JP3381151B2 - Charge transfer device - Google Patents

Charge transfer device

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JP3381151B2
JP3381151B2 JP32633299A JP32633299A JP3381151B2 JP 3381151 B2 JP3381151 B2 JP 3381151B2 JP 32633299 A JP32633299 A JP 32633299A JP 32633299 A JP32633299 A JP 32633299A JP 3381151 B2 JP3381151 B2 JP 3381151B2
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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】本発明は電荷転送装置に関
し、特に微少な信号電荷の転送効率を改善した電荷転送
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charge transfer device, and more particularly to a charge transfer device having an improved transfer efficiency for minute signal charges.

【0002】[0002]

【従来の技術】図12は、従来の浮遊拡散増幅法(Float
ing diffusion amplifer)と称される出力機構を有する
電荷転送装置の一例を示す平面図であり、文献IEDM Tec
hnicalDigest, 1973, pp24、及びIEDM Technical Diges
t, 1974, pp55 に記載された電荷転送装置の構成を示す
図であり、図12(a)は平面図、図12(b)はその
I−I’線に沿う内部構造を示す断面図である。P型半
導体基板101上に低濃度のN- 型半導体領域102
と、これよりも高濃度のN型半導体領域103とが交互
に配置され、かつ絶縁膜106を介して前記N- 型半導
体領域102上に第1の導電性電極107a,107b
が配置され、前記N型半導体領域103上に第2の導電
性電極108a,108bが配置される。そして、前記
第1及び第2の導電性電極107a,108aにはクロ
ックパルスΦ1が供給され、前記第1及び第2の導電性
電極107b,108bにはクロックパルスΦ2が供給
されるように、それぞれ隣接する第1、第2の導電性電
極107a,108aもしくは207a,208a、1
07b,108bを一組として、一組置きに金属配線1
11を接続している。
2. Description of the Related Art FIG. 12 shows a conventional floating diffusion amplification method (Float
is a plan view showing an example of a charge transfer device having an output mechanism called an ing diffusion amplifer).
hnicalDigest, 1973, pp24, and IEDM Technical Diges
12 (a) is a plan view and FIG. 12 (b) is a cross-sectional view showing an internal structure taken along line II ′ of FIG. 12 (a). is there. A low concentration N -type semiconductor region 102 is formed on a P-type semiconductor substrate 101.
And N-type semiconductor regions 103 having a higher concentration than these are alternately arranged, and the first conductive electrodes 107a and 107b are provided on the N -type semiconductor region 102 via the insulating film 106.
And second conductive electrodes 108a and 108b are arranged on the N-type semiconductor region 103. The clock pulse Φ1 is supplied to the first and second conductive electrodes 107a and 108a, and the clock pulse Φ2 is supplied to the first and second conductive electrodes 107b and 108b. Adjacent first and second conductive electrodes 107a, 108a or 207a, 208a, 1
07b, 108b as one set, and the metal wiring 1 every other set
11 are connected.

【0003】また、前記電荷転送部の最終段には、前記
- 型半導体領域102の絶縁膜106を介して第3の
導電性電極109が形成され、この第3の導電性電極1
09には、金属配線111を通して定電圧VOGが印加
される。さらに、前記第3の導電性電極109の外側領
域には、浮遊拡散層部112が設けられており、この浮
遊拡散層部112は、前記P型半導体基板101上に形
成されたN+ 型半導体領域104を有し、さらにN-
半導体領域102上の絶縁膜106を介して、金属配線
111にて結線され、浮遊拡散層部112内に転送され
た信号電荷をリセットするためのパルス電圧ΦRが印加
される第4の導電性電極110を有している。また、前
記N+ 型半導体領域104のうち、外側の領域には金属
配線111にてリセット電圧VRが印加されるように構
成されている。また、前記P型半導体基板101には前
記各半導体領域を囲むように、素子分離領域となるP+
型半導体領域105が形成されている。
At the final stage of the charge transfer section, a third conductive electrode 109 is formed via the insulating film 106 in the N type semiconductor region 102. The third conductive electrode 1
A constant voltage VOG is applied to 09 through the metal wiring 111. Further, a floating diffusion layer portion 112 is provided in an outer region of the third conductive electrode 109, and the floating diffusion layer portion 112 is an N + type semiconductor formed on the P type semiconductor substrate 101. A pulse voltage ΦR for resetting the signal charge transferred to the floating diffusion layer portion 112, which has a region 104 and is connected to the metal wiring 111 via the insulating film 106 on the N type semiconductor region 102. Has a fourth conductive electrode 110 to which is applied. The reset voltage VR is applied to the outer region of the N + type semiconductor region 104 by the metal wiring 111. In addition, the P-type semiconductor substrate 101 is formed of P + to be an element isolation region so as to surround the semiconductor regions.
The type semiconductor region 105 is formed.

【0004】この構成の電荷転送装置では、一組置きに
結線された第1、第2の導電性電極107a,108a
の第1群と、第1、第2の導電性電極107b,108
bの第2群に、図13に示すクロックパルスΦ1,Φ2
を印加することにより、電極下にある信号電荷は順に浮
遊拡散層部112に転送され、出力回路部により電荷電
圧変換が行われる。前記動作を、図12(c)〜(e)
に示されたポテンシャル図を用いて説明する。図12
(c)に示すようにリセットクロック電圧ΦRを印加す
ることにより、第4の導電性電極110がオンとする
と、浮遊拡散層部112の電位はリセット電圧VRと同
じに設定される。続いて、図12(d)に示すように信
号電荷検出のために、第4の導電性電極110がオフに
セットされる。続いて、図12(e)に示すように転送
電極に接続された配線ラインに印加されているクロック
パルスΦ1,Φ2を、それぞれ図13に示したt1の状
態からt2の状態に変化させることにより、第1、第2
の導電性電極107a,107b,108a,108b
下のポテンシャルを変化させ、信号電荷e1,e2,e
3,…を、それぞれ各1段転送する。
In the charge transfer device having this structure, the first and second conductive electrodes 107a and 108a are connected every other pair.
And the first and second conductive electrodes 107b, 108
In the second group of b, the clock pulses Φ1 and Φ2 shown in FIG.
By applying, the signal charges under the electrodes are sequentially transferred to the floating diffusion layer section 112, and the output circuit section performs charge-voltage conversion. The above operation is shown in FIGS.
It will be explained using the potential diagram shown in FIG. 12
When the fourth conductive electrode 110 is turned on by applying the reset clock voltage ΦR as shown in (c), the potential of the floating diffusion layer portion 112 is set to the same as the reset voltage VR. Subsequently, as shown in FIG. 12D, the fourth conductive electrode 110 is set to OFF for signal charge detection. Then, as shown in FIG. 12E, the clock pulses Φ1 and Φ2 applied to the wiring lines connected to the transfer electrodes are changed from the state of t1 shown in FIG. 13 to the state of t2, respectively. , First, second
Conductive electrodes 107a, 107b, 108a, 108b of
By changing the lower potential, the signal charges e1, e2, e
, 3 ... Are transferred one stage each.

【0005】このとき、信号電荷e1は、第3の導電性
電極109を介して浮遊拡散層部112に転送され、こ
こで、送り込まれた信号電荷e1による電位変動は、M
OSトランジスタで構成されるソースフォロアアンプを
有する出力回路部によりインピーダンス変換が行われ、
電圧出力Vが取り出される。ここで、転送されてきた信
号電荷量をQ、浮遊拡散容量をC、ソースフォロアアン
プの電圧利得をGとすると、前記信号出力Vは、V=Q
/C・Gとなる。続いて、次の信号電荷検出のために、
第4の導電性電極110をオンし、浮遊拡散層部112
の電位をリセット電圧VRと同じに設定する。この動作
を繰り返し行うことにより、第1及び第2の導電性電極
107a,107b,108a,108bを順次転送さ
れてくる信号電荷e1,e2,e3,…を出力信号とし
て取り出すことができる。
At this time, the signal charge e1 is transferred to the floating diffusion layer portion 112 via the third conductive electrode 109, and the potential fluctuation due to the sent signal charge e1 is M
Impedance conversion is performed by an output circuit unit having a source follower amplifier composed of OS transistors,
The voltage output V is taken out. Assuming that the transferred signal charge amount is Q, the floating diffusion capacitance is C, and the voltage gain of the source follower amplifier is G, the signal output V is V = Q.
/ C ・ G. Then, for the next signal charge detection,
The fourth conductive electrode 110 is turned on, and the floating diffusion layer portion 112
Is set to the same as the reset voltage VR. By repeating this operation, the signal charges e1, e2, e3, ... Which are sequentially transferred through the first and second conductive electrodes 107a, 107b, 108a, 108b can be taken out as output signals.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来の電荷転送装置においては、図12(a)に示し
たように電荷転送部末端に形成された浮遊拡散層部11
2の面積を小さくすることによって拡散層容量Cを小さ
くし、信号電荷検出感度を向上させている。そのため、
電荷転送部のチャンネル幅Wをチャンネル幅W’まで絞
り込んで小幅にした構造を採用している。しかしなが
ら、この電荷転送装置では、信号電荷の蓄積面積Sを等
しくして信号電荷転送容量を確保するためには、電荷転
送部末端に形成された第2の導電性電極の電極長L’
を、他の第2の導電性電極の電極長Lより長く設計する
ことを行っている。このため、第2の導電性電極下の一
番遠いところに存在する電荷の走行距離はL”となり、
第2の導電性電極下の中央領域での走行距離L’に比較
して長くなり、特に転送効率が問題となる微少な信号電
荷の転送効率が、電荷転送部末端に形成された第2の導
電性電極208aの電極長L’電極下の一番遠いところ
に存在する電荷の走行距離L”で制限され、転送効率が
低いものになるという問題がある。
However, in the conventional charge transfer device described above, the floating diffusion layer portion 11 formed at the end of the charge transfer portion as shown in FIG.
By reducing the area of 2, the diffusion layer capacitance C is reduced and the signal charge detection sensitivity is improved. for that reason,
A structure is adopted in which the channel width W of the charge transfer portion is narrowed down to the channel width W ′ to make it narrow. However, in this charge transfer device, in order to make the signal charge storage areas S equal and secure the signal charge transfer capacity, the electrode length L ′ of the second conductive electrode formed at the end of the charge transfer portion is set.
Is designed to be longer than the electrode length L of the other second conductive electrode. Therefore, the traveling distance of the charge existing at the furthest place under the second conductive electrode is L ″,
The transfer efficiency of the minute signal charge, which is longer than the traveling distance L ′ in the central region under the second conductive electrode and is particularly problematic in the transfer efficiency, is the second one formed at the end of the charge transfer portion. The conductive length of the conductive electrode 208a is limited by the travel distance L "of the charge existing at the farthest position under the electrode L ', and there is a problem that the transfer efficiency becomes low.

【0007】本発明の目的は、実効的な信号電荷の転送
距離を短くし、微少な信号電荷の転送効率の劣化を改善
した電荷転送装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a charge transfer device which shortens the effective signal charge transfer distance and improves deterioration of the transfer efficiency of minute signal charges.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の第1の
電位ポテンシャル領域及び、前記第1の電位ポテンシャ
ルより深い第2の電位ポテンシャル領域を有する電荷転
送電極を有し、出力電極に隣接した最終の電荷転送電極
の直下では電位ポテンシャル領域のチャンネル幅が出力
側に向けて絞られている電荷転送装置において、前記最
終の電荷転送電極の直下には、電荷転送方向に沿って前
記第1の電位ポテンシャルと、前記第1の電位ポテンシ
ャル領域より深い第3の電位ポテンシャル領域と、前記
第3の電位ポテンシャル領域より電位ポテンシャルが深
い第4の電位ポテンシャル領域とを備え、第4の電位ポ
テンシャル領域は、チャンネル幅の絞られた領域におい
て、出力側に向けて末広がりとなる楕円、台形、三角形
のいずれかの平面形状に構成される。また、前記第4の
電位ポテンシャル領域と前記第2の電位ポテンシャル領
域は同一電位ポテンシャルに構成され、あるいは前記第
3の電位ポテンシャル領域と前記第2の電位ポテンシャ
ル領域は同一電位ポテンシャルに構成される。なお、前
記第1ないし第4の電位ポテンシャル領域は、不純物の
濃度差によって、あるいは電極下の絶縁膜の厚さによっ
て形成する。
The present invention has a charge transfer electrode having a plurality of first potential potential regions and a second potential potential region deeper than the first potential potential, and is adjacent to the output electrode. In the charge transfer device in which the channel width of the potential potential region is narrowed toward the output side immediately below the final charge transfer electrode, the first line is formed immediately below the final charge transfer electrode in the charge transfer direction. Potential potential, a third potential potential region deeper than the first potential potential region, and a fourth potential potential region deeper in potential than the third potential potential region, and a fourth potential potential region. , the area smell that was narrowed down the channel width
Then, the plane shape is any one of an ellipse, a trapezoid, and a triangle that widens toward the output side . Further, the fourth potential potential region and the second potential potential region are configured to have the same potential potential, or the third potential potential region and the second potential potential region are configured to have the same potential potential. The first to fourth potential potential regions are formed by the impurity concentration difference or the thickness of the insulating film under the electrodes.

【0009】本発明によれば、電荷転送部末端に形成さ
れた最終の電荷転送電極の電荷蓄積領域を電位ポテンシ
ャルが異なる第1、第3及び第4の各電位ポテンシャル
領域で形成することにより、転送されてきた電荷を出力
側に近い位置に設けられた第4の電位ポテンシャル領域
に蓄積でき、これにより信号電荷の蓄積面積を等しくす
るために最終の電荷転送電極の電極長を長くした場合に
おいても、電極下の一番遠いところに存在する電荷の走
行距離を短くし、信号電荷の転送効率を改善することが
可能となる。
According to the present invention, the charge storage region of the final charge transfer electrode formed at the end of the charge transfer portion is formed by the first, third and fourth potential potential regions having different potential potentials. When the transferred charges can be accumulated in the fourth potential potential region provided at a position close to the output side, and thus the electrode length of the final charge transfer electrode is increased in order to equalize the accumulation area of the signal charges, Also, it becomes possible to shorten the traveling distance of the electric charge existing at the furthest place under the electrode and improve the transfer efficiency of the signal electric charge.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1は本発明にかかる参照例として
第1の実施形態を示す図であり、図1(a)は平面
図、図1(b)はそのI−I’線に沿う内部構造を示す
断面図である。P型半導体基板101上に低濃度のN-
型半導体領域102と、これよりも高濃度のN型半導体
領域103とが交互に配置され、かつ絶縁膜106を介
して前記N- 型半導体領域102上に第1の導電性電極
107a,107bが配置され、前記N型半導体領域1
03上に第2の導電性電極108a,108bが配置さ
れる。そして、前記第1及び第2の導電性電極107
a,108aにはタイミング駆動信号としてのクロック
パルスΦ1が供給され、前記第1及び第2の導電性電極
107b,108bには異なるタイミング駆動信号とし
てのクロックパルスΦ2が供給されるように、それぞれ
隣接する第1、第2の導電性電極107a,108aも
しくは207a,208a、107b,108bを一組
として、一組置きに金属配線111を接続している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a reference example according to the present invention.
Is a view showing the first embodiment of FIG. 1 (a) is a plan view, FIG. 1 (b) is a sectional view showing the internal structure along the line I-I '. A low concentration of N on the P-type semiconductor substrate 101.
Type semiconductor regions 102 and N type semiconductor regions 103 having a higher concentration than these are alternately arranged, and first conductive electrodes 107a and 107b are formed on the N type semiconductor region 102 via an insulating film 106. The N-type semiconductor region 1 disposed
The second conductive electrodes 108a and 108b are arranged on 03. Then, the first and second conductive electrodes 107
a and 108a are supplied with a clock pulse Φ1 as a timing driving signal, and the first and second conductive electrodes 107b and 108b are supplied with a clock pulse Φ2 as a different timing driving signal. The first and second conductive electrodes 107a, 108a or 207a, 208a, 107b, 108b are set as one set, and the metal wiring 111 is connected to every other set.

【0011】また、前記電荷転送部の最終段には、前記
- 型半導体領域102の絶縁膜106を介して第3の
導電性電極109が形成され、この第3の導電性電極1
09には、金属配線111を通して定電圧VOGが印加
される。さらに、前記第3の導電性電極109の外側領
域には、浮遊拡散層部112が設けられており、この浮
遊拡散部112は、前記P型半導体基板101上に形成
されたN+ 型半導体領域104を有し、さらにN- 型半
導体領域102上の絶縁膜106上に、金属配線111
にて結線され、浮遊拡散層部112内に転送された信号
電荷をリセットするためのパルス電圧ΦRが印加される
第4の導電性電極110を有している。また、前記N+
型半導体領域104のうち、外側の領域には金属配線1
11にてリセット電圧VRが印加されるように構成され
ている。また、前記P型半導体基板101には前記各半
導体領域を囲むように、素子分離領域となるP+ 型半導
体領域105が形成されている。
At the final stage of the charge transfer section, a third conductive electrode 109 is formed via the insulating film 106 of the N type semiconductor region 102, and the third conductive electrode 1 is formed.
A constant voltage VOG is applied to 09 through the metal wiring 111. Further, a floating diffusion layer portion 112 is provided in an outer region of the third conductive electrode 109, and the floating diffusion portion 112 is an N + type semiconductor region formed on the P type semiconductor substrate 101. And a metal wiring 111 on the insulating film 106 on the N type semiconductor region 102.
And the fourth conductive electrode 110 to which the pulse voltage ΦR for resetting the signal charges transferred in the floating diffusion layer portion 112 is applied. Also, the N +
The metal wiring 1 is formed in the outer region of the type semiconductor region 104.
At 11, the reset voltage VR is applied. Further, on the P-type semiconductor substrate 101, a P + -type semiconductor region 105 to be an element isolation region is formed so as to surround each of the semiconductor regions.

【0012】ここで、前記第3の導電性電極109に隣
接して、同一タイミングのクロックパルスΦ1が入力さ
れる最終の電荷転送電極としての第1の導電性電極20
7aと第2の導電性電極208aの直下の領域が、前記
第1の電位ポテシャルを有するN- 型半導体領域102
と、第3の電位ポテンシャルを有するN型半導体領域2
03aと、第3の電位ポテンシャルよりも深い第4の電
位ポテンシャルを有するN型半導体領域203bの3つ
の領域を有している。なお、前記P型半導体基板101
の不純物濃度を1E15cm-3としたときに、前記各N
型の半導体領域の不純物濃度は次の通りである。すなわ
ち、第1の電位ポテンシャルのN- 型半導体領域102
は8E16cm-3、第2の電位ポテンシャルのN型半導
体領域103は1E17cm-3、第3の電位ポテンシャ
ルのN型半導体領域203aは9E16cm-3、第4の
電位ポテンシャルのN型半導体領域203bは1E17
cm-3、N+ 半導体領域104は1E19cm-3であ
る。また、素子分離用のP+ 型半導体領域105は1E
18cm-3である。結果として、この第1の実施形態で
は、各N型半導体領域の不純物濃度は、104>203
b>103>203a>102の順となる。
Here, adjacent to the third conductive electrode 109,
And the clock pulse Φ1 with the same timing is input.
First conductive electrode 20 as the final charge transfer electrode
7a and the region immediately below the second conductive electrode 208a are
N having a first potential potential-Type semiconductor region 102
And an N-type semiconductor region 2 having a third potential potential
03a and the fourth electric potential deeper than the third potential potential.
Three N-type semiconductor regions 203b having potentials
Area. The P-type semiconductor substrate 101
Impurity concentration of 1E15cm-3And then each N
The impurity concentration of the semiconductor region of the mold is as follows. Sanawa
Then, N of the first potential potential-Type semiconductor region 102
Is 8E16cm-3, N-type semiconductor of the second potential potential
Body area 103 is 1E17cm-3, Third potential potentiometer
Of the N-type semiconductor region 203a is 9E16 cm-3, The fourth
The potential type N-type semiconductor region 203b is 1E17.
cm-3, N+The semiconductor region 104 is 1E19 cm-3And
It In addition, P for element isolation+ Type semiconductor region 105 is 1E
18 cm-3Is. As a result, in this first embodiment
Has an impurity concentration of 104> 203 in each N-type semiconductor region.
The order is b> 103> 203a> 102.

【0013】前記第1の実施形態の電荷転送装置の動作
を、図1(c)〜(e)に示されたポテンシャル図を用
いて説明する。図1(c)に示すようにリセットクロッ
ク電圧ΦRを印加することにより、第4の導電性電極1
10がオンとすると、浮遊拡散層112の電位はリセッ
ト電圧VRと同じに設定される。このとき、特に転送効
率が問題となる信号電荷が小さい信号電荷e1のような
場合においては、第3の導電性電極109に隣接した最
終の電荷転送電極208aの第4の電位ポテンシャルを
有するN型半導体領域203bに電荷が蓄積されるた
め、転送距離L”1が従来例に比べて小さくなる。続い
て、図1(d)に示すように信号電荷検出のために、第
4の導電性電極110がオフにセットされる。続いて、
図1(e)に示すように転送電極に接続された配線ライ
ンに印加されているクロックパルスΦ1,Φ2を、それ
ぞれ図13に示したt1の状態からt2の状態に変化さ
せることにより、第1、第2の導電性電極107a,1
07b,108a,108b207a,208a下のポ
テンシャルを変化させ、信号電荷e1,e2,e3,…
を、それぞれ各1段転送させる。
The operation of the charge transfer device of the first embodiment will be described with reference to the potential diagrams shown in FIGS. 1 (c) to 1 (e). By applying the reset clock voltage ΦR as shown in FIG. 1C, the fourth conductive electrode 1
When 10 is turned on, the potential of the floating diffusion layer 112 is set to the same as the reset voltage VR. At this time, particularly in the case of a signal charge e1 in which the signal charge is small in which transfer efficiency is a problem, the N-type having the fourth potential potential of the final charge transfer electrode 208a adjacent to the third conductive electrode 109. Since the charges are accumulated in the semiconductor region 203b, the transfer distance L ″ 1 becomes smaller than that in the conventional example. Subsequently, as shown in FIG. 1D, the fourth conductive electrode is used for signal charge detection. 110 is set to off.
As shown in FIG. 1E, the clock pulses Φ1 and Φ2 applied to the wiring lines connected to the transfer electrodes are changed from the state of t1 shown in FIG. , Second conductive electrodes 107a, 1
The signal charges e1, e2, e3, ... By changing the potential under 07b, 108a, 108b207a, 208a.
Are transferred one stage each.

【0014】このとき、信号電荷e1は、第3の導電性
電極109を介して浮遊拡散層部112に転送され、こ
こで、送り込まれた信号電荷e1による電位変動は、M
OSトランジスタで構成されるソースフォロアアンプを
有する出力回路部によりインピーダンス変換が行われ、
電圧出力Vが取り出される。続いて、次の信号電荷検出
のために、第4の導電性電極110をオンし、浮遊拡散
層部112の電位をリセット電圧VRと同じに設定す
る。この動作を繰り返し行うことにより、第1及び第2
の導電性電極107a,107b,108a,108
b,207a,208aを順次転送されてくる信号電荷
e1,e2,e3,…を出力信号として取り出すことが
できる。
At this time, the signal charge e1 is transferred to the floating diffusion layer portion 112 via the third conductive electrode 109, and the potential fluctuation due to the sent signal charge e1 is M
Impedance conversion is performed by an output circuit unit having a source follower amplifier composed of OS transistors,
The voltage output V is taken out. Then, in order to detect the next signal charge, the fourth conductive electrode 110 is turned on, and the potential of the floating diffusion layer portion 112 is set to be the same as the reset voltage VR. By repeating this operation, the first and second
Conductive electrodes 107a, 107b, 108a, 108
The signal charges e1, e2, e3, ... Which are sequentially transferred through b, 207a, 208a can be taken out as output signals.

【0015】このように、第1の実施形態においては、
電荷転送部末端に形成された最終の第1及び第2の導電
性電極207a,208aの領域を第1の電位ポテンシ
ャル領域102と、電位の異なる第3及び第4の電位ポ
テンシャル領域203a,203bで形成することによ
り、転送されてきた電荷を出力側に近い位置に設けられ
た第4の電位ポテンシャル領域203bに蓄積でき、こ
れにより信号電荷の蓄積面積を等しくするために最終の
電荷転送電極、特に第2の導電性電極208aの電極長
を長くした場合においても、電極下の一番遠いところに
存在する電荷の走行距離を短くし、信号電荷の転送効率
を改善することが可能となる。
As described above, in the first embodiment,
The regions of the final first and second conductive electrodes 207a and 208a formed at the ends of the charge transfer portion are the first potential potential region 102 and the third and fourth potential potential regions 203a and 203b having different potentials. By forming the charges, the transferred charges can be accumulated in the fourth potential potential region 203b provided at a position close to the output side, so that the final charge transfer electrode, especially the final charge transfer electrode, can be accumulated in order to equalize the accumulation area of the signal charges. Even when the electrode length of the second conductive electrode 208a is increased, it is possible to shorten the traveling distance of the charge existing at the farthest position under the electrode and improve the transfer efficiency of the signal charge.

【0016】なお、信号電荷が大きい信号電荷e2のよ
うな場合においては、図2に示すように、電荷転送部末
端に形成された第2の導電性電極208a下の第4の電
位ポテンシャル領域203bに形成される蓄積領域に加
え、第3の電位ポテンシャル領域203aに形成される
蓄積領域も信号電荷の蓄積に寄与させることができる。
したがって、蓄積電荷量が低減されることもない。
In the case where the signal charge is a large signal charge e2, as shown in FIG. 2, the fourth potential potential region 203b below the second conductive electrode 208a formed at the end of the charge transfer portion is formed. In addition to the storage region formed in the third potential potential region, the storage region formed in the third potential potential region 203a can also contribute to the storage of signal charges.
Therefore, the amount of accumulated charge is not reduced.

【0017】ここで、第2の導電性電極208a下にお
ける電荷の走行距離をより短くするためには、第4の電
位ポテンシャル領域203bを、チャネル幅の絞った領
域になるべく近い領域に配置することが好ましい。した
がって、第4の電位ポテンシャル領域203bの平面形
状は、図3に示す本発明の参照例としての第2の実施形
態のような「コ」形状としてもよいが、本発明の図4に
示す第3の実施形態のような「台形」形状とすることが
好ましい。さらには、図5に示す第4の実施形態のよう
な「三角」形状、図6に示す第5の実施形態のような
「楕円」形状とすることも好ましい。このように、第4
の電位ポテンシャル領域203bの形状を適切に設計な
いし選定することにより、それぞれ異なる電荷量の信号
電荷に対して転送効率が最も高い電荷転送装置を構築す
ることが可能となる。
Here, in order to further shorten the traveling distance of charges under the second conductive electrode 208a, the fourth potential potential region 203b is arranged in a region as close as possible to a region with a narrow channel width. Is preferred. Therefore, the planar shape of the fourth potential potential region 203b may be a "U" shape as in the second embodiment as the reference example of the present invention shown in FIG. It is a "trapezoid" shaped like a third embodiment
preferable. Furthermore, it is also preferable to have a “triangular” shape as in the fourth embodiment shown in FIG. 5 and an “ellipse” shape as in the fifth embodiment shown in FIG . Thus, the fourth
By appropriately designing or selecting the shape of the potential potential region 203b, it is possible to construct a charge transfer device having the highest transfer efficiency for signal charges having different charge amounts.

【0018】また、前記第1の実施形態では、第1〜第
4の電位ポテンシャル領域を不純物の濃度差により形成
しているが、図7に示す第6の実施形態のように各電荷
転送電極下の絶縁膜106の厚さをそれぞれ相違させる
ことにより、第1〜第4の電位ポテンシャル領域を各電
荷転送電極下に形成することもできる。また、図8に示
す第7の実施形態のように絶縁膜106の厚さを相違す
るとともに、各領域の不純物濃度を相違させるという、
両者の組み合わせでも可能である。
Further, in the first embodiment , the first to fourth potential potential regions are formed by the impurity concentration difference. However, as in the sixth embodiment shown in FIG. 7, each charge transfer electrode is formed. It is also possible to form the first to fourth potential potential regions under the respective charge transfer electrodes by making the thicknesses of the lower insulating films 106 different from each other. Further, as in the seventh embodiment shown in FIG. 8, the thickness of the insulating film 106 is made different and the impurity concentration of each region is made different.
A combination of both is also possible.

【0019】また、前記第1の実施形態では、2層電極
2相駆動の電荷転送装置について説明したが、図9に示
す第8の実施形態のように、単層電極2相駆動の電荷転
送装置についても、あるいは3層以上の電極を有する電
荷転送装置についても同様に適用できる。この実施形態
の場合には、本発明にかかる最終の電荷転送電極208
aは単一の電極として構成され、この電荷転送電極20
8aの直下に第1、第3及び第4の各電位ポテンシャル
領域102,203a,203bが構成されることにな
る。
[0019] In the first embodiment has described a charge transfer device having a two-layer electrode two-phase driving, as in the eighth embodiment shown in FIG. 9, a single-layer electrode the two-phase driving charge transfer The same applies to a device or a charge transfer device having three or more layers of electrodes. In this embodiment, the final charge transfer electrode 208 according to the invention is
a is configured as a single electrode, and the charge transfer electrode 20
The first, third, and fourth potential potential regions 102, 203a, and 203b are formed immediately below 8a.

【0020】さらに、本発明においては、前記第1の実
施形態の第3の導電性電極109に隣接した最終の電荷
転送電極208aがオフ(ロー電圧VLが印加)のと
き、第3の導電性電極109下に形成される電位ポテン
シャルより浅く、隣接する電荷転送電極207a下に形
成される電位ポテンシャルより深い電位であれば、図1
0に示す第9の実施形態のように、第3の電位ポテンシ
ャル領域となるN型半導体領域203aは、第2の電位
ポテンシャル領域となるN型半導体領域103と同じ電
位ポテンシャル構造としても良い。また、同様の理由に
より、図11に示す第10の実施形態のように、第4の
電位ポテンシャル領域となるN型半導体領域203b
が、第2の電位ポテンシャル領域となるN型半導体領域
103と同じ電位ポテンシャル構造としても良い。この
ように、第3の電位ポテンシャル領域、或いは第4のポ
テンシャル領域を構成する各半導体領域の不純物濃度を
第2の電位ポテンシャル領域としての半導体領域の不純
物濃度と等しい構造とすることにより、電荷転送装置を
構成するために必要とされる不純物濃度の異なるN型半
導体領域の数を低減することができるため、製造工程を
削減する上で有効となる。
Furthermore, in the present invention, when the final charge transfer electrode 208a adjacent to the third conductive electrode 109 of the first embodiment is off (low voltage VL is applied), the third conductive property is obtained. If the potential is shallower than the potential potential formed under the electrode 109 and deeper than the potential potential formed under the adjacent charge transfer electrode 207a, FIG.
As in the ninth embodiment shown in FIG. 0, the N-type semiconductor region 203a serving as the third potential potential region may have the same potential potential structure as the N-type semiconductor region 103 serving as the second potential potential region. Further, for the same reason, as in the tenth embodiment shown in FIG. 11, the N-type semiconductor region 203b to be the fourth potential potential region is formed.
However, the potential potential structure may be the same as that of the N-type semiconductor region 103 which is the second potential potential region. As described above, by making the impurity concentration of each semiconductor region forming the third potential potential region or the fourth potential region equal to the impurity concentration of the semiconductor region serving as the second potential potential region, the charge transfer is performed. Since it is possible to reduce the number of N-type semiconductor regions having different impurity concentrations required to form the device, it is effective in reducing the number of manufacturing steps.

【0021】さらに、第3の導電性電極109下の電位
ポテンシャルは、定電圧VOGにて設定可能なため、特
にN- 型半導体領域102である必要はなく、電位ポテ
ンシャルの関係が維持される限りにおいて、第3の導電
性電極109下の絶縁膜106の厚さを他の電極と相違
させることで、所定の電位ポテンシャルに設定するよう
にしても良い。
Further, since the potential potential under the third conductive electrode 109 can be set by the constant voltage VOG, it does not have to be the N − type semiconductor region 102, as long as the potential potential relationship is maintained. In the above, the thickness of the insulating film 106 under the third conductive electrode 109 may be different from that of the other electrodes to set the potential to a predetermined potential.

【0022】なお、前記各実施形態では、本発明を埋め
込み型の電荷転送装置に適用した例についつて説明した
が、表面型の電荷転送装置においても同様に適用できる
ことは言うまでもない。
In each of the above-described embodiments, an example in which the present invention is applied to a buried type charge transfer device has been described, but it goes without saying that the same can be applied to a surface type charge transfer device.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
1及び第2の電位ポテンシャル領域を備える電荷転送装
置において、最終の電荷転送電極の直下には、電荷転送
方向に沿って第1の電位ポテンシャル領域と、この第1
の電位ポテンシャル領域より電位ポテンシャルが深い第
3の電位ポテンシャルと、第3の電位ポテンシャル領域
より深い第4の電位ポテンシャル領域を有し、第4の電
位ポテンシャル領域は、チャンネル幅の絞られた領域
おいて、もしくは出力側に向けて末広がりとなる楕円、
台形、三角形のいずれかの平面形状に構成されているの
で、転送効率が問題となる信号電荷が小さい場合におい
ては、出力側に設けられた電位の深い第4の電位ポテン
シャル領域に信号電荷を蓄積することにより、電極下の
一番遠いところに存在する電荷の走行距離を短くでき、
転送効率が電極長あるいは電荷の走行距離で制限される
と言う問題を解決し、転送効率を改善することができ
る。また、信号電荷が多い場合においては、第4の電位
ポテンシャル領域のみならず第3の電位ポテンシャル領
域にも信号電荷を蓄積することができるため、蓄積電荷
量が低減されることもない。さらに第4の電位ポテンシ
ャル領域を前述の平面形状とすることで、電荷の走行距
離を短くすることができ、これにより異なる電荷量の信
号電荷に対して転送効率が最も高い電荷転送装置を構築
することができるという効果を得ることができる。
As described above, according to the present invention, in the charge transfer device having the first and second potential potential regions, the first charge transfer electrode is provided immediately below the final charge transfer electrode along the charge transfer direction. Potential potential region of the
Has a third potential potential deeper than the third potential potential region and a fourth potential potential region deeper than the third potential potential region, and the fourth potential potential region is a region with a narrow channel width.
, Or an ellipse that widens toward the output side,
Since the trapezoidal or triangular planar shape is used, when the signal charge, which causes a problem in transfer efficiency, is small, the signal charge is accumulated in the fourth potential potential region having a deep potential provided on the output side. By doing so, it is possible to shorten the travel distance of the electric charge existing at the farthest place under the electrode,
It is possible to solve the problem that the transfer efficiency is limited by the electrode length or the traveling distance of the charges, and improve the transfer efficiency. Further, when the signal charges are large, the signal charges can be accumulated not only in the fourth potential potential region but also in the third potential potential region, so that the accumulated charge amount is not reduced. Further, by making the fourth potential potential region have the above-mentioned planar shape, it is possible to shorten the traveling distance of the charges, thereby constructing the charge transfer device having the highest transfer efficiency for the signal charges having different charge amounts. The effect that can be obtained can be obtained.

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

【図1】本発明の参照例としての第1の実施形態の平面
図(a)と、そのI−I’線に沿う断面図(b)、及び
その動作を示すポテンシャル図(c)〜(e)である。
以下、図2〜図11においても同様である。
FIG. 1 is a plan view (a) of a first embodiment as a reference example of the present invention, a cross-sectional view (b) taken along the line II ′ of FIG. 1, and potential diagrams (c) to () showing the operation thereof. e).
The same applies to FIGS. 2 to 11 below.

【図2】本発明の参照例としての第1の実施形態の信号
電荷量が多い場合の平面図、断面図、及びポテンシャル
図である。
2A and 2B are a plan view, a cross-sectional view, and a potential diagram when the amount of signal charges in the first embodiment as a reference example of the invention is large.

【図3】本発明の参照例としての第2の実施形態の平面
図、断面図、及びポテンシャル図である。
FIG. 3 is a plan view, a sectional view, and a potential diagram of a second embodiment as a reference example of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施形態の平面図、断面図、及
びポテンシャル図である。
FIG. 4 is a plan view, a cross-sectional view, and a potential diagram of a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4の実施形態の平面図、断面図、及
びポテンシャル図である。
FIG. 5 is a plan view, a sectional view, and a potential diagram of a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第5の実施形態の平面図、断面図、及
びポテンシャル図である。
FIG. 6 is a plan view, a sectional view, and a potential diagram of a fifth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第6の実施形態の平面図、断面図、及
びポテンシャル図である。
FIG. 7 is a plan view, a sectional view, and a potential diagram of a sixth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第7の実施形態の平面図、断面図、及
びポテンシャル図である。
FIG. 8 is a plan view, a sectional view, and a potential diagram of a seventh embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第8の実施形態の平面図、断面図、及
びポテンシャル図である。
FIG. 9 is a plan view, a sectional view, and a potential diagram of an eighth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第9の実施形態の平面図、断面図、
及びポテンシャル図である。
FIG. 10 is a plan view, a cross-sectional view, and a ninth embodiment of the present invention.
It is a potential diagram.

【図11】本発明の第10の実施形態の平面図、断面
図、及びポテンシャル図である。
FIG. 11 is a plan view, a sectional view, and a potential diagram of a tenth embodiment of the present invention.

【図12】従来の電荷転送装置の一例の平面図(a)
と、I−I’線に沿う断面図(b)と、その動作を示す
ポテンシャル図(c)〜(e)である。
FIG. 12 is a plan view of an example of a conventional charge transfer device (a).
FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line II ′, and FIG. 9C is a potential diagram showing the operation thereof.

【図13】電荷転送装置の電極に印加するタイミング駆
動信号の電圧を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a voltage of a timing drive signal applied to an electrode of a charge transfer device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 P型半導体基板 102 N- 型半導体領域(第1の電位ポテンシャル領
域) 103 N型半導体領域(第2の電位ポテンシャル領
域) 104 N+ 型半導体領域 105 P+ 型半導体基板 106 絶縁膜 107a,107b 第1の導電性電極 108a,108b 第2の導電性電極 109 第3の導電性電極 110 第4の導電性電極 111 金属配線 112 浮遊拡散層部 203a N型半導体領域(第3の電位ポテンシャル領
域) 203b N型半導体領域(第4の電位ポテンシャル領
域) 207a 最終の第1の導電性電極 208a 最終の第2の導電性電極
101 P-type semiconductor substrate 102 N− type semiconductor region (first potential potential region) 103 N type semiconductor region (second potential potential region) 104 N + type semiconductor region 105 P + type semiconductor substrate 106 Insulating films 107a, 107b First conductive electrode 108a, 108b Second conductive electrode 109 Third conductive electrode 110 Fourth conductive electrode 111 Metal wiring 112 Floating diffusion layer section 203a N-type semiconductor region (third potential potential region) 203b N-type semiconductor region (fourth potential potential region) 207a Final first conductive electrode 208a Final second conductive electrode

───────────────────────────────────────────────────── 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 27/14 H01L 29/762 H04N 5/335 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/339 H01L 27/14 H01L 29/762 H04N 5/335

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数の第1の電位ポテンシャル領域及び
前記第1の電位ポテンシャルより深い第2の電位ポテン
シャル領域を有する電荷転送電極を有し、出力電極に隣
接した最終の電荷転送電極の直下では電位ポテンシャル
領域のチャンネル幅が出力側に向けて絞られている電荷
転送装置において、前記最終の電荷転送電極の直下に
は、前記電荷転送方向に沿って前記第1の電位ポテンシ
ャル領域と、前記第1のポテンシャル領域より深い第3
の電位ポテンシャル領域と、前記第3の電位ポテンシャ
ル領域より電位ポテンシャルが深い第4の電位ポテンシ
ャル領域とを備え、前記第4の電位ポテンシャル領域
は、前記チャンネル幅の絞られた領域において、出力側
に向けて末広がりとなる楕円、台形、三角形のいずれか
の平面形状に構成されていることを特徴とする請求項1
に記載の電荷転送装置。
1. A charge transfer electrode having a plurality of first potential potential regions and a second potential potential region deeper than the first potential potential, and directly below a final charge transfer electrode adjacent to the output electrode. In the charge transfer device in which the channel width of the potential potential region is narrowed toward the output side, immediately below the final charge transfer electrode, the first potential potential region and the first potential potential region are provided along the charge transfer direction. Third deeper than the potential region of 1
Potential potential region and a fourth potential potential region having a potential potential deeper than the third potential potential region, the fourth potential potential region being on the output side in the region where the channel width is narrowed.
It is configured in any one of an elliptical shape, a trapezoidal shape, and a triangular shape that spreads toward the end.
Charge transfer device according to.
【請求項2】 前記第4の電位ポテンシャル領域と前記
第2の電位ポテンシャル領域は同一電位ポテンシャルで
あることを特徴とする請求項1に記載の電荷転送装置。
2. The charge transfer device according to claim 1, wherein the fourth potential potential region and the second potential potential region have the same potential potential.
【請求項3】 前記第3の電位ポテンシャル領域と前記
第2の電位ポテンシャル領域は同一電位ポテンシャルで
あることを特徴とする請求項1に記載の電荷転送装置。
3. The charge transfer device according to claim 1, wherein the third potential potential region and the second potential potential region have the same potential potential.
【請求項4】 前記最終の電荷転送電極は、1つ又は同
一タイミングの駆動信号が入力される複数の電荷転送電
極で構成される請求項1ないし3のいずれかに記載の電
荷転送装置。
4. The charge transfer device according to claim 1, wherein the final charge transfer electrode is composed of one charge transfer electrode or a plurality of charge transfer electrodes to which drive signals at the same timing are input.
【請求項5】 前記第1ないし第4の電位ポテンシャル
領域はそれぞれ不純物の濃度差により形成していること
を特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の電荷
転送装置。
5. The charge transfer device according to claim 1, wherein each of the first to fourth potential potential regions is formed by a difference in impurity concentration.
【請求項6】 前記第1ないし第4の電位ポテンシャル
領域はそれぞれ各電荷転送電極下の絶縁膜の厚さを相違
させることにより形成していることを特徴とする請求項
1ないし5のいずれかに記載の電荷転送装置。
6. The first to fourth potential potential regions are formed by making the thicknesses of insulating films under the respective charge transfer electrodes different from each other. Charge transfer device according to.
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