JPS6194359A - Buried channel type charge coupler - Google Patents

Buried channel type charge coupler

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JPS6194359A
JPS6194359A JP60209889A JP20988985A JPS6194359A JP S6194359 A JPS6194359 A JP S6194359A JP 60209889 A JP60209889 A JP 60209889A JP 20988985 A JP20988985 A JP 20988985A JP S6194359 A JPS6194359 A JP S6194359A
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charge
channel
ccd
register
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ウオルター フランク コゾノツキー
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 この発明は、低い温度における電荷転送効率を改善した
埋込みチャンネルをの電荷結合装置(CCD)のチャン
ネル構造に関し、特に、赤外線CCD (工R−CCD
)イメージセンサに有用なCCDチャンネル構造に関す
るものである0 〔発明の背景〕 埋込みチャンネル型CCDとは電荷転送効率態(71J
ツドステート)転送装置である。一般にこの種の装置は
・例えば」4むlz−!2コ〈−9ような半導体材料の
本体を備え、この本体は本体と導電型が反対の領域の形
で本体中にあって、本体の表面に沿って延びるチャンネ
ルを備えている。複数の導電ゲートがチャンネルを横切
ってこれから絶縁されて伸延し、かつ、このチャンネル
に沿って配置されている。これらのゲートに対して順に
適当な電位を与えることにより、チャンネル中の電荷は
チャンネルに沿って転送される。このようなccD転送
装置は)例えば、列をなすように配列された複数の輻射
検出器と、この輻射検出器の各列に沿って設けられ、か
つ、その列の各検出器が接続されている別の転送CCD
レジスタとを備えたイメージセンサに使用される。検出
器が受けとった輻射によって検出器中に生成された電荷
は、それに接続されているO(Dに転送され、次いで、
転送00Dレジスタノ一端に沿って延びがっこれらのレ
ジスタに接続されている出力CCDレジスタに向けて、
CCDに沿って転送される。この出力CCDレジスタは
電荷を出力回路に転送する。赤外線検出のための7ヨソ
トキ障壁検出器を用いたイメージセンサの−911は、
SP工E 、第344巻「赤外線センサ工学(Infr
ared 5ensor Techno、1ogy) 
J 1982年、第66A−77頁に収められている、
W、F、コゾノツキー氏外による論文[64×128素
子Pt5iショットキ障壁赤外線電荷結合装置(IRC
CD )焦点面アレーの′設計と性能(Design 
ana Performance of 64X 12
8Filement  PtSi  5chottky
−Barrier  工nfraredCharge”
Coupled Devic’e  (工RCCD)F
ocal PlaneArray ) Jに記載されて
いる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a channel structure for a charge-coupled device (CCD) with a buried channel that improves charge transfer efficiency at low temperatures, and in particular for an infrared CCD (R-CCD).
) This relates to a CCD channel structure useful for image sensors.
It is a transfer device (transfer state). Generally, this type of device is used for example ``4mlz-!'' The device comprises a body of a semiconductor material, such as 2-9, with channels in the body in the form of regions of opposite conductivity type extending along the surface of the body. A plurality of conductive gates extend across and insulated from the channel and are disposed along the channel. By applying appropriate potentials to these gates in turn, the charge in the channel is transferred along the channel. Such a ccD transfer device may include, for example, a plurality of radiation detectors arranged in a row, provided along each row of the radiation detectors, and connected to each other in the row. Another transfer CCD
It is used for image sensors equipped with resistors. The charge generated in the detector by the radiation received by the detector is transferred to O(D) connected to it, and then
The transfer 00D registers extend along one end and are connected to the output CCD registers.
It is transferred along the CCD. This output CCD register transfers the charge to the output circuit. -911 is an image sensor using a 7-way barrier detector for infrared detection.
SP Engineering E, Volume 344 “Infrared sensor engineering (Infr
ared 5ensor Techno, 1ogy)
J 1982, pages 66A-77,
A paper by W. F. Kozonotsky et al. [64 x 128 element Pt5i Schottky barrier infrared charge coupled device (IRC
CD) Design and performance of focal plane arrays
ana Performance of 64X 12
8Filement PtSi 5chottky
-Barrier
Coupled Device (RCCD)F
ocal PlaneArray) J.

CCD転送装置の使用に際して生ずる1つの問題は装置
の電荷転送効率の悪いことによる問題である。電荷転送
の効率の悪さは電荷転送損失に関係し、この損失は、埋
込みチャンネル型CCDでは埋込まれているチャンネル
の体積に比例する。CCDの電荷転送の非能率性が特に
問題となるのは、77〜130″にの範囲の低動作温度
を必要とする赤外線CCDイメージセンサである。なぜ
なら、この場合、低動作温度では電荷転送効率がさらに
低下してしまうためである。このことは、イメージセン
サを、OCDのチャンネルを満たさないような信号1荷
を生成する低信号レベルで動作させる場合に、特に問題
となる。
One problem that arises in the use of CCD transfer devices is due to the device's inefficiency in charge transfer. The inefficiency of charge transfer is related to charge transfer losses, which in buried channel CCDs are proportional to the volume of the buried channel. Charge transfer inefficiencies in CCDs are particularly problematic in infrared CCD image sensors that require low operating temperatures in the range of 77 to 130", since in this case the charge transfer efficiency is low at low operating temperatures. This is particularly problematic when the image sensor is operated at low signal levels that produce a signal load that does not fill the channels of the OCD.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

この発明による埋込みチャンネル型雷荷結合装置は、一
方の導電型を有する半導体材料の基板を有し、この基板
は少くとも1つの主表面を備えている。この基板中で上
記の主表面に沿って、電荷を閉じ込めるための第1の手
段が設けられている。
The buried channel torpedo coupling device according to the invention has a substrate of semiconductor material of one conductivity type, the substrate having at least one major surface. A first means for confining charge is provided in the substrate along said major surface.

さらに、基板内で上記主表面に沿って、上記の第1の手
段によって閉じ込められる量よりも少い量の電荷を閉じ
込め、さらに、過剰な電荷が第1の手段中に溢れ込める
ようにした第2の手段が設けられている。基板の主表面
上で、上記の閉じ込め手段に沿うように、複数の導電性
ケートが設けられている。
Further, a second means is provided which confines an amount of charge within the substrate along the main surface, which is less than the amount confined by the first means, and further allows excess charge to flood into the first means. Two means are provided. A plurality of conductive cages are provided on the main surface of the substrate along the confinement means.

〔実施例の説明〕[Explanation of Examples]

まず第1図を参照すると、ここには、全体を10で示す
典型的な工R−CCDセンサアレーの概略ブロック図が
示されている。このセンサアレー1oは互いに平行な垂
直方向の列を形成するように配列された複数の工R検出
器12を備えている。検出器12の各列に沿って、垂直
列CCDレジスタ14が延びており、これに対して、隣
接する垂直列の検出器12が接続されている。入力OC
Dレジスタ16が垂直列CCDレジスタ14の一端に沿
って延びており、各垂直列CCDレジスタ14の各々が
これに接続されてい、る。
Referring first to FIG. 1, there is shown a schematic block diagram of a typical R-CCD sensor array, indicated generally at 10. The sensor array 1o includes a plurality of R detectors 12 arranged in vertical rows parallel to each other. Along each column of detectors 12 extends a vertical column CCD register 14 to which an adjacent vertical column of detectors 12 is connected. Input OC
A D register 16 extends along one end of the vertical column CCD registers 14 and is connected to each of the vertical column CCD registers 14.

さらに、垂直の列CCDレジスタ14の他方の端部に沿
って出力CCDレジスタ18が延びており、各列CCD
レジスタ14に接続されている。
Additionally, an output CCD register 18 extends along the other end of the vertical column CCD register 14, with each column CCD register 18 extending along the other end of the vertical column CCD register 14.
It is connected to the register 14.

第2図と第3図には、この発明を実施した工R−CCD
イメージセンサの一形式の1つのビクセルの構造が詳細
に示されている。このピクセルには1つの検出器12と
それに関連する垂直列00Dレジスタ14の一部分とが
含まれている。センサアレー1゜は、一対の表裏主表面
22と24を有するP導電型の単結晶シリコンの基体中
及び基体上に形成されている。検出器12は、例えばパ
ラジウム又は白金の珪化物の如き導電性材料の薄層26
で、基板20内に表面24に沿って形成されている。こ
の導電層26は基板20との間にショットキ障壁接合を
形成する。
Figures 2 and 3 show the R-CCD of the engineer implementing this invention.
The structure of one pixel of one type of image sensor is shown in detail. This pixel includes one detector 12 and a portion of its associated vertical column 00D register 14. The sensor array 1° is formed in and on a P conductivity type single crystal silicon substrate having a pair of front and back main surfaces 22 and 24. Detector 12 includes a thin layer 26 of conductive material, such as palladium or platinum silicide.
and is formed in the substrate 20 along the surface 24. This conductive layer 26 forms a Schottky barrier junction with the substrate 20.

導電層26の端縁を囲んでN導電型の領域の形で保護リ
ング28が表面24から基板20内へ伸延している。
A guard ring 28 extends from surface 24 into substrate 20 in the form of a region of N conductivity type surrounding the edge of conductive layer 26 .

保護リング28の囲んでチャンネルストップ30があり
、これは表面24から基板20中に延びる中導電型の領
域である。垂直CCDレジスタ14に隣接している導電
層26の端縁部にはN十導冨型の導電層32が表面24
から基板20内へ延び、導電層26と部分的に重なって
、これに接触している。
Surrounding the guard ring 28 is a channel stop 30, which is a region of medium conductivity type extending from the surface 24 into the substrate 20. At the edge of the conductive layer 26 adjacent to the vertical CCD register 14, a conductive layer 32 of N0 conductivity type is provided on the surface 24.
The conductive layer 26 extends into the substrate 20 and partially overlaps and contacts the conductive layer 26 .

垂直CCDレジスタ14は、検出器12の列と平行に表
面24に沿って基板20内を延びるN型領域の形の生理
込みチャンネル34を備えている。この主゛埋込みチャ
ンネル34中には補助埋込みチャンネル36があり、こ
れは、基板20内で表面24に沿って延びるより深くド
ープされたN型領域である。補助埋込みチャンネルは、
主チャンネル34よりも高い導電度を持つように、導電
性変換体の濃度が主チャンネル34よりも高くされてい
る。さらに、補助チャンネル36は全体が主チャンネル
34内に収容されるように、主チャンネル34の体積よ
りも小さな体積を持っている。酸化シリコンの薄い層3
8が基板20の全表面24を覆っている。複数のゲート
40が酸化シリコン層38上に横に並べて設けられてお
り、チャンネル34と36を横切って延びている。これ
らのゲート40は、例えば導電性多結晶シリコンのよう
な導電性材料の層である。ゲート40上には酸化シリコ
ンの層42が設けられている。普通はアルミニウムで形
成される4本の金属バス線44が酸化シリコン層42上
をゲート40を横切叛る方向に相互に平行に間隔を置い
て延びている。各バス線44は酸化シリコン層42に設
けられた開孔を通って延びて、ゲート40の各別のもの
と接触している。各バス線44は3個おきのゲート40
に接続されている。
Vertical CCD register 14 includes a physiological input channel 34 in the form of an N-type region extending within substrate 20 along surface 24 parallel to the rows of detectors 12 . Within this main buried channel 34 is an auxiliary buried channel 36, which is a more deeply doped N-type region extending along surface 24 within substrate 20. The auxiliary recessed channel is
The concentration of conductive transducer is higher than that of the main channel 34 so that it has a higher conductivity than the main channel 34 . Further, the auxiliary channel 36 has a volume smaller than that of the main channel 34 so that the auxiliary channel 36 is entirely contained within the main channel 34 . thin layer of silicon oxide 3
8 covers the entire surface 24 of the substrate 20. A plurality of gates 40 are disposed side by side on silicon oxide layer 38 and extend across channels 34 and 36. These gates 40 are layers of conductive material, for example conductive polycrystalline silicon. A layer of silicon oxide 42 is provided over the gate 40. Four metal bus lines 44, typically formed of aluminum, extend parallel to each other and spaced apart across the gate 40 over the silicon oxide layer 42. Each bus line 44 extends through an aperture in the silicon oxide layer 42 and contacts a different one of the gates 40. Each bus line 44 has every third gate 40
It is connected to the.

転送ゲート46が酸化シリコン層38上にあって、検出
器12と垂直CCDレジスタ14との間に伸延している
。この転送ゲート46は、例えばドープされた多結晶シ
リコンの如き導電性材料の層である。転送ゲート46は
導電性領域32の一部と主埋込みチャンネル34の端縁
部とに重なっている。酸化シリコンの層4日が転送ゲー
ト46上に延びている。垂直CCDレジスタ14のゲー
ト40の1つが検出器12の導電性領域32と整列して
いる。このようにすることにより、検出器12から垂直
CCDレジスタ14への電荷の転送が可能になる。例え
ばアルミニウムの如き金属の薄層5oが検出器12の導
電層26の各々の上にある酸化シリコン層38上に設け
られている。この金属層50は導電層26を通過してく
る輻射を再び導電層へ反射する鏡として働く。
A transfer gate 46 overlies the silicon oxide layer 38 and extends between the detector 12 and the vertical CCD register 14. The transfer gate 46 is a layer of conductive material, such as doped polycrystalline silicon. Transfer gate 46 overlaps a portion of conductive region 32 and an edge of main buried channel 34 . A layer of silicon oxide extends over transfer gate 46. One of the gates 40 of the vertical CCD register 14 is aligned with the conductive region 32 of the detector 12. This allows charge to be transferred from the detector 12 to the vertical CCD register 14. A thin layer 5o of metal, such as aluminum, is provided on the silicon oxide layer 38 overlying each of the conductive layers 26 of the detector 12. This metal layer 50 acts as a mirror to reflect the radiation passing through the conductive layer 26 back to the conductive layer.

センサアレー10の動作において、表面22から基板2
0を通ってくる輻射線は検出器12によって電荷に変換
される。転送ゲート46に適切な電位が印加されると、
検出器12の導電層26中の電荷は垂直CCDレジスタ
14のチャンネル34と36に転送される。ゲ。
In operation of sensor array 10, from surface 22 to substrate 2
The radiation passing through 0 is converted into an electric charge by the detector 12. When a suitable potential is applied to transfer gate 46,
Charge in conductive layer 26 of detector 12 is transferred to channels 34 and 36 of vertical CCD register 14. Ge.

−ト40に対して順次、適蟲な電位を加えると、チャン
ネル34.36中の電荷は垂直CCDレジスタ14に沿
って出力CCDレジスタへ転送される。
By sequentially applying appropriate potentials to ports 40, the charge in channels 34, 36 is transferred along vertical CCD registers 14 to the output CCD registers.

ゲート40に電位を与えると、チャンネル34と36中
に電位井戸が形成される。補助チャンネル36は主チャ
ンネル34に比して、より高いドーピングレベルを持っ
ているために、第4図に示すように、補助チャンネル3
6中の電位井戸の方が主チャンネル中に形成される電位
井戸よりも深い。従って、電荷が検出器12からチャン
ネル34と36に転送される時、電荷は補助チャ/ネル
36中に形成された深い方の井戸へ最初に流れ込む。電
荷量が充分に大きい場合には、電荷はより深い井戸から
溢れ出て、チャンネル34によって形成された浅い方の
井戸へ流れ込む。しかし、電荷の量が少い場合には、補
助チャンネル36内にのみ閉じ込められる。
Applying a potential to gate 40 creates potential wells in channels 34 and 36. Because the auxiliary channel 36 has a higher doping level than the main channel 34, the auxiliary channel 36 has a higher doping level than the main channel 34, as shown in FIG.
The potential wells in 6 are deeper than the potential wells formed in the main channel. Therefore, when charge is transferred from detector 12 to channels 34 and 36, the charge flows first into the deeper well formed in auxiliary channel/channel 36. If the amount of charge is large enough, the charge will spill out of the deeper well and flow into the shallow well formed by channel 34. However, if the amount of charge is small, it will be confined only within the auxiliary channel 36.

前述したように、転送の非能率性は埋込みチャンネルの
体積に比例する。少量の電荷を小体積の補助チャンネル
36内に保持するようにしたことにより、補助チャンネ
ル36に沿う電荷の転送効率は、同じ小電荷を大体積の
主チャンネル34中で転送する場合よりも高くなる。従
って、小さな電荷が高効率でCCDレジスタ14中を転
送されることになる。
As mentioned above, the transfer inefficiency is proportional to the volume of the buried channel. By retaining a small amount of charge in the small volume of the auxiliary channel 36, the efficiency of charge transfer along the auxiliary channel 36 is higher than if the same small amount of charge was transferred in the large volume of the main channel 34. . Therefore, small charges are transferred within the CCD register 14 with high efficiency.

一方、大きな電荷は主チャンネル具の井戸に流れ込み、
比較的高効率でチャンネル34中を適正に転送される。
On the other hand, large charges flow into the wells of the main channel fixture,
It is properly transferred through channel 34 with relatively high efficiency.

このように、この発明によるCCDレジスタは小さな電
荷も大きな電荷も共に比較的高い効率で転送することが
できる。
Thus, the CCD register according to the invention can transfer both small and large charges with relatively high efficiency.

第5図〜第7図には、この発明を実施したIR−CCD
イメージセンサの別の実施例が示されている。
5 to 7 show an IR-CCD implementing this invention.
Another embodiment of an image sensor is shown.

このイメージセンサ52は、列をなすように配列された
検出器54のアレーと、検出器54の列間に設けられた
垂直CCDレジスタ56とを備えている0イメージセン
サ52は、イメージセンサ10と同じく、対向主表面6
0と62を有するP導電型の単結晶シリコンの基体58
中に形成されている。
The image sensor 52 includes an array of detectors 54 arranged in columns and a vertical CCD register 56 provided between the columns of the detectors 54. Similarly, the opposing main surface 6
0 and 62 P conductivity type single crystal silicon substrate 58
formed inside.

検出器54の各々は基板58中で表面62に沿った導電
性材料の領域64を含んでいる。この領域64は基板5
Bとの間にショットキ障壁接合を形成する。検出器の領
域64は珪化白金又は珪化パラジウムのいずれかで形成
することが好ましい。検出器領域64の端縁を囲んで保
護リング66が形成されている。
Each of the detectors 54 includes a region 64 of conductive material along a surface 62 in the substrate 58 . This area 64 is
A Schottky barrier junction is formed between B and B. Detector region 64 is preferably formed of either platinum silicide or palladium silicide. A protective ring 66 is formed around the edge of the detector region 64 .

保i 1Jングは基板58内の表面62に形成されたN
導電型の領域である。検出器領域64の垂直CCDレジ
スタ56に隣接する側の端縁部に沿って、基板5日の内
部で表面62にN+4電型の導電性領域68が設けられ
ている。この導電性領域68は検出器54から垂直00
Dレジスタ56のチャンネルへ電荷を電気的に結合する
働きをする。しかし、必要とあれば、保護リング66の
全体をN+4電型にして、この保護リング66をも導電
性領域として働くようにしてもよい。
The N 1J ring is formed on the surface 62 within the substrate 58.
This is a conductive type region. Along the edge of the detector region 64 adjacent to the vertical CCD register 56, a conductive region 68 of type N+4 is provided on the surface 62 within the substrate 5. This conductive region 68 is perpendicular to the detector 54.
It serves to electrically couple charge to the channel of D resistor 56. However, if necessary, the entire protective ring 66 may be of the N+4 type so that the protective ring 66 also functions as a conductive region.

基板58の表面62上には被着酸化シリコンの層70が
設けられており、検出器領域64上に延在している。
A layer of deposited silicon oxide 70 is provided on the surface 62 of the substrate 58 and extends over the detector region 64 .

さらに、酸化シリコン層70上に各検出器領域64を覆
って金属層72が設けられている。金属層72は、検出
器領域64を通過した輻射線を再び検出器領域に反射す
る鏡として働く、アルミニウムのような輻射線を反射す
る金属で構成される。
Furthermore, a metal layer 72 is provided on the silicon oxide layer 70 and covering each detector region 64 . Metal layer 72 is comprised of a radiation-reflecting metal, such as aluminum, which acts as a mirror to reflect radiation that has passed through detector region 64 back to the detector region.

垂直CCDレジスタ56は、基板58中にあって検出器
54の列と列の間の表面62に沿って延びるN4雷型の
領域の形をとった主チャンネル74を備えている。主チ
ャンネル74は検出器54の検出器領域64の隣接端縁
からある間隔を置いて位置している。主チャンネル74
内にはN導電型ではあるが主チャンネル74よりも高い
導電性変換体濃度を持った領域で構成された補助チャン
ネル75が設けられている。
Vertical CCD register 56 includes a main channel 74 in the form of an N4 lightning-shaped region in substrate 58 and extending along surface 62 between rows of detectors 54. Main channel 74 is spaced apart from an adjacent edge of detector region 64 of detector 54 . Main channel 74
Therein is provided an auxiliary channel 75 consisting of a region of N conductivity type but with a higher concentration of conductive converter than the main channel 74 .

この補助チャンネル75はその体積が主チャンネル74
よりも小さく、主チャンネル74中に完全に収まってい
る。熱成長させた酸化シリコンの層76がチャンネル7
4と75の上に延びている。この酸化シリコン層76上
で、チャンネル74と75を横切っテ、2組のゲート7
7と78が設けられている。ゲートフッと78はドープ
された多結晶シリコンのような導電性材料で形成されて
いる。第1の組のゲート費はすべて酸化シリコン層76
上にあり、各ゲート77ハ2つの隣接検出器54の部分
に沿って、その間の空間をまたいで延びている。互いに
隣接するゲート77の互いに隣接する端縁部は、チャン
ネル74と75のそれに隣接する検出器54の導電性領
域6日に隣接する部分において隔てられている。第1の
組のゲートグアの各々は延長部77?Lを有し、この延
長部77aは互いに隣接する検出器54間の基板表面6
2上にあり、かつ、酸化シリコン層76の一部分によっ
て基板表面62から隔てられている。ゲート延長部7’
7aは、全ての垂直CCDレジスタ14中の同様の第1
組のゲート77を電気的に接続し、また、ゲート延長部
グアaの1つはセンサアレー10の一端にある端縁コン
タクトまで延びている。
This auxiliary channel 75 has a volume equal to that of the main channel 75.
It is smaller than the main channel 74 and fits completely within the main channel 74. A layer of thermally grown silicon oxide 76 forms the channel 7.
4 and 75. On this silicon oxide layer 76, two sets of gates 7 are placed across the channels 74 and 75.
7 and 78 are provided. Gate foot 78 is formed of a conductive material such as doped polycrystalline silicon. The gate cost of the first set is all silicon oxide layer 76
each gate 77 extends along and across the space between two adjacent detectors 54. Adjacent edges of adjacent gates 77 are separated by a portion of channels 74 and 75 adjacent to the conductive region 6 of detector 54 adjacent thereto. Each of the first set of gateguars has an extension 77? L, and this extension 77a extends between the substrate surfaces 6 between adjacent detectors 54.
2 and separated from substrate surface 62 by a portion of silicon oxide layer 76 . Gate extension 7'
7a is a similar first register in all vertical CCD registers 14.
The sets of gates 77 are electrically connected and one of the gate extensions a extends to an edge contact at one end of the sensor array 10.

第7図に示すように、第2の組のゲート78の6各は、
酸化シリコン層76上で、2つの互いに隣接する第1の
ゲート77の互いに隔たった端縁間にある。第2のゲー
ト78は隣接する第1のゲート77の一方の上に僅かに
入り込んで延び、他方のゲート77の上では2つの互い
に隣接する検出器54の間の空間まで延びている。第2
のゲート78は第1のゲート77から酸化シリコンの層
80によって隔てられている。第6図に示すように、第
2のゲート78の各々は垂直CCDレジスタ56の各側
部において、検出器54の端縁部にまで延びている。従
って、第2のゲート78は主チャンネル74の両側を越
え、かつ、基板表面62の主チャンネル74と隣接する
検出器54の各々との間の部分の上まで突出して延びる
As shown in FIG. 7, each of the six gates of the second set of gates 78 is
It is located on the silicon oxide layer 76 between the mutually spaced edges of two mutually adjacent first gates 77 . The second gate 78 extends slightly above one of the adjacent first gates 77 and extends above the other gate 77 into the space between two mutually adjacent detectors 54 . Second
gate 78 is separated from first gate 77 by a layer 80 of silicon oxide. As shown in FIG. 6, each of the second gates 78 extends to the edge of the detector 54 on each side of the vertical CCD register 56. The second gate 78 thus extends beyond both sides of the main channel 74 and over the portion of the substrate surface 62 between the main channel 74 and each of the adjacent detectors 54 .

’lの垂直CCDレジスタ56に接続されていない検出
器54と主チャンネル74との間の基板表面62の領域
では、酸化シリコン層76は他の部分よりも厚い部分7
6aを持っている。この酸化シリコン層の厚い部分’7
6a上には第2のゲート78の各々の一部分があり、従
って、このゲート7日の一部分はその残りの部分と基板
表面62との間の距離より大きな距離だけ基板表面から
隔てられる。第2のゲート78の各々は第1のゲート7
7の延長部’77a上にあって、それから酸化シリコン
層によって隔てられている延長部’78aを備えている
。各延長部78aは垂直CCDレジスタ56の対応する
第2のゲート7日を、イメージセンサアレー52の一端
にある端子まで延びている延長部’78aの1つに霊気
的に接続する。
In the regions of the substrate surface 62 between the detector 54 and the main channel 74 that are not connected to the vertical CCD registers 56 of 'l, the silicon oxide layer 76 is thicker in parts 7 than in other parts.
I have 6a. The thick part of this silicon oxide layer'7
Above 6a is a portion of each of the second gates 78, so that a portion of this gate 78 is separated from the substrate surface by a distance greater than the distance between the remaining portion thereof and the substrate surface 62. Each of the second gates 78 is connected to the first gate 7
7 and separated therefrom by a silicon oxide layer. Each extension 78a electrically connects a corresponding second gate of vertical CCD register 56 to one of the extensions '78a extending to a terminal at one end of image sensor array 52.

イメージセンサ52の動作において、検出器54に集め
られた電荷は、第2のゲート7日に正の電位が加えられ
ると、垂直ccDレジスタ56に転送される。
In operation of the image sensor 52, the charge collected on the detector 54 is transferred to the vertical CCD register 56 when a positive potential is applied to the second gate 7.

次に、ゲートフッと78が負電位でクロックされて電荷
はチャンネル74と75に沿って、垂直ccDレジスタ
56の一端にある出力レジスタまで移動する。ゲートフ
ッと78に加えられる電位はチャンネル74と75中に
電位井戸を形成させる。この場合、補助チャンネル′7
5の井戸の方が主チャンネル74における井戸よりも深
い。従って、検出器54からチャンネル74と75に入
る電荷は、まず、補助チャンネル′75中のより深い井
戸を満たし、電荷が充分大きい場合には、主チャンネル
74の井戸へ溢れ込む、しかし、検出器54からの電荷
が小さい時には、電荷は補助チャンネル75内にとどま
り、従って、垂直CCDレジスタ56に沿って、比較的
高効率で転送される。
Gate foot 78 is then clocked with a negative potential to move the charge along channels 74 and 75 to an output register at one end of vertical ccD register 56. The potential applied to gate foot 78 causes potential wells to form in channels 74 and 75. In this case, auxiliary channel '7
The well 5 is deeper than the well in the main channel 74. Thus, charge entering channels 74 and 75 from detector 54 first fills the deeper wells in auxiliary channel '75 and, if the charge is large enough, spills into the wells of main channel 74; When the charge from 54 is small, the charge remains within the auxiliary channel 75 and is therefore transferred along the vertical CCD register 56 with relatively high efficiency.

以上の説明では、CCDレジスタlくと56は、主チャ
ンネル34又は74中に1個の補助チャンネル36又は
75を持つものとしてきたが、l f6以上の補助チャ
ンネルを主チャンネル内に設けてもよい。第8図に示す
CCDレジスタ8oは、基板84内Qこあって、基板8
4の表面86に沿って延びる主チャンネル82を備えて
いる。第1の補助チャンネル8日が基板84内で表面8
6に沿って延びており、これは主チャンネル82内にあ
る。第2の補助チャンネル9oは基板84内で表面86
に沿って延び、上記第1の補助チャンネル8日の内にあ
る。従って、第1の補助チャンネル88の体積は主チャ
ンネル82の体積よりも小さく、第2の補助チャンネル
90はその体積が第1の補助チャンネル88より小さい
。第1の補助チャンネル8日は導電性変換体の濃度が主
チャンネル82より高く、従って、主チャンネル82よ
りも高い導電率を持つ。第2の補助チャンネル90は導
電性変換体の濃度が第1の補助チャンネル8日よりも高
く、従って、第1の補助チャンネルよりも導電率が高い
In the above description, it has been assumed that the CCD register 156 has one auxiliary channel 36 or 75 in the main channel 34 or 74, but it is also possible to provide 6 or more auxiliary channels in the main channel. . The CCD register 8o shown in FIG.
4. A main channel 82 extends along a surface 86 of 4. The first auxiliary channel 8 is located within the substrate 84 on the surface 8.
6, which is within the main channel 82. A second auxiliary channel 9o is located within the substrate 84 at the surface 86.
The first auxiliary channel extends within 8 days. Accordingly, the volume of the first auxiliary channel 88 is smaller than the volume of the main channel 82 and the volume of the second auxiliary channel 90 is smaller than the volume of the first auxiliary channel 88. The first auxiliary channel 8 has a higher concentration of conductive transducer than the main channel 82 and therefore has a higher conductivity than the main channel 82. The second auxiliary channel 90 has a higher concentration of conductive transducer than the first auxiliary channel 8 and therefore has a higher conductivity than the first auxiliary channel.

酸化シリコンの層92が基板表面86上にあって、チャ
ンネル82.88及び90を覆って延びている。例えば
導電性多結晶シリコンのような導電性材料で形成された
複数のゲート94(そのうちのユ個のみを図示する)が
酸化シリコン層92上に設けられている。ゲート94は
チャンネル82.8B及び90を横切って延び、かつ、
これらのチャンネルに沿って配tされている。
A layer 92 of silicon oxide is on the substrate surface 86 and extends over the channels 82, 88 and 90. A plurality of gates 94 (only two of which are shown) formed of a conductive material, such as conductive polycrystalline silicon, are provided on the silicon oxide layer 92. Gate 94 extends across channels 82.8B and 90, and
are arranged along these channels.

ある電位がゲート94に加えられると、チャンネル82
.88及び90に電位井戸が生成される。第1の補助チ
ャンネル8日中に形成された電位井戸は主チャンネル8
2中の井戸よりも深く、また、第2の補助チャンネル9
0中に形成された電位井戸は第1の補助チャンネル8日
中の井戸よりも深い。従って、これらのチャンネルに流
れ込もうとする電荷は最初に第2の補助チャンネル90
中の最も深い電位井戸へ流入する。電荷が増加するにつ
れて、電荷は第2の補助チャンネル90中の井戸から溢
れ出て第1の補助チャンネル8日中の電位井戸に、つい
で、主チャンネル82中の電位井戸へ流れ込む。従って
、電荷の量が少い時は、電荷は第2の補助チャンネル9
0内に閉じ込められ、電荷の量が中程度になると、第1
の補助チャンネル88内に閉じ込められ、さらに、N荷
が大きくなる七、主チャンネル82に入る。このように
して、このCCDレジスタ8oは、大きな電荷も、中位
の電荷も小さな電荷も効率よく転送することができる。
When a potential is applied to gate 94, channel 82
.. Potential wells are created at 88 and 90. The potential well formed during the first auxiliary channel 8 is the main channel 8
2, and also a second auxiliary channel 9
The potential wells formed in the first auxiliary channel 8 are deeper than the wells in the first auxiliary channel 8. Therefore, any charge that attempts to flow into these channels will first flow into the second auxiliary channel 90.
into the deepest potential well inside. As the charge increases, it flows out of the well in the second auxiliary channel 90 into the potential well in the first auxiliary channel 8 and then into the potential well in the main channel 82. Therefore, when the amount of charge is small, the charge is transferred to the second auxiliary channel 9
0 and when the amount of charge becomes intermediate, the first
is confined within the auxiliary channel 88, and furthermore, as the N load becomes larger, it enters the main channel 82. In this way, this CCD register 8o can efficiently transfer large charges, medium charges, and small charges.

第1図に示す型のOCDイメージ七ンサ1oにおいて、
垂直CCDレジスタ14だけでなく出力CCDレンスタ
18にも補助チャンネルを設けることができる。
In the OCD image seven sensor 1o of the type shown in Figure 1,
An auxiliary channel can be provided not only in the vertical CCD register 14 but also in the output CCD register 18.

しかし、必要とあれば、補助チャンネルは出方CCDレ
ジスタ18のみに設けるようにしてもよい。
However, if necessary, the auxiliary channel may be provided only in the output CCD register 18.

この発明によって得られる改良を実証するために、次に
示すような装置を作製した。
To demonstrate the improvements provided by this invention, an apparatus was constructed as shown below.

例1 赤外線電荷結合装置型イメージセンナを、導電層が珪化
パラジウムで形成された検出器の32 X 63アレー
を有するP型巣結晶シリコン中に作った。
Example 1 An infrared charge-coupled device image sensor was fabricated in P-type nested crystalline silicon with a 32 x 63 array of detectors in which the conductive layer was formed of palladium silicide.

出力CCDレジスタには、幅が110μmでN導電型(
1、3X 1012α−2の量の燐を注入した)の主チ
ャンネル領域と、幅が20μmでN導電型(砒素を15
0KeVで5XIO11(”Il+ 2の量が注入した
)の補助チャンネル領域が設けられた。非常に低い信号
レベに対して、77°Kにおける転送損失は、補助チャ
ンネル領域を持たないCCDの1回当りの転送損失10
 〜10−2という値から1転送につき約2×10 と
いう値まで減少した。
The output CCD register has a width of 110 μm and an N conductivity type (
The main channel region is 20 μm wide and of N conductivity type (implanted with arsenic of 15
An auxiliary channel area of 5XIO11 (amount of Il+ 2 implanted) at 0 KeV was provided. For very low signal levels, the transfer loss at 77°K is about 100% for a CCD without an auxiliary channel area. transfer loss of 10
It decreased from a value of ~10-2 to a value of about 2x10 per transfer.

例■ 64X128の検出器アレーを有するP型単結晶シリコ
ン基板中に赤外線電荷結合装置イメージセンサを作製し
た。出力CCDレジスタに15μmの幅のN導電型(1
,3Xlo12t:m−2の率で燐を注入した)の主チ
ャンネルと、5μmの幅でN導電型(5X1011α−
2の率で砒素を注入した)の補助チャンネルとを設けた
0次の表は葛このレジスタと同様ではあるが主チャンネ
ル領域のみを備えたものと比較した、このCCD出力レ
ジスタの転送当りの転送損失以上、この発明を、検出器
が複数の列をなすように配列され、各列が互いに別々の
垂直埋込みチャンネル型CCDレジスタを備えたIR−
CCDイメージセンサに実施した場合について説明した
が、この発明はこれ以外の型のOCDイメージヤにも使
用できる。例えば、この発明を、検出器を1本の線を形
成するように配列し、1個のCCDレジスタのみを使用
するラインセンサイメージヤに実施することも可能であ
る。このようなラインセンサイメージヤは検゛出器の線
とCCDレジスタとの間に第2図及び第3図に示すよう
な構造の転送ゲートを備えているが、CCDレジスタに
は第2図、第3図に示すような金属母線はなく、CCD
のゲートはCCDレジスタの一方の端部に沿って終端し
ている。
Example ■ An infrared charge-coupled device image sensor was fabricated in a P-type single crystal silicon substrate with a 64×128 detector array. The output CCD register has a 15 μm wide N conductivity type (1
, 3Xlo12t: phosphorus implanted at a rate of m-2) and a main channel of N conductivity type (5X1011α-
The following table shows the transfer per transfer of this CCD output register compared to one similar to this register but with only the main channel area. Over losses, the present invention can be applied to an IR-IR detector in which the detectors are arranged in multiple columns, each column having a separate vertically embedded channel CCD register.
Although described as being implemented in a CCD image sensor, the invention can also be used in other types of OCD imagers. For example, the invention could be implemented in a line sensor imager where the detectors are arranged to form a line and only one CCD register is used. Such a line sensor imager is equipped with a transfer gate having the structure shown in FIGS. 2 and 3 between the detector line and the CCD register, but the CCD register has the structure shown in FIGS. There is no metal bus bar as shown in Figure 3, and the CCD
The gates of the CCD registers terminate along one edge of the CCD register.

さらに、この発明は可視CCDイメージセンサ、特に大
型のものの埋込みチャンネルにも使用できる。一般に、
’ Cの型のイメージセンサは、Aレジスタと称する光
感知アレーと、Bレジスタと呼ばれる一時蓄積アレー及
びCレジスタと呼ばれる出力レジスタを含んでいる。例
えば、Aレジスタは複数の互いに間隔を置いて平行に配
置された埋込みチャンネル領域と、これらのチャンネル
を横切りかつこれらのチャンネルから絶縁されて互いに
平行に配置された複数の導電性ゲートとを備えたもので
ある。1Bレジスタとしては、Aレジスタのチャンネル
の延長である複数の互いに間隔を置いて平行に配置され
た埋込みチャンネルと、このチャ” ンネルを横切って
延びる複数の互いに平行な導電性ゲートとを備えたもの
を使用できよう。さらに、CレジスタはBレジスタのチ
ャンネルの端部に沿って延びる一本の埋込みチャンネル
を含んだものを使用できよう。検出される像からの光は
Aレジスタが形成されている基板部分に入射し、光子が
Aレジスタのチャンネル中で電子に変換される。
Additionally, the invention can be used in recessed channels of visible CCD image sensors, especially large ones. in general,
'The C type image sensor includes a light sensing array called A register, a temporary storage array called B register and an output register called C register. For example, the A resistor includes a plurality of spaced apart parallel buried channel regions and a plurality of conductive gates arranged parallel to each other across and insulated from the channels. It is something. A 1B resistor has a plurality of spaced parallel buried channels that are an extension of the channels of the A resistor and a plurality of parallel conductive gates extending across the channels. In addition, the C register could be used to include a single buried channel extending along the edge of the channel of the B register. Upon entering the substrate portion, the photons are converted into electrons in the channels of the A register.

この電子はAレジスタのチャンネルに沿って転送されて
Bレジスタのチャンネルに達し、そこから、Cレジスタ
のチャンネルに転送される。この発明による補助チャン
ネルはCレジスタのチャンネノへあるいは全てのチャン
ネルに設けることができる。
The electrons are transferred along the channel of the A register to the channel of the B register, and from there to the channel of the C register. The auxiliary channel according to the invention can be provided to the channel node of the C register or to all channels.

上述したように、この発明によれば、電荷がその大きさ
に対応した大きさのチャンネル体積中に閉じこめられる
ように、異なる大きさの電位井戸が生成される埋込みチ
ャンネルを有するCCD転送装置が得られる。これによ
り、電荷をチャンネルに沿って高効率で転送することが
可能となる。
As described above, the present invention provides a CCD transfer device having a buried channel in which potential wells of different sizes are created such that the charge is confined in a channel volume of a size corresponding to the charge. It will be done. This allows charges to be transferred along the channel with high efficiency.

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

第1図は典型的な工R−OCDイメージセンサの構造を
示す概略図、第2図はこの発明を実施した工R−CCD
イメージセンサの1つのピクセルの平面図、第3図は第
2図の3−3に沿う断面図、第4図は第3図のCCDレ
ジスタのチャンネルの電位プロフィルを示す図、第5図
はこの発明を実施した別の型の工R−CCDイメージセ
ン丈の1つのビクセルの平面図、第6図は第5図の線5
−5に沿う断面図、第7図は第5図の線7−7に沿う断
面図、第8図はこの発明を実施したさらに別のCCDレ
ジスタの断面図である。 12・・・輻射検出器、14・・・垂直CCDレジスタ
、18・・・出力レジスタ、20・・・基板、34・・
・主チャンネル(第1の電荷閉じ込め手段)、36・・
・補助チャンネル(第2の電荷閉じ込め手段)、乙。・
・・ゲ − ト 。
Fig. 1 is a schematic diagram showing the structure of a typical R-OCD image sensor, and Fig. 2 is a schematic diagram showing the structure of a typical R-OCD image sensor.
Figure 3 is a plan view of one pixel of the image sensor, Figure 3 is a cross-sectional view along line 3-3 in Figure 2, Figure 4 is a diagram showing the potential profile of the channel of the CCD register in Figure 3, and Figure 5 is a diagram showing the potential profile of the channel of the CCD register in Figure 3. A plan view of one pixel of another type of R-CCD image sensor in which the invention is implemented, FIG. 6 is a line 5 of FIG.
7 is a cross-sectional view taken along line 7--7 of FIG. 5, and FIG. 8 is a cross-sectional view of yet another CCD register embodying the present invention. 12... Radiation detector, 14... Vertical CCD register, 18... Output register, 20... Board, 34...
・Main channel (first charge confinement means), 36...
- Auxiliary channel (second charge confinement means), B.・
... Gate.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)少くとも1つの主表面を有するある導電型の半導
体材料の基板と、 この基板中で上記主表面に沿つて延びる電荷を閉じ込め
るための第1の手段と、 上記基板中で上記主表面に沿つて延び、上記第1の手段
が閉じ込めることのできる電荷よりも小さな電荷を閉じ
込め、かつ、過剰の電荷が上記第1の手段中に溢流でき
るようにされている第2の手段と、 上記基板の上記主表面上にこれから絶縁され、かつ、上
記第1と第2の電荷閉じ込め手段に沿つて配置されてい
る複数の導電性ゲートと、 を備えてなる埋込みチャンネル型電荷結合装置。
(1) a substrate of a semiconductor material of a conductivity type having at least one major surface; a first means for confining charge extending along the major surface in the substrate; a second means extending along said first means and configured to confine a charge smaller than that which said first means can confine and to allow excess charge to spill into said first means; a plurality of conductive gates disposed on and insulated from the major surface of the substrate and along the first and second charge confinement means.
(2)一方の導電型の半導体材料の基板と、この基板の
1つの表面に沿つて行をなして配置された複数の輻射検
出器と、 この輻射検出器の行に沿つて延びるCCDレジスタであ
つて、上記基板中で上記1つの表面に沿つて延びる上記
基板の導電型と逆の導電型の主チャンネル領域と、この
主チャンネル領域中にあつてこの主チャンネル領域によ
つて閉じ込められる最大電荷よりも小さな電荷を閉じ込
めるための手段と、上記検出器から上記チャンネル領域
へ電荷を転送する手段と、上記チャンネル領域を横切つ
て延び、上記基板の上記1つの表面から電気的に絶縁さ
れているゲートとを含むCCDレジスタと、を備えてな
る埋込みチャンネル型CCDイメージセンサ。
(2) a substrate of a semiconductor material of one conductivity type, a plurality of radiation detectors arranged in a row along one surface of the substrate, and a CCD register extending along the row of the radiation detectors; a main channel region of a conductivity type opposite to that of the substrate extending along the one surface in the substrate; and a maximum charge confined in the main channel region by the main channel region; means for confining a charge smaller than the surface of the substrate; and means for transferring charge from the detector to the channel region, extending across the channel region and electrically insulated from the one surface of the substrate. A buried channel type CCD image sensor comprising: a CCD register including a gate;
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5016482A (en) * 1973-04-27 1975-02-21
JPS5242673A (en) * 1975-09-29 1977-04-02 Philips Nv Discharge lamp
JPS5422877A (en) * 1977-07-22 1979-02-21 Yokogawa Hokushin Electric Corp Force converter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5016482A (en) * 1973-04-27 1975-02-21
JPS5242673A (en) * 1975-09-29 1977-04-02 Philips Nv Discharge lamp
JPS5422877A (en) * 1977-07-22 1979-02-21 Yokogawa Hokushin Electric Corp Force converter

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