JP2010199157A - 固体撮像装置とその製造方法、並びに電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＣＤ固体撮像装置における小信号時の水平転送レジスタの転送効率の向上を図る。
【解決手段】複数の受光センサ部と、垂直転送チャネル領域及び複数の垂直転送電極を有した複数の垂直転送レジスタを有する。さらに、転送チャネル領域の同一垂直転送電極下に対応するチャネル領域部内の転送方向の前段部分に、両側の不純物濃度変調領域に挟まれて形成された細状チャネル部を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、固体撮像装置とその製造方法、並びにこの固体撮像装置を備えた電子機器に関する。

固体撮像装置として、電荷結合素子（ＣＣＤ）による固体撮像装置が知られている。このＣＣＤ型の固体撮像装置（以下、ＣＣＤ固体撮像装置という）は、受光量に応じて信号電荷を生成、蓄積する光電変換素子である例えばフォトダイオードにより受光センサ部が構成され、複数の受光センサ部が２次元マトリックス状に配列されて成る。この複数の受光センサ部のフォトダイオードに入射する被写体の光信号に基いて信号電荷が発生し、蓄積される。この信号電荷は、受光センサ部の列毎に配置したＣＣＤ構造の垂直転送レジスタにより垂直方向に転送されると共に、ＣＣＤ構造の垂直転送レジスタによって水平方向に転送される。そして、水平方向に転送された信号電荷は、電荷―電圧変換部を有する出力部から被写体の画像情報として出力される。

ＣＣＤ固体撮像装置では、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどに広く用いられている。また、ＣＣＤ固体撮像装置は、カメラ付き携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などのモバイル機器に搭載される固体撮像装置として用いられている。

近年、ＣＣＤ固体撮像装置では、多画素、高解像度化のために画素の微細化が進んでいる。画素の微細化を実現するためには、垂直転送レジスタにおける垂直転送チャネルの微細化が必須である。垂直転送チャネルの微細化には、次の対策が必要である。すなわち、垂直転送チャネル領域と、その周辺のチャネルストプ領域、電荷読み出し領域等の反対導電型領域との容量結合が増えることによる転送電界の劣化等、転送効率の低下に対する対策が必要になる。

図２３〜図２５に、従来の転送効率の向上を目的とした垂直転送チャネル構造を有するＣＣＤ固体撮像装置の一例を示す。図２３は撮像領域の要部の平面図、図２４は図２３のＡ−Ａ線上の断面図、図２５は図２３のＢ−Ｂ線上の断面図である。このＣＣＤ固体撮像装置１０１は、図２３に示すように、複数の受光センサ部となるフォトダイオード（ＰＤ）１０２が２次元マトリックス状に配列され、受光センサ部の列毎にＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ１０３が配置された撮像領域１０４を有して構成される。なお、図示しないが、垂直転送レジスタ１０３の端部に接続されたＣＣＤ構造の水平転送レジスタ、及び水平転送レジスタの終段に接続された電荷―電圧変換部を有する出力部が配置される。

垂直転送レジスタ１０３は、垂直方向に延びる埋め込み型のｎ型の垂直転送チャネル１０４と、その上にゲート絶縁膜を介して転送方向に繰り返し配列した複数の垂直転送電極１０５、１０６及び１０７とを有して構成される。垂直転送電極１０５〜１０７は、本例では単層のポリシリコン膜で形成される。各垂直転送レジスタ１０３のそれぞれ対応する垂直転送電極１０５同士は、水平方向に延びる接続線１０５ａを介して接続され、垂直転送電極１０７同士は、垂直方向に延びる接続線１０７ａを介して接続される。また、図示しないが、島状の垂直転送電極１０６同士は、接続線１０５ａ上、１０７ａ上に絶縁膜を介して配置された接続配線から延長する延長部に接続される。３つの垂直転送電極１０５〜１０７は、１つの受光センサ部１０２に対応して形成される。

一方、垂直転送チャネル１０４に接するように水平方向の画素を分離するためのｐ型のチャネルストップ領域１０８ａと、垂直方向の画素を分離するためのｐ型のチャネルストップ領域１０８ｂが形成される。チャネルストップ領域１０８ａは垂直方向に垂直チャネル領域１０４に沿って帯状に形成され、チャネルストップ領域１０８ｂは接続線１０４ａ及び１０７ａ直下に対応して水平方向に沿って形成される。垂直チャネル領域１０４とフォトダイオード１０２との間にはｐ型の電荷読み出し領域１０９が形成され、垂直転送電極１０６が電荷読み出し電極を兼ねるように電荷読み出し領域１０９上にゲート絶縁膜を介して延長形成される。

そして、本例では、特に、ｎ型垂直転送チャネル領域１０４の各垂直転送電極１０５〜１０７下に対応する各チャネル領域部において、各転送方向の前段部分にｐ型不純物を少量イオン注入して不純物濃度変調領域１１１を形成している。この不純物濃度変調領域１１１により、各チャネル領域部では転送方向にｎ型不純物の濃度差が形成される。なお、不純物濃度変調領域１１１は、各部の垂直転送チャネル領域１０４の垂直方向の後段部分よりポテンシャルが浅い、ポテンシャルバリア領域となる。

ＣＣＤ固体撮像装置１０１の半導体断面構造を、図２４及び図２５に示す。本例では、ｎ型の半導体基板１１３にｐ型の第１半導体ウェル領域１１４が形成され、第１半導体ウェル領域１１４にフォトダイオード１０２、埋め込み型のｎ型の垂直転送チャネル領域１０４が形成される。フォトダイオード１０２は、ｎ型半導体領域１１６とその表面のｐ型半導体領域１１７で構成される。垂直転送チャネル領域１０４の直下にはｐ型の第２半導体ウェル領域１１５が形成される。また、ｐ型のチャネルストップ領域１０８ａ及び１０８ｂ、ｐ型の電荷読み出し領域１０９が形成される。垂直転送電極１０５から１０７は、ゲート絶縁膜１１８を介して形成される。

このＣＣＤ固体撮像装置１０１では、上記各ｎ型のチャネル領域部において、不純物濃度変調領域１１１によりｎ型不純物の濃度差が形成されるので、垂直転送電極１０５〜１０７の直下の電界強度が高まり、信号電荷ｅの転送効率が向上する。すなわち、図２２及び図２３のポテンシャル図に示すように、１つの垂直転送電極の直下において、転送方向に向かってポテンシャルが深くなるポテンシャル勾配が形成され、電荷の転送効率の向上が図られている。

ここで、図２６は、垂直転送チャネル領域１０４の転送方向のポテンシャルを示す。実線Ａ１は垂直転送電極に高レベル電圧が印加したときのポテンシャル、破線Ｂ１は垂直転送電極に低レベル電圧が印加したときのポテンシャルを示す。図２７は、１つの垂直転送電極の直下の垂直転送チャネル領域１０４における転送方向と直交する方向のポテンシャを示す。ａ１は、垂直転送チャネル領域１０４の転送方向の後段部分のポテンシャルレベル、ｂ１は、転送方向の前段部分の不純物濃度変調領域１１１のポテンシャルレベルを示す。

一方、特許文献１には、垂直転送チャネル領域において、同一転送電極下に転送方向にポテンシャルが深くなる複数の領域を有し、複数の領域間の境界が斜め形状、あるいはＶ字形状に形成し、転送効率の改善を図ったＣＣＤ固体撮像装置が開示されている。
また、特許文献２には、ｎ型の垂直転送チャネル領域の水平方向の両端に、不純物濃度の薄いｎ^―不純物領域を形成し、信号電荷の水平方向の移動を制限して転送効率を高めるようにしたＣＣＤ固体撮像装置が開示されている。
さらに、特許文献３には、垂直転送チャネル領域のチャネル幅方向の中央に、垂直方向に延びる高不純物濃度領域によるポテンシャルの深いチャネルを形成し、小信号に対応した微小電荷の転送を確実にしたＣＣＤ固体撮像装置が開示されている。

特許第３３０１１７６号公報 特開平４−１９６１６９号公報 特開平９−２３２５６０号公報

ところで、図２３のＣＣＤ固体撮像装置１０１では、垂直転送チャネル領域１０４の転送方向に対する電界が向上するものの、小信号の信号電荷の転送において次のような不都合が生じる。信号電荷(電子)ｅは、ある距離移動すると結晶にぶつかり、これを繰り返しながら垂直方向に転送される。上記の垂直チャネル領域１０４では、転送方向と直交する水平方向、あるいは斜め方向など信号電荷（電子）ｅが自由に移動できる状態にある。このため、図２８の模式図で示すように、同じ距離Ｓだけ電子ｅが移動したとすると、斜め方向に移動したときの垂直方向への実効移動距離はＳｙとなり、垂直方向に移動したときに比べて短くなる。このように、図２３のＣＣＤ固体撮像装置１０１では、転送方向に対する信号電荷(電子)ｅの実効的な移動距離が十分に得られておらず、転送方向に対する実効的な転送効率が悪くなる。
また、垂直チャネル領域１０４には、一定の確率でトラップ準位とか、ポテンシャルのディップ(窪み)が存在する。このトラップ準位やポテンシャルディップに信号電荷の電子が捕獲される確率が高くなる結果、小信号時では信号電荷量が減り転送効率が悪くなる。

また、特許文献１に開示された垂直転送チャネル構造では、十分なフリンジング電界が得られていない場合、信号電荷が水平方向にも移動し易くなるため、転送方向に対する実効的な転送効率が得られない。

特許文献２に開示された垂直転送チャネル構造では、ｎ型の垂直転送チャネル領域の水平方向の全両端に、不純物濃度の薄いｎ^―不純物領域が形成されている。このため、信号電荷の水平方向の移動を制限して転送効率を高められる一方、受光センサ部からの画素信号読み出しが起こりにくくなるため、結果的に受光センサ部に残った電荷が残像を引き起こす可能性が高い。

本発明は、上述の点に鑑み、画素が微細化されても、特に垂直転送レジスタにおける小信号時の信号電荷の転送効率の向上を図った固体撮像装置とその製造方法、並びにこの固体撮像装置を備えた電子機器を提供するものである。

本発明に係る固体撮像装置は、複数の受光センサ部と、転送チャネル領域及び複数の転送電極を有した複数の転送レジスタを有する。さらに、本発明は、転送チャネル領域のうち、少なくとも受光センサ部からの信号電荷を読み出す電極に対応する転送チャネル領域部内の転送方向の一部に、両側の不純物濃度変調領域に挟まれて形成された細状チャネル部を有する。

本発明の固体撮像装置では、少なくとも信号電荷を読み出す電極に対応する転送チャネル領域部内の一部に不純物濃度変調領域を有するので、転送方向に不純物濃度差が形成され、フリンジング電界が向上する。しかも、不純物濃度変調領域に挟まれた細状チャネル部を有するので、信号電荷はこの細状チャネル部に集められ、かつ信号電荷の移動方向が制限される。また、信号電荷がトラップ準位やポテンシャルディップに捕獲される確率が低減する。

本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、受光センサ部から読み出された信号電荷を転送するための垂直転送チャネル領域を形成する工程を有する。更に、本発明は、転送チャネル領域のうち、少なくとも受光センサ部からの信号電荷を読み出す電極に対応する転送チャネル領域部内の転送方向の一部に、不純物濃度変調領域と、両側が不純物濃度変調領域で挟まれた細状チャネル部とを形成する工程を有する。

本発明の固体撮像装置の製造方法では、少なくとも受光センサ部からの信号電荷を読み出す電極に対応する転送チャネル領域部内の転送方向の一部に、不純物濃度変調領域と細状チャネル部を形成している。この工程により、転送方向に十分なフリンジング電界を形成し、信号電荷を集中させると共に、信号電荷の移動方向を制限する好適なチャネル部が形成される。

本発明に係る電子機器は、光学レンズと、固体撮像装置と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備える。固体撮像装置は、複数の受光センサ部と、転送チャネル領域及び複数の転送電極を有した複数の垂直転送レジスタを有する。さらに、固体撮像装置は、転送チャネル領域のうち、少なくとも前記受光センサ部からの信号電荷を読み出す電極に対応する転送チャネル領域部内の転送方向の一部に、両側の不純物濃度変調領域に挟まれて形成された細状チャネル部を有する。

本発明の電子機器では、上記の固体撮像装置を備えるので、垂直転送レジスタにおける信号電荷の転送効率が向上する。

本発明に係る固体撮像装置によれば、画素が微細化されても、垂直転送レジスタにおける小信号時の信号電荷の転送効率を向上することができる。

本発明に係る固体撮像装置の製造方法によれば、画素が微細化されても、垂直転送レジスタにおける小信号時の信号電荷の転送効率が向上する固体撮像装置を製造することができる。

本発明に係る電子機器によれば、画素が微細化されても、垂直転送レジスタにおける小信号時の信号電荷の転送効率を向上する固体撮像装置を備えることにより、多画素、小型化した高品質の電子機器を提供することができる。

本発明に適用されるインターライン転送（ＩＴ）方式のＣＣＤ固体撮像装置の概略構成請求項図である。 本発明に適用されるフレームインターライン転送（ＦＩＴ）方式のＣＣＤ固体撮像装置の概略構成請求項図である。 本発明の第１実施の形態に係る固体撮像装置の要部の概略平面図である。 図３のＡ−Ａ線上の断面図である。 図３のＢ−Ｂ線上の断面図である。 図３のＣ−Ｃ線上の断面図である。 単層ポリシリコン膜による垂直転送電極のレイアウト図である。 第１実施の形態に係る固体撮像装置の垂直転送レジスタの転送方向のポテンシャル図である。 第１実施の形態に係る固体撮像装置の垂直転送レジスタの転送方向と直交する水平方向のポテンシャル図である。 本発明の第２実施の形態に係る固体撮像装置の要部の概略平面図である。 本発明の第３実施の形態に係る固体撮像装置の要部の概略平面図である。 本発明の第４実施の形態に係る固体撮像装置の要部の概略平面図である。 図１２のＡ−Ａ線上の断面図である。 図１２のＢ−Ｂ線上の断面図である。 図１２のＣ−Ｃ線上の断面図である。 第４実施の形態に係る固体撮像装置の垂直転送レジスタの転送方向のポテンシャル図である。 第４実施の形態に係る固体撮像装置の垂直転送レジスタの転送方向と直交する水平方向のポテンシャル図である。 本発明の第５実施の形態に係る固体撮像装置の要部の概略平面図である。 本発明の第６実施の形態に係る固体撮像装置の要部の概略平面図である。 本発明の第７実施の形態に係る固体撮像装置の要部の概略平面図である。 第７実施の形態の垂直転送レジスタの断面図である。 本発明の第９実施の形態に係る電子機器の実施の形態を示す概略構成図である。 従来のＣＣＤ固体撮像装置の例を示す要部の概略平面図である。 図２３のＡ−Ａ線上の断面図である。 図２３のＢ−Ｂ線上の断面図である。 図２３の従来の固体撮像装置の垂直転送レジスタの転送方向のポテンシャル図である。 図２３の従来の固体撮像装置の垂直転送レジスタの転送方向と直交する水平方向のポテンシャル図である。 従来の固体撮像装置の問題点の説明に供する説明図である。

以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は医科の順序で行う。
１．ＩＴ方式のＣＣＤ固体撮像装置の概略構成例
２．ＦＩＴ方式のＣＣＤ固体撮像装置の概略構成例
３．第１実施の形態（固体撮像装置の構成例）
４．第２実施の形態（固体撮像装置の構成例）
５．第３実施の形態（固体撮像装置の構成例）
６．第４実施の形態（固体撮像装置の構成例）
７．第５実施の形態（固体撮像装置の構成例）
８．第６実施の形態（固体撮像装置の構成例）
９．第７実施の形態（固体撮像装置の構成例）
１０．第８実施の形態（固体撮像装置（リニアセンサの構成例）
１１．第９実施の形態（電子機器の構成例）

＜１．インターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像装置の概略構成例＞
図１に、本発明の固体撮像装置に適用されるインターライン転送（以下、ＩＴと略称する）方式のＣＣＤ固体撮像装置の概略構成を示す。

ＩＴ方式のＣＣＤ固体撮像装置１は、図１に示すように、複数の受光センサ部２が２次元マトリックス状に配列され、各受光センサ部列に対応してＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ３が配列された成る撮像領域４と、ＣＣＤ構造の水平転送レジスタ５とを備える。さらに水平転送レジスタ５の終段に電荷―電圧変換部を含む出力部６が接続される。出力部６は、例えば、フローティングディフージョン（ＦＤ）とソースフォロワ・アンプとから成る、いわゆるフローティングディフージョン型アンプで構成される。その他、出力部６としては、いわゆるフローティングゲート型アンプで構成することもできる。

ＩＴ方式のＣＣＤ固体撮像装置１では、受光センサ部２において、受光量に応じた信号電荷が生成され、蓄積される。この受光センサ部２の信号電荷は、読み出しゲート部７に読み出しゲート電圧ＶＴが印加さされることにより、垂直転送レジスタ３に読み出される。垂直転送レジスタ３に読み出された後、垂直転送電極に印加される垂直駆動パルスにより、信号電荷は一ライン毎に垂直転送レジスタ３内を順次水平転送レジスタ５へ向けて転送される。垂直転送レジスタ３から、一ライン毎の信号電荷が水平転送レジスタ５へ転送された後、水平転送電極に印加される水平駆動パルスにより、信号電荷は順次水平転送レジスタ５内を転送し、出力６を通して画素信号として出力される。

＜２．フレームインターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像装置の概略構成例＞
図２に、本発明の固体撮像装置に適用されるフレームインターライン転送（以下、ＦＩＴと略称する）方式のＣＣＤ固体撮像装置の概略構成を示す。ＦＩＴ方式のＣＣＤ固体撮像装置１１は、複数の受光センサ部２が２次元マトリックス状に配列され、各受光センサ部列に対応して垂直転送レジスタ３が配列された成る撮像領域４と、蓄積領域１２と、水平転送レジスタ５とを備える。垂直転送レジスタ３及び水平転送レジスタ５は、ＣＣＤ構造を有して構成される。蓄積領域１２は、撮像領域４の垂直転送レジスタ３に対応した複数のＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ１３のみを有して構成される。さらに、水平転送レジスタ５の終段に、上記と同様の電荷―電圧変換部を含む出力部６が接続される。

ＦＩＴ方式のＣＣＤ固体撮像装置１１では、受光センサ部２において、受光量に応じた信号電荷が生成され、蓄積される。この受光センサ部２の信号電荷は、読み出しゲート部７に読み出しゲート電圧ＶＴが印加さされることにより、垂直転送レジスタ３に読み出される。垂直転送レジスタ３に読み出された後、撮像領域４の垂直転送レジスタ３の垂直転送電極と、蓄積領域１２の垂直転送レジスタ１３の垂直転送電極とに、高速転送の垂直駆動パルスが印加される。これにより、撮像領域４の垂直転送レジスタ３に読み出された信号電荷は、高速転送されて蓄積領域１２の垂直転送レジスタ１３に蓄積される。その後、蓄積領域１２の垂直転送レジスタ１３に定速の垂直駆動パルスが印加されることにより、信号電荷は１ライン毎に垂直転送レジスタ１３内を順次水平転送レジスタ５へ向けて転送される。垂直転送レジスタ１３から、１ライン毎の信号電荷が水平転送レジスタ５へ転送された後、水平転送電極に印加される水平駆動パルスにより、信号電荷は順次水平転送レジスタ５内を転送し、出力部６を通して画素信号として出力される。

なお、上述のＩＴ方式、ＦＩＴ方式の固体撮像装置においては、垂直転送レジスタを、例えば４相駆動パルスにより駆動することができる。また、インターレースで読み出すことができる。インターレースでは、垂直方向の一方の隣合う２画素の信号を加算して奇数フィール読み出し、垂直方向の他方の隣合う２画素の信号を加算して偶数フィール読み出しとすることができる。水平転送レジスタは、例えば２相駆動パルスで駆動することができる。

以下の各実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像装置は、図１のＩＴ方式の固体撮像装置１、図２のＦＩＴ方式のＣＣＤ固体撮像装置１１のいずれにも適用できるものである。

＜３．第１実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図３〜図７に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＣＣＤ固体撮像装置の第１実施の形態を示す。図３は撮像領域の要部の概略平面図、図４、図５及び図６は、図３のＡ−Ａ線上、Ｂ−Ｂ線上及びＣ−Ｃ線上の断面図である。図７は垂直転送電極のパターンレイアウト図である。

第１実施の形態に係る固体撮像装置２１は、図３に示すように、複数の受光センサ部２２となるフォトダイオード（ＰＤ）が２次元マトリクッス状に配列され、受光センサ部２２の列毎にＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ２３が配列された撮像領域２４を有して成る。受光センサ部２２とこれに対応する部分の垂直転送レジスタ２３とにより単位画素が形成される。

垂直転送レジスタ２３と各受光センサ部２２との間には、受光センサ部２２の信号電荷を垂直転送レジスタ２３へ読み出すための電荷読み出し部２７が形成される。垂直転送レジスタ２３の後述する垂直転送チャネルに接して、水平方向に隣合う画素を分離するための垂直方向に延びるチャネルストップ領域２６ａが形成される。また、このチャネルストップ領域２６ａに連続して垂直方向に隣合う画素を分離するための水平方向に延びるチャネルストップ領域２６ｂが形成される。チャネルストップ領域２６ｂの一部は、電荷読み出し部２７を除いて受光センサ部２２と垂直転送レジスタ２３との間に延長して形成される。チャネルストップ領域２６ａ及び６ｂは、第２導電型、本例ではｐ型半導体領域で形成される。

垂直転送レジスタ２３は、垂直方向に延びる埋め込み型の垂直転送チャネル領域２８と、その上にゲート絶縁膜を介して転送方向に繰り返して配列した複数の垂直転送電極２９、３０及び３１とを有して構成される。垂直転送チャネル領域８は、第１導電型、本例ではｎ型の半導体領域で形成される。複数の垂直転送電極２９、３０及び３１は、本例では単層のポリシリコン膜で形成される。各垂直転送レジスタ２３のそれぞれ対応する垂直転送電極９同士は、水平方向のチャネルストップ領域２６ｂ上に沿う接続線２９ａを介して接続される。同様に、垂直転送レジスタ２３のそれぞれ対応する垂直転送電極３１同士は、水平方向のチャネルストップ領域２６ｂ上に沿う接続線３１ａを介して接続される。垂直転送電３０は、各垂直転送レジスタ２３において、島状に独立して形成される。この島状に独立した垂直転送電極３０は、いわゆる浮島電極とも呼ばれる。本例では、垂直転送電極３０が電荷読み出し部２７の読み出し電極を兼ねている。

各垂直転送レジスタ２３の水平方向にそれぞれ対応する独立した島状の垂直転送電極３０は、図７に示すように、接続配線３２により共通接続される。接続配線３２は、垂直方向に隣合う画素間に形成された垂直転送電極２９の接続線２９ａ上に絶縁膜を介して形成した水平配線部３２Ａと各垂直転送電極３０上に延長する延長部３２Ｂとを有して形成される。これら接続配線３２の延長部３２Ｂが絶縁膜のコンタクトホールを通して各島状の垂直転送電極３０に接続される。３３はコンタク部を示す。これによって、各水平ラインの垂直転送電極３０同士は、共通接続される。

本実施の形態は、特に、少なくとも受光センサ部２２からの信号電荷を読み出す転送電極３０に対応する転送チャネル領域部２８Ａ内の転送方向の一部に、両側を不純物濃度変調領域３５で挟まれた細状チャネル部２８Ｂが形成される。転送チャネル領域部２８Ａ内の転送方向の一部とは、転送方向とは反対側の領域を指す。この転送方向とは反対側の領域を、以後、転送方向の前段部分という。

本実施の形態では、垂直転送チャネル領域２８において、各同一垂直転送電極２９、３０、３１のそれぞれの直下に対応するチャネル領域部２８Ａ内の転送方向の前段部分に、両側を不純物濃度変調領域３５で挟まれた細状チャネル部２８Ｂが形成される。不純物濃度変調領域３５は、ｎ型の垂直チャネル領域２８に対してｐ型不純物、例えばボロン（Ｂ）を少量イオン注入して、例えば当初の垂直転送チャネル領域２８の濃度より低濃度のｎ型領域で形成される。ｐ型不純物は細状チャネル部２８Ｂを除いてイオン注入される。これにより、ｎ型のチャネル領域部２８Ａの転送方向の後段部分とｎ型の細状チャネル部２８Ｂとは同じ不純物濃度で形成されることになる。細状チャネル部２８Ｂは、転送方向に同じチャネル幅で形成される。

上記ｐ型不純物のイオン注入は、ｎ型の垂直転送チャネル領域２８と、その両側のｐ型領域にわたって行うのが好ましい。すなわち、上記ｐ型不純物の少量イオン注入が、チャネルストップ領域２６ａ及び２６ｂから電荷読み出し領域（後述）の一部にわたって行われる。これにより、垂直転送チャネル領域２８と両側の領域との境界に隙間を生じさせることなく、つまり合わせずれを起こすことなく、垂直転送チャネル２８に確実に不純物濃度変調領域３５が形成される。

不純物濃度変調領域３５は、細状チャネル部２８Ｂのポテンシャルより浅いポテンシャルを有し、いわゆる細状チャネル部２８Ｂに対して、ポテンシャルバリア領域として作用する。換言すれば、細状チャネル部２８Ｂは、不純物濃度変調領域３５のポテンシャルより深いポテンシャルを有する。細状チャネル部２８Ｂは、不純物濃度変調領域３の水平方向に関して中央に形成することが望ましい。また、不純物濃度変調領域３５及び細状チャネル部２Ｂは、転送方向の長さが電荷読み出し電極を兼ねる垂直転送電極３０の長さの１／２となるように形成するのが好ましい。

図４〜図６に、第１実施の形態に係る固体撮像装置１の半導体断面構造を示す。本実施の形態では、第１導電型であるｎ型の半導体基板４１に第２導電型であるｐ型の第１半導体ウェル領域４２が形成され、ｐ型第１半導体ウェル領域４２に受光センサ部２２のフォトダイオード（ＰＤ）、埋め込み型のｎ型垂直転送チャネル領域２８が形成される。フォトダイオード（ＰＤ）は、ｎ型半導体領域４３とその表面のｐ型半導体領域４４で構成される。垂直転送チャネル領域２の直下には、ｐ型の第２半導体ウェル領域４５が形成される。また、ｐ型第１半導体ウェル領域４２には、ｐ型のチャネルストップ領域２６ａ及び２６ｂが形成され、フォトダイオード（ＰＤ）と垂直転送チャネル領域２８との間にｐ型の電荷読み出し領域４０が形成される。

垂直転送チャネル領域２８上には、ゲート絶縁膜２６を介して転送方向に単層のポリシリコン膜による複数の垂直転送電極２９、３０及び３１が形成される。垂直転送電極２９、３１は、接続線２９ａ、３１ａと共に形成される。さらに、絶縁膜を介して垂直転送電極３０にコンタク部３３で接続される接続配線３２が形成される。

一方、垂直転送チャネル領域８の同一垂直転送電極である各垂直転送電極２９、３０及び３１直下に対応する各チャネル領域部２８Ａ内において、その転送方向の前段部分に、細状チャネル部２８Ａを除いて不純物濃度変調領域３５が形成される。すなわち、図６に示すように、本例では中央の細状チャネル部２８Ｂを除いて不純物濃度変調領域３５が形成される。チャネル領域部２８Ａの転送方向の前段部分と細状チャネル部２８Ｂは、同じ不純物濃度のｎ型領域で形成される。不純物濃度変調領域３５は、ｎ型垂直転送チャネル領域２８にｐ型不純物を少量イオン注入で打ち返して形成されるので、細状チャネル部２８Ｂの不純物濃度よりも低濃度のｎ⁻領域となる。

次に、第１実施の形態の固体撮像装置２１の製造方法、特に、垂直転送チャネル領域８の製造方法の実施の形態について説明する。図示しないが、先ず、シリコンによるｎ型半導体基板４１のｐ型第１半導体ウェル領域４２に埋め込み型のｎ型垂直転送チャネル領域２８を形成する。なお、ｐ型第１半導体ウェル領域４２には、フォトダイオード（ＰＤ）、ｐ型第２版ウェル領域４５、ｐ型電荷読み出し領域４０、ｎ型ｐ型チャネルストップ領域２６ａ及び２６ｂも形成される。

次に、各垂直転送電極２９、３０，３１の直下に対応するｎ型のチャネル領域部８Ａの転送方向の前段部分において、レジストマスクを介してｐ型不純物を少量イオン注入してｎ⁻の不純物濃度変調領域３５を選択的に形成する。この不純物濃度変調領域３５の形成工程では、中央の細状チャネル部２８Ｂとなる領域上にもレジストマスクが形成されて行われるので、細状チャネル部２８Ｂを挟んで両側に不純物濃度変調領域が形成される。すなわち、不純物濃度変調領域３５は、細状チャネル部２８Ｂを残して選択的に形成する。また、不純物濃度変調領域３５を形成するためのｐ型不純物のイオン注入では、垂直チャネル領域２８の両側のｐ型領域であるチャネルストップ領域２６ａ、２６ｂ、電荷読み出し領域４０の一部にわたって行われる。

次に、ゲート絶縁膜４６を介して複数の垂直転送電極２９〜３１を形成する。このとき、垂直転送電極２９、３１と連続する接続線２９ａ、３１ａも同時に形成される。次いで、絶縁膜を成膜し、絶縁膜の垂直転送電極３０とのコンタクト部３３に開口を形成した後、接続配線３２を形成する。垂直転送チャネル領域２８と複数の垂直転送電極２９〜３１とにより、垂直転送レジスタ２３が形成される。また、電荷読み出し領域４０と電荷読み出し電極を兼ねる垂直転送電極３０とにより、電荷読み出し部２７が形成される。

垂直転送レジスタ２３の形成工程で、同時に水平転送レジスタも形成される。

これ以降は、通常のように、フォトダイオード（ＰＤ）による受光センサ部２２を除いて、遮光膜を形成し、平坦化膜を介してオンチップカラーフィルタ及びオンチップレンズを形成して目的の固体撮像装置２１を得る。

上述の第１実施の形態に係る固体撮像装置２１によれば、各垂直転送電極２９、３０、３１直下のチャネル領域部２８Ａの転送方向の前段部分に、細状チャネル部２８Ｂと不純物濃度変調領域３５が形成される。細状チャネル部２８Ｂは垂直転送チャネル領域２８の水平方向の中央に形成され、不純物濃度変調領域３５は細状チャネル部２８Ｂを挟む両側に形成される。

このように、同一垂直転送電極下のチャネル領域部２８Ａ内の前段部分に不純物濃度変調領域３５が形成されるので、垂直転送チャネル領域２８の転送方向において、ｎ型不純物の濃度差が形成される。この濃度差により転送方向のフリンジング電界が向上し、図８に示すように、チャネル領域部２８Ａでは、転送方向に向かって後段部分のポテンシャルが前段部分より深くなるポテンシャル勾配が形成される。細状チャネル部２８Ｂ内においても、転送方向にポテンシャル勾配が形成される。なお、細状チャネル部２８Ｂでは、両側の不純物濃度領域３５による狭チャネル効果で、ポテンシャルが後段部分のチャネル領域部２８Ａのポテンシャルよりも浅くなる。図８において、実線Ａ２は垂直転送電極に高レベル電圧が印加したときのポテンシャル、破線Ｂ２は垂直転送電極に低レベル電圧が印加したときのポテンシャルを示す。比較のために、前述の従来の垂直転送電極に高レベル電圧が印加したときのポテンンシャルＡ１（実細線）及び従来の垂直転送電極に低レベル電圧が印加したときのポテンシャルＢ１（破線）も示す。

また、チャネル領域部２８Ａの不純物濃度変調領域３５の中央に細状チャネル部２８Ｂが形成されるので、水平方向に対してもｎ型不純物の濃度差が形成される。これにより、図９に示すように、両側がポテンシャルバリアとなり、中央に幅狭でかつ深いポテンシャルｂ２が形成される。ａ２はチャネル領域部２８Ａの後段部分のポテンシャルを示す。なお、比較のために、前述の従来の不純物濃度変調領域が形成された前段部分のポテンシャルｂ1も示す。

この中央部の細状チャネル部２８Ｂに、小信号転送時の信号電荷が転送される。このとき、細状チャネル部２８Ｂのチャネル幅が狭いので、信号電荷の水平方向、斜め方向への移動を制限し、信号電荷の移動を垂直方向に向かわせることができる。同時に、信号電荷は細状チャネル部２８Ｂに集めることができる。一方、小信号時の信号電荷の転送が細状チャネル部２８Ｂに制限されるため、転送不良の原因となるチャネル領域内のポテンシャルのディップやトラップ準位に電荷が捕捉される確率が低減する。このように、両者の効果が相俟って、小信号時の信号電荷の転送効率を向上することができる。

また、細状チャネル部２８Ｂ及び不純物濃度変調領域３５の転送方向の長さを、チャネル領域部２８Ａの転送方向の長さの１／２程度とすることにより、大信号時の飽和電荷量を維持することができる。

因みに、細状チャネル部２８Ｂ及び不純物濃度変調領域３５の転送方向の長さを、チャネル領域部２８Ａの転送方向の長さの１／２より長くした場合には、小信号時の転送効率がより向上するものの、大信号時の飽和電荷量が低減する。また、逆に、１／２より短くした場合には、大信号時の飽和電荷量が大きくなるも、ポテンシャル勾配の長さが少なくなり、小信号時の転送効率の向上効果が低減する。

細状チャネル部２８Ｂを水平方向の中央に形成するときは、受光センサ部２２からの信号電荷の読み出しを良好にし、かつ細状チャネル部２８Ｂからチャネルストップ領域への電荷のリークを抑制できる。

因みに、細状チャネル部２８Ｂを中央よりフォトダイオード（ＰＤ）側に寄って形成するときは、受光センサ部２２からの信号電荷を読み出し易くするが、チャネルストップ領域２６ａへ電荷がリークし易くなる。また、細状チャネル部２８Ｂを中央よりチャネルストップ領域２６ａ側に寄って形成するときは、チャネルストップ領域２６ａへ電荷がリークし難くなるが、受光センサ部２２からの電荷読み出しがし難くなる。

第１実施の形態では、ｐ型不純物を所要領域に選択的に少量イオン注入し、細状チャネル部２８Ｂを残して両側に不純物濃度変調領域３５を選択的に形成している。このように、水平方向の不純物濃度差を１回のｐ型不純物のイオン注入工程で形成することができるため、前述の図１９の従来構造に比べて工程数が増加することがない。

さらに、本実施の形態に係る固体撮像装置２１においては、受光センサ部２２から垂直転送レジスタ２３への信号電荷（いわゆる画素信号）の読み出しに際し、従来例に比べて、低消費電力で読み出し駆動が可能になる。すなわち、信号電荷の読み出しでは、図８にフィールド読み出しの一例を示すように、読み出し電極３０に高レベル電圧の読み出しパルスを印加し、受光センサ部２２から垂直転送チャネル領域２８に信号電荷を読み出す。このとき、高レベル電圧（例えば１２Ｖ〜１５Ｖ）ではあるが、そのなかでも比較的低い電圧（例えば１２Ｖ）の読み出しパルスの印加により、画素信号を読み出すことができる。これは、垂直転送チャネル領域２８のうち、薄い濃度の不純物濃度変調領域（ｎ^―領域）３５が形成されていない、これより濃い濃度のチャネル領域部（ｎ領域）２８Ａに信号電荷が読み出されるためであり、これによって、低消費電力で読み出し駆動が可能となる。

これに対し、図２２の従来例では、読み出し電極１０６に高レベル電圧の読み出しパルスを印加し、受光センサ部１０２から垂直転送チャネル領域１０４に信号電荷を読み出す。このとき、高レベル電圧（例えば１２Ｖ〜１５Ｖ）のうち、比較的高い電圧（例えば１５Ｖ）の読み出しパルスの印加により、垂直転送チャネル部（全体がｎ型領域）のある一部へ信号電荷を読み出さなければならず、図８に比べ、消費電力が高くなる。

＜４．第２実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１０に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＣＣＤ固体撮像装置の第２実施の形態を示す。第２実施の形態に係る固体撮像装置５１は、垂直転送チャネル領域２８において、各垂直転送電極２９〜３１に対応するチャネル領域部２８Ａ内の転送方向の前段部分に、一様に低濃度領域５２が形成される。この低濃度領域５２は、ｎ型の垂直転送チャネル領域２８に対して、ｐ型不純物例えばボロン（Ｂ）を少量イオン注入して当初のチャネル領域部２８Ａの濃度より低濃度のｎ型領域で形成される。この低濃度領域５２は、前述の図１９の不純物濃度調整領域１１１に対応する。

次いで、本実施の形態では、上記チャネル領域部２８Ａの前段部分の低濃度領域５２に、両側を不純物濃度調整領域３５で挟まれた細状チャネル部２８Ｆが形成される。この不純物濃度調整領域３５は、第１実施の形態で説明した不純物濃度調整領域３５に対応する。不純物調整領域３５は、低濃度のｎ型の低濃度領域５２に対して、ｐ型不純物例えばボロン（Ｂ）を少量イオン注入して低濃度領域５２の濃度より低濃度のｎ型領域で形成される。

その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

第２実施の形態に係る固体撮像装置５１によれば、各垂直転送電極２９〜３１下のチャネル領域部２８Ａにおいて、その前段部分の細状チャネル部２８Ｆと後段部分のチャネル部とが濃度差を有することになる。したがって、所要の１つの垂直転送電極に転送パルスが印加されると、転送方向に向かってポテンシャルが深くなる。このポテンシャルと、上述したと同様の細状チャネル部２８Ｆで形成されるポテンシャとが相俟って、ポテンシャル勾配が形成され、さらに信号電荷の垂直転送を転送残りなく行い、転送効率を向上することができる。

そして、本実施の形態では、細状チャネル部２８Ｆを有することで、前述したように、小信号時の信号電荷の転送効率を向上することができる等、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。

＜５．第３実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１１に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＣＣＤ固体撮像装置の第３実施の形態を示す。第３実施の形態に係る固体撮像装置５４は、垂直転送チャネル領域２８において、第１実施の形態で示すと同様の不純物濃度変調領域３５で挟まれた細状チャネル部２８Ｇ内に、さらに濃度差を形成する低濃度領域５５を有して構成される。この低濃度領域５５は、ｎ型の細状チャネル部２８Ｇ内の転送方向の前段部分にｐ型不純物を少量イオン注入して低濃度のｎ型領域で形成される。低濃度領域５５は、両側の不純物濃度調整領域３５の濃度よりは高い濃度を有する。

その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

第３実施の形態に係る固体撮像装置５４によれば、細状チャネル部２８Ｇ内においても、濃度差を有するので、転送方向に向かってポテンシャルが深くなる。このポテンシャルと、上述したと同様の細状チャネル部２８Ｆで形成されるポテンシャとが相俟って、ポテンシャル勾配が形成され、さらに信号電荷の垂直転送を転送残りなく行い、転送効率を向上することができる。

そして、本実施の形態では、細状チャネル部２８Ｆを有することで、前述したように、小信号時の信号電荷の転送効率を向上することができる等、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。

＜６．第４実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１２〜図１５に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＣＣＤ固体撮像装置の第２実施の形態を示す。図１２は撮像領域の要部の概略平面図、図１３、図１４及び図１５は、図１２のＡ−Ａ線上、Ｂ−Ｂ線上及びＣ−Ｃ線上の断面図である。

第４実施の形態に係る固体撮像装置５７は、特に、図１２に示すように、垂直転送チャネル領域２８において、不純物濃度変調領域３５に挟まれた細状チャネル部２８Ｃを、そのチャネル幅が転送方向に向かって漸次広がるように形成して構成される。細状チャネル部２８Ｃの形状は、上記以外に、転送方向に向かってチャネル幅が段階的に広くなる形状等、転送方向に向かってチャネル幅が広くなる形状とすることもできる。

その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図３〜図６と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

また、第４実施の形態の固体撮像装置５７の製造方法は、不純物濃度変調領域３５を形成する際のｐ型不純物のイオン注入の平面パターンを変更するのみで、実質的に第１実施の形態の固体撮像装置の製造方法と同じである。

第４実施の形態に係る固体撮像装置５７によれば、チャネル領域部２８Ａの前段部分における不純物濃度変調領域３５で挟まれた細状チャネル部２８Ｃが、転送方向に向かってチャネル幅を広くした形状を有する。細状チャネル部２８Ｃが転送方向に向かって広がる形状を有することにより、信号電荷(電子)の移動方向の制約は第１実施の形態に比べて緩和されるが、転送方向に対する電界の変化を連続的にすることができる。すなわち、狭チャネル効果で、幅の狭い領域では浅いポテンシャルが形成され、幅が広くなるにつれて漸次ポテンシャルが深くなる。この電界の変化が連続的になりポテンシャル勾配が形成されることは、転送効率の向上に寄与する。

図１６に垂直転送チャネル領域２８の転送方向のポテンシャルを示し、図１７に垂直転送チャネル領域２８の水平方向のポテンシャルを示す。図１６において、実線Ａ３は垂直転送電極に高レベル電圧が印加したときのポテンシャル、破線Ｂ３は垂直転送電極に低レベル電圧が印加したときのポテンシャルを示す。比較のために、前述の従来のポテンンシャルＡ１（実細線）も示す。図１７において、ａ３はチャネル領域部２８Ａの後段部分のポテンシャル、ｂ３は細状チャネル部２８Ｃのポテンシャルをそれぞれ示す。なお、比較のために、前述の従来の不純物濃度変調領域が形成された前段部分のポテンシャルｂ1も示す。

第４実施の形態においても、第１実施の形態で説明したと同様に、不純物濃度変調領域３５を有することで、転送方向のフリンジング電界が向上する。また、細状チャネル部２８Ｂを有することで、信号電荷をここに集め、且つ信号電荷の移動を制限し、ポテンシャルディップやトラップ準位に信号電荷が捕獲される確率を低減することができる。従って、小信号時の信号電荷の転送効率を向上することができる。また、製造方法においても、第１実施の形態で説明したように、前述の図１９の従来構造に比べて工程数が増加することはない。

図１６、図１７では分かり難いが、第４実施の形態では、上述した狭チャネル効果により、転送方向とは逆側の転送電極下のｎ型領域のポテンシャルが図８、図９より浅く、転送方向側の転送電極下のｎ型領域のポテンシャルが図８、図９より深くなる。これにより、本実施の形態は、第１実施の形態に比べ、転送方向に向かって転送電荷が転送し易くなる。

第４実施の形態の固体撮像装置５７では、その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。

＜７．第５実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１８に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＣＣＤ固体撮像装置の第５実施の形態を示す。第５実施の形態に係る固体撮像装置６１は、垂直転送チャネル領域２８の各転送電極の直下のｎ型のチャネル領域部２８Ａ内に、ｐ型不純物イオン注入による不純物濃度変調領域３５と、ｎ型不純物イオン注入による細状チャネル部２８Ｄとを形成して構成される。この構成では、ｎ型のチャネル領域部２８Ａ内の転送方向の前段部分に、チャネル幅全域にｐ型不純物を少量イオン注入して不純物濃度変調領域３５が形成される。さらに、この不純物濃度変調領域３５の水平方向の所要部分にｎ型不純物を少量イオン注入して細状チャネル部２８Ｄが形成される。細状チャネル部２８Ｄは、不純物濃度変調領域３５の水平方向の中央に形成するのが好ましい。細状チャネル部２８Ｄは、転送方向に同じチャネル幅で形成される。

不純物濃度変調領域３５は、ｎ型のチャネル領域部２８Ａより低濃度のｎ^―領域で形成される。細状チャネル部２８Ｄは、チャネル領域部２８Ａと同じ濃度のｎ領域で形成することができる。もしくは細状チャネル部２８Ｄは、チャネル領域部２８Ａよりも低濃度でかつ不純物濃度変調領域３５より高濃度のｎ領域で形成することができる。細状チャネル部２８Ｄは、不純物濃度変調領域３５よりポテンシャルが深くなる。

その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

次に、第５実施の形態に係る固体撮像装置５７の製造方法、特に垂直転送チャネル領域８の製造方法の実施の形態について説明する。図示しないが、先ず、シリコンによるｎ型半導体基板４１のｐ型第１半導体ウェル領域４２に埋め込み型のｎ型垂直転送チャネル領域２８を形成する。なお、ｐ型第１半導体ウェル領域４２には、フォトダイオード（ＰＤ）、ｐ型第２版ウェル領域４５、ｐ型電荷読み出し領域４０、ｎ型ｐ型チャネルストップ領域２６ａ及び２６ｂも形成される。

次に、各垂直転送電極２９、３０，３１の直下に対応するｎ型のチャネル領域部２８Ａの転送方向の前段部分において、レジストマスクを介してチャネル幅全域にわたりｐ型不純物を少量イオン注入してｎ⁻の不純物濃度変調領域３５を形成する。不純物濃度変調領域３５のｐ型不純物のイオン注入では、前述と同様に、ｐ型のチャネルストップ領域２６ａ、２６ｂ、電荷読み出し領域４０の一部にわたって行われる。

次に、レジストマスクを介して、不純物濃度変調領域３５の水平方向の所要部分、例えば中央にｎ型不純物、例えば砒素（Ａｓ）を少量イオン注入してｎ領域による細状チャネル部２８Ｄを選択的に形成する。同じゲート電圧に対して、細状チャネル部２８Ｄは、不純物濃度変調領域３５のポテンシャルよりポテンシャルが深い領域となる。

次に、ゲート絶縁膜４６を介して複数の垂直転送電極２９〜３１を形成する。このとき、垂直転送電極２９、３１と連続する接続線２９ａ、３１ａも同時に形成される。次いで、絶縁膜を成膜し、絶縁膜の垂直転送電極３０とのコンタクト部３３に開口を形成した後、接続配線３２を形成する。垂直転送チャネル領域２８と複数の垂直転送電極２９〜３１とにより、垂直転送レジスタ２３が形成される。また、電荷読み出し領域４０と電荷読み出し電極を兼ねる垂直転送電極３０とにより、電荷読み出し部２７が形成される。

垂直転送レジスタ２３の形成工程で、同時に水平転送レジスタも形成される。

これ以降は、通常のように、フォトダイオード（ＰＤ）による「受光センサ部２２を除いて、遮光膜を形成し、平坦化膜を介してオンチップカラーフィルタ及びオンチップレンズを形成して目的の固体撮像装置６１を得る。

第５実施の形態に係る固体撮像装置６１によれば、ｐ型不純物をイオン注入して形成した不純物濃度変調領域３５に対してｎ型不純物をイオン注入により打ち返して細状チャネル領域２８Ｄを形成している。本実施の形態においても、垂直転送チャネル領域２８の各垂直転送電極下のチャネル領域部２８Ａにおいて、不純物濃度変調領域３５を有するので、転送方向に対して不純物濃度差が形成され、転送方向のフリンジング電界を向上することができる。

また、不純物濃度変調領域３５に挟まれた細状チャネル部２８Ｄを有するので、水平方向に対して不純物濃度差が形成され、ポテンシャルの深い細状チャネル部２８Ｄに信号電荷を集中することができる。また、全幅にわたりｐ型不純物をイオン注入してｎ−領域の不純物濃度調整領域３５を形成下の後、選択的にｎ型不純物をイオン注入して細状チャネル部２８Ｄを形成している。この構成により、細状チャネル部２８Ｄの濃度は第４実施の形態の狭チャネル効果による細状チャネル部２８Ｃのポテンシャルより予め深く設定することができる。従って、水平方向に対して信号電荷(電子)の移動方向を転送方向に制限することができる。さらに、ポテンシャルディップやトラップ準位で信号電荷が捕獲される確立を低減することができる。これらの効果が相俟って、小信号時の信号電荷の実効的な転送効率を向上することができる。

製造方法では、不純物濃度変調領域３５に、選択的にｎ型不純物をイオン注入して細状チャネル部２８Ｄを形成している。工程数は、第１実施の形態に比べて増加するが、極微細なチャネル幅の細状チャネル部２８Ｄの形成ができる。極微細な小信号用の細状チャネル領域２８Ｄを形成するには、熱拡散の小さいｎ型不純物を用いる方が有利である。本実施の形態ではｐ型不純物のイオン注入の後に、最終的にｎ型不純物をイオン注入して細状チャネル部２８Ｄを形成するので、極微細な小信号用の細状チャネル領域２８Ｄを精度よく形成することができる。

第５実施の形態の固体撮像装置では、その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。

＜８．第６実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１９に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＣＣＤ固体撮像装置の第６実施の形態を示す。第６実施の形態に係る固体撮像装置６３は、第５実施の形態の変形例に相当する。第６実施の形態の固体撮像装置６３は、特に、垂直転送チャネル領域２８において、不純物濃度変調領域３５に挟まれた細状チャネル部２８Ｅを、そのチャネル幅が転送方向に向かって漸次広がるように形成して構成される。細状チャネル領域２８Ｅの形状は、上記以外に、転送方向に向かってチャネル幅が段階的に広くなる形状等、転送方向に向かってチャネル幅が広くなる形状とすることもできる。

その他の構成は、第５実施の形態で説明したと同様であるので、図１８と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

また、第６実施の形態の固体撮像装置６３の製造方法は、細状チャネル部２８Ｅを形成する際のｎ型不純物のイオン注入の平面パターンを変更するのみで、実質的に第５実施の形態の固体撮像装置の製造方法と同じである。

第６実施の形態に係る固体撮像装置６３によれば、チャネル領域部２８Ａの前段部分における不純物濃度変調領域３５で挟まれた細状チャネル部２８Ｅが、転送方向に向かってチャネル幅を広くした形状を有する。細状チャネル部２８Ｅが転送方向に向かって広がる形状を有することにより、信号電荷(電子)の移動方向の制約は第３実施の形態に比べて緩和されるが、転送方向に対する電界の変化を連続的にすることができる。この電界の変化が連続的であることは、転送効率の向上に寄与する。

第６実施の形態においても、不純物濃度変調領域３５を有することで、転送方向のフリンジング電界が向上する。また、細状チャネル部２８Ｅを有することで、信号電荷をここに集め、且つ信号電荷の移動を制限し、ポテンシャルディップやトラップ準位で信号電荷が捕獲される確率を低減することができる。従って、小信号時の信号電荷の実効的な転送効率を向上することができる。

製造方法では、不純物濃度変調領域３５に、選択的にｎ型不純物をイオン注入して細状チャネル部２８Ｅを形成している。工程数は、第１実施の形態に比べて増加するが、極微細なチャネル幅の細状チャネル部２８Ｅの形成ができる。前述したように、極微細な小信号用の細状チャネル領域２８Ｅを形成するには、熱拡散の小さいｎ型不純物を用いる方が有利である。本実施の形態ではｐ型不純物のイオン注入の後に、最終的にｎ型不純物をイオン注入して細状チャネル部２８Ｅを形成するので、極微細な小信号用の細状チャネル領域２８Ｄを精度よく形成することができる。

第６実施の形態の固体撮像装置では、その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。

上述の第２実施の形態におけるチャネル領域部２８Ａの前段部分に一様に形成した低濃度領域５２は、第２実施の形態〜第６実施の形態にも適用できる。また、上述の第３実施の形態における細状チャネル部２８Ｇ内で濃度差を設けた構成は、第２実施の形態〜第６実施の形態にも適用できる。

不純物濃度変調領域３５、低濃度領域５２、５５は、転送チャネル領域２８の全厚さにわたって形成することもでき、あるいは転送チャネル２８の表面側に形成することもできる。

＜９．第７実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図２０及び図２１に、本発明に係る固体撮像装置、すなわち２層ポリシリコン膜で垂直転送電極を形成したＣＣＤ固体撮像装置の第７実施の形態を示す。図２０は固体撮像装置の撮像領域の要部の平面図、図２１は垂直転送レジスタの断面図を示す。

第７実施の形態に係る固体撮像装置６５は、図２０に示すように、複数の受光センサ部２２が２次元マトリックス状に配列され、受光センサ部２２の列毎にＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ２３が配列されて成る。２４は撮像領域を示す。垂直転送レジスタ２３を挟んで電荷読み出し部２７の読み出し領域６６と、チャネルストップ領域２６とが形成される。チャネルストップ領域２６は、例えば高濃度のｐ型半導体領域からなり、電荷読み出し部２７を除いて受光センサ部２２を取り囲むように延長して形成される。

垂直転送レジスタ２３は、垂直方向に延びる埋め込みがたの垂直転送チャネル２８と、その上にゲート絶縁膜を介して転送方向に繰り返し配列した２層ポリシリコン膜からなる複数の垂直転送電極６７、６８とを有して構成される。転送チャネル領域２８は、例えばこの垂直転送レジスタは、例えば４相の転送クロックφＶ１〜φＶ４で駆動するように構成される。各垂直転送電極６７，６８は、垂直方向に交互に配列され、１層目の転送電極２７に対して絶縁膜を「介して２層目の転送電極２８が一部重なるように形成される。

各垂直転送電極６７，６８は、それぞれ各列の対応する垂直転送電極６７，６８同士が接続されるように、垂直方向に隣合う受光センサ部２２間に形成された転送電極６７，６８と同じ層のポリシリコン膜による接続線６７ａ、６８ａと一体に接続される。

垂直転送レジスタ２３では、１層目の垂直転送電極６７に転送クロックφＶ２が印加され、他の１層目の垂直転送電極６７に転送クロックφＶ４が印加される。また、２層目の垂直転送電極６８に転送クロックφＶ１が印加され、他の２層目の垂直転送電極６８に転送クロックφＶ３が印加される。このように４相の転送クロックが印加される４つの垂直転送電極（６７，６８，６７，６８）を一組として、撮像領域２４の全面で垂直転送電極が繰り返し配置されている。

図２０の垂直転送レジスタ２３では、４相の転送パルスφＶ１〜φＶ４で駆動する構成としたが、その他、転送パルスφＶ１とφＶ３、転送パルスφＶ２とφＶ４をそれぞれ共有化した２相駆動の構成とすることもできる。

ＣＣＤ固体撮像装置の垂直転送レジスタ２３及び水平転送レジスタ（図示せず）には、一般にｎ型の埋込み転送チャンネル領域２８を有する構成が用いられる。

図２１に、垂直転送レジスタ２３の断面構造を示す。垂直転送レジスタ２３は、第１導電型例えばｎ型の半導体基板７１に第２導電型例えばｐ型の半導体ウェル領域７２を形成し、このｐ型半導体ウェル領域７２に形成される。すなわち、ｐ型半導体ウェル領域７２の表面側に埋め込み型のｎ型垂直転送チャネル領域２８が形成される。この垂直転送チャネル領域２８上に、ゲート絶縁膜７３を介して２層ポリシリコン膜からなる垂直転送電極６７、６８が転送方向Ａに沿って複数繰り返し配列形成されて、垂直転送レジスタ２３が構成される。ゲート絶縁膜７３は、例えばシリコン酸化膜で形成することができる。

ｎ型半導体基板７１には、所定のプラスのバイアス電圧（Ｖｓｕｂ）が印加され、ｐ型半導体ウェル領域７２は接地レベルにされる。各垂直転送電極６７，６８には、例えば、０Ｖと−９Ｖとの間でレベル変化する４相転送パルスφＶ１〜φＶ４が印加される。

ｐ型半導体ウェル領域７２と転送チャンネル領域２８間のｐｎ接合による空乏層と、転送チャネル領域２８、ゲート絶縁膜７３及び垂直転送電極６７，６８からなるＭＯＳダイオードによる空乏層とに挟まれたところがチャネルとなる。すなわち、多数キャリアである電子による信号電荷が通るチャンネルとなる。

本実施の形態においては、前述の実施の形態と同様に、垂直転送チャネル領域２８において、各同一垂直転送電極６７，６８直下のチャネル領域部２８Ａ内の転送方向の前段部分に、不純物濃度変調領域３５で挟まれた細状チャネル部２８Ｈが形成される。不純物濃度変調領域３５は、ｎ型の垂直チャネル領域２８に対してｐ型不純物、例えばボロン（Ｂ）を少量イオン注入して、例えば当初の垂直転送チャネル領域２８の濃度より低濃度のｎ型領域で形成される。

第７実施の形態における細状チャネル部２８Ｈ、不純物濃度変調領域３５を含むチャネル領域部２８Ａの前段部分の構成は、上述の第１実施の形態〜第６実施の形態及びその変形例の構成を適用できる。

第７実施の形態に係る固体撮像装置６５においても、上述の実施の形態と同様に、画素が微細化されても、垂直転送レジスタにおける小信号時の信号電荷の転送効率の向上することができる。

上述の各実施の形態に係る固体撮像装置によれば、細状チャネル部とこれを挟む不純物濃度変調領域を形成し、垂直転送チャネル領域内の信号電荷(電子)の移動方向を制限することで、転送効率を向上することができる。また、垂直転送レジスタの細線化を図ることができる。

垂直転送チャネルの細線化により、スミア信号混入を抑制すること、受光センサ部のセンサ開口領域を拡大し集光特性を向上すること、等が期待できる。画素の微細化が可能となるため、多画素化、ディバイスの小型化が実現できる。

第１、第４実施の形態では、小信号転送用の細状チャネル部及び不純物濃度変調領域を、工程数を増加させることなく形成することができる。

＜１０．第８実施の形態＞
［固体撮像装置（リニアセンサ）の構成例］
本発明に係る固体撮像装置としては、２次元的に受光センサ部を配列する固体撮像装置のみならず、いわゆるＣＣＤリニアセンサのように１次元的に受光センサ部を有する固体撮像装置にも適用可能である。第８実施の形態に係る固体撮像装置、すなわちＣＣＤリニアセンサに適用する固体撮像装置は、複数の受光センサ部が１次元配列された画素部と、この画素部に隣接して配置されたＣＣＤ構造の転送レジスタとを有して成る。本実施の形態では、１つリニアセンサ構造、あるいはカラーリニアセンサの様に複数のリニアセンサ構造を有する構成とすることができる。本実施の形態における転送レジスタの転送チャネル領域に上述した実施の形態の構成が適用される。
第８実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法は、前述した実施の形態の製造方法を適用することができる。
第８実施の形態の固体撮像装置においても、前述の実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。

上述の各実施の形態に係る固体撮像装置は、電子を信号電荷としたもので、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としているが、本発明は正孔を信号電荷とする固体撮像装置にも適用できる。この場合には、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型として、前述の各半導体領域を逆の導電型の半導体領域で構成することができる。

＜１１．第９実施の形態＞
［電子機器の構成例］
上述の本発明に係る固体撮像装置は、例えばデジタルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話、あるいは作蔵機能を備えた他の機器、などの電子機器に適用することができる。

図２２に、本発明に係る電子機器の一例としてカメラに適用した第９実施の形態を示す。本実施形態例に係るカメラは、静止画像又は動画撮影可能なビデオカメラを例としたものである。本実施形態例のカメラ８１は、固体撮像装置８２と、固体撮像装置８２の受光センサ部に入射光を導く光学系８３と、シャッタ装置８４と、固体撮像装置８２を駆動する駆動回路８５と、固体撮像装置８２の出力信号を処理する信号処理回路８６とを有する。

固体撮像装置８２は、上述した各実施の形態の固体撮像装置のいずれかが適用される。光学系（光学レンズ）８３は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置８２の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置８２内に、一定期間信号電荷が蓄積される。光学系８３は、複数の光学レンズから構成された光学レンズ系としてもよい。シャッタ装置８４は、固体撮像装置７２への光照射期間及び遮光期間を制御する。駆動回路８５は、固体撮像装置８２の８５から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置８２の信号転送を行う。信号処理回路８６は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、或いは、モニタに出力される。

第９実施の形態に係る電子機器によれば、画素が微細化されても、垂直転送レジスタに電荷転送効率、特に小信号時の転送効率が向上するので、高品質の電子機器を提供することがでる。例えば、多画素、小型化されたカメラなどを提供することができる。

１・・インターライン転送（ＩＴ）方式のＣＣＤ固体撮像装置、２・・受光センサ部、３・・垂直転送レジスタ、４・・撮像領域、５・・水平転送レジスタ、６・・出力部、１１・・フレームインターライン（ＦＩＴ）方式のＣＣＤ固体撮像装置、１２・・蓄積領域、１３・・垂直転送レジスタ、２１、５７、６１、６３・・固体撮像装置、２２・・受光センサ部、２３・・垂直転送レジスタ、２４・・撮像領域、２６ａ、２６ｂ・・チャネルストップ領域、２８・・垂直転送チャネル領域、２８Ａ・・チャネル領域部、２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄ、２８Ｅ・・細状チャネル部、２９〜３１・・垂直転送電極、３５・・不純物濃度変調領域

Claims (13)

1. 複数の受光センサ部と、
   転送チャネル領域及び複数の転送電極を有した複数の転送レジスタと、
   前記転送チャネル領域のうち、少なくとも前記受光センサ部からの信号電荷を読み出す電極に対応する転送チャネル領域部内の転送方向の一部に、両側の不純物濃度変調領域に挟まれて形成された細状チャネル部と
   を有する固体撮像装置。
2. 前記転送電極は浮島電極を含む単層ポリシリコン電極からなる
   請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記読み出す電極に対応する転送チャネル領域以外の他の転送電極に対応する転送チャネル領域にも両側の不純物濃度変調領域に挟まれて形成された細状チャネル部を有する
   請求項１記載の固体撮像装置。
4. 前記細状チャネル領域が転送方向に向かってポテンシャルが深くなるポテンシャル勾配を有している
   請求項１記載の固体撮像装置。
5. 前記細状チャネル部が、転送方向に向かってチャネル幅を広くした形状を有している
   請求項１記載の固体撮像装置。
6. 前記垂直転送チャネル領域内の不純物濃度変調領域の中央に、前記垂直転送チャネル領域と同導電型の不純物を導入して形成したポテンシャルの深い前記細状チャネル部を有する
   請求項１記載の固体撮像装置。
7. 受光センサ部から読み出された信号電荷を転送するための転送チャネル領域を形成する工程と、
   前記転送チャネル領域のうち、少なくとも前記受光センサ部からの信号電荷を読み出す電極に対応する転送チャネル領域部内の転送方向の一部に、不純物濃度変調領域と、両側が前記不純物濃度変調領域で挟まれた細状チャネル部とを形成する工程と
   を有する固体撮像装置の製造方法。
8. 第１導電型の前記チャネル領域内の転送方向の一部に、前記細状チャネル部を残して第２導電型不純物を選択的にイオン注入し、前記細状チャネルの両側に該細状チャネル部よりポテンシャルの浅い前記不純物濃度変調領域を選択的に形成する
   請求項７記載の固体撮像装置の製造方法。
9. 第１導電型の前記チャネル領域内の転送方向の一部に、第２導電型不純物をイオン注入して不純物濃度変調領域を形成し、
   前記不純物濃度変調領域の所要部分に第１導電型不純物を選択的にイオン注入して前記不純物濃度変調領域よりポテンシャルの深い前記細状チャネル部を選択的に形成する
   請求項７記載の固体撮像装置の製造方法。
10. 前記細状チャネル部を転送方向に向かって漸次チャネル幅を広くした形状に形成する
    請求項７記載の固体撮像装置の製造方法。
11. 光学レンズと、
    固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備え、
    前記固体撮像装置は、
    複数の受光センサ部と、
    転送チャネル領域及び複数の転送電極を有した複数の垂直転送レジスタと、
    前記転送チャネル領域のうち、少なくとも前記受光センサ部からの信号電荷を読み出す電極に対応する転送チャネル領域部内の転送方向の一部に、両側の不純物濃度変調領域に挟まれて形成された細状チャネル部とを有する
    電子機器。
12. 前記固体撮像装置において、前記細状チャネル領域が転送方向に向かってポテンシャルが深くなるポテンシャル勾配を有している
    請求項１１記載の電子機器。
13. 前記固体撮像装置において、前記細状チャネル部が転送方向に向かってチャネル幅を広くした形状を有している
    請求項１１記載の電子機器。

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