TWI829645B - 固體攝像裝置 - Google Patents

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Abstract

光感應區域包含第一雜質區域、及與第一雜質區域相比雜質濃度較高之第二雜質區域。光感應區域具有在第二方向上遠離傳送部之一端、與在第二方向上靠近傳送部之另一端。第二雜質區域之俯視時之形狀相對於沿著第二方向之光感應區域之中心線成線對稱。第二雜質區域在第一方向上之寬度沿自一端朝向另一端之傳送方向增加。將光感應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之增加率在傳送方向上逐漸增大。n為2以上之整數。

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：複數個光電轉換部，其等排列於第一方向；及複數個傳送部，其等與複數個光電轉換部中對應之光電轉換部在與第一方向交叉之第二方向上並排(例如參照專利文獻1)。各光電轉換部具有根據入射光產生電荷之光感應區域。各傳送部傳送對應之光電轉換部中產生之電荷。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2015-90906號公報
[發明所欲解決之問題]
於上述固體攝像裝置中，例如，若光電轉換部在第二方向上之長度較大，則光電轉換部中傳送電荷之距離變大。於該情形時，光電轉換部需高效地傳送電荷。為了高效地傳送電荷，例如，將雜質追加注入至光電轉換部，使光感應區域之雜質濃度變化。上述固體攝像裝置之光感應區域具有：第一雜質區域、及與第一雜質區域相比雜質濃度更高之第二雜質區域。光感應區域具有：於第二方向上遠離傳送部之一端、與在第二方向上靠近傳送部之另一端。自一端朝向另一端之方向為電荷之傳送方向。第二雜質區域呈第二方向上之寬度在傳送方向上逐漸增大之梯形形狀。該第二雜質區域將於傳送方向上逐漸變高之電位梯度形成於光感應區域。
根據第二雜質區域之形狀，有形成於光感應區域之電位梯度變化之情況。設計者們大多基於自身之感覺或經驗決定第二雜質區域之形狀。於該情形時，第二雜質區域難以形成充分之電位梯度來高效地傳送電荷，因而有電荷傳送時間增大之虞。因此，尋求電荷傳送效率之進一步提高。
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]
本發明者們新獲得了以下見解。例如，於第二雜質區域呈梯形形狀之情形時，於光感應區域中產生電位梯度較小之部位。只要第二雜質區域之形狀為不易產生電位梯度較小之部位之形狀，則電荷傳送效率提高。本發明者們基於上述之見解，就不易產生電位梯度較小之部位之形狀進行深入研究，而完成了本發明。
本發明之一態樣係一種固體攝像裝置，其具備：排列於第一方向之複數個光電轉換部、及與複數個光電轉換部中對應之光電轉換部在與第一方向交叉之第二方向上並排之複數個傳送部。複數個光電轉換部具有根據入射光而產生電荷之光感應區域。複數個傳送部傳送對應之光電轉換部中產生之電荷。光感應區域包含第一雜質區域、及與第一雜質區域相比雜質濃度較高之第二雜質區域。光感應區域具有在第二方向上遠離傳送部之一端、與在第二方向上靠近傳送部之另一端。第二雜質區域自光感應區域之一端或一端附近設置至光感應區域之另一端。第二雜質區域於俯視時呈相對於沿第二方向之光感應區域之中心線為線對稱的形狀。第二雜質區域在第一方向上之寬度沿自一端朝向另一端之傳送方向增加。將光感應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之增加率在傳送方向上逐漸增大。n為2以上之整數。
於上述一態樣中，第二雜質區域之寬度在傳送方向上增加。因此，於光感應區域形成伴隨自一端朝向另一端電位變高之電位梯度。第二雜質區域於俯視時呈相對於沿第二方向之光感應區域之中心線為線對稱之形狀。因此，於光感應區域中，無關於產生電荷之位置，皆以相同之效率傳送電荷。將光感應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之增加率在傳送方向上逐漸增大。於該情形時，第二雜質區域之形狀為不易在光感應區域中產生電位梯度較小之部位的形狀。光電轉換部更高效地傳送電荷。因此，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，各區間中之第二雜質區域之寬度可以相鄰之各區間中之光感應區域之電位差為固定之方式設定。於該情形時，光感應區域之電位梯度大致固定。因此，光電轉換部進而更高效地傳送電荷。
於上述一態樣中，各區間可為將光感應區域在第二方向上進行n等分之各區間。於該情形時，n為2以上之整數。
於上述一態樣中，各區間可為以第二方向上之寬度在傳送方向逐漸變窄之方式將光感應區域分割而成的各區間。
於上述一態樣中，於最靠近另一端之區間中，第二雜質區域之寬度之增加率可為在靠近另一端處增大地變化。 [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～圖4，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。圖3係顯示光感應區域之模式圖。圖4係顯示固體攝像裝置中形成之電位之變化的圖。
如圖1所示，固體攝像裝置1具備：受光部3、複數個輸入閘極部4、複數個傳送部7、及移位暫存器9。移位暫存器9為電荷輸出部。固體攝像裝置1為例如嵌入型之CCD(Charge Coupled Device：電荷耦合裝置)線性影像感測器。
受光部3具有複數個光電轉換部5。複數個光電轉換部5排列於第一方向D1。光電轉換部5位於輸入閘極部4與傳送部7之間。光電轉換部5呈第二方向D2上之長度相對於第一方向D1上之長度為大約1～500倍之長條矩形形狀。於本實施形態中，第一方向D1為沿著光電轉換部5之兩條長邊之對向方向的方向。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為沿著光電轉換部5之兩條短邊之對向方向的方向。第二方向D2包含沿著X軸之正向及負向之雙向。第二方向D2與第一方向D1交叉。第一方向D1與第二方向D2正交。
各光電轉換部5皆具有一個光感應區域6。光感應區域6根據入射光產生電荷。光感應區域6於俯視時呈由兩條長邊與兩條短邊劃定之矩形形狀。複數個光感應區域6排列於第一方向D1。複數個光感應區域6以第一方向D1為一維方向，並以陣列狀配置於該一維方向。一個光感應區域6構成受光部3中之一像素。
光感應區域6包含雜質濃度不同之複數個雜質區域。如圖3所示，光感應區域6包含：一對第一雜質區域11、與一個第二雜質區域12。第二雜質區域12之雜質濃度與第一雜質區域11之雜質濃度相比更高。
光感應區域6具有：一對短邊6a、短邊6b、與一對長邊6c、6d。光感應區域6由一對短邊6a、短邊6b與一對長邊6c、6d劃定。於光感應區域6中，第二雜質區域12在第二方向D2上設置於短邊6a至短邊6b。於本實施形態中，第二雜質區域12自短邊6a連續設置至短邊6b。短邊6a為第二方向D2上遠離傳送部7之一端。短邊6b為第二方向D2上靠近傳送部7之另一端。第二雜質區域12具有一端與另一端。第二雜質區域12於第一方向D1上位於一對第一雜質區域11間。一對短邊6a、短邊6b於第二方向D2上對向。第二方向D2為一對短邊6a、短邊6b對向之方向。一對長邊6c、6d於第一方向D1上對向。第一方向D1為一對長邊6c、6d對向之方向。
第二雜質區域12於俯視時呈相對於沿著第二方向D2之光感應區域6之中心線G1線對稱的形狀。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：與光感應區域6之一對長邊6c、6d平行，且距各長邊6c、6d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6a朝向短邊6b之方向增加。以下，將第一方向D1上之寬度W稱為「寬度W」。寬度W伴隨自短邊6a朝向短邊6b，狹義地單調增加。第二雜質區域12之形狀之詳細說明參照圖5於下文再述。
第二雜質區域12於光感應區域6形成沿圖1之X軸正向變高之電位梯度。電位梯度沿自短邊6a朝向短邊6b之方向變高。該電位梯度將於光感應區域6產生之電荷於光感應區域6中沿自短邊6a朝向短邊6b之方向傳送。到達短邊6b之電荷自光感應區域6排出。以下，將自短邊6a朝向短邊6b之方向稱為「傳送方向TD」。
如圖1所示，一個輸入閘極部4與一個光感應區域6(一個光電轉換部5)對應。輸入閘極部4靠近對應之光感應區域6之短邊6a而配置。輸入閘極部4以與對應之光感應區域6之短邊6a相鄰之方式，與對應之光感應區域6(光電轉換部5)在第二方向D2上並排。輸入閘極部4對光感應區域6之靠近短邊6a之區域賦予特定之電位。
一個傳送部7與一個光感應區域6(一個光電轉換部5)對應。傳送部7靠近對應之光感應區域6之短邊6b而配置。傳送部7以與對應之光感應區域6之短邊6b相鄰之方式，與對應之光感應區域6(光電轉換部5)在第二方向D2上並排。傳送部7位於光感應區域6與移位暫存器9之間。傳送部7取得自光感應區域6排出之電荷，且將取得之電荷傳送至移位暫存器9。
移位暫存器9以各傳送部7位於各光感應區域6與移位暫存器9之間之方式配置。移位暫存器9靠近光感應區域6之短邊6b而配置。移位暫存器9與複數個傳送部7在第二方向D2上相鄰。移位暫存器9取得自各傳送部7傳送之電荷，朝Y軸負向傳送，且依序輸出至放大器A。放大器A將自移位暫存器9輸出之電荷轉換成電壓，將轉換後之電壓作為光感應區域6之輸出而向固體攝像裝置1之外部輸出。
於相鄰之光感應區域6之間及相鄰之傳送部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。於半導體基板10形成有受光部3、複數個輸入閘極部4、複數個傳送部7、及移位暫存器9。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、及表面層22～27。表面層22～27配置於本體層10A之一側。
本體層10A為p型半導體層。表面層22為n++ 型半導體層。表面層23為n- 型半導體層。表面層24如圖3所示包含：一對n型半導體層24a、與一個n+ 型半導體層24b。表面層24包含一個p+ 型導體層24c。n型半導體層24a及n+ 型半導體層24b形成於本體層10A上。p+ 型導體層24c形成於n型半導體層24a上及n+ 型半導體層24b上。如圖3所示，n+ 型半導體層24b於第一方向D1上位於一對n型半導體層24a之間。表面層25為n- 型半導體層。表面層26為n型半導體層。表面層27為p+ 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n型半導體層24a及n+ 型半導體層24b之界面處，形成有pn接合。n型半導體層24a及n+ 型半導體層24b構成藉由光之入射而產生電荷之光感應區域6。n型半導體層24a構成光感應區域6中之第一雜質區域11。第一雜質區域11之形狀對應於n型半導體層24a之形狀。n+ 型半導體層24b構成第二雜質區域12。第二雜質區域12之形狀對應於n+ 型半導體層24b之形狀。
n+ 型半導體層24b之n型雜質之濃度高於n型半導體層24a之n型雜質之濃度。如圖3所示，n+ 型半導體層24b之寬度W在傳送方向TD上逐漸增大。於傳送方向TD上靠近短邊6a之區域中，n+ 型半導體層24b之寬度較小。於n+ 型半導體層24b之寬度較小之情形時，來自位於n+ 型半導體層24b兩側之n型半導體層24a之邊緣電場之影響較大。因此，於傳送方向TD上靠近短邊6a之區域中，表面層24之電位較淺。於傳送方向TD上靠近短邊6b之區域中，n+ 型半導體層24b之寬度較大。於n+ 型半導體層24b之寬度較大之情形時，來自位於n+ 型半導體層24b兩側之n型半導體層24a之邊緣電場之影響較小。因此，於傳送方向TD上靠近短邊6b之區域中，表面層24之電位較深。其結果，於表面層24，如圖4所示，形成在傳送方向TD上逐漸變深之電位之梯度。於表面層24形成在傳送方向TD上逐漸變高之電位梯度。
複數個電極41、42、43配置於絕緣層20上。電極41形成於絕緣層20之與表面層23對應之區域上。電極41以使絕緣層20位於電極41與表面層23之間之方式配置於表面層23上。電極41與表面層23構成輸入閘極部4。驅動電路101對電極41賦予信號IG。根據信號IG決定表面層23之電位。表面層23之電位定為低於表面層24之電位。因此，如圖4所示，表面層23之電位較表面層24之電位，即光感應區域6之電位更淺。驅動電路101由控制裝置102控制。
電極42形成於絕緣層20之與表面層25對應之區域上。電極42以使絕緣層20位於電極42與表面層25之間之方式配置於表面層25上。電極42與表面層25構成傳送部7。驅動電路101對電極42賦予信號TG。根據信號TG，表面層25之電位發生變化。表面層25之電位如圖4(a)所示，較表面層24之電位更淺，或如圖4(b)所示，較表面層24之電位更深。藉由表面層25之電位之變化，傳送部7自光感應區域6取得電荷，並將取得之電荷向移位暫存器9送出。
電極43形成於絕緣層20之與表面層26對應之區域上。電極43以使絕緣層20位於電極43與表面層26之間之方式配置於表面層26上。電極43與表面層26構成移位暫存器9。驅動電路101對電極43賦予信號PH。根據該信號PH，表面層26之電位發生變化。表面層26之電位如圖4(a)所示，較表面層24之電位更淺，且較表面層25之電位更深，或如圖4(b)所示，較表面層24之電位更深，且較表面層25之電位更深。藉由表面層26之電位之變化，移位暫存器9自傳送部7取得電荷。移位暫存器9將取得之電荷送出至放大器A。
表面層27將表面層22～26與半導體基板10之其他部分電性分離。上述之隔離區域可由表面層27構成。電極41～43為例如多晶矽膜。絕緣層20為例如氧化矽膜。
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(a)係顯示光感應區域之模式圖。於圖5(a)中，於第二方向D2上具有長度L之光感應區域6在第二方向上被分割成n個。n為2以上之整數。圖5(a)表示將光感應區域6分割成n個後之各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 中第二雜質區域12之寬度W0 、……、Wk 、……、Wn 。k為2以上且n-1以下之整數。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6b之位置處之寬度。於該情形時，寬度W1 、……、Wk 、……、Wn 為各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 之最大寬度。寬度W0 為區間L1 之最小寬度。寬度W0 為光感應區域6之在傳送方向TD最上游之一端(短邊6a)處之第二雜質區域12之寬度。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。圖5(b)係表示各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 中光感應區域6之電位梯度之圖表。圖5(b)之橫軸表示光感應區域6中沿傳送方向TD之位置[μm]。圖5(b)之縱軸表示各位置處之最大電位[V]。
於本實施形態中，各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 為將光感應區域6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。例如，可於各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 在第二方向D2上之寬度包含測定誤差或預先設定之±數μm之範圍之微小差異。如圖5(a)所示，第二雜質區域12之寬度W1 、……、Wk 、……、Wn 之增加率ΔW1 、……、ΔWk 、……ΔWn (ΔWk =Wk -Wk -1 )在傳送方向TD上逐漸增大。於各區間L1、……、Lk 、……、Ln 內，第二雜質區域12之寬度W自傳送方向TD之上游朝向下游逐漸增大。於各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 內，於傳送方向TD之上游端至下游端內，第二雜質區域12之寬度W在傳送方向TD上單調增加。如圖5(b)所示，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 位置處之光感應區域6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光感應區域6之電位。於計算該電位時，使用具有陷波寬度在傳送方向TD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光感應區域之電位之圖表。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光感應區域6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 。於圖6所示之例中，寬度W1 為0.9 μm，寬度W2 為1.0 μm，寬度W3 為1.1 μm，寬度W4 為1.2 μm，寬度W5 為1.35 μm，寬度W6 為1.5 μm。寬度W7 為1.7 μm，寬度W8 為2.0 μm，寬度W9 為2.4 μm，寬度W10 為2.9 μm，寬度W11 為3.9 μm，寬度W1 2 為6.1 μm。 根據以上順序，獲得相鄰之各區間中光感應區域6之電位差固定之第二雜質區域12之各寬度W1 、……、Wk 、……、Wn 。寬度W0 設定為陷波寬度之最小值。於圖6所示之例中，寬度W0 為0.8 μm。
接著，基於獲得之第二雜質區域12之各寬度W0 、W1 、……、Wk 、……、Wn ，決定第二雜質區域12之形狀。如圖7之圖表所示，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。圖7係顯示各等分點處之第二雜質區域之寬度之圖表。圖7係顯示對應於各等分點之第二雜質區域12之各寬度W0 、W1 、……、Wk 、……、Wn 之圖表。圖7之橫軸表示n=0、1、k、……n之等分點。圖7之縱軸表示以各寬度W0 、W1 、……、Wk 、……、Wn 之中心為基準之位置[μm]。圖7之縱軸亦可為第二雜質區域12與第一雜質區域11之邊界位置。 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之形狀無關於光電轉換部5在傳送方向TD上之長度，而成與圖7之圖表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10。圖8係顯示包含本實施形態之第二雜質區域之光感應區域之模擬模型之圖。圖9係以三維空間顯示光感應區域之電位之圖表。圖9所示之電位為使用圖8所示之模型模擬光感應區域6之電位之結果。於圖9中，x軸正向相當於傳送方向TD。於圖9中，y軸方向相當於第二雜質區域12之寬度方向。圖9之縱軸表示最大電位。圖9之縱軸表示越往上最大電位越小，越往下最大電位越大。圖9之縱軸表示越往上電位越淺，越往下電位越深。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所示之模擬結果描繪光感應區域6之對應於傳送方向TD上之位置之電位值的圖表。圖10之橫軸表示光感應區域6在傳送方向TD上之位置[μm]。於圖10中，x軸正向為傳送方向TD。圖10之縱軸表示各位置中之光感應區域6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。
如圖10所示，光感應區域6之電位梯度遍及光感應區域6之沿著傳送方向TD之大致整個區域成大致固定。光感應區域6中產生之電荷沿著斜率大致固定之電位梯度傳送。因此，光感應區域6中產生之電荷被高效地傳送。
接著，參照圖11及圖12，與參考例進行比較，顯示本實施形態之第二雜質區域12之形狀適於提高電荷傳送效率。圖11係顯示參考例之第二雜質區域之模式圖。於圖11(a)所示之參考例中，第二雜質區域50A之寬度W之增加率自短邊6a至靠近短邊6b之末端區域EA內為固定。末端區域EA中之寬度W之增加率大於自短邊6a至末端區域EA之寬度W之增加率。於圖11(b)所示之參考例中，第二雜質區域50B之寬度W之增加率自短邊6a至短邊6b內為固定。
圖12係對本實施形態與參考例進行比較之光感應區域中之電位梯度之圖表。圖12中之特性60a表示包含上述之實施形態之第二雜質區域12之光感應區域6中之電位梯度，且與圖10所示之特性對應。圖12中之特性60b表示包含第二雜質區域50A之光感應區域6中之電位梯度。特性60b表示使用包含第二雜質區域50A之光感應區域6之模擬模型之、自光感應區域6之電位模擬結果獲得的電位梯度。圖12中之特性60c表示包含第二雜質區域50B之光感應區域6中之電位梯度。特性60c表示使用包含第二雜質區域50B之光感應區域6之模擬模型之、自光感應區域6之電位模擬結果獲得的電位梯度。
如圖12所示，於光感應區域6包含第二雜質區域50A或第二雜質區域50B之情形時，光感應區域6之自傳送方向TD上之中央至終端，電位梯度減少。具體而言，於100 μm～200 μm之位置，產生電位梯度減少之部位。相對於此，於光感應區域6包含上述之實施形態之第二雜質區域12之情形時，未產生電位梯度減少之部位，電位梯度大致固定。於本實施形態中，與參考例相比，光感應區域6不易產生電位梯度減少之部位，而高效地傳送電荷。基於以上所述，理解為本實施形態之第二雜質區域12之形狀適於提高電荷傳送效率。
圖13係於本實施形態與參考例比較傳送時間所對應之圖像滯後之實測值之圖表。圖13之橫軸表示光感應區域6之電荷傳送時間[μs]。圖13之縱軸表示圖像滯後[%]。圖像滯後為因未自光感應區域6將電荷傳送完而使電荷殘留於光感應區域6所產生之殘像。圖13中，各特性61a、61b、61c表示圖像滯後之實測結果。特性61a表示光感應區域6包含第二雜質區域12之構成中之圖像滯後之實測結果。特性61b表示光感應區域6包含第二雜質區域50A之構成中之圖像滯後之實測結果。特性61c表示光感應區域6包含第二雜質區域50B之構成中之圖像滯後之實測結果。
如圖13所示，與包含第二雜質區域50A、50B之光感應區域6相比，於包含本實施形態之第二雜質區域12之光感應區域6中，圖像滯後大幅減少。因此，與參考例相比，實測值亦顯示出本實施形態提高光感應區域6之電荷傳送效率。
如以上，於本實施形態中，第二雜質區域12之寬度W在傳送方向TD上增加。因此，於光感應區域6形成伴隨自短邊6a朝向短邊6b電位變高之電位梯度。第二雜質區域12於俯視時呈相對於光感應區域6之中心線G1線對稱之形狀。因此，於光感應區域6中，無關於產生電荷之位置，皆以相同之效率傳送電荷。將光感應區域6在第二方向D2上分割成n個後之各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 之第二雜質區域12之寬度W1 、……、Wk 、……、Wn 之增加率ΔW1 、……、ΔWk 、……ΔWn 在傳送方向TD上逐漸增大。於該情形時，第二雜質區域12之形狀為在光感應區域6中不易產生電位梯度較小之部位的形狀。各光電轉換部5高效地傳送電荷。因此，固體攝像裝置1提高電荷傳送效率。
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 中之光感應區域6之電位差固定之方式設定。於該情形時，光感應區域6之電位梯度大致固定。因此，各光電轉換部5進而更高效地傳送電荷。於光電轉換部5呈長條形狀，而光感應區域6之傳送距離延長之情形時，較為有效的是使光感應區域6之電位梯度大致固定。
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14所示可呈各種形狀。於圖14，顯示第二雜質區域12之變化例即複數個第二雜質區域12A～12E。圖14係顯示第二雜質區域之變化例之模式圖。於圖14中，以二點鏈線顯示將光感應區域6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於光感應區域6中自短邊6a設置至短邊6b。第二雜質區域12亦可不自光感應區域6之短邊6a開始設置。例如，如圖14(a)所示，第二雜質區域12A自短邊6a附近設置至短邊6b。短邊6a附近意指例如自短邊6a離開不妨礙電荷移動之程度之位置。於該情形時，短邊6a附近為距離短邊6a數μm左右之位置。於圖14(a)中，短邊6a之附近為各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 中最靠近短邊6a之區間L1 中較短邊6a更靠近短邊6b之位置。
於上述實施形態中，各區間L1 、……、Lk 、……、Ln 為將光感應區域6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14(b)所示，各區間為例如以第二方向D2上之寬度在傳送方向TD上逐漸變窄之方式分割光感應區域6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14(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14(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14(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6b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6b處增大之方式變化。例如，於圖14(e)中，將光感應區域6進行三等分。 於將光感應區域6進行三等分之區間中最靠近短邊6b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6b處增大之方式變化。亦可將光感應區域6等分成二等分，又可等分成四等分以上。「靠近短邊6b」意指例如最靠近短邊6b之區間之較第二方向D2上之中心線CL更靠近短邊6b。
各光電轉換部5可不呈長條形狀。各光電轉換部5可具有複數個光感應區域6。各光電轉換部5可包含複數個像素。於光電轉換部5具有複數個光感應區域6之情形時，由於各光感應區域6之電位梯度大致固定，故固體攝像裝置1亦可提高電荷傳送效率。 [產業上之可利用性]
本發明可用於CCD線性影像感測器。
1‧‧‧固體攝像裝置3‧‧‧受光部4‧‧‧輸入閘極部5‧‧‧光電轉換部6‧‧‧光感應區域6a‧‧‧短邊6b‧‧‧短邊6c‧‧‧長邊6d‧‧‧長邊7‧‧‧傳送部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20‧‧‧絕緣層22‧‧‧表面層23‧‧‧表面層24‧‧‧表面層24a‧‧‧n型半導體層24b‧‧‧n+型半導體層24c‧‧‧p+型導體層25‧‧‧表面層26‧‧‧表面層27‧‧‧表面層41‧‧‧電極42‧‧‧電極43‧‧‧電極50A‧‧‧第二雜質區域50B‧‧‧第二雜質區域101‧‧‧驅動電路102‧‧‧控制裝置A‧‧‧放大器CL‧‧‧中心線D1‧‧‧第一方向D2‧‧‧第二方向EA‧‧‧末端區域G1‧‧‧中心線IG‧‧‧信號(k-1)•L/n‧‧‧長度k•L/n‧‧‧長度L‧‧‧長度L1 ～Ln‧‧‧區間L/n‧‧‧長度PH‧‧‧信號TD‧‧‧傳送方向TG‧‧‧信號V‧‧‧電位V0～Vk‧‧‧電位ΔV1‧‧‧電位差ΔVk‧‧‧電位差W‧‧‧寬度W0～Wn‧‧‧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係顯示光感應區域之模式圖。 圖4(a)、(b)係顯示固體攝像裝置中形成之電位之變化的圖。 圖5(a)、(b)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光感應區域之電位之圖表。 圖7係顯示各等分點處之第二雜質區域之寬度之圖表。 圖8係顯示包含本實施形態之第二雜質區域之光感應區域之模擬模型的圖。 圖9係以三維空間顯示光感應區域之電位之圖表。 圖10係顯示傳送方向上之電位梯度之圖表。 圖11(a)、(b)係顯示參考例中之第二雜質區域之模式圖。 圖12係於本實施形態與參考例比較光感應區域中之電位梯度的圖表。 圖13係於本實施形態與參考例比較傳送時間所對應之圖像滯後之實測值的圖表。 圖14(a)～(e)係顯示第二雜質區域之變化例之模式圖。
6‧‧‧光感應區域
6a‧‧‧短邊
6b‧‧‧短邊
6c‧‧‧長邊
6d‧‧‧長邊
11‧‧‧第一雜質區域
12‧‧‧第二雜質區域
24a‧‧‧n型半導體層
24b‧‧‧n+型半導體層
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
G1‧‧‧中心線
TD‧‧‧傳送方向
W‧‧‧寬度

Claims (9)

  1. 一種固體攝像裝置，其具備：複數個光電轉換部，其等具有根據入射光而產生電荷之光感應區域，且排列於第一方向；複數個傳送部，其等與上述複數個光電轉換部中對應之光電轉換部在與上述第一方向交叉之第二方向上並排，且傳送上述對應之光電轉換部中產生之電荷；及複數個輸入閘極部，其與上述對應之光電轉換部於上述第二方向上並排，使得上述對應之光電轉換部位置於：於上述第二方向上，其與上述複數個傳送部中對應之傳送部之間；且上述光感應區域包含：第一導電型之第一雜質區域、與上述第一雜質區域位於同層並且與上述第一雜質區域相比雜質濃度較高之第一導電型之第二雜質區域、以及與上述第一雜質區域及上述第二雜質區域位於不同層並且與上述第一雜質區域及上述第二雜質區域形成pn接合之第二導電型之半導體層，且具有在上述第二方向上遠離上述傳送部之一端、與在上述第二方向上靠近上述傳送部之另一端；上述輸入閘極部包含：第一導電型之表面層，及電極，其配置於上述表面層上，並且藉由被賦予預定之信號，而使上述表面層之電位為較上述光感應區域之電位淺之狀態；上述第二雜質區域自上述光感應區域之一端或上述一端附近設置至上述光感應區域之上述另一端，且於俯視時呈相對於沿上述第二方向之上 述光感應區域之中心線為線對稱的形狀；上述第二雜質區域之上述第一方向上之寬度在自上述一端朝向上述另一端之傳送方向上增加；將上述光感應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之增加率在上述傳送方向上逐漸增大，且n為2以上之整數。
  2. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述各區間中之上述第二雜質區域之上述寬度係以相鄰之上述各區間中之上述光感應區域之電位差為固定之方式設定。
  3. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述各區間為將上述光感應區域在上述第二方向上進行n等分之各區間，且n為2以上之整數。
  4. 如請求項2之固體攝像裝置，其中上述各區間為將上述光感應區域在上述第二方向上進行n等分之各區間，且n為2以上之整數。
  5. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述各區間為以上述第二方向上之寬度在上述傳送方向逐漸變窄之方式將上述光感應區域分割而成的各區間。
  6. 如請求項2之固體攝像裝置，其中上述各區間為以上述第二方向上之寬度在上述傳送方向逐漸變窄之方式將上述光感應區域分割而成的各區間。
  7. 如請求項1至6中任一項之固體攝像裝置，其中於最靠近上述另一端之上述區間，上述第二雜質區域之上述寬度之增加率在靠近上述另一端處增大地變化。
  8. 如請求項7之固體攝像裝置，其中上述光感應區域包含一對上述第一雜質區域；上述第二雜質區域係：於上述第一方向夾在一對上述第一雜質區域之間。
  9. 如請求項1至6中任一項之固體攝像裝置，其中上述光感應區域包含一對上述第一雜質區域；上述第二雜質區域係：於上述第一方向夾在一對上述第一雜質區域之間。
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