JPH10335635A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体撮像素子（ＣＣＤ）の水平転送部に於い
て、出力ゲート部側の水平転送チャネルの絞り込み角度
を変えずに、ダイナミックレンジのコントロール及び出
力ゲート部での転送改善を行う。 【解決手段】 水平転送部１に於いて、出力ゲート部３
の電極および水平転送レジスタ７の最終段を形成する電
極の、水平転送チャネル４幅方向における端部を屈曲さ
せた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子、特
にその水平転送部に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来の固体撮像素子（ＣＣＤ）
の水平転送部及び出力部の構成を示す模式図である。図
４において、水平転送レジスタ２１は、電荷蓄積電極２
２Ｓ及び電荷転送電極２２Ｔを有してなる転送部２３を
単位として複数配列され、２相の駆動パルスφＨ₁ 及び
φＨ₂ により、信号電荷を水平方向に転送するように形
成される。

【０００３】また、２４は電荷が転送される水平転送チ
ャネルであり、２５はチャネルストップ領域である。水
平転送チャネル２４の最終段の転送部２３が、ゲート電
圧ＶHOG が印加される出力ゲート部２６を介して、出力
部３０を構成するフローティングディフージョン領域２
７に接続され、水平転送チャネル２４よりの信号電荷が
フローティングディフージョン領域２７に転送され、電
荷−電圧変換されて出力アンプ２８を通じて出力され
る。水平転送レジスタ２１と出力ゲート部２６によって
水平転送部１１が形成される。出力部３０においては、
フローティングディフージョン領域２７に転送された信
号電荷を、リセットドレイン領域３１に放出するため
に、両領域２７及び３１間に、リセットゲート電極３２
を通じて、ゲート電圧φＲＧが印加されるリセットゲー
ト部３３が形成される。

【０００４】図５は、図４のＢ−Ｂ線上の断面を示す。
例えばＮ型半導体基板３５上に、Ｐ型ウエル領域３６が
形成され、このＰ型ウエル領域３６上に、水平転送チャ
ネル２４を構成する、例えばＮ型の埋込みチャネル領域
３４が形成される。このＮ型埋込みチャネル領域３４上
に絶縁膜３７を介して電荷蓄積電極２２Ｓ及び電荷転送
電極２２Ｔが接続されて複数の転送部２３が形成され、
それぞれ２相の駆動パルスφＨ₁ 及びφＨ₂ が印加され
る。電荷転送電極２２Ｔ下には、ポテンシャル差を形成
するためにＰ^- 層３８が形成される。

【０００５】出力ゲート部２６は、埋込みチャネル領域
３４上に、絶縁膜３７を介してゲート電圧ＶHOG が印加
される出力ゲート電極４０を形成して構成される。フロ
ーティングディフージョン領域２７及びリセットドレイ
ン領域３１は、共にＮ⁺ 層にて形成され、両領域２７及
び３１間のＮ型領域上に、絶縁膜３７を介してリセット
ゲート電極３２を形成してリセットゲート部３３が形成
される。

【０００６】そして通常、図４に示すように、水平転送
レジスタ２１の最終段の転送部２３及び出力ゲート部２
６での水平転送チャネル２４、即ち上記埋込みチャネル
領域３４は、最終段の転送部２３側よりフローティング
ディフージョン領域２７側に向かって、その幅Ｗ₂ が漸
次小となるように絞り込む構造となっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の水平転送部１１の構造は、図４に示すように各転送部
２３の電極２２Ｓ，２２Ｔ及び出力ゲート電極４０の形
状が、電荷転送方向ａに対して直角、即ち幅方向に直線
状なものが一般的であり、水平転送チャネル２４は、出
力ゲート電極４０付近で出力部、即ちフローティングデ
ィフージョン領域２７に向かって絞られる形となってい
る。このため実効的な出力ゲート部２６の電荷転送チャ
ネル長は、水平転送チャネル２４の中央部と側端とで大
きな差があり、側端では転送チャネル長が長く転送不良
が発生し易い。

【０００８】そこで、上記出力ゲート部２６の転送チャ
ネル長差を少なくする為に、水平転送チャネル２４の出
力部方向への絞り込み角度を狭くした場合には、最終段
の転送部２３の電荷蓄積量（いわゆる最大取扱い蓄積
量）が減少し、ダイナミックレンジが低下するという問
題が生じる。従って、従来構造では、ダイナミックレン
ジの低下なしに出力ゲート部での転送不良を改善するこ
とが困難であった。

【０００９】本発明は、水平転送部において、ダイナミ
ックレンジの低下なしに、出力ゲート部での転送効率を
改善できるようにした固体撮像素子を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る固体撮像素
子は、出力ゲート部の電極及び水平転送レジスタの最終
段を形成する電極の、水平転送チャネル幅方向における
端部をそれぞれ屈曲させた構成とする。このような構成
においては、水平転送レジスタの最終段での電荷蓄積量
が増加し、ダイナミックレンジの低下が防止され、同時
に出力ゲート部での転送チャネル長差、即ち中央部と側
端部での転送チャネル長差が低減、若しくは同一とな
り、出力ゲート部における転送効率が改善される。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に係る固体撮像素子は、固
体撮像素子の水平転送部において、出力ゲート部の電極
及び水平転送レジスタの最終段を形成する電極の、水平
転送チャネル幅方向における端部をそれぞれ屈曲した構
成とする。

【００１２】本発明は、上記固体撮像素子において、出
力ゲート部での水平転送チャネル長が、中央部と端部と
で同一となるように、出力ゲート部の電極及び水平転送
レジスタの最終段を形成する電極の、水平転送チャネル
幅方向における端部をそれぞれ屈曲した構成とする。

【００１３】本発明は、上記固体撮像素子において、そ
れぞれの電極の端部が、水平転送チャネルの漸次幅狭と
された領域での幅方向の両端に対応する位置で屈曲した
構成とする。

【００１４】以下、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の固体撮像素子、特にその水平転送部及
び出力部の構成の一例を示すものであり、図２は、図１
のＡ−Ａ線上の断面図である。本例においても、図１に
示すように、電荷蓄積電極５Ｓ及び電荷転送電極５Ｔを
有してなる転送部６が複数配列され、２相の駆動パルス
φＨ₁ 及びφＨ₂ により、信号電荷を水平方向に転送す
る水平転送レジスタ７が形成される。

【００１５】また、水平転送レジスタ７の最終段の転送
部６が、ゲート電圧ＶHOG が印加される出力ゲート部３
を介して出力部２を構成するフローティングディフージ
ョン領域９に接続され、水平転送レジスタ７よりの信号
電荷がフローティングディフージョン領域９に転送さ
れ、電荷−電圧変換されて出力アンプ８を通じて出力さ
れる。水平転送レジスタ７と出力ゲート部３によって水
平転送部１が形成される。出力部２においては、フロー
ティングディフージョン領域９に転送された信号電荷
を、リセットドレイン領域１０に放出するために、両領
域９及び１０間にゲート電圧φＲＧが印加されるリセッ
トゲート部１９が形成される。４は電荷が転送される水
平転送チャネルであり、２０はチャネルストップ領域で
ある。

【００１６】水平転送レジスタ７は、図２に示すよう
に、例えばＮ型半導体基板１２上に、Ｐ型ウエル領域１
３が形成され、このＰ型ウエル領域１３に水平転送チャ
ネル４を構成するＮ型の埋込みチャネル領域１４が形成
される。このＮ型埋込みチャネル領域１４上に、絶縁膜
１５を介して電荷蓄積電極５Ｓ及び電荷転送電極５Ｔが
形成されて複数の転送部６が形成され、２相の駆動パル
スφＨ₁ 及びφＨ₂ が印加される。電荷転送電極５Ｔ下
には、ポテンシャル差を形成するためにＰ^- 層１６が形
成される。

【００１７】出力ゲート部３は、埋込みチャネル領域１
４上に、絶縁膜１５を介してゲート電圧ＶHOG が印加さ
れる出力ゲート電極１７を形成して構成される。フロー
ティングディフージョン領域９及びリセットドレイン領
域１０は、共にＮ⁺ 層にて形成され、両領域９及び１０
間のＮ型領域上に、絶縁膜１５を介してリセットゲート
電極１８を形成してリセットゲート部１９が形成され
る。

【００１８】水平転送レジスタ７の最終段の転送部６及
び出力ゲート部３での水平転送チャネル４、即ち埋込み
チャネル領域１４は、図１に示すように、最終段の転送
部６側よりフローティングディフージョン領域９側に向
かって、その幅Ｗ₁ が漸次小となるように絞り込む構造
となっている。

【００１９】そして本発明においては、特に、図１に示
すように、水平転送部１に於いて、その出力ゲート部３
の出力ゲート電極１７及び水平転送レジスタ７の最終段
の転送部６の電極、即ち電荷蓄積電極５ｓを、それぞれ
の両端部、即ち水平転送チャネル４の幅方向の両端部が
屈曲するように形成する。即ち、出力ゲート電極１７を
その電荷転出側の辺の形状に対応して、電荷転入側の辺
の転送チャネル幅方向の両端部が屈曲するように形成
し、その屈曲に対応して、水平転送レジスタ７の最終段
を形成する転送部６の電荷蓄積電極５Ｓも、その電荷転
出側の辺の両端部が屈するように形成する。

【００２０】この屈曲は、水平転送チャネル４の漸次幅
狭となる領域の幅方向の端部に対応する位置に、例えば
その水平転送チャネル４の斜辺に直角に形成される。そ
れ以外の転送電極５Ｓ，５Ｔは、電荷転送方向ｂに直角
となるように直線状に形成される。

【００２１】かかる構成によれば、水平転送レジスタ７
の最終段の転送部６の出力ゲート部３での水平転送チャ
ネル４の絞り込み角度を変えず、即ち従来と同様の絞り
込み角度とするも、最終段の転送部６の電荷蓄積電極５
Ｓ及び出力ゲート部３の出力ゲート電極１７を、その水
平転送チャネル４の幅方向の両端を屈曲するように形成
することにより、出力ゲート部３での転送チャネル長
差、すなわち中央部と側端部との転送チャネル長差を低
減することができ、その転送チャネル側端の電荷転送効
率が改善され、出力ゲート部３における電荷転送効率を
向上することができる。また、同時に、最終段の転送部
６においては、その電荷蓄積電極５Ｓの端部が屈曲した
分、蓄積電荷量が増え、ダイナミックレンジを向上する
ことができる。

【００２２】図３は、本発明の他の例を示す。なお図３
において、図１に対応する部分には、同一符号を付して
重複説明を省略する。この例においては、水平転送チャ
ネル４の絞り込み角度を、図１と同様にすると共に、出
力ゲート部３の出力ゲート電極１７及び水平転送レジス
タ７の最終段の転送部６の電荷蓄積電極５Ｓのそれぞれ
の両端部を、出力ゲート部３の中央部の転送チャネル長
Ｌ₁ が、側端部の転送チャネル長Ｌ_2,Ｌ₃ と等しくなる
ように（Ｌ₁ ＝Ｌ₂ ＝Ｌ₃ ）屈曲して形成する。

【００２３】かかる構成とするときには、出力ゲート部
３での中央部の転送チャネル長Ｌ₁と側端部の転送チャ
ネル長Ｌ₂ ，Ｌ₃ とが等しいので、水平転送チャネル４
端部でも中央部と同様の転送効果が得られるようにな
り、出力ゲート部３での転送不良が避けられ、信号電荷
出力のダイナミックレンジの良好なコントロールが得ら
れる。

【００２４】なお、本発明は、転送チャネルの絞り込み
角度を変更した場合にも、最終段の転送部６の電極５
Ｓ、出力ゲート電極１７の屈曲形状をコントロールする
ことで、ダイナミックレンジのコントロール及び水平ゲ
ート部での転送不良を避けることが可能である。

【００２５】上例では、埋込みチャネル型の水平転送部
に適用したが、その他、表面チャネル型の水平転送部に
も適用できる。

【００２６】本発明は、２次元のセンサ、リニアセンサ
等のＣＣＤ固体撮像素子にも適用できるものである。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、水平転送レジスタの最
終段の電極形状及び出力ゲート電極形状を屈曲させるこ
とにより、出力ゲート部において、中央部と束端部での
転送チャネル長差が低減し、あるいは、転送チャネル長
が中央部と側端部とで等しくなり、又、転送チャネル部
の絞り込み角度を変更することなく、或いは変更した場
合でも、出力ゲート部での転送効率を向上することがで
き、同時にダイナミックレンジのコントロールが良好と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固体撮像素子の水平転送部の一例
を示す構成図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線上の断面図である。

【図３】本発明に係る固体撮像素子の水平転送部の他の
例を示す構成図である。

【図４】従来の固体撮像素子の水平転送部の構成図であ
る。

【図５】図４のＢ−Ｂ線上の断面図である。

【符号の説明】

１，１１ 水平転送部、２，３０ 出力部、３，２６
出力ゲート部、４，２４ 水平転送チャネル、５Ｓ，２
２Ｓ 電荷蓄積電極、５Ｔ，２２Ｔ 電荷転送電極、
６，２３ 転送部、７，２１ 水平転送レジスタ、８，
２８ 出力アンプ、９，２７ フローティングディフー
ジョン領域、１０，３１ リセットドレイン領域、１
７，４０ 出力ゲート電極、２０，２５ チャネルスト
ップ領域、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体撮像素子の水平転送部に於いて、出
   力ゲート部の電極および水平転送レジスタの最終段を形
   成する電極の、水平転送チャネル幅方向における端部が
   それぞれ屈曲されて成ることを特徴とする固体撮像素
   子。
2. 【請求項２】 前記出力ゲート部での水平転送チャンネ
   ル長が、中央部と端部とで同一となるように、前記出力
   ゲート部の電極および前記水平転送レジスタの最終段を
   形成する電極の、水平転送チャネル幅方向における端部
   がそれぞれ屈曲して成ることを特徴とする請求項１に記
   載の固体撮像素子。
3. 【請求項３】 前記それぞれの電極の端部が、前記水平
   転送チャネルの漸次幅狭とされた領域での幅方向の端部
   に対応する位置で屈曲されて成ることを特徴とする請求
   項１に記載の固体撮像素子。