JPH0277158A - Solid image pick-up device - Google Patents

Solid image pick-up device

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JPH0277158A
JPH0277158A JP63229406A JP22940688A JPH0277158A JP H0277158 A JPH0277158 A JP H0277158A JP 63229406 A JP63229406 A JP 63229406A JP 22940688 A JP22940688 A JP 22940688A JP H0277158 A JPH0277158 A JP H0277158A
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electrode
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charge transfer
gate electrode
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Abstract

PURPOSE:To prevent signal charge from mixing with that in a charge transfer part by a method wherein a read-out gate electrode and transfer electrodes are formed to be electrically isolated. CONSTITUTION:Transfer electrodes 7 (7a) cover only the upper part of an n type impurity layer 5 of a charge transfer part while a read-out gate electrode 10 electrically isolated from the transfer electrodes 7 (7a) is formed on the upper part of a read-out channel 8. The voltage of the read-out gate electrode 10 can be set up to make the potential (a) of the read-out channel 8 lower than PHIOFD and PHIL so that the signal charge in a photodiode 3 may be prevented from mixing with the signal charge below the transfer electrode 7 during charge transfer process. Furthermore, the transfer electrodes 7 (7a) being electrically isolated from the gate electrode 10 can augment values regardless of PHIOFD values, thereby preventing the signal mixture and increasing the transfer capacity.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は固体撮像装置、特にインクライン転送方式の固
体撮像装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a solid-state imaging device, and particularly to an incline transfer type solid-state imaging device.

(従来の技術) 前記固体撮像装置は、一般に第7図乃至第9図に示すよ
うに構成されていた。
(Prior Art) The solid-state imaging device is generally configured as shown in FIGS. 7 to 9.

即ち、半導体基板としてのn型基板1の上面には、薄層
部分2aを備えたp型ウェル層2が形成され、この薄層
部分2aの上方にn型不純物層3を積層することにより
、入射した光を光電変換して所定期間蓄積するpn接合
の光電変換素子(フォトダイオード)が形成されている
That is, a p-type well layer 2 having a thin layer portion 2a is formed on the upper surface of an n-type substrate 1 as a semiconductor substrate, and by laminating an n-type impurity layer 3 above this thin layer portion 2a, A pn junction photoelectric conversion element (photodiode) is formed that photoelectrically converts incident light and stores it for a predetermined period of time.

前記p型ウェル層2の薄層部分2aは浅く形成され、こ
れとn型基板1間に逆バイアス電圧4を印加することに
より、前記n型不純物層3おいて発生した過剰な信号電
荷を排除する縦形オーバーフロードレインが形成されて
いる。
The thin layer portion 2a of the p-type well layer 2 is formed shallowly, and by applying a reverse bias voltage 4 between the thin layer portion 2a and the n-type substrate 1, excess signal charges generated in the n-type impurity layer 3 are eliminated. A vertical overflow drain is formed.

また、前記p型ウェル層2の上面にn型不純物層5が形
成され、この上面に絶縁膜6を介して信転送電極7(7
a〜7d)を形成することにより、信号電荷を転送する
電荷転送部が構成されている。
Further, an n-type impurity layer 5 is formed on the upper surface of the p-type well layer 2, and a signal transfer electrode 7 (7) is formed on this upper surface with an insulating film 6 interposed therebetween.
A to 7d) form a charge transfer section that transfers signal charges.

この転送電極7(7a〜7d)は、前記フォトダイオー
ド3において発生し蓄積された信号電荷を前記電荷転送
部のn型不純物層5に転送するためのゲート電極を兼ね
ており、n型不純物層3,5の間の読み出しチャンネル
8まで延びてこの上方を覆っている。前記n型不純物層
3.5の側方のチャンネルスナップ9は、素子分離層で
ある。
The transfer electrodes 7 (7a to 7d) also serve as gate electrodes for transferring signal charges generated and accumulated in the photodiode 3 to the n-type impurity layer 5 of the charge transfer section. It extends up to and overlies the readout channel 8 between 3 and 5. The channel snaps 9 on the sides of the n-type impurity layer 3.5 are element isolation layers.

第10図は、前記電荷転送部の転送電極7a〜7dに印
加される入力パルスのタイミング図であり、φ は転送
電極7aに、φ5は転送電極7bに、φ は転送電極7
Cに、φ6は転送電極7dに夫々印加される周知の4相
駆動方式である。
FIG. 10 is a timing diagram of input pulses applied to the transfer electrodes 7a to 7d of the charge transfer section, where φ is applied to the transfer electrode 7a, φ5 is applied to the transfer electrode 7b, and φ is applied to the transfer electrode 7.
C and φ6 are applied to the transfer electrodes 7d, respectively, using a well-known four-phase drive system.

この第10図に示す11.12及びt3時に対応する第
8図のY 1− Y 2  Y 3部所面のポテンシャ
ル図を第11図に示す。
FIG. 11 shows a potential diagram of the plane Y 1 - Y 2 Y 3 in FIG. 8 corresponding to times 11.12 and t3 shown in FIG. 10.

同図において、t1時は、フォトダイオード3に入射し
た光が充電変換されて信号電荷が蓄積されている状態を
示し、Q   は、縦形オーバーPDa+ax フロードレインのポテンシャルによって決まるフォトダ
イオードの最大蓄積容量である。12時は、第10図に
示すvHが印加され、読み出しチャンネル8が高いポテ
ンシャルとなって、フォトダイオード3に蓄積された信
号電荷が電荷転送部に読み出されている状態を示す(以
下、この動作をフィールドシフト動作という)。t 時
は、vMが印加され、読み出しチャンネル8のポテンシ
ャルが低くなり、信号電荷が電荷転送部に読み出されて
しまった状態を示す。t3時の後は、周知の4相駆動の
動作により、第7図に示す垂直方向に信号電荷が転送さ
れる。
In the figure, time t1 indicates a state in which the light incident on the photodiode 3 is charged and converted and signal charges are accumulated, and Q is the maximum storage capacity of the photodiode determined by the potential of the vertical over PDa+ax flow drain. be. At 12 o'clock, vH shown in FIG. 10 is applied, the readout channel 8 becomes a high potential, and the signal charge accumulated in the photodiode 3 is read out to the charge transfer section. This operation is called field shift operation). At time t, vM is applied, the potential of the read channel 8 becomes low, and signal charges are read out to the charge transfer section. After time t3, signal charges are transferred in the vertical direction shown in FIG. 7 by a well-known four-phase drive operation.

第12図に、第9図に示すPl−22部における、第1
0図に示す11  及びt5のタイミ3′  4 ジグ時におけるポテンシャル図を示す。
FIG. 12 shows the first section in the Pl-22 section shown in FIG.
11 shown in Figure 0 and t5 timing 3' 4 shows a potential diagram at the time of jig.

この図は、4相駆動の基本的な転送動作を示すものであ
り、同図においてQTfflaxは、転送電荷の最大転
送容量である。このQTmaxは、同図から明らかなよ
うに、隣合う2つの電極にvMが印加された時のポテン
シャルΦMと、その2つの電極を挾む電極にVLが印加
された時のポテンシャルΦ、との差に比例する。即ち、
4相駆動における最大転送容量Q11.laxはVM−
V、に比例する。
This figure shows the basic transfer operation of four-phase drive, and in the figure, QTfflax is the maximum transfer capacity of transfer charges. As is clear from the figure, this QTmax is determined by the potential ΦM when vM is applied to two adjacent electrodes and the potential Φ when VL is applied to the electrode sandwiching the two electrodes. proportional to the difference. That is,
Maximum transfer capacity in 4-phase drive Q11. lax is VM-
It is proportional to V.

(発明が解決しようとする課題) 第13図に、ゲート電圧■6に対する読み出しチャンネ
ル8のポテンシャルの静特性グラフを(a)に、n型不
純物層5のそれを(b)に夫々示す。
(Problems to be Solved by the Invention) In FIG. 13, (a) shows a static characteristic graph of the potential of the read channel 8 with respect to the gate voltage (6), and (b) shows that of the n-type impurity layer 5.

従来、前記最大転送容量QT1.laXを増やすために
、■、の値を低くしたとしても、(b)のグラフを見て
解るように、このポテンシャルはVTH以下では低くな
らない。また、逆にvMの値を高くした□としても、(
a)に示す読み出しチャンネル8のポテンシャルΦ (
第14図)もvG〉0の領域S では、v6に比例して高くなってくる。そして、第14
図に示すように、このポテンシャルΦFSが縦形オーバ
フロードレインのポテンシャルΦOFDを越えると、例
えば、信号電荷の転送時にフォトダイオード3で光電変
換された信号電荷が転送電極7(7a)の下で転送され
ている信号電荷に混入してしまう。従って、このVMの
値は、ΦOPDの値に相当する電圧vMOFD以上にす
ることはできない。しかるに、前記QT、axは、vM
 −VMOFD’VL”vTllの時が最大である。
Conventionally, the maximum transfer capacity QT1. Even if the value of ■ is lowered in order to increase laX, as can be seen from the graph in (b), this potential does not decrease below VTH. Also, on the contrary, even if the value of vM is increased □, (
The potential Φ (
(Fig. 14) also increases in proportion to v6 in the region S where vG>0. And the 14th
As shown in the figure, when this potential ΦFS exceeds the potential ΦOFD of the vertical overflow drain, for example, the signal charge photoelectrically converted by the photodiode 3 during signal charge transfer is transferred under the transfer electrode 7 (7a). It mixes into the signal charge that is present. Therefore, the value of this VM cannot be greater than the voltage vMOFD corresponding to the value of ΦOPD. However, the QT, ax, is vM
-VMOFD'VL"vTll is the maximum.

以上のように、前記従来例における、4相駆動のような
転送時の印加電圧の振幅に前記最大転送容量QTlla
xが比例する場合にも限りがあり、それ以上の転送容量
が必要な場合には、n型不純物層5の領域を広くする等
といった微細化に適さない手段が必要になってしまう。
As described above, in the conventional example, the maximum transfer capacity QTlla depends on the amplitude of the applied voltage during transfer such as four-phase drive.
There is also a limit when x is proportional, and if a larger transfer capacity is required, a means unsuitable for miniaturization, such as widening the area of the n-type impurity layer 5, becomes necessary.

また、第13図に示すように、n型不純物層5において
は、vGく0の領域では変調度(ポテンシャル/vG)
がVG〉0の領域より低いため、変調度の高い領域をv
M<VMoDFでしか使用できない。第15図に前記Q
TIllaxのVL依存性のグラフを示す。
Furthermore, as shown in FIG. 13, in the n-type impurity layer 5, the degree of modulation (potential/vG) is
is lower than the region of VG〉0, the region of high modulation degree is defined as v
Can only be used with M<VMoDF. Figure 15 shows the Q
A graph of VL dependence of TIllax is shown.

第16図に、前記固体撮像装置の接地等の電気的等価回
路図を示す。チャンネルストップ9は、この装置の周辺
でしか接地されていないため、p型ウェル層2には、抵
抗RPa’ RPb・・・が存在し、また転送電極7a
、7b・・・とp型ウェル層2との間に容量CGa、C
Gb・・・が、p型ウェル層2とn型基板1との間に容
”pa−’Cpb・・・が夫々存在することになる。
FIG. 16 shows an electrical equivalent circuit diagram for grounding, etc. of the solid-state imaging device. Since the channel stop 9 is grounded only at the periphery of this device, the p-type well layer 2 has resistors RPa', RPb, and the transfer electrode 7a.
, 7b... and the p-type well layer 2, there are capacitances CGa, C
Gb . . . exists between the p-type well layer 2 and the n-type substrate 1, respectively.

ところで、転送電極7(7a)に前記フィールドシフト
動作の時VHレベルのパルスが加わると、瞬時に前記容
量によってp型ウェル層2のポテンシャルが、 ΔV pv −Cc、/ (Cc、+ Cp、) Xv
H・・・(1)だけ変動する。
By the way, when a VH level pulse is applied to the transfer electrode 7 (7a) during the field shift operation, the potential of the p-type well layer 2 instantly increases due to the capacitance as follows: ΔV pv −Cc, / (Cc, + Cp,) Xv
H... fluctuates by (1).

フィールドシフト動作が始まってから、この変動量Δv
Pwは接地レベルに回復するが、その回復時間は、各々
p型ウェル層2の位置と接地点からの距離に関係する分
布定数回路による定時数で決定される。従って、フォト
ダイオード3の位置によって回復時間が異なってしまう
ことになる。
Since the start of the field shift operation, this amount of variation Δv
Pw recovers to the ground level, and the recovery time is determined by a constant time determined by a distributed constant circuit that is related to the position of the p-type well layer 2 and the distance from the ground point. Therefore, the recovery time differs depending on the position of the photodiode 3.

第17図にp型ウェル層2のポテンシャルの変化に伴っ
て、残留電荷Q  が生じ、Q   がLAG    
  PDmax Q′    に減少した場合を示す。
FIG. 17 shows that as the potential of the p-type well layer 2 changes, a residual charge Q is generated, and Q is
The case where PDmax Q' is decreased is shown.

PDmax この場合は、第10図に示すフィールドシフト時間tF
sが前記定時数に比べ短かったため、p型ウェル層2が
十分に回復できず残留電荷QLAGが生じたのである。
PDmax In this case, the field shift time tF shown in FIG.
Since s was shorter than the constant time, the p-type well layer 2 could not be recovered sufficiently and a residual charge QLAG was generated.

第18図にフィールドシフト時間tFsに対する前記Q
′   の関係を示し、フォトダイオードDmax 3の位置によってこの回復時間が異なることを示す。こ
のようにフィールドシフト時間tFSが充分でない場合
には、フォトダイオード3の位置によって、QP、ax
が得られないことがあり、これが原因で、例えばフォト
ダイオードに−様な量の強い光が入射した場合でも、−
様な出力が得られない場合、即ちシェーディングを生じ
ることがあった。
FIG. 18 shows the above Q with respect to field shift time tFs.
', and shows that this recovery time differs depending on the position of the photodiode Dmax3. In this way, if the field shift time tFS is not sufficient, depending on the position of the photodiode 3, QP, ax
Because of this, for example, even if a - amount of strong light is incident on the photodiode, -
In some cases, a similar output cannot be obtained, that is, shading may occur.

更に、製造プロセル上、電荷転送部の口型不純物層5は
、一般にフォトマスクによる不純物イオンの注入によっ
て形成されるが、その場合、転送電極7との合わせずれ
量によっては、読み出しチャンネル8の領域のゲート長
に誤差が生じてしまい、例えばこのゲート長が短くなっ
て周知のショートチャンネル効果により、ポテンシャル
静特性に異状が生じる場合がある。
Furthermore, in the manufacturing process, the mouth-type impurity layer 5 of the charge transfer section is generally formed by implanting impurity ions using a photomask. An error occurs in the gate length, and, for example, when the gate length becomes short, an abnormality may occur in the potential static characteristics due to the well-known short channel effect.

第19図にn型不純物層5が読み出しチャンネル8側に
寄り、読み出しチャンネル8のゲート長が短(なった状
態を示す。そして、この時における転送電極7の電圧が
0■の時のポテンシャル図を第21図に示す。同図に示
すように、読み出しチャンネル8には、シラートチヤン
ネル効果により、ΔΦ8のポテンシャル低下が生じてし
まう。
FIG. 19 shows a state where the n-type impurity layer 5 is closer to the readout channel 8 side and the gate length of the readout channel 8 is shortened.The potential diagram when the voltage of the transfer electrode 7 at this time is 0. is shown in Fig. 21. As shown in Fig. 21, a potential drop of ΔΦ8 occurs in the readout channel 8 due to the Schillert channel effect.

また、第20図に前記第13図と同様のポテンシャル静
特性を示す。同図に示すように、読み出しチャンネル8
の静特性(a)は、ショートチャンネル効果によりデイ
プレッションタイプの特性となっている。こういった特
性の構造の場合、ΦOPDとなる” MOFDの値は低
くなり、最大転送容量QTmaxの最大値は低くなって
、前記と同様の問題が生じてしまう。
Further, FIG. 20 shows potential static characteristics similar to those shown in FIG. 13. As shown in the figure, readout channel 8
The static characteristic (a) is a depletion type characteristic due to the short channel effect. In the case of a structure with such characteristics, the value of ΦOPD "MOFD" becomes low, the maximum value of the maximum transfer capacity QTmax becomes low, and the same problem as described above occurs.

本発明は前記に鑑み、信号電荷を転送する電荷転送部の
平面的な面積を増大することなく、転送容量の増大して
、ダイナミックレンジの拡大を図るとともに、最大読み
出し電荷量のフォトダイオードの位置毎の不均一を抑制
して、シェーディングの低減を図ったものを提供するこ
とを目的とする。
In view of the above, the present invention aims to increase the transfer capacity and expand the dynamic range without increasing the planar area of the charge transfer section that transfers signal charges, and to adjust the position of the photodiode with the maximum readout charge amount. It is an object of the present invention to provide a device in which shading is reduced by suppressing non-uniformity in each case.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(課頴を解決するための手段) 前記目的を達成するため、本発明にかかる固体撮像装置
は、複数の光電変換素子と、この光電変換素子で発生し
た信号電荷を一時蓄積して転送する該光電変換素子に隣
接したMO5IJ1電極によって形成された電荷転送部
と、前記光電変換素子で発生した過剰電荷を半導体基板
に排出するオーバーフロードレインとを備えた固体撮像
装置において、前記光電変換素子で発生した信号電荷を
前記電荷転送部に読み出す読み出しゲート電極を、この
電荷転送部の不純物層の上方を覆う転送電極と電気的に
分離された電極によって構成したものである。
(Means for solving the problem) In order to achieve the above object, the solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of photoelectric conversion elements and a device that temporarily stores and transfers signal charges generated by the photoelectric conversion elements. A solid-state imaging device including a charge transfer section formed by a MO5IJ1 electrode adjacent to a photoelectric conversion element, and an overflow drain that discharges excess charges generated in the photoelectric conversion element to a semiconductor substrate. A readout gate electrode for reading out signal charges to the charge transfer section is constituted by an electrode that is electrically separated from a transfer electrode that covers the impurity layer of the charge transfer section.

また、前記信号電荷を電荷転送部に読み出すゲート電極
を予め形成し、この電極のセルフ・アラインによる不純
物イオンの注入により、前記電荷転送部の不純物層を形
成するようにすることもできる。
Alternatively, a gate electrode for reading out the signal charge to the charge transfer section may be formed in advance, and the impurity layer of the charge transfer section may be formed by implanting impurity ions through self-alignment of this electrode.

(作 用) 前記のように構成した本発明によれば、読み出しゲート
電極と転送電極とは電気的に分離されて形成されている
ため、読み出しゲート電極と転送電極に夫々異なる任意
のパルスを印加することができ、これにより、読み出し
ゲート電極下の読み出しチャンネルのポテンシャルΦF
sを任意に設定するとともに、転送電極にパルスが印加
された時のこの下の電気転送部のn型不純物層のポテン
シャルΦ 及びΦ をこのポテンシャルΦFsとは無M 関係に任意に設定することができる。これによって信号
電荷の混入を防止しつつ、電荷転送容量を大きくすると
ともに、振幅効率を向上させることができる。
(Function) According to the present invention configured as described above, since the readout gate electrode and the transfer electrode are formed electrically separated, different arbitrary pulses can be applied to the readout gate electrode and the transfer electrode, respectively. This allows the potential of the readout channel under the readout gate electrode ΦF
In addition to arbitrarily setting s, it is possible to arbitrarily set the potentials Φ and Φ of the n-type impurity layer in the electrical transfer section below when a pulse is applied to the transfer electrode so that there is no relationship M with this potential ΦFs. can. This makes it possible to increase charge transfer capacity and improve amplitude efficiency while preventing signal charges from being mixed in.

また、フィールドシフト時に印加するパルスを読み出し
ゲート電極のみとすることができ、これにより転送電極
とウェル層との間に生じる容量を減少させることができ
る。
Further, the pulse applied during field shift can be applied only to the readout gate electrode, thereby reducing the capacitance generated between the transfer electrode and the well layer.

更に、読み出しゲート電極を予め形成し、この電極のセ
ルフ中アラインによる不純物イオンの注入により、電荷
転送部のn型不純物層を形成することにより、このn型
不純物層の読み出しチャンネルへの食い込みを極力防止
して、ゲート長が常にほぼ一定となるようにすることが
できる。
Furthermore, by forming a readout gate electrode in advance and implanting impurity ions through self-alignment of this electrode to form an n-type impurity layer in the charge transfer section, encroachment of this n-type impurity layer into the readout channel is minimized. This can be prevented so that the gate length is always approximately constant.

(実施例) 以下、図面を参照して、本発明の詳細な説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図乃至第5図は第1の実施例を示し、前記従来例と
同様に、半導体基板としてのn型基板1の上面には、薄
層部分2aを備えたp型ウェル層2が形成され、この薄
層部分2aの上方にn型不純物層3を積層することによ
り、入射した光を光電変換して所定期間蓄積するpn接
合の光電変換素子(フォトダイオード)が形成されてい
る。
1 to 5 show a first embodiment, in which, similarly to the conventional example, a p-type well layer 2 with a thin layer portion 2a is formed on the upper surface of an n-type substrate 1 as a semiconductor substrate. By laminating an n-type impurity layer 3 above this thin layer portion 2a, a pn junction photoelectric conversion element (photodiode) that photoelectrically converts incident light and stores it for a predetermined period is formed.

前記p型ウェル層2の薄層部分2aは浅く形成され、こ
れとn型基板1間に逆バイアス電圧4を印加することに
より、前記n型不純物層3おいて発生した過剰な信号電
荷を排除する縦形オーバーフロードレインが形成されて
いる。
The thin layer portion 2a of the p-type well layer 2 is formed shallowly, and by applying a reverse bias voltage 4 between the thin layer portion 2a and the n-type substrate 1, excess signal charges generated in the n-type impurity layer 3 are eliminated. A vertical overflow drain is formed.

また、前記p型ウェル層2の上面にn型不純物層5が形
成され、この上面に絶縁膜6を介して信転送電極7(7
a〜7d)を形成することにより、信号電荷を転送する
電荷転送部が形成されている。
Further, an n-type impurity layer 5 is formed on the upper surface of the p-type well layer 2, and a signal transfer electrode 7 (7) is formed on this upper surface with an insulating film 6 interposed therebetween.
A to 7d) form a charge transfer section that transfers signal charges.

ここまでは、前記従来例と同様であるが、本実施例は以
下のような構成が備えられている。
Up to this point, the configuration is the same as that of the conventional example, but the present example has the following configuration.

即ち、転送電極7 (7a)は、電荷転送部のn型不純
物層5の上方のみを覆い、また読み出しチャンネル8の
上方には、この転送電極7 (7a)とは電気的に分離
された読み出しゲート電極10が形成されている。
That is, the transfer electrode 7 (7a) covers only the upper part of the n-type impurity layer 5 of the charge transfer section, and the readout channel 8 is provided above the readout channel 8, which is electrically separated from the transfer electrode 7 (7a). A gate electrode 10 is formed.

第2図に、前記第10図に対応する入力パルスのタイミ
ング図を示す。同図において、す、は読み出しゲート電
極10に印加される入力パルスであり、第10図におけ
るφ 及びφ に存在したa        C フィールドシフト期間のVHのみが読み出しゲート電極
10に印加され、このφ 及びφ にはa      
  C Vaは存在しない。
FIG. 2 shows a timing chart of input pulses corresponding to FIG. 10. In the same figure, S is an input pulse applied to the readout gate electrode 10, and only the VH during the a C field shift period that existed at φ and φ in FIG. 10 is applied to the readout gate electrode 10, and this φ and φ has a
C Va does not exist.

この図に示すt 及びt3のタイミング時における第1
図のY i −Y 2− Y 3部所面のポテンシャル
図を第3図に示す。
The first at the timing of t and t3 shown in this figure.
FIG. 3 shows a potential diagram of the three planes Y i -Y 2 - Y in the figure.

同図において、t2時は、フィールドシフト期間であり
、読み出しゲート電極10にVHが印加され、読み出し
チャンネル8が深くなって、電荷転送部に信号電荷が読
み出された状態を示す。
In the figure, time t2 is a field shift period, in which VH is applied to the readout gate electrode 10, the readout channel 8 becomes deeper, and signal charges are read out to the charge transfer section.

t3時は、読み出しチャンネル8が浅くなり、電荷転送
部に信号電荷が一時蓄積された状態を示す。
At time t3, the read channel 8 becomes shallow, indicating a state in which signal charges are temporarily accumulated in the charge transfer section.

第4図に信号電荷が転送されている状態を前記第14図
相当図を示す。
FIG. 4 shows a state in which signal charges are transferred, which corresponds to FIG. 14.

同図に示すように、読み出しゲート電極10の電圧を、
読み出しチャンネル8のポテンシャルがΦOPDよりよ
<、且つΦ□より浅くなるように設定することにより、
電荷転送時の転送電極7の下の/、を号電荷にフォトダ
イオード3中の信号電荷が混入してしまうことを防止す
ることができる。
As shown in the figure, the voltage of the read gate electrode 10 is
By setting the readout channel 8 potential to be less than ΦOPD and shallower than Φ□,
It is possible to prevent the signal charge in the photodiode 3 from being mixed into the signal charge under the transfer electrode 7 during charge transfer.

また、転送電極7(7a)は読み出しゲート電極10と
電気的に分離されているため、前記VMの値をΦ。F、
の値にとられれることなく高くすることができ、これに
よって信号の混入を防止しつつ転送容量を大きくするこ
とができる。
Further, since the transfer electrode 7 (7a) is electrically isolated from the read gate electrode 10, the value of VM is set to Φ. F,
It is possible to increase the transfer capacity without being limited to the value of , thereby increasing the transfer capacity while preventing signal mixing.

そして、■ の値をV M> V opoで使用できる
ため、変調度の高い領域V。〉0を多く使用でき、振幅
効率を高くすることができる。
Since the value of ■ can be used with V M > V opo, the region V has a high degree of modulation. >0 can be used in large numbers, and the amplitude efficiency can be increased.

更に、読み出しゲート電極10と転送電極7(7a)と
は、電気的に分離されているため、フィールドシフト時
にVnが印加されるのは、読み出しゲート電極10のみ
となる。そして、この読み出しゲート電極10は、読み
出しチャンネル8の上のみを覆っているため、転送電極
7 (7a)とp型ウェル層2との間の容i c Ga
’ は、従来の容量cG、(第16図)より小さくなる
。よって、p型ウェル層2のフィールドシフト時の前記
ポテンシャル変動△VPWは、この容量CGaに比例す
るために小さくなる。すると、前記第18図に相当する
Q′   のフィールドシフト時間tFSの依Dmax 存性のグラフは、第5図のようになる。
Further, since the read gate electrode 10 and the transfer electrode 7 (7a) are electrically isolated, Vn is applied only to the read gate electrode 10 during field shift. Since the readout gate electrode 10 covers only the readout channel 8, the capacity between the transfer electrode 7 (7a) and the p-type well layer 2 is
' is smaller than the conventional capacitance cG (FIG. 16). Therefore, the potential fluctuation ΔVPW of the p-type well layer 2 at the time of field shift is proportional to this capacitance CGa, and therefore becomes small. Then, the graph of the dependence of Q' on field shift time tFS on Dmax, which corresponds to FIG. 18, becomes as shown in FIG.

同図に示すように、Q′    のフォトダイオPDI
Ilax −ド3の位置による差が小さくなるので、前記シェーデ
ィングを発生を低減することができる。
As shown in the figure, the photodiode PDI of Q'
Since the difference depending on the position of the Ilax-domain 3 is reduced, the occurrence of the shading can be reduced.

第6図は、第2の実施例を示すもので、前記第1の実施
例を異なる点は、読み出しゲート電極10′を第1層の
ゲートで形成するとともに、転送電極7’  (7’ 
a>が形成される以前の成形プロセスで、この読み出し
ゲート電極10′のセルフ・アライン法による不純物イ
オンの注入により、電荷転送部のn型不純物層5を形成
した点にある。
FIG. 6 shows a second embodiment, which differs from the first embodiment in that the readout gate electrode 10' is formed of a first layer gate, and the transfer electrode 7'(7'
The n-type impurity layer 5 of the charge transfer portion was formed by implanting impurity ions into the readout gate electrode 10' by the self-alignment method in the molding process before forming the readout gate electrode 10'.

このように構成することにより、n型不純物層5の読み
出しチャンネル8への食い込みを、ある一定量の不純物
の横拡散量のみに抑えることができ、これによってn型
不純物層5のフォトマスクの合わせずれに読み出しチャ
ンネル8のゲート長が短くなってショートチャンネル効
果が生じてしまうことを防止するようにすることができ
る。
With this configuration, the encroachment of the n-type impurity layer 5 into the readout channel 8 can be suppressed to only a certain amount of lateral diffusion of the impurity. It is possible to prevent the gate length of the read channel 8 from becoming short due to the deviation, thereby preventing the short channel effect from occurring.

なお、n型不純物層5を読み出しゲート電極10’のセ
ルフ・アライン法によって形成できるならば、読み出し
ゲート10′は、第1層目のゲートと限る必要はない。
Note that if the n-type impurity layer 5 can be formed by the self-alignment method of the readout gate electrode 10', the readout gate 10' is not limited to the first layer gate.

また、前記各実施例は、n型基板の上にpウェル層を設
けた構造を示しているが、これに限ることはなく、更に
縦形オーバーフロードレインの代りに横形オーバーフロ
ードレインであっても良いことは勿論である。
Further, although each of the above embodiments shows a structure in which a p-well layer is provided on an n-type substrate, the structure is not limited to this, and a horizontal overflow drain may be used instead of a vertical overflow drain. Of course.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は前記のような構成であるので、信号電荷を転送
する電荷転送部の平面的な面積を増すことなく、しかも
電荷転送部への印加パルスの振幅を大きくすることなく
、電荷転送部の最大転送容量を大きくすることができる
Since the present invention has the above-mentioned configuration, the charge transfer section can be improved without increasing the planar area of the charge transfer section that transfers signal charges, and without increasing the amplitude of the pulse applied to the charge transfer section. Maximum transfer capacity can be increased.

しかも、信号電荷を読み出す時のウェルのポテンシャル
の変動を小さくして、信号電荷の最大読み出し電荷量の
フォトダイオードの位置毎の不均一を低減して、シェー
ディングを低減することができる。
Moreover, it is possible to reduce fluctuations in the potential of the well when reading signal charges, reduce non-uniformity of the maximum readout charge amount of signal charges at each position of the photodiode, and reduce shading.

また、信号電荷を読み出すゲート電極のセルフ・アライ
ンで電荷転送部の不純物層を形成するようにすることに
より、読み出しチャンネルがショートしてしまうことを
防止して、電荷転送部への信号電荷の混入を防止するこ
とができるといった効果がある。
In addition, by forming an impurity layer in the charge transfer section by self-aligning the gate electrode that reads out the signal charges, shorting of the readout channel can be prevented and signal charges can be mixed into the charge transfer section. It has the effect of being able to prevent

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図乃至第5図は本発明の第1の実施例を示し、第1
図は縦断面図(第8図相当図)、第2図は駆動パルスの
タイミング図、第3図(イ)及び(ロ)は第2図に示す
t 及びt3時における第1図のYl−Y2−Y3部断
面のポテンシャル図、第4図は転送動作時における前記
Y1−Y2−Y3部断面のポテンシャル図、第5図はポ
テンシャルQ′    のフィールドシフト時間’PS
へのDmax 依存性を示すグラフ、第6図は第2の実施例を示す第1
図相当図、第7図乃至第18図は従来例を示し、第7図
は平面図、第8図は第7図のXl−X2断面図、第9図
は第7図の21−22断面図、第10図は駆動パルスの
タイミング図、第11図(イ)(ロ)及び(ハ)は第1
0図に示すti。 t 及びt3時における第8図のYI  Y2−Y3部
断面のポテンシャル図、第12図(イ)(ロ)及び(ハ
)は第10図に示すt4”5及びt6時における第9図
のP I  F 2部のポテンシャ11図、第13図は
ゲート電圧■Gに対する読み出しチャンネル(a)及び
n型不純物層(b)の静特性を夫々示すグラフ、第14
図は第4図相当図、第15図はポテンシャルQTIll
axovLへの依存性を示すグラフ、第16図は電気的
等価回路、第17図はp型ウェル層が変動した時の第1
1図(ロ)相当図、第18図は第5図相当図、第19図
乃至第21図は他の異なる従来例を示し、第19図は第
8図相当図、第20図は第13図相当図、第21図は転
送電極の電圧がOvの時の第14図相当図である。 1・・・n型基板(半導体基板)、2・・・p型ウェル
層、2a・・・同薄層部分、3・・・n型不純物層(フ
ォトダイオード)、5・・・n型不純物層(電荷転送部
)、7(7a〜7d)・・・転送電極(電荷転送部)、
8・・・読み出しチャンネル、10・・・読み出しゲー
ト電極。 出願人代理人  佐  藤  −雄 ΦM 為1図        第4図 蔦2 図 (tzl                (13)(
イ)                     (0
)罠3図 Q’POrmx 為5図        嶌6図 罠9図 (イ)                      
 (ロ)(lり 嶌12図 jl’)16図 晃旧図     為19図 地2Q図
1 to 5 show a first embodiment of the present invention.
The figure is a longitudinal cross-sectional view (corresponding to Figure 8), Figure 2 is a timing diagram of drive pulses, and Figures 3 (A) and (B) are Yl- of Figure 1 at times t and t3 shown in Figure 2. Figure 4 is a potential diagram of the Y1-Y2-Y3 section during transfer operation, and Figure 5 is a potential diagram of the field shift time 'PS of potential Q'.
FIG. 6 is a graph showing the dependence of Dmax on the second embodiment.
7 to 18 show the conventional example, FIG. 7 is a plan view, FIG. 8 is a sectional view taken along line Xl-X2 in FIG. 7, and FIG. 9 is a 21-22 sectional view shown in FIG. 7. Figures 10 and 10 are timing diagrams of drive pulses, and Figures 11 (a), (b), and (c) are the timing diagrams of the driving pulses.
ti shown in Figure 0. The potential diagram of YI Y2-Y3 cross section of FIG. 8 at times t and t3, and the potential diagram of FIG. 11 and 13 are graphs showing the static characteristics of the readout channel (a) and the n-type impurity layer (b) with respect to the gate voltage ■G, respectively.
The figure is equivalent to Figure 4, and Figure 15 is the potential QTIll.
A graph showing the dependence on axovL, Fig. 16 is an electrical equivalent circuit, and Fig. 17 is a graph showing the dependence on axovL.
1(B), FIG. 18 is a diagram equivalent to FIG. 5, FIGS. 19 to 21 show other different conventional examples, FIG. 19 is a diagram equivalent to FIG. 8, and FIG. FIG. 21 is a diagram equivalent to FIG. 14 when the voltage of the transfer electrode is Ov. 1... N-type substrate (semiconductor substrate), 2... P-type well layer, 2a... Thin layer portion, 3... N-type impurity layer (photodiode), 5... N-type impurity layer (charge transfer section), 7 (7a to 7d)...transfer electrode (charge transfer section),
8... Readout channel, 10... Readout gate electrode. Applicant's agent Sato - Yu ΦM Figure 1 Figure 4 Tsuta 2 Figure (tzl (13) (
b) (0
) Trap 3 figure Q'POrmx Tame 5 figure Ima 6 figure Trap 9 figure (a)
(B) (Irishima map 12 jl') Figure 16 Akira old map Tame 19 map 2Q map

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、複数の光電変換素子と、この光電変換素で発生した
信号電荷を一時蓄積して転送する該光電変換素に隣接し
たMOS型電極によって形成された電荷転送部と、前記
光電変換素子で発生した過剰電荷を半導体基板に排出す
るオーバーフロードレインとを備えた固体撮像装置にお
いて、前記光電変換素子で発生した信号電荷を前記電荷
転送部に読み出す読み出しゲート電極を、この電荷転送
部の不純物層の上方を覆う転送電極と電気的に分離され
た電極によって構成したことを特徴とする固体撮像装置
。 2、前記信号電荷を電荷転送部に読み出す読み出しゲー
ト電極を予め形成し、この電極のセルフ・アラインによ
る不純物イオンの注入により、前記電荷転送部の不純物
層を形成したことを特徴とする請求項1記載の固体撮像
装置。
[Scope of Claims] 1. A charge transfer section formed by a plurality of photoelectric conversion elements and a MOS type electrode adjacent to the photoelectric conversion elements that temporarily stores and transfers signal charges generated by the photoelectric conversion elements; In a solid-state imaging device including an overflow drain for discharging excess charge generated in the photoelectric conversion element to a semiconductor substrate, a readout gate electrode for reading signal charges generated in the photoelectric conversion element to the charge transfer section is connected to the charge transfer section. What is claimed is: 1. A solid-state imaging device comprising a transfer electrode covering an upper part of an impurity layer and an electrically separated electrode. 2. A readout gate electrode for reading out the signal charge to the charge transfer section is formed in advance, and the impurity layer of the charge transfer section is formed by implanting impurity ions through self-alignment of this electrode. The solid-state imaging device described.
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