JP2007258916A - Solid-state imaging element and drive method thereof, manufacturing method of solid-state imaging element, and electronic information apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging element and a drive method thereof capable of easily revising the number of summated pixels in the horizontal direction and achieving a high speed frame rate at imaging of a moving picture. <P>SOLUTION: A summation section 20 being a gate region comprising m×j rows is provided to a vertical transmission section 10 toward a side of a horizontal transfer section and x sets of first transfer gate groups 21 and (j-(x-1)) sets of second transfer gate groups 22 each comprising m rows and K columns are alternately arranged in the horizontal direction to rows at the side of the horizontal transfer section from (x-1)×(m+1)th row to (x×m)th row (x is a natural number from 1 to j) relative to a pixel period K of light receiving section pixels in the horizontal direction. In the case of a summation drive mode, a first operating period wherein signal electric charges of both the transfer gate groups are vertically transferred and a second operating period wherein signal electric charges of only the second transfer gate groups are vertically transferred are combined. Since the transfer period is shorter for columns including many of the second transfer gate groups and the transfer period is longer for columns including many of the first transfer gate groups, the signal electric charges earlier transferred to the horizontal transfer section are horizontally transferred by the horizontal transfer section and the horizontal transfer section can summate the electric charges to transferred signal electric charges later. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、全ての画素を選択して読み出された画素信号を加算することにより信号処理を高速化する固体撮像素子およびその駆動方法、この固体撮像素子の製造方法、この固体撮像素子を撮像部に用いた動画撮影モード機能を持つデジタルカメラなどの電子情報機器に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device that speeds up signal processing by adding pixel signals read by selecting all pixels, a method for driving the solid-state imaging device, a method for manufacturing the solid-state imaging device, and imaging the solid-state imaging device The present invention relates to an electronic information device such as a digital camera having a moving image shooting mode function used in the section.

従来、CCDエリアセンサなどの固体撮像素子は、フォトダイオードなどの受光部が複数、行列状(マトリクス状)に配列されており、被写体から入射される入射光の光量に応じた量の信号電荷が光電変換により生成される。各受光部画素から読み出された信号電荷は、CCDからなる垂直転送部によって列方向(垂直方向)に転送され、さらに、CCDからなる水平転送部によって行方向(水平方向)に転送されて所定の水平期間周期にて出力され、画像情報として検出される。   Conventionally, a solid-state imaging device such as a CCD area sensor has a plurality of light receiving portions such as photodiodes arranged in a matrix (matrix shape), and an amount of signal charge corresponding to the amount of incident light incident from a subject is received. It is generated by photoelectric conversion. The signal charges read from each light receiving unit pixel are transferred in the column direction (vertical direction) by the vertical transfer unit made of CCD, and further transferred in the row direction (horizontal direction) by the horizontal transfer unit made of CCD to be predetermined. Are output in the horizontal period period and detected as image information.

このような固体撮像素子を用いたデジタルスチルカメラが高画素化されるに伴って、その付加機能である動画撮影モードにおいて、高性能化を実現するために様々な技術が提案されている。その中でも、動画撮影時において、フレームレートを確保するという問題は重要な課題であり、この課題に対して、大きく分類すると、以下の第1〜第3の三種類の技術が採用されている。   As a digital still camera using such a solid-state imaging device is increased in pixel count, various techniques have been proposed in order to achieve higher performance in a moving image shooting mode as an additional function. Among them, the problem of securing the frame rate at the time of moving image shooting is an important issue, and the following three types of first to third techniques are adopted for this issue.

第1の技術は、全画面を構成する画素のうち、任意の画素の情報(信号電荷)を間引いて読み出す方法である。この方法では、画素を間引くことにより、最終的に信号処理が行われる画素数を減少させて、1画面を高速処理することが可能となる。しかしながら、この第1の技術は、解像度が劣化し、偽色信号が発生するという問題を含んでいるため、殆どの場合、画角モニタリング用駆動モードとしてのみ、採用されている。   The first technique is a method of reading out information (signal charge) of an arbitrary pixel among pixels constituting the entire screen. In this method, by thinning out pixels, the number of pixels that are finally subjected to signal processing can be reduced, and one screen can be processed at high speed. However, since the first technique includes a problem that the resolution is deteriorated and a false color signal is generated, in most cases, the first technique is employed only as a driving mode for viewing angle monitoring.

第2の技術は、固体撮像素子の画面を任意の領域に分割して、各領域の画素を並列して読み出す方法である。この方法では、複数の出力回路にて並列に信号処理することにより、高速処理化を実現することができる。しかしながら、この第2の技術では、出力回路の特性に違いがあるために、読み出し領域の境界部において画質が不連続となるという問題がある。   The second technique is a method of dividing the screen of the solid-state imaging device into arbitrary regions and reading out pixels in each region in parallel. In this method, high-speed processing can be realized by performing signal processing in parallel with a plurality of output circuits. However, the second technique has a problem in that the image quality becomes discontinuous at the boundary portion of the readout region due to the difference in the characteristics of the output circuit.

第3の技術は、任意の近接画素同士の情報を圧縮して読み出す方法である。この方法では、規則に従って近接している画素信号同士を加算することにより、読み出し信号数を減少させて、高速処理化を実現することができる。しかしながら、この第3の技術では、固体撮像素子の駆動が複雑となり、ゲート端子数も増加するというデメリットがある。   The third technique is a method of compressing and reading information between arbitrary adjacent pixels. In this method, pixel signals that are close to each other according to a rule are added to reduce the number of readout signals, thereby realizing high-speed processing. However, this third technique has the demerits that the driving of the solid-state imaging device becomes complicated and the number of gate terminals increases.

これらの第1〜第3の三種類の技術のうち、現在最も有効な手段は、上記第3の技術である。この第3の技術を用いた従来の固体撮像素子の駆動方法について、以下に、図20(a)〜図20(d)を用いて詳細に説明する。   Of these first to third technologies, the most effective means at present is the third technology. A conventional solid-state imaging device driving method using the third technique will be described in detail below with reference to FIGS. 20 (a) to 20 (d).

図20は、従来の固体撮像素子について、(a)は各画素の配列例を示す図であり、(b)〜(d)はそれぞれ、(a)に示すRGBの各画素が配列された画面において、水平方向に2画素の信号を加算する場合、水平方向に3画素の信号を加算する場合および水平方向に4画素の信号を加算する場合について、加算画素の組み合せ例を示す図である。   FIG. 20A is a diagram illustrating an example of the arrangement of each pixel in a conventional solid-state imaging device, and FIGS. 20B to 20D are screens on which RGB pixels shown in FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating a combination example of addition pixels in a case where signals of two pixels are added in the horizontal direction, a signal of three pixels is added in the horizontal direction, and a signal of four pixels is added in the horizontal direction.

図20(a)のベイヤー配列に示すように、水平方向にR画素とG画素が交互に配列された行と、水平方向にG画素とB画素が交互に配列された行とが垂直方向に交互に並んでいる。   As shown in the Bayer array in FIG. 20A, a row in which R pixels and G pixels are alternately arranged in the horizontal direction and a row in which G pixels and B pixels are alternately arranged in the horizontal direction are in the vertical direction. They are lined up alternately.

図20(b)〜図20(d)では、図20(a)に示すようにRGBの画素が配列された画面において、4×4領域、4×6領域および4×8領域から4つの画素信号を加算して出力する場合について、加算画素の組み合せ例を示している。   20B to 20D, four pixels from the 4 × 4 region, 4 × 6 region, and 4 × 8 region are displayed on the screen in which RGB pixels are arranged as shown in FIG. 20A. An example of combination of added pixels is shown for the case where signals are added and output.

図20(b)に示すように、右下の4×4領域のうち、下から1行目と3行目の4つのR(赤)画素の信号が加算されて出力1(「1」はRの画素位置を示している)として出力されている。また、水平方向にR画素とG(緑)画素が交互に配列された下から1行目と3行目に含まれる4つのG画素の信号が加算されて出力2(「2」はGの画素位置を示している)として出力され、水平方向にG画素とB画素が交互に配列された下から2行目と4行目に含まれる4つのG画素の信号が加算されて出力3(「3」はGの画素位置を示している)として出力されている。さらに、下から2行目と4行目の4つのB(青)画素の信号が加算されて出力4(「4」はBの画素位置を示している)として出力されている。このように、水平方向の2画素を二つの計4画素を加算(水平2画素・垂直2画素加算)して1画素として水平転送部に読み出すのでもみだすので、読み出し信号数を減少させることができて、高速処理を実現できる。この場合の加算値は4画素の加算値のままであり、通常の1画素の4倍の値である。これは、上記第1の技術の間引き加算に比べて、画素情報を捨てないので高い解像度を得つつ、高速処理が可能となる。特に、動画の場合に効果が顕著である。   As shown in FIG. 20B, in the lower right 4 × 4 region, the signals of the four R (red) pixels in the first row and the third row from the bottom are added to output 1 (“1” is R pixel position is shown). In addition, the signals of the four G pixels included in the first and third rows from the bottom where R pixels and G (green) pixels are alternately arranged in the horizontal direction are added to output 2 (“2” is G The pixel position is indicated), and the signals of the four G pixels included in the second and fourth rows from the bottom where the G pixel and the B pixel are alternately arranged in the horizontal direction are added and output 3 ( "3" indicates the G pixel position). Further, the signals of the four B (blue) pixels in the second and fourth rows from the bottom are added and output as output 4 (“4” indicates the pixel position of B). In this way, two horizontal pixels are added to a total of four pixels (two horizontal pixels and two vertical pixels are added) and read out as one pixel to the horizontal transfer unit, so the number of read signals can be reduced. And high-speed processing can be realized. The added value in this case remains the added value of 4 pixels, which is four times the value of a normal pixel. Compared with the thinning-out addition of the first technique, pixel information is not discarded, and high-speed processing is possible while obtaining a high resolution. In particular, the effect is remarkable in the case of a moving image.

次の図20(c)および図20(d)では4画素加算と間引き加算を併用して圧縮率を上げた場合である。   Next, FIG. 20C and FIG. 20D show the case where the compression rate is increased by using both 4-pixel addition and thinning-out addition.

図20(c)に示すように、右下の6×4領域のうち、下から1行目と3行目の4つのR画素の信号が加算されて出力1として出力されている。また、下から1行目と3行目の4つのG画素の信号が加算されて出力2として出力され、下から4行目と6行目の4つのG画素が加算されて出力3として出力されている。さらに、下から4行目と6行目の4つのB画素が加算されて出力4として出力されている。   As shown in FIG. 20C, the signals of the four R pixels in the first and third rows from the bottom in the lower right 6 × 4 region are added and output as output 1. Also, the signals of the four G pixels in the first and third rows from the bottom are added and output as output 2, and the four G pixels in the fourth and sixth rows from the bottom are added and output as output 3 Has been. Further, four B pixels in the fourth and sixth rows from the bottom are added and output as output 4.

図20(d)に示すように、右下の8×4領域のうち、下から1行目と3行目の4つのR画素が加算されて出力1として出力されている。また、下から1行目と3行目の4つのG画素が加算されて出力2として出力され、下から6行目と8行目の4つのG画素が加算されて出力3として出力されている。さらに、下から6行目と8行目の4つのB画素が加算されて出力4として出力されている。   As shown in FIG. 20D, four R pixels in the first row and the third row from the bottom in the lower right 8 × 4 region are added and output as output 1. Also, the four G pixels in the first and third rows from the bottom are added and output as output 2, and the four G pixels in the sixth and eighth rows from the bottom are added and output as output 3. Yes. Further, the four B pixels in the sixth and eighth rows from the bottom are added and output as output 4.

図21Aおよび図21Bは、4×4領域から4画素の加算を行う駆動手順を示したものである。以下に、順次ずらしながら各色毎に一箇所に加算する図21(i)〜図21(vii)について、順を追って詳細に説明する。   21A and 21B show a driving procedure for adding 4 pixels from a 4 × 4 area. Hereinafter, FIG. 21 (i) to FIG. 21 (vii), which are added to one place for each color while being sequentially shifted, will be described in detail step by step.

図21(i)に示すように、加算される画素が垂直方向に隣接するように信号を読み出す。または、図21(0)の初期状態から信号を並べ換える。例えば図21(0)では1行目は右からR11、G12、R13、G14、2行目は右からG21、B22、G23、B24、3行目は右からR31、G32、R33、G34、4行目は右からG41、B42、G43、B44の順に並んでいるのに対して、この図21(i)では、S(ストレージ)が付された信号電荷を保持する行は、1行目と2行目を右からR11とR31、G12とG32、R13とR33、G14とG34、1行目と2行目を右からG21とG41、B22とB42、G23とG43、B24とB44に並べ換え、加算される画素が垂直方向に隣接している。   As shown in FIG. 21 (i), signals are read so that the added pixels are adjacent in the vertical direction. Alternatively, the signals are rearranged from the initial state of FIG. For example, in FIG. 21 (0), the first line is R11, G12, R13, G14 from the right, the second line is G21, B22, G23, B24 from the right, and the third line is R31, G32, R33, G34, 4 from the right. The rows are arranged in the order of G41, B42, G43, and B44 from the right, whereas in FIG. 21 (i), the row holding the signal charge with S (storage) is the first row. The second row is rearranged from the right to R11 and R31, G12 and G32, R13 and R33, G14 and G34, and the first and second rows are rearranged from the right to G21 and G41, B22 and B42, G23 and G43, B24 and B44, Pixels to be added are adjacent in the vertical direction.

図21(ii)では、3列目、4列目、7列目、8列目、9列目、11列目および12列目を選択的に水平転送部(HCCD)へ読み出す。これにより、例えば3列目のR13とR33、および4列目のG14とG34が水平転送部に読み出されている。   In FIG. 21 (ii), the third, fourth, seventh, eighth, ninth, eleventh and twelfth columns are selectively read out to the horizontal transfer unit (HCCD). Thereby, for example, R13 and R33 in the third column and G14 and G34 in the fourth column are read out to the horizontal transfer unit.

図21(iii)では、上記水平転送部へ読み出された信号を水平方向へ2列転送する。これにより、例えば3列目のR13とR33、および4列目のG14とG34が1列目と2列目にそれぞれ対応して転送されている。   In FIG. 21 (iii), the signals read out to the horizontal transfer unit are transferred in two rows in the horizontal direction. Thus, for example, R13 and R33 in the third column and G14 and G34 in the fourth column are transferred corresponding to the first and second columns, respectively.

図21(iv)では、信号を垂直方向へ転送して、1列目、2列目、5列目、6列目、9列目および10列目を水平転送部へ読み出す。これにより、例えば1列目のR11とR31および2列目のG12とG32が水平転送部に読み出されている。RはR13、R33、R11およびR31の4画素の信号が加算され、GはG14、G34、G12およびG32の4画素の信号が加算される。   In FIG. 21 (iv), signals are transferred in the vertical direction, and the first, second, fifth, sixth, ninth, and tenth columns are read out to the horizontal transfer unit. Thereby, for example, R11 and R31 in the first column and G12 and G32 in the second column are read out to the horizontal transfer unit. R is added with signals of four pixels R13, R33, R11 and R31, and G is added with signals of four pixels G14, G34, G12 and G32.

図21(v)では、3列目、3列目、4列目、7列目、8列目、9列目、11列目および12列目を選択的に水平転送部へ読み出す。これにより、例えば3列目のG23とG43、および4列目のB24とB44が水平転送部に読み出されている。   In FIG. 21 (v), the third column, the third column, the fourth column, the seventh column, the eighth column, the ninth column, the eleventh column, and the twelfth column are selectively read out to the horizontal transfer unit. Accordingly, for example, G23 and G43 in the third column and B24 and B44 in the fourth column are read out to the horizontal transfer unit.

図21(vi)では、上記水平転送部へ読み出された信号を水平方向へ2列転送する。これにより、例えば3列のG23とG43が1列目に、4列目のB24とB44が2列目にそれぞれ対応するように転送されている。   In FIG. 21 (vi), the signals read out to the horizontal transfer unit are transferred in two rows in the horizontal direction. Thus, for example, the third column G23 and G43 are transferred to the first column, and the fourth column B24 and B44 are transferred to the second column.

図21(vii)では、信号を垂直方向へ転送して、1列目、2列目、5列目、6列目、9列目および10列目を水平転送部へ読み出す。これにより、例えば1列目のG21とG41および2列目のB22とB42が水平転送部に読み出されている。GはG23、G43、G21およびG41の4画素の信号が加算され、BはB24、B44、B22およびB42の4画素の信号が加算される。   In FIG. 21 (vii), signals are transferred in the vertical direction, and the first, second, fifth, sixth, ninth, and tenth columns are read out to the horizontal transfer unit. Thereby, for example, G21 and G41 in the first column and B22 and B42 in the second column are read out to the horizontal transfer unit. G is added with signals of four pixels G23, G43, G21 and G41, and B is added with signals of four pixels B24, B44, B22 and B42.

以上の操作を施すことにより、4×4領域から4画素の信号電荷が加算されて1画素として読み込まれ、高速処理が為される。   By performing the above operation, signal charges of 4 pixels are added from the 4 × 4 region and read as one pixel, and high-speed processing is performed.

上記4×4領域、4×6領域および4×8領域から4画素の信号を加算する場合、いずれも、各水平方向に二つづつ近接する4画素の信号を加算している。このように、信号電荷の位置を順次ずらしながら各色毎に1箇所に加算して読み出す図21(i)〜図21(vii)の動作を実現するために、加算部において行数の多い方と少ない方とで信号電荷の読み出し速度を異ならしめて同時に信号電荷を読み出すゲート構成例を図22に示している。   When adding 4 pixel signals from the 4 × 4 region, 4 × 6 region, and 4 × 8 region, the signals of 4 pixels adjacent to each other in the horizontal direction are added. In this way, in order to realize the operations of FIG. 21 (i) to FIG. 21 (vii) in which the position of the signal charge is added and read out for each color while sequentially shifting the position of the signal charge, FIG. 22 shows an example of a gate configuration in which the signal charge is read out at the same time while the signal charge is read out differently with the smaller one.

図22は、各水平方向に二つづつ近接する2画素の信号を加算する場合について、垂直転送部と加算部のゲート構成例を説明するための図である。なお、図22の加算部40は図21のS(ストレージ)に対応している。   FIG. 22 is a diagram for explaining an example of the gate configuration of the vertical transfer unit and the addition unit in the case of adding signals of two adjacent pixels in each horizontal direction. Note that the adding unit 40 in FIG. 22 corresponds to S (storage) in FIG.

図22において、従来の固体撮像素子は、垂直転送部(通常転送部)10に対して水平転送部側(図22では下側)に、画素の信号を加算するための加算部40が設けられている。この垂直転送部10は、n行の転送ゲートを有する部分が列方向(垂直方向)に複数接続されており、図示しない各受光部(各画素)から読み出された信号電荷が垂直方向に転送される。加算部40では、8行の転送ゲートA1〜A8が2列並んだ垂直転送部分41と、4行の転送ゲートB1〜B4が2列並んだ垂直転送部分42とが、水平方向に交互に配置されている。   In FIG. 22, the conventional solid-state imaging device is provided with an adder 40 for adding pixel signals on the horizontal transfer unit side (lower side in FIG. 22) with respect to the vertical transfer unit (normal transfer unit) 10. ing. The vertical transfer unit 10 includes a plurality of n rows of transfer gates connected in the column direction (vertical direction), and signal charges read from each light receiving unit (each pixel) (not shown) are transferred in the vertical direction. Is done. In the adder 40, vertical transfer portions 41 in which eight rows of transfer gates A1 to A8 are arranged in two columns and vertical transfer portions 42 in which four rows of transfer gates B1 to B4 are arranged in two rows are alternately arranged in the horizontal direction. Has been.

この従来の固体撮像素子では、垂直転送部分41と垂直転送部分42とで転送数が異なるため、水平転送部まで転送される時間が異なる。例えば、垂直転送部分42の方が垂直転送部分41よりも転送速度が速く、4行の転送ゲートB1〜B4を通って水平転送部に転送された信号電荷が転送ゲートA1〜A8の下まで水平転送部により水平方向に転送され、転送ゲートA1〜A8を通った信号電荷と、転送ゲートB1〜B4から水平転送部を通った信号電荷とが対応して、水平転送部にて各色毎に1画素として加算される。   In this conventional solid-state imaging device, since the number of transfers differs between the vertical transfer portion 41 and the vertical transfer portion 42, the transfer time to the horizontal transfer portion is different. For example, the vertical transfer portion 42 has a higher transfer speed than the vertical transfer portion 41, and the signal charge transferred to the horizontal transfer portion through the four rows of transfer gates B1 to B4 is horizontal to the bottom of the transfer gates A1 to A8. The signal charges transferred in the horizontal direction by the transfer unit and passed through the transfer gates A1 to A8 correspond to the signal charges passed from the transfer gates B1 to B4 through the horizontal transfer unit, and 1 for each color in the horizontal transfer unit. It is added as a pixel.

上記第3の技術を実際にインターライン方式CCDに採用した事例としては、例えば特許文献1および特許文献2に開示されている。
特開平11−54741号公報 特開2000−115643号公報
Examples of actually adopting the third technique in the interline CCD are disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, for example.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-54741 JP 2000-115643 A

上述したように、CCDエリアセンサにおいては、高画素化が進むにしたがって、より多数の画素から信号を読み出すための時間が必要となり、そのフレームレートが低下していくことになる。   As described above, in the CCD area sensor, as the number of pixels increases, it takes time to read out signals from a larger number of pixels, and the frame rate decreases.

信号電荷の読出処理を早くしてフレームレートを高くする方法として、上述した第三の技術を採用すると、例えば、水平方向の2列分の画素信号を1列分の画素パケットに加算混合する水平2画素加算によって、1水平期間で転送可能な垂直ライン数は従来の2倍となる。   As a method for increasing the frame rate by speeding up the signal charge reading process, if the above-described third technique is employed, for example, a horizontal signal in which pixel signals for two columns in the horizontal direction are added and mixed into a pixel packet for one column. By adding two pixels, the number of vertical lines that can be transferred in one horizontal period is twice that of the prior art.

更なるCCDエリアセンサの高画素化に対応するためには、加算画素の圧縮率をより高めた駆動方法が必要とされる。例えば、水平3画素加算駆動として、水平方向の3列分の画素信号を1列分の画素パケットに加算混合する水平3画素加算駆動によれば、1水平期間で転送可能な垂直ライン数は従来の3倍となる。さらに、水平方向の4列分の画素信号を1列分の画素パケットに加算混合する水平4画素加算駆動によれば、1水平期間で転送可能な垂直ライン数は従来の4倍となる。   In order to cope with further increase in the pixel area of the CCD area sensor, a driving method in which the compression rate of the added pixel is further increased is required. For example, as horizontal three-pixel addition driving, according to horizontal three-pixel addition driving in which pixel signals for three columns in the horizontal direction are added and mixed into pixel packets for one column, the number of vertical lines that can be transferred in one horizontal period is conventionally 3 times. Further, according to the horizontal four-pixel addition driving in which pixel signals for four columns in the horizontal direction are added and mixed to pixel packets for one column, the number of vertical lines that can be transferred in one horizontal period is four times that of the conventional case.

しかしながら、水平方向の加算画素数を変更するためには、多くの回路設計変更や、駆動端子の変更、駆動タイミングの変更などが必要とされ、非常に困難なものであった。   However, in order to change the number of pixels added in the horizontal direction, many circuit design changes, drive terminal changes, drive timing changes, and the like are required, which is very difficult.

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、水平方向の加算画素数をより容易に変更可能で、動画撮像時のフレームレートの高速化を容易に実現できる固体撮像素子およびその駆動方法、、この固体撮像素子の製造方法、この固体撮像素子を用いた動画撮影モード機能を持つデジタルカメラなどの電子情報機器を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, the number of pixels added in the horizontal direction can be changed more easily, and a solid-state imaging device capable of easily realizing a high frame rate during moving image imaging, and a driving method thereof, An object of the present invention is to provide a manufacturing method of the solid-state imaging device and an electronic information device such as a digital camera having a moving image shooting mode function using the solid-state imaging device.

本発明の固体撮像素子は、入射光の光量に応じた信号電荷を光電変換により生成する受光部が、行方向の画素周期をK(Kは自然数)として行列状に複数配列され、各受光部から読み出された信号電荷を列方向に電荷転送する列方向転送部と、該列方向転送部により電荷転送された信号電荷を所定の期間周期により出力する行方向転送部とを有する固体撮像素子において、該列方向転送部と該行方向転送部間に、m(mは自然数)行K列の複数の第1の転送ゲート群と、該第1の転送ゲート群よりも電荷転送が早くなるように設定されているm行K列の複数の第2の転送ゲート群とを有するm×j(jは自然数)行のゲート領域が設けられ、該ゲート領域は、該行方向転送部側の(x−1)×m+1行目からx×m行目(x=1からjまでの自然数)の間に対応した領域に、該第1の転送ゲート群のxセットと該第2の転送ゲート群のj−(x−1)セットとが行方向に交互に配置されているものであり、そのことににより上記目的が達成される。   In the solid-state imaging device according to the present invention, a plurality of light receiving portions that generate signal charges corresponding to the amount of incident light by photoelectric conversion are arranged in a matrix with a pixel period in the row direction as K (K is a natural number). A solid-state imaging device having a column direction transfer unit that transfers signal charges read from the column direction in the column direction, and a row direction transfer unit that outputs the signal charges transferred by the column direction transfer unit at a predetermined period , Between the column direction transfer unit and the row direction transfer unit, a plurality of first transfer gate groups of m (m is a natural number) rows and K columns, and charge transfer is faster than the first transfer gate group. M × j (j is a natural number) rows of gate areas having a plurality of second transfer gate groups of m rows and K columns set as described above, and the gate regions are arranged on the row direction transfer section side. (X−1) × m + 1 line to x × m line (from x = 1 to j) Number x) of the first transfer gate group and j- (x-1) set of the second transfer gate group are alternately arranged in the row direction. Yes, and the above purpose is achieved.

また、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、行方向に近接しているA画素(Aは自然数)の信号電荷を加算する場合に、j=(A−1)に設定されている。   Preferably, in the solid-state imaging device of the present invention, j = (A−1) is set when adding signal charges of A pixels (A is a natural number) adjacent in the row direction.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記ゲート領域と前記列方向転送部間にm行の第3の転送ゲート群を、少なくとも1セット、列方向に隣接して設けられている。   Further preferably, in the solid-state imaging device of the present invention, at least one set of m rows of third transfer gate groups is provided adjacent to each other in the column direction between the gate region and the column direction transfer unit.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、行方向に近接しているA画素の信号電荷を加算する場合に、j=(A−1)に設定され、前記第3の転送ゲート群はi(iはA以上の自然数)−(A−1))セット、列方向に隣接して設けられている。   Further preferably, in the solid-state imaging device of the present invention, when adding the signal charges of the A pixel adjacent in the row direction, j = (A−1) is set, and the third transfer gate group is i (i is a natural number greater than or equal to A)-(A-1)) set, adjacent to each other in the column direction.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記第3の転送ゲート群を構成するゲート電極のうち、少なくとも一つのゲート電極は、前記列方向転送部を構成するゲート電極のいずれかと接続されている。   Further preferably, in the solid-state imaging device of the present invention, at least one gate electrode among the gate electrodes constituting the third transfer gate group is connected to one of the gate electrodes constituting the column-direction transfer unit. ing.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるゲート領域は、K列毎に前記第1の転送ゲート群の数と前記第2の転送ゲート群の数の組合せが異なった電荷転送列が配置されている。   Further preferably, the gate region in the solid-state imaging device of the present invention is arranged with charge transfer columns having different combinations of the number of the first transfer gate groups and the number of the second transfer gate groups for each K columns. ing.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記行方向転送部で各色毎に1画素として複数画素加算処理をするように、前記第2の転送ゲート群による電荷転送速度が、前記第1の転送ゲート群による電荷転送速度よりも早く設定されている。   Further preferably, in the solid-state imaging device of the present invention, the charge transfer speed by the second transfer gate group is set to be the first transfer gate so that the row-direction transfer unit performs a plurality of pixel addition processing as one pixel for each color. It is set faster than the charge transfer speed by the transfer gate group.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における第2の転送ゲート群は、少なくとも一行以上の任意のゲート電極に対して前記第1の転送ゲート群とは独立したゲート駆動電圧が印加可能となっている。   Further preferably, the second transfer gate group in the solid-state imaging device of the present invention can apply a gate drive voltage independent of the first transfer gate group to any gate electrode in at least one row. ing.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記第1の転送ゲート群および前記第2の転送ゲート群を共に動作させる第1の動作期間と、前記第2の転送ゲート群のみを動作させる第2の動作期間との組合せにより信号電荷の転送制御が行われる。   Further preferably, in the solid-state imaging device of the present invention, a first operation period in which both the first transfer gate group and the second transfer gate group are operated, and only the second transfer gate group is operated. Signal charge transfer control is performed in combination with the second operation period.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記第1の転送ゲート群および前記第2の転送ゲート群の各ゲート電極層のレイアウトを変更することにより行方向の加算画素数が変更可能に構成されている。   Further preferably, in the solid-state imaging device of the present invention, the number of pixels added in the row direction can be changed by changing the layout of the gate electrode layers of the first transfer gate group and the second transfer gate group. It is configured.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記第3転送ゲート群、前記第1の転送ゲート群および前記第2の転送ゲート群の各ゲート電極層のレイアウトを変更することにより行方向の加算画素数が変更可能に構成されている。   Further preferably, in the solid-state imaging device of the present invention, the layout of the gate electrode layers of the third transfer gate group, the first transfer gate group, and the second transfer gate group is changed to change the row direction. The number of added pixels can be changed.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記第1の転送ゲート群および前記第2の転送ゲート群をそれぞれ構成する各ゲート電極には、前記列方向転送部に印加される複数のゲート駆動パルスから所定の各パルスが割り当てられている。   Further preferably, in the solid-state imaging device of the present invention, a plurality of gates applied to the column-direction transfer unit are provided on each gate electrode constituting each of the first transfer gate group and the second transfer gate group. Each predetermined pulse is assigned from the drive pulse.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記第3の転送ゲート群を構成する各ゲート電極には、前記列方向転送部に印加される複数のゲート駆動パルスから所定の各パルスが割り当てられ、前記第1の転送ゲート群および前記第2の転送ゲート群をそれぞれ構成する各ゲート電極にも該所定の各パルスが順次割り当てられている。   Further preferably, in the solid-state imaging device of the present invention, each predetermined pulse from a plurality of gate drive pulses applied to the column direction transfer unit is assigned to each gate electrode constituting the third transfer gate group. The predetermined pulses are sequentially assigned to the gate electrodes constituting the first transfer gate group and the second transfer gate group, respectively.

本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を撮像部に用いたものであり、そのことににより上記目的が達成される。   An electronic information device according to the present invention uses the solid-state imaging device according to the present invention as an imaging unit, and thereby achieves the above object.

本発明の固体撮像素子の駆動方法は、本発明の上記固体撮像素子を駆動する固体撮像素子の駆動方法であって、前記第1の転送ゲート群および前記第2の転送ゲート群において信号電荷を同時に列方向に少なくともm行以上電荷転送させるために第1の動作パルスを印加する第1の動作動期間と、該第2の転送ゲート群のみにおいて信号電荷を列方向の少なくともm行以上電荷転送させるために第2の動作パルスを印加する第2の動作期間とを用いて前記行方向転送部にて行方向複数画素加算処理を行うものであり、そのことににより上記目的が達成される。   The solid-state imaging device driving method according to the present invention is a solid-state imaging device driving method for driving the solid-state imaging device according to the present invention, in which signal charges are transmitted in the first transfer gate group and the second transfer gate group. At the same time, a first operation period in which a first operation pulse is applied in order to transfer charges in at least m rows in the column direction, and signal charges are transferred in at least m rows in the column direction only in the second transfer gate group. In order to achieve this, the row direction multi-pixel addition processing is performed in the row direction transfer unit using the second operation period in which the second operation pulse is applied, whereby the above object is achieved.

本発明の固体撮像素子の製造方法は、本発明の上記固体撮像素子を製造する固体撮像素子の製造方法であって、ゲート電極形成工程として、素子基板上に、行方向の第1層目として、前記第3の転送ゲート群の各ゲート電極層および前記第1および第2の転送ゲート群の各共通ゲート電極層のうちの少なくとも該各共通ゲート電極層を列方向に並べて形成する工程と、行方向の第2層目として、前記第3の転送ゲート群の各ゲート電極層および該第1の転送ゲート群の各ゲート電極層のうちの少なくとも当該各ゲート電極層を列方向に並べて形成する工程と、行方向の第3層目として、該第2の転送ゲート群の各ゲート電極層を列方向に並べて形成する工程とを有するものであり、そのことににより上記目的が達成される。   The solid-state imaging device manufacturing method of the present invention is a manufacturing method of a solid-state imaging device for manufacturing the above-described solid-state imaging device of the present invention. As a gate electrode forming step, the first layer in the row direction is formed on the element substrate. Forming each gate electrode layer of the third transfer gate group and at least each of the common gate electrode layers of the first and second transfer gate groups side by side in the column direction; As the second layer in the row direction, at least each of the gate electrode layers of the third transfer gate group and each of the gate electrode layers of the first transfer gate group are arranged in the column direction. And a step of forming the gate electrode layers of the second transfer gate group side by side in the column direction as a third layer in the row direction, thereby achieving the above object.

上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。   The operation of the present invention will be described below with the above configuration.

本発明にあっては、列方向転送部(垂直転送部)と行方向転送部(水平転送部)間にm×j行のゲート領域(加算部)が設けられ、このゲート領域は、水平転送部側の(x−1)×m+1行目からx×m行目(x=1からjまでの自然数)の間に対応した領域に、各受光部の行方向(水平方向)の画素周期Kに応じてm行K列からなる複数の第1の転送ゲート群のxセットと、これよりも電荷転送速度を早く設定した第2の転送ゲート群のj−(x−1)セットとが、水平方向に交互に配置されている。これにより、m×j行からなるゲート領域では、K列毎に第1の転送ゲート群の数と第2の転送ゲート群の数が異なったものとなっている。   In the present invention, m × j rows of gate regions (adders) are provided between the column direction transfer unit (vertical transfer unit) and the row direction transfer unit (horizontal transfer unit). The pixel period K in the row direction (horizontal direction) of each light receiving unit in an area corresponding to the region between the (x−1) × m + 1th row and the x × mth row (natural number from x = 1 to j) X sets of a plurality of first transfer gate groups each consisting of m rows and K columns, and a j- (x-1) set of second transfer gate groups in which the charge transfer rate is set faster than this. They are arranged alternately in the horizontal direction. As a result, in the gate region composed of m × j rows, the number of first transfer gate groups and the number of second transfer gate groups are different for each K column.

水平方向に近接しているA画素(Aは整数)の信号電荷を加算して水平転送部に出力する場合には、m×(A−1)行からなるゲート領域が設けられている。例えば、水平方向に2画素を加算する場合には、m行×1行(j=1;m行のゲート領域が一つ)のゲート領域が設けられ、第1の転送ゲート群と第2の転送ゲート群とが交互に設けられる。また、水平方向に3画素を加算する場合には、m×2行(j=2;m行のゲート領域が二つ)のゲート領域が設けられ、1行目からm行目では第1の転送ゲート群の1セットと第2の転送ゲート群の3セットとが交互に設けられ、m+1行目から2×m行目では第1の転送ゲート群の2セットと第2の転送ゲート群の2セットとが交互に設けられる。さらに、水平方向に4画素を加算する場合には、m×3行(j=3;m行のゲート領域が三つ)のゲート領域が設けられ、1行目からm行目では第1の転送ゲート群の1セットと第2の転送ゲート群の3セットとが交互に設けられ、m+1行目から2×m行目では第1の転送ゲート群の2セットと第2の転送ゲート群の2セットとが交互に設けられ、2×m+1行目から3×m行目では第1の転送ゲート群の3セットと第2の転送ゲート群の1セットとが交互に設けられる。   When the signal charges of the A pixels (A is an integer) that are adjacent in the horizontal direction are added and output to the horizontal transfer unit, a gate region of m × (A−1) rows is provided. For example, when two pixels are added in the horizontal direction, a gate region of m rows × 1 row (j = 1; one gate region of m rows) is provided, and the first transfer gate group and the second transfer gate group are provided. Transfer gate groups are provided alternately. In addition, when adding three pixels in the horizontal direction, a gate region of m × 2 rows (j = 2; two gate regions of m rows) is provided, and the first row to the m-th row are the first ones. One set of transfer gate groups and three sets of second transfer gate groups are alternately provided. In the (m + 1) th to 2 × mth rows, two sets of the first transfer gate group and the second transfer gate group Two sets are provided alternately. Further, when adding four pixels in the horizontal direction, a gate region of m × 3 rows (j = 3; three gate regions of m rows) is provided, and the first row to the m-th row are the first ones. One set of transfer gate groups and three sets of second transfer gate groups are alternately provided. In the (m + 1) th to 2 × mth rows, two sets of the first transfer gate group and the second transfer gate group Two sets are alternately provided, and from the 2 × m + 1 row to the 3 × m row, three sets of the first transfer gate group and one set of the second transfer gate group are alternately provided.

第1の転送ゲート群および第2の転送ゲート群は、少なくとも1行以上の任意のゲートに対して互いに独立してゲート駆動電圧を印加可能であり、両転送ゲート群の信号電荷を垂直転送させる第1の動作動期間と、第2の転送ゲート群のみの信号電荷を垂直転送させる第2の動作期間とが設けられている。これによって、第2の転送ゲート群の数が多い列では水平転送部までの転送期間が短くなり、第1の転送ゲート群の数が多い列では水平転送部までの転送時間が長くかかる。よって、先に水平転送部に転送された信号電荷を水平転送部にて水平転送させ、これと、後で水平転送部に転送された信号電荷とを加算することによって、水平方向に近接する同色の各画素の信号電荷を加算することが可能となる。   The first transfer gate group and the second transfer gate group can apply a gate drive voltage to any gate in at least one row independently of each other, and vertically transfer the signal charges of both transfer gate groups. A first operation period and a second operation period in which signal charges of only the second transfer gate group are vertically transferred are provided. Accordingly, the transfer period to the horizontal transfer unit is shortened in a column having a large number of second transfer gate groups, and the transfer time to the horizontal transfer unit is increased in a column having a large number of first transfer gate groups. Therefore, the signal charge transferred to the horizontal transfer unit first is horizontally transferred by the horizontal transfer unit, and the signal charge transferred later to the horizontal transfer unit is added to the same color in the horizontal direction. It is possible to add the signal charges of each pixel.

第1の転送ゲート群と第2の転送ゲート群とは、いずれもm行K列であり、転送ゲートの配線変更や駆動タイミングの設定変更などの簡単な変更だけで、水平方向の加算画素数がより容易に変更可能となる。   Each of the first transfer gate group and the second transfer gate group has m rows and K columns, and the number of pixels to be added in the horizontal direction can be simply changed simply by changing the transfer gate wiring or changing the drive timing. Can be changed more easily.

さらに、上記m×j行からなるゲート領域の列方向に隣接して、m行からなる第3の転送ゲート群を少なくとも1セット以上設けて接続部とすることが可能となる。この場合に、水平方向に加算される画素数が変化して、第1の転送ゲート群と第2の転送ゲート群との列方向のセット数が変化しても、第3の転送ゲート群のセット数がその増減を相殺するように変化させることが可能となる。第3の転送ゲート群を構成するゲートは、垂直転送部を構成するゲートと接続し、垂直転送部の駆動信号を第1〜第3の転送ゲート群に用いれば、駆動信号の種類が増えることはない。   Further, it is possible to provide at least one set of the third transfer gate group consisting of m rows as a connection portion adjacent to the gate region consisting of the m × j rows in the column direction. In this case, even if the number of pixels added in the horizontal direction changes and the number of sets in the column direction between the first transfer gate group and the second transfer gate group changes, the third transfer gate group The number of sets can be changed so as to cancel out the increase and decrease. If the gates constituting the third transfer gate group are connected to the gates constituting the vertical transfer unit, and the drive signals of the vertical transfer unit are used for the first to third transfer gate groups, the types of drive signals increase. There is no.

以上により、本発明によれば、画素加算モードを持つ固体撮像素子において、転送ゲートの配線変更、または駆動信号による駆動タイミングの設定変更などといった非常に簡単な変更によって、行方向(水平方向)に加算される画素数を変更して加算画素の圧縮率を容易に変更することができる。したがって、画素加算モードを有するCCDエリアセンサの開発において、機種開発の低コスト化および開発期間の短縮化を図ることができる。さらに、水平方向の加算画素数を変更した場合に、CCDの転送段数、駆動信号の種類、駆動端子の本数、素子サイズなども変化しないため、信号処理が非常に容易なものとなり、パッケージやピン(端子)レイアウトの変更も不要となる。   As described above, according to the present invention, in the solid-state imaging device having the pixel addition mode, the row direction (horizontal direction) can be changed by a very simple change such as a transfer gate wiring change or a drive timing setting change by a drive signal. By changing the number of added pixels, the compression rate of the added pixels can be easily changed. Accordingly, in the development of a CCD area sensor having a pixel addition mode, it is possible to reduce the cost of model development and shorten the development period. Furthermore, when the number of added pixels in the horizontal direction is changed, the number of CCD transfer stages, the type of drive signal, the number of drive terminals, the element size, etc. do not change, so signal processing becomes very easy, and packages and pins It is not necessary to change the (terminal) layout.

以下に、本発明の固体撮像素子およびその駆動方法の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。   Embodiments of a solid-state imaging device and a driving method thereof according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

水平方向の加算画素数をより容易に変更可能とする本発明の固体撮像素子およびその駆動方法の実施形態について説明する前に、まず、本発明の固体撮像素子の水平加算画素数(複数画素加算処理)の各構成例1〜6について、図1〜図6を用いて詳細に説明する。
(構成例1)
本構成例1では、水平方向に近接する2画素の信号電荷を加算(水平2画加算)する場合である。
Before describing the embodiment of the solid-state imaging device of the present invention and the driving method thereof that enables the number of horizontal addition pixels to be changed more easily, first, the number of horizontal addition pixels (multiple pixel addition) of the solid-state imaging device of the present invention will be described. Each structural example 1-6 of (Process) is demonstrated in detail using FIGS.
(Configuration example 1)
In this configuration example 1, signal charges of two pixels adjacent in the horizontal direction are added (horizontal two-screen addition).

図1は、本構成例1の固体撮像素子における垂直転送部10および加算部20のゲート構成例を示す図である。   FIG. 1 is a diagram illustrating a gate configuration example of the vertical transfer unit 10 and the addition unit 20 in the solid-state imaging device according to the first configuration example.

図1には示していないが、本構成例1の固体撮像素子は、被写体から入射される入射光の光量に応じた量の信号電荷が光電変換により生成する受光部が、複数、行方向(水平方向)の画素周期Kとして行列状(マトリクス状)に配列されている。本実施形態1では、K=2に設定されている。   Although not shown in FIG. 1, the solid-state imaging device of Configuration Example 1 includes a plurality of light receiving units in which a signal charge corresponding to the amount of incident light incident from a subject is generated by photoelectric conversion in a row direction ( The pixel periods K in the horizontal direction are arranged in a matrix (matrix). In the first embodiment, K = 2 is set.

この各受光部はそれぞれ、図1の列方向転送部としての垂直転送部10(通常転送部)の上側に配置されており、任意の行の受光部(画素)から読み出された信号電荷が垂直転送部10によって列方向(図1の下方向または垂直方向)に電荷転送される。垂直転送部10は、n行の転送ゲートを有する部分が列方向(垂直方向)に複数接続されている。   Each of the light receiving portions is arranged above the vertical transfer portion 10 (normal transfer portion) as the column direction transfer portion in FIG. 1, and the signal charges read from the light receiving portions (pixels) in an arbitrary row are arranged. Charges are transferred in the column direction (downward or vertical in FIG. 1) by the vertical transfer unit 10. In the vertical transfer unit 10, a plurality of portions having transfer gates in n rows are connected in the column direction (vertical direction).

さらに、図1には示していないが、垂直転送部10の下側には水平転送部が設けられており、各受光部から垂直転送部10により転送されて来た信号電荷が所定の水平期間周期により行方向転送部としての水平転送部に出力される。   Further, although not shown in FIG. 1, a horizontal transfer unit is provided below the vertical transfer unit 10, and signal charges transferred from each light receiving unit by the vertical transfer unit 10 are set in a predetermined horizontal period. It is output to the horizontal transfer unit as the row direction transfer unit according to the cycle.

図1に示すように、垂直転送部10に対して水平転送部側(図1の下側)には、m行K列からなる複数の第1の転送ゲート群21と、この第1の転送ゲート群21よりも読み出し速度が速いm行K列からなる複数の第2の転送ゲート群22とが設けられており、これらの第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22とは、少なくとも一行以上の任意のゲート電極(ゲート)に対して独立してゲート駆動電圧を印加可能とされている。これらの第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22からなるm×j行(jは正の整数)のゲート領域によって、加算部20が構成されている。本構成例1では、水平方向に近接しているA=2画素の信号電荷を加算するため、j=(A−1)=1に設定されている。   As shown in FIG. 1, a plurality of first transfer gate groups 21 having m rows and K columns and the first transfer are arranged on the horizontal transfer unit side (lower side in FIG. 1) with respect to the vertical transfer unit 10. A plurality of second transfer gate groups 22 having m rows and K columns, which are faster in reading speed than the gate group 21, are provided. The first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22 are The gate drive voltage can be applied independently to any gate electrode (gate) in at least one row. The adding unit 20 is configured by m × j rows (j is a positive integer) of the gate regions including the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22. In this configuration example 1, j = (A−1) = 1 is set in order to add the signal charges of A = 2 pixels that are adjacent in the horizontal direction.

m×j行からなるゲート領域(加算部20)は、水平転送部側から、(x−1)×m+1行目からx×m行目(x=1からjまでの整数)の間に対応した領域に、第1の転送ゲート群のxセットと第2の転送ゲート群のj−(x−1)セットとを有し、第1の転送ゲート群のxセットと第2の転送ゲート群のj−(x−1)セットとが水平方向に交互に配置されている。本構成例1では、j=1に設定されているため、水平転送部に近い側から1行目からm行目の領域に、1セットの第1の転送ゲート群21と1セットの第2の転送ゲート群22とが水平方向に交互に配置されている。   The gate region (adder 20) composed of m × j rows corresponds to the range from (x−1) × m + 1 to x × m rows (integers from x = 1 to j) from the horizontal transfer unit side. The first transfer gate group x set and the second transfer gate group j- (x-1) set, and the first transfer gate group x set and the second transfer gate group. Of j- (x-1) sets are alternately arranged in the horizontal direction. In the present configuration example 1, since j = 1 is set, one set of the first transfer gate group 21 and one set of the second transfer gate are arranged in the region from the first row to the m-th row from the side close to the horizontal transfer unit. The transfer gate groups 22 are alternately arranged in the horizontal direction.

上記構成により、読み出し速度が異なる第1の転送ゲート群21と、第2の転送ゲート群22とが左側列と右側列に設けられ、右側列ほど読み出しスピードが速くなるため、水平転送部にて1画素として同時に信号電荷を読み出して水平2画素加算(複数画素加算処理)する。
(構成例2)
本構成例2では、水平方向に近接する3画素の信号を加算(水平3画加算)する場合である。
With the above configuration, the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22 having different reading speeds are provided in the left column and the right column, and the reading speed increases as the right column increases. The signal charge is read simultaneously as one pixel, and horizontal two-pixel addition (multiple pixel addition processing) is performed.
(Configuration example 2)
In the second configuration example, signals of three pixels adjacent in the horizontal direction are added (horizontal three-screen addition).

図2は、本構成例2の固体撮像素子における垂直転送部10および加算部20のゲート構成例を示す図である。なお、図1に示す構成例1の場合と同様の作用効果を奏する部材については同一の符号を付けてその説明を省略する。   FIG. 2 is a diagram illustrating a gate configuration example of the vertical transfer unit 10 and the addition unit 20 in the solid-state imaging device according to the second configuration example. In addition, about the member which show | plays the same effect as the case of the structural example 1 shown in FIG. 1, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

図2において、垂直転送部10に対して水平転送部側(図2の下側)には、m行K列からなる複数の第1の転送ゲート群21と、m行K列からなる複数の第2の転送ゲート群22とが設けられており、第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22とは、少なくとも一行以上の任意のゲートに対して独立してゲート駆動電圧を印加可能とされている。これらの第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22からなるm×j行(jは整数)のゲート領域によって、加算部20が構成されている。本構成例2では、水平方向に近接しているA=3画素の信号を加算するため、j=(3−1)=2に設定されている。   In FIG. 2, a plurality of first transfer gate groups 21 having m rows and K columns and a plurality of m rows and K columns are provided on the horizontal transfer portion side (lower side in FIG. 2) with respect to the vertical transfer portion 10. The second transfer gate group 22 is provided, and the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22 independently apply a gate drive voltage to any one or more arbitrary gates. It is possible. The adding unit 20 is configured by m × j rows (j is an integer) of gate regions including the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22. In the second configuration example, j = (3-1) = 2 is set in order to add signals of A = 3 pixels that are close to each other in the horizontal direction.

m×j行からなるゲート領域(加算部20)は、水平転送部側から、(x−1)×m+1行目からx×m行目(x=1からjまでの整数)の間に対応した領域に、第1の転送ゲート群のxセットと第2の転送ゲート群のj−(x−1)セットとを有し、第1の転送ゲート群のxセットと第2の転送ゲート群のj−(x−1)セットとが水平方向に交互に配置されている。本構成例2では、j=2に設定されているため、水平転送部に近い側から1行目からm行目の領域に、1セットの第1の転送ゲート群21と2セットの第2の転送ゲート群22とが水平方向に交互に配置されている。また、水平転送部に近い側からm+1行目から2×m行目の領域に、2セットの第1の転送ゲート群21と1セットの第2の転送ゲート群22とが水平方向に交互に配置されている。   The gate region (adder 20) composed of m × j rows corresponds to the range from (x−1) × m + 1 to x × m rows (integers from x = 1 to j) from the horizontal transfer unit side. The first transfer gate group x set and the second transfer gate group j- (x-1) set, and the first transfer gate group x set and the second transfer gate group. Of j- (x-1) sets are alternately arranged in the horizontal direction. In this configuration example 2, since j = 2 is set, one set of the first transfer gate group 21 and two sets of the second transfer gates are arranged in the region from the first row to the m-th row from the side close to the horizontal transfer unit. The transfer gate groups 22 are alternately arranged in the horizontal direction. Also, two sets of first transfer gate groups 21 and one set of second transfer gate groups 22 are alternately arranged in the horizontal direction in the area from the (m + 1) th row to the 2 × mth row from the side close to the horizontal transfer unit. Has been placed.

上記構成により、2セットの第1の転送ゲート群21と、1セットの第1の転送ゲート群21および1セットの第2の転送ゲート群22と、2セットの第2の転送ゲート群22とが左側列から右側列に設けられ、右側列ほど読み出しスピードが速くなるため、水平転送部にて1画素として信号電荷を読み出して水平3画素加算(複数画素加算処理)する。
(構成例3)
本構成例3では、水平方向に近接する4画素の信号を加算(水平4画加算)する場合である。
With the above configuration, two sets of first transfer gate groups 21, one set of first transfer gate groups 21, one set of second transfer gate groups 22, two sets of second transfer gate groups 22, Are provided from the left side column to the right side column, and the reading speed increases as the right side column increases. Therefore, the horizontal transfer unit reads the signal charge as one pixel and adds the three horizontal pixels (multiple pixel addition process).
(Configuration example 3)
In the third configuration example, signals of four pixels adjacent in the horizontal direction are added (horizontal four-screen addition).

図3は、本構成例3の固体撮像素子における垂直転送部10および加算部20のゲート構成例を示す図である。なお、図1に示す構成例1の場合と同様の作用効果を奏する部材については同一の符号を付けてその説明を省略する。   FIG. 3 is a diagram illustrating a gate configuration example of the vertical transfer unit 10 and the addition unit 20 in the solid-state imaging device of Configuration Example 3. In addition, about the member which show | plays the same effect as the case of the structural example 1 shown in FIG. 1, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

図3において、垂直転送部10に対して水平転送部側(図3の下側)には、m行K列からなる複数の第1の転送ゲート群21と、m行K列からなる複数の第2の転送ゲート群22とが設けられており、第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22とは、少なくとも一行以上の任意のゲートに対して独立してゲート駆動電圧を印加可能とされている。これらの第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22からなるm×j行(jは整数)のゲート領域によって、加算部20が構成されている。本構成例3では、水平方向に近接しているA=4画素の信号を加算するため、j=(4−1)=3に設定されている。   3, on the horizontal transfer unit side (lower side in FIG. 3) with respect to the vertical transfer unit 10, a plurality of first transfer gate groups 21 having m rows and K columns and a plurality of m rows and K columns are provided. The second transfer gate group 22 is provided, and the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22 independently apply a gate drive voltage to any one or more arbitrary gates. It is possible. The adding unit 20 is configured by m × j rows (j is an integer) of gate regions including the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22. In the third configuration example, j = (4-1) = 3 is set in order to add signals of A = 4 pixels that are adjacent in the horizontal direction.

m×j行からなるゲート領域(加算部20)は、水平転送部側から、(x−1)×m+1行目からx×m行目(x=1からjまでの整数)の間に対応した領域に、第1の転送ゲート群のxセットと第2の転送ゲート群のj−(x−1)セットとを有し、第1の転送ゲート群のxセットと第2の転送ゲート群のj−(x−1)セットとが水平方向に交互に配置されている。本構成例3では、j=2に設定されているため、水平転送部に近い側から1行目からm行目の領域に、1セットの第1の転送ゲート群21と3セットの第2の転送ゲート群22とが水平方向に交互に配置されている。また、水平転送部に近い側からm+1行目から2×m行目の領域に、2セットの第1の転送ゲート群21と2セットの第2の転送ゲート群22とが水平方向に交互に配置されている。さらに、水平転送部に近い側から2×m+1行目から3×m行目の領域に、3セットの第1の転送ゲート群21と1セットの第2の転送ゲート群22とが水平方向に交互に配置されている。   The gate region (adder 20) composed of m × j rows corresponds to the range from (x−1) × m + 1 to x × m rows (integers from x = 1 to j) from the horizontal transfer unit side. The first transfer gate group x set and the second transfer gate group j- (x-1) set, and the first transfer gate group x set and the second transfer gate group. Of j- (x-1) sets are alternately arranged in the horizontal direction. In this configuration example 3, since j = 2 is set, one set of the first transfer gate group 21 and three sets of the second transfer gates are arranged in the region from the first row to the m-th row from the side close to the horizontal transfer unit. The transfer gate groups 22 are alternately arranged in the horizontal direction. Also, two sets of first transfer gate groups 21 and two sets of second transfer gate groups 22 are alternately arranged in the horizontal direction in the area from the (m + 1) th row to the 2 × mth row from the side close to the horizontal transfer unit. Has been placed. Further, three sets of first transfer gate groups 21 and one set of second transfer gate groups 22 are arranged in the horizontal direction in the region of 2 × m + 1 row to 3 × m row from the side close to the horizontal transfer section. Alternatingly arranged.

上記構成により、3セットの第1の転送ゲート群21と、2セットの第1の転送ゲート群21および1セットの第2の転送ゲート群22と、1セットの第2の転送ゲート群22および2セットの第2の転送ゲート群22と、3セットの第2の転送ゲート群22とが左側列から右側列に順次設けられ、右側列ほど読み出しスピードが速くなるため、水平転送部にて1画素として信号電荷を読み出して水平4画素加算する。
(構成例4)
本構成例4では、上記構成例1の場合と同様に、水平方向に近接する2画素の信号を加算(水平2画素加算)する場合である。
With the above configuration, three sets of first transfer gate groups 21, two sets of first transfer gate groups 21, one set of second transfer gate groups 22, one set of second transfer gate groups 22, and Two sets of second transfer gate groups 22 and three sets of second transfer gate groups 22 are sequentially provided from the left column to the right column, and the reading speed increases as the right column increases. The signal charge is read out as a pixel, and four horizontal pixels are added.
(Configuration example 4)
In the fourth configuration example, as in the first configuration example, signals of two pixels adjacent in the horizontal direction are added (horizontal two-pixel addition).

図4は、本構成例4の固体撮像素子における垂直転送部10と加算部20間に接続部30を設けた場合のゲート構成例を示す図である。なお、図1に示す構成例1の場合と同様の作用効果を奏する部材については同一の符号を付けてその説明を省略する。   FIG. 4 is a diagram illustrating a gate configuration example in the case where the connection unit 30 is provided between the vertical transfer unit 10 and the addition unit 20 in the solid-state imaging device according to the fourth configuration example. In addition, about the member which show | plays the same effect as the case of the structural example 1 shown in FIG. 1, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

図4において、m×j行からなる加算部20と垂直転送部10との間に、3セットの各m行からなる第3の転送ゲート群31が設けられており、3セットの第3の転送ゲート群31を構成するゲートのうちの少なくとも一つのゲートは、垂直転送部10を構成するゲートのうちのいずれかと接続されている。本構成例4では、i=4に設定されており、水平方向に近接しているA=2画素の信号を加算するため、(i−(A−1))=3セットの第3の転送ゲート群31が設けられている。
(実施形態5)
本構成例5では、上記構成例2の場合と同様に、水平方向に近接する3画素の信号を加算(水平3画素加算)する場合である。
In FIG. 4, three sets of third transfer gate groups 31 each consisting of m rows are provided between the adder 20 consisting of m × j rows and the vertical transfer unit 10. At least one of the gates constituting the transfer gate group 31 is connected to one of the gates constituting the vertical transfer unit 10. In this configuration example 4, i = 4 is set, and the signal of A = 2 pixels that are adjacent in the horizontal direction is added, so (i− (A−1)) = 3 sets of third transfers A gate group 31 is provided.
(Embodiment 5)
In the present configuration example 5, as in the case of the configuration example 2 described above, a signal of three pixels adjacent in the horizontal direction is added (horizontal three pixel addition).

図5は、本構成例5の固体撮像素子における垂直転送部10および加算部20間に接続部30を設けたゲート構成例を示す図である。なお、図1に示す構成例1の場合と同様の作用効果を奏する部材については同一の符号を付けてその説明を省略する。   FIG. 5 is a diagram illustrating a gate configuration example in which a connection unit 30 is provided between the vertical transfer unit 10 and the addition unit 20 in the solid-state imaging device according to Configuration Example 5. In addition, about the member which show | plays the same effect as the case of the structural example 1 shown in FIG. 1, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

図5において、m×j行からなる加算部20と垂直転送部10との間には、2セットの各m行からなる第3の転送ゲート群31が設けられており、この2セットの第3の転送ゲート群31を構成するゲートのうちの少なくとも一つのゲートは、垂直転送部10を構成するゲートのうちのいずれかと接続されている。本構成例5では、i=4に設定されており、水平方向に近接しているA=3画素の信号を加算するため、(i−(A−1))=2セットの第2の転送ゲート群31が設けられている。
(構成例6)
本構成例6では、上記構成例3の場合と同様に、水平方向に近接する4画素の信号を加算(水平4画素加算)する場合である。
In FIG. 5, two sets of third transfer gate groups 31 each having m rows are provided between the adder 20 having m × j rows and the vertical transfer unit 10. At least one of the gates constituting the third transfer gate group 31 is connected to one of the gates constituting the vertical transfer unit 10. In this configuration example 5, i = 4 is set, and signals of A = 3 pixels that are close to each other in the horizontal direction are added, so (i− (A−1)) = 2 sets of second transfers A gate group 31 is provided.
(Configuration example 6)
In the present configuration example 6, as in the case of the above configuration example 3, a signal of four pixels adjacent in the horizontal direction is added (horizontal four pixel addition).

図6は、本構成例6の固体撮像素子における垂直転送部10および加算部20と接続部30のゲート構成例を示す図である。なお、図1に示す構成例1の場合と同様の作用効果を奏する部材については同一の符号を付けてその説明を省略する。   FIG. 6 is a diagram illustrating a gate configuration example of the vertical transfer unit 10, the addition unit 20, and the connection unit 30 in the solid-state imaging device of the configuration example 6. In addition, about the member which show | plays the same effect as the case of the structural example 1 shown in FIG. 1, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

図6において、m×j行からなる加算部20と垂直転送部10との間には、1セットのm行からなる第3の転送ゲート群31が設けられており、第3の転送ゲート群31を構成するゲートのうちの少なくとも1つのゲートは、垂直転送部を構成するゲートのうちのいずれかと接続されている。本実施形態6では、i=4に設定されており、水平方向に近接しているA=4画素の信号を加算するため、(i−(A−1))=1セットの第3の転送ゲート群31が設けられている。   In FIG. 6, a third transfer gate group 31 consisting of one set of m rows is provided between the adder 20 consisting of m × j rows and the vertical transfer unit 10, and the third transfer gate group At least one of the gates constituting the gate 31 is connected to one of the gates constituting the vertical transfer unit. In the sixth embodiment, i = 4 is set, and a signal of A = 4 pixels that are close to each other in the horizontal direction is added, so (i− (A−1)) = 1 set of third transfer. A gate group 31 is provided.

ここで、上記各構成例1〜6の固体撮像素子における第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22の構成およびその動作について図7〜図9を用いて説明し、さらに、上記構成例2の固体撮像素子についてその駆動方法の概要を図10を用いて説明する。   Here, the configuration and the operation of the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22 in the solid-state imaging devices of the respective configuration examples 1 to 6 will be described with reference to FIGS. An outline of the driving method of the solid-state imaging device of Configuration Example 2 will be described with reference to FIG.

図7(a)、図8(a)および図9(a)はそれぞれ、水平方向に2画素の信号電荷を加算する構成例1,4、水平方向に3画素の信号を加算する構成例2,5、および水平方向に4画素の信号を加算する構成例3,6の各固体撮像素子のそれぞれについて、電荷転送が遅い第1の転送ゲート群21と電荷転送が早い第2の転送ゲート群22との配置例を示す図である。これらの図では、第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22を太線で囲んでおり、さらに、第1の転送ゲート群21には着色をしている。また、太線で囲まされていない部分は、上記構成例1〜3では垂直転送部10のゲートを示し、上記構成例4〜6では第3の転送ゲート群31のゲートを示している。   FIGS. 7A, 8A, and 9A are configuration examples 1 and 4 that add signal charges of two pixels in the horizontal direction, and configuration example 2 that adds signals of three pixels in the horizontal direction, respectively. , 5, and each of the solid-state imaging devices of Configuration Examples 3 and 6 that add the signals of four pixels in the horizontal direction, the first transfer gate group 21 having a slow charge transfer and the second transfer gate group having a fast charge transfer. FIG. In these drawings, the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22 are surrounded by a thick line, and the first transfer gate group 21 is colored. In addition, the portion not surrounded by a thick line indicates the gate of the vertical transfer unit 10 in the configuration examples 1 to 3, and the gates of the third transfer gate group 31 in the configuration examples 4 to 6.

図7(a)では、図1および図4に示したように、水平転送部に近い側から1行目からm行目の領域に1セットの第1の転送ゲート群21と1セットの第2の転送ゲート群22とが水平方向に交互に配置されている。さらに、図4では、加算部20の垂直転送部10側に、3セットの第3の転送ゲート群31が設けられている。   In FIG. 7A, as shown in FIGS. 1 and 4, one set of the first transfer gate group 21 and one set of the first transfer gate group 21 in the region from the first row to the m-th row from the side close to the horizontal transfer section. Two transfer gate groups 22 are alternately arranged in the horizontal direction. Further, in FIG. 4, three sets of third transfer gate groups 31 are provided on the vertical transfer unit 10 side of the addition unit 20.

図8(a)では、図2および図5に示したように、水平転送部に近い側から1行目からm行目の領域に、1セットの第1の転送ゲート群21および2セットの第2の転送ゲート群22が水平方向に交互に配置され、水平転送部に近い側からm+1行目から2×m行目の領域に2セットの第1の転送ゲート群21と1セットの第2の転送ゲート群22とが水平方向に交互に配置されている。さらに、図5では、加算部20の垂直転送部10側に、2セットの第3の転送ゲート群31が設けられている。   In FIG. 8A, as shown in FIGS. 2 and 5, one set of the first transfer gate group 21 and two sets of the first transfer gate group 21 and the two sets of the first transfer gate group 21 in the region from the first row to the m-th row from the side close to the horizontal transfer section. The second transfer gate groups 22 are alternately arranged in the horizontal direction, and two sets of the first transfer gate groups 21 and one set of the first transfer gate groups 21 in the area of the (m + 1) th row to the 2 × mth row from the side close to the horizontal transfer unit. Two transfer gate groups 22 are alternately arranged in the horizontal direction. Further, in FIG. 5, two sets of third transfer gate groups 31 are provided on the vertical transfer unit 10 side of the addition unit 20.

図9(a)では、図3および図6に示したように、水平転送部に近い側から1行目からm行目の領域に1セットの第1の転送ゲート群21と3セットの第2の転送ゲート群22とが水平方向に交互に配置され、水平転送部に近い側からm+1行目から2×m行目の領域に2セットの第1の転送ゲート群21と2セットの第2の転送ゲート群22とが水平方向に交互に配置され、水平転送部に近い側から2×m+1行目から3×m行目の領域に3セットの第1の転送ゲート群21と1セットの第2の転送ゲート群22とが水平方向に交互に配置されている。さらに、図6では、加算部20の垂直転送部側に、1セットの第三の転送ゲート群31が設けられている。   In FIG. 9A, as shown in FIGS. 3 and 6, one set of the first transfer gate group 21 and three sets of the first transfer gate group 21 in the region from the first row to the m-th row from the side close to the horizontal transfer portion. The two transfer gate groups 22 are alternately arranged in the horizontal direction, and two sets of the first transfer gate groups 21 and two sets of the first transfer gate groups 22 are arranged in an area from the (m + 1) th row to the 2 × mth row from the side near the horizontal transfer unit. The two transfer gate groups 22 are alternately arranged in the horizontal direction, and three sets of the first transfer gate groups 21 and one set are arranged in the region of the 2 × m + 1 row to the 3 × m row from the side close to the horizontal transfer unit. The second transfer gate groups 22 are alternately arranged in the horizontal direction. Further, in FIG. 6, a set of third transfer gate groups 31 is provided on the vertical transfer unit side of the adder unit 20.

図7(b)と図7(c)、図8(b)と図8(c)および図9(b)と図9(c)はそれぞれ、水平方向に2画素の信号を加算する上記構成例1,4、水平方向に3画素の信号を加算する構成例2,5、および水平方向に4画素の信号を加算する構成例3,6の固体撮像素子のそれぞれについて、第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22の動作例を示す図である。これらの図では、信号転送動作が行われるゲート群に矢印を付けている。   7 (b) and 7 (c), FIG. 8 (b) and FIG. 8 (c), and FIG. 9 (b) and FIG. 9 (c) are the above-described configurations for adding signals of two pixels in the horizontal direction, respectively. The first transfer gate for each of the solid-state imaging devices of Examples 1 and 4, Configuration Examples 2 and 5 for adding a signal of 3 pixels in the horizontal direction, and Configuration Examples 3 and 6 for adding a signal of 4 pixels in the horizontal direction FIG. 6 is a diagram illustrating an operation example of a group 21 and a second transfer gate group 22. In these figures, an arrow is attached to a gate group in which a signal transfer operation is performed.

図7(b)、図8(b)および図9(b)に示すように、第1の動作時には、第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22の両方において、信号電荷をm行垂直方向に転送させる。また、図7(c)、図8(c)および図9(c)に示すように、第2の動作時には、第2の転送ゲート群22においてのみ、信号電荷をm行垂直方向に転送させる。   As shown in FIG. 7B, FIG. 8B, and FIG. 9B, in the first operation, the signal charges are received in both the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22. Transfer m lines vertically. Further, as shown in FIGS. 7C, 8C, and 9C, during the second operation, only the second transfer gate group 22 transfers the signal charges in the m-row vertical direction. .

この第1の動作と第2の動作を組み合わせて垂直駆動タイミングを設定することによって、垂直方向の転送列において第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22が含まれる割合に応じて、水平転送部へ信号電荷が転送される順序を選択的にコントロールすることできる。   By setting the vertical drive timing by combining the first operation and the second operation, the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22 are included in the transfer column in the vertical direction. The order in which the signal charges are transferred to the horizontal transfer unit can be selectively controlled.

例えば、水平方向に3画素の信号を加算する場合には、図8(a)に示すように、垂直方向の転送列として、第1の転送ゲート群21を2セット含む左側2列の転送列と、第1の転送ゲート群21を1セットと第2の転送ゲート群22を1セット含む中央2列の転送列と、第2の転送ゲート群22を2セット含む右側2列の転送列の3種類の各転送列がある。   For example, when signals of three pixels are added in the horizontal direction, as shown in FIG. 8 (a), as the transfer columns in the vertical direction, two transfer columns on the left side including two sets of first transfer gate groups 21 are provided. And two central transfer columns including one set of the first transfer gate group 21 and one set of the second transfer gate group 22, and two transfer columns on the right side including two sets of the second transfer gate group 22. There are three types of transfer trains.

これら3種類の各転送列に対して、図8(b)に示す第1の動作と、図8(c)に示す第2の動作とを含む垂直駆動タイミングを設定すると、第2の転送ゲート群22を2セット含む右側の転送列において最初に信号電荷転送が完了し、第1の転送ゲート群21を1セットと第2の転送ゲート群22を1セット含む中央の転送列で2番目に信号電荷転送が完了し、第1の転送ゲート群21を2セット含む左側の転送列で最後に信号電荷転送が完了する。このようにして、選択的に信号電荷転送完了順序をコントロール可能であることを利用して、画素加算動作を実現することができる。   When the vertical drive timing including the first operation shown in FIG. 8B and the second operation shown in FIG. 8C is set for each of these three types of transfer trains, the second transfer gate The signal charge transfer is completed first in the transfer sequence on the right side including two sets of groups 22, and second in the central transfer sequence including one set of the first transfer gate group 21 and one set of the second transfer gate group 22. The signal charge transfer is completed, and the signal charge transfer is finally completed in the left transfer column including two sets of the first transfer gate group 21. In this way, the pixel addition operation can be realized by utilizing the fact that the signal charge transfer completion order can be selectively controlled.

図10(0)〜(x)は、水平方向に3画素の信号を加算(水平3画素加算)する場合について、固体撮像素子の駆動方法の一例を説明するための図である。   FIGS. 10 (0) to 10 (x) are diagrams for explaining an example of a method for driving the solid-state imaging device in the case of adding signals of three pixels in the horizontal direction (horizontal three-pixel addition).

まず、図10(0)の初期状態では、y=1〜3行目に画素の信号が並んでいる。ここで、1行目と3行目において番号1と2を付けた3つの画素の信号電荷がそれぞれ加算され、2行目において番号3と4を付けた3つの画素の信号がそれぞれ加算されるものである。   First, in the initial state of FIG. 10 (0), pixel signals are arranged in the rows y = 1 to 3. Here, the signal charges of the three pixels numbered 1 and 2 are added in the first row and the third row, respectively, and the signals of the three pixels numbered 3 and 4 are added in the second row, respectively. Is.

図10(i)では、第2の転送ゲート群22においてのみ信号電荷をm行垂直方向に転送させる第2の動作を行う。これによって、右側2列の番号1と2を付けた画素の信号が、垂直転送部に近い側から水平転送部に近い側に電荷転送される。   In FIG. 10I, the second operation of transferring the signal charges in the m-row vertical direction only in the second transfer gate group 22 is performed. As a result, the signals of the pixels having the numbers 1 and 2 in the right two columns are transferred from the side closer to the vertical transfer unit to the side closer to the horizontal transfer unit.

次に、図10(ii)では、第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22の両方において信号電荷をm行垂直方向に転送させる第1の動作を行う。これによって、右側2列の番号1と2を付けた画素の信号が水平転送部に出力され、水平転送部において中央2列の転送列の下まで水平方向に転送する。   Next, in FIG. 10 (ii), the first operation of transferring the signal charges in the m-row vertical direction is performed in both the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22. As a result, the signals of the pixels assigned numbers 1 and 2 in the right two columns are output to the horizontal transfer unit, and are transferred in the horizontal direction to the bottom of the central two columns of transfer columns in the horizontal transfer unit.

図10(iii)では、第2の転送ゲート群22においてのみ信号電荷をm行垂直方向に転送させる第2の動作を行う。これによって、中央2列の番号1と2を付けた画素の信号が水平転送部に出力され、その部分に転送されてきていた信号と互いに加算される。また、右側2列の番号3と4を付けた画素の信号が、垂直転送部に近い側から水平転送部に近い側に転送する。   In FIG. 10 (iii), the second operation of transferring the signal charges in the m-row vertical direction only in the second transfer gate group 22 is performed. As a result, the signals of the pixels assigned numbers 1 and 2 in the central two columns are output to the horizontal transfer unit, and are added to the signals transferred to that portion. Further, the signals of the pixels assigned numbers 3 and 4 in the right two columns are transferred from the side close to the vertical transfer unit to the side close to the horizontal transfer unit.

図10(iv)では、第2の転送ゲート群22においてのみ信号電荷をm行垂直方向に転送させる第2の動作を行う。これによって、右側2列の番号3と4を付けた画素の信号が水平転送部に出力され、水平転送部において中央2列の転送列の下まで水平方向に転送する。また、水平転送部において、中央2列の下の番号1と2を付けた2画素分の加算信号が、左側2列の転送列の下まで水平方向に転送する。   In FIG. 10 (iv), the second operation of transferring signal charges in the m-row vertical direction only in the second transfer gate group 22 is performed. As a result, the pixel signals with numbers 3 and 4 in the right two columns are output to the horizontal transfer unit, and are transferred in the horizontal direction to the bottom of the central two columns of transfer columns in the horizontal transfer unit. Further, in the horizontal transfer unit, the addition signals for the two pixels assigned numbers 1 and 2 below the central two columns are transferred in the horizontal direction to the bottom of the left two transfer columns.

図10(v)では、第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22の両方において信号電荷をm行垂直方向に転送させる第1の動作を行う。これによって、左側2列の番号1と2を付けた画素の信号が水平転送部に出力され、その部分に電荷転送されてきていた2画素分の信号と加算する。   In FIG. 10 (v), the first operation of transferring the signal charges in the m-row vertical direction is performed in both the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22. As a result, the signals of the pixels assigned numbers 1 and 2 in the left two columns are output to the horizontal transfer unit, and are added to the signals for the two pixels that have been transferred to that portion.

図10(vi)では、第2の転送ゲート群22においてのみ信号電荷をm行垂直方向に転送させる第2の動作が行われる。これによって、中央2列の番号3と4を付けた画素の信号が水平転送部に出力され、その部分に転送されてきていた信号と加算される。また、右側2列の番号1と2を付けた画素の信号が、垂直転送部に近い側から水平転送部に近い側に転送する。   In FIG. 10 (vi), the second operation of transferring the signal charge in the m-row vertical direction only in the second transfer gate group 22 is performed. As a result, the signals of the pixels assigned numbers 3 and 4 in the central two columns are output to the horizontal transfer unit and added to the signal transferred to that portion. Further, the signals of the pixels assigned with numbers 1 and 2 in the right two columns are transferred from the side close to the vertical transfer unit to the side close to the horizontal transfer unit.

図10(vii)では、第2の転送ゲート群22においてのみ信号電荷をm行垂直方向に転送させる第2の動作が行われる。これによって、右側2列の番号1と2を付けた画素の信号が水平転送部に出力され、水平転送部において中央2列の転送列の下まで水平方向に転送される。また、水平転送部において、中央2列の下の番号3と4を付けた2画素分の加算信号が、左側2列の転送列の下まで水平方向に転送する。   In FIG. 10 (vii), the second operation for transferring the signal charge in the vertical direction of m rows is performed only in the second transfer gate group 22. As a result, the signals of the pixels assigned numbers 1 and 2 in the right two columns are output to the horizontal transfer unit, and are transferred in the horizontal direction to the bottom of the central two columns of transfer columns in the horizontal transfer unit. Further, in the horizontal transfer unit, the addition signals for two pixels assigned numbers 3 and 4 below the central two columns are transferred in the horizontal direction to the bottom of the left two transfer columns.

図10(viii)では、第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22の両方において信号電荷をm行垂直方向に転送させる第1の動作を行う。これによって、左側2列の番号3と4を付けた画素の信号が水平転送部に出力し、その部分に転送されてきていた2画素分の信号と加算される。   In FIG. 10 (viii), the first operation of transferring the signal charges in the m-row vertical direction is performed in both the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22. As a result, the signals of the pixels assigned numbers 3 and 4 in the left two columns are output to the horizontal transfer unit and added to the signals for the two pixels transferred to that portion.

図10(ix)では、第2の転送ゲート群22においてのみ信号電荷をm行垂直方向に転送させる第2の動作を行う。これによって、中央2列の番号1と2を付けた画素の信号が水平転送部に出力され、その部分に転送されてきていた信号電荷と加算されて、水平転送部において左側2列の転送列の下まで水平方向に転送される。   In FIG. 10 (ix), the second operation of transferring the signal charge in the m-row vertical direction only in the second transfer gate group 22 is performed. As a result, the signals of the pixels having the numbers 1 and 2 in the central two columns are output to the horizontal transfer unit and added to the signal charges transferred to the portion, and the left two transfer columns in the horizontal transfer unit. Is transferred horizontally to the bottom.

図10(x)では、第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22の両方において信号電荷をm行垂直方向に転送させる第1の動作が行われる。これによって、左側2列の番号1と2を付けた画素の信号が水平転送部に出力され、その部分に電荷転送されてきていた2画素分の信号と加算される。   In FIG. 10 (x), the first operation of transferring the signal charges in the m-row vertical direction is performed in both the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22. As a result, the signals of the pixels assigned with the numbers 1 and 2 in the left two columns are output to the horizontal transfer unit, and are added to the signals for the two pixels that have been transferred to that portion.

以上のようにして、y=1〜3行目の画素の信号電荷について、水平方向に3画素の信号が加算される。水平方向に2画素の信号を加算する場合や、水平方向に4画素の信号を加算する場合についてもこれと同様に、第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22の両方において信号電荷をm行垂直方向に電荷転送させる第1の動作と、第2の転送ゲート群22においてのみ信号電荷をm行垂直方向に転送させる第2の動作とを組み合わせることによって、実現することができる。   As described above, signals of three pixels are added in the horizontal direction with respect to the signal charges of the pixels of y = 1 to 3 rows. Similarly, when the signals of 2 pixels are added in the horizontal direction and when the signals of 4 pixels are added in the horizontal direction, the signals in both the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22 are the same. This can be realized by combining the first operation of transferring charges in the vertical direction of m rows and the second operation of transferring signal charges in the vertical direction of m rows only in the second transfer gate group 22. .

次に、上記各実施形態1〜6の固体撮像素子のように、水平方向に2画素の信号を加算する場合、水平方向に3画素の信号を加算する場合および水平方向に4画素の信号を加算する場合において、加算画素を組み合わせる組み合わせ例について、図11を用いて説明する。   Next, as in the solid-state imaging devices of the first to sixth embodiments, when a signal of 2 pixels is added in the horizontal direction, a signal of 3 pixels is added in the horizontal direction, and a signal of 4 pixels is added in the horizontal direction. In the case of addition, a combination example in which addition pixels are combined will be described with reference to FIG.

図11(b)〜図11(d)はそれぞれ、図11(a)に示すベイヤー配列のようにRGBの各画素が配列された画面において、水平方向に2画素の信号を加算する場合、水平方向に3画素の信号を加算する場合および水平方向に4画素の信号を加算する場合について、間引き加算との加算画素の組み合せ例を示す図である。   11 (b) to 11 (d) are respectively horizontal when a signal of two pixels is added in the horizontal direction on a screen in which RGB pixels are arranged as in the Bayer arrangement shown in FIG. 11 (a). It is a figure which shows the example of a combination of the addition pixel with thinning-out addition about the case where the signal of 3 pixels is added in the direction, and the case of adding the signal of 4 pixels in the horizontal direction.

図11(a)では、水平方向にR画素とG画素が交互に配列された行と、水平方向にG画素とB画素が交互に配列された行とが垂直方向に交互に並んでいる。   In FIG. 11A, rows in which R pixels and G pixels are alternately arranged in the horizontal direction and rows in which G pixels and B pixels are alternately arranged in the horizontal direction are alternately arranged in the vertical direction.

図11(b)では、水平転送部の一つの水平転送パケットに水平2画素×垂直2画素=4画素分の信号電荷が加算されている。例えば、下から1行目と3行目の4つのR画素の信号が加算されて出力1として水平転送部の一つのパケットに1画素として出力され、下から1行目と3行目の4つのG画素の信号が加算されて出力2として水平転送部の一つのパケットに1画素として出力され、下から4行目と6行目の4つのG画素の信号が加算されて出力3として水平転送部の1つのパケットに出力され、下から4行目と6行目の4つのB画素の信号が加算されて、出力4として水平転送部の一つのパケットに出力されている。   In FIG. 11B, signal charges corresponding to 2 horizontal pixels × 2 vertical pixels = 4 pixels are added to one horizontal transfer packet of the horizontal transfer unit. For example, the signals of four R pixels in the first and third rows from the bottom are added and output as one pixel in one packet of the horizontal transfer unit as output 1, and 4 in the first and third rows from the bottom. The signals of two G pixels are added and output as one pixel in one packet of the horizontal transfer unit as output 2, and the signals of four G pixels in the fourth and sixth rows from the bottom are added and output as horizontal 3 It is output to one packet of the transfer unit, the signals of the four B pixels in the fourth and sixth rows from the bottom are added, and output as one output to one packet of the horizontal transfer unit.

図11(c)では、水平転送部の一つの水平パケットに水平3画素×垂直2画素=6画素分の信号電荷が加算されている。例えば、下から1行目と3行目の6つのR画素の信号が加算されて出力1として水平転送部の一つのパケットに出力され、下から1行目と3行目の6つのG画素の信号が加算されて出力2として水平転送部の一つのパケットに出力され、下から4行目と6行目の6つのG画素の信号が加算されて出力3として水平転送部の一つのパケットに出力され、下から4行目と6行目の6つのB画素の信号が加算されて出力4として水平転送部の一つのパケットに出力されている。また、下から7行目と9行目の6つのR画素の信号が加算されて出力5として水平転送部の一つのパケットに出力され、さらに、下から7行目と9行目の6つのG画素の信号が加算されて出力6として水平転送部の一つのパケットに出力されている。   In FIG. 11C, signal charges of 3 horizontal pixels × 2 vertical pixels = 6 pixels are added to one horizontal packet of the horizontal transfer unit. For example, the signals of the six R pixels in the first and third rows from the bottom are added and output as one output to one packet of the horizontal transfer unit, and the six G pixels in the first and third rows from the bottom Are added to one packet of the horizontal transfer unit as output 2, and the signals of the 6 G pixels in the 4th and 6th rows from the bottom are added and output 3 to 1 packet of the horizontal transfer unit The signals of the 6 B pixels in the 4th and 6th rows from the bottom are added together and output as 4 in one packet of the horizontal transfer unit. In addition, the signals of the six R pixels in the seventh and ninth rows from the bottom are added and output to one packet of the horizontal transfer unit as an output 5, and further, the six rows in the seventh and ninth rows from the bottom. The G pixel signals are added and output as an output 6 to one packet of the horizontal transfer unit.

図11(d)では、水平転送部の一つの水平パケットに水平4画素×垂直2画素=8画素分の信号電荷が加算されている。例えば、下から1行目と3行目の6つのR画素の信号が加算されて、出力1として水平転送部の一つのパケットに出力され、下から1行目と3行目の6つのG画素の信号が加算されて、出力2として水平転送部の一つのパケットに出力され、下から4行目と6行目の6つのG画素の信号が加算されて、出力3として水平転送部の一つのパケットに出力され、下から4行目と6行目の6つのB画素の信号が加算されて、出力4として水平転送部の一つのパケットに出力されている。また、下から7行目と9行目の6つのR画素の信号が加算されて、出力5として水平転送部の一つのパケットに出力され、下から7行目と9行目の6つのG画素の信号が加算されて、出力6として水平転送部の一つのパケットに出力され、下から10行目と12行目の6つのG画素の信号が加算されて、出力7として水平転送部の一つのパケットに出力され、下から10行目と12行目の6つのB画素の信号が加算されて、出力8として水平転送部の一つのパケットに出力されている。   In FIG. 11D, signal charges of 4 horizontal pixels × 2 vertical pixels = 8 pixels are added to one horizontal packet of the horizontal transfer unit. For example, the signals of the six R pixels in the first and third rows from the bottom are added and output as one output to one packet of the horizontal transfer unit, and the six G in the first and third rows from the bottom. The pixel signals are added and output as an output 2 to one packet of the horizontal transfer unit. The signals of the 6 G pixels in the fourth and sixth rows from the bottom are added and output 3 as the output of the horizontal transfer unit. It is output to one packet, and the signals of the six B pixels in the fourth and sixth rows from the bottom are added and output as one output to one packet of the horizontal transfer unit. In addition, the signals of the six R pixels in the seventh and ninth rows from the bottom are added and output as an output 5 to one packet of the horizontal transfer unit, and the six G in the seventh and ninth rows from the bottom. The pixel signals are added and output as an output 6 to one packet of the horizontal transfer unit. The signals of the 6 G pixels in the 10th and 12th rows from the bottom are added and output 7 as the output of the horizontal transfer unit. It is output to one packet, and the signals of the six B pixels in the 10th and 12th rows from the bottom are added together and output as an output 8 to one packet of the horizontal transfer unit.

次に、水平方向に3画素の信号を加算する上記構成例5の固体撮像素子における加算部と接続部の具体的な構成について図12を用いて説明し、さらに、その駆動例について図13のタイミングチャートを用いて説明する。   Next, a specific configuration of the addition unit and the connection unit in the solid-state imaging device of the configuration example 5 that adds the signals of three pixels in the horizontal direction will be described with reference to FIG. This will be described using a timing chart.

図12は、上記構成例5の固体撮像素子において、第1の転送ゲート群21および第2の転送ゲート群22からなる加算部20と、2セットの第3の転送ゲート群31からなる接続部30のゲート構造と端子配線接続の割り当てを説明するための図である。なお、図12において、第1の転送ゲート群21側を着色している。   FIG. 12 shows an adder 20 comprising a first transfer gate group 21 and a second transfer gate group 22 and a connection part comprising two sets of third transfer gate groups 31 in the solid-state imaging device of Configuration Example 5 above. It is a figure for demonstrating allocation of 30 gate structures and terminal wiring connection. In FIG. 12, the first transfer gate group 21 side is colored.

図12において、垂直転送部10に対して水平転送部側(図12の下側)には、m=4行K=2列からなる複数の第1の転送ゲート群21と、m=4行K=2列からなる複数の第2の転送ゲート群22とが設けられており、第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22とは、水平転送部に近い側から2行目と6行目のゲートscAとscB、および水平転送部に近い4行目と8行目のゲートsaAとsaBに対して、独立してゲート駆動電圧を印加可能としている。また、水平転送部に近い側から1行目と5行目のゲートsd、および水平転送部に近い3行目と7行目のゲートsbに対しては、同じゲート駆動電圧が印加されるようになっている。これらの第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22からなるm=4×j=2行のゲート領域によって、加算部20が構成されている。   In FIG. 12, a plurality of first transfer gate groups 21 having m = 4 rows and K = 2 columns and m = 4 rows on the horizontal transfer portion side (lower side in FIG. 12) with respect to the vertical transfer portion 10. A plurality of second transfer gate groups 22 each having K = 2 columns are provided, and the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22 are arranged in the second row from the side close to the horizontal transfer unit. Gate drive voltages can be applied independently to the gates scA and scB in the sixth row and the gates saA and saB in the fourth and eighth rows close to the horizontal transfer section. Further, the same gate drive voltage is applied to the gates sd of the first and fifth rows from the side close to the horizontal transfer unit and the gates sb of the third and seventh rows close to the horizontal transfer unit. It has become. The adding unit 20 is constituted by the gate region of m = 4 × j = 2 rows composed of the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22.

この加算部20は、水平転送部に近い側の1行目から4行目の領域(水平転送部から近い側)に、1セットの第1の転送ゲート群21と2セットの第2の転送ゲート群22とが水平方向に交互に配置されている。また、水平転送部に近い側の5行目から8行目の領域(水平転送部から遠い側)に、2セットの第1の転送ゲート群21と1セットの第2の転送ゲート群22とが水平方向に交互に配置されている。   The adding unit 20 includes one set of first transfer gate group 21 and two sets of second transfer in the region from the first row to the fourth row on the side closer to the horizontal transfer unit (the side closer to the horizontal transfer unit). Gate groups 22 are alternately arranged in the horizontal direction. Further, two sets of first transfer gate groups 21 and one set of second transfer gate groups 22 are arranged in the region from the fifth row to the eighth row on the side close to the horizontal transfer portion (the side far from the horizontal transfer portion). Are alternately arranged in the horizontal direction.

加算部20と垂直転送部10との間には、m=4行のゲートa〜dからなる第3の転送ゲート群31が2セット設けられて、垂直転送部10と加算部20とを接続する接続部30が設けられている。   Between the adder 20 and the vertical transfer unit 10, two sets of third transfer gate groups 31 including gates a to d of m = 4 rows are provided, and the vertical transfer unit 10 and the adder 20 are connected. A connecting portion 30 is provided.

図13は、図12の固体撮像素子において、画素加算動作を行う際の各ゲートに対する駆動タイミング例を説明するためのタイミングチャートである。   FIG. 13 is a timing chart for explaining an example of driving timing for each gate when performing the pixel addition operation in the solid-state imaging device of FIG.

図13において、ΦH1およびΦH2は水平転送部を駆動する水平駆動パルスを示し、ΦsaA〜Φsdは第1の転送ゲート群21および第2の転送ゲート群22を駆動する垂直駆動パルスを示している。   In FIG. 13, ΦH1 and ΦH2 indicate horizontal drive pulses for driving the horizontal transfer unit, and ΦsaA to Φsd indicate vertical drive pulses for driving the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22.

垂直駆動パルスΦsaAは、図12に示す第1の転送ゲート群21のゲートsaAに印加され、垂直駆動パルスΦsaBは、第2の転送ゲート群22のゲートsaBに印加される。また、垂直駆動パルスΦsbは第1の転送ゲート群21および第2の転送ゲート群22のゲートsbに印加される。さらに、垂直駆動パルスΦscAは第1の転送ゲート群21のゲートscAに印加され、垂直駆動パルスΦscBは第2の転送ゲート群22のゲートscBに印加される。さらに、垂直駆動パルスΦsdは第1の転送ゲート群21および第2の転送ゲート群22のゲートsdに印加される。   The vertical drive pulse ΦsaA is applied to the gate saA of the first transfer gate group 21 shown in FIG. 12, and the vertical drive pulse ΦsaB is applied to the gate saB of the second transfer gate group 22. The vertical drive pulse Φsb is applied to the gates sb of the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22. Further, the vertical drive pulse ΦscA is applied to the gate scA of the first transfer gate group 21, and the vertical drive pulse ΦscB is applied to the gate scB of the second transfer gate group 22. Further, the vertical drive pulse Φsd is applied to the gates sd of the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22.

上記構成により、まず、図13に示す(i)のタイミングでは、垂直駆動パルスΦsaBおよびΦsbがローレベルとなり、垂直駆動パルスΦscBおよびΦsdがハイレベルとなり、垂直駆動パルスΦsaAおよびΦscAは変化しない。これによって、第2の転送ゲート群22においてのみ信号電荷をm行垂直方向に転送させる第2の動作が行われ、図10(i)に示したように、右側2列の番号1と2を付けた画素の信号電荷が、垂直転送部10に近い側から水平転送部に近い側に電荷転送する。   With the above configuration, first, at the timing (i) shown in FIG. 13, the vertical drive pulses ΦsaB and Φsb become low level, the vertical drive pulses ΦscB and Φsd become high level, and the vertical drive pulses ΦsaA and ΦscA do not change. As a result, the second operation of transferring the signal charges in the m-row vertical direction is performed only in the second transfer gate group 22, and as shown in FIG. The signal charges of the attached pixels are transferred from the side closer to the vertical transfer unit 10 to the side closer to the horizontal transfer unit.

次に、図13に示す(ii)のタイミングでは、垂直駆動パルスΦsaA、ΦsaBおよびΦsbがローレベルとなり、垂直駆動パルスΦscA、ΦscBおよびΦsdがハイレベルとなる。これによって、第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22の両方において信号電荷をm行垂直方向に転送させる第1の動作を行い、図10(ii)に示したように、右側2列の番号1と2を付けた画素の信号が水平転送部に出力される。水平転送部に出力されたこれらの信号は、次の水平駆動パルスΦH1およびΦH2によって、中央2列の転送列の下まで水平方向に電荷転送する。   Next, at the timing (ii) shown in FIG. 13, the vertical drive pulses ΦsaA, ΦsaB, and Φsb are at a low level, and the vertical drive pulses ΦscA, ΦscB, and Φsd are at a high level. As a result, the first operation of transferring the signal charges in the m-row vertical direction is performed in both the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22, and as shown in FIG. The signals of the pixels with numbers 1 and 2 in two columns are output to the horizontal transfer unit. These signals output to the horizontal transfer unit transfer charges in the horizontal direction to the bottom of the two central transfer columns by the next horizontal drive pulses ΦH1 and ΦH2.

図13に示す(iii)のタイミングでは、垂直駆動パルスΦsaBおよびΦsbがローレベルとなり、垂直駆動パルスΦscBおよびΦsdがハイレベルとなり、垂直駆動パルスΦsaAおよびΦscAは変化しない。これによって、第2の転送ゲート群22においてのみ信号電荷をm行垂直方向に転送させる第2の動作を行い、図10(iii)に示したように、中央2列の番号1と2を付けた画素の信号が水平転送部に出力され、その部分に転送されてきていた信号と加算される。また、右側2列の番号3と4を付けた画素の信号が、垂直転送部に近い側から水平転送部に近い側に転送される。   At the timing (iii) shown in FIG. 13, the vertical drive pulses ΦsaB and Φsb are at the low level, the vertical drive pulses ΦscB and Φsd are at the high level, and the vertical drive pulses ΦsaA and ΦscA do not change. As a result, the second operation of transferring the signal charges in the m-row vertical direction only in the second transfer gate group 22 is performed, and numbers 1 and 2 in the central two columns are assigned as shown in FIG. 10 (iii). The pixel signal is output to the horizontal transfer unit and added to the signal transferred to that portion. In addition, the signals of the pixels assigned numbers 3 and 4 in the right two columns are transferred from the side close to the vertical transfer unit to the side close to the horizontal transfer unit.

図13に示す(iv)のタイミングでは、垂直駆動パルスΦsaBおよびΦsbがローレベルとなり、垂直駆動パルスΦscBおよびΦsdがハイレベルとなり、垂直駆動パルスΦsaAおよびΦscAは変化しない。これによって、第2の転送ゲート群22においてのみ信号電荷をm行垂直方向に転送させる第2の動作を行い、図10(iv)に示したように、右側2列の番号3と4を付けた画素の信号電荷が水平転送部に出力される。水平転送部に出力されたこれらの信号電荷は、水平駆動パルスΦH1およびΦH2によって、中央2列の電荷転送列の下まで水平方向に電荷転送される。さらに、中央2列の下の番号1と2を付けた2画素分の加算信号も、左側2列の転送列の下まで水平方向に転送される。   At the timing (iv) shown in FIG. 13, the vertical drive pulses ΦsaB and Φsb are at the low level, the vertical drive pulses ΦscB and Φsd are at the high level, and the vertical drive pulses ΦsaA and ΦscA do not change. As a result, the second operation of transferring the signal charges in the m-row vertical direction only in the second transfer gate group 22 is performed, and numbers 3 and 4 in the right two columns are assigned as shown in FIG. 10 (iv). The signal charges of the pixels are output to the horizontal transfer unit. These signal charges output to the horizontal transfer section are transferred in the horizontal direction to the bottom of the two central charge transfer columns by horizontal drive pulses ΦH1 and ΦH2. Further, the addition signals for two pixels assigned numbers 1 and 2 below the central two columns are also transferred in the horizontal direction to the bottom of the two transfer columns on the left side.

図13に示す(v)のタイミングでは、垂直駆動パルスΦsaA、ΦsaBおよびΦsbがローレベルとなり、垂直駆動パルスΦscA、ΦscBおよびΦsdがハイレベルとなる。これによって、第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22の両方において信号電荷をm行垂直方向に転送させる第1の動作を行い、図10(v)に示したように、左側2列の番号1と2を付けた画素の信号が水平転送部に出力され、その部分に転送されてきていた2画素分の信号と加算される。   At the timing (v) shown in FIG. 13, the vertical drive pulses ΦsaA, ΦsaB, and Φsb are at a low level, and the vertical drive pulses ΦscA, ΦscB, and Φsd are at a high level. As a result, the first operation of transferring the signal charges in the m-row vertical direction is performed in both the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22, and as shown in FIG. The signals of the pixels with numbers 1 and 2 in two columns are output to the horizontal transfer unit and added to the signals for the two pixels that have been transferred to that portion.

図13に示すタイミング(vi)では、垂直駆動パルスΦsaBおよびΦsbがローレベルとなり、垂直駆動パルスΦscBおよびΦsdがハイレベルとなり、垂直駆動パルスΦsaAおよびΦscAは変化しない。これによって、第2の転送ゲート群22においてのみ信号電荷をm行垂直方向に転送させる第2の動作が行われ、図10(vi)に示したように、中央2列の番号3と4を付けた画素の信号が水平転送部に出力され、その部分に転送されてきていた信号と加算される。また、右側2列の番号1と2を付けた画素の信号が、垂直転送部に近い側から水平転送部に近い側に転送される。   At the timing (vi) shown in FIG. 13, the vertical drive pulses ΦsaB and Φsb become low level, the vertical drive pulses ΦscB and Φsd become high level, and the vertical drive pulses ΦsaA and ΦscA do not change. As a result, a second operation for transferring the signal charges in the m-row vertical direction is performed only in the second transfer gate group 22, and as shown in FIG. The added pixel signal is output to the horizontal transfer unit, and added to the signal transferred to that portion. In addition, the signals of the pixels assigned numbers 1 and 2 in the two right columns are transferred from the side close to the vertical transfer unit to the side close to the horizontal transfer unit.

図13に示すタイミング(vii)では、垂直駆動パルスΦsaBおよびΦsbがローレベルとなり、垂直駆動パルスΦscBおよびΦsdがハイレベルとなり、垂直駆動パルスΦsaAおよびΦscAは変化しない。これによって、第2の転送ゲート群22においてのみ信号電荷をm行垂直方向に転送させる第2の動作を行い、図10(vii)に示したように、右側2列の番号1と2を付けた画素の信号が水平転送部に出力される。水平転送部に出力されたこれらの信号は、水平駆動パルスΦH1およびΦH2によって、中央2列の転送列の下まで水平方向に転送される。さらに、中央2列の下の番号3と4を付けた2画素分の加算信号も、左側2列の転送列の下まで水平方向に転送される。   At timing (vii) shown in FIG. 13, the vertical drive pulses ΦsaB and Φsb are at a low level, the vertical drive pulses ΦscB and Φsd are at a high level, and the vertical drive pulses ΦsaA and ΦscA do not change. As a result, the second operation of transferring the signal charges in the m-row vertical direction only in the second transfer gate group 22 is performed, and numbers 1 and 2 in the right two columns are assigned as shown in FIG. 10 (vii). The pixel signal is output to the horizontal transfer unit. These signals output to the horizontal transfer unit are transferred in the horizontal direction to the bottom of the central two transfer columns by horizontal drive pulses ΦH1 and ΦH2. Further, the addition signals for two pixels assigned numbers 3 and 4 below the central two columns are also transferred in the horizontal direction to the bottom of the two transfer columns on the left side.

図13に示すタイミング(viii)では、垂直駆動パルスΦsaA、ΦsaBおよびΦsbがローレベルとなり、垂直駆動パルスΦscA、ΦscBおよびΦsdがハイレベルとなる。これによって、第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22の両方において信号電荷をm行垂直方向に転送させる第1の動作を行い、図10(viii)に示したように、左側2列の番号3と4を付けた画素の信号が水平転送部に出力され、その部分に転送されてきていた2画素分の信号と加算される。   At timing (viii) shown in FIG. 13, the vertical drive pulses ΦsaA, ΦsaB, and Φsb are at a low level, and the vertical drive pulses ΦscA, ΦscB, and Φsd are at a high level. As a result, the first operation of transferring the signal charges in the m-row vertical direction is performed in both the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22, and as shown in FIG. The signals of the pixels with numbers 3 and 4 in two columns are output to the horizontal transfer unit, and added to the signals for the two pixels that have been transferred to that portion.

図13に示すタイミング(ix)では、垂直駆動パルスΦsaBおよびΦsbがローレベルとなり、垂直駆動パルスΦscBおよびΦsdがハイレベルとなり、垂直駆動パルスΦsaAおよびΦscAは変化しない。これによって、第2の転送ゲート群22においてのみ信号電荷をm行垂直方向に転送させる第2の動作を行い、図10(ix)に示したように、中央2列の番号1と2を付けた画素の信号が水平転送部に出力され、その部分に転送されてきていた信号と加算される。加算された信号は、水平駆動パルスΦH1およびΦH2によって、左側2列の転送列の下まで水平方向に転送される。   At the timing (ix) shown in FIG. 13, the vertical drive pulses ΦsaB and Φsb become low level, the vertical drive pulses ΦscB and Φsd become high level, and the vertical drive pulses ΦsaA and ΦscA do not change. As a result, the second operation of transferring the signal charges in the m-row vertical direction only in the second transfer gate group 22 is performed, and numbers 1 and 2 in the center two columns are assigned as shown in FIG. The pixel signal is output to the horizontal transfer unit and added to the signal transferred to that portion. The added signals are transferred in the horizontal direction by the horizontal drive pulses ΦH1 and ΦH2 to the bottom of the left two transfer columns.

図13に示すタイミング(x)では、垂直駆動パルスΦsaA、ΦsaBおよびΦsbがローレベルとなり、垂直駆動パルスΦscA、ΦscBおよびΦsdがハイレベルとなる。これによって、第2の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22の両方において信号電荷をm行垂直方向に転送させる第1の動作を行い、図10(x)に示したように、左側2列の番号1と2を付けた画素の信号が水平転送部に出力され、その部分に転送されてきていた2画素分の信号と加算される。   At timing (x) shown in FIG. 13, the vertical drive pulses ΦsaA, ΦsaB, and Φsb are at a low level, and the vertical drive pulses ΦscA, ΦscB, and Φsd are at a high level. As a result, the first operation of transferring the signal charges in the m-row vertical direction is performed in both the second transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22, and as shown in FIG. The signals of the pixels with numbers 1 and 2 in two columns are output to the horizontal transfer unit and added to the signals for the two pixels that have been transferred to that portion.

以上のようにして、水平方向に3画素の信号が加算される。その他、水平方向に2画素の信号を加算する場合や、水平方向に4画素の信号を加算する場合についても同様に、第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22の両方において信号電荷をm行垂直方向に転送させる第1の動作と、第2の転送ゲート群22においてのみ信号電荷をm行垂直方向に転送させる第2の動作とを組み合わせることによって、実現することができる。   As described above, signals of three pixels are added in the horizontal direction. In addition, in the case of adding a signal of 2 pixels in the horizontal direction or in the case of adding a signal of 4 pixels in the horizontal direction, the signal is transmitted in both the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22. This can be realized by combining the first operation for transferring charges in the m-row vertical direction and the second operation for transferring signal charges in the m-row vertical direction only in the second transfer gate group 22.

次に、水平方向に3画素の信号を加算する上記構成例5の固体撮像素子における加算部20および接続部30と垂直転送部10との信号接続例について、図14を用いて説明する。   Next, an example of signal connection between the addition unit 20 and the connection unit 30 and the vertical transfer unit 10 in the solid-state imaging device of the configuration example 5 that adds signals of three pixels in the horizontal direction will be described with reference to FIG.

図14は、上記構成例5の固体撮像素子について、通常転送時における信号電荷の移動状態を示す図である。   FIG. 14 is a diagram illustrating a movement state of the signal charge at the time of normal transfer in the solid-state imaging device of the configuration example 5 described above.

図14において、第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22を含む加算部20と、受光部画素から読み出された信号電荷を列方向に電荷転送する垂直転送部10との間には、同じ行数のm行からなる第3の転送ゲート群31が2セット配置されて接続部30を構成している。   In FIG. 14, between the addition unit 20 including the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22 and the vertical transfer unit 10 that transfers the signal charges read from the light receiving unit pixels in the column direction. 2, two sets of the third transfer gate group 31 composed of m rows having the same number of rows are arranged to constitute the connection unit 30.

垂直転送部10は10相駆動ゲート(n=10)によって構成されており、第3の転送ゲート群31は4相駆動ゲート(m=4)によって構成されている。   The vertical transfer unit 10 is configured by a 10-phase drive gate (n = 10), and the third transfer gate group 31 is configured by a 4-phase drive gate (m = 4).

さらに、第3の転送ゲート群31を構成するゲートa〜dには、垂直転送部10に印加されるゲート駆動パルスΦV1〜ΦV10の10種類のパルスから、4種類のパルスが選択されて割り当てられている。   Furthermore, four types of pulses are selected and assigned to the gates a to d constituting the third transfer gate group 31 from the ten types of gate drive pulses ΦV1 to ΦV10 applied to the vertical transfer unit 10. ing.

例えば図14の事例では、水平転送部に近い側から4行目と8行目のゲートaにΦV2が割り当てられ、水平転送部に近い側から3行目と7行目のゲートbにΦV3が割り当てられ、水平転送部に近い側から2行目と6行目のゲートcにΦV7が割り当てられ、水平転送部に近い側から1行目と5行目のゲートdにΦV8が割り当てられている。   For example, in the example of FIG. 14, ΦV2 is assigned to the gates a of the fourth row and the eighth row from the side closer to the horizontal transfer unit, and ΦV3 is assigned to the gates b of the third row and the seventh row from the side closer to the horizontal transfer unit. ΦV7 is assigned to the gates c of the second and sixth rows from the side closer to the horizontal transfer unit, and ΦV8 is assigned to the gates d of the first and fifth rows from the side closer to the horizontal transfer unit. .

さらに、加算部20を構成する第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22に対して、第3の転送ゲート群31のゲートの行数(m=4)が同数に設定されており、水平転送部に近い側から4行目と8行目のゲートsaAとsaBにΦV2が割り当てられ、水平転送部に近い側から3行目と7行目のゲートsbにΦV3が割り当てられ、水平転送部に近い側から2行目と6行目のゲートscAとscBにΦV7が割り当てられ、水平転送部に近い側から1行目と5行目のゲートsdにΦV8が割り当てられている。   Further, the number of gates (m = 4) of the third transfer gate group 31 is set to be equal to the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22 constituting the adder 20. ΦV2 is assigned to the gates saA and saB in the fourth and eighth rows from the side closer to the horizontal transfer unit, and ΦV3 is assigned to the gates sb in the third and seventh rows from the side closer to the horizontal transfer unit, ΦV7 is assigned to the gates scA and scB in the second and sixth rows from the side closer to the horizontal transfer unit, and ΦV8 is assigned to the gates sd in the first and fifth rows from the side closer to the horizontal transfer unit.

図14のダイアグラムでは、垂直転送チャネルにおけるバリア状態を白丸、蓄積状態を黒丸として、時系列にしたがって1サイクル期間〔1T〜20T〕にわたって示している。   In the diagram of FIG. 14, the barrier state in the vertical transfer channel is shown as a white circle and the accumulation state is shown as a black circle, and is shown over one cycle period [1T to 20T] according to the time series.

このダイアグラムに示すように、第1の転送ゲート群21、第2の転送ゲート群22および第3の転送ゲート群31の転送チャネルパケットにおいては、垂直転送部10におけるゲート駆動にリンクして、連続的に信号電荷転送動作が完了される。したがって、この構成によれば、第3転送ゲート群を第1および第2の転送ゲート群と同じゲート行数として、加算部20と接続部30が互換性を持たせているため、転送段数、駆動パルスの種類、駆動端子本数やチップサイズを同一としたまま、様々な水平加算画素数に対応した素子レイアウト設計を容易に行うことができる。   As shown in this diagram, the transfer channel packets of the first transfer gate group 21, the second transfer gate group 22, and the third transfer gate group 31 are linked to the gate drive in the vertical transfer unit 10 and continuously. Thus, the signal charge transfer operation is completed. Therefore, according to this configuration, the third transfer gate group has the same number of gate rows as the first and second transfer gate groups, and the adder unit 20 and the connection unit 30 have compatibility. The element layout design corresponding to various numbers of horizontal addition pixels can be easily performed while keeping the same kind of drive pulse, the number of drive terminals, and the chip size.

この場合、画素加算時に、第1転送ゲート群と第2転送ゲート群には図13のようなパルスが印加される。   In this case, at the time of pixel addition, a pulse as shown in FIG. 13 is applied to the first transfer gate group and the second transfer gate group.

上記図4〜図6に示した上記構成例4〜6の固体撮像素子はそれぞれ、水平方向に2画素の信号を加算する場合、水平方向に3画素の信号を加算する場合および水平方向に4画素の信号を加算する場合に対応したものであるが、図4に示す水平方向に2画素の信号を加算する構成から図5に示す水平方向に3画素の信号を加算する構成への変更は、第3の転送ゲート群31の1セットを第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22を構成するゲート領域へ振り分けて図5の加算部20とすることによって実現できる。また、その逆の変更も同様である。   The solid-state imaging devices of the above configuration examples 4 to 6 shown in FIGS. 4 to 6 respectively add 2 pixel signals in the horizontal direction, add 3 pixel signals in the horizontal direction, and 4 in the horizontal direction. This corresponds to the case where the pixel signals are added, but the change from the configuration of adding the signals of 2 pixels in the horizontal direction shown in FIG. 4 to the configuration of adding the signals of 3 pixels in the horizontal direction shown in FIG. This can be realized by distributing one set of the third transfer gate group 31 to the gate regions constituting the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22 to form the adder 20 in FIG. The reverse change is also the same.

また、図4に示す水平方向に2画素の信号を加算する構成から図6に示す水平方向に4画素の信号を加算する構成への変更は、第3の転送ゲート群31の2セットを第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22を構成するゲート領域へ振り分けて図6の加算部20とすることによって実現できる。また、その逆の変更も同様である。   In addition, the change from the configuration in which the signal of 2 pixels is added in the horizontal direction shown in FIG. 4 to the configuration in which the signal of 4 pixels is added in the horizontal direction shown in FIG. This can be realized by assigning to the gate regions constituting the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22 to be the adder 20 of FIG. The reverse change is also the same.

さらに、図5に示す水平方向に3画素の信号を加算する構成から図6に示す水平方向に4画素の信号を加算する構成への変更は、第3の転送ゲート群31の1セットを第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22を構成するゲート領域へ振り分けて図6の加算部20とすることによって実現できる。また、その逆の変更も同様である。   Furthermore, the change from the configuration in which the signal of 3 pixels is added in the horizontal direction shown in FIG. 5 to the configuration in which the signal of 4 pixels is added in the horizontal direction shown in FIG. This can be realized by assigning to the gate regions constituting the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22 to be the adder 20 of FIG. The reverse change is also the same.

さらには、図4に示す水平方向に2画素の信号を加算する構成から水平方向に5以上の画素の信号を加算する構成への変更も、第3の転送ゲート群31の3セット以上を第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22を構成するゲート領域へ振り分けることによって実現できる。   Furthermore, the change from the configuration in which the signals of two pixels are added in the horizontal direction shown in FIG. 4 to the configuration in which the signals of five or more pixels are added in the horizontal direction also changes the third transfer gate group 31 to three or more sets. This can be realized by allocating to the gate regions constituting one transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22.

また、加算部20および接続部30内の設定についても、第1の転送ゲート群21と第2の転送ゲート群22の割り当てを変更するだけでよく、駆動パルスやゲート構造を新たに設ける必要はない。したがって、転送ゲートの配線変更、または駆動タイミングの設定変更などによる非常簡単な方法によって、水平方向の加算画素数を変更して、加算画素の圧縮率を変更することができる。   In addition, the setting in the adding unit 20 and the connecting unit 30 may be performed by simply changing the assignment of the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22, and it is not necessary to newly provide a drive pulse or a gate structure. Absent. Therefore, it is possible to change the compression ratio of the added pixels by changing the number of added pixels in the horizontal direction by a very simple method such as changing the wiring of the transfer gate or changing the setting of the drive timing.

図15は、上記水平3画素加算の場合のゲート配列図であり、図16Aおよび図16Bは、図15のゲート配列図に対応した各ゲート配線層を示す平面図である。図17は、上記水平2画素加算の場合のゲート配列図であり、図18Aおよび図18Bは、図17のゲート配列図に対応した各ゲート配線層を示す平面図である。   FIG. 15 is a gate arrangement diagram in the case of horizontal three-pixel addition, and FIGS. 16A and 16B are plan views showing gate wiring layers corresponding to the gate arrangement diagram of FIG. FIG. 17 is a gate arrangement diagram in the case of horizontal two-pixel addition. FIGS. 18A and 18B are plan views showing gate wiring layers corresponding to the gate arrangement diagram of FIG.

例えば上記水平3画素加算の場合と上記水平2画素加算の場合との間の変更時に、図15〜図18に示すように、第2層目と第3層目のゲート電極層であるゲート配線層のレイアウトを変更することによって容易に複数画素加算数の変更を実現することができる。   For example, when changing between the case of the horizontal three-pixel addition and the case of the horizontal two-pixel addition, as shown in FIGS. 15 to 18, the gate wirings that are the second and third gate electrode layers It is possible to easily change the number of added pixels by changing the layer layout.

次に、本発明の固体撮像素子の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the solid-state image sensor of this invention is demonstrated.

素子基板上に、行方向の第1層目として、第3の転送ゲート群31の各ゲート電極層および第1および第2の転送ゲート群21,22の各共通ゲート電極層のうちの少なくとも該各共通ゲート電極層を列方向に並べて形成する工程と、行方向の第2層目として、第3の転送ゲート群31の各ゲート電極層および第1の転送ゲート群21の各ゲート電極層のうちの少なくとも当該各ゲート電極層を列方向に並べて形成する工程と、行方向の第3層目として、第2の転送ゲート群22の各ゲート電極層を列方向に並べて形成する工程とを有する。   On the element substrate, as the first layer in the row direction, at least the gate electrode layers of the third transfer gate group 31 and the common gate electrode layers of the first and second transfer gate groups 21 and 22 The step of forming the common gate electrode layers in the column direction and the second layer in the row direction include the gate electrode layers of the third transfer gate group 31 and the gate electrode layers of the first transfer gate group 21 as the second layer in the row direction. A step of arranging at least the gate electrode layers in the column direction, and a step of forming the gate electrode layers of the second transfer gate group 22 in the column direction as a third layer in the row direction. .

具体的に水平2画素加算について説明すると、図17および図18に示すように、ゲート電極形成工程として、固体撮像素子基板上に、行方向の第1層目のゲート電極層b,d,b,d,sbおよびsdを列方向に並べて形成する工程と、行方向の第2層目のゲート電極層a,c,a,c,saAおよびscAを列方向に並べて形成する工程と、行方向の第3層目のゲート電極層saBおよびscBを列方向に並べて形成する工程とを有している。   Specifically, the horizontal two-pixel addition will be described. As shown in FIGS. 17 and 18, as the gate electrode formation step, the first gate electrode layers b, d, b in the row direction are formed on the solid-state imaging device substrate. , D, sb and sd are arranged in the column direction, the second gate electrode layers a, c, a, c, saA and scA in the row direction are arranged in the column direction, and the row direction And forming a third gate electrode layer saB and scB side by side in the column direction.

水平3画素加算について説明すると、図15および図16に示すように、ゲート電極形成工程として、固体撮像素子基板上に、行方向の第1層目のゲート電極層b,d,sb,sd,sbおよびsdを列方向に並べて形成する工程と、行方向の第2層目のゲート電極層a,c,saA,scA,saAおよびscAを列方向に並べて形成する工程と、行方向の第3層目のゲート電極層saB,scB,saBおよびscBを列方向に並べて形成する工程とを有している。   The horizontal three-pixel addition will be described. As shown in FIGS. 15 and 16, as the gate electrode formation step, the first gate electrode layers b, d, sb, sd, a step of forming sb and sd side by side in the column direction, a step of forming second gate electrode layers a, c, saA, scA, saA, and scA in the column direction side by side, and a third in the row direction A step of forming the gate electrode layers saB, scB, saB, and scB of the upper layer in the column direction.

水平4画素加算について説明すると、ゲート電極形成工程として、固体撮像素子基板上に、行方向の第1層目のゲート電極層sb,sd,sb,sd,sbおよびsdを列方向に並べて形成する工程と、行方向の第2層目のゲート電極層saA,scA,saA,scA,saAおよびscAを列方向に並べて形成する工程と、行方向の第3層目のゲート電極層saB,scB,saB,scB,saBおよびscBを列方向に並べて形成する工程とを有している。   The horizontal four-pixel addition will be described. As the gate electrode formation step, the first gate electrode layers sb, sd, sb, sd, sb, and sd in the row direction are formed side by side in the column direction on the solid-state imaging device substrate. A step, a step of forming the second gate electrode layers saA, scA, saA, scA, saA and scA in the column direction side by side in the column direction, and a third gate electrode layer saB, scB, in the row direction and saB, scB, saB, and scB are formed side by side in the column direction.

以上により、本発明の固体撮像素子によれば、垂直転送部10の水平転送部側にm×j行のゲート領域である加算部20が設けられ、水平転送部側の(x−1)×m+1行目からx×m行目(x=1からjまでの自然数)に、受光部画素の水平方向の画素周期Kに応じてm行K(受光部の水平方向の画素周期)列の第1の転送ゲート群21のxセットと第2の転送ゲート群22のj−(x−1)セットが、水平方向に交互に配置されている。加算駆動モード時には、両転送ゲート群21,22の信号電荷を垂直転送させる第1の動作動期間と、第2の転送ゲート群22のみの信号電荷を垂直転送させる第2の動作期間とを組み合わせる。第2の転送ゲート群22が多い列は転送期間が短くなり(電荷転送速度が速くなり)、第1の転送ゲート群21が多い列は転送時間が長くなる(電荷転送速度が遅くなる)ため、先に水平転送部に転送された信号電荷を水平転送部にて水平転送し、後で転送された信号電荷と水平転送部で加算することができる。この場合に、第3転送ゲート群を第1および第2の転送ゲート群と同じゲート行数として、加算部20と接続部30が互換性を持っており、所定の各ゲート配線層のレイアウトを変更するだけで、転送段数、駆動パルスの種類、駆動端子本数やチップサイズを同一としたまま、様々な水平加算画素数に対応した素子レイアウト設計を容易に行うことができて、水平方向の加算画素数をより容易に変更可能で、かつ、動画撮像時のフレームレートの高速化を容易に実現できる。   As described above, according to the solid-state imaging device of the present invention, the addition unit 20 that is a gate region of m × j rows is provided on the horizontal transfer unit side of the vertical transfer unit 10, and (x−1) × on the horizontal transfer unit side. From the (m + 1) -th row to the x × m-th row (natural number from x = 1 to j), the m-th row K (horizontal pixel cycle of the light-receiving unit) column according to the horizontal pixel cycle K of the light-receiving unit pixels. The x set of one transfer gate group 21 and the j- (x-1) set of the second transfer gate group 22 are alternately arranged in the horizontal direction. In the addition drive mode, the first operation period in which the signal charges of both transfer gate groups 21 and 22 are vertically transferred and the second operation period in which the signal charges of only the second transfer gate group 22 are vertically transferred are combined. . The column with many second transfer gate groups 22 has a short transfer period (the charge transfer rate becomes fast), and the column with many first transfer gate groups 21 has a long transfer time (the charge transfer rate becomes slow). The signal charge previously transferred to the horizontal transfer unit can be horizontally transferred by the horizontal transfer unit, and the signal charge transferred later can be added by the horizontal transfer unit. In this case, the third transfer gate group has the same number of gate rows as the first and second transfer gate groups, and the adder unit 20 and the connection unit 30 have compatibility, and the layout of each predetermined gate wiring layer is determined. By simply changing it, it is possible to easily perform element layout design corresponding to various numbers of horizontally added pixels while maintaining the same number of transfer stages, types of drive pulses, number of drive terminals and chip size, and horizontal addition. The number of pixels can be changed more easily, and the frame rate at the time of moving image capturing can be easily increased.

なお、画素加算駆動が可能な従来のCCD素子において、垂直方向に加算する画素数を変更する場合には、加算部構造の変更は不要であるが、水平方向に加算する画素数を変更する場合には、加算部構造の大幅な変更が必要になるため、加算画素数変更品は別機種としての開発が必要となるなど、膨大な設計レイアウト変更を伴っていた。これに対して、上記実施形態では、図19に示すように、n段のゲートからなる通常転送部(図12の垂直転送部10)の一または複数のグループNと、加算ゲート(加算部20)を構成する一または複数のグループLとの間に、グループLの段数(行数)と同段数からなる接続部30を構成する一または複数のグループMのゲート群を設け、グループMのゲート群はグループNのゲート群のいずれかに接続されている構成の一例として、図12を用いて水平3画素加算構成(図19(b)に対応)について説明したが、この場合の水平2画素加算構成を図19(a)に示し、水平4画素加算構成を図19(c)に示している。これによって、水平方向に加算する画素数を変更する場合に、図19(a)〜図19(c)のように、スイッチ手段などで加算画素数を切り替えて水平方向に加算する画素数を変更するかまたは、前述したように所定の各電極配線を設計段階で変更(所定の各ゲート配線層のレイアウトを変更)するだけで、全体の電極配線レイアウトを大幅に変更することなく略同一のチップサイズで、水平方向の加算画素数をより容易に変更可能である。   When changing the number of pixels to be added in the vertical direction in a conventional CCD element capable of pixel addition driving, it is not necessary to change the structure of the adding unit, but to change the number of pixels to be added in the horizontal direction. However, since the addition part structure needs to be significantly changed, a product with a changed number of added pixels needs to be developed as a different model. On the other hand, in the above embodiment, as shown in FIG. 19, one or a plurality of groups N of the normal transfer unit (vertical transfer unit 10 in FIG. 12) composed of n stages of gates and an addition gate (addition unit 20). 1 or a plurality of groups L forming a connection group 30 having the same number of stages (rows) as the number of stages of the group L, and a gate group of the group M is provided. As an example of the configuration in which the group is connected to one of the group N gate groups, the horizontal three-pixel addition configuration (corresponding to FIG. 19B) has been described with reference to FIG. FIG. 19A shows the addition configuration, and FIG. 19C shows the horizontal 4-pixel addition configuration. As a result, when the number of pixels to be added in the horizontal direction is changed, the number of pixels to be added in the horizontal direction is changed by switching the number of added pixels with a switch means or the like as shown in FIGS. 19 (a) to 19 (c). Alternatively, as described above, it is possible to change the predetermined electrode wirings at the design stage (change the layout of the predetermined gate wiring layers) and change the entire electrode wiring layout substantially without changing the entire electrode wiring layout. The number of added pixels in the horizontal direction can be changed more easily by the size.

また、上記実施形態では、垂直転送部10と水平転送部間に、m(mは自然数)行K列の複数の第1の転送ゲート群21と、この第1の転送ゲート群21よりも電荷転送が早くなるように設定されているm行K列の複数の第2の転送ゲート群22とを有するm×j(jは自然数)行の加算部20が設けられ、この加算部20と垂直転送部10間にm行の第3の転送ゲート群31を、1セット〜3セットのいずれか、列方向に隣接して設けた場合について説明したが、これに限らず、第3の転送ゲート群31がない場合にも、本発明の作用効果をある程度得ることができる。この場合には、水平転送部やセンスアンプのデータ出力部などの位置をレイアウト的にずらす必要があるが、その他は、前述したように第1の転送ゲート群21および第2の転送ゲート群22の各ゲート配線層のレイアウトを変更するだけで行方向の加算画素数を変更することができる。このときにも、前述したように、第1の転送ゲート群21および第2の転送ゲート群22をそれぞれ構成する各ゲートには、垂直転送部10に印加される複数のゲート駆動パルスから所定の各パルスを割り当てればよい。   In the above-described embodiment, a plurality of first transfer gate groups 21 of m (m is a natural number) rows and K columns between the vertical transfer units 10 and the horizontal transfer units, and more charges than the first transfer gate groups 21. An adder 20 of m × j (j is a natural number) rows having a plurality of second transfer gate groups 22 of m rows and K columns set so as to be transferred earlier is provided. Although the description has been given of the case where the third transfer gate group 31 of m rows is provided between the transfer units 10 in any one of the first to third sets in the column direction, the third transfer gate is not limited to this. Even when there is no group 31, the effects of the present invention can be obtained to some extent. In this case, it is necessary to shift the positions of the horizontal transfer unit and the data output unit of the sense amplifier in terms of layout, but otherwise the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22 as described above. The number of added pixels in the row direction can be changed simply by changing the layout of each gate wiring layer. Also at this time, as described above, each gate constituting each of the first transfer gate group 21 and the second transfer gate group 22 has a predetermined number of gate drive pulses applied to the vertical transfer unit 10. Each pulse may be assigned.

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。   As mentioned above, although this invention has been illustrated using preferable embodiment of this invention, this invention should not be limited and limited to this embodiment. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range based on the description of the present invention and the common general technical knowledge from the description of specific preferred embodiments of the present invention. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.

本発明は、全ての画素を選択して読み出された画素信号を加算することにより信号処理を高速化する固体撮像素子およびその駆動方法、、この固体撮像素子の製造方法、この固体撮像素子を用いた動画撮影モード機能を持つデジタルカメラなどの電子情報機器の分野において、転送ゲートの配線変更、または駆動信号による駆動タイミングの設定変更などといった非常に簡単な変更によって、水平方向に加算される画素数を変更して加算画素の圧縮率を容易に変更することができる。したがって、画素加算モードを有するCCDエリアセンサの開発において、機種開発の低コスト化および開発期間の短縮化を図ることができる。さらに、水平方向の加算画素数を変更した場合に、CCDの転送段数、駆動信号の種類、駆動端子の本数、素子サイズなども変化しないため、信号処理が非常に容易なものとなり、パッケージやピン(端子)レイアウトの変更も不要となる。   The present invention relates to a solid-state imaging device that speeds up signal processing by adding pixel signals read out by selecting all pixels, a driving method thereof, a manufacturing method of the solid-state imaging device, and a solid-state imaging device. In the field of electronic information devices such as digital cameras that use the moving image shooting mode function, pixels that are added in the horizontal direction by changing the transfer gate wiring or changing the drive timing setting using the drive signal By changing the number, the compression rate of the added pixels can be easily changed. Accordingly, in the development of a CCD area sensor having a pixel addition mode, it is possible to reduce the cost of model development and shorten the development period. Furthermore, when the number of added pixels in the horizontal direction is changed, the number of CCD transfer stages, the type of drive signal, the number of drive terminals, the element size, etc. do not change, so signal processing becomes very easy, and packages and pins It is not necessary to change the (terminal) layout.

本発明の構成例1に係る固体撮像素子における垂直転送部と加算部のゲート構成を示す図である。It is a figure which shows the gate structure of the vertical transfer part and the addition part in the solid-state image sensor which concerns on the structural example 1 of this invention. 本発明の構成例2に係る固体撮像素子における垂直転送部と加算部のゲート構成を示す図である。It is a figure which shows the gate structure of the vertical transfer part and the addition part in the solid-state image sensor which concerns on the structural example 2 of this invention. 本発明の構成例3に係る固体撮像素子における垂直転送部と加算部のゲート構成を示す図である。It is a figure which shows the gate structure of the vertical transfer part and the addition part in the solid-state image sensor which concerns on the structural example 3 of this invention. 本発明の構成例4に係る固体撮像素子における垂直転送部と加算部と接続部のゲート構成を示す図である。It is a figure which shows the gate structure of the vertical transfer part in the solid-state image sensor which concerns on the example 4 of this invention, an addition part, and a connection part. 本発明の構成例5に係る固体撮像素子における垂直転送部と加算部と接続部のゲート構成を示す図である。It is a figure which shows the gate structure of the vertical transfer part in the solid-state image sensor which concerns on the example 5 of this invention, an addition part, and a connection part. 本発明の構成例6に係る固体撮像素子における垂直転送部と加算部と接続部のゲート構成を示す図である。It is a figure which shows the gate structure of the vertical transfer part in the solid-state image sensor which concerns on the example 6 of this invention, an addition part, and a connection part. (a)は水平方向に2画素の信号を加算する構成例1,4の固体撮像素子について、第1の転送ゲート群と第2の転送ゲート群の配置例を示す図であり、(b)および(c)はその第1の転送ゲート群と第2の転送ゲート群の動作例を示す図である。(A) is a figure which shows the example of arrangement | positioning of a 1st transfer gate group and a 2nd transfer gate group about the solid-state image sensor of the structural examples 1 and 4 which add the signal of 2 pixels in a horizontal direction, (b) (C) and (c) are diagrams showing an operation example of the first transfer gate group and the second transfer gate group. (a)は水平方向に3画素の信号を加算する構成例2,5の固体撮像素子について、第1の転送ゲート群と第2の転送ゲート群の配置例を示す図であり、(b)および(c)はその第1の転送ゲート群と第2の転送ゲート群の動作例を示す図である。(A) is a figure which shows the example of arrangement | positioning of a 1st transfer gate group and a 2nd transfer gate group about the solid-state image sensor of the structural examples 2 and 5 which add the signal of 3 pixels in a horizontal direction, (b) (C) and (c) are diagrams showing an operation example of the first transfer gate group and the second transfer gate group. (a)は水平方向に4画素の信号を加算する構成例3,5の固体撮像素子について、第1の転送ゲート群と第2の転送ゲート群の配置例を示す図であり、(b)および(c)はその第1の転送ゲート群と第2の転送ゲート群の動作例を示す図である。(A) is a figure which shows the example of arrangement | positioning of the 1st transfer gate group and the 2nd transfer gate group about the solid-state image sensor of the structural examples 3 and 5 which add the signal of 4 pixels to a horizontal direction, (b) (C) and (c) are diagrams showing an operation example of the first transfer gate group and the second transfer gate group. 本発明の実施形態に係る固体撮像素子の駆動方法において、水平方向に3画素の信号を加算する場合の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the example in the case of adding the signal of 3 pixels in a horizontal direction in the drive method of the solid-state image sensor concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る固体撮像素子について、(a)は画素の配列例を示す図であり、(b)〜(d)はそれぞれ、(a)に示すようにRGBの各画素が配列された画面において、水平方向に2画素の信号を加算する場合、水平方向に3画素の信号を加算する場合および水平方向に4画素の信号を加算する場合について、加算画素の組み合せ例を示す図である。(A) is a figure which shows the example of an arrangement | sequence of a pixel about the solid-state image sensor which concerns on embodiment of this invention, (b)-(d) is each arrange | positioning each pixel of RGB as shown to (a). FIG. 6 is a diagram illustrating a combination example of addition pixels in a case where a signal of 2 pixels is added in the horizontal direction, a signal of 3 pixels is added in the horizontal direction, and a signal of 4 pixels is added in the horizontal direction on the screen. is there. 本発明の構成例5に係る固体撮像素子において、第1の転送ゲート群および第2の転送ゲート群からなる加算部と、第3の転送ゲート群からなる接続部のゲート構造と端子配線接続の割り当てを説明するための図である。In the solid-state imaging device according to Configuration Example 5 of the present invention, the gate structure and the terminal wiring connection of the addition unit including the first transfer gate group and the second transfer gate group, and the connection unit including the third transfer gate group It is a figure for demonstrating allocation. 図12の固体撮像素子において、画素加算動作を行う際の駆動タイミング例を説明するためのタイミングチャートである。13 is a timing chart for explaining an example of drive timing when performing a pixel addition operation in the solid-state imaging device of FIG. 12. 本発明の構成例5に係る固体撮像素子について、通常転送時における信号電荷の移動状態を示す図である。It is a figure which shows the movement state of the signal charge at the time of normal transfer about the solid-state image sensor which concerns on the structural example 5 of this invention. 水平3画素加算の場合のゲート配列図である。It is a gate arrangement diagram in the case of horizontal three-pixel addition. 図15のゲート配列図に対応した各ゲート配線層(その1)を示す平面図である。FIG. 16 is a plan view showing each gate wiring layer (No. 1) corresponding to the gate arrangement diagram of FIG. 15. 図15のゲート配列図に対応した各ゲート配線層(その2)を示す平面図である。FIG. 16 is a plan view showing each gate wiring layer (No. 2) corresponding to the gate arrangement diagram of FIG. 15. 水平2画素加算の場合のゲート配列図である。It is a gate arrangement diagram in the case of horizontal two-pixel addition. 図17のゲート配列図に対応した各ゲート配線層(その1)を示す平面図である。FIG. 18 is a plan view showing gate wiring layers (No. 1) corresponding to the gate arrangement diagram of FIG. 17. 図17のゲート配列図に対応した各ゲート配線層(その2)を示す平面図である。FIG. 18 is a plan view showing each gate wiring layer (No. 2) corresponding to the gate arrangement diagram of FIG. 17. (a)は、本発明の構成例4に係る固体撮像素子において、第1の転送ゲート群および第2の転送ゲート群からなる加算部と、第3の転送ゲート群からなる接続部のゲート構造と端子配線接続の割り当てを説明するための図、(b)は、本発明の構成例5に係る固体撮像素子において、第1の転送ゲート群および第2の転送ゲート群からなる加算部と、第3の転送ゲート群からなる接続部のゲート構造と端子配線接続の割り当てを説明するための図、(c)は、本発明の構成例6に係る固体撮像素子において、第1の転送ゲート群および第2の転送ゲート群からなる加算部と、第3の転送ゲート群からなる接続部のゲート構造と端子配線接続の割り当てを説明するための図である。(A) is the gate structure of the addition part which consists of a 1st transfer gate group and a 2nd transfer gate group, and the connection part which consists of a 3rd transfer gate group in the solid-state image sensor which concerns on the structural example 4 of this invention. FIG. 6B is a diagram for explaining the assignment of terminal wiring connections; FIG. 5B is a diagram illustrating an addition unit including a first transfer gate group and a second transfer gate group in the solid-state imaging device according to Configuration Example 5 of the present invention; The figure for demonstrating allocation of the gate structure and terminal wiring connection of a connection part which consists of 3rd transfer gate groups, (c) is the 1st transfer gate group in the solid-state image sensor which concerns on the structural example 6 of this invention. FIG. 10 is a diagram for explaining the assignment of the gate structure and the terminal wiring connection of the addition unit composed of the second transfer gate group and the connection unit composed of the third transfer gate group. 従来の固体撮像素子について、(a)は画素の配列例を示す図であり、(b)〜(d)はそれぞれ、(a)に示すようにRGBの各画素が配列された画面において、水平方向に2画素の信号を加算する場合、水平方向に3画素の信号を加算する場合および水平方向に4画素の信号を加算する場合について、加算画素の組み合せ例を示す図である。(A) is a figure which shows the example of an arrangement | sequence of a pixel about the conventional solid-state image sensor, (b)-(d) is respectively horizontal on the screen on which each pixel of RGB was arranged as shown to (a). It is a figure which shows the example of a combination of an addition pixel about the case where the signal of 2 pixels is added in the direction, the case of adding the signal of 3 pixels in the horizontal direction, and the case of adding the signal of 4 pixels in the horizontal direction. 従来の固体撮像素子の駆動方法について、4×4領域から4画素の加算を行う際(その1)の駆動手順を示す図である。It is a figure which shows the drive procedure at the time of adding 4 pixels from a 4 * 4 area | region about the drive method of the conventional solid-state image sensor (the 1). 従来の固体撮像素子の駆動方法について、4×4領域から4画素の加算を行う際(その2)の駆動手順を示す図である。It is a figure which shows the drive procedure at the time of adding 4 pixels from a 4 * 4 area | region about the drive method of the conventional solid-state image sensor (the 2). 従来の固体撮像素子において、水平方向に近接する2画素の信号電荷を加算する場合について、垂直転送部と加算部のゲート構成例を説明するための図である。In the conventional solid-state image sensor, it is a figure for demonstrating the example of a gate structure of a vertical transfer part and an addition part about the case where the signal charge of 2 pixels adjacent to a horizontal direction is added.

符号の説明Explanation of symbols

10 垂直転送部
20 加算部
21 第1の転送ゲート群
22 第2の転送ゲート群
30 接続部
31 第3の転送ゲート群
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Vertical transfer part 20 Adder part 21 1st transfer gate group 22 2nd transfer gate group 30 Connection part 31 3rd transfer gate group

Claims (16)

入射光の光量に応じた信号電荷を光電変換により生成する受光部が、行方向の画素周期をK(Kは自然数)として行列状に複数配列され、各受光部から読み出された信号電荷を列方向に電荷転送する列方向転送部と、該列方向転送部により電荷転送された信号電荷を所定の期間周期により出力する行方向転送部とを有する固体撮像素子において、
該列方向転送部と該行方向転送部間に、m(mは自然数)行K列の複数の第1の転送ゲート群と、該第1の転送ゲート群よりも電荷転送が早くなるように設定されているm行K列の複数の第2の転送ゲート群とを有するm×j(jは自然数)行のゲート領域が設けられ、
該ゲート領域は、該行方向転送部側の(x−1)×m+1行目からx×m行目(x=1からjまでの自然数)の間に対応した領域に、該第1の転送ゲート群のxセットと該第2の転送ゲート群のj−(x−1)セットとが行方向に交互に配置されている固体撮像素子。
A plurality of light receiving units that generate signal charges corresponding to the amount of incident light by photoelectric conversion are arranged in a matrix with the pixel period in the row direction being K (K is a natural number), and the signal charges read from each light receiving unit are In a solid-state imaging device having a column direction transfer unit that transfers charges in the column direction, and a row direction transfer unit that outputs signal charges transferred by the column direction transfer unit in a predetermined period period,
Between the column-direction transfer unit and the row-direction transfer unit, a plurality of first transfer gate groups of m (m is a natural number) rows and K columns, and charge transfer is faster than the first transfer gate groups. A gate region of m × j (j is a natural number) rows having a plurality of second transfer gate groups of m rows and K columns set;
The gate region is transferred to the region corresponding to the region between the (x−1) × m + 1 row and the x × m row (natural number from x = 1 to j) on the row direction transfer unit side. A solid-state imaging device in which x sets of gate groups and j- (x-1) sets of the second transfer gate groups are alternately arranged in the row direction.
行方向に近接しているA画素(Aは自然数)の信号電荷を加算する場合に、j=(A−1)に設定されている請求項1に記載の固体撮像素子。   2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein j = (A−1) is set when adding signal charges of A pixels (A is a natural number) adjacent in the row direction. 前記ゲート領域と前記列方向転送部間にm行の第3の転送ゲート群を、少なくとも1セット、列方向に隣接して設けられている請求項1または2に記載の固体撮像素子。   3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein at least one set of m rows of third transfer gate groups is provided adjacent to each other in the column direction between the gate region and the column direction transfer unit. 行方向に近接しているA画素の信号電荷を加算する場合に、j=(A−1)に設定され、前記第3の転送ゲート群はi(iはA以上の自然数)−(A−1))セット、列方向に隣接して設けられている請求項3に記載の固体撮像素子。   When adding the signal charges of the A pixels adjacent in the row direction, j = (A−1) is set, and the third transfer gate group is i (i is a natural number greater than or equal to A) − (A− 1)) The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the solid-state imaging device is provided adjacent to the set in the column direction. 前記第3の転送ゲート群を構成するゲート電極のうち、少なくとも一つのゲート電極は、前記列方向転送部を構成するゲート電極のいずれかと接続されている請求項1または3に記載の固体撮像素子。   4. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein at least one gate electrode among the gate electrodes constituting the third transfer gate group is connected to any one of the gate electrodes constituting the column direction transfer unit. 5. . 前記ゲート領域は、K列毎に前記第1の転送ゲート群の数と前記第2の転送ゲート群の数の組合せが異なった電荷転送列が配置されている請求項1に記載の固体撮像素子。   2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein in the gate region, charge transfer columns having different combinations of the number of the first transfer gate groups and the number of the second transfer gate groups are arranged for each K column. . 前記行方向転送部で各色毎に1画素として複数画素加算処理をするように、前記第2の転送ゲート群による電荷転送速度が、前記第1の転送ゲート群による電荷転送速度よりも早く設定されている請求項1または6に記載の固体撮像素子。   The charge transfer rate by the second transfer gate group is set faster than the charge transfer rate by the first transfer gate group so that a plurality of pixel addition processing is performed with one pixel for each color in the row direction transfer unit. The solid-state imaging device according to claim 1 or 6. 前記第2の転送ゲート群は、少なくとも一行以上の任意のゲート電極に対して前記第1の転送ゲート群とは独立したゲート駆動電圧が印加可能となっている請求項1または7に記載の固体撮像素子。   8. The solid state according to claim 1, wherein the second transfer gate group is capable of applying a gate drive voltage independent of the first transfer gate group to at least one row of arbitrary gate electrodes. Image sensor. 前記第1の転送ゲート群および前記第2の転送ゲート群を共に動作させる第1の動作期間と、前記第2の転送ゲート群のみを動作させる第2の動作期間との組合せにより信号電荷の転送制御が行われる請求項8に記載の固体撮像素子。   Transfer of signal charges by a combination of a first operation period in which both the first transfer gate group and the second transfer gate group are operated and a second operation period in which only the second transfer gate group is operated The solid-state imaging device according to claim 8, wherein control is performed. 前記第1の転送ゲート群および前記第2の転送ゲート群の各ゲート電極層のレイアウトを変更することにより行方向の加算画素数が変更可能に構成されている請求項1に記載の固体撮像素子。   2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the number of pixels added in a row direction can be changed by changing a layout of each gate electrode layer of the first transfer gate group and the second transfer gate group. . 前記第3転送ゲート群、前記第1の転送ゲート群および前記第2の転送ゲート群の各ゲート電極層のレイアウトを変更することにより行方向の加算画素数が変更可能に構成されている請求項3に記載の固体撮像素子。   The number of added pixels in the row direction can be changed by changing a layout of each gate electrode layer of the third transfer gate group, the first transfer gate group, and the second transfer gate group. 3. The solid-state imaging device according to 3. 前記第1の転送ゲート群および前記第2の転送ゲート群をそれぞれ構成する各ゲート電極には、前記列方向転送部に印加される複数のゲート駆動パルスから所定の各パルスが割り当てられている請求項1に記載の固体撮像素子。   Each of the gate electrodes constituting each of the first transfer gate group and the second transfer gate group is assigned predetermined pulses from a plurality of gate drive pulses applied to the column direction transfer unit. Item 2. The solid-state imaging device according to Item 1. 前記第3の転送ゲート群を構成する各ゲート電極には、前記列方向転送部に印加される複数のゲート駆動パルスから所定の各パルスが割り当てられ、前記第1の転送ゲート群および前記第2の転送ゲート群をそれぞれ構成する各ゲート電極にも該所定の各パルスが順次割り当てられている請求項3または5に記載の固体撮像素子。   Each gate electrode constituting the third transfer gate group is assigned a predetermined pulse from a plurality of gate drive pulses applied to the column direction transfer unit, and the first transfer gate group and the second transfer gate group 6. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the predetermined pulses are sequentially assigned to the gate electrodes respectively constituting the transfer gate groups. 請求項1〜13のいずれかに記載の固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器。   An electronic information device using the solid-state imaging device according to claim 1 for an imaging unit. 請求項1〜13のいずれかに記載の固体撮像素子を駆動する固体撮像素子の駆動方法であって、
前記第1の転送ゲート群および前記第2の転送ゲート群において信号電荷を同時に列方向に少なくともm行以上電荷転送させるために第1の動作パルスを印加する第1の動作動期間と、該第2の転送ゲート群のみにおいて信号電荷を列方向の少なくともm行以上電荷転送させるために第2の動作パルスを印加する第2の動作期間とを用いて前記行方向転送部にて行方向複数画素加算処理を行う固体撮像素子の駆動方法。
A method for driving a solid-state imaging device for driving the solid-state imaging device according to claim 1,
A first operation period in which a first operation pulse is applied in order to simultaneously transfer at least m rows of signal charges in the column direction in the first transfer gate group and the second transfer gate group; A plurality of pixels in the row direction in the row direction transfer unit using a second operation period in which a second operation pulse is applied to transfer signal charges in at least m rows in the column direction only in the two transfer gate groups. A method for driving a solid-state imaging device that performs addition processing.
請求項1〜13のいずれかに記載の固体撮像素子を製造する固体撮像素子の製造方法であって、
ゲート電極形成工程として、
素子基板上に、行方向の第1層目として、前記第3の転送ゲート群の各ゲート電極層および前記第1および第2の転送ゲート群の各共通ゲート電極層のうちの少なくとも該各共通ゲート電極層を列方向に並べて形成する工程と、行方向の第2層目として、前記第3の転送ゲート群の各ゲート電極層および該第1の転送ゲート群の各ゲート電極層のうちの少なくとも当該各ゲート電極層を列方向に並べて形成する工程と、行方向の第3層目として、該第2の転送ゲート群の各ゲート電極層を列方向に並べて形成する工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
A method for manufacturing a solid-state imaging device for manufacturing the solid-state imaging device according to claim 1,
As a gate electrode formation process,
On the element substrate, as a first layer in the row direction, at least each of the gate electrode layers of the third transfer gate group and the common gate electrode layers of the first and second transfer gate groups is common. A step of forming the gate electrode layers side by side in the column direction, and a second layer in the row direction, including the gate electrode layers of the third transfer gate group and the gate electrode layers of the first transfer gate group. Solid-state imaging comprising: a step of forming at least the gate electrode layers side by side in the column direction; and a step of forming the gate electrode layers of the second transfer gate group in the column direction as a third layer in the row direction. Device manufacturing method.
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