JP2010232219A

JP2010232219A - 電荷転送装置、及び固体撮像装置

Info

Publication number: JP2010232219A
Application number: JP2009075153A
Authority: JP
Inventors: Jiro Matsuda; 二朗松田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2010-10-14

Abstract

【課題】電荷の転送速度を向上させた電荷転送装置を提供する。
【解決手段】半導体基板の主面に形成された電荷転送チャネル領域３０上に１poly電極４０及び２poly電極４２からなる電極対を電荷転送方向に配列する。１poly電極４０の縁４４，４６を電荷転送方向に対して傾斜させる。これにより、電荷転送チャネル領域３０のうち１poly電極４０，２poly電極４２によりそれぞれチャネル電位を制御される１poly対応区画及び２poly対応区画の相互の境界を電荷転送方向に対して傾斜させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電荷転送装置及び固体撮像装置に関する。

ＣＣＤリニアセンサは、水平方向に配列された複数の受光素子と、受光素子の配列に併設された水平転送部とを有する。受光素子に蓄積された電荷は水平転送部に読み出される。水平転送部は各受光素子から読み出された電荷パケットをその一方端に設けられた電荷検出部へ順次転送する。

また、ＣＣＤイメージセンサは、行方向（水平方向）と列方向（垂直方向）とに二次元配列された複数の受光素子と、受光素子の各列に設けられた複数の垂直転送部と、各垂直転送部の一方端に接続された水平転送部とを有する。受光素子に蓄積された電荷は垂直転送部により列方向に転送され１行ずつ水平転送部に読み出される。水平転送部は垂直転送部から転送された複数の電荷パケットを電荷検出部へ順次転送する。

これらＣＣＤリニアセンサやＣＣＤイメージセンサの水平転送部や垂直転送部は電荷結合素子（Charge Coupled Device：ＣＣＤ）からなる電荷転送装置である。

図１３は、従来の水平転送部を構成するＣＣＤシフトレジスタの平面図であり、図において右向きが電荷転送方向である。このＣＣＤシフトレジスタは２相の転送クロックφ1，φ2で駆動される。半導体基板の上に転送電極として、第１層のポリシリコン（以下、１polyと記す）で形成された電極１０と、第２層のポリシリコン（以下、２polyと記す）で形成された電極１２とがチャネル領域２に沿って交互に配列され、それら転送電極は隣接する２本ずつを対にして１つの転送クロックに対応付けられる。２poly電極１２が配置されるチャネル領域２には１poly電極１０をマスクとしてイオン注入が行われ、チャネル電位を１poly電極１０下よりも浅くする。これにより１poly電極１０が配置されるチャネル領域２が電荷を蓄積するストレージ領域を構成し、２poly電極１２が配置されるチャネル領域２がバリア領域を構成する。

図１４は、転送クロックφ1，φ2の波形図である。図１４において縦軸が電圧であり、上向きが正である。転送クロックφ1，φ2は互いに逆相で交互にＨ（High）レベルとＬ（Low）レベルとに切り替わる。ここでＨレベルはＬレベルよりも高い電位である。また、図１５は、図１４に示す各時刻ｔ1〜ｔ3での電荷転送チャネルに沿ったチャネル電位及び電荷パケットの位置を示す模式図である。図１５には、上部に転送電極１０，１２の位置を示し、その下に各時刻のチャネル電位を実線２０で示している。チャネル電位は下向きを正の向きとして表しており、実線２０が下に窪んだ部分が電子からなる電荷パケット２２を蓄積可能な電位井戸となる。

従来の水平ＣＣＤシフトレジスタを構成する転送電極１０，１２は、それらの下に形成されるストレージ領域とバリア領域との境界が電荷転送チャネル領域２の幅方向（電荷転送方向に直交する方向）となるように形成されている。

特開２００８−４８１８号公報

ＣＣＤラインセンサやＣＣＤイメージセンサは高解像度の画像を得るために高画素化が図られており、それに伴い水平転送部の転送速度の向上も必要になる。転送速度は原理的には転送クロックの周波数を上げ電位井戸の移動速度を上げれば、それに応じて速くなり得る。しかし、電荷の移動が電位井戸の移動に追いつかなくなると転送不良を生じる。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、転送不良を起こさないようにしつつ、転送速度の向上を図ることができる電荷転送装置、及び固体撮像装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電荷転送装置は、半導体基板の主面に形成された一又は複数の電荷転送チャネル領域と、前記電荷転送チャネル領域毎に設けられ、当該電荷転送チャネル領域上に電荷転送方向に沿って配列される複数の転送電極と、を有し、前記各転送電極は、前記電荷転送チャネル領域における前記転送電極それぞれに対応した部分領域であって、対応する前記転送電極によりチャネル電位を制御される複数の区画について、それらの相互の境界が、前記電荷転送チャネル領域の幅の全部又は実質的に転送電荷のチャネルが形成される中央部分にて前記電荷転送方向に対して傾斜した形状となる構造である。

他の本発明に係る電荷転送装置は、上記電荷転送装置において、前記転送電極が、第１層の電極材で形成され相互間に前記電荷転送方向の間隔を有して配列される第１層転送電極と、当該第１層の電極材の上に積層される第２層の電極材で形成され、前記電荷転送方向に前記第１層転送電極と交互に配列される第２層転送電極とからなり、前記電荷転送チャネル領域における前記第１層転送電極に対応する区画と前記第２層転送電極毎に対応する区画との間には、前記第１層転送電極をマスクとして前記第２層転送電極に対応する区画に選択的にイオン注入された不純物により、予めチャネル電位差が形成され、前記転送電極が、互いに隣接する前記第１層転送電極及び前記第２層転送電極からなる電極対毎に、互いに異なる位相の転送クロックを印加されるものである。

さらに他の本発明に係る電荷転送装置は、上記電荷転送装置において、前記境界の前記電荷転送方向に対して傾斜した形状が、前記電荷転送方向の下流に向かって開かれたＶ字型の形状、又は当該Ｖ字型を前記電荷転送方向に直交する方向に複数個並列に並べた形状であるものである。

本発明に係る固体撮像装置は、上記電荷転送装置を、前記電荷転送方向を行方向とする水平転送部として備え、前記半導体基板上にさらに、前記行方向に一次元配列された複数の受光素子、又は前記行方向及びこれに交差する列方向に二次元配列された複数の受光素子を有した受光部と、受光量に応じて前記受光素子に蓄積された電荷を前記受光部から前記水平転送部へ行単位で前記列方向に転送する垂直転送部と、を有するものである。

請求項１記載の発明によれば、転送速度を向上させた電荷転送装置を提供できる。

請求項２記載の発明によれば、転送速度をより向上させた電荷転送装置を提供できる。

請求項３記載の発明によれば、転送速度を向上させ、転送不良を低減させた電荷転送装置を提供できる。

請求項４記載の発明によれば、転送速度を向上させた電荷転送装置を具備する固体撮像装置を提供できる。

第１の実施形態に係るＣＣＤシフトレジスタの模式的な平面図である。図１に示すＣＣＤシフトレジスタの電荷転送方向に沿った模式的な垂直断面図である。図１に示すＣＣＤシフトレジスタの電荷転送チャネルに沿ったチャネル電位及び電荷パケットの位置を示す模式図である。転送電極相互間の境界を電荷転送方向に直交させた場合のチャネル電位のシミュレーション結果を示す図である。転送電極相互間の境界を電荷転送方向に傾斜させた場合のチャネル電位のシミュレーション結果を示す図である。電荷転送方向に対して直交させて配置される転送電極の形状を示す模式的な平面図である。電荷転送方向に対して傾斜させて配置される転送電極の形状を示す模式的な平面図である。図６の構造における電荷転送チャネル領域の中心線Ａ−Ａに沿った断面でのチャネル電位を示す模式図である。図７の構造における転送電極の幅方向（線Ｂ−Ｂ）に沿った断面でのチャネル電位を示す模式図である。図７の構造における電荷転送チャネル領域の中心線Ａ−Ａに沿った断面でのチャネル電位を示す模式図である。第２の実施形態に係るＣＣＤシフトレジスタの模式的な平面図である。第３の実施形態に係るＣＣＤイメージセンサの概略の構成を示す模式的な平面図である。従来のＣＣＤシフトレジスタの平面図である。転送クロックの波形図である。図１３に示すＣＣＤシフトレジスタの電荷転送チャネルに沿ったチャネル電位及び電荷パケットの位置を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る電荷転送装置であるＣＣＤシフトレジスタの模式的な平面図であり、図において水平右向きが電荷転送方向である。また、図２は図１に示すＣＣＤシフトレジスタの模式的な垂直断面図であり、半導体基板に垂直で電荷転送方向に沿った面での断面を示している。このＣＣＤシフトレジスタは２相の転送クロックφ1，φ2で駆動され、電荷転送チャネル領域３０に沿って配置された配線３２，３４がそれぞれ転送クロックφ1，φ2を転送電極に供給する。

半導体基板３６の一方主面の上に酸化膜等の絶縁膜３８を介して、転送電極として、１poly電極４０と２poly電極４２とが配置される。１poly電極４０は、１poly膜をパターニングして形成され、相互間に電荷転送方向の間隔を有して配列される。１poly電極４０の形成後に積層される２poly膜をパターニングして、２poly電極４２が形成され、相互間に電荷転送方向の間隔を有して配列される。１poly電極４０と２poly電極４２とは電荷転送方向の位置をずらして配置され、２poly電極４２は１poly電極４０の間隔をカバーするように形成される。これにより、電荷転送方向に１poly電極４０と２poly電極４２とが交互に配列される。ここで、電荷転送チャネル領域３０において、１poly電極４０に面し当該電極によりチャネル電位を制御される部分を１poly対応区画、また２poly電極４２に面し当該電極よりチャネル電位を制御される部分を２poly対応区画と称すると、電荷転送チャネル領域３０には、１poly対応区画と２poly対応区画とが電荷転送方向に交互に配置される。

１poly電極４０、２poly電極４２はそれぞれ、電荷転送チャネル領域３０をその幅方向に跨って形成される。１poly電極４０の平面形状は、図１に示すように、電荷転送チャネル領域３０の上では電荷転送方向に対して傾斜している。すなわち、１poly電極４０の輪郭のうち電荷転送チャネル領域３０上に位置する部分（電荷転送方向の上流側の縁４４及び下流側の縁４６）が電荷転送方向に対して直交する線ではなく斜めに伸びる線で規定される。例えば、縁４４，４６は互いに平行にすることができるが、必ずしも平行でなくてもよい。

この１poly電極４０の形状は１poly対応区画の形状を規定する。一方、１poly電極４０の形成後に形成される２poly電極４２は、隣接する１poly電極４０との間に目合わせずれなどによって間隙が生じないように、両側の１poly電極４０それぞれの縁の上へオーバーラップされる。それゆえ、２poly電極４２それ自体の形状は必ずしも２poly対応区画の形状とは対応しない。ただし、電荷転送チャネル領域３０に面する形状に応じた２poly電極４２の実効的な形状は、上述のように１poly電極４０の縁４４，４６を斜めにすることで、１poly電極４０と同様、電荷転送チャネル領域３０を横切る輪郭が斜めとなるように規定される。すなわち、１poly対応区画及び２poly対応区画相互の境界は、１poly電極４０の形状に応じて、電荷転送チャネル領域３０を電荷転送方向に対して斜めに横切るように設定される。

互いに隣接する１poly電極４０及び２poly電極４２からなる電極対は配線３２，３４の一方に共通に接続される。各電極対はそれらの配列順に従って交互に配線３２，３４の一方に接続される。

電荷転送チャネル領域３０は、ｐ型の半導体基板３６の表面にｎ型拡散層５０を形成され、これにより埋め込みチャネルを形成する。ｎ型拡散層５０には１poly電極４０の形成後、１poly電極４０をマスクとしたイオン注入が行われ、１poly電極４０の間隔、すなわち２poly対応区画に選択的にｎ⁻領域５２が形成される。その後、当該間隔には２poly電極４２が形成される。このようにして、２poly対応区画は、当該２poly電極４２と対をなす１poly電極４０下の１poly対応区画よりチャネル電位が浅くなるように予め設定され、１poly対応区画が電荷を蓄積するストレージ領域を構成し、２poly対応区画がバリア領域を構成する。

本ＣＣＤシフトレジスタは、転送クロックφ1，φ2として図１４に示した波形のクロックで駆動される。図３は、図１４に示した各時刻ｔ1〜ｔ3での電荷転送チャネルに沿ったチャネル電位及び電荷パケットの位置を示す模式図である。図３には、上部に転送電極４０，４２の位置を示し、その下に各時刻のチャネル電位を縦に並べて示している。各時刻における実線６０がチャネル電位を表している。下向きがチャネル電位の正の向きであり、実線６０が下に窪んだ部分が電子からなる電荷パケット６２を蓄積可能な電位井戸となる。バリア領域とストレージ領域との間に予め作り込まれたチャネル電位差により、電荷パケット６２は各電極対の下にてバリア領域からストレージ領域へ移動し、さらに隣接する電極対間では、Ｌレベルの転送クロックを印加される上流側の電極対からＨレベルの転送クロックを印加される下流側の電極対へ移動する。

さて、図１５に示した従来のチャネル電位の形状は階段状であったが、図３に示すチャネル電位の形状は、Ｌレベルを印加される上流側の電極対からＨレベルを印加される下流側の電極対にかけて全体的に電位勾配を有するものとなっている。この電位勾配により、本ＣＣＤシフトレジスタは、電荷転送方向への電荷パケットの移動が速やかに行われ、その結果、転送不良を抑制しつつ転送速度が向上する。

図３に示すチャネル電位の勾配は、１poly対応区画と２poly対応区画との境界が上述のように電荷転送方向に対して傾斜した形状となるように転送電極を構成したことにより与えられる。以下、この点をさらに説明する。

図４，図５は、転送電極相互間の境界を電荷転送方向に直交させた場合と、傾斜させた場合とのシミュレーション結果を示す図である。図４，図５は、その上部にシミュレーションのモデルを示し、その下に当該モデルでの電荷転送チャネルに沿ったチャネル電位を示している。モデルには、電荷転送チャネル領域７０とその上に配置される一連の転送電極Ｖ１〜Ｖ４の平面形状とが示されている。チャネル電位は、当該モデルに示した電荷転送チャネル領域７０の中心線Ａ−Ａに沿った断面上で計算したものである。図４は電荷転送チャネル７０上にある電極Ｖ１〜Ｖ４同士の境界が電荷転送方向に直交する場合を示している。一方、図５は、電極Ｖ２，Ｖ３相互間の境界が電荷転送方向に対して傾斜している場合を示している。いずれの場合のシミュレーションも、電極Ｖ１には−８Ｖ、電極Ｖ２には−５Ｖ、電極Ｖ３には−２Ｖ、電極Ｖ４には０Ｖの電圧を印加した状態を計算している。図４，図５との対比から理解されるように、図４のように電極Ｖ２と電極Ｖ３の境界を電荷転送方向に対して傾斜させることで、チャネル電位の形状が図５の階段状から図４のスロープ状に変化する。

このチャネル電位の形状の相違は定性的には以下のように説明できる。なお、ここでは、説明を簡単にするために、転送電極の形状とは、電荷転送チャネル領域におけるチャネル電位が制御される区画に対応した実効的な形状を意味するものとする。すなわち、例えば、２poly電極４２については、１poly電極の上にオーバーラップした部分まで含めた実際の形状ではなく、２poly電極４２が電荷転送チャネル領域３０に面する部分の形状となる。

図６，図７は、電荷転送チャネル領域７０に配置される転送電極の形状を示す模式的な平面図であり、いずれも転送電極の電荷転送方向の配列ピッチはＬである。図６に示す転送電極８０-1〜８０-4は電荷転送方向に直交する形状を有し、図７に示す転送電極８２-1〜８２-4は電荷転送方向に対して角度θ［rad］（０＜θ＜π/２）傾斜した形状を有する。

なお、転送電極８０-1〜８０-4及び転送電極８２-1〜８２-4は、上述した従来のＣＣＤシフトレジスタ又は本ＣＣＤシフトレジスタの隣接する２つの電極対を構成する４つの転送電極に対応する。図６，図７の電荷転送チャネル領域７０は図４，図５の構成と同様、ｎ⁻領域５２に相当する拡散層を有していない。しかし、転送電極８０-1〜８０-4それぞれに、又は転送電極８２-1〜８２-4それぞれに個別に電圧ψ１〜ψ４（ψ１＜ψ２＜ψ３＜ψ４）を印加することで、ストレージ領域及びバリア領域を形成する電極対を２相の転送クロックφ1，φ2で駆動する状態と同様のチャネル電位形状を得ることができる。

図８は、転送電極が電荷転送チャネル領域に直交配置された図６の構造におけるチャネル電位の空間的変化の形状９０を示す模式図であり、電荷転送チャネル領域の中心線Ａ−Ａに沿った断面でのチャネル電位を示している。このチャネル電位は、転送電極８０-1〜８０-4それぞれにψ１〜ψ４を印加した状態であり、印加電圧に応じた階段状のチャネル電位が形成されている。この階段状のチャネル電位は各転送電極における線Ａ−Ａ方向の中央付近では比較的平坦な領域Ｒfを有する一方、転送電極相互の境界近傍にて急峻に変化し大きなフリンジ電界を有する領域Ｒgを生じる。このチャネル電位が急峻に変化する領域Ｒgの線Ａ−Ａ方向の広がりは、隣接する２つの転送電極の印加電圧の差、電荷転送チャネル領域７０の不純物プロファイルなど、種々の要因によって決まる。

図９，図１０は、転送電極が電荷転送チャネル領域に傾斜配置された図７の構造におけるチャネル電位の空間的変化の形状９２を示す模式図であり、図８の場合と同様、転送電極８２-1〜８２-4それぞれにψ１〜ψ４を印加した状態を示している。図９は、転送電極８２-1〜８２-4の境界に直交する方向である線Ｂ−Ｂに沿った断面でのチャネル電位を示しており、一方、図１０は電荷転送チャネル領域の中心線Ａ−Ａに沿った断面でのチャネル電位を示している。

転送電極の境界に直交する方向の寸法を転送電極の幅と定義すれば、図６と図７とで転送電極の配列ピッチＬが同じでも、傾斜配置された転送電極８２-1〜８２-4の幅Ｌcは直交配置された転送電極８０-1〜８０-4の幅Ｌより小さくなる。図９は、図８と同様、転送電極の幅方向のチャネル電位であるが、転送電極の幅が図８ではＬであるのに対し、図９ではＬc（＜Ｌ）である点に基本的な違いがある。転送電極の幅を減少させた場合、その影響は図８のチャネル電位の形状９０において、主として平坦な領域Ｒfの縮小として現れ、急峻な変化領域Ｒgの広がりへの影響は平坦な領域Ｒfにおけるほど大きくはない。その結果、傾斜配置の転送電極８２-1〜８２-4のチャネル電位は図９に示す形状９２となり、チャネル電位の形状９２に占める急峻な変化領域Ｒgの割合は図８の形状９０に比べて大きくなる。

図１０は、線Ｂ−Ｂの方向に関して図９の形状９２となるチャネル電位を、図８と同様の電荷転送チャネル領域７０の中心線Ａ−Ａに沿った断面上で表したものである。図１０のチャネル電位の形状９４は、図９のチャネル電位の形状９２を横方向にＬ/Ｌc倍に伸長させたものとなる。形状９２にて領域Ｒgが占める割合が形状９０におけるより大きくなることに対応して、形状９４におけるチャネル電位が平坦な領域Ｒfcは図８の形状９０における平坦な領域Ｒfに比べて小さくなり、一方、チャネル電位が勾配を有する領域Ｒgcが占める割合が大きくなる。この図１０のチャネル電位の形状９４が図５のチャネル電位の形状に相当し、一方、図８のチャネル電位の形状９０が図４のチャネル電位の形状に相当する。

電荷転送方向に対する転送電極の角度θを小さくすると、チャネル電位が平坦な領域Ｒfcが縮小し、勾配を有した領域Ｒgcが拡大する。これにより、転送電極を傾斜配置したＣＣＤシフトレジスタでは、電位井戸に蓄積された電荷がフリンジ電界により円滑かつ速やかに移動し、上述の従来のＣＣＤシフトレジスタに比べて転送効率及び転送速度が向上する。

ここで、定性的にはθを小さくしていくと、或る点で平坦な領域Ｒfcがなくなり、バリア領域を形成する転送電極８２-1下からストレージ領域を形成する転送電極８２-4下までの転送経路の全体が領域Ｒgcとなる。この状態でのθをθthと表すと、θth≦θ＜π/２なる範囲のθにて転送速度が向上し得る。

なお、θを減少させていくと、平坦な領域Ｒfcは転送電極８２-4の位置に示した電位井戸の底の部分でも縮小し、平坦な底が消滅した後は、電位井戸が浅くなる。その結果、蓄積電荷量又は取り扱い電荷量が低下する。同様に、転送電極８２-1下の電位障壁も薄くなり、また低くなる。また、転送電極の配列ピッチＬを一定に保った状態で、θを小さくすると、転送電極の幅が縮小し、一方、長さを増加させなければならなくなる。その結果、転送電極の抵抗成分が増加する。これらの点を考慮するとθには最適値が存在し得る。

この最適値には種々の要因が影響を及ぼす。例えば、Ｒgの大きさに影響を与える印加電圧ψ１〜ψ４、直交配置の状態で存在する平坦な領域Ｒfの大きさに影響を与える配列ピッチＬ、及び電荷転送チャネル領域７０の不純物濃度がθの最適値に影響を及ぼす。このように、θの最適値や設定可能範囲を解析的な手法で求めることは通常、容易ではなく、一般には、電子計算機を用いたシミュレーションや実験的手法により決定される。

なお、図６，図７では説明を簡単とするために転送電極の配列ピッチは一様にＬとした。この点、例えば、本ＣＣＤシフトレジスタでは１poly電極４０と２poly電極４２とが交互に配置され、このように複数種類の転送電極が配置される構成では、配列ピッチは必ずしも一様とはならない。しかし、上述の定性的な説明は、配列ピッチが一様でない場合にも有効である。

また、上述の実施形態では、１poly対応区画及び２poly対応区画の境界を電荷転送チャネル領域３０の幅全体にて電荷転送方向に対して傾斜するように１poly電極４０，２poly電極４２を構成した。ここで、電荷転送チャネル領域のチャネル電位は、その幅方向に関して平坦ではなく基本的に両側で浅くなる。その結果、電荷パケットが通過する実効的なチャネルは電荷転送チャネル領域３０の幅の両端を除いた内側に位置する。よって、電荷転送チャネル領域３０にて実質的に転送電荷のチャネルが形成される中央部分の上だけ、１poly対応区画及び２poly対応区画の境界を電荷転送方向に対して傾斜させた構造とすることもできる。

［第２の実施形態］
図１１は、第２の実施形態に係る電荷転送装置であるＣＣＤシフトレジスタの模式的な平面図であり、図１と同様、図において水平右向きが電荷転送方向である。図１１において、上記第１の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。

図１１のＣＣＤシフトレジスタが第１の実施形態と基本的に相違する点は、電荷転送チャネル領域３０上における１poly電極１００の形状が電荷転送方向の下流に向かって開かれたＶ字型に屈曲している点である。これにより、電荷転送チャネル領域３０にて１poly電極１００に面する１poly対応区画と２poly電極１０２に面する２poly対応区画との境界も電荷転送方向の下流に向かって開かれたＶ字型に形成される。

また、１poly対応区画及び２poly対応区画の境界は、電荷転送方向の下流に向かって開かれたＶ字型を電荷転送チャネル領域３０の幅方向に複数個並列に並べた形状としてもよい。例えば、当該境界は、電荷転送方向の下流に向かって開かれたＷ字型とすることができる。

これらの構成も、１poly対応区画及び２poly対応区画の境界が電荷転送方向に対して傾斜し、第１の実施形態と同様の作用効果を有する。

［第３の実施形態］
第３の実施形態は、ＣＣＤイメージセンサである。図１２は、本ＣＣＤイメージセンサの概略の構成を示す模式的な平面図である。本ＣＣＤイメージセンサは例えば、インターライン型であり、二次元配列された複数の受光素子１１０からなる受光部、複数の垂直転送部１１２、水平転送部１１４、出力部１１６を有する。

水平転送部１１４はＣＣＤシフトレジスタ（水平シフトレジスタ）である。垂直転送部１１２は、受光素子１１０の各列に併設されたＣＣＤシフトレジスタ（垂直シフトレジスタ）であり、各垂直シフトレジスタの一方端は水平シフトレジスタに接続される。

垂直転送部１１２は、受光素子１１０に蓄積された電荷を読み出す。一群の垂直転送部１１２に読み出された電荷は行単位で水平転送部１１４へ向けて順次、転送される。水平転送部１１４は、行方向に並んだ電位井戸に各垂直転送部１１２からの電荷を受け取る。水平転送部１１４は、垂直転送部１１２から転送された１行分の電荷を出力部１１６へ向けて順次、転送する。

水平転送部１１４を構成する水平シフトレジスタは、第１又は第２の実施形態で説明したＣＣＤシフトレジスタを用いて構成され、水平転送部１１４に要求される高速転送を実現する。本構成においては、１poly電極４０及び２poly電極４２からなる電極対の配列ピッチは、受光素子１１０の行方向の配列ピッチに合わせて設定される。従って、上記θの決定に影響を有する要因の一つであるパラメータＬは、受光素子１１０の行方向の配列ピッチに応じて設定される。

また、垂直転送部１１２を構成する各垂直シフトレジスタを本発明に係る電荷転送装置で構成してもよい。この場合には、垂直シフトレジスタを構成する転送電極は、行方向に配列された複数の垂直シフトレジスタに跨った共通電極ではなく、垂直シフトレジスタ毎に設けられたものとする。すなわち、転送電極は、電荷転送チャネル領域を横断するのに足りる長さであり、隣の電荷転送チャネル領域までには達しない長さに設定される。上述のように本発明の電荷転送装置では少なくとも一部の転送電極（例えば、第１の実施形態の１poly電極４０及び２poly電極４２のうち１poly電極４０）については電荷転送方向に対して傾斜され、その結果、転送電極の幅が細くなる。そこで、転送電極の長さを短くすることで、転送電極の高抵抗化を防ぐ。これにより、転送電極に印加された転送クロックの波形の劣化が少なくなり、転送効率が向上する。

また、受光素子１１０が一次元配列された受光部を有するＣＣＤラインセンサにおいて、複数の受光素子１１０から読み出した一群の電荷パケットを転送する電荷転送部を本発明の電荷転送装置を用いて構成することもできる。

３０，７０電荷転送チャネル領域、３２，３４配線、４０，１００１poly電極、４２，１０２２poly電極、４４ｎ型拡散層、４４，４６縁、５０ｎ型拡散層、５２ｎ⁻領域、８０，８２転送電極、１１０受光素子、１１２垂直転送部、１１４水平転送部、１１６出力部。

Claims

半導体基板の主面に形成された一又は複数の電荷転送チャネル領域と、
前記電荷転送チャネル領域毎に設けられ、当該電荷転送チャネル領域上に電荷転送方向に沿って配列される複数の転送電極と、を有し、
前記各転送電極は、前記電荷転送チャネル領域における前記転送電極それぞれに対応した部分領域であって、対応する前記転送電極によりチャネル電位を制御される複数の区画について、それらの相互の境界が、前記電荷転送チャネル領域の幅の全部又は転送電荷のチャネルが形成される中央部分にて前記電荷転送方向に対して傾斜した形状となる構造であること、
を特徴とする電荷転送装置。
請求項１に記載の電荷転送装置において、
前記転送電極は、第１層の電極材で形成され相互間に前記電荷転送方向の間隔を有して配列される第１層転送電極と、当該第１層の電極材の上に積層される第２層の電極材で形成され、前記電荷転送方向に前記第１層転送電極と交互に配列される第２層転送電極とからなり、
前記電荷転送チャネル領域における前記第１層転送電極に対応する区画と前記第２層転送電極毎に対応する区画との間には、前記第１層転送電極をマスクとして前記第２層転送電極に対応する区画に選択的にイオン注入された不純物により、予めチャネル電位差が形成され、
前記転送電極は、互いに隣接する前記第１層転送電極及び前記第２層転送電極からなる電極対毎に、互いに異なる位相の転送クロックを印加されること、
を特徴とする電荷転送装置。
請求項１又は請求項２に記載の電荷転送装置において、
前記境界の前記電荷転送方向に対して傾斜した形状は、前記電荷転送方向の下流に向かって開かれたＶ字型の形状、又は当該Ｖ字型を前記電荷転送方向に直交する方向に複数個並列に並べた形状であること、を特徴とする電荷転送装置。
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の電荷転送装置を、前記電荷転送方向を行方向とする水平転送部として備え、
前記半導体基板上にさらに、
前記行方向に一次元配列された複数の受光素子、又は前記行方向及びこれに交差する列方向に二次元配列された複数の受光素子を有した受光部と、
受光量に応じて前記受光素子に蓄積された電荷を前記受光部から前記水平転送部へ行単位で前記列方向に転送する垂直転送部と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。