JP5330001B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＥＭ−ＣＣＤ等の電荷増倍型の固体撮像装置に関するものである。

入射する光の像を撮像するための固体撮像装置としてＣＣＤ（Charge Coupled Device）が広く知られているが、ＣＣＤの中でも、微弱な光の像を撮像することを可能とするＥＭ−ＣＣＤ（Electron Multiplying −ＣＣＤ）が知られている。この種の固体撮像装置は、複数のフォトダイオード等を備えて入射光量に応じた電荷を生成する撮像領域と、撮像領域の電荷を読み出す出力レジスタ部とに加えて、読み出した電荷を増倍する増倍レジスタ部を備え、増倍レジスタ部の電荷増倍作用を用いることによって微弱な光の像の撮像を可能とする。この種の固体撮像装置が特許文献１に開示されている。

特許第３８６２８５０号公報

ところで、電荷は転送経路の最短距離を移動する性質を有する。そのために、増倍レジスタ部を幅広に形成しても、電荷は増倍レジスタ部の幅方向の一部のみに集中してしまい、増倍レジスタ部では局所的に電荷増倍が行われることとなる。その結果、電荷増倍効率が低下したり、電荷容量に制限が生じたり、局所的な増倍利得の劣化が発生することがある。

そこで、本発明は、増倍レジスタ部における転送電荷の局所的な集中を抑制することが可能な固体撮像装置を提供することを目的としている。

本発明の固体撮像装置は、電荷増倍型の固体撮像装置において、入射光量に応じた電荷を生成する撮像領域と、撮像領域からの電荷を受ける出力レジスタ部と、出力レジスタ部からの電荷を増倍する増倍レジスタ部と、増倍レジスタ部に入力される電荷を、転送方向と直交する幅方向に分散させる少なくとも１つの電荷分散手段とを備える。

この固体撮像装置によれば、電荷分散手段によって、増倍レジスタ部に入力される電荷が転送方向と直交する幅方向に分散されるので、増倍レジスタ部における転送電荷の局所的な集中を抑制することができる。したがって、増倍レジスタ部における電荷増倍効率の低下、電荷容量の制限、及び、局所的な増倍利得の劣化を抑制することができる。

上記した電荷分散手段は、増倍レジスタ部における少なくとも入力側に配置されると共に、幅方向に離間して複数配置され、電荷の転送を阻害する半導体領域又は絶縁領域からなることが好ましい。

これによれば、電荷の転送を阻害する領域が、増倍レジスタ部の入力側の幅方向に離間して複数配置されているので、これらの領域の間に形成される複数の電荷転送経路に、すなわち、幅方向に分散して形成される複数の電荷転送経路に、電荷が導かれることとなる。その結果、増倍レジスタ部における転送電荷の局所的な集中を抑制することができる。

また、上記した固体撮像装置は、出力レジスタ部と増倍レジスタ部との間に配置された中間レジスタ部を更に備え、上記した電荷分散手段は、中間レジスタ部における少なくとも出力側に配置されると共に、幅方向に離間して複数配置され、電荷の転送を阻害する半導体領域又は絶縁領域からなることが好ましい。

これによれば、電荷の転送を阻害する領域が、中間レジスタ部の出力側の幅方向に離間して複数配置されているので、これらの領域の間に形成される複数の電荷転送経路に、すなわち、幅方向に分散して形成される複数の電荷転送経路に、電荷が導かれることとなる。その結果、増倍レジスタ部には幅方向に分散された電荷が入力されることとなり、増倍レジスタ部における転送電荷の局所的な集中を抑制することができる。

また、上記した固体撮像装置は、出力レジスタ部と増倍レジスタ部との間に配置された中間レジスタ部を更に備え、上記した電荷分散手段は、中間レジスタ部における少なくとも出力側に配置されると共に、幅方向における電荷密度が低い位置に配置され、電荷誘導作用を高めるための電極を含むことが好ましい。

これによれば、電荷誘導作用を高めるための電極が、中間レジスタ部の出力側の幅方向における電荷密度が低い位置に配置されているので、この電極に電圧を印加すると、中間レジスタ部の出力側の幅方向における電荷密度が高い位置の電荷が、電荷密度が低い位置に導かれ、幅方向に電荷が分散されることとなる。その結果、増倍レジスタ部には幅方向に分散された電荷が入力されることとなり、増倍レジスタ部における転送電荷の局所的な集中を抑制することができる。

また、上記した電荷分散手段は、増倍レジスタ部における少なくとも入力側に配置されると共に、幅方向における電荷密度が低い位置に配置され、電荷誘導作用を高めるための電極を含むことが好ましい。

これによれば、電荷誘導作用を高めるための電極が、増倍レジスタ部の入力側の幅方向における電荷密度が低い位置に配置されているので、この電極に電圧を印加すると、増倍レジスタ部の入力側の幅方向における電荷密度が高い位置の電荷が、電荷密度が低い位置に導かれ、幅方向に電荷が分散されることとなる。その結果、増倍レジスタ部における転送電荷の局所的な集中を抑制することができる。

本発明によれば、電荷増倍型の固体撮像装置において、増倍レジスタ部における転送電荷の局所的な集中を抑制することができる。その結果、増倍レジスタ部における電荷増倍効率の低下、電荷容量の制限、及び、局所的な増倍利得の劣化を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。 図１（ａ）のII−II線に沿う断面図を示す図である。 従来例の固体撮像装置の構成、及び、増倍レジスタ部の断面図を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。 本発明の第６の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。 本発明の第７の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。 本発明の第８の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。 本発明の第９の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。 本発明の第１０の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。 本発明の変形例の増倍レジスタ部の断面図を示す図である。 従来例の固体撮像装置の構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
［第１の実施形態］

図１は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。図１（ａ）に示す固体撮像装置１は、撮像領域（ＩＡ）１０と、水平レジスタ部（ＨＲ）２０と、コーナレジスタ部（ＣＲ）３０と、増倍レジスタ部（ＥＭＲ）４０と、アンプ（ＡＭＰ）５０と、出力ポート６０とを備える。ここで、水平レジスタ部２０が特許請求の範囲に記載の出力レジスタに相当し、コーナレジスタ部３０が特許請求の範囲に記載の中間レジスタに相当する。

撮像領域１０は、入射する光の像を撮像するためのものであり、複数の画素部を有している。各画素部は、入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと、該電荷を蓄積する電荷蓄積部とを有している。各画素部は、周期的なパルス電圧を有するクロックに応じて、フォトダイオードから電荷蓄積部への電荷の画素内転送や、電荷蓄積部から水平レジスタ部２０への電荷の転送などを行う。

水平レジスタ部２０は、撮像領域１０の垂直ラインごとに対応して水平方向に配列された複数の水平レジスタを備えており、周期的なパルス電圧を有するクロックに応じて、各水平レジスタの電荷を順次にコーナレジスタ部３０へ転送する。

コーナレジスタ部３０は、水平レジスタ部２０と同様に、直列に接続された複数のレジスタを備え、周期的なパルス電圧を有するクロックに応じて、水平レジスタ部２０から順次に転送される電荷を増倍レジスタ部４０へ順次に転送する。

増倍レジスタ部４０は、複数の増倍レジスタを備えており、コーナレジスタ部３０から順次に転送される電荷を増倍して、アンプ５０へ出力する。各増倍レジスタは、電荷転送チャネル層に高電圧を印加することによって通常の転送よりも深いエネルギーポテンシャルを発生させ、インパクトイオナイゼーション効果による電荷増倍作用を利用する。増倍レジスタ１段あたりのインパクトイオナイゼーション効果による電荷増倍効果は小さいので、例えば、増倍レジスタ部４０は数百段程度の増倍レジスタを有する。

アンプ５０は、増倍レジスタ部４０から転送される電荷を電圧信号に変換すると共に増幅して、出力ポート６０へ出力する。

次に、増倍レジスタ部４０についてより詳細に説明する。

増倍レジスタ部４０は、入力端部４１の幅が狭くなっており、出力端部４２へ向けて両側部４３，４４へ次第に幅が広がるテーパ状の形状をなす。本実施形態では、入力端部４１から中心部４５までがテーパ状をなしている。このテーパ状をなす入力端部４１から中心部４５までに、複数の電荷分散部７１が配置されている。

複数の電荷分散部７１は、それぞれ、入力端部４１又はテーパ形状のテーパ面４６，４７から中心部４５まで延びており、電荷転送方向と直交する幅方向に離間して配列されている。電荷分散部７１の一端部７１ａは、テーパ面４６，４７に沿う形状をなしており、テーパ面４６，４７と離間している。電荷分散部７１は、後述するように、高抵抗を有する半導体材料又は絶縁性を有する絶縁材料からなる。これより、電荷分散部７１は、電荷の転送を阻害する領域となる。

これによって、図１（ｂ）に矢印で示すように、入力端部４１から入力される電荷を、テーパ面４６，４７に沿って両側部４３，４４へ向けて分散させることができると共に、電荷分散部７１の間に形成される転送経路であって、幅方向に分散して形成される複数の転送経路へ分散させることができる。すなわち、入力端部４１から入力される電荷を幅方向に均一に分散させることができる。

なお、図１（ｃ）に示すように、電荷分散部７１は、出力端部４２付近まで延びていてもよい。すなわち、増倍レジスタ部１４０は、増倍レジスタ部４０において電荷分散部７１が出力端部４２付近まで延びた電荷分散部７２を電荷分散部７１に代えて有し、固体撮像装置１０１は、固体撮像装置１において増倍レジスタ部４０に代えて増倍レジスタ部１４０を備えていてもよい。

図２は、図１（ａ）のII−II線に沿う断面図を示す図である。図２に示すように、増倍レジスタ部４０は、Ｐ型基板２０１上にＰ型エピタキシャル層２０２、Ｎ型チャネル層２０３及び酸化膜２０４が順次に積層された積層体上に、ポリシリコン（Poly - Si）の電極２０５が形成されてなる。なお、Ｎ型チャネル層２０３の両側部であって、増倍レジスタ部４０の両側部４３，４４には、Ｐ型高濃度層２０６が形成されている。ここで、Ｎ型チャネル層２０３が電荷転送経路であり、ここで電荷増倍が行われることとなる。

このＮ型チャネル層２０３の電極２０５側には、複数の電荷分散部７１が形成されている。電荷分散部７１は、不純物拡散によるＮ型高濃度チャネルストップ領域からなる。すなわち、電荷分散部７１は、高抵抗を有しており、電荷の転送を阻害する領域からなる。なお、電荷分散部７１には、Ｐ型チャネルストップ領域が適用されてもよく、また、絶縁性を有するアイソレーション領域が適用されてもよい。

ここで、図３に示す従来例の固体撮像装置と比較して、第１の実施形態の固体撮像装置１の作用効果を説明する。図３（ａ）は、従来例の固体撮像装置の構成を示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すIII−III線に沿う断面図である。

図３に示す従来例の固体撮像装置１Ｘは、固体撮像装置１において増倍レジスタ部４０に代えて増倍レジスタ部４０Ｘを備えている点で第１の実施形態と異なっている。増倍レジスタ部４０Ｘは、略長方形状をなしており、電荷分散部７１を有していない構成で、増倍レジスタ部４０と異なっている。

ここで、電荷は転送経路の最短距離を移動する性質を有する。特に、本実施形態のように電荷相互の反発力で広がる前に転送してしまうような高速の場合には顕著となる。また、コーナーがあるため、コーナーの内側がポテンシャルが高くなりコーナーの内側に沿って曲がることになる。そのために、増倍レジスタ部４０Ｘを幅広に形成しても、電荷は増倍レジスタ部４０Ｘの幅方向の一部のみに集中してしまい、増倍レジスタ部４０Ｘでは局所的に電荷増倍が行われることとなる（図３（ａ）の矢印部）。その結果、電荷増倍効率が低下したり、電荷容量に制限が生じたり、局所的な増倍利得の劣化が発生することがある。

しかしながら、第１の実施形態の固体撮像装置１によれば、電荷分散部７１によって、増倍レジスタ部４０に入力される電荷を、転送方向と直交する幅方向に分散させることができるので、増倍レジスタ部４０における転送電荷の局所的な集中を抑制することができる。したがって、増倍レジスタ部４０における電荷増倍効率の低下、電荷容量の制限、及び、局所的な増倍利得の劣化を抑制することができる。

また、この第１の実施形態の変形例の固体撮像装置１０１でも、第１の実施形態の固体撮像装置１と同様の利点を得ることができる。
［第２の実施形態］

図４は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。図４（ａ）に示す固体撮像装置１Ａは、固体撮像装置１において、増倍レジスタ部４０に代えて増倍レジスタ部４０Ａを備える構成において第１の実施形態と異なる。固体撮像装置１Ａのその他の構成は固体撮像装置１と同一である。

増倍レジスタ部４０Ａは、増倍レジスタ部４０において略長方形状をなしている点で増倍レジスタ部４０と異なっている。また、増倍レジスタ部４０Ａは、壁４８を有している点でも増倍レジスタ部４０と異なっている。増倍レジスタ部４０Ａのその他の構成は、増倍レジスタ部４０と同一である。

壁４８は、増倍レジスタ部４０Ａの入力端部４１における水平レジスタ部２０側の約半分の部分に形成されている。壁４８の材料には、電荷分散部７１と同一の材料が適用可能である。これによって、電荷を入力端部４１の略中央部分に導くことができ、増倍レジスタ部４０と同様の作用効果を得ることができる。

なお、図４（ｂ）に示すように、電荷分散部７１は、出力端部４２付近まで延びていてもよい。すなわち、増倍レジスタ部１４０Ａは、増倍レジスタ部４０Ａにおいて電荷分散部７１が出力端部４２付近まで延びた電荷分散部７２を電荷分散部７１に代えて有し、固体撮像装置１０１Ａは、固体撮像装置１Ａにおいて増倍レジスタ部４０Ａに代えて増倍レジスタ部１４０Ａを備えていてもよい。

この第２の実施形態の固体撮像装置１Ａ，及び，この第２の実施形態の変形例の固体撮像装置１０１Ａでも、第１の実施形態の固体撮像装置１と同一の利点を得ることができる。
［第３の実施形態］

図５は、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。図５（ａ）に示す固体撮像装置１Ｂは、固体撮像装置１Ａにおいて、増倍レジスタ部４０Ａに代えて増倍レジスタ部４０Ｂを備える構成において第２の実施形態と異なる。固体撮像装置１Ｂのその他の構成は固体撮像装置１Ａと同一である。

増倍レジスタ部４０Ｂは、増倍レジスタ部４０Ａにおいて、複数の電荷分散部７１が中心部４５まで延びていない点で、すなわち、複数の電荷分散部７１に対して長さが短い複数の電荷分散部７３を有している点で、増倍レジスタ部４０Ａと異なっている。増倍レジスタ部４０Ｂのその他の構成は増倍レジスタ部４０Ａと同一である。

なお、図５（ｂ）に示すように、増倍レジスタ部４０Ｂは、電荷分散部７３が、入力端部４１から出力端部４２へ向けて離間して複数配列されていてもよい。すなわち、増倍レジスタ部１４０Ｂは、増倍レジスタ部４０Ｂにおいて、幅方向に加えて電荷転送方向にも配列された複数の電荷分散部７３を有し、固体撮像装置１０１Ｂは、固体撮像装置１Ｂにおいて増倍レジスタ部４０Ｂに代えて増倍レジスタ部１４０Ｂを備えていてもよい。

ここで、電荷転送方向に隣り合う電荷分散部７３は、電荷転送方向に重ならないように配置されている。これによって、前段の電荷分散部７３の間を転送してきた電荷を後段の電荷分散部７３で分散させることが可能となる。このように、入力端部４１から入力される電荷は、電荷分散部７３ごとに２つに分散されることによって、次第に幅方向に均一に分散されることとなる。

この第３の実施形態の固体撮像装置１Ｂ，及び，この第３の実施形態の変形例の固体撮像装置１０１Ｂでも、第２の実施形態の固体撮像装置１Ａと同一の利点を得ることができる。
［第４の実施形態］

図６は、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。図６（ａ）に示す固体撮像装置１Ｃは、固体撮像装置１において、増倍レジスタ部４０に代えて増倍レジスタ部４０Ｃを備える構成において第１の実施形態と異なる。固体撮像装置１Ｃのその他の構成は固体撮像装置１と同一である。

増倍レジスタ部４０Ｃは、入力端部４１の幅が狭くなっており、出力端部４２へ向けて片側部４４へ次第に幅が広がるテーパ状の形状をなす。本実施形態では、入力端部４１から中間部４５までがテーパ状をなしている。このテーパ状をなす入力端部４１から中間部４５までに、複数の電荷分散部７５が配置されている。

複数の電荷分散部７５は、それぞれ、入力端部４１又はテーパ形状のテーパ面４７から中間部４５まで延びており、幅方向に離間して配列されている。電荷分散部７５の一端部７５ａは、テーパ面４７に沿う形状をなしており、テーパ面４７と離間している。電荷分散部７５には、電荷分散部７１と同一の材料が適用される。

これによって、入力端部４１から入力される電荷を、テーパ面４７に沿って片側部４４へ向けて分散させることができると共に、電荷分散部７５の間に形成される転送経路であって、幅方向に分散して形成される複数の転送経路へ分散させることができる。すなわち、入力端部４１から入力される電荷を幅方向に均一に分散させることができる。

なお、図６（ｂ）に示すように、電荷分散部７５は、出力端部４２付近まで延びていてもよい。すなわち、増倍レジスタ部１４０Ｃは、増倍レジスタ部４０Ｃにおいて電荷分散部７５が出力端部４２付近まで延びた電荷分散部７６を電荷分散部７５に代えて有し、固体撮像装置１０１Ｃは、固体撮像装置１Ｃにおいて増倍レジスタ部４０Ｃに代えて増倍レジスタ部１４０Ｃを備えていてもよい。

この第４の実施形態の固体撮像装置１Ｃ，及び，この第４の実施形態の変形例の固体撮像装置１０１Ｃでも、第１の実施形態の固体撮像装置１と同一の利点を得ることができる。
［第５の実施形態］

図７は、本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。図７（ａ）に示す固体撮像装置１Ｄは、固体撮像装置１Ｃにおいて、増倍レジスタ部４０Ｃに代えて増倍レジスタ部４０Ｄを備える構成において第４の実施形態と異なる。固体撮像装置１Ｄのその他の構成は固体撮像装置１Ｃと同一である。

増倍レジスタ部４０Ｄは、増倍レジスタ部４０Ｃにおいて略長方形状をなしている点で増倍レジスタ部４０Ｃと異なっている。増倍レジスタ部４０Ｄのその他の構成は、増倍レジスタ部４０Ｃと同一である。

なお、図７（ｂ）に示すように、電荷分散部７５は、出力端部４２付近まで延びていてもよい。すなわち、増倍レジスタ部１４０Ｄは、増倍レジスタ部４０Ｄにおいて電荷分散部７５が出力端部４２付近まで延びた電荷分散部７６を電荷分散部７５に代えて有し、固体撮像装置１０１Ｄは、固体撮像装置１Ｄにおいて増倍レジスタ部４０Ｄに代えて増倍レジスタ部１４０Ｄを備えていてもよい。

この第５の実施形態の固体撮像装置１Ｄ，及び，この第５の実施形態の変形例の固体撮像装置１０１Ｄでも、第４の実施形態の固体撮像装置１Ｃと同一の利点を得ることができる。
［第６の実施形態］

図８は、本発明の第６の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。図８（ａ）に示す固体撮像装置１Ｅは、固体撮像装置１Ｄにおいて、増倍レジスタ部４０Ｄに代えて増倍レジスタ部４０Ｅを備える構成において第５の実施形態と異なる。固体撮像装置１Ｅのその他の構成は固体撮像装置１Ｄと同一である。

増倍レジスタ部４０Ｅは、増倍レジスタ部４０Ｄにおいて、複数の電荷分散部７５が中間部４５まで延びていない点で、すなわち、複数の電荷分散部７５に対して長さが短い複数の電荷分散部７７を有している点で、増倍レジスタ部４０Ｄと異なっている。増倍レジスタ部４０Ｅのその他の構成は増倍レジスタ部４０Ｄと同一である。

なお、図８（ｂ）に示すように、増倍レジスタ部４０Ｅは、電荷分散部７７が、入力端部４１から出力端部４２へ向けて離間して複数配列されていてもよい。すなわち、増倍レジスタ部１４０Ｅは、増倍レジスタ部４０Ｅにおいて、幅方向に加えて電荷転送方向にも配列された複数の電荷分散部７７を有し、固体撮像装置１０１Ｅは、固体撮像装置１Ｅにおいて増倍レジスタ部４０Ｅに代えて増倍レジスタ部１４０Ｅを備えていてもよい。

この第６の実施形態の固体撮像装置１Ｅ，及び，この第６の実施形態の変形例の固体撮像装置１０１Ｅでも、第５の実施形態の固体撮像装置１Ｄと同一の利点を得ることができる。
［第７の実施形態］

図９は、本発明の第７の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。図９（ａ）に示す固体撮像装置１Ｆは、固体撮像装置１Ｄにおいて、増倍レジスタ部４０Ｄに代えて増倍レジスタ部４０Ｆを備える構成において第５の実施形態と異なる。固体撮像装置１Ｆのその他の構成は固体撮像装置１Ｄと同一である。

増倍レジスタ部４０Ｆは、増倍レジスタ部４０Ｄにおいて、複数の電荷分散部７５に代えて複数の電荷分散部７９を備える点で増倍レジスタ部４０Ｄと異なる。電荷分散部７９は、略三角形状をなしており、増倍レジスタ部４０Ｆの幅方向に離間して配列されている。なお、電荷分散部７９は、略三角形状に限定されることなく略多角形状であってもよい。また、電荷分散部７９は、入力端部４１から中心部４５へ向けて離間して配列されている。すなわち、電荷分散部７９は、増倍レジスタ部４０Ｆは、入力端部４１側の約半分に配置されている。電荷分散部７９には、電荷分散部７１と同一の材料が適用可能である。

ここで、電荷転送方向に隣り合う電荷分散部７９は、電荷転送方向に重ならないように配置されている。これによって、前段の電荷分散部７９の間を転送してきた電荷を後段の電荷分散部７９で分散させることが可能となる。このように、入力端部４１から入力される電荷は、電荷分散部７９ごとに２つに分散されることによって、次第に幅方向に均一に分散されることとなる。

なお、図９（ｂ）に示すように、増倍レジスタ部４０Ｆは、電荷分散部７９が、入力端部４１から出力端部４２へ向けて離間して複数配列されていてもよい。すなわち、増倍レジスタ部１４０Ｆは、増倍レジスタ部４０Ｆにおいて、全体的に離間して配列された複数の電荷分散部７９を有し、固体撮像装置１０１Ｆは、固体撮像装置１Ｆにおいて増倍レジスタ部４０Ｆに代えて増倍レジスタ部１４０Ｆを備えていてもよい。まお、上記したように、電荷転送方向に隣り合う電荷分散部７９は、電荷転送方向に重ならないように配置されていることが好ましい。

このように、第７の実施形態の固体撮像装置１Ｆ、及び、この第７の実施形態の変形例の固体撮像装置１０１Ｆでも、第５の実施形態の固体撮像装置１Ｄと同一の利点を得ることができる。
［第８の実施形態］

図１０は、本発明の第８の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。図１０に示す固体撮像装置１Ｇは、固体撮像装置１Ｆにおいて、増倍レジスタ部４０Ｆに代えて増倍レジスタ部４０Ｇを備える構成において第７の実施形態と異なる。固体撮像装置１Ｇのその他の構成は固体撮像装置１Ｆと同一である。

増倍レジスタ部４０Ｇは、増倍レジスタ部４０Ｆにおいて、複数の電荷分散部７９に代えて、略円形状をなす複数の電荷分散部８１を備える点で増倍レジスタ部４０Ｆと異なる。増倍レジスタ部４０Ｇのその他の構成は増倍レジスタ部４０Ｆと同一である。

この第８の実施形態の固体撮像装置１Ｇ、及び、この第８の実施形態の変形例の固体撮像装置１０１Ｇでも、第7の実施形態の固体撮像装置１Ｆと同一の利点を得ることができる。
［第９の実施形態］

これまでは、増倍レジスタ部における少なくとも入力端部側に電荷分散手段を設ける形態を例示したが、増倍レジスタ部の前段に電荷分散手段を設けてもよい。

図１１は、本発明の第９の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。図１１（ａ）に示す固体撮像装置１Ｈは、固体撮像装置１において、コーナレジスタ部３０及び増倍レジスタ部４０に代えてコーナレジスタ部３０Ｈ及び増倍レジスタ部４０Ｈを備える構成において第１の実施形態と異なる。固体撮像装置１Ｈのその他の構成は固体撮像装置１と同一である。

コーナレジスタ部３０Ｈは、コーナレジスタ部３０において複数の電荷分散部３１を有する点でコーナレジスタ部３０と異なっている。電荷分散部３１は、コーナレジスタ部３０Ｈにおける出力部３２側において電荷転送方向に延びており、幅方向に離間して配列されている。電荷分散部３１には、電荷分散部７１と同一の材料が適用可能である。

一方、増倍レジスタ部４０Ｈは、上記した電荷分散部を有さない通常の増倍レジスタ部である。なお、図１１（ｂ）に示すように、増倍レジスタ部４０Ｈには、電荷分散部３１を延長するように複数の電荷分散部８３が形成されていてもよい。すなわち、増倍レジスタ部１４０Ｈは、増倍レジスタ部４０Ｈにおいて、入力端部４１から出力端部４２付近まで延びると共に幅方向に離間して配置される電荷分散部８３を有し、固体撮像装置１０１Ｈは、固体撮像装置１Ｈにおいて増倍レジスタ部４０Ｈに代えて増倍レジスタ部１４０Ｈを備えていてもよい。

この第９の実施形態の固体撮像装置１Ｈ、及び、この第９の実施形態の変形例の固体撮像装置１０１Ｈでは、増倍レジスタ部４０Ｈの前段のコーナレジスタ部３０Ｈの出力部３２側の電荷分散部３１によって、増倍レジスタ部４０Ｈに入力される電荷が幅方向に分散される。したがって、この第９の実施形態の固体撮像装置１Ｈでも、第１の実施形態の固体撮像装置１と同様の利点を得ることができる。

更に、この第９の実施形態の変形例の固体撮像装置１０１Ｈでは、上記したコーナレジスタ部３０Ｈの電荷分散部３１による電荷分散効果を、増倍レジスタ部４０Ｈの複数の電荷分散部８３によって保持することができる。
［第１０の実施形態］

図１２は、本発明の第１０の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。図１２に示す固体撮像装置１Ｉは、固体撮像装置１Ｈにおいて、コーナレジスタ部３０Ｈに代えてコーナレジスタ部３０Ｉを備える構成において第９の実施形態と異なる。固体撮像装置１Ｉのその他の構成は固体撮像装置１Ｈと同一である。

コーナレジスタ部３０Ｉは、コーナレジスタ部３０Ｈにおいて複数の電荷分散部３１に代えて電荷分散部３５，３６を有する点でコーナレジスタ部３０Ｈと異なっている。

電荷分散部３５は、転送電荷が集中する側部３７側の駆動電極であり、電荷分散部３６は、他方の側部３８、すなわち、転送電荷の密度が低い側部３８側の駆動電極である。電荷分散部３６には、電荷分散部３５より大きな駆動クロック電圧が入力されることによって、転送電荷の密度が低い側部３８側の電荷誘導作用を高めることができる。これによって、側部３７側に集中する転送電荷を側部３８側へ、すなわち、幅方向へ分散させることができる。なお、電荷分散部３５，３６は、コーナレジスタ部３０Ｉにおける通常の電荷転送のための電極を兼ねてもよい。

このように、この第１０の実施形態の固体撮像装置１Ｉによれば、電荷分散部３５，３６によって、コーナレジスタ部３０Ｉの側部３７側に集中する転送電荷を、電荷密度が低い側部３８側へ、すなわち、幅方向へ分散させることができ、増倍レジスタ部４０Ｈに入力される前に電荷を幅方向に分散させることができる。したがって、この第９の実施形態の固体撮像装置１Ｈでも、第１の実施形態の固体撮像装置１と同様の利点を得ることができる。

なお、電荷分散部３５，３６と同様の電荷分散部（駆動電極）が増倍レジスタ部４０Ｈに形成されてもよい。すなわち、増倍レジスタ部４０Ｈの両側部４３，４４に電荷分散部（駆動電極）が形成され、転送電荷の密度が低い側部４４側の電荷分散部（駆動電極）に、転送電荷が集中する側部４３側の電荷分散部（駆動電極）より大きな駆動クロック電圧が入力されてもよい。これによって、転送電荷の密度が低い側部４４側の電荷誘導作用を高めることができ、側部４３側に集中する転送電荷を側部４４側へ、すなわち、幅方向へ分散させることができる。なお、これらの電荷分散部は、増倍レジスタ部４０Ｈにおける通常の電荷転送のための電極及び電荷増倍のための電極を兼ねてもよい。

なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。

本実施形態では、電荷分散部として通常の高濃度チャネルストップ領域が用いられたが、電荷分散部には、図１３（ａ）に示すＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）法によるチャネルストップ領域９１や、図１３（ｂ）に示すゲートＳｉＯ２膜の膜厚の変化によりエネルギーポテンシャルが浅いチャネル領域、すなわち、電荷転送を阻害するチャネル領域等９２が適用可能である。

また、本実施形態では、電荷分散手段を、コーナレジスタ部３０を用いて電荷転送を折り返す形態の固体撮像装置における増倍レジスタに適用する例を示したが、本実施形態の電荷分散手段は、電荷転送を折り返さない形態の固体撮像装置における増倍レジスタに適用しても同様の効果を奏する。図１４に、電荷転送を折り返さない従来例の固体撮像装置の構成を示す。この従来例の固体撮像装置１Ｙでは、撮像領域１０から転送される電荷が水平レジスタ部２０における撮像領域側に集中する傾向があり、増倍レジスタ部４０Ｙを幅広に形成しても、電荷は増倍レジスタ部４０Ｙの幅方向の一部のみに集中してしまう（図１４の矢印部）。しかしながら、この増倍レジスタ部４０Ｙに本実施形態の電荷分散部及び増倍レジスタ部の構成を適用すれば、同様の効果を奏する。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｉ，１０１，１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ，１０１Ｅ，１０１Ｆ，１０１Ｈ…固体撮像装置、１０…撮像領域、２０…水平レジスタ部（出力レジスタ部）、３０，３０Ｈ，３０Ｉ…コーナレジスタ部（中間レジスタ部）、３１，３５，３６，７１，７２，７３，７５，７６，７７，７９，８１，８３，９１，９２…電荷分散部（電荷分散手段），４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ，４０Ｅ，４０Ｆ，４０Ｇ，４０Ｈ，１４０，１４０Ａ，１４０Ｂ，１４０Ｃ，１４０Ｄ，１４０Ｅ，１４０Ｆ，１４０Ｈ…増倍レジスタ部、５０…アンプ、６０…出力ポート。

Claims (4)

1. 電荷増倍型の固体撮像装置において、
   入射光量に応じた電荷を生成する撮像領域と、
   前記撮像領域からの電荷を受ける出力レジスタ部と、
   前記出力レジスタ部からの電荷を増倍する増倍レジスタ部と、
   前記増倍レジスタ部に入力される電荷を、転送方向と直交する幅方向に分散させる少なくとも１つの電荷分散手段と、
   を備え、
   前記電荷分散手段は、前記増倍レジスタ部における少なくとも入力側に配置されると共に、前記幅方向に離間して複数配置され、電荷の転送を阻害する半導体領域又は絶縁領域からなり、
   前記増倍レジスタ部に入力される電荷は、前記電荷分散手段の間に形成される複数の転送経路であって、前記幅方向に分散して形成される当該複数の転送経路へ分散される、
   固体撮像装置。
2. 電荷増倍型の固体撮像装置において、
   入射光量に応じた電荷を生成する撮像領域と、
   前記撮像領域からの電荷を受ける出力レジスタ部と、
   前記出力レジスタ部からの電荷を増倍する増倍レジスタ部と、
   前記増倍レジスタ部に入力される電荷を、転送方向と直交する幅方向に分散させる少なくとも１つの電荷分散手段と、
   前記出力レジスタ部と前記増倍レジスタ部との間に配置された中間レジスタ部と、
   を備え、
   前記電荷分散手段は、前記中間レジスタ部における少なくとも出力側に配置されると共に、前記幅方向に離間して複数配置され、電荷の転送を阻害する半導体領域又は絶縁領域からなる、
   固体撮像装置。
3. 電荷増倍型の固体撮像装置において、
   入射光量に応じた電荷を生成する撮像領域と、
   前記撮像領域からの電荷を受ける出力レジスタ部と、
   前記出力レジスタ部からの電荷を増倍する増倍レジスタ部と、
   前記増倍レジスタ部に入力される電荷を、転送方向と直交する幅方向に分散させる少なくとも１つの電荷分散手段と、
   前記出力レジスタ部と前記増倍レジスタ部との間に配置された中間レジスタ部と、
   を備え、
   前記電荷分散手段は、前記中間レジスタ部における少なくとも出力側に配置されると共に、前記幅方向における電荷密度が低い位置に配置され、電荷誘導作用を高めるための電極を含む、
   固体撮像装置。
4. 電荷増倍型の固体撮像装置において、
   入射光量に応じた電荷を生成する撮像領域と、
   前記撮像領域からの電荷を受ける出力レジスタ部と、
   前記出力レジスタ部からの電荷を増倍する増倍レジスタ部と、
   前記増倍レジスタ部に入力される電荷を、転送方向と直交する幅方向に分散させる少なくとも１つの電荷分散手段と、
   を備え、
   前記電荷分散手段は、前記増倍レジスタ部における少なくとも入力側に配置されると共に、前記幅方向における電荷密度が低い位置に配置され、電荷誘導作用を高めるための電極を含む、
   固体撮像装置。

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