JPS5913373A - Charge transfer device - Google Patents

Charge transfer device

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JPS5913373A
JPS5913373A JP12419982A JP12419982A JPS5913373A JP S5913373 A JPS5913373 A JP S5913373A JP 12419982 A JP12419982 A JP 12419982A JP 12419982 A JP12419982 A JP 12419982A JP S5913373 A JPS5913373 A JP S5913373A
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JP
Japan
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electrode
type
type layer
reduced
output
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JP12419982A
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Shigehiro Miyatake
茂博 宮武
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/762Charge transfer devices
    • H01L29/765Charge-coupled devices
    • H01L29/768Charge-coupled devices with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/76833Buried channel CCD
    • H01L29/76841Two-Phase CCD

Abstract

PURPOSE:To enable to reduce a reset drain voltage holding transfer efficiency high as it is by a method wherein potential of a transfer channel in the neighborhood of an output part is reduced by adding impurities the reverse conductive type of conductive layers forming buried channels. CONSTITUTION:Pulses phi1 are applied to electrodes 7, 15, 16, pulses phi2 are applied to electrodes 14, 8, and a pulse phiR is applied to an electrode 12 respectively. Moreover an electrode 17 is the output gate, and is applied with a DC voltage. The p type layers 18, 19, 20 are formed at the parts nearby the surface of a substrate 1. The p type layers 18, 19 are for decision of the transfer direction, and because the p type layer 20 formed on the surface of the substrate is provided under the electrode 16 and the output gate 17 of the output part, n type impurity concentration at the n type layer of the substrate coming close to an output diode 3 is reduced, and channel potentials at the upper and lower parts of the electrode 16 are reduced when the pulse phi1 is in a low level. Accordingly the reset drain voltage can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 本殖明は電荷結合装置(Charge Coup、Ie
dDevice以下CCDと呼ぶ。)に関し、特に信号
電荷の読出し出力部に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a charge coupled device (Charge Coup, Ie
dDevice is hereinafter referred to as CCD. ), and particularly relates to the signal charge readout output section.

CCDはアナログ遅延線や固体撮像装置に広く用いられ
つつあるが、機器の小型・軽量化、消費電力の低減のた
めにはその動作電圧が小さいこと 。
CCDs are becoming widely used in analog delay lines and solid-state imaging devices, but their operating voltage must be low in order to make devices smaller, lighter, and consume less power.

が望ましい。本発明はこの点に鑑みなされたものであり
、出力部付近の動作電圧を低減する技術を提供するもの
である。
is desirable. The present invention has been made in view of this point, and provides a technique for reducing the operating voltage near the output section.

先ず従来のCCUの出力部の動作原理を以下に説明する
First, the operating principle of the output section of a conventional CCU will be explained below.

第1図は2相駆動弐CCDの信号転送方向の断面図であ
る。すなわちp基板1面に埋め込みチャネルとしてn型
層2が形成され、出力ダイオードとしてn型層3、リセ
ットドレインとしてn型層4が形成されている。n型層
2の上部にはゲート絶縁膜5を介して、ポリシリコン電
極7,8.9゜10.11.12が形成されている。7
.8.12は第一層ポリゾリコンで形成され、9,10
.11は第2層ポリシリコンで形成されており、この間
は絶縁膜6で分離されている。電i9.lOO下のゲー
ト絶縁膜5の直下には転送の方何つけのためにイオン注
入などによりn型層13が形成されている。電極7.1
0には転送パルスφ1が、電極PI?;、)9には転送
パルスφ2が印加され、又電極、12にはリセントバル
スφRが印加される。φ5.φ2゜φRのタイミング図
を第2図に示す。電極11は出力ゲート(以下OG>て
あり、DC電圧が印加される。またリセットドレイン4
にもDC電圧が印加される。出力信号は信号電荷の量に
対応して出力ダイオード3の電位が変動することにより
得られる。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the two-phase drive CCD in the signal transfer direction. That is, an n-type layer 2 is formed as a buried channel on a p-substrate 1 surface, an n-type layer 3 is formed as an output diode, and an n-type layer 4 is formed as a reset drain. A polysilicon electrode 7, 8.9° 10.11.12 is formed on the n-type layer 2 with a gate insulating film 5 interposed therebetween. 7
.. 8.12 is formed of the first layer polysolicon, 9,10
.. 11 is made of a second layer of polysilicon, and is separated by an insulating film 6. Electric i9. Immediately below the gate insulating film 5 under lOO, an n-type layer 13 is formed by ion implantation or the like for transfer purposes. Electrode 7.1
0, the transfer pulse φ1 is applied to the electrode PI? A transfer pulse φ2 is applied to the electrode 12, and a recent pulse φR is applied to the electrode 12. φ5. A timing diagram of φ2°φR is shown in FIG. The electrode 11 is an output gate (hereinafter referred to as OG), to which a DC voltage is applied.
A DC voltage is also applied to. The output signal is obtained by varying the potential of the output diode 3 in accordance with the amount of signal charge.

第3図にチャネルポテンシャル図を示す。ここで(a)
は第1図に対応する概念図であり、(b)(c)は第2
図のj=tb、t=tCにおけるチャネルポテンシャル
図である。t”tbのときφRが高レベルであるため出
力ダイオードの電位はリセットドレイン4の電位vRD
K設定される。−力信号電荷はφ1が高レベルであるの
でφ1ゲート下に蓄積されている。
Figure 3 shows a channel potential diagram. Here (a)
are conceptual diagrams corresponding to Figure 1, and (b) and (c) are conceptual diagrams corresponding to Figure 2.
It is a channel potential diagram at j=tb and t=tC in the figure. Since φR is at a high level at t''tb, the potential of the output diode is the potential of the reset drain 4 vRD.
K is set. - The force signal charge is accumulated under the φ1 gate because φ1 is at a high level.

一方1=1  のときにはφRVi低レベルとなってい
るので、出力ダイオードは浮遊状態となっており、この
ときφ1.が低レベルとなり信号電荷がOGl’lを通
って出力ダイオード3へ転送される。
On the other hand, when 1=1, φRVi is at a low level, so the output diode is in a floating state, and at this time, φ1. becomes low level, and the signal charge is transferred to the output diode 3 through OGl'l.

へれにより出力ダイオードの電位が変わりこれが“出力
信号となる。
This changes the potential of the output diode, which becomes an "output signal."

処で第3図(c)より明らかなように信号電荷の転送の
ためには、φ1が低レベルのとき電極7の下の一チャネ
ルポテンシャルVLよりVRDが小さいことが必要であ
る。それ故リセットドレイン電圧を下げて低電圧化を図
るためには、VLを小さくする必要がある。このために
は埋込みチャネルを形成するn型層2の濃度を下げるが
、深さを小さくすればよいのであるが、しかしながらこ
のような方法を用いれば信号電荷が表面近くに拡がって
しまうことになる。シリコンとゲート絶縁膜の界面伺近
には表II]111$位が存在し、この表面単位に信号
電荷が捕獲されるため表面チャネルCCDでは転送効率
が悪い吉いう問題があり、埋込みチャネルCCDはこの
表面単位の影響を避は信号電荷の転送を基板内部で行う
ために用いられている方式である。
As is clear from FIG. 3(c), in order to transfer the signal charge, it is necessary that VRD be smaller than the one-channel potential VL under the electrode 7 when φ1 is at a low level. Therefore, in order to lower the reset drain voltage and lower the voltage, it is necessary to reduce VL. To achieve this, the concentration of the n-type layer 2 that forms the buried channel can be lowered by reducing the depth, but if such a method is used, the signal charges will spread close to the surface. . Approximately 111 $ exists near the interface between silicon and the gate insulating film (Table II), and since signal charges are captured on this surface unit, surface channel CCDs have the problem of poor transfer efficiency, while buried channel CCDs have This method is used to transfer signal charges inside the substrate to avoid the influence of each surface.

しかるにVLを小さくすると前述のように信号電荷が表
面近くに捷で拡がってし捷い転送効率が低下してし甘う
ことになる。
However, if VL is made small, the signal charges will spread near the surface and the short transfer efficiency will decrease, as described above.

木兄肖は上記に鑑みなされたもので、本発明を適用する
ことにより、転送効率を高く保った!!まリセットドレ
イン電圧を小さくすることが可能となる。
Mujiang Xiao was created in view of the above, and by applying the present invention, the transfer efficiency was kept high! ! Also, it becomes possible to reduce the reset drain voltage.

第4図に本発明を適用した一実施例の出力部付近の断面
構造を示す。
FIG. 4 shows a cross-sectional structure near the output section of an embodiment to which the present invention is applied.

p基板l面に埋め込みチャネルとしてn型層2が形成さ
れ、出力ダイオードとしてn型層3、リセットドレイン
としてn型層4が形成されている。
An n-type layer 2 is formed as a buried channel on the l-plane of a p-substrate, an n-type layer 3 is formed as an output diode, and an n-type layer 4 is formed as a reset drain.

n型層2の上部にはゲート絶縁膜5を介してポリシリコ
ン電極7.8,14,15,16.17が形成されてお
り、これらは絶縁膜6で分離されている。電極’7.8
I/′i、第1層ポリンリコンで形成され、電極16は
第2層ポリシリコンで形成され、捷た電極14.15.
17は第3層ポリシリコン宅形成されている。印加され
る転送パルスの種類としては従来と同じで良く、例えば
第2図に示すものが用いられる。
Polysilicon electrodes 7 . Electrode'7.8
I/'i, the first layer is made of polysilicon, the electrode 16 is made of second layer polysilicon, and the bent electrodes 14.15.
17, a third layer of polysilicon is formed. The type of transfer pulse to be applied may be the same as conventional ones, and for example, the one shown in FIG. 2 is used.

φ1パルスは電極7.15.16に、φ2パルスは14
゜8に、φRパルスは12にそれぞれ印加される。また
電極17 (d 法然ゲートであり、DC電圧が印加さ
れる。基板lの表面近くにはn型層18.19゜20が
形成されている。n型層18.19は転送の方向付けの
ためであり、出力部の電極16及びOGI”7ゴの基板
表面町形成されたn型層20が本発明によるp型層であ
る。該p型層20が設けられることにより、出力ダイオ
ード3に近接したn型層基板でのn型濃度が低下し、φ
1が低レベル時の電極16直下のチャネルポテンシャル
が小さくなる。このためリセットドレイン電圧を下げる
ことが可能となる。
φ1 pulse is applied to electrode 7, 15, 16, φ2 pulse is applied to electrode 14
8, the φR pulse is applied at 12, respectively. Further, the electrode 17 (d) is a gate to which a DC voltage is applied. An n-type layer 18.19°20 is formed near the surface of the substrate l. Therefore, the electrode 16 of the output section and the n-type layer 20 formed on the substrate surface of the OGI"7 are the p-type layer according to the present invention. By providing the p-type layer 20, the output diode 3 The n-type concentration in the adjacent n-type layer substrate decreases, and φ
The channel potential directly under the electrode 16 when 1 is at a low level becomes small. Therefore, it becomes possible to lower the reset drain voltage.

上記n型層20の形成に際しては、既にn型層19がイ
オン注入された頭載が一部分重なる状態にイオン注入さ
れ、従ってポテンシャルの曲では、@域19が最も低く
なる。
When forming the n-type layer 20, ions are implanted in a state where the ion-implanted heads of the n-type layer 19 partially overlap, so that the @ region 19 becomes the lowest in the potential curve.

上記構造の電荷転送装置では、出力付近を除くと埋込み
チャネルCCDの濃度、深さを従来通りとすることがで
き、転送効率の劣化も生じ−ない。
In the charge transfer device having the above structure, except for the vicinity of the output, the concentration and depth of the buried channel CCD can be kept as before, and no deterioration in transfer efficiency occurs.

又p型層20はポリシリコン電極8をマスクとしてイオ
ン注入により形成することができ、電極8とn型層20
の端部を一致させることができ、この部分の重なりや分
離によるポテンシャルのうねりを生じる問題もない。な
おn型層18と19は峙時に形成しても良く、あるいは
n型層18と20を同時に形成しても良い。またポリ7
リコン電極17を第1層ポリシリコンで形成したり、ポ
リシリコン電極14を第2層ポリシリコンで形成しても
同様の効果が得られることt/′i明らかである。
Further, the p-type layer 20 can be formed by ion implantation using the polysilicon electrode 8 as a mask, and the electrode 8 and the n-type layer 20
The ends of the two parts can be made to coincide with each other, and there is no problem of potential undulations caused by overlapping or separation of these parts. Note that the n-type layers 18 and 19 may be formed at the same time, or the n-type layers 18 and 20 may be formed at the same time. Also poly7
It is clear that the same effect can be obtained even if the recon electrode 17 is formed of the first layer of polysilicon or the polysilicon electrode 14 is formed of the second layer of polysilicon.

第5図は本発明を適用した別の実施例を示す断面図であ
る。ここではn型層2の上に絶縁膜5を介してポリシリ
コン電極7.8.21,22.23が形成されており、
これらの電極は絶縁膜6で分離されている。電極7.8
.23は第1層ポリシリコンで形成され、電極21.2
2は第2層ポリシリコンで形成される。電極7,22に
はφ1パルスが、電’  $i21.8にはφ2パルス
が、電極12にはφRパルス75;印加される。これら
のバルースは例えば第2図に示すものが用いられる。ま
た電極23は出力ゲートであり、DC電圧が印加される
。表面近くのn型層18.19は転送の方向付のための
ものであり、P型層20は電極22直下のチャネルポテ
ンシャルを小さくすえ・働きをする。前記実施例と同様
n型層20のために転送効率の劣化なく、リセットドレ
イン電圧の低減が可能となる。n型層20はポリシリコ
ン層8と23をマスクとしてイオン注入で形成すること
が可能であり、捷たp型層19Viポリンリコン層8と
レジストをマスクとして形成することが可能である。こ
のためポリシリコン電極8とn型層19.20の端部は
一致し、ボテン7ヤルのうねりが生じることもない。
FIG. 5 is a sectional view showing another embodiment to which the present invention is applied. Here, polysilicon electrodes 7, 8, 21, 22, 23 are formed on the n-type layer 2 with an insulating film 5 interposed therebetween.
These electrodes are separated by an insulating film 6. Electrode 7.8
.. 23 is formed of first layer polysilicon, and electrode 21.2
2 is formed of second layer polysilicon. A φ1 pulse is applied to the electrodes 7 and 22, a φ2 pulse is applied to the electrode 21.8, and a φR pulse 75 is applied to the electrode 12. For example, the baluses shown in FIG. 2 are used. Further, the electrode 23 is an output gate, and a DC voltage is applied thereto. The n-type layers 18, 19 near the surface are for directing the transfer, and the p-type layer 20 serves to reduce the channel potential directly under the electrode 22. As in the previous embodiment, the reset drain voltage can be reduced without deterioration of transfer efficiency due to the n-type layer 20. The n-type layer 20 can be formed by ion implantation using the polysilicon layers 8 and 23 as masks, and can be formed using the twisted p-type layer 19Vi polysilicon layer 8 and resist as a mask. Therefore, the ends of the polysilicon electrode 8 and the n-type layer 19, 20 are aligned, and no undulation of the bottom surface occurs.

p型層は18と19あるいは18と20を同時に形成す
ることが可能である。
The p-type layers 18 and 19 or 18 and 20 can be formed at the same time.

以上のように本発明を適用することにより、信号電荷の
読み出しに際して転送効率の劣化なく低電圧動作が可能
となる。
By applying the present invention as described above, low voltage operation is possible without deterioration of transfer efficiency when reading signal charges.

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

第1図は従来のCCDの出力部を示す断面図であり、第
2図はクロックパルスのタイミング図であり、第3図は
従来のCCDの出力部付近のポテト・p基数 2・・n型層(埋込みチャネ/l/CCD用)3・ 〃
 (出力ダイオード) 4゛  〃 (リセットトレイン) 5・ゲート絶縁膜 6・・・絶縁膜 7.8,9,10,11.12.14,15.16.1
7.21,22.23・  ポリシリコン電極 r3.ts、t9,2o・・p型層 代理人 弁理士 福 士 愛 彦 (他2名)を−た 
f−fc 第2 図
Fig. 1 is a sectional view showing the output section of a conventional CCD, Fig. 2 is a timing chart of clock pulses, and Fig. 3 is a potato-p base 2...n type near the output section of a conventional CCD. Layer (embedded channel/l/CCD) 3.
(Output diode) 4゛ 〃 (Reset train) 5. Gate insulating film 6... Insulating film 7.8, 9, 10, 11.12.14, 15.16.1
7.21, 22.23. Polysilicon electrode r3. ts, t9, 2o...P type layer agent, patent attorney Yoshihiko Fukushi (and 2 others)
f-fc Fig. 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】 ■、埋め込みチャネル電荷転送装置において、出力部何
近の転送チャネルのポテンシャルを、埋め込みチャネル
を形成する導電層と逆の導電型の不純物を伺加するこ゛
とにより小さくしたことを特徴とする電荷転送装置。 2、前記埋め込みチャネルを形成する導電層と逆の導電
型の不純物の伺加を、転送電極または転送電極とレジス
トをマスクとした位置に形成しでなることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の電荷転送装置。 )
[Claims] (1) In a buried channel charge transfer device, the potential of the transfer channel near the output section is reduced by adding an impurity of a conductivity type opposite to that of the conductive layer forming the buried channel. Characteristic charge transfer device. 2. Addition of an impurity having a conductivity type opposite to that of the conductive layer forming the buried channel is formed at a transfer electrode or at a position using a transfer electrode and a resist as a mask. The charge transfer device described in Section 1. )
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61187368A (en) * 1985-02-15 1986-08-21 Toshiba Corp Charge transfer device
US5892251A (en) * 1989-06-25 1999-04-06 Sony Corporation Apparatus for transferring electric charges

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US5892251A (en) * 1989-06-25 1999-04-06 Sony Corporation Apparatus for transferring electric charges

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