JP3158284B2 - Charge transfer device and solid-state imaging device - Google Patents
Charge transfer device and solid-state imaging deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、電荷転送装置及び固体
撮像装置に関し、特に電荷転送装置における転送電極部
の構造およびこの電荷転送装置を水平転送部として用い
た固体撮像装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charge transfer device and a solid-state imaging device, and more particularly to a structure of a transfer electrode portion in a charge transfer device and a solid-state imaging device using the charge transfer device as a horizontal transfer portion.
【0002】[0002]
【従来の技術】固体撮像装置の一例として、例えばイン
ターライン転送方式のCCD固体撮像装置の構成を図3
に示す。同図において、垂直及び水平方向に画素単位で
2次元配列されて入射光量に応じた信号電荷を蓄積する
複数個の感光部1と、これら感光部1から垂直列毎に読
み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直シフトレ
ジスタ(垂直転送部)2とによって撮像部3が構成され
ている。感光部1で光電変換された全画素の信号電荷は
垂直列毎に、垂直ブランキング期間の一部で瞬時に垂直
シフトレジスタ2に読み出される。2. Description of the Related Art As an example of a solid-state imaging device, for example, the configuration of an interline transfer type CCD solid-state imaging device is shown in FIG.
Shown in In FIG. 1, a plurality of photosensitive units 1 are arranged two-dimensionally in pixel units in the vertical and horizontal directions and accumulate signal charges according to the amount of incident light, and signal charges read from these photosensitive units 1 for each vertical column. And a vertical shift register (vertical transfer unit) 2 for transferring the image data in the vertical direction. The signal charges of all pixels photoelectrically converted by the photosensitive unit 1 are instantaneously read out to the vertical shift register 2 for each vertical column during a part of the vertical blanking period.
【0003】垂直シフトレジスタ2に移された信号電荷
は、水平ブランキング期間の一部にて1走査線に相当す
る部分ずつ順に水平シフトレジスタ(水平転送部)4へ
移される。1走査線分の信号電荷は、水平シフトレジス
タ4によって順次水平方向に転送される。水平シフトレ
ジスタ4の最終端には、FDA(Floating DiffusionAmp
lifier)等からなる出力回路部5が設けられている。こ
の出力回路部5は、感光部1で光電変換して得られた信
号電荷を電圧に変換して出力する。The signal charge transferred to the vertical shift register 2 is transferred to a horizontal shift register (horizontal transfer section) 4 in order corresponding to one scanning line in a part of a horizontal blanking period. The signal charges for one scanning line are sequentially transferred in the horizontal direction by the horizontal shift register 4. The final end of the horizontal shift register 4 has an FDA (Floating Diffusion Amp
lifier) and the like. The output circuit unit 5 converts signal charges obtained by photoelectric conversion in the photosensitive unit 1 into a voltage and outputs the voltage.
【0004】このCCD固体撮像装置における水平シフ
トレジスタ4の転送電極部の断面構造を図4に示す。同
図から明らかなように、水平シフトレジスタ4における
複数の転送電極6は各々、第1層目のポリシリコン(1Po
ly) からなる蓄積(ST)ゲート電極7と、第2層目の
ポリシリコン(2Poly) からなる転送(TR)ゲート電極
8の対による2層構造となっている。これら電極対に
は、2相の転送クロックHφ1,Hφ2 が各々同相で印加
されて2相駆動されるようになっている。FIG. 4 shows a sectional structure of a transfer electrode portion of the horizontal shift register 4 in the CCD solid-state imaging device. As is apparent from FIG. 3, each of the plurality of transfer electrodes 6 in the horizontal shift register 4 has a first layer of polysilicon (1Po).
ly) and a transfer (TR) gate electrode 8 made of a second-layer polysilicon (2Poly). To these electrode pairs, two-phase transfer clocks Hφ1 and Hφ2 are applied in the same phase, respectively, so that two-phase driving is performed.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】かかる水平シフトレジ
スタ4の転送電極部において、対をなす蓄積ゲート電極
7及び転送ゲート電極8間は、両電極7,8が同相の転
送クロックで駆動されることから短絡状態にあっても良
いのであるが、実際には、隣接する電極対との間での絶
縁をなす関係上、 1Polyの蓄積ゲート電極7の全体が数
千Å程度の膜厚のシリコン酸化膜SiO2 よりなる絶縁
膜9によって覆われている。In the transfer electrode portion of the horizontal shift register 4, between the storage gate electrode 7 and the transfer gate electrode 8 forming a pair, both electrodes 7, 8 are driven by the same phase transfer clock. May be in a short-circuited state, but in practice, the entire storage gate electrode 7 of 1Poly has a thickness of several thousand Å due to insulation between adjacent electrode pairs. The film is covered with an insulating film 9 made of SiO 2 .
【0006】これにより、対をなす蓄積ゲート電極7及
び転送ゲート電極8間に絶縁膜9が介在することになる
ため、図5のポテンシャル図に示すように、両電極7,
8間のa部分にポテンシャルディップが発生し、このa
部分に信号電荷が残留することにより、転送効率の劣化
を来すことになる。As a result, the insulating film 9 is interposed between the pair of the storage gate electrode 7 and the transfer gate electrode 8, and as shown in the potential diagram of FIG.
A potential dip occurs in the a portion between 8 and
The residual signal charge in the portion causes the transfer efficiency to deteriorate.
【0007】そこで、本発明は、2相駆動の転送部にお
いて、対をなす蓄積ゲート電極及び転送ゲート電極間に
発生するポテンシャルディップを減少させることによ
り、転送効率の改善を可能とした電荷転送装置及びこれ
を水平転送レジスタとして用いた固体撮像装置を提供す
ることを目的とする。Accordingly, the present invention provides a charge transfer device capable of improving transfer efficiency by reducing a potential dip generated between a pair of a storage gate electrode and a transfer gate electrode in a two-phase drive transfer section. And a solid-state imaging device using the same as a horizontal transfer register.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による電荷転送装置は、蓄積ゲート電極及び
転送ゲート電極の電極対からなる複数の転送電極を有し
かつ電極対に同相の転送クロックを印加しつつ複数の転
送電極を2相駆動することによって信号電荷を転送する
転送部を具備し、対をなす蓄積ゲート電極及び転送ゲー
ト電極間の絶縁膜の膜厚を、隣接する電極対間における
蓄積ゲート電極及び転送ゲート電極間の絶縁膜の膜厚よ
りも薄膜化した構成となっている。In order to achieve the above-mentioned object, a charge transfer device according to the present invention has a plurality of transfer electrodes consisting of an electrode pair of a storage gate electrode and a transfer gate electrode, and has the same phase as the electrode pair. A transfer unit that transfers signal charges by driving the plurality of transfer electrodes in two phases while applying a transfer clock; and forming a pair of storage gate electrodes and an insulating film between the transfer gate electrodes so as to reduce the thickness of the adjacent electrodes. The configuration is such that the thickness of the insulating film between the storage gate electrode and the transfer gate electrode between the pair is made thinner.
【0009】また、本発明による固体撮像装置は、垂直
及び水平方向に画素単位で2次元配列された複数個の感
光部と、これら感光部から垂直列毎に読み出された信号
電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、蓄積ゲート電
極及び転送ゲート電極の電極対からなる複数の転送電極
を有しかつ電極対に同相の転送クロックを印加しつつ複
数の転送電極を2相駆動することによって垂直転送部か
らの信号電荷を水平方向に転送する水平転送部とを具備
し、対をなす蓄積ゲート電極及び転送ゲート電極間の絶
縁膜の膜厚を、隣接する電極対間における蓄積ゲート電
極及び転送ゲート電極間の絶縁膜の膜厚よりも薄膜化し
た構成となっている。Further, the solid-state imaging device according to the present invention comprises a plurality of photosensitive portions arranged two-dimensionally in a pixel unit in the vertical and horizontal directions, and a signal charge read from each of these photosensitive portions for each vertical column. And a plurality of transfer electrodes composed of an electrode pair of a storage gate electrode and a transfer gate electrode, and driving the plurality of transfer electrodes in two phases while applying the same phase transfer clock to the electrode pair. A horizontal transfer unit for transferring the signal charge from the vertical transfer unit in the horizontal direction, the thickness of the insulating film between the pair of storage gate electrodes and the transfer gate electrode, the thickness of the storage gate electrode between adjacent electrode pairs and The configuration is such that the thickness of the insulating film between the transfer gate electrodes is thinner than the thickness of the insulating film.
【0010】[0010]
【作用】上記構成の電荷転送装置において、転送部の対
をなす蓄積ゲート電極及び転送ゲート電極間の絶縁膜の
膜厚が、隣接する電極対間における蓄積ゲート電極及び
転送ゲート電極間の絶縁膜の膜厚よりも薄いことによ
り、対をなす蓄積ゲート電極及び転送ゲート電極間に発
生するポテンシャルディップが減少する。これにより、
このポテンシャルディップに残留する信号電荷の量が大
幅に減り、転送部の転送効率が改善される。In the charge transfer device having the above-mentioned structure, the thickness of the storage gate electrode forming a pair of the transfer portion and the thickness of the insulating film between the transfer gate electrodes is changed between the storage gate electrode and the transfer film between the adjacent electrode pair. , The potential dip generated between a pair of the storage gate electrode and the transfer gate electrode is reduced. This allows
The amount of signal charge remaining in the potential dip is greatly reduced, and the transfer efficiency of the transfer unit is improved.
【0011】上記構成の固体撮像装置において、水平転
送部の対をなす蓄積ゲート電極及び転送ゲート電極間の
絶縁膜の膜厚が、隣接する電極対間における蓄積ゲート
電極及び転送ゲート電極間の絶縁膜の膜厚よりも薄いこ
とにより、対をなす蓄積ゲート電極及び転送ゲート電極
間に発生するポテンシャルディップが減少する。これに
より、このポテンシャルディップに残留する信号電荷の
量が大幅に減り、水平転送部の転送効率が改善される。In the solid-state imaging device having the above structure, the thickness of the storage gate electrode forming a pair of the horizontal transfer portions and the insulating film between the transfer gate electrodes is such that the insulation between the storage gate electrode and the transfer gate electrode between the pair of adjacent electrodes is formed. When the film thickness is smaller than the film thickness, a potential dip generated between a pair of the storage gate electrode and the transfer gate electrode is reduced. As a result, the amount of signal charges remaining in the potential dip is greatly reduced, and the transfer efficiency of the horizontal transfer unit is improved.
【0012】[0012]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図1は、本発明の一実施例を示す水平シフ
トレジスタの転送電極部の断面図である。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a transfer electrode portion of a horizontal shift register according to an embodiment of the present invention.
【0013】図1において、シリコン基板11の表面に
は、シリコン酸化膜SiO2 よりなる絶縁膜12を介し
て耐圧向上のためのシリコンナイトライドSi3 N4 よ
りなる耐圧膜13が設けられ、その上にさらにシリコン
酸化膜SiO2 よりなる絶縁膜14が積層されている。
この絶縁膜14上には、第1層目のポリシリコン(1Pol
y) からなる蓄積(ST)ゲート電極7が配され、さら
にシリコン酸化膜SiO2 よりなる絶縁膜15,16を
介して第2のポリコン(2Poly) からなる転送(TR)ゲ
ート電極8が配され、これら電極対によって2層構造の
転送電極6が構成されている。In FIG. 1, a pressure-resistant film 13 made of silicon nitride Si 3 N 4 is provided on the surface of a silicon substrate 11 via an insulating film 12 made of a silicon oxide film SiO 2 to improve the voltage resistance. An insulating film 14 made of a silicon oxide film SiO 2 is further laminated thereon.
On this insulating film 14, a first layer of polysilicon (1Pol
y), and a transfer (TR) gate electrode 8 made of a second polysilicon (2Poly) via insulating films 15 and 16 made of a silicon oxide film SiO 2. The pair of electrodes constitute a transfer electrode 6 having a two-layer structure.
【0014】蓄積ゲート電極7及び転送ゲート電極8の
電極対には、2相の転送クロックHφ1,Hφ2 が各々同
相で印加されて2相駆動されるようになっている。蓄積
ゲート電極7と転送ゲート電極8との間の絶縁膜15,
16のうち、対をなす両電極7,8間の絶縁膜15の膜
厚が、隣接する電極対間における蓄積ゲート電極7と転
送ゲート電極8との間の絶縁膜16の膜厚よりも薄く、
数十〜数百Å程度に薄膜化されている。Two-phase transfer clocks Hφ1 and Hφ2 are applied in the same phase to the pair of electrodes of the storage gate electrode 7 and the transfer gate electrode 8, respectively, so that two-phase driving is performed. An insulating film 15 between the storage gate electrode 7 and the transfer gate electrode 8,
16, the thickness of the insulating film 15 between the paired electrodes 7 and 8 is smaller than the thickness of the insulating film 16 between the storage gate electrode 7 and the transfer gate electrode 8 between adjacent electrode pairs. ,
The thickness is reduced to about several tens to several hundreds of square meters.
【0015】対をなす両電極7,8には同相の転送クロ
ックが印加されることから、両電極7,8間は短絡状態
にあっても良いのであるが、隣接する電極対間では異相
の転送クロックが印加されるため、隣接する電極対間に
おける蓄積ゲート電極7と転送ゲート電極8との間の絶
縁膜16としては、耐圧が大である必要があり、よって
数千Å程度の膜厚が設定される。Since an in-phase transfer clock is applied to both electrodes 7 and 8 forming a pair, the electrodes 7 and 8 may be in a short-circuited state. Since the transfer clock is applied, the insulating film 16 between the storage gate electrode 7 and the transfer gate electrode 8 between the adjacent electrode pairs needs to have a high withstand voltage, and thus has a thickness of about several thousand Å. Is set.
【0016】このように、対をなす蓄積ゲート電極7及
び転送ゲート電極8間の絶縁膜15の膜厚を、隣接する
電極対間における絶縁膜16の膜厚よりも充分に薄い、
数十〜数百Å程度に薄膜化することにより、図2のポテ
ンシャル図に示すように、両電極7,8間にポテンシャ
ルディップが発生しないため、このポテンシャルディッ
プに起因して蓄積ゲート電極7に残留する信号電荷の量
が大幅に減り、水平シフトレジスタの転送効率の改善が
図れることになる。As described above, the thickness of the insulating film 15 between the paired storage gate electrode 7 and the transfer gate electrode 8 is sufficiently smaller than the thickness of the insulating film 16 between the adjacent electrode pairs.
As shown in the potential diagram of FIG. 2, a potential dip does not occur between the electrodes 7 and 8 when the film is thinned to about several tens to several hundreds of degrees. The amount of remaining signal charges is greatly reduced, and the transfer efficiency of the horizontal shift register can be improved.
【0017】次に、本発明の特徴部分である絶縁膜15
の形成方法について説明する。Next, the insulating film 15 which is a feature of the present invention is described.
The method for forming the film will be described.
【0018】シリコン基板11の最表面の絶縁膜14上
に、 1Polyの蓄積ゲート電極7を配し、その表面全体に
シリコン酸化膜SiO2 よりなる絶縁膜16を形成する
までの工程は従来と同じである。絶縁膜16を形成した
後、その蓄積ゲート電極7と対をなす転送ゲート電極8
側の絶縁膜16のみをエッチングによって除去する。こ
のとき、当該転送ゲート電極8下に位置する絶縁膜14
も同時に除去されることになる。この後、エッチングに
より除去された部分に、シリコン酸化膜SiO2 よりな
る絶縁膜15を数十〜数百Å程度に薄膜化して形成す
る。そして、最終的に、転送ゲート電極8を設ける。The steps up to disposing the 1-poly storage gate electrode 7 on the outermost insulating film 14 of the silicon substrate 11 and forming the insulating film 16 made of the silicon oxide film SiO 2 on the entire surface thereof are the same as those in the prior art. It is. After forming the insulating film 16, the transfer gate electrode 8 paired with the storage gate electrode 7 is formed.
Only the insulating film 16 on the side is removed by etching. At this time, the insulating film 14 located under the transfer gate electrode 8
Will also be removed at the same time. Thereafter, the removed portion by etching is formed by thinning the insulating film 15 of a silicon oxide film SiO 2 to several tens to several hundreds Å. Then, finally, the transfer gate electrode 8 is provided.
【0019】ところで、先述したように、対をなす両電
極7,8には同相の転送クロックが印加されることか
ら、両電極7,8間は短絡状態にあっても良い訳であ
り、そのため蓄積ゲート電極7と対をなす転送ゲート電
極8側の絶縁膜16をエッチングによって除去した後、
直接転送ゲート電極8を設けることも可能である。この
場合、エッチングにより絶縁膜14も同時に除去されて
しまうことから、転送ゲート電極8がシリコンナイトラ
イドSi3 N4 よりなる耐圧膜13に直接接触すること
になるため、ポテンシャルシフトが発生するという不具
合が生ずることになる。As described above, since the same phase transfer clock is applied to both electrodes 7 and 8 forming a pair, the electrodes 7 and 8 may be short-circuited. After the insulating film 16 on the transfer gate electrode 8 side paired with the storage gate electrode 7 is removed by etching,
It is also possible to provide a direct transfer gate electrode 8. In this case, since the insulating film 14 is also removed by the etching at the same time, the transfer gate electrode 8 comes into direct contact with the breakdown voltage film 13 made of silicon nitride Si 3 N 4, thereby causing a potential shift. Will occur.
【0020】ところが、本発明においては、転送ゲート
電極8と耐圧膜13の間に薄い絶縁膜15を介在せしめ
たことにより、転送ゲート電極8が耐圧膜13と直接接
触することがないため、ポテンシャルシフトを生ずるこ
となく、水平シフトレジスタの転送効率を改善できるこ
とになる。However, in the present invention, since the thin insulating film 15 is interposed between the transfer gate electrode 8 and the breakdown voltage film 13, the transfer gate electrode 8 does not come into direct contact with the breakdown voltage film 13. The transfer efficiency of the horizontal shift register can be improved without causing a shift.
【0021】[0021]
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、2相駆動の転送部において、対をなす蓄積ゲート電
極及び転送ゲート電極間の絶縁膜の膜厚を、隣接する電
極対間における蓄積ゲート電極及び転送ゲート電極間の
絶縁膜の膜厚よりも薄膜化した構成となっているので、
対をなす蓄積ゲート電極及び転送ゲート電極間に発生す
るポテンシャルディップが減少し、これに伴い転送部の
転送効率を改善できる効果がある。As described above, according to the present invention, in the transfer section driven by two phases, the thickness of the storage gate electrode forming a pair and the thickness of the insulating film between the transfer gate electrodes are reduced by the accumulation between the pair of adjacent electrodes. Because the thickness is smaller than the thickness of the insulating film between the gate electrode and the transfer gate electrode,
The potential dip generated between the storage gate electrode and the transfer gate electrode forming a pair is reduced, and the transfer efficiency of the transfer unit can be improved accordingly.
【図1】本発明による固体撮像装置における水平シフト
レジスタの転送電極部の構造の一実施例を示す断面図で
ある。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a structure of a transfer electrode section of a horizontal shift register in a solid-state imaging device according to the present invention.
【図2】図1における転送電極部のポテンシャル図であ
る。FIG. 2 is a potential diagram of a transfer electrode unit in FIG.
【図3】インターライン転送方式のCCD固体撮像装置
を示す概略構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an interline transfer type CCD solid-state imaging device.
【図4】水平シフトレジスタの転送電極部の従来の構造
を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional structure of a transfer electrode section of a horizontal shift register.
【図5】図4における転送電極部のポテンシャル図であ
る。FIG. 5 is a potential diagram of the transfer electrode unit in FIG.
1…感光部、2…垂直シフトレジスタ、3…撮像部、4
…水平シフトレジスタ、7…蓄積ゲート電極、8…転送
ゲート電極、11…シリコン基板、12,14〜16…
絶縁膜、13…耐圧膜DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Photosensitive part, 2 ... Vertical shift register, 3 ... Imaging part, 4
... horizontal shift register, 7 ... storage gate electrode, 8 ... transfer gate electrode, 11 ... silicon substrate, 12, 14-16 ...
Insulating film, 13 ... withstand voltage film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/339 H01L 27/148 H01L 29/762 H04N 5/335 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/339 H01L 27/148 H01L 29/762 H04N 5/335
Claims (2)
極対からなる複数の転送電極を有しかつ前記電極対に同
相の転送クロックを印加しつつ前記複数の転送電極を2
相駆動することによって信号電荷を転送する転送部を具
備し、 対をなす蓄積ゲート電極及び転送ゲート電極間の絶縁膜
の膜厚を、隣接する電極対間における蓄積ゲート電極及
び転送ゲート電極間の絶縁膜の膜厚よりも薄膜化したこ
とを特徴とする電荷転送装置。A plurality of transfer electrodes each comprising an electrode pair of a storage gate electrode and a transfer gate electrode; and applying a transfer clock having the same phase to said pair of electrodes to connect said plurality of transfer electrodes to each other.
A transfer unit that transfers signal charges by phase driving, and sets a film thickness of a pair of the storage gate electrode and the insulating film between the transfer gate electrodes to a value between the storage gate electrode and the transfer gate electrode between the adjacent electrode pair. A charge transfer device characterized in that the thickness is smaller than the thickness of the insulating film.
列された複数個の感光部と、前記複数個の感光部から垂
直列毎に読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂
直転送部と、蓄積ゲート電極及び転送ゲート電極の電極
対からなる複数の転送電極を有しかつ前記電極対に同相
の転送クロックを印加しつつ前記複数の転送電極を2相
駆動することによって前記垂直転送部からの信号電荷を
水平方向に転送する水平転送部とを具備し、 対をなす蓄積ゲート電極及び転送ゲート電極間の絶縁膜
の膜厚を、隣接する電極対間における蓄積ゲート電極及
び転送ゲート電極間の絶縁膜の膜厚よりも薄膜化したこ
とを特徴とする固体撮像装置。2. A plurality of photosensitive units arranged two-dimensionally in pixel units in the vertical and horizontal directions, and a vertical transfer for vertically transferring signal charges read from the plurality of photosensitive units for each vertical column. And a plurality of transfer electrodes composed of an electrode pair of a storage gate electrode and a transfer gate electrode. The vertical transfer is performed by driving the plurality of transfer electrodes in two phases while applying an in-phase transfer clock to the pair of electrodes. A horizontal transfer unit for transferring the signal charges from the unit in the horizontal direction, the thickness of the insulating film between the storage gate electrode and the transfer gate electrode forming a pair, the storage gate electrode and the transfer gate between adjacent electrode pairs A solid-state imaging device characterized in that the thickness of the insulating film between the electrodes is made thinner.
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JP41431090A JP3158284B2 (en) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | Charge transfer device and solid-state imaging device |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH04223373A JPH04223373A (en) | 1992-08-13 |
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- 1990-12-25 JP JP41431090A patent/JP3158284B2/en not_active Expired - Fee Related
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