JPH0666344B2 - 電荷結合素子 - Google Patents
電荷結合素子Info
- Publication number
- JPH0666344B2 JPH0666344B2 JP59022095A JP2209584A JPH0666344B2 JP H0666344 B2 JPH0666344 B2 JP H0666344B2 JP 59022095 A JP59022095 A JP 59022095A JP 2209584 A JP2209584 A JP 2209584A JP H0666344 B2 JPH0666344 B2 JP H0666344B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- electrodes
- ccd
- potential
- semiconductor substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D44/00—Charge transfer devices
- H10D44/40—Charge-coupled devices [CCD]
- H10D44/45—Charge-coupled devices [CCD] having field effect produced by insulated gate electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D44/00—Charge transfer devices
- H10D44/40—Charge-coupled devices [CCD]
- H10D44/45—Charge-coupled devices [CCD] having field effect produced by insulated gate electrodes
- H10D44/472—Surface-channel CCD
- H10D44/474—Two-phase CCD
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は、ファクシミリに用いられるリニアイメージセ
ンサ、及びスチルカメラ、ビデオカメラに用いられるエ
リアイメージセンサ等の電荷結合素子に関する。
ンサ、及びスチルカメラ、ビデオカメラに用いられるエ
リアイメージセンサ等の電荷結合素子に関する。
(ロ)従来技術 電荷結合素子(以下CCDと称す)は各種イメージセン
サとして用いられており、このCCDイメージセンサに
は現在ビデオカメラとしてCCD部が光電変換部を内蔵
したフレーム転送方式のものと、CCD部外の光電変換
部がCCD部に結合したインターライン転送方式のもの
とがある。しかしながら、斯るCCDイメージセンサと
しては20万個程度の多数の光電変換部を必要とする為
に、構成の簡単なフレーム転送方式のものが主流になり
つつある。
サとして用いられており、このCCDイメージセンサに
は現在ビデオカメラとしてCCD部が光電変換部を内蔵
したフレーム転送方式のものと、CCD部外の光電変換
部がCCD部に結合したインターライン転送方式のもの
とがある。しかしながら、斯るCCDイメージセンサと
しては20万個程度の多数の光電変換部を必要とする為
に、構成の簡単なフレーム転送方式のものが主流になり
つつある。
斯様なフレーム転送方式のCCDイメージセンサの構造
及び動作の簡単化を目ざして米国TI社から“Virtual
Phase Technology”という方式が提案されている(J. H
ynecek,IEEE,Vol.ED-28,NO5,MayY 1981)。斯る方式の
CCDイメージセンサの電極構造を第1図(a)に示し、
そのポテンシャル形態を同図(b)に示す。同図(a)に於い
て、(S)P型のシリコン基板、(O)は該基板(S)上に形成
された酸化膜、(M)・・・は該酸化膜(O)上に複数本並列配
置された電極であり、各電極(M)・・・間位置の半導体基板
(S)表面部にはこの基板(S)と同導電型のP型不純物を導
入してなる高濃度領域(S1)・・・が設けられ、さらに各電
極(M)・・・下の右半分位置の半導体基板(S)表面部、並び
に各高濃度領域(S1)・・・下の右半分位置の半導体基板(S)
内には、この基板(S)とは逆導電型のN型不純物を導入
してなる+印で図示したウェル領域(S2)・・・が設けられ
ている。
及び動作の簡単化を目ざして米国TI社から“Virtual
Phase Technology”という方式が提案されている(J. H
ynecek,IEEE,Vol.ED-28,NO5,MayY 1981)。斯る方式の
CCDイメージセンサの電極構造を第1図(a)に示し、
そのポテンシャル形態を同図(b)に示す。同図(a)に於い
て、(S)P型のシリコン基板、(O)は該基板(S)上に形成
された酸化膜、(M)・・・は該酸化膜(O)上に複数本並列配
置された電極であり、各電極(M)・・・間位置の半導体基板
(S)表面部にはこの基板(S)と同導電型のP型不純物を導
入してなる高濃度領域(S1)・・・が設けられ、さらに各電
極(M)・・・下の右半分位置の半導体基板(S)表面部、並び
に各高濃度領域(S1)・・・下の右半分位置の半導体基板(S)
内には、この基板(S)とは逆導電型のN型不純物を導入
してなる+印で図示したウェル領域(S2)・・・が設けられ
ている。
斯る構成のCCDに於いては各電極(M)・・・に1相のクロ
ックパルスφが印加され、他方、半導体基板(S)表面部
の高濃度領域(S1)・・・が実質上の固定電位電極として働
き、同図(b)に示す如きポテンシャル形態を呈する事と
なる。即ち、同図(b)に於いて、実線はクロックパルス
φがHiレベルの時のポテンシャルを示し、破線はクロッ
クパルスφがLowレベルの時のそれを示しており、各電
極(M)・・・並びに固定電位電極としての高濃度領域(S1)・・
・毎のポテンシャルはその右半分位置のウェル領域(S2)・
・・の存在に依って、その左半分位置より深いポテンシャ
ル井戸が形成されている。
ックパルスφが印加され、他方、半導体基板(S)表面部
の高濃度領域(S1)・・・が実質上の固定電位電極として働
き、同図(b)に示す如きポテンシャル形態を呈する事と
なる。即ち、同図(b)に於いて、実線はクロックパルス
φがHiレベルの時のポテンシャルを示し、破線はクロッ
クパルスφがLowレベルの時のそれを示しており、各電
極(M)・・・並びに固定電位電極としての高濃度領域(S1)・・
・毎のポテンシャルはその右半分位置のウェル領域(S2)・
・・の存在に依って、その左半分位置より深いポテンシャ
ル井戸が形成されている。
従って、各ウェル領域(S2)・・・のポテンシャル井戸に捕
獲されているキャリア、この場合光電変換された電子が
次々に右側のウェル領域(S2)のポテンシャル井戸に転送
され、この電子の転送読み出しが行なわれる。
獲されているキャリア、この場合光電変換された電子が
次々に右側のウェル領域(S2)のポテンシャル井戸に転送
され、この電子の転送読み出しが行なわれる。
斯様な従来のCCDは駆動パルスが1相である等の利点
を備えているものの、電荷の転送方向を決定する為に、
各電極(M)・・・下並びに高濃度領域(S1)・・・下に夫々予
め、選択的にウェル領域(S2)・・・を構成しなければなら
ない。従って、この為の製造工程が複雑になる欠点があ
り、例えば第2図(a)に示す如く、このウェル領域(S2)・
・・をイオン注入にて半導体基板(S)に形成した後、各電
極(M)・・・及び高濃度領域(S1)・・・を形成する際に、マス
ク合せ精度が低下して位置ずれを起こす惧れがある。こ
の場合には、第2図(b)に示す如く、ポテンシャル形態
が歪む事となり、キャリアを転送する事ができない。
を備えているものの、電荷の転送方向を決定する為に、
各電極(M)・・・下並びに高濃度領域(S1)・・・下に夫々予
め、選択的にウェル領域(S2)・・・を構成しなければなら
ない。従って、この為の製造工程が複雑になる欠点があ
り、例えば第2図(a)に示す如く、このウェル領域(S2)・
・・をイオン注入にて半導体基板(S)に形成した後、各電
極(M)・・・及び高濃度領域(S1)・・・を形成する際に、マス
ク合せ精度が低下して位置ずれを起こす惧れがある。こ
の場合には、第2図(b)に示す如く、ポテンシャル形態
が歪む事となり、キャリアを転送する事ができない。
また、キャリア、即ち光電変換された電子の転送許容量
に着目してみると、その許容量は第1図(b)に示す如
く、各ウェル領域(S2)・・・のイオン注入量に依って予め
決定されるポテンシャルエネルギー差V、V′の内の小
さな方の値にて定められる為に、このCCDはその使用
条件、イメージセンサの場合には、光電変換量の設定条
件に自由度がなく使い勝手の悪いものであった。
に着目してみると、その許容量は第1図(b)に示す如
く、各ウェル領域(S2)・・・のイオン注入量に依って予め
決定されるポテンシャルエネルギー差V、V′の内の小
さな方の値にて定められる為に、このCCDはその使用
条件、イメージセンサの場合には、光電変換量の設定条
件に自由度がなく使い勝手の悪いものであった。
(ハ)発明の目的 本発明はマスク合せを必要としないセルフアラインにて
実質的な電極を形成でき、しかもキャリアの転送許容量
を可変に設定できるCCDを提供するものである。
実質的な電極を形成でき、しかもキャリアの転送許容量
を可変に設定できるCCDを提供するものである。
(ニ)発明の構成 本発明のCCDは半導体基板上に絶縁膜を介して設けた
第1の電極、同じく半導体基板上に絶縁膜を介して設け
た第2の電極、半導体基板表面部に設けた実質上の電極
となる高濃度不純物領域、とを夫々循環的に複数本配列
したものである。
第1の電極、同じく半導体基板上に絶縁膜を介して設け
た第2の電極、半導体基板表面部に設けた実質上の電極
となる高濃度不純物領域、とを夫々循環的に複数本配列
したものである。
(ホ)実施例 第3図(a)に本発明のCCDを採用したイメージセンサ
の平面図、同図(b)にその縦断面図を示す。同図に於い
て、(M1)・・・、(M2)・・・は夫々半導体基板(S)上に絶縁膜
(O)を介して複数本並列配置したポリシリコンからなる
第1、及び第2の電極であり、これ等両電極(M1)・・・、
(M2)・・・は互いの一側辺側で第2の電極(M2)・・・が第1の
電極(M1)・・・上に絶縁状態で重畳していて密接配置され
ている。(S3)・・・は上記第1、及び第1の電極(M1)・・・、
(M2)・・・の互いの他側辺側に於いて、これ等電極(M1)・・
・、(M2)・・・間の間隙位置の半導体基板(S)表面部に形成
された実質上の第3の電極となる高濃度領域であり、該
領域(S3)・・・は基板(S)と同導電型不純物、例えばP型の
ボロンを上記両電極(M1)・・・、(M2)・・・をマスクとしてイ
オン注入する事に依って位置ずれなしに形成される。
尚、同図(a)にて(D)は並設されたCCDのチャンネル部
(C)を区画分離するチャンネル分離領域である。
の平面図、同図(b)にその縦断面図を示す。同図に於い
て、(M1)・・・、(M2)・・・は夫々半導体基板(S)上に絶縁膜
(O)を介して複数本並列配置したポリシリコンからなる
第1、及び第2の電極であり、これ等両電極(M1)・・・、
(M2)・・・は互いの一側辺側で第2の電極(M2)・・・が第1の
電極(M1)・・・上に絶縁状態で重畳していて密接配置され
ている。(S3)・・・は上記第1、及び第1の電極(M1)・・・、
(M2)・・・の互いの他側辺側に於いて、これ等電極(M1)・・
・、(M2)・・・間の間隙位置の半導体基板(S)表面部に形成
された実質上の第3の電極となる高濃度領域であり、該
領域(S3)・・・は基板(S)と同導電型不純物、例えばP型の
ボロンを上記両電極(M1)・・・、(M2)・・・をマスクとしてイ
オン注入する事に依って位置ずれなしに形成される。
尚、同図(a)にて(D)は並設されたCCDのチャンネル部
(C)を区画分離するチャンネル分離領域である。
而して、このCCDは同図(b)に示す如く、その高濃度
領域(S3)・・・が基板(S)と同電位にアースされており、実
質的な固定電位電極として働き、第1の電極(M1)・・・に
は第1のクロックパルスφ1が印加されると共に第2の
電極(M2)・・・には第2のクロックパルスφ2が印加され
るのである。
領域(S3)・・・が基板(S)と同電位にアースされており、実
質的な固定電位電極として働き、第1の電極(M1)・・・に
は第1のクロックパルスφ1が印加されると共に第2の
電極(M2)・・・には第2のクロックパルスφ2が印加され
るのである。
次に第4図(i)〜(v)のポテンシャル形態図に基づいて動
作を詳述する。クロックパルスφ1、φ2が夫々Hi、Lo
wレベルの時、同図(i)に示す如く、第1の電極(M1)位置
にポテンシャル井戸が形成され、この状態、即ち光電変
換期間で該CCDに入射される光に依って励起されたキ
ャリアである電子がこの時のポテンシャル井戸に蓄積さ
れる。次にクロックパルスφ1、φ2が夫々Hi、Hiレベ
ルとなると同図(ii)に示す如く、第1の電極(M1)位置と
連なる第2の電極(M2)位置の両方に亘って、電子が蓄積
されているポテンシャル井戸が拡大形成される。続い
て、クロックパルスφ1、φ2が夫々Low、Hiレベルと
なると同図(iii)に示す如く、第2の電極(M2)位置のみ
に電子が蓄積されているポテンシャル井戸が縮小形成さ
れる。そして次に、クロックパルスφ1、φ2が夫々Lo
w、Lowレベルとなると、同図(iv)に示す如く、高濃度領
域(S3)位置にポテンシャル井戸が形成されるので、これ
以前に左側に隣接する第2の電極(M2)位置のポテンシャ
ル井戸に捕獲されていた電子がこの時のポテンシャル井
戸に移送される。これに続いて、クロックパルスφ1、
φ2を夫々Hi、Lowとすると、同図(i)の時と同様に同図
(v)に示す如く、第1の電極(M1)・・・位置のポテンシャル
井戸に電子が移送されるのである。以後、同図(ii)〜
(v)のポテンシャル変化が周期的にくり返えされ、電子
が左から右の方向に転送され、画像信号として外部に取
り出される事となる。
作を詳述する。クロックパルスφ1、φ2が夫々Hi、Lo
wレベルの時、同図(i)に示す如く、第1の電極(M1)位置
にポテンシャル井戸が形成され、この状態、即ち光電変
換期間で該CCDに入射される光に依って励起されたキ
ャリアである電子がこの時のポテンシャル井戸に蓄積さ
れる。次にクロックパルスφ1、φ2が夫々Hi、Hiレベ
ルとなると同図(ii)に示す如く、第1の電極(M1)位置と
連なる第2の電極(M2)位置の両方に亘って、電子が蓄積
されているポテンシャル井戸が拡大形成される。続い
て、クロックパルスφ1、φ2が夫々Low、Hiレベルと
なると同図(iii)に示す如く、第2の電極(M2)位置のみ
に電子が蓄積されているポテンシャル井戸が縮小形成さ
れる。そして次に、クロックパルスφ1、φ2が夫々Lo
w、Lowレベルとなると、同図(iv)に示す如く、高濃度領
域(S3)位置にポテンシャル井戸が形成されるので、これ
以前に左側に隣接する第2の電極(M2)位置のポテンシャ
ル井戸に捕獲されていた電子がこの時のポテンシャル井
戸に移送される。これに続いて、クロックパルスφ1、
φ2を夫々Hi、Lowとすると、同図(i)の時と同様に同図
(v)に示す如く、第1の電極(M1)・・・位置のポテンシャル
井戸に電子が移送されるのである。以後、同図(ii)〜
(v)のポテンシャル変化が周期的にくり返えされ、電子
が左から右の方向に転送され、画像信号として外部に取
り出される事となる。
(ヘ)発明の効果 本発明のCCDは以上の説明から明らかな如く、半導体
基板上に絶縁膜を介して設けた第1の電極、同じく半導
体基板上に絶縁膜を介して設けた第2の電極、半導体基
板表面部に設けた実質上の電極となる高濃度不純物領
域、とを夫々循環的に複数本配列したものであるので、
この高濃度不純物領域を上記両電極をマスクとしたセル
フアラインにて位置づれなしに簡単に構成する事がで
き、しかも、第1及び第2の電極に印加するクロックパ
ルスの電極レベルに依って、このCCDでの電荷の転送
許容量を可変に設定できる。
基板上に絶縁膜を介して設けた第1の電極、同じく半導
体基板上に絶縁膜を介して設けた第2の電極、半導体基
板表面部に設けた実質上の電極となる高濃度不純物領
域、とを夫々循環的に複数本配列したものであるので、
この高濃度不純物領域を上記両電極をマスクとしたセル
フアラインにて位置づれなしに簡単に構成する事がで
き、しかも、第1及び第2の電極に印加するクロックパ
ルスの電極レベルに依って、このCCDでの電荷の転送
許容量を可変に設定できる。
本発明のCCDをイメージセンサとして用いる場合に
は、従来のCCDに比べてポテンシャルに傾斜をもたせ
るウェル領域を不要とできるので、構成の簡略化が図
れ、この為に斯るCCDの小型化が可能となり、ビデオ
カメラ等の撮像装置の小型軽量化に寄与する所大であ
る。
は、従来のCCDに比べてポテンシャルに傾斜をもたせ
るウェル領域を不要とできるので、構成の簡略化が図
れ、この為に斯るCCDの小型化が可能となり、ビデオ
カメラ等の撮像装置の小型軽量化に寄与する所大であ
る。
第1図(a)、及び(b)は従来のCCDの断面図、及びその
ポテンシャル図、第2図(a)、及び(b)は従来のCCDの
欠点を示す断面図、及びそのポテンシャル図、第3図
(a)、及び(b)は本発明のCCDの平面図、及び縦断面
図、第4図(i)〜(v)は夫々本発明CCDのポテンシャル
図である。 (S)……半導体基板、(S1)(S3)……高濃度領域、(O)……
絶縁膜、(M)(M1)(M2)……電極。
ポテンシャル図、第2図(a)、及び(b)は従来のCCDの
欠点を示す断面図、及びそのポテンシャル図、第3図
(a)、及び(b)は本発明のCCDの平面図、及び縦断面
図、第4図(i)〜(v)は夫々本発明CCDのポテンシャル
図である。 (S)……半導体基板、(S1)(S3)……高濃度領域、(O)……
絶縁膜、(M)(M1)(M2)……電極。
Claims (1)
- 【請求項1】半導体基板上に絶縁膜を介して多数の電極
を配置してなる電荷結合素子に於いて、上記絶縁膜上に
等間隔に複数本の第1の電極を並列配置すると共に該各
第1の電極の一側辺側に夫々第2の電極を一部重畳して
密接配置し、上記第1の電極の他側辺側の間隙位置に対
応する上記半導体基板の表面部に夫々上記半導体基板と
同導電型で且つ上記第1の電極と上記第2の電極とに自
己整合した高濃度不純物領域を配置した事を特徴とする
電荷結合素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59022095A JPH0666344B2 (ja) | 1984-02-08 | 1984-02-08 | 電荷結合素子 |
| US06/698,617 US4649407A (en) | 1984-02-08 | 1985-02-06 | Charge coupled device for transferring electric charge |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59022095A JPH0666344B2 (ja) | 1984-02-08 | 1984-02-08 | 電荷結合素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60165761A JPS60165761A (ja) | 1985-08-28 |
| JPH0666344B2 true JPH0666344B2 (ja) | 1994-08-24 |
Family
ID=12073311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59022095A Expired - Lifetime JPH0666344B2 (ja) | 1984-02-08 | 1984-02-08 | 電荷結合素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4649407A (ja) |
| JP (1) | JPH0666344B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62190754A (ja) * | 1986-02-18 | 1987-08-20 | Fuji Photo Film Co Ltd | 固体撮像装置 |
| US4992841A (en) * | 1987-06-25 | 1991-02-12 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Pseudo uniphase charge coupled device |
| JPH07112057B2 (ja) * | 1988-09-13 | 1995-11-29 | 株式会社東芝 | 固体撮像装置 |
| US5077592A (en) * | 1990-08-06 | 1991-12-31 | California Institute Of Technology | Front-illuminated CCD with open pinned-phase region and two-phase transfer gate regions |
| US5402459A (en) * | 1993-05-10 | 1995-03-28 | Texas Instruments Incorporated | Frame transfer image sensor with electronic shutter |
| US6369413B1 (en) * | 1999-11-05 | 2002-04-09 | Isetex, Inc. | Split-gate virtual-phase CCD image sensor with a diffused lateral overflow anti-blooming drain structure and process of making |
| US7265397B1 (en) * | 2000-08-30 | 2007-09-04 | Sarnoff Corporation | CCD imager constructed with CMOS fabrication techniques and back illuminated imager with improved light capture |
| JP2016143732A (ja) * | 2015-01-30 | 2016-08-08 | 三菱電機株式会社 | 電荷結合素子、電荷結合素子の製造方法、および固体撮像装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3735156A (en) * | 1971-06-28 | 1973-05-22 | Bell Telephone Labor Inc | Reversible two-phase charge coupled devices |
| DE2316612A1 (de) * | 1972-04-03 | 1973-10-18 | Hitachi Ltd | Ladungsuebertragungs-halbleitervorrichtungen |
| US3967306A (en) * | 1973-08-01 | 1976-06-29 | Trw Inc. | Asymmetrical well charge coupled device |
-
1984
- 1984-02-08 JP JP59022095A patent/JPH0666344B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1985
- 1985-02-06 US US06/698,617 patent/US4649407A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60165761A (ja) | 1985-08-28 |
| US4649407A (en) | 1987-03-10 |
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