JPH05176234A - Solid-state image pickup device - Google Patents

Solid-state image pickup device

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Publication number
JPH05176234A
JPH05176234A JP3338720A JP33872091A JPH05176234A JP H05176234 A JPH05176234 A JP H05176234A JP 3338720 A JP3338720 A JP 3338720A JP 33872091 A JP33872091 A JP 33872091A JP H05176234 A JPH05176234 A JP H05176234A
Authority
JP
Japan
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charge transfer
signal
transfer path
gate
solid
Prior art date
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Pending
Application number
JP3338720A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Tanigawa
浩 谷川
Akio Sakota
亜紀夫 迫田
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.)
Fujifilm Holdings Corp
Fujifilm Microdevices Co Ltd
Original Assignee
Fujifilm Microdevices Co Ltd
Fuji Photo Film Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fujifilm Microdevices Co Ltd, Fuji Photo Film Co Ltd filed Critical Fujifilm Microdevices Co Ltd
Priority to JP3338720A priority Critical patent/JPH05176234A/en
Publication of JPH05176234A publication Critical patent/JPH05176234A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide a solid-state image pickup device operated at a high speed with respect to a charge coupled solid-state image pickup device having lots of picture elements. CONSTITUTION:The device includes lots of photoelectric conversion elements P arranged in a matrix, charge transfer lines L formed along each array of the photoelectric conversion elements and including plural gate electrodes and two sets of control circuits arranged to both sides of the array in the row direction and having an equal circuit function and two sets of drive circuits 10a, 11a, 12a and 10b, 11b, 12b applying an equal control signal to each gate electrode of the charge transfer path in two directions.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電荷結合型固体撮像装
置(CCD)に関し、特に、画素数の多い電荷結合型固
体撮像装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charge-coupled solid-state image pickup device (CCD), and more particularly to a charge-coupled solid-state image pickup device having a large number of pixels.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、電荷結合型固体撮像装置として、
アコーディオン転送方式による捜査読み出しを適用した
フレーム転送型の固体撮像装置(FT−CCD)が知ら
れている( PHILIPS TECHNICAL REVIEW VOL.43, No.1/
2, 1986, The accordion imager, a new solid-state
image sensor, A.J.P.Theuwissen and C.H.L.Weijten
s)。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a charge-coupled solid-state image pickup device,
A frame transfer type solid-state imaging device (FT-CCD) to which investigation readout by the accordion transfer method is applied is known (PHILIPS TECHNICAL REVIEW VOL.43, No.1 /
2, 1986, The accordion imager, a new solid-state
image sensor, AJPTheuwissen and CHLWeijten
s).

【0003】この固体撮像装置の概略を図16〜図21
と共に説明する。まず、全体構造は、図16に示すよう
に、光電変換機能と電荷転送機能とを有するm本の垂直
転送路L1 〜Lm からなる受光部Aと、これらの垂直転
送路L1 〜Lm に連設され且つ表面に遮光膜が積層され
た電荷転送路からなる蓄積部Bと、蓄積部Bの各電荷転
送路の終端に接続すると共に表面が遮光膜で覆われた水
平電荷転送路Cを具備している。
The outline of this solid-state image pickup device is shown in FIGS.
Will be explained together. First, as shown in FIG. 16, the overall structure includes a light receiving portion A including m vertical transfer paths L 1 to L m having a photoelectric conversion function and a charge transfer function, and these vertical transfer paths L 1 to L. A storage part B formed of a charge transfer path continuous to m and having a light-shielding film laminated on the surface, and a horizontal charge transfer path connected to the end of each charge transfer path of the storage part B and having a surface covered with a light-shielding film. It has C.

【0004】垂直電荷転送路L1 〜Lm の上面には、各
画素毎に1本ずつの転送ゲート電極が対応するようにし
て、電荷転送方向Yに沿って復数本の転送ゲート電極が
並設され、これらのゲート電極にアコーディオン転送方
式に準じた所定タイミングのゲート信号を印加すること
によって露光時には画素に相当するポテンシャル井戸と
ポテンシャル障壁を垂直転送路L1 〜Lm に発生させ、
転送時にはポテンシャル井戸とポテンシャル障壁を所定
タイミングで変化させることにより、Y方向に電荷転送
する。
On the upper surfaces of the vertical charge transfer paths L 1 to L m , several transfer gate electrodes are provided along the charge transfer direction Y so that one transfer gate electrode corresponds to each pixel. By applying a gate signal at a predetermined timing according to the accordion transfer method to these gate electrodes arranged in parallel, potential wells and potential barriers corresponding to pixels are generated in the vertical transfer paths L 1 to L m during exposure,
During transfer, charges are transferred in the Y direction by changing the potential well and the potential barrier at a predetermined timing.

【0005】図中の符号Dで示すシフトレジスタが、ス
タートパルスIMを2相のクロック信号φ1 、φ2 に同
期して転送動作することにより、上記のゲート信号を発
生させる。
A shift register indicated by reference symbol D in the figure transfers the start pulse IM in synchronization with the two-phase clock signals φ 1 and φ 2 to generate the gate signal.

【0006】また、蓄積部Bの電荷転送路も同様のゲー
ト電極が設けられ、シフトレジスタEが2相のクロック
信号φ1 、φ2 に同期してスタートパルスSTを転送動
作することにより形成したゲート信号により、Y方向に
電荷転送する。
The charge transfer path of the storage section B is also provided with the same gate electrode, and is formed by the shift register E transferring the start pulse ST in synchronization with the two-phase clock signals φ 1 and φ 2 . The charge is transferred in the Y direction by the gate signal.

【0007】そして、受光部Aで発生した画素信号を、
垂直電荷転送路L1 〜Lm 及び蓄積部Bの電荷転送路が
同期をとりながら蓄積部Bまで転送して一旦保持した
後、蓄積部Bの画素信号を一行ずつ水平電荷転送路Cへ
転送し、転送される毎に水平電荷転送路Cがシフトレジ
スタFからのゲート信号に同期して水平電荷転送するこ
とにより、全画素信号を読み出す。
Then, the pixel signal generated in the light receiving portion A is
The vertical charge transfer paths L 1 to L m and the charge transfer paths of the storage section B are synchronously transferred to the storage section B and once held, and then the pixel signals of the storage section B are transferred row by row to the horizontal charge transfer path C. Then, every time the charges are transferred, the horizontal charge transfer path C transfers the horizontal charges in synchronization with the gate signal from the shift register F, thereby reading all pixel signals.

【0008】さらに、この走査読出しのための各信号の
タイミングを図17に示す。同図(a)に図示するよう
に、各スタートパルスIMとSTを所定のタイミングで
シフトレジスタDとEに供給し、2相のクロック信号φ
1 、φ2 に同期してこれらを転送する。
Further, the timing of each signal for this scanning and reading is shown in FIG. As shown in FIG. 3A, the start pulses IM and ST are supplied to the shift registers D and E at a predetermined timing to generate a two-phase clock signal φ.
These are transferred in synchronization with 1 and φ 2 .

【0009】同図(b)に示すように、受光領域Aの垂
直電荷転送路L1 〜Lm の各ゲート電極にシフトレジス
タDの各ビット出力接点からのゲート信号AI 、BI
I 、DI ……が順番に供給される。
As shown in FIG. 1B, the gate signals A I , B I from the bit output contacts of the shift register D are connected to the gate electrodes of the vertical charge transfer paths L 1 to L m of the light receiving area A, respectively.
C I , D I ... Are supplied in order.

【0010】同様に同図(c)に示すように、蓄積部B
の電荷転送路のゲート電極にシフトレジスタEの各ビッ
ト出力接点からのゲート信号AS 、BS 、CS 、DS
…が順番に供給される。なお、説明の都合上、それぞれ
8本のゲート電極に対応するゲート信号だけを示す。
Similarly, as shown in FIG. 1C, the storage unit B
Of the gate signals A S , B S , C S , D S from the bit output contacts of the shift register E to the gate electrode of the charge transfer path.
... are supplied in order. For convenience of explanation, only gate signals corresponding to eight gate electrodes are shown.

【0011】これらのゲート信号AI 、BI 、CI 、D
I ……、AS 、BS 、CS 、DS ……の電圧変化による
と、図18に示すように、受光部Aと蓄積部Bの各ゲー
ト電極(偶数番目のゲート電極をEv、奇数番目のゲー
ト電極をOdで示す)下の転送路に、水平電荷転送路C
側の画素信号qa から順番に転送するようにポテンシャ
ル井戸及びポテンシャル障壁が変化する。
These gate signals A I , B I , C I , D
I ......, A S, B S , C S, D S according to the change in voltage ..., as shown in FIG. 18, Ev each gate electrode (the even-numbered gate electrodes of the storage unit B and the light-receiving unit A, The horizontal charge transfer path C is formed on the lower transfer path of the odd-numbered gate electrode indicated by Od.
The potential well and the potential barrier change so that the pixel signals q a on the side are sequentially transferred.

【0012】したがって、ある垂直電荷転送路及びそれ
に接続する蓄積部Bの電荷転送路の電荷転送を代表して
示せば、図19のようになる。すなわち、ある時点t0
で露光を行なうものとすると、受光領域Aの垂直電荷転
送路にはゲート電極の配列にしたがってポテンシャル井
戸(図中のハッチの部分)とポテンシャル障壁(図中の
白抜の部分)が交互に発生し、ポテンシャル井戸を各画
素として画素信号qa 、qb 、qc 、qd ……が発生す
る。
Therefore, the charge transfer of a certain vertical charge transfer path and the charge transfer path of the storage portion B connected to it is represented as shown in FIG. That is, at a certain time point t 0
If the exposure is carried out by, the potential well (hatched part in the figure) and the potential barrier (white part in the figure) are alternately generated in the vertical charge transfer path of the light receiving region A according to the arrangement of the gate electrodes. Then, pixel signals q a , q b , q c , q d ... Are generated with the potential well as each pixel.

【0013】そしてこれらの画素信号は、最も蓄積部B
に近い側の画素信号qa から順番に蓄積部Bへ転送され
ていく。この転送時のポテンシャル井戸とポテンシャル
障壁の発生の様子が、楽器のアコーディオンの蛇腹部を
次第に広げてから再び閉じていくときの様子に類似して
いることからアコーディオン転送方式と呼ばれている。
These pixel signals are stored in the most storage section B.
The pixel signals q a on the side closer to are sequentially transferred to the storage unit B. The generation of potential wells and potential barriers during this transfer is called the accordion transfer method because it resembles that of gradually expanding the bellows of the accordion of the musical instrument and then closing it again.

【0014】そして、蓄積部Bに全画素信号を一旦保持
してから、同様にアコーディオン転送を行ないつつ水平
電荷転送路Cを介して画素信号を時系列的に読みだすこ
とができる。
Then, after all the pixel signals are temporarily stored in the storage section B, the pixel signals can be read out in time series through the horizontal charge transfer path C while performing the accordion transfer similarly.

【0015】この走査読み出し方式の電荷結合型固体撮
像装置は、転送ゲート電極数が少なくて済むという効果
があり、高密度化に優れている。なお、この電荷結合型
固体撮像装置は、シフトレジスタ等の回路をCMOS構
造のトランジスタで形成し、これらの回路と受光部Aと
蓄積部B及び水平電荷転送路Cが半導体基板中に一体形
成されている。
This scanning readout type charge coupled type solid-state image pickup device has an effect that the number of transfer gate electrodes is small and is excellent in high density. In this charge-coupled solid-state imaging device, circuits such as a shift register are formed by transistors having a CMOS structure, and these circuits, a light receiving portion A, a storage portion B, and a horizontal charge transfer path C are integrally formed in a semiconductor substrate. ing.

【0016】すなわち、シフトレジスタは図20に示す
回路からなり、半導体基板中の縦断面構造は図21に示
すようになっている。まず、図20において、シフトレ
ジスタは電源電圧VCCとVDD(VCC>VDDの関係にあ
る)の間に回路構成され、各ビットは、電圧VCC側に接
続するpチャネルMOSトランジスタと、電圧VDD側に
接続するnチャネルMOSトランジスタが相補(コンプ
リメンタリ)の関係で接続する反転回路からなる。
That is, the shift register comprises the circuit shown in FIG. 20, and the vertical sectional structure in the semiconductor substrate is as shown in FIG. First, in FIG. 20, the shift register has a circuit configuration between the power supply voltage V CC and V DD (in the relationship of V CC > V DD ) and each bit is a p-channel MOS transistor connected to the voltage V CC side. , An n-channel MOS transistor connected to the voltage V DD side is composed of an inverting circuit connected in a complementary relationship.

【0017】これらの入出力接点間にクロック信号
φ1 、φ2 によって導通・非導通に切り換わるMOSト
ランジスタが接続している。なお、図中の容量素子ε
は、線間容量等を適用して形成している。そして、スタ
ートパルス信号IM(またはST)を初段ビットに入力
すると、クロック信号φ1 、φ2 に同期して転送動作を
行ない、クロック信号φ1 とφ2 に同期したゲート信号
がそれぞれのビット出力接点に発生する。
A MOS transistor, which is switched between conductive and non-conductive by clock signals φ 1 and φ 2, is connected between these input / output contacts. Note that the capacitive element ε in the figure
Are formed by applying line capacitance or the like. When inputting a start pulse signal IM (or ST) to the first stage bits, the clock signal phi 1, phi 2 to perform the transfer operation in synchronization, the clock signal phi 1 and phi gate signal synchronized with 2 each bit output It occurs at the contact.

【0018】また、シフトレジスタと電荷転送路を同一
半導体チップに一体形成した構造は図21のようにな
る。すなわち、図21において、p型の半導体基板の受
光部となる領域にn型不純物層を複数個形成して垂直電
荷転送L1 〜Lm とし、さらに垂直電荷転送L1 〜Lm
の上面にゲート酸化膜(図示せず)を介してゲート電極
が積層される。
FIG. 21 shows a structure in which the shift register and the charge transfer path are integrally formed on the same semiconductor chip. That is, in FIG. 21, vertical charge transfers L 1 to L m are formed by forming a plurality of n-type impurity layers in a region serving as a light receiving portion of a p-type semiconductor substrate, and further vertical charge transfers L 1 to L m.
A gate electrode is stacked on the upper surface of the gate electrode via a gate oxide film (not shown).

【0019】一方、シフトレジスタ等の回路が形成され
る駆動領域には、nウェル層が埋設され、このnウェル
層内に一対のp+ 型不純物層を形成すると共に、ゲート
酸化膜層(図示せず)を介してゲート電極ηp を積層す
ることによりpチャネルMOSトランジスタが形成され
る。
On the other hand, an n-well layer is buried in a drive region where a circuit such as a shift register is formed, a pair of p + -type impurity layers are formed in the n-well layer, and a gate oxide film layer (see FIG. A p-channel MOS transistor is formed by stacking gate electrodes η p via (not shown).

【0020】また、半導体基板(p−Sub)内にn+
型不純物層を埋設すると共に、表面部にゲート電極ηn
を形成することでnチャネルMOSトランジスタを構成
し、これらのゲート電極ηp とηn 、所定のノード間を
接続することによってCMOSの反転回路(図20参
照)を形成している。
In addition, n + in the semiconductor substrate (p-Sub)
-Type impurity layer is buried and the gate electrode η n
To form an n-channel MOS transistor, and by connecting these gate electrodes η p and η n and predetermined nodes, a CMOS inversion circuit (see FIG. 20) is formed.

【0021】そして、このような電荷結合型固体撮像装
置では、電源電圧VCCを約10ボルト、電源電圧VDD
0ボルトに設定して、ゲート電極のゲート信号電圧も0
〜10ボルトの範囲で変化する。
In such a charge-coupled solid-state image pickup device, the power supply voltage V CC is set to about 10 V, the power supply voltage V DD is set to 0 V, and the gate signal voltage of the gate electrode is also set to 0.
It varies in the range of -10 volts.

【0022】[0022]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この電
荷結合型固体撮像装置は、上述したように、電荷転送を
制御するためのシフトレジスタ等の周辺回路をCMOS
構造のトランジスタ等の素子で構成しているので、より
優れた機能例えば、不要電荷を半導体基板側へ廃棄する
ための所謂縦型オーバーフロードレインやこの電荷結合
型固体撮像装置自身に電子的なシャッター機能を持たせ
ることは、構造上及び耐圧の点で実現できなかった。
However, in this charge coupled type solid-state image pickup device, as described above, the peripheral circuit such as the shift register for controlling the charge transfer is CMOS.
Since it is composed of elements such as transistors having a structure, a more excellent function, for example, a so-called vertical overflow drain for discarding unnecessary charges to the semiconductor substrate side or an electronic shutter function for the charge-coupled solid-state imaging device itself It was not possible to realize the above structure in terms of structure and withstand voltage.

【0023】まず、構造上の点では、上記従来例は垂直
電荷転送路に画素としての機能を持たせたフレーム転送
方式の撮像装置であるので、電子シャッター機能を持た
せようとすると、スメア成分の増加を招来することから
実現性がない。
First, from a structural point of view, the above-mentioned conventional example is a frame transfer type image pickup device in which a vertical charge transfer path has a function as a pixel. Therefore, when an electronic shutter function is to be provided, a smear component is generated. It is not feasible because it causes an increase in

【0024】一方、耐圧の点では、縦型オーバーフロー
ドレインの機能を備えようとすると、半導体基板に例え
ば15〜25ボルトの高電圧を印加することとなり、C
MOSトランジスタのノードに対応する不純物領域が破
壊したり、ゲート酸化膜層が絶縁破壊に到ったりする。
On the other hand, in terms of withstand voltage, if the function of the vertical overflow drain is to be provided, a high voltage of, for example, 15 to 25 V is applied to the semiconductor substrate, and C
The impurity region corresponding to the node of the MOS transistor may be destroyed, or the gate oxide film layer may be broken down.

【0025】また、電子シャッターの機能を実現しよう
とすれば、縦型オーバーフロードレインの場合よりさら
に高電圧を半導体基板に印加する必要があるので、耐圧
の点で当然に実現不能である。
In order to realize the function of the electronic shutter, a higher voltage needs to be applied to the semiconductor substrate than in the case of the vertical overflow drain, which is naturally impossible in terms of withstand voltage.

【0026】さらに、これらの問題を、図22に示す実
際の構造と対比して説明する。まず、電子シャッター機
能を持たせるためにフォトダイオードとCCD転送路と
を備えたインターライン転送方式の構成にする必要があ
る。
Further, these problems will be described in comparison with the actual structure shown in FIG. First, it is necessary to adopt an interline transfer system configuration including a photodiode and a CCD transfer path in order to have an electronic shutter function.

【0027】すなわち、受光部は、画素に相当する複数
のフォトダイオードをマトリクス状に配列形成し、これ
らのフォトダイオードに隣接して垂直電荷転送路を形成
し、これらのフォトダイオードに発生した画素信号をト
ランスファゲートを介して垂直電荷転送路へ移した後に
垂直電荷転送路による電荷伝送により、画素信号を読み
出す構成となる。
That is, the light receiving section forms a plurality of photodiodes corresponding to pixels in a matrix and forms a vertical charge transfer path adjacent to these photodiodes, and pixel signals generated in these photodiodes are formed. Is transferred to the vertical charge transfer path via the transfer gate and then the pixel signal is read out by the charge transfer through the vertical charge transfer path.

【0028】したがって、受光領域及び垂直電荷転送路
のゲート電極を駆動するためのシフトレジスタの縦断面
構造は図22に示すようになる。まず、受光領域には、
n型半導体基板(n−Sub)内に埋設したpウェル層
中に、複数のn+ 型不純物層をマトリクス状に配列形成
することでフォトダイオードを形成する。
Therefore, the vertical sectional structure of the shift register for driving the light receiving region and the gate electrode of the vertical charge transfer path is as shown in FIG. First, in the light receiving area,
A photodiode is formed by arranging a plurality of n + -type impurity layers in a matrix in a p-well layer embedded in an n-type semiconductor substrate (n-Sub).

【0029】それらのn+ 型不純物層に隣接して垂直電
荷転送路L1 〜Lm となるn型不純物層を形成し、さら
に、これらの周囲に高濃度のp型不純物を埋設してチャ
ネルストッパとする。さらに、ゲート電極を積層する。
Adjacent to these n + -type impurity layers, n-type impurity layers serving as vertical charge transfer paths L 1 to L m are formed, and a high-concentration p-type impurity is buried around them to form a channel. Use as a stopper. Further, a gate electrode is laminated.

【0030】一方、駆動領域には、pウェル層を埋設
し、このpウェル層内に一対のn+ 型不純物層を形成す
ると共に、ゲート酸化膜(図示せず)を介してゲート電
極ηn を積層することによりnチャネルMOSトランジ
スタを形成する。
On the other hand, a p-well layer is buried in the drive region, a pair of n + -type impurity layers are formed in the p-well layer, and a gate electrode η n is formed through a gate oxide film (not shown). To form an n-channel MOS transistor.

【0031】また、半導体基板(n−Sub)内にp+
型不純物層を埋設すると共に、表面部にゲート電極ηp
を形成してpチャネルMOSトランジスタを構成する。
これらのゲート電極ηp とηn 、所定のノード間を接続
することによって図20に示すようなシフトレジスタの
ためのCMOS反転回路を形成する。
In the semiconductor substrate (n-Sub), p +
-Type impurity layer is buried and the gate electrode η p
To form a p-channel MOS transistor.
By connecting these gate electrodes η p and η n and predetermined nodes, a CMOS inversion circuit for a shift register as shown in FIG. 20 is formed.

【0032】そして、所謂縦型オーバーフロードレイン
の構造にするには、半導体基板に15〜25ボルトの電
圧を印加してpウェルの形成する電位障壁の高さを所定
レベルまで下げ電荷引抜機能を持たせる。
In order to obtain a so-called vertical overflow drain structure, a voltage of 15 to 25 V is applied to the semiconductor substrate to lower the height of the potential barrier formed by the p-well to a predetermined level, which has a charge extraction function. Let

【0033】電子シャッター機能を併せて持たせるため
には、フォトダイオードに発生する電荷を半導体基板側
へ積極的に廃棄する受光領域のpウェル層に電極を形成
し、シャッター電圧SSを印加したときに、フォトダイ
オードと基板間にnpnトランジスタ構造が発生するよ
うにして、電荷が基板側へ流れるようにする。
In order to have an electronic shutter function at the same time, when an electrode is formed in the p-well layer of the light receiving region where the charges generated in the photodiode are positively discarded to the semiconductor substrate side and the shutter voltage SS is applied. First, an npn transistor structure is generated between the photodiode and the substrate so that the charges flow to the substrate side.

【0034】さらに、露光によってフォトダイオードに
発生した画素信号を垂直電荷転送路へ転送するために
は、トランスファゲートに12ボルト程度の高電圧を印
加することとなる。
Further, in order to transfer the pixel signal generated in the photodiode by exposure to the vertical charge transfer path, a high voltage of about 12 V is applied to the transfer gate.

【0035】また、垂直電荷転送路に通常の電荷転送動
作を行なわせるためには、ポテンシャル井戸を発生させ
るための0ボルトのゲート信号と、ポテンシャル障壁を
発生させるための−8ボルト程度のゲート信号をCMO
Sのシフトレジスタからゲート電極へ供給するように各
信号の電圧を設定するこことなる。すなわち、図22に
おいて、基板電圧VS は15〜25ボルト、電源電圧V
CCは0ボルト、電圧V L は−8ボルトに設定される。
Further, a normal charge transfer operation is performed on the vertical charge transfer path.
In order to carry out the work, generate a potential well
0 volt gate signal and potential barrier
The gate signal of about -8V to generate is CMO
Each is supplied to the gate electrode from the S shift register.
You will be setting the voltage of the signal. That is, in FIG.
The substrate voltage VSIs 15 to 25 volts, power supply voltage V
CCIs 0V, voltage V LIs set to -8 volts.

【0036】このようなCMOS構造を有し、さらに上
述の電圧関係に設定すると、ゲート電極のゲート信号電
圧は−8〜12ボルトの範囲で変化することとなり、駆
動領域中のCMOS構造のpチャネルMOSトランジス
タのゲート電極ηp 下のゲート酸化膜層やp+ 型不純物
層とn型基板との接合に23〜33ボルトの高電圧がか
かる場合があり、許容耐圧を大幅に越えるので、破損を
招く。
If such a CMOS structure is provided and the above voltage relationship is set, the gate signal voltage of the gate electrode changes in the range of -8 to 12 volts, and the p channel of the CMOS structure in the drive region is formed. A high voltage of 23 to 33 volts may be applied to the junction between the n-type substrate and the gate oxide film layer or the p + -type impurity layer under the gate electrode η p of the MOS transistor, which may greatly exceed the allowable withstand voltage, resulting in damage. Invite.

【0037】本発明者らは、先にアコーディオン転送方
式同様にノンインターレースのフルフレーム読み出し可
能で、且つオーバフロードレイン構造を備えて過剰電荷
掃き出しや電子シャッタを可能とする固体撮像装置を提
案した。
The present inventors have previously proposed a solid-state image pickup device capable of non-interlaced full-frame reading as in the accordion transfer system and having an overflow drain structure to enable excess charge sweep and electronic shutter.

【0038】この固体撮像装置は駆動回路として単一構
造MOS(たとえばnチャネルMOS)を用いることに
よって耐圧を向上したものである。しかし、この構造を
試作した結果、動作速度に制限があり、高速動作が難し
いことが判った。
This solid-state image pickup device has a withstand voltage improved by using a single structure MOS (for example, n-channel MOS) as a drive circuit. However, as a result of prototyping this structure, it was found that the high speed operation is difficult due to the limited operation speed.

【0039】本発明の目的は、高速動作の可能な固体撮
像装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide a solid-state image pickup device capable of high speed operation.

【0040】[0040]

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、行列状に配置された多数の光電変換素子と、前記光
電変換素子の各列に沿って形成され、複数のゲート電極
を含む電荷転送路と、行方向に関して、前記行列の両側
に配置され、同等の回路機能を有する2組の制御回路で
あって、電荷転送路の各ゲート電極に2方向から同等の
制御信号を印加することのできる2組の制御回路とを含
む。
A solid-state image pickup device according to the present invention includes a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a matrix and a charge including a plurality of gate electrodes formed along each column of the photoelectric conversion elements. Two sets of control circuits, which are arranged on both sides of the matrix with respect to the transfer path and the row direction and have the same circuit function, and to apply the same control signal from two directions to each gate electrode of the charge transfer path. And two sets of control circuits capable of operating.

【0041】[0041]

【作用】電荷転送路の各ゲート電極に2方向から制御信
号が印加されるため、制御信号伝達線の実効抵抗および
実効容量はそれぞれ約1/2となる。
Since the control signals are applied to the respective gate electrodes of the charge transfer path from two directions, the effective resistance and the effective capacitance of the control signal transmission line are about 1/2.

【0042】このため、RC時定数は約1/4となり、
高速動作が可能となる。
Therefore, the RC time constant becomes about 1/4,
High-speed operation becomes possible.

【0043】[0043]

【実施例】本発明の実施例の説明の前に、本発明者らの
先の提案を説明する。本発明の実施例においても、先の
提案の細部はほとんどそのまま利用できるものである。
なお、静止画を撮像するための電子スチルカメラに適用
した場合を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Prior to the description of the embodiments of the present invention, the inventors' previous proposal will be described. Even in the embodiment of the present invention, the details of the above proposal can be used almost as they are.
The case of application to an electronic still camera for capturing a still image will be described.

【0044】まず、電子スチルカメラの全体構造を図3
を参照して説明する。図3において、1は撮像レンズ等
からなる撮像光学系、2は機械式の絞り機構、3は電荷
結合型固体撮像装置であり、それぞれ撮像光学系1の光
軸に合わせて順番に配列され、被写体光学像を電荷結合
型固体撮像装置3の受光領域に入射する構成となってい
る。
First, the overall structure of the electronic still camera is shown in FIG.
Will be described. In FIG. 3, 1 is an image pickup optical system including an image pickup lens and the like, 2 is a mechanical diaphragm mechanism, 3 is a charge-coupled solid-state image pickup device, which are arranged in order in accordance with the optical axis of the image pickup optical system 1. The subject optical image is configured to enter the light receiving region of the charge coupled solid-state imaging device 3.

【0045】さらに、4は信号処理回路、5は記憶機構
であり、電荷結合型固体撮像装置3から出力される画素
信号を信号処理回路4で色分離やγ補正や白バランス調
整等を行なって輝度信号と色差信号を形成し、記憶機構
5においてこれらの輝度信号と色差信号に対して記録可
能な変調処理を行なってから磁気記録媒体等に記憶す
る。
Further, 4 is a signal processing circuit, 5 is a storage mechanism, and the pixel signals output from the charge coupled solid-state image pickup device 3 are subjected to color separation, γ correction, white balance adjustment, etc. in the signal processing circuit 4. A luminance signal and a color difference signal are formed, and the storage mechanism 5 performs a recordable modulation process on the luminance signal and the color difference signal and then stores them in a magnetic recording medium or the like.

【0046】そして、同期制御回路6が、絞り機構2、
電荷結合型固体撮像装置3の読み出しタイミング、信号
処理回路4および記憶機構5の動作を同期制御すること
により、撮像から記憶までの一連の動作を処理する。
Then, the synchronization control circuit 6 causes the diaphragm mechanism 2,
By synchronously controlling the read timing of the charge-coupled solid-state imaging device 3 and the operations of the signal processing circuit 4 and the storage mechanism 5, a series of operations from imaging to storage is processed.

【0047】電荷結合型固体撮像装置3は図4に示す構
成となっていた。すなわち、被写体光学像を受光するた
めの受光領域7は、行方向X及び列方向Yに沿ってマト
リクス状に配列形成される画素に相当する複数のフォト
ダイオード(図中、Pで示す部分)と、行方向Xに配列
される各フォトダイオード群に隣接して形成される垂直
電荷転送路L1 〜Lm が設けられている。
The charge-coupled solid-state image pickup device 3 has the structure shown in FIG. That is, the light receiving region 7 for receiving the subject optical image includes a plurality of photodiodes (portions indicated by P in the figure) corresponding to pixels arranged in a matrix along the row direction X and the column direction Y. , Vertical charge transfer paths L 1 to L m formed adjacent to each photodiode group arranged in the row direction X are provided.

【0048】これらの垂直電荷転送路L1 〜Lm のそれ
ぞれの終端部に水平電荷転送路8が形成され、水平電荷
転送路8の終端部に出力アンプ9が形成されている。さ
らに、垂直電荷転送路L1 〜Lm には、後述するように
所定配置のゲート電極が設けられ、さらにそれらの上面
には光の入射を阻止するための遮光層が積層されてい
る。
A horizontal charge transfer path 8 is formed at the end of each of the vertical charge transfer paths L 1 to L m , and an output amplifier 9 is formed at the end of the horizontal charge transfer path 8. Further, the vertical charge transfer paths L 1 to L m are provided with predetermined-arranged gate electrodes as will be described later, and light-shielding layers for blocking the incidence of light are further laminated on the upper surfaces thereof.

【0049】これらのゲート電極には、垂直電荷転送路
1 〜Lm に所定タイミングに同期して電荷転送動作を
行なわせるための信号が第1、第2、第3の駆動回路1
0、11、12から供給される。なお、それぞれの駆動
回路10、11、12に供給されるタイミング信号
φH 、VL 、φG 、φFS、VS 、φ1 、φ2 、φ3 、φ
4 とスタートパルス信号は同期制御回路6が発生する。
Signals for causing the charge transfer operation to be performed on these gate electrodes in synchronization with the vertical charge transfer paths L 1 to L m at a predetermined timing are provided in the first, second and third drive circuits 1.
It is supplied from 0, 11, 12. The timing signals φ H , V L , φ G , φ FS , V S , φ 1 , φ 2 , φ 3 , and φ supplied to the drive circuits 10, 11, and 12, respectively.
The synchronous control circuit 6 generates 4 and the start pulse signal.

【0050】また、水平電荷転送路8は、垂直電荷転送
路L1 〜Lm から転送されてくる信号電荷を受信し、さ
らに出力アンプ8側へ水平転送するためのゲート電極が
設けられており、これらの動作を行なうためにゲート電
極に印加するゲート信号α1 、α2 、α3 、α4 とスタ
ートパルス信号は同期制御回路6から供給される。
Further, the horizontal charge transfer path 8 is provided with a gate electrode for receiving the signal charges transferred from the vertical charge transfer paths L 1 to L m and further horizontally transferring them to the output amplifier 8 side. The gate signals α 1 , α 2 , α 3 , α 4 and the start pulse signal applied to the gate electrodes for performing these operations are supplied from the synchronization control circuit 6.

【0051】次に、受光領域7の構造およびそれに接続
する駆動回路10、11、12の回路構成を図5〜図8
を参照して詳述する。なお、図5は第3の駆動回路12
の回路図であり、図6は受光領域7の要部の構造を受光
面側から見た場合、図7は図6中のx−x線矢視縦断面
図、図8は図6のy−y線矢視縦断面図である。
Next, the structure of the light receiving region 7 and the circuit configurations of the drive circuits 10, 11 and 12 connected thereto are shown in FIGS.
Will be described in detail. Note that FIG. 5 shows the third drive circuit 12
6 is a circuit diagram of FIG. 6, when the structure of the main part of the light receiving region 7 is viewed from the light receiving surface side, FIG. 7 is a vertical sectional view taken along the line xx in FIG. 6, and FIG. It is a vertical cross-sectional view taken along the line -y.

【0052】まず、図5に基づいて、第3の駆動回路1
2の回路構成を説明する。駆動回路12は、スタートパ
ルス信号φS を位相のずれた2相のクロック信号φA
φB に同期して転送することにより、下位ビット出力か
ら上位ビット出力へ順次に論理値“H”の駆動信号を発
生させるシフトレジスタである。
First, based on FIG. 5, the third drive circuit 1
The circuit configuration of No. 2 will be described. The drive circuit 12 transfers the start pulse signal φ S in synchronism with the two-phase clock signals φ A and φ B which are out of phase, so that the logical value “H” is sequentially output from the lower bit output to the upper bit output. It is a shift register that generates a drive signal.

【0053】すなわち、最初に駆動信号S1 だけが
“H”レベル、他の上位ビット出力は全て“L”レベル
となり、次の周期では下位2ビットの駆動信号S1 、S
2 が“H”レベルで他の上位ビット出力は全て“L”レ
ベルとなり、さらに次の周期では下位3ビットの駆動信
号S1 とS2 およびS3 が“H”レベルで他の上位ビッ
ト出力は全て“L”レベルとなるというように、駆動信
号の“H”出力レベルが下位ビットから順次に上位ビッ
トへ拡がるように変化する。
That is, first, only the drive signal S 1 is at the “H” level, and the outputs of the other upper bits are all at the “L” level, and in the next cycle, the drive signals S 1 , S of the lower 2 bits are set.
2 becomes the "H" every other upper bits output at the level "L" level, yet other upper bit output by the lower three drive signals S 1 and S 2 and S 3 bits "H" level in the next cycle Are all at the "L" level, and the "H" output level of the drive signal changes so as to sequentially expand from the lower bit to the upper bit.

【0054】図5に示すように、各ビットは同等のセル
構造を有しているので、代表的に第1ビット目の回路を
説明する。3個のMOSトランジスタu11、u12、u13
がソース・ドレイン路を直列として電圧VL の信号線と
クロック信号φB の信号線間に接続され、トランジスタ
13のゲート接点にはリセット信号RSの信号線が接続
される。
Since each bit has the same cell structure as shown in FIG. 5, the circuit of the first bit will be representatively described. Three MOS transistors u 11 , u 12 , u 13
Is connected between the signal line of the voltage V L and the signal line of the clock signal φ B with the source / drain path connected in series, and the signal line of the reset signal RS is connected to the gate contact of the transistor u 13 .

【0055】トランジスタu11のゲート接点とドレイン
接点間にはブートストラップ用コンデンサε11が接続
し、トランジスタu12のゲート接点とソース接点が共通
接続すると共に、他のMOSトランジスタu14のソース
接点に接続し、トランジスタu 14のドレイン接点が電圧
L の信号線、ゲート接点がクロック信号φA の信号線
にそれぞれ接続している。
Transistor u11Gate contact and drain
Bootstrap capacitor ε between contacts11Connected
And transistor u12Common gate and source contacts
While connecting, other MOS transistor u14Source of
Connect to contact, transistor u 14The drain contact of the
VLSignal line and gate contact are clock signals φASignal line
Are connected to each.

【0056】さらに、MOSトランジスタu11、u12
13、u14で構成される回路と同一構成の回路がMOS
トランジスタu21、u22、u23、u24およびブートスト
ラップ用コンデンサε21で形成され、トランジスタu12
のドレイン接点(出力点)とトランジスタu21のゲート
接点(入力点)が接続している。ただし、信号φA とφ
B の接続は逆になる。
Further, the MOS transistors u 11 , u 12 ,
A circuit having the same structure as the circuit composed of u 13 and u 14 is a MOS.
The transistor u 12 , u 22 , u 23 , u 24 and the bootstrap capacitor ε 21 form a transistor u 12.
The drain contact (output point) of is connected to the gate contact (input point) of the transistor u 21 . However, the signals φ A and φ
B connections are reversed.

【0057】そして、このビット入力がトランジスタu
11のゲート接点に相当し、ビット出力がトランジスタu
22のドレイン接点に相当する。そして、これらのビット
セルの入力と出力を縦続接続することによりnビット出
力のシフトレジスタを構成し、最下位ビットセルへのス
タートパルス信号φS の入力は、クロック信号φA に同
期して導通状態となるアナログスイッチu00を介して行
なうになっている。
The bit input is the transistor u
Corresponding to the gate contact of 11 , the bit output is transistor u
Equivalent to 22 drain contacts. Then, the input and output of these bit cells are cascaded to form an n-bit output shift register, and the input of the start pulse signal φ S to the least significant bit cell is turned on in synchronization with the clock signal φ A. The analog switch u 00 is used.

【0058】次に、図6〜図8において、n型半導体基
板13の表面側に、受光領域7を形成するためのpウェ
ル層14と、第1の駆動回路10を形成するためのpウ
ェル層15、および第2、第3の駆動回路11、12を
形成するためのpウェル層16が埋設され、これらのp
ウェル層14、15、16内にそれぞれ所定の回路を形
成している。
Next, in FIGS. 6 to 8, on the surface side of the n-type semiconductor substrate 13, a p-well layer 14 for forming the light receiving region 7 and a p-well for forming the first drive circuit 10 are formed. A layer 15 and a p-well layer 16 for forming the second and third drive circuits 11 and 12 are buried, and these p
Predetermined circuits are formed in the well layers 14, 15 and 16, respectively.

【0059】まず、受光領域7は、図6に示すようにp
ウェル層14内にn+ 型不純物からなる複数の不純物層
17を行方向Xおよび列方向Yに沿ってマトリクス状に
配列形成することにより、図4中のPで示すフォトダイ
オードが形成され、さらに行方向Yに配列される各不純
物層17に隣接してn型の不純物層(図8中の点線で示
す部分)18を形成することにより、図6の垂直電荷転
送路L1 〜Lm が形成されている。
First, as shown in FIG.
By forming a plurality of impurity layers 17 made of n + -type impurities in the well layer 14 in a matrix along the row direction X and the column direction Y, a photodiode shown by P in FIG. 4 is formed, and By forming an n-type impurity layer (a portion indicated by a dotted line in FIG. 8) 18 adjacent to each impurity layer 17 arranged in the row direction Y, the vertical charge transfer paths L 1 to L m in FIG. Has been formed.

【0060】そして、図6のTgで示す(1ヵ所だけ代
表して示す)トランスファゲートとなる部分とフォトダ
イオードの部分および垂直電荷転送路の部分を除く周囲
にp + 型不純物層19を形成することで、チャンネルス
トッパ領域(図6の点線で囲む斜線部分)を形成してい
る。
Then, it is shown by Tg in FIG. 6 (only one place is
(Shown as an example) Transfer gate and photo
Periphery excluding the ion part and the vertical charge transfer path part
To p +By forming the type impurity layer 19,
Forming the topper area (the shaded area surrounded by the dotted line in FIG. 6)
It

【0061】なお、図6では、図4中のフォトダイオー
ドPを各行毎にP1 、P2 、P3 、P4 ……で示してい
る。さらに、図6において、垂直電荷転送路L1 〜Lm
の上面には、各行毎に配列されたフォトダイオード
1 、P2 、P3 、P4 ……に隣接する領域に、それぞ
れ図示するように、2本宛の別個のポリシリコン層から
なるゲート電極G11〜G41、G12〜G42、G13〜G43
……G1n〜G4nが積層され、さらに、ゲート電極G11
第1番目のゲート電極とすると、図6および図7に示す
ように、奇数番目のゲート電極G11、G31、G12
32、G13、G33、……の幅W2を広く形成してある。
In FIG. 6, the photodiodes P in FIG. 4 are indicated by P 1 , P 2 , P 3 , P 4, ... For each row. Further, in FIG. 6, the vertical charge transfer paths L 1 to L m
On the upper surface of the gate, in regions adjacent to the photodiodes P 1 , P 2 , P 3 , P 4 ... Electrodes G 11 to G 41 , G 12 to G 42 , G 13 to G 43 ,
.. G 1n to G 4n are stacked, and when the gate electrode G 11 is the first gate electrode, as shown in FIGS. 6 and 7, odd-numbered gate electrodes G 11 , G 31 , G 12 ,
The width W2 of G 32 , G 13 , G 33 , ... Is wide.

【0062】そして、それぞれのゲート電極に、後述す
る所定タイミングのゲート信号φ11、φ21、φ31
φ41、φ12、φ22、φ32、φ42、を印加することによ
り、各ゲート電極下の垂直電荷転送路に電荷転送のため
のポテンシャル井戸(以下、転送ピクセルという)とポ
テンシャル障壁を発生させる。
Then, gate signals φ 11 , φ 21 , φ 31 , at predetermined timings, which will be described later, are applied to the respective gate electrodes.
By applying φ 41 , φ 12 , φ 22 , φ 32 , φ 42 , potential wells (hereinafter referred to as transfer pixels) and potential barriers for charge transfer are generated in the vertical charge transfer paths under each gate electrode. Let

【0063】また、偶数番目のゲート電極G21、G41
22、G42、G23、G43、……に所定の高電圧の信号を
印加すると、トランスファゲートTgが導通状態となっ
て、各フォトダイオードP1 、P2 、P3 、P4 ……と
それぞれに隣接する偶数番目のゲート電極G21、G41
22、G42、G23、G43、……の下に発生する転送ピク
セルが導通状態となり、フォトダイオードから転送ピク
セルへ信号電荷をフィールドシフトさせることができる
構造となっている。
Further, the even-numbered gate electrodes G 21 , G 41 ,
G 22, G 42, G 23 , G 43, is applied a signal of a predetermined high voltage to ..., the transfer gate Tg is rendered conductive, the photodiodes P 1, P 2, P 3 , P 4 ... ... and even-numbered gate electrodes G 21 , G 41 , and
The transfer pixels generated under G 22 , G 42 , G 23 , G 43 , ... Are in a conductive state, and the signal charge can be field-shifted from the photodiode to the transfer pixel.

【0064】さらに、図6に示すように、垂直電荷転送
路L1 〜Lm の終端部に水平電荷転送路8が形成され、
4相駆動方式または2相駆動方式に準じたタイミングで
信号電荷を水平方向へ転送するためのゲート電極が設け
られている。
Further, as shown in FIG. 6, a horizontal charge transfer path 8 is formed at the end of the vertical charge transfer paths L 1 to L m .
A gate electrode for transferring signal charges in the horizontal direction is provided at a timing conforming to the 4-phase driving method or the 2-phase driving method.

【0065】次に、図4の駆動回路10の回路構成を図
6および図8と共に説明する。水平電荷転送路8にもっ
とも近いゲート電極G11を第1番目のゲート電極とする
と、奇数番目のゲート電極G11、G12、G13、G33、…
…の各先端部がNMOSトランジスタM11、M31
12、M32、M13、M33、……を介して、信号VL の信
号線に接続し、偶数番目のゲート電極G21、G41
22、G42、G23、G43、……の各先端部がNMOSト
ランジスタM21、M41、M22、M42、M23、M43、……
を介して、駆動信号φH の信号線に接続されている。ま
た、これらのトランジスタのゲート接点には、駆動信号
φG が供給される。
Next, the circuit configuration of the drive circuit 10 of FIG. 4 will be described with reference to FIGS. 6 and 8. If the gate electrode G 11 closest to the horizontal charge transfer path 8 is the first gate electrode, odd-numbered gate electrodes G 11 , G 12 , G 13 , G 33 , ...
Each of the leading ends of ... Is an NMOS transistor M 11 , M 31 ,
The even-numbered gate electrodes G 21 , G 41 , connected to the signal line of the signal V L via M 12 , M 32 , M 13 , M 33 , ....
The tips of G 22 , G 42 , G 23 , G 43 , ... Are NMOS transistors M 21 , M 41 , M 22 , M 42 , M 23 , M 43 ,.
Is connected to the signal line of the drive signal φ H via. The drive signal φ G is supplied to the gate contacts of these transistors.

【0066】さらに、偶数番目のゲート電極G21
41、G22、G42、G23、G43、……の各先端部には、
npnトランジスタQ21、Q41、Q22、Q42、Q23、Q
43、……の各エミッタ接点が接続し、各npnトランジ
スタのベース接点には駆動信号φFS、コレクタ接点には
電圧VS が印加される。
Furthermore, the even-numbered gate electrodes G 21 ,
G 41 , G 22 , G 42 , G 23 , G 43 , ...
npn transistor Q 21 , Q 41 , Q 22 , Q 42 , Q 23 , Q
43 , ... Emitter contacts are connected, a drive signal φ FS is applied to the base contact of each npn transistor, and a voltage V S is applied to the collector contact.

【0067】そして、これらのNMOSトランジスタ
は、図8のpウェル層15内の構造に示すように、一対
のn+ 型不純物層20、21と、表面部分にゲート電極
を積層した構造からなり、ドレイン接点となるn+ 型不
純物層20に駆動信号φH が印加され、ソース接点とな
るn+ 型不純物層21が垂直電荷転送路上のゲート電極
に接続している。また、信号VL はpウェル層15に埋
設されたp+ 型不純物層22に印加される。
As shown in the structure in the p well layer 15 of FIG. 8, each of these NMOS transistors has a structure in which a pair of n + type impurity layers 20 and 21 and a gate electrode are laminated on the surface portion, The drive signal φ H is applied to the n + -type impurity layer 20 serving as the drain contact, and the n + -type impurity layer 21 serving as the source contact is connected to the gate electrode on the vertical charge transfer path. The signal V L is applied to the p + type impurity layer 22 embedded in the p well layer 15.

【0068】また、npnトランジスタは、pウェル層
15に埋設されたp+ 型不純物層23とn+ 型不純物層
24およびn型の半導体基板13からなり、エミッタ接
点となるn+ 型不純物層24が各ゲート電極に接続し、
ベース接点となるpウェル層15およびp+ 型不純物層
23にタイミング信号φFSが印加され、コレクタ接点と
なるn型の半導体基板13には基板13のバイアス電圧
S が印加される。
The npn transistor is composed of the p + -type impurity layer 23 and the n + -type impurity layer 24 and the n-type semiconductor substrate 13 embedded in the p-well layer 15, and serves as an emitter contact of the n + -type impurity layer 24. Connects to each gate electrode,
A timing signal φ FS is applied to the p-well layer 15 and the p + -type impurity layer 23 that are base contacts, and the bias voltage V S of the substrate 13 is applied to the n-type semiconductor substrate 13 that is a collector contact.

【0069】次に、第2の駆動回路11は、同期制御回
路6から供給されるタイミング信号φ1 〜φ4 を第3の
駆動信号S1 、S2 、S3 、S4 ……Sn に同期して切
換動作するNMOSトランジスタm11、m21、m31、m
41、……からなる。
Next, the second drive circuit 11 supplies the timing signals φ 1 to φ 4 supplied from the synchronization control circuit 6 to the third drive signals S 1 , S 2 , S 3 , S 4 ... S n. NMOS transistors m 11 , m 21 , m 31 , m that perform switching operation in synchronization with
41 consists of ...

【0070】4個ずつのNMOSトランジスタを1組と
して、それらのゲート接点に順番に第3の駆動回路12
の駆動信号S1 、S2 、S3 、S4 、……が印加され、
各組の第1番目のNMOSトランジスタm11、m12、m
13、m14、……のドレイン接点にタイミング信号φ1
第2番目のNMOSトランジスタm21、m22、m23、m
24、……のドレイン接点にタイミング信号φ2 、第3番
目のNMOSトランジスタm31、m32、m33、m34、…
…のドレイン接点にタイミング信号φ3 、第4番目のN
MOSトランジスタm41、m42、m43、m44、……のド
レイン接点にタイミング信号φ4 が供給されている。
One set of four NMOS transistors is provided, and the third drive circuit 12 is sequentially connected to their gate contacts.
Drive signals S 1 , S 2 , S 3 , S 4 , ...
The first NMOS transistors m 11 , m 12 , and m of each set
Timing signal φ 1 , at the drain contact of 13 , m 14 , ...
The second NMOS transistors m 21 , m 22 , m 23 , m
The timing signal φ 2 is applied to the drain contacts of 24 , ..., The third NMOS transistors m 31 , m 32 , m 33 , m 34 ,.
Timing signal φ 3 , 4th N on drain contact
The timing signal φ 4 is supplied to the drain contacts of the MOS transistors m 41 , m 42 , m 43 , m 44 , ....

【0071】なお、図6中、NMOSトランジスタ
11、m21、m31、m41、……の各ソース接点側の信号
φ11、φ21、φ31、φ41、……がタイミング信号φ1
φ2 、φ 3 、φ4 に対応した信号である。
In FIG. 6, the NMOS transistor
m11, Mtwenty one, M31, M41, ... Signals on the source contact side
φ11, Φtwenty one, Φ31, Φ41, …… is the timing signal φ1,
φ2, Φ 3, ΦFourIs a signal corresponding to.

【0072】そして、図示するように、最も水平電荷転
送路8に近いゲート電極G11から順番に各NMOSトラ
ンジスタのソース接点が接続している。第3の駆動回路
12は、上述したように所定タイミングの駆動信号
1 、S2 、S3 、S4 、……Sn を出力するシフトレ
ジスタで形成されている。
Then, as shown in the figure, the source contact of each NMOS transistor is connected in order from the gate electrode G 11 closest to the horizontal charge transfer path 8. The third drive circuit 12 is formed of a shift register that outputs the drive signals S 1 , S 2 , S 3 , S 4 , ... S n at predetermined timings as described above.

【0073】なお、これらの第2、第3の駆動回路1
1、12は、図8に示すpウェル層16中に形成したN
MOS構造のトランジスタおよび電子素子で形成され
る。図8のpウェル層16中には、一例として、NMO
Sトランジスタを構成するn+ 型不純物層25、26お
よびゲート接点を示している。
Incidentally, these second and third drive circuits 1
1 and 12 are N formed in the p-well layer 16 shown in FIG.
It is formed of a MOS structure transistor and an electronic element. In the p-well layer 16 of FIG. 8, as an example, NMO
The n + -type impurity layers 25 and 26 and the gate contact forming the S transistor are shown.

【0074】次に、かかる構造を有する電荷結合型固体
撮像装置の動作を、静止画を撮像する電子スチルカメラ
に適用した場合について説明する。まず、静止画を撮像
するための概略動作を図9を参照して説明する。同図中
のある時点t1 から画素信号の走査読み出しを開始する
ものとすると、その時点t 1 以前に、全フォトダイオー
ドと垂直電荷転送路L1 〜Lm および水平電荷転送路8
に残存していた不要電荷が廃棄され、そして、適宜の期
間で露光が行なわれることによって、フォトダイオード
には被写体光学像に対応する画素信号が発生する。
Next, a charge-coupled solid having such a structure
Electronic still camera that captures still images
The case of application to will be described. First, take a still image
A general operation for doing so will be described with reference to FIG. In the figure
At some point t1Start scanning and reading pixel signals from
If so, at that time t 1Previously, all photodio
And vertical charge transfer path L1~ LmAnd horizontal charge transfer path 8
Unnecessary charges remaining in the
The exposure is performed between the photodiodes
A pixel signal corresponding to the subject optical image is generated at.

【0075】まず、NTSC等の標準テレビジョン方式
の垂直ブランキング期間に相当する期間TVBにおいて、
全フォトダイオードの画素信号を同時に垂直電荷転送路
1 〜Lm の転送ピクセルへ転送し、次の水平ブランキ
ング期間に相当する期間THBにおいて、最も水平電荷転
送路8に近い側の転送ピクセルの画素信号を水平電荷転
送路8に転送し、次に、水平走査期間(所謂、1H期
間)に相当する期間T1Hにおいて、水平電荷転送路8が
1行分の画素信号を水平転送することによって第1行分
の画素信号を読み出す。
First, in a period T VB corresponding to a vertical blanking period of a standard television system such as NTSC,
The pixel signals of all the photodiodes are simultaneously transferred to the transfer pixels in the vertical charge transfer paths L 1 to L m , and in the period THB corresponding to the next horizontal blanking period, the transfer pixel closest to the horizontal charge transfer path 8 is transferred. Of the pixel signals of 1 row are transferred to the horizontal charge transfer path 8, and then the horizontal charge transfer path 8 horizontally transfers the pixel signals of one row in a period T 1H corresponding to a horizontal scanning period (so-called 1H period). The pixel signals for the first row are read out by.

【0076】そして、次の水平ブランキング期間に相当
する期間THBにおいて、垂直電荷転送路L1 〜Lm が次
の行の画素信号を水平電荷転送路8へ転送し、さらに、
次の水平走査期間に相当する期間T1Hにおいて水平電荷
転送路8が水平転送することによって、第2行目の画素
信号を読み出す。
Then, in the period THB corresponding to the next horizontal blanking period, the vertical charge transfer paths L 1 to L m transfer the pixel signals of the next row to the horizontal charge transfer path 8, and further,
In the period T 1H corresponding to the next horizontal scanning period, the horizontal charge transfer path 8 horizontally transfers the pixel signals of the second row.

【0077】さらに、次のブランキング期間と水平走査
間に相当する各期間THBとT1Hにおいて第3行目の画素
信号を読み出す。そして、残りの行の画素信号も同様の
処理を繰り返すことによって順番に読み出し、最終的に
1フレーム画に対応する全画素信号を読み出す。
Further, the pixel signals of the third row are read in the periods T HB and T 1H corresponding to the next blanking period and horizontal scanning. Then, the pixel signals of the remaining rows are sequentially read by repeating the same processing, and finally all pixel signals corresponding to one frame image are read.

【0078】次に、図10に示す各駆動信号およびタイ
ミングチャートに基づいて走査読み出し動作を詳述す
る。なお、図10中の期間TVBが垂直ブランキング期
間、期間THBが水平ブランキング期間、期間T1Hが水平
走査期間に対応している。また、図中の符号“H”は1
2ボルト、“M”は0ボルト、“L”は−8ボルト、
“HH”は基板の電圧と等しい約15〜25ボルトの電
圧レベルを示す。
Next, the scanning read operation will be described in detail based on each drive signal and timing chart shown in FIG. The period T VB in FIG. 10 corresponds to the vertical blanking period, the period T HB corresponds to the horizontal blanking period, and the period T 1H corresponds to the horizontal scanning period. Further, the symbol "H" in the figure is 1
2V, "M" is 0V, "L" is -8V,
"HH" indicates a voltage level of about 15-25 volts which is equal to the voltage on the substrate.

【0079】まず、垂直ブランキング期間に対応する期
間TVBではタイミング信号φH は所定の時点t2
“H”レベルとなる外は“M”レベルとなり、タイミン
グ信号φ G は常に“M”レベルとなり、タイミング信号
φFSはタイミング信号φH が“H”レベルとなるのに同
期して“H”レベルとなる外は“L”レベルとなり、第
3の駆動回路12から出力される全ての駆動信号S1
n は常に“L”レベルとなる。
First, the period corresponding to the vertical blanking period
Interval TVBThen the timing signal φHIs a predetermined time t2so
The outside of the "H" level becomes the "M" level,
Signal φ GIs always "M" level, and timing signal
φFSIs the timing signal φHBecomes the "H" level
In addition to "H" level, it becomes "L" level.
 All drive signals S output from the drive circuit 12 of 31~
SnIs always at "L" level.

【0080】したがって、この期間TVBでは、“M”レ
ベルのタイミング信号φG によって、第1の駆動回路1
0の全てのNMOSトランジスタが導通状態となり、一
方、第3の駆動回路12の全ての駆動信号S1 、S2
3 、……Sn が“L”レベルとなるので、第2の駆動
回路11中の全てのNMOSトランジスタは非導通状態
となり、全てのゲート電極G11、G21、G31、G41〜G
1n、G2n、G3n、G4nは第1の駆動回路10によって制
御される。
Therefore, during this period T VB , the first drive circuit 1 is driven by the timing signal φ G at the “M” level.
0 of all the NMOS transistors become conductive, while all driving signals S 1 , S 2 , of the third driving circuit 12
Since S 3 , ..., S n become “L” level, all the NMOS transistors in the second drive circuit 11 become non-conductive, and all the gate electrodes G 11 , G 21 , G 31 , G 41 to. G
1n , G 2n , G 3n , and G 4n are controlled by the first drive circuit 10.

【0081】すなわち、タイミング信号φH とφFS
“H”レベルとならないときは、奇数番目のゲート電極
11、G31、G12、G32〜G1n、G3nに印加されるゲー
ト信号φ11、φ31、φ12、φ32〜φ1n、φ3nは、“L”
レベルの信号VL (この信号は常に−8ボルトに設定さ
れている)と等しくなり、これらのゲート電極下の垂直
電荷転送路L1 〜Lm にはポテンシャル障壁が発生す
る。
That is, when the timing signals φ H and φ FS are not at the “H” level, the gate signals applied to the odd-numbered gate electrodes G 11 , G 31 , G 12 , G 32 to G 1n and G 3n. φ 11 , φ 31 , φ 12 , φ 32 to φ 1n , φ 3n are “L”
It becomes equal to the level signal V L (this signal is always set to −8 V), and potential barriers are generated in the vertical charge transfer paths L 1 to L m below these gate electrodes.

【0082】一方、偶数番目のゲート電極G21、G41
22、G42〜G2n、G4nに印加されるゲート信号φ21
φ41、φ22、φ42〜φ2n、φ4nは、“M”レベルの信号
φH と等しくなり、これらのゲート電極下の垂直電荷転
送路L1 〜Lm には転送ピクセルが発生する。
On the other hand, the even-numbered gate electrodes G 21 , G 41 ,
A gate signal φ 21 , applied to G 22 , G 42 to G 2n and G 4n ,
φ 41 , φ 22 , φ 42 to φ 2n , φ 4n become equal to the “M” level signal φ H, and transfer pixels are generated in the vertical charge transfer paths L 1 to L m below these gate electrodes. ..

【0083】したがってトランスファゲートTgに隣接
する部分(図6参照)が全て転送ピクセルとなり、これ
らの転送ピクセルはポテンシャル障壁で分離された状態
となる。
Therefore, all the portions (see FIG. 6) adjacent to the transfer gate Tg are transfer pixels, and these transfer pixels are in a state of being separated by the potential barrier.

【0084】このような状態で、所定時点t2 におい
て、タイミング信号φH とφFSが“H”レベルとなる
と、全てのnpnトランジスタQ21、Q41、Q61……が
導通状態となり、偶数番目のゲート電極G21、G41、G
22、G42〜G2n、G4nだけに約15〜25ボルトの
“H”レベルの基板電圧VS がかかるので、全てのトラ
ンスファゲートTgが導通状態となり、全てのフォトダ
イオードの画素信号はそれぞれ隣の転送ピクセルへ転送
される。
In such a state, when the timing signals φ H and φ FS become “H” level at a predetermined time t 2 , all the npn transistors Q 21 , Q 41 , Q 61, ... Th gate electrode G 21 , G 41 , G
22, G 42 ~G 2n, since G 4n only about 15-25 volts at the "H" level of the substrate voltage V S is applied, all the transfer gate Tg is rendered conductive, the pixel signals of all the photodiodes, respectively It is transferred to the next transfer pixel.

【0085】このように、期間TVBでは、所謂フィール
ドシフト動作が行なわれ、図14中の時点t2 に示すよ
うに、各画素信号(斜線の部分が各画素信号を示す)が
垂直転送路へ移される。なお、図14は、ある1つの垂
直電荷転送路の電荷転送動作を示している。
As described above, in the period T VB , a so-called field shift operation is performed, and each pixel signal (the hatched portion indicates each pixel signal) is transferred to the vertical transfer path as shown at time t 2 in FIG. Is moved to. Note that FIG. 14 shows a charge transfer operation of a certain vertical charge transfer path.

【0086】次に、最初の水平ブランキング期間に相当
する期間THBでは、タイミング信号φG が常時“L”レ
ベルとなるので、第1の駆動回路10中の全てのNMO
Sトランジスタが非導通状態となり、全てのゲート電極
から分離される。
Next, during the period T HB corresponding to the first horizontal blanking period, the timing signal φ G is constantly at the “L” level, so that all NMOs in the first drive circuit 10 are included.
The S transistor becomes non-conductive and is separated from all the gate electrodes.

【0087】一方、第3の駆動回路12の最初の出力端
子の駆動信号S1 だけが“M”レベル、他の駆動信号S
2 〜Sn は“L”レベルとなることにより、第2の駆動
回路11中の駆動信号S1 に関わる第1組目のNMOS
トランジスタm11、m21、m 31、m41だけが導通状態と
なる。
On the other hand, the first output terminal of the third drive circuit 12
Child drive signal S1Only "M" level, other drive signal S
2~ SnBecomes the "L" level, and the second drive
Drive signal S in circuit 111First set of NMOS related to
Transistor m11, Mtwenty one, M 31, M41Only with continuity
Become.

【0088】そして、駆動信号S1 だけが“M”レベル
となる期間中に、垂直電荷転送を行なうための4相のタ
イミング信号φ1 、φ2 、φ3 、φ4 が第2の駆動回路
11に入力するので、第1〜第4番目の最初の組のゲー
ト信号φ11、φ21、φ31、φ 41だけがタイミング信号φ
1 、φ2 、φ3 、φ4 と等しくなり、最初の組の第1〜
第4番目のゲート電極G11、G21、G31、G41で電荷転
送を行なうこととなる。なお、この期間THB(時点t3
〜t4 までの期間)の各信号波形を図11に拡大して示
す。
Then, the drive signal S1Only "M" level
During the period of
Imming signal φ1, Φ2, Φ3, ΦFourIs the second drive circuit
Since it is input to 11, the first to fourth sets of games
Signal φ11, Φtwenty one, Φ31, Φ 41Only the timing signal φ
1, Φ2, Φ3, ΦFourEquals 1st to 1st in the first set
Fourth gate electrode G11, Gtwenty one, G31, G41Charge transfer
It will be sent. In addition, this period THB(Time t3
~ TFourThe signal waveforms for the
You

【0089】この結果、信号電荷は、図11のゲート信
号φ11、φ21、φ31、φ41のタイミング(符号の1、
2、3、4、5、6、7で示す)に合わせて図14に示
す第1回目の転送のように水平電荷転送路8側へ移さ
れ、最も水平電荷転送路8に近い第1行目の画素信号q
1jが水平電荷転送路8へ転送されると共に、2行目の画
素信号q2jが第1行目の位置まで移動する。
As a result, the signal charges are generated at the timings of the gate signals φ 11 , φ 21 , φ 31 , and φ 41 of FIG.
2, 3, 4, 5, 6, and 7), the first row is moved to the horizontal charge transfer path 8 side as in the first transfer shown in FIG. 14 and is closest to the horizontal charge transfer path 8. Eye pixel signal q
1j is transferred to the horizontal charge transfer path 8, and the pixel signal q 2j on the second row moves to the position on the first row.

【0090】次に、第1回目の水平走査期間T1H(時点
4 〜t5 の期間)では、ゲート電極への信号の変化が
停止し、一方、水平電荷転送路8が4相駆動方式または
2相駆動方式に準じた所定タイミングのゲート信号α1
〜α4 に同期して水平転送を行なうことにより、最初の
1行分の画素信号を読み出す。
Next, in the first horizontal scanning period T 1H (the period from time t 4 to t 5 ), the change of the signal to the gate electrode is stopped, while the horizontal charge transfer path 8 is in the four-phase driving system. Or a gate signal α 1 at a predetermined timing according to the two-phase drive method
By performing the horizontal transfer in synchronism with to? 4, it reads the first pixel signals for one row.

【0091】次に、時点t5 〜t7 の期間において、時
点t3 〜t5 と同様の動作を繰り返すことにより、次の
行の画素信号の読み出しを行なう。ただし、時点t3
4 の水平ブランキング期間THBでは、第3の駆動回路
12の駆動信号S1 とS2 が同時に“M”レベル、残り
の駆動信号S3 〜Sn が“L”レベルとなる。なお、こ
の期間THBでの各ゲート信号の波形を図12に拡大して
示す。
Next, in the period from time t 5 to t 7 , the same operation as at time t 3 to t 5 is repeated to read the pixel signal of the next row. However, the time t 3 ~
In the horizontal blanking period T HB of t 4 , the drive signals S 1 and S 2 of the third drive circuit 12 simultaneously become “M” level, and the remaining drive signals S 3 to S n become “L” level. The waveforms of the respective gate signals in this period THB are shown enlarged in FIG.

【0092】この結果、第1〜第4番目の第1組のゲー
ト電極G11〜G41と、第5〜第8番目の第2組のゲート
電極G12〜G42が、タイミング信号φ1 〜φ4 に等しい
ゲート信号φ11〜φ41とφ12〜φ42によって駆動される
こととなり、これらのゲート電極下の画素信号が垂直転
送される。
[0092] Consequently, the first to fourth first set of gate electrodes G 11 ~G 41, fifth to eighth second set of gate electrode G 12 ~G 42 is a timing signal phi 1 Driven by gate signals φ 11 to φ 41 and φ 12 to φ 42 , which are equal to φ 4 , and pixel signals under these gate electrodes are vertically transferred.

【0093】すなわち、図12に示すタイミングによる
と、図14の第2番目の垂直走査で示すように、第2行
目の画素信号q2jが水平電荷転送路8へ移り、第3行目
が2行分、第4行目が1行分ずつ水平電荷転送路8側へ
転送される。
That is, according to the timing shown in FIG. 12, as shown in the second vertical scanning of FIG. 14, the pixel signal q 2j of the second row is moved to the horizontal charge transfer path 8 and the third row The second row and the fourth row are transferred to the horizontal charge transfer path 8 side one by one.

【0094】そして、時点t6 〜t7 の水平走査期間T
1Hにおいて、水平電荷転送路8から第2行目の画素信号
2jを読み出す。次に、時点t7 から第3回目の走査読
み出しを開始すると、第3の駆動回路12の駆動信号S
1 、S2 とS3 が“M”レベルとなり、残りの駆動信号
4 〜S n が“L”レベルとなるので、第1〜第3組の
第1番目〜第12番目のゲート電極G11〜G41、G12
42、G13〜G43によって垂直電荷転送が行なわれる。
したがって、図14の第3番目の組に示すように第3行
目の画素信号q3jが水平電荷転送路8へ転送されると共
に、第4〜第6行目の画素信号q4j、q5jがそれぞれ2
行分ずつ、画素信号q6jが1行分、水平電荷転送路8
へ転送される。
Then, at time t6~ T7Horizontal scanning period T
1H, The pixel signal of the second row from the horizontal charge transfer path 8
q2jRead out. Then at time t7From the 3rd scan reading
When the protrusion starts, the drive signal S of the third drive circuit 12
1, S2And S3Becomes "M" level and the remaining drive signal
SFour~ S nBecomes the "L" level,
1st to 12th gate electrodes G11~ G41, G12~
G42, G13~ G43The vertical charge transfer is performed by.
Therefore, as shown in the third set of FIG.
Eye pixel signal q3jIs transferred to the horizontal charge transfer path 8,
To the pixel signals q of the 4th to 6th rows.4j, Q5jEach is 2
Pixel signal q for each row6jFor one line, horizontal charge transfer path8~ side
Transferred to.

【0095】そして、水平電荷転送路8によって第3行
目の画素信号q3jが読みだされる。以後は、各行の画素
信号を読み出す毎に、第3の駆動回路12の駆動信号S
4 〜Sn が順番に“M”レベルに反転していくことによ
り、駆動されるゲート電極が4個宛を組として順次拡大
していき、最後の水平ブランキング期間THB(時点t9
〜t10)では、図13に示すように、全てのゲート信号
φ11〜φ4nがタイミング信号φ1 〜φ4 に等しい波形と
なり、最後の走査読み出しで最終行の画素信号を読みだ
すことができる。
Then, the pixel signal q 3j on the third row is read out by the horizontal charge transfer path 8. After that, every time the pixel signal of each row is read, the drive signal S of the third drive circuit 12 is read.
By 4 to S n is gradually inverted "M" level in sequence, a gate electrode to be driven is continue to gradually expand the four addressed as a set, the last horizontal blanking period T HB (time t 9
At ~ t 10 ), as shown in FIG. 13, all the gate signals φ 11 to φ 4n have the same waveforms as the timing signals φ 1 to φ 4 , and the pixel signal of the last row can be read by the last scanning read. it can.

【0096】図15は、任意の順番、すなわち第k番目
とk+1番目の垂直電荷転送動作をポテンシャルプロフ
ィールで示しているが、図示するように、水平電荷転送
路8側の転送ピクセルから順番に電荷間の距離を拡大し
た転送ピクセルの数が増えていくことにより、水平電荷
転送路8に近い側の画素信号から順に読みだしていくこ
ととなる。
FIG. 15 shows an arbitrary order, that is, the k-th and k + 1-th vertical charge transfer operations by the potential profile. As shown in the figure, charges are sequentially transferred from the transfer pixels on the horizontal charge transfer path 8 side. By increasing the number of transfer pixels with the distance therebetween increased, the pixel signals on the side closer to the horizontal charge transfer path 8 are sequentially read.

【0097】以上に説明した構成によれば、ゲート電極
へゲート信号を供給する駆動回路を、CMOS構造のM
OSトランジスタで形成せず、NMOS構造のMOSト
ランジスタおよびバイポーラ構造のトランジスタで形成
することとしたので、高耐圧の駆動回路を実現すること
ができ、縦型オーバーフロードレインと電子シャッター
機能をもたせることができる。
According to the above-described structure, the drive circuit for supplying the gate signal to the gate electrode has the CMOS structure M
Since the MOS transistor having an NMOS structure and the transistor having a bipolar structure are used instead of the OS transistor, a high breakdown voltage drive circuit can be realized and a vertical overflow drain and an electronic shutter function can be provided. ..

【0098】そして、縦型オーバーフロードレイン構造
を備えることでフォトダイオードの過剰電荷を基板側へ
廃棄してブルーミング等の発生を無くし、また、基板抜
き電子シャッターを可能にし、ノンインターレースのフ
ルフレーム読み出しができる静止画撮像に好適な電荷結
合型固体撮像装置を提供することができる。
Further, by providing the vertical overflow drain structure, excess charges of the photodiode are discarded to the substrate side to prevent the occurrence of blooming and the like, and the electronic shutter without the substrate is enabled to realize the non-interlaced full frame reading. It is possible to provide a charge-coupled solid-state imaging device suitable for still image capturing.

【0099】以上に説明したような電荷結合型固体撮像
装置を実際に試作した結果、初期の期待通りフルフレー
ム読み出しが可能で、且つ過剰電荷の掃き出しや電子シ
ャッターが可能なことを確認できた。しかしながら、こ
のような電荷結合型固体撮像装置を高速動作させようと
すると、制限があることが判った。
As a result of actually making a prototype of the charge-coupled solid-state image pickup device as described above, it was confirmed that full-frame reading can be performed as expected at the initial stage, and excess charges can be swept out and an electronic shutter can be performed. However, it has been found that there is a limitation when trying to operate such a charge-coupled solid-state imaging device at high speed.

【0100】本発明者らの検討の結果、高速動作に対す
る制限は主に多結晶シリコンで形成されたゲート電極の
抵抗と容量に起因するものであることが判った。図1
は、前述の課題を改善することのできる、本発明の実施
例による固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
なお、前述の先の提案にかかる構成と同等部分には同等
の符号を付した。
As a result of studies by the present inventors, it has been found that the limitation on the high speed operation is mainly due to the resistance and capacitance of the gate electrode formed of polycrystalline silicon. Figure 1
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention, which can improve the above-mentioned problems.
In addition, the same reference numerals are given to the same parts as those in the above-mentioned proposal.

【0101】受光部7は、多数のホトダイオードPを行
方向X、列方向Yに配列した構成を有する。このフォト
ダイオードPの各列に隣接して、電荷転送路L1
2 、……Lm が形成されている。これらの電荷転送路
1 、L2 、……Lm の出力端に隣接して、水平電荷転
送路8が形成されている。水平電荷転送路8の出力は、
出力アンプ9を介して取り出される。
The light receiving portion 7 has a structure in which a large number of photodiodes P are arranged in the row direction X and the column direction Y. Adjacent to each column of the photodiodes P, a charge transfer path L 1 ,
L 2 , ..., L m are formed. A horizontal charge transfer path 8 is formed adjacent to the output ends of these charge transfer paths L 1 , L 2 , ..., L m . The output of the horizontal charge transfer path 8 is
It is taken out through the output amplifier 9.

【0102】受光部7のX方向両側には、2組の駆動回
路が設けられている。すなわち、受光部7の右側には駆
動回路10a、11a、12aが設けられ、受光部7の
左側には駆動回路10b、11b、12bが設けられて
いる。
Two sets of drive circuits are provided on both sides of the light receiving section 7 in the X direction. That is, the drive circuits 10a, 11a, 12a are provided on the right side of the light receiving section 7, and the drive circuits 10b, 11b, 12b are provided on the left side of the light receiving section 7.

【0103】駆動回路10a、10bの各々は、前述の
先の考案にかかる駆動回路10と同等の構成を有する。
同様に、駆動回路11a、11bの各々は、前述の駆動
回路11と同等の構成を有し、駆動回路12a、12b
の各々は、前述の駆動回路12と同等の構成を有する。
これら2組の駆動回路には、同等の制御信号が印加され
る。
Each of the drive circuits 10a and 10b has the same structure as the drive circuit 10 according to the above-mentioned invention.
Similarly, each of the drive circuits 11a and 11b has the same configuration as that of the drive circuit 11 described above, and the drive circuits 12a and 12b.
Each has a configuration equivalent to that of the drive circuit 12 described above.
Equivalent control signals are applied to these two sets of drive circuits.

【0104】電荷転送路の各電極は、両端に駆動回路を
備え、両側から制御信号を印加されることになる。この
ため、各駆動回路が受け持つべきゲート電極は、前述の
先の提案と比較して約半分となる。ゲート電極の数及び
距離が約半分となることに伴って、各駆動回路が駆動す
べき信号線の抵抗値は約半分となり、付随容量も約半分
となる。したがって、各ゲート電極の駆動線路の抵抗を
R、付随容量をCとしたとき、RC時定数は約1/4と
なる。したがって、固体撮像装置の高速動作が可能とな
る。
Each electrode of the charge transfer path has a drive circuit at both ends, and a control signal is applied from both sides. Therefore, the number of gate electrodes that each drive circuit should be responsible for is about half that of the above-mentioned proposal. As the number and the distance of the gate electrodes are reduced to about half, the resistance value of the signal line to be driven by each drive circuit is reduced to about half and the associated capacitance is also reduced to about half. Therefore, when the resistance of the drive line of each gate electrode is R and the associated capacitance is C, the RC time constant is about 1/4. Therefore, high-speed operation of the solid-state imaging device becomes possible.

【0105】なお、受光部の両側に駆動回路を備えた固
体撮像装置の構成は、前述の実施例に限らず、種々の固
体撮像装置に適用することができる。図2は、FITC
CD方式による固体撮像装置の実施例を示す。受光部7
は、図1に示す実施例と同様の構成を有し、その下に配
置された蓄積部57は、受光部7のフォトダイオードP
を省略し、電荷転送路のみを含む構成を有する。なお、
蓄積部57はその上に遮光膜を備え、光は入射しない。
蓄積部57の電荷転送路の出力端には、水平電荷転送路
8が配置されており、その出力は出力アンプ9を介して
取り出される。
The structure of the solid-state image pickup device having the drive circuits on both sides of the light-receiving portion is not limited to the above-described embodiment, but can be applied to various solid-state image pickup devices. Figure 2 shows FITC
An example of a solid-state imaging device of the CD system will be shown. Light receiving part 7
Has the same configuration as that of the embodiment shown in FIG. 1, and the storage unit 57 arranged therebelow is the photodiode P of the light receiving unit 7.
Is omitted and only the charge transfer path is included. In addition,
The storage unit 57 has a light-shielding film on it, and light does not enter.
The horizontal charge transfer path 8 is arranged at the output end of the charge transfer path of the storage section 57, and its output is taken out via the output amplifier 9.

【0106】受光部7、蓄積部57の両側には、2組の
駆動回路10c、11c、12cおよび10d、11
d、12dが設けられている。これらの駆動回路は、駆
動する電荷転送路が受光部7および蓄積部57に亘って
形成されている点を除き、図1に示す駆動回路10a、
11a、12aおよび10b、11b、12bと同等で
ある。
Two sets of drive circuits 10c, 11c, 12c and 10d, 11 are provided on both sides of the light receiving section 7 and the storage section 57.
d and 12d are provided. These drive circuits are different from the drive circuit 10a shown in FIG. 1 except that the charge transfer path to be driven is formed over the light receiving portion 7 and the storage portion 57.
Equivalent to 11a, 12a and 10b, 11b, 12b.

【0107】駆動回路から電荷転送路のゲート電極に到
る信号線の抵抗及び容量がそれぞれ約1/2となること
により、RC時定数は約1/4となり、高速動作を促進
することが可能となる。
By reducing the resistance and capacitance of the signal line from the drive circuit to the gate electrode of the charge transfer path to about 1/2, the RC time constant becomes about 1/4, and high speed operation can be promoted. Becomes

【0108】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
The present invention has been described above with reference to the embodiments.
The present invention is not limited to these. For example,
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations and the like can be made.

【0109】[0109]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
行列状に配置された多数の光電変換素子を有する固体撮
像装置において、電荷転送路に制御信号を印加する信号
線の実効抵抗および実効容量がそれぞれ約1/2となる
ことにより、RC時定数は約1/4となり、高速動作が
可能となる。
As described above, according to the present invention,
In the solid-state imaging device having a large number of photoelectric conversion elements arranged in a matrix, the effective resistance and effective capacitance of the signal line for applying the control signal to the charge transfer path are about 1/2, respectively, so that the RC time constant is It is about 1/4, which enables high-speed operation.

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

【図1】本発明の実施例による電荷結合型固体撮像装置
の概略平面図である。
FIG. 1 is a schematic plan view of a charge-coupled solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の実施例による電荷結合型固体撮像
装置の概略平面図である。
FIG. 2 is a schematic plan view of a charge-coupled solid-state imaging device according to another embodiment of the present invention.

【図3】先の提案による電荷結合型固体撮像装置を適用
した電子スチルカメラの構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of an electronic still camera to which the charge-coupled solid-state imaging device proposed above is applied.

【図4】先の提案による電荷結合型固体撮像装置の概略
構成図である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a charge-coupled solid-state imaging device proposed above.

【図5】図4に示す固体撮像装置内の駆動回路12の構
成を説明する回路図である。
5 is a circuit diagram illustrating a configuration of a drive circuit 12 in the solid-state imaging device shown in FIG.

【図6】図4の構成の受光領域の要部構造および周辺回
路構成を示す概略平面図図である。
FIG. 6 is a schematic plan view showing the structure of a main part of a light receiving region having the configuration of FIG. 4 and a peripheral circuit configuration.

【図7】図6中のx−x線に沿う矢視縦断面図である。FIG. 7 is a vertical cross-sectional view taken along the line xx in FIG.

【図8】図6中のy−y線に沿う矢視縦断面図である。FIG. 8 is a vertical cross-sectional view taken along the line yy in FIG.

【図9】走査読み出し動作を概略的に示す信号波形図で
ある。
FIG. 9 is a signal waveform diagram schematically showing a scanning read operation.

【図10】走査読み出し動作を詳細に示すタイミングチ
ャートである。
FIG. 10 is a timing chart showing the scanning read operation in detail.

【図11】図10中の要部タイミングを拡大して示すタ
イミングチャートである。
11 is a timing chart showing an enlarged main part timing in FIG.

【図12】図10中の要部タイミングを拡大して示すタ
イミングチャートである。
12 is a timing chart showing an enlarged main part timing in FIG.

【図13】図10中の要部タイミングを拡大して示すタ
イミングチャートである。
13 is a timing chart showing an enlarged main part timing in FIG.

【図14】走査読み出し時の電荷転送動作を概念的に示
す図である。
FIG. 14 is a diagram conceptually showing a charge transfer operation at the time of scanning and reading.

【図15】走査読み出し時の電荷転送動作を行なうポテ
ンシャルプロフィールである。
FIG. 15 is a potential profile for performing a charge transfer operation during scanning reading.

【図16】従来の電荷結合型固体撮像装置の要部構造を
示す概略平面図である。
FIG. 16 is a schematic plan view showing a main part structure of a conventional charge-coupled solid-state imaging device.

【図17】従来例の動作を説明する信号波形図である。FIG. 17 is a signal waveform diagram for explaining the operation of the conventional example.

【図18】従来例の動作を説明するポテンシャルプロフ
ィールである。
FIG. 18 is a potential profile for explaining the operation of the conventional example.

【図19】従来例の動作を説明する概略図である。FIG. 19 is a schematic diagram illustrating an operation of a conventional example.

【図20】従来例の課題を説明するためのシフトレジス
タの回路図である。
FIG. 20 is a circuit diagram of a shift register for explaining the problems of the conventional example.

【図21】従来例の課題を説明するための固体撮像装置
の一部断面図である。
FIG. 21 is a partial cross-sectional view of a solid-state imaging device for explaining the problems of the conventional example.

【図22】従来例の課題を説明するための固体撮像装置
の一部断面図である。
FIG. 22 is a partial cross-sectional view of a solid-state imaging device for explaining the problems of the conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 撮像光学系 2 機械式絞り機構 3 電荷結合型固体撮像装置 4 信号処理回路 5 記憶機構 6 同期制御回路 7 受光領域 8 水平CCD 9 出力アンプ 10、11、12 駆動回路 1 Imaging Optical System 2 Mechanical Aperture Mechanism 3 Charge-Coupled Solid-State Imaging Device 4 Signal Processing Circuit 5 Storage Mechanism 6 Synchronization Control Circuit 7 Light-Receiving Area 8 Horizontal CCD 9 Output Amplifier 10, 11, 12 Drive Circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 行列状に配置された多数の光電変換素子
と、 前記光電変換素子の各列に沿って形成され、複数のゲー
ト電極を含む電荷転送路と、 行方向に関して、前記行列の両側に配置され、同等の回
路機能を有する2組の制御回路であって、電荷転送路の
各ゲート電極に2方向から同等の制御信号を印加するこ
とのできる2組の制御回路とを含む固体撮像装置。
1. A large number of photoelectric conversion elements arranged in a matrix, a charge transfer path formed along each column of the photoelectric conversion elements and including a plurality of gate electrodes, and both sides of the matrix in the row direction. Solid-state imaging including two sets of control circuits arranged in the same direction and having the same circuit function, and capable of applying the same control signal from two directions to each gate electrode of the charge transfer path. apparatus.
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