TW201921665A - 固體攝像裝置 - Google Patents

固體攝像裝置

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Abstract

第一區域包含排列於第一方向之複數個第一傳送行區域。第二區域包含排列於第一方向之複數個第二傳送行區域。第二區域在第二傳送部中之電荷傳送方向上位於第一區域之下游。複數個第一傳送行區域之第二方向上之長度相同。複數個第二傳送行區域之第二方向上之長度大於第一傳送行區域之長度，且在電荷傳送方向上越為位於下游側之第二傳送行區域則越大。第三區域對應於第一區域而配置，且沿第一方向延伸。第四區域對應於第二區域而配置，且以第二方向上之與像素區域之間隔對應於複數個第二傳送行區域之長度變化而在電荷傳送方向上增大之方式延伸。

Description

固體攝像裝置
本發明係關於一種固體攝像裝置。
已知之固體攝像裝置具備：複數個像素區域、複數個第一傳送部、及複數個第二傳送部(例如，參照專利文獻1)。複數個像素區域各自具有於第一方向及與第一方向正交之第二方向上二維排列之複數個光感應區域，且排列於第一方向。各第一傳送部與複數個像素區域中對應之像素區域在第二方向上並排，且將光感應區域中產生之電荷傳送至每個對應之像素區域。各第二傳送部與複數個第一傳送部中對應之第一傳送部在第二方向上並排，且取得自對應之第一傳送部傳送之電荷。各第二傳送部將取得之電荷於第一方向上傳送。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2000-350100號公報
[發明所欲解決之問題]
為了使固體攝像裝置中之訊框速率高速化，有一個固體攝像裝置具備複數個讀出埠之情況。於該情形時，例如，需要於每個讀出埠確保用以配置放大器之空間。於上述專利文獻1所記載之固體攝像裝置中，第一傳送部在第二方向上之長度在對應於第一傳送部的第二傳送部之電荷傳送方向上逐漸增大。對應於第一傳送部之第二傳送部以與像素區域之距離在電荷傳送方向上逐漸延長之方式沿著與第一方向及第二方向交叉的方向延伸。放大器配置於在第一方向上相鄰之第二傳送部間之空間。
於上述專利文獻1所記載之固體攝像裝置中，於第一傳送部在第一方向上之整個範圍內，第二方向上之長度在第二傳送部之電荷傳送方向上逐漸增大。第一傳送部在第二方向上位於像素區域與第二傳送部之間。於第一傳送部在第一方向上之整個範圍內，像素區域與第二傳送部之距離在第二傳送部之電荷傳送方向上逐漸增大。因此，導致像素區域至第二傳送部之沿著第二方向之電荷傳送距離延長。第二傳送部之整體沿著與第一方向及第二方向交叉之方向延伸。於該情形時，欲於沿著第一方向之電荷傳送方向上移動之電荷一面碰撞於第二傳送部中之與第一傳送部之邊界一面被傳送。因此，有受第一傳送部之電位阻礙，而引起第二傳送部中之電荷傳送效率變差之虞。
本發明之一態樣之目的在於提供一種提高電荷傳送效率之固體攝像裝置。 [解決問題之技術手段]
本發明之一態樣係固體攝像裝置，其具備：複數個像素區域、複數個第一傳送部、及複數個第二傳送部。複數個像素區域各自具有在第一方向及與第一方向正交之第二方向上二維排列之複數個光感應區域，且排列於第一方向。複數個第一傳送部分別與複數個像素區域中對應之像素區域在第二方向上並排，且將光感應區域中產生之電荷傳送至每個對應之像素區域。複數個第二傳送部分別與複數個第一傳送部中對應之第一傳送部在第二方向上並排，且取得自對應之第一傳送部傳送之電荷，將取得之電荷於第一方向傳送。各第一傳送部具有：第一區域，其包含排列於第一方向之複數個第一傳送行區域；及第二區域，其包含排列於第一方向之複數個第二傳送行區域。第二區域在第二傳送部中之電荷傳送方向上位於第一區域之下游。複數個第一傳送行區域之第二方向上之長度相同。複數個第二傳送行區域之第二方向上之長度大於第一傳送行區域之長度，且在電荷傳送方向上越為位於下游之第二傳送行區域則越大。各第二傳送部具有：第三區域，其對應於第一區域而配置；及第四區域，其對應於第二區域而配置。第三區域沿著第一方向延伸。第四區域以第二方向上之與像素區域之間隔對應於複數個第二傳送行區域之長度變化而在電荷傳送方向上增大之方式，沿著與第一方向及第二方向交叉之方向延伸。
於上述一態樣中，各第一傳送行區域中之沿著第二方向之電荷傳送距離短於各第二傳送行區域中之沿著第二方向之電荷傳送距離。因此，於上述一態樣中，與包含於第一傳送部之所有傳送行區域在第二方向上之長度在第二傳送部中之電荷傳送方向上逐漸增大之構成相比，沿著第二方向之電荷傳送距離較短。 於上述一態樣之第三區域中，欲於沿著第一方向之電荷傳送方向移動之電荷不易碰撞於第二傳送部中之與第一傳送部之邊界。因此，第二傳送部中之電荷傳送不易受第一傳送部之電位阻礙。上述一態樣與第二傳送部整體沿著與第一方向及第二方向交叉之方向延伸之構成相比，提高第二傳送部中之電荷傳送效率。 根據以上，上述一態樣之固體攝像裝置提高電荷傳送效率。
於上述一態樣中，各第二傳送行區域可包含第一雜質區域、及與第一雜質區域相比雜質濃度較高之第二雜質區域。第二雜質區域可在各第二傳送行區域中，在第二方向上自靠近像素區域之一端或該一端之附近設置至靠近第二傳送部之另一端。第二雜質區域之第一方向上之寬度可在自一端朝向另一端之垂直傳送方向上增加。於第二雜質區域在第一方向上之寬度在垂直傳送方向上增加之情形時，於各第二傳送行區域形成在垂直傳送方向上電位變高之電位梯度。因此，藉由該電位梯度，像素區域至第二傳送部之電荷傳送距離較長之各第二傳送行區域亦高效地傳送電荷。
於上述一態樣中，將第二傳送行區域在第二方向上分割成n個之各區間中之第二雜質區域之寬度可以相鄰之各區間中之第二雜質區域之電位差為固定之方式設定。於該情形時，n為2以上之整數。於本構成中，第二傳送行區域之電位梯度大致固定。因此，第二傳送行區域進而更高效地傳送電荷。
上述一態樣可進而具備複數個輸出部。於該情形時，複數個輸出部自複數個第二傳送部中對應之第二傳送部之電荷傳送方向上之後端取得電荷，且輸出與取得之電荷對應之信號。輸出部可配置於由對應之第二傳送部、及與對應之第二傳送部在電荷傳送方向相鄰之第二傳送部包圍的區域。本構成於第二傳送部在第一方向上之寬度不小於像素區域在第一方向上之寬度之情形時，亦確保由對應之第二傳送部、及與對應之第二傳送部在電荷傳送方向上相鄰之第二傳送部包圍之區域。於該區域，配置有輸出自對應之第二傳送部取得之電荷所對應之信號的輸出部。因此，於本構成中，自第二傳送部朝向輸出部之電荷之傳送方向不易彎曲。本構成提高了電荷傳送效率，且易於設計固體攝像裝置。 [發明之效果]
根據本發明之一態樣，提供一種提高電荷傳送效率之固體攝像裝置。
以下，參照隨附圖式對本發明之實施形態詳細地進行說明。於說明中，對同一要素或具有同一功能之要素使用同一符號而省略重複之說明。
首先，參照圖1及圖2，說明本實施形態之固體攝像裝置1之構成。圖1係顯示固體攝像裝置之平面構成之圖。圖2係顯示固體攝像裝置之剖面構成之圖。圖2顯示沿著圖1之II-II線之固體攝像裝置之剖面構成。
如圖1所示，固體攝像裝置1具備：複數個像素區域3a、複數個傳送部7、複數個移位暫存器9、及複數個放大器AM。於本實施形態中，例如，傳送部7包含第一傳送部，移位暫存器9包含第二傳送部，放大器AM包含輸出部。
像素區域3a於俯視時呈矩形形狀。該矩形形狀具有例如在第一方向D1上相互對向之一對短邊、與在第二方向D2上相互對向之一對長邊。於本實施形態中，第一方向D1包含沿著Y軸之正向及負向之雙向。第二方向D2包含沿著X軸之正向及負向之雙向。第一方向D1與第二方向D2正交。複數個像素區域3a排列於第一方向D1。複數個像素區域3a構成受光區域3。受光區域3包含複數個像素區域3a。受光區域3在第一方向D1上被分割成複數個像素區域3a。
像素區域3a具有複數個光電轉換部5。複數個光電轉換部5在第一方向D1及第二方向D2上二維排列。各光電轉換部5具有根據入射光產生電荷之光感應區域6。於本實施形態中，一個光電轉換部5具有一個光感應區域6。光感應區域6在第一方向D1及第二方向D2上二維排列。一個光感應區域6(光電轉換部5)構成像素區域3a之一像素。各像素區域3a具有二維排列之複數個光感應區域6。
複數個傳送部7分別與複數個像素區域3a對應。各傳送部7以與複數個像素區域3a中對應之像素區域3a之長邊相鄰之方式配置。各傳送部7在第二方向D2上以與對應之像素區域3a之長邊相鄰且與對應之像素區域3a並排之方式配置。傳送部7位於像素區域3a與移位暫存器9之間。傳送部7傳送對應之像素區域3a之光感應區域6中產生之電荷。傳送部7取得自像素區域3a排出之電荷，並將取得之電荷傳送至移位暫存器9。
各轉送部7包含複數個傳送行區域7a。複數個傳送行區域7a對應於排列於第一方向D1之光感應區域6之行，即，對應於像素行，且排列於第一方向D1。傳送行區域7a傳送對應之像素行之光感應區域6中產生之電荷。傳送行區域7a自對應之像素行取得電荷，並將取得之電荷傳送至移位暫存器9。
各傳送部7具有第一區域13、與第二區域14。第二區域14在對應之移位暫存器9中之電荷傳送方向上位於第一區域13之下游。於本實施形態中，移位暫存器9中之電荷傳送方向意指沿著第一方向D1，自第一區域13朝向第二區域14之方向。於本實施形態中，移位暫存器9中之電荷傳送方向為Y軸負向。以下，將移位暫存器9中之電荷傳送方向稱為「水平傳送方向TD1」。水平傳送方向TD1上之下游意指電荷傳送方向上之電荷傳送順序較靠後。第一區域13在水平傳送方向TD1上位於較第二區域14更上游，第二區域14在水平傳送方向TD1上位於較第一區域13更下游。
於第一區域13中，傳送行區域7a包含第一傳送行區域13A。因此，各第一區域13包含複數個第一傳送行區域13A。第二方向D2上之各第一傳送行區域13A之長度La相同。於本實施形態中，長度La相同不僅意指值完全相同，還意指值之差異包含於測定誤差或預先設定之±大約1 μm以內之範圍。於各第一區域13中，複數個第一傳送行區域13A之各長度La相同，且複數個第一傳送行區域13A排列於第一方向D1。因此，各第一區域13於俯視時呈矩形形狀。該矩形形狀具有在第一方向D1上相互對向之一對短邊、與在第二方向D2上相互對向之一對長邊。長度La為例如7 μm。
於第二區域14中，傳送行區域7a包含第二傳送行區域14A。因此，各第二區域14包含複數個第二傳送行區域14A。第二方向D2上之各第二傳送行區域14A之長度Lb大於長度La。水平傳送方向TD1上越靠下游之第二傳送行區域14A長度Lb越大。於第二區域14中，梯形形狀之第二傳送行區域14A以水平傳送方向TD1上越靠下游之第二傳送行區域14A長度Lb越大之方式排列於第一方向D1。因此，第二區域14於俯視時呈梯形形狀。該梯形形狀具有在第一方向D1上相互對向之一對邊14e、14f、與在第二方向D2上相互對向之一對邊14g、14h，且自邊14e朝向邊14f寬度變寬。
各第二傳送行區域14A之與像素區域3a相鄰之邊在第一方向D1上直線狀地排列。各第二傳送行區域14A之與像素區域3a相鄰之邊構成第二區域14之邊14g。邊14g沿第一方向D1直線狀地延伸。各第二傳送行區域14A之與移位暫存器9相鄰之邊係以與第一方向D1及第二方向D2以相同角度交叉之方式直線狀地排列。各第二傳送行區域14A之與移位暫存器9相鄰之邊構成第二區域14之邊14h。邊14h以相對於第一方向D1與第二方向D2以特定角度交叉之方式直線狀地延伸。
長度Lb在邊14f之位置最大。長度Lb之最大值為例如50 μm。第二方向D2上之第二區域14之最大長度即邊14f之長度，大於第一區域13及移位暫存器9在第二方向D2上之長度之和，該第一區域13在第一方向D1上相鄰於第二區域14中在水平傳送方向TD1上位於最下游之第二傳送行區域14A。邊14f之長度大於長度La與第二方向D2上之移位暫存器9之長度之和。
邊14e為第二區域14之第一方向D1上之一端。邊14e在第一方向D1上靠近第一區域13。邊14f為第二區域14之第一方向D1上之另一端。邊14f在第一方向D1上與第一區域13為相反側。邊14g為第二區域14在第二方向D2上之一端。邊14g在第二方向D2上靠近像素區域3a。邊14h為第二區域14之第二方向D2上之另一端。邊14h在第二方向D2上靠近移位暫存器9。以下，將沿著自邊14g朝向邊14h之方向、即沿著第二方向D2，自像素區域3a朝向移位暫存器9之方向稱為「垂直傳送方向TD2」。
第一區域13在第一方向D1上之寬度大於第二區域14在第一方向D1上之寬度。排列於第一方向D1之第一傳送行區域13A之數量多於排列於第一方向D1之第二傳送行區域14A之數量。例如，第一區域13在第一方向D1上之寬度為第二區域14在第一方向D1上之寬度之大約10倍。於該情形時，第一傳送行區域13A之數量與第二傳送行區域14A之數量之比為大約10：1。
各第二傳送行區域14A包含雜質濃度不同之複數個雜質區域。圖3係顯示第二傳送行區域之模式圖。如上所述，第二傳送行區域14A於俯視時呈梯形形狀，但於圖3中，以具有一對短邊14a、14b及一對長邊14c、14d之矩形形狀模式性顯示第二傳送行區域14A。
如圖3所示，第二傳送行區域14A包含一對第一雜質區域11、與第二雜質區域12。第二雜質區域12之雜質濃度高於第一雜質區域11之雜質濃度。第一雜質區域11及第二雜質區域12之構成於下文再述。
第二雜質區域12在第二傳送行區域14A中，在第二方向D2上自一短邊14a設置至另一短邊14b。於本實施形態中，第二雜質區域12自短邊14a連續設置至短邊14b。短邊14a構成第二區域14之邊14g之一部分。短邊14a為第二傳送行區域14A(第二區域14)在第二方向D2上之一端。短邊14a在第二方向D2上靠近像素區域3a。短邊14b構成第二區域14之邊14h之一部分。短邊14b為第二傳送行區域14A(第二區域14)在第二方向D2上之另一端。短邊14b在第二方向D2上靠近移位暫存器9。第二雜質區域12在第一方向D1上位於一對第一雜質區域11之間。
第二雜質區域12於圖3之俯視時，呈相對於沿著第二方向D2之第二傳送行區域14A之中心線G1線對稱之形狀。於圖3中，第二雜質區域12之平面形狀相對於中心線G1線對稱。中心線G1如下定位：平行於第二傳送行區域14A之一對長邊14c、14d，且距各長邊14c、14d之距離相等。於本實施形態中，「相等」不僅為值完全相同，還意指值之差異包含於測定誤差或預先設定之微小差異之範圍內。第二雜質區域12之平面形狀相對於中心線G1線對稱指於以中心線G1分割第二雜質區域12時，位於中心線G1兩側之各區域鏡像對稱，且各區域之面積及數量相等。中心線G1為鏡像對稱軸。
第二雜質區域12在第一方向D1上之寬度W沿自短邊14a朝向短邊14b之方向增加。第二雜質區域12之形狀參照圖5於下文再述。
第二雜質區域12於第二傳送行區域14A形成沿圖1之X軸正向變高之電位梯度。電位梯度沿著一對短邊14a、14b對向之方向，即沿著第二方向D2，沿自短邊14a朝向短邊14b之方向變高。該電位梯度將自光感應區域6傳送至第二傳送行區域14A之電荷在第二傳送行區域14A中沿自短邊14a朝向短邊14b之方向傳送。電位梯度於垂直傳送方向TD2上傳送電荷。到達短邊14b之電荷自第二傳送行區域14A排出。
如圖1所示，各移位暫存器9以對應之傳送部7位於對應之像素區域3a與移位暫存器9之間之方式配置。各移位暫存器9靠近各像素區域3a之長邊而配置。各移位暫存器9與對應之傳送部7在第二方向D2上相鄰。像素區域3a、傳送部7、及移位暫存器9在第二方向D2上按照像素區域3a、傳送部7、移位暫存器9之順序排列。移位暫存器9取得自傳送部7傳送之電荷，並朝水平傳送方向TD1(Y軸負向)傳送，且依序輸出至放大器AM。放大器AM將自移位暫存器9輸出之電荷轉換成電壓，並將轉換後之電壓作為每個光感應區域6之輸出而輸出至固體攝像裝置1之外部。放大器AM構成讀出埠。
移位暫存器9具有第三區域15、與第四區域16。第三區域15配置於與第一區域13對應之位置。第四區域16配置於與第二區域14對應之位置。第三區域15在第二方向D2上靠近第一區域13之長邊而配置，且沿著第一方向D1延伸。第三區域15於俯視時呈矩形形狀。該矩形形狀具有在第一方向D1上相互對向之一對短邊、與在第二方向D2上相互對向之一對長邊。於本實施形態中，第三區域15在第一方向D1上之寬度與第一區域13在第一方向D1上之寬度大致相同。
第四區域16在第二方向D2上靠近第二區域14之邊14h而配置。第四區域16以與像素區域3a在第二方向D2上之間隔H對應長度Lb之變化而在水平傳送方向TD1上增大之方式，沿著與第一方向D1及第二方向D2交叉之方向延伸。第四區域16於俯視時呈平行四邊形形狀。該平行四邊形形狀具有在第一方向D1上相互對向之一對短邊、與在第二方向D2上相互對向之一對長邊。
第四區域16之各長邊與第二區域14之邊14h平行。第四區域16之各長邊以相對於第一方向D1與第二方向D2以特定角度交叉之方式直線狀地延伸。第四區域16之各長邊在第一方向D1上之寬度大於第四區域16之各長邊在第二方向D2上之寬度。第四區域16之各長邊相對於第一方向D1所成之角度小於第四區域16之各長邊相對於第二方向D2所成之角度。第四區域16以與相對於第二方向D2之角度相比相對於第一方向D1之角度更小之方式傾斜而延伸。第四區域16係以較第二方向D2(X軸方向)更接近第一方向D1(Y軸方向)之平緩角度傾斜。例如，第四區域16相對於第一方向D1以小於45°之角度傾斜。
第四區域16在第一方向D1上之寬度與第二區域14在第一方向D1上之寬度大致相同。第四區域16在第二方向D2上之長度與第三區域15在第二方向D2上之長度大致相同。移位暫存器9在第二方向D2上之寬度無關於水平傳送方向TD1上之位置而大致固定。
各放大器AM自對應之移位暫存器9之水平傳送方向TD1上之後端取得電荷，並輸出對應於取得之電荷之電壓(信號)。放大器AM配置於區域S。區域S為由對應之移位暫存器9、及與對應之移位暫存器9在水平傳送方向TD1上相鄰之移位暫存器9包圍之區域。區域S亦可為由兩個移位暫存器9包圍之區域，其中一移位暫存器9傳送並輸出在第一方向D1上相鄰之二個像素區域3a中之一像素區域3a中產生之電荷，另一移位暫存器9傳送並輸出另一像素區域3a中產生之電荷。於本實施形態中，將一個放大器AM配置於區域S，且設置於一個像素區域3a。固體攝像裝置1對一個受光區域3具備複數個放大器AM。於固體攝像裝置1中，藉由將放大器AM配置於區域S，而相對於一個像素區域3a設置一個放大器AM。固體攝像裝置1為具備複數個輸出部(複數個讀出埠)之多埠型固體攝像裝置。
於在第一方向D1上相鄰之光感應區域6之間及在第一方向D1上相鄰之傳送部7之間，配置有隔離區域。配置於光感應區域6之間之隔離區域將相鄰之光感應區域6電性分離。配置於傳送部7之間之隔離區域將相鄰之傳送部7電性分離。
固體攝像裝置1具有半導體基板10。受光區域3、複數個傳送部7、及複數個移位暫存器9形成於半導體基板10。於本實施形態中，半導體基板10為矽基板。半導體基板10如圖2所示包含：成為半導體基板10之基體之本體層10A、與表面層24～26。表面層24～26形成於本體層10A之一側。
本體層10A為p型半導體層。表面層24為n型半導體層。表面層25亦如圖3所示包含：一對n型半導體層25a、與一個n+ 型半導體層25b。n+ 型半導體層25b於第一方向D1上位於一對n型半導體層25a之間。表面層26為n- 型半導體層。p型及n型之各導電型可以與上述之導電型相反之方式予以替換。
標註於導電型之「+」表示高雜質濃度。標註於導電型之「-」表示低雜質濃度。低雜質濃度亦包含藉由與標註有「-」之導電型相反之導電型之雜質補償標註有「-」之導電型之雜質的一部分，而外觀上成低雜質濃度之態樣。「+」之數量表示標註有「+」之導電型之雜質濃度之程度，「+」之數量越多，表示標註有「+」之導電型之雜質濃度越高。n型雜質為例如N、P、或As。p型雜質為例如B或Al。
於本體層10A與表面層24之界面處，形成有pn接合。表面層24構成像素區域3a。複數個電極41～44配置於絕緣層(未圖示)上。電極41～44形成於絕緣層之對應於表面層24之區域上。電極41～44間接地配置於表面層24上。電極41～44在第二方向D2上按照電極41、電極42、電極43、電極44之順序排列。以電極41～44為一組，在第二方向D2上排列複數組電極41～44。表面層24之位於一組電極41～44下方之區域構成一個光感應區域6(一像素)。
驅動電路(未圖示)分別對電極41～44賦予信號P1V、P2V、P3V、P4V。各信號P1V、P2V、P3V、P4V決定表面層24之位於一組電極41～44下方之區域(光感應區域6)之電位梯度。一組電極41～44在位於一組電極41～44下方之區域中，形成在垂直傳送方向TD2上逐漸加深之電位梯度。一組電極41～44形成在垂直傳送方向TD2上變高之電位梯度。根據光入射而在光感應區域6中產生之電荷沿著形成之電位梯度，於垂直傳送方向TD2上移動。驅動電路由控制裝置(未圖示)控制。
表面層25之n型半導體層25a如圖3所示，構成第二傳送行區域14A之第一雜質區域11。第一雜質區域11之形狀對應於n型半導體層25a之形狀。表面層25之n+ 型半導體層25b構成第二傳送行區域14A之第二雜質區域12。第二雜質區域12之形狀對應於n+ 型半導體層25b之形狀。
n+ 型半導體層25b之雜質濃度高於n型半導體層25a之雜質濃度。較高之n+ 型半導體層25b之寬度W在垂直傳送方向TD2上逐漸增大。於垂直傳送方向TD2上靠近短邊14a之區域中，n+ 型半導體層25b之寬度W較小。於n+ 型半導體層25b之寬度W較小之情形時，來自位於n+ 型半導體層25b兩側之n型半導體層25a之邊緣電場之影響較大。因此，於垂直傳送方向TD2上靠近短邊14a之區域中，表面層25之電位較淺。於垂直傳送方向TD2上靠近短邊14b之區域中，n+ 型半導體層25b之寬度W較大。於n+ 型半導體層25b之寬度W較大之情形時，來自位於n+ 型半導體層25b兩側之n型半導體層25a之邊緣電場之影響較小。因此，於垂直傳送方向TD2上靠近短邊14b之區域中，表面層25之電位較深。其結果，於表面層25，如圖4所示，形成在垂直傳送方向TD2上逐漸加深之電位梯度。於表面層25形成在垂直傳送方向TD2上逐漸變高之電位梯度。圖4係顯示固體攝像裝置中形成之電位之變化之圖。
電極45亦配置於絕緣層上。電極45形成於絕緣層之對應於表面層25之區域上。電極45間接地配置於表面層25上。表面層25與電極45構成第二傳送行區域14A(傳送部7之第二區域14)。驅動電路對電極45賦予信號TG。根據信號TG，例如，如圖4(a)及(b)所示，表面層25之電位變化。藉由該電位變化，第二傳送行區域14A(傳送部7之第二區域14)自光感應區域6取得電荷，且將取得之電荷向移位暫存器9發送。
由於第一傳送行區域13A(傳送部7之第一區域13)具備先前已知之構成，故省略第一傳送行區域13A之圖示。第一傳送行區域13A例如與先前之固體攝像裝置同樣地，由表面層、與間接配置於該表面層上之電極構成。該表面層不包含雜質濃度不同之複數個雜質區域。表面層為例如n- 型半導體層。
電極46亦配置於絕緣層上。電極46形成於絕緣層之對應於表面層26之區域上。電極46間接地配置於表面層26上。表面層26與電極46構成移位暫存器9。驅動電路對電極46賦予信號P1H。根據信號P1H，例如，如圖4(a)及(b)所示，表面層26之電位變化。藉由該電位變化，移位暫存器9自傳送部7取得電荷，且將取得之電荷發送至放大器AM。
電極41～46包含例如多晶矽膜。上述之絕緣層包含例如氧化矽膜。
接著，參照圖5，說明第二雜質區域12之形狀。圖5係用於說明第二雜質區域之寬度之圖。圖5顯示將第二傳送行區域14A在第二方向D2上分割成n個之各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 中之第二雜質區域12之寬度W1 、……、Wk 、……、Wn 。第二傳送行區域14A在第二方向D2上具有長度L。n為2以上之整數。k為2以上且n-1以下之整數。寬度W0 為區間L1 之最小寬度。寬度W0 為第二雜質區域12在垂直傳送方向TD2最上游之一端(圖3所示之短邊14a)之第二雜質區域12之寬度。
於本實施形態中，各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 為將第二傳送行區域14A在第二方向D2上進行n等分之各區間。等分意指分成相等之分量，但亦可不將各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 分成完全相等之分量。可於各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 之寬度包含測定誤差或預先設定之±數μm左右之範圍之微小差異等。於圖5中將第二傳送行區域14A等分成12個。
第二雜質區域12之寬度W1 、……、Wk 、……、Wn 為例如各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 中最靠近短邊14b(參照圖3)之位置處之寬度。於該情形時，寬度W1 、……、Wk 、……、Wn 為各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 在垂直傳送方向TD2下游端之寬度，且為各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 之最大寬度。寬度W1 、……、Wk 、……、Wn 不限於各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 之最大寬度。例如，寬度W1 、……、Wk 、……、Wn 可為各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 之寬度之平均值等。
第二雜質區域12之寬度W1 、……、Wk 、……、Wn 之增加率ΔW1 、……、ΔWk 、……ΔWn (ΔWk =Wk -Wk-1 )在垂直傳送方向TD2上逐漸增大。於各區間L1、……、Lk 、……、Ln 內，第二雜質區域12之寬度W自垂直傳送方向TD2之上游朝向下游逐漸增大。於各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 內，於垂直傳送方向TD2之上游端至下游端內，第二雜質區域12之寬度W在垂直傳送方向TD2上單調增加。第二雜質區域12之寬度W1 、……、Wk 、……、Wn 以相鄰之各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 之電位差ΔV1 、……、ΔVk 、……、ΔVn (ΔVk =Vk -Vk-1 )固定之方式設定。其中，ΔV1 =V1 -V0 。V0 為在寬度W0 位置處之第二傳送行區域14A之電位。
接著，說明決定第二雜質區域12之形狀之過程。 首先，說明獲得第二雜質區域12之寬度W1 、……、Wk 、……、Wn 之順序。於第一順序中，計算每個特定陷波寬度之第二傳送行區域14A之電位。於計算該電位時，使用具有陷波寬度在垂直傳送方向TD2上固定之第二雜質區域12之固體攝像裝置之模型。就每個特定之陷波寬度，計算光感應區域6之最大電位。陷波寬度為例如0.8 μm～6.1 μm之範圍內之值。將計算結果顯示於圖6。圖6係顯示每個陷波寬度之第二雜質區域之電位之圖表。圖6之橫軸表示陷波寬度[μm]。圖6之縱軸表示對應於陷波寬度之第二傳送行區域14A之最大電位[V]。圖6之縱軸表示越往上最大電位越大，越往下最大電位越小。
於第二順序中，於圖6之圖表中，將陷波寬度為0.8 μm～6.1 μm之範圍所對應之範圍之電位進行n等分。於圖6所示之例中，例如，將電位進行12等分。自圖6之圖表讀取電位之各等分點(1、……k、……n)處之陷波寬度。將讀取到之各等分點處之陷波寬度設為對應於各等分點之第二雜質區域12之各寬度W1 、……、Wk 、……、Wn 。 根據以上順序，獲得相鄰之各區間中第二傳送行區域14A之電位差固定之第二雜質區域12之各寬度W1 、……、Wk 、……、Wn 。
於圖7顯示獲得之第二雜質區域12之各寬度W0 、W1 、……、Wk 、……、Wn 。圖7係顯示各等分點處之第二雜質區域之寬度之表。 接著，基於獲得之第二雜質區域12之各寬度W0 、W1 、……、Wk 、……、Wn (參照圖7)，決定第二雜質區域12之形狀。於該順序中，使第二雜質區域12之各寬度W0 、W1 、……、Wk 、……、Wn 對應於n=0、1、……、k、……n之各等分點而加以描繪。 根據以上順序，決定第二雜質區域12之形狀。第二雜質區域12之形狀無關於第二傳送行區域14A在垂直傳送方向TD2上之長度，而成與圖5所示之形狀相似之形狀。
接著，為了顯示第二雜質區域12之形狀適於提高電荷傳送效率而進行模擬。將模擬結果顯示於圖8～圖12。
圖8係顯示包含本實施形態之第二雜質區域之第二傳送行區域之模擬模型之圖。圖9係顯示第二傳送行區域之電位之模擬結果之圖表。圖9所示之電位為使用圖8所示之模型模擬第二傳送行區域14A之電位之模擬結果。於圖9中，以等電位線顯示電位。圖9之x軸正向相當於垂直傳送方向TD2。圖10係顯示傳送方向上之電位梯度之圖表。圖10係基於圖9之結果描繪第二傳送行區域14A之對應於垂直傳送方向TD2上之位置之電位值的圖表。圖10之橫軸表示第二傳送行區域14A在垂直傳送方向TD2(x軸正向)上之位置[μm]。圖10之縱軸表示第二傳送行區域14A之最大電位[V]。圖10之縱軸表示越往上最大電位越小，越往下最大電位越大。圖11係顯示參考例之第二傳送行區域之電位之模擬結果的圖表。於參考例中，第二傳送行區域14A不包含第二雜質區域12。
如圖11所示，於第二傳送行區域14A不包含第二雜質區域12之情形時，於第二傳送行區域14A之中央部未形成電位梯度。因此，於第二傳送行區域14A在第二方向D2上之長度較大之情形時，例如，於第二傳送行區域14A在第二方向D2上之長度為大約50 μm之情形時，難以於垂直傳送方向TD2上傳送電荷Ec。相對於此，如圖9及圖10所示，於第二傳送行區域14A包含第二雜質區域12之情形時，第二傳送行區域14A之電位梯度形成為遍及第二傳送行區域14A之沿著垂直傳送方向TD2之大致全域而大致固定。於該情形時，第二傳送行區域14A之電位梯度在第二傳送行區域14A中高效地傳送電荷Ec。
接著，參照圖12說明本實施形態之固體攝像裝置1之作用及效果。圖12係顯示本實施形態之固體攝像裝置之作用及效果之模式圖。圖12(a)模式性顯示比較例之固體攝像裝置100。圖12(b)模式性顯示本實施形態之固體攝像裝置1。
如圖12(a)所示，固體攝像裝置100取代本實施形態之傳送部7而具備傳送部17，且取代本實施形態之移位暫存器9而具備移位暫存器19。傳送部17係傳送部17整體在第二方向D2上之長度在水平傳送方向TD1上逐漸增大。傳送部17在第二方向D2上位於像素區域3a與移位暫存器9之間。於傳送部17在第一方向D1上之全域，像素區域3a與移位暫存器19之間隔在水平傳送方向TD1上逐漸增大。因此，導致像素區域3a至移位暫存器9之沿著第二方向D2之電荷傳送距離延長。 移位暫存器19整體沿著與第一方向D1及第二方向D2交叉之方向延伸。於該情形時，欲於水平傳送方向TD1上移動之電荷一面碰撞於移位暫存器19中之與傳送部17之邊界一面被傳送。因此，有受傳送部17之電位阻礙，而引起移位暫存器9中之電荷傳送效率變差之虞。
相對於此，於本實施形態之固體攝像裝置1中，傳送部7具有：第一區域13，其包含複數個第一傳送行區域13A；及第二區域14，其包含複數個第二傳送行區域14A。於各第一傳送行區域13A中，與各第二傳送行區域14A相比，沿著第二方向D2之電荷傳送距離較短。因此，於固體攝像裝置1中，與傳送部7所含之所有傳送行區域7a在第二方向D2上之長度在水平傳送方向TD1上逐漸增大的上述比較例相比，沿著第二方向D2之電荷傳送距離較短。 移位暫存器9具有第三區域15與第四區域16。於第三區域15中，欲於水平傳送方向TD1上移動之電荷不易碰撞於移位暫存器9中之與傳送部7之邊界。因此，移位暫存器9中之電荷傳送不易受傳送部7之電位阻礙。 固體攝像裝置1與移位暫存器9之整體沿著與第一方向D1及第二方向D2交叉之方向延伸之上述比較例相比，提高移位暫存器9中之電荷傳送效率。 根據以上，固體攝像裝置1提高電荷傳送效率。
於本實施形態中，第四區域16之各長邊以相對於第一方向D1與第二方向D2以特定角度交叉之方式直線狀地延伸。於該構成中，例如，與第四區域16之各長邊彎折成階梯狀之構成相比，即使於第四區域16中電荷碰撞於移位暫存器9中之與傳送部7之邊界之情形，移位暫存器9中之電荷傳送亦不易受傳送部7之電位阻礙。 第四區域16以較第二方向D2更接近第一方向D1之平緩角度傾斜。於該構成中，例如，與第四區域16相對於第一方向D1以大於45°之角度傾斜之構成相比，即使於第四區域16中電荷碰撞於移位暫存器9中之與傳送部7之邊界之情形，移位暫存器9中之電荷傳送亦不易受傳送部7之電位阻礙。 作為該等之結果，即使電荷碰撞於移位暫存器9中之與傳送部7之邊界之情形，固體攝像裝置1亦抑制電荷傳送效率之降低。
於本實施形態中，各第二傳送行區域14A包含第一雜質區域11及第二雜質區域12。由於第二雜質區域12在第一方向D1上之寬度W在垂直傳送方向TD2上增加，故於各第二傳送行區域14A形成在垂直傳送方向TD2上電位變高之電位梯度。因此，藉由該電位梯度，像素區域3a至移位暫存器9之電荷傳送距離較長之各第二傳送行區域14A亦高效地傳送電荷。
於本實施形態中，各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 中之第二雜質區域12之寬度W1 、……、Wk 、……、Wn 以相鄰之各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 中之第二雜質區域12之電位差固定之方式設定。於固體攝像裝置1中，第二傳送行區域14A之電位梯度大致固定。因此，第二傳送行區域14A進而更高效地傳送電荷。
於移位暫存器9在第一方向D1上之寬度不小於像素區域3a在第一方向D1上之寬度之情形時，固體攝像裝置1亦確保由對應之移位暫存器9、及與對應之移位暫存器9在水平傳送方向TD1上相鄰之移位暫存器9包圍之區域S。於該區域S，配置有輸出自對應之移位暫存器9取得之電荷所對應之信號之放大器AM。因此，於固體攝像裝置1中，自移位暫存器9朝向放大器AM之電荷之傳送方向不易彎曲。將放大器AM配置於區域S之構成提高了電荷傳送效率，且易於設計固體攝像裝置1。
以上，對本發明之實施形態進行了說明，但本發明未必限定於上述之實施形態者，於不脫離其主旨之範圍內可有各種變更。
例如，第二雜質區域12之形狀不限定於上述實施形態所示之形狀。第二雜質區域12如圖13所示可呈各種形狀。圖13係顯示第二雜質區域之變化例之模式圖。於圖13中，以二點鏈線顯示將第二傳送行區域14A分割成複數個之各區間之邊界位置。
於上述實施形態中，第二雜質區域12於第二傳送行區域14A中自短邊14a設置至短邊14b。第二雜質區域12亦可不自第二傳送行區域14A之短邊14a開始設置。例如，如圖13(a)所示，第二雜質區域12A自短邊14a附近設置至短邊14b。短邊14a附近意指例如自短邊14a離開不妨礙電荷移動之程度之位置。於該情形時，短邊14a附近為距離短邊14a數μm左右之位置。於圖13(a)中，短邊14a之附近為各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 中最靠近短邊14a之區間L1 中較短邊14a更靠近短邊14b之位置。
於上述實施形態中，各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 為將第二傳送行區域14A進行n等分之各區間，且各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 在第二方向D2上之寬度相等。各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 在第二方向D2上之寬度亦可不相等。如圖13(b)所示，各區間為例如以第二方向D2上之寬度在垂直傳送方向TD2上逐漸變窄之方式分割第二傳送行區域14A的各區間。於該情形時，各區間之第二雜質區域12B之寬度之增加率在傳送方向TD上仍逐漸增大。
於上述實施形態中，第二雜質區域12之寬度W在各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 內增加。第二雜質區域12之寬度W亦可不在各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 內增加。例如，如圖13(c)所示，第二雜質區域12C之寬度W在各區間內不增加，而於各區間之邊界位置增加。第二雜質區域12C之各區間內之外形形狀為矩形。
於上述實施形態中，第二雜質區域12由一個區域構成。第二雜質區域12亦可由複數個微小區域構成。例如，如圖13(d)所示，第二雜質區域12D於各區間內由複數個微小區域12d構成。於圖13(d)中，以虛線顯示第二雜質區域12D所對應之區域之輪廓。
於各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 中最靠近短邊14b之區間Ln ，第二雜質區域12之寬度Wn 之增加率可以在靠近短邊14b處增大之方式變化。例如，於圖13(e)中，將第二傳送行區域14A進行3等分。於將第二傳送行區域14A進行三等分之區間中最靠近短邊14b之區間，第二雜質區域12E之寬度之增加率不固定，而以在靠近短邊14b處增大之方式變化。亦可將第二傳送行區域14A等分成二等分，又可等分成四等分以上。「靠近短邊14b」意指例如最靠近短邊14b之區間之較第二方向D2上之中心線CL更靠近短邊14b。
第二傳送行區域14A亦可不包含雜質濃度不同之複數個雜質區域。第二傳送行區域14A亦可不包含第二雜質區域12。 [產業上之可利用性]
本發明可用於多埠型之CCD影像感測器。
1‧‧‧固體攝像裝置
3‧‧‧受光區域
3a‧‧‧像素區域
5‧‧‧光電轉換部
6‧‧‧光感應區域
7‧‧‧傳送部
7a‧‧‧傳送行區域
9‧‧‧移位暫存器
10‧‧‧半導體基板
10A‧‧‧本體層
11‧‧‧第一雜質區域
12‧‧‧第二雜質區域
12A～12E‧‧‧第二雜質區域
12d‧‧‧微小區域
13‧‧‧第一區域
13A‧‧‧第一傳送行區域
14‧‧‧第二區域
14A‧‧‧第二傳送行區域
14a‧‧‧短邊
14b‧‧‧短邊
14c‧‧‧長邊
14d‧‧‧長邊
14e‧‧‧邊
14f‧‧‧邊
14g‧‧‧邊
14h‧‧‧邊
15‧‧‧第三區域
16‧‧‧第四區域
17‧‧‧傳送部
19‧‧‧移位暫存器
24～26‧‧‧表面層
25a‧‧‧n型半導體層
25b‧‧‧n+型半導體層
41～46‧‧‧電極
100‧‧‧固體攝像裝置
AM‧‧‧放大器
CL‧‧‧中心線
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
Ec‧‧‧電荷
G1‧‧‧中心線
H‧‧‧間隔
k•L/12‧‧‧長度
L‧‧‧長度
La‧‧‧長度
Lb‧‧‧長度
L1～Ln‧‧‧區間
L/12‧‧‧長度
P1V～P4V 信號
S‧‧‧區域
TD1‧‧‧水平傳送方向
TD2‧‧‧垂直傳送方向
W‧‧‧寬度
W0～W12‧‧‧寬度
Wk‧‧‧寬度
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
Z‧‧‧方向
II-II‧‧‧線
圖1係顯示固體攝像裝置之平面構成之圖。 圖2係顯示固體攝像裝置之剖面構成之圖。 圖3係顯示第二傳送行區域之模式圖。 圖4(a)、(b)係顯示固體攝像裝置中形成之電位之變化之圖。 圖5係用於說明第二雜質區域之寬度之圖。 圖6係顯示每個陷波寬度之第二雜質區域之電位之圖表。 圖7係顯示各等分點處之第二雜質區域之寬度之表。 圖8係顯示包含本實施形態之第二雜質區域之第二傳送行區域之模擬模型的圖。 圖9係顯示第二傳送行區域之電位之模擬結果之圖表。 圖10係顯示傳送方向上之電位梯度之圖表。 圖11係顯示參考例中之第二傳送行區域之電位之模擬結果的圖表。 圖12(a)、(b)係顯示本實施形態之固體攝像裝置之作用及效果之模式圖。 圖13(a)～(e)係顯示第二雜質區域之變化例之模式圖。

Claims (4)

  1. 一種固體攝像裝置，其具備： 複數個像素區域，其等各自具有在第一方向及與上述第一方向正交之第二方向上二維排列之複數個光感應區域，且排列於上述第一方向； 複數個第一傳送部，其等分別與上述複數個像素區域中對應之像素區域在上述第二方向上並排，且將上述光感應區域中產生之電荷傳送至每個上述對應之像素區域；及 複數個第二傳送部，其等分別與上述複數個第一傳送部中對應之第一傳送部在上述第二方向上並排，且取得自上述對應之第一傳送部傳送之上述電荷，將取得之上述電荷於上述第一方向傳送；且 各上述第一傳送部具有： 第一區域，其包含排列於上述第一方向之複數個第一傳送行區域；及 第二區域，其包含排列於上述第一方向之複數個第二傳送行區域，且在上述第二傳送部中之電荷傳送方向上位於上述第一區域之下游；且 上述複數個第一傳送行區域之上述第二方向上之長度相同； 上述複數個第二傳送行區域之上述第二方向上之長度大於上述第一傳送行區域之上述長度，且在上述電荷傳送方向上越為位於下游之上述第二傳送行區域則越大； 各上述第二傳送部具有： 第三區域，其對應於上述第一區域而配置，且沿著上述第一方向延伸；及 第四區域，其對應於上述第二區域而配置，且以上述第二方向上之與上述像素區域之間隔對應於上述複數個第二傳送行區域之上述長度之變化而在上述電荷傳送方向上增大之方式，沿著與上述第一方向及上述第二方向交叉之方向延伸。
  2. 如請求項1之固體攝像裝置，其中 各上述第二傳送行區域包含：第一雜質區域、及與上述第一雜質區域相比雜質濃度較高之第二雜質區域；且 上述第二雜質區域在各上述第二傳送行區域中，在上述第二方向上自靠近上述像素區域之一端或該一端附近設置至靠近上述第二傳送部之另一端； 上述第二雜質區域之上述第一方向上之寬度係在自上述一端朝向上述另一端之垂直傳送方向上增加。
  3. 如請求項2之固體攝像裝置，其中 將上述第二傳送行區域在上述第二方向上分割成n個之各區間中之上述第二雜質區域之上述寬度係以相鄰之各區間中之上述第二雜質區域之電位差為固定之方式設定，n為2以上之整數。
  4. 如請求項1至3中任一項之固體攝像裝置，其進而具備： 複數個輸出部，其等自上述複數個第二傳送部中對應之第二傳送部之上述電荷傳送方向上之後端取得上述電荷，且輸出與取得之上述電荷對應之信號；且 上述輸出部配置於由上述對應之第二傳送部、及與上述對應之第二傳送部在上述電荷傳送方向相鄰之上述第二傳送部包圍的區域。
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