WO2012096051A1 - 固体撮像装置 - Google Patents

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imaging device
state imaging
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友浩 池谷
康人 米田
久則 鈴木
村松　雅治
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浜松ホトニクス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a solid-state imaging device.
  • a photoelectric conversion unit having a plurality of photosensitive regions that generate charges in response to light incidence
  • a potential gradient forming unit having a conductive member arranged to face the plurality of photosensitive regions
  • the potential gradient forming unit forms a potential gradient that is increased along a predetermined direction. By moving charges by this potential gradient, it is possible to speed up charge reading.
  • the electric resistance value of the conductive member is set in consideration of the operation of the solid-state imaging device and the stability of characteristics.
  • the electrical resistance value of the conductive member is set so that a sufficient reading speed can be obtained with respect to the amount of charge generated in the photosensitive region, and the dark current does not increase by suppressing the heat generation amount of the conductive member.
  • the electrical resistance value of the conductive member is set so that a sufficient reading speed can be obtained with respect to the amount of charge generated in the photosensitive region, and the dark current does not increase by suppressing the heat generation amount of the conductive member.
  • an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that is less likely to cause variations in the electric resistance value of the conductive member of the potential gradient forming unit and can ensure the stability of operation and characteristics.
  • the present inventors have conducted research on individual differences of conductive members, particularly variations in electrical resistivity (electrical resistance value), and as a result, have come to know the following events.
  • the variation in the electrical resistivity of the conductive member varies depending on the value of the electrical resistivity. For example, when a conductive member made of polysilicon is used as the conductive member, variation is less likely to occur when the electrical resistivity is set low, and variation is likely to occur when the electrical resistivity is set high. It shows the tendency. Therefore, if the electrical resistivity of the conductive member is set to a value that hardly causes variation, the variation is reduced.
  • the value set in consideration of the variation is not necessarily a value that ensures the stability of the operation and characteristics of the solid-state imaging device, it is difficult to solve the above-described problems.
  • the present invention is a solid-state imaging device, and generates a charge in response to light incidence and has a substantially rectangular shape in which a planar shape is formed by two long sides and two short sides.
  • a photoelectric conversion unit having a plurality of photosensitive regions juxtaposed in a first direction and a conductive member disposed to face the plurality of photosensitive regions, and one short side of the photosensitive region
  • a potential gradient forming unit that forms a potential gradient increased along the second direction from the first to the other short side, and the charges transferred from the plurality of photosensitive regions, respectively, and transferred in the first direction
  • a charge output section for outputting, a conductive member extending in the second direction between both ends in the second direction and having a first electrical resistivity, and between the both ends in the second direction A second region extending and having a second electrical resistivity smaller than the first electrical resistivity; And Nde.
  • the conductive member includes a first region having a first electrical resistivity and a second region having a second electrical resistivity smaller than the first electrical resistivity. . Since the first region and the second region have different electric resistivities, variation in electric resistivity is less likely to occur in either one of the first region and the second region than in the other. For this reason, when it sees in the whole electroconductive member, the dispersion
  • the electrical resistance of the conductive member is represented by a combined resistance in which the electrical resistance of the first region and the electrical resistance of the second region are connected in parallel. Therefore, the value of the combined resistance composed of the electrical resistance in the first region and the electrical resistance in the second region may be set to a value that ensures the stability of the operation and characteristics of the solid-state imaging device. For this reason, the electrical resistance value of the conductive member can be easily set to a value that ensures the stability of the operation and characteristics of the solid-state imaging device, and does not affect the suppression of variation.
  • the conductive member may be made of polysilicon doped with impurities, and the second region may have a higher impurity concentration than the first region.
  • the conductive member made of polysilicon includes a first region and a second region having different electrical resistivity. Therefore, it is possible to ensure the stability of the operation and characteristics of the solid-state imaging device while suppressing variations in electrical resistivity of the conductive member.
  • the conductive member includes a plurality of first regions and a plurality of second regions, and the first regions and the second regions may be alternately arranged along the first direction. In this case, the charge reading speed and the amount of heat generated by the conductive member become substantially uniform in the first direction, and the operation and characteristics of the solid-state imaging device are further stabilized.
  • the second area may be arranged corresponding to each photosensitive area. In this case, the charge readout speed and the amount of heat generated by the conductive member become substantially uniform in each photosensitive region, and the operation and characteristics of the solid-state imaging device are further stabilized.
  • the potential gradient forming unit may further include a pair of electrodes respectively connected to both ends over the first direction.
  • the potentials at both ends of the conductive member are substantially uniform over the first direction, and the potential gradient is formed substantially uniformly over the first direction.
  • the present invention it is possible to provide a solid-state imaging device in which the electric resistance value of the conductive member of the potential gradient forming portion is unlikely to vary and the stability of operation and characteristics can be ensured.
  • FIG. 1 is a plan view showing the configuration of the solid-state imaging device according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration along the line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration along the line III-III in FIG.
  • FIG. 4 is a timing chart of each input signal in the solid-state imaging device according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a potential diagram for explaining charge accumulation and discharge operations at each time in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the impurity concentration and the electrical resistivity in polysilicon.
  • FIG. 7 is a plan view showing a configuration of a modified example of the solid-state imaging device according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a plan view showing the configuration of the solid-state imaging device according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration along the line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration along the line III-III in FIG.
  • the solid-state imaging device 1 includes a photoelectric conversion unit 2, a potential gradient forming unit 3, a plurality of buffer gate units 4, a plurality of transfer units 5, and a shift register 6 as a charge output unit. ing.
  • the solid-state imaging device 1 can be used as, for example, a light detection unit of a spectroscope.
  • the photoelectric conversion unit 2 has a plurality of photosensitive regions 7 that generate charges in response to light incidence.
  • the planar shape of each photosensitive region 7 has a substantially rectangular shape formed by two long sides and two short sides.
  • the plurality of photosensitive regions 7 are juxtaposed in a first direction intersecting the long side (here, arranged in an array in a one-dimensional direction along the short side).
  • An isolation region (not shown) is disposed between the adjacent photosensitive regions 7 to electrically isolate the photosensitive regions 7 from each other.
  • the first direction is orthogonal to the long side.
  • the potential gradient forming unit 3 includes a conductive member 8 and a pair of electrodes 9a and 9b.
  • the potential gradient forming unit 3 forms a potential gradient that is increased along the second direction from one short side to the other short side of each photosensitive region 7.
  • the conductive member 8 is disposed so as to face each photosensitive region 7.
  • the electrodes 9a and 9b are disposed at both ends of the conductive member 8 in the second direction.
  • the electrode 9a is disposed at the end portion on the one short side
  • the electrode 9b is disposed at the end portion on the other short side.
  • the electrodes 9a and 9b are disposed inside the ends of the conductive member 8 in the second direction.
  • the electrodes 9a and 9b may be disposed at the ends of the conductive member 8 in the second direction.
  • the conductive member 8 includes a plurality of first regions 8a and a plurality of second regions 8b.
  • the first region 8a extends between the electrodes 9a and 9b in the second direction and has a first electrical resistivity.
  • the second region 8b extends between the electrodes 9a and 9b in the second direction and has a second electrical resistivity lower than the first electrical resistivity.
  • the first regions 8a and the second regions 8b are alternately arranged along the first direction.
  • the plurality of second regions 8 b are arranged at the same pitch as the plurality of photosensitive regions 7.
  • the plurality of second regions 8 b are arranged corresponding to each photosensitive region 7.
  • the electrical resistance of the conductive member 8 is represented by a combined resistance in which the electrical resistance of the first region 8a and the electrical resistance of the second region 8b are connected in parallel.
  • Each buffer gate portion 4 is arranged for each photosensitive region 7 on the other short side. Each buffer gate portion 4 is adjacent to the corresponding photosensitive region 7 in the second direction. That is, the plurality of buffer gate portions 4 are juxtaposed in the first direction on the other short side. Isolation regions (not shown) are arranged between the adjacent buffer gates 4 to electrically isolate the buffer gates 4 from each other. Each buffer gate unit 4 acquires the charge generated and accumulated in the corresponding photosensitive region 7 and transfers it to each transfer unit 5.
  • Each transfer unit 5 is arranged for each buffer gate unit 4. Each transfer unit 5 is adjacent to the corresponding buffer gate unit 4 in the second direction. That is, the plurality of transfer units 5 are juxtaposed in the first direction on the other short side. Isolation regions (not shown) are arranged between the adjacent transfer units 5 to electrically separate the transfer units 5 from each other. Each transfer unit 5 acquires the charge transferred from the corresponding buffer gate unit 4 and transfers it to the shift register 6.
  • the shift register 6 is adjacent to each transfer unit 5 in the second direction. That is, the shift register 6 is disposed on the other short side.
  • the shift register 6 acquires the charges transferred from the transfer units 5, transfers them in the first direction, and sequentially outputs them to the amplifier unit 10.
  • the electric charge output from the shift register 6 is converted into a voltage by the amplifier unit 10 and output to the outside of the solid-state imaging device 1 as a voltage for each photosensitive region 7.
  • the photoelectric conversion unit 2, the potential gradient forming unit 3, the plurality of buffer gate units 4, the plurality of transfer units 5, and the shift register 6 are formed on the semiconductor substrate 20 as shown in FIG.
  • the semiconductor substrate 20 includes a p-type semiconductor layer 21 serving as a base, a plurality of n-type semiconductor layers 22, 23, 25, and 27 formed on one side of the p-type semiconductor layer 21, and a plurality of n ⁇ -type semiconductor layers 24. , 26 and p + type semiconductor layers 28, 29.
  • the semiconductor substrate 20 includes a p + type semiconductor layer 30 formed on one surface side of the p type semiconductor layer 21.
  • Si is used as the substrate material.
  • “High impurity concentration” means that the impurity concentration is, for example, about 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more. By attaching “+” to the conductivity type, “high impurity concentration” is indicated. “Low impurity concentration” means that the impurity concentration is about 1 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 or less, for example. By attaching “ ⁇ ” to the conductivity type, “low impurity concentration” is indicated.
  • Examples of n-type impurities include arsenic and phosphorus, and examples of p-type impurities include boron.
  • each n-type semiconductor layer 22 forms a pn junction with the p-type semiconductor layer 21, and each photosensitive region 7 is configured by each n-type semiconductor layer 22.
  • Each photosensitive region 7 generates an electric charge in response to light incident from each n-type semiconductor layer 22 side.
  • the planar shape of each n-type semiconductor layer 22 is a substantially rectangular shape formed by two long sides and two short sides, and the planar shape corresponds to the planar shape of each photosensitive region 7.
  • the plurality of n-type semiconductor layers 22 are juxtaposed in the first direction.
  • a p + type semiconductor layer 30 is disposed between the adjacent n type semiconductor layers 22, and an isolation region between the photosensitive regions 7 is formed by the p + type semiconductor layer 30 (see FIG. 3). ).
  • the conductive member 8 is disposed on each n-type semiconductor layer 22.
  • the conductive member 8 is made of a material that transmits light (here, polysilicon), and is formed on each n-type semiconductor layer 22 via an insulating layer (not shown).
  • Electrodes 9a and 9b are connected to both ends of the conductive member 8 in the second direction, respectively.
  • the electrodes 9a and 9b are connected to both ends of the first region 8a and the second region 8b in the second direction, respectively.
  • the conductive member 8 and the electrodes 9a and 9b are formed so as to extend in the first direction and extend over each n-type semiconductor layer 22 (see FIG. 1).
  • the conductive member 8 constitutes a so-called resistive gate.
  • a potential difference is applied between the electrodes 9a and 9b (voltage is applied)
  • the conductive member 8 is directed from one short side of the n-type semiconductor layer 22 to the other short side (along the second direction).
  • A) a higher potential gradient is formed.
  • the electrode 9a is supplied with a signal MGL from a control circuit (not shown), and the electrode 9b is supplied with a signal MGH from a control circuit (not shown).
  • the signal MGL and the signal MGH are at the L level, no potential gradient is formed in the conductive member 8.
  • the applied voltage of the signal MGL at the H level is different from the applied voltage of the signal MGH at the H level.
  • the applied voltage of the signal MGH at the H level is higher than the applied voltage of the signal MGL at the H level. For this reason, when the signal MGL and the signal MGH are at the H level, a potential gradient increased along the second direction is formed in the conductive member 8.
  • Each n-type semiconductor layer 23 is arranged for each n-type semiconductor layer 22 on the other short side. Each n-type semiconductor layer 23 is adjacent to the corresponding n-type semiconductor layer 22 in the second direction. That is, the plurality of n-type semiconductor layers 23 are juxtaposed in the first direction on the other short side. Each n-type semiconductor layer 23 constitutes each buffer gate portion 4. As in the case of the n-type semiconductor layer 22, ap + -type semiconductor layer 30 is disposed between the adjacent n-type semiconductor layers 23, and an isolation region between the buffer gate portions 4 is configured.
  • An electrode 41 is disposed on each n-type semiconductor layer 23.
  • the electrode 41 is formed on each n-type semiconductor layer 23 via an insulating layer (not shown).
  • the electrode 41 extends in the first direction and is formed so as to cover each n-type semiconductor layer 23.
  • the electrode 41 may be formed for each n-type semiconductor layer 23.
  • the electrode 41 is supplied with the signal BG, and the buffer gate unit 4 is driven.
  • Each n ⁇ type semiconductor layer 24 is arranged for each n type semiconductor layer 23.
  • Each n ⁇ type semiconductor layer 24 is adjacent to the corresponding n type semiconductor layer 23 in the second direction. That is, the plurality of n ⁇ type semiconductor layers 24 are juxtaposed in the first direction on the other short side.
  • the n-type semiconductor layer 25 is disposed for each n ⁇ -type semiconductor layer 24.
  • Each type semiconductor layer 25 is adjacent to the corresponding n ⁇ type semiconductor layer 24 in the second direction. That is, the plurality of n-type semiconductor layers 25 are juxtaposed in the first direction on the other short side.
  • Each n ⁇ type semiconductor layer 24 and each n type semiconductor layer 25 constitute each transfer unit 5.
  • p + -type semiconductor layers 30 are arranged between the adjacent n ⁇ -type semiconductor layers 24 and between the adjacent n-type semiconductor layers 25, respectively.
  • An isolation region is configured.
  • An electrode 42 is disposed on each n ⁇ type semiconductor layer 24.
  • the electrode 42 is formed on the n ⁇ type semiconductor layer 24 via an insulating layer (not shown).
  • An electrode 43 is disposed on each n-type semiconductor layer 25.
  • the electrode 43 is formed on the n-type semiconductor layer 25 via an insulating layer (not shown).
  • the electrodes 42 and 43 extend in the first direction and are formed so as to extend over the n ⁇ type semiconductor layers 24 and the n type semiconductor layers 25.
  • the electrodes 42 and 43 may be formed for each n ⁇ type semiconductor layer 24 and for each n type semiconductor layer 25.
  • a signal TG is given to the electrode 42 and the electrode 43, and the transfer unit 5 is driven.
  • Each n ⁇ type semiconductor layer 26 is arranged for each n type semiconductor layer 25. Each n ⁇ type semiconductor layer 26 is adjacent to the corresponding n type semiconductor layer 25 in the second direction. The plurality of n ⁇ -type semiconductor layers 26 are juxtaposed in the first direction on the other short side. Each n-type semiconductor layer 27 is arranged for each n ⁇ -type semiconductor layer 26. Each n-type semiconductor layer 27 is adjacent to the corresponding n ⁇ -type semiconductor layer 26 in the second direction. The n-type semiconductor layers 27 are juxtaposed in the first direction on the other short side. The adjacent n ⁇ type semiconductor layer 26 and the adjacent n type semiconductor layer 27 are in contact with each other. The plurality of n ⁇ type semiconductor layers 26 and the plurality of n type semiconductor layers 27 constitute the shift register 6.
  • An electrode 44 is disposed on each n ⁇ type semiconductor layer 26.
  • the electrode 44 is formed on the n ⁇ type semiconductor layer 26 via an insulating layer (not shown).
  • An electrode 45 is disposed on each n-type semiconductor layer 27.
  • the electrode 45 is formed on the n-type semiconductor layer 27 via an insulating layer (not shown).
  • the electrodes 44 and 45 are formed for each n ⁇ type semiconductor layer 26 and for each n type semiconductor layer 27.
  • a signal PG is supplied to each electrode 44 and each electrode 45 to drive the shift register 6.
  • the p + type semiconductor layer 28 is adjacent to the n type semiconductor layer 22 in the second direction on the one short side.
  • the p + type semiconductor layer 29 is adjacent to the n type semiconductor layer 27 in the second direction.
  • the p + type semiconductor layers 28 and 29 electrically isolate the plurality of n type semiconductor layers 22, 23, 25 and 27 and the plurality of n ⁇ type semiconductor layers 24 and 26 from other portions of the semiconductor substrate 20. .
  • Each of the insulating layers described above is made of a material that transmits light, for example, a silicon oxide film.
  • Each n-type semiconductor layer 23, 25, 27, and each n ⁇ -type semiconductor layer 24, 26, except for each n-type semiconductor layer 22, may be shielded from light by arranging a light shielding member. In this case, generation of unnecessary charges is prevented.
  • FIG. 4 is a timing chart of each input signal in the solid-state imaging device according to the present embodiment.
  • FIGS. 5A to 5C are potential diagrams for explaining the charge accumulation and discharge operations at each time in FIG.
  • the potential ⁇ 22 of the n-type semiconductor layer 22 is the p + -type semiconductor layer. 28 and the n ⁇ type semiconductor layer 24, and the potential ⁇ 23 of the n-type semiconductor layer 23 becomes deeper than the potential ⁇ 22.
  • wells having potentials ⁇ 22 and ⁇ 23 are formed (see FIG. 5A). In this state, when light is incident on the n-type semiconductor layer 22 to generate charges, the generated charges are accumulated in the wells of the potentials ⁇ 22 and ⁇ 23.
  • the potential ⁇ 26 of the n ⁇ -type semiconductor layer 26 becomes deeper than the potential ⁇ 25, and the potential ⁇ 27 of the n-type semiconductor layer 27 is the potential. It becomes deeper than ⁇ 26. Thereby, wells with potentials ⁇ 26 and ⁇ 27 are formed. The electric charge accumulated in the well having the potential ⁇ 25 moves to the well having the potential ⁇ 27. That is, the charge transferred from the transfer unit 5 is acquired by the shift register 6 (see FIG. 5C).
  • the charges acquired in the shift register 6 are sequentially transferred in the first direction in the charge transfer period TP and output to the amplifier unit 10.
  • the charge transfer in the first direction in the shift register 6 is performed using the signal PG or the like.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between impurity concentration and electrical resistivity in polysilicon, where the horizontal axis represents the impurity concentration and the vertical axis represents the electrical resistivity.
  • the conductive member 8 is made of polysilicon to which impurities are added.
  • a curve P1 in FIG. 6 shows a change characteristic of the electrical resistivity with respect to the concentration of the impurity added to the polysilicon.
  • the curve P1 shows a tendency that the electrical resistivity decreases and the slope becomes gentle as the impurity concentration increases.
  • the gentle slope of the curve P1 means that even if the impurity concentration varies, the electrical resistivity hardly varies.
  • the curve P1 has straight portions P1a and P1b having a constant inclination.
  • the relationship between the electrical resistivity and the impurity concentration is constant, and the variability of the electrical resistivity is also constant.
  • the straight line portion P1b is located in a region having a higher impurity concentration than the straight line portion P1a.
  • the inclination of the straight line portion P1b is gentler than that of the straight line portion P1a, and the electric resistivity on the straight line portion P1b is less likely to vary than the electric resistivity on the straight line portion P1a.
  • the electrical resistance of the conductive member 8 that is, the value of the combined resistance of the first region 8a and the second region 8b, is set to a value that ensures the stability of the operation and characteristics of the solid-state imaging device 1.
  • the value of the electrical resistance of the conductive member 8 is set so that a sufficient reading speed can be obtained with respect to the amount of charge generated in the photosensitive region 7 and the amount of heat generated by the conductive member 8 is suppressed so that the dark current does not increase. ing.
  • the average electrical resistivity of the entire conductive member 8 corresponding to the set value of the electrical resistance of the conductive member 8 is a predetermined value on the straight line portion P1a.
  • the second electrical resistivity is set to a value smaller than the predetermined value and on the straight line portion P1b.
  • the first electrical resistivity is set to a value larger than the predetermined value so that the average electrical resistivity of the entire conductive member 8 is the predetermined value.
  • the set value of the first electrical resistivity is a value on the straight line portion P1a.
  • the second electric resistivity is less likely to vary than the predetermined value on the straight line portion P1a. Since both the predetermined value and the value of the first electrical resistivity are on the straight line portion P1a, the ease of variation is the same between the predetermined value and the value of the first electrical resistivity. For this reason, compared with the case where the electrical resistivity of the whole conductive member 8 is uniformly set to the predetermined value, variation in the electrical resistance of the conductive member 8 is suppressed to be low.
  • the conductive member 8 includes the first region 8a having the first electrical resistivity and the second region 8b having the second electrical resistivity smaller than the first electrical resistivity. Contains. Since the first region 8a and the second region 8b have different electric resistivities, their variations are also different.
  • the conductive member 8 of the present embodiment is made of polysilicon to which impurities are added, and the second region 8b is unlikely to vary due to the nature of the polysilicon. For this reason, variation in electrical resistivity is suppressed to a low level when viewed as a whole of the conductive member 8.
  • the electrical resistance of the conductive member 8 is represented by a combined resistance in which the electrical resistance of the first region 8a and the electrical resistance of the second region 8b are connected in parallel. Therefore, the value of the combined resistance composed of the electrical resistance of the first region 8a and the electrical resistance of the second region 8b may be set to a predetermined value that ensures the stability of the operation and characteristics of the solid-state imaging device 1. In the present embodiment, by adjusting the first electrical resistivity while setting the second electrical resistivity to a value that is unlikely to vary, the electrical resistance of the conductive member 8 is stabilized in the operation and characteristics of the solid-state imaging device 1. It is easily adjusted to a value that ensures the performance. For this reason, the constraint condition regarding the electrical resistance value of the conductive member 8 does not affect the suppression of the variation due to the second region 8b.
  • the conductive member 8 includes a plurality of first regions 8a and a plurality of second regions 8b, and the first regions 8a and the second regions 8b are alternately arranged along the first direction. Yes. As a result, the charge reading speed and the amount of heat generated by the conductive member 8 become substantially uniform in the first direction, and the operation and characteristics of the solid-state imaging device 1 are further stabilized.
  • the second area 8b is arranged corresponding to each photosensitive area 7. As a result, the charge readout speed and the amount of heat generated by the conductive member become substantially uniform in each photosensitive region 7, and the operation and characteristics of the solid-state imaging device 1 are further stabilized.
  • the potential gradient forming unit 3 includes a pair of electrodes 9a and 9b connected to both ends of the conductive member 8 in the first direction.
  • the electrodes 9a and 9b are formed so as to extend over the respective photosensitive regions 7. Yes.
  • the potentials at both ends of the conductive member 8 are substantially uniform over the first direction and the potential gradient is formed substantially uniformly over the first direction, so that the operation and characteristics of the solid-state imaging device 1 are more stable.
  • the second region 8b is arranged corresponding to each photosensitive region 7, but is not limited thereto.
  • the second region 8 b may be arranged for each of the plurality of photosensitive regions 7.
  • the electrical resistance of the conductive member 8 set so as to ensure the stability of operation and characteristics is set to be equivalent to that of the solid-state imaging device 1 shown in FIG.
  • the sum of the areas of the first regions 8a and the sum of the areas of the second regions 8b are set to be equal to the respective sums in the solid-state imaging device 1 shown in FIG. Therefore, in the solid-state imaging device 1 shown in FIG.
  • the individual areas of the first region 8a and the second region 8b can be set large, and the conductive member 8 can be easily formed.
  • a plurality of second regions 8 b may be arranged for each photosensitive region 7. In this case, the charge reading speed and the amount of heat generated by the conductive member 8 become more uniform in the first direction.
  • the conductive member 8 and the electrodes 9a and 9b are formed so as to extend in the first direction and extend over the respective photosensitive regions 7, but may be formed by being divided into a plurality of parts.
  • the photosensitive regions 7 are arranged in an array in a one-dimensional direction along the short side, but are also arranged in a direction along the long side and arranged in an array in the two-dimensional direction along the short side direction and the long side direction. May be.
  • the solid-state imaging device 1 is a surface incident type in which light is incident from the n-type semiconductor layer 22 side, but is not limited thereto.
  • the solid-state imaging device 1 may be a back-illuminated type in which light enters from the p-type semiconductor layer 21 side.
  • the present invention can be used as a light detection means of a spectroscope.
  • SYMBOLS 1 Solid-state imaging device, 2 ... Photoelectric conversion part, 3 ... Potential gradient formation part, 6 ... Shift register, 7 ... Photosensitive area

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Abstract

　固体撮像装置１は、複数の光感応領域７を有する光電変換部２と、複数の光感応領域７に対向して配置された導電性部材８を有する電位勾配形成部３と、を備える。各光感応領域７の平面形状は、二つの長辺と二つの短辺とによって形作られる略矩形状をなしている。複数の光感応領域７は、長辺に交差する第１方向に並置されている。電位勾配形成部３は、光感応領域７の一方の短辺側から他方の短辺側に向かう第２方向に沿って高くされた電位勾配を形成する。導電性部材８は、第２方向での両端部間を第２方向に伸び且つ第１電気抵抗率を有する第１領域８ａと、両端部間を第２方向に伸び且つ第１電気抵抗率よりも小さい第２電気抵抗率を有する第２領域８ｂと、を含んでいる。

Description

固体撮像装置
　本発明は、固体撮像装置に関する。
　固体撮像装置として、光入射に応じて電荷を発生する複数の光感応領域を有する光電変換部と、複数の光感応領域に対向して配置された導電性部材を有する電位勾配形成部と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された固体撮像装置では、電位勾配形成部は、所定方向に沿って高くされた電位勾配を形成する。この電位勾配によって電荷を移動させることで、電荷読出しの高速化を図ることができる。
特開２００５－２６８５６４号公報
　導電性部材の電気抵抗値は、固体撮像装置の動作及び特性の安定性を考慮して設定される。例えば、導電性部材の電気抵抗値は、光感応領域で発生する電荷量に対し十分な読出し速度が得られると共に、導電性部材の発熱量を抑えて暗電流が増加しないように設定される。しかしながら、導電性部材に個体差が存在し、この個体差によって導電性部材の電気抵抗値が製品毎にばらついてしまうと、固体撮像装置の動作及び特性の安定性を確保することが困難となるという問題点が生じる懼れがある。
　そこで、本発明の目的は、電位勾配形成部の導電性部材の電気抵抗値にばらつきが生じ難く、動作及び特性の安定性を確保することが可能な固体撮像装置を提供することである。
　本発明者等が、導電性部材の個体差、特に、電気抵抗率（電気抵抗値）のばらつきに関して調査研究した結果、以下のような事象を知見するに至った。導電性部材の電気抵抗率のばらつきは、電気抵抗率の値に応じて変化する。例えば、導電性部材としてポリシリコンからなる導電性部材が用いられた場合、電気抵抗率が低く設定された場合にはばらつきが生じ難く、電気抵抗率が高く設定された場合にはばらつきが生じ易いという傾向を示す。したがって、導電性部材の電気抵抗率がばらつきが生じ難い値に設定されれば、ばらつきは低減される。しかしながら、ばらつきを考慮して設定された値は固体撮像装置の動作及び特性の安定性を確保する値では必ずしもないため、上述した問題点を解決することは困難である。
　かかる事象を踏まえ、本発明は、固体撮像装置であって、光入射に応じて電荷を発生し且つ平面形状が二つの長辺と二つの短辺とによって形作られる略矩形状をなし、長辺に交差する第１方向に並置された複数の光感応領域を有する光電変換部と、複数の光感応領域に対向して配置された導電性部材を有し、光感応領域の一方の短辺側から他方の短辺側に向かう第２方向に沿って高くされた電位勾配を形成する電位勾配形成部と、複数の光感応領域からそれぞれ転送された電荷を取得し、第１方向に転送して出力する電荷出力部と、を備え、導電性部材は、第２方向での両端部間を第２方向に伸び且つ第１電気抵抗率を有する第１領域と、両端部間を第２方向に伸び且つ第１電気抵抗率よりも小さい第２電気抵抗率を有する第２領域と、を含んでいる。
　本発明に係る固体撮像装置では、導電性部材は、第１電気抵抗率を有する第１領域と、第１電気抵抗率よりも小さい第２電気抵抗率を有する第２領域と、を含んでいる。第１領域と第２領域とは電気抵抗率が異なることから、第１領域と第２領域とのいずれか一方は他方に比して電気抵抗率のばらつきが生じ難い。このため、導電性部材全体で見ると電気抵抗率のばらつきが低く抑えられる。
　本発明では、導電性部材の電気抵抗は、第１領域の電気抵抗と第２領域の電気抵抗とが並列接続された合成抵抗で表される。したがって、第１領域の電気抵抗と第２領域の電気抵抗とからなる合成抵抗の値が、固体撮像装置の動作及び特性の安定性を確保する値に設定されればよい。このため、導電性部材の電気抵抗値を固体撮像装置の動作及び特性の安定性を確保する値に容易に設定することができ、ばらつきの抑制に影響を与えることはない。
　導電性部材は、不純物が添加されたポリシリコンからなり、第２領域は、不純物の濃度が第１領域に比して高くてもよい。この場合、ポリシリコンからなる導電性部材が、電気抵抗率が異なる第１領域と第２領域とを含む。したがって、導電性部材の電気抵抗率のばらつきを低く抑えつつ、固体撮像装置の動作及び特性の安定性を確保することができる。
　導電性部材は、複数の第１領域及び複数の第２領域を含み、第１領域と第２領域とは、第１方向に沿って交互に配置されていてもよい。この場合、電荷の読出し速度や導電性部材での発熱量が第１方向にわたって略均一になり、固体撮像装置の動作及び特性がより安定する。
　第２領域は、光感応領域毎に対応して配置されていてもよい。この場合、電荷の読出し速度や導電性部材での発熱量が各光感応領域で略均一になり、固体撮像装置の動作及び特性がより安定する。
　電位勾配形成部は、第１方向にわたって両端部にそれぞれ接続された一対の電極を更に含んでいてもよい。この場合、導電性部材の両端部の電位が第１方向にわたって略均一になり、電位勾配が第１方向にわたって略均一に形成される。この結果、固体撮像装置の動作及び特性がより安定する。
　本発明によれば、電位勾配形成部の導電性部材の電気抵抗値にばらつきが生じ難く、動作及び特性の安定性を確保することが可能な固体撮像装置を提供することができる。
図１は、本実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す平面図である。 図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ線に沿った断面構成を説明する図である。 図３は、図１におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面構成を説明する図である。 図４は、本実施形態に係る固体撮像装置において、入力される各信号のタイミングチャートである。 図５は、図４における各時刻での電荷の蓄積及び排出動作を説明するためのポテンシャル図である。 図６は、ポリシリコンにおける不純物濃度と電気抵抗率との関係を示す線図である。 図７は、本実施形態に係る固体撮像装置の変形例の構成を示す平面図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
　図１は、本実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す平面図である。図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ線に沿った断面構成を説明する図である。図３は、図１におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面構成を説明する図である。
　本実施形態に係る固体撮像装置１は、光電変換部２と、電位勾配形成部３と、複数のバッファゲート部４と、複数の転送部５と、電荷出力部としてのシフトレジスタ６とを備えている。固体撮像装置１は、例えば分光器の光検出手段として用いることができる。
　光電変換部２は、光入射に応じて電荷を発生する複数の光感応領域７を有する。各光感応領域７の平面形状は、二つの長辺と二つの短辺とによって形作られる略矩形状をなしている。複数の光感応領域７は、上記長辺に交差する第１方向に並置（ここでは上記短辺に沿う一次元方向にアレイ状に配置）されている。隣り合う光感応領域７の間には、アイソレーション領域（不図示）がそれぞれ配置されており、光感応領域７の間を電気的に分離している。本実施形態では、第１方向は上記長辺と直交している。
　電位勾配形成部３は、導電性部材８と、一対の電極９ａ，９ｂとを有している。電位勾配形成部３は、各光感応領域７の一方の短辺から他方の短辺へ向かう第２方向に沿って高くされた電位勾配を形成する。導電性部材８は、各光感応領域７に対向するように配置されている。電極９ａ，９ｂは、導電性部材８の第２方向での両端部にそれぞれ配置されている。電極９ａは、上記一方の短辺側の端部に配置され、電極９ｂは、上記他方の短辺側の端部に配置されている。電極９ａ，９ｂは、導電性部材８の第２方向での端より内側にそれぞれ配置されている。電極９ａ，９ｂは、導電性部材８の第２方向での端にそれぞれ配置されていてもよい。
　導電性部材８は、複数の第１領域８ａと複数の第２領域８ｂとを含んでいる。第1領域８ａは、電極９ａ，９ｂ間を第２方向に伸び且つ第１電気抵抗率を有する。第２領域８ｂは、電極９ａ，９ｂ間を第２方向に伸び且つ第１電気抵抗率よりも低い第２電気抵抗率を有する。第１領域８ａと第２領域８ｂとは、第１方向に沿って交互に配置されている。複数の第２領域８ｂは、複数の光感応領域７と同じピッチで配置されている。複数の第２領域８ｂは、光感応領域７毎に対応して配置されている。導電性部材８の電気抵抗は、第１領域８ａの電気抵抗と第２領域８ｂの電気抵抗とが並列接続された合成抵抗で表される。
　各バッファゲート部４は、上記他方の短辺側において、光感応領域７毎に配置されている。各バッファゲート部４は、対応する光感応領域７と第２方向で隣接している。すなわち、複数のバッファゲート部４は、上記他方の短辺側において、第１方向に並置されている。隣り合うバッファゲート４の間には、アイソレーション領域（不図示）がそれぞれ配置されており、バッファゲート４の間を電気的に分離している。各バッファゲート部４は、対応する光感応領域７で発生し蓄積された電荷を取得し、各転送部５に向けて転送する。
　各転送部５は、バッファゲート部４毎に配置されている。各転送部５は、対応するバッファゲート部４と第２方向で隣接している。すなわち、複数の転送部５は、上記他方の短辺側において、第１方向に並置されている。隣り合う転送部５の間には、アイソレーション領域（不図示）がそれぞれ配置されており、転送部５の間を電気的に分離している。各転送部５は、対応するバッファゲート部４から転送された電荷を取得し、シフトレジスタ６に向けて転送する。
　シフトレジスタ６は、各転送部５と第２方向で隣接している。すなわち、シフトレジスタ６は、上記他方の短辺側に配置されている。シフトレジスタ６は、各転送部５から転送された電荷をそれぞれ取得し、第１方向に転送して、アンプ部１０に順次出力する。シフトレジスタ６から出力された電荷は、アンプ部１０によって電圧に変換され、光感応領域７毎の電圧として固体撮像装置１の外部に出力される。
　光電変換部２、電位勾配形成部３、複数のバッファゲート部４、複数の転送部５、及びシフトレジスタ６は、図２に示されるように半導体基板２０上に形成される。半導体基板２０は、基体となるｐ型半導体層２１と、ｐ型半導体層２１の一方面側に形成された複数のｎ型半導体層２２，２３，２５，２７、複数のｎ－型半導体層２４，２６、及びｐ＋型半導体層２８，２９とを含んでいる。図３に示されるように、半導体基板２０は、ｐ型半導体層２１の一方面側に形成されたｐ＋型半導体層３０を含んでいる。
　本実施形態では、基板材料としてＳｉを用いている。「高不純物濃度」とは不純物濃度が例えば１×１０１７ｃｍ－３程度以上のことである。「＋」を導電型に付けることで、「高不純物濃度」であることが示される。「低不純物濃度」とは不純物濃度が例えば１×１０１５ｃｍ－３程度以下のことである。「－」を導電型に付けることで、「低不純物濃度」であることが示される。ｎ型不純物としては砒素やリンなどがあり、ｐ型不純物としては硼素などがある。
　図２に示されるように、各ｎ型半導体層２２は、ｐ型半導体層２１とｐｎ接合を形成しており、各ｎ型半導体層２２により各光感応領域７が構成されている。各光感応領域７は、各ｎ型半導体層２２側からの光入射に応じて電荷を発生する。各ｎ型半導体層２２の平面形状は、二つの長辺と二つの短辺とによって形作られる略矩形状をなし、当該平面形状が各光感応領域７の平面形状と対応している。複数のｎ型半導体層２２は、第１方向に並置されている。隣り合うｎ型半導体層２２の間には、ｐ＋型半導体層３０がそれぞれ配置され、このｐ＋型半導体層３０により光感応領域７の間のアイソレーション領域が構成されている（図３参照）。
　各ｎ型半導体層２２上には、導電性部材８が配置されている。導電性部材８は、光を透過する材料（ここではポリシリコン）からなり、絶縁層（図示せず）を介して各ｎ型半導体層２２上に形成されている。導電性部材８の第２方向での両端部には、電極９ａ，９ｂがそれぞれ接続されている。電極９ａ，９ｂは、第１領域８ａ及び第２領域８ｂの第２方向での両端部にそれぞれ接続されている。導電性部材８及び電極９ａ，９ｂは、第１方向に伸び、各ｎ型半導体層２２にわたるように形成されている（図１参照）。
　導電性部材８は、いわゆる抵抗性ゲートを構成している。電極９ａ，９ｂ間に電位差が与えられる（電圧が印加される）と、導電性部材８には、ｎ型半導体層２２の一方の短辺から他方の短辺に向って（第２方向に沿って）高くされた電位勾配が形成される。電極９ａには、制御回路（図示せず）から信号ＭＧＬが与えられ、電極９ｂには、制御回路（図示せず）から信号ＭＧＨが与えられる。信号ＭＧＬと信号ＭＧＨとがＬレベルであると、導電性部材８には電位勾配が形成されない。信号ＭＧＬのＨレベルでの印加電圧と信号ＭＧＨのＨレベルでの印加電圧とは、異なっている。信号ＭＧＨのＨレベルでの印加電圧は、信号ＭＧＬのＨレベルでの印加電圧よりも高い。このため、信号ＭＧＬと信号ＭＧＨとがＨレベルであると、第２方向に沿って高くされた電位勾配が導電性部材８に形成される。
　各ｎ型半導体層２３は、上記他方の短辺側において、ｎ型半導体層２２毎に配置されている。各ｎ型半導体層２３は、対応するｎ型半導体層２２と第２方向で隣接している。すなわち、複数のｎ型半導体層２３は、上記他方の短辺側において第１方向に並置されている。各ｎ型半導体層２３により各バッファゲート部４が構成されている。隣り合うｎ型半導体層２３の間には、ｎ型半導体層２２の場合と同様にｐ＋型半導体層３０がそれぞれ配置され、バッファゲート部４の間のアイソレーション領域が構成されている。
　各ｎ型半導体層２３上には、電極４１が配置されている。電極４１は、絶縁層（図示せず）を介して各ｎ型半導体層２３上に形成されている。電極４１は、第１方向に伸び、各ｎ型半導体層２３にわたるように形成されている。電極４１は、ｎ型半導体層２３毎に形成されていてもよい。電極４１には、信号ＢＧが与えられ、バッファゲート部４が駆動される。
　各ｎ－型半導体層２４は、ｎ型半導体層２３毎に配置されている。各ｎ－型半導体層２４は、対応するｎ型半導体層２３と第２方向で隣接している。すなわち、複数のｎ－型半導体層２４は、上記他方の短辺側において第１方向に並置されている。ｎ型半導体層２５は、ｎ－型半導体層２４毎に配置されている。各型半導体層２５は、対応するｎ－型半導体層２４と第２方向で隣接している。すなわち、複数のｎ型半導体層２５は、上記他方の短辺側において第１方向に並置されている。各ｎ－型半導体層２４及び各ｎ型半導体層２５により各転送部５が構成されている。隣り合うｎ－型半導体層２４の間及び隣り合うｎ型半導体層２５の間には、ｎ型半導体層２２の場合と同様にｐ＋型半導体層３０がそれぞれ配置され、転送部５の間のアイソレーション領域が構成されている。
　各ｎ－型半導体層２４上には、電極４２が配置されている。電極４２は、絶縁層（図示せず）を介してｎ－型半導体層２４上に形成されている。各ｎ型半導体層２５上には、電極４３が配置されている。電極４３は、絶縁層（図示せず）を介してｎ型半導体層２５上に形成されている。電極４２，４３は、第１方向に伸び、各ｎ－型半導体層２４，各ｎ型半導体層２５にわたるように形成されている。電極４２，４３は、ｎ－型半導体層２４毎、ｎ型半導体層２５毎に形成されていてもよい。電極４２及び電極４３には、信号ＴＧが与えられ、転送部５が駆動される。
　各ｎ－型半導体層２６は、ｎ型半導体層２５毎に配置されている。各ｎ－型半導体層２６は、対応するｎ型半導体層２５と第２方向で隣接している。複数のｎ－型半導体層２６は、上記他方の短辺側において第１方向に並置されている。各ｎ型半導体層２７は、ｎ－型半導体層２６毎に配置されている。各ｎ型半導体層２７は、対応するｎ－型半導体層２６と第２方向で隣接している。各ｎ型半導体層２７は、上記他方の短辺側において第１方向に並置されている。隣り合うｎ－型半導体層２６及び隣り合うｎ型半導体層２７は互いに接している。複数のｎ－型半導体層２６及び複数のｎ型半導体層２７によりシフトレジスタ６が構成されている。
　各ｎ－型半導体層２６上には、電極４４が配置されている。電極４４は、絶縁層（図示せず）を介してｎ－型半導体層２６上に形成されている。各ｎ型半導体層２７上には、電極４５が配置されている。電極４５は、絶縁層（図示せず）を介してｎ型半導体層２７上に形成されている。電極４４，４５は、ｎ－型半導体層２６毎、ｎ型半導体層２７毎に形成されている。各電極４４及び各電極４５には、信号ＰＧが与えられシフトレジスタ６が駆動される。
　ｐ＋型半導体層２８は、上記一方の短辺側において、ｎ型半導体層２２と第２方向で隣接している。ｐ＋型半導体層２９は、ｎ型半導体層２７と第２方向で隣接している。ｐ＋型半導体層２８，２９は、複数のｎ型半導体層２２，２３，２５，２７及び複数のｎ－型半導体層２４，２６を半導体基板２０の他の部分から電気的に分離している。上述した各絶縁層は、光を透過する材料、例えば、シリコン酸化膜からなる。各ｎ型半導体層２２を除く、各ｎ型半導体層２３，２５，２７，及び各ｎ－型半導体層２４，２６は、遮光部材を配置するなどして遮光されていてもよい。この場合、不要な電荷の発生が防止される。
　続いて、図４及び図５に基づいて、固体撮像装置１における動作を説明する。図４は、本実施形態に係る固体撮像装置において、入力される各信号のタイミングチャートである。図５（ａ）～（ｃ）は、図４における各時刻での電荷の蓄積及び排出動作を説明するためのポテンシャル図である。
　ところで、ｎ型の半導体では正にイオン化したドナーが存在し、ｐ型の半導体では負にイオン化したアクセプターが存在する。ｐｎ接合におけるポテンシャルは、ｐ型よりもｎ型の方が高い。換言すれば、エネルギーバンド図におけるポテンシャルは、下向きが正方向であるため、ｎ型の半導体におけるポテンシャルは、エネルギーバンド図においてｐ型の半導体のポテンシャルよりも深い（高い）。各電極９，４１～４５に正電位を印加すると、電極直下の半導体領域のポテンシャルが深くなる（正方向に大きくなる）。各電極に印加される正電位の大きさを小さくすると、対応する電極直下の半導体のポテンシャルが浅くなる（正方向に小さくなる）。
　図４に示される時刻ｔ１のように、各信号ＭＧＬ，ＭＧＨ，ＴＧ，ＰＧがＬレベルであり、信号ＢＧがＨレベルであると、ｎ型半導体層２２のポテンシャルφ２２は、ｐ＋型半導体層２８およびｎ－型半導体層２４よりも深くなり、ｎ型半導体層２３のポテンシャルφ２３はポテンシャルφ２２よりもさらに深くなる。これにより、ポテンシャルφ２２，φ２３の井戸が形成される（図５（ａ）参照）。この状態でｎ型半導体層２２に光が入射して電荷が発生すると、発生した電荷は、ポテンシャルφ２２，φ２３の井戸内に蓄積される。
　時刻ｔ２において、信号ＭＧＬと信号ＭＧＨとがＨレベルであると、導電性部材８に第２方向に沿って高くされた電位勾配が形成される。この電位勾配に応じてポテンシャルφ２２はｎ型半導体層２３に向かって深くなるように傾斜し、ポテンシャルφ２２の井戸に蓄積された電荷がポテンシャルφ２３の井戸に移動する。すなわち、光感応領域７で発生し蓄積された電荷がバッファゲート部４に取得される。同じく、時刻ｔ２において、信号ＴＧがＨレベルであると、ｎ－型半導体層２４のポテンシャルφ２４はポテンシャルφ２３よりも深くなり、ｎ型半導体層２５のポテンシャルφ２５はポテンシャルφ２４よりもさらに深くなる。これにより、ポテンシャルφ２４，φ２５の井戸が形成される。ポテンシャルφ２３の井戸内に蓄積されていた電荷は、ポテンシャルφ２５の井戸に移動する。すなわち、バッファゲート部４から転送された電荷が、転送部５に取得される（図５（ｂ）参照）。
　時刻ｔ３において、各信号ＭＧＬ，ＭＧＨ，ＴＧがＬレベル、ＰＧがＨレベルであると、ｎ－型半導体層２６のポテンシャルφ２６はポテンシャルφ２５よりも深くなり、ｎ型半導体層２７のポテンシャルφ２７はポテンシャルφ２６よりもさらに深くなる。これにより、ポテンシャルφ２６，φ２７の井戸が形成される。ポテンシャルφ２５の井戸内に蓄積されていた電荷は、ポテンシャルφ２７の井戸に移動する。すなわち、転送部５から転送された電荷が、シフトレジスタ６に取得される（図５（ｃ）参照）。
　この後、シフトレジスタ６に取得された電荷は、電荷転送期間ＴＰにおいて、第１方向に順次転送され、アンプ部１０に出力される。図４での図示は省略するが、シフトレジスタ６における第１方向の電荷転送は、信号ＰＧ等を用いて行われる。
　続いて、図６に基づいて、導電性部材８の電気抵抗について説明する。図６は、ポリシリコンにおける不純物濃度と電気抵抗率との関係を示す線図であり、横軸は不純物濃度、縦軸は電気抵抗率である。導電性部材８は不純物が添加されたポリシリコンからなる。図６の曲線Ｐ１は、ポリシリコンに添加された不純物の濃度に対する電気抵抗率の変化特性を示している。曲線Ｐ１は、不純物濃度が高くなるのに応じ、電気抵抗率が小さくなると共に、傾斜が緩やかになる傾向を示している。曲線Ｐ１の傾斜が緩やかであることは、不純物濃度がばらついても電気抵抗率のばらつきが生じ難いことを意味している。
　曲線Ｐ１は、傾斜が一定である直線部Ｐ１ａ，Ｐ１ｂを有している。直線部Ｐ１ａ及び直線部Ｐ１ｂでは、電気抵抗率と不純物濃度との関係は一定であり、電気抵抗率のばらつき易さも一定である。直線部Ｐ１ｂは、直線部Ｐ１ａよりも不純物濃度の高い領域に位置している。直線部Ｐ１ｂの傾きは直線部Ｐ１ａに比して緩やかであり、直線部Ｐ１ｂ上の電気抵抗率は、直線部Ｐ１ａ上の電気抵抗率に比してばらつきが生じ難い。
　導電性部材８の電気抵抗、すなわち第１領域８ａと第２領域８ｂとの合成抵抗の値は、固体撮像装置１の動作及び特性の安定性を確保する値に設定されている。導電性部材８の電気抵抗の値は、光感応領域７で発生する電荷量に対し十分な読出し速度が得られると共に、導電性部材８の発熱量を抑えて暗電流が増加しないように設定されている。導電性部材８の電気抵抗の設定値に対応する導電性部材８全体の平均電気抵抗率は、直線部Ｐ１ａ上の所定値である。上記第２電気抵抗率は、上記所定値よりも小さく且つ直線部Ｐ１ｂ上の値に設定されている。これに対し、上記第１電気抵抗率は、導電性部材８全体の平均電気抵抗率を上記所定値とするために、上記所定値よりも大きい値に設定されている。第１電気抵抗率の設定値は、直線部Ｐ１ａ上の値である。
　第２電気抵抗率の値は、直線部Ｐ１ｂ上にあるため、直線部Ｐ１ａ上にある上記所定値に比してばらつきが生じ難い。上記所定値及び第１電気抵抗率の値は、いずれも直線部Ｐ１ａ上にあるため、上記所定値と第１電気抵抗率の値とでばらつきの生じ易さは同じである。このため、導電性部材８全体の電気抵抗率を一様に上記所定値とする場合に比べ、導電性部材８の電気抵抗のばらつきが低く抑えられている。
　以上のように、本実施形態では、導電性部材８は、第１電気抵抗率を有する第１領域８ａと、第１電気抵抗率よりも小さい第２電気抵抗率を有する第２領域８ｂとを含んでいる。第１領域８ａと第２領域８ｂとは電気抵抗率が異なることから、そのばらつきも異なる。本実施形態の導電性部材８は、不純物が添加されたポリシリコンからなり、ポリシリコンの性質によって第２領域８ｂのばらつきが生じ難い。このため、導電性部材８全体で見ると電気抵抗率のばらつきが低く抑えられている。
　導電性部材８の電気抵抗は、第１領域８ａの電気抵抗と第２領域８ｂの電気抵抗とが並列接続された合成抵抗で表される。したがって、第１領域８ａの電気抵抗と第２領域８ｂの電気抵抗とからなる合成抵抗の値が、固体撮像装置１の動作及び特性の安定性を確保する所定の値に設定されればよい。本実施形態では、第２電気抵抗率をばらつきの生じ難い値に設定しつつ、第１電気抵抗率を調整することで、導電性部材８の電気抵抗を固体撮像装置１の動作及び特性の安定性を確保する値に容易に調整している。このため、導電性部材８の電気抵抗値に関する制約条件が、第２領域８ｂによるばらつきの抑制に影響を与えていない。
　本実施形態では、導電性部材８は、複数の第１領域８ａ及び複数の第２領域８ｂを含み、第１領域８ａと第２領域８ｂとは、第１方向に沿って交互に配置されている。これにより、電荷の読出しスピードや導電性部材８での発熱量が第１方向にわたって略均一になり、固体撮像装置１の動作及び特性がより安定する。
　第２領域８ｂは、光感応領域７毎に対応して配置されている。これにより、電荷の読出しスピードや導電性部材での発熱量が各光感応領域７で略均一になり、固体撮像装置１の動作及び特性がより安定する。
　電位勾配形成部３は、第１方向にわたって導電性部材８の両端部にそれぞれ接続された一対の電極９ａ，９ｂ備えており、電極９ａ，９ｂは、各光感応領域７にわたるように形成されている。これにより、導電性部材８の両端部の電位が第１方向にわたって略均一になり、電位勾配が第１方向にわたって略均一に形成されるため、固体撮像装置１の動作及び特性がより安定する。
　以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
　本実施形態では、第２領域８ｂは光感応領域７毎に対応して配置されているが、これに限られない。例えば、図７に示されるように、第２領域８ｂは複数の光感応領域７毎に配置されていてもよい。図７に示された固体撮像装置１では、動作及び特性の安定性を確保するように設定される導電性部材８の電気抵抗は、図１に示された固体撮像装置１と同等に設定される。この場合、第１領域８ａの面積の総和及び第２領域８ｂの面積の総和は、図１に示された固体撮像装置１における各総和と同等に設定される。このため、図７に示された固体撮像装置１では、第１領域８ａ及び第２領域８ｂの個々の面積を大きく設定でき、導電性部材８を容易に形成することができる。光感応領域７毎に複数の第２領域８ｂを配置してもよい。この場合、電荷の読出しスピードや導電性部材８での発熱量が第１方向にわたって一層均一になる。
　導電性部材８及び電極９ａ，９ｂは、第１方向に伸び、各光感応領域７にわたるように形成されているが、複数に分割して形成されていてもよい。
　光感応領域７は、短辺に沿う１次元方向にアレイ状に配置されているが、長辺に沿う方向にも配置され、短辺方向と長辺方向に沿う２次元方向にアレイ状に配置されていてもよい。
　固体撮像装置１は、ｎ型半導体層２２側から光が入射する表面入射型とされているが、これに限られない。固体撮像装置１は、ｐ型半導体層２１側から光が入射する裏面入射型とされていてもよい。
　本発明は、分光器の光検出手段に利用できる。
　１…固体撮像装置、２…光電変換部、３…電位勾配形成部、６…シフトレジスタ、７…光感応領域、８…導電性部材、８ａ…第１領域、８ｂ…第２領域、９…電極、１０…アンプ部。

Claims (5)

  1. 　固体撮像装置であって、
    　光入射に応じて電荷を発生し且つ平面形状が二つの長辺と二つの短辺とによって形作られる略矩形状をなし、前記長辺に交差する第１方向に並置された複数の光感応領域を有する光電変換部と、
    　前記複数の光感応領域に対向して配置された導電性部材を有し、前記光感応領域の一方の前記短辺側から他方の前記短辺側に向かう第２方向に沿って高くされた電位勾配を形成する電位勾配形成部と、
    　前記複数の光感応領域からそれぞれ転送された電荷を取得し、前記第１方向に転送して出力する電荷出力部と、を備え、
    　前記導電性部材は、前記第２方向での両端部間を前記第２方向に伸び且つ第１電気抵抗率を有する第１領域と、前記両端部間を前記第２方向に伸び且つ前記第１電気抵抗率よりも小さい第２電気抵抗率を有する第２領域と、を含んでいる。
  2. 　請求項１に記載の固体撮像装置であって、
    　前記導電性部材は、不純物が添加されたポリシリコンからなり、
    　前記第２領域は、前記不純物の濃度が前記第１領域に比して高い。
  3. 　請求項１又は２に記載の固体撮像装置であって、
    　前記導電性部材は、複数の前記第１領域及び複数の前記第２領域を含み、
    　前記第１領域と前記第２領域とは、前記第１方向に沿って交互に配置されている。
  4. 　請求項３に記載の固体撮像装置であって、
    　前記第２領域は、前記光感応領域毎に対応して配置されている。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の固体撮像装置であって、
    　前記電位勾配形成部は、前記第１方向にわたって前記両端部にそれぞれ接続された一対の電極を更に含んでいる。
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