JP2006120743A - 固体撮像装置 - Google Patents
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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
【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。
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。
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1015cm−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5×1015cm−3〜約5×1016cm−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、SiO2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、SiO2からなる絶縁膜を用いたが、本発明はこれに限らず、SiO2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、SiO2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。
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)
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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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Legal Events
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---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070522 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20080618 |