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JPH0714047B2 - Charge transfer device - Google Patents
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JPH0714047B2 - Charge transfer device - Google Patents

Charge transfer device

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Publication number
JPH0714047B2
JPH0714047B2 JP60263905A JP26390585A JPH0714047B2 JP H0714047 B2 JPH0714047 B2 JP H0714047B2 JP 60263905 A JP60263905 A JP 60263905A JP 26390585 A JP26390585 A JP 26390585A JP H0714047 B2 JPH0714047 B2 JP H0714047B2
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JP
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region
gate
potential
iii
gate electrode
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和廣 川尻
雅利 田部井
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Fujifilm Holdings Corp
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Fuji Photo Film Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は電荷転送デバイスに関し、特に各セルの一部の
半導体の表面に反転層が含まれ、その反転層の仮想電極
としての働きによりセル領域をゲート誘導のポテンシャ
ル変化から防護するようにした埋め込みチャネル型電荷
転送デバイス(CCD)に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charge transfer device, and in particular, an inversion layer is included in a surface of a semiconductor of a part of each cell, and the cell region is gate-induced by a function of the inversion layer as a virtual electrode. The present invention relates to a buried channel charge transfer device (CCD) that is protected from potential changes.

背景技術 単相CCDは、例えばCCDの信号チャネル上に連続的な導体
ゲート層を設けたものが知られている。この単相CCDは
表面チャネル装置、すなわち半導体表面を信号電荷パケ
ットが移動するようにしたCCDである。このような単相C
CDは通常の多相CCDに比較して信号処理能力が小さく、
大振幅のクロックパルスを必要とする欠点がある。
BACKGROUND ART A single-phase CCD is known, for example, in which a continuous conductor gate layer is provided on a signal channel of the CCD. This single-phase CCD is a surface channel device, that is, a CCD that allows signal charge packets to move across a semiconductor surface. Such a single phase C
CD has a smaller signal processing capacity than a normal multi-phase CCD,
It has the drawback of requiring large amplitude clock pulses.

また、埋め込みチャネル型CCDは、半導体薄層内の誘導
チャネルの中で可動電荷の蓄積および転送が行われる。
一般の表面の移動型CCDでは通常、酸化物とシリコンの
間の界面でトラッピング効果を生じるが、埋め込みチャ
ネル型CCDではこのトラッピング効果を防ぐことができ
るため、電荷転送効率が向上する。また、界面における
キャリア分散がなくなるため、電荷転送効率も高められ
る。その結果、従来より高い周波数での動作が可能であ
る。
In the buried channel type CCD, mobile charges are accumulated and transferred in an induction channel in a semiconductor thin layer.
In a general surface transfer CCD, a trapping effect usually occurs at the interface between oxide and silicon, but in a buried channel CCD, the trapping effect can be prevented, and thus charge transfer efficiency is improved. Further, since carrier dispersion at the interface is eliminated, charge transfer efficiency is also improved. As a result, it is possible to operate at a higher frequency than before.

このような埋め込みチャネル型の単相CCDとしてVP−CCD
(バーチャルフェイズCCD)がある。これは例えば、多
重セル型信号チャネルに含まれる各セルが4つの領域I
II III IVを有し、これらの領域内には、半導体表
面から適切な深さまで不純物の打込みまたは拡散が行わ
れ、各領域の不純物分布はそれぞれ異なっている。少な
くとも領域IIIの上面にはゲート電極が設けられ、各領
域固有の不純物分布によって、ゲートオン時、ゲートオ
フ時の各領域内発生最大ポテンシャルが決定される。領
域III IVの半導体表面には反転層が設けられ、この反
転層によって領域III IVがゲート電極に印加された電
圧によるポテンシャル変化から防護され、ゲート電極に
印加される電圧のオン、オフによりポテンシャルが変化
しない。したがって、ゲート電極に単相のクロック信号
を印加することにより領域I IIのポテンシャル最大値
は領域III IVの固定的ポテンシャル最大値を基準とし
て反復的に上下する。そして両方のゲート状態において
領域IIのポテンシャル最大値が領域Iより高く、領域IV
のポテンシャル最大値が領域IIIより高く保たれている
から、電荷移動の方向性が得られる。
As such a buried channel type single-phase CCD, VP-CCD
There is (Virtual Phase CCD). This is because, for example, each cell included in the multi-cell type signal channel has four regions I.
II III IV, in which impurity implantation or diffusion is performed from the semiconductor surface to an appropriate depth in these regions, and the impurity distribution in each region is different. A gate electrode is provided at least on the upper surface of the region III, and the maximum potential generated in each region when the gate is on and when the gate is off is determined by the impurity distribution unique to each region. An inversion layer is provided on the semiconductor surface of the region III IV, and the inversion layer protects the region III IV from the potential change due to the voltage applied to the gate electrode, and the potential is turned on and off by the voltage applied to the gate electrode. It does not change. Therefore, by applying a single-phase clock signal to the gate electrode, the potential maximum value in the region I II repeatedly rises and falls on the basis of the fixed potential maximum value in the region III IV. In both gate states, the maximum potential of region II is higher than that of region I,
Since the maximum potential of is kept higher than that in the region III, the directionality of charge transfer can be obtained.

このようなVP−CCDは撮像素子として用いる場合、従来
のFT−CCDのように半導体層の前面を電荷転送用のポリ
シリコン電極により被覆しているものとは異なり、領域
I IIのみをポリシリコン電極により被覆すればよいか
ら入射光に対する感度が良い。
When such a VP-CCD is used as an imaging device, unlike the conventional FT-CCD in which the front surface of the semiconductor layer is covered with a polysilicon electrode for charge transfer, only the region I II is polysilicon. Since it may be covered with electrodes, the sensitivity to incident light is good.

しかし、このようなVP−CCDは各領域のポテンシャル最
大値が異なるようにするため、各領域の不純物分布が異
なるように各領域に不純物の打込みまたは拡散を行うた
め製造が難しかった。すなわち、領域と領域の境におい
て打込みまたは拡散された不純物分布の領域が重なるこ
とにより、または領域と領域の間に不純物分布のない隙
間が生じることにより不純物の分布を所望のものとする
ことができなかった。特にゲート電極の形成されない領
域においては最上部に反転層が設けられるため、ポテン
シャル最大値の異なる2つの領域を不純物の打込みまた
は拡散により形成した後、この2つの領域の上部に均一
に不純物の打込みまたは拡散を行うことにより反転層の
領域を形成しなければならず、製造が難しかった。
However, such a VP-CCD is difficult to manufacture because the potential maximum value of each region is different, and the impurity is implanted or diffused in each region so that the impurity distribution of each region is different. That is, the impurity distribution can be made to be a desired one by overlapping the implanted or diffused regions of the impurity distribution at the boundary between the regions or by forming a gap having no impurity distribution between the regions. There wasn't. In particular, in the region where the gate electrode is not formed, the inversion layer is provided at the uppermost portion. Therefore, after two regions having different maximum potentials are formed by implanting or diffusing impurities, the implanting of impurities is uniformly performed on the upper part of these two regions. Alternatively, the region of the inversion layer must be formed by performing diffusion, which is difficult to manufacture.

目 的 本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、製造が容
易で、しかも高密度化できる電荷転送デバイスを提供す
ることを目的とする。
Aim The present invention solves the above-mentioned drawbacks of the prior art, and an object of the present invention is to provide a charge transfer device which can be manufactured easily and can be densified.

発明の開示 本発明によれば、一伝導型の半導体基板の一方の主表面
に、複数のセルを含む逆伝導型の埋め込みチャネルを有
し、各セルの一部の半導体表面にゲート電極を形成する
とともに、ゲート電極の形成されない半導体表面に形成
された反転層によって、ゲート誘導によるポテンシャル
変化から各セルの一部が選択的に防護されている電荷転
送デバイスは、各セルの反転層が形成されている領域は
ポテンシャルが均一に形成されるとともにゲート電極の
形成された領域は少なくとも2つのポテンシャルが形成
されているものである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION According to the present invention, a reverse conduction type buried channel including a plurality of cells is formed on one main surface of a single conduction type semiconductor substrate, and a gate electrode is formed on a part of the semiconductor surface of each cell. In addition, in the charge transfer device in which a part of each cell is selectively protected from the potential change due to gate induction by the inversion layer formed on the semiconductor surface where the gate electrode is not formed, the inversion layer of each cell is formed. The region in which the gate electrode is formed has a uniform potential, and at least two potentials are formed in the region where the gate electrode is formed.

実施例の説明 次に添付図面を参照して本発明による電荷転送デバイス
の実施例を詳細に説明する。
Description of Embodiments Embodiments of the charge transfer device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

第1図に本発明による電荷転送デバイスのチャネル方向
の断面が示されている。
FIG. 1 shows a cross section in the channel direction of a charge transfer device according to the present invention.

p型シリコンの基板2に形成されたn型領域4によりn
型のCCDチャネルが形成されている。複数のセルが互い
に分離された状態でチャネルの長手方向に伸びており、
各セルは3つの領域I II IIIを有している。n型チ
ャネルを形成するn型領域4は後述するように3つの領
域I II IIIごとにそれぞれ異なった量の不純物(ド
ナー)が打ち込まれている。領域IIIのn型領域4の上
部にはp型領域6が形成されている。このp型領域6は
領域IIIにおいて、ゲート誘導によるポテンシャル変化
を受けないようにするための遮蔽効果を持つ仮想電極と
して機能する。p型領域6の厚さは0.15〜0.7μm、好
ましくは0.2〜0.4μmとする。領域IIIにおいては、n
型領域4の上部に絶縁膜8を介して電荷転送のためのク
ロックパルスを印加するゲート電極10が配置され、この
ゲート電極10はアコーディオンスイッチによりクロック
パルス源に接続されている。ゲート電極10および領域II
Iの上面はPSGなどにより形成されるパッシベーション膜
12により覆われている。
The n-type region 4 formed on the substrate 2 made of p-type silicon provides n
Type CCD channels are formed. A plurality of cells extending in the longitudinal direction of the channel, separated from each other,
Each cell has three regions I II III. The n-type region 4 forming the n-type channel is implanted with different amounts of impurities (donors) in each of the three regions I II III as described later. A p-type region 6 is formed on the n-type region 4 in the region III. In the region III, the p-type region 6 functions as a virtual electrode having a shielding effect for preventing the potential change due to gate induction. The thickness of the p-type region 6 is 0.15 to 0.7 μm, preferably 0.2 to 0.4 μm. In Region III, n
A gate electrode 10 for applying a clock pulse for charge transfer is arranged above the mold region 4 via an insulating film 8, and the gate electrode 10 is connected to a clock pulse source by an accordion switch. Gate electrode 10 and region II
The upper surface of I is a passivation film formed of PSG, etc.
Covered by 12.

領域IIIのn型チャネルのポテンシャル上限値は打ち込
まれたドナー不純物の量によって決定され、固定されて
いる。一方、領域I IIのn型チャネルのポテンシャル
上限値はゲート電極10に印加されるクロックパルスによ
るゲートポテンシャルと打ち込まれたドナー不純物の量
によって決定され、可変である。これらの3つの領域の
3つのポテンシャルによって電荷を転送する。
The upper limit potential of the n-type channel in the region III is determined and fixed by the amount of implanted donor impurities. On the other hand, the potential upper limit value of the n-type channel in the region I II is variable and determined by the gate potential by the clock pulse applied to the gate electrode 10 and the amount of the donor impurity implanted. The charges are transferred by the three potentials of these three regions.

基板2のドーピング密度は、1×1014〜1×1016/cm
である。
The doping density of the substrate 2 is 1 × 10 14 to 1 × 10 16 / cm 3
Is.

第2図に領域I II IIIの不純物濃度分布を示す。燐
のドーピング量は領域Iに対しては少量、領域IIに対し
ては多量、領域IIIに対してはさらに多量に行われてい
る。硼素のドーピング量は領域IIIにおいて、燐のドー
ピングに比較して浅く打ち込まれている。
FIG. 2 shows the impurity concentration distribution in the region I II III. The doping amount of phosphorus is small in the region I, large in the region II, and large in the region III. In the region III, the doping amount of boron is shallower than that of phosphorus.

第3図(a)(b)には、与えられたゲートポテンシャ
ル条件における各セル内の3つの埋め込みチャネル領域
のそれぞれのポテンシャル状態が半導体の表面からの距
離の関数として表わされている。第3図(a)はゲート
オン時(基板に対してゲート電極10に電圧を印加した状
態)における領域I II IIIのポテンシャル状態を示
す。
3 (a) and 3 (b), the potential states of the three buried channel regions in each cell under given gate potential conditions are shown as a function of the distance from the surface of the semiconductor. FIG. 3 (a) shows the potential state of the region I II III when the gate is turned on (the state where the voltage is applied to the gate electrode 10 with respect to the substrate).

第3図(b)はゲートオフ時(ゲート電極10に電圧を印
加しない状態)における領域I II IIIのポテンシャ
ル状態を示す。
FIG. 3 (b) shows the potential state of the region I II III when the gate is off (state where no voltage is applied to the gate electrode 10).

第3図(a)(b)からわかるように、ゲートオン時に
は各領域のポテンシャルの最大値φmaxの間に次の関係
が成り立つ。
As can be seen from FIGS. 3 (a) and 3 (b), the following relationship holds between the maximum potential values φmax of the respective regions when the gate is on.

φmax II>φmax I>φmax III 一方、ゲートオフ時には次の関係が成り立つ。φmax II> φmax I> φmax III On the other hand, the following relationship holds when the gate is off.

φmax III>φmax II>φmax I 電荷転送は、ゲート電圧(ゲート電極10に印加する電
圧)がオン、オフの状態を繰り返すことにより行われ
る。
φmax III> φmax II> φmax I The charge transfer is performed by repeating the on / off state of the gate voltage (voltage applied to the gate electrode 10).

第4図に各領域のポテンシャルの最大値φmaxがポテン
シャル井戸の階段状パターンで表されている。ゲートオ
ン状態の場合は、太線で示されるポテンシャル井戸パタ
ーンで表され、そのパターンは領域IIIを始点として右
側に下がっていく3段階ポテンシャルパターンになって
おり、領域IIが最低レベルになっている。一方、ゲート
オフ状態の場合は、領域Iを始点として右側に下がって
いく3段階ポテンシャルパターンになっている。
In FIG. 4, the maximum value φmax of the potential in each region is represented by a stepwise pattern of potential wells. In the case of the gate-on state, it is represented by a potential well pattern indicated by a thick line, and the pattern is a three-stage potential pattern starting from the region III and moving down to the right side, and the region II is at the lowest level. On the other hand, in the case of the gate-off state, the potential is a three-step potential pattern that starts from the region I and moves down to the right.

例えば領域IIに蓄積される信号電荷について考えると、
ゲートオン時には領域IIのφmaxが最も高くなっている
ので、電子電荷はこの領域内に閉じ込められる。ゲート
オフになると、φmax IIおよびφmax Iは共に低下す
る。このとき領域IIIはp型領域6の反転層によってゲ
ートポテンシャルから遮蔽されているから、φmax III
は一定である。この時点で領域IIIのポテンシャルが領
域IIよりも高くなるから、領域IIIに信号電荷が移動す
る。P型領域6は仮想電極を形成する。ゲートポテンシ
ャルを再びオン状態に引き上げると、後述するように電
荷の移動に方向性が与えられているから、電荷は領域II
Iから第4図の右方向の領域Iを通して領域IIへと流れ
る。このようにして電荷転送はゲート電極10にパルスを
印加することによって行われる。
For example, considering the signal charge accumulated in the area II,
Since φmax in the region II is the highest when the gate is on, the electron charge is confined in this region. When the gate is turned off, both φmax II and φmax I decrease. At this time, since the region III is shielded from the gate potential by the inversion layer of the p-type region 6, φmax III
Is constant. At this point, the potential of the region III becomes higher than that of the region II, so that the signal charges move to the region III. The P-type region 6 forms a virtual electrode. When the gate potential is pulled up to the ON state again, the charge is directed in the region II because the charge is directional as described later.
Flow from I to region II through region I to the right in FIG. In this way, charge transfer is performed by applying a pulse to the gate electrode 10.

第5図には本発明による電荷転送デバイスの他の実施例
の断面が示されている。
FIG. 5 shows a cross section of another embodiment of the charge transfer device according to the present invention.

この実施例においては、領域I IIの埋め込みチャネル
は等しいポテンシャルに形成され、領域I II上のゲー
ト電極10a、10bに異なった大きさの電圧を印加すること
により領域IIのポテンシャルが領域Iのポテンシャルよ
りも大きくなるようにされている。
In this embodiment, the buried channel of the region I II is formed to have the same potential, and the potential of the region II is changed to the potential of the region I by applying different voltages to the gate electrodes 10a and 10b on the region I II. It is supposed to be larger than.

第6図により第1図の実施例のゲート電極10への電圧の
印加による電荷転送の動作について説明する。
The charge transfer operation by applying a voltage to the gate electrode 10 of the embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.

各ゲート電極はアコーディオン回路120を通して3相の
パルス発生源132、134、136に順次接続されている。セ
ル201の領域IIIには電荷が蓄積されていないものとす
る。まず電極201にパルスが印加されると、電極201下部
の領域I IIはポテンシャルが大となり、セル202の領
域IIIに蓄積されていた電荷は電極101下部の領域Iを通
して領域IIに移動する。次に電極201にパルスが印加さ
れなくなると、電極201下部の領域I IIはポテンシャ
ルが小となり、領域IIのポテンシャルが領域IIIよりも
小となるから、領域IIに蓄積されていた電荷はセル201
の領域IIIに移動する。
Each gate electrode is sequentially connected to three-phase pulse generation sources 132, 134 and 136 through the accordion circuit 120. It is assumed that no charge is stored in the region III of the cell 201. First, when a pulse is applied to the electrode 201, the region I II below the electrode 201 has a large potential, and the charges accumulated in the region III of the cell 202 move to the region II through the region I below the electrode 101. Next, when the pulse is not applied to the electrode 201, the potential of the region I II below the electrode 201 becomes smaller and the potential of the region II becomes smaller than that of the region III, so that the charges accumulated in the region II are stored in the cell 201.
Move to Area III.

次に電極101は電圧を印加しない状態のままで、電極102
にパルスを印加すると、電極102下部のポテンシャルが
大となり、電極102下部の領域I IIはセル203の領域II
Iよりもポテンシャルが大となるから、セル203の領域II
Iに蓄積されていた電荷が電極102下部の領域Iを通して
領域IIに移動する。このとき、電極102下部の領域IIは
セル202の領域IIIよりもポテンシャルが大となっている
が、セル202の領域IIIに蓄積されていた電荷は前記の動
作によりセル201の領域IIIに移動してしまっているか
ら、セル202の領域IIIに蓄積されている電荷が電極102
下部の領域IIに入り込むことはない。
Next, the electrode 101 is not applied with a voltage, and the electrode 102 is
When a pulse is applied to the electrode 102, the potential under the electrode 102 becomes large, and the region I II under the electrode 102 becomes the region II of the cell 203.
Since the potential is larger than I, the area II of cell 203
The charges stored in I move to the region II through the region I below the electrode 102. At this time, the region II below the electrode 102 has a larger potential than the region III of the cell 202, but the charge accumulated in the region III of the cell 202 moves to the region III of the cell 201 by the above operation. Therefore, the electric charge accumulated in the region III of the cell 202 is stored in the electrode 102.
It does not enter the lower area II.

電極102にパルスが印加されなくなると、電極102下部の
領域I IIのポテンシャルが小となり、電極102下部の
領域IIに移動していた電荷はセル202の領域IIIに移動す
る。
When the pulse is no longer applied to the electrode 102, the potential of the region I II below the electrode 102 becomes small, and the charges that have moved to the region II below the electrode 102 move to the region III of the cell 202.

同様に電極103にパルスをオンオフすることによりセル2
04の領域IIIに蓄積されている電荷をセル203の領域III
に移動させる。次に同様に電極104にパルスをオンオフ
することにより、セル205の領域IIIに蓄積されている電
荷をセル204の領域IIIに移動させる。このとき同時に電
極101の右にあるゲート電極(図示せず)にパルスが印
加され、セル201の領域IIIに蓄積されていた電荷が他の
CCDなど(図示せず)に転送される。
Similarly, by turning the pulse on and off to the electrode 103, the cell 2
The charge accumulated in the region III of 04 is stored in the region III of cell 203.
Move to. Next, by similarly turning on / off a pulse to the electrode 104, the charge accumulated in the region III of the cell 205 is moved to the region III of the cell 204. At this time, a pulse is applied to the gate electrode (not shown) on the right side of the electrode 101 at the same time, so that the charges accumulated in the region III of the cell 201 are changed to other charges.
It is transferred to a CCD or the like (not shown).

次に電極102および電極105にパルスが印加され、セル20
3の領域IIIに蓄積されていた電荷がセル202の領域III
に、セル206の領域IIIに蓄積されていた電荷がセル205
の領域IIIに、それぞれ移動する。このようにして順次
電荷を転送する。すなわち、最初の3つの電極に順次パ
ルスを印加して3つの電荷を転送した後、最初の3つの
電極および次の3つの電極に順次パルスを印加し、6つ
の電荷を転送する。さらにこれら6つの電極および次の
3つの電極に順次パルスを印加し、9つの電荷を転送す
る。アコーディオン回路120はこのように各電極に印加
するパルスを制御する。
A pulse is then applied to electrodes 102 and 105, causing cell 20
The charge accumulated in the region III of cell 3 is transferred to the region III of cell 202.
And the charge stored in the region III of the cell 206 is transferred to the cell 205.
Move to Region III of. In this way, charges are sequentially transferred. That is, a pulse is sequentially applied to the first three electrodes to transfer three charges, and then a pulse is sequentially applied to the first three electrodes and the next three electrodes to transfer six charges. Further, pulses are sequentially applied to these 6 electrodes and the next 3 electrodes to transfer 9 charges. The accordion circuit 120 controls the pulse applied to each electrode in this way.

第7図に示すように領域12の上部にそれぞれゲート電極
を設けたものの場合には、それぞれの領域I IIの上部
の一対のゲート電極に領域Iよりも領域IIが大きいポテ
ンシャルとなるように異なる電圧を同時に印加してもよ
いし、または一対の電極に順次に電圧を印加してもよ
い。
As shown in FIG. 7, when the gate electrodes are provided above the regions 12, respectively, the pair of gate electrodes above the regions I II are different so that the region II has a larger potential than the region I. The voltage may be applied simultaneously, or the voltage may be applied to the pair of electrodes sequentially.

第8図に本発明の電荷転送デバイスを撮像装置として用
いた場合の電荷転送および各ゲート電極に印加するパル
ス電圧の例を示す。
FIG. 8 shows an example of the charge transfer and the pulse voltage applied to each gate electrode when the charge transfer device of the present invention is used as an imaging device.

第8図において、時刻0のときにはゲート114および113
にパルスが印加され、ゲート111、112にはパルスが印加
されていない。したがって、セル215に蓄積されていた
電荷Aはゲート114下部の領域IIに移動している。時刻t
1においてゲート112もオンとなり、時刻t2においてゲー
ト114がオフとなると、ゲート114下部の領域IIに移動し
ていた電荷Aはゲート113下部の領域IIに移動する。時
刻t3においてゲート111がオンとなり、時刻t4において
ゲート113がオフとなると、ゲート113下部の領域IIに移
動していた電荷Aはゲート112下部の領域IIに移動す
る。時刻t6においてゲート112がオフとなると、ゲート1
12下部の領域IIに移動していた電荷Aはゲート111下部
の領域IIに移動する。さらに時刻t8においてゲート111
がオフとなると、ゲート111下部の領域IIに移動してい
た電荷Aは水平転送用CCD302に移動する。このようにし
てセル215に蓄積されていた電荷Aを水平に1行同時に
水平転送用CCD302に転送する。水平転送用CCD302に転送
された電荷Aは水平転送用CCD302により水平に転送さ
れ、水平走査期間T11に1本の走査線の出力として出力
される。
In FIG. 8, at time 0, gates 114 and 113
Pulse is applied to the gates and no pulse is applied to the gates 111 and 112. Therefore, the electric charge A accumulated in the cell 215 has moved to the region II below the gate 114. Time t
When the gate 112 is turned on at 1 and the gate 114 is turned off at time t2, the charge A that has moved to the region II below the gate 114 moves to the region II below the gate 113. When the gate 111 is turned on at the time t3 and the gate 113 is turned off at the time t4, the charge A that has moved to the region II below the gate 113 moves to the region II below the gate 112. When the gate 112 is turned off at time t6, the gate 1
The charge A that has moved to the region II below 12 moves to the region II below the gate 111. Further, at time t8, gate 111
Is turned off, the charge A that has moved to the region II below the gate 111 moves to the horizontal transfer CCD 302. In this way, the charges A accumulated in the cell 215 are horizontally transferred to the horizontal transfer CCD 302 horizontally one row at a time. The charge A transferred to the horizontal transfer CCD 302 is horizontally transferred by the horizontal transfer CCD 302 and output as an output of one scanning line in the horizontal scanning period T11.

上記の電荷Aの垂直方向への転送の間、時刻t3において
ゲート111がオンとなると同時にゲート115がオンとな
り、セル216の領域IIIに蓄積されていた電荷Bがゲート
115下部の領域IIに移動する。また、時刻t5においてゲ
ート114が、時刻t7においてゲート113がオンとなり、時
刻t8においてゲート115がオフとなると、ゲート115下部
の領域IIに移動していた電荷Bがゲート114下部の領域I
Iに移動する。同様にして電荷Bは水平転送用CCD302に
転送され、水平転送用CCD302により水平に転送され、水
平走査期間T12に1本の走査線の出力として出力され
る。
During the vertical transfer of the electric charge A, the gate 111 is turned on at the same time as the gate 111 is turned on at time t3, and the electric charge B accumulated in the region III of the cell 216 is gated.
115 Move to Region II below. Further, when the gate 114 is turned on at time t5, the gate 113 is turned on at time t7, and the gate 115 is turned off at time t8, the charge B transferred to the region II below the gate 115 is transferred to the region I below the gate 114.
Go to I. Similarly, the charge B is transferred to the horizontal transfer CCD 302, is horizontally transferred by the horizontal transfer CCD 302, and is output as an output of one scanning line in the horizontal scanning period T12.

このようにして蓄積された電荷が順次読み出される。The charges thus accumulated are sequentially read out.

本実施例によれば、ゲート電極のない部分がすべて領域
IIIとされ、均一の不純物分布のn型領域4上にp型領
域6が形成されている。したがって、例えばゲート電極
を領域I IIの表面に形成した後、このゲート電極をマ
スクとして使用して領域IIIに不純物の打込みまたは拡
散を行って領域IIIを形成することもできる。領域IIIは
均一の不純物分布のn型領域4上にp型領域6を形成す
ればよいから、従来のようにゲート電極のない部分を2
つのとなる不純物分布のn型領域4としその上にp型領
域を形成するものに比較して製造が容易である。
According to the present embodiment, all the parts without the gate electrode are the regions.
III, and the p-type region 6 is formed on the n-type region 4 having a uniform impurity distribution. Therefore, for example, after forming the gate electrode on the surface of the region I II, the region III can be formed by implanting or diffusing the impurity into the region III using the gate electrode as a mask. In the region III, the p-type region 6 may be formed on the n-type region 4 having a uniform impurity distribution.
It is easier to manufacture than an n-type region 4 having a different impurity distribution and a p-type region formed thereon.

また、ゲート電極のない部分がすべて領域IIIとされ、
領域I II IIIの3つのポテンシャルの異なる領域か
らなるため、従来の4つの領域からなるものに比較して
高密度化することができ、撮像素子として用いる場合に
解像度が向上する。
In addition, all the parts without the gate electrode are the region III,
Since the regions I II and III are composed of three regions having different potentials, the density can be increased as compared with the conventional region composed of four regions, and the resolution is improved when used as an image sensor.

本発明の電荷転送デバイスの製造工程の一実施例が第9
図(a)〜(d)に示されている。
An embodiment of the manufacturing process of the charge transfer device of the present invention is the ninth embodiment.
This is shown in Figures (a)-(d).

まず、第9図(a)に示されるような、ドーピング密度
2×1015/cmのp型の単結晶シリコン基板2が使用さ
れる。このp型基板2の表面に酸化法によって酸化層14
を所望の厚さ例えば300オングストロームに形成する。
First, a p-type single crystal silicon substrate 2 having a doping density of 2 × 10 15 / cm 3 as shown in FIG. 9A is used. An oxide layer 14 is formed on the surface of the p-type substrate 2 by an oxidation method.
To a desired thickness, eg 300 Angstroms.

次に第9図(a)に示すように酸化層14を通してリン
(P)をエネルギ200keV、線量3×1012/cmで打ち込
む。これにより領域Iのnチャネル部分が形成される。
Next, as shown in FIG. 9A, phosphorus (P) is implanted through the oxide layer 14 at an energy of 200 keV and a dose of 3 × 10 12 / cm 2 . As a result, the n channel portion of the region I is formed.

次に第9図(b)に示すような領域IIの部分が開口され
たマスク22を形成し、酸化層14を通してリン(P)をエ
ネルギ200keV、線量1×1012/cmで打ち込む。この打
ち込みと第9図(a)の打ち込みにより領域IIのnチャ
ネル部分が形成される。
Next, as shown in FIG. 9B, a mask 22 having an opening in the region II is formed, and phosphorus (P) is implanted through the oxide layer 14 at an energy of 200 keV and a dose of 1 × 10 12 / cm 2 . By this implantation and the implantation shown in FIG. 9A, the n-channel portion of the region II is formed.

さらに第9図(c)に示すような領域IIIの部分が開口
されたマスク24を形成し、酸化層14を通してリン(P)
をエネルギ200keV、線量3×1012/cmで打ち込む。こ
の打ち込みと第9図(a)(b)の打ち込みにより領域
IIIのnチャネル部分が形成される。
Further, as shown in FIG. 9C, a mask 24 having an opening in the region III is formed, and phosphorus (P) is passed through the oxide layer 14.
With energy of 200 keV and a dose of 3 × 10 12 / cm 2 . By this implantation and the implantation of FIGS. 9 (a) and 9 (b), the area
The n-channel portion of III is formed.

さらに第9図(d)に示すように、第9図(c)と同様
のマスク24を形成し、酸化層14を通して硼素(B)をエ
ネルギ200keV、線量1×1013/cmで打ち込む。この打
ち込みにより領域IIIの仮想電極となるp型領域6が形
成される。
Further, as shown in FIG. 9 (d), a mask 24 similar to that shown in FIG. 9 (c) is formed, and boron (B) is implanted through the oxide layer 14 at an energy of 200 keV and a dose of 1 × 10 13 / cm 2 . By this implantation, the p-type region 6 to be the virtual electrode of the region III is formed.

なお、各不純物の打ち込み後には熱処理が行われ、打ち
込み不純物がシリコン内に適切な深さまで拡散して正し
いポテンシャル分布状態が形成される。
Note that heat treatment is performed after the implantation of each impurity, and the implanted impurities are diffused into silicon to an appropriate depth to form a correct potential distribution state.

このようにしてn型領域4およびp型領域6を形成した
後、領域IIIの酸化層14上にゲート電極10を形成し、ゲ
ート電極10および領域IIIの上面にPSGのパッシベーショ
ン膜12を形成すれば第1図に示す電荷転送デバイスが得
られる。
After the n-type region 4 and the p-type region 6 are formed in this manner, the gate electrode 10 is formed on the oxide layer 14 in the region III, and the PSG passivation film 12 is formed on the upper surfaces of the gate electrode 10 and the region III. For example, the charge transfer device shown in FIG. 1 can be obtained.

なお、n型シリコン基板を材料としてp型チャネルのCC
Dを製作する場合には各極性を逆にすればよい。また、
アンチモン化インジウムやテルル化水銀カドミウムなど
のIII−V、II−IV化合物を含む半導体を使用してもよ
い。
It should be noted that CC of p-type channel is made of n-type silicon substrate
When manufacturing D, the polarities may be reversed. Also,
A semiconductor containing a III-V or II-IV compound such as indium antimonide or mercury cadmium telluride may be used.

効 果 本発明による電荷転送デバイスは、ゲート電極のない反
転層の形成される領域はポテンシャルが均一に形成され
ているので、不純物の打込みまたは拡散が容易であり、
製造が容易である。
Effect Since the charge transfer device according to the present invention has a uniform potential in the region where the inversion layer without a gate electrode is formed, it is easy to implant or diffuse impurities.
Easy to manufacture.

また、従来のように反転層の形成される領域が2つの領
域からなるものに比較して高密度化することができる。
Further, the density can be increased as compared with the conventional case where the region where the inversion layer is formed is composed of two regions.

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

第1図は本発明による電荷転送デバイスの一実施例を示
す断面図、 第2図は領域I II IIIの不純物濃度分布を示すグラ
フ、 第3図(a)はゲートオン時における領域I II III
のポテンシャル状態を示すグラフ、 第3図(b)はゲートオフ時における領域I II III
のポテンシャル状態を示すグラフ、 第4図は各領域のポテンシャル井戸を示すグラフ、 第5図は本発明による電荷転送デバイスの他の実施例を
示す断面図、 第6図は第1図の電荷転送デバイスの駆動回路を示す
図、 第7図は第2図の電荷転送デバイスの駆動回路を示す
図、 第8図は、第1図の電荷転送デバイスを撮像素子として
使用した装置の電荷転送および各ゲート電極に印加する
パルス電圧の例を示す図、 第9図(a)〜(d)は第1図に示す電荷転送デバイス
の製造工程を示す図である。 主要部分の符号の説明 2……基板 4……n型領域 6……p型領域 8……絶縁膜 10……ゲート電極 10a……ゲート電極 10b……ゲート電極
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the charge transfer device according to the present invention, FIG. 2 is a graph showing an impurity concentration distribution in a region I II III, and FIG. 3 (a) is a region I II III when the gate is on.
Fig. 3 (b) is a graph showing the potential state of the region I II III when the gate is off.
4 is a graph showing potential states in FIG. 4, FIG. 4 is a graph showing potential wells in respective regions, FIG. 5 is a sectional view showing another embodiment of the charge transfer device according to the present invention, and FIG. 6 is charge transfer of FIG. FIG. 7 is a diagram showing a drive circuit of the device, FIG. 7 is a diagram showing a drive circuit of the charge transfer device of FIG. 2, and FIG. 8 is a charge transfer of an apparatus using the charge transfer device of FIG. The figure which shows the example of the pulse voltage applied to a gate electrode, FIGS. 9 (a)-(d) are figures which show the manufacturing process of the charge transfer device shown in FIG. Explanation of symbols for main parts 2 ... Substrate 4 ... N-type region 6 ... P-type region 8 ... Insulating film 10 ... Gate electrode 10a ... Gate electrode 10b ... Gate electrode

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一伝導型の半導体基板の一方の主表面に、
複数のセルを含む逆伝導型の埋め込みチャネルを有し、
該各セルの一部の半導体表面にゲート電極を形成すると
ともに、該ゲート電極の形成されない半導体表面に形成
された反転層によって、ゲート誘導によるポテンシャル
変化から各セルの一部が選択的に防護されている電荷転
送デバイスにおいて、該デバイスは、 前記各セルの反転層が形成されている領域はポテンシャ
ルが均一に形成されているとともに前記ゲート電極の形
成された領域は少なくとも2つのポテンシャルが形成さ
れていることを特徴とする電荷転送デバイス。
1. A one-conductivity-type semiconductor substrate on one main surface,
Having a reverse conduction type buried channel including a plurality of cells,
A gate electrode is formed on a part of the semiconductor surface of each cell, and a part of each cell is selectively protected from a gate-induced potential change by an inversion layer formed on the semiconductor surface where the gate electrode is not formed. In the charge transfer device, the potential of each device is uniform in the region where the inversion layer is formed, and at least two potentials are formed in the region where the gate electrode is formed. A charge transfer device characterized in that
【請求項2】特許請求の範囲第1項記載のデバイスにお
いて、前記ゲート電極の形成された領域は、不純物濃度
の異なる2つの領域からなることを特徴とする電荷転送
デバイス。
2. The charge transfer device according to claim 1, wherein the region where the gate electrode is formed is composed of two regions having different impurity concentrations.
【請求項3】特許請求の範囲第1項記載のデバイスにお
いて、前記ゲート電極の形成された領域は、ポテンシャ
ルが均一に形成されるとともに該領域に形成されたゲー
ト電極は一対の電極からなることを特徴とする電荷転送
デバイス。
3. The device according to claim 1, wherein the region where the gate electrode is formed has a uniform potential, and the gate electrode formed in the region is composed of a pair of electrodes. Charge transfer device characterized by.
【請求項4】特許請求の範囲第1項ないし第3項のいず
れかに記載のデバイスにおいて、前記半導体基板がp型
シリコンであり、前記埋め込みチャネルがn型伝導型を
示すことを特徴とする電荷転送デバイス。
4. The device according to any one of claims 1 to 3, wherein the semiconductor substrate is p-type silicon and the buried channel exhibits n-type conductivity. Charge transfer device.
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