JPH08340100A - Solid-state image pickup device and its driving method - Google Patents

Solid-state image pickup device and its driving method

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JPH08340100A
JPH08340100A JP7145982A JP14598295A JPH08340100A JP H08340100 A JPH08340100 A JP H08340100A JP 7145982 A JP7145982 A JP 7145982A JP 14598295 A JP14598295 A JP 14598295A JP H08340100 A JPH08340100 A JP H08340100A
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light receiving
charge
floating gate
solid
light
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Yoshiaki Hagiwara
良昭 萩原
Yasushi Kanamaki
裕史 金巻
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

PURPOSE: To provide a solid-state image pickup device which can store and hold information on each picture element with low power consumption and from which the information can be read out with low power consumption. CONSTITUTION: An interline transfer type CCD solid-state image pickup device provided with a plurality of two-dimensionally arranged light receiving sections 11 and a plurality of vertical charge transferring sections 12 composed of charge-coupled devices(CCD) arranged at every vertical row of the sections 11. Nonvolatile memories 15 each of which is constituted in a two-layer gate structure having a floating gate 13 as its lower layer and a control gage 14 as its upper layer are respectively provided between the light receiving sections 11 and the vertical charge transferring sections 12 and signals photoelectrically converted at the sections 11 are accumulated in the floating gates 13 by sucking up the signals to the gates 13 as F-N tunnel currents and the signal charges accumulated in the gates 13 are read out to the transferring section 12 through F-N tunnel operations.

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、CCDイメージセンサ
などの固体撮像装置に関し、特に不揮発性メモリを内蔵
した固体撮像装置およびその駆動方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device such as a CCD image sensor, and more particularly to a solid-state image pickup device having a built-in nonvolatile memory and a driving method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】CCDイメージセンサなどの固体撮像装
置においては、メモリ機能を持たないことから、ダイナ
ミック動作で画素(絵素)情報を順次読み出さないとそ
の情報が消えてしまう。そのため、従来は、CCDイメ
ージセンサから画素情報を一旦外部に読み出し、A/D
変換器でディジタル画像情報に変換し、外部メモリに記
憶して保持せざるを得なかった。
2. Description of the Related Art Since a solid-state image pickup device such as a CCD image sensor does not have a memory function, if pixel (picture element) information is not sequentially read by a dynamic operation, the information will be erased. Therefore, conventionally, the pixel information is once read out from the CCD image sensor, and the A / D
It had to be converted into digital image information by a converter and stored in an external memory for storage.

【0003】これに対し、固体撮像装置の各画素ごとに
不揮発性メモリを内蔵した半導体画像記憶装置が、例え
ば特開昭61−48972号公報や特開平2−2607
6号公報などに開示されている。特開昭61−4897
2号公報に開示の半導体画像記憶装置(以下、従来例1
と称する)は、X‐Yマトリクス型固体撮像装置の各画
素部に、酸化膜と電荷捕獲準位を有する窒化膜からなる
ゲート絶縁膜を用いたMNOS(Metal Nitride Oxide S
emiconductor) 型不揮発性アナログメモリを設け、この
MNOS型不揮発性アナログメモリのソースを光電変換
素子を介して接地した構成となっている。
On the other hand, a semiconductor image storage device in which a non-volatile memory is built in each pixel of a solid-state image pickup device is disclosed in, for example, JP-A-61-48972 and JP-A-2-2607.
It is disclosed in Japanese Patent Publication No. 6 and the like. Japanese Patent Laid-Open No. 61-4897
The semiconductor image storage device disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No.
Is referred to as MNOS (Metal Nitride Oxide S) using a gate insulating film made of an oxide film and a nitride film having a charge trap level in each pixel portion of an XY matrix type solid-state imaging device.
An emiconductor) type nonvolatile analog memory is provided, and the source of this MNOS type nonvolatile analog memory is grounded via a photoelectric conversion element.

【0004】一方、特開平2−26076号公報に開示
の半導体装置(以下、引用例2と称する)は、揮発性半
導体記憶装置と不揮発性半導体記憶装置とフォトダイオ
ードとを組み合わせ、フォトダイオードに照射された光
信号を電気信号に変換するとともに、そのデータを不揮
発性半導体記憶装置に転送、記憶させる構成となってい
る。
On the other hand, the semiconductor device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-26076 (hereinafter referred to as reference example 2) is a combination of a volatile semiconductor memory device, a non-volatile semiconductor memory device and a photodiode, and the photodiode is irradiated. The optical signal thus converted is converted into an electric signal, and the data is transferred to and stored in the nonvolatile semiconductor memory device.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の従来例1および従来例2では共に、各画素の情報を
破壊することなく読み出す非破壊読み出しとなってお
り、不揮発性アナログメモリ(不揮発性半導体記憶装
置)に電流を流してその記憶情報を読み出すことになる
ので、消費電力が大きく、特に従来例2の場合には定常
電流が流れるため消費電力が極めて大きいという問題が
あった。
However, in both the conventional example 1 and the conventional example 2 having the above-described structure, the nondestructive read is performed without destroying the information of each pixel, and the nonvolatile analog memory (nonvolatile semiconductor) is used. Since a current is passed through the memory device) to read the stored information, there is a problem that the power consumption is large, and particularly in the case of the conventional example 2, a steady current flows and therefore the power consumption is extremely large.

【0006】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、各画素の情報の記憶
保持およびその読み出しを低消費電力にて実現可能な固
体撮像装置およびその駆動方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a solid-state image pickup device capable of storing and holding information of each pixel and reading the same with low power consumption and its driving. To provide a method.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の固体撮像
装置は、インターライン転送方式の固体撮像装置であっ
て、フローティングゲートを下層に持つ2層ゲート構造
を有して複数個の受光部の各々と垂直電荷転送部との間
に設けられ、各受光部の信号電荷をファウラー‐ノルド
ハイム(以下、F‐N(Fowler-Nordheim) と記す)トン
ネル電流としてフローティングゲートに吸い上げること
によって蓄積し、その信号電荷をF‐Nトンネル動作に
よって垂直電荷転送部に読み出す不揮発性メモリを備え
た構成となっている。
A solid-state image pickup device according to claim 1 is an interline transfer type solid-state image pickup device having a two-layer gate structure having a floating gate in a lower layer. Is provided between each of the above and the vertical charge transfer section, and the signal charge of each light receiving section is accumulated by being absorbed into the floating gate as a Fowler-Nordheim (hereinafter, referred to as FN (Fowler-Nordheim)) tunnel current, It has a configuration including a non-volatile memory for reading the signal charges to the vertical charge transfer unit by an FN tunnel operation.

【0008】請求項2記載の固体撮像装置の駆動方法
は、フローティングゲートを下層に持つ2層ゲート構造
を有して複数個の受光部の各々と垂直電荷転送部との間
に設けられ不揮発性メモリを有するインターライン転送
方式の固体撮像装置において、各受光部で光電変換され
た信号電荷をF‐Nトンネル電流としてフローティング
ゲートに吸い上げることによって蓄積し、このフローテ
ィングゲートに蓄積された信号電荷をF‐Nトンネル動
作によって垂直電荷転送部に読み出すようにしている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of driving a solid-state image pickup device, which has a two-layer gate structure having a floating gate as a lower layer and is provided between each of a plurality of light receiving portions and a vertical charge transfer portion. In an interline transfer type solid-state imaging device having a memory, the signal charges photoelectrically converted in each light receiving unit are absorbed by being absorbed as an FN tunnel current in a floating gate, and the signal charges accumulated in the floating gate are accumulated in the F gate. Read-out is performed to the vertical charge transfer unit by the -N tunnel operation.

【0009】請求項3記載の固体撮像装置は、フレーム
転送方式の固体撮像装置であって、フローティングゲー
トを下層に持つ2層ゲート構造を有して複数個の受光部
の各々に対応して設けられ、各受光部の信号電荷をF‐
Nトンネル電流としてフローティングゲートに吸い上げ
ることによって蓄積し、その信号電荷をF‐Nトンネル
動作によって受光部に読み出す不揮発性メモリを備えた
構成となっている。
A solid-state image pickup device according to a third aspect of the present invention is a frame transfer type solid-state image pickup device having a two-layer gate structure having a floating gate as a lower layer and provided corresponding to each of a plurality of light receiving portions. And the signal charge of each light receiving part is
The nonvolatile memory has a configuration in which a non-volatile memory that stores the N charge as a N tunnel current by sucking it up in a floating gate and reads the signal charge to a light receiving portion by an FN tunnel operation is provided.

【0010】請求項4記載の固体撮像装置の駆動方法
は、フローティングゲートを下層に持つ2層ゲート構造
を有して複数個の受光部の各々に対応して設けられた不
揮発性メモリを感光部に持つフレーム転送方式の固体撮
像装置において、各受光部で光電変換された信号電荷を
F‐Nトンネル電流としてフローティングゲートに吸い
上げることによって蓄積し、このフローティングゲート
に蓄積された信号電荷をF‐Nトンネル動作で受光部に
読み出すようにしている。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of driving a solid-state image pickup device, which comprises a non-volatile memory having a two-layer gate structure having a floating gate as a lower layer and provided corresponding to each of a plurality of light receiving portions. In the frame transfer type solid-state image pickup device having the above-mentioned, the signal charges photoelectrically converted in each light receiving section are accumulated by being absorbed into the floating gate as an FN tunnel current, and the signal charges accumulated in the floating gate are accumulated in the FN. The data is read out to the light receiving portion by the tunnel operation.

【0011】[0011]

【作用】インターライン転送方式の固体撮像装置および
その駆動方法において、2層ゲート構造の上層ゲートに
相当するコントロールゲートにゲート電圧を印加するこ
とで、フローティングゲートの下面側のゲート絶縁膜に
よる障壁エネルギーを電子がトンネル現象、即ちF‐N
トンネリングによって通り抜ける。これにより、受光部
からフローティングゲートに電子が注入される。その結
果、各受光部で光電変換された信号電荷に基づく画素情
報がフローティングゲートに書き込まれ、ここに記憶保
持される。一方、垂直電荷転送部の転送電極に読み出し
電圧を印加することで、フローティングゲートに記憶保
持された画素情報は、F‐Nトンネル動作にて垂直電荷
転送部に読み出される。すなわち、画素情報は、破壊読
み出しにて読み出される。
In the interline transfer type solid-state imaging device and its driving method, by applying a gate voltage to the control gate corresponding to the upper gate of the two-layer gate structure, the barrier energy by the gate insulating film on the lower surface side of the floating gate is applied. Electron is a tunnel phenomenon, that is, FN
Pass through by tunneling. As a result, electrons are injected from the light receiving portion to the floating gate. As a result, pixel information based on the signal charges photoelectrically converted by each light receiving unit is written in the floating gate and stored and held therein. On the other hand, by applying a read voltage to the transfer electrode of the vertical charge transfer unit, the pixel information stored and held in the floating gate is read to the vertical charge transfer unit by the FN tunnel operation. That is, the pixel information is read by destructive reading.

【0012】フレーム転送方式の固体撮像装置およびそ
の駆動方法において、2層ゲート構造の上層ゲートに相
当するコントロールゲートにゲート電圧を印加すること
で、フローティングゲートの下面側のゲート絶縁膜によ
る障壁エネルギーを電子がF‐Nトンネリングによって
通り抜ける。これにより、受光部からフローティングゲ
ートに電子が注入される。その結果、各受光部で光電変
換された信号電荷に基づく画素情報がフローティングゲ
ートに書き込まれ、ここに記憶保持される。一方、各受
光部の透明な転送電極に読み出し電圧を印加すること
で、フローティングゲートに記憶保持された画素情報
は、F‐Nトンネル動作にて再び受光部に読み出され
る。すなわち、画素情報は、破壊読み出しにて読み出さ
れる。
In the frame transfer type solid-state imaging device and its driving method, by applying a gate voltage to the control gate corresponding to the upper gate of the two-layer gate structure, the barrier energy due to the gate insulating film on the lower surface side of the floating gate is reduced. The electrons pass through by FN tunneling. As a result, electrons are injected from the light receiving portion to the floating gate. As a result, pixel information based on the signal charges photoelectrically converted by each light receiving unit is written in the floating gate and stored and held therein. On the other hand, by applying a read voltage to the transparent transfer electrode of each light receiving portion, the pixel information stored and held in the floating gate is read back to the light receiving portion by the FN tunnel operation. That is, the pixel information is read by destructive reading.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。図1は、インターライン転送(I
T)方式の固体撮像装置に適用された本発明の一実施例
を示す構成図である。図1において、フォトダイオード
などからなる複数個の受光部11は、水平および垂直方
向にて2次元配列され、画素単位で入射光をその光量に
応じた電荷量の信号電荷に変換する。これら受光部11
の垂直列ごとに、電荷結合デバイス(CCD;Charge C
oupled Device)からなり、信号電荷を垂直転送する複数
本の垂直電荷転送部12が設けられている。これら垂直
電荷転送部12は、例えば4相の転送クロックVφ1〜
Vφ4によって転送駆動される。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an interline transfer (I
It is a block diagram which shows one Example of this invention applied to the T) system solid-state imaging device. In FIG. 1, a plurality of light receiving portions 11 including photodiodes and the like are two-dimensionally arrayed in the horizontal and vertical directions, and convert incident light into pixel-unit signal charges corresponding to the amount of light. These light receiving parts 11
Charge-coupled device (CCD; Charge C) for each vertical column of
a plurality of vertical charge transfer units 12 which are vertically coupled devices and which vertically transfer signal charges. These vertical charge transfer units 12 have, for example, four-phase transfer clocks Vφ1 to Vφ1.
The transfer is driven by Vφ4.

【0014】また、受光部11の各々と垂直電荷転送部
12の間には、下層にフローティングゲート13を持
ち、上層にコントロールゲート14を持つ2層ゲート構
造の不揮発性メモリ15が設けられている。垂直電荷転
送部12の図面上の下側には、垂直電荷転送部12から
移送される信号電荷を水平転送する水平電荷転送部16
が設けられている。この水平電荷転送部16は、例えば
2相の転送クロックHφ1,Hφ2によって転送駆動さ
れる。水平電荷転送部16の転送先の端部には、信号電
荷を検出して信号電圧に変換する例えばフローティング
・ディフュージョン(FD)構成の電荷検出部17が設
けられている。
A nonvolatile memory 15 having a two-layer gate structure having a floating gate 13 in a lower layer and a control gate 14 in an upper layer is provided between each of the light receiving units 11 and the vertical charge transfer unit 12. . Below the vertical charge transfer unit 12 in the drawing, a horizontal charge transfer unit 16 that horizontally transfers the signal charges transferred from the vertical charge transfer unit 12 is provided.
Is provided. The horizontal charge transfer section 16 is transfer-driven by, for example, two-phase transfer clocks Hφ1 and Hφ2. At the end of the transfer destination of the horizontal charge transfer unit 16, a charge detection unit 17 having, for example, a floating diffusion (FD) configuration that detects the signal charge and converts it into a signal voltage is provided.

【0015】図2に、単位画素の受光部周辺の断面構造
を示す。図2において、n型半導体基板21の上層には
pウェル22が形成されており、受光部11はpウェル
22の表面側に形成されたn型拡散層23からなるnp
接合のフォトダイオード構成となっている。n型拡散層
23の垂直電荷転送部12側を除く周囲には、チャネル
ストップ部となるp+ 型拡散層24が形成されている。
一方、垂直電荷転送部12は、pウェル22の表面側に
形成されたn- 型拡散層25と、その上方に絶縁膜26
を介して転送方向(紙面に垂直な方向)に一定のピッチ
で配列された転送電極27とによって構成されている。
FIG. 2 shows a sectional structure around the light receiving portion of the unit pixel. In FIG. 2, a p-well 22 is formed in the upper layer of the n-type semiconductor substrate 21, and the light receiving part 11 is an np diffusion layer 23 formed on the surface side of the p-well 22.
It has a junction photodiode configuration. A p + -type diffusion layer 24 serving as a channel stop portion is formed around the n-type diffusion layer 23 except for the vertical charge transfer portion 12 side.
On the other hand, in the vertical charge transfer unit 12, the n type diffusion layer 25 formed on the surface side of the p well 22 and the insulating film 26 above the n type diffusion layer 25.
And the transfer electrodes 27 arranged at a constant pitch in the transfer direction (direction perpendicular to the paper surface).

【0016】受光部11と垂直電荷転送部12との間の
基板表面上には、第1ゲート絶縁膜28が形成され、さ
らにその上にはフローティングゲート電極13が形成さ
れている。また、このフローティングゲート電極13の
上には第2ゲート絶縁膜29が形成され、さらにその上
にはコントロールゲート電極14が形成されている。こ
のように、フローティングゲート電極13を下層に、コ
ントロールゲート電極14を上層にそれぞれ持つ2層ゲ
ート構造により、不揮発性メモリ15が構成されてい
る。
A first gate insulating film 28 is formed on the surface of the substrate between the light receiving portion 11 and the vertical charge transfer portion 12, and a floating gate electrode 13 is further formed thereon. A second gate insulating film 29 is formed on the floating gate electrode 13, and a control gate electrode 14 is further formed on the second gate insulating film 29. In this way, the non-volatile memory 15 is formed by the two-layer gate structure having the floating gate electrode 13 in the lower layer and the control gate electrode 14 in the upper layer.

【0017】次に、上記構成のインターライン転送方式
のCCD固体撮像装置における撮像動作について説明す
る。先ず、ある露光期間で露光すると、各受光部11で
は入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷への光電
変換が行われる。その露光期間の終了後、不揮発性メモ
リ15のコントロールゲート電極14に正のゲート電圧
Vcgを印加すると、第1ゲート絶縁膜28による障壁エ
ネルギーを電子eがトンネル現象、即ちF‐Nトンネリ
ングによって通り抜けることにより、受光部11のn型
拡散層23から不揮発性メモリ15のフローティングゲ
ート電極13に電子eが注入される。
Next, the image pickup operation in the CCD solid-state image pickup device of the interline transfer type having the above construction will be described. First, when exposed in a certain exposure period, each light receiving section 11 performs photoelectric conversion of the incident light into a signal charge having a charge amount corresponding to the light amount. When the positive gate voltage Vcg is applied to the control gate electrode 14 of the nonvolatile memory 15 after the end of the exposure period, the electrons e pass through the barrier energy by the first gate insulating film 28 by the tunnel phenomenon, that is, FN tunneling. As a result, electrons e are injected from the n-type diffusion layer 23 of the light receiving unit 11 into the floating gate electrode 13 of the nonvolatile memory 15.

【0018】このとき、図3のポテンシャル図に示すよ
うに、受光部11で光電変換された信号電荷の電荷量だ
けF‐Nトンネル電流としてフローティングゲート電極
13に吸い上げられる。これにより、各受光部11で光
電変換された信号電荷に基づく画素情報は、不揮発性メ
モリ15のフローティングゲート電極13に書き込ま
れ、ここに記憶保持される。
At this time, as shown in the potential diagram of FIG. 3, the FN tunnel current is absorbed by the floating gate electrode 13 by the amount of the signal charge photoelectrically converted by the light receiving portion 11. As a result, the pixel information based on the signal charges photoelectrically converted by each light receiving unit 11 is written in the floating gate electrode 13 of the non-volatile memory 15 and is stored and held here.

【0019】一方、フローティングゲート電極13に記
憶保持された情報は、垂直電荷転送部12の転送電極1
2に正の読み出し電圧Vroを印加することにより、図4
のポテンシャル図に示すように、F‐Nトンネル動作に
よって垂直電荷転送部12に読み出される。すなわち、
不揮発性メモリ15の記憶情報は、破壊読み出しによっ
て垂直電荷転送部12に読み出されることになる。垂直
電荷転送部12に読み出された信号電荷は、垂直電荷転
送部12によって垂直転送され、さらに水平電荷転送部
16によって水平転送された後、電荷検出部17で信号
電圧に変換されて出力される。
On the other hand, the information stored and held in the floating gate electrode 13 is transferred to the transfer electrode 1 of the vertical charge transfer section 12.
2 by applying a positive read voltage Vro to FIG.
As shown in the potential diagram of No. 3, the data is read to the vertical charge transfer unit 12 by the FN tunnel operation. That is,
The information stored in the non-volatile memory 15 is read by the vertical charge transfer unit 12 by destructive reading. The signal charges read to the vertical charge transfer unit 12 are vertically transferred by the vertical charge transfer unit 12, further horizontally transferred by the horizontal charge transfer unit 16, and then converted into a signal voltage by the charge detection unit 17 and output. It

【0020】上述したように、インターライン転送方式
のCCD固体撮像装置に対し、各受光部11と垂直電荷
転送部12との間に不揮発性メモリ15を設け、メモリ
機能を持たせたことにより、各受光部11の画素情報を
不揮発性メモリ15に記憶保持できるため、その画像情
報を時間的に任意に取り出すことができる。このときの
画像情報は、1枚の写真に相当するものである。したが
って、このメモリ機能を持つCCD固体撮像装置は、ス
チール(静止画)カメラに用いて有用なものとなる。特
に、不揮発性メモリ15の記憶情報を破壊読み出しによ
って電荷結合デバイスからなる垂直電荷転送部12に読
み出すようにしたことにより、その読み出しの際に直流
電流が流れることはないため、低消費電力化が図れ、携
帯用製品に用いることで利便性の高いものとなる。
As described above, the interline transfer type CCD solid-state image pickup device is provided with the nonvolatile memory 15 between each light receiving portion 11 and the vertical charge transfer portion 12 so as to have a memory function. Since the pixel information of each light receiving unit 11 can be stored and held in the non-volatile memory 15, the image information can be arbitrarily extracted in terms of time. The image information at this time corresponds to one photograph. Therefore, the CCD solid-state imaging device having this memory function is useful for a still (still image) camera. In particular, since the stored information in the nonvolatile memory 15 is read out to the vertical charge transfer unit 12 formed of a charge-coupled device by destructive reading, a direct current does not flow during the reading, so that the power consumption can be reduced. As a result, it is highly convenient to use for portable products.

【0021】図5に、不揮発性メモリ15の構造の変形
例を示す。この変形例では、図5に示すように、不揮発
性メモリ15の第1ゲート絶縁膜28を厚く形成し、そ
の上にフローティングゲート電極13を形成し、さらに
第2ゲート絶縁膜29を介してコントロールゲート電極
14を形成した構造を採る。この構造によれば、平面視
での不揮発性メモリ15の面積を図2の構造の場合のそ
れと同じと仮定した場合、フローティングゲート電極1
3およびコントロールゲート電極14の中央部が盛り上
がっていることで、実質的な電極面積を大きくとること
ができ、それに伴って容量も大きくなる。換言すれば、
より少ない専有面積にて同じ容量の不揮発性メモリ15
を形成できることになる。
FIG. 5 shows a modification of the structure of the nonvolatile memory 15. In this modified example, as shown in FIG. 5, the first gate insulating film 28 of the non-volatile memory 15 is formed thick, the floating gate electrode 13 is formed on the first gate insulating film 28, and control is performed via the second gate insulating film 29. The structure in which the gate electrode 14 is formed is adopted. According to this structure, assuming that the area of the nonvolatile memory 15 in plan view is the same as that of the structure of FIG. 2, the floating gate electrode 1
3 and the central portion of the control gate electrode 14 are raised, the substantial electrode area can be increased, and the capacitance is increased accordingly. In other words,
Non-volatile memory 15 of the same capacity with a smaller occupied area
Can be formed.

【0022】図6は、フレーム転送(FT)方式のCC
D固体撮像装置に適用された本発明の他の実施例を示す
構成図である。このフレーム転送方式のCCD固体撮像
装置は、画素単位で光電変換を行う感光部61と、この
感光部61で光電変換された1フィールド分の信号電荷
を蓄積する蓄積部62と、この蓄積部62から1ライン
分ずつ移される信号電荷を転送するライン転送部63
と、このライン転送部63の転送先の端部に設けられて
信号電荷を信号電圧に変換する電荷検出部64とを備え
た構成となっている。蓄積部62は、外部光が混入しな
いように遮光された構造となっている。
FIG. 6 shows a frame transfer (FT) type CC.
It is a block diagram which shows the other Example of this invention applied to the D solid-state imaging device. This frame transfer type CCD solid-state imaging device includes a photosensitive section 61 that performs photoelectric conversion in pixel units, an accumulating section 62 that accumulates the signal charges for one field photoelectrically converted by the photosensitive section 61, and the accumulating section 62. From the line transfer unit 63 for transferring the signal charges transferred from the
And a charge detection unit 64 provided at the end of the transfer destination of the line transfer unit 63 to convert the signal charge into a signal voltage. The storage unit 62 has a structure that is shielded so that external light is not mixed.

【0023】感光部61には、複数個の受光部65が2
次元配列されて設けられている。そして、垂直列の各受
光部65は互いに連続して設けられており、その上部に
透明な転送電極(図示せず)が配されることにより、各
受光部65で光電変換した信号電荷を蓄積部62へ転送
する転送部の機能をも有している。また、各受光部65
の横には、下層にフローティングゲート66を持ち、上
層にコントロールゲート67を持つ2層ゲート構造の不
揮発性メモリ68が設けられている。
The photosensitive section 61 has a plurality of light receiving sections 65.
They are arranged in a dimension. Further, the light receiving units 65 in the vertical column are provided in series with each other, and a transparent transfer electrode (not shown) is arranged on the upper part thereof to accumulate the signal charges photoelectrically converted by the respective light receiving units 65. It also has a function of a transfer unit for transferring to the unit 62. In addition, each light receiving unit 65
A non-volatile memory 68 having a two-layer gate structure, which has a floating gate 66 in a lower layer and a control gate 67 in an upper layer, is provided next to the.

【0024】次に、上記構成のフレーム転送方式のCC
D固体撮像装置における撮像動作について説明する。先
ず、ある露光期間で露光すると、各受光部65では入射
光をその光量に応じた電荷量の信号電荷への光電変換が
行われる。その露光期間の終了後、不揮発性メモリ68
のコントロールゲート67に正のゲート電圧を印加する
と、先の実施例の場合と同じ動作原理により、各受光部
65の信号電荷がF‐Nトンネル電流としてフローティ
ングゲート66に吸い上げられることによって書き込ま
れ、ここに記憶保持される。
Next, the CC of the frame transfer system having the above configuration
An image pickup operation in the D solid-state image pickup device will be described. First, when exposed in a certain exposure period, each light receiving section 65 performs photoelectric conversion of incident light into a signal charge having a charge amount corresponding to the light amount. After the end of the exposure period, the nonvolatile memory 68
When a positive gate voltage is applied to the control gate 67 of, the signal charge of each light receiving portion 65 is written by being absorbed in the floating gate 66 as an FN tunnel current according to the same operation principle as in the previous embodiment. It is stored and held here.

【0025】一方、フローティングゲート66に記憶保
持された情報を読み出す際には、先ず、各受光部65に
それまで蓄積されている信号電荷を蓄積部62およびラ
イン転送部63を介して掃き捨てる処理を行う。このよ
うにして、各受光部65に不要な電荷が無い状態にした
後、各受光部65の透明な転送電極(図示せず)に正の
読み出し電圧を印加することにより、フローティングゲ
ート66に記憶保持されていた情報がF‐Nトンネル動
作によって各受光部65に読み出される。そして、各受
光部65に読み出された信号電荷は蓄積部62に移さ
れ、さらにライン転送部63を介して1ライン分ずつ転
送された後、電荷検出部64で信号電圧に変換されて出
力される。
On the other hand, when reading the information stored and held in the floating gate 66, first, a process of sweeping away the signal charges accumulated in each light receiving section 65 up to that point via the accumulation section 62 and the line transfer section 63. I do. In this way, after each light receiving portion 65 is made to have no unnecessary electric charge, a positive read voltage is applied to the transparent transfer electrode (not shown) of each light receiving portion 65 to store it in the floating gate 66. The held information is read out to each light receiving unit 65 by the FN tunnel operation. Then, the signal charges read out to the respective light receiving units 65 are transferred to the storage unit 62, further transferred line by line via the line transfer unit 63, and then converted into a signal voltage by the charge detection unit 64 and output. To be done.

【0026】なお、上記各実施例では、インターライン
転送方式のCCD固体撮像装置およびフレーム転送方式
のCCD固体撮像装置に適用した場合について説明した
が、フレームインターライン転送(FIT)方式のCC
D固体撮像装置にも同様に適用することが可能である。
In each of the above embodiments, the case where the invention is applied to the CCD solid-state image pickup device of the interline transfer system and the CCD solid-state image pickup device of the frame transfer system has been described. However, the CC of the frame interline transfer (FIT) system is used.
The same can be applied to the D solid-state imaging device.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
各受光部に対応して不揮発性メモリを設け、この不揮発
性メモリに各画素情報を記憶するとともに、その情報を
破壊読み出しにて読み出すようにしたことにより、その
読み出しの際に直流電流が流れることはないため、各画
素の情報の記憶保持およびその読み出しを低消費電力に
て実現できることになる。
As described above, according to the present invention,
A non-volatile memory is provided for each light-receiving part, and each pixel information is stored in this non-volatile memory, and the information is read by destructive reading, so that a direct current flows when reading. Therefore, storage and reading of information of each pixel can be realized with low power consumption.

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

【図1】インターライン転送方式のCCD固体撮像装置
に適用された本発明の一実施例を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention applied to an interline transfer type CCD solid-state imaging device.

【図2】単位画素の受光部周辺の断面構造を示す断面図
である。
FIG. 2 is a sectional view showing a sectional structure around a light receiving portion of a unit pixel.

【図3】F‐Nトンネリングによる書き込み時のポテン
シャル図である。
FIG. 3 is a potential diagram during writing by FN tunneling.

【図4】F‐Nトンネリングによる読み出し時のポテン
シャル図である。
FIG. 4 is a potential diagram at the time of reading by FN tunneling.

【図5】不揮発性メモリの構造の変形例を示す断面図で
ある。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a modified example of the structure of the nonvolatile memory.

【図6】フレーム転送方式のCCD固体撮像装置に適用
された本発明の一実施例を示す構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention applied to a frame transfer type CCD solid-state imaging device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,65 受光部 12 垂直電荷転送部 13,66 フローティングゲート 14,67 コントロールゲート 15,68 不揮発性メモリ 61 感光部 62 蓄積部 11, 65 Light receiving part 12 Vertical charge transfer part 13, 66 Floating gate 14, 67 Control gate 15, 68 Non-volatile memory 61 Photosensitive part 62 Storage part

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入射光をその光量に応じた電荷量の信号
電荷に変換する2次元配列された複数個の受光部と、前
記複数個の受光部の垂直列ごとに配された電荷結合デバ
イスからなる複数本の垂直電荷転送部とを有するインタ
ーライン転送方式の固体撮像装置であって、 フローティングゲートを下層に持つ2層ゲート構造を有
して前記複数個の受光部の各々と前記垂直電荷転送部と
の間に設けられ、各受光部の信号電荷をファウラー‐ノ
ルドハイムトンネル電流として前記フローティングゲー
トに吸い上げることによって蓄積し、その信号電荷をフ
ァウラー‐ノルドハイムトンネル動作によって前記垂直
電荷転送部に読み出す不揮発性メモリを備えたことを特
徴とする固体撮像装置。
1. A plurality of light receiving parts arranged two-dimensionally for converting incident light into a signal charge having a charge amount corresponding to the light amount, and a charge-coupled device arranged in each vertical column of the plurality of light receiving parts. An interline transfer type solid-state imaging device having a plurality of vertical charge transfer parts each comprising a plurality of vertical charge transfer parts, wherein each of the plurality of light receiving parts and the vertical charge has a two-layer gate structure having a floating gate in a lower layer It is provided between the transfer section and the signal charge of each light receiving section is accumulated as it is absorbed by the floating gate as a Fowler-Nordheim tunnel current, and the signal charge is stored in the vertical charge transfer section by the Fowler-Nordheim tunnel operation. A solid-state imaging device comprising a nonvolatile memory for reading.
【請求項2】 入射光をその光量に応じた電荷量の信号
電荷に変換する2次元配列された複数個の受光部と、前
記複数個の受光部の垂直列ごとに配された電荷結合デバ
イスからなる複数本の垂直電荷転送部と、フローティン
グゲートを下層に持つ2層ゲート構造を有して前記複数
個の受光部の各々と前記垂直電荷転送部との間に設けら
れ不揮発性メモリとを有するインターライン転送方式の
固体撮像装置において、 前記受光部で光電変換された信号電荷をファウラー‐ノ
ルドハイムトンネル電流として前記フローティングゲー
トに吸い上げることによって蓄積し、 前記フローティングゲートに蓄積された信号電荷をファ
ウラー‐ノルドハイムトンネル動作で前記垂直電荷転送
部に読み出すことを特徴とする固体撮像装置の駆動方
法。
2. A plurality of light receiving sections arranged two-dimensionally for converting incident light into a signal charge having a charge amount corresponding to the light quantity, and a charge coupled device arranged in each vertical column of the plurality of light receiving sections. And a non-volatile memory having a two-layer gate structure having a floating gate as a lower layer and provided between each of the plurality of light receiving units and the vertical charge transfer unit. In an interline transfer type solid-state imaging device having, the signal charges photoelectrically converted by the light receiving unit are accumulated as a Fowler-Nordheim tunnel current by being absorbed in the floating gate, and the signal charges accumulated in the floating gate are accumulated by the Fowler. -A method for driving a solid-state imaging device, characterized in that the vertical charge transfer section is read by a Nordheim tunnel operation.
【請求項3】 入射光をその光量に応じた電荷量の信号
電荷に変換する2次元配列された複数個の受光部からな
る感光部と、前記感光部で光電変換された信号電荷を一
時的に蓄積する蓄積部とを有するフレーム転送方式の固
体撮像装置であって、 フローティングゲートを下層に持つ2層ゲート構造を有
して前記複数個の受光部の各々に対応して設けられ、各
受光部の信号電荷をファウラー‐ノルドハイムトンネル
電流として前記フローティングゲートに吸い上げること
によって蓄積し、その信号電荷をファウラー‐ノルドハ
イムトンネル動作によって前記受光部に読み出す不揮発
性メモリを備えたことを特徴とする固体撮像装置。
3. A photosensitive unit including a plurality of light receiving units arranged two-dimensionally for converting incident light into a signal charge having a charge amount corresponding to the amount of light, and the signal charge photoelectrically converted by the photosensitive unit is temporarily A solid-state image pickup device of a frame transfer system having a storage unit for storing light in each of the plurality of light receiving units, the two-layer gate structure having a floating gate in a lower layer, the light receiving unit being provided for each of the plurality of light receiving units. Solid state characterized by including a non-volatile memory for accumulating the signal charge of a part in the form of a Fowler-Nordheim tunnel current by absorbing it to the floating gate and reading the signal charge to the light receiving part by a Fowler-Nordheim tunnel operation. Imaging device.
【請求項4】 入射光をその光量に応じた電荷量の信号
電荷に変換する2次元配列された複数個の受光部および
フローティングゲートを下層に持つ2層ゲート構造を有
して前記複数個の受光部の各々に対応して設けられた不
揮発性メモリからなる感光部と、前記感光部で光電変換
された信号電荷を一時的に蓄積する蓄積部とを有するフ
レーム転送方式の固体撮像装置において、 前記受光部で光電変換された信号電荷をファウラー‐ノ
ルドハイムトンネル電流として前記フローティングゲー
トに吸い上げることによって蓄積し、 前記フローティングゲートに蓄積された信号電荷をファ
ウラー‐ノルドハイムトンネル動作で前記受光部に読み
出すことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
4. A two-layer gate structure having a plurality of two-dimensionally arranged light receiving portions for converting incident light into signal charges having a charge amount corresponding to the amount of light and a floating gate as a lower layer, In a solid-state imaging device of a frame transfer system having a photosensitive portion formed of a non-volatile memory provided corresponding to each of the light receiving portions, and an accumulating portion for temporarily accumulating signal charges photoelectrically converted by the photosensitive portion, The signal charges photoelectrically converted in the light receiving unit are accumulated as a Fowler-Nordheim tunnel current by being absorbed in the floating gate, and the signal charges accumulated in the floating gate are read out to the light receiving unit by Fowler-Nordheim tunnel operation. A method for driving a solid-state imaging device, comprising:
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