JP2000101060A - Solid-state image sensing element and control method thereof - Google Patents

Solid-state image sensing element and control method thereof

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JP2000101060A
JP2000101060A JP10265066A JP26506698A JP2000101060A JP 2000101060 A JP2000101060 A JP 2000101060A JP 10265066 A JP10265066 A JP 10265066A JP 26506698 A JP26506698 A JP 26506698A JP 2000101060 A JP2000101060 A JP 2000101060A
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charge transfer
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To raise the max. storing capacity of a photoelectric conversion element and prevent the smear. SOLUTION: This solid-state image sensing element comprises a substrate having a photoelectric conversion element 21 and a charge transfer line 22 and a power source Vod for applying a specified voltage to the substrate to remove the electric charge in the substrate and the control method thereof comprises step (a) of applying a first d-c bias voltage Vod1 to the substrate, converting a received light to an electric charge and storing the charge in the photoelectric conversion element, step (b) of reading the charge stored in the photoelectric conversion element onto the charge transfer line, and step (c) of applying a second d-c bias voltage Vod2 higher than the first d-c bias voltage to the substrate and transferring the charge on the charge transfer line.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子に関
し、特に電荷を読み出して転送する技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly, to a technique for reading and transferring electric charges.

【0002】[0002]

【従来の技術】図2は、固体撮像素子の平面図である。2. Description of the Related Art FIG. 2 is a plan view of a solid-state imaging device.

【0003】光電変換素子21は、例えばフォトダイオ
ードであり、2次元マトリックス状に多数配列される。
フォトダイオード21は、例えば、垂直方向に492
個、水平方向に660個配列される。このように構成さ
れたフォトダイオードマトリックスが撮像面を構成す
る。
The photoelectric conversion elements 21 are, for example, photodiodes, and are arranged in a large number in a two-dimensional matrix.
The photodiode 21 is, for example, 492 in the vertical direction.
And 660 in the horizontal direction. The photodiode matrix configured as described above forms an imaging surface.

【0004】フォトダイオード21は、受光した光を電
荷に変換する。垂直電荷転送路(VCCD)22は、フ
ォトダイオード21から電荷を読み出し、その電荷を垂
直方向に転送する。具体的には、駆動パルスφVに応じ
て電荷を上から下の方向に転送する。
[0004] The photodiode 21 converts received light into electric charge. The vertical charge transfer path (VCCD) 22 reads out charges from the photodiode 21 and transfers the charges in the vertical direction. Specifically, the charge is transferred from top to bottom in accordance with the drive pulse φV.

【0005】水平電荷転送路(HCCD)23は、垂直
電荷転送路22から電荷を受け取り、その電荷を水平方
向に転送する。具体的には、駆動パルスφHに応じて、
電荷を右から左の方向に転送する。
[0005] A horizontal charge transfer path (HCCD) 23 receives charges from the vertical charge transfer path 22 and transfers the charges in the horizontal direction. Specifically, according to the drive pulse φH,
Transfers charge from right to left.

【0006】アンプ24は、水平電荷転送路23から電
荷を受け、その電荷量に応じた電圧を出力する。アンプ
24からは、画像信号が出力される。2次元配列された
各フォトダイオード21は、画像を構成する画素に相当
する。
The amplifier 24 receives charges from the horizontal charge transfer path 23 and outputs a voltage corresponding to the charge amount. An image signal is output from the amplifier 24. Each photodiode 21 arranged two-dimensionally corresponds to a pixel constituting an image.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】フォトダイオード21
は、外部からの光を受光可能である。垂直電荷転送路2
2及び水平電荷転送路23は、外部からの光を遮蔽する
ための遮光膜で覆われている。外部から光を受けると、
フォトダイオード21のみに電荷が発生する。
SUMMARY OF THE INVENTION Photodiode 21
Can receive light from outside. Vertical charge transfer path 2
2 and the horizontal charge transfer path 23 are covered with a light shielding film for shielding external light. When receiving light from outside,
Electric charges are generated only in the photodiode 21.

【0008】しかし、強い光を受けると、フォトダイオ
ード21で発生した電荷が垂直電荷転送路22に洩れる
ことがある。この現象はスミアと呼ばれている。スミア
が発生すると、垂直転送路22にノイズとなる電荷が洩
れるので、画像の劣化を引き起こす。
However, when receiving strong light, charges generated in the photodiode 21 may leak to the vertical charge transfer path 22. This phenomenon is called smear. When smear occurs, charges serving as noise leak to the vertical transfer path 22, thereby causing image deterioration.

【0009】本発明は、画像の劣化を防止することがで
きる固体撮像素子又はその制御方法を提供することであ
る。
It is an object of the present invention to provide a solid-state image pickup device capable of preventing image deterioration and a control method thereof.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、光電変換素子及び電荷転送路を有する基板と、基板
内の電荷を除去するために基板に所定の電圧を印加する
ための電源とを含む固体撮像素子の制御方法であって、
(a)基板に第1の直流バイアス電圧を印加し、受光し
た光を電荷に変換して光電変換素子に蓄積する工程と、
(b)前記光電変換素子に蓄積された電荷を電荷転送路
に読み出す工程と、(c)基板に前記第1の直流バイア
ス電圧よりも大きな第2の直流バイアス電圧を印加し、
前記電荷転送路上の電荷を転送する工程とを含む固体撮
像素子の制御方法が提供される。
According to one aspect of the present invention, a substrate having a photoelectric conversion element and a charge transfer path, and a power supply for applying a predetermined voltage to the substrate to remove charges in the substrate are provided. A method for controlling a solid-state imaging device comprising:
(A) applying a first DC bias voltage to a substrate, converting received light into electric charges, and accumulating the electric charges in a photoelectric conversion element;
(B) reading the charge accumulated in the photoelectric conversion element to a charge transfer path; and (c) applying a second DC bias voltage higher than the first DC bias voltage to the substrate,
Transferring a charge on the charge transfer path.

【0011】基板には、第1又は第2の直流バイアス電
圧が印加される。第2の直流バイアス電圧は、第1の直
流バイアス電圧よりも大きい。光電変換素子に電荷を蓄
積する際には、第1の直流バイアス電圧を基板に印加
し、光電変換素子の最大可能蓄積容量を大きくする。光
電変換素子に蓄積された電荷は、電荷転送路上に読み出
される。電荷転送路上の電荷を転送する際には、第2の
直流バイアス電圧を基板に印加し、光電変換素子から電
荷転送路への電荷洩れを防止する。すなわち、スミアを
防止することができる。
A first or second DC bias voltage is applied to the substrate. The second DC bias voltage is higher than the first DC bias voltage. When accumulating charges in the photoelectric conversion element, a first DC bias voltage is applied to the substrate to increase the maximum possible storage capacity of the photoelectric conversion element. The charge stored in the photoelectric conversion element is read out on a charge transfer path. When transferring the charge on the charge transfer path, a second DC bias voltage is applied to the substrate to prevent charge leakage from the photoelectric conversion element to the charge transfer path. That is, smear can be prevented.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施例による固
体撮像素子を示し、図2に示す固体撮像素子のI−I線
に沿う断面図である。
FIG. 1 shows a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line II of the solid-state imaging device shown in FIG.

【0013】n型シリコン基板1の表面に、p型ウエル
2が形成される。p型ウエル2の表面部分にフォトダイ
オード21を構成するn型領域3及び垂直電荷転送路2
2を構成するn型領域4が形成される。n型領域3とそ
の左隣のn型領域4との間には、チャンネルストップ領
域を構成するp+ 型領域5が形成されている。
A p-type well 2 is formed on the surface of an n-type silicon substrate 1. An n-type region 3 and a vertical charge transfer path 2 constituting a photodiode 21 are formed on the surface of the p-type well 2.
An n-type region 4 constituting 2 is formed. Between the n-type region 3 and the n-type region 4 to the left of the n-type region 3, ap + -type region 5 constituting a channel stop region is formed.

【0014】垂直電荷転送路22を構成するn型領域4
の上には、絶縁膜6を介してシフトゲート電極7が形成
される。シフトゲート電極7には、シフトゲート信号S
Gが供給される。正電位のシフトゲート信号SGが供給
されると、フォトダイオード21に蓄積された電荷は、
右隣の垂直電荷転送路22に読み出される。
N-type region 4 constituting vertical charge transfer path 22
A shift gate electrode 7 is formed on the substrate with an insulating film 6 interposed therebetween. The shift gate electrode 7 has a shift gate signal S
G is supplied. When the positive potential shift gate signal SG is supplied, the electric charge accumulated in the photodiode 21 becomes
The data is read to the right vertical charge transfer path 22.

【0015】n型基板1は、正極性の可変電源Vodに
接続される。p型ウエル2は、グランドに接続される。
The n-type substrate 1 is connected to a positive variable power supply Vod. The p-type well 2 is connected to the ground.

【0016】入射光8は、フォトダイオード21に入射
する。光照射によってn型領域3に電荷が溜まる。n型
領域3に電荷が溜まり過ぎると、電子9はn型領域3か
らn型基板1にオーバーフローする。この構造をオーバ
ーフロードレイン構造という。
The incident light 8 enters the photodiode 21. Charges accumulate in the n-type region 3 by light irradiation. If the charges are excessively accumulated in the n-type region 3, the electrons 9 overflow from the n-type region 3 to the n-type substrate 1. This structure is called an overflow drain structure.

【0017】図1の右側に示すグラフは、基板電圧Vo
dに応じた電位を示す。横軸は電位を示し、縦軸は固体
撮像素子の深さ方向(垂直方向)の位置を示す。
The graph shown on the right side of FIG.
The potential corresponding to d is shown. The horizontal axis indicates the potential, and the vertical axis indicates the position in the depth direction (vertical direction) of the solid-state imaging device.

【0018】基板電圧Vodの大きさを変更すると、フ
ォトダイオード21の飽和電荷量が変更される。基板電
圧Vodを低い電圧Vod1に制御した場合と高い電圧
Vod2に制御した場合を示す。低い基板電圧Vod1
では飽和電荷量Q1が多く、高い基板電圧Vod2では
飽和電荷量Q2が少ない。
When the magnitude of the substrate voltage Vod is changed, the saturation charge of the photodiode 21 is changed. The case where the substrate voltage Vod is controlled to the low voltage Vod1 and the case where the substrate voltage Vod is controlled to the high voltage Vod2 are shown. Low substrate voltage Vod1
, The saturated charge amount Q1 is large, and at a high substrate voltage Vod2, the saturated charge amount Q2 is small.

【0019】p型ウエル2の上端は0Vである。p型ウ
エル2の深さ方向の中央部付近に、電子に対するポテン
シャルバリアのピークが形成される。低い基板電圧Vo
d1に比べ、高い基板電圧Vod2では、ポテンシャル
バリアの位置が基板表面の方向(上方向)PVに移動す
る。
The upper end of the p-type well 2 is at 0V. A peak of a potential barrier for electrons is formed near the center of the p-type well 2 in the depth direction. Low substrate voltage Vo
At a substrate voltage Vod2 higher than d1, the position of the potential barrier moves in the direction (upward) PV of the substrate surface.

【0020】低い基板電圧Vod1のときには、フォト
ダイオード21に蓄積された電荷をn型基板1に掃き出
しにくいが、高い基板電圧Vod2のときには、フォト
ダイオード21に蓄積された電荷の一部をn型基板1に
掃き出すことができる。
When the substrate voltage Vod1 is low, it is difficult to discharge the charge accumulated in the photodiode 21 to the n-type substrate 1, but when the substrate voltage Vod2 is high, a part of the charge accumulated in the photodiode 21 is transferred to the n-type substrate 1. Can be swept to one.

【0021】高い基板電圧Vod2をn型基板1に印加
することにより、フォトダイオード21に蓄積された電
荷を所定量だけ残してn型基板1に掃き出し、フォトダ
イオード21から垂直電荷転送路22に電荷が洩れるこ
とを防止できる。すなわち、スミアを防止することがで
きる。
By applying a high substrate voltage Vod2 to the n-type substrate 1, the charge accumulated in the photodiode 21 is swept to the n-type substrate 1 while leaving a predetermined amount, and the charge is transferred from the photodiode 21 to the vertical charge transfer path 22. Can be prevented from leaking. That is, smear can be prevented.

【0022】ただし、必要な電荷をフォトダイオード2
1に蓄積している間は、フォトダイオード21の飽和電
荷量が多いことが望ましいので、基板1に低電圧Vod
1を印加する必要がある。すなわち、固体撮像素子の動
作状態に応じて、基板電圧Vodを変化させる。次に、
その制御方法を説明する。
However, the necessary charges are transferred to the photodiode 2
1 is accumulated in the photodiode 1, it is desirable that the saturated charge amount of the photodiode 21 is large.
1 must be applied. That is, the substrate voltage Vod is changed according to the operation state of the solid-state imaging device. next,
The control method will be described.

【0023】図3は、固体撮像素子を制御するための信
号のタイミングチャートである。垂直電荷転送路駆動パ
ルスφVは、図2に示すように、垂直電荷転送路22を
駆動するためのパルスである。水平電荷転送路駆動パル
スφHは、図2に示すように、水平電荷転送路23を駆
動するためのパルスである。
FIG. 3 is a timing chart of signals for controlling the solid-state imaging device. The vertical charge transfer path drive pulse φV is a pulse for driving the vertical charge transfer path 22, as shown in FIG. The horizontal charge transfer path drive pulse φH is a pulse for driving the horizontal charge transfer path 23, as shown in FIG.

【0024】シフトゲートパルスSGは、図1に示すシ
フトゲート7に供給されるパルスである。基板電圧Vo
dは、図1に示すn型基板1に印加される電圧である。
基板電圧Vodのバイアス電圧は、低電圧Vod1又は
高電圧Vod2に制御される。そのバイアス電圧に電子
シャッタパルスSHを加算した電圧が基板電圧Vodに
なる。
The shift gate pulse SG is a pulse supplied to the shift gate 7 shown in FIG. Substrate voltage Vo
d is a voltage applied to the n-type substrate 1 shown in FIG.
The bias voltage of the substrate voltage Vod is controlled to the low voltage Vod1 or the high voltage Vod2. The voltage obtained by adding the electronic shutter pulse SH to the bias voltage becomes the substrate voltage Vod.

【0025】電子シャッタパルスSHは、高い基板電圧
Vod3を生成するためのパルスであり、フォトダイオ
ードに蓄積された電荷を全てn型基板1に掃き出す役割
を有する。
The electronic shutter pulse SH is a pulse for generating a high substrate voltage Vod3, and has a role of sweeping all charges stored in the photodiode to the n-type substrate 1.

【0026】まず、準備期間T1では、固体撮像素子を
初期化する。以下、具体的な動作を説明する。シフトゲ
ートパルスSGがシフトゲート7に印加され、フォトダ
イオード21に蓄積された不要な電荷が垂直電荷転送路
22に読み出される。駆動パルスφVが垂直電荷転送路
22に供給され、垂直電荷転送路22は垂直方向に電荷
を転送する。駆動パルスφHが水平電荷転送路23(図
2)に供給され、水平電荷転送路23は垂直電荷転送路
22から受けた電荷を水平方向に転送し、外部に出力す
る。この時、基板電圧Vodは低電圧Vod1(例えば
10V)である。
First, in the preparation period T1, the solid-state imaging device is initialized. Hereinafter, a specific operation will be described. The shift gate pulse SG is applied to the shift gate 7, and unnecessary charges stored in the photodiode 21 are read out to the vertical charge transfer path 22. The drive pulse φV is supplied to the vertical charge transfer path 22, and the vertical charge transfer path 22 transfers charges in the vertical direction. The drive pulse φH is supplied to the horizontal charge transfer path 23 (FIG. 2), and the horizontal charge transfer path 23 transfers the charge received from the vertical charge transfer path 22 in the horizontal direction and outputs the same to the outside. At this time, the substrate voltage Vod is the low voltage Vod1 (for example, 10 V).

【0027】後の期間T2でスミアによる不要電荷を除
去するので、準備期間T1でスミアが発生しても、その
スミアが悪影響を及ぼすことはない。そのため、準備期
間T1における基板電圧Vodは、低電圧Vod1でも
高電圧Vod2でもよい。
Since unnecessary charges due to smear are removed in the subsequent period T2, even if smear is generated in the preparation period T1, the smear does not adversely affect. Therefore, the substrate voltage Vod in the preparation period T1 may be either the low voltage Vod1 or the high voltage Vod2.

【0028】次に、不要電荷除去期間T2では、垂直及
び水平電荷転送路22,23上の不要電荷を除去する。
以下、具体的な動作を説明する。基板電圧Vodのバイ
アス電圧を高電圧Vod2(例えば14V)に変更す
る。高い基板電圧Vod2が印加されると、ポテンシャ
ルバリアが基板表面側に移動し、フォトダイオード21
内の電荷が垂直電荷転送路22に洩れることを防止でき
る。すなわち、スミアを防止できる。
Next, in the unnecessary charge removing period T2, unnecessary charges on the vertical and horizontal charge transfer paths 22 and 23 are removed.
Hereinafter, a specific operation will be described. The bias voltage of the substrate voltage Vod is changed to a high voltage Vod2 (for example, 14V). When a high substrate voltage Vod2 is applied, the potential barrier moves to the substrate surface side, and the photodiode 21
Can be prevented from leaking into the vertical charge transfer path 22. That is, smear can be prevented.

【0029】なお、図1において、フォトダイオード2
1を構成するn型領域3の深さは約3〜4μmであり、
垂直電荷転送路22を構成するn型領域4の深さは約
0.5〜1μmである。n型領域4の深さは、n型領域
3のものに比べて浅いので、基板電圧Vodを変化して
も、垂直電荷転送路22はほとんど影響を受けない。
In FIG. 1, the photodiode 2
1, the depth of the n-type region 3 is about 3 to 4 μm,
The depth of the n-type region 4 constituting the vertical charge transfer path 22 is about 0.5 to 1 μm. Since the depth of the n-type region 4 is smaller than that of the n-type region 3, even if the substrate voltage Vod is changed, the vertical charge transfer path 22 is hardly affected.

【0030】この期間T2において、基板電圧Vod
は、バイアス電圧Vod2に所定周期の電子シャッタパ
ルスSHが重畳された電圧である。その結果、基板電圧
Vodには、電子シャッタパルスSHに対応する所定周
期のパルスVod3が現れる。パルス電圧Vod3は、
例えば20〜30Vである。
In this period T2, the substrate voltage Vod
Is a voltage in which the electronic shutter pulse SH of a predetermined cycle is superimposed on the bias voltage Vod2. As a result, a pulse Vod3 of a predetermined cycle corresponding to the electronic shutter pulse SH appears in the substrate voltage Vod. The pulse voltage Vod3 is
For example, it is 20 to 30V.

【0031】パルス電圧Vod3が印加されると、フォ
トダイオード21に蓄積されている電荷のほとんどがn
型基板1に掃き出され、フォトダイオード21が初期化
される。
When the pulse voltage Vod3 is applied, most of the electric charge stored in the photodiode 21 becomes n
It is swept out to the mold substrate 1 and the photodiode 21 is initialized.

【0032】なお、電圧Vod3は、必ずしも複数のパ
ルスで構成する必要はなく、所定の期間中に電圧Vod
3を維持するようにしてもよい。ただし、高電圧Vod
3を所定時間印加するには、大きな電源を必要とする。
それに対し、所定周期のパルスVod3は、コンデンサ
の充放電特性を利用することにより、小型の回路で容易
に実現することができる。
The voltage Vod3 does not necessarily need to be composed of a plurality of pulses.
3 may be maintained. However, high voltage Vod
To apply 3 for a predetermined time, a large power supply is required.
On the other hand, the pulse Vod3 having a predetermined period can be easily realized by a small circuit by utilizing the charge / discharge characteristics of the capacitor.

【0033】不要電荷除去期間T2においても、駆動パ
ルスφV及びφHが供給され、垂直及び水平電荷転送路
22,23は不要電荷を外部に転送する。
Also in the unnecessary charge removing period T2, the driving pulses φV and φH are supplied, and the vertical and horizontal charge transfer paths 22 and 23 transfer unnecessary charges to the outside.

【0034】次に、電荷蓄積期間T3では、外部からの
光照射により、フォトダイオード21が光電変換を行っ
て必要な電荷を生成し、蓄積する。電荷蓄積期間T3
は、期間T2中の複数のシャッタパルスVod3のうち
の最後のシャッタパルスVod3から次のシフトゲート
パルスSGが供給されるまでの時間である。フォトダイ
オード21は、最後のシャッタパルスVod3により初
期化されて電荷の蓄積を開始し、次のシフトゲートパル
スSGにより電荷が垂直電荷転送路22に読み出されて
電荷の蓄積を終了する。
Next, in the charge accumulation period T3, the photodiode 21 performs photoelectric conversion by external light irradiation to generate and accumulate necessary charges. Charge accumulation period T3
Is the time from the last shutter pulse Vod3 of the plurality of shutter pulses Vod3 in the period T2 until the next shift gate pulse SG is supplied. The photodiode 21 is initialized by the last shutter pulse Vod3 and starts accumulating charges, and charges are read out to the vertical charge transfer path 22 by the next shift gate pulse SG to terminate the accumulation of charges.

【0035】この期間T3では、基板電圧Vodを低電
圧Vod1に変更する。低電圧Vod1をn型基板1に
印加することにより、フォトダイオード21の飽和電荷
量を多くし、蓄積可能な電荷量のダイナミックレンジを
広くすることができる。
In this period T3, the substrate voltage Vod is changed to the low voltage Vod1. By applying the low voltage Vod1 to the n-type substrate 1, the saturation charge of the photodiode 21 can be increased, and the dynamic range of the charge that can be stored can be widened.

【0036】基板電圧Vodの直流バイアスを高電圧V
od2から低電圧Vod1に切り換えるタイミングT5
は、最後のシャッタパルスVod3の後が好ましい。
The DC bias of the substrate voltage Vod is
Timing T5 for switching from od2 to low voltage Vod1
Is preferably after the last shutter pulse Vod3.

【0037】次に、電荷読み出し期間T4では、垂直電
荷転送路22がフォトダイオード21から読み出した電
荷を転送する。具体的には、駆動パルスφV及びφHが
供給され、垂直及び水平電荷転送路22,23が電荷を
転送する。アンプ24は、転送された電荷の電荷量に応
じた電圧を出力する。
Next, in the charge reading period T4, the vertical charge transfer path 22 transfers the charge read from the photodiode 21. Specifically, drive pulses φV and φH are supplied, and the vertical and horizontal charge transfer paths 22 and 23 transfer charges. The amplifier 24 outputs a voltage corresponding to the amount of the transferred charges.

【0038】この期間T4では、基板電圧Vodのバイ
アス電圧を高電圧Vod2(例えば14V)に変更す
る。高い基板電圧Vod2を印加することにより、フォ
トダイオード21内の電荷が垂直電荷転送路22に洩れ
ることを防止できる。すなわち、スミアを防止できる。
In this period T4, the bias voltage of the substrate voltage Vod is changed to a high voltage Vod2 (for example, 14V). By applying the high substrate voltage Vod2, it is possible to prevent the charge in the photodiode 21 from leaking to the vertical charge transfer path 22. That is, smear can be prevented.

【0039】基板電圧Vodの直流バイアスを低電圧V
od1から高電圧Vod2に切り換えるタイミングT6
は、シフトゲートパルスSGの後に限定されず前でもよ
い。タイミングT6は、シフトゲートパルスSGの直前
又は直後が好ましく、特に直後が好ましい。
The DC bias of the substrate voltage Vod is changed to the low voltage V
Timing T6 for Switching from od1 to High Voltage Vod2
Is not limited to after the shift gate pulse SG and may be before. The timing T6 is preferably immediately before or immediately after the shift gate pulse SG, and particularly preferably immediately after.

【0040】また、基板電圧Vodには、バイアス電圧
Vod2に所定周期のパルスVod3(例えば20〜3
0V)が現れる。このパルスVod3により、フォトダ
イオード21が初期化され、スミアを防止できる。
The substrate voltage Vod includes a pulse Vod3 (for example, 20 to 3) having a predetermined period in the bias voltage Vod2.
0V) appears. This pulse Vod3 initializes the photodiode 21 and prevents smear.

【0041】以上のように、電荷蓄積時間T3では、基
板電圧Vodの直流バイアスを低電圧Vod1にするこ
とにより、フォトダイオード21の電荷蓄積可能容量を
大きくする。一方、電荷読み出し期間T4では、基板電
圧Vodの直流バイアスを高電圧Vod2にすることに
より、フォトダイオード21から垂直電荷転送路22へ
の電荷の洩れを防止する。すなわち、スミアを防止す
る。
As described above, during the charge storage time T3, the charge storage capacity of the photodiode 21 is increased by setting the DC bias of the substrate voltage Vod to the low voltage Vod1. On the other hand, in the charge readout period T4, the DC bias of the substrate voltage Vod is set to the high voltage Vod2, thereby preventing the charge from leaking from the photodiode 21 to the vertical charge transfer path 22. That is, smear is prevented.

【0042】これにより、フォトダイオード21の電荷
蓄積可能容量を大きくし、かつスミアを防止することが
できる。
As a result, it is possible to increase the charge storage capacity of the photodiode 21 and prevent smear.

【0043】さらに、不要電荷除去期間T2でも、基板
電圧Vodの直流バイアスを高電圧Vod2にすること
が望ましい。
Further, it is desirable to set the DC bias of the substrate voltage Vod to the high voltage Vod2 also in the unnecessary charge removing period T2.

【0044】なお、基板電圧Vodの直流バイアスを高
電圧Vod2から低電圧Vod1に切り換えるタイミン
グT5は、不要電荷除去期間T2における複数のシャッ
タパルスVod3の前でもよい。すなわち、不要電荷除
去期間T2において、基板電圧Vodを高電圧Vod2
にして不要電荷を除去した後、基板電圧Vodを低電圧
Vod1に下げる。その後、基板電圧Vodの直流バイ
アスを低電圧Vod1にした状態で、基板電圧Vodと
してシャッタパルスVod3を印加してもよい。
The timing T5 for switching the DC bias of the substrate voltage Vod from the high voltage Vod2 to the low voltage Vod1 may be before a plurality of shutter pulses Vod3 in the unnecessary charge removal period T2. That is, in the unnecessary charge removal period T2, the substrate voltage Vod is changed to the high voltage Vod2.
After removing unnecessary charges, the substrate voltage Vod is reduced to the low voltage Vod1. Thereafter, the shutter pulse Vod3 may be applied as the substrate voltage Vod in a state where the DC bias of the substrate voltage Vod is set to the low voltage Vod1.

【0045】なお、不要電荷除去期間T2の直流バイア
ス電圧Vod2と電荷読み出し期間T4の直流バイアス
電圧Vod2とは必ずしも同じである必要はない。両電
圧は、電荷蓄積期間T2の低バイアス電圧Vod1より
も高い電圧であればよい。
Note that the DC bias voltage Vod2 in the unnecessary charge removal period T2 and the DC bias voltage Vod2 in the charge readout period T4 do not necessarily need to be the same. Both voltages may be voltages higher than the low bias voltage Vod1 in the charge accumulation period T2.

【0046】本実施例による固体撮像素子は、静止画の
撮像に適している。以上実施例に沿って本発明を説明し
たが、本発明はこれらに制限されるものではない。例え
ば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当
業者に自明であろう。
The solid-state imaging device according to this embodiment is suitable for capturing a still image. Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光電変換素子に電荷を蓄積する際には、第1の直流バイ
アス電圧を基板に印加し、光電変換素子の最大可能蓄積
容量を大きくする。光電変換素子に蓄積された電荷は、
電荷転送路上に読み出される。電荷転送路上の電荷を転
送する際には、第1の直流バイアス電圧よりも大きな第
2の直流バイアス電圧を基板に印加し、光電変換素子か
ら電荷転送路への電荷洩れを防止する。すなわち、スミ
アを防止することができる。
As described above, according to the present invention,
When accumulating charges in the photoelectric conversion element, a first DC bias voltage is applied to the substrate to increase the maximum possible storage capacity of the photoelectric conversion element. The charge stored in the photoelectric conversion element is
It is read on the charge transfer path. When transferring the charge on the charge transfer path, a second DC bias voltage higher than the first DC bias voltage is applied to the substrate to prevent charge leakage from the photoelectric conversion element to the charge transfer path. That is, smear can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例による固体撮像素子の断面図で
ある。
FIG. 1 is a sectional view of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.

【図2】固体撮像素子の平面図である。FIG. 2 is a plan view of the solid-state imaging device.

【図3】本実施例による固体撮像素子の動作を示すタイ
ミングチャートである。
FIG. 3 is a timing chart illustrating an operation of the solid-state imaging device according to the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 n型基板 2 p型ウエル 3,4 n型領域 5 p+ 型領域 6 絶縁膜 7 シフトゲート電極 8 光 9 電子 21 光電変換素子 22 垂直電荷転送路 23 水平電荷転送路 24 出力アンプREFERENCE SIGNS LIST 1 n-type substrate 2 p-type well 3, 4 n-type region 5 p + -type region 6 insulating film 7 shift gate electrode 8 light 9 electron 21 photoelectric conversion element 22 vertical charge transfer path 23 horizontal charge transfer path 24 output amplifier

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M118 AA05 BA13 CA03 DB13 FA06 FA13 FA26 FA35 5C024 AA01 CA04 FA01 FA11 GA44 GA45  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4M118 AA05 BA13 CA03 DB13 FA06 FA13 FA26 FA35 5C024 AA01 CA04 FA01 FA11 GA44 GA45

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光電変換素子及び電荷転送路を有する基板
と、基板内の電荷を除去するために基板に所定の電圧を
印加するための電源とを含む固体撮像素子の制御方法で
あって、 (a)基板に第1の直流バイアス電圧を印加し、受光し
た光を電荷に変換して光電変換素子に蓄積する工程と、 (b)前記光電変換素子に蓄積された電荷を電荷転送路
に読み出す工程と、 (c)基板に前記第1の直流バイアス電圧よりも大きな
第2の直流バイアス電圧を印加し、前記電荷転送路上の
電荷を転送する工程とを含む固体撮像素子の制御方法。
1. A method for controlling a solid-state imaging device, comprising: a substrate having a photoelectric conversion element and a charge transfer path; and a power supply for applying a predetermined voltage to the substrate to remove charges in the substrate. (A) applying a first DC bias voltage to a substrate, converting received light into electric charges, and accumulating the electric charges in a photoelectric conversion element; and (b) applying the electric charge accumulated in the photoelectric conversion element to a charge transfer path. A method for controlling a solid-state imaging device, comprising: a step of reading; and (c) a step of applying a second DC bias voltage higher than the first DC bias voltage to the substrate to transfer charges on the charge transfer path.
【請求項2】前記工程(c)は、前記第2の直流バイア
ス電圧にパルス電圧を加算した電圧を基板に印加する請
求項1記載の固体撮像素子の制御方法。
2. The method according to claim 1, wherein in the step (c), a voltage obtained by adding a pulse voltage to the second DC bias voltage is applied to the substrate.
【請求項3】さらに、(d)前記工程(b)の前に、前
記基板に印加する電圧を第1の直流バイアス電圧から第
2の直流バイアス電圧に切り換える工程を含む請求項1
又は2記載の固体撮像素子の制御方法。
3. The method according to claim 1, further comprising: (d) switching the voltage applied to the substrate from a first DC bias voltage to a second DC bias voltage before the step (b).
Or the control method of the solid-state imaging device according to 2.
【請求項4】さらに、(d)前記工程(b)の後に、前
記基板に印加する電圧を第1の直流バイアス電圧から第
2の直流バイアス電圧に切り換える工程を含む請求項1
又は2記載の固体撮像素子の制御方法。
4. The method according to claim 1, further comprising: (d) switching the voltage applied to the substrate from the first DC bias voltage to the second DC bias voltage after the step (b).
Or the control method of the solid-state imaging device according to 2.
【請求項5】さらに、(e)前記工程(a)の前に、基
板に前記第1の直流バイアス電圧よりも大きな第3の直
流バイアス電圧を印加し、前記電荷転送路上の不要電荷
を転送する工程を含む請求項1〜4のいずれかに記載の
固体撮像素子の制御方法。
5. Further, (e) before the step (a), applying a third DC bias voltage higher than the first DC bias voltage to the substrate to transfer unnecessary charges on the charge transfer path. The method for controlling a solid-state imaging device according to claim 1, further comprising the step of:
【請求項6】前記第2及び第3の直流バイアス電圧は同
じ電圧である請求項5記載の固体撮像素子の制御方法。
6. The method according to claim 5, wherein said second and third DC bias voltages are the same voltage.
【請求項7】さらに、(f)前記工程(e)の前に、光
電変換素子に蓄積された不要電荷を前記電荷転送路に読
み出す工程を含む請求項5又は6記載の固体撮像素子の
制御方法。
7. The control of the solid-state imaging device according to claim 5, further comprising a step (f) of reading unnecessary charges accumulated in a photoelectric conversion element to the charge transfer path before the step (e). Method.
【請求項8】さらに、(g)前記工程(e)の前に、前
記基板に印加する電圧を第3の直流バイアス電圧から第
1の直流バイアス電圧に切り換える工程を含む請求項5
〜7のいずれかに記載の固体撮像素子の制御方法。
8. The method according to claim 5, further comprising: (g) switching the voltage applied to the substrate from the third DC bias voltage to the first DC bias voltage before the step (e).
8. The method for controlling a solid-state imaging device according to any one of claims 7 to 7.
【請求項9】さらに、(g)前記工程(e)の後に、前
記基板に印加する電圧を第3の直流バイアス電圧から第
1の直流バイアス電圧に切り換える工程を含む請求項5
〜7のいずれかに記載の固体撮像素子の制御方法。
9. The method according to claim 5, further comprising: (g) switching the voltage applied to the substrate from the third DC bias voltage to the first DC bias voltage after the step (e).
8. The method for controlling a solid-state imaging device according to any one of claims 7 to 7.
【請求項10】基板に形成され、受光した光を電荷に変
換して蓄積する光電変換素子と、 基板に形成され、前記光電変換素子に蓄積される電荷を
転送するための電荷転送路と、 前記光電変換素子に蓄積される電荷を前記電荷転送路に
読み出すシフトゲートと、 基板に接続され、基板内の電荷を除去するために基板に
所定の電圧を印加するための電源と、 前記光電変換素子に電荷を蓄積する期間に基板に第1の
直流バイアス電圧を印加し、前記電荷転送路が前記光電
変換素子に蓄積された電荷を転送する期間に基板に前記
第1の直流バイアス電圧よりも大きな第2の直流バイア
ス電圧を印加するように前記電源を制御する制御手段と
を有する固体撮像素子。
10. A photoelectric conversion element formed on a substrate and converting received light into charges and storing the charge, a charge transfer path formed on the substrate and transferring charges stored in the photoelectric conversion element, A shift gate for reading charges accumulated in the photoelectric conversion element into the charge transfer path; a power supply connected to the substrate for applying a predetermined voltage to the substrate to remove charges in the substrate; A first DC bias voltage is applied to the substrate during a period in which the charge is accumulated in the element, and the first DC bias voltage is applied to the substrate in a period in which the charge transfer path transfers the charge accumulated in the photoelectric conversion element. Control means for controlling the power supply so as to apply a large second DC bias voltage.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004059748A1 (en) * 2002-12-25 2004-07-15 Hamamatsu Photonics K.K. Optical sensor
CN100407444C (en) * 2002-12-25 2008-07-30 浜松光子学株式会社 Optical sensor
US7442911B2 (en) 2002-12-25 2008-10-28 Hamamatsu Photonics K.K. Photodector including photodiodes having improved dynamic range, s/n ratio and speed of light detection
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