JPH0251317B2 - - Google Patents

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JPH0251317B2
JPH0251317B2 JP56025206A JP2520681A JPH0251317B2 JP H0251317 B2 JPH0251317 B2 JP H0251317B2 JP 56025206 A JP56025206 A JP 56025206A JP 2520681 A JP2520681 A JP 2520681A JP H0251317 B2 JPH0251317 B2 JP H0251317B2
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JP
Japan
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connection point
charge
control
gate
vertical signal
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JP56025206A
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Japanese (ja)
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JPS57140077A (en
Inventor
Shinichi Teranishi
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
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Publication of JPH0251317B2 publication Critical patent/JPH0251317B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14643Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14654Blooming suppression

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は固体撮像装置とその駆動方法に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a solid-state imaging device and a method for driving the same.

第1は従来の固体撮像装置の模式的平面図であ
る。図において、p型半導体基板の受光側の主面
にn型のフオトダイオード1が多数配列形成さ
れ、基板とpn接合している。フオトダイオード
1の列の一方側に近接して垂直信号線2が設けら
れており、この垂直信号線2はn型拡散層とアル
ミニウム配線とよりなる。フオトダイオード1と
垂直信号線2との間には走査線選択ゲート3が設
けられており、この走査線選択ゲート3は垂直シ
フトレジスタ4によつて制御されている。各垂直
信号線2の一方の端部に対応してn型に拡散され
た結接点5が設けられている。この結接点5と垂
直信号線2との間に第1制御線6によつて制御さ
れた第1転送ゲート7が設けられている。結接点
5と第2制御線8との間に制御容量9が設けられ
ている。結接点5に対応して埋め込み型の水平
CCD(電荷結合素子)レジスタ10が設けられて
いる。この水平CCDレジスタ10と結接点5と
の間に第3制御線11によつて制御された第2転
送ゲート12が設けられている。第2転送ゲート
12のうち水平CCDレジスタ10に隣接した一
部は埋め込み層が存在する埋め込み型ゲートであ
り、結接点5に隣接した残り部分は表面型ゲート
である。水平CCDレジスタ10の転送方向の端
部には出力部13が設けられている。水平CCD
レジスタ10に対して第2転送ゲート12とは反
対側に隣接してシンクコントロールゲート14と
シンクドレイン15とよりなる電荷吸取部が設け
られている。第2図において、垂直信号線2より
水平CCDレジスタ10へ電荷を転送する様子を
説明するための、aは部分的断面図、bはポテン
シヤル図、cはタイミング図である。転送される
電荷を転送電荷と呼ぶことにする。図において、
16はp型の半導体基板であり、17はn型の埋
め込み層であり、V1,V2,V3とはそれぞれ第1
制御線6、第2制御線8、第3制御線11の電位
とする。t1は垂直信号線2より水平CCDレジ
スタ10へ転送電荷を転送する以前であり、結接
点5のポテンシヤルは垂直信号線2のポテンシヤ
ルより大きい。今nチヤネル型の装置を考えてお
り、電荷は電子である。このためポテンシヤルを
電位の逆符号のものと定義し、pチヤネル型の装
置の場合には、電荷は正孔であり、ポテンシヤル
を電位と定義する。第1制御線6をオンレベルに
し、結接点5より垂直信号線2へ一部電荷を転送
する。nチヤネル型の場合、オンレベルとは電位
の大きいレベルをさす。この一部電荷を呼び水電
荷と呼ぶことにする。この様子を示したのがt2
である。呼び水電荷が結接点5より垂直信号線2
へ転送されると、第2制御線8がオンレベルにな
り、結接点5のポテンシヤルが小さくなる。この
様子を示したのがt3である。すると垂直信号線
2より結接点5へ呼び水電荷と転送電荷とが転送
される。この様子を示したのがt4である。第1
制御線6がオフレベルになる。この様子を示した
のがt5である。第2制御線8がオフレベルにな
り、結接点5のポテンシヤルが大きくなる。この
様子を示したのがt6である。第3制御線11が
オンレベルになり、転送電荷のみが水平CCDレ
ジスタ10へ転送される。このとき第2転送ゲー
ト12に隣接した水平CCDレジスタ10のゲー
トはオンレベルである。この様子を示したのがt
7である。第3制御線11がオフレベルになり、
垂直信号線2より水平CCDレジスタ10への転
送電荷の転送は終わる。この様子を示したのがt
8である。この一連の電荷転送を呼び水転送と呼
ぶことにする。
The first is a schematic plan view of a conventional solid-state imaging device. In the figure, a large number of n-type photodiodes 1 are arrayed and formed on the light-receiving side main surface of a p-type semiconductor substrate, and are connected to the substrate in a pn junction. A vertical signal line 2 is provided close to one side of the row of photodiodes 1, and this vertical signal line 2 is made of an n-type diffusion layer and aluminum wiring. A scanning line selection gate 3 is provided between the photodiode 1 and the vertical signal line 2, and this scanning line selection gate 3 is controlled by a vertical shift register 4. An n-type diffused junction 5 is provided corresponding to one end of each vertical signal line 2 . A first transfer gate 7 controlled by a first control line 6 is provided between the connection point 5 and the vertical signal line 2. A control capacitor 9 is provided between the connection point 5 and the second control line 8 . Recessed horizontal corresponding to connection point 5
A CCD (charge coupled device) register 10 is provided. A second transfer gate 12 controlled by a third control line 11 is provided between the horizontal CCD register 10 and the connection point 5. A part of the second transfer gate 12 adjacent to the horizontal CCD register 10 is a buried type gate in which a buried layer exists, and the remaining part adjacent to the junction 5 is a surface type gate. An output section 13 is provided at the end of the horizontal CCD register 10 in the transfer direction. horizontal CCD
A charge absorption section including a sink control gate 14 and a sink drain 15 is provided adjacent to the register 10 on the opposite side from the second transfer gate 12. In FIG. 2, a is a partial cross-sectional view, b is a potential diagram, and c is a timing diagram for explaining how charges are transferred from the vertical signal line 2 to the horizontal CCD register 10. The transferred charges will be referred to as transferred charges. In the figure,
16 is a p-type semiconductor substrate, 17 is an n-type buried layer, and V 1 , V 2 , and V 3 are the first
The potentials of the control line 6, the second control line 8, and the third control line 11 are set. t1 is before the transfer charge is transferred from the vertical signal line 2 to the horizontal CCD register 10, and the potential of the node 5 is larger than the potential of the vertical signal line 2. We are currently considering an n-channel device, and the charge is electrons. For this reason, a potential is defined as having the opposite sign of a potential, and in the case of a p-channel device, a charge is a hole, and a potential is defined as a potential. The first control line 6 is turned on, and part of the charge is transferred from the connection point 5 to the vertical signal line 2. In the case of an n-channel type, the on level refers to a high potential level. This partial charge will be called a priming charge. This situation was shown at t2.
It is. The priming charge is transferred from the connection point 5 to the vertical signal line 2
When the signal is transferred to the second control line 8, the second control line 8 becomes on level, and the potential of the connection point 5 becomes smaller. t3 shows this situation. Then, the priming charge and the transfer charge are transferred from the vertical signal line 2 to the connection point 5. t4 shows this situation. 1st
Control line 6 becomes off level. This situation is shown at t5. The second control line 8 becomes off level, and the potential of the connection point 5 increases. This situation is shown at t6. The third control line 11 is turned on, and only the transferred charges are transferred to the horizontal CCD register 10. At this time, the gate of the horizontal CCD register 10 adjacent to the second transfer gate 12 is at the on level. This situation was shown by t
It is 7. The third control line 11 becomes off level,
The transfer of the transfer charge from the vertical signal line 2 to the horizontal CCD register 10 is completed. This situation was shown by t
It is 8. This series of charge transfer will be referred to as priming transfer.

入射光量が大きく、蓄積領域の最大蓄積電荷量
よりも大きい量の電荷が発生すると、蓄積領域よ
り垂直信号線へ余剰電荷が流出し、この流出電荷
が他の蓄積領域の信号電荷と混じる。再生画面上
では白い線状になつてあらわれ、画質を劣化させ
る。このような現象をブルーミング現象と呼んで
いる。この2次元固体撮像装置では、ブルーミン
グ現象を抑制するために、以下に説明するような
撮像動作を行なう。垂直信号線2に流出した余剰
電荷は水平帰線期間において、上記の呼び水転送
によつて水平CCDレジスタ10へ転送され、さ
らにオンレベルにあるシンクコントロールゲート
14を介してシンクドレイン15へ転送され、シ
ンクドレイン15に吸取られる。第2転送ゲート
12から水平CCDレジスタ10、シンクコント
ロールゲート16、シンクドレインへ向かつてポ
テンシヤルが階段状に順次小さくなるように、そ
れぞれのゲートやドレインに印加する電圧を決め
る。次に、垂直シフトレジスタ4より順次走査線
を選択するパルスが走査線選択ゲート3に加えら
れ、信号電荷はそれぞれフオトダイオード1より
垂直信号線2に移される。垂直シフトレジスタ4
よりのパルスがオフレベルになると、信号電荷の
次の蓄積が始まる。信号電荷は、上記の呼び水転
送によつて水平CCDレジスタ10へ転送され、
さらに水平CCDレジスタ10の働きによつて出
力部13へ転送され、出力信号として取り出され
る。このように垂直信号線2へ流出した余剰電荷
をシンクドレイン15へ転送してから、信号電荷
を読み出すために、信号電荷が余剰電荷と混じら
ず、ブルーミング現象が抑制されるはずであつ
た。しかしながら、このような従来の固体撮像装
置の駆動方法では、以下に述べるように、上記の
呼び水転送において十分な特性が得られずブルー
ミング現象が抑制できないという欠点があつた。
以下呼び水転送について図を用いて検討する。第
2図において、t4では第1転送ゲート7をゲー
ト、垂直信号線2をソース、結接点5をドレイン
とするMOS型電界効果トランジスタ
(MOSFET)は飽和領域または弱反転領域で動
作している。またt7では第2転送ゲート12を
ゲート、結接点5をソース、第2転送ゲート12
の埋込型ゲートの部分をドレインとする
MOSFETも飽和領域または弱反転領域で動作し
ている。第3図は上記のMOSFETの動作を説明
するために、本質部分だけを抽出した回路であ
る。1個のMOSFETからなり、ゲート18はパ
ルス源に接続され、ソース19と基板との間には
容量がCsフアラツドのソース容量21が設けら
れ、ドレイン20はドレイン電源22に接続され
ている。基板の電位を0Vとし、ゲート18、ソ
ース19、ドレイン20の電位をそれぞれVG
ルト、VSボルト、VDボルトとする。第4図は、
第3図のMOSFETの電流特性を示したものであ
る。横軸はソース電位、MOSFETを流れる電流
をIアンペアとしたとき縦軸はlog10Iである。こ
のときゲート電位はオンレベルである5ボルト、
ドレイン電源22はそれよりも十分大きい8ボル
トとした。しきい電圧をVTボルトとする。ただ
ししきい電圧はソース電圧に依存している。VS
がVG−VTより小さいときには、MOSFETは強反
転領域の飽和領域で、VSがVG−VTより大きいと
きには、弱反転領域で動作をする。VSが大きく
なると電流Iは小さくなる。特に弱反転領域では
対数関数で減少している。素電荷をqクーロン、
ボルツマン定数をkクーロン・ボルト/度、デバ
イスの絶対温度をT度、Ioを定数とすると、弱反
転領域の電流特性式は I=Io exp(−qVs/kT) (1) である。Ioの大きさはゲート電圧VGやMOSFET
の大きさなどに依存する。さて、第3図の回路に
おいてVGがオンレベルのときのソース電位VS
時間変化を弱反転の場合について調べる。ソース
容量からの放電がMOSFETの電流なのでVSは次
の方程式に従う。
When the amount of incident light is large and an amount of charge larger than the maximum amount of accumulated charge in the accumulation region is generated, excess charge flows out from the accumulation region to the vertical signal line, and this outflow charge is mixed with signal charges in other accumulation regions. It appears as a white line on the playback screen and deteriorates the image quality. This phenomenon is called blooming phenomenon. This two-dimensional solid-state imaging device performs an imaging operation as described below in order to suppress the blooming phenomenon. During the horizontal retrace period, the surplus charge flowing into the vertical signal line 2 is transferred to the horizontal CCD register 10 by the above-mentioned priming transfer, and further transferred to the sink drain 15 via the sink control gate 14 which is at the on level. It is absorbed by the sink drain 15. The voltages applied to the respective gates and drains are determined so that the potential decreases stepwise from the second transfer gate 12 to the horizontal CCD register 10, the sink control gate 16, and the sink drain. Next, a pulse for sequentially selecting scanning lines from the vertical shift register 4 is applied to the scanning line selection gate 3, and each signal charge is transferred from the photodiode 1 to the vertical signal line 2. Vertical shift register 4
When the second pulse becomes off level, the next accumulation of signal charge begins. The signal charge is transferred to the horizontal CCD register 10 by the above-mentioned priming transfer,
Further, by the action of the horizontal CCD register 10, the signal is transferred to the output section 13 and taken out as an output signal. In this way, since the signal charges are read out after the surplus charges flowing to the vertical signal line 2 are transferred to the sink drain 15, the signal charges are not mixed with the surplus charges, and the blooming phenomenon should be suppressed. However, as described below, such a conventional driving method for a solid-state imaging device has the disadvantage that sufficient characteristics cannot be obtained in the above-mentioned priming water transfer and the blooming phenomenon cannot be suppressed.
The priming water transfer will be discussed below using a diagram. In FIG. 2, at t4, the MOS field effect transistor (MOSFET), which has the first transfer gate 7 as its gate, the vertical signal line 2 as its source, and the junction 5 as its drain, is operating in the saturation region or weak inversion region. Further, at t7, the second transfer gate 12 is the gate, the connection point 5 is the source, and the second transfer gate 12 is the gate.
The buried gate part of the drain is used as the drain.
MOSFETs also operate in the saturation region or weak inversion region. FIG. 3 shows a circuit in which only the essential parts are extracted in order to explain the operation of the above-mentioned MOSFET. Consisting of one MOSFET, the gate 18 is connected to a pulse source, a source capacitor 21 with a capacitance of Cs farad is provided between the source 19 and the substrate, and the drain 20 is connected to a drain power source 22. The potential of the substrate is set to 0V, and the potentials of the gate 18, source 19, and drain 20 are set to V G volts, V S volts, and V D volts, respectively. Figure 4 shows
This shows the current characteristics of the MOSFET shown in Figure 3. The horizontal axis is the source potential, and the vertical axis is log 10 I when the current flowing through the MOSFET is I ampere. At this time, the gate potential is on level 5 volts,
The drain power supply 22 was set to 8 volts, which is sufficiently larger than that. Let the threshold voltage be V T volts. However, the threshold voltage depends on the source voltage. V S
When V S is smaller than V G −V T , the MOSFET operates in the saturation region of the strong inversion region, and when V S is larger than V G − V T , the MOSFET operates in the weak inversion region. As V S increases, current I decreases. Especially in the weak inversion region, it decreases logarithmically. The elementary charge is q coulombs,
Assuming that the Boltzmann constant is k coulomb volts/degree, the absolute temperature of the device is T degrees, and Io is a constant, the current characteristic equation in the weak inversion region is I=Io exp (-qVs/kT) (1). The size of Io is determined by the gate voltage V G and MOSFET
It depends on the size etc. Now, in the circuit shown in FIG. 3, the temporal change in the source potential V S when V G is on level will be investigated in the case of weak inversion. Since the discharge from the source capacitance is the MOSFET current, V S follows the following equation.

CsdVs/dt=I=Io exp(−qVs/kT) (2) (2)式は積分ができ、t=0秒のときのソース電位
VSをVoとすると、 Vs(t;Vo)=kT/qlog{exp (qVo/kT)+kTCst/qIo} (3) となる。ゲート18がオン時間Ton秒で周期的に
オンされ、かつオフレベルのとき毎に、ソース容
量に−Qクーロンの電子が外部より注入されたと
する。この場合、ゲート18がオンレベルからオ
フレベルになるときのソース電位をVRとすると、
定常状態では、 Vs(Ton;VR−Q/CS)=VR (4) が成立する。VRについて解くと、 VR=kT/qlogkTCsTon/qIo−kT/qlog{l−exp(
− qQ/kTCs)} (5) となる。転送される電荷量が−Qのときの転送後
のリセツトされたソース容量の電位VRを示す。
第1項をVROとする。(5)式を図示すると第5図の
ようになる。−QがkTCs/qに比較して十分大
きいときはVRはVROの一定値になるのに対して、
−QがkTCs/qより小さくなると、VRは急激に
VROより大きくなることがわかる。以上の議論は
弱反転の場合に限つて行なつたが、ゲート18が
オンレベルにある時間Tonのうち、一部時間は飽
和領域で動作し、残りの時間は弱反転領域で動作
する場合にも、弱反転領域で動作する時間がある
程度あれば以上の結論は適用できる。また、ソー
ス容量21へ注入される電荷の量−Qが一定の場
合について議論したが、−Qが変動する場合にも、
同様の特性を示す。
CsdVs/dt=I=Io exp(-qVs/kT) (2) Equation (2) can be integrated, and the source potential at t=0 seconds
When V S is Vo, Vs (t; Vo) = kT/qlog {exp (qVo/kT) + kTCst/qIo} (3). Assume that the gate 18 is periodically turned on for an on-time of Ton seconds and that −Q coulombs of electrons are externally injected into the source capacitance each time the gate 18 is at the off level. In this case, if the source potential when the gate 18 changes from on level to off level is V R , then
In steady state, Vs (Ton; V R −Q/C S )=V R (4) holds true. Solving for V R , V R = kT/qlogkTCsTon/qIo−kT/qlog{l−exp(
− qQ/kTCs)} (5). It shows the reset potential V R of the source capacitor after transfer when the amount of charge transferred is -Q.
Let the first term be VRO . Equation (5) is illustrated in Figure 5. - When Q is sufficiently large compared to kTCs/q, V R becomes a constant value of V RO ;
– When Q becomes smaller than kTCs/q, V R suddenly becomes
It can be seen that it is larger than V RO . The above discussion was limited to the case of weak inversion, but the case where the gate 18 operates in the saturation region for a part of the time Ton that it is on level and operates in the weak inversion region for the remaining time. However, the above conclusion can be applied if there is a certain amount of time to operate in the weak inversion region. Furthermore, although we have discussed the case where the amount of charge injected into the source capacitance 21 -Q is constant, the case where -Q varies also.
Show similar properties.

以上の結論を呼び水転送にあてはめる。まずt
4で第1転送ゲート7をゲート、垂直信号線2を
ソース、結接点5をドレインとしたMOSFETで
は−Qは余剰電荷と呼び水電荷とである。垂直信
号線2の容量をCLとしたとき、呼び水電荷の量
の絶対値がkTCL/qよりも大きければ垂直信号
線2はほぼ一定電位にリセツトされ、ブルーミン
グ現象の原因にならない。次にt7で第2転送ゲ
ート12をゲート、結接点5をソース、第2転送
ゲート12の埋め込み型ゲートの部分をドレイン
としたMOSFETでは−Qは余剰電荷のみであ
る。余剰電荷は各垂直信号線2によつてまたは時
間的にも異なつており、結接点5の容量をCcと
したとき、余剰電荷の絶対値はkTCc/qよりも
大きくも小さくもなる。デバイス温度を室温とす
ると、kT/qは0.027ボルト程度である。このた
め結接点5のリセツト電位は余剰電荷の量によつ
て変動し、次に転送されてくる信号電荷の量がそ
の分だけ異なる効果を与え、ブルーミング現象の
原因となつた。このように従来の固体撮像装置で
はブルーミング現象を十分に抑制できないという
欠点があつた。今nチヤネル型の固体撮像装置に
ついて説明したがpチヤネル型の場合においても
全く同様である。
Apply the above conclusion to priming water transfer. First t
4, in a MOSFET in which the first transfer gate 7 is the gate, the vertical signal line 2 is the source, and the connection point 5 is the drain, -Q is the surplus charge and the priming charge. When the capacitance of the vertical signal line 2 is CL , if the absolute value of the amount of priming charge is larger than kTC L /q, the vertical signal line 2 is reset to a substantially constant potential and does not cause the blooming phenomenon. Next, at t7, in the MOSFET in which the second transfer gate 12 is the gate, the junction 5 is the source, and the buried gate part of the second transfer gate 12 is the drain, -Q is only the surplus charge. The surplus charge varies depending on each vertical signal line 2 and also in time, and when the capacitance of the node 5 is Cc, the absolute value of the surplus charge can be larger or smaller than kTCc/q. If the device temperature is room temperature, kT/q is approximately 0.027 volts. For this reason, the reset potential of the junction 5 varies depending on the amount of surplus charge, and the amount of signal charge transferred next has a correspondingly different effect, causing the blooming phenomenon. As described above, conventional solid-state imaging devices have the disadvantage that the blooming phenomenon cannot be sufficiently suppressed. Although the description has been made regarding an n-channel type solid-state imaging device, the same applies to a p-channel type solid-state imaging device.

この発明の目的は上記のような欠点を除去し、
良好な再生画面を得ることができる固体撮像装置
とその駆動方法を提供することにある。
The purpose of this invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks,
An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device and a driving method thereof that can provide a good reproduction screen.

この発明によれば配列された各フオトダイオー
ドからの信号電荷を垂直方向へ転送するための多
数本の垂直信号線と、この垂直信号線に対応して
設けられた結接点と、前記垂直信号線と前記結接
点との間に設けられた第1制御線によつて制御さ
れた第1転送ゲートと、前記結接点と第2制御線
との間に設けられた制御容量と、前記結接点に対
応して設けられた水平CCD(電荷結合素子)レジ
スタと、この水平CCDレジスタと前記結接点と
の間に設けられた第3制御線によつて制御された
第2転送ゲートと、前記第2転送ゲート以後の電
荷転送のチヤネルに隣接して設けられたシンクコ
ントロールゲートとシンクドレインとよりなる電
荷吸取機構と、前記結接点に対応して設けられ電
源に接続された拡散層と、この拡散層と前記結接
点との間に設けられた制御ゲートとを有すること
を特徴とする固体撮像装置が得られる。
According to the present invention, a large number of vertical signal lines for vertically transferring signal charges from each arrayed photodiode, a connection point provided corresponding to the vertical signal line, and the vertical signal line a first transfer gate controlled by a first control line provided between the connection point and the connection point; a control capacitor provided between the connection point and the second control line; a horizontal CCD (charge-coupled device) register provided correspondingly; a second transfer gate controlled by a third control line provided between the horizontal CCD register and the connection point; A charge absorption mechanism including a sink control gate and a sink drain provided adjacent to a charge transfer channel after the transfer gate, a diffusion layer provided corresponding to the connection point and connected to a power source, and this diffusion layer. and a control gate provided between the connecting point and the connecting point.

さらにこの発明によれば前記装置において、少
なくとも前記垂直信号線より前記結接点へ余剰電
荷を転送し終わつたときに前記制御ゲートをオン
レベルにし、前記結接点の電位を前記電源の電位
にセツトし、前記結接点より前記電荷吸取機構へ
一部電荷を転送することを特徴とする固体撮像装
置の駆動方法が得られる。
Further, according to the present invention, in the device, at least when transfer of surplus charge from the vertical signal line to the junction is completed, the control gate is turned on, and the potential of the junction is set to the potential of the power supply. , there is obtained a method for driving a solid-state imaging device, characterized in that part of the charge is transferred from the junction to the charge absorption mechanism.

以下この発明の実施例を図面に基いて説明す
る。第6図はこの発明の一実施例による固体撮像
装置の模式的平面図である。第1図と第6図とに
おいて同一記号は同一構成要素を示す。この装置
では結接点5に対応して電源23に接続された拡
散層24と、この拡散層24と結接点5との間に
制御ゲート25とが設けられている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 6 is a schematic plan view of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. The same symbols in FIG. 1 and FIG. 6 indicate the same components. In this device, a diffusion layer 24 connected to a power source 23 is provided corresponding to the connection point 5, and a control gate 25 is provided between the diffusion layer 24 and the connection point 5.

この発明の一実施例による固体撮像装置の駆動
方法を記す。垂直信号線2へ流出した余剰電荷を
呼び水転送のt1からt4までの動作によつて垂
直信号線2より結接点5へ転送する。第2制御線
がオンレベルになつたとき制御ゲート25をオン
レベルにし、結接点5の電位を電源23の電位
VAボルトにセツトする。制御ゲート25は反転
領域の線型領域で動作させる。余剰電荷と呼び水
電荷との垂直信号線2から結接点5への転送が終
わり、第1制御線6がオフレベルになるときか、
それより少し遅れて制御ゲート25はオフレベル
になる。第1制御ゲート25は少なくとも余剰電
荷と呼び水電荷との垂直信号線2から結接点5へ
の転送が終わつたときにオンレベルにすることは
必要である。垂直信号線2へ流出した余剰電荷が
多い場合には、結接点5より電源23へ電荷は移
動し、逆に余剰電荷が少ない場合には、電源23
より結接点5へ電荷は移動する。第1転送ゲート
7と制御ゲート25とがオフレベルになつた後
に、第2制御線8はオフレベルになる。この楽結
接点5の電位はVBボルト小さくなり、(VA−VB
ボルトになつたとする。t7のタイミングの時の
第2転送ゲート12の弱反転領域の動作によつて
リセツトされた結接点5の電位はVROまたはそれ
よりも大きい。このVROよりもVA−VBが小さく、
かつ(VRO−VA−VB)×CcがkTCc/qよりも大
きくなるように電源23の電位VAを選ぶ。する
とt7のタイミングにおける第2転送ゲート12
を介しての結接点5より水平CCDレジスタ10
への電荷転送が終了したときには、結接点5の電
位はほぼVROにリセツトされている。水平CCDレ
ジスタ10へ転送された電荷は電荷吸取機構に吸
収される。このようにして垂直信号線2と結接点
5はそれぞれ一定電位にリセツトされるために、
次に信号電荷を転送するときには余剰電荷の影響
はまつたく受けず、ブルーミング現象は抑制され
る。
A method for driving a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention will be described. The surplus charge flowing to the vertical signal line 2 is transferred from the vertical signal line 2 to the connection point 5 by the priming transfer operation from t1 to t4. When the second control line becomes on level, the control gate 25 is turned on level, and the potential of the connection point 5 is changed to the potential of the power supply 23.
Set to V A bolt. The control gate 25 is operated in the linear region of the inversion region. When the transfer of surplus charge and priming charge from the vertical signal line 2 to the connection point 5 is completed and the first control line 6 becomes OFF level,
A little later than that, the control gate 25 becomes off level. It is necessary that the first control gate 25 is turned on at least when the transfer of surplus charge and priming charge from the vertical signal line 2 to the connection point 5 is completed. When there is a large amount of surplus charge flowing out to the vertical signal line 2, the charge moves from the junction 5 to the power supply 23, and conversely, when there is little surplus charge, the charge moves from the connection point 5 to the power supply 23.
The charge moves to the connection point 5. After the first transfer gate 7 and control gate 25 are turned off, the second control line 8 is turned off. The potential of this easy-to-connect contact 5 decreases by V B volts, (V A −V B )
Suppose you become a bolt. The potential of the node 5 reset by the operation of the weak inversion region of the second transfer gate 12 at the timing t7 is equal to or greater than VRO . V A − V B is smaller than this V RO ,
The potential V A of the power supply 23 is selected so that (V RO −V A −V B )×Cc is larger than kTCc/q. Then, the second transfer gate 12 at timing t7
from the junction 5 through the horizontal CCD register 10
When the charge transfer to is completed, the potential of the junction 5 has been reset to approximately VRO . The charges transferred to the horizontal CCD register 10 are absorbed by the charge absorbing mechanism. In this way, the vertical signal line 2 and the connection point 5 are each reset to a constant potential, so that
The next time the signal charge is transferred, it is not affected by the surplus charge, and the blooming phenomenon is suppressed.

同一ウエハ内においてもMOSFETのしきい電
位は0.05ボルト程度ばらつく。しきい電位が大き
くなると、それに従つてリセツト電位も大きくな
る。多数個の第1転送ゲート7のうちでもつとも
しきい値電位が小さいものに対して電源23の電
位を設定する。
Even within the same wafer, the threshold potential of MOSFETs varies by about 0.05 volts. As the threshold potential increases, the reset potential also increases accordingly. The potential of the power supply 23 is set for the one with the smallest threshold potential among the plurality of first transfer gates 7 .

MOSFETのしきい電位のばらつきのために、
各垂直信号線2や各結接点5のリセツトされる電
位はばらつく。しかし、1個の垂直信号線2や1
個の結接点5に着目すると常に一定電位にリセツ
トされるので、このリセツト電位のばらつきは出
力信号に影響を与えない。
Due to variations in the threshold potential of MOSFETs,
The reset potentials of each vertical signal line 2 and each connection point 5 vary. However, one vertical signal line 2 or 1
Focusing on each connection point 5, since it is always reset to a constant potential, variations in the reset potential do not affect the output signal.

シンクコントロールゲート14とシンクドレイ
ン15とからなる電荷吸取機構は第2転送ゲート
12の少なくとも埋め込み型ゲートの部分に隣接
して設けてもこの発明の効果は同じである。この
場合シンクドレイン15へ転送される電荷は水平
CCDレジスタ10を通らずに第2転送ゲート1
2の埋め込み型ゲート部分よりシンクコントロー
ルゲート14を介してシンクドレイン15へ転送
される。
Even if the charge absorbing mechanism consisting of the sink control gate 14 and the sink drain 15 is provided adjacent to at least the buried gate portion of the second transfer gate 12, the same effect of the present invention can be obtained. In this case, the charge transferred to the sink drain 15 is horizontal
2nd transfer gate 1 without passing through CCD register 10
The signal is transferred from the buried gate portion of No. 2 to the sink drain 15 via the sink control gate 14.

フオトダイオード1より垂直信号線2への信号
電荷の転送は、垂直信号線2がリセツトされた後
ならばいつでもよい。
The signal charge may be transferred from the photodiode 1 to the vertical signal line 2 at any time after the vertical signal line 2 is reset.

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

第1図は従来の固体撮像装置の模式的平面図、
第2図は垂直信号線2より水平CCDレジスタ1
0への電荷の転送を説明するための部分的断面図
とポテンシヤル図とタイミング図、第3図は
MOSFETの強反転領域の飽和領域または弱反転
領域で動作しているときの特性を検討するための
回路、第4図はMOSFETの電流特性図、第5図
はMOSFETの弱反転領域の働きによるリセツト
特性を示す図、第6図はこの発明による一実施例
による固体撮像装置の模式的平面図である。 1……フオトダイオード、2……垂直信号線、
5……結接点、6……第1制御線、7……第1転
送ゲート、8……第2制御線、9……制御容量、
10……水平CCDレジスタ、11……第3制御
線、12……第2転送ゲート、14……シンクコ
ントロールゲート、15……シンクドレイン、2
3……電源、24……拡散層、25……制御ゲー
ト。
FIG. 1 is a schematic plan view of a conventional solid-state imaging device.
Figure 2 shows horizontal CCD register 1 from vertical signal line 2.
Figure 3 is a partial cross-sectional view, potential diagram, and timing diagram to explain the transfer of charge to 0.
A circuit for examining the characteristics when the MOSFET is operating in the saturation region or weak inversion region of the strong inversion region, Figure 4 is a current characteristic diagram of the MOSFET, and Figure 5 is a reset due to the function of the weak inversion region of the MOSFET. FIG. 6, a diagram showing characteristics, is a schematic plan view of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. 1...Photodiode, 2...Vertical signal line,
5... Connection point, 6... First control line, 7... First transfer gate, 8... Second control line, 9... Control capacity,
10...Horizontal CCD register, 11...Third control line, 12...Second transfer gate, 14...Sink control gate, 15...Sink drain, 2
3...Power supply, 24...Diffusion layer, 25...Control gate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 配列された各フオトダイオードからの信号電
荷を垂直方向へ転送するための多数本の垂直信号
線と、この垂直信号線に対応して設けられた結接
点と、前記垂直信号線と前記結接点との間に設け
られた第1制御線によつて制御された第1転送ゲ
ートと、前記結接点と第2制御線との間に設けら
れた制御容量と、前記結接点に対応して設けられ
た水平CCD(電荷結合素子)レジスタと、この水
平CCDレジスタと前記結接点との間に設けられ
た第3制御線によつて制御された第2転送ゲート
と、前記第2転送ゲート以後の電荷転送のチヤネ
ルに隣接して設けられたシンクコントロールゲー
トとシンクドレインとよりなる電荷吸取機構と、
前記結接点に対応して設けられ電源に接続された
拡散層と前記結接点との間に設けられた制御ゲー
トとを有することを特徴とする固体撮像装置。 2 配列された各フオトダイオードからの信号電
荷を垂直方向へ転送するための多数本の垂直信号
線と、この垂直信号線に対応して設けられた結接
点と、前記垂直信号線と前記結接点との間に設け
られた第1制御線によつて制御された第1転送ゲ
ートと、前記結接点と第2制御線との間に設けら
れた制御容量と、前記結接点に対応して設けられ
た水平CCD(電荷結合素子)レジスタと、この水
平CCDレジスタと前記結接点との間に設けられ
た第3制御線によつて制御された第2転送ゲート
と、前記第2転送ゲート以後の電荷転送のチヤネ
ルに隣接して設けられたシンクコントロールゲー
トとシンクドレインとよりなる電荷吸取機構と、
前記結接点に対応して設けられ電源に接続された
拡散層と、この拡散層と前記結接点との間に設け
られた制御ゲートとを有する固体撮像装置におい
て、少なくとも前記垂直信号線より前記結接点へ
余剰電荷を転送し終わつたときに前記制御ゲート
をオンレベルにし、前記結接点の電位を前記電源
の電位にセツトし、前記結接点より前記電荷吸取
機構へ一部電荷を転送することを特徴とする固体
撮像装置の駆動方法。
[Claims] 1. A large number of vertical signal lines for vertically transferring signal charges from each arrayed photodiode, a connection point provided corresponding to the vertical signal line, and a connection point provided corresponding to the vertical signal line. a first transfer gate controlled by a first control line provided between the signal line and the connection point; a control capacitor provided between the connection point and the second control line; and a control capacitor provided between the connection point and the second control line; a horizontal CCD (charge-coupled device) register provided corresponding to the contact point; a second transfer gate controlled by a third control line provided between the horizontal CCD register and the connection point; a charge absorption mechanism including a sink control gate and a sink drain provided adjacent to a charge transfer channel after the second transfer gate;
A solid-state imaging device comprising: a diffusion layer provided corresponding to the connection point and connected to a power source; and a control gate provided between the connection point. 2. A large number of vertical signal lines for vertically transferring signal charges from each arrayed photodiode, a connection point provided corresponding to the vertical signal line, and the vertical signal line and the connection point. a first transfer gate controlled by a first control line provided between the first transfer gate, a control capacitor provided between the connection point and the second control line, and a control capacitor provided corresponding to the connection point; a horizontal CCD (charge coupled device) register, a second transfer gate controlled by a third control line provided between the horizontal CCD register and the connection point, and a second transfer gate controlled by a third control line provided between the horizontal CCD register and the connection point; a charge absorption mechanism including a sink control gate and a sink drain provided adjacent to the charge transfer channel;
In the solid-state imaging device, the solid-state imaging device includes a diffusion layer provided corresponding to the connection point and connected to a power source, and a control gate provided between the diffusion layer and the connection point. When the transfer of the excess charge to the contact is completed, the control gate is turned on, the potential of the junction is set to the potential of the power supply, and a portion of the charge is transferred from the junction to the charge absorption mechanism. A driving method for a solid-state imaging device.
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