JP2010177285A - Solid-state imaging device - Google Patents

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Yutaka Okada
豊 岡田
Seiichi Masuko
聖一 益子
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Toshiba Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging device suppressing increase of gate length of a storage gate even when the arrangement pitch of pixels for photoelectric conversion is reduced. <P>SOLUTION: Two pixels arranged adjacent to each other are used as one pixel pair 1, and all pixels arranged in one line are divided into (n) sets of pixel pairs 1. When it is assumed that the pixels included in one set of the pixel pair 1 are called a pixel 11 and a pixel 12, a shift gate 2 transfers charge stored in the pixel 12 to the pixel 11; a storage gate 3 stores the charge transferred from the pixel 11; a storage gate 4 stores charge transferred from the storage gate 3; a shift gate 5 transfers the charge stored in the storage gate 4 to a CCD register 6; and the CCD register 6 transfers charge transferred by the shift gate 5 in the same direction as that of the arrangement direction of the pixels. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device.

入射された光の強弱に対応する電荷を蓄積する画素部が1列に配置されたCCDラインセンサでは、それぞれの画素部に対応して蓄積ゲートおよびシフトゲートが配置される。   In a CCD line sensor in which pixel portions that accumulate charges corresponding to the intensity of incident light are arranged in a row, an accumulation gate and a shift gate are arranged corresponding to each pixel portion.

画素部に蓄積された電荷は、蓄積ゲート、シフトゲートへと順次転送され、シフトゲートからCCDレジスタへ転送される(例えば、特許文献1参照。)。   The charges accumulated in the pixel portion are sequentially transferred to the accumulation gate and the shift gate, and then transferred from the shift gate to the CCD register (see, for example, Patent Document 1).

このようなCCDラインセンサの高解像度化を図る場合、画素部の配置ピッチを狭くする必要がある。   In order to increase the resolution of such a CCD line sensor, it is necessary to narrow the arrangement pitch of the pixel portions.

従来、この画素部配置の狭ピッチ化に対応して、画素の配置ピッチを狭くすることが行われている。このとき、蓄積ゲート長を長くして、そのゲートのゲート面積を必要な電荷量を保持できる面積にすることが行われている。この場合、蓄積ゲート内の電荷の移動を速やかにするために、蓄積ゲート内に、画素部からシフトゲート方向に向かって電位が高くなる電位勾配を形成する必要がある。   Conventionally, the pixel arrangement pitch has been reduced in response to the narrowing of the pixel portion arrangement. At this time, the storage gate length is lengthened so that the gate area of the gate becomes an area capable of holding a necessary charge amount. In this case, in order to move the charge in the storage gate quickly, it is necessary to form a potential gradient in the storage gate in which the potential increases from the pixel portion toward the shift gate.

蓄積ゲート長が長くなった場合、その分デバイス面積が大きくなり、1枚のウェハから製造できるデバイス数が減り、製造コストが高くなる。また、センサの特性面においては、電子の転送経路が長くなるため、センサの動作速度が遅くなる。   When the storage gate length is increased, the device area is correspondingly increased, the number of devices that can be manufactured from one wafer is reduced, and the manufacturing cost is increased. Further, in terms of the sensor characteristics, the electron transfer path becomes longer, and the operation speed of the sensor becomes slower.

動作速度については、従来、蓄積ゲート内の電位勾配をより高く付けることで、動作速度を高速化している。しかし、蓄積ゲートのゲート長を長くすると、不純物濃度を多段段差にする必要があり、その分、不純物のインプラント回数が増えて製造コストが高くなる。また、製造マージンも確保することも困難になる。以上の理由から、CCDラインセンサにおいて、蓄積ゲート長を延長することには、製造コスト増加や、転送特性劣化するという問題が生じる。これらの問題を解決するためには、各画素にシフトゲートを形成し、複数画素で1つの蓄積ゲートを共有させることで、蓄積ゲート幅を拡張して、ゲート長の延長を抑制すればよい。しかし、高解像度に画素が配置されたCCDラインセンサにおいて、各画素にシフトゲートを配置するには、非常に微細な加工技術が必要であり、シフトゲートの形成が困難となる問題がある。 Regarding the operation speed, conventionally, the operation speed is increased by increasing the potential gradient in the storage gate. However, if the gate length of the storage gate is increased, it is necessary to make the impurity concentration a multi-step, and accordingly, the number of impurity implantations is increased and the manufacturing cost is increased. It also becomes difficult to secure a manufacturing margin. For the above reasons, in the CCD line sensor, extending the storage gate length causes problems such as an increase in manufacturing cost and deterioration of transfer characteristics. In order to solve these problems, a shift gate is formed in each pixel, and a single accumulation gate is shared by a plurality of pixels, thereby extending the accumulation gate width and suppressing the extension of the gate length. However, in a CCD line sensor in which pixels are arranged with high resolution, in order to arrange a shift gate in each pixel, a very fine processing technique is required, which makes it difficult to form the shift gate.

特開平11−261897号公報 (第4ページ、図1)Japanese Patent Laid-Open No. 11-261897 (page 4, FIG. 1)

高解像度化のための光電変換用画素配置の狭ピッチ化により生じる、シフトゲート形成の困難さ、蓄積ゲート長の延長、製造コストの増加、製造マージンおよびデバイス特性の劣化を改善することのできる固体撮像装置を提供する。   Solid that can improve the difficulty in forming shift gates, extending the length of storage gates, increasing manufacturing costs, and degrading manufacturing margins and device characteristics caused by narrowing the pixel arrangement for photoelectric conversion for higher resolution An imaging device is provided.

本発明の一態様によれば、入射された光の強弱に応じて発生する電荷を蓄積する画素が一方向に列状に複数配置される固体撮像装置であって、隣り合って配置された2つの画素を1つの画素組とし、前記2つの画素を第1の画素および第2の画素とする複数の画素組と、それぞれの画素組に対して配置された、前記第2の画素に蓄積された電荷を前記第1の画素へ転送する第1のシフトゲートと、前記第1の画素から転送された電荷を蓄積する第1の蓄積ゲートと、前記第1の蓄積ゲートから転送された電荷を蓄積する第2の蓄積ゲートと、前記第2の蓄積ゲートに蓄積された電荷を転送する第2のシフトゲートと、前記第2のシフトゲートにより転送された電荷を前記画素の配列方向と同じ方向へ転送するCCDレジスタとを備えることを特徴とする固体撮像装置が提供される。   According to one aspect of the present invention, there is provided a solid-state imaging device in which a plurality of pixels that accumulate charges generated according to the intensity of incident light are arranged in a row in one direction, and are arranged adjacent to each other. A plurality of pixel sets, each having one pixel as one pixel set and the two pixels as a first pixel and a second pixel, are stored in the second pixel arranged for each pixel set. A first shift gate for transferring the transferred charge to the first pixel, a first storage gate for storing the charge transferred from the first pixel, and a charge transferred from the first storage gate. A second storage gate for storing, a second shift gate for transferring the charge stored in the second storage gate, and a charge transferred by the second shift gate in the same direction as the arrangement direction of the pixels With a CCD register to transfer to The solid-state imaging device is provided to symptoms.

本発明によれば、光電変換用画素の配置ピッチを狭くしても、画素部からの電荷の読み出しを目的としたシフトゲートを容易に形成し、蓄積ゲートのゲート長の延長を抑制することができ、製造コストおよび製造マージン、転送特性を改善することができる。   According to the present invention, even if the arrangement pitch of the pixels for photoelectric conversion is narrowed, it is possible to easily form a shift gate for the purpose of reading out charges from the pixel portion, and to suppress the extension of the gate length of the storage gate. The manufacturing cost, manufacturing margin, and transfer characteristics can be improved.

本発明の実施例に係る固体撮像装置のレイアウトをイメージした模式的構成図。FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating the layout of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例に係る固体撮像装置の模式的構造断面図。1 is a schematic cross-sectional view of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例の画素組1に含まれる画素11、画素12の電位勾配の違いの例を示す図。The figure which shows the example of the difference in the electric potential gradient of the pixel 11 and the pixel 12 which are contained in the pixel group 1 of the Example of this invention. 本発明の実施例のシフトゲート2の不純物分布の例を示す図。The figure which shows the example of the impurity distribution of the shift gate 2 of the Example of this invention. 本発明の実施例の駆動タイミングの例を示すタイミングチャート。The timing chart which shows the example of the drive timing of the Example of this invention. 本発明の実施例の出力データの構成の例を示す図。The figure which shows the example of a structure of the output data of the Example of this invention. 本発明の実施例の蓄積部3の構造的特長を説明するための図。The figure for demonstrating the structural feature of the storage part 3 of the Example of this invention.

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、図中、同一または相当部分には同一の符号を付して、その説明は繰り返さない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

本発明の実施例として、入射された光の強弱に応じて発生する電荷を蓄積する画素が一方向に列状に複数配置される、ラインセンサまたはリニアセンサと呼ばれる固体撮像装置の例を示す。   As an embodiment of the present invention, an example of a solid-state imaging device called a line sensor or a linear sensor in which a plurality of pixels that accumulate charges generated according to the intensity of incident light are arranged in a row in one direction is shown.

図1は、本発明の実施例に係る固体撮像装置のレイアウトをイメージした模式的構成図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a layout of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.

本実施例の固体撮像装置では、隣り合って配置された2つの画素を1つの画素組1とし、1列に配列された全画素をn組の画素組1に分ける。ここでは、画素組1に含まれる画素を画素11および画素12とする。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, two pixels arranged adjacent to each other are set as one pixel set 1, and all the pixels arranged in one column are divided into n pixel sets 1. Here, the pixels included in the pixel set 1 are referred to as a pixel 11 and a pixel 12.

この1組の画素組1に対して、本実施例の固体撮像装置は、画素12に蓄積された電荷を画素11へ転送するシフトゲート2と、画素11から転送された電荷を蓄積する蓄積ゲート3と、蓄積ゲート3から転送された電荷を蓄積する蓄積ゲート4と、蓄積ゲート4に蓄積された電荷を転送するシフトゲート5と、シフトゲート5により転送された電荷を画素の配列方向と同じ方向へ転送するCCDレジスタ6を備える。   With respect to this one set of pixels 1, the solid-state imaging device according to the present embodiment includes a shift gate 2 that transfers charges accumulated in the pixels 12 to the pixels 11, and an accumulation gate that accumulates charges transferred from the pixels 11. 3, an accumulation gate 4 that accumulates charges transferred from the accumulation gate 3, a shift gate 5 that transfers charges accumulated in the accumulation gate 4, and the charges transferred by the shift gate 5 are the same as the pixel arrangement direction. A CCD register 6 for transferring in the direction is provided.

従来、各画素に蓄えられた電荷は、全て同一方向に転送されるのに対し、本実施例では、2つの画素(画素11、画素12)内に蓄えられた電荷は、それぞれ異なる方向に転送される。   Conventionally, all the charges stored in each pixel are transferred in the same direction, whereas in this embodiment, the charges stored in the two pixels (pixel 11 and pixel 12) are transferred in different directions. Is done.

画素11、画素12は蓄積ゲートを共有しているため、画素11に蓄積された電荷の転送と、画素12に蓄積された電荷の転送との間に時間差を設け、それぞれの電荷を時分割で蓄積ゲート3へ転送する。また、画素12に蓄積された電荷は、画素11を経由して蓄積ゲート3へ転送するようにする。   Since the pixel 11 and the pixel 12 share the storage gate, a time difference is provided between the transfer of the charge accumulated in the pixel 11 and the transfer of the charge accumulated in the pixel 12, and the respective charges are time-divisionally divided. Transfer to storage gate 3. Further, the charge accumulated in the pixel 12 is transferred to the accumulation gate 3 via the pixel 11.

そのために、本実施例では、画素12に蓄積された電荷を画素11へ転送するためのシフトゲート2が設けられる。   For this purpose, in this embodiment, a shift gate 2 for transferring the charge accumulated in the pixel 12 to the pixel 11 is provided.

このシフトゲート2は、画素を画素11および画素12を挟んで蓄積ゲート3と対向する位置に配置される。すなわち、図1に示すように、蓄積ゲート3が、画素11および画素12の下端方向に配置される場合、シフトゲート2は、画素11および画素12の上端方向に配置される。   The shift gate 2 is disposed at a position where the pixel faces the storage gate 3 with the pixel 11 and the pixel 12 interposed therebetween. That is, as shown in FIG. 1, when the accumulation gate 3 is arranged in the lower end direction of the pixel 11 and the pixel 12, the shift gate 2 is arranged in the upper end direction of the pixel 11 and the pixel 12.

したがって、画素12からシフトゲート2へ電荷を送出するためには、画素12に蓄積された電荷を図1の上方向へ移動させる必要がある。   Therefore, in order to send the charge from the pixel 12 to the shift gate 2, it is necessary to move the charge accumulated in the pixel 12 upward in FIG.

一方、画素11に蓄積された電荷を蓄積ゲート3へ転送するためには、画素11に蓄積された電荷を図1の下方向へ移動させる必要がある。   On the other hand, in order to transfer the charge accumulated in the pixel 11 to the accumulation gate 3, it is necessary to move the charge accumulated in the pixel 11 downward in FIG.

すなわち、画素11と画素12では、電荷の移動方向を逆向きに形成する必要がある。   That is, in the pixel 11 and the pixel 12, it is necessary to form the charge movement directions in opposite directions.

この電荷の移動方向は、画素11および画素12の受光部表面近くの不純物濃度を階段状に変化させて電位勾配を設けることにより制御される。   The movement direction of this electric charge is controlled by changing the impurity concentration near the light receiving surface of the pixel 11 and the pixel 12 in a stepwise manner to provide a potential gradient.

図2は、本実施例の固体撮像装置をp型基板上に形成したときの構造の例を示す模式的構造断面図である。また、図2には、断面構造に沿って、光源の点灯時、および消灯時の電位勾配を併せて示す。   FIG. 2 is a schematic structural cross-sectional view showing an example of the structure when the solid-state imaging device of the present embodiment is formed on a p-type substrate. FIG. 2 also shows the potential gradient when the light source is turned on and off along the cross-sectional structure.

図2(a)は、図1において縦方向に並ぶ、シフトゲート2、画素11、蓄積ゲート3、蓄積ゲート4、シフトゲート5、CCDレジスタ6の形成領域を、その並びの方向に切断したときの断面図である。   2A shows a case where the formation regions of the shift gate 2, the pixel 11, the accumulation gate 3, the accumulation gate 4, the shift gate 5, and the CCD register 6 arranged in the vertical direction in FIG. 1 are cut in the arrangement direction. FIG.

同様に、図2(b)は、図1において縦方向に並ぶ、シフトゲート2、画素12、蓄積ゲート3、蓄積ゲート4、シフトゲート5、CCDレジスタ6の形成領域を、その並びの方向に切断したときの断面図である。   Similarly, FIG. 2B shows the formation region of the shift gate 2, the pixel 12, the storage gate 3, the storage gate 4, the shift gate 5, and the CCD register 6 arranged in the vertical direction in FIG. It is sectional drawing when cut | disconnecting.

図2(a)および図2(b)に示すように、シフトゲート2、蓄積ゲート3、蓄積ゲート4、シフトゲート5およびCCDレジスタ6の基板表面上部には、それぞれゲート電極が設けられ、それぞれの駆動パルスPDSH、ST1、ST2、SHおよびCKを供給する信号配線が接続される。   As shown in FIG. 2A and FIG. 2B, gate electrodes are respectively provided on the substrate surfaces of the shift gate 2, the storage gate 3, the storage gate 4, the shift gate 5, and the CCD register 6, respectively. Signal wirings for supplying the driving pulses PDSH, ST1, ST2, SH and CK are connected.

ここで、図2(a)と図2(b)の比較によりわかるように、画素11と画素12の間には、n型領域中に形成されたp型不純物領域の形状に違いがあり、それに応じて電位勾配の傾き方向も異なっている。   Here, as can be seen from a comparison between FIG. 2A and FIG. 2B, there is a difference in the shape of the p-type impurity region formed in the n-type region between the pixel 11 and the pixel 12. Accordingly, the gradient direction of the potential gradient is also different.

図3に、画素11と画素12の不純物濃度勾配および電位勾配の違いをより詳細に示す。   FIG. 3 shows the difference in impurity concentration gradient and potential gradient between the pixel 11 and the pixel 12 in more detail.

図3(a)には画素11の断面を構造示し、図3(b)には画素12の断面構造を示す。この断面構造では、インプラント領域を変化させながら、p型不純物の重ね打ちを行うことにより、不純物濃度が段階的に、p1、p2、p3と変化している様子を示す。   FIG. 3A shows the cross section of the pixel 11, and FIG. 3B shows the cross section of the pixel 12. This cross-sectional structure shows a state in which the impurity concentration is gradually changed to p1, p2, and p3 by performing pitting of p-type impurities while changing the implant region.

この不純物のインプラントの際、インプラント領域の変化を、画素11と画素12では逆向きにすることにより、画素11と画素12とで逆向きの電位勾配が形成される。これにより、画素11と画素12では、電荷の移動方向が逆向きとなる。また、画素12のp1領域の電位は、画素11のp3領域の電位よりも高くし、シフトゲート2からの電荷の戻りを防ぐ必要があるため、画素12の領域全体にp4をインプラントする。p4を用いない場合はシフトゲート2の面積を広げ、電荷を蓄積できるようにすればよい。   When implanting the impurities, the change in the implant region is reversed in the pixels 11 and 12, so that a potential gradient in the opposite direction is formed in the pixels 11 and 12. Thereby, in the pixel 11 and the pixel 12, the charge movement direction is reversed. In addition, since the potential of the p1 region of the pixel 12 is higher than the potential of the p3 region of the pixel 11 and it is necessary to prevent the charge from returning from the shift gate 2, p4 is implanted in the entire region of the pixel 12. When p4 is not used, the area of the shift gate 2 may be increased so that charges can be accumulated.

画素11では、蓄積ゲート3方向へ電荷が移動するのに対して、画素12では、シフトゲート2方向へ電荷が移動する。   In the pixel 11, the charge moves in the direction of the accumulation gate 3, whereas in the pixel 12, the charge moves in the direction of the shift gate 2.

シフトゲート2は、画素12から移動してきた電荷を画素11へ転送する必要がある。そのため、このシフトゲート2には、画素12から画素11へ向かって電荷が移動するように、電位勾配が設けられる、
図4に、シフトゲート2の不純物濃度分布の例を示す。
The shift gate 2 needs to transfer the charges transferred from the pixel 12 to the pixel 11. Therefore, this shift gate 2 is provided with a potential gradient so that charges move from the pixel 12 toward the pixel 11.
FIG. 4 shows an example of the impurity concentration distribution of the shift gate 2.

図4(a)は、シフトゲート2をp型領域に形成し、画素12側にp不純物領域を設けた例である。 FIG. 4A shows an example in which the shift gate 2 is formed in a p-type region and a p + impurity region is provided on the pixel 12 side.

また、図4(b)に示すように、シフトゲート2をn型領域に形成し、画素12側にp型領域を設けるようにしてもよい。   Further, as shown in FIG. 4B, the shift gate 2 may be formed in the n-type region, and the p-type region may be provided on the pixel 12 side.

いずれの場合も、画素12から画素11へ向かって電荷が移動するような電位勾配が形成される。   In either case, a potential gradient is formed such that charges move from the pixel 12 toward the pixel 11.

このシフトゲート2は、駆動パルスPDSHが入力されたときに、画素12に蓄積された電荷を画素11へ転送する。シフトゲート2に電荷を蓄積できるようにした場合は、駆動パルスPDSHが入力されたときに、一度シフトゲート2に電荷が保持され、PDSHが高レベルから低レベルへ切り替わる際に画素11に電荷が転送される。   The shift gate 2 transfers the charge accumulated in the pixel 12 to the pixel 11 when the drive pulse PDSH is input. When the charge can be stored in the shift gate 2, the charge is once held in the shift gate 2 when the drive pulse PDSH is input, and the charge is stored in the pixel 11 when the PDSH is switched from the high level to the low level. Transferred.

画素11に転送された電荷は、駆動パルスST1が入力されたときに蓄積ゲート3へ転送され、蓄積ゲート3に蓄積される。   The charge transferred to the pixel 11 is transferred to the storage gate 3 when the drive pulse ST1 is input, and is stored in the storage gate 3.

蓄積ゲート3に蓄積された電荷は、駆動パルスST2が入力されたときに蓄積ゲート4へ転送され、蓄積ゲート4に蓄積される。   The charges accumulated in the accumulation gate 3 are transferred to the accumulation gate 4 when the drive pulse ST2 is inputted, and accumulated in the accumulation gate 4.

蓄積ゲート4に蓄積された電荷は、駆動パルスSH入力されたときに、シフトゲート5を介してCCDレジスタ6へ転送される。   The charge accumulated in the accumulation gate 4 is transferred to the CCD register 6 via the shift gate 5 when the drive pulse SH is inputted.

次に、本実施例おける電荷転送の様子を、図5に示す駆動タイミングチャートを用いて説明する。   Next, the state of charge transfer in this embodiment will be described with reference to the drive timing chart shown in FIG.

時刻t1で、それまで点灯していた光源が消灯され、駆動パルスST1が入力されると、点灯中に画素11に蓄積された電荷C1は、蓄積ゲート3へ転送され、蓄積ゲート3に蓄積される。   When the light source that has been lit up at time t1 is turned off and the drive pulse ST1 is input, the charge C1 accumulated in the pixel 11 during lighting is transferred to the accumulation gate 3 and accumulated in the accumulation gate 3. The

その後、時刻t2で駆動パルスST2が入力されると、蓄積ゲート3に蓄積された電荷C1は、蓄積ゲート4へ転送され、蓄積ゲート4に蓄積される。   Thereafter, when the drive pulse ST2 is input at time t2, the charge C1 accumulated in the accumulation gate 3 is transferred to the accumulation gate 4 and accumulated in the accumulation gate 4.

次に、時刻t3で駆動パルスSHが入力されると、蓄積ゲート4に蓄積された電荷C1は、シフトゲート5を介してCCDレジスタ6へ転送される。   Next, when the drive pulse SH is input at time t3, the charge C1 stored in the storage gate 4 is transferred to the CCD register 6 via the shift gate 5.

一方、この時刻t3では、駆動パルスPDSHおよび駆動パルスST1も入力され、画素12に蓄積された電荷C2が、シフトゲート2を介して画素11へ転送され、さらに蓄積ゲート3へ転送される。   On the other hand, at time t3, the drive pulse PDSH and the drive pulse ST1 are also input, and the charge C2 accumulated in the pixel 12 is transferred to the pixel 11 via the shift gate 2 and further transferred to the accumulation gate 3.

次に、時刻t4で駆動パルスST2が入力されると、蓄積ゲート3に蓄積された電荷C2は、蓄積ゲート4へ転送され、蓄積ゲート4に蓄積される。   Next, when the driving pulse ST <b> 2 is input at time t <b> 4, the charge C <b> 2 accumulated in the accumulation gate 3 is transferred to the accumulation gate 4 and accumulated in the accumulation gate 4.

その後、時刻t5で駆動パルスSHが入力されると、蓄積ゲート4に蓄積された電荷C2は、シフトゲート5を介してCCDレジスタ6へ転送される。   Thereafter, when the drive pulse SH is input at time t5, the charge C2 accumulated in the accumulation gate 4 is transferred to the CCD register 6 via the shift gate 5.

このように、本実施例では、最初の駆動パルスSHの入力のときに、画素11に蓄積された電荷C1が、CCDレジスタ6へ転送され、次の駆動パルスSHの入力のときに、画素12に蓄積された電荷C2が、CCDレジスタ6へ転送される。以降、駆動パルスSHの入力ごとに、画素11に蓄積された電荷C1と画素12に蓄積された電荷C2が、交互にCCDレジスタ6へ転送される。   Thus, in this embodiment, the charge C1 accumulated in the pixel 11 is transferred to the CCD register 6 when the first drive pulse SH is input, and the pixel 12 is input when the next drive pulse SH is input. The charge C <b> 2 stored in is transferred to the CCD register 6. Thereafter, for each input of the driving pulse SH, the charge C1 accumulated in the pixel 11 and the charge C2 accumulated in the pixel 12 are transferred to the CCD register 6 alternately.

各画素組に設けられたn個のCCDレジスタ6は、隣接するCCDレジスタ6が水平方向に順次接続されて水平転送CCDレジスタを形成している。各CCDレジスタ6へ転送された電荷は、順次、隣りのCCDレジスタ6へ転送され、シリアルデータとして出力される。このシフト動作は、駆動パルスCKにより制御される。   The n CCD registers 6 provided in each pixel group form a horizontal transfer CCD register by sequentially connecting adjacent CCD registers 6 in the horizontal direction. The charges transferred to each CCD register 6 are sequentially transferred to adjacent CCD registers 6 and output as serial data. This shift operation is controlled by the drive pulse CK.

図6に、このシリアルデータ出力の様子を示す。   FIG. 6 shows the serial data output.

時刻t11で最初の駆動パルスSHが入力されると、1列目〜n列目の画素組1のそれぞれの画素11に蓄積された電荷C11〜C1nが、それぞれの画素組1に接続されるCCDレジスタ6へ転送される。その後、駆動パルスCKがn回入力されると、CCDレジスタ6へ転送された電荷C11〜C1nは、シリアルデータとして出力される。   When the first driving pulse SH is input at time t11, the charges C11 to C1n accumulated in the respective pixels 11 of the first to nth column pixel sets 1 are connected to the respective pixel groups 1. Transferred to register 6. Thereafter, when the driving pulse CK is input n times, the charges C11 to C1n transferred to the CCD register 6 are output as serial data.

次に、時刻t12で次の駆動パルスSHが入力されると、1列目〜n列目の画素組1のそれぞれの画素12に蓄積された電荷C21〜C2nが、それぞれの画素組1に接続されるCCDレジスタ6へ転送される。その後、駆動パルスCKがn回入力されると、CCDレジスタ6へ転送された電荷C21〜C2nは、シリアルデータとして出力される。   Next, when the next drive pulse SH is input at time t <b> 12, the charges C <b> 21 to C <b> 2 n accumulated in the respective pixels 12 of the first to n-th column pixel groups 1 are connected to the respective pixel groups 1. Transferred to the CCD register 6. Thereafter, when the driving pulse CK is input n times, the charges C21 to C2n transferred to the CCD register 6 are output as serial data.

画素組1の画素11に蓄積された電荷と画素12に蓄積された電荷とが、駆動パルスSHが入力されるごとに、交互にシリアルデータとして出力される。   The charge accumulated in the pixel 11 of the pixel set 1 and the charge accumulated in the pixel 12 are alternately output as serial data each time the drive pulse SH is input.

上述したように、本実施例では、2個の画素に対して、1個のシフトゲート2および蓄積ゲート3および蓄積ゲート4を設けるようにしている。そのため、シフトゲート2および蓄積ゲート3および蓄積ゲート4の幅を画素の配置ピッチの2倍にすることができる。さらに、すなわち、高解像度化に伴い、画素の配置ピッチが狭くなっても、シフトゲート2および蓄積ゲート3および蓄積ゲート4の幅を広く取ることができる。   As described above, in this embodiment, one shift gate 2, storage gate 3, and storage gate 4 are provided for two pixels. Therefore, the widths of the shift gate 2, the accumulation gate 3, and the accumulation gate 4 can be doubled as the pixel arrangement pitch. In other words, the width of the shift gate 2, the accumulation gate 3, and the accumulation gate 4 can be widened even when the pixel arrangement pitch is narrowed as the resolution is increased.

シフトゲート2の幅が広く取れることによって、高い加工精度を必要とせずに、シフトゲートの形成が可能となる。   Since the width of the shift gate 2 can be widened, the shift gate can be formed without requiring high processing accuracy.

また、蓄積ゲート幅拡張の効果について、図7を用いて説明する。   Further, the effect of extending the storage gate width will be described with reference to FIG.

図7(a)は、本実施例の画素11および画素12と蓄積ゲート3の配置関係を示したものであり、図7(b)は、参考例として、各画素ごとに蓄積ゲートを設けたときの配置例を示したものである。   FIG. 7A shows the positional relationship between the pixels 11 and 12 and the storage gate 3 in this embodiment, and FIG. 7B shows a storage gate provided for each pixel as a reference example. The example of arrangement | positioning is shown.

図7(a)に示すように本実施例では、画素11および画素12に対して、蓄積ゲート3を1個設けているため、蓄積ゲート3の幅を画素2個分の幅にすることができる。これに対して、図7(b)に示す参考例では、蓄積ゲートの幅を画素1個分の幅にしなければならない。すなわち、本実施例では、参考例に比べて、蓄積ゲート3の幅を長くすることができる。したがって、蓄積ゲートの面積を一定にする場合、本実施例の蓄積ゲート3のゲート長は、参考例の蓄積ゲートのゲート長に比べて短くすることができる。   As shown in FIG. 7A, in this embodiment, since one storage gate 3 is provided for the pixel 11 and the pixel 12, the width of the storage gate 3 can be set to the width of two pixels. it can. On the other hand, in the reference example shown in FIG. 7B, the width of the storage gate must be set to one pixel. That is, in this embodiment, the width of the storage gate 3 can be made longer than in the reference example. Therefore, when the area of the storage gate is constant, the gate length of the storage gate 3 of this embodiment can be made shorter than the gate length of the storage gate of the reference example.

したがって、図7(a)および図7(b)に示す断面図の比較でわかるように、蓄積ゲート3内に設ける電位勾配の段差数を参考例の場合よりも少なくすることができる。   Therefore, as can be seen from the comparison of the cross-sectional views shown in FIGS. 7A and 7B, the number of steps of the potential gradient provided in the storage gate 3 can be reduced as compared with the reference example.

例えば、図7(b)に示す参考例では、不純物のインプラントを4回行って、不純物濃度を4段階にしているのに比べ、図7(a)に示す本実施例では、不純物濃度を2段階にするだけでよいので、不純物のインプラント回数が2回で済む。   For example, in the reference example shown in FIG. 7B, the impurity concentration is set to 2 in the present embodiment shown in FIG. Since only the steps are required, the number of impurity implantations is two.

このような本実施例によれば、2個の画素に対して1個の蓄積ゲートを設けるので、蓄積ゲートの幅を画素2個分の幅にすることができる。これにより、画素ごとに蓄積ゲートを設けるのに比べて蓄積ゲートのゲート長を短くすることができる。したがって、画素の配置ピッチが狭くなっても、蓄積ゲートのゲート長が増加することを抑制することができる。   According to this embodiment, since one storage gate is provided for two pixels, the width of the storage gate can be made equal to the width of two pixels. Thereby, the gate length of the storage gate can be shortened as compared with the case where the storage gate is provided for each pixel. Therefore, an increase in the gate length of the storage gate can be suppressed even when the pixel arrangement pitch is narrowed.

また、蓄積ゲートのゲート長が短いので、蓄積ゲート内の不純物濃度の段階数を少なくできる。これにより、不純物にインプラント回数を少なくできることに加えて、蓄積ゲート長が短くなり、デバイス面積が縮小するため、製造コストを低減させることができる。   Further, since the gate length of the storage gate is short, the number of impurity concentration steps in the storage gate can be reduced. Thereby, in addition to reducing the number of implants for impurities, the storage gate length is shortened and the device area is reduced, so that the manufacturing cost can be reduced.

また、蓄積ゲートのゲート長が短いと電荷が速やかに転送するので、良好な画像信号が得られ、製造マージンを十分に確保することができる。   Further, when the gate length of the storage gate is short, charges are transferred quickly, so that a good image signal can be obtained and a sufficient manufacturing margin can be secured.

1 画素組
11、12 画素
2、5 シフトゲート
3、4 蓄積ゲート
6 CCDレジスタ
1 pixel group 11, 12 pixel 2, 5 shift gate 3, 4 accumulation gate 6 CCD register

Claims (5)

入射された光の強弱に応じて発生する電荷を蓄積する画素が一方向に列状に複数配置される固体撮像装置であって、
隣り合って配置された2つの画素を1つの画素組とし、前記2つの画素を第1の画素および第2の画素とする複数の画素組と、
それぞれの画素組に対して配置された、
前記第2の画素に蓄積された電荷を前記第1の画素へ転送する第1のシフトゲートと、
前記第1の画素から転送された電荷を蓄積する第1の蓄積ゲートと、
前記第1の蓄積ゲートから転送された電荷を蓄積する第2の蓄積ゲートと、
前記第2の蓄積ゲートに蓄積された電荷を転送する第2のシフトゲートと、
前記第2のシフトゲートにより転送された電荷を前記画素の配列方向と同じ方向へ転送するCCDレジスタと
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
A solid-state imaging device in which a plurality of pixels for accumulating charges generated according to the intensity of incident light are arranged in a row in one direction,
A plurality of pixel sets in which two pixels arranged adjacent to each other are set as one pixel set, and the two pixels are a first pixel and a second pixel;
Arranged for each pixel set,
A first shift gate for transferring the charge accumulated in the second pixel to the first pixel;
A first accumulation gate for accumulating charges transferred from the first pixel;
A second accumulation gate for accumulating charges transferred from the first accumulation gate;
A second shift gate for transferring charges accumulated in the second accumulation gate;
A solid-state imaging device comprising: a CCD register that transfers the charge transferred by the second shift gate in the same direction as the arrangement direction of the pixels.
前記第1のシフトゲートが、
前記第1の画素および前記第2の画素を挟んで前記第1の蓄積ゲートと対向する位置に配置される
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
The first shift gate comprises:
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is disposed at a position facing the first accumulation gate across the first pixel and the second pixel.
前記第2の画素の電荷転送方向が、
前記第1の画素の電荷転送方向とは逆向きである
ことを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。
The charge transfer direction of the second pixel is
The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the charge transfer direction of the first pixel is opposite to that of the first pixel.
前記第1の画素に蓄積された電荷が前記第2の蓄積ゲートまで転送された後に、
前記第2の画素に蓄積された電荷が、
前記第1のシフトゲートおよび前記第1の画素を介して、前記第1の蓄積ゲートへ転送される
ことを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。
After the charge accumulated in the first pixel is transferred to the second accumulation gate,
The charge accumulated in the second pixel is
The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the solid-state imaging device is transferred to the first accumulation gate via the first shift gate and the first pixel.
前記第2のシフトゲートが、
前記第1の画素に蓄積された電荷と前記第2の画素に蓄積された電荷を交互に前記CCDレジスタへ転送する
ことを特徴とする請求項4に記載の固体撮像装置。
The second shift gate comprises:
The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the charge accumulated in the first pixel and the charge accumulated in the second pixel are alternately transferred to the CCD register.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020141029A (en) * 2019-02-27 2020-09-03 株式会社東芝 Solid-state imaging device

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