JPS6281753A - Signal charge detection device - Google Patents

Signal charge detection device

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Publication number
JPS6281753A
JPS6281753A JP60222121A JP22212185A JPS6281753A JP S6281753 A JPS6281753 A JP S6281753A JP 60222121 A JP60222121 A JP 60222121A JP 22212185 A JP22212185 A JP 22212185A JP S6281753 A JPS6281753 A JP S6281753A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
source region
region
signal charge
detection device
charge detection
Prior art date
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Pending
Application number
JP60222121A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Miwata
三輪田 和雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP60222121A priority Critical patent/JPS6281753A/en
Publication of JPS6281753A publication Critical patent/JPS6281753A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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 
    • H10D44/454Output structures

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は信号電荷検出装置に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to a signal charge detection device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

最近CCDなどを用い′fc電荷転送装置が多く用いら
れている。例えば半導体撮像装置などでは既に旧来の電
子撮像管の利用分野を犬さく侵食しつつある。しかしな
がら、電荷転送装置の信号電荷量はきわめて微小である
ので、この信号電荷を検出する信号電荷検出装置の機能
の良否が電荷転送装置iiを用いた電子装置の特性を犬
さく左右する。
Recently, 'fc charge transfer devices using CCD or the like have been widely used. For example, semiconductor image pickup devices are already rapidly encroaching on the field of use for conventional electronic image pickup tubes. However, since the amount of signal charge in the charge transfer device is extremely small, the quality of the function of the signal charge detection device for detecting this signal charge greatly influences the characteristics of the electronic device using the charge transfer device ii.

第3図は従来の信号電荷検出装置に用いられるMOSト
ランジスタの一例の平面図である。
FIG. 3 is a plan view of an example of a MOS transistor used in a conventional signal charge detection device.

第3図に2いて、MOSトランジスタ10はリセットト
ランジスタとしての機能を有し、そのソース領域1は、
一般に、フローティグディフュージョン領域と呼ばれて
いる。このソース領域lはゲート電極3に印加されるリ
セットドレイン電圧VRDに保持されるが、電荷転送装
置の出力ゲートOGにより電荷が注入されるとその電位
は変化する。このソース領域1の電位変化はソース領域
1に綴紐された、例えば、ソースホロワ回路により検出
される。尚第3図に2いてTGは転送りロック信号φが
印加される転送ゲートである。
2 in FIG. 3, a MOS transistor 10 has a function as a reset transistor, and its source region 1 is
It is generally called a floating diffusion region. This source region l is held at the reset drain voltage VRD applied to the gate electrode 3, but its potential changes when charge is injected by the output gate OG of the charge transfer device. This potential change in the source region 1 is detected by, for example, a source follower circuit connected to the source region 1. Note that TG 2 in FIG. 3 is a transfer gate to which a transfer lock signal φ is applied.

検出される信号電圧Voutは、ソース領域1に注入さ
れる電荷をQ、ソースホロワ回路の利得をGとすると次
の(1,)式で表わすことができる。
The detected signal voltage Vout can be expressed by the following equation (1,) where Q is the charge injected into the source region 1 and G is the gain of the source follower circuit.

ただしCLはソース領域1よりソースホロワ回路までの
配線による容量、CRはMOSトランジスタ10のゲー
ト・ソース間容量、Cpjはソース領域1の接合容量、
CMはソース領域1に接続されたソースホロワ回路の最
初のMOSトランジスタの容量である。
However, CL is the capacitance due to the wiring from the source region 1 to the source follower circuit, CR is the gate-source capacitance of the MOS transistor 10, Cpj is the junction capacitance of the source region 1,
CM is the capacitance of the first MOS transistor of the source follower circuit connected to the source region 1.

通常Gは0.9程度と低いので、信号電荷検出装置の検
出感度はコ、i1.ら容iCt、、CR,CFj−CM
に犬きく依存する。
Since G is normally as low as about 0.9, the detection sensitivity of the signal charge detection device is i1. RAYO iCt, CR, CFj-CM
It depends on the dog.

第4図及び第5図は第3図に示したMOSトランジスタ
]−A′線及びB−B’線断面図である。
4 and 5 are cross-sectional views taken along lines A'-A' and B-B' of the MOS transistor shown in FIG.

第4図及び第5図において、P型半導体基板4上にはN
型不純物拡散層からなるソース領域1とドレイン領域2
とが形成されており、このソース領域1とドレイン領域
2間の上部にはゲート酸化膜6aを介してゲート電極3
が形成されている。
In FIGS. 4 and 5, there is N on the P-type semiconductor substrate 4.
Source region 1 and drain region 2 consisting of a type impurity diffusion layer
A gate electrode 3 is formed in the upper part between the source region 1 and the drain region 2 through a gate oxide film 6a.
is formed.

、倉してフィールド酸化膜6の下部にはP十型のチャネ
ルストッパ領域5が形成されておりソース領域1及びド
レイン領域2に接している。
A P<0> type channel stopper region 5 is formed below the field oxide film 6 and is in contact with the source region 1 and drain region 2 .

MOSトランジスタ10が動作する場合は、ソース領域
1とP型半導体基板4には逆バイアスが印加されるため
第5図に示したように接合容量C!が存在する。又ソー
ス領域1とチャネルストツノ(領域5間にも接合容量C
2が存在する。すなわち(1)式の接合容−4Crjは
このCt とC2より形成されている。
When the MOS transistor 10 operates, a reverse bias is applied to the source region 1 and the P-type semiconductor substrate 4, so that the junction capacitance C! is increased as shown in FIG. exists. Also, there is a junction capacitance C between the source region 1 and the channel tip (region 5).
2 exists. That is, the junction capacitance -4Crj in equation (1) is formed by this Ct and C2.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上述した従来の信号電荷検出装置におけるMOSトラン
ジスタ10のソース領域1は、チャネルストッパ領域5
に接している為その接合容量C2は大さく、信号電荷検
出装置の検出感度を低下させるという問題があった。
In the conventional signal charge detection device described above, the source region 1 of the MOS transistor 10 is connected to the channel stopper region 5.
Since the junction capacitance C2 is in contact with , the junction capacitance C2 is large, which poses a problem of lowering the detection sensitivity of the signal charge detection device.

すなわち、チャネルストッパ領域5U、一般にP型半導
体基板4よりも2桁以上もアクセプター濃度N^が高い
もので形成されているため、Crjの大部分はこのC2
により成っているといっても過言ではない。
That is, since the channel stopper region 5U is generally formed of a material having an acceptor concentration N^ that is two orders of magnitude higher than that of the P-type semiconductor substrate 4, most of Crj is formed by this C2.
It is no exaggeration to say that it consists of

具体的数値を上げるならば、Pm半導体基板4(7) 
7 クセ7” ター af、 Np、 1= 1.0×
10 個/cgl、チャネルストッパ領域5のアクセプ
ター濃度Naz =1.OXl 017個/cI!、ソ
ース領域lのドナー1度ND1= 1−OX 10 ”
個/ ci、  ソースg域1とP型半導体基板4との
接合面fR8lを10μm×10μm、ソース領域1と
チャネルストツバ領域トの接合面噴S2を13mX20
μm、逆バイアス電圧VBをIOVとし、計算を簡単化
するために階段接合とすると、接合容f4 C】とCz
は次の(2+ 、 (3)式により求められる。
If you want to raise the specific value, Pm semiconductor substrate 4 (7)
7 Habit 7” Tar af, Np, 1= 1.0×
10 pieces/cgl, acceptor concentration Naz in channel stopper region 5 = 1. OXl 017 pieces/cI! , donor 1 degree ND1 in source region l = 1-OX 10''
pieces/ci, the junction surface fR8l between the source region 1 and the P-type semiconductor substrate 4 is 10 μm×10 μm, and the junction surface S2 between the source region 1 and the channel stop region 1 is 13 m×20
μm, reverse bias voltage VB is IOV, and to simplify the calculation, we use a step junction, then the junction capacitance f4 C] and Cz
is determined by the following equation (2+, (3)).

≧0.002PF ・・・・・(2) ≧0.0053pF  ・・・・・(3)ここでesi
け半導体基板の比誘電率、ε0は真空の誘電率、φ1.
φ2はそれぞれの接合の拡散電位である。これよりソー
ス領域1の接合容1crj(C1+ Cz =0.OO
81pP )の内約65%はチャネルストッパ領域5と
の接合容量C2であることがわかる。
≧0.002PF ・・・・・・(2) ≧0.0053pF ・・・・・・(3) Here esi
is the dielectric constant of the semiconductor substrate, ε0 is the dielectric constant of vacuum, φ1.
φ2 is the diffusion potential of each junction. From this, the junction capacitance 1crj (C1+ Cz =0.OO
81 pP), approximately 65% is the junction capacitance C2 with the channel stopper region 5.

本発明の目的は検出感度の向上した信号電荷検出装置を
提供することにある。
An object of the present invention is to provide a signal charge detection device with improved detection sensitivity.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の信号電荷検出装置は、−導電型半導体基板上に
形成された逆導電壓のソース領域とドレイン領域とこの
ソース領域とドレイン領域間の上部に絶縁膜を介して形
成されたゲート電極とを有するMOSトランジスタをリ
セットトランジスタとして用いる信号電荷検出装置であ
って、前記ソース領域(1チヤネルストツパ領域と離れ
て形成されているものでちる。
The signal charge detection device of the present invention includes a source region and a drain region of opposite conductivity formed on a conductivity type semiconductor substrate, and a gate electrode formed on the upper part between the source region and the drain region with an insulating film interposed therebetween. A signal charge detection device using a MOS transistor having a MOS transistor as a reset transistor, which is formed apart from the source region (one channel stopper region).

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明の実抱例について南面を参照して説明する
Next, a practical example of the present invention will be described with reference to the south side.

第1図は本発明の一実施例に用いられるMOSトランジ
スタの平面図、@2図は第1図のMOSトランジスタの
(、−L線Wr面図でめる。
FIG. 1 is a plan view of a MOS transistor used in an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of the MOS transistor shown in FIG.

第1図及び第2図において、MOSトランジスタ20は
ソース領域1、ドレイン領域2、ゲート電i3等より構
成されており、渠3図〜M5図に示した従来の信号シ荷
検出装置に用いられるMOSトランジスタ10と′Aな
る所は、ソース領域1がチャネルストッパ領域5の端部
5aより1〜るには、チャネルストッパ領域5を形成す
る場合のマスクの形状を一部変更丁ればよく特に問題は
ない。
In FIGS. 1 and 2, a MOS transistor 20 is composed of a source region 1, a drain region 2, a gate electrode i3, etc., and is used in the conventional signal charge detection device shown in FIGS. For the MOS transistor 10 and 'A', in order for the source region 1 to be closer to the edge 5a of the channel stopper region 5, it is only necessary to partially change the shape of the mask when forming the channel stopper region 5. No problem.

このようにソース領域1をチャネルストッパ領域5と離
すことにより第5図で示した従来の接合容量C2は消滅
し、それに代ってソース領域1の側面とp4半導体基板
4との間の接合容量C3が加わるが、ソース領域1が形
成する接合容量Cpj自体は大幅に減少する。
By separating the source region 1 from the channel stopper region 5 in this way, the conventional junction capacitance C2 shown in FIG. Although C3 is added, the junction capacitance Cpj formed by the source region 1 itself is significantly reduced.

具体的数値を上げるならば、C4は(4)式のように求
められる。
If we increase the specific numerical value, C4 can be obtained as shown in equation (4).

≧0.00056pF   ・・・・・(4)従って本
実施例に詔けるソース領域の接合容量はCrj=Ct+
C4= 0.00336pF  となり、チャネルスト
ッパ領域5が接していた従来のソース領域の接合容量C
rj=0.0081 pFに比べて1/2.4  に低
減されたものとなる。
≧0.00056pF (4) Therefore, the junction capacitance of the source region that can be used in this embodiment is Crj=Ct+
C4=0.00336pF, which is the junction capacitance C of the conventional source region in contact with the channel stopper region 5.
This is reduced to 1/2.4 compared to rj=0.0081 pF.

上記実施例ではP型半導体基板を用いた場合について説
明したがN型半導体基板を用いた場合についても同様の
効果が得られる。
Although the above embodiment describes the case where a P-type semiconductor substrate is used, similar effects can be obtained when an N-type semiconductor substrate is used.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明は、チャネルストッパ領域と
ソース領域とを離すことにより、ソース領域の形成する
接合容1tcrjの値を大幅に低減でさる効果がある。
As explained above, the present invention has the effect of significantly reducing the value of the junction capacitance 1tcrj formed by the source region by separating the channel stopper region and the source region.

この為高感度の検出能力を備えた信号電荷検出装置が得
られる。
Therefore, a signal charge detection device having a highly sensitive detection ability can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例に用いられるMOSトランジ
スタの平面図、第2図は第1図のMOSトランジスタの
c −c’線の断面図、第3図は従来の信号電荷検出装
置に用いられるMOSトランジスタの平面図、第4図及
び第5図は第3図のMOSトランジスh−A′線及びB
 −B’線の断面図である。 1・・・・・・ソース領域、2・−・・−・ドレイン領
域、3・・・・・・ゲート電極、4・−・・・・P型半
導体基板、5・・・・−・チャネルストッパ領域、6・
・・・−・フィールド酸化膜。 10.20・−・・・・MOSトランジスタ。 代理人 弁理士  内 原   晋 子 /  区 卒 2 哲
FIG. 1 is a plan view of a MOS transistor used in an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line c-c' of the MOS transistor in FIG. The plan views of the MOS transistors used in FIGS. 4 and 5 are the MOS transistors h-A' line and B in FIG.
It is a sectional view taken along the -B' line. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Source region, 2... Drain region, 3... Gate electrode, 4... P-type semiconductor substrate, 5... Channel Stopper area, 6.
・・・−・Field oxide film. 10.20---MOS transistor. Agent: Patent Attorney Shinko Uchihara / Graduated from Tokyo 2, Tetsu

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 一導電型半導体基板上に形成された逆導電型のソース領
域とドレイン領域と該ソース領域とドレイン領域間の上
部に絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを有するM
OSトランジスタをリセットトランジスタとして用いる
信号電荷検出装置において、前記ソース領域はチャネル
ストッパ領域と離れて形成されていることを特徴とする
信号電荷検出装置。
An M having a source region and a drain region of opposite conductivity type formed on a semiconductor substrate of one conductivity type, and a gate electrode formed on an upper part between the source region and the drain region with an insulating film interposed therebetween.
A signal charge detection device using an OS transistor as a reset transistor, wherein the source region is formed apart from a channel stopper region.
JP60222121A 1985-10-04 1985-10-04 Signal charge detection device Pending JPS6281753A (en)

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JP60222121A JPS6281753A (en) 1985-10-04 1985-10-04 Signal charge detection device

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JP (1) JPS6281753A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03263869A (en) * 1990-03-14 1991-11-25 Matsushita Electron Corp Solid-state image sensing device
US5444277A (en) * 1991-07-15 1995-08-22 Sharp Kabushiki Kaisha Solid imaging pick-up element

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