JP2006013709A - Driving method of solid state image sensor, solid state imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、信号電荷の転送が行われる電荷転送部を有する固体撮像素子の駆動方法、並びに固体撮像素子を備えた固体撮像装置に関する。 The present invention relates to a driving method of a solid-state imaging device having a charge transfer unit for transferring signal charges, and a solid-state imaging device including the solid-state imaging device.
近年、デジタルスチルカメラ(DSC)やデジタルビデオカメラ(DVC)に使用されるCCD固体撮像素子において、多画素化と光学サイズの小型化に伴い、画素セルサイズの縮小化が進んでいる。 In recent years, in CCD solid-state imaging devices used in digital still cameras (DSC) and digital video cameras (DVC), pixel cell sizes have been reduced along with the increase in the number of pixels and the reduction in optical size.
従来のCCD固体撮像素子では、各受光センサ部で光電変換された信号電荷が、各列の受光センサ部の一側に設けられた垂直転送レジスタ等の電荷転送部に読み出され、この電荷転送部において信号電荷が転送される構成となっている(例えば特許文献1、特許文献2参照)。
In a conventional CCD solid-state imaging device, signal charges photoelectrically converted by each light receiving sensor unit are read out to a charge transfer unit such as a vertical transfer register provided on one side of the light receiving sensor unit of each column, and this charge transfer The signal charge is transferred in the unit (see, for example,
しかしながら、固体撮像素子の画素セルサイズの縮小化が進むことにより、感度やスミア等の基本特性の悪化が問題となっている。 However, as the pixel cell size of the solid-state imaging device is reduced, deterioration of basic characteristics such as sensitivity and smear is a problem.
また、この画素セルサイズの縮小化により、センサ部から垂直転送レジスタへの信号電荷の読み出し特性が悪くなるため、読み出しパルス電圧を高くすることが必要になっている。
これは、画素セルサイズの縮小化により、垂直転送レジスタの各転送電極のステージ長即ち縦方向(垂直転送方向)の長さが縮小して、センサ部から垂直転送レジスタへの信号電荷の読み出しのための間口が短くなることによる。
In addition, since the pixel cell size is reduced, the signal charge readout characteristic from the sensor unit to the vertical transfer register is deteriorated. Therefore, it is necessary to increase the readout pulse voltage.
This is because, by reducing the pixel cell size, the stage length of each transfer electrode of the vertical transfer register, that is, the length in the vertical direction (vertical transfer direction) is reduced, and signal charges are read from the sensor unit to the vertical transfer register. This is because the frontage is shortened.
上述した問題の解決のために、本発明においては、固体撮像素子の画素セルサイズを縮小化したときでも充分な読み出し特性を確保することを可能にする固体撮像素子の駆動方法及び固体撮像装置を提供するものである。 In order to solve the above-described problems, in the present invention, a solid-state imaging device driving method and a solid-state imaging device that can ensure sufficient readout characteristics even when the pixel cell size of the solid-state imaging device is reduced. It is to provide.
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、センサ部及びこのセンサ部から読み出された信号電荷の転送が行われる電荷転送部を有する固体撮像素子に対して、電荷転送部が2n(nは自然数)枚の転送電極により2n相駆動が行われる構成であり、2n枚の転送電極のうち、n<x<2nを満たすx枚の転送電極に読み出しパルス電圧を印加するものである。 In the solid-state imaging device driving method of the present invention, the charge transfer unit is 2n (n is a natural number) with respect to the solid-state imaging device having the sensor unit and the charge transfer unit to which the signal charge read from the sensor unit is transferred. 2n-phase driving is performed by the transfer electrodes), and the read pulse voltage is applied to x transfer electrodes satisfying n <x <2n among the 2n transfer electrodes.
本発明の固体撮像装置は、センサ部及びこのセンサ部から読み出された信号電荷の転送が行われる電荷転送部を有する固体撮像素子と、電荷転送部の転送電極に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、電荷転送部が2n(nは自然数)枚の転送電極により2n相駆動が行われる構成であり、電圧印加手段により、2n枚の転送電極のうち、n<x<2nを満たすx枚の転送電極に読み出しパルス電圧が印加されるものである。 The solid-state imaging device of the present invention includes a sensor unit and a solid-state imaging device having a charge transfer unit for transferring signal charges read from the sensor unit, and a voltage applying unit that applies a voltage to the transfer electrode of the charge transfer unit. The charge transfer unit is configured to perform 2n-phase driving by 2n (n is a natural number) transfer electrodes, and x satisfying n <x <2n among the 2n transfer electrodes by the voltage applying unit. A read pulse voltage is applied to one transfer electrode.
上述の本発明の固体撮像素子の駆動方法によれば、2n相駆動が行われる2n枚の転送電極のうち、n<x<2nを満たすx枚の転送電極に読み出しパルス電圧を印加することにより、n枚の転送電極に読み出しパルス電圧を印加している通常の構成と比較して、読み出し電圧を印加する転送電極の枚数を増やして、読み出しに対する間口を広くすることができる。
これにより、信号電荷の読み出しを容易に行うことができるため、センサ部から電荷転送部へ信号電荷を読み出すための読み出し電圧を低減することが可能となる。
According to the solid-state imaging device driving method of the present invention described above, by applying a read pulse voltage to x transfer electrodes that satisfy n <x <2n among 2n transfer electrodes that are driven in 2n phase. Compared with the normal configuration in which the read pulse voltage is applied to n transfer electrodes, the number of transfer electrodes to which the read voltage is applied can be increased to widen the opening for reading.
As a result, the signal charge can be easily read out, so that the readout voltage for reading out the signal charge from the sensor unit to the charge transfer unit can be reduced.
上述の本発明の固体撮像装置の構成によれば、電圧印加手段により、2n相駆動が行われる2n枚の転送電極のうち、n<x<2nを満たすx枚の転送電極に読み出しパルス電圧が印加されることにより、n枚の転送電極に読み出しパルス電圧が印加される通常の装置の構成と比較して、読み出し電圧が印加される転送電極の枚数を増やして、読み出しに対する間口を広くすることができる。
これにより、信号電荷の読み出しを容易に行うことができるため、センサ部から電荷転送部へ信号電荷を読み出すための読み出し電圧を低減することが可能となる。
According to the configuration of the solid-state imaging device of the present invention described above, the read pulse voltage is applied to the x transfer electrodes satisfying n <x <2n among the 2n transfer electrodes that are driven by the 2n phase by the voltage application unit. The number of transfer electrodes to which the read voltage is applied is increased and the opening for reading is widened compared to the configuration of a normal device in which the read pulse voltage is applied to the n transfer electrodes. Can do.
As a result, the signal charge can be easily read out, so that the readout voltage for reading out the signal charge from the sensor unit to the charge transfer unit can be reduced.
また、上記本発明の固体撮像素子の駆動方法及び上記本発明の固体撮像装置において、固体撮像素子が電荷転送部の電荷転送方向に隣接するセンサ部間において、少なくともセンサ部から信号電荷を読み出す側の一部分にはチャネルストップ領域が形成されていない構成とすることも可能である。
このような構成としたときには、読み出しパルス電圧が印加されるx枚の転送電極のうち、電荷転送部の電荷転送方向に隣接するセンサ部間に対応する転送電極の転送電極の下の電荷転送部へセンサ部から信号電荷を読み出す経路において、少なくとも読み出し側の一部分にはチャネルストップ領域が形成されていないために、チャネルストップ領域が障壁とならない。これにより、電荷転送部の電荷転送方向に隣接するセンサ部間に対応する転送電極の転送電極の下の電荷転送部へも、容易に信号電荷を読み出すことができる。
従って、信号電荷の読み出しがさらに容易になり、読み出し電圧をさらに低減することが可能になる。
In the solid-state imaging device driving method of the present invention and the solid-state imaging device of the present invention, the signal charges are read from at least the sensor unit between the sensor units adjacent to each other in the charge transfer direction of the charge transfer unit. The channel stop region may not be formed in a part of the structure.
In such a configuration, among the x transfer electrodes to which the read pulse voltage is applied, the charge transfer unit below the transfer electrode of the transfer electrode corresponding to the sensor transfer unit adjacent to the charge transfer direction of the charge transfer unit. In the path for reading signal charges from the sensor part, the channel stop region does not become a barrier because the channel stop region is not formed at least in a part on the reading side. As a result, the signal charge can be easily read out to the charge transfer unit below the transfer electrode of the transfer electrode corresponding to the sensor unit adjacent in the charge transfer direction of the charge transfer unit.
Therefore, the signal charge can be read more easily, and the read voltage can be further reduced.
上述の本発明によれば、読み出し電圧を低減できることにより、画素セルのサイズの縮小化が進んでも、充分な読み出し特性を確保することが可能になる。
これにより、画素セルのサイズを縮小化して、固体撮像素子の多画素化や固体撮像装置の小型化を図ることができる。
According to the present invention described above, since the read voltage can be reduced, sufficient read characteristics can be ensured even if the size of the pixel cell is reduced.
Thereby, the size of the pixel cell can be reduced, so that the number of pixels of the solid-state imaging device can be increased and the size of the solid-state imaging device can be reduced.
また、読み出し電圧を低減できることにより、固体撮像装置の消費電力を低減することが可能になる。
また、読み出し電圧を低減できることにより、信号電荷読み出し用の転送電極に電圧を印加する電圧印加手段を、他の電圧印加手段と兼用することが可能になるため、これによりシステム内の電源数を低減することもが可能になる。
さらに、読み出し電圧が高いことにより発生する読み出し不良欠陥の発生を低減することができるため、良好な読み出し特性を有する固体撮像素子を安定して製造することが可能になり、固体撮像素子の製造歩留まりも向上することができる。
In addition, since the readout voltage can be reduced, the power consumption of the solid-state imaging device can be reduced.
In addition, since the readout voltage can be reduced, the voltage application means for applying a voltage to the transfer electrode for signal charge readout can be shared with other voltage application means, thereby reducing the number of power supplies in the system. It is also possible to do.
Furthermore, since it is possible to reduce the occurrence of defective read defects caused by a high read voltage, it is possible to stably manufacture a solid-state image sensor having good read characteristics, and the manufacturing yield of the solid-state image sensor. Can also be improved.
さらにまた、固体撮像素子を、画素間のチャネルストップ領域を一部抜いた構成とすることにより、さらに読み出し電圧を下げることが可能になる。 Furthermore, the readout voltage can be further lowered by adopting a configuration in which the solid-state imaging device has a part of the channel stop region between pixels.
まず、本発明を適用する固体撮像素子の一形態の概略構成図(平面図)を図1に示す。また図1の固体撮像素子の断面図を図2に示す。
この固体撮像素子は、光電変換素子から成るセンサ部1が図1に示すようにマトリクス状に配置され、各センサ部1列の一側(図1では左側)にセンサ部1で蓄積された信号電荷を転送する電荷転送部として垂直転送レジスタ2が設けられており、これらセンサ部1及び垂直転送レジスタ2により撮像領域3が構成されている。
垂直転送レジスタ2の一端には水平転送レジスタ4が接続され、水平転送レジスタ4の一端には出力バッファ5が接続されている。
First, FIG. 1 shows a schematic configuration diagram (plan view) of an embodiment of a solid-state imaging device to which the present invention is applied. FIG. 2 shows a cross-sectional view of the solid-state imaging device of FIG.
In this solid-state imaging device, the
A
また、図2に示すように、半導体基板、例えばN型シリコン基板11に、P型半導体ウエル領域12が形成されている。N型シリコン基板11の表面部に、センサ部1を構成するN型の電荷蓄積領域13及びP型の高濃度(P++)の正電荷蓄積領域と、垂直転送レジスタ2のN型の転送チャネル領域16及びその下の第2のP型半導体ウエル領域15と、P型(P+)のチャネルストップ領域7とが形成されている。センサ部1と左の垂直転送レジスタ2との間は読み出しゲート部6となっており、センサ部1と右の垂直転送レジスタ2との間はチャネルストップ領域7が形成されている。
N型シリコン基板11の上には、ゲート絶縁膜17を介して、例えば多結晶シリコン層から成る転送電極18が形成されている。この転送電極18は、垂直転送レジスタ2・読み出しゲート部6・チャネルストップ領域7にわたって形成されている。転送電極18上には、層間絶縁膜19を介して、アルミニウムやタングステンから成る遮光膜20が形成されている。この遮光膜20は、センサ部1上に開口を有しており、この開口を通じて光がセンサ部1に入射する。
遮光膜20上にはパッシベーション膜21、平坦化層22が形成され、平坦化層22の上にオンチップレンズ23が形成されている。
また、平坦化層22とオンチップレンズ23との間に、必要に応じて、図示しないカラーフィルタが設けられる。
As shown in FIG. 2, a P-type
A
A
Further, a color filter (not shown) is provided between the
垂直転送レジスタ2は、シリコン基板11内の転送チャネル領域16と、ゲート絶縁膜17と、転送電極18とによって、CCD構造の電荷転送部が構成されている。
In the
ここで、図1及び図2に示す固体撮像素子における、センサ部1から読み出し方向(A´−A)及び深さ方向(A´−A″)のポテンシャルの概念図を図3に示す。
センサ部1に蓄積された信号電荷eは、転送電極18にハイレベルの読み出しパルス電圧(φV1=High)が印加されることにより、センサ部1から垂直転送レジスタへ2と読み出される。
このセンサ部1から垂直転送レジスタ2への読み出し特性を制御する要因としては、読み出しパルス電圧、センサ部1のポテンシャル分布、ROG(読み出しゲート)長等がある。
なお、センサ部1から、P型半導体ウエル領域12によるオーバーフローバリアを越えてオーバーフローした信号電荷eは、基板11側に排出される。
Here, FIG. 3 shows a conceptual diagram of the potential in the reading direction (A′-A) and the depth direction (A′-A ″) from the
The signal charge e accumulated in the
Factors that control the read characteristics from the
Note that the signal charge e overflowed from the
センサ部1から垂直転送レジスタ2へ信号電荷を読み出すための構成を、通常の固体撮像素子と同様の構成とした場合の平面図を図8に示す。
図8は、通常の2層の多結晶シリコン層で垂直転送レジスタ2の転送電極18を構成し、4相駆動を行う場合の構成を示している。
下層の第1層の多結晶シリコン層から成る転送電極18A2,18A4と、上層の第2層の多結晶シリコン層から成る転送電極18B1,18B3とが、垂直転送レジスタ2において、一部をオーバーラップさせて交互に配置されている。
第2層の多結晶シリコン層から成る転送電極18B1に、第1相の垂直転送パルス電圧φV1が印加され、第1層の多結晶シリコン層から成る転送電極18A2に、第2相の垂直転送パルス電圧φV2が印加され、第2層の多結晶シリコン層から成る転送電極18B3に、第3相の垂直転送パルス電圧φV3が印加され、第1層の多結晶シリコン層から成る転送電極18A4に、第4相の垂直転送パルス電圧φV4が印加される。
そして、第2層の多結晶シリコン層から成る転送電極18B1,18B3に印加される垂直転送パルス電圧φV1,φV3に、図9のタイミングチャートに示すように、それぞれ読み出しパルス30を印加して、センサ部1から垂直転送レジスタ2に信号電荷を読み出している。
これにより、第2層の多結晶シリコン層から成る転送電極18B1,18B3が、それぞれ読み出し電極を兼ねることになり、読み出し間口の長さLは、これら転送電極18B1,18B3の実効長に一致する。
FIG. 8 shows a plan view when the configuration for reading signal charges from the
FIG. 8 shows a configuration in which the
The transfer electrodes 18A2 and 18A4 made of the lower polycrystalline silicon layer and the transfer electrodes 18B1 and 18B3 made of the upper second polycrystalline silicon layer partially overlap each other in the
The first-phase vertical transfer pulse voltage φV1 is applied to the transfer electrode 18B1 made of the second polycrystalline silicon layer, and the second-phase vertical transfer pulse is applied to the transfer electrode 18A2 made of the first polycrystalline silicon layer. A voltage φV2 is applied, a third-phase vertical transfer pulse voltage φV3 is applied to the transfer electrode 18B3 made of the second polycrystalline silicon layer, and a transfer electrode 18A4 made of the first polycrystalline silicon layer is applied to the first transfer electrode 18A4. A four-phase vertical transfer pulse voltage φV4 is applied.
Then, as shown in the timing chart of FIG. 9, the
As a result, the transfer electrodes 18B1 and 18B3 made of the second polycrystalline silicon layer also serve as the readout electrodes, respectively, and the length L of the readout aperture matches the effective length of the transfer electrodes 18B1 and 18B3.
画素セルサイズの縮小化に伴い、図8の構成では、第2層の多結晶シリコン層から成る転送電極18B1,18B3の読み出し間口(長さL)が狭くなっていくため、前述したように読み出し特性が悪化して、読み出し電圧を高くする必要が生じる。 As the pixel cell size is reduced, in the configuration shown in FIG. 8, the reading openings (length L) of the transfer electrodes 18B1 and 18B3 made of the second polycrystalline silicon layer become narrower. As the characteristics deteriorate, it is necessary to increase the read voltage.
また、画素セルサイズの縮小化により、各部の寸法が縮小化してブルーミングマージンが小さくなってしまうため、ブルーミングマージンを確保するためにセンサ部1のポテンシャル分布構成を変更する必要が生じる。このようにブルーミングマージンを確保しようとすると、さらに読み出し特性が厳しくなる。
Further, since the pixel cell size is reduced, the size of each part is reduced and the blooming margin is reduced. Therefore, it is necessary to change the potential distribution configuration of the
そこで、図1及び図2に示した固体撮像素子に対して、図8の構成と比較して、読み出しパルス電圧を印加する転送電極18の数を増やすように駆動を行うようにする。
本発明の一実施の形態として、このように駆動を行うように構成した場合を説明する。
Therefore, the solid-state imaging device shown in FIGS. 1 and 2 is driven so as to increase the number of
As an embodiment of the present invention, a case in which driving is performed in this way will be described.
本実施の形態では、特に、図4の平面図に示すように、第1相の垂直転送パルスφV1が印加される転送電極18B1と第3相の垂直転送パルスφV3が印加される転送電極18B3に読み出しパルスを印加するだけではなく、これらの転送電極18B1,18B3間にある転送電極18A4にも、読み出しパルスを印加する。 In the present embodiment, in particular, as shown in the plan view of FIG. 4, the transfer electrode 18B1 to which the first-phase vertical transfer pulse φV1 is applied and the transfer electrode 18B3 to which the third-phase vertical transfer pulse φV3 is applied are applied. In addition to applying the read pulse, the read pulse is also applied to the transfer electrode 18A4 between the transfer electrodes 18B1 and 18B3.
これにより、図4中矢印で示すように、この転送電極18A4によっても信号電荷が垂直転送レジスタ2に読み出される。
図4中上の行のセンサ部1に蓄積された信号電荷は、センサ部1から転送電極18B3及び転送電極18A4により、その下のシリコン基板11内(その部分が読み出しゲート部6となる)を通じて、垂直転送レジスタ2の転送チャネル領域16に読み出される。
図4中下の行のセンサ部1に蓄積された信号電荷は、センサ部1から転送電極18A4及び転送電極18B1により、その下のシリコン基板11内(その部分が読み出しゲート部6となる)を通じて、垂直転送レジスタ2の転送チャネル領域16に読み出される。
As a result, as indicated by an arrow in FIG. 4, the signal charge is also read out to the
The signal charges accumulated in the
The signal charges accumulated in the
そして、このように駆動させるために、図5のタイミングチャートに示すように、転送電極18A4に印加する第4相の垂直転送パルスφV4にも、読み出しパルス30を加えている。
In order to drive in this way, as shown in the timing chart of FIG. 5, the
このように駆動させることにより、読み出しの間口(長さL)が、第2層の多結晶シリコン層から成る転送電極18B1,18B3の間に挟まれた、第1層の多結晶シリコン層から成る転送電極18A4を足した分だけ、従来の場合(図8参照)よりも広がることから、信号電荷の読み出しが容易になる。
この場合の読み出しの間口の長さLは、ほぼセンサ部1の長さとなる。
By driving in this way, the reading window (length L) is made of the first polycrystalline silicon layer sandwiched between the transfer electrodes 18B1 and 18B3 made of the second polycrystalline silicon layer. As the transfer electrode 18A4 is added, it is wider than the conventional case (see FIG. 8), so that the signal charge can be easily read.
In this case, the length L of the reading front is substantially the length of the
また、上述した駆動を行うためには、垂直転送レジスタ2のそれぞれの転送電極18B1,18A2,18B3,18A4に電圧を印加する電圧印加手段(例えば、配線、電圧制御回路、電源部等)を、転送電極18A4にも読み出しパルス30が加えられるように構成すればよい。
そして、固体撮像素子と、このような電圧印加手段とを備えて、固体撮像装置を構成する。
In order to perform the above-described driving, voltage applying means (for example, a wiring, a voltage control circuit, a power supply unit, etc.) for applying a voltage to each transfer electrode 18B1, 18A2, 18B3, 18A4 of the
And a solid-state image sensor and such a voltage application means are provided, and a solid-state imaging device is comprised.
上述の本実施の形態によれば、転送電極18A4に印加される第4相の垂直転送パルスφV4にも、読み出しパルス30を加えるようにしたことにより、4相駆動の4枚の転送電極18B1,18A2,18B3,18A4のうち、3枚の転送電極18B1,18B3,18A4に読み出しパルス30が印加され、これら3枚の転送電極18B1,18B3,18A4を通じて、センサ部1から垂直転送レジスタ2へ、信号電荷の読み出しが行われるようになる。
この結果、センサ部1から垂直転送レジスタ2への信号電荷の読み出しに対する間口が広くなり、信号電荷の読み出しが容易に行われるようになる。
これにより、読み出しパルス30の電圧、即ち読み出し電圧を従来の構成よりも低減することが可能となる。
従って、画素セルのサイズの縮小化が進んでも、充分な読み出し特性を確保することが可能になる。
According to the above-described embodiment, since the read
As a result, an opening for reading signal charges from the
Thereby, the voltage of the read
Accordingly, even if the size of the pixel cell is reduced, sufficient readout characteristics can be ensured.
読み出し電圧を低減することが可能になるため、固体撮像装置の消費電力を低減することが可能になる。
また、読み出し電圧を低減できることにより、信号電荷読み出し用の転送電極に電圧を印加する電圧印加手段を、他の電圧印加手段と兼用することが可能になるため、これによりシステム内の電源数を低減することも可能になる。
Since the readout voltage can be reduced, the power consumption of the solid-state imaging device can be reduced.
In addition, since the readout voltage can be reduced, the voltage application means for applying a voltage to the transfer electrode for signal charge readout can be shared with other voltage application means, thereby reducing the number of power supplies in the system. It is also possible to do.
また、読み出し電圧を低減することが可能になるため、読み出し電圧が高いことにより発生する読み出し不良欠陥を低減することが可能になる。
従って、良好な読み出し特性を有する固体撮像素子を安定して製造することが可能になり、固体撮像素子の製造歩留まりも向上することができる。
Further, since the read voltage can be reduced, it is possible to reduce read defect defects that occur due to a high read voltage.
Therefore, it is possible to stably manufacture a solid-state imaging device having good readout characteristics, and the manufacturing yield of the solid-state imaging device can be improved.
次に、本発明の他の実施の形態を説明する。 Next, another embodiment of the present invention will be described.
通常のCCD固体撮像素子の構成では、図10に模式的平面図を示すように、シリコン基板内の図中斜線を付した領域に、チャネルストップ領域7を設けている。
即ち、チャネルストップ領域7は、垂直転送方向に隣接する画素のセンサ部1間と、センサ部1及びその信号電極の読み出し側(読み出しゲート部のある側)とは反対側の垂直転送レジスタ2との間(図2の断面図にあるチャネルストップ領域7)とに形成されている。
そして、垂直転送方向に隣接する画素のセンサ部1間に、チャネルストップ領域7を設けていることにより、画素間でのスミアの要因になる電荷の発生と画素間の電荷の混色とを抑制している。
In the configuration of a normal CCD solid-state imaging device, as shown in a schematic plan view in FIG. 10, a
That is, the
Further, by providing the
これに対して、本実施の形態では、図6に模式的平面図を示すように、図中上の行のセンサ部1と下の行のセンサ部1との間では、隣接する画素のセンサ部1間のチャネルストップ領域7(ライトチャネルストップ;LCS)を、一部抜いており、読み出し側とは反対側(センサ部1の右の垂直転送レジスタ2側)のごく一部のみに形成している。
なお、図中上の行のセンサ部1と図示しないその上の行のセンサ部との間、下の行のセンサ部1と図示しないその下の行のセンサ部との間では、チャネルストップ領域7を全体に形成している。
On the other hand, in the present embodiment, as shown in a schematic plan view in FIG. 6, the sensor of the adjacent pixel between the
Note that there is a channel stop region between the
また、本実施の形態では、先の実施の形態と同様に、第4相の垂直転送パルスφV4が印加される転送電極18A4にも、読み出しパルス30を加えるように駆動する。
In the present embodiment, similarly to the previous embodiment, the transfer electrode 18A4 to which the fourth-phase vertical transfer pulse φV4 is applied is also driven to apply the
このように、転送電極18A4にも読み出しパルス30を加えるように駆動すると共に、上述したように垂直転送方向に隣接する画素のセンサ部1間のチャネルストップ領域7を一部抜いていることにより、図6に矢印で示すように、センサ部1から転送電極18A4の下の転送チャネル領域16にも信号電荷を読み出すことが可能になり、読み出し間口の長さLを広げて、センサ部1の長さとほぼ同じにすることができる。
このとき、センサ部1から転送電極18A4の下の転送チャネル領域16に信号電荷を読み出す経路において、チャネルストップ領域7が障壁とならないので、先の実施の形態よりも、さらに容易に転送電極18A4の下の転送チャネル領域16に信号電荷を読み出すことができる。
In this way, the transfer electrode 18A4 is also driven to apply the
At this time, since the
しかしながら、本実施の形態を、通常のインターライン転送(IT)方式の固体撮像素子に適用すると、フィールド読み出しを行う場合に、信号電荷を読み出す画素の組み合わせを、フィールド毎(奇数フィールドと偶数フィールド)に変える必要があることから、チャネルストップ領域7を全てのセンサ部1行間で抜く必要がある。
このように、全てのセンサ部1行間でチャネルストップ領域7を抜くと、スミアや混色に対しては不利となる。
However, when the present embodiment is applied to a normal interline transfer (IT) type solid-state imaging device, the combination of pixels from which signal charges are read out for each field (odd field and even field) when performing field readout. Therefore, it is necessary to remove the
Thus, if the
従って、本実施の形態のセンサ部1間のチャネルストップ領域7を抜く構成は、信号電荷を読み出す画素の組み合わせが固定されている場合に適用することが望ましい。
このように信号電荷を読み出す画素の組み合わせが固定されている構成としては、例えば、縦倍密構造で全画素読み出し(Progressive Scan)を可能とする構成が挙げられる。
縦倍密構造は、例えば、特開2000−184286号公報に記載されているように、各画素の縦方向のセンサ部(光電変換素子)の数を通常の2倍の2個ずつとして、常に特定の2個のセンサ部同士で信号電荷を加算することにより、全画素読み出しを可能にするものである。
Therefore, it is desirable to apply the configuration in which the
As a configuration in which the combination of pixels from which signal charges are read out is fixed, for example, there is a configuration in which all pixels can be read out (progressive scan) with a vertically double-dense structure.
For example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-184286, the vertical double-dense structure always has two vertical sensor units (photoelectric conversion elements), which is twice the normal number. By adding signal charges between two specific sensor units, all pixel readout is possible.
そして、本実施の形態の構成を縦倍密構造に適用する場合には、図6において、さらに、上の行のセンサ部1と下の行のセンサ部1とを上下1個ずつ組み合わせて、それぞれ2個のセンサ部1同士で信号電荷を加算するように構成する。
これにより、常に信号電荷を加算するセンサ部1の組み合わせにおいて、センサ部1間のチャネルストップ領域7を抜いて、読み出しの間口を広げることができる。
When the configuration of the present embodiment is applied to a vertically double dense structure, in FIG. 6, the upper
Thereby, in the combination of the
ここで、従来のCCD固体撮像素子の構成と、本実施の形態の3電極読み出し及びセンサ部1間のチャネルストップ領域7を抜いた構成とにおいて、それぞれシミュレーションによりポテンシャル分布を求めた。得られたポテンシャル等高線を図7に示す。図7Aは図8に示した従来の構成の場合を示し、図7Bは本実施の形態の構成の場合を示している。
図7A及び図7Bを比較すると、本実施の形態の構成とすることにより、センサ部1の垂直転送レジスタ2に対する信号電荷の読み出しの間口が広がり、読み出しが容易になることが分かる。
Here, in the configuration of the conventional CCD solid-state imaging device and the configuration in which the
Comparing FIG. 7A and FIG. 7B, it can be seen that, by using the configuration of the present embodiment, the signal charge reading window for the
上述の本実施の形態によれば、先の実施の形態と同様に、4相駆動の転送電極18(18B1,18A2,18B3,18A4)のうち3つの転送電極18B1,18B3,18A4に読み出し電圧パルスを加えるように駆動を行うことにより、読み出しの間口を従来の構成よりも広げることができるため、読み出し特性を向上し、読み出し電圧を低減することができる。 According to the above-described embodiment, the read voltage pulse is applied to the three transfer electrodes 18B1, 18B3, and 18A4 out of the four-phase drive transfer electrodes 18 (18B1, 18A2, 18B3, and 18A4) as in the previous embodiment. By driving so as to add, the reading window can be wider than the conventional structure, so that the reading characteristics can be improved and the reading voltage can be reduced.
また、本実施の形態によれば、隣接するセンサ部1間のチャネルストップ領域7を抜いたことにより、センサ部1から転送電極18A4の下の転送チャネル16へ信号電荷を読み出す経路において、チャネルストップ領域7が障壁とならないため、容易に信号電荷を読み出すことができることから、さらに読み出し電圧を低減することができる。
Further, according to the present embodiment, the
従って、画素セルのサイズの縮小化が進んでも、充分な読み出し特性を確保することが可能になる。
これにより、画素セルのサイズを縮小化して、固体撮像素子の多画素化や固体撮像装置の小型化を図ることができる。
Accordingly, even if the size of the pixel cell is reduced, sufficient readout characteristics can be ensured.
Thereby, the size of the pixel cell can be reduced, so that the number of pixels of the solid-state imaging device can be increased and the size of the solid-state imaging device can be reduced.
そして、読み出し電圧を低減することが可能になるため、固体撮像装置の消費電力を低減することが可能になり、信号電荷読み出し用の転送電極に電圧を印加する電圧印加手段を他の電圧印加手段と兼用することによりシステム内の電源数を低減することも可能になる。 Since the readout voltage can be reduced, the power consumption of the solid-state imaging device can be reduced, and the voltage application unit that applies the voltage to the transfer electrode for signal charge readout is replaced with another voltage application unit. It is also possible to reduce the number of power supplies in the system.
また、読み出し電圧を低減することが可能になるため、読み出し電圧が高いことにより発生する読み出し不良欠陥を低減することが可能になる。
従って、良好な読み出し特性を有する固体撮像素子を安定して製造することが可能になり、固体撮像素子の製造歩留まりも向上することができる。
Further, since the read voltage can be reduced, it is possible to reduce read defect defects that occur due to a high read voltage.
Therefore, it is possible to stably manufacture a solid-state imaging device having good readout characteristics, and the manufacturing yield of the solid-state imaging device can be improved.
なお、本実施の形態では、センサ部1間のチャネルストップ領域7の大部分を抜いているが、センサ部1間のチャネルストップ領域7を、読み出し側の例えば半分だけ、もしくはごく一部だけ抜くようにしても、チャネルストップ領域7を抜かずに全て形成した構成と比較して、信号電荷の読み出しを容易にする効果が得られる。
In the present embodiment, most of the
上述の各実施の形態では、2層の電極層により垂直転送レジスタ2の転送電極18を構成し、垂直転送レジスタ2において4相駆動を行う場合であったが、本発明はその他の電極層数や駆動の構成にも適用することが可能である。
In each of the above-described embodiments, the
本発明においては、2n枚(nは自然数)の転送電極により2n相の駆動を行う固体撮像素子で、2n枚のうちn<x<2nを満たすx枚の転送電極に読み出しパルスを加えるように構成する。即ち、xは(n+1)〜(2n−1)の範囲になる。これにより、2n枚の転送電極のうちn枚の転送電極に読み出しパルスを加える通常の構成よりも、読み出しの間口を広げて、読み出し電圧を低減することが可能になる。
なお、本発明においては、2n枚の転送電極をn層の電極層により構成することが望ましい。
In the present invention, a read pulse is applied to x transfer electrodes satisfying n <x <2n out of 2n in a solid-state imaging device that drives 2n phases by 2n (n is a natural number) transfer electrodes. Constitute. That is, x is in the range of (n + 1) to (2n-1). As a result, it is possible to widen the reading window and reduce the read voltage, compared to the normal configuration in which the read pulse is applied to the n transfer electrodes of the 2n transfer electrodes.
In the present invention, it is desirable that 2n transfer electrodes are composed of n electrode layers.
また、上述の各実施の形態では、センサ部1がマトリクス状に配置されたCCD固体撮像素子に本発明を適用した場合を説明したが、本発明は、例えばセンサ部がライン状に配置されたCCD固体撮像素子にも適用することが可能である。
さらに、本発明は、電荷転送部としてCCD構造の垂直転送レジスタが形成されたCCD固体撮像素子に限らず、同様の電荷転送駆動が可能な電荷転送部を有する固体撮像素子であれば適用することが可能である。
In each of the above-described embodiments, the case where the present invention is applied to a CCD solid-state imaging device in which the
Furthermore, the present invention is not limited to a CCD solid-state imaging device in which a vertical transfer register having a CCD structure is formed as a charge transfer unit, but may be applied to any solid-state imaging device having a charge transfer unit capable of performing similar charge transfer driving. Is possible.
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.
1 センサ部、2 垂直転送レジスタ、4 水平転送レジスタ、6 読み出しゲート部、7 チャネルストップ領域、13 電荷蓄積領域、14 正電荷蓄積領域、16 転送チャネル領域、18,18B1,18A2,18B3,18A4 転送電極、20 遮光膜、23 オンチップレンズ 1 sensor unit, 2 vertical transfer register, 4 horizontal transfer register, 6 readout gate unit, 7 channel stop region, 13 charge storage region, 14 positive charge storage region, 16 transfer channel region, 18, 18B1, 18A2, 18B3, 18A4 transfer Electrode, 20 light shielding film, 23 on-chip lens
Claims (4)
前記電荷転送部が、2n(nは自然数)枚の転送電極により2n相駆動が行われる構成であり、
前記2n枚の転送電極のうち、n<x<2nを満たすx枚の転送電極に読み出しパルス電圧を印加する
ことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。 For a solid-state imaging device having a sensor unit and a charge transfer unit for transferring signal charges read from the sensor unit,
The charge transfer unit is configured to perform 2n-phase driving by 2n (n is a natural number) transfer electrodes,
A reading pulse voltage is applied to x transfer electrodes satisfying n <x <2n among the 2n transfer electrodes.
前記電荷転送部の転送電極に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
前記電荷転送部が、2n(nは自然数)枚の転送電極により2n相駆動が行われる構成であり、
前記電圧印加手段により、前記2n枚の転送電極のうち、n<x<2nを満たすx枚の転送電極に、読み出しパルス電圧が印加される
ことを特徴とする固体撮像装置。 A solid-state imaging device having a sensor unit and a charge transfer unit for transferring signal charges read from the sensor unit;
Voltage application means for applying a voltage to the transfer electrode of the charge transfer unit,
The charge transfer unit is configured to perform 2n-phase driving by 2n (n is a natural number) transfer electrodes,
A readout pulse voltage is applied to the x transfer electrodes satisfying n <x <2n among the 2n transfer electrodes by the voltage applying unit.
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JP2004185332A JP2006013709A (en) | 2004-06-23 | 2004-06-23 | Driving method of solid state image sensor, solid state imaging device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2013008405A1 (en) * | 2011-07-12 | 2013-01-17 | パナソニック株式会社 | Solid-state image capture device |
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- 2004-06-23 JP JP2004185332A patent/JP2006013709A/en active Pending
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