JPS634681A - 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、特に電荷転送素子を含む半
導体装置に関する。

〔従来の技術〕

電荷転送素子は、電気信号や入射光等の情報入力を電荷
の形で蓄積し、しかもその電荷を多数の電荷転送用電極
によって頭次転送して電気信号として増幅して取出すこ
とができることから、電荷転送素子を含む半導体装置は
撮像装置やメモリ、その他信号処理装置等に使用されて
いる。

第３図（＆）〜（ｅ）は従来の半導体装置の一例の断面
模式図及びポテンシャル図である。

この従来例は、第３図（ａ）　Ｉｃ示すように、半導体
基板７の上に絶縁膜を介して設けられかつ２相のクロッ
ク信号φ１及びφ、にょって駆動される多数の電荷転送
用電極１と、電荷転送用電極１の最終段に近接した半導
体基板７の上に絶縁膜を介して設けられかつ電位■、に
固定された出力用ゲート２と、転送されてきた電荷を電
圧に変換するための浮遊拡散層４を有するトランジスタ
５と、浮遊拡散層４にゲートを接続することによって内
部情報を電気信号として外部へ取り出すためのトランジ
スタ６とで構成されている。

この従来例の駆動方法は、先ず、トランジスタ５をオン
状態にして浮遊拡散層４の電位を電源の電位ｖ１に設定
することｋよりリセットし、しかる後にトランジスタ５
をオフ状Ｍ４にする。

次に、２相のクロック信号φ、及びφ２によっシャル井
戸を生じさせ、電荷を次々に転送して最終段の電荷転送
用電極１のポテンシャル井戸に溜める。

続いて、次のクロックの時に、その電荷を、電位Ｖ、を
印加した出力用ゲート２の下の半導体基板７の表面を通
って、浮遊拡散層４へ流し込む。

この場合、転送されてきた電荷量をＱとし、浮遊拡散層
４の容量をＣ８とすると、電荷が流入する前と後の浮遊
拡散層４の電位差ΔＶ′はΩ と表わすことができる。

従って、この電位差ΔＶ′　をトランジスタ６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ｎた情
報を読取ることができる。

ここで、第３図の）及び（Ｃ）はクロック信号φ１及び
φ２がそれぞれ高電位の時の電位分布を表わしている。

又、第３図（ＪＬ）の断面模式図では図が複雑になるの
を避けるために省略しであるが、実際には、第３図（ｂ
）及び（ｅ）　Ｋ示すように、各々の電荷転送用電極ｌ
の下のポテンシャル井戸が階段状になるように、各々の
電荷転送用電極１の下の半導体基板７表面の不純物濃度
を部分的に変えるなどしている。

〔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、浮遊拡散層４ｏｔ位差
ΔＶ′が電源の電位ｖＩと出力用ゲート２に印加される
電位Ｖ、との差（■１−ｖｔ）を越えるようになると、
電荷が電荷転送用電極１の下の半導体基板７表面の方に
あふれ出てしまうので、浮遊拡散層４が許容できる最大
の電荷量ＱｍｘＱｍａｘ＝Ｃ１−（Ｖｌ−Ｖ、） となる。

ここで、電位ｖ１及びｖ２は回路構成上ある程度法まっ
てしまうため、最大の電荷量Ｑ　ｍｔｈｘを大きくする
には浮遊拡散層４の容量Ｃ１を大きくしなければならな
いが、しかしこの容量Ｃ１を大きくすると電荷量が小さ
い場合の検出感度が低下してしまう。

従って、従来の半導体装置は、電荷量の検出範囲を広げ
ようとして浮遊拡散層の容量を大きくすると電荷量の小
さい場合の検出感度が低下し、反対に浮遊拡散層の容量
を小さくして電荷量の小さい場合の検出感度を上げよう
とすると電荷量の検出範囲が狭くなってしまうという欠
点がある。

本発明の目的は、転送されてきた電荷の検出感度が良く
しかも電荷量の検出範囲も広い電荷転送素子を含む半導
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、−導電型の半導体基板上に第１
の絶縁膜を介して設けられた複数の電荷転送用電極と、
前記複数の電荷転送用電極の最終段の電荷転送用を極に
近接して前記半導体基板上に第２の絶縁膜を介して設け
られた出力用ゲートと、該出力用ゲートと所定の間隔を
置いて前記半導体基板表面に設けられた出力用の反対導
電型領域と、前記出力用ゲートと前記反対４電型傾埴の
間の前記半導体基板上に第３の絶縁膜を介して設けられ
た少くとも１つの定電位印加用のグーとを含んで成る。

〔実施例〕

次に、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施例の断面模式図
及びポテンシャル図である。

この実施例は、第１図（ａ）に示すように、多数の電荷
転送用電極１と、電位Ｖ１を印加した出力用ゲート２と
、浮遊拡散層４を有するトランジスタ５と、ゲートが浮
遊拡散ＮＩ４に接続されたトランジスタロと、出力用ゲ
ート２と浮遊拡散層４との間の半導体基板７上に絶縁膜
を介して設けられかつ電位Ｖ、を印加した定電位印加用
のゲート３とで構成される。

従って、転送されてきた電荷９ＱがＣ１・（ｖｌ−■、
）以下の場合には、第１図（ｂ）に示すように、浮遊拡
散層４のポテンシャル井戸に溜り、電荷の流入前後の浮
遊拡散層４の電位差ΔＶは、従来例同様、 で表わすことができる。

しかし、電荷９ＱがＣ３・（ｖｔ　　Ｖｓ）　　を越え
るようになると、第ｘ１７１（ｃ）に示すように、電荷
が浮遊拡散層４のポテンシャル井戸をあふれ定電位印加
用のゲート３の下の半導体基板７表面の領域まで広がっ
てしまうので、電位差ΔＶは、浮遊拡散層４のポテンシ
ャル井戸をあふれた分の電位差をΔｖｌｌとすると Δｖ＝（ｖｌ−ｖｓ）＋ΔＶ′″ となる。

この場合、電位差ΔＶ″は、定電位印加用のゲート３の
下の半導体基板７表面及び浮遊拡散層４０両方のポテン
シャル井戸に広がったあふれた分の電荷ΔＱによるもの
であるので、定電位印加用のゲート３の下の半導体基板
７表面部分の容量をＣ７とすると、 となり、結局、電位差ΔｖＦｉ と表わすことができる。ここで、あふれた分の電荷ΔＱ
は ΔＱ＝Ｑ　　Ｃ１（Ｖｔ　　Ｖａ） である。

第２図は本発明の一実施例の電荷量−電位差特性図であ
る。

即ち、この実施例では、第２図に示すように、転送され
てきた電荷量Ｑが０１・（ｖｌ−ｖｓ）以下では、電位
差ΔＶが１／Ｃ１の傾きを持つ直１ＩｓＫ、沿って増加
し、電荷量ＱがＣ１・（ｖｔ　　Ｖｓ）を越えると傾き
が１／　（Ｃｔ＋Ｃｔ　）　Ｋ減少する。これは、電荷
量の小さいところで検出感度が良くしかも電荷量の大き
い範囲まで検出が可能であること意味している。

ここで、第１図（ａ）の断面模式図では、第３図（ａ）
の場合と同様、各々の電荷転送用電極の下の半導体基板
表面の不純物濃度の異なる領域は、図が複雑になるので
省略しである。

又、この実施例では電荷転送用電極が２相駆動力式の一
層電極構造となっているが、本発明は、特にこれに限る
ことはなく、多相駆動方式の多層電極構造等で本良いこ
とは自明でがる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、出力用ゲート電極と浮遊
拡散層との間の半導体基板上に絶縁膜を介して少くとも
１つの定電位印加用のゲートを設けることによりて、小
さな電荷量に対して検出感度が高くしかも電荷量の大き
なところまで検出できる検出範囲の広い電荷転送素子を
含む半導体装置を実現できるという効果がある。

又、本発明は、電荷結合素子（ＣＣＤ）を撮像素子とし
て使う場合に、ブラウン管への入力信号補正（ガンマ−
補正）回路としての応用も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）　、　（ｅ）は本発明の一実施
例の断面模式図及びポテンシャル図、第２図は本発明の
一実施例の電荷量−電位差特性図、第３図（ａ）及び（
ｂ）。 （ｅ）は従来の半導体装置の一例の断面模式図及びポテ
ンシャル図である０、 １・・・・・・電荷転送用電極、２・・・・・・出力用
ゲート、３・・・・・・定電位印加用のゲート、４・・
・・・・浮遊拡散層、５．６・・・・・・トランジスタ
、７・・・・・・半導体基板、Ｃ８゜り信号。 め　Ｚ　図 躬　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一導電型の半導体基板上に第１の絶縁膜を介して設けら
   れた複数の電荷転送用電極と、前記複数の電荷転送用電
   極の最終段の電荷転送用電極に近接して前記半導体基板
   上に第２の絶縁膜を介して設けられた出力用ゲートと、
   該出力用ゲートと所定の間隔を置いて前記半導体基板表
   面に設けられた出力用の反対導電型領域と、前記出力用
   ゲートと前記反対導電型領域の間の前記半導体基板上に
   第３の絶縁膜を介して設けられた少くとも１つの定電位
   印加用のゲートとを含むことを特徴とする半導体装置。