JP2910648B2 - Solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device

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JP2910648B2
JP2910648B2 JP7336287A JP33628795A JP2910648B2 JP 2910648 B2 JP2910648 B2 JP 2910648B2 JP 7336287 A JP7336287 A JP 7336287A JP 33628795 A JP33628795 A JP 33628795A JP 2910648 B2 JP2910648 B2 JP 2910648B2
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region
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智浩 川村
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像装置に関
し、特に信号電荷の転送効率を改善し、低照度被写体を
撮像した場合の転送効率の劣化を防止し固体撮像装置
に関する。
The present invention relates to a solid-state imaging device FIELD OF THE INVENTION, in particular improves the transfer efficiency of signal charge, a solid-state imaging device capable of preventing deterioration of the transfer efficiency when an image of low luminance subject.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の電荷転送装置を備える固体撮像装
置は、光電変換素子において光信号から得られる信号電
荷を蓄積し、この信号電荷を垂直転送レジスタで転送
し、さらに複数の垂直転送レジスタから転送される信号
電荷を水平転送レジスタで転送し、浮遊拡散容量部から
出力アンプに出力させている。例えば、図9に垂直転送
レジスタ10と水平転送レジスタ2との結合部の不純物
濃度のレイアウトを示すように、水平転送レジスタ20
には第1ゲート3と第2ゲート4からなる転送電極が配
列されている。図10(a),(b)はこれら第1及び
第2の各ゲートを含む構造の断面図であり、図9のI
I,JJ線に相当する断面図である。P型基板1にN層
5とN- 層6からなる障壁領域が形成されており、N層
5上に第1ゲート3が、N- 層6上に第2ゲート4がそ
れぞれゲート絶縁膜2を介して形成されている。そし
て、この転送電極には交互に図11(a)のようなタイ
ミングでφH1,φH2の駆動パルスが印加される。こ
れにより、同図のt=t1における線分IIとJJの各
電位は図11(b),(c)のようになる。なお、水平
転送レジスタ20の転送電極の出力端はアウトプットゲ
ートとして構成され、これには直流電圧が印加され、出
力アンプへのノイズ侵入を防止している。
2. Description of the Related Art A conventional solid-state imaging device having a charge transfer device accumulates a signal charge obtained from an optical signal in a photoelectric conversion element, transfers the signal charge by a vertical transfer register, and further transfers the signal charge from a plurality of vertical transfer registers. The transferred signal charges are transferred by a horizontal transfer register, and output from the floating diffusion capacitance section to an output amplifier. For example, as shown in FIG. 9, the layout of the impurity concentration at the joint between the vertical transfer register 10 and the horizontal transfer register 2 is shown in FIG.
, Transfer electrodes including a first gate 3 and a second gate 4 are arranged. FIGS. 10A and 10B are cross-sectional views of a structure including the first and second gates.
It is sectional drawing corresponding to I and JJ line. A barrier region including an N layer 5 and an N layer 6 is formed on a P-type substrate 1. A first gate 3 is provided on the N layer 5, and a second gate 4 is provided on the N layer 6. Is formed through. Drive pulses φH1 and φH2 are alternately applied to the transfer electrodes at timings as shown in FIG. As a result, the potentials of the line segments II and JJ at t = t1 in the drawing are as shown in FIGS. 11B and 11C. The output terminal of the transfer electrode of the horizontal transfer register 20 is configured as an output gate, to which a DC voltage is applied to prevent noise from entering the output amplifier.

【0003】このように駆動パルスφH1,φH2が印
加される転送電極は交互に配置され、それぞれの電極内
で障壁領域により電極分離されている。このため、転送
電界が強化され信号電荷が転送され易くなる。そして、
垂直転送レジスタを転送されてきた信号電荷は図9に矢
印線L3で示す信号転送経路のように水平転送レジスタ
20の転送領域内を転送され、浮遊拡散容量部30に蓄
積され、この浮遊拡散容量部30の電位変動が出力アン
プ40で増幅され、図外の外部信号処理回路へ出力され
る。この場合、水平転送レジスタ20の幅は最大転送電
荷量によって決められる。また、信号電荷が少ない場合
は、水平転送レジスタ20内で最もポテンシャルが深い
経路、すなわち図11(c)に示した電位の中心を通っ
ていくと考えられており、前記信号電荷転送経路L3は
これを示している。
As described above, the transfer electrodes to which the drive pulses φH1 and φH2 are applied are alternately arranged, and are separated from each other by a barrier region in each electrode. Therefore, the transfer electric field is strengthened, and the signal charges are easily transferred. And
The signal charge transferred to the vertical transfer register is transferred in the transfer area of the horizontal transfer register 20 as shown by a signal transfer path indicated by an arrow line L3 in FIG. The potential fluctuation of the section 30 is amplified by the output amplifier 40 and output to an external signal processing circuit (not shown). In this case, the width of the horizontal transfer register 20 is determined by the maximum transfer charge amount. When the signal charge is small, it is considered that the signal charge passes through the path having the deepest potential in the horizontal transfer register 20, that is, the center of the potential shown in FIG. The transfer path L3 indicates this.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の固
体撮像装置の電荷転送レジスタにおいては、信号電荷が
少ない場合に電位の低い経路の中心を通るため、垂直転
送レジスタ10から水平転送レジスタ20に転送される
信号電荷は、図9に矢印線L3で示したように、水平転
送レジスタ20の中心に向かうべくいわゆる大回りの状
態で転送されることになり、信号電荷転送の経路が長く
なる。したがって、信号電荷が少ない低照度被写体を撮
像したときには信号電荷の経路が長くなり、その分だけ
転送時間がかかり転送劣化を引き起こし、画質が劣化さ
れる。また、高周波数駆動の場合は電極数あるいは1電
極の長さで転送電界が制限されるため、転送劣化が生
じ、低照度被写体撮像時には解像度が劣化するという問
題が生じる。さらに、水平転送レジスタの転送幅が広い
場合には浮遊拡散容量部の直線で転送速度が劣化し、解
像度が劣化するという問題が生じる。また、これらの問
題を解決するために、水平転送レジスタの駆動電圧を上
げると、駆動回路の消費電力が増大し、発熱およびこれ
に伴う素子の結晶欠陥の活性化により画像欠陥が見えだ
してしまうという問題がある。
As described above, in the charge transfer register of the conventional solid-state imaging device, when the signal charge is small, the signal passes through the center of the low potential path. Are transferred in a so-called large turn toward the center of the horizontal transfer register 20, as indicated by an arrow line L3 in FIG. 9, and the signal charge transfer path becomes longer. Therefore, when an image of a low illuminance subject having a small signal charge is taken, the path of the signal charge becomes long, and the transfer time is increased by that amount, causing transfer deterioration and deteriorating the image quality. In the case of high-frequency driving, since the transfer electric field is limited by the number of electrodes or the length of one electrode, transfer deterioration occurs, and a problem occurs in that the resolution deteriorates when a low-illuminance subject is imaged. Further, when the transfer width of the horizontal transfer register is wide, the transfer speed is degraded by the straight line of the floating diffusion capacitance part, which causes a problem that the resolution is degraded. In addition, when the driving voltage of the horizontal transfer register is increased to solve these problems, the power consumption of the driving circuit increases, and image defects become visible due to heat generation and the activation of the crystal defects of the elements accompanying the heating. There is a problem.

【0005】本発明の目的は、転送効率を改善し、特に
低照度被写体を撮像した場合のような信号電荷が少ない
場合の転送効率を改善し固体撮像装置を提供すること
にある。
It is an object of the present invention to provide a solid-state image pickup device which has improved transfer efficiency, especially when signal charges are small such as when a low-illuminance subject is imaged.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、光電変換によ
り得られた信号電荷を転送するための複数列の垂直転送
レジスタと、これら垂直転送レジスタの一端部において
直交状態で結合された水平転送レジスタとを備え、前記
水平転送レジスタの転送領域を構成する不純物層には、
少なくとも前記水平転送方向と垂直な方向において分割
され、かつ前記垂直転送レジスタ側に近い側の分割領域
が遠い側の分割領域よりもポテンシャルが深くなるよう
に構成されるとともに、前記垂直転送レジスタに近い側
の領域が前記垂直転送レジスタの一端部領域内にまで延
長された不純物濃度の異なる複数の領域が存在すること
を特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a photoelectric conversion device.
Vertical transfer of multiple columns to transfer the obtained signal charge
Registers and one end of these vertical transfer registers
A horizontal transfer register coupled in an orthogonal state,
The impurity layer forming the transfer region of the horizontal transfer register includes
Split at least in the direction perpendicular to the horizontal transfer direction
Divided area on the side closer to the vertical transfer register side
Has a deeper potential than the divided area on the far side
And the side close to the vertical transfer register.
Area extends to one end area of the vertical transfer register.
The presence of multiple regions with different extended impurity concentrations
It is characterized by.

【0007】ここで、前記水平転送レジスタの転送電極
により転送された信号電荷を電圧信号に変換する浮遊拡
散容量部と、この電圧信号を増幅して出力する出力アン
プとを備え、前記浮遊拡散容量部は前記垂直転送レジス
タに近い側の分割領域の端部に配置される。
Here, a transfer electrode of the horizontal transfer register is provided.
Floating signal that converts the signal charge transferred by the
And an output amplifier for amplifying and outputting this voltage signal.
And the floating diffusion capacitance section includes the vertical transfer register.
It is arranged at the end of the divided area closer to the data area.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施形
態の平面図、特に垂直転送レジスタ10の一部と水平転
送レジスタ20の結合部における不純物濃度レイアウト
の平面構成図であり、図2(a),(b),(c)はそ
れぞれ図1のAA,BB,CC線に相当する断面図であ
る。P型半導体基板1の主面上にゲート絶縁膜2を介し
て第1ゲート3と第2ゲート4が交互に配列形成されて
いる点はこれまでと同じである。また、前記P型半導体
基板1の主面にN層5が形成され、かつ前記第2ゲート
4の直下にN2-層7が形成されて障壁領域が形成されて
いる点も同じである。しかしながら、前記第1のゲート
3の直下の領域では、ゲート幅方向、すなわち水平転送
レジスタ20の信号電荷の転送方向と垂直な方向に二つ
に区画され、垂直転送レジスタ10側の領域ではN層5
として構成されるが、垂直転送レジスタから遠い側の領
域では、これよりも不純物濃度が低いN- 層6として構
成されている。したがって、この水平転送レジスタで
は、N層5、N- 層6、N2-層7のように不純物濃度の
異なるN型領域が存在しているため、障壁領域は2段に
構成されることになる。また、水平転送レジスタ20の
信号電荷が転送される側にある浮遊拡散容量部30は垂
直転送レジスタに近い側の端部に配置されている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of a first embodiment of the present invention, particularly a plan view of an impurity concentration layout at a joint between a part of a vertical transfer register 10 and a horizontal transfer register 20, and FIGS. 2 (a) and 2 (b). 2) and 2 (c) are cross-sectional views corresponding to lines AA, BB, and CC in FIG. 1, respectively. The point that the first gates 3 and the second gates 4 are alternately arranged on the main surface of the P-type semiconductor substrate 1 via the gate insulating film 2 is the same as before. Further, the same applies to the point that an N layer 5 is formed on the main surface of the P-type semiconductor substrate 1 and an N 2− layer 7 is formed immediately below the second gate 4 to form a barrier region. However, the region immediately below the first gate 3 is divided into two in the gate width direction, that is, in the direction perpendicular to the signal charge transfer direction of the horizontal transfer register 20, and in the region on the side of the vertical transfer register 10, N layers are formed. 5
However, the region farther from the vertical transfer register is configured as an N layer 6 having a lower impurity concentration. Therefore, in this horizontal transfer register, N - type regions having different impurity concentrations such as the N layer 5, the N layer 6 and the N 2− layer 7 exist, so that the barrier region is configured in two stages. Become. Further, the floating diffusion capacitance section 30 on the side of the horizontal transfer register 20 to which the signal charges are transferred is disposed at the end near the vertical transfer register.

【0009】このような水平転送レジスタ20の製造方
法を図3に示す。なお、図3は図1のX領域のみについ
て示してある。先ず、図3(a)のように、P型半導体
基板1にN型不純物を注入し、更に図3(b)のように
P型不純物を注入して素子分離50を行う。また、ゲー
ト絶縁膜2を形成する。次いで、図3(c)のように、
第1ゲート3を形成する領域のうち、垂直転送レジスタ
20側の領域のみをマスクしてP型不純物を低濃度に注
入し、N- 層6を形成する。次いで、図3(d)のよう
にポリシリコンを選択形成して第1ゲート3を形成し、
かつこれを絶縁膜で覆う。さらに、図3(e)のように
この第1ゲート3をマスクにしてP型不純物を低濃度に
注入し、第2ゲートを形成する領域にN2-層7を形成す
る。しかる上で図3(f)のようにポリシリコンを選択
形成して第2ゲート4を形成し、これにより図1及び図
2の水平転送レジスタ20が構成される。
FIG. 3 shows a method of manufacturing such a horizontal transfer register 20. FIG. 3 shows only the X region in FIG. First, as shown in FIG. 3A, an N-type impurity is implanted into the P-type semiconductor substrate 1, and then, as shown in FIG. Further, a gate insulating film 2 is formed. Then, as shown in FIG.
Of the region where the first gate 3 is formed, only the region on the side of the vertical transfer register 20 is masked and a P-type impurity is implanted at a low concentration to form the N layer 6. Then, as shown in FIG. 3D, polysilicon is selectively formed to form a first gate 3.
And this is covered with an insulating film. Further, as shown in FIG. 3E, using the first gate 3 as a mask, a P-type impurity is implanted at a low concentration, and an N 2− layer 7 is formed in a region where the second gate is to be formed. Then, as shown in FIG. 3F, the second gate 4 is formed by selectively forming polysilicon, thereby forming the horizontal transfer register 20 shown in FIGS.

【0010】この場合、2段に形成される障壁領域で
は、それぞれが従来の1段の障壁領域の不純物濃度の半
分となるように設定される。例えば、1段形成時のP型
不純物注入量が8E11cm-2ならば、前記各低濃度の
P型不純物の注入時の注入量は4E11cm-2となる。
したがって、P型不純物が1回注入される前記N- 層6
は4E11cm-2であり、2回注入されるN2-層7は8
E11cm-2となり、前記した2段の障壁領域が形成さ
れる。
In this case, the barrier regions formed in two stages are set so as to have half the impurity concentration of the conventional one-stage barrier region. For example, if the P-type impurity implantation amount at the time of one-step formation is 8E11 cm −2 , the implantation amount at the time of implanting each of the low-concentration P-type impurities is 4E11 cm −2 .
Therefore, the N layer 6 into which the P-type impurity is implanted once.
Is 4E11 cm -2 , and the N 2 -layer 7 implanted twice is 8
E11 cm −2 and the above-described two-stage barrier region is formed.

【0011】したがって、この水平転送レジスタ20の
各転送電極に図11(a)に示したようなφH1,φH
2の駆動パルスを印加すると、図1のAA,BB,CC
線のそれぞれに対応する信号電荷の電位図は図4(a)
〜(c)のようになる。これを図11(c)に示した障
壁領域号が1段の従来のポテンシャルと比較すると、
テンシャルの深い領域が垂直転送レジスタ10側に偏位
されていることが判る。そして、前記したように少ない
信号電荷はポテンシャルが最も深い領域の中心位置を通
るため、信号電荷転送経路は図1に矢印線L1で示すよ
うに、垂直転送レジスタ10側に寄った位置となり、い
わゆる小回り状態となり、その状態のまま浮遊拡散容量
部30にまで転送され、ここから出力アンプ40に出力
されることになる。したがって、水平転送レジスタ20
における信号電荷はその転送距離が大幅に短縮されるこ
とになり、これにより、転送距離が短縮された分だけ転
送時間も短縮され、転送効率が改善されて画質の劣化が
防止される。また、実質的な転送幅が狭められるため、
浮遊拡散容量部30の直前で転送速度が低下されるよう
なことも防止できる。
Therefore, φH1 and φH as shown in FIG.
2 are applied, AA, BB, CC in FIG.
FIG. 4A is a potential diagram of signal charges corresponding to each of the lines.
To (c). When this barrier region No. that shown in FIG. 11 (c) is compared with the conventional potential of one stage, Po
It can be seen that the region with a deep tension is shifted to the vertical transfer register 10 side. As described above, since the small signal charges pass through the center position of the region having the deepest potential , the signal charge transfer path is located closer to the vertical transfer register 10 as shown by the arrow line L1 in FIG. It turns into a small turning state, and is transferred to the floating diffusion capacitance section 30 in that state, and is output to the output amplifier 40 from here. Therefore, the horizontal transfer register 20
The transfer distance of the signal charge in the above is greatly shortened, whereby the transfer time is shortened by the shortened transfer distance, the transfer efficiency is improved, and the deterioration of the image quality is prevented. Also, since the actual transfer width is narrowed,
It is also possible to prevent the transfer speed from decreasing immediately before the floating diffusion capacitance unit 30.

【0012】また、図4(c)に示したポテンシャル深
の差により水平転送レジスタ20の転送方向と垂直方
向に電界が生じることになるため、水平転送レジスタ2
0の出力側では転送方向の電界及び狭チャネル効果によ
る電界の和に加えて、この転送方向に垂直な電界が加わ
ることになり、信号電荷の転送速度がさらに増大され
る。この電界は図4(a),(b)の各ポテンシャル
比較することからも明らかである。これにより、信号電
荷全体の転送速度を向上し、転送効率を上げて画質や解
像度を改善することが可能となる。信号電荷の転送時間
は転送電界値の逆数を転送区間で積分することで得られ
るため、信号電荷転送経路の短縮及び転送電界の強化に
より、信号電荷の総合的な転送速度が改善される。
The potential depth shown in FIG.
Due to the difference, an electric field is generated in the transfer direction of the horizontal transfer register 20 and in the vertical direction.
On the output side of 0, an electric field perpendicular to the transfer direction is applied in addition to the sum of the electric field in the transfer direction and the electric field due to the narrow channel effect, and the transfer speed of the signal charge is further increased. This electric field is apparent from comparing the potentials in FIGS. 4A and 4B. As a result, the transfer speed of the entire signal charge can be improved, the transfer efficiency can be increased, and the image quality and resolution can be improved. Since the transfer time of the signal charge is obtained by integrating the reciprocal of the transfer electric field value in the transfer section, the overall transfer speed of the signal charge is improved by shortening the signal charge transfer path and strengthening the transfer electric field.

【0013】図5は本発明の第2の実施形態の垂直転送
レジスタと水平転送レジスタの結合部の不純物濃度レイ
アウトの平面図である。この実施形態では、第1ゲート
3の直下において水平転送レジスタ20の転送方向と垂
直な方向に障壁領域を形成している点は第1実施形態と
同じであるが、第2ゲート4の直下においては水平転送
レジスタ20の転送方向にも障壁領域を形成している。
すなわち、図6(a)〜(e)にDD,EE,FF,G
G,HH線に相当する各断面構造を示すように、垂直転
送レジスタ10に近い側では第1ゲート3の直下にN層
5、N- 層6が転送方向と垂直な方向に並んで形成さ
れ、第2ゲート4の直下にはN2-層7とN3-層8が転送
方向に並んで形成される。また、垂直転送レジスタに遠
い側では第1ゲートの直下にN2-層が形成され、第2ゲ
ートの直下にN3-層が形成される。したがって、水平転
送レジスタの転送方向と垂直な方向の断面構造では第1
ゲート3の直下において、N層5、N- 層6、N2-層7
が形成される。これにより、この構造では、水平転送レ
ジスタの転送方向には2段の障壁領域が構成され、垂直
方向には3段の障壁領域が構成されることになる。
FIG. 5 is a plan view of an impurity concentration layout of a joint between a vertical transfer register and a horizontal transfer register according to a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the point that a barrier region is formed immediately below the first gate 3 in a direction perpendicular to the transfer direction of the horizontal transfer register 20 is the same as that of the first embodiment, but just below the second gate 4. Also forms a barrier region in the transfer direction of the horizontal transfer register 20.
That is, DD, EE, FF, and G are shown in FIGS.
As shown in the cross-sectional structures corresponding to the G and HH lines, on the side close to the vertical transfer register 10, N layers 5 and N layers 6 are formed immediately below the first gate 3 in a direction perpendicular to the transfer direction. Immediately below the second gate 4, an N 2− layer 7 and an N 3− layer 8 are formed side by side in the transfer direction. On the side farther from the vertical transfer register, an N 2− layer is formed immediately below the first gate, and an N 3− layer is formed immediately below the second gate. Therefore, in the cross-sectional structure in the direction perpendicular to the transfer direction of the horizontal transfer register, the first
Immediately below the gate 3, the N layer 5, the N layer 6, and the N 2− layer 7
Is formed. Thus, in this structure, two-stage barrier regions are formed in the transfer direction of the horizontal transfer register, and three-stage barrier regions are formed in the vertical direction.

【0014】この第2の実施形態の水平転送レジスタの
製造方法を、図7に示す。同図は図5のXの領域につい
て示してある。先ず、図7(a)のように、P型半導体
基板1にN型不純物を注入し、更にP型不純物を注入し
て素子分離50を行う。また、ゲート絶縁膜2を形成す
る。次いで、図7(b)のように、第1ゲート3を形成
する領域のうち、垂直転送レジスタ10側の略1/2の
領域のみをマスクしてP型不純物を低濃度に注入し、N
- 層6を形成する。次いで、図7(c)のように、前記
マスクを含みこれよりも転送方向と垂直な方向には幾分
広めで、転送方向には第2ゲートを形成する領域の略1
/2の領域をそれぞれ覆うようにマスクしてP型不純物
を低濃度に注入し、N2-層7を形成する。次いで、図7
(d)のようにポリシリコンを選択形成して第1ゲート
3を形成し、かつこれを絶縁膜で覆う。さらに、図7
(e)のようにこの第1ゲート3をマスクにしてP型不
純物を低濃度に注入する。これにより、第2ゲートを形
成する領域にはN2-層7とN3-層8が形成される。を形
成する。しかる上で図7(f)のようにポリシリコンを
選択形成して第2ゲート4を形成し、これにより図5の
水平転送レジスタ20が構成される。
FIG. 7 shows a method of manufacturing the horizontal transfer register according to the second embodiment. This figure shows the area X in FIG. First, as shown in FIG. 7A, an N-type impurity is implanted into the P-type semiconductor substrate 1, and a P-type impurity is further implanted to perform element isolation 50. Further, a gate insulating film 2 is formed. Next, as shown in FIG. 7B, of the regions where the first gate 3 is formed, only approximately a half of the region on the side of the vertical transfer register 10 is masked, and a P-type impurity is implanted at a low concentration.
-Forming layer 6; Next, as shown in FIG. 7C, the mask is slightly wider in the direction perpendicular to the transfer direction, including the mask.
Then, a P-type impurity is implanted at a low concentration by masking to cover the respective regions of / 2 to form the N 2− layer 7. Then, FIG.
As shown in (d), polysilicon is selectively formed to form the first gate 3, and this is covered with an insulating film. Further, FIG.
As shown in (e), the first gate 3 is used as a mask to implant a P-type impurity at a low concentration. Thus, the N 2 -layer 7 and the N 3 -layer 8 are formed in the region where the second gate is formed. To form Then, as shown in FIG. 7 (f), polysilicon is selectively formed to form the second gate 4, thereby forming the horizontal transfer register 20 of FIG.

【0015】したがって、この水平転送レジスタ20の
各転送電極に図11(a)に示したようなφH1,φH
2の駆動パルスを印加すると、図5のDD,EE,F
F,GG線のそれぞれに対応する信号電荷の電位図は図
8(a),(b),(c),(d)のようになり、3段
ポテンシャル差が生じる。これを図11に示した障壁
領域が1段の従来のもの、或いは図4に示した障壁領域
が2段の第1の実施形態の電位と比較すると、ポテンシ
ャルが最も深い領域がさらに垂直転送レジスタ側に偏位
されていることが判る。したがって、信号電荷転送経路
は図5に矢印線L2で示すように、さらに垂直転送レジ
スタ側に寄った小さい回り状態となり、その転送距離が
一層大幅に短縮されることになる。これにより、第2の
実施形態よりもさらに転送距離が短縮された分だけ転送
時間も短縮され、転送効率が改善されることなり、画質
の劣化が防止される。また、実質的な転送幅が狭められ
るため、浮遊拡散容量部の直前で転送速度が低下される
ようなことも防止できる。
Therefore, φH1 and φH as shown in FIG.
2 are applied, DD, EE, and F in FIG.
The electric potential diagrams of the signal charges corresponding to the F and GG lines are as shown in FIGS. 8A, 8B, 8C, and 8D, and a three-stage potential difference occurs. This what barrier region shown in FIG. 11 is a conventional one-stage, or when the barrier region shown in FIG. 4 is compared with the potential of the first embodiment of the two-stage, potentiometer
It can be seen that the deepest region is further shifted to the vertical transfer register side. Accordingly, as shown by the arrow L2 in FIG. 5, the signal charge transfer path is further turned to a smaller position closer to the vertical transfer register side, and the transfer distance is further greatly reduced. As a result, the transfer time is shortened by the further shortening of the transfer distance as compared with the second embodiment, the transfer efficiency is improved, and the deterioration of the image quality is prevented. Further, since the substantial transfer width is narrowed, it is possible to prevent the transfer speed from decreasing immediately before the floating diffusion capacitance portion.

【0016】また、図8(d)に示したポテンシャル
差により水平転送レジスタ20の転送方向と垂直方向に
電界が生じることになるため、水平転送レジスタ20の
出力側では転送方向の電界及び狭チャネル効果による電
界の和に加えて、この転送方向に垂直な電界が加わるこ
とになり、信号電荷の転送速度がさらに増大されること
は第1の実施形態と同じである。この第2の実施形態で
は、電界は図8(a),(b),(c)の各電界を比較
することからも明らかである。これにより、信号電荷全
体の転送速度を向上し、転送効率を上げて画質や解像度
を改善することが可能となる。
Further, an electric field is generated in the vertical direction and the transfer direction of the horizontal transfer register 20 due to the potential difference shown in FIG. 8 (d). As in the first embodiment, an electric field perpendicular to the transfer direction is applied in addition to the sum of the electric fields due to the channel effect, and the transfer speed of the signal charge is further increased as in the first embodiment. In the second embodiment, the electric field is evident from comparing the electric fields in FIGS. 8A, 8B, and 8C. As a result, the transfer speed of the entire signal charge can be improved, the transfer efficiency can be increased, and the image quality and resolution can be improved.

【0017】さらに、この実施形態では転送方向とこれ
に垂直な方向のそれぞれで障壁領域の段数が増大されて
いるため、電極数が等価的に増大されることになる。こ
のため、転送方向に対して電位が平坦な箇所、すなわち
電界の弱い箇所が低減され、かつこれと共に個々の電極
長が短くなったことになり、隣接電極によるフリンジ電
界によりそれぞれの電極下で転送電界が向上され、転送
効率が改善される。
Furthermore, in this embodiment, since the number of steps in the barrier region is increased in each of the transfer direction and the direction perpendicular thereto, the number of electrodes is equivalently increased. For this reason, the portion where the potential is flat in the transfer direction, that is, the portion where the electric field is weak, is reduced, and the length of each electrode is shortened, and the transfer under each electrode is performed by the fringe electric field by the adjacent electrode. The electric field is improved and the transfer efficiency is improved.

【0018】なお、前記各実施形態では、本発明を水平
転送レジスタに適用した例を示しているが、垂直転送レ
ジスタや、その他のCCD型電荷転送レジスタであれば
同様に適用することができ、転送効率を改善することが
できる。
In each of the above embodiments, an example in which the present invention is applied to a horizontal transfer register is shown. However, the present invention can be similarly applied to a vertical transfer register and other CCD type charge transfer registers. Transfer efficiency can be improved.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、前記水平
転送レジスタの転送領域を構成する不純物層には、少な
くとも水平転送方向と垂直な方向において分割され、か
つ前記垂直転送レジスタ側に近い側の分割領域が遠い側
の分割領域よりもポテンシャルが深くなるように構成さ
れるとともに、前記垂直転送レジスタに近い側の領域が
前記垂直転送レジスタの一端部領域内にまで延長された
不純物濃度の異なる複数の領域が存在する構成としてい
ので、信号電荷の転送方向電界を強化することがで
き、かつ転送方向と垂直な方向にも電界が形成されるの
で、信号電荷を小回り状態で転送することが可能となっ
信号電荷の転送速度を向上することができる。これよ
り転送効率が改善され、低照度被写体を撮像した場合の
信号電荷、すなわち極少の信号電荷の場合にも転送効率
が劣化されることはなく、画質や解像度が改善される。
また、転送レジスタの駆動電圧を増大させることもな
く、消費電力の増大や画像欠陥の発生を未然に防止する
ことができる。
As described above, according to the present invention, the horizontal
The impurity layer constituting the transfer region of the transfer register has a small
At least it is divided in the direction perpendicular to the horizontal transfer direction,
The divided area closer to the vertical transfer register side is farther
Is configured so that the potential is deeper than
And the area near the vertical transfer register is
Extended into one end area of the vertical transfer register
Configurations where multiple regions with different impurity concentrations exist
Since that, it is possible to enhance the transfer direction field of the signal charge, and the electric field is formed also in the transfer direction and the direction perpendicular it is possible to transfer signal charges in a small turn state
As a result, the transfer speed of signal charges can be improved. As a result, the transfer efficiency is improved, and the transfer efficiency is not degraded even when the signal charge is low when the low-illuminance subject is imaged, that is, the image quality and the resolution are improved.
Further, it is possible to prevent an increase in power consumption and an occurrence of an image defect without increasing the drive voltage of the transfer register.

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

【図1】本発明の第1の実施形態の不純物濃度のレイア
ウトを示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a layout of an impurity concentration according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のAA,BB,CC線に相当する各断面構
成図である。
FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram corresponding to lines AA, BB, and CC in FIG. 1;

【図3】図1の転送領域を製造する工程を示す平面図で
ある。
FIG. 3 is a plan view showing a step of manufacturing the transfer region of FIG. 1;

【図4】図1のAA,BB,CC線のそれぞれにおける
電位図である。
FIG. 4 is a potential diagram for each of lines AA, BB, and CC in FIG. 1;

【図5】本発明の第2の実施形態の不純物濃度レイアウ
トの平面図である。
FIG. 5 is a plan view of an impurity concentration layout according to a second embodiment of the present invention.

【図6】図5のDD,EE,FF,GG,HH線に相当
する各断面構成図である。
6 is a cross-sectional configuration diagram corresponding to lines DD, EE, FF, GG, and HH in FIG. 5;

【図7】図5の転送領域を製造する工程を示す平面図で
ある。
FIG. 7 is a plan view showing a step of manufacturing the transfer region of FIG. 5;

【図8】図5のDD,EE,FF,GG線のそれぞれに
おける電位図である。
8 is a potential diagram for each of the lines DD, EE, FF, and GG in FIG.

【図9】従来の転送レジスタの不純物濃度レイアウトの
平面図である。
FIG. 9 is a plan view of an impurity concentration layout of a conventional transfer register.

【図10】図9のII,JJ線に相当する各断面構成図
である。
10 is a sectional configuration diagram corresponding to line II and JJ in FIG. 9;

【図11】図9のII,JJ線のそれぞれにおける電位
図である。
FIG. 11 is a potential diagram at each of lines II and JJ in FIG. 9;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 P型半導体基板 2 ゲート絶縁膜 3 第1ゲート 4 第2ゲート 5 N層 6 N- 層 7 N2-層 8 N3-層 10 垂直転送レジスタ 20 水平転送レジスタ 30 浮遊拡散容量部 40 出力アンプ 50 素子分離DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 P-type semiconductor substrate 2 Gate insulating film 3 1st gate 4 2nd gate 5 N layer 6 N - layer 7 N2 - layer 8 N3 - layer 10 Vertical transfer register 20 Horizontal transfer register 30 Floating diffusion capacity part 40 Output amplifier 50 element separation

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光電変換により得られた信号電荷を転送
するための複数列の垂直転送レジスタと、これら垂直転
送レジスタの一端部において直交状態で結合された水平
転送レジスタと、この水平転送レジスタの転送電極によ
り転送された信号電荷を電圧信号に変換する浮遊拡散容
量部と、この電圧信号を増幅して出力する出力アンプと
を備え、前記水平転送レジスタの転送領域を構成する不
純物層には、少なくとも前記水平転送方向と垂直な方向
において分割され、かつ前記垂直転送レジスタ側に近い
側の分割領域が遠い側の分割領域よりもポテンシャルが
深くなるように構成されるとともに、前記垂直転送レジ
スタに近い側の領域が前記垂直転送レジスタの一端部領
域内にまで延長された不純物濃度の異なる複数の領域が
存在し、前記浮遊拡散容量部は前記垂直転送レジスタに
近い側の分割領域の端部に配置されていることを特徴と
する固体撮像装置。
1. A vertical transfer register of a plurality of columns for transferring signal charges obtained by photoelectric conversion, a horizontal transfer register connected in an orthogonal state at one end of the vertical transfer registers, A floating diffusion capacitance section that converts a signal charge transferred by the transfer electrode into a voltage signal, and an output amplifier that amplifies and outputs the voltage signal; and an impurity layer that forms a transfer region of the horizontal transfer register includes: It is divided at least in a direction perpendicular to the horizontal transfer direction, and the divided region closer to the vertical transfer register side is configured to have a deeper potential than the divided region farther away, and closer to the vertical transfer register. There are a plurality of regions having different impurity concentrations, the regions on the side extending to one end region of the vertical transfer register. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the dispersion unit is disposed at an end of the divided region closer to the vertical transfer register.
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