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KR0147364B1 - 전하전송장치 - Google Patents

전하전송장치

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Publication number
KR0147364B1
KR0147364B1 KR1019870010725A KR870010725A KR0147364B1 KR 0147364 B1 KR0147364 B1 KR 0147364B1 KR 1019870010725 A KR1019870010725 A KR 1019870010725A KR 870010725 A KR870010725 A KR 870010725A KR 0147364 B1 KR0147364 B1 KR 0147364B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gate electrode
floating gate
region
charge
signal
Prior art date
Application number
KR1019870010725A
Other languages
English (en)
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KR880006785A (ko
Inventor
다다쿠니 나라부
야스히토 마키
데츠야 곤도
이사오 히로타
Original Assignee
오가 노리오
소니 가부시키가이샤
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 오가 노리오, 소니 가부시키가이샤 filed Critical 오가 노리오
Publication of KR880006785A publication Critical patent/KR880006785A/ko
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    • 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
    • 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 
    • H10D44/462—Buried-channel CCD
    • H10D44/464—Two-phase CCD

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

본 발명은 고체촬상장치에 사용하여 적합한 전하전송장치에 관한 것으로서, 전하검출부에 플로팅게이트전극을 가지고 이루어지는 전하전송장치에 있어서, 플로팅게이트전극 및 플로팅게이트전극에 인접하여 배설되는 게이트전극중 최소한 한쪽의 전극에 돌설편부(突設片部)를 배설하고, 플로팅게이트전극과 플로팅게이트전극에 인접하여 배설되는 게이트전극과는 절연층을 통하여 돌설편부로 겹쳐지도록 함으로써, 플로팅게이트전극의 기생(寄生)용량을 감소시켜, 플로팅게이트전극에 있어서의 전하전압변환이득이 증가하도록 되어 있으므로, 신호 대 잡음비가 양호한 출력신호를 얻을 수 있다고 하는 효과가 있다.

Description

전하전송장치
제1도는 본 발명 전하전송장치의 일실시예인 매입채널형 전하결합장치의 요부를 나타낸 개략적 평면도.
제2도는 제1도의 I I-I I'선 단면도.
제3도는 제1도의 I I I-I I I'선 단면도.
제4도는 종래의 전하전송장치의 요부를 나타낸 개략적 평면도.
제5도는 제4도의 Ⅴ-Ⅴ'선 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1:P형 실리콘기판 2:전하전송부
3:전하검출부 4T,5T:트랜스퍼게이트영역
4S,5S:스토리지게이트영역 6:절연층
7T,8T:트랜스퍼게이트전극 7S,8S:스토리지게이트전극
11:플로팅게이트영역 12:출력게이트영역
13:플로팅게이트전극 13A:플로팅게이트전극의 돌설편(突設片)
14:출력게이트전극 17:출력단자
20:프리차지드레인영역 21,22:프리차지게이트영역
24,25:프리자치게이트전극 28:선택산화층
36,37:채널스토퍼영역 38:출력게이트영역
39:출력게이트전극
본 발명은 예를 들면 고체촬상장치에 사용하여 적합한 전하전송장치에 관한 것이다. 본 발명은 예를 들면 고체촬상장치에 사용하여 적합한 전하전송장치이고, 전하검출부에 플로팅게이트전극을 가지고 이루어지는 전하전송장치에 있어서, 플로팅게이트전극 및 플로팅게이트전극에 인접하여 배설되는 게이트전극중 최소한 한쪽의 전극에 돌설편부를 배설하고, 플로팅게이트전극과 플로팅게이트전극에 인접하여 배설되는 게이트전극과는 절연층을 통하여 돌설편부로 겹쳐지도록 함으로써, 플로팅게이트전극의 기생(寄生)용량을 감소시키고, 전하전압변환이득을 크게 하며, 이것을 예를 들면 고체촬상장치에 사용하는 경우에는, 신호 대 잡음비가 양호한 화상신호를 얻을 수 있도록 한 것이다. 종래, 전하전송장치, 예를 들면 전하결합장치(Charge Coupled Device, 이하, CCD라고 함)로서 제4도 및 제5도에 각각 그 요부를 나타낸 것이 제안되어 있다. 이 제4도 및 제5도에 있어서, (1)은 P형 실리콘기판을 나타내고, 본 예의 CCD에 있어서는, 이 P형 실리콘기판(1)을 기체(基體)로 하여 입력부와, 이 입력부로부터 송출되는 신호전하를 전송하는 전하전송부(2)와, 이 전하전송부(2)에 전송하여 오는 신호전하를 검출하는 전하검출부(3)가 배설된다. 여기에 입력부에 대해서는, 도시하지 않지만 신호전하를 전하전송부(2)에 송출할 수 있도록 주지와 같이 구성된다. 또 전하전송부(2)는, 대칭성을 가지는 2상(相)의 클록펄스 φ1및 φ2를 사용하여 신호전하를 전송할 수 있도록 구성된다. 즉, 본 예에 있어서는, 제4도 및 제5도에 그 일부를 나타낸 바와 같이, P형 실리콘기판(1)에 신호전하의 전송로로 되는 N-형 영역으로 이루어지는 트랜스퍼게이트영역(4T), N형 영역으로 이루어지는 스토리지게이트영역(4S), N-형 영역으로 이루어지는 트랜스퍼게이트영역(5T) 및 N형 영역으로 이루어지는 스토리지게이트영역(5S)이 순차 1열로 연속되도록 하여 배설된다. 또 이들 트랜스퍼게이트영역(4T), 스토리지영역(4S), 트랜스퍼게이트영역(5T) 및 스토리지게이트영역(5S)상에 절연층(6)을 통하여 전송전극을 이루는 폴리실리콘으로 이루어지는 트랜스퍼게이트전극(7T), 스토리지게이트전극(7S), 트랜스퍼게이트전극(8T) 및 스토리지게이트전극(8S)이 배설된다. 이 경우, 트랜스퍼게이트전극(7T)과 스토리지게이트전극(7S)은 한쪽의 클록펄스 φ1가 공급되는 클록펄스입력단자(9)에 접속되고, 트랜스퍼게이트전극(8T)과 스토리지게이트전극(8S)은 다른 쪽의 클록펄스 φ2가 공급되는 클록펄스입력단자(10)에 접속된다. 또 전하검출부(3)는 전하전송부(2)에 전송되어 오는 신호전하를 비파괴적으로 검출할 수 있도록 구성된다. 즉 본 예에 있어서는, 전하전송부(2)의 전송로의 종단부인 스토리지게이트영역(5S)에 인접하여 N형 영역으로 이루어지는 플로팅게이트영역(11)이 N형 영역으로 이루어지는 출력게이트영역(12)을 통하여 배설된다. 또 이들 플로팅게이트영역(11) 및 출력게이트영역(12)상에 각각 절연층(6)을 통하여 폴리실리콘으로 이루어지는 플로팅게이트전극(13) 및 출력게이트전극(14)이 배설된다. 이 경우, 출력게이트전극(14)은 소정의 직류전압 VOG1이 공급되는 직류전압 입력단자(15)에 접속된다. 또 플로팅게이트전극(13)은 동일 기판(1)에 형성되는 MOS형 전계효과트랜지스터(이하, MOS FET라고 함)에 의하여 구성되는 증폭기(16)를 통하여 출력단자(17)에 접속된다. 또 플로팅게이트전극(13)은 그 게이트전극에 리셋펄스 φRS가 공급되는 MOS FET(18)의 소스 드레인 통로를 통하여 리셋용의 소정의 직류전압 VRS이 공급되는 리셋용 직류전압입력단자(19)에 접속된다. 또 플로팅게이트영역(11)에 인접하여 N+형 영역으로 이루어지는 프리차지드레인영역(20)이 N-형 영역 및 N형 영역으로 이루어지는 프리차지게이트영역(21) 및 (22)을 통하여 배설되고, 또 프리차지드레인영역(20)상에는 절연층(6)의 개구(6A),(6B), (6C),(6D)를 통하여 이 프리차지드레인영역(20)에 접속되는 알루미늄으로 이루어지는 프리차지드레인전극(23)이 배설된다. 또 프리차지게이트영역(21) 및 (22)상에는 각각 절연층(6)을 통하여 폴리실리콘으로 이루어지는 프리차지게이트전극(24) 및 (25)이 배설된다. 이 경우, 프리차지드레인전극(23)은 소정의 직류전압 VPD이 공급되는 직류전압입력단자(26)에 접속되고, 또 프리차지게이트전극(24) 및 (25)은 클록펄스 φ1및 φ2에 동기(同期)된 소정의 클록펄스 φPG가 공급되는 클록펄스입력단자(27)에 접속된다.
그리고, 제4도에 있어서, (28)은 선택산화막으로 이루어지는 소자분리영역, 파선에 의한 사선으로 나타낸 영역(29) 및 (30)은 각각 P+형 영역으로 이루어지는 채널스토퍼영역이다.
이와 같이 구성된 본 예의 CCD에 있어서는, 입력부로부터 송출된 신호전하는 전하전송부(2)의 전송로(4T),(4S),(5T),(5S)…(4T),(4S),(5T),(5S)내를 전송하고, 출력게이트영역(12)을 통하여 플로팅게이트영역(11)으로 송입(送入)되고, 그 후, 이 신호전하는 프리차지게이트영역(21) 및 (22)을 통하여 프리차지드레인영역(20)으로 소출(掃出)된다.
여기에 플로팅게이트영역(11)에 신호전하가 송입되면, 플로팅게이트전극(13)과 기판(1)과의 사이의 정전(靜電)용량이 변화한다. 이 경우, 플로팅게이트전극(13)은 신호전하가 플로팅게이트영역(11)에 송입되기 전에 끊임없이 MOS FET(18)를 통하여 전압 VRS에 충전되므로, 이 플로팅게이트전극(13)에 있어서는, 플로팅게이트영역(11)에 송입되는 신호전하의 양에 대응한 전압변화가 생긴다. 따라서, 본 예의 CCD에 있어서는, 전송되어 오는 신호전하의 양에 대응하여 플로팅게이트전극(13)에 생기는 전압변화를 증폭한 신호를 출력신호로서 출력단자(17)에 얻을 수 있다.
그런데, 또 본 예의 CCD에 있어서는, 제4도 및 제5도에 나타낸 바와 같이, 출력게이트전극(14)의 후단부와 플로팅게이트전극(13)의 전단부가 절연층(6)을 통하여 겹쳐지도록 하는 동시에, 플로팅게이트전극(13)의 후단부와 프리차지게이트전극(24)의 전단부가 절연층(6)을 통하여 겹쳐지도록 하여, 출력게이트영역(12)과 플로팅게이트영역(11)과의 사이 및 플로팅게이트영역(11)과 프리차지게이트영역(21)과의 사이에 각각 전위장해가 생기지 않도록 함으로써, 신호전하를 원할하게 전송할 수 있도록 되어 있다.
그러나, 이러한 종래의 CCD에 있어서는, 제4도에 나타낸 바와 같이, 플로팅게이트전극(13)과 출력게이트전극(14)이 겹쳐지는 부분(31)의 면적, 플로팅게이트전극(13)과 프리차지게이트전극(24)이 겹쳐지는 부분(32)의 면적 및 플로팅게이트전극(13)과 채널스토퍼영역(29),(30)이 겹쳐지는 부분(33),(34)의 면적이 크고, 그 때문에, 플로팅게이트전극(13)의 기생용량이 커지고, 플로팅게이트전극(13)에 있어서의 전하검출감도가 저하하며, 즉 플로팅게이트전극(13)에 있어서의 전하전압변환 이득이 저하하고, 출력단자(17)에 신호 대 잡음비가 양호한 출력신호를 얻을 수 없다고 하는 문제가 있었다.
여기서 근래, 고체촬상장치에 있어서는, 고밀도화, 고접적화에 따라서 수광면적이 감소하고, 하나의 화소내의 취급신호전하량은 점점 적어지는 경향에 있다. 그러므로, 이러한 고체촬상장치에 사용되는 CCD에 있어서는, 신호 대 잡음비가 양호한 출력신호를 얻을 수 있도록 하는 것이 강하게 요청되고 있었다.
본 발명은, 이러한 점에 감안하여 신호 대 잡음비가 양호한 출력신호를 얻을 수 있도록 한 고체촬상장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 전하전송장치는, 예를 들면 제1도∼제3도에 나타낸 바와 같이, 전하검출부(3)에 플로팅게이트전극(13)을 가지고 이루어지는 전하전송장치에 있어서, 플로팅게이트전극(13) 및 플로팅게이트전극(13)에 인접하여 배설되는 게이트전극(14)중 최소한 한쪽의 전극(13)에 돌설편부(13A)를 배설하고, 플로팅게이트전극(13)과 플로팅게이트전극(13)에 인접하여 배설되는 게이트전극(14)과는 절연층(6)을 통하여 돌설편부(13A)로 겹쳐지도록 한 것이다.
이러한 본 발명에 의하면, 플로팅게이트전극(13)과 플로팅게이트전극(13)에 인접하여 배설되는 게이트전극(14)과는 절연층(6)을 통하여 돌설편부(13A)로 겹쳐지도록 되어 있으므로, 플로팅게이트전극(13)과 플로팅게이트전극(13)에 인접하여 배설되는 게이트전극(14)이 겹쳐지는 부분(35)의 면적은 작아지고, 플로팅게이트전극(13)의 기생용량은 감소한다. 따라서, 플로팅게이트전극에 있어서의 전하전압변환이득은 증가하고, 신호 대 잡음비가 양호한 출력신호를 얻을 수 있다.
다음에, 제1도∼제3도를 참조하여, 본 발명 전하전송장치의 일실시예에 대하여 본 발명을 제4도 종래에와 동일하게 매입채널형의 CCD(buried channel CCD. 이하, BCCD라고 함)에 적용한 경우를 예로 하여 설명한다. 단, 이 제1도∼제3도에 있어서, 제4도 및 제5도에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고, 그 상세설명은 생략한다.
본 예에 있어서는, 플로팅게이트전극(13)의 전단부의 대략 중앙부분에 돌설편(13A)을 배설하고, 이 돌설편(13A)의 선단부분에 있어서 플로팅게이트전극(13)과 출력게이트전극(14)이 절연층(6)을 통하여 겹쳐지도록 하고, 이 겹쳐지는 부분의 아래의 출력게이트영역(12)을 통하여 전하전송부(2)에 전송되어 온 신호전하를 풀로팅게이트영역(11)에 송입할 수 있도록 한다.
또 본 예에 있어서는, 프리차지게이트전극(24)의 전단부에 플로팅게이트전극(13)의 폭보다 작은 폭을 가지는 돌설편(24A)을 배설하고, 이 돌설편(24A)의 선단부분에 있어서 플로팅게이트전극(13)과 프리차지게이트전극(24)이 절연층(6)을 통하여 겹쳐지도록 하고, 이 겹쳐지는 부분의 아래의 플로팅게이트영역(11)을 통하여 신호전하를 프리차지게이트영역(21)에 전송할 수 있도록 한다.
또 본 예에 있어서는, 제1도에 파선에 의한 사선으로 나타낸 부분에 P+형 영역으로 이루어지는 채널스토퍼영역(36),(37)을 형성하고, 플로팅게이트전극(13)과 채널스토퍼영역(36),(37)과는 전혀 겹쳐지지 않도록 한다. 또 본 예에 있어서는, 프리차지게이트영역(22)과 프리차지드레인영역(20)과의 사이에 N형 영역으로 이루어지는 출력게이트영역(38)을 배설하는 동시에, 이 출력게이트영역(38)상에 절연층(6)을 통하여 출력게이트전극(39)을 배설하고, 이 출력게이트전극(39)에 단자(40)를 통하여 소정의 직류전압 VOG2을 공급하고, 플로팅게이트영역(11)에 유입된 신호전하를 프리차지게이트영역(21) 및 (22)과 출력게이트영역(38)을 통하여 프리차지드레인영역(20)으로 소출할 수 있도록 한다. 그 외에 대해서는 제4도 종래예와 동일하게 구성한다. 이와 같이 구성된 본 예의 BCCD에 있어서는, 입력부(도시하지 않음)로부터 송출된 신호전하는 전하전송부(2)의 전송로(4T),(4S),(5T),(5S)…(4T),(4S),(5T),(5S)내를 전송하고, 출력게이트영역(12)을 통하여 플로팅게이트영역(11)에 송입된다. 그리고, 그 후, 이 신호전하는 프리차지게이트영역(21) 및 (22)과 출력게이트영역(38)을 통하여 프리차지드레인영역(20)으로 소출된다. 여기에 플로팅게이트영역(11)에 신호전하가 송입되면, 플로팅게이트전극(13)과 기판(1)과의 사이의 정전용량이 변화한다. 이 경우, 플로팅게이트전극(13)은 신호전하가 플로팅게이트영역(11)으로 송입되기전에 끊임없이 MOS FET(18)를 통하여 전압VRS에 충전되므로, 이 플로팅게이트전극(13)에 있어서는, 플로팅게이트영역(11)에 송입되는 신호전하의 양에 대응한 전압변화가 생긴다. 따라서, 본 예의 BCCD에 있어서도, 전송되어 오는 신호전하의 양에 대응하여 프로팅게이트전극(13)에 생기는 전압변화를 증폭한 신호를 출력신호로서 출력단자(17)에 얻을 수 있다. 이 경우, 본 예의 BCCD에 있어서는, 플로팅게이트전극(13)과 출력게이트전극(14)과는 플로팅게이트전극(13)에 배설된 돌설편(13A)의 선단부분에 있어서 절연층(6)을 통하여 겹쳐지도록 되어 있으므로, 플로팅게이트전극(13)과 출력게이트전극(14)과의 사이에 생기는 기생용량은 대폭으로 감소한다. 또 플로팅게이트전극(13)과 프리차지게이트전극(24)과는 프리차지게이트전극(24)에 배설된 돌설편(24A)의 선단부분에 있어서 절연층(6)을 통하여 겹쳐지도록 되어 있으므로, 플로팅게이트전극(13)과 프리차지게이트전극(24)과의 사이에 생기는 기생용량도 대폭으로 감소한다. 또 플로팅게이트전극(13)과 채널스토퍼영역(36),(37)과는 전혀 겹쳐지지 않도록 되어 있으므로, 플로팅게이트전극(13)과 채널스토퍼영역(36),(37)과의 사이의 기생용량은 무시할 수 있는 정도의 것으로 된다.
이와같이 본 실시예에 있어서는, 플로팅게이트전극(13)의 기생용량을 대폭으로 감소할 수 있도록 되어 있으므로, 플로팅게이트전극(13)에 있어서의 전하전압변환이득이 증가하고, 신호 대 잡음비가 양호한 출력신호를 얻을 수 있다고 하는 이익이 있다. 따라서, 또 고밀도화, 고집적화에 따라서 수광면적이 감소하고, 하나의 화소내의 취급신호전하량이 적어져 있는 고체촬상장치에 사용할 때는, 취급전하량이 적음에도 불구하고, 신호 대 잡음비가 양호한 화상신호를 얻을 수 있다고 하는 이익이 있다. 그리고, 전술한 실시예에 있어서는, 본 발명을 BCCD에 적용한 경우에 대하여 설명하였으나, 그 대신에, 표면채널형 CCD(surface channel CCD)에 적용할 수 있으며, 이 경우에도, 전술한 바와 동일한 작용효과를 얻을 수 있다. 또 본 발명은, 전술한 실시예에 한하지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 기타 여러 가지 구성을 취할 수 있는 것은 물론이다. 본 발명에 의하면, 플로팅게이트전극(13)의 기생용량을 감소시켜, 플로팅게이트전극에 있어서의 전하전압변환이득이 증가하도록 되어 있으므로, 신호 대 잡음비가 양호한 출력신호를 얻을 수 있다고 하는 이익이 있다. 따라서, 또 본 발명을 고밀도화, 고직접화에 따라서 수광면적이 감소하고 하나의 화소내의 취급신호전하량이 적어져 있는 고체촬상장치에 사용할 때는, 취급신호전하량이 적음에도 불구하고, 신호 대 잡음비가 양호한 화상신호를 얻을 수 있다고 하는 이익이 있다.

Claims (1)

  1. 전하검출부에 플로팅게이트전극을 가지고 이루어지는 전하전송장치에 있어서, 상기 플로팅게이트전극 및 상기 플로팅게이트전극에 인접하여 배설되는 게이트전극중 최소한 한쪽의 전극에 돌설편부(突設片部)를 배설하고, 상기 플로팅게이트전극과 상기 플로팅게이트전극에 인접하여 배설되는 상기 게이트전극과는 절연층을 통하여 상기 돌설편부로 겹쳐지도록 한 것을 특징으로 하는 전하전송장치.
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