JPS62111471A - 半導体電荷検出装置 - Google Patents
半導体電荷検出装置Info
- Publication number
- JPS62111471A JPS62111471A JP60251399A JP25139985A JPS62111471A JP S62111471 A JPS62111471 A JP S62111471A JP 60251399 A JP60251399 A JP 60251399A JP 25139985 A JP25139985 A JP 25139985A JP S62111471 A JPS62111471 A JP S62111471A
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- Japan
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- charge
- gate electrode
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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、電荷又は電流を非破壊に検出する半導体電荷
検出装置に関する。
検出装置に関する。
従来の技術
電荷を検出する装置は、主に電荷を転送する電荷転送装
置(COD)の出力回路として用いられている。
置(COD)の出力回路として用いられている。
第2図は、最も普及している破壊読出し型の電荷検出器
であるF D A (Floating Diffus
ionAnpの略)のレイアウト図で、ゲート電極、メ
タル配線を実線で表わし、p基板への拡散領域は、破線
で示している。なお、CODは埋込みチャネル形である
。
であるF D A (Floating Diffus
ionAnpの略)のレイアウト図で、ゲート電極、メ
タル配線を実線で表わし、p基板への拡散領域は、破線
で示している。なお、CODは埋込みチャネル形である
。
右側から埋込みチャネル206内を転送されて来た信号
電荷は、転送パルスφRECがローレベルで・ψFDT
がハイレベルの時、矢印207の様に電位的にフローテ
ィングなn+領域201に流れ込むOn+領域201の
電位変化が出力トランジスタのゲート電極202に伝え
られ、ソースのn+領域203からドレインのn+領域
204に、電子が流れて信号出力を生じる。n+領域2
01は、信号電荷の流入する前に、毎回リセットパルス
φRによりn+領域205に印加されている基準電位V
Rに設定される。(アールシーニー・レビュー第34巻
、1973年; RCA Review、 vol34
pp、164〜202 、1973. W、 F。
電荷は、転送パルスφRECがローレベルで・ψFDT
がハイレベルの時、矢印207の様に電位的にフローテ
ィングなn+領域201に流れ込むOn+領域201の
電位変化が出力トランジスタのゲート電極202に伝え
られ、ソースのn+領域203からドレインのn+領域
204に、電子が流れて信号出力を生じる。n+領域2
01は、信号電荷の流入する前に、毎回リセットパルス
φRによりn+領域205に印加されている基準電位V
Rに設定される。(アールシーニー・レビュー第34巻
、1973年; RCA Review、 vol34
pp、164〜202 、1973. W、 F。
Kosonocky et C7)この様なFDA
の特徴は次の通りである。
の特徴は次の通りである。
〔長所〕 電荷検出用の拡散領域(n+領域201)の
製造プロセスは設計精度が高いので作り易いし、信頼性
も高い。
製造プロセスは設計精度が高いので作り易いし、信頼性
も高い。
〔短所〕 ■ 電荷検出の原理は、検出容量C1信号電
荷Qs、信号電圧vsとすると vS”O3/C−=’−(1) であるが、n+領域201の容量をCD、ゲート電極2
02の配線容量をC8とすると、C= CD7 CS
・・・・・(2)であり、しかも、C
Dはp a n接合容量のため、電圧依存性をもつ。(
従ってCDをCD(vs)と表わす。)この為Qsの増
大と共に、非線形の影響が大きく現われる。
荷Qs、信号電圧vsとすると vS”O3/C−=’−(1) であるが、n+領域201の容量をCD、ゲート電極2
02の配線容量をC8とすると、C= CD7 CS
・・・・・(2)であり、しかも、C
Dはp a n接合容量のため、電圧依存性をもつ。(
従ってCDをCD(vs)と表わす。)この為Qsの増
大と共に、非線形の影響が大きく現われる。
■ 電荷パケットを測定し終った後、毎回、検出部とな
るn+領域201の電位を基準電位vRに戻す動作によ
り、リセット雑音を生じる。これは相関2重ナンプリン
グ(Correlated DoubleSampl
ing ; CD Sと略記される。)法により相殺
可能であるが、転送速度の高速化に伴ない実現が困難に
なって来る。
るn+領域201の電位を基準電位vRに戻す動作によ
り、リセット雑音を生じる。これは相関2重ナンプリン
グ(Correlated DoubleSampl
ing ; CD Sと略記される。)法により相殺
可能であるが、転送速度の高速化に伴ない実現が困難に
なって来る。
第3図は、非破壊読出し型の電荷検出器であるF G
A (Float ing Gate Anpの略)の
レイアウト図で、ゲート電極、メタル配線を実線で表わ
し、p基板への拡散領域を破線で示している。なおCO
Dは埋込みチャネル形である。右側から埋込みチャネル
307内を転送されて来た信号電荷は転送チャネル上の
フローティング・ゲート電極301の鏡像電荷として非
破壊で検出される。フローティング・ゲート電極301
の電位変化が出力トランジスタのゲート電極302に伝
えられ、ソースのn+領域303からドレインのn +
領域304に電子が流れて信号出力を生じる。フローテ
ィングゲート電極301はD+領域305に接続され、
周期的に(例えばTV信号に対応させるなら、垂直帰線
期間に1回もあれば十分である。)リセットパルスψF
G により、n+領域306に印加されている基準電
位vFGに設定される。又、交流的に接地されたゲート
電極FG1.FG2はフローティング・ゲート電極30
1にクロックパルスが容量結合で印加されるのを防ぐ目
的で設けられている。
A (Float ing Gate Anpの略)の
レイアウト図で、ゲート電極、メタル配線を実線で表わ
し、p基板への拡散領域を破線で示している。なおCO
Dは埋込みチャネル形である。右側から埋込みチャネル
307内を転送されて来た信号電荷は転送チャネル上の
フローティング・ゲート電極301の鏡像電荷として非
破壊で検出される。フローティング・ゲート電極301
の電位変化が出力トランジスタのゲート電極302に伝
えられ、ソースのn+領域303からドレインのn +
領域304に電子が流れて信号出力を生じる。フローテ
ィングゲート電極301はD+領域305に接続され、
周期的に(例えばTV信号に対応させるなら、垂直帰線
期間に1回もあれば十分である。)リセットパルスψF
G により、n+領域306に印加されている基準電
位vFGに設定される。又、交流的に接地されたゲート
電極FG1.FG2はフローティング・ゲート電極30
1にクロックパルスが容量結合で印加されるのを防ぐ目
的で設けられている。
(アイ・イー・イー・イー・ジェー・オプ・ソリッド・
ステート・サーキット; IEEE、 T、ofSol
id−8tate C1rcuits vol S C
−6、pp。
ステート・サーキット; IEEE、 T、ofSol
id−8tate C1rcuits vol S C
−6、pp。
314〜322 、1971 Kosonocky e
t、al)このようなFGAの特徴は次の通りである。
t、al)このようなFGAの特徴は次の通りである。
〔長所〕 電荷検出部の容量はFGAに比べて非常に小
さく、しかも信号電荷をとり込んで電位変化を検出する
様な拡散領域は用いていない為、線形性に優れ、かつリ
セット雑音が生じないので感度が高くなる。
さく、しかも信号電荷をとり込んで電位変化を検出する
様な拡散領域は用いていない為、線形性に優れ、かつリ
セット雑音が生じないので感度が高くなる。
〔短所〕 ■ 電荷検出用のフローティング・ゲート電
極301の製造プロセスは、三層ポリシリコンとなるた
め、鏡像電荷による静電誘導効果を高めようとして、フ
ローティングゲート電極301を第1層に用いれば、第
2層、第2層に用いられた転送用ゲート電極の制御能力
が低下し、高密度化、小型化が困難となる。逆の場合は
、静電誘導効果が低下し、出力トランジスタのゲート電
1り302に十分な電位変化を伝えられない。
極301の製造プロセスは、三層ポリシリコンとなるた
め、鏡像電荷による静電誘導効果を高めようとして、フ
ローティングゲート電極301を第1層に用いれば、第
2層、第2層に用いられた転送用ゲート電極の制御能力
が低下し、高密度化、小型化が困難となる。逆の場合は
、静電誘導効果が低下し、出力トランジスタのゲート電
1り302に十分な電位変化を伝えられない。
■ ポリシリコン及び層間絶縁膜形成の様な薄膜プロセ
スは、拡散領域形成の様な拡散プロセスに比べ、設計精
度を上げるのが難しく、■の短所と合わせて、出力トラ
ンジスタの最適設計が内焦となり、信頼性に欠ける。
スは、拡散領域形成の様な拡散プロセスに比べ、設計精
度を上げるのが難しく、■の短所と合わせて、出力トラ
ンジスタの最適設計が内焦となり、信頼性に欠ける。
発明が解決しようとする問題点
上記、従来の技術で述べた様に、FDA、FGAとも一
長一短を有し、電荷検出器としては不十分である。
長一短を有し、電荷検出器としては不十分である。
そこで本発明は、FDA並みの作り易さで、FGAの長
所である高い線形性と低雑音特性を有する電荷検出器を
提供するため、薄膜プロセスを用いずしかも信号電荷を
とり込む様な拡散領域を用いないで電荷検出を可能とす
る具体構成を提供することを目的とする。
所である高い線形性と低雑音特性を有する電荷検出器を
提供するため、薄膜プロセスを用いずしかも信号電荷を
とり込む様な拡散領域を用いないで電荷検出を可能とす
る具体構成を提供することを目的とする。
問題点を解決するための手段
本発明は、FDAO作り易さと、FGAの高い線形性と
低雑音特性を生かすため、拡散プロセスを主体とし、し
かも鏡像電荷による非破壊検出を利用した電荷検出器を
実現したものである。具体的には、接合ゲート領域をC
ODの転送チャネル内に、転送される電荷をはさむ様に
設けることにより信号電荷の鏡像電荷を損失なく生じさ
せ、しかも非破壊に検出するものである。以下この構造
上の特徴から本発明が提供する電荷検出器をJ−FGA
(丁unction type F G Aの略)と呼
ぶ。
低雑音特性を生かすため、拡散プロセスを主体とし、し
かも鏡像電荷による非破壊検出を利用した電荷検出器を
実現したものである。具体的には、接合ゲート領域をC
ODの転送チャネル内に、転送される電荷をはさむ様に
設けることにより信号電荷の鏡像電荷を損失なく生じさ
せ、しかも非破壊に検出するものである。以下この構造
上の特徴から本発明が提供する電荷検出器をJ−FGA
(丁unction type F G Aの略)と呼
ぶ。
作 用
FGAの検出ゲートとして接合ゲート領域を用いるので
、精度の高い拡散プロセスが利用でき、しかも鏡像電荷
を誘起する点では、絶縁ゲート電極の場合の様に絶縁膜
が介在しないので、静電誘導効果のロスがない。この結
果高い線形性と低雑音特性を有し、しかも製造し易すく
精度の高い電荷検出器T−FGAが実現する。
、精度の高い拡散プロセスが利用でき、しかも鏡像電荷
を誘起する点では、絶縁ゲート電極の場合の様に絶縁膜
が介在しないので、静電誘導効果のロスがない。この結
果高い線形性と低雑音特性を有し、しかも製造し易すく
精度の高い電荷検出器T−FGAが実現する。
実施例
第1図は本発明の非破壊読出し型電荷検出器(J−FG
A)の実施例を示す。第1図体)は、レイアウト図でゲ
ート電極、メタル配線を実線で表わし、p基板への拡散
領域は破線で示す。同図(b)。
A)の実施例を示す。第1図体)は、レイアウト図でゲ
ート電極、メタル配線を実線で表わし、p基板への拡散
領域は破線で示す。同図(b)。
(C) 、 (d)は、同図(a)に示されたA −A
/断面図、B−B′断面図、C−C’断面図を表わす。
/断面図、B−B′断面図、C−C’断面図を表わす。
又同図(e) 、 (f) 。
(q)ハエネルギーバンド図を示す。
まず電荷検出器の構造について説明する。
p基板10B上に形成されたn領域1o了内にp+領域
101を設け、信号電荷検出用の接合ゲート領域とする
。このp+領域101は電気的に接続されたp+領域1
04と共に出力トランジスタの1対の接合ゲート領域を
構成する。p+領域1α。
101を設け、信号電荷検出用の接合ゲート領域とする
。このp+領域101は電気的に接続されたp+領域1
04と共に出力トランジスタの1対の接合ゲート領域を
構成する。p+領域1α。
104とn+領域105,106は、JFET又はS
I T (5tatic Induction Tra
nsistorの略;アイ・イー拳イー・イー・トラン
ザクションズ・電子デバイス(IEEE Trans、
ElectronDevices)vo4 ED−2
2p、185〜,1975゜L NiN15hiza
e t、 al を参照)又は、l5O−3IT(特願
昭69−78867号)などの出力トランジスタを構成
し得る。
I T (5tatic Induction Tra
nsistorの略;アイ・イー拳イー・イー・トラン
ザクションズ・電子デバイス(IEEE Trans、
ElectronDevices)vo4 ED−2
2p、185〜,1975゜L NiN15hiza
e t、 al を参照)又は、l5O−3IT(特願
昭69−78867号)などの出力トランジスタを構成
し得る。
更に、p+領域101の電位設定用に、基準電圧VFG
が印加されたp+領域102とゲート電極i03がn領
域107内に設けられている。
が印加されたp+領域102とゲート電極i03がn領
域107内に設けられている。
なお、p+領域101とp+領域1Q2との間隙Wgは
、CODの転送チャネル110内に設けられ、転送チャ
ネルの幅をWcとすれば、その中心線は一致し、しかも Wg≦Wc ・・・・・(3)と
なるように設計される。(よりWg<Wcの方が検出感
度が向上する。) 次に動作説明を行なう。
、CODの転送チャネル110内に設けられ、転送チャ
ネルの幅をWcとすれば、その中心線は一致し、しかも Wg≦Wc ・・・・・(3)と
なるように設計される。(よりWg<Wcの方が検出感
度が向上する。) 次に動作説明を行なう。
第1図(−)で右側から埋込チャネル110内を転送さ
せて来た信号電荷は、転送チャネル110に隣接して設
けられた接合ゲート領域であるp+領域101の鏡像電
荷として非破壊で検出される。
せて来た信号電荷は、転送チャネル110に隣接して設
けられた接合ゲート領域であるp+領域101の鏡像電
荷として非破壊で検出される。
信号電荷の通路は第1図(b)の丸印りで示す。この時
、ゲート電極103に正の直流電圧を印加することで、
第1図(e)の様なエネルギーバンド図に対応した動作
となっている。
、ゲート電極103に正の直流電圧を印加することで、
第1図(e)の様なエネルギーバンド図に対応した動作
となっている。
一方、ゲート電極103に周期的に負の大きなパルス電
圧を印加することにより、第1図(f)ノエネルギーバ
ンド図に対応して、p+領域101の電位は、基準電圧
VFGの印加されたp+領域102と同電位に設定され
る。この動作は、TV信号に対応させるなら、垂直帰線
期間に1回もあれば十分である。
圧を印加することにより、第1図(f)ノエネルギーバ
ンド図に対応して、p+領域101の電位は、基準電圧
VFGの印加されたp+領域102と同電位に設定され
る。この動作は、TV信号に対応させるなら、垂直帰線
期間に1回もあれば十分である。
又、p+領域101の電位変化に応じて、出力トランジ
スタのもう1つの接合ゲート領域であるp 領域104
も同一変化をするので、第1図(b)の丸印E部に存在
する電位障壁111が変化し、ソースのn 領域106
からドレインのn+領域106へ電子が流れて、信号出
力を生じる。なお、交流的に接地されたゲート電極FG
1 、FG2はフローティング暢ゲートであるp+領域
101にクロックが結合容量を通して印加されるのを防
ぐ目的で設けられている。なお、実施例の導電型を逆転
しても同様に成立する。
スタのもう1つの接合ゲート領域であるp 領域104
も同一変化をするので、第1図(b)の丸印E部に存在
する電位障壁111が変化し、ソースのn 領域106
からドレインのn+領域106へ電子が流れて、信号出
力を生じる。なお、交流的に接地されたゲート電極FG
1 、FG2はフローティング暢ゲートであるp+領域
101にクロックが結合容量を通して印加されるのを防
ぐ目的で設けられている。なお、実施例の導電型を逆転
しても同様に成立する。
発明の効果
以上、説明した様に本発明によれば、CODの転送チャ
ネルに隣接して設けた逆導電型の拡散p+領領域接合ゲ
ート領域として用いる事により、非破壊電荷検出が実現
し、しかも拡散プロセスによって形成できるので、作り
易く、精度も高い。又、接合ゲート領域と、間隙Wgを
おいて設けた耐領域との上にリセットゲート電極を設け
ることによりCOD転送チャネルに力えるp+領領域影
響は、はぼ対称となり、転送される電荷が、検出部近傍
で平均位置を変えるという問題(これは転送損失を増大
させる。)は生じない。又、間隙Wgをチャネル幅より
狭くすれば、検出感度は更に増大する。さらに、これら
p+領領域、信号電荷である電子をとり込まないので、
高い線形性を実現できる。
ネルに隣接して設けた逆導電型の拡散p+領領域接合ゲ
ート領域として用いる事により、非破壊電荷検出が実現
し、しかも拡散プロセスによって形成できるので、作り
易く、精度も高い。又、接合ゲート領域と、間隙Wgを
おいて設けた耐領域との上にリセットゲート電極を設け
ることによりCOD転送チャネルに力えるp+領領域影
響は、はぼ対称となり、転送される電荷が、検出部近傍
で平均位置を変えるという問題(これは転送損失を増大
させる。)は生じない。又、間隙Wgをチャネル幅より
狭くすれば、検出感度は更に増大する。さらに、これら
p+領領域、信号電荷である電子をとり込まないので、
高い線形性を実現できる。
この様に、高い線形性と高感度で低雑音特性に優汎た電
荷検出器が、設計精度の高い拡散プロセスで形成される
ので安定性に優れ、CODだけでなく、メモリなどに多
用されるスイッチング回路の電流検出にも使用でき、用
途は広い。
荷検出器が、設計精度の高い拡散プロセスで形成される
ので安定性に優れ、CODだけでなく、メモリなどに多
用されるスイッチング回路の電流検出にも使用でき、用
途は広い。
第1図(a)は本発明の実施例の電荷検出装置のレイア
ウト図、同図(b)はそのA −A/断面図、同図(c
)ばそのB −B/断面図、同図(d)はそのC−C’
断面図、同図(e)は電荷検出部近傍の電荷検出時のエ
ネルギーバンド図、同図(f)は電荷検出部近傍のフロ
ーティングゲート領域のリセット時のエネルギーバンド
図、同図(q)は出力トランジスタのエネルギーバンド
図、第2図はFDAのレイアウト図、第3図はFGAの
レイアウト図である。 101.102・・・・・p+領領域103・・・・・
・ゲート電極、105,106・・・・・n+領領域1
07・・・・・・n領域。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 第1図 /′f朝域 第1図 (q) p(ポテンシャル方T53少 第2図 第3図 Zコアt9瑣 区コ忙傾城 30ど
ウト図、同図(b)はそのA −A/断面図、同図(c
)ばそのB −B/断面図、同図(d)はそのC−C’
断面図、同図(e)は電荷検出部近傍の電荷検出時のエ
ネルギーバンド図、同図(f)は電荷検出部近傍のフロ
ーティングゲート領域のリセット時のエネルギーバンド
図、同図(q)は出力トランジスタのエネルギーバンド
図、第2図はFDAのレイアウト図、第3図はFGAの
レイアウト図である。 101.102・・・・・p+領領域103・・・・・
・ゲート電極、105,106・・・・・n+領領域1
07・・・・・・n領域。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 第1図 /′f朝域 第1図 (q) p(ポテンシャル方T53少 第2図 第3図 Zコアt9瑣 区コ忙傾城 30ど
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 第1導電型のチャネル内を流れる信号電荷をはさむ様に
前記チャネル内に第2導電型の第1の領域と第2の領域
を設け、前記第1の領域は電気的にフローティングで前
記信号電荷の鏡像電荷を生じ、前記第2の領域は基準電
源に接続され、前記第1と第2の領域の導通制御のため
のゲート電極が設けられ、前記チャネルの幅W_cと前
記第1と第2の領域の間隔W_gとの間に W_g≦W_c が成り立つ事を特徴とする半導体電荷検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60251399A JPH0715994B2 (ja) | 1985-11-08 | 1985-11-08 | 半導体電荷検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60251399A JPH0715994B2 (ja) | 1985-11-08 | 1985-11-08 | 半導体電荷検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62111471A true JPS62111471A (ja) | 1987-05-22 |
| JPH0715994B2 JPH0715994B2 (ja) | 1995-02-22 |
Family
ID=17222263
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60251399A Expired - Lifetime JPH0715994B2 (ja) | 1985-11-08 | 1985-11-08 | 半導体電荷検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0715994B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05141841A (ja) * | 1991-09-26 | 1993-06-08 | Mitsubishi Electric Corp | 冷蔵庫 |
-
1985
- 1985-11-08 JP JP60251399A patent/JPH0715994B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05141841A (ja) * | 1991-09-26 | 1993-06-08 | Mitsubishi Electric Corp | 冷蔵庫 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0715994B2 (ja) | 1995-02-22 |
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