JPS5847868B2 - デンカテンソウソシ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電荷転送素子ＣＴＤ（チャージ・トランスファ
・デバイス）に係る。

電荷転送素子ＣＴＤの一つとしてＢＢＤ（パケット・ブ
リゲーデツド・デバイス）がある。

これは、第１図Ａに示す如く、例えばＮ形の低い不純物
濃度例えば１ ０ｌ５ａｔｏｍＶ／ｃｙｙ！オーダーの
半導体基体１の一主面１ａにのぞんで他の導電形例えば
、？形の不純物濃度が１ ０ ２０ａ ｔ ｏｍ￥／ｃ
ｒＡオーダーの拡散領域よりなる電荷蓄積領域２ａ ，
２ｂ ， ２ｃ・・・・・・が配列され、電荷蓄積領
域２ａ，２ｂ，２Ｃ・・・・・・がのぞむ基体１の面１
ａ上にＳｉＯの如き絶縁膜３を介して各領域間に跨がる
如く、ゲート電極３ａ，３ｂ，３ｃ’・・・・・が配列
されて複数のＭＯＳが配列された構造を有する。

そして、一つ置きの電極３ａ，３ｃ・・・・・・同志を
、又３ｂ ， ３ｄ・・・・・・同志を互に接続して、
夫々に二相のクロツク電圧φ，，φ２を印加して、信号
電荷を多数キャリアとして蓄積領域２ａ，２ｂ，２Ｃ・
・・・・・に順次蓄積転送していくようになされている
。

第１図Ｂ−Ｅはこの第１図Ａに説明したＢＢＤの表面の
ポテンシャル図で電荷の転送状態を示すものである。

即ち、第１図Ｂは第１の組の電極３ａ ， ３ｃ・・・
・・・の印加電圧φ１がオン即ち基体電位に対し負の電
圧−■を与え、第２の組の電極３ｂ ， ３ｄ・・・・
・・に与えるクロツク電圧φ２がオフ状態の場合を示し
、第１図Ｃはφ１，φ２がオフ状態更に第１図Ｄはφ１
がオフ、φ２がオンの状態、第１図Ｅはφ１，φ２が共
にオフの状態を示すもので、順次クロツクφ１，φ２の
印加によって、第１図Ｂ−Ｅで斜線で示すキャリアが図
に於で左方から右方へと転送されていく。

このような構成に於では、（■φ一■１ｅ）で転送電荷
量の基準が決定される。

ここに■φはクロツク電圧で、Ｖ１ｅはチャンネル部の
実効的閾値電圧である。

第１図に示したポテンシャル図では第１図Ｂ及びＤに示
す如く、クロツク電圧が与えられた電極下の蓄積領域間
の表面電位が（Ｖφ−ｖ１ｅ）という理想の状態の場合
を示しているが、実際上、この部分に於ける表面電位は
第２図に示す如く、蓄積領域がポテンシャルの谷とされ
た部分に蓄えられた電荷の大小によって、基準電位（■
φ一■ｔｅ）の位置より△ｖｔｅｌ，△ｖｔｅ〃の如く
変化してしまい、転送電荷量が変化する。

即ち、いわゆるドレインモデュレーションが生ずる。

このようにドレインモデュレーションによって不完全転
送が起る原因は転送動作終了後に前段の蓄積領域のポテ
ンシャルがこの領域に多数キャリアが存在し得る電位で
あるために後段への転送閾値によって転送電荷量（転送
キャリア量）が変化してしまうことにある。

そして、このことが電荷転送素子としての動作に於で転
送信号の忠実度を低下せしめる原因となるものである。

本発明は、このような欠点がなく、高忠実度の転送を行
うことが出来るようにした電荷転送素子を提供せんとす
るものである。

即ち、本発明に於では、各電荷蓄積領域間に外部から固
定の表面電位を与えてその転送閾値電位を転送信号によ
って転送電荷量が影響を受けることがないようにする。

第３図を参照して本発明の一例を説明するが、同図Ａは
、本発明素子の拡大断面図を示し、ＢないしＥは電荷転
送状態を示す基体表面のポテンシャル図である。

本発明に於では、通常の如く、例えばＮ形を有し、不純
物濃度が１ ０１５ａｔｏｍＶ／−オーダーの半導体基
体１０を設け、その一方の主面１０ａに臨んでＰ形の不
純物を例えば選択的拡散によって表面濃度が１ ０ ”
ａ ｔ ｏｍ￥／ｃｒＡオーダーにドープした複数の
電荷蓄積領域１１ａ，１ｌｂ，１１ｃ・・・・・・を所
要の間隔を保持して配列する。

そして、基体１０の主面１０ａ上に、例えば全面的に８
１０２よりなる絶縁膜１２を被着し、この絶縁膜１２上
の各領域１ １ ａ ＋ １ １ ｂ ｔ １ １ ｃ
・・・・・・間に夫々第１及び第２の電極１３ａ，１３
ｂ，１３ｃ・・・・・・１４ａ ，１４ｂ ，１４ｃ・
・・・・・を配列する。

各第１の電極１ ３ａ ，１３ｂ ，１ ３ｃ＝は、各
領域１１ａ，１ｌｂ，１１ｃ・・・・・・間の各前段側
の領域１１ａ，１ｌｂ，ｌ１ｃ・・・・・・側に片寄っ
て設けられ、各第２の電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ・・
・・・・は各後段側の領域１ｌｂ，１１ｃ，ｌｉｄ・・
・・・・側に片寄って設けられると共に、各第１の電極
１３ａ ，１３ｂ ，１３ｃ・・・・・・の各前段側の
端部は夫々前段側の領域１ １ａ，１１ｂ，１１ｃ・・
・・・・上に絶縁膜１２を介して跨るように配置され、
各第２の電極１４ａ ，．Ｉ４ｂ ，１４ｃ・・・・・
・の各後段側の端部は夫々段後側の領域１１ｂ，１１Ｃ
，１１ｄ・・・・・・上に同様に絶縁膜１２を介して跨
るように配置される。

又、両各領域１１ａ，１ｌｂ，１１ｃ・・・・・・間上
に設けられる各第１及び第２の電極１３ａ，１ ３ｂ
，１３ｃ＝”，１ ４ａ ，１４ｂ ，１ ４ｃ−・・
・の各他端即ち互に隣合う側の端部は、夫々絶縁膜１５
を介して互に重なり合うようにする。

第２の電極１４ａ ，１４ｂ ，１４ｃ−は、絶縁膜１
２上に、例えば化学的気相成長法（ＣＶＤ法）によって
不純物がドープされた多結晶シリコン層を被着するとか
、高融点金属の例えば＋を被着して形成し得る。

そして、この電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ・・・・・・
の表面を熱酸化するとか、ＣＶＤ法によって酸化物層を
被着してこの電極の表面に絶縁膜１５を形成する。

第１の電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ・・・・・・は、各
領域１ １ ａ ，１ ｌ ｂ ＋１ １ ｃ−上と、
第２の電極１ ４ ａ ，１ ４ ｂ ，１４ｃ・・・
・・・上に夫々その両端が絶縁膜１２と１５とを介し跨
るように例えばｋｌ又は不純物がドープされた多結晶シ
リコン層によって形戒する。

そして、特に本発明においては、第１の電極１３ａ，１
３ｂ，１３ｃ・・・・・・に共通の固定の直流電圧を与
える。

第２の電極１４ａ ，１４ｂ ，１４ｃ−”・には、通
常の如く１つ置きの電極１４ａ ，１４ｃ・・・・・・
，１４ｂ ，１４ａ・・・・・・を相互に接続して第４
図Ａ及びＢに示す２相のクロツク電圧を与えるようにな
す。

かくして、基体１０の表面の各電荷蓄積領域１１ａ，１
ｌｂ，１１ｃ・・・・・・間に、各第１の電極１３ａ
，１３ｂ ，１３ｃ・・・・・・が絶縁膜１２のみを介
して形成された部分下に之等電極１３ａ，１３ｂ，１３
ｃ・・・・・・に与えられた固定電位によって決る一定
の表面電位を有する領域Ａと、第２の電極１４ａ，１４
ｂ，１４ｃ・・・・・・が絶縁膜１２を介して形成され
た部分下に之等電極に与えられるクロツク電圧によって
変化する表面電位が生ずる領域Ｂとが形成され、電荷蓄
積領域１１ａ，１１ｂ，１１ｃ・・・・・・によって形
威される領域Ｃとが形成される。

そして之等各預域Ａ，Ｂ及びＣは、互に各第１及び第２
の電極が重なり合い、且つ各両側の領域１１ａ，１ｌｂ
，１１ｃ・・・・・・上に跨るように形成されているが
ために、互に連続して形成されるものである。

尚、ここに第１の電極１ ３ａ ＋ １ ３ｂ ，１
３ｃ・”・・・に与える固定電圧は、領域Ａに於ける表
面ポテンシャルが、領域Ｂに於ける表面ポテンシャルよ
り常に即ち、蓄積電荷によるドレインモデュレーション
を受けた場合に於でも常に高くなるような電圧に選定さ
れる。

このような構成による本発明素子の等価回路は、第５図
に示す如くなる。

次に、上述した本発明による電荷転送素子の動作を説明
するに、今、第２の電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ・・・
・・・に与えるクロツクφ１，φ２がオフに於で、各領
域Ｃ（即ち電荷蓄積領域１１ａ，ｌｌｂ，１１ｃ・・・
・・・）に第３図Ｂに斜線を付して示すような転送信号
電荷が蓄積されている場合を考える。

この状態で、１つ置きの第２の電極１４ｂ，１４ｄ・・
・・・・にオンのクロツクφ２が与えられると、第３図
Ｃに示す如く１つ置きの領域Ｃの電荷が図に於で右側の
領域Ｃへと転送されるが、この時の転送電荷量の基準は
、クロックの与えられる領域Ｂのポテンシャルによって
決まるのではなく、領域Ａの固定された表面ポテンシャ
ル■８によって決められる。

又、第３図Ｄは両クロツクφ１，φ２がオフ状態の場合
、第３図Ｅはクロツクφ１がオン、クロツクφ２がオフ
の状態を示したもので、このようにして順次電荷が転送
されていくものである。

そして、倒れの転送状態でも、その転送電荷は、クロツ
ク電圧によるポテンシャルより高く設定された固定ポテ
ンシャル■５によって決められるので領域Ｂに於いて、
第２図に説明したような蓄積電荷によるいわゆるドレイ
ンモデュレーションが生じてその表面ポテンシャルが変
動しても之によって何ら転送電荷量が変動することがな
いものである。

上述したように本発明素子によれば、単に各電荷蓄積領
域間に夫々対の電極を設け、前段側の電極に固定電位を
与えて固定表面ポテンシャルを得るようになすものであ
るから、各電荷蓄積領域間に特別の濃度の領域を設ける
とか、この電荷蓄積領域表面を空乏化するなどの工夫を
なして、転送電荷が変動を受けないようになされた電荷
転送素子に比し、構造が簡単となるとか、製造が容易に
なるとか濃度の設定に制約を受けないなどの多くの利益
を有する。

尚、図示した例はＰチャンネル形の電荷転送素子に本発
明を適用した場合であるが、Ｎチャンネル形の電荷転送
素子に本発明を適用して同様の効果を奏せしめ得ること
は明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは従来の電荷転送素子の拡犬略線的断面図、第
１図ＢないしＥはその動作の説明に供する表面ポテンシ
ャル図、第２図は同様の説明に供するポテンシャル図、
第３図Ａは本発明素子の一例の拡犬略線的断面図、第３
図ＢないしＥはその説明に供する表面ポテンシャル図、
第４図Ａ及びＢはそのクロツクパルス電圧波形図、第５
図は第３図Ａに示した本発明素子の等価回路図である。 １０は半導体基体、１１ａ，１ｌｂ，１１ｃ−・・・は
電荷蓄積領域、１２及び１５は絶縁膜、１３ａ，１ ３
ｂ ， １ ３ ｃ−・・は第１の電極、１４ａ，１
４ｂ，１４ｃ・・・・・・は第２の電極である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ １の導電形の半導体基体の１主面に臨んで複数の他
   の導電形の電荷蓄積領域が所要の間隔を保持して配列さ
   れ、上記各領域間の上記主面上には、夫々絶縁膜を介し
   て第１及び第２の電極が電荷の転送方向に沿って配列さ
   れ、該第１及び第２の電極の互に隣合う側とは反対側の
   端部は夫々前段側及び後段側の上記各領域上に上記絶縁
   膜を介して跨るようになされ、上記第１及び第２の互に
   隣合う側の端部は互に絶縁膜を介して重なり合うように
   なされ、上記第１の電極には固定電位を与えるようにし
   たことを特徴とする電荷転送素子。