JP2880011B2 - Solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device

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JP2880011B2
JP2880011B2 JP3338721A JP33872191A JP2880011B2 JP 2880011 B2 JP2880011 B2 JP 2880011B2 JP 3338721 A JP3338721 A JP 3338721A JP 33872191 A JP33872191 A JP 33872191A JP 2880011 B2 JP2880011 B2 JP 2880011B2
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浩 谷川
亜紀夫 迫田
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Fuji Fuirumu Maikuro Debaisu Kk
Fujifilm Holdings Corp
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Fuji Fuirumu Maikuro Debaisu Kk
Fuji Photo Film Co Ltd
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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、電荷結合型固体撮像装
置(CCD)に関し、特に、電子シャッタ機能を有する
電荷結合型固体撮像装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charge-coupled solid-state imaging device (CCD), and more particularly to a charge-coupled solid-state imaging device having an electronic shutter function.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、高分解能を有し、かつ全画素同時
に撮像できる固体撮像装置が要望されている。高分解能
を実現するには画素数を多くすることが必要であるが、
画素数を多くすると電荷転送用の電極数も多くする必要
が生じる。たとえば、3相駆動を行なおうとすると、画
素数の3倍の転送電極が必要になる。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been a demand for a solid-state imaging device having a high resolution and capable of imaging all pixels simultaneously. To achieve high resolution, it is necessary to increase the number of pixels,
When the number of pixels is increased, it is necessary to increase the number of electrodes for charge transfer. For example, if three-phase driving is to be performed, three times as many transfer electrodes as pixels are required.

【0003】従来、電荷結合型固体撮像装置として、ア
コーディオン転送方式による走査読み出しを適用したフ
レーム転送型の固体撮像装置(FT−CCD)が知られ
ている( PHILIPS TECHNICAL REVIEW VOL.43, No.1/2,
1986, The accordion imager, a new solid-state ima
ge sensor, A.J.P.Theuwissen and C.H.L.Weijtens)。
Conventionally, as a charge-coupled solid-state imaging device, a frame transfer type solid-state imaging device (FT-CCD) to which scanning readout by an accordion transfer method is applied is known (PHILIPS TECHNICAL REVIEW VOL. 43, No. 1). / 2,
1986, The accordion imager, a new solid-state ima
ge sensor, AJPTheuwissen and CHLWeijtens).

【0004】この固体撮像装置の概略を図14〜図19
を参照して説明する。まず、全体構造は、図14に示す
ように、光電変換機能と電荷転送機能とを有するm本の
垂直転送路L1 〜Lm からなる受光部Aと、これらの垂
直転送路L1 〜Lm に連設され且つ表面に遮光膜が積層
された電荷転送路からなる蓄積部Bと、蓄積部Bの各電
荷転送路の終端に接続すると共に表面が遮光膜で覆われ
た水平電荷転送路Cを具備している。
FIGS. 14 to 19 schematically show this solid-state imaging device.
This will be described with reference to FIG. First, the entire structure, as shown in FIG. 14, a light receiving portion A consisting of vertical transfer path L 1 ~L m of the m having a photoelectric conversion function and a charge transfer function, these vertical transfer path L 1 ~L a storage unit B to the light-shielding film provided continuously to and the surface is made of a charge transfer path laminated to m, the horizontal charge transfer path whose surface is covered with a light shielding film with connecting the end of each charge transfer path of the storage section B C is provided.

【0005】垂直電荷転送路L1 〜Lm の上面には、各
画素毎に1本ずつの転送ゲート電極が対応するようにし
て、電荷転送方向Yに沿って復数本の転送ゲート電極が
並設され、これらのゲート電極にアコーディオン転送方
式に準じた所定タイミングのゲート信号を印加すること
によって露光時には画素に相当するポテンシャル井戸と
ポテンシャル障壁を垂直転送路L1 〜Lm に発生させ、
転送時にはポテンシャル井戸とポテンシャル障壁を所定
タイミングで変化させることにより、Y方向に電荷転送
する。
On the upper surfaces of the vertical charge transfer paths L 1 to L m, a plurality of transfer gate electrodes are provided along the charge transfer direction Y such that one transfer gate electrode corresponds to each pixel. By applying gate signals at predetermined timings according to the accordion transfer method to these gate electrodes, potential wells and potential barriers corresponding to pixels are generated in the vertical transfer paths L 1 to L m during exposure,
At the time of transfer, charge is transferred in the Y direction by changing the potential well and the potential barrier at a predetermined timing.

【0006】図中の符号Dで示すシフトレジスタが、ス
タートパルスIMを2相のクロック信号φ1 、φ2 に同
期して転送動作することにより、上記のゲート信号を発
生させる。
The shift register indicated by reference symbol D in the figure performs the transfer operation of the start pulse IM in synchronization with the two-phase clock signals φ 1 and φ 2 to generate the above gate signal.

【0007】また、蓄積部Bの電荷転送路も同様のゲー
ト電極が設けられ、シフトレジスタEが2相のクロック
信号φ1 、φ2 に同期してスタートパルスSTを転送動
作することにより形成したゲート信号により、Y方向に
電荷転送する。
The charge transfer path of the storage section B is also provided with a similar gate electrode, and is formed by the shift register E performing a transfer operation of the start pulse ST in synchronization with the two-phase clock signals φ 1 and φ 2 . The charge is transferred in the Y direction by the gate signal.

【0008】そして、受光部Aで発生した画素信号を、
垂直電荷転送路L1 〜Lm 及び蓄積部Bの電荷転送路が
同期をとりながら蓄積部Bまで転送して一旦保持した
後、蓄積部Bの画素信号を一行ずつ水平電荷転送路Cへ
転送し、転送される毎に水平電荷転送路Cがシフトレジ
スタFからのゲート信号に同期して水平電荷転送するこ
とにより、全画素信号を読み出す。
Then, the pixel signal generated in the light receiving section A is
After charge transfer path of the vertical charge transfer paths L 1 ~L m and the storage section B is held temporarily transferred to the accumulation unit B while synchronizing, transferring pixel signal accumulation unit B to the horizontal charge transfer path C line by line Then, every time the transfer is performed, the horizontal charge transfer path C transfers the horizontal charge in synchronization with the gate signal from the shift register F, thereby reading out all the pixel signals.

【0009】さらに、この走査読出しのための各信号の
タイミングを図15に示す。同図(a)に図示するよう
に、各スタートパルスIMとSTを所定のタイミングで
シフトレジスタDとEに供給し、2相のクロック信号φ
1 、φ2 に同期してこれらを転送する。
FIG. 15 shows the timing of each signal for scanning and reading. As shown in FIG. 3A, the start pulses IM and ST are supplied to the shift registers D and E at a predetermined timing, and the two-phase clock signal φ is supplied.
1, and transfers them in synchronism with phi 2.

【0010】同図(b)に示すように、受光領域Aの垂
直電荷転送路L1 〜Lm の各ゲート電極にシフトレジス
タDの各ビット出力接点からのゲート信号AI 、BI
I 、DI ……が順番に供給される。
As shown in FIG. 1B, the gate signals A I , B I , from the bit output contacts of the shift register D are applied to the gate electrodes of the vertical charge transfer paths L 1 to L m in the light receiving area A, respectively.
C I , D I ... Are supplied in order.

【0011】同様に同図(c)に示すように、蓄積部B
の電荷転送路のゲート電極にシフトレジスタEの各ビッ
ト出力接点からのゲート信号AS 、BS 、CS 、DS
…が順番に供給される。なお、説明の都合上、それぞれ
8本のゲート電極に対応するゲート信号だけを示す。
[0011] Similarly, as shown in FIG.
The gate signals A S , B S , C S , D S.
Are supplied in order. For convenience of explanation, only gate signals corresponding to eight gate electrodes are shown.

【0012】これらのゲート信号AI 、BI 、CI 、D
I ……、AS 、BS 、CS 、DS ……の電圧変化による
と、図16に示すように、受光部Aと蓄積部Bの各ゲー
ト電極(偶数番目のゲート電極をEv、奇数番目のゲー
ト電極をOdで示す)下の転送路に、水平電荷転送路C
側の画素信号qa から順番に転送するようにポテンシャ
ル井戸及びポテンシャル障壁が変化する。
These gate signals A I , B I , C I , D
I ......, A S, B S , C S, D S according to the change in voltage ..., as shown in FIG. 16, Ev each gate electrode (the even-numbered gate electrodes of the storage unit B and the light-receiving unit A, Odd gate electrodes are indicated by Od).
Potential wells and potential barriers to transfer in order from the pixel signal q a side changes.

【0013】したがって、ある垂直電荷転送路及びそれ
に接続する蓄積部Bの電荷転送路の電荷転送を代表して
示せば、図17のようになる。すなわち、ある時点t0
で露光を行なうものとすると、受光領域Aの垂直電荷転
送路にはゲート電極の配列にしたがってポテンシャル井
戸(図中のハッチの部分)とポテンシャル障壁(図中の
白抜の部分)が交互に発生し、ポテンシャル井戸を各画
素として画素信号qa 、qb 、qc 、qd ……が発生す
る。
FIG. 17 shows a typical vertical charge transfer path and charge transfer of the charge transfer path of the storage section B connected thereto. That is, at a certain time t 0
In this case, potential wells (hatched portions in the drawing) and potential barriers (white portions in the drawing) are generated alternately in the vertical charge transfer path of the light receiving region A in accordance with the arrangement of the gate electrodes. Then, pixel signals q a , q b , q c , q d ... Are generated using the potential well as each pixel.

【0014】そしてこれらの画素信号は、最も蓄積部B
に近い側の画素信号qa から順番に蓄積部Bへ転送され
ていく。この転送時のポテンシャル井戸とポテンシャル
障壁の発生の様子が、楽器のアコーディオンの蛇腹部を
次第に広げてから再び閉じていくときの様子に類似して
いることからアコーディオン転送方式と呼ばれている。
These pixel signals are most accumulated in the storage section B.
It will be transferred in order to the storage section B from the side of the pixel signal q a near. Since the appearance of the potential well and the potential barrier at the time of this transfer is similar to that when the accordion of the musical instrument is gradually expanded and then closed again, it is called an accordion transfer method.

【0015】そして、蓄積部Bに全画素信号を一旦保持
してから、同様にアコーディオン転送を行ないつつ水平
電荷転送路Cを介して画素信号を時系列的に読みだすこ
とができる。
Then, after all the pixel signals are once stored in the storage section B, the pixel signals can be read out in time series via the horizontal charge transfer path C while performing accordion transfer in the same manner.

【0016】この走査読み出し方式の電荷結合型固体撮
像装置は、転送ゲート電極数が少なくて済むという効果
があり、高密度化に優れている。なお、この電荷結合型
固体撮像装置は、シフトレジスタ等の回路をCMOS構
造のトランジスタで形成し、これらの回路と受光部Aと
蓄積部B及び水平電荷転送路Cが半導体基板中に一体形
成されている。
The charge-coupled solid-state imaging device of the scanning readout type has an effect that the number of transfer gate electrodes can be reduced, and is excellent in high density. In this charge-coupled solid-state imaging device, circuits such as shift registers are formed by transistors having a CMOS structure, and these circuits, a light receiving unit A, a storage unit B, and a horizontal charge transfer path C are integrally formed in a semiconductor substrate. ing.

【0017】すなわち、シフトレジスタは図18に示す
回路からなり、半導体基板中の縦断面構造は図19に示
すようになっている。まず、図18において、シフトレ
ジスタは電源電圧VCCとVDD(VCC>VDDの関係にあ
る)の間に回路構成され、各ビットは、電圧VCC側に接
続するpチャネルMOSトランジスタと、電圧VDD側に
接続するnチャネルMOSトランジスタが相補(コンプ
リメンタリ)の関係で接続する反転回路からなる。
That is, the shift register comprises the circuit shown in FIG. 18, and the vertical sectional structure in the semiconductor substrate is as shown in FIG. First, in FIG. 18, the shift register is configured as a circuit between a power supply voltage V CC and V DD (V CC > V DD ), and each bit includes a p-channel MOS transistor connected to the voltage V CC side. , An n-channel MOS transistor connected to the voltage V DD side comprises an inverting circuit connected in a complementary relationship.

【0018】これらの入出力接点間にクロック信号
φ1 、φ2 によって導通・非導通に切り換わるMOSト
ランジスタが接続している。なお、図中の容量素子ε
は、線間容量等を適用して形成している。そして、スタ
ートパルス信号IM(またはST)を初段ビットに入力
すると、クロック信号φ1 、φ2 に同期して転送動作を
行ない、クロック信号φ1 とφ2 に同期したゲート信号
がそれぞれのビット出力接点に発生する。
A MOS transistor which is turned on / off by the clock signals φ 1 and φ 2 is connected between these input / output contacts. Note that the capacitive element ε in the figure
Are formed by applying line capacitance or the like. When inputting a start pulse signal IM (or ST) to the first stage bits, the clock signal phi 1, phi 2 to perform the transfer operation in synchronization, the clock signal phi 1 and phi gate signal synchronized with 2 each bit output Occurs at the point of contact.

【0019】また、シフトレジスタと電荷転送路を同一
半導体チップに一体形成した構造は図19のようにな
る。すなわち、図19において、p型の半導体基板の受
光部となる領域にn型不純物層を複数個形成して垂直電
荷転送L1 〜Lm とし、さらに垂直電荷転送L1 〜Lm
の上面にゲート酸化膜(図示せず)を介してゲート電極
が積層される。
FIG. 19 shows a structure in which the shift register and the charge transfer path are integrally formed on the same semiconductor chip. That is, in FIG. 19, a plurality of n-type impurity layers are formed in a region serving as a light-receiving portion of a p-type semiconductor substrate to obtain vertical charge transfer L 1 to L m, and further, vertical charge transfer L 1 to L m
A gate electrode is stacked on the upper surface of the device via a gate oxide film (not shown).

【0020】一方、シフトレジスタ等の回路が形成され
る駆動領域には、nウェル層が埋設され、このnウェル
層内に一対のp+ 型不純物層を形成すると共に、ゲート
酸化膜層(図示せず)を介してゲート電極ηp を積層す
ることによりpチャネルMOSトランジスタが形成され
る。
On the other hand, an n-well layer is buried in a drive region where a circuit such as a shift register is formed. A pair of p + -type impurity layers are formed in the n-well layer, and a gate oxide film layer (see FIG. By stacking the gate electrode η p via a not-shown), a p-channel MOS transistor is formed.

【0021】また、半導体基板(p−Sub)内にn+
型不純物層を埋設すると共に、表面部にゲート電極ηn
を形成することでnチャネルMOSトランジスタを構成
し、これらのゲート電極ηp とηn 、所定のノード間を
接続することによってCMOSの反転回路(図18参
照)を形成している。
Further, n + is formed in a semiconductor substrate (p-Sub).
Buried type impurity layer and a gate electrode η n
Are formed to form an n-channel MOS transistor, and a CMOS inversion circuit (see FIG. 18) is formed by connecting these gate electrodes η p and η n and predetermined nodes.

【0022】そして、このような電荷結合型固体撮像装
置では、電源電圧VCCを約10ボルト、電源電圧VDD
0ボルトに設定して、ゲート電極のゲート信号電圧も0
〜10ボルトの範囲で変化する。
In such a charge-coupled solid-state imaging device, the power supply voltage V CC is set to about 10 volts, the power supply voltage V DD is set to 0 volts, and the gate signal voltage of the gate electrode is also set to 0.
It varies in the range of 10 to 10 volts.

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この電
荷結合型固体撮像装置は、上述したように、電荷転送を
制御するためのシフトレジスタ等の周辺回路をCMOS
構造のトランジスタ等の素子で構成しているので、より
優れた機能例えば、不要電荷を半導体基板側へ廃棄する
ための所謂縦型オーバーフロードレインやこの電荷結合
型固体撮像装置自身に電子的なシャッター機能を持たせ
ることは、構造上及び耐圧の点で実現できなかった。
However, in this charge-coupled solid-state imaging device, as described above, a peripheral circuit such as a shift register for controlling charge transfer is formed by CMOS.
Since it is composed of elements such as transistors with a structure, it has better functions such as a so-called vertical overflow drain for discarding unnecessary charges to the semiconductor substrate side and an electronic shutter function for the charge-coupled solid-state imaging device itself. Has not been realized in terms of structure and pressure resistance.

【0024】まず、構造上の点では、上記従来例は垂直
電荷転送路に画素としての機能を持たせたフレーム転送
方式の撮像装置であるので、電子シャッター機能を持た
せようとすると、スメア成分の増加を招来することから
実現性がない。
First, in terms of structure, the above-described conventional example is a frame transfer type image pickup device in which a vertical charge transfer path has a function as a pixel. Is not feasible because of the increase in

【0025】一方、耐圧の点では、縦型オーバーフロー
ドレインの機能を備えようとすると、半導体基板に例え
ば15〜25ボルトの高電圧を印加することとなり、C
MOSトランジスタのノードに対応する不純物領域が破
壊したり、ゲート酸化膜層が絶縁破壊に到ったりする。
On the other hand, in terms of withstand voltage, if a function of a vertical overflow drain is to be provided, a high voltage of, for example, 15 to 25 volts is applied to the semiconductor substrate, and C
The impurity region corresponding to the node of the MOS transistor is destroyed, or the gate oxide film layer is broken down.

【0026】また、電子シャッターの機能を実現しよう
とすれば、縦型オーバーフロードレインの場合よりさら
に高電圧を半導体基板に印加する必要があるので、耐圧
の点で当然に実現不能である。
Further, in order to realize the function of the electronic shutter, it is necessary to apply a higher voltage to the semiconductor substrate than in the case of the vertical overflow drain.

【0027】さらに、これらの問題を、図20に示す実
際の構造と対比して説明する。まず、電子シャッター機
能を持たせるためにフォトダイオードとCCD転送路と
を備えたインターライン転送方式の構成にする必要があ
る。
Further, these problems will be described in comparison with the actual structure shown in FIG. First, in order to have an electronic shutter function, it is necessary to adopt a configuration of an interline transfer system including a photodiode and a CCD transfer path.

【0028】すなわち、受光部は、画素に相当する複数
のフォトダイオードをマトリクス状に配列形成し、これ
らのフォトダイオードに隣接して垂直電荷転送路を形成
し、これらのフォトダイオードに発生した画素信号をト
ランスファゲートを介して垂直電荷転送路へ移した後に
垂直電荷転送路による電荷伝送により、画素信号を読み
出す構成となる。
That is, in the light receiving section, a plurality of photodiodes corresponding to pixels are arranged in a matrix, a vertical charge transfer path is formed adjacent to these photodiodes, and pixel signals generated in these photodiodes are formed. Is transferred to the vertical charge transfer path via the transfer gate, and then the pixel signal is read out by charge transfer through the vertical charge transfer path.

【0029】したがって、受光領域及び垂直電荷転送路
のゲート電極を駆動するためのシフトレジスタの縦断面
構造は図20に示すようになる。まず、受光領域には、
n型半導体基板(n−Sub)内に埋設したpウェル層
中に、複数のn+ 型不純物層をマトリクス状に配列形成
することでフォトダイオードを形成する。
Accordingly, the vertical sectional structure of the shift register for driving the light receiving region and the gate electrode of the vertical charge transfer path is as shown in FIG. First, in the light receiving area,
A photodiode is formed by arranging a plurality of n + -type impurity layers in a matrix in a p-well layer embedded in an n-type semiconductor substrate (n-Sub).

【0030】それらのn+ 型不純物層に隣接して垂直電
荷転送路L1 〜Lm となるn型不純物層を形成し、さら
に、これらの周囲に高濃度のp型不純物を埋設してチャ
ネルストッパとする。さらに、ゲート電極を積層する。
[0030] These n + -type impurity layer adjacent to form an n-type impurity layer serving as a vertical charge transfer path L 1 ~L m, further channels embedded these high-concentration p-type impurity around Stopper. Further, a gate electrode is stacked.

【0031】一方、駆動領域には、pウェル層を埋設
し、このpウェル層内に一対のn+ 型不純物層を形成す
ると共に、ゲート酸化膜(図示せず)を介してゲート電
極ηn を積層することによりnチャネルMOSトランジ
スタを形成する。
On the other hand, a p-well layer is buried in the drive region, a pair of n + -type impurity layers are formed in the p-well layer, and a gate electrode η n is formed via a gate oxide film (not shown). Are stacked to form an n-channel MOS transistor.

【0032】また、半導体基板(n−Sub)内にp+
型不純物層を埋設すると共に、表面部にゲート電極ηp
を形成してpチャネルMOSトランジスタを構成する。
これらのゲート電極ηp とηn 、所定のノード間を接続
することによって図18に示すようなシフトレジスタの
ためのCMOS反転回路を形成する。
Further, p + is formed in the semiconductor substrate (n-Sub).
Type impurity layer is buried and the gate electrode η p
To form a p-channel MOS transistor.
By connecting these gate electrodes η p and η n to predetermined nodes, a CMOS inversion circuit for a shift register as shown in FIG. 18 is formed.

【0033】そして、所謂縦型オーバーフロードレイン
の構造にするには、半導体基板に15〜25ボルトの電
圧を印加してpウェルの形成する電位障壁の高さを所定
レベルまで下げ電荷引抜機能を持たせる。
In order to form a so-called vertical overflow drain structure, a voltage of 15 to 25 volts is applied to the semiconductor substrate to lower the height of the potential barrier formed by the p-well to a predetermined level and have a charge extracting function. Let

【0034】電子シャッター機能を併せて持たせるため
には、フォトダイオードに発生する電荷を半導体基板側
へ積極的に廃棄する受光領域のpウェル層に電極を形成
し、シャッター電圧SSを印加したときに、フォトダイ
オードと基板間にnpnトランジスタ構造が発生するよ
うにして、電荷が基板側へ流れるようにする。
In order to simultaneously provide an electronic shutter function, an electrode is formed on a p-well layer in a light receiving region where charges generated in a photodiode are positively discarded toward the semiconductor substrate, and a shutter voltage SS is applied. Then, an npn transistor structure is generated between the photodiode and the substrate so that the charge flows to the substrate side.

【0035】さらに、露光によってフォトダイオードに
発生した画素信号を垂直電荷転送路へ転送するために
は、トランスファゲートに12ボルト程度の高電圧を印
加することとなる。
Further, in order to transfer the pixel signal generated in the photodiode by the exposure to the vertical charge transfer path, a high voltage of about 12 volts is applied to the transfer gate.

【0036】また、垂直電荷転送路に通常の電荷転送動
作を行なわせるためには、ポテンシャル井戸を発生させ
るための0ボルトのゲート信号と、ポテンシャル障壁を
発生させるための−8ボルト程度のゲート信号をCMO
Sのシフトレジスタからゲート電極へ供給するように各
信号の電圧を設定するこことなる。すなわち、図20に
おいて、基板電圧VS は15〜25ボルト、電源電圧V
CCは0ボルト、電圧V L は−8ボルトに設定される。
The normal charge transfer operation is performed in the vertical charge transfer path.
In order to do the work, create a potential well
0 volt gate signal and potential barrier
The gate signal of about -8 volts to generate
S so that it is supplied from the S shift register to the gate electrode.
You have to set the signal voltage. That is, in FIG.
And the substrate voltage VSIs 15-25 volts, power supply voltage V
CCIs 0 volt, voltage V LIs set to -8 volts.

【0037】このようなCMOS構造を有し、さらに上
述の電圧関係に設定すると、ゲート電極のゲート信号電
圧は−8〜12ボルトの範囲で変化することとなり、駆
動領域中のCMOS構造のpチャネルMOSトランジス
タのゲート電極ηp 下のゲート酸化膜層やp+ 型不純物
層とn型基板との接合に23〜33ボルトの高電圧がか
かる場合があり、許容耐圧を大幅に越えるので、破損を
招く。
With such a CMOS structure, if the above-mentioned voltage relationship is set, the gate signal voltage of the gate electrode changes in the range of -8 to 12 volts, and the p-channel of the CMOS structure in the drive region A high voltage of 23 to 33 volts may be applied to the junction between the gate oxide film layer or the p + -type impurity layer under the gate electrode η p of the MOS transistor and the n-type substrate, which greatly exceeds the allowable breakdown voltage. Invite.

【0038】本発明者らは、先にアコーディオン転送方
式同様にノンインターレースのフルフレーム読み出し可
能で、且つオーバフロードレイン構造を備えて過剰電荷
掃き出しや電子シャッタを可能とする固体撮像装置を提
案した。
The present inventors have previously proposed a solid-state imaging device capable of non-interlaced full-frame reading similarly to the accordion transfer system, and having an overflow drain structure and capable of discharging excess charges and an electronic shutter.

【0039】この固体撮像装置は駆動回路として単一構
造MOS(たとえばnチャネルMOS)を用いることに
よって耐圧を向上したものである。しかし、この構造を
試作した結果、電子シャッタ作動時に論理回路に十分な
論理マージンを持たせることが難しいことが判った。
This solid-state imaging device has an improved withstand voltage by using a single-structure MOS (eg, n-channel MOS) as a drive circuit. However, as a result of trial production of this structure, it has been found that it is difficult to provide a logic circuit with a sufficient logic margin when the electronic shutter operates.

【0040】本発明の目的は、制御回路の動作が安定で
あり、電子シャッタ動作の可能な固体撮像装置を提供す
ることである。
An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device in which the operation of a control circuit is stable and an electronic shutter operation is possible.

【0041】[0041]

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、第1の導電型の半導体基板と、前記半導体基板の表
面部分に形成され、第1の導電型と逆の第2の導電型の
第1の不純物濃度を有する第1のウェルと、前記半導体
基板の表面部分に形成され、第2の導電型で第1の不純
物濃度より高い第2の不純物濃度を有する第2のウェル
と、前記第1のウェル内に形成された複数個の第1導電
型領域を含む光電変換素子と、前記半導体基板に接続さ
れたバイアス電圧印加端子と、第2のウェル内に形成さ
れた複数個の第1導電型領域を含む制御回路とを含む。
A solid-state imaging device according to the present invention comprises a semiconductor substrate of a first conductivity type and a second conductivity type formed on a surface portion of the semiconductor substrate and opposite to the first conductivity type. A first well having a first impurity concentration, a second well formed on a surface portion of the semiconductor substrate and having a second impurity concentration of a second conductivity type and higher than the first impurity concentration, A photoelectric conversion element including a plurality of first conductivity type regions formed in the first well; a bias voltage application terminal connected to the semiconductor substrate; and a plurality of the plurality of first conductivity type regions formed in the second well. A control circuit including the first conductivity type region.

【0042】[0042]

【作用】光電変換素子を第1のウェル内に形成し、半導
体基板にバイアス電圧を印加することによって第1のウ
ェルを電子シャッタ動作可能に設計する。制御回路は第
1のウェルよりも不純物濃度の高い第2のウェル内に形
成する。このため、電子シャッタ作動時においても第2
のウェル内の素子に十分な動作マージンを持たせること
ができる。
The photoelectric conversion element is formed in the first well, and the first well is designed to be operable with an electronic shutter by applying a bias voltage to the semiconductor substrate. The control circuit is formed in a second well having a higher impurity concentration than the first well. Therefore, even when the electronic shutter is activated, the second
Elements in a given well can have a sufficient operation margin.

【0043】[0043]

【実施例】静止画を撮像するための電子スチルカメラに
適用した場合を例にとって本発明の実施例を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to an example in which the present invention is applied to an electronic still camera for capturing a still image.

【0044】まず、電子スチルカメラの全体構造を図1
を参照して説明する。図1において、1は撮像レンズ等
からなる撮像光学系、2は機械式の絞り機構、3は電荷
結合型固体撮像装置であり、それぞれ撮像光学系1の光
軸に合わせて順番に配列され、被写体光学像を電荷結合
型固体撮像装置3の受光領域に入射する構成を有する。
First, the overall structure of the electronic still camera is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. In FIG. 1, 1 is an imaging optical system including an imaging lens and the like, 2 is a mechanical stop mechanism, 3 is a charge-coupled solid-state imaging device, and each is arranged in order along the optical axis of the imaging optical system 1, It has a configuration in which a subject optical image is incident on a light receiving area of the charge-coupled solid-state imaging device 3.

【0045】さらに、4は信号処理回路、5は記憶機構
であり、電荷結合型固体撮像装置3から出力される画素
信号を信号処理回路4で色分離やγ補正や白バランス調
整等を行なって輝度信号と色差信号を形成し、記憶機構
5においてこれらの輝度信号と色差信号に対して記録可
能な変調処理を行なってから磁気記録媒体等に記憶す
る。
Reference numeral 4 denotes a signal processing circuit, and 5 denotes a storage mechanism. The pixel signal output from the charge-coupled solid-state imaging device 3 is subjected to color separation, γ correction, white balance adjustment, and the like by the signal processing circuit 4. A luminance signal and a chrominance signal are formed, and a recording process is performed on the luminance signal and the chrominance signal in the storage mechanism 5 and then stored in a magnetic recording medium or the like.

【0046】そして、同期制御回路6が、絞り機構2、
電荷結合型固体撮像装置3の読み出しタイミング、信号
処理回路4および記憶機構5の動作を同期制御すること
により、撮像から記憶までの一連の動作を処理する。
Then, the synchronization control circuit 6 controls the aperture mechanism 2,
A series of operations from imaging to storage are processed by synchronously controlling the read timing of the charge-coupled solid-state imaging device 3 and the operations of the signal processing circuit 4 and the storage mechanism 5.

【0047】電荷結合型固体撮像装置3は図2に示す構
成を有する。すなわち、被写体光学像を受光するための
受光領域7は、比較的不純物濃度の狭いp- 型ウェル内
に形成され、行方向X及び列方向Yに沿ってマトリクス
状に配列形成される画素に相当する複数のフォトダイオ
ード(図中、Pで示す部分)と、行方向Xに配列される
各フォトダイオード群に隣接して形成される垂直電荷転
送路L1 〜Lm が設けられている。
The charge-coupled solid-state imaging device 3 has a configuration shown in FIG. That is, the light receiving region 7 for receiving the subject optical image is formed in the p -type well having a relatively low impurity concentration, and corresponds to pixels arranged in a matrix along the row direction X and the column direction Y. (in the figure, the portion shown by P) to a plurality of photodiodes and the vertical charge transfer paths L 1 ~L m formed adjacent to each photodiode group arranged in the row direction X are provided.

【0048】これらの垂直電荷転送路L1 〜Lm のそれ
ぞれの終端部に水平電荷転送路8が形成され、水平電荷
転送路8の終端部に出力アンプ9が形成されている。さ
らに、垂直電荷転送路L1 〜Lm には、後述するように
所定配置のゲート電極が設けられ、さらにそれらの上面
には光の入射を阻止するための遮光層が積層されてい
る。
A horizontal charge transfer path 8 is formed at the end of each of the vertical charge transfer paths L 1 to L m , and an output amplifier 9 is formed at the end of the horizontal charge transfer path 8. Further, gate electrodes of a predetermined arrangement are provided in the vertical charge transfer paths L 1 to L m as described later, and a light-shielding layer for preventing light from being incident thereon is laminated on the upper surfaces thereof.

【0049】これらのゲート電極には、垂直電荷転送路
1 〜Lm に所定タイミングに同期して電荷転送動作を
行なわせるための信号が比較的不純物濃度の高いp型ウ
ェル内な形成された第1、第2、第3の駆動回路10、
11、12から供給される。
In these gate electrodes, signals for causing the vertical charge transfer paths L 1 to L m to perform a charge transfer operation in synchronization with a predetermined timing are formed in a p-type well having a relatively high impurity concentration. First, second, and third drive circuits 10,
Supplied from 11 and 12.

【0050】なお、それぞれの駆動回路10、11、1
2に供給されるタイミング信号φH 、VL 、φG
φFS、VS 、φ1 、φ2 、φ3 、φ4 とスタートパルス
信号は同期制御回路6が発生する。
The driving circuits 10, 11, 1
2, the timing signals φ H , V L , φ G ,
The synchronization control circuit 6 generates φ FS , V S , φ 1 , φ 2 , φ 3 , φ 4 and a start pulse signal.

【0051】また、水平電荷転送路8は、垂直電荷転送
路L1 〜Lm から転送されてくる信号電荷を受信し、さ
らに出力アンプ8側へ水平転送するためのゲート電極が
設けられており、これらの動作を行なうためにゲート電
極に印加するゲート信号α1 、α2 、α3 、α4 とスタ
ートパルス信号は同期制御回路6から供給される。
[0051] The horizontal charge transfer path 8 receives the forwarded come signal charges from the vertical charge transfer paths L 1 ~L m, and a gate electrode for horizontal transfer is provided further to the output amplifier 8 side The gate signals α 1 , α 2 , α 3 , α 4 to be applied to the gate electrodes for performing these operations and the start pulse signal are supplied from the synchronization control circuit 6.

【0052】次に、受光領域7の構造およびそれに接続
する駆動回路10、11、12の回路構成を図3〜図6
を参照して詳述する。なお、図3は第3の駆動回路12
の回路図であり、図4は受光領域7の要部の構造を受光
面側から見た場合、図5は図6中のx−x線矢視縦断面
図、図6は図4のy−y線矢視縦断面図である。
Next, the structure of the light receiving area 7 and the circuit configuration of the driving circuits 10, 11, and 12 connected thereto will be described with reference to FIGS.
It will be described in detail with reference to FIG. FIG. 3 shows the third driving circuit 12.
FIG. 4 is a vertical sectional view taken along line xx in FIG. 6, and FIG. 6 is a sectional view taken along line y-x in FIG. 6, when the structure of the main part of the light receiving region 7 is viewed from the light receiving surface side. FIG. 4 is a vertical sectional view taken along line -y.

【0053】まず、図3に基づいて、第3の駆動回路1
2の回路構成を説明する。駆動回路12は、スタートパ
ルス信号φS を位相のずれた2相のクロック信号φA
φB に同期して転送することにより、下位ビット出力か
ら上位ビット出力へ順次に論理値“H”の駆動信号を発
生させるシフトレジスタである。
First, based on FIG. 3, the third driving circuit 1
Circuit configuration 2 will be described. Drive circuit 12, by transferring in synchronization with the start pulse signal phi S phase-shifted two-phase clock signals phi A and phi B, sequentially logic values from the lower bit output to the upper bit output "H" of This is a shift register that generates a drive signal.

【0054】すなわち、最初に駆動信号S1 だけが
“H”レベル、他の上位ビット出力は全て“L”レベル
となり、次の周期では下位2ビットの駆動信号S1 、S
2 が“H”レベルで他の上位ビット出力は全て“L”レ
ベルとなり、さらに次の周期では下位3ビットの駆動信
号S1 とS2 およびS3 が“H”レベルで他の上位ビッ
ト出力は全て“L”レベルとなるというように、駆動信
号の“H”出力レベルが下位ビットから順次に上位ビッ
トへ拡がるように変化する。
That is, first, only the drive signal S 1 is at the “H” level, all the other upper bit outputs are at the “L” level, and in the next cycle, the lower two bits of the drive signals S 1 , S 1
2 becomes the "H" every other upper bits output at the level "L" level, yet other upper bit output by the lower three drive signals S 1 and S 2 and S 3 bits "H" level in the next cycle Are all "L" levels, so that the "H" output level of the drive signal is gradually expanded from the lower bits to the upper bits.

【0055】図3に示すように、各ビットは同等のセル
構造を有しているので、代表的に第1ビット目の回路を
説明する。3個のMOSトランジスタu11、u12、u13
がソース・ドレイン路を直列として電圧VL の信号線と
クロック信号φB の信号線間に接続され、トランジスタ
13のゲート接点にはリセット信号RSの信号線が接続
される。
As shown in FIG. 3, since each bit has the same cell structure, the circuit of the first bit will be representatively described. Three MOS transistors u 11 , u 12 , u 13
There is connected between the signal line of the signal line and the clock signal phi B of the voltage V L as a serial source-drain path, the gate contact of the transistor u 13 is a signal line of the reset signal RS is connected.

【0056】トランジスタu11のゲート接点とドレイン
接点間にはブートストラップ用コンデンサε11が接続
し、トランジスタu12のゲート接点とソース接点が共通
接続すると共に、他のMOSトランジスタu14のソース
接点に接続し、トランジスタu 14のドレイン接点が電圧
L の信号線、ゲート接点がクロック信号φA の信号線
にそれぞれ接続している。
Transistor u11Gate contacts and drains
Bootstrap capacitor ε between contacts11Is connected
And the transistor u12Gate and source contacts are common
Connected, and another MOS transistor u14Source of
Connected to the contact, transistor u 14Drain contact is voltage
VLSignal line, gate contact is clock signal φASignal line
Connected to each other.

【0057】さらに、MOSトランジスタu11、u12
13、u14で構成される回路と同一構成の回路がMOS
トランジスタu21、u22、u23、u24およびブートスト
ラップ用コンデンサε21で形成され、トランジスタu12
のドレイン接点(出力点)とトランジスタu21のゲート
接点(入力点)が接続している。ただし、信号φA とφ
B の接続は逆になる。
Further, MOS transistors u 11 , u 12 ,
A circuit having the same configuration as the circuit configured by u 13 and u 14 is a MOS
The transistor u 12 is formed by the transistors u 21 , u 22 , u 23 , u 24 and the bootstrap capacitor ε 21.
The drain contact (output point) and gate contact (input point) of the transistor u 21 is connected. However, signals φ A and φ
B 's connection is reversed.

【0058】そして、このビット入力がトランジスタu
11のゲート接点に相当し、ビット出力がトランジスタu
22のドレイン接点に相当する。そして、これらのビット
セルの入力と出力を縦続接続することによりnビット出
力のシフトレジスタを構成し、最下位ビットセルへのス
タートパルス信号φS の入力は、クロック信号φA に同
期して導通状態となるアナログスイッチu00を介して行
なうになっている。
This bit input is applied to the transistor u
The bit output corresponds to transistor u
This corresponds to 22 drain contacts. Then, a shift register of n bits output by cascading inputs and outputs of these bit cells, the input of the start pulse signal phi S to the lowest bit cell includes a conducting state in synchronism with the clock signal phi A It has to do via the analog switch u 00 made.

【0059】次に、図4〜図6において、n型半導体基
板13の表面側に、受光領域7を形成するための比較的
不純物濃度の低いp- ウェル層14と、第1の駆動回路
10を形成するための比較的不純物濃度の高いpウェル
層15、および第2、第3の駆動回路11、12を形成
するための比較的不純物濃度の高いpウェル層16が埋
設され、これらのp- ウェル層14、pウェル層15、
16内にそれぞれ所定の回路を形成している。
4 to 6, a p - well layer 14 having a relatively low impurity concentration for forming the light receiving region 7 and a first driving circuit 10 are formed on the surface side of the n-type semiconductor substrate 13. Are embedded, and a p-well layer 16 having a relatively high impurity concentration for forming the second and third drive circuits 11 and 12 is buried. - the well layer 14, p-well layer 15,
A predetermined circuit is formed in each of the reference numerals 16.

【0060】まず、受光領域7は、図4に示すようにp
- ウェル層14内にn+ 型不純物からなる複数の不純物
層17を行方向Xおよび列方向Yに沿ってマトリクス状
に配列形成することにより、図2中のPで示すフォトダ
イオードが形成され、さらに行方向Yに配列される各不
純物層17に隣接してn型の不純物層(図6中の点線で
示す部分)18を形成することにより、図4の垂直電荷
転送路L1 〜Lm が形成されている。
First, as shown in FIG.
- by arranging in a matrix along a plurality of impurity layers 17 made of n + -type impurity in the well layer 14 in the row direction X and the column direction Y, the photo diode shown by P in FIG. 2 is formed, Further, by forming an n-type impurity layer (a portion shown by a dotted line in FIG. 6) 18 adjacent to each impurity layer 17 arranged in the row direction Y, the vertical charge transfer paths L 1 to L m in FIG. Are formed.

【0061】そして、図4のTgで示す(1ヵ所だけ代
表して示す)トランスファゲートとなる部分とフォトダ
イオードの部分および垂直電荷転送路の部分を除く周囲
にp + 型不純物層19を形成することで、チャンネルス
トッパ領域(図4の点線で囲む斜線部分)を形成してい
る。
Then, it is indicated by Tg in FIG.
Transfer gate and photoda)
Peripheral except for the ion and vertical charge transfer paths
To p +By forming the impurity layer 19, the channel
A topper region (shaded portion surrounded by a dotted line in FIG. 4) is formed.
You.

【0062】なお、図4では、図2中のフォトダイオー
ドPを各行毎にP1 、P2 、P3 、P4 ……で示してい
る。さらに、図4において、垂直電荷転送路L1 〜Lm
の上面には、各行毎に配列されたフォトダイオード
1 、P2 、P3 、P4 ……に隣接する領域に、それぞ
れ図示するように、2本宛の別個のポリシリコン層から
なるゲート電極G11〜G41、G12〜G42、G13〜G43
……G1n〜G4nが積層されている。
In FIG. 4, the photodiodes P in FIG. 2 are indicated by P 1 , P 2 , P 3 , P 4 ... For each row. Further, in FIG. 4, the vertical charge transfer paths L 1 to L m
Are arranged in regions adjacent to the photodiodes P 1 , P 2 , P 3 , P 4 ... Arranged in each row, as shown in FIG. electrode G 11 ~G 41, G 12 ~G 42, G 13 ~G 43,
... G 1n to G 4n are stacked.

【0063】さらに、ゲート電極G11を第1番目のゲー
ト電極とすると、図4および図5に示すように、奇数番
目のゲート電極G11、G31、G12、G32、G13、G33
……の幅W2を広く形成してある。
[0063] Further, when the gate electrode G 11 and the first gate electrode, as shown in FIGS. 4 and 5, the odd-numbered gate electrodes G 11, G 31, G 12 , G 32, G 13, G 33 ,
The width W2 of... Is formed wide.

【0064】そして、それぞれのゲート電極に、後述す
る所定タイミングのゲート信号φ11、φ21、φ31
φ41、φ12、φ22、φ32、φ42、を印加することによ
り、各ゲート電極下の垂直電荷転送路に電荷転送のため
のポテンシャル井戸(以下、転送ピクセルという)とポ
テンシャル障壁を発生させる。
Then, gate signals φ 11 , φ 21 , φ 31 ,...
By applying φ 41 , φ 12 , φ 22 , φ 32 , φ 42 , a potential well (hereinafter referred to as a transfer pixel) and a potential barrier for charge transfer are generated in the vertical charge transfer path under each gate electrode. Let it.

【0065】また、偶数番目のゲート電極G21、G41
22、G42、G23、G43、……に所定の高電圧の信号を
印加すると、トランスファゲートTgが導通状態となっ
て、各フォトダイオードP1 、P2 、P3 、P4 ……と
それぞれに隣接する偶数番目のゲート電極G21、G41
22、G42、G23、G43、……の下に発生する転送ピク
セルが導通状態となり、フォトダイオードから転送ピク
セルへ信号電荷をフィールドシフトさせることができる
構造となっている。
The even-numbered gate electrodes G 21 , G 41 ,
When a predetermined high-voltage signal is applied to G 22 , G 42 , G 23 , G 43 ,..., The transfer gate Tg becomes conductive, and the photodiodes P 1 , P 2 , P 3 , P 4 ,. , And the even-numbered gate electrodes G 21 , G 41 ,
The transfer pixels generated below G 22 , G 42 , G 23 , G 43 ,... Become conductive, and have a structure in which signal charges can be field-shifted from the photodiodes to the transfer pixels.

【0066】さらに、図4に示すように、垂直電荷転送
路L1 〜Lm の終端部に水平電荷転送路8が形成され、
4相駆動方式または2相駆動方式に準じたタイミングで
信号電荷を水平方向へ転送するためのゲート電極が設け
られている。
[0066] Further, as shown in FIG. 4, the end portions of the vertical charge transfer paths L 1 ~L m horizontal charge transfer path 8 is formed,
A gate electrode for transferring signal charges in the horizontal direction at a timing according to the four-phase driving method or the two-phase driving method is provided.

【0067】次に、図2の駆動回路10の回路構成を図
4および図6と共に説明する。水平電荷転送路8にもっ
とも近いゲート電極G11を第1番目のゲート電極とする
と、奇数番目のゲート電極G11、G12、G13、G33、…
…の各先端部がNMOSトランジスタM11、M31
12、M32、M13、M33、……を介して、信号VL の信
号線に接続し、偶数番目のゲート電極G21、G41
22、G42、G23、G43、……の各先端部がNMOSト
ランジスタM21、M41、M22、M42、M23、M43、……
を介して、駆動信号φH の信号線に接続されている。
Next, the circuit configuration of the drive circuit 10 of FIG. 2 will be described with reference to FIGS. When the gate electrode G 11 closest to the horizontal charge transfer path 8 and the first gate electrode, the odd-numbered gate electrodes G 11, G 12, G 13 , G 33, ...
, Each of which has an NMOS transistor M 11 , M 31 ,
Are connected to the signal line of the signal VL via M 12 , M 32 , M 13 , M 33 ,..., And the even-numbered gate electrodes G 21 , G 41 ,
G 22, G 42, G 23 , G 43, the tip NMOS transistor M 21 of ......, M 41, M 22, M 42, M 23, M 43, ......
Through, and is connected to the signal line of the driving signal phi H.

【0068】また、これらのトランジスタのゲート接点
には、駆動信号φG が供給される。さらに、偶数番目の
ゲート電極G21、G41、G22、G42、G23、G43、……
の各先端部には、npnトランジスタQ21、Q41、Q
22、Q42、Q23、Q43、……の各エミッタ接点が接続
し、各npnトランジスタのベース接点には駆動信号φ
FS、コレクタ接点には電圧VS が印加される。
Also, the gate contacts of these transistors
Has a drive signal φGIs supplied. In addition, even-numbered
Gate electrode Gtwenty one, G41, Gtwenty two, G42, Gtwenty three, G43, ……
 Each end has an npn transistor Qtwenty one, Q41, Q
twenty two, Q42, Qtwenty three, Q43, …… Emitter contacts are connected
The drive signal φ is applied to the base contact of each npn transistor.
FS, The collector contact has the voltage VSIs applied.

【0069】そして、これらのNMOSトランジスタ
は、図6のpウェル層15内の構造に示すように、一対
のn+ 型不純物層20、21と、表面部分にゲート電極
を積層した構造からなり、ドレイン接点となるn+ 型不
純物層20に駆動信号φH が印加され、ソース接点とな
るn+ 型不純物層21が垂直電荷転送路上のゲート電極
に接続している。また、信号VL はpウェル層15に埋
設されたp+ 型不純物層22に印加される。
As shown in the structure in the p-well layer 15 in FIG. 6, these NMOS transistors have a structure in which a pair of n + -type impurity layers 20 and 21 and a gate electrode are laminated on the surface. The drive signal φ H is applied to the n + -type impurity layer 20 serving as the drain contact, and the n + -type impurity layer 21 serving as the source contact is connected to the gate electrode on the vertical charge transfer path. The signal VL is applied to the p + -type impurity layer 22 embedded in the p-well layer 15.

【0070】また、npnトランジスタは、pウェル層
15に埋設されたp+ 型不純物層23とn+ 型不純物層
24およびn型の半導体基板13からなり、エミッタ接
点となるn+ 型不純物層24が各ゲート電極に接続し、
ベース接点となるpウェル層15およびp+ 型不純物層
23にタイミング信号φFSが印加され、コレクタ接点と
なるn型の半導体基板13には基板13のバイアス電圧
S が印加される。
The npn transistor comprises ap + -type impurity layer 23, an n + -type impurity layer 24 buried in a p-well layer 15, and an n-type semiconductor substrate 13, and has an n + -type impurity layer 24 serving as an emitter contact. Connects to each gate electrode,
Is p-well layer 15 and the p + -type timing signal to the impurity layer 23 phi FS is applied as a base contact, the bias voltage V S of the substrate 13 is applied to the n-type semiconductor substrate 13 as a collector contact.

【0071】次に、第2の駆動回路11は、同期制御回
路6から供給されるタイミング信号φ1 〜φ4 を第3の
駆動信号S1 、S2 、S3 、S4 ……Sn に同期して切
換動作するNMOSトランジスタm11、m21、m31、m
41、……からなる。
Next, the second driving circuit 11, a timing signal phi 1 to [phi] 4 are supplied from the synchronization control circuit 6 a third driving signals S 1, S 2, S 3 , S 4 ...... S n NMOS transistors m 11 , m 21 , m 31 , m
41 ......

【0072】4個ずつのNMOSトランジスタを1組と
して、それらのゲート接点に順番に第3の駆動回路12
の駆動信号S1 、S2 、S3 、S4 、……が印加され、
各組の第1番目のNMOSトランジスタm11、m12、m
13、m14、……のドレイン接点にタイミング信号φ1
第2番目のNMOSトランジスタm21、m22、m23、m
24、……のドレイン接点にタイミング信号φ2 、第3番
目のNMOSトランジスタm31、m32、m33、m34、…
…のドレイン接点にタイミング信号φ3 、第4番目のN
MOSトランジスタm41、m42、m43、m44、……のド
レイン接点にタイミング信号φ4 が供給されている。
A set of four NMOS transistors is provided, and the third drive circuit 12 is sequentially connected to their gate contacts.
Drive signals S 1 , S 2 , S 3 , S 4 ,.
First NMOS transistors m 11 , m 12 , m of each set
13 , m 14 ,... Timing signal φ 1 ,
Second NMOS transistors m 21 , m 22 , m 23 , m
The timing signal φ 2 , the third NMOS transistors m 31 , m 32 , m 33 , m 34 ,.
, The timing signal φ 3 , the fourth N
MOS transistors m 41, m 42, m 43 , m 44, the timing signal phi 4 to the drain contact of the ...... is supplied.

【0073】なお、図4中、NMOSトランジスタ
11、m21、m31、m41、……の各ソース接点側の信号
φ11、φ21、φ31、φ41、……がタイミング信号φ1
φ2 、φ 3 、φ4 に対応した信号である。
In FIG. 4, the NMOS transistor
m11, Mtwenty one, M31, M41, …… Signal of each source contact side
φ11, Φtwenty one, Φ31, Φ41,... Are the timing signals φ1,
φTwo, Φ Three, ΦFourIs a signal corresponding to.

【0074】そして、図示するように、最も水平電荷転
送路8に近いゲート電極G11から順番に各NMOSトラ
ンジスタのソース接点が接続している。第3の駆動回路
12は、上述したように所定タイミングの駆動信号
1 、S2 、S3 、S4 、……Sn を出力するシフトレ
ジスタで形成されている。
[0074] Then, as illustrated, the source contact of each NMOS transistor in order from the gate electrode G 11 closest to the horizontal charge transfer path 8 is connected. Third driving circuit 12, the driving signals S 1 of a predetermined timing as described above, S 2, S 3, S 4, and is formed with a shift register for outputting ...... S n.

【0075】なお、これらの第2、第3の駆動回路1
1、12は、図6に示すpウェル層16中に形成したN
MOS構造のトランジスタおよび電子素子で形成され
る。図6のpウェル層16中には、一例として、NMO
Sトランジスタを構成するn+ 型不純物層25、26お
よびゲート接点を示している。なお、pウェル層15、
16の不純物濃度は、たとえばp- ウェル層14の不純
物濃度の1.3倍以上とする。
The second and third drive circuits 1
Numerals 1 and 12 indicate N formed in the p-well layer 16 shown in FIG.
It is formed of MOS-structure transistors and electronic elements. In the p-well layer 16 of FIG.
The n + -type impurity layers 25 and 26 constituting the S transistor and the gate contact are shown. The p-well layer 15,
The impurity concentration of 16 is, for example, 1.3 times or more the impurity concentration of p well layer 14.

【0076】p- ウェル層14内のn型領域17、18
をエミッタ、p- ウェル層14をベース、n型基板13
をコレクタと考えるとバイポーラトランジスタが構成さ
れている。シャッタ用スイッチSSに正極性の順バイア
ス電圧を印加すると、ベースが順バイアスされることに
なり、エミッタとなるn型領域17、18からコレクタ
となるn型基板13に電荷が流れる。この動作でリセッ
トがなされる。
N-type regions 17 and 18 in p - well layer 14
Is the emitter, p - well layer 14 is the base, n-type substrate 13
Is a collector, a bipolar transistor is formed. When a positive forward bias voltage is applied to the shutter switch SS, the base is forward-biased, and charges flow from the n-type regions 17 and 18 serving as emitters to the n-type substrate 13 serving as a collector. The reset is performed by this operation.

【0077】なお、この基板引抜電子シャッタ動作を基
板電位VS を増大させて行なうこともできる。各フォト
ダイオードの分光感度を視感度に近づけるために、p-
ウェル層14の厚さは一般に制限されている。フォトダ
イオードの実効的厚さが薄くなると、吸収係数の高い短
波長側の感度が吸収係数の低い長波長側に対して相対的
に増大する。
Note that the substrate withdrawing electronic shutter operation can be performed by increasing the substrate potential V S. To approximate the spectral sensitivity of each photodiode in luminosity, p -
The thickness of the well layer 14 is generally limited. When the effective thickness of the photodiode is reduced, the sensitivity on the short wavelength side where the absorption coefficient is high increases relatively with respect to the long wavelength side where the absorption coefficient is low.

【0078】このような条件においては、基板電位VS
を増大することにより、p- ウェル層14の形成する電
位障壁を低くすることができる。電位障壁が低くなれ
ば、n型領域17、18に蓄積された電荷は基板13に
引き抜かれる。
Under such conditions, the substrate potential V S
, The potential barrier formed by p well layer 14 can be reduced. When the potential barrier becomes low, the electric charges accumulated in the n-type regions 17 and 18 are extracted to the substrate 13.

【0079】もし、pウェル層15、16をp- ウェル
層14と同一特性のp型領域で形成すると、電子シャッ
タ作動時にトランジスタを形成するn型領域から基板に
電流が流れてしまうことがある。すると、トランジスタ
に予期せぬ電流が流れることになり、制御回路が誤動作
する。
[0079] If the p-well layer 15, 16 p - to form a p-type region of the same characteristics as the well layer 14, there is a current from the n-type region in the substrate to form a transistor may flow when an electronic shutter operation . Then, an unexpected current flows through the transistor, and the control circuit malfunctions.

【0080】本実施例においては、制御回路を形成する
ためのpウェル層15、16は受光部を形成するための
- ウェル層14より不純物濃度が高く設定されてお
り、制御回路の誤動作を防止する。
In the present embodiment, the p-well layers 15 and 16 for forming the control circuit are set to have a higher impurity concentration than the p - well layer 14 for forming the light receiving portion, and the malfunction of the control circuit is prevented. To prevent.

【0081】次に、かかる構造を有する電荷結合型固体
撮像装置の動作を、静止画を撮像する電子スチルカメラ
に適用した場合について説明する。まず、静止画を撮像
するための概略動作を図7を参照して説明する。同図中
のある時点t1 から画素信号の走査読み出しを開始する
ものとすると、その時点t 1 以前に、全フォトダイオー
ドと垂直電荷転送路L1 〜Lm および水平電荷転送路8
に残存していた不要電荷が廃棄され、そして、適宜の期
間で露光が行なわれることによって、フォトダイオード
には被写体光学像に対応する画素信号が発生する。
Next, a charge-coupled solid having such a structure
An electronic still camera that captures still images of the operation of the imaging device
A description will be given of a case where the present invention is applied. First, take a still image
The general operation for performing this will be described with reference to FIG. In the figure
At some point t1Start scanning of pixel signals from
At that time t 1Previously, all Photodaio
And vertical charge transfer path L1~ LmAnd horizontal charge transfer path 8
Unnecessary charge remaining in the
Exposure is performed between the photodiodes
Generates a pixel signal corresponding to the subject optical image.

【0082】まず、NTSC等の標準テレビジョン方式
の垂直ブランキング期間に相当する期間TVBにおいて、
全フォトダイオードの画素信号を同時に垂直電荷転送路
1 〜Lm の転送ピクセルへ転送し、次の水平ブランキ
ング期間に相当する期間THBにおいて、最も水平電荷転
送路8に近い側の転送ピクセルの画素信号を水平電荷転
送路8に転送し、次に、水平走査期間(所謂、1H期
間)に相当する期間T1Hにおいて、水平電荷転送路8が
1行分の画素信号を水平転送することによって第1行分
の画素信号を読み出す。
First, in a period TVB corresponding to a vertical blanking period of a standard television system such as NTSC,
The pixel signals of all the photodiodes are simultaneously transferred to the transfer pixels on the vertical charge transfer paths L 1 to L m , and during a period THB corresponding to the next horizontal blanking period, the transfer pixel closest to the horizontal charge transfer path 8 Is transferred to the horizontal charge transfer path 8, and then the horizontal charge transfer path 8 horizontally transfers the pixel signals for one row in a period T1H corresponding to a horizontal scanning period (a so-called 1H period). To read the pixel signals of the first row.

【0083】そして、次の水平ブランキング期間に相当
する期間THBにおいて、垂直電荷転送路L1 〜Lm が次
の行の画素信号を水平電荷転送路8へ転送し、さらに、
次の水平走査期間に相当する期間T1Hにおいて水平電荷
転送路8が水平転送することによって、第2行目の画素
信号を読み出す。
[0083] Then, in the period T HB corresponding to the next horizontal blanking period, the vertical charge transfer paths L 1 ~L m forwards the pixel signal of the next line to the horizontal charge transfer path 8, further
In the period T 1H corresponding to the next horizontal scanning period, the horizontal charge transfer path 8 performs horizontal transfer, so that pixel signals in the second row are read.

【0084】さらに、次のブランキング期間と水平走査
間に相当する各期間THBとT1Hにおいて第3行目の画素
信号を読み出す。そして、残りの行の画素信号も同様の
処理を繰り返すことによって順番に読み出し、最終的に
1フレーム画に対応する全画素信号を読み出す。
[0084] Further, reads the third row of the pixel signal in each period T HB and T IH equivalent during the next blanking period and horizontal scanning. Then, the pixel signals in the remaining rows are sequentially read out by repeating the same processing, and finally all the pixel signals corresponding to one frame image are read out.

【0085】次に、図8に示す各駆動信号およびタイミ
ングチャートに基づいて走査読み出し動作を詳述する。
なお、図8中の期間TVBが垂直ブランキング期間、期間
HBが水平ブランキング期間、期間T1Hが水平走査期間
に対応している。また、図中の符号“H”は12ボル
ト、“M”は0ボルト、“L”は−8ボルト、“HH”
は基板の電圧と等しい約15〜25ボルトの電圧レベル
を示す。
Next, the scanning read operation will be described in detail with reference to each drive signal and timing chart shown in FIG.
In FIG. 8, a period TVB corresponds to a vertical blanking period, a period THB corresponds to a horizontal blanking period, and a period T1H corresponds to a horizontal scanning period. Also, reference symbols "H" in the figure are 12 volts, "M" is 0 volt, "L" is -8 volts, "HH"
Indicates a voltage level of about 15 to 25 volts equal to the voltage of the substrate.

【0086】まず、垂直ブランキング期間に対応する期
間TVBではタイミング信号φH は所定の時点t2
“H”レベルとなる外は“M”レベルとなり、タイミン
グ信号φ G は常に“M”レベルとなり、タイミング信号
φFSはタイミング信号φH が“H”レベルとなるのに同
期して“H”レベルとなる外は“L”レベルとなり、第
3の駆動回路12から出力される全ての駆動信号S1
n は常に“L”レベルとなる。
First, a period corresponding to the vertical blanking period
Interval TVBThen the timing signal φHIs a predetermined time tTwoso
Outside the “H” level, the “M” level is reached.
Signal φ GIs always at the “M” level and the timing signal
φFSIs the timing signal φHBecomes “H” level.
In the meantime, except for the “H” level, the “L” level
 All drive signals S output from the third drive circuit 121~
SnIs always at the “L” level.

【0087】したがって、この期間TVBでは、“M”レ
ベルのタイミング信号φG によって、第1の駆動回路1
0の全てのNMOSトランジスタが導通状態となり、一
方、第3の駆動回路12の全ての駆動信号S1 、S2
3 、……Sn が“L”レベルとなるので、第2の駆動
回路11中の全てのNMOSトランジスタは非導通状態
となり、全てのゲート電極G11、G21、G31、G41〜G
1n、G2n、G3n、G4nは第1の駆動回路10によって制
御される。
Therefore, during this period T VB , the first drive circuit 1 is driven by the “M” level timing signal φ G.
0, all the NMOS transistors become conductive, while all the drive signals S 1 , S 2 ,
S 3, since ...... S n becomes "L" level, all the NMOS transistors in the second driving circuit 11 is turned off, and all the gate electrodes G 11, G 21, G 31 , G 41 ~ G
1n , G 2n , G 3n , G 4n are controlled by the first drive circuit 10.

【0088】すなわち、タイミング信号φH とφFS
“H”レベルとならないときは、奇数番目のゲート電極
11、G31、G12、G32〜G1n、G3nに印加されるゲー
ト信号φ11、φ31、φ12、φ32〜φ1n、φ3nは、“L”
レベルの信号VL (この信号は常に−8ボルトに設定さ
れている)と等しくなり、これらのゲート電極下の垂直
電荷転送路L1 〜Lm にはポテンシャル障壁が発生す
る。
That is, when the timing signals φ H and φ FS do not become “H” level, the gate signals applied to the odd-numbered gate electrodes G 11 , G 31 , G 12 , G 32 to G 1n , G 3n φ 11 , φ 31 , φ 12 , φ 32 to φ 1n , φ 3n are “L”
Level signal V L (this signal is always set to −8 volts), and a potential barrier is generated in the vertical charge transfer paths L 1 to L m below these gate electrodes.

【0089】一方、偶数番目のゲート電極G21、G41
22、G42〜G2n、G4nに印加されるゲート信号φ21
φ41、φ22、φ42〜φ2n、φ4nは、“M”レベルの信号
φH と等しくなり、これらのゲート電極下の垂直電荷転
送路L1 〜Lm には転送ピクセルが発生する。
On the other hand, even-numbered gate electrodes G 21 , G 41 ,
G 22, G 42 ~G 2n, the gate signal phi 21 to be applied to the G 4n,
φ 41 , φ 22 , φ 42 to φ 2n , φ 4n are equal to the “M” level signal φ H, and transfer pixels are generated in the vertical charge transfer paths L 1 to L m below these gate electrodes. .

【0090】したがってトランスファゲートTgに隣接
する部分(図4参照)が全て転送ピクセルとなり、これ
らの転送ピクセルはポテンシャル障壁で分離された状態
となる。
Therefore, all the portions adjacent to the transfer gate Tg (see FIG. 4) become transfer pixels, and these transfer pixels are separated by a potential barrier.

【0091】このような状態で、所定時点t2 におい
て、タイミング信号φH とφFSが“H”レベルとなる
と、全てのnpnトランジスタQ21、Q41、Q61……が
導通状態となり、偶数番目のゲート電極G21、G41、G
22、G42〜G2n、G4nだけに約15〜25ボルトの
“H”レベルの基板電圧VS がかかるので、全てのトラ
ンスファゲートTgが導通状態となり、全てのフォトダ
イオードの画素信号はそれぞれ隣の転送ピクセルへ転送
される。
In this state, when the timing signals φ H and φ FS go to the “H” level at the predetermined time t 2 , all the npn transistors Q 21 , Q 41 , Q 61 ... Th gate electrodes G 21 , G 41 , G
22, G 42 ~G 2n, since G 4n only about 15-25 volts at the "H" level of the substrate voltage V S is applied, all the transfer gate Tg is rendered conductive, the pixel signals of all the photodiodes, respectively Transfer to the next transfer pixel.

【0092】このように、期間TVBでは、所謂フィール
ドシフト動作が行なわれ、図12中の時点t2 に示すよ
うに、各画素信号(斜線の部分が各画素信号を示す)が
垂直転送路へ移される。なお、図12は、ある1つの垂
直電荷転送路の電荷転送動作を示している。
[0092] Thus, in the period T VB, so-called field shift operation is performed, as shown at time t 2 in FIG. 12, the pixel signal (hatched portion indicates a pixel signal) is vertical transfer path Moved to FIG. 12 shows a charge transfer operation of a certain vertical charge transfer path.

【0093】次に、最初の水平ブランキング期間に相当
する期間THBでは、タイミング信号φG が常時“L”レ
ベルとなるので、第1の駆動回路10中の全てのNMO
Sトランジスタが非導通状態となり、全てのゲート電極
から分離される。
Next, in the period THB corresponding to the first horizontal blanking period, since the timing signal φ G is always at the “L” level, all the NMOs in the first drive circuit 10
The S transistor becomes non-conductive and is separated from all gate electrodes.

【0094】一方、第3の駆動回路12の最初の出力端
子の駆動信号S1 だけが“M”レベル、他の駆動信号S
2 〜Sn は“L”レベルとなることにより、第2の駆動
回路11中の駆動信号S1 に関わる第1組目のNMOS
トランジスタm11、m21、m 31、m41だけが導通状態と
なる。
On the other hand, the first output terminal of the third drive circuit 12
Child drive signal S1Only the "M" level, other drive signals S
Two~ SnBecomes “L” level so that the second drive
Drive signal S in circuit 111First set of NMOS related to
Transistor m11, Mtwenty one, M 31, M41Only the conduction state
Become.

【0095】そして、駆動信号S1 だけが“M”レベル
となる期間中に、垂直電荷転送を行なうための4相のタ
イミング信号φ1 、φ2 、φ3 、φ4 が第2の駆動回路
11に入力するので、第1〜第4番目の最初の組のゲー
ト信号φ11、φ21、φ31、φ 41だけがタイミング信号φ
1 、φ2 、φ3 、φ4 と等しくなり、最初の組の第1〜
第4番目のゲート電極G11、G21、G31、G41で電荷転
送を行なうこととなる。なお、この期間THB(時点t3
〜t4 までの期間)の各信号波形を図9に拡大して示
す。
Then, the driving signal S1Only "M" level
During the period when the four-phase
Imming signal φ1, ΦTwo, ΦThree, ΦFourIs the second drive circuit
11 so that the first to fourth first set of games
Signal φ11, Φtwenty one, Φ31, Φ 41Only the timing signal φ
1, ΦTwo, ΦThree, ΦFourAnd the first pair of the first to
Fourth gate electrode G11, Gtwenty one, G31, G41Charge transfer
Will be sent. Note that this period THB(Time tThree
~ TFourFigure 9 shows the signal waveforms of
You.

【0096】この結果、信号電荷は、図9のゲート信号
φ11、φ21、φ31、φ41のタイミング(符号の1、2、
3、4、5、6、7で示す)に合わせて図12に示す第
1回目の転送のように水平電荷転送路8側へ移され、最
も水平電荷転送路8に近い第1行目の画素信号q1jが水
平電荷転送路8へ転送されると共に、2行目の画素信号
2jが第1行目の位置まで移動する。
As a result, the signal charges are generated at the timings of the gate signals φ 11 , φ 21 , φ 31 , φ 41 shown in FIG.
3, 4, 5, 6, and 7), the transfer is made to the horizontal charge transfer path 8 side as in the first transfer shown in FIG. The pixel signal q 1j is transferred to the horizontal charge transfer path 8 and the pixel signal q 2j on the second row moves to the position on the first row.

【0097】次に、第1回目の水平走査期間T1H(時点
4 〜t5 の期間)では、ゲート電極への信号の変化が
停止し、一方、水平電荷転送路8が4相駆動方式または
2相駆動方式に準じた所定タイミングのゲート信号α1
〜α4 に同期して水平転送を行なうことにより、最初の
1行分の画素信号を読み出す。
Next, in the first horizontal scanning period T 1H (time period from t 4 to t 5 ), the change of the signal to the gate electrode stops, while the horizontal charge transfer path 8 is driven by the four-phase driving method. Alternatively, the gate signal α 1 at a predetermined timing according to the two-phase driving method
By performing the horizontal transfer in synchronism with to? 4, it reads the first pixel signals for one row.

【0098】次に、時点t5 〜t7 の期間において、時
点t3 〜t5 と同様の動作を繰り返すことにより、次の
行の画素信号の読み出しを行なう。ただし、時点t3
4 の水平ブランキング期間THBでは、第3の駆動回路
12の駆動信号S1 とS2 が同時に“M”レベル、残り
の駆動信号S3 〜Sn が“L”レベルとなる。なお、こ
の期間THBでの各ゲート信号の波形を図10に拡大して
示す。
[0098] Next, in a period of time t 5 ~t 7, by repeating the same operation as the time t 3 ~t 5, reads the pixel signal of the next line. However, the time t 3 ~
In the horizontal blanking period T HB of t 4, the third drive signals S 1 and S 2 are simultaneously "M" level of the drive circuit 12, the remaining drive signals S 3 to S n becomes "L" level. The waveform of each gate signal during this period THB is shown in an enlarged manner in FIG.

【0099】この結果、第1〜第4番目の第1組のゲー
ト電極G11〜G41と、第5〜第8番目の第2組のゲート
電極G12〜G42が、タイミング信号φ1 〜φ4 に等しい
ゲート信号φ11〜φ41とφ12〜φ42によって駆動される
こととなり、これらのゲート電極下の画素信号が垂直転
送される。
As a result, the first to fourth first set of gate electrodes G 11 to G 41 and the fifth to eighth second set of gate electrodes G 12 to G 42 generate the timing signal φ 1. will be driven to the gate signal phi 11 to [phi] 41 equals to [phi] 4 by phi 12 to [phi] 42, the pixel signals under these gate electrodes are vertically transferred.

【0100】すなわち、図10に示すタイミングによる
と、図12の第2番目の垂直走査で示すように、第2行
目の画素信号q2jが水平電荷転送路8へ移り、第3行目
が2行分、第4行目が1行分ずつ水平電荷転送路8側へ
転送される。
That is, according to the timing shown in FIG. 10, as shown by the second vertical scanning in FIG. 12, the pixel signal q 2j in the second row is transferred to the horizontal charge transfer path 8, and the third row is The second and fourth rows are transferred to the horizontal charge transfer path 8 side by row.

【0101】そして、時点t6 〜t7 の水平走査期間T
1Hにおいて、水平電荷転送路8から第2行目の画素信号
2jを読み出す。次に、時点t7 から第3回目の走査読
み出しを開始すると、第3の駆動回路12の駆動信号S
1 、S2 とS3 が“M”レベルとなり、残りの駆動信号
4 〜S n が“L”レベルとなるので、第1〜第3組の
第1番目〜第12番目のゲート電極G11〜G41、G12
42、G13〜G43によって垂直電荷転送が行なわれる。
したがって、図12の第3番目の組に示すように第3行
目の画素信号q3jが水平電荷転送路8へ転送されると共
に、第4〜第6行目の画素信号q4j、q5jがそれぞれ2
行分ずつ、画素信号q6jが1行分、水平電荷転送路8
へ転送される。
Then, at time t6~ T7Horizontal scanning period T
1H, The pixel signals in the second row from the horizontal charge transfer path 8
q2jIs read. Next, at time t73rd scan reading from
When the reading is started, the drive signal S of the third drive circuit 12 is output.
1, STwoAnd SThreeBecomes "M" level, and the remaining drive signals
SFour~ S nBecomes the “L” level.
First to twelfth gate electrodes G11~ G41, G12~
G42, G13~ G43Causes vertical charge transfer.
Therefore, as shown in the third set of FIG.
Eye pixel signal q3jIs transferred to the horizontal charge transfer path 8,
Are the pixel signals q of the fourth to sixth rows.4j, Q5jIs 2
For each row, the pixel signal q6jIs for one row, horizontal charge transfer path8~ side
Transferred to

【0102】そして、水平電荷転送路8によって第3行
目の画素信号q3jが読みだされる。以後は、各行の画素
信号を読み出す毎に、第3の駆動回路12の駆動信号S
4 〜Sn が順番に“M”レベルに反転していくことによ
り、駆動されるゲート電極が4個宛を組として順次拡大
していき、最後の水平ブランキング期間THB(時点t9
〜t10)では、図11に示すように、全てのゲート信号
φ11〜φ4nがタイミング信号φ1 〜φ4 に等しい波形と
なり、最後の走査読み出しで最終行の画素信号を読みだ
すことができる。
Then, the pixel signal q 3j in the third row is read out by the horizontal charge transfer path 8. Thereafter, every time the pixel signal of each row is read, the drive signal S of the third drive circuit 12 is
By 4 to S n is gradually inverted "M" level in sequence, a gate electrode to be driven is continue to gradually expand the four addressed as a set, the last horizontal blanking period T HB (time t 9
~ T 10 ), as shown in FIG. 11, all the gate signals φ 11 to φ 4n have waveforms equal to the timing signals φ 1 to φ 4 , and the pixel signals of the last row can be read by the last scan reading. it can.

【0103】図13は、任意の順番、すなわち第k番目
とk+1番目の垂直電荷転送動作をポテンシャルプロフ
ィールで示しているが、図示するように、水平電荷転送
路8側の転送ピクセルから順番に電荷間の距離を拡大し
た転送ピクセルの数が増えていくことにより、水平電荷
転送路8に近い側の画素信号から順に読みだしていくこ
ととなる。
FIG. 13 shows an arbitrary order, that is, the k-th and (k + 1) -th vertical charge transfer operations by a potential profile. As shown in FIG. As the number of transfer pixels with the distance between them increases, the pixel signals closer to the horizontal charge transfer path 8 are read out sequentially.

【0104】以上に説明した構成によれば、受光部のゲ
ート電極へゲート信号を供給する駆動回路を、CMOS
構造のMOSトランジスタで形成せず、受光部よりも不
純物濃度の高いpウェル内に形成したNMOS構造のM
OSトランジスタおよびバイポーラ構造のトランジスタ
で形成することとしたので、高耐圧の駆動回路を実現す
ることができ、縦型オーバーフロードレインと電子シャ
ッター機能をもたせることができる。
According to the configuration described above, the driving circuit for supplying a gate signal to the gate electrode of the light receiving section is formed by a CMOS circuit.
An NMOS transistor M formed not in a MOS transistor having a structure but in a p-well having a higher impurity concentration than a light receiving portion.
Since the transistor is formed using an OS transistor and a transistor having a bipolar structure, a driving circuit with high withstand voltage can be realized, and a vertical overflow drain and an electronic shutter function can be provided.

【0105】そして、縦型オーバーフロードレイン構造
を備えることでフォトダイオードの過剰電荷を基板側へ
廃棄してブルーミング等の発生を無くし、また、基板抜
き電子シャッターを可能にし、ノンインターレースのフ
ルフレーム読み出しができる静止画撮像に好適な電荷結
合型固体撮像装置を提供することができる。
By providing a vertical overflow drain structure, excess charge of the photodiode is discarded to the substrate side to eliminate blooming and the like, and an electronic shutter without a substrate is enabled, so that non-interlaced full frame reading can be performed. It is possible to provide a charge-coupled solid-state imaging device suitable for imaging a still image.

【0106】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example,
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0107】[0107]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
行列状に配置された多数の光電変換素子を有する固体撮
像装置において、電子シャッタを可能とすると共に集積
化した制御回路の誤動作を防止することができる。
As described above, according to the present invention,
In a solid-state imaging device having a large number of photoelectric conversion elements arranged in a matrix, an electronic shutter can be enabled and malfunction of an integrated control circuit can be prevented.

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

【図1】電荷結合型固体撮像装置を適用した電子スチル
カメラの構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an electronic still camera to which a charge-coupled solid-state imaging device is applied.

【図2】電荷結合型固体撮像装置の概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a charge-coupled solid-state imaging device.

【図3】図2に示す固体撮像装置内の駆動回路12の構
成を説明する回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration of a drive circuit 12 in the solid-state imaging device illustrated in FIG.

【図4】図2の構成の受光領域の要部構造および周辺回
路構成を示す概略平面図図である。
FIG. 4 is a schematic plan view showing a main part structure and a peripheral circuit structure of a light receiving region in the structure of FIG.

【図5】図4中のx−x線に沿う矢視縦断面図である。FIG. 5 is a vertical sectional view taken along the line xx in FIG. 4;

【図6】図4中のy−y線に沿う矢視縦断面図である。FIG. 6 is a vertical sectional view taken along line yy in FIG. 4;

【図7】走査読み出し動作を概略的に示す信号波形図で
ある。
FIG. 7 is a signal waveform diagram schematically showing a scanning read operation.

【図8】走査読み出し動作を詳細に示すタイミングチャ
ートである。
FIG. 8 is a timing chart showing a scanning read operation in detail.

【図9】図8中の要部タイミングを拡大して示すタイミ
ングチャートである。
FIG. 9 is an enlarged timing chart showing the main part timing in FIG. 8;

【図10】図8中の要部タイミングを拡大して示すタイ
ミングチャートである。
FIG. 10 is an enlarged timing chart showing the main part timing in FIG. 8;

【図11】図8中の要部タイミングを拡大して示すタイ
ミングチャートである。
FIG. 11 is a timing chart showing an enlarged main part timing in FIG. 8;

【図12】走査読み出し時の電荷転送動作を概念的に示
す図である。
FIG. 12 is a diagram conceptually showing a charge transfer operation at the time of scanning readout.

【図13】走査読み出し時の電荷転送動作を行なうポテ
ンシャルプロフィールである。
FIG. 13 is a potential profile for performing a charge transfer operation during scanning readout.

【図14】従来の電荷結合型固体撮像装置の要部構造を
示す概略平面図である。
FIG. 14 is a schematic plan view showing a main structure of a conventional charge-coupled solid-state imaging device.

【図15】従来例の動作を説明する信号波形図である。FIG. 15 is a signal waveform diagram for explaining the operation of the conventional example.

【図16】従来例の動作を説明するポテンシャルプロフ
ィールである。
FIG. 16 is a potential profile illustrating the operation of the conventional example.

【図17】従来例の動作を説明する概略図である。FIG. 17 is a schematic diagram illustrating the operation of a conventional example.

【図18】従来例の課題を説明するためのシフトレジス
タの回路図である。
FIG. 18 is a circuit diagram of a shift register for explaining a problem of a conventional example.

【図19】従来例の課題を説明するための固体撮像装置
の一部断面図である。
FIG. 19 is a partial cross-sectional view of a solid-state imaging device for describing a problem of a conventional example.

【図20】従来例の課題を説明するための固体撮像装置
の一部断面図である。
FIG. 20 is a partial cross-sectional view of a solid-state imaging device for describing a problem of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 撮像光学系 2 機械式絞り機構 3 電荷結合型固体撮像装置 4 信号処理回路 5 記憶機構 6 同期制御回路 7 受光領域 8 水平CCD 9 出力アンプ 10、11、12 駆動回路 REFERENCE SIGNS LIST 1 imaging optical system 2 mechanical diaphragm mechanism 3 charge-coupled solid-state imaging device 4 signal processing circuit 5 storage mechanism 6 synchronization control circuit 7 light receiving area 8 horizontal CCD 9 output amplifier 10, 11, 12 drive circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04N 5/335 H01L 27/148 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H04N 5/335 H01L 27/148

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1の導電型の半導体基板と、 前記半導体基板の表面部分に形成され、第1の導電型と
逆の第2の導電型の第1の不純物濃度を有する第1のウ
ェルと、 前記半導体基板の表面部分に形成され、第2の導電型で
第1の不純物濃度より高い第2の不純物濃度を有する第
2のウェルと、 前記第1のウェル内に形成された複数個の第1導電型領
域を含む光電変換素子と、 前記半導体基板に接続されたバイアス電圧印加端子と、 第2のウェル内に形成された複数個の第1導電型領域を
含む制御回路とを含む固体撮像装置。
1. A semiconductor substrate of a first conductivity type, and a first well formed on a surface portion of the semiconductor substrate and having a first impurity concentration of a second conductivity type opposite to the first conductivity type. A second well formed on a surface portion of the semiconductor substrate and having a second conductivity type and a second impurity concentration higher than the first impurity concentration; and a plurality of second wells formed in the first well. A photoelectric conversion element including a first conductivity type region, a bias voltage application terminal connected to the semiconductor substrate, and a control circuit including a plurality of first conductivity type regions formed in a second well. Solid-state imaging device.
【請求項2】 さらに、前記第1のウェル部に接続され
た他のバイアス電圧印加端子を含む請求項1記載の固体
撮像装置。
2. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising another bias voltage application terminal connected to said first well portion.
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