JP2001244450A

JP2001244450A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP2001244450A
Application number: JP2000054548A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Ikeda; 勝己池田; Tetsuo Yamada; 哲生山田
Original assignee: Fujifilm Microdevices Co Ltd; Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp; Fujifilm Microdevices Co Ltd
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2001-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣＣＤ型の垂直電荷転送路を構成する転送電
極の各々が互いに重ね合わせ構造をなす固体撮像装置に
おいては、光電変換素子の各々を埋め込み型のフォトダ
イオードで形成した場合でもなお暗時出力が発生し、Ｓ
／Ｎ比低下の支配要因となっている。【解決手段】互いに重ね合わせ構造をなす多数本の転
送電極を備えたＣＣＤ型の電荷転送路を形成するに当た
って、相隣る転送電極同士の重なり幅を０．２μｍ未満
にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＣＤによって構
成される電荷転送路およびこの電荷転送路を備えた固体
撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤ（電荷結合素子）の量産技術が確
立されて以来、ＣＣＤ型の固体撮像装置をエリア・イメ
ージセンサとして利用した機器が急速に普及している。

【０００３】ＣＣＤ型の固体撮像装置をエリア・センサ
に利用する場合、半導体基板の一表面側に例えば計数１
０万〜数１００万個程度の光電変換素子が多数行、多数
列に亘る行列状に形成される。光電変換素子としては、
フォトダイオードが多用されている。個々の光電変換素
子列に近接して、ＣＣＤによって構成される垂直電荷転
送路が配設される。光電変換素子とこれに対応する垂直
電荷転送路との間に、１個の光電変換素子に１つずつ、
読み出しゲート用チャネル領域が形成される。

【０００４】この垂直電荷転送路は、半導体基板に形成
された電荷転送チャネルと、この電荷転送チャネル上に
電気的絶縁層を介して形成された複数本の転送電極とを
含んで構成される。転送電極の各々は、電荷転送チャネ
ルと平面視上交差し、この平面視上の交差部に電荷転送
段を形成する。垂直電荷転送路の各々においては、１本
の電荷転送チャネルを含んで構成される多数の電荷転送
段が光電変換素子列方向に相隣るもの同士で互いに連な
っている。

【０００５】本明細書では、行列状に形成された多数個
の光電変換素子の配列方向のうちで、その方向の一端に
出力転送路が形成されている配列方向を「光電変換素子
列方向」といい、この方向の光電変換素子の配列を「光
電変換素子列」という。光電変換素子列に交差する方向
を「光電変換素子行方向」といい、この方向の光電変換
素子の配列を「光電変換素子行」という。

【０００６】一部の転送電極は、読み出しゲート用のチ
ャネル領域上にまで延在してこのチャネル領域とともに
読み出しゲートを構成する。この転送電極に高い電圧を
印加すると、その下の電荷転送チャネルおよび読み出し
ゲート用のチャネル領域それぞれのポテンシャルが容量
結合によって低くなる。光電変換素子は、転送電極との
間に積極的容量結合を有さず、そのポテンシャルはあま
り変化しない。したがって、光電変換素子のポテンシャ
ルよりも電荷転送チャネルおよび読み出しゲート用のチ
ャネル領域のポテンシャルを低くすることができる。光
電変換素子に蓄積された信号電荷を、読み出しゲートを
介して、対応する垂直電荷転送路に読み出すことができ
る。

【０００７】転送電極に相対的に高いレベルの電圧を印
加することにより、この転送電極の下の転送チャネルに
ポテンシャル・ウェル領域を形成することができる。転
送電極に相対的に低いレベルの電圧を印加することによ
り、この転送電極の下の転送チャネルにポテンシャル・
バリア領域を形成することができる。各転送電極に印加
する電圧を適宜制御することにより、電荷転送チャネル
中の信号電荷を所望方向に転送することができる。

【０００８】転送電極は、一般に、ポリシリコンや金属
からなる導電層と、この導電層の表面に形成された電気
絶縁性被膜とによって形成される。電気絶縁性被膜は、
転送電極同士の短絡を防止する。

【０００９】垂直電荷転送路の転送効率を高めるため
に、電荷転送チャネル上において相隣る２本の転送電極
は、通常、一方の転送電極の線幅方向の縁部を他方の転
送電極の線幅方向の縁部に重ねて形成される。転送電極
同士におけるこの構造を、以下、「重ね合わせ構造」と
いう。

【００１０】ポリシリコン層とその表面を覆う熱酸化膜
（シリコン酸化膜）とによって重ね合わせ構造の転送電
極を形成することにより、転送効率の高い垂直電荷転送
路を容易に作製することができる。

【００１１】通常、各転送電極は２つのグループに分け
て形成される。１つのグループを構成する各転送電極
は、相隣るもの同士が互いに間隔をあけた状態で、半導
体基板上に電気的絶縁層を介して平膜状に形成される。
本明細書では、この転送電極を「第１ポリシリコン電
極」という。他のグループを構成する各転送電極は、第
１ポリシリコン電極と１本ずつ交互に配設され、各々の
線幅方向の縁部は、近接する第１ポリシリコン電極の線
幅方向の縁部上に重なる。本明細書では、この転送電極
を「第２ポリシリコン電極」という。第２ポリシリコン
電極は、第１ポリシリコン電極を形成した後に形成され
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ＣＣＤによって構成さ
れる垂直電荷転送路を備えた固体撮像装置においては、
各光電変換素子に全く光が入射しないときにおいても、
暗時出力（暗電流）と呼ばれる微小な出力がある。暗時
出力は、周囲の環境の温度が上昇すると、増大する。

【００１３】光電変換素子の各々を埋め込み型のフォト
ダイオードで形成することにより、光電変換素子からの
暗時出力を実用上問題のないレベルにまで低下させるこ
とができる。しかしながら、垂直電荷転送路を構成する
転送電極の各々が互いに重ね合わせ構造をなす固体撮像
装置においては、この場合でもなお暗時出力が発生し、
Ｓ／Ｎ比低下の支配要因となっている。

【００１４】本発明の目的は、暗時出力を低減させるこ
とができる固体撮像装置を提供することにある。

【００１５】本発明の他の目的は、暗時出力を低減させ
ることが可能な電荷転送路を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、半導体基板と、前記半導体基板の一表面側に複数
行、複数列に亘る行列状に形成された多数個の光電変換
素子と、光電変換素子列の１列毎に該光電変換素子列に
近接して前記半導体基板に形成された電荷転送チャネル
と、前記半導体基板上に電気的絶縁層を介して形成され
た複数本の第１転送電極であって、各々が、前記光電変
換列方向に沿って互いに間隔をあけながら光電変換素子
行方向に延在する導電層と該導電層を覆う電気絶縁性被
膜とを有し、前記電荷転送チャネルの各々と平面視上交
差して該平面視上の交差部それぞれにおいて電荷転送段
を構成する複数本の第１転送電極と、前記電気的絶縁層
上に前記第１転送電極と１本ずつ交互に配設された複数
本の第２転送電極であって、各々が、前記光電変換素子
行方向に延在する導電層と該導電層を覆う電気絶縁性被
膜とを有するとともに、前記電荷転送チャネルそれぞれ
の上方において近接する第１転送電極の線幅方向の縁部
に０．２μｍ未満の重なり幅をもって重なり、前記電荷
転送チャネルの各々と平面視上交差して該平面視上の交
差部それぞれにおいて電荷転送段を構成する複数本の第
２転送電極とを備えた固体撮像装置が提供される。

【００１７】本発明の他の観点によれば、半導体基板
と、前記半導体基板に形成された電荷転送チャネルと、
前記半導体基板上に電気的絶縁層を介して形成された複
数本の第１転送電極であって、各々が、前記電荷転送チ
ャネルの延在方向に沿って互いに間隔をあけながら該電
荷転送チャネルと平面視上交差する導電層と該導電層を
覆う電気絶縁性被膜とを有する複数本の第１転送電極
と、前記電気的絶縁層上に前記第１転送電極と１本ずつ
交互に配設された複数本の第２転送電極であって、各々
が、前記電荷転送チャネルと平面視上交差する導電層と
該導電層を覆う電気絶縁性被膜とを有するとともに、前
記電荷転送チャネルの上方において近接する第１転送電
極の線幅方向の縁部に０．２μｍ未満の重なり幅をもっ
て重なる複数本の第２転送電極とを備え、前記第１転送
電極と前記第２転送電極との前記電荷転送チャネル上で
の重なり部分それぞれにおいて、前記第１転送電極と前
記第２転送電極との少なくとも一方の輪郭線が、少なく
とも１つの曲線領域または少なくとも２つの直線領域を
有する電荷転送路が提供される。

【００１８】本件発明者らは、ＣＣＤによって構成され
る電荷転送路における各転送電極を重ね合わせ構造とし
たときに、相隣る転送電極同士の重なり幅の大小に応じ
て暗時出力が変化することを見いだした。

【００１９】ここで、本明細書でいう「重なり幅」と
は、重ね合わせ構造をなす２本の転送電極を平面視した
ときに、一方の転送電極の線幅方向の縁部が他方の転送
電極の線幅方向の縁部に進入している深さを意味する。
ただし、「重なり幅」は、上側および下側のいずれの転
送電極についても、導電層を基準にして求めるものとす
る。

【００２０】各転送電極は電気絶縁性被膜を有してい
る。下側の転送電極（第１転送電極）における導電層の
線幅方向の側面にも、この電気絶縁性被膜が形成されて
いる。したがって、上側の転送電極（第２転送電極）の
導電層における線幅方向の端は、第１転送電極における
導電層の線幅方向の側面に形成されている電気絶縁性被
膜上に位置することもできる。

【００２１】このため、本明細書でいう「重なり幅」
は、第１転送電極における導電層の線幅方向の側面に形
成されている電気絶縁性被膜の厚さとほぼ同じ絶対値を
有するマイナスの値をとることもできる。

【００２２】相隣る転送電極同士の重なり幅を調整する
ことにより、暗時出力を低減させることが可能である。

【００２３】このとき、第１転送電極および第２転送電
極の形状を次のように選択することが好ましい。すなわ
ち、第１転送電極と第２転送電極との少なくとも一方の
輪郭線が、電荷転送チャネル上での重なり部分それぞれ
において少なくとも１つの曲線領域または少なくとも２
つの直線領域を有するように、第１転送電極および第２
転送電極の形状を選択する。

【００２４】電荷転送路からの暗時出力が低減すれば、
ノイズレベルが低下し、ダイナミックレンジを容易に向
上させることができる。Ｓ／Ｎ比を向上させることも容
易になる。さらに、所望の性能および信頼性を有する固
体撮像装置を得るうえでの温度補償の必要性を低減させ
ることが可能になる。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１、図２、図３（Ａ）および図
３（Ｂ）は、それぞれ、実施例による固体撮像装置１０
０を示す。

【００２６】図１は、固体撮像装置１００における光電
変換素子１０、垂直電荷転送路２０、出力転送路４０お
よび出力部５０の平面配置を示す模式図である。図２
は、光電変換素子１０、垂直電荷転送路２０および読み
出しゲート３５の概略を示す平面図である。図３（Ａ）
は、図２におけるＡ−Ａ線に沿った断面の概略図であ
る。図３（Ｂ）は、図２におけるＢ−Ｂ線に沿った断面
の概略図である。

【００２７】図１に示したように、固体撮像装置１００
は、半導体基板１と、半導体基板１の一表面側に複数
行、複数列に亘る行列状に配設された多数個の光電変換
素子１０と、光電変換素子列の１列毎にこの光電変換素
子列に近接して形成された垂直電荷転送路２０とを有す
る。

【００２８】光電変換素子１０の各々と、これに対応す
る垂直電荷転送路２０との間に、読み出しゲート３５が
配設されている。各垂直電荷転送路２０の一端は、出力
転送路４０に達する。出力部５０が、出力転送路４０の
一端に接続されている。

【００２９】図１および図２に示した光電変換素子１０
の各々は、画素ずらし配置されている。

【００３０】ここで、本明細書でいう「画素ずらし配
置」とは、奇数番目に当たる光電変換素子列を構成する
各光電変換素子１０に対し、偶数番目に当たる光電変換
素子列を構成する光電変換素子１０の各々が、光電変換
素子列内での光電変換素子１０同士のピッチの約１／
２、列方向にずれ、奇数番目に当たる光電変換素子行を
構成する各光電変換素子１０に対し、偶数番目に当たる
光電変換素子行を構成する光電変換素子１０の各々が、
光電変換素子行内での各光電変換素子１０同士のピッチ
の約１／２、行方向にずれ、光電変換素子列の各々が奇
数行または偶数行の光電変換素子１０のみを含むよう
な、多数個の光電変換素子の配置を意味する。

【００３１】「光電変換素子列内での光電変換素子同士
のピッチの約１／２」とは、１／２を含む他に、製造誤
差、設計上もしくはマスク製作上起こる画素位置の丸め
誤差等の要因によって１／２からはずれてはいるもの
の、得られる固体撮像装置の性能およびその画像の画質
からみて実質的に１／２と同等とみなすことができる値
をも含むものとする。本明細書でいう「光電変換素子行
内での光電変換素子同士のピッチの約１／２」について
も同様である。

【００３２】図２に示したように、垂直電荷転送路２０
の各々は、半導体基板１に形成された電荷転送チャネル
２１と、電荷転送チャネル２１と平面視上交差する第１
転送電極３１ａ、３１ｂおよび第２転送電極３２ａ、３
２ｂとを含んで構成される。

【００３３】電荷転送チャネル２１の各々は、対応する
光電変換素子列に沿って蛇行しつつ、その右側に延在す
る。

【００３４】電荷転送チャネル２１それぞれの右側に、
チャネルストップ領域２５が形成されている。チャネル
ストップ領域２５の各々は、対応する電荷転送チャネル
２１に沿って蛇行しつつ、延在する。

【００３５】第１転送電極３１ａと第１転送電極３１ｂ
とは、半導体基板１の上方において互いに所定の間隔を
あけながら、１本ずつ交互に形成されている。

【００３６】第２転送電極３２ａは、光電変換素子列方
向に沿って相隣る第１転送電極３１ａ、３１ｂの間に形
成されている。第２転送電極３２ａの上流側に第１転送
電極３１ａが位置し、下流側に第１転送電極３１ｂが位
置する。

【００３７】第２転送電極３２ｂは、光電変換素子列方
向に沿って相隣る第１転送電極３１ｂ、３１ａの間に形
成されている。第２転送電極３２ｂの上流側に第１転送
電極３１ｂが位置し、下流側に第１転送電極３１ａが位
置する。

【００３８】なお、本明細書においては、光電変換素子
１０から出力転送路４０に転送される信号電荷の移動を
１つの流れとみなして、個々の部材等の相対的な位置
を、必要に応じて「何々の上流」、「何々の下流」等と
称して特定するものとする。

【００３９】第１転送電極３１ａおよび第２転送電極３
２ａの各々は、上流から数えて奇数番目の光電変換素子
行（以下、単に「奇数行の光電変換素子行」という。）
に対しては、この光電変換素子行に沿って蛇行しつつそ
の上流側に延在し、上流から数えて偶数番目の光電変換
素子行（以下、単に「偶数行の光電変換素子行」とい
う。）に対しては、この光電変換素子行に沿って蛇行し
つつその下流側に延在する。

【００４０】第１転送電極３１ａとその下流側の第２転
送電極３２ａとは、重ね合わせ構造をなす。第２転送電
極３２ａの線幅方向の縁部が、第１転送電極３１ａの線
幅方向の縁部に０．２μｍ未満の重なり幅で重なる。

【００４１】一方、第１転送電極３１ｂおよび第２転送
電極３２ｂの各々は、奇数行の光電変換素子行に対して
は、この光電変換素子行に沿って蛇行しつつその下流側
に延在し、偶数行の光電変換素子行に対しては、この光
電変換素子行に沿って蛇行しつつその上流側に延在す
る。

【００４２】第１転送電極３１ｂとその下流側の第２転
送電極３２ｂとは、重ね合わせ構造をなす。第２転送電
極３２ｂの線幅方向の縁部が、第１転送電極３１ｂの線
幅方向の縁部に０．２μｍ未満の重なり幅で重なる。

【００４３】第１転送電極３１ａと第２転送電極３２ａ
との重なり部分は、光電変換素子行方向に対して斜行す
る斜行領域と、光電変換素子行方向に延在する水平領域
とを含む。斜行領域の各々は、電荷転送チャネル２１上
に位置する。水平領域の各々は、光電変換素子行方向に
沿って相隣る２つの斜行領域の上流端同士または下流端
同士を結ぶ。第１転送電極３１ｂと第２転送電極３２ｂ
との重なり部分についても同様である。

【００４４】したがって、第２転送電極３２ａ、３２ｂ
の各々における線幅方向の一端は、平面視上、各電荷転
送チャネル２１の上方で少なくとも１回、正確には２
回、屈曲する。

【００４５】第２転送電極３２ａの各々は、その下流側
の第１転送電極３１ｂとも、各電荷転送チャネル２１上
およびその近傍において、重ね合わせ構造をなす。第２
転送電極３２ａと第１転送電極３１ｂとの重なり部分
は、光電変換素子行方向に延在する。第２転送電極３２
ａの線幅方向の縁部が、第１転送電極３１ｂの線幅方向
の縁部に０．２μｍ未満の重なり幅で重なる。

【００４６】第２転送電極３２ｂの各々は、その下流側
の第１転送電極３１ａとも、各電荷転送チャネル２１上
およびその近傍において、重ね合わせ構造をなす。第２
転送電極３２ａと第１転送電極３１ｂとの重なり部分
は、光電変換素子行方向に延在する。第２転送電極３２
ａの線幅方向の縁部が、第１転送電極３１ｂの線幅方向
の縁部に０．２μｍ未満の重なり幅で重なる。

【００４７】第２転送電極３２ａとその下流側の第１転
送電極３１ｂとは、光電変換素子列の１列おきに、奇数
行の光電変換素子行方向に沿って、八角形状の開口部を
画定する。第２転送電極３２ｂとその下流側の第１転送
電極３１ａとは、光電変換素子列の１列おきに、偶数行
の光電変換素子行方向に沿って、八角形状の開口部を画
定する。

【００４８】光電変換素子１０それぞれの表面は、平面
視上、これらの八角形状の開口部から露出する。

【００４９】第１転送電極３１ａ、３１ｂおよび第２転
送電極３２ａ、３２ｂは、それぞれ、電荷転送チャネル
２１の各々と平面視上交差する領域を有する。これらの
領域の各々は、その下の電荷転送チャネルとともに、１
つの電荷転送段を構成する。１個の光電変換素子１０に
対して４つの電荷転送段が形成されている。

【００５０】垂直電荷転送路２０の各々は、多数の電荷
転送段によって構成される。これらの電荷転送段は、光
電変換素子列方向に相隣るもの同士で互いに連なる。

【００５１】奇数行の光電変換素子行を構成する光電変
換素子１０に対応する読み出しゲート３５の各々は、第
２転送電極３２ａとその下流側の第１転送電極３１ｂと
によって画定される八角形状の開口部を平面視したとき
の右下の辺に沿って、その外側に形成される。これらの
読み出しゲート３５は、第１転送電極３１ｂの一部をゲ
ート電極として利用する。

【００５２】偶数行の光電変換素子行を構成する光電変
換素子１０に対応する読み出しゲート３５の各々は、第
２転送電極３２ｂとその下流側の第１転送電極３１ａと
によって画定される八角形状の開口部を平面視したとき
の右下の辺に沿って、その外側に形成される。これらの
読み出しゲート３５は、第１転送電極３１ａの一部をゲ
ート電極として利用する。

【００５３】図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すよう
に、固体撮像装置１００を構成する半導体基板１は、ｎ
型半導体基板１ａと、この上に形成されたｐ型不純物層
（ｐ型ウェル）１ｂと、この上に形成されたｎ^-型不純
物層１ｃと、この上に形成されたｐ^-型不純物層１ｄと
を有する。

【００５４】個々の光電変換素子１０は、ｐ^-型不純物
層１ｄの所定箇所にｎ型不純物領域１０ａを設け、その
上にｐ⁺型不純物層１０ｂを設けることによって形成さ
れた埋め込み型のフォトダイオードからなる。ｎ型不純
物領域１０ａの各々は、信号電荷蓄積領域として機能す
る。これらのｎ型不純物領域１０ａは、平面視上、八角
形を呈する。

【００５５】個々の電荷転送チャネル２１は、ｐ^-型不
純物層１ｄの所定箇所にｎ型不純物領域を設けることに
よって形成される。

【００５６】電荷転送チャネル２１とこれに対応する光
電変換素子１０とは、光電変換素子１０のほぼ右（図２
中での右）半分の領域に沿って露出しているｐ^-型不純
物層１ｄを介して、隣接する。

【００５７】電荷転送チャネル２１それぞれの下方に
は、必要に応じて、平面視上の形状および大きさがその
上の電荷転送チャネル２１の平面視上の形状および大き
さとほぼ同じｐ型不純物領域（ｐ型ウェル）１ｅが形成
される。ｐ型不純物領域１ｅはｐ^-型不純物層１ｄ中に
形成され、その下端はｎ^-型不純物層１ｃに接する。ｐ
型不純物領域１ｅ上に電荷転送チャネル２１が形成され
る。ｐ型不純物領域１ｅの各々は、近接する電荷転送チ
ャネル２１間の電気的分離を促進する。

【００５８】チャネルストップ領域２５の各々は、ｐ^-
型不純物層１ｄの所定箇所にｐ⁺型不純物領域を設ける
ことによって形成される。チャネルストップ領域２５
は、このチャネルストップ領域２５を介して相隣る２本
の電荷転送チャネル２１同士を電気的に分離する。ま
た、このチャネルストップ領域２５を介して相隣る電荷
転送チャネル２１と光電変換素子１０とを電気的に分離
する。

【００５９】なお、各不純物領域は、例えばイオン注入
とその後のアニールとによって形成される。半導体基板
１を構成するｐ型不純物層（ｐ型ウェル）１ｂ、ｎ^-型
不純物層１ｃおよびｐ^-型不純物層１ｄは、例えばエピ
タキシャル成長法によって形成することもできる。

【００６０】ｐ⁺型不純物層ないしｐ⁺型不純物領域に
おける不純物濃度は、ｐ型不純物層ないしｐ型不純物領
域における不純物濃度より高い。ｐ^-型不純物層におけ
る不純物濃度は、ｐ型不純物層ないしｐ型不純物領域に
おける不純物濃度より低い。ｎ^-型不純物層における不
純物濃度は、ｎ型不純物領域における不純物濃度より低
い。

【００６１】半導体基板１における一表面、すなわち、
上述した各種の不純物領域が形成されている側の表面
（各種の不純物領域の露出面を含む。）上に、電気的絶
縁層２が形成されている。

【００６２】電気的絶縁層２は、例えば、酸化ケイ素等
の電気絶縁性酸化物や、窒化ケイ素等の電気絶縁性窒化
物を用いて形成される。この電気的絶縁層２は、例え
ば、１つの電気絶縁性酸化物層からなる単層構造、電気
絶縁性酸化物層とその上に形成された電気絶縁性窒化物
層との２層構造、または、電気絶縁性酸化物層とその上
に形成された電気絶縁性窒化物層とその上に形成された
電気絶縁性酸化物層との３層構造で構成される。

【００６３】第１転送電極３１ａ、３１ｂおよび第２転
送電極３２ａ、３２ｂが、それぞれ電気的絶縁層２上に
形成される。先ず第１転送電極３１ａ、３１ｂが形成さ
れ、その後に第２転送電極３２ａ、３２ｂが形成され
る。

【００６４】これらの転送電極３１ａ、３１ｂ、３２
ａ、３２ｂは、いずれも、導電層と、その表面に形成さ
れた電気絶縁性被膜とからなる。以下の説明ならびに図
３（Ａ）および図３（Ｂ）においては、転送電極を構成
する導電層の各々に、この導電層を含んで構成される転
送電極に付した参照番号の後ろに「１」を付記した参照
番号を付す。また、転送電極を構成する電気絶縁性被膜
の各々に、この電気絶縁性被膜を含んで構成される転送
電極に付した参照番号の後ろに「２」を付記した参照番
号を付す。例えば、転送電極３１ａを構成する導電層に
は参照番号「３１ａ１」を、転送電極３１ａを構成する
電気絶縁性被膜には参照番号「３１ａ２」を付す。

【００６５】第１転送電極３１ａ、３１ｂは、例えば第
１ポリシリコン電極である。第２転送電極３２ａ、３２
ｂは、例えば第２ポリシリコン電極である。

【００６６】第１ポリシリコン電極は、例えば、１つの
ポリシリコン層をフォトリソグラフィとエッチングとに
よってパターニングして所定形状の導電層を得、この導
電層の表面に熱酸化による電気絶縁性被膜（シリコン酸
化膜）を形成することによって作製される。同様にし
て、第２ポリシリコン電極が作製される。ポリシリコン
層にＰ（リン）等のドナーを添加することによって、導
電性が向上したポリシリコン電極を得ることができる。

【００６７】読み出しゲート３５は、前述したように、
第１転送電極３１ａまたは３１ｂの一部をゲート電極と
して利用する。このゲート電極下に位置する電気的絶縁
層２の一領域が、ゲート絶縁膜として機能する。光電変
換素子１０のほぼ右（図２中での右）半分の領域に沿っ
て露出しているｐ^-型不純物層１ｄの一領域が、平面視
上、ゲート電極と重なり、読み出しゲート３５のチャネ
ル領域を構成する。

【００６８】第１転送電極３１ａまたは３１ｂ（ゲート
電極）に所定の電圧を印加すると、ゲート電極下に位置
するｐ^-型不純物層１ｄのチャネル領域にチャネルが誘
起され、光電変換素子１０とこれに対応する電荷転送チ
ャネル２１とが導通する。

【００６９】図示した固体撮像装置１００において光電
変換素子１０の各々に蓄積された信号電荷は、対応する
読み出しゲート３５を介して垂直電荷転送路２０に読み
出された後、この垂直電荷転送路２０内を出力転送路４
０へ向けて転送され、出力転送路４０へ受け渡される。
出力転送路４０は、垂直電荷転送路２０から受け取った
信号電荷を出力部５０へ向けて転送する。

【００７０】出力転送路４０は、例えば２相駆動型また
は４相駆動型のＣＣＤによって構成される。

【００７１】出力部５０は、出力転送路４０から送られ
てきた信号電荷をフローティング容量（図示せず。）に
よって信号電圧に変換し、この信号電圧をソースホロワ
回路（図示せず。）等を利用して増幅する。検出（変
換）された後のフローティング容量の電荷は、図示を省
略したリセットトランジスタを介して電源（図示せ
ず。）に吸収される。

【００７２】図２に、各第１転送電極３１ａ、３１ｂお
よび各第２転送電極３２ａ、３２ｂに対する駆動配線の
接続を併記する。駆動回路として４相駆動回路を用いる
場合を示す。

【００７３】第１転送電極３１ａの各々は第１相駆動信
号源に接続され、ここから第１相駆動信号φＶ１の供給
を受ける。第２転送電極３２ａの各々は第２相駆動信号
源に接続され、ここから第２相駆動信号φＶ２の供給を
受ける。同様に、第１層転送電極３１ｂの各々は第３相
駆動信号源に接続されて第３相駆動信号φＶ３の供給を
受け、第２転送電極３２ｂの各々は第４相駆動信号源に
接続されて第４相駆動信号φＶ４の供給を受ける。

【００７４】図４は、垂直電荷転送路２０の各々を４相
の駆動信号を用いて駆動させ、出力転送路４０を２相の
駆動信号を用いて駆動させる方法を説明するための信号
波形を示すタイミングチャートである。

【００７５】垂直電荷転送路２０用の各駆動信号φＶ
１、φＶ２、φＶ３、φＶ４は、転送用ミドルレベルＶ
Ｍ、転送用ローレベルＶＬを有し、第１相駆動信号φＶ
１および第３相駆動信号φＶ３は、さらに、読出し用ハ
イレベルＶＨを有する。読出し用ハイレベルＶＨは例え
ば＋１５Ｖであり、光電変換素子１０（ｎ型不純物領域
１０ａ）から読み出しゲート３５を介して垂直電荷転送
路２０に信号電荷を読み出す際に印加される。転送用ミ
ドルレベルＶＭは例えば接地電位であり、転送用ローレ
ベルＶＬは例えば−８Ｖである。

【００７６】出力転送路４０用の第１相駆動信号φＨ１
および第２相駆動信号φＨ２は、転送用ミドルレベルＨ
Ｍおよび転送用ローレベルＨＬを有する。転送用ミドル
レベルＨＭは例えば５Ｖであり、転送用ローレベルＨＬ
は例えば接地電位である。

【００７７】以下、第１転送電極３１ａ、３１ｂに読出
し用ハイレベルＶＨの駆動信号を印加する場合を説明す
る。

【００７８】図４に示すように、先ず第１、４相の各駆
動信号φＶ１、φＶ４を転送用ローレベル、第２、３相
の各駆動信号φＶ２、φＶ３を転送用ミドルレベルに維
持する。垂直同期パルスＶＤに同期させて、第１相駆動
信号φＶ１のみを転送用ミドルレベルに移行させる。

【００７９】この状態において、第１、３相の各駆動信
号φＶ１、φＶ３を読出し用ハイレベルＶＨまで上昇さ
せる。読出し用ハイレベルＶＨの印加により、光電変換
素子１０の各々に蓄積されていた信号電荷が、対応する
垂直電荷転送路２０に読み出される。

【００８０】その後、第１、３相駆動信号φＶ１、φＶ
３を転送用ミドルレベルに戻す。読み出された信号電荷
は、転送用ミドルレベルが印加されている第１転送電極
３１ａを含んで構成される電荷転送段、または、転送用
ミドルレベルが印加されている第１転送電極３１ｂを含
んで構成される電荷転送段に分布する。第１相駆動信号
φＶ１は、その後さらに、転送用ローレベルに戻す。

【００８１】垂直同期パルスＶＤが立ち下がって垂直ブ
ランキング期間が終了するのと入れ替わりに、水平同期
パルスＨＤが立ち上がって、水平走査期間が始まる。こ
の後、水平同期パルスＨＤが１水平期間毎に立ち上が
り、水平走査期間が繰り返し設定される。

【００８２】１つの水平走査期間の開始と共に第１〜第
４相の各駆動信号φＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４がそ
れぞれ転送用ローレベルＶＬと転送用ミドルレベルＶＭ
との間で変化し、４相駆動信号が発生する。垂直電荷転
送路２０に読み出された信号電荷は、出力転送路４０へ
向けて転送される。

【００８３】出力転送路４０へ信号電荷が転送される
と、出力転送路４０用の第１相駆動信号φＨ１および第
２相駆動信号φＨ２が、それぞれ転送用ミドルレベルＨ
Ｍと転送用ローレベルＨＬとの間で変化し、２相駆動信
号が発生する。出力転送路４０内の信号電荷は、出力部
５０へ向けて転送される。第１相駆動信号φＨ１と第２
相駆動信号φＨ２とは、互いに逆の位相を有する。

【００８４】出力転送路４０から信号電荷を受け取った
出力部５０は、受け取った信号電荷量に応じた出力（信
号電圧）ＯＳを順次発生する。

【００８５】図２についての説明の中で述べたように、
第１転送電極３１ａと第２転送電極３２ａとの重なり部
分および第１転送電極３１ｂと第２転送電極３２ｂとの
重なり部分は、光電変換素子行方向に対して斜行する斜
行領域を有する。斜行領域それぞれの上流側および下流
側には、光電変換素子行方向に延在する水平領域が続い
ている。したがって、垂直電荷転送路２０を構成する電
荷転送段の各々は、電荷転送チャネル２１の線幅方向に
沿ってみたときに幅が広い部分（以下、「幅広部」とい
う。）と幅が狭い部分（以下、「幅狭部」という。）と
を有する。

【００８６】１個の光電変換素子１０に対応する４つの
電荷転送段についてみたとき、第１転送電極３１ａを含
んで構成される電荷転送段と第２転送電極３２ａを含ん
で構成される電荷転送段とは、幅広部と幅狭部とで接す
る。電荷転送段同士の接触断面積が広い。

【００８７】このため、固体撮像装置１００では、高い
転送性能の下に信号電荷を転送することができる。

【００８８】電荷転送段同士の接触断面積は、少なくと
も第１転送電極３１ａ、３１ｂにおいて第２転送電極３
２ａ、３２ｂとの重なり部分を構成する領域の線幅方向
の縁を少なくとも１回屈曲させたり、湾曲させたり、斜
行させることによって、広くすることができる。

【００８９】転送電極同士が重ね合わせ構造をなし、相
隣る転送電極同士の重なり幅が０．２μｍ未満であるこ
とから、以下に述べるように暗時出力を低減させること
ができる。

【００９０】図５は、上述した固体撮像装置１００にお
ける転送電極同士の重なり幅と暗時出力との関係を調べ
るために行った実験の結果を示す。

【００９１】この実験は、第１転送電極と第２転送電極
との重なり幅のみを０．１μｍ、０．１５μｍ、０．２
μｍ、０．３μｍ、０．４μｍと変化させた試料を用い
て行った。１つの重なり幅の値に対し４０個の試料を作
製した。図５は、これらの試料についての測定結果の平
均値を示している。各試料における重なり幅以外の仕様
は、以下の通りである。

【００９２】電荷転送チャネル２１のチャネル幅は１μ
ｍであり、その不純物濃度のピーク値は１０¹⁷／ｃｍ³
オーダーである。Ａｓ（ヒ素）および／またはＰ（リ
ン）がドープされている。

【００９３】電気的絶縁層２は、３層構造を有する。半
導体基板１側から順番に、第１の酸化ケイ素膜、窒化ケ
イ素膜および第２の酸化ケイ素膜が積層されている。第
１の酸化ケイ素膜は、処理温度９５０℃のドライ熱酸化
によって形成され、その膜厚は約３５０オングストロー
ム（３５ｎｍ）である。窒化ケイ素膜は減圧ＣＶＤ法に
よって形成され、その膜厚は約５００オングストローム
（５０ｎｍ）である。第２の酸化ケイ素膜は、処理温度
９５０℃のウエット熱酸化によって形成され、その膜厚
は約８０オングストローム（８ｎｍ）である。

【００９４】第１転送電極３１ａは、Ｐ（リン）をドー
プした膜厚約３５００オングストローム（３５０ｎｍ）
のポリシリコンからなる導電層３１ａ１と、その表面に
熱酸化によって形成された電気絶縁性被膜（酸化ケイ素
膜）３１ａ２とからなる。導電層３１ａ１の上面での電
気絶縁性被膜（酸化ケイ素膜）３１ａ２の膜厚は、約１
３００オングストローム（１３０ｎｍ）である。第１転
送電極３１ｂも同様の構造を有する。

【００９５】第２転送電極３２ａは、第１転送電極３１
ａ、３１ｂと同様に、Ｐ（リン）をドープしたポリシリ
コンからなる導電層３２ａ１と、その表面に熱酸化によ
って形成された電気絶縁性被膜（酸化ケイ素膜）３２ａ
２とからなる。導電層３２ａ１の膜厚は、第１転送電極
３１ａ、３１ｂとの重ね合わせ部分へ向かう立ち上がり
箇所を除き、約３５００オングストローム（３５０ｎ
ｍ）である。電気絶縁性被膜（酸化ケイ素膜）３２ａ２
の膜厚は、第１転送電極３１ａ、３１ｂとの重ね合わせ
部分およびこの重ね合わせ部分へ向かう立ち上がり箇所
を除いた領域の上面において、約３５０オングストロー
ム（３５ｎｍ）である。第２転送電極３２ｂも同様の構
造を有する。

【００９６】第１転送電極３１ａと第２転送電極３２ａ
との重なり部分における斜行領域の各々は、その上流側
および下流側の水平領域の各々と約１２０°の角度をな
す。第１転送電極３１ｂと第２転送電極３２ｂとの重な
り部分における斜行領域の各々につても同様である。

【００９７】各電荷転送段における幅広部の線幅は１．
０μｍ、幅狭部の線幅は０．５μｍである。

【００９８】読み出しゲート３５におけるゲート電極
（第１転送電極３１ａまたは３１ｂの一部分）の線幅
は、０．５μｍである。

【００９９】光電変換素子行方向に沿って相隣る光電変
換素子１０同士のピッチは６．４μｍである。光電変換
素子列方向についても同様である。

【０１００】図５から明らかなように、固体撮像装置１
００において第１転送電極と第２転送電極との重なり幅
を変化させると、暗時出力も変化する。暗時出力は、第
１転送電極と第２転送電極との重なり幅が０．２μｍ以
上のときには約４（任意単位）以上であり、重なり幅が
０．１５μｍ以下のときには約２．２（任意単位）であ
る。

【０１０１】第１転送電極と第２転送電極との重なり幅
を０．２μｍ未満にすることによって、暗時出力を低減
させることが可能であると推測される。第１転送電極と
第２転送電極との重なり幅を０．１５μｍ以下にすれ
ば、暗時出力が大幅に低減される。

【０１０２】第１転送電極と第２転送電極との重なり幅
を０．４μｍにしても、暗時出力の低下が認められる。
しかしながら、第１転送電極と第２転送電極との重なり
幅を必要以上に大きくすると、固体撮像装置における不
要部分が増加する。また、第２転送電極と第１転送電極
との間の静電容量が増大し、電荷転送速度が低下する。
さらに、第２転送電極３２ａ、３２ｂ間を電気的に分離
するギャップを狭くするものであることから、微細加工
上好ましくない。

【０１０３】電気絶縁性被膜（酸化ケイ素膜）３２ａ２
を熱酸化によって形成するのに伴って、第２転送電極３
２ａと第１転送電極３１ａとの重ね合わせ部分に、電気
絶縁性被膜（酸化ケイ素膜）３２ａ２が鳥の嘴状に成長
する。第２転送電極３２ａと第１転送電極３１ｂとの重
ね合わせ部分、第２転送電極３２ｂと第１転送電極３１
ａとの重ね合わせ部分、および、第２転送電極３２ｂと
第１転送電極３１ｂとの重ね合わせ部分においても同様
である。

【０１０４】図６は、第２転送電極３２ｂの導電層３２
ｂ１と第１転送電極３１ａの電気絶縁性被膜３１ａ２と
の間に電気絶縁性被膜（酸化ケイ素膜）３２ｂ２が鳥の
嘴状に成長した例を、概略的に示す。図６に示した構成
部材のうちで図３（Ｂ）に示した構成部材に対応するも
のには図３（Ｂ）で用いた符号と同じ符号を付して、そ
の説明を省略する。

【０１０５】図６に示したように、導電層３２ｂ１と電
気絶縁性被膜３１ａ２との間で電気絶縁性被膜（酸化ケ
イ素膜）３２ｂ２が鳥の嘴状に成長すると、第１転送電
極３１ａ上に重なっている部分の導電層３２ｂ１が捲れ
上がる。

【０１０６】このような捲れ上がりは、第２転送電極３
２ａ、３２ｂにとって機械的ストレスとして作用する。
この機械的ストレスは、第２転送電極３２ａ、３２ｂの
下の電気的絶縁層２や電荷転送チャネル２１にも及ぶも
のと推測される。

【０１０７】固体撮像装置１００における暗時出力は、
半導体表面の電子−正孔対発生／再結合中心の密度に依
存すると考えられ、第２転送電極３２ａ、３２ｂに作用
する機械的ストレスの影響を受けるものと推測される。
そして、第２転送電極３２ａ、３２ｂからその下の電気
的絶縁層２や電荷転送チャネル２１にも及ぶ機械的スト
レスが低減されれば、固体撮像装置１００における暗時
出力も低減するものと推測される。

【０１０８】第１転送電極３１ａ、３１ｂと第２転送電
極３２ａ、３２ｂとの重なり幅を０．２μｍ未満、特に
０．１５μｍ以下にすることは、第２転送電極３２ａ、
３２ｂからその下の電気的絶縁層２や電荷転送チャネル
２１に機械的ストレスが及ぶのを抑制するうえで有効で
あると考えられる。

【０１０９】第１転送電極と第２転送電極との重なり幅
を調整することは、固体撮像装置１００における第１転
送電極３１ａ、３１ｂや第２転送電極３２ａ、３２ｂと
同様の蛇行形状を有する転送電極を備えた固体撮像装置
においても、暗時出力を低減させるうえで有用であると
考えられる。

【０１１０】さらには、多数個の光電変換素子が複数
行、複数列に亘って正方行列状（行数と列数が異なる場
合を含む。）に配設されている固体撮像装置において
も、暗時出力を低減させるうえで有用であると考えられ
る。この固体撮像装置を構成する第１転送電極および第
２転送電極の各々は、電荷転送チャネルと平面視上交差
してこの平面視上の交差部において電荷転送段を構成す
る電荷転送段形成部と、光電変換素子行方向に隣り合う
電荷転送段形成部同士を繋ぐ直線状の水平部とを有す
る。第１転送電極における電荷転送段形成部の各々は、
例えば各水平部における下流側端部より更に下流側に突
出し、第２転送電極における電荷転送段形成部の各々
は、例えば各水平部における上流側端部より更に上流側
に突出する。

【０１１１】図７は、上述の固体撮像装置１００におけ
る第１転送電極３１ａ、３１ｂや第２転送電極３２ａ、
３２ｂと同様の蛇行形状を有する転送電極を備えた固体
撮像装置の一例を示す。同図に示した構成部材のうちで
図２に示した構成部材に対応するものには図２で用いた
符号と同じ符号を付して、その説明を省略する。

【０１１２】図７に示した固体撮像装置１１０において
も、第２転送電極３２ａとその下流側の第１転送電極３
１ｂとは、光電変換素子列の１列おきに、奇数行の光電
変換素子行方向に沿って、八角形状の開口部を画定す
る。第２転送電極３２ｂとその下流側の第１転送電極３
１ａとは、光電変換素子列の１列おきに、偶数行の光電
変換素子行方向に沿って、八角形状の開口部を画定す
る。

【０１１３】光電変換素子１０それぞれの表面は、平面
視上、これらの八角形状の開口部から露出する。

【０１１４】第１転送電極３１ａと第２転送電極３２ａ
との重なり部分は、光電変換素子行方向に対して斜行す
る斜行領域と、光電変換素子行方向に延在する水平領域
とを含む。斜行領域の各々は電荷転送チャネル２１上に
位置し、この電荷転送チャネル２１を斜めに横断する方
向に延在する。水平領域の各々は、光電変換素子行方向
に沿って相隣る２つの斜行領域の上流端同士または下流
端同士を結ぶ。第１転送電極３１ｂと第２転送電極３２
ｂとの重なり部分についても同様である。

【０１１５】垂直電荷転送路２０を構成する電荷転送段
の各々は、幅広部と幅狭部とを有する。第１転送電極３
１ａまたは第１転送電極３１ｂを含んで構成される電荷
転送段における幅狭部の幅は、上流から下流にかけて暫
時減少する。第２転送電極３２ａまたは第２転送電極３
２ｂを含んで構成される電荷転送段における幅狭部の幅
は、上流から下流にかけて暫時増大する。

【０１１６】固体撮像装置における暗時出力は、重ね合
わせ構造をなす上側の転送電極（第２転送電極）の平面
視上の形状を、線幅方向の一端が電荷転送チャネルの上
方で少なくとも１回屈曲する形状とし、かつ、第１転送
電極と第２転送電極との重なり幅を調整することによっ
ても、低減させられるものと考えられる。

【０１１７】この場合の上記の屈曲は、屈曲によって第
２転送電極内に平面視上生じる角が１８０°より大きく
２７０°より小さい角または鈍角となるものであること
が望まれる。

【０１１８】さらに、固体撮像装置における暗時出力
は、重ね合わせ構造をなす上側の転送電極（第２転送電
極）の平面視上の形状を、線幅方向の一端が電荷転送チ
ャネルの上方で湾曲した形状とし、かつ、第１転送電極
と第２転送電極との重なり幅を調整することによって
も、低減させられるものと考えられる。

【０１１９】重ね合わせ構造をなす第１転送電極と第２
転送電極との少なくとも一方の輪郭線が、電荷転送チャ
ネル上での重なり部分それぞれにおいて少なくとも１つ
の曲線領域または少なくとも２つの直線領域を有してい
れば、暗時出力を低減させるうえで有利であると考えら
れる。転送電極の線幅方向の一端が、例えば屈曲、湾曲
または蛇行していれば、この転送電極の輪郭線は少なく
とも１つの曲線領域または少なくとも２つの直線領域を
有する。

【０１２０】なお、実際の固体撮像装置においては、光
電変換素子（フォトダイオード）以外の領域において無
用の光電変換が行われないように、光遮蔽膜が形成され
る。光遮蔽膜は、光電変換素子それぞれの上に開口部を
有する。１個の光電変換素子に対して１個の開口部が形
成される。図５を用いて説明した前述の実験において
も、光遮蔽膜を有する試料が用いられた。

【０１２１】必要に応じて、光電変換素子での光電変換
効率を高めるためのマイクロレンズアレイやインナーレ
ンズが配設される。さらに、カラー撮像用の固体撮像装
置では、色フィルタアレイが配設される。

【０１２２】図８は、前述した固体撮像装置１００に更
に光遮蔽膜、色フィルタアレイおよびマイクロレンズア
レイを設けることによって作製したカラー撮像用の固体
撮像装置１２０を概略的に示す部分断面図である。同図
に示した構成部材のうちで図３（Ａ）または図３（Ｂ）
に示した構成部材に対応するものには図３（Ａ）または
図３（Ｂ）で用いた符号と同じ符号を付して、その具体
的な説明を省略する。

【０１２３】図８に示すように、光遮蔽膜６０は、電荷
転送チャネル２１、チャネルストップ領域２５（図２ま
たは図３（Ａ）参照）、第１転送電極３１ａ、３１ｂ、
第２転送電極３２ａ、３２ｂおよび出力転送部４０（図
１参照）の上に亘って形成される。この光遮蔽膜６０
は、光電変換素子１０それぞれの上に１個ずつ、所定形
状の開口部６０ａを有する。各開口部６０ａは、平面視
上、光電変換素子１０におけるｎ型不純物領域１０ａの
縁より内側において開口している。

【０１２４】光遮蔽膜６０は、例えばアルミニウム、ク
ロム、タングステン、チタン、モリブデン等の金属から
なる金属薄膜や、これらの金属の２種以上からなる合金
薄膜、あるいは、前記の金属同士または前記の金属と前
記の合金とを含む群から選択された２種以上を組み合わ
せた多層金属薄膜等によって形成される。

【０１２５】第１の平坦化膜６５が、光遮蔽膜６０上お
よび開口部６０ａから露出している電気的絶縁層２上に
形成される。第１の平坦化膜６５はマイクロレンズ用の
焦点調節層としても利用される。必要に応じて、第１の
平坦化膜６５中にインナーレンズが形成される。

【０１２６】第１の平坦化膜６５は、例えばフォトレジ
スト等の透明樹脂を例えばスピンコート法によって所望
の厚さに塗布することによって形成される。

【０１２７】色フィルタアレイ７０は、第１の平坦化膜
６５上に形成される。この色フィルタアレイ７０は、カ
ラー撮像を可能にする複数種の色フィルタを所定のパタ
ーンで形成したものである。色フィルタアレイとして
は、３原色（赤、緑、青）系の色フィルタアレイ、およ
び、いわゆる補色タイプの色フィルタアレイがある。

【０１２８】３原色系の色フィルタアレイおよび補色タ
イプの色フィルタアレイのいずれにおいても、個々の光
電変換素子１０の上方に色フィルタが１個ずつ配設され
る。図８においては２個の色フィルタ７１ａ、７１ｂが
示されている。

【０１２９】色フィルタアレイ７０は、例えば、所望色
の顔料もしくは染料を含有させた樹脂（カラーレジン）
の層を、フォトリソグラフィ法等の方法によって所定箇
所に形成することによって作製することができる。

【０１３０】第２の平坦化膜７５が、色フィルタアレイ
７０上に形成される。第２の平坦化膜７５は、例えばフ
ォトレジスト等の透明樹脂を例えばスピンコート法によ
って所望の厚さに塗布することによって形成される。

【０１３１】マイクロレンズアレイ８０は、第２の平坦
化膜７５上に形成される。このマイクロレンズアレイ８
０は、個々の光電変換素子１０の上方に１個ずつ配設さ
れたマイクロレンズ８０ａによって構成される。

【０１３２】これらのマイクロレンズ８０ａは、例え
ば、屈折率が概ね１．３〜２．０の透明樹脂（フォトレ
ジストを含む。）からなる層をフォトリソグラフィ法等
によって所定形状に区画した後、熱処理によって各区画
の透明樹脂層を溶融させ、表面張力によって角部を丸め
込ませた後に冷却することによって得られる。

【０１３３】以上、実施例による固体撮像装置について
説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではない。種々の変更、改良、組み合わせ等が可能であ
る。

【０１３４】例えば、光電変換素子等が形成される半導
体基板は、ｎ型半導体基板の一表面側にｐ型ウェルを形
成したもの、ｎ型半導体基板の一表面上にｐ^- 型半導体
のエピタキシャル成長層を形成したもの等であってもよ
い。さらには、電気絶縁性基板の表面に所望の導電型の
半導体層を形成し、この半導体層に所望の導電型の不純
物領域を形成するか、この半導体層上に所望の導電型の
半導体からなるエピタキシャル成長層を形成したもの等
であってもよい。

【０１３５】本明細書においては、半導体以外の材料か
らなる基板の一面に光電変換素子（フォトダイオー
ド）、電荷転送チャネル等を形成するための半導体層を
設けたものも、「半導体基板」に含まれるものとする。

【０１３６】光電変換素子は、埋め込み型のフォトダイ
オードであることが好ましいが、埋め込み型ではないフ
ォトダイオードであってもよい。

【０１３７】光電変換素子の平面視上の形状は、矩形
（菱形を含む。）、全ての内角が鈍角となっている五角
形以上の多角形、内角に鋭角と鈍角とが含まれる五角形
以上の多角形、これらの角部に丸みを付けた形状等、適
宜選択可能であろう。

【０１３８】光電変換素子は画素ずらし配置されていて
もよいし、画素ずらし配置されていなくてもよいであろ
う。電荷転送チャネルの平面視上の形状は、光電変換素
子がどのように配置されているかに応じて、適宜選択可
能であろう。

【０１３９】第１および第２転送電極それぞれにおける
導電層は、ドナーまたはアクセプタを添加したポリシリ
コンによって形成することが好ましく、電気絶縁性被膜
は熱酸化膜であることが好ましい。

【０１４０】電荷転送チャネルの線幅、第１および第２
転送電極それぞれの線幅、第１および第２転送電極それ
ぞれにおける導電層および電気絶縁性被膜の膜厚等は、
図５に示した実験データをとるために用いた試料におけ
る値に限定されるものではない。目的とする固体撮像装
置の用途、性能、光電変換素子の集積度等に応じて、適
宜変更可能である。例えば、前記試料における値に対し
て±５０％の範囲で適宜選定することができる。

【０１４１】光電変換素子１個当たりの電荷転送段の数
は、４個に限定されるものではない。光電変換素子の配
置仕様や垂直電荷転送路の駆動方法等に応じて適宜変更
可能である。

【０１４２】これに伴って、光電変換素子行当たりの第
１転送電極および第２転送電極の本数も、適宜変更可能
である。各転送電極の平面視上の形状も適宜選択可能で
ある。さらには、第１転送電極および第２転送電極に加
えて、第３転送電極を付設することも可能である。

【０１４３】第３転送電極は、第１転送電極および第２
転送電極を形成した後に形成される転送電極である。第
３転送電極は、第１転送電極および／または第２転送電
極とともに、重ね合わせ構造を形成する。第３転送電極
が電荷転送チャネルと平面視上交差する場合、電荷転送
チャネル上での第３転送電極と他の転送電極との重なり
幅についても、０．２μｍ未満にすることが好ましい。

【０１４４】垂直電荷転送路の駆動は、４相駆動の他、
３相駆動、８相駆動等、適宜変更可能である。また、走
査方法も、インターレース走査、プログレッシブ走査、
１／４間引き走査等、適宜選択可能である。

【０１４５】ｎ型半導体基板に形成されたｐ型ウェル中
に、またはｎ型半導体基板上に形成されたｐ型半導体の
エピタキシャル成長層中に光電変換素子（フォトダイオ
ード）を形成した場合には、縦型オーバーフロードレイ
ン構造を付設することができる。これに伴って、電子シ
ャッタ機能を付与することができる。縦型オーバーフロ
ードレイン構造を付設するためには、ｐ型ウェルまたは
ｐ型半導体のエピタキシャル成長層とその下のｎ型半導
体基板とに逆バイアスを印加できる構造を付加する。縦
型オーバーフロードレイン構造に代えて横型オーバーフ
ロードレイン構造を付設してもよい。縦型または横型の
オーバーフロードレイン構造を付設することにより、ブ
ルーミングを抑制することが容易になる。

【０１４６】その他、種々の変更、改良、組み合わせ等
が可能である。

【０１４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固体撮像装置からの暗時出力を低減させることが可能に
なる。

【０１４８】したがって、ダイナミックレンジやＳ／Ｎ
比が高い固体撮像装置を提供することが容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例による固体撮像装置における各種の構成
要素の平面配置を示す模式図である。

【図２】実施例による固体撮像装置における光電変換素
子、垂直電荷転送路および読み出しゲートの概略を示す
平面図である。

【図３】図３（Ａ）は、図２におけるＡ−Ａ線に沿った
断面の概略図であり、図３（Ｂ）は、図２におけるＢ−
Ｂ線に沿った断面の概略図である。

【図４】実施例による固体撮像装置における垂直電荷転
送路の各々を４相の駆動信号を用いて駆動させ、出力転
送路を２相の駆動信号を用いて駆動させる方法を説明す
るための信号波形を示すタイミングチャートである。

【図５】実施例による固体撮像装置における転送電極同
士の重なり幅と暗時出力との関係を示すグラフである。

【図６】第２転送電極と第１転送電極との重ね合わせ部
分に鳥の嘴状に成長する電気絶縁性被膜を概略的に示す
断面図である。

【図７】実施例による固体撮像装置における転送電極と
同様の蛇行形状を有する転送電極を備えた固体撮像装置
の一例を示す部分平面図である。

【図８】実施例による固体撮像装置に更に光遮蔽膜、色
フィルタアレイおよびマイクロレンズアレイを設けるこ
とによって作製されるカラー撮像用の固体撮像装置を概
略的に示す部分断面図である。

【符号の説明】

１…半導体基板、２…電気的絶縁層、１０…光電変
換素子、２０…垂直電荷転送路、２１…電荷転送チ
ャネル、２５…チャネルストップ領域、３１ａ、３
１ｂ…第１転送電極、３２ａ、３２ｂ…第２転送電
極、３５…読み出しゲート、４０…出力転送路、
５０…出力部、６０…光遮蔽膜、７０…色フィルタ
アレイ、８０…マイクロレンズアレイ、１００、１
１０、１２０…固体撮像装置。

フロントページの続き (72)発明者山田哲生宮城県黒川郡大和町松坂平１丁目６番地富士フイルムマイクロデバイス株式会社内Ｆターム(参考） 4M118 AA05 AA10 AB01 BA10 CA03 CA04 CA20 CB14 DA03 DA13 DA18 DA20 DA28 DB03 DB06 DB08 DB11 FA01 FA06 FA26 FA35 GB11 GC08 GC09 GD04 5C024 CX32 CX37 CY31 CY47 GX03 GX22 GY02 GY05 GY11 JX11 JX14 JX24 JX25 JX27

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板と、前記半導体基板の一表面側に複数行、複数列に亘る行列
状に形成された多数個の光電変換素子と、光電変換素子列の１列毎に該光電変換素子列に近接して
前記半導体基板に形成された電荷転送チャネルと、前記半導体基板上に電気的絶縁層を介して形成された複
数本の第１転送電極であって、各々が、前記光電変換列
方向に沿って互いに間隔をあけながら光電変換素子行方
向に延在する導電層と該導電層を覆う電気絶縁性被膜と
を有し、前記電荷転送チャネルの各々と平面視上交差し
て該平面視上の交差部それぞれにおいて電荷転送段を構
成する複数本の第１転送電極と、前記電気的絶縁層上に前記第１転送電極と１本ずつ交互
に配設された複数本の第２転送電極であって、各々が、
前記光電変換素子行方向に延在する導電層と該導電層を
覆う電気絶縁性被膜とを有するとともに、前記電荷転送
チャネルそれぞれの上方において近接する第１転送電極
の線幅方向の縁部に０．２μｍ未満の重なり幅をもって
重なり、前記電荷転送チャネルの各々と平面視上交差し
て該平面視上の交差部それぞれにおいて電荷転送段を構
成する複数本の第２転送電極とを備えた固体撮像装置。
【請求項２】前記多数個の光電変換素子が画素ずらし
配置されている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】前記光電変換素子列方向に沿って相隣る
第１転送電極同士が、近接と離間とを繰り返しながら前
記光電変換素子行方向に延在する蛇行形状を有し、前記
光電変換素子列方向に沿って相隣る第２転送電極同士
も、近接と離間とを繰り返しながら前記光電変換素子行
方向に延在する請求項１または請求項２に記載の固体撮
像装置。
【請求項４】前記第２転送電極の各々における線幅方
向の一端が、平面視上、前記電荷転送チャネルの上方で
少なくとも１回屈曲している請求項１〜請求項３のいず
れかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】前記電荷転送チャネルの上方での前記第
１転送電極と前記第２転送電極との重なり部分の全長
が、前記電荷転送チャネルのチャネル幅より長い請求項
１〜請求項３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】前記第１転送電極の各々および前記第２
転送電極の各々が、ドナーが添加されたポリシリコン層
と該ポリシリコン層の表面に形成された熱酸化膜とから
なる請求項１〜請求項５のいずれかに記載の固体撮像装
置。
【請求項７】半導体基板と、前記半導体基板に形成された電荷転送チャネルと、前記半導体基板上に電気的絶縁層を介して形成された複
数本の第１転送電極であって、各々が、前記電荷転送チ
ャネルの延在方向に沿って互いに間隔をあけながら該電
荷転送チャネルと平面視上交差する導電層と該導電層を
覆う電気絶縁性被膜とを有する複数本の第１転送電極
と、前記電気的絶縁層上に前記第１転送電極と１本ずつ交互
に配設された複数本の第２転送電極であって、各々が、
前記電荷転送チャネルと平面視上交差する導電層と該導
電層を覆う電気絶縁性被膜とを有するとともに、前記電
荷転送チャネルの上方において近接する第１転送電極の
線幅方向の縁部に０．２μｍ未満の重なり幅をもって重
なる複数本の第２転送電極とを備え、前記第１転送電極と前記第２転送電極との前記電荷転送
チャネル上での重なり部分それぞれにおいて、前記第１
転送電極と前記第２転送電極との少なくとも一方の輪郭
線が、少なくとも１つの曲線領域または少なくとも２つ
の直線領域を有する電荷転送路。
【請求項８】前記第１転送電極の各々および前記第２
転送電極の各々が、平面視上、蛇行形状を呈する請求項
７に記載の電荷転送路。
【請求項９】前記第２転送電極の各々における線幅方
向の一端が、平面視上、前記電荷転送チャネルの上方で
少なくとも１回屈曲している請求項７または請求項８に
記載の電荷転送路。
【請求項１０】前記第１転送電極の各々および前記第
２転送電極の各々が、ドナーが添加されたポリシリコン
層と該ポリシリコン層の表面に形成された熱酸化膜とか
らなる請求項７〜請求項９のいずれかに記載の電荷転送
路。