JP2977975B2 - Solid-state imaging device and driving method thereof - Google Patents
Solid-state imaging device and driving method thereofInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は撮像装置に関し、特に半
導体ホトダイオード等の光電変換素子と電荷結合デバイ
ス(CCD)を用いた固体撮像装置とその駆動方法に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image pickup apparatus, and more particularly to a solid-state image pickup apparatus using a photoelectric conversion element such as a semiconductor photodiode and a charge-coupled device (CCD) and a driving method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】固体撮像装置として、CCD転送方式の
ものが知られており、電子カメラ、複写機、その他の映
像機器に利用されている。多数のホトダイオードを垂
直、水平方向に配列し、画素行列を形成する。さらに、
各ホトダイオード列に隣接して垂直電荷転送路(VCC
D)を形成し、各VCCDの終端に隣接して水平電荷転
送路(HCCD)を形成する。2. Description of the Related Art As a solid-state imaging device, a CCD transfer system is known, and is used in electronic cameras, copying machines, and other video equipment. A large number of photodiodes are vertically and horizontally arranged to form a pixel matrix. further,
A vertical charge transfer path (VCC) adjacent to each photodiode row
D), and a horizontal charge transfer path (HCCD) is formed adjacent to the end of each VCCD.
【0003】このような固体撮像装置を用いた電子スチ
ルカメラ等において、全ホトダイオード(PD)を同時
に露光し、独立に信号を読みだしたいという要求があ
る。従来のインターライン(IT)型、フレームトラン
スファ(FT)型、フレームインターライントランスフ
ァ(FIT)型等の撮像装置においては、露光のために
メカニカルシャッターを用いている。メカニカルシャッ
ターを用いた場合、露光時間(シャッタスピード)の精
度や露光時刻の精度と制御はメカニカルシャッターの精
度に依存する。また、フォーカルプレーンシャッターを
用いた場合は、画面内の場所による時刻ずれが生じる。In an electronic still camera or the like using such a solid-state imaging device, there is a demand that all photodiodes (PDs) be exposed at the same time and signals be read independently. 2. Description of the Related Art Conventional imaging devices such as an interline (IT) type, a frame transfer (FT) type, and a frame interline transfer (FIT) type use a mechanical shutter for exposure. When a mechanical shutter is used, the accuracy of exposure time (shutter speed) and the accuracy and control of exposure time depend on the accuracy of the mechanical shutter. Further, when a focal plane shutter is used, a time lag occurs due to a location in the screen.
【0004】ホトダイオードに蓄積した電荷を同時に読
み出し、転送するためには、通常1画素または1行につ
き3相以上の転送パルスが必要である。1画素当たり3
相以上の転送パルスを実現するには、1画素当たり3電
極以上が必要であり、微細化の面から不利な条件とな
る。In order to simultaneously read out and transfer the charges accumulated in the photodiode, transfer pulses of three or more phases are usually required for one pixel or one row. 3 per pixel
In order to realize transfer pulses of more than one phase, three or more electrodes are required per pixel, which is a disadvantageous condition in terms of miniaturization.
【0005】1電極の下にウェル部とバリア部とを形成
し、2相駆動を行なうことも考えられるが、ウェル部と
バリア部とを形成するプロセス工程においてセルフアラ
インが使用できない等の問題も生じる。It is conceivable to form a well portion and a barrier portion under one electrode and perform two-phase driving. However, there is also a problem that a self-alignment cannot be used in a process for forming the well portion and the barrier portion. Occurs.
【0006】これらの欠点を持たない転送方式として、
アコーディオン転送方式が提案されている(PHILI
PS TECHNICAL REVIEW VOL.4
3,No.1/2,1986, A.J.P.Theu
wissenおよびC.H.L.Weijtens)。As a transfer method which does not have these disadvantages,
An accordion transfer method has been proposed (PHILI
PS TECHNICAL REVIEW VOL. 4
3, No. 1 / 2,1986, A. J. P. Theu
Wissen and C.I. H. L. Weijtens).
【0007】アコーディオン転送方式においては、1画
素ないしは1行当たり2電極というITCCD、FTC
CD、FIT等と同じ電極数で、かつ全画素同時読み出
しが可能であり、基板抜き等の電子シャッターを用いて
同時刻露光の電子シャッターが可能である。In the accordion transfer method, ITCD, FTC having two electrodes per pixel or one row are used.
With the same number of electrodes as for a CD, FIT, etc., all pixels can be read simultaneously, and an electronic shutter of the same time exposure using an electronic shutter, such as a substrate cutout, is possible.
【0008】図9に、アコーディオン転送方式を示す。
図9(A)は、時間の経過と共に転送路の電極下のポテ
ンシャルがどのように変化するかを示すポテンシャルダ
イヤグラムである。図9(B)は、アコーディオン転送
方式により、電荷がどのように移動するかを示す概念的
平面図である。FIG. 9 shows an accordion transfer system.
FIG. 9A is a potential diagram showing how the potential under the electrode of the transfer path changes over time. FIG. 9B is a conceptual plan view showing how charges move by the accordion transfer method.
【0009】図9(A)において、転送路の電極は、奇
数番めの電極Odと偶数番めの電極Evに分類される。
これら各電極の下に電荷転送路のウェルまたはバリアが
形成される。電荷転送路内の電子エネルギを実線の折線
で模式的に示す。高さが電子エネルギを示す。In FIG. 9A, the electrodes of the transfer path are classified into odd-numbered electrodes Od and even-numbered electrodes Ev.
A well or barrier of a charge transfer path is formed below each of these electrodes. The electron energy in the charge transfer path is schematically shown by a solid broken line. Height indicates electron energy.
【0010】まず、奇数番めの電極の下の電子エネルギ
が下げられ、電位井戸が形成され、電荷qa、qb、q
cが蓄積される。この状態のままで、電位井戸と電位井
戸との間に配置される電位障壁を低くすると、電荷混合
が生じてしまう。First, the electron energy below the odd-numbered electrodes is reduced, a potential well is formed, and the charges qa, qb, q
c is accumulated. If the potential barrier disposed between the potential wells is lowered in this state, charge mixing occurs.
【0011】そこで、まず最も右側の偶数番めの電極の
下の電子エネルギを下げ、電位井戸を2電極分に引き延
ばす。すると、電荷qaは右側に1電極分広がって分布
する。次に電荷qaを蓄積した電位井戸の左側部分の電
子エネルギを上げ、同時に右側の電位障壁部分の電子エ
ネルギを下げると電荷qaは2電極分に分布したまま右
側に1電極分移動する。Therefore, first, the electron energy below the rightmost even-numbered electrode is lowered, and the potential well is extended to two electrodes. Then, the electric charge qa is distributed on the right side by one electrode. Next, when the electron energy in the left portion of the potential well storing the charge qa is increased and the electron energy in the right potential barrier portion is decreased at the same time, the charge qa moves to the right by one electrode while being distributed over two electrodes.
【0012】すると、電荷qaとqbの間に2電極分の
電位障壁が形成される。その後順次電荷qaの左側部分
の電子エネルギを上げ、右側部分の電子エネルギを下げ
ることによって順次電荷qaは右側に転送される。Then, a potential barrier for two electrodes is formed between the charges qa and qb. Thereafter, the charge qa is sequentially transferred to the right by sequentially increasing the electron energy in the left portion of the charge qa and decreasing the electron energy in the right portion.
【0013】また、電荷qaとqbの間に2電極分の電
位障壁が生じたとき、次に電荷qbの右側の電位障壁の
電子エネルギを下げると、電荷qbは2電極分に広がっ
て分布するようになる。この時、電荷qaとqbの間に
は少なくとも1電極分、通常2電極分の電位障壁が存在
するため、電荷混合は生じない。このようにして、1電
極おきに蓄積された電荷を2倍のピッチに引き延ばして
分布させることにより、電荷転送が可能となる。When a potential barrier corresponding to two electrodes is generated between the electric charges qa and qb, if the electron energy of the electric potential barrier on the right side of the electric charge qb is lowered, the electric charge qb spreads and distributes over the two electrodes. Become like At this time, since there is a potential barrier for at least one electrode, usually two electrodes, between the charges qa and qb, charge mixing does not occur. In this manner, by transferring the electric charges accumulated in every other electrode to a double pitch and distributing them, electric charges can be transferred.
【0014】図9(B)は、このようにして転送される
電荷分布を概略的に示す。図中、横軸は時間変化を示
し、縦軸は転送路の電極を示す。最も左側の状態におい
ては、転送路の上半分に1電極おきに電荷qa、qb、
qc、qdが蓄積されている。これらの電荷のうち、下
側に配置された電荷から順次2電極長の電位井戸と2電
極長の電位障壁を形成しながら電荷を下方に転送する。FIG. 9B schematically shows the distribution of charges transferred in this manner. In the figure, the horizontal axis indicates a time change, and the vertical axis indicates the electrodes of the transfer path. In the leftmost state, charges qa, qb,
qc and qd are accumulated. Among these charges, the charges are transferred downward while sequentially forming a two-electrode-length potential well and a two-electrode-length potential barrier from the lower charge.
【0015】すなわち、転送されているときの電荷は2
電極分に分布し、転送中の電荷と電荷の間には2電極分
の電位障壁が形成されている。このようにして、電荷混
合を防止しつつ、1電極おきに蓄積された電荷を転送す
ることができる。転送が完了した最も右側の状態におい
ては、電荷qa、qb、qc、qdは再び1電極おきに
分布している。That is, the charge during the transfer is 2
A potential barrier for two electrodes is formed between the charges during the transfer and distributed between the electrodes. In this way, it is possible to transfer the charges accumulated every other electrode while preventing charge mixing. In the rightmost state where the transfer is completed, the electric charges qa, qb, qc, and qd are distributed again every other electrode.
【0016】転送時の電位井戸と電位障壁の発生の様子
が、楽器のアコーディオンの蛇腹部を次第に広げてから
再び閉じていく時の様子に類似しているので、この電荷
転送方式はアコーディオン転送方式と呼ばれる。この方
式では、ホトダイオード1行につき1つの信号を転送で
きる。Since the appearance of the potential well and the potential barrier at the time of transfer is similar to the case where the accordion of the musical instrument is gradually widened and then closed again, this charge transfer method is an accordion transfer method. Called. In this system, one signal can be transferred per photodiode row.
【0017】本出願人は、ホトダイオード行列と垂直電
荷転送路と水平電荷転送路を含む固体撮像装置におい
て、同様の電荷転送を行なうドミノ型転送方式を提案し
た。駆動信号もインターライン型CCDに類似した4相
駆動によって転送していた。この方式においても、ホト
ダイオード1行につき1つの信号を転送できる。The present applicant has proposed a domino type transfer system for performing similar charge transfer in a solid-state imaging device including a photodiode matrix, a vertical charge transfer path, and a horizontal charge transfer path. The drive signal was also transferred by four-phase drive similar to the interline CCD. Also in this method, one signal can be transferred per photodiode row.
【0018】図10は、本出願人が先に提案したFIT
疑似フレーム電子シャッタを説明する図である。図10
(A)は構成を示す概略平面図、図10(B)は動作を
示す概念図である。FIG. 10 shows the FIT proposed earlier by the present applicant.
It is a figure explaining a pseudo frame electronic shutter. FIG.
10A is a schematic plan view showing the configuration, and FIG. 10B is a conceptual diagram showing the operation.
【0019】図10(A)において、たとえばp型シリ
コン基板にn型不純物をドープすることにより、多数の
ホトダイオードPが行列状に配置され、これらのホトダ
イオードの各列に隣接してCCDからなる複数の電荷転
送路Lが形成されている。In FIG. 10A, for example, by doping a p-type silicon substrate with an n-type impurity, a large number of photodiodes P are arranged in a matrix, and a plurality of photodiodes P are arranged adjacent to each column of the photodiodes. Is formed.
【0020】また、ホトダイオードPと電荷転送路Lの
間にはトランスファゲートGが形成されている。電荷転
送路Lには、ホトダイオードの各行に対して2つの電極
が形成されている。A transfer gate G is formed between the photodiode P and the charge transfer path L. In the charge transfer path L, two electrodes are formed for each row of photodiodes.
【0021】電荷転送路Lは、ホトダイオードの分布す
る領域から、分布しない領域に延び、受光部Rおよび蓄
積部Sを有する。各電荷転送路Lの蓄積部の端部には、
1つのHCCDが接続され、HCCDの出力は出力アン
プを介して取り出される。The charge transfer path L extends from a region where photodiodes are distributed to a region where photodiodes are not distributed, and has a light receiving portion R and a storage portion S. At the end of the storage section of each charge transfer path L,
One HCCD is connected, and the output of the HCCD is taken out via an output amplifier.
【0022】行列状に分布したホトダイオードPは、奇
数番目のホトダイオードPAと偶数番目のホトダイオー
ドPBに分類されている。奇数番目のホトダイオードP
AがAフィールドを形成し、偶数番目のホトダイオード
PBがBフィールドを形成し、これら2フィールドによ
って1フレームの画面を構成する。The photodiodes P distributed in a matrix are classified into odd-numbered photodiodes PA and even-numbered photodiodes PB. Odd-numbered photodiode P
A forms the A field, and the even-numbered photodiodes PB form the B field, and these two fields constitute a screen of one frame.
【0023】電荷転送路Lは、ホトダイオードの1行当
たり2つの電極しか含まないため、全てのホトダイオー
ドから同時に電荷を読み出し、転送しようとすると電荷
混合を生じてしまう。Since the charge transfer path L includes only two electrodes per row of photodiodes, if charges are read from all photodiodes and transferred at the same time, charge mixing occurs.
【0024】そこで、全ホトダイオードに蓄積された電
荷を、電荷混合を生じさせずに読みだすため、以下のよ
うな動作を行なう。図10(B)は、図10(A)のホ
トダイオードから電荷を読みだすための動作を概略的に
示す。Therefore, the following operation is performed in order to read out the charges accumulated in all the photodiodes without causing charge mixing. FIG. 10B schematically shows an operation for reading out charges from the photodiode in FIG.
【0025】まず、奇数番目のホトダイオードPAに蓄
積された電荷を電荷転送路Lの受光部L(R)に読み出
す。この状態において、電荷転送路Lには4つの電極に
1つの電荷信号が読みだされる。First, the charges accumulated in the odd-numbered photodiodes PA are read out to the light receiving portion L (R) of the charge transfer path L. In this state, one charge signal is read out to four electrodes in the charge transfer path L.
【0026】次に、受光部の電荷転送路L(R)に読み
だされた電荷を蓄積部Sの電荷転送路L(S)に転送す
る。この転送は、たとえば4相駆動によって実施でき、
この際電荷混合は生じない。Next, the charge read out to the charge transfer path L (R) of the light receiving section is transferred to the charge transfer path L (S) of the storage section S. This transfer can be performed by, for example, four-phase driving,
At this time, no charge mixing occurs.
【0027】奇数番目のホトダイオードに蓄積された電
荷を蓄積部の電荷転送路L(S)に格納した後、偶数番
目のホトダイオードPBに蓄積された電荷を受光部の電
荷転送路L(R)に読み出す。このようにして、電荷転
送路Lには、その蓄積部にAフィールドの電荷信号が格
納され、その受光部にBフィールドの電荷信号が格納さ
れる。After the charges accumulated in the odd-numbered photodiodes are stored in the charge transfer path L (S) of the storage section, the charges accumulated in the even-numbered photodiodes PB are stored in the charge transfer path L (R) of the light receiving section. read out. In this way, in the charge transfer path L, the charge signal of the A field is stored in the storage portion, and the charge signal of the B field is stored in the light receiving portion.
【0028】次に、受光部の電荷転送路L(R)の電荷
はそのままに保持し、蓄積部の電荷転送路L(S)の電
荷をHCCDに1行分ずつ転送し、HCCDを水平方向
に転送させ、出力アンプから取り出す。Next, the charge in the charge transfer path L (R) in the light receiving section is held as it is, and the charge in the charge transfer path L (S) in the storage section is transferred to the HCCD one line at a time. And take it out of the output amplifier.
【0029】このようにして、蓄積部に格納されたAフ
ィールドの電信号を全て読みだした後、受光部の電荷転
送路L(R)に格納された電荷信号を下方に転送し、1
行分ずつHCCDに転送し、HCCD中を水平方向に転
送し、出力アンプから取り出す。After all the electric signals of the field A stored in the storage section are read out in this way, the electric charge signals stored in the electric charge transfer path L (R) of the light receiving section are transferred downward, and
The data is transferred to the HCCD line by line, and then transferred in the HCCD in the horizontal direction and taken out from the output amplifier.
【0030】以上の操作により、全てのホトダイオード
PA、PBに蓄積された電荷信号を読みだすことができ
る。なお、電荷転送路L中の電荷転送は、インターライ
ン型CCDに類似した4相駆動によって転送する。この
方式は1画素2電極の構成を可能にし、微細化に有利で
ある。By the above operation, the charge signals accumulated in all the photodiodes PA and PB can be read. The charge transfer in the charge transfer path L is performed by a four-phase drive similar to an interline CCD. This method enables the configuration of two electrodes per pixel, which is advantageous for miniaturization.
【0031】[0031]
【発明が解決しようとする課題】アコーディオン型電荷
転送、またはドミノ型電荷転送においては、転送路の電
荷信号が引き延ばされて転送されるため、転送路内部に
格納された電荷は転送路出力端に格納された電荷と比較
して長い期間、電荷転送路中の一定個所に保持しておく
必要がある。この時、電荷混合を防止するため、電荷を
留めておくパケット部には電位井戸を形成するためのミ
ドルレベルの電圧が印加され、電荷と電荷の間の領域に
は電位障壁を形成するためのローレベルが印加される。In accordion type charge transfer or domino type charge transfer, since the charge signal in the transfer path is extended and transferred, the charges stored in the transfer path are output from the transfer path. It is necessary to hold the charge at a certain position in the charge transfer path for a long time as compared with the charge stored at the end. At this time, in order to prevent charge mixing, a middle-level voltage for forming a potential well is applied to the packet portion where the charges are retained, and a potential barrier for forming a potential barrier in a region between the charges. A low level is applied.
【0032】FIT疑似フレーム電子シャッタ方式にお
いては、Aフィールドの電荷とBフィールドの電荷が読
みだされた後、まず、Aフィールドの電荷のみが転送さ
れ、その間Bフィールドの電荷信号は電荷転送路の同一
個所に留められる。電荷を留めるためには、上記同様、
ミドルレベルの電圧が印加される。In the FIT pseudo-frame electronic shutter system, after the charges in the A field and the charges in the B field are read, first, only the charges in the A field are transferred. During that time, the charge signal in the B field is transferred to the charge transfer path. It is kept in the same place. To stop the charge,
A middle level voltage is applied.
【0033】ところで、電荷転送路には暗電流が発生す
る。ホトダイオードから電荷転送路に読みだされた電荷
は、その位置によって異なる時間電荷転送路の一定個所
に保持され、その後転送される。すると電荷信号が保持
される位置によって暗電流の大きさが異なることにな
る。平均的には、長い期間電荷転送路に保持された電荷
信号ほど大きな暗電流を受ける。Meanwhile, a dark current is generated in the charge transfer path. The electric charge read out from the photodiode to the charge transfer path is held at a certain position in the charge transfer path for a different time depending on the position, and then transferred. Then, the magnitude of the dark current differs depending on the position where the charge signal is held. On average, a charge signal held in the charge transfer path for a longer period receives a larger dark current.
【0034】さらに、暗電流の大きさは電荷転送路にお
いて均一ではなく、場所的な分布(ばらつき)を有す
る。このため、電荷信号が受ける暗電流のばらつきはさ
らに大きなものになる。このような暗電流の影響によ
り、再生される画面には固定パターンノイズ(FPN)
が現れたり、FIT疑似フレーム動作ではフリッカが生
じることになる。Further, the magnitude of the dark current is not uniform in the charge transfer path but has a distribution (variation) in place. For this reason, the variation of the dark current received by the charge signal is further increased. Due to the influence of such a dark current, the reproduced screen has a fixed pattern noise (FPN).
Or flicker occurs in the FIT pseudo frame operation.
【0035】本発明の目的は、暗電流の発生を低減する
ことのできる固体撮像装置の駆動方法を提供することで
ある。本発明の他の目的は、暗電流の影響を減少するこ
とのできる固体撮像装置を提供することである。An object of the present invention is to provide a driving method of a solid-state imaging device capable of reducing generation of dark current. Another object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of reducing the influence of dark current.
【0036】[0036]
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、第1導電型領域を有する半導体基板に形成され、列
状あるいは行列状に配置された多数個の光電変換素子
と、前記光電変換素子の各列に対応して配置された1列
あるいは複数列の第2導電型領域を含む埋込型のCCD
であって、前記第2導電型領域は、各光電変換素子に対
して電位井戸を形成して電荷を蓄積するためのウェル部
と電位障壁を形成して電荷を前記ウェル部に閉じ込める
ためのバリア部とを有し、これらが異なる不純物濃度を
有するCCDと、全ての光電変換素子から対応するCC
D内のウェル部に電荷を読み出し、CCD内の全てのウ
ェル部に電荷を蓄積する読出制御回路と、出力端に近い
側から次第に広がる前記CCD内の範囲に2相駆動電圧
を印加することにより前記CCD内の電荷を転送する転
送制御回路であって、1つの駆動電圧によって各光電変
換素子に対応する1つの電位井戸と1つの電位障壁とを
同時に制御でき、前記CCDの各画素あるいは各行当た
り1つの駆動電圧を印加するものであり、前記2相駆動
電圧が印加されない前記CCD内の範囲の前記CCDに
はピニング状態を実現するための電荷保持用電圧を印加
する転送制御回路とを有する。According to the present invention, there is provided a solid-state imaging device comprising: a plurality of photoelectric conversion elements formed on a semiconductor substrate having a first conductivity type region and arranged in rows or columns; Embedded CCD including one or more rows of second conductivity type regions arranged corresponding to each row of elements
Wherein the second conductivity type region has a well portion for forming a potential well for each photoelectric conversion element and accumulating charges, and a barrier for forming a potential barrier and confining charges in the well portion. And a CCD having different impurity concentrations, and a corresponding CC from all photoelectric conversion elements.
A read control circuit for reading the electric charges into the wells in D and accumulating the electric charges in all the wells in the CCD; and applying a two-phase drive voltage to a range in the CCD gradually expanding from the side near the output end. A transfer control circuit for transferring charges in the CCD, wherein one driving voltage and one potential well corresponding to each photoelectric conversion element can be simultaneously controlled by one driving voltage, and each pixel or row of the CCD is controlled by one driving voltage; And a transfer control circuit for applying a charge holding voltage for realizing a pinning state to the CCD in a range within the CCD to which the two-phase drive voltage is not applied.
【0037】[0037]
【作用】埋込型の電荷転送路において、暗電流の大きさ
は印加電圧によって変化する。すなわち、暗電流の原因
となる電荷発生中心(ジェネレーションセンタ)は、主
に半導体表面に分布する。電荷転送路のバイアス電圧を
変化させ、転送路表面をアキュミュレーション状態にす
るか、反転状態にすると、半導体表面に自由電荷担体が
存在するようになり、電荷発生中心を占有してしまう。
このため、電荷発生中心からの暗電流発生が低減され
る。In the buried charge transfer path, the magnitude of the dark current changes depending on the applied voltage. That is, the charge generation center (generation center) that causes the dark current is mainly distributed on the semiconductor surface. When the bias voltage of the charge transfer path is changed to bring the transfer path surface into an accumulation state or an inversion state, free charge carriers are present on the semiconductor surface and occupy the charge generation center.
Therefore, generation of dark current from the charge generation center is reduced.
【0038】電荷を垂直CCDの同一位置に保持させる
期間は、転送チャネル内のポテンシャルをピニング状態
に保持することにより、電荷発生中心は自由電荷担体に
占有され、その影響を著しく減少させる。このため、暗
電流が減少する。During the period in which the charges are held at the same position on the vertical CCD, the charge generation center is occupied by the free charge carriers by keeping the potential in the transfer channel in a pinning state, and the influence thereof is significantly reduced. Therefore, the dark current decreases.
【0039】[0039]
【実施例】図1は、本発明の基本的実施例による固体撮
像装置の電荷転送路を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining a charge transfer path of a solid-state imaging device according to a basic embodiment of the present invention.
【0040】図1(A)は、電荷転送路の構成とそのチ
ャネルポテンシャルVmを概略的に示す。電子エネルギ
は逆向きとなる。電荷転送路であるVCCDは、図中右
側に示すように、たとえばp型の半導体基板14の表面
に、n型の電荷転送路を形成して構成されている。この
電荷転送路は、n+ 型のウェル部15と、n- 型のバリ
ア部16とを交互に含む。FIG. 1A schematically shows the configuration of the charge transfer path and its channel potential Vm. Electron energy is reversed. The VCCD, which is a charge transfer path, is formed by forming an n-type charge transfer path on the surface of, for example, a p-type semiconductor substrate 14, as shown on the right side in the figure. The charge transfer path includes n + -type well portions 15 and n − -type barrier portions 16 alternately.
【0041】電荷転送路の上方には、絶縁膜を介して多
結晶シリコン等で形成されたゲート電極17、18が配
置されている。図の構成においては、ウェル部15の上
方に第1ポリシリコンで形成されたゲート電極17が配
置され、バリア部16の上方に第2ポリシリコンで形成
されたゲート電極18が配置されている。Above the charge transfer path, gate electrodes 17 and 18 made of polycrystalline silicon or the like are arranged via an insulating film. In the configuration shown in the figure, a gate electrode 17 made of first polysilicon is arranged above the well portion 15, and a gate electrode 18 made of second polysilicon is arranged above the barrier portion 16.
【0042】ゲート電極17、18に印加するゲート電
圧Vgを変化させると、電荷転送路内のチャネルポテン
シャルVmは図中左側のグラフに示すように変化する。
なお、図1(A)のグラフの縦軸上向きは電子に対する
電子エネルギを示し、横軸はゲート電圧を示している。
電子エネルギは下側が安定な低い電子エネルギである。
電子に対するものなので、正のゲート電圧を印加すると
電子エネルギは下がる。When the gate voltage Vg applied to the gate electrodes 17 and 18 is changed, the channel potential Vm in the charge transfer path changes as shown in the left graph in FIG.
In the graph of FIG. 1A, the upward direction on the vertical axis indicates the electron energy for electrons, and the horizontal axis indicates the gate voltage.
The electron energy is a stable low electron energy on the lower side.
Since it is for electrons, applying a positive gate voltage lowers the electron energy.
【0043】n+ 型領域のウェル部15のチャネルポテ
ンシャルVm(15)は、n- 型領域のバリア部16の
チャネルポテンシャルVm(16)よりも電子に対する
電子エネルギが低い状態にある。電荷転送路が空乏状態
にある時は、ゲート電圧Vgを変化させると、チャネル
ポテンシャルも変化する。The channel potential Vm (15) of the well portion 15 in the n + type region is in a state where electron energy for electrons is lower than the channel potential Vm (16) of the barrier portion 16 in the n − type region. When the charge transfer path is in the depletion state, changing the gate voltage Vg also changes the channel potential.
【0044】しかしながら、ゲート電圧Vgを逆バイア
ス方向に増加させると、ある値よりも深い逆バイアスで
は電荷転送路に反転状態が生じ、チャネルポテンシャル
Vmは一定値を取るようになる。このチャネルポテンシ
ャルが変化しなくなるゲート電圧をピニング電圧Vgp
と呼ぶ。However, when the gate voltage Vg is increased in the reverse bias direction, an inversion state occurs in the charge transfer path with a reverse bias deeper than a certain value, and the channel potential Vm takes a constant value. The gate voltage at which the channel potential does not change is defined as the pinning voltage Vgp.
Call.
【0045】ウェル部15とバリア部16とでは不純物
濃度が異なるため、ピニング電圧およびそれに伴うピニ
ングポテンシャルも異なる。ゲート電圧Vgがローレベ
ルの電圧VL の時、ウェル部15の電子エネルギも、バ
リア部16の電子エネルギもピニング状態にあるように
選ぶと、ウェル部15の電子エネルギは、ピニング電圧
の差による電位障壁により囲まれて電位井戸を形成す
る。Since the well portion 15 and the barrier portion 16 have different impurity concentrations, the pinning voltage and the corresponding pinning potential also differ. When the gate voltage Vg is the low level voltage VL , if the electron energy of the well portion 15 and the electron energy of the barrier portion 16 are selected so as to be in the pinning state, the electron energy of the well portion 15 depends on the difference between the pinning voltages. A potential well is formed surrounded by the potential barrier.
【0046】電荷を保持するウェル部15に隣接するバ
リア部16の一方に、ミドルレベルVM のゲート電圧を
印加すると、バリア部16の電子エネルギは、ローレベ
ルV L のウェル部15の電子エネルギよりも低くなり、
電荷を転送できる。The barrier adjacent to the well part 15 for holding the electric charge is
One of the rear part 16 has a middle level VMGate voltage
When applied, the electron energy of the barrier section 16 becomes low level.
Le V LLower than the electron energy of the well portion 15 of
The charge can be transferred.
【0047】なお、ピニング状態で電荷を保持するため
には、ウェル部15とバリア部16においてピニング電
圧が十分異なる必要があり、上述の構成においては、電
荷転送路の不純物濃度を変化させることにより、これを
実現した。不純物濃度の他に、pn接合の深さ等を変化
させること等によってもピニング電圧を変化させること
ができる。In order to hold the electric charge in the pinning state, it is necessary that the well section 15 and the barrier section 16 have sufficiently different pinning voltages. In the above configuration, the impurity concentration of the charge transfer path is changed. This was achieved. The pinning voltage can be changed by changing the depth or the like of the pn junction in addition to the impurity concentration.
【0048】図1(B)は、ゲート電圧の変化による暗
電流の変化を概略的に示す。図中、横軸はゲート電圧V
gを示し、縦軸は暗電流ID を示す。ゲート電圧を逆バ
イアスから順バイアスに変化させていくと、埋込電荷転
送路は反転状態、空乏状態、アキュミュレーション状態
をとる。FIG. 1B schematically shows a change in dark current due to a change in gate voltage. In the figure, the horizontal axis is the gate voltage V
g, and the vertical axis indicates the dark current ID . As the gate voltage is changed from a reverse bias to a forward bias, the embedded charge transfer path takes an inversion state, a depletion state, and an accumulation state.
【0049】このうち、反転状態とアキュミュレーショ
ン状態においては、半導体表面の電荷発生中心が自由電
荷担体によって占有されるため、暗電流IDが著しく減
少する。このため、暗電流ID は図に示すようにゲート
電圧によって変化する。ゲート電圧Vgをピニング電圧
Vgp以下(深い逆バイアス)に保つことにより、半導
体表面に反転状態を発生させれば、暗電流ID を減少さ
せることができる。In the inversion state and the accumulation state, the charge generation center on the semiconductor surface is occupied by free charge carriers, so that the dark current ID is significantly reduced. Therefore, the dark current ID changes depending on the gate voltage as shown in the figure. By maintaining the gate voltage Vg at or below the pinning voltage Vgp (deep reverse bias), if an inversion state occurs on the semiconductor surface, the dark current ID can be reduced.
【0050】図1(C)は、半導体基板の深さ方向の電
子エネルギ分布を示す。p型領域内では、伝導帯cbの
電子エネルギおよび価電子帯vbの電子エネルギは一定
値を有し、価電子帯vbに正孔41が存在する。電荷転
送路を形成するn型領域においては、pn接合の作り付
け電位によって電子エネルギが下がり、ゲート電圧によ
って半導体表面における電子エネルギが吊り上げられて
おり、その内部に電位井戸を形成している。この電位井
戸内に電子42が蓄積される。FIG. 1C shows the electron energy distribution in the depth direction of the semiconductor substrate. In the p-type region, the electron energy of the conduction band cb and the electron energy of the valence band vb have constant values, and holes 41 exist in the valence band vb. In the n-type region forming the charge transfer path, the electron energy is reduced by the built-in potential of the pn junction, the electron energy on the semiconductor surface is lifted by the gate voltage, and a potential well is formed therein. Electrons 42 are accumulated in this potential well.
【0051】また、ゲート電圧が十分深く逆バイアスさ
れているため、半導体表面では反転状態が生じ、表面部
分には正孔43が発生している。この正孔は、半導体表
面における電荷発生中心を占有し、その影響を著しく減
少させる。このため、半導体表面において電子・正孔対
が発生することが防止され、暗電流による蓄積電荷の変
化を防止する。Further, since the gate voltage is reverse-biased sufficiently deep, an inversion state occurs on the semiconductor surface, and holes 43 are generated on the surface portion. The holes occupy the charge generation center on the semiconductor surface, and significantly reduce the influence thereof. For this reason, generation of electron-hole pairs on the semiconductor surface is prevented, and a change in accumulated charge due to dark current is prevented.
【0052】電荷転送路において、蓄積電荷が異なる時
間保持されても、暗電流が著しく低減されるため、蓄積
電荷の変化が低減される。このようにして、ドミノ型固
体撮像装置における固定パターンノイズやFIT疑似フ
レーム電子シャッタ方式固体撮像装置等におけるフリッ
カ等が低減される。In the charge transfer path, even if the stored charges are held for different periods of time, the dark current is significantly reduced, so that the change in the stored charges is reduced. In this manner, fixed pattern noise in the domino type solid-state imaging device, flicker in the FIT pseudo frame electronic shutter type solid-state imaging device, and the like are reduced.
【0053】図2は、固体撮像装置の主要部を示す。図
2(A)は、固体撮像装置の概略上面図、図2(B)は
VCCD中の電子エネルギを示すダイヤグラムである。
図2(A)において、半導体基板中には多数のホトダイ
オードPが行列状に分布している。ホトダイオードの各
列に隣接して、VCCD1、2、3が配置される。これ
らのVCCD1、2、3の一端に隣接して1つのHCC
D6が形成されている。FIG. 2 shows a main part of the solid-state imaging device. FIG. 2A is a schematic top view of the solid-state imaging device, and FIG. 2B is a diagram showing the electron energy in the VCCD.
In FIG. 2A, a large number of photodiodes P are distributed in a matrix in a semiconductor substrate. VCCDs 1, 2, and 3 are arranged adjacent to each row of photodiodes. One HCC adjacent to one end of each of these VCCDs 1, 2, and 3
D6 is formed.
【0054】VCCD1、2、3の上には、ホトダイオ
ードの1行当たり1つの電極E1、E2、E3…が配置
され、それぞれ2相駆動信号によって駆動される。VC
CDの駆動電極E1、E2、E3…は、それぞれ図中右
側において駆動回路8に接続され、左側において電位保
持回路9に接続されている。On the VCCDs 1, 2, and 3, one electrode E1, E2, E3,... Per row of photodiodes is arranged, and each is driven by a two-phase drive signal. VC
The drive electrodes E1, E2, E3,... Of the CD are connected to the drive circuit 8 on the right side in the figure and to the potential holding circuit 9 on the left side.
【0055】駆動回路8は、各行毎のスイッチを含むス
イッチ回路10を含む。ホトダイオードの行列をHCC
D6に近い側から第1行、第2行、第3行…と番号付け
ると、スイッチ回路10中には第1行に対応してスイッ
チSW1が配置され、第2行に対応してスイッチSW2
が配置され、このように1行当たり1つのスイッチSW
が配置される。The drive circuit 8 includes a switch circuit 10 including a switch for each row. HCC matrix of photodiodes
When numbering the first row, the second row, the third row... From the side closer to D6, the switch SW1 is disposed in the switch circuit 10 corresponding to the first row, and the switch SW2 is disposed corresponding to the second row.
Are arranged, and thus one switch SW per row is provided.
Is arranged.
【0056】これらのスイッチSWは、それぞれVCC
D駆動電極E1、E2、E3…に1つずつ接続される。
また、奇数番目のスイッチSW1、SW3、SW5…に
は、位相信号φ1が印加され、偶数番目のスイッチSW
2、SW4、SW6…には位相信号φ2が印加される。Each of these switches SW is connected to VCC
Are connected one by one to the D drive electrodes E1, E2, E3.
The phase signal φ1 is applied to the odd-numbered switches SW1, SW3, SW5,.
The phase signal φ2 is applied to 2, SW4, SW6,.
【0057】また、スイッチSW1とSW2は走査信号
S1によって同時に駆動され、スイッチSW3とSW4
は走査信号S2によって同時に駆動され、このようにス
イッチSWは2つずつ走査信号Sによって駆動される。The switches SW1 and SW2 are simultaneously driven by the scanning signal S1, and the switches SW3 and SW4
Are simultaneously driven by the scanning signal S2, and thus the switches SW are driven by the scanning signal S two by two.
【0058】走査信号S1によってスイッチSW1とS
W2がオンすると、電極E1とE2に位相信号φ1とφ
2が印加される。次に、走査信号S1とS2によってス
イッチSW1〜SW4がオンすると、電極E1とE3に
位相信号φ1が印加され、電極E2とE4に位相信号φ
2が印加される。このように、走査信号Sは順次下側か
らその印加範囲を拡大していく。The switches SW1 and S are activated by the scanning signal S1.
When W2 is turned on, the phase signals φ1 and φ1 are applied to the electrodes E1 and E2.
2 is applied. Next, when the switches SW1 to SW4 are turned on by the scanning signals S1 and S2, the phase signal φ1 is applied to the electrodes E1 and E3, and the phase signal φ is applied to the electrodes E2 and E4.
2 is applied. As described above, the scanning signal S is applied to the application range thereof sequentially from the lower side.
【0059】スイッチSWがオフの状態では、そのスイ
ッチに接続された電極Eはフローティング状態となって
しまう。このフローティング状態を防止するため、各電
極Eには左側において電位保持トランジスタTを介し
て、電荷保持電位VL が印加される。電荷保持電位VL
は、VCCDのピニング電圧Vgp以下の値に選択され
ている。When the switch SW is off, the electrode E connected to the switch is in a floating state. In order to prevent this floating state, a charge holding potential VL is applied to each electrode E via a potential holding transistor T on the left side. Charge holding potential V L
Is selected to be equal to or lower than the VCCD pinning voltage Vgp.
【0060】位相信号φ1、φ2が印加されない電極E
においては、電荷保持電位VL が電位保持トランジスタ
Tを介して印加される。位相信号φ1、φ2がスイッチ
SWを介して電極Eに印加されると、電位保持トランジ
スタTの電位関係が変化し、電荷保持電位VL は電極E
から電気的に分離される。The electrode E to which the phase signals φ1 and φ2 are not applied
In, the charge holding potential VL is applied via the potential holding transistor T. When the phase signals φ1 and φ2 are applied to the electrode E via the switch SW, the potential relationship of the potential holding transistor T changes, and the charge holding potential VL becomes
Electrically isolated from
【0061】図2(B)は、VCCD中の電子エネルギ
を示す。各電極Eに等しい電圧を印加した状態におい
て、各電極Eの下には不純物濃度の差により1つの電位
障壁Bと1つの電位井戸Wが形成される。FIG. 2B shows the electron energy in the VCCD. When the same voltage is applied to each electrode E, one potential barrier B and one potential well W are formed below each electrode E due to the difference in impurity concentration.
【0062】VCCDの各ゲート電極Eにハイレベルの
ゲート電圧を印加し、ホトダイオードからVCCDに電
荷を読みだした後の状態においては、各電極Eにローレ
ベルの電圧が印加され、各電極の下に電荷Qが蓄積され
ている。In a state after a high-level gate voltage is applied to each gate electrode E of the VCCD and charges are read out from the photodiode to the VCCD, a low-level voltage is applied to each electrode E, and a voltage below each electrode is applied. Has accumulated therein the charge Q.
【0063】たとえば、ミドルレベルの電圧を印加する
ことにより、HCCD側の電子エネルギを引き下げる
と、電極E1の下に蓄積された電荷Q1はHCCDに吸
い出される。HCCD側の電子エネルギを元の状態に戻
すと、電極E1下の電位井戸W1の右側には再び電位障
壁が形成される。For example, if the electron energy on the HCCD side is reduced by applying a middle-level voltage, the charge Q1 accumulated under the electrode E1 is sucked out to the HCCD. When the electron energy on the HCCD side is returned to the original state, a potential barrier is formed again on the right side of the potential well W1 below the electrode E1.
【0064】次に、電極E1のゲート電圧を上げ、電子
エネルギを押し下げると、電位障壁B1と電位井戸W1
の電子エネルギが下がり、電位井戸W2に蓄積されてい
た電荷Q2が電極E1の下の電位井戸W1に移動する。
駆動電圧を元の状態に戻すと、電位井戸W2は空にな
り、電荷Q2は電位井戸W1に蓄積される。Next, when the gate voltage of the electrode E1 is increased and the electron energy is reduced, the potential barrier B1 and the potential well W1 are reduced.
, The charge Q2 stored in the potential well W2 moves to the potential well W1 below the electrode E1.
When the driving voltage is returned to the original state, the potential well W2 becomes empty, and the electric charge Q2 is accumulated in the potential well W1.
【0065】次に、電極E2のゲート電圧を上げ、電子
エネルギを押し下げれば、電位障壁B2が消滅し、電荷
Q3は電位井戸W2に移動する。この時、電位障壁B1
はそのままに保たれるため、電荷Q3は電位井戸W2よ
りも右側に移動することを防止される。この時、同時に
HCCDの電圧を上げ、電子エネルギを押し下げると、
電荷Q2は電位井戸W1からHCCDに移動する。印加
電圧を元の状態に戻すと、電位井戸W2とW4、W5に
電荷が蓄積され、W1とW3は空になる。Next, if the gate voltage of the electrode E2 is raised and the electron energy is lowered, the potential barrier B2 disappears and the charge Q3 moves to the potential well W2. At this time, the potential barrier B1
Is kept as it is, the charge Q3 is prevented from moving to the right side of the potential well W2. At this time, simultaneously increasing the voltage of the HCCD and depressing the electron energy,
The charge Q2 moves from the potential well W1 to the HCCD. When the applied voltage is returned to the original state, charges are accumulated in the potential wells W2, W4, and W5, and W1 and W3 become empty.
【0066】次に、電極E1とE3の電圧を上げて電子
エネルギを押し下げれば、電荷Q3とQ4はそれぞれ電
位井戸W2とW4から電位井戸W1とW3に移動する。
このようにして、ドミノないしアコーディオン方式の電
荷転送を行なうことができる。Next, if the voltage of the electrodes E1 and E3 is increased to lower the electron energy, the charges Q3 and Q4 move from the potential wells W2 and W4 to the potential wells W1 and W3, respectively.
In this manner, the domino or accordion type charge transfer can be performed.
【0067】電荷を同一個所に保持している間は、ロー
レベルの電圧VL によって転送チャネル内はピニング状
態に保たれる。このため、暗電流発生量は低い。図3〜
図8は、本発明のより具体的実施例による固体撮像装置
とその駆動方法を示す。While the electric charge is held at the same position, the transfer channel is kept in the pinning state by the low-level voltage VL . Therefore, the amount of dark current generated is low. FIG. 3-
FIG. 8 shows a solid-state imaging device and a driving method thereof according to a more specific embodiment of the present invention.
【0068】ホトダイオードP11、P12、…が行列
状に配置され、トランスファゲートTg(ホトダイオー
ドP61の位置にのみ表示する)を介して列方向に配列
されたVCCD1、2、…に接続されている。これらの
領域は、たとえばpウェル内に形成されたn型領域で形
成される。ホトダイオードP、トランスファゲートT
g、VCCD1、2、…を除いた領域の表面は、p型不
純物濃度の高い領域とされ、チャネルストップ領域11
を形成している。なお、ホトダイオードPijは、i行
目、j列目のホトダイオードを表す。Are arranged in a matrix, and are connected to VCCDs 1, 2,... Arranged in the column direction via transfer gates Tg (displayed only at the position of photodiode P61). These regions are formed, for example, by n-type regions formed in a p-well. Photodiode P, transfer gate T
The surface of the region excluding g, VCCD1, 2,... is a region having a high p-type impurity concentration.
Is formed. The photodiode Pij represents a photodiode on the i-th row and j-th column.
【0069】VCCD1、2、3、…のトランスファゲ
ートTgに連続した部分は、ホトダイオードP63とP
53の位置に示すように電位の低いウェル領域Wを形成
し、ウェル領域WとWの間には電位の高いバリア領域B
が形成される。ウェル領域Wとバリア領域Bとは、ロー
レベルのゲート電圧によって十分な電位差を有するピニ
ング状態を実現するように異なる不純物濃度(および接
合深さ)を有する。Are connected to the transfer gates Tg of the VCCDs 1, 2, 3,...
53, a well region W having a low potential is formed, and a barrier region B having a high potential is formed between the well regions W.
Is formed. The well region W and the barrier region B have different impurity concentrations (and junction depths) so as to realize a pinning state having a sufficient potential difference by a low-level gate voltage.
【0070】また、各行に対応して半導体表面上に2つ
の絶縁電極Gが形成され、それぞれVCCDのウェル領
域Wとバリア領域Bを制御する。たとえば、配置的には
行列の1行目に対応して絶縁電極G1aとG1bが配置
され、2行目に対応して電極G2aとG2bが配置され
ている。ただし、機能的には以下に説明するように電極
G1bとG2aが第1行に対応する。Further, two insulating electrodes G are formed on the semiconductor surface corresponding to each row, and control the well region W and the barrier region B of the VCCD, respectively. For example, in terms of arrangement, insulating electrodes G1a and G1b are arranged corresponding to the first row of the matrix, and electrodes G2a and G2b are arranged corresponding to the second row. However, functionally, the electrodes G1b and G2a correspond to the first row as described below.
【0071】シフトレジスタ12は、タイミング信号φ
A、φB、φINを入力し、走査信号S1、S2、S
3、…を発生する。これらの走査信号Sは、スイッチ用
MOSトランジスタU1、U2、…を介して、駆動信号
φ11、φ21、φ12、φ22、…を発生する。奇数
番目に配置されたスイッチ用トランジスタU1、U3、
U5、…は、位相信号φ1が与えられ、走査信号S1、
S2、…によってそのゲートが制御され、駆動信号φ1
1、φ12、φ13、…を発生する。The shift register 12 has a timing signal φ
A, φB, and φIN are input, and scanning signals S1, S2, S
3,... Are generated. These scanning signals S generate drive signals φ11, φ21, φ12, φ22,... Via the switching MOS transistors U1, U2,. The odd-numbered switch transistors U1, U3,
U5,... Are supplied with the phase signal φ1, and the scanning signals S1,
The gates thereof are controlled by S2,.
1, φ12, φ13,...
【0072】たとえば、駆動信号φ12は、位相信号φ
1が走査信号S2によって制御されたものを表す。すな
わち、位相信号φ1、φ2が変化する時、走査信号S1
が立ち上がっていれば駆動信号φ11、φ21も変化す
る。走査信号S1が“0”であれば、駆動信号φ11、
φ21は発生しない。For example, drive signal φ12 is phase signal φ
1 indicates the one controlled by the scanning signal S2. That is, when the phase signals φ1 and φ2 change, the scanning signal S1
Rises, the drive signals φ11 and φ21 also change. If the scanning signal S1 is “0”, the driving signal φ11,
φ21 does not occur.
【0073】シフトレジスタ12は、初め走査信号S1
のみを立ち上がらせ、次のタイミングでは走査信号S1
とS2を立ち上がらせ、次のタイミングでは走査信号S
1、S2、S3を立ち上がらせる。このように、シフト
レジスタの出力する走査信号Sは、順次その数を増加さ
せる。したがって、オンになるスイッチ用トランジスタ
Uは、順次2つずつ数を増やし、駆動信号を供給する。The shift register 12 first receives the scanning signal S1.
Only at the next timing, and at the next timing, the scanning signal S1
And S2 rise, and at the next timing, the scanning signal S
1, S2 and S3 are started. As described above, the number of the scanning signals S output from the shift register is sequentially increased. Therefore, the number of the switching transistors U which are turned on is sequentially increased by two to supply the driving signal.
【0074】駆動信号φ11は、最もHCCD6に近い
電極G1aに伝達され、次の駆動信号φ21は1行目の
他の電極G1bと2行目のバリア領域の電極G2aに共
通に与えられる。以後、同様に駆動信号φ12は2行目
のウェル領域に対応する電極G2bと3行目のバリア領
域に対応する電極G3aに与えられ、駆動信号φ22は
3行目のウェル領域に対応する電極G3bと4行目のバ
リア領域に対応する電極G4aに与えられる。The drive signal φ11 is transmitted to the electrode G1a closest to the HCCD 6, and the next drive signal φ21 is commonly applied to the other electrode G1b in the first row and the electrode G2a in the barrier area in the second row. Thereafter, similarly, drive signal φ12 is applied to electrode G2b corresponding to the well region in the second row and electrode G3a corresponding to the barrier region in the third row, and drive signal φ22 is applied to electrode G3b corresponding to the well region in the third row. And the electrode G4a corresponding to the barrier region in the fourth row.
【0075】このように、各駆動信号は下側の行のウェ
ル領域と上側の行のバリア領域に共通の制御信号を与え
る。VCCD1、2、3内においては、隣接する2つの
組電極に共通の信号を与えられたとき、一対のウェル領
域とバリア領域を形成する。As described above, each drive signal gives a common control signal to the well region in the lower row and the barrier region in the upper row. In the VCCDs 1, 2, and 3, when a common signal is applied to two adjacent set electrodes, a pair of well regions and a barrier region are formed.
【0076】また、電極G1aは、図中左側に示すよう
にトランジスタV1を介して基板電圧Vsubに接続さ
れ、電位保持トランジスタT1を介して電荷保持電位V
L に接続される。1行目のウェル領域に対応する電極G
1bと2行目のバリア領域に対応する電極G2aは、共
通にトランジスタV2を介して基板電圧Vsubに接続
され、電位保持トランジスタT2を介して電荷保持電位
VL に接続される。The electrode G1a is connected to the substrate voltage Vsub via the transistor V1 as shown on the left side of the figure, and has the charge holding potential Vsub via the potential holding transistor T1.
Connected to L. Electrode G corresponding to well region in first row
The electrodes 1b and the electrodes G2a corresponding to the second row barrier regions are commonly connected to the substrate voltage Vsub via the transistor V2 and to the charge holding potential VL via the potential holding transistor T2.
【0077】以後同様に、下側の行のウェル領域に対応
する電極と、上側の行のバリア領域に対応する電極は共
通にトランジスタVを介して基板電位Vsubに接続さ
れ、電位保持トランジスタTを介して電荷保持電位VL
に接続される。Similarly, the electrode corresponding to the well region in the lower row and the electrode corresponding to the barrier region in the upper row are commonly connected to the substrate potential Vsub via the transistor V, and the potential holding transistor T Via the charge holding potential V L
Connected to.
【0078】トランジスタVは、フィールドシフト信号
φFSによって制御され、ホトダイオードPに蓄積され
た電荷をVCCD1、2、3、…のウェル領域Wに読み
出す。The transistor V is controlled by the field shift signal φFS, and reads out the charges accumulated in the photodiodes P into the well regions W of the VCCDs 1, 2, 3,...
【0079】また、電位保持トランジスタTはゲート電
圧φGによって制御され、スイッチ用トランジスタUが
オフの時、各電極に電荷保持電位VL を与える。ただ
し、電極Gに駆動電圧φijが与えられると、トランジ
スタTはオフされ、電極は駆動電圧の電位となる。The potential holding transistor T is controlled by the gate voltage φG, and applies a charge holding potential VL to each electrode when the switching transistor U is off. However, when the driving voltage φij is applied to the electrode G, the transistor T is turned off, and the potential of the electrode becomes the driving voltage.
【0080】図より明らかなように、VCCD1、2、
3、…には1行当たり2つの領域(電極)が形成されて
いるが、これらの領域を制御する電極は2つずつ組にな
って配線され、右側、左側の制御回路からそれぞれ1行
当たり1つの制御信号が接続される。As is clear from the figure, VCCDs 1, 2,.
3, two regions (electrodes) are formed per row, and the electrodes for controlling these regions are wired in groups of two, and the control circuits on the right and left sides respectively control each line. One control signal is connected.
【0081】なお、HCCD6には、1列当たり4つの
電極が配置され、駆動信号H1、H2によって2相駆動
される。図4は、ピニング状態で電荷を保持でき、同一
印加電位によって同時にウェル領域とバリア領域を形成
することのできるVCCDの作成を示す。半導体領域
は、ドープする不純物の導電型と不純物濃度により、そ
の作り付け電位を変化させる。The HCCD 6 is provided with four electrodes per column, and is driven in two phases by drive signals H1 and H2. FIG. 4 shows the creation of a VCCD that can hold a charge in the pinning state and simultaneously form a well region and a barrier region with the same applied potential. The semiconductor region changes its built-in potential depending on the conductivity type and impurity concentration of the impurity to be doped.
【0082】この現象を利用してウェル領域とバリア領
域を形成することができる。バリア領域のピニングポテ
ンシャルは、動作温度において蓄積電荷に対して十分な
高さのバリアを形成するように、ウェル領域のピニング
ポテンシャルより低くなるように選ぶ。By utilizing this phenomenon, a well region and a barrier region can be formed. The pinning potential of the barrier region is selected to be lower than the pinning potential of the well region so as to form a sufficiently high barrier against accumulated charges at the operating temperature.
【0083】図4(A)は、バリア領域となる転送チャ
ネルの形成工程を示す。p型シリコン領域21の表面
に、SiO2 層23を形成し、n型不純物をイオン注入
する。イオン注入されたn型不純物はp型シリコン領域
21の表面部分に、n- 型領域22を形成する。このn
- 型領域22がバリア領域を形成することになる。FIG. 4A shows a step of forming a transfer channel to be a barrier region. An SiO 2 layer 23 is formed on the surface of the p-type silicon region 21 and an n-type impurity is ion-implanted. The ion-implanted n-type impurity forms an n − -type region 22 on the surface of the p-type silicon region 21. This n
The mold region 22 will form the barrier region.
【0084】次に、図4(B)に示すように、SiO2
層23の上に、多結晶シリコン(ポリSi)層を形成
し、パターニングすることによって1ポリゲート24を
形成する。次にこの1ポリゲート24をマスクとして用
い、n型不純物をイオン注入する。[0084] Next, as shown in FIG. 4 (B), SiO 2
A one-poly gate 24 is formed by forming a polycrystalline silicon (poly Si) layer on the layer 23 and patterning the same. Next, using the one-poly gate 24 as a mask, an n-type impurity is ion-implanted.
【0085】1ポリゲート24の下にはn型不純物は到
達せず、1ポリゲート24のない領域にのみn型不純物
がイオン注入され、n型領域25を形成する。このn型
領域25は、n- 型領域22よりもn型不純物濃度が高
いため、電子に対する電子エネルギが低くなってウェル
領域を形成する。なお、この領域25の形成は、1ポリ
ゲート24とセルフアラインされるため、その位置精度
が高い。The n-type impurity does not reach below the 1-poly gate 24, and the n-type impurity is ion-implanted only into the region without the 1-poly gate 24 to form the n-type region 25. Since the n-type region 25 has a higher n-type impurity concentration than the n − -type region 22, the electron energy with respect to the electrons is reduced to form a well region. Since the formation of the region 25 is self-aligned with the 1-poly gate 24, the position accuracy is high.
【0086】次に、図4(C)に示すように、1ポリゲ
ート24の表面を酸化して酸化膜30を形成し、その上
に多結晶シリコン(ポリSi)を堆積し、パターニング
することによって2ポリゲート26を形成する。この2
ポリゲート26はウェル領域となるn型領域25と自動
的に整合される。Next, as shown in FIG. 4C, the surface of the one poly gate 24 is oxidized to form an oxide film 30, on which polycrystalline silicon (poly Si) is deposited and patterned. A two-poly gate 26 is formed. This 2
Poly gate 26 is automatically aligned with n-type region 25 serving as a well region.
【0087】このようにして、1行当たり2つの電極が
1ポリゲート24と2ポリゲート26の組によって作成
される。その後、図2に示すように隣接する1ポリゲー
トと2ポリゲートを共通配線し、駆動回路に接続する。In this manner, two electrodes are formed per row by the set of one poly gate 24 and two poly gates 26. Then, as shown in FIG. 2, the adjacent one-poly gate and two-poly gate are commonly wired and connected to the drive circuit.
【0088】隣接する1ポリゲート24と2ポリゲート
26に同一電圧を印加した時、転送チャネル領域におい
てはバリア領域22とウェル領域25はその不純物濃度
が異なるため、電子に対する電子エネルギが異なる。こ
のようにして、電子に対する電位障壁と電位井戸を作成
することができる。When the same voltage is applied to the adjacent one-poly gate 24 and two-poly gate 26, the barrier region 22 and the well region 25 have different impurity concentrations in the transfer channel region, and thus have different electron energies for electrons. Thus, a potential barrier and a potential well for electrons can be formed.
【0089】図4(D)は、バリア部を表面不純物濃度
1.0×1017cm-3、接合深さ0.4μmのn型領域
で形成し、ウェル部にはさらに表面不純物濃度5×10
16cm-3、深さ0.8μmを重ねて形成した時のVg−
Vm特性を示す。なお、ゲート酸化膜の厚さは900Å
とした。横軸にゲート電圧Vg、縦軸にチャネルポテン
シャルVmを示す。ポテンシャルは正電荷に対するもの
で示しているので、電子の電子エネルギは上側が低い。FIG. 4D shows that the barrier portion is formed of an n-type region having a surface impurity concentration of 1.0 × 10 17 cm -3 and a junction depth of 0.4 μm, and the well portion has a surface impurity concentration of 5 × 10 17 10
Vg− when 16 cm −3 and 0.8 μm depth are formed in layers
Vm characteristics are shown. The thickness of the gate oxide film is 900Å
And The horizontal axis shows the gate voltage Vg, and the vertical axis shows the channel potential Vm. Since the potential is shown with respect to the positive charge, the electron energy of the electrons is lower on the upper side.
【0090】図5は、VCCDの他の作成を示す。図4
の作成においては、n型不純物のイオン注入を2回行な
ったが、本作成においては、n型不純物のイオン注入と
p型不純物のイオン注入を利用する。FIG. 5 shows another construction of the VCCD. FIG.
In this method, ion implantation of an n-type impurity was performed twice. In this method, ion implantation of an n-type impurity and ion implantation of a p-type impurity are used.
【0091】まず、図5(A)に示すように、p型Si
領域21の表面に、SiO2 層23を形成し、SiO2
層23を介してn型不純物をイオン注入する。n型不純
物のイオン注入により、n型領域27を形成する。この
n型領域27は、転送チャネルのウェル領域を形成する
ことになる。First, as shown in FIG.
The surfaces of the regions 21, to form a SiO 2 layer 23, SiO 2
An n-type impurity is ion-implanted through the layer 23. An n-type region 27 is formed by ion implantation of an n-type impurity. This n-type region 27 forms a well region of the transfer channel.
【0092】次に、図5(B)に示すように、SiO2
層23の上に、多結晶シリコン層を形成し、パターニン
グすることによって1ポリゲート28を形成する。次に
この1ポリゲート28をマスクとしてp型不純物をイオ
ン注入する。[0092] Next, as shown in FIG. 5 (B), SiO 2
On the layer 23, a polycrystalline silicon layer is formed and patterned to form a one-poly gate 28. Next, using this one-poly gate 28 as a mask, a p-type impurity is ion-implanted.
【0093】1ポリゲート28の存在する領域には、p
型不純物はイオン注入されず、1ポリゲート28が存在
せず、SiO2 層23が露出している領域にのみp型不
純物がイオン注入される。このようにして、p型不純物
をイオン注入された領域においては、n型不純物濃度が
p型不純物濃度によって補償され、n- 型領域29とな
る。In the region where one poly gate 28 exists, p
The type impurity is not ion-implanted, and the p-type impurity is ion-implanted only in a region where the 1-poly gate 28 does not exist and the SiO 2 layer 23 is exposed. In this manner, in the region into which the p-type impurity has been ion-implanted, the n-type impurity concentration is compensated by the p-type impurity concentration, and the region becomes the n − -type region 29.
【0094】その後、図5(C)に示すように、1ポリ
ゲート28の表面を酸化してSiO 2 層31を形成し、
その上にポリSi層を堆積し、パターニングすることに
よって2ポリゲート32を形成する。Thereafter, as shown in FIG.
The surface of the gate 28 is oxidized to form SiO TwoForming a layer 31;
Depositing a poly-Si layer on it and patterning it
Therefore, a two-poly gate 32 is formed.
【0095】この構成においては、1ポリゲート28の
下にウェル領域が形成され、2ポリゲート32の下にバ
リア領域29が形成される。なお、電位井戸と電位障壁
を形成するために、不純物濃度の異なる領域を作成する
例を説明したが、他の手段を併せて用いることもでき
る。たとえば、転送チャネル上の絶縁層の厚さを変化さ
せれば、同一電位が転送チャネルに与える影響が異な
り、電位差を発生させることができる。In this structure, a well region is formed below one poly gate 28, and a barrier region 29 is formed below two poly gates 32. Although an example in which regions having different impurity concentrations are formed in order to form a potential well and a potential barrier has been described, other means may be used in combination. For example, if the thickness of the insulating layer over the transfer channel is changed, the same potential affects the transfer channel differently, and a potential difference can be generated.
【0096】また、ゲート電圧の材料を変えることによ
り、与える影響を異ならせることもできる。これらの手
段は、単独でも組み合わせても用いることが可能であ
る。このようにして、VCCD内に電位井戸と電位障壁
を自動的に発生させるようにした図3の構成において、
電荷がどのように転送されるかを以下に説明する。Further, by changing the material of the gate voltage, it is possible to make the influence different. These means can be used alone or in combination. Thus, in the configuration of FIG. 3 in which the potential well and the potential barrier are automatically generated in the VCCD,
The following describes how charges are transferred.
【0097】図6、図7は、制御信号のタイミングチャ
ートである。図6において、図3のシフトレジスタ12
に与えられるタイミング信号φA、φB、φINは、第
3段〜第5段に示す波形を有し、その下に示すような走
査信号S1〜Snを発生する。FIGS. 6 and 7 are timing charts of control signals. 6, the shift register 12 shown in FIG.
, Have the waveforms shown in the third to fifth stages, and generate scanning signals S1 to Sn as shown below.
【0098】φINが立ち上がった後、次の水平ブラン
キング期間HBKにおいては、S1のみが立ち上がり、
次の水平ブランキング期間HBKにおいては、走査信号
S1とS2が立ち上がり、次の水平部ランキング期間H
BKにおいては走査信号S1、S2、S3が立ち上が
り、このように順次走査信号Sの立ち上がる数が増加す
る。After φIN rises, in the next horizontal blanking period HBK, only S1 rises,
In the next horizontal blanking period HBK, the scanning signals S1 and S2 rise, and the next horizontal portion blanking period H
In BK, the scanning signals S1, S2, S3 rise, and the number of rising of the scanning signal S sequentially increases in this way.
【0099】これらの走査信号Sを与えられる転送用ト
ランジスタUは、位相信号φ1かφ2を印加される。し
たがって、立ち上がった走査信号Sを与えられたトラン
ジスタUはオンし、位相信号φ1またはφ2から駆動信
号φijを形成して電極Gに与える。The transfer transistor U supplied with the scanning signal S is applied with the phase signal φ1 or φ2. Therefore, the transistor U supplied with the rising scanning signal S is turned on, and forms a driving signal φij from the phase signal φ1 or φ2 and supplies the driving signal φij to the electrode G.
【0100】図7は、このようにして形成される駆動信
号φ11、φ21、φ12、φ22、…の波形を示す。
また、図3左側に示す制御回路部には、図6上段に示す
制御信号φFSが与えられ、画像信号取込みのフィール
ドシフトを行なう。また、制御信号φGは駆動信号φi
jの与えられない電極を所定電位VLに保持する。FIG. 7 shows the waveforms of the drive signals φ11, φ21, φ12, φ22,... Formed in this way.
The control circuit section shown on the left side of FIG. 3 is supplied with a control signal φFS shown in the upper part of FIG. 6, and performs a field shift for taking in an image signal. The control signal φG is the drive signal φi
The electrode to which j is not applied is kept at the predetermined potential VL .
【0101】なお、図6下段にはHCCD6の電極に与
える2相駆動信号H1とH2の波形を示す。水平駆動信
号H1とH2は、水平走査期間に交互に変化する波形を
有し、VCCDからHCCD6に転送された電荷を順次
水平方向に転送する。なお、垂直ブランキング期間VB
Kにおいては、画素行列からの画像信号取込みが行なわ
れる。The lower part of FIG. 6 shows the waveforms of the two-phase drive signals H1 and H2 applied to the electrodes of the HCCD 6. The horizontal drive signals H1 and H2 have waveforms that alternately change during the horizontal scanning period, and sequentially transfer the charges transferred from the VCCD to the HCCD 6 in the horizontal direction. Note that the vertical blanking period VB
At K, the image signal is fetched from the pixel matrix.
【0102】図8は、VCCD中の電荷転送の様子を示
す。図中上段にVCCD中の電極配置を示す。図中左側
にHCCDが配置され、その右側にVCCDが配置され
る。VCCDの各電極は、印加する駆動電極によって表
示してある。図中縦方向に時間tをとり、時系列的にV
CCDおよびHCCD中の電位および電荷を模式的に示
す。FIG. 8 shows a state of charge transfer in the VCCD. The upper part of the figure shows the electrode arrangement in the VCCD. The HCCD is arranged on the left side in the figure, and the VCCD is arranged on the right side. Each electrode of the VCCD is indicated by an applied drive electrode. Time t is taken in the vertical direction in the figure, and V
The potential and the charge in CCD and HCCD are shown typically.
【0103】まず、ホトダイオードからVCCDに電荷
が取り込まれた状態を時間t0で示す。各行に対応する
ウェル領域Wにホトダイオードに蓄積された電荷が取り
込まれる。これらの電荷はバリア領域Bによって互いに
分離されている。この状態で全電極にはローレベルの電
圧が印加され、転送チャネルはピニング状態にある。First, a state in which electric charges are taken in from the photodiode to the VCCD is indicated by time t0. The electric charge accumulated in the photodiode is taken into the well region W corresponding to each row. These charges are separated from each other by the barrier region B. In this state, a low-level voltage is applied to all the electrodes, and the transfer channel is in a pinning state.
【0104】次のタイミングt1においては、駆動電圧
φ11がプラス方向(ミドルレベル)に変化され、電子
エネルギが押し下げられる。このため、バリアB1が消
滅し、ウェル領域W1に蓄積されていた電荷Q1がHC
CDに転送される。駆動電圧φ11が元の状態に戻る
と、バリアB1が復活する。At the next timing t1, the drive voltage φ11 is changed in the plus direction (middle level), and the electron energy is reduced. As a result, the barrier B1 disappears, and the charge Q1 stored in the well region W1 becomes HC
Transferred to CD. When the drive voltage φ11 returns to the original state, the barrier B1 is restored.
【0105】次に、タイミングt2において、駆動電圧
φ21がプラス方向に変化すると、ウェルW1とバリア
B2の電子エネルギが共に押し下げられ、ウェルW2に
蓄えられていた電荷Q2がウェルW1に転送される。そ
の後、駆動電圧φ21が元の状態に戻されると、ウェル
W1およびバリアB2の電子エネルギは元の状態とな
り、t3に示す状態が形成される。Next, at the timing t2, when the drive voltage φ21 changes in the plus direction, the electron energies of the well W1 and the barrier B2 are both pushed down, and the charge Q2 stored in the well W2 is transferred to the well W1. Thereafter, when the drive voltage φ21 is returned to the original state, the electron energy of the well W1 and the barrier B2 returns to the original state, and the state shown at t3 is formed.
【0106】なお、t3の状態において、HCCD中で
電荷転送が行なわれる。また、ウェルW2は電荷を蓄積
しておらず、電荷Q2とQ3は1行分離されている。次
にタイミングt4においては、2つの駆動信号φ11と
φ12とが同時にプラス方向に変化し、VCCD中の対
応領域の電子エネルギを押し下げる。バリアB1とB3
が消滅することにより、電荷Q2はHCCDに転送さ
れ、電荷Q3はウェルW2に転送される。なお、この状
態においてもバリアB2とB4は電荷移動を阻止する電
子エネルギを維持している。In the state of t3, charge transfer is performed in the HCCD. The well W2 does not accumulate charges, and the charges Q2 and Q3 are separated by one row. Next, at a timing t4, the two drive signals φ11 and φ12 simultaneously change in the positive direction, thereby depressing the electron energy in the corresponding area in the VCCD. Barriers B1 and B3
Disappears, the charge Q2 is transferred to the HCCD, and the charge Q3 is transferred to the well W2. Note that even in this state, the barriers B2 and B4 maintain the electron energy for preventing charge transfer.
【0107】その後駆動電圧φ11とφ12とが元の状
態に戻ると、タイミングt5の状態が実現され、バリア
B1とB3が復活する。この状態において、転送された
電荷Q3と次の電荷Q4とは2つのバリアB3とB4に
よって分離されている。Thereafter, when the drive voltages φ11 and φ12 return to the original state, the state at the timing t5 is realized, and the barriers B1 and B3 are restored. In this state, the transferred charge Q3 and the next charge Q4 are separated by the two barriers B3 and B4.
【0108】次のタイミングt6においては、駆動電圧
φ21とφ22とがプラス方向に変化し、VCCD中の
電子エネルギを押し下げる。このため、バリアB2とB
4が消滅し、電荷Q3とQ4はウェルW1とW3に転送
される。At the next timing t6, the driving voltages φ21 and φ22 change in the positive direction, and the electron energy in the VCCD is reduced. Therefore, the barriers B2 and B
4 disappears and the charges Q3 and Q4 are transferred to the wells W1 and W3.
【0109】その後、駆動電圧φ21とφ22が元の状
態に戻ると、バリアB2とB4が復活し、タイミングt
7の状態が実現される。この状態において、転送された
電荷Q3とQ4は、それぞれ隣接する電荷から2つのバ
リアによって分離されている。また、HCCD中の電荷
は、この間に転送される。Thereafter, when the drive voltages φ21 and φ22 return to the original state, the barriers B2 and B4 are restored and the timing t
State 7 is realized. In this state, the transferred charges Q3 and Q4 are separated from adjacent charges by two barriers. The charge in the HCCD is transferred during this time.
【0110】このようにして、ドミノ転送方式により全
画素から一度に読みだした電荷がVCCDからHCCD
に転送され、HCCDを介して読みだされる。VCCD
中での電荷保持時間が位置により異なるが、VL をピニ
ング電圧以下(深い逆バイアス)とすることにより暗電
流の影響は低減される。In this way, the charges read from all the pixels at once by the domino transfer method are transferred from the VCCD to the HCCD.
And read out via the HCCD. VCCD
Although the charge retention time varies depending on the position, the influence of dark current is reduced by setting VL to be equal to or less than the pinning voltage (deep reverse bias).
【0111】VCCD中に自動的に電位障壁と電位井戸
を形成することにより、1行当たり1つの制御信号を与
えることにより、2相駆動によってVCCD中を電荷を
転送することができる。By automatically forming a potential barrier and a potential well in the VCCD and supplying one control signal per row, charges can be transferred through the VCCD by two-phase driving.
【0112】なお、VCCDに、ホトダイオードの1行
当たり2つの電極を形成し、一方の電極にウェル部を形
成し、他方の電極にバリア部を形成し、同一ゲート電圧
によって制御する場合を説明したが、ホトダイオードの
1行当たりVCCD中に1つの電極を形成し、この電極
下にバリアとウェルを形成し、隣り合う電極に対して別
々のゲート電圧によって制御してもよいことは言うまで
もない。The case where two electrodes are formed per row of photodiodes on the VCCD, a well part is formed on one electrode, and a barrier part is formed on the other electrode, and control is performed by the same gate voltage has been described. However, it goes without saying that one electrode may be formed in the VCCD per row of photodiodes, a barrier and a well may be formed below the electrodes, and adjacent gates may be controlled by different gate voltages.
【0113】また、ドミノ型電荷転送装置の場合を詳し
く説明したが、FIT疑似フレーム電子シャッタ方式の
固体撮像装置も同様のVCCDを用いることによって作
成できることは当業者に自明であろう。Although the case of the domino type charge transfer device has been described in detail, it will be apparent to those skilled in the art that a solid-state image pickup device of the FIT pseudo-frame electronic shutter system can be manufactured by using the same VCCD.
【0114】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。Although the present invention has been described in connection with the preferred embodiments,
The present invention is not limited to these. For example,
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
【0115】[0115]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電荷転送路に電荷を保持する期間において、暗電流の発
生が著しく低減するため、平均レベルとしてもばらつき
としても暗電流が減少し、電荷転送路から得られる信号
に与える暗電流の影響が著しく低減される。As described above, according to the present invention,
During the period in which charges are held in the charge transfer path, the occurrence of dark current is significantly reduced, so that the dark current is reduced both as an average level and as a variation, and the influence of the dark current on the signal obtained from the charge transfer path is significantly reduced. Is done.
【0116】電荷転送路における電荷の保持時間が変化
しても、暗電流による影響が著しく低減されるため、再
生する画像における電荷保持時間の差による影響が低減
される。Even if the retention time of the charge in the charge transfer path changes, the influence of the dark current is significantly reduced, so that the influence of the difference in the retention time in the reproduced image is reduced.
【0117】このため、再生画面における固定パターン
ノイズやフリッカも低減する。また、1つのゲート電圧
によって1つの電位井戸と1つの電位障壁とを形成する
場合は、行列状に配置された光電変換素子から電荷を読
み出すVCCDにおいて、電荷を転送するために1行当
たり1つの制御信号で足りるため、VCCD制御回路に
必要な素子数がほぼ半減する。Therefore, fixed pattern noise and flicker on the reproduction screen are also reduced. In the case where one potential well and one potential barrier are formed by one gate voltage, in a VCCD that reads out charges from photoelectric conversion elements arranged in a matrix, one charge per row is used to transfer charges. Since the control signal is sufficient, the number of elements required for the VCCD control circuit is almost halved.
【0118】制御回路の構成が簡単になることにより、
固体撮像装置の高集積化が容易になる。By simplifying the structure of the control circuit,
High integration of the solid-state imaging device is facilitated.
【図1】本発明の実施例を示す。図1(A)はVCCD
の構成を示す断面図とチャネルポテンシャルのゲート電
圧依存性を示すグラフ、図1(B)はゲート電圧と暗電
流の関係を示すグラフ、図1(C)は深さ方向の電子エ
ネルギ分布を示すダイヤグラムである。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. FIG. 1 (A) is a VCCD
FIG. 1B is a graph showing the relationship between the gate voltage and dark current, and FIG. 1C is a graph showing the electron energy distribution in the depth direction. This is a diagram.
【図2】本発明の実施例を示す。図2(A)は構成を示
す概略平面図、図2(B)はVCCD中の電子エネルギ
を示す概略ダイヤグラムである。FIG. 2 shows an embodiment of the present invention. FIG. 2A is a schematic plan view showing the configuration, and FIG. 2B is a schematic diagram showing the electron energy in the VCCD.
【図3】本発明の実施例による固体撮像装置の概略平面
図を示す。FIG. 3 is a schematic plan view of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
【図4】VCCDの作成を説明するための概略断面図お
よびゲート電極に対するチャネルポテンシャルの関係を
示すグラフである。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the preparation of a VCCD and a graph showing a relationship between a channel potential and a gate electrode.
【図5】VCCDの作成を説明するための概略断面図で
ある。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining creation of a VCCD.
【図6】図3の回路における制御信号のタイミングチャ
ートである。FIG. 6 is a timing chart of a control signal in the circuit of FIG. 3;
【図7】図3の回路における制御信号のタイミングチャ
ートである。FIG. 7 is a timing chart of a control signal in the circuit of FIG. 3;
【図8】VCCDおよびHCCD中における電荷転送を
説明するための概略電子エネルギダイヤグラムである。FIG. 8 is a schematic electron energy diagram for explaining charge transfer in the VCCD and the HCCD.
【図9】従来技術によるアコーディオン転送方式を説明
するための概略図である。図9(A)は電子エネルギ変
化を示すダイヤグラム、図9(B)は電荷転送の模様を
示すための概略平面図である。FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an accordion transfer method according to the related art. FIG. 9A is a diagram showing a change in electron energy, and FIG. 9B is a schematic plan view showing a charge transfer pattern.
【図10】従来技術によるFIT疑似フレーム電子シャ
ッタ方式を説明するための概略図である。図10(A)
は構成を示す概略平面図、図10(B)は動作を説明す
る概念図である。FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a FIT pseudo frame electronic shutter system according to the related art. FIG. 10 (A)
Is a schematic plan view showing the configuration, and FIG. 10B is a conceptual diagram for explaining the operation.
1、2、3 VCCD 6 HCCD 8 駆動回路 9 電位保持回路 10 スイッチ回路 12 シフトレジスタ 14 基板 15 ウェル部 16 バリア部 17、18 ゲート電極 21 p型Si領域 22 n- 型領域 23 SiO2 層 24 1ポリゲート 25 n型領域 26 2ポリゲート 27 n型領域 28 1ポリゲート 29 n- 型領域 30、31 SiO2 層 32 2ポリゲート P ホトダイオード E VCCDの電極 SW スイッチ S 走査信号 T 電位保持トランジスタ φ 位相信号 VL 電荷保持電位 Vm チャネルポテンシャル Vg ゲート電圧 Vgp ピニング電圧1, 2, 3 VCCD 6 HCCD 8 Drive circuit 9 Potential holding circuit 10 Switch circuit 12 Shift register 14 Substrate 15 Well section 16 Barrier section 17, 18 Gate electrode 21 p-type Si region 22 n - type region 23 SiO 2 layer 24 1 Polygate 25 n-type region 26 2 polygate 27 n-type region 28 1 polygate 29 n - type region 30, 31 SiO 2 layer 32 2 polygate P photodiode E VCCD electrode SW switch S scan signal T potential holding transistor φ phase signal VL charge Holding potential Vm Channel potential Vg Gate voltage Vgp Pinning voltage
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−33274(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04N 5/30 - 5/335 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-2-33274 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H04N 5/30-5/335
Claims (3)
成され、列状あるいは行列状に配置された多数個の光電
変換素子と、 前記光電変換素子の各列に対応して配置された1列ある
いは複数列の第2導電型領域を含む埋込型のCCDであ
って、前記第2導電型領域は、各光電変換素子に対して
電位井戸を形成して電荷を蓄積するためのウェル部と電
位障壁を形成して電荷を前記ウェル部に閉じ込めるため
のバリア部とを有し、これらが異なる不純物濃度を有す
るCCDと、 全ての光電変換素子から対応するCCD内のウェル部に
電荷を読み出し、CCD内の全てのウェル部に電荷を蓄
積する読出制御回路と、 出力端に近い側から次第に広がる前記CCD内の範囲に
2相駆動電圧を印加することにより前記CCD内の電荷
を転送する転送制御回路であって、1つの駆動電圧によ
って各光電変換素子に対応する1つの電位井戸と1つの
電位障壁とを同時に制御でき、前記CCDの各画素ある
いは各行当たり1つの駆動電圧を印加するものであり、
前記2相駆動電圧が印加されない前記CCD内の範囲の
前記CCDにはピニング状態を実現するための電荷保持
用電圧を印加する転送制御回路とを有する固体撮像装
置。1. A plurality of photoelectric conversion elements formed on a semiconductor substrate having a first conductivity type region and arranged in a row or a matrix, and one photoelectric conversion element arranged corresponding to each row of the photoelectric conversion elements. An embedded CCD including a row or a plurality of rows of a second conductivity type region, wherein the second conductivity type region forms a potential well for each photoelectric conversion element and stores a charge in a well. And a barrier section for forming a potential barrier to confine charges in the well section. These have CCDs having different impurity concentrations, and read charges from all photoelectric conversion elements to corresponding well sections in the CCD. A read control circuit for accumulating electric charges in all the wells in the CCD, and a transfer for transferring electric charges in the CCD by applying a two-phase drive voltage to a range in the CCD gradually expanding from a side near an output end. Control times A single driving voltage for simultaneously controlling one potential well and one potential barrier corresponding to each photoelectric conversion element, and applying one driving voltage to each pixel or each row of the CCD. ,
A solid-state imaging device having a transfer control circuit for applying a charge holding voltage for realizing a pinning state to the CCD in a range within the CCD to which the two-phase drive voltage is not applied.
導電型領域と接合を形成し、その接合は異なる深さを有
する請求項1記載の固体撮像装置。2. The method according to claim 1, wherein the well portion and the barrier portion are the first portion.
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a junction is formed with the conductivity type region, and the junction has a different depth.
の光電変換素子に蓄積された電荷を前記光電変換素子の
各列に対応して配置された1列あるいは複数列の埋込型
のCCDに順次転送し、信号電荷を読み出す固体撮像装
置であって、前記CCDは各光電変換素子に対して1つ
の電位井戸と1つの電位障壁を有する固体撮像装置の駆
動方法であって、 全ての光電変換素子から対応するCCD内のウェル部に
電荷を読み出し、CCD内の全てのウェル部に電荷を蓄
積する読出制御工程と、 出力端に近い側から次第に広がる前記CCD内の範囲に
2相駆動電圧を印加することにより前記CCD内の電荷
を転送する転送制御工程であって、1つの駆動電圧によ
って各光電変換素子に対応する1つの電位井戸と1つの
電位障壁とを同時に制御でき、前記CCDの各画素ある
いは各行当たり1つの駆動電圧を印加するものであり、
前記2相駆動電圧が印加されない前記CCD内の範囲の
前記CCDにはピニング状態を実現するための電荷保持
用電圧を印加する転送制御工程とを有する固体撮像装置
の駆動方法。3. The method according to claim 1, wherein the electric charges accumulated in the plurality of photoelectric conversion elements arranged in a row or a matrix are embedded in one or more rows of an embedded type arranged corresponding to each row of the photoelectric conversion elements. A method of driving a solid-state imaging device having one potential well and one potential barrier for each photoelectric conversion element, wherein the solid-state imaging device sequentially transfers signal charges to a CCD and reads out signal charges. A read control step of reading charges from the photoelectric conversion elements into corresponding wells in the CCD and accumulating the charges in all the wells in the CCD; and a two-phase drive in a range in the CCD that gradually expands from the side closer to the output end. A transfer control step of transferring a charge in the CCD by applying a voltage, wherein one potential well and one potential barrier corresponding to each photoelectric conversion element can be simultaneously controlled by one drive voltage; Serial applies an individual pixel or row per one driving voltage of CCD,
A transfer control step of applying a charge holding voltage for realizing a pinning state to the CCD in a range within the CCD to which the two-phase drive voltage is not applied.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3309330A JP2977975B2 (en) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | Solid-state imaging device and driving method thereof |
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| JP3309330A JP2977975B2 (en) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | Solid-state imaging device and driving method thereof |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05153501A JPH05153501A (en) | 1993-06-18 |
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|---|---|---|---|---|
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1991
- 1991-11-25 JP JP3309330A patent/JP2977975B2/en not_active Expired - Fee Related
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