JPH05243281A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH05243281A JPH05243281A JP4044711A JP4471192A JPH05243281A JP H05243281 A JPH05243281 A JP H05243281A JP 4044711 A JP4044711 A JP 4044711A JP 4471192 A JP4471192 A JP 4471192A JP H05243281 A JPH05243281 A JP H05243281A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- floating diffusion
- type semiconductor
- charge transfer
- conductivity
- diffusion layer
- 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.)
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-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C19/00—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers
- G11C19/28—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements
- G11C19/282—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements with charge storage in a depletion layer, i.e. charge coupled devices [CCD]
- G11C19/285—Peripheral circuits, e.g. for writing into the first stage; for reading-out of the last stage
-
- 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
- H10D44/454—Output structures
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】浮遊拡散層部9下の第1導電型半導体層の不純
物濃度を低濃度化することにより電荷電圧変換効率を向
上させた出力機構を有する電荷転送装置を得る。 【構成】N+ 型半導体領域のパンチスルー防止及び電荷
転送部を構成する第1のP型ウエル層2b(不純物濃度
約1.0×1016/cm3 )を浮遊拡散層部9を構成す
る第2のP型ウエル層2c(不純物濃度約1.0×10
15/cm3 )内に形成する。
物濃度を低濃度化することにより電荷電圧変換効率を向
上させた出力機構を有する電荷転送装置を得る。 【構成】N+ 型半導体領域のパンチスルー防止及び電荷
転送部を構成する第1のP型ウエル層2b(不純物濃度
約1.0×1016/cm3 )を浮遊拡散層部9を構成す
る第2のP型ウエル層2c(不純物濃度約1.0×10
15/cm3 )内に形成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置及びその製
造方法に関し、電荷電圧変換効率を向上させた電荷転送
装置の出力機構に関する。
造方法に関し、電荷電圧変換効率を向上させた電荷転送
装置の出力機構に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、電荷転送装置の出力は、電荷電
圧変換を行う出力回路を介して取り出される。
圧変換を行う出力回路を介して取り出される。
【0003】図3(a)は、従来の出力機構を有する電
荷転送装置の断面図を示した概略図であり、浮遊拡散増
幅法(Floating diffusion amp
lifer,kosonocky,W.f. and
Carnes,J.E.:“Two Phase Ch
arge Coupled Devices with
Overlapping Polysilicon
and Aluminum Gates,”RCA R
eview 34, pp164〜202.)と称され
る。
荷転送装置の断面図を示した概略図であり、浮遊拡散増
幅法(Floating diffusion amp
lifer,kosonocky,W.f. and
Carnes,J.E.:“Two Phase Ch
arge Coupled Devices with
Overlapping Polysilicon
and Aluminum Gates,”RCA R
eview 34, pp164〜202.)と称され
る。
【0004】同図より、従来の出力機構を有する電荷転
送装置の構造は、N型半導体基板1(不純物濃度約2.
0×1014/cm3 )上にN+ 型半導体領域4のパンチ
スルー防止、電荷転送部及び浮遊拡散層部9を構成する
P型ウエル層2a(不純物濃度約1.0×1016/cm
3 )を設け、前記P型ウエル層2a内に電荷転送部及び
浮遊拡散層部9を構成するN型半導体領域3(不純物濃
度約1.0×1017/cm3 )、リセット電位を与える
N+ 型半導体領域4(不純物濃度約1.0×1020/c
m3 )が形成され、また、電荷転送部のN型半導体領域
3の一部には、N- 型半導体領域5が形成され、更に、
ゲート絶縁膜を介して電荷転送電極6a,b、出力ゲー
ト電極7、リセットゲート電極8となる多結晶シリコン
の導電性電極が形成されていた。
送装置の構造は、N型半導体基板1(不純物濃度約2.
0×1014/cm3 )上にN+ 型半導体領域4のパンチ
スルー防止、電荷転送部及び浮遊拡散層部9を構成する
P型ウエル層2a(不純物濃度約1.0×1016/cm
3 )を設け、前記P型ウエル層2a内に電荷転送部及び
浮遊拡散層部9を構成するN型半導体領域3(不純物濃
度約1.0×1017/cm3 )、リセット電位を与える
N+ 型半導体領域4(不純物濃度約1.0×1020/c
m3 )が形成され、また、電荷転送部のN型半導体領域
3の一部には、N- 型半導体領域5が形成され、更に、
ゲート絶縁膜を介して電荷転送電極6a,b、出力ゲー
ト電極7、リセットゲート電極8となる多結晶シリコン
の導電性電極が形成されていた。
【0005】同図において、転送電極に接続された配線
ラインにそれぞれ逆相の転送クロック電圧Φ1,2 を印加
することにより、電極下にある信号電荷は順に出力ゲー
ト電極7、浮遊拡散層部9に転送され、MOSトランジ
スタ14a,bにより電荷電圧変換が行われる。
ラインにそれぞれ逆相の転送クロック電圧Φ1,2 を印加
することにより、電極下にある信号電荷は順に出力ゲー
ト電極7、浮遊拡散層部9に転送され、MOSトランジ
スタ14a,bにより電荷電圧変換が行われる。
【0006】上記の動作を、更に、図3(b)〜(d)
に示されたポテンシャル図を用いて詳細に説明する。
に示されたポテンシャル図を用いて詳細に説明する。
【0007】リセットクロック電圧ΦR を印加すること
によりリセットゲート電極8がオンすると、浮遊拡散層
部9の電位はリセット電圧12と同じに設定され、続い
て、信号電荷検出のために、リセットゲート電極8がオ
フにセットされる[図3(b)]。
によりリセットゲート電極8がオンすると、浮遊拡散層
部9の電位はリセット電圧12と同じに設定され、続い
て、信号電荷検出のために、リセットゲート電極8がオ
フにセットされる[図3(b)]。
【0008】続いて、転送電極に接続された配線ライン
にそれぞれ逆相の転送クロック電圧Φ1,2 を印加するこ
とにより、転送電極6a,b下のポテンシャルを変化さ
せ、信号電荷e1,e2,e3…がそれぞれ各1段転送
する。このとき、信号電荷e1は、出力ゲート電極7を
介して浮遊拡散層部9に転送され、ここで、送り込まれ
た信号電荷e1による電位変動は、MOSトランジスタ
14a,bで構成されるソースフォロアアンプによりイ
ンピーダンス変換が行われ、出力端子より電圧出力が取
り出される。ここで、転送されてきた信号電荷量をQ、
浮遊拡散容量10をC、ソースフォロアアンプの電圧利
得をGとすると、信号出力Vは、 V=Q/C・G となる[図3(c)]。
にそれぞれ逆相の転送クロック電圧Φ1,2 を印加するこ
とにより、転送電極6a,b下のポテンシャルを変化さ
せ、信号電荷e1,e2,e3…がそれぞれ各1段転送
する。このとき、信号電荷e1は、出力ゲート電極7を
介して浮遊拡散層部9に転送され、ここで、送り込まれ
た信号電荷e1による電位変動は、MOSトランジスタ
14a,bで構成されるソースフォロアアンプによりイ
ンピーダンス変換が行われ、出力端子より電圧出力が取
り出される。ここで、転送されてきた信号電荷量をQ、
浮遊拡散容量10をC、ソースフォロアアンプの電圧利
得をGとすると、信号出力Vは、 V=Q/C・G となる[図3(c)]。
【0009】続いて、次の信号電荷検出のためにリセッ
トゲート電極8をオンし、浮遊拡散層部9の電位をリセ
ット電圧12と同じに設定する[図3(d)]。
トゲート電極8をオンし、浮遊拡散層部9の電位をリセ
ット電圧12と同じに設定する[図3(d)]。
【0010】この動作を、繰り返し行うことにより、電
荷転送電極6a,bを順次転送されてくる信号電荷を出
力信号として出力端子VOUT から取り出すことができ
る。
荷転送電極6a,bを順次転送されてくる信号電荷を出
力信号として出力端子VOUT から取り出すことができ
る。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】この従来の出力機構を
有する電荷転送装置では、信号電荷量に対する出力電圧
の大きさは浮遊拡散容量10の大きさに反比例するた
め、電荷転送装置の小型化に対応して、その感度保持或
いは、感度向上のため浮遊拡散層部9の面積を低減し底
面容量の低減に努めてきた。
有する電荷転送装置では、信号電荷量に対する出力電圧
の大きさは浮遊拡散容量10の大きさに反比例するた
め、電荷転送装置の小型化に対応して、その感度保持或
いは、感度向上のため浮遊拡散層部9の面積を低減し底
面容量の低減に努めてきた。
【0012】一方、従来の出力機構を有する電荷転送装
置では、取扱い信号電荷量の大きさは電荷転送部の面積
に比例するため、電荷転送装置の小型化に対応して、そ
の取扱い信号電荷量の大きさ保持或いは、向上のため電
荷転送部のP型ウエル層の濃度を上げることによりP型
ウエル層2aとN型半導体領域3の接合の深さを浅く形
成し、接合容量を大きくすることにより単位面積当たり
の電荷転送能力の向上に努めてきた。
置では、取扱い信号電荷量の大きさは電荷転送部の面積
に比例するため、電荷転送装置の小型化に対応して、そ
の取扱い信号電荷量の大きさ保持或いは、向上のため電
荷転送部のP型ウエル層の濃度を上げることによりP型
ウエル層2aとN型半導体領域3の接合の深さを浅く形
成し、接合容量を大きくすることにより単位面積当たり
の電荷転送能力の向上に努めてきた。
【0013】この様な、相反する項目の操作のため、電
荷転送装置小型化に際して、前述した浮遊拡散容量10
部の面積低減にも拘らず、その効果が十分に得られない
という欠点があった。
荷転送装置小型化に際して、前述した浮遊拡散容量10
部の面積低減にも拘らず、その効果が十分に得られない
という欠点があった。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
第1導電型半導体層内に形成された電荷転送部により転
送される信号電荷を第2導電型半導体領域の浮遊拡散層
部に転送して電荷電圧変換を行う出力機構を有する電荷
転送装置において、前記浮遊拡散層部下の第1導電型半
導体層の不純物濃度を低濃度化する(好ましくは5.0
×1014〜5.0×1015/cm3 )ことにより電荷電
圧変換効率を向上させた出力機構を有する。
第1導電型半導体層内に形成された電荷転送部により転
送される信号電荷を第2導電型半導体領域の浮遊拡散層
部に転送して電荷電圧変換を行う出力機構を有する電荷
転送装置において、前記浮遊拡散層部下の第1導電型半
導体層の不純物濃度を低濃度化する(好ましくは5.0
×1014〜5.0×1015/cm3 )ことにより電荷電
圧変換効率を向上させた出力機構を有する。
【0015】
【実施例】次に、本発明の第1の実施例について、図面
を参照して説明する。
を参照して説明する。
【0016】図1において、図3に示す従来例の部分と
共通する部分には、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。
共通する部分には、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。
【0017】本実施例が図3に示す従来例と相違する点
は、N+ 型半導体領域4のパンチスルー防止及び電荷転
送部を構成する第1のP型ウエル層2b(不純物濃度約
1.0×1016/cm3 )が浮遊拡散層部9を構成する
不純物のイオン注入及び熱拡散法にて形成された第2の
P型ウエル層2c(不純物濃度約1.0×1015/cm
3 )内に形成されている点である。
は、N+ 型半導体領域4のパンチスルー防止及び電荷転
送部を構成する第1のP型ウエル層2b(不純物濃度約
1.0×1016/cm3 )が浮遊拡散層部9を構成する
不純物のイオン注入及び熱拡散法にて形成された第2の
P型ウエル層2c(不純物濃度約1.0×1015/cm
3 )内に形成されている点である。
【0018】本実施例の電荷転送装置は、図3に示した
従来例と同様に動作するが、浮遊拡散層部9下の第2の
P型ウエル層2c領域の不純物濃度を低濃度化している
ので、PN接合にて形成される空乏層を前記第2のP型
ウエル層2c側に大きく広げることができる。
従来例と同様に動作するが、浮遊拡散層部9下の第2の
P型ウエル層2c領域の不純物濃度を低濃度化している
ので、PN接合にて形成される空乏層を前記第2のP型
ウエル層2c側に大きく広げることができる。
【0019】例えば、浮遊拡散層部9の面積を出力ゲー
ト電極7−リセットゲート電極8間6μm、素子分離間
8μm、前記第1のP型ウエル層2aを出力ゲート電極
7、リセットゲート電極8からそれぞれ0.5μmの位
置から形成したような構造の場合、浮遊拡散容量10を
従来例のそれより約30%程度小さくすることができ
る。 次に、本発明の第2の実施例について、図面を参
照して説明する。
ト電極7−リセットゲート電極8間6μm、素子分離間
8μm、前記第1のP型ウエル層2aを出力ゲート電極
7、リセットゲート電極8からそれぞれ0.5μmの位
置から形成したような構造の場合、浮遊拡散容量10を
従来例のそれより約30%程度小さくすることができ
る。 次に、本発明の第2の実施例について、図面を参
照して説明する。
【0020】図2においても、図3に示す従来例の部分
と共通する部分には、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。
と共通する部分には、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。
【0021】本実施例が図3に示す従来例と相違する点
は、N+ 型半導体領域のパンチスルー防止及び電荷転送
部を構成する第1のP型ウエル層2b(不純物濃度約
1.0×1016/cm3 )が浮遊拡散層部9を構成する
エピタキシャル成長にて形成された第2のP型エピタキ
シャル層2d(不純物濃度1.0×1015/cm3 )内
に形成されている点である。
は、N+ 型半導体領域のパンチスルー防止及び電荷転送
部を構成する第1のP型ウエル層2b(不純物濃度約
1.0×1016/cm3 )が浮遊拡散層部9を構成する
エピタキシャル成長にて形成された第2のP型エピタキ
シャル層2d(不純物濃度1.0×1015/cm3 )内
に形成されている点である。
【0022】本実施例の出力機構を有する電荷転送装置
も、図3に示した従来例と同様に動作するが、浮遊拡散
層部9下の第2のP型エピタキシャル層2d領域の不純
物濃度を低濃度化しているため、PN接合にて形成され
る空乏層を前記第2のP型エピタキシャル層2d側に大
きく広げることができる。
も、図3に示した従来例と同様に動作するが、浮遊拡散
層部9下の第2のP型エピタキシャル層2d領域の不純
物濃度を低濃度化しているため、PN接合にて形成され
る空乏層を前記第2のP型エピタキシャル層2d側に大
きく広げることができる。
【0023】例えば、浮遊拡散層部9の面積を出力ゲー
ト電極7−リセットゲート電極8間6μm、素子分離間
8μm、上記第1のP型ウエル層2aを出力ゲート電極
7、リセットゲート電極8からそれぞれ0.5μmの位
置から形成したような構造の場合、浮遊拡散容量10を
従来例のそれより約30%程度小さくすることができ
る。
ト電極7−リセットゲート電極8間6μm、素子分離間
8μm、上記第1のP型ウエル層2aを出力ゲート電極
7、リセットゲート電極8からそれぞれ0.5μmの位
置から形成したような構造の場合、浮遊拡散容量10を
従来例のそれより約30%程度小さくすることができ
る。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、浮遊拡
散層部9を構成するP型ウエル層領域の不純物濃度をN
+ 型半導体領域及び電荷転送部のP型ウエル層領域に比
べて、低濃度化することにより、PN接合にて形成され
る空乏層を前記第2のP型ウエル層2cもしくは、第2
のP型Epi層2d側に大きく広げることができるの
で、浮遊拡散容量10を従来例のそれより約30%程度
小さくすることができ、信号電荷に対する出力電圧を大
きく確保することができる。つまり、電荷転送装置の出
力機構の電荷電圧変換効率を約30%向上させることが
できる。
散層部9を構成するP型ウエル層領域の不純物濃度をN
+ 型半導体領域及び電荷転送部のP型ウエル層領域に比
べて、低濃度化することにより、PN接合にて形成され
る空乏層を前記第2のP型ウエル層2cもしくは、第2
のP型Epi層2d側に大きく広げることができるの
で、浮遊拡散容量10を従来例のそれより約30%程度
小さくすることができ、信号電荷に対する出力電圧を大
きく確保することができる。つまり、電荷転送装置の出
力機構の電荷電圧変換効率を約30%向上させることが
できる。
【図1】本発明の第1の実施例を示す断面図。
【図2】本発明の第2の実施例を示す断面図。
【図3】従来例を示す断面図。
1 N型半導体基板 2a P型ウエル層 2b 第1のP型ウエル層 2c 第2のP型ウエル層 2d 第2のP型エピタキシャル層 3 N型半導体領域 4 N+ 型半導体領域 5 N- 型半導体領域 6a,b 電荷転送電極 7 出力ゲート電極 8 リセットゲート電極 9 浮遊拡散部 10 浮遊拡散容量 11 電源電圧 12 リセット電圧 13 出力ゲート電圧 14 MOSトランジスタ Φ1,2 転送クロック電圧 ΦR リセットクロック電圧 VOUT 出力端子 e1 〜3 信号電荷
Claims (4)
- 【請求項1】 第1導電型半導体層内に形成された電荷
転送部により転送される信号電荷を第2導電型半導体領
域の浮遊拡散層部に転送して電荷電圧変換を行う出力機
能を有する半導体装置において、 前記浮遊拡散層部下の第1導電型半導体層の不純物濃度
を低濃度化する(好ましくは5.0×1014〜5.0×
1015/cm3 )ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 電荷転送部を構成する第1の第1導電型
半導体層を形成する行程と、浮遊拡散層部を構成する第
2の第1導電型半導体層を形成する工程を有することを
特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 前記浮遊拡散層部を構成する第2の第1
導電型半導体層がエピタキシャル成長法にて形成する工
程を有することを特徴とする請求項2記載の半導体装置
の製造方法。 - 【請求項4】 浮遊拡散層部下の第2の第1導電型半導
体層の不純物濃度を第1の第1導電型半導体層に反対導
電型不純物を導入することにより低濃度化して形成する
工程を有することを特徴とする請求項2記載の半導体装
置の製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4044711A JPH05243281A (ja) | 1992-03-02 | 1992-03-02 | 半導体装置及びその製造方法 |
US08/484,379 US6201268B1 (en) | 1992-03-02 | 1995-06-07 | Output structure of charge-coupled device and method for fabricating the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4044711A JPH05243281A (ja) | 1992-03-02 | 1992-03-02 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05243281A true JPH05243281A (ja) | 1993-09-21 |
Family
ID=12699010
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4044711A Pending JPH05243281A (ja) | 1992-03-02 | 1992-03-02 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6201268B1 (ja) |
JP (1) | JPH05243281A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9899444B2 (en) | 2014-11-25 | 2018-02-20 | Seiko Epson Corporation | Solid-state image capturing device and manufacturing method for the same |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1341377B1 (en) * | 2002-02-27 | 2018-04-11 | Canon Kabushiki Kaisha | Signal processing device for image pickup apparatus |
US7795655B2 (en) * | 2006-10-04 | 2010-09-14 | Sony Corporation | Solid-state imaging device and electronic device |
JP2009130015A (ja) * | 2007-11-21 | 2009-06-11 | Sanyo Electric Co Ltd | 撮像装置 |
JP5243984B2 (ja) * | 2009-01-30 | 2013-07-24 | 浜松ホトニクス株式会社 | 電子増倍機能内蔵型の固体撮像素子 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH079981B2 (ja) * | 1985-02-05 | 1995-02-01 | ソニー株式会社 | 電荷転送装置 |
JPS61198676A (ja) * | 1985-02-27 | 1986-09-03 | Nec Corp | 半導体集積回路装置 |
JPH0728031B2 (ja) * | 1989-02-11 | 1995-03-29 | 日本電気株式会社 | 電荷転送装置 |
JP3230242B2 (ja) * | 1991-02-28 | 2001-11-19 | ソニー株式会社 | 電荷転送装置 |
-
1992
- 1992-03-02 JP JP4044711A patent/JPH05243281A/ja active Pending
-
1995
- 1995-06-07 US US08/484,379 patent/US6201268B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9899444B2 (en) | 2014-11-25 | 2018-02-20 | Seiko Epson Corporation | Solid-state image capturing device and manufacturing method for the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US6201268B1 (en) | 2001-03-13 |
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