JP4198277B2

JP4198277B2 - 固体撮像素子

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Publication number: JP4198277B2
Application number: JP21110199A
Authority: JP
Inventors: 勇寛金
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 1999-07-26
Filing date: 1999-07-26
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2019-07-26
Also published as: JP2001044407A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像素子に関し、より詳細には、水平電荷転送路から出力アンプに接続されるフローティングディフュージョンへの電荷転送部の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０に一般的な固体撮像装置の平面図を示す。
【０００３】
固体撮像装置Ａにおいては、半導体基板１上に多数の画素３、３、３が水平方向及び垂直方向に整列して配置されている。複数本の垂直電荷転送路５が、垂直方向に整列された複数の画素列間に形成されている。垂直電荷転送路５の一端には、水平電荷転送路７が形成されている。
【０００４】
垂直電荷転送路５は、第１の第１導電型半導体層（ｎ型半導体層）を含む。水平電荷転送路７は、第２の第１導電型半導体層（ｎ型半導体層）と、第１の第２導電型半導体層（ｐ型半導体層：ｐウェル）とを含む。
【０００５】
水平電荷転送路７の一端にアンプ１１が形成されている。
【０００６】
画素３領域の半導体基板１上に、フォトダイオード（光電変換素子）３ａが形成されている。フォトダイオード３ａと垂直電荷転送路５との間には、読み出しゲート（トランスファーゲート）３ｂが形成されている。
【０００７】
フォトダイオード３ａにより光電変換された電気信号は、読み出しゲート３ｂを通って垂直電荷転送路５に転送される。垂直電荷転送路５内に転送された電荷は、例えば４相駆動方式により垂直方向に転送され、水平電荷転送路７内に入る。水平電荷転送路７内に転送された電荷は、例えば２相駆動方式によりアンプ１１まで転送される。アンプ１１により電気信号を増幅して外部に画像情報を出力する。
【０００８】
図１１に、上記固体撮像装置のうち水平電荷転送路７とアンプ１１との間の部分を中心とした要部の拡大図を示す。
【０００９】
半導体基板１上に、水平電荷転送路７からアンプ１１まで連続したｎ型半導体層が形成されている。ｎ型半導体層は、一定の幅を有し垂直電荷転送路５と接続される帯状に形成されたｎ型半導体領域８ａと帯状に形成されたｎ型半導体領域８ａに続きアンプ１１に向けて徐々に幅が狭くなるテーパ形状のｎ型半導体領域（テーパ部）８ｂとからなり水平電荷転送路７を形成する領域と、テーパ部８ｂに続き高いｎ型不純物濃度を有するとともにほぼ一定の幅を有するフローティングディフュージョンＦＤ領域とを含む。
【００１０】
出力アンプ１１の入力端子が、フローティングディフュージョンＦＤに接続される。出力アンプ１１は、例えば半導体基板１上に形成された１又は複数のＭＯＳ型トランジスタにより形成される。
【００１１】
帯状のｎ型半導体領域８ａとテーパ形状のｎ型半導体領域（テーパ部）８ｂとにより形成される水平電荷転送路７上に、水平方向に交互に配置される水平転送電極２１（２１−１、２１−２、２１−３、２１−４、・・・）が形成されている。
【００１２】
水平方向に隣接する水平転送電極２１は、例えば層間絶縁膜を介して電気的に絶縁された第一層目のポリシリコン（１ポリ）と第二層目のポリシリコン（２ポリ）とで形成される。水平方向に隣接する２つの水平転送電極２１、２１が１組となって、これら１組の水平電荷転送電極同士が共通に接続されている。共通に接続された１組の水平電荷転送電極と、これと水平方向に隣接する他の１組の水平電荷転送電極とに対して、φ１とφ２との電圧が印加される。２相駆動方式により電荷をフローティングディフュージョンＦＤの方向へと転送する。
【００１３】
出力ゲートＯＧは、テーパ部８ｂ上においてフローティングディフュージョンＦＤと隣接する領域上に形成される。
【００１４】
出力ゲートＯＧは、水平電荷転送路７からフローティングディフュージョンＦＤへの電荷の転送を制御する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
固体撮像装置における画素信号の読み出し速度の高速化の要求に伴って、水平転送路から出力アンプへの電荷の転送速度の向上が必要となる。
【００１６】
特に、暗い撮影環境、すなわち低照度時には、画素から転送される電荷の量が全体として非常に少なくなる。
【００１７】
図１２に、従来の固体撮像装置のうち水平電荷転送路７とフローティングディフュージョンＦＤ（アンプ１１）の間の部分を中心とした要部の断面図とこの断面図のうちＢ−Ｂ’線から見たエネルギーバンド図（実線）とを示す。
【００１８】
エネルギーバンド図は、出力ゲートＯＧに対して、水平電荷転送路７の最終段に位置する水平転送電極２１−１に印加する電圧よりも高い正の電圧を印加した場合、すなわち水平電荷転送路７からアンプ１１へ電荷を転送する場合を示す。
【００１９】
図１２に示すように、水平電荷転送路７を形成するｎ型半導体層８ａ、８ｂの外周面を覆うようにｐ型の導電性を有するｐウェル１４が形成される。
【００２０】
図中、水平転送電極（２１−２の一部と２１−３）が、帯状のｎ型半導体層８ａ上に形成されている。出力ゲートＯＧと水平転送電極の一部（２１−２の一部と２１−１）がテーパ部８ｂ上に形成されている。
【００２１】
図１２のエネルギーバンド図は、水平電荷転送路７の最終段（水平転送電極２１−１）からフローティングディフュージョンＦＤに向けて電荷を転送する際のポテンシャルエネルギーを示す。出力ゲートＯＧに正の電圧、例えば８Ｖの電圧を印加すると、ポテンシャルエネルギーが水平電荷転送路７からフローティングディフュージョンＦＤに向けて階段状に低くなるポテンシャル形状となる。
【００２２】
テーパ部８ｂを形成するｎ型半導体層のうち出力ゲートＯＧ下の領域（図中Ｌで示される長さを有する。）における電位はほぼ一定である。微細加工上の制限と転送効率の低下を防止するという両方の観点から、出力ゲートＯＧの長さＬは通常２μｍから４μｍ程度に設計される。
【００２３】
テーパ部８ｂに続く、フローティングディフュージョンＦＤの幅Ｗ（図１１）は狭い方が好ましい。Ｗが狭いほどアンプの変換効率が向上する。フローティングディフュージョンＦＤの幅は通常２μｍ程度である。
【００２４】
従ってテーパ部８ｂは、フローティングディフュージョンＦＤに向けてその幅が急激に狭くならざるを得ない。
【００２５】
図１３に、図１１のＣ−Ｃ’線断面図（図１３（ａ））、及びＤ−Ｄ’線断面図（図１３（ｂ））と、対応するエネルギーバンド図を示す。
【００２６】
図１３（ａ）に示すように、第２のｎ型半導体領域８ｂの幅が広いと、第２のｎ型半導体領域８ｂとｐ型のウェル層１４との界面に空乏層が伸びても、第２のｎ型半導体領域８ｂが形成するポテンシャルウェルの幅と深さにそれほど大きな影響を与えない。
【００２７】
図１３（ｂ）に示すように、第２のｎ型半導体領域８ｂの幅が狭くなると、第２のｎ型半導体領域８ｂとｐ型のウェル層１４との界面に伸びた空乏層の影響により、第２のｎ型半導体領域８ｂが形成するポテンシャルウェルの幅が狭くなり、かつ、深さも浅くなる。図１２に一点鎖線で示すように、アンプ側に向けてエネルギーポテンシャルが持ち上がる。ポテンシャルの逆勾配が生じると、電荷の転送効率が低下する。特に低照度の場合、すなわち転送する電荷の量が少ない場合には影響が大きい。
【００２８】
本発明は、暗い撮影環境、すなわち低照度時においても、水平電荷転送路から出力アンプへの電荷の転送速度が向上するような固体撮像素子の構造を提供することである。
【００２９】
本発明の目的は、水平電荷転送路からフローティングディフュージョンへの電荷の転送効率の低下を防止する固体撮像素子の構造を提供することにある。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、半導体基板と、該半導体基板上に形成され、垂直方向及び水平方向に整列配置された複数の光電変換素子と、垂直方向に整列した前記光電変換素子に隣接して前記半導体基板上に形成された第１の第１導電型半導体層を含み、垂直方向に電荷を転送する複数の垂直電荷転送路と、前記光電変換素子と隣接する前記垂直電荷転送路との間の前記半導体基板上に形成され、前記光電変換素子から隣接する前記垂直電荷転送路に電荷を読み出す読み出しゲートと、複数の前記垂直電荷転送路の下端に設けられ、前記半導体基板上に形成された第２の第１導電型半導体層と該第２の第１導電型半導体層の外周面を囲むように前記半導体基板内に形成された第１の第２導電型半導体層とを含み、該垂直電荷転送路から転送された電荷を受けてこれを水平方向に転送する水平電荷転送路と、前記半導体基板上に前記水平電荷転送路に隣接して形成され、前記第２の第１導電型半導体層よりも不純物濃度の高い第１導電型の高不純物濃度層により形成されるフローティングディフュージョンと、該フローティングディフュージョンの電位変化を増幅して出力する出力アンプと、前記水平電荷転送路中の前記フローティングディフュージョンと隣接する位置に設けられ、前記水平電荷転送路中の電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する出力ゲート部と、前記第２の第１導電型半導体層の少なくとも前記フローティングディフュージョンと隣接する領域に設けられ、前記フローティングディフュージョンへ向けて下り勾配のポテンシャルを有するポテンシャル傾斜部とを有し、前記第２の第１導電型半導体層は、前記フローティングディフュージョンに隣接し前記フローティングディフュージョンに向けて幅が狭くなるテーパ形状の第１のテーパ部を含み、前記ポテンシャル傾斜部は、前記第１のテーパ部のうち少なくとも前記フローティングディフュージョンと隣接する領域に形成され、前記第２の第１導電型半導体層よりも高い第１導電型の不純物濃度を有する第３の第１導電型半導体層を含み、前記第３の第１導電型半導体層は、前記水平電荷転送路から前記フローティングディフュージョンに向けて幅が広くなる逆テーパ形状の逆テーパ部を有する固体撮像装置が提供される。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００３２】
図１に本発明の第１の実施の形態による固体撮像素子の平面図を示す。
【００３３】
固体撮像素子Ａにおいては、半導体基板１上に多数の画素３、３、３が水平方向及び垂直方向に整列して配置されている。複数本の垂直電荷転送路５が、垂直方向に整列された複数の画素列間に形成されている。垂直電荷転送路５の一端には、水平電荷転送路７が形成されている。
【００３４】
水平電荷転送路７の最終端にはアンプ１１が形成されている。
【００３５】
画素３内には、フォトダイオード（光電変換素子）３ａが形成されている。フォトダイオード３ａと垂直電荷転送路５との間には、読み出しゲート（トランスファーゲート）３ｂが形成されている。
【００３６】
垂直電荷転送路５は、例えば半導体基板１内に形成されたｎ型導電層（第１のｎ型半導体層）である。
【００３７】
水平電荷転送路７は、例えば半導体基板１内に形成されたｎ型導電層（第２のｎ型半導体層）である。水平電荷転送路７を形成する第２のｎ型半導体層は、例えばｎ型不純物のドーピング量が異なる領域を電荷の転送方向（水平方向）に交互に有する。このため、ポテンシャルバリア層とポテンシャルウェル層とが交互に形成される。
【００３８】
フォトダイオード３ａにより光電変換された電気信号は、読み出しゲート３ｂを通って垂直電荷転送路５に転送される。垂直電荷転送路５内に転送された電荷は、例えば４相駆動方式により垂直方向に転送され、水平電荷転送路７内に入る。水平電荷転送路７内に転送された電荷は、例えば２相駆動方式によりアンプ１１が接続されるフローティングディフュージョンＦＤまで転送される。アンプ１１は、フローティングディフュージョンＦＤの電位の変化を増幅し外部に画像情報を出力する。
【００３９】
図２に、上記固体撮像装置のうち水平電荷転送路７とフローティングディフュージョンＦＤとの間の部分を中心とした要部の拡大図を示す。
【００４０】
半導体基板１内には、水平電荷転送路７からフローティングディフュージョンＦＤまで連続してｎ型の半導体層が形成されている。
【００４１】
水平電荷転送路７に含まれる第２のｎ型半導体層８は、一定の幅を有する帯状部８ａと、帯状のｎ型半導体領域８ａに続き、徐々に幅が狭くなるテーパ部ｂとを含む。テーパ部８ｂに隣接して、第２のｎ型半導体領域８よりも高いｎ型不純物濃度を有するとともに、ほぼ一定の幅Ｗを有するフローティングディフュージョンＦＤが半導体基板１上に形成されている。
【００４２】
出力アンプ１１の入力端子は、フローティングディフュージョンＦＤに接続されている。
【００４３】
水平電荷転送路７を形成する第２のｎ型半導体層８上には、水平方向に連続して配置されている水平転送電極２１（２１−１、２１−２、２１−３、２１−４、・・・）が形成されている。
【００４４】
水平方向に隣接する水平転送電極２１は、例えば層間絶縁膜を介して電気的に絶縁された第一層目のポリシリコン（１ポリ）と第二層目のポリシリコン（２ポリ）とで形成される。水平方向に隣接する２つの水平転送電極２１、２１が１組となって、これら１組の水平電荷転送電極同士が共通に接続されている。
【００４５】
共通に接続された１組の水平電荷転送電極と、これと水平方向に隣接する他の１組の水平電荷転送電極とに対して、φ１とφ２との電圧が印加される。２相駆動方式により電荷をフローティングディフュージョンＦＤの方向へと転送する。
【００４６】
出力ゲートＯＧは、テーパ部８ｂ上においてフローティングディフュージョンＦＤと隣接する領域上に形成される。
【００４７】
出力ゲートＯＧは、水平電荷転送路７からフローティングディフュージョンＦＤへの電荷の転送を制御する。出力ゲートＯＧにより水平電荷転送路７内の電荷を、フローティングディフュージョンＦＤまで転送する。フローティングディフュージョンＦＤの電位の変化をアンプ１１により増幅し、外部に画像情報として取り出す。
【００４８】
図３に、図２の平面図のうち半導体領域の詳細な構成を示す。
【００４９】
テーパ部８ｂとフローティングディフュージョンＦＤとの境界近傍の領域に第３のｎ型半導体層１２が形成されている。
【００５０】
第３のｎ型半導体層１２のうちフローティングディフュージョンＦＤに形成される第３のｎ型半導体層１２ａは、帯状のほぼ一定の幅を有している。第３のｎ型半導体層１２のうちテーパ部８ｂ内に形成されている第３のｎ型半導体層１２ｂは、フローティングディフュージョンＦＤに向けて幅が広くなる逆テーパ形状である。第３のｎ型半導体層１２のうち、フローティングディフュージョンＦＤ領域内に形成されている帯状の第３のｎ型半導体層１２ａとテーパ部８ｂ内に形成されている逆テーパ形状の第３のｎ型半導体層１２ｂとは連続的に形成されている。
【００５１】
第２のｎ型導電層８をイオン注入法と活性化のための熱処理により形成した後に、追加のイオン注入と熱処理により第３のｎ型導電層１２を形成しても良い。
【００５２】
或いは、第２のｎ型導電層を形成するためのイオン注入工程の前の工程において又は後の工程において第３のｎ型導電層１２を形成すべき領域にイオン注入を行った後、同時に熱処理を行っても良い。
【００５３】
図４は、図２に示す第１の実施の形態による固体撮像装置の要部に対応する断面図と、Ｂ−Ｂ’線から見たエネルギーバンド図（点線）である。
【００５４】
テーパ部８ｂのうち第３のｎ型導電層１２が形成されている領域に、ポテンシャル傾斜部Ｐ１が形成されている。ポテンシャル傾斜部Ｐ１のポテンシャルエネルギーは、フローティングディフュージョン領域ＦＤに向けて下り勾配となる（実線で示す）。水平電荷転送路７側から転送された電荷は、ポテンシャル傾斜部Ｐ１に形成される下り勾配のポテンシャルプロファイルに沿って容易にフローティングディフュージョン領域ＦＤに転送される。
【００５５】
図５に、図３に示す半導体層の平面図におけるＣ−Ｃ'断面（図５（ａ）及びＤ−Ｄ’断面（図５（ｂ））をそのポテンシャルプロファイルとともに示す。
【００５６】
図５（ａ）に示すように、深いｐウェル１４が半導体基板１内に形成されている。水平電荷転送路の一部を形成するテーパ部８ｂはｐウェル１４内に形成されている。フローティングディフュージョンＦＤと反対側に向けてテーパ部８ｂのｎ型半導体層の幅は広い。ｐウェル１４とテーパ部８ｂの第２のｎ型半導体層との接合部において空乏層が延びるが、元々のテーパ部８ｂの第２のｎ型半導体層の幅が広いため、点線で示すようにポテンシャルプロファイルのｐウェルによる影響は少ない。
【００５７】
図５（ｂ）に示される構造も、図５（ａ）に示される構造とほぼ同様である。ただし、図５（ｂ）に示すテーパ部８ｂの第２のｎ型半導体領域の幅は、図５（ａ）に示すテーパ部８ｂの第２のｎ型半導体領域の幅と比べて狭い。ｐウェル１４とテーパ部８ｂの第２のｎ型半導体層との接合部に延びる空乏層の影響を強く受ける。点線で示すようにポテンシャルウェルの幅も狭くなり、深さも浅くなる。
【００５８】
図５（ｂ）に示す第３のｎ型半導体層（１２ｂ）の幅は、図５（ａ）に示す第３のｎ型半導体層（１２ｂ）の幅と比べて広い。
【００５９】
図５（ｂ）に示すように、テーパ部８ｂに逆テーパ形状の第３のｎ型半導体層１２ｂを設けることによりフローティングディフュージョンＦＤ側のテーパ部８ｂのポテンシャル井戸の幅は広がる。井戸の深さも深くなる（実線で示す。）。
【００６０】
元々ｐウェル１４の影響をそれほど受けないので、図５（ａ）に示すポテンシャル井戸の幅はそれほど変化しない。ポテンシャル井戸の深さはやや深くなる（実線で示す。）。ｐウェル１４からの空乏層の伸びとテーパ部８ｂの幅がアンプ側に向けて徐々に狭くなることに起因する電荷の転送効率の低下を防止できる。
【００６１】
テーパ部８ｂを形成するｎ型半導体層からフローティングディフュージョンＦＤへの電荷の転送効率が向上する。
【００６２】
図６に、本発明の第１の実施の形態による固体撮像装置の変形例による固体撮像装置の水平電荷転送路７と出力アンプ１１付近の要部を示す平面図を示す。
【００６３】
図５に示す逆テーパ形状の第３のｎ型半導体層１２ｂは傾斜する直線により外周が画定されるが、図６の変形例による逆テーパ形状の第３のｎ型半導体層１２ｂの外周は、階段状の傾斜を有している。
【００６４】
上記の構造を有する固体撮像装置でも、階段状の傾斜を有する逆テーパ形状の第３のｎ型半導体層１２ｂにより、フローティングディフュージョンＦＤ側に向けて下り勾配のポテンシャル傾斜部Ｐ１が形成される。
【００６５】
上記の例と同様に、フローティングディフュージョンＦＤ側に向けてテーパ部８ｂを形成するｎ型半導体層の幅が狭くなり、かつｐウェルが存在することに起因して生じる狭チャネル効果を防止できる。
【００６６】
尚、本実施の形態においては、逆テーパ形状の第３のｎ型半導体層１２ｂに関して２種類の形状を例として示したが、第３のｎ型半導体層１２ｂの形状はこれらに限定されるものではなく、種々の変形が可能なことは明らかである。
【００６７】
次に、本発明の第２の実施の形態による固体撮像装置について説明する。
【００６８】
図７は、第１の実施の形態における図３に対応する図である。
【００６９】
出力ゲートＯＧ下の第２のｎ型半導体領域８ｂのうちフローティングディフュージョンＦＤから所定距離だけ離れた領域に、第２のｐ型導電層（第２の第２導電型半導体層）１５が形成されている。所定距離とは、例えば出力ゲート電極ＯＧの幅の半分程度であり、例えば１μｍから２μｍである。
【００７０】
第２のｐ型導電層１５の幅は、フローティングディフュージョンＦＤから離れるに従って広くなるテーパ形状を有している（第２のテーパ部）。
【００７１】
図８に図７のＥ−Ｅ’線断面図とそれに対応するエネルギーバンド図を示す。
【００７２】
テーパ形状の第２のｐ型導電層１５が形成される領域に、ポテンシャルエネルギーが水平電荷転送路７方向に向けて上がり勾配の傾斜部Ｐ２が形成される。
【００７３】
図７に示すように、第２のｐ型導電層１５の幅がフローティングディフュージョンＦＤから離れるに従って広くなるテーパ形状を有しているため、第２のｎ型半導体領域８ｂの幅がフローティングディフュージョンＦＤに向けて狭くなるテーパ形状を有していることに起因する狭チャネル効果の影響を低減できる。
【００７４】
第２のｎ型半導体領域８ｂからフローティングディフュージョン領域ＦＤへの向けての電荷の転送効率が向上する。
【００７５】
図９に、本発明の第２の実施の形態による固体撮像装置の変形例による固体撮像装置の水平電荷転送路７と出力アンプ１１付近の要部を示す平面図を示す。
【００７６】
図７に示すテーパ形状を有する第２のｐ型半導体層１５は、傾斜する直線により外周が画定されるが、図８の変形例による第２の第２導電型半導体層１５の外周は、階段状の傾斜を有している。
【００７７】
上記の構造を有する固体撮像装置でも、階段状の傾斜を有する第２のｐ型半導体層１５により、フローティングディフュージョンＦＤから離れるにつれて上がり勾配のポテンシャル傾斜部Ｐ２が形成される。
【００７８】
上記の例と同様に、テーパ部８ｂとｐウェルとの存在に起因する狭チャネル効果を防止できる。
【００７９】
尚、本実施の形態においては、第２のｐ型半導体層１５のテーパ形状に関して２つの例を示したが、テーパ部の形状はこれらに限定されるものではなく、種々の変形が可能なことは明らかである。
【００８０】
第２のｎ型導電層８ｂ用のイオン注入を行い、活性化のための熱処理を行った後に、第２のｐ型導電層１５用のイオン注入と熱処理を行うことにより形成しても良いし、第２のｎ型導電層を形成するためのイオン注入工程の前又は後に第１及び第２のｐ型導電層１５を形成すべき領域にイオン注入を行った後、同時にイオンの活性化のための熱処理を行っても良い。
【００８１】
上記の構造を有する固体撮像装置では、出力ゲートＯＧ下の第２のｎ型導電層８ｂのうち水平電荷転送路７フローティングディフュ側の領域に、フローティングディフュージョン領域ＦＤ側に向けて下り勾配のポテンシャル傾斜部が形成される。
【００８２】
フローティングディフュージョン領域ＦＤ側に向けて第２のｎ型導電層８ｂの幅が狭くなることに起因して生じる狭チャネル効果の影響も低減できる。
【００８３】
尚、本実施の形態においては、ｐ型導電層の形状に関して２つの例を示して説明した。しかしながら、第２のｐ型導電層の形状はこれらに限定されるものではなく、種々の変形が可能なことは明らかである。
【００８４】
以上に説明したように、本実施の形態による固体撮像装置においては、水平電荷転送路からフローティングディフュージョンへ向けての電荷の転送効率が向上する。特に、低照度時には電子数が少ないが、そのような場合でも電子を滞りなくアンプまで転送することが可能である。
【００８５】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明あろう。
【００８６】
【発明の効果】
固体撮像装置において、水平電荷転送路から出力アンプへ向けての電荷の転送効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による固体撮像装置の平面図である。
【図２】上記の固体撮像装置の要部を拡大した平面図であり、半導体領域と電極との配置を示す。
【図３】上記の固体撮像装置の要部を拡大した平面図であり、半導体領域の構成を示す。
【図４】上記の固体撮像装置の要部の断面図とそれに対応するエネルギーバンド図である。
【図５】上記の固体撮像装置の要部の断面図とエネルギーバンド図であり、（ａ）は図３のＣ−Ｃ’線断面図、（ｂ）は図３のＤ−Ｄ’線断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態による固体撮像装置の変形例の要部を拡大した平面図であり、半導体領域の構成を示す。
【図７】本発明の第２の実施の形態による固体撮像装置の要部を拡大した平面図であり、半導体領域の構成を示す。
【図８】図７のＥ−Ｅ’線断面図とそれに対応するエネルギーバンド図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態による固体撮像装置の変形例の要部を拡大した平面図であり、半導体領域の構成を示す。
【図１０】従来の固体撮像装置の平面図である。
【図１１】従来の固体撮像装置の平面図であり、半導体領域と電極との配置を示す。
【図１２】従来の固体撮像装置の要部の断面図とそれに対応するエネルギーバンド図である。
【図１３】上記の固体撮像装置の要部の断面図とエネルギーバンド図であり、（ａ）は図１１のＣ−Ｃ’線断面図、（ｂ）は図１１のＤ−Ｄ’線断面図である。
【符号の説明】
Ａ固体撮像装置
ＦＤフローティングディフュージョン
ＯＰ出力ゲート
Ｐ１、Ｐ２ポテンシャル傾斜部
１半導体基板
３画素
３ａ光電変換素子（フォトダイオード）
３ｂ読み出しゲート（トランスファーゲート）
５垂直電荷転送電極
７水平電荷転送電極
８第２のｎ型半導体層
８ａ第２のｎ型半導体層（帯状部）
８ｂ第２のｎ型半導体層（第１のテーパ部）
１１出力アンプ
１２第３のｎ型半導体層
１２ａ第３のｎ型半導体層（帯状のｎ型半導体層）
１２ｂ第３のｎ型半導体層（逆テーパ部）
１４ｐウェル層
１５第２のｐ型半導体領域（第２のテーパ部）
２１水平電荷転送電極

Claims

半導体基板と、
該半導体基板上に形成され、垂直方向及び水平方向に整列配置された複数の光電変換素子と、
垂直方向に整列した前記光電変換素子に隣接して前記半導体基板上に形成された第１の第１導電型半導体層を含み、垂直方向に電荷を転送する複数の垂直電荷転送路と、
前記光電変換素子と隣接する前記垂直電荷転送路との間の前記半導体基板上に形成され、前記光電変換素子から隣接する前記垂直電荷転送路に電荷を読み出す読み出しゲートと、
複数の前記垂直電荷転送路の下端に設けられ、前記半導体基板上に形成された第２の第１導電型半導体層と該第２の第１導電型半導体層の外周面を囲むように前記半導体基板内に形成された第１の第２導電型半導体層とを含み、該垂直電荷転送路から転送された電荷を受けてこれを水平方向に転送する水平電荷転送路と、
前記半導体基板上に前記水平電荷転送路に隣接して形成され、前記第２の第１導電型半導体層よりも不純物濃度の高い第１導電型の高不純物濃度層により形成されるフローティングディフュージョンと、
該フローティングディフュージョンの電位変化を増幅して出力する出力アンプと、
前記水平電荷転送路中の前記フローティングディフュージョンと隣接する位置に設けられ、前記水平電荷転送路中の電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する出力ゲート部と、
前記第２の第１導電型半導体層の少なくとも前記フローティングディフュージョンと隣接する領域に設けられ、前記フローティングディフュージョンへ向けて下り勾配のポテンシャルを有するポテンシャル傾斜部と
を有し、
前記第２の第１導電型半導体層は、前記フローティングディフュージョンに隣接し前記フローティングディフュージョンに向けて幅が狭くなるテーパ形状の第１のテーパ部を含み、
前記ポテンシャル傾斜部は、前記第１のテーパ部のうち少なくとも前記フローティングディフュージョンと隣接する領域に形成され、前記第２の第１導電型半導体層よりも高い第１導電型の不純物濃度を有する第３の第１導電型半導体層を含み、
前記第３の第１導電型半導体層は、前記水平電荷転送路から前記フローティングディフュージョンに向けて幅が広くなる逆テーパ形状の逆テーパ部を有する固体撮像装置。
半導体基板と、
該半導体基板上に形成され、垂直方向及び水平方向に整列配置された複数の光電変換素子と、
垂直方向に整列した前記光電変換素子に隣接して前記半導体基板上に形成された第１の第１導電型半導体層を含み、垂直方向に電荷を転送する複数の垂直電荷転送路と、
前記光電変換素子と隣接する前記垂直電荷転送路との間の前記半導体基板上に形成され、前記光電変換素子から隣接する前記垂直電荷転送路に電荷を読み出す読み出しゲートと、
複数の前記垂直電荷転送路の下端に設けられ、前記半導体基板上に形成された第２の第１導電型半導体層と該第２の第１導電型半導体層の外周面を囲むように前記半導体基板内に形成された第１の第２導電型半導体層とを含み、該垂直電荷転送路から転送された電荷を受けてこれを水平方向に転送する水平電荷転送路と、
前記半導体基板上に前記水平電荷転送路に隣接して形成され、前記第２の第１導電型半導体層よりも不純物濃度の高い第１導電型の高不純物濃度層により形成されるフローティングディフュージョンと、
該フローティングディフュージョンの電位変化を増幅して出力する出力アンプと、
前記水平電荷転送路中の前記フローティングディフュージョンと隣接する位置に設けられ、前記水平電荷転送路中の電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する出力ゲート部と、
前記第２の第１導電型半導体層の少なくとも前記フローティングディフュージョンと隣接する領域に設けられ、前記フローティングディフュージョンへ向けて下り勾配のポテンシャルを有するポテンシャル傾斜部と
を有し、
前記第２の第１導電型半導体層は、前記フローティングディフュージョンに隣接し前記フローティングディフュージョンに向けて幅が狭くなるテーパ形状の第１のテーパ部を含み、
前記ポテンシャル傾斜部は、前記第１のテーパ部のうち少なくとも前記フローティングディフュージョンと隣接し前記フローティングディフュージョンから所定距離だけ離れた領域に形成された第２の第２導電型半導体層を含み、
前記第２の第２導電型半導体層は、前記フローティングディフュージョンに向けて幅が狭くなるテーパ形状の第２のテーパ部を有する固体撮像装置。