JPS63300561A - 半導体装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置に関し、特に電荷を電圧に変換する
素子部を含む半導体装置に関する。

〔従来の技術〕

入射光や電気信号等の情報入力を電荷の形で蓄積および
転送して信号として取り出す半導体装置は撮像装置やメ
モリーなど幅広い用途に使われている。第３図は従来の
半導体装置の一例の断面図、第４図（ω、（ｂ）はその
電荷転送を説明するためのポテンシャル図である。

この従来例は埋込みチャンネル型２相駆動電荷転送素子
の出力部であり、まず第３図に示すように、Ｐ型半導体
基板１０表面に絶縁膜２を介して多結晶シリコンからな
る第１のゲート電極３と、基板および第１のゲート電極
３とこの上の絶縁膜２Ａを介して多結晶シリコンからな
る第２のゲート電極４を形成する。第１のゲート電極３
および第２のゲート電極４によって作られる電荷転送部
には、埋込みチャンネル転送のため、電荷転送部直下の
半導体表面にＮ型電荷転送領域５を形成し、かつ２相ク
ロツクによる駆動で電荷転送を実現するため、電位障壁
用のＰ型障壁用領域６を、間隔をおいて第１のゲート電
極３の隙間と第２のゲート電極４直下の半導体表面に作
る。

そして第１及び第２のゲート電極３，４をそれぞれ１組
として交互にφ、およびφ、のたがいに逆相のクロック
電圧を印加させることで、半導体表面の電位ポテンシャ
ルを制御し、電荷を出力回路へ転送する。また、この電
荷転送部最終段に隣接してＮ型電荷転送領域５上に絶縁
膜２を介して多結晶シリコンで作られ、電位Ｖ、に固定
された出力用ゲート電極７と転送されてきた電荷を電圧
に変換するためのＮ型不純物層で形成されたＮ型浮遊拡
散層８と、これに隣接してＮ型浮遊拡散層８をソースと
し、電位ｖ１　に固定されたＮ型不純物層１８をドレイ
ンに、かつ多結晶シリコンで作られた電極９をケ゛−ト
とするトランジスタを、ゲート部直下の半導体表面にＮ
型不純物層１５を形成して作る。また、Ｎ型浮遊拡散層
８に接続することによって電荷信号を電圧に変換して信
号として外部に取り出すための出力用トランジスタ１゜
を設ける。

このように構成された従来の半導体装置の駆動方法は、
まず電極９に正の電圧を印加してＮ型浮遊拡散１−８の
電位をドレイン電圧Ｖ、に設定し、しかる後、電極９へ
の電圧印加をやめ、Ｎ型浮遊拡散１ｍ８とｖ１電位のド
レイン拡散層との電気的接続を切り離す。

この状態での第３図の電荷転送部のポテンシャルを第４
図（ａ）に示す。

ここでφ１　クロックの電圧は高く、φ２　クロックの
電圧は低い状態であり、第４図（ａ）の左より転送され
て来た電荷１１は、φ、クロック印加用の第１のゲート
電極３下のＮ型電荷転送領域６のポテンシャル井戸に蓄
えられている。次にφ１．φ。

クロックの電圧を逆転させφ、クロックの電圧を低くφ
、クロックの電圧を高くする。この状態のポテンシャル
を第４図（ｂ）に示す。これよりわかるようにφ、ジク
ロツク下ポテンシャル井戸に蓄えられていた電荷１１は
、出力用ゲート電極７直下の半導体表面を通ってＮ型浮
遊拡散層８へ流れ込む。

このように転送されてきた電荷量をＱとして、Ｎ型浮遊
拡散層８の容量をＣとすると、電荷が流入する前後のＮ
型浮遊拡散層８の電位ΔＶはΔＶ＝　− と表わすことができる。

従って、この電位差ΔＶを出カドランシスター。

を介して出力すれば、この従来例の半導体装置内に蓄積
された情報を読取ることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来の半導体装置では、Ｎ型浮遊拡散層８の電
位差ΔＶが、電源の電位■１　　と、出力用ゲート電極
７に印加される電圧■、にょって半導体表面に形成され
る電位■ｌ　　との差（ｖｔ　　ｖｔ’　）を越えるよ
うになると電荷が出力用ゲート電極７下を通って、電荷
転送用電極φ、下の半導体基板表面へ逆戻りすることに
なる。

よってＮ型浮遊拡散層８が許容できる最大の電荷量Ｑｍ
ａｘは、 Ｑｍａｘ＝Ｃ（Ｖ＋　　ｖｔ） となり、これ以上の電荷が電荷転送装置で送られてきた
場合、この転送電荷だけでなく、次に送られてくる電荷
も間違った信号か出力されてしまう。

従って、従来の半導体装置では、最大許容電荷量が、電
荷を電圧に変換する出力部で決定されてしまいそれ以上
の電荷が送られてくると、そのビットの出力υ外も信号
情報が壊されるという欠点がある。

本発明の目的は、電荷量の検出範囲が広い半導体装置を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕 本発明の半導体装置は、−導１１ｉ型半導体基板上に形
成された逆導電型電荷転送領域と、前記電荷転送領域内
に形成された一導電型電位障壁用領域と前記電荷転送領
域上に絶縁膜を介して形成された第１のゲート電極と、
前記電位障壁用領域上に絶縁膜を介して形成されかつ前
記第１のゲート電極と絶縁膜によシ分離された第２のゲ
ート電極と、前記第２のゲート電極に隣接して形成され
絶縁膜により分離された出力用ゲート電極と、前記出力
用ゲート電極下の前記電荷転送領域に隣接して設けられ
た逆導電型浮遊拡散層と、前記浮遊拡散層に接続するゲ
ート電極を有する出力用トランジスタとを有する半導体
装置であって、前記出力用ゲート電極下の電荷転送領域
内には前記電位障壁用領域と同一濃度の一導電型不純物
領域が形成されているものである。

〔実施例〕

次に１本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図（ａ）。

（ｂ）は本発明の実施例の電荷転送を説明するためのポ
テンシャル図である。

第１図において、Ｐ型半導体基板１上にはＮ型電荷転送
領域５が形成されてお夛、このＮ型電荷転送領域５内に
はＰ型障壁用領域６が形成されている。このＮ型電荷転
送領域５上には絶縁膜２を介して多結晶シリコンからな
る第１のゲー）１１を極３が、そしてＰ型障壁用領域６
上には絶縁膜２を介して形成され、かつ第１のゲート電
極３と絶縁膜２人により分離された多結晶シリコンから
なる第２のゲート電極４が形成されている。更に電荷転
送領域端部の第２のゲート電極４に隣接して絶縁膜２人
よシ分離された出力用ゲート電極７が形成されており、
そして特にこの出力用や一ト電極７下のＮ型電荷転送領
域５には、Ｐ型障壁用領域と同一不純物濃度を有するＰ
型不純物領域１１が形成されている。

尚第し図において８はＮ型浮遊拡散層、９は多結晶シリ
コンからなる電極、１０は出力トランジスタ、１８はＮ
型不純物層である。

このように構成された本実施例においては、Ｎ型浮遊拡
散層８が許容できる最大の電荷量Ｑｍａｘは、第２図（
ａ）　、　（ｂ）に示したように出力用ゲート電極７に
印加される電圧Ｖ、によりて半導体表面に形成される電
位を■；とすると Ｑｍａｘ＝Ｃ（Ｖｔ　　Ｖ’ｔ） となり、Ｐ型不純物領域１１の不純物濃度を高くするこ
とにより、Ｖ′；が小さくなるためＱｍａｘを従来の半
導体装置に比べて大きくできることがわかる。

このとき最終段クロック電圧の低電位レベルの電圧を従
来クロック電圧の低電位レベルよシ低くしなければいけ
ないため、他のクロック電圧印刀口部と別配線にして、
この電圧を印加するかクロック電圧φ１の低電位レベル
を低くする必要がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、出力用ゲート’１極下の
電荷転送領域Ｖこ、電位障壁用領域と同じ不純物層を形
成することにより、電荷ｔの検出範囲の広い半導体装置
を容易に実現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図（ａ）。 （ｂ）は本発明の実施例の電荷転送を説明するためのポ
テンシャル図、第３図は従来の半導体装置の一例の断面
図、第４図＜ａ）　、　（ｂ）は従来の半導体装置の電
荷転送を説明するためのポテンシャル図でアル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一導電型半導体基板上に形成された逆導電型電荷転送領
   域と、前記電荷転送領域内に形成された一導電型電位障
   壁用領域と、前記電荷転送領域上に絶縁膜を介して形成
   された第１のゲート電極と、前記電位障壁用領域上に絶
   縁膜を介して形成されかつ前記第１のゲート電極と絶縁
   膜により分離された第２のゲート電極と、前記第２のゲ
   ート電極に隣接して形成され絶縁膜により分離された出
   力用ゲート電極と、前記出力用ゲート電極下の前記電荷
   転送領域に隣接して設けられた逆導電型浮遊拡散層と、
   前記浮遊拡散層に接続するゲート電極を有する出力用ト
   ランジスタとを有する半導体装置において、前記出力用
   ゲート電極下の電荷転送領域内には前記電位障壁用領域
   と同一濃度の一導電型不純物領域が形成されていること
   を特徴とする半導体装置。