JPS58107670A - Solid state image pickup device - Google Patents

Solid state image pickup device

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JPS58107670A
JPS58107670A JP56206679A JP20667981A JPS58107670A JP S58107670 A JPS58107670 A JP S58107670A JP 56206679 A JP56206679 A JP 56206679A JP 20667981 A JP20667981 A JP 20667981A JP S58107670 A JPS58107670 A JP S58107670A
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transfer
photoelectric conversion
address
vertical transfer
conversion element
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Tetsuo Yamada
哲生 山田
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/148Charge coupled imagers
    • H01L27/14831Area CCD imagers

Abstract

PURPOSE:To increase a dynamic range, to enhance an S/N ratio, and to make it possible to read a high speed signal in time series by reducing vertical transfer stages with respect to the number of photoelectric transducing elements. CONSTITUTION:Potential wells are formed in a staircase shape or in a slant surface shape and combined with a charge coupling principle. Thus complete transfer mode signal paths, i.e. vertical transfer paths 95-a-95-c, 93-a-93-c, 91-a-91-c and 89-a-89-c are formed. A plurality of photoelectric tranceduer element lines 59-a-87-c are provided in correspondence with pairs of transfer stages. These element lines are sequentially addressed and signal charges are sent to the vertical transfer paths. At this time, the element lines belonging to the neighboring transfer stage in these element lines and the neighboring element lines are simultaneously addressed, and the signal charges are sent to the vertical transfer lines. The signal charges are outputted as a time series signal in this way.

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、光電変換素子を半導体基板上に配置形成した
固体撮像装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Technical Field of the Invention The present invention relates to a solid-state imaging device in which a photoelectric conversion element is arranged and formed on a semiconductor substrate.

発明の技術的背景    ・ 光電変換素子を基板上に2次元的に配置形成した2次元
向体操像装置(エリアイメージセンサ)は、テレビカメ
ラ用の撮像部材として特に有用である。第1図にこのよ
うな従来のラインアドレス形2次元固体操像装置の平面
概略図を示し、第2図(、) (b)にp −mフォト
ダイオードから垂直1に号ラインを経て電荷転送装置に
至る断面賦略図及び各部のポテンシャル図を示す。
Technical Background of the Invention - A two-dimensional image sensor (area image sensor) in which photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged on a substrate is particularly useful as an imaging member for a television camera. Figure 1 shows a schematic plan view of such a conventional line address type two-dimensional solid-state imager, and Figure 2 (,) (b) shows the charge transfer from the p-m photodiode vertically through the line number 1. A schematic cross-sectional diagram leading to the device and a potential diagram of each part are shown.

81図には、第1のフォトダイオード列(1−1)〜(
/−f)、第2のフォトダイオード列(j−1)〜(舊
−f)、第8のフォトダイオード列(J−a)〜(a−
ty、第4のフォトダイオード列(4−a)〜(4−f
)及び第5のフォトダイオード列(、li −a )〜
(j−f)がマトリックス状に設けられている。これら
のフォトダイオードによって光電変換された信号を垂直
信号線に移送するために、前記フォトダイオードの各々
に第1〜@5ラインアドレスゲー ト (6−a)−(
S−f)、(7−a)”(7−t)、(s−a) 〜(
a−r)   。
In Figure 81, the first photodiode row (1-1) to (
/-f), second photodiode row (j-1) to (舊-f), eighth photodiode row (J-a) to (a-
ty, fourth photodiode row (4-a) to (4-f
) and the fifth photodiode row (, li -a ) ~
(j-f) are provided in a matrix. In order to transfer signals photoelectrically converted by these photodiodes to vertical signal lines, first to @5 line address gates (6-a)-(
S-f), (7-a)” (7-t), (s-a) ~(
a-r).

(t−a)〜(91−f ) 、 (161−a )〜
(1θ)−f)を介して第1〜第5アドレス線が接続さ
れている。第1〜第5アドレス線には第1〜第5アドレ
スゲートに順次移送パルスを供給するためにラインアド
レス走査回路ブロックIノが、また垂直信号線に移送さ
れた信号電荷を一ラインごとに並列に受は入れ、出力回
路13へ向って順次直列転送するための水平電荷転送装
置12がそれぞれ接続されている。
(t-a) ~ (91-f), (161-a) ~
The first to fifth address lines are connected via (1θ)−f). A line address scanning circuit block I is connected to the first to fifth address lines in order to sequentially supply transfer pulses to the first to fifth address gates, and the signal charges transferred to the vertical signal lines are paralleled line by line. A horizontal charge transfer device 12 for sequentially serially transferring the charges toward the output circuit 13 is connected to each of them.

第2図(1)において、半導体基板、例えばP形半導体
基板K p −nフォトダイオードとなる態形不純物層
14、ラインアドレスゲート15、垂直信号線をなすn
+形導電層16が設けられており、この垂直信号線から
電荷転送装置12へ信号を移送する並列移送ゲー)77
を介して、電荷転送装置120転送電極18、埋め込み
チャネル不純物JJJ9が形成される。また、埋め込み
チャネル不純物層19に沿ってP+形不純物層よりなる
チャネルストップ20が形成されている。
In FIG. 2(1), a semiconductor substrate, for example, a P-type semiconductor substrate K, has an impurity layer 14 forming a p-n photodiode, a line address gate 15, and an n-type semiconductor substrate forming a vertical signal line.
A parallel transfer gate (parallel transfer gate) 77 in which a +-type conductive layer 16 is provided and a signal is transferred from this vertical signal line to the charge transfer device 12
A charge transfer device 120, a transfer electrode 18, and a buried channel impurity JJJ9 are formed through the charge transfer device 120. Further, a channel stop 20 made of a P+ type impurity layer is formed along the buried channel impurity layer 19.

第2図(b)において、垂直信号1IiIをなす不純物
導電層16の残存キャリア21、信号キャリア22、p
−*7オトダイオードの3層14に存在する残存キャリ
ア23、ラインアドレスゲート下のポテンシャル24、
並列移送ゲート17下のポテンシャル25、電荷転送装
置のチャネルポテンシャル26f各々示す、動作原理は
、まず第1ラインアドレスゲートへ移送゛パルスを印加
して第1フォトダイオード列の信号電荷を各垂直信号線
へ移送し、さらに並列移送ゲートを経て水平電荷転送装
置12へ並列転送する。
In FIG. 2(b), residual carriers 21, signal carriers 22, p of the impurity conductive layer 16 forming the vertical signal 1IiI
-*7 Residual carriers 23 existing in the three layers 14 of the photodiode, potential 24 under the line address gate,
The principle of operation is as shown in the potential 25 below the parallel transfer gate 17 and the channel potential 26f of the charge transfer device. First, a transfer pulse is applied to the first line address gate to transfer the signal charge of the first photodiode column to each vertical signal line. The charges are then transferred in parallel to the horizontal charge transfer device 12 via the parallel transfer gate.

しかる後、電荷転送装置12を動作させることにより、
$17オトダイオード列の各フォトダイオードの信号を
時系列信号として出力回路13から取り出す、以下、同
様の動作により第1ラインアドレスゲートフイル に移送パルスを印加することにより、全ての信号を取り
出す仁とができる。
After that, by operating the charge transfer device 12,
$17 The signals of each photodiode in the photodiode array are taken out as time-series signals from the output circuit 13. Hereinafter, all the signals are taken out by applying a transfer pulse to the first line address gate filter using the same operation. I can do it.

背景技術の問題点 以上説明し九従来のラインアドレス形2次元センサでは
、次のような本質的欠点が存在する。
Problems of the Background Art The nine conventional line address type two-dimensional sensors described above have the following essential drawbacks.

即ち、第2図の断面概略図に示すようにp−馳フオドダ
イオードで発生し、蓄積される信号電荷量に比べ垂直信
号線の静電容量が極めて大きいため、垂直信号線KM号
を移送した際の垂直信号線の電位変動は極めて小さい、
しかも、−直信号線をなす不純物層16から埋め込みチ
ャネル不純物層19へ信号を移送する際の移送形態は、
周知のBBDモードであり、いわゆる不完全転送、モー
ドである。従って、信号電荷が電荷転送装置へ移送され
る時間は極めて長く、その時間を長くしても時間ととも
に移送量が増加する大めに8/N比の顕著な改善を計る
ことができない、さら−に、熱的なキャリア放出が垂直
信号線の残存〜キャリア21から電荷転送装置のチャネ
ルポテンシャル26に向って起こるため、正確な信号電
荷量を電荷転送装置へ転送するのが困難である。加えて
、各垂直信号線の上記特性のバラツキは雑音成分として
出力され、それを防ぐのは困難である。
That is, as shown in the cross-sectional schematic diagram in Figure 2, the capacitance of the vertical signal line is extremely large compared to the amount of signal charge generated and accumulated in the p-type photodiode. The potential fluctuation of the vertical signal line is extremely small when
Moreover, the transfer form when transferring a signal from the impurity layer 16 forming the -direct signal line to the buried channel impurity layer 19 is as follows.
This is a well-known BBD mode, which is a so-called incomplete transfer mode. Therefore, the time it takes for signal charges to be transferred to the charge transfer device is extremely long, and even if the time is lengthened, the amount of transfer increases over time, making it impossible to significantly improve the 8/N ratio. Furthermore, thermal carrier emission occurs from the remaining carriers 21 of the vertical signal line toward the channel potential 26 of the charge transfer device, making it difficult to transfer an accurate amount of signal charge to the charge transfer device. In addition, the variation in the characteristics of each vertical signal line is output as a noise component, and it is difficult to prevent this.

このように従来、固体撮像装置としては信号の読み出し
方法の異なるいくつかの有力な方法があるが、同時に回
避困難な欠点を各々有する。
As described above, conventional solid-state imaging devices have several effective methods for reading out signals, but each method has drawbacks that are difficult to avoid.

たとえばインターライン転送形CODイメージセンサで
/Ii、光電変換素子間の狭い領域にCCDを形成せし
めて信号を転送するため、信号電荷量に制限があり、大
きなダイナミックレンジを得るのが難”t、 < 、か
つ光電変換素子に入射した光の洩れ成分による偽信号(
スミア成分)が含まれ易い、又、ラインアドレス形セン
サでは、従来例イ示すように大きなダイナミックレンジ
を得ることはできるが、垂直信号線の容量に対して0!
号電荷来が小さいため1.S/Nが低く電圧液all/
I(じようlL)を起こし易い。
For example, in an interline transfer type COD image sensor, a CCD is formed in a narrow area between photoelectric conversion elements to transfer signals, so there is a limit to the amount of signal charge, making it difficult to obtain a large dynamic range. < , and a false signal (
In line address type sensors, a large dynamic range can be obtained as shown in the conventional example, but the capacitance of the vertical signal line is 0!
1. Because the signal charge is small. S/N is low and voltage liquid all/
Easily causes I (lL).

発明の目的 本発明は上記の◆悄に鑑みてなされたもので、前記BB
D移送による不完全転送モードに起因した欠点を克服し
、S/N比の高いしかも高速信号読出しが実現できる固
体撮像装置を提供することを目的とする。
Purpose of the Invention The present invention has been made in view of the above-mentioned problems.
It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device that overcomes the drawbacks caused by the incomplete transfer mode due to D-transfer, has a high S/N ratio, and can realize high-speed signal readout.

発明の概要 本発明は、階段状あるいは斜面状に形成され九電位井戸
と電荷結合原理を組合わせ電光全転送モード(CODモ
ード)信号路を形成するとともに、1組の転送段に対応
して複数の光11t変換素子列を配設し、これらの光1
m変換素子列を順次アドレスして信号電荷を垂直転送路
へ送出する時、これら光電変換素子列のうち隣接する転
送段に属する光電変換素子列と、これに相隣り合う光電
変換素子列とを同時にアドレスして信号電荷を垂直転送
路へ送出することによ抄、信号電荷を時系列信号として
得るようにしている。本発明では、光@変換素子数に対
(7て垂直    ′1転送段を少なくしており、各転
送段の転送容量(ダイナミックレンジ)を冷加させた構
造の2次元固体撮像#:11を簡単な駆動パルスで動作
させ、?!られる信号が従来のインタートランスファ方
式と同様に時系列信号として送出し得ることに特徴があ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention combines nine potential wells formed in a stepped or sloped shape and the charge coupling principle to form an all-optical transfer mode (COD mode) signal path, and also forms a plurality of signal paths corresponding to one set of transfer stages. A light 11t conversion element array is arranged, and these light 1
When m conversion element rows are sequentially addressed and signal charges are sent to the vertical transfer path, the photoelectric conversion element rows belonging to adjacent transfer stages among these photoelectric conversion element rows and the adjacent photoelectric conversion element rows are By simultaneously addressing the signal charges and sending them to the vertical transfer path, the signal charges are obtained as time-series signals. In the present invention, the number of vertical '1 transfer stages is reduced relative to the number of light@conversion elements (7), and the two-dimensional solid-state imaging #: 11 has a structure in which the transfer capacity (dynamic range) of each transfer stage is cooled. It operates with simple drive pulses and is characterized by the fact that the generated signal can be sent out as a time-series signal in the same way as the conventional intertransfer method.

発明の実施例 第8図は光電変換素子を半導体基板上に列方向及び行方
向に2次元的に配列1−た固体撮像装置の平面概略図で
ある0図において211〜28−eは例えばフォトダイ
オード等で構成された第1光電変換素子列、以下同様に
29−a〜29−・、・・・・・・3F1〜33−・ 
は第2〜第6光離変換素子列、34−a〜34−eはこ
れら光゛鑞変換素子行間に設けられ、これら光電変換 
Embodiment of the Invention FIG. 8 is a schematic plan view of a solid-state imaging device in which photoelectric conversion elements are arranged two-dimensionally in the column and row directions on a semiconductor substrate. A first photoelectric conversion element array composed of diodes and the like, 29-a to 29-, 3F1 to 33-, etc.
34-a to 34-e are provided between the rows of these optical conversion elements, and these photoelectric conversion elements are
.

素子列で発生した信号電荷を垂直方向に並列転送するた
めの垂直転送電極、35はこれら垂直転送電極34−a
〜34−・に垂直転送パルスφVlt印加する1子、S
6はこれら垂直転送電極34a〜34・に垂直転送パル
スφ■2を印加する端子、37〜40は上記各素子列を
順次アドレスし、信号を垂直転送路に移すためのライン
アドレスパルスを発生するためのラインアドレス走査回
路(図示せず)からのアドレスパルスム馬〜A−をそれ
ぞれ各列のアドレスゲートに印加する端子、41は上記
垂直転送電極34−a=J4−・により並列転送されて
きた信号を受は取抄、移送制御パルスφ8Hによって後
述する水平転送レジスタ42へ移送するための移送制御
電極。
Vertical transfer electrodes 35 are vertical transfer electrodes 34-a for transferring signal charges generated in the element rows in parallel in the vertical direction.
1 child, S applying vertical transfer pulse φVlt to ~34-・
6 is a terminal for applying a vertical transfer pulse φ■2 to these vertical transfer electrodes 34a to 34. Terminals 37 to 40 generate line address pulses for sequentially addressing each of the above element columns and transferring signals to the vertical transfer path. Terminals 41 for applying address pulses ~A- from a line address scanning circuit (not shown) to the address gates of each column are transferred in parallel by the vertical transfer electrodes 34-a=J4-. A transfer control electrode receives the signal and transfers it to a horizontal transfer register 42, which will be described later, using a transfer control pulse φ8H.

4JII′i並列転送されてきた信号′−荷を水平に順
次転送するための水平転送レジスタ、43は水平転送レ
ジスタ42から送られてくる信号電荷を検出し、外部に
取り出す出力回路である。
4JII'i A horizontal transfer register for horizontally sequentially transferring the signals transferred in parallel. 43 is an output circuit that detects the signal charge sent from the horizontal transfer register 42 and takes it out to the outside.

IJ48図(b)は第8図(1)のY−Y縁に沿う断面
構造を示しており、44は水平転送パルスφH1が印加
される水平転送電極、45はP形半導体基板、46は転
送チャネルとして作用し、上記基板45と反対導電形の
態形不純物層、47は転送チャネルとして作用し、前記
基板45と同一導電形の低濃度P形不純物層、4B、5
0.51は前記転送パルスφv1が印加される自画転送
電極、49.El、53は前記転送パルスφV!が印加
される垂直転送t@である。
IJ48 diagram (b) shows a cross-sectional structure along the Y-Y edge of Figure 8 (1), where 44 is a horizontal transfer electrode to which horizontal transfer pulse φH1 is applied, 45 is a P-type semiconductor substrate, and 46 is a transfer electrode. A low concentration P type impurity layer 47 which acts as a channel and has the opposite conductivity type as the substrate 45 acts as a transfer channel and has the same conductivity type as the substrate 45;
0.51 is a self-image transfer electrode to which the transfer pulse φv1 is applied; 49. El, 53 is the transfer pulse φV! is the applied vertical transfer t@.

IR8図(c)〜(1)は後述するタイムチャートの時
間1.〜tvK転送チャネル46.47に形成される電
位分布図を示している0図中、54は前記光電変換素子
2ト1で光電変換された信号電荷束、同様に55〜58
はそれぞれ前記光電変換素子29−e、80−*、31
−@j3j!−eで光電変換された信号電荷束である。
IR8 diagrams (c) to (1) are time 1. of the time chart described later. In the diagram showing the potential distribution formed in ~tvK transfer channels 46 and 47, 54 is the signal charge flux photoelectrically converted by the photoelectric conversion element 2 to 1, and similarly 55 to 58
are the photoelectric conversion elements 29-e, 80-*, and 31, respectively.
-@j3j! -e is the signal charge flux photoelectrically converted.

次に、第8図の装置の動作を第4図に示す各種信号パル
スのタイムチャートを参照して説明する。入射し走光に
よって各光電変換素子21B−a〜j!−@で発生した
信号電荷は各光電変換素子内に蓄積される。一定時間の
後、時刻tsにてラインアドレス走査回路から端子J7
を介して第1素子列のアドレスゲートに第1列アドレス
パルスA1が印加され、第1列の素子18−a〜2ト1
の信号電荷は各々対応する垂直レジスタに転送される。
Next, the operation of the apparatus shown in FIG. 8 will be explained with reference to the time chart of various signal pulses shown in FIG. Each of the photoelectric conversion elements 21B-a to 21B-aj! The signal charge generated at -@ is accumulated in each photoelectric conversion element. After a certain period of time, at time ts, the terminal J7 is output from the line address scanning circuit.
A first column address pulse A1 is applied to the address gate of the first element column through
The signal charges of are transferred to the respective vertical registers.

この転送前に、#I8図(畠)のY−Y線に沿う断面の
電位は、転送パルスφVlyφv2が共に高レベルなの
で転送電極48〜53下の電位井戸が深くなっており、
転送電極4a下に光電変換素子28−cからの信号電荷
54が転送される(第8図G参照)0時刻を雪において
は、転送パルスφVlが低レベルになって垂直転送電極
48下の電位井戸が浅くなっておシ、この状態のときに
移相制御パルスφ8Hが高電位虻なって移相制御電極4
1下の電位井戸が深くなると。
Before this transfer, in the cross-sectional potential along the Y-Y line in Figure #I8 (Hata), the transfer pulses φVly and φv2 are both at a high level, so the potential well under the transfer electrodes 48 to 53 is deep.
The signal charge 54 from the photoelectric conversion element 28-c is transferred to the bottom of the transfer electrode 4a (see FIG. 8G). When snow falls at time 0, the transfer pulse φVl becomes a low level and the potential below the vertical transfer electrode 48 decreases. The well becomes shallow, and in this state, the phase shift control pulse φ8H becomes a high potential and the phase shift control electrode 4
1. When the potential well below becomes deeper.

上記当直転送電極48下の電荷束54は第8図(d) 
4C示すように水平転送レジスタ42へ移される。以下
同様に第2〜@6列の転送および移送が行なわれる。す
なわち、時刻1.において、端子3at介り、−cKz
列、#r8列のアドレスパルスA1,1 が印加される
と、第2゛列、@8列の電荷束55.56がga図(@
)に示すようにljI[レジスタJ4−@に4!r々転
送される1次いで、時刻t4においては!88図Jf)
に示すように第2列の電荷束55のみが次段へ転送され
る。さらに、時刻1=では、第8図(d4c示すように
移送  ゛制御パルスφεHによって第2列の電荷束5
5が水平レジスタ42へ移され、電荷束s6は次段に転
送される0時刻t−においては、第4.第5列のアドレ
スパルスム41が端子s9を介して#c4列、縞5列の
アドレスゲートに印加され、第4列、第5列の電荷束s
r、saが同時に第8図(b)に示すように各々垂直レ
ジスタに転送される。さらに1時刻t!においては、第
8図(1)に示すように電荷束57.58が次段へ転送
される。このようにして、各列の信号電荷束が水平転送
レジスタ42を介して出力回路43から時系列的に読み
出される。なお、第4図に示すように前記アドレスパル
ス(A□〜ム、)ノ走査周波数と転送パルスφVl e
φ■鼠、移送制御パルスφ8Hの周波数とは等しい。
The charge flux 54 under the duty transfer electrode 48 is shown in FIG. 8(d).
The data is transferred to the horizontal transfer register 42 as shown at 4C. Thereafter, the transfer and transfer of columns 2 to @6 are performed in the same manner. That is, time 1. , through terminal 3at, -cKz
When the address pulse A1,1 of the column #r8 is applied, the charge flux 55.56 of the column #2, @8 is shown in the ga diagram (@
) as shown in ljI[4 in register J4-@! Then, at time t4, ! Figure 88 Jf)
As shown in FIG. 3, only the charge bundle 55 in the second column is transferred to the next stage. Further, at time 1=, the charge flux 5 of the second column is transferred by the control pulse φεH as shown in FIG.
5 is transferred to the horizontal register 42, and the charge flux s6 is transferred to the next stage.At time t-, the 4th. The address pulse 41 of the fifth column is applied to the address gates of the #c4 column and the stripe 5 column via the terminal s9, and the charge flux s of the fourth column and the fifth column
r and sa are simultaneously transferred to the vertical registers, respectively, as shown in FIG. 8(b). Another hour t! In this case, charge fluxes 57 and 58 are transferred to the next stage as shown in FIG. 8(1). In this way, the signal charge flux of each column is read out from the output circuit 43 in time series via the horizontal transfer register 42. Note that, as shown in FIG. 4, the scanning frequency of the address pulse (A□~M) and the transfer pulse φ
φ■mouse is equal to the frequency of the transfer control pulse φ8H.

上記実施例では、垂直方向の2つの光電変換素子に対応
して一対の転送電極が形成されているので、前述したイ
ンターライントランスファ1111造に比べて電荷転送
段数は1/2に減少している。このように転送電極数が
1/2であるため、転送電極の面積が同一チャネル幅に
対して垂直方向に2倍に増加で1&、従って垂直レジス
タのグイナiツクレンジ(電荷転送容It)が2倍に増
加する。
In the above embodiment, a pair of transfer electrodes are formed corresponding to two photoelectric conversion elements in the vertical direction, so the number of charge transfer stages is reduced to 1/2 compared to the above-mentioned interline transfer 1111 structure. . Since the number of transfer electrodes is 1/2 in this way, the area of the transfer electrode is doubled in the vertical direction for the same channel width, which means that the vertical register's range (charge transfer capacity It) is 2. increase twice.

第5図は本発明の他の実施例に係る2次元固体撮儂装童
の平面構成ケ示している0図において、59−a〜se
−eiltm’l光電変換素子列、同様に60−a〜6
0−6.・・山・、87−a〜81−一は第2〜第20
光電変換素子列である。tた、8ト1〜8 Ji −e
 Id第第4喬oo−a〜5l−cFi第8段垂直蓄積
転送電極、9F1〜92−eFi第2段垂直蓄積転送電
極。
FIG. 5 is a diagram illustrating a planar configuration of a two-dimensional solid-state imaging device according to another embodiment of the present invention.
-eiltm'l photoelectric conversion element array, similarly 60-a to 6
0-6.・・Mountain・, 87-a to 81-1 are 2nd to 20th
This is a photoelectric conversion element array. tta, 8to 1~8 Ji -e
Id 4th stage oo-a~5l-cFi 8th stage vertical storage and transfer electrode, 9F1~92-eFi 2nd stage vertical storage and transfer electrode.

94−a〜94−cij第1段垂直蓄積転送電極、89
−a〜89−・は異なる一定バイアス電圧が印加された
複数個の電極からなるW44段垂直転送路、同様K 9
 J−a〜9 1−c lam 8段垂直転送路、93
−a〜93−cは第2段当直転送路、911〜95−c
は第1股垂直転送路゛、96は垂直蓄積転送パルスφV
を印加するための端子、97は垂直転送され念電荷を移
送制御パルスφ5iijcよって水平転送レジスタへ移
送するための移送制御電極、98IIi電荷を出力回路
へ転送するための水平転送レジスタ、99〜118は第
1光電変換素子列59−a〜59−c〜第20光電変換
素子列95−a〜95−cで得られた電荷を各対応する
垂直転送路へ転送するための第1〜第20アドレスゲー
トである。この場合、第5.第6アドレスゲート同志、
第10.Illアドレスゲート同志、第15.第16ア
ドレスゲート同志は共通接続されている。そして上記各
アドレスゲートに対応してアドレスパルスム1〜ム諺・
が印加されている。これらのアドレスパルスA皿〜ム、
・および咄記転送パルスφv1移送制御パルスφ8Hの
タインング胸係t−餉6図に示す。
94-a to 94-cij first stage vertical storage and transfer electrodes, 89
-a to 89- are W44-stage vertical transfer paths consisting of a plurality of electrodes to which different constant bias voltages are applied, similarly K 9
J-a~9 1-c lam 8-stage vertical transfer path, 93
-a to 93-c are second stage duty transfer paths, 911 to 95-c
is the first branch vertical transfer path, and 96 is the vertical storage transfer pulse φV.
97 is a transfer control electrode for transferring the vertically transferred electric charge to the horizontal transfer register by transfer control pulse φ5iijc, 98IIi is a horizontal transfer register for transferring the electric charge to the output circuit, 99 to 118 are terminals for applying . 1st to 20th addresses for transferring the charges obtained in the first photoelectric conversion element rows 59-a to 59-c to the 20th photoelectric conversion element rows 95-a to 95-c to the corresponding vertical transfer paths It is a gate. In this case, the fifth. Comrade 6th Address Gate,
10th. Comrade Ill Address Gate, 15th. The 16th address gates are commonly connected. Then, corresponding to each of the above address gates, address pulses 1-
is applied. These address pulses A~m,
・The timing of the transfer pulse φv1 and the transfer control pulse φ8H is shown in Figure 6.

第7 図(a) n @ 5図oz−zmに沿う断面構
造を示している0図において、124〜121は第4段
垂直転送路89− e f禍威し、各々異なる一定電圧
が印加された垂直転送電極で、基板45上に絶縁11 
J Jl xを介して配設されてiる。
Fig. 7 (a) n @ Fig. 5 In Fig. 0 showing the cross-sectional structure along the oz-zm, 124 to 121 are the fourth stage vertical transfer paths 89-e f, and different constant voltages are applied to each. An insulating layer 11 is formed on the substrate 45 by vertical transfer electrodes.
J Jl is arranged via x.

同様KJjJ〜181は第2段垂直転送路91−・を構
成し、各々異なる一定電圧が印加された垂直転送電極、
132〜135は第2段垂直転送路9 J −* を構
成し、各々異なる一定電圧が印加された垂直転送電極、
736〜139は第2段垂直転送路95−@を構成し、
各々異なる一定電圧が印加された垂直転送電極、140
は第1〜第4段垂直転送路#9−t、91−@、93−
@。
Similarly, KJjJ~181 constitutes the second stage vertical transfer path 91-. Vertical transfer electrodes to which different constant voltages are applied,
132 to 135 constitute the second stage vertical transfer path 9 J − *, and vertical transfer electrodes to which different constant voltages are applied, respectively;
736 to 139 constitute a second stage vertical transfer path 95-@,
Vertical transfer electrodes 140 to which different constant voltages are applied
are first to fourth stage vertical transfer paths #9-t, 91-@, 93-
@.

95− eの電気的に分離された各独立電極124〜1
B9に必要な直流電圧を供給するために電源141の電
圧を分割するための慰圧分割用抵抗素子である。その他
、第8図(b)中と同一部分には同一符号を付している
95-e electrically isolated independent electrodes 124-1
This is a pressure dividing resistor element for dividing the voltage of the power supply 141 in order to supply the necessary DC voltage to B9. Other parts that are the same as those in FIG. 8(b) are given the same reference numerals.

第7図(b)〜(h)は第6図のタイイングにおける時
間1=1.〜tvにおける垂直転送チャネルの電位分布
図を示しており、L8Jは充電変換素子59−@で得ら
れた信号電荷束であり、同様にLB5.LB6.LaI
3.LaI4゜L875.LaI3.LaI7はそれぞ
れ光電変換素子’12−* 、 73−c 、 80−
a 、 81−a 、82−a。
FIGS. 7(b) to (h) show the tying time 1=1 in FIG. 6. A potential distribution diagram of the vertical transfer channel at . LB6. LaI
3. LaI4゜L875. LaI3. LaI7 is a photoelectric conversion element '12-*, 73-c, 80-, respectively.
a, 81-a, 82-a.

8B−a、84−aで得られた信号電荷束である。These are the signal charge fluxes obtained in 8B-a and 84-a.

次に、上記した他の実施例の場合に2ける動    7
作を説明する。第5図の第1〜第20のアドレスゲート
99〜118にそれぞれ対応して第6図のアドレスパル
スA1〜A3.が印加される。
Next, in the case of the above-mentioned other embodiments, the movement in 2.7
Explain the work. The address pulses A1 to A3 in FIG. 6 correspond to the first to 20th address gates 99 to 118 in FIG. 5, respectively. is applied.

そこで1時間t=tlにおいては、I11アドレスゲー
ト99にアドレスパルスム1が印加され、光電変換素子
列59−a〜59−@で得られた信号電荷束LS1は第
4段垂直蓄積転送路89−Cへ転送される。この時の垂
直転送チャネル内の電位分布を第7図(b)に示す0時
間t=tsにおいて、電荷束LBIは第7図(e)に示
すように移送ff11111パルスφ8Hによって水平
“転送レジスタ98内へ移送される。その後、第2〜第
4アドレスゲートにアドレスパルスA、〜ム番が印加さ
れ、順次、アドレスされた信号電荷が上記同様に水平転
送レジスタ98内に移送される0時刻tsにおいては、
第5.嬉6アドレスゲートがアドレスパルスA l e
・により同時にアドレスされ%第5、紺6列の信号電荷
束L85.L86のうち電荷束LB5は第4段垂直転送
w!t89−・へ、電荷束L86は第8段垂直蓄積転送
電極下へ転送され、第7図(d)のような電位分布とな
る。さらに、時刻t=t4において、信号電荷束L95
゜L86は第7図(・)K示すよう転送動作により各々
次段へ転送される。同様にして、第7〜第9アドレスゲ
ートにアドレスパルスムマ〜ム、が印加されてアドレス
指定された後、@10.[11アドレスゲートがアドレ
スパルスム暑。、■によりアドレス指定され、さらに@
12〜第14アドレスゲートがアドレスパルスA11〜
A重番によりアドレス指定され後、時間1=1.になる
と第15.第16アドレスゲートがアドレスパルスA1
1sl@によりアドレス指定される。この様子を第7図
(f)に示し、このと1!!第4〜I41垂直蓄積転送
電極8B−e 、90−@、92−@。
Therefore, at one time t=tl, address pulse 1 is applied to the I11 address gate 99, and the signal charge flux LS1 obtained in the photoelectric conversion element arrays 59-a to 59-@ is transferred to the fourth stage vertical storage and transfer path 89. - forwarded to C. The potential distribution in the vertical transfer channel at this time is shown in FIG. 7(b) At time 0=ts, the charge flux LBI is transferred to the horizontal "transfer register 98" by the transfer ff11111 pulse φ8H as shown in FIG. 7(e). Thereafter, address pulses A, -M are applied to the second to fourth address gates, and the addressed signal charges are sequentially transferred to the horizontal transfer register 98 in the same manner as above at time ts. In,
Fifth. 6 address gate is address pulse A le
The signal charge flux L85 of the 5th and 6th dark blue columns is simultaneously addressed by . Of L86, charge flux LB5 is transferred to the fourth stage vertical transfer w! At t89-, the charge flux L86 is transferred below the eighth stage vertical storage and transfer electrode, resulting in a potential distribution as shown in FIG. 7(d). Furthermore, at time t=t4, signal charge flux L95
°L86 is transferred to the next stage by the transfer operation as shown in FIG. 7(-)K. Similarly, after address designation is performed by applying address pulses ``mm'' to the 7th to 9th address gates, @10. [11 Address gate is hot with address pulse. , ■ and further @
The 12th to 14th address gates are address pulses A11 to
After being addressed by the A duplex number, time 1=1. When it comes to the 15th. The 16th address gate is the address pulse A1
Addressed by 1sl@. This situation is shown in Fig. 7(f), and 1! ! 4th to I41 vertical storage transfer electrodes 8B-e, 90-@, 92-@.

94−@下には各々第18列、第14列、第15列の光
電変換素子80− a 、 81− a 。
94-@ Below are photoelectric conversion elements 80-a and 81-a in the 18th, 14th, and 15th columns, respectively.

a!−*、83−aで得られた信号電荷束L813〜L
SJ6が存在する0時間1=1・において、これらの信
号電荷束は第7図−)に示すように各々次段に転送され
、さらに時間t ” t vでは新たに#117光電変
換素子列84−aの信号電荷束L817が転送される。
a! -*, signal charge flux L813~L obtained in 83-a
At time 0 1=1 when SJ6 exists, these signal charge fluxes are transferred to the next stage as shown in FIG. -a signal charge flux L817 is transferred.

この時の転送チャネル内の電位分布を第7図(h)に示
す。
The potential distribution within the transfer channel at this time is shown in FIG. 7(h).

このようにして各光電変換素子で得られたgIi号電荷
束は時系列信号として全て送り出すことができる。しか
も、必要なパルスは第6図に示すような簡単な同期性パ
ルスだけである0本実施例の場合には、垂直方向5個の
光電変換素子に対応して1個の垂直蓄積電極と、異なる
直流電圧が印加された複数個の電極を有するl il&
の垂直転送路が存在する構造としていることに%徴があ
る。つまり、電荷の蓄積転送を担う垂直蓄積転送電極の
大きさを数個の光電変換素子にわたって自由にζ適訳で
きるところにある。従って、垂直転送手段の転送容量を
数倍にすることができ、素子のダイナミックレンジをイ
ンターライントランスファ方式に比べ数倍に増加するこ
とができる。なお、アドレスパルスはム、1.。
The gIi charge fluxes obtained by each photoelectric conversion element in this manner can all be sent out as time-series signals. Moreover, in the case of this embodiment, in which the necessary pulses are only simple synchronous pulses as shown in FIG. 6, one vertical storage electrode corresponds to five vertical photoelectric conversion elements, lil& which has a plurality of electrodes to which different DC voltages are applied.
One of its characteristics is that it has a structure in which vertical transfer paths exist. In other words, the size of the vertical storage and transfer electrode responsible for storage and transfer of charge can be freely adjusted over several photoelectric conversion elements. Therefore, the transfer capacity of the vertical transfer means can be increased several times, and the dynamic range of the element can be increased several times compared to the interline transfer method. Note that the address pulses are: 1. .

Al11*11eム1..1・のように2つのパルスと
して不しであるが、これは1つのパルスで良いことは造
りまでもない。
Al11*11em1. .. Although two pulses as in 1. are inappropriate, it goes without saying that one pulse is sufficient.

本発明は上記実施例に駆足されることなく種々変形実施
できる6例えば垂直転送路電極として抵抗性電極を用い
るか、あるいは絶縁膜の膜厚を制御することによってチ
ャネル電位を階段状でなく傾斜を有したものとしても良
く、また1411の電荷転送電極に対応して設けられる
光電変換素子の数はいくつであっても良い。
The present invention can be implemented in various ways without being limited to the above-mentioned embodiments6. For example, by using a resistive electrode as a vertical transfer path electrode or by controlling the thickness of an insulating film, the channel potential can be made sloped rather than stepwise. The number of photoelectric conversion elements provided corresponding to the charge transfer electrodes 1411 may be any number.

発明の効果 本発明の固体撮像装置によれば、光電変換素子数に対し
て垂直転送段を少なくしているのでダイナミックレンジ
を増加し%S/N比の高い、しかも時系列的に高速信号
読出しが実塊できる。
Effects of the Invention According to the solid-state imaging device of the present invention, since the number of vertical transfer stages is reduced relative to the number of photoelectric conversion elements, the dynamic range is increased, the %S/N ratio is high, and signals can be read out at high speed in time series. can form fruit blocks.

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

第1は従来のラインアドレス形2次元固体操像装置を示
す平面概略図、縞2図(a) (b)は@1図のX−X
+16iFC沿う断面構造図とそのボテンシャル図、第
8図(a)は本発明の@l実施例に係る2次元固体撮像
装置の平面概略図、第8図(b)は第81g (a)。 ニーY#に?E)、ユ、。、。′、481゜、  1〜
(1)はそれぞれ第8図(b)のボテンシャル図、箒4
図は#I8図の動作を説明するためのタイミングパルス
図、第5図は本発明の第2実施例に係る2次元固体撮儂
装置の平面概略図、第6図は第5図の装置の動作を説明
するためのタイミングパルス図、第7図(a)は第5図
のz−2線に沿う断面$111造図、@7図(b)〜(
h)け147図(、)のポテンシャn/図である。 28−a〜3 B −* 、 S 9− a〜87−c
・・・光4ず換素子列、34−a〜34−・、aa−@
〜94− e・・・垂直蓄積転送電極、41.97・・
・移送制御電極、42,911・・・水平転送レジスタ
、44・・・水平転送電極、45・・・半導体基板、4
6゜47・・・不純物層、4B、53,124〜13g
・*直転送電極、54〜58.Ls1〜Ls17・・・
偏号鑞荷束、89−a〜95−c・・・垂直転送4.9
9〜115・・・アドレスケー)、A1へム、。 ・・・アドレスパルス、φ8H・・・移送制御パルス。 φV1+φV!・・・移送制御パルス、φH!、φ■v
・・水平転送パルス 出動人代堆人 弁理士 鈴 江 武 彦第1図 d      d                ”
ζt s41!Il 第5図
The first is a schematic plan view showing a conventional line address type two-dimensional solid-state imager, and the stripe diagrams (a) and (b) are X-X in Figure @1.
FIG. 8(a) is a schematic plan view of a two-dimensional solid-state imaging device according to the @l embodiment of the present invention, and FIG. 8(b) is a sectional view along +16iFC and its botential diagram. To knee Y#? E), Yu. ,. ', 481°, 1~
(1) is the botential diagram of Figure 8(b), and broom 4, respectively.
The figure is a timing pulse diagram for explaining the operation of Figure #I8, Figure 5 is a schematic plan view of a two-dimensional solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention, and Figure 6 is a diagram of the device of Figure 5. A timing pulse diagram for explaining the operation, FIG. 7(a) is a cross-sectional diagram of $111 along the z-2 line in FIG. 5, @7(b) to (
h) Figure 147 (,) is the potential n/diagram. 28-a~3 B-*, S9-a~87-c
...Optical 4-diverting element array, 34-a to 34-., aa-@
~94-e... Vertical storage transfer electrode, 41.97...
・Transfer control electrode, 42,911...Horizontal transfer register, 44...Horizontal transfer electrode, 45...Semiconductor substrate, 4
6゜47... impurity layer, 4B, 53,124~13g
・*Direct transfer electrode, 54-58. Ls1~Ls17...
Eccentric load bundle, 89-a to 95-c...Vertical transfer 4.9
9-115...Address Key), A1 Hem. ...address pulse, φ8H...transfer control pulse. φV1+φV! ...Transfer control pulse, φH! ,φ■v
・・Horizontal transfer pulse dispatcher person Patent attorney Takehiko Suzue Figure 1 d d ”
ζt s41! Il Figure 5

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)  基板上にマドリスク状に配設され入射強度に
応じた信号電荷を発生する光電変換素子と、この光電変
換素子に沿って設fibれこれら光電変換素子で得られ
た信号電荷を垂直方向に転送する―直伝送手段と、この
垂直転送手段によって並列転送された信号電荷を水平転
送するための水平、転送手段と、この水平転送手段から
の信号電荷を外部に時系列的に取り出す出力(ロ)路と
!、対して少なくと42@以上の光電変換素子列を配役
し、前記光電変換素子列を順次アドレス指定して信号電
荷を上記垂直転送手段へ転送する時、上記光電変換素子
列のうち隣接する転送段に属する光電変換素子列とこれ
に相隣り合同時に上記垂直転送手段に信号電荷を送出す
るようにしてなることを特徴とする固体撮像装置。 (2)前記光電変換素子FcFiそれぞれ対応するアド
レスゲートが設けられておや、前記同時にアドレス指定
される相隣り合う光電変換素子列のアドレスゲートは共
通結締されて同一アドレスパルスにより駆動されること
′fl:%黴とする特許請求の範囲第1項記載の固体撮
像装置。 (8)前記垂直転送段に存在する信号電荷束が1段転送
されるごとに1アドレスパルスが1列のアドレスゲート
に印加されることを特徴とする特許請求の範囲第1項及
び第2項のい゛ずれかに記載の固体撮像装置。 (4)  前記アドレスパルスのアドレス走査周波数、
垂直転送段を駆動する画直転送パルスの周波数及び垂直
転送手段から水平転送手段へ信号電荷を移相するための
移送制御パルスの周波数は同一周波数であることを特徴
とする特許請求の範囲第1項乃至第8項のいずれかに記
載の固
[Scope of Claims] (1) A photoelectric conversion element arranged in a Madrisk pattern on a substrate and generating a signal charge according to the incident intensity; Vertical transfer of the signal charges transferred in parallel by the direct transmission means; horizontal transfer means for horizontally transferring the signal charges transferred in parallel by the vertical transfer means; The output (b) path that is taken out sequentially! , when at least 42 or more photoelectric conversion element rows are arranged and the photoelectric conversion element rows are sequentially addressed to transfer signal charges to the vertical transfer means, adjacent transfers among the photoelectric conversion element rows are arranged. What is claimed is: 1. A solid-state imaging device comprising a photoelectric conversion element array belonging to a stage and adjacent photoelectric conversion element arrays that simultaneously transmit signal charges to the vertical transfer means. (2) Address gates corresponding to each of the photoelectric conversion elements FcFi are provided, and the address gates of the adjacent photoelectric conversion element arrays to be addressed simultaneously are connected in common and driven by the same address pulse. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein fl: % mold. (8) Claims 1 and 2, characterized in that one address pulse is applied to one row of address gates each time the signal charge flux existing in the vertical transfer stage is transferred one stage. The solid-state imaging device according to any one of the following. (4) address scanning frequency of the address pulse;
Claim 1, characterized in that the frequency of the vertical transfer pulse for driving the vertical transfer stage and the frequency of the transfer control pulse for phase shifting the signal charge from the vertical transfer means to the horizontal transfer means are the same frequency. The rigidity described in any of paragraphs 8 to 8
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60247382A (en) * 1984-05-23 1985-12-07 Hitachi Ltd Solid-state image pickup device and its driving method
JPS62230270A (en) * 1986-03-31 1987-10-08 Toshiba Corp Solid-state image pickup device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60247382A (en) * 1984-05-23 1985-12-07 Hitachi Ltd Solid-state image pickup device and its driving method
JPS62230270A (en) * 1986-03-31 1987-10-08 Toshiba Corp Solid-state image pickup device
JPH055433B2 (en) * 1986-03-31 1993-01-22 Tokyo Shibaura Electric Co

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