JPH07176726A - Charge transfer device - Google Patents

Charge transfer device

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JPH07176726A
JPH07176726A JP5321730A JP32173093A JPH07176726A JP H07176726 A JPH07176726 A JP H07176726A JP 5321730 A JP5321730 A JP 5321730A JP 32173093 A JP32173093 A JP 32173093A JP H07176726 A JPH07176726 A JP H07176726A
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JP
Japan
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gate electrode
charge
output
gate
charge transfer
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Application number
JP5321730A
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Japanese (ja)
Inventor
Seiichi Kawamoto
聖一 川本
Tadakuni Narabe
忠邦 奈良部
Yasuto Maki
康人 真城
Masahide Hirama
正秀 平間
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a charge transfer device which can isolate a floating gate from a gate in a charge transfer part, enhance the charge-to-voltage conversion efficiency of the floating gate, enhance the sensitivity of a solid-state image pick up device and enhance an S/N. CONSTITUTION:Individual electrodes for a first output gate OG1 and a second output gate OG2 are formed between a charge transfer stage and a charge storage part, the electrode for the first output gate OG1 is driven by a constant voltage, and the output of a charge detection part 3 is fed back to the electrode for the second output gate OG2 on the side of the charge storage part via a feedback passage. Thereby, the electrode for the second output gate OG2 is driven by an image-sensing signal S whose phase is identical to that of a voltage change DELTAV in the charge storage part.

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、例えば、フローティン
グ・ゲート増幅器による電荷検出部を備える固体撮像素
子の出力部を含む電荷転送段として用いられる電荷転送
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charge transfer device used as a charge transfer stage including an output part of a solid-state image pickup device having a charge detection part by a floating gate amplifier.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、固体撮像素子の出力部を含む電
荷転送段として用いられる電荷転送装置は、信号電荷を
順次転送する電荷転送部と、フローティング・ディフュ
ージョン増幅器あるいはフローティング・ゲート増幅器
にて構成される電荷検出部とから構成されている。
2. Description of the Related Art Generally, a charge transfer device used as a charge transfer stage including an output part of a solid-state image pickup device comprises a charge transfer part for sequentially transferring signal charges and a floating diffusion amplifier or a floating gate amplifier. And an electric charge detection unit.

【0003】特に、フローティング・ゲート増幅器によ
る電荷検出部は、フローティング・ゲートを用いて、電
荷転送部から転送されてくる信号電荷を非破壊的に検出
することができ、しかも、高密度化が容易であり、寄生
容量も小さく、高感度でノイズも少ないという特徴を有
する。
In particular, the charge detection section using the floating gate amplifier can nondestructively detect the signal charge transferred from the charge transfer section by using the floating gate, and the density can be easily increased. The characteristics are that the parasitic capacitance is small, the sensitivity is high, and the noise is small.

【0004】従来の電荷転送装置は、図7に示すよう
に、例えばP型のシリコン基板を基体として、信号電荷
を順次転送する電荷転送部31と、この電荷転送部31
を転送してくる信号電荷を検出する電荷検出部32とか
ら構成されている。
As shown in FIG. 7, a conventional charge transfer device has a charge transfer section 31 for sequentially transferring signal charges, using a P-type silicon substrate as a base, and the charge transfer section 31.
And a charge detection unit 32 that detects the signal charge that is transferred.

【0005】電荷転送部31は、例えば互いに逆相であ
る2相の駆動パルスφ1及びφ2を1組毎に印加するこ
とにより信号電荷を順次転送するいわゆる2相駆動の転
送方式の構成を有している。
The charge transfer section 31 has a so-called two-phase drive transfer system configuration in which signal charges are sequentially transferred by applying, for example, two-phase drive pulses φ1 and φ2 of opposite phases to each other. ing.

【0006】電荷検出部32は、電荷転送部31から転
送されてくる信号電荷を非破壊的に検出するフローティ
ング・ゲート増幅器で構成される。このフローティング
・ゲート増幅器は電荷転送部31の最終段に隣接して形
成された出力ゲートOGと、フローティング・ゲートF
Gと、プリチャージ・ゲートPG及びドレイン領域Dか
らなる放電用素子33と、更に上記フローティング・ゲ
ート増幅器の後段に出力素子Q1と負荷抵抗素子Q2か
らなるソースフォロア回路34を具備して構成されてい
る。
The charge detection unit 32 is composed of a floating gate amplifier which nondestructively detects the signal charges transferred from the charge transfer unit 31. This floating gate amplifier includes an output gate OG formed adjacent to the final stage of the charge transfer unit 31 and a floating gate F.
G, a discharge element 33 composed of a precharge gate PG and a drain region D, and a source follower circuit 34 composed of an output element Q1 and a load resistance element Q2 in the subsequent stage of the floating gate amplifier. There is.

【0007】上記出力ゲートOGは、そのゲート電極に
直流電圧Vogが供給され、また、プリチャージ・ゲー
トPGは、そのゲート電極にコントロールパルスφpg
が供給される。これによって電荷転送部31から出力ゲ
ートOGを介して転送されフローティング・ゲートFG
に蓄積されていた信号電荷が、ドレイン領域D掃き出さ
れる。
The output gate OG has its gate electrode supplied with the DC voltage Vog, and the precharge gate PG has its gate electrode supplied with a control pulse φpg.
Is supplied. As a result, the floating gate FG is transferred from the charge transfer unit 31 via the output gate OG.
The signal charge accumulated in the drain region D is swept out.

【0008】また、上記フローティング・ゲートFGの
ゲート電極は、リセットパルスPrが供給され、ドレイ
ン端子にリセット用の電源電圧Vrが供給されるスイッ
チングトランジスタTrが接続されている。このスイッ
チングトランジスタTrのゲート電極に上記リセットパ
ルスPrを供給することにより、フローティング・ゲー
ト電極下のポテンシャルがVrレベルに固定される。ま
た、フローティング・ゲート電極下に転送・蓄積された
信号電荷により電圧変化ΔVを後段のソースフォロア回
路34に供給することにより、ソースフォロア回路34
の出力端子φoutから出力電圧(撮像信号)Sとして
出力される。
The gate electrode of the floating gate FG is connected to a switching transistor Tr to which a reset pulse Pr is supplied and a drain terminal thereof is supplied with a power supply voltage Vr for resetting. By supplying the reset pulse Pr to the gate electrode of the switching transistor Tr, the potential under the floating gate electrode is fixed to the Vr level. Further, by supplying the voltage change ΔV to the source follower circuit 34 in the subsequent stage by the signal charge transferred / accumulated under the floating gate electrode, the source follower circuit 34
Is output as an output voltage (imaging signal) S from the output terminal φout.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の電荷転
送装置は、出力ゲートOGにかかる電圧Vogが固定電
位であるため、フローティング・ゲートFGと出力ゲー
トOG間の寄生容量によって、上記電荷−電圧変換効力
の向上の障害となっている。
However, in the above charge transfer device, since the voltage Vog applied to the output gate OG is a fixed potential, the charge-voltage is caused by the parasitic capacitance between the floating gate FG and the output gate OG. It is an obstacle to improving the conversion efficiency.

【0010】本発明は、上述の問題点に鑑み成されたも
のであり、フローティング・ゲートFGと出力ゲートO
G間の寄生容量を低減化でき、さらに、フローティング
・ゲートFGと電荷転送部31のゲートを分離し、フロ
ーティング・ゲートFGにおける電荷−電圧変換効率の
向上を達成でき、固体撮像素子の感度の向上及びS/N
比の向上を図ることができる電荷転送装置の提供を目的
とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and includes a floating gate FG and an output gate O.
The parasitic capacitance between the Gs can be reduced, the floating gate FG and the gate of the charge transfer unit 31 can be separated, and the charge-voltage conversion efficiency in the floating gate FG can be improved, which improves the sensitivity of the solid-state imaging device. And S / N
An object of the present invention is to provide a charge transfer device capable of improving the ratio.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明に係る電荷転送装
置は、電荷蓄積部に蓄積された電荷を検出する電荷検出
部を備える電荷転送装置において、電荷転送段と上記電
荷蓄積部との間に設けられた第1及び第2の出力ゲート
電極と、上記電荷転送段の上記第1の出力ゲート電極に
直流電圧を供給する手段と、上記電荷検出部の出力を上
記電荷蓄積部側の第2の出力ゲート電極に帰還する帰還
路を有することを特徴とする。
A charge transfer device according to the present invention is a charge transfer device comprising a charge detection part for detecting charges accumulated in a charge storage part, wherein a charge transfer stage is provided between the charge transfer stage and the charge storage part. And a means for supplying a DC voltage to the first output gate electrode of the charge transfer stage, and an output of the charge detection unit on the side of the charge storage unit. It is characterized by having a return path for returning to the second output gate electrode.

【0012】本発明に係る電荷転送装置は、電荷蓄積部
に蓄積された電荷を検出する電荷検出部を備える電荷転
送装置において、電荷転送段と上記電荷蓄積部との間に
設けられた出力ゲート電極を有し、上記出力ゲート電極
は、上記電荷蓄積部の両側縁に沿って延長された各延長
部を有することを特徴とする。
The charge transfer device according to the present invention is a charge transfer device comprising a charge detection part for detecting charges accumulated in a charge storage part, wherein an output gate provided between the charge transfer stage and the charge storage part. The output gate electrode has an extension portion extending along both side edges of the charge storage portion.

【0013】また、本発明に係る電荷転送装置は、上記
電荷蓄積部の上に絶縁膜を介してフローティング・ゲー
ト電極が配され、上記フローティング・ゲート電極は、
上記出力ゲート電極の各延長部と対向する各対向部を有
することを特徴とする。
Further, in the charge transfer device according to the present invention, a floating gate electrode is arranged on the charge storage portion via an insulating film, and the floating gate electrode is
It is characterized in that it has respective facing portions facing the respective extension portions of the output gate electrode.

【0014】さらに、本発明に係る電荷転送装置は、上
記出力ゲート電極の各延長部のフローティング・ゲート
電極の対向部との容量は、フローティング容量・ゲート
電極と基板との容量より小さいことを特徴とする。
Furthermore, the charge transfer device according to the present invention is characterized in that the capacitance between each extension of the output gate electrode and the opposing portion of the floating gate electrode is smaller than the capacitance between the floating capacitance / gate electrode and the substrate. And

【0015】[0015]

【作用】本発明に係る電荷転送装置では、電荷転送段と
電荷蓄積部との間に、第1及び第2の出力ゲート電極を
設け、第1の出力ゲート電極を定電圧で駆動するととも
に、電荷検出部の出力を帰還路を介して、上記電荷蓄積
部側の第2の出力ゲート電極に帰還する。これにより、
第2の出力ゲート電極を電荷蓄積部における電圧変化Δ
Vと同相の撮像信号Sで駆動する。
In the charge transfer device according to the present invention, the first and second output gate electrodes are provided between the charge transfer stage and the charge storage section, and the first output gate electrode is driven at a constant voltage. The output of the charge detection unit is fed back to the second output gate electrode on the charge storage unit side via the feedback path. This allows
The second output gate electrode is connected to the charge storage unit by a voltage change Δ
It drives with the imaging signal S of the same phase as V.

【0016】本発明に係る固体撮像素子では、電荷転送
段と電荷蓄積部との間に、出力ゲート電極を設け、上記
出力ゲート電極は、上記電荷蓄積部の両側縁に沿って延
長された各延長部を有する。
In the solid-state imaging device according to the present invention, an output gate electrode is provided between the charge transfer stage and the charge storage part, and the output gate electrode is extended along both side edges of the charge storage part. It has an extension.

【0017】また、本発明に係る固体撮像素子では、上
記電荷蓄積部の上に絶縁体を介してフローティング・ゲ
ート電極を配し、上記フローティング・ゲート電極は、
上記出力ゲートと対向する各対向部を有しており、上記
フローティング・ゲート電極を上記出力ゲートで取り囲
む構成としている。。
Further, in the solid-state image pickup device according to the present invention, a floating gate electrode is arranged on the charge storage portion via an insulator, and the floating gate electrode is
It has a facing portion facing the output gate and surrounds the floating gate electrode with the output gate. .

【0018】さらに、本発明に係る固体撮像素子では、
上記出力ゲート電極の各延長部の上記フローティング・
ゲート電極の対向部との間隔を、フローティング容量・
ゲート電極と基板との間隔よりも小さな間隔としてい
る。
Further, in the solid-state image sensor according to the present invention,
The floating gate of each extension of the output gate electrode
The distance between the facing part of the gate electrode and the floating capacitance
The gap is smaller than the gap between the gate electrode and the substrate.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明に係る電荷転送装置の好適な実
施例を図面を参照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of a charge transfer device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0020】まず、本発明の第1の実施例に係る電荷転
送装置の説明をする。
First, a charge transfer device according to the first embodiment of the present invention will be described.

【0021】図1に示す本発明の第1の実施例に係る電
荷転送装置の出力部1は、例えばP型のシリコン基板を
基体として、信号電荷を順次転送する電荷転送部2と、
この電荷転送部2から転送されてくる信号電荷を検出す
る電荷検出部3とから構成される。
The output section 1 of the charge transfer device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is, for example, a P-type silicon substrate as a substrate, and a charge transfer section 2 for sequentially transferring signal charges.
The charge transfer unit 2 includes a charge detection unit 3 that detects signal charges transferred from the charge transfer unit 2.

【0022】電荷転送部2は、例えばP型のシリコン基
板7表面のN型の不純物拡散領域帯にて構成された水平
レジスタ8と、この水平レジスタ8上に絶縁膜9を介し
て形成された(1層目及び2層目の多結晶シリコン層に
よる)第1及び第2の水平転送電極10及び11とを有
し、更にこれら2枚の水平転送電極10及び11が夫々
1組になって順次水平方向に配列、形成されて構成され
ている。そして、互いに逆相である2相の駆動パルスφ
1及びφ2を1組毎に印加することにより、信号電荷を
順次出力部1側に転送する。
The charge transfer section 2 is formed, for example, with a horizontal register 8 formed of an N type impurity diffusion region band on the surface of a P type silicon substrate 7, and an insulating film 9 on the horizontal register 8. It has first and second horizontal transfer electrodes 10 and 11 (of the first and second polycrystal silicon layers), and these two horizontal transfer electrodes 10 and 11 are respectively set as one set. It is formed by sequentially arranging and forming in the horizontal direction. Then, two-phase drive pulses φ that are in opposite phases to each other
By applying 1 and φ2 for each set, the signal charges are sequentially transferred to the output section 1 side.

【0023】電荷検出部3は、電荷転送部2から転送さ
れてくる信号電荷を非破壊的に検出するフローティング
・ゲート増幅器4を有する。
The charge detection section 3 has a floating gate amplifier 4 for nondestructively detecting the signal charge transferred from the charge transfer section 2.

【0024】上記フローティング・ゲート増幅器4は電
荷転送部2の最終段に隣接して形成された第1及び第2
の出力ゲートOG1及びOG2と、フローティング・ゲ
ートFGと、プリチャージ・ゲートPG及びドレイン領
域Dからなる放電用素子5と、更にこの放電用素子の後
段に出力素子Q1と負荷抵抗素子Q2からなるソースフ
ォロア回路6を具備して構成されている。上記出力素子
Q1と負荷抵抗素子Q2は例えばNチャンネル型MOS
FET(MOS型電界効果トランジスタ)で構成され
る。
The floating gate amplifier 4 has first and second floating gate amplifiers 4 formed adjacent to the final stage of the charge transfer section 2.
Output gates OG1 and OG2, a floating gate FG, a discharge element 5 including a precharge gate PG and a drain region D, and a source including an output element Q1 and a load resistance element Q2 at a stage subsequent to the discharge element. The follower circuit 6 is provided. The output element Q1 and the load resistance element Q2 are, for example, N-channel type MOS.
It is composed of a FET (MOS field effect transistor).

【0025】上記第1の出力ゲートOG1のゲート電極
21は、直流電圧Vog1が供給され、また、プリチャ
ージ・ゲートPGのゲート電極24は、コントロールパ
ルスφpgが供給される。これによって電荷転送部2か
ら第1及び第2の出力ゲートOG1、OG2を介して転
送され、フローティング・ゲートFGに蓄積されていた
信号電荷が、ドレイン領域Dに掃き出される。
A DC voltage Vog1 is supplied to the gate electrode 21 of the first output gate OG1, and a control pulse φpg is supplied to the gate electrode 24 of the precharge gate PG. As a result, the signal charges transferred from the charge transfer unit 2 via the first and second output gates OG1 and OG2 and accumulated in the floating gate FG are swept out to the drain region D.

【0026】また、上記フローティング・ゲートFGの
ゲート電極23は、リセットパルスPrが供給され、ド
レイン端子にリセット用の電源電圧Vrが供給されるス
イッチングトランジスタTrが接続されている。このス
イッチングトランジスタTrのゲート電極に上記リセッ
トパルスPrを供給することにより、フローティング・
ゲートFGのゲート電極23下のポテンシャルがVrレ
ベルに固定される。また、フローティング・ゲートFG
のゲート電極23下に転送・蓄積された信号電荷による
電圧変化ΔVを後段のソースフォロア回路6に供給する
ことにより、ソースフォロア回路6の出力端子φout
から出力電圧(撮像信号)Sとして出力される。
Further, the gate electrode 23 of the floating gate FG is connected to a switching transistor Tr to which a reset pulse Pr is supplied and a drain terminal thereof is supplied with a reset power supply voltage Vr. By supplying the reset pulse Pr to the gate electrode of the switching transistor Tr, floating
The potential below the gate electrode 23 of the gate FG is fixed at the Vr level. In addition, floating gate FG
By supplying the voltage change ΔV due to the signal charges transferred / stored under the gate electrode 23 of the source follower circuit 6 to the output terminal φout of the source follower circuit 6.
Is output as an output voltage (imaging signal) S from the.

【0027】尚、2相の駆動パルスφ1及びφ2並びに
リセットパルスφpg の出力タイミングを図2に示
す。
The output timings of the two-phase drive pulses φ1 and φ2 and the reset pulse φpg are shown in FIG.

【0028】従って、フローティング・ゲートFGのゲ
ート電極23から取り出される電圧変化ΔVは図3の波
形1に示すように、プリチャージドレイン電圧Vddと
蓄積電荷量に基づく信号成分が含まれた信号となる。ま
た、ソースフォロア回路6からの出力信号は、ソースフ
ォロア回路6の利得をG(0.7<G≦1)とすると、
波形2に示すように、上記フローティング・ゲートFG
のゲート電極23から取り出される電圧変化ΔVをG倍
した信号となり、各信号(電圧変化ΔV及び出力信号
S)の関係は同相となる。
Therefore, the voltage change ΔV taken out from the gate electrode 23 of the floating gate FG becomes a signal containing a signal component based on the precharge drain voltage Vdd and the accumulated charge amount as shown by the waveform 1 in FIG. . Further, regarding the output signal from the source follower circuit 6, when the gain of the source follower circuit 6 is G (0.7 <G ≦ 1),
As shown in waveform 2, the floating gate FG
The signal becomes a signal obtained by multiplying the voltage change ΔV extracted from the gate electrode 23 by G times, and the relationship of each signal (voltage change ΔV and output signal S) is in phase.

【0029】このとき、ソースフォロア回路6からの出
力信号Sにおいて、上記フローティング・ゲートFGの
ゲート電極23から取り出される電圧変化ΔVにおける
プリチャージドレイン電圧Vddと対応する電圧はVo
であり、その大小関係はソースフォロア回路6の利得G
の関係からVo<Vddである。
At this time, in the output signal S from the source follower circuit 6, the voltage corresponding to the precharge drain voltage Vdd in the voltage change ΔV taken out from the gate electrode 23 of the floating gate FG is Vo.
And the magnitude relation is the gain G of the source follower circuit 6.
From the relationship, Vo <Vdd.

【0030】しかして、本例においては、ソースフォロ
ア回路6の出力側と第2の出力ゲートOG2のゲート電
極22とを接続した帰還路15を設け、ソースフォロア
回路6から出力される出力信号(撮像信号)Sを第2の
出力ゲートOG2のゲート電極22に帰還させる。この
場合、第2の出力ゲートOG2のゲート電極22にフロ
ーティング・ゲートFGのゲート電極23から取り出さ
れる電圧変化ΔVと同相の信号が供給されることから、
フローティング・ゲートFGと第2の出力ゲートOG2
間の寄生容量が低減化される。
Therefore, in this example, the feedback path 15 connecting the output side of the source follower circuit 6 and the gate electrode 22 of the second output gate OG2 is provided, and the output signal ( The image pickup signal S is fed back to the gate electrode 22 of the second output gate OG2. In this case, since the signal in phase with the voltage change ΔV extracted from the gate electrode 23 of the floating gate FG is supplied to the gate electrode 22 of the second output gate OG2,
Floating gate FG and second output gate OG2
The parasitic capacitance between them is reduced.

【0031】現実的には、ソースフォロア回路6の利得
をGとすると、フローティング・ゲートFGと第2の出
力ゲートOG2間寄生容量 を(1−G)倍ほど低減化
することができる。このことから、理想的には、ソース
フォロア回路6の負荷抵抗素子Q2のゲートに印加され
るバイアス電位Vggを変化させることによって、ソー
スフォロア回路6の利得Gを1に近づけて、フローティ
ング・ゲートFGのゲート電極から取り出される電圧変
化ΔVとソースフォロア回路6からの出力信号Sの電圧
変化の差を0に近づけるようにすれば、フローティング
・ゲートFGと第2の出力ゲートOG2間の寄生容量
を等価的に0にすることができる。
In reality, when the gain of the source follower circuit 6 is G, the parasitic capacitance between the floating gate FG and the second output gate OG2 can be reduced by (1-G) times. Therefore, ideally, by changing the bias potential Vgg applied to the gate of the load resistance element Q2 of the source follower circuit 6, the gain G of the source follower circuit 6 is brought close to 1 and the floating gate FG is reduced. Of the output signal S from the source follower circuit 6 and the voltage change ΔV taken out from the gate electrode of the second gate FG2 are close to 0, the parasitic capacitance between the floating gate FG and the second output gate OG2.
Can be equivalently zero.

【0032】上述のように、本例によれば、ソースフォ
ロア回路6からの出力(撮像信号S)を第2の出力ゲー
トOG2のゲート電極22に帰還させて構成するように
したので、フローティング・ゲートFGと第2の出力ゲ
ートOG2の間の寄生容量を低減化することができる。
また、出力ゲートを2段構成としているため、フローテ
ィング・ゲートFGと電荷転送部のゲートを分離するこ
とができる。即ち、第1の出力ゲートOG1に直流にバ
イアスを与えておくことにより、駆動パルスφ2の第2
の出力ゲートOG2へのカップリングを防止することが
できる。このことから、フローティング・ゲートFGに
おける電荷−電圧変換効率を向上させることができ、固
体撮像素子の感度の向上及びS/N比の向上を図ること
ができる。
As described above, according to the present example, the output (image pickup signal S) from the source follower circuit 6 is fed back to the gate electrode 22 of the second output gate OG2, so that the floating The parasitic capacitance between the gate FG and the second output gate OG2 can be reduced.
Further, since the output gate has a two-stage structure, the floating gate FG and the gate of the charge transfer portion can be separated. That is, by biasing the direct current to the first output gate OG1, the second pulse of the drive pulse φ2
Can be prevented from coupling to the output gate OG2. From this, the charge-voltage conversion efficiency in the floating gate FG can be improved, and the sensitivity and S / N ratio of the solid-state imaging device can be improved.

【0033】次に、本発明の第2の実施例に係る電荷転
送装置の説明をする。
Next, a charge transfer device according to the second embodiment of the present invention will be described.

【0034】上述の第1の実施例の説明では、ソースフ
ォロア回路6の出力を第2の出力ゲートOG2のゲート
電極22に帰還路15を介して帰還するようにしたが、
この第2の実施例に係る固体撮像素子は、上記帰還路1
5を省力したものであり、第1の出力ゲートOG1に隣
接して設けられる第2の出力ゲートOG2を図4に示す
ような構成とすることにより、定電圧で駆動するもので
ある。
In the above description of the first embodiment, the output of the source follower circuit 6 is fed back to the gate electrode 22 of the second output gate OG2 via the return path 15.
The solid-state image sensor according to the second embodiment is the same as the return path 1 described above.
5 is saved, and the second output gate OG2 provided adjacent to the first output gate OG1 is driven by a constant voltage by the configuration shown in FIG.

【0035】尚、上述の第1の実施例と同じ動作を示す
箇所には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略す
る。
The parts showing the same operations as those of the first embodiment described above are designated by the same reference numerals, and the detailed description thereof will be omitted.

【0036】すなわち、図4において、この第2の実施
例に係る固体撮像素子の第2の出力ゲートOG2のゲー
ト電極22は、フローティング・ゲートFGのゲート電
極23の両側縁に沿って延長された各延長部22a、2
2bを有し、フローティング・ゲートFGのゲート電極
23は、第2の出力ゲートOG2のゲート電極22の各
延長部22a、22bと対向する各対向部23a、23
bを有している。具体的には、図5に示すように、第2
の出力ゲートOG2のゲート電極22の各延長部22
a、22bは基板7との間t2を、フローティング・ゲ
ートFGのゲート電極23の対向部23a、23bとの
間隔t1よりも小さな間隔を有する構成としている。
That is, in FIG. 4, the gate electrode 22 of the second output gate OG2 of the solid-state imaging device according to the second embodiment is extended along both side edges of the gate electrode 23 of the floating gate FG. Each extension 22a, 2
The gate electrode 23 of the floating gate FG has a facing portion 23a, 23b of the gate electrode 23 of the second output gate OG2 facing the extension portion 22a, 22b.
b. Specifically, as shown in FIG.
Each extension 22 of the gate electrode 22 of the output gate OG2 of
a, 22b is between t 2 and substrate 7, are configured to have a smaller spacing than the spacing t 1 between the facing portions 23a, 23b of the gate electrode 23 of the floating gate FG.

【0037】これにより、図6に示すように、チャネル
ストップ25とフローティング・ゲートFGのゲート電
極23との間の容量Ccsよりも、第2の出力ゲートO
G2のゲート電極22とフローティング・ゲートFGの
ゲート電極23との間の容量をはるかに小さくすること
ができる。また、出力ゲートを2段構成としているた
め、フローティング・ゲートFGと電荷転送部のゲート
を分離することができる。従って、フローティング・ゲ
ートFGと第2の出力ゲートOG2間の寄生容量を低減
化することができ、フローティング・ゲートFGに関す
る全容量の低減化を実現させることができる。このこと
から、フローティング・ゲートFGにおける電荷−電圧
変換効率を向上させることができ、固体撮像素子の感度
の向上及びS/N比の向上を図ることができる。
As a result, as shown in FIG. 6, the second output gate O is larger than the capacitance Ccs between the channel stop 25 and the gate electrode 23 of the floating gate FG.
The capacitance between the gate electrode 22 of G2 and the gate electrode 23 of the floating gate FG can be made much smaller. Further, since the output gate has a two-stage structure, the floating gate FG and the gate of the charge transfer portion can be separated. Therefore, it is possible to reduce the parasitic capacitance between the floating gate FG and the second output gate OG2, and to reduce the total capacitance related to the floating gate FG. From this, the charge-voltage conversion efficiency in the floating gate FG can be improved, and the sensitivity and S / N ratio of the solid-state imaging device can be improved.

【0038】尚、上述の第2の実施例においては、電荷
転送部と電荷蓄積部との間に第1及び第2の2つの出力
ゲートを設けた構成としたが、第1の出力ゲートを省略
した構成、即ち、電荷蓄積部の両側縁に沿って延長され
た各延長部を有する1つの出力ゲートのみを設けた構成
でも同様の効果が得られる。
In the above-mentioned second embodiment, the first and second output gates are provided between the charge transfer section and the charge storage section, but the first output gate is The same effect can be obtained by the omitted configuration, that is, the configuration in which only one output gate having the respective extension portions extended along both side edges of the charge storage portion is provided.

【0039】次に、本発明の第3の実施例に係る電荷転
送装置の説明をする。
Next, a charge transfer device according to the third embodiment of the present invention will be described.

【0040】上述の第2の実施例の説明では、上記第2
の出力ゲートOG2を定電圧で駆動することとしたが、
この第3の実施例に係る電荷転送装置では、第2の実施
例における上記ソースフォロア回路6の出力を上記第2
の出力ゲートOG2のゲート電極22に帰還する帰還路
を設ける構成とした。
In the above description of the second embodiment, the second
It was decided to drive the output gate OG2 of
In the charge transfer device according to the third embodiment, the output of the source follower circuit 6 in the second embodiment is used as the second output.
A feedback path for returning to the gate electrode 22 of the output gate OG2 is provided.

【0041】このような構成にすることにより、第2の
出力ゲートOG2にフローティング・ゲートFGのゲー
ト電極から取り出される電圧変化ΔVと同相の信号が供
給される。また、チャネルストップ25とフローティン
グ・ゲートFGのゲート電極23との容量Ccsより
も、第2の出力ゲートOG2のゲート電極22とフロー
ティング・ゲートFGのゲート電極23との間の容量を
はるかに小さくすることができ、また、出力ゲートを2
段構成としているため、フローティング・ゲートFGと
電荷転送部のゲートを分離することができる。従って、
フローティング・ゲートFGと第2の出力ゲートOG2
間の寄生容量を低減化することができ、フローティング
・ゲートFGに関する全容量の低減化を実現させること
ができる。このことから、フローティング・ゲートFG
における電荷−電圧変換効率を向上させることができ、
固体撮像素子の感度の向上及びS/N比の向上を図るこ
とができる。
With such a configuration, the second output gate OG2 is supplied with a signal in phase with the voltage change ΔV taken out from the gate electrode of the floating gate FG. Further, the capacitance between the gate electrode 22 of the second output gate OG2 and the gate electrode 23 of the floating gate FG is made much smaller than the capacitance Ccs between the channel stop 25 and the gate electrode 23 of the floating gate FG. Can also have 2 output gates
Because of the step structure, the floating gate FG and the gate of the charge transfer portion can be separated. Therefore,
Floating gate FG and second output gate OG2
The parasitic capacitance between them can be reduced, and the reduction of the total capacitance related to the floating gate FG can be realized. From this, the floating gate FG
Can improve the charge-voltage conversion efficiency in
It is possible to improve the sensitivity and the S / N ratio of the solid-state image sensor.

【0042】尚、上述の第2の実施例の説明では、上記
第2の出力ゲートOG2のゲート電極22の各延長部2
2a、22bは基板との間t2を、フローティング・ゲ
ート電極FGのゲート23の対向部23a、23bとの
間隔t1よりも小さくすること(t1>t2)とした
が、第3の実施例では、例えば、間隔t1と間隔t2を
同じとした場合(t1=t2)、又は間隔t2を間隔t
1よりも大きくした場合(t1<t2)でも同様の効果
を得ることができる。
In the above description of the second embodiment, each extension 2 of the gate electrode 22 of the second output gate OG2 is described.
In 2a and 22b, the distance t2 from the substrate is set to be smaller than the distance t1 between the facing portions 23a and 23b of the gate 23 of the floating gate electrode FG (t1> t2), but in the third embodiment, For example, when the interval t1 and the interval t2 are the same (t1 = t2), or the interval t2 is the interval t.
The same effect can be obtained when the value is set to be larger than 1 (t1 <t2).

【0043】また、第1ないし第3フローティング・ゲ
ートFGのゲート電極23から取り出される電圧変化Δ
Vを出力素子Q1及び負荷抵抗素子Q2からなるソース
フォロア回路5にて増幅する出力部1について適用した
例を示したが、その他、上記ソースフォロア回路6に限
らずボルテージ・フォロア型増幅器であればすべて適用
可能である。
Further, the voltage change Δ taken out from the gate electrode 23 of each of the first to third floating gates FG.
An example in which V is applied to the output unit 1 that amplifies V in the source follower circuit 5 including the output element Q1 and the load resistance element Q2 has been shown. However, other than the source follower circuit 6, any voltage follower type amplifier can be used. All are applicable.

【0044】さらに、電荷転送部2を構成する不純物拡
散領域としてN型を用いることにより、信号電荷として
取り扱うキャリアを電子とした場合について示したが、
その他、電荷転送部2を構成する不純物拡散領域をP型
にして、信号電荷として取り扱うキャリアを正孔とした
場合にも適用可能である。
Further, the case where electrons are used as carriers to be treated as signal charges by using N-type as the impurity diffusion region forming the charge transfer section 2 has been described.
In addition, the present invention can be applied to the case where the impurity diffusion region forming the charge transfer unit 2 is P-type and the carriers handled as signal charges are holes.

【0045】以上の発明は、フローティング・ディフー
ジョン増幅器に適用しても同様の効果が得られる。
The same effects can be obtained by applying the above invention to a floating diffusion amplifier.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明に係る電荷転送装置は、電荷転送
段と電荷蓄積部との間に、第1及び第2の出力ゲート電
極を設け、第1の出力ゲート電極を定電圧で駆動すると
ともに、電荷検出部の出力を帰還路を介して、上記電荷
蓄積部側の第2の出力ゲート電極に帰還する。これによ
り、第2の出力ゲート電極を電荷蓄積部における電圧変
化ΔVと同相の撮像信号Sで駆動する。このため、フロ
ーティング・ゲートと電荷転送部のゲートを分離するこ
とができることから、フローティング・ゲートにおける
電荷−電圧変換効率の向上を達成でき、固体撮像素子の
感度の向上及びS/N比の向上を図ることができる。
In the charge transfer device according to the present invention, the first and second output gate electrodes are provided between the charge transfer stage and the charge storage section, and the first output gate electrode is driven with a constant voltage. At the same time, the output of the charge detection unit is fed back to the second output gate electrode on the charge storage unit side via the feedback path. As a result, the second output gate electrode is driven by the imaging signal S in phase with the voltage change ΔV in the charge storage section. Therefore, since the floating gate and the gate of the charge transfer section can be separated from each other, the charge-voltage conversion efficiency in the floating gate can be improved, the sensitivity of the solid-state imaging device and the S / N ratio can be improved. Can be planned.

【0047】本発明に係る電荷転送装置は、電荷転送段
と電荷蓄積部との間に、出力ゲート電極を設け、上記出
力ゲート電極は、上記電荷蓄積部の両側縁に沿って延長
された各延長部を有する。このため、フローティング・
ゲートと出力ゲート間の寄生容量を低減化でき、固体撮
像素子の感度の向上及びS/N比の向上を図ることがで
きる。
In the charge transfer device according to the present invention, an output gate electrode is provided between the charge transfer stage and the charge storage part, and the output gate electrode is extended along both side edges of the charge storage part. It has an extension. Because of this, floating
The parasitic capacitance between the gate and the output gate can be reduced, and the sensitivity of the solid-state image sensor and the S / N ratio can be improved.

【0048】また、本発明に係る電荷転送装置では、上
記電荷蓄積部の上に絶縁体を介してフローティング・ゲ
ート電極を配し、上記フローティング・ゲート電極は、
上記出力ゲートと対向する各対向部を有しており、上記
フローティング・ゲート電極を上記出力ゲートで取り囲
む構成としている。このため、フローティング・ゲート
と電荷転送部のゲートを分離することができることか
ら、フローティング・ゲートにおける電荷−電圧変換効
率の向上を達成でき、固体撮像素子の感度の向上及びS
/N比の向上を図ることができる。
Further, in the charge transfer device according to the present invention, a floating gate electrode is arranged on the charge storage portion via an insulator, and the floating gate electrode is
It has a facing portion facing the output gate and surrounds the floating gate electrode with the output gate. Therefore, since the floating gate and the gate of the charge transfer unit can be separated from each other, the charge-voltage conversion efficiency in the floating gate can be improved, the sensitivity of the solid-state imaging device can be improved, and the S-value can be improved.
It is possible to improve the / N ratio.

【0049】さらに、本発明に係る電荷転送装置は、上
記出力ゲート電極の各延長部の上記フローティング・ゲ
ート電極の対向部との間隔を、フローティング容量・ゲ
ート電極と基板との間隔よりも小さな間隔としているこ
とにより、チャネル・ストップとフローティング・ゲー
ト電極との間の容量よりも、出力ゲート電極とフローテ
ィング・ゲート電極との間の容量をはるかに小さくする
ことができる。このため、フローティング・ゲートと電
荷転送部のゲートを分離することができることから、さ
らに、フローティング・ゲートにおける電荷−電圧変換
効率の向上を達成でき、固体撮像素子の感度の向上及び
S/N比の向上を図ることができる。
Further, in the charge transfer device according to the present invention, the distance between each extension of the output gate electrode and the facing portion of the floating gate electrode is smaller than the distance between the floating capacitor / gate electrode and the substrate. Therefore, the capacitance between the output gate electrode and the floating gate electrode can be made much smaller than the capacitance between the channel stop and the floating gate electrode. Therefore, since the floating gate and the gate of the charge transfer section can be separated, it is possible to further improve the charge-voltage conversion efficiency in the floating gate, improve the sensitivity of the solid-state imaging device, and improve the S / N ratio. It is possible to improve.

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

【図1】本発明の第1の実施例に係る電荷転送装置の要
部構成を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a main configuration of a charge transfer device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施例における2相の駆動パルス及びリ
セットパルスの出力タイミングを示す波形図である。
FIG. 2 is a waveform diagram showing output timings of two-phase drive pulses and reset pulses in the first embodiment.

【図3】第1の実施例におけるフローティング・ゲート
からの電圧変化とソースフォロア回路からの出力信号の
関係を示す波形図である。
FIG. 3 is a waveform diagram showing the relationship between the voltage change from the floating gate and the output signal from the source follower circuit in the first embodiment.

【図4】本発明の第2の実施例に係る電荷転送装置の要
部の構成を示す構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a configuration of a main part of a charge transfer device according to a second embodiment of the present invention.

【図5】図4に示した電荷転送装置の第2の出力ゲート
のI−I線断面図である。
5 is a sectional view taken along line II of the second output gate of the charge transfer device shown in FIG.

【図6】第2の実施例におけるチャネルストップとフロ
ーティング・ゲート間の容量を説明するための図であ
る。
FIG. 6 is a diagram for explaining a capacitance between a channel stop and a floating gate in the second embodiment.

【図7】従来の電荷転送装置の出力部の構成を示す構成
図である。
FIG. 7 is a configuration diagram showing a configuration of an output section of a conventional charge transfer device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 …… 出力部 2 …… 電荷転送部 3 …… 電荷検出部 4 …… フローティング・ゲート増幅器 5 …… 放電用素子 6 …… ソースフォロア回路 7 …… 基板 8 …… 水平レジスタ 9 …… 絶縁膜 22 …… 第2の出力ゲートのゲート電極 22a、22b …… 第2の出力ゲートのゲート電
極の延長部 23 …… フローティング・ゲートのゲート電極 23a、23b …… フローティング・ゲートのゲ
ート電極の対向部 25 …… チャネルストップ OG1…… 第1の出力ゲート OG2…… 第2の出力ゲート FG …… フローティング・ゲート PG …… リセットゲート D …… ドレイン領域
1 Output unit 2 Charge transfer unit 3 Charge detection unit 4 Floating gate amplifier 5 Discharge device 6 Source follower circuit 7 Substrate 8 Horizontal register 9 Insulation film 22 ...... gate electrode of second output gate 22a, 22b ...... extension of gate electrode of second output gate 23 …… gate electrode of floating gate 23a, 23b …… opposite portion of gate electrode of floating gate 25 ...... Channel stop OG1 ...... First output gate OG2 ...... Second output gate FG ...... Floating gate PG ...... Reset gate D ...... Drain region

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成6年2月2日[Submission date] February 2, 1994

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0007[Correction target item name] 0007

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0007】上記出力ゲートOGは、そのゲート電極に
直流電圧Vogが供給され、また、プリチャージ・ゲー
トPGは、そのゲート電極にコントロールパルスφpg
が供給される。これによって電荷転送部31から出力ゲ
ートOGを介して転送されフローティング・ゲートFG
に蓄積されていた信号電荷が、ドレイン領域Dに掃き出
される。
The output gate OG has its gate electrode supplied with the DC voltage Vog, and the precharge gate PG has its gate electrode supplied with a control pulse φpg.
Is supplied. As a result, the floating gate FG is transferred from the charge transfer unit 31 via the output gate OG.
The signal charge accumulated in the drain region is swept out to the drain region D.

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0017[Correction target item name] 0017

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0017】また、本発明に係る固体撮像素子では、上
記電荷蓄積部の上に絶縁体を介してフローティング・ゲ
ート電極を配し、上記フローティング・ゲート電極は、
上記出力ゲートと対向する各対向部を有しており、上記
フローティング・ゲート電極を上記出力ゲートで取り囲
む構成としている。
Further, in the solid-state image pickup device according to the present invention, a floating gate electrode is arranged on the charge storage portion via an insulator, and the floating gate electrode is
It has a facing portion facing the output gate and surrounds the floating gate electrode with the output gate.

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0018[Correction target item name] 0018

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0018】さらに、本発明に係る固体撮像素子では、
上記出力ゲート電極の各延長部の上記フローティング・
ゲート電極の対向部との間隔を、フローティング容量・
ゲート電極と基板との間隔よりも大きな間隔としてい
る。
Further, in the solid-state image sensor according to the present invention,
The floating gate of each extension of the output gate electrode
The distance between the facing part of the gate electrode and the floating capacitance
The gap is larger than the gap between the gate electrode and the substrate.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0049[Correction target item name] 0049

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0049】さらに、本発明に係る電荷転送装置は、上
記出力ゲート電極の各延長部の上記フローティング・ゲ
ート電極の対向部との間隔を、フローティング容量・ゲ
ート電極と基板との間隔よりも大きな間隔としているこ
とにより、チャネル・ストップとフローティング・ゲー
ト電極との間の容量よりも、出力ゲート電極とフローテ
ィング・ゲート電極との間の容量をはるかに小さくする
ことができる。このため、フローティング・ゲートと電
荷転送部のゲートを分離することができることから、さ
らに、フローティング・ゲートにおける電荷−電圧変換
効率の向上を達成でき、固体撮像素子の感度の向上及び
S/N比の向上を図ることができる。
Further, in the charge transfer device according to the present invention, the distance between each extension of the output gate electrode and the facing portion of the floating gate electrode is larger than the distance between the floating capacitor / gate electrode and the substrate. Therefore, the capacitance between the output gate electrode and the floating gate electrode can be made much smaller than the capacitance between the channel stop and the floating gate electrode. Therefore, since the floating gate and the gate of the charge transfer section can be separated, it is possible to further improve the charge-voltage conversion efficiency in the floating gate, improve the sensitivity of the solid-state imaging device, and improve the S / N ratio. It is possible to improve.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平間 正秀 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Masahide Hirama 6-735 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電荷蓄積部に蓄積された電荷を検出する
電荷検出部を備える電荷転送装置において、 電荷転送段と上記電荷蓄積部との間に設けられた第1及
び第2の出力ゲート電極と、 上記電荷転送段の上記第1の出力ゲート電極に直流電圧
を供給する手段と、 上記電荷検出部の出力を上記電荷蓄積部側の第2の出力
ゲート電極に帰還する帰還路を有することを特徴とする
電荷転送装置。
1. A charge transfer device including a charge detection unit for detecting charges accumulated in a charge accumulation unit, wherein first and second output gate electrodes provided between a charge transfer stage and the charge accumulation unit. A means for supplying a DC voltage to the first output gate electrode of the charge transfer stage, and a feedback path for returning the output of the charge detection unit to the second output gate electrode on the charge storage unit side. A charge transfer device characterized by:
【請求項2】 電荷蓄積部に蓄積された電荷を検出する
電荷検出部を備える電荷転送装置において、 電荷転送段と上記電荷蓄積部との間に設けられた出力ゲ
ート電極を有し、 上記出力ゲート電極は、上記電荷蓄積部の両側縁に沿っ
て延長された各延長部を有することを特徴とする電荷転
送装置。
2. A charge transfer device comprising a charge detection unit for detecting charges stored in a charge storage unit, comprising: an output gate electrode provided between the charge transfer stage and the charge storage unit; The charge transfer device according to claim 1, wherein the gate electrode has extension parts extending along both side edges of the charge storage part.
【請求項3】 上記電荷蓄積部の上に絶縁膜を介してフ
ローティング・ゲート電極が配され、上記フローティン
グ・ゲート電極は、上記出力ゲート電極の各延長部と対
向する各対向部を有することを特徴とする請求項2記載
の電荷転送装置。
3. A floating gate electrode is disposed on the charge storage portion via an insulating film, and the floating gate electrode has respective facing portions facing the respective extension portions of the output gate electrode. The charge transfer device according to claim 2, which is characterized in that.
【請求項4】上記出力ゲート電極の各延長部のフローテ
ィング・ゲート電極の対向部との容量は、フローティン
グ容量・ゲート電極と基板との容量より小さいことを特
徴とする請求項3記載の電荷転送装置。
4. The charge transfer according to claim 3, wherein the capacitance between each extension of the output gate electrode and the opposing portion of the floating gate electrode is smaller than the capacitance between the floating capacitance / gate electrode and the substrate. apparatus.
JP5321730A 1993-06-22 1993-12-21 Charge transfer device Pending JPH07176726A (en)

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KR1019940013977A KR950002084A (en) 1993-06-22 1994-06-21 Charge transfer device
US08/487,887 US5536956A (en) 1993-06-22 1995-06-07 Charge transfer device with reduced parasitic capacitances for improved charge transferring
US08/476,028 US5539226A (en) 1993-06-22 1995-06-07 Charge transfer device having an output gate electrode extending over a floating diffusion layer
US08/554,344 US5640028A (en) 1993-06-22 1995-11-06 Charge transfer device with reduced parasitic capacitances for improved charge transferring
US08/697,178 US5818075A (en) 1993-06-22 1996-08-20 Charge transfer device

Applications Claiming Priority (1)

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