JP2011108755A - 電荷転送装置及び固体撮像装置、並びにエリアセンサ及びリニアセンサ、並びに撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】信号電荷の転送効率を向上させるべくポテンシャル勾配を形成することができる共に、フリンジ電界を強めることができる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】半導体基板内に形成された電荷転送領域であるN型領域VBCと、N型領域VBCよりも半導体基板の深部に形成されたP型領域VPWと、P型領域VPWよりも更に半導体基板の深部に形成されたP型領域SVBを備え、単位画素内でP型領域VPWの基端側の幅を先端側の幅よりも広く形成し、若しくは、単位画素内でP型領域SVBの基端側の幅を先端側の幅よりも広く形成する。
【選択図】図2
【解決手段】半導体基板内に形成された電荷転送領域であるN型領域VBCと、N型領域VBCよりも半導体基板の深部に形成されたP型領域VPWと、P型領域VPWよりも更に半導体基板の深部に形成されたP型領域SVBを備え、単位画素内でP型領域VPWの基端側の幅を先端側の幅よりも広く形成し、若しくは、単位画素内でP型領域SVBの基端側の幅を先端側の幅よりも広く形成する。
【選択図】図2
Description
本発明は電荷転送装置及び固体撮像装置、並びにエリアセンサ及びリニアセンサ、並びに撮像装置に関する。詳しくは、特にCCDエリアセンサの垂直転送領域、CCDリニアセンサの電荷転送領域、CCD遅延素子の電荷転送領域として用いて好適な電荷転送装置及びこうした電荷転送装置を利用した固体撮像装置、エリアセンサ、リニアセンサ、撮像装置に係るものである。
従来、ビデオカメラや電子カメラにおいて、電荷転送領域にCCD(Charge Coupled Device)レジスタを用いたCCD型固体撮像装置(エリアセンサ)が使用されている(例えば、特許文献1参照。)。
このCCD型固体撮像装置は、光電変換手段(フォトダイオード;PD)を設けた複数の画素を半導体基板内の撮像領域(イメージエリア)に2次元配列のマトリクス状に配置したものである。各画素に入射した光をフォトダイオードによって光電変換して信号電荷を生成し、この信号電荷を垂直転送領域及び水平転送領域を介して出力アンプ部に設けたフローティングディフュージョン(FD)部に転送する。このFD部の電位変動をMOSトランジスタによって検出し、これを電気信号に変換、増幅することにより撮像信号として出力するものである。
このCCD型固体撮像装置は、光電変換手段(フォトダイオード;PD)を設けた複数の画素を半導体基板内の撮像領域(イメージエリア)に2次元配列のマトリクス状に配置したものである。各画素に入射した光をフォトダイオードによって光電変換して信号電荷を生成し、この信号電荷を垂直転送領域及び水平転送領域を介して出力アンプ部に設けたフローティングディフュージョン(FD)部に転送する。このFD部の電位変動をMOSトランジスタによって検出し、これを電気信号に変換、増幅することにより撮像信号として出力するものである。
図14は従来のCCD型固体撮像装置(エリアセンサ)を説明するための模式図であり、ここで示すCCD型固体撮像装置101は、撮像部104a、オプティカルブラック領域104b、水平転送領域105及び出力部107によって概略構成されている。また、撮像部104aはマトリクス状に配列された受光部108と各受光部108の垂直列毎に設けられて各受光部108から信号電荷を転送する垂直転送領域109とにより構成されている。更に、水平転送領域105は一般的に水平転送に用いられている2相駆動の水平転送方式を採用しており、水平電極(1)(以下、H1と称する)と水平電極(2)(以下、H2と称する。)によって構成されている。
上記の様に構成されたCCD型固体撮像装置では、タイミング信号発生回路103から垂直転送クロックVφ1、Vφ2、Vφ3及びVφ4が垂直転送領域109に印加される。それによって、受光部108から垂直転送領域109に読み出された信号電荷が垂直方向に転送されることとなる。
また、タイミング信号発生回路103から水平転送クロックHφ1及びHφ2が水平転送領域105に印加される。それによって、水平転送領域105に転送された信号電荷は1フィールド毎に水平転送領域105によって転送される(図14の図示では左方向に転送される)。なお、FD部によって電圧に変換されると、受光信号として出力部107から出力されることとなる。
図15はCCD型固体撮像装置101の水平転送領域105からFD部110までの電位模式図であり、H1とH2に水平転送領域105を駆動するためのパルス、即ち、水平転送クロックパルスを与えることによって信号電荷の転送を行う。H1がオフの状態になった時に水平転送領域105からFD部110に信号電荷が転送されることとなる。なお、信号電荷がFD部110に転送された後にリセットゲート(以下、RGと称する)をオンの状態とすることでFD部110に蓄積された信号電荷のリセットを行う。
図16は各パルスのタイミングを示す模式図であり、図16中符号Hφ1はH1の駆動パルスの動作タイミング、図16中符号Hφ2はH2の駆動パルスの動作タイミング、図16中符号φRGはRGの駆動パルスの動作タイミングである。また、図16中符号Hφ1及び符号Hφ2で示すタイミングでH1及びH2に駆動パルスを与えると共に、図16中符号φRGで示すタイミングでRGに駆動パルスを与えることによって図16中符号OUTで示す出力波形が得られることとなる。
上記の様に構成されたCCD型固体撮像装置(エリアセンサ)では、垂直転送領域109の信号電荷の転送効率の向上が強く求められている。
そのために、例えば特許文献2では、チャネル領域の幅を垂直転送領域109における信号電荷の転送方向に向かって変化させることで、転送方向の電界を生じさせる技術が提案されている。
ここで、チャネル領域の幅を充分に確保することができる場合には、チャネル領域の幅を変化させることで転送効率を向上させることも可能であったが、近年のCCD型固体撮像装置の小型化に伴って、こうした対応では充分ではなくなりつつある。
即ち、近年ではCCD型固体撮像装置の小型化が進み、チャネル領域の幅も0.4μm程度となっている。そして、信号電荷の転送の効率化のためにチャネル幅を広くする箇所を設けた場合には、CCD型固体撮像装置の小型化の実現が困難となってしまう。一方で、チャネル幅を更に狭くする箇所を設けた場合には、チャネル領域の幅の狭い箇所で取扱電荷量が制限されてしまう。
従って、近年のCCD型固体撮像装置の小型化の傾向に伴って、チャネル領域の幅を変化させるという構成そのものが困難になりつつある。
こうした点に鑑みて、半導体基板の垂直転送領域109が形成された箇所の表面領域にイオン注入を行って、図17で示す電位模式図の様に、垂直転送領域109に信号電荷の転送方向(図17中符号aで示す方向)に向けてポテンシャル勾配を形成している。なお、図中符号120は垂直転送領域109に垂直転送クロックを印加する転送電極を示している。
しかしながら、半導体基板の表面領域にイオン注入を行った場合には、ポテンシャル段差が明確に形成されることとなり、垂直転送領域109の信号電荷の転送がスムースになされない恐れがあり、信号電荷の転送効率が必ずしも向上するとは言い切れなかった。
本発明は以上の点に鑑みて創案されたものであって、信号電荷の転送効率を向上することができる電荷転送装置及び固体撮像装置、並びに、エリアセンサ及びリニアセンサ、並びに撮像装置を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、本発明に係る電荷転送装置は、半導体基板内に設けられると共に、信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を有し、該電荷蓄積部のポテンシャルを変化することにより前記電荷蓄積部間で信号電荷を転送すべく構成された第1導電型の電荷転送領域と、該電荷転送領域よりも半導体基板の表面とは逆側に前記電荷転送領域と略並行して配置されると共に、信号電荷の転送方向における幅若しくは不純物濃度を変化させて構成された第2導電型の不純物領域とを備える。
また、本発明に係る電荷転送装置は、半導体基板内に形成された第1導電型の電荷転送領域と、半導体基板上に絶縁膜を介して設けられ、前記電荷転送領域に所定の転送クロックを印加する複数の転送電極と、前記電荷転送領域よりも半導体基板の表面とは逆側に前記電荷転送領域と略並行して配置されると共に、信号電荷の転送方向における幅若しくは不純物濃度を変化させて構成された第2導電型の不純物領域とを備える。
ここで、第2導電型の不純物領域が、信号電荷の転送方向における幅若しくは不純物濃度を変化させて構成されたことによって、電荷転送領域にポテンシャル勾配を形成でき、信号電荷の転送方向に向けて電界を発生することができる。
また、第2導電型の不純物領域が電荷転送領域よりも半導体基板の表面とは逆側に配置されたことによって、電荷転送領域のポテンシャル勾配が緩やかになり、フリンジ電界を強くすることが期待できる。
また、上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板内に設けられた撮像領域と、該撮像領域で光電変換された信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を有し、該電荷蓄積部のポテンシャルを変化することにより前記電荷蓄積部間で信号電荷を転送すべく構成された第1導電型の電荷転送領域と、該電荷転送領域よりも半導体基板の表面とは逆側に前記電荷転送領域と略並行して配置されると共に、信号電荷の転送方向における幅若しくは不純物濃度を変化させて構成された第2導電型の不純物領域とを備える。
また、本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板内に設けられた撮像領域と、該撮像領域で光電変換された信号電荷を転送する第1導電型の電荷転送領域と、半導体基板上に絶縁膜を介して設けられ、前記電荷転送領域に所定の転送クロックを印加する複数の転送電極と、前記電荷転送領域よりも半導体基板の表面とは逆側に前記電荷転送領域と略並行して配置されると共に、信号電荷の転送方向における幅若しくは不純物濃度を変化させて構成された第2導電型の不純物領域とを備える。
また、上記の目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、半導体基板内に設けられた撮像領域と、該撮像領域で光電変換された信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を有し、該電荷蓄積部のポテンシャルを変化することにより前記電荷蓄積部間で信号電荷を転送すべく構成された第1導電型の電荷転送領域と、該電荷転送領域よりも半導体基板の表面とは逆側に前記電荷転送領域と略並行して配置されると共に、信号電荷の転送方向における幅若しくは不純物濃度を変化させて構成された第2導電型の不純物領域と、前記撮像領域に入射光を導く光学系とを備える。
また、本発明に係る撮像装置は、半導体基板内に設けられた撮像領域と、該撮像領域で光電変換された信号電荷を転送する第1導電型の電荷転送領域と、半導体基板上に絶縁膜を介して設けられ、前記電荷転送領域に所定の転送クロックを印加する複数の転送電極と、前記電荷転送領域よりも半導体基板の表面とは逆側に前記電荷転送領域と略並行して配置されると共に、信号電荷の転送方向における幅若しくは不純物濃度を変化させて構成された第2導電型の不純物領域と、前記撮像領域に入射光を導く光学系とを備える。
ここで、第2導電型の不純物領域が、信号電荷の転送方向における幅若しくは不純物濃度を変化させて構成されたことによって、電荷転送領域にポテンシャル勾配を形成でき、信号電荷の転送方向に向けて電界を発生することができる。
また、第2導電型の不純物領域が電荷転送領域よりも半導体基板の表面とは逆側に配置されたことによって、電荷転送領域のポテンシャル勾配が緩やかになり、フリンジ電界を強くすることが期待できる。
また、上記の目的を達成するために、本発明に係るエリアセンサは、半導体基板内にマトリクス状に配列された受光領域と、該受光領域の垂直列毎に設けられると共に同受光領域から信号電荷が読み出され、読み出された信号電荷を垂直方向に転送する第1導電型の垂直転送領域と、該垂直転送領域から信号電荷が転送され、転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送領域と、前記垂直転送領域よりも半導体基板の表面とは逆側に前記垂直転送領域と略並行して配置されると共に、信号電荷の転送方向における幅若しくは不純物濃度を変化させて構成された第2導電型の不純物領域とを備える。
ここで、第2導電型の不純物領域が、信号電荷の転送方向における幅若しくは不純物濃度を変化させて構成されたことによって、垂直転送領域にポテンシャル勾配を形成でき、信号電荷の転送方向である垂直方向に向けて電界を発生することができる。
また、第2導電型の不純物領域が垂直転送領域よりも半導体基板の表面とは逆側に配置されたことによって、垂直転送領域のポテンシャル勾配が緩やかになり、フリンジ電界を強くすることが期待できる。
また、上記の目的を達成するために、本発明に係るリニアセンサは、半導体基板内に直線状に配列された受光領域と、該受光領域から信号電荷が読み出され、読み出された信号電荷を所定方向に転送する電荷転送領域と、該電荷転送領域よりも半導体基板の表面とは逆側に前記電荷転送領域と略並行して配置されると共に、信号電荷の転送方向における幅若しくは不純物濃度を変化させて構成された第2導電型の不純物領域とを備える。
ここで、第2導電型の不純物領域が、信号電荷の転送方向における幅若しくは不純物濃度を変化させて構成されたことによって、電荷転送領域にポテンシャル勾配を形成でき、信号電荷の転送方向に向けて電界を発生することができる。
また、第2導電型の不純物領域が電荷転送領域よりも半導体基板の表面とは逆側に配置されたことによって、電荷転送領域のポテンシャル勾配が緩やかになり、フリンジ電界を強くすることが期待できる。
本発明の電荷転送装置、固体撮像装置、エリアセンサ、リニアセンサ及び撮像装置では、信号電荷の転送方向に向けて電界を発生することができ、更には、ポテンシャル勾配が緩やかであるために、転送効率の改善を実現することができる。
以下、発明を実施するための形態(以下、「実施の形態」と称する。)について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(CCD型固体撮像装置(エリアセンサ))
2.第2の実施の形態(CCD型固体撮像装置(リニアセンサ))
3.第3の実施の形態(撮像装置(カメラ))
1.第1の実施の形態(CCD型固体撮像装置(エリアセンサ))
2.第2の実施の形態(CCD型固体撮像装置(リニアセンサ))
3.第3の実施の形態(撮像装置(カメラ))
<1.第1の実施の形態>
[CCD型固体撮像装置(エリアセンサ)の構成]
本発明を適用した固体撮像装置の一例であるCCD型固体撮像装置(エリアセンサ)1は、従来のCCD型固体撮像装置(エリアセンサ)101と同様に、撮像部4a、オプティカルブラック領域4b、水平転送領域5及び出力部7によって概略構成されている。また、撮像部4aはマトリクス状に配列された受光部8と各受光部8の垂直列毎に設けられて各受光部8から信号電荷を転送する垂直転送領域9とにより構成されている。更に、水平転送領域5は一般的に用いられている2相駆動の水平転送方式を採用しており、H1とH2によって構成されている(図14参照。)。
[CCD型固体撮像装置(エリアセンサ)の構成]
本発明を適用した固体撮像装置の一例であるCCD型固体撮像装置(エリアセンサ)1は、従来のCCD型固体撮像装置(エリアセンサ)101と同様に、撮像部4a、オプティカルブラック領域4b、水平転送領域5及び出力部7によって概略構成されている。また、撮像部4aはマトリクス状に配列された受光部8と各受光部8の垂直列毎に設けられて各受光部8から信号電荷を転送する垂直転送領域9とにより構成されている。更に、水平転送領域5は一般的に用いられている2相駆動の水平転送方式を採用しており、H1とH2によって構成されている(図14参照。)。
図1は本発明を適用したCCD型固体撮像装置(エリアセンサ)1を説明するための模式的な断面図である。ここでは、N型の半導体基板(例えばシリコン基板)内の受光部8に隣接して垂直転送領域9として機能するN型領域VBCが設けられている。なお、N型領域VBCは、例えば、1.0×1012個/cm2程度のヒ素をイオン注入することによって形成することができる。
また、N型領域VBCよりも深い領域(半導体基板の深部)には、N型の半導体基板からの拡散電流の流れ込みを抑止するために、P型領域VPWがN型領域VBCと略並行して設けられている。なお、P型領域VPWは、例えば、1.0×1012個/cm2程度のボロンをイオン注入することによって形成することができる。
更に、P型領域VPWよりも更に深い領域(半導体基板の深部)には、隣接する受光部8同士で信号電荷の漏れ込みを抑止すべく、P型領域SVBがN型領域VBC及びP型領域VPWと略並行して設けられている。なお、P型領域SVBは、例えば、1.0×1011個/cm2程度のボロンをイオン注入することによって形成することができる。
ここで、半導体基板の表面には絶縁膜10を介してポリシリコンから成る転送電極11が設けられると共に、受光部8のN型領域VBC(垂直転送領域9)と逆側には混色を防止するためのチャネルストップ領域12が設けられている。
ここで、本実施の形態では、単位画素内でP型領域VPWの幅を異ならせて形成されており、単位画素内で信号電荷の転送方向の基端側よりも先端側が幅狭となる様に構成されている。なお、N型領域VBC及びP型領域SVBの幅は一定に構成されている。
具体的には、N型領域VBC及びP型領域SVBの幅が0.7μmに形成され、P型領域VPWについては、単位画素(単位画素は図2中符号bで示す)内において、基端側の幅が0.7μm、先端側の幅が0.6μmに形成されている(図2(a)参照。)。なお、図2中符号aで示す方向が信号電荷の転送方向を示している。
以下、上記した第1の実施の形態のCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の具体例について説明を行う。なお、以下の具体例では、1つの垂直転送部(図の最も左に位置する垂直転送部)のみにVBC及びVPWの図示を行っているが、全ての垂直転送部のVBC及びVPWが同様に構成されている。
[具体例1]
図8は、CCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の具体例(1)を説明するための模式的な平面図であり、ここで示すCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の転送電極は、2層のポリシリコン電極から構成されている。なお、転送電極が2層のポリシリコン電極から構成されているCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)については、例えば、特開2004−357328号公報に開示されている。
図8は、CCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の具体例(1)を説明するための模式的な平面図であり、ここで示すCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の転送電極は、2層のポリシリコン電極から構成されている。なお、転送電極が2層のポリシリコン電極から構成されているCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)については、例えば、特開2004−357328号公報に開示されている。
ここで示すCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1は、N型基板(図示せず)上にP型ウェル(図示せず)を介して形成されたN型不純物からなる転送チャネル80(VBCに相当)が設けられている。また、転送チャネル80の上方にはその転送方向に繰り返して配列された4相の転送電極84−1〜84−4が設けられている。
ここで、転送電極84−1〜84−4のうち、2相目の転送電極84−2と4相目の転送電極84−4は1層目のポリシリコン(図中、一点鎖線で示す)によって形成されている。また、1相目の転送電極84−1と3相目の転送電極84−3は2層目のポリシリコン(図中、二点鎖線で示す)によって形成されている。この様に、転送電極84−1〜84−4は2層電極構造となっている。
また、転送電極84−1〜84−4を形成する1層目、2層目のポリシリコン層は、センサ部81上において、ポリシリコン開口部が82設けられている。更に、転送電極84−1〜84−4の上方は、アルミニウムからなる遮光膜83によって覆われている。この遮光膜83には、センサ部81上において、ポリシリコン開口部82よりも内側にセンサ開口85が形成されている。
ところで、転送チャネル80よりも深い領域(N型基板の深部)には、P型領域VPWが設けられており、このP型領域VPWは、単位画素内で信号電荷の転送方向の基端側よりも先端側が幅狭となる様に構成されている。
[具体例2]
図9は、CCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の具体例(2)を説明するための模式的な平面図であり、ここで示すCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の転送電極は、単層のポリシリコン電極から構成されている。なお、転送電極が単層のポリシリコン電極から構成されているCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)については、例えば、特開2003−7997号公報に開示されている。
図9は、CCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の具体例(2)を説明するための模式的な平面図であり、ここで示すCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の転送電極は、単層のポリシリコン電極から構成されている。なお、転送電極が単層のポリシリコン電極から構成されているCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)については、例えば、特開2003−7997号公報に開示されている。
ここで示すCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1は、受光部や電荷転送部が設けられたSi基板(図示せず)の上層にSiO2等の絶縁膜(図示せず)を介して多結晶Si等による転送電極90が設けられている。
各転送電極90は、それぞれ受光部を避ける様なパターンで形成されており、垂直転送レジスタの電荷転送部に沿う部分は、各転送電極90が互いに近接して配置されている。
即ち、ここで示すCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1のSi基板には、撮像画素を構成するフォトセンサが縦横マトリクス状に配列されており、各フォトセンサの受光部がゲート絶縁膜を通して光を受光し、各フォトセンサによって信号電荷に変換する。そして、各フォトセンサの垂直方向の列に沿って複数の垂直転送レジスタ部が形成され、各フォトセンサで蓄積された信号電荷を垂直方向に転送する。また、各フォトセンサ及び垂直転送レジスタ部を配置した撮像領域の外側には、垂直転送レジスタ部と直交する水平転送レジスタ部が設けられており、各垂直転送レジスタ部によって転送された信号電荷を水平方向に転送する。そして、垂直転送レジスタ部の各転送電極90は、電荷転送部に沿って隣接する各転送電極同士が互いに近接するように配置された縁部90Aと、各フォトセンサの受光部を避けるように互いに離間した縁部90Bとを有する矩形波状に形成されている。
また、ここで示すCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1における各転送電極90は、その縁部90A、90Bが外側方向に向けて階段形の薄肉状に形成されている。従って、各転送電極90の隣接部分では、それぞれの縁部90Aが互いに近接して配置されているが、互いの対向面積は、小さいものとなっている。そのため、この部分に生じる容量は抑制されたものとなる。
また、各転送電極90の縁部90A、90B以外の部分は、充分な肉厚をもって形成されている。すなわち、各転送電極90の膜厚を大きくし、かつ隣接する転送電極90同士の間隔を小さくした場合でも、隣接する電極90の縁部90Aが薄肉状に形成されているので、互いの対向面積は大きくないため、電極間容量を抑制できる。この結果、電荷転送効率を落とすことなく電極間容量を低減させ、伝搬遅延を低減させることが可能となる。
ところで、電荷転送部(VBCに相当)よりも深い領域(Si基板の深部)には、P型領域VPWが設けられており、このP型領域VPWは、単位画素内で信号電荷の転送方向の基端側より先端側が幅狭となる様に構成されている。
[具体例3]
図10は、CCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の具体例(3)を説明するための模式的な平面図であり、ここで示すCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の転送電極は、単層ポリシャント構造が採用されている。なお、転送電極に単層ポリシャント構造を採用しているCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)については、例えば、特開2005−322746号公報に開示されている
図10は、CCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の具体例(3)を説明するための模式的な平面図であり、ここで示すCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の転送電極は、単層ポリシャント構造が採用されている。なお、転送電極に単層ポリシャント構造を採用しているCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)については、例えば、特開2005−322746号公報に開示されている
ここで示すCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1は、マトリクス状(行列状)に配置された受光センサ部91の各列の一側、垂直転送レジスタ92が形成されて、撮像領域が構成されている。
ここで、受光センサ部91は、それぞれ画素を構成するものであり、1画素に1つずつ設けられている。また、撮像領域外においては、図示しないが垂直転送レジスタ92の一端に接続して水平転送レジスタが設けられ、水平転送レジスタの一端に出力部が設けられている。
また、垂直転送レジスタ92は、半導体基体(図示せず)内に形成された転送チャネル領域VBC及びゲート絶縁膜(図示せず)と、転送電極とにより構成される。
更に、図示しないが、転送電極の上を覆って遮光膜が形成され、この遮光膜は、受光センサ部91に光が入射する様に、受光センサ部91上に開口を有する構成とされる。なお、遮光膜よりも上方には、必要に応じて、図示しないが、遮光膜を覆う絶縁膜、カラーフィルタ、オンチップレンズ等が設けられる。
また、第1相の転送パルスφV1が印加される転送電極93A及び第3相の転送パルスφV3が印加される転送電極93Cは、図10に示す様に、垂直転送レジスタ92に沿って延びる電極部を有している。更に、垂直方向(図中上下方向)に隣接する受光センサ部91間の部分(画素間部)に延びる配線部を有している。
これら第1相の転送パルスφV1が印加される転送電極93A及び第3相の転送パルスφV3が印加される転送電極93Cは、第1層の電極層により形成されている。なお、これら転送電極93A及び転送電極93Cは、配線部により、同一行の画素と共通に形成されている。
また、第2相の転送パルスφV2が印加される転送電極93B及び第4相の転送パルスφV4が印加される転送電極93Dは、図10に示す様に、垂直転送レジスタ92毎に独立して形成され、垂直転送レジスタ92に沿う電極部だけを有している。
また、これら第2相の転送パルスφV2が印加される転送電極93B及び第4相の転送パルスφV4が印加される転送電極93Dは、第1層の電極層により形成されている。
更に、第2相の転送パルスφV2が印加される転送電極93B及び第4相の転送パルスφV4が印加される転送電極93Dには、図10に示す様に、コンタクト層95を介して、第2層の電極層により形成された転送電極94が接続されている。
この第2層の電極層から成る転送電極94は、垂直転送レジスタ92に沿って延びると共にコンタクト層95と接続される部分と、垂直方向(電荷転送方向)に隣接する受光センサ部91間の部分(画素間部)に延びる配線部とを有している。
この転送電極94の配線部によって、垂直転送レジスタ92毎に独立して形成された転送電極93B及び転送電極93Dが、同一行毎に電気的に接続されると共に、それぞれの垂直転送パルスφV2、φV4が供給される。
ところで、転送チャネル領域VBCよりも深い領域(半導体基体の深部)には、P型領域VPWが設けられており、このP型領域VPWは、単位画素内で信号電荷の転送方向の基端側よりも先端側が幅狭となる様に構成されている。
[具体例4]
図11は、CCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の具体例(4)を説明するための模式的な平面図であり、ここで示すCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の転送電極は、浮島1つと、横シャント2本が形成された単層ポリシャント構造が採用されている。なお、浮島1つと、横シャント2本が形成された単層ポリシャント構造を採用しているCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)については、例えば、特開2006−41369号公報に開示されている。
図11は、CCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の具体例(4)を説明するための模式的な平面図であり、ここで示すCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の転送電極は、浮島1つと、横シャント2本が形成された単層ポリシャント構造が採用されている。なお、浮島1つと、横シャント2本が形成された単層ポリシャント構造を採用しているCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)については、例えば、特開2006−41369号公報に開示されている。
ここで示すCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の画素部には、画素を構成する受光部41が配置されている。受光部41は、図を省略しているが、水平方向H及び垂直方向Vに複数配置されており、受光部41は、フォトダイオードからなり、入射光量に応じた信号電荷を生成し、一定期間蓄積する。
ここで、受光部41の水平方向に隣接して、垂直方向に延びる転送チャネル42(VBCに相当)が配置されている。転送チャネル42は、水平方向に並ぶ受光部41間に延在しており、転送チャネル42は、信号電荷を垂直方向Vに転送するポテンシャル分布を生成する。
また、垂直方向Vに延びる転送チャネル42上には、転送電極43(第1転送電極43a、第2転送電極43b)が配列している。なお、第1転送電極43aと第2転送電極43bが同一の層からなる単層転送電極構造が採用されており、転送電極43は、例えばポリシリコンにより形成される。
上記の第1転送電極43aと第2の転送電極43bは、転送チャネル92上において垂直方向に交互に繰り返し配列している。そして、上記の転送電極43と転送チャネル42とにより、垂直方向Vに並ぶ受光部41の列毎に共通配置されたいわゆる垂直転送部が構成される。
また、第1転送電極43aは、垂直方向に並ぶ受光部41間を通って水平方向Hに連結されている。更に、第2転送電極43bは、転送チャネル42上において浮島状、即ち、水平方向Hに連結されずに分離した形状をもつ。なお、第2転送電極43bは、受光部41に隣接して配置されている。
また、第1転送電極43a上には、絶縁膜を介在させて水平方向Hに延在する2本のシャント(Shunt)配線44(44a、44b)が配置されている。シャント配線44は、転送電極43を構成するポリシリコンよりも低い抵抗率のタングステンにより構成される。
なお、シャント配線44aは、転送チャネル42上において、第1転送電極43aと接続部45により接続されている。また、シャント配線44bは、転送チャネル42上において、第2転送電極43bと接続部45により接続されている。
また、転送チャネル42上において、垂直方向Vに交互に繰り返し並んだ第1転送電極43a、第2転送電極43bには、シャント配線44を通じて、垂直方向に沿って位相の異なる4相の転送パルスφV1、φV2、φV3、φV4が供給される。なお、転送パルスφV1〜φV4は、例えば−7V〜0Vである。
更に、受光部41に隣接する浮島状の第2転送電極43bには、転送パルスφV1、φV3の他に、シャント配線44bを通じて、受光部41に蓄積された信号電荷を転送チャネル42へ転送するための読み出しパルスφRが供給される。読み出しパルスφRは、例えば、+12V〜+15Vである。
ここで示すCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1では、例えばn型シリコンからなる半導体基板を用い、半導体基板には、p型ウェルが形成されている。また、p型ウェル内にはn型領域が形成され、n型領域よりも表面側にはp型領域が形成されている。そして、このn型領域とp型ウェルとのpn接合によるフォトダイオードによって受光部41が構成される。なお、n型領域の表面側にp型領域が形成されていることにより、暗電流を低減した埋め込みフォトダイオードが構成される。
種々の半導体領域が形成された半導体基板上には、ゲート絶縁膜(図示せず)を介してポリシリコンからなる転送電極43が形成されており、転送電極43の膜厚は、例えば、0.1μmである。
また、転送電極43を被覆する様に、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜(図示せず)が形成されている。更に、転送電極43の上には、絶縁膜を介して例えばタングステンからなるシャント配線44が形成されている。なお、シャント配線44の膜厚は、例えば0.1μmである。絶縁膜は、接続部45において開口が形成されており、接続部45においてシャント配線44と転送電極43とが接続される。
シャント配線44を被覆する様に、例えば酸化シリコンからなる層間絶縁膜(図示せず)が形成されている。絶縁膜、層間絶縁膜を介在させた状態で、転送電極43及びシャント配線44を被覆する遮光膜(図示せず)が形成されている。なお、遮光膜には、受光部41の上方に開口部が形成されている。
また、遮光膜を被覆して全面に、例えばPSG(Phosphosilicate glass)やBPSG(Borophosphosilicate glass)膜からなる層間絶縁膜が形成されており、表面が平坦化されている。
そして、層間絶縁膜上には、例えば酸化シリコンあるいは窒化シリコンからなる層内レンズ(図示せず)が形成され、さらに、平坦化膜が形成されている。平坦化膜は、例えば、可視光に対して透過率の高い樹脂からなる。
平坦化膜上には、所定の波長領域の光を透過させる複数種のカラーフィルタ(図示せず)が形成されている。カラーフィルタは、原色系では、赤(R)、緑(G)、青(B)のいずれかに着色され、補色系では、例えば、イエロー(Ye)、シアン(Cy)、マゼンタ(Mg)、緑(G)等のいずれかに着色されている。
カラーフィルタ上に、オンチップレンズが形成されており、オンチップレンズは例えば、ネガ型感光樹脂等の光透過材料からなる。
ところで、転送チャネル42よりも深い領域(半導体基板の深部)には、P型領域VPWが設けられており、このP型領域VPWは、単位画素内で信号電荷の転送方向の基端側よりも先端側が幅狭となる様に構成されている。
[具体例5]
図12は、CCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の具体例(5)を説明するための模式的な平面図であり、ここで示すCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の転送電極は、浮島2つが形成された単層のポリシャント構造が採用されている。なお、浮島が2つ形成された単層のポリシャント構造を採用しているCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)については、例えば、特開2006−86350号公報に開示されている。
図12は、CCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の具体例(5)を説明するための模式的な平面図であり、ここで示すCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の転送電極は、浮島2つが形成された単層のポリシャント構造が採用されている。なお、浮島が2つ形成された単層のポリシャント構造を採用しているCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)については、例えば、特開2006−86350号公報に開示されている。
ここで示すCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の画素部には、画素を構成する受光部51が配置されている。受光部51は、水平方向H及び垂直方向Vに複数配置されており、受光部51は、フォトダイオードからなり、入射光量に応じた信号電荷を生成し、一定期間蓄積する。
水平方向Hに並ぶ2つの受光部51間に、垂直方向Vに伸びる転送チャネル52(VBCに相当)が配置されている。転送チャネル52は、信号電荷を垂直方向Vに転送するポテンシャル分布を生成する。
垂直方向Vに伸びる転送チャネル52上には、位相の異なる転送パルスφV1、φV2、φV3がそれぞれ供給される3種類の転送電極53が配列している。転送電極53は、転送パルスφV1が供給される第1転送電極53−1と、転送パルスφV2が供給される第2転送電極53−2と、転送パルスφV3が供給される第3転送電極53−3とに分けられる。
なお、第1転送電極53−1と、第2転送電極53−2と、第3転送電極53−3が同一平面に形成された単層転送電極構造を採用しており、転送電極53は、例えばポリシリコンにより形成される。
第3転送電極53−3、第2転送電極53−2、第1転送電極53−1が垂直方向Vに繰り返し配列している。そして、上記の転送電極53と転送チャネル52とにより、垂直方向Vに並ぶ受光部51の列毎に共通配置されたいわゆる垂直転送部(垂直CCD)が構成される。
水平方向Hに並ぶ複数の第1転送電極53−1は、画素間配線53−1aにより連結されている。画素間配線53−1aは、垂直方向Vに並ぶ受光部51の間隙において水平方向Hに伸び、転送電極53−1と同一平面に形成されている。即ち、画素間配線53−1aは、第1転送電極53−1と一体形成されたポリシリコンからなる。
第2転送電極53−2は、転送チャネル52上において浮島状、即ち、水平方向Hに連結されずに分離した形状となっている。転送電極53−2は、受光部51に隣接して配置されている。
第3転送電極53−3は、転送チャネル52上において浮島状、即ち、水平方向Hに連結されずに分離した形状となっている。第3転送電極53−3は、受光部51に隣接して配置されている。
第1転送電極53−1及び画素間配線53−1a上には、絶縁膜を介して水平方向Hに伸びるシャント配線54が配置されている。シャント配線54は、各第1転送電極53−1上において垂直方向Vに張り出しており、コンタクト部54aにおいて第2転送電極53−2に接続されている。1本のシャント配線54は、水平方向Hに並ぶ複数の第2転送電極53−2に接続されている。シャント配線54の幅は、画素間配線53−1aの幅よりも狭い。
シャント配線54は、ポリシリコン、あるいはタングステン等の金属材料により形成される。シャント配線54として、金属材料を用いる場合には、ポリシリコンを用いる場合に比べて、膜厚や幅を小さくしても同等の抵抗値が得られるため、受光部51の周縁に発生する段差を緩和できるという利点がある。
シャント配線54よりも上層であって、垂直方向Vに配列された転送電極53上に、絶縁膜を介して垂直方向Vに伸びるシャント配線55が配置されている。シャント配線55は、コンタクト部55aにおいて第3転送電極53−3に接続されている。1本のシャント配線55は、垂直方向Vに並ぶ複数の第3転送電極53−3に接続されている。シャント配線55の幅は、転送電極53の幅Wよりも狭い。
シャント配線55は、ポリシリコン、あるいはタングステン等の金属材料により形成される。なお、シャント配線55として、金属材料を用いる場合の利点については、シャント配線54と同様である。
ここで示すCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1は、1つの受光部51に対して、3つの転送電極53−1、53−2、53−3が設けられており、これにより、全画素読み出しに適応可能となる。
ここで、画素間配線53−1aを通じて水平方向に並ぶ全ての第1転送電極53−1に転送パルスφV1が供給される。また、シャント配線54を通じて水平方向に並ぶ全ての第2転送電極53−2に転送パルスφV2が供給される。更に、シャント配線54を通じて垂直方向に並ぶ全ての第3転送電極53−3に転送パルスφV3が供給される。なお、転送パルスφV1、φV2、φV3は例えば−7V〜0Vである。
受光部51に隣接する浮島状の第2転送電極53−2及び第3転送電極53−3には、シャント配線54、55を通じて、転送パルスφV2、φV3の他に受光部51に蓄積された信号電荷を転送チャネル52へ転送するための読み出しパルスφRが供給される。読み出しパルスφRは、例えば+12V〜+15Vである。なお、第2転送電極53−2あるいは第3転送電極53−3のいずれかのみに、読み出しパルスφRを供給しても良い。
ここでのCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1では、例えばn型シリコンからなる半導体基板を用い、半導体基板には、p型ウェルが形成されている。p型ウェル内にはn型領域が形成され、n型領域よりも表面側にはp型領域が形成されている。そして、このn型領域とp型ウェルとのpn接合によるフォトダイオードによって受光部51が構成される。なお、n型領域の表面側にp型領域が形成されていることにより、暗電流を低減した埋め込みフォトダイオードが構成される。
種々の半導体領域が形成された半導体基板上には、ゲート絶縁膜(図示せず)を介してポリシリコンからなる転送電極53及び画素間配線53−1aが形成されている。
転送電極53及び画素間配線53−1aを被覆するように、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜(図示せず)が形成されている。また、画素間配線53−1aの上には、絶縁膜を介してポリシリコン、あるいはタングステン等の金属材料からなるシャント配線54が形成されている。シャント配線54は、第2転送電極53−2上にも形成されている。絶縁膜には、コンタクト部54aにおいて開口が形成されており、コンタクト部54aにおいてシャント配線54と第2転送電極53−2とが接続されている。なお、シャント配線54として、タングステン等の金属材料を用いる場合には、コンタクト部54aにおいてシャント配線54を構成する金属材料と第2転送電極53−2とを直接接続せずに、バリアメタルを介在させても良い。
シャント配線54を被覆するように、酸化シリコン等からなる絶縁膜(図示せず)が形成されている。転送電極53上には、絶縁膜を介してポリシリコン、あるいはタングステン等の金属材料からなるシャント配線55が形成されている。図示はしないが、絶縁膜には、コンタクト部55aにおいて開口が形成されており、コンタクト部55aにおいてシャント配線55と第3転送電極53−3とが接続されている。なお、シャント配線55として、タングステン等の金属材料を用いる場合には、コンタクト部55aにおいてシャント配線55と第3転送電極53−3とを直接接続せずに、バリアメタルを介在させても良い。
シャント配線55を被覆する様に、酸化シリコン等からなる絶縁膜(図示せず)が形成されている。絶縁膜を介在させた状態で、転送電極53、画素間配線53−1a、シャント配線54、55を被覆する遮光膜(図示せず)が形成されている。なお、遮光膜には、受光部51の上方に開口部が形成されている。
図示はしないが、遮光膜の上層には必要に応じて、平坦化膜、カラーフィルタ、及びオンチップレンズが形成される。
ところで、転送チャネル52よりも深い領域(半導体基板の深部)には、P型領域VPWが設けられており、このP型領域VPWは、単位画素内で信号電荷の転送方向の基端側よりも先端側が幅狭となる様に構成されている。
[具体例6]
図13A及び図13Bは、CCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の具体例(6)を説明するための模式的な平面図であり、ここで示すCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の転送電極は、単層のメタルシャント構造が採用されている。なお、図13Aは単層のポリシリコンからなる転送電極63のみを図示したものであり、図13Bは転送電極63上に絶縁膜を介し、コンタクト部65を通じて接続される接続配線66を図示したものである。
図13A及び図13Bは、CCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の具体例(6)を説明するための模式的な平面図であり、ここで示すCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1の転送電極は、単層のメタルシャント構造が採用されている。なお、図13Aは単層のポリシリコンからなる転送電極63のみを図示したものであり、図13Bは転送電極63上に絶縁膜を介し、コンタクト部65を通じて接続される接続配線66を図示したものである。
図13Aに示す様に、CCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1は、図示しない半導体基板内に、フォトダイオードからなる受光センサ部64が、水平方向及び垂直方向に複数配置されている。そして、受光センサ部64の水平方向に隣接して、垂直方向に延びる転送チャネル(VBCに相当)62が半導体基板内に構成されている。転送チャネル62は、水平方向に並ぶ受光センサ部64間に延在して構成され、信号電荷を垂直方向に転送するポテンシャル分布を生成する。
垂直方向に伸びる転送チャネル62が構成される半導体基板上には、絶縁膜を介して転送電極63(第1転送電極63a、第2転送電極63b)が配列している。そして、第1転送電極63a、第2転送電極63bは、転送チャネル62上において、垂直方向に交互に繰り返し配列されている。転送電極63と、転送チャネル62とにより、垂直方向に並ぶ受光センサ部64の列毎に、共通配置された図示しない垂直転送部が構成される。
また、第2転送電極63bは、転送チャネル62上において、浮島状、即ち、水平方向に連結されずに分離した形状をもつ。第2転送電極63bは、受光センサ部64に隣接して配置されている。第1転送電極63a、第2転送電極63bには、上層に形成される接続配線66とのコンタクト部65となる開口部68が形成されている。
図13Bに示す様に、第1転送電極63a上には、絶縁膜を介在させて、水平方向に延在する2本の接続配線66が配置されている。この2本の接続配線66(接続配線66a、接続配線66b)がシャント(Shunt)配線を構成するものであり、低抵抗の材料で形成されるものである。接続配線66aは、転送チャネル62上において、第1転送電極63aと、開口部68に形成されるコンタクト部65により、第1転送電極63aと接続されている。接続配線66bは、転送チャネル62上において、開口部68に形成されるコンタクト部65により、第2転送電極63bと接続されている。
上記のCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1では、転送チャネル62上において垂直方向に交互に繰り返し並んだ第1転送電極63a、第2転送電極63bに、接続配線66を通じて、垂直方向に沿って位相の異なる4相の転送パルスφV1〜φV4が供給される。転送パルスφV1〜φV4は、例えば、−7V〜0Vである。また、受光センサ部64に隣接する浮島状の第2転送電極63bには、転送パルスφV1、φV3のほかに、接続配線66bを通じて受光センサ部64に蓄積された信号電荷を転送チャネル62へ転送するための読み出しパルスφRが供給される。読み出しパルスφRは、例えば、+12V〜+15Vである。
また、上記のCCD型固体撮像素子(エリアセンサ)1においては、受光センサ部64に光が入射すると、光電変換により、入射光量に応じた信号電荷が生成され、半導体基板内で、一定期間蓄積される。そして、シャント配線を構成する接続配線66bを通じて、第2転送電極63bに読み出しパルスφRが供給されると、図示しない読み出しゲート部のポテンシャル分布が変化し、蓄積された信号電荷が転送チャネル62に読み出される。
信号電荷が転送チャネル62に読み出された後、接続配線66を通じて、垂直方向に並ぶ転送電極63に、4相の転送パルスφV1〜φV4が供給される。4相の転送パルスφV1〜φV4により、転送チャネル62のポテンシャル分布が制御されて信号電荷が垂直方向に転送される。
なお、図示はしないが、信号電荷が垂直方向に転送された後、水平転送部により水平方向に転送されて、出力部により信号電荷量に応じた電圧に変換されて出力される。
ところで、転送チャネル62よりも深い領域(半導体基板の深部)には、P型領域VPWが設けられており、このP型領域VPWは、単位画素内で信号電荷の転送方向の基端側よりも先端側が幅狭となる様に構成されている。
[動作]
上記の様に構成されたCCD型固体撮像装置(エリアセンサ)1では、タイミング信号発生回路3から垂直転送クロックVφ1、Vφ2、Vφ3及びVφ4が転送電極11を介して垂直転送領域9に印加される。これによって、N型領域VBCのポテンシャルが変化し、隣接するN型領域VBC間で信号電荷が順次転送され、受光部8から垂直転送領域9に読み出された信号電荷が垂直方向に転送されることとなる。
上記の様に構成されたCCD型固体撮像装置(エリアセンサ)1では、タイミング信号発生回路3から垂直転送クロックVφ1、Vφ2、Vφ3及びVφ4が転送電極11を介して垂直転送領域9に印加される。これによって、N型領域VBCのポテンシャルが変化し、隣接するN型領域VBC間で信号電荷が順次転送され、受光部8から垂直転送領域9に読み出された信号電荷が垂直方向に転送されることとなる。
また、タイミング信号発生回路3から水平転送クロックHφ1及びHφ2を水平転送領域5に印加される。これによって、水平転送領域5に転送された信号電荷は1フィールド毎に水平転送領域5によって転送され(図1の図示では左方向に転送され)、電荷電圧変換部(FD部)によって電圧に変換されて受光信号として出力部7から読み出される。
本発明を適用したCCD型固体撮像装置(エリアセンサ)では、単位画素内でP型領域VPWの幅が信号電荷の転送方向の基端側よりも先端側が幅狭となる様に構成されているために、信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができる。
また、P型領域VPWの幅を異ならせている領域、換言すると、ボロン濃度が変化している領域がチャネル領域であるN型領域VBCから離れているために、フリンジ電界が強くなることが期待できる。即ち、ボロン濃度の変化がチャネル領域であるN型領域VBCに与える影響が緩和され、チャネル領域のポテンシャル勾配が緩やかになり、垂直転送領域9のフリンジ電界が強くなることが期待できるのである。
また、半導体基板の表面領域にイオン注入を行うことによって垂直転送領域9内にポテンシャル勾配を形成する場合と比較すると、信号電荷の移動度の向上が期待できる。即ち、半導体基板の表面領域にイオン注入を行った場合と比較すると、チャネル領域内の不純物濃度を抑制することができ、それに伴って、信号電荷の移動度の向上が期待できるのである。
更に、半導体基板の表面領域にイオン注入を行うことによって垂直転送領域9内にポテンシャル勾配を形成する場合と比較すると、ポテンシャルのゲート追随性が向上し、それによって転送電界が強くなることが期待できる。即ち、半導体基板の表面領域のP型不純物濃度を抑制することができ、半導体基板の深部が空乏化し、転送電極に垂直転送クロックを印加した際の半導体基板内のポテンシャルの動きが良くなり、それによって、転送電界が強くなることが期待できるのである。
なお、本発明を適用したCCD型固体撮像装置(エリアセンサ)では、垂直転送領域9の幅は不変であるために、垂直転送領域9の取扱電荷量については変化することがない。
[変形例1]
第1の実施の形態では、N型領域VBC及びP型領域SVBの幅は一定に構成され、P型領域VPWの幅を単位画素内で信号電荷の転送方向の基端側よりも先端側が幅狭となる場合を例に挙げて説明を行っている。
具体的には、N型領域VBC及びP型領域SVBの幅が0.7μmに形成され、P型領域VPWの基端側の幅が0.7μm、先端側の幅が0.6μmに形成されている場合を例に挙げて説明を行っている。
第1の実施の形態では、N型領域VBC及びP型領域SVBの幅は一定に構成され、P型領域VPWの幅を単位画素内で信号電荷の転送方向の基端側よりも先端側が幅狭となる場合を例に挙げて説明を行っている。
具体的には、N型領域VBC及びP型領域SVBの幅が0.7μmに形成され、P型領域VPWの基端側の幅が0.7μm、先端側の幅が0.6μmに形成されている場合を例に挙げて説明を行っている。
しかし、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であって、必ずしもN型領域VBC及びP型領域SVBの幅とP型領域VPWの基端側の幅が同一である必要は無い。
そのため、単位画素内でP型領域VPWの基端側の幅がN型領域VBC及びP型領域SVBの幅よりも大きく、P型領域VPWの先端側の幅がN型領域VBC及びP型領域SVBの幅よりも小さく形成されても良い。具体的には、N型領域VBC及びP型領域SVBの幅が0.7μmに形成され、P型領域VPWの基端側の幅が0.8μm、先端側の幅が0.6μmに形成されても良い(図3(a)参照。)。
[変形例2]
また、上述の通り、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、必ずしもP型領域VPWの先端側の幅がN型領域VBC及びP型領域SVBの幅よりも小さく形成される必要は無い。
また、上述の通り、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、必ずしもP型領域VPWの先端側の幅がN型領域VBC及びP型領域SVBの幅よりも小さく形成される必要は無い。
そのため、単位画素内でP型領域VPWの基端側の幅が先端側の幅よりも大きく形成されると共に、P型領域VPWの先端側の幅がN型領域VBC及びP型領域SVBの幅よりも大きく形成されても良い。具体的には、N型領域VBC及びP型領域SVBの幅が0.7μmに形成され、P型領域VPWの基端側の幅が0.9μm、先端側の幅が0.8μmに形成されても良い(図3(b)参照。)。
[変形例3]
また、上述の通り、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、必ずしもP型領域VPWの基端側の幅がN型領域VBC及びP型領域SVBの幅よりも大きく形成される必要は無い。
また、上述の通り、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、必ずしもP型領域VPWの基端側の幅がN型領域VBC及びP型領域SVBの幅よりも大きく形成される必要は無い。
そのため、単位画素内でP型領域VPWの基端側の幅が先端側の幅よりも大きく形成されると共に、P型領域VPWの基端側の幅がN型領域VBC及びP型領域SVBの幅よりも小さく形成されても良い。具体的には、N型領域VBC及びP型領域SVBの幅が0.7μmに形成され、P型領域VPWの基端側の幅が0.6μm、先端側の幅が0.5μmに形成されても良い(図3(c)参照。)。
[変形例4]
また、上述の通り、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、必ずしもP型領域VPWの幅を異ならせて形成される必要は無い。
また、上述の通り、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、必ずしもP型領域VPWの幅を異ならせて形成される必要は無い。
そのため、N型領域VBCとP型領域VPWの幅は一定に構成され、P型領域SVBの幅を単位画素内で信号電荷の転送方向の基端側よりも先端側が幅狭となる様に構成されても良い。具体的には、N型領域VBC及びP型領域VPWの幅が0.7μmに形成され、P型領域SVBの基端側の幅が0.7μm、先端側の幅が0.6μmに形成されても良い(図3(d)参照。)。
[変形例5]
また、上記した通り、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であって、必ずしもN型領域VBC及びP型領域VPWの幅とP型領域SVBの基端側の幅が同一である必要は無い。
また、上記した通り、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であって、必ずしもN型領域VBC及びP型領域VPWの幅とP型領域SVBの基端側の幅が同一である必要は無い。
そのため、単位画素内でP型領域SVBの基端側の幅がN型領域VBC及びP型領域VPWの幅よりも大きく、P型領域SVBの先端側の幅がN型領域VBC及びP型領域VPWの幅よりも小さく形成されても良い。具体的には、N型領域VBC及びP型領域VPWの幅が0.7μmに形成され、P型領域SVBの基端側の幅が0.8μm、先端側の幅が0.6μmに形成されても良い(図3(e)参照。)。
[変形例6]
また、上記した通り、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、必ずしもP型領域SVBの先端側の幅がN型領域VBC及びP型領域VPWの幅よりも小さく形成される必要は無い。
また、上記した通り、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、必ずしもP型領域SVBの先端側の幅がN型領域VBC及びP型領域VPWの幅よりも小さく形成される必要は無い。
そのため、単位画素内でP型領域SVBの基端側の幅が先端側の幅よりも大きく形成されると共に、P型領域SVBの先端側の幅がN型領域VBC及びP型領域VPWの幅よりも大きく形成されても良い。具体的には、N型領域VBC及びP型領域VPWの幅が0.7μmに形成され、P型領域SVBの基端側の幅が0.9μm、先端側の幅が0.8μmに形成されても良い(図4(a)参照。)。
[変形例7]
また、上述の通り、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、必ずしもP型領域SVBの基端側の幅がN型領域VBC及びP型領域VPWの幅よりも大きく形成される必要は無い。
また、上述の通り、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、必ずしもP型領域SVBの基端側の幅がN型領域VBC及びP型領域VPWの幅よりも大きく形成される必要は無い。
そのため、単位画素内でP型領域SVBの基端側の幅が先端側の幅よりも大きく形成されると共に、P型領域SVBの基端側の幅がN型領域VBC及びP型領域VPWの幅よりも小さく形成されても良い。具体的には、N型領域VBC及びP型領域VPWの幅が0.7μmに形成され、P型領域SVBの基端側の幅が0.6μm、先端側の幅が0.5μmに形成されても良い(図4(b)参照。)。
[変形例8]
第1の実施の形態、変形例1〜変形例7については、P型領域VPW若しくはP型領域SVBのいずれか一方について、単位画素内で基端側の幅が先端側の幅よりも大きく形成された場合について説明を行っている。
第1の実施の形態、変形例1〜変形例7については、P型領域VPW若しくはP型領域SVBのいずれか一方について、単位画素内で基端側の幅が先端側の幅よりも大きく形成された場合について説明を行っている。
しかし、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、P型領域VPW及びP型領域SVBの双方について、単位画素内で基端側の幅が先端側の幅よりも大きく形成されても良い(図4(c)参照。)。
[変形例9]
第1の実施の形態、変形例1〜変形例8については、単位画素内で線幅差が2段である場合を例に挙げて説明を行っている。
しかし、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、単位画素内の線幅差が2段に限定される必要は無く、3段以上の線幅差を形成しても良い(3段の線幅差について図4(d)参照。)。
第1の実施の形態、変形例1〜変形例8については、単位画素内で線幅差が2段である場合を例に挙げて説明を行っている。
しかし、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、単位画素内の線幅差が2段に限定される必要は無く、3段以上の線幅差を形成しても良い(3段の線幅差について図4(d)参照。)。
[変形例10]
第1の実施の形態、変形例1〜変形例9については、単位画素内で階段状に線幅差が形成された場合を例に挙げて説明を行っている。
しかし、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、単位画素内でテーパ状に線幅差が形成されても良い(図4(e)参照。)。
第1の実施の形態、変形例1〜変形例9については、単位画素内で階段状に線幅差が形成された場合を例に挙げて説明を行っている。
しかし、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、単位画素内でテーパ状に線幅差が形成されても良い(図4(e)参照。)。
[変形例11]
第1の実施の形態、変形例1〜変形例10については、P型領域VPW及びP型領域SVBの少なくともいずれか一方について単位画素内で基端側の幅が先端側の幅よりも大きく形成された場合について説明を行っている。
第1の実施の形態、変形例1〜変形例10については、P型領域VPW及びP型領域SVBの少なくともいずれか一方について単位画素内で基端側の幅が先端側の幅よりも大きく形成された場合について説明を行っている。
しかし、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、必ずしもP型領域VPWやP型領域SVBの幅を変化させることによってポテンシャル勾配を形成する必要は無い。
そのため、P型領域VPW及びP型領域SVBの少なくともいずれか一方について単位画素内で基端側のボロン濃度を先端側のボロン濃度よりも濃くしても良い。
例えば、P型領域VPWの基端側には1.0×1012個/cm2程度のボロンのイオン注入を行い、P型領域VPWの先端側には9.0×1011個/cm2程度のボロンのイオン注入を行うことでボロンの濃度差を設けても良い。具体的には、図2(b)中の符号xで示す領域には1.0×1012個/cm2程度のボロンのイオン注入を行い、図2(b)中符号yで示す領域には9.0×1011個/cm2程度のボロンのイオン注入を行っても良い。
[変形例12]
第1の実施の形態、変形例1〜変形例11については、P型領域VPW及びP型領域SVBの双方が形成されている場合を例に挙げて説明を行っている。
[変形例12]
第1の実施の形態、変形例1〜変形例11については、P型領域VPW及びP型領域SVBの双方が形成されている場合を例に挙げて説明を行っている。
しかし、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分である。そのために、N型領域VBCよりも深い領域(半導体基板の深部)に単一のP型領域が設けられ、単位画素内でこのP型領域に線幅差を形成したり、濃度差を形成したりしても良い。
<2.第2の実施の形態>
[CCD型固体撮像装置(リニアセンサ)の構成]
図5は本発明を適用した固体撮像装置の一例であるCCD型固体撮像装置(リニアセンサ)を説明するための模式図である。ここで示すCCD型固体撮像装置(リニアセンサ)21は第1のCCDリニアセンサ22と、第2のCCDリニアセンサ32とを有する。
[CCD型固体撮像装置(リニアセンサ)の構成]
図5は本発明を適用した固体撮像装置の一例であるCCD型固体撮像装置(リニアセンサ)を説明するための模式図である。ここで示すCCD型固体撮像装置(リニアセンサ)21は第1のCCDリニアセンサ22と、第2のCCDリニアセンサ32とを有する。
第1のCCDリニアセンサ22は、フォトダイオードから成る光電変換部(画素)23が直線的に多数配列されて成る第1のセンサ列24を有する。この第1のセンサ列24の一方側には各光電変換部23で光電変換された信号電荷を読み出す第1の読み出しゲート25が設けられている。また、第1の読み出しゲート25により読み出された信号電荷を出力部側に転送する第1の転送レジスタ26が設けられている。更に、第1のセンサ列24の他方側には第1のオーバーフローコントロールバリア27及びオーバーフロードレイン28が配設されている。
ここで、第1のCCDリニアセンサ22では、入力光に応じて第1のセンサ列24の各光電変換部23に蓄積された信号電荷は、第1の読み出しゲート25を介して第1の転送レジスタ26に読み出される。読み出された信号電荷は第1の転送レジスタ26により順次転送された後、第1の電荷電圧変換部30において信号電圧に変換され、更にアンプ等から成る第1の出力部29を経て信号出力となる。なお、第1のオーバーフローコントロールバリア27を溢れた信号電荷はオーバーフロードレイン28に捨てられることとなる。
また、第1の転送レジスタ26はH1とH2によって構成されており、信号電荷の転送方向(出力部方向)の最終段にはH1が配置されている。
また、第2のCCDリニアセンサ32は、フォトダイオードから成る光電変換部(画素)23が直線的に多数配列されて成る第2のセンサ列33を有する。この第2のセンサ列33の一方側には各光電変換部23で光電変換された信号電荷を読み出す第2の読み出しゲート34が設けられている。また、第2の読み出しゲート34により読み出された信号電荷を出力部側に転送する第2の転送レジスタ35が設けられている。更に、第2のセンサ列33の他方側には第2のオーバーフローコントロールバリア36及び上記したオーバーフロードレイン28が配設されている。
ここで、第2のCCDリニアセンサ32では、入力光に応じて第2のセンサ列33の各光電変換部23に蓄積された信号電荷は、第2の読み出しゲート34を介して第2の転送レジスタ35に読み出される。読み出された信号電荷は第2の転送レジスタ35により順次転送された後、第2の電荷電圧変換部39において信号電圧に変換され、更にアンプ等から成る第2の出力部38を経て信号出力となる。なお、第2のオーバーフローコントロールバリア36を溢れた信号電荷は、上記した第1のCCDリニアセンサ22と共用のオーバーフロードレイン28に捨てられることとなる。
また、第2の転送レジスタ35はH1とH2によって構成されており、信号電荷の転送方向(出力部方向)の最終段にはH2が配置されている。
図6は本発明を適用したCCD型固体撮像装置(リニアセンサ)21を説明するための模式的な断面図である。ここで示す第1のCCDリニアセンサ22は、N型の半導体基板(例えば、シリコン基板)内の受光部23に隣接して第1の転送レジスタ26として機能するN型領域VBCが設けられている。なお、N型領域VBCは、例えば、1.0×1012個/cm2程度のヒ素をイオン注入することによって形成することができる。
また、N型領域VBCよりも深い領域(半導体基板の深部)には、N型の半導体基板からの拡散電流の流れ込みを抑止するために、P型領域VPWがN型領域VBCと略並行して設けられている。なお、P型領域VPWは、例えば、1.0×1012個/cm2程度のボロンをイオン注入することによって形成することができる。
なお、半導体基板の表面には絶縁膜10を介してポリシリコンから成る転送電極11が設けられている。
また、第2のCCDリニアセンサ32についても同様に、N型の半導体基板(例えば、シリコン基板)内の受光部23に隣接して第2の転送レジスタ35として機能するN型領域VBCが設けられている。N型領域VBCは、例えば、1.0×1012個/cm2程度のヒ素をイオン注入することによって形成することができる。
また、第2のCCDリニアセンサ32についても、N型領域VBCよりも深い領域(半導体基板の深部)には、N型の半導体基板からの拡散電流の流れ込みを抑止するために、P型領域VPWが設けられている。なお、P型領域VPWは、例えば、1.0×1012個/cm2程度のボロンをイオン注入することによって形成することができる。
なお、第2のCCDリニアセンサ32についても、半導体基板の表面には絶縁膜10を介してポリシリコンから成る転送電極11が設けられている。
ここで、本実施の形態では、単位画素内でP型領域VPWの幅を異ならせて形成されており、換言すると、単位画素内で信号電荷の転送方向の基端側よりも先端側が幅狭となる様に構成されている。なお、N型領域VBCの幅は一定に構成されている。
具体的には、N型領域VBCが0.7μmに形成され、P型領域VPWについては、基端側の幅が0.7μm、先端側の幅が0.6μmに形成されている(図2(a)参照。)。
[動作]
上記の様に構成されたCCD型固体撮像装置(リニアセンサ)では、タイミング信号発生回路(図示せず)から転送クロックHφ1及びHφ2が転送電極11を介して第1のセンサ列24に印加される。これによって、N型領域VBCのポテンシャルが変化し、隣接するN型領域VBC間で信号電荷が順次転送される。そして、第1の電荷電圧変換部30によって電圧に変換されて受光信号として第1の出力部29から読み出される。
上記の様に構成されたCCD型固体撮像装置(リニアセンサ)では、タイミング信号発生回路(図示せず)から転送クロックHφ1及びHφ2が転送電極11を介して第1のセンサ列24に印加される。これによって、N型領域VBCのポテンシャルが変化し、隣接するN型領域VBC間で信号電荷が順次転送される。そして、第1の電荷電圧変換部30によって電圧に変換されて受光信号として第1の出力部29から読み出される。
また、タイミング信号発生回路(図示せず)から転送クロックHφ1及びHφ2が転送電極11を介して第2のセンサ列33に印加される。これによって、N型領域VBCのポテンシャルが変化し、隣接するN型領域VBC間で信号電荷が順次転送される。そして、第2の電荷電圧変換部39によって電圧に変換されて受光信号として第2の出力部38から読み出される。
本発明を適用したCCD型固体撮像装置(リニアセンサ)の第1のCCDリニアセンサ22では、単位画素内でP型領域VPWの幅が信号電荷の転送方向の基端側よりも先端側が幅狭となる様に構成されている。そのため、信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができる。
また、P型チャネル領域VPWの幅を異ならせている領域、換言すると、ボロン濃度が変化している領域がチャネル領域であるN型領域VBCから離れているために、フリンジ電界が強くなることが期待できる。即ち、ボロン濃度の変化がチャネル領域であるN型領域VBCに与える影響が緩和され、チャネル領域のポテンシャル勾配が緩やかになり、第1の転送レジスタ26のフリンジ電界が強くなることが期待できるのである。
また、半導体基板の表面領域にイオン注入を行うことによって第1の転送レジスタ26内にポテンシャル勾配を形成する場合と比較すると、信号電荷の移動度の向上が期待できる。即ち、半導体基板の表面領域にイオン注入を行った場合と比較すると、チャネル領域内の不純物濃度を抑制することができ、それに伴って、信号電荷の移動度の向上が期待できるのである。
更に、半導体基板の表面領域にイオン注入を行うことによって第1の転送レジスタ26内にポテンシャル勾配を形成する場合と比較すると、ポテンシャルのゲート追随性が向上し、それによって転送電界が強くなることが期待できる。即ち、半導体基板の表面領域のP型不純物濃度を抑制することができ、半導体基板の深部が空乏化し、転送電極に転送クロックを印加した際の半導体基板内のポテンシャルの動きが良くなり、それによって、転送電界が強くなることが期待できるのである。
なお、本発明を適用したCCD型固体撮像装置(リニアセンサ)の第1のCCDリニアセンサ22では、第1の転送レジスタ26の幅は不変であるために、第1の転送レジスタ26の取扱電荷量については変化することがない。
また、本発明を適用したCCD型固体撮像装置(リニアセンサ)の第2のCCDリニアセンサ32では、単位画素内でP型領域VPWの幅が信号電荷の転送方向の基端側よりも先端側が幅狭となる様に構成されている。そのため、信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができる。
また、P型チャネル領域VPWの幅を異ならせている領域、換言すると、ボロン濃度が変化している領域がチャネル領域であるN型領域VBCから離れているために、フリンジ電界が強くなることが期待できる。即ち、ボロン濃度の変化がチャネル領域であるN型領域VBCに与える影響が緩和され、チャネル領域のポテンシャル勾配が緩やかになり、第2の転送レジスタ35のフリンジ電界が強くなることが期待できるのである。
また、半導体基板の表面領域にイオン注入を行うことによって第2の転送レジスタ35内にポテンシャル勾配を形成する場合と比較すると、信号電荷の移動度の向上が期待できる。即ち、半導体基板の表面領域にイオン注入を行った場合と比較すると、チャネル領域内の不純物濃度を抑制することができ、それに伴って、信号電荷の移動度の向上が期待できるのである。
更に、半導体基板の表面領域にイオン注入を行うことによって第2の転送レジスタ35内にポテンシャル勾配を形成する場合と比較すると、ポテンシャルのゲート追随性が向上し、それによって転送電界が強くなることが期待できる。即ち、半導体基板の表面領域のP型不純物濃度を抑制することができ、半導体基板の深部が空乏化し、転送電極に転送クロックを印加した際の半導体基板内のポテンシャルの動きが良くなり、それによって、転送電界が強くなることが期待できるのである。
なお、本発明を適用したCCD型固体撮像装置(リニアセンサ)の第2のCCDリニアセンサ32では、第2の転送レジスタ35の幅は不変であるために、第2の転送レジスタ35の取扱電荷量については変化することがない。
[変形例1]
第2の実施の形態では、N型領域VBCの幅は一定に構成され、P型領域VPWの幅を単位画素内で信号電荷の転送方向の基端側より先端側が幅狭となる場合を例に挙げて説明を行っている。
具体的には、N型領域VBCの幅が0.7μmに形成され、P型領域VPWの基端側の幅が0.7μm、先端側の幅が0.6μmに形成されている場合を例に挙げて説明を行っている。
第2の実施の形態では、N型領域VBCの幅は一定に構成され、P型領域VPWの幅を単位画素内で信号電荷の転送方向の基端側より先端側が幅狭となる場合を例に挙げて説明を行っている。
具体的には、N型領域VBCの幅が0.7μmに形成され、P型領域VPWの基端側の幅が0.7μm、先端側の幅が0.6μmに形成されている場合を例に挙げて説明を行っている。
しかし、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であって、必ずしもN型領域VBCの幅とP型領域VPWの基端側の幅が同一である必要は無い。
そのため、単位画素内でP型領域VPWの基端側の幅がN型領域VBCの幅より大きく、P型領域VPWの先端側の幅がN型領域VBCの幅よりも小さく形成されていても良い。具体的には、N型領域VBCの幅が0.7μmに形成され、P型領域VPWの基端側の幅が0.8μm、先端側の幅が0.6μmに形成されても良い(図3(a)参照。)。
[変形例2]
また、上述の通り、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、必ずしもP型領域VPWの先端側の幅がN型領域VBCの幅よりも小さく形成される必要は無い。
また、上述の通り、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、必ずしもP型領域VPWの先端側の幅がN型領域VBCの幅よりも小さく形成される必要は無い。
そのため、単位画素内でP型領域VPWの基端側の幅が先端側の幅よりも大きく形成されると共に、P型領域VPWの先端側の幅がN型領域VBCの幅よりも大きく形成されても良い。具体的には、N型領域VBCの幅が0.7μmに形成され、P型領域VPWの基端側の幅が0.9μm、先端側の幅が0.8μmに形成されても良い(図3(b)参照。)。
[変形例3]
また、上述の通り、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、必ずしもP型領域VPWの基端側の幅がN型領域VBCの幅よりも大きく形成される必要は無い。
また、上述の通り、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、必ずしもP型領域VPWの基端側の幅がN型領域VBCの幅よりも大きく形成される必要は無い。
そのため、単位画素内でP型領域VPWの基端側の幅が先端側の幅よりも大きく形成されると共に、P型領域VPWの基端側の幅がN型領域VBCの幅よりも小さく形成されても良い。具体的には、N型領域VBCの幅が0.7μmに形成され、P型領域VPWの基端側の幅が0.6μm、先端側の幅が0.5μmに形成されても良い(図3(c)参照。)。
[変形例4]
第2の実施の形態、変形例1〜変形例3については、単位画素内で線幅差が2段である場合を例に挙げて説明を行っている。
しかし、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、単位画素内の線幅差が2段に限定される必要は無く、3段以上の線幅差を形成しても良い(図4(d)参照。)。
第2の実施の形態、変形例1〜変形例3については、単位画素内で線幅差が2段である場合を例に挙げて説明を行っている。
しかし、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、単位画素内の線幅差が2段に限定される必要は無く、3段以上の線幅差を形成しても良い(図4(d)参照。)。
[変形例5]
第2の実施の形態、変形例1〜変形例4については、単位画素内で階段状に線幅差が形成された場合を例に挙げて説明を行っている。
しかし、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、単位画素内でテーパ状に線幅差が形成されても良い(図4(e)参照。)。
第2の実施の形態、変形例1〜変形例4については、単位画素内で階段状に線幅差が形成された場合を例に挙げて説明を行っている。
しかし、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、単位画素内でテーパ状に線幅差が形成されても良い(図4(e)参照。)。
[変形例6]
第2の実施の形態、変形例1〜変形例5については、P型領域VPWについて単位画素内で基端側の幅が先端側の幅よりも大きく形成された場合について説明を行っている。
第2の実施の形態、変形例1〜変形例5については、P型領域VPWについて単位画素内で基端側の幅が先端側の幅よりも大きく形成された場合について説明を行っている。
しかし、単位画素内で信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができれば充分であるために、必ずしもP型領域VPWの幅を変化させることによってポテンシャル勾配を形成する必要は無い。
そのため、単位画素内でP型領域VPWの基端側のボロン濃度を先端側のボロン濃度よりも濃くしても良い。
例えば、P型領域VPWの基端側には1.0×1012個/cm2程度のボロンのイオン注入を行い、P型領域VPWの先端側には9.0×1011個/cm2程度のボロンのイオン注入を行うことでボロンの濃度差を設けても良い。具体的には、図2(b)中の符号xで示す領域には1.0×1012個/cm2程度のボロンのイオン注入を行い、図2(b)中符号yで示す領域には9.0×1011個/cm2程度のボロンのイオン注入を行っても良い。
<3.第3の実施の形態>
[撮像装置の構成]
図7は本発明を適用した撮像装置の一例であるカメラ77を説明するための模式図である。そして、ここで示すカメラ77は、上記した第1の実施の形態のCCD型固体撮像装置(エリアセンサ)を撮像デバイスとして用いたものである。
[撮像装置の構成]
図7は本発明を適用した撮像装置の一例であるカメラ77を説明するための模式図である。そして、ここで示すカメラ77は、上記した第1の実施の形態のCCD型固体撮像装置(エリアセンサ)を撮像デバイスとして用いたものである。
本発明を適用したカメラ77では、被写体(図示せず)からの光は、レンズ71等の光学系及びメカニカルシャッタ72を経てCCD型固体撮像装置(エリアセンサ)の撮像エリアに入射することとなる。なお、メカニカルシャッタ72は、CCD型固体撮像装置(エリアセンサ)73の撮像エリアへの光の入射を遮断して露光期間を決めるためのものである。
ここで、CCD型固体撮像装置(エリアセンサ)73は、上記した第1の実施の形態に係るCCD型固体撮像装置(エリアセンサ)が用いられ、タイミング信号発生回路3や駆動系等を含む駆動回路74によって駆動されることとなる。
また、CCD型固体撮像装置(エリアセンサ)73の出力信号は、次段の信号処理回路75によって、種々の信号処理が行われた後、撮像信号として外部に導出される。そして、導出された撮像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶されたり、モニタ出力されたりすることとなる。
なお、メカニカルシャッタ72の開閉制御、駆動回路74の制御、信号処理回路75の制御等は、システムコントローラ76によって行われる。
なお、メカニカルシャッタ72の開閉制御、駆動回路74の制御、信号処理回路75の制御等は、システムコントローラ76によって行われる。
本発明を適用したカメラ77では、上述した本発明を適用したCCD型固体撮像装置(エリアセンサ)を採用しているために、信号電荷の転送方向に向けてポテンシャル勾配を形成することができる。また、フリンジ電界が強くなることが期待できる。
1CCD型固体撮像装置(エリアセンサ)
3タイミング信号発生回路
4a撮像部
4bオプティカルブラック領域
5水平転送領域
7出力部
8受光部
9垂直転送領域
10絶縁膜
11転送電極
12チャネルストップ領域
21CCD型固体撮像装置(リニアセンサ)
22第1のCCDリニアセンサ
23光電変換部
24第1のセンサ列
25第1の読み出しゲート
26第1の転送レジスタ
27第1のオーバーフローコントロールバリア
28オーバーフロードレイン
29第1の出力部
30第1の電荷電圧変換部
32第2のCCDリニアセンサ
33第2のセンサ列
34第2の読み出しゲート
35第2の転送レジスタ
36第2のオーバーフローコントロールバリア
38第2の出力部
39第2の電荷電圧変換部
41受光部
42転送チャネル
43転送電極
44シャント配線
45接続部
51受光部
52転送チャネル
53転送電極
54、55シャント配線
62転送チャネル
63転送電極
64受光センサ部
65コンタクト部
66接続配線
68開口部
71レンズ
72メカニカルシャッタ
73CCD型固体撮像装置(リニアセンサ)
74駆動回路
75信号処理回路
76システムコントローラ
77カメラ
80転送チャネル
82ポリシリコン開口部
83遮光膜
84(84−1〜84−4)転送電極
85センサ開口
90転送電極
90A、90B縁部
91受光センサ部
92垂直転送レジスタ
93(93A〜93D)転送電極
94転送電極
95コンタクト層
3タイミング信号発生回路
4a撮像部
4bオプティカルブラック領域
5水平転送領域
7出力部
8受光部
9垂直転送領域
10絶縁膜
11転送電極
12チャネルストップ領域
21CCD型固体撮像装置(リニアセンサ)
22第1のCCDリニアセンサ
23光電変換部
24第1のセンサ列
25第1の読み出しゲート
26第1の転送レジスタ
27第1のオーバーフローコントロールバリア
28オーバーフロードレイン
29第1の出力部
30第1の電荷電圧変換部
32第2のCCDリニアセンサ
33第2のセンサ列
34第2の読み出しゲート
35第2の転送レジスタ
36第2のオーバーフローコントロールバリア
38第2の出力部
39第2の電荷電圧変換部
41受光部
42転送チャネル
43転送電極
44シャント配線
45接続部
51受光部
52転送チャネル
53転送電極
54、55シャント配線
62転送チャネル
63転送電極
64受光センサ部
65コンタクト部
66接続配線
68開口部
71レンズ
72メカニカルシャッタ
73CCD型固体撮像装置(リニアセンサ)
74駆動回路
75信号処理回路
76システムコントローラ
77カメラ
80転送チャネル
82ポリシリコン開口部
83遮光膜
84(84−1〜84−4)転送電極
85センサ開口
90転送電極
90A、90B縁部
91受光センサ部
92垂直転送レジスタ
93(93A〜93D)転送電極
94転送電極
95コンタクト層
Claims (10)
- 半導体基板内に設けられると共に、信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を有し、該電荷蓄積部のポテンシャルを変化することにより前記電荷蓄積部間で信号電荷を転送すべく構成された第1導電型の電荷転送領域と、
該電荷転送領域よりも半導体基板の表面とは逆側に前記電荷転送領域と略並行して配置されると共に、信号電荷の転送方向における幅若しくは不純物濃度を変化させて構成された第2導電型の不純物領域とを備える
電荷転送装置。 - 前記不純物領域は、各電荷蓄積部に対応する領域で、信号電荷の転送方向に行くに従って幅狭若しくは低濃度に構成された
請求項1に記載の電荷転送装置。 - 半導体基板内に形成された第1導電型の電荷転送領域と、
半導体基板上に絶縁膜を介して設けられ、前記電荷転送領域に所定の転送クロックを印加する複数の転送電極と、
前記電荷転送領域よりも半導体基板の表面とは逆側に前記電荷転送領域と略並行して配置されると共に、信号電荷の転送方向における幅若しくは不純物濃度を変化させて構成された第2導電型の不純物領域とを備える
電荷転送装置。 - 前記不純物領域は、各転送電極に対応する領域で、信号電荷の転送方向に行くに従って幅狭若しくは低濃度に構成された
請求項3に記載の電荷転送装置。 - 半導体基板内に設けられた撮像領域と、
該撮像領域で光電変換された信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を有し、該電荷蓄積部のポテンシャルを変化することにより前記電荷蓄積部間で信号電荷を転送すべく構成された第1導電型の電荷転送領域と、
該電荷転送領域よりも半導体基板の表面とは逆側に前記電荷転送領域と略並行して配置されると共に、信号電荷の転送方向における幅若しくは不純物濃度を変化させて構成された第2導電型の不純物領域とを備える
固体撮像装置。 - 半導体基板内に設けられた撮像領域と、
該撮像領域で光電変換された信号電荷を転送する第1導電型の電荷転送領域と、
半導体基板上に絶縁膜を介して設けられ、前記電荷転送領域に所定の転送クロックを印加する複数の転送電極と、
前記電荷転送領域よりも半導体基板の表面とは逆側に前記電荷転送領域と略並行して配置されると共に、信号電荷の転送方向における幅若しくは不純物濃度を変化させて構成された第2導電型の不純物領域とを備える
固体撮像装置。 - 半導体基板内にマトリクス状に配列された受光領域と、
該受光領域の垂直列毎に設けられると共に同受光領域から信号電荷が読み出され、読み出された信号電荷を垂直方向に転送する第1導電型の垂直転送領域と、
該垂直転送領域から信号電荷が転送され、転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送領域と、
前記垂直転送領域よりも半導体基板の表面とは逆側に前記垂直転送領域と略並行して配置されると共に、信号電荷の転送方向における幅若しくは不純物濃度を変化させて構成された第2導電型の不純物領域とを備える
エリアセンサ。 - 半導体基板内に直線状に配列された受光領域と、
該受光領域から信号電荷が読み出され、読み出された信号電荷を所定方向に転送する電荷転送領域と、
該電荷転送領域よりも半導体基板の表面とは逆側に前記電荷転送領域と略並行して配置されると共に、信号電荷の転送方向における幅若しくは不純物濃度を変化させて構成された第2導電型の不純物領域とを備える
リニアセンサ。 - 半導体基板内に設けられた撮像領域と、
該撮像領域で光電変換された信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を有し、該電荷蓄積部のポテンシャルを変化することにより前記電荷蓄積部間で信号電荷を転送すべく構成された第1導電型の電荷転送領域と、
該電荷転送領域よりも半導体基板の表面とは逆側に前記電荷転送領域と略並行して配置されると共に、信号電荷の転送方向における幅若しくは不純物濃度を変化させて構成された第2導電型の不純物領域と、
前記撮像領域に入射光を導く光学系とを備える
撮像装置。 - 半導体基板内に設けられた撮像領域と、
該撮像領域で光電変換された信号電荷を転送する第1導電型の電荷転送領域と、
半導体基板上に絶縁膜を介して設けられ、前記電荷転送領域に所定の転送クロックを印加する複数の転送電極と、
前記電荷転送領域よりも半導体基板の表面とは逆側に前記電荷転送領域と略並行して配置されると共に、信号電荷の転送方向における幅若しくは不純物濃度を変化させて構成された第2導電型の不純物領域と、
前記撮像領域に入射光を導く光学系とを備える
撮像装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009260317A JP2011108755A (ja) | 2009-11-13 | 2009-11-13 | 電荷転送装置及び固体撮像装置、並びにエリアセンサ及びリニアセンサ、並びに撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009260317A JP2011108755A (ja) | 2009-11-13 | 2009-11-13 | 電荷転送装置及び固体撮像装置、並びにエリアセンサ及びリニアセンサ、並びに撮像装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011108755A true JP2011108755A (ja) | 2011-06-02 |
Family
ID=44231936
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009260317A Pending JP2011108755A (ja) | 2009-11-13 | 2009-11-13 | 電荷転送装置及び固体撮像装置、並びにエリアセンサ及びリニアセンサ、並びに撮像装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011108755A (ja) |
-
2009
- 2009-11-13 JP JP2009260317A patent/JP2011108755A/ja active Pending
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