JP3080184B2 - Charge transfer device - Google Patents

Charge transfer device

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JP3080184B2
JP3080184B2 JP03149535A JP14953591A JP3080184B2 JP 3080184 B2 JP3080184 B2 JP 3080184B2 JP 03149535 A JP03149535 A JP 03149535A JP 14953591 A JP14953591 A JP 14953591A JP 3080184 B2 JP3080184 B2 JP 3080184B2
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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、電荷転送装置に関し、
特に浮遊拡散層を電荷検出用ドライバFETのゲート領
域とする電荷転送装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charge transfer device,
In particular, the present invention relates to a charge transfer device in which a floating diffusion layer is used as a gate region of a charge detection driver FET.

【0002】[0002]

【従来の技術】図4の(a)は、この種従来例の電荷検
出部を示す平面図であり、図4の(b)はそのA−B線
断面図である。これは、テレビジョン学会技術報告[IT
EJ Technical Report Vol.14 No.16. pp.19〜24. IPU'
90-11, CE'90-11(Feb.1990)]で提案されたものであっ
て、この種電荷検出素子はRJG(Ring Junction Gat
e)型電荷検出素子と呼ばれている。
2. Description of the Related Art FIG. 4A is a plan view showing a conventional charge detecting section of this type, and FIG. 4B is a sectional view taken along the line AB. This is the technical report of the Institute of Television Engineers of Japan [IT
EJ Technical Report Vol.14 No.16.pp.19-24.IPU '
90-11, CE'90-11 (Feb. 1990)], and this kind of charge detection element is an RJG (Ring Junction Gat).
e) Type charge detection element.

【0003】図4において、1はn型半導体基板、2は
pウェル、3はn型の電荷転送領域、4、5はそれぞれ
電荷転送領域3上に絶縁膜を介して形成された電荷転送
電極と出力ゲート、6は電荷転送領域内を転送されてき
た電荷を受け取る浮遊拡散層、7はその電位が一定電位
に固定されたリセットドレイン、8は浮遊拡散層6の電
位をリセットドレイン7の電位にリセットするためのリ
セットゲート、9は活性領域を囲むようにpウェル2の
表面に形成されたチャネルストッパ、11はチャネルス
トッパ9上に形成されたドレイン電極、12はp+型領
域15上に形成されたソース電極、13は負荷FET、
14は出力端子、16は酸化膜である。
In FIG. 4, 1 is an n-type semiconductor substrate, 2 is a p-well, 3 is an n-type charge transfer region, and 4 and 5 are charge transfer electrodes formed on the charge transfer region 3 via an insulating film, respectively. , An output gate, 6 is a floating diffusion layer for receiving charges transferred in the charge transfer region, 7 is a reset drain whose potential is fixed to a constant potential, and 8 is a potential of the floating diffusion layer 6 which is a potential of the reset drain 7. , A channel stopper 9 formed on the surface of the p-well 2 so as to surround the active region, a drain electrode 11 formed on the channel stopper 9, and a drain electrode 12 on the p + -type region 15. The formed source electrode, 13 is a load FET,
14 is an output terminal, and 16 is an oxide film.

【0004】RJD型電荷検出素子の構成要素である接
合型FETは、p+ 型領域15をソース領域、チャネル
ストッパ9をドレイン領域、pウェル2をチャネル領域
とし、浮遊拡散層6をゲートとして構成されている。
A junction type FET, which is a component of the RJD type charge detection element, has a p + type region 15 as a source region, a channel stopper 9 as a drain region, a p well 2 as a channel region, and a floating diffusion layer 6 as a gate. Have been.

【0005】次に、この従来例の動作について説明す
る。電荷転送領域3内を転送されてきた信号電荷はRJ
Gを構成する浮遊拡散層6に蓄積される。これに伴って
生じるRJGの電位変動により、RJG直下のpウェル
2を流れるホール電流が変調され、出力端子14の電位
が変動する。このRJGに転送されてきた電荷は、その
後リセットゲート8の電圧制御によりリセットドレイン
7へ排出される。
Next, the operation of the conventional example will be described. The signal charge transferred in the charge transfer region 3 is RJ
G is accumulated in the floating diffusion layer 6 constituting G. Due to the fluctuation in the potential of the RJG that accompanies this, the hole current flowing through the p-well 2 immediately below the RJG is modulated, and the potential of the output terminal 14 fluctuates. The charges transferred to the RJG are then discharged to the reset drain 7 by controlling the voltage of the reset gate 8.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の電荷検
出手段では、RJG型電荷検出素子周辺部に存在するp
ウェルに検出電流を流すことにより電荷の検出を行って
いるが、この電流は当然のことながら抵抗のいちばん小
さい部分、すなわち、浮遊拡散層の電荷による変調を受
けにくい部分に集中する。換言すると、検出目的以外の
部分にも電流が流れ、そのため、電荷検出の直線性が低
下し、精度が落ちるという問題点を持っている。
In the above-described conventional charge detecting means, the p-type charge existing around the RJG-type charge detection element is reduced.
The detection of electric charge is performed by passing a detection current through the well. Naturally, this electric current is concentrated on a portion having the smallest resistance, that is, a portion which is not easily modulated by the charge of the floating diffusion layer. In other words, there is a problem that the current also flows to a portion other than the detection purpose, and therefore, the linearity of the charge detection is reduced and the accuracy is reduced.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の電荷転送装置
は、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に形
成された第2導電型のウェルと、前記ウェル内に形成さ
れた第1導電型の電荷転送領域と、前記電荷転送領域上
に絶縁膜を介して形成された電荷転送電極と、前記電荷
転送領域の後段に形成された、少なくとも表面の一部が
半導体基板の表面に露出している第1導電型の浮遊拡散
層と、前記電荷転送領域から前記浮遊拡散層へ転送され
てきた信号電荷を浮遊拡散層から排出するための電荷排
出手段と、前記浮遊拡散層をゲートとし、前記浮遊拡散
層の表面領域内または前記浮遊拡散層と隣接した前記半
導体基板の表面領域内に形成された第2導電型の拡散抵
抗領域をチャネル領域とする電荷検出用接合型FET
と、前記接合型FETに接続された負荷素子と、を具備
している。
According to the present invention, there is provided a charge transfer device, comprising: a first conductivity type semiconductor substrate; a second conductivity type well formed on the semiconductor substrate; and a second conductivity type well formed in the well. A charge transfer region of one conductivity type, a charge transfer electrode formed on the charge transfer region via an insulating film , and at least a part of a surface formed at a subsequent stage of the charge transfer region.
A first conductivity type floating diffusion layer exposed on the surface of the semiconductor substrate, a charge discharging means for discharging the floating transferred becoming the signal charge into the diffusion layer from the charge transfer region from the floating diffusion layer, wherein For charge detection, a floating diffusion layer is used as a gate, and a second conductive type diffusion resistance region formed in a surface region of the floating diffusion layer or in a surface region of the semiconductor substrate adjacent to the floating diffusion layer is used as a channel region . Junction FET
And a load element connected to the junction FET.

【0008】[0008]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1の(a)は、本発明の第1の実施例を
示す平面図であり、図1の(b)はそのA−B線断面図
である。図1において、1はn型半導体基板、2はpウ
ェル、3はn型の電荷転送領域、4、5はそれぞれ電荷
転送領域3上に絶縁膜を介して形成された電荷転送電極
と出力ゲート、6は電荷転送領域内を転送されてきた電
荷を受け取る浮遊拡散層、7はその電位が一定電位に固
定されたリセットドレイン、8は浮遊拡散層6の電位を
リセットドレイン7の電位にリセットするためのリセッ
トゲート、9は活性領域を囲んでpウェル2の表面に形
成されたチャネルストッパ、10は浮遊拡散層6と半導
体基板1との間に挟まれるように半導体基板の表面領域
内に形成された拡散抵抗領域、11、12はそれぞれ拡
散抵抗領域10の端部に設けられたドレイン電極とソー
ス電極、13は負荷FET、14は出力端子である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A is a plan view showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AB. In FIG. 1, 1 is an n-type semiconductor substrate, 2 is a p-well, 3 is an n-type charge transfer region, and 4 and 5 are charge transfer electrodes and output gates respectively formed on the charge transfer region 3 via an insulating film. , 6 is a floating diffusion layer for receiving charges transferred in the charge transfer region, 7 is a reset drain whose potential is fixed to a constant potential, and 8 is a reset of the potential of the floating diffusion layer 6 to a reset drain 7 potential. A reset gate, 9 is a channel stopper formed on the surface of the p-well 2 surrounding the active region, and 10 is formed in a surface region of the semiconductor substrate so as to be sandwiched between the floating diffusion layer 6 and the semiconductor substrate 1. The diffused resistance regions 11 and 12 are drain electrodes and source electrodes provided at the ends of the diffused resistance region 10, respectively, 13 is a load FET, and 14 is an output terminal.

【0009】本実施例においては、拡散抵抗領域10を
チャネル領域とし、浮遊拡散層6をゲートとする接合型
FETが、電荷検出用ソースフォロワのドライバトラン
ジスタを構成している。
In this embodiment, a junction type FET having the diffusion resistance region 10 as a channel region and the floating diffusion layer 6 as a gate constitutes a driver transistor of a charge detection source follower.

【0010】次に、本実施例の動作について説明する。
浮遊拡散層6の電位はリセットゲート8の電圧制御によ
りリセットドレイン7の電位にリセットされる。リセッ
トゲートをオフにした後、電荷転送領域3から転送され
てきた電荷は浮遊拡散層6に蓄積される。浮遊拡散層6
に蓄積された電荷は、浮遊拡散層の静電容量に応じて浮
遊拡散層の電位を変化させる。この浮遊拡散層の電位変
動により、ドライバFETのチャネル領域である拡散抵
抗領域10を流れるホール電流が変調を受けその抵抗値
が変化する。負荷FET13から流れる電流は一定に保
たれているから、拡散抵抗領域の抵抗値が変化すると出
力端子14の電位が変化する。よって、出力端子14に
おいて信号電荷量を検出することができる。
Next, the operation of this embodiment will be described.
The potential of the floating diffusion layer 6 is reset to the potential of the reset drain 7 by controlling the voltage of the reset gate 8. After the reset gate is turned off, the charges transferred from the charge transfer region 3 are accumulated in the floating diffusion layer 6. Floating diffusion layer 6
Charge changes the potential of the floating diffusion layer according to the capacitance of the floating diffusion layer. The fluctuation of the potential of the floating diffusion layer modulates the hole current flowing through the diffusion resistance region 10, which is the channel region of the driver FET, and changes the resistance value. Since the current flowing from the load FET 13 is kept constant, when the resistance value of the diffusion resistance region changes, the potential of the output terminal 14 changes. Therefore, the signal charge amount can be detected at the output terminal 14.

【0011】信号電荷は、電荷量検出終了後リセットゲ
ートの操作によりリセットドレインに排出される。これ
ら一連の動作を繰り返えすことにより、浮遊拡散層へ転
送されてくる信号電荷の電荷量は、電圧信号として順次
検出される。
The signal charge is discharged to the reset drain by operating the reset gate after the detection of the charge amount. By repeating these series of operations, the amount of signal charge transferred to the floating diffusion layer is sequentially detected as a voltage signal.

【0012】本実施例によれば、浮遊拡散層をゲートと
するFETのソース−ドレイン間に流れる電流は、殆ん
ど拡散抵抗領域内に限定され、浮遊拡散層の電位変化に
より直接制御されるので、高効率の電荷検出が可能とな
る。
According to this embodiment, the current flowing between the source and the drain of the FET having the floating diffusion layer as the gate is almost limited to the diffusion resistance region, and is directly controlled by the potential change of the floating diffusion layer. Therefore, highly efficient charge detection becomes possible.

【0013】図2は、本発明の第2の実施例の断面部を
含む斜視図である。図2において、図1の部分と共通す
る部分には同一の参照番号が付されているので重複する
説明は省略するが、本実施例においては、2つの拡散抵
抗領域10が直線的に形成されている。本実施例は、構
造的に先の実施例より簡素化されているが、同様の効果
を奏することができる。
FIG. 2 is a perspective view including a cross section of a second embodiment of the present invention. In FIG. 2, the same reference numerals are given to portions common to those in FIG. 1, and thus duplicate description will be omitted. However, in this embodiment, two diffusion resistance regions 10 are formed linearly. ing. This embodiment is structurally simpler than the previous embodiment, but can achieve the same effect.

【0014】図3は、本発明の第3の実施例を示す断面
図である。本実施例の第1の実施例と相違する点は、拡
散抵抗領域10が一本になされ、それが浮遊拡散層6の
表面領域内に形成されている点である。但し、本実施例
でも拡散抵抗領域の一端はチャネルストッパ9と接続さ
れており、そこにドレイン電極が形成されている。
FIG. 3 is a sectional view showing a third embodiment of the present invention. The difference of the present embodiment from the first embodiment is that the diffusion resistance region 10 is formed as a single line and is formed in the surface region of the floating diffusion layer 6. However, also in this embodiment, one end of the diffusion resistance region is connected to the channel stopper 9, and the drain electrode is formed there.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、信号電
荷の転送を受ける浮遊拡散層をゲートとし、この拡散層
と隣接して基板表面に形成された拡散抵抗領域をチャネ
ル領域として信号電荷量を検出するものであるので、本
発明によれば、信号電荷に影響されない電流成分を削減
することができ、直線性に優れた高精度の電荷検出が可
能となる。
As described above, according to the present invention, a floating diffusion layer for receiving signal charges is used as a gate, and a diffusion resistance region formed on the substrate surface adjacent to the diffusion layer is used as a channel region. Since the amount is detected, according to the present invention, a current component that is not affected by the signal charge can be reduced, and highly accurate charge detection with excellent linearity can be performed.

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

【図1】本発明の第1の実施例を示す平面図と断面図。FIG. 1 is a plan view and a cross-sectional view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例の、一部を断面図で示す
斜視図。
FIG. 2 is a perspective view, partly in section, of a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例を示す断面図。FIG. 3 is a sectional view showing a third embodiment of the present invention.

【図4】従来例の平面図と断面図。FIG. 4 is a plan view and a cross-sectional view of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…n型半導体基板、 2…pウェル、 3…電荷
転送領域、 4…電荷転送電極、 5…出力ゲー
ト、 6…浮遊拡散層、 7…リセットドレイン、
8…リセットゲート、 9…チャネルストッパ、
10…拡散抵抗領域、 11…ドレイン電極、
12…ソース電極、 13…負荷FET、 14
…出力端子、 15…p+ 型領域、 16…酸化
膜。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... n-type semiconductor substrate, 2 ... p well, 3 ... charge transfer area, 4 ... charge transfer electrode, 5 ... output gate, 6 ... floating diffusion layer, 7 ... reset drain,
8: reset gate, 9: channel stopper,
10: diffusion resistance region, 11: drain electrode,
12: Source electrode, 13: Load FET, 14
... output terminal, 15 ... p + type region, 16 ... oxide film.

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/762 H01L 21/339 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/762 H01L 21/339

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1導電型の半導体基板と、前記半導体
基板上に形成された第2導電型のウェルと、前記ウェル
内に形成された第1導電型の電荷転送領域と、前記電荷
転送領域上に絶縁膜を介して形成された電荷転送電極
と、前記電荷転送領域の後段に形成された、少なくとも
表面の一部が半導体基板の表面に露出している第1導電
型の浮遊拡散層と、前記電荷転送領域から前記浮遊拡散
層へ転送されてきた信号電荷を浮遊拡散層から排出する
ための電荷排出手段と、前記浮遊拡散層をゲートとし、
前記浮遊拡散層の表面領域内または前記浮遊拡散層と隣
接した前記半導体基板の表面領域内に形成された第2導
電型の拡散抵抗領域をチャネル領域とする電荷検出用
合型FETと、前記接合型FETに接続された負荷素子
と、を具備した電荷転送装置。
A first conductivity type semiconductor substrate, a second conductivity type well formed on the semiconductor substrate, a first conductivity type charge transfer region formed in the well, and the charge transfer. a charge transfer electrodes formed via an insulating film on a region, which is formed downstream of the charge transfer region, at least
A first conductive type floating diffusion layer having a part of the surface exposed on the surface of the semiconductor substrate; and a charge for discharging the signal charge transferred from the charge transfer region to the floating diffusion layer from the floating diffusion layer. Discharging means, the floating diffusion layer as a gate,
A charge detection contact type having a diffusion region of a second conductivity type formed in a surface region of the floating diffusion layer or in a surface region of the semiconductor substrate adjacent to the floating diffusion layer as a channel region. A charge transfer device comprising: an FET; and a load element connected to the junction FET.
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