JPH04148536A - 転送電荷増幅装置 - Google Patents

転送電荷増幅装置

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JPH04148536A
JPH04148536A JP2274219A JP27421990A JPH04148536A JP H04148536 A JPH04148536 A JP H04148536A JP 2274219 A JP2274219 A JP 2274219A JP 27421990 A JP27421990 A JP 27421990A JP H04148536 A JPH04148536 A JP H04148536A
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region
gate electrode
charge
junction
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Masaharu Hamazaki
浜崎　正治
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序に従って本発明を説明する。
Ａ、産業上の利用分野 Ｂ１発明の概要 Ｃ１従来技術 り０発明が解決しようとする問題点 Ｅ１問題点を解決するための手段 １１作用 Ｇ、実施例［第１図乃至第５図］ Ｈ３発明の効果 （Ａ、産業上の利用分野） 本発明は転送電荷増幅装置、特に高変換効率で信号電荷
を検出する低ノイズの転送電荷増幅装置に関する。
（Ｂ、発明の概要） 本発明は、転送電荷増幅装置において、変換効率を高め
るため、 転送電荷を通す埋込チャンネル領域の表面にこれと逆導
電型の表面チャンネル領域を形成し、上記埋込チャンネ
ル領域により分離せしめられたソース・ドレイン領域と
上記表面チャンネル領域により接合ゲート型ＦＥＴを形
成し、上記表面チャンネル領域上に絶縁されたゲート電
極を形成し、該ゲート電極と上記接合ゲート型ＦＥＴの
ソース領域とを電気的に接続したものである。
（Ｃ，従来技術） ＣＯＤにより転送されてきた信号電荷の検出には種々の
方法があるが、従来、Ｆ　Ｄ　Ａ　（Ｆｌｏａｔｉｎｇ
Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）が多く用い
られていた。
しかしながら、ＦＤＡによれば、フローティングデイフ
ュージョン領域をプリチャージゲートにより所定電位に
プリセットするときに発生するリセットノイズが小さく
ないという問題がある。また、リセットノイズのほかに
、ＭＯＳトランジスタの１／ｆノイズ、ホワイトノイズ
等も存在し、これ等も無視できない程大きい。
そのため、ＣＣＤを用いたビデオカメラ等においてはＣ
ＤＳ　（相関二重サンプリング）回路を用いてノイズを
圧縮しているが、変換効率を高めようとするとリセット
ノイズが大きくなるのでＣＤＳ回路ではノイズを除去し
きれなくなるという問題がある。
また、ＨＤＴＶに対応する装置では動作が高速化するの
で、ＣＤＳ処理を行う時間が充分に採れない。そのため
、リセットノイズ等が太き（なるという問題がある。
そこで、ＨＤＴＶ対応のためにＦＤＡを改良してリセッ
トノイズをなくし、更には変換効率を高める試みが為さ
れている。その試みの一つは１９８８年テレビジョン学
会全国大会予稿集５１〜５２頁２−１２　ｒＣＣＤ用高
感度電荷検出器」により紹介されており、また、別の試
みは１９８９年テレビジョン学会全国大会予稿集２７〜
２８頁２−８「環状接合ゲート型低雑音ＣＯＤ電荷検出
器」により紹介されている。
前者は、ＣＣＤの埋込チャンネル領域の直下に検出トラ
ンジスタのｐ型チャンネルを形成し、信号電荷を埋込チ
ャンネル領域により検出トランジスタのチャンネルに対
して垂直方向に転送するようにしたものであり、検出ト
ランジスタのｐ型チャンネルを流れる電流は転送信号電
荷によって変調されることになり、その電流から信号電
荷の検出ができる。
後者は、出力ゲートと、リセットゲートとの間にｐ型の
ウェルをチャンネルとする接合ゲート型ＦＥＴを設け、
これを初段ソースホロワアンプの駆動トランジスタとす
るものである。該接合ゲート型ＦＥＴのゲートが電荷検
出容量と一体化した環状の接合ゲート（ＲＪＧ）である
ので、この転送電荷増幅装置は環状接合ゲートＣＣＤ電
荷検出器と称される。この転送電荷増幅装置の原理は、
ＣＣＤを転送されてきた信号電荷を接合ゲートに蓄積し
、それに伴う電位変動により上記接合ゲート型ＦＥＴの
ドレイン電流を変調して次段のソースホロワに伝達する
ものである。
（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）上記改良型の各
転送電荷増幅装置は共通して信号電荷の排出を完全転送
により取り残しなく行うことができるのでリセットノイ
ズをなくすことができるという利点を有しているが、し
かし、被変謂電流であるホール電流が埋込チャンネル領
域を通り、通るところが半導体基板の表面から相当に深
いのでショートチャンネル効果が太きくｇｍを大きくで
きず、そのため変換効率を高めることが難しいという問
題があった。無理に変換効率を高くしても動作スピード
が遅くなる。
本発明はこのような問題点を解決すべく為されたもので
あり、低ノイズで高変換効率の転送電荷増幅装置を提供
することを目的とする。
（Ｅ、問題点を解決するための手段） 本発明転送電荷増幅装置は上記問題点を解決するため、
転送電荷を通す埋込チャンネル領域の表面にこれと逆導
電型の表面チャンネル領域を形成し、上記埋込チャンネ
ル領域により分離せしめられたソース・ドレイン領域と
上記表面チャンネル領域により接合ゲート型ＦＥＴを形
成し、上記表面チャンネル領域上に絶縁されたゲート電
極を形成し、該ゲート電極と上記接合ゲート型ＦＥＴの
ソース領域とを電気的に接続したことを特徴とする。
（Ｆ、作用） 本発明転送電荷増幅装置によれば、埋込チャンネル領域
を流れる信号電荷によって埋込チャンネル領域より基板
表面側の表面チャンネル領域を流れるところの出力トラ
ンジスタたる接合ゲート型ＦＥＴのドレイン電流を変調
することにより信号電荷の検出ができ、表面チャンネル
領域が半導体基板の表面側に形成されているのでショー
トチャンネル効果を防ぐことができ、ｇｍを高（できる
。そして、接合ゲート型ＦＥＴのソースを絶縁ゲート電
極に接続することにより正帰還することができるので更
に変換効率を高めることができる。
（Ｇ、実施例）［第１図乃至第５図］ 以下、本発明転送電荷増幅装置を図示実施例に従って詳
細に説明する。
図面は本発明転送電荷増幅装置の一つの実施例を説明す
るためのものである。
第１図乃至第３図は転送電荷増幅装置の構造を示し、第
１図は平面図、第２図は第１図の２−２線に沿う断面図
、第３図は第１図の３−３線に沿う断面図である。
図面において、１はｎ型半導体基板、２はｐ型ウェル、
３は該ウェル２の表面部に選択的に形成された電荷転送
用のｎ型埋込チャンネル領域であり、ここにＣＯＤの信
号電荷が転送されてくる。
尚、該埋込チャンネル領域３は第１図では破線で示した
。
４は上記電荷転送用のｎ型埋込チャンネル領域３の表面
部に選択的に形成されたｐ−型の表面チャンネル領域で
、本転送電荷増幅装置の駆動トランジスタである接合ゲ
ート型ＦＥＴのチャンネルを成す。５は表面チャンネル
領域４の略中央部にｎ型埋込チャンネル領域３に達する
深さに形成されたｐ゛型の半導体領域であり、上記接合
ゲート型ＦＥＴのソース領域を成す。そして、これが本
転送電荷増幅装置の出力点となる。
６．６は上記埋込チャンネル領域３を両側から挟むよう
に形成されたドレイン領域であり、該ドレイン領域６．
６、上記ソース領域５及び上記表面チャンネル領域４に
よって接合ゲート型ＦＥＴが構成されることになる。そ
して、この接合ゲート型ＦＥＴの接合ゲートにあたるの
は電荷転送用埋込チャンネル領域３である。
７はリセット用ｎ°型拡散層であり、埋込チャンネル領
域３の後述するプリチャージゲートを挟んで表面チャン
ネル領域４から離した領域に形成されており、ＣＣＤの
転送電荷はこの拡散層７を通じて排出される。即ち、完
全転送される。８は該拡散層７に接続された電極で一定
のリセット用電位が与えられる。
９は上記表面チャンネル領域４上をゲート絶縁膜１０を
介して覆うリング状のゲート電極で、その中央部の孔に
は上記ソース領域５に接続されたアルミニウム電極１１
が通っている。このゲート電極９とアルミニウム電極１
１とは電気的に接続されている。このゲート電極９は第
１図においては２点鎖線で示した。１２はアウトプット
ゲート、１３はプリチャージゲートである。
本転送電荷増幅装置の構成の概略を述べると、ＣＣＤか
らの信号電荷が転送されてくるｎ型埋込チャンネル領域
３の表面に薄いｐ−型の表面チャンネル領域４を形成し
てホールの流れるチャンネルとし、これをチャンネルと
する接合ゲート型ＦＥＴのソース領域（ｐ’型）５もｎ
型埋込チャンネル領域３表面側にっ（す、埋込チャンネ
ル領域３が形成されたｎ型ウェル２と、上記表面チャン
ネル領域４及びソース領域５との間を埋込チャンネル領
域３により分離した構造を有している。
そして、上記表面チャンネル領域４の表面側には絶縁ゲ
ート電極１１が形成されており、該ゲート電極１１と、
接合ゲート型ＦＥＴのソース領域５とは電気的に接続さ
れている。
第４図は本転送電荷増幅装置の回路図である。
同図において、Ｑｄが上記接合ゲート型ＦＥＴからなる
駆動トランジスタであり、負荷トランジスタ（これはＭ
ＯＳＦＥＴ）Ｑ℃と接続されてソースホロア回路を構成
している。そして、このソースホロア回路の出力点であ
る上記ソース領域５と絶縁ゲート電極９とを電気的に接
続することによりｐ−型の表面チャンネル領域４とゲー
ト電極９との間の容量は実効的に１−Ｇ倍になる。ここ
で、Ｇは該ソースホロア回路のゲインであり、１以下で
ある０例えばこのゲインを０．９にすると、表面チャン
ネル領域４・ゲート電極９間の容量Ｃｏｘは実効的に１
／１０になり、入力容量が１０分の１に減少することに
なる。従って、変換効率を高（することができる。
また、上記ソース領域５と絶縁ゲート電極９とを電気的
に接続することにより出力を入力側に正帰還することが
でき、正帰還することにより変換効率を高くすることが
できるというようにも把握することができる。
仮に、ＣＯＤからの信号電荷が多（なったとするとそれ
に伴って接合ゲート型ＦＥＴＱｄを流れるホール電流も
多くなる。すると、接合ゲート型ＦＥＴのソース領域５
の電位が下り、延いてはゲート電極１１の電位が下るの
で表面チャンネル領域４にはホールが更に多く銹起され
、ホール電流が多（なる。この繰返しでホール電流が益
々多くなろうとする。即ち、正帰還するのである。
従って、変換効率を高くすることができるのである。但
し、バックバイアス効果により無制限にホール電流が増
大することが抑制されるのである。
第５図は第４図に示す接合ゲート型ＦＥＴＱｄと負荷Ｍ
Ｏ３ＦＥＴＱρからなる回路の動作特性を示すものであ
る。負荷ＭＯ８ＦＥＴＱｎはゲートに一定の電位を与え
られているので、それの電圧電流特性曲線（所謂負荷線
に相当する。負荷が本実施例では抵抗ではなくＭＯＳ）
ランジスタなので線は直線ではなく曲線になっている。
）は変化しない。
一方、接合ゲート型ＦＥＴＱｄは定電流的特性を示し、
立ち上り部分を除きその傾きは小さい。
そして、その電圧電流特性は転送信号電荷によって変化
する。ａはある信号電荷のときの特性曲線、ｂはそれよ
り信号電荷が稍多いときの特性曲線、Ｃはそれより更に
信号電荷が多いときの特性曲線である。前述の正帰還が
かかるため電圧電流特性曲線の信号電荷によるシフト量
が太き（なる、従って、その特性曲線と負荷ＭＯ５ＦＥ
Ｔの電圧特性曲線との交わる点、即ち動作点が信号電荷
の量により大きく変化する。そして、前述のように接合
ゲート型ＦＥＴＱｄの電圧電流特性曲線の傾きが小さい
ので、僅かな信号電荷の変化（ａ、ｂ、ｃ）によって動
作点が電圧軸上で見て大きく変化（Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ）
する。従って、僅かな信号電荷の変化が出力電圧の大き
な変化となって現われ、変換効率が高くなるのである。
尚、信号電荷はＣＯＤ側からアウトプットゲート１２下
、表面チャンネル領域下、プリチャージゲート９下を経
てｎ０型拡散領域７に至るように埋込チャンネル領域３
に通して上記拡散領域７から完全に排出することができ
る。即ち　完全転送をすることができる。従って、リセ
ットノイズをなくすことができることは前述の改良型の
転送電荷装置の場合と同様である。
そして、変調されるホール電流は前述の従来の改良型転
送電荷増幅装置と異なり表面チャンネル領域４を通るの
でショートチャンネル効果がなく、しかも接合ゲート型
ＦＥＴのソース領域５を絶縁ゲート電極９に電気的に接
続しているので正帰還がかかり、延いては上述したよう
に変換効率を高めることができるのである。
（Ｈ，発明の効果） 以上に述べたように、本発明転送電荷増幅装置は、半導
体基板表面部の第１導電型ウェル内に形成された電荷転
送用の第２導電型埋込チャンネル領域と、該埋込チャン
ネル領域によって互いに離間せしめられるように形成さ
れた第１導電型ソース・ドレイン領域及び上記電荷転送
用埋込チャンネル領域表面部に形成された第１導電型表
面チャンネル領域からなる接合ゲート型ＦＥＴと、該表
面チャンネル領域上に絶縁膜を介して形成された絶縁ゲ
ート電極とを有し、上記接合ゲート型ＦＥＴのソースと
上記絶縁ゲート電極とを電気的に接続してなることを特
徴とするものである。
従って、本発明転送電荷増幅装置によれば、埋込チャン
ネル領域を流れる信号電荷によって埋込チャンネル領域
より基板表面側の表面チャンネル領域を流れる出力トラ
ンジスタたる接合ゲート型ＦＥＴのドレイン電流を変調
することにより信号電荷の検出ができ、表面チャンネル
領域が半導体基板の表面側に形成されているのでショー
トチャンネル効果を防ぐことができ、ｇｍを高くできる
。そして、接合ゲート型ＦＥＴのソースを絶縁ゲート電
極に接続することにより正帰還することができるので更
に変換効率を高めることができるのである。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明転送電荷増幅装置の一つの実施例を説明す
るためのもので、第１図は平面図、第２図は第１図の２
−２線に沿う断面図、第３図は第１図の３−３線に沿う
断面図、第４図は回路図、第５図は回路の動作特性図で
ある。 符号の説明 ２・・・第１導電型ウェル、 ３・・・第２導電型埋込チャンネル領域、４・・・第１
導電型表面チャンネル領域、５・・・ソース領域、 ６・・・ドレイン領域、 ９・・・絶縁ゲート電極、 １０・・・ゲート絶縁膜。 ６コ （’Ｊ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）半導体基板表面部の第１導電型ウェル内に形成さ
    れた電荷転送用の第２導電型埋込チャンネル領域と、 上記埋込チャンネル領域によって互いに離間せしめられ
    るように形成された第１導電型のソース・ドレイン領域
    及び上記電荷転送用埋込チャンネル領域表面部に形成さ
    れた第１導電型表面チャンネル領域からなる接合ゲート
    型ＦＥＴと、 上記表面チャンネル領域上に絶縁膜を介して形成された
    絶縁ゲート電極と、を有し、 上記接合ゲート型ＦＥＴのソースと上記絶縁ゲート電極
    とを電気的に接続してなる ことを特徴とする転送電荷増幅装置
JP2274219A 1990-10-12 1990-10-12 転送電荷増幅装置 Pending JPH04148536A (ja)

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