JP2500438B2 - Solid-state image sensor and driving method thereof - Google Patents

Solid-state image sensor and driving method thereof

Info

Publication number
JP2500438B2
JP2500438B2 JP5112567A JP11256793A JP2500438B2 JP 2500438 B2 JP2500438 B2 JP 2500438B2 JP 5112567 A JP5112567 A JP 5112567A JP 11256793 A JP11256793 A JP 11256793A JP 2500438 B2 JP2500438 B2 JP 2500438B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photoelectric conversion
control gate
conversion element
solid
transfer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP5112567A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH06326932A (en
Inventor
顕人 田邊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
Priority to JP5112567A priority Critical patent/JP2500438B2/en
Publication of JPH06326932A publication Critical patent/JPH06326932A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2500438B2 publication Critical patent/JP2500438B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

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

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は固体撮像素子およびその
駆動方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device and a driving method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の固体撮像素子とその駆動方法につ
いて例をあげて説明する。
2. Description of the Related Art A conventional solid-state image pickup device and its driving method will be described with reference to examples.

【0003】図8は従来のインターライン型電荷結合固
体撮像素子を示す平面図、図9は図8に示す固体撮像素
子をフレーム蓄積のインターレース駆動においてシャッ
タ動作させる場合のタイムチャートである。
FIG. 8 is a plan view showing a conventional interline charge-coupled solid-state image pickup device, and FIG. 9 is a time chart when the solid-state image pickup device shown in FIG. 8 is operated as a shutter in interlace drive of frame accumulation.

【0004】この従来例は光電変換素子としてショット
キー・フォトダイオードを有している。
This conventional example has a Schottky photodiode as a photoelectric conversion element.

【0005】p型シリコン基板の表面に白金シリサイド
層8が形成されている。白金シリサイド層8の周囲には
n型拡散層4(ガードリング)が設けられている。また
n+型ソース領域5が白金シリサイド層8と接触して設
けられている。このような光電変換素子がチャネルスト
ッパ2で相互に絶縁されて列状に配置されている。また
光電変換素子列と並行に垂直CCDレジスタが配置され
る。垂直CCDレジスタは、n型埋込みチャネル6と、
転送電極群とよりなり、転送電極群は、第1の転送電極
と第2の転送電極とを交互に配置して構成される。11
−1C,11−3Cが第1の転送電極(第2層ポリシリ
コン膜(図示の場合)または第1層ポリシリコン膜)で
あり、11−2C,11−4Cが第2の転送電極(第1
層ポリシリコン膜(図示の場合)または第2層ポリシリ
コン膜)である。光電変換素子に蓄積された信号電荷
は、トランスファゲート(トランスファゲート領域3お
よび第2の転送電極の一部)を介して垂直CCDレジス
タに読出され、垂直方向に転送される。9は電荷を掃き
出すオーバーフロードレイン領域、12は電荷掃き出し
のタイミング制御を行なうコントロールゲート電極であ
る。
A platinum silicide layer 8 is formed on the surface of a p-type silicon substrate. An n-type diffusion layer 4 (guard ring) is provided around the platinum silicide layer 8. Further, n + type source region 5 is provided in contact with platinum silicide layer 8. Such photoelectric conversion elements are arranged in rows and insulated from each other by the channel stopper 2. Further, a vertical CCD register is arranged in parallel with the photoelectric conversion element array. The vertical CCD register has an n-type buried channel 6 and
The transfer electrode group includes transfer electrode groups, and the transfer electrode groups are configured by alternately arranging first transfer electrodes and second transfer electrodes. 11
-1C and 11-3C are first transfer electrodes (second layer polysilicon film (in the case shown) or first layer polysilicon film), and 11-2C and 11-4C are second transfer electrodes (second layer). 1
It is a layer polysilicon film (in the illustrated case) or a second layer polysilicon film). The signal charges accumulated in the photoelectric conversion element are read out to the vertical CCD register via the transfer gate (the transfer gate region 3 and a part of the second transfer electrode) and transferred in the vertical direction. Reference numeral 9 is an overflow drain region for sweeping out electric charges, and 12 is a control gate electrode for controlling the timing for sweeping out electric charges.

【0006】図9を参照すると、フィールド毎に読出す
フォトダイオードの段を、奇数段と偶数段で切り替えて
いる。垂直CCDレジスタに3値パルスを印加し、高レ
ベル時にトランスファゲートが導通状態となりフォトダ
イオードの電荷が読みだされる。偶数段および奇数段の
フォトダイオードを読出すための印加パルスをそれぞれ
φV1,φV3,コントロールゲート電極12に印加す
る電圧をφCGとする。タイミングt1でφV3を高レ
ベルにすることによって、奇数段のフォトダイオードに
蓄積された信号電荷を垂直CCDレジスタに読み出した
後、期間T1でオーバーフロードレイン領域9の方向に
高速転送し、φCGを高レベルとし導通状態となってい
るコントロールゲート(12)を介して掃き出される。
この間フォトダイオードは電荷蓄積を行なっており、タ
イミングt2でφV3を高レベルとしてその電荷を垂直
CCDレジスタに読み出し、期間T2の通常転送で出力
を取り出している。シャッタ期間はt1Aからt2まで
の時間である。偶数段のフォトダイオードの出力の読み
出しは次フィールドで行なわれるが、その動作は上述の
説明でφV3をφV1に置き換える以外は同様である。
Referring to FIG. 9, the photodiode stages to be read out for each field are switched between an odd stage and an even stage. When a ternary pulse is applied to the vertical CCD register, the transfer gate becomes conductive when the level is high, and the charge of the photodiode is read out. The voltages applied to the even-numbered and odd-numbered photodiodes are φV1, φV3, and the voltage applied to the control gate electrode 12 is φCG. By turning φV3 to high level at timing t1, the signal charges accumulated in the odd-numbered photodiodes are read out to the vertical CCD register, and then transferred at high speed in the direction of the overflow drain region 9 in period T1, and φCG is set to high level. Then, it is swept out through the control gate (12) which is in a conductive state.
During this period, the photodiode is accumulating charge, and at time t2, φV3 is set to a high level to read the charge into the vertical CCD register, and the output is taken out by the normal transfer in the period T2. The shutter period is the time from t1A to t2. The reading of the output of the even-numbered photodiode is performed in the next field, but the operation is the same except that φV3 is replaced with φV1 in the above description.

【0007】図10はもう一つの従来例の固体撮像素子
を示す平面図、図11は図10に示す固体撮像素子をフ
レーム蓄積のインターレース駆動においてシャッタ動作
させる場合のタイムチャートである。
FIG. 10 is a plan view showing another conventional solid-state image pickup device, and FIG. 11 is a time chart when the solid-state image pickup device shown in FIG.

【0008】この従来例では、各フォトダイオードがコ
ントロールゲートを介してオーバーフロードレイン領域
9に接続されていることである。偶数段のフォトダイオ
ードに隣接してコントロールゲート電極16−1(コン
トロールゲート電極配線17−1に接続)が配置され、
奇数段のフォトダイオードに隣接してコントロールゲー
ト電極16−2(コントロールゲート電極配線17−2
に接続)が配置される。7aはコントロールゲート領域
である。
In this conventional example, each photodiode is connected to the overflow drain region 9 via the control gate. The control gate electrode 16-1 (connected to the control gate electrode wiring 17-1) is arranged adjacent to the even-numbered photodiodes,
Adjacent to the odd-numbered photodiodes, the control gate electrode 16-2 (control gate electrode wiring 17-2
Is connected). 7a is a control gate region.

【0009】図11を参照すると、偶数段および奇数段
のフォトダイオードを読出すための印加パルスをそれぞ
れφV1,φV3とし、対応するフォトダイオードのコ
ントロールゲートに印加する電圧を偶数段、奇数段でそ
れぞれφCG1,φCG3とする。タイミングt1でφ
CG1を高レベルとして偶数段のフォトダイオードの電
荷をオーバーフロードレイン9に掃き出し、t2から電
荷蓄積が行なわれる。t3でφV1を高レベルとするこ
とによって、垂直CCDレジスタに読み出し、通常転送
で出力を外部に取り出している。シャッタ期間はt2か
らt3である。奇数段の読み出しも同様である。
Referring to FIG. 11, the applied pulses for reading the even-numbered and odd-numbered photodiodes are φV1 and φV3, respectively, and the voltages applied to the control gates of the corresponding photodiodes are even and odd-numbered, respectively. Let φCG1 and φCG3. Φ at timing t1
With CG1 at a high level, the charges of the even-numbered photodiodes are swept out to the overflow drain 9, and the charges are accumulated from t2. By setting φV1 to a high level at t3, the data is read out to the vertical CCD register and the output is taken out by normal transfer. The shutter period is t2 to t3. The same applies to reading of odd-numbered stages.

【0010】以上1画素の電荷をそのまま出力する場合
について説明したが、図12に示すように、フィールド
蓄積のインターレース駆動では垂直シフトレジスタで2
画素の電荷を加算することもできる。t1で偶数段のフ
ォトダイオードの電荷を読み出し、それをt2までに奇
数段のフォトダイオードに隣接する垂直CCDレジスタ
まで転送し、t2で奇数段のフォトダイオードの電荷を
読み出し垂直CCDレジスタで加算する。
The case where the electric charge of one pixel is directly output has been described above. However, as shown in FIG. 12, in the interlace drive of field accumulation, two vertical shift registers are used.
It is also possible to add the charges of the pixels. The electric charges of the even-numbered photodiodes are read at t1, transferred to the vertical CCD register adjacent to the odd-numbered photodiodes by t2, and the electric charges of the odd-numbered photodiodes are read and added by the vertical CCD register at t2.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】図8および図9を参照
して説明した従来例では、電荷掃き出しのための高速転
送は転送効率の劣化を考えると任意には高速にできず、
垂直ブランキング期間内に行なわなければならないので
それ以上に長くすることはできない。つまりシャッタ時
間を任意に選ぶことができない。また図10および図1
1を参照して説明した従来例ではシャッタ時間は任意に
選べるが、単位画素内にコントロールゲートとオーバー
フロードレインを設ける必要があり、さらにリセット時
の各フォトダイオードの電位を均一とするためにコント
ロールゲートの寸法はある程度の大きさを確保しなけれ
ばならず、フィルファクタの低下を招く。またフィール
ド蓄積のインタレース動作時のように2画素の電荷を加
算する駆動方法において、フォトダイオード毎に設けら
れたトランスファゲートはフィルファクタ低下の一因と
なっている。
In the conventional example described with reference to FIGS. 8 and 9, the high-speed transfer for sweeping out charges cannot be arbitrarily performed at high speed in consideration of deterioration of transfer efficiency.
It must be done within the vertical blanking period and cannot be made longer than that. That is, the shutter time cannot be arbitrarily selected. 10 and 1
In the conventional example described with reference to FIG. 1, the shutter time can be arbitrarily selected, but it is necessary to provide a control gate and an overflow drain in the unit pixel, and further, in order to make the potentials of the photodiodes at reset uniform, It is necessary to secure a certain size for the size of, and this leads to a decrease in the fill factor. Further, in the driving method in which the charges of two pixels are added as in the interlacing operation of field accumulation, the transfer gate provided for each photodiode is one of the causes of the decrease in the fill factor.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本願第1の発明の固体撮
像素子は、複数の光電変換素子を列状に配置した複数の
光電変換素子列と、前記光電変換素子列に結合する垂直
走査レジスタと、列方向に互いに隣接する2つの前記光
電変換素子間にそれぞれ設けられた第1のコントロール
ゲートと、前記光電変換素子列の一端の近傍に設けられ
たオーバーフロードレインと、前記一端の光電変換素子
と前記オーバーフロードレインとの間に設けられた第2
のコントロールゲートとを有するというものである。
A solid-state image pickup device according to the first invention of the present application comprises a plurality of photoelectric conversion element arrays in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a row, and a vertical scanning register coupled to the photoelectric conversion element arrays. A first control gate provided between the two photoelectric conversion elements adjacent to each other in the column direction, an overflow drain provided near one end of the photoelectric conversion element row, and a photoelectric conversion element at the one end. Second provided between the overflow drain and the overflow drain
It has a control gate of.

【0013】本願第2の発明の固体撮像素子の駆動方法
は、第1の発明の固体撮像素子の、前記第2のコントロ
ールゲートのチャネル電位を所定のタイミングで前記第
1のコントロールゲートのチャネル電位を越えず前記オ
ーバーフロードレインの電位より高くして、前記光電変
換素子の電位をリセットする手段を有するというもので
ある。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of driving a solid-state image pickup device, wherein a channel potential of the second control gate of the solid-state image pickup device of the first invention is set to a channel potential of the first control gate at a predetermined timing. A means for resetting the potential of the photoelectric conversion element by raising the potential of the overflow drain to a value higher than that of the overflow drain.

【0014】本願第3の発明の固体撮像素子は、複数の
光電変換素子を列状に配置した複数の光電変換素子列
と、前記光電変換素子列の光電変換素子と一つおきにト
ランスファゲートを介して結合する垂直走査レジスタ
と、前記光電変換素子列の互いに隣接する光電変換素子
間に設けられコントロールゲートとを有するというもの
である。
In the solid-state image pickup device of the third invention of the present application, a plurality of photoelectric conversion device arrays in which a plurality of photoelectric conversion devices are arranged in a row and a photoelectric conversion device of the photoelectric conversion device array are provided with transfer gates every other. It has a vertical scanning register coupled via a photoelectric conversion element array and a control gate provided between adjacent photoelectric conversion elements of the photoelectric conversion element array.

【0015】本願第4の発明の固体撮像素子の駆動方法
は、第3の発明の固体撮像素子の前記コントロールゲー
トを所定のタイミングで一つおきに導通状態にして隣接
する2つの光電変換素子に蓄積された電荷を加算する手
段を有するというものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for driving a solid-state image pickup device, wherein the control gates of the solid-state image pickup device according to the third aspect of the invention are made conductive at every other predetermined timing so that two adjacent photoelectric conversion elements are formed. It has a means for adding the accumulated charges.

【0016】[0016]

【作用】第1および第2の発明では、光電変換素子間の
第1のコントロールゲートおよび光電変換素子とオーバ
ーフロードレイン間の第2のコントロールゲートをすべ
て導通状態とすることで、光電変換素子に蓄積された電
荷をオーバーフロードレインに掃き出すことができる。
電荷掃き出し時に垂直走査レジスタを使用しないのでシ
ャッタ時間は任意であり、単位画素内にオーバーフロー
ドレインが形成されていないのでフィルファクタを低下
させることはない。さらに、リセット時のフォトダイオ
ードの電位を、第2のコントロールゲートのチャネル電
位に揃える駆動を行うので、光電変換素子間の第1のコ
ントロールゲートの寸法精度を緩めることが出来るた
め、フィルファクタを向上できる。
According to the first and second aspects of the invention, the first control gate between the photoelectric conversion elements and the second control gate between the photoelectric conversion element and the overflow drain are all brought into conduction, whereby the photoelectric conversion elements are accumulated. The generated charge can be swept to the overflow drain.
Since the vertical scanning register is not used at the time of sweeping out the charges, the shutter time is arbitrary, and since the overflow drain is not formed in the unit pixel, the fill factor is not reduced. Furthermore, since the potential of the photodiode at the time of reset is aligned with the channel potential of the second control gate, the dimensional accuracy of the first control gate between the photoelectric conversion elements can be relaxed, and the fill factor is improved. it can.

【0017】第3および第4の発明では、光電変換素子
間のコントロールゲートを一つおきに導通状態とするこ
とで、隣接する画素間の電荷の加算が光電変換素子で出
来、全ての画素にトランスファゲートを形成する必要は
なくフィルファクタを向上できる。
According to the third and fourth aspects of the invention, by setting every other control gate between the photoelectric conversion elements to be in the conductive state, the charge between the adjacent pixels can be added by the photoelectric conversion elements and all the pixels can be added. The fill factor can be improved without the need to form a transfer gate.

【0018】[0018]

【実施例】次に第1の発明の一実施例について具体的に
説明する。図1は、第1の発明の固体撮像素子の一実施
例を示す平面図、図2(a)は図1のA−A線拡大断面
図、図2(b)は図1のB−B線拡大断面図である。
EXAMPLE An example of the first invention will now be specifically described. FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the solid-state imaging device of the first invention, FIG. 2 (a) is an enlarged cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1, and FIG. 2 (b) is a line BB of FIG. It is a line expansion sectional view.

【0019】この実施例は光電変換素子としてショット
キー・フォトダイオードを有している。
This embodiment has a Schottky photodiode as a photoelectric conversion element.

【0020】p型シリコン基板1の表面に白金シリサイ
ド層8が形成されている。白金シリサイド層8の周囲に
はn型拡散層4(ガードリング)が設けられている。ま
たn+ 型ソース領域5が白金シリサイド層8と接触して
設けられている。このような光電変換素子がチャネルス
トッパ2で相互に絶縁されて列状に配置されている。ま
た光電変換素子列と並行に垂直CCDレジスタが配置さ
れる。垂直CCDレジスタは、n型埋込みチャネル6
と、転送電極群とよりなり、転送電極群は、第1の転送
電極と第2の転送電極とを交互に配置して構成される。
11−1,11−3が第1の転送電極であり、11−
2,11−4が第2の転送電極である。
A platinum silicide layer 8 is formed on the surface of the p-type silicon substrate 1. An n-type diffusion layer 4 (guard ring) is provided around the platinum silicide layer 8. Further, n + type source region 5 is provided in contact with platinum silicide layer 8. Such photoelectric conversion elements are arranged in rows and insulated from each other by the channel stopper 2. Further, a vertical CCD register is arranged in parallel with the photoelectric conversion element array. The vertical CCD register has an n-type buried channel 6
And a transfer electrode group, and the transfer electrode group is configured by alternately arranging first transfer electrodes and second transfer electrodes.
11-1 and 11-3 are the first transfer electrodes, and 11-
2, 11-4 are second transfer electrodes.

【0021】図8に示した従来の固体撮像素子との相違
は、フォトダイオード間に第1のコントロールゲート
(コントロールゲート領域7と第1のコントロールゲー
ト電極12−11…とよりなる)を設け、フォトダイオ
ード列の一端とオーバーフロードレイン領域9との間に
第2のコントロールゲート(コントンロールゲート領域
7と第2のコントロールゲート電極12−2とよりな
る)を設けたことである。
The difference from the conventional solid-state imaging device shown in FIG. 8 is that a first control gate (comprising a control gate region 7 and first control gate electrodes 12-11 ...) Is provided between photodiodes. The second control gate (consisting of the control gate region 7 and the second control gate electrode 12-2) is provided between one end of the photodiode array and the overflow drain region 9.

【0022】第1の転送電極11−1,11−3は第1
層ポリシリコン膜、第1のコントロールゲート電極12
−11,12−12,…は第2層ポリシリコン膜、第2
の転送電極11−2,11−4は第3層ポリシリコン膜
で形成される。第1,第2のコントロールゲート電極配
線と第2の転送電極配線はフォトダイオード間のチャネ
ルストッパ上を通り水平方向に引き出し、第1の転送電
極配線15−1,15−3は垂直走査レジスタ上を通し
垂直方向に引き出している。第1の転送電極配線15−
1,15−3は層間絶縁膜14および酸化シリコン膜1
3を貫通する接続孔C1を介してそれぞれ第1の転送電
極11−1,11−3に接続される。なお、10はシリ
コン基板表面と第1層ポリシリコン膜との間の酸化シリ
コン膜である。また、第1,第2のコントロールゲート
領域7がフォトダイオードの長辺に接する素子分離領域
の一部に形成されている場合を示したが、前述の素子分
離領域全部をコントロールゲート領域とすることももち
ろん可能である。このような素子分離はフィールドシー
ルド分離と呼ばれているが、素子分離幅をLOCOS酸
化によるものに比べて狭くできるので、フィルファクタ
が向上する。本実施例は電荷結合素子の場合について説
明したが、MOS型撮像素子等への応用ももちろん可能
である。このことは、以下の第2〜第4の発明に共通し
て言えることである。
The first transfer electrodes 11-1 and 11-3 are the first
Layer polysilicon film, first control gate electrode 12
-11, 12-12, ... Are second-layer polysilicon films, second
The transfer electrodes 11-2 and 11-4 are formed of a third-layer polysilicon film. The first and second control gate electrode wirings and the second transfer electrode wirings pass through the channel stopper between the photodiodes and are drawn out in the horizontal direction, and the first transfer electrode wirings 15-1 and 15-3 are on the vertical scanning register. Through in the vertical direction. First transfer electrode wiring 15-
1, 15-3 are the interlayer insulating film 14 and the silicon oxide film 1.
3 are respectively connected to the first transfer electrodes 11-1 and 11-3 via the connection hole C1 penetrating therethrough. Reference numeral 10 is a silicon oxide film between the surface of the silicon substrate and the first-layer polysilicon film. Further, although the case where the first and second control gate regions 7 are formed in a part of the element isolation region which is in contact with the long side of the photodiode is shown, the entire element isolation region described above is used as the control gate region. Of course it is possible. Such element isolation is called field shield isolation, but since the element isolation width can be made narrower than that by LOCOS oxidation, the fill factor is improved. Although the present embodiment has been described with respect to the case of the charge coupled device, it can be applied to a MOS type image pickup device and the like. This is common to the following second to fourth inventions.

【0023】図3は本実施例の変形を示す平面図であ
る。
FIG. 3 is a plan view showing a modification of this embodiment.

【0024】第1の転送電極11−1a,11−3a,
第2の転送電極11−2a,11−4a,第1のコント
ロールゲート電極16−1,第2のコントロール電極1
6−2への配線はアルミニウム等の金属を用い、アクテ
ィブエリアコンタクトC1またはC2で接続し、金属配
線15−1a,15−2,15−3a,15−4,15
−6,15−71,15−72,…はフォトダイオード
上等を通り水平方向に引き出している。この変形は赤外
線イメージセンサ等のように裏面照射するデバイスに適
用できるものであるが、配線抵抗が低く高速動作に適し
ている。
The first transfer electrodes 11-1a, 11-3a,
Second transfer electrodes 11-2a, 11-4a, first control gate electrode 16-1, second control electrode 1
The wiring to 6-2 is made of metal such as aluminum and is connected by the active area contact C1 or C2, and the metal wiring 15-1a, 15-2, 15-3a, 15-4, 15 is connected.
-6, 15-71, 15-72, ... Draw out in the horizontal direction through the photodiodes and the like. This modification can be applied to a device that irradiates the back surface, such as an infrared image sensor, but has low wiring resistance and is suitable for high-speed operation.

【0025】次に第2の発明である、第1の発明の固体
撮像素子の駆動方法の一実施例を、図4および図5を参
照して説明する。
Next, an embodiment of the method for driving the solid-state image pickup device of the first invention, which is the second invention, will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

【0026】図4は印加電圧のタイムチャート、図5は
各時間でのフォトダイオード列方向の電位を示してい
る。
FIG. 4 shows a time chart of the applied voltage, and FIG. 5 shows the potential in the photodiode column direction at each time.

【0027】電荷結合素子の場合トランスファゲート領
域と接続された垂直走査レジスタの転送電極を、トラン
スファゲート電極を含むように形成して、この転送電極
に3値パルスを印加することでトランスファゲートの制
御を行なっており、高レベル時にトランスファゲートが
導通状態となりフォトダイオードの電荷を垂直走査レジ
スタに読出すことが出来る。偶数段および奇数段のフォ
トダイオードを読出すための印加パルスをそれぞれφV
1,φV3,第1,第2のコントロールゲート電極に印
加する電圧をそれぞれφCGFD,φCGOFD ,オーバー
フロードレイン領域に印加する電圧をφOFDとする。
t1でφCGFD,φCGOFD を高レベルとして第1,第
2のコントロールゲートを導通状態とすることによっ
て、フォトダイオードに蓄積されている電荷はフォトダ
イオード列を通してオーバーフロードレイン領域9に掃
き出される。t2でφOFDを低レベルとしてフォトダ
イオードに電荷を注入し、t3でφOFDを高レベルと
している。この時オーバーフロードレインに接続してい
る第2のコントロールゲートのチャネル電位を、フォト
ダイオード間の第1のコントロールゲートのチャネル電
位より高くならないように、またオーバーフロードレイ
ン領域9の電位より高くすることでフォトダイオードの
電位を前者のチャネル電位に揃えてリセットする。チャ
ネル電位はゲート電極に印加する電圧やチャネルの不純
物濃度で制御する。オーバーフロードレインと接続して
いる第2のコントロールゲートは、イメージエリアの周
辺に存在しているのでその寸法の制約は小さく、プロセ
スによる寸法ばらつきを低く抑えることができる。従っ
て、全てのフォトダイオードを同一の電位にリセットす
ることが可能である。t4で第1,第2のコントロール
ゲートを閉じると同時に、フォトダイオードに光電変換
によって生成された電荷が蓄積され、t5でトランスフ
ァゲートを導通状態とし偶数段のフォトダイオードの電
荷を垂直走査レジスタに読み出している。t4からt5
までの時間がシャッタ時間となるが、その時間は、電荷
の掃き出しとリセットに必要な時間を除き自由に選択で
きる。奇数段のフォトダイオードの読み出しも同様であ
る。上述の実施例は、フレーム蓄積の場合について示し
たが、フィールド蓄積の場合にも同様に応用が可能であ
る。
In the case of the charge coupled device, the transfer electrode of the vertical scanning register connected to the transfer gate region is formed to include the transfer gate electrode, and the transfer gate is controlled by applying a ternary pulse to the transfer electrode. At a high level, the transfer gate becomes conductive and the charges of the photodiode can be read out to the vertical scanning register. An applied pulse for reading the photodiodes of even and odd stages is φV, respectively.
1, φV3, φCG FD and φCG OFD are voltages applied to the first and second control gate electrodes, and φOFD is a voltage applied to the overflow drain region.
At t1, φCG FD and φCG OFD are set to a high level to bring the first and second control gates into a conductive state, so that the charges accumulated in the photodiodes are swept out to the overflow drain region 9 through the photodiode rows. At t2, φOFD is set to low level to inject charges into the photodiode, and at t3, φOFD is set to high level. At this time, the channel potential of the second control gate connected to the overflow drain is prevented from becoming higher than the channel potential of the first control gate between the photodiodes, and is set higher than the potential of the overflow drain region 9 to photo. The diode potential is reset to the former channel potential. The channel potential is controlled by the voltage applied to the gate electrode and the impurity concentration of the channel. Since the second control gate connected to the overflow drain is located around the image area, the size of the second control gate is not so limited, and the size variation due to the process can be suppressed. Therefore, it is possible to reset all the photodiodes to the same potential. At t4, the first and second control gates are closed, and at the same time, the charges generated by photoelectric conversion are accumulated in the photodiode, and at t5, the transfer gate is turned on and the charges of the even-numbered photodiodes are read to the vertical scanning register. ing. t4 to t5
Is the shutter time, but that time can be freely selected except the time required for sweeping out and resetting the charges. The same applies to reading out the photodiodes in odd stages. Although the above-mentioned embodiment shows the case of the frame accumulation, it can be similarly applied to the case of the field accumulation.

【0028】次に第3の発明の実施例について説明す
る。図6は、第3の発明の固体撮像素子の一実施例を示
す平面図である。
Next, an embodiment of the third invention will be described. FIG. 6 is a plan view showing an embodiment of the solid-state image sensor of the third invention.

【0029】コントロールゲート51(はコントロール
ゲート電極12aおよびコントロールゲート領域7から
構成される)は、フォトダイオード101(n型拡散層
4a,白金シリサイド層8a)とフォトダイオード10
2(n型拡散層4b,白金シリサイド層8b)、103
と104,…を接続し、第2のコントロールゲート52
(第2のコントロールゲート電極12bおよびコントロ
ールゲート領域7から構成される)はフォトダイオード
102と103,104と101,…を接続している。
この実施例が図8および図10に示した従来例と異なる
点は、フォトダイオード間をコントロールゲートを介し
て接続している点である。図12を参照して説明したよ
うに、フィールド蓄積のインターレース方式では奇数段
と偶数段の画素の加算が垂直走査レジスタで行なわれて
いるが、本実施例の場合にはフォトダイオードで行なわ
れるのでトランスファーゲート(第1の転送電極11−
1,トランスファゲート領域3)を1つおきに形成して
いる。トランスファーゲートのある画素とない画素では
フォトダイオードの形状が異なるが、垂直解像度を保つ
ために面積は同一にする。トランスファーゲートのチャ
ネル電位で、フォトダイオードのリセット電位が決まる
ので、そのばらつきを抑さえるためにある程度の大きさ
を確保する必要がある。これに対しフォトダイオード間
のコントロールゲートは、そのチャネル電位がトランス
ファーゲートのチャネル電位よりも高くしておけば接続
された2つのフォトダイオードが同一の電位にリセット
される。従って、ばらつきは問題とならない。つまりト
ランスファゲートが減少することで、フィルタファクタ
が増加する。図6ではコントロールゲートがフォトダイ
オードの長辺に接する素子分離領域の一部に形成されて
いるが、この素子分離領域全部をコントロールゲートと
することももちろん可能である。このような素子分離は
フィールドシールド分離と呼ばれているが、素子分離幅
をLOCOS酸化によるものに比べて狭くできるので、
フィルタファクタが向上する。
The control gate 51 (consisting of the control gate electrode 12a and the control gate region 7) includes the photodiode 101 (n-type diffusion layer 4a, platinum silicide layer 8a) and the photodiode 10.
2 (n-type diffusion layer 4b, platinum silicide layer 8b), 103
And 104, ..., and the second control gate 52
The photodiodes 102 and 103, 104 and 101, ... Are connected to each other (composed of the second control gate electrode 12b and the control gate region 7).
This embodiment is different from the conventional example shown in FIGS. 8 and 10 in that photodiodes are connected via control gates. As described with reference to FIG. 12, in the field storage interlace method, addition of pixels in odd-numbered stages and even-numbered stages is performed in the vertical scanning register, but in the case of this embodiment, it is performed in photodiodes. Transfer gate (first transfer electrode 11-
1, every other transfer gate region 3) is formed. The shape of the photodiode differs between the pixel with the transfer gate and the pixel without the transfer gate, but the area is the same in order to maintain vertical resolution. Since the reset gate potential of the photodiode is determined by the channel potential of the transfer gate, it is necessary to secure a certain level in order to suppress the variation. On the other hand, if the channel potential of the control gate between the photodiodes is set higher than the channel potential of the transfer gate, the two connected photodiodes are reset to the same potential. Therefore, the variation does not matter. That is, as the transfer gates decrease, the filter factor increases. In FIG. 6, the control gate is formed in a part of the element isolation region in contact with the long side of the photodiode, but it is of course possible to use the entire element isolation region as the control gate. Such element isolation is called field shield isolation, but since the element isolation width can be made narrower than that by LOCOS oxidation,
The filter factor is improved.

【0030】次に第4の発明である、第3の発明の固体
撮像素子の駆動方法の一実施例を、図7を参照して説明
する。図7は印加電圧のタイミングを示している。
Next, an embodiment of a method of driving the solid-state image pickup device of the third invention, which is the fourth invention, will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows the timing of the applied voltage.

【0031】電荷結合素子の場合トランスファゲートと
接続された垂直走査レジスタの転送電極(11−1)
を、トランスファゲート電極を含むように形成して、こ
の転送電極に3値パルスを印加することでトランスファ
ゲートの制御を行なっており、高レベル時にトランスフ
ァゲートが導通状態となりフォタダイオードの電荷を垂
直シフトレジスタに読出すことが出来る。フォトダイオ
ード102,104,…からの電荷を読出すための印加
電圧をφV1、コントロールゲート電極12a,12b
に印加する電圧をそれぞれφCG1、φCG2とする。
φCG2が高レベルの状態t1でφV1を高レベルとし
て全てのフォトダイオードから電荷を読み出し、リセッ
トし、t2でφCG2を低レベルとして各フォトダイオ
ードを独立させ、t3でφCG1を高レベルとしてフォ
トダイオード101と102、103と104、…の電
荷加算を行ない、t4で垂直シフトレジスタに読出すと
ともに全てのフォトダイオードをリセットする。t5で
φCG1を低レベルとし各フォトダイオードを独立さ
せ、t6でφCG2を高レベルとしてフォトダイオード
102と103、101と104、…の電荷加算を行な
い、t7で垂直シフトレジスタに読出している。このよ
うにフィールド毎にφCG1とφCG2を交互に高レベ
ルにして、加算する組み合わせに変えて、フィールド蓄
積のインターレース動作を行なう。フォトダイオード間
のチャネル電位を、φV1が高レベル中にトランスファ
ゲートのチャネル電位VchTGよりも高くすることで、
フォトダイオードをVchTGにリセットできる。
In the case of the charge coupled device, the transfer electrode (11-1) of the vertical scanning register connected to the transfer gate
Is formed so as to include the transfer gate electrode, and the transfer gate is controlled by applying a ternary pulse to the transfer electrode. When the transfer gate is at a high level, the transfer gate becomes conductive and the charge of the photodiode is vertically It can be read into the shift register. The applied voltage for reading out the charges from the photodiodes 102, 104, ... Is φV1, and the control gate electrodes 12a, 12b.
The voltages to be applied to ΦCG1 and ΦCG2, respectively.
When φCG2 is at a high level, φV1 is set to a high level to read charges from all the photodiodes and reset, and at t2, φCG2 is set to a low level to make each photodiode independent, and at t3, φCG1 is set to a high level and the photodiodes 101 are provided. The charges of 102, 103 and 104, ... Are added and read out to the vertical shift register at t4 and all photodiodes are reset. At t5, φCG1 is set to a low level to make each photodiode independent, and at t6, φCG2 is set to a high level to add charges to the photodiodes 102 and 103, 101 and 104, ... And read to the vertical shift register at t7. In this way, φCG1 and φCG2 are alternately set to a high level for each field, and the addition is changed to a combination for performing the field storage interlacing operation. By making the channel potential between the photodiodes higher than the channel potential Vch TG of the transfer gate while φV1 is at a high level,
The photodiode can be reset to Vch TG .

【0032】以上の説明で4相転送パルスφV1〜φV
4についてはフォトダイオードから電荷を読出す3値パ
ルスを除き、公知のことであるから具体的に示さなかっ
たが、当業者にとっては明らかなことであろう。
In the above description, the four-phase transfer pulses φV1 to φV
No. 4 is not specifically shown because it is known, except for the ternary pulse for reading out the charge from the photodiode, but it will be apparent to those skilled in the art.

【0033】[0033]

【発明の効果】第1および第2の発明によれば、光電変
換素子を通して光電変換素子に蓄積された電荷をオーバ
ーフロードレインに掃き出すことができる、固体撮像素
子とその駆動方法が得られる。垂直走査レジスタを介さ
ずに電荷を掃き出しているので、掃き出し時間や垂直ブ
ランキング時間に制約されることなく任意のシャッタ時
間を選択でき、単位画素内にオーバーフロードレインが
形成されていないのでフィルファクタを低下させること
はない。さらにリセット時の光電変換素子の電位を、オ
ーバーフロードレインに接続されたコントロールゲート
のチャネル電位に揃える駆動を行なっているので、光電
変換素子のコントロールゲートの寸法精度を緩めること
が出来るためフィルファクタを向上できる。
According to the first and second aspects of the invention, a solid-state imaging device and a driving method thereof can be obtained in which charges accumulated in the photoelectric conversion device can be swept out to the overflow drain through the photoelectric conversion device. Since the charge is swept out without going through the vertical scan register, any shutter time can be selected without being restricted by the sweep time or the vertical blanking time, and since the overflow drain is not formed in the unit pixel, the fill factor can be changed. It does not decrease. Furthermore, since the drive voltage is adjusted so that the electric potential of the photoelectric conversion element at the time of reset is aligned with the channel electric potential of the control gate connected to the overflow drain, the dimensional accuracy of the control gate of the photoelectric conversion element can be relaxed and the fill factor is improved. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1の発明の一実施例を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the first invention.

【図2】図1のA−A線拡大断面図(図2(a))およ
びB−B線拡大断面図(図2(b))である。
2 is an enlarged sectional view taken along the line AA (FIG. 2A) and an enlarged sectional view taken along the line BB of FIG. 1 (FIG. 2B).

【図3】第1の発明の一実施例の変形を示す平面図であ
る。
FIG. 3 is a plan view showing a modification of the first embodiment of the invention.

【図4】第2の発明の一実施例の説明のためのタイムチ
ャートである。
FIG. 4 is a time chart for explaining an embodiment of the second invention.

【図5】第2の発明の一実施例の説明のための電位図で
ある。
FIG. 5 is a potential diagram for explaining one embodiment of the second invention.

【図6】第3の発明の一実施例を示す平面図である。FIG. 6 is a plan view showing an embodiment of the third invention.

【図7】第4の発明の一実施例の説明のためのタイムチ
ャートである。
FIG. 7 is a time chart for explaining an embodiment of the fourth invention.

【図8】従来の固体撮像素子の一例を示す平面図であ
る。
FIG. 8 is a plan view showing an example of a conventional solid-state image sensor.

【図9】従来の固体撮像素子の一例をシャッタ動作させ
たときの駆動方法の一例の説明のためのチャイムチャー
トである。
FIG. 9 is a chime chart for explaining an example of a driving method when a shutter operation is performed as an example of a conventional solid-state imaging device.

【図10】従来の固体撮像素子の別の例を示す平面図で
ある。
FIG. 10 is a plan view showing another example of a conventional solid-state image sensor.

【図11】従来の固体撮像素子の別の例をシャッタ動作
させたときの駆動方法の一例の説明のためのチャイムチ
ャートである。
FIG. 11 is a chime chart for explaining an example of a driving method when another example of the conventional solid-state imaging device is operated as a shutter.

【図12】従来の固体撮像素子をフィールド蓄積インタ
ーレース動作させるときの駆動方法の一例の説明のため
のタイムチャートである。
FIG. 12 is a time chart for explaining an example of a driving method when a conventional solid-state imaging device is operated in a field storage interlace mode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p型シリコン基板 2 チャネルストッパ 3 トランスファゲート領域 4,4a,4b n型拡散層 5,5a,5b n+ 型ソース領域 6 n型埋込みチャネル 7,7a コントロールゲート領域 8,8a,8b 白金シリサイド層 9 オーバーフロードレイン領域 10 酸化シリコン膜 11−1,11−1a,11−1c,11−3,11−
3a,11−3b,11−3c 第1の転送電極 11−2,11−2a,11−2c,11−4,11−
4a,11−4c第2の転送電極 12,12a,12b コントロールゲート電極 12−11,12−3,12−12,12−13 第
1のコントロールゲート電極 12−2,12−4 第2のコントロールゲート電極 13 酸化シリコン膜 14 層間絶縁膜 15−1,15−1a,15−3,15−3a 第1
の転送電極配線 15−2,15−4 第2の転送電極配線 15−71,15−72,15−73 金属配線 16−1 第1のコントロールゲート電極 16−2 第2のコントロールゲート電極 51 第1のコントロールゲート 52 第2のコントロールゲート 101,102,103,104 フォトダイオード
1 p-type silicon substrate 2 channel stopper 3 transfer gate region 4, 4a, 4b n-type diffusion layer 5, 5a, 5b n + type source region 6 n-type buried channel 7, 7a control gate region 8, 8a, 8b platinum silicide layer 9 Overflow drain region 10 Silicon oxide film 11-1, 11-1a, 11-1c, 11-3, 11-
3a, 11-3b, 11-3c 1st transfer electrode 11-2, 11-2a, 11-2c, 11-4, 11-
4a, 11-4c 2nd transfer electrode 12, 12a, 12b Control gate electrode 12-11, 12-3, 12-12, 12-13 1st control gate electrode 12-2, 12-4 2nd control Gate electrode 13 Silicon oxide film 14 Interlayer insulating film 15-1, 15-1a, 15-3, 15-3a 1st
Transfer electrode wiring 15-2, 15-4 second transfer electrode wiring 15-71, 15-72, 15-73 metal wiring 16-1 first control gate electrode 16-2 second control gate electrode 51th 1 control gate 52 2nd control gate 101, 102, 103, 104 Photodiode

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数の光電変換素子を列状に配置した複
数の光電変換素子列と、前記光電変換素子列に結合する
垂直走査レジスタと、列方向に互いに隣接する2つの前
記光電変換素子間にそれぞれ設けられた第1のコントロ
ールゲートと、前記光電変換素子列の一端の近傍に設け
られたオーバーフロードレインと、前記一端の光電変換
素子と前記オーバフロードレインとの間に設けられた第
2のコントロールゲートとを有することを特徴とする固
体撮像素子。
1. A plurality of photoelectric conversion element arrays in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a row, a vertical scanning register coupled to the photoelectric conversion element arrays, and between two photoelectric conversion elements adjacent to each other in the column direction. A first control gate provided in each of the photoelectric conversion elements, an overflow drain provided in the vicinity of one end of the photoelectric conversion element array, and a second control provided between the photoelectric conversion element at the one end and the overflow drain. A solid-state imaging device having a gate.
【請求項2】 複数の光電変換素子を列状に配置した複
数の光電変換素子列と、前記光電変換素子列に結合する
垂直走査レジスタと、列方向に互いに隣接する2つの前
記光電変換素子間にそれぞれ設けられた第1のコントロ
ールゲートと、前記光電変換素子列の一端の近傍に設け
られたオーバーフロードレインと、前記一端の光電変換
素子と前記オーバーフロードレンインとの間に設けられ
た第2のコントロールゲートとを有する固体撮像素子
の、前記第2のコントロールゲートのチャネル電位を所
定のタイミングで前記第1のコントロールゲートのチャ
ネル電位を越えず前記オーバーフロードレインの電位よ
り高くして、前記光電変換素子の電位をリセットする手
段を有することを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
2. A plurality of photoelectric conversion element arrays in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a row, a vertical scanning register coupled to the photoelectric conversion element arrays, and between two photoelectric conversion elements adjacent to each other in the column direction. A first control gate provided in each of the photoelectric conversion devices, an overflow drain provided near one end of the photoelectric conversion device array, and a second drain provided between the photoelectric conversion device at the one end and the overflow drain in. In the solid-state imaging device having a control gate, the channel potential of the second control gate is made higher than the potential of the overflow drain without exceeding the channel potential of the first control gate at a predetermined timing, and the photoelectric conversion element is provided. A method for driving a solid-state image sensor, comprising: means for resetting the electric potential of the device.
【請求項3】 複数の光電変換素子を列状に配置した複
数の光電変換素子列と、前記光電変換素子列の光電変換
素子と一つおきにトランスファゲートを介して結合する
垂直走査レジスタと、前記光電変換素子列の互いに隣接
する光電変換素子間に設けられたコントロールゲートと
を有することを特徴とする固体撮像素子。
3. A plurality of photoelectric conversion element arrays in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a row, and a vertical scanning register which is coupled to every other photoelectric conversion element of the photoelectric conversion element array via a transfer gate. A solid-state imaging device, comprising: a control gate provided between photoelectric conversion devices adjacent to each other in the photoelectric conversion device array.
【請求項4】 複数の光電変換素子を列状に配置した複
数の光電変換素子列と、前記光電変換素子列の光電変換
素子と一つおきにトランスファゲートを介して結合する
垂直レジスタと、前記光電変換素子列の互いに隣接する
光電変換素子間に設けられたコントロールゲートとを有
する固体撮像素子の、前記コントロールゲートを所定の
タイミングで一つおきに導通状態にして隣接する2つの
光電変換素子に蓄積された電荷を加算する手段を有する
ことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
4. A plurality of photoelectric conversion element arrays in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a row, a vertical register which is coupled to every other photoelectric conversion element of the photoelectric conversion element array via a transfer gate, In a solid-state imaging device having a control gate provided between adjacent photoelectric conversion devices of a photoelectric conversion device array, the control gates are made conductive at every other predetermined timing to form two adjacent photoelectric conversion devices. A method for driving a solid-state image pickup device, comprising a means for adding accumulated charges.
JP5112567A 1993-05-14 1993-05-14 Solid-state image sensor and driving method thereof Expired - Lifetime JP2500438B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5112567A JP2500438B2 (en) 1993-05-14 1993-05-14 Solid-state image sensor and driving method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5112567A JP2500438B2 (en) 1993-05-14 1993-05-14 Solid-state image sensor and driving method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06326932A JPH06326932A (en) 1994-11-25
JP2500438B2 true JP2500438B2 (en) 1996-05-29

Family

ID=14589936

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5112567A Expired - Lifetime JP2500438B2 (en) 1993-05-14 1993-05-14 Solid-state image sensor and driving method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2500438B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4641103B2 (en) * 2001-01-30 2011-03-02 浜松ホトニクス株式会社 Semiconductor energy detector

Also Published As

Publication number Publication date
JPH06326932A (en) 1994-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS6338866B2 (en)
US5757427A (en) Image pick-up apparatus having a charge coupled device with multiple electrodes, a buffer layer located below some of the electrodes
JP2524434B2 (en) CCD image element
JPH10178588A (en) Driving method for solid-state image pickup device
JPH06121238A (en) Ccd imaging element
JP2000340784A (en) Solid-state image pickup device
JP3218399B2 (en) 3D CCD image sensor
JPH05276448A (en) Charge transferring method, device therefor and solid-state image pickup device using the same
US20060164532A1 (en) Solid state imaging apparatus and driving method for the solid stateimaging apparatus
JP2500438B2 (en) Solid-state image sensor and driving method thereof
JP3239223B2 (en) CCD image element
JP3718103B2 (en) Solid-state imaging device, driving method thereof, and camera using the same
JPH04315473A (en) Solid-state image pickup element
JP3509184B2 (en) Driving method of solid-state imaging device
JPS62208668A (en) Charge transfer type solid-state image sensing element
US5978026A (en) Solid-state image pickup device
JP3397151B2 (en) Driving method of solid-state imaging device
JPH0712079B2 (en) Solid-state image sensor
JPH0360226B2 (en)
JP2825075B2 (en) Solid-state imaging device and driving method thereof
JP2592193B2 (en) CCD image element
JP2605728B2 (en) Solid-state imaging device
JP3277385B2 (en) Solid-state imaging device
JPH0513746A (en) Solid-state image pickup device
JP2866329B2 (en) Structure of solid-state image sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19960116