JP2005150125A - Solid state image sensor and charge discharger - Google Patents

Solid state image sensor and charge discharger Download PDF

Info

Publication number
JP2005150125A
JP2005150125A JP2003380592A JP2003380592A JP2005150125A JP 2005150125 A JP2005150125 A JP 2005150125A JP 2003380592 A JP2003380592 A JP 2003380592A JP 2003380592 A JP2003380592 A JP 2003380592A JP 2005150125 A JP2005150125 A JP 2005150125A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
charge
channel
unit
transfer
drain
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2003380592A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4519447B2 (en
Inventor
Noboru Takatsuka
昇 高塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Electronics Corp
Original Assignee
NEC Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Electronics Corp filed Critical NEC Electronics Corp
Priority to JP2003380592A priority Critical patent/JP4519447B2/en
Publication of JP2005150125A publication Critical patent/JP2005150125A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4519447B2 publication Critical patent/JP4519447B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Facsimile Heads (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize switching of a high resolution mode and a low resolution mode in a high speed operation CCD linear image sensor. <P>SOLUTION: In a solid state image sensor, a charge discharger 109 has a drain 110 and a discharge gate 111 for discharging a charge in the low resolution mode. A discharge channel 206 for transferring the discharging charge is formed in the lower part of the discharge gate 111. The channel width W3a of the input side of the discharge channel 206 is formed so as to become smaller than the channel width W1 of the transfer channel 205 of a second CCD register 106. The channel width W3b of the drain side is formed to become larger than the channel width W3b of the transfer electrode 203 side. Thus, since an electric field directed toward the drain side is strengthened, it prevents the charge from overflowing to the output side in a charge discharging process. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は電荷転送部を転送される電荷の電荷排出に関し、特に、電荷転送部の電荷を排出する電荷排出部およびそれを備える固体撮像装置に関する。   The present invention relates to charge discharge of charges transferred through a charge transfer unit, and more particularly, to a charge discharge unit that discharges charge of a charge transfer unit and a solid-state imaging device including the same.

半導体基板上に形成され、電荷転送機能を持つCCDリニア・イメージ・センサは、フォトダイオードを含む画素列が受光した光を光電変換によって信号電荷に変換し、各画素に蓄積された信号電荷を順次出力することによって、画像情報を取得する。このような機能を有するCCDリニア・イメージ・センサは、スキャナやコピー機の光学読み取り部分のキー・デバイスとして広く利用されている。   A CCD linear image sensor formed on a semiconductor substrate and having a charge transfer function converts light received by a pixel array including photodiodes into signal charges by photoelectric conversion, and sequentially converts the signal charges accumulated in each pixel. By outputting, image information is acquired. The CCD linear image sensor having such a function is widely used as a key device for an optical reading portion of a scanner or a copier.

2ラインの画素列により画像を読み取る固体撮像装置において、画質の劣化や回路規模の増大を招くことなく、低密度での読み取りを高速化する技術が知られている(例えば、特許文献1を参照)。一つのラインには、排出ゲートを介して、信号電荷を排出する電荷排出ドレインが接続されている。高密度で画像を読み取る場合は、排出ゲートをoffし、2ラインで読み取った信号電荷を全て電荷検出部へ転送する。低密度で画像を読み取る場合は、最終段の転送電極での信号電荷の転送を停止する一方、排出ゲートのゲートをonされ、2ラインで読み取った信号電荷のうち、一つのCCDシフトレジスタから外部に排出され、他方のCCDシフトレジスタからの信号電荷のみが電荷検出部へ転送される。   In a solid-state imaging device that reads an image with a two-line pixel array, a technique for speeding up reading at a low density without causing deterioration in image quality or an increase in circuit scale is known (see, for example, Patent Document 1). ). A charge discharge drain for discharging signal charges is connected to one line via a discharge gate. When reading an image at a high density, the discharge gate is turned off, and all signal charges read by two lines are transferred to the charge detection unit. When reading an image at a low density, the transfer of the signal charge at the transfer electrode at the final stage is stopped, while the gate of the discharge gate is turned on, and the signal charge read by two lines is externally output from one CCD shift register. Only the signal charge from the other CCD shift register is transferred to the charge detection unit.

図5は、従来のCCDリニア・イメージ・センサ500の概略構成を示す平面図である。CCDリニア・イメージ・センサ500は、第1のフォトダイオード列501と第2のフォトダイオード列502の2列のフォトダイオード列を備えている。第1及び第2のフォトダイオード列501、502の光電変換によって蓄積された電荷は、それぞれ、制御信号φTGによって制御される第1の読み出しゲート503及び第2の読み出しゲート504を介して、第1のCCDレジスタ505、第2のCCDレジスタ506に読み出される。   FIG. 5 is a plan view showing a schematic configuration of a conventional CCD linear image sensor 500. The CCD linear image sensor 500 includes two photodiode rows, a first photodiode row 501 and a second photodiode row 502. Charges accumulated by photoelectric conversion of the first and second photodiode rows 501 and 502 are respectively transmitted through the first readout gate 503 and the second readout gate 504 controlled by the control signal φTG. Read out to the CCD register 505 and the second CCD register 506.

第1及び第2のCCDレジスタ505、506は2相駆動方式によって駆動され、各レジスタ505、506は、駆動パルスφ1、φ2に従って電荷を出力回路部507に転送する。転送された電荷は、出力回路部507から外部回路へ出力される。CCDリニア・イメージ・センサ500は、低解像度モードと高解像度モードの2つのモードを有しており、高解像度モードにおいては、第1及び第2のCCDレジスタ505、506からの電荷が交互に、出力回路507に順次出力され、低解像度モードにおいては、第1のCCDレジスタ505からの電荷が出力回路部507に転送され、第2のCCDレジスタ506からの電荷は、電荷排出部508に排出される。電荷排出部508は、電荷を排出するドレイン509と、ドレインへの電荷の排出を制御するゲート510を有している。   The first and second CCD registers 505 and 506 are driven by a two-phase driving method, and the registers 505 and 506 transfer charges to the output circuit unit 507 in accordance with the driving pulses φ1 and φ2. The transferred charge is output from the output circuit portion 507 to an external circuit. The CCD linear image sensor 500 has two modes, a low resolution mode and a high resolution mode. In the high resolution mode, charges from the first and second CCD registers 505 and 506 are alternately displayed. The output is sequentially output to the output circuit 507. In the low resolution mode, the charge from the first CCD register 505 is transferred to the output circuit unit 507, and the charge from the second CCD register 506 is discharged to the charge discharge unit 508. The The charge discharging unit 508 has a drain 509 for discharging charges and a gate 510 for controlling discharge of charges to the drain.

図6は、電荷排出部508及びその近傍の第2のCCDレジスタ506の概略構成を示す平面図である。第2のCCDレジスタ506は、第1の駆動パルスφ1が印加される複数の第1の転送電極601と、第2の駆動パルスφ2が印加される第2の複数の転送電極602とを有している(図は一部のみ記載)。第1の転送電極601と第2の転送電極602とは交互に配置されている。   FIG. 6 is a plan view showing a schematic configuration of the charge discharging unit 508 and the second CCD register 506 in the vicinity thereof. The second CCD register 506 includes a plurality of first transfer electrodes 601 to which a first drive pulse φ1 is applied and a second plurality of transfer electrodes 602 to which a second drive pulse φ2 is applied. (Only part of the figure is shown). The first transfer electrodes 601 and the second transfer electrodes 602 are alternately arranged.

電荷排出部508は、第1の転送電極の一つである転送電極603に隣接して形成されている。又、電荷排出部508よりも出力回路部507側には、第2の転送電極の一つである、出力側転送電極604が形成されている。転送電極601−604の下部には、電荷を転送するための転送チャネル605が形成されている。転送チャネル605のチャネル幅はW1で示されている。電荷排出部508において、排出ゲート510の下部には、排出電荷を転送する排出チャネル606が形成されている。ドレイン509のチャネル幅はW2で示されている。排出チャネル606のチャネル幅は、W3で示されている。   The charge discharging portion 508 is formed adjacent to the transfer electrode 603 that is one of the first transfer electrodes. Further, an output-side transfer electrode 604 that is one of the second transfer electrodes is formed on the output circuit portion 507 side of the charge discharging portion 508. A transfer channel 605 for transferring charges is formed below the transfer electrodes 601-604. The channel width of the transfer channel 605 is indicated by W1. In the charge discharging unit 508, a discharge channel 606 for transferring discharged charges is formed below the discharge gate 510. The channel width of the drain 509 is indicated by W2. The channel width of the discharge channel 606 is indicated by W3.

電荷排出部508が接続されている転送電極603には、駆動パルスφ1Aが印加される。排出ゲート510には、排出ゲート制御信号φSWが印加される。高解像度モードにおいて、排出ゲート510がオフ状態になるように制御信号φSWが印加される。排出チャネル606のチャネル幅W3は、転送チャネル605のチャネル幅W1よりも狭い。そのため、狭チャネル効果によって、排出チャネル606のチャネル電位は、転送電極603下部の転送チャネル605のチャネル電位よりも浅くなり、転送電荷は出力回路部507に転送される。   A drive pulse φ1A is applied to the transfer electrode 603 to which the charge discharging unit 508 is connected. A discharge gate control signal φSW is applied to the discharge gate 510. In the high resolution mode, the control signal φSW is applied so that the discharge gate 510 is turned off. The channel width W3 of the discharge channel 606 is narrower than the channel width W1 of the transfer channel 605. Therefore, due to the narrow channel effect, the channel potential of the discharge channel 606 becomes shallower than the channel potential of the transfer channel 605 below the transfer electrode 603, and the transfer charge is transferred to the output circuit portion 507.

低解像度モードにおいて、排出ゲート510はオン状態にセットされ、排出ゲート510と転送電極603に印加するφ1Aは同電位に固定される。排出チャネル606のチャネル電位は、狭チャネル効果によって、転送電極603下部の転送チャネル605のチャネル電位よりも浅くなる。CCDレジスタを転送されてきた電荷は、最初に転送電極603下部に蓄積され、排出ゲート510と転送電極603のチャネル電位差以上に蓄積された電荷は、排出チャネル606を通ってドレイン509に排出される。   In the low resolution mode, the discharge gate 510 is set to an ON state, and φ1A applied to the discharge gate 510 and the transfer electrode 603 is fixed at the same potential. The channel potential of the discharge channel 606 becomes shallower than the channel potential of the transfer channel 605 below the transfer electrode 603 due to the narrow channel effect. The charge transferred through the CCD register is first stored below the transfer electrode 603, and the charge stored more than the channel potential difference between the discharge gate 510 and the transfer electrode 603 is discharged to the drain 509 through the discharge channel 606. .

図7は、電荷排出部508及びその近傍の第2のCCDレジスタ506の概略構成を示す平面図である。N型シリコン基板701にP型不純物を注入し、Pウェル702を形成している。そのPウェル702上にN型のチャネル領域703を形成して、熱酸化膜704、多結晶シリコンによる排出ゲート電極510と転送電極603を形成する構成である。ドレイン509の周辺には、N領域705を設け、電源電圧を印加することによって、周囲よりも深いチャネル電位となって、ここにたどり着いた電荷は排出される。ドレインは、N領域705や電源電圧の給電部を設けるため、レイアウトの制約上、この領域のチャネル幅W2は排出チャネルのチャネル幅W3よりも大きくなることがある。 FIG. 7 is a plan view showing a schematic configuration of the charge discharging unit 508 and the second CCD register 506 in the vicinity thereof. A P-type impurity is implanted into the N-type silicon substrate 701 to form a P well 702. An N-type channel region 703 is formed on the P well 702, and a thermal oxide film 704, a discharge gate electrode 510 made of polycrystalline silicon, and a transfer electrode 603 are formed. An N + region 705 is provided in the periphery of the drain 509, and by applying a power supply voltage, the channel potential becomes deeper than that of the periphery, and the electric charge that has reached here is discharged. Since the drain is provided with an N + region 705 and a power supply unit for power supply voltage, the channel width W2 of this region may be larger than the channel width W3 of the discharge channel due to layout restrictions.

特開2000−244819号公報JP 2000-244819 A

領域705は、排出ゲート510に近づけると、ここのチャネル電位が変調によって高くなり、排出ゲート510をオフしてもドレイン509に排出されるので、変調の影響を無視することができるとこまで離す必要がある。ドレインン509に排出するときに、排出チャネル606を通った後も、高抵抗のNチャネル703を通るため、ドレイン509に排出するまでに時間がかかる。 When the N + region 705 approaches the discharge gate 510, the channel potential here becomes high due to the modulation, and even if the discharge gate 510 is turned off, it is discharged to the drain 509. Therefore, the influence of the modulation can be ignored. Need to be separated. When discharging to the drain 509, even after passing through the discharge channel 606, it takes time to discharge to the drain 509 because it passes through the high resistance N channel 703.

また、電荷排出部508は、排出チャネル606の狭チャネル効果を使用して、ドレイン509に電荷を排出する。そのため、排出チャネル606のチャネル幅をあまり大きくすることはできない。このため、ドレイン509に電荷を排出するときは、電荷の排出速度は、排出チャネル606を通る電荷の速度で制限される。CCDレジスタ506が高速で動作しているときにドレイン509に電荷を排出すると、排出チャネル606に大量の電荷が流れ込むため、電荷が溢れ、出力回路部507側に電荷がこぼれる恐れがある。   In addition, the charge discharging unit 508 discharges charges to the drain 509 using the narrow channel effect of the discharge channel 606. Therefore, the channel width of the discharge channel 606 cannot be increased too much. For this reason, when discharging the charge to the drain 509, the discharge speed of the charge is limited by the speed of the charge passing through the discharge channel 606. If the charge is discharged to the drain 509 while the CCD register 506 is operating at high speed, a large amount of charge flows into the discharge channel 606, which may overflow the charge and spill out on the output circuit portion 507 side.

本発明は以上のような事情を背景としてなされたものであって、本発明の一つの目的は、固体撮像装置において、電荷転送部から電荷排出部への電荷の排出を効果的に行うことである。本発明の他の目的は、2ラインの画素列により画像を読み取る固体撮像装置において、高解像度と低解像度の切り替えを効果的行うことである。本発明の他の目的は、高解像度と低解像度の切り替えを行うリニア・イメージ・センサにおいて、高速動作をより確実に行うことである。   The present invention has been made against the background described above, and one object of the present invention is to effectively discharge charges from the charge transfer section to the charge discharge section in the solid-state imaging device. is there. Another object of the present invention is to effectively switch between high resolution and low resolution in a solid-state imaging device that reads an image with a two-line pixel array. Another object of the present invention is to more reliably perform high-speed operation in a linear image sensor that switches between high resolution and low resolution.

本発明の第1の態様は固体撮像装置であって、複数の画素を備え、前記複数の画素のそれぞれが受光した光に応じた電荷を生成する電荷生成部と、前記電荷生成部によって生成された電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部によって転送された電荷を検出する電荷検出部と、前記電荷検出部に転送されない電荷を、前記電荷転送部から排出する電荷排出部と、を備え、前記電荷排出部は、電荷が排出されるドレインと、前記ドレインへの電荷の排出を制御する排出ゲートとを有し、前記電荷排出部は、前記排出ゲートの下部において、第1のチャネル部と、前記第1のチャネル部よりも前記ドレイン側に形成され、前記第1のチャネル部よりもチャネル幅の広い第2のチャネル部と、を有しているものである。この構成を有することによって、電荷を効果的に排出することができる。   A first aspect of the present invention is a solid-state imaging device, which includes a plurality of pixels, and each of the plurality of pixels generates a charge corresponding to light received, and is generated by the charge generation unit. A charge transfer unit for transferring the charged charge, a charge detection unit for detecting the charge transferred by the charge transfer unit, and a charge discharge unit for discharging the charge not transferred to the charge detection unit from the charge transfer unit. The charge discharging unit includes a drain from which charges are discharged and a discharge gate for controlling discharge of charges to the drain, and the charge discharging unit includes a first channel at a lower portion of the discharge gate. And a second channel portion formed on the drain side of the first channel portion and having a channel width wider than that of the first channel portion. By having this configuration, charges can be effectively discharged.

上記第1の態様の固体撮像装置は、複数の画素を備え、前記複数の画素のそれぞれが受光した光に応じた電荷を生成する第2の電荷生成部と、前記第2の電荷生成部によって生成された電荷を転送する第2の電荷転送部と、をさらに備え、高解像度モードにおいて、前記電荷転送部及び前記第2の電荷生成部によって転送された電荷が前記電荷検出部に転送され、低解像度モードにおいて、前記電荷検出部に転送されない電荷を、前記電荷排出部は前記電荷転送部から排出することが好ましい。この構成を有することによって、高解像度及び低解像度による選択的撮像を効果的に行うことができる。   The solid-state imaging device according to the first aspect includes a plurality of pixels, and each of the plurality of pixels generates a charge corresponding to light received by the second charge generation unit and the second charge generation unit. A second charge transfer unit that transfers the generated charge, and in the high resolution mode, the charge transferred by the charge transfer unit and the second charge generation unit is transferred to the charge detection unit, In the low resolution mode, it is preferable that the charge discharging unit discharges charges not transferred to the charge detection unit from the charge transfer unit. With this configuration, selective imaging with high resolution and low resolution can be effectively performed.

前記第2のチャネル部は、前記排出ゲートの下部のドレイン側端部を含み、前記第2のチャネル部のチャネル幅は、前記ドレインに向かって徐々に大きくなるように形成されていることが好ましい。さらに、前記ドレインは、前記電荷検出部の反対側においてチャネル幅が拡大され、前記第2のチャネル部のチャネル幅は、前記電荷検出部の反対側において、前記ドレインに向かってチャネル幅が徐々に大きくなるように形成されていることが好ましい。この構成を有することによって、電荷をより効果的に排出することができる。   Preferably, the second channel portion includes a drain side end portion below the discharge gate, and the channel width of the second channel portion is formed so as to gradually increase toward the drain. . Furthermore, the channel width of the drain is increased on the opposite side of the charge detection portion, and the channel width of the second channel portion is gradually increased toward the drain on the opposite side of the charge detection portion. It is preferable that it is formed to be large. By having this configuration, electric charges can be discharged more effectively.

前記第1のチャネル部のチャネル幅は、狭チャネル効果によって前記電荷転送部が前記電荷検出部に電荷を転送するように、前記電荷転送部のチャネル幅よりも小さく形成されていることが好ましい。この構成を有することによって、転送電荷を効果的に電荷検出部へ転送することができる。   The channel width of the first channel portion is preferably smaller than the channel width of the charge transfer portion so that the charge transfer portion transfers charges to the charge detection portion due to a narrow channel effect. With this configuration, the transfer charge can be effectively transferred to the charge detection unit.

前記電荷転送部は、電荷を順次転送する複数の転送電極を備え、前記電荷排出部が電荷を排出する処理において、前記電荷排出部に隣接する転送電極に電荷が転送されるように当該転送電極に駆動信号が印加されており、前記排出ゲートがON状態となるように当該排出ゲートに制御信号が印加されていることが好ましい。これにより、効果的に電荷を排出することができる。   The charge transfer unit includes a plurality of transfer electrodes that sequentially transfer charges, and the transfer electrode is configured to transfer charges to a transfer electrode adjacent to the charge discharge unit in the process of discharging the charge by the charge discharge unit. Preferably, a drive signal is applied to the discharge gate, and a control signal is applied to the discharge gate so that the discharge gate is turned on. Thereby, electric charges can be discharged effectively.

前記電荷排出部が電荷を排出する処理において、前記電荷排出部に隣接する転送電極の次段の転送電極に当該次段の転送電極への電荷の転送を妨げるように駆動信号が印加されていることが好ましい。これによって、電荷が電荷検出部側へ転送されることをより効果的に抑制することができる。   In the process of discharging the charge by the charge discharging unit, a drive signal is applied to the transfer electrode at the next stage of the transfer electrode adjacent to the charge discharging unit so as to prevent the transfer of the charge to the transfer electrode at the next stage. It is preferable. Thereby, it is possible to more effectively suppress the charge from being transferred to the charge detection unit side.

本発明の第2の態様は、電荷を順次転送する電荷転送部を転送される電荷を、制御信号に従って排出する電荷排出部であって、電荷が排出されるドレインと、前記ドレインへの電荷の排出を制御する排出ゲートと、前記排出ゲートの下部において、前記電荷転送部のチャネルよりもチャネル幅の小さい第1のチャネル部と、前記第1のチャネル部よりも前記ドレイン側に形成され、前記第1のチャネル部よりもチャネル幅の広い第2のチャネル部とを備えている。これによって、電荷転送部からの転送電荷を効果的に排出することができる。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a charge discharging unit that discharges charges transferred by a charge transfer unit that sequentially transfers charges in accordance with a control signal, the drain from which charges are discharged, and the charge to the drain. A discharge gate for controlling discharge; a first channel portion having a channel width smaller than that of the channel of the charge transfer portion; and a drain side of the first channel portion at a lower portion of the discharge gate, And a second channel portion having a channel width wider than that of the first channel portion. As a result, the transfer charge from the charge transfer unit can be effectively discharged.

本発明によれば、電荷転送部から電荷排出部への電荷の排出を効果的に行うことができる。   According to the present invention, it is possible to effectively discharge charges from the charge transfer unit to the charge discharging unit.

以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。   Hereinafter, embodiments to which the present invention can be applied will be described. The following description is to describe the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment. For clarity of explanation, the following description and drawings are omitted and simplified as appropriate. Moreover, those skilled in the art can easily change, add, and convert each element of the following embodiments within the scope of the present invention.

図1は、本発明の一例として、本実施形態におけるCCDリニア・イメージ・センサ100の概略構成を示している。図1において、101は複数の画素を構成する第1のフォトダイオード列、102は複数の画素を構成する第2のフォトダイオード列、103は第1の読み出しゲート、104は第2の読み出しゲート、105は第1のCCDレジスタ、106は第2のCCDレジスタ、107は出力ゲート、108は出力回路部である。   FIG. 1 shows a schematic configuration of a CCD linear image sensor 100 according to this embodiment as an example of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a first photodiode row that forms a plurality of pixels, 102 denotes a second photodiode row that forms a plurality of pixels, 103 denotes a first reading gate, 104 denotes a second reading gate, Reference numeral 105 denotes a first CCD register, 106 denotes a second CCD register, 107 denotes an output gate, and 108 denotes an output circuit unit.

第1及び第2のフォトダイオード列101、102の光電変換によって蓄積されて電荷は、CCDレジスタ105、106によって出力回路部108に転送され、外部回路へ出力される。CCDリニア・イメージ・センサ100は、低解像度モードと高解像度モードの2つのモードを有しており、高解像度モードにおいては、第1及び第2のCCDレジスタ105、106からの電荷が交互に、出力回路108に順次出力され、低解像度モードにおいては、第1のCCDレジスタ105からの電荷が出力回路に転送され、第2のCCDレジスタ106からの電荷は電荷排出部109に排出される。   Charges accumulated by photoelectric conversion of the first and second photodiode arrays 101 and 102 are transferred to the output circuit unit 108 by the CCD registers 105 and 106 and output to an external circuit. The CCD linear image sensor 100 has two modes, a low resolution mode and a high resolution mode. In the high resolution mode, charges from the first and second CCD registers 105 and 106 are alternately displayed. The charges are sequentially output to the output circuit 108. In the low resolution mode, the charge from the first CCD register 105 is transferred to the output circuit, and the charge from the second CCD register 106 is discharged to the charge discharging unit 109.

図1を参照して、CCDリニア・イメージ・センサ100の構成について詳細に説明する。第1及び第2のフォトダイオード列105、106のそれぞれにおいて、複数のフォトダイオードが一方向に配列されており、両フォトダイオード列101、102におけるフォトダイオードの配列ピッチは、同じである。第1のフォトダイオード列101と第2のフォトダイオード列102とは、半ピッチずれた位置関係において、平行に配置されている。外部から入射した光は各フォトダイオードによって受光され、入射光量に応じて光電変換によって生成された電荷は、各画素に蓄積される。   The configuration of the CCD linear image sensor 100 will be described in detail with reference to FIG. In each of the first and second photodiode rows 105 and 106, a plurality of photodiodes are arranged in one direction, and the arrangement pitch of the photodiodes in both photodiode rows 101 and 102 is the same. The first photodiode array 101 and the second photodiode array 102 are arranged in parallel in a positional relationship shifted by a half pitch. Light incident from the outside is received by each photodiode, and charges generated by photoelectric conversion according to the amount of incident light are accumulated in each pixel.

第1の読み出しゲート103は、第1のフォトダイオード列105から、第1のCCDレジスタ105への蓄積電荷の読み出しを制御する。同様に、第2の読み出しゲート104は、第2のフォトダイオード列106から、第2のCCDレジスタ106への蓄積電荷の読み出しを制御する。第1及び第2の読み出しゲート103、104は、駆動信号φTGによってONもしくはOFF状態にセットされることによって、電荷の蓄積もしくは蓄積電荷の読み出しを制御する。   The first read gate 103 controls reading of accumulated charges from the first photodiode array 105 to the first CCD register 105. Similarly, the second readout gate 104 controls reading of accumulated charges from the second photodiode array 106 to the second CCD register 106. The first and second read gates 103 and 104 are set to an ON or OFF state by a drive signal φTG, thereby controlling charge accumulation or accumulated charge readout.

第1及び第2のCCDレジスタ105、106は、それぞれ、第1及び第2のフォトダイオード列から読み出された電荷を順次転送する機能を有している。CCDレジスタ105、106として、本形態においては、2相駆動方式のCCDレジスタが示されている。2相駆動方式のCCDレジスタは、第1の駆動パルスφ1と第2の駆動パルスφ2が交互に印加されることによって、読み出された各画素に対応する電荷を、駆動信号に従って出力回路部108に向けて順次転送する。第1のCCDレジスタ105と第2のCCDレジスタ106とは、出力側で結合されており、高解像度モードにおいて、各CCDレジスタ105、106からの出力電荷が、交互に出力回路部108に出力される。   The first and second CCD registers 105 and 106 have a function of sequentially transferring charges read from the first and second photodiode arrays, respectively. In this embodiment, CCD registers 105 and 106 are two-phase drive type CCD registers. In the CCD register of the two-phase driving system, the first driving pulse φ1 and the second driving pulse φ2 are alternately applied, so that the electric charge corresponding to each pixel read out is output to the output circuit unit 108 according to the driving signal. Sequentially forward toward The first CCD register 105 and the second CCD register 106 are coupled on the output side, and output charges from the CCD registers 105 and 106 are alternately output to the output circuit unit 108 in the high resolution mode. The

出力回路部108は、浮遊拡散領域によって形成され、信号電荷を信号電圧に変換する信号電荷検出部と、ソース・フォロワやインバータ等を含むアナログ回路とを備えている。CCDレジスタ105、106からの出力電荷は、浮遊拡散領域において信号電圧に変換され、アナログ回路を介して出力回路部108から外部回路に出力される。CCDレジスタ105、106から出力回路部108への電荷の出力は、出力ゲート107によって制御される。   The output circuit unit 108 is formed of a floating diffusion region, and includes a signal charge detection unit that converts a signal charge into a signal voltage, and an analog circuit including a source follower, an inverter, and the like. The output charges from the CCD registers 105 and 106 are converted into a signal voltage in the floating diffusion region, and are output from the output circuit unit 108 to an external circuit via an analog circuit. The output of charges from the CCD registers 105 and 106 to the output circuit unit 108 is controlled by the output gate 107.

第2のCCDレジスタ106には、低解像度モードにおいて出力回路部108へ転送されない電荷を排出するための電荷排出部109が形成されている。電荷排出部109は、第2のCCDレジスタ106の出力端近傍に形成され、第2のCCDレジスタ106の側部に分岐して形成されている。電荷排出部109は、電荷が排出されるドレイン110、第2のCCDレジスタ106の出力方向とは異なる方向のチャネル111、及び排出ゲート112を有している。高解像度モードにおいて排出ゲート112はオフにセットされており、第2のCCDレジスタ106の転送電荷はドレイン110に転送されることなく、出力回路部108に転送される。低解像度モードにおいて排出ゲート112はオンにセットされており、第2のCCDレジスタ106の転送電荷は、出力回路部108に転送されることなく、ドレイン110に排出される。   The second CCD register 106 is formed with a charge discharging portion 109 for discharging charges that are not transferred to the output circuit portion 108 in the low resolution mode. The charge discharging unit 109 is formed in the vicinity of the output end of the second CCD register 106, and is branched to the side of the second CCD register 106. The charge discharging unit 109 includes a drain 110 from which charges are discharged, a channel 111 in a direction different from the output direction of the second CCD register 106, and a discharge gate 112. In the high resolution mode, the discharge gate 112 is set off, and the transfer charge of the second CCD register 106 is transferred to the output circuit unit 108 without being transferred to the drain 110. In the low resolution mode, the discharge gate 112 is set to ON, and the transfer charge of the second CCD register 106 is discharged to the drain 110 without being transferred to the output circuit unit 108.

CCDリニア・イメージ・センサ100の動作について説明する。図2は、CCDリニア・イメージ・センサ100に印加される制御信号のタイミングを示す、タイミング・チャートである。図2(a)は、高解像度モードにおけるタイミング・チャート、図2(b)は、低解像度モードにおけるタイミング・チャートである。φ1、φ2は、2相駆動パルスとして第1及び第2のCCDレジスタ105、106に印加される、第1の駆動パルスと第2の駆動パルスである。φ1A、φ2Aについては、後に説明される。φSWは、排出ゲート112に印加される、排出ゲート制御信号である。   The operation of the CCD linear image sensor 100 will be described. FIG. 2 is a timing chart showing the timing of control signals applied to the CCD linear image sensor 100. 2A is a timing chart in the high resolution mode, and FIG. 2B is a timing chart in the low resolution mode. φ1 and φ2 are a first drive pulse and a second drive pulse that are applied to the first and second CCD registers 105 and 106 as two-phase drive pulses. φ1A and φ2A will be described later. φSW is a discharge gate control signal applied to the discharge gate 112.

第1及び第2のフォトダイオード列101、102が光を受光すると、各フォトダイオードは、入射光強度に応じて、光電変換によって電荷を生成する。第1及び第2の読み出しゲート103、104は制御信号φTGによってオフ状態にあり、第1及び第2のフォトダイオード列101、102において生成された電荷は、各画素に蓄積される。次に、第1及び第2の読み出しゲート103、104は制御信号φTGによってオン状態にセットされ、第1及び第2のフォトダイオード列101、102の各画素に蓄積されていた電荷は、第1及び第2のCCDレジスタ105、106に一斉に読み取られる。   When the first and second photodiode arrays 101 and 102 receive light, each photodiode generates a charge by photoelectric conversion in accordance with the incident light intensity. The first and second readout gates 103 and 104 are turned off by the control signal φTG, and the charges generated in the first and second photodiode rows 101 and 102 are accumulated in each pixel. Next, the first and second readout gates 103 and 104 are set to the on state by the control signal φTG, and the charges accumulated in the pixels of the first and second photodiode columns 101 and 102 are the first And are simultaneously read by the second CCD registers 105 and 106.

高解像度モードにおける動作について説明する。第1及び第2のCCDレジスタ105、106には、2相駆動パルスとして、第1の駆動パルスφ1と第2の駆動パルスφ2が印加される。第1の駆動パルスφ1と第2の駆動パルスφ2のそれぞれは、第1及び第2のCCDレジスタ105、106の複数の第1転送電極と複数の第2転送電極のそれぞれに印加される。転送電極については、後に説明される。第1の駆動パルスφ1と第2の駆動パルスφ2は、図2(a)に示すように、180度位相が異なり、それぞれのHレベルが交互に入れ替わるように第1及び第2のCCDレジスタ105、106に印加される。第1及び第2のCCDレジスタ105、106は、駆動パルスに同期して、読み取った電荷を出力回路部108側へ順次転送する。   The operation in the high resolution mode will be described. A first drive pulse φ1 and a second drive pulse φ2 are applied to the first and second CCD registers 105 and 106 as two-phase drive pulses. The first drive pulse φ1 and the second drive pulse φ2 are applied to the plurality of first transfer electrodes and the plurality of second transfer electrodes of the first and second CCD registers 105 and 106, respectively. The transfer electrode will be described later. As shown in FIG. 2A, the first drive pulse φ1 and the second drive pulse φ2 are different in phase by 180 degrees, and the first and second CCD registers 105 are alternately switched so that their H levels are alternately switched. , 106. The first and second CCD registers 105 and 106 sequentially transfer the read charges to the output circuit unit 108 side in synchronization with the drive pulse.

図2(a)に示すように、排出ゲート制御信号φSWはLレベルにあり、排出ゲート112はオフ状態にセットされている。このため、第2のCCDレジスタ106の転送電荷は、出力回路部108に転送される。出力回路部108には、第1のCCDレジスタ105と第2のCCDレジスタからの転送電荷が、2相駆動パルスに応じて、交互に順次入力される。出力回路部108は、入力された信号電荷を信号電圧に変換し、外部回路に出力する。   As shown in FIG. 2A, the discharge gate control signal φSW is at the L level, and the discharge gate 112 is set in the OFF state. Therefore, the transfer charge of the second CCD register 106 is transferred to the output circuit unit 108. Transfer charges from the first CCD register 105 and the second CCD register are alternately and sequentially input to the output circuit unit 108 according to the two-phase drive pulse. The output circuit unit 108 converts the input signal charge into a signal voltage and outputs it to an external circuit.

低解像度モードにおいて、図2(b)に示すように、排出ゲート制御信号φSWはHレベルにあり、排出ゲート112はオン状態にセットされている。第2のCCDレジスタ106を転送された電荷は、ドレイン110に排出される。第1及び第2のCCDレジスタ105、106のそれぞれには、図2(b)に示すように、2相駆動パルスとして、第1の駆動パルスφ1と第2の駆動パルスφ2が印加される。駆動パルスφ1、φ2のタイミングは、高解像度モードと同様である。   In the low resolution mode, as shown in FIG. 2B, the discharge gate control signal φSW is at the H level, and the discharge gate 112 is set to the on state. The charge transferred through the second CCD register 106 is discharged to the drain 110. As shown in FIG. 2B, a first drive pulse φ1 and a second drive pulse φ2 are applied to each of the first and second CCD registers 105 and 106 as a two-phase drive pulse. The timing of the drive pulses φ1 and φ2 is the same as in the high resolution mode.

駆動パルスφ1、φ2に同期して、第1及び第2のCCDレジスタ105、106は読み取った電荷を出力回路部108側へ転送する。上記のように、排出ゲート112はオン状態にセットされており、第2のCCDレジスタ106の転送電荷は、電荷排出部109に排出される。出力回路部108には、駆動パルスφ1、φ2に従って第1のCCDレジスタ105からの転送電荷が入力される。これによって、低解像度の画像信号が出力される。   In synchronization with the drive pulses φ1 and φ2, the first and second CCD registers 105 and 106 transfer the read charges to the output circuit unit 108 side. As described above, the discharge gate 112 is set to the ON state, and the transfer charge of the second CCD register 106 is discharged to the charge discharge unit 109. The transfer charge from the first CCD register 105 is input to the output circuit unit 108 in accordance with the drive pulses φ1 and φ2. As a result, a low-resolution image signal is output.

図3は、電荷排出部109、及び、第2のCCDレジスタ106の電荷排出部109近傍の概略構成を示す平面図である。図4(a)は、図3において矢視a−a‘で指示された部分に関する、一部の構成を示す断面図である。図4(b)は、図4(a)に示された断面構造における、各部のチャネル電位を示している。図3を参照して、第2のCCDレジスタ106は、第1の駆動パルスφ1が印加される複数の第1の転送電極201と、第2の駆動パルスφ2が印加される複数の第2の転送電極202とを有している(図においては、一部が例示されている)。   FIG. 3 is a plan view showing a schematic configuration in the vicinity of the charge discharging unit 109 and the charge discharging unit 109 of the second CCD register 106. FIG. 4A is a cross-sectional view showing a part of the configuration related to the portion indicated by arrow a-a ′ in FIG. 3. FIG. 4B shows the channel potential of each part in the cross-sectional structure shown in FIG. Referring to FIG. 3, the second CCD register 106 includes a plurality of first transfer electrodes 201 to which the first drive pulse φ1 is applied and a plurality of second transfer electrodes to which the second drive pulse φ2 is applied. A transfer electrode 202 (a part of which is illustrated in the figure).

第1の転送電極201と第2の転送電極202とは交互に配置されている。第1及び第2の転送電極201、202のそれぞれは、2層の電極によって構成されおり、第1の転送電極201は、バリア電極(不図示)、蓄積電極201bから構成され、第2の転送電極202は、バリア電極202a、蓄積電極202bから構成されている。電荷の転送において、蓄積電極の下部に電荷が蓄積され、バリア電極の下部はバリア層として機能する。   The first transfer electrodes 201 and the second transfer electrodes 202 are alternately arranged. Each of the first and second transfer electrodes 201 and 202 is constituted by two layers of electrodes, and the first transfer electrode 201 is constituted by a barrier electrode (not shown) and a storage electrode 201b, and the second transfer electrode. The electrode 202 includes a barrier electrode 202a and a storage electrode 202b. In charge transfer, charges are accumulated below the storage electrode, and the lower part of the barrier electrode functions as a barrier layer.

図3に示すように、電荷排出部109は、第1の転送電極の一つである転送電極203に隣接して形成されている。転送電極203は、バリア電極203a、蓄積電極203bから構成されている。又、電荷排出部109よりも出力回路部108側には、第2の転送電極の一つである、出力側転送電極204が形成されている。出力側転送電極204は、バリア電極204a、蓄積電極204bから構成されている。転送電極201−204の下部には、電荷を転送するための転送チャネル205が形成されている。転送チャネル205のチャネル幅は、W1で示されている。   As shown in FIG. 3, the charge discharging unit 109 is formed adjacent to the transfer electrode 203 which is one of the first transfer electrodes. The transfer electrode 203 includes a barrier electrode 203a and a storage electrode 203b. Further, an output-side transfer electrode 204 that is one of the second transfer electrodes is formed on the output circuit unit 108 side of the charge discharging unit 109. The output transfer electrode 204 includes a barrier electrode 204a and a storage electrode 204b. A transfer channel 205 for transferring charges is formed below the transfer electrodes 201-204. The channel width of the transfer channel 205 is indicated by W1.

電荷排出部109は、低解像度モードにおいて電荷を排出するドレイン110と、排出ゲート111を有している。排出ゲート111の下部には、排出電荷を転送する排出チャネル206が形成されている。ドレイン110のチャネル幅はW2で示されている。排出チャネル206のチャネル幅は、転送電極203側における排出電荷の入力部でのチャネル幅はW3aで示されおり、ドレイン側端部でのチャネル幅がW3bで示されている。本形態において、排出チャネル206の入力側のチャネル幅W3aは、第2のCCDレジスタ106の転送チャネル205のチャネル幅W1よりも小さくなるように形成されている。また、排出チャネル206のチャネル幅について、ドレイン側のチャネル幅W3bが、転送電極203側のチャネル幅W3aよりも大きくなるように形成されている。   The charge discharging unit 109 includes a drain 110 that discharges charges and a discharge gate 111 in the low resolution mode. A discharge channel 206 for transferring discharged charges is formed below the discharge gate 111. The channel width of the drain 110 is indicated by W2. As for the channel width of the discharge channel 206, the channel width at the discharge charge input portion on the transfer electrode 203 side is indicated by W3a, and the channel width at the drain side end is indicated by W3b. In this embodiment, the channel width W3a on the input side of the discharge channel 206 is formed to be smaller than the channel width W1 of the transfer channel 205 of the second CCD register 106. Further, the drain channel 206 is formed such that the drain side channel width W3b is larger than the channel width W3a on the transfer electrode 203 side.

第1の転送電極201には第1の駆動パルスφ1が印加され、第2の転送電極202には第2の駆動パルスφ2が印加される。ただし、電荷排出部109が接続されている第1の転送電極である転送電極203には、駆動パルスφ1Aが印加される。また、第2の転送電極の一つである出力側転送電極204には、駆動パルスφ2Aが印加される。排出ゲート111には、排出ゲート制御信号φSWが印加される。   A first drive pulse φ 1 is applied to the first transfer electrode 201, and a second drive pulse φ 2 is applied to the second transfer electrode 202. However, the drive pulse φ1A is applied to the transfer electrode 203 which is the first transfer electrode to which the charge discharging unit 109 is connected. Further, the drive pulse φ2A is applied to the output transfer electrode 204 which is one of the second transfer electrodes. A discharge gate control signal φSW is applied to the discharge gate 111.

図4の断面図に示すように、電荷排出部109及び転送電極203近傍の構造は、N型シリコン基板401上に形成されている。N型シリコン基板401上は、P型不純物をN型シリコン基板に注入することによって形成される、Pウェル402が配置されている。Pウェル402上にはN型のチャネル領域403が形成されており、N型のチャネル領域403の上面は熱酸化膜404によって覆われている。熱酸化膜404上には、多結晶シリコンによって電極が形成されており、排出ゲート111と転送電極203のそれぞれが、熱酸化膜404を介してN型のチャネル領域403上に形成されている。   As shown in the sectional view of FIG. 4, the structure in the vicinity of the charge discharging portion 109 and the transfer electrode 203 is formed on an N-type silicon substrate 401. On the N-type silicon substrate 401, a P-well 402 formed by injecting P-type impurities into the N-type silicon substrate is disposed. An N-type channel region 403 is formed on the P well 402, and the upper surface of the N-type channel region 403 is covered with a thermal oxide film 404. An electrode is formed of polycrystalline silicon on the thermal oxide film 404, and each of the discharge gate 111 and the transfer electrode 203 is formed on the N-type channel region 403 through the thermal oxide film 404.

第2のCCDレジスタ106側(ドレインの反対側)において、転送電極203の下部の一部には、P領域406が形成されている。ドレイン110の周辺部にはN領域405が形成されている。図4(b)に示すように、ドレイン110に電源電圧を印可することによって、ドレイン110の周囲よりも深いチャネル電位になり、ここに辿りついた電荷は外部回路に排出される。 On the second CCD register 106 side (opposite the drain), a P + region 406 is formed in a part of the lower portion of the transfer electrode 203. An N + region 405 is formed in the periphery of the drain 110. As shown in FIG. 4B, when a power supply voltage is applied to the drain 110, the channel potential becomes deeper than the periphery of the drain 110, and the electric charge reaching here is discharged to an external circuit.

図4(b)を参照して、高解像度モード及び低解像度モードにおけるチャネル電位、及び、それによる電荷の転送プロセスについて説明する。図4(b)において、451は高解像度モードにおけるチャネル電位を示しており、452は低解像度モードにおけるチャネル電位を示している。図4(b)のX軸はN型シリコン基板上の位置を示し、Y軸はN型シリコン基板上の各位置におけるチャネル電位を示している。X軸に示される位置は、図4(a)の断面図と対応している。また、Y軸において、紙面下方に向かってチャネル電位が大きくなるように、チャネル電位が記載されている。   With reference to FIG. 4B, the channel potential in the high resolution mode and the low resolution mode, and the charge transfer process by the channel potential will be described. In FIG. 4B, 451 indicates the channel potential in the high resolution mode, and 452 indicates the channel potential in the low resolution mode. In FIG. 4B, the X-axis indicates the position on the N-type silicon substrate, and the Y-axis indicates the channel potential at each position on the N-type silicon substrate. The position shown on the X-axis corresponds to the cross-sectional view of FIG. In addition, the channel potential is described so that the channel potential increases toward the lower side of the drawing on the Y axis.

図2(a)に示すように、高解像度モードにおいて、排出ゲート111にはLレベルのφSW信号が与えられており、排出ゲート111はオフ状態にセットされている。転送電極203と出力側転送電極のそれぞれに印加される制御信号φ1、φ2は、2相駆動パルスφ1、φ2のそれぞれと同様である。電荷排出部109の排出チャネル206と第2のCCDレジスタ106の転送チャネル205とは、排出チャネル206が狭チャネル効果を起こすように形成されている。電荷排出部109のチャネル幅W3aは、第2のCCDレジスタ106のチャネル幅W1よりも小さくなるように形成されている。   As shown in FIG. 2A, in the high resolution mode, an L level φSW signal is given to the discharge gate 111, and the discharge gate 111 is set to an off state. Control signals φ1 and φ2 applied to the transfer electrode 203 and the output transfer electrode are the same as the two-phase drive pulses φ1 and φ2, respectively. The discharge channel 206 of the charge discharging unit 109 and the transfer channel 205 of the second CCD register 106 are formed so that the discharge channel 206 causes a narrow channel effect. The channel width W3a of the charge discharging unit 109 is formed to be smaller than the channel width W1 of the second CCD register 106.

高解像度モードにおいて、排出ゲート111にはLレベルのφSW信号が与えられている。電荷排出部109のチャネル電位は、狭チャネル効果により、転送電極203の下部におけるチャネル電位よりも低くなる。このため、第2のCCDレジスタ106の電荷は、出力回路部108側へ転送される。図4において、LレベルのφSW信号が与えられているときの電荷排出部109のチャネル電位Vaと、Lレベルのφ1Aが印加されているときの第2のCCDレジスタ106の転送電極203の下部におけるチャネル電位Vbが示されている。図4から理解されるように、電荷排出部109のチャネル電位Vaは、狭チャネル効果により、常に第2のCCDレジスタ106のチャネル電位Vbよりも小さくなる。   In the high resolution mode, the discharge gate 111 is given an L level φSW signal. The channel potential of the charge discharging unit 109 becomes lower than the channel potential below the transfer electrode 203 due to the narrow channel effect. Therefore, the charge in the second CCD register 106 is transferred to the output circuit unit 108 side. In FIG. 4, the channel potential Va of the charge discharging unit 109 when the L level φSW signal is applied and the lower part of the transfer electrode 203 of the second CCD register 106 when the L level φ1A is applied. A channel potential Vb is shown. As understood from FIG. 4, the channel potential Va of the charge discharging unit 109 is always smaller than the channel potential Vb of the second CCD register 106 due to the narrow channel effect.

図2(b)に示すように、低解像度モードにおいて、排出ゲート111にはHレベルのφSW信号が与えられており、排出ゲート111はオン状態にセットされる。電荷排出部111に隣接する転送電極203へは、転送電極203へ電荷転送を行う駆動信号である、Hレベルの信号φ1Aが印加される。好ましくは、出力側電極204へLレベルの信号φ2Aが印加される。これによって、出力回路部108側へ蓄積電荷が転送されないように制御される。本例において、転送電極203へは、排出ゲート111と同電位のHレベル信号が印加され、その電位に固定される。電荷排出部109のチャネル206のチャネル電位は、狭チャネル効果により、第2のCCDレジスタ106の転送電極203のチャネル電位よりも低くなる。   As shown in FIG. 2B, in the low resolution mode, the discharge gate 111 is supplied with the H level φSW signal, and the discharge gate 111 is set to the ON state. To the transfer electrode 203 adjacent to the charge discharging unit 111, an H level signal φ1A, which is a drive signal for transferring charges to the transfer electrode 203, is applied. Preferably, the L-level signal φ2A is applied to the output-side electrode 204. Thus, control is performed so that the accumulated charge is not transferred to the output circuit unit 108 side. In this example, an H level signal having the same potential as that of the discharge gate 111 is applied to the transfer electrode 203 and is fixed at that potential. The channel potential of the channel 206 of the charge discharging unit 109 becomes lower than the channel potential of the transfer electrode 203 of the second CCD register 106 due to the narrow channel effect.

図4(b)において、HレベルのφSW信号が与えられているときの電荷排出部のチャネル電位Vcと、Hレベルのφ1Aが印加されているときの第2のCCDレジスタのチャネル電位Vdが示されている。本例において、これらは同電位である。図4(b)に示されるように、電荷排出部109のチャネル電位Vcは、第2のCCDレジスタ106のチャネル電位Vdよりも低い。このため、第2のCCDレジスタ106を転送されてきた電荷は、最初に転送電極203の下部に蓄積され、転送電極203のチャネル電位と排出ゲート111のチャネル電位の電位差以上に溜まった電子が、電荷排出部109の排出チャネル206を通り、ドレイン110に排出される。   FIG. 4B shows the channel potential Vc of the charge discharging unit when the H level φSW signal is applied and the channel potential Vd of the second CCD register when the H level φ1A is applied. Has been. In this example, these are the same potential. As shown in FIG. 4B, the channel potential Vc of the charge discharging unit 109 is lower than the channel potential Vd of the second CCD register 106. For this reason, the charges transferred through the second CCD register 106 are first stored in the lower portion of the transfer electrode 203, and electrons accumulated more than the potential difference between the channel potential of the transfer electrode 203 and the channel potential of the discharge gate 111 are The charge is discharged to the drain 110 through the discharge channel 206 of the charge discharging unit 109.

本形態において、図3に示すように、電荷排出部109は、ドレイン110側に第2のCCDレジスタ106側のチャネル部よりもチャネル幅の広いチャネル部を有している。具体的には、排出チャネル206は、チャネル幅W3aがほぼ同一な第2のCCDレジスタ106側のチャネル部と、チャネル幅が徐々に広がり、ドレイン110側のチャネル端部においてチャネル幅W3bであるように形成されているドレイン110側のチャネル部とを有している。このように、電荷排出部109のチャネル幅は、第2のCCDレジスタ106側のチャネル幅W3aよりもドレイン側のチャネル幅W3bが大きくなっている。   In this embodiment, as shown in FIG. 3, the charge discharging portion 109 has a channel portion having a wider channel width on the drain 110 side than the channel portion on the second CCD register 106 side. Specifically, the discharge channel 206 has a channel width gradually increasing from the channel portion on the second CCD register 106 side having substantially the same channel width W3a and the channel width W3b at the channel end portion on the drain 110 side. And a channel portion on the drain 110 side that is formed. Thus, the channel width W3b on the drain side is larger than the channel width W3a on the second CCD register 106 side.

このため、チャネル幅が同一であるチャネルを有する従来の電荷排出部と比較して、ドレイン110側において電位が高くなる。図4において、従来の電荷排出部におけるチャネル電位Vc´が比較のために例示されている。このように、本形態においては、ドレイン110付近でチャネル幅が広がっているため、ドレイン付近110での電位がより深くなり、電荷に対するドレイン110方向への電界が強まる。これによって、電荷がドレイン110に効果的に排出され、出力回路部108側へ電荷が転送されることを実質的に防止することができる。特に、高速動作するCCDリニア・イメージ・センサにおいて、低解像度モードのための電荷排出処理を効果的に行うことができる。   For this reason, the potential becomes higher on the drain 110 side as compared with the conventional charge discharging portion having a channel having the same channel width. In FIG. 4, the channel potential Vc ′ in the conventional charge discharging portion is illustrated for comparison. Thus, in this embodiment, since the channel width is widened near the drain 110, the potential near the drain 110 becomes deeper, and the electric field in the direction of the drain 110 with respect to the electric charge is strengthened. As a result, it is possible to substantially prevent charges from being effectively discharged to the drain 110 and transferred to the output circuit unit 108 side. In particular, in a CCD linear image sensor that operates at high speed, the charge discharging process for the low resolution mode can be effectively performed.

一方、第2のCCDレジスタ側におけるチャネル幅W3aは、転送チャネルのチャネル幅W1よりも小さく、電荷排出部のチャネル幅は全体では広げられていない。このため、高解像度モードにおいて出力回路部108に電荷を転送する場合において、電荷排出部のチャネル電位Vaは狭チャネル効果によって、転送チャネル205よりも電位が浅くなり、従来の電荷排出部におけるチャネル電位Va´と実質的に変わらない。これによって、高解像度モードにおいて、電荷がドレイン110に実質的に排出されやすくなることはなく、出力回路部108へ電荷転送を行うことができる。   On the other hand, the channel width W3a on the second CCD register side is smaller than the channel width W1 of the transfer channel, and the channel width of the charge discharging unit is not widened as a whole. For this reason, when charge is transferred to the output circuit unit 108 in the high resolution mode, the channel potential Va of the charge discharging unit becomes shallower than the transfer channel 205 due to the narrow channel effect, and the channel potential in the conventional charge discharging unit is reduced. It is not substantially different from Va ′. Thereby, in the high resolution mode, the charge is not easily discharged to the drain 110, and the charge can be transferred to the output circuit unit.

排出チャネル206のチャネル幅は、ドレイン110側において、ドレイン110に向かって、徐々に大きくなるように形成されていることが好ましい。これによって、急激なチャネル幅変化による好ましくない電位変化を防止し、効果的に電界を強めることができる。ドレイン110は、出力回路部108側とは反対側に凸部を有しており、排出チャネル206は、ドレイン110側において、出力回路部108側とは反対側に向かってチャネル幅が徐々に大きくなるように形成されている。これによって、ドレインに接続される電源電圧の給電部などのレイアウトを効率的に行うことができる。   The channel width of the discharge channel 206 is preferably formed so as to gradually increase toward the drain 110 on the drain 110 side. As a result, an undesired potential change due to a sudden channel width change can be prevented, and the electric field can be effectively strengthened. The drain 110 has a convex portion on the side opposite to the output circuit portion 108 side, and the drain channel 206 has a channel width gradually increasing toward the side opposite to the output circuit portion 108 side on the drain 110 side. It is formed to become. As a result, the layout of the power supply unit for the power supply voltage connected to the drain can be efficiently performed.

低解像度モードにおいて、出力側転送電極204には、好ましくは、Lレベルの駆動信号φ2Aが印加され、出力側転送電極204への電荷の転送を妨げるように駆動信号が印加される。出力側転送電極204に、出力側転送電極204へ電荷転送を妨げるような制御信号を印加し、その電位に固定することによって、第2のCCDレジスタ106の電荷が、低解像度モードにおいて、出力回路部108側にこぼれることを、より効果的に防止することができる。   In the low resolution mode, the drive signal φ2A at an L level is preferably applied to the output transfer electrode 204, and a drive signal is applied so as to prevent transfer of charge to the output transfer electrode 204. By applying a control signal that prevents charge transfer to the output-side transfer electrode 204 to the output-side transfer electrode 204 and fixing it to the potential, the charge of the second CCD register 106 is output in the output circuit in the low resolution mode. Spilling to the side of the portion 108 can be more effectively prevented.

尚、本例においては、排出ゲート105下部に形成される排出チャネル206のチャネル幅は、徐々に大きくなるように形成されているが、例えば、W3aからW3bへチャネル幅が大きくなる段差を有するように形成することも可能である。この場合、例えば、排出チャネル206のドレイン側のチャネル部は、W3bの幅を維持するように形成する。また、本例において、排出チャンネル206の出力回路部108と反対側においてチャネル幅が広げられているが、チャネルの両側において、もしくは出力回路部108においてチャネル幅が広げられる構成とすることができる。排出チャネル206において、チャネルのどの部分、あるいは、どの部分においてチャネル幅を広げるかは、設計に従って好適なものを選択することができる。   In this example, the channel width of the discharge channel 206 formed below the discharge gate 105 is formed so as to gradually increase. However, for example, there is a step where the channel width increases from W3a to W3b. It is also possible to form it. In this case, for example, the channel portion on the drain side of the discharge channel 206 is formed so as to maintain the width of W3b. In this example, the channel width is widened on the opposite side of the discharge channel 206 from the output circuit unit 108, but the channel width can be widened on both sides of the channel or in the output circuit unit 108. In the discharge channel 206, a suitable part of the channel or a part in which the channel width is widened can be selected according to the design.

本実施の形態における、CCDリニア・イメージ・センサの概略構成を示す平面図である。1 is a plan view showing a schematic configuration of a CCD linear image sensor in the present embodiment. 本実施の形態における、CCDリニア・イメージ・センサにおける制御信号のタイミングを示すタイミング・チャートである。6 is a timing chart showing the timing of control signals in the CCD linear image sensor in the present embodiment. 本実施の形態における、電荷排出部及びその近傍の概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the electric charge discharge part and its vicinity in this Embodiment. 本実施の形態における、電荷排出部及びその近傍の概略構成を示す断面図及び、チャネル電位を示す図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a charge discharging portion and its vicinity and a channel potential in the present embodiment. 従来の技術における、CCDリニア・イメージ・センサの概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the CCD linear image sensor in a prior art. 従来の技術における、電荷排出部及びその近傍の概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the electric charge discharge part and its vicinity in a prior art. 従来の技術における、電荷排出部及びその近傍の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the electric charge discharging part and its vicinity in a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

100 CCDリニア・イメージ・センサ、
101 第1のフォトダイオード列、102 第2のフォトダイオード列、
103 第1の読み出しゲート、104 第2の読み出しゲート、
105 第1のCCDレジスタ、106 第2のCCDレジスタ、
107 出力ゲート、108 出力回路部、109 電荷排出部、
110 ドレイン、111 排出チャネル、112 排出ゲート、
201 第1の転送電極、202 第2の転送電極、203 転送電極、
204 出力側転送電極、205 転送チャネル、206 排出チャネル
100 CCD linear image sensor,
101 first photodiode row, 102 second photodiode row,
103 first read gate, 104 second read gate,
105 first CCD register, 106 second CCD register,
107 output gate, 108 output circuit section, 109 charge discharging section,
110 drain, 111 discharge channel, 112 discharge gate,
201 first transfer electrode, 202 second transfer electrode, 203 transfer electrode,
204 Output side transfer electrode, 205 transfer channel, 206 discharge channel

Claims (8)

複数の画素を備え、前記複数の画素のそれぞれが受光した光に応じた電荷を生成する電荷生成部と、
前記電荷生成部によって生成された電荷を転送する電荷転送部と、
前記電荷転送部によって転送された電荷を検出する電荷検出部と、
前記電荷検出部に転送されない電荷を、前記電荷転送部から排出する電荷排出部と、
を備え、
前記電荷排出部は、電荷が排出されるドレインと、前記ドレインへの電荷の排出を制御する排出ゲートとを有し、
前記電荷排出部は、前記排出ゲートの下部において、第1のチャネル部と、前記第1のチャネル部よりも前記ドレイン側に形成され、前記第1のチャネル部よりもチャネル幅の広い第2のチャネル部とを有している、
固体撮像装置。
A charge generation unit that includes a plurality of pixels, and generates a charge according to light received by each of the plurality of pixels;
A charge transfer unit that transfers the charge generated by the charge generation unit;
A charge detection unit for detecting charges transferred by the charge transfer unit;
A charge discharging unit that discharges charges not transferred to the charge detection unit from the charge transfer unit;
With
The charge discharge unit includes a drain from which charges are discharged, and a discharge gate that controls discharge of charges to the drain.
The charge discharging portion is formed at a lower portion of the discharging gate at a first channel portion and on the drain side than the first channel portion, and a second channel having a channel width wider than that of the first channel portion. Having a channel part,
Solid-state imaging device.
複数の画素を備え、前記複数の画素のそれぞれが受光した光に応じた電荷を生成する第2の電荷生成部と、
前記第2の電荷生成部によって生成された電荷を転送する第2の電荷転送部と、
をさらに備え、
高解像度モードにおいて、前記電荷転送部及び前記第2の電荷生成部によって転送された電荷が前記電荷検出部に転送され、
低解像度モードにおいて、前記電荷検出部に転送されない電荷を、前記電荷排出部は前記電荷転送部から排出する、
請求項1に記載の固体撮像装置。
A second charge generation unit that includes a plurality of pixels, and generates a charge according to light received by each of the plurality of pixels;
A second charge transfer unit that transfers charges generated by the second charge generation unit;
Further comprising
In the high resolution mode, the charges transferred by the charge transfer unit and the second charge generation unit are transferred to the charge detection unit,
In the low resolution mode, the charge discharging unit discharges the charge not transferred to the charge detecting unit from the charge transferring unit.
The solid-state imaging device according to claim 1.
前記第2のチャネル部は、前記排出ゲートの下部のドレイン側端部を含み、
前記第2のチャネル部のチャネル幅は、前記ドレインに向かって徐々に大きくなるように形成されている、請求項1又は2に記載の固体撮像装置。
The second channel part includes a drain side end part below the discharge gate,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a channel width of the second channel portion is formed so as to gradually increase toward the drain.
前記ドレインは、前記電荷検出部の反対側においてチャネル幅が拡大され、
前記第2のチャネル部のチャネル幅は、前記電荷検出部の反対側において、前記ドレインに向かってチャネル幅が徐々に大きくなるように形成されている、
請求項3に記載の固体撮像装置。
The drain has a channel width enlarged on the opposite side of the charge detection unit,
The channel width of the second channel part is formed so that the channel width gradually increases toward the drain on the opposite side of the charge detection part.
The solid-state imaging device according to claim 3.
前記第1のチャネル部のチャネル幅は、狭チャネル効果によって前記電荷転送部が前記電荷検出部に電荷を転送するように、前記電荷転送部のチャネル幅よりも小さく形成されている、請求項1から4のいずれか一つに記載の固体撮像装置。   2. The channel width of the first channel portion is formed smaller than the channel width of the charge transfer portion so that the charge transfer portion transfers charges to the charge detection portion due to a narrow channel effect. 5. The solid-state imaging device according to any one of 1 to 4. 前記電荷転送部は、電荷を順次転送する複数の転送電極を備え、
前記電荷排出部が電荷を排出する処理において、前記電荷排出部に隣接する転送電極に対して、当該転送電極に電荷を転送する駆動信号が印加されており、前記排出ゲートがON状態となるように当該排出ゲートに制御信号が印加されている、
請求項1から5のいずれか一つに記載の固体撮像装置。
The charge transfer unit includes a plurality of transfer electrodes for sequentially transferring charges,
In the process of discharging the charge by the charge discharging unit, a drive signal for transferring the charge to the transfer electrode is applied to the transfer electrode adjacent to the charge discharging unit, so that the discharge gate is turned on. A control signal is applied to the discharge gate,
The solid-state imaging device according to claim 1.
前記電荷転送部は、電荷を順次転送する複数の転送電極を備え、
前記電荷排出部が電荷を排出する処理において、前記電荷排出部に隣接する転送電極の次段の転送電極に対して、当該次段の転送電極への電荷の転送を妨げるように駆動信号が印加されている、請求項1から6のいずれか一つに記載の固体撮像装置。
The charge transfer unit includes a plurality of transfer electrodes for sequentially transferring charges,
In the process of discharging the charge by the charge discharging unit, a drive signal is applied to the transfer electrode at the next stage of the transfer electrode adjacent to the charge discharging unit so as to prevent the transfer of the charge to the transfer electrode at the next stage. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein
電荷を順次転送する電荷転送部を転送される電荷を、制御信号に従って排出する電荷排出部であって、
電荷が排出されるドレインと、
前記ドレインへの電荷の排出を制御する排出ゲートと、
前記排出ゲートの下部において、前記電荷転送部のチャネルよりもチャネル幅の小さい第1のチャネル部と、
前記第1のチャネル部よりも前記ドレイン側に形成され、前記第1のチャネル部よりもチャネル幅の広い第2のチャネル部と、
を備えている電荷排出部。
A charge discharging unit that discharges the charge transferred through the charge transfer unit that sequentially transfers the charge according to the control signal,
A drain from which charges are discharged;
A discharge gate for controlling discharge of charge to the drain;
A first channel portion having a channel width smaller than a channel of the charge transfer portion at a lower portion of the discharge gate;
A second channel portion formed on the drain side of the first channel portion and having a channel width wider than that of the first channel portion;
A charge discharging unit.
JP2003380592A 2003-11-11 2003-11-11 Solid-state imaging device and charge discharging unit Expired - Fee Related JP4519447B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003380592A JP4519447B2 (en) 2003-11-11 2003-11-11 Solid-state imaging device and charge discharging unit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003380592A JP4519447B2 (en) 2003-11-11 2003-11-11 Solid-state imaging device and charge discharging unit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005150125A true JP2005150125A (en) 2005-06-09
JP4519447B2 JP4519447B2 (en) 2010-08-04

Family

ID=34690223

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003380592A Expired - Fee Related JP4519447B2 (en) 2003-11-11 2003-11-11 Solid-state imaging device and charge discharging unit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4519447B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008148083A (en) * 2006-12-12 2008-06-26 Nec Electronics Corp Solid-state imaging apparatus

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS624362A (en) * 1985-07-01 1987-01-10 Victor Co Of Japan Ltd Solid-state image pickup device
JPS6350058A (en) * 1986-08-19 1988-03-02 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor image sensing device
JPH04328835A (en) * 1991-04-26 1992-11-17 Nec Corp Charge transfer device
JPH10256522A (en) * 1996-07-12 1998-09-25 Sony Corp Solid state imaging apparatus and camera using the same
JP2000244819A (en) * 1999-02-17 2000-09-08 Toshiba Microelectronics Corp Solid-state image pickup device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS624362A (en) * 1985-07-01 1987-01-10 Victor Co Of Japan Ltd Solid-state image pickup device
JPS6350058A (en) * 1986-08-19 1988-03-02 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor image sensing device
JPH04328835A (en) * 1991-04-26 1992-11-17 Nec Corp Charge transfer device
JPH10256522A (en) * 1996-07-12 1998-09-25 Sony Corp Solid state imaging apparatus and camera using the same
JP2000244819A (en) * 1999-02-17 2000-09-08 Toshiba Microelectronics Corp Solid-state image pickup device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008148083A (en) * 2006-12-12 2008-06-26 Nec Electronics Corp Solid-state imaging apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP4519447B2 (en) 2010-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3618116B1 (en) Solid-state imaging element and electronic machine
US20230308782A1 (en) Solid-state imaging device and method of operating the same, and electronic apparatus and method of operating the same
JP4494492B2 (en) Solid-state imaging device and driving method of solid-state imaging device
US9083908B2 (en) Solid-state imaging apparatus with each pixel including a photoelectric conversion portion and plural holding portions
US8743257B2 (en) Solid-state imaging element having image signal overflow path
KR100682013B1 (en) Solid-state imaging device, camera using the same and driving method of solid-state imaging device
US20040245433A1 (en) Solid-state imaging device and method for driving the same
US5703386A (en) Solid-state image sensing device and its driving method
US20070045669A1 (en) Image sensor
US7557845B2 (en) Solid state imaging device incorporating unwanted electric charge discharging channel and method of driving the same
JP4763424B2 (en) Driving method of solid-state imaging device
US7132705B2 (en) Solid state imaging device and method of driving the same
JP4519447B2 (en) Solid-state imaging device and charge discharging unit
JP4514912B2 (en) Solid-state imaging device and driving method thereof
US20050151867A1 (en) Solid-state image pickup device with CMOS image sensor having amplified pixel arrangement
JP2006049746A (en) Solid state imaging device and its driving method
JP2006050403A (en) Solid-state imaging device
JP2007251594A (en) Solid state imaging apparatus, and method of operating solid state imaging apparatus
JP4771664B2 (en) Solid-state imaging device and driving method thereof
US20070262365A1 (en) Solid-state imaging device and method of driving the same
JP2006093263A (en) Solid state imaging device and method of driving it
JPH10271394A (en) Electric charge transfer device and solid-state image-pickup device using the same
JP2006049692A (en) Solid state image pickup device
JP4058765B2 (en) Solid-state imaging device and driving method thereof
JP2009158737A (en) Imaging device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20061003

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20091109

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091117

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100115

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100216

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100331

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100420

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100519

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130528

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees