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JPH0529359A - Charge coupled device - Google Patents

Charge coupled device

Info

Publication number
JPH0529359A
JPH0529359A JP3203784A JP20378491A JPH0529359A JP H0529359 A JPH0529359 A JP H0529359A JP 3203784 A JP3203784 A JP 3203784A JP 20378491 A JP20378491 A JP 20378491A JP H0529359 A JPH0529359 A JP H0529359A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate electrode
charge
output gate
transfer
under
Prior art date
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Granted
Application number
JP3203784A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3055635B2 (en
Inventor
Tetsuji Kimura
哲司 木村
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
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP3203784A priority Critical patent/JP3055635B2/en
Publication of JPH0529359A publication Critical patent/JPH0529359A/en
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Publication of JP3055635B2 publication Critical patent/JP3055635B2/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent a transfer error under an output gate electrode in a charge coupled device having a charge transfer channel that becomes narrower gradu ally in the direction of the output. CONSTITUTION:A charge transfer channel (n-well 14) becomes gradually narrower under several transfer electrodes 10 at ending steps and also under first and second output gate electrodes 11 and 12, but becomes constant under a third gate electrode 13. Under the second output gate electrode 12, the narrow channel effect causes the channel potential to be gradually lower in the direction of the charge transfer, but this lowering trend is cancelled by a fringing field effect under the third output gate 13. Consequently, a faulty transfer of charge can be prevented even when the width of the charge transfer channel is decreased so that the area of a floating diode 15 can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は電荷結合素子に関し、特
にFDA(floating diffusion amplifier)法によって
信号電荷を検出する電荷結合素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charge-coupled device, and more particularly to a charge-coupled device for detecting signal charges by FDA (floating diffusion amplifier) method.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体撮像素子(ラインセンサ、エリアセ
ンサ)に用いられる電荷結合素子(以下、CCDとい
う)のうち、その出力部に接続されるCCDには高速転
送動作を行わせるために、通常、イオン注入障壁型2相
駆動CCDが用いられる。このイオン注入障壁型2相駆
動CCDについてその構成、動作を図を用いて説明す
る。
2. Description of the Related Art Of charge-coupled devices (hereinafter referred to as CCDs) used in solid-state image pickup devices (line sensors, area sensors), a CCD connected to its output portion is usually used for high-speed transfer operation. An ion implantation barrier type two-phase drive CCD is used. The configuration and operation of this ion implantation barrier type two-phase drive CCD will be described with reference to the drawings.

【0003】図5は、この種従来のCCDの出力部付近
を示す模式的平面図である。同図において、10は隣接
する2枚の電極が接続されて構成された複数の転送電
極、11は第1の出力ゲート電極、12は第2の出力ゲ
ート電極、14は電荷転送領域となるnウェル、15は
nウェル内を転送されてきた信号電荷の転送を受ける電
荷検出用のフローティングダイオード、16aはフロー
ティングダイオード15の電位を定期的にリセットドレ
イン17の電位にリセットするためのリセットゲート電
極、18はゲートがフローティングダイオード15に接
続され、負荷抵抗19とともに出力プリアンプを構成す
るMOSトランジスタ、20は出力プリアンプの出力端
子である。
FIG. 5 is a schematic plan view showing the vicinity of the output section of a conventional CCD of this type. In the figure, 10 is a plurality of transfer electrodes configured by connecting two adjacent electrodes, 11 is a first output gate electrode, 12 is a second output gate electrode, and 14 is a charge transfer region. A well 15 is a floating diode for charge detection that receives the transfer of the signal charge transferred in the n-well, 16a is a reset gate electrode for periodically resetting the potential of the floating diode 15 to the potential of the reset drain 17, Reference numeral 18 is a MOS transistor whose gate is connected to the floating diode 15 and constitutes an output preamplifier together with the load resistor 19, and 20 is an output terminal of the output preamplifier.

【0004】ここで、転送電極10、出力ゲート電極1
1、12は2層ポリシリコンにより形成される。そし
て、転送電極10には、2相の転送クロックφ1 、φ2
が、第1の出力ゲート電極11には固定の第1の出力ゲ
ート電圧VOG1 が、第2の出力ゲート電極12には固定
の第2の出力ゲート電圧VOG2 が、リセットゲート電極
16aにはリセットパルスφR が、リセットドレイン1
7には固定のリセットドレイン電圧VRDが印加されてい
る。
Here, the transfer electrode 10 and the output gate electrode 1
1 and 12 are formed of two-layer polysilicon. Then, the transfer electrodes 10 have two-phase transfer clocks φ 1 and φ 2
However, the fixed first output gate voltage V OG1 is applied to the first output gate electrode 11, the fixed second output gate voltage V OG2 is applied to the second output gate electrode 12, and the reset gate electrode 16a is applied. Reset pulse φ R is reset drain 1
A fixed reset drain voltage V RD is applied to 7.

【0005】次に、信号電荷の転送および出力電圧の検
出動作について説明する。図6は図5のA−A線断面図
である。図6において、21は、n型半導体基板22上
に設けられたpウェル、23は、同一転送電極下の転送
チャネルに電位差をつけるためにp型不純物、例えばB
イオン注入して形成したバリヤ領域である。同図に示さ
れるように、電荷検出用のフローティングダイオード1
5は、第2の出力ゲート電極12とリセットゲート電極
16aとの間において、nウェル14とpウェル21と
の間のpn接合を含んで構成される。
Next, the operation of transferring the signal charge and detecting the output voltage will be described. FIG. 6 is a sectional view taken along the line AA of FIG. In FIG. 6, 21 is a p-well provided on the n-type semiconductor substrate 22, and 23 is a p-type impurity such as B for giving a potential difference to the transfer channel under the same transfer electrode.
This is a barrier region formed by ion implantation. As shown in the figure, the floating diode 1 for charge detection
5 includes a pn junction between the n well 14 and the p well 21 between the second output gate electrode 12 and the reset gate electrode 16a.

【0006】図7に一般的な駆動パルスのタイミングチ
ャートと印加定電圧(VOG1 、VOG2 、VRD)の電位を
示し、図8に図7の各時刻における電荷転送の様子を示
す。図7において、V1H(=V2H)、V1L(=V2L)は
それぞれφ1 (φ2 )の高位と低位の電位を示し、
RH、VRLはリセットパルスφR の高位と低位の電位を
示す。
FIG. 7 shows a timing chart of a general drive pulse and potentials of applied constant voltages (V OG1 , V OG2 , V RD ) and FIG. 8 shows a state of charge transfer at each time of FIG. In FIG. 7, V 1H (= V 2H ) and V 1L (= V 2L ) represent high and low potentials of φ 12 ), respectively.
V RH and V RL indicate the high potential and the low potential of the reset pulse φ R.

【0007】ここで、第1の出力ゲート電極11に印加
されるゲート電圧VOG1 は、第1の出力ゲート電極下の
電荷転送チャネルの電位(以下、チャネル電位という)
OG 1 が、転送電極にV2Lが印加された時の転送電極下
の非バリヤ領域(以下、ストレージ領域という)のチャ
ネル電位vSLより高く、なおかつV2Hが印加されたとき
の転送電極下のストレージ領域のチャネル電位vSHより
も低くなるように設定される。また、ゲート電圧VOG2
は、第2の出力ゲート電極下のチャネル電位vOG2 が第
1の出力ゲート電極下のチャネル電位vOG1 より高くな
るように設定される。さらに、リセットゲート電極16
aに印加されるリセットパルスφR の高電位VRHは、そ
のときのリセットゲート電極下のチャネル電位vRHがリ
セットドレインに印加される定電位VRDより高くなるよ
うに設定される。
The gate voltage V OG1 applied to the first output gate electrode 11 is the potential of the charge transfer channel below the first output gate electrode (hereinafter referred to as the channel potential).
v OG 1 is higher than the channel potential v SL of the non-barrier region (hereinafter referred to as storage region) under the transfer electrode when V 2L is applied to the transfer electrode, and under the transfer electrode when V 2H is applied. Is set so as to be lower than the channel potential v SH of the storage region. Also, the gate voltage V OG2
Is set so that the channel potential v OG2 under the second output gate electrode is higher than the channel potential v OG1 under the first output gate electrode. Furthermore, the reset gate electrode 16
The high potential V RH of the reset pulse φ R applied to a is set so that the channel potential v RH under the reset gate electrode at that time is higher than the constant potential V RD applied to the reset drain.

【0008】図8に示されるように、時刻t=t1 にお
いて信号電荷Q1 は最終の転送電極10下のストレージ
領域に蓄積されている。この信号電荷Q1 は、時刻t=
2において第1、2の出力ゲート電極11、12下を
通過して電荷検出用フローティングダイオード15に注
入される。
As shown in FIG. 8, at time t = t 1 , the signal charge Q 1 is accumulated in the storage area below the final transfer electrode 10. This signal charge Q 1 is at time t =
At t 2 , the charges pass through under the first and second output gate electrodes 11 and 12 and are injected into the charge detection floating diode 15.

【0009】このときの電荷検出用のフローティングダ
イオード15の電位変化をΔVとすると、ΔVは、フロ
ーティングダイオード15の接合容量をC1 、フローテ
ィングダイオード15とリセットゲート電極16aの間
のカップリング容量をC2 、同じくフローティングダイ
オード15と第2の出力ゲート電極12の間のカップリ
ング容量をC3 、フローティングダイオード15からM
OSトランジスタ18への配線の配線容量をC4 、MO
Sトランジスタ18の入力容量をC5 として次のように
表せる。 ΔV=Q1 /(C1 +C2 +C3 +C4 +C5 ) …
Letting ΔV be the potential change of the floating diode 15 for charge detection at this time, ΔV is C 1 which is the junction capacitance of the floating diode 15 and C which is the coupling capacitance between the floating diode 15 and the reset gate electrode 16a. 2 , similarly, the coupling capacitance between the floating diode 15 and the second output gate electrode 12 is C 3 , and the floating diode 15 to M
The wiring capacitance of the wiring to the OS transistor 18 is C 4 , MO
The input capacitance of the S transistor 18 can be represented as C 5 as follows. ΔV = Q 1 / (C 1 + C 2 + C 3 + C 4 + C 5 ) ...

【0010】この電位変化ΔVはMOSトランジスタ1
8と負荷抵抗19により構成される出力プリアンプに入
力され、その出力端子20から出力電圧VOUT として検
出される。この出力電圧VOUT は負荷抵抗19の抵抗値
をR、MOSトランジスタ18の相互コンダクタンスを
gm として次のように表すことができる。 VOUT =ΔV・gm ・R/(1+gm ・R) … 、式より、 VOUT =Q1 ・gm ・R/(1+gm ・R)(C1 +C2 +C3 +C4 +C5 ) … を得る。
This potential change ΔV is due to the MOS transistor 1
8 and a load resistor 19 are input to an output preamplifier, and the output preamplifier detects it as an output voltage V OUT . This output voltage V OUT can be expressed as follows, where R is the resistance value of the load resistor 19 and gm is the mutual conductance of the MOS transistor 18. V OUT = ΔV · gm · R / (1 + gm · R) ..., the equation, V OUT = Q 1 · gm · R / (1 + gm · R) (C 1 + C 2 + C 3 + C 4 + C 5) ... obtained.

【0011】図8に示すように、t=t2 で電圧として
検出された信号電荷Q1 は、t=t3 においてリセット
ゲート電極16aにVRHが印加されることによってリセ
ットドレイン17を通して外部に排出され、同時に次の
信号電荷Q2 が最終段の転送電極10下のストレージ領
域に蓄積される。続いて、t=t4 において、リセット
ゲート電極にVRLが印加されて、t=t1 の状態に戻
る。以下、これら一連の動作を繰り返すことによって信
号電荷Q1 、Q2 、Q3 、…が出力電圧として順次検出
される。
As shown in FIG. 8, the signal charge Q 1 detected as a voltage at t = t 2 is transferred to the outside through the reset drain 17 by applying V RH to the reset gate electrode 16a at t = t 3 . It is discharged, and at the same time, the next signal charge Q 2 is accumulated in the storage region below the transfer electrode 10 at the final stage. Then, at t = t 4 , V RL is applied to the reset gate electrode to return to the state of t = t 1 . The signal charges Q 1 , Q 2 , Q 3 , ... Are sequentially detected as the output voltage by repeating the series of operations.

【0012】式から明らかなように、信号電荷Qに対
してできるだけ大きな出力電圧VOUT を得るにはC1
5 の各容量の低減が必要であり、そのためにはフロー
ティングダイオード15の面積をできるだけ小さくする
必要がある。
As is clear from the equation, in order to obtain as large an output voltage V OUT as possible with respect to the signal charge Q, C 1 ~
It is necessary to reduce each capacitance of C 5 , and for that purpose, it is necessary to make the area of the floating diode 15 as small as possible.

【0013】一方、最大信号電荷量QMAX は転送電極1
0下のバリヤ領域のチャネル電位とストレージ領域のチ
ャネル電位との電位差ΔvBSを用いて次のように表すこ
とができる。 QMAX =K・ΔvBS・W・L … ここで、Kは比例定数、Wはストレージ領域の電荷転送
チャネル幅、Lは同じくストレージ領域の電荷転送チャ
ネル長である。固体撮像素子、例えばエリアセンサの水
平転送部としてこのイオン注入障壁型2相駆動CCDを
用いる場合、ストレージ領域の電荷転送チャネル長Lは
固体撮像素子のサイズと水平画素数によって決まってし
まう。また、ΔvBSは駆動電圧(例えば5V)との関係
上安易に変更することができないので、QMAX を大きく
するにはストレージ領域の電荷転送チャネル幅Wをなる
べく大きくする必要がある。
On the other hand, the maximum signal charge amount Q MAX is determined by the transfer electrode 1
It can be expressed as follows using the potential difference Δv BS between the channel potential of the barrier region below 0 and the channel potential of the storage region. Q MAX = K · Δv BS · W · L Here, K is a proportional constant, W is a charge transfer channel width of the storage region, and L is a charge transfer channel length of the storage region. When this ion implantation barrier type two-phase driving CCD is used as a horizontal transfer portion of a solid-state image sensor, for example, an area sensor, the charge transfer channel length L of the storage region is determined by the size of the solid-state image sensor and the number of horizontal pixels. Further, since Δv BS cannot be easily changed in relation to the drive voltage (for example, 5 V), it is necessary to increase the charge transfer channel width W of the storage region as much as possible in order to increase Q MAX .

【0014】これら2つの点を考慮して、一般的には図
5に示すように転送電極10から第2出力ゲート電極1
2にかけて電荷転送領域の幅を徐々に狭くした構造のC
CDが用いられている。
In consideration of these two points, generally, as shown in FIG. 5, the transfer electrode 10 to the second output gate electrode 1 are connected.
C with a structure in which the width of the charge transfer region is gradually narrowed toward 2
CD is used.

【0015】[0015]

【発明が解決しょうとする課題】しかしながら上述した
従来のCCDにおいては、電荷転送領域の幅が転送電極
から出力ゲート電極の最終段である第2の出力ゲート電
極にかけて徐々に狭くなっているため狭チャネル効果に
よって、チャネル電位が徐々に下がってしまい、その効
果が最も顕著に現れる第2の出力ゲート電極下において
信号電荷の転送不良を起こすという問題点があった。こ
の様子を図を用いて説明する。
However, in the above-described conventional CCD, the width of the charge transfer region is gradually narrowed from the transfer electrode to the second output gate electrode which is the final stage of the output gate electrode. Due to the channel effect, the channel potential gradually decreases, and there is a problem in that a signal charge transfer failure occurs under the second output gate electrode where the effect is most prominent. This situation will be described with reference to the drawings.

【0016】図9はストレージ領域において電荷転送領
域の幅とチャネル電位の関係を示す図である。電荷転送
領域の幅が10μm以下になると狭チャネル効果によっ
てチャネル電位が著しく低下する。通常、第2の出力ゲ
ート電極下の電荷転送領域の幅は10数μmから数μm
までの間で徐々に狭まっているので、この影響により、
図10に示されるように、チャネル電位はvOG2 からv
OG2 ′へ徐々に低下する。この差ΔvOG2 =vOG2 −v
OG2 ′は0.5〜2V程度の大きさである。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the width of the charge transfer region and the channel potential in the storage region. When the width of the charge transfer region is 10 μm or less, the channel potential is significantly lowered due to the narrow channel effect. Usually, the width of the charge transfer region under the second output gate electrode is 10 to several μm.
It gradually narrows until the
As shown in FIG. 10, the channel potentials are from v OG2 to v OG2.
It gradually decreases to OG2 ′. This difference Δv OG2 = v OG2 −v
OG2 'has a size of about 0.5 to 2V.

【0017】図10における時刻t1 、t2 は、図7に
おける時刻t1 、t2 と同一タイミングの時刻である。
時刻t=t1 において転送電極10の最終段下に蓄積さ
れていた信号電荷Qはt=t2 において、第1および第
2の出力ゲート電極11、12下を通過してフローティ
ングダイオード15に注入されるが、このとき第2の出
力ゲート電極12下においてチャネル電位が徐々に低下
しているためこの部分に一定量の信号電荷ΔQが残され
てしまう。この電荷ΔQは電子の拡散によってのみ転送
が行われるため、転送クロックφ1 、φ2 の通常の駆動
周波数(数MHz〜10数MHz)では完全には転送が
不可能であり、ここで転送不良が発生する。
Times t 1 and t 2 in FIG. 10 are times having the same timing as times t 1 and t 2 in FIG.
At time t = t 1 , the signal charge Q accumulated below the final stage of the transfer electrode 10 passes under the first and second output gate electrodes 11 and 12 and is injected into the floating diode 15 at t = t 2 . However, at this time, since the channel potential is gradually reduced under the second output gate electrode 12, a certain amount of signal charge ΔQ is left in this portion. Since this charge ΔQ is transferred only by diffusion of electrons, it cannot be completely transferred at a normal drive frequency (several MHz to several tens of MHz) of the transfer clocks φ 1 and φ 2 , and here, transfer failure occurs. Occurs.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明の電荷結合素子
は、電荷転送領域の幅が出力ゲート電極の近傍の転送電
極下から前記出力ゲート電極下の間で徐々に狭くなって
いるものであって、前記出力ゲート電極は複数個に分割
されており、その最終出力ゲート電極下の前記電荷転送
領域の幅は一定になされている。
In the charge-coupled device of the present invention, the width of the charge transfer region is gradually narrowed from under the transfer electrode near the output gate electrode to under the output gate electrode. The output gate electrode is divided into a plurality of parts, and the width of the charge transfer region below the final output gate electrode is constant.

【0019】[0019]

【作用】最終出力ゲート電極に隣接する終わりから2番
目の出力ゲート電極下の電荷転送領域の幅は徐々に狭く
なっているため、狭チャネル効果によりその電位は徐々
に低下しようとする。しかし、本発明によれば、この電
位降下が、最終出力ゲート電極の縁電界(fringing fie
ld)効果によって補償されるため、狭チャネル効果は実
質上減殺される。よって電荷転送領域の幅を十分絞り込
んでフローティングダイオードの面積を縮小しても電荷
転送不良が発生することはなくなる。
Since the width of the charge transfer region under the second output gate electrode adjacent to the final output gate electrode from the end is gradually narrowed, its potential tends to be gradually reduced by the narrow channel effect. However, according to the present invention, this potential drop is caused by the fringing field of the final output gate electrode.
The narrow channel effect is substantially diminished as it is compensated by the ld) effect. Therefore, even if the width of the charge transfer region is sufficiently narrowed to reduce the area of the floating diode, the charge transfer failure does not occur.

【0020】[0020]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は、本発明の第1の実施例の出力部近
傍の概略平面図である。同図において、図5の従来例の
部分と同等の部分には同一の参照番号が付されているの
で重複する説明は省略する。本実施例の図5の従来例と
相違する点は、第1層目のポリシリコンからなり、電荷
転送チャネル幅が10数μmから数μmへと次第に狭め
られ、そのため狭チャネル効果によってそのチャネル電
位が次第に低下している第2の出力ゲート電極12に隣
接して、フローティングダイオード15の側に、第2層
目のポリシリコンからなり、電荷転送チャネルの幅が一
定な第3の出力ゲート電極13を設け、この電極に定電
圧の第3の出力ゲート電圧VOG3 を印加している点であ
る。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic plan view of the vicinity of an output section according to the first embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those of the conventional example shown in FIG. 5 are designated by the same reference numerals, and a duplicate description will be omitted. The present embodiment is different from the conventional example of FIG. 5 in that it is made of polysilicon of the first layer, and the width of the charge transfer channel is gradually narrowed from several tens of μm to several μm. Is adjacent to the second output gate electrode 12 having a gradually decreasing voltage, the third output gate electrode 13 made of polysilicon of the second layer and having a constant width of the charge transfer channel is provided on the floating diode 15 side. Is provided, and a constant third output gate voltage V OG3 is applied to this electrode.

【0021】なお、本実施例では、リセットゲート電極
16も第2層目のポリシリコンで形成し、マスクの目合
わせずれ等が起こった場合でもフローティングダイオー
ド15の面積が一定となるようになされている。
In the present embodiment, the reset gate electrode 16 is also formed of the second layer of polysilicon so that the area of the floating diode 15 is constant even if the misalignment of the mask occurs. There is.

【0022】上記のように構成することにより、第3の
出力ゲート電極13と第2の出力ゲート電極12との間
に生じる縁電界(fringing field)によって第2の出力
ゲート電極12下で生じているチャネル電位の低下は緩
和され、この部分での転送不良が防止される。ここで第
2の出力ゲート電極12下でのチャネル電位の低下は
0.5V〜2V程度であるので、ゲート電圧VOG3 は、
それに応じて第2の出力ゲート電極12に印加されるゲ
ート電圧VOG2 に対してフローティングダイオードの最
大信号量を制限しない範囲で十分に高くする。例えば、
第2の出力ゲート電極12下のチャネル電位の低下が1
V、ゲート酸化膜の膜厚が1000Å、第2の出力ゲー
ト電極と第3の出力ゲート電極間の距離(中心間)が2
μmの場合、VOG3 をVOG2 より4V程度高くする。
With the above-described structure, a fringing field generated between the third output gate electrode 13 and the second output gate electrode 12 is generated below the second output gate electrode 12. The decrease in the channel potential present is alleviated, and the transfer failure in this portion is prevented. Here, since the decrease of the channel potential under the second output gate electrode 12 is about 0.5 V to 2 V, the gate voltage V OG3 is
Accordingly, the gate voltage V OG2 applied to the second output gate electrode 12 is set sufficiently high within the range where the maximum signal amount of the floating diode is not limited. For example,
The decrease in the channel potential under the second output gate electrode 12 is 1
V, the thickness of the gate oxide film is 1000Å, and the distance (center-to-center) between the second output gate electrode and the third output gate electrode is 2
In the case of μm, V OG3 is higher than V OG2 by about 4V.

【0023】この縁電界による狭チャネル効果の解消状
態を図2に示す。図2の(a)は、図1のA−A線断面
図であり、図2の(b)は、その断面におけるチャネル
電位図である。図2の(b)において、転送クロックφ
1 がV1H、φ2 がV2Lのときのチャネル電位を実線で、
また、φ1 がV1L、φ2 がV2Hであるときのチャネル電
位を一点鎖線にて示す。第2の出力ゲート電極12下の
チャネル電位は、隣接する第3の出力ゲート電極13の
縁電界の効果によって、縁電界の効果がない場合のチャ
ネル電位(図中点線で示す)より全体に高くなってお
り、特にこの効果は隣接する第3の出力ゲート電極に近
づくほど大きくなるので全体として信号電荷の転送方向
に対してそのチャネル電位が徐々に高くなり、そのため
転送不良は発生しない。
A state in which the narrow channel effect is eliminated by the edge electric field is shown in FIG. 2A is a sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and FIG. 2B is a channel potential diagram in the section. In FIG. 2B, the transfer clock φ
The solid line represents the channel potential when 1 is V 1H and φ 2 is V 2L .
Further, the channel potential when φ 1 is V 1L and φ 2 is V 2H is shown by a chain line. The channel potential below the second output gate electrode 12 is generally higher than the channel potential (indicated by a dotted line in the figure) when there is no effect of the edge electric field due to the effect of the edge electric field of the adjacent third output gate electrode 13. In particular, this effect becomes larger as it gets closer to the adjacent third output gate electrode, so that the channel potential gradually increases as a whole in the transfer direction of the signal charge, so that transfer failure does not occur.

【0024】図3は本発明の第2の実施例の出力部付近
の概略平面図である。図4の(a)はそのA−A線断面
図であり、図4の(b)は、その断面でのチャネル電位
図である。本実施例の第1の実施例と相違する点は、最
終転送電極10aを第2層目のポリシリコン単独で形成
し、さらに第1の出力ゲート電極11aおよび第3の出
力ゲート電極13aを第1層目のポリシリコンで、第2
の出力ゲート電極12aを第2層目のポリシリコンで、
リセットゲート電極16aを第1層目のポリシリコンで
それぞれ形成している点である。図4の(b)に示され
るように、本実施例も先の実施例と同様の効果を奏する
ことができる。
FIG. 3 is a schematic plan view of the vicinity of the output section of the second embodiment of the present invention. 4A is a cross-sectional view taken along the line AA, and FIG. 4B is a channel potential diagram on the cross section. This embodiment is different from the first embodiment in that the final transfer electrode 10a is formed of only the second-layer polysilicon, and the first output gate electrode 11a and the third output gate electrode 13a are formed as the first transfer gate electrode 11a. The first layer of polysilicon, the second
The output gate electrode 12a of is the second layer of polysilicon,
This is a point that the reset gate electrodes 16a are each formed of the first-layer polysilicon. As shown in FIG. 4B, this embodiment can also achieve the same effect as the previous embodiment.

【0025】ところで、フローティングダイオード15
に接続されるMOSトランジスタ18のゲート電極は通
常第1層目のポリシリコンで形成されている。その理由
は第2層目のポリシリコンは第1層目のポリシリコンと
比較してエッチング条件のばらつき等によるサイズの変
動が起こり易く、そしてその変動が入力容量のばらつき
およびそれに伴う出力電圧のばらつきに直接影響を与え
るからである。而して、本実施例の場合、フローティン
グダイオード15からMOSトランジスタ18への配線
は、隣接する第3の出力ゲート電極13aとリセットゲ
ート電極16aとが第1層目のポリシリコンで形成され
ていることから、これらの電極との間にマスク目合わせ
ずれによるカップリング容量に変動が生じないようにす
るために、第1層目のポリシリコンで形成することが好
ましい。よって本実施例では、この配線とMOSトラン
ジスタ18のゲート電極とを共通化でき、配線容量を低
減化できるので出力電圧を第1の実施例の場合より大き
くできる。
By the way, the floating diode 15
The gate electrode of the MOS transistor 18 connected to is usually formed of the first-layer polysilicon. The reason is that the polysilicon of the second layer is more likely to change in size due to variations in etching conditions than the polysilicon of the first layer, and the variation is caused by variations in input capacitance and variations in output voltage. Because it directly affects. Thus, in the case of the present embodiment, in the wiring from the floating diode 15 to the MOS transistor 18, the adjacent third output gate electrode 13a and reset gate electrode 16a are formed of the first-layer polysilicon. Therefore, in order to prevent the coupling capacitance from varying due to the misalignment of the mask between these electrodes, it is preferable to form the first layer of polysilicon. Therefore, in the present embodiment, this wiring and the gate electrode of the MOS transistor 18 can be made common, and the wiring capacitance can be reduced, so that the output voltage can be made larger than in the first embodiment.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、電荷転
送領域の幅が出力ゲート電極の近傍の転送電極下から前
記出力ゲート電極下の間で徐々に狭くなっており、前記
出力ゲート電極が複数個に分割されている電荷結合素子
において、前記出力ゲート電極の最終ゲート電極下の前
記電荷転送領域の幅を一定にしたものであるので、本発
明によれば、この電極に隣接し、電荷転送領域の幅が同
一電極下で徐々に狭くなっている出力ゲート電極下にお
いて現れる狭チャネル効果によるチャネル電位の低下を
最終出力ゲート電極の縁電界(fringing field)効果に
よって解消することができる。したがって、本発明によ
れば、電荷検出用のフローティングダイオードの面積を
縮小化しても転送不良が生じることがなくなり、高感度
で電荷転送効率の高い電荷結合素子を提供することがで
きる。
As described above, according to the present invention, the width of the charge transfer region is gradually narrowed from below the transfer electrode near the output gate electrode to below the output gate electrode. In the charge-coupled device divided into a plurality, the width of the charge transfer region under the final gate electrode of the output gate electrode is made constant, so according to the present invention, adjacent to this electrode, The reduction of the channel potential due to the narrow channel effect that appears under the output gate electrode in which the width of the charge transfer region is gradually narrowed under the same electrode can be eliminated by the fringing field effect of the final output gate electrode. Therefore, according to the present invention, even if the area of the floating diode for charge detection is reduced, defective transfer does not occur, and it is possible to provide a charge coupled device with high sensitivity and high charge transfer efficiency.

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

【図1】本発明の第1の実施例を示す平面図。FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A線断面図とその断面におけるチャ
ネル電位図。
2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 and a channel potential diagram in the cross section.

【図3】本発明の第2の実施例を示す平面図。FIG. 3 is a plan view showing a second embodiment of the present invention.

【図4】図3のA−A線断面図とその断面におけるチャ
ネル電位図。
4 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 3 and a channel potential diagram in the cross section.

【図5】従来例の平面図。FIG. 5 is a plan view of a conventional example.

【図6】図5のA−A線断面図。6 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

【図7】2相駆動型CCDの駆動パルスのタイミングチ
ャート。
FIG. 7 is a timing chart of drive pulses of a two-phase drive type CCD.

【図8】従来例の電荷転送状態を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a charge transfer state of a conventional example.

【図9】電荷転送領域の幅とチャネル電位との関係を示
す図。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a width of a charge transfer region and a channel potential.

【図10】従来例の問題点を説明するための断面図とチ
ャネル電位図。
10A and 10B are a cross-sectional view and a channel potential diagram for explaining problems in the conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…転送電極、 10a…第2層目のポリシリコン
のみで形成された最終転送電極、 11、11a…第
1の出力ゲート電極、 12、12a…第2の出力ゲ
ート電極、 13、13a…第3の出力ゲート電極、
14…nウェル(電荷転送領域)、 15…電荷
検出用のフローティングダイオード、16、16a…リ
セットゲート電極、 17…リセットドレイン、
18…MOSトランジスタ、 19…負荷抵抗、
20…出力端子、 21…pウェル、 22…n型
半導体基板、 23…バリヤ領域。
Reference numeral 10 ... Transfer electrode, 10a ... Final transfer electrode formed only of second layer polysilicon, 11, 11a ... First output gate electrode, 12, 12a ... Second output gate electrode, 13, 13a ... 3 output gate electrodes,
14 ... N-well (charge transfer region), 15 ... Floating diode for charge detection, 16, 16a ... Reset gate electrode, 17 ... Reset drain,
18 ... MOS transistor, 19 ... Load resistance,
20 ... Output terminal, 21 ... P-well, 22 ... N-type semiconductor substrate, 23 ... Barrier region.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 電荷転送領域と、前記電荷転送領域の後
段に設けられた電荷検出用領域と、前記電荷転送領域上
に設けられた複数の転送電極と、前記電荷転送領域の最
終部上に設けられた複数の出力ゲート電極と、を有する
電荷結合素子において、 前記電荷転送領域の幅は、出力ゲート電極近傍の転送電
極下から出力ゲート電極下にかけて徐々に狭められかつ
最終出力ゲート電極下において均一になされていること
を特徴とする電荷結合素子。
Claim: What is claimed is: 1. A charge transfer region, a charge detection region provided in a subsequent stage of the charge transfer region, a plurality of transfer electrodes provided on the charge transfer region, and the charge transfer region. In a charge-coupled device having a plurality of output gate electrodes provided on the final part of the region, the width of the charge transfer region is gradually narrowed from below the transfer electrode near the output gate electrode to below the output gate electrode, and A charge-coupled device, characterized in that it is made uniform under the final output gate electrode.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5514886A (en) * 1995-01-18 1996-05-07 Eastman Kodak Company Image sensor with improved output region for superior charge transfer characteristics
JP2007201160A (en) * 2006-01-26 2007-08-09 Fujifilm Corp Charge coupled device

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