CN1764245A - 固体摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种既可抑制在邻接的电荷传输通路(电荷传输区域)之间电荷相互混合的情况，也可抑制电荷的传输效率的降低的固体摄像装置。在该固体摄像装置中，电荷传输区域包括：具有第1沟道宽度的第1区域；与具有比上述第1沟道宽度还小的第2沟道宽度的第2区域。另外，电荷传输区域中的具有上述第1沟道宽度的第1区域和具有上述第2沟道宽度的第2区域的边界部配置于邻接的2个传输电极之间的区域中。

Description

固体摄像装置
技术领域
本发明涉及固体摄像装置，尤其涉及具备多个分离区域的固体摄像装置。
背景技术
在过去，公知具备多个分离区域的固体摄像装置。这种固体摄像装置比如在特开平8-139998号公报中公开。
图10为用于说明具有与上述特开平8-139998号公报中公开的固体摄像装置相同的结构的过去的一个实例的固体摄像装置的储存部和水平传输部的结构的平面图。图11为表示图10所示的过去的一个实例的固体摄像装置的储存部和水平传输部连接的区域的电子传输时的电势的状态的图。参照图10，过去的一个实例的固体摄像装置包括储存部301与水平传输部302。储存部301具有：储存从进行光电转换的摄像部(图中未示出)传输的电子，并且沿垂直方向将电子传输给水平传输部302的功能。水平传输部302具有沿水平方向依次将从储存部301传输的电子传输给输出部(图中未示出)的功能。此外，构成为从输出部(图中未示出)将已传输的电子作为电信号输出。
另外，在储存部301和水平传输部302中，设有构成传输电子的沟道的电荷传输通路303。该电荷传输通路303由储存部301、以沿与水平传输部302的规定区域垂直的方向延伸的方式设置多个的垂直电荷传输通路303a和在水平传输部302内以沿水平方向延伸的方式设置1个的水平电荷传输通路303b构成。另外，多个垂直电荷传输通路303a构成为全部与1个水平电荷传输通路303b连接。另外，在储存部301中，设置为：用于向垂直方向传输垂直电荷传输通路303a内的电子的多个垂直传输电极304沿水平方向延伸。另外，构成为：向储存部301的多个垂直传输电极304输入用于传输电子的3相时钟信号。在储存部301中，构成为：通过根据该3相的时钟信号，使3个垂直传输电极304每次处于接通状态，从而将储存于规定的垂直传输电极304之下的区域的电子依次传输到与规定的垂直传输电极304邻接的另一垂直传输电极304之下的区域。此外，在水平传输部302中，设置为：用于向水平方向传输水平电荷传输通路303b内的电子的多个水平传输电极305a和305b沿垂直方向延伸。分别向该多个水平传输电极305a和305b中输入用于传输电子的时钟信号。通过根据该时钟信号，使多个水平传输电极305a和305b每次处于接通状态，从而将储存于规定的水平传输电极305a(305b)之下的区域中的电子依次传输到与规定的水平传输电极305a(305b)邻接的另一水平传输电极305b(305a)之下的区域。
另外，在储存部301和水平传输部302中，设置为：以夹持垂直电荷传输通路303a的方式配置的多个p型沟道阻止(channel stop)区域306沿垂直方向延伸。该p型沟道阻止区域306如图10所示，由设置于储存部301的具有宽度W3的区域306a；和设置于水平传输部302，具有比具有宽度W3的区域306a还大的宽度W4的区域306b构成。该p型沟道阻止区域306的具有较大宽度W4的区域306b，是为了抑制通过p型沟道阻止区域306中的区域306b而邻接的2个垂直电荷传输通路303a内的电子相互混合的情况而设置的。另外，构成为：设置于邻接的2个p型沟道阻止区域306的区域306b之间的垂直电荷传输通路303a的沟道宽度W2，比设置于邻接的2个p型沟道阻止区域306的区域306a之间的垂直电荷传输通路303a的沟道宽度W1还小。此外，在设置于邻接的2个p型沟道阻止区域306的区域306a之间的垂直电荷传输通路303a与设置于邻接的2个p型沟道阻止区域306的区域306b之间的垂直电荷传输通路303a的边界部303c中，因垂直电荷传输通路303a的沟道宽度变小，从而邻接的p型沟道阻止区域306的电场的狭窄沟道效应增加，故形成图11所示的势垒。而且，图11表示在垂直传输电极304上施加规定的负电压，并且在水平传输电极305a上施加规定的正电压时的电势的状态。另外，设置于邻接的2个p型沟道阻止区域306的区域306a之间的垂直电荷传输通路303a与设置于邻接的2个p型沟道阻止区域306的区域306b之间的垂直电荷传输通路303a的边界部303c设置于储存部301的末级的传输电极304的中心位置之下。即，电荷传输通路303a的沟道宽度减少的边界部303c设置于储存部301的末级的传输电极304的中心位置之下。此外，在该过去的一个实例的固体摄像装置中，构成为：在将电子该储存部301传输到水平传输部302时的最终阶段，在储存部301的末级的垂直传输电极304上施加规定的负电压，并且在水平传输电极305a上施加规定的正电压。
但是，在图10所示的过去的一个实例的固体摄像装置中，如果为了抑制邻接的2个垂直电荷传输通路303a内的电子相互混合的情况而在p型沟道阻止区域306中设置具有较大的宽度W4的区域306b，则具有在垂直电荷传输通路303a的沟道宽度减少的边界部303c中，如图11所示，形成势垒的不利情况。由此，由于通过该势垒阻碍电子从储存部301向水平传输部302的传输，故具有电子的传输效率降低的问题。特别是，伴随图像尺寸的细微化，在相对设置于邻接的2个p型沟道阻止区域306的区域306a之间的垂直电荷传输通路303a的沟道宽度W1的、设置于邻接的2个p型沟道阻止区域306的区域306b之间的垂直电荷传输通路303a的沟道宽度W2的比减小的情况下，来自邻接的p型沟道阻止区域306的电场的狭窄沟道效应进一步增加，由此，更容易产生势垒。在该情况下，上述势垒造成的电子的传输效率的降低的问题更加显著。
发明内容
本发明是为了解决上述这样的课题而提出的，本发明的1个目的在于提供一种既可抑制在邻接的电荷传输通路(电荷传输区域)之间电荷相互混合的情况，也可抑制电荷的传输效率的降低的固体摄像装置。
为了实现上述目的，本发明的第1方面的固体摄像装置包括：多个传输电极，其配置于构成传输电子的沟道的电荷传输区域，用于传输电子；多个分离区域，其以夹持电荷传输区域的方式配置；电荷传输区域包括：具有第1沟道宽度的第1区域；具有比第1沟道宽度还小的第2沟道宽度的第2区域；电荷传输区域中的具有第1沟道宽度的第1区域和具有第2沟道宽度的第2区域的边界部配置于邻接的2个上述传输电极之间的区域。
在该第1方面的固体摄像装置中，如上所述，通过将电荷传输区域中的具有第1沟道宽度的第1区域和具有比第1沟道宽度还小的第2沟道宽度的第2区域的边界部配置于邻接的2个传输电极之间的区域，从而在与邻接的2个传输电极的电荷的传输方向相反一侧的传输电极上施加规定的负电压，并且在电荷的传输方向侧的传输电极上施加规定的正电压的情况下，在邻接的2个传输电极之间，产生向电荷的传输方向的电场。可通过该产生的电场，在具有第1沟道宽度的第1区域和具有第2沟道宽度的第2区域的边界部，消除因伴随沟道宽度的减少，分离区域的电场的狭窄沟道效应增加而形成的势垒。由此，由于可抑制电荷的传输受到势垒的妨碍的情况，故可抑制电荷的传输效率降低的情况。另外，通过以夹持电荷传输区域的方式配置多个分离区域，并且在电荷传输区域中设置具有第1沟道宽度的第1区域，和具有比第1沟道宽度还小的第2沟道宽度的第2区域，从而可使与电荷传输区域的具有第2沟道宽度的第2区域邻接的分离区域的宽度比与电荷传输区域中的具有第1沟道宽度的第1区域邻接的分离区域的宽度还大，由此，可通过该分离区域中的具有较大宽度的区域，抑制在通过分离区域而邻接的电荷传输区域之间电荷混合的情况。
在上述第1方面的固体摄像装置中，最好，具有比第1沟道宽度还小的第2沟道宽度的第2区域相对具有上述第1沟道宽度的第1区域，配置于传输方向侧。如果这样构成，则由于可使与电荷传输区域中的电荷传输方向侧的具有第2沟道宽度的第2区域邻接的分离区域的宽度比与电荷传输区域中的具有第1沟道宽度的第1区域邻接的分离区域的宽度还大，故可通过电荷传输方向侧的分离区域中的具有较大宽度的区域，抑制在通过分离区域而邻接的电荷传输区域之间电荷混合的情况。
在上述第1方面的固体摄像装置中，最好，分离区域包括：与电荷传输区域中的具有第1沟道宽度的第1区域邻接设置的具有第1宽度的区域；与电荷传输区域的具有第2沟道宽度的第2区域邻接设置，并具有比第1宽度还大的第2宽度的区域。如果这样构成，则可容易地在邻接的2个分离区域的具有第1宽度的区域之间，形成具有第1沟道宽度的第1区域，并且可在邻接的2个分离区域的具有比第1宽度还大的第2宽度的区域之间，形成具有比第1沟道宽度还小的第2沟道宽度的第2区域。
在上述第1方面的固体摄像装置中，最好，在电荷的传输时，在邻接的2个传输电极的电荷的传输方向侧的传输电极上施加正电压，并且在邻接的2个传输电极中的与电荷的传输方向相反一侧的传输电极上施加电压的绝对值比正电压还大的负电压。如果这样构成，则由于可容易地在邻接的2个传输电极之间产生向电荷的传输方向的电场，故通过该电场，可容易地消除邻接的2个分离区域之间的具有第1沟道宽度的第1区域和具有第2沟道宽度的第2区域的边界部处所形成的势垒。
在上述第1方面的固体摄像装置中，最好，电荷传输区域中的具有第1沟道宽度的第1区域和具有第2沟道宽度的第2区域的边界部，配置于比邻接的2个传输电极之间的区域的中间位置还靠近与电荷的传输方向相反一侧的传输电极的端部的位置上。如果这样构成，则在邻接的2个传输电极中的电荷的传输方向侧的传输电极上施加正电压，并且在与电荷的传输方向相反一侧的传输电极上施加其电压的绝对值比电荷的传输方向侧的传输电极的正电压还大的负电压的情况下，由于伴随在邻接的2个传输电极之间，向与电荷的传输方向相反一侧的传输电极的端部的不断靠近，电荷的传输方向的电场进一步增加，故在配置于比邻接的2个传输电极之间的中间位置还靠近与电荷的传输方向相反一侧的传输电极的端部的位置上的具有第1沟道宽度的第1区域和具有第2沟道宽度的第2区域的边界部上，可施加更大的向电荷的传输方向的电场。由此，可更加可靠地消除在电荷传输区域中的具有第1沟道宽度的第1区域和第2沟道宽度的第2区域的边界部处形成的势垒。
在上述第1方面的固体摄像装置中，最好，电荷传输区域由第1导电型的第1杂质区域形成，分离区域由第2导电型的第2杂质区域形成。如果这样构成，则通过由第2导电型的第2杂质区域形成的分离区域，可容易地分离由第1导电型的第1杂质区域形成的电荷传输区域。
在该情况下，最好，还包括第1导电型的半导体衬底，其在主表面上形成了构成电荷传输区域的第1杂质区域和构成分离区域的第2杂质区域；第2导电型的第3杂质区域，其以具有比第1杂质区域和第2杂质区域还大的深度的方式形成于第1导电型的半导体衬底的主表面上；在第2导电型的第3杂质区域的主表面上形成有第1导电型的第1杂质区域。如果这样构成，则从储存电子的第1杂质区域的电子的势阱溢出的电子可通过第2导电型的第3杂质区域排向第1导电型的半导体衬底侧。
在上述第1方面的固体摄像装置中，最好，电荷传输区域包括：向垂直方向传输电荷的垂直传输区域；与垂直传输区域连接，并向水平方向传输从垂直传输区域传输来的电荷的水平传输区域；传输电极包括：用于传输垂直传输区域内的电荷的垂直传输电极；与用于传输水平传输区域内的电荷的水平传输电极；电荷传输区域中的具有第1沟道宽度的第1区域和具有第2沟道宽度的第2区域的边界部，在垂直传输区域和水平传输区域连接的区域中，配置于邻接的垂直传输电极和水平传输电极之间的区域内。如果这样构成，则在垂直传输区域和水平传输区域连接的区域内，在垂直传输电极上施加规定的负电压，并且在水平传输电极上施加规定的正电压的情况下，由于在邻接的垂直传输电极和水平传输电极之间产生向电荷的传输方向的电场，故通过已产生的电场，在电荷传输区域中的具有第1沟道宽度的第1区域和具有第2沟道宽度的第2区域的边界部中，可消除因伴随沟道宽度的减少，分离区域的电场的狭窄沟道效应增加而形成的势垒。由此，可抑制从垂直传输区域向水平传输区域的电荷的传输受到势垒的妨碍的情况。另外，通过将电荷传输区域中的具有第1沟道宽度的第1区域和具有比第1沟道宽度还小的第2沟道宽度的第2区域的边界部配置于邻接的垂直传输电极和水平传输电极之间的区域中，从而构成为在将电荷传输区域中的具有较小的第2沟道宽度的第2区域配置于水平传输电极侧的区域，并且将1个垂直传输区域内的电荷传输到对应的1个水平传输电极之下的区域的情况下，可通过与垂直传输区域的第2区域邻接的分离区域中的具有较大宽度的区域，有效地抑制传输到1个水平传输电极之下的区域的电荷通过分离区域及其附近而流出到邻接的另一水平传输电极之下的区域的情况。由此，可确实将1个垂直传输区域内的电荷传输到对应的1个水平传输电极之下的区域。
在上述具备垂直传输区域和水平传输区域的固体摄像装置中，垂直传输区域包括储存信号电荷的储存部，水平传输区域包括将来自储存部的信号电荷传输给输出部的水平传输部，具有第1沟道宽度的第1区域和具有第2沟道宽度的第2区域的边界部在储存部和水平传输部连接的区域中，配置于邻接的垂直传输电极和水平传输电极之间的区域内。如果这样构成，则可抑制在储存部和水平传输部之间电荷相互混合的情况，同时可抑制电荷的传输效率的降低。该情况下，第2区域以一直延伸到水平传输部的水平传输电极之下的方式形成。如果这样构成，则可通过延伸到水平传输电极之下的第2区域，容易地将电荷从储存部传输到水平传输部。
本发明的第2方面的固体摄像装置，包括：配置于构成传输电荷的沟道的电荷传输区域内，并用于传输电荷的多个传输电极；以夹持电荷传输区域的方式配置的多个分离区域；电荷传输区域包括：具有第1沟道宽度的第1区域；与具有比第1沟道宽度还小的第2沟道宽度的第2区域；电荷传输区域中的具有上述第1沟道宽度的第1区域和具有上述第2沟道宽度的第2区域的边界部配置于邻接的2个传输电极之间的区域，以及邻接的2个传输电极中的与电荷的传输方向相反一侧的传输电极的端部附近之下的区域的任何一个区域内。
在该第2方面的固体摄像装置中，如上所述，通过将电荷传输区域中的具有上述第1沟道宽度的第1区域和具有比第1沟道宽度还小的第2沟道宽度的第2区域的边界部配置于邻接的2个传输电极之间的区域，以及邻接的2个传输电极中的与电荷的传输方向相反一侧的传输电极的端部附近之下的区域的任何一个区域内，从而在邻接的2个传输电极中的与电荷的传输方向相反一侧的传输电极上施加规定的负电压，并且在电荷的传输方向侧的传输电极上施加规定的正电压的情况下，在邻接的2个传输电极之间，以及邻接的2个传输电极中的与电荷的传输方向相反一侧的传输电极的端部附近之下的区域内，产生向电荷的传输方向的电场。通过该产生的电场，可以在具有第1沟道宽度的第1区域和具有第2沟道宽度的第2区域的边界部，消除因伴随沟道宽度的减少，分离区域的电场的狭窄沟道效应增加而形成的势垒。由此，由于可抑制电荷的传输受到势垒的妨碍的情况，故可抑制电荷的传输效率降低的情况。另外，通过以夹持电荷传输区域的方式配置多个分离区域，并且在电荷传输区域中设置具有第1沟道宽度的第1区域、以及具有比第1沟道宽度还小的第2沟道宽度的第2区域，从而可使与电荷传输区域中的具有第2沟道宽度的第2区域邻接的分离区域的宽度比与电荷传输区域中的具有第1沟道宽度的第1区域邻接的分离区域的宽度还大，由此，可通过分离区域中的具有较大宽度的区域，抑制在通过分离区域而邻接的电荷传输区域之间电荷混合的情况。
在上述第2方面的固体摄像装置中，电荷传输区域中的具有第1沟道宽度的第1区域和具有第2沟道宽度的第2区域的边界部也可配置于邻接的2个传输电极中的与电荷的传输方向相反一侧的传输电极的端部附近之下的区域内。如果这样构成，则在邻接的2个传输电极中的电荷的传输方向侧的传输电极上施加正电压，并且在与电荷的传输方向相反一侧的传输电极上施加其电压的绝对值比电荷的传输方向侧的传输电极的正电压还大的负电压的情况下，由于在垂直传输电极和水平传输电极之间产生的向电子的传输方向的电场的影响还波及垂直传输电极的水平传输电极侧的端部附近之下的区域，故可消除垂直传输电极的水平传输电极侧的端部附近之下的区域的势垒。
在上述第2方面的固体摄像装置中，电荷传输区域中的具有第1沟道宽度的第1区域和具有第2沟道宽度的第2区域的边界部也可配置于比邻接的2个传输电极之间的区域的中间位置还靠近与上述电荷的传输方向相反一侧的传输电极的端部的位置上。如果这样构成，则在邻接的2个传输电极中的电荷的传输方向侧的传输电极上施加正电压，并且在与电荷的传输方向相反一侧的传输电极上施加其电压的绝对值比电荷的传输方向侧的传输电极的正电压还大的负电压的情况下，由于伴随在邻接的2个传输电极之间，向与电荷的传输方向相反一侧的传输电极的端部的不断靠近，电荷的传输方向的电场进一步增加，故在设置于比邻接的2个传输电极之间的中间位置还靠近与电荷的传输方向相反一侧的传输电极的端部的位置上的具有第1沟道宽度的第1区域和具有第2沟道宽度的第2区域的边界部上，可施加更大的向电荷的传输方向的电场。由此，可更加确实地消除在电荷传输区域中的具有第1沟道宽度的第1区域和具有第2沟道宽度的第2区域的边界部处形成的势垒。
在上述第2方面的固体摄像装置中，具有比第1沟道宽度还小的第2沟道宽度的第2区域相对具有第1沟道宽度的第1区域，配置于传输方向侧。如果这样构成，则由于可使与电荷传输区域中的具有第2沟道宽度的第2区域邻接的分离区域的宽度比与电荷传输区域中的具有第1沟道宽度的第1区域邻接的分离区域的宽度还大，故可通过电荷传输方向侧的分离区域中的具有较大宽度的区域，抑制在通过分离区域而邻接的电荷传输区域之间电荷混合的情况。
在上述第2方面的固体摄像装置中，最好，分离区域包括：与电荷传输区域中的具有第1沟道宽度的第1区域邻接设置的具有第1宽度的区域；与电荷传输区域中的具有第2沟道宽度的第2区域邻接设置，并具有比第1宽度还大的第2宽度的区域。如果这样构成，则可容易地在邻接的2个分离区域中的具有第1宽度的区域之间，形成具有第1沟道宽度的第1区域，并且可在邻接的2个分离区域的具有比第1宽度还大的第2宽度的区域之间，形成具有比第1沟道宽度还小的第2沟道宽度的第2区域。
在上述第2方面的固体摄像装置中，最好，在电荷的传输时，在邻接的2个传输电极的电荷的传输方向侧的传输电极上施加正电压，并且在邻接的2个传输电极中的与电荷的传输方向相反一侧的传输电极上，施加其电压的绝对值比正电压还大的负电压。如果这样构成，由于可容易地在邻接的2个传输电极之间产生向电荷的传输方向的电场，故可通过该电场，消除在邻接的2个分离区域之间的具有第1沟道宽度的第1区域和具有第2沟道宽度的第2区域的边界部处形成的势垒。
在上述第2方面的固体摄像装置中，最好，电荷传输区域由第1导电型的第1杂质区域形成，分离区域由第2导电型的第2杂质区域形成。如果这样构成，则可通过由第2导电型的第2杂质区域形成的分离区域，容易地分离由第1导电型的第1杂质区域形成的电荷传输区域。
该情况下，最好，其还包括：第1导电型的半导体衬底，其在主表面上形成了构成电荷传输区域的第1杂质区域和构成分离区域的第2杂质区域；第2导电型的第3杂质区域，其以具有比第1杂质区域和第2杂质区域还大的深度的方式形成于第1导电型的半导体衬底的主表面上；在第2导电型的第3杂质区域的主表面上形成有第1导电型的第1杂质区域。如果这样构成，则从储存电子的第1杂质区域的电子的势阱溢出的电子可通过第2导电型的第3杂质区域排向第1导电型的半导体衬底侧。
在上述第2方面的固体摄像装置中，最好，电荷传输区域包括：向垂直方向传输电荷的垂直传输区域；与垂直传输区域连接，并向水平方向传输从垂直传输区域传输来的电荷的水平传输区域；传输电极包括：用于传输垂直传输区域内的电荷的垂直传输电极；与用于传输水平传输区域内的电荷的水平传输电极；电荷传输区域中的具有第1沟道宽度的第1区域和具有第2沟道宽度的第2区域的边界部在垂直传输区域和水平传输区域连接的区域内，配置于邻接的垂直传输电极和水平传输电极之间的区域中。如果这样构成，则在垂直传输区域和水平传输区域连接的区域中，在垂直传输电极上施加规定的负电压，并且在水平传输电极上施加规定的正电压的情况下，由于在邻接的垂直传输电极和水平传输电极之间产生向电荷的传输方向的电场，故通过已产生的电场，在电荷传输区域中的具有第1沟道宽度的第1区域和具有第2沟道宽度的第2区域的边界部，可消除因伴随沟道宽度的减少，由来自分离区域的电场产生的狭窄沟道效应增加而形成的势垒。由此，可抑制从垂直传输区域向水平传输区域的电荷的传输受到势垒的妨碍的情况。另外，通过将电荷传输区域中的具有第1沟道宽度的第1区域和具有比第1沟道宽度还小的第2沟道宽度的第2区域的边界部配置于邻接的垂直传输电极和水平传输电极之间的区域，从而在构成为将电荷传输区域中的具有较小的第2沟道宽度的第2区域配置于水平传输电极侧，并且将1个垂直传输区域内的电荷传输到对应的1个水平传输电极之下的区域的情况下，可通过与垂直传输区域中的第2区域邻接的分离区域的具有较大宽度的区域，有效地抑制传输到1个水平传输电极之下的区域的电荷通过分离区域及其附近而流出到邻接的另一水平传输电极之下的区域的情况。由此，可确实将1个垂直传输区域内的电荷传输到对应的1个水平传输电极之下的区域。
在上述具有垂直传输区域和水平传输区域的固体摄像装置中，垂直传输区域包括储存信号电荷的储存部，水平传输区域包括将来自储存部的信号电荷传输到输出部的水平传输部，具有第1沟道宽度的第1区域和具有第2沟道宽度的第2区域的边界部在储存部和水平传输部连接的区域中，配置于邻接的垂直传输电极和水平传输电极之间的区域内。如果这样构成，则可抑制在储存部和水平传输部之间电荷相互混合的情况，同时可抑制电荷的传输效率的降低。
附图说明
图1为表示本发明的一个实施方式的固体摄像装置的整体结构的示意图；
图2为用于说明图1所示的一个实施方式的固体摄像装置的摄像部和储存部的结构的平面图；
图3为用于说明图1所示的一个实施方式的固体摄像装置的储存部和水平传输部的结构的平面图；
图4为用于说明图1所示的一个实施方式的固体摄像装置的储存部和水平传输部连接的区域中的电子传输时的电势的状态的图；
图5为沿图2所示的固体摄像装置的50-50线的剖视图；
图6为沿图2所示的固体摄像装置的100-100线的剖视图；
图7为沿图3所示的固体摄像装置的150-150线的剖视图；
图8为沿图3所示的固体摄像装置的200-200线的剖视图；
图9为表示电荷传输通路的沟道宽度减少的边界部的位置、与势垒的高度之间的关系的相关图；
图10为用于说明过去的一个实例的固体摄像装置的储存部和水平传输部的结构的平面图；
图11为表示图10所示的过去的一个实例的固体摄像装置的储存部和水平传输部连接的区域中的电子传输时的电势的状态的图。
具体实施方式
下面根据附图，对本发明的实施方式进行描述。
参照图1～图8，在本实施方式中，对本发明适用于帧传(frametransfer)型的固体摄像装置的实例进行描述。
本实施方式的帧转换型的固体摄像装置如图1所示，包括：摄像部1、储存部2、水平传输部3和输出部4。摄像部1为了通过光的射入来进行光电变换而设置。另外，摄像部1如图2所示，具有将具有光电变换功能的多个象素5配置为矩阵状的结构。此外，摄像部1具有储存已产生的电子(电荷)，并沿垂直方向向储存部2传输的功能。储存部2具有储存从摄像部1传输来的电子，并且沿垂直方向向水平传输部3(参照图3)传输的功能。水平传输部3具有依次将从储存部2传输的电子沿水平方向传输给输出部4(参照图1)的功能。输出部4具有将从水平传输部3传输来的电子作为电信号输出的功能。
另外，在摄像部1、储存部2和水平传输部3中，如图2和图3所示，设有构成传输电子的沟道的电荷传输通路6。电荷传输通路6由：按以沿与上摄像部1、储存部2和水平传输部3的规定区域相垂直的方向延伸的方式配置的多个垂直电荷传输通路6a(参照图2)，与以沿水平方向延伸的方式设置在水平传输部3内的1个水平电荷传输通路6b(参照图3)构成。电荷传输通路6为本发明的“电荷传输区域”的一个实例。另外，垂直电荷传输通路6a为本发明的“垂直传输区域”的一个实例，水平电荷传输通路6b为本发明的“水平传输区域”的一个实例。此外，多个垂直电荷传输通路6a构成为全部与1个水平电荷传输通路6b连接。还有，在摄像部1和储存部2中，以沿水平方向延伸的方式设置用于将垂直电荷传输通路6a内的电子向垂直方向传输的多个垂直传输电极7。该多个垂直传输电极7具有约0.4μm的宽度，并且以约0.2μm的间距间隔设置。此外，在1个象素5内，分别设有3个垂直传输电极7。此外，向摄像部1的3个垂直传输电极7中分别输入用于传输电子的3相时钟信号CLK1～CLK3，并且向储存部2的3个垂直传输电极7中分别输入用于传输电子的3相时钟信号CLK4～CLK6。在摄像部1和储存部2中，构成为：分别通过根据3相的时钟信号CLK1～CLK3和CLK4～CLK6，使3个垂直传输电极7每次处于接通状态，从而将储存于规定的垂直传输电极7之下的区域内的电子依次传输到与规定的垂直传输电极7邻接的另一垂直传输电极7之下的区域中。此外，如图3所示，在水平传输部3中，以沿垂直方向延伸的方式设有用于将水平电荷传输通路6b内的电子向水平方向传输的多个水平传输电极8a和8b。分别向该多个水平传输电极8a和8b中输入时钟信号。构成为：通过根据该时钟信号，使多个水平传输电极8a和8b每次处于on状态，从而将储存于规定的水平传输电极8a(8b)之下的区域中的电子依次传输到与规定的水平传输电极8a(8b)邻接的另一水平传输电极8b(8a)之下的区域。
另外，在摄像部1、储存部2和水平传输部3中，以沿垂直方向延伸的方式设有以夹持垂直电荷传输通路6a的配置的多个p型沟道阻止区域9。另外，该p型沟道阻止区域9为本发明的“分离区域”的一个实例。此外，p型沟道阻止区域9由设置于摄像部1和储存部2上的具有约0.3μm宽度W3的区域9a和设置于水平传输部3上的具有约0.4μm～约0.7μm宽度W4的区域9b构成。此外，p型沟道阻止区域9的具有比区域9a(宽度W3：约0.3μm)还大的宽度W4(约0.4μm～约0.7μm)的区域9b，是为了抑制通过p型沟道阻止区域9的区域9b而邻接的2个垂直电荷传输通路6a内的电子相互混合的情况而设置的。还有，构成为：通过p型沟道阻止区域9的具有宽度W4的区域9b，储存部2的1个垂直电荷传输通路6a内的电子不沿水平方向流出，而是传输到对应的1个水平传输电极8a之下的区域。另外，构成为在摄像部1和储存部2中，邻接的2个p型沟道阻止区域9的区域9a之间的垂直电荷传输通路6a具有约1.5μm的宽度W1，并且在水平传输部3中，邻接的2个p型沟道阻止区域9的区域9b之间的垂直电荷传输通路6a具有约1.1μm～约1.4μm的宽度W2。即，构成为水平传输部3内的垂直电荷传输通路6a的宽度W2比摄像部1和储存部2内的垂直电荷传输部6a的宽度W1还小。另外，在垂直电荷传输通路6a的储存部2内的区域与垂直电荷传输通路6a的水平传输部3内的区域的边界部6c中，因缩小垂直电荷传输通路6a的宽度、而使邻接的p型沟道阻止区域9的电场的较窄沟道效应增加，故形成图4所示的势垒。另外，图4表示在垂直传输电极7上施加约-5.8V的负电压，并且在水平传输电极8a上施加约2.9V的正电压时的电势的状态。
在这里，在本实施方式中，如图3所示，垂直电荷传输通路6a的储存部2内的区域与垂直电荷传输通路6a的水平传输部3内的区域的边界部6c，在储存部2和水平传输部3连接的区域中，配置于邻接的垂直传输电极7和水平传输电极8a之间的区域内。此外，在本实施方式中，构成为：在将电子从储存部2传输到水平传输部3时的最终阶段，在储存部2的末级的垂直传输电极7上施加约-5.8V的负电压，并且在水平传输电极8a上施加约2.9V的正电压。该情况下，施加于垂直传输电极7上的负电压(约-5.8V)比施加于水平传输电极8a上的正电压(约2.9V)的绝对值还大。此外，通过在垂直传输电极7上施加负电压，并且在水平传输电极8a上施加正电压，从而在将电子从储存部2传输到水平传输部3时的最终阶段，产生沿从储存部2的末级的垂直传输电极7向水平传输部3的水平传输电极8a侧的传输方向的横向电场。构成为：通过该电场，可以消除在垂直电荷传输通路6a的储存部2内的区域与垂直电荷传输通路6a的水平传输部3内的区域的边界部6c处形成的上述势垒。
此外，在摄像部1、储存部2和水平传输部3中，如图5～图8所示，形成有p型杂质区域11，其距n型硅衬底10的表面具有约2μm～约4μm的深度，并且具有约1015cm-3的杂质浓度。另外，形成有距n型硅衬底10的表面具有约0.5μm～约1.0μm的深度，并且具有约5×1015cm-3～约5×1016cm-3的杂质浓度的n型杂质区域12。而且，构成为在n型硅衬底10上施加约7V的电压。此外，通过n型硅衬底10、p型杂质区域11和n型杂质区域12，形成从储存有电子的势阱溢出的电子排向n型硅衬底10侧的纵型溢流排出(over flow drain)结构。另外，在n型杂质区域12的表面上，如图6和图8所示，形成有上述的多个p型沟道阻止区域9。此外，在n型杂质区域12内的邻接的2个p型沟道阻止区域9之间的区域上，形成有上述的垂直电荷传输通路6a。另外，在水平传输部3的n型杂质区域12内，如图7所示，形成有上述的水平电荷传输通路6b。此外，在n型硅衬底10的n型杂质区域12、与p型沟道阻止区域9之上，形成有由SiO2形成的绝缘膜13。此外，在摄像部1和储存部2中，如图5所示，在绝缘膜13上形成有上述的多个垂直传输电极7。还有，在水平传输部3中，如图8所示，在绝缘膜13上形成有上述的多个水平传输电极8a和8b。此外，构成为：相对水平传输电极8a，沿电子的传输方向(水平方向)邻接的水平传输电极8b的端部通过绝缘膜14，重叠(overlap)于水平传输电极8a上。
在本实施方式中，如上所述，在储存部2和水平传输部3连接的区域中，通过将垂直电荷传输通路6a中的具有沟道宽度W1的区域和具有比沟道宽度W1还小的沟道宽度W2的区域的边界部6c，配置于邻接的储存部2的末级的垂直传输电极7和水平传输电极8a之间的区域内，从而在电子的传输时的最终阶段，在储存部2的末级的垂直传输电极7上，施加约-5.8V的负电压，并且在水平传输电极8a上施加约2.9V的正电压时，在邻接的储存部2的末级的垂直传输电极7和水平传输电极8a之间，产生向电子的传输方向(垂直方向)的电场。通过已产生的电场，在垂直电荷传输通路6a的具有沟道宽度W1与具有沟道宽度W2的区域的边界部6c，可消除因伴随沟道宽度的减少、p型沟道阻止区域9的电场的狭窄沟道效果增加而形成的势垒。由此，由于可抑制通过势垒阻碍从储存部2向水平传输部3的电子的传输的情况，故可抑制电子的传输效率降低的情况。
此外，在本实施方式中，通过将垂直电荷传输通路6a中的具有沟道宽度W1的区域和具有比沟道宽度W1还小的沟道宽度W2的区域的边界部6c配置于邻接的垂直传输电极7和水平传输电极8a之间的区域内，并且将垂直电荷传输通路6a中的具有沟道宽度W2的区域配置于水平传输电极8a侧，从而可通过与垂直电荷传输通路6a中的具有沟道宽度W2的区域邻接的p型沟道阻止区域9中的具有较大宽度W4的区域9b，有效地抑制从1个垂直电荷传输通路6a的储存部2内的区域，传输到对应的1个水平传输电极8a之下的区域的电子通过p型沟道阻止区域9及其附近而流出到邻接的另一水平传输电极8a之下的区域。由此，可确实地将储存部2的1个垂直电荷传输通路6a内的电子传输到对应的水平传输部3的1个水平传输电极8a之下的区域中。
下面对为了确认上述实施方式的效果而进行的仿真(simulation)进行描述。在该仿真中，一边沿电子的传输方向移动邻接的2个p型沟道阻止区域之间的垂直电荷传输通路的沟道宽度减少的边界部的位置，一边计算形成于该边界部的势垒的高度。其结果在图9中示出。另外，在图9的曲线图的横轴上，将垂直传输电极和水平传输电极之间的区域的中间位置表示为0μm，并且从该中间位置开始，将水平传输电极侧表示为正侧(0μm～0.4μm)，从中间位置开始，将垂直传输电极侧表示为负侧(-0.4μm～0μm)。另外，图9的曲线图的纵轴表示势垒的高度。另外，在该仿真中，将垂直传输电极和水平传输电极之间的间隔设定为0.2μm(-0.1μm～0.1μm)。因此，在图9中的-0.4μm～-0.1μm的范围内，表示垂直电荷传输通路的沟道宽度减少的边界部位于垂直传输电极之下，在图9中的0.1μm～0.4μm的范围内，表示垂直电荷传输通路的沟道宽度减少的边界部位于水平传输电极之下。此外，设定为：在垂直传输电极上施加-5.8V的负电压，并且在水平传输电极上施加2.9V的正电压。此外，在垂直电荷传输通路的沟道宽度减少的边界部中，针对垂直电荷传输通路的沟道宽度减少0.14μm的情况和减少0.34μm的情况进行仿真。
参照图9，在垂直传输电极和水平传输电极之间的区域(-0.1μm～0.1μm)内，配置了垂直电荷传输通路的沟道宽度减少的边界部时，在垂直电荷传输通路的沟道宽度的减少量为0.14μm的情况与为0.34μm的情况下，判断势垒的高度为0V。即，如果在储存部的垂直电荷传输电极和水平传输部的水平传输电极之间的区域(-0.1μm～0.1μm)内配置垂直电荷传输通路的沟道宽度减少的边界部，则在垂直电荷传输通路的沟道宽度的减少量为0.14μm和为0.34μm这两种情况下，判定未形成势垒。另外，从图9判定出：即使在从垂直传输电极的端部仅进入垂直传输电极之下0.05μm的位置(-0.15μm的位置)上配置了垂直电荷传输通路的沟道宽度减少的边界部时，在垂直电荷传输通路的沟道宽度的减少量为0.14μm和为0.34μm这两种情况下，势垒的高度也为0V。即，即使在垂直传输电极的水平传输电极侧的端部附近下的区域中配置垂直电荷传输通路的沟道宽度减少的边界部时，在垂直电荷传输通路的沟道宽度的减少量为0.14μm和为0.34μm这两种情况下，也判定为可抑制形成势垒的情况。认为这是因为：通过在水平传输电极上施加2.9V的正电压，并且在垂直传输电极上施加绝缘值比2.9还大的-5.8V的负电压，而使垂直传输电极和水平传输电极之间产生的向电子的传输方向的电场的影响还波及到垂直传输电极的水平传输电极侧的端部附近之下的区域，由此势垒消失的缘故。
此外，在垂直电荷传输通路的边界部的沟道宽度的减少量为0.14μm的情况下，判定在垂直电荷传输通路的沟道宽度减少的边界部配置于从垂直传输电极的水平传输电极侧的端部开始进入垂直传输电极之下0.25μm的位置上的状态A(-0.35μm)下，可以形成势垒。在该状态A中，如图9中的电势图所示，在垂直传输电极之下的区域内形成势垒。另外，在垂直电荷传输通路的边界部的沟道宽度的减少量为0.34μm的情况下，判定在垂直电荷传输通路的沟道宽度减少的边界部配置于从垂直传输电极的水平传输电极侧的端部开始进入到垂直传输电极之下0.1μm以上的位置时(-0.3μm～-0.2μm)，可以形成势垒。另外，在垂直电荷传输通路的边界部的沟道宽度的减少量为0.14μm的情况下，在垂直电荷传输通路的沟道宽度减少的边界部配置于从水平传输电极的垂直传输电极侧的端部开始进入到水平传输电极之下0.15μm的位置时(0.25μm～0.3μm)，判定为形成势垒。该情况下，比如，如垂直电荷传输通路的边界部的沟道宽度减少的边界部配置于从水平传输电极的垂直传输电极侧的端部开始进入到水平传输电极之下0.15μm的位置的图9中的状态B(0.25μm)所示，在水平传输电极之下的区域形成势垒。即使在该情况下，通过形成于水平传输电极之下的区域的势垒，电子的传输也受到阻碍，由此，电子的传输效率降低。另外，在垂直电荷传输通路的边界部中的沟道宽度的减少量为0.34μm的情况下，在垂直电荷传输通路的宽度减少的边界部配置于从水平传输电极的垂直传输电极侧的端部开始进入到水平传输电极之下0.1μm的位置时(0.2μm)，判定为形成势垒。即使在该情况下，也与垂直电荷传输通路的边界部的沟道宽度的减少量为0.14μm的情况相同，在水平传输电极之下的区域内形成势垒。
此外，应该认为本次公开的实施方式在全部的方面都是示例，而不是限制性的。本发明的范围不通过上述实施方式的描述，而是通过技术方案的范围给定，另外，还包括与技术方案的范围等同的含义和范围内的全部的变更方案。
比如，在上述实施方式中，对本发明适用于帧传输型的固体摄像装置的实例进行了描述，但是，本发明并不限于此，本发明也可用于帧传输型以外的固体摄像装置。
另外，在上述实施方式中，垂直电荷传输通路的沟道宽度减少的边界部配置于邻接的垂直传输电极和水平传输电极之间区域的中间位置上，但本发明不限于此，也可以将垂直电荷传输通路的沟道宽度减少的边界部配置于比邻接的垂直传输电极和水平传输电极之间的中间位置还靠近垂直传输电极的端部的位置上。如果这样构成，则在电子的传输时的最终阶段，在水平传输电极上施加正电压，并且在垂直传输电极上施加其电压的绝对值比水平传输电极的正电压还大的负电压时，伴随在邻接的垂直传输电极和水平传输电极之间，向该垂直传输电极的端部的靠近，向电子的传输方向的电场较大，因此在配置于比邻接的垂直传输电极与水平传输电极之间的中间位置还靠近垂直传输电极的端部的位置的垂直电荷传输通路的边界部上，可施加更大的向电子的传输方向的电场。由此，可更加确实地消除形成于垂直电荷传输通路的边界部中的势垒。
此外，在上述实施方式中，在储存部的末级的传输电极与水平传输部的水平传输电极之间的区域中，配置了垂直电荷传输通路的宽度减少的边界部，但是本发明不限于此，也可在比储存部中的末级靠前的垂直传输电极与垂直传输电极的下一级的垂直传输电极之间的区域内，配置垂直电荷传输通路的沟道宽度减少的边界部。如果这样构成，则由于对应于垂直电荷传输通路的沟道宽度较小的区域，可使p型沟道阻止区域的宽度较大的区域的电子的传输方向的长度形成得更大，由此，可更加确实地抑制通过p型沟道阻止区域而邻接的2个垂直电荷传输通路内的电子混合的情况。
还有，在上述实施方式中，虽然采用了由SiO2形成的绝缘膜，但是本发明不限于此，也可采用包含SiO2以外的材料的绝缘膜。比如，也可采用由SiN膜或包含SiO2膜和SiN膜的多层膜等形成的绝缘膜。

Claims (20)

1.一种固体摄像装置，其中包括：
多个传输电极，该多个传输电极配置于构成传输电子的沟道的电荷传输区域中，并用于传输电子；
以夹持上述电荷传输区域的方式配置的多个分离区域；
上述电荷传输区域包括：具有第1沟道宽度的第1区域，与具有比上述第1沟道宽度还小的第2沟道宽度的第2区域；
上述电荷传输区域中的具有上述第1沟道宽度的第1区域和具有上述第2沟道宽度的第2区域的边界部配置于邻接的2个上述传输电极之间的区域内。
2.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，具有比上述第1沟道宽度还小的第2沟道宽度的第2区域，相对具有上述第1沟道宽度的第1区域，配置于传输方向侧。
3.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，上述分离区域包括：与上述电荷传输区域中的具有上述第1沟道宽度的第1区域邻接设置的、具有第1宽度的区域；与上述电荷传输区域中的具有上述第2沟道宽度的第2区域邻接设置，并具有比所述第1宽度还大的第2宽度的区域。
4.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，在上述电荷的传输时，在上述邻接的2个传输电极的上述电荷的传输方向侧的上述传输电极上施加正电压，并且在上述邻接的2个传输电极中的与上述电荷的传输方向相反一侧的上述传输电极上施加其电压的绝对值比上述正电压还大的负电压。
5.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，上述电荷传输区域中的具有上述第1沟道宽度的第1区域和具有上述第2沟道宽度的第2区域的边界部，配置于比上述邻接的2个传输电极之间区域的中间位置还靠近与上述电荷的传输方向相反一侧的上述传输电极的端部的位置上。
6.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
上述电荷传输区域由第1导电型的第1杂质区域形成；
上述分离区域由第2导电型的第2杂质区域形成。
7.根据权利要求6所述的固体摄像装置，其中，
还包括：
第1导电型的半导体衬底，其在主表面上形成了构成上述电荷传输区域的第1杂质区域和构成上述分离区域的第2杂质区域；
第2导电型的第3杂质区域，其以具有比上述第1杂质区域和上述第2杂质区域还大的深度的方式形成在上述第1导电型的半导体衬底的主表面上；
在上述第2导电型的第3杂质区域的主表面上，形成有上述第1导电型的第1杂质区域。
8.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
上述电荷传输区域包括：向垂直方向传输上述电荷的垂直传输区域；和与上述垂直传输区域连接，并向水平方向传输从上述垂直传输区域传输来的上述电荷的水平传输区域；
上述传输电极包括：用于传输上述垂直传输区域内的上述电荷的垂直传输电极；与用于传输上述水平传输区域内的上述电荷的水平传输电极；
上述电荷传输区域中的具有上述第1沟道宽度的第1区域和具有上述第2沟道宽度的第2区域的边界部，在上述垂直传输区域和上述水平传输区域连接的区域内，配置于邻接的上述垂直传输电极和上述水平传输电极之间的区域中。
9.根据权利要求8所述的固体摄像装置，其中，
上述垂直传输区域包括储存信号电荷的储存部；
上述水平传输区域包括将来自上述储存部的信号电荷传输到输出部的水平传输部；
具有上述第1沟道宽度的第1区域和具有上述第2沟道宽度的第2区域的边界部，在上述储存部和上述水平传输部连接的区域中，配置于邻接的上述垂直传输电极和上述水平传输电极之间的区域内。
10.根据权利要求9所述的固体摄像装置，其中，上述第2区域以延伸到上述水平传输部的上述水平传输电极之下的方式形成。
11.一种固体摄像装置，其中包括：
多个传输电极，该多个电极配置于构成传输电荷的沟道的电荷传输区域内，并用于传输电荷；
以夹持上述电荷传输区域的方式设置的多个分离区域；
上述电荷传输区域包括：具有第1沟道宽度的第1区域；与具有比上述第1沟道宽度还小的第2沟道宽度的第2区域；
上述电荷传输区域中的具有上述第1沟道宽度的第1区域和具有上述第2沟道宽度的第2区域的边界部，配置于邻接的2个上述传输电极之间的区域、以及与上述邻接的2个传输电极中的与上述电荷的传输方向相反一侧的上述传输电极的端部附近之下的区域中的任何一个区域内。
12.根据权利要求11所述的固体摄像装置，其中，上述电荷传输区域中的具有上述第1沟道宽度的第1区域和具有上述第2沟道宽度的第2区域的边界部，配置于上述邻接的2个传输电极中的与上述电荷的传输方向相反一侧的上述传输电极的端部附近之下的区域内。
13.根据权利要求11所述的固体摄像装置，其中，上述电荷传输区域中的具有上述第1沟道宽度的第1区域和具有上述第2沟道宽度的第2区域的边界部，配置于比上述邻接的2个传输电极之间的区域的中间位置还靠近与上述电荷的传输方向相反一侧的上述传输电极的端部的位置上。
14.根据权利要求11所述的固体摄像装置，其中，具有比上述第1沟道宽度还小的第2沟道宽度的第2区域，相对具有上述第1沟道宽度的第1区域，配置于传输方向侧。
15.根据权利要求11所述的固体摄像装置，其中，上述分离区域包括：与上述电荷传输区域中的具有上述第1沟道宽度的第1区域邻接设置的、具有第1宽度的区域；与上述电荷传输区域中的具有第2沟道宽度的第2区域邻接设置，并具有比上述第1宽度还大的第2宽度的区域。
16.根据权利要求11所述的固体摄像装置，其中，在上述电荷的传输时，在上述邻接的2个传输电极的上述电荷的传输方向侧的上述传输电极上施加正电压，并且在上述邻接的2个传输电极中的与上述电荷的传输方向相反一侧的上述传输电极上，施加其电压的绝对值比上述正电压还大的负电压。
17.根据权利要求11所述的固体摄像装置，其中，
上述电荷传输区域由第1导电型的第1杂质区域形成；
上述分离区域由第2导电型的第2杂质区域形成。
18.根据权利要求17所述的固体摄像装置，其中，
还包括：
第1导电型的半导体衬底，其在主表面上形成了构成上述电荷传输区域的第1杂质区域和构成上述分离区域的第2杂质区域；
第2导电型的第3杂质区域，其以具有比上述第1杂质区域和上述第2杂质区域还大的深度的方式形成于上述第1导电型的半导体衬底的主表面上；
在上述第2导电型的第3杂质区域的主表面上形成有上述第1导电型的第1杂质区域。
19.根据权利要求11所述的固体摄像装置，其中，
上述电荷传输区域包括：向垂直方向传输上述电荷的垂直传输区域；与上述垂直传输区域连接，并向水平方向传输从上述垂直传输区域传输来的电荷的水平传输区域；
上述传输电极包括：用于传输上述垂直传输区域内的上述电荷的垂直传输电极，与用于传输上述水平传输区域内的上述电荷的水平传输电极；
上述电荷传输区域中的具有上述第1沟道宽度的第1区域和具有上述第2沟道宽度的第2区域的边界部，在上述垂直传输区域和上述水平传输区域连接的区域内，配置于邻接的上述垂直传输电极和上述水平传输电极之间的区域中。
20.根据权利要求19所述的固体摄像装置，其中，
上述垂直传输区域包括储存信号电荷的储存部；
上述水平传输区域包括将来自上述储存部的信号电荷传输到输出部的水平传输部；
具有上述第1沟道宽度的第1区域和具有上述第2沟道宽度的第2区域的边界部，在上述储存部和上述水平传输部连接的区域中，配置于邻接的上述垂直传输电极和上述水平传输电极之间的区域内。
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