JPH04196139A - 電荷転送装置 - Google Patents

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】 「産業上の利用分野］ 本発明は電荷転送装置に関し、特に、電荷検出手段にＦ
　Ｄ　Ａ　（Ｆｌｏａｔｉｎｇ　Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　
Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）法を用いた電荷転送装置に関する
。

［従来の技術］ 電荷転送装置は、電気信号や入射光等の情報入力を電荷
の形て蓄積し、その電荷を多数の電荷転送用電極によっ
て順次転送し、これを電気信号として取り出すことがて
きることから、撮像装置やメモリ、その他の信号処理装
置等に広く使用されている。

第３図はこの種従来の電荷転送装置の断面図である。従
来の電荷転送装置は、第３図に示されるように、ｐ型半
導体基板１上にゲート絶縁膜２を介して設けられ、かつ
３相のクロック信号φ１、φ２およびφ３によって駆動
される多数の電荷転送用電極３−１〜３−６と、電荷転
送用電極の最終段（３−６）に近接したｐ型半導体基板
１−１−にゲート絶縁膜２を介して設けられかつ電位Ｖ
２に固定された出力用ゲート４と、転送されてきた電荷
を電位変化に変換するためのｎ型浮遊拡散層５をソース
、電位ｖ１に固定されたｎ型不純物層６をドレインとし
、ｎ型浮遊拡散層５とｎ型不純物層６との間の半導体基
板上にゲート絶縁膜２を介して形成され、リセットクロ
ック信号φ１２か印加されるリセットゲート７をゲート
電極とするりセットトランジスタ８と、浮遊拡散層５に
ゲート電極が接続され、浮遊拡散層５の電位変化を検出
してこれを外部へ出力する出力トランジスタ９とて構成
されている。

この従来例の駆動方法は、まず、リセットトランジスタ
８をオン状態にして浮遊拡散層５の電位を電源の電位Ｖ
１に設定することによりリセットし、しかる後に、リセ
ッｌ−トランジスタ８をオフ状態にする。

次に、３相のクロック信号φ１、ψ２およびφ３によっ
て多数の電荷転送用電極３−１〜３−６を駆動して、最
終段の電荷転送用電極３−６直下のポテンンヤル井戸に
溜った、第４図（ａ）に示す電荷を、電位■２か印加さ
れた出力用ゲート４の下のｐ型半導体基板１の表面を通
して浮遊拡散層５へ、第４図（ｂ）に示すように、流し
込む。

この時転送されてきた４５号電荷の電荷量をＱとし、浮
遊拡散層５の全容量をＣとすると、電荷か流入する前後
の浮遊拡散層５の電位差はΔＶ＝Ｑ／Ｃ・・・（１） と表すことかできる。

従って、この電位差へＶを出力用トランジスタ９を介し
て出力すれば、この′上前転送装置内を転送されてきた
信号情報を読み取ることができる。

（１）式で示されるように、出力信号の感度はｔ手遊拡
散層の全容量Ｃによって決定される。すなわち高感度の
信号出力を得るには浮遊拡散層５の全容量を小さくする
必要かある。

而して、浮遊拡散層部５の全容量Ｃとは、浮遊拡散層５
とｐ型半導体基板１との間の容量、浮遊拡散層５と出力
用グーＩ・４との間の容量、浮遊拡散層５とリセットゲ
−１・電極７との間の容量、および出力トランジスタ９
のゲート容量の和でほぼ決定されるものである。

［発明か解決しようとする課題］ （１）式で示されるように、ＦＤＡ方式を採る電荷転送
装置では、信号電荷に対してＷ５感度な出力伝号を得る
には浮遊拡散層の全容量Ｃを小さくする必要がある。従
来、浮遊拡散層の容量を削減する手段として、浮遊拡散
層の面積を縮小することが行われてきたが、この手段で
は既に限界に近いところまで到達しているので、これに
代わる新たな容量削減手段か求められている。

［課題を解決するための手段］ 本発明の電荷転送装置は、半導体基板の表面領域内に設
けられた電荷転送領域並びに前記半導体基板」二にゲー
ト絶縁膜を介して形成された電荷転送電極および出力用
ゲートを有する電荷転送素子と、前記電荷転送素子の後
段に設けられ前記電荷転送領域内を転送されてきた電荷
の転送を受ける浮遊拡散層、リセットドレインおよび前
記半導体５一 基板」二にゲート絶縁膜を介して形成されたリセ・ソト
グート電極を有するリセットトランジスタと、を具備す
るものであり、そして前記出力用ゲート下の少なくとも
前記浮遊拡散層寄りのゲート絶縁膜および／または前記
リセットゲート電極下の少なくとも前記浮遊拡散層寄り
のゲート絶縁膜は他の部分のゲート絶縁膜より厚くなさ
れている。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は、本発明の一実施例を示す断面図である。同図
において、１はｐ型半導体基板、２はゲート絶縁膜、３
−１〜３−６は電荷転送電極、４は出力用グーＩ・、５
はｎ型浮遊拡散層、６はｎ型不純物層、７はリセットゲ
ート り構成されるリセットトランジスタ、９は出力トランジ
スタ、２ａは山男用グー１−　４下の浮遊拡散層５寄り
の部分に設けられた厚いゲート絶縁膜である。

浮遊拡散層５と出力用ゲート４との間のゲート絶縁膜を
厚くしたことにより、従来例に比較して浮遊拡散層５と
出力用ゲート４との間の容量は小さくなる。

例えば、ｐ型半導体２ｉ１板として不純物濃度１×ｌＱ
１５ｃｍ−３のシリコン単結晶基板を用いた場合、全体
にゲート絶縁膜２として膜厚１０００人の二酸化シリコ
ン膜を形成した場合に比較して、厚いゲート絶縁膜２ａ
として膜厚３０００人の二酸化／リコン膜を部分的に形
成した場合には浮遊拡散層の全容量を０．０３ｐＦから
０．０２５ｐＦに削減することかてきた。

なお、本発明では電荷転送用電極直下のゲート絶縁膜２
は従来通り薄いままに残されるので、電荷転送部の最大
転送電荷量が減少させられることはない。

第２図は本発明の他の実施例を示す断面図である。本実
施例の先の実施例と相違する点は、出力用ゲート４直下
のゲート絶縁膜に代えて、リセットゲート７直下のゲー
ト絶縁膜を厚いデー１−絶縁膜２ｂきした点である。こ
のように構成した場合にも先の実施例と同様に浮遊拡散
層の容量を削減することかできる。

なお、第１図、第２図の実施例を並用して、出力用グー
）・４直下のゲート絶縁膜とリセッ）・ゲート７直下の
ゲート絶縁膜の両方を厚（することもてきる。また、本
発明の電荷転送素子は、３相方式に限定されるものでな
く、２相あるいは４相方式のものにも本発明は適用しつ
る。

［発明の効果］ 以−に説明したように、本発明は、浮遊拡散層に隣接す
る電極石−ＩＺのグー）・絶縁膜の膜厚を電荷転送用電
極直下ドのゲート絶縁膜のそれより厚くしたものである
ので、本発明によれば、浮遊拡散層部の全容量を小さく
することができ、信号検出感度を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は、それぞれ本発明の実施例を示す断面
図、第３図は、従来例の断面図、第４図は、従来例の動
作を説明するだめのボテンンヤル推移図である。 １・・・ｐη１゛↓半導体フ、（板、　２・・・ゲート
絶縁膜、２ａ１２ｂ・・・厚いゲート絶縁膜、　３−１
〜３−６・・・電荷転送用電極、　４・・・出力用ゲー
ト、５・・・ｎ型浮遊拡散層、　　６・・・ｎ型不純物
層、　　７・・・リセットゲート、　　８・・・リセッ
トトランジスタ、９・・・出力トランジスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体基板の表面領域内に設けられた電荷転送領域並び
   に前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成された
   電荷転送電極および出力用ゲートを有する電荷転送素子
   と、 前記電荷転送素子の後段に設けられ前記電荷転送領域内
   を転送されてきた電荷の転送を受ける浮遊拡散層、リセ
   ットドレインおよび前記半導体基板上にゲート絶縁膜を
   介して形成されたリセットゲート電極を有するリセット
   トランジスタと、を具備する電荷転送装置において、前
   記出力用ゲート下の少なくとも前記浮遊拡散層寄りのゲ
   ート絶縁膜および／または前記リセットゲート電極下の
   少なくとも前記浮遊拡散層寄りのゲート絶縁膜は他の部
   分のゲート絶縁膜より厚くなされていることを特徴とす
   る電荷転送装置。