JPH06338524A - Charge transfer device - Google Patents

Charge transfer device

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Publication number
JPH06338524A
JPH06338524A JP6044457A JP4445794A JPH06338524A JP H06338524 A JPH06338524 A JP H06338524A JP 6044457 A JP6044457 A JP 6044457A JP 4445794 A JP4445794 A JP 4445794A JP H06338524 A JPH06338524 A JP H06338524A
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JP
Japan
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channel layer
charge
layer
potential
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP6044457A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuo Nakamura
信男 中村
Masayuki Matsunaga
誠之 松長
Yoshito Koya
義人 小屋
Yukio Endo
幸雄 遠藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP6044457A priority Critical patent/JPH06338524A/en
Publication of JPH06338524A publication Critical patent/JPH06338524A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide a highly sensitive charge transfer device, which is operated at low voltage, of simple structure. CONSTITUTION:The title charge transfer device has a high resistant P-type well layer 102 formed on the surface of an N-type semiconductor substrate 101. On the surface of the well layer 102, an N-type charge transfer channel layer 103a, an N-type charge accumulation channel layer 103b, an N-type charge exhaust channel layer 115 and an N-type charge exhaust drain layer 108 are formed continuously. On the surface of the charge accumulation channel layer 103b, the p-type charge sensitive channel layer 111 of a charge detection transistor is formed. The sensitive channel layer 111 is arranged in such a manner that it does not come in contact with either of the transfer channel 103a and the exhaust channel layer 115. The potential of the charge accumulation channel layer 103b in a chargeless state is set higher than the potential of the exhaust drain layer 108.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電荷結合装置(以下C
CDと略記する)の原理を用いた電荷転送装置に関し、
特に、電荷検出部を改良した電荷転送装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a charge coupled device (hereinafter referred to as C
Abbreviated as CD), and a charge transfer device using the principle of
In particular, it relates to a charge transfer device having an improved charge detection unit.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ビデオカメラや電子スチルカメラ
等の撮像システムとして、CCDによる電荷転送装置を
用いた固体撮像システムが使用されている。この固体撮
像システムは、光を電気信号(信号電荷)に変換する光
電変換部、この信号電荷を転送する電荷転送部及び転送
されてきた信号電荷を検出し電圧信号に変換して取り出
す電荷検出部とからなる。この、電荷転送部及び電荷検
出部とを備えてなるのが電荷転送装置である。
2. Description of the Related Art In recent years, a solid-state image pickup system using a charge transfer device using a CCD has been used as an image pickup system for a video camera, an electronic still camera and the like. This solid-state imaging system includes a photoelectric conversion unit that converts light into an electric signal (signal charge), a charge transfer unit that transfers the signal charge, and a charge detection unit that detects the transferred signal charge and converts the signal charge into a voltage signal for extraction. Consists of. A charge transfer device is provided with the charge transfer section and the charge detection section.

【0003】電荷転送装置に設けられる電荷検出部の1
つとして、電荷転送部の最終段に隣接して配置されるフ
ローティング・ディフュージョン・アンプ(以下FDA
と略記する)が知られている。FDAは電荷転送部の出
力端と電荷排出用ドレイン(リセットドレイン)との間
に設けられたフローティング拡散層(以下FD層と略記
する)を有する。電荷転送部からFD層に信号電荷が転
送されてくると、信号電荷はFD層に一旦蓄積され、こ
れによりFD層の電位が変化する。FD層の電位変化は
配線により、ソースフォロア回路のドライバートランジ
スタのゲート電極に伝達され、トランジスタのゲート電
位を変化させる。ソースフォロア回路はゲート電位の変
化を増幅して電圧信号を出力し、これにより信号電荷を
検出する。電荷検出/信号出力の終了後、FD層内の信
号電荷はリセットゲートの開放により電荷排出用ドレイ
ンから排出される。
One of the charge detectors provided in the charge transfer device
One of them is a floating diffusion amplifier (hereinafter referred to as FDA) arranged adjacent to the final stage of the charge transfer section.
Is abbreviated). The FDA has a floating diffusion layer (hereinafter abbreviated as FD layer) provided between the output end of the charge transfer unit and the charge discharging drain (reset drain). When the signal charge is transferred from the charge transfer unit to the FD layer, the signal charge is temporarily stored in the FD layer, and the potential of the FD layer changes accordingly. The potential change of the FD layer is transmitted to the gate electrode of the driver transistor of the source follower circuit by the wiring, and the gate potential of the transistor is changed. The source follower circuit amplifies a change in gate potential and outputs a voltage signal, thereby detecting a signal charge. After the charge detection / signal output is completed, the signal charge in the FD layer is discharged from the charge discharging drain by opening the reset gate.

【0004】図14は、従来のFDA型の電荷検出部、
特にソースフォロワ回路の一例を示す概略図である。半
導体基板210の表面には、FD層211及びリセット
ドレイン212が形成される。半導体基板210上には
SiO2 膜230を介してCCDの転送電極213、出
力ゲート電極214及びリセットゲート電極215が配
置される。FD層211はトランジスタ221のゲート
電極に電気的に接続される。トランジスタ221のソー
スは負荷トランジスタ222のドレインと接続されて初
段のソースフォロワ回路が形成される。また、トランジ
スタ221のソースはトランジスタ223のゲート電極
に接続される。トランジスタ223のソースは負荷トラ
ンジスタ224のドレインと接続されて出力段のソース
フォロワ回路が形成される。負荷MOSトランジスタ2
22、224のゲート電極はともに接地される。
FIG. 14 shows a conventional FDA type charge detector,
In particular, it is a schematic diagram showing an example of a source follower circuit. An FD layer 211 and a reset drain 212 are formed on the surface of the semiconductor substrate 210. The transfer electrode 213, the output gate electrode 214, and the reset gate electrode 215 of the CCD are arranged on the semiconductor substrate 210 via the SiO 2 film 230. The FD layer 211 is electrically connected to the gate electrode of the transistor 221. The source of the transistor 221 is connected to the drain of the load transistor 222 to form a first-stage source follower circuit. The source of the transistor 221 is connected to the gate electrode of the transistor 223. The source of the transistor 223 is connected to the drain of the load transistor 224 to form a source follower circuit in the output stage. Load MOS transistor 2
Gate electrodes 22 and 224 are both grounded.

【0005】このような構造のFDA型の電荷検出部で
は、FD層からソースフォロア回路のドライバートラン
ジスタのゲート電極までの配線に起因する寄生容量が大
きくなる。このため、蓄積電荷当たりの電位変化が大き
く取れず、高感度に電荷検出を行うことが難しい。ま
た、信号電荷の排出に伴うリセットゲートのkTCノイ
ズを減少させることが困難である。
In the FDA type charge detection part having such a structure, the parasitic capacitance due to the wiring from the FD layer to the gate electrode of the driver transistor of the source follower circuit becomes large. Therefore, a large change in potential per accumulated charge cannot be obtained, and it is difficult to detect charges with high sensitivity. Moreover, it is difficult to reduce the kTC noise of the reset gate due to the discharge of the signal charge.

【0006】図15にリセットゲート電極215の電圧
RSの波形と、出力電圧Vout の波形とを示す。図のよ
うに、出力電圧Vout の波形には、常時、雑音が含まれ
ている。この雑音の性状としては、リセットゲート電極
215がオンの状態である期間T21においてはリセッ
トゲート電極215から発生する熱雑音が支配的であ
り、リセットゲート電極215がオフで信号電荷がFD
層211に注入される期間T22ではトランジスタ22
1の熱雑音が支配的となる。なお、期間T2bは信号電
荷がない場合に、期間T2wは信号電荷がある場合に対
応する。
FIG. 15 shows the waveform of the voltage V RS of the reset gate electrode 215 and the waveform of the output voltage V out . As shown, the waveform of the output voltage V out always contains noise. As a property of this noise, thermal noise generated from the reset gate electrode 215 is dominant during the period T21 in which the reset gate electrode 215 is in the on state, and the reset gate electrode 215 is off and the signal charge is FD.
In the period T22 in which the layer 211 is injected, the transistor 22
The thermal noise of 1 becomes dominant. Note that the period T2b corresponds to the case where there is no signal charge and the period T2w corresponds to the case where there is signal charge.

【0007】FDAを低雑音化する手段として、ソース
フォロワ回路の負荷用のデプレッション型MOSトラン
ジスタ222、224の定電流を少なくすることが考え
られる。しかしながら、ソースフォロワの定電流を少な
くするとソースフォロワの相互コンダクタンスが低くな
り、FDAは高速に応答することができなくなる。それ
ゆえ、速応答の確保の必要性から、FDAの低雑音化は
極めて困難となる。また、負荷MOSトランジスタ22
2、224の定電流を少なくすることができないため、
FDAの低消費電力化ができないという不都合もある。
As a means for reducing the noise of the FDA, it can be considered to reduce the constant current of the depletion type MOS transistors 222 and 224 for the load of the source follower circuit. However, if the constant current of the source follower is reduced, the mutual conductance of the source follower becomes low, and the FDA cannot respond at high speed. Therefore, it is extremely difficult to reduce the noise of the FDA because it is necessary to secure a fast response. In addition, the load MOS transistor 22
Since the constant current of 2 and 224 cannot be reduced,
There is also an inconvenience that the power consumption of FDA cannot be reduced.

【0008】FDA型の電荷検出部の上記問題点を解決
するため、特開昭64−17469に開示されるような
電荷検出部を有する電荷転送装置が開発されている。こ
の公報に開示の電荷転送装置は、電荷転送部の最終段に
隣接して配置された電荷検出用MOSトランジスタの埋
め込みチャネル層を利用している。
In order to solve the above problems of the FDA type charge detection unit, a charge transfer device having a charge detection unit as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 64-17469 has been developed. The charge transfer device disclosed in this publication utilizes a buried channel layer of a charge detection MOS transistor arranged adjacent to the final stage of the charge transfer section.

【0009】この構造では、フローティング拡散層とソ
ースフォロア回路のドライバートランジスタとを接続す
るためのコンタクト領域及び配線がないので、電荷検出
部の寄生容量を小さくできる。このため、蓄積電荷当た
りの電位変化が大きく取れ、高感度に電荷検出を行うこ
とが可能となる。また、フローティングゲート及びコン
トロールゲートの補助により蓄積された信号電荷を完全
に排出できるので、リセットゲートにより発生するkT
Cノイズをなくすことができる。
In this structure, since there is no contact region or wiring for connecting the floating diffusion layer and the driver transistor of the source follower circuit, the parasitic capacitance of the charge detecting portion can be reduced. Therefore, the potential change per accumulated charge can be made large, and the charge can be detected with high sensitivity. In addition, since the signal charge accumulated by the floating gate and the control gate can be completely discharged, the kT generated by the reset gate can be completely discharged.
C noise can be eliminated.

【0010】しかし反面、この構造では、松長らによる
"A Highly Sensitive On-Chip Charge Detector for CC
D Area Image Sensor"、IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE
CIRCUITS, Vol.26, No.4, April 1991) に示されるよう
に、一般的に使用されているCCDの電源電圧(例え
ば、15V)よりも大きい電源電圧(例えば、−80
V)がコントロールゲートの操作に必要となる。また、
フローティングゲート及びコントロールゲートの2層の
ゲートを使用するため、出力検出部の構造及びその製造
プロセスが複雑になる。
On the other hand, in this structure, Matsunaga et al.
"A Highly Sensitive On-Chip Charge Detector for CC
D Area Image Sensor ", IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE
CIRCUITS, Vol.26, No.4, April 1991), a power supply voltage (eg, −80) higher than the power supply voltage (eg, 15V) of a commonly used CCD.
V) is required to operate the control gate. Also,
Since the two-layer gate of the floating gate and the control gate is used, the structure of the output detector and its manufacturing process are complicated.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、信号電荷の高感度出力が得られ、低電圧で使用で
き、且つ構造の簡単な電荷転送装置を提供することであ
る。本発明の他の目的は、S/N(信号/雑音)比向上
及び消費電力の省力化を図ったFDAを備えた電荷転送
装置を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a charge transfer device which can obtain a highly sensitive output of signal charges, can be used at a low voltage, and has a simple structure. Another object of the present invention is to provide a charge transfer device including an FDA that improves the S / N (signal / noise) ratio and saves power consumption.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の視点に係
る電荷転送装置は、表面を有する第1導電型半導体基板
と、前記基板の前記表面に形成された高抵抗の第2導電
型ウェル層と、前記ウェル層の表面に形成された第1導
電型電荷転送チャネル層と、前記転送チャネル層に接続
するように前記基板の前記表面に形成された第1導電型
電荷蓄積チャネル層と、前記蓄積チャネル層に接続する
ように前記基板の前記表面に形成された第1導電型電荷
排出チャネル層と、前記排出チャネル層に接続するよう
に前記基板の前記表面に形成された第1導電型電荷排出
ドレイン層と、前記転送チャネル層と蓄積チャネル層と
の接続部上に、絶縁膜を介して配設された出力ゲート電
極と、前記蓄積チャネル層上に形成された被覆絶縁膜
と、前記排出チャネル層上に絶縁膜を介して配設された
リセットゲート電極と、前記蓄積チャネル層と積重ね状
態となるように前記基板内に形成された、電荷検出トラ
ンジスタの第2導電型電荷感知チャネル層と、前記感知
チャネル層を挟んで対向するよう前記基板の前記表面に
形成された、前記電荷検出トランジスタの第2導電型ソ
ース層及びドレイン層と、を具備し、前記蓄積チャネル
層が、前記転送チャネル層に隣接して前記被覆絶縁膜に
接触する第1表面部分と、前記排出チャネル層に隣接し
て前記被覆絶縁膜に接触する第2表面部分と、を有す
る。
A charge transfer device according to a first aspect of the present invention is a semiconductor substrate of a first conductivity type having a surface, and a high resistance second conductivity type formed on the surface of the substrate. A well layer, a first conductivity type charge transfer channel layer formed on the surface of the well layer, and a first conductivity type charge storage channel layer formed on the surface of the substrate so as to be connected to the transfer channel layer. A first conductivity type charge discharging channel layer formed on the surface of the substrate so as to connect to the storage channel layer, and a first conductivity formed on the surface of the substrate so as to connect to the discharging channel layer. -Type charge discharging drain layer, an output gate electrode provided on the connection between the transfer channel layer and the storage channel layer via an insulating film, and a coating insulating film formed on the storage channel layer, The discharge channel A reset gate electrode disposed on the layer via an insulating film, and a second conductivity type charge sensing channel layer of a charge detection transistor formed in the substrate so as to be stacked with the storage channel layer, A second conductivity type source layer and a drain layer of the charge detection transistor, which are formed on the surface of the substrate so as to face each other with the sensing channel layer interposed therebetween, and the storage channel layer is the transfer channel layer. A first surface portion adjacent to the first insulating layer and in contact with the coating insulating film, and a second surface portion adjacent to the discharge channel layer and in contact with the coating insulating film.

【0013】本発明の第2の視点に係る電荷転送装置
は、表面を有する第1導電型半導体基板と、前記基板の
前記表面に形成された高抵抗の第2導電型ウェル層と、
前記ウェル層の表面に形成された第1導電型電荷転送チ
ャネル層と、前記転送チャネル層に接続するように前記
基板の前記表面に形成された第1導電型電荷蓄積チャネ
ル層と、前記蓄積チャネル層に接続するように前記基板
の前記表面に形成された第1導電型電荷排出チャネル層
と、前記排出チャネル層に接続するように前記基板の前
記表面に形成された第1導電型電荷排出ドレイン層と、
前記転送チャネル層と蓄積チャネル層との接続部上に、
絶縁膜を介して配設された出力ゲート電極と、前記蓄積
チャネル層上に形成された被覆絶縁膜と、前記排出チャ
ネル層上に絶縁膜を介して配設されたリセットゲート電
極と、前記蓄積チャネル層と積重ね状態となるように前
記基板内に形成された、電荷検出トランジスタの第2導
電型電荷感知チャネル層と、前記感知チャネル層を挟ん
で対向するよう前記基板の前記表面に形成された、前記
電荷検出トランジスタの第2導電型ソース層及びドレイ
ン層と、を具備し、電荷がない状態の前記蓄積チャネル
層の電位が、前記排出ドレイン層の電位より高く設定さ
れる。
A charge transfer device according to a second aspect of the present invention is a semiconductor substrate of a first conductivity type having a surface, a well layer of a second resistance type having a high resistance formed on the surface of the substrate.
A first conductivity type charge transfer channel layer formed on the surface of the well layer, a first conductivity type charge storage channel layer formed on the surface of the substrate so as to be connected to the transfer channel layer, and the storage channel A first conductivity type charge drain channel layer formed on the surface of the substrate to connect to the layer, and a first conductivity type charge drain drain formed on the surface of the substrate to connect to the drain channel layer. Layers and
On the connection between the transfer channel layer and the storage channel layer,
An output gate electrode disposed via an insulating film, a covering insulating film formed on the storage channel layer, a reset gate electrode disposed on the discharge channel layer via an insulating film, and the storage A second conductive type charge sensing channel layer of a charge detection transistor formed in the substrate so as to be stacked with the channel layer, and formed on the surface of the substrate so as to face the second conductivity type charge sensing channel layer of the charge detecting transistor. , A second conductivity type source layer and a drain layer of the charge detection transistor, and the potential of the storage channel layer in the state of no charge is set higher than the potential of the discharge drain layer.

【0014】本発明の第3の視点に係る電荷転送装置
は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介して複数の転送電
極を配列してなる電荷結合素子と、前記電荷結合素子の
出力端に隣接して設けられ前記素子により転送された信
号電荷を一時蓄積するための浮遊拡散層と、前記浮遊拡
散層に発生する電圧信号を増幅して出力するための増幅
手段であって、駆動トランジスタ及びこの駆動トランジ
スタの電流を制御するための負荷トランジスタからなる
増幅手段と、を具備し、前記増幅手段に与えられる前記
電荷結合素子より転送された信号電荷が前記浮遊拡散層
に流入変化する期間を包含する期間とそれ以外の期間と
で、前記負荷トランジスタのゲートに異なる電圧を印加
し、関連する前記駆動トランジスタの相互コンダクタン
スを制御する。
A charge transfer device according to a third aspect of the present invention is a charge-coupled device having a plurality of transfer electrodes arranged on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and is adjacent to an output end of the charge-coupled device. A floating diffusion layer for temporarily storing the signal charges transferred by the element, and an amplifying means for amplifying and outputting a voltage signal generated in the floating diffusion layer, the driving transistor and the Amplifying means including a load transistor for controlling the current of the drive transistor, and including a period during which the signal charges transferred from the charge coupled device to the amplifying means flow into the floating diffusion layer. Different voltages are applied to the gates of the load transistors during the period and other periods to control the transconductance of the associated drive transistors.

【0015】[0015]

【作用】本発明の第1の視点に係る電荷転送装置におい
ては、蓄積チャネル層が転送チャネル層及び排出チャネ
ル層に隣接して被覆絶縁膜と接触する表面を有する。こ
れにより、感知チャネル層と出力ゲート電極との間及び
感知チャネル層とリセットゲート電極との間のカップリ
ング容量を小さくすることができる。このため、信号電
荷当たりの電位変化を大きく取ることができ、信号電荷
による電流電圧変換ゲインの大きい、すなわち高感度の
電荷検出部を提供できる。
In the charge transfer device according to the first aspect of the present invention, the storage channel layer has a surface adjacent to the transfer channel layer and the discharge channel layer and in contact with the covering insulating film. Accordingly, the coupling capacitance between the sensing channel layer and the output gate electrode and between the sensing channel layer and the reset gate electrode can be reduced. Therefore, it is possible to obtain a large potential change per signal charge, and it is possible to provide a high-sensitivity charge detection unit having a large current-voltage conversion gain due to the signal charge.

【0016】本発明の第2の視点に係る電荷転送装置に
おいては、電荷がない状態の蓄積チャネル層の電位が、
排出ドレイン層の電位より高く設定される。すなわち、
所謂不完全排出モードによる信号電荷の検出を可能とす
ることにより、蓄積チャネル層内の電位の凹凸及び電位
のポケットに起因する検出誤差を回避することができ
る。これにより、信号電荷の排出を補助するためのコン
トロールゲート、フローティングゲートを蓄積チャネル
層上に設ける必要がなくなる。このため、装置の構造及
び製造プロセスが簡易となると共に、コントロールゲー
ト用の高電圧電源も不要となる。
In the charge transfer device according to the second aspect of the present invention, the potential of the storage channel layer in the absence of charges is
It is set higher than the potential of the drain layer. That is,
By making it possible to detect the signal charges in the so-called incomplete discharge mode, it is possible to avoid a detection error due to the unevenness of the potential and the pocket of the potential in the storage channel layer. This eliminates the need to provide a control gate and a floating gate on the storage channel layer for assisting the discharge of signal charges. Therefore, the structure and manufacturing process of the device are simplified, and a high voltage power source for the control gate is not needed.

【0017】本発明の第3の視点に係る電荷転送装置に
おいては、信号電荷が浮遊拡散層に流入変化する期間を
包含する期間とそれ以外の期間とで、ソースフォロワ回
路の負荷トランジスタのゲートに異なる電圧を印加し、
駆動トランジスタの相互コンダクタンスを制御する。す
なわち、入力信号の情報が変化する瞬間のようなFDA
の速応性が要求される期間のみソースフォロワ回路のバ
イアス電流を大きくし、FDAの速応性が要求されない
期間はソースフォロワ回路のバイアス電流を小さくして
雑音及び消費電力を低減するような制御が可能となる。
これにより、必要な高速応答性を損なうことなくFDA
の低雑音化と省消費電力化を図ることができ、電荷転送
装置の低雑音化と省消費電力化を図ることができる。
In the charge transfer device according to the third aspect of the present invention, the gate of the load transistor of the source follower circuit is connected to the gate of the load follower circuit during the period including the period in which the signal charges flow into the floating diffusion layer and changes. Apply different voltage,
Controls the transconductance of the drive transistor. That is, the FDA at the moment when the information of the input signal changes.
It is possible to increase the bias current of the source follower circuit only during the period when fast response is required, and reduce the bias current of the source follower circuit during the period when FDA is not required to reduce noise and power consumption. Becomes
This allows FDA without compromising the required high-speed response.
It is possible to reduce the noise and power consumption of the charge transfer device, and to reduce the noise and power consumption of the charge transfer device.

【0018】好ましくは、少なくとも電圧信号がフィー
ドスルーレベルから信号レベルに向かって変化を始める
時点から電圧信号が十分に信号レベルに到達する時点ま
での期間を包含する期間において負荷トランジスタのゲ
ートに与える電圧を高くして速応性を確保し、それ以外
の速応性を重視しなくて良い期間はゲートに与える電圧
を低くして消費電流を低く押さえる。
Preferably, the voltage applied to the gate of the load transistor during at least the period from the time when the voltage signal starts changing from the feedthrough level toward the signal level to the time when the voltage signal reaches the signal level sufficiently. To ensure quick response, and to keep the current consumption low by lowering the voltage applied to the gate during periods when importance is not placed on other quick responses.

【0019】[0019]

【実施例】図1(a)は本発明の実施例に係る電荷転送
装置の平面図、図1(b)、(c)はそれぞれ図1
(a)のIB−IB、IC−IC線断面図である。図2
(a)は図1(b)の電荷転送装置の電荷検出部を拡大
して示す断面図である。
1 (a) is a plan view of a charge transfer device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 1 (b) and 1 (c) are respectively FIG.
It is the IB-IB and IC-IC sectional view taken on the line of (a). Figure 2
FIG. 1A is an enlarged sectional view showing a charge detection unit of the charge transfer device of FIG. 1B.

【0020】この電荷転送装置は、n型半導体基板すな
わちn型基板101上に形成される。基板101には、
低不純物濃度すなわち高抵抗のp- 型ウェル層102
(不純物濃度1×1012〜1×1017cm-3)が形成さ
れる。本実施例において、接地電位に対し、基板101
には例えば+10Vの、ウェル層102には0Vのバイ
アス電圧が付与される。
This charge transfer device is formed on an n-type semiconductor substrate, that is, an n-type substrate 101. The substrate 101 has
Low impurity concentration, that is, high resistance p- type well layer 102
(Impurity concentration 1 × 10 12 to 1 × 10 17 cm −3 ) is formed. In this embodiment, the substrate 101 is connected to the ground potential.
Is applied with a bias voltage of + 10V, and the well layer 102 is applied with a bias voltage of 0V.

【0021】高抵抗ウェル層102の表面には、間隔を
おいて複数のp型層123が形成された電荷転送n型チ
ャネル層103a(不純物濃度1×1014〜1×1019
cm-3)がIB−IB線方向に沿って形成される。ウェ
ル層102の表面にはまた、電荷転送n型チャネル層1
03aに続いて、電荷蓄積n+ 型チャネル層103b
(不純物濃度1×1017〜1×1021cm-3)、電荷排
出n型チャネル層115(不純物濃度1×1014〜1×
1019cm-3)、電荷排出n+ 型ドレイン層108(不
純物濃度1×1017〜1×1021cm-3)がIB−IB
線方向に沿って順に形成される。
A charge transfer n-type channel layer 103a (impurity concentration of 1 × 10 14 to 1 × 10 19) in which a plurality of p-type layers 123 are formed at intervals on the surface of the high resistance well layer 102.
cm −3 ) is formed along the IB-IB line direction. The charge transfer n-type channel layer 1 is also formed on the surface of the well layer 102.
03a, followed by charge storage n + type channel layer 103b
(Impurity concentration 1 × 10 17 to 1 × 10 21 cm −3 ), charge discharging n-type channel layer 115 (impurity concentration 1 × 10 14 to 1 ×)
10 19 cm −3 ), and the charge discharging n + type drain layer 108 (impurity concentration 1 × 10 17 to 1 × 10 21 cm −3 ) is IB-IB.
It is formed in order along the line direction.

【0022】電荷転送n型チャネル層103a及びp型
層123の上には絶縁膜121を介して複数対の第1及
び第2の電荷転送電極104、105が配設される。電
荷蓄積n+ 型チャネル層103bに隣接して、電荷転送
n型チャネル層103a上には、絶縁膜121を介して
出力ゲート電極106が配設される。電荷排出n型チャ
ネル層115上には、絶縁膜121を介してリセットゲ
ート電極107が形成される。電荷排出n+ ドレイン層
108には排出配線109が接続される。
A plurality of pairs of first and second charge transfer electrodes 104 and 105 are provided on the charge transfer n-type channel layer 103a and the p-type layer 123 with an insulating film 121 interposed therebetween. An output gate electrode 106 is provided on the charge transfer n-type channel layer 103a adjacent to the charge storage n + -type channel layer 103b with an insulating film 121 interposed therebetween. The reset gate electrode 107 is formed on the charge discharging n-type channel layer 115 with the insulating film 121 interposed therebetween. A discharge wiring 109 is connected to the charge discharging n + drain layer 108.

【0023】電荷蓄積n+ 型チャネル層103b表面に
は、電荷検出用PMOSトランジスタのp型チャネル層
111が形成される。ウェル層102の表面には、IC
−IC線方向に沿って、p型チャネル層111の両側
に、電荷検出用PMOSトランジスタのソース/ドレイ
ン層117、118が形成される。ソース/ドレイン層
117には電源VDD用配線112が、ソース/ドレイン
層118には出力Vo用配線113が接続される。
A p-type channel layer 111 of a charge detection PMOS transistor is formed on the surface of the charge storage n + type channel layer 103b. IC is formed on the surface of the well layer 102.
Source / drain layers 117 and 118 of the charge detection PMOS transistor are formed on both sides of the p-type channel layer 111 along the −IC line direction. The power supply VDD wiring 112 is connected to the source / drain layer 117, and the output Vo wiring 113 is connected to the source / drain layer 118.

【0024】図2(a)図示の如く、p型チャネル層1
11は、電荷転送及び電荷排出n型チャネル層103
a、115に接触しないように電荷蓄積n+ 型チャネル
層103b内に形成される。すなわち、n+ 型チャネル
層103bが、p型チャネル層111とn型チャネル層
103aとの間及びp型チャネル層111とn型チャネ
ル層115との間で露出した表面を有し、絶縁膜121
と接触する構造となっている。
As shown in FIG. 2A, the p-type channel layer 1 is formed.
Reference numeral 11 denotes an n-type channel layer 103 for charge transfer and discharge.
It is formed in the charge storage n + type channel layer 103b so as not to come into contact with a and 115. That is, the n + type channel layer 103b has an exposed surface between the p type channel layer 111 and the n type channel layer 103a and between the p type channel layer 111 and the n type channel layer 115, and the insulating film 121
It has a structure that contacts with.

【0025】上記の構成における電荷転送装置の動作に
ついて以下に説明する。まず、制御信号φ1及びφ2で
2相駆動される第1及び第2転送電極104、105に
より、信号電荷が出力ゲート電極106の電位を越えて
電荷蓄積n+ 型チャネル層103bへ転送されここに一
時的に蓄積される。この転送は、リセットゲート電極1
07に“L“レベルの駆動電圧VRGが、出力ゲート電極
106に所定の定電圧VOGが印加された状態で行われ
る。
The operation of the charge transfer device having the above structure will be described below. First, by the first and second transfer electrodes 104 and 105 driven in two phases by the control signals φ1 and φ2, the signal charges exceed the potential of the output gate electrode 106 and are transferred to the charge storage n + type channel layer 103b. Accumulated temporarily. This transfer is performed by the reset gate electrode 1
The driving voltage V RG at the “L” level is applied to the output terminal 07, and the predetermined constant voltage V OG is applied to the output gate electrode 106.

【0026】チャネル層103bへ転送された信号電荷
は、図1(c)図示の電荷検出用PMOSトランジスタ
のチャネル111の電位を変調させる。このため、配線
113に出力される電圧Voが信号電荷の量に応じて変
化し、この変化を測定することにより信号電荷量が検出
される。出力電圧変化の測定後、リセットゲート電極1
07に“H“レベルの駆動電圧VRGが印加され、後述の
一定残留電荷を残して信号電荷が電荷排出ドレイン10
8へ排出される。
The signal charge transferred to the channel layer 103b modulates the potential of the channel 111 of the charge detection PMOS transistor shown in FIG. 1 (c). Therefore, the voltage Vo output to the wiring 113 changes according to the amount of signal charges, and the amount of signal charges is detected by measuring this change. After measuring the output voltage change, reset gate electrode 1
The drive voltage V RG of “H” level is applied to 07, and the signal charges are discharged by the charge discharging drain 10 leaving a constant residual charge described later.
It is discharged to 8.

【0027】次に、図2(a)の断面図の各部分に対応
する電位分布を示す図2(b)〜図2(d)を参照し
て、この実施例の信号電荷の検出に関して説明する。図
2(b)は電荷蓄積n+ 型チャネル層103bに電荷が
ない状態の電位分布を示す。この状態において、電荷蓄
積チャネル層103bの電位P1oは電荷排出ドレイン
層108の電位Pdrより高くなるように設定される。
この電位の高低関係は、ドレイン層108の電位を調整
するか、チャネル層103bの不純物濃度を調整する
か、或いはその両方を調整することにより設定可能とな
る。本実施例においては、電荷蓄積チャネル層103b
の不純物濃度を1×1017〜1×1021cm-3と大きく
することにより電位を高くしている。
Next, with reference to FIGS. 2 (b) to 2 (d) showing potential distributions corresponding to respective portions of the sectional view of FIG. 2 (a), the detection of the signal charge in this embodiment will be described. To do. FIG. 2B shows the potential distribution in the state where there is no charge in the charge storage n + type channel layer 103b. In this state, the potential P1o of the charge storage channel layer 103b is set to be higher than the potential Pdr of the charge discharging drain layer 108.
The level relationship of the potential can be set by adjusting the potential of the drain layer 108, adjusting the impurity concentration of the channel layer 103b, or adjusting both. In this embodiment, the charge storage channel layer 103b
The potential is increased by increasing the impurity concentration of 1 × 10 17 to 1 × 10 21 cm −3 .

【0028】図2(b)図示の状態において、チャネル
層103b内の電位分布は一定となっていない。特に、
電荷転送n型チャネル層103a側に形成される電位の
ポケットDPは信号電荷の排出に悪影響を及ぼす可能性
がある。
In the state shown in FIG. 2B, the potential distribution inside the channel layer 103b is not constant. In particular,
The potential pocket DP formed on the charge transfer n-type channel layer 103a side may adversely affect the discharge of signal charges.

【0029】図2(c)は、電荷蓄積n+ 型チャネル層
103bに信号電荷或いは他の意図的に付与された電荷
が一旦蓄積され、その後排出された後の電位分布を示
す。電荷蓄積チャネル層103bには、チャネル層10
3bの電位P1rを電荷排出ドレイン層108の電位P
drと同一にする分、すなわち図に斜線を付した部分に
対応する個数の電子の総電荷量が残留する。すなわち、
電位のポケットDPが残留電荷により埋められるよう
に、電荷がない状態におけるチャネル層103b内の電
位の凸凹が平坦化される。また、本実施例によれば、チ
ャネル層111の両側においてチャネル層103bの露
出した表面が絶縁膜121と接触しているため、チャネ
ル層103bの電位P1rは平坦化されて電位分布がこ
の領域内で均一に決まる。
FIG. 2C shows a potential distribution after the signal charge or other intentionally added charge is once stored in the charge storage n + type channel layer 103b and then discharged. The channel layer 10 is included in the charge storage channel layer 103b.
The potential P1r of 3b is the potential P of the charge discharging drain layer 108.
The same amount as dr, that is, the total charge amount of the number of electrons corresponding to the shaded portion in the figure remains. That is,
The unevenness of the potential in the channel layer 103b in the state where there is no charge is flattened so that the potential pocket DP is filled with the residual charge. Further, according to the present embodiment, since the exposed surface of the channel layer 103b is in contact with the insulating film 121 on both sides of the channel layer 111, the potential P1r of the channel layer 103b is flattened and the potential distribution is within this region. Is uniformly determined by.

【0030】図2(d)は、図2(c)図示の状態の後
に、電荷蓄積n+ 型チャネル層103bに信号電荷が蓄
積された信号電荷検出時の電位分布を示す。電荷蓄積チ
ャネル層103bの電位分布が図2(c)の状態となっ
たところに、信号電荷がチャネル層103bに転送され
てきて蓄積されると、図2(d)図示の如く、チャネル
層103bは電位Pltを有するようになる。この時、
信号電荷の流入による電位変化分ΔP1=P1r−P1
tは、流入信号電荷の総量、すなわち図に斜線を付した
部分に対応する個数の電子の総電荷量となる。
FIG. 2D shows the potential distribution at the time of signal charge detection when the signal charges are accumulated in the charge accumulation n + type channel layer 103b after the state shown in FIG. 2C. When the signal charge is transferred to and accumulated in the channel layer 103b when the potential distribution of the charge accumulation channel layer 103b becomes the state of FIG. 2C, the channel layer 103b is formed as shown in FIG. 2D. Has a potential Plt. At this time,
Potential change due to inflow of signal charge ΔP1 = P1r−P1
t is the total amount of inflow signal charges, that is, the total amount of electrons of the number of electrons corresponding to the hatched portion in the figure.

【0031】換言すると、チャネル層103bへの新た
な流入信号電荷の全てが、チャネル層103bの電位の
変化として現れ、電荷検出用PMOSトランジスタのチ
ャネル111の電位を変調させる。従って、配線113
に出力される電圧がVoが全流入信号電荷の量に応じて
変化し、この変化を測定することにより信号電荷量が検
出される。
In other words, all the new signal charges flowing into the channel layer 103b appear as a change in the potential of the channel layer 103b, and modulate the potential of the channel 111 of the charge detection PMOS transistor. Therefore, the wiring 113
The voltage Vo output changes to Vo according to the amount of the total inflow signal charge, and the amount of signal charge is detected by measuring this change.

【0032】信号電荷が検出された後、リセットゲート
が開かれて、信号電荷が排出されると、チャネル層10
3bの電位は図2(c)の状態に戻る。本明細書では、
このように、リセット時に、常に一定量の電荷をチャネ
ル層103bに残した状態で、信号電荷を排出する態様
を不完全排出モードとして言及する。
After the signal charge is detected, the reset gate is opened and the signal charge is discharged.
The potential of 3b returns to the state of FIG. In this specification,
In this way, the mode in which the signal charge is discharged at the time of resetting while a constant amount of charge is always left in the channel layer 103b is referred to as an incomplete discharge mode.

【0033】本実施例によれば、特開昭64−1746
9に開示の電荷転送装置と比較して、次のような利点が
得られる。まず、p型チャネル層111が、n型チャネ
ル層103a、115に接触しないように形成されてい
るため、チャネル層111と出力ゲート電極106との
間、及びチャネル層111とリセットゲート電極107
との間のカップリング容量を小さくすることができる。
このため、信号電荷当たりの電位変化を大きく取ること
ができ、信号電荷による電流電圧変換ゲインの大きい、
すなわち高感度の電荷検出部を提供できる。
According to this embodiment, Japanese Patent Laid-Open No. 64-1746.
Compared with the charge transfer device disclosed in No. 9, the following advantages are obtained. First, since the p-type channel layer 111 is formed so as not to contact the n-type channel layers 103a and 115, the channel layer 111 and the output gate electrode 106, and the channel layer 111 and the reset gate electrode 107 are formed.
The coupling capacity between and can be reduced.
Therefore, a large potential change per signal charge can be obtained, and the current-voltage conversion gain due to the signal charge is large.
That is, it is possible to provide a highly sensitive charge detection unit.

【0034】また、不完全排出モードによる信号電荷の
検出を可能とすることにより、電荷蓄積n型チャネル層
103b内の電位の凹凸及び電位のポケットDPに起因
する検出誤差を回避することができる。すなわち、信号
電荷の排出を補助するためのコントロールゲート、フロ
ーティングゲートをチャネル層103b上に設ける必要
がなくなる。このため、装置の構造及び製造プロセスが
簡易となると共に、コントロールゲート用の高電圧電源
も不要となる。
Further, by making it possible to detect the signal charge in the incomplete discharge mode, it is possible to avoid a detection error caused by the unevenness of the potential and the pocket DP of the potential in the charge storage n-type channel layer 103b. That is, it is not necessary to provide the control gate and the floating gate for assisting the discharge of the signal charges on the channel layer 103b. Therefore, the structure and manufacturing process of the device are simplified, and a high voltage power source for the control gate is not needed.

【0035】図3(a)は本発明の別の実施例に係る電
荷転送装置の電荷検出部を拡大して示す断面図である。
この実施例は、電荷がない状態の電荷蓄積チャネル層1
03xの電位P2oが電荷排出ドレイン層108の電位
Pdrより低く設定されている点を除いて、図1
(a)、(b)、(c)及び図2(a)図示の実施例と
同一に構成される。
FIG. 3A is an enlarged sectional view showing a charge detecting portion of a charge transfer device according to another embodiment of the present invention.
In this embodiment, the charge storage channel layer 1 in the absence of electric charge is used.
1 except that the potential P2o of 03x is set lower than the potential Pdr of the charge discharging drain layer 108.
The configuration is the same as that of the embodiment shown in FIGS. 2 (a), 2 (b), 2 (c) and 2 (a).

【0036】図3(a)の断面図の各部分に対応する電
位分布を示す図3(b)〜図3(d)を参照して、この
実施例を説明する。図3(b)は電荷蓄積n型チャネル
層103xの部分に電荷がない状態の電位分布を示す。
この状態において、電荷蓄積チャネル層103xの電位
P2oは電荷排出ドレイン層108の電位Pdrより低
くなるように設定される。この電位の高低関係は、ドレ
イン層108の電位を調整するか、チャネル層103b
の不純物濃度を調整するか、或いはその両方を調整する
ことにより設定可能となる。本実施例においては、電荷
蓄積チャネル層103xの不純物濃度を1×1015〜1
×1019cm-3と先の実施例のチャネル層103bより
も小さくすることにより、チャネル層103xの電位を
低くしている。
This embodiment will be described with reference to FIGS. 3 (b) to 3 (d) showing potential distributions corresponding to respective portions of the sectional view of FIG. 3 (a). FIG. 3B shows the potential distribution in a state where there is no charge in the charge storage n-type channel layer 103x.
In this state, the potential P2o of the charge storage channel layer 103x is set to be lower than the potential Pdr of the charge discharging drain layer 108. Depending on the level of the potential, the potential of the drain layer 108 may be adjusted or the channel layer 103b may be adjusted.
It can be set by adjusting the impurity concentration of, or by adjusting both of them. In the present embodiment, the impurity concentration of the charge storage channel layer 103x is set to 1 × 10 15 -1.
The potential of the channel layer 103x is lowered by making it smaller than x10 19 cm -3 , which is smaller than that of the channel layer 103b of the previous embodiment.

【0037】図3(c)は、電荷蓄積n+ 型チャネル層
103xに信号電荷が蓄積された信号電荷検出時の電位
分布を示す。信号電荷がチャネル層103xに転送され
てきて蓄積されると、チャネル層103xは電位P2t
を有するようになり、電荷検出用PMOSトランジスタ
のチャネル111の電位を変調させる。従って、配線1
13に出力される電圧がVoが信号電荷の量に応じて変
化し、この変化を測定することにより信号電荷量が検出
される。
FIG. 3C shows a potential distribution at the time of detecting the signal charge in which the signal charge is stored in the charge storage n + type channel layer 103x. When the signal charges are transferred to and accumulated in the channel layer 103x, the channel layer 103x receives the potential P2t.
And modulates the potential of the channel 111 of the charge detection PMOS transistor. Therefore, wiring 1
The voltage Vo output to 13 changes in accordance with the amount of signal charge, and the amount of signal charge is detected by measuring this change.

【0038】図3(d)は、リセットゲートが開かれ
て、信号電荷が排出された後の電位分布を示す。チャネ
ル層103xに蓄積された電荷は基本的に全て電荷排出
ドレイン層108に排出され、チャネル層103xの電
位はもとのP2oに戻る。但し、チャネル層103xの
電位のポケットDPには、不安定残留電荷が残る可能性
がある。本明細書では、このように、リセット時に、実
質的に全ての信号電荷を排出する態様を完全排出モード
として言及する。
FIG. 3D shows the potential distribution after the reset gate is opened and the signal charges are discharged. Basically, all the charges accumulated in the channel layer 103x are discharged to the charge discharging drain layer 108, and the potential of the channel layer 103x returns to the original P2o. However, unstable residual charges may remain in the potential pocket DP of the channel layer 103x. In this specification, the mode of discharging substantially all the signal charges at the time of resetting is referred to as a complete discharging mode.

【0039】図3(a)図示の実施例によれば、チャネ
ル層111と出力ゲート電極106との間、及びチャネ
ル層111とリセットゲート電極107との間のカップ
リング容量を小さくすることができ、高感度の電荷検出
部を提供できる。また、信号電荷の排出を補助するため
のコントロールゲート、フローティングゲートを省略し
てあるため、装置の構造及び製造プロセスが簡易となる
と共に、コントロールゲート用の高電圧電源も不要とな
る。
According to the embodiment shown in FIG. 3A, the coupling capacitance between the channel layer 111 and the output gate electrode 106 and between the channel layer 111 and the reset gate electrode 107 can be reduced. A highly sensitive charge detection unit can be provided. Further, since the control gate and the floating gate for assisting the discharge of the signal charge are omitted, the structure of the device and the manufacturing process are simplified, and a high voltage power source for the control gate is unnecessary.

【0040】図4(a)は本発明の更に別の実施例に係
る電荷転送装置の平面図、図4(b)、(c)はそれぞ
れ図4(a)のIXB−IXB、IXC−IXC線断面
図である。図5(a)は図4(b)の電荷転送装置の電
荷検出部を拡大して示す断面図である。
FIG. 4A is a plan view of a charge transfer device according to still another embodiment of the present invention, and FIGS. 4B and 4C are IXB-IXB and IXC-IXC of FIG. 4A, respectively. It is a line sectional view. FIG. 5A is an enlarged cross-sectional view of the charge detection unit of the charge transfer device of FIG. 4B.

【0041】この実施例は、電荷がない状態の電荷蓄積
チャネル層103xの電位P3oが電荷排出ドレイン層
108の電位Pdrより低く設定されている点、及び信
号電荷の排出を補助するためのコントロールゲート、フ
ローティングゲートを設けている点を除いて、図1
(a)、(b)、(c)及び図2(a)図示の実施例と
同一に構成される。
In this embodiment, the potential P3o of the charge storage channel layer 103x in the absence of electric charges is set lower than the potential Pdr of the charge discharging drain layer 108, and the control gate for assisting the discharging of the signal charges. , Except that the floating gate is provided.
The configuration is the same as that of the embodiment shown in FIGS. 2 (a), 2 (b), 2 (c) and 2 (a).

【0042】この実施例にあっては、電荷蓄積チャネル
層103x及びチャネル層111上に絶縁膜121を介
してフローティングゲート電極120aが配設される。
また、フローティングゲート電極120a上に絶縁膜1
14を介してコントロールゲート電極120bが配設さ
れる。コントロールゲート電極120bには、負の高電
圧が印加可能で、電圧が印加されないフローティングゲ
ート電極120aを介して、電荷蓄積チャネル層103
xに作用するようになっている。
In this embodiment, the floating gate electrode 120a is provided on the charge storage channel layer 103x and the channel layer 111 via the insulating film 121.
In addition, the insulating film 1 is formed on the floating gate electrode 120a.
A control gate electrode 120b is provided via 14. A high negative voltage can be applied to the control gate electrode 120b, and the charge storage channel layer 103 is provided via the floating gate electrode 120a to which no voltage is applied.
It acts on x.

【0043】図5(a)の断面図の各部分に対応する電
位分布を示す図5(b)〜図5(d)を参照して、この
実施例を説明する。図5(b)は、コントロールゲート
電極120bに電圧が印加されず、且つ電荷蓄積n型チ
ャネル層103xの部分に電荷がない状態の電位分布を
示す。この状態において、電荷蓄積チャネル層103x
の電位P3oは電荷排出ドレイン層108の電位Pdr
より低くなるように設定される。本実施例においては、
電荷蓄積チャネル層103xの不純物濃度を1×1015
〜1×1019cm-3に設定することにより電位を低くし
ている。
This embodiment will be described with reference to FIGS. 5 (b) to 5 (d) showing potential distributions corresponding to respective portions of the sectional view of FIG. 5 (a). FIG. 5B shows the potential distribution in the state where no voltage is applied to the control gate electrode 120b and there is no charge in the charge storage n-type channel layer 103x. In this state, the charge storage channel layer 103x
Potential P3o of the charge drain drain layer 108 potential Pdr
It is set to be lower. In this embodiment,
The impurity concentration of the charge storage channel layer 103x is set to 1 × 10 15
The electric potential is lowered by setting it to ˜1 × 10 19 cm −3 .

【0044】図5(b)図示の状態において、チャネル
層103x内の電位分布は一定となっていない。特に、
電荷転送n型チャネル層103a側に形成される電位の
ポケットDPは信号電荷の排出に悪影響を及ぼす可能性
がある。
In the state shown in FIG. 5B, the potential distribution in the channel layer 103x is not constant. In particular,
The potential pocket DP formed on the charge transfer n-type channel layer 103a side may adversely affect the discharge of signal charges.

【0045】図5(c)は、コントロールゲート電極1
20bに負の電圧が印加された状態の電位分布を示す。
印加電圧の影響により、チャネル層103bの電位は電
位P3rに変化する。この時、電位のポケットDPは消
滅し、電荷転送n型チャネル層103a側から電荷蓄積
n型チャネル層103xへ電位が連続的つながる。コン
トロールゲート電極120bへの負の電圧の印加は、信
号電荷の排出時、すなわちリセット時に電位のポケット
DPに不安定残留電荷が残るのを防止するためのもので
ある。従って、同電圧の印加はリセット時のみ行えばよ
いが、本実施例では、操作を簡単にするため、コントロ
ールゲート電極120bには常に負の電圧を印加してい
る。
FIG. 5C shows the control gate electrode 1
20b shows a potential distribution when a negative voltage is applied to 20b.
The potential of the channel layer 103b changes to the potential P3r due to the influence of the applied voltage. At this time, the potential pocket DP disappears, and the potential is continuously connected from the charge transfer n-type channel layer 103a side to the charge storage n-type channel layer 103x. The application of the negative voltage to the control gate electrode 120b is for preventing the unstable residual charge from remaining in the potential pocket DP at the time of discharging the signal charge, that is, at the time of resetting. Therefore, the same voltage may be applied only at the time of reset, but in this embodiment, a negative voltage is always applied to the control gate electrode 120b in order to simplify the operation.

【0046】図5(d)は、コントロールゲート電極1
20bに負の電圧が印加され、且つ電荷蓄積n型チャネ
ル層103xに信号電荷が蓄積された信号電荷検出時の
電位分布を示す。信号電荷がチャネル層103xに転送
されてきて蓄積されると、チャネル層103xは電位P
3tを有するようになり、電荷検出用PMOSトランジ
スタのチャネル111の電位を変調させる。従って、配
線113に出力される電圧がVoが全流入信号電荷の量
に応じて変化し、この変化を測定することにより信号電
荷量が検出される。
FIG. 5D shows the control gate electrode 1
20B shows a potential distribution at the time of signal charge detection in which a negative voltage is applied to 20b and signal charges are accumulated in the charge accumulation n-type channel layer 103x. When the signal charges are transferred to and accumulated in the channel layer 103x, the channel layer 103x receives the potential P.
As a result, the potential of the channel 111 of the charge detection PMOS transistor is modulated. Therefore, the voltage output to the wiring 113 changes Vo according to the amount of the total inflow signal charge, and the amount of the signal charge is detected by measuring this change.

【0047】信号電荷が検出された後、リセットゲート
が開かれて、信号電荷が排出されると、チャネル層10
3xの電位は図5(c)の状態に戻る。すなわち、この
実施例は完全排出モードで操作される。
After the signal charge is detected, the reset gate is opened and the signal charge is discharged.
The potential of 3x returns to the state of FIG. That is, this embodiment operates in full drain mode.

【0048】図5(a)図示の実施例によれば、チャネ
ル層111と出力ゲート電極106との間、及びチャネ
ル層111とリセットゲート電極107との間のカップ
リング容量を小さくすることができ、高感度の電荷検出
部を提供できる。また、コントロールゲート及びフロー
ティングゲートにより、チャネル層103xに不安定残
留電荷が残るのを防止することができる。
According to the embodiment shown in FIG. 5A, the coupling capacitance between the channel layer 111 and the output gate electrode 106 and between the channel layer 111 and the reset gate electrode 107 can be reduced. A highly sensitive charge detection unit can be provided. Further, the control gate and the floating gate can prevent unstable residual charges from remaining in the channel layer 103x.

【0049】図6(a)は本発明の更に別の実施例に係
る電荷転送装置の電荷検出部を拡大して示す断面図であ
る。この実施例は、p型チャネル層131が、n型チャ
ネル層103aからn型チャネル層115まで完全に延
在するように形成されている点を除いて、図1(a)、
(b)、(c)及び図2(a)図示の実施例と同一に構
成される。
FIG. 6A is an enlarged sectional view showing a charge detecting portion of a charge transfer device according to still another embodiment of the present invention. In this embodiment, the p-type channel layer 131 is formed so as to extend completely from the n-type channel layer 103 a to the n-type channel layer 115, as shown in FIG.
The configuration is the same as the embodiment shown in FIGS. 2 (b), 2 (c) and 2 (a).

【0050】図6(a)の断面図の各部分に対応する電
位分布を示す図6(b)〜図6(d)を参照して、この
実施例の信号電荷の検出に関して説明する。図6(b)
は電荷蓄積n+ 型チャネル層103bに電荷がない状態
の電位分布を示す。この状態において、電荷蓄積チャネ
ル層103bの電位P4oは電荷排出ドレイン層108
の電位Pdrより高くなるように設定される。この電位
の高低関係は、ドレイン層108の電位を調整するか、
チャネル層103bの不純物濃度を調整するか、或いは
その両方を調整することにより設定可能となる。本実施
例においては、電荷蓄積チャネル層103bの不純物濃
度を1×1017〜1×1021cm-3と大きくすることに
より電位を高くしている。
Detection of signal charges in this embodiment will be described with reference to FIGS. 6B to 6D showing potential distributions corresponding to respective portions of the sectional view of FIG. 6A. Figure 6 (b)
Indicates a potential distribution in a state where there is no charge in the charge storage n + type channel layer 103b. In this state, the potential P4o of the charge storage channel layer 103b changes to the charge drainage layer 108.
Is set to be higher than the potential Pdr. Whether the potential of the drain layer 108 is adjusted,
It can be set by adjusting the impurity concentration of the channel layer 103b or by adjusting both of them. In this embodiment, the potential is increased by increasing the impurity concentration of the charge storage channel layer 103b to 1 × 10 17 to 1 × 10 21 cm −3 .

【0051】図6(b)図示の状態において、チャネル
層103b内の電位分布は一定となっていない。特に、
電荷転送n型チャネル層103a側に形成される電位の
ポケットDPは信号電荷の排出に悪影響を及ぼす可能性
がある。
In the state shown in FIG. 6B, the potential distribution inside the channel layer 103b is not constant. In particular,
The potential pocket DP formed on the charge transfer n-type channel layer 103a side may adversely affect the discharge of signal charges.

【0052】図6(c)は、電荷蓄積n+ 型チャネル層
103bに信号電荷或いは他の意図的に付与された電荷
が一旦蓄積され、その後排出された後の電位分布を示
す。電荷蓄積チャネル層103bには、チャネル層10
3bの電位P4rを電荷排出ドレイン層108の電位P
drと同一にする分、すなわち図に斜線を付した部分に
対応する個数の電子の総電荷量が残留する。すなわち、
電位のポケットDPが残留電荷により埋められるよう
に、電荷がない状態におけるチャネル層103b内の電
位の凸凹が均される。
FIG. 6C shows a potential distribution after the signal charge or other intentionally added charge is once stored in the charge storage n + type channel layer 103b and then discharged. The channel layer 10 is included in the charge storage channel layer 103b.
The potential P4r of 3b is the potential P of the charge drain layer 108.
The same amount as dr, that is, the total charge amount of the number of electrons corresponding to the shaded portion in the figure remains. That is,
The unevenness of the potential in the channel layer 103b in the absence of electric charge is evened so that the electric potential pocket DP is filled with the residual electric charge.

【0053】図6(d)は、図6(c)図示の状態の後
に、電荷蓄積n+ 型チャネル層103bに信号電荷が蓄
積された信号電荷検出時の電位分布を示す。電荷蓄積チ
ャネル層103bの電位分布が図6(c)の状態となっ
たところに、信号電荷がチャネル層103bに転送され
てきて蓄積されると、図6(d)図示の如く、チャネル
層103bは電位P4tを有するようになる。この時、
信号電荷の流入による電位変化分ΔP4=P4r−P4
tは、流入信号電荷の総量、すなわち図に斜線を付した
部分に対応する個数の電子の総電荷量となる。
FIG. 6D shows a potential distribution at the time of signal charge detection in which signal charges are accumulated in the charge accumulation n + type channel layer 103b after the state shown in FIG. 6C. When the signal charge is transferred to and accumulated in the channel layer 103b when the potential distribution of the charge accumulation channel layer 103b is in the state of FIG. 6C, the channel layer 103b is formed as shown in FIG. 6D. Has a potential P4t. At this time,
Potential change due to inflow of signal charge ΔP4 = P4r−P4
t is the total amount of inflow signal charges, that is, the total amount of electrons of the number of electrons corresponding to the hatched portion in the figure.

【0054】換言すると、チャネル層103bへの新た
な流入信号電荷の全てが、チャネル層103bの電位の
変化として現れ、電荷検出用PMOSトランジスタのチ
ャネル131の電位を変調させる。従って、配線113
に出力される電圧がVoが全流入信号電荷の量に応じて
変化し、この変化を測定することにより信号電荷量が検
出される。
In other words, all new inflow signal charges into the channel layer 103b appear as changes in the potential of the channel layer 103b, and modulate the potential of the channel 131 of the charge detection PMOS transistor. Therefore, the wiring 113
The voltage Vo output changes to Vo according to the amount of the total inflow signal charge, and the amount of signal charge is detected by measuring this change.

【0055】信号電荷が検出された後、リセットゲート
が開かれて、信号電荷が排出されると、チャネル層10
3bの電位は図6(c)の状態に戻る。すなわち、この
実施例は不完全排出モードで操作される。
After the signal charge is detected, the reset gate is opened and the signal charge is discharged.
The potential of 3b returns to the state of FIG. 6 (c). That is, this embodiment operates in the incomplete ejection mode.

【0056】図6(a)図示の実施例によれば、信号電
荷の排出を補助するためのコントロールゲート及びフロ
ーティングゲートを省略し、不完全排出モードにより信
号電荷の検出を可能とした。このため、装置の構造及び
製造プロセスが簡易となると共に、コントロールゲート
用の高電圧電源も不要となる。
According to the embodiment shown in FIG. 6A, the control gate and the floating gate for assisting the discharge of the signal charge are omitted, and the signal charge can be detected by the incomplete discharge mode. Therefore, the structure and manufacturing process of the device are simplified, and a high voltage power source for the control gate is not needed.

【0057】図7(a)は本発明の更に別の実施例に係
る電荷転送装置の電荷検出部を拡大して示す断面図であ
る。この実施例は、信号電荷の排出を補助するためのコ
ントロールゲート及びフローティングゲートを設けてい
る点を除いて、図6(a)図示の実施例と同一に構成さ
れる。
FIG. 7A is an enlarged sectional view showing a charge detecting portion of a charge transfer device according to still another embodiment of the present invention. This embodiment has the same configuration as the embodiment shown in FIG. 6A except that a control gate and a floating gate for assisting the discharge of signal charges are provided.

【0058】コントロールゲート及びフローティングゲ
ートは、図4(a)及び(c)図示の配置と同じ配置で
形成される。すなわち、電荷蓄積チャネル層103b及
びチャネル層131上に絶縁膜121を介してフローテ
ィングゲート電極120aが配設される。また、フロー
ティングゲート電極120a上に絶縁膜114を介して
コントロールゲート電極120bが配設される。コント
ロールゲート電極120bには、負の高電圧が印加可能
で、電圧が印加されないフローティングゲート電極12
0aを介して、電荷蓄積チャネル層103bに作用する
ようになっている。
The control gate and the floating gate are formed in the same arrangement as that shown in FIGS. 4A and 4C. That is, the floating gate electrode 120a is provided on the charge storage channel layer 103b and the channel layer 131 with the insulating film 121 interposed therebetween. Further, the control gate electrode 120b is provided on the floating gate electrode 120a with the insulating film 114 interposed therebetween. A high negative voltage can be applied to the control gate electrode 120b, and no voltage is applied to the floating gate electrode 12b.
It acts on the charge storage channel layer 103b via 0a.

【0059】図7(a)の断面図の各部分に対応する電
位分布を示す図7(b)〜図7(d)を参照して、この
実施例を説明する。図7(b)は、コントロールゲート
電極120bに電圧が印加されず、且つ電荷蓄積n型チ
ャネル層103bの部分に電荷がない状態の電位分布を
示す。この状態において電荷蓄積チャネル層103bの
電位P5oは電荷排出ドレイン層108の電位Pdrよ
り高くなるように設定される。本実施例においては、電
荷蓄積チャネル層103bの不純物濃度を1×1017
1×1021cm-3と大きくすることにより電位を高くし
ている。
This embodiment will be described with reference to FIGS. 7 (b) to 7 (d) showing potential distributions corresponding to respective portions of the sectional view of FIG. 7 (a). FIG. 7B shows a potential distribution in the state where no voltage is applied to the control gate electrode 120b and no charge is present in the charge storage n-type channel layer 103b. In this state, the potential P5o of the charge storage channel layer 103b is set to be higher than the potential Pdr of the charge discharging drain layer 108. In the present embodiment, the impurity concentration of the charge storage channel layer 103b is set to 1 × 10 17 to
The electric potential is raised by increasing it to 1 × 10 21 cm −3 .

【0060】図7(c)は、コントロールゲート電極1
20bに負の電圧が印加され、且つ電荷蓄積n+ 型チャ
ネル層103bに信号電荷或いは他の意図的に付与され
た電荷が一旦蓄積され、その後排出された後の電位分布
を示す。電荷蓄積チャネル層103bには、チャネル層
103bの電位P5rを電荷排出ドレイン層108の電
位Pdrと同一にする分、すなわち図に斜線を付した部
分に対応する個数の電子の総電荷量が残留する。
FIG. 7C shows the control gate electrode 1
20b shows a potential distribution after a negative voltage is applied to 20b and the signal charge or other intentionally added charge is once stored in the charge storage n + type channel layer 103b and then discharged. In the charge storage channel layer 103b, an amount by which the potential P5r of the channel layer 103b is made equal to the potential Pdr of the charge discharging drain layer 108, that is, the total charge amount of the number of electrons corresponding to the shaded portion in the drawing remains. .

【0061】図7(d)は、図7(c)図示の状態の後
に、電荷蓄積n+ 型チャネル層103bに信号電荷が蓄
積された信号電荷検出時の電位分布を示す。信号電荷が
チャネル層103bに転送されてきて蓄積されると、チ
ャネル層103bは電位P5tを有するようになる。チ
ャネル層103bの電位の変化により、電荷検出用PM
OSトランジスタのチャネル131の電位が変調する。
従って、配線113に出力される電圧がVoが信号電荷
の量に応じて変化し、この変化を測定することにより信
号電荷量が検出される。
FIG. 7D shows the potential distribution at the time of signal charge detection when the signal charges are accumulated in the charge accumulation n + type channel layer 103b after the state shown in FIG. 7C. When the signal charge is transferred to and accumulated in the channel layer 103b, the channel layer 103b comes to have the potential P5t. The charge detection PM changes due to the change in the potential of the channel layer 103b.
The potential of the channel 131 of the OS transistor is modulated.
Therefore, the voltage output to the wiring 113 changes Vo according to the amount of signal charges, and the amount of signal charges is detected by measuring this change.

【0062】信号電荷が検出された後、リセットゲート
が開かれて、信号電荷が排出されると、チャネル層10
3bの電位は図7(c)の状態に戻る。すなわち、この
実施例は不完全排出モードで操作される。
After the signal charge is detected, the reset gate is opened and the signal charge is discharged.
The potential of 3b returns to the state of FIG. 7 (c). That is, this embodiment operates in the incomplete ejection mode.

【0063】図7(a)図示の実施例によれば、不完全
排出モードにより信号電荷の検出を可能としたため、コ
ントロールゲートは低電圧で操作でき、高電圧電源が不
要となる。
According to the embodiment shown in FIG. 7 (a), since the signal charge can be detected in the incomplete discharge mode, the control gate can be operated at a low voltage, and a high voltage power supply is unnecessary.

【0064】図8は本発明の更に別の実施例に係る電荷
転送装置の電荷検出部を拡大して示す断面図である。こ
の実施例は、電荷検出用PMOSトランジスタのp型チ
ャネル層141の形成位置が異なる点を除いて、図1
(a)、(b)、(c)及び図2(a)図示の実施例と
同一に構成される。
FIG. 8 is an enlarged sectional view showing a charge detecting portion of a charge transfer device according to still another embodiment of the present invention. This example is different from FIG. 1 except that the p-type channel layer 141 of the charge detection PMOS transistor is formed at a different position.
The configuration is the same as that of the embodiment shown in FIGS. 2 (a), 2 (b), 2 (c) and 2 (a).

【0065】この実施例にあっては、電荷転送n型チャ
ネル層103aと、電荷排出n型チャネル層115との
間に形成された電荷蓄積n+ 型チャネル層103bは、
上表面全体が絶縁膜121に接触する。n+ 型チャネル
層103bの下に接触して高抵抗のp- 型ウェル層10
2(不純物濃度1×1012〜1×1017cm-3)内に電
荷感知p型チャネル層141(不純物濃度1×1014
1×1018cm-3)が形成される。p型チャネル層14
1は、電荷転送及び電荷排出n型チャネル層103a、
115に接触しないように配置される。p型チャネル層
141は、高加速度のイオン注入装置を用いて形成する
ことができる。
In this embodiment, the charge storage n + type channel layer 103b formed between the charge transfer n type channel layer 103a and the charge discharging n type channel layer 115 is
The entire upper surface contacts the insulating film 121. A high resistance p- type well layer 10 is formed under contact with the n + type channel layer 103b.
2 (impurity concentration 1 × 10 12 to 1 × 10 17 cm −3 ) within the charge sensing p-type channel layer 141 (impurity concentration 1 × 10 14 to
1 × 10 18 cm −3 ) is formed. p-type channel layer 14
1 is an n-type channel layer 103a for charge transfer and discharge
It is arranged so as not to contact 115. The p-type channel layer 141 can be formed using a high acceleration ion implantation device.

【0066】電荷がない状態の電荷蓄積チャネル層10
3bの電位は、図2(a)図示実施例と同様、電荷排出
ドレイン層108の電位より高くなるように設定され
る。すなわち、この実施例は不完全排出モードで操作さ
れ、その際の態様は、図2(b)〜図2(d)に示す態
様と実質的に同じとなる。
Charge storage channel layer 10 in the absence of charge
The potential of 3b is set higher than the potential of the charge discharging drain layer 108, as in the embodiment shown in FIG. That is, this embodiment is operated in the incomplete discharge mode, and the mode at that time is substantially the same as the mode shown in FIGS. 2 (b) to 2 (d).

【0067】図8図示の実施例によれば、チャネル層1
11と出力ゲート電極106との間、及びチャネル層1
11とリセットゲート電極107との間のカップリング
容量を小さくすることができ、高感度の電荷検出部を提
供できる。また、信号電荷の排出を補助するためのコン
トロールゲート、フローティングゲートが省略できるた
め、装置の構造及び製造プロセスが簡易となると共に、
コントロールゲート用の高電圧電源も不要となる。
According to the embodiment shown in FIG. 8, the channel layer 1
11 and the output gate electrode 106, and the channel layer 1
The coupling capacitance between the gate electrode 11 and the reset gate electrode 107 can be reduced, and a highly sensitive charge detection unit can be provided. Further, since the control gate and the floating gate for assisting the discharge of the signal charge can be omitted, the structure of the device and the manufacturing process are simplified, and
The high voltage power supply for the control gate is also unnecessary.

【0068】図9は本発明の更に別の実施例に係る電荷
転送装置の電荷検出部を拡大して示す断面図である。こ
の実施例は、p- 型ウェル層が分割されている点、及び
電荷検出用PMOSトランジスタのp型チャネル層15
1の形成位置が異なる点を除いて、図1(a)、
(b)、(c)及び図2(a)図示の実施例と同一に構
成される。
FIG. 9 is an enlarged sectional view showing a charge detecting portion of a charge transfer device according to still another embodiment of the present invention. In this embodiment, the p-type well layer is divided, and the p-type channel layer 15 of the PMOS transistor for charge detection is divided.
1 (a), except that the formation position of 1 is different.
The configuration is the same as the embodiment shown in FIGS. 2 (b), 2 (c) and 2 (a).

【0069】この実施例にあっては、高抵抗のp- 型ウ
ェル層(不純物濃度1×1012〜1×1017cm-3)は
電荷転送n型チャネル層103aの下に配置された第1
部分102aと、電荷排出n+ 型ドレイン層の下に配置
された第2部分102bとに分割される。ウエル層の部
分102a、102bの間には、これらと接触せず、周
囲がn型領域で包囲されるように電荷感知p型チャネル
層151(不純物濃度1×1014〜1×1018cm-3
が形成される。p型チャネル層151は両側で、電荷転
送n型チャネル層103aと、電荷排出n型チャネル層
115とに接触する。電荷蓄積n+ 型チャネル層103
bは電荷感知p型チャネル層151の表面に形成され、
その上表面全体が絶縁膜121に接触する。
In this embodiment, the high resistance p--type well layer (impurity concentration 1 × 10 12 to 1 × 10 17 cm -3 ) is disposed under the charge transfer n-type channel layer 103a. 1
It is divided into a portion 102a and a second portion 102b disposed below the charge discharging n + type drain layer. Between the well layer portions 102a and 102b, the charge sensing p-type channel layer 151 (impurity concentration 1 × 10 14 to 1 × 10 18 cm − 3 )
Is formed. The p-type channel layer 151 is in contact with the charge transfer n-type channel layer 103a and the charge discharging n-type channel layer 115 on both sides. Charge storage n + type channel layer 103
b is formed on the surface of the charge sensing p-type channel layer 151,
The entire upper surface thereof contacts the insulating film 121.

【0070】電荷がない状態の電荷蓄積チャネル層10
3bの電位は、図6(a)図示実施例と同様、電荷排出
ドレイン層108の電位より高くなるように設定され
る。すなわち、この実施例は不完全排出モードで操作さ
れ、その際の態様は、図6(b)〜図6(d)に示す態
様と実質的に同じとなる。
Charge storage channel layer 10 in the absence of charge
The potential of 3b is set to be higher than the potential of the charge discharging drain layer 108 as in the embodiment shown in FIG. That is, this embodiment is operated in the incomplete discharge mode, and the mode at that time is substantially the same as the mode shown in FIGS. 6 (b) to 6 (d).

【0071】図9図示の実施例によれば、p型チャネル
層151が図8図示実施例のp型チャネル層141より
形成しやすいという利点がある。また、信号電荷の排出
を補助するためのコントロールゲート、フローティング
ゲートが省略できるため、装置の構造及び製造プロセス
が簡易となると共に、コントロールゲート用の高電圧電
源も不要となる。
The embodiment shown in FIG. 9 has the advantage that the p-type channel layer 151 is easier to form than the p-type channel layer 141 of the embodiment shown in FIG. Further, since the control gate and the floating gate for assisting the discharge of the signal charges can be omitted, the structure of the device and the manufacturing process are simplified, and a high voltage power source for the control gate is not required.

【0072】図10は本発明の更に別の実施例に係る電
荷転送装置の電荷検出部を示す図である。この実施例
は、図1乃至図9図示の実施例と異なり、FDA型の電
荷検出部の改良に関する。
FIG. 10 is a diagram showing a charge detector of a charge transfer device according to still another embodiment of the present invention. This embodiment is different from the embodiments shown in FIGS. 1 to 9 and relates to an improvement of the FDA type charge detection unit.

【0073】半導体基板210の表面には、FD層21
1及びリセットドレイン212が形成される。半導体基
板210上にはSiO2 膜230を介してCCDの転送
電極213、出力ゲート電極214及びリセットゲート
電極215が配置される。FD層211はトランジスタ
221のゲート電極に電気的に接続される。トランジス
タ221のソースはデプレッション型の負荷MOSトラ
ンジスタ222のドレインと接続されて初段のソースフ
ォロワ回路が形成される。また、トランジスタ221の
ソースは出力段駆動トランジスタ223のゲート電極に
接続される。トランジスタ223のソースはデプレッシ
ョン型の負荷MOSトランジスタ224のドレインと接
続されて出力段のソースフォロワ回路が形成される。負
荷MOSトランジスタ222、224のゲート電極22
5、226には、それぞれ独立の制御信号Vcont、VG
を与えることができるように構成される。
The FD layer 21 is formed on the surface of the semiconductor substrate 210.
1 and reset drain 212 are formed. The transfer electrode 213, the output gate electrode 214, and the reset gate electrode 215 of the CCD are arranged on the semiconductor substrate 210 via the SiO 2 film 230. The FD layer 211 is electrically connected to the gate electrode of the transistor 221. The source of the transistor 221 is connected to the drain of the depletion type load MOS transistor 222 to form a first-stage source follower circuit. The source of the transistor 221 is connected to the gate electrode of the output stage driving transistor 223. The source of the transistor 223 is connected to the drain of the depletion type load MOS transistor 224 to form a source follower circuit of the output stage. Gate electrodes 22 of load MOS transistors 222 and 224
5, 226 have independent control signals V cont and V G , respectively.
Is configured to be able to give.

【0074】次に、上記出力段のソースフォロワ回路の
動作点に関して説明する。ここで、制御信号VG の電圧
は一定(例えば、0Vあるいは1〜2V)で、電源電圧
DDは、例えば15Vのような電圧であるとする。
Next, the operating point of the source follower circuit of the output stage will be described. Here, it is assumed that the voltage of the control signal V G is constant (for example, 0 V or 1 to 2 V), and the power supply voltage V DD is a voltage such as 15 V.

【0075】図11は、上記出力段のソースフォロワ回
路の動作点を示す図である。ここで、曲線231は、図
10に示す出力段駆動トランジスタ223の出力電圧に
対するドレイン電流特性を示す。また、曲線234a、
234bは、それぞれ図10に示す出力段負荷トランジ
スタ224の出力電圧に対するドレイン電流特性を示
す。曲線234aはトランジスタ224のゲート電極2
26に印加する制御信号Vcontの電圧を高く(例えば、
5〜6V)した場合、曲線234bは制御信号Vcont
電圧を低く(例えば、2〜3V)した場合に対応する。
図から理解されるように、本実施例によれば、トランジ
スタ224のゲート電極226に低い電圧を与えて、ソ
ースフォロワ回路を動作点(V1 、I1 )232aで動
作させ、あるいは、トランジスタ224のゲート電極2
26に高い電圧を与えて、ソースフォロワ回路を動作点
(V2 、I2 )232bで動作させることが可能とな
る。つまり、負荷トランジスタ224のゲート電極22
6に加える電圧Vcontを制御することによって、ソース
フォロワ回路のバイアス電流を制御できるようになる。
FIG. 11 is a diagram showing operating points of the source follower circuit in the output stage. Here, the curve 231 shows the drain current characteristic with respect to the output voltage of the output stage drive transistor 223 shown in FIG. Also, the curves 234a,
234b shows the drain current characteristics with respect to the output voltage of the output stage load transistor 224 shown in FIG. The curve 234a indicates the gate electrode 2 of the transistor 224.
The voltage of the control signal V cont applied to 26 is increased (for example,
Curve 234b corresponds to the case where the voltage of the control signal V cont is low (for example, 2 to 3 V).
As understood from the figure, according to the present embodiment, a low voltage is applied to the gate electrode 226 of the transistor 224 to operate the source follower circuit at the operating point (V 1 , I 1 ) 232a, or the transistor 224 is operated. Gate electrode 2
It is possible to apply a high voltage to 26 and operate the source follower circuit at the operating point (V 2 , I 2 ) 232b. That is, the gate electrode 22 of the load transistor 224
By controlling the voltage V cont applied to 6, the bias current of the source follower circuit can be controlled.

【0076】このとき、ソースフォロワ回路の入力信号
inに対して変化する出力信号の変化分Vout は、 Vout =Adc・[1−exp(−Gm・t/C)]・Vin …(1) で表わすことができる。Vout 、Vin、Adc、Gm、
C、tはそれぞれ出力電圧、入力電圧、DCの増幅率、
相互コンダクタンス、負荷容量、時間を示す。上記の式
からGmが大きいほどソースフォロワ回路の応答速度が
上がることがわかる。
At this time, the change amount V out of the output signal that changes with respect to the input signal V in of the source follower circuit is: V out = Adc [1-exp (-Gmt / C)] V in ... It can be represented by (1). V out , V in , Adc, Gm,
C and t are output voltage, input voltage, DC amplification factor,
Indicates transconductance, load capacity, and time. It can be seen from the above equation that the response speed of the source follower circuit increases as Gm increases.

【0077】そして、Gmは、 Gm=(2・W/L・μ・Cox・Id)1/2 …(2) で表わせる。W、L、μ、Cox、Idはそれぞれチャネ
ル幅、チャネル長、モビリティ、面積あたりの容量、バ
イアス電流を示す。
Then, Gm can be expressed by Gm = (2 · W / L · μ · Cox · Id) 1/2 (2). W, L, μ, Cox, and Id represent channel width, channel length, mobility, capacitance per area, and bias current, respectively.

【0078】従って、Gmはバイアス電流が大きいほど
大きくなり、それにより回路の応答速度が上がることが
分かる。それゆえ、入力信号の情報が変化する期間に
は、負荷MOSトランジスタ224のゲート電極226
に与える電圧Vcontを高くしてGmを大きくすることに
より大量の電流を流してFDAの高速応答性を向上さ
せ、さらに入力信号の情報が変化しない期間には、逆に
電圧Vcontを低くして少量の電流を流すことで消費電流
を大幅に抑えることができる。
Therefore, it is understood that the larger the bias current is, the larger Gm becomes, and thus the response speed of the circuit is increased. Therefore, during the period when the information of the input signal changes, the gate electrode 226 of the load MOS transistor 224 is changed.
By increasing the voltage V cont applied to the circuit and increasing Gm, a large amount of current is flowed to improve the fast response of the FDA, and further, the voltage V cont is lowered during the period when the information of the input signal does not change. The current consumption can be greatly reduced by passing a small amount of current.

【0079】以下、図12図示の電圧波形を用いて、上
記利点に関してより詳しく説明する。同図では上から順
にリセットゲート電極215の電圧VRSの波形、負荷ト
ランジスタのゲート電極226の電圧Vcontの波形、出
力電圧Vout の波形を示す。
The above advantages will be described in more detail below with reference to the voltage waveforms shown in FIG. In the same figure, the waveform of the voltage V RS of the reset gate electrode 215, the waveform of the voltage V cont of the gate electrode 226 of the load transistor, and the waveform of the output voltage V out are sequentially shown from the top.

【0080】ここで、T11はリセットゲートがオン状
態にされる期間を、T12はリセットゲートがオフ状態
にされてから信号電荷のFD層211への注入が始まる
少し前までの期間を、T13は負荷トランジタゲート電
極226のGmを大きくすべき期間すなわち出力Vout
が電荷の注入の開始によりフィードスルーレベルL1か
ら信号レベルL2に向かって変化を始める少し前の時点
から出力Vout が十分に信号レベルに到達する時点まで
の期間を、また、T14はT13の終りからFD層21
1に存在する信号電荷のリセットが始まるまでの期間を
示す。なお、時間T1bは信号電荷が少ない場合に、時
間T1wは信号電荷が大きい場合に対応する。図のよう
に、T13の期間においては、電圧Vcontを高くするこ
とにより負荷トランジスタゲート電極226のGmを大
きくしているので、FDAが信号の変化に対して高速に
応答し、また、T13以外の期間においては、電圧V
contを低くすることにより負荷トランジスタゲート電極
226のGmを小さくしているので、動作電流が小さく
抑えられ、それにより従来に比較して雑音が非常に低く
押さえられている。
Here, T11 is a period during which the reset gate is turned on, T12 is a period after the reset gate is turned off, and shortly before the injection of the signal charge into the FD layer 211 is started. The period during which Gm of the load transistor gate electrode 226 should be increased, that is, the output V out
Is a period from just before the point where the charge injection starts to change from the feedthrough level L1 toward the signal level L2 to the time when the output V out reaches the signal level sufficiently, and T14 is the end of T13. To FD layer 21
1 shows the period until the reset of the signal charge existing in 1 starts. The time T1b corresponds to the case where the signal charge is small, and the time T1w corresponds to the case where the signal charge is large. As shown in the figure, in the period of T13, the voltage V cont is increased to increase the Gm of the load transistor gate electrode 226, so that the FDA responds to a change in the signal at a high speed, and other than T13. In the period of, the voltage V
Since the Gm of the load transistor gate electrode 226 is reduced by lowering cont , the operating current is suppressed to a low level, and thus noise is suppressed to a very low level as compared with the conventional case.

【0081】このように、本実施例によれば、必要な高
速応答性を損なうことなく電荷転送装置のFDAにおけ
る省電力化及び低雑音化をはかることができる。このF
DAを有する電荷転送装置を固体撮像装置に適用すれ
ば、大幅な性能の向上を達成することが可能となる。
As described above, according to this embodiment, it is possible to achieve power saving and noise reduction in the FDA of the charge transfer device without impairing the required high-speed response. This F
If the charge transfer device having the DA is applied to the solid-state image pickup device, it is possible to achieve a great improvement in performance.

【0082】ここで、T13以外の期間においては、F
DAは低い周波数特性をもっており、期間T14で出力
信号をサンプリングすれば、高周波の雑音成分の折り返
し雑音の少ない信号が得られる。更に、期間T12の信
号もサンプリングして期間T14の信号との差を取る
か、または、時間T14の信号をハイパスフィルターに
通せば低周波の雑音成分をも排除することができる。ま
た更に、少量の電流を流している時点で出力信号をサン
プリングすれば、電荷検出MOSトランジスタの相互コ
ンダクタンスが低下して帯域は狭まっており、高周波の
雑音を大部分排除できるので、FDAのS/N比は向上
する。
Here, in the periods other than T13, F
DA has a low frequency characteristic, and if the output signal is sampled in the period T14, a signal with high aliasing noise of high frequency noise components can be obtained. Further, the signal of the period T12 may be sampled to obtain the difference from the signal of the period T14, or the low frequency noise component can be eliminated by passing the signal of the time T14 through a high pass filter. Furthermore, if the output signal is sampled at the time when a small amount of current is flowing, the mutual conductance of the charge detection MOS transistor is reduced and the band is narrowed, so that high frequency noise can be largely eliminated, so that the FDA S / The N ratio is improved.

【0083】従って、FDAの負荷トランジスタのゲー
ト電圧を制御することにより、FDAのバイアス電流お
よび雑音を制御でき、FDAの出力感度向上をはかるこ
とができ、これを固体撮像装置等に適用すれば感度の大
幅な向上を達成することが可能になる。
Therefore, by controlling the gate voltage of the load transistor of the FDA, the bias current and noise of the FDA can be controlled and the output sensitivity of the FDA can be improved. It is possible to achieve a significant improvement in.

【0084】なお上述の説明では、初段ソースフォロワ
回路の負荷トランジスタ222のゲート電極225に与
えられる電圧VG を一定に保っていたが、この電圧VG
もパルス電圧としてゲート電極225に与えてもよい。
以下、ゲート電極225に与えられる電圧VG を制御す
ることの利点について説明する。まず、このトランジス
タ221の熱雑音から発生する等価入力雑音電荷は、 Q=(4k・T/Gm・α)1/2 ・Ct/[1+( 2 ・f・Cgs/Gm) 21/2 …(3) で表わすことができる。Q、k、T、α、Ct、f、Cgs
はそれぞれ等価入力雑音電荷、ボルツマン定数、温度、
実験上の定数、FD層211の容量、雑音の周波数、ト
ランジスタ221のゲートとソース間の容量を表わす。
In the above description, the voltage V G given to the gate electrode 225 of the load transistor 222 of the first stage source follower circuit is kept constant, but this voltage V G
May also be applied to the gate electrode 225 as a pulse voltage.
Hereinafter, advantages of controlling the voltage V G applied to the gate electrode 225 will be described. First, the equivalent input noise charge generated from the thermal noise of the transistor 221 is Q = (4k · T / Gm · α) 1/2 · Ct / [1+ (2 · f · Cgs / Gm) 2 ] 1 / 2 It can be expressed by (3). Q, k, T, α, Ct, f, Cgs
Are equivalent input noise charge, Boltzmann constant, temperature,
The experimental constants, the capacitance of the FD layer 211, the noise frequency, and the capacitance between the gate and the source of the transistor 221 are shown.

【0085】図13は、上の式から得られる等価入力2
乗雑音電荷対周波数を概念的に表した図である。ここで
は、Gm2>Gm1とし、雑音240aはGm=Gm1
の時の雑音、雑音240bはGm=Gm2の時の雑音を
表す。雑音240aのDCの時の雑音Aは、 A=4α・k・T・Ct2 /Gm1 …(4) であり、雑音240bのDCの時の雑音Bは、 B=4α・k・T・Ct2 /Gm2 …(5) である。また、faは後の信号処理で決まる信号帯域で
ある。
FIG. 13 shows the equivalent input 2 obtained from the above equation.
It is the figure which represented the squared noise charge versus frequency notionally. Here, Gm2> Gm1, and the noise 240a is Gm = Gm1.
And noise 240b represents noise when Gm = Gm2. The noise A when the noise 240a is DC is A = 4α · k · T · Ct 2 / Gm1 (4), and the noise B when the noise 240b is DC is B = 4α · k · T · Ct 2 / Gm2 (5). Further, fa is a signal band determined by subsequent signal processing.

【0086】この場合、出力される総雑音は帯域内の雑
音の積分であるから、雑音240aの総雑音Atは、 At=(A・fa)1/2 …(6) であり、雑音240bの総雑音Btは、 Bt=(B・fa)1/2 …(7) となる。
In this case, since the total noise output is the integral of the noise within the band, the total noise At of the noise 240a is At = (A · fa) 1/2 (6), and the total noise At of the noise 240b is The total noise Bt is Bt = (B · fa) 1/2 (7)

【0087】従って、At>Btとなるから、電荷検出
トランジスタ221のGmが大きいほど雑音が小さくな
る。すなわち、トランジスタ222のゲート電極225
に、より高い電圧を加えることで、更に雑音低減効果が
増すという効果が得られる。それゆえ、例えば、出力信
号のサンプリング時の前後においてのみ、電圧VG を高
くして電荷検出トランジスタ221のGmを大きくする
と、ほとんど消費電力の増加なしに、サンプリング時の
出力信号に含まれる雑音を低減できるという利点があ
る。
Therefore, since At> Bt, the larger the Gm of the charge detection transistor 221, the smaller the noise. That is, the gate electrode 225 of the transistor 222
In addition, the effect of further increasing the noise reduction effect can be obtained by applying a higher voltage. Therefore, for example, when the voltage V G is increased and Gm of the charge detection transistor 221 is increased only before and after the sampling of the output signal, the noise included in the output signal at the time of sampling is hardly increased with almost no increase in power consumption. There is an advantage that it can be reduced.

【0088】なお、図10図示実施例ではFDAの構成
が2段ソースフォロワ回路であるが、その代わりに、F
DAが3段以上のソースフォロワ回路を用いて構成され
ていてもよい。
In the embodiment shown in FIG. 10, the FDA has a two-stage source follower circuit.
The DA may be configured using a source follower circuit having three or more stages.

【0089】図16及び図17は図1乃至図13に沿っ
て説明した本発明の実施例に係る電荷転送装置を利用し
たカメラの構成を示すブロック図である。図16は本発
明の実施例に係る電荷転送装置を組込んだ1つの固体撮
像システム12を有する単板式カメラ10を示す。固体
撮像システム12は多数の画素を有する受光部14を有
する。被写体5からの入射光は、レンズ16を通して撮
像システム12の受光部14に集光される。撮像システ
ム12は集光光に応じて発生する信号電荷を前述の態様
で電気的出力信号に変換する。撮像システム12からの
出力信号は、信号処理回路18を介してモニタ−22に
伝達され、イメージ化される。
16 and 17 are block diagrams showing the configuration of a camera using the charge transfer device according to the embodiment of the present invention described with reference to FIGS. FIG. 16 shows a single plate camera 10 having one solid-state imaging system 12 incorporating a charge transfer device according to an embodiment of the present invention. The solid-state imaging system 12 has a light receiving unit 14 having a large number of pixels. Incident light from the subject 5 is focused on the light receiving unit 14 of the imaging system 12 through the lens 16. The imaging system 12 converts the signal charge generated in response to the collected light into an electrical output signal in the above-described manner. The output signal from the imaging system 12 is transmitted to the monitor 22 via the signal processing circuit 18 and imaged.

【0090】図17は本発明の実施例に係る電荷転送装
置を組込んだ3つの固体撮像システムを有する3板式カ
メラ30を示す。3つの固体撮像システムはそれぞれ赤
(R)、緑(G)、青(B)の色フィルタを受光部に具
備し、色分解光学系32を構成する。被写体5からの入
射光は、レンズ36を通して色分解光学系32内の各撮
像システムの受光部に集光される。各撮像システムは集
光光に応じて発生する信号電荷を前述の態様で電気的出
力信号に変換する。各撮像システムからの出力信号は、
各色専用の信号処理回路38a、38b、38c及びカ
ラーコーダ40を介してモニタ−42に伝達され、イメ
ージ化される。
FIG. 17 shows a three-plate camera 30 having three solid-state image pickup systems incorporating a charge transfer device according to an embodiment of the present invention. Each of the three solid-state imaging systems includes a red (R), green (G), and blue (B) color filter in the light receiving portion, and forms a color separation optical system 32. Incident light from the subject 5 is condensed through the lens 36 on the light receiving part of each imaging system in the color separation optical system 32. Each imaging system converts the signal charge generated in response to the collected light into an electrical output signal in the manner described above. The output signal from each imaging system is
The signals are transmitted to the monitor 42 through the signal processing circuits 38 a, 38 b, 38 c dedicated to each color and the color coder 40, and are imaged.

【0091】また、図17図示の実施例においては、感
度の低い青(B)色について本発明に係る高感度固体撮
像システムを使用し、残りの2色(R、G)については
通常の固体撮像システムを使用し、青感度を高めるよう
にすることができる。このように3色(R、G、B)を
全てについて本発明に係る固体撮像システムを使用しな
くとも、用途に応じて本発明を適宜利用することが可能
となる。
In the embodiment shown in FIG. 17, the high-sensitivity solid-state imaging system according to the present invention is used for blue (B) color, which has low sensitivity, and normal solid-state images are used for the remaining two colors (R, G). An imaging system can be used to increase blue sensitivity. As described above, the present invention can be appropriately used according to the application without using the solid-state imaging system according to the present invention for all three colors (R, G, B).

【0092】本発明に係る固体撮像システムは高感度で
あるため、特に、信号量の少ない夜に使用される必要の
ある監視用カメラに最適なものとなる。また、本発明に
係る固体撮像システムをホームビデオカメラに用いた場
合には、解像度の劣化の少ない高感度のカメラを提供す
ることが可能となる。
The high sensitivity of the solid-state image pickup system according to the present invention makes it particularly suitable for a surveillance camera which needs to be used at night when the signal amount is small. Further, when the solid-state imaging system according to the present invention is used for a home video camera, it is possible to provide a high-sensitivity camera with little deterioration in resolution.

【0093】[0093]

【発明の効果】請求項1記載の電荷転送装置によれば、
感知チャネル層と出力ゲート電極との間及び感知チャネ
ル層とリセットゲート電極との間カップリング容量を小
さくすることができる。このため、信号電荷当たりの電
位変化を大きく取ることができ、信号電荷による電流電
圧変換ゲインの大きい、すなわち高感度の電荷検出部を
提供できる。
According to the charge transfer device of the first aspect,
It is possible to reduce the coupling capacitance between the sensing channel layer and the output gate electrode and between the sensing channel layer and the reset gate electrode. Therefore, it is possible to obtain a large potential change per signal charge, and it is possible to provide a high-sensitivity charge detection unit having a large current-voltage conversion gain due to the signal charge.

【0094】請求項2記載の電荷転送装置によれば、蓄
積チャネル層内の電位の凹凸及び電位のポケットに起因
する検出誤差を回避することができる。これにより、信
号電荷の排出を補助するためのコントロールゲート、フ
ローティングゲートを蓄積チャネル層上に設ける必要が
なくなる。このため、装置の構造及び製造プロセスが簡
易となると共に、コントロールゲート用の高電圧電源も
不要となる。
According to the charge transfer device of the second aspect, it is possible to avoid the detection error caused by the unevenness of the potential and the pocket of the potential in the storage channel layer. This eliminates the need to provide a control gate and a floating gate on the storage channel layer for assisting the discharge of signal charges. Therefore, the structure and manufacturing process of the device are simplified, and a high voltage power source for the control gate is not needed.

【0095】請求項3記載の電荷転送装置によれば、入
力信号の情報が変化する瞬間のようなFDAの速応性が
要求される期間のみソースフォロワ回路のバイアス電流
を大きくし、FDAの速応性が要求されない期間はソー
スフォロワ回路のバイアス電流を小さくして雑音及び消
費電力を低減するような制御が可能となる。これによ
り、必要な高速応答性を損なうことなくFDAの低雑音
化と省消費電力化を図ることができ、電荷転送装置の低
雑音化と省消費電力化を図ることができる。
According to the charge transfer device of the third aspect, the bias current of the source follower circuit is increased only during the period when the FDA is required to respond quickly such as the moment when the information of the input signal changes. In a period in which is not required, it is possible to reduce the bias current of the source follower circuit to reduce noise and power consumption. As a result, it is possible to reduce the noise and power consumption of the FDA without impairing the required high-speed response, and to reduce the noise and power consumption of the charge transfer device.

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

【図1】(a)は本発明の実施例に係る電荷転送装置を
示す平面図、(b)及び(c)はそれぞれ(a)のIB
−IB線及びIC−IC線断面図。
1A is a plan view showing a charge transfer device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 1B and 1C are IBs of FIG. 1A.
-IB line and IC-IC line sectional view.

【図2】(a)は図1(b)図示の電荷検出部の拡大断
面図、(b)〜(d)は(a)図示の断面図の各部分に
対応する電位分布を示す図。
2A is an enlarged cross-sectional view of the charge detection unit illustrated in FIG. 1B, and FIGS. 2B to 2D are diagrams illustrating potential distributions corresponding to respective portions of the cross-sectional view illustrated in FIG.

【図3】(a)は本発明の別の実施例に係る電荷転送装
置の電荷検出部を拡大して示す断面図、(b)〜(d)
は(a)図示の断面図の各部分に対応する電位分布を示
す図。
FIG. 3A is an enlarged cross-sectional view of a charge detection unit of a charge transfer device according to another embodiment of the present invention, and FIGS.
FIG. 4A is a diagram showing a potential distribution corresponding to each part of the sectional view shown in FIG.

【図4】(a)は本発明の更に別の実施例に係る電荷転
送装置を示す平面図、(b)及び(c)はそれぞれ
(a)のIXB−IXB線及びIXC−IXC線断面
図。
4A is a plan view showing a charge transfer device according to still another embodiment of the present invention, and FIGS. 4B and 4C are cross-sectional views taken along line IXB-IXB and IXC-IXC of FIG. 4A, respectively. .

【図5】(a)は本発明の更に別の実施例に係る電荷転
送装置の電荷検出部を拡大して示す断面図、(b)〜
(d)は(a)図示の断面図の各部分に対応する電位分
布を示す図。
5A is an enlarged cross-sectional view showing a charge detection unit of a charge transfer device according to still another embodiment of the present invention, and FIG.
(D) is a figure which shows the electric potential distribution corresponding to each part of the sectional view of (a) illustration.

【図6】(a)は本発明の更に別の実施例に係る電荷転
送装置の電荷検出部を拡大して示す断面図、(b)〜
(d)は(a)図示の断面図の各部分に対応する電位分
布を示す図。
FIG. 6A is an enlarged sectional view showing a charge detection unit of a charge transfer device according to still another embodiment of the present invention;
(D) is a figure which shows the electric potential distribution corresponding to each part of the sectional view of (a) illustration.

【図7】(a)は本発明の更に別の実施例に係る電荷転
送装置の電荷検出部を拡大して示す断面図、(b)〜
(d)は(a)図示の断面図の各部分に対応する電位分
布を示す図。
FIG. 7A is an enlarged sectional view showing a charge detection unit of a charge transfer device according to still another embodiment of the present invention;
(D) is a figure which shows the electric potential distribution corresponding to each part of the sectional view of (a) illustration.

【図8】本発明の更に別の実施例に係る電荷転送装置の
電荷検出部を拡大して示す断面図。
FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view showing a charge detection unit of a charge transfer device according to yet another embodiment of the present invention.

【図9】本発明の更に別の実施例に係る電荷転送装置の
電荷検出部を拡大して示す断面図。
FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view showing a charge detection unit of a charge transfer device according to yet another embodiment of the present invention.

【図10】本発明の更に別の実施例に係る電荷転送装置
のFDA型の電荷検出部を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing an FDA type charge detection unit of a charge transfer device according to still another embodiment of the present invention.

【図11】図10図示のソースフォロワ回路のドレイン
電流対出力電圧特性を示すグラフ。
11 is a graph showing drain current-output voltage characteristics of the source follower circuit shown in FIG.

【図12】図10図示の実施例のFDAの出力波形等を
示す図。
12 is a diagram showing output waveforms of the FDA of the embodiment shown in FIG.

【図13】図10図示の実施例のFDAを更に改良して
得られる雑音量を示す概念図。
13 is a conceptual diagram showing a noise amount obtained by further improving the FDA of the embodiment shown in FIG.

【図14】従来の電荷転送装置のFDA型の電荷検出部
を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing an FDA type charge detection unit of a conventional charge transfer device.

【図15】図14図示の装置のFDAの出力波形等を示
す図。
15 is a diagram showing an output waveform of the FDA of the apparatus shown in FIG. 14 and the like.

【図16】本発明の実施例に係る電荷転送装置を利用し
たカメラの構成を示すブロック図。
FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of a camera using the charge transfer device according to the embodiment of the present invention.

【図17】本発明の実施例に係る電荷転送装置を利用し
た別のカメラの構成を示すブロック図。
FIG. 17 is a block diagram showing the configuration of another camera using the charge transfer device according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…n型(第1導電型)半導体基板、 102…低濃度のp型(第2導電型)ウェル層、 103a…電荷転送n型チャネル層、 103b,103x…電荷蓄積n型チャネル層、 104…第1の電荷転送電極、 105…第2の電荷転送電極、 106…出力ゲート電極、 107…リセットゲート電極、 108…電荷排出ドレイン層、 109…電荷排出配線、 111、131、141、151…電荷感知p型チャネ
ル層、 112…電源配線、 113…出力信号配線、 114…絶縁膜、 115…電荷排出n型チャネル層、 117、118…ソース/ドレイン層、 120a…フローテイングゲート電極、 120b…コントロールゲート電極、 121…絶縁膜、 123…p型層、 210…半導体基板、 211…FD層(浮遊拡散層)、 212…リセットドレイン層、 213…転送電極、 214…出力ゲート電極、 215…リセットゲート電極、 221…電荷検出MOSトランジスタ、 222…初段負荷MOSトランジスタ、 223…出力段駆動MOSトランジスタ、 224…出力段負荷MOSトランジスタ、 225…ゲート電極、 226…ゲート電極、 230…SiO2 膜。
101 ... N-type (first conductivity type) semiconductor substrate, 102 ... Low-concentration p-type (second conductivity type) well layer, 103a ... Charge transfer n-type channel layer, 103b, 103x ... Charge storage n-type channel layer, 104 ... first charge transfer electrode, 105 ... second charge transfer electrode, 106 ... output gate electrode, 107 ... reset gate electrode, 108 ... charge discharging drain layer, 109 ... charge discharging wiring, 111,131,141,151 ... Charge sensing p-type channel layer, 112 ... Power supply wiring, 113 ... Output signal wiring, 114 ... Insulating film, 115 ... Charge discharging n-type channel layer, 117, 118 ... Source / drain layer, 120a ... Floating gate electrode, 120b ... Control gate electrode, 121 ... Insulating film, 123 ... P-type layer, 210 ... Semiconductor substrate, 211 ... FD layer (floating diffusion layer), 2 12 ... Reset drain layer, 213 ... Transfer electrode, 214 ... Output gate electrode, 215 ... Reset gate electrode, 221 ... Charge detection MOS transistor, 222 ... First stage load MOS transistor, 223 ... Output stage drive MOS transistor, 224 ... Output stage load MOS transistor, 225 ... Gate electrode, 226 ... Gate electrode, 230 ... SiO 2 film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 幸雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yukio Endo 1 Komukai Toshiba Town, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】表面を有する第1導電型半導体基板と、 前記基板の前記表面に形成された高抵抗の第2導電型ウ
ェル層と、 前記ウェル層の表面に形成された第1導電型電荷転送チ
ャネル層と、 前記転送チャネル層に接続するように前記基板の前記表
面に形成された第1導電型電荷蓄積チャネル層と、 前記蓄積チャネル層に接続するように前記基板の前記表
面に形成された第1導電型電荷排出チャネル層と、 前記排出チャネル層に接続するように前記基板の前記表
面に形成された第1導電型電荷排出ドレイン層と、 前記転送チャネル層と蓄積チャネル層との接続部上に、
絶縁膜を介して配設された出力ゲート電極と、 前記蓄積チャネル層上に形成された被覆絶縁膜と、 前記排出チャネル層上に絶縁膜を介して配設されたリセ
ットゲート電極と、 前記蓄積チャネル層と積重ね状態となるように前記基板
内に形成された、電荷検出トランジスタの第2導電型電
荷感知チャネル層と、 前記感知チャネル層を挟んで対向するよう前記基板の前
記表面に形成された、前記電荷検出トランジスタの第2
導電型ソース層及びドレイン層と、を具備し、 前記蓄積チャネル層が、前記転送チャネル層に隣接して
前記被覆絶縁膜に接触する第1表面部分と、前記排出チ
ャネル層に隣接して前記被覆絶縁膜に接触する第2表面
部分と、を有する電荷転送装置。
1. A first conductive type semiconductor substrate having a surface, a high resistance second conductive type well layer formed on the surface of the substrate, and a first conductive type charge formed on the surface of the well layer. A transfer channel layer, a first conductivity type charge storage channel layer formed on the surface of the substrate so as to be connected to the transfer channel layer, and formed on the surface of the substrate so as to be connected to the storage channel layer. A first conductivity type charge discharging channel layer, a first conductivity type charge discharging drain layer formed on the surface of the substrate so as to be connected to the discharge channel layer, and a connection between the transfer channel layer and the storage channel layer. On the department
An output gate electrode disposed via an insulating film, a covering insulating film formed on the storage channel layer, a reset gate electrode disposed on the discharge channel layer via an insulating film, the storage A second conductivity type charge sensing channel layer of a charge detection transistor formed in the substrate so as to be stacked with the channel layer, and formed on the surface of the substrate so as to face the second conductivity type charge sensing channel layer. A second of the charge detection transistor
A conductive source layer and a drain layer, wherein the storage channel layer is adjacent to the transfer channel layer and is in contact with the coating insulating film, and the coating is adjacent to the discharge channel layer. A second surface portion in contact with the insulating film;
【請求項2】表面を有する第1導電型半導体基板と、 前記基板の前記表面に形成された高抵抗の第2導電型ウ
ェル層と、 前記ウェル層の表面に形成された第1導電型電荷転送チ
ャネル層と、 前記転送チャネル層に接続するように前記基板の前記表
面に形成された第1導電型電荷蓄積チャネル層と、 前記蓄積チャネル層に接続するように前記基板の前記表
面に形成された第1導電型電荷排出チャネル層と、 前記排出チャネル層に接続するように前記基板の前記表
面に形成された第1導電型電荷排出ドレイン層と、 前記転送チャネル層と蓄積チャネル層との接続部上に、
絶縁膜を介して配設された出力ゲート電極と、 前記蓄積チャネル層上に形成された被覆絶縁膜と、 前記排出チャネル層上に絶縁膜を介して配設されたリセ
ットゲート電極と、 前記蓄積チャネル層と積重ね状態となるように前記基板
内に形成された、電荷検出トランジスタの第2導電型電
荷感知チャネル層と、 前記感知チャネル層を挟んで対向するよう前記基板の前
記表面に形成された、前記電荷検出トランジスタの第2
導電型ソース層及びドレイン層と、を具備し、 電荷がない状態の前記蓄積チャネル層の電位が、前記排
出ドレイン層の電位より高く設定される電荷転送装置。
2. A first conductive type semiconductor substrate having a surface, a high resistance second conductive type well layer formed on the surface of the substrate, and a first conductive type charge formed on the surface of the well layer. A transfer channel layer, a first conductivity type charge storage channel layer formed on the surface of the substrate so as to be connected to the transfer channel layer, and formed on the surface of the substrate so as to be connected to the storage channel layer. A first conductivity type charge discharging channel layer, a first conductivity type charge discharging drain layer formed on the surface of the substrate so as to be connected to the discharge channel layer, and a connection between the transfer channel layer and the storage channel layer. On the department
An output gate electrode disposed via an insulating film, a covering insulating film formed on the storage channel layer, a reset gate electrode disposed on the discharge channel layer via an insulating film, the storage A second conductivity type charge sensing channel layer of a charge detection transistor formed in the substrate so as to be stacked with the channel layer, and formed on the surface of the substrate so as to face the second conductivity type charge sensing channel layer. A second of the charge detection transistor
A charge transfer device comprising: a conductive type source layer and a drain layer, wherein a potential of the storage channel layer in a state where there is no charge is set higher than a potential of the discharge drain layer.
【請求項3】半導体基板上にゲート絶縁膜を介して複数
の転送電極を配列してなる電荷結合素子と、 前記電荷結合素子の出力端に隣接して設けられ前記素子
により転送された信号電荷を一時蓄積するための浮遊拡
散層と、 前記浮遊拡散層に発生する電圧信号を増幅して出力する
ための増幅手段であって、駆動トランジスタ及びこの駆
動トランジスタの電流を制御するための負荷トランジス
タからなる増幅手段と、を具備し、 前記増幅手段に与えられる前記電荷結合素子より転送さ
れた信号電荷が前記浮遊拡散層に流入変化する期間を包
含する期間とそれ以外の期間とで、前記負荷トランジス
タのゲートに異なる電圧を印加し、関連する前記駆動ト
ランジスタの相互コンダクタンスを制御する電荷転送装
置。
3. A charge-coupled device having a plurality of transfer electrodes arranged on a semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween, and a signal charge transferred adjacent to the output end of the charge-coupled device by the device. A floating diffusion layer for temporarily accumulating, and an amplifying means for amplifying and outputting a voltage signal generated in the floating diffusion layer, the driving transistor and a load transistor for controlling the current of the driving transistor. The load transistor is provided with a period including a period during which the signal charge transferred from the charge coupled device applied to the amplifying unit flows into the floating diffusion layer and a period other than the period including the period. A charge transfer device that applies different voltages to the gates of the transistors to control the transconductance of the associated drive transistors.
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