JP3004764B2 - Charge-coupled device - Google Patents

Charge-coupled device

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JP3004764B2
JP3004764B2 JP3123600A JP12360091A JP3004764B2 JP 3004764 B2 JP3004764 B2 JP 3004764B2 JP 3123600 A JP3123600 A JP 3123600A JP 12360091 A JP12360091 A JP 12360091A JP 3004764 B2 JP3004764 B2 JP 3004764B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光センサ等に使用され
る固体撮像素子や、アナログ信号処理素子などに適用さ
れる電荷結合素子(Charge Coupled Device 、以下、C
CDという)、特にその駆動方法を考慮したゲ―ト電極
構造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charge-coupled device (hereinafter referred to as C) applied to a solid-state image sensor used for an optical sensor or the like, an analog signal processor, or the like.
CD), and particularly to a gate electrode structure in consideration of the driving method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種のCCDに関する技術とし
ては、例えば特開平2−230770号公報に記載され
るものがあった。以下、その構成を図を用いて説明す
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a technique relating to this kind of CCD, there has been a technique described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-230770. Hereinafter, the configuration will be described with reference to the drawings.

【0003】図2は、従来の固体撮像装置に適用された
CCDにおける信号電荷転送部の断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of a signal charge transfer section in a CCD applied to a conventional solid-state imaging device.

【0004】このCCDは、2相駆動方法を用いた2層
電極構造の埋込みチャネル型CCDであり、P型のシリ
コン基板1を有している。シリコン基板1には、N-
純物層からなるチャネル層2が形成され、該チャンネル
層2の表面付近の所定箇所には、2相駆動を可能にする
ためのN--不純物層からなる複数のポテンシャルバリア
層3が形成されている。
This CCD is a buried channel type CCD having a two-layer electrode structure using a two-phase driving method, and has a P-type silicon substrate 1. A channel layer 2 made of an N - impurity layer is formed on a silicon substrate 1. A plurality of N - impurity layers made of N - impurity layers for enabling two-phase driving are formed at predetermined locations near the surface of the channel layer 2. The potential barrier layer 3 is formed.

【0005】チャネル層2の表面において、各ポテンシ
ャルバリア層3間には、シリコン酸化膜からなる第1の
ゲ―ト酸化膜4が形成され、その上に、多結晶シリコン
膜(ポリシリコン膜)からなる第1層目のゲ―ト電極5
が形成されている。ポテンシャルバリア層3上と、第1
層目のゲ―ト電極5上の一部とには、シリコン酸化膜か
らなる第2のゲ―ト酸化膜6が形成され、さらにその上
に、ポリシリコン膜からなる第2層目のゲ―ト電極7が
形成されている。
A first gate oxide film 4 made of a silicon oxide film is formed between the potential barrier layers 3 on the surface of the channel layer 2, and a polycrystalline silicon film (polysilicon film) is formed thereon. First-layer gate electrode 5 made of
Are formed. On the potential barrier layer 3 and the first
A second gate oxide film 6 made of a silicon oxide film is formed on a part of the gate electrode 5 of the layer, and a second gate oxide film 6 made of a polysilicon film is further formed thereon. -Electrode 7 is formed.

【0006】各ゲ―ト電極5,7には、信号線10,1
1が接続され、その信号線10,11を介して互いに逆
位相の駆動パルスφ1,φ2が印加されるようになって
いる。
Each of the gate electrodes 5 and 7 has a signal line 10 and 1 connected thereto.
1 are connected, and drive pulses φ1 and φ2 having phases opposite to each other are applied via the signal lines 10 and 11.

【0007】次に、図3及び図4を参照しつつ、図2の
動作を説明する。
Next, the operation of FIG. 2 will be described with reference to FIG. 3 and FIG.

【0008】図3は図2のCCDにおけるチャネル部の
チャネルポテンシャル分布図、及び図4は図2の電荷転
送を実行させるためのゲ―ト電極に印加する駆動パルス
φ1,φ2の波形図である。
FIG. 3 is a diagram showing the channel potential distribution of the channel portion in the CCD shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a diagram showing the waveforms of the driving pulses .phi.1 and .phi.2 applied to the gate electrodes for executing the charge transfer shown in FIG. .

【0009】図4に示すような互いに逆位相の駆動パル
スφ1,φ2を、信号線10,11に印加すると、図3
に示すようなチャネルポテンシャルの分布が、各ゲ―ト
電極5,7下に形成される。
When drive pulses φ1 and φ2 having opposite phases as shown in FIG. 4 are applied to signal lines 10 and 11,
A channel potential distribution as shown in FIG.

【0010】例えば、図3に示すように、“L”レベル
の駆動パルスφ2と“H”レベルの駆動パルスφ1とを
ゲ―ト電極5,7に印加した場合、図中の実線で示すよ
うなポテンシャル分布となる。そのため、電位の高い方
へ信号電荷(この場合はエレクトロンe- )が移動す
る。逆に、駆動パルスφ2が“H”レベル、φ1が
“L”レベルの時も、前記と同様に、隣接するゲ―ト電
極5,7下において信号電荷のやり取りが繰り返され、
順次、一方向に信号電荷の転送が行われる。
For example, as shown in FIG. 3, when an "L" level driving pulse φ2 and an "H" level driving pulse φ1 are applied to the gate electrodes 5 and 7, as shown by solid lines in FIG. Potential distribution. Therefore, the signal charges (electrons e − in this case) move to the higher potential. Conversely, when the drive pulse φ2 is at the “H” level and φ1 is at the “L” level, the exchange of signal charges is repeated under the adjacent gate electrodes 5 and 7, as described above.
The signal charges are sequentially transferred in one direction.

【0011】この種のCCDを用いて構成される光セン
サ等の固体撮像素子や、信号処理素子などでは、その高
密度化及び高速化が望まれている。例えば、固体撮像素
子において高解像度を達成するには高密度及び高速化が
必要であり、同様に信号処理素子においても、高密度情
報の処理には高速化が必要で、それに加えて高密度化も
要求される。
In a solid-state image pickup device such as an optical sensor using a CCD of this type, a signal processing device, and the like, higher density and higher speed are desired. For example, to achieve high resolution in a solid-state imaging device, high density and high speed are required. Similarly, in a signal processing device, high speed processing is required for high density information processing, and in addition, high density Is also required.

【0012】信号処理素子の代表としてCCD遅延素子
を例に挙げると、CCDのクロック周波数fckと該CC
Dのビット数(段数)Nと遅延時間td の間には、td
=N/fckの関係がある。このことから、高速化を図る
ためにクロック周波数fckを高くすることは、CCDの
ビット数増加、つまりチップ面積の増加をまねく。
Taking a CCD delay element as a representative example of the signal processing element, the clock frequency fck of the CCD and the CC
Between the number of bits (the number of stages) N of D and the delay time t d , t d
= N / f ck . For this reason, increasing the clock frequency f ck in order to increase the speed increases the number of bits of the CCD, that is, the chip area.

【0013】以上の要求性能に対して従来のCCDで
は、次のような欠点がある。
[0013] The conventional CCD has the following disadvantages with respect to the above required performance.

【0014】(a)ゲ―ト電極5,7にポリシリコン膜
を使用しているため、そのシ―ト抵抗が30〜50Ω/
□と高い。そのため、CCDの駆動パルス波形には、寄
生容量と合わせた遅延が生じ、高速化に限界がある。
(A) Since a polysilicon film is used for the gate electrodes 5 and 7, the sheet resistance is 30 to 50Ω /.
□ and high. Therefore, a delay corresponding to the parasitic capacitance occurs in the drive pulse waveform of the CCD, and there is a limit to speeding up.

【0015】(b)駆動パルスφ1,φ2の電圧が9〜
12Vと高いことから、ゲ―ト電極5,7間とゲ―ト電
極5,7及びシリコン基板1間との絶縁を保ち、さらに
絶縁破壊を防止するため、ゲ―ト酸化膜厚が500〜1
000Åと厚く設計されている。そのため、単位面積当
りのMOS容量が小さいので、取扱い電荷量を確保する
ためにゲ―ト電極5,7の面積を大きくする必要があ
り、それによってチップ面積の増大を招いている。しか
も、ゲ―ト電極5,7の面積を大きくすることは、該ゲ
―ト電極5,7間における寄生容量の増加につながり、
消費電力の増加の原因にもなっている。
(B) When the voltages of the driving pulses φ1 and φ2 are 9 to
Since the voltage is as high as 12 V, insulation between the gate electrodes 5 and 7 and between the gate electrodes 5 and 7 and the silicon substrate 1 is maintained, and furthermore, a gate oxide film thickness of 500 to 1
It is designed as thick as 000mm. Therefore, since the MOS capacitance per unit area is small, it is necessary to increase the area of the gate electrodes 5 and 7 in order to secure the amount of charge to be handled, thereby increasing the chip area. Moreover, increasing the area of the gate electrodes 5 and 7 leads to an increase in the parasitic capacitance between the gate electrodes 5 and 7.
It also causes an increase in power consumption.

【0016】このような欠点(a),(b)を解決する
ため、前記文献の技術では、第1層目のゲ―ト電極5の
み、あるいは第1層目及び第2層目のゲ―ト電極5,7
の両方を、ポリサイド膜で構成している。このポリサイ
ド膜は、高融点金属のシリサイド膜とポリシリコン膜と
の積層膜で構成されている。ポリサイド構造のゲ―ト電
極5,7は、ポリシリコン膜のみで構成したものに比較
して約1/10のシ―ト抵抗になるため、CCDの高速
化が図れる。
In order to solve such disadvantages (a) and (b), according to the technique of the above-mentioned document, only the gate electrode 5 of the first layer or the gate electrodes of the first and second layers are used. Electrodes 5, 7
Are made of a polycide film. This polycide film is composed of a laminated film of a silicide film of a refractory metal and a polysilicon film. Since the gate electrodes 5 and 7 having the polycide structure have a sheet resistance of about 1/10 as compared with those formed only of the polysilicon film, the speed of the CCD can be increased.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ゲ―ト
電極をポリサイド化した前記文献の技術では、次のよう
な課題があった。
However, the technique disclosed in the above-mentioned document in which the gate electrode is made polycide has the following problems.

【0018】(i)第1層目のゲ―ト電極5をポリサイ
ド膜で形成した場合、そのポリサイド膜上の一部に形成
される熱酸化膜からなる第2のゲ―ト酸化膜6の膜質が
脆弱なことから、絶縁性及び信頼性の面で不安定であ
り、第2層目のゲ―ト電極7をその上に重ねることがで
きない。ましてや第1層目と第2層目のゲ―ト電極5,
7を共にポリサイド構造にした場合、絶縁性及び信頼性
の面で不安定であり、実現が困難である。
(I) When the first-layer gate electrode 5 is formed of a polycide film, the second gate oxide film 6 composed of a thermal oxide film formed on a part of the polycide film is formed. Since the film quality is weak, insulation and reliability are unstable, and the second-layer gate electrode 7 cannot be superposed thereon. Furthermore, the first and second layer gate electrodes 5,
When both have a polycide structure, they are unstable in terms of insulation and reliability, and are difficult to realize.

【0019】(ii)第2層目のゲ―ト電極7のみをポリ
サイド構造とした場合、前記(i)の問題は解決できる
が、次のような問題が生じる。
(Ii) If only the gate electrode 7 of the second layer has a polycide structure, the problem (i) can be solved, but the following problem occurs.

【0020】即ち、第1層目のゲ―ト電極5を高抵抗の
ポリシリコン膜で形成し、第2層目のゲ―ト電極7を低
抵抗のポリサイド膜で形成すると、その抵抗及び容量に
よる時定数の違いから、該第1層目及び第2層目のゲ―
ト電極5,7に伝わる駆動パルス電圧に時間差が生じ
る。そのため、低抵抗のポリサイド膜からなる第2層目
のゲ―ト電極7の下のチャネルポテンシャルに較べ、高
抵抗のポリシリコンからなる第1層目のゲ―ト電極5の
下のポテンシャル分布が該チャネル内で一様になるのに
時間をより要することになる。
That is, when the first-layer gate electrode 5 is formed of a high-resistance polysilicon film and the second-layer gate electrode 7 is formed of a low-resistance polycide film, the resistance and capacitance of the gate electrode 7 are reduced. Of the first layer and the second layer
There is a time difference between the drive pulse voltages transmitted to the gate electrodes 5 and 7. Therefore, the potential distribution under the first-layer gate electrode 5 made of high-resistance polysilicon is lower than the channel potential under the second-layer gate electrode 7 made of a low-resistance polycide film. It will take more time to become uniform within the channel.

【0021】これにより、CCDでの転送電荷の取り残
し、あるいは転送電荷量の減少を招く。特にこの現象
は、高速駆動パルスでCCDを駆動する場合ほど、及び
チャネル幅が広くゲ―ト電極長が長いほど、顕著とな
る。従って、ゲ―ト電極5,7を単にポリサイド構造に
しても、高速化及び高密度化の点において、いまだ充分
満足のゆくCCDを得ることが困難であった。
As a result, the transfer charge in the CCD is left behind, or the transfer charge amount is reduced. In particular, this phenomenon becomes more conspicuous as the CCD is driven by a high-speed drive pulse and as the channel width is increased and the gate electrode length is increased. Therefore, even if the gate electrodes 5 and 7 are simply made of a polycide structure, it is still difficult to obtain a CCD that is sufficiently satisfactory in terms of high speed and high density.

【0022】本発明は、前記従来技術が持っていた課題
として、高速化及び高密度化の点において充分満足のゆ
くCCDを得ることが困難な点について解決したCCD
を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the problem of the prior art that it is difficult to obtain a CCD that is sufficiently satisfactory in terms of speed and density.
Is provided.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するため、半導体基板上に、ゲ―ト絶縁膜を介して第1
層目のゲ―ト電極と第2層目のゲ―ト電極とが一部オ―
バ―ラップする形で交互に配列された2層電極構造のC
CDにおいて、前記第1層目のゲ―ト電極を、ポリシリ
コン膜で形成し、前記第2層目のゲ―ト電極を、ポリシ
リコン及び高融点金属の積層膜であるポリサイド膜で形
成する。さらに、前記第1層目のゲ―ト電極に一定の直
流電圧(DC)を印加し、前記直流電圧に対して所定レ
ベルの駆動パルス電圧を前記第2層目のゲ―ト電極に印
加して信号電荷の転送を行う構成にしている。
According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, a first insulating film is formed on a semiconductor substrate via a gate insulating film.
The gate electrode of the second layer and the gate electrode of the second layer are partially off.
C of two-layer electrode structure alternately arranged in a overlapping manner
In the CD, the first-layer gate electrode is formed of a polysilicon film, and the second-layer gate electrode is formed of a polycide film, which is a stacked film of polysilicon and a refractory metal. . Further, a constant DC voltage (DC) is applied to the gate electrode of the first layer, and a drive pulse voltage having a predetermined level with respect to the DC voltage is applied to the gate electrode of the second layer. To transfer signal charges.

【0024】[0024]

【作用】本発明によれば、以上のようにCCDを構成し
たので、第1層目のゲ―ト電極を構成するポリシリコン
膜は、第2層目のゲ―ト電極間との絶縁に対し、良質の
絶縁膜の使用を可能にさせ、CCDの絶縁耐圧、リ―ク
電流、及び信頼性の向上を図る働きがある。この第1層
目のゲ―ト電極に一定の直流電圧を印加することは、C
CDを高速動作させる際の阻害要因とはならない。
According to the present invention, since the CCD is constructed as described above, the polysilicon film forming the first layer gate electrode is used for insulation between the second layer gate electrodes. On the other hand, it has the function of enabling the use of a high-quality insulating film and improving the withstand voltage, leak current and reliability of the CCD. Applying a constant DC voltage to the gate electrode of the first layer is equivalent to C
It does not become a hindrance factor when operating the CD at high speed.

【0025】しかも、この直流電圧を調整することによ
り、ゲ―ト電極間に印加する電界を弱め、第1層目のゲ
―ト電極と第2層目のゲ―ト電極間の絶縁膜を薄膜化す
ることにより、ゲ―ト電極の単位面積当りの容量の増大
と、それによるCCDの高密度化を図る働きがある。さ
らに、ポリサイド構造の第2層目のゲ―ト電極は、該ゲ
―ト電極の抵抗値を低減し、CCDを高速化する働きが
ある。従って、前記課題を解決できるのである。
Further, by adjusting the DC voltage, the electric field applied between the gate electrodes is weakened, and the insulating film between the first-layer gate electrode and the second-layer gate electrode is reduced. By reducing the thickness, the capacity per unit area of the gate electrode is increased, and the density of the CCD is thereby increased. Further, the gate electrode of the second layer of the polycide structure has a function of reducing the resistance value of the gate electrode and increasing the speed of the CCD. Therefore, the above problem can be solved.

【0026】[0026]

【実施例】図1は、本発明の実施例を示すもので、2相
駆動方式を用いた2層電極構造の埋込み型CCDにおけ
る電荷転送部の断面図である。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention and is a cross-sectional view of a charge transfer section in an embedded CCD having a two-layer electrode structure using a two-phase driving method.

【0027】このCCDは、P型シリコン基板からなる
半導体基板21を有し、その半導体基板21内には、埋
込み型CCDのチャネル部を形成するN-不純物層から
なるチャネル層22が形成されている。チャネル層22
の表面付近の所定位置には、信号電荷の転送方向を決め
るためのN--不純物層からなる複数のポテンシャルバリ
ア層23が形成されている。このポテンシャルバリア層
23は、例えばチャネル層22に対してボロンのイオン
注入にて表面濃度を低下させて形成される。
This CCD has a semiconductor substrate 21 made of a P-type silicon substrate. In the semiconductor substrate 21, a channel layer 22 made of an N - impurity layer forming a channel portion of the buried CCD is formed. I have. Channel layer 22
A plurality of potential barrier layers 23 made of an N impurity layer for determining the transfer direction of signal charges are formed at predetermined positions near the surface of the semiconductor device. The potential barrier layer 23 is formed, for example, by lowering the surface concentration by implanting boron into the channel layer 22.

【0028】チャネル層22の表面において、ポテンシ
ャルバリア層23に隣接する箇所には、シリコン酸化膜
からなる第1のゲ―ト絶縁膜24が選択的に形成され、
さらにその上に、高濃度の不純物を含む導電性を持たせ
たポリシリコン膜からなる第1層目のゲ―ト電極25が
選択的に形成されている。
On a surface of the channel layer 22 adjacent to the potential barrier layer 23, a first gate insulating film 24 made of a silicon oxide film is selectively formed.
Further thereon, a first-layer gate electrode 25 made of a conductive polysilicon film containing high-concentration impurities is selectively formed.

【0029】ポテンシャルバリア層23を含むチャネル
層22上と第1層目のゲ―ト電極25上の一部とには、
シリコン酸化膜からなる第2のゲ―ト絶縁膜26が選択
的に形成され、さらにその上に、ポリサイド構造の第2
層目のゲ―ト電極27が選択的に形成されている。第2
層目のゲ―ト電極27は、第2のゲ―ト絶縁膜26上に
形成された導電性を有するポリシリコン膜27aと、該
ポリシリコン膜27a上に形成されタングステン、チタ
ン等の高融点金属のシリサイド膜27bとで、構成され
ている。この第2のゲ―ト絶縁膜26及び第2層目のゲ
―ト電極27は、第1層目のゲ―ト電極24と僅かにオ
―バ―ラップして配置されている。
The part on the channel layer 22 including the potential barrier layer 23 and a part on the gate electrode 25 of the first layer are:
A second gate insulating film 26 made of a silicon oxide film is selectively formed, and a second gate insulating film 26 having a polycide structure is further formed thereon.
The gate electrode 27 of the layer is selectively formed. Second
The gate electrode 27 of the layer includes a conductive polysilicon film 27a formed on the second gate insulating film 26, and a high melting point material such as tungsten or titanium formed on the polysilicon film 27a. And a metal silicide film 27b. The second gate insulating film 26 and the gate electrode 27 of the second layer are arranged to slightly overlap with the gate electrode 24 of the first layer.

【0030】図1の左から右方向に向かって、第2層目
のゲ―ト電極27、第1層目のゲ―ト電極25、及び第
2層目のゲ―ト電極27には、駆動パルスφ1印加用の
信号線31、一定の直流電圧Vdc印加用の信号線3
2、及び駆動パルスφ2印加用の信号線30がそれぞれ
接続されている。駆動パルスφ1,φ2は、“H”レベ
ルと“L”レベルの二つの電圧レベルを有している。ま
た、信号線30,31,32は、アルミ膜等で形成され
る。
From left to right in FIG. 1, the second-layer gate electrode 27, the first-layer gate electrode 25, and the second-layer gate electrode 27 have: Signal line 31 for applying drive pulse φ1, signal line 3 for applying constant DC voltage Vdc
2, and a signal line 30 for applying the drive pulse φ2 are connected to each other. The drive pulses φ1 and φ2 have two voltage levels of “H” level and “L” level. The signal lines 30, 31, 32 are formed of an aluminum film or the like.

【0031】次に、図5を参照しつつ、図1の動作を説
明する。
Next, the operation of FIG. 1 will be described with reference to FIG.

【0032】図5は、図1の各ゲ―ト電極下におけるバ
イアス状態のチャネルポテンシャル分布図である。
FIG. 5 is a channel potential distribution diagram in a bias state under each gate electrode in FIG.

【0033】直流電圧Vdcを信号線32を介して第1
層目のゲ―ト電極25に印加すると、チャネル内にはポ
テンシャルψdcが設定される。このポテンシャルψdc
境界にして、図5に示すように、駆動パルスφ1,φ2
を信号線31,30にそれぞれ印加することにより、信
号電荷(この場合はエレクトロンe- )を一方向に転送
できるような階段状のポテンシャル分布を形成する。
The DC voltage Vdc is applied to the first
When applied to the gate electrode 25 of the layer, a potential ψ dc is set in the channel. With this potential ψ dc as a boundary, as shown in FIG.
Is applied to the signal lines 31 and 30, respectively, thereby forming a step-like potential distribution capable of transferring signal charges (electrons e − in this case) in one direction.

【0034】このようなポテンシャル分布を形成するに
は、位相が異なる駆動パルスφ1,φ2を第2層目のゲ
―ト電極27に印加する。この際、“L”レベルの駆動
パルスφ1,φ2はポテンシャルψdcよりも低いポテン
シャルとなるパルス電圧を、“H”レベルの駆動パルス
φ1,φ2はポテンシャルψdcよりも高いポテンシャル
となるパルス電圧を、それぞれ第2層目のゲ―ト電極2
7に印加する。これにより、信号電荷e- が電位の高い
方へ移動していき、順次、一方向に該信号電荷e- の転
送が行われる。
In order to form such a potential distribution, drive pulses φ 1 and φ 2 having different phases are applied to the gate electrode 27 of the second layer. At this time, the “L” level driving pulses φ1 and φ2 are pulse voltages having a potential lower than the potential dc dc , and the “H” level driving pulses φ1 and φ2 are pulse voltages having a higher potential than the potential dc dc. , The gate electrode 2 of the second layer, respectively
7 is applied. Thus, the signal charges e - is gradually moved to the higher potential, sequentially, the signal charges e in one direction - the transfer is performed.

【0035】本実施例では、次のような利点を有してい
る。
This embodiment has the following advantages.

【0036】(I)第1層目のゲ―ト電極25をポリシ
リコン膜で形成したので、第2層目のゲ―ト電極27と
の絶縁に、例えば良質のシリコン酸化膜からなる第2の
ゲ―ト絶縁膜26を形成できる。そのため、絶縁耐圧、
リ―ク電流、及び信頼性の向上が図れる。一方、第1層
目のゲ―ト電極25に用いられるポリシリコン膜は、高
抵抗のために高速パルス駆動において不利な面がある
が、このゲ―ト電極25には一定の直流電圧Vdcを常
時印加するのみであるため、この抵抗の大きさが高速駆
動に対してほとんど阻害要因とならない。
(I) Since the first-layer gate electrode 25 is formed of a polysilicon film, the second-layer gate electrode 27 is made of, for example, a high-quality silicon oxide film for insulation from the second-layer gate electrode 27. Of the gate insulating film 26 can be formed. Therefore, withstand voltage,
The leakage current and the reliability can be improved. On the other hand, the polysilicon film used for the first-layer gate electrode 25 has a disadvantage in high-speed pulse driving because of its high resistance. However, the gate electrode 25 is supplied with a constant DC voltage Vdc. Since the voltage is always applied, the magnitude of the resistance hardly hinders high-speed driving.

【0037】(II)従来のCCDにおいて、第1層目のゲ
―ト電極5と第2層目のゲ―ト電極7との間の第2のゲ
―ト酸化膜6に印加される電圧は、駆動パルスφ1,φ
2間においてほぼ電源電圧がそのまま印加される。これ
は、駆動パルスφ1,φ2が逆位相でスイッチングする
ためであり、通常9〜12Vと高い電圧がそのまま使用
される。
(II) In the conventional CCD, the voltage applied to the second gate oxide film 6 between the first-layer gate electrode 5 and the second-layer gate electrode 7 Are the driving pulses φ1, φ
The power supply voltage is applied almost as it is between the two. This is because the driving pulses φ1 and φ2 are switched in opposite phases, and a high voltage of 9 to 12V is normally used as it is.

【0038】これに対し、本実施例では駆動パルスφ1
とφ2間に直流電圧Vdc印加用の第1層目のゲ―ト電
極25を配置しているため、該直流電圧Vdcの電圧を
調整することで、ゲ―ト電極25,27間に印加される
電界を弱めることが可能となる。例えば、直流電圧Vd
cを5Vに設定すれば、駆動パルスφ1とφ2が9Vで
スイング(Swing)しても、従来に比べて約1/2
に電界が弱められる。一方、第1層目のゲ―ト電極25
上の絶縁膜は、第2のゲ―ト絶縁膜26で形成されてい
るので、従来よりも該絶縁膜を薄膜化できるという利点
が生じる。そのため、ゲ―ト電極の単位面積当りの容量
が増え、それによってゲ―ト電極の面積を小さくしてC
CDの小型化、及び高集積化による高密度化が達成でき
る。
On the other hand, in this embodiment, the driving pulse φ1
Since the first-layer gate electrode 25 for applying the DC voltage Vdc is disposed between the gate electrode 25 and φ2, the voltage applied between the gate electrodes 25 and 27 is adjusted by adjusting the voltage of the DC voltage Vdc. Electric field can be weakened. For example, the DC voltage Vd
If c is set to 5V, even if the driving pulses φ1 and φ2 swing at 9V (Swing), they are about 1 / of the conventional case.
The electric field is weakened. On the other hand, the first-layer gate electrode 25
Since the upper insulating film is formed of the second gate insulating film 26, there is an advantage that the insulating film can be made thinner than before. As a result, the capacitance per unit area of the gate electrode increases, thereby reducing the area of the gate electrode and reducing the capacitance.
Higher density can be achieved by downsizing and higher integration of CD.

【0039】(III)第2層目のゲ―ト電極27をポリサ
イド構造にしているため、該ゲ―ト電極27の抵抗を従
来のポリシリコンのみのときに比べ約1/10以下に低
減でき、それによってCCDの高速化が図れる。例え
ば、CCDの駆動回路、あるいは前段及び後段の信号処
理回路を周辺回路としてオンチップ化した場合、それら
の回路を例えばCMOSやNMOSで構成するときに、
各MOSトランジスタのゲ―ト電極にも、このCCDで
使用したポリサイド膜を同時に使用することにより、製
造工程が簡単になるばかりか、回路全体の高速化が達成
できる。
(III) Since the gate electrode 27 of the second layer has a polycide structure, the resistance of the gate electrode 27 can be reduced to about 1/10 or less as compared with the conventional case using only polysilicon. Thus, the speed of the CCD can be increased. For example, when a CCD driving circuit or a signal processing circuit at the front and rear stages is formed on a chip as a peripheral circuit, when these circuits are configured by, for example, CMOS or NMOS,
By simultaneously using the polycide film used in the CCD for the gate electrode of each MOS transistor, not only the manufacturing process is simplified, but also the speed of the entire circuit can be increased.

【0040】なお、本発明は上記実施例に限定されず、
種々の変形が可能である。その変形例としては、例えば
次のようなものがある。
The present invention is not limited to the above embodiment,
Various modifications are possible. For example, there are the following modifications.

【0041】(a)上記実施例では、P型半導体基板2
1上に形成した埋込みチャネル型CCDについて説明し
たが、これに限定されない。例えば、CCDで構成され
る固体撮像素子等のようなN型半導体基板上に形成した
CCDにおいても、上記実施例を適用できる。また、表
面チャネル型CCDにおいても上記実施例が適用できる
ばかりか、半導体基板21をシリコン以外の基板で構成
してもよい。
(A) In the above embodiment, the P-type semiconductor substrate 2
Although the buried channel type CCD formed on 1 has been described, the present invention is not limited to this. For example, the above-described embodiment can be applied to a CCD formed on an N-type semiconductor substrate such as a solid-state imaging device including a CCD. Further, not only the above-described embodiment can be applied to the surface channel type CCD, but also the semiconductor substrate 21 may be formed of a substrate other than silicon.

【0042】(b)上記実施例では、駆動パルスφ1,
φ2を用いた2相駆動方式について説明したが、3相や
4相等といった駆動方法でも上記実施例が適用できる。
(B) In the above embodiment, the driving pulse φ1,
Although the two-phase driving method using φ2 has been described, the above-described embodiment can be applied to a driving method such as three-phase driving or four-phase driving.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、第1層目のゲ―ト電極をポリシリコン膜で形成し
たので、第2層目のゲ―ト電極間との絶縁に、良質のシ
リコン酸化膜等を使用でき、それによって絶縁耐圧、リ
―ク電流、及び信頼性等の向上が図れる。この第1層目
のゲ―ト電極を構成するポリシリコン膜は、高抵抗であ
るが、該ゲ―ト電極には一定の直流電圧を印加する構成
であるため、この抵抗の大きさが高速動作の阻害要因と
ならない。
As described above in detail, according to the present invention, since the first layer gate electrode is formed by the polysilicon film, the insulation between the second layer gate electrode is provided. In addition, a high-quality silicon oxide film or the like can be used, thereby improving the withstand voltage, leak current, reliability, and the like. The polysilicon film forming the first layer gate electrode has a high resistance, but since a constant DC voltage is applied to the gate electrode, the magnitude of the resistance is high. Does not hinder operation.

【0044】駆動パルスが印加される第2層目のゲ―ト
電極間に、直流電圧印加用の第1層目のゲ―ト電極が配
置されているため、該直流電圧の電圧値を調整すること
により、ゲ―ト電極間に印加される電界を弱めることが
可能となる。そのため、第1層目のゲ―ト電極と第2層
目のゲ―ト電極間の絶縁膜を薄膜化できる。これによ
り、ゲ―ト電極の単位面積当りの容量が増え、該ゲ―ト
電極の面積を小さくすることによってCCDの小型化
と、高集積化による高密度化が可能となる。
Since the first-layer gate electrode for applying a DC voltage is arranged between the second-layer gate electrodes to which the driving pulse is applied, the voltage value of the DC voltage is adjusted. By doing so, it becomes possible to weaken the electric field applied between the gate electrodes. Therefore, the thickness of the insulating film between the first-layer gate electrode and the second-layer gate electrode can be reduced. As a result, the capacity per unit area of the gate electrode is increased, and by reducing the area of the gate electrode, it is possible to reduce the size of the CCD and increase the density by high integration.

【0045】さらに、第2層目のゲ―ト電極をポリサイ
ド構造にしているため、該ゲ―ト電極の抵抗値を低減で
き、CCDを高速化できる。しかも、CCDの周辺回路
をオンチップ化する場合、それらの回路のゲ―トにもポ
リサイド膜を使用すれば、製造工程の簡単化が図れる上
に、回路全体の高速化が達成できる。
Further, since the gate electrode of the second layer has a polycide structure, the resistance value of the gate electrode can be reduced and the speed of the CCD can be increased. In addition, in the case where the peripheral circuits of the CCD are formed on-chip, if a polycide film is also used for the gate of those circuits, the manufacturing process can be simplified and the speed of the entire circuit can be increased.

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

【図1】本発明の実施例を示すCCDにおける電荷転送
部の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a charge transfer unit in a CCD showing an embodiment of the present invention.

【図2】従来のCCDを示す電荷転送部の断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a charge transfer unit showing a conventional CCD.

【図3】図2のチャネルポテンシャル分布図である。FIG. 3 is a channel potential distribution diagram of FIG.

【図4】図2における駆動パルスの波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram of a driving pulse in FIG. 2;

【図5】図1のチャネルポテンシャル分布図である。FIG. 5 is a channel potential distribution diagram of FIG. 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21 半導体基板 22 チャネル層 23 ポテンシャルバリア層 24,26 第1,第2のゲ―ト絶縁膜 25 第1層目のゲ―ト電極 27 第2層目のゲ―ト電極 27a ポリシリコン膜 27b 高融点金属のシリサイド膜 30,31,32 信号線 φ1,φ2 駆動パルス Vdc 直流電圧 Reference Signs List 21 semiconductor substrate 22 channel layer 23 potential barrier layer 24, 26 first and second gate insulating films 25 first layer gate electrode 27 second layer gate electrode 27a polysilicon film 27b high Melting point metal silicide film 30, 31, 32 Signal line φ1, φ2 Drive pulse Vdc DC voltage

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上に、ゲ―ト絶縁膜を介して
第1層目のゲ―ト電極と第2層目のゲ―ト電極とが一部
オ―バ―ラップする形で交互に配列された2層電極構造
の電荷結合素子において、前記第1層目のゲ―ト電極
を、多結晶シリコン膜で形成し、前記第2層目のゲ―ト
電極を、多結晶シリコン及び高融点金属の積層膜である
ポリサイド膜で形成し、かつ前記第1層目のゲ―ト電極
に一定の直流電圧を印加し、前記直流電圧に対して所定
レベルの駆動パルス電圧を前記第2層目のゲ―ト電極に
印加して信号電荷の転送を行う構成にしたことを特徴と
する電荷結合素子。
1. A gate electrode of a first layer and a gate electrode of a second layer are alternately overlapped on a semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween. In the charge coupled device having a two-layer electrode structure, the first-layer gate electrode is formed of a polycrystalline silicon film, and the second-layer gate electrode is formed of polycrystalline silicon and A constant DC voltage is applied to the first-layer gate electrode, and a drive pulse voltage of a predetermined level with respect to the DC voltage is applied to the second gate electrode. A charge-coupled device characterized in that a signal charge is transferred by being applied to a gate electrode of a layer.
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