JPH05211180A - Charge transfer device - Google Patents
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- JPH05211180A JPH05211180A JP4244715A JP24471592A JPH05211180A JP H05211180 A JPH05211180 A JP H05211180A JP 4244715 A JP4244715 A JP 4244715A JP 24471592 A JP24471592 A JP 24471592A JP H05211180 A JPH05211180 A JP H05211180A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 内部で発生する雑音が小さく、またFDAの
ようなリセット動作を必要としない高速駆動に適した電
荷転送装置を実現すること。
【構成】 n型シリコン基板1上のp型ウェル2の表面
層に形成されたCCDチャネル3と、このCCDチャネ
ル3上にゲート絶縁膜8を介して設けられた電荷転送電
極7及び出力ゲート電極6と、CCDチャネル3の出力
端に隣接して設けられたリセットドレイン4とを備えた
電荷転送装置であり、リセットドレイン4に負荷抵抗R
Lを介して電圧を印加することにより、信号電荷の読出
し動作時にCCDチャネル3の出力端とリセットドレイ
ン4との間に衝突電離を起こす高電界を印加し、CCD
チャネル3からリセットドレイン4に流れる信号電荷を
増幅し、衝突電離により増幅されリセットドレイン4に
流れる増幅電流を電圧に変換して取り出すことを特徴と
する。
(57) [Abstract] [Purpose] To realize a charge transfer device suitable for high-speed driving, in which noise generated internally is small and reset operation such as FDA is not required. A CCD channel 3 formed in a surface layer of a p-type well 2 on an n-type silicon substrate 1, a charge transfer electrode 7 and an output gate electrode provided on the CCD channel 3 via a gate insulating film 8. 6 and a reset drain 4 provided adjacent to the output end of the CCD channel 3, and the load resistance R is provided to the reset drain 4.
By applying a voltage via L, a high electric field that causes collision ionization is applied between the output end of the CCD channel 3 and the reset drain 4 during the signal charge reading operation,
The signal charge flowing from the channel 3 to the reset drain 4 is amplified, and the amplified current amplified by impact ionization and flowing to the reset drain 4 is converted into a voltage and taken out.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置などに使
用される電荷転送装置に係わり、特に信号電荷検出手段
の改良をはかった電荷転送装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charge transfer device used in a solid-state image pickup device or the like, and more particularly to a charge transfer device with improved signal charge detecting means.
【0002】[0002]
【従来の技術】CCD(電荷結合素子)は、アナログ信
号を低雑音で転送できるという優れた特徴を持つため、
現在固体撮像装置などに広く利用されている。図18
は、従来から知られているフローティングディフュージ
ョンアンプ(FDA)を備えた、埋込みチャネルCCD
における出力部断面の一例を示したものである。また、
図19は図18に示した各端子印加電圧の一例を、図2
0は図19に示したt1 〜t5 の各時点におけるポテン
シャルの様子を示したものである。以下、このCCDの
製造方法と信号電荷の検出原理を簡単に説明する。2. Description of the Related Art A CCD (charge coupled device) has an excellent feature that an analog signal can be transferred with low noise.
Currently, it is widely used in solid-state imaging devices. FIG.
Is a buried channel CCD with a conventionally known floating diffusion amplifier (FDA).
3 is a diagram showing an example of a cross section of an output portion in FIG. Also,
FIG. 19 shows an example of the voltage applied to each terminal shown in FIG.
0 indicates the state of the potential at each time point of t 1 to t 5 shown in FIG. The method of manufacturing the CCD and the principle of detecting the signal charge will be briefly described below.
【0003】図18に示すように、n型シリコン基板1
上に、p型ウェル2,n型埋込みチャネル3及びゲート
絶縁膜8を形成した後、出力ゲート(OG)電極6,電
荷転送電極7,リセットゲート(RG)電極11を、第
1層,第2層の多結晶シリコン膜を分断することにより
設置する。続いて、フローティングディフュージョン部
(FD)10並びにリセットドレイン(RD)4のn+
層、ウェルコンタクト5(図では省略してあるチャネル
ストップともコンタクトしている。)のp+ 層を形成す
る。As shown in FIG. 18, an n-type silicon substrate 1
After the p-type well 2, the n-type buried channel 3 and the gate insulating film 8 are formed thereon, the output gate (OG) electrode 6, the charge transfer electrode 7, and the reset gate (RG) electrode 11 are formed on the first layer and the first layer. It is installed by dividing the two-layer polycrystalline silicon film. Then, n + of the floating diffusion portion (FD) 10 and the reset drain (RD) 4
A p + layer of the layer and the well contact 5 (which is also in contact with a channel stop not shown in the drawing) is formed.
【0004】図18に示した例では2相クロックパルス
を用いて駆動する例を考えているため、チャネル中3−
2で示した領域の不純物濃度が3−1の領域の濃度より
も小さくなるように作られている。In the example shown in FIG. 18, since an example of driving using two-phase clock pulses is considered, 3-channel
The impurity concentration of the region shown by 2 is made smaller than the concentration of the region of 3-1.
【0005】このCCDは、図示しない拡散層からの注
入や光によって生じた電子の塊を、転送電極7下のチャ
ネル3中に形成した電位の高いポテンシャル井戸に蓄積
・転送し、FD10において電荷量を電圧に変換したの
ち、2段ソースフォロワを通して出力する。具体的に
は、図19に示す印加電圧、図20に示すポテンシャル
の変化により、次のようにして信号電荷が検出される。This CCD stores / transfers an electron mass generated by injection or light from a diffusion layer (not shown) to a potential well having a high potential formed in the channel 3 below the transfer electrode 7, and the amount of charge in the FD 10 is increased. Is converted into a voltage and then output through a two-stage source follower. Specifically, the signal charge is detected as follows by the change in the applied voltage shown in FIG. 19 and the potential shown in FIG.
【0006】t=t1 ,t2 の期間に、RG電極11を
ON/OFFしてFD10の電位をRD4の電位VRDで
初期化する(リセット動作)。t=t3 でφ1 がLレベ
ルになると、電荷転送電極7−1直下のポテンシャル井
戸に蓄積されていた信号電荷QSIG が押し出されてFD
10に流入する。このとき、FD10の容量をCFDとす
ると、FD10の電位変化はΔVFD=QSIG /QFDとな
り、信号電荷量が電圧変化に変換されて検出される。そ
の後、t=t4 ,t5 の期間に再びRG電極11をON
/OFFさせてリセット動作を行う。(蓄積された信号
電荷QSIG をRD4に排出する。)これを繰り返して、
順次運ばれてくる信号電荷をFD10の電圧変化として
検出する。During the period of t = t 1 and t 2 , the RG electrode 11 is turned on / off to initialize the potential of the FD 10 with the potential V RD of the RD 4 (reset operation). When φ 1 becomes L level at t = t 3 , the signal charge Q SIG accumulated in the potential well immediately below the charge transfer electrode 7-1 is pushed out and FD
Inflow to 10. At this time, when the capacitance of the FD 10 is C FD , the potential change of the FD 10 is ΔV FD = Q SIG / Q FD , and the signal charge amount is converted into a voltage change and detected. After that, the RG electrode 11 is turned on again during the period of t = t 4 and t 5.
/ OFF to perform the reset operation. (The accumulated signal charge Q SIG is discharged to RD4.) By repeating this,
The signal charges sequentially carried are detected as a voltage change of the FD 10.
【0007】この構造は、製造方法も簡単で現在多用さ
れている。しかしながら、FD電位の初期化をする際に
熱雑音による電位の揺らぎが生じるため、増幅前の信号
のS/Nが劣化するという問題がある。なお、この電位
の揺らぎは、等価電子数にすると〈ΔQ2 〉=kTCFD
となるため、kTCノイズと呼ばれる。This structure has a simple manufacturing method and is widely used at present. However, there is a problem in that the S / N of the signal before amplification is deteriorated because the fluctuation of the potential due to thermal noise occurs when the FD potential is initialized. This fluctuation of the potential is expressed by <ΔQ 2 > = kTC FD
Therefore, it is called kTC noise.
【0008】この欠点を回避するために初期化直後のF
D部の電位と信号電荷を検出したときの電位との差を取
る信号処理法(ダブルサンプリング法)があるが、高周
波雑音成分の低周波側への折り返しという問題が生じ、
S/Nの劣化を完全に抑制することはできない。また、
高品位テレビジョン(HDTV)などのように高速駆動
するときには、サンプリングするタイミングの発生が困
難になるという問題も生じる。In order to avoid this defect, F immediately after initialization is set.
There is a signal processing method (double sampling method) that takes a difference between the potential of the D portion and the potential when the signal charge is detected, but there is a problem that the high frequency noise component is folded back to the low frequency side.
S / N deterioration cannot be completely suppressed. Also,
When driving at high speed, such as in a high definition television (HDTV), it is difficult to generate sampling timing.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のF
DAを用いたCCDにおける信号電荷の検出方法では、
kTCノイズを完全に取り去ることはできず、また高速
駆動には外部回路の負担が大きいという問題があった。As described above, the conventional F
In the method of detecting signal charge in CCD using DA,
There is a problem that the kTC noise cannot be completely removed, and the high-speed driving imposes a heavy load on the external circuit.
【0010】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、kTCノイズがなく、
高速駆動に適した、高感度な電荷検出部を具備する電荷
転送装置を提供することにある。The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to eliminate kTC noise,
An object of the present invention is to provide a charge transfer device including a highly sensitive charge detection unit suitable for high-speed driving.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、信号電
荷が電荷転送部を経由して信号電荷を検出・排出するド
レイン拡散層に到達するまでの間に、高電界のかかる領
域を設け、この領域に注入される信号電荷を衝突電離で
増幅した後に電圧に変換して出力することにある。The essence of the present invention is to provide a region to which a high electric field is applied before the signal charge reaches the drain diffusion layer for detecting / discharging the signal charge via the charge transfer portion. The signal charges injected into this region are amplified by impact ionization and then converted into a voltage for output.
【0012】即ち本発明(請求項1)は、信号電荷を一
方向に転送して読出す電荷転送装置において、半導体基
板表面に形成された電荷転送チャネル上に絶縁膜を介し
て複数の電荷転送電極を配置した部分を含む電荷転送部
と、この電荷転送部により転送された信号電荷を検出す
る信号電荷検出部と、電荷転送部の一部に衝突電離を起
こす高電界領域を有し、信号電荷を高電界領域における
衝突電離により増幅する手段とを具備してなることを特
徴とする。That is, according to the present invention (claim 1), in a charge transfer device for transferring and reading out signal charges in one direction, a plurality of charge transfers are performed on a charge transfer channel formed on the surface of a semiconductor substrate via an insulating film. A charge transfer section including a portion where electrodes are arranged, a signal charge detection section that detects the signal charge transferred by the charge transfer section, and a high electric field region that causes impact ionization in a part of the charge transfer section, Means for amplifying electric charges by impact ionization in a high electric field region.
【0013】また本発明(請求項2)は、信号電荷を一
方向に転送して読出す電荷転送装置において、半導体基
板表面に形成された電荷転送チャネル上に絶縁膜を介し
て複数の電荷転送電極を配置した配置した部分電荷転送
部と、この電荷転送部の出力端に隣接して設けられ、信
号電荷を検出及び排出するためのドレイン拡散層と、信
号電荷の読出し動作時に電荷転送部の出力端とドレイン
拡散層との間に衝突電離を起こす高電界を印加し、電荷
転送部からドレイン拡散層に流れる信号電荷を増幅する
手段と、衝突電離により増幅されドレイン拡散層に流れ
る増幅電流を検出する手段とを具備してなることを特徴
とする。According to the present invention (claim 2), in a charge transfer device for transferring and reading out signal charges in one direction, a plurality of charge transfers are performed via an insulating film on a charge transfer channel formed on the surface of a semiconductor substrate. The partial charge transfer section in which the electrodes are arranged, the drain diffusion layer provided adjacent to the output end of the charge transfer section for detecting and discharging the signal charge, and the charge transfer section of the charge transfer section during the signal charge read operation A means for amplifying the signal charges flowing from the charge transfer section to the drain diffusion layer by applying a high electric field that causes collision ionization between the output end and the drain diffusion layer, and an amplification current amplified by the collision ionization and flowing in the drain diffusion layer are provided. And a means for detecting.
【0014】また本発明(請求項3)は、(請求項2)
の電荷転送装置において、ドレイン拡散層を、電荷転送
部の出力端の出力ゲート電極に対し自己整合的に設けた
ことを特徴とする。The present invention (Claim 3) includes (Claim 2).
In the above charge transfer device, the drain diffusion layer is provided in self-alignment with the output gate electrode at the output end of the charge transfer section.
【0015】[0015]
【作用】本発明(請求項1,2)によれば、信号電荷検
出のために電荷を一時的に蓄積するFD部を必要とせ
ず、電荷転送部からの信号電荷を直接ドレイン拡散層に
流しているので、信号電荷は完全に排出されることにな
り、kTCノイズは原理的に存在しない。また、信号電
荷検出のためのリセット動作が必要でないため、リセッ
トパルスが不用となり高速駆動に適している。According to the present invention (Claims 1 and 2), the signal charge from the charge transfer unit is directly flown to the drain diffusion layer without requiring the FD unit for temporarily storing the charge for signal charge detection. Therefore, the signal charge is completely discharged, and kTC noise does not exist in principle. Further, since the reset operation for detecting the signal charge is not necessary, the reset pulse becomes unnecessary, which is suitable for high speed driving.
【0016】また、本発明(請求項3)によれば、ポテ
ンシャル障壁の生じ易い領域が出力ゲート電極に完全に
覆われてしまい、出力ゲート電極により制御され易くな
るため、チャネルの出力端でポテンシャル障壁が生じる
ことがなく、これにより残像の発生を未然に防止するこ
とができる。Further, according to the present invention (claim 3), the region where the potential barrier is likely to occur is completely covered with the output gate electrode and is easily controlled by the output gate electrode, so that the potential at the output end of the channel is increased. The barrier does not occur, and thus the afterimage can be prevented from occurring.
【0017】[0017]
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0018】図1は本発明の第1の実施例に係わる電荷
結合装置の概略構成を示す平面図、図2は図1の矢視A
−A′断面図である。n型シリコン1上にp型ウェル2
を形成し、このp型ウェル2の表面層にn型埋込みCC
Dチャネル3,チャネルストップ層5を形成した後、ゲ
ート絶縁膜8として例えばシリコン酸化膜(SiO
2膜)を形成する。次いで、出力ゲート(OG)電極
6,電荷転送電極7を、例えば第1,第2の多結晶シリ
コンをエッチングにより分断することで設置する。続い
て、リセットドレイン(RD)4のn+ 層を形成する。FIG. 1 is a plan view showing a schematic structure of a charge-coupled device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an arrow A in FIG.
It is a -A 'sectional view. p-type well 2 on n-type silicon 1
To form an n-type embedded CC in the surface layer of the p-type well 2.
After forming the D channel 3 and the channel stop layer 5, for example, a silicon oxide film (SiO 2) is formed as the gate insulating film 8.
2 film) is formed. Next, the output gate (OG) electrode 6 and the charge transfer electrode 7 are provided by dividing the first and second polycrystalline silicon by etching, for example. Then, the n + layer of the reset drain (RD) 4 is formed.
【0019】このとき、チャネル端とRD4との間の距
離Lは、チャネル深さdch,RD4の深さdRDと同程度
或いはそれ以下にすることが望ましい。これは、大きな
電圧をRD4に印加しなくても(実用的な印加電圧で
も)、チャネル端近傍でのポテンシャルに障壁が生じな
いようにするためである。なお、図1では省略している
が、この上に絶縁膜を介して遮光膜が設けられる。At this time, it is desirable that the distance L between the channel end and RD4 be equal to or less than the channel depth d ch and the depth d RD of RD4. This is to prevent a barrier from being generated in the potential in the vicinity of the channel end even if a large voltage is not applied to RD4 (even a practically applied voltage). Although not shown in FIG. 1, a light-shielding film is provided on this via an insulating film.
【0020】この実施例における信号電荷の転送は、図
3に示すように2相クロックパルスφ1 ,φ2 により行
っている。なお、図3には、クロックφ1 ,φ2 と共
に、RD4への印加電圧VRD,基板バイアスVSUB ,O
G電極6への印加電圧φOGを示す。RD4には負荷抵抗
RL を介して直流電圧VRDが印加されている。The transfer of the signal charge in this embodiment is performed by two-phase clock pulses φ 1 and φ 2 as shown in FIG. In FIG. 3, the voltages V RD , the substrate bias V SUB and O applied to the RD 4 are shown together with the clocks φ 1 and φ 2.
The applied voltage φ OG to the G electrode 6 is shown. A DC voltage V RD is applied to RD4 via a load resistor R L.
【0021】次に、本実施例における電荷検出原理を説
明する。図4は、図3に示した時刻t1 ,t2 における
ポテンシャルの様子を示す模式図である。t=t1 にお
いて転送電極7−1直下に存在していた信号電荷は、t
=t2 でφ1 の電位が下がると、RD4とチャネル3間
の高電界のかかった領域に流入する。このとき、電界が
十分に大きいと、流れ込んだ信号電荷を種電流として衝
突電離を引き起こし電流が増倍される。この電流を負荷
抵抗RL により電圧に変換することによって、信号電荷
の検出が可能となる。Next, the principle of charge detection in this embodiment will be described. FIG. 4 is a schematic diagram showing the state of the potential at the times t 1 and t 2 shown in FIG. At t = t 1 , the signal charge existing immediately below the transfer electrode 7-1 is t
When the potential of φ 1 drops at = t 2 , it flows into the region between the RD 4 and the channel 3 where a high electric field is applied. At this time, if the electric field is sufficiently large, the signal charge that has flowed in is used as a seed current to cause collision ionization and the current is multiplied. The signal charge can be detected by converting this current into a voltage by the load resistance R L.
【0022】この電荷検出器は、信号を電圧として取り
出す前に増幅しているため、内部で発生する雑音が小さ
く、またFDAのようなリセット動作を必要としないと
いう特徴を有している。このため、出力へのリセットパ
ルスの飛び込みがなく、また新たにタイミングのずれた
パルスを発生する必要がないため、高速駆動に適してい
る。Since this charge detector amplifies the signal before taking it out as a voltage, it has the characteristics that the noise generated inside is small and the reset operation unlike FDA is not required. Therefore, the reset pulse does not jump into the output and it is not necessary to newly generate a pulse with a different timing, which is suitable for high-speed driving.
【0023】なお、本発明者らの実験によれば、dch=
0.6μm,dRD=0.8μm,L=0.8μmとした
場合、VRDが15V以上であれば、上記の衝突電離によ
る信号電荷の増倍が可能であることが確認された。さら
に、検出感度も十分に高いことが確認された。According to the experiments conducted by the present inventors, d ch =
When 0.6 μm, d RD = 0.8 μm, and L = 0.8 μm, it was confirmed that if V RD is 15 V or more, it is possible to multiply the signal charge by the impact ionization. Furthermore, it was confirmed that the detection sensitivity was sufficiently high.
【0024】このように本実施例によれば、CCDチャ
ネルの出力端に隣接してRD4を設け、このRD4とC
CDチャネル3との間に高電界を印加し、RD4に流れ
る電流を検出する構成としているので、衝突電離により
信号電荷を増幅して検出することができる。そしてこの
場合、信号を電圧として取り出す前に増幅しているた
め、さらにFDAのようなリセット動作を必要としない
ため、ノイズが少なく高速駆動に適している。As described above, according to this embodiment, the RD4 is provided adjacent to the output end of the CCD channel.
Since a high electric field is applied to the CD channel 3 to detect the current flowing in the RD 4, it is possible to amplify and detect the signal charge by impact ionization. Further, in this case, since the signal is amplified before being taken out as a voltage, a reset operation like FDA is not required, and thus it is suitable for high speed driving with less noise.
【0025】図5は、本発明の第2の実施例の概略構成
を示す平面図である。製造方法,動作は第1の実施例と
同様であるので、ここでは第1の実施例との相違点につ
いてのみ述べる。FIG. 5 is a plan view showing a schematic configuration of the second embodiment of the present invention. Since the manufacturing method and operation are the same as those in the first embodiment, only the differences from the first embodiment will be described here.
【0026】本発明に係わる信号電荷検出器において
は、RD4のpn接合は逆バイアスされているため、p
n接合の逆方向電流が検出器から発生する雑音の一因に
なる。これを抑えるには、RD4の接合面積を小さくす
るのが一つの方法である。従ってこの実施例では、RD
4の幅WRDを小さくすることにより逆方向電流を抑えて
いる。さらに、出力端のチャネル幅WE を転送部分のチ
ャネル幅Wchよりも狭くして、RD4近傍において信号
電流が均一に流れるようにしている。In the signal charge detector according to the present invention, since the pn junction of RD4 is reverse biased, p
The reverse current of the n-junction contributes to the noise generated by the detector. To suppress this, one method is to reduce the bonding area of RD4. Therefore, in this embodiment, RD
By reducing the width W RD of 4, the reverse current is suppressed. Further, the channel width W E at the output end is made narrower than the channel width W ch at the transfer portion so that the signal current flows evenly in the vicinity of RD4.
【0027】このような構成であれば、先の第1の実施
例と同様の効果が得られるのは勿論のこと、ノイズの発
生要因を少なくしていることから、よりS/Nの高い信
号検出が可能となる。With such a structure, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and since the factors causing the noise are reduced, a signal having a higher S / N ratio can be obtained. It becomes possible to detect.
【0028】図6は、本発明の第3の実施例の概略構成
を示す平面図である。製造方法,動作は第1の実施例と
同様であるので、ここでは第1の実施例との相違点につ
いてのみ述べる。FIG. 6 is a plan view showing the schematic construction of the third embodiment of the present invention. Since the manufacturing method and operation are the same as those in the first embodiment, only the differences from the first embodiment will be described here.
【0029】この実施例では、出力端のチャネル幅WE
を転送部分のチャネル幅Wchよりも広げている。即ち、
WE ≧Wchである。このため、チャネルストップ電位に
よる2次元効果が弱まり、チャネル端部にポテンシャル
バリアが発生しにくくなっている。即ち、出力端の中央
部はチャネルストップ層5から十分離れているので、仮
に両側部にポテンシャルバリアが存在しても、中央部で
はポテンシャルバリアは殆ど発生しない。従って、ポテ
ンシャルバリアの影響なく、CCDチャネル3からRD
4に信号電荷を流すことが可能となる。In this embodiment, the channel width W E at the output end is
Is wider than the channel width W ch of the transfer part. That is,
W E ≧ W ch . Therefore, the two-dimensional effect of the channel stop potential is weakened, and the potential barrier is less likely to occur at the channel end. That is, since the central portion of the output end is sufficiently separated from the channel stop layer 5, even if potential barriers exist on both sides, the potential barrier hardly occurs in the central portion. Therefore, from the CCD channel 3 to the RD without the influence of the potential barrier.
It becomes possible to flow the signal charges to the signal line 4.
【0030】図7は、本発明の第4の実施例の概略構成
を示す平面図である。製造方法,動作は第1の実施例と
同様であるので、ここでは第1の実施例との相違点につ
いてのみ述べる。FIG. 7 is a plan view showing the schematic construction of the fourth embodiment of the present invention. Since the manufacturing method and operation are the same as those in the first embodiment, only the differences from the first embodiment will be described here.
【0031】この実施例では、RD4のn+ 層とチャネ
ルストップ5のp+ 層との距離を広げて、逆方向電流を
低減している。この場合も、第2の実施例と同様に、ノ
イズの発生要因を少なくしてS/Nの向上をはかること
ができる。[0031] In this embodiment, to expand the distance between the n + layer and p + layer of the channel stop 5 RD4, thereby reducing the reverse current. Also in this case, as in the second embodiment, it is possible to reduce the cause of noise and improve the S / N ratio.
【0032】図8は、本発明の第5の実施例の概略構成
を示す断面図である。製造方法,動作は第1の実施例と
同様であるので、ここでは第1の実施例との相違点につ
いてのみ述べる。FIG. 8 is a sectional view showing the schematic construction of the fifth embodiment of the present invention. Since the manufacturing method and operation are the same as those in the first embodiment, only the differences from the first embodiment will be described here.
【0033】この実施例は、衝突電離を起こすための高
電界を印加した領域を、逆バイアスされたpn接合の代
わりに、i層9を用いたものである。このような構成で
あっても、衝突電離による信号電荷の増倍,検出が可能
である。In this embodiment, a region to which a high electric field for causing impact ionization is applied uses the i layer 9 instead of the reverse biased pn junction. Even with such a configuration, it is possible to multiply and detect signal charges due to impact ionization.
【0034】図9は、本発明の第6の実施例の概略構成
を示す断面図である。製造方法,動作は第1の実施例と
同様であるので、ここでは第1の実施例との相違点につ
いてのみ述べる。FIG. 9 is a sectional view showing a schematic structure of the sixth embodiment of the present invention. Since the manufacturing method and operation are the same as those in the first embodiment, only the differences from the first embodiment will be described here.
【0035】この実施例では、バイアス抵抗R1 ,R2
によりベース電位を固定したトランジスタのエミッタに
RD4を接続し、このトランジスタのコレクタから出力
を取り出している。第1〜第5の実施例では抵抗により
出力電圧を取り出すため、RD部4の電位に出力電圧が
フィードバックされ、衝突電離の増倍係数が信号電荷の
大きさにより変化する。これに対し本実施例では、この
フィードバックを抑圧することができる。In this embodiment, the bias resistors R 1 and R 2 are
RD4 is connected to the emitter of the transistor whose base potential is fixed by, and the output is taken from the collector of this transistor. In the first to fifth embodiments, since the output voltage is taken out by the resistance, the output voltage is fed back to the potential of the RD section 4, and the multiplication factor of impact ionization changes depending on the magnitude of the signal charge. On the other hand, in this embodiment, this feedback can be suppressed.
【0036】図10は、本発明の第7の実施例の概略構
成を示す断面図である。製造方法,動作は第1の実施例
と同様であるので、ここでは第1の実施例との相違点に
ついてのみ述べる。FIG. 10 is a sectional view showing the schematic arrangement of the seventh embodiment of the present invention. Since the manufacturing method and operation are the same as those in the first embodiment, only the differences from the first embodiment will be described here.
【0037】この実施例は、第6の実施例のバイポーラ
トランジスタの代わりにMOSトランジスタを用いたも
のであり、第6の実施例と同様に出力電圧のフィードバ
ックを抑圧することができる。In this embodiment, a MOS transistor is used instead of the bipolar transistor of the sixth embodiment, and the feedback of the output voltage can be suppressed as in the sixth embodiment.
【0038】次に、本発明のさらに別の実施例について
説明する。図11はこれまでの実施例の電荷転送装置の
要部構成及び電荷転送部端でのポテンシャル状態を示し
ている。図11(a)のようにチャネル出力端とドレイ
ンの間の電荷転送部に転送電極が配置されていない構造
においては、図11(b)のようにチャネル出力端でポ
テンシャル障壁が生じ易い。このようなポテンシャル障
壁は、残像の発生要因となる。そこで以下の実施例で
は、このポテンシャル障壁の発生を防止している。Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 shows the configuration of the main part of the charge transfer device according to the above-described embodiments and the potential state at the end of the charge transfer part. In the structure in which the transfer electrode is not arranged in the charge transfer portion between the channel output end and the drain as shown in FIG. 11A, a potential barrier is likely to occur at the channel output end as shown in FIG. 11B. Such a potential barrier becomes a cause of an afterimage. Therefore, in the following examples, the occurrence of this potential barrier is prevented.
【0039】図12は、本発明の第8の実施例の概略構
成を示す平面図、図13は図12の矢視B−B′断面図
である。基本的な構成は図1,図2と同様であるが、本
実施例ではOG電極6がRD4まで延在している。具体
的には、OG電極6をマスクに拡散してRD4のn+ 層
が形成、即ちRD4はOG電極6と自己整合的に形成さ
れている。FIG. 12 is a plan view showing a schematic structure of an eighth embodiment of the present invention, and FIG. 13 is a sectional view taken along the line BB 'in FIG. The basic structure is the same as that of FIGS. 1 and 2, but in this embodiment, the OG electrode 6 extends to the RD 4. Specifically, the n + layer of the RD 4 is formed by diffusing the OG electrode 6 as a mask, that is, the RD 4 is formed in self-alignment with the OG electrode 6.
【0040】この実施例における信号電荷の転送は、第
1の実施例と同様に2層クロックパルスφ1 ,φ2 によ
り行っている(図3参照)。電荷検出原理も第1の実施
例と同様である(図4参照)。従って、第1の実施例と
同様の効果が得られる。さらに、OG電極6がRD4ま
で延在しているので、図11(b)に示したようなチャ
ネル端でのポテンシャル障壁は存在せず、信号電荷が残
留することはない。このため、残像の発生を確実に防止
することができる。なお、チャネル端でのポテンシャル
障壁の発生を防止するには、必ずしもOG電極6とRD
4を自己整合的に形成する必要はなく、OG電極16の
端部がRD4に重なるように形成すればよい。The signal charge transfer in this embodiment is performed by the two-layer clock pulses φ 1 and φ 2 as in the first embodiment (see FIG. 3). The charge detection principle is similar to that of the first embodiment (see FIG. 4). Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Furthermore, since the OG electrode 6 extends to RD4, there is no potential barrier at the channel end as shown in FIG. 11B, and no signal charge remains. Therefore, it is possible to reliably prevent the occurrence of an afterimage. In order to prevent the potential barrier from being generated at the channel end, it is not always necessary to connect the OG electrode 6 and the RD.
4 does not need to be formed in a self-aligned manner, and may be formed so that the end portion of the OG electrode 16 overlaps RD4.
【0041】図14は本発明の第9の実施例を説明する
ためのもので、(a)は平面図、(b)は(a)の矢視
C−C′断面図である。基本的な構成は第8の実施例と
同様であるが、この実施例では、信号電荷を排出するR
D4をチャネル端の側面に設けている。このため、電流
の流れる経路の幅Wを自由に設計することができる。さ
らに、図15に示すように、RD4をチャネル終端部を
囲むように設けてもよい。FIGS. 14A and 14B are for explaining the ninth embodiment of the present invention. FIG. 14A is a plan view and FIG. 14B is a sectional view taken along the line CC ′ of FIG. 14A. The basic structure is similar to that of the eighth embodiment, but in this embodiment, R for discharging the signal charge is used.
D4 is provided on the side surface of the channel end. Therefore, the width W of the path through which the current flows can be freely designed. Further, as shown in FIG. 15, the RD 4 may be provided so as to surround the channel end portion.
【0042】図16は本発明の第10の実施例の概略構
成を示す平面図、図17は図16の矢視D−D′断面図
である。この実施例では、基板1にn型シリコンを用
い、p型ウェル2、ゲート絶縁膜8として例えばSiO
2 を形成した後、OG電極6の一部6−1を例えば第1
の多結晶シリコンをエッチングにより分断することで設
置する。さらに、n型埋込みチャネル3、RD4のn+
層、チャネルストップ5のp+ 層をOG6−1に対して
自己整合的に形成する。また、同時にウェルコンタクト
9のp+ 層も形成する。FIG. 16 is a plan view showing the schematic construction of the tenth embodiment of the present invention, and FIG. 17 is a sectional view taken along the line DD 'in FIG. In this embodiment, n-type silicon is used for the substrate 1, and the p-type well 2 and the gate insulating film 8 are made of, for example, SiO 2.
After forming 2 , the part 6-1 of the OG electrode 6 is, for example,
It is installed by dividing the polycrystalline silicon of. In addition, the n-type buried channel 3 and RD4 have n +
The layer, the p + layer of the channel stop 5, is formed in self-alignment with the OG 6-1. At the same time, the p + layer of the well contact 9 is also formed.
【0043】次いで、OG電極6の残りの部分6−2、
電荷転送電極7を、例えば第2,第3の多結晶シリコン
をエッチングにより分断することで設置する。さらに、
図14では省略しているが、この上に絶縁膜を介して遮
光膜を設けることにより完成する。なお、この実施例で
は6−1,6−2には同じ電位を与えられるように接続
しているが、このような接続をせずに異なる電位を独立
に与えることも可能である。動作は第1の実施例と同様
である。Then, the remaining portion 6-2 of the OG electrode 6 is
The charge transfer electrode 7 is provided, for example, by dividing the second and third polycrystalline silicon by etching. further,
Although omitted in FIG. 14, a light-shielding film is provided on top of this to complete the process. In this embodiment, 6-1 and 6-2 are connected so that the same potential can be applied, but different potentials can be applied independently without such a connection. The operation is similar to that of the first embodiment.
【0044】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例においては、信号電流を電圧
に変換するのに抵抗を用いているが、アクティブ負荷を
用いてもよい。また、シリコン基板1としてp型シリコ
ンを用いてもよく、このときはp型ウェル2は不要とな
る。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変
形して実施することができる。The present invention is not limited to the above embodiments. In the embodiment, the resistor is used to convert the signal current into the voltage, but an active load may be used. Further, p-type silicon may be used as the silicon substrate 1, and in this case, the p-type well 2 is unnecessary. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
【0045】[0045]
【発明の効果】以上詳述したように本発明(請求項1,
2)によれば、信号電荷が電荷転送部を経由して信号電
荷を検出・排出するためのドレイン拡散層に到達する間
での間に高電界のかかる領域を設け、この領域に注入さ
れる信号電荷を衝突電離で増幅した後に電圧に変換して
出力する構成としているので、内部で発生する雑音が小
さく、またFDAのようなリセット動作を必要としない
高速駆動に適した電荷転送装置を実現することが可能と
なる。さらに本発明(請求項3)によれば、上記の効果
に加えて、電荷転送部端でのポテンシャル障壁に起因す
る残像の発生を確実に防止することが可能となる。As described in detail above, the present invention (claim 1,
According to 2), a region to which a high electric field is applied is provided while the signal charge reaches the drain diffusion layer for detecting / discharging the signal charge via the charge transfer portion, and is injected into this region. Since the signal charge is amplified by impact ionization and then converted into a voltage and output, a noise transfer that is small inside is realized, and a charge transfer device suitable for high-speed driving that does not require a reset operation like FDA is realized. It becomes possible to do. Furthermore, according to the present invention (claim 3), in addition to the above effects, it is possible to reliably prevent the occurrence of an afterimage due to the potential barrier at the end of the charge transfer portion.
【図1】本発明の第1の実施例に係わる電荷転送装置の
概略構成を示す平面図。FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a charge transfer device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1の矢視A−A′断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
【図3】第1の実施例における印加電圧波形を示す模式
図。FIG. 3 is a schematic diagram showing an applied voltage waveform in the first embodiment.
【図4】第1の実施例における時刻t1 ,t2 でのポテ
ンシャル状態を示す模式図。FIG. 4 is a schematic diagram showing potential states at times t 1 and t 2 in the first embodiment.
【図5】第2の実施例の概略構成を示す平面図。FIG. 5 is a plan view showing a schematic configuration of a second embodiment.
【図6】第3の実施例の概略構成を示す平面図。FIG. 6 is a plan view showing a schematic configuration of a third embodiment.
【図7】第4の実施例の概略構成を示す平面図。FIG. 7 is a plan view showing a schematic configuration of a fourth embodiment.
【図8】第5の実施例の概略構成を示す断面図。FIG. 8 is a sectional view showing a schematic configuration of a fifth embodiment.
【図9】第6の実施例の概略構成を示す断面図。FIG. 9 is a sectional view showing a schematic configuration of a sixth embodiment.
【図10】第7の実施例の概略構成を示す断面図。FIG. 10 is a sectional view showing a schematic configuration of a seventh embodiment.
【図11】第8〜第10の実施例における改良点を説明
するための模式図。FIG. 11 is a schematic diagram for explaining improvements in the eighth to tenth embodiments.
【図12】第8の実施例の概略構成を示す平面図。FIG. 12 is a plan view showing a schematic configuration of an eighth embodiment.
【図13】図12の矢視B−B′断面図。13 is a sectional view taken along the line BB ′ of FIG.
【図14】第9の実施例を説明するための平面図と断面
図。FIG. 14 is a plan view and a sectional view for explaining a ninth embodiment.
【図15】第9の実施例の変形例を示す平面図。FIG. 15 is a plan view showing a modification of the ninth embodiment.
【図16】第10の実施例の概略構成を示す平面図。FIG. 16 is a plan view showing a schematic configuration of a tenth embodiment.
【図17】図16の矢視D−D′断面図。17 is a cross-sectional view taken along the line DD ′ of FIG.
【図18】従来のFDAを有する電荷結合装置の概略構
成を示す断面図。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a charge coupled device having a conventional FDA.
【図19】従来装置における印加電圧波形を示す模式
図。FIG. 19 is a schematic diagram showing an applied voltage waveform in a conventional device.
【図20】従来装置におけるポテンシャル状態を示す模
式図。FIG. 20 is a schematic diagram showing a potential state in a conventional device.
1…n型シリコン基板、 2…p型ウェル、 3…n型埋込みCCDチャネル、 4…リセットドレイン(RD)、 5…チャネルストップ、 6…出力ゲート(OG)電極、 7…電荷転送電極、 8…ゲート絶縁膜、 9…ウェルコンタクト。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... N-type silicon substrate, 2 ... P-type well, 3 ... N-type embedded CCD channel, 4 ... Reset drain (RD), 5 ... Channel stop, 6 ... Output gate (OG) electrode, 7 ... Charge transfer electrode, 8 ... gate insulating film, 9 ... well contact.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04N 5/335 Z 4228−5C ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H04N 5/335 Z 4228-5C
Claims (3)
ネル上に絶縁膜を介して複数の電荷転送電極を配置した
部分を含む電荷転送部と、この電荷転送部により転送さ
れた信号電荷を検出する信号電荷検出部と、前記電荷転
送部の一部に衝突電離を起こす高電界領域を有し、前記
信号電荷を該高電界領域における衝突電離により増幅す
る手段とを具備してなることを特徴とする電荷転送装
置。1. A charge transfer part including a part in which a plurality of charge transfer electrodes are arranged via an insulating film on a charge transfer channel formed on a surface of a semiconductor substrate, and a signal charge transferred by the charge transfer part is detected. And a means for amplifying the signal charges by the impact ionization in the high electric field region. And a charge transfer device.
ネル上に絶縁膜を介して複数の電荷転送電極を配置した
部分を含む電荷転送部と、この電荷転送部の出力端に隣
接して設けられ、信号電荷を検出及び排出するためのド
レイン拡散層と、信号電荷の読出し動作時に前記電荷転
送チャネルの出力端とドレイン拡散層との間に衝突電離
を起こす高電界を印加し、前記電荷転送部からドレイン
拡散層に流れる信号電荷を増幅する手段と、前記衝突電
離により増幅されドレイン拡散層に流れる増幅電流を検
出する手段とを具備してなることを特徴とする電荷転送
装置。2. A charge transfer section including a portion in which a plurality of charge transfer electrodes are arranged on an electric charge transfer channel formed on the surface of a semiconductor substrate with an insulating film interposed between the charge transfer section and an output end of the charge transfer section. A high electric field that causes collision ionization is applied between the drain diffusion layer for detecting and discharging the signal charge and the output end of the charge transfer channel and the drain diffusion layer during the signal charge reading operation, and the charge transfer is performed. A charge transfer device comprising means for amplifying a signal charge flowing from the portion to the drain diffusion layer, and means for detecting an amplified current amplified by the impact ionization and flowing to the drain diffusion layer.
ネル上に絶縁膜を介して複数の電荷転送電極を配置した
部分を含む電荷転送部と、この電荷転送部の出力端に隣
接して設けられ、信号電荷を検出及び排出するためのド
レイン拡散層と、信号電荷の読出し動作時に前記電荷転
送チャネルの出力端とドレイン拡散層との間に衝突電離
を起こす高電界を印加し、前記電荷転送部からドレイン
拡散層に流れる信号電荷を増幅する手段と、前記衝突電
離により増幅されドレイン拡散層に流れる増幅電流を検
出する手段とを具備してなり、前記ドレイン拡散層を、
前記電荷転送部の出力端の出力ゲート電極に対し自己整
合的に設けたことを特徴とする電荷転送装置。3. A charge transfer section including a portion in which a plurality of charge transfer electrodes are arranged on an electric charge transfer channel formed on a surface of a semiconductor substrate with an insulating film interposed between the charge transfer section and an output end of the charge transfer section. A high electric field that causes collision ionization is applied between the drain diffusion layer for detecting and discharging the signal charge and the output end of the charge transfer channel and the drain diffusion layer during the signal charge reading operation, and the charge transfer is performed. Section for amplifying a signal charge flowing to the drain diffusion layer, and means for detecting an amplified current amplified by the impact ionization and flowing to the drain diffusion layer.
A charge transfer device, which is provided in self-alignment with an output gate electrode at an output end of the charge transfer unit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4244715A JPH05211180A (en) | 1991-09-26 | 1992-09-14 | Charge transfer device |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-247328 | 1991-09-26 | ||
| JP24732891 | 1991-09-26 | ||
| JP4244715A JPH05211180A (en) | 1991-09-26 | 1992-09-14 | Charge transfer device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05211180A true JPH05211180A (en) | 1993-08-20 |
Family
ID=26536871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4244715A Pending JPH05211180A (en) | 1991-09-26 | 1992-09-14 | Charge transfer device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05211180A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08330573A (en) * | 1995-05-31 | 1996-12-13 | Nec Corp | Charge transfer device |
| JP2008535231A (en) * | 2005-03-31 | 2008-08-28 | イー2ヴイ テクノロジーズ (ユーケイ) リミテッド | CCD element |
| JP2010177588A (en) * | 2009-01-30 | 2010-08-12 | Hamamatsu Photonics Kk | Solid-state image pickup element having built-in electron multiplying function |
-
1992
- 1992-09-14 JP JP4244715A patent/JPH05211180A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08330573A (en) * | 1995-05-31 | 1996-12-13 | Nec Corp | Charge transfer device |
| JP2008535231A (en) * | 2005-03-31 | 2008-08-28 | イー2ヴイ テクノロジーズ (ユーケイ) リミテッド | CCD element |
| JP2010177588A (en) * | 2009-01-30 | 2010-08-12 | Hamamatsu Photonics Kk | Solid-state image pickup element having built-in electron multiplying function |
| US9048164B2 (en) | 2009-01-30 | 2015-06-02 | Hamamatsu Photonics K.K. | Solid-state image sensing device containing electron multiplication function having N-type floating diffusion (FD) region formed within a P-type well region |
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