JP3649397B2 - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部の一端または両端に接続された水平電荷転送部とを備えた固体撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インターライン転送型固体撮像装置は、行列状に配置された複数の光電変換部と、光電変換部の各列に対応して配置された複数列の垂直電荷転送部と、各垂直電荷転送部の一端に電気的に接続された水平電荷転送部と、水平電荷転送部の一端に接続された出力回路部とを備えている。このような固体撮像装置においては、光電変換部で発生した信号電荷は、垂直電荷転送部により垂直方向に転送された後、水平電荷転送部に送られ、この水平電荷転送部で水平方向（垂直電荷転送部の転送方向と直交する方向）に転送されて出力回路部に送られる。
【０００３】
図２１〜図２３は、従来のインターライン転送型固体撮像装置における垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部付近の構造を示す模式図であり、図２１は平面図、図２２は図２１のＡ−Ａ’断面図、図２３は図２１のＢ−Ｂ’断面図である。図中符号４０１は垂直電荷転送部、４１６は垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部、４０３は水平電荷転送部、４０５はＮ--型半導体基板、４０６はＰ型ウェル層、４０７はＰ+型素子分離領域、４０８はＮ型半導体領域、４０９ａ、４０９ｂおよび４０９ｃはＮ-型半導体領域、４１０は絶縁膜、４１１、４１２ａ、４１２ｂおよび４１３は垂直転送電極、４１４ａおよび４１４ｂは第１の水平転送電極、４１５ａおよび４１５ｂは第２の水平転送電極である。
【０００４】
垂直電荷転送部４０１においては、Ｎ--型半導体基板４０５の表層部にＰ型ウェル層４０６が形成されており、Ｐ型ウェル層４０６の表層部に垂直転送チャネル領域であるＮ型半導体領域４０８が形成され、このＮ型半導体領域４０８上に絶縁膜４１０を介して複数の垂直転送電極４１１、４１２ａ、４１２ｂおよび４１３が形成されている。各垂直転送電極は、クロックパルスφＶ１、φＶ２、φＶ３またはφＶ４が印加されるように配線されている。
【０００５】
また、水平電荷転送部４０３においては、前記Ｐ型ウェル層４０６の表層部に水平転送チャネル領域であるＮ型半導体領域４０８が形成され、このＮ型半導体領域４０８上に絶縁膜４１０を介して複数の第１の水平転送電極４１４ａおよび４１４ｂが形成されている。更に、第１の水平転送電極同士間の間隙にはＮ-型半導体領域４０９ａが形成されており、このＮ-型半導体領域４０９ａ上に絶縁膜４１０を介して第２の水平転送電極４１５ａおよび４１５ｂが形成されている。各水平転送電極は、クロックパルスφＨ１またはφＨ２が印加されるように配線されている。
【０００６】
また、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部４１６においては、垂直電荷転送部４０１の終端に配置される垂直転送電極（以下、「最終垂直転送電極」という。）４１３と第１の水平転送電極４１４ａとが離間するように配置されており、この最終垂直転送電極４１３と第１の水平転送電極４１４ａとの間隙にＮ-型半導体領域４０９ｂが形成されている。更に、このＮ-型半導体領域４０９ｂ上は、第２の水平転送電極４１５ａで被覆されている。
【０００７】
次に、上記固体撮像装置の垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送動作について、図２４、図２５および図２６を用いて説明する。図２６は、垂直電荷転送部および水平電荷転送部の各転送電極に印加されるクロックパルスの一例である。図２４および図２５は、図２６に示すクロックパルスにより駆動させた場合の垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送時のポテンシャル分布を示す図であり、図２４は垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部付近のポテンシャル図、図２５は水平電荷転送部のポテンシャル図である。なお、ポテンシャル図においては、ポテンシャルは下向きに正とし、斜線部に電荷が保持されるものとする（以下同じ。）。
【０００８】
時刻ｔ１においては、垂直電荷転送部４０１内の信号電荷４１７は、ハイ電圧ＶVHが印加されている垂直転送電極４１１および４１２ｂ下に蓄積されている。次に、時刻ｔ２においては、パルスφＶ４がＶHLからＶHHに、パルスφＶ２がＶHHからＶHLに変わることにより、信号電荷４１７の一部が垂直電荷転送部４０１から水平電荷転送部４０３へ転送され始める。次に、時刻ｔ３において、パルスφＶ１がＶHLからＶHHに、パルスφＶ３がＶHHからＶHLに変わることにより、信号電荷４１７はさらに垂直電荷転送部４０１から水平電荷転送部４０３へ転送され、時刻ｔ４において、パルスφＶ２がＶHLからＶHHに、パルスφＶ４がＶHHからＶHLに変わることにより、垂直電荷転送部４０１から水平電荷転送部４０３への信号電荷４１７の転送動作が終了する。このとき、信号電荷４１７は、水平電荷転送部４０３のＶHHが印加されている第１の水平転送電極４１４ａ下に蓄積される。また、次の信号電荷４１８は、ハイ電圧ＶHHが印加されている垂直転送電極４１１および４１２ａ下まで転送されている。時刻ｔ５において、パルスφＶ３がＶHLからＶHHに、パルスφＶ１がＶHHからＶHLに変わることにより、次の信号電荷４１８は、ハイ電圧ＶVHが印加されている垂直転送電極４１１および４１２ｂ下まで転送される。
【０００９】
その後、水平電荷転送部が作動し、時刻ｔ６において、φＨ１がＶHHからＶHLに、φＨ２がＶHLからＶHHに変わることにより、第１の水平電荷転送電極４１４ａ下に保持されていた信号電荷４１７は、第１の水平転送電極４１４ｂ下部に保持される。更に、時刻ｔ７において、φＨ１がＶHLからＶHHに、φＨ２がＶHHからＶHLに変わることにより、第１の水平電荷転送電極４１４ｂ下に保持されていた信号電荷４１７は、更に前方に配置された第１の水平転送電極４１４ａ下部に保持される。この動作が繰り返されて、信号電荷が水平電荷転送部を転送される。
【００１０】
図２５に示すように、上記固体撮像装置の動作時、水平電荷転送部においては、Ｎ-型半導体領域４０９ａ下に電位障壁４１９が形成され、この電位障壁４１９の存在により、水平電荷転送部における電荷の逆送が抑制される。また、図２４に示すように、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部４１６において、Ｎ-型半導体領域４０９ｂ下に電位障壁４２０が形成され、この電位障壁４２０の存在により、水平電荷転送部から垂直電荷転送部へと電荷の逆送されることを抑制することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の固体撮像装置は、画素の微細化および水平電荷転送部の低電圧駆動化が進むにつれて、垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送がスムーズに行われなくなり、一般に黒線不良と呼ばれる縦線状の表示異常が発生したり、転送効率が著しく劣化するという問題があった。このような問題が発生する理由を、図２１、図２４および図２５を用いて以下に説明する。
【００１２】
従来の固体撮像装置では、画素の微細化が進むにつれて水平電荷転送部４０３の繰り返しピッチが狭くなるため、第１の水平転送電極４１４ａと第１の水平転送電極４１５ａとの間の距離（ＬHBA）は狭くしていく必要があった。一方、最終垂直転送電極４１３と水平電荷転送部４０３の第１の水平転送電極４１４ａとの間の距離（ＬV-H）は、画素の微細化とは関係なく設計することができる。そのため、従来の固体撮像装置では、図２１に示すように、画素の微細化が進むにつれて、接続部４１６における最終垂直転送電極４１３と第１の水平転送電極４１４ａとの間の距離（ＬV-H）が、水平電荷転送部における第１の水平転送電極同士間の距離（ＬHBA）よりも長くなるように設計されていた。その結果、水平電荷転送部のＮ-型半導体領域４０９ａにおけるショートチャネル効果が、接続部のＮ-型半導体領域４０９ｂにおけるショートチャネル効果よりも顕著に現れるようになり、図２４および図２５に示すように、水平電荷転送部の電位障壁４１９よりも垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部の電位障壁４２０の方が大きく形成される。そのため、水平電荷転送部４０３に印加されるクロックパルスφＨ１およびφＨ２のハイ電圧を水平電荷転送部４０３で転送不良が発生しないような電圧に設定したとしても、時刻ｔ２および時刻ｔ３における垂直電荷転送部４０１から水平電荷転送部４０３への電荷転送において、転送障害４２１による信号電荷の転送残り４２２が生じ、黒線不良と呼ばれる縦線状の表示異常が発生する場合があった。すなわち、水平電荷転送部４０３に印加されるクロックパルスφＨ１およびφＨ２の低電圧化を進めていくと、水平電荷転送部４０３自体で転送不良が発生するよりも先に垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部において転送不良が発生するようになるため、水平電荷転送部４０３の低電圧駆動化が困難であった。
【００１３】
そこで、本発明は、水平電荷転送部の駆動電圧を低電圧化させても、垂直電荷転送部から水平電荷転送部へ信号電荷を転送する際に生じる転送残りを十分に低減し、良好な表示特性を得ることができる固体撮像装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部の少なくとも一方の端部に接続され、前記垂直電荷転送部から転送された電荷を受け取って、これを転送する水平電荷転送部とを備え、前記垂直電荷転送部は、垂直転送チャネル領域と、前記垂直転送チャネル領域上に形成された複数の垂直転送電極を備え、前記水平電荷転送部は、水平転送チャネル領域と、前記水平転送チャネル領域上に形成された複数の第１の水平転送電極と、前記第１の水平転送電極同士間に配置された複数の第２の水平転送電極とを備え、前記第１の水平転送電極下の電位が、この電極と隣接し、且つ、この電極よりも転送方向に対して後方に配置された第２の水平転送電極下の電位よりも高くなるように構成された固体撮像装置であって、前記垂直電荷転送部と前記水平電荷転送部との接続部においては、前記垂直電荷転送部の終端に配置された最終垂直転送電極と、前記水平電荷転送部の前記第１の水平転送電極とが互いに離間するように配置され、この最終垂直転送電極と第１の水平転送電極との間に前記第２の水平転送電極が配置されており、前記接続部における前記最終垂直転送電極と前記第１の水平転送電極との間の距離が、前記水平電荷転送部における前記第１の水平転送電極同士間の距離と同等か、またはそれよりも短いことを特徴とする。
【００１５】
このような固体撮像装置によれば、前記接続部において最終垂直転送電極と第１の水平転送電極との間に形成される電位障壁を、前記水平電荷転送部において前記第１の水平転送電極同士間に形成される電位障壁と同等か、またはそれよりも小さくすることができる。そのため、水平電荷転送部の駆動電圧を低下させても、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部での転送不良を十分に抑制することができ、前記接続部での転送不良に起因する表示異常の発生を抑制することができる。
【００１６】
前記固体撮像装置においては、前記接続部において、前記最終垂直転送電極と前記第１の水平転送電極との間に第１の電位障壁領域が形成され、前記水平電荷転送部において、前記第１の水平転送電極同士間に第２の電位障壁領域が形成されていることが好ましい。このような好ましい例によれば、水平電荷転送部および接続部における電荷の逆送を確実に抑制することができる。
【００１７】
また、前記固体撮像装置においては、前記第１の電位障壁領域および前記第２の電位障壁領域を、前記第１の水平転送電極下に存在する領域の不純物濃度と、前記第２の水平転送電極下に存在する領域の不純物濃度とを相違させることにより形成することができる。
【００１８】
この場合、前記第１の電位障壁領域の垂直方向における寸法が、前記最終垂直転送電極と前記第１の水平転送電極との間の距離よりも短いことが好ましい。この好ましい例によれば、前記最終垂直転送電極と前記第１の水平転送電極との間の距離が、前記第１の水平転送電極同士間の距離と同等であっても、最終垂直電荷転送電極と第１の水平転送電極との間に形成される電位障壁を、前記第１の水平転送電極同士間に形成される電位障壁よりも小さくすることができる。そのため、水平電荷転送部の更なる低電圧駆動化と、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部での転送不良の更なる抑制とを実現することができる。
【００１９】
また、前記固体撮像装置においては、前記第１の電位障壁領域および前記第２の電位障壁領域を、前記第１の水平転送電極に印加される電圧と、前記第２の水平転送電極に印加される電圧とを相違させることにより形成することも可能である。
【００２０】
また、前記固体撮像装置においては、前記第２の電位障壁領域が、前記垂直転送チャネル領域と重なり合わないように形成されていることが好ましい。この好ましい例によれば、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部の電位障壁を更に小さくすることができる。そのため、水平電荷転送部の更なる低電圧駆動化と、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部での転送不良の更なる抑制とを実現することができる。
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明の固体撮像装置の製造方法は、垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部の少なくとも一方の端部に接続され、前記垂直電荷転送部から転送された電荷を受け取って、これを転送する水平電荷転送部とを備えた固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板内に、垂直転送チャネル領域および水平転送チャネル領域を形成する工程と、前記垂直転送チャネル領域上に、複数の第１の垂直転送電極と、前記垂直電荷転送部の終端に配置される最終垂直転送電極とを形成し、前記水平転送チャネル領域上に、複数の第１の水平転送電極を形成する工程と、前記垂直転送チャネル領域上に、前記第１の垂直転送電極同士間に配置されるように複数の第２の垂直転送電極を形成して、前記垂直電荷転送部を形成し、前記水平転送チャネル領域上に、前記第１の水平転送電極同士間に配置されるように、複数の第２の水平転送電極を形成して前記水平電荷転送部を形成する工程とを含み、前記垂直電荷転送部と前記水平電荷転送部との接続部となる領域において、最終垂直転送電極と第１の水平転送電極とを互いに離間するように形成し、前記第２の水平転送電極を、その一部が前記最終垂直転送電極と前記第１の水平転送電極との間に配置されるように形成し、前記接続部となる領域における最終垂直転送電極と第１の水平転送電極との間の距離を、前記水平電荷転送部における前記第１の水平転送電極同士間の距離と同等か、またはそれよりも短くすることを特徴とする。
【００２２】
このような製造方法によれば、最終垂直転送電極と第１の水平転送電極との間の距離、および、水平電荷転送部における第１の水平転送電極同士間の距離のばらつきが抑えられ、低電圧でも安定して動作する水平電荷転送部を備えた本発明の固体撮像装置を、効率良く製造することができる。
【００２３】
前記製造方法においては、更に、前記最終垂直転送電極と前記第１の水平転送電極とをマスクとして、前記垂直転送チャネル領域および前記水平転送チャネル領域とは異なる導電型の不純物をイオン注入し、前記最終垂直転送電極と前記第１の水平転送電極との間に第１の電位障壁領域を形成し、前記第１の水平転送電極同士間に第２の電位障壁領域を形成する工程を含むことが好ましい。この好ましい例によれば、水平電荷転送部および接続部における電荷の逆送を確実に抑制し得る固体撮像装置を効率良く製造することができる。
【００２４】
また、前記製造方法においては、前記第１の電位障壁領域および前記第２の電位障壁領域を形成する工程において、不純物の注入方向を、前記半導体基板の表面に対して、前記垂直電荷転送部における転送方向または転送方向と反対の方向に傾斜させることが好ましい。この好ましい例によれば、前記第１の電位障壁領域の垂直方向における寸法が、前記最終垂直転送電極と前記第１の水平転送電極との間の距離よりも小さくなるため、水平電荷転送部の更なる低電圧駆動化と、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部での転送不良の更なる抑制とを実現し得る固体撮像装置を製造することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の一例について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図２０は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の一例を示す模式図である。また、図１〜図３は、前記固体撮像装置の垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部付近の構造の一例を示す模式図であり、図１は平面図、図２は図１のＡ−Ａ’断面図、図３は図１のＢ−Ｂ’断面図である。図中符号１０１は垂直電荷転送部、１０２は光電変換部、１０３は水平電荷転送部、１０４は出力回路部、１０５はＮ--型半導体基板、１０６はＰ型ウェル層、１０７はＰ+型素子分離領域、１０８はＮ型半導体領域、１０９ａ、１０９ｂおよび１０９ｃはＮ-型半導体領域、１１０は絶縁膜、１１１、１１２ａ、１１２ｂおよび１１３は垂直転送電極、１１４ａおよび１１４ｂは第１の水平転送電極、１１５ａおよび１１５ｂは第２の水平転送電極、１１６は垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部である。
【００２７】
図２０に示すように、この固体撮像装置は、行列状に配置された複数の光電変換部１０２と、光電変換部１０２の各列に対応して配置された複数列の垂直電荷転送部１０１と、各垂直電荷転送部１０１の一端に電気的に接続された水平電荷転送部１０３と、水平電荷転送部１０３の一端に接続された出力回路部１０４とを備えている。
【００２８】
図１および図２に示すように、垂直電荷転送部１０１においては、Ｎ--型半導体基板１０５の表層部にＰ型ウェル層１０６が形成されており、Ｐ型ウェル層１０６の表層部に垂直転送チャネル領域であるＮ型半導体領域１０８が形成され、このＮ型半導体領域１０８上に絶縁膜１１０を介して複数の垂直転送電極１１１、１１２ａ、１１２ｂおよび１１３が形成されている。Ｎ型半導体領域１０８は、垂直電荷転送部の転送方向である垂直方向に伸長しており、その不純物濃度は、例えば１×１０16〜１×１０18ｃｍ-3、好ましくは５×１０16〜５×１０17ｃｍ-3である。また、各垂直転送電極には、クロックパルスφＶ１、φＶ２、φＶ３またはφＶ４が印加されるように配線されている。
【００２９】
図１および図３に示すように、水平電荷転送部１０３においては、Ｎ--型半導体基板１０５の表層部にＰ型ウェル層１０６が形成されており、Ｐ型ウェル層１０６の表層部に水平転送チャネル領域であるＮ型半導体領域１０８が形成され、このＮ型半導体領域１０８上に絶縁膜１１０を介して複数の第１の水平転送電極１１４ａおよび１１４ｂが形成されている。更に、第１の水平転送電極同士間の間隙には、Ｎ型半導体領域１０８内に、電位障壁領域であるＮ-型半導体領域１０９ａが形成されており、このＮ-型半導体領域１０９ａ上に絶縁膜１１０を介して第２の水平転送電極１１５ａおよび１１５ｂが形成されている。
【００３０】
換言すると、水平電荷転送部の一段は、Ｎ型半導体領域１０８と、転送方向に対してＮ型半導体領域１０８よりも後方に配置されたＮ-型半導体領域１０９ａと、Ｎ型半導体領域１０８上に形成された第１の水平転送電極１１４ａまたは１１４ｂと、Ｎ-型半導体領域１０９ａ上に形成された第２の水平転送電極１１５ａまたは１１５ｂとで構成されており、これと同様の構成を有する複数の段が水平方向に配列されて、水平電荷転送部が構成されている。
【００３１】
水平電荷転送部１０３において、Ｎ型半導体領域１０８は、電荷を保持するための領域として機能する。その不純物濃度は、垂直電荷転送部１０１におけるＮ型半導体領域１０８の不純物濃度と同等であることが好ましく、具体的には、例えば１×１０16〜１×１０18ｃｍ-3、好ましくは５×１０16〜５×１０17ｃｍ-3である。また、Ｎ-型半導体領域１０９ａは、電荷の逆送を防止するための電位障壁領域として機能する。このＮ-型半導体領域１０９ａの水平方向における寸法（Ｌ’HBA）は特に限定するものではなく、例えば、第１の水平転送電極同士間の距離（ＬHBA）と同等である。また、その不純物濃度は、例えば９×１０15〜９×１０17ｃｍ-3、好ましくは４×１０16〜４×１０17ｃｍ-3である。
【００３２】
第１の水平転送電極１１４ａおよび１１４ｂは、電荷を保持するためのストレージゲートとして機能し、第２の水平転送電極１１５ａおよび１１５ｂは、電荷の逆送を防止するためのバリアゲートとして機能する。本実施形態においては、同一段を構成する第１の水平転送電極と第２の水平転送電極とは結線され、同一パルスが印加されるように配線されている。各段を構成する水平転送電極には、それぞれ、クロックパルスφＨ１またはφＨ２が印加されるように配線されている。
【００３３】
図１および図２に示すように、垂直電荷転送部１０１と水平電荷転送部１０３との接続部１１６においては、各垂直電荷転送部１０１が、それぞれ、水平電荷転送部１０３の別の段と接続するように配置されている。また、各垂直電荷転送部１０１の垂直転送チャネル領域は接続部にまで伸長しており、この垂直転送チャネル領域が、水平電荷転送部１０３の水平転送チャネル領域とつながっている。
【００３４】
前記接続部１１６において、水平電荷転送部の垂直電荷転送部と接続した段を構成する第１の水平転送電極１１４ａは、接続部に伸長した垂直転送チャネル領域の少なくとも一部を被覆するように配置されている。また、この第１の水平転送電極１１４ａは、垂直電荷転送部１０１の終端に配置された垂直転送電極（すなわち、最終垂直転送電極）１１３と離間するように配置されている。
【００３５】
この第１の水平転送電極１１４ａと最終垂直転送電極１１３との間隙には、Ｎ-型半導体領域１０９ｂが形成されている。このＮ-型半導体領域１０９ｂは、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部１１６における電荷の逆送を防止するための電位障壁領域として機能する。Ｎ-型半導体領域１０９ｂの垂直方向における寸法（Ｌ’V-H）は、特に限定するものではなく、例えば、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）と同等である。また、Ｎ-型半導体領域１０９ｂの不純物濃度は、Ｎ-型半導体領域１０９ａの不純物濃度と同等であり、例えば９×１０15〜９×１０17ｃｍ-3、好ましくは４×１０16〜４×１０17ｃｍ-3である。
【００３６】
また、前記接続部１１６において、水平電荷転送部の垂直電荷転送部と接続した段を構成する第２の水平転送電極１１５ａは、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間隙を被覆するように配置されている。すなわち、接続部１１６において、第２の水平転送電極１１５ａはＮ-型半導体領域１０９ｂを被覆している。
【００３７】
上記固体撮像装置においては、前記接続部１１６において、垂直電荷転送部の最終垂直転送電極１１３と、この垂直電荷転送部と接続した段を構成する第１の水平転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）が、第１の水平転送電極１１４ａとその隣の段を構成する第１の水平転送電極１１４ｂとの間の距離（ＬHBA）と同等か、もしくはそれよりも短くなるように構成されている。
【００３８】
換言すれば、垂直電荷転送部と接続した段を構成する第２の水平転送電極１１５ａにおいて、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間に配置される部分の垂直方向における長さが、水平電荷転送部の第１の水平転送電極同士間に配置される部分の水平方向における長さと同等か、もしくはそれよりも短くなるように構成されている。ここで、「電極の長さ」とは、半導体領域上に絶縁膜を介して形成された部分の長さを意味し、例えば、図１〜図３に示すように、第２の水平転送電極１１５ａの一部が、他の電極（第２の水平転送電極１１４ａ、垂直転送電極１１３）上に形成されている場合、この他の電極上に形成された部分を除いた部分の長さである。
【００３９】
最終垂直転送電極１１３と第１の水平電荷転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）が短いほど、Ｎ-型半導体領域１０９ｂにおけるショートチャネル効果が大きくなるため、垂直電荷転送部１０１から水平電荷転送部１０３への電荷転送効率を向上させることができる。前記距離ＬV-Hは、十分なショートチャンネル効果を得るため、３μｍ以下であることが好ましく、更には１．５μｍ以下であることが好ましい。
【００４０】
また、第１の水平電荷転送電極１１４ａと第１の水平電荷転送電極１１４ｂとの間の距離（ＬHBA）は、前記距離ＬV-Hと同等か、それよりも大きければ特に限定するものではないが、水平電荷転送部において良好な転送効率を得るため、例えば３μｍ以下、好ましくは１．５μｍ以下に設定される。
【００４１】
前記距離ＬV-Hおよび前記距離ＬHBAの下限については、特に限定するものではないが、電極形成のためのプロセス（例えば、リソグラフィーおよびエッチング）において加工可能な最小寸法以上であることが好ましく、具体的には０．２μｍ以上であることが好ましい。
【００４２】
また、最終垂直転送電極１１３と第１の水平電荷転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）は、第１の水平電荷転送電極１１４ａと第１の水平電荷転送電極１１４ｂとの間の距離（ＬHBA）の５０〜１００％であることが好ましい。
【００４３】
次に、上記固体撮像装置の動作について説明する。
【００４４】
図２６は、垂直電荷転送部および水平電荷転送部の各転送電極に印加されるクロックパルスの一例である。同図において、φＶ１〜φＶ４は垂直転送電極に印加されるパルスであり、φＨ１およびφＨ２は水平転送電極に印加されるパルスである。また、各パルスにおいて、ＶVHおよびＶHHはハイ電圧を、ＶVLおよびＶHLはロー電圧を示す。また、図４および図５は、図２６のパルスで駆動させたときのポテンシャル図であり、図４は垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部のポテンシャル分布を示し、図５は水平電荷転送部のポテンシャル分布を示す。
【００４５】
上記固体撮像装置においては、まず、光電変換部で生じた信号電荷が垂直電荷転送部に読み出される。この信号電荷は、垂直電荷転送部で垂直方向に転送された後、垂直電荷転送部から水平電荷転送部に転送される。そして、水平電荷転送部において水平方向に転送され、出力回路部に送られる。
【００４６】
以下に、垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送動作について、図２６および図４を用いて説明する。
【００４７】
垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送は、水平電荷転送部における電荷転送を停止させた期間、すなわち水平ブランキング期間に実施される。この期間においては、φＨ１がＶHHであり、φＨ２がＶHLである。そのため、垂直電荷転送部と接続した段を構成する水平転送電極１１４ａおよび１１５ａ下の電位が、その他の段を構成する水平転送電極１１４ｂおよび１１５ｂ下の電位よりも高くなる。また、第２の水平転送電極１１５ａ下にはＮ-型半導体領域１０９ａが形成されているため、第２の水平転送電極１１５ａ下部の電位は第１の水平転送電極１１４ａ下部の電位よりも低くなり、ここに電位障壁１１９が形成される。そのため、垂直電荷転送部と接続した段を構成する第１の水平転送電極１１４ａ下部の電位が他よりも高くなり、ここにポテンシャル井戸が形成される（図５参照）。
【００４８】
時刻ｔ１においては、φＶ２およびφＶ３にＶVHが印加され、φＶ１およびφＶ４にＶHLが印加されることにより、信号電荷１１７が、ハイ電圧ＶVHが印加されている垂直転送電極１１１および１１２ｂの下に保持される。
【００４９】
時刻ｔ２において、φＶ４がＶVLからＶVHに、φＶ２がＶVHからＶVLに変わることにより、僅かな信号電荷の転送残り１２２を除いて、信号電荷１１７が垂直電荷転送部１０１から水平電荷転送部１０３へ転送される。更に、時刻ｔ３において、φＶ１がＶVLからＶVHに、φＶ３がＶVHからＶVLに変わることにより、信号電荷の転送残り１２２が、垂直電荷転送部１０１から水平電荷転送部１０３へ転送され、垂直電荷転送部１０１から水平電荷転送部１０３への信号電荷１１７の転送動作が終了する。
【００５０】
この垂直電荷転送部１０１から水平電荷転送部１０３への電荷転送において、信号電荷１１７は、最終垂直転送電極１１３下部、および、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間に配置された第２の水平転送電極１１５ａ下部を経由して、第１の水平電荷転送電極１１４ａ下部に形成されたポテンシャル井戸に転送される。このとき、図４に示すように、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間に配置された第２の水平転送電極１１５ａ下にはＮ-型半導体領域１０９ｂが形成されているため、第２の水平転送電極１１５ａ下部の電位は第１の水平転送電極１１４ａ下部の電位よりも低くなり、ここに電位障壁１２０が形成されている。この電位障壁１２０の存在により、接続部での信号電荷の逆送が防止される。
【００５１】
続いて、時刻ｔ４において、φＶ２がＶVLからＶVHに、φＶ４がＶVHからＶVLに変わることにより、次の信号電荷１１８が、ハイ電圧ＶHHが印加されている第１の電荷転送電極１１１および第２の電荷転送電極１１２ａ下に転送される。最後に、時刻ｔ５において、φＶ３がＶVLからＶVHに、φＶ１がＶVHからＶVLに変わることにより、次の信号電荷１１８は、ＶVHが印加されている垂直転送電極１１１および１１２ｂ下部に転送され、時刻ｔ１の時と同じ初期状態に戻る。
【００５２】
次に、水平電荷転送部における電荷転送動作について、図２６および図５を用いて説明する。
【００５３】
垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送が終了した時点（時刻ｔ５）では、前述したように、φＨ１がＶHHであり、φＨ２がＶHLである。このとき、第１の水平転送電極１１４ａ下部にポテンシャル井戸が形成され、ここに垂直電荷転送部から転送された信号電荷１１７が保持される。
【００５４】
続いて、時刻ｔ６において、φＨ１がＶHHからＶHLに、φＨ２がＶHLからＶHHに変わることにより、水平転送電極１１４ａおよび１１５ａ下部の電位が、水平転送電極１１４ｂおよび１１５ｂの電位よりも低くなる。また、第２の水平転送電極１１５ｂ下にはＮ-型半導体領域１０９ａが形成されているため、第２の水平転送電極１１５ｂ下部の電位は第１の水平転送電極１１４ｂ下部の電位よりも低くなり、ここの電位障壁１１９が形成される。そのため、第１の水平転送電極１１４ｂ下部の電位が他よりも高くなり、ここに信号電荷が保持される。また、このとき、この電位障壁１１９の存在により信号電荷の逆送が防止される。
【００５５】
続いて、時刻ｔ７において、φＨ１がＶHLからＶHHに、φＨ２がＶHHからＶHLに変わることにより、第１の水平転送電極１１４ａ下部の電位が他よりも高くなり、ここに信号電荷が保持される。このような動作が繰り返されることにより、信号電荷１１７は水平電荷転送部を転送される。
【００５６】
次に、このような固体撮像装置により達成される効果について説明する。
【００５７】
前述したように、上記固体撮像装置においては、垂直電荷転送部１０１の最終垂直転送電極１１３と水平電荷転送部１０３の第１の水平転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）が、第１の水平電荷転送電極１１４ａとその隣の第１の水平電荷転送電極１１４ｂの間の距離（ＬHBA）と同等か、もしくはそれよりも短い。
【００５８】
そのため、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部に存在するＮ-型半導体領域１０９ｂにおけるショートチャネル効果が、水平電荷転送部に存在するＮ-型半導体領域１０９ａにおけるショートチャネル効果と同等か、またはそれよりも顕著に現れる。よって、接続部のＮ-型半導体領域１０９ｂの電位を、水平電荷転送部のＮ-型半導体領域１０９ａの電位と同等か、それよりも高くすることができる。そのため、水平転送電極に印加される電圧を低電圧化させても、水平電荷転送部での転送不良を十分に抑制できる範囲であれば、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部での転送不良を十分に抑制することができる。その結果、駆動電圧の低電圧化を図りながら、尚且つ、転送不良に起因した表示異常（例えば、一般に黒線不良などの、表示画面に縦線状に現れる表示異常）を抑制することができる。
【００５９】
（第２の実施形態）
次に、上記第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の一例について説明する。図６および図７は、上記固体撮像装置の製造方法の一例を説明するための図であり、図６は図１のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示し、図７は図１のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示すものである。
【００６０】
まず、Ｎ--型半導体基板１０５表層部にＰ型ウェル層１０６を形成し、Ｐ型ウェル層１０６表層部に、垂直電荷転送部および水平電荷転送部の転送チャネルとなるＮ型半導体領域１０８を形成する。続いて、Ｎ型半導体領域１０８表面に、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜などの絶縁膜１１０を形成する。
【００６１】
絶縁膜１１０上に、少なくとも最終垂直転送電極１１３と複数の第１の水平転送電極１１４ａおよび１１４ｂを形成する。このとき、垂直電荷転送部の他の垂直転送電極１１１も同時に形成されることが好ましい（以下、最終垂直転送電極と同時に形成される垂直転送電極を、「第１の垂直転送電極」という。）。
【００６２】
複数の第１の水平転送電極１１４ａおよび１１４ｂは、互いに離間するように水平方向に配列させて形成される。また、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとは互いに離間するように形成される。このとき、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間の距離は、水平方向に隣接した第１の水平転送電極１１４ａと第１の水平転送電極１１４ｂとの間の距離と同等か、またはそれよりも短くなるよう調整される。なお、これらの距離の具体的な値については、前述した通りである。
【００６３】
続いて、垂直電荷転送部が形成される領域の全面を被覆するように、フォトレジスト１２５が形成される。このフォトレジスト１２５は、図６（ａ）および図７（ａ）に示すように、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部１１６となる領域、および、水平電荷転送部１０３が形成される領域は被覆しないように形成される。すなわち、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間の間隙、および、第１の水平転送電極１１４ａと１１４ｂとの間の間隙は、フォトレジスト１２５で被覆されない。
【００６４】
フォトレジスト１２５、最終垂直転送電極１１３、第１の水平電荷転送電極１１４ａおよび１１４ｂをマスクとして用いて、前記基板に、例えば、ボロン（Ｂ）、フッ化ボロン（ＢＦ2）などのＰ型不純物をイオン注入する（図６（ａ）および図７（ａ））。なお、本実施形態においては特に限定するものではないが、不純物の注入方向１２３は、基板面にほぼ直角な方向である。
【００６５】
このイオン注入により、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間の間隙、および、水平方向に隣接した第１の水平転送電極１１４ａと１１４ｂとの間の間隙において、Ｎ型半導体領域１０８内にＰ型不純物が注入される。その結果、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間隙、および、第１の水平転送電極１１４ａと１１４ｂと間隙に、それぞれ、Ｎ-型半導体領域１０９ｂおよび１０９ａが自己整合的に形成される。
【００６６】
その後、最終垂直転送電極１１３、第１の水平転送電極１１４ａおよび１１４ｂを被覆するように層間絶縁膜１２４が形成される。更に、第１の水平転送電極同士間の間隙に、第２の水平電荷転送電極１１５ａおよび１１５ｂが形成される（図７（ｂ））。このとき、第２の水平転送電極１１５ａは、接続部１１６において、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間の間隙を被覆するように形成される。また、同時に、最終垂直転送電極１１３と第１の垂直転送電極１１１との間隙、および、第１の垂直転送電極１１１同士間の間隙に、それぞれ、垂直転送電極１１２ａおよび１１２ｂが形成される（図６（ｂ））（以下、この工程で形成される垂直転送電極を「第２の垂直転送電極」という。）。その後、必要に応じて、例えば、配線、遮光膜などを形成することにより、固体撮像装置が製造される。
【００６７】
このような製造方法によれば、最終の垂直電荷転送電極１１３と第１の水平電荷転送電極１１４ａとが同一工程で形成され、更に、Ｎ-型半導体領域１０９ａおよび１０９ｂが、これらの電極をマスクとした同一のイオン注入工程により自己整合的に形成される。そのため、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間隙を、第１の水平転送電極１１４ａと１１４ｂとの間隙と同等か、それよりも狭くなるように形成すれば、前述したような固体撮像装置を効率良く製造することができる。
【００６８】
（第３の実施形態）
図８〜図１０は、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の構造の一例を示す図である。これらの図は、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部付近の構造の一例を示す模式図であり、図８は平面図、図９は図８のＡ−Ａ’断面図、図１０は図８のＢ−Ｂ’断面図である。なお、これらの図においては、図１と同一部材には同一番号を付している。
【００６９】
図８および図９に示すように、この固体撮像装置は、垂直電荷転送部１０１と水平電荷転送部１０３との接続部１１６において、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間隙にＮ-型半導体領域１０９ｂが形成されており、このＮ-型半導体領域１０９ｂの垂直方向における寸法（Ｌ’V-H）が、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）よりも小さくなるように調整されている。
【００７０】
Ｎ-型半導体領域１０９ｂの垂直方向における寸法（Ｌ’V-H）は、最終垂直転送電極１１３と第１の水平電荷転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）の５０〜１００％であることが好ましい。
【００７１】
また、Ｎ-型半導体領域１０９ｂの垂直方向における寸法（Ｌ’V-H）の具体的な値については、特に限定するものではなく、例えば、Ｎ-型半導体領域１０９ｂの不純物濃度、絶縁膜１１０の厚さ、駆動電圧の大きさなどに応じて適宜設定することができる。前記寸法（Ｌ’V-H）は、例えば３μｍ以下、好ましくは１．５μｍ以下に設定される。
【００７２】
一方、水平電荷転送部１０３には、第１の水平転送電極１１４ａと１１４ｂとの間隙にＮ-型半導体領域１０９ａが形成されている。このＮ-型半導体領域１０９ａの水平方向における寸法（Ｌ’HBA）は、第１の水平転送電極１１４ａと１１４ｂとの間の距離（ＬHBA）と同等である。
【００７３】
よって、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）が、第１の水平転送電極１１４ａと１１４ｂとの間の距離（ＬHBA）よりも短い場合はもちろん、両者が同等である場合においても、接続部１１６に形成されるＮ-型半導体領域１０９ｂの垂直方向の長さ（Ｌ’V-H）は、水平電荷転送部１０３に形成されるＮ-型半導体領域１０９ａの水平方向の長さ（Ｌ’HBA）よりも短くなる。
【００７４】
このように、上記固体撮像装置においては、Ｎ-型半導体領域１０９ｂの垂直方向の長さ（Ｌ’V-H）は、Ｎ-型半導体領域１０９ａの水平方向の長さ（Ｌ’HBA）よりも短い。そのため、接続部１１６における最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）が、水平電荷転送部１０３における第１の水平転送電極１１４ａと１１４ｂとの間の距離（ＬHBA）より短い場合だけでなく、これらの距離が同等（ＬV-H＝ＬHBA）である場合でも、接続部１１６のＮ-型半導体領域１０９ｂの電位を、水平電荷転送部１０３のＮ-型半導体領域１０９ａの電位よりも高くすることができる。よって、第１の実施形態において説明したような効果が更に顕著に現れることとなり、駆動電圧の更なる低電圧化、および、転送不良に起因した表示異常（例えば、一般に黒線不良などの、表示画面に縦線状に現れる表示異常）の更なる抑制を実現することができる。
【００７５】
このように、本実施形態は、最終垂直転送電極と第１の水平転送電極との間の距離（ＬV-H）と第１の水平転送電極同士間の距離（ＬHBA）が同等である場合に有効であり、例えば、画素の微細化が進み、前記距離（ＬV-H）と前記距離（ＬHBA）とをいずれもリソグラフィーおよびエッチングが可能な最小寸法で形成しなければならない場合に特に有効である。
【００７６】
なお、上記固体撮像装置は、Ｎ-型半導体領域１０９ｂの垂直方向における寸法（Ｌ’V-H）が、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）よりも小さいこと以外は、第１の実施形態に係る固体撮像装置と同様の構造を有している。また、上記固体撮像装置の動作についても、第１の実施形態と実質的に同様であるため、その詳細な説明を省略する。
【００７７】
次に、上記固体撮像装置の製造方法の一例について説明する。図１１および図１２は、上記固体撮像装置の製造方法の一例を説明するための図であり、図１１は図８のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示し、図１２は図８のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示すものである。
【００７８】
まず、Ｎ--型半導体基板１０５表層部にＰ型ウェル層１０６を形成し、Ｐ型ウェル層１０６表層部にＮ型半導体領域１０８を形成する。更に、前記Ｎ型半導体領域上に絶縁膜１１０を介して、最終垂直転送電極１１３、第１の垂直転送電極１１１、第１の水平転送電極１１４ａおよび１１４ｂを形成する。続いて、垂直電荷転送部が形成される領域の全面を被覆するように、フォトレジスト１２５を形成する。なお、ここまでの工程は、第２の実施形態で説明した製造方法と同様にして実施される。
【００７９】
続いて、フォトレジスト１２５、最終垂直転送電極１１３、第１の水平電荷転送電極１１４ａおよび１１４ｂをマスクとして用いて、前記基板に、例えば、ボロン（Ｂ）、フッ化ボロン（ＢＦ2）などのＰ型不純物をイオン注入する（図１１（ａ）、図１２（ａ））。このイオン注入により、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間隙、および、第１の水平転送電極１１４ａと１１４ｂとの間の間隙に、それぞれ、Ｎ-型半導体領域１０９ｂおよび１０９ａが自己整合的に形成される。
【００８０】
図１１（ａ）に示すように、本実施形態ではこのイオン注入が、Ｐ型不純物の注入方向１２３を、基板面に対して直角な方向から、垂直電荷転送部の転送方向に傾斜させた状態で実施される。これにより、Ｎ-型半導体領域１０９ｂを最終垂直転送電極１１３から離間させて形成することができ、その結果、マスクの合わせズレなどの影響を受けることなく、このＮ-型半導体領域１０９ｂの垂直方向の長さ（Ｌ’V-H）を、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）よりも短く形成することができる。
【００８１】
また、イオンの注入方向は、垂直電荷転送部における転送方向に傾斜させるため、図１２（ａ）に示すように、水平電荷転送部に形成されるＮ-型半導体領域１０９ａの水平方向の長さ（Ｌ’HBA）は、第１の水平転送電極同士間の距離（ＬHBA）と同等となる。
【００８２】
よって、最終垂直転送電極と第１の水平転送電極との間の距離（ＬV-H）と第１の水平転送電極同士間の距離（ＬHBA）とが同等である場合でも、接続部に形成されるＮ-型半導体領域１０９ｂの垂直方向の長さ（Ｌ’V-H）は、水平電荷転送部に形成されるＮ-型半導体領域１０９ａの水平方向の長さ（Ｌ’HBA）よりも短くなる。
【００８３】
注入方向の傾斜角度（θ）は特に限定するものではない。但し、傾斜角度（θ）が大きすぎると、Ｎ-型半導体領域１０９ｂが、最終の垂直転送電極１１３下部または第１の水平転送電極１１４ａ下部に深く入り込むおそれがある。よって、傾斜角度（θ）は４５度以下であることが好ましい。更には、５〜３０度であることが好ましい。
【００８４】
その後、層間絶縁膜１２４、第２の水平電荷転送電極１１５ａおよび１１５ｂ、第２の垂直転送電極が形成される（図１１（ｂ）、図１２（ｂ））。なお、この工程は、第２の実施形態において説明した製造方法と同様にして実施することができる。その後、必要に応じて、例えば、配線、遮光膜などを形成することにより、固体撮像装置が製造される。
【００８５】
このような製造方法によれば、第２の実施形態で説明した製造方法と同様に、最終垂直転送電極１１３と第１の水平電荷転送電極１１４ａとを同一工程で形成し、Ｎ-型半導体領域１０９ａおよび１０９ｂを、これらの電極をマスクとした同一のイオン注入工程により自己整合的に形成するため、前述したような固体撮像装置を効率良く製造することができる。
【００８６】
なお、上記製造方法においては、図１３（ａ）に示すように、イオンの注入方向１２３は、垂直電荷転送部における転送方向と反対の方向に向けて傾斜させてもよい。この場合、図１３（ｂ）に示すように、Ｎ-型半導体領域１０９ｂを第１の水平転送電極１１４ａから離間させて形成することができ、その結果、このＮ-型半導体領域１０９ｂの垂直方向の長さ（Ｌ’V-H）を、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）よりも短く形成することができ、上記と同様の効果を得ることができる。
【００８７】
（第４の実施形態）
第１の実施形態の固体撮像装置においては、Ｎ-型半導体領域１０９ａおよび１０９ｂを設けることにより、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部、および、水平電荷転送部の第１の水平転送電極同士間に、電荷の逆送を防止するための電位障壁１１９および１２０が形成されているが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、この電位障壁を、第１の水平転送電極に印加する電圧と第２の水平転送電極に印加する電圧とを相違させることにより形成することができる。このような実施形態について以下に説明する。
【００８８】
図１４〜１６は、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の構造の一例を示す図である。これらの図は、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部付近の構造の一例を示す模式図であり、図１４は平面図、図１５（ａ）は図１４のＡ−Ａ’断面図、図１６（ａ）は図１４のＢ−Ｂ’断面図である。なお、これらの図においては、図１と同一部材には同一番号を付している。
【００８９】
図１４および図１６（ａ）に示すように、この固体撮像装置の水平電荷転送部においては、第１の水平転送電極１１４ａと１１４ｂとの間隙（第２の水平転送電極１１５ａおよび１１５ｂの下部）には、第１の水平転送電極１１４ａおよび１１４ｂ下部と同様に、Ｎ型半導体領域１０８が存在している。すなわち、本実施形態の固体撮像装置においては、第１の実施形態で説明したようなＮ-型半導体領域１０９ａが存在していない。また、本実施形態においては、同一段を構成する第１の水平転送電極と第２の水平転送電極とは、互いに異なるクロックパルスが印加されるように配線されている。
【００９０】
また、図１４および図１５（ａ）に示すように、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部１１６においては、第１の実施形態と同様に、第１の水平転送電極１１４ａは最終垂直転送電極１１３と離間するように配置されており、この第１の水平転送電極１１４ａと最終垂直転送電極１１３との間隙を第２の水平転送電極１１５ａが被覆している。しかしながら、本実施形態においては、第１の水平転送電極１１４ａと最終垂直転送電極１１３との間隙には、垂直電荷転送部から伸長したＮ型半導体領域１０８が存在する。すなわち、第１の水平転送電極１１４ａと最終垂直転送電極１１３との間隙には、第１の実施形態のようなＮ-型半導体領域１０９ｂが存在していない。
【００９１】
なお、上記固体撮像装置は、Ｎ-型半導体領域１０９ａおよび１０９ｂが存在せず、且つ、同一段を構成する第１の水平転送電極および第２の水平転送電極に異なるパルスが印加されるよう配線されていること以外は、第１の実施形態に係る固体撮像装置と同様の構造を有している。
【００９２】
本実施形態の固体撮像装置を駆動させる際には、水平電荷転送部において同一段を構成する第１の水平転送電極と第２の水平転送電極とで異なるクロックパルスが印加される。例えば、図１４〜図１６に示すように、第１の水平転送電極１１４ａにはクロックパルスφＨ１が印加され、この電極と同一段を構成する第２の水平転送電極１１５ａには、クロックパルスφＨ３が印加される。また、前記段に隣接する別の段においては、第１の水平転送電極１１４ｂにはクロックパルスφＨ２が印加され、第２の水平転送電極１１５ｂには、クロックパルスφＨ４が印加される。
【００９３】
前記パルスφＨ３は、パルスφＨ１をマイナス方向にオフセットさせたものである。すなわち、φＨ３は、電圧値がマイナス側にシフトしていること以外は、φＨ１と同様の波形を有するものである。また、前記パルスφＨ４は、パルスφＨ２をマイナス方向にオフセットさせたものである。すなわち、φＨ４は、電圧値がマイナス側にシフトしていること以外は、φＨ２と同様の波形を有するものである。なお、φＨ１およびφＨ２は、例えば、第１の実施形態におけるφＨ１およびφＨ２と同様の波形を有するものである。
【００９４】
また、φＨ３およびφＨ４を、φＨ１およびφＨ２に対してマイナス側にシフトさせるのではなく、φＨ１およびφＨ２を、φＨ３およびφＨ４に対してプラス側にシフトさせてもよい。
【００９５】
第１の水平転送電極に印加されるパルス（φＨ１およびφＨ２）に対する、第２の水平転送電極に印加されるパルス（φＨ３およびφＨ４）のオフセットの大きさ（すなわち、電圧差ＶHBA）は特に限定するものではないが、一般に、電圧差ＶHBAが大きいほど、水平電荷転送部における最大転送容量を増大させることができるが、水平電荷転送部の最小駆動電圧が大きくなる傾向にある。したがって、電圧差ＶHBAは、所望の転送容量および駆動電圧などに応じて適宜設定することが好ましく、例えば０．５〜２．５Ｖに設定される。なお、電圧差ＶHBAは、第１の水平転送電極に印加されるパルスと第２の水平転送電極に印加されるパルスの基準電圧の差であり、例えば、両パルスのハイ電圧同士間の差またはロー電圧同士間の差で表すことができる。
【００９６】
図１５（ｂ）および図１６（ｂ）は、φＨ１およびφＨ３がハイ電圧であり、φＨ２およびφＨ４がロー電圧である状態のポテンシャル図であり、図１５（ｂ）は垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部のポテンシャル分布を示し、図１６（ｂ）は水平電荷転送部のポテンシャル分布を示す。
【００９７】
これらの図に示すように、本実施形態においては、第２の水平電荷転送電極１１５ａおよび１１５ｂに印加される電圧を、第１の水平電荷転送電極１１４ａおよび１１４ｂに印加される電圧よりもマイナス側の値とすることにより、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部、および、水平電荷転送部の第１の水平転送電極同士間に、逆送を防止するための電位障壁１１９および１２０が形成される。また、φＨ３およびφＨ４は、それぞれ、φＨ１およびφＨ２をマイナス側にオフセットさせたものであるため、この電位障壁１１９および１２０は常に形成されることとなる。
【００９８】
なお、本実施形態においても、垂直転送電極に印加される駆動パルスについては、第１の実施形態と同様のパルスφＶ１〜φＶ４を用いることができる。また、本実施形態における電荷転送動作については、前述したように電位障壁１１９および１２０が第１および第２の水平電荷転送電極の電位差により形成されること以外は、第１の実施形態と実質的に同様であるため、その詳細な説明を省略する。
【００９９】
前述したように、本実施形態によれば、電荷の逆送を防止するための電位障壁を、第１の水平転送電極に印加する電圧と第２の水平転送電極に印加する電圧とを相違させることにより形成される。そのため、第１の実施形態のようなＮ-型半導体領域１０９ａおよび１０９ｂを形成する必要がなく、このようなＮ-型半導体領域を形成するためのイオン注入工程が不要であり、製造プロセス工程の短縮が可能になるという利点がある。
【０１００】
更に、第１の水平転送電極１１４ａおよび１１４ｂに印加する電圧と第２の水平転送電極１１５ａおよび１１５ｂに印加する電圧との差（ＶHBA）を変えることにより、電位障壁２１９および２２０の大きさを自由に変化させることができる。その結果、水平電荷転送部の最低駆動電圧、最大転送電荷量を自由に調整することができるという利点をも有する。なお、この電圧差（ＶHBA）は、固体撮像装置を使用するシステムにより容易に変化させることができる。
【０１０１】
（第５の実施形態）
図１７〜図１９は、本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置の構造の一例を示す図である。これらの図は、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部付近の構造の一例を示す模式図であり、図１７は平面図、図１８は図１７のＡ−Ａ’断面図、図１９は図１７のＢ−Ｂ’断面図である。なお、これらの図においては、図１と同一部材には同一番号を付している。
【０１０２】
図１７に示すように、この固体撮像装置においては、第１の実施形態と同様に、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部１１６において、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間隙にＮ-型半導体領域１０９ｂが形成されており、水平電荷転送部１０３においては、第１の水平転送電極１１４ａと１１４ｂとの間隙にＮ-型半導体領域１０９ａが形成されている。しかしながら、本実施形態においては、第１の水平転送電極同士の間隙に形成されるＮ-型半導体領域が、前記接続部において、垂直電荷転送部から伸長した垂直転送チャネル領域と重なり合わないように形成されている。すなわち、前記接続部１１６において、第１の実施形態のＮ-型半導体領域１０９ｃに相当するような領域が存在していない。
【０１０３】
このような固体撮像装置によれば、前記接続部１１６に第１の実施形態のようなＮ-型半導体領域１０９ｃが存在していないため、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部の電位障壁を更に小さくすることができる。そのため、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部での転送不良が更に抑制されるという利点がある。
【０１０４】
なお、上記固体撮像装置は、Ｎ-型半導体領域１０９ｃが存在しないこと以外は、第１の実施形態に係る固体撮像装置と同様の構造を有していてもよい。しかしながら、図１７に示すように、Ｎ-型半導体領域１０９ｂが形成される領域を除いて、接続部１１６に伸長する垂直転送チャネル領域の全体が第１の水平転送電極１１４ａで被覆された構造とすることが好ましい。
【０１０５】
例えば、図１に示すような電極配置では、垂直電荷転送部から水平電荷転送部に転送される電荷を、第１の水平転送電極１１４ａと第２の水平転送電極１１５ａ（ここでは、第１の水平転送電極１１４ａと１１４ｂとの間に配置された部分を問題としている。）の両方で受けることとなる。そのため、電荷の一部は、第２の水平転送電極１１５ａ下を経由して、第１の水平転送電極１１４ａ下に転送されることとなる。これに対して、図１７に示すような電極配置の場合、垂直電荷転送部から水平電荷転送部に転送される電荷を第１の水平転送電極１１４ａのみで受けるため、電荷を、第２の水平転送電極１１５ａ下を経由させることなく、第１の水平転送電極１１４ａ下にスムーズに転送することができる。
【０１０６】
上記固体撮像装置は、第２の実施形態で説明した製造方法において、第１の水平転送電極を形成する際に、Ｎ-型半導体領域１０９ｂが形成される領域を除いて、前記接続部１１６となる領域に伸長している垂直転送チャネル領域全体を第１の水平転送電極１１４ａで被覆することにより製造することができる。
【０１０７】
また、本実施形態における電荷転送動作については、第１の実施形態と実質的に同様であるため、その詳細な説明を省略する。
【０１０８】
なお、上記第１〜第５の実施形態においては、垂直電荷転送部および水平電荷転送部が２層構造の転送電極を有する場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、転送電極が３層以上の積層構造を有していてもよい。
【０１０９】
また、上記第１〜第５の実施形態においては、インターライン転送型で、かつ垂直電荷転送部群の一端に電気的に結合された水平電荷転送部を有する固体撮像装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、フレーム転送型など他の形式の固体撮像装置に対しても、あるいは垂直電荷転送部群の両端に電気的に結合された水平電荷転送部とを有する固体撮像装置に関しても同様に適用することができる。
【０１１０】
【実施例】
図６および図７に示す製造方法にしたがって、図１〜図３と同様の構造を有する固体撮像装置を作製した。なお、この固体撮像装置は、図２０と同様の構造を有するインターライン転送型固体撮像装置であり、その画素数は１３００×１０００とした。
【０１１１】
まず、Ｎ--型半導体基板（不純物濃度１×１０14ｃｍ-3）１０５表層部にＰ型ウェル層（不純物濃度１×１０17ｃｍ-3）１０６、および、光電変換部となるＮ型半導体領域（不純物濃度１×１０16ｃｍ-3）を形成した。また、前記Ｐ型ウェル層１０６の表層部に、垂直転送チャネル領域および水平転送チャネル領域となるＮ型半導体領域（不純物濃度１×１０17ｃｍ-3）１０８を形成した。また、光電変換部、垂直転送チャネル領域および水平転送チャネル領域の周囲には、分離領域であるＰ+型半導体領域（不純物濃度１×１０17ｃｍ-3）１０７を形成した。次に、前記基板表面にシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜の二層で構成された厚さ０．１μｍの絶縁膜１１０を、熱酸化法およびＣＶＤ法により形成した。
【０１１２】
続いて、前記基板上に化学気相成長（ＣＶＤ）法により多結晶シリコンを成膜し、これをパターニングして、最終垂直転送電極１１３、第１の垂直転送電極１１１、第１の水平転送電極１１４ａおよび１１４ｂを形成した。このとき、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）は０．５μｍとし、第１の水平電荷転送電極１１４ａと１１４ｂとの距離（ＬHBA）は０．７μｍとした。次に、フォトレジスト１２５を形成した後、レジスト１２５、最終垂直電荷転送電極１１３、第１の水平電荷転送電極１１４ａおよび１１４ｂをマスクとして用いて、ボロン（Ｂ）をイオン注入し、Ｎ-型半導体領域１０９ａ、１０９ｂおよび１０９ｃを形成した。このＮ-型半導体領域の不純物濃度は９×１０16ｃｍ-3とした。
【０１１３】
その後、層間絶縁膜１２４として熱酸化法によりシリコン酸化膜を形成した後、ＣＶＤ法により多結晶シリコン膜を形成し、これをパターニングして、第２の垂直転送電極１１２ａおよび１１２ｂ、第２の水平転送電極１１５ａおよび１１５ｂを形成した。その後、配線、遮光膜などを形成し、固体撮像装置を得た（実施例１）。
【０１１４】
また、第１の水平転送電極を形成する際に、Ｎ-型半導体領域１０９ｂが形成される領域を除いて、前記接続部１１６となる領域に伸長している垂直転送チャネル領域全体を第１の水平転送電極１１４ａで被覆すること以外は、上記実施例１と同様にして、図１７〜図１９と同様の構造を有する固体撮像装置を作製した（実施例２）。
【０１１５】
また、比較例として、最終垂直転送電極と第１の水平電荷転送電極との間の距離（ＬV-H）を０．９μｍとしたこと以外は、上記実施例１と同様にして、図２１〜図２３と同様の構造を有する固体撮像装置を作製した。
【０１１６】
上記実施例１、実施例２および比較例の固体撮像装置を、図２６に示すようなクロックパルスを用いて駆動させた。このとき、水平転送電極に印加されるパルスφＨ１およびφＨ２のハイ電圧ＶHHを変化させて、このハイ電圧ＶHHと信号電荷の転送残り量との関係を評価した。結果を図２７に示す。なお、この評価において、水平転送電極に印加されるパルスのロー電圧ＶHLは０Ｖとし、垂直電荷転送部に印加されるパルスのロー電圧ＶHLは−８Ｖとし、ハイ電圧ＶVHは０Ｖとした。
【０１１７】
また、転送残り量［％］は、次のようにして定義される値である。図２８に示すように、固体撮像装置においては、イメージ領域５０１を取り囲むように、光電変換部を遮光したオプティカルブラック領域５０２（図２８の斜線部）を形成する。この固体撮像装置のイメージ領域５０１全面に、出力信号が１００ｍＶとなるように調整された光を入射させる。このとき、水平電荷転送部５０３と反対側のオプティカルブラック領域５０６の１ビット目に相当する信号を１００ｍＶで割った値を、接続部における転送残り量とする。また、出力回路部５０４と反対側のオプティカルブラック領域の１ビット目５０７に相当する信号を１００ｍＶで割った値を、水平電荷転送部における転送残り量とする。なお、図２８において、５０５は画素を示し、同図中の矢印は信号電荷の流れを示す。
【０１１８】
図２７に示すように、比較例においては、水平電荷転送部で転送残りが発生する電圧値よりも、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部での転送残りが発生す電圧値の方が高かった。そのため、図２７に示されるように、クロックパルスφＨ１およびφＨ２のハイ電圧ＶHHは、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部での転送不良により制限され、３．５Ｖ以下に低電圧化することが困難であった。
【０１１９】
比較例においては、接続部における最終の垂直転送電極と第１の水平転送電極との間の距離（ＬV-H）が、水平電荷転送部における第１の水平転送電極同士間の距離（ＬHBA）よりも大きい。そのため、接続部のＮ-型半導体領域（図２１の４０９ｂ）におけるショートチャネル効果は、水平電荷転送部のＮ-型半導体領域（図２１の４０９ａ）におけるショートチャネル効果よりもその程度が小さい。よって、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部のＮ-型半導体領域（図２１の４０９ｂ）の電位が、水平電荷転送部のＮ-型半導体領域（図２１の４０９ａ）の電位よりも低くなるため、上記のような結果が得られるものと考えられる。
【０１２０】
これに対して、実施例１においては、水平電荷転送部で転送残りが発生する電圧値よりも、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部での転送残りが発生す電圧値の方が低かった。そのため、図２７に示されるように、クロックパルスφＨ１およびφＨ２のハイ電圧ＶHHを３．５Ｖ以下に低電圧化した場合であっても、転送不良に起因した表示異常（例えば、黒線不良などの縦線状の表示異常）は発生しなかった。
【０１２１】
実施例１においては、接続部における最終の垂直転送電極と第１の水平転送電極との間の距離（ＬV-H）が、水平電荷転送部における第１の水平転送電極同士間の距離（ＬHBA）よりも小さい。そのため、接続部のＮ-型半導体領域（図１の１０９ｂ）におけるショートチャネル効果は、水平電荷転送部のＮ-型半導体領域（図１の１０９ａ）におけるショートチャネル効果よりも顕著に現れる。よって、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部のＮ-型半導体領域（図１の１０９ｂ）下部の電位が、水平電荷転送部のＮ-型半導体領域（図１の１０９ａ）下部の電位よりも高くなるため、上記のような結果が得られると考えられる。
【０１２２】
また、実施例２においても、実施例１と同様に、水平電荷転送部で転送残りが発生する電圧値よりも、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部での転送残りが発生す電圧値の方が低く、クロックパルスφＨ１およびφＨ２のハイ電圧ＶHHを３．５Ｖ以下に低電圧化した場合であっても、転送不良に起因した表示異常（例えば、黒線不良などの縦線状の表示異常）は発生しなかった。更に、実施例２によれば、実施例１に比べて、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部の電位障壁をさらに低く形成することができるため、転送不良に起因した表示異常を十分に抑制しながら、クロックパルスφＨ１およびφＨ２のハイ電圧ＶHHを更に低電圧化することができた。
【０１２３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の固体撮像装置によれば、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部における最終垂直転送電極と第１の水平転送電極との間の距離が、前記水平電荷転送部における前記第１の水平転送電極同士間の距離と同等か、またはそれよりも短いため、最終垂直電荷転送電極と第１の水平転送電極との間に形成される電位障壁を、前記第１の水平転送電極同士間に形成される電位障壁と同等か、またはそれよりも小さく形成させることができる。そのため、水平電荷転送部を低電圧化させても、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部での転送不良を十分に抑制することができ、前記接続部での転送不良に起因する表示異常の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構造の一例を示す平面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】 図１のＢ−Ｂ’断面図である。
【図４】 上記固体撮像装置を駆動させたときの垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部におけるポテンシャル分布を示す図である。
【図５】 上記固体撮像装置を駆動させたときの水平電荷転送部におけるポテンシャル分布を示す図である。
【図６】 上記固体撮像装置の製造方法の一例を示す工程断面図であり、図１のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示す。
【図７】 上記固体撮像装置の製造方法の一例を示す工程断面図であり、図１のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示す。
【図８】 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の構造の一例を示す平面図である。
【図９】 図８のＡ−Ａ’断面図である。
【図１０】 図８のＢ−Ｂ’断面図である。
【図１１】 上記固体撮像装置の製造方法の一例を示す工程断面図であり、図８のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示す。
【図１２】 上記固体撮像装置の製造方法の一例を示す工程断面図であり、図８のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示す。
【図１３】 上記固体撮像装置の製造方法の別の一例を示す工程断面図であり、図８のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示す。
【図１４】 本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の構造の一例を示す平面図である。
【図１５】 （ａ）は図１４のＡ−Ａ’断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した部分のポテンシャル分布を示す図である。
【図１６】 （ａ）は図１４のＡ−Ａ’断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した部分のポテンシャル分布を示す図である。
【図１７】 本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置の構造の一例を示す平面図である。
【図１８】 図１７のＡ−Ａ’断面図である。
【図１９】 図１７のＢ−Ｂ’断面図である。
【図２０】 本発明の固体撮像装置の構成の一例を示す模式図である。
【図２１】 従来の固体撮像装置の構造の一例を示す平面図である。
【図２２】 図２１のＡ−Ａ’断面図である。
【図２３】 図２１のＢ−Ｂ’断面図である。
【図２４】 上記従来の固体撮像装置を駆動させたときの垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部におけるポテンシャル分布を示す図である。
【図２５】 上記従来の固体撮像装置を駆動させたときの水平電荷転送部におけるポテンシャル分布を示す図である。
【図２６】 本発明の固体撮像装置を駆動させるためのクロックパルスの一例を示す図である。
【図２７】 実施例および比較例の固体撮像装置における水平電荷転送部の駆動電圧と電荷の転送残り量との関係を示すグラフである。
【図２８】 電荷の転送残り量の定義を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１０１，４０１ 垂直電荷転送部
１０２ 光電変換部
１０３，４０３，５０３ 水平電荷転送部
１０４，５０４ 出力回路部
１０５，４０５ Ｎ--型半導体基板
１０６，４０６ Ｐ型ウェル層
１０７，４０７ Ｐ+型半導体領域
１０８，４０８ Ｎ型半導体領域
１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，４０９ａ，４０９ｂ，４０９ｃ Ｎ-型半導体領域
１１０，４１０ 絶縁膜
１１１，１１２ａ，１１２ｂ，４１１，４１２ａ，４１２ｂ 垂直転送電極
１１３，４１３ 最終垂直転送電極
１１４ａ，１１４ｂ，４１４ａ，４１４ｂ 第１の水平電荷転送電極
１１５ａ，１１５ｂ，４１５ａ，４１５ｂ 第２の水平電荷転送電極
１１６，４１６ 垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部
１１７，１１８，４１７，４１８ 信号電荷
１１９，４１９ 水平電荷転送部の電位障壁
１２０，４２０ 接続部の電位障壁
４２１ 転送障害
１２２，４２２ 信号電荷の転送残り
１２３ Ｐ型不純物の注入方向
１２４ 層間絶縁膜
１２５ フォトレジスト
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部の一端または両端に接続された水平電荷転送部とを備えた固体撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インターライン転送型固体撮像装置は、行列状に配置された複数の光電変換部と、光電変換部の各列に対応して配置された複数列の垂直電荷転送部と、各垂直電荷転送部の一端に電気的に接続された水平電荷転送部と、水平電荷転送部の一端に接続された出力回路部とを備えている。このような固体撮像装置においては、光電変換部で発生した信号電荷は、垂直電荷転送部により垂直方向に転送された後、水平電荷転送部に送られ、この水平電荷転送部で水平方向（垂直電荷転送部の転送方向と直交する方向）に転送されて出力回路部に送られる。
【０００３】
図２１〜図２３は、従来のインターライン転送型固体撮像装置における垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部付近の構造を示す模式図であり、図２１は平面図、図２２は図２１のＡ−Ａ’断面図、図２３は図２１のＢ−Ｂ’断面図である。図中符号４０１は垂直電荷転送部、４１６は垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部、４０３は水平電荷転送部、４０５はＮ--型半導体基板、４０６はＰ型ウェル層、４０７はＰ+型素子分離領域、４０８はＮ型半導体領域、４０９ａ、４０９ｂおよび４０９ｃはＮ-型半導体領域、４１０は絶縁膜、４１１、４１２ａ、４１２ｂおよび４１３は垂直転送電極、４１４ａおよび４１４ｂは第１の水平転送電極、４１５ａおよび４１５ｂは第２の水平転送電極である。
【０００４】
垂直電荷転送部４０１においては、Ｎ--型半導体基板４０５の表層部にＰ型ウェル層４０６が形成されており、Ｐ型ウェル層４０６の表層部に垂直転送チャネル領域であるＮ型半導体領域４０８が形成され、このＮ型半導体領域４０８上に絶縁膜４１０を介して複数の垂直転送電極４１１、４１２ａ、４１２ｂおよび４１３が形成されている。各垂直転送電極は、クロックパルスφＶ１、φＶ２、φＶ３またはφＶ４が印加されるように配線されている。
【０００５】
また、水平電荷転送部４０３においては、前記Ｐ型ウェル層４０６の表層部に水平転送チャネル領域であるＮ型半導体領域４０８が形成され、このＮ型半導体領域４０８上に絶縁膜４１０を介して複数の第１の水平転送電極４１４ａおよび４１４ｂが形成されている。更に、第１の水平転送電極同士間の間隙にはＮ-型半導体領域４０９ａが形成されており、このＮ-型半導体領域４０９ａ上に絶縁膜４１０を介して第２の水平転送電極４１５ａおよび４１５ｂが形成されている。各水平転送電極は、クロックパルスφＨ１またはφＨ２が印加されるように配線されている。
【０００６】
また、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部４１６においては、垂直電荷転送部４０１の終端に配置される垂直転送電極（以下、「最終垂直転送電極」という。）４１３と第１の水平転送電極４１４ａとが離間するように配置されており、この最終垂直転送電極４１３と第１の水平転送電極４１４ａとの間隙にＮ-型半導体領域４０９ｂが形成されている。更に、このＮ-型半導体領域４０９ｂ上は、第２の水平転送電極４１５ａで被覆されている。
【０００７】
次に、上記固体撮像装置の垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送動作について、図２４、図２５および図２６を用いて説明する。図２６は、垂直電荷転送部および水平電荷転送部の各転送電極に印加されるクロックパルスの一例である。図２４および図２５は、図２６に示すクロックパルスにより駆動させた場合の垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送時のポテンシャル分布を示す図であり、図２４は垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部付近のポテンシャル図、図２５は水平電荷転送部のポテンシャル図である。なお、ポテンシャル図においては、ポテンシャルは下向きに正とし、斜線部に電荷が保持されるものとする（以下同じ。）。
【０００８】
時刻ｔ１においては、垂直電荷転送部４０１内の信号電荷４１７は、ハイ電圧ＶVHが印加されている垂直転送電極４１１および４１２ｂ下に蓄積されている。次に、時刻ｔ２においては、パルスφＶ４がＶHLからＶHHに、パルスφＶ２がＶHHからＶHLに変わることにより、信号電荷４１７の一部が垂直電荷転送部４０１から水平電荷転送部４０３へ転送され始める。次に、時刻ｔ３において、パルスφＶ１がＶHLからＶHHに、パルスφＶ３がＶHHからＶHLに変わることにより、信号電荷４１７はさらに垂直電荷転送部４０１から水平電荷転送部４０３へ転送され、時刻ｔ４において、パルスφＶ２がＶHLからＶHHに、パルスφＶ４がＶHHからＶHLに変わることにより、垂直電荷転送部４０１から水平電荷転送部４０３への信号電荷４１７の転送動作が終了する。このとき、信号電荷４１７は、水平電荷転送部４０３のＶHHが印加されている第１の水平転送電極４１４ａ下に蓄積される。また、次の信号電荷４１８は、ハイ電圧ＶHHが印加されている垂直転送電極４１１および４１２ａ下まで転送されている。時刻ｔ５において、パルスφＶ３がＶHLからＶHHに、パルスφＶ１がＶHHからＶHLに変わることにより、次の信号電荷４１８は、ハイ電圧ＶVHが印加されている垂直転送電極４１１および４１２ｂ下まで転送される。
【０００９】
その後、水平電荷転送部が作動し、時刻ｔ６において、φＨ１がＶHHからＶHLに、φＨ２がＶHLからＶHHに変わることにより、第１の水平電荷転送電極４１４ａ下に保持されていた信号電荷４１７は、第１の水平転送電極４１４ｂ下部に保持される。更に、時刻ｔ７において、φＨ１がＶHLからＶHHに、φＨ２がＶHHからＶHLに変わることにより、第１の水平電荷転送電極４１４ｂ下に保持されていた信号電荷４１７は、更に前方に配置された第１の水平転送電極４１４ａ下部に保持される。この動作が繰り返されて、信号電荷が水平電荷転送部を転送される。
【００１０】
図２５に示すように、上記固体撮像装置の動作時、水平電荷転送部においては、Ｎ-型半導体領域４０９ａ下に電位障壁４１９が形成され、この電位障壁４１９の存在により、水平電荷転送部における電荷の逆送が抑制される。また、図２４に示すように、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部４１６において、Ｎ-型半導体領域４０９ｂ下に電位障壁４２０が形成され、この電位障壁４２０の存在により、水平電荷転送部から垂直電荷転送部へと電荷の逆送されることを抑制することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の固体撮像装置は、画素の微細化および水平電荷転送部の低電圧駆動化が進むにつれて、垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送がスムーズに行われなくなり、一般に黒線不良と呼ばれる縦線状の表示異常が発生したり、転送効率が著しく劣化するという問題があった。このような問題が発生する理由を、図２１、図２４および図２５を用いて以下に説明する。
【００１２】
従来の固体撮像装置では、画素の微細化が進むにつれて水平電荷転送部４０３の繰り返しピッチが狭くなるため、第１の水平転送電極４１４ａと第１の水平転送電極４１５ａとの間の距離（ＬHBA）は狭くしていく必要があった。一方、最終垂直転送電極４１３と水平電荷転送部４０３の第１の水平転送電極４１４ａとの間の距離（ＬV-H）は、画素の微細化とは関係なく設計することができる。そのため、従来の固体撮像装置では、図２１に示すように、画素の微細化が進むにつれて、接続部４１６における最終垂直転送電極４１３と第１の水平転送電極４１４ａとの間の距離（ＬV-H）が、水平電荷転送部における第１の水平転送電極同士間の距離（ＬHBA）よりも長くなるように設計されていた。その結果、水平電荷転送部のＮ-型半導体領域４０９ａにおけるショートチャネル効果が、接続部のＮ-型半導体領域４０９ｂにおけるショートチャネル効果よりも顕著に現れるようになり、図２４および図２５に示すように、水平電荷転送部の電位障壁４１９よりも垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部の電位障壁４２０の方が大きく形成される。そのため、水平電荷転送部４０３に印加されるクロックパルスφＨ１およびφＨ２のハイ電圧を水平電荷転送部４０３で転送不良が発生しないような電圧に設定したとしても、時刻ｔ２および時刻ｔ３における垂直電荷転送部４０１から水平電荷転送部４０３への電荷転送において、転送障害４２１による信号電荷の転送残り４２２が生じ、黒線不良と呼ばれる縦線状の表示異常が発生する場合があった。すなわち、水平電荷転送部４０３に印加されるクロックパルスφＨ１およびφＨ２の低電圧化を進めていくと、水平電荷転送部４０３自体で転送不良が発生するよりも先に垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部において転送不良が発生するようになるため、水平電荷転送部４０３の低電圧駆動化が困難であった。
【００１３】
そこで、本発明は、水平電荷転送部の駆動電圧を低電圧化させても、垂直電荷転送部から水平電荷転送部へ信号電荷を転送する際に生じる転送残りを十分に低減し、良好な表示特性を得ることができる固体撮像装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部の少なくとも一方の端部に接続され、前記垂直電荷転送部から転送された電荷を受け取って、これを転送する水平電荷転送部とを備え、前記垂直電荷転送部は、垂直転送チャネル領域と、前記垂直転送チャネル領域上に形成された複数の垂直転送電極を備え、前記水平電荷転送部は、水平転送チャネル領域と、前記水平転送チャネル領域上に形成された複数の第１の水平転送電極と、前記第１の水平転送電極同士間に配置された複数の第２の水平転送電極とを備え、前記第１の水平転送電極下の電位が、この電極と隣接し、且つ、この電極よりも転送方向に対して後方に配置された第２の水平転送電極下の電位よりも高くなるように構成された固体撮像装置であって、前記垂直電荷転送部と前記水平電荷転送部との接続部においては、前記垂直電荷転送部の終端に配置された最終垂直転送電極と、前記水平電荷転送部の前記第１の水平転送電極とが互いに離間するように配置され、この最終垂直転送電極と第１の水平転送電極との間に前記第２の水平転送電極が配置されており、前記接続部における前記最終垂直転送電極と前記第１の水平転送電極との間の距離が、前記水平電荷転送部における前記第１の水平転送電極同士間の距離と同等か、またはそれよりも短いことを特徴とする。
【００１５】
このような固体撮像装置によれば、前記接続部において最終垂直転送電極と第１の水平転送電極との間に形成される電位障壁を、前記水平電荷転送部において前記第１の水平転送電極同士間に形成される電位障壁と同等か、またはそれよりも小さくすることができる。そのため、水平電荷転送部の駆動電圧を低下させても、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部での転送不良を十分に抑制することができ、前記接続部での転送不良に起因する表示異常の発生を抑制することができる。
【００１６】
前記固体撮像装置においては、前記接続部において、前記最終垂直転送電極と前記第１の水平転送電極との間に第１の電位障壁領域が形成され、前記水平電荷転送部において、前記第１の水平転送電極同士間に第２の電位障壁領域が形成されていることが好ましい。このような好ましい例によれば、水平電荷転送部および接続部における電荷の逆送を確実に抑制することができる。
【００１７】
また、前記固体撮像装置においては、前記第１の電位障壁領域および前記第２の電位障壁領域を、前記第１の水平転送電極下に存在する領域の不純物濃度と、前記第２の水平転送電極下に存在する領域の不純物濃度とを相違させることにより形成することができる。
【００１８】
この場合、前記第１の電位障壁領域の垂直方向における寸法が、前記最終垂直転送電極と前記第１の水平転送電極との間の距離よりも短いことが好ましい。この好ましい例によれば、前記最終垂直転送電極と前記第１の水平転送電極との間の距離が、前記第１の水平転送電極同士間の距離と同等であっても、最終垂直電荷転送電極と第１の水平転送電極との間に形成される電位障壁を、前記第１の水平転送電極同士間に形成される電位障壁よりも小さくすることができる。そのため、水平電荷転送部の更なる低電圧駆動化と、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部での転送不良の更なる抑制とを実現することができる。
【００１９】
また、前記固体撮像装置においては、前記第１の電位障壁領域および前記第２の電位障壁領域を、前記第１の水平転送電極に印加される電圧と、前記第２の水平転送電極に印加される電圧とを相違させることにより形成することも可能である。
【００２０】
また、前記固体撮像装置においては、前記第２の電位障壁領域が、前記垂直転送チャネル領域と重なり合わないように形成されていることが好ましい。この好ましい例によれば、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部の電位障壁を更に小さくすることができる。そのため、水平電荷転送部の更なる低電圧駆動化と、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部での転送不良の更なる抑制とを実現することができる。
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明の固体撮像装置の製造方法は、垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部の少なくとも一方の端部に接続され、前記垂直電荷転送部から転送された電荷を受け取って、これを転送する水平電荷転送部とを備えた固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板内に、垂直転送チャネル領域および水平転送チャネル領域を形成する工程と、前記垂直転送チャネル領域上に、複数の第１の垂直転送電極と、前記垂直電荷転送部の終端に配置される最終垂直転送電極とを形成し、前記水平転送チャネル領域上に、複数の第１の水平転送電極を形成する工程と、前記垂直転送チャネル領域上に、前記第１の垂直転送電極同士間に配置されるように複数の第２の垂直転送電極を形成して、前記垂直電荷転送部を形成し、前記水平転送チャネル領域上に、前記第１の水平転送電極同士間に配置されるように、複数の第２の水平転送電極を形成して前記水平電荷転送部を形成する工程とを含み、前記垂直電荷転送部と前記水平電荷転送部との接続部となる領域において、最終垂直転送電極と第１の水平転送電極とを互いに離間するように形成し、前記第２の水平転送電極を、その一部が前記最終垂直転送電極と前記第１の水平転送電極との間に配置されるように形成し、前記接続部となる領域における最終垂直転送電極と第１の水平転送電極との間の距離を、前記水平電荷転送部における前記第１の水平転送電極同士間の距離と同等か、またはそれよりも短くすることを特徴とする。
【００２２】
このような製造方法によれば、最終垂直転送電極と第１の水平転送電極との間の距離、および、水平電荷転送部における第１の水平転送電極同士間の距離のばらつきが抑えられ、低電圧でも安定して動作する水平電荷転送部を備えた本発明の固体撮像装置を、効率良く製造することができる。
【００２３】
前記製造方法においては、更に、前記最終垂直転送電極と前記第１の水平転送電極とをマスクとして、前記垂直転送チャネル領域および前記水平転送チャネル領域とは異なる導電型の不純物をイオン注入し、前記最終垂直転送電極と前記第１の水平転送電極との間に第１の電位障壁領域を形成し、前記第１の水平転送電極同士間に第２の電位障壁領域を形成する工程を含むことが好ましい。この好ましい例によれば、水平電荷転送部および接続部における電荷の逆送を確実に抑制し得る固体撮像装置を効率良く製造することができる。
【００２４】
また、前記製造方法においては、前記第１の電位障壁領域および前記第２の電位障壁領域を形成する工程において、不純物の注入方向を、前記半導体基板の表面に対して、前記垂直電荷転送部における転送方向または転送方向と反対の方向に傾斜させることが好ましい。この好ましい例によれば、前記第１の電位障壁領域の垂直方向における寸法が、前記最終垂直転送電極と前記第１の水平転送電極との間の距離よりも小さくなるため、水平電荷転送部の更なる低電圧駆動化と、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部での転送不良の更なる抑制とを実現し得る固体撮像装置を製造することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の一例について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図２０は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の一例を示す模式図である。また、図１〜図３は、前記固体撮像装置の垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部付近の構造の一例を示す模式図であり、図１は平面図、図２は図１のＡ−Ａ’断面図、図３は図１のＢ−Ｂ’断面図である。図中符号１０１は垂直電荷転送部、１０２は光電変換部、１０３は水平電荷転送部、１０４は出力回路部、１０５はＮ--型半導体基板、１０６はＰ型ウェル層、１０７はＰ+型素子分離領域、１０８はＮ型半導体領域、１０９ａ、１０９ｂおよび１０９ｃはＮ-型半導体領域、１１０は絶縁膜、１１１、１１２ａ、１１２ｂおよび１１３は垂直転送電極、１１４ａおよび１１４ｂは第１の水平転送電極、１１５ａおよび１１５ｂは第２の水平転送電極、１１６は垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部である。
【００２７】
図２０に示すように、この固体撮像装置は、行列状に配置された複数の光電変換部１０２と、光電変換部１０２の各列に対応して配置された複数列の垂直電荷転送部１０１と、各垂直電荷転送部１０１の一端に電気的に接続された水平電荷転送部１０３と、水平電荷転送部１０３の一端に接続された出力回路部１０４とを備えている。
【００２８】
図１および図２に示すように、垂直電荷転送部１０１においては、Ｎ--型半導体基板１０５の表層部にＰ型ウェル層１０６が形成されており、Ｐ型ウェル層１０６の表層部に垂直転送チャネル領域であるＮ型半導体領域１０８が形成され、このＮ型半導体領域１０８上に絶縁膜１１０を介して複数の垂直転送電極１１１、１１２ａ、１１２ｂおよび１１３が形成されている。Ｎ型半導体領域１０８は、垂直電荷転送部の転送方向である垂直方向に伸長しており、その不純物濃度は、例えば１×１０16〜１×１０18ｃｍ-3、好ましくは５×１０16〜５×１０17ｃｍ-3である。また、各垂直転送電極には、クロックパルスφＶ１、φＶ２、φＶ３またはφＶ４が印加されるように配線されている。
【００２９】
図１および図３に示すように、水平電荷転送部１０３においては、Ｎ--型半導体基板１０５の表層部にＰ型ウェル層１０６が形成されており、Ｐ型ウェル層１０６の表層部に水平転送チャネル領域であるＮ型半導体領域１０８が形成され、このＮ型半導体領域１０８上に絶縁膜１１０を介して複数の第１の水平転送電極１１４ａおよび１１４ｂが形成されている。更に、第１の水平転送電極同士間の間隙には、Ｎ型半導体領域１０８内に、電位障壁領域であるＮ-型半導体領域１０９ａが形成されており、このＮ-型半導体領域１０９ａ上に絶縁膜１１０を介して第２の水平転送電極１１５ａおよび１１５ｂが形成されている。
【００３０】
換言すると、水平電荷転送部の一段は、Ｎ型半導体領域１０８と、転送方向に対してＮ型半導体領域１０８よりも後方に配置されたＮ-型半導体領域１０９ａと、Ｎ型半導体領域１０８上に形成された第１の水平転送電極１１４ａまたは１１４ｂと、Ｎ-型半導体領域１０９ａ上に形成された第２の水平転送電極１１５ａまたは１１５ｂとで構成されており、これと同様の構成を有する複数の段が水平方向に配列されて、水平電荷転送部が構成されている。
【００３１】
水平電荷転送部１０３において、Ｎ型半導体領域１０８は、電荷を保持するための領域として機能する。その不純物濃度は、垂直電荷転送部１０１におけるＮ型半導体領域１０８の不純物濃度と同等であることが好ましく、具体的には、例えば１×１０16〜１×１０18ｃｍ-3、好ましくは５×１０16〜５×１０17ｃｍ-3である。また、Ｎ-型半導体領域１０９ａは、電荷の逆送を防止するための電位障壁領域として機能する。このＮ-型半導体領域１０９ａの水平方向における寸法（Ｌ’HBA）は特に限定するものではなく、例えば、第１の水平転送電極同士間の距離（ＬHBA）と同等である。また、その不純物濃度は、例えば９×１０15〜９×１０17ｃｍ-3、好ましくは４×１０16〜４×１０17ｃｍ-3である。
【００３２】
第１の水平転送電極１１４ａおよび１１４ｂは、電荷を保持するためのストレージゲートとして機能し、第２の水平転送電極１１５ａおよび１１５ｂは、電荷の逆送を防止するためのバリアゲートとして機能する。本実施形態においては、同一段を構成する第１の水平転送電極と第２の水平転送電極とは結線され、同一パルスが印加されるように配線されている。各段を構成する水平転送電極には、それぞれ、クロックパルスφＨ１またはφＨ２が印加されるように配線されている。
【００３３】
図１および図２に示すように、垂直電荷転送部１０１と水平電荷転送部１０３との接続部１１６においては、各垂直電荷転送部１０１が、それぞれ、水平電荷転送部１０３の別の段と接続するように配置されている。また、各垂直電荷転送部１０１の垂直転送チャネル領域は接続部にまで伸長しており、この垂直転送チャネル領域が、水平電荷転送部１０３の水平転送チャネル領域とつながっている。
【００３４】
前記接続部１１６において、水平電荷転送部の垂直電荷転送部と接続した段を構成する第１の水平転送電極１１４ａは、接続部に伸長した垂直転送チャネル領域の少なくとも一部を被覆するように配置されている。また、この第１の水平転送電極１１４ａは、垂直電荷転送部１０１の終端に配置された垂直転送電極（すなわち、最終垂直転送電極）１１３と離間するように配置されている。
【００３５】
この第１の水平転送電極１１４ａと最終垂直転送電極１１３との間隙には、Ｎ-型半導体領域１０９ｂが形成されている。このＮ-型半導体領域１０９ｂは、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部１１６における電荷の逆送を防止するための電位障壁領域として機能する。Ｎ-型半導体領域１０９ｂの垂直方向における寸法（Ｌ’V-H）は、特に限定するものではなく、例えば、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）と同等である。また、Ｎ-型半導体領域１０９ｂの不純物濃度は、Ｎ-型半導体領域１０９ａの不純物濃度と同等であり、例えば９×１０15〜９×１０17ｃｍ-3、好ましくは４×１０16〜４×１０17ｃｍ-3である。
【００３６】
また、前記接続部１１６において、水平電荷転送部の垂直電荷転送部と接続した段を構成する第２の水平転送電極１１５ａは、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間隙を被覆するように配置されている。すなわち、接続部１１６において、第２の水平転送電極１１５ａはＮ-型半導体領域１０９ｂを被覆している。
【００３７】
上記固体撮像装置においては、前記接続部１１６において、垂直電荷転送部の最終垂直転送電極１１３と、この垂直電荷転送部と接続した段を構成する第１の水平転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）が、第１の水平転送電極１１４ａとその隣の段を構成する第１の水平転送電極１１４ｂとの間の距離（ＬHBA）と同等か、もしくはそれよりも短くなるように構成されている。
【００３８】
換言すれば、垂直電荷転送部と接続した段を構成する第２の水平転送電極１１５ａにおいて、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間に配置される部分の垂直方向における長さが、水平電荷転送部の第１の水平転送電極同士間に配置される部分の水平方向における長さと同等か、もしくはそれよりも短くなるように構成されている。ここで、「電極の長さ」とは、半導体領域上に絶縁膜を介して形成された部分の長さを意味し、例えば、図１〜図３に示すように、第２の水平転送電極１１５ａの一部が、他の電極（第２の水平転送電極１１４ａ、垂直転送電極１１３）上に形成されている場合、この他の電極上に形成された部分を除いた部分の長さである。
【００３９】
最終垂直転送電極１１３と第１の水平電荷転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）が短いほど、Ｎ-型半導体領域１０９ｂにおけるショートチャネル効果が大きくなるため、垂直電荷転送部１０１から水平電荷転送部１０３への電荷転送効率を向上させることができる。前記距離ＬV-Hは、十分なショートチャンネル効果を得るため、３μｍ以下であることが好ましく、更には１．５μｍ以下であることが好ましい。
【００４０】
また、第１の水平電荷転送電極１１４ａと第１の水平電荷転送電極１１４ｂとの間の距離（ＬHBA）は、前記距離ＬV-Hと同等か、それよりも大きければ特に限定するものではないが、水平電荷転送部において良好な転送効率を得るため、例えば３μｍ以下、好ましくは１．５μｍ以下に設定される。
【００４１】
前記距離ＬV-Hおよび前記距離ＬHBAの下限については、特に限定するものではないが、電極形成のためのプロセス（例えば、リソグラフィーおよびエッチング）において加工可能な最小寸法以上であることが好ましく、具体的には０．２μｍ以上であることが好ましい。
【００４２】
また、最終垂直転送電極１１３と第１の水平電荷転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）は、第１の水平電荷転送電極１１４ａと第１の水平電荷転送電極１１４ｂとの間の距離（ＬHBA）の５０〜１００％であることが好ましい。
【００４３】
次に、上記固体撮像装置の動作について説明する。
【００４４】
図２６は、垂直電荷転送部および水平電荷転送部の各転送電極に印加されるクロックパルスの一例である。同図において、φＶ１〜φＶ４は垂直転送電極に印加されるパルスであり、φＨ１およびφＨ２は水平転送電極に印加されるパルスである。また、各パルスにおいて、ＶVHおよびＶHHはハイ電圧を、ＶVLおよびＶHLはロー電圧を示す。また、図４および図５は、図２６のパルスで駆動させたときのポテンシャル図であり、図４は垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部のポテンシャル分布を示し、図５は水平電荷転送部のポテンシャル分布を示す。
【００４５】
上記固体撮像装置においては、まず、光電変換部で生じた信号電荷が垂直電荷転送部に読み出される。この信号電荷は、垂直電荷転送部で垂直方向に転送された後、垂直電荷転送部から水平電荷転送部に転送される。そして、水平電荷転送部において水平方向に転送され、出力回路部に送られる。
【００４６】
以下に、垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送動作について、図２６および図４を用いて説明する。
【００４７】
垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送は、水平電荷転送部における電荷転送を停止させた期間、すなわち水平ブランキング期間に実施される。この期間においては、φＨ１がＶHHであり、φＨ２がＶHLである。そのため、垂直電荷転送部と接続した段を構成する水平転送電極１１４ａおよび１１５ａ下の電位が、その他の段を構成する水平転送電極１１４ｂおよび１１５ｂ下の電位よりも高くなる。また、第２の水平転送電極１１５ａ下にはＮ-型半導体領域１０９ａが形成されているため、第２の水平転送電極１１５ａ下部の電位は第１の水平転送電極１１４ａ下部の電位よりも低くなり、ここに電位障壁１１９が形成される。そのため、垂直電荷転送部と接続した段を構成する第１の水平転送電極１１４ａ下部の電位が他よりも高くなり、ここにポテンシャル井戸が形成される（図５参照）。
【００４８】
時刻ｔ１においては、φＶ２およびφＶ３にＶVHが印加され、φＶ１およびφＶ４にＶHLが印加されることにより、信号電荷１１７が、ハイ電圧ＶVHが印加されている垂直転送電極１１１および１１２ｂの下に保持される。
【００４９】
時刻ｔ２において、φＶ４がＶVLからＶVHに、φＶ２がＶVHからＶVLに変わることにより、僅かな信号電荷の転送残り１２２を除いて、信号電荷１１７が垂直電荷転送部１０１から水平電荷転送部１０３へ転送される。更に、時刻ｔ３において、φＶ１がＶVLからＶVHに、φＶ３がＶVHからＶVLに変わることにより、信号電荷の転送残り１２２が、垂直電荷転送部１０１から水平電荷転送部１０３へ転送され、垂直電荷転送部１０１から水平電荷転送部１０３への信号電荷１１７の転送動作が終了する。
【００５０】
この垂直電荷転送部１０１から水平電荷転送部１０３への電荷転送において、信号電荷１１７は、最終垂直転送電極１１３下部、および、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間に配置された第２の水平転送電極１１５ａ下部を経由して、第１の水平電荷転送電極１１４ａ下部に形成されたポテンシャル井戸に転送される。このとき、図４に示すように、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間に配置された第２の水平転送電極１１５ａ下にはＮ-型半導体領域１０９ｂが形成されているため、第２の水平転送電極１１５ａ下部の電位は第１の水平転送電極１１４ａ下部の電位よりも低くなり、ここに電位障壁１２０が形成されている。この電位障壁１２０の存在により、接続部での信号電荷の逆送が防止される。
【００５１】
続いて、時刻ｔ４において、φＶ２がＶVLからＶVHに、φＶ４がＶVHからＶVLに変わることにより、次の信号電荷１１８が、ハイ電圧ＶHHが印加されている第１の電荷転送電極１１１および第２の電荷転送電極１１２ａ下に転送される。最後に、時刻ｔ５において、φＶ３がＶVLからＶVHに、φＶ１がＶVHからＶVLに変わることにより、次の信号電荷１１８は、ＶVHが印加されている垂直転送電極１１１および１１２ｂ下部に転送され、時刻ｔ１の時と同じ初期状態に戻る。
【００５２】
次に、水平電荷転送部における電荷転送動作について、図２６および図５を用いて説明する。
【００５３】
垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送が終了した時点（時刻ｔ５）では、前述したように、φＨ１がＶHHであり、φＨ２がＶHLである。このとき、第１の水平転送電極１１４ａ下部にポテンシャル井戸が形成され、ここに垂直電荷転送部から転送された信号電荷１１７が保持される。
【００５４】
続いて、時刻ｔ６において、φＨ１がＶHHからＶHLに、φＨ２がＶHLからＶHHに変わることにより、水平転送電極１１４ａおよび１１５ａ下部の電位が、水平転送電極１１４ｂおよび１１５ｂの電位よりも低くなる。また、第２の水平転送電極１１５ｂ下にはＮ-型半導体領域１０９ａが形成されているため、第２の水平転送電極１１５ｂ下部の電位は第１の水平転送電極１１４ｂ下部の電位よりも低くなり、ここの電位障壁１１９が形成される。そのため、第１の水平転送電極１１４ｂ下部の電位が他よりも高くなり、ここに信号電荷が保持される。また、このとき、この電位障壁１１９の存在により信号電荷の逆送が防止される。
【００５５】
続いて、時刻ｔ７において、φＨ１がＶHLからＶHHに、φＨ２がＶHHからＶHLに変わることにより、第１の水平転送電極１１４ａ下部の電位が他よりも高くなり、ここに信号電荷が保持される。このような動作が繰り返されることにより、信号電荷１１７は水平電荷転送部を転送される。
【００５６】
次に、このような固体撮像装置により達成される効果について説明する。
【００５７】
前述したように、上記固体撮像装置においては、垂直電荷転送部１０１の最終垂直転送電極１１３と水平電荷転送部１０３の第１の水平転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）が、第１の水平電荷転送電極１１４ａとその隣の第１の水平電荷転送電極１１４ｂの間の距離（ＬHBA）と同等か、もしくはそれよりも短い。
【００５８】
そのため、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部に存在するＮ-型半導体領域１０９ｂにおけるショートチャネル効果が、水平電荷転送部に存在するＮ-型半導体領域１０９ａにおけるショートチャネル効果と同等か、またはそれよりも顕著に現れる。よって、接続部のＮ-型半導体領域１０９ｂの電位を、水平電荷転送部のＮ-型半導体領域１０９ａの電位と同等か、それよりも高くすることができる。そのため、水平転送電極に印加される電圧を低電圧化させても、水平電荷転送部での転送不良を十分に抑制できる範囲であれば、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部での転送不良を十分に抑制することができる。その結果、駆動電圧の低電圧化を図りながら、尚且つ、転送不良に起因した表示異常（例えば、一般に黒線不良などの、表示画面に縦線状に現れる表示異常）を抑制することができる。
【００５９】
（第２の実施形態）
次に、上記第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の一例について説明する。図６および図７は、上記固体撮像装置の製造方法の一例を説明するための図であり、図６は図１のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示し、図７は図１のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示すものである。
【００６０】
まず、Ｎ--型半導体基板１０５表層部にＰ型ウェル層１０６を形成し、Ｐ型ウェル層１０６表層部に、垂直電荷転送部および水平電荷転送部の転送チャネルとなるＮ型半導体領域１０８を形成する。続いて、Ｎ型半導体領域１０８表面に、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜などの絶縁膜１１０を形成する。
【００６１】
絶縁膜１１０上に、少なくとも最終垂直転送電極１１３と複数の第１の水平転送電極１１４ａおよび１１４ｂを形成する。このとき、垂直電荷転送部の他の垂直転送電極１１１も同時に形成されることが好ましい（以下、最終垂直転送電極と同時に形成される垂直転送電極を、「第１の垂直転送電極」という。）。
【００６２】
複数の第１の水平転送電極１１４ａおよび１１４ｂは、互いに離間するように水平方向に配列させて形成される。また、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとは互いに離間するように形成される。このとき、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間の距離は、水平方向に隣接した第１の水平転送電極１１４ａと第１の水平転送電極１１４ｂとの間の距離と同等か、またはそれよりも短くなるよう調整される。なお、これらの距離の具体的な値については、前述した通りである。
【００６３】
続いて、垂直電荷転送部が形成される領域の全面を被覆するように、フォトレジスト１２５が形成される。このフォトレジスト１２５は、図６（ａ）および図７（ａ）に示すように、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部１１６となる領域、および、水平電荷転送部１０３が形成される領域は被覆しないように形成される。すなわち、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間の間隙、および、第１の水平転送電極１１４ａと１１４ｂとの間の間隙は、フォトレジスト１２５で被覆されない。
【００６４】
フォトレジスト１２５、最終垂直転送電極１１３、第１の水平電荷転送電極１１４ａおよび１１４ｂをマスクとして用いて、前記基板に、例えば、ボロン（Ｂ）、フッ化ボロン（ＢＦ2）などのＰ型不純物をイオン注入する（図６（ａ）および図７（ａ））。なお、本実施形態においては特に限定するものではないが、不純物の注入方向１２３は、基板面にほぼ直角な方向である。
【００６５】
このイオン注入により、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間の間隙、および、水平方向に隣接した第１の水平転送電極１１４ａと１１４ｂとの間の間隙において、Ｎ型半導体領域１０８内にＰ型不純物が注入される。その結果、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間隙、および、第１の水平転送電極１１４ａと１１４ｂと間隙に、それぞれ、Ｎ-型半導体領域１０９ｂおよび１０９ａが自己整合的に形成される。
【００６６】
その後、最終垂直転送電極１１３、第１の水平転送電極１１４ａおよび１１４ｂを被覆するように層間絶縁膜１２４が形成される。更に、第１の水平転送電極同士間の間隙に、第２の水平電荷転送電極１１５ａおよび１１５ｂが形成される（図７（ｂ））。このとき、第２の水平転送電極１１５ａは、接続部１１６において、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間の間隙を被覆するように形成される。また、同時に、最終垂直転送電極１１３と第１の垂直転送電極１１１との間隙、および、第１の垂直転送電極１１１同士間の間隙に、それぞれ、垂直転送電極１１２ａおよび１１２ｂが形成される（図６（ｂ））（以下、この工程で形成される垂直転送電極を「第２の垂直転送電極」という。）。その後、必要に応じて、例えば、配線、遮光膜などを形成することにより、固体撮像装置が製造される。
【００６７】
このような製造方法によれば、最終の垂直電荷転送電極１１３と第１の水平電荷転送電極１１４ａとが同一工程で形成され、更に、Ｎ-型半導体領域１０９ａおよび１０９ｂが、これらの電極をマスクとした同一のイオン注入工程により自己整合的に形成される。そのため、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間隙を、第１の水平転送電極１１４ａと１１４ｂとの間隙と同等か、それよりも狭くなるように形成すれば、前述したような固体撮像装置を効率良く製造することができる。
【００６８】
（第３の実施形態）
図８〜図１０は、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の構造の一例を示す図である。これらの図は、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部付近の構造の一例を示す模式図であり、図８は平面図、図９は図８のＡ−Ａ’断面図、図１０は図８のＢ−Ｂ’断面図である。なお、これらの図においては、図１と同一部材には同一番号を付している。
【００６９】
図８および図９に示すように、この固体撮像装置は、垂直電荷転送部１０１と水平電荷転送部１０３との接続部１１６において、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間隙にＮ-型半導体領域１０９ｂが形成されており、このＮ-型半導体領域１０９ｂの垂直方向における寸法（Ｌ’V-H）が、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）よりも小さくなるように調整されている。
【００７０】
Ｎ-型半導体領域１０９ｂの垂直方向における寸法（Ｌ’V-H）は、最終垂直転送電極１１３と第１の水平電荷転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）の５０〜１００％であることが好ましい。
【００７１】
また、Ｎ-型半導体領域１０９ｂの垂直方向における寸法（Ｌ’V-H）の具体的な値については、特に限定するものではなく、例えば、Ｎ-型半導体領域１０９ｂの不純物濃度、絶縁膜１１０の厚さ、駆動電圧の大きさなどに応じて適宜設定することができる。前記寸法（Ｌ’V-H）は、例えば３μｍ以下、好ましくは１．５μｍ以下に設定される。
【００７２】
一方、水平電荷転送部１０３には、第１の水平転送電極１１４ａと１１４ｂとの間隙にＮ-型半導体領域１０９ａが形成されている。このＮ-型半導体領域１０９ａの水平方向における寸法（Ｌ’HBA）は、第１の水平転送電極１１４ａと１１４ｂとの間の距離（ＬHBA）と同等である。
【００７３】
よって、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）が、第１の水平転送電極１１４ａと１１４ｂとの間の距離（ＬHBA）よりも短い場合はもちろん、両者が同等である場合においても、接続部１１６に形成されるＮ-型半導体領域１０９ｂの垂直方向の長さ（Ｌ’V-H）は、水平電荷転送部１０３に形成されるＮ-型半導体領域１０９ａの水平方向の長さ（Ｌ’HBA）よりも短くなる。
【００７４】
このように、上記固体撮像装置においては、Ｎ-型半導体領域１０９ｂの垂直方向の長さ（Ｌ’V-H）は、Ｎ-型半導体領域１０９ａの水平方向の長さ（Ｌ’HBA）よりも短い。そのため、接続部１１６における最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）が、水平電荷転送部１０３における第１の水平転送電極１１４ａと１１４ｂとの間の距離（ＬHBA）より短い場合だけでなく、これらの距離が同等（ＬV-H＝ＬHBA）である場合でも、接続部１１６のＮ-型半導体領域１０９ｂの電位を、水平電荷転送部１０３のＮ-型半導体領域１０９ａの電位よりも高くすることができる。よって、第１の実施形態において説明したような効果が更に顕著に現れることとなり、駆動電圧の更なる低電圧化、および、転送不良に起因した表示異常（例えば、一般に黒線不良などの、表示画面に縦線状に現れる表示異常）の更なる抑制を実現することができる。
【００７５】
このように、本実施形態は、最終垂直転送電極と第１の水平転送電極との間の距離（ＬV-H）と第１の水平転送電極同士間の距離（ＬHBA）が同等である場合に有効であり、例えば、画素の微細化が進み、前記距離（ＬV-H）と前記距離（ＬHBA）とをいずれもリソグラフィーおよびエッチングが可能な最小寸法で形成しなければならない場合に特に有効である。
【００７６】
なお、上記固体撮像装置は、Ｎ-型半導体領域１０９ｂの垂直方向における寸法（Ｌ’V-H）が、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）よりも小さいこと以外は、第１の実施形態に係る固体撮像装置と同様の構造を有している。また、上記固体撮像装置の動作についても、第１の実施形態と実質的に同様であるため、その詳細な説明を省略する。
【００７７】
次に、上記固体撮像装置の製造方法の一例について説明する。図１１および図１２は、上記固体撮像装置の製造方法の一例を説明するための図であり、図１１は図８のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示し、図１２は図８のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示すものである。
【００７８】
まず、Ｎ--型半導体基板１０５表層部にＰ型ウェル層１０６を形成し、Ｐ型ウェル層１０６表層部にＮ型半導体領域１０８を形成する。更に、前記Ｎ型半導体領域上に絶縁膜１１０を介して、最終垂直転送電極１１３、第１の垂直転送電極１１１、第１の水平転送電極１１４ａおよび１１４ｂを形成する。続いて、垂直電荷転送部が形成される領域の全面を被覆するように、フォトレジスト１２５を形成する。なお、ここまでの工程は、第２の実施形態で説明した製造方法と同様にして実施される。
【００７９】
続いて、フォトレジスト１２５、最終垂直転送電極１１３、第１の水平電荷転送電極１１４ａおよび１１４ｂをマスクとして用いて、前記基板に、例えば、ボロン（Ｂ）、フッ化ボロン（ＢＦ2）などのＰ型不純物をイオン注入する（図１１（ａ）、図１２（ａ））。このイオン注入により、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間隙、および、第１の水平転送電極１１４ａと１１４ｂとの間の間隙に、それぞれ、Ｎ-型半導体領域１０９ｂおよび１０９ａが自己整合的に形成される。
【００８０】
図１１（ａ）に示すように、本実施形態ではこのイオン注入が、Ｐ型不純物の注入方向１２３を、基板面に対して直角な方向から、垂直電荷転送部の転送方向に傾斜させた状態で実施される。これにより、Ｎ-型半導体領域１０９ｂを最終垂直転送電極１１３から離間させて形成することができ、その結果、マスクの合わせズレなどの影響を受けることなく、このＮ-型半導体領域１０９ｂの垂直方向の長さ（Ｌ’V-H）を、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）よりも短く形成することができる。
【００８１】
また、イオンの注入方向は、垂直電荷転送部における転送方向に傾斜させるため、図１２（ａ）に示すように、水平電荷転送部に形成されるＮ-型半導体領域１０９ａの水平方向の長さ（Ｌ’HBA）は、第１の水平転送電極同士間の距離（ＬHBA）と同等となる。
【００８２】
よって、最終垂直転送電極と第１の水平転送電極との間の距離（ＬV-H）と第１の水平転送電極同士間の距離（ＬHBA）とが同等である場合でも、接続部に形成されるＮ-型半導体領域１０９ｂの垂直方向の長さ（Ｌ’V-H）は、水平電荷転送部に形成されるＮ-型半導体領域１０９ａの水平方向の長さ（Ｌ’HBA）よりも短くなる。
【００８３】
注入方向の傾斜角度（θ）は特に限定するものではない。但し、傾斜角度（θ）が大きすぎると、Ｎ-型半導体領域１０９ｂが、最終の垂直転送電極１１３下部または第１の水平転送電極１１４ａ下部に深く入り込むおそれがある。よって、傾斜角度（θ）は４５度以下であることが好ましい。更には、５〜３０度であることが好ましい。
【００８４】
その後、層間絶縁膜１２４、第２の水平電荷転送電極１１５ａおよび１１５ｂ、第２の垂直転送電極が形成される（図１１（ｂ）、図１２（ｂ））。なお、この工程は、第２の実施形態において説明した製造方法と同様にして実施することができる。その後、必要に応じて、例えば、配線、遮光膜などを形成することにより、固体撮像装置が製造される。
【００８５】
このような製造方法によれば、第２の実施形態で説明した製造方法と同様に、最終垂直転送電極１１３と第１の水平電荷転送電極１１４ａとを同一工程で形成し、Ｎ-型半導体領域１０９ａおよび１０９ｂを、これらの電極をマスクとした同一のイオン注入工程により自己整合的に形成するため、前述したような固体撮像装置を効率良く製造することができる。
【００８６】
なお、上記製造方法においては、図１３（ａ）に示すように、イオンの注入方向１２３は、垂直電荷転送部における転送方向と反対の方向に向けて傾斜させてもよい。この場合、図１３（ｂ）に示すように、Ｎ-型半導体領域１０９ｂを第１の水平転送電極１１４ａから離間させて形成することができ、その結果、このＮ-型半導体領域１０９ｂの垂直方向の長さ（Ｌ’V-H）を、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）よりも短く形成することができ、上記と同様の効果を得ることができる。
【００８７】
（第４の実施形態）
第１の実施形態の固体撮像装置においては、Ｎ-型半導体領域１０９ａおよび１０９ｂを設けることにより、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部、および、水平電荷転送部の第１の水平転送電極同士間に、電荷の逆送を防止するための電位障壁１１９および１２０が形成されているが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、この電位障壁を、第１の水平転送電極に印加する電圧と第２の水平転送電極に印加する電圧とを相違させることにより形成することができる。このような実施形態について以下に説明する。
【００８８】
図１４〜１６は、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の構造の一例を示す図である。これらの図は、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部付近の構造の一例を示す模式図であり、図１４は平面図、図１５（ａ）は図１４のＡ−Ａ’断面図、図１６（ａ）は図１４のＢ−Ｂ’断面図である。なお、これらの図においては、図１と同一部材には同一番号を付している。
【００８９】
図１４および図１６（ａ）に示すように、この固体撮像装置の水平電荷転送部においては、第１の水平転送電極１１４ａと１１４ｂとの間隙（第２の水平転送電極１１５ａおよび１１５ｂの下部）には、第１の水平転送電極１１４ａおよび１１４ｂ下部と同様に、Ｎ型半導体領域１０８が存在している。すなわち、本実施形態の固体撮像装置においては、第１の実施形態で説明したようなＮ-型半導体領域１０９ａが存在していない。また、本実施形態においては、同一段を構成する第１の水平転送電極と第２の水平転送電極とは、互いに異なるクロックパルスが印加されるように配線されている。
【００９０】
また、図１４および図１５（ａ）に示すように、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部１１６においては、第１の実施形態と同様に、第１の水平転送電極１１４ａは最終垂直転送電極１１３と離間するように配置されており、この第１の水平転送電極１１４ａと最終垂直転送電極１１３との間隙を第２の水平転送電極１１５ａが被覆している。しかしながら、本実施形態においては、第１の水平転送電極１１４ａと最終垂直転送電極１１３との間隙には、垂直電荷転送部から伸長したＮ型半導体領域１０８が存在する。すなわち、第１の水平転送電極１１４ａと最終垂直転送電極１１３との間隙には、第１の実施形態のようなＮ-型半導体領域１０９ｂが存在していない。
【００９１】
なお、上記固体撮像装置は、Ｎ-型半導体領域１０９ａおよび１０９ｂが存在せず、且つ、同一段を構成する第１の水平転送電極および第２の水平転送電極に異なるパルスが印加されるよう配線されていること以外は、第１の実施形態に係る固体撮像装置と同様の構造を有している。
【００９２】
本実施形態の固体撮像装置を駆動させる際には、水平電荷転送部において同一段を構成する第１の水平転送電極と第２の水平転送電極とで異なるクロックパルスが印加される。例えば、図１４〜図１６に示すように、第１の水平転送電極１１４ａにはクロックパルスφＨ１が印加され、この電極と同一段を構成する第２の水平転送電極１１５ａには、クロックパルスφＨ３が印加される。また、前記段に隣接する別の段においては、第１の水平転送電極１１４ｂにはクロックパルスφＨ２が印加され、第２の水平転送電極１１５ｂには、クロックパルスφＨ４が印加される。
【００９３】
前記パルスφＨ３は、パルスφＨ１をマイナス方向にオフセットさせたものである。すなわち、φＨ３は、電圧値がマイナス側にシフトしていること以外は、φＨ１と同様の波形を有するものである。また、前記パルスφＨ４は、パルスφＨ２をマイナス方向にオフセットさせたものである。すなわち、φＨ４は、電圧値がマイナス側にシフトしていること以外は、φＨ２と同様の波形を有するものである。なお、φＨ１およびφＨ２は、例えば、第１の実施形態におけるφＨ１およびφＨ２と同様の波形を有するものである。
【００９４】
また、φＨ３およびφＨ４を、φＨ１およびφＨ２に対してマイナス側にシフトさせるのではなく、φＨ１およびφＨ２を、φＨ３およびφＨ４に対してプラス側にシフトさせてもよい。
【００９５】
第１の水平転送電極に印加されるパルス（φＨ１およびφＨ２）に対する、第２の水平転送電極に印加されるパルス（φＨ３およびφＨ４）のオフセットの大きさ（すなわち、電圧差ＶHBA）は特に限定するものではないが、一般に、電圧差ＶHBAが大きいほど、水平電荷転送部における最大転送容量を増大させることができるが、水平電荷転送部の最小駆動電圧が大きくなる傾向にある。したがって、電圧差ＶHBAは、所望の転送容量および駆動電圧などに応じて適宜設定することが好ましく、例えば０．５〜２．５Ｖに設定される。なお、電圧差ＶHBAは、第１の水平転送電極に印加されるパルスと第２の水平転送電極に印加されるパルスの基準電圧の差であり、例えば、両パルスのハイ電圧同士間の差またはロー電圧同士間の差で表すことができる。
【００９６】
図１５（ｂ）および図１６（ｂ）は、φＨ１およびφＨ３がハイ電圧であり、φＨ２およびφＨ４がロー電圧である状態のポテンシャル図であり、図１５（ｂ）は垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部のポテンシャル分布を示し、図１６（ｂ）は水平電荷転送部のポテンシャル分布を示す。
【００９７】
これらの図に示すように、本実施形態においては、第２の水平電荷転送電極１１５ａおよび１１５ｂに印加される電圧を、第１の水平電荷転送電極１１４ａおよび１１４ｂに印加される電圧よりもマイナス側の値とすることにより、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部、および、水平電荷転送部の第１の水平転送電極同士間に、逆送を防止するための電位障壁１１９および１２０が形成される。また、φＨ３およびφＨ４は、それぞれ、φＨ１およびφＨ２をマイナス側にオフセットさせたものであるため、この電位障壁１１９および１２０は常に形成されることとなる。
【００９８】
なお、本実施形態においても、垂直転送電極に印加される駆動パルスについては、第１の実施形態と同様のパルスφＶ１〜φＶ４を用いることができる。また、本実施形態における電荷転送動作については、前述したように電位障壁１１９および１２０が第１および第２の水平電荷転送電極の電位差により形成されること以外は、第１の実施形態と実質的に同様であるため、その詳細な説明を省略する。
【００９９】
前述したように、本実施形態によれば、電荷の逆送を防止するための電位障壁を、第１の水平転送電極に印加する電圧と第２の水平転送電極に印加する電圧とを相違させることにより形成される。そのため、第１の実施形態のようなＮ-型半導体領域１０９ａおよび１０９ｂを形成する必要がなく、このようなＮ-型半導体領域を形成するためのイオン注入工程が不要であり、製造プロセス工程の短縮が可能になるという利点がある。
【０１００】
更に、第１の水平転送電極１１４ａおよび１１４ｂに印加する電圧と第２の水平転送電極１１５ａおよび１１５ｂに印加する電圧との差（ＶHBA）を変えることにより、電位障壁２１９および２２０の大きさを自由に変化させることができる。その結果、水平電荷転送部の最低駆動電圧、最大転送電荷量を自由に調整することができるという利点をも有する。なお、この電圧差（ＶHBA）は、固体撮像装置を使用するシステムにより容易に変化させることができる。
【０１０１】
（第５の実施形態）
図１７〜図１９は、本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置の構造の一例を示す図である。これらの図は、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部付近の構造の一例を示す模式図であり、図１７は平面図、図１８は図１７のＡ−Ａ’断面図、図１９は図１７のＢ−Ｂ’断面図である。なお、これらの図においては、図１と同一部材には同一番号を付している。
【０１０２】
図１７に示すように、この固体撮像装置においては、第１の実施形態と同様に、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部１１６において、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間隙にＮ-型半導体領域１０９ｂが形成されており、水平電荷転送部１０３においては、第１の水平転送電極１１４ａと１１４ｂとの間隙にＮ-型半導体領域１０９ａが形成されている。しかしながら、本実施形態においては、第１の水平転送電極同士の間隙に形成されるＮ-型半導体領域が、前記接続部において、垂直電荷転送部から伸長した垂直転送チャネル領域と重なり合わないように形成されている。すなわち、前記接続部１１６において、第１の実施形態のＮ-型半導体領域１０９ｃに相当するような領域が存在していない。
【０１０３】
このような固体撮像装置によれば、前記接続部１１６に第１の実施形態のようなＮ-型半導体領域１０９ｃが存在していないため、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部の電位障壁を更に小さくすることができる。そのため、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部での転送不良が更に抑制されるという利点がある。
【０１０４】
なお、上記固体撮像装置は、Ｎ-型半導体領域１０９ｃが存在しないこと以外は、第１の実施形態に係る固体撮像装置と同様の構造を有していてもよい。しかしながら、図１７に示すように、Ｎ-型半導体領域１０９ｂが形成される領域を除いて、接続部１１６に伸長する垂直転送チャネル領域の全体が第１の水平転送電極１１４ａで被覆された構造とすることが好ましい。
【０１０５】
例えば、図１に示すような電極配置では、垂直電荷転送部から水平電荷転送部に転送される電荷を、第１の水平転送電極１１４ａと第２の水平転送電極１１５ａ（ここでは、第１の水平転送電極１１４ａと１１４ｂとの間に配置された部分を問題としている。）の両方で受けることとなる。そのため、電荷の一部は、第２の水平転送電極１１５ａ下を経由して、第１の水平転送電極１１４ａ下に転送されることとなる。これに対して、図１７に示すような電極配置の場合、垂直電荷転送部から水平電荷転送部に転送される電荷を第１の水平転送電極１１４ａのみで受けるため、電荷を、第２の水平転送電極１１５ａ下を経由させることなく、第１の水平転送電極１１４ａ下にスムーズに転送することができる。
【０１０６】
上記固体撮像装置は、第２の実施形態で説明した製造方法において、第１の水平転送電極を形成する際に、Ｎ-型半導体領域１０９ｂが形成される領域を除いて、前記接続部１１６となる領域に伸長している垂直転送チャネル領域全体を第１の水平転送電極１１４ａで被覆することにより製造することができる。
【０１０７】
また、本実施形態における電荷転送動作については、第１の実施形態と実質的に同様であるため、その詳細な説明を省略する。
【０１０８】
なお、上記第１〜第５の実施形態においては、垂直電荷転送部および水平電荷転送部が２層構造の転送電極を有する場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、転送電極が３層以上の積層構造を有していてもよい。
【０１０９】
また、上記第１〜第５の実施形態においては、インターライン転送型で、かつ垂直電荷転送部群の一端に電気的に結合された水平電荷転送部を有する固体撮像装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、フレーム転送型など他の形式の固体撮像装置に対しても、あるいは垂直電荷転送部群の両端に電気的に結合された水平電荷転送部とを有する固体撮像装置に関しても同様に適用することができる。
【０１１０】
【実施例】
図６および図７に示す製造方法にしたがって、図１〜図３と同様の構造を有する固体撮像装置を作製した。なお、この固体撮像装置は、図２０と同様の構造を有するインターライン転送型固体撮像装置であり、その画素数は１３００×１０００とした。
【０１１１】
まず、Ｎ--型半導体基板（不純物濃度１×１０14ｃｍ-3）１０５表層部にＰ型ウェル層（不純物濃度１×１０17ｃｍ-3）１０６、および、光電変換部となるＮ型半導体領域（不純物濃度１×１０16ｃｍ-3）を形成した。また、前記Ｐ型ウェル層１０６の表層部に、垂直転送チャネル領域および水平転送チャネル領域となるＮ型半導体領域（不純物濃度１×１０17ｃｍ-3）１０８を形成した。また、光電変換部、垂直転送チャネル領域および水平転送チャネル領域の周囲には、分離領域であるＰ+型半導体領域（不純物濃度１×１０17ｃｍ-3）１０７を形成した。次に、前記基板表面にシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜の二層で構成された厚さ０．１μｍの絶縁膜１１０を、熱酸化法およびＣＶＤ法により形成した。
【０１１２】
続いて、前記基板上に化学気相成長（ＣＶＤ）法により多結晶シリコンを成膜し、これをパターニングして、最終垂直転送電極１１３、第１の垂直転送電極１１１、第１の水平転送電極１１４ａおよび１１４ｂを形成した。このとき、最終垂直転送電極１１３と第１の水平転送電極１１４ａとの間の距離（ＬV-H）は０．５μｍとし、第１の水平電荷転送電極１１４ａと１１４ｂとの距離（ＬHBA）は０．７μｍとした。次に、フォトレジスト１２５を形成した後、レジスト１２５、最終垂直電荷転送電極１１３、第１の水平電荷転送電極１１４ａおよび１１４ｂをマスクとして用いて、ボロン（Ｂ）をイオン注入し、Ｎ-型半導体領域１０９ａ、１０９ｂおよび１０９ｃを形成した。このＮ-型半導体領域の不純物濃度は９×１０16ｃｍ-3とした。
【０１１３】
その後、層間絶縁膜１２４として熱酸化法によりシリコン酸化膜を形成した後、ＣＶＤ法により多結晶シリコン膜を形成し、これをパターニングして、第２の垂直転送電極１１２ａおよび１１２ｂ、第２の水平転送電極１１５ａおよび１１５ｂを形成した。その後、配線、遮光膜などを形成し、固体撮像装置を得た（実施例１）。
【０１１４】
また、第１の水平転送電極を形成する際に、Ｎ-型半導体領域１０９ｂが形成される領域を除いて、前記接続部１１６となる領域に伸長している垂直転送チャネル領域全体を第１の水平転送電極１１４ａで被覆すること以外は、上記実施例１と同様にして、図１７〜図１９と同様の構造を有する固体撮像装置を作製した（実施例２）。
【０１１５】
また、比較例として、最終垂直転送電極と第１の水平電荷転送電極との間の距離（ＬV-H）を０．９μｍとしたこと以外は、上記実施例１と同様にして、図２１〜図２３と同様の構造を有する固体撮像装置を作製した。
【０１１６】
上記実施例１、実施例２および比較例の固体撮像装置を、図２６に示すようなクロックパルスを用いて駆動させた。このとき、水平転送電極に印加されるパルスφＨ１およびφＨ２のハイ電圧ＶHHを変化させて、このハイ電圧ＶHHと信号電荷の転送残り量との関係を評価した。結果を図２７に示す。なお、この評価において、水平転送電極に印加されるパルスのロー電圧ＶHLは０Ｖとし、垂直電荷転送部に印加されるパルスのロー電圧ＶHLは−８Ｖとし、ハイ電圧ＶVHは０Ｖとした。
【０１１７】
また、転送残り量［％］は、次のようにして定義される値である。図２８に示すように、固体撮像装置においては、イメージ領域５０１を取り囲むように、光電変換部を遮光したオプティカルブラック領域５０２（図２８の斜線部）を形成する。この固体撮像装置のイメージ領域５０１全面に、出力信号が１００ｍＶとなるように調整された光を入射させる。このとき、水平電荷転送部５０３と反対側のオプティカルブラック領域５０６の１ビット目に相当する信号を１００ｍＶで割った値を、接続部における転送残り量とする。また、出力回路部５０４と反対側のオプティカルブラック領域の１ビット目５０７に相当する信号を１００ｍＶで割った値を、水平電荷転送部における転送残り量とする。なお、図２８において、５０５は画素を示し、同図中の矢印は信号電荷の流れを示す。
【０１１８】
図２７に示すように、比較例においては、水平電荷転送部で転送残りが発生する電圧値よりも、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部での転送残りが発生す電圧値の方が高かった。そのため、図２７に示されるように、クロックパルスφＨ１およびφＨ２のハイ電圧ＶHHは、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部での転送不良により制限され、３．５Ｖ以下に低電圧化することが困難であった。
【０１１９】
比較例においては、接続部における最終の垂直転送電極と第１の水平転送電極との間の距離（ＬV-H）が、水平電荷転送部における第１の水平転送電極同士間の距離（ＬHBA）よりも大きい。そのため、接続部のＮ-型半導体領域（図２１の４０９ｂ）におけるショートチャネル効果は、水平電荷転送部のＮ-型半導体領域（図２１の４０９ａ）におけるショートチャネル効果よりもその程度が小さい。よって、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部のＮ-型半導体領域（図２１の４０９ｂ）の電位が、水平電荷転送部のＮ-型半導体領域（図２１の４０９ａ）の電位よりも低くなるため、上記のような結果が得られるものと考えられる。
【０１２０】
これに対して、実施例１においては、水平電荷転送部で転送残りが発生する電圧値よりも、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部での転送残りが発生す電圧値の方が低かった。そのため、図２７に示されるように、クロックパルスφＨ１およびφＨ２のハイ電圧ＶHHを３．５Ｖ以下に低電圧化した場合であっても、転送不良に起因した表示異常（例えば、黒線不良などの縦線状の表示異常）は発生しなかった。
【０１２１】
実施例１においては、接続部における最終の垂直転送電極と第１の水平転送電極との間の距離（ＬV-H）が、水平電荷転送部における第１の水平転送電極同士間の距離（ＬHBA）よりも小さい。そのため、接続部のＮ-型半導体領域（図１の１０９ｂ）におけるショートチャネル効果は、水平電荷転送部のＮ-型半導体領域（図１の１０９ａ）におけるショートチャネル効果よりも顕著に現れる。よって、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部のＮ-型半導体領域（図１の１０９ｂ）下部の電位が、水平電荷転送部のＮ-型半導体領域（図１の１０９ａ）下部の電位よりも高くなるため、上記のような結果が得られると考えられる。
【０１２２】
また、実施例２においても、実施例１と同様に、水平電荷転送部で転送残りが発生する電圧値よりも、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部での転送残りが発生す電圧値の方が低く、クロックパルスφＨ１およびφＨ２のハイ電圧ＶHHを３．５Ｖ以下に低電圧化した場合であっても、転送不良に起因した表示異常（例えば、黒線不良などの縦線状の表示異常）は発生しなかった。更に、実施例２によれば、実施例１に比べて、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部の電位障壁をさらに低く形成することができるため、転送不良に起因した表示異常を十分に抑制しながら、クロックパルスφＨ１およびφＨ２のハイ電圧ＶHHを更に低電圧化することができた。
【０１２３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の固体撮像装置によれば、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部における最終垂直転送電極と第１の水平転送電極との間の距離が、前記水平電荷転送部における前記第１の水平転送電極同士間の距離と同等か、またはそれよりも短いため、最終垂直電荷転送電極と第１の水平転送電極との間に形成される電位障壁を、前記第１の水平転送電極同士間に形成される電位障壁と同等か、またはそれよりも小さく形成させることができる。そのため、水平電荷転送部を低電圧化させても、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部での転送不良を十分に抑制することができ、前記接続部での転送不良に起因する表示異常の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構造の一例を示す平面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】 図１のＢ−Ｂ’断面図である。
【図４】 上記固体撮像装置を駆動させたときの垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部におけるポテンシャル分布を示す図である。
【図５】 上記固体撮像装置を駆動させたときの水平電荷転送部におけるポテンシャル分布を示す図である。
【図６】 上記固体撮像装置の製造方法の一例を示す工程断面図であり、図１のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示す。
【図７】 上記固体撮像装置の製造方法の一例を示す工程断面図であり、図１のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示す。
【図８】 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の構造の一例を示す平面図である。
【図９】 図８のＡ−Ａ’断面図である。
【図１０】 図８のＢ−Ｂ’断面図である。
【図１１】 上記固体撮像装置の製造方法の一例を示す工程断面図であり、図８のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示す。
【図１２】 上記固体撮像装置の製造方法の一例を示す工程断面図であり、図８のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示す。
【図１３】 上記固体撮像装置の製造方法の別の一例を示す工程断面図であり、図８のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示す。
【図１４】 本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の構造の一例を示す平面図である。
【図１５】 （ａ）は図１４のＡ−Ａ’断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した部分のポテンシャル分布を示す図である。
【図１６】 （ａ）は図１４のＡ−Ａ’断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した部分のポテンシャル分布を示す図である。
【図１７】 本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置の構造の一例を示す平面図である。
【図１８】 図１７のＡ−Ａ’断面図である。
【図１９】 図１７のＢ−Ｂ’断面図である。
【図２０】 本発明の固体撮像装置の構成の一例を示す模式図である。
【図２１】 従来の固体撮像装置の構造の一例を示す平面図である。
【図２２】 図２１のＡ−Ａ’断面図である。
【図２３】 図２１のＢ−Ｂ’断面図である。
【図２４】 上記従来の固体撮像装置を駆動させたときの垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部におけるポテンシャル分布を示す図である。
【図２５】 上記従来の固体撮像装置を駆動させたときの水平電荷転送部におけるポテンシャル分布を示す図である。
【図２６】 本発明の固体撮像装置を駆動させるためのクロックパルスの一例を示す図である。
【図２７】 実施例および比較例の固体撮像装置における水平電荷転送部の駆動電圧と電荷の転送残り量との関係を示すグラフである。
【図２８】 電荷の転送残り量の定義を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１０１，４０１ 垂直電荷転送部
１０２ 光電変換部
１０３，４０３，５０３ 水平電荷転送部
１０４，５０４ 出力回路部
１０５，４０５ Ｎ--型半導体基板
１０６，４０６ Ｐ型ウェル層
１０７，４０７ Ｐ+型半導体領域
１０８，４０８ Ｎ型半導体領域
１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，４０９ａ，４０９ｂ，４０９ｃ Ｎ-型半導体領域
１１０，４１０ 絶縁膜
１１１，１１２ａ，１１２ｂ，４１１，４１２ａ，４１２ｂ 垂直転送電極
１１３，４１３ 最終垂直転送電極
１１４ａ，１１４ｂ，４１４ａ，４１４ｂ 第１の水平電荷転送電極
１１５ａ，１１５ｂ，４１５ａ，４１５ｂ 第２の水平電荷転送電極
１１６，４１６ 垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部
１１７，１１８，４１７，４１８ 信号電荷
１１９，４１９ 水平電荷転送部の電位障壁
１２０，４２０ 接続部の電位障壁
４２１ 転送障害
１２２，４２２ 信号電荷の転送残り
１２３ Ｐ型不純物の注入方向
１２４ 層間絶縁膜
１２５ フォトレジスト
Claims (9)
- 垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部の少なくとも一方の端部に接続され、前記垂直電荷転送部から転送された電荷を受け取って、これを転送する水平電荷転送部とを備え、
前記垂直電荷転送部は、垂直転送チャネル領域と、前記垂直転送チャネル領域上に形成された複数の垂直転送電極を備え、
前記水平電荷転送部は、水平転送チャネル領域と、前記水平転送チャネル領域上に形成された複数の第１の水平転送電極と、前記第１の水平転送電極同士間に配置された複数の第２の水平転送電極とを備え、前記第１の水平転送電極下の電位が、この電極と隣接し、且つ、この電極よりも転送方向に対して後方に配置された第２の水平転送電極下の電位よりも高くなるように構成された固体撮像装置であって、
前記垂直電荷転送部と前記水平電荷転送部との接続部においては、前記垂直電荷転送部の終端に配置された最終垂直転送電極と、前記水平電荷転送部の前記第１の水平転送電極とが互いに離間するように配置され、この最終垂直転送電極と第１の水平転送電極との間に前記第２の水平転送電極が配置されており、
前記接続部における前記最終垂直転送電極と前記第１の水平転送電極との間の距離が、前記水平電荷転送部における前記第１の水平転送電極同士間の距離と同等か、またはそれよりも短いことを特徴とする固体撮像装置。 - 前記接続部において、前記最終垂直転送電極と前記第１の水平転送電極との間に第１の電位障壁領域が形成され、前記水平電荷転送部において、前記第１の水平転送電極同士間に第２の電位障壁領域が形成されている請求項１に記載の固体撮像装置。
- 前記第１の電位障壁領域および前記第２の電位障壁領域が、前記第１の水平転送電極下に存在する領域の不純物濃度と、前記第２の水平転送電極下に存在する領域の不純物濃度とを相違させることにより形成されている請求項２に記載の固体撮像装置。
- 前記第１の電位障壁領域の垂直方向における寸法が、前記最終垂直転送電極と前記第１の水平転送電極との間の距離よりも短い請求項３に記載の固体撮像装置。
- 前記第１の電位障壁領域および前記第２の電位障壁領域が、前記第１の水平転送電極に印加される電圧と、前記第２の水平転送電極に印加される電圧とを相違させることにより形成されている請求項２に記載の固体雑層装置。
- 前記第２の電位障壁領域が、前記垂直転送チャネル領域と重なり合わないように形成されている請求項２〜５のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部の少なくとも一方の端部に接続され、前記垂直電荷転送部から転送された電荷を受け取って、これを転送する水平電荷転送部とを備えた固体撮像装置の製造方法であって、
半導体基板内に、垂直転送チャネル領域および水平転送チャネル領域を形成する工程と、
前記垂直転送チャネル領域上に、複数の第１の垂直転送電極と、前記垂直電荷転送部の終端に配置される最終垂直転送電極とを形成し、前記水平転送チャネル領域上に、複数の第１の水平転送電極を形成する工程と、
前記垂直転送チャネル領域上に、前記第１の垂直転送電極同士間に配置されるように複数の第２の垂直転送電極を形成して、前記垂直電荷転送部を形成し、前記水平転送チャネル領域上に、前記第１の水平転送電極同士間に配置されるように複数の第２の水平転送電極を形成して、前記水平電荷転送部を形成する工程とを含み、
前記垂直電荷転送部と前記水平電荷転送部との接続部となる領域において、最終垂直転送電極と第１の水平転送電極とを互いに離間するように形成し、前記第２の水平転送電極を、その一部が前記最終垂直転送電極と前記第１の水平転送電極との間に配置されるように形成し、
前記接続部となる領域における前記最終垂直転送電極と前記第１の水平転送電極との間の距離を、前記水平電荷転送部における前記第１の水平転送電極同士間の距離と同等か、またはそれよりも短くすることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 更に、前記最終垂直転送電極と前記第１の水平転送電極とをマスクとして、前記垂直転送チャネル領域および前記水平転送チャネル領域とは異なる導電型の不純物をイオン注入し、前記最終垂直転送電極と前記第１の水平転送電極との間隙に第１の電位障壁領域を形成し、前記第１の水平転送電極同士間の間隙に第２の電位障壁領域を形成する工程を含む請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記第１の電位障壁領域および前記第２の電位障壁領域を形成する工程において、不純物のイオン注入方向を、前記半導体基板の表面に対して、前記垂直電荷転送部における転送方向または転送方向と反対の方向に傾斜させる請求項８に記載の固体撮像装置の製造方法。
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