JP5484692B2 - 固体撮像素子および電子情報機器 - Google Patents

Description

本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の半導体素子で構成された複数の水平転送部を持つ固体撮像素子および、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。

近年、従来の固体撮像素子では、高解像度化と高フレームレート化が進んでおり、これに伴う水平ＣＣＤの高速駆動によって、水平方向の信号電荷の転送劣化や、消費電力の増加などが問題になっている。

これを解決するために、水平ＣＣＤおよびその出力部に複数チャネル（複数の水平ＣＣＤおよびその出力部）を設けることにより、駆動周波数を下げることが考えられている。このように、複数の水平ＣＣＤを設けたとしても、複数の垂直ＣＣＤからの各信号電荷を、垂直ＣＣＤに接する水平ＣＣＤから、別の水平ＣＣＤに電荷転送するときの転送効率が悪く、複数の水平ＣＣＤを持つ従来の固体撮像装置の歩留りを悪化させる主な原因になっている。

これを解決する手段として、特許文献１に、転送電荷の転送電荷残り防いで電荷転送効率を向上させることが提案されている。

図６は、特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子の要部構成例を示す水平ＣＣＤの平面図である。図７は、水平ブランキング期間中に図６の各電極に印加する駆動パルスの波形図である。図８は、図６のＡ−Ａ’線に沿った断面構造および、図７の各期間ｔ１〜ｔ５における各電極下の電位分布と信号電荷の電荷転送の様子を示す模式図である。

図６〜図８において、交互に配設された垂直ＣＣＤ１０２および１０３からの各信号電荷を振分け転送する水平ＣＣＤ１０４、１０５のうちの水平ＣＣＤ１０４の蓄積電極が、チャネルのほぼ中央部で分割された第１電極要素１１１Ａおよび第２電極要素１１１Ｂの２つの電極要素で構成されている。第１電極要素１１１Ａは水平ＣＣＤ１０５の蓄積電極を構成しており、また、第２電極要素１１１Ｂはバリア電極１１２と共通に接続されている。なお、１０８は金属配線である。

以下に、図６〜図８を用いて従来の固体撮像装置１００の動作を説明する。

従来の固体撮像装置１００において、まず、垂直ＣＣＤ１０２および１０３の最終垂直転送電極１０７下に蓄積されていた信号電荷は、期間ｔ１で、図７に示すように、水平転送電極に印加する駆動パルスΦＨ１、ΦＨ２Ａ、ΦＨ２Ｂを同時にＶ_Ｈにすると共に、最終垂直転送電極１０７に印加する駆動パルスΦＶ_ＬＡＳＴをＶ_Ｌにすることによって、水平ＣＣＤ１０４に対応する第１電極要素１１１Ａおよび第２電極要素１１１Ｂ下に同時に、図８の第１の信号電荷１１５のように水平ＣＣＤ１０４に電荷転送される。

次に、期間ｔ２で、図７に示すように、振分けゲート電極１０６に印加する駆動パルスΦＴをＶ_Ｈにすると共に、駆動パルスΦＨ１、ΦＨ２Ｂを同時にＶ_Ｌ とし、駆動パルスΦＨ２ＡをＶ_ＨとＶ_Ｌの中間値であるＶ_Ｍにすることによって、水平ＣＣＤ１０４の蓄積電極下に電位勾配を形成してスムーズに水平ＣＣＤ１０４を電荷転送した信号電荷は、図８に示すように振分けチャネル１０６に電荷転送される。

その後、期間ｔ３で、図７に示すように、駆動パルスΦＨ２ＡをＶ_Ｌにすることによって、図８に示すように信号電荷の振分けチャネル１０６への電荷転送を完了する。

さらに、期間ｔ４において、図７に示すように、駆動パルスΦＨ１をＶ_Ｈ に、駆動パルスΦＴ をＶ_Ｌ にすることによって、図８に示すように振分けチャネル１０６の信号電荷は蓄積電極１０９の下の水平ＣＣＤ１０５へと電荷転送される。

一方、垂直ＣＣＤ１０２から電荷転送されてきた信号電荷は、期間ｔ２〜ｔ４においては、振分けチャネル１０６上のチャネルストッパ１０１によって水平ＣＣＤ１０４にそのまま留まっている。このようにして、垂直ＣＣＤ１０２および１０３からの信号電荷はそれぞれ水平ＣＣＤ１０４および１０５にそれぞれ振分けられ、垂直ＣＣＤ１０２および１０３からの信号電荷の振分け電荷転送が完了する。

その後、振分けられた信号電荷は期間ｔ５において、二つの水平ＣＣＤ１０４および１０５内をそれぞれ出力部（電荷検出部）に向って水平方向に電荷転送される。

このように、従来の固体撮像素子１００において、水平ＣＣＤ１０４の蓄積電極を複数の電極要素１１１Ａ、１１１Ｂで構成し、垂直ＣＣＤ１０２、１０３からの信号電荷を、振分けチャネル１０６に向けて電荷転送する際に、電極要素１１１Ａ、１１１Ｂに、図７のような異なる駆動パルスΦＨ２Ａ、ΦＨ２Ｂを印加することによって、水平ＣＣＤ１０４の蓄積電極下に電位勾配を形成させて、水平ＣＣＤ１０４から振分けチャネル１０６を介して水平ＣＣＤ１０５に信号電荷を効率良く電荷転送することができる。
特開平６−３１９０８１号公報

しかし、上記特許文献１では、複数の水平ＣＣＤを持つ固体撮像素子において、垂直ＣＣＤに近い側の水平ＣＣＤ１０４から、垂直ＣＣＤに遠い側の水平ＣＣＤ１０５に電荷転送する際に、水平ＣＣＤ１０４の電荷蓄積容量を稼ぐために幅が広くなっていることから複数電極で電荷転送しているものの、水平ＣＣＤ１０４のポテンシャル電位は各電極下の電荷転送領域でフラットになっており、各電極下の電荷転送領域では電位勾配が付いていないため、前述した信号電荷１１４のように電荷の取り残しが発生しやすく、このため、その後、取り残された信号電荷１１４は次の第２の信号電荷１１６と混ざってノイズ成分になってしまう虞がある。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、垂直ＣＣＤに近い側の水平ＣＣＤに配置された複数の電極下の電荷転送領域内にそれぞれ転送方向付けを行って、垂直方向および水平方向共に信号電荷を効率よく電荷転送することができる固体撮像素子および、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。

本発明の固体撮像素子は、入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の受光部からそれぞれ読み出された各信号電荷を複数の第１電荷転送路を用いて第１方向に電荷転送する複数の第１電荷転送手段と、該複数の第１電荷転送手段からそれぞれ受け渡された各信号電荷を、複数の第２電荷転送路を用いて該第１方向に直交する第２方向にそれぞれ電荷転送する複数の第２電荷転送手段とを有する固体撮像素子において、該第１電荷転送手段に近い側の第２電荷転送手段上の幅方向に複数の電荷転送電極が配置されており、該複数の電荷転送電極下の各電荷転送領域に、電荷残りなく信号電荷をスムーズに電荷転送するための、該第１方向および該第２方向の転送方向付け部がそれぞれ形成されて、該第１電荷転送手段に近い側の第２電荷転送手段上の幅方向に該転送方向付け部が複数形成されており、該転送方向付け部は、Ｎ型不純物がイオン注入された電荷転送領域のうちの所定形状領域にＰ型不純物をイオン注入することにより、該第１方向および該第２方向の電荷転送方向に電荷転送用のポテンシャル勾配が形成されており、該転送方向付け部のイオン注入の平面視形状は、該所定形状領域として、片側に傾斜辺を持つ台形状の傾斜辺が該台形状の内側に膨れているものあり、そのことにより上記目的が達成される。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における転送方向付け部は、その平面視形状に渡って一様の不純物濃度で不純物がイオン注入されている。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における転送方向付け部の平面視形状は、前記第１電荷転送手段に遠い側の第２方向の長さ比べて、該第１電荷転送手段に近い側の第２方向の長さを長くした形状である。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における転送方向付け部の平面視形状は、前記第１電荷転送手段に近い側から遠い側に向かう第１方向に行くほど、前記第２方向に滑らかまたは段階的に狭くなっている。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における転送方向付け部の平面視形状は、前記第１電荷転送手段に近い側から遠い側に向かう第１方向に対して片側が前記第２方向に狭くなっている。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における複数の第１電荷転送手段からの信号電荷が、複数の第２電荷転送手段に割り振られている。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における複数の電荷転送電極の数は少なくとも２枚以上で構成されている。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるＰ型不純物はＢ（ボロン）である。

本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。

上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。

本発明においては、第１電荷転送手段に近い側の第２電荷転送手段に複数の電極が配置されており、それぞれの電極下の電荷転送領域に、第１方向およびこれに直交する第２方向にポテンシャル勾配を持つ転送方向付け部が形成されている。

このように、複数の第２電荷転送手段を持つ固体撮像素子において、第１電荷転送手段に近い側の第２電荷転送手段に配置された複数の電極下の電荷転送領域にそれぞれ転送方向付け部を設けたため、第１電荷転送手段に近い側の第２電荷転送手段から遠い側の第２電荷転送手段へ、従来のように電荷の取り残しなく信号電荷を効率よく第１方向（垂直方向）に電荷転送することが可能となる。また、これと同時に、これに直交する第２方向（水平方向）にも転送方向付けを行うことにより、更に第２方向にも電荷の取り残しなく信号電荷の電荷転送を効率よく行うことが可能となる。

以上により、本発明によれば、複数の第２電荷転送手段を持つ固体撮像素子において、第１電荷転送手段に近い側の第２電荷転送手段に配置された複数の電極下の電荷転送領域にそれぞれ転送方向付け部を設けたため、第１電荷転送手段に近い側の第２電荷転送手段から遠い側の第２電荷転送手段へ、電荷の取り残しなく信号電荷を効率よく第１方向（垂直方向）に電荷転送できる。また、これと同時に、これに直交する第２方向（水平方向）にも転送方向付けを行うことにより、電荷の取り残しなく信号電荷の電荷転送を効率よく行うことができる。

以下に、本発明の固体撮像素子の実施形態１、２および、この固体撮像素子の実施形態１または２を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態３について図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る固体撮像素子の要部構成例を示す水平ＣＣＤの平面図である。図２は、水平ブランキング期間中に図１の各電荷転送電極に印加する各駆動パルスの波形図である。図３は、図１のＢ−Ｂ’線に沿った断面構造および、図２の各期間ｔ１〜ｔ５における各電荷転送電極下の電位分布と信号電荷の電荷転送の様子を示す模式図である。

図１〜図３において、本実施形態１の固体撮像素子２０は、入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の受光部（図示せず）からそれぞれ読み出された各信号電荷を複数の垂直電荷転送路を用いて垂直方向（第１方向）に電荷転送する複数の第１電荷転送手段としての複数の垂直電荷転送手段（垂直ＣＣＤ）と、複数の垂直電荷転送手段からそれぞれ受け渡された各信号電荷を、複数の水平電荷転送路を用いて水平方向（第２方向）に電荷転送する複数の第２電荷転送手段としての複数（ここでは二本）の水平電荷転送手段（水平ＣＣＤ）とを有している。

この固体撮像素子２０において、信号電荷を垂直方向に電荷転送する複数列の垂直電荷転送手段としての垂直ＣＣＤの垂直最終ゲート７から各信号電荷がそれぞれ受け渡されて各信号電荷が割り振られる２行の水平電荷転送手段としての水平ＣＣＤ４、５と、これらの２本の水平ＣＣＤ４、５間に配設され、これらの水平ＣＣＤ４、５を分離する振分けチャネル６とを有しており、複数列の垂直ＣＣＤに近い側の水平ＣＣＤ４（電荷転送路）の信号電荷を、チャネル６を介して複数列の垂直ＣＣＤにから遠い側の水平ＣＣＤ５（電荷転送路）に電荷転送する。

振分けチャネル６上には、絶縁膜を介して、ポリシリコン膜からなる第１層目の振り分け電極１５が配置されている。

水平ＣＣＤ４上には、絶縁膜を介して、図３に示すように、ポリシリコン膜からなる第２層目の電極１１Ａとポリシリコン膜からなる第３層目の電極１１Ｂとが配置されている。これらの電極１１Ａ、１１Ｂ、電極１５および電極９上に、絶縁膜を介して、ポリシリコン膜からなる第４層目の電極１０が配置されており、電極１０の下部にはバリア領域１３が形成されている。

電極１１Ａと電極１１Ｂの下部の水平ＣＣＤ４にはそれぞれ、垂直方向に電荷転送するための転送方向付け部１４が形成されている。また、この転送方向付け部１４は水平方向の転送方向付けも兼ねている。

転送方向付け部１４の平面視外形状は、垂直ＣＣＤに近い側の辺が長く、遠い側の辺が短い台形状または三角形状に形成されている。また、この転送方向付け部１４の平面視外形状は、垂直ＣＣＤに近い側から遠い側に向かう第１方向としての垂直方向に対して、片側が水平方向に滑らかに傾斜して狭くなっている台形状または直角三角形状に形成されている。

これは、水平ＣＣＤ４において、垂直方向にポテンシャル勾配Ｄが形成されるようにするためである。また、これは、水平ＣＣＤ４において、水平方向にもポテンシャル勾配が形成されるようにするめたでもある。台形状の方が直角三角形状よりも、鋭角部分が少ないため、加工上容易である。

この転送方向付け部１４は、電荷転送電極１１Ａと電荷転送電極１１Ｂ下の所定の電荷転送領域（水平ＣＣＤ４）にＢ（ボロン）をイオン注入して垂直方向および水平方向にポテンシャル勾配Ｄを形成するものであるが、水平方向の電荷転送を考慮すると、転送方向付け部１４のボロンのイオン注入量はバリア領域１３に注入されているボロンの注入量よりも少なくしなければならない。平面視台形状または直角三角形状の所定領域に、一様のボロンのイオン注入濃度でイオン注入されるが、結果的に、ボロンのイオン注入量は、垂直ＣＣＤに近い側で面積的に広い分だけ多く、垂直ＣＣＤに遠いほど面積的に狭くなる分だけ少なくなる。

Ｎ型不純物Ｐ（リン）またはＡｓ（砒素）がイオン注入された電荷転送領域（水平ＣＣＤ４）のうちの所定領域にＰ型不純物のＢ（ボロン）（またはＢＦ_２）をイオン注入すると、ポテンシャル電位が浅くなるので、水平ＣＣＤ４は、水平ＣＣＤ５側の方向（垂直方向）に行くほど注入面積的にイオン注入量が少なくなっているので、水平ＣＣＤ５側の方向（垂直方向）に行くほどポテンシャル電位が深く傾くようになる。このように、転送方向付け部１４では、垂直方向および水平方向に電荷転送用のポテンシャル勾配Ｄが形成されるようになっている。

なお、電荷転送電極１１Ａ，１１Ｂ下の所定の電荷転送領域に電位勾配（ポテンシャル勾配Ｄ）を持たせた転送方向付け部１４を形成する場合に、前述したように、Ｎ型不純物Ｐ（リン）またはＡｓ（砒素）がイオン注入された電荷転送領域（水平ＣＣＤ４）にＰ型不純物のＢ（ボロン）をイオン注入する場合とは逆に、Ｎ型不純物Ｐ（リン）またはＡｓ（砒素）がイオン注入された電荷転送領域（水平ＣＣＤ４）にＮ型不純物Ｐ（リン）またはＡｓ（砒素）をイオン注入する場合も考えられる。このように、Ｎ型不純物Ｐ（リン）またはＡｓ（砒素）をイオン注入する場合は、ポテンシャル電位が深くなるので、転送方向付け部１４の平面視外形状は、垂直ＣＣＤに近い側の辺が短く、遠い側の辺が長い台形状または三角形状の所定形状領域に形成されることになる。電荷取り残し防止の観点からは、Ｐ型不純物のＢ（ボロン）をイオン注入してポテンシャル電位を浅くする方がよい。

上記構成により、本実施形態１の固体撮像素子の動作について説明する。

本実施形態１の固体撮像素子２０において、まず、垂直ＣＣＤ２および３の垂直最終ゲート７下に蓄積されていた信号電荷は、期間ｔ１で、図２に示すように、水平転送電極に印加する駆動パルスΦＨ１、ΦＨ２Ａ、ΦＨ２Ｂを同時にＶ_Ｈに、垂直最終ゲート７に印加する駆動パルスΦＶ_ＬＡＳＴをＶ_ＨからＶ_Ｌに、駆動パルスφＴをＶ_Ｌにすることによって、水平ＣＣＤ４に対応する電荷転送電極１１Ａおよび１１Ｂ下に同時に、図３の第１の信号電荷１６のように電荷転送されて水平ＣＣＤ４の転送領域に信号電荷を蓄積する。

次に、期間ｔ２で、図２に示すように、振分けゲート電極１５に印加する駆動パルスΦＴをＶ_Ｈにすると共に、駆動パルスΦＨ１、ΦＨ２Ｂを同時にＶ_ＨからＶ_Ｌとし、駆動パルスΦＨ２Ａ をＶ_ＨとＶ_Ｌの中間値であるＶ_Ｍにすることによって、垂直ＣＣＤ３から電荷転送されてきた信号電荷は、垂直ＣＣＤ４から振分けチャネル６に電荷転送される。

この場合、電荷転送電極１１Ａ、１１Ｂ下の垂直ＣＣＤ４にはそれぞれ垂直方向に転送方向付け部１４が形成されており、図３に示すようにポテンシャル勾配Ｄが垂直方向に付いている。したがって、転送方向付け部１４によって、水平ＣＣＤ４の電荷転送電極１１Ａ、１１Ｂ下にポテンシャル勾配Ｄ（傾斜部分）を形成して、電荷残りなく、信号電荷がスムーズに水平ＣＣＤ４から振分けチャネル６側に電荷転送する。

その後、期間ｔ３で、図２に示すように、駆動パルスΦＨ２ＡをＶ_ＭからＶ_Ｌにすることによって、図３に示すように信号電荷の振分けチャネル６への電荷転送を確実にする。

さらに、期間ｔ４において、図２に示すように、駆動パルスΦＨ１をＶ_Ｈにすると共に、駆動パルスΦＴをＶ_Ｌにすることによって、図３に示すように振分けチャネル６の信号電荷は蓄積電極９下の水平ＣＣＤ５へと電荷転送される。

一方、垂直ＣＣＤ２から電荷転送されてきた信号電荷は、期間ｔ２〜ｔ４においては、振分けチャネル６上のチャネルストッパ１によって水平ＣＣＤ４にそのまま留まっている。このようにして、垂直ＣＣＤ２および３からの信号電荷はそれぞれ水平ＣＣＤ４および５にそれぞれ振分けられ、垂直ＣＣＤ２および３からの信号電荷の振分け電荷転送が完了する。

さらに、期間ｔ５において、二つの水平ＣＣＤ４および５内をそれぞれ出力部（電荷検出部）に向って水平方向に電荷転送されると共に、垂直ＣＣＤ３から水平ＣＣＤ４に新たに電荷転送されてきた第２の信号電荷１７は前回の第１の信号電荷１６の電荷残りと混ざってノイズ成分になることがなくなる。

以上により、本実施形態１によれば、２本の水平ＣＣＤ４，５を持つ固体撮像素子２０において、垂直ＣＣＤに近い水平ＣＣＤ４に設けられた２枚の電荷転送電極１１Ａ，１１Ｂにおいて、それぞれの電荷転送電極１１Ａ，１１Ｂ下の所定領域に垂直方向および水平方向に転送方向付けを行った転送方向付け部１４を設けたため、垂直ＣＣＤに近い側の水平ＣＣＤ４から遠い側の水平ＣＣＤ５へ、従来のように信号電荷の取り残すことなく、信号電荷を効率よく電荷転送することができる。このため、フレームレートの高い、歩留りの良い固体撮像素子２０を得ることができる。

なお。本実施形態１では、水平ＣＣＤを２本有する固体撮像素子２０について説明したが、これに限らず、水平ＣＣＤが３本あってもよく４本あってもよく、水平ＣＣＤがそれ以上あってもよい。

この場合、垂直ＣＣＤから最も遠い水平ＣＣＤ以外の水平ＣＣＤ上に形成されている各電荷転送電極下の領域にそれぞれ転送方向付け部１４を形成する。

また、本実施形態１では、垂直ＣＣＤに近い側の水平ＣＣＤ上には２枚の電荷転送電極が配置されている場合について説明したが、これに限らず、３枚の電荷転送電極が配置されていてもよく、４枚の電荷転送電極が配置されていてもよく、それ以上の電荷転送電極が配置されていてもよい。

さらに、本実施形態１では、転送方向付け部１４の形状は、垂直ＣＣＤに近い側が広く、遠い側が狭い形状であり、その変化のし方が、滑らかである場合について説明したが、これに限らず、階段状に変化する場合であってもよい。
（実施形態２）
上記実施形態１では、垂直ＣＣＤに近い側の水平ＣＣＤ４を垂直方向に２分割して２枚の電極により振り分け電荷転送する場合について説明したが、本実施形態２では、垂直ＣＣＤに近い側の水平ＣＣＤ４を垂直方向に４分割して４枚の電極により振り分け電荷転送する場合について説明する。

図４は、本発明の実施形態２に係る固体撮像素子の要部構成例を示す水平ＣＣＤの平面図である。

図４において、本実施形態例２の固体撮像素子２０Ａは、信号電荷を垂直方向に電荷転送する複数列の第１電荷転送手段としての垂直ＣＣＤの垂直最終ゲート（図示せず）から各信号電荷がそれぞれ受け渡されて各信号電荷が割り振られる２行の第２電荷転送手段としての水平ＣＣＤ４、５と、これらの２本の水平ＣＣＤ４、５間に配設され、これらの水平ＣＣＤ４、５を分離する振分けチャネル６とを有しており、複数列の垂直ＣＣＤに近い側の水平ＣＣＤ４（電荷転送路）の信号電荷を、複数列の垂直ＣＣＤにから遠い側の水平ＣＣＤ５（電荷転送路）に電荷転送するために、複数列の垂直ＣＣＤに近い側の水平ＣＣＤ４上に、近い側の水平ＣＣＤ４の幅方向に複数枚（ここでは４枚）の転送電極３１〜３４が配設されている。
水平ＣＣＤ４は、第１ポリシリコン層で形成された転送電極２１と、第２ポリシリコン層と第３ポリシリコン層を交互に配置した複数（ここでは４枚）の電荷転送電極３１〜３４から構成されている。

この水平ＣＣＤ４は、垂直ＣＣＤの垂直最終ゲート（図示せず）から受け渡された各信号電荷を、電荷転送電極２１に駆動パルスΦＨ１を印加すると共に、電荷転送電極３１〜３４に駆動パルスΦＨ２を印加することにより水平方向に電荷転送する場合と、電荷転送電極３１〜３４にそれぞれ駆動パルスΦＨａ３１〜ΦＨａ３４をそれぞれ印加することにより水平ＣＣＤ５側に電荷転送する場合とがある。電荷転送電極３１〜３４下の所定の電荷転送領域中にそれぞれ、転送方向付け部１４Ａがそれぞれ形成されている。

水平ＣＣＤ５は、第１ポリシリコン層で形成された転送電極２１と、第２ポリシリコン層で形成された転送電極２２とが水平方向に繰り返し配設されており、転送電極２１に駆動パルスΦＨ１を印加すると共に、転送電極２２に駆動パルスΦＨ２を印加することにより水平方向に電荷転送することができる。

振分けチャネル６は、水平ＣＣＤ４と水平ＣＣＤ５との間を分離するものであり、第３ポリシリコン層で構成され、振分けチャネル６と転送電極２１が交差するところでは、第１ポリシリコン層で形成された電荷転送電極２１下にチャネルストップ部２３が設けられており、水平ＣＣＤ４と水平ＣＣＤ５とを分離している。

転送方向付け部１４Ａの平面視外形状は、垂直ＣＣＤに近い側の辺が長く、遠い側の辺が短い台形状または三角形状に形成されている。また、この転送方向付け部１４Ａの平面視外形状は、垂直ＣＣＤに近い側から遠い側に向かう第１方向としての垂直方向に対して、片側が水平方向に階段状（段階状）に傾斜して狭くなっている台形状または直角三角形状に形成されている。

これは、水平ＣＣＤ４において、垂直方向にポテンシャル勾配Ｄが形成されるようにするためである。また、これは、水平ＣＣＤ４において、水平方向にもポテンシャル勾配Ｄが形成されるようにするめたでもある。台形状の方が直角三角形状よりも、鋭角部分が少ないため、加工上容易である。

なお、転送方向付け部１４Ａの平面視形状は、台形状または三角形状としたが、これに限らず、台形状の傾斜辺が台形状の外側に膨れていてもよく、また、台形状の傾斜辺が台形状の内側に膨れていてもよい。台形状の傾斜辺が台形状の内側に膨れている場合を、台形状の傾斜辺が段階状のものに代えて図４に転送方向付け部１４Ｂで示している。転送方向付け部１４Ｂの場合には、水平ＣＣＤ４において、水平ＣＣＤ５から遠い側に電荷残りが発生し難くくなる。
（実施形態３）
図５は、本発明の実施形態３として、本発明の実施形態１、２の固体撮像素子のいずれかを含む固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。

図５において、本実施形態３の電子情報機器９０は、上記実施形態１、２の固体撮像素子２０または２０Ａからの撮像信号を各種信号処理してカラー画像信号を得る固体撮像装置９１と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部９２と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示手段９３と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信手段９４とを有している。

なお、この電子情報機器９０として、これに限らず、固体撮像装置９１の他に、メモリ部９２と、表示手段９３と、通信手段９４と、プリンタなどの画像出力装置９５とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。

この電子情報機器９０としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。

したがって、本実施形態３によれば、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力装置９５により良好にプリントアウト（印刷）したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部９２に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。

なお、本実施形態１、２では、特に説明しなかったが、垂直電荷転送手段に近い側の水平電荷転送手段（水平ＣＣＤ４）上の幅方向に複数の電荷転送電極が配置されており、この複数の電荷転送電極下の各電荷転送領域に垂直方向および水平方向の転送方向付け部がそれぞれ形成されている。これによって、垂直ＣＣＤに近い側の水平ＣＣＤ４に配置された複数の電荷転送電極下の所定の電荷転送領域内にそれぞれ転送方向付けを行って、垂直方向および水平方向共に信号電荷を効率よく電荷転送することができる本発明の目的を達成することができる。

以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜３を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜３に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜３の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の半導体素子で構成された複数の水平転送部を持つ固体撮像素子および、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、複数の水平ＣＣＤを持つ固体撮像素子において、複数本の水平電荷転送手段を持つ固体撮像素子において、垂直電荷転送手段に近い側の水平電荷転送手段に配置された複数の電荷転送電極下の電荷転送領域にそれぞれ転送方向付け部を設けたため、垂直電荷転送手段に近い側の水平電荷転送手段から遠い側の水平電荷転送手段へ、信号電荷の取り残しなく信号電荷を効率よく垂直方向に電荷転送でき、これと同時に、これに直交する水平方向にも転送方向付けを行うことにより、信号電荷の取り残しなく信号電荷の電荷転送を効率よく行うことができる。

本発明の実施形態１に係る固体撮像素子の要部構成例を示す水平ＣＣＤの平面図である。 水平ブランキング期間中に図１の各電荷転送電極に印加する各駆動パルスの波形図である。 図１のＢ−Ｂ’線に沿った断面構造および、図２の各期間ｔ１〜ｔ５における各電荷転送電極下の電位分布と信号電荷の電荷転送の様子を示す模式図である。 本発明の実施形態２に係る固体撮像素子の要部構成例を示す水平ＣＣＤの平面図である。 本発明の実施形態３として、本発明の実施形態１、２の固体撮像素子のいずれかを含む固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。 特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子の要部構成例を示す水平ＣＣＤの平面図である。 水平ブランキング期間中に図６の各電極に印加する駆動パルスの波形図である。 図６のＡ―Ａ’線に沿った断面構造および、図７の各期間ｔ１〜ｔ５における各電極下の電位分布と信号電荷の電荷転送の様子を示す模式図である。

符号の説明

１ チャネルストップ
２、３ 垂直ＣＣＤ
４、５ 水平ＣＣＤ
６ 振分けチャネル
７ 垂直最終ゲート
８ 金属配線
９、１０、１１Ａ、１１Ｂ、１２、２１、２２、３１〜３４ 電極
１４、１４Ａ、１４Ｂ 転送方向付け部
１５ 振り分け電極
２０、２０Ａ 固体撮像素子
Ｄ ポテンシャル勾配
９０ 電子情報機器
９１ 固体撮像装置
９２ メモリ部
９３ 表示手段
９４ 通信手段
９５画像出力装置

Claims (9)

1. 入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の受光部からそれぞれ読み出された各信号電荷を複数の第１電荷転送路を用いて第１方向に電荷転送する複数の第１電荷転送手段と、該複数の第１電荷転送手段からそれぞれ受け渡された各信号電荷を、複数の第２電荷転送路を用いて該第１方向に直交する第２方向にそれぞれ電荷転送する複数の第２電荷転送手段とを有する固体撮像素子において、
   該第１電荷転送手段に近い側の第２電荷転送手段上の幅方向に複数の電荷転送電極が配置されており、該複数の電荷転送電極下の各電荷転送領域に、電荷残りなく信号電荷をスムーズに電荷転送するための、該第１方向および該第２方向の転送方向付け部がそれぞれ形成されて、該第１電荷転送手段に近い側の第２電荷転送手段上の幅方向に該転送方向付け部が複数形成されており、
   該転送方向付け部は、Ｎ型不純物がイオン注入された電荷転送領域のうちの所定形状領域にＰ型不純物をイオン注入することにより、該第１方向および該第２方向の電荷転送方向に電荷転送用のポテンシャル勾配が形成されており、
   該転送方向付け部のイオン注入の平面視形状は、該所定形状領域として、片側に傾斜辺を持つ台形状の傾斜辺が該台形状の内側に膨れている固体撮像素子。
2. 前記転送方向付け部は、その平面視形状に渡って一様の不純物濃度で不純物がイオン注入されている請求項１に記載の固体撮像素子。
3. 前記転送方向付け部の平面視形状は、前記第１電荷転送手段に遠い側の第２方向の長さ比べて、該第１電荷転送手段に近い側の第２方向の長さを長くした形状である請求項１に記載の固体撮像素子。
4. 前記転送方向付け部の平面視形状は、前記第１電荷転送手段に近い側から遠い側に向かう第１方向に行くほど、前記第２方向に滑らかまたは段階的に狭くなっている請求項１または３に記載の固体撮像素子。
5. 前記転送方向付け部の平面視形状は、前記第１電荷転送手段に近い側から遠い側に向かう第１方向に対して片側が前記第２方向に狭くなっている請求項１、３および４のいずれかに記載の固体撮像素子。
6. 前記複数の第１電荷転送手段からの信号電荷が、複数の第２電荷転送手段に割り振られている請求項１に記載の固体撮像素子。
7. 前記複数の電荷転送電極の数は少なくとも２枚以上で構成されている請求項１に記載の固体撮像素子。
8. 前記Ｐ型不純物はＢ（ボロン）である請求項１に記載の固体撮像素子。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。
   

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