JP2019046995A - 固体撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電荷転送効率が向上された固体撮像装置を提供する。【解決手段】固体撮像装置は、第一方向Ｄ１に並んだ複数の光電変換部と、対応する光電変換部と第二方向Ｄ２で並び、かつ、対応する光電変換部で発生した電荷を転送する転送部と、を備える。光電変換部は、入射光に応じて電荷を発生する光感応領域６を有する。光感応領域は、第一不純物領域１１と、第一不純物領域に比して不純物濃度が高い第二不純物領域１２と、を含む。第二不純物領域は、光感応領域において、第二方向で一端６ａから他端６ｂまで設けられており、平面視での形状は、光感応領域における中心線Ｇ１に対して線対称であり、幅Ｗは、転送方向ＴＤで増加しており、光感応領域を第二方向にｎ分割（ｎは２以上の整数）した各区間における第二不純物領域の幅の増加率は、転送方向で次第に大きくなっている。【選択図】図３

Description

本発明は、固体撮像装置に関する。
第一方向に並んだ複数の光電変換部と、対応する光電変換部と第一方向に交差する第二方向で並び、かつ、対応する光電変換部で発生した電荷を転送する転送部と、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）。特許文献１に記載の固体撮像装置において、光電変換部は、入射光に応じて電荷を発生する光感応領域を有している。
特開２０１５−９０９０６号公報
上記のような固体撮像装置において、たとえば光電変換部の第二方向での長さを長くする場合、電荷を転送する距離が長くなるので、電荷を効率よく転送する必要が生じる。従来、電荷を効率よく転送するために、光電変換部に不純物を追加注入することにより、光感応領域の不純物濃度を変化させることがある。たとえば、上記特許文献１に記載の固体撮像装置においては、光感応領域が、第一不純物領域と、第一不純物領域に比して不純物濃度が高い第二不純物領域と、を有している。第二不純物領域は、第二方向で、転送部とは反対側に位置する一端から転送部側に位置する他端に向かう転送方向で次第に幅広となる台形形状を呈している。このような形状の第二不純物領域により、光感応領域において、転送方向で次第に高くなる電位勾配が形成される。
第二不純物領域の形状に応じて、形成される電位勾配が変化することが知られている。しかしながら、従来、第二不純物領域の形状は、これを決定する者の感覚や経験によることが多いため、電荷を効率よく転送するのに十分な電位勾配を形成することが難しい。その結果、電荷転送時間が増大してしまうという問題があり、電荷転送効率のさらなる向上が求められている。
本発明は、電荷転送効率が向上された固体撮像装置を提供することを目的とする。
本発明者らは、たとえば上記特許文献１に記載されているように第二不純物領域が台形形状を呈している場合には、光感応領域において電位勾配の小さい箇所が生じてしまうとの知見を得た。この知見に基づき、本発明者らは、電位勾配の小さい箇所が生じ難い第二不純物領域の形状を形成することによって、電荷転送効率が向上することを見出した。そして、このような第二不純物領域の形状について本発明者らが鋭意研究を行った結果、本発明を完成するに至った。
本発明に係る固体撮像装置は、第一方向に並んだ複数の光電変換部と、対応する光電変換部と第一方向に交差する第二方向で並び、かつ、対応する光電変換部で発生した電荷を転送する転送部と、を備え、光電変換部は、入射光に応じて電荷を発生する光感応領域を有し、光感応領域は、第一不純物領域と、第一不純物領域に比して不純物濃度が高い第二不純物領域と、を含み、第二不純物領域は、光感応領域において、第二方向で転送部とは反対側に位置する一端又は一端の近傍から転送部側に位置する他端まで設けられており、第二不純物領域の平面視での形状は、光感応領域における第二方向に沿った中心線に対して線対称であり、第二不純物領域の第一方向での幅は、一端から他端に向かう転送方向で増加しており、光感応領域を第二方向にｎ分割（ｎは２以上の整数）した各区間における第二不純物領域の幅の増加率は、転送方向で次第に大きくなっている。
本発明の固体撮像装置では、第二不純物領域の幅が転送方向で増加しているので、光感応領域において一端から他端に向かうにしたがい電位が高くなる電位勾配が形成されている。第二不純物領域は、平面視で、光感応領域における第二方向に沿った中心線に対して線対称の形状であるので、光感応領域においてはどの位置で電荷が発生しても同じ効率で電荷の転送が行われる。光感応領域を第二方向にｎ分割した各区間における第二不純物領域の幅の増加率は、転送方向で次第に大きくなっている。このような形状の第二不純物領域によって、光感応領域において電位勾配の小さい箇所が生じ難くなるので、電荷が効率よく転送される。したがって、電荷転送効率が向上された固体撮像装置が提供される。
各区間における第二不純物領域の幅は、隣り合う各区間における光感応領域の電位差が一定となるように設定されていてもよい。このような幅の第二不純物領域によって、光感応領域における電位勾配が略一定となるので、電荷が効率よく転送される。
各区間は、光感応領域を第二方向にｎ等分（ｎは２以上の整数）した各区間であってもよい。
各区間は、光感応領域を、第二方向での幅が転送方向で次第に狭くなるように分割した各区間であってもよい。
各区間のうち他端に最も近い区間における第二不純物領域の幅の増加率は、他端側で大きくなるよう変化していてもよい。
本発明によれば、電荷転送効率が向上された固体撮像装置を提供することができる。
固体撮像装置の平面構成を示す図である。 固体撮像装置の断面図である。 固体撮像装置の光感応領域を模式的に示す図である。 固体撮像装置において形成される電位の変化を説明するための図である 第二不純物領域の幅を説明するための図である。 ノッチ幅毎の光感応領域の電位を示すグラフである。 各等分点に対応する第二不純物領域の各幅を示すグラフである。 本実施形態の第二不純物領域を含む光感応領域をシミュレーションモデルとして作成した図である。 図８のシミュレーションモデルを用いて、光感応領域のポテンシャルをシミュレーションした結果を三次元空間で示すグラフである。 転送方向での電位勾配を示すグラフである。 従来の第二不純物領域を模式的に示す図である。 光感応領域における電位勾配を、本実施形態と従来とで比較して示すグラフである。 転送時間に対応するイメージラグの実測値を、本実施形態と従来とで比較して示すグラフである。 他の実施形態に係る第二不純物領域を模式的に示す図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
まず、図１〜図４を参照して、本実施形態に係る固体撮像装置１について説明する。図１は、固体撮像装置１の平面構成を示す図である。図２は、固体撮像装置１の断面図であって、図１におけるII-II線に沿った断面構成を示す図である。図３は、固体撮像装置１の光感応領域６を模式的に示す図である。図４は、固体撮像装置１において形成される電位の変化を説明するための図である。
図１に示されるように、固体撮像装置１は、受光部３と、複数の入力ゲート部４と、複数の転送部７と、電荷出力部としてのシフトレジスタ９と、を備えている。固体撮像装置１は、たとえば、埋込型のＣＣＤリニアイメージセンサである。
受光部３は、複数の光電変換部５を有している。複数の光電変換部５は、第一方向Ｄ１に並んでいる。光電変換部５は、入力ゲート部４と転送部７との間に位置する。光電変換部５は、第一方向Ｄ１での幅に対して第一方向Ｄ１と交差する第二方向Ｄ２での長さが約１〜５００倍である長尺の矩形状を呈している。本実施形態では、第一方向Ｄ１は、光電変換部５の二つの長辺の対向方向に沿う方向であり、Ｙ軸に沿った正方向及び負方向の双方向を意味する。第二方向Ｄ２は、光電変換部５の二つの短辺の対向方向に沿う方向であり、Ｘ軸に沿った正方向及び負方向の双方向を意味する。第一方向Ｄ１と第二方向Ｄ２とは直交している。
各光電変換部５は、入射光に応じて電荷を発生する光感応領域６を一つ有している。光感応領域６は、平面視において、二つの長辺と二つの短辺とによって形作られる矩形状を呈している。複数の光感応領域６は、第一方向Ｄ１に並んで配置されている。複数の光感応領域６は、第一方向Ｄ１を一次元方向として、当該一次元方向にアレイ状に配置されている。一つの光感応領域６は、受光部３における一画素を構成する。
光感応領域６は、不純物濃度が異なる複数の不純物領域を含んでいる。図３に示されるように、光感応領域６は、一対の第一不純物領域１１と、一対の第一不純物領域１１に比して不純物濃度が高い一つの第二不純物領域１２と、を含んでいる。第一不純物領域１１及び第二不純物領域１２の構成の詳細は、後述する。
第二不純物領域１２は、光感応領域６において、第二方向Ｄ２で一方の短辺６ａから他方の短辺６ｂまで設けられている。本実施形態において、第二不純物領域１２は、短辺６ａから短辺６ｂまで連続的に延びている。短辺６ａは、光感応領域６における転送部７とは反対側に位置する一端である。短辺６ｂは、光感応領域６における転送部７側に位置する他端である。第二不純物領域１２は、第一方向Ｄ１で一対の第一不純物領域１１に挟まれている。
第二不純物領域１２の平面視での形状は、光感応領域６における第二方向Ｄ２に沿った中心線Ｇ１に対して線対称である。中心線Ｇ１は、光感応領域６の一対の長辺６ｃ，６ｄに平行であり、かつ、各長辺６ｃ，６ｄからの距離が同等であるように位置する線をいう。本実施形態において「同等」とは、等しいことに加え、測定誤差又は予め設定された範囲での微差などを含んだ値を同等としてもよい。第二不純物領域１２の平面視での形状が中心線Ｇ１に対して線対称であるとは、第二不純物領域１２を中心線Ｇ１で分けたときに、中心線Ｇ１を挟んで位置する各領域の形状が互いに鏡像となっており、面積又は数が同等であることをいう。
第二不純物領域１２の第一方向Ｄ１での幅Ｗは、短辺６ａ側から短辺６ｂ側に向かうにしたがい増加している。以下、第一方向Ｄ１での幅を単に「幅」とする。第二不純物領域１２の形状の詳細については、図５を参照して後述する。
第二不純物領域１２によって、光感応領域６においては、短辺６ａ，６ｂの対向方向（第二方向Ｄ２）に沿って、短辺６ａから短辺６ｂに向かう方向（図１のＸ軸正方向）で高くされた電位勾配が形成される。これにより、光感応領域６に発生した電荷は、光感応領域６において短辺６ａから短辺６ｂに向かう方向で転送され、光感応領域６の短辺６ｂ側から排出される。以下、短辺６ａから短辺６ｂに向かう方向を「転送方向ＴＤ」とする。
図１に示されるように、各入力ゲート部４は、光感応領域６にそれぞれ対応し、かつ、対応する光感応領域６の短辺６ａ側に配置されている。すなわち、複数の入力ゲート部４は、光感応領域６の短辺６ａ側に、第二方向Ｄ２で光感応領域６（光電変換部５）と並ぶように配置されている。入力ゲート部４は、光感応領域６の短辺６ａ側に所定の電位を与える。
各転送部７は、光感応領域６にそれぞれ対応し、かつ、対応する光感応領域６の短辺６ｂ側に配置されている。すなわち、複数の転送部７は、光感応領域６の短辺６ｂ側に、第二方向Ｄ２で光感応領域６（光電変換部５）と並ぶように配置されている。転送部７は、光感応領域６とシフトレジスタ９との間に位置する。転送部７は、光感応領域６から排出された電荷を取得し、取得した電荷をシフトレジスタ９に向けて転送する。
シフトレジスタ９は、各光感応領域６とで各転送部７を挟むように配置されている。すなわち、シフトレジスタ９は、光感応領域６の短辺６ｂ側に配置されている。シフトレジスタ９は、各転送部７から転送された電荷を取得し、Ｙ軸負方向に転送し、アンプＡに順次出力する。シフトレジスタ９から出力された電荷は、アンプＡによって電圧に変換され、光感応領域６毎の電圧として固体撮像装置１の外部に出力される。
隣り合う光感応領域６の間及び隣り合う転送部７の間は、アイソレーション領域が配置されている。アイソレーション領域は、光感応領域６間及び転送部７間それぞれにおける電気的な分離を実現している。
受光部３、入力ゲート部４、複数の転送部７、及びシフトレジスタ９は、半導体基板１０に形成されている。すなわち、固体撮像装置１は、半導体基板１０を有している。本実施形態では、半導体基板１０としてシリコン基板が用いられている。半導体基板１０は、図２に示されるように、半導体基板１０の基体となる本体層１０Ａと、本体層１０Ａの一方面側に形成された表面層２２〜２７と、を含んでいる。
本体層１０Ａは、ｐ型半導体層である。表面層２２は、ｎ＋＋型半導体層である。表面層２３は、ｎ−型半導体層である。表面層２４は、本体層１０Ａの上に形成された一対のｎ型半導体層２４ａ及び一つのｎ＋型半導体層２４ｂ（図３参照）と、ｎ型半導体層２４ａ及びｎ＋型半導体層２４ｂの上に形成された一つのｐ＋型導体層２４ｃと、を含んでいる。図３に示されるように、ｎ＋型半導体層２４ｂは、第一方向Ｄ１で一対のｎ型半導体層２４ａに挟まれている。表面層２５は、ｎ−型半導体層である。表面層２６は、ｎ型半導体層である。表面層２７は、ｐ＋型半導体層である。ｐ型及びｎ型の各導電型は、前述したものとは逆になるように入れ替えられていてもよい。
導電型に付された「＋」は、高不純物濃度を示す。導電型に付された「−」は、低不純濃度を示す。低不純物濃度は、「−」が付された導電型の不純物の一部が、「−」が付された導電型とは逆の導電型の不純物により補償されることにより、見かけ上、低不純物濃度とされた態様も含む。「＋」の数は、「＋」が付された導電型の不純物の濃度の度合いを示し、「＋」の数が多いほど、「＋」が付された導電型の不純物の濃度が高いことを示す。ｎ型の不純物としてはＮ、Ｐ又はＡｓなどがあり、ｐ型の不純物としてはＢ又はＡｌなどがある。
ｐ型半導体層である本体層１０Ａとｎ型半導体層２４ａ及びｎ＋型半導体層２４ｂとの界面には、ｐｎ接合が形成される。ｎ型半導体層２４ａ及びｎ＋型半導体層２４ｂにより、光の入射により電荷を発生する光感応領域６が構成される。ｎ型半導体層２４ａは、光感応領域６のうち、前述した第一不純物領域１１を構成する。ｎ型半導体層２４ａの形状に対応し、第一不純物領域１１の形状が形成される。ｎ＋型半導体層２４ｂは、前述した第二不純物領域１２を構成する。ｎ＋型半導体層２４ｂの形状に対応し、第二不純物領域１２の形状が形成される。
ｎ＋型半導体層２４ｂは、ｎ型半導体層２４ａよりもｎ型不純物濃度が高い。図３に示されるように、ｎ型不純物濃度が高いｎ＋型半導体層２４ｂの幅Ｗが、転送方向ＴＤで次第に大きくなっている。転送方向ＴＤで短辺６ａ側では、ｎ型不純物濃度が高いｎ＋型半導体層２４ｂの幅が小さいため、ポテンシャルが浅くなり、転送方向ＴＤで短辺６ｂ側では、ｎ型不純物濃度が高いｎ＋型半導体層２４ｂの幅が大きいため、ポテンシャルが深くなる。これにより、表面層２４には、図４に示されるように、転送方向ＴＤで次第に深くなるポテンシャルの傾斜（転送方向ＴＤで次第に高くなる電位勾配）が形成される。
表面層２３に対して、電極４１が配置されている。電極４１は、絶縁層２０を介して表面層２３上に形成されている。電極４１と表面層２３とによって、入力ゲート部４が構成される。電極４１には、制御装置１０２により制御される駆動回路１０１から信号ＩＧが与えられ、この信号ＩＧに応じて表面層２３の電位が決定される。表面層２３の電位は、表面層２４の電位よりも低く決定される。よって、図４に示されるように、表面層２３のポテンシャルは、表面層２４のポテンシャル（すなわち、光感応領域６のポテンシャル）よりも浅い状態とされる。
表面層２５に対して、電極４２が配置されている。電極４２は、絶縁層２０を介して表面層２５上に形成されている。電極４２と表面層２５とによって、転送部７が構成される。電極４２には、制御装置１０２により制御される駆動回路１０１から信号ＴＧが与えられ、この信号ＴＧに応じて表面層２５の電位が変化する。表面層２５のポテンシャルは、図４の（ａ）に示されるように表面層２４のポテンシャルより浅い状態、又は、図４の（ｂ）に示されるように表面層２４のポテンシャルより深い状態とされる。このようなポテンシャルの変化により、転送部７は、光感応領域６から電荷を取得し、シフトレジスタ９へ送り出す。
表面層２６に対して、電極４３が配置されている。電極４３は、絶縁層２０を介して表面層２６上に形成されている。電極４３と表面層２６とによって、シフトレジスタ９が構成される。電極４３には、制御装置１０２により制御される駆動回路１０１から信号ＰＨが与えられ、この信号ＰＨに応じて表面層２６の電位が変化する。表面層２６のポテンシャルは、図４の（ａ）に示されるように表面層２４のポテンシャルより浅くかつ表面層２５のポテンシャルより深い状態、又は、図４の（ｂ）に示されるように表面層２４のポテンシャルより深くかつ表面層２５のポテンシャルより深い状態とされる。このようなポテンシャルの変化により、シフトレジスタ９は、転送部７から電荷を取得し、取得した電荷をアンプＡに送り出す。
表面層２７は、表面層２２〜２６を、半導体基板１０の他の部分から電気的に分離している。前述したアイソレーション領域は、表面層２７により構成できる。電極４１〜４３は、たとえばポリシリコン膜からなる。前述した絶縁層２０は、たとえばシリコン酸化膜からなる。
次に、図５を参照して、第二不純物領域１２の形状の詳細について説明する。図５は、第二不純物領域１２の幅Ｗを説明するための図である。図５の（ａ）は、光感応領域６を模式的に示す図であって、第二方向Ｄ２で長さＬの光感応領域６を第二方向Ｄ２にｎ分割した（ｎは２以上の整数）各区間Ｌ１，…，Ｌｋ，…，Ｌｎ（ｋは２以上かつｎ−１以下の整数）における第二不純物領域１２の幅Ｗ０，…，Ｗｋ，…，Ｗｎを示す図である。各区間Ｌ１，…，Ｌｋ，…，Ｌｎにおける第二不純物領域１２の幅Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎとは、たとえば、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ，…，Ｌｎにおける短辺６ｂに最も近い位置での幅であり、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ，…，Ｌｎにおける最大幅である。幅Ｗ０は、区間Ｌ１における最小幅であり、光感応領域６における転送方向ＴＤで最も上流側の一端（短辺６ａ）での第二不純物領域１２の幅である。各区間Ｌ１，…，Ｌｋ，…，Ｌｎにおける第二不純物領域１２の幅Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎは、最大幅に限らず、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ，…，Ｌｎにおける幅の平均値などであってもよい。図５の（ｂ）は、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎにおける光感応領域６の電位勾配を示すグラフである。図５の（ｂ）の横軸は、光感応領域６における転送方向ＴＤに沿った位置［μｍ］を示し、図５の（ｂ）の縦軸は、各位置における最大電位［Ｖ］を示している。
本実施形態において、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎは、光感応領域６を第二方向Ｄ２にｎ等分した各区間である。等分とは、等しい分量に分けることを意味するが、各区間は、測定誤差又は予め設定された±数μｍの範囲の微差などが含まれることにより完全に等しい分量に分かれていなくてもよい。図５の（ａ）に示されるように、第二不純物領域１２の幅Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎの増加率ΔＷ１，…，ΔＷｋ，…ΔＷｎ（ΔＷｋ＝Ｗｋ−Ｗｋ−１）は、転送方向ＴＤで次第に大きくなっている。各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎ内において、第二不純物領域１２の幅は、転送方向ＴＤの上流側から下流側に向かって次第に大きくなっている。すなわち、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎ内において、転送方向ＴＤの上流側の端部から下流側の端部まで、第二不純物領域１２の幅は転送方向ＴＤで単調に増加している。図５の（ｂ）に示されるように、第二不純物領域１２の幅Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎは、隣り合う各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎにおける電位差ΔＶ１，…，ΔＶｋ，…，ΔＶｎ（ΔＶｋ＝Ｖｋ−Ｖｋ−１）が、どの区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎでも一定となるように設定されている。ただし、ΔＶ１＝Ｖ１−Ｖ０であり、Ｖ０は、幅Ｗ０に対応する光感応領域６の電位である。
次に、前述の第二不純物領域１２の形状を決定する方法について具体的に説明する。まず、第二不純物領域１２の幅Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎを求める方法について説明する。第一の手順として、転送方向ＴＤで一定のノッチ幅（０．８μｍ〜６．１μｍの範囲の所定幅）を有する第二不純物領域１２を有する固体撮像装置のモデルを用いて、ノッチ幅毎の光感応領域６の電位を算出する。図６は、ノッチ幅毎の光感応領域６の電位を示すグラフである。図６の横軸は、ノッチ幅［μｍ］を示し、図６の縦軸は、ノッチ幅に対応する光感応領域６の最大電位［Ｖ］を示している。図６の縦軸は、上方向にいくほど最大電位が大きく、下方向にいくほど最大電位が小さいことを示している。
第二の手順として、図６のグラフから、ノッチ幅が０．８μｍ〜６．１μｍの範囲に対応する範囲の電位をｎ等分し（図６に示される例では、１２等分している。）、ｎ＝１，…，ｋ，…ｎの各等分点でのノッチ幅を読み取り、読み取られた各等分点でのノッチ幅を、各等分点に対応する第二不純物領域１２の各幅Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎとする。以上の第一及び第二の手順によって、隣り合う各区間における光感応領域６の電位差が一定となるような第二不純物領域１２の各幅Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎが求められる。なお、幅Ｗ０は、ノッチ幅の最小値（０．８μｍ）として求められる。
続いて、求めた第二不純物領域１２の各幅Ｗ０，Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎを用いて、第二不純物領域１２の形状を決定する。具体的には、図７のグラフに示されるように、図６のグラフから求めた第二不純物領域１２の各幅Ｗ０，Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎを、ｎ＝０，１，…，ｋ，…ｎの各等分点に対応させてプロットする。図７は、各等分点に対応する第二不純物領域１２の各幅Ｗ０，Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎを示すグラフである。図７の横軸は、ｎ＝０，１，…，ｋ，…ｎの等分点を示し、図７の縦軸は、各幅Ｗ０，Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎの中心を基準とした位置［μｍ］を示している。図７の縦軸は、第二不純物領域１２の第一不純物領域１１に対する境界位置でもある。これにより、第二不純物領域１２の形状が決定される。第二不純物領域１２の形状は、光電変換部５の転送方向ＴＤでの長さによらず、図７のグラフに示される形状と相似形状となる。
次に、以上のようにして決定される第二不純物領域１２の形状が、電荷転送効率を向上するのに最適な形状であることを示すためにシミュレーションを行った結果を図８〜図１０に示す。図８は、本実施形態の第二不純物領域１２を含む光感応領域６をシミュレーションモデルとして作成した図である。図９は、図８のシミュレーションモデルを用いて、光感応領域６のポテンシャルをシミュレーションした結果を三次元空間で示すグラフである。図９のｘ軸正方向が転送方向ＴＤに相当する。図９の縦軸は、最大電位を示し、上方向にいくほど最大電位が小さく（ポテンシャルが浅く）、下方向にいくほど最大電位が大きい（ポテンシャルが深い）ことを示している。図１０は、転送方向ＴＤでの電位勾配を示すグラフであって、図９の結果に基づき、光感応領域６における転送方向ＴＤでの位置に対応する電位の値をプロットしたグラフである。図１０の横軸は、光感応領域６の転送方向ＴＤ（ｘ軸正方向）での位置［μｍ］を示し、図１０の縦軸は、各位置における光感応領域６の最大電位［Ｖ］を示している。図１０の縦軸は、上方向にいくほど最大電位が小さく、下方向にいくほど最大電位が大きいことを示している。
図１０に示されるように、光感応領域６における電位勾配は、光感応領域６の転送方向ＴＤに沿う略全領域に亘って、略一定となっている。光感応領域６に発生した電荷は、略一定の傾きの電位勾配に沿って転送されるので、効率良く転送される。
続いて、従来技術と比較し、本実施形態の第二不純物領域１２の形状が電荷転送効率を向上するために最適な形状であることを示す。図１１は、従来の第二不純物領域５０Ａ，５０Ｂを模式的に示す図である。図１１の（ａ）に示されるように、第二不純物領域５０Ａは、幅Ｗの増加率が、短辺６ａから短辺６ｂ側の末端領域ＥＡに至るまで一定となっている。図１１の（ｂ）に示されるように、第二不純物領域５０Ｂは、幅Ｗの増加率が、短辺６ａから短辺６ｂまで一定となっている。
図１２は、光感応領域６における電位勾配を、本実施形態と従来とで比較して示すグラフである。図１２のグラフ６０ａは、第二不純物領域１２を含む光感応領域６の結果を示しており、図１０のグラフに対応する。図１２のグラフ６０ｂ，６０ｃは、第二不純物領域５０Ａ，５０Ｂを含む光感応領域６をそれぞれシミュレーションモデルとして作成し、各当該シミュレーションモデルを用いて光感応領域６における電位をシミュレーションにより求めた結果である。グラフ６０ｂは第二不純物領域５０Ａを含む光感応領域６の結果を示し、グラフ６０ｃは第二不純物領域５０Ｂを含む光感応領域６の結果を示している。
図１２のグラフ６０ａ〜６０ｃに示されるように、第二不純物領域５０Ａ，５０Ｂを含む光感応領域６では、何れも、特に光感応領域６の転送方向ＴＤで中央から末端（１００μｍ〜２００μｍ）にかけて電位勾配が減少する箇所が生じている。これに対し、本実施形態の第二不純物領域１２を含む光感応領域６では、電位勾配が減少する箇所が生じておらず、略一定である。したがって、本実施形態では、従来に比して、光感応領域６の電位勾配の小さい箇所が生じ難く、電荷が効率よく転送されることがシミュレーションによって示された。
図１３は、転送時間に対応するイメージラグの実測値を、本実施形態と従来とで比較して示すグラフである。図１３の横軸は、光感応領域６における電荷の転送時間［μｓ］を示し、図１３の縦軸は、イメージラグ［％］を示す。イメージラグとは、転送しきれずに光感応領域６に電荷が残ることにより生じる残像である。図１３のグラフ６１ａは、第二不純物領域１２を含む光感応領域６のイメージラグの実測結果を示している。図１３のグラフ６１ｂは、第二不純物領域５０Ａを含む光感応領域６のイメージラグの実測結果を示している。図１３のグラフ６１ｃは、第二不純物領域５０Ｂを含む光感応領域６のイメージラグの実測結果を示している。
図１３のグラフ６１ａ〜６１ｃに示されるように、第二不純物領域５０Ａ，５０Ｂを含む光感応領域６に比して、本実施形態の第二不純物領域１２を含む光感応領域６では、イメージラグが大幅に減少している。したがって、本実施形態では、従来に比して、光感応領域６の電荷転送効率が向上することが実測値でも示された。
以上、本実施形態に係る固体撮像装置１によれば、第二不純物領域１２の幅Ｗが転送方向ＴＤで増加しているので、光感応領域６において短辺６ａから短辺６ｂに向かうにしたがい電位が高くなる電位勾配が形成されている。第二不純物領域１２は、平面視で、光感応領域６における中心線Ｇ１に対して線対称の形状であるので、光感応領域６においてはどの位置で電荷が発生しても同じ効率で電荷の転送が行われる。光感応領域６を第二方向Ｄ２にｎ分割した各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎにおける第二不純物領域１２の幅Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎの増加率ΔＷ１，…，ΔＷｋ，…，ΔＷｎは、転送方向ＴＤで大きくなっている。このような形状の第二不純物領域１２によって、光感応領域６において電位勾配の小さい箇所が生じ難くなるので、電荷が効率よく転送される。したがって、電荷転送効率が向上された固体撮像装置１が提供される。
第二不純物領域１２の幅Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎは、隣り合う各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎにおける電位差が一定となるように設定されている。このような幅Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎの第二不純物領域１２によって、光感応領域６における電位勾配が略一定となるので、電荷が効率よく転送される。特に、本実施形態のように光電変換部５が長尺であり光感応領域６における転送距離が長くなる場合には、このような略一定の電位勾配を形成することが有効である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他に適用したものであってもよい。
たとえば、第二不純物領域１２の形状は、上記実施形態で示した例に限られず、図１４に示される第二不純物領域１２Ａ〜１２Ｅのような種々の形状を取り得る。図１４は、他の実施形態に係る第二不純物領域１２Ａ〜１２Ｅを模式的に示す図である。
上記実施形態においては、第二不純物領域１２が、光感応領域６において短辺６ａから短辺６ｂまで設けられている例を説明したが、たとえば、図１４の（ａ）に示される第二不純物領域１２Ａのように、短辺６ａから離れた短辺６ａの近傍から短辺６ｂまで設けられていてもよい。短辺６ａの近傍とは、電荷の移動が妨げられない程度に短辺６ａから離れた位置（短辺６ａから数μｍ程度）である。短辺６ａの近傍とは、たとえば、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎのうち短辺６ａに最も近い区間Ｌ１における短辺６ａよりも短辺６ｂ寄りの位置である。
上記実施形態においては、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎがｎ等分された区間である例を説明したが、各区間は等しい分量に分かれていなくてもよい。たとえば、図１４の（ｂ）に示される第二不純物領域１２Ｂのように、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎは、光感応領域６を、第二方向Ｄ２での幅が、転送方向ＴＤで次第に狭くなるように分割した各区間であってもよい。
上記実施形態においては、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎ内で第二不純物領域１２の幅Ｗが増加している例を説明したが、たとえば、図１４の（ｃ）に示される第二不純物領域１２Ｃのように、第二不純物領域１２の幅Ｗが、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎ内では増加せず、隣り合う各区間の境界位置で増加していてもよい。すなわち、第二不純物領域１２Ｃの各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎ内の外形形状が矩形状であってもよい。
第二不純物領域１２の各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎ内は、一つの領域により形成されていてもよいし、複数の微小領域により形成されていてもよい。たとえば、図１４の（ｄ）に示される第二不純物領域１２Ｄのように、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎが、複数の微小領域１２ｄによって形成されていてもよい。
各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎのうち短辺６ｂに最も近い区間Ｌｎにおける第二不純物領域１２の幅Ｗｎの増加率は、短辺６ｂ側で大きくなるよう変化していてもよい。たとえば、図１４の（ｅ）に示される第二不純物領域１２Ｅのように、光感応領域６を第二方向Ｄ２に少ない等分数（ここでは、たとえばｎ＝３とする。）で等分すると共に、最も短辺６ｂに近い区間Ｌ３における幅Ｗｎの増加率が一定ではなく、短辺６ｂ側で大きくなるように変化していてもよい。短辺６ｂ側とは、区間Ｌ３における短辺６ｂ寄りの位置であり、少なくとも区間の第二方向Ｄ２に沿った中心線よりも短辺６ｂに近い位置である。
光電変換部５は、長尺でなくてもよく、各光電変換部５は、複数の光感応領域６を有していてもよい。すなわち、各光電変換部５に複数の画素が含まれていてもよい。この場合であっても、各光感応領域６の電位勾配が略一定となるので、電荷転送効率が向上する。
１…固体撮像装置、５…光電変換部、６…光感応領域、６ａ…短辺（一端）、６ｂ…短辺（他端）、７…転送部、１１…第一不純物領域、１２…第二不純物領域、Ｄ１…第一方向、Ｄ２…第二方向、ＴＤ…転送方向、Ｇ１…中心線、Ｗ…幅。

Claims (5)

  1. 第一方向に並んだ複数の光電変換部と、
    対応する前記光電変換部と前記第一方向に交差する第二方向で並び、かつ、対応する前記光電変換部で発生した電荷を転送する転送部と、を備え、
    前記光電変換部は、入射光に応じて電荷を発生する光感応領域を有し、
    前記光感応領域は、第一不純物領域と、前記第一不純物領域に比して不純物濃度が高い第二不純物領域と、を含み、
    前記第二不純物領域は、前記光感応領域において、前記第二方向で前記転送部とは反対側に位置する一端又は前記一端の近傍から前記転送部側に位置する他端まで設けられており、
    前記第二不純物領域の平面視での形状は、前記光感応領域における前記第二方向に沿った中心線に対して線対称であり、
    前記第二不純物領域の前記第一方向での幅は、前記一端から前記他端に向かう転送方向で増加しており、
    前記光感応領域を前記第二方向にｎ分割（ｎは２以上の整数）した各区間における前記第二不純物領域の前記幅の増加率は、前記転送方向で次第に大きくなっている、固体撮像装置。
  2. 前記各区間における前記第二不純物領域の前記幅は、隣り合う前記各区間における前記光感応領域の電位差が一定となるように設定されている、請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記各区間は、前記光感応領域を前記第二方向にｎ等分（ｎは２以上の整数）した各区間である、請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
  4. 前記各区間は、前記光感応領域を、前記第二方向での幅が前記転送方向で次第に狭くなるように分割した各区間である、請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
  5. 前記各区間のうち前記他端に最も近い区間における前記第二不純物領域の前記幅の増加率は、前記他端側で大きくなるよう変化している、請求項１〜４の何れか一項に記載の固体撮像装置。
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