JPH0697669B2 - 電荷結合素子 - Google Patents

電荷結合素子

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JPH0697669B2
JPH0697669B2 JP59190301A JP19030184A JPH0697669B2 JP H0697669 B2 JPH0697669 B2 JP H0697669B2 JP 59190301 A JP59190301 A JP 59190301A JP 19030184 A JP19030184 A JP 19030184A JP H0697669 B2 JPH0697669 B2 JP H0697669B2
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Japan
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electrode
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electrodes
semiconductor substrate
forming
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JPS6167963A (ja
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友次 土橋
昌彦 滝本
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D44/00Charge transfer devices
    • H10D44/40Charge-coupled devices [CCD]
    • H10D44/45Charge-coupled devices [CCD] having field effect produced by insulated gate electrodes 

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  • 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 本発明は電荷結合素子(以下CCDと称す)に関する。
(ロ)従来の技術 この種CCDは遅延素子、アナログメモリの他に例えば特
公昭57-32548号公報に示されている如く固体撮像装置と
しての利用が注目されており、テレビカメラの小型化に
寄与するものである。
第2図(イ),(ロ)にこの種従来CCDの平面図、及び
そのA-A線断面図を示す。これ等の図に於いて、(1)
はシリコン基板、(2)はシリコン酸化膜、(31)(3
2)(31)(32)…は多結晶シリコンからなる第1電
極、(41)(42)(41)(42)…は同じく多結晶シリコ
ンからなる第2電極である。これ等第1電極と第2電極
とが交互に配置された電極列は、連続した多数の電極対
(41)(31),(42)(32),(41)(31),…を構成
し、奇数番目の電極対(41)(31),(41)(31),…
にはクロックパルスΦ1が供給され、偶数番目の電極対
(42)(32),(42)(32),…にクロックパルスΦ2
が供給されている。これ等電極(41)(31)(42)(3
2)…下のP型のシリコン基板(1)表面部には、燐あ
るいは砒素を導入した埋込みチャンネル層(141)(13
1)(142)(132)…が設けられており、第2電極(4
1)(42)…下の埋込みチャンネル層(141)(142)…
のN型化された領域は、逆にP型化させるような硼素を
導入する事に依って第1電極(31)(32)…下のN型不
純物領域の埋込みチャンネル層(131)(132)…よりN
型化の弱められたN-型不純物領域となっている。尚、同
図(イ)の平面図に於ける領域(a)(a)…は並列配
置された同図(ロ)の断面図に示す如きチャンネル領域
であり、これ等領域(a)(a)…間はP+型不純物から
なるチャンネルストッパ領域(b)(b)…が設けられ
ている。
斯様な従来CCDに於いては第3図に示す如き2相のクロ
ックパルスΦ1,Φ2にて駆動され第1電極(31)(32)
(31)(32)…とこれと電極対をなす第2電極(41)
(42)(41)(42)…とには同一のクロックパルスΦ1
又はΦ2が印加される事となるが、上述の如くチャンネ
ル層の不純物濃度が異なる為に第1電極(31)(32)
(31)(32)…下のポテンシャルが第2電極(41)(4
2)(41)(42)…下のそれよりも深く形成される。即
ち、第3図の時刻t1(Φ1=H,Φ2=L)でのポテンシャ
ル形態は第4図t1で示す如く、偶数番目の電極対の第2
電極(42)(42)…下のポテンシャルがポテンシャル障
壁を形成するべく最も浅くなり、奇数番目の電極対の第
1電極(31)(31)…下のポテンシャルがポテンシャル
井戸を形成するべく最も深くなる。又時刻t2(Φ1=L,
Φ2=H)でのポテンシャル形態は第4図t2で示す如
く、奇数番目の電極対の第2電極(41)(41)…下のポ
テンシャルがポテンシャル障壁を形成すると共に偶数番
目の電極対の第1電極(32)(32)…下のポテンシャル
がポテンシャル井戸を形成する事となる。この様に同図
のt1の状態とt2の状態とがくり返されるとキャリアであ
る電子がポテンシャル井戸の移動に従って同図の矢印で
示す如く左から右へと転送されるのである。
斯様な従来のCCDを多数ビットを必要とする固体撮像素
子あるいはメモリとして用いる場合、多数ビット即ち多
数チャンネルとなる為に、大面積化を招き、多結晶シリ
コンからなる各電極(31)(32)(41)(42)…の長さ
が1cm近くなり、又この電極数も増加するので、1本の
電極巾も数μmと細くなり、斯る電極(31)(32)(4
1)(42)…1本1本の電気抵抗が無視できない程大き
な値となっているのが現状である。
一方、上述の如き2相駆動方式のCCDに於いては、第2
電極(41)(42)…はキャリアである電子の逆流を防止
する目的を達成する為のポテンシャル障壁を形成できれ
ばよいので、電極巾は極力細く設定してCCD全体の小型
集積化を図るのが一般的であるが、この場合第2電極
(41)(42)…の電気抵抗値が第1電極(31)(32)…
のそれよりもさらに大きくなってしまう欠点が生じる。
即ち、この場合第2電極(41)(42)…の電気抵抗値が
第1電極(31)(32)…のそれより大きいので、第5図
に示す如くクロックパルスΦ1及びΦ2に依る第2電極
(41)(42)…位置への印加電圧Φ12,及びΦ22の立上
り又は立下り時の時定数がクロックパルスΦ1及びΦ2
依る第1電極(31)(32)…位置への印加電圧Φ11及び
Φ21のそれよりも長くなる。従って第2電極(41)(4
2)…下に形成されるポテンシャル障壁の応答時間が第
1電極(31)(32)…下に形成されるポテンシャル井戸
の応答時間より遅くなるので、ポテンシャル井戸の移動
が完了してからポテンシャル障壁の移動が完了するまで
の間の遅延差時間にキャリアである電子が逆流してしま
う不都合があった。この様子は第6図に示しており,同
図に依れば第5図の時刻t1でのポテンシャル形態から時
刻t3でのポテンシャル形態に移る途中の上記遅延差時間
に於ける時刻t3での電子の逆流現象が理解できる。この
様にクロックパルスの変形に依って、電子の逆流転送が
生じるとただ単に転送効率の低下を来たすだけでなくこ
の逆流電子がノイズとなり、CCD固体撮像装置に於いて
は再生画像のコントラストの劣化を招いたり、CCDメモ
リに於いては記憶内容の破壊を引き起こす原因となって
いた。
(ハ)発明が解決しようとする問題点 本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、キャリ
アの逆流現象を解消したCCDを提供するものである。
(ニ)問題点を解決するための手段 本発明のCCDは半導体基板上に絶縁膜を介して電極列を
配置した電荷結合素子に於いて、該電極列は共通の電圧
源からの印加電圧に依って半導体基板中にポテンシャル
井戸を形成する為の第1電極とこれと隣接してポテンシ
ャル障壁を形成する為の第2電極とからなる2枚1組の
電極対からなり、上記第1電極の電気抵抗を第2電極の
電気抵抗より大ならしめたものである。
(ホ)作用 本発明に依ればポテンシャル井戸を形成する為の第1電
極の電気抵抗をポテンシャル井戸を形成する為の第2電
極のそれよりも大ならしめる事に依り、ポテンシャル障
壁形成の為の応答時間をポテンシャル井戸形成の為の応
答時間より短くしてこのポテンシャル障壁にてキャリア
の逆流現象を解消する事ができる。
(ヘ)実施例 第1図(イ)(ロ)に本発明のCCDの一実施例の平面
図、及びそのA-A線断面図を示す。同図に於いて、第2
図(イ)(ロ)の従来CCDと同一部分には第1図(イ)
(ロ)と同一符号を付している。本発明実施例CCDが従
来CCDと異なるところは、第2電極(41′)(42′)…
の膜厚を第1電極(31)(32)…のそれより大きくする
事に依って、第1電極(31)(32)…の電気抵抗を第2
電極(41′)(42′)…のそれより大ならしめた点にあ
る。
斯る実施例CCDは、ポテンシャル障壁を形成する為の第
2電極(41′)(42′)…の電極巾をポテンシャル井戸
を形成する為の第1電極(31)(32)…の電極巾の約2/
3に狭めてCCD全体の集積化を図ったものに於いて、電極
巾の短縮に依る電気抵抗の増大分を電極の膜厚を約2倍
にまで厚くする事に依って、ポテンシャル井戸を形成す
る為に電極巾が大きく形成されている第1電極(31)
(32)…の断面積を上記第2電極(41′)(42′)のそ
れより小さく設定しているのである。
従って、同一の多結晶シリコン材料(比抵抗約10-3Ωc
m)からなる第1及び第2電極(31)(32),(41′)
(42′)であっても第1電極(31)(32)の電気抵抗が
第2電極(41′)(42′)のそれよりも大きくなるの
で、電極対(31)(41′)に共通の電圧源である第3図
図示のクロックパルスΦ1が、又電極対(32)(42′)
に共通の電圧源である第3図図示のクロックパルスΦ2
が印加された場合、各電極(41′)(31)(42′)(3
2)には第7図に示す如き遅延現象を有する電圧
Φ′12,Φ′11,Φ′22,Φ′21が印加される事とな
る。
第8図に第7図に於ける時刻t1,t2,t3,t4時の印加電圧
Φ′12,Φ′11,Φ′22,Φ′21に応答するポテンシャ
ル形態の状態変化を示す。同図に依れば、印加電圧Φ′
12,Φ′22,の立上り時又は立下り時(時刻t1,t2)の
時定数、即ち遅延時間が印加電圧Φ′11,Φ′21のそれ
よりも小さいので、時刻t1から時刻t4に至るポテンシャ
ル井戸の移動形成に常に先んじてポテンシャル障壁の移
動形成が行なわれる事がわかる。従ってキャリアである
電子は上述のポテンシャル障壁に依って常に転送方向が
規制される事となり、この電子の逆流転送はない。
(ト)発明の効果 本発明のCCDは共通電圧源からの印加電圧に依って半導
体基板中にポテンシャル井戸を形成する為の第1電極と
これと隣接してポテンシャル障壁を形成する為の第2電
極とからなる2枚1組の電極対からなる電極列を備え、
第1電極の電気抵抗を第2電極の電気抵抗より大ならし
めているので、第1電極に依って形成されるポテンシャ
ル井戸よりも第2電極に依って形成されるポテンシャル
障壁の方が応答時間が短くなり、このポテンシャル障壁
にて転送方向が決定されるキャリアの逆流転送を解消す
る事ができる。従って本発明に係るCCD固体撮像装置に
於いては、逆流キャリアの解消に依って再生画像のコン
トラストの劣化を防止でき、CCDメモリに於いては記憶
内容が破壊される惧れはない。
【図面の簡単な説明】
第1図(イ),(ロ)は本発明のCCDの一実施例の平面
図、及び断面図、第2図(イ)(ロ)は従来のCCDの平
面図、及び断面図、第3図及び第4図はクロックパルス
の波形図、及びそれに伴う理論的なポテンシャル図、第
5図及び第6図は従来CCDに於ける各電極の電圧波形
図、及びそれに伴う実際のポテンシャル図、第7図及び
第8図は本発明CCDに於ける各電極の電圧波形図、及び
それに伴う実際のポテンシャル図である。 (1)……シリコン基板、(2)……シリコン酸化膜、
(31)(32)……第1電極、(41)(42)(41′)(4
2′)……第2電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−30282(JP,A) 特開 昭51−78179(JP,A) 特開 昭57−5361(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に絶縁膜を介して電極列を配
    置し、この電極列に沿って上記半導体基板中の電荷を一
    方向に転送する電荷結合素子に於いて、上記電極列は、
    共通の電圧源からの印加電圧に依って半導体基板中に所
    定の深さのポテンシャル井戸を形成する為の第1電極
    と、この第1電極に対して電荷転送方向の上流側に隣接
    して配置され、上記第1電極と同一の印加電圧に依って
    上記ポテンシャル井戸よりも浅いポテンシャル障壁を形
    成する為の第2電極とからなる2枚1組の電極対からな
    り、この電極対の偶数番目と奇数番目とに交互に印加さ
    れる2相のクロックパルスに応答して上記半導体基板中
    の電荷を上記電極列に沿って転送すると共に、上記第1
    電極及び第2電極を同一材料により形成し、且つ、上記
    第2電極の幅を上記第1電極の幅より狭くする一方で上
    記第2電極の膜厚を上記第1電極の膜厚より厚くして上
    記第2電極の電気抵抗を上記第1電極の電気抵抗より小
    さくし、上記電極対を成す上記第1電極及び上記第2電
    極に同時に上記印加電圧が与えられると上記半導体基板
    中のポテンシャル形態を上記第2電極下で上記第1電極
    下より先んじて変動せしめる事を特徴とする電荷結合素
    子。
JP59190301A 1984-09-11 1984-09-11 電荷結合素子 Expired - Lifetime JPH0697669B2 (ja)

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JPS6167963A JPS6167963A (ja) 1986-04-08
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Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5178179A (ja) * 1974-12-27 1976-07-07 Sony Corp
JPS5330282A (en) * 1976-09-01 1978-03-22 Hitachi Ltd Semiconductor device
JPS575361A (en) * 1980-06-11 1982-01-12 Toshiba Corp Charge transfer device

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JPS6167963A (ja) 1986-04-08

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