JP2000201300A - Solid-state image pickup device, image input device and reset method for solid-state image pickup device - Google Patents

Solid-state image pickup device, image input device and reset method for solid-state image pickup device

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JP2000201300A
JP2000201300A JP11311057A JP31105799A JP2000201300A JP 2000201300 A JP2000201300 A JP 2000201300A JP 11311057 A JP11311057 A JP 11311057A JP 31105799 A JP31105799 A JP 31105799A JP 2000201300 A JP2000201300 A JP 2000201300A
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reset
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徹 小泉
Tetsunobu Kouchi
哲伸 光地
Shigetoshi Sugawa
成利 須川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a device that excellently performs photoelectric conversion by inputting a pulse signal, which turns on a reset switch which applies a reset voltage to an input terminal and turns on a transferring switch transferring electric charges to the input terminal, to the reset switch and the transferring switch. SOLUTION: A high level signal is applied to the gate of a transfer switch Q1, which is turned on. Light signal electric charges which is accumulated at a photoelectric conversion part PD are read out to a diffusion area FD through the transfer switch Q1. Then, a low level signal is applied to the gate of the transferring switch Q1 is turned off. Here, a high level signal is applied to a reset switch Q2, which is turned on to reset the diffusion area FD. Moreover, the transferring switch Q1 is turned on and the photoelectric conversion PD is reset. The potential energy of the diffusion area FD is lower than that of the photoelectric conversion part PD so that all the remaining electric charges are removed.

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、デジタルカメラ、
ビデオカメラ、イメージスキャナー或いはAFセンサ等
の画像入力装置に用いられる固体撮像装置及びそのリセ
ット方法に関する。
The present invention relates to a digital camera,
The present invention relates to a solid-state imaging device used for an image input device such as a video camera, an image scanner, or an AF sensor, and a reset method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体撮像装置の代表例は、CCDイメー
ジセンサと、非CCDイメージセンサであり、前者はホ
トダイオードからなる光電変換部とCCDシフトレジス
タを有しており、後者はホトダイオード又はホトトラン
ジスタからなる光電変換部とMOSトランジスタからな
る走査回路を有している。
2. Description of the Related Art A typical example of a solid-state image pickup device is a CCD image sensor and a non-CCD image sensor. The former has a photoelectric conversion unit including a photodiode and a CCD shift register, and the latter includes a photodiode or a phototransistor. And a scanning circuit including a MOS transistor.

【0003】非CCDイメージセンサのうちには、ホト
ダイオードおよびMOSトランジスタからなるAPS
(Active Pixel Sensor)と呼ばれるものがある。
[0003] Among the non-CCD image sensors, an APS comprising a photodiode and a MOS transistor is used.
(Active Pixel Sensor).

【0004】APSは、1画素毎にホトダイオード、M
OSスイッチ、ホトダイオードからの信号を増幅するた
めの増幅回路などを含み、「XYアドレッシング」や、
「センサと信号処理回路の1チップ化」などが可能とい
った多くのメリットを有している。その一方で1画素内
の素子数が多いことから、光学系の大きさを決定するチ
ップサイズの縮小化が比較的困難であるため、いまだ固
体撮像装置の市場の大部分をCCDイメージセンサが占
めている。
APS is a photodiode, M for each pixel.
Includes an OS switch, an amplifier circuit for amplifying the signal from the photodiode, etc., such as "XY addressing"
There are many merits such as "integration of sensor and signal processing circuit into one chip". On the other hand, since the number of elements in one pixel is large, it is relatively difficult to reduce the chip size for determining the size of the optical system. Therefore, the CCD image sensor still occupies most of the solid-state imaging device market. ing.

【0005】しかし、近年、MOSトランジスタの微細
化技術の向上と「センサと信号処理回路の1チップ化」
や「低消費電力化」などの要求の高まりから、APSが
CMOSセンサ等とも呼ばれ、注目を集めている。
[0005] However, in recent years, the technology for miniaturization of MOS transistors has been improved and "sensors and signal processing circuits have been integrated into one chip".
APS is also called a CMOS sensor or the like, and is attracting attention because of increasing demands such as a low power consumption.

【0006】図23は従来のAPSの画素部の構造とそ
の動作を説明する為の模式図である。
FIG. 23 is a schematic diagram for explaining the structure and operation of a pixel portion of a conventional APS.

【0007】図23において、光電変換部PDは、CC
D等で用いられているものと同じ埋め込み型のホトダイ
オードである。埋め込み型のホトダイオードは、表面に
不純物濃度が高いp+ 層を設けることで、SiO2 面で
発生する暗電流を抑制し、また、蓄積部のn層と表面の
+ 層との間に生じる接合容量によりホトダイオードの
飽和電荷量を増やすことができる。
In FIG. 23, the photoelectric conversion unit PD is
This is the same buried photodiode as that used for D and the like. The buried photodiode suppresses dark current generated on the SiO 2 surface by providing a p + layer having a high impurity concentration on the surface, and is generated between the n layer of the accumulation portion and the p + layer on the surface. The amount of saturation charge of the photodiode can be increased by the junction capacitance.

【0008】動作は以下のとおりである。ゲートRST
にオンパルスを入力して拡散領域FDを基準電圧にリセ
ットする。その後ゲートRSTにオフパルスを入力し、
拡散領域を浮遊状態として蓄積を開始する。所定時間経
過後、ゲートTXにオンパルスを入力し、光電変換部P
Dで蓄積した光信号電荷をMOSトランジスタからなる
転送部TXを介し増幅部の入力端子である浮遊拡散領域
FDに読み出す。この浮遊拡散領域FDの容量CFDによ
り信号電荷Qsig をQsig /CFDに電圧変換し、浮遊拡
散領域FDを入力端子とするソースフォロワ回路を通し
て信号を読み出す。
The operation is as follows. Gate RST
To reset the diffusion region FD to the reference voltage. After that, an off pulse is input to the gate RST,
The accumulation is started with the diffusion region in a floating state. After a lapse of a predetermined time, an ON pulse is input to the gate TX, and the photoelectric conversion unit P
The optical signal charges accumulated in D are read out to the floating diffusion region FD, which is the input terminal of the amplification unit, via the transfer unit TX composed of a MOS transistor. The signal charge Q sig by capacitance C FD of the floating diffusion region FD and a voltage converted to Q sig / C FD, reads the signal through the source follower circuit to the input terminal of the floating diffusion region FD.

【0009】埋め込み型のホトダイオードに逆バイアス
電圧を印加すると、そのバイアス電圧に応じて表面のp
+ 層との間のPN接合及び基板のP型ウエルPWLとの
間のPN接合からそれぞれ空乏層がn層内に上下に延び
る。この時、ホトダイオードのn層内の電子数は、両空
乏層に挟まれた中性領域の電子数にほぼ等しく、空乏層
幅に比例して減少する。逆バイアス電圧が0Voltの時の
前述の中性領域の電子数が飽和電荷量Qsatに相当す
る。逆バイアスにより、両空乏層が延び、両空乏層が接
触し合うと、ホトダイオード内は完全に空乏化して、中
性領域はなくなる。
When a reverse bias voltage is applied to the buried photodiode, the p-type voltage on the surface depends on the bias voltage.
From the PN junction with the + layer and the PN junction with the P-type well PWL of the substrate, a depletion layer extends vertically in the n-layer. At this time, the number of electrons in the n-layer of the photodiode is substantially equal to the number of electrons in the neutral region sandwiched between both depletion layers, and decreases in proportion to the width of the depletion layer. The number of electrons in the neutral region when the reverse bias voltage is 0 Volt corresponds to the saturation charge Qsat. When both depletion layers extend due to the reverse bias and the two depletion layers come into contact with each other, the inside of the photodiode is completely depleted, and the neutral region disappears.

【0010】この時の逆バイアス電圧を以下、空乏化電
圧Vdpと称する。
The reverse bias voltage at this time is hereinafter referred to as a depletion voltage Vdp.

【0011】より大きな逆バイアス電圧を印加するとホ
トダイオードのn層内の電子濃度は、逆バイアスに対し
指数関数的に減少する。
When a larger reverse bias voltage is applied, the electron concentration in the n-layer of the photodiode decreases exponentially with respect to the reverse bias.

【0012】上記APSにおいて、読み出した際に、ホ
トダイオードのn層内が、空乏化すれば、光によって発
生した電荷は、ほぼ完全に浮遊拡散領域FDに転送され
て、ホトダイオード内の電子のリセットが達成される。
以下、この様にホトダイオードの電荷が完全に転送され
る転送方式を空乏転送と称する。
In the APS described above, if the inside of the n-layer of the photodiode is depleted at the time of reading, the charge generated by the light is almost completely transferred to the floating diffusion region FD, and the electrons in the photodiode are reset. Achieved.
Hereinafter, such a transfer method in which the charges of the photodiode are completely transferred is referred to as depletion transfer.

【0013】図24では、ホトダイオードの飽和電荷量
に対する、飽和電荷を読み出した際の浮遊拡散領域FD
の電圧値をX,Yとして示すとともに、飽和電荷量に対
する空乏化電圧をZとして示す。
In FIG. 24, the floating diffusion region FD when the saturated charge is read out with respect to the saturated charge amount of the photodiode is shown.
Are shown as X and Y, and the depletion voltage with respect to the saturation charge amount is shown as Z.

【0014】浮遊拡散領域FDの電圧値VFDsat は以下
の式で与えられる。
The voltage value V FDsat of the floating diffusion region FD is given by the following equation.

【0015】VFDsat =Vres−Qsat/CFD Vresは浮遊拡散領域のリセット電圧、Qsatはホトダイ
オードの飽和電荷量、CFDは浮遊拡散領域の容量であ
る。
[0015] V FDsat = Vres-Qsat / C FD Vres reset voltage of the floating diffusion region, QSAT the saturation charge amount of the photodiode, is C FD is the capacitance of the floating diffusion region.

【0016】一般的にホトダイオードの飽和電荷は、所
望の感度を達成するに必要なある値以上でなければなら
ない。その値が例えば図24中のAであるとする。ま
た、前述の空乏転送を達成するためには、 VFDsat >Vdp を達成することが求められる。ここでVdpはホトダイオ
ードの空乏化電圧である。その値が図24中のBであ
る。VFDsat <Vdpの場合、ホトダイオードの逆バイア
ス電圧が浮遊拡散領域の電圧となり、ホトダイオード内
には中性領域が存在し、前述の両空乏層に因る容量と、
浮遊拡散領域の容量との容量分割で信号電圧が読み出さ
れることになる。それとともに読み出し後でも、ホトダ
イオード内には、飽和電荷量Qsatに近い量の電子が存
在することになり、残像およびノイズの原因になる。
Generally, the saturation charge of a photodiode must be above a certain value necessary to achieve the desired sensitivity. Assume that the value is, for example, A in FIG. Further, in order to achieve the above-described depletion transfer, it is necessary to achieve V FDsat > Vdp. Here, Vdp is a depletion voltage of the photodiode. The value is B in FIG. When V FDsat <Vdp, the reverse bias voltage of the photodiode becomes the voltage of the floating diffusion region, a neutral region exists in the photodiode, and the capacitance caused by the two depletion layers described above;
The signal voltage is read out by the capacitance division with the capacitance of the floating diffusion region. At the same time, even after reading, electrons in the photodiode have an amount close to the saturated charge amount Qsat, which causes afterimages and noise.

【0017】以上のとおり、従来のAPSではホトダイ
オードの飽和電荷量Qsatが、A<Qsat<Bを満足す
る、即ち区間Cにあるように設計されていた。
As described above, the conventional APS is designed so that the saturated charge amount Qsat of the photodiode satisfies A <Qsat <B, that is, is in the section C.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、飽和電
荷量Qsatもしくは空乏化電圧Vdpは、製造工程のバラ
ツキの影響を受けやすい。例えば、ホトダイオードのn
層を形成する際のイオン打込みのドーズ量が10%変動
すると、空乏化電圧は0.4Voltも変動してしまう。こ
の結果、製造歩留まりが低くなってしまう。
However, the saturation charge Qsat or the depletion voltage Vdp is easily affected by variations in the manufacturing process. For example, n
If the ion implantation dose in forming the layer fluctuates by 10%, the depletion voltage fluctuates by 0.4 Volt. As a result, the production yield is reduced.

【0019】本発明の目的は、光電変換部に残る残留電
荷を減らし、良好に光電変換を行い得る固体撮像装置と
そのリセット方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of reducing residual charges remaining in a photoelectric conversion portion and performing good photoelectric conversion, and a reset method thereof.

【0020】本発明の別の目的は、所望のリセット動作
を行い得る固体撮像装置の製造時のプロセス許容度を拡
げることにある。
Another object of the present invention is to increase the process latitude in manufacturing a solid-state imaging device capable of performing a desired reset operation.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、光電変換部と、増幅部の入力端子と、該光電変換部
から該入力端子に電荷を転送するための転送スイッチ
と、該入力端子にリセット電圧を印加する為のリセット
スイッチと、を有し、前記リセットスイッチをオンにす
るとともに該転送スイッチをオンする為のパルス信号
を、該リセットスイッチ及び該転送スイッチに入力する
ことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a solid-state imaging device comprising: a photoelectric conversion unit; an input terminal of an amplification unit; a transfer switch for transferring charge from the photoelectric conversion unit to the input terminal; A reset switch for applying a reset voltage to a terminal, wherein a pulse signal for turning on the reset switch and turning on the transfer switch is input to the reset switch and the transfer switch. And

【0022】また本発明の固体撮像装置は、光電変換部
と、増幅部の入力端子と、該光電変換部から該入力端子
に電荷を転送するための転送スイッチと、該入力端子に
リセット電圧を印加する為のリセットスイッチと、を有
し、前記リセットスイッチをオンにするとともに該転送
スイッチをオンする為のパルス信号を発生させる回路を
有することを特徴とする。
Further, the solid-state imaging device according to the present invention includes a photoelectric conversion unit, an input terminal of an amplification unit, a transfer switch for transferring charge from the photoelectric conversion unit to the input terminal, and a reset voltage applied to the input terminal. And a circuit for generating a pulse signal for turning on the reset switch and turning on the transfer switch.

【0023】本発明の画像入力装置は、上記本発明の固
体撮像装置と、該固体撮像装置の露光時間を定める為の
メカニカルシャッターと、を具備するものである。
An image input device according to the present invention includes the solid-state imaging device according to the present invention, and a mechanical shutter for determining an exposure time of the solid-state imaging device.

【0024】本発明の固体撮像装置のリセット方法は、
上記本発明の固体撮像装置のリセット方法において、電
荷の蓄積前に、前記リセットスイッチをオンするととも
に該転送スイッチをオンして、前記光電変換部の電荷を
除去することを特徴とする。
The reset method of the solid-state imaging device according to the present invention comprises:
In the reset method of the solid-state imaging device according to the present invention, before the charge is accumulated, the reset switch is turned on and the transfer switch is turned on to remove the charge of the photoelectric conversion unit.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】(実施形態1)図1は本発明の一
実施の形態による固体撮像装置の一画素の回路図であ
り、図2はその動作タイミングを示すタイミングチャー
トである。本形態は、後述する各実施形態にも共通に適
用される基本的な構成を含む。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a circuit diagram of one pixel of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a timing chart showing the operation timing. This embodiment includes a basic configuration commonly applied to each embodiment described later.

【0026】光電変換部PDは、PN接合又はPIN接
合を有するホトダイオード等からなり、その一方の端子
は逆バイアスを与えるための基準電位に保持され、他方
の端子は転送スイッチQ1に接続されている。図1はカ
ソードが転送スイッチQ1に接続され電子が転送される
構成を示している。
The photoelectric conversion unit PD is composed of a photodiode having a PN junction or a PIN junction. One terminal of the photoelectric conversion unit PD is held at a reference potential for applying a reverse bias, and the other terminal is connected to the transfer switch Q1. . FIG. 1 shows a configuration in which the cathode is connected to the transfer switch Q1 and electrons are transferred.

【0027】Q2はリセットスイッチであり、一方の端
子はリセット用の電圧を与えるための基準電圧源VDD
接続されている。
Q2 is a reset switch, one terminal of which is connected to a reference voltage source VDD for applying a reset voltage.

【0028】Q3は入力端子としてのゲートに入力され
た信号に応じて増幅された信号を出力する為の増幅部と
なるトランジスタである。
Q3 is a transistor serving as an amplifying unit for outputting a signal amplified according to a signal input to a gate as an input terminal.

【0029】Q4は信号を読み出すべき画素を選択する
ための選択スイッチである。
Q4 is a selection switch for selecting a pixel from which a signal is to be read.

【0030】各スイッチのゲートには、制御回路SCC
から発生された図2に示すようなパルス信号が入力され
る。
The control circuit SCC is connected to the gate of each switch.
A pulse signal as shown in FIG.

【0031】図3は、図1に示した回路の一部が作り込
まれた半導体チップの断面を模式的に示した図であり、
図4はその各領域のポテンシャルプロファイルを示す模
式図である。TXは転送スイッチのゲート下を、RST
はリセットスイッチのゲート下のポテンシャルエネルギ
ーを示している。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross section of a semiconductor chip in which a part of the circuit shown in FIG. 1 is built.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a potential profile of each region. TX is RST under the gate of the transfer switch.
Indicates the potential energy below the gate of the reset switch.

【0032】光電変換部PDにおけるn型半導体層は転
送スイッチQ1を構成するMOSトランジスタの一方の
主電極と共通化されており、転送スイッチQ1の他方の
主電極は、増幅部の入力端子となっている浮遊拡散領域
FDを兼ねている。リセットスイッチQ2は、浮遊拡散
領域FDとリセット用の基準電圧が印加される半導体領
域VDDとを一対の主電極とするMOSトランジスタか
らなる。
The n-type semiconductor layer in the photoelectric conversion unit PD is shared with one main electrode of the MOS transistor constituting the transfer switch Q1, and the other main electrode of the transfer switch Q1 serves as an input terminal of the amplifier. The floating diffusion region FD. The reset switch Q2 includes a MOS transistor having a pair of main electrodes including a floating diffusion region FD and a semiconductor region VDD to which a reset reference voltage is applied.

【0033】浮遊拡散領域FDは、トランジスタQ3の
ゲートに接続されているが、Q3,Q4の図示は、図3
では省略されている。
The floating diffusion region FD is connected to the gate of the transistor Q3, but Q3 and Q4 are shown in FIG.
Is omitted.

【0034】この装置の動作は、図2、図4に示すとお
り、まず、φRST のようにリセットスイッチQ2のゲー
トにハイレベルのパルスを入力して、拡散領域FDを基
準電圧にリセットする。この時のポテンシャルプロファ
イルは図4のP1である。
The operation of the apparatus, FIG. 2, as shown in FIG. 4, first, enter the high-level pulse to the gate of the reset switch Q2 as phi RST, resets the diffusion region FD to the reference voltage. The potential profile at this time is P1 in FIG.

【0035】次にφTXのように転送スイッチQ1のゲー
トにハイレベルのパルスを入力して、光電変換部PDを
リセットする。この時、リセットスイッチQ2はオンし
たままであるので、ポテンシャルプロファイルはP2の
ようになり、電荷を拡散領域FDに転送する。
Next, a high-level pulse is input to the gate of the transfer switch Q1 like φ TX to reset the photoelectric conversion unit PD. At this time, since the reset switch Q2 remains ON, the potential profile becomes like P2, and the charge is transferred to the diffusion region FD.

【0036】そして、転送スイッチQ1をオフして、光
電変換部PDと拡散領域FDを分離する。光電変換部P
Dに残留していた電荷は全て拡散領域FDに転送されて
いるので光電変換部PDのn層は完全に空乏化する。
Then, the transfer switch Q1 is turned off to separate the photoelectric conversion unit PD from the diffusion region FD. Photoelectric conversion unit P
Since all the charges remaining in D have been transferred to the diffusion region FD, the n-layer of the photoelectric conversion unit PD is completely depleted.

【0037】この転送スイッチQ1のオフによって、光
電変換部PDへの光電荷の蓄積が始まる。
When the transfer switch Q1 is turned off, the accumulation of photoelectric charges in the photoelectric conversion unit PD starts.

【0038】続いて、リセットスイッチQ2をオフす
る。この時のポテンシャルプロファイルはP3のように
なる。
Subsequently, the reset switch Q2 is turned off. The potential profile at this time becomes like P3.

【0039】一定時間電荷の蓄積を行った後、転送スイ
ッチQ1を再びオンして、光電変換部に蓄積された電荷
を浮遊拡散領域FDに転送する。この時のポテンシャル
プロファイルはP4のようになる。そして、転送スイッ
チQ1をオフした後、選択スイッチQ4のゲートに選択
パルスφT を入力してトランジスタQ3により増幅され
た信号を読み出す。
After accumulating the electric charge for a certain period of time, the transfer switch Q1 is turned on again to transfer the electric charge stored in the photoelectric conversion unit to the floating diffusion region FD. The potential profile at this time becomes like P4. Then, after turning off the transfer switch Q1, it reads the signal amplified by the transistor Q3 to input selection pulse phi T to the gate of the selection switch Q4.

【0040】転送スイッチQ1をオフした時のポテンシ
ャルプロファイルをP5に示す。光電変換部PDに残留
した電荷RCは、上述したリセット動作を再び行うこと
で、除去される。
P5 shows a potential profile when the transfer switch Q1 is turned off. The charge RC remaining in the photoelectric conversion unit PD is removed by performing the above-described reset operation again.

【0041】本実施の形態では、リセット用の基準電圧
DDとして空乏化電圧以上の逆バイアス電圧設定し、こ
れをリセットスイッチを介して拡散領域FDに供給した
状態で、転送スイッチQ1をオンする。
In this embodiment, the transfer switch Q1 is turned on with a reverse bias voltage higher than the depletion voltage set as the reset reference voltage VDD and supplied to the diffusion region FD via the reset switch. .

【0042】こうして、ホトダイオードに空乏化電圧以
上の逆バイアスが印加され、ホトダイオード内の残存電
荷を充分に小さくすることができる。
In this way, a reverse bias equal to or higher than the depletion voltage is applied to the photodiode, and the remaining charge in the photodiode can be sufficiently reduced.

【0043】ホトダイオードの飽和電荷量Qsatが図5
中のBとFの間の値を取った場合、従来の技術では、ホ
トダイオードに飽和電荷量相当の電荷が蓄積した状態で
転送スイッチをオンすると、VFDsat<Vdpのため、ホ
トダイオード内には、多くの電荷が存在している。この
状態で転送スイッチQ1をオフして、次の蓄積に入り、
再び信号電荷を読み出すと、前回読み出しきれなかった
電荷が混ざってしまうことになる。
The saturation charge Qsat of the photodiode is shown in FIG.
In the case of taking a value between B and F, when the transfer switch is turned on in a state where the charge equivalent to the saturated charge amount is accumulated in the photodiode, V FDsat <Vdp, There are many charges. In this state, the transfer switch Q1 is turned off, and the next accumulation starts.
When the signal charge is read again, the charge that could not be read previously is mixed.

【0044】本発明においては、次の蓄積に入る前に、
拡散領域FDを、空乏化電圧Vdp以上の逆バイアスがホ
トダイオードに印加できるに充分な電位に固定した状態
とし、転送スイッチをオンすることで、ホトダイオード
内に残った電荷を排出し、ホトダイオード内をリセット
する。
In the present invention, before entering the next accumulation,
The diffusion region FD is fixed at a potential sufficient to apply a reverse bias of not less than the depletion voltage Vdp to the photodiode, and by turning on the transfer switch, the charge remaining in the photodiode is discharged, and the inside of the photodiode is reset. I do.

【0045】この結果、信号転送の際にホトダイオード
の電荷を空乏転送しなくてもよくなり、 VFDsat =Vres−Qsat/CFD<Vdp の条件であっても、従来生じていたような残像は生じな
い。したがって、ホトダイオードの飽和電荷量Qsat
は、A<Qsat<Fを満たせばよいことになる。故に、
ホトダイオードの設計又は製造時バラツキの許容量が拡
大し、製造歩留まりが向上する。
[0045] As a result, may be the charge of the photodiode during signal transfer without depletion transfer, even a condition V FDsat = Vres-Qsat / C FD <Vdp, afterimage as conventionally occurring in Does not occur. Therefore, the saturated charge amount Qsat of the photodiode
Satisfies A <Qsat <F. Therefore,
The permissible amount of variation at the time of designing or manufacturing the photodiode is increased, and the manufacturing yield is improved.

【0046】因みに、VFDsat >Vdpとなる飽和電荷量
Qsatのマージンを拡げる方法として、リセット電圧Vr
esを大きくすることも考えられる。
[0046] Incidentally, as a method of expanding the margin of the saturation charge amount Qsat as a V FDsat> Vdp, the reset voltage Vr
It is conceivable to increase es.

【0047】即ち、浮遊拡散領域のリセット電圧Vres
の電圧をVres1からVres2に上げ、図5中実線Xから一
点鎖線Yの様にすることで、飽和電荷量Qsatのマージ
ンを区間AEまで広げることができる。しかし、この場
合、電源電圧を少なくとも5Voltより高く上げる必要が
ある。これは消費電力の上昇を招いたりセンサチップ用
に別の電源を用意する必要が生じるなど、その他のチッ
プ性能を落とす原因となる。
That is, the reset voltage Vres of the floating diffusion region
Is increased from Vres1 to Vres2 and is changed from the solid line X to the alternate long and short dash line Y in FIG. 5, the margin of the saturated charge amount Qsat can be extended to the section AE. However, in this case, it is necessary to increase the power supply voltage at least higher than 5 Volt. This leads to an increase in power consumption and a decrease in other chip performance such as a necessity of preparing another power supply for the sensor chip.

【0048】本発明では、以下に述べる実施形態を含め
て、半導体領域の導電型、電位、電荷の極性、ポテンシ
ャルエネルギーを全て逆にした形態であってもよいこと
は勿論である。 (実施形態2)以下、本発明の別の実施の形態につい
て、図6、図7及び図8を用いて更に説明する。
In the present invention, including the embodiments described below, it is a matter of course that the conductivity type, potential, charge polarity, and potential energy of the semiconductor region may be all reversed. (Embodiment 2) Another embodiment of the present invention will be further described with reference to FIGS. 6, 7 and 8. FIG.

【0049】図6は本発明の固体撮像装置の別の実施形
態を示す模式的断面図である。図7は図6の固体撮像装
置のポテンシャル図である。また図8は図6の固体撮像
装置の動作を示す駆動タイミング図である。図6の固体
撮像装置の基本回路構成は図1に示したものと同じであ
る。
FIG. 6 is a schematic sectional view showing another embodiment of the solid-state imaging device of the present invention. FIG. 7 is a potential diagram of the solid-state imaging device of FIG. FIG. 8 is a drive timing chart showing the operation of the solid-state imaging device of FIG. The basic circuit configuration of the solid-state imaging device of FIG. 6 is the same as that shown in FIG.

【0050】図6において、光電変換部となるホトダイ
オードは埋め込み型のホトダイオードであり、基板表面
に形成されたP型ウエル101、N型領域105、表面
のp領域104から構成される。既に説明したように、
埋め込み型のホトダイオードは、表面に不純物濃度の高
いp層を設けることで、SiO2 からなる酸化膜106
界面で発生する暗電流を抑制する。
In FIG. 6, a photodiode serving as a photoelectric conversion unit is a buried photodiode, and includes a P-type well 101, an N-type region 105, and a p-type region 104 formed on the surface of a substrate. As already explained,
The buried photodiode has an oxide film 106 made of SiO 2 by providing a p-layer having a high impurity concentration on the surface.
Suppresses dark current generated at the interface.

【0051】また、蓄積部のn層と表面のp層との間に
も接合容量を形成することができ、ホトダイオードの飽
和電荷量を増やすことができる。また、102は転送ス
イッチQ1のゲート電極、103は浮遊拡散領域FDと
なるN型半導体領域、107はリセットスイッチQ2の
ゲート電極である。
Further, a junction capacitance can be formed between the n-layer of the storage portion and the p-layer on the surface, so that the saturation charge of the photodiode can be increased. Reference numeral 102 denotes a gate electrode of the transfer switch Q1, reference numeral 103 denotes an N-type semiconductor region serving as a floating diffusion region FD, and reference numeral 107 denotes a gate electrode of the reset switch Q2.

【0052】図7において、PDはホトダイオード部、
TXは転送スイッチのゲートの下部、FDは浮遊拡散領
域、RSTはリセットスイッチ部のゲートの下部におけ
るポテンシャルプロファイルを模式的に示しており、図
6に対応している。
In FIG. 7, PD is a photodiode section,
TX schematically shows the potential profile below the gate of the transfer switch, FD shows the floating diffusion region, and RST shows the potential profile below the gate of the reset switch section, and corresponds to FIG.

【0053】以下、この固体撮像装置の動作について説
明する。
Hereinafter, the operation of the solid-state imaging device will be described.

【0054】図8に示すように、ホトダイオード及び浮
遊拡散領域103のリセットを行った後に、図1と同じ
ような読み出し回路により出力端子Voutからノイズ読
み出しを行う。
As shown in FIG. 8, after resetting the photodiode and the floating diffusion region 103, noise reading is performed from the output terminal Vout by the same reading circuit as in FIG.

【0055】次に、図8に示すように、転送スイッチQ
1のゲート102にハイレベルの信号(転送信号φTX
を印加して転送スイッチQ1をオンして、ホトダイオー
ドで蓄積した光信号電荷を転送スイッチを介して、浮遊
拡散領域103(FD)に読み出す。この時のポテンシ
ャル図が図7のPP1である。
Next, as shown in FIG.
A high-level signal (transfer signal φ TX ) is applied to one gate 102
Is applied to turn on the transfer switch Q1, and the optical signal charges accumulated in the photodiode are read out to the floating diffusion region 103 (FD) via the transfer switch. The potential diagram at this time is PP1 in FIG.

【0056】次に、図8に示すように、転送スイッチQ
1のゲート102にローレベルの信号を印加して、転送
スイッチQ1をオフし、読み出し信号をソースフォロワ
回路に印加して、センサ信号読み出しを行う。なお、セ
ンサ信号は浮遊拡散領域FDの容量CFDにより信号電荷
sigをQsig /CFDに電圧変換して読み出される。こ
の時のポテンシャル図が図7のPP2である。
Next, as shown in FIG.
A low-level signal is applied to the first gate 102 to turn off the transfer switch Q1, and a read signal is applied to the source follower circuit to read a sensor signal. The sensor signal is read by converting the signal charge Q sig into Q sig / C FD using the capacitance C FD of the floating diffusion region FD. The potential diagram at this time is PP2 in FIG.

【0057】次に、図8に示すように、リセットスイッ
チQ2にハイレベルの信号(リセット信号φRST )を印
加してリセットスイッチQ2をオンして浮遊拡散領域1
03をリセットし、更に転送スイッチQ1をオンして、
ホトダイオードのリセットも行う。この時のポテンシャ
ル図が図7のPP3である。ホトダイオードPDのポテ
ンシャルエネルギーより拡散領域FDのポテンシャルエ
ネルギーが低いので残留電荷は全て除かれる。
Next, as shown in FIG. 8, a high-level signal (reset signal φ RST ) is applied to the reset switch Q2 to turn on the reset switch Q2 and turn on the floating diffusion region 1.
03, and further turns on the transfer switch Q1,
The photodiode is also reset. The potential diagram at this time is PP3 in FIG. Since the potential energy of the diffusion region FD is lower than the potential energy of the photodiode PD, all residual charges are removed.

【0058】次に、転送スイッチQ1をオフした後に、
リセットスイッチQ2もオフして、リセットが終了す
る。リセット終了後のポテンシャル図が図7のPP4で
ある。
Next, after the transfer switch Q1 is turned off,
The reset switch Q2 is also turned off, and the reset ends. The potential diagram after the end of the reset is PP4 in FIG.

【0059】以上の通り、浮遊拡散領域を空乏化電圧以
上の逆バイアスが印加できる電圧に固定した状態にし、
転送スイッチを開く動作を行うことで、オーバーフロー
ドレイン素子やホトダイオードのリセット素子を別途設
けることなく、ホトダイオードを空乏化させるリセット
動作を蓄積前に行うことで、ホトダイオードの製造バラ
ツキの許容範囲を広げ、歩留まりの向上を果たすことが
できる。 (実施形態3)図9は、本実施例による固体撮像装置の
一画素部分の等価回路図である。図9中のホトダイオー
ドPDは、前述したような埋め込み型のホトダイオード
であり、Q1はホトダイオードから浮遊拡散領域FDへ
光電荷を転送する転送スイッチとなるMOSトランジス
タ、Q2は浮遊拡散領域FDをリセットするためのリセ
ットスイッチであるMOSトランジスタ、Q3は浮遊拡
散領域FDの電圧を出力するためのソースフォロワの入
力MOSトランジスタであり、Q4は画素を選択するた
めの選択スイッチであるMOSトランジスタである。ソ
ースフォロワの入力MOSトランジスタQ3は増幅部と
なり、浮遊拡散領域FDはこの増幅部の入力端子となっ
ている。
As described above, the floating diffusion region is fixed at a voltage to which a reverse bias higher than the depletion voltage can be applied.
By performing the operation of opening the transfer switch, the reset operation for depleting the photodiode is performed before accumulation without separately providing an overflow drain element or a reset element for the photodiode, thereby expanding the allowable range of manufacturing variations of the photodiode and increasing the yield. Can be improved. (Embodiment 3) FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of one pixel portion of the solid-state imaging device according to the present embodiment. The photodiode PD in FIG. 9 is a buried photodiode as described above, Q1 is a MOS transistor serving as a transfer switch for transferring photocharge from the photodiode to the floating diffusion region FD, and Q2 is for resetting the floating diffusion region FD. Is a MOS transistor as a reset switch, Q3 is an input MOS transistor of a source follower for outputting a voltage of the floating diffusion region FD, and Q4 is a MOS transistor as a selection switch for selecting a pixel. The input follower input MOS transistor Q3 serves as an amplifier, and the floating diffusion region FD serves as an input terminal of the amplifier.

【0060】図10は図9に示した画素PXを2×2個
行列に配した固体撮像装置の回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram of a solid-state imaging device in which 2 × 2 pixels PX shown in FIG. 9 are arranged in a matrix.

【0061】一行目の画素PX1、PX2においては、
選択信号線506が共通化されてパルス信号φT1が入力
されるようになっている。同様に2行目の画素PX3、
PX4においても、選択信号線506が共通化され制御
回路SCCよりパルス信号φ T2が入力されるようになっ
ている。
In the pixels PX1 and PX2 in the first row,
The selection signal line 506 is shared and the pulse signal φT1Is input
It is supposed to be. Similarly, the pixels PX3 in the second row,
Also in PX4, the selection signal line 506 is shared and controlled.
Pulse signal φ from circuit SCC T2Is entered
ing.

【0062】一列目の画素PX1、PX3においては信
号出力線504が共通化されて、負荷アレイ511及び
メモリ512に接続されている。同様に2列目の画素P
X2、PX4においても信号出力線504が共通化され
て、負荷アレイ511及びメモリ512に接続されてい
る。メモリ512はノイズ成分蓄積用の容量と信号成分
蓄積用の容量とを有しており、サンプリングパルスの入
力によりそれらの容量へ出力信号を蓄積する。
In the pixels PX1 and PX3 in the first column, the signal output line 504 is shared and connected to the load array 511 and the memory 512. Similarly, the pixel P in the second column
In X2 and PX4, the signal output line 504 is shared and connected to the load array 511 and the memory 512. The memory 512 has a capacity for accumulating noise components and a capacity for accumulating signal components, and accumulates an output signal in these capacities when a sampling pulse is input.

【0063】リセット線502、転送制御線506に
は、全画素同時に、或いは一行毎に順次、対応するトラ
ンジスタをオンする為のパルス信号が入力できるよう
に、各パルス信号を発生する制御回路SCCに接続され
ている。
A reset circuit 502 and a transfer control line 506 are supplied to a control circuit SCC for generating each pulse signal so that a pulse signal for turning on a corresponding transistor can be input simultaneously to all pixels or sequentially for each row. It is connected.

【0064】又、メモリ512に読み出された信号はシ
フトレジスタのような走査回路513により走査されて
出力端子SGより出力される。
The signal read to the memory 512 is scanned by a scanning circuit 513 such as a shift register and output from an output terminal SG.

【0065】ある1つの画素の読み出しの際に用いられ
る駆動パルスを図11の駆動タイミング図に示す。
FIG. 11 is a driving timing chart showing driving pulses used when reading out one pixel.

【0066】蓄積動作を開始する前に、リセットスイッ
チQ2をONした状態で、T1に示すように転送制御線
506にパルスφTXを入力して転送スイッチQ1をON
し、ホトダイオード内をリセットして、空乏化させる。
Before starting the accumulation operation, with the reset switch Q2 turned on, a pulse φ TX is input to the transfer control line 506 to turn on the transfer switch Q1 as shown at T1.
Then, the inside of the photodiode is reset to be depleted.

【0067】例えば、電源ライン501の電圧VDDを5
Voltとし、リセットスイッチQ2をONした状態では、
浮遊拡散領域の電圧が、約3.5Voltになるようにす
る。この時のホトダイオードの空乏化電圧Vdpは約2.
5Voltであるため、ホトダイオードのリセット動作によ
り、ホトダイオード内が空乏化する。ホトダイオードの
空乏化は残像実験により確認できる。
For example, when the voltage V DD of the power supply line 501 is 5
Volt, and with the reset switch Q2 turned on,
The voltage of the floating diffusion region is set to about 3.5 Volt. At this time, the depletion voltage Vdp of the photodiode is about 2.
Since the voltage is 5 Volt, the photodiode is depleted by the reset operation of the photodiode. Depletion of the photodiode can be confirmed by an afterimage experiment.

【0068】その後、1/30秒間の蓄積を行う。本実
施例においては、蓄積期間中の主要期間は、リセットス
イッチQ2はON状態を保持する。その後読み出しを行
うため、T3のように、リセットスイッチQ2をOFF
し、拡散領域FDをフローティング状態とする。ついで
T4のように読み出しのための選択スイッチQ4をON
する。入力MOSトランジスタQ3と信号出力線504
に接続した負荷511からなるソースフォロワにより、
浮遊拡散領域の電圧に応じた電圧が信号出力線504に
出力される。この出力をメモリ512にサンプリングす
る。
Thereafter, accumulation is performed for 1/30 seconds. In this embodiment, the reset switch Q2 keeps the ON state during the main period during the accumulation period. Thereafter, to perform reading, the reset switch Q2 is turned off as in T3.
Then, the diffusion region FD is brought into a floating state. Then, the selection switch Q4 for reading is turned on like T4.
I do. Input MOS transistor Q3 and signal output line 504
The source follower consisting of the load 511 connected to the
A voltage corresponding to the voltage of the floating diffusion region is output to the signal output line 504. This output is sampled in the memory 512.

【0069】この例では読み出し期間TR において、転
送スイッチQ1をオフにした状態で、リセットスイッチ
Q2をオンからオフに変えてから、選択スイッチQ4を
オンすることにより、画素のノイズ成分を読み出すこと
ができる。そのために、サンプリングパルスT5によっ
て、メモリ512のノイズ蓄積容量にノイズ成分を蓄積
する。
[0069] In the read period T R in this example, while turning off the transfer switch Q1, the change from on to off the reset switch Q2, by turning on the selection switch Q4, to read the noise component of the pixel Can be. Therefore, a noise component is stored in the noise storage capacity of the memory 512 by the sampling pulse T5.

【0070】そして、読み出し期間TR に転送スイッチ
Q1をパルスT6によりオンした後、サンプリングパル
スT7を入力することで、メモリ512の信号蓄積容量
に信号成分を蓄積する。
[0070] Then, after turned on by the pulse T6 the transfer switch Q1 in the read period T R, by inputting the sampling pulses T7, stores signal component in the signal storage capacity of the memory 512.

【0071】こうして、得られたノイズ成分と信号成分
は差動増幅器のような減算器によって、それらの差分出
力を得れば、ノイズが低減された出力信号を得ることが
できる。
The noise component and the signal component obtained in this manner are obtained by a subtracter such as a differential amplifier to obtain a differential output, whereby an output signal with reduced noise can be obtained.

【0072】信号成分のサンプリング時には、拡散領域
FDは浮遊状態であるため、拡散領域FDの電圧V
FDは、VFD=Vres−Q/CFD(ここでQは転送された
電荷量を示す)、即ち、リセット電圧VresからQ/C
FDだけ下がった電圧になる。この電圧に応じた信号が信
号出力線504に出力されるので、この信号をサンプリ
ングする。
At the time of sampling the signal component, since the diffusion region FD is in a floating state, the voltage V
FD is V FD = Vres−Q / C FD (where Q indicates the amount of transferred charges), that is, Q / C from the reset voltage Vres.
The voltage drops by FD . Since a signal corresponding to the voltage is output to the signal output line 504, the signal is sampled.

【0073】次に蓄積に入る前に、リセットスイッチQ
2をONし、転送スイッチQ1を開いて、ホトダイオー
ドの中を空乏化させる。
Before the next accumulation, the reset switch Q
2 is turned on, the transfer switch Q1 is opened, and the inside of the photodiode is depleted.

【0074】本実施例において、上述した動作を行い得
られた信号から光電変換特性を評価したところ良好な線
型性を確認した。また、出力が飽和状態になった時に
は、浮遊拡散領域の電圧は1.5Voltまで低下した。
In this example, when the photoelectric conversion characteristics were evaluated from the signals obtained by performing the above-described operations, good linearity was confirmed. When the output became saturated, the voltage of the floating diffusion region dropped to 1.5 Volt.

【0075】比較例として、転送スイッチQ1へのパル
スφTXを常にローレベルとして残像特性を評価したとこ
ろ、20〜30%の残像が確認された。
As a comparative example, when the pulse φ TX to the transfer switch Q1 was always set to the low level and the afterimage characteristics were evaluated, an afterimage of 20 to 30% was confirmed.

【0076】結果を以下の表にまとめる。The results are summarized in the following table.

【0077】[0077]

【表1】 (実施形態4)次に、図10に示したような固体撮像装
置の読み出し動作タイミングの他の例について述べる。
リセット動作は前述したとおりである。
[Table 1] (Embodiment 4) Next, another example of the read operation timing of the solid-state imaging device as shown in FIG. 10 will be described.
The reset operation is as described above.

【0078】図10は2×2画素の行列を示している
が、図12は3行以上の行列のうち任意の3行について
の動作タイミングを示している。
FIG. 10 shows a matrix of 2 × 2 pixels, while FIG. 12 shows operation timings for any three rows of a matrix of three or more rows.

【0079】期間7a,7b,7cはそれぞれ図11に
おける読み出し期間TR に相当する。一方、期間7A,
7B,7Cはそれぞれメモリ512に蓄積された各行の
信号を走査回路513によって順次時列的に端子SGよ
り出力する水平走査期間を示す。詳しくは、読み出し期
間7aにおいて、第n−1行の画素から読み出しを行
い、1行分のラインメモリ512にノイズ成分と光信号
成分とを書き込む。次に水平走査期間7Aにラインメモ
リ512に書き込まれた信号を順次時系列的に読み出
す。少なくとも、この水平走査期間7Aの間、全てのホ
トダイオードは蓄積を行っている。ついで、読み出し期
間7bに、第n行の画素から読み出しを行い、水平走査
期間7Bにラインメモリ512から信号を読み出した。
以上のような、読み出し動作とラインメモリからの読み
出し動作を行単位で行うローリングシャッタモードで各
行の画素からの信号を読み出した。この結果、残像のな
い、良好な動画画像が得られる。 (実施形態5)図13は本発明による固体撮像装置1を
用いた画像入力装置を示す模式図である。レンズのよう
な光学系3にメカニカルシャッタ2を設け、固体撮像装
置1の露光時間(蓄積時間)をこのシャッタ2により制
御するものである。リセット動作は前述したとおりであ
る。
[0079] period 7a, 7b, 7c correspond to the reading period T R in FIG. 11, respectively. On the other hand, period 7A,
Reference numerals 7B and 7C denote horizontal scanning periods in which signals of each row stored in the memory 512 are sequentially output from the terminal SG by the scanning circuit 513 in a time-series manner. More specifically, in the readout period 7a, reading is performed from the pixels in the (n-1) th row, and the noise component and the optical signal component are written in the line memory 512 for one row. Next, the signals written to the line memory 512 during the horizontal scanning period 7A are sequentially read in time series. At least during this horizontal scanning period 7A, all the photodiodes are accumulating. Next, reading was performed from the pixels in the n-th row during the reading period 7b, and signals were read from the line memory 512 during the horizontal scanning period 7B.
The signals from the pixels in each row were read out in the rolling shutter mode in which the readout operation and the readout operation from the line memory were performed in row units as described above. As a result, a good moving image without an afterimage can be obtained. (Embodiment 5) FIG. 13 is a schematic diagram showing an image input device using the solid-state imaging device 1 according to the present invention. A mechanical shutter 2 is provided in an optical system 3 such as a lens, and the exposure time (accumulation time) of the solid-state imaging device 1 is controlled by the shutter 2. The reset operation is as described above.

【0080】この画像入力装置の動作は以下のとおりで
ある。
The operation of this image input device is as follows.

【0081】シャッタ開放期間中の初期において、リセ
ット期間8sでホトダイオードのリセット動作を行い、
その以前に蓄積されていた信号をすべて、除去する。そ
の後蓄積を開始し、一定時間経過後にシャッタを閉じ
る。読み出し期間8aにおいてn−1行目の画素の信号
をラインメモリ等に読み出し、水平走査期間8Aにおい
て、前記ラインメモリ512に保持されている信号を走
査回路513を用い順次読み出す。次に読み出し期間8
bにn行目の画素の信号をラインメモリ512に読み出
し、水平走査期間8Bに前記ラインメモリに保持されて
いる信号を走査回路513を用い順次読み出した。以
降、各行の画素から同様な動作で信号を読み出した。こ
の方法は全ての画素の蓄積時間が同刻同時間である為、
静止画撮像に好適である。 (実施形態6)図15は、行列に配された画素を有する
センサ部と、センサ部からの信号をA/Dコンバータに
送るバスラインと、A/D変換された全画素からの信号
を保持するメモリ部とを有する固体撮像装置を示す。
At the beginning of the shutter open period, the reset operation of the photodiode is performed in the reset period 8 s,
All previously accumulated signals are removed. Thereafter, accumulation is started, and the shutter is closed after a lapse of a predetermined time. In the readout period 8a, the signals of the pixels in the (n-1) th row are read out to a line memory or the like, and in the horizontal scanning period 8A, the signals held in the line memory 512 are sequentially read out using the scanning circuit 513. Next, readout period 8
The signal of the pixel in the n-th row was read out to the line memory 512 at b, and the signals held in the line memory were read out sequentially using the scanning circuit 513 during the horizontal scanning period 8B. Thereafter, signals were read from the pixels in each row by the same operation. In this method, since the accumulation time of all pixels is the same at the same time,
It is suitable for capturing a still image. (Embodiment 6) FIG. 15 shows a sensor section having pixels arranged in a matrix, a bus line for sending a signal from the sensor section to an A / D converter, and holding signals from all A / D converted pixels. 1 shows a solid-state imaging device having a memory unit.

【0082】図16は図15に示した固体撮像装置の動
作タイミングを示している。リセット動作は前述したと
おりである。
FIG. 16 shows the operation timing of the solid-state imaging device shown in FIG. The reset operation is as described above.

【0083】リセット期間9Sにおいて、全ての画素の
リセットを行う。
In the reset period 9S, all the pixels are reset.

【0084】所定の蓄積時間が経過した後、メカニカル
シャッタ2を閉じて光情報の蓄積を終了する。
After a predetermined storage time has elapsed, the mechanical shutter 2 is closed to terminate the storage of optical information.

【0085】読み出し期間9aにおいて、n−1行目の
画素からの信号をバスラインを介してA/Dコンバータ
に入力し、アナログ信号をデジタル信号に変換した後、
デジタル信号をメモリ部の所定のアドレスに書き込む。
In the readout period 9a, a signal from a pixel on the (n-1) th row is input to an A / D converter via a bus line, and an analog signal is converted into a digital signal.
A digital signal is written to a predetermined address in the memory unit.

【0086】次に読み出し期間9bにおいて、n行目の
画素から信号を読み出し、A/D変換して、メモリ部の
別のアドレスにn行目の画素信号を書き込む。
Next, in the read period 9b, a signal is read from the pixels in the n-th row, A / D converted, and the pixel signals in the n-th row are written to another address in the memory section.

【0087】そして、読み出し期間9cにおいて、n−
1行目の画素信号を読み出し、メモリ部の更に別のアド
レスに書き込む。
Then, in the read period 9c, n-
The pixel signals in the first row are read out and written to another address of the memory unit.

【0088】こうしてホトダイオードの一括リセットを
行った後に蓄積を行い、各行の信号の読み出し、各行の
画素からの信号をバスラインを通してA/Dコンバータ
に入力し、このA/Dコンバータを介してデジタル化し
た画像信号を各画素毎に用意されたメモリセルへ書き込
むことにより、動画、静止画の両方の撮像に良好に対応
できる。特に、動画においては、蓄積期間中に画像処理
ICにより、前フレームの画像の処理を行うことが可能
となる。 (実施形態7)図17は本発明による固体撮像の別の例
を示している。
After the collective reset of the photodiodes, accumulation is performed, signals of each row are read out, signals from the pixels of each row are input to an A / D converter through a bus line, and digitized through the A / D converter. By writing the obtained image signal to a memory cell prepared for each pixel, it is possible to appropriately cope with both moving image and still image capturing. In particular, in the case of a moving image, the image processing IC can process the image of the previous frame during the accumulation period. (Embodiment 7) FIG. 17 shows another example of solid-state imaging according to the present invention.

【0089】センサ部は4つのブロックに分割されてお
り、各ブロックにはそれぞれ個別に動作し得る水平及び
垂直走査選択回路が設けられている。
The sensor section is divided into four blocks, and each block is provided with a horizontal and vertical scanning selection circuit which can operate individually.

【0090】各走査選択回路は走査制御ICによりそれ
ぞれ独立したタイミングで行及び列を選択できるように
なっている。
Each scan selection circuit can select a row and a column at an independent timing by the scan control IC.

【0091】読み出された画素信号はA/D変換されて
メモリ部に書き込まれる。
The read pixel signal is A / D converted and written into the memory unit.

【0092】本例では、前フレームの画像信号を基に、
次のフレームの蓄積時間を行毎に決定することができ
る。
In this example, based on the image signal of the previous frame,
The accumulation time of the next frame can be determined for each row.

【0093】例えば、図18のように第1フレームで
は、リセット期間10Sにおいてホトダイオードのリセ
ットを行い、蓄積を開始する。その後は、読み出し期間
10a〜10cにおいて順次行毎に信号を読み出しメモ
リ部に書き込む。
For example, in the first frame as shown in FIG. 18, the photodiode is reset in the reset period 10S, and the accumulation is started. Thereafter, signals are sequentially read out for each row in the readout periods 10a to 10c and written into the memory unit.

【0094】メモリ部に蓄積された画像信号のうち、飽
和信号とみなせる信号が存在する場合には、次のフレー
ムにおいてリセット期間の発生タイミングを変えること
により蓄積時間を変えることができる。
When there is a signal that can be regarded as a saturation signal among the image signals stored in the memory unit, the storage time can be changed by changing the reset period generation timing in the next frame.

【0095】例えば、n行目とn+1行目の画素に強い
光が入射し、n行目の画素と、n+1行目の画素からの
信号が飽和している場合には、図19に示すように走査
制御ICの判定結果に基づき、n行目とn+1行目のリ
セット期間9Sn,9Sn+1を遅らせて、蓄積時間をn−
1行目よりも短くする。
For example, when strong light is incident on the pixels on the nth and n + 1th rows and the signals from the pixels on the nth and n + 1th rows are saturated, as shown in FIG. The reset periods 9Sn and 9Sn + 1 of the n-th row and the (n + 1) -th row are delayed based on the determination result of the scanning control IC, and the accumulation time is set to n−
Make it shorter than the first line.

【0096】本実施例においては、走査制御ICによ
り、蓄積時間を制御することで、図20のC1に示すよ
うな、光量−センサ出力の関係を得られる。具体的に
は、本発明のホトダイオードのリセット動作をn−1行
目のリセット動作よりも遅らせ、n行目とn+1行目の
蓄積時間をn−1行目の半分程度とする。この結果、全
行のリセット期間が同時に発生する場合、図20のC2
のように本来飽和出力が出るべきところが、蓄積時間を
短くしたため、倍以上の光量が入射した場合でも、図2
0のC1のような階調をもった出力を得ることができ
る。 (実施形態8)本発明の固体撮像装置においては、転送
ゲートに印加される電圧を所定の値に定めることによ
り、蓄積時間中、ホトダイオードに蓄積された電荷の一
部をリセット電位に保持された拡散領域FDに流し出す
ことにより、ブルーミングを防止するものである。
In this embodiment, by controlling the accumulation time by the scanning control IC, the relationship between the light quantity and the sensor output as shown by C1 in FIG. 20 can be obtained. Specifically, the reset operation of the photodiode of the present invention is delayed from the reset operation of the (n−1) th row, and the accumulation time of the (n) th row and the (n + 1) th row is set to about half of the (n−1) th row. As a result, when the reset periods of all the rows occur simultaneously, C2 in FIG.
As shown in Fig. 2, even when the saturation output is originally required, the accumulation time is shortened.
An output having a gradation like C1 of 0 can be obtained. (Embodiment 8) In the solid-state imaging device of the present invention, by setting the voltage applied to the transfer gate to a predetermined value, a part of the electric charge accumulated in the photodiode is held at the reset potential during the accumulation time. Blooming is prevented by flowing out to the diffusion region FD.

【0097】例えば、これは図2のφTXにおけるローレ
ベルのパルス電圧をp型ウエル1201の電圧より若干
高くすることにより、転送ゲート部TXのポテンシャル
障壁を若干下げて余剰電荷を拡散領域FDに流し出す。
For example, by making the low-level pulse voltage at φ TX in FIG. 2 slightly higher than the voltage of the p-type well 1201, the potential barrier of the transfer gate portion TX is slightly lowered and excess charges are transferred to the diffusion region FD. Pour out.

【0098】より具体的には図2や図11における転送
スイッチのMOSトランジスタQ1のLOWレベルは、
グランドレベルであったのに対し、本実施例において
は、LOWレベルをグランドレベルから0.3Volt高め
る。この結果、ホトダイオードおよび転送スイッチのポ
テンシャル図は図22のS1のようになる。なお、図2
2のS2は、LOWレベルをGNDレベル(0Volt)と
したときのポテンシャル図である。
More specifically, the LOW level of the MOS transistor Q1 of the transfer switch in FIGS.
In contrast to the ground level, in the present embodiment, the LOW level is increased by 0.3 Volt from the ground level. As a result, the potential diagram of the photodiode and the transfer switch is as shown by S1 in FIG. Note that FIG.
S2 of FIG. 2 is a potential diagram when the LOW level is set to the GND level (0 Volt).

【0099】本実施例のように、転送スイッチのMOS
トランジスタQ1のLOWレベルを高くすることで、最
もポテンシャルの低い部分が転送スイッチのチャネル部
TXになり、転送スイッチが横形オーバーフロードレイ
ンとして機能する。すなわち、蓄積期間中に拡散領域を
固定電圧に設定し、転送スイッチのゲート電圧を制御
し、転送スイッチを半開きにすることで、転送スイッチ
を横形オーバーフロードレインとして機能させる。この
結果、クロストークが制御される。
As in the present embodiment, the MOS of the transfer switch
By increasing the LOW level of the transistor Q1, the lowest potential portion becomes the channel portion TX of the transfer switch, and the transfer switch functions as a horizontal overflow drain. That is, during the accumulation period, the diffusion region is set to a fixed voltage, the gate voltage of the transfer switch is controlled, and the transfer switch is opened halfway, so that the transfer switch functions as a horizontal overflow drain. As a result, crosstalk is controlled.

【0100】以上説明したように、本発明の各実施例に
よれば、次の蓄積に入る前に、浮遊拡散領域を空乏化電
圧以上の逆バイアスが印加できる電圧に固定した状態に
し、転送スイッチを開くことができるので、光電変換部
内に残った電荷を排出し、光電変換部内をリセットする
ことで、以下のような効果を得ることができる。 (1)製造ばらつきにより、ホトダイオードの取り扱い
電荷のばらつきに起因する、転送残りを除去することが
できる。 (2)電源電圧を上げず、画素サイズを大きくすること
なく、残像のない固体撮像装置を提供できる。
As described above, according to each embodiment of the present invention, before starting the next accumulation, the floating diffusion region is fixed to a voltage to which a reverse bias higher than the depletion voltage can be applied, and the transfer switch is set. Can be opened, the following effects can be obtained by discharging the charge remaining in the photoelectric conversion unit and resetting the inside of the photoelectric conversion unit. (1) The transfer residue caused by the variation in the charge handled by the photodiode due to the manufacturing variation can be removed. (2) A solid-state imaging device with no afterimage can be provided without increasing the power supply voltage and without increasing the pixel size.

【0101】なお、ホトダイオードのリセット動作とし
ては、特公平7−105915号公報に開示されてい
る、別途設けられたホトダイオードのスイッチ素子を用
い、リセットを行う技術があるが、この場合には画素サ
イズの縮小化が困難であった。
As for the reset operation of the photodiode, there is a technique disclosed in Japanese Patent Publication No. Hei 7-105915 for resetting using a separately provided switching element of the photodiode. It was difficult to reduce the size.

【0102】また、上記公報に開示された技術の場合の
ホトダイオードはウエル中に設けられ、そのウエルとは
反対導電型の高濃度不純物領域からなる、単純なPN接
合からなるものであり、リセット動作を行ったとして
も、ホトダイオードの接合容量で決定される大きなリセ
ットノイズが残る。これに対し、本実施形態は、埋め込
みホトダイオードを空乏化させるリセットであるため、
リセットノイズは、殆ど無視できるほどに小さい。
The photodiode in the case of the technique disclosed in the above publication is provided in a well, and is formed of a simple PN junction formed of a high-concentration impurity region of a conductivity type opposite to that of the well. However, large reset noise determined by the junction capacitance of the photodiode remains. On the other hand, in the present embodiment, since the reset is to deplete the embedded photodiode,
The reset noise is almost negligible.

【0103】また、CCDにおいて、縦形のオーバーフ
ロードレインによるオーバーフロードレイン機能と画素
の一括リセット機能を有するものがある。この場合、本
実施形態と同様に埋め込みホトダイオードを空乏化させ
るリセットを行うが、縦形のオーバーフロードレインの
素子構造はMOSトランジスタなどの表面デバイスのそ
れとは全くことなり、深さ方向に延びる素子であるた
め、画素の面積を占有することはないものの、深さ方向
の不純物のプロファイル制御が困難である。また、画素
のリセットも全面一括でしか行えない。
Some CCDs have an overflow drain function by a vertical overflow drain and a collective reset function of pixels. In this case, reset is performed to deplete the buried photodiode as in the present embodiment. However, the element structure of the vertical overflow drain is completely different from that of a surface device such as a MOS transistor, and is an element extending in the depth direction. Although it does not occupy the area of the pixel, it is difficult to control the impurity profile in the depth direction. In addition, resetting of pixels can be performed only in a batch.

【0104】本発明においては、蓄積期間中に浮遊拡散
領域を固定電圧に設定し、転送スイッチのゲート電圧を
制御し、転送スイッチを半開きにすることで、転送スイ
ッチを横形オーバーフロードレインとして機能させるこ
とも可能であり、製造が困難である縦形オーバーフロー
ドレインや画素サイズの縮小化を妨げる横形オーバーフ
ロードレイン素子を設ける必要がなく、画素サイズの縮
小化ができる。
In the present invention, the transfer switch functions as a horizontal overflow drain by setting the floating diffusion region to a fixed voltage during the accumulation period, controlling the gate voltage of the transfer switch, and half-opening the transfer switch. The pixel size can be reduced without the necessity of providing a vertical overflow drain which is difficult to manufacture and a horizontal overflow drain element which hinders the reduction in pixel size.

【0105】各行毎に浮遊拡散領域に信号を読み出した
後、転送スイッチを用いてホトダイオードのリセット動
作を行えば、いわゆるローリングシャッタ動作ができ
る。
If a photodiode is reset by using a transfer switch after reading a signal into the floating diffusion region for each row, a so-called rolling shutter operation can be performed.

【0106】また、転送スイッチの制御電極の走査部に
デコーダを用いることで、任意の画素のホトダイオード
のリセットを行うことも可能である。
Further, by using a decoder for the scanning part of the control electrode of the transfer switch, it is possible to reset the photodiode of an arbitrary pixel.

【0107】これに対し、浮遊拡散領域を空乏化電圧以
上の逆バイアスが印加できる電圧に固定した状態にし、
転送スイッチを開く動作を全画素一括で行えば、電子ス
チルカメラにおける電子シャッタとして機能させること
も可能である。
On the other hand, the floating diffusion region is fixed at a voltage to which a reverse bias higher than the depletion voltage can be applied,
If the operation of opening the transfer switch is performed collectively for all pixels, it is possible to function as an electronic shutter in an electronic still camera.

【0108】以上の通り、本発明によれば、浮遊拡散領
域を空乏化電圧以上の逆バイアスが印加できる電圧に固
定した状態にし、転送スイッチを開く動作を行うことが
できるので、光電変換部を空乏化させるリセット動作を
蓄積前に行い、固体撮像装置の製造バラツキの許容範囲
を広げ、歩留まりの向上を果たすことができる。
As described above, according to the present invention, the floating diffusion region is fixed at a voltage to which a reverse bias higher than the depletion voltage can be applied, and the operation of opening the transfer switch can be performed. The depletion reset operation is performed before accumulation, so that the manufacturing tolerance of the solid-state imaging device can be widened and the yield can be improved.

【0109】本発明を用いれば、読み出し時に電荷をす
べて転送できない条件でもリセット時に残留信号電荷を
排出できるようになる。
According to the present invention, the residual signal charge can be discharged at the time of reset even under the condition that all the charges cannot be transferred at the time of reading.

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

【図1】本発明の好適な実施形態による固体撮像装置の
回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of a solid-state imaging device according to a preferred embodiment of the present invention.

【図2】本発明の好適な実施形態による固体撮像装置の
動作を説明するための駆動タイミングチャートである。
FIG. 2 is a drive timing chart for explaining an operation of the solid-state imaging device according to the preferred embodiment of the present invention;

【図3】本発明の好適な実施形態による固体撮像装置の
主要部分の模式的断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view of a main part of a solid-state imaging device according to a preferred embodiment of the present invention.

【図4】本発明の好適な実施形態による固体撮像装置の
主要部分のポテンシャルプロファイルの変化の様子を示
す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing how a potential profile of a main part of a solid-state imaging device according to a preferred embodiment of the present invention changes.

【図5】光電変換部の空乏化に必要なリセット電圧を説
明するための、浮遊拡散領域の電圧の飽和電荷量依存性
を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph illustrating a saturation charge amount dependency of a voltage of a floating diffusion region for explaining a reset voltage required for depletion of a photoelectric conversion unit.

【図6】本発明の好適な別の実施形態による固体撮像装
置の主要部分の模式的断面図である。
FIG. 6 is a schematic sectional view of a main part of a solid-state imaging device according to another preferred embodiment of the present invention.

【図7】本発明の好適な別の実施形態による固体撮像装
置の主要部分のポテンシャルプロファイルの変化の様子
を示す模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing how a potential profile of a main part of a solid-state imaging device according to another preferred embodiment of the present invention changes.

【図8】本発明の好適な別の実施形態による固体撮像装
置の動作を説明するための駆動タイミングチャートであ
る。
FIG. 8 is a drive timing chart for explaining an operation of a solid-state imaging device according to another preferred embodiment of the present invention.

【図9】本発明の好適な別の実施形態による固体撮像装
置の一画素の回路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram of one pixel of a solid-state imaging device according to another preferred embodiment of the present invention.

【図10】本発明の好適な別の実施形態による固体撮像
装置の回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram of a solid-state imaging device according to another preferred embodiment of the present invention.

【図11】本発明の好適な別の実施形態による固体撮像
装置の動作を説明するための駆動タイミングチャートで
ある。
FIG. 11 is a drive timing chart for explaining an operation of a solid-state imaging device according to another preferred embodiment of the present invention.

【図12】本発明に用いられる固体撮像装置の動作タイ
ミングの別の例を説明するための駆動タイミングチャー
トである。
FIG. 12 is a drive timing chart for explaining another example of the operation timing of the solid-state imaging device used in the present invention.

【図13】本発明の画像入力装置の模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram of an image input device according to the present invention.

【図14】本発明に用いられる画像入力装置の動作タイ
ミングの例を説明するための駆動タイミングチャートで
ある。
FIG. 14 is a drive timing chart for explaining an example of operation timing of the image input device used in the present invention.

【図15】本発明の好適な別の実施形態による固体撮像
装置の回路図である。
FIG. 15 is a circuit diagram of a solid-state imaging device according to another preferred embodiment of the present invention.

【図16】本発明に用いられる画像入力装置の動作タイ
ミングの別の例を説明するための駆動タイミングチャー
トである。
FIG. 16 is a drive timing chart for explaining another example of the operation timing of the image input device used in the present invention.

【図17】本発明の好適な別の実施形態による固体撮像
装置の回路図である。
FIG. 17 is a circuit diagram of a solid-state imaging device according to another preferred embodiment of the present invention.

【図18】本発明に用いられる画像入力装置の動作タイ
ミングの別の例を説明するための駆動タイミングチャー
トである。
FIG. 18 is a drive timing chart for explaining another example of the operation timing of the image input device used in the present invention.

【図19】本発明に用いられる画像入力装置の動作タイ
ミングの別の例を説明するための駆動タイミングチャー
トである。
FIG. 19 is a drive timing chart for explaining another example of the operation timing of the image input device used in the present invention.

【図20】蓄積時間制御を利用したときと利用しないと
きの各出力の入射光量依存性を示すグラフである。
FIG. 20 is a graph showing the dependence of each output on the incident light amount when the accumulation time control is used and when it is not used.

【図21】本発明の好適な別の実施形態による固体撮像
装置の主要部の断面図である。
FIG. 21 is a sectional view of a main part of a solid-state imaging device according to another preferred embodiment of the present invention.

【図22】本発明の好適な別の実施形態による固体撮像
装置の主要部分のポテンシャルプロファイルの変化の様
子を示す模式図である。
FIG. 22 is a schematic diagram showing a change in potential profile of a main part of a solid-state imaging device according to another preferred embodiment of the present invention.

【図23】空乏化転送を説明するための固体撮像装置の
断面図である。
FIG. 23 is a cross-sectional view of the solid-state imaging device for explaining depletion transfer.

【図24】読み出し時の空乏化転送に必要な電圧の飽和
電荷量依存性を示すグラフである。
FIG. 24 is a graph showing the dependence of the voltage required for the depletion transfer at the time of reading on the saturation charge.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

PD 光電変換部 Q1 転送スイッチ Q2 リセットスイッチ Q3 増幅部 Q4 選択スイッチ 101 P型ウエル(PWL) 102 転送スイッチのゲート電極 103 浮遊拡散領域 104 表面のp領域 105 N型領域 106 酸化膜 107 リセットスイッチのゲート電極 PD photoelectric conversion unit Q1 transfer switch Q2 reset switch Q3 amplifying unit Q4 selection switch 101 P-type well (PWL) 102 gate electrode of transfer switch 103 floating diffusion region 104 p-region on surface 105 N-type region 106 oxide film 107 gate of reset switch electrode

Claims (32)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光電変換部と、増幅部の入力端子と、該
光電変換部から該入力端子に電荷を転送するための転送
スイッチと、該入力端子にリセット電圧を印加する為の
リセットスイッチと、を有し、 前記リセットスイッチをオンにするとともに該転送スイ
ッチをオンする為のパルス信号を、該リセットスイッチ
及び該転送スイッチに入力することを特徴とする固体撮
像装置。
1. A photoelectric conversion unit, an input terminal of an amplification unit, a transfer switch for transferring charges from the photoelectric conversion unit to the input terminal, and a reset switch for applying a reset voltage to the input terminal. And a pulse signal for turning on the reset switch and turning on the transfer switch is input to the reset switch and the transfer switch.
【請求項2】 請求項1に記載の固体撮像装置におい
て、前記光電変換部の半導体領域を殆んど空乏化させる
に充分な逆バイアス電圧を空乏化電圧としたときに、前
記リセットスイッチを介して前記入力端子に印加される
電圧が、前記空乏化電圧より、大きく設定されている固
体撮像装置。
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a reverse bias voltage sufficient to almost completely deplete the semiconductor region of the photoelectric conversion unit is set as a depletion voltage via the reset switch. Wherein the voltage applied to the input terminal is set higher than the depletion voltage.
【請求項3】 請求項1に記載の固体撮像装置におい
て、前記光電変換部は埋込ホトダイオードである固体撮
像装置。
3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein said photoelectric conversion unit is an embedded photodiode.
【請求項4】 請求項1に記載の固体撮像装置におい
て、前記転送スイッチは、前記光電変換部に蓄積された
電荷を空乏化転送するスイッチである固体撮像装置。
4. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the transfer switch is a switch that depletes and transfers the charge accumulated in the photoelectric conversion unit.
【請求項5】 請求項1に記載の固体撮像装置におい
て、前記転送スイッチは、前記光電変換部に蓄積された
電荷の一部を残して残りを転送するスイッチである固体
撮像装置。
5. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the transfer switch is a switch that transfers a part of the electric charge stored in the photoelectric conversion unit while leaving a part of the electric charge.
【請求項6】 請求項1に記載の固体撮像装置におい
て、前記転送スイッチ及び前記リセットスイッチがオン
状態のとき、前記光電変換部のポテンシャルエネルギー
より前記入力端子のポテンシャルエネルギーが低くなる
ようにリセット電圧が定められている固体撮像装置。
6. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein when the transfer switch and the reset switch are on, a reset voltage is set so that potential energy of the input terminal is lower than potential energy of the photoelectric conversion unit. Is a solid-state imaging device.
【請求項7】 請求項1に記載の固体撮像装置におい
て、前記転送スイッチは、蓄積期間中、半開状態として
余剰電荷を前記入力端子に流し出す固体撮像装置。
7. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the transfer switch is configured to be in a half-open state during a storage period and to flow excess charge to the input terminal.
【請求項8】 請求項1に記載の固体撮像装置におい
て、前記転送スイッチ及び前記リセットスイッチが共に
オンになるリセットは、光電変換装置の行毎に行われる
固体撮像装置。
8. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the reset for turning on both the transfer switch and the reset switch is performed for each row of the photoelectric conversion device.
【請求項9】 請求項1に記載の固体撮像装置におい
て、前記転送スイッチ及び前記リセットスイッチが共に
オンになるリセットは、全行同時に行われる固体撮像装
置。
9. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the reset in which both the transfer switch and the reset switch are turned on is performed simultaneously for all rows.
【請求項10】 請求項1に記載の固体撮像装置におい
て、前記光電変換部に入射する光量に応じて、前記転送
スイッチ及び前記リセットスイッチが共にオンになるリ
セットの発生タイミングを異ならしめる固体撮像装置。
10. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a reset occurrence timing at which both the transfer switch and the reset switch are turned on is made different according to the amount of light incident on the photoelectric conversion unit. .
【請求項11】 請求項1に記載の固体撮像装置におい
て、前記光電変換部と、前記増幅部の入力端子と、前記
転送スイッチとは同一半導体基板上に設けられている固
体撮像装置。
11. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion unit, an input terminal of the amplification unit, and the transfer switch are provided on a same semiconductor substrate.
【請求項12】 請求項1に記載の固体撮像装置におい
て、前記入力端子は、拡散領域である固体撮像装置。
12. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein said input terminal is a diffusion region.
【請求項13】 請求項1に記載の固体撮像装置におい
て、前記光電変換部は、半導体基板内の第1導電型の第
1半導体領域と、該第1半導体領域内の第2導電型の第
2半導体領域と、該第2半導体領域と該半導体基板の主
表面に形成された絶縁膜との間の第1導電型の第3半導
体領域と、からなるホトダイオードである固体撮像装
置。
13. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion unit includes a first conductive type first semiconductor region in a semiconductor substrate and a second conductive type first semiconductor region in the first semiconductor region. A solid-state imaging device which is a photodiode including two semiconductor regions and a third semiconductor region of a first conductivity type between the second semiconductor region and an insulating film formed on a main surface of the semiconductor substrate.
【請求項14】 請求項1に記載の固体撮像装置と、 該固体撮像装置の露光時間を定める為のメカニカルシャ
ッターと、を具備する画像入力装置。
14. An image input device comprising: the solid-state imaging device according to claim 1; and a mechanical shutter for determining an exposure time of the solid-state imaging device.
【請求項15】 請求項14に記載の画像入力装置にお
いて、前記固体撮像装置のリセット動作と前記メカニカ
ルシャッターの開閉動作により光電荷の蓄積時間を定め
る画像入力装置。
15. The image input device according to claim 14, wherein a photocharge accumulation time is determined by a reset operation of the solid-state imaging device and an opening / closing operation of the mechanical shutter.
【請求項16】 請求項1に記載の固体撮像装置のリセ
ット方法において、電荷の蓄積前に、前記リセットスイ
ッチをオンするとともに該転送スイッチをオンして、前
記光電変換部の電荷を除去することを特徴とするリセッ
ト方法。
16. The method for resetting a solid-state imaging device according to claim 1, wherein before resetting the charge, the reset switch is turned on and the transfer switch is turned on to remove the charge of the photoelectric conversion unit. A reset method characterized by the above-mentioned.
【請求項17】 光電変換部と、増幅部の入力端子と、
該光電変換部から該入力端子に電荷を転送するための転
送スイッチと、該入力端子にリセット電圧を印加する為
のリセットスイッチと、を有し、 前記リセットスイッチをオンにするとともに該転送スイ
ッチをオンする為のパルス信号を発生させる回路を有す
ることを特徴とする固体撮像装置。
17. A photoelectric conversion unit, an input terminal of an amplification unit,
A transfer switch for transferring a charge from the photoelectric conversion unit to the input terminal; and a reset switch for applying a reset voltage to the input terminal, wherein the reset switch is turned on and the transfer switch is turned on. A solid-state imaging device having a circuit for generating a pulse signal for turning on the solid-state imaging device.
【請求項18】 請求項17に記載の固体撮像装置にお
いて、前記光電変換部の半導体領域を殆んど空乏化させ
るに充分な逆バイアス電圧を空乏化電圧とした時に、前
記リセットスイッチを介して前記入力端子に印加される
電圧が、前記空乏化電圧より、大きく設定されている固
体撮像装置。
18. The solid-state imaging device according to claim 17, wherein when a reverse bias voltage sufficient to substantially deplete the semiconductor region of the photoelectric conversion unit is set as a depletion voltage, the reset switch is connected to the semiconductor device. A solid-state imaging device, wherein a voltage applied to the input terminal is set higher than the depletion voltage.
【請求項19】 請求項17に記載の固体撮像装置にお
いて、前記光電変換部は埋込ホトダイオードである固体
撮像装置。
19. The solid-state imaging device according to claim 17, wherein said photoelectric conversion unit is an embedded photodiode.
【請求項20】 請求項17に記載の固体撮像装置にお
いて、前記転送スイッチは、前記光電変換部に蓄積され
た電荷を空乏化転送するスイッチである固体撮像装置。
20. The solid-state imaging device according to claim 17, wherein the transfer switch is a switch that depletes and transfers the charge accumulated in the photoelectric conversion unit.
【請求項21】 請求項17に記載の固体撮像装置にお
いて、前記転送スイッチは、前記光電変換部に蓄積され
た電荷の一部を残して残りを転送するスイッチである固
体撮像装置。
21. The solid-state imaging device according to claim 17, wherein the transfer switch is a switch that transfers a part of the charge stored in the photoelectric conversion unit while leaving a part of the charge.
【請求項22】 請求項17に記載の固体撮像装置にお
いて、前記転送スイッチ及び前記リセットスイッチがオ
ン状態の時、前記光電変換部のポテンシャルエネルギー
より前記入力端子のポテンシャルエネルギーが低くなる
ようにリセット電圧が定められている固体撮像装置。
22. The solid-state imaging device according to claim 17, wherein when the transfer switch and the reset switch are on, a reset voltage is set so that potential energy of the input terminal is lower than potential energy of the photoelectric conversion unit. Is a solid-state imaging device.
【請求項23】 請求項17に記載の固体撮像装置にお
いて、前記転送スイッチは、蓄積期間中、半開状態とし
て余剰電荷を前記入力端子に流し出す固体撮像装置。
23. The solid-state imaging device according to claim 17, wherein the transfer switch is configured to be in a half-open state during a storage period and to flow surplus charge to the input terminal.
【請求項24】 請求項17に記載の固体撮像装置にお
いて、前記転送スイッチ及び前記リセットスイッチが共
にオンになるリセットは、光電変換装置の行毎に行われ
る固体撮像装置。
24. The solid-state imaging device according to claim 17, wherein the reset in which both the transfer switch and the reset switch are turned on is performed for each row of the photoelectric conversion device.
【請求項25】 請求項17に記載の固体撮像装置にお
いて、前記転送スイッチ及び前記リセットスイッチが共
にオンになるリセットは、全行同時に行われる固体撮像
装置。
25. The solid-state imaging device according to claim 17, wherein the reset in which both the transfer switch and the reset switch are turned on is performed simultaneously on all rows.
【請求項26】 請求項17に記載の固体撮像装置にお
いて、前記光電変換部に入射する光量に応じて、前記転
送スイッチ及び前記リセットスイッチが共にオンになる
リセットの発生タイミングを異ならしめる固体撮像装
置。
26. The solid-state imaging device according to claim 17, wherein a reset generation timing at which both the transfer switch and the reset switch are turned on is made different according to the amount of light incident on the photoelectric conversion unit. .
【請求項27】 請求項17に記載の固体撮像装置にお
いて、前記光電変換部と、前記増幅部の入力端子と、前
記転送スイッチとは同一半導体基板上に設けられている
固体撮像装置。
27. The solid-state imaging device according to claim 17, wherein the photoelectric conversion unit, an input terminal of the amplification unit, and the transfer switch are provided on a same semiconductor substrate.
【請求項28】 請求項17に記載の固体撮像装置にお
いて、前記入力端子は、拡散領域である固体撮像装置。
28. The solid-state imaging device according to claim 17, wherein said input terminal is a diffusion region.
【請求項29】 請求項17に記載の固体撮像装置にお
いて、前記光電変換部は、半導体基板内の第1導電型の
第1半導体領域と、該第1半導体領域内の第2導電型の
第2半導体領域と、該第2半導体領域と該半導体基板の
主表面に形成された絶縁膜との間の第1導電型の第3半
導体領域と、からなるホトダイオードである固体撮像装
置。
29. The solid-state imaging device according to claim 17, wherein the photoelectric conversion unit includes a first conductive type first semiconductor region in a semiconductor substrate and a second conductive type first semiconductor region in the first semiconductor region. A solid-state imaging device which is a photodiode including two semiconductor regions and a third semiconductor region of a first conductivity type between the second semiconductor region and an insulating film formed on a main surface of the semiconductor substrate.
【請求項30】 請求項17に記載の固体撮像装置と、 該固体撮像装置の露光時間を定める為のメカニカルシャ
ッターと、を具備する画像入力装置。
30. An image input apparatus comprising: the solid-state imaging device according to claim 17; and a mechanical shutter for determining an exposure time of the solid-state imaging device.
【請求項31】 請求項30に記載の画像入力装置にお
いて、前記固体撮像装置のリセット動作と前記メカニカ
ルシャッターの開閉動作により光電荷の蓄積時間を定め
る画像入力装置。
31. The image input apparatus according to claim 30, wherein a reset operation of the solid-state imaging device and an opening / closing operation of the mechanical shutter determine an accumulation time of photocharge.
【請求項32】 請求項17に記載の固体撮像装置のリ
セット方法において、電荷の蓄積前に、前記リセットス
イッチをオンするとともに該転送スイッチをオンして、
前記光電変換部の電荷を除去することを特徴とするリセ
ット方法。
32. The method of resetting a solid-state imaging device according to claim 17, wherein before resetting the charge, the reset switch is turned on and the transfer switch is turned on.
A reset method comprising: removing charges from the photoelectric conversion unit.
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