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JP2005243946A - Solid-state imaging device and driving method thereof - Google Patents

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JP2005243946A
JP2005243946A JP2004052166A JP2004052166A JP2005243946A JP 2005243946 A JP2005243946 A JP 2005243946A JP 2004052166 A JP2004052166 A JP 2004052166A JP 2004052166 A JP2004052166 A JP 2004052166A JP 2005243946 A JP2005243946 A JP 2005243946A
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pixels
solid
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state imaging
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JP2004052166A
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Japanese (ja)
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Tomohiro Shiiba
智宏 椎葉
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract


【課題】 V倍密構造のCCD撮像素子のような、一定方向の画素数が有効解像度の所定数倍にされるとともに、それらの画素から信号電荷を読出し可能な手段として、隣り合うの画素の間に存在する第1の電極と、各画素に対応する第2の電極とを有する固体撮像素子において、読出し電圧を高くすることなく信号電荷の読出し特性を改善する。
【解決手段】 複数個の画素2が配列された固体撮像素子において、一定の方向の画素数を有効解像度の所定数倍にし、隣り合う所定数個ずつの画素2の間に、それらの画素同士での信号電荷の移動を可能にする領域23を設ける。画素2からの信号電荷の読出し時には、各画素2に対応する第2の電極12と、この所定数個ずつの画素2の間に存在する第1の電極11とに読出し電圧を印加する。
【選択図】 図5

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for reading out signal charges from a pixel in a certain direction, such as a CCD image pickup device having a V double density structure, in which the number of pixels in a certain direction is multiplied by a predetermined number of effective resolutions. In a solid-state imaging device having a first electrode between them and a second electrode corresponding to each pixel, the signal charge readout characteristic is improved without increasing the readout voltage.
In a solid-state imaging device in which a plurality of pixels 2 are arranged, the number of pixels in a certain direction is set to a predetermined number times the effective resolution, and the pixels are arranged between a predetermined number of adjacent pixels 2. A region 23 is provided that allows the signal charge to move at the same time. When reading out signal charges from the pixels 2, a read voltage is applied to the second electrodes 12 corresponding to each pixel 2 and the first electrodes 11 existing between the predetermined number of pixels 2.
[Selection] Figure 5

Description

本発明は、固体撮像素子及びその駆動方法に関し、特に、V倍密構造の固体撮像素子の読出し特性の改善を図ったものに関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device and a driving method thereof, and more particularly, to an improvement in readout characteristics of a solid-state imaging device having a V double density structure.

CCD撮像素子においては、従来は、1つの画素に対して第1層目及び第2層目の2つの転送電極を有する垂直転送レジスタを用いて、フィールド読出しを行うのが最も一般的であった。   Conventionally, in a CCD imaging device, field readout is most commonly performed using a vertical transfer register having two transfer electrodes in the first layer and the second layer for one pixel. .

これに対し、近年では、全画素読出しを可能にするために、1画素あたりの垂直転送レジスタの転送電極を3層または4層にしたCCD撮像素子も登場している。しかし、そうしたCCD撮像素子には、垂直転送レジスタの構造が複雑化するという欠点がある。   On the other hand, in recent years, a CCD image pickup device in which transfer electrodes of a vertical transfer register per pixel are formed in three layers or four layers has appeared in order to enable all pixel readout. However, such a CCD imaging device has a drawback that the structure of the vertical transfer register is complicated.

そこで、1画素あたりの垂直転送レジスタの転送電極を2層にしたまま全画素読出しを実現するCCD撮像素子として、V(Vertical)倍密構造のCCD撮像素子が提案されている。これは、垂直方向の画素数を垂直有効解像度の2倍にし、垂直方向上で隣り合う2つずつの画素から読み出した信号電荷を加算(混合)して垂直転送することにより、全画素読出しを行うようにしたものである(例えば、特許文献1参照。)。   Therefore, a CCD image pickup device having a V (Vertical) double-density structure has been proposed as a CCD image pickup device that realizes all-pixel readout with two layers of transfer electrodes of a vertical transfer register per pixel. This is because the number of pixels in the vertical direction is double the effective vertical resolution, and the signal charges read from two adjacent pixels in the vertical direction are added (mixed) and transferred vertically to read out all pixels. (For example, refer to Patent Document 1).

図7は、従来のV倍密構造のCCD撮像素子の撮像領域の詳細構造を示す平面図であり、矢印Vの方向が垂直転送レジスタの転送方向、矢印Hの方向が水平転送レジスタの転送方向である。例えばフォトダイオードから成る複数個の受光部(画素)51が、マトリクス状に配置されている。各受光部51は、垂直方向の数を垂直有効解像度の2倍にすることにより、垂直方向のサイズが本来のサイズの2分の1になっている。   FIG. 7 is a plan view showing a detailed structure of an imaging region of a conventional CCD image pickup device having a V double density structure, in which the direction of arrow V is the transfer direction of the vertical transfer register and the direction of arrow H is the transfer direction of the horizontal transfer register. It is. For example, a plurality of light receiving portions (pixels) 51 made of photodiodes are arranged in a matrix. Each light-receiving unit 51 has a vertical size that is ½ of the original size by doubling the number in the vertical direction to the effective vertical resolution.

各受光部51に対して、水平方向上で左側(あるいは右側であってもよい)に、垂直転送レジスタの第1層目の転送電極52と第2層目の転送電極53とが形成されている。受光部51に蓄積された信号電荷は、図示しない読出し領域を経て垂直転送レジスタに読み出される。受光部51以外の領域は、垂直転送レジスタを遮光するための遮光膜54で覆われている(図では受光部51の周辺部分のみについて遮光膜54を描いている)。   A first transfer electrode 52 and a second transfer electrode 53 of the vertical transfer register are formed on the left side (or the right side) in the horizontal direction with respect to each light receiving unit 51. Yes. The signal charge accumulated in the light receiving unit 51 is read out to the vertical transfer register through a reading area (not shown). The region other than the light receiving portion 51 is covered with a light shielding film 54 for shielding the vertical transfer register (the light shielding film 54 is drawn only for the peripheral portion of the light receiving portion 51 in the figure).

図8は、このV倍密構造のCCD撮像素子の撮像領域の詳細構造を示す断面図(図7のA−A’断面図)であり、図7と同じ部分には同一符号を付している。N型の半導体基板61上にP型ウェル領域62が形成され、P型ウェル領域62上に、受光部51(図7)を構成するN型領域63及びP型表面領域64が形成されている。各受光部51の間には、受光部51同士での信号電荷の混合を防ぐための素子分離領域65が形成されている。   FIG. 8 is a cross-sectional view (AA ′ cross-sectional view in FIG. 7) showing the detailed structure of the image pickup region of the CCD image pickup device having the V double-density structure. Yes. A P-type well region 62 is formed on the N-type semiconductor substrate 61, and an N-type region 63 and a P-type surface region 64 constituting the light receiving unit 51 (FIG. 7) are formed on the P-type well region 62. . An element isolation region 65 is formed between the light receiving portions 51 to prevent mixing of signal charges between the light receiving portions 51.

半導体基板61上には、絶縁膜66を隔てて、各受光部51に対する転送電極52及び53(図7)が形成されている。受光部51以外の領域は、遮光膜54(図7)で覆われている。受光部51に光が入射すると、N型領域63で入射光が光電変換されて信号電荷が発生し、その信号電荷がP型表面領域64に蓄積される。   On the semiconductor substrate 61, transfer electrodes 52 and 53 (FIG. 7) for the respective light receiving portions 51 are formed with an insulating film 66 therebetween. The area other than the light receiving portion 51 is covered with a light shielding film 54 (FIG. 7). When light enters the light receiving portion 51, incident light is photoelectrically converted in the N-type region 63 to generate signal charges, and the signal charges are accumulated in the P-type surface region 64.

このCCD撮像素子での全画素読出しは、図7及び図8で中央に描いた2つの受光部51のように垂直方向上で隣り合う2つずつの画素から読み出した信号電荷を加算して垂直転送することによって行われる。
特開2000−184286号公報(段落番号0004〜0005、図3)
All pixel readout by this CCD image pickup device is performed by adding signal charges read out from two adjacent pixels in the vertical direction like the two light receiving portions 51 depicted in the center in FIGS. Done by transferring.
JP 2000-184286 A (paragraph numbers 0004 to 0005, FIG. 3)

ところで、V倍密構造のCCD撮像素子では、垂直方向の画素サイズが本来のサイズの2分の1になることにより、信号電荷の読出し部分の幅が2分の1になるので、画素からの信号電荷の読出し特性が悪化するという問題が生じる。   By the way, in a CCD image pickup device having a V double density structure, the width of the signal charge read-out portion is halved when the pixel size in the vertical direction becomes ½ of the original size. There arises a problem that the readout characteristic of the signal charge is deteriorated.

図9,図10は、この問題を説明するために、前出の図7,図8に示した転送電極52及び53のうち、各受光部51から信号電荷を読み出すために読出し電圧を印加する転送電極にそれぞれ斜線を付した図である。垂直方向において各受光部51の下寄りに位置する第2層目の転送電極53に読出し電圧を印加することにより、それらの受光部51から信号電荷を読み出す。各受光部51の間に存在する第1層目の転送電極52には、素子分離領域65を超えて信号電荷が漏れることを避けるため、読出し電圧は印加しない。   9 and 10, in order to explain this problem, among the transfer electrodes 52 and 53 shown in FIGS. 7 and 8, a read voltage is applied to read the signal charge from each light receiving portion 51. It is the figure which attached the oblique line to each transfer electrode. By applying a read voltage to the transfer electrode 53 in the second layer located below each light receiving portion 51 in the vertical direction, signal charges are read from the light receiving portions 51. A read voltage is not applied to the transfer electrode 52 of the first layer existing between the light receiving portions 51 in order to avoid leakage of signal charges beyond the element isolation region 65.

そして、各受光部51は垂直方向のサイズが本来のサイズの2分の1なので、それに対応して転送電極53の幅も2分の1になり、その結果、信号電荷の読出し部分の幅が2分の1になるので、読出し特性が悪化する。   Since each light receiving portion 51 has a vertical size that is ½ of the original size, the width of the transfer electrode 53 is also halved correspondingly, and as a result, the width of the signal charge reading portion is reduced. Since it is halved, the read characteristics are deteriorated.

こうした読出し特性の悪化を防ぐためには、転送電極53に印加する読出し電圧を高くすることも考えられる。しかし、この読出し電圧を高くすると、図8に示した絶縁膜66の信頼性が低下したり、CCD撮像素子特有の読み出しノイズが悪化するという、別の問題が生じてしまう。   In order to prevent such deterioration of the read characteristics, it is conceivable to increase the read voltage applied to the transfer electrode 53. However, when this readout voltage is increased, another problem arises in that the reliability of the insulating film 66 shown in FIG. 8 is lowered, or readout noise peculiar to the CCD image sensor is deteriorated.

本発明は、上述の点に鑑み、V倍密構造のCCD撮像素子のような、一定方向の画素数が有効解像度の所定数倍にされるとともに、それらの画素から信号電荷を読出し可能な手段として、隣り合うの画素の間に存在する第1の電極(図7,図8では第1層目の転送電極52に相当)と、各画素に対応する第2の電極(図7,図8では第2層目の転送電極53に相当)とを有する固体撮像素子において、読出し電圧を高くすることなく信号電荷の読出し特性を改善することを課題としてなされたものである。   In view of the above-mentioned points, the present invention is a means capable of reading the signal charge from these pixels while the number of pixels in a certain direction is made a predetermined number times the effective resolution, such as a CCD image pickup device having a V double density structure. As shown in FIG. 7, the first electrode (corresponding to the first-layer transfer electrode 52 in FIGS. 7 and 8) existing between adjacent pixels and the second electrode corresponding to each pixel (FIGS. 7 and 8). In the solid-state imaging device having the second-layer transfer electrode 53), it is an object to improve the signal charge readout characteristics without increasing the readout voltage.

この課題を解決するために、本発明による固体撮像素子は、複数個の画素が配列された固体撮像素子において、一定の方向の画素数が有効解像度の所定数倍であり、隣り合う所定数個ずつの画素の間に、それらの画素同士での信号電荷の移動を可能にする領域が設けられたことを特徴とする。   In order to solve this problem, a solid-state imaging device according to the present invention is a solid-state imaging device in which a plurality of pixels are arranged. The number of pixels in a certain direction is a predetermined number of times the effective resolution, and a predetermined number of adjacent pixels. Each pixel is provided with a region that allows signal charges to move between the pixels.

この固体撮像素子では、一定の方向の画素数が有効解像度の所定数倍であり、隣り合う所定数個ずつの画素の間に、それらの画素同士での信号電荷の移動を可能にする領域が設けられる。   In this solid-state imaging device, the number of pixels in a certain direction is a predetermined number of times the effective resolution, and there is an area between the predetermined number of adjacent pixels that allows signal charges to move between the pixels. Provided.

したがって、例えばV倍密構造のCCD撮像素子のような、一定方向の画素数が有効解像度の所定数倍にされるとともに、それらの画素から信号電荷を読出し可能な手段として、隣り合う画素の間に存在する第1の電極と、各画素に対応する第2の電極とを有する固体撮像素子に本発明を適用すれば、画素からの信号電荷の読出し時に、第2電極だけでなく、この所定数個ずつの画素の間に存在する第1の電極に読出し電圧を印加することにより、画素間の領域(例えばN型領域)を介してそれらの画素の信号電荷を読み出すことができる。   Accordingly, the number of pixels in a certain direction is made a predetermined number times the effective resolution, such as a CCD image pickup device having a V double density structure, and a signal charge can be read from these pixels. If the present invention is applied to a solid-state imaging device having a first electrode present in the pixel and a second electrode corresponding to each pixel, not only the second electrode but also the predetermined electrode is read out when reading signal charges from the pixel. By applying a read voltage to the first electrode existing between several pixels, the signal charges of these pixels can be read out through the region between the pixels (for example, an N-type region).

このとき、この所定数個ずつの画素の信号電荷が、読出しを行う前にこの画素間の領域を介して混合されることになる。しかし、全画素読出しではそれらの画素から読み出した信号電荷を加算(混合)することを前提にしているので、読出し前にそれらの画素の信号電荷が混合されることには全く問題はない。   At this time, the signal charges of the predetermined number of pixels are mixed through the region between the pixels before reading. However, since all signal readout is based on the premise that signal charges read from these pixels are added (mixed), there is no problem in mixing the signal charges of those pixels before readout.

このように、隣り合う2つの画素あたり3つの電極(各画素に対応する第2の電極と、それらの画素の間に存在する第1の電極)を用いて読出しを行うことにより、信号電荷の読出し部分の幅が大きくなるので、読出し電圧を高くすることなく信号電荷の読出し特性を改善することができる。   As described above, by performing readout using three electrodes (a second electrode corresponding to each pixel and a first electrode existing between the pixels) per two adjacent pixels, the signal charge is reduced. Since the width of the readout portion is increased, the signal charge readout characteristics can be improved without increasing the readout voltage.

ここで、一例として、隣り合う所定数個ずつの画素を構成する領域を、一体に形成することが好適である。それにより、それらの画素の間に存在する前述の第1の電極に読出し電圧を印加したとき、それらの画素同士での信号電荷の移動がスムーズに行われるので、読出し特性が一層改善される。   Here, as an example, it is preferable to integrally form regions constituting a predetermined number of adjacent pixels. Thereby, when a read voltage is applied to the first electrode existing between the pixels, the signal charge is smoothly moved between the pixels, so that the read characteristics are further improved.

なお、本発明による固体撮像素子は、例えばCMOSセンサのようなX−Yアドレス型の固体撮像素子にも適用することができる。その場合にも、やはり、隣り合う所定数個ずつの画素の信号電荷を混合して読み出すことができるようになる。   The solid-state image sensor according to the present invention can also be applied to an XY address type solid-state image sensor such as a CMOS sensor. Even in such a case, the signal charges of a predetermined number of adjacent pixels can be mixed and read out.

次に、本発明による固体撮像素子の駆動方法は、複数個の画素が配列され、一定の方向の画素数が有効解像度の所定数倍であり、隣り合う所定数個ずつの画素の間に、それらの画素同士での信号電荷の移動を可能にする領域が設けられており、これらの画素から信号電荷を読出し可能な手段として、隣り合うの画素の間に存在する第1の電極と、各画素に対応する第2の電極とを有する固体撮像素子の駆動方法において、これらの画素からの信号電荷の読出し時に、各画素に対応する第2の電極と、この所定数個ずつの画素の間に存在する第1の電極とに読出し電圧を印加することを特徴とする。   Next, in the solid-state imaging device driving method according to the present invention, a plurality of pixels are arranged, the number of pixels in a certain direction is a predetermined number of times the effective resolution, and between a predetermined number of adjacent pixels, A region that enables movement of signal charges between these pixels is provided, and as a means for reading signal charges from these pixels, a first electrode that exists between adjacent pixels, In a method for driving a solid-state imaging device having a second electrode corresponding to a pixel, when reading out signal charges from these pixels, the second electrode corresponding to each pixel and the predetermined number of pixels A read voltage is applied to the first electrode existing in the substrate.

この駆動方法は、前述の本発明による固体撮像素子を、例えばV倍密構造のCCD撮像素子のような、一定方向の画素数が有効解像度の所定数倍にされるとともに、それらの画素から信号電荷を読出し可能な手段として、隣り合うの画素の間に存在する第1の電極と、各画素に対応する第2の電極とを有する固体撮像素子に適用した場合において、画素からの信号電荷の読出し時に、各画素に対応する第2の電極と、所定数個ずつの画素の間に存在する第1の電極とに読出し電圧を印加るようにしたものである。   In this driving method, the solid-state image pickup device according to the present invention described above is configured such that the number of pixels in a certain direction is a predetermined number times the effective resolution, such as a CCD image pickup device having a V double density structure. When applied to a solid-state imaging device having a first electrode existing between adjacent pixels and a second electrode corresponding to each pixel as a means capable of reading out charges, signal charges from the pixels At the time of reading, a reading voltage is applied to the second electrode corresponding to each pixel and the first electrode existing between a predetermined number of pixels.

このとき、隣り合う2つの画素あたり3つの電極(各画素に対応する第2の電極と、それらの画素の間に存在する第1の電極)を用いて読出しを行うことになり、信号電荷の読出し部分の幅が大きくなるので、全画素読出し時に、読出し電圧を高くすることなく信号電荷の読出し特性を改善することができる。   At this time, reading is performed by using three electrodes (a second electrode corresponding to each pixel and a first electrode existing between the pixels) per two adjacent pixels, and the signal charge Since the width of the readout portion is increased, it is possible to improve the signal charge readout characteristics without increasing the readout voltage during readout of all pixels.

本発明によれば、V倍密構造のCCD撮像素子のような、一定方向の画素数が有効解像度の所定数倍にされるとともに、それらの画素から信号電荷を読出し可能な手段として、隣り合うの画素の間に存在する第1の電極と、各画素に対応する第2の電極とを有する固体撮像素子において、隣り合う2つの画素あたり3つの電極を用いて読出しを行うことにより、信号電荷の読出し部分の幅が大きくなるので、全画素読出し時に、読出し電圧を高くすることなく信号電荷の読出し特性を改善できるという効果が得られる。   According to the present invention, the number of pixels in a certain direction is set to a predetermined number times the effective resolution as in a CCD image pickup device having a V double density structure, and the signal charges can be read out from these pixels adjacent to each other. In the solid-state imaging device having the first electrode existing between the pixels and the second electrode corresponding to each pixel, reading is performed using three electrodes per two adjacent pixels, so that the signal charge Since the width of the read-out portion becomes large, it is possible to improve the signal charge read-out characteristics without increasing the read-out voltage when reading out all pixels.

また、例えばCMOSセンサのようなX−Yアドレス型の固体撮像素子においても、隣り合う所定数個ずつの画素の信号電荷を混合して読み出すことができるという効果が得られる。   Further, even in an XY address type solid-state imaging device such as a CMOS sensor, for example, an effect is obtained that signal charges of a predetermined number of adjacent pixels can be mixed and read.

以下、V倍密構造のCCD撮像素子に本発明を適用した例について、図面を用いて具体的に説明する。図1は、本発明を適用したCCD撮像素子の全体構成を示す平面図である。このCCD撮像素子1では、例えばフォトダイオードから成る複数個の受光部(画素)2が、マトリクス状に配置されている。各受光部2は、垂直方向(図の矢印Vの方向)の数を垂直有効解像度の2倍にすることにより、垂直方向のサイズが本来のサイズの2分の1になっている。   Hereinafter, an example in which the present invention is applied to a CCD image pickup device having a V double density structure will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing the overall configuration of a CCD image sensor to which the present invention is applied. In the CCD imaging device 1, a plurality of light receiving portions (pixels) 2 made of, for example, photodiodes are arranged in a matrix. Each light receiving unit 2 has a vertical size that is ½ the original size by doubling the number in the vertical direction (the direction of arrow V in the figure) to the effective vertical resolution.

各垂直列の受光部2から読み出された信号電荷は、それぞれその垂直列に対応する垂直転送レジスタ3によって垂直方向に転送される。そして、各垂直転送レジスタ3で転送された信号電荷が、水平転送レジスタ4によって水平方向(図の矢印Hの方向)に転送され、出力アンプ5で電圧信号に変換されて、出力端子6から出力される。   The signal charges read from the light receiving units 2 in each vertical column are transferred in the vertical direction by the vertical transfer registers 3 corresponding to the vertical columns. The signal charges transferred by each vertical transfer register 3 are transferred in the horizontal direction (in the direction of arrow H in the figure) by the horizontal transfer register 4, converted into a voltage signal by the output amplifier 5, and output from the output terminal 6. Is done.

図2は、このCCD撮像素子の撮像領域の詳細構造を示す平面図であり、図1と同じ部分には同一符号を付している(矢印V,Hの方向はそれぞれ図1と同じく垂直方向,水平方向である)。   FIG. 2 is a plan view showing the detailed structure of the image pickup region of the CCD image pickup device. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals (the directions of arrows V and H are the same as those in FIG. 1, respectively. , Horizontal).

各受光部2に対して、水平方向上で左側(あるいは右側であってもよい)に、垂直転送レジスタ3(図1)の第1層目の転送電極11と第2層目の転送電極12とが形成されている。受光部2に蓄積された信号電荷は、図示しない読出し領域を経て垂直転送レジスタ3に読み出される。受光部2以外の領域は、垂直転送レジスタ3を遮光するための遮光膜13で覆われている(図では受光部2の周辺部分のみについて遮光膜13を描いている)。   The first transfer electrode 11 and the second transfer electrode 12 of the vertical transfer register 3 (FIG. 1) are on the left side (or may be the right side) in the horizontal direction with respect to each light receiving unit 2. And are formed. The signal charge accumulated in the light receiving unit 2 is read out to the vertical transfer register 3 through a reading area (not shown). The region other than the light receiving unit 2 is covered with a light shielding film 13 for shielding the vertical transfer register 3 (the light shielding film 13 is drawn only for the peripheral portion of the light receiving unit 2 in the figure).

図3は、このCCD撮像素子の撮像領域の詳細構造を示す断面図(図2のA−A’断面図)であり、図2と同じ部分には同一符号を付している。N型の半導体基板21上にP型ウェル領域22が形成され、P型ウェル領域22上に、受光部2(図1,図2)を構成するN型領域23及びP型表面領域24が形成されている。   FIG. 3 is a cross-sectional view (cross-sectional view taken along the line A-A ′ in FIG. 2) showing the detailed structure of the image pickup region of the CCD image pickup device, and the same parts as those in FIG. A P-type well region 22 is formed on an N-type semiconductor substrate 21, and an N-type region 23 and a P-type surface region 24 constituting the light receiving unit 2 (FIGS. 1 and 2) are formed on the P-type well region 22. Has been.

ここで、各受光部2は、垂直方向(図の横方向)で隣り合う2つの受光部2を1組として、各組のN型領域23が一体に形成されている。そして、互いに異なる組の受光部2の間には、それらの受光部2同士での信号電荷の混合を防ぐための素子分離領域25が形成されている。   Here, each light receiving unit 2 includes two light receiving units 2 adjacent in the vertical direction (lateral direction in the drawing) as one set, and each group of N-type regions 23 is integrally formed. An element isolation region 25 for preventing mixing of signal charges between the light receiving portions 2 is formed between different sets of light receiving portions 2.

半導体基板21上には、絶縁膜26を隔てて、各受光部2に対する転送電極11及び12(図2)が形成されている。受光部2以外の領域は、遮光膜13(図2)で覆われている。受光部2に光が入射すると、N型領域23で入射光が光電変換されて信号電荷が発生し、その信号電荷がP型表面領域24に蓄積される。   On the semiconductor substrate 21, transfer electrodes 11 and 12 (FIG. 2) for the respective light receiving portions 2 are formed with an insulating film 26 therebetween. A region other than the light receiving unit 2 is covered with a light shielding film 13 (FIG. 2). When light enters the light receiving unit 2, the incident light is photoelectrically converted in the N-type region 23 to generate a signal charge, and the signal charge is accumulated in the P-type surface region 24.

なお、このCCD撮像素子は、受光部2のN型領域23が転送電極11及び12の下側に亘って存在するようになるので、製造時には、転送電極11及び12を形成する前にN型領域23を形成するものとする。但し、N型領域23を形成し、その後転送電極11及び12を形成した後に、同じ組の2つの受光部2のポテンシャルを調整するためにN型領域23にN型不純物を導入してもよい。また、P型表面領域24は、転送電極11及び12を形成する前に形成してもよいし、転送電極11及び12を形成した後に形成してもよい。   In this CCD image pickup device, since the N-type region 23 of the light receiving unit 2 exists over the lower side of the transfer electrodes 11 and 12, the N-type region is formed before the transfer electrodes 11 and 12 are formed at the time of manufacture. It is assumed that the region 23 is formed. However, after the N-type region 23 is formed and then the transfer electrodes 11 and 12 are formed, an N-type impurity may be introduced into the N-type region 23 in order to adjust the potential of the two light receiving portions 2 in the same set. . The P-type surface region 24 may be formed before the transfer electrodes 11 and 12 are formed, or may be formed after the transfer electrodes 11 and 12 are formed.

図4,図5は、図2,図3に示した転送電極11及び12のうち、このCCD撮像素子で全画素読出しを行うときに読出し電圧を印加する転送電極にそれぞれ斜線を付した図である。垂直方向において各受光部2の下寄りに位置する第2層目の転送電極12に読出し電圧を印加するとともに、同じ組の受光部2の間に存在する第1層目の転送電極11に読出し電圧を印加することにより、各受光部2から信号電荷を読み出す。   4 and 5 are diagrams in which, among the transfer electrodes 11 and 12 shown in FIGS. 2 and 3, transfer electrodes to which a read voltage is applied when all pixels are read by the CCD image pickup device are hatched. is there. A read voltage is applied to the second-layer transfer electrode 12 positioned below each light-receiving unit 2 in the vertical direction, and the read-out voltage is read to the first-layer transfer electrode 11 existing between the same pair of light-receiving units 2. By applying a voltage, signal charges are read from each light receiving unit 2.

このとき、垂直方向で隣り合う2つずつの受光部2の信号電荷が、読出しを行う前に共通のN型領域23を介して混合されることになる。しかし、全画素読出しではそれらの受光部2から読み出した信号電荷を加算(混合)することを前提にしているので、読出し前にそれらの受光部2の信号電荷が混合されることは、全く問題はない。   At this time, the signal charges of the two light receiving portions 2 adjacent in the vertical direction are mixed through the common N-type region 23 before reading. However, since it is assumed that signal charges read from the light receiving units 2 are added (mixed) in all pixel reading, it is quite a problem that the signal charges of the light receiving units 2 are mixed before reading. There is no.

このように、2つの受光部2あたり3つの転送電極(各受光部2に対応する第2層の転送電極12と、それらの受光部2の間に存在する第1層の転送電極11)を用いて読出しを行うことにより、前出の図9,図10との比較からも明らかなように、信号電荷の読出し部分の幅が大きくなる。これにより、読出し電圧を高くすることなく、受光部2からの信号電荷の読出し特性が改善される。   In this way, three transfer electrodes (the second-layer transfer electrode 12 corresponding to each light-receiving unit 2 and the first-layer transfer electrode 11 existing between the light-receiving units 2) per two light-receiving units 2 are provided. When reading is performed using this, the width of the signal charge reading portion is increased, as is apparent from comparison with FIGS. 9 and 10 described above. Thereby, the read characteristic of the signal charge from the light receiving unit 2 is improved without increasing the read voltage.

そして、それらの受光部2のN型領域23を一体に形成していることから、それらの受光部2の間に存在する第1層の転送電極11に読出し電圧を印加したとき、それらの受光部2同士での信号電荷の移動がスムーズに行われるので、読出し特性が一層改善される。   Since the N-type regions 23 of the light receiving portions 2 are integrally formed, when a read voltage is applied to the transfer electrode 11 of the first layer existing between the light receiving portions 2, the light reception is performed. Since the signal charges are smoothly moved between the portions 2, read characteristics are further improved.

なお、以上の例では、同じ組(垂直方向で隣り合う2つずつ)の受光部2のN型領域23を一体に形成している。しかし、別の例として、図6に示すように、単にそれらの受光部2の間に素子分離領域を設けないようにしてもよい。この場合にも、それらの受光部2の間に存在する第1層の転送電極11に読出し電圧を印加することにより、やはり信号電荷の読出し部分の幅が大きくなる(P型ウェル領域22を介してそれらの受光部2の間で信号電荷が移動する)ので、読出し特性が改善される。   In the above example, the N-type regions 23 of the light receiving portions 2 of the same group (two adjacent in the vertical direction) are integrally formed. However, as another example, an element isolation region may not be provided between the light receiving portions 2 as shown in FIG. Also in this case, by applying a read voltage to the transfer electrode 11 of the first layer existing between the light receiving portions 2, the width of the signal charge read portion is also increased (via the P-type well region 22). As a result, the signal charge moves between the light receiving portions 2), so that the read characteristics are improved.

また、以上の例では、V倍密構造のCCD撮像素子に本発明を適用した例を示した。しかし、これに限らず、一定方向の画素数が有効解像度の所定数倍にされるとともに、それらの画素から信号電荷を読出し可能な手段として、隣り合うの画素の間に存在する第1の電極(図2,図3では第1層目の転送電極11に相当)と、各画素に対応する第2の電極(図2,図3では第2層目の転送電極12に相当)とを有するあらゆる固体撮像素子に本発明を適用してよい。   Moreover, in the above example, the example which applied this invention to the CCD image pick-up element of V double dense structure was shown. However, the present invention is not limited to this, and the number of pixels in a certain direction is set to a predetermined number times the effective resolution, and the first electrode existing between adjacent pixels as a means for reading signal charges from these pixels. (Corresponding to the first-layer transfer electrode 11 in FIGS. 2 and 3) and a second electrode corresponding to each pixel (corresponding to the second-layer transfer electrode 12 in FIGS. 2 and 3). The present invention may be applied to any solid-state imaging device.

また、以上の例では、受光部をマトリクス状に配置し、転送方式としてインターライン転送方式を採用したCCD撮像素子に本発明を適用した例を示した。しかし、本発明は、画素からの信号電荷の読出しに関する構造及び方法に特徴を有するものなので、フレーム転送方式を採用したCCD撮像素子や、受光部を1次元的に配置したCCD撮像素子(ラインセンサ)にも適用することができる。   In the above example, the example in which the present invention is applied to the CCD image pickup device in which the light receiving portions are arranged in a matrix and the interline transfer method is adopted as the transfer method has been shown. However, since the present invention is characterized by a structure and a method related to reading out signal charges from pixels, a CCD image sensor employing a frame transfer method or a CCD image sensor (line sensor) in which a light receiving portion is arranged one-dimensionally. ).

また、本発明による固体撮像素子は、例えばCMOSセンサのようなX−Yアドレス型の固体撮像素子にも適用してよい。その場合にも、やはり、隣り合う所定数個ずつの画素の信号電荷を混合して読み出すことができるようになる。   The solid-state image sensor according to the present invention may also be applied to an XY address type solid-state image sensor such as a CMOS sensor. Even in such a case, signal charges of a predetermined number of adjacent pixels can be mixed and read out.

本発明を適用したV倍密構造のCCD撮像素子の全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the CCD image pick-up element of the V double dense structure to which this invention is applied. 図1のCCD撮像素子の撮像領域の詳細構造を示す平面図である。It is a top view which shows the detailed structure of the imaging region of the CCD image pick-up element of FIG. 図3のA−A’断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 3. 本発明で読出し電圧を印加する転送電極を示す図である。It is a figure which shows the transfer electrode which applies a read-out voltage by this invention. 本発明で読出し電圧を印加する転送電極を示す図である。It is a figure which shows the transfer electrode which applies a read-out voltage by this invention. 本発明を適用したV倍密構造のCCD撮像素子の構成の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of a structure of the CCD image pick-up element of the V double dense structure to which this invention is applied. 従来のV倍密構造のCCD撮像素子の撮像領域の詳細構造を示す平面図である。It is a top view which shows the detailed structure of the imaging region of the CCD image pick-up element of the conventional V double dense structure. 図7のA−A’断面図である。It is A-A 'sectional drawing of FIG. 従来のV倍密構造のCCD撮像素子で読出し電圧を印加する転送電極を示す図である。It is a figure which shows the transfer electrode which applies a read-out voltage with the CCD image pick-up element of the conventional V double dense structure. 従来のV倍密構造のCCD撮像素子で読出し電圧を印加する転送電極を示す図である。It is a figure which shows the transfer electrode which applies a read-out voltage with the CCD image pick-up element of the conventional V double dense structure.

符号の説明Explanation of symbols

1 CCD撮像素子
2 受光部
3 垂直転送レジスタ
4 水平転送レジスタ
5 出力アンプ
6 出力端子
11 垂直転送レジスタの第1層目の転送電極
12 垂直転送レジスタの第2層目の転送電極
13 遮光膜
21 N型の半導体基板
22 P型ウェル領域
23 受光部のN型領域
24 受光部のP型表面領域
25 素子分離領域
26 絶縁膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 CCD image pick-up element 2 Light-receiving part 3 Vertical transfer register 4 Horizontal transfer register 5 Output amplifier 6 Output terminal 11 The 1st layer transfer electrode 12 of a vertical transfer register The 2nd layer transfer electrode 13 of a vertical transfer register Light shielding film 21 N Type semiconductor substrate 22 P-type well region 23 N-type region 24 of light-receiving part P-type surface region 25 of light-receiving part Element isolation region 26 Insulating film

Claims (5)

複数個の画素が配列された固体撮像素子において、
一定の方向の画素数が有効解像度の所定数倍であり、
隣り合う所定数個ずつの前記画素の間に、それらの画素同士での信号電荷の移動を可能にする領域が設けられたことを特徴とする固体撮像素子。
In a solid-state imaging device in which a plurality of pixels are arranged,
The number of pixels in a certain direction is a predetermined number of times the effective resolution,
A solid-state imaging device, characterized in that a predetermined number of adjacent pixels are provided with a region that allows signal charges to move between the pixels.
請求項1に記載の固体撮像素子において、
前記信号電荷の移動を可能にする領域は、N型領域であることを特徴とする固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1,
The solid-state image pickup device, wherein the region that enables the signal charge to move is an N-type region.
請求項1に記載の固体撮像素子において、
前記画素から信号電荷を読出し可能な手段として、隣り合うの前記画素の間に存在する前記第1の電極と、各々の前記画素に対応する第2の電極とを有することを特徴とする固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1,
A solid-state imaging device comprising: the first electrode existing between adjacent pixels; and a second electrode corresponding to each of the pixels as means for reading signal charges from the pixels. element.
請求項1に記載の固体撮像素子において、
前記所定数個ずつの前記画素を構成する領域が、一体に形成されていることを特徴とする固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1,
A solid-state image pickup device, wherein the regions constituting the predetermined number of the pixels are integrally formed.
複数個の画素が配列され、一定の方向の画素数が有効解像度の所定数倍であり、隣り合う所定数個ずつの前記画素の間に、それらの画素同士での信号電荷の移動を可能にする領域が設けられており、
前記画素から信号電荷を読出し可能な手段として、隣り合うの前記画素の間に存在する第1の電極と、各々の前記画素に対応する第2の電極とを有する固体撮像素子の駆動方法において、
前記画素からの信号電荷の読出し時に、各々の前記画素に対応する前記第2の電極と、前記所定数個ずつの前記画素の間に存在する前記第1の電極とに読出し電圧を印加することを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
A plurality of pixels are arranged, the number of pixels in a certain direction is a predetermined number of times the effective resolution, and signal charges can be transferred between the adjacent pixels in a predetermined number of pixels. There is an area to
In a driving method of a solid-state imaging device having a first electrode existing between adjacent pixels and a second electrode corresponding to each of the pixels as means for reading signal charges from the pixels,
When reading signal charges from the pixels, a read voltage is applied to the second electrodes corresponding to the pixels and the first electrodes existing between the predetermined number of pixels. A method for driving a solid-state imaging device.
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