JP2991488B2 - 電荷転送装置 - Google Patents
電荷転送装置Info
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- JP2991488B2 JP2991488B2 JP2340371A JP34037190A JP2991488B2 JP 2991488 B2 JP2991488 B2 JP 2991488B2 JP 2340371 A JP2340371 A JP 2340371A JP 34037190 A JP34037190 A JP 34037190A JP 2991488 B2 JP2991488 B2 JP 2991488B2
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- insulating film
- gate insulating
- transistor
- mos transistor
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- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、電荷結合素子（以下、CCDと略記する）を
用いた電荷転送装置に係わり、特に出力アンプ部の改良
をはかった電荷転送装置に関する。
用いた電荷転送装置に係わり、特に出力アンプ部の改良
をはかった電荷転送装置に関する。
（従来の技術） 近年、ビデオカメラや電子スチルカメラ等の撮像デバ
イスとして、CCDを用いた固体撮像装置が使用されてい
る。この装置は、光を電気信号（信号電荷）に変換する
光電変換部，光電変換部で得られた信号電荷を転送する
電荷転送部，及び電荷転送部により転送された信号電荷
を取出す信号出力部とからなり、電荷転送部としてCCD
が用いられている。
イスとして、CCDを用いた固体撮像装置が使用されてい
る。この装置は、光を電気信号（信号電荷）に変換する
光電変換部，光電変換部で得られた信号電荷を転送する
電荷転送部，及び電荷転送部により転送された信号電荷
を取出す信号出力部とからなり、電荷転送部としてCCD
が用いられている。
この種の固体撮像装置では、特に高感度化が望まれて
おり、高感度化の一貫として、CCDの出力アンプとして
用いられるフローティング・ディフュージョン・アンプ
（以下、FDAと略記する）の高感度化が考えられる。従
来、FDAを構成するMOSトランジスタは、CCDの転送電極
と同時にゲート電極が形成され、そのゲート絶縁膜はCC
Dのゲート絶縁膜と共通である。CCDのゲート絶縁膜は耐
圧，その他の理由によりあまり薄くすることはできず、
このためMOSトランジスタのゲート絶縁膜もあまり薄く
することはできない。
おり、高感度化の一貫として、CCDの出力アンプとして
用いられるフローティング・ディフュージョン・アンプ
（以下、FDAと略記する）の高感度化が考えられる。従
来、FDAを構成するMOSトランジスタは、CCDの転送電極
と同時にゲート電極が形成され、そのゲート絶縁膜はCC
Dのゲート絶縁膜と共通である。CCDのゲート絶縁膜は耐
圧，その他の理由によりあまり薄くすることはできず、
このためMOSトランジスタのゲート絶縁膜もあまり薄く
することはできない。
感度を高める手法として、FDAのMOSトランジスタの微
細化を行い、不要容量（感度は不要容量に反比例する）
を小さくすることが考えられる。ところが、ゲート絶縁
膜を薄くできないことから、トランジスタの設計ルール
に基づいてトランジスタを微細化することはできない。
つまり、ゲート絶縁膜を薄くできないことから、MOSト
ランジスタの微細化を行って全体の不要容量を小さくす
ることはできず、これが固体撮像装置の高感度化を妨げ
る要因となっていた。また、MOSトランジスタにおける
ゲートとドレイン間の寄生容量も、固体撮像装置の高感
度化を妨げる要因となっていた。
細化を行い、不要容量（感度は不要容量に反比例する）
を小さくすることが考えられる。ところが、ゲート絶縁
膜を薄くできないことから、トランジスタの設計ルール
に基づいてトランジスタを微細化することはできない。
つまり、ゲート絶縁膜を薄くできないことから、MOSト
ランジスタの微細化を行って全体の不要容量を小さくす
ることはできず、これが固体撮像装置の高感度化を妨げ
る要因となっていた。また、MOSトランジスタにおける
ゲートとドレイン間の寄生容量も、固体撮像装置の高感
度化を妨げる要因となっていた。
（発明が解決しようとする課題） このように従来、CCD及び信号出力部からなる電荷転
送装置の出力アンプとして用いられるFDAの出力感度を
高めるには限界があり、これが固体撮像装置の高感度化
を妨げる要因となっていた。
送装置の出力アンプとして用いられるFDAの出力感度を
高めるには限界があり、これが固体撮像装置の高感度化
を妨げる要因となっていた。
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その
目的とするところは、出力アンプとして用いるFDAの出
力感度の向上をはかることができ、固体撮像装置の高感
度化等に寄与し得る電荷転送装置を提供することにあ
る。
目的とするところは、出力アンプとして用いるFDAの出
力感度の向上をはかることができ、固体撮像装置の高感
度化等に寄与し得る電荷転送装置を提供することにあ
る。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、CCDの出力アンプとして用いられるFDAの改
良により出力感度の向上をはかることにある。
良により出力感度の向上をはかることにある。
即ち本発明は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介して
複数の転送電極を配列してなる電荷結合素子と、この電
荷結合素子の転送電荷を電圧信号に変換する浮遊拡散層
と、この浮遊拡散層で得られた電圧信号を増幅して出力
するMOSトランジスタからなる浮遊拡散層型増幅器とを
備えた電荷転送装置において、浮遊拡散層型増幅器を構
成するMOSトランジスタのゲート絶縁膜の厚さを、電荷
結合素子のゲート絶縁膜の厚さよりも薄く形成してなる
ことを特徴としている。
複数の転送電極を配列してなる電荷結合素子と、この電
荷結合素子の転送電荷を電圧信号に変換する浮遊拡散層
と、この浮遊拡散層で得られた電圧信号を増幅して出力
するMOSトランジスタからなる浮遊拡散層型増幅器とを
備えた電荷転送装置において、浮遊拡散層型増幅器を構
成するMOSトランジスタのゲート絶縁膜の厚さを、電荷
結合素子のゲート絶縁膜の厚さよりも薄く形成してなる
ことを特徴としている。
また、本発明の望ましい実施態様としては、MOSトラ
ンジスタのチャネルとソース・ドレイン領域の少なくと
も一方との間に、ソース・ドレイン領域よりも薄い濃度
の低濃度拡散層を形成したLDD構造を採用することを特
徴としている。
ンジスタのチャネルとソース・ドレイン領域の少なくと
も一方との間に、ソース・ドレイン領域よりも薄い濃度
の低濃度拡散層を形成したLDD構造を採用することを特
徴としている。
（４） 本発明によれば、FDAを構成するMOSトランジスタのゲ
ート絶縁膜をCCDのゲート絶縁膜よりも薄く形成してい
るので、設計ルールに基づいてトランジスタの微細化を
はかることができ、不要容量を小さくすることができ
る。さらに、トランジスタとしてLDD構造を用いれば、
不要容量をさらに小さくすることができる。従って、FD
Aにおける出力感度の向上をはかることができ、固体撮
像装置に適用すれば、感度の大幅な向上を達成すること
が可能となる。
ート絶縁膜をCCDのゲート絶縁膜よりも薄く形成してい
るので、設計ルールに基づいてトランジスタの微細化を
はかることができ、不要容量を小さくすることができ
る。さらに、トランジスタとしてLDD構造を用いれば、
不要容量をさらに小さくすることができる。従って、FD
Aにおける出力感度の向上をはかることができ、固体撮
像装置に適用すれば、感度の大幅な向上を達成すること
が可能となる。
（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例に係わる電荷転送装置の出
力部の構成を示す模式図であり、FDAの初段MOSトランジ
スタとCCDの基本構成を示している。
力部の構成を示す模式図であり、FDAの初段MOSトランジ
スタとCCDの基本構成を示している。
半導体基板10の表面層には、浮遊拡散層11及びリセッ
トドレイン12が形成されている。基板10上には、CCDの
転送電極13の最終段と浮遊拡散層11との間に出力ゲート
14が形成され、さらに浮遊拡散層11とリセットドレイン
12との間にリセットゲート15が形成されている。そし
て、浮遊拡散層11にはFDAの初段MOSトランジスタ20のゲ
ート電極21が接続されている。
トドレイン12が形成されている。基板10上には、CCDの
転送電極13の最終段と浮遊拡散層11との間に出力ゲート
14が形成され、さらに浮遊拡散層11とリセットドレイン
12との間にリセットゲート15が形成されている。そし
て、浮遊拡散層11にはFDAの初段MOSトランジスタ20のゲ
ート電極21が接続されている。
第２図は上記実施例装置に用いるCCDの転送部とMOSト
ランジスタ20の具体的構造を示す断面図である。CCD部
には、第２図（ａ）に示すように、SiO2膜31,SiN膜32及
びSiO2膜33の３層構造からなるゲート絶縁膜の上に転送
ゲート13が設けられている。これに対し、MOSトランジ
スタ20においては、第２図（ｂ）に示すように、SiO2膜
31の１層からなるゲート絶縁膜の上にゲート電極21が設
けられている。つまり、MOSトランジスタ20において
は、ゲート絶縁膜がCCD部よりも薄くなっている。ま
た、側壁絶縁膜34を形成して、ソース・ドレイン領域22
（22a,22b）とチャネル領域との間に低濃度拡散層23（2
3a,23b）を形成したLDD構造のトランジスタとなってい
る。
ランジスタ20の具体的構造を示す断面図である。CCD部
には、第２図（ａ）に示すように、SiO2膜31,SiN膜32及
びSiO2膜33の３層構造からなるゲート絶縁膜の上に転送
ゲート13が設けられている。これに対し、MOSトランジ
スタ20においては、第２図（ｂ）に示すように、SiO2膜
31の１層からなるゲート絶縁膜の上にゲート電極21が設
けられている。つまり、MOSトランジスタ20において
は、ゲート絶縁膜がCCD部よりも薄くなっている。ま
た、側壁絶縁膜34を形成して、ソース・ドレイン領域22
（22a,22b）とチャネル領域との間に低濃度拡散層23（2
3a,23b）を形成したLDD構造のトランジスタとなってい
る。
なお、MOSトランジスタ20の形成に際しては、トラン
ジスタ形成領域の絶縁膜32,33を除去したのちゲート電
極21を形成し、ゲート電極21をマスクとしてイオン注入
によりn-層23を形成する。そして、絶縁膜の堆積，全面
エッチバック等により側壁絶縁膜34を形成したのち、ゲ
ート電極21及び側壁絶縁膜34をマスクとしてイオン注入
によりn+層22を形成すればよい。
ジスタ形成領域の絶縁膜32,33を除去したのちゲート電
極21を形成し、ゲート電極21をマスクとしてイオン注入
によりn-層23を形成する。そして、絶縁膜の堆積，全面
エッチバック等により側壁絶縁膜34を形成したのち、ゲ
ート電極21及び側壁絶縁膜34をマスクとしてイオン注入
によりn+層22を形成すればよい。
ここで、LDD構造とそうでないトランジスタの作用に
ついて、第３図を参照して説明する。LDD構造でないト
ランジスタは、第３図（ａ）に示すようにゲート電極21
の端部とn+領域22の端部とが一致している。これに対し
て、LDD構造のトランジスタは、第３図（ｂ）に示すよ
うに、ゲート電極21の端部がn+領域22の端部よりも内側
に位置する。このため、（ｂ）のトランジスタは（ａ）
に比べて、ゲート電極21の端部における電気力線の数が
少なくなるので、寄生容量が小さいといえる。なお、従
来のLDD構成は微細化が目的であるが、本発明では初段
トランジスタの寄生容量の緩和を目的としている。
ついて、第３図を参照して説明する。LDD構造でないト
ランジスタは、第３図（ａ）に示すようにゲート電極21
の端部とn+領域22の端部とが一致している。これに対し
て、LDD構造のトランジスタは、第３図（ｂ）に示すよ
うに、ゲート電極21の端部がn+領域22の端部よりも内側
に位置する。このため、（ｂ）のトランジスタは（ａ）
に比べて、ゲート電極21の端部における電気力線の数が
少なくなるので、寄生容量が小さいといえる。なお、従
来のLDD構成は微細化が目的であるが、本発明では初段
トランジスタの寄生容量の緩和を目的としている。
第４図及び第５図は、それぞれMOSトランジスタの端
部における平面図及び断面図を示している。第４図はゲ
ート絶縁膜の膜厚が厚く微細化できない従来のトランジ
スタであり、第５図は本実施例により1/K倍に微細化さ
れたトランジスタを示している。Ｗはトランジスタのゲ
ート幅、Ｌはトランジスタのゲート長、Ｔはゲート絶縁
膜の厚さを表わす。トランジスタのゲート絶縁膜容量は
Ｗ×Ｌ×1/Tに正比例する。従って、1/K倍に微細化され
たトランジスタのゲート絶縁膜容量は で従来のトランジスタの1/K倍に減少する。
部における平面図及び断面図を示している。第４図はゲ
ート絶縁膜の膜厚が厚く微細化できない従来のトランジ
スタであり、第５図は本実施例により1/K倍に微細化さ
れたトランジスタを示している。Ｗはトランジスタのゲ
ート幅、Ｌはトランジスタのゲート長、Ｔはゲート絶縁
膜の厚さを表わす。トランジスタのゲート絶縁膜容量は
Ｗ×Ｌ×1/Tに正比例する。従って、1/K倍に微細化され
たトランジスタのゲート絶縁膜容量は で従来のトランジスタの1/K倍に減少する。
但し、EOXはSiO2膜の誘電率とする。
このように本実施例によれば、CCDのゲート絶縁膜はS
iO2膜31,SiN膜32及びSiO2膜33の３層で形成し、FDAを構
成する初段MOSトランジスタ20のゲート絶縁膜はSiO2膜3
1の１層で形成しているので、MOSトランジスタ20のゲー
ト絶縁膜はCCDのゲート絶縁膜よりも薄くなる。このた
め、LSIの設計ルールに従ってトランジスタの微細化を
容易に達成することができ、トランジスタ20における不
要容量を十分に小さくすることができる。さらに、トラ
ンジスタ20としてLDD構造を用いているので、寄生容量
等の不要容量をさらに小さくすることができる。従っ
て、FDAの出力感度の向上をはかることができ、これを
固体撮像装置に適用すれば感度の大幅な向上を達成する
ことが可能となる。
iO2膜31,SiN膜32及びSiO2膜33の３層で形成し、FDAを構
成する初段MOSトランジスタ20のゲート絶縁膜はSiO2膜3
1の１層で形成しているので、MOSトランジスタ20のゲー
ト絶縁膜はCCDのゲート絶縁膜よりも薄くなる。このた
め、LSIの設計ルールに従ってトランジスタの微細化を
容易に達成することができ、トランジスタ20における不
要容量を十分に小さくすることができる。さらに、トラ
ンジスタ20としてLDD構造を用いているので、寄生容量
等の不要容量をさらに小さくすることができる。従っ
て、FDAの出力感度の向上をはかることができ、これを
固体撮像装置に適用すれば感度の大幅な向上を達成する
ことが可能となる。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものでは
ない。実施例では、CCDのゲート絶縁膜を３層構造に
し、MOSトランジスタのゲート絶縁膜を単層にしたが、C
CDのゲート絶縁膜は２層であってもよい。また、CCD及
びトランジスタの各ゲート絶縁膜を別工程により形成し
て、トランジスタのゲート絶縁膜をCCDのゲート絶縁膜
よりも薄く形成すれば、CCDのゲート絶縁膜は単層であ
ってもよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。
ない。実施例では、CCDのゲート絶縁膜を３層構造に
し、MOSトランジスタのゲート絶縁膜を単層にしたが、C
CDのゲート絶縁膜は２層であってもよい。また、CCD及
びトランジスタの各ゲート絶縁膜を別工程により形成し
て、トランジスタのゲート絶縁膜をCCDのゲート絶縁膜
よりも薄く形成すれば、CCDのゲート絶縁膜は単層であ
ってもよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。
［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、CCDの出力アン
プとして用いられるFDAを構成するMOSトランジスタのゲ
ート絶縁膜をCCDのゲート絶縁膜よりも薄く形成し、該
トランジスタの微細化をはかっているので、FDAの出力
感度の向上をはかることができ、固体撮像装置の高感度
化等に寄与し得る電荷転送装置を実現することが可能と
なる。
プとして用いられるFDAを構成するMOSトランジスタのゲ
ート絶縁膜をCCDのゲート絶縁膜よりも薄く形成し、該
トランジスタの微細化をはかっているので、FDAの出力
感度の向上をはかることができ、固体撮像装置の高感度
化等に寄与し得る電荷転送装置を実現することが可能と
なる。
第１図は本発明の一実施例に係わる電荷転送装置の出力
部の構成を示す模式図、第２図は上記実施例装置に用い
たCCDの転送部とMOSトランジスタの構造を示す断面図、
第３図はLDD構造とそうでないトランジスタの作用を説
明するための模式図、第４図はLDD構造でないMOSトラン
ジスタの構成を示す図、第５図はLDD構造のMOSトランジ
スタの構成を示す図である。 10……半導体基板、 11……浮遊拡散層、 12……リセットドレイン、 13……転送電極、 14……出力ゲート、 15……リセットゲート、 20……MOSトランジスタ、 21……ゲート、 22……ソース・ドレイン領域、 23……低濃度拡散層、 31,33……SiO2膜、 32……SiN膜、 34……側壁絶縁膜。
部の構成を示す模式図、第２図は上記実施例装置に用い
たCCDの転送部とMOSトランジスタの構造を示す断面図、
第３図はLDD構造とそうでないトランジスタの作用を説
明するための模式図、第４図はLDD構造でないMOSトラン
ジスタの構成を示す図、第５図はLDD構造のMOSトランジ
スタの構成を示す図である。 10……半導体基板、 11……浮遊拡散層、 12……リセットドレイン、 13……転送電極、 14……出力ゲート、 15……リセットゲート、 20……MOSトランジスタ、 21……ゲート、 22……ソース・ドレイン領域、 23……低濃度拡散層、 31,33……SiO2膜、 32……SiN膜、 34……側壁絶縁膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ // Ｈ０１Ｌ 21/8234 27/088
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板上にゲート絶縁膜を介して複数
の転送電極を配列してなる電荷結合素子と、この電荷結
合素子により転送された信号電荷を電圧信号に変換する
浮遊拡散層と、この浮遊拡散層で得られた電圧信号を増
幅して出力するMOSトランジスタからなる浮遊拡散層型
増幅器とを備えた電荷転送装置において、 前記MOSトランジスタのゲート絶縁膜の厚さを前記電荷
結合素子のゲート絶縁膜の厚さよりも薄く形成してなる
ことを特徴とする電荷転送装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2340371A JP2991488B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 電荷転送装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2340371A JP2991488B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 電荷転送装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04207043A JPH04207043A (ja) | 1992-07-29 |
| JP2991488B2 true JP2991488B2 (ja) | 1999-12-20 |
Family
ID=18336306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2340371A Expired - Fee Related JP2991488B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 電荷転送装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2991488B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2832136B2 (ja) * | 1992-12-28 | 1998-12-02 | シャープ株式会社 | 固体撮像装置及びその製造方法 |
| JP3214432B2 (ja) | 1998-02-04 | 2001-10-02 | 日本電気株式会社 | 固体撮像装置の製造方法 |
| JP2000068492A (ja) | 1998-08-25 | 2000-03-03 | Nec Corp | 固体撮像装置及びその製造方法 |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP2340371A patent/JP2991488B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04207043A (ja) | 1992-07-29 |
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