JP2006120743A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】隣接する電荷転送路（電荷転送領域）間で電荷が互いに混合するのを抑制しながら、電荷の転送効率の低下を抑制することが可能な固体撮像装置を提供することが可能な固体撮像装置を提供する。
【解決手段】この固体撮像装置は、電子を転送するチャネルを構成する電荷転送路６に配置され、電子を転送させるための複数の垂直転送電極７および水平転送電極８ａと、垂直電荷転送路６ａを挟むように配置された複数のｐ型チャネルストップ領域９とを備えている。また、垂直電荷転送路６ａは、チャネル幅Ｗ１を有する領域と、チャネル幅Ｗ１よりも小さいチャネル幅Ｗ２を有する領域とを含み、垂直電荷転送路６ａのチャネル幅Ｗ１を有する領域とチャネル幅Ｗ２を有する領域との境界部６ｃは、隣接する垂直転送電極７と水平転送電極８ａとの間の領域に配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、固体撮像装置に関し、特に、複数の分離領域を備えた固体撮像装置に関する。

従来、複数の分離領域を備えた固体撮像装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

図１０は、上記特許文献１に開示された固体撮像装置と同様の構造を有する従来の一例による固体撮像装置の蓄積部および水平転送部の構造を説明するための平面図である。図１１は、図１０に示した従来の一例による固体撮像装置の蓄積部と水平転送部とが接続される領域における電子の転送時のポテンシャルの状態を示した図である。図１０を参照して、従来の一例による固体撮像装置は、蓄積部３０１と、水平転送部３０２とを備えている。蓄積部３０１は、光電変換を行う撮像部（図示せず）から転送された電子を蓄積するとともに、垂直方向に水平転送部３０２へ電子を転送する機能を有する。水平転送部３０２は、蓄積部３０１から転送された電子を水平方向に順次出力部（図示せず）へ転送する機能を有する。なお、出力部（図示せず）からは、転送された電子が電気信号として出力されるように構成されている。

また、蓄積部３０１および水平転送部３０２には、電子が転送されるチャネルを構成する電荷転送路３０３が設けられている。この電荷転送路３０３は、蓄積部３０１と、水平転送部３０２の所定領域とに垂直方向に延びるように複数設けられた垂直電荷転送路３０３ａと、水平転送部３０２内に水平方向に延びるように１本設けられた水平電荷転送路３０３ｂとによって構成されている。また、複数の垂直電荷転送路３０３ａは、全て、１本の水平電荷転送路３０３ｂに繋がるように構成されている。また、蓄積部３０１には、垂直電荷転送路３０３ａ内の電子を垂直方向へ転送させるための複数の垂直転送電極３０４が水平方向に延びるように設けられている。また、蓄積部３０１の複数の垂直転送電極３０４には、電子を転送するための３相のクロック信号が入力されるように構成されている。蓄積部３０１では、この３相のクロック信号により、３本の垂直転送電極３０４が１回ずつオン状態にされることによって、所定の垂直転送電極３０４下の領域に蓄積した電子を、所定の垂直転送電極３０４に隣接する別の垂直転送電極３０４下の領域に順次転送するように構成されている。また、水平転送部３０２には、水平電荷転送路３０３ｂ内の電子を水平方向へ転送させるための複数の水平転送電極３０５ａおよび３０５ｂが垂直方向に延びるように設けられている。この複数の水平転送電極３０５ａおよび３０５ｂには、それぞれ、電子を転送するためのクロック信号が入力される。このクロック信号により複数の水平転送電極３０５ａおよび３０５ｂが１回ずつオン状態にされることによって、所定の水平転送電極３０５ａ（３０５ｂ）下の領域に蓄積した電子を、所定の水平転送電極３０５ａ（３０５ｂ）に隣接する別の水平転送電極３０５ｂ（３０５ａ）下の領域に順次転送するように構成されている。

また、蓄積部３０１および水平転送部３０２には、垂直電荷転送路３０３ａを挟むように配置された複数のｐ型チャネルストップ領域３０６が垂直方向に延びるように設けられている。このｐ型チャネルストップ領域３０６は、図１０に示すように、蓄積部３０１に設けられた幅Ｗ３を有する領域３０６ａと、水平転送部３０２に設けられ、幅Ｗ３を有する領域３０６ａよりも大きい幅Ｗ４を有する領域３０６ｂとからなる。このｐ型チャネルストップ領域３０６の大きい幅Ｗ４を有する領域３０６ｂは、ｐ型チャネルストップ領域３０６の領域３０６ｂを介して隣接する２つの垂直電荷転送路３０３ａ内の電子が互いに混合するのを抑制するために設けられている。また、隣接する２つのｐ型チャネルストップ領域３０６の領域３０６ｂ間に設けられた垂直電荷転送路３０３ａのチャネル幅Ｗ２は、隣接する２つのｐ型チャネルストップ領域３０６の領域３０６ａ間に設けられた垂直電荷転送路３０３ａのチャネル幅Ｗ１よりも小さくなるように構成されている。また、隣接する２つのｐ型チャネルストップ領域３０６の領域３０６ａ間に設けられた垂直電荷転送路３０３ａと、隣接する２つのｐ型チャネルストップ領域３０６の領域３０６ｂ間に設けられた垂直電荷転送路３０３ａとの境界部３０３ｃでは、垂直電荷転送路３０３ａのチャネル幅が小さくなることにより隣接するｐ型チャネルストップ領域３０６からの電界による狭チャネル効果が増大することに起因して、図１１に示すようなポテンシャル障壁が形成される。なお、図１１には、垂直転送電極３０４に所定の負電圧が印加されるとともに、水平転送電極３０５ａに所定の正電圧が印加されたときのポテンシャルの状態が示されている。また、隣接する２つのｐ型チャネルストップ領域３０６の領域３０６ａ間に設けられた垂直電荷転送路３０３ａと、隣接する２つのｐ型チャネルストップ領域３０６の領域３０６ｂ間に設けられた垂直電荷転送路３０３ａとの境界部３０３ｃは、蓄積部３０１の最終段の転送電極３０４の中心位置の下に配置されている。すなわち、垂直電荷転送路３０３ａのチャネル幅が減少される境界部３０３ｃが蓄積部３０１の最終段の転送電極３０４の中心位置の下に配置されている。また、この従来の一例による固体撮像装置では、電子を蓄積部３０１から水平転送部３０２に転送する際の最終段階において、蓄積部３０１の最終段の垂直転送電極３０４に所定の負電圧が印加されるとともに、水平転送電極３０５ａに所定の正電圧が印加されるように構成されている。

特開平８−１３９９９８号公報

しかしながら、図１０に示した従来の一例による固体撮像装置では、隣接する２つの垂直電荷転送路３０３ａ内の電子が互いに混合するのを抑制するために大きい幅Ｗ４を有する領域３０６ｂをｐ型チャネルストップ領域３０６に設けると、垂直電荷転送路３０３ａのチャネル幅が減少する境界部３０３ｃにおいて、図１１に示したように、ポテンシャル障壁が形成されるという不都合がある。このため、そのポテンシャル障壁によって蓄積部３０１から水平転送部３０２への電子の転送が阻害されるので、電子の転送効率が低下するという問題点がある。特に、画素サイズの微細化に伴って、隣接する２つのｐ型チャネルストップ領域３０６の領域３０６ａ間に設けられた垂直電荷転送路３０３ａのチャネル幅Ｗ１に対する、隣接する２つのｐ型チャネルストップ領域３０６の領域３０６ｂ間に設けられた垂直電荷転送路３０３ａのチャネル幅Ｗ２の比が小さくなる場合には、隣接するｐ型チャネルストップ領域３０６からの電界による狭チャネル効果がより増大することによって、よりポテンシャル障壁が発生しやすくなる。この場合には、上記のポテンシャル障壁による電子の転送効率の低下の問題点がより顕著になる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、隣接する電荷転送路（電荷転送領域）間で電荷が互いに混合するのを抑制しながら、電荷の転送効率の低下を抑制することが可能な固体撮像装置を提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における固体撮像装置は、電荷を転送するチャネルを構成する電荷転送領域に配置され、電荷を転送させるための複数の転送電極と、電荷転送領域を挟むように配置された複数の分離領域とを備え、電荷転送領域は、第１のチャネル幅を有する第１領域と、第１のチャネル幅よりも小さい第２のチャネル幅を有する第２領域とを含み、電荷転送領域の第１のチャネル幅を有する第１領域と第２のチャネル幅を有する第２領域との境界部は、隣接する２つの転送電極の間の領域に配置されている。

この第１の局面による固体撮像装置では、上記のように、電荷転送領域の第１のチャネル幅を有する第１領域と第１のチャネル幅よりも小さい第２のチャネル幅を有する第２領域との境界部を、隣接する２つの転送電極の間の領域に配置することによって、隣接する２つの転送電極の電荷の転送方向と反対側の転送電極に所定の負電圧を印加するとともに、電荷の転送方向側の転送電極に所定の正電圧を印加する場合に、隣接する２つの転送電極の間に電荷の転送方向への電界が発生する。その発生した電界により、第１のチャネル幅を有する第１領域と第２のチャネル幅を有する第２領域との境界部に、チャネル幅の減少に伴って分離領域からの電界による狭チャネル効果が増大することに起因して形成されるポテンシャル障壁を消滅させることができる。これにより、電荷の転送がポテンシャル障壁により阻害されるのを抑制することができるので、電荷の転送効率が低下するのを抑制することができる。また、電荷転送領域を挟むように複数の分離領域を配置するとともに、電荷転送領域に第１のチャネル幅を有する第１領域と、第１のチャネル幅よりも小さい第２のチャネル幅を有する第２領域とを設けることによって、電荷転送領域の第２のチャネル幅を有する第２領域に隣接する分離領域の幅を、電荷転送領域の第１のチャネル幅を有する第１領域に隣接する分離領域の幅よりも大きくすることができるので、その分離領域の大きい幅を有する領域によって、分離領域を介して隣接する電荷転送領域間で電荷が混合されるのを抑制することができる。

上記第１の局面による固体撮像装置において、好ましくは、分離領域は、電荷転送領域の第１のチャネル幅を有する第１領域に隣接して設けられた第１の幅を有する領域と、電荷転送領域の第２のチャネル幅を有する第２領域に隣接して設けられ、第１の幅よりも大きい第２の幅を有する領域とを含む。このように構成すれば、容易に、隣接する２つの分離領域の第１の幅を有する領域間に、第１のチャネル幅を有する第１領域を形成することができるとともに、隣接する２つの分離領域の第１の幅よりも大きい第２の幅を有する領域間に、第１のチャネル幅よりも小さい第２のチャネル幅を有する第２領域を形成することができる。

上記第１の局面による固体撮像装置において、好ましくは、電荷の転送時において、隣接する２つの転送電極の電荷の転送方向側の転送電極には、正電圧が印加されるとともに、隣接する２つの転送電極の電荷の転送方向と反対側の転送電極には、正電圧よりも電圧の絶対値の大きい負電圧が印加される。このように構成すれば、容易に、隣接する２つの転送電極間に電荷の転送方向への電界を発生させることができるので、その電界により、容易に、隣接する２つの分離領域間の第１のチャネル幅を有する第１領域と第２のチャネル幅を有する第２領域との境界部に形成されるポテンシャル障壁を消滅させることができる。

上記第１の局面による固体撮像装置において、好ましくは、電荷転送領域の第１のチャネル幅を有する第１領域と第２のチャネル幅を有する第２領域との境界部は、隣接する２つの転送電極の間の領域の中間位置よりも電荷の転送方向と反対側の転送電極の端部に近い位置に配置されている。このように構成すれば、隣接する２つの転送電極の電荷の転送方向側の転送電極に正電圧を印加するとともに、電荷の転送方向と反対側の転送電極に電荷の転送方向側の転送電極の正電圧よりも電圧の絶対値の大きい負電圧を印加する場合に、隣接する２つの転送電極間において電荷の転送方向と反対側の転送電極の端部に近づくにしたがって、電荷の転送方向への電界がより大きくなるので、隣接する２つの転送電極間の中間位置よりも電荷の転送方向と反対側の転送電極の端部に近い位置に配置された第１のチャネル幅を有する第１領域と第２のチャネル幅を有する第２領域との境界部に、より大きな電荷の転送方向への電界を印加することができる。これにより、電荷転送領域の第１のチャネル幅を有する第１領域と第２のチャネル幅を有する第２領域との境界部に形成されるポテンシャル障壁をより確実に消滅させることができる。

この発明の第２の局面における固体撮像装置は、電荷を転送するチャネルを構成する電荷転送領域に配置され、電荷を転送させるための複数の転送電極と、電荷転送領域を挟むように配置された複数の分離領域とを備え、電荷転送領域は、第１のチャネル幅を有する第１領域と、第１のチャネル幅よりも小さい第２のチャネル幅を有する第２領域とを含み、電荷転送領域の第１のチャネル幅を有する第１領域と第２のチャネル幅を有する第２領域との境界部は、隣接する２つの転送電極の間の領域、および、隣接する２つの転送電極の電荷の転送方向と反対側の転送電極の端部近傍下の領域のいずれか一方に配置されている。

この第２の局面による固体撮像装置では、上記のように、電荷転送領域の第１のチャネル幅を有する第１領域と第１のチャネル幅よりも小さい第２のチャネル幅を有する第２領域との境界部を、隣接する２つの転送電極の間の領域、および、隣接する２つの転送電極の電荷の転送方向と反対側の転送電極の端部近傍下の領域のいずれか一方に配置することによって、隣接する２つの転送電極の電荷の転送方向と反対側の転送電極に所定の負電圧を印加するとともに、電荷の転送方向側の転送電極に所定の正電圧を印加する場合に、隣接する２つの転送電極の間、および、隣接する２つの転送電極の電荷の転送方向と反対側の転送電極の端部近傍下の領域に電荷の転送方向への電界が発生する。その発生した電界により、第１のチャネル幅を有する第１領域と第２のチャネル幅を有する第２領域との境界部に、チャネル幅の減少に伴って分離領域からの電界による狭チャネル効果が増大することに起因して形成されるポテンシャル障壁を消滅させることができる。これにより、電荷の転送がポテンシャル障壁により阻害されるのを抑制することができるので、電荷の転送効率が低下するのを抑制することができる。また、電荷転送領域を挟むように複数の分離領域を配置するとともに、電荷転送領域に第１のチャネル幅を有する第１領域と、第１のチャネル幅よりも小さい第２のチャネル幅を有する第２領域とを設けることによって、電荷転送領域の第２のチャネル幅を有する第２領域に隣接する分離領域の幅を、電荷転送領域の第１のチャネル幅を有する第１領域に隣接する分離領域の幅よりも大きくすることができるので、その分離領域の大きい幅を有する領域によって、分離領域を介して隣接する電荷転送領域間で電荷が混合されるのを抑制することができる。

上記第２の局面による固体撮像装置において、好ましくは、電荷の転送時において、隣接する２つの転送電極の電荷の転送方向側の転送電極には、正電圧が印加されるとともに、隣接する２つの転送電極の電荷の転送方向と反対側の転送電極には、正電圧よりも電圧の絶対値の大きい負電圧が印加される。このように構成すれば、容易に、隣接する２つの転送電極間、および、隣接する２つの転送電極の電荷の転送方向と反対側の転送電極の端部近傍下の領域に電荷の転送方向への電界を発生させることができるので、その電界により、容易に、隣接する２つの分離領域間の第１のチャネル幅を有する第１領域と第２のチャネル幅を有する第２領域との境界部に形成されるポテンシャル障壁を消滅させることができる。

上記第１および第２の局面による固体撮像装置において、好ましくは、電荷転送領域は、電荷を垂直方向へ転送する垂直転送領域と、垂直転送領域に接続され、垂直転送領域から転送された電荷を水平方向へ転送する水平転送領域とを含み、転送電極は、垂直転送領域内の電荷を転送させるための垂直転送電極と、水平転送領域内の電荷を転送させるための水平転送電極とを含み、電荷転送領域の第１のチャネル幅を有する第１領域と第２のチャネル幅を有する第２領域との境界部は、垂直転送領域と水平転送領域とが接続される領域において、隣接する垂直転送電極と水平転送電極との間の領域に配置されている。このように構成すれば、垂直転送領域と水平転送領域とが接続される領域において、垂直転送電極に所定の負電圧を印加するとともに、水平転送電極に所定の正電圧を印加する場合に、隣接する垂直転送電極と水平転送電極との間に電荷の転送方向への電界が発生するので、その発生した電界により、電荷転送領域の第１のチャネル幅を有する第１領域と第２のチャネル幅を有する第２領域との境界部に、チャネル幅の減少に伴って分離領域からの電界による狭チャネル効果が増大することに起因して形成されるポテンシャル障壁を消滅させることができる。これにより、垂直転送領域から水平転送領域への電荷の転送がポテンシャル障壁により阻害されるのを抑制することができる。また、電荷転送領域の第１のチャネル幅を有する第１領域と第１のチャネル幅よりも小さい第２のチャネル幅を有する第２領域との境界部を、隣接する垂直転送電極と水平転送電極との間の領域に配置することによって、電荷転送領域の小さい第２のチャネル幅を有する第２領域を水平転送電極側に配置するとともに、１つの垂直転送領域内の電荷を対応する１つの水平転送電極下の領域に転送するように構成する場合に、垂直転送領域の第２領域に隣接する分離領域の大きな幅を有する領域により、１つの水平転送電極下の領域に転送された電荷が分離領域およびその近傍を介して隣接する別の水平転送電極下の領域に流出するのを有効に抑制することができる。これにより、１つの垂直転送領域内の電荷を、対応する１つの水平転送電極下の領域に確実に転送することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図３は、本発明の一実施形態による固体撮像装置の構造を説明するための図である。図４は、図１に示した一実施形態による固体撮像装置の蓄積部と水平転送部とが接続される領域における電子の転送時のポテンシャルの状態を説明するための図である。図５〜図８は、図１に示した一実施形態による固体撮像装置の構造を説明するための断面図である。図１〜図８を参照して、本実施形態では、フレームトランスファ型の固体撮像装置に本発明を適用した例について説明する。

本実施形態によるフレームトランスファ型の固体撮像装置は、図１に示すように、撮像部１と、蓄積部２と、水平転送部３と、出力部４とを備えている。撮像部１は、光の入射により光電変換を行うために設けられている。また、撮像部１は、図２に示すように、光電変換機能を有する複数の画素５がマトリクス状に配置された構成を有する。また、撮像部１は、生成した電子（電荷）を蓄積するとともに、垂直方向に蓄積部２へ転送する機能を有する。蓄積部２は、撮像部１から転送された電子を蓄積するとともに、垂直方向に水平転送部３（図３参照）へ転送する機能を有する。水平転送部３は、蓄積部２から転送された電子を水平方向に順次出力部４（図１参照）へ転送する機能を有する。出力部４は、水平転送部３から転送された電子を電気信号として出力する機能を有する。

また、撮像部１、蓄積部２および水平転送部３には、図２および図３に示すように、電子が転送されるチャネルを構成する電荷転送路６が設けられている。この電荷転送路６は、撮像部１と、蓄積部２と、水平転送部３の所定領域とに垂直方向に延びるように複数設けられた垂直電荷転送路６ａ（図２参照）と、水平転送部３内に水平方向に延びるように１本設けられた水平電荷転送路６ｂ（図３参照）とによって構成されている。なお、電荷転送路６は、本発明の「電荷転送領域」の一例である。また、垂直電荷転送路６ａは、本発明の「垂直転送領域」の一例であり、水平電荷転送路６ｂは、本発明の「水平転送領域」の一例である。また、複数の垂直電荷転送路６ａは、全て、１本の水平電荷転送路６ｂに繋がるように構成されている。また、撮像部１および蓄積部２には、垂直電荷転送路６ａ内の電子を垂直方向へ転送させるための複数の垂直転送電極７が水平方向に延びるように設けられている。この複数の垂直転送電極７は、約０．４μｍの幅を有するとともに、約０．２μｍの間隔を隔てて設けられている。また、１つの画素５内に、それぞれ、３本の垂直転送電極７が設けられている。また、撮像部１の３本の垂直転送電極７には、それぞれ、電子を転送するための３相のクロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫ３が入力されるとともに、蓄積部２の３本の垂直転送電極７には、それぞれ、電子を転送するための３相のクロック信号ＣＬＫ４〜ＣＬＫ６が入力される。撮像部１および蓄積部２では、それぞれ、３相のクロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫ３およびＣＬＫ４〜ＣＬＫ６により、３本の垂直転送電極７が１回ずつオン状態にされることによって、所定の垂直転送電極７下の領域に蓄積した電子を、所定の垂直転送電極７に隣接する別の垂直転送電極７下の領域に順次転送するように構成されている。また、水平転送部３には、図３に示すように、水平電荷転送路６ｂ内の電子を水平方向へ転送させるための複数の水平転送電極８ａおよび８ｂが垂直方向に延びるように設けられている。この複数の水平転送電極８ａおよび８ｂには、それぞれ、クロック信号が入力される。このクロック信号により複数の水平転送電極８ａおよび８ｂが１回ずつオン状態にされることによって、所定の水平転送電極８ａ（８ｂ）下の領域に蓄積した電子を、所定の水平転送電極８ａ（８ｂ）に隣接する別の水平転送電極８ｂ（８ａ）下の領域に順次転送するように構成されている。

また、撮像部１、蓄積部２および水平転送部３には、垂直電荷転送路６ａを挟むように配置された複数のｐ型チャネルストップ領域９が垂直方向に延びるように設けられている。なお、このｐ型チャネルストップ領域９は、本発明の「分離領域」の一例である。また、ｐ型チャネルストップ領域９は、撮像部１および蓄積部２に設けられた約０．３μｍの幅Ｗ３を有する領域９ａと、水平転送部３に設けられた約０．４μｍ〜約０．７μｍの幅Ｗ４を有する領域９ｂとからなる。なお、ｐ型チャネルストップ領域９の領域９ａ（幅Ｗ３：約０．３μｍ）よりも大きい幅Ｗ４（約０．４μｍ〜約０．７μｍ）を有する領域９ｂは、ｐ型チャネルストップ領域９の領域９ｂを介して隣接する２つの垂直電荷転送路６ａ内の電子が互いに混合するのを抑制するために設けられている。また、ｐ型チャネルストップ領域９の幅Ｗ４を有する領域９ｂにより、蓄積部２の１つの垂直電荷転送路６ａ内の電子が、水平方向に流出することなく、対応する１つの水平転送電極８ａ下の領域に転送されるように構成されている。また、撮像部１および蓄積部２において隣接する２つのｐ型チャネルストップ領域９の領域９ａ間の垂直電荷転送路６ａは、約１．５μｍの幅Ｗ１を有するとともに、水平転送部３において隣接する２つのｐ型チャネルストップ領域９の領域９ｂ間の垂直電荷転送路６ａは、約１．１μｍ〜約１．４μｍの幅Ｗ２を有するように構成されている。すなわち、水平転送部３内の垂直電荷転送路６ａの幅Ｗ２は、撮像部１および蓄積部２内の垂直電荷転送路６ａの幅Ｗ１よりも小さくなるように構成されている。また、垂直電荷転送路６ａの蓄積部２内の領域と、垂直電荷転送路６ａの水平転送部３内の領域との境界部６ｃでは、垂直電荷転送路６ａの幅が小さくなることにより隣接するｐ型チャネルストップ領域９からの電界による狭チャネル効果が増大することに起因して、図４に示すようなポテンシャル障壁が形成される。なお、図４には、垂直転送電極７に約−５．８Ｖの負電圧が印加されるとともに、水平転送電極８ａに約２．９Ｖの正電圧が印加されたときのポテンシャルの状態が示されている。

ここで、本実施形態では、図３に示すように、垂直電荷転送路６ａの蓄積部２内の領域と、垂直電荷転送路６ａの水平転送部３内の領域との境界部６ｃは、蓄積部２と水平転送部３とが接続される領域において、隣接する垂直転送電極７と水平転送電極８ａとの間の領域に配置されている。また、本実施形態では、電子を蓄積部２から水平転送部３に転送する際の最終段階において、蓄積部２の最終段の垂直転送電極７に約−５．８Ｖの負電圧が印加されるとともに、水平転送電極８ａに約２．９Ｖの正電圧が印加されるように構成されている。この場合、垂直転送電極７に印加される負電圧（約−５．８Ｖ）は、水平転送電極８ａに印加される正電圧（約２．９Ｖ）の絶対値よりも大きい。なお、垂直転送電極７に負電圧を印加するとともに、水平転送電極８ａに正電圧を印加することにより、電子を蓄積部２から水平転送部３に転送する際の最終段階において、蓄積部２の最終段の垂直転送電極７から水平転送部３の水平転送電極８ａ側へ電子の転送方向に沿った横方向の電界が発生する。この電界により、垂直電荷転送路６ａの蓄積部２内の領域と、垂直電荷転送路６ａの水平転送部３内の領域との境界部６ｃに形成される上記のポテンシャル障壁が消滅されるように構成されている。

また、撮像部１、蓄積部２および水平転送部３では、図５〜図８に示すように、ｎ型シリコン基板１０の表面から約２μｍ〜約４μｍの深さを有するとともに、約１０^１５ｃｍ^−３の不純物濃度を有するｐ型不純物領域１１が形成されている。また、ｎ型シリコン基板１０の表面から約０．５μｍ〜約１．０μｍの深さを有するとともに、約５×１０^１５ｃｍ^−３〜約５×１０^１６ｃｍ^−３の不純物濃度を有するｎ型不純物領域１２が形成されている。なお、ｎ型シリコン基板１０には、約７Ｖの電圧が印加されるように構成されている。また、ｎ型シリコン基板１０、ｐ型不純物領域１１およびｎ型不純物領域１２によって、電子が蓄積されるポテンシャル井戸から溢れ出た電子がｎ型シリコン基板１０側に抜かれる縦型オーバーフロードレイン構造が形成されている。また、ｎ型不純物領域１２の表面には、図６および図８に示すように、上記した複数のｐ型チャネルストップ領域９が形成されている。また、ｎ型不純物領域１２内の隣接する２つのｐ型チャネルストップ領域９間の領域には、上記した垂直電荷転送路６ａが形成されている。また、水平転送部３のｎ型不純物領域１２には、図７に示すように、上記した水平電荷転送路６ｂが形成されている。また、ｎ型シリコン基板１０のｎ型不純物領域１２と、ｐ型チャネルストップ領域９との上には、ＳｉＯ_２からなる絶縁膜１３が形成されている。また、撮像部１および蓄積部２では、図５に示すように、絶縁膜１３上に上記した複数の垂直転送電極７が形成されている。また、水平転送部３では、図８に示すように、絶縁膜１３上に上記した複数の水平転送電極８ａおよび８ｂが形成されている。また、水平転送電極８ａに対して電子の転送方向（水平方向）に沿って隣接する水平転送電極８ｂの端部が、絶縁膜１４を介して水平転送電極８ａ上にオーバーラップするように構成されている。

本実施形態では、上記のように、蓄積部２と水平転送部３とが接続される領域において、垂直電荷転送路６ａのチャネル幅Ｗ１を有する領域とチャネル幅Ｗ１よりも小さいチャネル幅Ｗ２を有する領域との境界部６ｃを、隣接する蓄積部２の最終段の垂直転送電極７と水平転送電極８ａとの間の領域に配置することによって、電子の転送時の最終段階において、蓄積部２の最終段の垂直転送電極７に約−５．８Ｖの負電圧が印加されるとともに、水平転送電極８ａに約２．９Ｖの正電圧が印加される際に、隣接する蓄積部２の最終段の垂直転送電極７と水平転送電極８ａとの間に電子の転送方向（垂直方向）への電界が発生する。その発生した電界により、垂直電荷転送路６ａのチャネル幅Ｗ１を有する領域とチャネル幅Ｗ２を有する領域との境界部６ｃに、チャネル幅の減少に伴ってｐ型チャネルストップ領域９からの電界による狭チャネル効果が増大することに起因して形成されるポテンシャル障壁を消滅させることができる。これにより、蓄積部２から水平転送部３への電子の転送がポテンシャル障壁により阻害されるのを抑制することができるので、電子の転送効率が低下するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、垂直電荷転送路６ａのチャネル幅Ｗ１を有する領域とチャネル幅Ｗ１よりも小さいチャネル幅Ｗ２を有する領域との境界部６ｃを、隣接する垂直転送電極７と水平転送電極８ａとの間の領域に配置するとともに、垂直電荷転送路６ａの小さいチャネル幅Ｗ２を有する領域を水平転送電極８ａ側に配置することによって、垂直電荷転送路６ａのチャネル幅Ｗ２を有する領域に隣接するｐ型チャネルストップ領域９の大きな幅Ｗ４を有する領域９ｂにより、１つの垂直電荷転送路６ａの蓄積部２内の領域から、対応する１つの水平転送電極８ａ下の領域に転送された電子がｐ型チャネルストップ領域９およびその近傍を介して隣接する別の水平転送電極８ａ下の領域に流出するのを有効に抑制することができる。これにより、蓄積部２の１つの垂直電荷転送路６ａ内の電子を、対応する水平転送部３の１つの水平転送電極８ａ下の領域に確実に転送することができる。

次に、上記実施形態による効果を確認するために行ったシミュレーションについて説明する。このシミュレーションでは、隣接する２つのｐ型チャネルストップ領域間の垂直電荷転送路のチャネル幅が減少する境界部の位置を、電子の転送方向に沿って移動させながら、その境界部に形成されるポテンシャル障壁の高さを計算した。その結果が図９に示されている。なお、図９のグラフの横軸では、垂直転送電極と水平転送電極との間の領域の中間位置を０μｍと表すとともに、その中間位置から水平転送電極側を正側（０μｍ〜０．４μｍ）、中間位置から垂直転送電極側を負側（−０．４μｍ〜０μｍ）に表している。また、図９のグラフの縦軸に、ポテンシャル障壁の高さが表されている。なお、このシミュレーションでは、垂直転送電極と水平転送電極との間隔は０．２μｍ（−０．１μｍ〜０．１μｍ）に設定した。したがって、図９中の−０．４μｍ〜−０．１μｍの範囲では、垂直電荷転送路のチャネル幅が減少する境界部は、垂直転送電極下に位置することを表すとともに、図９中の０．１μｍ〜０．４μｍの範囲では、垂直電荷転送路のチャネル幅が減少する境界部は、水平転送電極下に位置することを表す。また、垂直転送電極には、−５．８Ｖの負電圧を印加するとともに、水平転送電極には、２．９Ｖの正電圧を印加するものとして設定した。また、垂直電荷転送路のチャネル幅が減少する境界部において、垂直電荷転送路のチャネル幅を、０．１４μｍだけ減少させる場合と０．３４μｍだけ減少させる場合とについてシミュレーションを行った。

図９を参照して、垂直転送電極と水平転送電極との間の領域（−０．１μｍ〜０．１μｍ）に、垂直電荷転送路のチャネル幅が減少する境界部を配置した場合には、垂直電荷転送路のチャネル幅の減少量が、０．１４μｍの場合と０．３４μｍの場合との両方において、ポテンシャル障壁の高さは、０Ｖであることが判る。すなわち、蓄積部の垂直転送電極と水平転送部の水平転送電極との間の領域（−０．１μｍ〜０．１μｍ）に、垂直電荷転送路のチャネル幅が減少する境界部を配置すれば、垂直電荷転送路のチャネル幅の減少量が、０．１４μｍの場合と０．３４μｍの場合との両方において、ポテンシャル障壁が形成されないことが判明した。また、図９から、垂直転送電極の端部から０．０５μｍだけ垂直転送電極下に入った位置（−０．１５μｍの位置）に、垂直電荷転送路のチャネル幅が減少する境界部を配置した場合にも、垂直電荷転送路のチャネル幅の減少量が、０．１４μｍの場合と０．３４μｍの場合との両方において、ポテンシャル障壁の高さは０Ｖになることが判る。すなわち、垂直転送電極の水平転送電極側の端部近傍下の領域に垂直電荷転送路のチャネル幅が減少する境界部を配置する場合にも、垂直電荷転送路のチャネル幅の減少量が、０．１４μｍの場合と０．３４μｍの場合との両方において、ポテンシャル障壁が形成されるのを抑制することが可能であることが判明した。これは、水平転送電極に２．９Ｖの正電圧が印加されるとともに、垂直転送電極に２．９Ｖよりも絶対値の大きい−５．８Ｖの負電圧が印加されることにより、垂直転送電極と水平転送電極との間に発生する電子の転送方向への電界の影響が、垂直転送電極の水平転送電極側の端部近傍下の領域にも及ぶことによって、ポテンシャル障壁が消滅するためであると考えられる。

また、垂直電荷転送路の境界部におけるチャネル幅の減少量が０．１４μｍの場合には、垂直電荷転送路のチャネル幅が減少する境界部が、垂直転送電極の水平転送電極側の端部から０．２５μｍ垂直転送電極下に入った位置に配置された状態Ａ（−０．３５μｍ）において、ポテンシャル障壁が形成されることが判る。この状態Ａでは、図９中のポテンシャル図に示すように、垂直転送電極下の領域にポテンシャル障壁が形成される。また、垂直電荷転送路の境界部におけるチャネル幅の減少量が０．３４μｍの場合において、垂直電荷転送路のチャネル幅が減少する境界部が、垂直転送電極の水平転送電極側の端部から０．１μｍ以上垂直転送電極下に入った位置に配置された場合（−０．３μｍ〜−０．２μｍ）には、ポテンシャル障壁が形成されることが判る。また、垂直電荷転送路の境界部におけるチャネル幅の減少量が０．１４μｍの場合において、垂直電荷転送路のチャネル幅が減少する境界部が、水平転送電極の垂直転送電極側の端部から０．１５μｍ以上水平転送電極下に入った位置に配置された場合（０．２５μｍ〜０．３μｍ）には、ポテンシャル障壁が形成されることが判る。この場合には、たとえば、垂直電荷転送路のチャネル幅が減少する境界部が、水平転送電極の垂直転送電極側の端部から０．１５μｍ水平転送電極下に入った位置に配置された図９中の状態Ｂ（０．２５μｍ）のように、水平転送電極下の領域にポテンシャル障壁が形成される。この場合にも、水平転送電極下の領域に形成されたポテンシャル障壁により、電子の転送が阻害されるので、電子の転送効率は低下する。また、垂直電荷転送路の境界部におけるチャネル幅の減少量が０．３４μｍの場合において、垂直電荷転送路の幅が減少する境界部が、水平転送電極の垂直転送電極側の端部から０．１μｍ水平転送電極下に入った位置に配置された場合（０．２μｍ）には、ポテンシャル障壁が形成されることが判る。この場合にも、垂直電荷転送路の境界部におけるチャネル幅の減少量が０．１４μｍの場合と同様、水平転送電極下の領域にポテンシャル障壁が形成される。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、フレームトランスファ型の固体撮像装置に本発明を適用した例について説明したが、本発明はこれに限らず、フレームトランスファ型以外の固体撮像装置にも本発明を適用することが可能である。

また、上記実施形態では、垂直電荷転送路のチャネル幅が減少する境界部を、隣接する垂直転送電極と水平転送電極との間の領域の中間位置に配置したが、本発明はこれに限らず、垂直電荷転送路のチャネル幅が減少する境界部を、隣接する垂直転送電極と水平転送電極との間の中間位置よりも垂直転送電極の端部に近い位置に配置してもよい。このように構成すれば、電子の転送時の最終段階において、水平転送電極に正電圧が印加されるとともに、垂直転送電極に水平転送電極の正電圧よりも電圧の絶対値の大きい負電圧が印加される際に、隣接する垂直転送電極と水平転送電極との間において垂直転送電極の端部に近づくにしたがって、電子の転送方向への電界がより大きくなるので、隣接する垂直転送電極と水平転送電極との間の中間位置よりも垂直転送電極の端部に近い位置に配置された垂直電荷転送路の境界部に、より大きな電子の転送方向への電界を印加することができる。これにより、垂直電荷転送路の境界部に形成されるポテンシャル障壁をより確実に消滅させることができる。

また、上記実施形態では、蓄積部の最終段の転送電極と、水平転送部の水平転送電極との間の領域に、垂直電荷転送路の幅が減少する境界部を配置したが、本発明はこれに限らず、蓄積部の最終段より手前の垂直転送電極と、その垂直転送電極の次段の垂直転送電極との間の領域に、垂直電荷転送路のチャネル幅が減少する境界部を配置してもよい。このように構成すれば、垂直電荷転送路のチャネル幅の小さい領域に対応して、ｐ型チャネルストップ領域の幅の大きな領域の電子の転送方向に沿った長さを、より大きく形成することができるので、ｐ型チャネルストップ領域を介して隣接する２つの垂直電荷転送路内の電子が混合されるのをより確実に抑制することができる。

また、上記実施形態では、ＳｉＯ_２からなる絶縁膜を用いたが、本発明はこれに限らず、ＳｉＯ_２以外の材料を含む絶縁膜を用いてもよい。たとえば、ＳｉＮ膜や、ＳｉＯ_２膜およびＳｉＮ膜を含む多層膜などからなる絶縁膜を用いてもよい。

本発明の一実施形態による固体撮像装置の全体構成を示した概略図である。 図１に示した一実施形態による固体撮像装置の撮像部および蓄積部の構造を説明するための平面図である。 図１に示した一実施形態による固体撮像装置の蓄積部および水平転送部の構造を説明するための平面図である。 図１に示した一実施形態による固体撮像装置の蓄積部と水平転送部とが接続される領域における電子の転送時のポテンシャルの状態を説明するための図である。 図２に示した固体撮像装置の５０−５０線に沿った断面図である。 図２に示した固体撮像装置の１００−１００線に沿った断面図である。 図３に示した固体撮像装置の１５０−１５０線に沿った断面図である。 図３に示した固体撮像装置の２００−２００線に沿った断面図である。 電荷転送路のチャネル幅が減少する境界部の位置と、ポテンシャル障壁の高さとの関係を示した相関図である。 従来の一例による固体撮像装置の蓄積部および水平転送部の構造を説明するための平面図である。 図１０に示した従来の一例による固体撮像装置の蓄積部と水平転送部とが接続される領域における電子の転送時のポテンシャルの状態を示した図である。

符号の説明

１ 撮像部
２ 蓄積部
３ 水平転送部
６ 電荷転送路（電荷転送領域）
６ａ 垂直電荷転送路（垂直転送領域）
６ｂ 水平電荷転送路（水平転送領域）
６ｃ 境界部
７ 垂直転送電極（転送電極）
８ａ、８ｂ 水平転送電極（転送電極）
９ ｐ型チャネルストップ領域（分離領域）

Claims (7)

1. 電荷を転送するチャネルを構成する電荷転送領域に配置され、電荷を転送させるための複数の転送電極と、
   前記電荷転送領域を挟むように配置された複数の分離領域とを備え、
   前記電荷転送領域は、第１のチャネル幅を有する第１領域と、前記第１のチャネル幅よりも小さい第２のチャネル幅を有する第２領域とを含み、
   前記電荷転送領域の前記第１のチャネル幅を有する第１領域と前記第２のチャネル幅を有する第２領域との境界部は、隣接する２つの前記転送電極の間の領域に配置されている、固体撮像装置。
2. 前記分離領域は、前記電荷転送領域の前記第１のチャネル幅を有する第１領域に隣接して設けられた第１の幅を有する領域と、前記電荷転送領域の前記第２のチャネル幅を有する第２領域に隣接して設けられ、前記第１の幅よりも大きい第２の幅を有する領域とを含む、請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記電荷の転送時において、前記隣接する２つの転送電極の前記電荷の転送方向側の前記転送電極には、正電圧が印加されるとともに、前記隣接する２つの転送電極の前記電荷の転送方向と反対側の前記転送電極には、前記正電圧よりも電圧の絶対値の大きい負電圧が印加される、請求項１または２に記載の固体撮像装置。
4. 前記電荷転送領域の前記第１のチャネル幅を有する第１領域と前記第２のチャネル幅を有する第２領域との境界部は、前記隣接する２つの転送電極の間の領域の中間位置よりも前記電荷の転送方向と反対側の前記転送電極の端部に近い位置に配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
5. 電荷を転送するチャネルを構成する電荷転送領域に配置され、電荷を転送させるための複数の転送電極と、
   前記電荷転送領域を挟むように配置された複数の分離領域とを備え、
   前記電荷転送領域は、第１のチャネル幅を有する第１領域と、前記第１のチャネル幅よりも小さい第２のチャネル幅を有する第２領域とを含み、
   前記電荷転送領域の前記第１のチャネル幅を有する第１領域と前記第２のチャネル幅を有する第２領域との境界部は、隣接する２つの前記転送電極の間の領域、および、前記隣接する２つの転送電極の前記電荷の転送方向と反対側の前記転送電極の端部近傍下の領域のいずれか一方に配置されている、固体撮像装置。
6. 前記電荷の転送時において、前記隣接する２つの転送電極の前記電荷の転送方向側の前記転送電極には、正電圧が印加されるとともに、前記隣接する２つの転送電極の前記電荷の転送方向と反対側の前記転送電極には、前記正電圧よりも電圧の絶対値の大きい負電圧が印加される、請求項５に記載の固体撮像装置。
7. 前記電荷転送領域は、前記電荷を垂直方向へ転送する垂直転送領域と、前記垂直転送領域に接続され、前記垂直転送領域から転送された前記電荷を水平方向へ転送する水平転送領域とを含み、
   前記転送電極は、前記垂直転送領域内の前記電荷を転送させるための垂直転送電極と、前記水平転送領域内の前記電荷を転送させるための水平転送電極とを含み、
   前記電荷転送領域の前記第１のチャネル幅を有する第１領域と前記第２のチャネル幅を有する第２領域との境界部は、前記垂直転送領域と前記水平転送領域とが接続される領域において、隣接する前記垂直転送電極と前記水平転送電極との間の領域に配置されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。

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