CN105659385A - 电荷耦合元件及其制造方法、以及固体摄像装置 - Google Patents

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Abstract

各个像素区域(PX)具备光电转换区域(S1)、电阻性栅极电极(R)、第一传送电极(T1)、第二传送电极(T2)、位于半导体基板(10)中第一传送电极(T1)的正下方的屏障区域(B)、及位于半导体基板(10)中第二传送电极(T2)的正下方的电荷储存区域(S2)。屏障区域(B)的杂质浓度低于电荷储存区域(S2)的杂质浓度，且第一传送电极(T1)与第二传送电极(T2)电连接。

Description

电荷耦合元件及其制造方法、以及固体摄像装置
技术领域
本发明涉及一种将所入射的能量线(光/X射线)转换为电荷(电子)，使半导体内部的电位发生变化，由此传送所转换的电荷的电荷耦合元件(CCD)及其制造方法、以及具备该电荷耦合元件的固体摄像装置。
背景技术
现有技术中，已知有多种将所入射的能量线转换为电荷的固体摄像元件(参照专利文献1～3)。尤其是，在医疗领域等中的电荷耦合元件中，要求像素尺寸较大者。这是因为，若使用较大尺寸的像素，则能够减少电荷的传送次数。
[背景技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本专利文献特开2004-303982号公报
专利文献2：日本专利文献特开2012-151364号公报
专利文献3：日本专利文献特开平6-283704号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
然而，在电荷耦合元件中，利用称为边缘电场(fringingelectricfield)的电位倾斜，传送已产生的电荷，但存在如下倾向：若像素尺寸变大，则在像素的中央部中，电位相对于位置变得平坦，难以传送电荷。
本发明是鉴于这些问题而开发的，其目的在于提供一种将所入射的能量线转换为电荷之后，能够充分传送该电荷的电荷耦合元件及其制造方法、以及具备该电荷耦合元件的固体摄像装置。
[解决问题的技术手段]
为了解决上述问题，本发明的电荷耦合元件具备：半导体基板，其具有排列于一个方向的多个像素区域；以及绝缘膜，其设置于上述半导体基板上；该电荷耦合元件的特征在于，各个像素区域具备：光电转换区域，其对所入射的能量线进行光电转换；倾斜电位形成构件，其在上述光电转换区域内形成促进沿着上述一个方向的电荷的传送的电位倾斜；第一传送电极，其设置于上述绝缘膜上；第二传送电极，其设置于上述绝缘膜上，且配置于上述第一传送电极与邻接于该像素区域的像素区域之间；屏障区域，其位于上述半导体基板中的上述第一传送电极的正下方；以及电荷储存区域，其位于上述半导体基板中的上述第二传送电极的正下方；且上述屏障区域的杂质浓度低于上述电荷储存区域的杂质浓度，上述第一传送电极与上述第二传送电极电连接。
通过倾斜电位形成构件，即使在像素尺寸较大的情形下，也能够将在光电转换区域内产生的电荷向一个方向上充分传送。经传送的电荷经由屏障区域而被传送至电荷储存区域。屏障区域及电荷储存区域的无偏压状态的电位(potential)因杂质浓度差而不同，电荷储存区域较深，容易储存电荷。另一方面，在这些屏障区域及电荷储存区域中，通过电连接的第一及第二传送电极，经由绝缘膜，而被给予相同电位。因此，通过使向第一及第二传送电极的施加电位上下波动，而能够经由屏障区域将电荷储存于电荷储存区域(第一状态)，将经储存的电荷向后段的像素传送(第二状态)。
另外，上述第一传送电极及上述第二传送电极也可以由1个共用电极构成。在此情况下，具有结构被简化的效果。
另外，该电荷耦合元件的特征在于，在某像素区域中的上述电荷储存区域与邻接于该像素区域的后段的像素区域中的上述光电转换区域之间，形成有杂质浓度低于上述光电转换区域的电位障壁区域。如此，在存在杂质浓度较低的电位障壁区域的情况下，能够防止自后段的像素区域向对象的像素区域的电荷储存区域的电荷的逆流。
该电荷耦合元件的特征在于，上述倾斜电位形成构件是位于上述光电转换区域的正上方、且设置于上述绝缘膜上的电阻性栅极电极(resistivegateelectrode)，在上述电阻性栅极电极的上述一个方向的两端间施加有特定的固定电压。通过配置电阻性栅极电极且对其两端间施加固定电压，而能够在电阻性栅极电极的正下方的半导体区域中形成电位倾斜。因此，在使用大面积的像素的情况下，也能够充分地传送电荷。
在电阻性栅极电极或传送电极中，可以从驱动电路给予电位。驱动电路通过控制装置而被控制。
本发明的固体摄像装置的特征在于，具备：上述电荷耦合元件；驱动电路，其驱动上述电荷耦合元件；及控制装置，其控制上述驱动电路；上述控制装置以上述第一及第二传送电极的电位同时上下振动的方式控制上述驱动电路。在该情形下，通过电位的上下波动，而能够交替地形成上述第一状态及第二状态。
另外，一种电荷耦合元件的制造方法，其是制造具备上述共用电极的电荷耦合元件的方法，其特征在于，上述屏障区域是，通过将成为上述光电转换区域的杂质添加至上述半导体基板的表面之后，添加一部分与由添加而形成的半导体区域相反的导电型的杂质进行载流子补偿(carriercompensation)而形成的。通过载流子补偿，能够容易地形成低浓度的屏障区域。
[发明效果]
根据本发明的电荷耦合元件及固体摄像装置，能够将所入射的能量线转换为电荷之后，充分地传送该电荷，且若使用其制造方法，则能够容易地制造其屏障区域的部分。
附图说明
图1是表示具备电荷耦合元件的固体摄像装置的平面构成的图。
图2是图1所示电荷耦合元件的剖视图(II-II箭头线剖面)。
图3是图1所示电荷耦合元件的剖视图(III-III箭头线剖面)。
图4是用以说明垂直方向的像素行中的电位变化的图。
图5是表示各信号的电位变化的图表。
图6是电阻性栅极电极的俯视图。
图7是第一形态的光电转换区域的俯视图。
图8是第二形态的光电转换区域的俯视图。
图9是第三形态的光电转换区域的俯视图。
图10是用以说明垂直方向的像素行的终端部的电荷耦合元件的局部性俯视图。
图11是图10所示电荷耦合元件的剖视图(A-A箭头线剖面)。
图12是用以说明垂直方向的像素行的终端部的电荷耦合元件的局部性俯视图。
图13是图12所示电荷耦合元件的剖视图(A-A箭头线剖面)(图13(A))、沿着该剖面的X轴方向的电位图(B)、(C)。
图14是将最终段的像素中的电荷储存区域变形的情况下的电荷耦合元件的局部性俯视图。
图15是变形结构的电荷耦合元件的剖视图。
图16是用以说明垂直方向的像素行中的电位变化的图。
图17是背面照射型的电荷耦合元件的局部性剖视图。
图18是共用传送电极的情况下的电荷耦合元件的传送电极附近的剖视图。
图19是用以对杂质注入进行说明的图。
图20是表示电子传送方向的位置(μm)与电位(V)及电子移动时间(μs)的关系的曲线图。
符号说明
10半导体基板
B屏障区域
S1光电转换区域
S2电荷储存区域
具体实施方式
以下，对实施形态相关的电荷耦合元件及其制造方法、以及具备该电荷耦合元件的固体摄像装置进行说明。另外，对相同要素使用相同符号，并省略重复说明。
首先，对完成本发明的前提进行说明。首先，在电荷耦合元件(CCD)中，调查在1个像素内通过能量线(光/X射线等)的入射而产生的电子的行为。以下，对于CCD构成中一般的2相驱动型CCD进行说明。像素由屏障区域及电荷储存区域构成。屏障区域与电荷储存区域成为1对，且被给予共同的偏压。在相同偏压下，屏障区域的电位较电荷储存区域的电位浅。一个像素由2对屏障区域与电荷储存区域而构成。
图20是表示电子传送方向的位置(μm)与电位(V)及电子移动时间(μs)的关系的曲线图。
在正方形的像素尺寸为24μm、48μm、96μm的情况下，成为如图中的线所示的电位分布。从位置为0μm的地点起，向负方向延伸且电位大致向上增加的区域为第一屏障区域，从位置为0μm的地点起向正方向延伸的大致平坦的区域为第一电荷储存区域，其次电位向下增加且大致平坦的区域为第二屏障区域，进一步，形成其次的势阱的区域为第二电荷储存区域。对第一电荷储存区域和第一屏障区域给予共同的第一偏压，对第二电荷储存区域和第二屏障区域给予共同的第二偏压。在各区域的交界附近电位倾斜，故而形成边缘区域。图20中，对第二偏压给予较第一偏压更大的电压，第一电荷储存区域的电荷经由第二屏障区域而被传送至第二电荷储存区域。通过对第一偏压给予较第二偏压更大的电压，储存于第二电荷储存区域的电荷经由与第二电荷储存区域邻接的像素的第一屏障区域而被传送至第一电荷储存区域。通过重复该操作，而进行遍及多个像素的电荷传送。
在像素尺寸为24μm的情况下，在第一电荷储存区域的端部即位置0μm中产生的电子在1×10－3(μs)后到达第二电荷储存区域。在像素尺寸为48μm的情况下，在位置0μm中产生的电子在1.2×10－1(μs)后到达第二电荷储存区域。另一方面，在像素尺寸为96μm的情况下，由于电位平坦的区域过大，所以在位置0μm中产生的电子未到达第二电荷储存区域。
因此，在本实施形态的电荷耦合元件中，其被构成为在像素的大部分中形成倾斜电位。形成倾斜电位的方法有多种，但优选如下方法，即，隔着绝缘膜而将电阻性栅极电极配置于光电转换区域上，并对电阻性栅极电极的两端施加电压。
在使用电阻性栅极电极的情况下，在像素尺寸为24μm、48μm、96μm的情况下，各像素内的电场强度的最小值成为63(V/nm)、41(V/nm)、18(V/nm)。在像素尺寸为24μm、48μm、96μm的情况下，不使用电阻性栅极电极的2相驱动CCD中，各像素内的电场强度的最小值为28(V/nm)、1.2(V/nm)、0(V/nm)。因此，可知通过使用电阻性栅极电极，与不使用电阻性栅极电极的情形相比，能够增加电场强度。另外，该结果是，在2相驱动CCD的情况下，使屏障区域与电荷储存区域的长度的比率为1：2的情况下的结果，在使用电阻性栅极电极的情况下，则为使屏障区域的长度为4μm、使电荷储存区域的长度为8μm的情况下的结果。
以下，对实施形态的电荷耦合元件进行详细说明。
图1是表示具备电荷耦合元件的固体摄像装置的平面构成的图，图2是图1所示电荷耦合元件的剖视图(II-II箭头线剖面)。
如图2所示，该电荷耦合元件100具备：半导体基板10，其具有排列于Y轴方向(一个方向)上的多个像素区域PX(图2中表示为PX(1)、PX(2))；及绝缘膜20，其设置于半导体基板10上。在P型(第一导电型)的半导体基板10的表面侧，形成有较半导体基板本体10A更高浓度地添加杂质(P型)而成的接触区域C1，电极E1(参照图1)接触并电连接于接触区域C1。在半导体基板10的表面侧形成有构成二维摄像区域的多个像素行AR，各像素行具备排列于Y轴方向上的多个像素区域PX。另外，接触区域C1也可以以包围半导体基板10的外缘的方式而形成。
如图1所示，在各像素行AR的终端部，设置有控制电子的通过的传送栅极电极TG，隔着传送栅极电极TG，而配置有水平暂存器HR。水平暂存器HR经由传送栅极电极TG，而将流入之其中的电子向水平方向(X轴负方向)传送。经传送的电子被输入至放大器A，转换为电压，并输出至外部。
如图2所示，各个像素区域PX具备：光电转换区域S1，其对所入射的能量线进行光电转换(另外，耗尽层变宽的PN接形成在半导体基板本体10A与光电转换区域S1的界面)；及电阻性栅极电极R(倾斜电位形成构件)，其在光电转换区域S1内形成沿着一个方向的电位倾斜。另外，各个像素区域PX具备：第一传送电极T1，其设置于绝缘膜20上；及第二传送电极T2，其设置于绝缘膜20上，且配置于第一传送电极T1与邻接于该像素区域PX(1)的像素区域PX(2)之间。进一步，各个像素区域PX具备：屏障区域B，其位于半导体基板10中的第一传送电极T1的正下方；及电荷储存区域S2，其位于半导体基板10中的第二传送电极T2的正下方。
此处，屏障区域B的杂质浓度(第二导电型：N型)低于电荷储存区域S2的杂质浓度(N型)，第一传送电极T1与第二传送电极T2电连接。
另外，在本例中，倾斜电位形成构件是位于光电转换区域S1的正上方、且设置于绝缘膜20上的电阻性栅极电极R，自驱动电路101对电阻性栅极电极R的Y轴方向的两端间施加特定的固定电压，如上所述，即便使用半导体基板表面的二维浓度分布，也能够构成倾斜电位形成构件。倾斜电位形成构件促进沿着电荷传送方向的电荷的传送。
在使用电阻性栅极电极R的情况下，在绝缘膜20上配置电阻性栅极电极R，对其两端间施加固定电压，由此，在电阻性栅极电极的正下方的半导体区域中，能够形成电位倾斜。此处，对电阻性栅极电极R中的电子传送方向的前段施加电位RGL，对后段施加电位RGH(＞RGL)。换言之，在与接地之间，分别施加电压RGL、RGH。由于后段的电位较高，所以具有负电荷的电子向电位较高的后段流去。因此，即使是在使用大面积的像素的情况下，也能够充分地传送电荷。
通过电阻性栅极电极R，即使是在像素尺寸较大的情况下，也能够将在光电转换区域S1内产生的电荷向一个方向充分地传送。经传送的电荷经由屏障区域B而被传送至电荷储存区域S2。屏障区域B及电荷储存区域S2的无偏压状态下的电位(potential)因杂质浓度差而不同，电荷储存区域S2较深，容易储存电荷。另一方面，在这些屏障区域B及电荷储存区域S2中，通过电连接的第一传送电极T1及第二传送电极T2，经由绝缘膜而被给予相同的偏压。因此，通过使向第一传送电极T1及第二传送电极T2的施加电位(传送信号PV)上下波动，从而能够实现经由屏障区域B将电荷储存于电荷储存区域S2(第一状态)，将经储存的电荷向后段的像素传送(第二状态)。
可以对电阻性栅极电极R或传送电极T1、T2，自驱动电路101给予电位。驱动电路101通过控制装置102而进行控制。控制装置102由微电脑等构成，根据向控制装置102的控制输入，而将预先编程的时钟信号向驱动电路101送出。若对驱动电路101输入特定的时钟信号，则驱动电路101产生固定电压RGL、RGH和1相的传送信号PV。例如，驱动电路101检测到时钟信号的输入开始，在一定时间的期间，产生固定的电压RGL、RGH，并且将时钟信号根据需要分频，在经分频的时钟信号的上升时刻，使传送信号PV的电位上升，在下降时刻使传送信号PV的电位降低。
即，该固体摄像装置具备电荷耦合元件100、驱动电荷耦合元件100的驱动电路101、及控制驱动电路101的控制装置102，控制装置102以第一传送电极T1及第二传送电极T2的电位通过传送信号PV的施加而同时上下振动的方式控制驱动电路101。此时，通过电位的上下波动，能够交替地形成上述“第一状态”及“第二状态”。
图3是图1所示电荷耦合元件的剖视图(III-III箭头线剖面)。
传送至垂直方向的像素行的最后的像素区域PX(最后)的电子被储存于最后的屏障区域B与电荷储存区域S2。在最后的屏障区域B与电荷储存区域S2上，隔着绝缘膜20，而配置有共同的传送电极STG，但是它也可以是分离的。邻接于最后的电荷储存区域S2，设置有N型的通道区域B3，在通道区域B3上隔着绝缘膜20而配置有传送栅极电极TG。传送栅极电极TG控制向水平暂存器HR的电荷传送，且被施加栅极用的时钟信号TGV。时钟信号TGV可以是与时钟信号PV相同，也可以设定为进行组合动作。
若对传送栅极电极TG给予高于基准值的电位，打开栅极，则储存于最终的像素区域PX(最后)的电荷经由通道区域B3而流入至形成于水平暂存器用的传送电极PH的正下方的半导体区域。该半导体区域由屏障区域B*和电荷储存区域S2*构成，且可以是分别与屏障区域B及电荷储存区域S2相同的构成。
储存于水平暂存器HR的电荷储存区域S2*的电荷是，通过对设置于绝缘膜20上的水平方向的传送电极PH施加水平方向的传送信号，而在水平方向上传送，该传送信号及对传送栅极电极TG施加的传送信号均是根据控制装置102的指示通过驱动电路101而产生。
图4是用以说明垂直方向的像素行中的电位变化的图，图5是表示各信号的电位的变化的图表。另外，以下曲线图中，电位用φ表示，图中向下为正方向。
在进行电荷传送的期间中，在所有期间t1～t2(参照图5)中，施加至电阻性栅极电极R的两端的电位RGL、RGH是固定(在与接地之间分别表示电压)的。当然，可以是在施加电位RGL、RGH的前提下，一面进行光电转换，一面进行光电转换区域内的电荷传送，但是，也可以是在光电转换时对电阻性栅极电极R的两端间不施加电压的情况下储存电子，然后，仅在电荷传送时施加电压。
在第一期间t1，如图4(A)所示，配置有电阻性栅极电极R的光电转换区域S1的电位随着向电子(黑色圆点)的传送方向(图中右侧：图1的Y轴负方向)前进而变深，第一传送电极T1的正下方的屏障区域B的电位大幅变深，第二传送电极T2的正下方的电荷储存区域S2则进一步变深。电荷储存区域S2由邻接于其的屏障区域B与后段的光电转换区域S1夹持，而形成有势阱。在(A)状态的情况下，在该第一传送电极T1及第二传送电极T2上，均通过传送信号PV而被施加有高于基准值的电位。
在第二期间t2，如图4(B)所示，配置有电阻性栅极电极R的光电转换区域S1的电位没有变化，第一传送电极T1的正下方的屏障区域B的电位小于光电转换区域S1的电位，构成电位障壁。电荷储存区域S2的电位较屏障区域B更深，较后段的光电转换区域S1更浅，所以储存于电荷储存区域S2的电子流入至后段的光电转换区域，但是，因为通过屏障区域B(缓冲区域)而形成的电位障壁，电子被阻挡，在光电转换区域S1的图中的右端暂时被储存。
以后，重复这些第一期间t1与第二期间t2的动作。即，图4(B)的期间之后，成为第一期间t1。在此情况下，如图4(C)所示，配置有电阻性栅极电极R的光电转换区域S1的电位没有变化，屏障区域B及光电转换区域S1的电位变化为与第一期间t1相同的状态，且进行与其相同的动作。进一步，在下一期间，变化为与第二期间t2相同的状态，进行与其相同的动作。
其次，对倾斜电位形成构件进行说明。
图6是作为倾斜电位形成构件的电阻性栅极电极R的俯视图。电阻性栅极电极R例如包括由具有比光电转换区域S1低的电阻率的多晶硅等构成。电阻R的两端间的优选的电阻值可设定为1kΩ以上且10MΩ以下。电阻性栅极电极R在XY平面内构成长方形，但也可以是梯形等其他多边形形状。对电阻性栅极电极R的两端，给予电位RGL、RGH，形成促进向电荷传送方向的电荷的传送的电位倾斜。
图7是作为倾斜电位形成构件的第一形态的光电转换区域S1的俯视图。即，本例是不使用上述电阻性栅极电极R的前提下，使光电转换区域S1的杂质浓度变化，从而同样地形成倾斜电位。其被设定为，电子向图中的右方向传送，相较于电荷传送的前段侧区域S11的杂质浓度，后段侧区域S12的杂质浓度较高。在此情况下，后段侧区域S12的电位也是较前段侧区域S11深，在前段侧区域S11与后段侧区域S12的交界附近形成倾斜的边缘电场。即，形成促进向电荷传送方向的电荷的传送的电位倾斜。
图8是作为倾斜电位形成构件的第二形态的光电转换区域的俯视图。即，本例也是在不使用上述电阻性栅极电极R的前提下，使光电转换区域S1的杂质浓度变化，从而同样地形成倾斜电位。电子向图中的右方向传送，X轴方向宽度随着朝向与电荷传送方向(Y方向)相反方向而变窄的梯形的锥形区域S12*，以在Y轴方向穿过残余的光电转换区域S11*的方式延伸。锥形区域S12*的杂质浓度设定得较光电转换区域S11*的杂质浓度高。在此情况下，宽度方向的平均电位在电荷传送方向的后段侧区域中较前段侧区域更深，在光电转换区域S1内形成促进向电荷传送方向的电荷的传送的电位倾斜。
图9是作为倾斜电位形成构件的第三形态的光电转换区域的俯视图。即，本例也是在不使用上述电阻性栅极电极R的前提下，使光电转换区域S1的杂质浓度变化，从而同样地形成倾斜电位。本例的光电转换区域S1是，将第二形态中的锥形区域S12*置换为多个微小半导体区域S12**，各个微小半导体区域S12**的形状为长方形等多边形，多个微小半导体区域S12**的宽度方向(X轴方向)两端间的距离的最大值，随着朝向与电荷传送方向相反的方向(Y轴正方向)而变小。
微小半导体区域S12**的杂质浓度设定得较残余的光电转换区域S11*的杂质浓度更高。在此情况下，宽度方向的平均电位在电荷传送方向的后段侧区域中较前段侧区域更深，在光电转换区域S1内形成促进向电荷传送方向的电荷的传送的电位倾斜。
图10是用以说明垂直方向的像素行的终端部的电荷耦合元件的局部性俯视图，图11是图10所示电荷耦合元件的剖视图(A-A箭头线剖面)。
在由多个像素区域PX构成的像素行的终端，沿着Y轴的负方向依次形成有上述传送电极STG、传送栅极电极TG、水平方向的传送电极PH。在该构成的情况下，存在如下问题：即，电荷储存区域S2构成在X轴方向均匀地扩散的N型半导体层，无法将传送电极STG的正下方的电荷在所期望的时刻排出。
图12是用以说明垂直方向的像素行的终端部的电荷耦合元件的局部性俯视图，图13是图12所示电荷耦合元件的剖视图(A-A箭头线剖面)(图13(A))、沿着该剖面的X轴方向的电位图(B)、(C)。
在由多个像素区域PX构成的像素行的终端，沿着Y轴的负方向排列形成有上述传送电极STG、传送栅极电极TG、水平方向的传送电极PH。邻接于传送电极STG的X轴方向，在绝缘膜20上形成有复位栅极电极ARG。
在复位栅极电极ARG的正下方，邻接于电荷储存区域S2，形成有具有较其更低的杂质浓度的通道区域B2，邻接于通道区域B2，形成有电荷排出用的漏极区域ARD。在对复位栅极电极ARG给予低于基准的电位的情况下(B)，在通道区域B2中形成电位障壁，电子储存于电荷储存区域S2，在给予高于基准的电位的情况下(C)，电位障壁消失，电子(黑色圆点)向漏极区域ARD流动。对复位栅极电极ARG给予较高的电位的时刻，例如是组合动作的结束时等，根据所期望的目的而设定。
图14是使最终段的像素区域中的电阻性栅极电极R及光电转换区域S1的平面形状变形的情况下的电荷耦合元件的局部性俯视图。与图13所示的元件的不同点为，最终段的像素区域PX(最后)中的电阻性栅极电极R及光电转换区域S1的平面形状不同，其他的构成与图12的元件相同。最终段的像素区域PX(最后)中的电阻性栅极电极R及光电转换区域S1的XY平面形状是，在端部中，随着朝向电荷传送方向而宽度变窄。另外，电阻性栅极电极R及光电转换区域S1的XY平面形状相同，所以该图中仅表示电阻性栅极电极R。通过该构造，将传送来的电荷不向漏极区域ARD引导，而向传送电极STG的正下方的电荷储存区域S2传送。
图15是变形结构的电荷耦合元件的剖视图，图16是用以说明垂直方向的像素行中的电位变化的图。图15所示的结构与图2所示的元件的不同点为：在光电转换区域的电荷传送方向的前段侧，设置有低杂质浓度的电位障壁区域BR，其他构成相同。
即，在某像素区域PX(1)中的电荷储存区域S2、与邻接于该像素区域的后段的像素区域PX(2)中的光电转换区域S1之间，形成有较光电转换区域S1杂质浓度更低的电位障壁区域BR。如此，在杂质浓度较低的电位障壁区域BR存在的情况下，能够防止电荷自后段的像素区域PX(2)向对象的像素区域的电荷储存区域S2的逆流。
即，图16(A)、(B)、(C)分别为对应于图4(A)、(B)、(C)的状态的图，电位障壁区域BR在(A)状态下，抑制电子向下一段之像素区域PX(2)的不需要的传送，另外，在自(C)状态返回至(A)状态的情况下，防止电子的逆流。
图17是背面照射型的电荷耦合元件的局部性剖视图。
本例与图2所示元件的不同点在于，其构成为：将半导体基板本体10A自背面侧薄膜化，使入射光L1自背面入射。半导体基板本体10A的周边部的厚度较中央部的厚度更厚，中央部的厚度设定为例如5μm以上且100μm以下。由此，由于不存在遮断自背面侧入射至光电转换区域S1的光的电极，从而能够实现高感度的摄像。
图18是在各像素区域PX中，共用第一传送电极T1及第二传送电极T2的情况下的电荷耦合元件的传送电极附近的剖视图。
即，本例是，第一传送电极T1及第二传送电极T2由1个共用电极T12构成，其他的结构与上述实施形态相同。在此情况下，具有简化结构的效果。
另外，尤其是，在具备上述共用的传送电极T12或STG的电荷耦合元件的制造方法中，屏障区域B可以通过进行载流子补偿而形成，即，对N型(第二导电型)的半导体区域添加P型(第一导电型)的杂质。换言之，屏障区域B是通过将成为光电转换区域S1的杂质添加至半导体基板10的表面之后，添加一部分与由添加而形成的半导体区域S相反的导电型的杂质，以进行载流子补偿而形成。即，通过载流子补偿，能够容易地形成低浓度的屏障区域B。以下，进行详细说明。
图19是用以对杂质的注入方法进行说明的图。
首先，将N型杂质离子注入并添加至P型半导体基板10的表面的整个面，形成N型半导体区域S(A1)。其次，在N型半导体区域S上形成由多晶硅等构成的电阻层R。该形成可使用溅镀法等。然后，在电阻层R上形成具有开口的掩膜M1，使用该掩膜M1，将电阻层R蚀刻而从而形成图案(B1)。进一步，准备另一掩膜M2，使电阻层R的开口位置与掩膜M2的开口位置错开，以开口的仅仅一部分重叠的方式配置掩膜M2，使用该掩膜M2的开口边缘与电阻层R的开口边缘(自对准)将P型杂质注入并添加至N型半导体区域S内，以进行经添加的区域的载流子补偿，形成上述屏障区域B(C1)。另外，半导体基板上的绝缘膜20是在电阻层R的形成前形成的，电阻层及上述电极是在绝缘膜20上利用通常的方法被制作成图案，在图19中省略记载。
另外，即便使用不进行载流子补偿的方法，也能够形成屏障区域B，在此情况下，由于无法使用电阻层的开口的自对准，所以，与使用载流子补偿的方法相比，屏障区域的形成位置精度不高。
在不使用载流子补偿的方法的情况下，首先，向P型半导体基板10的表面侧配置掩膜M0，注入并添加N型杂质，形成N型半导体区域S(A2)。在存在掩膜M0的正下方区域10'不添加杂质。其次，在半导体基板10的整个面上形成由多晶硅等构成的电阻层R，在电阻层R上配置具有开口的掩膜M1，使用该掩膜M1，将电阻层R蚀刻，制成图案。在此情况下，制成图案的电阻层R的开口位置与半导体基板10的表面的未添加杂质的区域10'在位置上会微小地偏移，其起因于掩膜M1的对准精度。
其次，准备另一掩膜M2，使电阻层R的开口位置与掩膜M2的开口位置错开，以开口的仅仅一部分重叠的方式配置掩膜M2，使用该掩膜M2的开口与电阻层R的开口(自对准)，将低浓度的N型杂质注入并添加至并非N型半导体区域的P型区域10'内，形成N型屏障区域B。在此情况下，与上述方法相比，屏障区域B的位置变得不准确。
即，在上述步骤(B2)中，在掩膜M1的开口的左边缘位置较区域10'的左边缘向右侧偏移的情况下，如(C2)所示，在屏障区域B的左侧形成未添加N型杂质的区域LD。
另一方面，在上述步骤(B2)中，在掩膜M1的开口的左边缘位置较区域10'的左边缘向左侧偏移的情况下(表示为(B3))，如(C3)所示，在屏障区域B的右侧形成高浓度地添加有N型杂质的区域HD。
最后，对材料进行说明。
上述半导体基板10由硅(Si)构成，添加至屏障区域、电荷储存区域的N型杂质为N、P或As，P型杂质为B或Al。各杂质浓度/厚度的优选值如以下所述。
·半导体基板本体10A：
1013以上且1019以下(cm－3)/50000以上且800000以下(nm)
·光电转换区域S1：
1012以上且1017以下(cm－3)/100以上且5000以下(nm)
·屏障区域B：
1011以上且1017以下(cm－3)/100以上且5000以下(nm)
·电荷储存区域S2：
1012以上且1017以下(cm－3)/100以上且5000以下(nm)
·区域S11：
1012以上且1018以下(cm－3)/100以上且5000以下(nm)
·区域S12：
1013以上且1019以下(cm－3)/100以上且5000以下(nm)
·区域S11*：
1012以上且1018以下(cm－3)/100以上且5000以下(nm)
·区域S12*：
1013以上且1019以下(cm－3)/100以上且5000以下(nm)
·区域S12**：
1013以上且1019以下(cm－3)/100以上且5000以下(nm)
·锥形区域S12*：
1012以上且1018以下(cm－3)/100以上且5000以下(nm)
·通道区域B2：
1011以上且1017以下(cm－3)/100以上且5000以下(nm)
·漏极区域ARD：
1017以上且1020以下(cm－3)/100以上且5000以下(nm)
·电位障壁区域BR：
1011以上且1017以下(cm－3)/100以上且5,000以下(nm)

Claims (6)

1.一种电荷耦合元件，其具备：
半导体基板，其具有排列于一个方向上的多个像素区域；以及
绝缘膜，其设置于所述半导体基板上；
该电荷耦合元件的特征在于：
各个像素区域具备：
光电转换区域，其对所入射的能量线进行光电转换；
倾斜电位形成构件，其在所述光电转换区域内形成促进沿着所述一个方向的电荷的传送的电位倾斜；
第一传送电极，其设置于所述绝缘膜上；
第二传送电极，其设置于所述绝缘膜上，且配置于所述第一传送电极与邻接于该像素区域的像素区域之间；
屏障区域，其位于所述半导体基板中的所述第一传送电极的正下方；以及
电荷储存区域，其位于所述半导体基板中的所述第二传送电极的正下方；并且，
所述屏障区域的杂质浓度低于所述电荷储存区域的杂质浓度；
所述第一传送电极与所述第二传送电极电连接。
2.如权利要求1所述的电荷耦合元件，其中，
所述第一传送电极及所述第二传送电极由1个共用电极构成。
3.如权利要求1或2所述的电荷耦合元件，其中，
在某像素区域中的所述电荷储存区域与邻接于该像素区域的后段的像素区域中的所述光电转换区域之间，形成有杂质浓度低于所述光电转换区域的电位障壁区域。
4.如权利要求1～3中任一项所述的电荷耦合元件，其中，
所述倾斜电位形成构件为位于所述光电转换区域的正上方且设置于所述绝缘膜上的电阻性栅极电极，在所述电阻性栅极电极的所述一个方向的两端间施加有特定的固定电压。
5.一种固体摄像装置，其特征在于，
具备：
如权利要求1～4中任一项所述的电荷耦合元件；
驱动电路，其驱动所述电荷耦合元件；以及
控制装置，其控制所述驱动电路，并且，
所述控制装置以所述第一及第二传送电极的电位同时上下振动的方式控制所述驱动电路。
6.一种电荷耦合元件的制造方法，其是制造权利要求2所述的电荷耦合元件的方法，该电荷耦合元件的制造方法的特征在于：
所述屏障区域是，通过将成为所述光电转换区域的杂质添加至所述半导体基板的表面之后，添加一部分与由添加而形成的半导体区域相反的导电型的杂质进行载流子补偿而形成的。
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