JP2001119009A

JP2001119009A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP2001119009A
Application number: JP29353699A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Kawajiri; 和廣川尻
Original assignee: Fujifilm Microdevices Co Ltd; Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp; Fujifilm Microdevices Co Ltd
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2001-04-27

Abstract

(57)【要約】【課題】固体撮像装置に関し、電極の加工を容易にし、
かつ高密度化が図れること。【解決手段】半導体基板１に形成され、垂直方向に蛇行
して延びる電荷転送路２，３，４，５ａ，５ｂと、前記
電荷転送路２，３，４，５ａ，５ｂ中に形成された複数
の光電変換部２と、前記電荷転送路２，３，４，５ａ，
５ｂの上に開口部１１ａと非開口部を有する転送電極１
１とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置に関
し、より詳しくは、仮想位相電極構造を有する固体撮像
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像装置は、光電変換部と電荷転送
部の機能を１つの半導体チップに作り上げたデバイスで
あり、カメラ一体型ＶＴＲ、デジタルカメラ等に使用さ
れている。そのような固体撮像装置では、受光素子の間
に垂直ＣＣＤを形成することによって受光素子に蓄積さ
れた電荷を垂直ＣＣＤを通して水平ＣＣＤに転送し、さ
らに水平ＣＣＤ内の電荷をアンプに転送するような構成
となっている。そして、垂直ＣＣＤ内で電荷を転送する
ために、垂直ＣＣＤの上方に２以上の転送電極を配置す
る構造を有している。

【０００３】そのような固体撮像装置を有する撮像機
器、例えば、デジタルカメラにおいては、高画素化が要
求されてきており、従来技術の延長によるＣＣＤ装置に
よればチップ面積が大きくなり、コストアップ、光学系
の大型化を招き、カメラの小型化が図れなくなる。この
ため、固体撮像装置を有する撮像機器においては、高集
積化、高感度化、高解像力化の観点から固体撮像装置の
様々な改良がなされている。

【０００４】例えば、特開平１０−１３６３９号公報に
おいては、受光素子を縦横（垂直水平）方向だけでな
く、斜め方向にも周期的に配置して高集積化が図れる固
体撮像素子が記載されている。また、特開平５−２１８
３８３号公報、特開平６−１１３２１３号公報又は特開
平１０−８４５０８号公報においては、仮想位相電極構
造を採用して電極数を減らして高密度の集積化が図れる
ＣＣＤ画像センサが記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した固体
撮像装置やＣＣＤ画像センサでは、垂直ＣＣＤの上に２
以上の転送電極を形成する際に微細加工が必要になる。
また、上記した固体撮像装置やＣＣＤ画像センサでは、
受光素子とこれに隣接する電荷転送路を別々の領域に確
保するために、それぞれの面積が小さくなってしまうの
で、性能が低下したり、より細い素子分離幅が要求され
て素子形成が難しくなったり、或いは高密度化が進まな
くなるといった問題がある。

【０００６】本発明の目的は、電極の加工を容易にし、
かつ高密度化が図れる固体撮像装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、半導体
基板に形成され、垂直方向に蛇行して延びる電荷転送路
と、前記電荷転送路中に形成された複数の光電変換部
と、前記電荷転送路の上に開口部と非開口部を有する転
送電極とを有することを特徴とする固体撮像装置によっ
て解決される。

【０００８】上記した固体撮像装置において、前記電荷
転送路は、前記転送電極に駆動信号を印加することによ
って電荷転入側ではポテンシャルが高く、電荷転出側で
はポテンシャルが低くなる不純物拡散層から構成されて
もよい。また、前記電荷転送路に沿って前記開口、前記
非開口部とが交互に繋が留ようにしてもよい。

【０００９】また、前記電荷転送部では、前記開口の下
と前記非開口部の下の少なくとも一方において、電荷転
入方向と電荷転出方向が異なっているようにしてもよ
い。また、１つの前記開口部と１つの前記非開口部が合
わされた１組の領域において、電荷転入方向と電荷転出
方向が直角方向に配置されるようにしてもよい。また、
前記開口部の上に窓を有する遮光膜と、前記窓の上に形
成された平坦化層、カラーフィルタ、マイクロレンズと
をさらに有するようにしてもよい。

【００１０】また、前記開口部は、前記光電変換部の上
に形成されるようにしてもよい。さらに、前記転送電極
には３値駆動パルスを印加するようにしてもよい。次
に、本発明の作用について説明する。上記した発明によ
れば、蛇行する電荷転送路中に光電変換素子を設け、そ
の電荷転送路には開口部を有する転送電極を形成するよ
うにしている。

【００１１】これにより、光電変換素子と電荷転送路と
を同じ領域に形成することが可能になり、転送電極構造
が簡単になるとともに、その加工精度が緩くなるので歩
留まりが向上する。また、電荷転送路において、開口部
と非開口部の転送部分にはポテンシャルバリアを電荷流
入側に設けるようにしたので、その２つの部分で１電荷
信号を蓄積、転送できるために、２つの部分を１画素と
したセンサとすることにより、全画素信号用読み出しが
可能になり、非常に高密度なＣＣＤセンサが得られる。

【００１２】さらに、転送電極の開口領域に窓を有する
遮光膜を設け、画素間の光信号の混合を防ぐ構造にし、
その上に、カラーフィルタさらにマイクロレンズを設け
ることにより、混色が少ない、高感度、高密度で且つ全
画素読み出しセンサを得ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。（第１の実施の形態）図１は、本発明の第１実施形態に
係る固体撮像装置の平面図で、図２は、その固体撮像素
子の基板上に形成される電極を示している。

【００１４】図１において、シリコン基板（半導体基
板）１の主面には、略直角三角形の平面形状の受光素子
（例えばフォトダイオード）２が垂直方向と水平方向と
斜め方向に複数並ぶように形成されている。受光素子２
は、光電変換機能を有するとともに電荷転送路の一部を
構成している。そのような受光素子２の平面形状である
三角形の底辺は水平方向に沿って位置し、その頂点は水
平ＣＣＤ１０に向くように配置される。また、その三角
形の底辺は、受光素子２の電荷転入端となり、２つの斜
辺の一方は電荷転出端となっている。

【００１５】また、半導体基板１の上には絶縁膜（不図
示）が形成され、その上には、図２示すように、画素領
域全体を覆う垂直転送用電極１１と水平ＣＣＤ１０を構
成する水平転送電極１２とが同じ導電性の多結晶シリコ
ン膜から形成され、垂直転送電極１１には、各受光素子
２の上方に略三角形の開口部１１ａが形成されている。
その開口部１１ａは、少なくとも垂直方向に所定ピッチ
で形成され、しかも固体撮像装置の空間サンプリング密
度が同様になるように形成されている。

【００１６】上記した受光素子２を含む各画素領域に
は、基本的な第１、第２のセルＵ1,Ｕ2 のいずれかが形
成されている。第１及び第２のセルＵ1,Ｕ2 は、図３
(a) に示すように、受光素子２の電荷転入端側に隣接し
た蓄積層３を有し、それらの境界には第１のバリア層４
が形成されている。蓄積層３は、第１のバリア層４を中
心にして受光素子２と線対称の平面形状、即ち略三角形
に形成されている。従って、受光素子２、第１のバリア
層４及び蓄積部３を合わせた平面形状は矩形となってい
る。

【００１７】第１のセルＵ1 では、蓄積部３の平面形状
の三角形の第１の斜辺（電荷転入端）側にストライプ状
の第２のバリア層５ａが隣接され、さらに、その三角形
の第２の斜辺側にストライプ状のチャネルストップ層６
ａが隣接されており、そのチャネルストップ層６ａは第
２のバリア層５ａの端部に接する位置まで延びて形成さ
れている。

【００１８】第２のセルＵ2 では、蓄積部３の平面形状
の三角形の第２の斜辺（電荷転入端）側にストライプ状
の第２のバリア層５ｂが隣接され、さらに、第１の斜辺
側にストライプ状のチャネルストップ層６ｂが隣接され
ており、そのチャネルストップ層６ｂは第２のバリア層
５ａの端部に接するように延びている。第１のセルＵ1
と第２のセルＵ2 は、図１及び図３(a) に示すように、
互いに斜め方向で隣接するとともに、第１のセルＵ1 の
受光素子２の電荷転出側の斜辺が第２のセルＵ2 の第２
のバリア層５ｂに接し、さらに第２のセルＵ2 の受光素
子２の添加転出側の斜辺が別の第１のセルＵ１の第２の
バリア層５ａに接するように配置されている。

【００１９】第１及び第２のセルＵ1,Ｕ2 は、図１にお
いて右上から左下の方向と、左上から右下の方向に交互
に間隔をおかずに配置され、第１のセルＵ1 のチャネル
ストップ層６ａと第２のセルＵ2 のチャネルストップ層
６ｂはそれぞれの端部近傍で互いに接続するように配置
される。これにより、図１に示すように、チャネルスト
ップ層６ａ、６ｂは、全体では、受光素子２の一側方で
蛇行しながら垂直方向に延在することになっている。こ
れにより一体となったチャネルストップ層６ａ、６ｂ
は、各画素の受光素子２の電荷転入端の側方で約９０度
で屈曲する形状になる。

【００２０】図２で示した垂直転送用電極１１の開口部
１１ａは、図３(b) に示すように三角形又はこれに近い
形状を有し、さらに、図３(c) に示すように受光素子２
と第１のバリア層４の直上に形成されている。さらに、
垂直転送用電極１１の上方には、図３(d) に示すように
受光素子２の一部に重なる四角の窓１３ａを有する遮光
膜１３が配置されている。

【００２１】図１のように配置されたセルＵ1,Ｕ2 の最
終段ではそれらの受光素子２に個々に接続される垂直転
送蓄積層７が、水平ＣＣＤ１０との間に挟まれるように
シリコン基板１に形成されている。垂直転送蓄積層７
は、垂直転送用電極１１に重ならない領域に位置してい
る。また、水平ＣＣＤ１０は、図１に示すように、各垂
直転送蓄積層７に接する第１のバリア層１０ａを有し、
第１のバリア層１０ａには第１の蓄積部１０ｂと第２の
バリア部１０ｃと第２の蓄積部１０ｄが電荷転送方向に
順に接続され、その第２の蓄積部１０ｄは、隣の第１の
バリア層１０ａに接続されている。そして、第１のバリ
ア層１０ａと第１の蓄積層１０ｂの上には絶縁膜を介し
て上記した水平転送電極１２が形成されている。なお、
水平転送電極１２には、例えば垂直転送電極１１と同じ
ように後述する３値駆動パルスが印加される。

【００２２】なお、垂直転送蓄積層７と水平ＣＣＤ１０
は、それぞれ遮光膜１３によって覆われている。図１で
示した画素領域におけるＩ−Ｉ線断面は、図４に示すよ
うな構造となっている。そのＩ−Ｉ線は電荷の移動方向
となっている。図４において、ｎ型シリコン基板１の上
部にはｐ型ウェル１ａが形成され、さらに、ｐ型ウェル
１ａの上部には、Ｉ−Ｉ線に沿って、第２のバリア層５
ａ、蓄積層３、第１のバリア層４、受光素子２、第２の
バリア層５ｂ…というようにそれらの要素が繰り返し形
成されている。

【００２３】第２のバリア層５ａ，５ｂはｎ^-型又はｐ
型不純物拡散層から構成され、蓄積層３はｎ型不純物拡
散層から構成されている。また、第１のバリア層４はｎ
^-型不純物拡散層とその上に形成されたｐ⁺型不純物拡
散層から構成されている。さらに、受光素子２は、ｎ型
不純物拡散層とその上に形成されたｐ⁺型不純物拡散層
から構成されている。

【００２４】また、シリコン基板１の上に第１の絶縁膜
１５を介して形成される垂直転送用電極１１は、第２の
バリア層５と蓄積層３に重なるとともに、その開口部１
１ａが第１のバリア層４と受光素子２の上に位置するよ
うに形成されている。垂直転送用電極１１は、第２の絶
縁膜１６によって覆われ、その第２の絶縁膜１６の上に
は上記した遮光膜１３が形成されている。その遮光膜１
３の窓１３ａは、受光素子２の上方に配置されている。

【００２５】垂直転送用電極１１に電圧を印加しない状
態、又は中レベル電圧を印加した状態における図４の各
不純物拡散層のポテンシャルは、図５又は図６に示すよ
うになる。図５は、第２のバリア層５ａ，５ｂとしてｎ
^-型不純物拡散層を採用した場合のポテンシャルを示し
ており、受光素子２と蓄積層３のポテンシャルは、第１
及び第２のバリア層４、５ａ，５ｂのポテンシャルに比
べて低くなっている。

【００２６】図６は、第２のバリア層５ａ，５ｂとして
ｐ型不純物拡散層を採用した場合のポテンシャルを示し
ており、受光素子２と蓄積層３のポテンシャルは、第１
及び第２のバリア層４、５ａ，５ｂのポテンシャルに比
べて低くなり、さらに第２のバリア層５ａ，５ｂは、第
１のバリア層４よりも高くなっている。また、１つの画
素領域の断面構造、例えば図３(a) のII−II線の断面構
造は図７(a) に示すようになり、ｐ型ウェル１ａの上部
には、チャネルストップ層６、第２のバリア層５ａ，５
ｂ、蓄積層３、第１のバリア層４及び受光素子２が形成
されている。

【００２７】チャネルストップ層６ｂ（６ａ）はｐ⁺型
不純物拡散層から構成され、第２のバリア層５ｂ（５
ａ）はｎ^-型又はｐ型不純物拡散層から構成され、蓄積
層３はｎ型不純物拡散層から構成されている。また、第
１のバリア層４はｎ^-型不純物拡散層とその上に形成さ
れたｐ⁺型不純物拡散層から構成されている。さらに、
受光素子２は、ｎ型不純物拡散層とその上に形成された
ｐ⁺型不純物拡散層から構成されている。図７(a) に示
す不純物拡散層のポテンシャルの一例を示すと図７(b)
のようになる。

【００２８】従って、垂直方向にジグザグに隣接する第
１及び第２のセルＵ1,Ｕ2 のポテンシャルと垂直転送用
電極１１の位置関係と、その平面図のIII-III 線とIV−
IV線の断面を示すと図８のようになる。これによれば、
垂直方向に蛇行して配置される第１及び第２のセルＵ1,
Ｕ2 の両側にはポテンシャルの高いチャネルストップ層
６ａ，６ｂが存在し、受光素子２から水平方向への電荷
の移動が規制されるようになっている。

【００２９】以上のような構成を有する撮像装置におい
て、図４に示すように、ｐ型ウェル１ａには接地電位の
ような固定電圧GND が印加され、またシリコン基板１に
はｐ型ウェル１ａに対して逆バイアスとなるような基板
電位Ｖ_subが印加される。さらに、図９(a) 又は(b) に
示すような波形の３値駆動パルスＶs を垂直転送用電極
１３に印加すると、図５に示したポテンシャルは図１０
のように変化する。

【００３０】なお、３値駆動パルスが高（Ｈ）レベルの
電圧の状態では、蓄積層３のポテンシャルは第１のバリ
ア層４のポテンシャルよりも高くなり、また、中（Ｍ）
レベルの電圧の状態では、第２のバリア層５ａ，５ｂの
ポテンシャルは受光素子２のポテンシャルよりも高く且
つ蓄積層３のポテンシャルは第１のバリア層４のポテン
シャルよりも低くなり、さらに、低（Ｌ）レベルの電圧
の状態では、第２のバリア層５ａ，５ｂのポテンシャル
は受光素子２のそれよりも低くなるような条件とする。

【００３１】そのような３値駆動パルスの電圧値は、上
記した各不純物拡散層の不純物濃度との関係から設定さ
れる。まず、３値駆動パルスがＭレベル電圧となった状
態で、上記した構造の固体撮像装置に光を照射すると、
光は受光素子２で信号電荷に光電変換される（図１０
(a))。この場合、受光素子２内の電荷の移動は第１、第
２のバリア層４，５ａ，５ｂ及びチャネルストップ層６
ａ、６ｂによって規制される。

【００３２】続いて、３値駆動パルスがＬレベルになる
と、第２のバリア層５ａ，５ｂと蓄積層３のポテンシャ
ルが低下するので、受光素子２内の電荷が第２のバリア
層５を通して蓄積層３に移動する（図１０(b))。３値駆
動パルスがＭレベルになると、蓄積層３内の電荷の移動
は第１、第２のバリア層４，５ａ，５ｂ及びチャネルス
トップ層６ａ、６ｂによって規制される（図１０(c))。

【００３３】さらに、３値駆動パルスがＨレベルになる
と、蓄積層３と第２のバリア層５ａ，５ｂのポテンシャ
ルはＭレベル状態から上昇し、蓄積層３内の電荷は第１
のバリア４を通して受光素子２内に移動する（図１０
(d))。続いて、３値駆動パルスがＭレベルになると、受
光素子２内の電荷は第１、第２のバリア層４，５及びチ
ャネルストップ層６ａ、６ｂによって移動が規制される
（図１０(e))。

【００３４】以上のような動作を繰り返しながら電荷
は、図１に示すようにジグザグのセルＵ1,Ｕ2 内を垂直
方向に移動して水平ＣＣＤ１０に転送される。また、水
平ＣＣＤ１０では、第１のバリア層１０ａと第１の蓄積
層１０ｂの上の水平転送用電極１２に同じ３値水平駆動
パルスが印加され、第１のバリア層１０ａと第１の蓄積
層１０ｂの各ポテンシャルを第２のバリア層１０ｃと第
２の蓄積層１０ｄのポテンシャルよりも高くしたり、同
じにしたり、低くしたりすることにより、電荷をアンプ
１７に向けて転送する。その原理は、複数のセルＵ1,Ｕ
2 を通した電荷の転送と同じである。

【００３５】なお、電荷を転送中には受光素子２に光が
照射されないように、カメラのシャッターで固体撮像素
子を覆う必要がある。以上述べたように、本実施形態の
固体撮像素子では、仮想位相電極構造を有する電荷転送
路の中に受光素子２を形成した構成となっているので、
受光素子２は光電変換機能を有するだけでなく電荷転送
路の一部としても機能することになり、これにより電荷
転送路と受光素子を別々な領域に形成する必要がなくな
り、画素密度がさらに高くなり、装置の小型化や高解像
度化を促進することが可能になる。しかも、上下に存在
する垂直電荷転送用電極１０の開口と遮光膜１３の窓１
３ａの上に、さらに図示しないカラーフィルタ、マイク
ロレンズを設けると、混食の少ない、高感度の画像が得
られる。

【００３６】また、上記した固体撮像装置によれば、受
光素子２が垂直方向、水平方向及び斜め方向に周期的に
配置されているので、画素ズラシセンサの利点が生かせ
る。その利点として、例えば、画像の空間的サンプリ
ング点を最適化しかつ全画素同時読み出しが可能にな
り、また、受光無効領域に隣接する受光素子の信号を
利用して無効領域の信号を生成することにより、等価的
に受光素子数の２倍の解像度が得られるような信号処理
が可能となり、モアレ等の偽信号が抑圧され、高品質
撮像信号が得られ、受光無効領域を極力排除して高集
積化がもたらされ、製造工程で発生する受光素子とＣ
ＣＤとの相対的位置ズレに起因する受光素子間の特性不
均一をなくせる等がある。

【００３７】以上のような構成の固体撮像装置は、特に
静止画撮像用に適しているが、動画撮像用にも適用する
ことも可能である。（第２の実施の形態）第１の実施の形態では、受光素子
の平面形状を三角としたが、これに限られるものではな
く、１画素内での転送路の電荷転入方向と転出方向が互
いに直角方向になる形であればその中の受光素子の形状
はどのようなものであってもよい。

【００３８】そこで次に、受光素子の平面形状を四角に
した装置を図１１〜図１３に基づいて説明する。図１１
は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の平面
図、また、図１２は、その固体撮像素子の基板の上方に
形成される電極を示している。図１１において、シリコ
ン基板（半導体基板）２１の主面には、平面長方形の複
数の受光素子（例えばフォトダイオード）２２が垂直方
向と水平方向と斜め方向に並ぶように形成されている。

【００３９】受光素子２２は、光電変換機能と電荷転送
機能を有している。そのような受光素子２２の平面形状
である長方形の長辺は、垂直方向に対して斜めとなるよ
うに配置され、その１つの角は水平ＣＣＤ３０に向くよ
うに配置される。また、その長方形の一つの長辺は、受
光素子２の電荷転入端となり、一つの短辺は電荷転出端
となっている。

【００４０】また、半導体基板２１の上には絶縁膜（不
図示）が形成され、その上には図１２示すように、画素
領域を覆う垂直転送用電極３１と水平ＣＣＤ３０を構成
する水平転送電極３２が同じ導電性の多結晶シリコン膜
から形成され、垂直転送電極３１には、各受光素子３２
の上方に略四角形の開口部３１ａが形成されている。そ
の開口部３１ａは、少なくとも垂直方向に所定ピッチで
形成され、しかも固体撮像装置の空間サンプリング密度
が同様になるように形成されている。

【００４１】上記した受光素子２２を有する各画素領域
には、基本的な第１、第２のセルＵa,Ｕb のいずれかが
形成されている。第１及び第２のセルＵa,Ｕb は、図１
３(a) に示すように、受光素子２２の電荷転入側の長辺
に隣接した蓄積層２３を有し、それらの境界にはストラ
イプ状の第１のバリア層２４が形成されている。その蓄
積層２３は、第１のバリア層２４を中心にして受光素子
２と線対称の平面形状、即ち長方形に形成されている。
従って、受光素子２２、第１のバリア層２４及び蓄積部
２３を合わせた平面形状は矩形となっている。

【００４２】ただし、第１のセルＵa の受光素子２２，
第１のバリア層２４及び蓄積層２３の長辺は、第２のセ
ルＵb のそれらの長辺と交差する向きに配置され、しか
もそれらのうちで受光素子２２は垂直ＣＣＤ３０に近い
側に配置される。第１のセルＵa では、第１のバリア層
２４と反対側の蓄積部２３の長辺の一部に第２のバリア
層２５ａが隣接され、さらに、受光素子２２、蓄積層２
３及び第１のバリア層２４のうち電荷が通らない短辺側
にはストライプ状のチャネルストップ層２６ａが隣接さ
れており、そのチャネルストップ層２６ａは第２のバリ
ア層２５ａの電荷転入側の長辺の一部まで延びて形成さ
れている。

【００４３】第２のセルＵb では、第１のバリア層２４
と反対側の蓄積部２３の長辺の一部に第２のバリア層２
５ｂが隣接され、さらに、受光素子２２、蓄積層２３及
び第１のバリア層２４のうち電荷が通らない短辺側には
ストライプ状のチャネルストップ層２６ｂが隣接されて
おり、そのチャネルストップ層２６ｂは第２のバリア層
２５ｂの電荷転入側の長辺の一部まで延びて形成されて
いる。

【００４４】第１及び第２のセルＵa,Ｕb はそれらの周
囲で互いに斜め方向に隣り合わせに配置される。しか
も、図１１に示すように、第１のセルＵa 内の第２のバ
リア層２５ａは、前段の第２のセルＵb 内の受光素子２
２の電荷転出端側の短辺から第１のバリア層２４の短辺
の一部にかけて接する位置に形成されている。同じよう
に、第２のセルＵb 内の第２のバリア層２５ｂは、前段
の第１のセルＵa 内の受光素子２２の電荷転出端側の短
辺から第１のバリア層２４の短辺の一部にかけて接する
位置に形成されている。

【００４５】さらに、第１のセルＵa と第２のセルＵb
は、第２のバリア層２５ａ、２５ｂを除いてポテンシャ
ルの高いチャネルストップ層２６ａ，２６ｂで区画され
た状態となっている。即ち、第１及び第２のセルＵa,Ｕ
b は、図１１において右上から左下の方向と、左上から
右下の方向に交互に隙間無く配置され、チャネルストッ
プ層２６ａ、２６ｂは、全体では、受光素子２２の一側
方で屈曲して蛇行しながら垂直方向に延在する状態にな
っている。これにより、各画素では電荷の転入方向と転
出方向が約９０度となっている。

【００４６】図１２で示した垂直転送用電極３１の開口
部３１ａは、図１３(b) に示すように長方形であって受
光素子２２と第１のバリア層２４の直上に形成される。
さらに、垂直転送用電極３１及び水平転送用電極３２の
上方には、シリコン基板１１の全体を覆う遮光膜３３が
絶縁膜（不図示）を介して形成され、その遮光膜３３に
は、図３(c) に示すように、受光素子２２と開口部３１
ａの一部に重なる窓３３ａが形成されている。

【００４７】図１１のように配置されたセルＵa,Ｕb の
最終段ではそれらの受光素子２２に個々に接続される垂
直転送蓄積層２７が、水平ＣＣＤ３０との間に挟まれる
ようにシリコン基板２１に形成されている。垂直転送蓄
積層２７は、垂直転送用電極３１に重なる領域に位置し
ている。また、水平ＣＣＤ３０は、図１１に示すよう
に、各垂直転送蓄積層２７に接する第１のバリア層３０
ａを有し、第１のバリア層３０ａには第１の蓄積部３０
ｂと第２のバリア部３０ｃと第２の蓄積部３０ｄが電荷
転送方向に順に接続され、その第２の蓄積部３０は、隣
の垂直転送蓄積層２７に接続されている。そして、第１
のバリア層３０ａと第１の蓄積層３０ｂの上には絶縁膜
を介して上記した水平転送電極３２が形成されている。

【００４８】なお、垂直転送蓄積層２７と水平ＣＣＤ３
０は、それぞれ遮光膜３３によって覆われている。図１
１で示した画素領域におけるＶ−Ｖ線断面は、ほぼ図４
に示したもので同じ構造となっている。そのＶ−Ｖ線は
電荷の移動方向に沿っている。垂直転送用電極３１に電
圧を印加しない状態における各不純物拡散層のポテンシ
ャルは、図５又は図６と同じようになる。

【００４９】上記した固体撮像素子においても、第１実
施形態と同様に垂直転送用電極３１及び水平転送用電極
３２には、図９(a) (b) に示すような３値駆動パルスが
印加さえれ、受光素子２２において光電変換により発生
した電荷は、図１０に示すように水平ＣＣＤ３０に向け
て転送される。また、水平ＣＣＤ３０では、第１実施形
態と同じように、アンプ３７に向けて電荷が転送される
ことになる。

【００５０】以上述べたように、本実施形態の固体撮像
素子においても、仮想位相電極構造を有する電荷転送路
の中に受光素子２２を形成した構成となっているので、
電荷転送路と受光素子を別々な領域に形成する必要がな
くなり、画素密度がさらに高くなり、装置の小型化や高
解像度化を促進することが可能になる。また、上記した
固体撮像装置によれば、受光素子２が垂直方向、水平方
向及び斜め方向に周期的に配置されているので、第１実
施形態で示したような画素ズラシセンサの利点が生かせ
る。

【００５１】なお、上記した実施形態において、垂直電
荷転送電極の開口部を遮光膜の窓に合わせたが、垂直電
荷転送電極が透明材料から構成する場合には開口部をセ
ルの蓄積部と第２の上に形成してもよい。ただし、遮光
膜の窓は受光素子の上に配置することには変わりはな
い。

【００５２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、蛇行
する電荷転送路中に光電変換素子を設け、その電荷転送
路には開口部を有する転送電極を形成するようにしたの
で、光電変換素子と電荷転送路とを同じ領域に形成する
ことが可能になり、転送電極構造が簡単になるととも
に、その加工精度が緩くなるので歩留まりを向上するこ
とができる。

【００５３】また、電荷転送路において、開口部と非開
口部の転送部分にはポテンシャルバリアを電荷流入側に
設けるようにしたので、その２つの部分で１電荷信号を
蓄積、転送できるために、２つの部分を１画素としたセ
ンサとすることにより、全画素信号用読み出しが可能に
なり、非常に高密度なＣＣＤセンサを形成することが可
能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の半
導体基板上の構成を示す平面図である。

【図２】本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の半
導体基板の上方に配置される電極の構造を示す平面図で
ある。

【図３】本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の画
素を構成するセル構造と、電極の部分形状と、遮光膜の
部分形状を示す平面図である。

【図４】本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の断
面図であって、図１のＩ−Ｉ線断面図である。

【図５】本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の転
送路及び受光素子を構成する不純物拡散層のポテンシャ
ルの第１例を示す図である。

【図６】本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の転
送路及び受光素子を構成する不純物拡散層のポテンシャ
ルの第２例を示す図である。

【図７】本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の図
３(a) に示すII−II線断面図、およびその不純物拡散層
のポテンシャルを示す図である。

【図８】本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の画
素とそのポテンシャルを示す図である。

【図９】本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の転
送電極に印加される３値駆動パルスの波形図である。

【図１０】本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の
転送電極に印加される３値駆動パルスによる不純物拡散
層のポテンシャルの変化と電荷移動状態を示す図であ
る。

【図１１】本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の
半導体基板上の構成を示す平面図である。

【図１２】本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の
半導体基板の上方に配置される電極の構造を示す平面図
である。

【図１３】本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の
画素を構成するセル構造と、電極の部分形状と、遮光膜
の部分形状を示す平面図である。

【符号の説明】

１，２１…シリコン基板、２，２２…受光素子、３，２
３…蓄積層、４，２４…第１のバリア層、５，２５…第
２のバリア層、６，２６…チャネルストップ層、７，２
７…電荷転送蓄積層、１０，３０…水平ＣＣＤ、１１，
３１…垂直転送電極、１１ａ，３１…開口部、１２，３
２…水平蓄積電極、１３，３３…遮光膜、１３ａ，３３
ａ…窓。

フロントページの続きＦターム(参考） 4M118 AA10 AB01 BA10 CA04 DA03 DA13 DA23 DB07 FA02 FA06 FA13 FA26 FA35 GB07 GB15 GC07 GD04 5C024 AA01 CA02 EA04 FA01 FA12 GA01 GA14 GA27 GA52 JA24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板に形成され、垂直方向に蛇行し
て延びる電荷転送路と、前記電荷転送路中に形成された複数の光電変換部と、前記電荷転送路の上に開口部と非開口部を有する転送電
極とを有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】前記電荷転送路は、前記転送電極に駆動信
号を印加することによって電荷転入側ではポテンシャル
が高く、電荷転出側ではポテンシャルが低くなる不純物
拡散層から構成されていることを特徴とする請求項１に
記載の固体撮像装置。
【請求項３】前記電荷転送路に沿って前記開口、前記非
開口部とが交互に繋がっていることを特徴とする請求項
１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】前記電荷転送部において、前記開口の下と
前記非開口部の下の少なくとも一方において、電荷転入
方向と電荷転出方向が異なっていることを特徴とする請
求項１〜請求項３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】１つの前記開口部と１つの前記非開口部が
合わされた１組の領域において、電荷転入方向と電荷転
出方向が直角方向に配置されていることを特徴とする請
求項１〜請求項４のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】前記開口部の上に窓を有する遮光膜と、前
記窓の上に形成された平坦化層、カラーフィルタ、マイ
クロレンズとをさらに有することを特徴とする請求項１
〜請求項５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】前記開口部は、前記光電変換部の上に形成
されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像
装置。
【請求項８】前記転送電極には、３値駆動パルスが印加
されることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装
置。