JP2977983B2 - Solid-state imaging device and driving method thereof - Google Patents

Solid-state imaging device and driving method thereof

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JP2977983B2
JP2977983B2 JP4020205A JP2020592A JP2977983B2 JP 2977983 B2 JP2977983 B2 JP 2977983B2 JP 4020205 A JP4020205 A JP 4020205A JP 2020592 A JP2020592 A JP 2020592A JP 2977983 B2 JP2977983 B2 JP 2977983B2
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哲夫 苫
浩 谷川
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Fuji Fuirumu Maikuro Debaisu Kk
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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】本発明は固体撮像装置に関し、特
に光電変換素子と電荷転送路を半導体基板内に備えた固
体撮像装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a solid-state imaging device having a photoelectric conversion element and a charge transfer path in a semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】本発明者らは、既にドミノ型と呼ばれる
固体撮像装置を提案した。図9にこの構成の固体撮像装
置を示す。
2. Description of the Related Art The present inventors have already proposed a solid-state imaging device called a domino type. FIG. 9 shows a solid-state imaging device having this configuration.

【0003】図9において、撮像部には多数のホトダイ
オードPが行列状に配置されている。たとえば、P11
は第1行、第1列のホトダイオードを示し、P12は第
1行、第2列のホトダイオードを示す。ホトダイオード
の各列に対応して、垂直電荷転送路(VCCD)が配置
されている。
In FIG. 9, a large number of photodiodes P are arranged in a matrix in an imaging section. For example, P11
Denotes a photodiode in a first row and a first column, and P12 denotes a photodiode in a first row and a second column. A vertical charge transfer path (VCCD) is arranged corresponding to each column of the photodiodes.

【0004】VCCD1は、ホトダイオードの第1列P
11、P21、P31、…に対応して配置され、各ホト
ダイオードPi1とトランスファゲートTgによって結
合されている。各ホトダイオードPijに蓄積された電
荷は、トランスファゲートTgを介してVCCDにシフ
トされ、VCCD中を縦方向に転送される。
[0004] The VCCD 1 has a first column P of photodiodes.
, P21, P31,... And are coupled to each photodiode Pi1 by a transfer gate Tg. The electric charge accumulated in each photodiode Pij is shifted to the VCCD via the transfer gate Tg, and is transferred in the vertical direction in the VCCD.

【0005】ホトダイオードの各行に対応して、2つの
ポリシリコン電極が形成されている。たとえば、第1行
のホトダイオードP11、P12、P13、…に対応し
て2つのCCD電極G11、G21が形成され、これら
のホトダイオードに隣接するVCCDの転送電極を形成
している。
[0005] Two polysilicon electrodes are formed corresponding to each row of the photodiodes. For example, two CCD electrodes G11 and G21 are formed corresponding to the photodiodes P11, P12, P13,... In the first row, and form a VCCD transfer electrode adjacent to these photodiodes.

【0006】なお、VCCD中の電荷転送は、後に述べ
るように2行を1単位として行なわれる。このため、第
2行のホトダイオードP21、P22、P23、…に対
応するVCCD電極には、G31、G41の符号が付さ
れている。VCCDの各電極には、4相の電荷転送信号
φ1、φ2、φ3、φ4が2行を1単位として印加され
る。
The charge transfer in the VCCD is performed in units of two rows as described later. Therefore, the VCCD electrodes corresponding to the photodiodes P21, P22, P23,... In the second row are denoted by G31 and G41. To each electrode of the VCCD, four-phase charge transfer signals φ1, φ2, φ3, φ4 are applied with two rows as one unit.

【0007】これらのVCCD電極には、左右両側にお
いて駆動回路が接続されている。右側の駆動回路は、M
OSトランジスタm11、m21、m31、m41、m
12、…を介して各VCCD電極に電荷転送信号を供給
する。
Drive circuits are connected to these VCCD electrodes on both the left and right sides. The drive circuit on the right is M
OS transistors m11, m21, m31, m41, m
A charge transfer signal is supplied to each VCCD electrode via.

【0008】図中左側の制御回路は、MOSトランジス
タM11、M21、M31、M41、M12、…を介し
て各VCCD電極に制御信号を供給すると共に偶数番目
のVCCD電極にバイポーラトランジスタQ21、Q4
1、Q22、…を介して制御信号を供給する。バイポー
ラトランジスタQ21、Q41、…を介して供給される
制御信号は、トランスファゲートTgの上に配置された
VCCD電極に供給され、各ホトダイオードPijに蓄
積された画像電荷をVCCDにシフトするために用いら
れる。
The control circuit on the left side of the figure supplies control signals to the respective VCCD electrodes via MOS transistors M11, M21, M31, M41, M12,... And bipolar transistors Q21, Q4 to even-numbered VCCD electrodes.
Control signals are supplied via 1, Q22,. The control signal supplied via the bipolar transistors Q21, Q41,... Is supplied to the VCCD electrode disposed above the transfer gate Tg, and is used to shift the image charge accumulated in each photodiode Pij to the VCCD. .

【0009】また、MOSトランジスタM11、M2
1、…を介して供給される制御信号は、VCCDにおい
て電荷転送を行なう間、電荷転送が行なわれない領域に
画像保持用電圧を供給するためのものである。すなわ
ち、奇数番目のVCCD電極は低レベルの電圧VL が印
加され、偶数番目のVCCD電極には高レベルの電圧φ
Hが印加される。このようにして、VCCDは画素混合
を生じさせることなく、画像電荷を保持することができ
る。
Further, MOS transistors M11, M2
The control signal supplied through 1,... Supplies an image holding voltage to a region where charge transfer is not performed during charge transfer in the VCCD. That is, a low-level voltage VL is applied to odd-numbered VCCD electrodes, and a high-level voltage φ is applied to even-numbered VCCD electrodes.
H is applied. In this way, the VCCD can retain the image charge without causing pixel mixing.

【0010】なお、各MOSトランジスタM、mは、N
MOSトランジスタで構成することができる。右側の制
御回路に含まれるシフトレジスタSRは、画素行列の2
行を単位として電荷転送信号のオン/オフを制御するた
めの信号S1、S2を供給する回路である。
Note that each of the MOS transistors M and m is N
It can be composed of MOS transistors. The shift register SR included in the control circuit on the right side has the pixel matrix 2
This circuit supplies signals S1 and S2 for controlling ON / OFF of the charge transfer signal in units of rows.

【0011】画素行列の下には、水平電荷転送路HCC
Dが配置されており、その上には1列当たり4個のHC
CD電極が配置されている。これらの各列4個のHCC
D電極には、電荷転送信号α1、α2、α3、α4が印
加される。
A horizontal charge transfer path HCC is provided below the pixel matrix.
D is arranged thereon, and four HCs per row are disposed thereon.
A CD electrode is arranged. Each of these four HCCs
The charge transfer signals α1, α2, α3, α4 are applied to the D electrode.

【0012】撮像部に画像を照射し、各ホトダイオード
Pijに電荷を蓄積した後、蓄積した画像信号をトラン
スファゲートTgを介してVCCDにシフトすると、V
CCDには偶数番目の電極の下に電荷が蓄積された状態
となる。この状態のまま電荷転送を行なおうとすると、
画素混合が生じてしまう。
After irradiating an image to the image pickup unit and accumulating electric charge in each photodiode Pij, the accumulated image signal is shifted to VCCD via a transfer gate Tg.
In the CCD, electric charges are accumulated under even-numbered electrodes. If you try to perform charge transfer in this state,
Pixel mixing occurs.

【0013】このため、HCCDに近い側から順次電荷
転送を行い、空パケットを発生させた後、画素混合を生
じないような方式で電荷転送を行いつつ、電荷転送領域
を順次上方に広げていく。なお、この電荷転送方式は、
アコーディオン転送方式と呼ばれるものと同様である。
For this reason, charge transfer is performed sequentially from the side near the HCCD, and after generating empty packets, the charge transfer region is sequentially expanded upward while performing the charge transfer in a manner that does not cause pixel mixing. . Note that this charge transfer method
This is similar to what is called an accordion transfer method.

【0014】図10は、アコーディオン転送方式を説明
するための概略図である。図10(A)は、CCDの下
の電荷転送路に形成されるポテンシャル分布を概略的に
示す。偶数番目の電極Evと奇数番目の電極Odとが交
互に配置されている。最初の状態においては、各奇数番
目の電極Odの下に電位井戸が形成され、この電位井戸
に電荷qa 、qb 、qc が蓄積されている。
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the accordion transfer system. FIG. 10A schematically shows a potential distribution formed in the charge transfer path below the CCD. Even-numbered electrodes Ev and odd-numbered electrodes Od are arranged alternately. In the first state, a potential well is formed below each odd-numbered electrode Od, and charges q a , q b , and q c are accumulated in the potential well.

【0015】次に最も右の偶数番目の電極Evの電圧を
高くすると、電位井戸が形成され、電荷qa は、2電極
分にわたって広がる。その後最も右の偶数番目の電極O
dの電圧を低くすると、この部分の電位井戸は電位障壁
に変化し、一旦2電極分に広がった電荷qa は、右方向
に1電極分転送された状態となる。
[0015] Next, when increasing the rightmost voltage of the even-numbered electrodes Ev, potential wells are formed, the charge q a is spread over 2 electrode minutes. Then the rightmost even-numbered electrode O
When the voltage of d is lowered, the potential well in this portion changes to a potential barrier, and the charge q a once spread over two electrodes is transferred to the right by one electrode.

【0016】次に右から2番目の偶数番目の電極Evの
電圧を高くすると、その下に電位井戸が広がり、電荷q
b は、2電極分にわたって分布するようになる。また、
このとき、最も右側の偶数番目の電極Evの電圧を低く
すると、その下に電位障壁が形成され電荷qa は、右方
向に押し出される。
Next, when the voltage of the second even-numbered electrode Ev from the right is increased, the potential well spreads below it and the electric charge q
b becomes distributed over two electrodes. Also,
In this case, when the lowest of the right voltage of the even-numbered electrodes Ev, charges q a potential barrier is formed below it, is pushed out to the right.

【0017】その後、電荷、qb の左側に電位障壁を形
成し、右側に電位井戸を形成するようにすれば、電荷q
b は順次右方向に転送される。このように、全電荷を同
時に転送するのではなく、電荷掃き出し口のある側から
順次電荷を取り出しつつ、電荷転送領域を広げることに
より、VCCDの2電極毎に蓄積された電荷を転送させ
ることができる。
[0017] Thereafter, the charge, to form a potential barrier to the left of q b, if so as to form a potential well on the right, the charge q
b is sequentially transferred to the right. As described above, instead of transferring all the electric charges at the same time, the electric charge accumulated for every two electrodes of the VCCD can be transferred by expanding the electric charge transfer area while sequentially taking out electric charges from the side having the electric charge sweeping port. it can.

【0018】図10(B)は、このような電荷転送方式
を模式的に示す図である。図中、縦方向に電荷転送路を
示し、右方向に時間変化をとった。なお、図10(B)
においては、電荷転送路の上半分に蓄積された電荷を、
下半分に転送する場合を示している。図9に示す固体撮
像装置においては、図10(B)に示す下半分の電荷転
送路は省略されており、この位置にHCCDが配置され
る。
FIG. 10B is a diagram schematically showing such a charge transfer system. In the figure, the charge transfer path is shown in the vertical direction, and the time change is taken in the right direction. FIG. 10B
In, the charge accumulated in the upper half of the charge transfer path is
The case of transferring to the lower half is shown. In the solid-state imaging device shown in FIG. 9, the lower half charge transfer path shown in FIG. 10B is omitted, and the HCCD is arranged at this position.

【0019】図9の構成においては、ホトダイオードの
行列の各行当たり2個の電荷転送電極を設け、4相駆動
を行なうことによって電荷転送を行なった。本発明者ら
は、先に基本的に画素行列の各行当たり1個の制御信号
で電荷転送を行なえる方式を提案した。図11にこの固
体撮像装置の概念図を示す。
In the configuration shown in FIG. 9, two charge transfer electrodes are provided for each row of the photodiode matrix, and charge transfer is performed by performing four-phase driving. The present inventors have previously proposed a method in which charge transfer can be basically performed by one control signal for each row of a pixel matrix. FIG. 11 shows a conceptual diagram of this solid-state imaging device.

【0020】ホトダイオードPijは、図9に示すホト
ダイオードPijと同様であり、これらのホトダイオー
ドPijに接続されたトランスファゲートTgおよび垂
直電荷転送路VCCDも図9のものと同様である。
The photodiode Pij is the same as the photodiode Pij shown in FIG. 9, and the transfer gate Tg and the vertical charge transfer path VCCD connected to these photodiodes Pij are also the same as those in FIG.

【0021】垂直電荷転送路VCCDの上には、ホトダ
イオードPijの各行に対して1つのVCCD電極E
1、E2、E3、…が配置されている。これらのVCC
D電極E1、E2、…には、2相駆動の位相信号φ1、
φ2がスイッチSW1、SW2、…を介して印加され
る。
On the vertical charge transfer path VCCD, one VCCD electrode E is provided for each row of the photodiodes Pij.
1, E2, E3,... Are arranged. These VCC
The D electrodes E1, E2,...
.phi.2 is applied via switches SW1, SW2,.

【0022】これらのスイッチSW1、SW2、…は、
走査信号Sによってオン/オフを制御される。各電荷転
送路中には、電荷混合を防止するため、作り付けの電位
障壁と電位井戸が各行当たり1組形成されている。した
がって、ホトダイオードPijから垂直電荷転送路VC
CDに蓄積電荷をシフトさせたときにも、これらの電荷
の混合は生じない。
These switches SW1, SW2,...
ON / OFF is controlled by the scanning signal S. In each charge transfer path, a set of built-in potential barriers and potential wells are formed for each row to prevent charge mixing. Therefore, the vertical charge transfer path VC
Even when the accumulated charges are shifted to the CD, no mixing of these charges occurs.

【0023】また、画素行列の左側には、電位保持回路
RTが配置され、トランジスタT1、T2、T3、…を
介して電荷保持電位VL が印加される。なお、電荷シフ
ト信号を与える回路は図示していないが、図9同様の回
路によって各VCCD電極に電荷シフト信号を与えれ
ば、各ホトダイオードPijからトランスファゲートT
gを介して垂直電荷転送路VCCDに電荷をシフトする
ことができる。
On the left side of the pixel matrix, a potential holding circuit RT is arranged, and a charge holding potential VL is applied via transistors T1, T2, T3,. Although a circuit for supplying a charge shift signal is not shown, if a charge shift signal is supplied to each VCCD electrode by a circuit similar to that of FIG. 9, the transfer gate T
g, the charge can be shifted to the vertical charge transfer path VCCD.

【0024】各ホトダイオードPijから電荷をシフト
した状態の垂直電荷転送路VCCDの状態を、図11
(B)に概略的に示す。図中上部にVCCD電極E1、
E2、E3、…を示し、その下に垂直電荷転送路VCC
D内の電子エネルギを概略的に示す。
FIG. 11 shows the state of the vertical charge transfer path VCCD in a state where charges are shifted from each photodiode Pij.
This is schematically shown in (B). In the upper part of the figure, the VCCD electrode E1,
E2, E3,..., And a vertical charge transfer path VCC
1 schematically shows the electron energy in D.

【0025】VCCD内には、作り付けの不純物濃度分
布が形成されており、作り付け電位の差による電位井戸
Wと電位障壁Bとが1電極当たり1組形成されている。
ホトダイオードPijからシフトされた電荷Q1、Q
2、…は、各VCCD電極下の電位井戸に蓄積される。
A built-in impurity concentration distribution is formed in the VCCD, and one set of a potential well W and a potential barrier B due to a difference in built-in potential is formed for each electrode.
Charges Q1, Q shifted from photodiode Pij
Are stored in potential wells below each VCCD electrode.

【0026】電荷シフト後、水平電荷転送路HCCDの
電位を高くすると、その下の電子エネルギが下がり、V
CCD電極E1との間の電位障壁が消滅する。このた
め、電位井戸W1に蓄積されていた電荷Q1は、HCC
Dに転送される。その後、HCCDの電位を元の状態に
戻すと、電位井戸W1の右側に電位障壁が復活する。
After the charge shift, when the potential of the horizontal charge transfer path HCCD is increased, the electron energy thereunder drops, and
The potential barrier between the CCD electrode E1 disappears. Therefore, the charge Q1 stored in the potential well W1 is
D. Thereafter, when the potential of the HCCD is returned to the original state, the potential barrier is restored on the right side of the potential well W1.

【0027】VCCD電極E1の下に空パケットが形成
された後、VCCD電極E1の電位を高くすると、その
下の電子エネルギが下がり、電位障壁Q1が消滅する。
すると、電位井戸W2に蓄積されていた電荷Q2は、電
位井戸W1に転送される。その後、VCCD電極E1の
電位を元に戻すと、電荷Q2は電位井戸W1に蓄積され
た状態で電位障壁B1が復活する。
After the empty packet is formed under the VCCD electrode E1, when the potential of the VCCD electrode E1 is raised, the electron energy thereunder drops and the potential barrier Q1 disappears.
Then, the charge Q2 stored in the potential well W2 is transferred to the potential well W1. Thereafter, when the potential of the VCCD electrode E1 is restored, the potential barrier B1 is restored with the charge Q2 accumulated in the potential well W1.

【0028】このようにして、電位井戸W2に空パケッ
トを形成した後、HCCDとVCCD電極E2の電位を
高くすると、電位井戸W1の電荷Q2はHCCDに転送
され、電位井戸W3の電荷Q3は電位井戸W2にシフト
される。
After the empty packet is formed in the potential well W2 in this way, when the potentials of the HCCD and the VCCD electrode E2 are increased, the charge Q2 of the potential well W1 is transferred to the HCCD, and the charge Q3 of the potential well W3 is changed to the potential. The well is shifted to W2.

【0029】同様にして、次のサイクルでは電荷Q4と
電荷Q3とを同時に転送することが可能となる。このよ
うに、図11に示す固体撮像装置においては、2相駆動
によって電荷転送を行なうことができる。
Similarly, in the next cycle, charges Q4 and Q3 can be simultaneously transferred. Thus, in the solid-state imaging device shown in FIG. 11, charge transfer can be performed by two-phase driving.

【0030】図12は、図11の固体撮像装置の動作
を、さらに詳しく説明するための図である。垂直電荷転
送路VCCD内に不純物濃度分布を形成すると、不純物
濃度の濃い領域と薄い領域では、図12(A)に示すよ
うに異なるチャネルポテンシャルが形成される。図中、
縦軸下方向はチャネルポテンシャルを示し(上向きが電
子エネルギに対応する)、横方向は半導体表面から半導
体基板内への深さを示す。
FIG. 12 is a diagram for explaining the operation of the solid-state imaging device of FIG. 11 in more detail. When an impurity concentration distribution is formed in the vertical charge transfer path VCCD, different channel potentials are formed in a region where the impurity concentration is high and a region where the impurity concentration is low, as shown in FIG. In the figure,
The vertical direction indicates the channel potential (the upward direction corresponds to the electron energy), and the horizontal direction indicates the depth from the semiconductor surface into the semiconductor substrate.

【0031】VCCD電極に電荷シフト時の高い電圧
(H)を印加したとき、電位井戸部に発生するチャネル
ポテンシャルとVWHと電位障壁部に発生するチャネルポ
テンシャルVBHを示す。なお、このときトランスファゲ
ートの部分にはチャネルポテンシャルVTGが発生してい
る。
When a high voltage (H) during charge shift is applied to the VCCD electrode, the channel potential generated at the potential well and V WH and the channel potential V BH generated at the potential barrier are shown. At this time, a channel potential V TG is generated at the transfer gate.

【0032】なお、VCCDに沿った方向でチャネルポ
テンシャルの分布を見ると、図12(B)のようにな
る。なお、この図においては、チャネルポテンシャルの
差を形成するための製造工程上の理由から、ホトダイオ
ードの1行当たり2つのVCCD電極を形成し、各行に
対応する2つの電極に同一電位を与えている構成を示
す。
FIG. 12B shows the distribution of the channel potential in the direction along the VCCD. In this figure, two VCCD electrodes are formed for each row of photodiodes and the same potential is applied to two electrodes corresponding to each row because of a manufacturing process for forming a difference in channel potential. The configuration is shown.

【0033】電極下の絶縁膜の厚さを変化させること等
により、同一電位を与えたときの影響が異なるようにす
ることもできる。この場合、チャネルポテンシャルの差
が不純物濃度の差と電極からの影響の差によって形成さ
れる。電荷シフト時の高い電圧を与えた状態では、VC
CD内のチャネルポテンシャルは実線のようになる。
By changing the thickness of the insulating film below the electrodes, the influence when the same potential is applied can be made different. In this case, a difference in channel potential is formed by a difference in impurity concentration and a difference in influence from the electrode. When a high voltage is applied during the charge shift, VC
The channel potential in the CD is as shown by the solid line.

【0034】また、このときのトランスファゲートのチ
ャネルポテンシャルを破線で示している。このような状
態で、各ホトダイオードに蓄積された電荷はトランスフ
ァゲートを介してVCCD内の電位井戸にシフトされ
る。
The channel potential of the transfer gate at this time is indicated by a broken line. In such a state, the charge stored in each photodiode is shifted to a potential well in the VCCD via the transfer gate.

【0035】[0035]

【発明が解決しようとする課題】ホトダイオードから電
荷転送路への電荷シフトの際には、トランスファゲート
の電位障壁を消滅させるため、高い電圧が電荷転送列の
電極に与えられる。このとき、画素行列の各行当たり1
つの電極を配置した構成においては、電荷転送路内の電
位障壁部のチャネルポテンシャルも高くなり、多量に電
荷を蓄積したホトダイオードから電荷転送路へシフトさ
れる電荷は隣接する電極部分にオーバフローする可能性
が生じる。
When the charge shifts from the photodiode to the charge transfer path, a high voltage is applied to the electrodes of the charge transfer column in order to eliminate the potential barrier of the transfer gate. At this time, 1 for each row of the pixel matrix
In a configuration with two electrodes, the channel potential of the potential barrier in the charge transfer path also increases, and the charge shifted from the photodiode that has accumulated a large amount of charge to the charge transfer path may overflow to the adjacent electrode part. Occurs.

【0036】図12(C)にこの状態を概略的に示す。
VCCD電極に高い電位を与えると、トランスファゲー
トTgおよびVCCDのチャネルポテンシャルが高くな
り(電子エネルギが低くなり)、ホトダイオードPij
に蓄積された電荷はトランスファゲートを越えてVCC
Dに流れ出す。このとき、VCCDの電位障壁部Bの電
子エネルギも低くなっているため、ホトダイオードPi
jから流れ出した電荷の一部はVCCDの電位障壁部B
の上を通過し、隣接する画素部にオーバフローすること
ができる。このようにして、電荷混合が発生する。
FIG. 12C schematically shows this state.
When a high potential is applied to the VCCD electrode, the transfer gate Tg and the channel potential of the VCCD increase (electron energy decreases), and the photodiode Pij
The charge accumulated in the transfer gate is transferred to VCC
Flow out to D. At this time, since the electron energy of the potential barrier portion B of the VCCD is also low, the photodiode Pi
A part of the electric charge flowing out of j is the potential barrier portion B of the VCCD.
, And overflow to the adjacent pixel portion. In this way, charge mixing occurs.

【0037】本発明の目的は、ホトダイオードと電荷転
送路を備え、電荷転送路を2相駆動することが可能な固
体撮像素子において、ホトダイオードから電荷転送路へ
の電荷シフト時にオーバフローが生じにくい構成を有す
る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 image pickup device having a photodiode and a charge transfer path, capable of driving the charge transfer path in two phases, with a configuration in which overflow does not easily occur when a charge shifts from the photodiode to the charge transfer path. To provide a solid-state imaging device having the same.

【0038】本発明の他の目的は、このような固体撮像
装置において、電荷シフト時に電荷混合を生じさせない
ような駆動方法を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a driving method in such a solid-state imaging device that does not cause charge mixing during charge shift.

【0039】[0039]

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置の
駆動方法は、多数個の光電変換素子を含む光電変換素子
列に蓄積された電荷を前記光電変換素子列に隣接して配
置され、1光電変換素子当り1つのストレージ部と1つ
のバリア部とを有する電荷転送列にシフトし、順次前記
電荷転送列内を転送して信号電荷を読み出す固体撮像装
置の駆動方法であって、前記電荷転送列内の光電変換素
子に隣接するストレージ部とバリア部とに異なる電位を
与えて隣接するストレージ部との間のバリア部に高い電
位障壁を形成したまま、ストレージ部に深い電位井戸を
形成して、前記光電変換素子からストレージ部に電荷を
シフトする工程と、前記電荷転送列のストレージ部と隣
接する一方のバリア部のポテンシャルを同時に同一信号
で制御して2相駆動で電荷を転送する工程とを含む。
According to the present invention, there is provided a method for driving a solid-state image pickup device, wherein electric charges accumulated in a photoelectric conversion element array including a plurality of photoelectric conversion elements are arranged adjacent to the photoelectric conversion element array. A method for driving a solid-state imaging device, which shifts to a charge transfer column having one storage unit and one barrier unit per photoelectric conversion element, and sequentially transfers signal charges in the charge transfer column to read out signal charges. A deep potential well is formed in the storage section while applying a different potential to the storage section and the barrier section adjacent to the photoelectric conversion element in the transfer column and forming a high potential barrier in the barrier section between the adjacent storage sections. Shifting the electric charge from the photoelectric conversion element to the storage unit, and simultaneously controlling the potential of one of the barrier units adjacent to the storage unit of the electric charge transfer column with the same signal. In a step of transferring charges.

【0040】また、本発明の固体撮像装置は、多数個の
光電変換素子を含む光電変換素子列と、前記光電変換素
子列に隣接して配置された電荷転送路とその上に配置さ
れ、各光電変換素子に対応する位置に配置された第1の
組の絶縁電極と隣接する第1の組の絶縁電極間に配置さ
れた第2の組の絶縁電極とを含む電荷転送列と、光電変
換素子列から電荷転送路に電荷をシフトするためのシフ
ト信号を前記第1の組の絶縁電極に印加するための電荷
シフト回路と、前記シフト信号印加中、前記電荷転送路
内に多数の電位障壁を形成するため、前記第2の組の絶
縁電極に所定バイアス電圧を印加するための電位障壁保
持回路と、各光電変換素子に対応する第1の組の絶縁電
極と隣接する一方の第2の組の絶縁電極との対に同時に
同一の電圧信号を与えつつ、電荷転送路内の電荷を転送
させる駆動回路とを含む。
The solid-state imaging device according to the present invention further comprises a photoelectric conversion element array including a large number of photoelectric conversion elements, a charge transfer path arranged adjacent to the photoelectric conversion element array, A charge transfer column including a first set of insulating electrodes disposed at a position corresponding to the photoelectric conversion element and a second set of insulating electrodes disposed between adjacent first sets of insulating electrodes; A charge shift circuit for applying a shift signal for shifting charges from the element array to the charge transfer path to the first set of insulating electrodes; and a plurality of potential barriers in the charge transfer path during the application of the shift signal. And a potential barrier holding circuit for applying a predetermined bias voltage to the second set of insulating electrodes, and a second set of ones adjacent to the first set of insulating electrodes corresponding to each photoelectric conversion element. The same voltage signal is simultaneously applied to the pair of insulated electrodes. Etsutsu, and a driving circuit for transferring the charge in the charge transfer path.

【0041】[0041]

【作用】光電変換素子列から電荷転送路に電荷をシフト
する際に、電荷を蓄積すべきストレージ部とストレージ
部との間には高い電位障壁を形成するバリア部が残され
るため、電荷混合が防止される。
When a charge is shifted from a row of photoelectric conversion elements to a charge transfer path, a barrier portion that forms a high potential barrier is left between storage portions where the charge is to be accumulated, so that charge mixing occurs. Is prevented.

【0042】[0042]

【実施例】図1は、本発明の実施例による固体撮像装置
を概略的に示す平面図である。撮像部には、多数のホト
ダイオードPijが行列状に配置されている。
FIG. 1 is a plan view schematically showing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. In the imaging unit, a large number of photodiodes Pij are arranged in a matrix.

【0043】この画素行列の各列に対応して、垂直電荷
転送路VCCDが形成されている。たとえば、第1列の
ホトダイオードP11、P21、P31、…の右側に垂
直電荷転送路VCCD1が形成され、各ホトダイオード
とトランスファゲートTgで結合されている。各垂直電
荷転送路VCCDの下端には、1つの水平電荷転送路H
CCDが結合されている。
A vertical charge transfer path VCCD is formed corresponding to each column of the pixel matrix. For example, a vertical charge transfer path VCCD1 is formed on the right side of the photodiodes P11, P21, P31,... In the first column, and is connected to each photodiode by a transfer gate Tg. One horizontal charge transfer path H is provided at the lower end of each vertical charge transfer path VCCD.
CCD is coupled.

【0044】垂直電荷転送路VCCDの上には、画素行
列の1行当たり2つのVCCD電極G11、G21、G
31、G41、G12、G22、…が配置されている。
これらのVCCD電極は、図中右側と左側において、そ
れぞれ制御回路に接続されている。
On the vertical charge transfer path VCCD, two VCCD electrodes G11, G21, G per row of the pixel matrix are provided.
31, G41, G12, G22,...
These VCCD electrodes are connected to control circuits on the right and left sides in the figure, respectively.

【0045】図中右側においては、VCCD電極G1
1、G21、G31、G41、G12、…は、NMOS
トランジスタm11、m21、m31、m12、…を介
して位相信号φ1、φ2に接続されている。また、トラ
ンジスタm11、m21、…の各ゲートは、2行1組と
なってシフトレジスタSRから走査信号S1、S2、…
を与えられている。
On the right side of the figure, the VCCD electrode G1
1, G21, G31, G41, G12,... Are NMOS
Are connected to the phase signals φ1 and φ2 via transistors m11, m21, m31, m12,... The gates of the transistors m11, m21,... Form a set of two rows, and the scanning signals S1, S2,.
Has been given.

【0046】なお、位相信号φ1は、トランジスタmを
介してG11、G41、G12、G42、…のVCCD
電極に与えられ、位相信号φ2は、トランジスタmを介
してG21、G31、G22、G32、…のVCCD電
極に与えられている。また、各VCCD電極G11、G
21、…の電位をφ11、φ21、…で示す。
The phase signal φ1 is supplied to the VCCD of G11, G41, G12, G42,.
The phase signal φ2 is applied to the VCCD electrodes G21, G31, G22, G32,... Via the transistor m. Also, each VCCD electrode G11, G
.. Are indicated by φ11, φ21,.

【0047】図中左側においては、各VCCD電極はN
MOSトランジスタM11、M21、…を介して信号源
L またはφH に接続されている。また、偶数番目の電
極は、バイポーラトランジスタQ21、Q41、…を介
して電荷シフト電圧VS に接続されている。
On the left side of the figure, each VCCD electrode is N
MOS transistors M11, M21, and is connected to ... signal source V L or phi H through. The even-numbered electrodes are connected to the charge shift voltage V S via bipolar transistors Q21, Q41,.

【0048】VCCDの下端には、水平電荷転送路HC
CDが配置され、その上には各列当たり4つの電極が形
成されている。これらの電極は、2つずつ交互に位相信
号α1、α2に接続されている。
A horizontal charge transfer path HC is provided at the lower end of the VCCD.
A CD is arranged on which four electrodes are formed for each column. These electrodes are alternately connected to the phase signals α1 and α2 two by two.

【0049】各電荷転送路内には、同一制御電圧によっ
てチャネルポテンシャルの異なるストレージ部STとバ
リア部Bとが形成されるように構成されている。画素部
分を例にとって説明する。
In each charge transfer path, a storage section ST and a barrier section B having different channel potentials are formed by the same control voltage. A description will be given taking a pixel portion as an example.

【0050】図2は、画素部分の構成を概略的に示す。
図2(A)は平面構成を示し、図2(B)はチャネルポ
テンシャルを示す。図2(A)において、ホトダイオー
ドPijに隣接してトランスファゲートTgが形成さ
れ、トランスファゲートTgの反対側には垂直電荷転送
路VCCDが形成されている。
FIG. 2 schematically shows the structure of the pixel portion.
FIG. 2A shows a planar configuration, and FIG. 2B shows a channel potential. In FIG. 2A, a transfer gate Tg is formed adjacent to the photodiode Pij, and a vertical charge transfer path VCCD is formed on the opposite side of the transfer gate Tg.

【0051】VCCDのトランスファゲートTgに隣接
する部分はチャネルポテンシャルの高いストレージ部S
Tとされ、ストレージ部とストレージ部との間にはチャ
ネルポテンシャルの低いバリア部Bが形成される。スト
レージ部STとバリア部Bは、少なくともその不純物濃
度が異なる。さらに、VCCDの上に形成される絶縁電
極の絶縁膜厚を変えること等により、チャネルポテンシ
ャルの差を大きくすることができる。
The portion adjacent to the transfer gate Tg of the VCCD is a storage portion S having a high channel potential.
T, and a barrier portion B having a low channel potential is formed between the storage portions. The storage section ST and the barrier section B have at least different impurity concentrations. Further, the difference in channel potential can be increased by changing the insulating film thickness of the insulating electrode formed on the VCCD.

【0052】図2(B)は、チャネルポテンシャルのゲ
ート電圧による変化を示す。ストレージ部STとバリア
部とは少なくともその不純物濃度が異なるため、同一ゲ
ート電圧に対して異なるチャネルポテンシャルを示す。
FIG. 2B shows a change in channel potential due to a gate voltage. Since the storage section ST and the barrier section have at least different impurity concentrations, they exhibit different channel potentials for the same gate voltage.

【0053】ストレージ部STのチャネルポテンシャル
は、バリア部Bのチャネルポテンシャルよりも高く、電
子に対して安定な状態を提供する。また、図にはトラン
スファゲート部Tgのチャネルポテンシャルも合わせて
示す。
The channel potential of the storage unit ST is higher than the channel potential of the barrier unit B, and provides a stable state for electrons. In the figure, the channel potential of the transfer gate portion Tg is also shown.

【0054】トランスファゲート部Tgのチャネルポテ
ンシャルは、バリア部Bのチャネルポテンシャルよりも
さらに低く形成されている。ゲート電圧を負電圧方向に
印加して行くと、ストレージ部STとバリア部Bのチャ
ネルポテンシャルは共に所定のゲート電圧で一定値とな
る。この臨界値をピニング電圧という。
The channel potential of the transfer gate portion Tg is lower than the channel potential of the barrier portion B. As the gate voltage is applied in the negative voltage direction, the channel potentials of the storage section ST and the barrier section B both become constant at a predetermined gate voltage. This critical value is called a pinning voltage.

【0055】電荷保持用の制御電圧(ロー電圧)V
L は、ピニング電圧よりも大きい負電圧にとり、ミドル
電圧VM は中間状態(たとえば接地電位)にとり、電荷
シフト用の高電圧(ハイ電圧)VH は、所定値以上の正
電圧にとる。
Control voltage (low voltage) V for holding electric charge
L takes a negative voltage greater than the pinning voltage, the middle voltage V M taken intermediate state (e.g., ground potential), a high voltage (high voltage) V H for charge shift takes a positive voltage of a predetermined value or more.

【0056】なおここで、ミドル電圧VM でのバリア部
BのチャネルポテンシャルVBMは、ロー電圧VL のスト
レージ部STのチャネルポテンシャルVSLよりも高く選
択し、VH でのバリア部BのチャネルポテンシャルVBH
はミドル電圧VM でのストレージ部STのチャネルポテ
ンシャルVSMよりも高く選択する。
It should be noted here, the channel potential V BM of the barrier section B in the middle voltage V M, high select than the channel potential V SL of the storage unit ST at the low voltage V L, the barrier section B in V H Channel potential V BH
High select than the channel potential V SM of the storage unit ST in the middle voltage V M is.

【0057】また、ハイ電圧VH でのトランスファゲー
ト部TgのチャネルポテンシャルV TGは、VSLとVBH
中間にとる。このようなチャネルポテンシャルの設定
は、半導体基板内の不純物濃度、半導体基板上の絶縁膜
の厚さ、電極材料等によって種々に選択することができ
る。
The high voltage VHTransfer game in
Channel potential V TGIs VSLAnd VBHof
Take in the middle. Setting of such channel potential
Is the impurity concentration in the semiconductor substrate, the insulating film on the semiconductor substrate
Can be variously selected according to the thickness of the electrode, electrode material, etc.
You.

【0058】図1の構成によれば、VCCDのストレー
ジ部STとバリア部Bとの上に、別個の電極が形成さ
れ、それぞれ独立の制御電圧を与えることができるた
め、ホトダイオードからVCCDへの電荷シフトの際の
電荷混合を防止することができる。
According to the configuration of FIG. 1, separate electrodes are formed on the storage section ST and the barrier section B of the VCCD, and independent control voltages can be applied to the respective electrodes. Charge mixing during shifting can be prevented.

【0059】図3を参照してフィールドシフトの動作を
説明する。フィールドシフト時のチャネルポテンシャル
を図3(A)に示す。横軸に半導体表面からの深さをと
り、縦軸下方にチャネルポテンシャルをとる。
The operation of the field shift will be described with reference to FIG. FIG. 3A shows the channel potential at the time of the field shift. The horizontal axis indicates the depth from the semiconductor surface, and the vertical axis indicates the channel potential.

【0060】ストレージ部STにはハイレベルの制御電
圧を印加するため、チャネルポテンシャルVSHは十分高
くなり、トランスファゲート部のチャネルポテンシャル
TGも十分下がってホトダイオードからストレージ部に
電荷をシフトすることができる。このとき、VCCDの
バリア部にはローレベルの電圧VL を印加する。したが
って、バリア部のチャネルポテンシャルVBLは、図示の
ようにトランスファゲート部のチャネルポテンシャルよ
りも高く保つことができる。
Since a high-level control voltage is applied to the storage unit ST, the channel potential V SH becomes sufficiently high, and the channel potential V TG of the transfer gate unit is sufficiently lowered to shift charges from the photodiode to the storage unit. it can. At this time, a low-level voltage VL is applied to the barrier section of the VCCD. Therefore, the channel potential V BL of the barrier section can be kept higher than the channel potential of the transfer gate section as shown in the figure.

【0061】VCCDに沿った方向のチャネルポテンシ
ャルの分布を、図3(B)に示す。実線がVCCD内の
チャネルポテンシャルの分布を示し、破線がトランスフ
ァゲート部のチャネルポテンシャルを示す。
FIG. 3B shows the distribution of the channel potential in the direction along the VCCD. The solid line shows the distribution of the channel potential in the VCCD, and the broken line shows the channel potential of the transfer gate section.

【0062】この状態でトランスファゲート部Tgから
電荷がVCCDのストレージ部STに流れ込んでくる
が、バリア部Bのチャネルポテンシャルはトランスファ
ゲート部のチャネルポテンシャルよりも図中高い位置に
あり、バリア部Bを越えて隣の画素に電荷がオーバフロ
ーすることが防止される。
In this state, the charge flows from the transfer gate portion Tg into the storage portion ST of the VCCD. However, the channel potential of the barrier portion B is higher than the channel potential of the transfer gate portion in the drawing. It is possible to prevent the charge from overflowing to the adjacent pixel.

【0063】図3(C)は、ホトダイオードPからVC
CDのストレージ部STに電荷をシフトする際の様子を
概略的に示す。電荷通路の両側には、十分高い電位障壁
が形成されているため、ホトダイオードPからストレー
ジ部STにシフトする電荷がこの電位障壁を越えて隣り
の画素にオーバフローすることは少ない。
FIG. 3C shows that the photodiode P
A state when charges are shifted to the storage unit ST of the CD is schematically shown. Since a sufficiently high potential barrier is formed on both sides of the charge path, the charge that shifts from the photodiode P to the storage unit ST rarely overflows the potential barrier and overflows to an adjacent pixel.

【0064】次に図4を参照して、ローレベルの電圧V
L をピニング状態にとる電荷転送路を説明する。図4
(A)は、電荷転送路の構成とそのチャネルポテンシャ
ルVmを概略的に示す。電子エネルギは逆向きとなる。
Next, referring to FIG. 4, low-level voltage V
A charge transfer path that takes L in a pinning state will be described. FIG.
(A) schematically shows the configuration of the charge transfer path and its channel potential Vm. Electron energy is reversed.

【0065】電荷転送路であるVCCDは、図中右側に
示すように、たとえばp型の半導体基板14の表面に、
n型の電荷転送路を形成して構成されている。この電荷
転送路は、n+ 型のウェル部15と、n- 型のバリア部
16とを交互に含む。
As shown on the right side of the figure, the VCCD as a charge transfer path is formed on the surface of a p-type semiconductor substrate 14, for example.
It is configured by forming an n-type charge transfer path. The charge transfer path includes n + -type well portions 15 and n -type barrier portions 16 alternately.

【0066】電荷転送路の上方には、絶縁膜を介して多
結晶シリコン等で形成されたゲート電極17、18が配
置されている。図の構成においては、ウェル部15の上
方に第1ポリシリコンで形成されたゲート電極17が配
置され、バリア部16の上方に第2ポリシリコンで形成
されたゲート電極18が配置されている。
Above the charge transfer paths, gate electrodes 17 and 18 made of polycrystalline silicon or the like are arranged via an insulating film. In the configuration shown in the figure, a gate electrode 17 made of first polysilicon is arranged above the well portion 15, and a gate electrode 18 made of second polysilicon is arranged above the barrier portion 16.

【0067】ここで、ウェル部15の上に配置されるゲ
ート酸化膜19は、バリア部16の上に配置されるゲー
ト酸化膜20よりも厚さが薄く選定されている。すなわ
ち、ウェル部15の上のゲート電極17と、バリア部1
6の上のゲート電極18に同一電位の電圧を印加した
時、ゲート酸化膜19はゲート酸化膜20よりも薄いた
めに、ウェル部15はバリア部16よりもゲート電圧の
影響を大きく受ける。
Here, the gate oxide film 19 disposed on the well portion 15 is selected to be thinner than the gate oxide film 20 disposed on the barrier portion 16. That is, the gate electrode 17 on the well 15 and the barrier 1
When a voltage of the same potential is applied to the gate electrode 18 above the gate electrode 6, the well portion 15 is more affected by the gate voltage than the barrier portion 16 because the gate oxide film 19 is thinner than the gate oxide film 20.

【0068】ゲート電極17、18に印加するゲート電
圧Vgを変化させると、電荷転送路内のチャネルポテン
シャルVmは図中左側のグラフに示すように変化する。
なお、図4(A)のグラフの縦軸上向きは電子に対する
電子エネルギを示し、横軸はゲート電圧を示している。
電子エネルギは下側が安定な低い電子エネルギである。
電子に対するものなので、正のゲート電圧を印加すると
電子エネルギは下がる。
When the gate voltage Vg applied to the gate electrodes 17 and 18 is changed, the channel potential Vm in the charge transfer path changes as shown in the left graph in FIG.
In the graph of FIG. 4A, the vertical axis indicates the electron energy with respect to the electrons, and the horizontal axis indicates the gate voltage.
The electron energy is a stable low electron energy on the lower side.
Since it is for electrons, applying a positive gate voltage lowers the electron energy.

【0069】n+ 型領域のウェル部15のチャネルポテ
ンシャルVm(15)は、n- 型領域のバリア部16の
チャネルポテンシャルVm(16)よりも電子に対する
電子エネルギが低い状態にある。電荷転送路が空乏状態
にある時は、ゲート電圧Vgを変化させると、チャネル
ポテンシャルも変化する。
The channel potential Vm (15) of the well portion 15 in the n + type region is in a state where electron energy for electrons is lower than the channel potential Vm (16) of the barrier portion 16 in the n type region. When the charge transfer path is in the depletion state, changing the gate voltage Vg also changes the channel potential.

【0070】しかしながら、ゲート電圧Vgを逆バイア
ス方向に増加させると、ある値よりも深い逆バイアスで
は電荷転送路に反転状態が生じ、チャネルポテンシャル
Vmは一定値を取るようになる。このチャネルポテンシ
ャルが変化しなくなるゲート電圧をピニング電圧Vgp
と呼ぶ。
However, when the gate voltage Vg is increased in the reverse bias direction, an inversion state occurs in the charge transfer path at a reverse bias deeper than a certain value, and the channel potential Vm takes a constant value. The gate voltage at which the channel potential does not change is defined as the pinning voltage Vgp.
Call.

【0071】ウェル部15とバリア部16とでは不純物
濃度が異なるため、ゲート酸化膜19、20が同じ厚さ
ならゲートピニング電圧およびそれに伴うピニングポテ
ンシャルも異なる。ゲート電圧Vgがローレベルの電圧
L の時、ウェル部15のポテンシャルも、バリア部1
6のポテンシャルもピニング状態にあるように選ぶと、
ウェル部15の電子エネルギは、ピニングポテンシャル
の差による電位障壁により囲まれて電位井戸を形成す
る。
Since the well portion 15 and the barrier portion 16 have different impurity concentrations, if the gate oxide films 19 and 20 have the same thickness, the gate pinning voltage and the associated pinning potential also differ. When the gate voltage Vg is the low level voltage VL , the potential of the well 15 is
If the potential of 6 is also selected to be in the pinning state,
The electron energy of the well portion 15 is surrounded by a potential barrier due to a difference in pinning potential to form a potential well.

【0072】図4(A)の構成においては、バリア部1
6の上のゲート酸化膜20は、ウェル部15の上のゲー
ト酸化膜19よりも厚く選定されているため、バリア部
16上のゲート電極18には本来必要な電圧よりも深い
逆バイアス電圧を印加したときに初めてピニング状態が
実現される。
In the configuration shown in FIG.
6 is selected to be thicker than the gate oxide film 19 on the well 15, a reverse bias voltage deeper than originally required is applied to the gate electrode 18 on the barrier 16. The pinning state is realized only when the voltage is applied.

【0073】ゲート酸化膜19、20の厚さの差を調整
することにより、ウェル部15とバリア部16がピニン
グ状態となるゲート電圧を同一にすることができる。ウ
ェル部15とバリア部16に対するゲートピニング電圧
が同一となるため、電荷を保持するときにウェル部15
とバリア部16に印加するローレベルのゲート電極V L
の範囲が拡大される。このため、駆動電圧の許容度が拡
大される。
Adjusting the difference in thickness between gate oxide films 19 and 20
As a result, the well portion 15 and the barrier portion 16 are pinned.
The gate voltages that enter the switching state can be the same. C
Gate pinning voltage for well 15 and barrier 16
Are the same, so that the well portion 15
And the low-level gate electrode V applied to the barrier section 16 L
Is expanded. Therefore, the tolerance of the driving voltage is expanded.
Will be great.

【0074】電荷を保持するウェル部15に隣接するバ
リア部16の一方に、ミドルレベルVM のゲート電圧を
印加すると、バリア部16の電子エネルギは、ローレベ
ルV L のウェル部15の電子エネルギよりも低くなり、
電荷を転送できる。
A barrier adjacent to the well portion 15 for holding electric charges
One of the rear part 16 has a middle level VMGate voltage
When applied, the electron energy of the barrier section 16 becomes low level.
Le V LLower than the electron energy of the well portion 15 of
The charge can be transferred.

【0075】なお、ピニング状態で電荷を保持するため
には、ウェル部15とバリア部16においてピニングポ
テンシャルが十分異なる必要があり、上述の構成におい
ては、電荷転送路の不純物濃度を変化させることによ
り、これを実現した。不純物濃度の他に、pn接合の深
さ等を変化させること等によってもピニングポテンシャ
ルを変化させることができる。ゲートピニング電圧Vg
pの調整はゲート酸化膜、ゲート電極材料、接合深さ等
の選択によって実施することができる。
In order to hold the charge in the pinning state, it is necessary that the well portion 15 and the barrier portion 16 have sufficiently different pinning potentials. In the above configuration, the impurity concentration of the charge transfer path is changed. This was achieved. In addition to the impurity concentration, the pinning potential can be changed by changing the depth of the pn junction or the like. Gate pinning voltage Vg
Adjustment of p can be performed by selecting a gate oxide film, a gate electrode material, a junction depth, and the like.

【0076】図4(B)は、ゲート電圧の変化による暗
電流の変化を概略的に示す。図中、横軸はゲート電圧V
gを示し、縦軸は暗電流ID を示す。ゲート電圧を逆バ
イアスから順バイアスに変化させていくと、埋込電荷転
送路は反転状態、空乏状態、アキュミュレーション状態
をとる。
FIG. 4B schematically shows a change in dark current due to a change in gate voltage. In the figure, the horizontal axis is the gate voltage V
g, and the vertical axis indicates the dark current ID . As the gate voltage is changed from a reverse bias to a forward bias, the embedded charge transfer path takes an inversion state, a depletion state, and an accumulation state.

【0077】このうち、反転状態とアキュミュレーショ
ン状態においては、半導体表面の電荷発生中心が自由電
荷担体によって占有されるため、暗電流ID が著しく減
少する。このため、暗電流ID は図に示すようにゲート
電圧によって変化する。ゲート電圧Vgをピニング電圧
Vgp以下(深い逆バイアス)に保つことにより、半導
体表面に反転状態を発生させれば、暗電流ID を減少さ
せることができる。
In the inversion state and the accumulation state, the charge generation center on the semiconductor surface is occupied by free charge carriers, so that the dark current ID is significantly reduced. Therefore, the dark current ID changes depending on the gate voltage as shown in the figure. By maintaining the gate voltage Vg at or below the pinning voltage Vgp (deep reverse bias), if an inversion state occurs on the semiconductor surface, the dark current ID can be reduced.

【0078】図4(C)は、半導体基板の深さ方向の電
子エネルギ分布を示す。p型領域内では、伝導帯cbの
電子エネルギおよび価電子帯vbの電子エネルギは一定
値を有し、価電子帯vbに正孔41が存在する。電荷転
送路を形成するn型領域においては、pn接合の作り付
け電位によって電子エネルギが下がり、ゲート電圧によ
って半導体表面における電子エネルギが吊り上げられて
おり、その内部に電位井戸を形成している。この電位井
戸内に電子42が蓄積される。
FIG. 4C shows the electron energy distribution in the depth direction of the semiconductor substrate. In the p-type region, the electron energy of the conduction band cb and the electron energy of the valence band vb have constant values, and holes 41 exist in the valence band vb. In the n-type region forming the charge transfer path, the electron energy is reduced by the built-in potential of the pn junction, the electron energy on the semiconductor surface is lifted by the gate voltage, and a potential well is formed therein. Electrons 42 are accumulated in this potential well.

【0079】また、ゲート電圧が十分深く逆バイアスさ
れているため、半導体表面では反転状態が生じ、表面部
分には正孔43が発生している。この正孔は、半導体表
面における電荷発生中心を占有し、その影響を著しく減
少させる。このため、半導体表面において電子・正孔対
が発生することが防止され、暗電流による蓄積電荷の変
化を防止する。
Further, since the gate voltage is reverse-biased sufficiently deep, an inversion state occurs on the semiconductor surface, and holes 43 are generated on the surface portion. The holes occupy the charge generation center on the semiconductor surface, and significantly reduce the influence thereof. For this reason, generation of electron-hole pairs on the semiconductor surface is prevented, and a change in accumulated charge due to dark current is prevented.

【0080】図10に示すアコーディオン式電荷転送で
は、電荷転送路内の位置によって電荷が転送され始める
までの時間が異なる。暗電流は時間に応じて増大するの
で、暗電流が大きいと信号電荷の分布が変化してしま
う。しかし、上述の構成によれば、電荷転送路におい
て、蓄積電荷が異なる時間保持されても、暗電流が著し
く低減されるため、蓄積電荷の変化が低減される。
In the accordion type charge transfer shown in FIG. 10, the time until the transfer of the charge is different depending on the position in the charge transfer path. Since the dark current increases with time, if the dark current is large, the distribution of signal charges changes. However, according to the above-described configuration, even if the accumulated charge is held for different times in the charge transfer path, the dark current is significantly reduced, so that the change in the accumulated charge is reduced.

【0081】このようにして、ドミノ型固体撮像装置に
おける固定パターンノイズ、FIT疑似フレーム電子シ
ャッタ方式固体撮像装置等におけるフリッカ等が低減さ
れる。
In this manner, fixed pattern noise in the domino type solid-state image pickup device, flicker in the FIT pseudo frame electronic shutter type solid-state image pickup device and the like are reduced.

【0082】図5は、図1に示す固体撮像装置を動作さ
せる際の制御信号のタイミングチャートを示す。図中横
軸方向に時間軸をとり、縦軸方向に種々の信号の電位を
とる。
FIG. 5 is a timing chart of control signals when operating the solid-state imaging device shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents the time axis, and the vertical axis represents the potential of various signals.

【0083】垂直ブランキング期間TVB中の所定時刻t
2において、フィールドシフト信号φFSがハイレベルと
なり、図1に示すバイポーラトランジスタQ21、Q4
1、…がオンし、トランスファゲート上に配置された偶
数番目のVCCD電極の電圧φ21、φ41、φ22、
…がハイレベルとなる。
Predetermined time t during vertical blanking period TVB
2, the field shift signal φ FS goes high, and the bipolar transistors Q21 and Q4 shown in FIG.
Are turned on, and voltages φ21, φ41, φ22,... Of the even-numbered VCCD electrodes arranged on the transfer gate are turned on.
… Goes high.

【0084】このとき、奇数番目のVCCD電極に与え
られる電圧φ11、φ31、…は、MOSトランジスタ
M11、M31、…を介して供給されるVL であり、ロ
ーレベルである。このため、図3を参照して説明したよ
うなフィールドシフト(電荷シフト)が行なわれる。
At this time, the voltages φ11, φ31,... Applied to the odd-numbered VCCD electrodes are V L supplied via the MOS transistors M11, M31,. Therefore, the field shift (charge shift) as described with reference to FIG. 3 is performed.

【0085】その後は、VCCD電極を4個1組として
考えた場合、第2番目と第3番目の電極には同一電圧が
与えられ、第1番目と第4番目の電極にも同一電圧が与
えられる。最初の水平ブランキング期間THBにおいて
は、第1組のVCCD電極にのみ電荷転送信号が供給さ
れ、第2番目の水平ブランキング期間THBにおいては、
第1番目の組と第2番目の組のVCCD電極に電荷転送
信号が与えられる。このようにして、順次電荷転送信号
が与えられる領域が拡大している。
Thereafter, when the set of four VCCD electrodes is considered, the same voltage is applied to the second and third electrodes, and the same voltage is applied to the first and fourth electrodes. Can be In the first horizontal blanking period T HB, charge transfer signal only to the first set of VCCD electrode is supplied, in the second th horizontal blanking period T HB,
A charge transfer signal is applied to the first set and the second set of VCCD electrodes. In this way, the area to which the charge transfer signal is sequentially applied is enlarged.

【0086】図5の信号構成においては、時間t9とt
10の間の水平ブランキング期間T HBにおいて、n番目
のVCCD電極の組に電荷転送信号が与えられるように
なる。このような電荷転送信号を与える領域を順次広げ
ていく機能は、走査信号S1、S2、…が行なってい
る。
In the signal configuration of FIG. 5, time t9 and time t9
Horizontal blanking period T between 10 HBIn the n-th
Charge transfer signal to be supplied to the set of VCCD electrodes
Become. The area for giving such a charge transfer signal is gradually expanded.
Are performed by the scanning signals S1, S2,.
You.

【0087】図6は、このような電荷転送信号を拡大し
て示す。各水平ブランキング期間T HBにおいて、2相駆
動が一度行なわれ、電荷転送信号を与えられた電極下の
電荷は1行HCCD側に転送される。
FIG. 6 is an enlarged view of such a charge transfer signal.
Shown. Each horizontal blanking period T HBIn the two-phase drive
Is performed once and the charge transfer signal is
The charges are transferred to the one row HCCD side.

【0088】このように、VCCD内の電荷転送は隣接
する2電極に同一電圧を与えた2相駆動によって行なわ
れる。このため、電荷転送制御回路は簡単になる。な
お、HCCDにおいても同様の2相駆動が可能なことは
自明であろう。
As described above, charge transfer in the VCCD is performed by two-phase driving in which the same voltage is applied to two adjacent electrodes. For this reason, the charge transfer control circuit is simplified. It is obvious that the same two-phase driving is possible in the HCCD.

【0089】図7(A)は、バリア領域となる転送チャ
ネルの形成工程を示す。p型シリコン領域21の表面
に、SiO2 層23を形成し、n型不純物をイオン注入
する。イオン注入されたn型不純物はp型シリコン領域
21の表面部分に、n- 型領域22を形成する。このn
- 型領域22がバリア領域を形成することになる。
FIG. 7A shows a step of forming a transfer channel serving as a barrier region. An SiO 2 layer 23 is formed on the surface of the p-type silicon region 21 and an n-type impurity is ion-implanted. The ion-implanted n-type impurity forms an n -type region 22 on the surface of the p-type silicon region 21. This n
The mold region 22 will form the barrier region.

【0090】次に、図7(B)に示すように、SiO2
層23の上に、多結晶シリコン(ポリSi)層を形成
し、パターニングすることによって1ポリゲート24を
形成する。次にこの1ポリゲート24をマスクとして用
い、SiO2 層23の異方性エッチングを行ない、続い
てn型不純物をイオン注入する。
[0090] Next, as shown in FIG. 7 (B), SiO 2
A one-poly gate 24 is formed by forming a polycrystalline silicon (poly Si) layer on the layer 23 and patterning the same. Next, using this one-poly gate 24 as a mask, anisotropic etching of the SiO 2 layer 23 is performed, followed by ion implantation of an n-type impurity.

【0091】異方性エッチングにおいては、露出したS
iO2 層23の一部をエッチングして除去する。エッチ
ングによって除去するSiO2 層23の深さは、その上
にゲート電圧を作成した時、同一ゲート電圧でウェル領
域Wとバリア領域Bが同時にピニング状態に入るように
選定される。
In the anisotropic etching, the exposed S
A part of the iO 2 layer 23 is removed by etching. The depth of the SiO 2 layer 23 to be removed by etching is selected so that when a gate voltage is formed thereon, the well region W and the barrier region B enter the pinning state at the same gate voltage.

【0092】このような異方性エッチングに続いて、同
一の1ポリゲート24をマスクとしてn型不純物をイオ
ン注入し、イオン注入された電荷転送路の不純物濃度を
高くする。
Following such anisotropic etching, an n-type impurity is ion-implanted using the same one poly gate 24 as a mask to increase the impurity concentration of the ion-implanted charge transfer path.

【0093】または、異方性エッチングにおいて露出し
た領域のSiO2 層23を一旦全部除去し、新たに異な
るSiO2 層を所望厚さ形成する。その後、上述同様の
イオン注入を行なう。
Alternatively, the SiO 2 layer 23 in the area exposed by the anisotropic etching is once removed entirely, and a new SiO 2 layer having a desired thickness is newly formed. Thereafter, ion implantation similar to that described above is performed.

【0094】1ポリゲート24の下にはn型不純物は到
達せず、1ポリゲート24のない領域にのみn型不純物
がイオン注入され、n型領域25を形成する。このn型
領域25は、n- 型領域22よりもn型不純物濃度が高
いため、電子に対する電子エネルギが低くなってウェル
領域を形成する。なお、この領域25の形成は、1ポリ
ゲート24とセルフアラインされるため、その位置精度
が高い。
The n-type impurity does not reach below the 1-poly gate 24, and the n-type impurity is ion-implanted only into the region without the 1-poly gate 24 to form the n-type region 25. Since the n-type region 25 has a higher n-type impurity concentration than the n -type region 22, the electron energy with respect to the electrons is reduced to form a well region. Since the formation of the region 25 is self-aligned with the 1-poly gate 24, the position accuracy is high.

【0095】次に、図7(C)に示すように、1ポリゲ
ート24の表面を酸化して酸化膜30を形成し、その上
に多結晶シリコン(ポリSi)を堆積し、パターニング
することによって2ポリゲート26を形成する。この2
ポリゲート26はウェル領域となるn型領域25と自動
的に整合される。
Next, as shown in FIG. 7C, the surface of the one poly gate 24 is oxidized to form an oxide film 30, on which polycrystalline silicon (poly Si) is deposited and patterned. A two-poly gate 26 is formed. This 2
Poly gate 26 is automatically aligned with n-type region 25 serving as a well region.

【0096】2ポリゲート26は、図7(B)の工程に
おいて異方性エッチングにより薄くされたゲート酸化膜
の上に配置されるため、1ポリゲート24よりも電荷転
送路に与える影響が強くなる。
Since the two-poly gate 26 is disposed on the gate oxide film thinned by the anisotropic etching in the step of FIG. 7B, the influence on the charge transfer path is stronger than that of the one-poly gate 24.

【0097】このようにして、1行当たり2つの電極が
1ポリゲート24と2ポリゲート26の組によって作成
される。その後、Al配線等を形成して各ポリゲートを
駆動回路に接続する。
In this manner, two electrodes per row are formed by the pair of the poly gate 24 and the poly gate 26. After that, an Al wiring or the like is formed, and each poly gate is connected to a drive circuit.

【0098】隣接する1ポリゲート24と2ポリゲート
26に同一電圧を印加した時、転送チャネル領域におい
てはバリア領域22とウェル領域25はその不純物濃度
が異なるため、電子に対する電子エネルギが異なる。こ
のようにして、電子に対する電位障壁と電位井戸を作成
することができる。
When the same voltage is applied to the adjacent one-poly gate 24 and two-poly gate 26, the barrier region 22 and the well region 25 have different impurity concentrations in the transfer channel region, and thus have different electron energies for electrons. Thus, a potential barrier and a potential well for electrons can be formed.

【0099】図7(D)は、バリア部を表面不純物濃度
1.0×1017cm-3、接合深さ0.4μmのn型領域
で形成し、ウェル部にはさらに表面不純物濃度5×10
16cm-3、深さ0.8μmを重ねて形成した時のVg−
Vm特性を示す。なお、ゲート酸化膜の厚さを均一に9
00Åとした時のウェル部の特性を破線で示す。横軸に
ゲート電圧Vg、縦軸にチャネルポテンシャルVmを示
す。ポテンシャルは正電荷に対するもので示しているの
で、電子の電子エネルギは上側が低い。
FIG. 7D shows that the barrier portion is formed of an n-type region having a surface impurity concentration of 1.0 × 10 17 cm −3 and a junction depth of 0.4 μm, and the well portion further has a surface impurity concentration of 5 × 10 17 cm −3 . 10
Vg− when 16 cm −3 and 0.8 μm depth are formed in layers
Vm characteristics are shown. Note that the thickness of the gate oxide film is
The broken line shows the characteristics of the well portion when the angle is set to 00 °. The horizontal axis shows the gate voltage Vg, and the vertical axis shows the channel potential Vm. Since the potential is shown with respect to the positive charge, the electron energy of the electrons is lower on the upper side.

【0100】ピニング状態におけるチャネルポテンシャ
ルは、不純物濃度の差等により設定される電位差を有す
る。ゲート酸化膜が均一の厚さを有する場合、ピニング
状態に入るゲート電圧Vgpは、バリア部とウェル部に
おいて異なるものとなる。しかしながら、ウェル領域上
のゲート酸化膜の厚さを薄くしたため、ウェル領域のチ
ャネルポテンシャルは破線の状態から実線の状態に変化
する。
The channel potential in the pinning state has a potential difference set by a difference in impurity concentration or the like. When the gate oxide film has a uniform thickness, the gate voltage Vgp that enters the pinning state is different between the barrier portion and the well portion. However, since the thickness of the gate oxide film on the well region is reduced, the channel potential of the well region changes from the state shown by the broken line to the state shown by the solid line.

【0101】ゲート酸化膜の膜厚を調整することによ
り、実線の特性に示すようにウェル領域に対するゲート
ピニング電圧Vgpとバリア領域に対するゲートピニン
グ電極Vgpとを等しい値にすることができる。
By adjusting the thickness of the gate oxide film, it is possible to make the gate pinning voltage Vgp for the well region equal to the gate pinning electrode Vgp for the barrier region as shown by the solid line.

【0102】図8は、VCCDの他の作成を示す。図7
の作成においては、n型不純物のイオン注入を2回行な
ったが、本作成においては、n型不純物のイオン注入と
p型不純物のイオン注入を利用する。
FIG. 8 shows another construction of the VCCD. FIG.
In this method, ion implantation of an n-type impurity was performed twice. In this method, ion implantation of an n-type impurity and ion implantation of a p-type impurity are used.

【0103】まず、図8(A)に示すように、p型Si
領域21の表面に、SiO2 層23を形成し、SiO2
層23を介してn型不純物をイオン注入する。n型不純
物のイオン注入により、n型領域27を形成する。この
n型領域27は、転送チャネルのウェル領域を形成する
ことになる。
First, as shown in FIG.
The surfaces of the regions 21, to form a SiO 2 layer 23, SiO 2
An n-type impurity is ion-implanted through the layer 23. An n-type region 27 is formed by ion implantation of an n-type impurity. This n-type region 27 forms a well region of the transfer channel.

【0104】次に、図8(B)に示すように、SiO2
層23の上に、多結晶シリコン層を形成し、パターニン
グすることによって1ポリゲート28を形成する。次に
この1ポリゲート28をマスクとしてp型不純物をイオ
ン注入する。
[0104] Next, as shown in FIG. 8 (B), SiO 2
On the layer 23, a polycrystalline silicon layer is formed and patterned to form a one-poly gate 28. Next, using this one-poly gate 28 as a mask, a p-type impurity is ion-implanted.

【0105】1ポリゲート28の存在する領域には、p
型不純物はイオン注入されず、1ポリゲート28が存在
せず、SiO2 層23が露出している領域にのみp型不
純物がイオン注入される。このようにして、p型不純物
をイオン注入された領域においては、n型不純物濃度が
p型不純物濃度によって補償され、n- 型領域29とな
る。
In the region where one poly gate 28 exists, p
The type impurity is not ion-implanted, and the p-type impurity is ion-implanted only in a region where the 1-poly gate 28 does not exist and the SiO 2 layer 23 is exposed. In this manner, in the region into which the p-type impurity has been ion-implanted, the n-type impurity concentration is compensated by the p-type impurity concentration, and the region becomes the n -type region 29.

【0106】その後、図8(C)に示すように、1ポリ
ゲート28の表面を酸化してSiO 2 層31を形成し、
さらに全面に所定厚さのSiO2 層をCVDで成長し、
その上にポリSi層を堆積し、パターニングすることに
よって2ポリゲート32を形成する。
After that, as shown in FIG.
The surface of the gate 28 is oxidized to form SiO TwoForming a layer 31;
Furthermore, a predetermined thickness of SiOTwoGrowing the layer by CVD,
Depositing a poly-Si layer on it and patterning it
Therefore, a two-poly gate 32 is formed.

【0107】CVDによって成長したSiO2 層は、1
ポリゲート28に対してはその上に配置されるが、2ポ
リゲート32に対してはその下に配置されることにな
る。このため、2ポリゲート32は転送チャネル表面か
ら1ポリゲート28よりも長い距離離されることにな
る。
The SiO 2 layer grown by CVD has the following properties:
It is located above the poly gate 28, but below it for the 2-poly gate 32. Therefore, the two poly gates 32 are separated from the surface of the transfer channel by a longer distance than the one poly gate 28.

【0108】この構成においては、1ポリゲート28の
下にウェル領域が形成され、2ポリゲート32の下にバ
リア領域29が形成される。図8(D)は、このように
して形成される転送チャネルのウェル領域Wおよびバリ
ア領域B内におけるチャネルポテンシャルを印加ゲート
電圧Vgの関数として示すグラフである。
In this structure, a well region is formed below one poly gate 28, and a barrier region 29 is formed below two poly gates 32. FIG. 8D is a graph showing the channel potential of the transfer channel formed in the well region W and the barrier region B as a function of the applied gate voltage Vg.

【0109】ゲート酸化膜の厚さが同一である場合に
は、バリア領域Bは不純物濃度が低いため、破線で示す
ようにより浅い逆バイアスのゲート電圧Vgによってピ
ニング状態に入る。
When the thickness of the gate oxide film is the same, since the barrier region B has a low impurity concentration, the barrier region B enters the pinning state by the shallower reverse biased gate voltage Vg as shown by the broken line.

【0110】ところが、上述の実施例においては第2ポ
リゲート32の下のゲート酸化膜は、第1ポリゲート2
8の下のゲート酸化膜よりも厚くされているため、ゲー
ト電圧が転送チャネルに及ぼす影響が減少され、破線の
特性から実線の特性に変化させられる。ゲート酸化膜の
膜厚差を調整することにより、同一ゲート電圧において
同時にウェル領域とバリア領域がピニング状態に入るよ
うに選定することができる。
However, in the above-described embodiment, the gate oxide film under the second poly gate 32 is the first poly gate 2
Since the thickness of the gate oxide film is thicker than that of the gate oxide film below 8, the influence of the gate voltage on the transfer channel is reduced, and the characteristic of the broken line is changed to the characteristic of the solid line. By adjusting the thickness difference of the gate oxide film, it is possible to select the well region and the barrier region simultaneously into the pinning state at the same gate voltage.

【0111】なお、他の手段を単独ないしは併せて用い
ることにより、同一ゲート電圧が転送チャネルに与える
影響を異ならせることもできる。たとえば、ゲート電極
の材料を変えること、接合深さを変えること、ゲート絶
縁膜の材料を変えること等により、与える影響を異なら
せることもできる。これらの手段は、単独でも組み合わ
せても用いることが可能である。
Note that the effect of the same gate voltage on the transfer channel can be made different by using other means alone or in combination. For example, the influence can be varied by changing the material of the gate electrode, changing the junction depth, changing the material of the gate insulating film, and the like. These means can be used alone or in combination.

【0112】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。
Although 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.

【0113】[0113]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光電変換素子から電荷転送路に電荷をシフトする際に電
荷混合を防止することができ、電荷転送路における電荷
転送は2相駆動によって行なうことができる。
As described above, according to the present invention,
When shifting charges from the photoelectric conversion element to the charge transfer path, charge mixing can be prevented, and charge transfer in the charge transfer path can be performed by two-phase driving.

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

【図1】本発明の実施例による固体撮像装置を概略的に
示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view schematically showing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の固体撮像装置の画素部を説明するための
平面図およびグラフである。
2A and 2B are a plan view and a graph for explaining a pixel unit of the solid-state imaging device in FIG.

【図3】図1の固体撮像装置のフィールドシフトを説明
するためのグラフおよび概念図である。
3A and 3B are a graph and a conceptual diagram for explaining a field shift of the solid-state imaging device in FIG.

【図4】図1の固体撮像装置のピニングを説明するため
の概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining pinning of the solid-state imaging device in FIG. 1;

【図5】図1に示す固体撮像装置を動作させるための制
御信号のタイミングチャートである。
FIG. 5 is a timing chart of control signals for operating the solid-state imaging device shown in FIG. 1;

【図6】図5のタイミングチャートの一部拡大図であ
る。
FIG. 6 is a partially enlarged view of the timing chart of FIG. 5;

【図7】図1の固体撮像装置のVCCDを作成する製造
方法を説明するための断面図およびグラフである。
FIGS. 7A and 7B are a cross-sectional view and a graph for explaining a method of manufacturing the VCCD of the solid-state imaging device of FIG.

【図8】図1に示す固体撮像装置のVCCDを作成する
ための他の製造方法を説明するための断面図およびグラ
フである。
FIG. 8 is a cross-sectional view and a graph for explaining another manufacturing method for manufacturing the VCCD of the solid-state imaging device shown in FIG. 1;

【図9】従来の技術によるドミノ型固体撮像装置の構成
を説明するための概略平面図である。
FIG. 9 is a schematic plan view illustrating the configuration of a domino type solid-state imaging device according to a conventional technique.

【図10】アコーディオン転送方式を説明するための概
念図である。
FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining an accordion transfer method.

【図11】先の提案による固体撮像装置を示す平面図お
よび概念図である。
FIG. 11 is a plan view and a conceptual diagram showing a solid-state imaging device according to the above proposal.

【図12】図11に示す固体撮像装置の動作を説明する
ための概念図である。
12 is a conceptual diagram for explaining the operation of the solid-state imaging device shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

P ホトダイオード VCCD 垂直電荷転送路 HCCD 水平電荷転送路 Tg トランスファゲート部 M、m MOSトランジスタ Q バイポーラトランジスタ G VCCD電極 ST ストレージ部 B バリア部 P Photodiode VCCD Vertical charge transfer path HCCD Horizontal charge transfer path Tg Transfer gate section M, m MOS transistor Q Bipolar transistor G VCCD electrode ST Storage section B Barrier section

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 迫田 亜紀夫 宮城県黒川郡大和町松坂平1丁目6番地 富士フイルムマイクロデバイス株式会 社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04N 5/30 - 5/335 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Akio Sakota 1-6-6 Matsuzakadaira, Yamato-cho, Kurokawa-gun, Miyagi Fujifilm Microdevices Co., Ltd. In-house (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) H04N 5/30-5/335

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 多数個の光電変換素子を含む光電変換素
子列に蓄積された電荷を前記光電変換素子列に隣接して
配置され、1光電変換素子当り1つのストレージ部と1
つのバリア部とを有する電荷転送列にシフトし、順次前
記電荷転送列内を転送して信号電荷を読み出す固体撮像
装置の駆動方法であって、前記電荷転送列内の光電変換
素子に隣接するストレージ部とバリア部とに異なる電位
を与えて隣接するストレージ部との間のバリア部に高い
電位障壁を形成したまま、ストレージ部に深い電位井戸
を形成して、前記光電変換素子からストレージ部に電荷
をシフトする工程と、 前記電荷転送列のストレージ部と隣接する一方のバリア
部のポテンシャルを同時に同一信号で制御して2相駆動
で電荷を転送する工程とを含む固体撮像装置の駆動方
法。
An electric charge stored in a photoelectric conversion element array including a plurality of photoelectric conversion elements is arranged adjacent to the photoelectric conversion element array, and one storage unit and one storage unit are provided for each photoelectric conversion element.
A method for driving a solid-state imaging device that shifts into a charge transfer column having two barrier sections and sequentially transfers signal charges in the charge transfer column to read out signal charges, the storage device being adjacent to a photoelectric conversion element in the charge transfer column. A deep potential well is formed in the storage portion while applying a different potential to the portion and the barrier portion to form a high potential barrier in the barrier portion between the adjacent storage portions, and the electric charge is transferred from the photoelectric conversion element to the storage portion. And a step of transferring electric charges by two-phase driving while simultaneously controlling the potential of one of the barrier units adjacent to the storage unit of the charge transfer column with the same signal.
【請求項2】 前記電荷転送列がストレージ部で高く、
バリア部で低い、作り付けのチャネルポテンシャル分布
を有し、各ストレージ部と各バリア部上に絶縁電極を有
するものであって、前記シフト工程においては各バリア
部上の電極に負電圧を印加し、各ストレージ部上の電極
に正電圧を印加し、前記転送工程においては各ストレー
ジ部上の電極と転送方向と逆方向に隣接するバリア部上
の電極とに同一転送パルスを印加する請求項1記載の固
体撮像装置の駆動方法。
2. The method according to claim 2, wherein the charge transfer column is high in a storage unit.
Low in the barrier portion, having a built-in channel potential distribution, having an insulating electrode on each storage portion and each barrier portion, applying a negative voltage to the electrode on each barrier portion in the shifting step, 2. A positive voltage is applied to an electrode on each storage unit, and in the transfer step, the same transfer pulse is applied to an electrode on each storage unit and an electrode on a barrier unit adjacent in a direction opposite to the transfer direction. Driving method of a solid-state imaging device.
【請求項3】 多数個の光電変換素子を含む光電変換素
子列と、 前記光電変換素子列に隣接して配置された電荷転送路と
その上に配置され、各光電変換素子に対応する位置に配
置された第1の組の絶縁電極と隣接する第1の組の絶縁
電極間に配置された第2の組の絶縁電極とを含む電荷転
送列と、 光電変換素子列から電荷転送路に電荷をシフトするため
のシフト信号を前記第1の組の絶縁電極に印加するため
の電荷シフト回路と、 前記シフト信号印加中、前記電荷転送路内に多数の電位
障壁を形成するため、前記第2の組の絶縁電極に所定バ
イアス電圧を印加するための電位障壁保持回路と、 各光電変換素子に対応する第1の組の絶縁電極と隣接す
る一方の第2の組の絶縁電極との対に同時に同一の電圧
信号を与えつつ、電荷転送路内の電荷を転送させる駆動
回路とを含む固体撮像装置。
3. A photoelectric conversion element row including a large number of photoelectric conversion elements, a charge transfer path arranged adjacent to the photoelectric conversion element row, and a charge transfer path disposed thereon and at a position corresponding to each photoelectric conversion element. A charge transfer column including a first set of insulated electrodes disposed and a second set of insulated electrodes disposed between adjacent first sets of insulated electrodes; and a charge from the photoelectric conversion element line to a charge transfer path. A charge shift circuit for applying a shift signal for shifting the first set of insulating electrodes to the first set of insulating electrodes; and forming the second potential barrier in the charge transfer path during the application of the shift signal. A potential barrier holding circuit for applying a predetermined bias voltage to a set of insulated electrodes; and a pair of a first set of insulated electrodes adjacent to the first set of insulated electrodes corresponding to each photoelectric conversion element. At the same time, applying the same voltage signal, A solid-state imaging device and a driving circuit for forward.
【請求項4】 前記電荷転送路は、第1の組の絶縁電極
の下の領域が、第2の組の絶縁電極の下の領域より高い
不純物濃度を有する請求項3記載の固体撮像装置。
4. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein in the charge transfer path, a region under the first set of insulating electrodes has a higher impurity concentration than a region under the second set of insulating electrodes.
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