KR20010007345A - Solid state image sensor and driving method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고체영상감지기 및 그 구동방법에 관한 것으로서, 특히 전자스틸카메라 또는 개인용 컴퓨터등에 사용하기 위한 고체영상감지기 및 이 고체영상감지기의 구동방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid state image sensor and a driving method thereof, and more particularly, to a solid state image sensor and a method of driving the solid state image sensor for use in an electronic still camera or a personal computer.
전자스틸카메라 또는 개인용 컴퓨터등에 사용하기 위한 고체영상감지기로는 전하결합소자(charge coupled device, 이하, "CCD"라 한다)가 잘 알려져 있다. 이 CCD는 각각의 광전변환부 및 수직전하전이부로 구성된 셀들로 구성되고, 광전변환부의 신호전하는 수직전하전이부에 의해 독출된다.As a solid-state image sensor for use in an electronic still camera or a personal computer, a charge coupled device (hereinafter referred to as "CCD") is well known. This CCD is composed of cells each consisting of a photoelectric conversion section and a vertical charge transfer section, and the signal charge of the photoelectric conversion section is read out by the vertical charge transfer section.
수직전하전이부에 의해 신호전하를 독출하는 주사방법으로서는 주사선들을 따라 순차적으로 영상을 주사하기 위한 순차주사 및 비월된 주사선들을 따라 영상을 주사하는 비월주사가 있다. 순차주사는 예를 들면, 개인용 컴퓨터의 표시장치에 영상을 표시하는데 사용되고, 비월주사는 예를 들면, 텔레비전수상기의 표준표시장치를 위해 사용된다.Scanning methods for reading out signal charges by the vertical charge transfer unit include a sequential scan for sequentially scanning the images along the scan lines and an interlaced scan for scanning the images along the interlaced scan lines. Sequential scanning is used, for example, to display an image on a display device of a personal computer, and interlaced scanning is used, for example, for a standard display device of a television receiver.
본 발명에 관련된 기술들로서, 도 1a는 순차주사용 종래의 셀구조를 보여주고 도 1b는 비월주사용 종래의 셀구조를 보여준다.As techniques related to the present invention, FIG. 1A shows a conventional cell structure for sequential injection and FIG. 1B shows a conventional cell structure for interlaced use.
도 2a는 순차주사형 CCD영상감지기의 동작 중 신호전하저장 상태를 도시하고, 도 2b는 신호전하독출 상태를 도시하며, 그리고 도 2c는 신호전하전이 상태를 도시하고 있다.FIG. 2A shows the signal charge storage state during the operation of the progressive scan type CCD image sensor, FIG. 2B shows the signal charge reading state, and FIG. 2C shows the signal charge transfer state.
도 3a는 비월주사형 CCD영상감지기의 신호전하저장상태를 보여주고, 도 3b는 신호전하독출 상태를 보여주며, 도 3c는 신호전하전이상태를 보여주고 있다.3A shows the signal charge storage state of the interlaced CCD image sensor, FIG. 3B shows the signal charge reading state, and FIG. 3C shows the signal charge transfer state.
우선, 도 1a에 도시된 바와 같이, 순차주사형 CCD영상감지기의 셀들(1) 각각은 광전변환부(2)와 각각이 폭(W) 및 길이(L)를 갖는 네 개의 전극들(3)을 구비하는 수직전하전이부(4)를 포함하고 있다. 이 예에서, 한 단(stage)에서의 수직전하전이부(4)는 하나의 광전변환부(2)에 대응하고, 네 개의 전하전이전극들(3)을 포함한다. 이 광전변환부들(2)의 수평열은 하나의 주사선을 구성한다.First, as shown in FIG. 1A, each of the cells 1 of the progressive scan CCD image sensor has a photoelectric conversion unit 2 and four electrodes 3 each having a width W and a length L. FIG. It includes a vertical charge transfer unit (4) having a. In this example, the vertical charge transfer section 4 at one stage corresponds to one photoelectric conversion section 2 and includes four charge transition electrodes 3. The horizontal columns of these photoelectric conversion units 2 constitute one scanning line.
도 2a 내지 도 2c를 참조하여 순차주사형 CCD영상감지기의 동작을 설명하면, 도 2a에 도시된 바와 같이 각 광전변환부들(2)에 저장된 모든 신호전하들(a, b, c, ...d, A, B, C,...D, 및 α, β, γ, ...δ)은 도 2b에 도시한 바와 같이 한 순간에 독출된다. 다음, 도 2c에 도시한 바와 같이, 광다이오드일 수도 있는 광전변환부들로부터 이처럼 독출된 신호전하들의 패턴은 라인별로 동시에 시프트되고 수평전하전이부(5)를 통해 출력회로부(6)로부터 출력된다.Referring to Figs. 2A to 2C, the operation of the progressive scan CCD image sensor will be described. As shown in Fig. 2A, all signal charges a, b, c, ... d, A, B, C, ... D, and α, β, γ, ... δ) are read out at one instant as shown in FIG. 2B. Next, as shown in FIG. 2C, the pattern of signal charges thus read from the photoelectric conversion parts, which may be photodiodes, is simultaneously shifted line by line and output from the output circuit section 6 through the horizontal charge transfer section 5.
한편, 비월주사형 CCD영상감지기의 셀들(7) 각각은, 도 1b에 도시한 바와 같이, 광전변환부(2) 및 각각이 폭(W) 및 길이(2L)을 갖는 두 개의 전극을 구비하는 수직전하전이부(4)를 포함하고 있다. 이 예에서, 한 단에서의 수직전하전이부(4)는 수직방향으로 배열된 두개의 광전변환부들(2)을 망라하고, 두 개의 전하전이전극들(8)을 포함한다. 이 광전변환부들(2)의 수평열은 하나의 주사선을 구성한다.On the other hand, each of the cells 7 of the interlaced CCD image sensor, as shown in Fig. 1B, has a photoelectric conversion section 2 and two electrodes each having a width W and a length 2L. The vertical charge transfer part 4 is included. In this example, the vertical charge transfer section 4 at one stage encompasses two photoelectric conversion sections 2 arranged in the vertical direction, and includes two charge transition electrodes 8. The horizontal columns of these photoelectric conversion units 2 constitute one scanning line.
도 3a 내지 도 3c를 참조하여 비월주사형 CCD영상감지기의 동작을 설명하면, 도 3a에 도시된 바와 같이 광전변환부(2)에 저장된 신호전하들은 광전변환부들(2)의 기수선들에 저장된 전하들(a, c, ..., A C,..., 및 α, γ, ...)이 도 3b에 도시한 바와 같이 수직전하전이부들(4)에 의해 제1시각에 독출되는 것과 같은 방법으로 독출된다. 다음, 도 3c에 도시한 바와 같이, 이처럼 독출된 모든 신호전하들의 패턴은 라인별로 동시에 시프트되고 수평전하전이부(5)를 통해 출력회로부(6)로부터 출력된다.Referring to FIGS. 3A to 3C, the operation of the interlaced CCD image sensor will be described. As shown in FIG. 3A, the signal charges stored in the photoelectric conversion unit 2 are stored in the radix lines of the photoelectric conversion units 2. Such as (a, c, ..., AC, ..., and α, γ, ...) are read out at the first time by the vertical charge transfer parts 4 as shown in Figure 3b. It is read in a way. Next, as shown in FIG. 3C, the pattern of all the signal charges thus read is simultaneously shifted line by line and output from the output circuit unit 6 through the horizontal charge transfer unit 5.
다음, 제2시각에, 광전변환부들(2)의 우수선들에 저장된 전하들(b, d, ..., B, D, ..., 및 β, δ, ...)이 기수선들상에 있는 광전변환부들(2)의 신호전하들과 유사하게 독출되고, 시프트되며 출력된다.Next, at the second time, the charges b, d, ..., B, D, ..., and β, δ, ... stored in the even lines of the photoelectric conversion units 2 are on the odd lines. Similar to the signal charges of the photoelectric conversion units 2 in the circuit, the signals are read, shifted and output.
즉, 비월주사형 CCD영상감지기의 경우에 있어서, 하나의 셀(7)에 있는 하나의 광전변환부(2)를 위한 수직전하전이부(4)의 전하전이전극들의 수는 두 개이다. 그러나, 하나의 광전변환부(2)의 신호전하전이는 하나의 셀(7)의 위 또는 아래에 위치한 다른 셀(7)에 속하는 두 개의 신호전하전이전극들(8)을 더 사용하여 수행된다. 이것은 전하전이의 방향을 결정하기 위하여, 적어도 세 개의 전극들이 필요하기 때문이다.That is, in the case of an interlaced CCD image sensor, the number of charge transfer electrodes of the vertical charge transfer unit 4 for one photoelectric conversion unit 2 in one cell 7 is two. However, the signal charge transfer of one photoelectric conversion unit 2 is performed by further using two signal charge transfer electrodes 8 belonging to another cell 7 located above or below one cell 7. . This is because at least three electrodes are needed to determine the direction of charge transfer.
개인용 컴퓨터 또는 디지털 카메라에 있어서, 그들의 모든 화소들을 동시에 노출시키기 위하여, 모든 화소들을 일시에 광전변환부들(2)로부터 독출하여 그것들을 수직전하전이부(4)에 입력할 필요가 있다. 이러한 요구를 만족시키기 위하여, 전하전이방향을 결정하는데 필요한 것으로서, 각각이 네 개이상의 전하전이전극들을 갖는 셀들을 구비한 순차주사시스템이 사용되어져 왔다.In a personal computer or a digital camera, in order to expose all their pixels simultaneously, it is necessary to read all the pixels from the photoelectric conversion sections 2 at once and input them to the vertical charge transfer section 4. In order to satisfy this demand, a sequential scanning system has been used, which is required to determine the charge transition direction, each having cells having four or more charge transition electrodes.
그러나, 일본특허공개공보 제 평10-150183호에 개시된 바와 같이, 비월주사시스템도 또한 사용되어져 왔다. 이 비월주사시스템은 CCD영상감지기 및 기계적 셔터가 결합되어져 있고, 광전변환부들(2)로부터 수직전하전이부들(4)로 화소들의 동시독출의 필요성을 배제하기 위하여 모든 화소들이 기계적 셔터를 사용하여 일정시간동안 동시에 노출되며, 그 다음, 신호전하들은 기계적 셔터에 의해 노출광을 차단한 후 비월주사용 셀들(7)을 사용하여 순차적으로 독출되는 구성을 갖고 있다.However, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 10-150183, interlaced scanning systems have also been used. This interlaced scanning system combines a CCD image sensor and a mechanical shutter, and all the pixels use a mechanical shutter to eliminate the need for simultaneous reading of the pixels from the photoelectric conversion sections 2 to the vertical charge transfer sections 4. Simultaneously exposed for a time, the signal charges are then sequentially read out using interlaced cells 7 after the exposure light is blocked by a mechanical shutter.
개인용 컴퓨터 또는 디지털 카메라의 크기 및 중량에 대한 최근의 감소요구에 따라, 셀 크기의 감소가 요구되어져 왔다. 그러나, 상술한 순차주사용 셀로서 네 개의 전극들을 갖는 그러한 셀의 크기가 감소되는 경우에, 광입력부를 구성하는 광전변환부들(2) 및 화소정보가 전이되는 영역을 구성하는 수직전하전이부들(4)이 필연적으로 감소되어야 한다.With the recent reduction in size and weight of personal computers or digital cameras, a reduction in cell size has been required. However, when the size of such a cell having four electrodes as the sequential injection cell described above is reduced, the photoelectric conversion units 2 constituting the light input unit and the vertical charge transfer units constituting the region to which pixel information is transferred ( 4) must inevitably be reduced.
도 1a에 도시한 바와 같이, 순차주사형 CCD영상감지기의 셀(1)의 경우에 있어서, 셀의 크기가 조금만 감소된다면, 광전변환부들(2)을 구성하는 각 광다이오드의 크기가 감소되고, 따라서, CCD영상감지기의 감응도가 저하된다. 뿐만 아니라, 수직전하전이부들의 영역이 또한 감소되어, 동적범위가 감소된다. 결과적으로, CCD영상감지기의 특성이 열화된다. 즉, 셀 크기의 감소와 함께, 광전변환부들(2) 및 수직전하전이부들(4)에 의해 생성되는 전하의 량이 감소하고, 따라서 전하전이효과의 열화를 초래한다. 부언하면, 순차주사형 CCD영상감지기의 경우에 전이되기 위한 전하의 량은 한 단계에서 수직전하전이부(4)의 네 전극들(3) 가운데 두 전극들(3)의 영역에 기초하여 결정된다.As shown in Fig. 1A, in the case of the cell 1 of the progressive scanning CCD image sensor, if the size of the cell is only slightly reduced, the size of each photodiode constituting the photoelectric conversion units 2 is reduced, Thus, the sensitivity of the CCD image sensor is lowered. In addition, the area of the vertical charge transfer parts is also reduced, so that the dynamic range is reduced. As a result, the characteristics of the CCD image sensor deteriorate. That is, with the reduction of the cell size, the amount of charge generated by the photoelectric conversion sections 2 and the vertical charge transfer sections 4 decreases, thus causing deterioration of the charge transfer effect. In other words, in the case of a sequential scanning CCD image sensor, the amount of charge to be transferred is determined based on the area of two electrodes 3 of the four electrodes 3 of the vertical charge transfer unit 4 in one step. .
도 1b에 도시한 바와 같이, 비월주사형 CCD영상감지기의 경우에 있어서도, 광전변환부들(2) 및 수직전하전이부들(4)에 의해 생성되는 전하의 량이 셀 크기의 감소와 함께 감소하고, 따라서, 순차주사형 CCD영상감지기의 경우와 마찬가지로 전하전이효과의 열화를 초래한다. 부언하면, 비월주사형 CCD영상감지기의 경우에 전이되기 위한 전하의 량은 한 단계에서 수직전하전이부(4)의 네 전극들(3) 가운데 두 전극들(3)의 영역에 기초하여 결정된다. 이것은 두 개의 광전변환부들(2)을 망라하는 것이다.As shown in Fig. 1B, even in the case of an interlaced CCD image sensor, the amount of charge generated by the photoelectric conversion sections 2 and the vertical charge transfer sections 4 decreases with the decrease in the cell size. As in the case of a progressive scan CCD image sensor, the charge transfer effect is degraded. In other words, in the case of an interlaced CCD image sensor, the amount of charge to be transferred is determined based on the region of two electrodes 3 of the four electrodes 3 of the vertical charge transfer unit 4 in one step. . This covers two photoelectric conversion sections 2.
또한, 비월주사형 CCD영상감지기의 경우에는, 전극의 길이 L이 폭 W 보다 더 적기 때문에 전이율의 감소의 문제점이 있다. 전하전이율이 수직전하전이부(4)의 전하전이전극의 폭(W)를 유지하는 동안 증가될 때, 처리되는 전하량이 감소되도록 일정크기를 갖는 셀의 광전변환부(2)의 크기를 감소할 필요가 있다. 그러므로, 상호 절충관계에 있는 전극폭(W) 및 광전변환부(2)의 영역이 균형을 맞추어야 한다.In the case of an interlaced CCD image sensor, the length L of the electrode is smaller than the width W, so there is a problem of reducing the transfer rate. When the charge transfer rate is increased while maintaining the width W of the charge transfer electrode of the vertical charge transfer unit 4, the size of the photoelectric conversion unit 2 of the cell having a certain size is reduced so that the amount of charge to be processed is reduced. Needs to be. Therefore, the electrode width W and the region of the photoelectric conversion unit 2 which are in a mutually trade-off relationship should be balanced.
본 발명의 목적은 고체영상감지기의 셀 크기가 감소될 때에도 감응도 및 전하전이율이 저하되지 않는 특성을 갖는 고체영상감지기를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a solid state image sensor having a characteristic that the sensitivity and charge transfer rate do not decrease even when the cell size of the solid state image sensor is reduced.
본 발명의 다른 목적은 이 고체영상감지기의 구동방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for driving the solid state image sensor.
도 1a 및 도 1b는 본 발명과 관련된 기술의 고체영상감지기의 셀구조를 도시하는 것으로서, 도 1a는 순차주사형의 고체영상감지기의 셀구조를 보여주고, 도 1b는 비월주사형 고체영상감지기의 셀구조를 보여주고 있다;1A and 1B show a cell structure of a solid state image sensor of the technology related to the present invention, FIG. 1A shows a cell structure of a sequential scan type solid state image sensor, and FIG. 1B shows an interlaced type solid state image sensor. Showing cell structure;
도 2a 내지 도 2c는 본 발명과 관련된 기술의 순차주사형 고체영상감지기의 동작을 설명하기 위한 것으로서, 도 2a는 신호전하저장상태를 보여주고, 도 2b는 신호전하독출상태를 보여주며, 도 2c는 신호전하전이상태를 보여준다;Figures 2a to 2c are for explaining the operation of the progressive scanning solid-state image sensor of the technology related to the present invention, Figure 2a shows a signal charge storage state, Figure 2b shows a signal charge reading state, Figure 2c Shows the signal charge transition state;
도 3a 내지 도 3c는 종래의 비월주사형 고체영상감지기의 동작을 설명하기 위한 것으로서, 도 3a는 신호전하저장상태를 보여주고, 도 3b는 신호전하독출상태를 보여주며, 도 3c는 신호전하전이상태를 보여준다;3A to 3C illustrate an operation of a conventional interlaced solid-state image sensor, FIG. 3A shows a signal charge storage state, FIG. 3B shows a signal charge reading state, and FIG. 3C shows a signal charge transfer state. Show status;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고체영상감지기의 셀구조를 도시하고 있다;4 shows a cell structure of a solid state image sensor according to an embodiment of the present invention;
도 5a 내지 도 5f는 도 4에 도시된 셀들의 주사방법을 설명하기 위한 것으로서, 도 5a는 신호전하저장상태를 보여주고, 도 5b는 제1신호전하독출 상태를 보여주며, 도 5c는 제1신호전하전이상태를 보여주고, 도 5d는 제2신호전하독출 상태를 보여주며, 도 5e는 제3신호전하독출 상태를 보여주고, 그리고, 도 5f는 제4신호전하독출 상태를 보여준다;5A to 5F illustrate a scanning method of the cells shown in FIG. 4, FIG. 5A illustrates a signal charge storage state, FIG. 5B illustrates a first signal charge read state, and FIG. 5C illustrates a first method. Shows a signal charge transfer state, FIG. 5D shows a second signal charge read state, FIG. 5E shows a third signal charge read state, and FIG. 5F shows a fourth signal charge read state;
도 6의 (a)는 도 4에 도시된 셀들과 함께 구성된 셀부분의 구조를 보여주는 평면도이고, (b)는 6a의 선 I-I′를 따라 절단한 단면도이다;FIG. 6A is a plan view showing the structure of a cell portion constituted with the cells shown in FIG. 4, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line I-I 'of 6a;
도 7a 및 도 7b는 도 4에 도시된 수직전하전이부의 각 전극들에 인가된 전하전이클럭펄스들의 각 예들을 보여주는 파형도이다;7A and 7B are waveform diagrams showing respective examples of charge transition clock pulses applied to respective electrodes of the vertical charge transition portion shown in FIG. 4;
도 8a 내지 도 8c는 본 발명에 따른 셀배열의 다른 예들을 각각 도시하고 있다;8a to 8c show different examples of cell arrays according to the present invention, respectively;
도 9는 도 8a에 도시된 수직전하전이부의 각 전극들에 인가된 전하전이클럭펄스의 다른 예를 도시하고 있다;FIG. 9 shows another example of the charge transition clock pulses applied to the respective electrodes of the vertical charge transition portion shown in FIG. 8A;
도 10은 도 8b에 도시된 수직전하전이부의 각 전극들에 인가된 전하전이클럭펄스의 다른 예를 도시하고 있다; 그리고FIG. 10 shows another example of the charge transition clock pulses applied to the respective electrodes of the vertical charge transition portion shown in FIG. 8B; And
도 11은 도 8c에 도시된 수직전하전이부의 각 전극들에 인가된 전하전이클럭펄스의 다른 예를 도시하고 있다.FIG. 11 shows another example of the charge transition clock pulses applied to the electrodes of the vertical charge transition portion shown in FIG. 8C.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of symbols for main parts of drawing
10, 20, 21, 22...셀 11...광전변환부10, 20, 21, 22 ... cell 11 ... photoelectric conversion unit
12...수직전하전이부 13...전하전이전극12 ... Vertical charge transfer part 13 ... Charge-charged electrode
14...수평전하전이부 15...출력회로14 ... Horizontal charge transfer section 15 ... Output circuit
31...N형 반도체기판 32...P형 반도체영역31 ... N type semiconductor substrate 32 ... P type semiconductor area
33, 34...N형 반도체층 35...게이트산화막33, 34 ... N-type semiconductor layer 35 ... gate oxide
36...P+형 확산층 37...광차폐막36 ... P + type diffusion layer 37 ... light shielding film
Ф1-Ф4...전이클럭펄스 VT...독출펄스Ф1-Ф4 ... Transition Clock Pulse V T ... Readout Pulse
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 고체영상감지기는, 셀들의 각각이 수직전하전이부, 및 수직전하전이부가 광전변환부들의 쌍에 일치하도록 수직전하전이부의 양 측면에 배열된 한 쌍의 광전변환부로 구성됨을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, in the solid state image sensor according to the present invention, a pair of cells arranged on both sides of the vertical charge transfer unit so that each of the cells and the vertical charge transfer unit and the pair of the photoelectric conversion unit It is characterized by consisting of a photoelectric conversion unit.
셀의 이러한 구조로, 셀의 이용효율이 개선되고 감응도 및 전하전이효과와 같은 고체영상감지기의 특성이 셀 크기가 감소될 때 조차도 열화되지 않는다.With this structure of the cell, the utilization efficiency of the cell is improved and the characteristics of the solid state image sensor such as the sensitivity and the charge transfer effect are not degraded even when the cell size is reduced.
본 발명의 구동방법에 따라서, 상술한 고체영상감지기가 구동될 수 있다.According to the driving method of the present invention, the solid-state image sensor described above may be driven.
본 발명의 다른 목적들, 이점들 및 구성들은 이하에서 더욱 명백해질 것이며, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더 상세히 설명한다.Other objects, advantages and configurations of the present invention will become more apparent from the following description, and the embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체영상감지기의 셀 구조를 도시하고 있다.4 illustrates a cell structure of a solid state image sensor according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시한 바와 같이, 고체영상감지기 즉, CCD영상감지기의 셀들(10) 각각은 수평으로 배열된 한 쌍의 광전변환부(11) 및 광전변환부들(11) 사이에 배열된 수직전하전이부(12)로 구성된다. 수직전하전이부(12)는 한 쌍의 수직전하전이전극(13)을 갖는다. 즉, 광전변환부들(11)은 전하전이전극들(13)을 따라 수직전하전이부(12)의 양 측면상에 배열된다. 다시 말하면, 한 단에서 수직전하전이부(12)는 두 개의 수평배열된 광전변환부들(11)에 관하여 배열되고 두 개의 전하전이전극들(13)은 수직전하전이부(12)의 한 단 안에 제공된다. 셀들(10)의 광전변환부들(11)의 수평배열은 하나의 주사선을 구성한다.As shown in FIG. 4, each of the cells 10 of the solid state image sensor, that is, the CCD image sensor, has a vertical charge transfer arranged between the pair of photoelectric converters 11 and the photoelectric converters 11 arranged horizontally. It consists of a part 12. The vertical charge transfer unit 12 has a pair of vertical charge transfer electrodes 13. That is, the photoelectric conversion parts 11 are arranged on both sides of the vertical charge transfer part 12 along the charge transition electrodes 13. In other words, in one stage the vertical charge transfer unit 12 is arranged with respect to the two horizontally arranged photoelectric conversion units 11 and the two charge transfer electrodes 13 are arranged in one end of the vertical charge transfer unit 12. Is provided. The horizontal arrangement of the photoelectric conversion parts 11 of the cells 10 constitutes one scan line.
광전변환부들(11) 중 어느 하나의 신호전하를 독출하기 위하여, 셀(10)의 두 전하전이전극들(13) 및 이 셀(10)의 바로 위 또는 아래에 제공된 다른 셀(10)에 속하는 두 전극들, 즉 총 네 개의 전극들이 사용된다. 이러한 구동방법을 채용하여 광전변환부들중 어느 하나의 신호전하를 독출하는 데 적어도 세 개의 전하전이전극들이 사용될 수 있기 때문에, 전하전이방향이 결정될 수 있다.In order to read out the signal charge of any one of the photoelectric conversion parts 11, it belongs to the two charge transition electrodes 13 of the cell 10 and another cell 10 provided directly above or below the cell 10. Two electrodes are used, a total of four electrodes. By adopting such a driving method, since at least three charge transition electrodes can be used to read out the signal charge of any one of the photoelectric conversion portions, the charge transition direction can be determined.
모든 화소들 즉, 각각이 도 4에 도시된 구조를 갖는 셀들을 구비한 CCD영상감지기의 모든 광전변환부들이 그들과 결합된 기계적 셔터에 의해 같은 시간에 동시에 노출되는 경우에, CCD영상감지기는 전자스틸카메라 또는 개인용 컴퓨터등에 사용될 수 있다.In the case where all the pixels, i.e. all the photoelectric conversion parts of the CCD image sensor with cells each having the structure shown in Fig. 4, are simultaneously exposed at the same time by a mechanical shutter coupled thereto, the CCD image sensor is an electronic device. It can be used for still cameras or personal computers.
도 5a 내지 도 5f는 도 4에 도시된 셀들을 갖는 CCD영상감지기의 주사방법을 설명하기 위한 것으로서, 도 5a는 신호전하저장상태를 보여주고, 도 5b는 제1신호전하독출상태를 보여주며, 도 5c는 제1신호전하전이상태를 보여주고, 도 5d는 제2신호전하독출상태를 보여주며, 도 5e는 제3신호전하독출상태를 보여주고, 그리고, 도 5f는 제4신호전하독출상태를 보여준다. 도 5a 내지 도 5f에는 전이클럭펄스를 수직전하전이전극들에 입력하기 위한 배선은 도시되어 있지 않음을 유의하여야 한다.5A to 5F illustrate a scanning method of the CCD image sensor having the cells shown in FIG. 4, FIG. 5A illustrates a signal charge storage state, and FIG. 5B illustrates a first signal charge read state. FIG. 5C shows a first signal charge read state, FIG. 5D shows a second signal charge read state, FIG. 5E shows a third signal charge read state, and FIG. 5F shows a fourth signal charge read state. Shows. It should be noted that the wirings for inputting the transition clock pulses to the vertical charge transition electrodes are not shown in FIGS. 5A to 5F.
이 고체영상감지기의 구동방법을 설명한다.The driving method of this solid-state image sensor will be described.
도 5a에 도시한 바와 같이, 광전변환부들(11) 상에 입사하는 광은 신호전하들로 변환되고 그 속에 저장된다. 광전변환부들(11)에 저장된 신호전하들은 하기에 기술되는 공정들을 통해 수직전하전이부들(12)에서 순차적으로 독출된다.As shown in FIG. 5A, light incident on the photoelectric conversion units 11 is converted into signal charges and stored therein. The signal charges stored in the photoelectric conversion parts 11 are sequentially read out of the vertical charge transfer parts 12 through the processes described below.
도 5a 내지 도 5f에서, 예를 들면, 신호전하들 "a" 및 "A"를 저장하고 있는 두 광전변환부들(11)의 신호전하들의 독출은 네 개의 전극들 즉, 이 광전변환부들(11)이 속하는 셀(10-1)의 두 전극들(13)과 신호전하들 "b" 및 "B"를 저장하고 있는 두 광전변환부들(11)이 속하는 셀(10-2)의 두 전극들(13)을 사용함에 의해 수행된다. 즉, 두 수직전하전이부들(12)의 네 전하전이전극들은 하나의 반복단위를 구성하고 이 반복단위는 수직전하전이부의 한 단에 대응한다.5A to 5F, for example, the reading of the signal charges of the two photoelectric conversion parts 11 storing the signal charges "a" and "A" results in four electrodes, namely these photoelectric conversion parts 11. Two electrodes 13 of the cell 10-1 to which the cell 10-1 belongs and two electrodes of the cell 10-2 to which the two photoelectric converters 11 storing the signal charges “b” and “B” belong. By using (13). That is, the four charge transfer electrodes of the two vertical charge transfer units 12 constitute one repeating unit, which corresponds to one end of the vertical charge transfer unit.
첫째로, 제1시각에서, 수직전하전이부들(12)의 좌측면상에 위치한 기수주사선들에 있는 광전변환부들(11)의 신호전하들(a, c, ..., I, III,...)이 각각, 도 5b에 도시한 바와 같이, 수직전하전이부들(12)에서 독출된다. 이 수직전하전이부들(12)에서 이처럼 독출된 모든 신호전하들의 패턴은 하나의 선에 대응하는 매 전하량에 의해 동시에 시프트되고, 도 5c에 도시한 바와 같이, 수평전하전이부(14)를 통해 출력회로(15)로부터 출력된다.First, at the first time, the signal charges a, c, ..., I, III,... Of the photoelectric conversion parts 11 in the radix scan lines located on the left side of the vertical charge transfer parts 12. Are respectively read out from the vertical charge transfer parts 12, as shown in Fig. 5B. The patterns of all the signal charges thus read in the vertical charge transfer parts 12 are simultaneously shifted by the amount of charge corresponding to one line, and output through the horizontal charge transfer part 14, as shown in FIG. 5C. It is output from the circuit 15.
다음, 제2시각에서, 수직전하전이부들(12)의 우측면상에 위치한 기수주사선들에 있는 광전변환부들(11)의 신호전하들(A, C, ..., α, γ,...)이 각각, 도 5d에 도시한 바와 같이, 수직전하전이부들(12)에서 독출된다. 이 수직전하전이부들(12)에서 이처럼 독출된 모든 신호전하들의 패턴은 하나의 선에 대응하는 매 전하량에 의해 동시에 시프트되고 수평전하전이부(14)를 통해 출력회로(15)로부터 출력된다.Next, at the second time, the signal charges A, C, ..., α, γ, ... of the photoelectric conversion parts 11 in the radix scan lines located on the right side of the vertical charge transfer parts 12. Are read out from the vertical charge transfer parts 12, respectively, as shown in FIG. 5D. The patterns of all the signal charges thus read in the vertical charge transfer parts 12 are simultaneously shifted by the amount of charge corresponding to one line and output from the output circuit 15 through the horizontal charge transfer part 14.
다음, 제3시각에서, 수직전하전이부들(12)의 좌측면상에 위치한 우수주사선들에 있는 광전변환부들(11)의 신호전하들(b, d, ..., II, IV,...)이 각각, 도 5e에 도시한 바와 같이, 수직전하전이부들(12)에서 독출된다. 이 수직전하전이부들(12)에서 이처럼 독출된 모든 신호전하들의 패턴은 하나의 선에 대응하는 매 전하량에 의해 동시에 시프트되고 수평전하전이부(14)를 통해 출력회로(15)로부터 출력된다.Next, at the third time, the signal charges b, d, ..., II, IV, ... of the photoelectric conversion parts 11 in the even scan lines located on the left surface of the vertical charge transfer parts 12. Are respectively read out from the vertical charge transfer parts 12, as shown in Fig. 5E. The patterns of all the signal charges thus read in the vertical charge transfer parts 12 are simultaneously shifted by the amount of charge corresponding to one line and output from the output circuit 15 through the horizontal charge transfer part 14.
또한, 제4시각에서, 수직전하전이부들(12)의 우측면상에 위치한 우수주사선들에 있는 광전변환부들(11)의 신호전하들(B, D, ..., β,δ,...)이 각각, 도 5f에 도시한 바와 같이, 수직전하전이부들(12)에 독출된다. 이 수직전하전이부들(12)에 이처럼 독출된 모든 신호전하들의 패턴은 하나의 선에 대응하는 매 전하량에 의해 동시에 시프트되고 수평전하전이부(14)를 통해 출력회로(15)로부터 출력된다.Further, at the fourth time, the signal charges B, D, ..., β, δ, ... of the photoelectric conversion parts 11 in the even scan lines located on the right side of the vertical charge transfer parts 12. ) Are respectively read into the vertical charge transfer parts 12 as shown in FIG. 5F. The pattern of all signal charges thus read out in these vertical charge transfer parts 12 is simultaneously shifted by the amount of charge corresponding to one line and output from the output circuit 15 through the horizontal charge transfer part 14.
도 6의 (a)는 도 4에 도시된 셀들과 함께 구성된 셀부분의 구조를 보여주는 확대평면도이다. 이 도면에는 광차폐막은 미도시되어 있다. 도 6의 (a)는 단지 셀부의 일부로서 신호전하들 "a", "A", "I", "b", "B", "II"을 저장하고 있는 광전변환부들을 포함하는 부분만을 보여주는 것에 유의해야 한다.FIG. 6A is an enlarged plan view illustrating a structure of a cell part configured with the cells shown in FIG. 4. In this figure, the light shielding film is not shown. FIG. 6A shows only a portion including photoelectric conversion parts which store signal charges "a", "A", "I", "b", "B", and "II" as part of a cell part. Note the show.
도 6의 (b)는 도 6의 (a)의 선 I-I'에 따라 절취된 단면도이다. 도 6의 (b)에는 N형반도체기판(31) 상의 P형반도체영역(32)안에 N형반도체층(33)을 포함하는 광전변환부(11)가 도시되어 있다. P+형확산층(36) 및 N형반도체층(34)에 의해 형성된 수직전하전이부들(12), 게이트산화막(35), 및 폴리실리콘층에 의해 형성된 수직전하전이전극들(13)이 P형반도체영역(32)안에 형성된다. 또한, 광차폐막(37)이 광전변환부(11)와는 다른 영역에 제공된다.FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 6A. FIG. 6B shows the photoelectric conversion unit 11 including the N-type semiconductor layer 33 in the P-type semiconductor region 32 on the N-type semiconductor substrate 31. The vertical charge transfer parts 12 formed by the P + type diffusion layer 36 and the N type semiconductor layer 34, the gate oxide film 35, and the polysilicon layer are formed of the vertical charge transfer electrodes 13. It is formed in the semiconductor region 32. In addition, the light shielding film 37 is provided in a region different from the photoelectric conversion section 11.
도 7a 및 도 7b는 도 6의 (a)에 도시된 전하전이부의 각 전극들에 인가된 수직전하전이클럭펄스들의 각 예들을 보여주는 파형도이다.7A and 7B are waveform diagrams showing examples of vertical charge transition clock pulses applied to the electrodes of the charge transition portion shown in FIG. 6A.
도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 다수의 셀들을 포함하는 셀부는 전이클럭펄스(Ф1)가 입력되는 전하전이전극들(13a), 전이클럭펄스(Ф2)가 입력되는 전하전이전극들(13b), 전이클럭펄스(Ф3)가 입력되는 전하전이전극들(13c), 및 전이클럭펄스(Ф4)가 입력되는 전하전이전극들(13d)를 포함하고 있다.As shown in FIG. 6A, a cell unit including a plurality of cells includes charge transition electrodes 13a to which a transition clock pulse? 1 is input and charge transition electrodes to which a transition clock pulse? 2 is input. 13b, charge transition electrodes 13c to which the transition clock pulses? 3 are input, and charge transition electrodes 13d to which the transition clock pulses? 4 are input.
전하전이전극(13a)은 수직전하전이부(12)의 좌측에 배열되고 신호전하독출영역(16)을 통해 예를 들면, 신호전하 "a"를 저장하고 있는 광전변환부(11)에 연결되어 있다.The charge transfer electrode 13a is arranged on the left side of the vertical charge transfer unit 12 and is connected to the photoelectric conversion unit 11 that stores, for example, the signal charge “a” through the signal charge readout region 16. have.
유사하게, 전하전이전극(13b)은 수직전하전이부(12)의 우측에 배열되고 신호전하독출영역(16)을 통해 예를 들면, 신호전하 "A"를 저장하고 있는 광전변환부(11)에 연결되어 있다. 전하전이전극(13c)은 수직전하전이부(12)의 좌측에 배열되고 신호전하독출영역(16)을 통해 예를 들면, 신호전하 "b"를 저장하고 있는 광전변환부(11)에 연결되어 있다. 전하전이전극(13d)은 수직전하전이부(12)의 우측에 배열되고 신호전하독출영역(16)을 통해 예를 들면, 신호전하 "B"를 저장하고 있는 광전변환부(11)에 연결되어 있다.Similarly, the charge transfer electrode 13b is arranged on the right side of the vertical charge transfer unit 12 and the photoelectric conversion unit 11 stores, for example, the signal charge “A” through the signal charge readout region 16. Is connected to. The charge transfer electrode 13c is arranged on the left side of the vertical charge transfer unit 12 and is connected to the photoelectric conversion unit 11 that stores, for example, the signal charge “b” through the signal charge readout region 16. have. The charge transfer electrode 13d is arranged on the right side of the vertical charge transfer unit 12 and is connected to the photoelectric conversion unit 11 storing, for example, the signal charge “B” through the signal charge readout region 16. have.
신호전하독출영역(16)은 예를 들면, 신호전하 "a"를 저장하고 있는 광전변환부(11)를 전하전이전극(13a)이 아니고 전하전이전극(13b)에 연결하는데 사용되어져도 좋고 신호전하독출영역(16)의 임의의 수가 요청 시에 제공될 수 있다.The signal charge reading area 16 may be used to connect, for example, the photoelectric conversion section 11 storing the signal charge " a " to the charge transition electrode 13b instead of the charge transition electrode 13a. Any number of charge reading regions 16 may be provided upon request.
도 7a에 도시한 바와 같이, 독출펄스(VT)를 동반하는 전이클럭펄스(Ф1)가 시각(t1)에서 전하전이전극(13a)에 입력될 때, 신호전하들 "a" 및 "I"가 광전변환부(11)로부터 수직전하전이부(12)로 독출된다. 이처럼 독출된 신호전하들은 독출펄스(VT)가 인가되는 전하전이전극(13a) 아래에 저장된다. 순차적으로, 시각(t2)에서, 신호전하들은, 도 7a에 도시한 바와 같이 VT로부터 VH로 전이클럭펄스의 전압변경에 기인된 전위변경에 대응되게, 하이전압 VH가 인가되는 전하전이전극들(13a 및 13b)의 아래에 저장된다. 다음, 이 신호전하들은 시각(t3)에서 전하전이전극들(13b 및 13c) 사이에 순차적으로 전이되고, 시각(t4)에서, 이 신호전하들은 각각 전하전이전극들(13c 및 13d) 아래에 저장된다. 시각(t1)으로부터 신호전하들이 수평전하전이부에 도달하는 시각까지의 상술한 연결동작은 하나의 주기를 구성한다.As shown in Fig. 7A, when the transition clock pulse? 1 accompanying the read pulse V T is input to the charge transition electrode 13a at time t1, the signal charges " a " and " I " Is read from the photoelectric conversion section 11 to the vertical charge transfer section 12. The signal charges thus read are stored under the charge transition electrode 13a to which the read pulse V T is applied. Subsequently, at time t2, the signal charges are charged to which the high voltage V H is applied, corresponding to the potential change caused by the voltage change of the transition clock pulse from V T to V H as shown in FIG. 7A. Stored under the electrodes 13a and 13b. These signal charges are then sequentially transferred between the charge transition electrodes 13b and 13c at time t3, and at time t4, these signal charges are stored below the charge transition electrodes 13c and 13d, respectively. do. The above-mentioned connection operation from the time t1 to the time when the signal charges reach the horizontal charge transition part constitutes one period.
상술한 한 주기 후, 도 7b에 도시한 바와 같이, 독출펄스(VT)를 동반하는 전하전이클럭펄스(Ф2)가 시각(t1)에서 전하전이전극(13b)에 입력되고, 따라서, 신호전하 "A"가 광전변환부(11)로부터 수직전하전이부(12)로 독출된다.After one cycle as described above, as shown in FIG. 7B, the charge transition clock pulse? 2 accompanying the read pulse V T is input to the charge transition electrode 13b at time t1, and thus, the signal charge "A" is read from the photoelectric conversion section 11 to the vertical charge transfer section 12.
다음, 도 7c에 도시한 바와 같이, 독출펄스(VT)를 동반하는 전이클럭펄스(Ф3)가 시각전하전이전극(13c)에 입력될 때, 신호전하들 "b" 및 "II"가 광전변환부(11)로부터 수직전하전이부(12)로 독출된다. 도 7d에 도시한 바와 같이, 독출펄스(VT)를 동반하는 전이클럭펄스(Ф4)가 전하전이전극(13d)에 입력될 때, 신호전하 "B"가 광전변환부(11)로부터 수직전하전이부(12)로 독출된다.Next, as shown in FIG. 7C, when the transition clock pulse? 3 accompanying the read pulse V T is input to the visual charge electrode 13c, the signal charges “b” and “II” are photoelectric. It is read from the converter 11 to the vertical charge transfer unit 12. As shown in FIG. 7D, when the transition clock pulse? 4 accompanying the read pulse V T is input to the charge transition electrode 13d, the signal charge “B” is vertically charged from the photoelectric conversion unit 11. It is read by the transition part 12.
이 방법으로, 광전변환부들(11)에 있는 모든 신호전하들은 서로 혼합 없이 출력된다. 그러므로, 수직전하전이부(12)의 공통반복단위(이 실시예에서, 네 개의 수직전하전이전극들에 대응하는)에 속하는 광전변환부들(11)의 모든 신호전하들(a, A, b, B)은 일시에 동시에 독출되는 경우는 없다.In this way, all signal charges in the photoelectric conversion sections 11 are output without mixing with each other. Therefore, all signal charges a, A, b, of the photoelectric conversion units 11 belonging to the common repetition unit of the vertical charge transfer unit 12 (in this embodiment, corresponding to four vertical charge transfer electrodes). B) is not read at the same time at the same time.
이 실시예에 있어서, 도 4에 도시된 고체영상감지기의 셀(4)은 수직전하전이부(12)의 양측면에 광전변환부들(11)을 갖는다. 즉, 하나의 수직전하전이부(12)에는 두 개의 광전변환부들(11)이 제공된다. 수직전하전이부(12)가 단지 두 개의 전하전이전극들(13)만을 갖기 때문에, 수직방향으로 배열된 두 셀들은 도 5에 도시된 방법에 따라 신호전하들의 독출 및 전이를 수행하기 위하여 공통으로 전하전이전극들을 사용한다. 그러므로, 하나의 영상은 신호전하 독출동작을 네 번 수행함에 의해 제공될 수 있다.In this embodiment, the cell 4 of the solid state image sensor shown in FIG. 4 has photoelectric conversion parts 11 on both sides of the vertical charge transfer part 12. That is, two photoelectric conversion parts 11 are provided in one vertical charge transfer part 12. Since the vertical charge transfer section 12 has only two charge transition electrodes 13, the two cells arranged in the vertical direction are commonly used to perform reading and transition of signal charges according to the method shown in FIG. 5. Charge transition electrodes are used. Therefore, one image can be provided by performing the signal charge read operation four times.
일반적으로, 신호전하의 전이속도는 전하전이전극을 길게 만들수록 감소되고 전하전이전극의 폭을 넓게 만들수록 증가된다. 그러나, 전극폭 대 전극길이의 율이 변경되도록 전하전이전극의 영역을 변경함에 의해 전하전이속도의 감소를 제한하는 것이 가능하다.In general, the transition rate of signal charge decreases as the charge transition electrode is made longer and increases as the width of the charge transition electrode is made wider. However, it is possible to limit the decrease in the charge transfer speed by changing the area of the charge transfer electrode so that the ratio of electrode width to electrode length is changed.
도 4에 도시된 본 발명의 셀(10)의 광전변환부가 도 1a 또는 도 1b에 도시된 셀의 광전변환부와 크기가 동일하다고 가정하면, 전하전이전극(13)의 폭은 2W + w로 되고, 전하전이전극(13)의 길이는 2L로 된다. W 및 L은 도 1a의 셀(1) 또는 도 1b의 셀(7)의 전극폭 및 전극길이에 대한 기초단위이고 w는 전하의 유출을 방지하기 위하여 각 셀에 제공된 채널정지로서의 고립부에 대응하고, 이것은 두 셀들(1 또는 7)을 결합함에 의해 불필요하게 된다(W + W, 도 4의 중앙 수직선 참조).Assuming that the photoelectric conversion part of the cell 10 of the present invention shown in FIG. 4 is the same size as the photoelectric conversion part of the cell shown in FIG. 1A or 1B, the width of the charge transition electrode 13 is 2W + w. The length of the charge transition electrode 13 is 2L. W and L are the basic units for the electrode width and electrode length of the cell 1 of FIG. 1A or the cell 7 of FIG. 1B, and w corresponds to the isolation as a channel stop provided in each cell to prevent leakage of charge. This is unnecessary by combining the two cells 1 or 7 (W + W, see center vertical line in FIG. 4).
전하전이전극(13)의 폭을 더 증가하는 것이 가능하게 되기 때문에, 수직전하전이부(12)의 양측면에 있는 광전변환부들용 전하전이전극들의 폭의 증가된 부분을 이용함에 의해 각 광전변환부(11)의 영역을 증가하는 것이 가능하게 되고, 따라서 고체영상감지기의 감응도를 개선한다. 그러므로, 이 구조는 화소수의 증가를 취급하는데 그리고 이러한 설계의 변경을 취급하는데 이용될 수가 있다.Since it becomes possible to further increase the width of the charge transition electrode 13, each photoelectric conversion section is utilized by using an increased portion of the width of the charge transition electrodes for the photoelectric conversion sections on both sides of the vertical charge transition section 12. It is possible to increase the area of (11), thereby improving the sensitivity of the solid state image sensor. Therefore, this structure can be used to handle the increase in the number of pixels and to deal with such design changes.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명에 따른 셀구조의 다른 예들을 보여준다.8A to 8C show other examples of the cell structure according to the present invention.
도 8a에서, 셀(20)은 각각이 두 개의 전하전이전극들(13)을 갖는 두 수직전하전이부들(12)과 이 수직전하전이부들(12)의 양측면에 배열된 두 광전변환부들(11)을 포함하고 있다. 그러므로, 하나의 셀(20)에는 네 개의 전하전이전극들(13)이 있다. 도 9는 이 셀(20)의 전하전이전극들(13)에 인가된 전하전이클럭펄스들의 일 예를 도시하고 있다. 이 경우에 있어서, 전하전이량은, 전하전이량을 결정하는 이 두 전하전이전극들의 총영역이 실질적으로 셀(10)의 경우의 것에 반이기 때문에, 실질적으로 셀(10)의 반으로 된다.In FIG. 8A, the cell 20 includes two vertical charge transfer portions 12 each having two charge transfer electrodes 13 and two photoelectric conversion portions 11 arranged on both sides of the vertical charge transfer portions 12. ) Is included. Therefore, there are four charge transition electrodes 13 in one cell 20. 9 shows an example of the charge transition clock pulses applied to the charge transition electrodes 13 of this cell 20. In this case, the charge transfer amount is substantially half of the cell 10 since the total area of these two charge transfer electrodes that determines the charge transfer amount is substantially half that of the cell 10.
도 8b에 있어서, 셀(21)은 각각이 하나의 전하전이전극(13) 및 수직전하전이부(12)의 양측면에 배열된 두 개의 광전변환부들(11)을 갖는 수직전하전이부(12)을 포함하는 세 개의 소자세트들로 구성된다. 그러므로, 하나의 셀에는 세 개의 전하전이전극들(13)이 있다. 도 10에는 셀(21)의 전하전이전극들(13)에 인가된 전하전이클럭펄스의 예가 도시되어 있다. 이 경우에 있어서, 수직방향으로 배열된 세 개의 수직전하전이부들(12)이 여섯 개의 광전변환부들(11)에 의해 공통으로 사용된다.In FIG. 8B, the cell 21 has a vertical charge transfer portion 12 each having two photoelectric conversion portions 11 arranged on both sides of one charge transition electrode 13 and the vertical charge transfer portion 12. It consists of three device sets including a. Therefore, there are three charge transition electrodes 13 in one cell. 10 shows an example of the charge transition clock pulses applied to the charge transition electrodes 13 of the cell 21. In this case, three vertical charge transfer parts 12 arranged in the vertical direction are commonly used by six photoelectric conversion parts 11.
도 8c에 있어서, 셀(22)는 각각이 두개의 전하전이전극들(13) 및 수직전하전이부(12)의 양측면에 배열된 두 개의 광전변환부들(11)을 갖는 수직전하전이부(12)을 포함하는 세 개의 소자세트들로 구성된다. 그러므로, 하나의 셀에는 여섯 개의 전하전이전극들(13)이 있다. 도 11에는 전하전이전극들(13)에 인가된 전하전이클럭펄스의 예가 도시되어 있다. 이 경우에 있어서, 수직방향으로 배열된 세 개의 수직전하전이부들(12)이 여섯 개의 전하전이전극들(13)에 의해 공통으로 사용된다.In FIG. 8C, the cell 22 has a vertical charge transfer portion 12 each having two photoelectric conversion portions 11 arranged on both sides of two charge transition electrodes 13 and a vertical charge transfer portion 12. It is composed of three device sets including). Therefore, there are six charge transition electrodes 13 in one cell. 11 shows an example of the charge transition clock pulses applied to the charge transition electrodes 13. In this case, three vertical charge transfer parts 12 arranged in the vertical direction are commonly used by the six charge transfer electrodes 13.
셀(21)의 전하전이전극들(13)의 수는, 비록 셀(21)의 광전변환부(11)의 포토다이오드들의 수가 셀(22)의 것과 동일하다하더라도, 셀(22)의 것과는 다르다. 그러므로, 셀(22)의 신호전하를 저장 및 전이하기 위한 능력은 실질적으로 셀(21)의두 배이다. 이것은 왜냐하면 셀(22)의 전하전이량을 결정하는 네 개의 전하전이전극들의 총역영이 셀(21)의 전하전이량을 결정하는 전하전이전극의 영역에 실직적으로 두 배가 되기 때문이다.The number of charge transfer electrodes 13 of the cell 21 differs from that of the cell 22, even if the number of photodiodes of the photoelectric conversion section 11 of the cell 21 is the same as that of the cell 22. . Therefore, the ability to store and transfer the signal charge of the cell 22 is substantially twice that of the cell 21. This is because the total area of the four charge transfer electrodes that determine the charge transfer amount of the cell 22 is substantially doubled in the area of the charge transfer electrode that determines the charge transfer amount of the cell 21.
수직방향으로 배열된 공통으로 사용되는 수직전하전이부들(12)의 수는 3에 한정되지는 않는다. 수직방향으로 배열되고 공통으로 사용되는 수직전하전이부들(12)의 수는 4 또는 그 이상이어도 좋다.The number of commonly used vertical charge transfer parts 12 arranged in the vertical direction is not limited to three. The number of vertical charge transfer parts 12 arranged in the vertical direction and commonly used may be four or more.
상술한 바와 같이, 상술한 실시예들의 어느 하나에 따른 고체영상감지기의 셀에는 2n(여기서, n은 정수이다)의 광전변환부들(11)이 수직전하전이부(12)를 공통으로 사용하는 하나의 수직전하전이부(12)의 양 측면에 배열된다. 예를 들면, 적어도 세 개의 전하전이전극들이 하나의 수직전하전이부의 두 전하전이전극들 및 이 하나의 수직전하전이부의 위 또는 아래에 배열된 수직전하전이부의 적어도 하나의 전하전이전극을 공통으로 사용함으로써 하나의 셀의 하나의 수직전하전이부에 의해 사용될 수 있다.As described above, in the cell of the solid state image sensor according to any one of the above-described embodiments, one of the photoelectric conversion units 11 of 2n (where n is an integer) uses the vertical charge transfer unit 12 in common. Are arranged on both sides of the vertical charge transfer portion (12). For example, at least three charge transition electrodes commonly use two charge transition electrodes of one vertical charge transition part and at least one charge transition electrode of a vertical charge transition part arranged above or below this one vertical charge transition part. This can be used by one vertical charge transfer part of one cell.
메모리 비용의 절감과 CPU의 작동속도의 증가가 고속으로 향상되고, CCD영상감지기가 메모리등을 사용함에 의해 시스템적으로 사용되어져 왔기 때문에, CCD영상감지기의 모든 화소들을 일시에 독출할 필요는 없다. 그러므로, 모든 신호전하전이동작을 CCD영상감지기에 넣을 필요는 없다. 신호전하전이 과정은 분산될 수 있다. 또한, 비록 전이영역이 바람직하게 크더라도, 광다이오드들의 영역이 전이영역을 크게 함으로써 영향을 받는 것은 바람직하지 못하다. 그러므로, 공통적으로 사용될 수 있는 부분들은 가능한 많이 공통적으로 사용된다.Since the reduction of the memory cost and the increase in the operating speed of the CPU are improved at high speed, and the CCD image sensor has been used systematically by using a memory or the like, it is not necessary to read all the pixels of the CCD image sensor at one time. Therefore, it is not necessary to put all the signal charge transfer operations in the CCD image sensor. The signal charge transfer process can be distributed. Also, although the transition region is preferably large, it is not desirable that the region of the photodiodes be affected by making the transition region larger. Therefore, parts that can be used in common are used in common as much as possible.
그러므로, 각각이 두 개의 광전변환부들(11) 사이에 형성된 수직전하전이부들(12)과 함께 고체영상감지기에 의해, 모든 광전변환부들(11)의 신호전하들은 혼합없이 개별적으로 출력되고, 수직전하전이부(12)의 반복단위를 공통으로 사용하는 광전변환부들(11)의 신호전하들은 동시에 독출되지 않는다. 따라서, 고체영상감지기의 셀들의 이용효과가 증진되고 셀 크기가 감소될 때 발생될 수도 있는 고체영상감지기의 감응도 및 전하전이효과 등과 같은 특성의 열화를 피할 수 있다. 결론적으로, 고체영상감지기의 성능이 개선 될 수 있다.Therefore, by the solid-state image sensor with the vertical charge transfer parts 12 each formed between the two photoelectric conversion parts 11, the signal charges of all the photoelectric conversion parts 11 are output separately without mixing, and the vertical charges The signal charges of the photoelectric conversion parts 11 that commonly use the repeating unit of the transition part 12 are not read out at the same time. Therefore, deterioration of characteristics such as sensitivity and charge transfer effect of the solid state image sensor, which may occur when the use effect of the cells of the solid state image sensor is enhanced and the cell size is reduced, can be avoided. In conclusion, the performance of the solid-state image sensor can be improved.
상술한 바와 같이, 각각이 수직전하전이부 및 이 수직전하전이부의 양 측면에 배열된 광전변환부들을 갖는 셀들로 구성되는 본 발명의 고체영상감지기에 있어서, 수직전하전이부는 광전변환부에 의해 사용되는 것으로서, 셀들의 이용효율이 증진되고 셀 크기가 감소될 때 발생될 수도 있는 고체영상감지기의 감응도 및 전하전이효율 등과 같은 특성의 열화를 피하게 되는 것이다.As described above, in the solid-state image sensor of the present invention, each of which has a vertical charge transfer unit and cells having photoelectric conversion units arranged on both sides of the vertical charge transfer unit, the vertical charge transfer unit is used by the photoelectric conversion unit. As a result, deterioration of characteristics such as sensitivity and charge transfer efficiency of the solid state image sensor, which may occur when the utilization efficiency of the cells is enhanced and the cell size is reduced, is avoided.
또한, 상술한 고체영상감지기를 본 발명의 구동방법에 의해 구동하는 것이 가능할 수 있다.In addition, it may be possible to drive the above-mentioned solid state image sensor by the driving method of the present invention.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 변형되고 변경될 수 있다는 것은 명백하다.As described above, it is apparent that the present invention is not limited to the above embodiments, but may be modified and changed without departing from the spirit and scope of the present invention.
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