JPH02246231A - 電荷結合型デバイス - Google Patents
電荷結合型デバイスInfo
- Publication number
- JPH02246231A JPH02246231A JP1066403A JP6640389A JPH02246231A JP H02246231 A JPH02246231 A JP H02246231A JP 1066403 A JP1066403 A JP 1066403A JP 6640389 A JP6640389 A JP 6640389A JP H02246231 A JPH02246231 A JP H02246231A
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- Japan
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- signal charge
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- charge transfer
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- Pending
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- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 10
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 abstract description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
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- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
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。
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〕
本発明は電荷結合型デバイス（ＣＣＤ）に関し、特に、
信号電荷転送方向の集積度を上げた電荷結合型デバイス
に関する。
信号電荷転送方向の集積度を上げた電荷結合型デバイス
に関する。
従来例の電荷結合型デバイスとして、第４図に示す構造
のものがある。即ち、これは埋込み型ＣＣＤ （ＢＣＯ
Ｄ）であり、半導体基板１の表面部分に別種類の不純物
層（Ｎ−不純物層）２をイオン打ち込みによって形成し
、その上面に複数のゲート電極ｇ、〜ｇ８等を信号電荷
転送方向Ｘに沿って併設し、これらのゲート電極に例え
ば第５図に示すような４相駆動力式の駆動信号φ１〜φ
４を印加して第４図中の点線にて示すようなボテンシャ
ル・プロフィールを発生させることで信号電荷を転送す
る。
のものがある。即ち、これは埋込み型ＣＣＤ （ＢＣＯ
Ｄ）であり、半導体基板１の表面部分に別種類の不純物
層（Ｎ−不純物層）２をイオン打ち込みによって形成し
、その上面に複数のゲート電極ｇ、〜ｇ８等を信号電荷
転送方向Ｘに沿って併設し、これらのゲート電極に例え
ば第５図に示すような４相駆動力式の駆動信号φ１〜φ
４を印加して第４図中の点線にて示すようなボテンシャ
ル・プロフィールを発生させることで信号電荷を転送す
る。
しかしながら、このような電荷結合型デバイスにあって
は、各ゲート電極を半導体基板の表面に対してほぼ水平
に形成するので、集積度が上がらない問題があった。
は、各ゲート電極を半導体基板の表面に対してほぼ水平
に形成するので、集積度が上がらない問題があった。
即ち、電荷結合型デバイスは信号電荷の転送効率及びダ
イナミック・レンジ等を考慮した設計を行うためには各
ゲート電極の面積を比較的大きくする必要があると共に
、相互に隣接する転送ピクセル中の信号電荷が転送中に
混合しないようにするためにポテンシャル障壁を発生さ
せるので相互に隣接するゲート電極の側端をオーバーラ
ツプさせる（−例として、第４図中のゲート電極ｇ２の
側端がゲート電極ｇ３の側端にオーバーラツプしている
）必要上、信号電荷転送方向Ｘの集積度を上げることが
できなかった。
イナミック・レンジ等を考慮した設計を行うためには各
ゲート電極の面積を比較的大きくする必要があると共に
、相互に隣接する転送ピクセル中の信号電荷が転送中に
混合しないようにするためにポテンシャル障壁を発生さ
せるので相互に隣接するゲート電極の側端をオーバーラ
ツプさせる（−例として、第４図中のゲート電極ｇ２の
側端がゲート電極ｇ３の側端にオーバーラツプしている
）必要上、信号電荷転送方向Ｘの集積度を上げることが
できなかった。
又、こうした理由に基づく集積度向上の限界は、例えば
ＣＯＤを用いた固体撮像デバイスの信号電荷転送路とし
て適用した場合に画素の高密度化の妨げとなっている。
ＣＯＤを用いた固体撮像デバイスの信号電荷転送路とし
て適用した場合に画素の高密度化の妨げとなっている。
即ち、フィールド・インターライン・トランスファ型固
体撮像デバイス（ＦＩＴ−ＣＯＤ）やインターライン型
面体撮像デバイス（ＩＬ−ＣＯＤ）等のように、画素に
相当する受光エレメントに隣接して信号電荷転送路を形
成し、これらの受光エレメントに発生した信号電荷を信
号電荷転送路を介して読み出す構造を有する場合には、
受光エレメントを可能な限り微細に形成して画素密度の
向上を図ってみても、上記のゲート電極の設計限界に起
因して転送エレメントの微細製造を行うことができない
ので、結局、低密度のゲート電極のサイズに準じて画素
を製造することとなる。
体撮像デバイス（ＦＩＴ−ＣＯＤ）やインターライン型
面体撮像デバイス（ＩＬ−ＣＯＤ）等のように、画素に
相当する受光エレメントに隣接して信号電荷転送路を形
成し、これらの受光エレメントに発生した信号電荷を信
号電荷転送路を介して読み出す構造を有する場合には、
受光エレメントを可能な限り微細に形成して画素密度の
向上を図ってみても、上記のゲート電極の設計限界に起
因して転送エレメントの微細製造を行うことができない
ので、結局、低密度のゲート電極のサイズに準じて画素
を製造することとなる。
本発明はこのような従来の課題に鑑みて成されたもので
あり、信号電荷転送方向における集積度の向上を図るこ
とのできる電荷結合型デバイスを提供することを目的と
する。
あり、信号電荷転送方向における集積度の向上を図るこ
とのできる電荷結合型デバイスを提供することを目的と
する。
このような目的を達成するために本発明は、半導体基板
の上面に信号電荷転送方向に向けて複数のゲート電極を
併設し、これらのゲート電極に駆動信号を印加すること
によって信号電荷を該信号電荷転送方向へ転送する電荷
結合型デバイスにおいて、該信号電荷転送方向に向けて
前記半導体基板の表面に複数の溝部を形成し、これらの
溝部の内側の端面に電荷転送ピクセルに相当する所定濃
度及び種類の不純物層を拡散形成し且つ各不純物層の間
に所定不純物から成る障壁層を形成し、これらの不純物
層の上面に前記ゲート電極を積層し、上記ゲート電極に
前記駆動信号を印加することによって信号電荷を信号電
荷転送方向へ転送する構造とした。
の上面に信号電荷転送方向に向けて複数のゲート電極を
併設し、これらのゲート電極に駆動信号を印加すること
によって信号電荷を該信号電荷転送方向へ転送する電荷
結合型デバイスにおいて、該信号電荷転送方向に向けて
前記半導体基板の表面に複数の溝部を形成し、これらの
溝部の内側の端面に電荷転送ピクセルに相当する所定濃
度及び種類の不純物層を拡散形成し且つ各不純物層の間
に所定不純物から成る障壁層を形成し、これらの不純物
層の上面に前記ゲート電極を積層し、上記ゲート電極に
前記駆動信号を印加することによって信号電荷を信号電
荷転送方向へ転送する構造とした。
尚、このような構造から成る電荷結合型デバイスにおい
て、上記溝部の端面に形成した各不純物層を、信号電荷
転送方向に対して高濃度とした濃度分布に設計すること
によって、ポテンシャル勾配を発生させる構造としても
よい。
て、上記溝部の端面に形成した各不純物層を、信号電荷
転送方向に対して高濃度とした濃度分布に設計すること
によって、ポテンシャル勾配を発生させる構造としても
よい。
このような構造を有する本発明の電荷結合型デバイスに
あっては、信号電荷を転送するための各転送ピクセルを
溝状に形成して、信号電荷転送方向における各ゲート電
極の有効長を長くしたので、集積度を上げても、転送可
能な信号電荷量、換言すれば転送効率及びダイナミック
・レンジを向上することができる。
あっては、信号電荷を転送するための各転送ピクセルを
溝状に形成して、信号電荷転送方向における各ゲート電
極の有効長を長くしたので、集積度を上げても、転送可
能な信号電荷量、換言すれば転送効率及びダイナミック
・レンジを向上することができる。
尚、相互に隣接する上記不純物層の間は、前記障壁層に
よって隔絶されるが、ゲート電極に駆動信号を印加する
と、ポテンシャルの変化によってこれらの障壁層の下層
部を電荷が移動するので、一連の信号電荷転送動作が実
現される。
よって隔絶されるが、ゲート電極に駆動信号を印加する
と、ポテンシャルの変化によってこれらの障壁層の下層
部を電荷が移動するので、一連の信号電荷転送動作が実
現される。
以下、本発明の一実施例を図面と共に説明する。
まず、第１図に基づいて構造を説明すると、同図におい
て、Ｐ−型の半導体基板３の表面部分に７字型の電荷転
送ピクセルが形成され、例えば図の左側から右側へこれ
らの電荷転送ピクセルを介して信号電荷が転送される構
造となっている。
て、Ｐ−型の半導体基板３の表面部分に７字型の電荷転
送ピクセルが形成され、例えば図の左側から右側へこれ
らの電荷転送ピクセルを介して信号電荷が転送される構
造となっている。
即ち、半導体基板３の表面部分には、信号電荷転送方向
に向けて溝部の間隔ｌが、次式に従って決定され、この
実施例では２く１μｍ程度の間隔！毎に形成されるでい
る。
に向けて溝部の間隔ｌが、次式に従って決定され、この
実施例では２く１μｍ程度の間隔！毎に形成されるでい
る。
尚、εは半導体基板の誘電率、Ｋは絶対温度、ＮＡは半
導体基板の不純物濃度、ｎｌは真正半導体の電子数を表
す。更に、夫々の溝部の内側の端面にはＮ−型の不純物
層Ｄ１〜Ｄ５等がイオン注入等の手段によって形成され
、更に、相互に隣接する不純物層ＤＩ−Ｄ５等の間がＰ
゛型の不純物層から成る障壁層ｌ５Ｉ−１３６で分離さ
れている。そして、半導体基板の表面に積層された酸化
膜の層Ｓ１を介して不純物層Ｄ Ｉ” Ｄ ｓに対向す
るゲート電極Ｇ Ｉ−Ｇ ！１等が積層され、例えば第
５図に示した４層駆動方式の駆動信号φ１〜φ４を印加
するように配線されている。
導体基板の不純物濃度、ｎｌは真正半導体の電子数を表
す。更に、夫々の溝部の内側の端面にはＮ−型の不純物
層Ｄ１〜Ｄ５等がイオン注入等の手段によって形成され
、更に、相互に隣接する不純物層ＤＩ−Ｄ５等の間がＰ
゛型の不純物層から成る障壁層ｌ５Ｉ−１３６で分離さ
れている。そして、半導体基板の表面に積層された酸化
膜の層Ｓ１を介して不純物層Ｄ Ｉ” Ｄ ｓに対向す
るゲート電極Ｇ Ｉ−Ｇ ！１等が積層され、例えば第
５図に示した４層駆動方式の駆動信号φ１〜φ４を印加
するように配線されている。
次に、かかる構造を有する実施例の作動を説明すると、
第５図に示すような４層駆動方式の駆動信号φ！〜φ４
を各ゲート電極Ｇ１−Ｇ５等に順次に印加すると、ゲー
ト電極下の不純物層り、〜Ｄ３等のポテンシャル・プロ
フィールが変化して、信号電荷は、所定の転送方向Ｘへ
順次に転送される。
第５図に示すような４層駆動方式の駆動信号φ！〜φ４
を各ゲート電極Ｇ１−Ｇ５等に順次に印加すると、ゲー
ト電極下の不純物層り、〜Ｄ３等のポテンシャル・プロ
フィールが変化して、信号電荷は、所定の転送方向Ｘへ
順次に転送される。
この転送時において、駆動信号φ１〜φ４の振幅を約５
ボルトに設定した場合には、各障壁層ＩＳ＋〜ＩＳ６等
の間隔ｉが約１μｍ程度であるので、障壁層下の半導体
基板中を信号電荷が通り抜け、上流側の転送ピクセルか
ら下流側の転送ピクセルへ信号電荷が転送されることと
なる。更にゲート電極Ｇ＋ とＧ２が設けられて成る転
送ピクセル間の信号電荷転送を代表して説明すれば、第
５図に示す駆動信号φ１が“Ｌ′ルベル、φ４が“Ｈ１
１レベルとなる時には、不純物ＪｉｆＤ＋のフェルミ・
レベルに対して不純物ＮＤ２のフェルミ・レベルが低く
成るので、障壁ＩＳｚ間のフェルミ・レベルの差に起因
して信号電荷は図中のＱのように移動する。そしてこの
ようなフェルミ・レベルの差は他の転送ピクセルについ
ても駆動信号φ１〜φ４のレベルの変化に従って発生し
、順々に信号電荷が転送されることとなる。
ボルトに設定した場合には、各障壁層ＩＳ＋〜ＩＳ６等
の間隔ｉが約１μｍ程度であるので、障壁層下の半導体
基板中を信号電荷が通り抜け、上流側の転送ピクセルか
ら下流側の転送ピクセルへ信号電荷が転送されることと
なる。更にゲート電極Ｇ＋ とＧ２が設けられて成る転
送ピクセル間の信号電荷転送を代表して説明すれば、第
５図に示す駆動信号φ１が“Ｌ′ルベル、φ４が“Ｈ１
１レベルとなる時には、不純物ＪｉｆＤ＋のフェルミ・
レベルに対して不純物ＮＤ２のフェルミ・レベルが低く
成るので、障壁ＩＳｚ間のフェルミ・レベルの差に起因
して信号電荷は図中のＱのように移動する。そしてこの
ようなフェルミ・レベルの差は他の転送ピクセルについ
ても駆動信号φ１〜φ４のレベルの変化に従って発生し
、順々に信号電荷が転送されることとなる。
このように、この実施例によれば、信号電荷を転送する
ための各転送ピクセルを溝状に形成して、信号電荷転送
方向における各ゲート電極のを助長を長くしたので、集
積度を上げても、転送可能な信号電荷量、換言すれば転
送効率及びダイナミック・レンジを向上することができ
る。
ための各転送ピクセルを溝状に形成して、信号電荷転送
方向における各ゲート電極のを助長を長くしたので、集
積度を上げても、転送可能な信号電荷量、換言すれば転
送効率及びダイナミック・レンジを向上することができ
る。
次に、本発明の他の実施例を第２図と共に説明する。尚
、第２図において第１図と同−又は相当する部分を同一
符号で示しており、第１図に示す先の実施例との相違点
を説明すれば、各溝部内側の端面に拡散形成した不純物
層Ｄ１〜Ｄ５等の不純物濃度を、夫々について信号電荷
転送方向Ｘの上流側が低く、下流側が高くなるように形
成しである。第２図には、濃度の低い領域をＮ−１濃度
の低い領域をＮ゛で示している。
、第２図において第１図と同−又は相当する部分を同一
符号で示しており、第１図に示す先の実施例との相違点
を説明すれば、各溝部内側の端面に拡散形成した不純物
層Ｄ１〜Ｄ５等の不純物濃度を、夫々について信号電荷
転送方向Ｘの上流側が低く、下流側が高くなるように形
成しである。第２図には、濃度の低い領域をＮ−１濃度
の低い領域をＮ゛で示している。
このように、各不純物層に濃度勾配を設けると、上流か
ら下流側へ下がるポテンシャル井戸が潜在的に形成され
るので、転送時に信号電荷が残留する等の問題を改善し
て、電荷転送効率の向上を図ることが出来る。又、第３
図に示すような所謂２相駆動方式の駆動信号該φ、、φ
Ｂを印加して信号電荷転送を行うことが可能となり、転
送ピッチを上げることが可能となるので、実質的な集積
度向上を実現することができる。
ら下流側へ下がるポテンシャル井戸が潜在的に形成され
るので、転送時に信号電荷が残留する等の問題を改善し
て、電荷転送効率の向上を図ることが出来る。又、第３
図に示すような所謂２相駆動方式の駆動信号該φ、、φ
Ｂを印加して信号電荷転送を行うことが可能となり、転
送ピッチを上げることが可能となるので、実質的な集積
度向上を実現することができる。
以上説明したように本発明によれば、信号電荷を転送す
るための各転送ピクセルを溝状に形成して、信号電荷転
送方向における各ゲート電極の有効長を長（したので、
転送可能な信号電荷量、換言すれば転送効率及びダイナ
ミック・レンジを向上することができ、集積度の向上を
図ることが出来る。
るための各転送ピクセルを溝状に形成して、信号電荷転
送方向における各ゲート電極の有効長を長（したので、
転送可能な信号電荷量、換言すれば転送効率及びダイナ
ミック・レンジを向上することができ、集積度の向上を
図ることが出来る。
第１図は本発明の一実施例の構造を示す縦断面図；
第２図は他の実施例の構造を示す縦断面図；第３図は２
相駆動信号のタイミング・チャート；第４図は従来例の
構造を示す縦断面図；第５図は４相駆動信号のタイミン
グ・チャートである。 図中の符号： Ｄ１〜Ｄ５ ；不純物層 Ｓｉ ；酸化膜の層 Ｉｓ鳳〜ＩＳ６ ；障壁層 Ｇｉ ””Ｇｓ ；ゲート電極 代理人 弁理士（８１０７）佐々木 清（外３名）
相駆動信号のタイミング・チャート；第４図は従来例の
構造を示す縦断面図；第５図は４相駆動信号のタイミン
グ・チャートである。 図中の符号： Ｄ１〜Ｄ５ ；不純物層 Ｓｉ ；酸化膜の層 Ｉｓ鳳〜ＩＳ６ ；障壁層 Ｇｉ ””Ｇｓ ；ゲート電極 代理人 弁理士（８１０７）佐々木 清（外３名）
Claims (2)
- （１）半導体基板の上面に信号電荷転送方向に向けて複
数のゲート電極を併設し、これらのゲート電極に駆動信
号を印加することによって信号電荷を該信号電荷転送方
向へ転送する電荷結合型デバイスにおいて、 前記信号電荷転送方向に向けて前記半導体基板の表面に
複数の溝部を形成し、 これらの溝部の内側の端面に電荷転送ピクセルに相当す
る所定濃度及び種類の不純物層を拡散形成し、且つ各不
純物層の間に所定不純物から成る障壁層を形成し、 これらの不純物層の上面に前記ゲート電極を積層し、 上記ゲート電極に前記駆動信号を印加することによって
信号電荷を信号電荷転送方向へ転送する構造を有する電
荷結合型デバイス。 - （２）請求項（１）の電荷結合型デバイスにおいて、前
記溝部の端面に形成した各不純物層は、信号電荷転送方
向に対して高濃度とした濃度分布を有することを特徴と
する。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1066403A JPH02246231A (ja) | 1989-03-20 | 1989-03-20 | 電荷結合型デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1066403A JPH02246231A (ja) | 1989-03-20 | 1989-03-20 | 電荷結合型デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02246231A true JPH02246231A (ja) | 1990-10-02 |
Family
ID=13314806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1066403A Pending JPH02246231A (ja) | 1989-03-20 | 1989-03-20 | 電荷結合型デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02246231A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030011506A (ko) * | 2001-08-03 | 2003-02-11 | 최태현 | 트렌치 구조의 전극을 가진 전하 결합 소자 |
-
1989
- 1989-03-20 JP JP1066403A patent/JPH02246231A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030011506A (ko) * | 2001-08-03 | 2003-02-11 | 최태현 | 트렌치 구조의 전극을 가진 전하 결합 소자 |
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