JP2009245974A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電荷転送効率を向上させることが可能な固体撮像装置を提供する。
【解決手段】固体撮像装置は、フォトダイオード２０１と、垂直電荷転送部２０２及び水平電荷転送部２０３とを備え、垂直電荷転送部２０２及び水平電荷転送部２０３は、信号電荷の転送路となるチャンネル領域３００と、チャンネル領域３００上に信号電荷の転送方向に並んで形成され、チャンネル領域３００に電圧を印加する同一層の複数の転送電極と、転送電極とチャンネル領域３００との間に介在するシリコン酸化膜３０２と、隣り合う転送電極の間で、かつ、転送電極と同一層に形成され、シリコン酸化膜３０２より高い誘電率を持つシリコン窒化膜（ＳｉＮ）３０６とを有し、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）３０６とチャンネル領域３００との間に介在するシリコン酸化膜３０２の膜厚が、転送電極とチャンネル領域３００との間に介在するシリコン酸化膜３０２の膜厚よりも薄い。
【選択図】図４

Description

本発明は、固体撮像装置に関し、特にＣＣＤ（Charge Coupled Device）型固体撮像装置に関する。

一般的に、ビデオカメラ及びデジタルスチルカメラ等の撮像装置を構成する固体撮像装置には、ＣＣＤ型固体撮像装置が利用されている。ＣＣＤ型固体撮像装置においては、光入射によりフォトダイオードで生成された信号電荷が垂直電荷転送部に読み出され、垂直電荷転送部及び水平電荷転送部により電荷検出部（ＦＤ部）まで転送される。

このようなＣＣＤ型固体撮像装置には、高画質化、使用可能な時間の向上及び軽量化等のため、更なる小型化及び低消費電力化等が求められている。従って、例えば特許文献１に記載のＣＣＤ型固体撮像装置は、水平電荷転送部の隣り合う転送電極間の距離を長くして電極間の容量を低減し、低消費電力化を実現している。具体的には、水平電荷転送部の電極構造に単層構造を採用して各転送電極を同一層で形成し、かつ垂直電荷転送部の電極構造に２層構造を採用して隣り合う転送電極をオーバーラップして形成して低消費電力化を実現している。

また、特許文献２には、第１および第２の転送電極は、交互に配列されているとともに、互いに積層されることなく配列され、そして、第１および第２の転送電極の対向側面がシリコン窒化物を含む電極間絶縁膜により覆われている。この電極間絶縁膜としては、シリコン窒化膜をシリコン酸化膜により挟んだ構造が示されている。
特開平８−８８３４４号公報 特開２００２−２９９５９７号公報

ところで、ＣＣＤ型固体撮像装置では、電荷転送のためのポテンシャル分布において、隣り合う転送電極間に信号電荷をトラップするポテンシャルのディップが形成されることが知られている。このポテンシャルディップの大きさは隣り合う転送電極間の距離に依存して変化し、該距離が長くなるに伴い大きくなる。従って、特許文献１のＣＣＤ型固体撮像装置では、水平電荷転送部の隣り合う転送電極間の距離が長くされるため、水平電荷転送部で大きなポテンシャルディップが形成され、水平電荷転送部の電荷転送効率が劣化するというという問題がある。

また、特許文献１のＣＣＤ型固体撮像装置では、垂直電荷転送部の転送電極は２層構造で形成されるため、隣り合う転送電極間の距離は短くなる。しかしながら、転送電極を２層構造とした場合、隣り合う転送電極で下方に位置する絶縁膜の膜厚を同じにするために、転送電極とゲート絶縁膜の間にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）等が一般的に形成される。このシリコン窒化膜（ＳｉＮ）は電荷転送に悪影響を与えるため、従来のＣＣＤ型固体撮像装置では、垂直電荷転送部の電荷転送効率が悪化するという問題もある。

そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、電荷転送効率を向上させることが可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、半導体基板に形成した行列状に配置された複数の光電変換素子と、信号電荷の転送路となるチャンネル領域と、前記半導体基板の上に形成した絶縁膜と、前記絶縁膜の上に前記信号電荷の転送方向に並んで形成され前記チャンネル領域に電圧を印加する同一層に形成された複数の転送電極と、を備え、前記転送電極と前記チャンネル領域により電荷転送部を構成し、隣り合う前記転送電極の間で、かつ、前記転送電極と同一層に形成された、前記絶縁膜より高い誘電率を持つ誘電材料を有し、前記絶縁膜は、前記誘電材料と前記半導体基板との間に介在する第１の絶縁膜と前記転送電極と前記半導体基板との間に介在する第２の絶縁膜とからなり、前記第１の絶縁膜の膜厚は前記第２の絶縁膜の膜厚よりも薄いことを特徴とする。ここで、前記誘電材料は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）であってもよい。

これによって、隣り合う転送電極間に高い誘電率の材料が形成されるため、隣り合う転送電極間の電気的な距離が短くなる、つまり抵抗が小さくなるので、電荷転送部でのポテンシャルディップの発生が軽減され電荷転送効率が向上する。

さらに、誘電材料とチャンネル領域との間の絶縁膜の膜厚を転送電極とチャンネル領域との間の絶縁膜の膜厚よりも薄くすることにより、電荷転送部内でのポテンシャルディップの発生をさらに軽減することができ、電荷転送効率をさらに向上することが可能となる。

また、ＣＣＤの転送電極は単層構造で形成されるため、２層構造で形成されるときのように転送電極とゲート絶縁膜の間にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）等を形成する必要がない。従って、ゲート絶縁膜の間のシリコン窒化膜（ＳｉＮ）内に電荷がチャージされることによるポテンシャル変動による電荷転送効率の悪化を防止できる。

また、前記チャンネル領域内には、前記転送電極の下方に位置し、前記チャンネル領域と異なるキャリア濃度の第１不純物領域が形成されていてもよい。このとき、前記第１不純物領域の前記転送方向における端部は、前記誘電材料の下方に位置することが好ましい。

これによって、単層構造のＣＣＤにおいて、所定の転送電極下のチャンネル領域に電荷転送方向で漸次上がるポテンシャル分布を形成できるので、電荷転送効率が向上する。

また、前記第２不純物領域は、前記転送方向の下流側に向かって幅が狭まるテーパ形状を有してもよい。

これによって、垂直電荷転送部のチャンネル領域の実質的な転送路の幅が広くなるので、垂直電荷転送部の電荷転送効率が向上する。

また、前記水平電荷転送部の第１不純物領域の端部は、前記水平電荷転送部のチャンネル領域の端部と一致してもよい。

これによって、垂直電荷転送部から水平電荷転送部に転送された信号電荷が垂直電荷転送部から水平電荷転送部に転送される際に、信号電荷を受けるべき水平電荷転送部の転送電極に隣接する転送電極側へ信号電荷が転送され、水平方向に信号電荷が混合することを防ぐことができる。

また、前記水平電荷転送部の転送電極は、交互に配置された、前記転送方向における幅が異なる第１転送電極及び第２転送電極から構成され、前記第１転送電極は、前記水平電荷転送部における前記垂直電荷転送部からの信号電荷を受け取り、前記水平電荷転送部における前記垂直電荷転送部からの信号電荷の受け取りを行わない前記第２転送電極よりも前記転送方向の幅が大きくてもよい。

これによって、水平電荷転送部における垂直電荷転送部からの信号電荷の読み出しを行う転送電極が大きな面積を有するので、水平電荷転送部の転送電極下のチャンネル領域に対してより大きな電圧を与えることが可能となり、垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送効率が向上する。

本発明の固体撮像装置は、電荷転送効率を向上させることができる。その結果、信号電荷の転送不良に起因する画像における縦黒線を無くすことができ、本発明の実用的価値は極めて高い。

以下、本発明の実施形態に係る固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。
図１は本実施の形態のカメラの概略構成を示す図である。

カメラは、入射光を光電変換し、光電変換することにより生じた信号電荷を転送するＣＣＤ型の固体撮像装置２００と、クロックドライバ（ＶＤｒ）２１０と、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）やＡＤＣ（アナログ・デジタル変換）の処理を行なう前処理部（ＣＤＳ／ＡＧＣ）２２０と、画素補間や輝度・色差処理等を行なって映像信号を出力するデジタル信号処理部（ＤＳＰ）２３０と、タイミングジェネレータ（ＴＧ）２４０とを備える。

ＶＤｒ２１０は、ＴＧ２４０から出力されたロジック信号から駆動パルスφＶ１〜φＶ１２を生成し、駆動パルスφＶ１〜φＶ１２を固体撮像装置２００に供給し、垂直電荷転送部による電荷転送を制御する。駆動パルスφＶ１〜φＶ１２は、Ｈｉｇｈレベルの電位Ｖ_H、電位Ｖ_Hよりも低いＭｉｄｄｌｅレベルの電位Ｖ_M、及び電位Ｖ_Mよりも低いＬｏｗレベルの電位Ｖ_Lの３つの電位を持つパルスである。例えば、駆動パルスφＶ１〜φＶ１２は、電位Ｖ_Hとしての１２Ｖ、電位Ｖ_Mとしての０Ｖ、及び電位Ｖ_Lとしての−６Ｖの３つの電位を持つパルスとされる。

ＴＧ２４０は、ＤＳＰ２３０から水平同期信号ＨＤ、垂直同期信号ＶＤ及びクロック信号ＭＣＫの各パルスの入力を受け、固体撮像装置２００の駆動に用いられる駆動パルスφＨ１、φＨ２及びφＲ、並びにロジック信号を生成するとともに、前処理部２２０及びＤＳＰ２３０に信号処理パルスＰＲＯＣを出力する。

図２は、本実施の形態に係る固体撮像装置２００の構成を示す図である。
固体撮像装置２００は、フォトダイオード（光電変換素子）２０１を有する複数の画素が行列状（マトリックス状）に配置された撮像領域を有する。具体的には、固体撮像装置２００は、フォトダイオード２０１、垂直電荷転送部２０２、水平電荷転送部２０３、及び出力アンプ２０４を有する。

フォトダイオード２０１は、画素に対応して行列状（マトリックス状）に配置され、入射した光を光電変換することで信号電荷を発生させる。各フォトダイオード２０１の上には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３色のカラーフィルタのいずれかが配置されている。

垂直電荷転送部２０２は、フォトダイオード２０１の列毎に設けられ、フォトダイオード２０１で発生した信号電荷を読み出し、読み出した信号電荷を垂直方向（列方向）に転送する。

水平電荷転送部２０３は、垂直電荷転送部２０２により転送された信号電荷を受け取り、水平方向（行方向）に転送する。

出力アンプ２０４は、水平電荷転送部２０３により転送された信号電荷を電圧信号に変換し固体撮像装置２００外部へ出力する。

図３は、垂直電荷転送部２０２及び水平電荷転送部２０３の構造（図２のＡ部の構造）を示す概略平面図である。図４は、垂直電荷転送部２０２及び水平電荷転送部２０３の断面構造（図３のＡ−Ｂ線における断面構造）とチャンネル領域３００のポテンシャル分布を示す図であり、図５は垂直電荷転送部２０２及び水平電荷転送部２０３の断面構造（図３のＣ−Ｄ線における断面構造）とチャンネル領域３００のポテンシャル分布を示す図である。

垂直電荷転送部２０２は、ポリシリコンから構成される同一層の転送電極Ｖ１〜Ｖ１２と、信号電荷の転送路となる埋め込みチャンネル領域３００と、転送電極Ｖ１〜Ｖ１２とチャンネル領域３００の間に介在するゲート絶縁膜としてのシリコン酸化膜３０２と、転送電極Ｖ１〜Ｖ１２の隣り合う転送電極間に形成されたシリコン窒化膜（ＳｉＮ）３０６と、転送電極Ｖ１〜Ｖ１２及びシリコン酸化膜３０２表面に形成された絶縁膜としてのシリコン酸化膜３０８とを有する１２相駆動のＣＣＤである。垂直電荷転送部２０２では、１つのフォトダイオード２０１に対して２つの転送電極が配置されている。

水平電荷転送部２０３は、同一層のポリシリコンから構成される転送電極Ｈ１及びＨ２と、チャンネル領域３００と、転送電極Ｈ１及びＨ２とチャンネル領域３００の間に介在するゲート絶縁膜としてのシリコン酸化膜３０２と、転送電極Ｈ１及びＨ２の隣り合う転送電極間に形成されたシリコン窒化膜（ＳｉＮ）３０６と、転送電極Ｈ１及びＨ２並びにシリコン酸化膜３０２表面に形成された絶縁膜としてのシリコン酸化膜３０８とを有する２相駆動のＣＣＤである。

転送電極Ｖ１〜Ｖ１２は、垂直電荷転送部２０２のチャンネル領域３００上に信号電荷の転送方向に並んで形成され、垂直電荷転送部２０２のチャンネル領域３００に電圧を印加する。転送電極Ｖ１〜Ｖ１２には、それぞれ駆動パルスφＶ１〜φＶ１２が印加され、駆動パルスφＶ１〜φＶ１２の印加に応じてフォトダイオード２０１から信号電荷を読み出し、垂直方向に転送する。

なお、転送電極Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５、Ｖ７、Ｖ９及びＶ１１がフォトダイオード２０１から垂直電荷転送部２０２への信号電荷の読み出し及び転送を担う転送電極であり、転送電極Ｖ２、Ｖ４、Ｖ６、Ｖ８、Ｖ１０及びＶ１２が信号電荷の転送のみを担う転送電極である。従って、転送電極Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５、Ｖ７、Ｖ９及びＶ１１の信号電荷の転送方向の長さは転送電極Ｖ２、Ｖ４、Ｖ６、Ｖ８、Ｖ１０及びＶ１２の信号電荷の転送方向の長さより長い。

転送電極Ｈ１及びＨ２は、転送電極Ｖ１〜Ｖ１２と同一層に形成される。転送電極Ｈ１及びＨ２は、水平電荷転送部２０３のチャンネル領域３００上に信号電荷の転送方向に交互に並んで形成され、水平電荷転送部２０３のチャンネル領域３００に電圧を印加する。転送電極Ｈ１及びＨ２には、それぞれ駆動パルスφＨ１及びφＨ２が印加され、駆動パルスφＨ１及びφＨ２の印加に応じて信号電荷を水平方向に転送する。

チャンネル領域３００は、垂直方向及び水平方向に走るようにｐ型の半導体基板の表面部に形成されたｎ型の不純物領域である。チャンネル領域３００は、転送電極Ｖ１〜Ｖ１２並びにＨ１及びＨ２による電圧印加に応じてポテンシャルのバリア領域及びストレージ領域として動作する。

シリコン酸化膜３０２の膜厚は、転送電極Ｖ１〜Ｖ１２、Ｈ１及びＨ２とチャンネル領域３００との間の第１部分と、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）３０６とチャンネル領域３００との間の第２部分で異なる。具体的には、シリコン酸化膜３０２の第２部分の膜厚は、シリコン酸化膜３０２の第１部分の膜厚より薄い。従って、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）３０６とチャンネル領域３００との間に介在する第１絶縁膜（シリコン酸化膜３０２及び３０８）の膜厚（図４の膜厚Ａ）は、転送電極Ｖ１〜Ｖ１２、Ｈ１及びＨ２とチャンネル領域３００との間に介在する第２絶縁膜（シリコン酸化膜３０２）の膜厚（図４の膜厚Ｂ）よりも薄い。

シリコン窒化膜（ＳｉＮ）３０６は、転送電極Ｖ１〜Ｖ１２並びにＨ１及びＨ２と同一層に形成され、ゲート絶縁膜より高い誘電率を持つ誘電材料である。

ここで、垂直電荷転送部２０２及び水平電荷転送部２０３では、チャンネル領域３００にキャリア濃度（不純物濃度）の変化がつけられている。具体的に、転送電極Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５、Ｖ７、Ｖ９及びＶ１１並びに最終段のＶ１２下方のチャンネル領域３００において、該チャンネル領域３００と異なるキャリア濃度の第１不純物領域３０３及び第２不純物領域３０４が信号電荷の転送方向に並んで形成されている。さらに、転送電極Ｈ１及びＨ２下方のチャンネル領域３００においても、該チャンネル領域３００と異なるキャリア濃度の第１不純物領域３０５が形成されている。

第１不純物領域３０３は、垂直電荷転送部２０２のチャンネル領域３００へのｎ型不純物の注入により形成された、チャンネル領域３００より高キャリア濃度のｎ⁺型の不純物領域である。第１不純物領域３０３は転送電極から突き出ており、第１不純物領域３０３における信号電荷の転送方向の下流側の端部はシリコン窒化膜（ＳｉＮ）３０６下方に位置する。そして、第１不純物領域３０３における信号電荷の転送方向の下流側の端部の位置は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）３０６の信号電荷の転送方向の中心と一致する。

第１不純物領域３０５は、水平電荷転送部２０３のチャンネル領域３００へのｐ型不純物の注入により形成された、チャンネル領域３００より低キャリア濃度のｎ^-型の不純物領域である。第１不純物領域３０５は転送電極から突き出ており、第１不純物領域３０５における信号電荷の転送方向の上流側の端部はＳｉＮ３０６下方に位置する。そして、第１不純物領域３０５における信号電荷の転送方向の上流側の端部の位置は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）３０６の信号電荷の転送方向の中心と一致する。第１不純物領域３０５は垂直電荷転送部２０２と水平電荷転送部２０３の結合部に位置しないように形成される。これにより、第１不純物領域３０５が垂直電荷転送部２０２から水平電荷転送部２０３への電荷転送に悪影響を与えることを防止できる。

なお、水平電荷転送部２０３のチャンネル領域３００に注入されたｐ型不純物は熱拡散するため、幅方向（転送方向と直交する方向）において、第１不純物領域３０５の端部は水平電荷転送部２０３のチャンネル領域３００の端部と実質的に一致する。特に、第１不純物領域３０５の垂直電荷転送部２０２側の端部が水平電荷転送部２０３のチャンネル領域３００の垂直電荷転送部２０２側の端部と実質的に一致する。これにより、垂直電荷転送部２０２から水平電荷転送部２０３に転送された信号電荷が垂直電荷転送部２０２から水平電荷転送部２０３に転送される際に、信号電荷を受けるべき水平電荷転送部２０３の転送電極Ｈ１に隣接する転送電極Ｈ２側へ信号電荷が転送され、水平方向に信号電荷が混合することを防ぐことができる。

第２不純物領域３０４は、垂直電荷転送部２０２のチャンネル領域３００へのｐ型不純物の注入により形成された、チャンネル領域３００より低キャリア濃度のｎ^-型の不純物領域である。第２不純物領域３０４における信号電荷の転送方向の上流側の端部は、転送電極における信号電荷の転送方向の上流側の端部とその位置が一致する。

このような構造を有する固体撮像装置では、図４（ａ）及び（ｂ）に示されるように、転送電極Ｖ１１にＬｏｗレベルの電位Ｖ_Lを印加した状態で転送電極Ｖ１２にＭｉｄｄｌｅレベルの電位Ｖ_Mが印加され、垂直電荷転送部２０２から水平電荷転送部２０３に信号電荷が転送される。また、図５（ａ）及び（ｂ）に示されるように、転送電極Ｈ２にＬｏｗレベルの電位Ｖ_Lを印加した状態で転送電極Ｖ１にＨｉｇｈレベルの電位Ｖ_Mが印加され、水平電荷転送部２０３の信号電荷が水平方向に転送される。

隣り合う転送電極間にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）３０６が形成されなかった場合、図４（ａ）及び（ｂ）の破線で示されるように、隣り合う転送電極間に大きなポテンシャルディップ３１０が発生し、電荷転送において信号電荷がポテンシャルディップ３１０にトラップされる。しかしながら、本実施の形態の固体撮像装置においては、隣り合う転送電極間に誘電率の高いシリコン窒化膜（ＳｉＮ）３０６が形成されるため、隣り合う転送電極間の電気的な距離が短くなる。ポテンシャルは距離の関数として表され該距離が短くなるとポテンシャルディップ３１０の深さが浅くなり、ポテンシャルディップ３１０の発生が軽減され電荷転送効率が向上する。

さらに、本実施の形態の固体撮像装置においては、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）３０６とチャンネル領域３００との間に介在する第１絶縁膜の膜厚が転送電極Ｖ１〜Ｖ１２、Ｈ１及びＨ２とチャンネル領域３００との間に介在する第２絶縁膜の膜厚よりも薄くされる。従って、電荷転送部内でのポテンシャルディップの発生をさらに軽減することができ、転送電極と転送電極下方のチャンネル領域３００との間の実質的な距離を短縮させることができ、電荷転送効率をさらに向上することが出来る。

また、転送電極下のチャンネル領域３００には、キャリア濃度の濃度勾配が形成される。従って、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示されるように、信号電荷の転送方向に漸次上がる（３段階又は２段階でステップ状に上がる）ポテンシャル分布が転送電極下に形成される。その結果、本実施の形態の固体撮像装置においては、垂直電荷転送部２０２及び水平電荷転送部２０３の電荷転送効率が向上する。

さらに、転送電極Ｖ１〜Ｖ１２は転送電極Ｈ１及びＨ２と同一層のポリシリコンから構成される。従って、垂直電荷転送部２０２の最終段を構成する転送電極Ｖ１２と転送電極Ｈ１の距離を短くし、転送電極Ｖ１２と転送電極Ｈ１の間でのポテンシャルディップの発生を軽減することができる。その結果、本実施の形態の固体撮像装置においては、垂直電荷転送部２０２から水平電荷転送部２０３への電荷転送効率が向上する。

図６は、本実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。
まず、ｐ型の半導体基板５００上にシリコン酸化膜３０２及びポリシリコン材料５０１を順次形成する（図６（ａ））。そして、ポリシリコン材料５０１をパターニングして転送電極５０２を形成する（図６（ｂ））。

次に、ＣＶＤ法により半導体基板５００全面にシリコン酸化膜３０８を形成する（図６（ｃ））。そして、半導体基板５００全面にＳｉＮを堆積した後、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）に対して全面エッチングを行ってシリコン窒化膜（ＳｉＮ）３０６を形成する（図６（ｄ））。

（変形例１）
ここで、本実施の形態における第１の変形例について説明する。本変形例の固体撮像装置２００では、信号電荷の転送方向の幅が転送電極Ｈ１及びＨ２で異なり、転送電極Ｈ１は転送電極Ｈ２より信号電荷の転送方向の幅が大きい。

図７は、本変形例に係る固体撮像装置２００における垂直ＣＣＤ２０２及び水平ＣＣＤ２０３の構造を示す概略平面図である。

図７に示されるように、垂直ＣＣＤ２０２から水平ＣＣＤ２０３への信号電荷を受け取る転送電極Ｈ１は、信号電荷の転送方向の幅が水平ＣＣＤ２０３と垂直ＣＣＤ２０２の結合部に向かって階段状に広がるテーパ形状を有し、該結合部に最も近い部分で転送電極Ｈ２より信号電荷の転送方向の幅が大きい。一方、垂直ＣＣＤ２０２から水平ＣＣＤ２０３への信号電荷の読み出しを行わない転送電極Ｈ２は、信号電荷の転送方向の幅が水平ＣＣＤ２０３と垂直ＣＣＤ２０２の結合部に向かって階段状に幅が狭まるテーパ形状を有する。

図８は、本変形例に係る垂直ＣＣＤ２０２及び水平ＣＣＤ２０３の断面構造（図５のＡ−Ｂ線における断面構造）と、チャンネル領域３００のポテンシャル分布を示す図である。

水平ＣＣＤ２０３と垂直ＣＣＤ２０２の結合部に近い部分において転送電極Ｈ１は大きな面積を有する。従って、転送電極Ｈ１下に実質的に大きな電圧をかけることが可能となり、図８に示されるように、転送電極Ｈ１下方のチャンネル領域３００のポテンシャルは、図４の固体撮像装置２００のポテンシャル（図８の破線で示されるポテンシャル）と比較して深くなる。その結果、本実施の形態の固体撮像装置においては、垂直ＣＣＤ２０２から水平ＣＣＤ２０３への電荷転送効率が向上する。

（変形例２）
ここで、本実施の形態における第２の変形例について説明する。本変形例の固体撮像装置２００では、第２不純物領域３０４がテーパ形状を有する。

図９は、本変形例に係る固体撮像装置２００における垂直ＣＣＤ２０２及び水平ＣＣＤ２０３の構造を示す概略平面図である。

図９に示されるように、第２不純物領域３０４は、信号電荷の転送方向の下流側に向かって漸次幅が狭まるテーパ形状を有する。電荷の転送はテーパ部に垂直の方向に行われるため、テーパ形状部では垂直電荷転送部２０２のチャンネル領域３００の実質的な転送路の幅が広くなるので、垂直電荷転送部２０２の電荷転送効率が向上する。

以上、本発明の固体撮像装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。

例えば、隣り合う転送電極間に形成する誘電材料としてシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を例示したが、転送電極と半導体基板の間に形成される絶縁膜（シリコン酸化膜）より高い誘電率を持つ誘電材料であればこれに限られず、例えばＴｉＯ₂（チタン酸化膜）であってもよい。

また、本実施の形態においては転送電極が同一層のポリシリコンで形成されている例を示しているが、転送電極の一部がポリシリコンなどの材質で積層構造を成すものであっても、転送路に面して転送電極としての機能を有するゲート電極が同一層として形成されているものであれば、同様の効果が得られる。

本発明は、固体撮像装置に利用でき、特にＣＣＤ型固体撮像装置等に利用することができる。

本発明の実施の形態に係るカメラの概略構成を示す図である。 同実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。 垂直電荷転送部及び水平電荷転送部の構造（図１のＡ部の構造）を示す概略平面図である。 垂直電荷転送部及び水平電荷転送部の断面構造（図３のＡ−Ｂ線における断面構造）と、チャンネル領域のポテンシャル分布を示す図である。 垂直電荷転送部及び水平電荷転送部の断面構造（図３のＣ−Ｄ線における断面構造）と、チャンネル領域のポテンシャル分布を示す図である。 同実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。 変形例１に係る固体撮像装置における垂直電荷転送部及び水平電荷転送部の構造を示す概略平面図である。 変形例１に係る固体撮像装置の垂直電荷転送部及び水平電荷転送部の断面構造（図７のＡ−Ｂ線における断面構造）と、チャンネル領域のポテンシャル分布を示す図である。 変形例２に係る固体撮像装置における垂直電荷転送部及び水平電荷転送部の構造を示す概略平面図である。

符号の説明

２００ 固体撮像装置
２０１ フォトダイオード
２０２ 垂直電荷転送部
２０３ 水平電荷転送部
２０４ 出力アンプ
２１０ クロックドライバ
２２０ 前処理部
２３０ デジタル信号処理部
２４０ タイミングジェネレータ
３００ チャンネル領域
３０２、３０８ シリコン酸化膜
３０３、３０５ 第１不純物領域
３０４ 第２不純物領域
３０６ ＳｉＮ
３１０ ポテンシャルディップ
５００ 半導体基板
５０１ ポリシリコン材料
５０２ 転送電極

Claims (10)

1. 半導体基板に形成した行列状に配置された複数の光電変換素子と、信号電荷の転送路となるチャンネル領域と、前記半導体基板の上に形成した絶縁膜と、前記絶縁膜の上に前記信号電荷の転送方向に並んで形成され前記チャンネル領域に電圧を印加する同一層に形成された複数の転送電極と、を備え、
   前記転送電極と前記チャンネル領域により電荷転送部を構成し、
   隣り合う前記転送電極の間で、かつ、前記転送電極と同一層に形成された、前記絶縁膜より高い誘電率を持つ誘電材料を有し、
   前記絶縁膜は、前記誘電材料と前記半導体基板との間に介在する第１の絶縁膜と前記転送電極と前記半導体基板との間に介在する第２の絶縁膜とからなり、前記第１の絶縁膜の膜厚は前記第２の絶縁膜の膜厚よりも薄い
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記誘電材料は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）である
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記チャンネル領域内には、前記転送電極の下方に位置し、前記チャンネル領域と異なるキャリア濃度の第１不純物領域が形成されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
4. 前記第１不純物領域の前記転送方向における端部は、前記誘電材料の下方に位置する
   ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
5. 前記電荷転送部は、信号電荷を列方向に転送する垂直電荷転送部と、信号電荷を行方向に転送する水平電荷転送部とから構成され、
   前記垂直電荷転送部の第１不純物領域は、前記チャンネル領域よりキャリア濃度の高い領域であり、
   前記垂直電荷転送部の第１不純物領域における前記転送方向の下流側の端部は、前記誘電材料の下方に位置する
   ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
6. 前記水平電荷転送部の第１不純物領域は、前記チャンネル領域よりキャリア濃度の低い領域であり、
   前記水平電荷転送部の第１不純物領域における前記転送方向の上流側の端部は、前記誘電材料の下方に位置する
   ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
7. 前記垂直電荷転送部のチャンネル領域内には、さらに、前記転送電極の下方に位置し、前記チャンネル領域より低いキャリア濃度の第２不純物領域が形成され、
   前記垂直電荷転送部の第２不純物領域における前記転送方向の上流側の端部は、前記転送電極における前記転送方向の上流側の端部と一致する
   ことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置。
8. 前記第２不純物領域は、前記転送方向の下流側に向かって幅が狭まるテーパ形状を有する
   ことを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置。
9. 前記水平電荷転送部の第１不純物領域の端部は、前記水平電荷転送部のチャンネル領域の端部と一致する
   ことを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
10. 前記水平電荷転送部の転送電極は、交互に配置された、前記転送方向における幅が異なる第１転送電極及び第２転送電極から構成され、
    前記第１転送電極は、前記水平電荷転送部における前記垂直電荷転送部からの信号電荷を受け取り、前記水平電荷転送部における前記垂直電荷転送部からの信号電荷の受け取りを行わない前記第２転送電極よりも前記転送方向の幅が大きい
    ことを特徴とする請求項５〜９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。

Images