JP2013258202A - Solid state imaging device and solid state imaging device driving method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサやCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサなどに代表される固体撮像素子及び固体撮像素子の駆動方法に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device represented by a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor, a charge-coupled device (CCD) image sensor, and the like, and a driving method of the solid-state imaging device.
近年、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサなどの固体撮像素子が、デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの撮像装置や、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話機などの撮像機能を備えた様々な電子機器に搭載されている。例えば、固体撮像素子は、基板中に形成されるフォトダイオードの光電変換により生じた電荷を、フォトダイオードの一部を成す蓄積領域に蓄積するとともに、所定のタイミングで当該蓄積領域から読出領域に転送された電荷に基づいて、画像データを構成する出力信号を生成する。 In recent years, solid-state imaging devices such as CCD image sensors and CMOS image sensors have been installed in various electronic devices equipped with imaging functions such as digital video cameras and digital still cameras, and scanners, facsimiles, and camera-equipped mobile phones. Has been. For example, a solid-state imaging device accumulates charges generated by photoelectric conversion of a photodiode formed in a substrate in an accumulation region that forms a part of the photodiode, and transfers it from the accumulation region to a readout region at a predetermined timing. Based on the generated charges, an output signal constituting image data is generated.
従来の固体撮像素子(CMOSイメージセンサ)の構造及び動作の一例について、図面を参照して説明する。図11は、従来の固体撮像素子の構造について示す模式的な断面図である。図12は、図11に示す固体撮像素子の動作について示すタイミングチャートである。 An example of the structure and operation of a conventional solid-state imaging device (CMOS image sensor) will be described with reference to the drawings. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a conventional solid-state imaging device. FIG. 12 is a timing chart showing the operation of the solid-state imaging device shown in FIG.
図11に示すように、固体撮像素子100は、p型の半導体から成る(以下、「p型の」という)基板101と、基板101の上面に形成される絶縁体から成るゲート絶縁膜102と、基板101中のn型の半導体から成る(以下、「n型の」という)領域であり基板101中の光電変換によって生じた電子を蓄積する蓄積領域103と、基板101中のp型の領域であり基板101の上面と蓄積領域103との間に形成される表面領域104と、基板101中のn型の領域であり蓄積領域103に蓄積された電子が転送される読出領域105と、導体から成りゲート絶縁膜102の上面であり蓄積領域103と読出領域105との間に形成され転送制御信号φTXが与えられる転送ゲート106と、上記各領域103〜105が形成される基板101中の素子領域の周囲に形成されるp型の素子分離領域107と、を備える。なお、読出領域105のn型不純物の濃度は、蓄積領域103よりも大きくなっている。また、素子分離領域107のp型不純物の濃度は、基板101のp型不純物の濃度よりも大きくなっている。
As shown in FIG. 11, the solid-
さらに、固体撮像素子100は、与えられるリセット制御信号φRによってオン/オフが切替制御されるとともにオンになることで読出領域105にリセット電位VRDを供給するリセットスイッチ121と、出力制御信号φSがゲートに与えられるとともにドレインが読出領域105と電気的に接続されるnチャネル型のトランジスタである出力トランジスタ122と、出力トランジスタ122のソースの電位を増幅して出力信号VSIGを出力する増幅部123と、を備える。
Furthermore, the solid-
この固体撮像素子100では、p型の基板101及び表面領域104とn型の蓄積領域103とで構成されるフォトダイオードの光電変換によって生じた電子が、蓄積領域103に蓄積される。このとき、基板101の上面と蓄積領域103との間に表面領域104が形成されている(埋込型のフォトダイオードになっている)ことで、基板101の上面と蓄積領域103とが離間されるため、基板101の上面の表面準位にトラップされる電子に起因する暗電流等の発生を、抑制することができる。
In the solid-
また、図12に示すように、固体撮像素子100は、出力期間TSの動作で駆動される。固体撮像素子100は、この出力期間TSにおいて、蓄積領域103に蓄積された電子を読出領域105に転送するとともに、読出領域105に転送された電子に応じた出力信号VSIGを出力する。なお、図12に示すように、出力期間TSでは、出力制御信号φSが高レベルになることで、出力トランジスタ122がオンになる。
Further, as shown in FIG. 12, the solid-
出力期間TSでは、最初に、リセット期間TRにおいて、リセット制御信号φRが高レベルになることで、リセットスイッチ121がオンになる。これにより、読出領域105がリセット電位VRDになる。次に、第1転送期間TAにおいて、リセット制御信号φRが低レベルになることで、リセットスイッチ121がオフになる。このとき、読出領域105に電子が転送される前の電位(リセット電位VRD)に対応した、基準として利用され得る出力信号VSIGが、出力される。
In output period T S, initially, in the reset period T R, by the reset control signal phi R goes high, the
次に、転送期間TTXにおいて、転送制御信号φTXが高レベルになることで、転送ゲート106の直下となる基板101中の領域(チャネル領域1061)に反転層が形成される。これにより、当該反転層を通じて、蓄積領域103から読出領域105に電子が転送される。そして最後に、第2転送期間TBおいて、転送制御信号φTXが低レベルになることで、チャネル領域1061の反転層が消滅する。このとき、電子が転送された読出領域105の電位に対応した出力信号VSIGが、出力される。
Next, in the transfer period T TX , the transfer control signal φ TX is at a high level, so that an inversion layer is formed in a region (channel region 1061) in the
ところで、このような固体撮像素子100では、消費電力を低減するために、リセット電位VRDを低くすることが求められている。また、上述のように、暗電流等を抑制する目的で、表面領域104、蓄積領域103により形成される埋め込みフォトダイオードは電荷が電子であれば蓄積領域103が深く埋め込まれたn型となるため、ポテンシャルの底(電荷が存在し得る限界の電位であり、電子であれば上限の電位、正孔であれば下限の電位。以下同じ。)が深くなる。なお、ポテンシャルの底が深いとは、ポテンシャルの底の電位が高いことを意味しており、ポテンシャルの底が浅いとは、ポテンシャルの底の電位が低いことを意味している(以下同じ)。
By the way, in such a solid-
すると、蓄積領域103から読出領域105に電子を転送する際における、チャネル領域1061のポテンシャルの底の適正範囲である、蓄積領域103のポテンシャルの底とリセット電位VRDとの間が狭くなるため、チャネル領域1061のポテンシャルの底を高精度に制御することが必要になる。そして、このチャネル領域1061のポテンシャルの底の制御の精度が不十分になると、読出領域105に転送されずに蓄積領域103に残留する電子が生じ、画像データに残像が生じ得るため、問題となる。
Then, definitive when transferring electrons to the
この問題について、図面を参照して説明する。図13は、図11に示す固体撮像素子が図12に示す動作を行う場合における電位及びポテンシャルの状態について示すグラフである。なお、図13(a)は、リセット期間TR中における電位及びポテンシャルの状態について示すグラフである。また、図13(b)は、転送期間TTX中における電位及びポテンシャルの状態について示すグラフである。 This problem will be described with reference to the drawings. FIG. 13 is a graph showing potential and potential states when the solid-state imaging device shown in FIG. 11 performs the operation shown in FIG. Incidentally, FIG. 13 (a) is a graph showing the state of electric potential and the potential during the reset period T R. FIG. 13B is a graph showing the potential and the state of the potential during the transfer period TTX .
図13(a)に示すように、リセット期間TRでは、チャネル領域1061におけるポテンシャルの底ΨOFFが浅いため、電子Q1は蓄積領域103に蓄積されたままである。このとき、読出領域105の電位VFD1は、上述のようにリセット電位VRDとなる。
As shown in FIG. 13 (a), the reset period T R, since the shallow bottom [psi OFF of the potential in the
次に、図13(b)に示すように、転送期間TTXになると、チャネル領域1061のポテンシャルの底ΨONが深くなるため、電子Q2が読出領域105に転送される。このとき、チャネル領域1061のポテンシャルの底ΨONを、蓄積領域103のポテンシャルの底ΨPDとリセット電位VRDとの間(適正範囲)に収める必要があるが、上述のようにこの適正範囲は狭いため、チャネル領域1061のポテンシャルの底ΨONをこの適正範囲に収めることは困難である。そして、例えば図13(b)に示すように、チャネル領域1061のポテンシャルの底ΨONが、蓄積領域103のポテンシャルの底ΨPDよりも浅くなれば、その差に応じた電子ΔQが蓄積領域103に残留して、画像データに残像が生じることになる。
Next, as shown in FIG. 13B, when the transfer period T TX is reached, the bottom Ψ ON of the potential of the
この問題に対して、特許文献1では、蓄積領域103から読出領域105に電子を転送する際に、転送ゲート106及び読出領域105の双方をブートアップすることで蓄積領域103に電子が残留することを防止して、画像データに残像が生じることを防止する固体撮像素子が提案されている。
With respect to this problem, in
特許文献1で提案されている固体撮像素子について、図面を参照して説明する。図14は、特許文献1で提案されている従来の固体撮像素子の構造について示す模式的な断面図である。図15は、図14の固体撮像素子の動作について示すタイミングチャートである。なお、以下において説明する特許文献1で提案されている固体撮像素子100aについて、上述の固体撮像素子100と同様となる部分については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
A solid-state imaging device proposed in
図14に示すように、固体撮像素子100aは、基板101と、ゲート絶縁膜102と、蓄積領域103と、表面領域104と、読出領域105と、転送ゲート106と、素子分離領域107と、リセットスイッチ121と、出力トランジスタ122と、増幅部123と、一端が読出領域105に電気的に接続されて他端にブートアップ信号φBUが与えられるブートアップ容量131と、を備える。また、この固体撮像素子100aでは、転送ゲート106と読出領域105とが容量結合している(昇圧容量132を有する)。
As shown in FIG. 14, the solid-
また、図15に示すように、固体撮像素子100aは、出力期間TSの動作を繰り返し行う。この出力期間TSには、リセット期間TRと、第1転送期間TAと、転送期間TTXと、第2転送期間TBと、がそれぞれ含まれる。ただし、この転送期間TTXには、ブートアップ期間TBUが含まれている。ブートアップ期間TBUでは、ブートアップ信号φBUが高レベルになることで、ブートアップ容量131を介して読出領域105の電位がブートアップされ、さらに昇圧容量132を介して転送ゲート106の電位がブートアップされる。
Further, as shown in FIG. 15, the solid-
固体撮像素子100aが図15の動作を行う際の電位及びポテンシャルの状態について、図面を参照して説明する。図16は、図14に示す固体撮像素子が図15に示す動作を行う場合における電位及びポテンシャルの状態について示すグラフである。なお、図16(a)は、リセット期間TR中における電位及びポテンシャルの状態について示すグラフである。また、図16(b)は、転送期間TTX中かつブートアップ期間TBU前における電位及びポテンシャルの状態について示すグラフである。また、図16(c)は、ブートアップ期間TBU中における電位及びポテンシャルの状態について示すグラフである。
A potential and a potential state when the solid-
図16(a)に示すように、リセット期間TRでは、チャネル領域1061におけるポテンシャルの底ΨOFFが浅いため、電子Q1は蓄積領域103に蓄積されたままである。このとき、読出領域105の電位VFD1は、上述のようにリセット電位VRDとなる。
As shown in FIG. 16 (a), the reset period T R, since the shallow bottom [psi OFF of the potential in the
次に、図16(b)に示すように、転送期間TTXになると、チャネル領域1061のポテンシャルの底ΨON1が深くなるため、電子Q2が読出領域105に転送される。なお、図16(b)は、チャネル領域1061のポテンシャルの底ΨON1が、蓄積領域103のポテンシャルの底ΨPDよりも浅くなる場合について例示している。この場合、チャネル領域1061のポテンシャルの底ΨON1と、蓄積領域103のポテンシャルの底ΨPDとの差に応じた電子ΔQが、蓄積領域103に残留する。
Next, as shown in FIG. 16B, when the transfer period T TX is reached, the potential bottom Ψ ON1 of the
しかし、図16(c)に示すように、ブートアップ期間TBUになると、転送ゲート106の電位と読出領域105の電位とがそれぞれブートアップされることで、チャネル領域1061のポテンシャルの底が深くなり(ΨON1からΨON2になる)、読出領域105の電位も高くなる(VFD2からVFD3になる)。これにより、上述の適正範囲(蓄積領域103のポテンシャルの底ΨPDとリセット電位VRDとの間)を拡げて、チャネル領域1061のポテンシャルの底ΨON2をこの適正範囲内に収め易くすることが可能になる。したがって、この固体撮像素子100aでは、蓄積領域103に電子が残留することを防止して電子Q3を読出領域105に転送することによって、画像データに残像が生じることを防止することが可能になる。
However, as shown in FIG. 16C, when the boot-up period T BU is reached, the potential of the
しかしながら、特許文献1で提案されている固体撮像素子100a(図14参照)では、読出領域105に対して接続されるブートアップ容量131及び昇圧容量132によって、別の問題が生じる。この問題について、具体的に以下説明する。
However, in the solid-
ブートアップ容量131及び昇圧容量132は、読出領域105からみると、固定電位に対して並列に接続される関係となる。そのため、固体撮像素子100(図11参照)における読出領域105の容量値をC1、ブートアップ容量131の容量値をCBU1、昇圧容量132の容量値をCBU2とすると、固体撮像素子100a(図14参照)における読出領域105の容量値C2は、下記式(1)に示すように、それぞれの容量を合算したものになる。
The
C2=C1+CBU1+CBU2 ・・・(1) C 2 = C 1 + C BU1 + C BU2 (1)
上記式(1)におけるCBU1及びCBU2は、上述のブートアップの効果を得るために、C1と比較して十分に大きくする必要がある。したがって、固体撮像素子100a(図14参照)は、固体撮像素子100(図11参照)と比較して、読出領域105の容量が著しく大きくなる。そして、読出領域105の容量が著しく大きくなると、増幅部123に入力される電圧(=電荷/容量)が著しく低下して、固体撮像素子100a(図14参照)の感度が低くなり、得られる画像データが劣化するため、問題となる。
C BU1 and C BU2 in the above formula (1) need to be sufficiently larger than C 1 in order to obtain the above-described boot-up effect. Accordingly, the solid-
そこで、本発明は、感度の低下を防止しつつ蓄積領域の電子の残留を防止することが可能な固体撮像素子及び固体撮像素子の駆動方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device and a driving method of the solid-state imaging device that can prevent the remaining of electrons in the accumulation region while preventing a decrease in sensitivity.
上記目的を達成するため、本発明は、第1導電型の半導体から成る基板と、前記基板の上面に形成される絶縁体から成るゲート絶縁膜と、前記第1導電型とは異なる第2導電型の半導体から成る前記基板中の領域であり、前記基板中の光電変換によって生じた電荷を蓄積する蓄積領域と、前記第2導電型の半導体から成る前記基板中の領域であり、前記蓄積領域に蓄積された前記電荷が転送される読出領域と、前記ゲート絶縁膜の上面であり、前記蓄積領域と前記読出領域との間に形成される転送ゲートと、を備え、転送期間中に、前記転送ゲートの直下となる前記基板中の領域であるチャネル領域を介して、前記蓄積領域に蓄積された電荷が前記読出領域に転送され、前記転送期間中の少なくとも一部の期間に、前記チャネル領域のポテンシャルの底が、前記蓄積領域のポテンシャルの底を超え、さらに前記転送期間の直前における前記読出領域の電位であるリセット電位をも超える第1状態になることを特徴とする固体撮像素子を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a substrate made of a first conductivity type semiconductor, a gate insulating film made of an insulator formed on the upper surface of the substrate, and a second conductivity different from the first conductivity type. A region in the substrate made of a semiconductor of a type, a storage region for storing charges generated by photoelectric conversion in the substrate, and a region in the substrate made of a semiconductor of the second conductivity type, the storage region And a transfer gate formed on the upper surface of the gate insulating film and between the storage region and the read region, and during the transfer period, The charge accumulated in the accumulation region is transferred to the readout region via a channel region that is a region in the substrate that is directly below the transfer gate, and the channel region is in at least a part of the transfer period. The poten Provided is a solid-state imaging device characterized in that the bottom of the signal exceeds the bottom of the potential of the storage region and further exceeds the reset potential that is the potential of the readout region immediately before the transfer period. To do.
この固体撮像素子によれば、転送期間中の第1状態が実現する期間において、蓄積領域の電荷を、チャネル領域及び読出領域へと残らず転送することが可能になる。さらにこのとき、蓄積領域のポテンシャルの底と、チャネル領域のポテンシャルの底との差を大きくすることができるため、蓄積領域の電荷を、チャネル領域及び読出領域へと高速に転送することが可能になる。また、第1状態は、転送ゲートに所定の大きさを超えた電位を与えるだけで実現することができるため、高精度な制御を要することなく容易に実現することが可能である。 According to this solid-state imaging device, it is possible to transfer the charge in the accumulation region to the channel region and the read region in a period in which the first state during the transfer period is realized. Furthermore, since the difference between the bottom of the potential of the storage region and the bottom of the potential of the channel region can be increased at this time, the charge in the storage region can be transferred to the channel region and the readout region at high speed. Become. Further, since the first state can be realized only by applying a potential exceeding a predetermined magnitude to the transfer gate, it can be easily realized without requiring highly accurate control.
なお、「第1導電型の半導体から成る基板」とは、基板の素子構造が形成される部分が第1導電型の半導体から成ることを示したものであり、全体が第1導電型の半導体から成る基板のみに限られず、ウエルが第1導電型の半導体から成る基板(例えば、全体が第2導電型の半導体から成る基板に第1導電型の不純物を注入することで第1導電型の半導体から成るウエルが形成された基板)も、当然に含まれる。 The “substrate made of the first conductivity type semiconductor” means that the portion of the substrate where the element structure is formed is made of the first conductivity type semiconductor, and the whole is the first conductivity type semiconductor. The substrate is not limited to a substrate composed of a first conductivity type semiconductor (for example, by implanting a first conductivity type impurity into a substrate composed entirely of a second conductivity type semiconductor). Naturally, a substrate on which a well made of a semiconductor is formed is also included.
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記転送期間中であり、前記第1状態になった後の少なくとも一部の期間に、前記チャネル領域のポテンシャルの底が、前記蓄積領域のポテンシャルの底と前記リセット電位との間になる第2状態になるようにすると、好ましい。 Furthermore, in the solid-state imaging device having the characteristics described above, the bottom of the potential of the channel region is different from the bottom of the potential of the accumulation region during at least a part of the transfer period and after the first state. It is preferable that the second state is between the reset potential.
この固体撮像素子によれば、チャネル領域の電荷を蓄積領域ではなく読出領域へと転送することが可能になる。したがって、チャネルチャージインジェクションを防止することが可能になる。 According to this solid-state imaging device, the charge in the channel region can be transferred to the reading region instead of the accumulation region. Therefore, channel charge injection can be prevented.
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記転送ゲートに与える転送制御信号を生成する転送制御信号生成部を、さらに備え、前記転送制御信号生成部は、前記転送制御信号のレベルの変動を遅延させる遅延素子を備え、前記転送制御信号生成部は、前記第1状態になった後に、前記遅延素子を用いて前記転送制御信号のレベルを遅延させながら変動させることで、前記第2状態を実現してもよい。 Furthermore, the solid-state imaging device having the above characteristics further includes a transfer control signal generation unit that generates a transfer control signal to be applied to the transfer gate, and the transfer control signal generation unit delays a fluctuation in the level of the transfer control signal. The transfer control signal generation unit includes a delay element, and the transfer control signal generation unit realizes the second state by changing the level of the transfer control signal while delaying using the delay element after entering the first state. May be.
具体的に例えば、前記転送制御信号生成部は、制御電極に第1制御信号が与えられるとともに、第1電極に第1電位が供給され、第2電極が出力ノードに接続される第1トランジスタと、一端に第2制御信号が与えられるとともに、他端が前記出力ノードに接続される第1容量と、制御電極に第3制御信号が与えられるとともに、第1電極に第2電位が供給され、第2電極が前記出力ノードに接続される第2トランジスタと、制御電極に第4制御信号が与えられるとともに、第1電極に前記第2電位が供給される第3トランジスタと、一端が前記第3トランジスタの第2電極に接続されるとともに他端が前記出力ノードに接続される第1負荷と、を備え、前記出力ノードから前記転送制御信号が出力されるようにしてもよい。 Specifically, for example, the transfer control signal generation unit includes a first transistor in which a first control signal is supplied to a control electrode, a first potential is supplied to the first electrode, and a second electrode is connected to an output node. The second control signal is supplied to one end, the first capacitor is connected to the output node at the other end, the third control signal is supplied to the control electrode, and the second potential is supplied to the first electrode, A second transistor having a second electrode connected to the output node, a third transistor to which a fourth control signal is supplied to the control electrode and the second potential is supplied to the first electrode, and one end of the third transistor is the third transistor A first load connected to the second electrode of the transistor and having the other end connected to the output node, and the transfer control signal may be output from the output node.
この固体撮像素子によれば、転送制御信号のレベルが変動する過程において、第2状態を継続的に実現させることができる。そのため、第1電位を厳密に選択したり制御したりする必要を、無くすことが可能になる。また、転送制御信号のレベルを、第1電位と第2制御信号とを組み合わせて生成することができるため、第1電位を無用に高く(または低く)することなく、第1状態を実現することが可能になる。 According to this solid-state imaging device, the second state can be continuously realized in the process of changing the level of the transfer control signal. Therefore, it becomes possible to eliminate the need to strictly select and control the first potential. Further, since the level of the transfer control signal can be generated by combining the first potential and the second control signal, the first state can be realized without unnecessarily increasing (or decreasing) the first potential. Is possible.
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記転送ゲートに与える転送制御信号を生成する転送制御信号生成部を、さらに備え、前記転送制御信号生成部が生成する前記転送制御信号は、前記第1状態を実現する第1レベルが継続する期間と、前記第2状態を実現する第2レベルが継続する期間と、を少なくとも有するようにしてもよい。 The solid-state imaging device of the above feature further includes a transfer control signal generation unit that generates a transfer control signal to be applied to the transfer gate, wherein the transfer control signal generated by the transfer control signal generation unit is in the first state. It is possible to have at least a period during which the first level that realizes the second state and a period during which the second level that realizes the second state continues.
具体的に例えば、前記転送制御信号生成部は、制御電極に第1制御信号が与えられるとともに、第1電極に第1電位が供給され、第2電極が出力ノードに接続される第1トランジスタと、一端に第2制御信号が与えられるとともに、他端が前記出力ノードに接続される第1容量と、制御電極に第3制御信号が与えられるとともに、第1電極に第2電位が供給され、第2電極が前記出力ノードに接続される第2トランジスタと、制御電極に第4制御信号が与えられるとともに、第1電極に前記第1電位が供給され、第2電極が前記出力ノードに接続される第3トランジスタと、を備え、前記出力ノードから前記転送制御信号が出力されるようにしてもよい。 Specifically, for example, the transfer control signal generation unit includes a first transistor in which a first control signal is supplied to a control electrode, a first potential is supplied to the first electrode, and a second electrode is connected to an output node. The second control signal is supplied to one end, the first capacitor is connected to the output node at the other end, the third control signal is supplied to the control electrode, and the second potential is supplied to the first electrode, The second electrode is connected to the output node, the fourth control signal is supplied to the control electrode, the first potential is supplied to the first electrode, and the second electrode is connected to the output node. A third transistor, and the transfer control signal may be output from the output node.
この固体撮像素子によれば、回路構成を簡素化することが可能になるとともに、第2状態を継続させる時間を、第4制御信号の所定のレベルの継続時間で決定することが可能になる。そのため、チャネル領域の電荷の読出領域への転送を、精度良く実現することが可能になる。また、転送制御信号のレベルを、第1電位と第2制御信号とを組み合わせて生成することができるため、第1電位を無用に高く(または低く)することなく、第1状態を実現することが可能になる。 According to this solid-state imaging device, the circuit configuration can be simplified, and the time for which the second state is continued can be determined by the predetermined time duration of the fourth control signal. Therefore, it is possible to accurately transfer the charge in the channel region to the readout region. Further, since the level of the transfer control signal can be generated by combining the first potential and the second control signal, the first state can be realized without unnecessarily increasing (or decreasing) the first potential. Is possible.
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記第1導電型がp型、前記第2導電型がn型、前記電荷が電子である場合、前記第1状態は、前記チャネル領域のポテンシャルの底が、前記蓄積領域のポテンシャルの底及び前記リセット電位よりも深くなる状態であると、好ましい。 Furthermore, in the solid-state imaging device having the above characteristics, when the first conductivity type is p-type, the second conductivity type is n-type, and the charge is an electron, the first state is that the bottom of the potential of the channel region is The bottom of the potential of the accumulation region and the state deeper than the reset potential are preferable.
この固体撮像素子によれば、蓄積領域からチャネル領域及び読出領域へと電子を残らず転送することが可能になる。 According to this solid-state imaging device, it is possible to transfer all electrons from the accumulation region to the channel region and the readout region.
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記第1導電型の半導体から成る前記基板中の領域であり、前記基板の上面と前記蓄積領域との間に形成される表面領域を、さらに備えてもよい。 Furthermore, the solid-state imaging device having the above characteristics may further include a surface region formed between the upper surface of the substrate and the accumulation region, which is a region in the substrate made of the first conductivity type semiconductor. Good.
この固体撮像素子によれば、暗電流等を抑制するべく表面領域を設けたことで、蓄積領域のポテンシャルの底とリセット電位との間(適正範囲)が狭くなったとしても、この間に関係なく、チャネル領域のポテンシャルの底が蓄積領域のポテンシャルの底及びリセット電位のそれぞれを超えるようにすることで、蓄積領域からチャネル領域及び読出領域へと電荷を残らず転送することが可能になる。 According to this solid-state imaging device, even if the space between the bottom of the potential of the accumulation region and the reset potential (appropriate range) becomes narrow due to the provision of the surface region to suppress dark current and the like, regardless of this By making the bottom of the potential of the channel region exceed the bottom of the potential of the storage region and the reset potential, it is possible to transfer all charges from the storage region to the channel region and the readout region.
また、本発明は、第1導電型の半導体から成る基板と、前記基板の上面に形成される絶縁体から成るゲート絶縁膜と、前記第1導電型とは異なる第2導電型の半導体から成る前記基板中の領域であり、前記基板中の光電変換によって生じた電荷を蓄積する蓄積領域と、前記第2導電型の半導体から成る前記基板中の領域であり、前記蓄積領域に蓄積された前記電荷が転送される読出領域と、前記ゲート絶縁膜の上面であり、前記蓄積領域と前記読出領域との間に形成される転送ゲートと、を備えた固体撮像素子の駆動方法であって、転送期間中に、前記転送ゲートの直下となる前記基板中の領域であるチャネル領域を介して、前記蓄積領域に蓄積された電荷を前記読出領域に転送し、前記転送期間中の少なくとも一部の期間に、前記チャネル領域のポテンシャルの底が、前記蓄積領域のポテンシャルの底を超え、さらに前記転送期間の直前における前記読出領域の電位であるリセット電位をも超える第1状態にすることを特徴とする固体撮像素子の駆動方法を提供する。 The present invention also includes a substrate made of a first conductivity type semiconductor, a gate insulating film made of an insulator formed on the upper surface of the substrate, and a second conductivity type semiconductor different from the first conductivity type. A region in the substrate, an accumulation region for accumulating charges generated by photoelectric conversion in the substrate, and a region in the substrate composed of the second conductivity type semiconductor, the region accumulated in the accumulation region A method for driving a solid-state imaging device, comprising: a readout region to which charges are transferred; and a transfer gate formed on the upper surface of the gate insulating film and between the accumulation region and the readout region. During the period, the charge accumulated in the accumulation region is transferred to the readout region via a channel region which is a region in the substrate immediately below the transfer gate, and at least a part of the transfer period The channel A first state in which the bottom of the potential of the region exceeds the bottom of the potential of the accumulation region and further exceeds the reset potential that is the potential of the readout region immediately before the transfer period. A driving method is provided.
この固体撮像素子の駆動方法によれば、転送期間中の第1状態が実現する期間において、蓄積領域の電荷を、チャネル領域及び読出領域へと残らず転送することが可能になる。さらにこのとき、蓄積領域のポテンシャルの底と、チャネル領域のポテンシャルの底との差を大きくすることができるため、蓄積領域の電荷を、チャネル領域及び読出領域へと高速に転送することが可能になる。また、第1状態は、転送ゲートに所定の大きさを超えた電位を与えるだけで実現することができるため、高精度な制御を要することなく容易に実現することが可能である。 According to this method for driving a solid-state imaging device, it is possible to transfer the charge in the accumulation region to the channel region and the readout region in a period in which the first state in the transfer period is realized. Furthermore, since the difference between the bottom of the potential of the storage region and the bottom of the potential of the channel region can be increased at this time, the charge in the storage region can be transferred to the channel region and the readout region at high speed. Become. Further, since the first state can be realized only by applying a potential exceeding a predetermined magnitude to the transfer gate, it can be easily realized without requiring highly accurate control.
上記特徴の固体撮像素子及び固体撮像素子の駆動方法によれば、読出領域の容量を増大させることなく、蓄積領域からチャネル領域及び読出領域へと電荷を残らず転送することが可能になる。したがって、感度の低下を防止しつつ、蓄積領域の電子の残留を防止することが可能になる。 According to the solid-state imaging device and the driving method of the solid-state imaging device having the features described above, it is possible to transfer all charges from the accumulation region to the channel region and the readout region without increasing the capacity of the readout region. Therefore, it is possible to prevent the remaining of electrons in the accumulation region while preventing a decrease in sensitivity.
以下、本発明の実施形態に係る固体撮像素子について、図面を参照して説明する。なお、以下では説明の具体化のため、本発明の実施形態に係る固体撮像素子が、CMOSイメージセンサであって、p型の基板中にn型の蓄積領域及び読出領域が形成されている場合について例示する。 Hereinafter, a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, for the sake of concrete explanation, the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention is a CMOS image sensor, and an n-type accumulation region and a readout region are formed in a p-type substrate. It illustrates about.
また、「p型の基板」とは、素子構造が形成される部分がp型である基板を示したものであり、全体がp型となる基板のみに限られず、ウエルがp型である基板(例えば、全体がn型となる基板にp型不純物を注入してp型のウエルが形成された基板)も当然に含まれる。ただし、以下の説明において参照する各図では、基板の全体がp型であるかのように図示するものとする。 The “p-type substrate” refers to a substrate in which the portion where the element structure is formed is p-type, and is not limited to only a substrate that is p-type as a whole, and a substrate in which the well is p-type. (For example, a substrate in which a p-type well is formed by implanting a p-type impurity into a substrate that is entirely n-type) is naturally included. However, in each drawing referred to in the following description, the entire substrate is illustrated as if it is p-type.
また、基板の材料として、シリコンを用いることができる。この場合、p型不純物として、ホウ素などを用いることができる。またこの場合、n型不純物として、リンやヒ素などを用いることができる。さらに、これらの不純物は、例えばイオン注入などの方法を適用することで、基板内に注入することができる。 Further, silicon can be used as a material for the substrate. In this case, boron or the like can be used as the p-type impurity. In this case, phosphorus, arsenic, or the like can be used as the n-type impurity. Further, these impurities can be implanted into the substrate by applying a method such as ion implantation.
<固体撮像素子の基本構造>
最初に、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の基本構造の一例について、図面を参照して説明する。図1は、発明の実施形態に係る固体撮像素子の基本構造の一例について示す模式的な断面図である。
<Basic structure of solid-state image sensor>
First, an example of a basic structure of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a basic structure of a solid-state imaging device according to an embodiment of the invention.
図1に示すように、固体撮像素子1は、p型の基板11と、基板11の上面に形成される絶縁体から成るゲート絶縁膜12と、基板11中のn型の領域であり基板11中の光電変換によって生じた電子を蓄積する蓄積領域13と、基板11中のp型の領域であり基板11の上面と蓄積領域13との間に形成される表面領域14と、基板11中のn型の領域であり蓄積領域13に蓄積された電子が転送される読出領域15と、導体から成りゲート絶縁膜12の上面であり蓄積領域13と読出領域15との間に形成され転送制御信号φTXが与えられる転送ゲート16と、上記各領域13〜15が形成される基板11中の素子領域の周囲に形成されるp型の素子分離領域17と、を備える。なお、読出領域15のn型不純物の濃度は、蓄積領域13よりも大きくなっている。また、素子分離領域17のp型不純物の濃度は、基板11のp型不純物の濃度よりも大きくなっている。
As shown in FIG. 1, the solid-
さらに、固体撮像素子1は、リセット制御信号φRがゲートに与えられるとともにドレインにリセット電位VRDが与えられソースが読出領域15と電気的に接続されるnチャネル型のトランジスタであるリセットトランジスタ21と、出力制御信号φSがゲートに与えられるとともにドレインが読出領域15と電気的に接続されるnチャネル型のトランジスタである出力トランジスタ22と、出力トランジスタ22のソースの電位を増幅して出力信号VSIGを出力する増幅部23と、を備える。
Furthermore, the solid-
この固体撮像素子1では、p型の基板11及び表面領域14とn型の蓄積領域13とで構成されるフォトダイオードの光電変換によって生じた電子が、蓄積領域13に蓄積される。このとき、基板11の上面と蓄積領域13との間に表面領域14が形成されている(埋込型のフォトダイオードになっている)ことで、基板11の上面と蓄積領域13とが離間されるため、基板11の上面の表面準位にトラップされる電子に起因する暗電流等の発生を、抑制することができる。
In the solid-
なお、表面領域14は、必ずしも備える必要はないが、暗電流等の発生を抑制する観点からは、備えた方が好ましい。また、素子分離領域17は、p型の半導体に限られるものではなく、例えば絶縁体などであってもよい。
The
<第1実施形態>
次に、本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子について、図面を参照して説明する。図2は、本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子が備える転送制御信号生成部について示す回路図である。なお、本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子は、例えば図1に示した基本構造を有するとともに、図2に示す転送制御信号生成部3aを備えている。
<First Embodiment>
Next, the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a transfer control signal generation unit included in the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. Note that the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention has, for example, the basic structure shown in FIG. 1 and includes a transfer control signal generation unit 3a shown in FIG.
図2に示すように、転送制御信号生成部3aは、ゲートに第1制御信号φTX1が与えられるとともにドレインに正の電位である第1電位VMIDが供給されソースが出力ノードNTXに接続されるnチャネル型のトランジスタである第1トランジスタ31と、一端321に第2制御信号φTX2が与えられるとともに他端322が出力ノードNTXに接続される第1容量32と、ゲートに第3制御信号φTX3が与えられるとともにソースに接地電位が供給されドレインが出力ノードNTXに接続される第2トランジスタ33と、を備える。また、この転送制御信号生成部3aでは、出力ノードNTXから転送制御信号φTXが出力される。
As shown in FIG. 2, the transfer control signal generating section 3a, gate connected to a first electric potential V MID is supplied source is a positive potential to the drain along with the first control signal phi TX1 is supplied the output node N TX A
次に、転送制御信号生成部3aを備えた本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子の動作について、図面を参照して説明する。図3は、本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子の動作について示すタイミングチャートである。 Next, the operation of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention including the transfer control signal generation unit 3a will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a timing chart showing the operation of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
図3に示すように、本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子は、出力期間TSの動作で駆動される。本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子は、この出力期間TSにおいて、蓄積領域13に蓄積された電子を読出領域15に転送するとともに、読出領域15に転送された電子に応じた出力信号VSIGを出力する。なお、図3に示すように、出力期間TSでは、出力制御信号φSが高レベルになることで、出力トランジスタ22がオンになる。
As shown in FIG. 3, the solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention is driven by operation of the output period T S. Solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention, in the output period T S, transfers the electrons accumulated in the
出力期間TSでは、最初に、リセット期間TRにおいて、リセット制御信号φRが高レベルになることで、リセットスイッチ21がオンになる。これにより、読出領域15の電位VFDがリセット電位VRDになる。次に、第1転送期間TAにおいて、リセット制御信号φRが低レベルになることで、リセットスイッチ21がオフになる。このとき、読出領域15に電子が転送される前の電位(リセット電位VRD)に対応した、基準として利用され得る出力信号VSIGが、出力される。
In output period T S, initially, in the reset period T R, by the reset control signal phi R goes high, the
出力期間TSの開始前と、第1転送期間TA及びリセット期間TRとにおいて、第1制御信号φTX1は低レベル(第1トランジスタ31がオフ)、第2制御信号φTX2は低レベル、第3制御信号φTX3は高レベル(第2トランジスタ33がオン)になる。したがって、これらの期間では、出力ノードNTXの電位(転送制御信号φTXのレベル)がVOFF(接地電位)となるため、蓄積領域13から読出領域15には電子が転送されない。
And before the start of the output period T S, in the first transfer period T A and the reset period T R, the first control signal phi TX1 low level (
次に、転送期間TTXが開始されると、第1制御信号φTX1は高レベル(第1トランジスタ31がオン)になり、第3制御信号φTX3は低レベル(第2トランジスタ33がオフ)になる。そのため、出力ノードNTXの電位(転送制御信号φTXのレベル)が第1電位VMIDとなり、転送ゲート16の直下となる基板11中の領域(チャネル領域161)に反転層が形成される。これにより、当該反転層を通じて、蓄積領域13から読出領域15に電子が転送され、この転送された電子に応じて読出領域15の電位VFDが低下する。このとき、第1容量32は、他端322に第1電位VMIDが与えられることで充電される。
Next, when the transfer period T TX is started, the first control signal φ TX1 is at a high level (the
転送期間TTXの開始後、タイミングP1において、第1制御信号φTX1は低レベル(第1トランジスタ31がオフ)になる。さらにその後、タイミングP2において、第2制御信号φTX2が高レベルになる。このとき、第1容量32を介して他端322の電位が突き上げられるため、出力ノードNTXの電位(転送制御信号φTXのレベル)が第1電位VMIDよりも大きいVONになる。
After the start of the transfer period TTX , at the timing P1, the first control signal φTX1 becomes low level (the
そして最後に、第2転送期間TBおいて、第2制御信号φTX2は低レベルになり、第3制御信号φTX3は高レベル(第2トランジスタ33がオン)になる。これにより、出力ノードNTXの電位(転送制御信号φTXのレベル)がVOFFになり、チャネル領域161の反転層が消滅する。そして、電子が転送された読出領域15の電位VFDに対応した出力信号VSIGが、出力される。
Finally, the second transfer period T B Oite, the second control signal phi TX2 goes low, the third control signal phi TX3 goes high (
また、本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子が、図3の動作を行う際の電位及びポテンシャルの状態について、図面を参照して説明する。図4は、本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子が図3に示す動作を行う場合における電位及びポテンシャルの状態について示すグラフである。なお、図4(a)は、リセット期間TR中における電位及びポテンシャルの状態について示すグラフである。また、図4(b)は、転送期間TTX中かつタイミングP2後における電位及びポテンシャルの状態について示すグラフである。また、図4(c)は、転送期間TTX及び第2転送期間TBの遷移時における電位及びポテンシャルの状態について示すグラフである。また、図4(d)は、第2転送期間TB中における電位及びポテンシャルの状態について示すグラフである。 Further, the state of the potential and the potential when the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention performs the operation of FIG. 3 will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a graph showing a potential and a potential state when the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention performs the operation shown in FIG. 4 (a) is a graph showing the state of electric potential and the potential during the reset period T R. FIG. 4B is a graph showing a potential and a potential state during the transfer period T TX and after the timing P2. Further, FIG. 4 (c) is a graph showing the state of electric potential and the potential at the time of transition of the transfer period T TX and second transfer period T B. Further, FIG. 4 (d) is a graph showing the state of the potential and the potential at the second transfer period T in B.
図4(a)に示すように、リセット期間TRでは、チャネル領域161におけるポテンシャルの底ΨOFFが浅いため、電子Q1は蓄積領域13に蓄積されたままである。このとき、読出領域15の電位VFD1は、上述のようにリセット電位VRDとなる。
As shown in FIG. 4 (a), the reset period T R, since the shallow bottom [psi OFF of the potential in the
次に、図4(b)に示すように、転送期間TTXのタイミングP2になると、出力ノードNTXの電位(転送制御信号φTXのレベル)がVONになることで、チャネル領域161のポテンシャルの底ΨON1が深くなる。このとき、チャネル領域161のポテンシャルの底ΨON1が、蓄積領域13のポテンシャルの底ΨPDよりも深く、さらにリセット電位VRDよりも深くなるようにする(第1状態)。
Next, as illustrated in FIG. 4B, when the timing P < b > 2 of the transfer period T TX is reached, the potential of the output node N TX (the level of the transfer control signal φ TX ) is V ON , so that the
この状態にすることで、蓄積領域13の電子Q2を、チャネル領域161及び読出領域15へと残らず転送することが可能になる。さらに、この状態では、蓄積領域13のポテンシャルの底ΨON1と、チャネル領域161のポテンシャルの底ΨPDとの差を大きくすることができるため、蓄積領域13の電子Q2を、チャネル領域161及び読出領域15へと高速に転送することが可能になる。
In this state, the electrons Q2 in the
また、図4(b)に示す状態による電子の転送は、転送ゲート16に高電位を与えるだけで実現することができるため、高精度な制御を要することなく容易に実現することが可能である。そのため、上述のように暗電流等を抑制するべく表面領域14を設けたことで蓄積領域13のポテンシャルの底ΨPDとリセット電位VRDとの間(適正範囲)が狭くなったとしても、この間に関係なく、チャネル領域161のポテンシャルの底ΨON1が蓄積領域13のポテンシャルの底ΨPD及びリセット電位VRDのそれぞれよりも深くなるようにすることで、蓄積領域13からチャネル領域161及び読出領域15へと電子Q2を残らず転送することが可能になる。
Further, the transfer of electrons in the state shown in FIG. 4B can be realized simply by applying a high potential to the
さらに、図4(b)に示す状態を実現するために必要となる出力ノードNTXの電位(転送制御信号φTXのレベル)VONは、第1電位VMID及び第2制御信号φTX2を組み合わせて生成することができる。そのため、第1電位VMIDを無用に高くすることなく、図4(b)に示す状態を実現することが可能になる。具体的に例えば、第1電位VMIDは、リセット制御信号φRや出力制御信号φS、第1制御信号φTX1、第2制御信号φTX2などの各種制御信号の高レベル以下にしてもよい。 Further, the potential of the output node N TX (the level of the transfer control signal φ TX ) V ON necessary for realizing the state shown in FIG. 4B is obtained by using the first potential V MID and the second control signal φ TX2 . Can be generated in combination. Therefore, the state shown in FIG. 4B can be realized without unnecessarily increasing the first potential V MID . Specifically, for example, the first potential V MID may be lower than the high level of various control signals such as the reset control signal φ R , the output control signal φ S , the first control signal φ TX1 , and the second control signal φ TX2. .
以上より、本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子では、読出領域15の容量を増大させることなく、蓄積領域13からチャネル領域161及び読出領域15へと電子を残らず転送することが可能になる。したがって、本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子は、感度の低下を防止しつつ、蓄積領域13の電子の残留を防止することが可能になる。
As described above, in the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention, it is possible to transfer all the electrons from the
ところで、本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子では、図4(c)及び図4(d)に示すように、チャネルチャージインジェクションが生じることが懸念される。具体的には、図4(c)に示すように、第2転送期間TBから転送期間TTXに遷移する際に、チャネル領域161のポテンシャルの底ΨOFFが、蓄積領域13のポテンシャルの底ΨPDを超えて急に浅くなると、図4(d)に示すように、蓄積領域13に戻される電子Q41が生じる可能性がある。
By the way, in the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention, there is a concern that channel charge injection may occur as shown in FIGS. 4C and 4D. Specifically, as shown in FIG. 4 (c), when the transition to the transfer period T TX from the second transfer period T B, the bottom [psi OFF the potential of the
そこで、以下では、感度の低下を防止しつつ蓄積領域13の電子の残留を防止するだけでなく、このチャネルチャージインジェクションの防止をも図った、本発明の第2実施形態及び第3実施形態に係る固体撮像素子について、それぞれ説明する。
Therefore, in the following, in the second and third embodiments of the present invention, which not only prevents the remaining of electrons in the
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る固体撮像素子について、図面を参照して説明する。図5は、本発明の第2実施形態に係る固体撮像素子が備える転送制御信号生成部について示す回路図である。なお、本発明の第2実施形態に係る固体撮像素子は、例えば図1に示した基本構造を有するとともに、図5に示す転送制御信号生成部3bを備えている。また、以下において説明する本発明の第2実施形態に係る固体撮像素子について、上述の本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子と同様となる部分については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a transfer control signal generation unit included in the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention. Note that the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention has, for example, the basic structure shown in FIG. 1 and includes a transfer control
図5に示すように、転送制御信号生成部3bは、第1トランジスタ31と、第1容量32と、第2トランジスタ33と、ゲートに第4制御信号φTX4が与えられるとともにソースに接地電位が供給される第3トランジスタ34と、一端351が第3トランジスタ34のドレインに接続されるとともに他端352が出力ノードNTXに接続される第1負荷35(遅延素子)と、を備える。また、この転送制御信号生成部3bでは、出力ノードNTXから転送制御信号φTXが出力される。
As shown in FIG. 5, the transfer
次に、転送制御信号生成部3bを備えた本発明の第2実施形態に係る固体撮像素子の動作について、図面を参照して説明する。図6は、本発明の第2実施形態に係る固体撮像素子の動作について示すタイミングチャートである。
Next, the operation of the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention including the transfer control
図6に示すように、本発明の第2実施形態に係る固体撮像素子は、出力期間TSの動作で駆動される。本発明の第2実施形態に係る固体撮像素子は、この出力期間TSにおいて、蓄積領域13に蓄積された電子を読出領域15に転送するとともに、読出領域15に転送された電子に応じた出力信号VSIGを出力する。なお、図6に示すように、出力期間TSでは、出力制御信号φSが高レベルになることで、出力トランジスタ22がオンになる。
As shown in FIG. 6, the solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention is driven by operation of the output period T S. Solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention, in the output period T S, transfers the electrons accumulated in the
出力期間TSでは、最初に、リセット期間TRにおいて、リセット制御信号φRが高レベルになることで、リセットスイッチ21がオンになる。これにより、読出領域15の電位VFDがリセット電位VRDになる。次に、第1転送期間TAにおいて、リセット制御信号φRが低レベルになることで、リセットスイッチ21がオフになる。このとき、読出領域15に電子が転送される前の電位(リセット電位VRD)に対応した、基準として利用され得る出力信号VSIGが、出力される。
In output period T S, initially, in the reset period T R, by the reset control signal phi R goes high, the
出力期間TSの開始前と、第1転送期間TA及びリセット期間TRとにおいて、第1制御信号φTX1は低レベル(第1トランジスタ31がオフ)、第2制御信号φTX2は低レベル、第3制御信号φTX3は高レベル(第2トランジスタ33がオン)、第4制御信号φTX4は低レベル(第3トランジスタ34がオフ)になる。したがって、これらの期間では、出力ノードNTXの電位(転送制御信号φTXのレベル)がVOFF(接地電位)となるため、蓄積領域13から読出領域15には電子が転送されない。
And before the start of the output period T S, in the first transfer period T A and the reset period T R, the first control signal phi TX1 low level (
次に、転送期間TTXが開始されると、第1制御信号φTX1は高レベル(第1トランジスタ31がオン)になり、第3制御信号φTX3は低レベル(第2トランジスタ33がオフ)になる。そのため、出力ノードNTXの電位(転送制御信号φTXのレベル)が第1電位VMIDとなり、転送ゲート16の直下となる基板11中の領域(チャネル領域161)に反転層が形成される。これにより、当該反転層を通じて、蓄積領域13から読出領域15に電子が転送され、この転送された電子に応じて読出領域15の電位VFDが低下する。このとき、第1容量32は、他端322に第1電位VMIDが与えられることで充電される。
Next, when the transfer period T TX is started, the first control signal φ TX1 is at a high level (the
転送期間TTXの開始後、タイミングP1において、第1制御信号φTX1は低レベル(第1トランジスタ31がオフ)になる。さらにその後、タイミングP2において、第2制御信号φTX2が高レベルになる。このとき、第1容量32を介して他端322の電位が突き上げられるため、出力ノードNTXの電位(転送制御信号φTXのレベル)が第1電位VMIDよりも大きいVONになる。
After the start of the transfer period TTX , at the timing P1, the first control signal φTX1 becomes low level (the
さらにその後、タイミングP3において、第4制御信号φTX4が高レベル(第3トランジスタ34がオン)になる。すると、出力ノードNTXの電位が接地電位になるまで、第1負荷35及び第3トランジスタ34を介して、出力ノードNTXから電流が流れ出すことになる。
Thereafter, at timing P3, the fourth control signal φTX4 becomes high level (the
このとき、第1負荷35の抵抗値をRTX、第1容量32の容量値をCTXとすると、出力ノードNTXの電位は、時定数τTX=RTX×CTXで決まる傾きで変化する。即ち、出力ノードNTXの電位(転送制御信号φTXのレベル)は、VONからVOFFに向かって徐々に低下することになる。換言すると、出力ノードNTXの電位(転送制御信号φTXのレベル)は、一定の期間、VON及びVOFFの間のレベルとなる。またこれにより、チャネル領域161の反転層が消滅する
At this time, assuming that the resistance value of the
そして最後に、第2転送期間TBおいて、第2制御信号φTX2は低レベルになり、第3制御信号φTX3は高レベル(第2トランジスタ33がオン)になり、第4制御信号φTX4は低レベル(第3トランジスタ34がオン)になる。これにより、出力ノードNTXの電位(転送制御信号φTXのレベル)がVOFFになる。そして、電子が転送された読出領域15の電位VFDに対応した出力信号VSIGが、出力される。
Finally, the second transfer period T B Oite, the second control signal phi TX2 goes low, the third control signal phi TX3 goes high (
また、本発明の第2実施形態に係る固体撮像素子が、図6の動作を行う際の電位及びポテンシャルの状態について、図面を参照して説明する。図7は、本発明の第2実施形態に係る固体撮像素子が図6に示す動作を行う場合における電位及びポテンシャルの状態について示すグラフである。なお、図7(a)は、リセット期間TR中における電位及びポテンシャルの状態について示すグラフである。また、図7(b)は、転送期間TTX中かつタイミングP2後における電位及びポテンシャルの状態について示すグラフである。また、図7(c)は、転送期間TTX中かつタイミングP3後における電位及びポテンシャルの状態について示すグラフである。また、図7(d)は、第2転送期間TB中における電位及びポテンシャルの状態について示すグラフである。 Further, the potential and the state of potential when the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention performs the operation of FIG. 6 will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a graph showing potential and potential states when the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention performs the operation shown in FIG. Incidentally, FIG. 7 (a) is a graph showing the state of electric potential and the potential during the reset period T R. FIG. 7B is a graph showing the potential and potential state during the transfer period TTX and after the timing P2. FIG. 7C is a graph showing a potential and a potential state during the transfer period T TX and after the timing P3. Further, FIG. 7 (d) is a graph showing the state of the potential and the potential at the second transfer period T in B.
図7(a)に示すように、リセット期間TRでは、チャネル領域161におけるポテンシャルの底ΨOFFが浅いため、電子Q1は蓄積領域13に蓄積されたままである。このとき、読出領域15の電位VFD1は、上述のようにリセット電位VRDとなる。
As shown in FIG. 7 (a), the reset period T R, since the shallow bottom [psi OFF of the potential in the
次に、図7(b)に示すように、転送期間TTXのタイミングP2になると、出力ノードNTXの電位(転送制御信号φTXのレベル)がVONになることで、チャネル領域161のポテンシャルの底ΨON1が深くなる。このとき、チャネル領域161のポテンシャルの底ΨON1が、蓄積領域13のポテンシャルの底ΨPDよりも深く、さらにリセット電位VRDよりも深くなるようにする(第1状態)。この状態にすることで、本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子と同様に、蓄積領域13の電子Q2を、チャネル領域161及び読出領域15へと残らずかつ高速に転送することが可能になる。
Next, as shown in FIG. 7B, when the timing P2 of the transfer period T TX is reached, the potential of the output node N TX (the level of the transfer control signal φ TX ) becomes V ON , so that the
さらに、本発明の第2実施形態に係る固体撮像素子では、上述のように、出力ノードNTXの電位(転送制御信号φTXのレベル)が、VONからVOFFに向かって徐々に低下する。そのため、図7(c)に示すように、チャネル領域161のポテンシャルの底ΨON2が、蓄積領域13のポテンシャルの底ΨPDよりも深くリセット電位VRDよりも浅くなる状態(第2状態)を、継続的に実現することになる。そして、この状態では、チャネル領域161の電子Q31が、蓄積領域13ではなく読出領域15へと転送されることになる。したがって、チャネルチャージインジェクションを防止することが可能になる。
Furthermore, in the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention, as described above, the potential of the output node N TX (the level of the transfer control signal φ TX ) gradually decreases from V ON to V OFF. . Therefore, as shown in FIG. 7C, a state (second state) in which the bottom Ψ ON2 of the potential of the
そして、本発明の第2実施形態に係る固体撮像素子では、図7(c)に示す状態(第2状態)を経由するため、図7(d)に示すように、転送期間TTXの終了後において、読出領域15に電子Q4を残らず転送することが可能になる。
Since the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention passes through the state (second state) shown in FIG. 7C, as shown in FIG. 7D, the transfer period T TX ends. Later, it is possible to transfer all the electrons Q4 to the
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係る固体撮像素子について、図面を参照して説明する。図8は、本発明の第3実施形態に係る固体撮像素子が備える転送制御信号生成部について示す回路図である。なお、本発明の第3実施形態に係る固体撮像素子は、例えば図1に示した基本構造を有するとともに、図8に示す転送制御信号生成部3cを備えている。また、以下において説明する本発明の第3実施形態に係る固体撮像素子について、上述の本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子と同様となる部分については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
<Third Embodiment>
Next, a solid-state imaging device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a circuit diagram illustrating a transfer control signal generation unit included in the solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention. Note that the solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention has, for example, the basic structure shown in FIG. 1 and includes a transfer
図8に示すように、転送制御信号生成部3cは、第1トランジスタ31と、第1容量32と、第2トランジスタ33と、ゲートに第4制御信号φTX4が与えられるとともにドレインに第1電位VMIDが供給されソースが出力ノードNTXに接続される第3トランジスタ341と、を備える。また、この転送制御信号生成部3cでは、出力ノードNTXから転送制御信号φTXが出力される。
As shown in FIG. 8, the transfer control
次に、転送制御信号生成部3cを備えた本発明の第3実施形態に係る固体撮像素子の動作について、図面を参照して説明する。図9は、本発明の第3実施形態に係る固体撮像素子の動作について示すタイミングチャートである。
Next, the operation of the solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention including the transfer control
図9に示すように、本発明の第3実施形態に係る固体撮像素子は、出力期間TSの動作で駆動される。本発明の第3実施形態に係る固体撮像素子は、この出力期間TSにおいて、蓄積領域13に蓄積された電子を読出領域15に転送するとともに、読出領域15に転送された電子に応じた出力信号VSIGを出力する。なお、図9に示すように、出力期間TSでは、出力制御信号φSが高レベルになることで、出力トランジスタ22がオンになる。
As shown in FIG. 9, the solid-state imaging device according to a third embodiment of the present invention is driven by operation of the output period T S. A solid-state imaging device according to a third embodiment of the present invention, in the output period T S, transfers the electrons accumulated in the
出力期間TSでは、最初に、リセット期間TRにおいて、リセット制御信号φRが高レベルになることで、リセットスイッチ21がオンになる。これにより、読出領域15の電位VFDがリセット電位VRDになる。次に、第1転送期間TAにおいて、リセット制御信号φRが低レベルになることで、リセットスイッチ21がオフになる。このとき、読出領域15に電子が転送される前の電位(リセット電位VRD)に対応した、基準として利用され得る出力信号VSIGが、出力される。
In output period T S, initially, in the reset period T R, by the reset control signal phi R goes high, the
出力期間TSの開始前と、第1転送期間TA及びリセット期間TRとにおいて、第1制御信号φTX1は低レベル(第1トランジスタ31がオフ)、第2制御信号φTX2は低レベル、第3制御信号φTX3は高レベル(第2トランジスタ33がオン)、第4制御信号φTX4は低レベル(第3トランジスタ341がオフ)になる。したがって、これらの期間では、出力ノードNTXの電位(転送制御信号φTXのレベル)がVOFF(接地電位)となるため、蓄積領域13から読出領域15には電子が転送されない。
And before the start of the output period T S, in the first transfer period T A and the reset period T R, the first control signal phi TX1 low level (
次に、転送期間TTXが開始されると、第1制御信号φTX1は高レベル(第1トランジスタ31がオン)になり、第3制御信号φTX3は低レベル(第2トランジスタ33がオフ)になる。そのため、出力ノードNTXの電位(転送制御信号φTXのレベル)が第1電位VMIDとなり、転送ゲート16の直下となる基板11中の領域(チャネル領域161)に反転層が形成される。これにより、当該反転層を通じて、蓄積領域13から読出領域15に電子が転送され、この転送された電子に応じて読出領域15の電位VFDが低下する。このとき、第1容量32は、他端322に第1電位VMIDが与えられることで充電される。
Next, when the transfer period T TX is started, the first control signal φ TX1 is at a high level (the
転送期間TTXの開始後、タイミングP1において、第1制御信号φTX1は低レベル(第1トランジスタ31がオフ)になる。さらにその後、タイミングP2において、第2制御信号φTX2が高レベルになる。このとき、第1容量32を介して他端322の電位が突き上げられるため、出力ノードNTXの電位(転送制御信号φTXのレベル)が第1電位VMIDよりも大きいVONになる。
After the start of the transfer period TTX , at the timing P1, the first control signal φTX1 becomes low level (the
さらにその後、タイミングP3において、第4制御信号φTX4が高レベル(第3トランジスタ341がオン)になる。すると、第3トランジスタ341を介して出力ノードNTXに第1電位VMIDが与えられるため、出力ノードNTXの電位(転送制御信号φTXのレベル)が第1電位VMIDになる。
Thereafter, at timing P3, the fourth control signal φTX4 becomes high level (the
そして最後に、第2転送期間TBおいて、第2制御信号φTX2は低レベルになり、第3制御信号φTX3は高レベル(第2トランジスタ33がオン)になり、第4制御信号φTX4は低レベル(第3トランジスタ341がオン)になる。これにより、出力ノードNTXの電位(転送制御信号φTXのレベル)がVOFFになり、チャネル領域161の反転層が消滅する。そして、電子が転送された読出領域15の電位VFDに対応した出力信号VSIGが、出力される。
Finally, the second transfer period T B Oite, the second control signal phi TX2 goes low, the third control signal phi TX3 goes high (
また、本発明の第3実施形態に係る固体撮像素子が、図9の動作を行う際の電位及びポテンシャルの状態について、図面を参照して説明する。図10は、本発明の第3実施形態に係る固体撮像素子が図9に示す動作を行う場合における電位及びポテンシャルの状態について示すグラフである。なお、図10(a)は、リセット期間TR中における電位及びポテンシャルの状態について示すグラフである。また、図10(b)は、転送期間TTX中かつタイミングP2後における電位及びポテンシャルの状態について示すグラフである。また、図10(c)は、転送期間TTX中かつタイミングP3後における電位及びポテンシャルの状態について示すグラフである。また、図10(d)は、第2転送期間TB中における電位及びポテンシャルの状態について示すグラフである。 In addition, a potential and a potential state when the solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention performs the operation of FIG. 9 will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is a graph showing potential and potential states when the solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention performs the operation shown in FIG. Incidentally, FIG. 10 (a) is a graph showing the state of electric potential and the potential during the reset period T R. FIG. 10B is a graph showing the potential and potential state during the transfer period TTX and after the timing P2. FIG. 10C is a graph showing the potential and the potential state during the transfer period T TX and after the timing P3. Further, FIG. 10 (d) is a graph showing the state of the potential and the potential in the second transfer period T in B.
図10(a)に示すように、リセット期間TRでは、チャネル領域161におけるポテンシャルの底ΨOFFが浅いため、電子Q1は蓄積領域13に蓄積されたままである。このとき、読出領域15の電位VFD1は、上述のようにリセット電位VRDとなる。
As shown in FIG. 10 (a), the reset period T R, since the shallow bottom [psi OFF of the potential in the
次に、図10(b)に示すように、転送期間TTXのタイミングP2になると、出力ノードNTXの電位(転送制御信号φTXのレベル)がVONになることで、チャネル領域161のポテンシャルの底ΨON1が深くなる。このとき、チャネル領域161のポテンシャルの底ΨON1が、蓄積領域13のポテンシャルの底ΨPDよりも深く、さらにリセット電位VRDよりも深くなるようにする(第1状態)。この状態にすることで、本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子と同様に、蓄積領域13の電子Q2を、チャネル領域161及び読出領域15へと残らずかつ高速に転送することが可能になる。
Next, as illustrated in FIG. 10B, when the timing P < b > 2 of the transfer period T TX is reached, the potential of the output node N TX (the level of the transfer control signal φ TX ) becomes V ON , so that the
さらに、本発明の第3実施形態に係る固体撮像素子では、上述のように、出力ノードNTXの電位(転送制御信号φTXのレベル)が、第1電位VMIDになる。このとき、図10(c)に示すように、チャネル領域161のポテンシャルの底ΨON2が、蓄積領域13のポテンシャルの底ΨPDよりも深くリセット電位VRDよりも浅くなるように、第1電位VMIDを選択することで、チャネル領域161の電子Q31を蓄積領域13ではなく読出領域15へと転送することが可能になる(第2状態)。したがって、チャネルチャージインジェクションを防止することが可能になる。
Furthermore, the solid-state imaging device according to a third embodiment of the present invention, as described above, the potential of the output node N TX (level transfer control signal phi TX) becomes the first potential V MID. At this time, as shown in FIG. 10C, the first potential is set such that the potential bottom ψ ON2 of the
本発明の第3実施形態に係る固体撮像素子では、本発明の第2実施形態に係る固体撮像素子と比較して、適切な第1電位VMIDを選択する必要はあるものの、第1負荷35(図5参照)を不要として回路構成を簡素化することが可能になる。さらに、本発明の第3実施形態に係る固体撮像素子では、図10(c)に示す状態(第2状態)を継続させる時間を、第4制御信号の高レベルの継続時間(第3タイミングP3から転送期間TTXの終了まで)で決定することが可能である。そのため、チャネル領域161の電子Q31の読出領域15への転送を、精度良く実現することが可能になる。
In the solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention, although it is necessary to select an appropriate first potential V MID as compared with the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention, the
そして、本発明の第3実施形態に係る固体撮像素子では、図10(c)に示す状態(第2状態)を経由するため、図10(d)に示すように、転送期間TTXの終了後において、読出領域15へ電子Q4を残らず転送することが可能になる。
Since the solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention passes through the state (second state) shown in FIG. 10C, the transfer period T TX ends as shown in FIG. Later, it is possible to transfer all the electrons Q4 to the
<変形等>
上述の各実施形態では、リセットトランジスタ21、出力トランジスタ22、第1トランジスタ31、第2トランジスタ33及び第3トランジスタ34,341のそれぞれが、nチャネル型のトランジスタである場合について例示したが、これらの一部または全部が、pチャネル型のトランジスタであってもよいし、トランジスタ以外のスイッチング機能を有する素子であってもよい。また、図4、図7または図10に示す電位及びポテンシャルの状態が実現可能である限り、上述の固体撮像素子及び転送制御信号生成部の構造及び動作は、適宜変更することが可能である。
<Deformation, etc.>
In each of the above-described embodiments, the
また、本発明の各実施形態として、p型の基板11中にn型の蓄積領域13及びn型の読出領域15がそれぞれ形成されている固体撮像素子1(図1参照)について例示したが、これらのp型及びn型を逆にしても、上述の固体撮像素子1と同様の効果を得ることができる。この場合、n型の基板中にp型の蓄積領域及びp型の読出領域がそれぞれ形成され、蓄積領域及び読出領域には正孔が蓄積される。そして、図4、図7及び図10に示すグラフにおける蓄積領域、チャネル領域及び読出領域のポテンシャルの底の深浅及び電位の高低の関係が、上述した固体撮像素子1とはそれぞれ逆になるように制御される。
Further, as each embodiment of the present invention, the solid-state imaging device 1 (see FIG. 1) in which the n-
なお、上記のいずれの場合であっても、蓄積領域からチャネル領域及び読出領域に電荷を転送するときに、チャネル領域のポテンシャルの底が、蓄積領域のポテンシャルの底を超え、さらにリセット電位をも超える(第1状態)。また、上記のいずれの場合であっても、電荷が転送されない状態に移行する前に、チャネル領域のポテンシャルの底が、蓄積領域のポテンシャルの底とリセット電位との間になる(第2状態)。 In any of the above cases, when transferring charge from the accumulation region to the channel region and the readout region, the bottom of the potential of the channel region exceeds the bottom of the potential of the accumulation region, and the reset potential is further increased. Exceeded (first state). In any of the above cases, the potential bottom of the channel region is between the potential bottom of the accumulation region and the reset potential (second state) before shifting to a state where no charge is transferred. .
また、本発明の各実施形態に係る固体撮像素子1が、CMOSイメージセンサである場合について例示したが、本発明は、CMOSイメージセンサに限られず、CCDイメージセンサなどの他の固体撮像素子に対しても、適用可能である。
Moreover, although the case where the solid-
本発明に係る固体撮像素子及び固体撮像素子の駆動方法は、例えば撮像機能を有する各種電子機器に搭載されるCMOSイメージセンサやCCDイメージセンサ等に、好適に利用され得る。 The solid-state imaging device and the driving method of the solid-state imaging device according to the present invention can be suitably used for, for example, a CMOS image sensor or a CCD image sensor mounted on various electronic devices having an imaging function.
1 : 固体撮像素子
3a,3b,3c : 転送制御信号生成部
11 : 基板
12 : ゲート絶縁膜
13 : 蓄積領域
14 : 表面領域
15 : 読出領域
16 : 転送ゲート
161 : チャネル領域
17 : 素子分離部
21 : リセットトランジスタ
22 : 出力トランジスタ
23 : 増幅部
31 : 第1トランジスタ
32 : 第1容量
321 : 一端
322 : 他端
33 : 第2トランジスタ
34,341 : 第3トランジスタ
35 : 第1負荷(遅延素子)
351 : 一端
352 : 他端
NTX :出力ノード
φR :リセット制御信号
φS :出力制御信号
φTX :転送制御信号
φTX1 : 第1制御信号
φTX2 : 第2制御信号
φTX3 : 第3制御信号
φTX4 : 第4制御信号
VMID : 第1電位
VSIG : 出力信号
VRD : リセット電位
VFD1〜VFD4 : 読出領域の電位
ΨOFF,ΨON1,ΨON1 : チャネル領域のポテンシャルの底
ΨPD : 蓄積領域のポテンシャルの底
1: Solid-state
351: one end 352: the other end N TX: output node phi R: reset control signal phi S: output control signal phi TX: transfer control signal phi TX1: first control signal phi TX2: second control signal phi TX3: third control Signal φ TX4 : Fourth control signal V MID : First potential V SIG : Output signal V RD : Reset potential V FD1 to V FD4 : Reading region potentials ψ OFF , ψ ON1 , ψ ON1 : Bottom of channel region potential ψ PD : Bottom of accumulation region potential
Claims (9)
前記基板の上面に形成される絶縁体から成るゲート絶縁膜と、
前記第1導電型とは異なる第2導電型の半導体から成る前記基板中の領域であり、前記基板中の光電変換によって生じた電荷を蓄積する蓄積領域と、
前記第2導電型の半導体から成る前記基板中の領域であり、前記蓄積領域に蓄積された前記電荷が転送される読出領域と、
前記ゲート絶縁膜の上面であり、前記蓄積領域と前記読出領域との間に形成される転送ゲートと、を備え、
転送期間中に、前記転送ゲートの直下となる前記基板中の領域であるチャネル領域を介して、前記蓄積領域に蓄積された電荷が前記読出領域に転送され、
前記転送期間中の少なくとも一部の期間に、
前記チャネル領域のポテンシャルの底が、前記蓄積領域のポテンシャルの底を超え、さらに前記転送期間の直前における前記読出領域の電位であるリセット電位をも超える第1状態になることを特徴とする固体撮像素子。 A substrate made of a first conductivity type semiconductor;
A gate insulating film made of an insulator formed on the upper surface of the substrate;
A region in the substrate made of a semiconductor of a second conductivity type different from the first conductivity type, and an accumulation region for accumulating charges generated by photoelectric conversion in the substrate;
A region in the substrate made of the semiconductor of the second conductivity type, a readout region to which the charge accumulated in the accumulation region is transferred;
A transfer gate formed on the upper surface of the gate insulating film and between the accumulation region and the read region;
During the transfer period, the charge accumulated in the accumulation region is transferred to the readout region via a channel region which is a region in the substrate that is directly below the transfer gate,
During at least part of the transfer period,
Solid-state imaging characterized in that the bottom of the potential of the channel region exceeds the bottom of the potential of the storage region, and further enters a first state that also exceeds a reset potential that is the potential of the readout region immediately before the transfer period. element.
前記チャネル領域のポテンシャルの底が、前記蓄積領域のポテンシャルの底と前記リセット電位との間になる第2状態になることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。 During the transfer period and at least part of the period after entering the first state,
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the bottom of the potential of the channel region is in a second state between the bottom of the potential of the accumulation region and the reset potential.
前記転送制御信号生成部は、前記転送制御信号のレベルの変動を遅延させる遅延素子を備え、
前記転送制御信号生成部は、前記第1状態になった後に、前記遅延素子を用いて前記転送制御信号のレベルを遅延させながら変動させることで、前記第2状態を実現することを特徴とする請求項2に記載の固体撮像素子。 A transfer control signal generator for generating a transfer control signal to be given to the transfer gate;
The transfer control signal generation unit includes a delay element that delays fluctuations in the level of the transfer control signal,
The transfer control signal generation unit realizes the second state by changing the level of the transfer control signal while delaying it using the delay element after entering the first state. The solid-state imaging device according to claim 2.
制御電極に第1制御信号が与えられるとともに、第1電極に第1電位が供給され、第2電極が出力ノードに接続される第1トランジスタと、
一端に第2制御信号が与えられるとともに、他端が前記出力ノードに接続される第1容量と、
制御電極に第3制御信号が与えられるとともに、第1電極に第2電位が供給され、第2電極が前記出力ノードに接続される第2トランジスタと、
制御電極に第4制御信号が与えられるとともに、第1電極に前記第2電位が供給される第3トランジスタと、
一端が前記第3トランジスタの第2電極に接続されるとともに他端が前記出力ノードに接続される第1負荷と、を備え、
前記出力ノードから前記転送制御信号が出力されることを特徴とする請求項3に記載の固体撮像素子。 The transfer control signal generator is
A first transistor having a first control signal applied to the control electrode, a first potential supplied to the first electrode, and a second electrode connected to the output node;
A first capacitor having one end provided with a second control signal and the other end connected to the output node;
A second transistor in which a third control signal is applied to the control electrode, a second potential is supplied to the first electrode, and the second electrode is connected to the output node;
A third transistor in which a fourth control signal is supplied to the control electrode and the second potential is supplied to the first electrode;
A first load having one end connected to the second electrode of the third transistor and the other end connected to the output node;
The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the transfer control signal is output from the output node.
前記転送制御信号生成部が生成する前記転送制御信号は、前記第1状態を実現する第1レベルが継続する期間と、前記第2状態を実現する第2レベルが継続する期間と、を少なくとも有することを特徴とする請求項2に記載の固体撮像素子。 A transfer control signal generator for generating a transfer control signal to be given to the transfer gate;
The transfer control signal generated by the transfer control signal generation unit has at least a period in which the first level for realizing the first state continues and a period in which the second level for realizing the second state continues. The solid-state imaging device according to claim 2.
制御電極に第1制御信号が与えられるとともに、第1電極に第1電位が供給され、第2電極が出力ノードに接続される第1トランジスタと、
一端に第2制御信号が与えられるとともに、他端が前記出力ノードに接続される第1容量と、
制御電極に第3制御信号が与えられるとともに、第1電極に第2電位が供給され、第2電極が前記出力ノードに接続される第2トランジスタと、
制御電極に第4制御信号が与えられるとともに、第1電極に前記第1電位が供給され、第2電極が前記出力ノードに接続される第3トランジスタと、を備え、
前記出力ノードから前記転送制御信号が出力されることを特徴とする請求項5に記載の固体撮像素子。 The transfer control signal generator is
A first transistor having a first control signal applied to the control electrode, a first potential supplied to the first electrode, and a second electrode connected to the output node;
A first capacitor having one end provided with a second control signal and the other end connected to the output node;
A second transistor in which a third control signal is applied to the control electrode, a second potential is supplied to the first electrode, and the second electrode is connected to the output node;
A third transistor in which a fourth control signal is supplied to the control electrode, the first potential is supplied to the first electrode, and a second electrode is connected to the output node;
The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the transfer control signal is output from the output node.
前記第1状態は、前記チャネル領域のポテンシャルの底が、前記蓄積領域のポテンシャルの底及び前記リセット電位よりも深くなる状態であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 When the first conductivity type is p-type, the second conductivity type is n-type, and the charge is an electron,
7. The first state according to claim 1, wherein the bottom of the potential of the channel region is deeper than the bottom of the potential of the accumulation region and the reset potential. Solid-state image sensor.
さらに備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 A region in the substrate made of the semiconductor of the first conductivity type, and a surface region formed between the upper surface of the substrate and the accumulation region;
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising:
前記基板の上面に形成される絶縁体から成るゲート絶縁膜と、
前記第1導電型とは異なる第2導電型の半導体から成る前記基板中の領域であり、前記基板中の光電変換によって生じた電荷を蓄積する蓄積領域と、
前記第2導電型の半導体から成る前記基板中の領域であり、前記蓄積領域に蓄積された前記電荷が転送される読出領域と、
前記ゲート絶縁膜の上面であり、前記蓄積領域と前記読出領域との間に形成される転送ゲートと、を備えた固体撮像素子の駆動方法であって、
転送期間中に、前記転送ゲートの直下となる前記基板中の領域であるチャネル領域を介して、前記蓄積領域に蓄積された電荷を前記読出領域に転送し、
前記転送期間中の少なくとも一部の期間に、
前記チャネル領域のポテンシャルの底が、前記蓄積領域のポテンシャルの底を超え、さらに前記転送期間の直前における前記読出領域の電位であるリセット電位をも超える第1状態にすることを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。 A substrate made of a first conductivity type semiconductor;
A gate insulating film made of an insulator formed on the upper surface of the substrate;
A region in the substrate made of a semiconductor of a second conductivity type different from the first conductivity type, and an accumulation region for accumulating charges generated by photoelectric conversion in the substrate;
A region in the substrate made of the semiconductor of the second conductivity type, a readout region to which the charge accumulated in the accumulation region is transferred;
A method for driving a solid-state imaging device, comprising a transfer gate formed on the upper surface of the gate insulating film and between the accumulation region and the readout region,
During the transfer period, the charge accumulated in the accumulation region is transferred to the readout region via a channel region that is a region in the substrate that is directly below the transfer gate,
During at least part of the transfer period,
Solid-state imaging characterized in that the bottom of the potential of the channel region exceeds the bottom of the potential of the accumulation region, and further enters a first state that exceeds the reset potential that is the potential of the readout region immediately before the transfer period. Device driving method.
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