JP2005072471A - 電荷転送素子、固体撮像素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】 電荷転送効率の向上を可能にする電荷転送素子を提供する。また、電荷転送効率の向上や読み出し電圧の抑制を可能にする固体撮像素子を提供する。
【解決手段】 複数の転送電極により構成され、電荷が転送されるものであり、各転送電極において、互いに隣接する転送電極同士の電荷転送に寄与する実効的領域の境界の長さが、信号電荷の転送方向に垂直な方向の実効的領域の幅よりも長くなっている電荷転送素子を構成する。また、受光部2と、この受光部2の列の一側に対応して設けられた電荷転送部とを備え、電荷転送部が複数の転送電極8A,8B,8C,8Dにより構成され、これら複数の転送電極8A,8B,8C,8Dのうち、少なくとも信号電荷を読み出すための読み出し電圧が印加される転送電極8Bにおいて、信号電荷の転送に寄与する実効的領域は、実効的領域の読み出し側の幅が、実効的領域の反対側の幅よりも広くなっている固体撮像素子1を構成する。
【選択図】 図1
【解決手段】 複数の転送電極により構成され、電荷が転送されるものであり、各転送電極において、互いに隣接する転送電極同士の電荷転送に寄与する実効的領域の境界の長さが、信号電荷の転送方向に垂直な方向の実効的領域の幅よりも長くなっている電荷転送素子を構成する。また、受光部2と、この受光部2の列の一側に対応して設けられた電荷転送部とを備え、電荷転送部が複数の転送電極8A,8B,8C,8Dにより構成され、これら複数の転送電極8A,8B,8C,8Dのうち、少なくとも信号電荷を読み出すための読み出し電圧が印加される転送電極8Bにおいて、信号電荷の転送に寄与する実効的領域は、実効的領域の読み出し側の幅が、実効的領域の反対側の幅よりも広くなっている固体撮像素子1を構成する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、電荷を転送する電荷転送素子に係わる。また、本発明は、信号電荷を転送する電荷転送部を有して成る固体撮像素子に係わる。
全画素読み出し方式のCCD固体撮像素子として、例えば、1画素当たり4枚の転送電極を配置して、4相駆動の3層の転送電極により垂直転送レジスタを構成することが提案されている(例えば、特許文献1等参照)。
この4相駆動の3層の転送電極を有するCCD固体撮像素子の概略構成図(要部即ち受光部と垂直転送部の平面図)を図6に示す。
このCCD固体撮像素子21は、マトリクス状に配列された画素となる複数の光電変換を行う受光部22と各受光部列に対応してその一側に形成されたCCD構造の複数の垂直転送レジスタとから撮像領域が構成されている。
このCCD固体撮像素子21は、マトリクス状に配列された画素となる複数の光電変換を行う受光部22と各受光部列に対応してその一側に形成されたCCD構造の複数の垂直転送レジスタとから撮像領域が構成されている。
また、図6のA−Aにおける断面図を図7Aに示し、図6のB−Bにおける断面図を図7Bに示す。
垂直転送レジスタは、シリコン半導体基体26の転送チャネル領域(図6の23)上に、ゲート絶縁膜27を介して3層構造の転送電極、即ち、第1層の多結晶シリコン層からなる第1転送電極28A及び第3転送電極28Cと、第2層の多結晶シリコン層からなる第4転送電極28Dと、第3層の多結晶シリコン層からなる第2転送電極28Bが、電荷転送方向(図6の上下方向)に沿って繰り返し配列されて構成されている。
垂直転送レジスタは、シリコン半導体基体26の転送チャネル領域(図6の23)上に、ゲート絶縁膜27を介して3層構造の転送電極、即ち、第1層の多結晶シリコン層からなる第1転送電極28A及び第3転送電極28Cと、第2層の多結晶シリコン層からなる第4転送電極28Dと、第3層の多結晶シリコン層からなる第2転送電極28Bが、電荷転送方向(図6の上下方向)に沿って繰り返し配列されて構成されている。
第1転送電極28Aには第1相の垂直駆動パルスφV1が印加され、第2転送電極28Bには第2相の垂直転送パルスφV2が印加され、第3転送電極28Cには第3相の垂直駆動パルスφV3が印加され、第4転送電極28Dには第4相の垂直転送パルスφV4が印加される。これにより、垂直転送レジスタにおいて、4相駆動による信号電荷の転送を行うことができる。
そして、図6の固体撮像素子21の垂直転送レジスタの各転送電極について、その信号電荷の転送に寄与する実効的領域の平面図を図8に示す。
図8中24は、単位画素の大きさを示している。図8に示すように、各単位画素24に4枚の転送電極28A,28B,28C,28Dが設けられている。
また、各転送電極28A,28B,28C,28Dの実効的領域が、ほぼ同じ面積の矩形状になっている。
特に、第2転送電極28Bにおいては、その垂直駆動パルスφV2が読み出しパルスを含むことにより、図8中矢印で示すように、受光部22に蓄積された信号電荷e−が読み出される。
図8中24は、単位画素の大きさを示している。図8に示すように、各単位画素24に4枚の転送電極28A,28B,28C,28Dが設けられている。
また、各転送電極28A,28B,28C,28Dの実効的領域が、ほぼ同じ面積の矩形状になっている。
特に、第2転送電極28Bにおいては、その垂直駆動パルスφV2が読み出しパルスを含むことにより、図8中矢印で示すように、受光部22に蓄積された信号電荷e−が読み出される。
このように、各単位画素24に4枚の転送電極28A,28B,28C,28Dを配置して4相駆動により信号電荷が転送される構成としたことにより、全画素読み出しを行うことができる。
特開2000−232217号公報
ところで、CCD固体撮像素子において、多画素化や小型化等のために、さらなる画素の微細化が求められてきている。
そして、今後、画素の微細化に伴い、垂直転送レジスタの転送効率の低下や信号電荷の読み出し電圧の上昇が問題となると考えられる。
特に、画素を微細化しても感度が低下しないようにするために、受光部の面積比を増やすと、それに応じて垂直転送レジスタの幅がより縮小されるため、垂直転送レジスタの各転送電極が信号電荷の転送方向に細長くなることから、転送効率の悪化が懸念される。
そして、今後、画素の微細化に伴い、垂直転送レジスタの転送効率の低下や信号電荷の読み出し電圧の上昇が問題となると考えられる。
特に、画素を微細化しても感度が低下しないようにするために、受光部の面積比を増やすと、それに応じて垂直転送レジスタの幅がより縮小されるため、垂直転送レジスタの各転送電極が信号電荷の転送方向に細長くなることから、転送効率の悪化が懸念される。
例えば、図6〜図8に示したCCD固体撮像素子21では、垂直転送レジスタの幅が縮小されることにより、各転送電極28A,28B,28C,28Dの実効的領域が縦長になって、幅が狭くなり、転送効率が悪化することが懸念される。
また、画素の微細化により、受光部22から信号電荷を読み出す部分の幅(図8のL)も縮小されることになり、読み出し電圧を上げないと、受光部22に蓄積された信号電荷を充分に読み出すことが難しくなる。
また、画素の微細化により、受光部22から信号電荷を読み出す部分の幅(図8のL)も縮小されることになり、読み出し電圧を上げないと、受光部22に蓄積された信号電荷を充分に読み出すことが難しくなる。
また、上述したCCD固体撮像素子の垂直転送レジスタに限らず、固体撮像素子の水平転送レジスタやその他の構成の電荷転送部、並びに遅延素子等において、電荷転送部を構成する電荷転送素子の微細化に伴って、電荷の転送効率の低下が問題となる。
上述した問題の解決のために、本発明においては、電荷転送効率の向上を可能にする電荷転送素子を提供するものである。また、電荷転送効率の向上や読み出し電圧の抑制を可能にする固体撮像素子を提供するものである。
本発明の電荷転送素子は、複数の転送電極により構成され、電荷が転送されるものであり、各転送電極において、互いに隣接する転送電極同士の電荷転送に寄与する実効的領域の境界の長さが、電荷の転送方向に垂直な方向の実効的領域の幅よりも長くなっているものである。
上述の本発明の電荷転送素子の構成によれば、各転送電極において、互いに隣接する転送電極同士の電荷転送に寄与する実効的領域の境界の長さが、電荷の転送方向に垂直な方向の実効的領域の幅よりも長くなっていることにより、通常の実効的領域の境界が転送方向に略垂直である構成と比較して、電荷の転送の間口が広くなる。これにより、同じ電界(転送電極の電位差)のもとで、電荷の転送効率を向上することが可能になる。
本発明の固体撮像素子は、受光部と、この受光部の列の一側に対応して設けられ受光部で受光蓄積された信号電荷が読み出されて転送される電荷転送部とを備え、電荷転送部が複数の転送電極により構成され、これら複数の転送電極のうち、少なくとも信号電荷を読み出すための読み出し電圧が印加される転送電極において、信号電荷の転送に寄与する実効的領域は、信号電荷を読み出す側の幅が、その反対側の幅よりも広くなっているものである。
上述の本発明の固体撮像素子の構成によれば、複数の転送電極のうち、少なくとも信号電荷を読み出すための読み出し電圧が印加される転送電極において、信号電荷の転送に寄与する実効的領域は、信号電荷を読み出す側の幅が、その反対側の幅よりも広くなっていることにより、信号電荷が読み出される領域の開口幅を広く確保することができる。これにより、信号電荷の読み出しが容易になるため、読み出し電圧を低減しても信号電荷を充分に読み出すことが可能になる。
そして、転送電極の信号電荷の転送に寄与する実効的領域の面積をあまり増やさなくても開口幅を広く確保することができるため、他の転送電極の実効的領域の面積を縮小する必要がない。
そして、転送電極の信号電荷の転送に寄与する実効的領域の面積をあまり増やさなくても開口幅を広く確保することができるため、他の転送電極の実効的領域の面積を縮小する必要がない。
また、上述の本発明の固体撮像素子において、互いに隣接する転送電極同士の前記実効的領域の境界の長さが、前記信号電荷の転送方向に垂直な方向の前記実効的領域の幅よりも長くした構成とすることも可能である。
このように構成することにより、通常の実効的領域の境界が転送方向に略垂直である構成と比較して、信号電荷の転送の間口が広くなるため、同じ電界(転送電極の電位差)のもとで、電荷転送部における信号電荷の転送効率を向上することが可能になる。
このように構成することにより、通常の実効的領域の境界が転送方向に略垂直である構成と比較して、信号電荷の転送の間口が広くなるため、同じ電界(転送電極の電位差)のもとで、電荷転送部における信号電荷の転送効率を向上することが可能になる。
上述の本発明の電荷転送素子によれば、同じ電界のもとで従来よりも電荷の転送効率を向上することができるため、素子の微細化が進むことにより転送電極の実効的領域が細長くなって電荷の転送効率が低下することを、抑制することが可能になる。
従って、素子の微細化と高い転送効率とを共に実現することが可能になる。
従って、素子の微細化と高い転送効率とを共に実現することが可能になる。
上述の本発明の固体撮像素子によれば、読み出し電圧を低減することができるため、消費電力を低減することができる。
また、画素の微細化が進むことによる読み出し電圧の増大を、抑制することが可能になる。
また、画素の微細化が進むことによる読み出し電圧の増大を、抑制することが可能になる。
また、上述の本発明の固体撮像素子において、互いに隣接する転送電極同士の前記実効的領域の境界の長さが、前記信号電荷の転送方向に垂直な方向の前記実効的領域の幅よりも長くした構成としたときには、同じ電界のもとで従来よりも信号電荷の転送効率を向上することができ、固体撮像素子の画素の微細化が進むことにより電荷転送部における信号電荷の転送効率が低下することを、抑制することが可能になる。
即ち、本発明により、固体撮像素子の画素の微細化を図った場合にも、読み出し電圧や信号電荷の転送効率等の特性を充分に確保することが可能になり、画素を微細化して固体撮像素子の多画素化や小型化を図ることを容易に実現することが可能になる。
図1は、本発明の一実施の形態として、固体撮像素子の概略構成図(要部の拡大平面図)を示す。本実施の形態は、本発明をインターライントランスファ(IT)型のCCD固体撮像素子に適用したものである。
また、図1のA−Aにおける断面図を図2Aに示し、図1のB−Bにおける断面図を図2Bに示し、図1のC−Cにおける断面図を図2Cに示す。
また、図1のA−Aにおける断面図を図2Aに示し、図1のB−Bにおける断面図を図2Bに示し、図1のC−Cにおける断面図を図2Cに示す。
この固体撮像素子1は、マトリクス状に配列された画素となる複数の光電変換を行う受光部2と、各受光部列に対応してその一側に形成されたCCD構造の複数の垂直転送レジスタとから撮像領域が構成されている。また、図示しないが、垂直転送レジスタから転送された信号電荷を出力部に転送するためのCCD構造の水平転送レジスタが設けられている。
垂直転送レジスタは、図2A〜図2Cに示すように、シリコン半導体基体6の転送チャネル領域(図1の3)上に、ゲート絶縁膜7を介して3層構造の転送電極、即ち第1層の多結晶シリコン層からなる第1転送電極8A及び第3転送電極8Cと、第2層の多結晶シリコン層からなる第4転送電極8Dと、第3層の多結晶シリコン層からなる第2転送電極8Bが、電荷転送方向(図1の上下方向)に沿って繰り返し配列されて構成されている。ゲート絶縁膜7は、単層膜、又は多層膜で形成可能であり、例えば酸化シリコン膜と窒化シリコン膜と酸化シリコン膜の3層構造で形成することが可能である。各層の多結晶シリコン層は、層間絶縁膜9を介して積層されていることにより、互いに絶縁されている。
これらの転送電極8A,8B,8C,8Dは、それぞれ複数列の垂直転送レジスタに対して共通となるように、垂直方向に隣り合う受光部2間を横切って帯状に形成されている。
また、1画素(即ち1つの受光部2)当たり、4つの転送電極8A,8B,8C,8Dが設けられている。
また、1画素(即ち1つの受光部2)当たり、4つの転送電極8A,8B,8C,8Dが設けられている。
そして、図2A及び図2Bに示すように、4つの転送電極8A,8B,8C,8Dのうち、1つ置きの第1転送電極8A及び第3転送電極8Cが第1層の多結晶シリコン層からなり、一方の1つ置きの第1層の多結晶シリコン層からなる電極間、即ち第1転送電極8A及び第3転送電極8C間に第2層の多結晶シリコン層からなる第4転送電極8Dが形成され、他方の1つ置きの第1層の多結晶シリコン層からなる電極間、即ち第1転送電極8A及び第3転送電極8C間に第3層の多結晶シリコン層からなる第2転送電極8Dが形成されている。
また、垂直方向(図1の上下方向)に隣り合う受光部2間では、図1及び図2Cに示すように、第1層の多結晶シリコン層から成る2つの転送電極、即ち第1転送電極8A及び第3転送電極8Cが間隙を置いて互いに並列するようにして形成され、この並列する2つの転送電極8A及び8C上に跨るように、第4転送電極8D及び第2転送電極8Dが重ねられて形成されている。
また、垂直方向(図1の上下方向)に隣り合う受光部2間では、図1及び図2Cに示すように、第1層の多結晶シリコン層から成る2つの転送電極、即ち第1転送電極8A及び第3転送電極8Cが間隙を置いて互いに並列するようにして形成され、この並列する2つの転送電極8A及び8C上に跨るように、第4転送電極8D及び第2転送電極8Dが重ねられて形成されている。
第1転送電極8Aには第1相の垂直駆動パルスφV1が印加され、第2転送電極8Bには第2相の垂直転送パルスφV2が印加され、第3転送電極8Cには第3相の垂直駆動パルスφV3が印加され、第4転送電極8Dには第4相の垂直転送パルスφV4が印加される。これにより、垂直転送レジスタにおいて、4相駆動による信号電荷の転送を行うことができる。
また、第2転送電極8Bにおいては、その垂直駆動パルスφV2が読み出しパルス(読み出し電圧のパルス)を含むことにより、受光部2に蓄積された信号電荷が読み出される。
そして、1画素に4つの転送電極8A,8B,8C,8Dが設けられているため、4相駆動によって全画素読み出しを行うことができる。
また、第2転送電極8Bにおいては、その垂直駆動パルスφV2が読み出しパルス(読み出し電圧のパルス)を含むことにより、受光部2に蓄積された信号電荷が読み出される。
そして、1画素に4つの転送電極8A,8B,8C,8Dが設けられているため、4相駆動によって全画素読み出しを行うことができる。
本実施の形態の固体撮像素子1においては、特に、読み出し電圧が印加される第2転送電極8Bについて、信号電荷の読み出される右の受光部2側と反対側とが異なっている。即ち、左右非対称の形状となっている。具体的には、第2転送電極8Bの図1中上側の端縁が右上がりの斜めに形成され、信号電荷の転送方向(図1中上下方向)に対して斜めになっている。
また、垂直転送レジスタにおいて、第2転送電極8Bと端部が互いにオーバーラップする第1転送電極8A及び第3転送電極8Cも、このオーバーラップ部が左右非対称の形状になっている。即ち、第1転送電極8Aは、その第2転送電極8Bとオーバーラップする側の端縁が第2転送電極8Bの端縁と平行になっている。また、第3転送電極8Cは、その図1中上側の端縁が右下がりの斜めに形成され、信号電荷の転送方向(図1中上下方向)に対して斜めになっている。
また、垂直転送レジスタにおいて、第2転送電極8Bと端部が互いにオーバーラップする第1転送電極8A及び第3転送電極8Cも、このオーバーラップ部が左右非対称の形状になっている。即ち、第1転送電極8Aは、その第2転送電極8Bとオーバーラップする側の端縁が第2転送電極8Bの端縁と平行になっている。また、第3転送電極8Cは、その図1中上側の端縁が右下がりの斜めに形成され、信号電荷の転送方向(図1中上下方向)に対して斜めになっている。
ここで、本実施の形態の固体撮像素子1の各転送電極8A,8B,8C,8Dの信号電荷の転送に寄与する実効的領域の平面図を図3に示す。図3中4は、単位画素を示している。
図1に示したパターンに各転送電極8A,8B,8C,8Dが形成されていることにより、図3に示すように、第2転送電極8Bの実効的領域は、受光部から信号電荷e−が読み出される側の幅L1が広く、反対側の幅L2が狭い台形となっている。
また、隣接する第1転送電極8Aや第3転送電極8Cとの境界は、いずれも垂直転送レジスタの信号電荷の転送方向(図3中上下方向)に対して斜めになっている。
これにより、図6〜図8に示したCCD固体撮像素子21と比較して、信号電荷が読み出される領域の開口幅を広くすることができ、読み出し電圧を低下させることができる。
図1に示したパターンに各転送電極8A,8B,8C,8Dが形成されていることにより、図3に示すように、第2転送電極8Bの実効的領域は、受光部から信号電荷e−が読み出される側の幅L1が広く、反対側の幅L2が狭い台形となっている。
また、隣接する第1転送電極8Aや第3転送電極8Cとの境界は、いずれも垂直転送レジスタの信号電荷の転送方向(図3中上下方向)に対して斜めになっている。
これにより、図6〜図8に示したCCD固体撮像素子21と比較して、信号電荷が読み出される領域の開口幅を広くすることができ、読み出し電圧を低下させることができる。
また、各転送電極8A,8B,8C,8Dの実効的領域の面積が、ほぼ同等となっており、取り扱い電荷量は、図6〜図8に示したCCD固体撮像素子21と比較しても同等量を確保することができる。
これに対して、例えば、実効的領域を矩形状としたままで、信号電荷が読み出される側の幅を広げてしまうと、その分他の転送電極の幅が狭くなり面積も小さくなることから、取り扱い電荷量が低下する。
これに対して、例えば、実効的領域を矩形状としたままで、信号電荷が読み出される側の幅を広げてしまうと、その分他の転送電極の幅が狭くなり面積も小さくなることから、取り扱い電荷量が低下する。
上述した各転送電極の実効的領域は、転送電極が上下に重なっているオーバーラップ部ではゲート絶縁膜7の直上にある下層側の転送電極の実効的領域となる。このため、オーバーラップ部において上層側の転送電極の端縁がどの位置にあっても、実効的領域の寸法や形状は変わらない。
従って、図1において、第2転送電極8Bの上側の端縁は、必ずしも第1転送電極8Aの下側の端縁に平行にする必要はなく、例えば転送方向に略垂直な方向(図1中左右方向)にしても、第2転送電極8Bの実効的領域の寸法や形状は変わらない。
図1のように、第2の転送電極8Bの上側の端縁を第1転送電極8Aの下側の端縁と平行にした場合は、オーバーラップ部を小さくすることができるため、転送電極の上に形成される遮光膜の上面が高くなる部分を低減して、光が入射することができる範囲を広くすることができる利点を有する。
従って、図1において、第2転送電極8Bの上側の端縁は、必ずしも第1転送電極8Aの下側の端縁に平行にする必要はなく、例えば転送方向に略垂直な方向(図1中左右方向)にしても、第2転送電極8Bの実効的領域の寸法や形状は変わらない。
図1のように、第2の転送電極8Bの上側の端縁を第1転送電極8Aの下側の端縁と平行にした場合は、オーバーラップ部を小さくすることができるため、転送電極の上に形成される遮光膜の上面が高くなる部分を低減して、光が入射することができる範囲を広くすることができる利点を有する。
本実施の形態では、信号電荷e−が読み出される側の幅L1が広い形状に形成されていることにより、画素の微細化が進んで転送電極の面積が縮小されても、信号電荷が読み出される領域の開口幅をある程度広く確保することができる。
従って、画素の微細化によって開口幅が狭くなることに起因する、読み出し電圧の上昇を抑制することができる。
従って、画素の微細化によって開口幅が狭くなることに起因する、読み出し電圧の上昇を抑制することができる。
なお、第2転送電極8Bの実効的領域の形状は、図3に示した台形状に限定されるものではない。図4A〜図4Dに転送電極の実効的領域の形状を変えた形態を示す。なお、図4Aは、比較対照として、図3に示した台形状の実効的領域を示している。
図4Bは、一方の(図中上側の)境界を転送方向に略垂直にした、台形状の実効的領域を示している。
図4Cは、三角形状の実効的領域を示している。
図4Dは、幅に段差を有する形状(T字形状)の実効的領域を示している。
図4B〜図4Dに示す各形状は、いずれも信号電荷が読み出される側の幅が反対側の幅より広くなっており、図4Aに示す台形状と同様に、読み出し電圧を低下させることができる。
図4Bは、一方の(図中上側の)境界を転送方向に略垂直にした、台形状の実効的領域を示している。
図4Cは、三角形状の実効的領域を示している。
図4Dは、幅に段差を有する形状(T字形状)の実効的領域を示している。
図4B〜図4Dに示す各形状は、いずれも信号電荷が読み出される側の幅が反対側の幅より広くなっており、図4Aに示す台形状と同様に、読み出し電圧を低下させることができる。
上述の本実施の形態の固体撮像素子1によれば、信号電荷が読み出される第2転送電極8Bにおいて、その信号電荷の転送に寄与する実効的領域が、信号電荷の読み出し側の幅L1がその反対側の幅L2よりも広く形成されていることにより、信号電荷が読み出される領域の開口幅を広く確保することができ、信号電荷の読み出しが容易になるため、読み出し電圧を低減しても充分に受光部2から信号電荷を読み出すことが可能になる。
そして、第2転送電極8Bの信号電荷の転送に寄与する実効的領域の面積は、図8に示した場合とほぼ同等であり、実効的領域の面積をあまり増やさなくても、開口幅を広く確保することができる。これにより、開口幅を広く確保する目的で、第1転送電極8Aや第3転送電極8C等、他の転送電極の実効的領域の面積を縮小する必要がない。
このように、読み出し電圧を低減することができるため、消費電力も低減することができる。
また、画素の微細化が進むことによる読み出し電圧の増大を、抑制することが可能になる。
また、画素の微細化が進むことによる読み出し電圧の増大を、抑制することが可能になる。
また、本実施の形態の構造は、図6〜図8に示したCCD固体撮像素子21の製造工程と同様の工程で製造することができるものであり、4つの転送電極のうち、第1転送電極8A・第2転送電極8B・第3転送電極8Cの3つの転送電極のパターンを部分的に(垂直転送レジスタの部分)変更するだけですむ。
従って、構造を変更したことによる製造コストの増加はほとんどない。
従って、構造を変更したことによる製造コストの増加はほとんどない。
なお、上述の実施の形態では、第2転送電極8Bと第1転送電極8A及び第3転送電極8Cとの各実効的領域の境界が、転送方向に対して斜めになって(斜交して)おり、第4転送電極8Dと、第1転送電極8A及び第3転送電極8Cとの各実効的領域の境界は、転送方向に対して略垂直になっていた。
これに対して、図5に示すように、さらに、第4転送電極8Dと、第1転送電極8A及び第3転送電極8Cとの各実効的領域の境界も、同様に転送方向に対して斜交した構成とすることも可能である。
この構成は、第1転送電極8A・第3転送電極8C・第4転送電極8Dの各パターンを図1に示したパターンから変更することにより、形成することが可能である。
これに対して、図5に示すように、さらに、第4転送電極8Dと、第1転送電極8A及び第3転送電極8Cとの各実効的領域の境界も、同様に転送方向に対して斜交した構成とすることも可能である。
この構成は、第1転送電極8A・第3転送電極8C・第4転送電極8Dの各パターンを図1に示したパターンから変更することにより、形成することが可能である。
このように構成することにより、各転送電極8A,8B,8C,8Dの実効的領域の境界がいずれも転送方向に対して斜めになるため、転送方向に対して略垂直になっている場合と比較して、信号電荷の転送がなされる間口が広がることになる。転送電界即ち転送電極の電位差が同じである場合で比較すると、間口が広がることにより、より信号電荷の転送が容易になり、転送効率を向上することが可能になる。
この効果は、実効的領域が図4Aに示した台形状である場合の他にも、図4Cに示した三角形状や、図4Dに示した段差を有する形状(T字形状)の場合でも、実現することが可能である。
即ち、転送電極の実効的領域の境界が転送方向に対して斜めに形成されている構成に限らず、転送電極の実効的領域の転送方向に垂直な方向(図1の左右方向)の幅よりも境界の長さが長ければ、信号電荷の転送がなされる間口が広がるため、同様の効果を得ることが可能である。
即ち、転送電極の実効的領域の境界が転送方向に対して斜めに形成されている構成に限らず、転送電極の実効的領域の転送方向に垂直な方向(図1の左右方向)の幅よりも境界の長さが長ければ、信号電荷の転送がなされる間口が広がるため、同様の効果を得ることが可能である。
上述の実施の形態では、マトリクス状に受光部が形成されたCCD固体撮像素子に本発明を適用したが、その他の構成の固体撮像素子にも本発明を適用することができる。
例えば、CCD構造以外の電荷転送部を有する固体撮像素子にも適用することができる。
また例えば、ライン状に受光部が形成された固体撮像素子の転送レジスタにも適用することが可能である。
例えば、CCD構造以外の電荷転送部を有する固体撮像素子にも適用することができる。
また例えば、ライン状に受光部が形成された固体撮像素子の転送レジスタにも適用することが可能である。
また、上述の図5に示した形態の固体撮像素子の垂直転送レジスタの構成を応用して、隣接する転送電極の実効的領域の境界の向きを転送方向に対して斜めに形成することにより、電荷の転送効率を向上させることが可能な電荷転送素子を構成することができる。
これにより、電荷転送素子の微細化が進むことにより転送電極の実効的領域が細長くなって電荷の転送効率が低下することを、抑制することが可能になる。
従って、素子の微細化と高い転送効率とを共に実現することが可能になる。
これにより、電荷転送素子の微細化が進むことにより転送電極の実効的領域が細長くなって電荷の転送効率が低下することを、抑制することが可能になる。
従って、素子の微細化と高い転送効率とを共に実現することが可能になる。
なお、図5では隣接する転送電極の実効的領域の境界の向きが1つ置きに交互に右上がりと右下がりになっている。
これに対して、信号電荷の読み出しが行われない電荷転送素子(例えば、固体撮像素子の水平転送部や遅延素子等)に適用する場合には、必ずしも実効的領域の両側を非対称にして一方の側の開口を広げなくてもよい。このため、実効的領域の境界の向きを全て同じ向き(即ち略平行)にすることも可能であり、その場合も転送効率を向上させることが可能である。
これに対して、信号電荷の読み出しが行われない電荷転送素子(例えば、固体撮像素子の水平転送部や遅延素子等)に適用する場合には、必ずしも実効的領域の両側を非対称にして一方の側の開口を広げなくてもよい。このため、実効的領域の境界の向きを全て同じ向き(即ち略平行)にすることも可能であり、その場合も転送効率を向上させることが可能である。
さらに、本発明の電荷転送素子の構成や本発明の固体撮像素子の構成は、図1に示した3層の多結晶シリコン層で4相駆動するものに限定されるものではなく、その他の構成にも同様に適用することができる。
例えば、転送電極が多結晶シリコン層以外の材料である構成や、転送電極が多結晶シリコンと他の材料との積層やシリサイド層である構成にも適用することができる。
また、2層の電極層により転送電極が構成されている場合や、駆動が2相駆動や3相駆動である場合にも適用することができる。
即ち、図1の全画素読み出しが可能な構成に限らず、フレーム読み出しやフィールド読み出しが行われる固体撮像素子の垂直転送部にも同様に適用することが可能である。
例えば、転送電極が多結晶シリコン層以外の材料である構成や、転送電極が多結晶シリコンと他の材料との積層やシリサイド層である構成にも適用することができる。
また、2層の電極層により転送電極が構成されている場合や、駆動が2相駆動や3相駆動である場合にも適用することができる。
即ち、図1の全画素読み出しが可能な構成に限らず、フレーム読み出しやフィールド読み出しが行われる固体撮像素子の垂直転送部にも同様に適用することが可能である。
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
1 固体撮像素子、2 受光部、3 垂直転送チャネル、4 単位画素、7 ゲート絶縁膜、8A,8B,8C,8D 転送電極、9 層間絶縁膜
Claims (5)
- 複数の転送電極により構成され、電荷が転送される電荷転送素子であって、
各前記転送電極において、互いに隣接する転送電極同士の電荷転送に寄与する実効的領域の境界の長さが、前記電荷の転送方向に垂直な方向の前記実効的領域の幅よりも長くなっている
ことを特徴とする電荷転送素子。 - 各前記転送電極において、互いに隣接する転送電極同士の前記実効的領域の境界が、前記電荷の転送方向に対して斜めに形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電荷転送素子。
- 受光部と、
前記受光部の一側に対応して設けられ、前記受光部で受光蓄積された信号電荷が読み出されて転送される電荷転送部とを備え、
前記電荷転送部が複数の転送電極により構成され、
前記複数の転送電極のうち、少なくとも前記信号電荷を読み出すための読み出し電圧が印加される転送電極において、前記信号電荷の転送に寄与する実効的領域は、前記信号電荷を読み出す側の幅が、その反対側の幅よりも広くなっている
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 各前記転送電極において、互いに隣接する転送電極同士の前記実効的領域の境界の長さが、前記信号電荷の転送方向に垂直な方向の前記実効的領域の幅よりも長くなっていることを特徴とする請求項3に記載の固体撮像素子。
- 各前記転送電極において、互いに隣接する転送電極同士の前記実効的領域の境界が、前記信号電荷の転送方向に対して斜めに形成されていることを特徴とする請求項4に記載の固体撮像素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003303140A JP2005072471A (ja) | 2003-08-27 | 2003-08-27 | 電荷転送素子、固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003303140A JP2005072471A (ja) | 2003-08-27 | 2003-08-27 | 電荷転送素子、固体撮像素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005072471A true JP2005072471A (ja) | 2005-03-17 |
Family
ID=34407222
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003303140A Abandoned JP2005072471A (ja) | 2003-08-27 | 2003-08-27 | 電荷転送素子、固体撮像素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2005072471A (ja) |
-
2003
- 2003-08-27 JP JP2003303140A patent/JP2005072471A/ja not_active Abandoned
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