JPS58184760A - 電荷転送素子 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、Ｃ０Ｄ（チャージ・カップルド・デバイス）
を用いて成る電荷転送素子に関する。

ＣＣＤを固体撮像素子として用いた場合、高解像度が求
められるのは当然であるが、カメラに組込む仁とを考え
ると光学系のコストの点からそのチップサイズも小さく
していかなければならない。

チップサイズを小さくして絵素数を多くするためには、
まずＣＣＤの受光領域の１つの絵素の面積を小さくする
必要がある。チップサイズと水平方向の絵素数が決まる
とｌ絵素の横巾が決まる。現在の製造技術ではこれを数
ミクロンに形成することは可能である。しかるに、例え
ばフレームトランスファ方式のＣＣＤ撮儂素子の場合に
は受光領域で蓄積された情報信号を読み出す水平レジス
タの１ビット当りのピッチをｌ絵素の横巾で形成しなけ
ればならず製造技術的に困難がある。又ＣＣＤをメモリ
ー、特にシリアル−パラレル−シリアル（８ＰＳ）型メ
モリーとして用いた場合のシリアル部でもパラレル部の
巾に追従させるために同様の問題が生じる。

一方上記の点を改善するために、本出願人は先にＣＣＤ
を用いた電荷転送素子に於て水平レジスタの１ビツトに
要する長さを短かくする事を可能にしたジグザグチャン
ネル型の電荷転送素子を提案した。このジグずグチヤン
ネル製電荷転送素子は、第１図に示すようにストレージ
電極（１）　、　（２）でそのポテンシャルウェルの深
さが決まるストレージ領域（５）　、　（６１が互に対
向し、この間にトランスファ電極（図示せず）でそのポ
テンシャルウェルの深さが決まるトランスファ領域＋３
）　、　＋４）を有して構成される。ストレージ領域＋
５＞　、　（６）のそれぞれの三方はチャンネルストッ
パー領域（７）により囲まれ、イ＝号寛荷は例えば矢印
（８）で示すようにストレージ領域（５）−）ランスフ
ァ領域（４に一ストレージ領域（６）−トランスファ領
域（３）・・・・・へとジグザグ転送される。この構成
では、向い合ったストレージ電極（１）。

（２）のトランスファ領域１３）　、　＋４）　）（面
した端がａ−ａ’。

、１１１ ｂ−ｙと直線となり、ストレージ領域（５）　、　＋６
）とトランスファ領域ｔ３）　、　［４）とが接してい
る長さはｃ−’ｅ。

ｈ−ｊであり、電荷をストレージ領域（５）からストレ
ージ領域（６）へ転送する際に、電荷の出口の長さはｃ
　−ｄ、電荷の入口の長さはｈ−ｉと短かいものとなる
。このため、トランスファ領域（４）のポテンシャルに
よるストレージ領域（５）へのポテンシャルの二次元効
果は少なく、トランスファ領域（４）方向へのフリンジ
ング電界がつきにくかった。同様にトランスファ領域（
４）からストレージ領域（６）へのフリンジング電界も
つきにくかった。さらにチャンネルストッパー領域（力
の互に向い合った部分の最短距離に−１はストレージ領
域（５）及び（６）間の最短距離よりも短かく、トラン
スファ領域（４）のに−１上にはチャンネルストッパー
領域（７）の電位の影響によるポテンシャルバリヤーが
でき易くなり、電荷が完全転送できない場合が生じ、転
送効率が劣化することがあった。又、ストレージ領域（
５）　、　（６）を曲むチャンネルストッパー領域（力
の形状はｃ−ｅ−ｆ−ｇと狂右対称であり、チャンネル
ストッパー領域のポテンシャルがス）レージ領域（５）
内の電荷なｄ−ｅ方向よりもｃ−ｄ方向に送るといった
積極的な働きをしていないため転送効率劣化の一因とな
った。

この従来の構成でマスク合せに誤差が生じ、第２図のよ
うにトランスファ領域（３）　、　＋４）がチャンネル
ストッパー領域（７）に対して左にずれた場合はストレ
ージ領域（５）のトランスファ領域（４）への出口の長
さはＣ′−イとさらに狭くなり上述の傾向が強くなり、
フリンジング電界は一層かかりにくくなり転送効率は更
に劣化する。

本発明は上述の点に鑑みストレージ領域及びトランスフ
ァ領域の７リンジング電界を強め、電荷の転送効率を改
善した新規なジグザグチャンネル型の電荷転送素子を提
供するものである。

以下、図面を用いて本発明によるジグずグチヤンネル型
の電荷転送素子を説明する。

第３図は本発明の基本的構成を示す平面図で、第４図は
七のＡ−Ａｌｉ上め断面図であり、第５１はそのポテン
シャルな示す図である。本発明においては、−導電型の
半導体基体例えばＰ型半導体基板−の一生面に転送チャ
ンネル領域−を挾む如く両側から斜線図示の如く＜シ筒
状に且り互い違いに延在するチャンネルストツ／（領域
となるｌｌ１１及びｗＬ２のＰ＋　、領域ｔｋｎ及びα
ｆ）１に形成すると共に、第１のチャンネルストッパ領
域卸の各＜ＬＩＩＩＢ（１７ｍ）で区分された位置に第
１のストレージ領域となるＮＩＩＩ領域ａ領域上５ｊ様
に第２のチャンネルストッパ領域關の各＜Ｌ４部（１７
’ｌｌ＞で区分された位置に第２のストレージ領域とな
るＮＩｌ領域四を、さらに纂１及び第２のストレージ領
域（至）及び翰関に１数の第１及び第２のトランスファ
領域となるＮ−型領域餞及びα４を夫々形成する。第１
及び籐２のトランスファ領域Ｉ及びＩは一方向に向って
交互に配置する。また、第１及びｊＩ２のストレージ領
域時及び任１を互に上記一方向′Ｋｌｌして％ピッチず
れた位置関係となる。従って、この場合一方の隣り合う
第１及び第２のトランスファ領域［１，（１４１な組と
し【みたとき、この第１及び第２のトランスファ領域（
１３、（１４）は夫々対応する各第１のストレージ領域
鱈に共通に接すると共に、第２のストレージ領域ａＩＩ
ではチャンネルストッパ領域収６で区分された夫々隣り
合った異なるストレージ領域ｕｅ。

ａｅと接するようになる。

基ｍ翰の表面には絶縁層（至）を被着し、との絶縁層（
至）上に第１及び第２のストレージ電極（２）及び軸と
なる第１層目の例えばポリシリ；ン層′に形成し、さら
に絶縁層（ハ）を介して第２のトランスファ電極Ｑυと
なる第２層目のポリシリコン層を形成する。

第２のトランスファ電極Ｑ〃は第２のトランスファ領域
（１４）に対応するものであり、第１のトランスファ領
域０に対応するトランスファ電極は図示しないが同様に
第２層目のボリシ讐コン層上に絶縁層を介して第３層目
のポリシリコン層として形成する。一方、第１及び第２
のストレージ領域（ハ）及び（Ｌ８においては、夫々そ
のトランスファ領域側を突出させｂ−ｃ−ｅ−ｆ及びｍ
−ｎ−ｐ−ｑで示すよ５ｋ例えば長方形の突き出し１ｓ
（１５Ａ）及び（１６Ａ）を形成する。この突き出し１
ｔｓ（１５Ａ）及びＱｔＡ）は之と接する第１及び第２
のトランスファ領域Ｉ及びα◆に関して対称形に形成す
る。ま、また）、スジレージ領域α９及びａｅを囲む夫
々のチャンネルストッパ領域αＤ及びＱｆ）においては
、図において左右非対称となるように、即ちその電荷転
送方向（８）ｋ向って後方側に対応する部分をストレー
ジ領域（至）及び（ｌｅ側に突出させ、ｈ−ｉ−ｊ及び
ｔ−ｕ−ｖで示すようＫＭえば長方形の突き出し１Ｂ（
１７ム）及び（１７Ａ）を形成する。

そして、第１ストレージ電極（２）と第１トランスフア
電極（図示せず）とを例えば」導体のを介して電気的に
共通接続し、又第２ストレージ電極Ｑ１と第２トランス
フア電極＠とを同様のＡ１導体（ハ）を介して電気的に
共通接続し、夫々に２相のり“２り電圧φｓ及びφ１を
印加するようｋなす。

このクロック電圧φｌ及びφ２により、信号電荷は矢印
（８）で示すよ５に＊１ストレージ領域Ｑ９−第２トク
ンスフ７ｇ４域ａ４−第２ストレージ領域■−１８１ト
ランスフア領域（２）−ｊ１１ストレージ領域α９・・
・・・の順にジグソゲ転送されながら一方向に向って転
送される。第５図はクロック電圧φ１をオー１゜ ンし、タロツク電圧５φ２をオフしたときのｉｌｌスト
レージ領域（至）−第２トランスファ領域ａ尋−ｊ１１
２ストレージ領域ａ！間のポテンシャル分布−を示す。

上述の構成によれば、まず第１のストレージ領域αＳの
トランスファ領域側をｂ−ｃ−ｅ−ｆで示すように突出
させた事により、ストレージ領域０の出口の長さは従来
の構造のものに比しｂ−ｃ分にけ長くなり、第２のトラ
ンスファ領域Ｉのポテンシャルの２次元効果が大きくな
り、第２のトランスファ領域１方向への７リンジング電
界がより大きくなる。又、第２のストレージ領域−のト
ランスファ領域側をｍ−ｎ−ｐ−ｑで示すように突出さ
せた事により、同様の理由でこのストレージ領域（ｌＥ
９のポテンシャルによる菖２のトランスファ領域（１４
へのポテンシャルの２次元効果が大きくなり＄２のスト
レージ領域α一方向への７ｖンジン！電界がより大きく
なる。しかも、長さｂ−ｃ及び長さｍ−ｎはマスクずれ
による影響を受けないから、従来の構造のものに比して
マスクずれによるフリンジング電界の大きさへの影響が
少ない。また互に向い合った第１及び汎２のストレージ
領域−及びα０間の最短距離はｃ−ｎとなり、従来の構
造のものより更に短かくなり、チャンネルストッパ領域
０７）及びＱｆ）即ちそのくし一部（１７鳳）及び０７
−）の電位の影響によるポテンシャル・バｖ−’ｒ−の
発生を防ぐことができる。

次ニストレージ領域四を四むチャンネルストッパ領域顛
を非対称となるようにその一部なｈ−ｉ−ｊで示す如く
ストレージ領域■側に突出せしめたことにより、このチ
ャンネルスＦツバ領域顛のポテンシャルの影響がこの近
傍のストレージ領域ａ９に及び、ストレージ領域α９の
電場ベクトルがトランスファ領域ａ◆方向に向くように
なる。同様にストレージ領域αｅを囲むチャンネルスト
ッパ領域ａ６でもその一部がｔ−ｕ−ｖで示す如くスト
レージ領域αＱＩＩＫ突出していることにより上記とＰ
４４ＩＩの作用効果が得られる。従って、ストレージ領
域側から流れ出る信号電荷に方向性をつけることができ
、転送効率が崗上する・ 上述の構成ではストレージ領域ａｓ　、　（１１に夫々
トランスファ領域Ｑ漕、Ｑ４）ＩＩに突出する突き出し
部（１５Ａ）、（１６Ａ）を形成すると共に、ストレー
ジ領域Ｑ≦、鋳を囲むチャンネルストッパ領域峙、　Ｑ
２５Ｋ　ｘ）　ｖ−シ領ｍＱｓ　、　ａ＋Ｈｓｅｃ突ａ
ｓｆ６突ｔ４ｓ　ｔ、ｍｓ　（１７Ａ）。

（１７’Ａ）を形成したが、これらの央き出し＠　（Ｉ
ＳＡ）（１６Ａ）及び（１７Ａ）（１７’Ａ）は夫々独
立Ｋｍ成しても効果がある。第６図及び第ＴＥは夫々そ
の１ＩｌＩＩＩＡ鍔を示すものである。即ち第６図はス
トレージ領域ａ！９及びαｅのトランスファ領域側を突
出させてｂ−ｃ−ｅ−ｆ及びｍ　−ｎ　−ｐ　−ｑで示
すよ５に突き出し１１（ｔｕ）及び（１６Ａ）を形成し
ただけのものである。又ｊ１７図はストレージ領域ＱＳ
　、　Ｕを囲むチャンネルストッパ領域α７）　、　ａ
ｆ）の電荷転送方向に向って後方側に対応する部分をス
トレージ領域側及び−儒に突出させ、ｈ−ｊ−ｊ及びｔ
−ｕ−マで示す如き突き出し舊（１７Ａ）及び（１７’
Ａ）を形成しただけのものである。

また、これらの突き出Ｌ１１（１５ム）（１６Ａ）及び
（１７人）（１７’Ａ）の形状は必ずしも長方形である
必要はなく種々の形状をとり得る９例えばｊＩ８図の実
施例ではストレージ領域ａＳ（２）の突き出しＩＩ　（
ＩＵ）（１６Ａ）の形状を台形にし、チャンネ〜ス□１
′）□１□ツバ領域輌ａ４　。

突き出し部（１７Ａ）（１７χ）の形状を三角形にした
場合である。第９図の実施例ではストレージ領域−ＱＱ
の突き出し部（１５Ａ）（１６Ａ）の面積を大きくした
第１０図は第１図に示す従来のジグザグチャンネル型の
電荷転送素子のトランスファ領域におけるミニマムポテ
ンシャルを表わした図であり、そのトランスファ領域に
於ける最小電場は略１ｏｏｍｖ／＃１１Ｉである。第１
１図は本発明のジグザグチャンネル型の電荷転送素子の
トランスファ領域におけるミニマムポテンシャルを表わ
した図であり、そのトランスファ領域に於ける最小電場
は略６０ＧｍＶ／Ｊｅである０両者の最小電場を比較す
ると本発明の構造のものが従来の６倍も大きくなってい
ることが解る。即ちフリンジング電界が大きくなってお
り、転送効率が改善されることが解る。

上述せる如く本発明によれば、ストレージ領域の一部を
トランスファ領域に突き出し、またストレージ領域を囲
むチャンネルストッパ領域の一部をストレージ領域に突
き出すことにより、ストレージ領域及びトランスファ領
域の転送方向への７リンジング電界を強めることができ
、ジグザグチャンネル型の電荷転送素子に於ける転送効
率な向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は夫々従来のジグザグチャンネル型の
電荷転送素子の例を示す平面図、第３図は本発明による
ジグザグチャンネル型の電荷転送素子の基本的構成を示
す平面図、ｊ１１４図はそのムーＡ線上の断面図、第５
図はそのポテンシャに分布図、第６図乃至第９図は夫々
本発明の他の実施例を示す平面図、第１０図及び第１１
図は夫々本発明及び従来の電荷転送素子のトランスファ
領域におけるポテンシャル分布図である。 （１３１０４１はトランスファ領域、ａＳａ＊はストレ
ージ領域、αηａｆｒはチャンネルストッパ領域、（１
５Ａ）（１仏）、（１７Ａ）（１７沁は突き出し部であ
る。 第３図 第１図 φ１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１のチャンネルストッパ領域で相互に分離されて一方
   向に配列された複数の第１のストレージ領域と、之と対
   向して第′２０チャンネルストッパ領域で相互に分離さ
   れて上記一方向に配列された複数の第２のストレージ領
   域と、上記電工及び菖２のストレージ領域間にあって上
   記一方向に沿って交互に配列された第１及び第２のトラ
   ンスファ領域を有し、上記第１及び第２のストレージ領
   域は上記一方向ＫＩＩＩして互にずれた位置にあり、上
   記一方の隣り合う第１及び＠２のトランスファ領域を組
   として各組が上記夫々の第１のストレージ領域に共通に
   接すると共に、上記１１２のストレージ領域では夫々分
   離された隣り合う領域に接し、上記第１及び第２のスト
   レージ領域の夫々の一部が上記トランスファ領域側に突
   出形成されて成る電荷転送素子。