JP4514208B2 - Solid-state imaging device and driving method thereof - Google Patents

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Description

この発明は、特にデジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像デバイスとして用いられる固体撮像装置およびその駆動方法に関する。   The present invention particularly relates to a solid-state imaging apparatus used as an imaging device such as a digital still camera and a video camera, and a driving method thereof.

近年、デジタルスチルカメラの高画質化が急速に進んでおり、100万画素以上の画素数を有する固体撮像装置(特に、CCD(電化結合素子)イメージセンサ)が、広く使われるようになっている。これらのCCDイメージセンサにおいては、全画素の信号電荷を独立に読み出すことによって静止画を得るようにする駆動方法(スチルモード)と、液晶モニター等に動画を映し出す駆動方法(モニタリングモード)を切り替えて用いることが一般的である。   In recent years, image quality of digital still cameras has been rapidly increasing, and solid-state imaging devices (particularly CCD (electrically coupled device) image sensors) having a number of pixels of 1 million pixels or more are widely used. . In these CCD image sensors, the driving method (still mode) that obtains a still image by reading the signal charges of all pixels independently and the driving method (monitoring mode) that displays a moving image on a liquid crystal monitor or the like are switched. It is common to use.

上記モニタリングモードの機能を達成するためには、フレームレートの向上が必要である。しかしながら、CCDイメージセンサの駆動周波数特性の限界から、あるいは低消費電力化を図るために、駆動周波数を高速にできず、CCDイメージセンサの多画素化に伴ってモニタリングモードでのフレームレートの確保が困難になってくる。CCDイメージセンサにおいてフレームレートを向上させるには、垂直方向または水平方向の一部の画素からの信号電荷のみを読み出してライン数を間引く方法や、垂直方向または水平方向に離れた信号を垂直レジスタ内で加算する方法が一般的である。   In order to achieve the function of the monitoring mode, it is necessary to improve the frame rate. However, due to the limitations of the drive frequency characteristics of the CCD image sensor or in order to reduce power consumption, the drive frequency cannot be increased and the frame rate in the monitoring mode can be secured as the number of pixels of the CCD image sensor increases. It becomes difficult. In order to improve the frame rate in a CCD image sensor, only the signal charges from some pixels in the vertical or horizontal direction are read out, and the number of lines is thinned out, or signals separated in the vertical or horizontal direction are stored in the vertical register. The method of adding by is common.

上記従来の画素間引き方法において、水平方向についての自由度の高い間引きを実現するには、不要な電荷を排出するドレインと排出を制御するためのコントロールゲートとを設ける必要があり、チップサイズの小型化や、高画素化による画素セルの縮小化が進むなか、困難となっている。   In the conventional pixel thinning method, in order to realize thinning with a high degree of freedom in the horizontal direction, it is necessary to provide a drain for discharging unnecessary charges and a control gate for controlling discharge, and the chip size is small. It has become difficult as the size of the pixel cells has been reduced due to the increase in the number of pixels and the increase in the number of pixels.

一方、水平方向に隣接する同じ色の信号を加算する方法を実現するためには、垂直レジスタから水平レジスタへの信号読み出しを列毎に制御し、読み出し時間に差を設けることが必要になる。   On the other hand, in order to realize a method of adding signals of the same color adjacent in the horizontal direction, it is necessary to control signal reading from the vertical register to the horizontal register for each column and to provide a difference in reading time.

画素信号を加算する方法についての従来の提案によれば、例えば特開平11‐54741号公報(特許文献1)では3層ゲート構造が必要である。また、2層ゲート構造については、例えば特開2000‐115643号公報(特許文献2)がある。この特許文献2では複雑なゲート電極構造が必要であり、垂直レジスタを構成するゲート電極枚数が列毎により異なっている。   According to a conventional proposal for a method of adding pixel signals, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-54741 (Patent Document 1) requires a three-layer gate structure. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-115643 (Patent Document 2) discloses a two-layer gate structure. In this Patent Document 2, a complicated gate electrode structure is required, and the number of gate electrodes constituting a vertical register is different for each column.

図14は、特許文献2に記載された従来の2層ゲート構造によって画素信号を加算する固体撮像装置における概略平面図である。この図14に示す固体撮像装置は、4相駆動垂直レジスタでの例であり、垂直レジスタ4から水平レジスタ5への信号読み出しに時間差を設けるために、E‐E'列の垂直レジスタ4に続く転送時間差発生領域7にはゲート電極g1'〜g4'を追加している。そして、ゲート電極g1〜g4に同相の駆動パルスφV5〜φV8を印加することによって、E‐E'列において垂直レジスタ4から水平レジスタ5への信号電荷の転送周期は、ゲート電極g1'〜g4'の存在によってF‐F'列とは異なることになる。こうして、水平レジスタ5へ時間差を設けて電荷が転送される。   FIG. 14 is a schematic plan view of a solid-state imaging device that adds pixel signals using a conventional two-layer gate structure described in Patent Document 2. In FIG. The solid-state imaging device shown in FIG. 14 is an example of a four-phase drive vertical register, and follows the vertical register 4 in the EE ′ column in order to provide a time difference in signal readout from the vertical register 4 to the horizontal register 5. Gate electrodes g 1 ′ to g 4 ′ are added to the transfer time difference generation region 7. Then, by applying in-phase drive pulses φV5 to φV8 to the gate electrodes g1 to g4, the signal charge transfer period from the vertical register 4 to the horizontal register 5 in the EE ′ column is changed to the gate electrodes g1 ′ to g4 ′. This is different from the FF 'column due to the presence of. Thus, charges are transferred to the horizontal register 5 with a time difference.

尚、1は画素領域であり、2はフォトダイオード(R(赤),G(緑),B(青))であり、3はトランスファゲートであり、6a,6bは垂直ゲート電極であり、8は水平レジスタ領域であり、9a,9bは水平ゲート電極であり、10は電荷検出部であり、11は出力アンプである。   1 is a pixel region, 2 is a photodiode (R (red), G (green), B (blue)), 3 is a transfer gate, 6a and 6b are vertical gate electrodes, 8 Is a horizontal register area, 9a and 9b are horizontal gate electrodes, 10 is a charge detector, and 11 is an output amplifier.

上述のようなゲート構造を2層ゲートで形成するためには、図14において、ゲート電極g1,g3およびゲート電極g1',g3'を1層目あるいは2層目に形成し、ゲート電極g2,g4およびゲート電極g2',g4'を上述の層とは逆の層に形成する。そして、ゲート電極g1',g2',g3',g4'の夫々は、ゲート電極g1'はゲート電極g1と、ゲート電極g2'はゲート電極g2と、ゲート電極g3'はゲート電極g3と、ゲート電極g4'はゲート電極g4と、同相で駆動させるために、互いのゲート電極を接続する配線を交差させる必要がある。   In order to form the gate structure as described above with a two-layer gate, in FIG. 14, the gate electrodes g1, g3 and the gate electrodes g1 ′, g3 ′ are formed in the first layer or the second layer, and the gate electrodes g2, g4 and gate electrodes g2 ′ and g4 ′ are formed in a layer opposite to the above-described layer. Each of the gate electrodes g1 ′, g2 ′, g3 ′, and g4 ′ includes the gate electrode g1 ′ as the gate electrode g1, the gate electrode g2 ′ as the gate electrode g2, the gate electrode g3 ′ as the gate electrode g3, and the gate. In order to drive the electrode g4 ′ in phase with the gate electrode g4, it is necessary to cross wirings connecting the gate electrodes.

一方において、上記CCD固体撮像素子の多画素化による画素セル縮小に伴って、受光部においては集光率を上げる必要があり、画素セルの高さ方向への縮小が望まれる。画素セルの高さ方向への縮小については幾つかの提案があり、その一つとしてケミカル・メカニカル・ポリッシング法によってゲート電極を平坦化する提案がされている。ところが、この手法ではゲート配線を交差あるいは積層させる構造は採用できず、ゲート電極平坦化に際して上述した2層ゲートの転送時間差発生領域7におけるゲート配線を実現することができないという問題がある。
特開平11‐54741号公報 特開2000‐115643号公報
On the other hand, with the reduction of pixel cells due to the increase in the number of pixels of the CCD solid-state imaging device, it is necessary to increase the light collection rate in the light receiving portion, and reduction in the height direction of the pixel cells is desired. There are several proposals for reducing the pixel cell in the height direction, and one of them is a proposal for flattening the gate electrode by a chemical mechanical polishing method. However, this method cannot adopt a structure in which gate wirings are crossed or stacked, and there is a problem in that the gate wiring in the transfer time difference generation region 7 of the two-layer gate described above cannot be realized when the gate electrode is planarized.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-54741 JP 2000-115643 A

そこで、この発明の課題は、垂直レジスタから水平レジスタへの信号読み出しを列毎に制御して信号加算が可能な2層ゲート構造を有し、ゲート電極の平坦化が可能な固体撮像装置、および、その駆動方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device having a two-layer gate structure capable of adding signals by controlling signal readout from a vertical register to a horizontal register for each column, and capable of flattening a gate electrode, and It is to provide a driving method thereof.

上記課題を解決するため、この発明の固体撮像装置は、
半導体基板上あるいはウェル上に形成されて2次元に配列された複数の受光部と、
上記半導体基板上あるいは上記ウェル上に形成されると共に、上記受光部から読み出された信号電荷を一方向に転送する第1ゲート電極を有する複数の第1レジスタと、
上記半導体基板上あるいは上記ウェル上に形成されると共に、上記第1レジスタにおける上記一方向端部に上記一方向と交差する他方向に延在して配置されて、上記第1レジスタから転送された信号電荷を上記他方向へ転送する第2ゲート電極を有する第2レジスタと、
上記半導体基板上あるいは上記ウェル上に形成されると共に、上記第1レジスタの上記一方向端と上記第2レジスタとの間に配置されて、上記第1レジスタからの信号電荷を受けて上記第2レジスタに転送すると共に、各第1レジスタに関して、上記第1レジスタから上記第2レジスタへの信号電荷の転送に時間差を設ける転送時間差発生部と
を備え、
上記転送時間差発生部は
総ての上記第1レジスタに関して、上記第1レジスタから受けた信号電荷を上記第2レジスタへ転送するための同数の転送電極と、
特定の第1レジスタに関して、上記第1レジスタから受けた信号電荷の上記第2レジスタへの移動を遮蔽するチャネルバリアと、
上記転送電極で構成されると共に、印加される電気信号に応じて上記チャネルバリアの開閉を行う第3ゲート電極と
を含んでおり、
上記第1レジスタの上記第1ゲート電極および上記転送時間差発生部の上記転送電極は、互いに重なることなく隣接して同一平面を形成して配列されており、
上記チャネルバリアは、上記第1レジスタとは異なるポテンシャルエネルギーを有する領域である
ことを特徴としている。
In order to solve the above problems, a solid-state imaging device of the present invention is
A plurality of light receiving parts formed on a semiconductor substrate or well and arranged two-dimensionally;
A plurality of first registers formed on the semiconductor substrate or the well and having a first gate electrode for transferring the signal charge read from the light receiving unit in one direction;
It is formed on the semiconductor substrate or on the well, and is arranged to extend in the other direction intersecting the one direction at the one-direction end of the first register, and transferred from the first register. A second register having a second gate electrode for transferring the signal charge in the other direction;
The second register is formed on the semiconductor substrate or the well, and is disposed between the one-direction end of the first register and the second register, receives the signal charge from the first register, and receives the second signal. A transfer time difference generating unit for transferring a signal charge from the first register to the second register with respect to each first register,
The transfer time difference generator is
For all the first registers, the same number of transfer electrodes for transferring signal charges received from the first register to the second register;
A channel barrier that shields movement of signal charges received from the first register to the second register with respect to the particular first register;
Together constituted by the transfer electrodes, and Nde including a third gate electrode for opening and closing of the channel barrier in accordance with an electrical signal applied thereto,
The first gate electrode of the first register and the transfer electrode of the transfer time difference generator are arranged adjacent to each other without overlapping each other, forming the same plane,
The channel barrier is a region having a potential energy different from that of the first resistor .

上記構成によれば、上記転送時間差発生部における上記第3ゲート電極に、上記チャネルバリアが開放しない電圧の駆動信号が所定のタイミングで印加されると、上記特定の第1レジスタに関するチャネルバリアによって上記第1レジスタからの信号電荷の上記第2レジスタへの移動が遮蔽される。こうして、上記特定の第1レジスタ以外の第1レジスタからの信号電荷のみが上記第2レジスタに転送される。 According to the above configuration, when a driving signal having a voltage that does not open the channel barrier is applied to the third gate electrode in the transfer time difference generation unit at a predetermined timing, the channel barrier related to the specific first register Movement of signal charges from the first register to the second register is blocked. Thus, only the signal charges from the first registers other than the specific first register are transferred to the second register.

そして、上記第2レジスタに転送された信号電荷が上記第2レジスタ内における上記特定の第1レジスタの位置まで転送されるに並行して、上記転送時間差発生部における総ての転送電極に駆動信号が所定のタイミングで印加される際に、上記第3ゲート電極には上記チャネルバリアが開放する電圧の駆動信号が印加される。そうすると、上記特定の第1レジスタに関するチャネルバリアが開放されて、上記特定の第1レジスタからの信号電荷が上記第2レジスタに転送されて、上記特定の第1レジスタ以外の第1レジスタからの信号電荷と混合される。こうして、同じ行の互いに離れた画素の信号電荷が上記第2レジスタ内で混合される。 In parallel with the transfer of the signal charge transferred to the second register to the position of the specific first register in the second register, the drive signal is applied to all transfer electrodes in the transfer time difference generation unit. Is applied at a predetermined timing, a driving signal having a voltage for opening the channel barrier is applied to the third gate electrode. Then, the channel barrier relating to the specific first register is released, the signal charge from the specific first register is transferred to the second register, and the signal from the first register other than the specific first register Mixed with charge. In this way, signal charges of pixels in the same row that are separated from each other are mixed in the second register.

その際に、上記転送時間差発生部は、総ての上記第1レジスタに関して同数の転送電極で構成されているので、簡単に2層ゲート構造を構成することができる。   At this time, since the transfer time difference generating section is configured by the same number of transfer electrodes with respect to all the first registers, a two-layer gate structure can be easily configured.

さらに、上記チャネルバリアは、上記第1レジスタとは異なるポテンシャルエネルギーを有する領域である。したがって、上記チャネルバリアは、上記第1レジスタとは異なる電圧の転送パルスの印加によって開閉動作が行われる。 Further , the channel barrier is a region having a potential energy different from that of the first resistor. Therefore , the channel barrier is opened and closed by applying a transfer pulse having a voltage different from that of the first register.

また、1実施の形態の固体撮像装置では、
上記チャネルバリアは、上記第1レジスタを構成する拡散層の極性とは異なる極性の拡散層で構成されている。
In the solid-state imaging device according to one embodiment,
The channel barrier is composed of a diffusion layer having a polarity different from that of the diffusion layer constituting the first register.

この実施の形態によれば、上記チャネルバリアは、上記第1レジスタとは異なる電圧の転送パルスの印加によって開閉動作が行われる。   According to this embodiment, the channel barrier is opened and closed by applying a transfer pulse having a voltage different from that of the first register.

また、1実施の形態の固体撮像装置では、
上記受光部に蓄積された信号電荷を上記第1レジスタに転送するトランスファゲートを有して、
上記チャネルバリアは、上記トランスファゲートと同じポテンシャルエネルギーを有している。
In the solid-state imaging device according to one embodiment,
A transfer gate for transferring the signal charge accumulated in the light receiving section to the first register;
The channel barrier has the same potential energy as the transfer gate.

この実施の形態によれば、上記チャネルバリアは、上記受光部から上記第1レジスタへの信号電荷読み出し電圧と同じ電圧の転送パルスの印加によって開閉動作が行われる。   According to this embodiment, the channel barrier is opened and closed by applying a transfer pulse having the same voltage as the signal charge read voltage from the light receiving unit to the first register.

また、1実施の形態の固体撮像装置では、
上記第3ゲート電極は、3以上の電圧レベルで駆動される。
In the solid-state imaging device according to one embodiment,
The third gate electrode is driven at a voltage level of 3 or higher.

この実施の形態によれば、上記第3ゲート電極は、中間レベルと最下位レベル(あるいは最上位レベル)との2つの電圧レベルで駆動されている場合には通常の転送電極として機能し、上記チャネルバリアは開放されない。これに対して、最上位レベル(あるいは最下位レベル)と最下位レベル(あるいは最上位レベル)との2つの電圧レベルで駆動される場合には、上記チャネルバリアが開放される。 According to this embodiment, the third gate electrode functions as a normal transfer electrode when it is driven at two voltage levels of the intermediate level and the lowest level (or the highest level). The channel barrier is not opened. On the other hand, in the case of driving with two voltage levels of the highest level (or lowest level) and the lowest level (or highest level), the channel barrier is opened.

また、1実施の形態の固体撮像装置では、
上記一方向は列方向であり、上記他方向は行方向であり、
同じ行における離れた受光部からの信号電荷を上記第2レジスタ内で混合し、混合された上記信号電荷を上記行方向に転送する混合モードと、
同じ行における離れた受光部からの信号電荷を上記第2レジスタ内で混合することなく上記行方向に転送する通常モードと
に切り換え可能になっている。
In the solid-state imaging device according to one embodiment,
The one direction is a column direction, the other direction is a row direction,
A mixing mode in which signal charges from remote light receiving units in the same row are mixed in the second register, and the mixed signal charges are transferred in the row direction;
It is possible to switch to the normal mode in which the signal charges from the remote light receiving units in the same row are transferred in the row direction without being mixed in the second register.

上記構成によれば、同じ行の互いに離れた画素の信号電荷が上記第2レジスタ内で混合される混合モードと、混合されない通常モードとを、上記ゲート電極に印加される電気信号に応じて切り換え可能な固体撮像装置を、簡単に2層ゲート構造で構成することができる。   According to the above configuration, the mixed mode in which the signal charges of the pixels separated from each other in the same row are mixed in the second register and the normal mode in which the signal charges are not mixed are switched according to the electric signal applied to the gate electrode. A possible solid-state imaging device can be easily configured with a two-layer gate structure.

また、この発明の固体撮像装置の駆動方法は、
上記この発明の固体撮像装置の駆動方法であって、
上記転送時間差発生部における上記第3ゲート電極に、上記チャネルバリアが開放しない電圧の駆動信号を所定のタイミングで印加して、上記特定の第1レジスタに関するチャネルバリアによって上記信号電荷の上記第2レジスタへの移動を遮蔽して、上記特定の第1レジスタ以外の第1レジスタからの信号電荷のみを上記第2レジスタに転送させるステップと、
上記第2レジスタに駆動信号を所定のタイミングで印加して、上記第2レジスタに転送された信号電荷を上記第2レジスタ内における上記特定の第1レジスタの位置まで転送させるステップと、
上記転送時間差発生部における上記総ての転送電極に駆動信号を所定のタイミングで印加すると共に、上記第3ゲート電極には上記チャネルバリアが開放する電圧の駆動信号を印加して、上記総ての第1レジスタからの信号電荷を上記一方向に転送させると共に、上記特定の第1レジスタに関するチャネルバリアを開放して上記特定の第1レジスタからの信号電荷を上記第2レジスタに転送させて、上記特定の第1レジスタ以外の第1レジスタから既に転送されている信号電荷と混合させるステップと
を備えたことを特徴としている。
Further, the driving method of the solid-state imaging device of the present invention is as follows:
A driving method of the solid-state imaging device of the present invention,
A drive signal having a voltage that does not open the channel barrier is applied to the third gate electrode in the transfer time difference generation unit at a predetermined timing, and the second register of the signal charge is generated by the channel barrier related to the specific first register. Transferring only signal charges from a first register other than the specific first register to the second register;
Applying a drive signal to the second register at a predetermined timing to transfer the signal charge transferred to the second register to the position of the specific first register in the second register;
A drive signal is applied to all the transfer electrodes in the transfer time difference generator at a predetermined timing, and a drive signal having a voltage that opens the channel barrier is applied to the third gate electrode. The signal charge from the first register is transferred in the one direction, the channel barrier relating to the specific first register is opened, and the signal charge from the specific first register is transferred to the second register. And mixing with signal charges already transferred from a first register other than the specific first register.

上記構成によれば、同じ行の互いに離れた画素の信号電荷が上記第2レジスタ内で混合される。その際に、上記転送時間差発生部は、総ての上記第1レジスタに関して同数の転送電極で構成されているので、簡単に2層ゲート構造を構成することができる。   According to the above configuration, the signal charges of the pixels separated from each other in the same row are mixed in the second register. At this time, since the transfer time difference generating section is configured by the same number of transfer electrodes with respect to all the first registers, a two-layer gate structure can be easily configured.

以上より明らかなように、この発明によれば、転送時間差発生部の第3ゲート電極に、チャネルバリアが開放しない電圧の駆動信号を所定のタイミングで印加すると、特定の第1レジスタに関するチャネルバリアによって第1レジスタからの信号電荷の第2レジスタへの移動が遮蔽される。こうして、上記特定の第1レジスタ以外の第1レジスタからの信号電荷のみが上記第2レジスタに転送される。そして、上記第2レジスタに転送され信号電荷が上記第2レジスタにおける上記特定の第1レジスタの位置まで転送されるに並行して、上記転送時間差発生部における総ての転送電極に駆動信号を所定のタイミングで印加する際に、上記第3ゲート電極には上記チャネルバリアが開放する電圧の駆動信号を印加することによって、上記特定の第1レジスタに関するチャネルバリアが開放されて、上記特定の第1レジスタからの信号電荷が上記第2レジスタに転送されて、上記特定の第1レジスタ以外の第1レジスタからの信号電荷と混合されるので、同じ行の互いに離れた画素の信号電荷を上記第2レジスタ内で混合することができる。 As is clear from the above, according to the present invention, when a drive signal having a voltage that does not open the channel barrier is applied to the third gate electrode of the transfer time difference generator at a predetermined timing, the channel barrier related to the specific first register Movement of signal charge from the first register to the second register is blocked. Thus, only the signal charges from the first registers other than the specific first register are transferred to the second register. In parallel with the transfer of the signal charge to the second register to the position of the specific first register in the second register, a drive signal is applied to all transfer electrodes in the transfer time difference generation unit. When the voltage is applied at the timing, a driving signal having a voltage that opens the channel barrier is applied to the third gate electrode, so that the channel barrier related to the specific first register is opened, and the specific first Since the signal charge from the register is transferred to the second register and mixed with the signal charge from the first register other than the specific first register, the signal charges of the pixels separated from each other in the same row are transferred to the second register. Can be mixed in registers.

したがって、この発明によれば、上記第1レジスタの単位で上記第2レジスタへの読み出し時間を制御して、上記第1レジスタの単位で異なるタイミングでの読み出しが可能となる。さらに、上記第3ゲート電極に印加する駆動信号を、常時上記チャネルバリアが開放する電圧とすることによって、同じ行の互いに離れた画素の信号電荷を上記第2レジスタ内で混合しないようにすることも可能であり、上記離れた画素の信号電荷を混合するモードと上記混合を行わないモードとを簡単に切り替えることができる。 Therefore, according to the present invention, the reading time to the second register can be controlled in units of the first register, and reading can be performed at different timings in units of the first register. Further, the drive signal applied to the third gate electrode is always set to a voltage that opens the channel barrier so that signal charges of pixels in the same row that are separated from each other are not mixed in the second register. It is also possible to easily switch between the mode in which the signal charges of the distant pixels are mixed and the mode in which the mixing is not performed.

その際に、上記転送時間差発生部は、総ての上記第1レジスタに関して同数の転送電極で構成されている。したがって、簡単に2層ゲート構造を構成することができる。   In this case, the transfer time difference generating unit is configured by the same number of transfer electrodes with respect to all the first registers. Therefore, a two-layer gate structure can be easily configured.

さらに、上記転送時間差発生部は、総ての上記第1レジスタに関して同数の転送電極で構成されており、上記第1ゲート電極および上記転送電極は、互いに重なることなく隣接して同一平面を形成して配列されているため、ゲート配線は交差あるいは積層させた構造を取る必要はない。したがって、例えばケミカル・メカニカル・ポリッシング法等によって上記第1ゲート電極および上記転送電極を平坦化することが可能になり、画素セルの高さ方向への縮小が可能になり、画素セル縮小における集光率の上昇が可能になる。その結果、平坦化電極構造を用いた場合であっても、上記第1実施の形態の場合と同様の効果を得ることができるのである。 Further, the transfer time difference generating unit is configured by the same number of transfer electrodes with respect to all the first registers, and the first gate electrode and the transfer electrode are adjacent to each other without forming an identical plane. because it is arranged Te, the gate wiring does not have to take a crossed or laminated structure. Therefore, for example, the first gate electrode and the transfer electrode can be flattened by a chemical mechanical polishing method or the like, and the pixel cell can be reduced in the height direction. The rate can be increased. As a result, even when the planarized electrode structure is used, the same effect as in the case of the first embodiment can be obtained.

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

・第1実施の形態
図1は、本実施の形態の固体撮像装置としてのカラーCCDイメージセンサにおける概略構成図である。ここでは、同じ行の隣接する2画素を1組として、隣接する2組の画素における同色信号電荷を混合する場合について説明する。尚、図1は、4行4列の画素領域1について示している。簡単のため、図1のA‐A'断面およびB‐B'断面における信号電荷の転送状態について説明する。
First Embodiment FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a color CCD image sensor as a solid-state imaging device according to the present embodiment. Here, a case where two adjacent pixels in the same row are set as one set and the same color signal charges in two adjacent sets of pixels are mixed will be described. FIG. 1 shows a pixel region 1 of 4 rows and 4 columns. For the sake of simplicity, the signal charge transfer state in the AA ′ section and the BB ′ section in FIG. 1 will be described.

本実施の形態におけるカラーCCDイメージセンサは、2層ゲート構造による4相駆動垂直レジスタを有するインターライン転送型CCDイメージセンサであって、マトリクス状に配列されたRGB3色のフォトダイオード22と各フォトダイオード22に接続されたトランスファゲート23とを含む画素領域21、各フォトダイオード22間に列方向に配置されてトランスファゲート23に接続された垂直レジスタ24、垂直レジスタ24の一端部に行方向に配置されて垂直レジスタ24からの信号電荷を受け取る水平レジスタ25を含む水平レジスタ領域26を備えている。   The color CCD image sensor according to the present embodiment is an interline transfer type CCD image sensor having a four-phase drive vertical register with a two-layer gate structure, and includes RGB three-color photodiodes 22 arranged in a matrix and each photodiode. The pixel region 21 including the transfer gate 23 connected to the pixel 22, the vertical register 24 arranged in the column direction between the photodiodes 22 and connected to the transfer gate 23, and arranged in the row direction at one end of the vertical register 24. A horizontal register area 26 including a horizontal register 25 for receiving signal charges from the vertical register 24 is provided.

上記垂直レジスタ24は、駆動パルスΦV1〜ΦV4が印加される垂直ゲート電極27を含んで構成されている。そのうち、駆動パルスΦV2,ΦV4が印加される垂直ゲート電極27bが1層目ゲートを構成し、駆動パルスΦV1,ΦV3が印加される垂直ゲート電極27aが2層目ゲートを構成している。   The vertical register 24 includes a vertical gate electrode 27 to which drive pulses ΦV1 to ΦV4 are applied. Among them, the vertical gate electrode 27b to which the drive pulses ΦV2 and ΦV4 are applied constitutes a first layer gate, and the vertical gate electrode 27a to which the drive pulses ΦV1 and ΦV3 are applied constitutes a second layer gate.

上記駆動パルスΦV1〜ΦV7は一般的な4相駆動のタイミングで印加するものとし、信号電荷は垂直ゲート電極27が2枚分の蓄積部と垂直ゲート電極27が2枚分のバリア部とで保持される。   The driving pulses ΦV1 to ΦV7 are applied at a general four-phase driving timing, and the signal charges are held in the storage portion for two vertical gate electrodes 27 and the barrier portion for two vertical gate electrodes 27. Is done.

また、上記フォトダイオード22上にはカラーフィルター(図示せず)が配置され、RGBベイヤ−配列となっている。また、垂直レジスタ24と水平レジスタ25との境界部には、駆動パルスΦV5〜ΦV7が印加される垂直ゲート電極27c〜27fを含む転送時間差発生領域28が設けられている。そのうち、駆動パルスΦV5が印加される垂直ゲート電極27cは2層目ゲートを構成し、駆動パルスΦV6が印加される垂直ゲート電極27d,27eのうち垂直ゲート電極27dは1層目ゲートを構成する一方、垂直ゲート電極27eは2層目ゲートを構成し、駆動パルスΦV7が印加される垂直ゲート電極27fは1層目ゲートを構成している。   In addition, a color filter (not shown) is disposed on the photodiode 22 to form an RGB Bayer array. A transfer time difference generation region 28 including vertical gate electrodes 27c to 27f to which drive pulses ΦV5 to ΦV7 are applied is provided at the boundary between the vertical register 24 and the horizontal register 25. Among them, the vertical gate electrode 27c to which the drive pulse ΦV5 is applied constitutes the second layer gate, and the vertical gate electrode 27d of the vertical gate electrodes 27d and 27e to which the drive pulse ΦV6 is applied constitutes the first layer gate. The vertical gate electrode 27e constitutes a second layer gate, and the vertical gate electrode 27f to which the drive pulse ΦV7 is applied constitutes a first layer gate.

図2(a)に図1のA‐A'断面を示し、図2(b)にはB‐B'断面を示す。図2(a)に示すように、駆動パルスΦV5が印加される垂直ゲート電極27cおよび駆動パルスΦV7が印加される垂直ゲート電極27fに接触する拡散層の表面には、垂直レジスタ領域とは異なるポテンシャルエネルギー(以下、単にポテンシャルと言う)で設定されたチャネルバリア29a,29bが形成されており、信号電荷転送に遅延を発生させるためのチャネルバリアとして機能する。このチャネルバリア29は、垂直レジスタ24を構成する拡散層とは異なる極性の拡散層で形成されている。すなわち、垂直レジスタ24がn型半導体拡散層で形成される場合には、チャネルバリア29はp型半導体拡散層で形成される一方、垂直レジスタ24がp型半導体拡散層で形成される場合には、チャネルバリア29はn型半導体拡散層で形成される。図2(a)は、p型ウェル34上に形成されたn型半導体拡散層33で垂直レジスタ24が構成されている場合を示しており、チャネルバリア29はp型半導体拡散層で形成されている。   2A shows the AA ′ cross section of FIG. 1, and FIG. 2B shows the BB ′ cross section. As shown in FIG. 2A, the surface of the diffusion layer contacting the vertical gate electrode 27c to which the drive pulse ΦV5 is applied and the vertical gate electrode 27f to which the drive pulse ΦV7 is applied has a potential different from that of the vertical register region. Channel barriers 29a and 29b set by energy (hereinafter simply referred to as potential) are formed and function as channel barriers for generating a delay in signal charge transfer. The channel barrier 29 is formed of a diffusion layer having a polarity different from that of the diffusion layer constituting the vertical register 24. That is, when the vertical register 24 is formed of an n-type semiconductor diffusion layer, the channel barrier 29 is formed of a p-type semiconductor diffusion layer, whereas when the vertical register 24 is formed of a p-type semiconductor diffusion layer. The channel barrier 29 is formed of an n-type semiconductor diffusion layer. FIG. 2A shows a case where the vertical register 24 is configured by an n-type semiconductor diffusion layer 33 formed on the p-type well 34, and the channel barrier 29 is formed by a p-type semiconductor diffusion layer. Yes.

すなわち、本実施の形態においては、垂直ゲート電極27c〜27fで上記転送電極を構成しているのである。   That is, in the present embodiment, the transfer electrodes are constituted by the vertical gate electrodes 27c to 27f.

上記チャネルバリア29のポテンシャルは、上記トランスファゲート23下の拡散層と同じポテンシャルにしてもよい。その場合には、フォトダイオード22から垂直レジスタ24への信号電荷読み出し電圧と同じ電圧レベルで転送時間差発生領域28を駆動することが可能となる。   The potential of the channel barrier 29 may be the same as that of the diffusion layer under the transfer gate 23. In that case, the transfer time difference generation region 28 can be driven at the same voltage level as the signal charge read voltage from the photodiode 22 to the vertical register 24.

尚、図2(b)から分かるように、B‐B'断面における垂直ゲート電極27c,27fの直下にはチャネルバリア29は形成されていない、また、A‐A'断面およびB‐B'断面の何れにおいても、1層目ゲートを構成する垂直ゲート電極27と2層目ゲートを構成する垂直ゲート電極27とが重なっている領域には、ゲート絶縁膜35が形成されている。   As can be seen from FIG. 2B, the channel barrier 29 is not formed immediately below the vertical gate electrodes 27c and 27f in the BB ′ section, and the AA ′ section and the BB ′ section. In either case, a gate insulating film 35 is formed in a region where the vertical gate electrode 27 constituting the first layer gate and the vertical gate electrode 27 constituting the second layer gate overlap.

図1において、上記垂直レジスタ24から水平レジスタ25へ信号電荷が読み出された後は、水平レジスタ25を構成する水平ゲート電極30a,30bに2相の水平転送クロックΦH1,ΦH2を印加することによって、水平ゲート電極30a,30bを駆動する。こうして、信号電荷は、順次電荷検出部31へ転送され、しかる後に出力アンプ32から出力される。   In FIG. 1, after signal charges are read from the vertical register 24 to the horizontal register 25, two-phase horizontal transfer clocks ΦH1 and ΦH2 are applied to the horizontal gate electrodes 30a and 30b constituting the horizontal register 25. The horizontal gate electrodes 30a and 30b are driven. Thus, the signal charges are sequentially transferred to the charge detector 31 and then output from the output amplifier 32.

上記構成を有するカラーCCDイメージセンサは、以下のように動作して同じ行の上記隣接する2組の画素の同色信号電荷を混合する。先ず、同じ行の上記隣接する2組の画素の同色信号電荷を混合する場合における信号電荷の流れを、図3〜図5に従って詳細に説明する。   The color CCD image sensor having the above configuration is operated as follows to mix the same color signal charges of the two adjacent pixels in the same row. First, the flow of signal charges when mixing the same color signal charges of the two adjacent pixels in the same row will be described in detail with reference to FIGS.

図3(a)は、初期状態における信号電荷の蓄積状態を示す。尚、初期状態において蓄積されている信号電荷には、水平レジスタ25側から順にA列には奇数の番号をB列には偶数の番号を、色記号R,G,Bと共に与えている。上記初期状態において、垂直ゲート電極27c,27d,27e,27fに駆動パルスΦV5,ΦV6,ΦV7が印加されると、図3(b)に示すように、チャネルバリア29が形成されていないB列のみにおいて、垂直レジスタ24から水平レジスタ25へ信号電荷R2,G2が転送される。その際に、A列にはチャネルバリア29が形成されているので、信号電荷R1,G1は転送されず初期態と同じ位置に保持されている。   FIG. 3A shows a signal charge accumulation state in the initial state. The signal charges stored in the initial state are given an odd number in the A column and an even number in the B column together with the color symbols R, G, and B in order from the horizontal register 25 side. In the initial state, when the drive pulses ΦV5, ΦV6, and ΦV7 are applied to the vertical gate electrodes 27c, 27d, 27e, and 27f, as shown in FIG. 3B, only the B column in which the channel barrier 29 is not formed is provided. , The signal charges R2 and G2 are transferred from the vertical register 24 to the horizontal register 25. At that time, since the channel barrier 29 is formed in the A column, the signal charges R1 and G1 are not transferred and are held at the same positions as in the initial state.

次に、上記水平ゲート電極30a,30bに水平転送クロックΦH1,ΦH2が印加されると、図4(c)に示すように、水平レジスタ25内の信号電荷R2,G2は水平方向へ2列分だけ転送される。次に、垂直ゲート電極27c,27d,27e,27fに、駆動パルスΦV5,ΦV6,ΦV7として、チャネルバリア29のポテンシャルを低くするパルスが印加される。そうすると、図4(d)に示すように、A列のみにおいて、垂直レジスタ24から水平レジスタ25へ信号電荷R1,G1が転送される。その際に、水平レジスタ25における信号電荷R1,G1の転送先には、既に信号電荷R2,G2が転送されている。そのため、信号電荷R1と信号電荷R2との混合および信号電荷G1と信号電荷G2との混合が、信号電荷R1,G1の転送と同時に行われる。   Next, when horizontal transfer clocks ΦH1 and ΦH2 are applied to the horizontal gate electrodes 30a and 30b, as shown in FIG. 4C, the signal charges R2 and G2 in the horizontal register 25 correspond to two columns in the horizontal direction. Only forwarded. Next, pulses that lower the potential of the channel barrier 29 are applied to the vertical gate electrodes 27c, 27d, 27e, and 27f as drive pulses ΦV5, ΦV6, and ΦV7. Then, as shown in FIG. 4D, the signal charges R1 and G1 are transferred from the vertical register 24 to the horizontal register 25 only in the column A. At this time, the signal charges R2 and G2 have already been transferred to the transfer destination of the signal charges R1 and G1 in the horizontal register 25. Therefore, the mixing of the signal charges R1 and the signal charges R2 and the mixing of the signal charges G1 and the signal charges G2 are performed simultaneously with the transfer of the signal charges R1 and G1.

次に、上記垂直ゲート電極27a〜27fに駆動パルスΦV1〜ΦV7が印加されると、図5(e)に示すように、垂直レジスタ24内における総ての信号電荷が1段だけ水平レジスタ25側に転送される。次に、水平ゲート電極30a,30bに水平転送クロックΦH1,ΦH2が印加されると、図5(f)に示すように、水平レジスタ25内で混合された信号電荷(R1+R2),(G1+G2)が電荷検出部31に転送されて出力が完了する。   Next, when drive pulses [Phi] V1- [Phi] V7 are applied to the vertical gate electrodes 27a-27f, as shown in FIG. 5 (e), only one stage of all signal charges in the vertical register 24 is on the horizontal register 25 side. Forwarded to Next, when the horizontal transfer clocks ΦH1 and ΦH2 are applied to the horizontal gate electrodes 30a and 30b, the signal charges (R1 + R2) and (G1 + G2) mixed in the horizontal register 25 as shown in FIG. The data is transferred to the charge detector 31 and the output is completed.

図6に、上述のように同じ行の上記隣接する2組の画素の同色信号電荷を混合する場合における駆動パルスΦV1〜ΦV7のタイミングを示す。また、図7および図8に、図6における各時点T1〜T13に対応する信号電荷の転送状態とチャネルバリア29を含むn型半導体拡散層33のポテンシャルとを示す。   FIG. 6 shows the timing of the drive pulses ΦV1 to ΦV7 when the same color signal charges of the two adjacent pixels in the same row are mixed as described above. 7 and 8 show signal charge transfer states and potentials of the n-type semiconductor diffusion layer 33 including the channel barrier 29 corresponding to the time points T1 to T13 in FIG.

上記垂直レジスタ24における1段当たりの転送サイクルは時点T1〜時点T13である。先ず、期間T1〜T4における動作について詳細に説明する。   The transfer cycle per stage in the vertical register 24 is from time T1 to time T13. First, the operation in the periods T1 to T4 will be described in detail.

図7および図8に示すように、上記B‐B'断面で表されるB列において、水平レジスタ25に最も近く、垂直ゲート電極27c〜27fで構成されるパケット(転送時間差発生領域28)には、信号電荷37が蓄積されている。時点T2において、ハイレベル(以下「H」と記す)の駆動パルスΦV7が垂直ゲート電極27fに印加されることによって、垂直ゲート電極27f直下のn型半導体拡散層33のポテンシャルが垂直ゲート電極27d,27e直下のn型半導体拡散層33のポテンシャルと同じになる。さらに、時点T3において、垂直ゲート電極27d,27eに印加される駆動パルスΦV6と駆動パルスΦV7とのレベルが上記「H」から低下し始めて「H」とローレベル(以下「L」と記す)との中間になり、垂直ゲート電極27d〜27f直下のn型半導体拡散層33のポテンシャルが、垂直ゲート電極27c直下のポテンシャルよりもやや低い位置まで上昇する。この垂直ゲート電極27d〜27f直下のポテンシャル上昇に伴って、上記パケットに蓄積されている信号電荷37は水平レジスタ25へ転送されるのである。   As shown in FIGS. 7 and 8, in the row B represented by the BB ′ cross section, the packet (transfer time difference generation region 28) that is closest to the horizontal register 25 and includes the vertical gate electrodes 27c to 27f is shown. The signal charge 37 is accumulated. At time T2, a high level (hereinafter referred to as “H”) drive pulse ΦV7 is applied to the vertical gate electrode 27f, so that the potential of the n-type semiconductor diffusion layer 33 immediately below the vertical gate electrode 27f becomes the vertical gate electrode 27d, It becomes the same as the potential of the n-type semiconductor diffusion layer 33 just under 27e. Further, at time T3, the levels of the drive pulse ΦV6 and the drive pulse ΦV7 applied to the vertical gate electrodes 27d and 27e start to decrease from the above “H” and become “H” and low level (hereinafter referred to as “L”). The potential of the n-type semiconductor diffusion layer 33 immediately below the vertical gate electrodes 27d to 27f rises to a position slightly lower than the potential immediately below the vertical gate electrode 27c. As the potential rises directly below the vertical gate electrodes 27d to 27f, the signal charge 37 stored in the packet is transferred to the horizontal register 25.

その際に、上記A‐A'断面で表されるA列においては、垂直ゲート電極27fの直下にはポテンシャルバリア29bが存在するため、ポテンシャルが垂直ゲート電極27d,27e直下のn型半導体拡散層33のポテンシャルまで低下することがなく、上記パケットに蓄積されている信号電荷36は水平レジスタ25に転送されることがない。したがって、信号電荷36は上記パケット内に止まる。   At that time, in the column A represented by the AA ′ cross section, since the potential barrier 29b exists immediately below the vertical gate electrode 27f, the potential is n-type semiconductor diffusion layer immediately below the vertical gate electrodes 27d and 27e. Thus, the signal charge 36 stored in the packet is not transferred to the horizontal register 25. Therefore, the signal charge 36 stops in the packet.

その後、上記時点T4において、上記駆動パルスΦV6,ΦV7のレベルが上記「L」に戻り、上記B列における信号電荷37の水平レジスタ25への転送が完了する。   Thereafter, at the time point T4, the levels of the drive pulses ΦV6 and ΦV7 return to the “L”, and the transfer of the signal charge 37 in the B column to the horizontal register 25 is completed.

次に、期間T5〜T8における動作について詳細に説明する。   Next, the operation in the period T5 to T8 will be described in detail.

先ず、上記時点T5において、上記駆動パルスΦV6のレベルが「H」になることによって、上記A列における垂直ゲート電極27d,27e直下のn型半導体拡散層33に蓄積されている信号電荷36は、上記時点T1と同じポテンシャルに戻った上記パケットに蓄積される。次に、駆動パルスΦV7のレベルを「H」よりもさらに一段高いレベル(以下「HH」と記す)にすることによって、時点T6において、垂直ゲート電極27f直下のポテンシャルが上記時点T2の場合よりもさらに下がり、垂直ゲート電極27d,27e直下のポテンシャルと同じになる。さらに、時点T7において、駆動パルスΦV6のレベルが上記「H」から「L」に戻り、垂直ゲート電極27d,27e直下のポテンシャルが、垂直ゲート電極27f直下のポテンシャルよりも高くなる。この垂直ゲート電極27d,27e直下のポテンシャル上昇に伴って、上記パケットに蓄積されている信号電荷36は水平レジスタ25へ転送されるのである。   First, at the time T5, when the level of the drive pulse ΦV6 becomes “H”, the signal charge 36 accumulated in the n-type semiconductor diffusion layer 33 immediately below the vertical gate electrodes 27d and 27e in the A column is It is stored in the packet that has returned to the same potential as the time T1. Next, by making the level of the drive pulse ΦV7 one level higher than “H” (hereinafter referred to as “HH”), the potential immediately below the vertical gate electrode 27f at time T6 is higher than that at time T2. Further down, the potential is the same as the potential immediately below the vertical gate electrodes 27d and 27e. Further, at time T7, the level of the drive pulse ΦV6 returns from “H” to “L”, and the potential immediately below the vertical gate electrodes 27d and 27e becomes higher than the potential directly below the vertical gate electrode 27f. As the potential rises just below the vertical gate electrodes 27d and 27e, the signal charge 36 stored in the packet is transferred to the horizontal register 25.

その間、上記時点T4において水平レジスタ25中に存在している上記B列の信号電荷37は、時点T5と時点T6の間に、水平転送クロックΦH1,ΦH2のレベルが「H」になることによって、水平レジスタ25内を出力アンプ32側へ向かって転送される。こうして、信号電荷37は、水平レジスタ25内を垂直レジスタ24の2列分だけ転送されて、時点T6において、図4(c)の状態となる。そして、時点T7において、駆動パルスΦV6のレベルが上記「H」から「L」に戻って上記A列の信号電荷36が水平レジスタ25へ転送された際に、水平レジスタ25内でA列の信号電荷36とB列の信号電荷37とが混合されるのである。   In the meantime, the signal charges 37 in the B column existing in the horizontal register 25 at the time T4 are set to the level of the horizontal transfer clocks ΦH1 and ΦH2 between the time T5 and the time T6. The data is transferred in the horizontal register 25 toward the output amplifier 32 side. Thus, the signal charges 37 are transferred in the horizontal register 25 by two columns of the vertical register 24, and the state shown in FIG. At time T7, when the level of the drive pulse ΦV6 returns from “H” to “L” and the signal charges 36 of the A column are transferred to the horizontal register 25, the signals of the A column in the horizontal register 25 are transferred. The charges 36 and the signal charges 37 in the B column are mixed.

その後、上記時点T8において、上記駆動パルスΦV7のレベルが上記「L」に戻り、A列の信号電荷36の水平レジスタ25への転送と、B列の信号電荷37との混合とが、完了する。   Thereafter, at the time T8, the level of the drive pulse ΦV7 returns to the “L” level, and the transfer of the signal charges 36 in the A column to the horizontal register 25 and the mixing with the signal charges 37 in the B column are completed. .

また、上記期間T5〜T8では、図1において、奇数行の垂直ゲート電極27aに印加される駆動パルスΦV1と、偶数行の垂直ゲート電極27bに印加される駆動パルスΦV2と、偶数行の垂直ゲート電極27aに印加される駆動パルスΦV3と、奇数行の垂直ゲート電極27bに印加される駆動パルスΦV4とが、夫々4相駆動タイミングによってレベルが制御される。その結果、時点T1において、信号電荷が蓄積されている奇数行の垂直ゲート電極27aおよび偶数行の垂直ゲート電極27bの直下のポテンシャルが、同じポテンシャルで水平レジスタ25側に向かって順次移動することによって、水平レジスタ25へ転送された信号電荷36,37の後続の信号電荷が垂直レジスタ24内を順次移動することになる。   In the period T5 to T8, in FIG. 1, the driving pulse ΦV1 applied to the odd-numbered vertical gate electrodes 27a, the driving pulse ΦV2 applied to the even-numbered vertical gate electrodes 27b, and the even-numbered vertical gates in FIG. The levels of the drive pulse ΦV3 applied to the electrode 27a and the drive pulse ΦV4 applied to the odd-numbered vertical gate electrodes 27b are respectively controlled by the four-phase drive timing. As a result, at the time point T1, the potentials immediately below the odd-numbered vertical gate electrodes 27a and even-numbered vertical gate electrodes 27b in which signal charges are accumulated sequentially move toward the horizontal register 25 with the same potential. The signal charges subsequent to the signal charges 36 and 37 transferred to the horizontal register 25 sequentially move in the vertical register 24.

次に、期間T9〜T13における動作について詳細に説明する。   Next, the operation in the periods T9 to T13 will be described in detail.

先ず、上記時点T9において、上記駆動パルスΦV1のレベルを「H」とする一方、駆動パルスΦV5のレベルを「HH」にすることによって、A列およびB列とも垂直レジスタ24内を信号電荷が移動する。また、図1中1行目の垂直ゲート電極27a直下のn型半導体拡散層33に次の信号電荷が転送されて蓄積される。次に、時点T10において、駆動パルスΦV3のレベルが「L」になり、時点T11において、駆動パルスΦV2,ΦV6のレベルが「H」になることによって、A列およびB列とも垂直レジス24タ内を信号電荷が移動する。次に、時点T12において、駆動パルスΦV4のレベルが「L」になり、時点T13において、駆動パルスΦV5のレベルが「L」になる。こうして、信号電荷転送の1サイクルが完了するのである。   First, at the time T9, the level of the drive pulse ΦV1 is set to “H” while the level of the drive pulse ΦV5 is set to “HH”, so that the signal charges move in the vertical register 24 in both the A column and the B column. To do. Further, the next signal charge is transferred and stored in the n-type semiconductor diffusion layer 33 immediately below the vertical gate electrode 27a in the first row in FIG. Next, at time T10, the level of the drive pulse ΦV3 becomes “L”, and at time T11, the levels of the drive pulses ΦV2 and ΦV6 become “H”. The signal charge moves. Next, at time T12, the level of the drive pulse ΦV4 becomes “L”, and at time T13, the level of the drive pulse ΦV5 becomes “L”. Thus, one cycle of signal charge transfer is completed.

尚、上記時点T13においては、初期状態T1と同じn型半導体拡散層33のポテンシャルで、垂直レジスタ24内の信号電荷が水平レジスタ25側へ1行分だけ移動した状態になる。   At the time T13, the signal charge in the vertical register 24 is moved to the horizontal register 25 side by one row at the same potential of the n-type semiconductor diffusion layer 33 as in the initial state T1.

次に、同じ行の上記隣接する2組の画素の同色信号電荷を混合しない場合の動作について説明する。図9に、上述のように同じ行の上記隣接する2組の画素の同色信号電荷を混合しない場合における駆動パルスΦV1〜ΦV7のタイミングを示す。また、図10および図11に、図9における各時点T1〜T11に対応する信号電荷の転送状態とn型半導体拡散層33のポテンシャルとを示す。   Next, an operation when the same color signal charges of the two adjacent pixels in the same row are not mixed will be described. FIG. 9 shows the timing of the drive pulses ΦV1 to ΦV7 when the same color signal charges of the two adjacent pixels in the same row are not mixed as described above. 10 and 11 show signal charge transfer states and potentials of the n-type semiconductor diffusion layer 33 corresponding to the respective times T1 to T11 in FIG.

上記垂直レジスタ24における1段当たりの転送サイクルは時点T1〜時点T11である。そして、信号電荷の混合を行わずに一括して信号読み出しを行う場合には、図9に示す駆動タイミングで、駆動パルスΦV1,ΦV2,ΦV3,ΦV4,ΦV6のレベルを「H」および「L」に変化させ、駆動パルスΦV5,ΦV7のレベルを、「HH」および「L」に変化させることによって、4相駆動タイミングで本カラーCCDイメージセンサを駆動することができる。その結果、A列とB列とは、同じポテンシャル状態で水平レジスタ25側に向かって順次移動する。そして、A列とB列とにおける転送時間差発生領域28から水平レジスタ25への信号電荷の転送は、時点T2で始まって時点T4で同時に完了する。   The transfer cycle per stage in the vertical register 24 is from time T1 to time T11. When signal reading is performed collectively without mixing signal charges, the levels of the drive pulses ΦV1, ΦV2, ΦV3, ΦV4, and ΦV6 are set to “H” and “L” at the drive timing shown in FIG. The color CCD image sensor can be driven at the four-phase drive timing by changing the levels of the drive pulses ΦV5 and ΦV7 to “HH” and “L”. As a result, the A column and the B column sequentially move toward the horizontal register 25 in the same potential state. Then, the transfer of signal charges from the transfer time difference generation region 28 to the horizontal register 25 in the A column and the B column starts at time T2 and is completed at the same time at time T4.

以上のごとく、本実施の形態においては、上記複数の垂直レジスタ24と水平レジスタ25との境界部には、垂直ゲート電極27c〜27fで構成された転送時間差発生領域28を設けている。そして、垂直ゲート電極27cを、画素領域21内の1層目に形成されて最も水平レジスタ25に近い垂直ゲート電極27bに一部がゲート絶縁膜35を介して重なるようにして2層目に形成している。また、垂直ゲート電極27dを、垂直ゲート電極27cに一部が重なるように1層目に形成している。また、垂直ゲート電極27eを、垂直ゲート電極27dに一部が重なるように2層目に形成している。また、垂直ゲート電極27fを、垂直ゲート電極27eに一部が重なるように1層目に形成している。   As described above, in this embodiment, the transfer time difference generation region 28 composed of the vertical gate electrodes 27 c to 27 f is provided at the boundary between the plurality of vertical registers 24 and the horizontal register 25. Then, the vertical gate electrode 27c is formed in the second layer so as to partially overlap the vertical gate electrode 27b formed in the first layer in the pixel region 21 and closest to the horizontal register 25 via the gate insulating film 35. is doing. The vertical gate electrode 27d is formed in the first layer so as to partially overlap the vertical gate electrode 27c. The vertical gate electrode 27e is formed in the second layer so as to partially overlap the vertical gate electrode 27d. The vertical gate electrode 27f is formed in the first layer so as to partially overlap the vertical gate electrode 27e.

さらに、複数の垂直レジスタ24のうち、隣接する2列の垂直レジスタ24,24を1組として、1組置きに配置された垂直レジスタ24(図1におけるA列の垂直レジスタ24)に続く転送時間差発生領域28には、垂直レジスタ24を構成する拡散層33の延在部における垂直ゲート電極27cと垂直ゲート電極27fとの接触面に、垂直レジスタ24を構成する拡散層33とは異なる極性の拡散層で成るチャネルバリア29a,29bを形成している。   Further, among the plurality of vertical registers 24, the adjacent two columns of vertical registers 24, 24 are taken as one set, and the transfer time difference following the vertical registers 24 (the vertical register 24 of the A column in FIG. 1) arranged in every other group. In the generation region 28, a diffusion having a polarity different from that of the diffusion layer 33 constituting the vertical register 24 is formed on the contact surface between the vertical gate electrode 27 c and the vertical gate electrode 27 f in the extending portion of the diffusion layer 33 constituting the vertical register 24. Layered channel barriers 29a and 29b are formed.

そして、上記チャネルバリア29が形成されていないB列の垂直レジスタ24に続く転送時間差発生領域28のみから水平レジスタ25に信号電荷37を転送する場合は、垂直ゲート電極27fに印加される駆動パルスΦV7のレベルを「H」にして、B列の転送時間差発生領域28における垂直ゲート電極27f直下のポテンシャルを蓄積電荷37が水平レジスタ25に転送できるポテンシャルまで低下させる一方、A列の転送時間差発生領域28における垂直ゲート電極27f直下のポテンシャルは蓄積電荷36が水平レジスタ25に転送できないポテンシャルを維持させる。   When the signal charge 37 is transferred to the horizontal register 25 only from the transfer time difference generation region 28 following the B-column vertical register 24 in which the channel barrier 29 is not formed, the drive pulse ΦV7 applied to the vertical gate electrode 27f. , The potential immediately below the vertical gate electrode 27f in the B column transfer time difference generation region 28 is lowered to a potential at which the stored charge 37 can be transferred to the horizontal register 25, while the transfer time difference generation region 28 in the A column The potential immediately below the vertical gate electrode 27f in FIG. 3 maintains a potential at which the accumulated charge 36 cannot be transferred to the horizontal register 25.

さらに、上記B列の転送時間差発生領域28から水平レジスタ25に転送された信号電荷37がA列の転送時間差発生領域28との境界位置まで移動した後、チャネルバリア29が形成されているA列の転送時間差発生領域28から水平レジスタ25に信号電荷36を転送して、信号電荷37と混合する場合には、駆動パルスΦV7のレベルを「HH」にして、A列の転送時間差発生領域28における垂直ゲート電極27f直下のポテンシャルを蓄積電荷36が水平レジスタ25に転送できるポテンシャルまで低下させるようにしている。   Further, after the signal charge 37 transferred from the transfer time difference generation region 28 in the B column to the horizontal register 25 moves to the boundary position with the transfer time difference generation region 28 in the A column, the A column in which the channel barrier 29 is formed. When the signal charge 36 is transferred to the horizontal register 25 from the transfer time difference generation area 28 and mixed with the signal charge 37, the level of the drive pulse ΦV7 is set to “HH” and the transfer time difference generation area 28 in the A column is changed. The potential immediately below the vertical gate electrode 27 f is lowered to a potential at which the accumulated charge 36 can be transferred to the horizontal register 25.

したがって、本実施の形態によれば、上記垂直レジスタ24から水平レジスタ25への信号読み出しを列毎に制御して信号加算が可能なカラーCCDイメージセンサを、2層ゲート構造で実現することができるのである。   Therefore, according to the present embodiment, a color CCD image sensor capable of adding signals by controlling signal reading from the vertical register 24 to the horizontal register 25 for each column can be realized with a two-layer gate structure. It is.

また、上記駆動パルスΦV5,ΦV7のレベルを「HH」と「L」とに変化させて、駆動パルスΦV1〜ΦV7のレベルを4相駆動タイミングで制御することによって、同じ行の上記隣接する2組の画素の同色信号電荷を混合しないで読み出すことができる。   Further, by changing the levels of the drive pulses ΦV5 and ΦV7 to “HH” and “L” and controlling the levels of the drive pulses ΦV1 to ΦV7 at the four-phase drive timing, the two adjacent sets in the same row are controlled. It is possible to read out the same color signal charges of the pixels without mixing.

したがって、本実施の形態におけるカラーCCDイメージセンサ(固体撮像装置)およびその駆動方法によれば、駆動パルスΦV7のレベルと印加タイミングを変えるだけで、同じ行の上記隣接する2組の画素の同色信号電荷を混合する場合と、信号電荷の混合を行わずに一括して信号読み出しを行う場合とを、使い分けることができるのである。   Therefore, according to the color CCD image sensor (solid-state imaging device) and the driving method thereof in the present embodiment, the same color signals of the two adjacent pixels in the same row can be changed only by changing the level and application timing of the drive pulse ΦV7. The case of mixing charges and the case of reading signals all together without mixing signal charges can be used separately.

尚、本実施の形態においては、この発明を、4相駆動垂直レジスタを有するインターライン転送型CCDイメージセンサに適用した場合を例に説明した。しかしながら、4相駆動垂直レジスタ以外のCCDイメージセンサやインターライン転送型以外のCCDイメージセンサにも適用可能である。また、CCDイメージセンサの駆動方法についても、本実施の形態におけるCCDイメージセンサの構成であれば、様々な駆動方法が可能である。   In the present embodiment, the case where the present invention is applied to an interline transfer type CCD image sensor having a four-phase drive vertical register has been described as an example. However, the present invention is also applicable to CCD image sensors other than the 4-phase drive vertical register and CCD image sensors other than the interline transfer type. As for the driving method of the CCD image sensor, various driving methods are possible as long as the configuration of the CCD image sensor in the present embodiment.

・第2実施の形態
図12は、本実施の形態の個体撮像素子としてのカラーCCDイメージセンサにおける概略構成図である。本カラーCCDイメージセンサは、平坦化電極構造による4相駆動垂直レジスタを有するインターライン転送型カラーCCDイメージセンサである。
Second Embodiment FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a color CCD image sensor as an individual image sensor according to the present embodiment. This color CCD image sensor is an interline transfer type color CCD image sensor having a four-phase drive vertical register with a flattened electrode structure.

図12において、41は画素領域であり、42はフォトダイオードであり、43はトランスファゲートであり、46は水平レジスタ領域である。   In FIG. 12, 41 is a pixel area, 42 is a photodiode, 43 is a transfer gate, and 46 is a horizontal register area.

図13(a)に図12のC‐C'断面を示し、図13(b)にD‐D'断面を示す。図13から分かるように、本実施の形態においては、垂直ゲート電極47a,47bは、互いに重なることなくゲート絶縁膜55を介して隣接し、同一平面を形成して配列されている。また、垂直ゲート電極47c〜47fも同様に、互いに重なることなく同一平面を形成して配列されている。   FIG. 13A shows a CC ′ section of FIG. 12, and FIG. 13B shows a DD ′ section. As can be seen from FIG. 13, in the present embodiment, the vertical gate electrodes 47a and 47b are adjacent to each other through the gate insulating film 55 without overlapping each other, and are arranged in the same plane. Similarly, the vertical gate electrodes 47c to 47f are arranged in the same plane without overlapping each other.

そして、上記C‐C'断面で表されるC列において、駆動パルスΦV5が印加される垂直ゲート電極47cおよび駆動パルスΦV7が印加される垂直ゲート電極47fに接触する拡散層の表面には、異なる極性の拡散層でなるチャネルバリア49a,49bが形成されている。すなわち、垂直レジスタ44がn型半導体拡散層で形成される場合には、上記チャネルバリア49はp型半導体拡散層で形成される一方、垂直レジスタ44がp型半導体拡散層で形成される場合には、チャネルバリア49はn型半導体拡散層で形成される。図13(a)は、p型ウェル54上に形成されたn型半導体拡散層53で垂直レジスタ44が構成されている場合を示しており、チャネルバリア49はp型半導体拡散層で形成されている。尚、図13(b)から分かるように、D‐D'断面における垂直ゲート電極47c,47fの直下にはチャネルバリア49は形成されていない。   In the C column represented by the CC ′ cross section, the surface of the diffusion layer contacting the vertical gate electrode 47c to which the drive pulse ΦV5 is applied and the vertical gate electrode 47f to which the drive pulse ΦV7 is applied are different. Channel barriers 49a and 49b made of a polar diffusion layer are formed. That is, when the vertical register 44 is formed of an n-type semiconductor diffusion layer, the channel barrier 49 is formed of a p-type semiconductor diffusion layer, while the vertical register 44 is formed of a p-type semiconductor diffusion layer. The channel barrier 49 is formed of an n-type semiconductor diffusion layer. FIG. 13A shows a case where the vertical register 44 is configured by an n-type semiconductor diffusion layer 53 formed on the p-type well 54, and the channel barrier 49 is formed by a p-type semiconductor diffusion layer. Yes. As can be seen from FIG. 13B, the channel barrier 49 is not formed immediately below the vertical gate electrodes 47c and 47f in the DD ′ cross section.

図12において、上記垂直レジスタ44から水平レジスタ45へ信号電荷が読み出された後は、水平レジスタ45を構成する水平ゲート電極50a,50bに2相の水平転送クロックΦH1,ΦH2を印加することによって、水平ゲート電極50a,50bを駆動する。こうして、信号電荷は、順次電荷検出部51へ転送され、しかる後に出力アンプ52から出力される。   In FIG. 12, after the signal charges are read from the vertical register 44 to the horizontal register 45, two-phase horizontal transfer clocks ΦH1 and ΦH2 are applied to the horizontal gate electrodes 50a and 50b constituting the horizontal register 45. The horizontal gate electrodes 50a and 50b are driven. Thus, the signal charges are sequentially transferred to the charge detector 51 and then output from the output amplifier 52.

本実施の形態のカラーCCDイメージセンサの場合にも、上記第1実施の形態の場合と同様に、図6に示すタイミングで駆動パルスΦV1〜ΦV7を印加することによって、図3〜図5に示すような信号電荷の流れによって、同じ行の隣接する2画素を1組として、隣接する2組の画素における同色信号電荷を混合することができる。また、図9に示すタイミングで駆動パルスΦV1〜ΦV7を印加することによって、同じ行の上記隣接する2組の画素の同色信号電荷を混合しないようにすることもできる。   Also in the case of the color CCD image sensor of the present embodiment, as shown in FIGS. 3 to 5 by applying the drive pulses ΦV1 to ΦV7 at the timing shown in FIG. 6 as in the case of the first embodiment. By such a flow of signal charges, two adjacent pixels in the same row can be considered as one set, and the same color signal charges in the two adjacent sets of pixels can be mixed. Further, by applying the drive pulses ΦV1 to ΦV7 at the timing shown in FIG. 9, it is possible to prevent the same color signal charges of the two adjacent pixels in the same row from being mixed.

以上のごとく、本実施の形態においては、上記複数の垂直レジスタ44と水平レジスタ45との境界部には、垂直ゲート電極47c〜47fで構成された転送時間差発生領域48を設けている。さらに、隣接する2列の垂直レジスタ44,44を1組として1組置きに配置された垂直レジスタ44(図12におけるC列の垂直レジスタ44)に続く転送時間差発生領域48には、垂直ゲート電極47c,47f直下にチャネルバリア49a,49bを形成している。   As described above, in the present embodiment, the transfer time difference generation region 48 composed of the vertical gate electrodes 47c to 47f is provided at the boundary between the plurality of vertical registers 44 and the horizontal register 45. Further, in the transfer time difference generation region 48 following the vertical register 44 (the vertical register 44 of the C column in FIG. 12) arranged every other set of two adjacent vertical registers 44, 44, the vertical gate electrode Channel barriers 49a and 49b are formed immediately below 47c and 47f.

そして、各垂直ゲート電極47a〜47fを、互いに重なることなく同一平面を形成するように配列している。   The vertical gate electrodes 47a to 47f are arranged so as to form the same plane without overlapping each other.

このように、隣接する2列の垂直レジスタ44,44を1組として、隣接する2組の垂直レジスタ44(図12におけるC列とD列との垂直レジスタ44)に関して、何れの転送時間差発生領域48も同じ垂直ゲート電極構造を有し、且つ、各垂直ゲート電極47a〜47fは、事実上1層に形成されている。したがって、転送時間差発生領域48においてゲート配線を交差あるいは積層させる構造を取る必要はない。   As described above, any two transfer time difference generation regions are obtained with respect to two adjacent vertical registers 44 (the vertical register 44 of the C column and the D column in FIG. 12), with two adjacent vertical registers 44 and 44 as one set. 48 also has the same vertical gate electrode structure, and each vertical gate electrode 47a to 47f is effectively formed in one layer. Therefore, it is not necessary to adopt a structure in which the gate wiring intersects or is stacked in the transfer time difference generation region 48.

したがって、本実施の形態においては、例えばケミカル・メカニカル・ポリッシング法等によってゲート電極を平坦化することが可能になる。その結果、画素セルの高さ方向への縮小が可能になり、画素セル縮小における集光率の上昇が可能になる。そして、平坦化電極構造を用いた場合であっても、上記第1実施の形態の場合と同様の効果を得ることができるのである。   Therefore, in this embodiment, the gate electrode can be planarized by, for example, a chemical mechanical polishing method or the like. As a result, the pixel cell can be reduced in the height direction, and the light collection rate can be increased when the pixel cell is reduced. And even if it is a case where a planarization electrode structure is used, the effect similar to the case of the said 1st Embodiment can be acquired.

尚、上記各実施の形態においては、上記p型ウェル34上にn型半導体拡散層33で垂直レジスタ24が構成されたカラーCCDイメージセンサを例に説明しているが、勿論p型半導体基板上に形成されたカラーCCDイメージセンサであっても構わない。   In each of the above embodiments, a color CCD image sensor in which the vertical register 24 is configured by the n-type semiconductor diffusion layer 33 on the p-type well 34 is described as an example. It may be a color CCD image sensor formed in the above.

また、上記各実施の形態においては、チャネルバリア29,49を設ける垂直レジスタ24,44を、隣接する2列の垂直レジスタ24,44を1組として、1組置きに配置された垂直レジスタ24,24;44,44としている。しかしながら、チャネルバリア29,49を設ける垂直レジスタの位置については、これに限定されるものではない。さらに、加算される同色の画素数も2画素に限定されるものではない。   Further, in each of the above embodiments, the vertical registers 24 and 44 provided with the channel barriers 29 and 49 are arranged as a pair, and the vertical registers 24 and 44 arranged in every other pair are taken as one set. 24; 44, 44. However, the position of the vertical register in which the channel barriers 29 and 49 are provided is not limited to this. Furthermore, the number of pixels of the same color to be added is not limited to two pixels.

この発明の固体撮像装置であるカラーCCDイメージセンサの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the color CCD image sensor which is a solid-state imaging device of this invention. 図1におけるA‐A'断面およびB‐B'断面を示す図である。It is a figure which shows the AA 'cross section and BB' cross section in FIG. 同じ行の隣接する4画素の同色信号電荷を混合する場合における信号電荷の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the signal charge in the case of mixing the same color signal charge of four adjacent pixels of the same row. 図3に続く信号電荷の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the signal charge following FIG. 図4に続く信号電荷の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the signal charge following FIG. 同じ行の隣接する4画素の同色信号電荷を混合する場合における駆動パルスのタイミングチャートである。It is a timing chart of a drive pulse in the case of mixing the same color signal charges of four adjacent pixels in the same row. 図6における各時点に対応する信号電荷の転送状態およびn型半導体拡散層のポテンシャルを示す図である。It is a figure which shows the transfer state of the signal charge corresponding to each time in FIG. 6, and the potential of an n-type semiconductor diffusion layer. 図7に続く信号電荷の転送状態およびn型半導体拡散層のポテンシャルを示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a signal charge transfer state and the potential of the n-type semiconductor diffusion layer following FIG. 7. 同じ行の隣接する4画素の同色信号電荷を混合しない場合における駆動パルスのタイミングチャートである。It is a timing chart of a drive pulse when the same color signal charges of four adjacent pixels in the same row are not mixed. 図9における各時点に対応する信号電荷の転送状態およびn型半導体拡散層のポテンシャルを示す図である。It is a figure which shows the transfer state of the signal charge corresponding to each time in FIG. 9, and the potential of an n-type semiconductor diffusion layer. 図10に続く信号電荷の転送状態およびn型半導体拡散層のポテンシャルを示す図である。It is a figure which shows the transfer state of the signal charge following FIG. 10, and the potential of an n-type semiconductor diffusion layer. 図1とは異なるカラーCCDイメージセンサの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the color CCD image sensor different from FIG. 図12おけるC‐C'断面およびD‐D'断面を示す図である。It is a figure which shows the CC 'cross section and DD' cross section in FIG. 従来の2層ゲート構造により画素信号を加算する固体撮像装置における概略平面図である。It is a schematic plan view in the solid-state imaging device which adds a pixel signal with the conventional 2 layer gate structure.

21,41…画素領域、
22,42…フォトダイオード、
23,43…トランスファゲート、
24,44…垂直レジスタ、
25,45…水平レジスタ、
26,46…水平レジスタ領域、
27a,27b,47a,47b…画素領域の垂直ゲート電極、
27c〜27f,47c〜47f…転送時間差発生領域の垂直ゲート電極、
28,48…転送時間差発生領域、
29a,29b,49a,49b…チャネルバリア、
30a,30b,50a,50b…水平ゲート電極、
31,51…電荷検出部、
32,52…出力アンプ、
33,53…n型半導体拡散層、
34,54…p型ウェル、
35,55…ゲート絶縁膜、
36,37…信号電荷。
21, 41 ... Pixel region,
22, 42 ... photodiode,
23, 43 ... Transfer gate,
24, 44 ... vertical register,
25, 45 ... Horizontal register,
26, 46 ... horizontal register area,
27a, 27b, 47a, 47b ... vertical gate electrodes in the pixel region,
27c to 27f, 47c to 47f, vertical gate electrodes in the transfer time difference generation region,
28, 48 ... transfer time difference generation area,
29a, 29b, 49a, 49b ... channel barrier,
30a, 30b, 50a, 50b ... horizontal gate electrode,
31, 51... Charge detection unit,
32, 52 ... Output amplifier,
33, 53 ... n-type semiconductor diffusion layer,
34, 54 ... p-type well,
35, 55 ... gate insulating film,
36, 37: Signal charge.

Claims (6)

半導体基板上あるいはウェル上に形成されて2次元に配列された複数の受光部と、
上記半導体基板上あるいは上記ウェル上に形成されると共に、上記受光部から読み出された信号電荷を一方向に転送する第1ゲート電極を有する複数の第1レジスタと、
上記半導体基板上あるいは上記ウェル上に形成されると共に、上記第1レジスタにおける上記一方向端部に上記一方向と交差する他方向に延在して配置されて、上記第1レジスタから転送された信号電荷を上記他方向へ転送する第2ゲート電極を有する第2レジスタと、
上記半導体基板上あるいは上記ウェル上に形成されると共に、上記第1レジスタの上記一方向端と上記第2レジスタとの間に配置されて、上記第1レジスタからの信号電荷を受けて上記第2レジスタに転送すると共に、各第1レジスタに関して、上記第1レジスタから上記第2レジスタへの信号電荷の転送に時間差を設ける転送時間差発生部と
を備え、
上記転送時間差発生部は
総ての上記第1レジスタに関して、上記第1レジスタから受けた信号電荷を上記第2レジスタへ転送するための同数の転送電極と、
特定の第1レジスタに関して、上記第1レジスタから受けた信号電荷の上記第2レジスタへの移動を遮蔽するチャネルバリアと、
上記転送電極で構成されると共に、印加される電気信号に応じて上記チャネルバリアの開閉を行う第3ゲート電極と
を含んでおり、
上記第1レジスタの上記第1ゲート電極および上記転送時間差発生部の上記転送電極は、互いに重なることなく隣接して同一平面を形成して配列されており、
上記チャネルバリアは、上記第1レジスタとは異なるポテンシャルエネルギーを有する領域である
ことを特徴とする固体撮像装置。
A plurality of light receiving parts formed on a semiconductor substrate or well and arranged two-dimensionally;
A plurality of first registers formed on the semiconductor substrate or the well and having a first gate electrode for transferring the signal charge read from the light receiving unit in one direction;
It is formed on the semiconductor substrate or on the well, and is arranged to extend in the other direction intersecting the one direction at the one-direction end of the first register, and transferred from the first register. A second register having a second gate electrode for transferring the signal charge in the other direction;
The second register is formed on the semiconductor substrate or the well, and is disposed between the one-direction end of the first register and the second register, receives the signal charge from the first register, and receives the second signal. A transfer time difference generating unit for transferring a signal charge from the first register to the second register with respect to each first register,
The transfer time difference generator is
For all the first registers, the same number of transfer electrodes for transferring signal charges received from the first register to the second register;
A channel barrier that shields movement of signal charges received from the first register to the second register with respect to the particular first register;
Together constituted by the transfer electrodes, and Nde including a third gate electrode for opening and closing of the channel barrier in accordance with an electrical signal applied thereto,
The first gate electrode of the first register and the transfer electrode of the transfer time difference generator are arranged adjacent to each other without overlapping each other, forming the same plane,
The solid-state imaging device , wherein the channel barrier is a region having a potential energy different from that of the first register .
請求項1に記載の固体撮像装置において、
上記チャネルバリアは、上記第1レジスタを構成する拡散層の極性とは異なる極性の拡散層で構成されていることを特徴とする固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1,
The channel barrier, a solid-state imaging device according to claim that you have been configured by the diffusion layers of different polarity to the polarity of the diffusion layer constituting the first register.
請求項1に記載の固体撮像装置において、
上記受光部に蓄積された信号電荷を上記第1レジスタに転送するトランスファゲートを有して、
上記チャネルバリアは、上記トランスファゲートと同じポテンシャルエネルギーを有している
ことを特徴とする固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1 ,
A transfer gate for transferring the signal charge accumulated in the light receiving section to the first register;
The solid-state imaging device , wherein the channel barrier has the same potential energy as the transfer gate .
請求項1に記載の固体撮像装置において、
上記第3ゲート電極は、3以上の電圧レベルで駆動されることを特徴とする固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1 ,
The third gate electrode, a solid-state imaging device according to claim Rukoto driven by three or more voltage levels.
請求項1に記載の固体撮像装置において、
上記一方向は列方向であり、上記他方向は行方向であり、
同じ行における離れた受光部からの信号電荷を上記第2レジスタ内で混合し、混合された上記信号電荷を上記行方向に転送する混合モードと、
同じ行における離れた受光部からの信号電荷を上記第2レジスタ内で混合することなく上記行方向に転送する通常モードと
に切り換え可能になってい
ことを特徴とする固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1,
The one direction is a column direction, the other direction is a row direction,
A mixing mode in which signal charges from remote light receiving units in the same row are mixed in the second register, and the mixed signal charges are transferred in the row direction;
A normal mode in which signal charges from remote light receiving units in the same row are transferred in the row direction without being mixed in the second register;
The solid-state imaging device characterized that you have enabled switched.
請求項1に記載の固体撮像装置の駆動方法であって、
上記転送時間差発生部における上記第3ゲート電極に、上記チャネルバリアが開放しない電圧の駆動信号を所定のタイミングで印加して、上記特定の第1レジスタに関するチャネルバリアによって上記信号電荷上記第2レジスタへの移動を遮蔽して、上記特定の第1レジスタ以外の第1レジスタからの信号電荷のみを上記第2レジスタに転送させるステップと、
上記第2レジスタに駆動信号を所定のタイミングで印加して、上記第2レジスタに転送された信号電荷を上記第2レジスタ内における上記特定の第1レジスタの位置まで転送させるステップと、
上記転送時間差発生部における上記総ての転送電極に駆動信号を所定のタイミングで印加すると共に、上記第3ゲート電極には上記チャネルバリアが開放する電圧の駆動信号を印加して、上記総ての第1レジスタからの信号電荷を上記一方向に転送させると共に、上記特定の第1レジスタに関するチャネルバリアを開放して上記特定の第1レジスタからの信号電荷を上記第2レジスタに転送させて、上記特定の第1レジスタ以外の第1レジスタから既に転送されている信号電荷と混合させるステップと
を備えたことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法
A driving method of the solid-state imaging device according to claim 1,
A drive signal having a voltage that does not open the channel barrier is applied to the third gate electrode in the transfer time difference generation unit at a predetermined timing, and the second register of the signal charge is generated by the channel barrier related to the specific first register. shields the movement to the step of transferring only the signal charges from the first register other than the specific first register to said second register,
Applying a drive signal to the second register at a predetermined timing to transfer the signal charge transferred to the second register to the position of the specific first register in the second register;
A drive signal is applied to all the transfer electrodes in the transfer time difference generator at a predetermined timing, and a drive signal having a voltage that opens the channel barrier is applied to the third gate electrode. The signal charge from the first register is transferred in the one direction, the channel barrier relating to the specific first register is opened, and the signal charge from the specific first register is transferred to the second register. Mixing with signal charges already transferred from a first register other than the particular first register;
A method for driving a solid-state imaging device.
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