JP3089885B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、特に
電荷転送装置出力部に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a charge transfer device output section.
【0002】[0002]
【従来の技術】電荷転送装置はファクシミリ、ビデオカ
メラ等の光電変換デバイス等で使われている。図2は従
来の電荷転送装置およびその出力部の断面模式図であ
る。図2に示すように、例えばP型不純物半導体基板1
上に絶縁膜2を介して電荷転送を行う転送用ゲート電極
3を図のように配置、順にΦ1 ,Φ2 ,Φ3 3相のクロ
ックを印加するように配線する。電荷転送部をΦ1 ,Φ
2 ,Φ3 3相のクロックにより形成されるポテンシャル
井戸で送られてきた電荷は、絶縁膜2を介して作られた
出力ゲート電極4直下の半導体表面を通ってN型不純物
層で作られた浮遊拡散層5へ流れ込む。この時、電圧V
ODが印加されたN型不純物層6によりリセットゲート電
極7にクロックΦR を印加することでN型不純物浮遊拡
散層5をVODの電位にセットし、次にリセットゲート電
極7を閉じて信号電荷を電荷転送部より浮遊拡散層へ流
し込むため、浮遊拡散層の電位はVODによりセットされ
電位から信号電荷に比例した分変動する。この変動電位
を上記浮遊拡散層5と電気的に接続された電極8をゲー
トとするトランジスタ9により、V0 の電位変化として
取り出す。図2(b)は出力部すなわち上記したトラン
ジスタ9の断面模式図である。2. Description of the Related Art Charge transfer devices are used in photoelectric conversion devices such as facsimile machines and video cameras. FIG. 2 is a schematic sectional view of a conventional charge transfer device and its output section. As shown in FIG. 2, for example, a P-type impurity semiconductor substrate 1
A transfer gate electrode 3 for performing charge transfer via an insulating film 2 is arranged thereon as shown in the figure, and is wired so as to apply clocks of Φ 1 , Φ 2 , and Φ 3 in order. Φ 1 , Φ
2 , Φ 3 Charges sent in the potential well formed by the three-phase clock pass through the semiconductor surface immediately below the output gate electrode 4 formed through the insulating film 2 and are formed in the N-type impurity layer. It flows into the floating diffusion layer 5. At this time, the voltage V
The N-type impurity floating diffusion layer 5 is set to the potential of V OD by applying a clock Φ R to the reset gate electrode 7 by the N-type impurity layer 6 to which OD is applied. Since charges flow into the floating diffusion layer from the charge transfer section, the potential of the floating diffusion layer is set by VOD and fluctuates from the potential by an amount proportional to the signal charge. This fluctuating potential is taken out as a potential change of V 0 by a transistor 9 having an electrode 8 electrically connected to the floating diffusion layer 5 as a gate. FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of the output section, that is, the transistor 9 described above.
【0003】このようにして作られる電荷転送装置の出
力回路の検出感度は信号電荷に対する出力電位で表され
る。この感度は信号電荷をQ,浮遊拡散層部全容量を
C,この部分の電位変化を△Vとすると、△V=Q/C
と表される。これよりわかるように浮遊拡散層部の全容
量を減らすことが検出感度を向上させることになる。こ
こで浮遊拡散層の全容量はN型不純物拡散層5と基板1
の容量およびN型不純拡散層5と出力ゲート電極VOG、
リセットゲート電極ΦR の容量、N型不純物拡散層5に
接続されたゲート電極とVODとの容量が主な要素であ
る。[0003] The detection sensitivity of the output circuit of the charge transfer device thus produced is represented by the output potential with respect to the signal charge. Assuming that the signal charge is Q, the total capacitance of the floating diffusion layer portion is C, and the potential change in this portion is ΔV, ΔV = Q / C
It is expressed as As can be seen, reducing the total capacitance of the floating diffusion layer improves the detection sensitivity. Here, the total capacitance of the floating diffusion layer is determined by the N-type impurity diffusion layer 5 and the substrate 1
And the N-type impurity diffusion layer 5 and the output gate electrode V OG ,
The main elements are the capacitance of the reset gate electrode Φ R and the capacitance between the gate electrode connected to the N-type impurity diffusion layer 5 and VOD .
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】この従来の電荷転送装
置出力回路部では高検出感度化実現のため、パターンを
縮小することで浮遊拡散層全容量を小さくしてきたがこ
の方法にも限界がある。In the conventional charge transfer device output circuit section, the total capacitance of the floating diffusion layer has been reduced by reducing the size of the pattern in order to achieve high detection sensitivity. However, this method also has limitations. .
【0005】本発明の目的は、浮遊拡散層と電気的に接
続したゲート電極と、ドレイン電位部との容量を小さく
した高感度検出回路を実現した電荷転送装置を提供する
ことにある。It is an object of the present invention to provide a charge transfer device which realizes a high-sensitivity detection circuit in which a capacitance between a gate electrode electrically connected to a floating diffusion layer and a drain potential portion is reduced.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】一導電型半導体基板上に
形成された電荷転送部と、前記電荷転送部に隣接して設
けられ、前記電荷転送部からの電荷信号が流し込まれる
逆導電型の不純物層と、前記不純物層と接続するゲート
電極と、前記不純物層に前記信号電荷が流し込まれる前
に、リセットゲート電極に印加されるリセット信号によ
り、前記不純物層を一定の電位にバイアスし、その後前
記不純物層を遮断するために、前記不純物層に隣接して
設けられた逆導電型の電位供給不純物層と、前記電荷信
号が流し込まれる前後の前記不純物層の電位の変化を前
記ゲート電極の電位の変化量により検出して電流値を変
動させる出力増幅トランジスタとを備える半導体装置に
おいて、前記出力増幅トランジスタには、前記ゲート電
極と共に前記ゲート電極から離間し、かつ、前記出力増
幅トランジスタの出力側の拡散層の側に位置する第2の
ゲート電極が設けられ、前記出力増幅トランジスタの出
力側の拡散層と反対側の拡散層は前記一定の電位にバイ
アスされ、前記第2のゲート電極は、前記不純物層と共
に前記電位供給不純物層を挟む位置に設けられた逆導電
型の第2の不純物層と接続され、前記電位供給不純物層
と前記第2の不純物層との間には、第2のリセットゲー
ト電極が設けられ、前記リセットゲート電極及び前記第
2のリセットゲート電極には同じリセット信号が印加さ
れる、というものである。A charge transfer section formed on a semiconductor substrate of one conductivity type and a reverse conductivity type provided adjacent to the charge transfer section and into which a charge signal from the charge transfer section flows. An impurity layer, a gate electrode connected to the impurity layer, and a reset signal applied to a reset gate electrode biasing the impurity layer to a certain potential before the signal charge is poured into the impurity layer, In order to block the impurity layer, a potential supply impurity layer of a reverse conductivity type provided adjacent to the impurity layer, and a change in the potential of the impurity layer before and after the charge signal is applied to the potential of the gate electrode. And an output amplifying transistor that detects a current value and changes the current value, the output amplifying transistor having the gate voltage.
Separated from the gate electrode together with the
A second gate electrode provided which is located on the side of the output side of the diffusion layer width transistor, out of the output amplifier transistor
The diffusion layer on the force side and the diffusion layer on the opposite side are biased to the constant potential.
Is Ass, the second gate electrode is connected to the second impurity layer of the opposite conductivity type formed at positions sandwiching the potential supply impurity layer on the impurity layer co <br/>, the potential supply impurity A second reset gate electrode is provided between the layer and the second impurity layer, and the same reset signal is applied to the reset gate electrode and the second reset gate electrode. .
【0007】[0007]
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の半導体装置の一実施例の断面模式図
および出力回路部の断面模式図である。同図において図
2の従来例と相違する点を説明する。まず電圧VODが印
加されたN型不純物層6により、第2のリセットゲート
電極10にクロックΦR を印加することで、第2のN型
不純物浮遊拡散層11をVODの電位にセットし、次に第
2のリセットゲート電極10を閉じることで、前記第2
のN型不純物浮遊拡散層11と、このN型浮遊拡散層と
接続されたゲート電極12を浮遊状態にする。このゲー
ト電極12を図1(b)に示すようにゲート電極8のド
レイン側に隣接して配置する。このように出力回路を構
成すると、第1のN型不純物浮遊拡散層5と接続された
ゲート電極8と、VODの電圧に設定されたドレイン部N
型不純層との容量はほとんどなくなり、ゲート電極8と
ゲート電極12との間の容量が追加される。ここで第1
のN型不純物浮遊拡散層5側のゲート電極8から、ゲー
ト電極12側をみた容量C1 は、第2のN型不純物浮遊
拡散層11が浮遊状態のとき、ゲート電極8とゲート電
極12の間の容量をC2 、第2のN型不純物浮遊拡散層
の全容量をC3 とするとDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention and a schematic sectional view of an output circuit section. In the figure, points different from the conventional example of FIG. 2 will be described. First, a clock Φ R is applied to the second reset gate electrode 10 by the N-type impurity layer 6 to which the voltage V OD is applied, thereby setting the second N-type impurity floating diffusion layer 11 to the potential of V OD. Then, by closing the second reset gate electrode 10, the second reset gate electrode 10 is closed.
The N-type impurity floating diffusion layer 11 and the gate electrode 12 connected to the N-type floating diffusion layer are brought into a floating state. This gate electrode 12 is arranged adjacent to the drain side of the gate electrode 8 as shown in FIG. When the output circuit is configured as described above, the gate electrode 8 connected to the first N-type impurity floating diffusion layer 5 and the drain portion N set to the voltage of V OD
The capacitance with the mold impurity layer almost disappears, and the capacitance between the gate electrode 8 and the gate electrode 12 is added. Here the first
When the second N-type impurity floating diffusion layer 11 is in a floating state, the capacitance C 1 as seen from the gate electrode 8 on the side of the N-type impurity floating diffusion layer 5 Assuming that the capacitance between them is C 2 and the total capacitance of the second N-type impurity floating diffusion layer is C 3
【0008】 [0008]
【0009】で表わすことができる。よってゲート電極
8側からみた容量C1はゲート電極8とゲート電極12
の間の容量C2より小さくなる。またゲート電極8とゲ
ート電極12の間隔を0.6μmで実施した場合従来例
浮遊拡散層容量0.02PFが、0.014PF以下に
することができた。すなわち検出感度が30%以上向上
することが明らかである。Can be represented by Therefore the gate electrode
The capacitance C 1 viewed from the side of the gate electrode 8 is equal to the gate electrode 8 and the gate electrode 12.
Smaller than the capacitance C 2 between. When the distance between the gate electrode 8 and the gate electrode 12 was 0.6 μm, the capacitance of the floating diffusion layer of the conventional example, 0.02 PF, could be reduced to 0.014 PF or less. That is, it is apparent that the detection sensitivity is improved by 30% or more.
【0010】[0010]
【発明の効果】以上説明したように本発明の電荷転送装
置の出力部では、浮遊拡散層と電気的に接続したゲート
電極と、ドレイン電位部との容量を小さくできるので高
感度検出回路を実現することができる。As described above, at the output section of the charge transfer device of the present invention, the capacitance between the gate electrode electrically connected to the floating diffusion layer and the drain potential section can be reduced, so that a high sensitivity detection circuit is realized. can do.
【図1】本発明の一実施例の断面模式図およびその出力
回路部の断面模式図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of an embodiment of the present invention and a schematic sectional view of an output circuit section thereof.
【図2】従来の電荷転送装置の一例の断面模式図および
その出力回路部断面模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an example of a conventional charge transfer device and a schematic cross-sectional view of an output circuit thereof.
1 P型半導体基板 2 絶縁膜 3 転送用ゲート電極 4 出力ゲート電極 5,11 浮遊拡散層 6 N型不純物層 7,10 リセットゲート電極 8,12 ゲート電極 9 トランジスタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 P-type semiconductor substrate 2 Insulating film 3 Transfer gate electrode 4 Output gate electrode 5,11 Floating diffusion layer 6 N-type impurity layer 7,10 Reset gate electrode 8,12 Gate electrode 9 Transistor
Claims (1)
転送部と、前記電荷転送部に隣接して設けられ、前記電
荷転送部からの電荷信号が流し込まれる逆導電型の不純
物層と、前記不純物層と接続するゲート電極と、前記不
純物層に前記信号電荷が流し込まれる前に、リセットゲ
ート電極に印加されるリセット信号により、前記不純物
層を一定の電位にバイアスし、その後前記不純物層を遮
断するために、前記不純物層に隣接して設けられた逆導
電型の電位供給不純物層と、前記電荷信号が流し込まれ
る前後の前記不純物層の電位の変化を前記ゲート電極の
電位の変化量により検出して電流値を変動させる出力増
幅トランジスタとを備える半導体装置において、前記出
力増幅トランジスタには、前記ゲート電極と共に前記ゲ
ート電極から離間し、かつ、前記出力増幅トランジスタ
の出力側の拡散層の側に位置する第2のゲート電極が設
けられ、前記出力増幅トランジスタの出力側の拡散層と
反対側の拡散層は前記一定の電位にバイアスされ、前記
第2のゲート電極は、前記不純物層と共に前記電位供給
不純物層を挟む位置に設けられた逆導電型の第2の不純
物層と接続され、前記電位供給不純物層と前記第2の不
純物層との間には、第2のリセットゲート電極が設けら
れ、前記リセットゲート電極及び前記第2のリセットゲ
ート電極には同じリセット信号が印加されることを特徴
とする半導体装置。A charge transfer section formed on a semiconductor substrate of one conductivity type; an impurity layer of a reverse conductivity type provided adjacent to the charge transfer section and into which a charge signal from the charge transfer section flows. A gate electrode connected to the impurity layer, and a bias signal applied to the impurity layer by a reset signal applied to a reset gate electrode before the signal charge is supplied to the impurity layer. In order to cut off, a potential supply impurity layer of a reverse conductivity type provided adjacent to the impurity layer, and a change in the potential of the impurity layer before and after the charge signal is applied is determined by an amount of change in the potential of the gate electrode. A semiconductor device comprising: an output amplifying transistor for detecting and changing a current value, wherein the output amplifying transistor includes the gate electrode together with the gate electrode.
A gate electrode, and the output amplification transistor
A second gate electrode located on the side of the diffusion layer on the output side of the output amplifying transistor;
The diffusion layer on the opposite side is biased to the constant potential, and the second gate electrode is connected to a second impurity layer of the opposite conductivity type provided at a position sandwiching the potential supply impurity layer together with the impurity layer. The potential supply impurity layer and the second
A second reset gate electrode is provided between the gate and the pure layer.
The reset gate electrode and the second reset gate.
A semiconductor device, wherein the same reset signal is applied to a gate electrode .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05075917A JP3089885B2 (en) | 1993-04-01 | 1993-04-01 | Semiconductor device |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP05075917A JP3089885B2 (en) | 1993-04-01 | 1993-04-01 | Semiconductor device |
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JPH06291149A JPH06291149A (en) | 1994-10-18 |
JP3089885B2 true JP3089885B2 (en) | 2000-09-18 |
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1993
- 1993-04-01 JP JP05075917A patent/JP3089885B2/en not_active Expired - Fee Related
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