JPH01196175A - Charge coupled device - Google Patents

Charge coupled device

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Publication number
JPH01196175A
JPH01196175A JP63021556A JP2155688A JPH01196175A JP H01196175 A JPH01196175 A JP H01196175A JP 63021556 A JP63021556 A JP 63021556A JP 2155688 A JP2155688 A JP 2155688A JP H01196175 A JPH01196175 A JP H01196175A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reset
gate
charge
potential
floating diffusion
Prior art date
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Pending
Application number
JP63021556A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tokuo Koizumi
小泉 徳夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP63021556A priority Critical patent/JPH01196175A/en
Publication of JPH01196175A publication Critical patent/JPH01196175A/en
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Abstract

PURPOSE:To reduce a reset noise by arranging a gate between a floating diffusion part and a reset gate in order to reduce a parasitic capacitance value of the both. CONSTITUTION:An n-type impurity layer 12 used to form a buried channel and n-type diffusion layers 10, 14 used to form output parts of a CCD are formed on the main surface of a P-type semiconductor substrate 11; a group of transfer electrodes 16-20 are arranged on the main surface of the P-type semiconductor substrate 11 via an insulating film 15; an output gate 21 is formed. In addition, a gate 24 and a reset gate 22 which decide a reset potential are arranged between the floating diffusion part 14 as a charge detection part and the output drain 10 used to decide the reset potential of the floating diffusion part. Because the gate 24 is arranged, a parasitic capacitance value of the floating diffusion part and the reset gate is reduced; a reset noise nRG can be reduced to be out of consideration as compared with a signal voltage.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電荷結合素子であるCOD (チャージカップ
ルド デバイス)に係り、イメージセンサ、デレーライ
ン、フィルタ等に使用されるアナログシフトレジスタに
関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a charge coupled device (COD), which is a charge coupled device, and relates to an analog shift register used in image sensors, delay lines, filters, etc. .

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明はアナログ信号を順次転送するCODにおいて、
第1項に記述した如くすることによって信号出力のリセ
ット雑音の低減を計ったものである。
The present invention provides COD that sequentially transfers analog signals.
By doing as described in the first section, the reset noise of the signal output is reduced.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

電荷結合素子であるCCDは、イメージセンサ、遅延線
、フィルタ等、極めて広い分野で使用されている。これ
等の応用分野で最も多く採用されているCCDの電荷検
出方式はFDA (FloatingDiff、usi
on A11plifier)法で、埋め込みチャンネ
ル型CODである。説明の簡単化のため、CCDの駆動
方式は4相駆動力式、転送される電荷は電子として説明
するが駆動方式の違い(例えば2相及び3相駆動力式)
及び転送される電荷が正孔の場合でも、本発明が有効で
あるのはいうまでもない。
CCDs, which are charge-coupled devices, are used in a wide range of fields such as image sensors, delay lines, and filters. The CCD charge detection method most commonly used in these application fields is FDA (Floating Diff, usi
on A11plifier) method, and is a buried channel type COD. To simplify the explanation, the CCD drive method is a four-phase drive force type, and the transferred charge is explained as electrons, but there are differences in the drive methods (for example, two-phase and three-phase drive force types).
It goes without saying that the present invention is effective even when the transferred charges are holes.

第4図は従来のCODの構造図を示す。P型半導体基板
11の主平面に、埋め込みチャンネルを形成するn型不
純物層12、CODの出力部を形成するn型拡散層10
.14を形成し、P型半導体基板11の主表面には絶縁
膜15を介し転送電極群16〜20が配置され、出力ゲ
ート21、リセットゲート22か形成されている。
FIG. 4 shows a structural diagram of a conventional COD. On the main plane of a P-type semiconductor substrate 11, an n-type impurity layer 12 forming a buried channel and an n-type diffusion layer 10 forming an output part of the COD.
.. Transfer electrode groups 16 to 20 are arranged on the main surface of the P-type semiconductor substrate 11 with an insulating film 15 interposed therebetween, and an output gate 21 and a reset gate 22 are formed.

第5図は動作を説明するためのタイミングチャートであ
る。φ1〜φ4が4相の転送りロック波形であり、転送
電極16〜20に印加される。φRGはCCDの出力部
を構成するリセット電極22に印加されるリセットパル
スであり、VOUTはフローティングデイフュージョン
23で信号電荷を電圧に変換された出力波形である。
FIG. 5 is a timing chart for explaining the operation. φ1 to φ4 are four-phase transfer lock waveforms, which are applied to the transfer electrodes 16 to 20. φRG is a reset pulse applied to a reset electrode 22 constituting the output section of the CCD, and VOUT is an output waveform obtained by converting a signal charge into a voltage at the floating diffusion 23.

第6図にCODの動作を説明するための、ポテンシャル
図を示す。第5図のタイミングチャートで示す時間t1
〜t、のポテンシャル分布を第6図に示している。
FIG. 6 shows a potential diagram for explaining the operation of COD. Time t1 shown in the timing chart of FIG.
The potential distribution of ~t is shown in FIG.

tlの時間のとき、φ1及びφ2はLowが印加されて
おり、φ、及びφ4はHighが印加されているため、
φ3及びφ4か印加されている電極の直下のポテンシャ
ルは、φ、及びφ2が印加されている電極直下のポテン
シャルより大きく、信号電荷である電子31は、φ3及
びφ4が印加されている電極直下に蓄積される。また信
号電荷32はフローティングデイフュージョンに蓄積さ
れており、出力電圧■。UTとして出力されている。
At time tl, Low is applied to φ1 and φ2, and High is applied to φ and φ4, so
The potential directly under the electrode to which φ3 and φ4 are applied is greater than the potential directly under the electrode to which φ and φ2 are applied, and the electron 31, which is a signal charge, is directly under the electrode to which φ3 and φ4 are applied. Accumulated. Also, the signal charge 32 is accumulated in the floating diffusion, and the output voltage is ■. It is output as UT.

t2の時間の時は前記の説明と同様になり、φ1及びφ
4が印加される電極に信号電荷31か蓄積される。すな
わち信号電荷31はφ3とφ、の電極直下から、φ4と
φ1の電極直下へ移動されている。
At time t2, it is the same as the above explanation, and φ1 and φ
A signal charge 31 is accumulated in the electrode to which signal charge 4 is applied. That is, the signal charge 31 is moved from directly under the electrodes φ3 and φ to directly under the electrodes φ4 and φ1.

次にt、の時間において、信号電荷31はφ1の電極直
下のみに蓄積される。前bitの信号電荷32は、φR
OがHighになることによって、リセット電極直下の
ポテンシャルが、■。D(リセットバイアス電位)の電
位を越えるため、フローティングデイフュージョンの電
位は■。Dの電位にセットされると同時に信号電荷32
がリセットされる。t4の時間においてφRGがLow
になり、リセット電極直下のポテンシャルが下がり、フ
ローティングデイフュージョンは、■oDと同等の電位
で■。D端子と切り離され、フローティングとなる。
Next, at time t, the signal charge 31 is accumulated only directly under the electrode φ1. The signal charge 32 of the previous bit is φR
When O goes high, the potential directly under the reset electrode becomes ■. Since it exceeds the potential of D (reset bias potential), the potential of the floating diffusion is ■. At the same time as being set to the potential of D, the signal charge 32
is reset. φRG is Low at time t4
, the potential directly under the reset electrode decreases, and the floating diffusion becomes ■ at the same potential as ■oD. It is separated from the D terminal and becomes floating.

次にt5の時間の時φ1はLow状態になるときに信号
電荷31は出力ゲートを通りフローティングティフュー
ジョンへ読み出される。信号電荷31の電荷量をqとし
、フローティングデイフュージョンの容量をCFDとす
ると■。IJTは次式となる。
Next, at time t5, when φ1 becomes a Low state, the signal charge 31 is read out to the floating tiffusion through the output gate. If the amount of signal charge 31 is q and the capacitance of the floating diffusion is CFD, then ■. IJT is expressed as follows.

すなわちFDA法は、信号電荷qをフローティングの容
量に読み出し、その容量の電位変化を出力する。通常こ
のvoUTをMOSトランジスタで構成したソースホロ
アAMPで増幅して出力される。
That is, in the FDA method, a signal charge q is read into a floating capacitor, and a change in potential of the capacitor is output. Usually, this voUT is amplified by a source follower AMP made up of MOS transistors and output.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかし従来技術は以下に記述する欠点を有している。 However, the prior art has drawbacks as described below.

第4図に示すように、リセットゲート22とフローティ
ング デイフュージョン23に寄生容量26か有るため
、φRGのパルスによってフローティング デイフュー
ジョンに雑音電荷が誘起する。
As shown in FIG. 4, since there is a parasitic capacitance 26 in the reset gate 22 and the floating diffusion 23, noise charges are induced in the floating diffusion by the pulse of φRG.

雑音電位11R(+は次式ぺ′示される。The noise potential 11R (+ is expressed by the following equation).

但しcRpは寄生容量26、CFDはフローティング 
デイフュージョンの容量 このように誘起された雑音電荷は、第5図の■OUT信
号に示すように、出力信号として読み出され、次段のソ
ースホロアAMPによって増幅される。
However, cRp is a parasitic capacitance of 26, and CFD is floating.
Diffusion Capacitance The noise charge induced in this way is read out as an output signal, as shown by OUT signal (2) in FIG. 5, and is amplified by the source follower AMP in the next stage.

このように、リセットパルスφ3oによって誘起された
雑音か、出力信号に加算されるという欠点を有している
。そこで本発明はリセットパルスφRGによって誘起さ
れる雑音を低減することを目的とする。
As described above, it has the disadvantage that the noise induced by the reset pulse φ3o is added to the output signal. Therefore, an object of the present invention is to reduce the noise induced by the reset pulse φRG.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明の電荷結合素子は、第一導電型の半導体基板と、
該半導体基板の1主表面に絶縁膜を介して設けられた多
数の転送電極と、前記転送電極の最終段の電極直下部に
少くとも隣接する該半導体基板と反対導電型領域を含む
電荷検出部と、前記電荷検出部の信号電荷をリセットす
るために設けられたリセット電極と、前記リセット電極
直下部に少くとも隣接する反対導電型領域を含むリセッ
ト部と、からなる電荷結合素子において、電荷検出部と
リセット電極との間に、少くとも一つの電極を設けたこ
とを特徴とする。
The charge-coupled device of the present invention includes a semiconductor substrate of a first conductivity type,
a charge detection section including a large number of transfer electrodes provided on one main surface of the semiconductor substrate via an insulating film, and a region of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate, which is at least adjacent to and directly below the final stage of the transfer electrodes; A charge-coupled device comprising: a reset electrode provided for resetting the signal charge of the charge detection section; and a reset section including at least an opposite conductivity type region adjacent directly below the reset electrode. The device is characterized in that at least one electrode is provided between the section and the reset electrode.

〔作 用〕[For production]

本発明の如くすることによって、リセットパルスの漏れ
込み雑音を低減することができる。
By implementing the present invention, leakage noise of reset pulses can be reduced.

〔実 施 例〕〔Example〕

本発明の電荷結合素子の実施例を第1図に示す。 An embodiment of the charge-coupled device of the present invention is shown in FIG.

従来の第4図の電荷結合素子と比較して異なる点は、従
来の#I造は電荷検出部であるフローティング デイフ
ュージョン14とフローティング デイフュージョンの
リセット電位を決定するアウトプットドレイン10との
間にリセットゲート22が配置しているのに対し、本発
明の構造は、リセット電位を決定するゲート24とリセ
ットゲート22が配置していることである。
The difference from the conventional charge-coupled device shown in FIG. In contrast to the reset gate 22, the structure of the present invention has a gate 24 that determines the reset potential and a reset gate 22.

本発明の電荷結合素子のタイミングチャートを第2図に
、第3図に本発明の電荷結合素子の動作を説明するポテ
ンシャル図を示す。信号電荷32はtlの状態で、フロ
ーティング デイフュージョンに蓄積されており、出力
■。IJTとして読み出されている。t、の状態におい
て、φR(l信号がHi g hレベルになり、リセッ
トゲート直下のポテンシャルが、リセット電位を決定す
るゲート24の直下のポテンシャルより大きくなり、信
号電荷32は、アウトプットドレインへ移動する。t4
の状態で、φR′。がLowレベルになり、リセットゲ
ート22の直下のポテンシャルが、リセット電位を決定
するゲート24直下のポテンシャルより小さくなり、リ
セット動作が終了する。t、の状態で次のbitの信号
電荷がフローティング デイフュージョンへ読み出され
、次々と信号電荷を転送し出力へ読み出す。
FIG. 2 shows a timing chart of the charge coupled device of the present invention, and FIG. 3 shows a potential diagram for explaining the operation of the charge coupled device of the present invention. The signal charge 32 is accumulated in the floating diffusion in the state of tl, and the output ■. It is read as IJT. In the state of t, the φR(l signal becomes High h level, the potential directly under the reset gate becomes larger than the potential directly under the gate 24 that determines the reset potential, and the signal charge 32 moves to the output drain. Do.t4
In the state, φR'. becomes Low level, the potential directly under the reset gate 22 becomes smaller than the potential directly under the gate 24 that determines the reset potential, and the reset operation ends. In state t, the next bit of signal charge is read out to the floating diffusion, and the signal charges are transferred one after another and read out to the output.

リセット電位は、ゲート24直下のポテンシャルとほぼ
同じになるなめ、ゲート24)\DC電圧VRt3を印
加するとゲート24直下に■。。に比例したポテンシャ
ルが発生する。このポテンシャルか、リセット電位を決
定する。ゲート24を配置することによってフローティ
ング デイフュージョンとリセットゲートの寄生容量か
、小さくなることはいうまでもない。よってリセットパ
ルスの漏れ込み雑音は前出の式(2)のとうりとなるか
ら、第2図の出力波形■。い、・で示す様にリセット雑
音nR,3は、信号電圧に比べて問題にならないくらい
低減される。
The reset potential becomes almost the same as the potential directly below the gate 24, so when the gate 24)\DC voltage VRt3 is applied, the potential immediately below the gate 24 becomes ■. . A potential proportional to is generated. This potential determines the reset potential. Needless to say, by arranging the gate 24, the floating diffusion and the parasitic capacitance of the reset gate are reduced. Therefore, the leakage noise of the reset pulse is as shown in equation (2) above, so the output waveform (■) in Fig. 2 is obtained. As shown by , and , the reset noise nR,3 is reduced to such an extent that it does not become a problem compared to the signal voltage.

この様に本発明は、リセットゲートとフローティング 
デイフュージョンの間にゲートを設けることによって、
リセット雑音を誘起する原因となる寄生容量CRQを小
さくすることによって、リセット雑音を低減することが
可能となった。
In this way, the present invention combines a reset gate and a floating gate.
By providing a gate between the diffusers,
By reducing the parasitic capacitance CRQ that causes reset noise, it has become possible to reduce reset noise.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は、フローティング デイフュージョンとリセッ
トゲートとの間にゲートを配置することによって、フロ
ーティング デイフュージョンとリセットゲートの寄生
容量を小さくすることが可能となり、リセット雑音を低
減できるという効果が得られる。
According to the present invention, by arranging a gate between the floating diffusion and the reset gate, it is possible to reduce the parasitic capacitance of the floating diffusion and the reset gate, thereby achieving the effect of reducing reset noise.

リセット雑音を低減することにより、CODの出力信号
のダイナミックレンジを大きくすることかできるという
効果が得られる。
By reducing the reset noise, it is possible to increase the dynamic range of the COD output signal.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による電荷結合素子の構造図であり、第
2図は本発明の詳細な説明するタイミングチャートであ
り、第3図はポテンシャル図である、第4図は従来の電
荷結合素子の構造図であり、第5図、第6図はそれぞれ
動作を説明するタイミングチャートとポテンシャル図で
ある。 11・・・・・P型半導体基板 12・・・・・n型不純物層 10.14・・n型拡散層 15・・・・・絶縁膜 16〜20・・転送電極 21・・・・・出力電極 22・ ・ ・ ・ ・リセット電極 23・・・・・電荷検出部 24・・・・・電極 25・・・・・アウトプット ドレイン電圧31.32
・・信号電荷 以上 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人 弁理士 最 上  務(他1名)=  11 
− −φIφ2φ3υφl 向厨翫φに一 $JM +l   I ll 1’l   l  1 1
FIG. 1 is a structural diagram of a charge coupled device according to the present invention, FIG. 2 is a timing chart explaining the present invention in detail, FIG. 3 is a potential diagram, and FIG. 4 is a conventional charge coupled device. FIG. 5 and FIG. 6 are a timing chart and a potential diagram, respectively, for explaining the operation. 11...P-type semiconductor substrate 12...N-type impurity layer 10.14...N-type diffusion layer 15...Insulating films 16-20...Transfer electrode 21... Output electrode 22...Reset electrode 23...Charge detection section 24...Electrode 25...Output drain voltage 31.32
...Signal charge and above Applicant Seiko Epson Co., Ltd. agent Patent attorney Mogami (1 other person) = 11
- -φIφ2φ3υφl 1$JM to the direction φJM +l I ll 1'l l 1 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  第一導電型の半導体基板と、該半導体基板の1主表面
に絶縁膜を介して設けられた多数の転送電極と、前記転
送電極の最終段の電極直下部に少くとも隣接する該半導
体基板と反対導電型領域を含む電荷検出部と、前記電荷
検出部の信号電荷をリセットするために設けられたリセ
ット電極と、前記リセット電極直下部に少くとも隣接す
る反対導電型領域を含むリセット部と、からなる電荷結
合素子において、電荷検出部とリセット電極との間に、
少くとも一つの電極を設けたことを特徴とする電荷結合
素子。
a semiconductor substrate of a first conductivity type, a large number of transfer electrodes provided on one main surface of the semiconductor substrate via an insulating film, and the semiconductor substrate at least adjacent to the area immediately below the final stage of the transfer electrodes; a charge detection section including an opposite conductivity type region; a reset electrode provided for resetting the signal charge of the charge detection section; and a reset section including an opposite conductivity type region at least adjacent to the reset electrode; In a charge-coupled device consisting of
A charge-coupled device characterized by being provided with at least one electrode.
JP63021556A 1988-02-01 1988-02-01 Charge coupled device Pending JPH01196175A (en)

Priority Applications (1)

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JP63021556A JPH01196175A (en) 1988-02-01 1988-02-01 Charge coupled device

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JP63021556A JPH01196175A (en) 1988-02-01 1988-02-01 Charge coupled device

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JP (1) JPH01196175A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7488999B2 (en) 2005-12-13 2009-02-10 Nec Electronics Corporation Solid-state imaging device
US7719037B2 (en) 2006-05-31 2010-05-18 Nec Electronics Corporation Image sensor having reset transistor

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7488999B2 (en) 2005-12-13 2009-02-10 Nec Electronics Corporation Solid-state imaging device
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