JPH11274472A - 電荷転送素子 - Google Patents

電荷転送素子

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JPH11274472A
JPH11274472A JP7878398A JP7878398A JPH11274472A JP H11274472 A JPH11274472 A JP H11274472A JP 7878398 A JP7878398 A JP 7878398A JP 7878398 A JP7878398 A JP 7878398A JP H11274472 A JPH11274472 A JP H11274472A
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JP
Japan
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output
diffusion layer
capacitance
gate
potential
Prior art date
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Pending
Application number
JP7878398A
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English (en)
Inventor
Yoshihiro Okada
▲吉▼弘 岡田
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電荷転送素子の出力感度を向上する。 【解決手段】 電荷転送素子の出力側の拡散層8から取
り出される電位VFDをソースフォロワ回路で取り出す。
ソースフォロワ回路を構成するトランジスタT1、T2
のうち、拡散層8にゲートが接続されるトランジスタT
1をLDD構造としてゲートの容量を小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、情報電荷を所定の
クロックに従って転送する電荷転送素子に関する。
【0002】
【従来の技術】情報電荷を転送する電荷転送素子の出力
部においては、転送出力される情報電荷を電気的に独立
した拡散領域に一旦蓄積し、その拡散領域の電位の変動
を電圧値として取り出すフローティングディフュージョ
ンアンプが設けられる。一般的に、フローティングディ
フュージョンアンプは、出力インピーダンスが低いた
め、MOSトランジスタをソースフォロワ接続したソー
スフォロワ回路により出力を取り出すように構成され
る。
【0003】図3は、電荷転送素子の概略を示す構成図
であり、図4は、そのX−X線の断面図である。半導体
基板1は、単結晶シリコンからなり、例えば、P型の導
電型を示す。分離領域2は、厚い酸化シリコン膜によっ
て形成され、電荷の転送経路となるチャネル領域3を区
画する。チャネル領域3は、半導体基板1とは逆のN型
の導電型を示し、一方向に延在するように形成される。
ゲート絶縁膜4は、酸化シリコン膜からなり、チャネル
領域3を被うようにして形成される。複数の転送電極5
a、5bは、多結晶シリコンからなり、チャネル領域3
を横切るようにしてゲート絶縁膜4上に互いに平行に2
層で配置される。この転送電極5a、5bは、隣どうし
が共通に接続され、多相の転送クロックφhが印加され
る。これにより、チャネル領域3内のポテンシャルが周
期的に制御され、パケット単位の情報電荷がチャネル領
域3に沿って転送されるようになる。出力制御電極6
は、チャネル領域3の出力側の端部に、転送電極5a、
5bと平行に配置される。この出力制御電極6には、チ
ャネル領域3の出力側で一定のポテンシャル障壁を形成
する一定の制御電位VGが印加される。
【0004】リセット電極7は、多結晶シリコンからな
り、出力制御電極6から一定の距離を隔ててチャネル領
域3を横切るようにしてゲート絶縁膜4上に配置され
る。このリセット電極7には、転送クロックφhに同期
したリセットクロックφRが印加される。第1の拡散層
8は、出力制御電極6とリセット電極7との間の半導体
基板1の表面領域に、電気的に独立して形成される。こ
の第1の拡散層8は、チャネル領域3よりも不純物濃度
が高いN型に形成され、出力制御電極6の下のチャネル
領域3に形成されるポテンシャル障壁を越えて転送出力
される情報電荷を一時的に蓄積する。即ち、第1の拡散
層8は、転送出力される情報電荷をパケット毎に蓄積す
ることにより、その電荷量に応じて電位VFDを変動させ
るように構成され、電荷量を電圧値に変換して取り出す
フローティングディフュージョンアンプとなる。第2の
拡散層9は、リセット電極7の第1の拡散層8側とは反
対側の半導体基板1の表面領域に形成され、一定の電位
VRDに固定される。以上のリセット電極7、第1及び第
2の拡散層8、9によりリセットトランジスタが形成さ
れ、第1の拡散層8に蓄積される情報電荷がリセットク
ロックφRに応答して第2の拡散層9へ排出される。
【0005】ソースフォロワ回路10は、電源接地間に
それぞれ直列に接続されたトランジスタT1、T2から
なり、例えば、3段構成として、1段目のトランジスタ
T1のゲートに第1の拡散層8の電位VFDを受け、3段
目のトランジスタT1のソース側から出力電位Voutを
出力する。このとき、接地側のトランジスタT2のゲー
トには、トランジスタT2の抵抗値、即ち、ソースフォ
ロワ回路10のゲインを制御する制御電位Vcが印加さ
れる。このようなソースフォロワ回路10によれば、第
1の拡散層8から得られれる電位VFDの出力インピーダ
ンスが小さい場合でも、十分な駆動能力を有する出力電
位Voutを得ることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】電荷転送素子の出力部
においては、転送出力される電荷パケットを第1の拡散
層8に一時的に蓄積し、そのときの第1の拡散層8の電
位VFDの変化が出力信号として取り出される。このた
め、出力感度を向上するには、第1の拡散層8の容量及
び第1の拡散層8に接続される配線の容量を小さくする
ことが望ましい。一方、ソースフォロワ回路10からの
出力電位Voutで十分な駆動能力を得るには、各トラン
ジスタT1、T2のサイズを大きくして電流容量を大き
くする必要がある。しかしながら、トランジスタT1の
サイズが大きくなると、ゲート容量が大きくなるため、
第1の拡散層8に接続される配線の容量が増大し、結果
的に出力部の出力感度を低下させることになる。
【0007】そこで本発明は、出力の駆動能力を低下さ
せることなく、出力部の出力感度を向上することを目的
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するために成されたもので、その特徴とするところ
は、所定の転送クロックに従って情報電荷パケットを一
方向へ転送する電荷転送部と、上記電荷転送部から情報
電荷パケットを受け取り、電荷量に応じた電圧値を取り
出す出力部と、を有する電荷転送素子であって、上記出
力部は、上記情報電荷パケットを蓄積する容量と、上記
容量の電位を上記電荷転送部の転送駆動のタイミングに
同期して所定電位に設定するリセットトランジスタと、
上記容量にソースフォロワ接続されて上記容量の電位変
化を取り出す出力トランジスタと、を備え、上記出力ト
ランジスタは、ドレインの不純物濃度がゲート電極側で
2段階に低くなることにある。
【0009】本発明によれば、出力トランジスタのドレ
インの不純物濃度をゲート電極側で低くなるようにした
ことで、ゲート電極とドレイン領域との結合容量が小さ
くなり、ゲート電極の寄生容量が低減される。従って、
このゲート電極に接続される容量を小さくすることがで
きる。
【0010】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の電荷転送素子の
第1の実施形態を示す断面図である。この図において、
半導体基板1上に形成される分離領域2から第2の拡散
層9までの構成は、図3と同一であり、それらの部分に
ついての説明は省略する。本発明の特徴とするところ
は、第1の拡散層8から取り出される電位VFDを受ける
ソースフォロワ回路を構成するトランジスタをLDD(L
ightly Doped Drain)構造としたことを特徴としてい
る。
【0011】半導体基板11は、半導体基板1に連続す
るP型の導電型を示す単結晶シリコンからなり、ソース
フォロワ回路を成す複数のトランジスタが形成される。
分離領域12は、厚い酸化シリコン膜によって形成さ
れ、複数のトランジスタが形成される素子領域を区画す
る。ゲート絶縁膜13は、酸化シリコン膜からなり、素
子領域を被うようにして形成される。第1のゲート電極
14は、多結晶シリコンからなり、分離領域12から離
れて素子領域を横断するように形成され、第1の拡散層
8から取り出される電位VFDが印加される。第2のゲー
ト電極15は、第1のゲート電極14と同様に多結晶シ
リコンからなり、第1のゲート電極14から一定の距離
を隔てて平行に形成される。この第2のゲート電極15
には、後述する第2のトランジスタT2の抵抗値を所望
の値に維持するように制御電位Vcが印加される。
【0012】第3の拡散層16は、分離領域12と第1
のゲート電極14との間の素子領域に形成され、電源電
位VDDが印加される。この第3の拡散層16は、第1の
ゲート電極14との間に一定の間隙を形成し、この間隙
部分に低濃度拡散層17が形成される。第3の拡散層1
6及び低濃度拡散層17は、第1のゲート電極14の側
壁にサイドウォールを形成した状態で1度目の不純物注
入を行い、その後、サイドウォールを除去して2度目の
注入を行うようにして形成される。第4の拡散層18
は、第1のゲート電極14と第2のゲート電極16との
間の素子領域に形成される。この第4の拡散層18は、
その電位VSDがソースフォロワ回路の出力として取り出
され、次段のソースフォロワ回路(図示せず)の入力に
接続される。さらに、第5の拡散層19は、分離領域1
2と第2のゲート電極15との間の素子領域に形成さ
れ、接地電位VSSが印加される。これにより、第3の拡
散層16をドレインとすると共に第4の拡散層18をソ
ースとし、ドレインに電源電位VDDが与えられたNチャ
ンネル型の第1のMOSトランジスタT1が形成され
る。そして、第4の拡散層18をドレインとすると共に
第5の拡散層19をソースとし、ソースに接地電位VSS
与えられたNチャンネル型の第2のMOSトランジスタ
T2が形成される。これらのトランジスタT1、T2は
第4の拡散層18を共通とすることにより、電源接地間
に直列に接続されることになる。
【0013】ここで、第1のMOSトランジスタT1
は、ドレイン領域(第3の拡散層16)の不純物濃度が
ゲート電極14側で低くなる、いわゆる、LDD構造を
成しており、ゲート・ドレイン間の結合容量が低減され
ている。MOSトランジスタT1のゲートの容量は、ゲ
ート自体の寄生容量や基板側の各領域に対する結合容量
等に起因するため、ゲート・ドレイン間の結合容量が低
減さている分だけゲートの容量は小さくなっている。従
って、第1のゲート電極14が接続される第1の拡散層
8の寄生容量を小さくすることができ、電荷量に対する
第1の拡散層8の電位VFDの変化割合、即ち、出力感度
を向上することができる。
【0014】図2は、本発明の電荷転送素子の第2の実
施形態を示す断面図である。この図においては、ソース
フォロワ回路を構成する第1及び第2のMOSトランジ
スタT1、T2の部分のみを示している。この実施形態
においては、第1のMOSトランジスタT1'のドレイ
ン領域を2重拡散構造、いわゆる、DDD(Double Diff
used Drain)構造としたことに特徴がある。即ち、不純
物濃度の低いN型の低濃度拡散層17'を形成したの
ち、その中に、高濃度のN型の第3の拡散層16'を形
成するようにして、第1のゲート電極14と第3の拡散
層16'との間に低濃度領域17'を設けることができ
る。尚、第1及び第2のゲート電極14、15と第4及
び第5の拡散層18、19とは、図1に示す第1の実施
形態と同一の構造である。
【0015】図2に示すようなDDD構造のMOSトラ
ンジスタT1'においても、図1に示すLDD構造と同
様に、MOSトランジスタT1'のゲート容量を低減す
ることができるため、第1のゲート電極14'に接続さ
れる第1の拡散層8の容量を小さくして出力感度を向上
することができる。上述の実施形態においては、LDD
構造あるいはDDD構造を第1のMOSトランジスタT
1、T1'のドレイン側にのみ採用した場合を例示して
いるが、ソース領域側も同様にLDD構造あるいはDD
D構造としてもよい。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、出力電位を取り出すソ
ースフォロワ回路のトランジスタのゲート容量を小さく
することができ、素子の出力側で情報電荷を受ける拡散
層の寄生容量を小さくして出力感度を向上することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電荷転送素子の第1の実施形態を示す
断面図である。
【図2】本発明の電荷転送素子の第2の実施形態を示す
断面図である。
【図3】従来の電荷転送素子の概略を示す構成図であ
る。
【図4】従来の電荷転送素子の構成を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1、11 半導体基板 2、12 分離領域 3 チャネル領域 4、13 ゲート絶縁膜 5a、5b 転送電極 6 出力制御電極 7 リセット電極 8、9、16、16'、18、19 拡散層 10 ソースフォロワ回路 17、17' 低濃度層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定の転送クロックに従って情報電荷パ
    ケットを一方向へ転送する電荷転送部と、上記電荷転送
    部から情報電荷パケットを受け取り、電荷量に応じた電
    圧値を取り出す出力部と、を有する電荷転送素子であっ
    て、上記出力部は、上記情報電荷パケットを蓄積する容
    量と、上記容量の電位を上記電荷転送部の転送駆動のタ
    イミングに同期して所定電位に設定するリセットトラン
    ジスタと、上記容量にソースフォロワ接続されて上記容
    量の電位変化を取り出す出力トランジスタと、を備え、
    上記出力トランジスタは、ドレインの不純物濃度がゲー
    ト電極側で2段階に低くなることを特徴とする電荷転送
    素子。
  2. 【請求項2】 上記出力部は、多段に接続された複数の
    出力トランジスタを有し、少なくとも初段の出力トラン
    ジスタは、ドレインの不純物濃度がゲート電極側で2段
    階に低くなることを特徴とする請求項1に記載の電荷転
    送素子。
JP7878398A 1998-03-26 1998-03-26 電荷転送素子 Pending JPH11274472A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006319185A (ja) * 2005-05-13 2006-11-24 Sony Corp 半導体装置およびその製造方法
JP2007274162A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 Fujifilm Corp 固体撮像素子およびその駆動方法
US7855742B2 (en) 2006-03-30 2010-12-21 Fujifilm Corporation Solid state imaging device with horizontal transfer paths and a driving method therefor

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Effective date: 20040106

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