JPH038152B2 - - Google Patents

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JPH038152B2
JPH038152B2 JP56025207A JP2520781A JPH038152B2 JP H038152 B2 JPH038152 B2 JP H038152B2 JP 56025207 A JP56025207 A JP 56025207A JP 2520781 A JP2520781 A JP 2520781A JP H038152 B2 JPH038152 B2 JP H038152B2
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JP
Japan
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potential
signal line
vertical signal
charge
gate
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JP56025207A
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Japanese (ja)
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JPS57140078A (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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    • 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

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は固体撮像装置の駆動方法に関する。[Detailed description of the invention] The present invention relates to a method for driving a solid-state imaging device.

第1図は、従来の固体撮像装置の駆動方法を説
明するための図で固体撮像装置の模式的平面図で
ある。以後の説明はnチヤネル型の装置について
のみ説明するが、pチヤネル型の装置についても
同様である。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
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
た領域域5が設けられている。この領域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。領域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。領域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と領域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1
2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、領域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。
FIG. 1 is a diagram for explaining a conventional method of driving a solid-state imaging device, and is a schematic plan view of the solid-state imaging device. Although the following description will be made only regarding the n-channel type device, the same applies to the p-channel type device. In the figure, a large number of n-type photodiodes 1 are arranged on the main surface on the light-receiving side of a p-type semiconductor substrate, and are connected to the substrate in a pn junction. A vertical signal line 2 is provided adjacent to one side of the column 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 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 region 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 this region 5 and the vertical signal line 2 . A control capacitor 9 is provided between the region 5 and the second control line 8 . An embedded horizontal CCD (charge-coupled device) register 10 is provided corresponding to the region 5 . Between this horizontal CCD register 10 and area 5, a third
Second transfer gate 1 controlled by control line 11
2 is provided. A part of the second transfer gate 12 adjacent to the horizontal CCD register 10 is a buried gate in which a buried layer exists;
The remaining portion adjacent to is a surface type gate. horizontal
An output section 13 is provided at the end of the CCD register 10 in the transfer direction. Horizontal CCD register 10
On the other hand, a charge absorbing section including a sink control gate 14 and a sink drain 15 is provided adjacent to the second transfer gate 12 on the opposite side.

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
めの図で、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、領域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
義することにする。第1制御線6をオンレベルに
し、領域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。呼び水電荷が領域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、領
域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より領域
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、領域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
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t7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t8である。この一連の電荷
転送を呼び水転送を呼ぶことにする。
In Figure 2, from the vertical signal line 2 to the horizontal CCD
FIG. 2 is a diagram for explaining how charges are transferred to the register 10, in which a is a partial cross-sectional view, b is a potential diagram, and c is a timing diagram. 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 control line 6, the second control line 8, and the third control line, respectively. 11 potential. t 1 is the horizontal CCD register 10 from the vertical signal line 2
This is before the transfer charges are transferred to the area 5, and the potential of the region 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 a potential with the opposite sign, and in the case of a p-channel device, the charge is a hole, and the potential is defined as a potential. The first control line 6 is turned on, and part of the charge is transferred from the region 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. t 2 shows this situation. When the priming charge is transferred from the region 5 to the vertical signal line 2, the second control line 8 becomes on level, and the potential of the region 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 region 5. t 4 shows this situation. The first control line 6 becomes off level. t5 shows this situation.
The second control line 8 becomes off level, and the potential of the region 5 increases. This situation is shown in t6
It is. 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 area adjacent to the second transfer gate 12
The gate of CCD register 10 is on level.
T 7 shows this situation. Third control line 11
becomes off level, and the horizontal signal line is lower than the vertical signal line 2.
The transfer of the transfer charges to the CCD register 10 ends.
t8 shows this situation. This series of charge transfer is called 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14、シンクドレイン15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に移送される。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。
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, sink control gate 14, and sink drain 15. Next, a pulse for sequentially selecting a scanning line 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. When the pulse from the vertical shift register 4 becomes off level, the next accumulation of signal charges begins. The signal charge is transferred to the horizontal CCD register 10 by the above-mentioned priming transfer, and further transferred to the output section 13 by the function of the horizontal CCD register 10, and is taken out as an output signal. After transferring the surplus charge leaked to the vertical signal line 2 to the sink drain 15,
In order to read out signal charges, the signal charges were not mixed with surplus charges, and the blooming phenomenon was supposed to be suppressed.

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、領域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、領域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は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ボルト、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
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。
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. Second
In the figure, at t 4 , the first transfer gate 7 is gated,
Vertical signal line 2 is used as a source, and region 5 is used as a drain.
MOS field effect transistors (MOSFETs) operate in the saturation region or weak inversion region. Also t 7
The MOSFET in which the second transfer gate 12 is the gate, the region 5 is the source, and the buried gate part of the second transfer gate 12 is the drain operates in the saturation region or weak inversion region. Figure 3 is the above
This is a circuit with only the essential parts extracted to explain the operation of 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. Set the potential of the board to 0V
The potentials of the gate 18, source 19, and drain 20 are V G volts, V S volts, and V D volts, respectively. FIG. 4 shows the current characteristics of the MOSFET shown in FIG. 3. The horizontal axis is the source potential,
When the current flowing through the MOSFET is defined as ampere, the vertical axis is log 10 I. At this time, the gate potential was set to 5 volts, which is an on level, and the drain power supply 22 was set to 8 volts, which is sufficiently higher than that. Let the threshold voltage be V T volts. However, the threshold voltage depends on the source voltage. 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. If the elementary charge is q coulombs, 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 formula 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 time variation of the source potential V S when V G is on level will be examined 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/qln{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/qlnkTCSTon/qIo −kT/qln{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VRVRO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 if the source potential V S at t=0 seconds is V O , then Vs(t:Vo )=kT/qln{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/CS) = V R ...(4) holds true. When solving for V R , V R =kT/qlnkTCSTon/qIo -kT/qln{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 V RO becomes a constant value, whereas −
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t4
で第1転送ゲート7をゲート、垂直信号線2をソ
ース、領域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1
2をゲート、領域5をソース、第2転送ゲート1
2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、領域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。このために領
域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の従来の
駆動方法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。
Apply the above conclusion to priming water transfer. First t 4
In a MOSFET with the first transfer gate 7 as the gate, the vertical signal line 2 as the source, and the region 5 as the drain, -
Q is the surplus charge and the priming charge. When the capacitance of vertical signal line 2 is C L , if the absolute value of the amount of priming charge is larger than kTC L /q, vertical signal line 2
is reset to a nearly constant potential and does not cause blooming phenomena. Next, at t 7 , the second transfer gate 1
2 as gate, region 5 as source, second transfer gate 1
The buried gate part of 2 was used as the drain.
In MOSFET, -Q is only surplus charge. The surplus charge varies depending on each vertical signal line 2 and also in time, and when the capacitance of the region 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 about 0.027 volt. For this reason, the reset potential of region 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, the conventional driving method for the conventional solid-state imaging device has the disadvantage that the blooming phenomenon cannot be sufficiently suppressed.

この発明の目的は上記のような欠点を除去し、
良好な再生画像を得ることができる固体撮像装置
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 method for driving a solid-state imaging device that can obtain good reproduced images.

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
間に設けられ第3制御線によつて制御された第2
転送ゲートと、前記垂直信号線に対応して設けら
れ電源に接続された拡散層と、この拡散層と前記
垂直信号線との間に設けられた制御ゲートと、前
記水平CCDレジスタ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を有する固体撮像装
置において、ポテンシヤルを信号電荷がホールの
場合には電位とし、信号電荷が電子の場合には電
位と逆符号にしたものとしたとき、前記第1転送
ゲートによつてリセツトされる前記垂直信号線の
ポテンシヤルを大きくすることと、水平帰線期間
において、前記制御ゲートをオンレベルにし、前
記垂直信号線のポテンシヤルを前記電源のポテン
シヤルにセツトし、さらに、前記垂直信号線より
一部電荷を呼び水転送により水平CCDレジスタ
へ転送し、その結果、前記垂直信号線のポテンシ
ヤルを前記第1転送ゲートのチヤネルポテンシヤ
ルにセツトし、さらに、前記水平CCDレジスタ
に転送された一部電荷を前記電荷吸収機構へ吸収
させ、さらに、前記フオトダイオードより前記垂
直信号線へ信号電荷を転送し、さらに、この信号
電荷を前記垂直信号線より前記水平CCDレジス
タへ呼び水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。
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 provided between the connection point and the first control line, a control capacitor provided between the connection point and the second control line, and a control capacitor corresponding to the connection point; a horizontal CCD (charge-coupled device) register provided as a gate, and a second
a transfer gate, a diffusion layer provided corresponding to the vertical signal line and connected to a power supply, a control gate provided between the diffusion layer and the vertical signal line, and adjacent to the channel of the horizontal CCD register. In a solid-state imaging device having a charge absorption mechanism consisting of a sink control gate and a sink drain, the potential is set to a potential when the signal charge is a hole, and a potential with the opposite sign when the signal charge is an electron. In this case, the potential of the vertical signal line reset by the first transfer gate is increased, and the potential of the vertical signal line is increased by turning on the control gate during the horizontal retrace period. is set to the potential of the power supply, and further, a portion of the charge is transferred from the vertical signal line to the horizontal CCD register by priming transfer, and as a result, the potential of the vertical signal line is set to the channel potential of the first transfer gate. Further, a portion of the charge transferred to the horizontal CCD register is absorbed into the charge absorption mechanism, further, a signal charge is transferred from the photodiode to the vertical signal line, and further, this signal charge is transferred to the vertical signal line. A method for driving a solid-state imaging device is obtained, which is characterized in that priming is transferred from a line to the horizontal CCD register.

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
装置の駆動方法を説明するための図で、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
置では垂直信号線2の端部に対応して電源23に
接続された拡散層24と、この拡散層24と垂直
信号線2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 diagram for explaining a method of driving a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention, and is a schematic plan view of the solid-state imaging device. In FIG. 1 and FIG. 6, the same symbols indicate the same components. In this device, a diffusion layer 24 connected to a power source 23 corresponds to the end of the vertical signal line 2, and a control gate 25 is provided between the diffusion layer 24 and the vertical signal line 2.

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。上述したように呼び水転送のt4にお
ける第1転送ゲート7の弱反転領域の動作によつ
て垂直信号線2はVROボルトまたはそれより大き
い電位にリセツトされる。このVROよりも小さい
電位VAボルトに電源23を保持する。信号電荷
を垂直信号線2へ転送する前に、制御ゲート25
をオンレベルにし、垂直信号線2の電位を電源2
3の電位にセツトする。制御ゲート25は線型領
域で動作させる。このとき、垂直信号線2へ流出
した余剰電荷が多い場合には、垂直信号線2より
電源23へ電荷は移動し、逆に垂直信号線2へ流
出した余剰電荷が少ない場合には、電源23より
垂直信号線2へ電荷が移動する。制御ゲート25
をオフレベルにした後に、呼び水転送を行なう。
呼び水電荷量の絶対値がkTCL/qより十分に大
きいとすると、t4の時刻に垂直信号線2の電位は
VROにリセツトされる。すなわち絶対値が(VRO
−VA)×CLの電荷が垂直信号線2より領域5へ転
送されたことになる。CLは5pF程度であり、Ccは
0.2pF程度であるのでVAがVROよりわずかだけで
も小さいとする。例えば少なくとも0.002ボルト
程度小さいとすると、(VRO−VA)×CLはkTCc/
qよりも大きくなり、t7の時刻に領域5は一定電
位にリセツトされ、この電荷はシンクドレイン1
5へ転送される。このように垂直信号線2も領域
5も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
をまつたく受けず、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. As described above, the operation of the weak inversion region of the first transfer gate 7 at t4 of the priming transfer resets the vertical signal line 2 to a potential of VRO volts or greater. The power supply 23 is held at a potential V A volts smaller than this V RO . Before transferring the signal charge to the vertical signal line 2, the control gate 25
is set to on level, and the potential of vertical signal line 2 is set to power supply 2.
Set to potential 3. Control gate 25 is operated in a linear region. At this time, if there is a large amount of surplus charge flowing out to the vertical signal line 2, the charge moves from the vertical signal line 2 to the power supply 23, and conversely, if there is little surplus charge flowing out to the vertical signal line 2, the charge moves from the vertical signal line 2 to the power supply 23. Charges move more toward the vertical signal line 2. control gate 25
After turning off level, perform priming transfer.
Assuming that the absolute value of the priming charge is sufficiently larger than kTC L /q, the potential of the vertical signal line 2 at time t4 is
Reset to V RO . In other words, the absolute value is (V RO
This means that charges of -V A )×C L have been transferred from the vertical signal line 2 to the region 5 . CL is about 5pF, and Cc is
Since it is about 0.2pF, it is assumed that V A is even slightly smaller than V RO . For example, if it is at least 0.002 volts smaller, (V RO − V A ) × C L is kTCc/
q, and at time t7 , region 5 is reset to a constant potential, and this charge is transferred to sink drain 1.
Transferred to 5. In this way, since both the vertical signal line 2 and the region 5 are reset to a constant potential,
The next time the signal charge is transferred, it will not be affected by the surplus charge, and the blooming phenomenon will be 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。多数個の第転送ゲート7のうちでもつともし
きい電位が小さいものに対して電源23の電位を
設定する。または、VAを平均的なVROよりも0.05
ボルト程度小さくしておいてもよい。
Even within the same wafer, the threshold potential of MOSFETs varies by about 0.05 volts, and as the threshold potential increases, the reset potential also increases accordingly. The potential of the power supply 23 is set for one of the plurality of transfer gates 7 that has a smaller threshold potential. Or V A is 0.05 below the average V RO
It may be made as small as a bolt.

MOSFETのしきい電位のばらつきのため、各
垂直信号線2や各領域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
領域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 potentials of the MOSFETs, the reset potentials of each vertical signal line 2 and each region 5 vary. However, when focusing on one vertical signal line 2 or one region 5, it is always reset to a constant potential, so variations in the reset potential do not affect the output signal.

制御ゲート25は、第1転送ゲート7がオンレ
ルのときと、垂直信号線2に信号電荷が存在して
いるとき以外はいつでもオンレベルにしてよい。
The control gate 25 may be turned on at any time except when the first transfer gate 7 is on or when signal charges are present on the vertical signal line 2.

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 drawings]

第1図は、従来の固体撮像装置の駆動方法を説
明するための図で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MOSFFT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駆動方法を説明するための
図で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……領域、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、1
0……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、23…
…電源、24……拡散層、25……制御ゲート。
FIG. 1 is a diagram for explaining a conventional method of driving a solid-state imaging device, and is a schematic plan view of the 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, which is a diagram showing characteristics, is a diagram for explaining a method of driving a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention, and is a schematic plan view of the solid-state imaging device. 1...Photodiode, 2...Vertical signal line,
5... Area, 6... First control line, 7... First transfer gate, 8... Second control line, 9... Control capacity, 1
0...Horizontal CCD register, 11...Third control line,
12...Second transfer gate, 14...Sink control gate, 15...Sink drain, 23...
...power supply, 24...diffusion layer, 25...control gate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 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領域
と、前記垂直信号線と前記領域との間に設けられ
第1制御線によつて制御された第1転送ゲート
と、前記領域と第2制御線との間に設けられた制
御容量と、前記領域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
レジスタと前記領域との間に設けられ第3制御線
によつて制御された第2転送ゲートと、前記垂直
信号線に対応して設けられ電源に接続された拡散
層と、この拡散層と前記垂直信号線との間に設け
られた制御ゲートと、前記水平CCDレジスタの
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
構とを有する固体撮像装置の駆動方法において、
ポテンシヤルを信号電荷がホールの場合には電位
とし、信号電荷が電子の場合には電位と逆符号に
したものとしたとき、前記第1転送ゲートによつ
てリセツトされる前記垂直信号線のポテンシヤル
よりも前記電源のポテンシヤルを大きくすること
と、水平帰線期間において、前記制御ゲートをオ
ンレベルにし、前記垂直信号線のポテンシヤルを
前記電源のポテンシヤルにセツトし、さらに、前
記垂直信号線より一部電荷を呼び水転送により水
平CCDレジスタへ転送し、その結果、前記垂直
信号線ポテンシヤルを前記第1転送ゲートのチヤ
ネルポテンシヤルにセツトし、さらに、前記水平
CCDレジスタに転送された一部電荷を前記電荷
吸収機構へ吸収させ、さらに、前記フオトダイオ
ードより前記垂直信号線へ信号電荷を転送し、さ
らに、この信号電荷を前記垂直信号線より前記水
平CCDレジスタへ呼び水転送することを特徴と
する固体撮像装置の駆動方法。
1. A large number of vertical signal lines for vertically transferring signal charges from each arrayed photodiode, a region provided corresponding to the vertical signal line, and a connection between the vertical signal line and the region. a first transfer gate provided therebetween and controlled by a first control line; a control capacitor provided between the area and the second control line; and a horizontal area provided corresponding to the area.
CCD (charge coupled device) resistor and this horizontal CCD
a second transfer gate provided between the register and the region and controlled by a third control line; a diffusion layer provided corresponding to the vertical signal line and connected to the power supply; A method for driving a solid-state imaging device including a control gate provided between a vertical signal line and a charge absorption mechanism including a sink control gate and a sink drain provided adjacent to a channel of the horizontal CCD register,
When the potential is set to a potential when the signal charge is a hole, and when the signal charge is an electron, the potential is set to have the opposite sign to the potential, and from the potential of the vertical signal line reset by the first transfer gate. In addition, the potential of the power supply is increased, the control gate is turned on during the horizontal retrace period, the potential of the vertical signal line is set to the potential of the power supply, and a part of the charge is removed from the vertical signal line. is transferred to the horizontal CCD register by priming transfer, and as a result, the vertical signal line potential is set to the channel potential of the first transfer gate, and furthermore, the horizontal signal line potential is set to the channel potential of the first transfer gate.
A portion of the charge transferred to the CCD register is absorbed into the charge absorption mechanism, further, a signal charge is transferred from the photodiode to the vertical signal line, and further, this signal charge is transferred from the vertical signal line to the horizontal CCD register. 1. A method for driving a solid-state imaging device, characterized by transmitting priming water to a solid-state imaging device.
JP56025207A 1981-02-23 1981-02-23 Driving method for solid-state image pickup device Granted JPS57140078A (en)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS57111183A (en) * 1980-12-27 1982-07-10 Hitachi Ltd Solid-state image pickup device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS57111183A (en) * 1980-12-27 1982-07-10 Hitachi Ltd Solid-state image pickup device

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