的每一个具备：
光电转换膜；
像素电极，被形成在所述光电转换膜的朝向所述半导体衬底一侧的面上；
透明电极，被形成在所述光电转换膜的与所述像素电极相反一侧的面上；
电荷累积部，与所述像素电极电连接，累积来自所述光电转换膜的信号电荷；
放大晶体管，输出与所述电荷累积部的信号电荷量对应的像素信号；
复位晶体管，对所述电荷累积部的电位进行复位；以及
选择晶体管，决定所述放大晶体管输出所述像素信号的定时，
在读出与在所述光电转换膜生成的信号电荷量对应的像素信号的第一期间，使所述选择晶体管成为导通状态的第一电压被施加到所述选择晶体管的栅极端子，使所述复位晶体管成为非导通状态的第二电压被施加到所述复位晶体管的栅极端子，
在对所述电荷累积部进行复位的第二期间，第三电压被施加到所述选择晶体管的栅极端子，该第三电压是所述第一电压以及所述第二电压的中间值。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置，
在所述第二期间，将从所述第一电压连续变化到所述第二电压的电压，施加到所述复位晶体管的栅极端子。
3.如权利要求1所述的固体摄像装置，
所述放大晶体管的源极以及漏极的一方与电源电位供给线连接，
在所述第一期间，电源电压被供给到所述电源电位供给线，
在所述第二期间，接地电压被供给到所述电源电位供给线。
4.如权利要求1所述的固体摄像装置，
该固体摄像装置进一步具备：
负载晶体管，该负载晶体管的源极以及漏极的一方，经由开关，与所述多个列信号线所包含的第一列信号线连接；
放大器，与所述负载晶体管的所述源极以及漏极的一方连接；以及
电容，与所述放大器连接，
所述放大器的输出，经由所述电容，与所述放大晶体管的栅极端子连接。
5.如权利要求3所述的固体摄像装置，
所述电源电位供给线的一端，经由第一开关，与所述电源电压的供给源连接，
所述电源电位供给线的另一端，经由第二开关，与所述接地电压的供给源连接，
在所述第一期间，所述第一开关为导通状态，所述第二开关为非导通状态，
在所述第二期间，所述第一开关为非导通状态，所述第二开关为导通状态。
6.如权利要求3所述的固体摄像装置，
所述电源电位供给线的一端有选择性地与所述电源电压的供给源或者所述接地电压的供给源连接，
在所述第一期间，所述电源电位供给线的一端与所述电源电压的供给源连接，
在所述第二期间，所述电源电位供给线的一端与所述接地电压的供给源连接。
7.如权利要求1所述的固体摄像装置，
所述复位晶体管的源极以及漏极的一方与所述放大晶体管的栅极端子连接，
所述复位晶体管的源极以及漏极的另一方与所述放大晶体管的源极以及漏极的一方连接。
8.如权利要求1所述的固体摄像装置，
所述固体摄像装置还具备负载晶体管，
所述负载晶体管的源极以及漏极的一方与所述选择晶体管的源极以及漏极的一方连接，
所述负载晶体管的源极以及漏极的另一方与所述多个列信号线所包含的第一列信号线连接。
9.如权利要求8所述的固体摄像装置，
所述负载晶体管的源极以及漏极的一方与相邻的像素的所述选择晶体管的源极以及漏极的一方连接。
10.如权利要求1所述的固体摄像装置，
所述固体摄像装置还具备放大器，
该放大器的输入端子与所述多个列信号线所包含的第一列信号线连接，
所述放大器的输出端子，经由开关，与恒压源连接。
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