WO2019044247A1 - 固体撮像装置 - Google Patents

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WO2019044247A1
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transfer
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charge
area
impurity
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慎一郎 ▲高▼木
康人 米田
村松　雅治
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浜松ホトニクス株式会社
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    • H04N25/73—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors using interline transfer [IT]

Definitions

  • the present invention relates to a solid-state imaging device.
  • a known solid-state imaging device includes a plurality of pixel areas, a plurality of first transfer units, and a plurality of second transfer units (see, for example, Patent Document 1).
  • the plurality of pixel regions respectively have a plurality of photosensitive regions two-dimensionally arranged in a first direction and a second direction orthogonal to the first direction, and are aligned in the first direction.
  • Each first transfer unit is arranged in the second direction with the corresponding pixel region among the plurality of pixel regions, and transfers the charge generated in the photosensitive region to each corresponding pixel region.
  • Each second transfer unit is arranged in the second direction with the corresponding first transfer unit among the plurality of first transfer units, and obtains the charge transferred from the corresponding first transfer unit.
  • Each second transfer unit transfers the acquired charge in a first direction.
  • one solid-state imaging device may be provided with a plurality of readout ports. In this case, for example, it is necessary to secure a space for arranging an amplifier for each read port.
  • the length of the first transfer unit in the second direction gradually increases in the charge transfer direction in the second transfer unit corresponding to the first transfer unit.
  • the second transfer portion corresponding to the first transfer portion extends in the direction intersecting with the first direction and the second direction so that the distance to the pixel region becomes gradually longer in the charge transfer direction.
  • the amplifier is disposed in the space between the adjacent second transfer units in the first direction.
  • the length in the second direction gradually increases in the charge transfer direction in the second transfer portion.
  • the first transfer unit is located between the pixel area and the second transfer unit in the second direction.
  • the distance between the pixel region and the second transfer portion is gradually increased in the charge transfer direction in the second transfer portion. Therefore, the charge transfer distance along the second direction from the pixel region to the second transfer unit becomes long.
  • the entire second transfer portion extends along a direction intersecting the first direction and the second direction. In this case, charges moving in the charge transfer direction along the first direction are transferred while hitting the boundary with the first transfer unit in the second transfer unit. Therefore, there is a possibility that the charge transfer efficiency in the second transfer unit may be deteriorated due to the potential of the first transfer unit.
  • An aspect of the present invention aims to provide a solid-state imaging device that improves charge transfer efficiency.
  • One aspect of the present invention is a solid-state imaging device, which includes a plurality of pixel areas, a plurality of first transfer units, and a plurality of second transfer units.
  • the plurality of pixel regions respectively have a plurality of photosensitive regions two-dimensionally arranged in a first direction and a second direction orthogonal to the first direction, and are aligned in the first direction.
  • the plurality of first transfer units are arranged in the second direction with the corresponding pixel region among the plurality of pixel regions, and transfer the charge generated in the photosensitive region to each corresponding pixel region.
  • the plurality of second transfer units are arranged in the second direction with the corresponding first transfer unit among the plurality of first transfer units, and obtain the charges transferred from the corresponding first transfer unit, and the obtained charges In the first direction.
  • Each first transfer unit includes a first region including a plurality of first transfer row regions aligned in the first direction and a second region including a plurality of second transfer row regions aligned in the first direction. And an area. The second area is located downstream of the first area in the charge transfer direction in the second transfer unit. The lengths in the second direction of the plurality of first transfer column areas are the same.
  • the lengths in the second direction of the plurality of second transfer row regions are larger than the length of the first transfer row region, and the lengths of the second transfer row regions located downstream in the charge transfer direction are larger.
  • Each second transfer unit has a third area arranged corresponding to the first area and a fourth area arranged corresponding to the second area.
  • the third region extends along the first direction.
  • the fourth region is formed in the first direction and the second direction such that the distance from the pixel region in the second direction increases in the charge transfer direction corresponding to the change in the length of the plurality of second transfer line regions. It extends along the intersecting direction.
  • the charge transfer distance along the second direction in each first transfer row region is shorter than the charge transfer distance along the second direction in each second transfer row region. Therefore, in the above aspect, compared to the configuration in which the lengths in the second direction of all the transfer row regions included in the first transfer unit gradually increase in the charge transfer direction in the second transfer unit, the second The charge transfer distance along the direction is short. In the third region of the above aspect, the charge moving in the charge transfer direction along the first direction does not easily hit the boundary with the first transfer portion in the second transfer portion. Therefore, the charge transfer in the second transfer unit is less likely to be inhibited by the potential of the first transfer unit.
  • the above one aspect improves the charge transfer efficiency in the second transfer portion as compared with the configuration in which the entire second transfer portion extends along the direction intersecting with the first direction and the second direction.
  • the solid-state imaging device according to the above aspect improves charge transfer efficiency.
  • each second transfer row region may include a first impurity region and a second impurity region having a higher impurity concentration than the first impurity region.
  • the second impurity region may be provided from one end located near the pixel region in the second direction or from the vicinity of the one end to the other end near the second transfer portion in each second transfer row region.
  • the width in the first direction of the second impurity region may increase in the vertical transfer direction from one end to the other end. When the width in the first direction of the second impurity region is increased in the vertical transfer direction, a potential gradient is formed in each second transfer row region in which the potential is increased in the vertical transfer direction. Therefore, charges are efficiently transferred also to the second transfer column regions where the charge transfer distance from the pixel region to the second transfer portion is long due to the potential gradient.
  • the width of the second impurity region in each section obtained by dividing the second transfer column area in the second direction n is set such that the potential difference of the second impurity area in each adjacent section is constant. It is also good.
  • n is an integer of 2 or more.
  • the potential gradient in the second transfer row region is substantially constant. Thus, the second transfer row region transfers charges more efficiently.
  • the one aspect may further include a plurality of output units.
  • the plurality of output units acquire charge from the rear end in the charge transfer direction of the corresponding second transfer unit among the plurality of second transfer units, and output a signal corresponding to the acquired charge.
  • the output unit may be disposed in an area surrounded by the corresponding second transfer unit and the second transfer unit adjacent to the corresponding second transfer unit in the charge transfer direction. In this configuration, even when the width in the first direction of the second transfer portion is not smaller than the width in the first direction of the pixel region, the corresponding second transfer portion, the corresponding second transfer portion, and the corresponding charge An area surrounded by the second transfer units adjacent in the transfer direction is secured.
  • An output unit that outputs a signal corresponding to the charge acquired from the corresponding second transfer unit is disposed in this area. Therefore, in the present configuration, it is difficult for the charge transfer direction to be bent from the second transfer unit toward the output unit. This configuration improves the charge transfer efficiency and facilitates the design of the solid-state imaging device.
  • a solid-state imaging device that improves charge transfer efficiency.
  • FIG. 1 is a diagram showing a planar configuration of a solid-state imaging device.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the solid-state imaging device.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a second transfer row region.
  • FIG. 4 is a diagram showing a change in potential formed in the solid-state imaging device.
  • FIG. 5 is a diagram used to explain the width of the second impurity region.
  • FIG. 6 is a graph showing the potential of the second impurity region for each notch width.
  • FIG. 7 is a table showing the width of the second impurity region at each equally dividing point.
  • FIG. 8 is a diagram showing a simulation model of a second transfer row region including the second impurity region according to the present embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing a simulation model of a second transfer row region including the second impurity region according to the present embodiment.
  • FIG. 9 is a graph showing a simulation result of the potential of the second transfer row region.
  • FIG. 10 is a graph showing the potential gradient in the transfer direction.
  • FIG. 11 is a graph showing simulation results of the potential of the second transfer row region in the reference example.
  • FIG. 12 is a schematic view showing the operation and effect of the solid-state imaging device of the present embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic view showing a modification of the second impurity region.
  • FIG. 1 is a diagram showing a planar configuration of a solid-state imaging device.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the solid-state imaging device.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional configuration of the solid-state imaging device along the line II-II in FIG.
  • the solid-state imaging device 1 includes a plurality of pixel areas 3a, a plurality of transfer units 7, a plurality of shift registers 9, and a plurality of amplifiers AM.
  • the transfer unit 7 includes a first transfer unit
  • the shift register 9 includes a second transfer unit
  • the amplifier AM includes an output.
  • the pixel area 3a has a rectangular shape in plan view.
  • the rectangular shape has, for example, a pair of short sides facing each other in the first direction D1 and a pair of long sides facing each other in the second direction D2.
  • the first direction D1 includes both positive and negative directions along the Y axis.
  • the second direction D2 includes both positive and negative directions along the X axis.
  • the first direction D1 and the second direction D2 are orthogonal to each other.
  • the plurality of pixel areas 3a are arranged in the first direction D1.
  • the plurality of pixel areas 3 a constitute a light receiving area 3.
  • the light receiving area 3 includes a plurality of pixel areas 3a.
  • the light receiving area 3 is divided into a plurality of pixel areas 3a in the first direction D1.
  • the pixel region 3 a has a plurality of photoelectric conversion units 5.
  • the plurality of photoelectric conversion units 5 are two-dimensionally arranged in the first direction D1 and the second direction D2.
  • Each photoelectric conversion unit 5 has a photosensitive region 6 that generates an electric charge in response to incident light.
  • one photoelectric conversion unit 5 has one photosensitive region 6.
  • the photosensitive regions 6 are two-dimensionally arranged in the first direction D1 and the second direction D2.
  • One photosensitive region 6 (photoelectric conversion unit 5) constitutes one pixel in the pixel region 3a.
  • Each pixel area 3a has a plurality of photosensitive areas 6 arranged two-dimensionally.
  • the plurality of transfer units 7 correspond to the plurality of pixel areas 3a, respectively. Each transfer unit 7 is disposed adjacent to the long side of the corresponding pixel area 3a among the plurality of pixel areas 3a. Each transfer unit 7 is arranged in the second direction D2 so as to be adjacent to the long side of the corresponding pixel area 3a and to be aligned with the corresponding pixel area 3a. The transfer unit 7 is located between the pixel area 3 a and the shift register 9. The transfer unit 7 transfers the charge generated in the photosensitive region 6 of the corresponding pixel region 3a. The transfer unit 7 acquires the charge discharged from the pixel region 3 a and transfers the acquired charge to the shift register 9.
  • Each transfer unit 7 includes a plurality of transfer row areas 7a.
  • the plurality of transfer line areas 7a are arranged in the first direction D1 corresponding to the lines of the light sensitive areas 6 arranged in the first direction D1, that is, corresponding to the pixel lines.
  • the transfer column area 7a transfers the charge generated in the photosensitive area 6 of the corresponding pixel column.
  • the transfer column area 7 a acquires charge from the corresponding pixel column, and transfers the acquired charge to the shift register 9.
  • Each transfer unit 7 has a first area 13 and a second area 14.
  • the second area 14 is located downstream of the first area 13 in the charge transfer direction in the corresponding shift register 9.
  • the charge transfer direction in the shift register 9 means the direction from the first area 13 to the second area 14 along the first direction D1.
  • the charge transfer direction in the shift register 9 is the Y-axis negative direction.
  • the charge transfer direction in the shift register 9 is referred to as “horizontal transfer direction TD1”. Downstream in the horizontal transfer direction TD1 means that the order of charge transfer in the charge transfer direction is later.
  • the first area 13 is located upstream of the second area 14 in the horizontal transfer direction TD1, and the second area 14 is located downstream of the first area 13 in the horizontal transfer direction TD1.
  • each first area 13 includes a plurality of first transfer column areas 13A.
  • the length La of each first transfer row region 13A in the second direction D2 is the same. In the present embodiment, having the same length La means not only that the values are exactly the same but also that the difference in values is included in the measurement error or within a preset range of about ⁇ 1 ⁇ m. .
  • the lengths La of the plurality of first transfer row regions 13A are the same, and the plurality of first transfer row regions 13A are arranged in the first direction D1. Therefore, each first region 13 has a rectangular shape in plan view.
  • the rectangular shape has a pair of short sides facing each other in the first direction D1 and a pair of long sides facing each other in the second direction D2.
  • the length La is, for example, 7 ⁇ m.
  • the transfer line area 7a includes a second transfer line area 14A. Therefore, each second area 14 includes a plurality of second transfer column areas 14A.
  • the length Lb of each second transfer row area 14A in the second direction D2 is larger than the length La.
  • the length Lb is larger as the second transfer row region 14A located downstream in the horizontal transfer direction TD1.
  • the trapezoidal second transfer line area 14A is arranged in the first direction D1 so that the length Lb becomes larger as the second transfer line area 14A positioned downstream in the horizontal transfer direction TD1.
  • the second region 14 has a trapezoidal shape in plan view.
  • the trapezoidal shape has a pair of sides 14e and 14f facing each other in the first direction D1 and a pair of sides 14g and 14h facing each other in the second direction D2, and the sides 14e to 14f
  • the width is widening towards
  • each second transfer column area 14A adjacent to the pixel area 3a are linearly arranged in the first direction D1.
  • the side adjacent to the pixel area 3 a of each second transfer column area 14 A constitutes the side 14 g of the second area 14.
  • the side 14g linearly extends in the first direction D1.
  • the sides of each second transfer column area 14A adjacent to the shift register 9 are arranged in a straight line so as to intersect the first direction D1 and the second direction D2 at the same angle.
  • the side adjacent to the shift register 9 of each second transfer column area 14A constitutes the side 14h of the second area 14.
  • the side 14 h extends in a straight line so as to intersect at a predetermined angle with respect to the first direction D 1 and the second direction D 2.
  • the length Lb is maximum at the position of the side 14f.
  • the maximum value of the length Lb is, for example, 50 ⁇ m.
  • the maximum length of the second area 14 in the second direction D2, that is, the length of the side 14f, is in the first direction D1 in the second transfer row area 14A located most downstream in the horizontal transfer direction TD1 in the second area 14 It is larger than the sum of the lengths in the second direction D2 of the adjacent first area 13 and shift register 9.
  • the length of the side 14f is larger than the sum of the length La and the length of the shift register 9 in the second direction D2.
  • the side 14 e is one end of the second region 14 in the first direction D1.
  • the side 14 e is located closer to the first region 13 in the first direction D1.
  • the side 14 f is the other end of the second region 14 in the first direction D1.
  • the side 14f is located opposite to the first area 13 in the first direction D1.
  • the side 14g is one end of the second region 14 in the second direction D2.
  • the side 14g is located closer to the pixel region 3a in the second direction D2.
  • the side 14 h is the other end of the second region 14 in the second direction D2.
  • the side 14 h is located closer to the shift register 9 in the second direction D2.
  • the direction from the pixel region 3a to the shift register 9 is referred to as “vertical transfer direction TD2” along the direction from the side 14g to the side 14h, that is, along the second direction D2.
  • the width of the first region 13 in the first direction D1 is larger than the width of the second region 14 in the first direction D1.
  • the number of first transfer column areas 13A aligned in the first direction D1 is larger than the number of second transfer column areas 14A aligned in the first direction D1.
  • the width of the first area 13 in the first direction D1 is about 10 times the width of the second area 14 in the first direction D1.
  • the ratio of the number of first transfer line areas 13A to the number of second transfer line areas 14A is about 10: 1.
  • Each second transfer row region 14A includes a plurality of impurity regions having different impurity concentrations.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a second transfer row region. As described above, the second transfer row region 14A has a trapezoidal shape in a plan view, but in FIG. 3, the second transfer row region 14A schematically has a pair of short sides 14a and 14b and a pair. Is shown in a rectangular shape having long sides 14c and 14d.
  • the second transfer row region 14A includes a pair of first impurity regions 11 and a second impurity region 12.
  • the impurity concentration of the second impurity region 12 is higher than the impurity concentration of the first impurity region 11.
  • the configurations of the first impurity region 11 and the second impurity region 12 will be described later.
  • the second impurity regions 12 are provided from one short side 14a to the other short side 14b in the second direction D2 in the second transfer row region 14A.
  • the second impurity region 12 is provided continuously from the short side 14 a to the short side 14 b.
  • the short side 14 a constitutes a part of the side 14 g of the second region 14.
  • the short side 14a is one end of the second transfer column area 14A (second area 14) in the second direction D2.
  • the short side 14a is located closer to the pixel region 3a in the second direction D2.
  • the short side 14 b constitutes a part of the side 14 h of the second region 14.
  • the short side 14b is the other end of the second transfer column area 14A (second area 14) in the second direction D2.
  • the short side 14 b is located closer to the shift register 9 in the second direction D2.
  • the second impurity region 12 is located between the pair of first impurity regions 11 in the first direction D1.
  • the second impurity region 12 has a shape that is line-symmetrical to the center line G1 of the second transfer row region 14A along the second direction D2 in a plan view of FIG.
  • the planar shape of the second impurity region 12 is axisymmetrical with respect to the center line G1.
  • the center line G1 is parallel to the pair of long sides 14c and 14d of the second transfer row region 14A, and is positioned such that the distances from the long sides 14c and 14d are equal.
  • “equivalent” means not only that the values are exactly the same, but also that the difference between the values is included within the range of measurement error or a preset difference.
  • planar shape of the second impurity region 12 is axisymmetric with respect to the center line G1 means that when the second impurity region 12 is divided by the center line G1, each region located across the center line G1 is mirrored It is symmetrical, and means that the area and number of each region are equal.
  • the center line G1 is a mirror symmetry axis.
  • the width W of the second impurity region 12 in the first direction D1 increases in the direction from the short side 14a to the short side 14b.
  • the shape of the second impurity region 12 will be described later with reference to FIG.
  • the second impurity region 12 forms a potential gradient which becomes higher in the positive direction of the X-axis in FIG.
  • the potential gradient increases in the direction from the short side 14a toward the short side 14b along the direction in which the pair of short sides 14a and 14b are opposite, that is, along the second direction D2.
  • the potential gradient transfers the charges transferred from the photosensitive region 6 to the second transfer row region 14A in the direction from the short side 14a to the short side 14b in the second transfer row region 14A.
  • the potential gradient transfers charges in the vertical transfer direction TD2.
  • the charges reaching the short side 14b are discharged from the second transfer row region 14A.
  • each shift register 9 is arranged such that the corresponding transfer unit 7 is located between the corresponding pixel area 3 a and the shift register 9.
  • Each shift register 9 is arranged near the long side of each pixel area 3a.
  • Each shift register 9 is adjacent to the corresponding transfer unit 7 in the second direction D2.
  • the pixel area 3a, the transfer unit 7, and the shift register 9 are arranged in the order of the pixel area 3a, the transfer unit 7, and the shift register 9 in the second direction D2.
  • the shift register 9 acquires the charges transferred from the transfer unit 7, transfers the charges in the horizontal transfer direction TD1 (Y-axis negative direction), and sequentially outputs the charges to the amplifier AM.
  • the amplifier AM converts the charge output from the shift register 9 into a voltage, and outputs the converted voltage to the outside of the solid-state imaging device 1 as an output of each photosensitive region 6.
  • the amplifier AM constitutes a read port.
  • the shift register 9 has a third area 15 and a fourth area 16.
  • the third area 15 is disposed at a position corresponding to the first area 13.
  • the fourth area 16 is disposed at a position corresponding to the second area 14.
  • the third region 15 is disposed near the long side of the first region 13 in the second direction D2, and extends along the first direction D1.
  • the third region 15 has a rectangular shape in plan view.
  • the rectangular shape has a pair of short sides facing each other in the first direction D1 and a pair of long sides facing each other in the second direction D2.
  • the width of the third area 15 in the first direction D1 is substantially the same as the width of the first area 13 in the first direction D1.
  • the fourth area 16 is disposed closer to the side 14 h of the second area 14 in the second direction D2.
  • the fourth region 16 is formed in the first direction D1 and the second direction D2 so that the interval H with the pixel region 3a in the second direction D2 becomes larger in the horizontal transfer direction TD1 corresponding to the change in the length Lb. It extends along the intersecting direction.
  • the fourth region 16 has a parallelogram shape in plan view.
  • the parallelogram shape has a pair of short sides opposing each other in the first direction D1 and a pair of long sides opposing each other in the second direction D2.
  • Each long side of the fourth area 16 is parallel to the side 14 h of the second area 14.
  • Each long side of the fourth region 16 extends linearly so as to intersect at a predetermined angle with respect to the first direction D1 and the second direction D2.
  • the width in the first direction D1 of each long side of the fourth region 16 is larger than the width in the second direction D2 of each long side of the fourth region 16.
  • the angle formed by the long sides of the fourth region 16 with the first direction D1 is smaller than the angle formed by the long sides of the fourth region 16 with the second direction D2.
  • the fourth region 16 extends at an angle such that the angle with respect to the first direction D1 is smaller than the angle with respect to the second direction D2.
  • the fourth region 16 is inclined at a gentle angle closer to the first direction D1 (Y-axis direction) than the second direction D2 (X-axis direction). For example, the fourth region 16 is inclined at an angle smaller than 45 ° with respect to the first direction D1.
  • the width in the first direction D1 of the fourth area 16 is substantially the same as the width in the first direction D1 of the second area 14.
  • the length of the fourth area 16 in the second direction D2 is substantially the same as the length of the third area 15 in the second direction D2.
  • the width in the second direction D2 of the shift register 9 is substantially constant regardless of the position in the horizontal transfer direction TD1.
  • Each amplifier AM acquires charge from the rear end of the corresponding shift register 9 in the horizontal transfer direction TD1, and outputs a voltage (signal) corresponding to the acquired charge.
  • the amplifier AM is disposed in the area S.
  • the area S is an area surrounded by the corresponding shift register 9 and the shift register 9 adjacent to the corresponding shift register 9 in the horizontal transfer direction TD1.
  • Region S transfers the charge generated in one pixel region 3a of the two pixel regions 3a adjacent to each other in the first direction D1 and transfers the charge generated in the other pixel region 3a. It is also an area surrounded by the shift register 9 that outputs the signal.
  • one amplifier AM is disposed in the region S and provided in one pixel region 3a.
  • the solid-state imaging device 1 includes a plurality of amplifiers AM for one light receiving area 3.
  • one amplifier AM is disposed in the region S, and thus, one amplifier AM is provided for one pixel region 3 a.
  • the solid-state imaging device 1 is a multiport solid-state imaging device including a plurality of output units (a plurality of reading ports).
  • Isolation regions are disposed between the light sensitive regions 6 adjacent in the first direction D1 and between the transfer portions 7 adjacent in the first direction D1.
  • An isolation region disposed between the light sensitive regions 6 electrically isolates the adjacent light sensitive regions 6.
  • An isolation region disposed between the transfer units 7 electrically isolates adjacent transfer units 7.
  • the solid-state imaging device 1 has a semiconductor substrate 10.
  • the light receiving region 3, the plurality of transfer units 7, and the plurality of shift registers 9 are formed on the semiconductor substrate 10.
  • the semiconductor substrate 10 is a silicon substrate.
  • the semiconductor substrate 10, as shown in FIG. 2, includes a main body layer 10A as a base of the semiconductor substrate 10 and surface layers 24 to 26. The surface layers 24 to 26 are formed on one side of the main body layer 10A.
  • the main body layer 10A is a p-type semiconductor layer.
  • the surface layer 24 is an n-type semiconductor layer.
  • the surface layer 25 includes a pair of n-type semiconductor layers 25a and one n + -type semiconductor layer 25b, as also shown in FIG.
  • the n + -type semiconductor layer 25 b is located between the pair of n-type semiconductor layers 25 a in the first direction D1.
  • the surface layer 26 is an n ⁇ -type semiconductor layer.
  • the p-type and n-type conductivity types may be interchanged to be opposite to the above-described conductivity types.
  • the "+” attached to the conductivity type indicates a high impurity concentration.
  • "-" Attached to the conductive type indicates low impurity concentration.
  • the low impurity concentration is apparently low impurity by compensating a part of the conductivity type impurity with "-” with the impurity of the opposite conductivity type to the conductivity type with "-” It also includes the aspect of concentration.
  • the number of "+” indicates the degree of the concentration of the impurity of the conductivity type indicated by "+”, and the larger the number of "+”, the higher the concentration of the impurity of the conductivity type indicated by "+” Indicates
  • the n-type impurity is, for example, N, P or As.
  • the p-type impurity is, for example, B or Al.
  • a pn junction is formed at the interface between the main body layer 10A and the surface layer 24.
  • the surface layer 24 constitutes a pixel area 3a.
  • a plurality of electrodes 41 to 44 are disposed on the insulating layer (not shown).
  • the electrodes 41 to 44 are formed on the region of the insulating layer corresponding to the surface layer 24.
  • the electrodes 41 to 44 are indirectly disposed on the surface layer 24.
  • the electrodes 41 to 44 are arranged in the order of the electrode 41, the electrode 42, the electrode 43, and the electrode 44 in the second direction D2.
  • a plurality of sets of electrodes 41 to 44 are arranged in the second direction D2 with the sets of electrodes 41 to 44 as one set. Regions of the surface layer 24 located below the pair of electrodes 41 to 44 constitute one photosensitive region 6 (one pixel).
  • a drive circuit applies signals P1V, P2V, P3V, and P4V to the electrodes 41 to 44, respectively.
  • Each signal P1V, P2V, P3V, P4V determines the potential gradient of the region (photosensitive region 6) of the surface layer 24 located below the pair of electrodes 41 to 44.
  • the pair of electrodes 41 to 44 form a potential gradient which becomes gradually deeper in the vertical transfer direction TD2 in a region located below the pair of electrodes 41 to 44.
  • One set of electrodes 41 to 44 form a potential gradient raised in the vertical transfer direction TD2.
  • the drive circuit is controlled by a controller (not shown).
  • the n-type semiconductor layer 25a of the surface layer 25 constitutes the first impurity region 11 of the second transfer column region 14A, as shown in FIG.
  • the shape of the first impurity region 11 corresponds to the shape of the n-type semiconductor layer 25a.
  • the n + -type semiconductor layer 25b of the surface layer 25 constitutes the second impurity region 12 of the second transfer column region 14A.
  • the shape of the second impurity region 12 corresponds to the shape of the n + -type semiconductor layer 25 b.
  • the impurity concentration of the n + -type semiconductor layer 25 b is higher than the impurity concentration of the n-type semiconductor layer 25 a.
  • the width W of the high n + -type semiconductor layer 25 b is gradually increased in the vertical transfer direction TD2. In the region near the short side 14 a in the vertical transfer direction TD2, the width W of the n + -type semiconductor layer 25 b is small. When the width W of the n + -type semiconductor layer 25 b is small, the influence of the fringing electric field from the n-type semiconductor layer 25 a located on both sides of the n + -type semiconductor layer 25 b is large.
  • FIG. 4 is a diagram showing a change in potential formed in the solid-state imaging device.
  • the electrode 45 is also disposed on the insulating layer.
  • the electrode 45 is formed on the region of the insulating layer corresponding to the surface layer 25.
  • the electrode 45 is indirectly disposed on the surface layer 25.
  • the surface layer 25 and the electrode 45 constitute a second transfer row region 14A (a second region 14 of the transfer unit 7).
  • the drive circuit applies a signal TG to the electrode 45.
  • the potential of the surface layer 25 changes. Due to the change of the potential, the second transfer array region 14A (the second region 14 of the transfer unit 7) acquires the charge from the photosensitive region 6, and sends the acquired charge to the shift register 9.
  • the first transfer row region 13A (the first region 13 of the transfer unit 7) has a conventionally known configuration, the illustration of the first transfer row region 13A is omitted.
  • the first transfer column area 13A is configured of a surface layer and an electrode indirectly disposed on the surface layer.
  • the surface layer does not include a plurality of impurity regions having different impurity concentrations.
  • the surface layer is, for example, an n ⁇ -type semiconductor layer.
  • the electrode 46 is also disposed on the insulating layer.
  • the electrode 46 is formed on the region of the insulating layer corresponding to the surface layer 26.
  • the electrode 46 is indirectly disposed on the surface layer 26.
  • the surface layer 26 and the electrode 46 constitute a shift register 9.
  • the drive circuit applies a signal P1H to the electrode 46.
  • the signal P1H for example, as shown in (a) and (b) of FIG. 4, the potential of the surface layer 26 changes. Due to this change in potential, the shift register 9 acquires the charge from the transfer unit 7 and sends the acquired charge to the amplifier AM.
  • the electrodes 41 to 46 are made of, for example, a polysilicon film.
  • the insulating layer described above is made of, for example, a silicon oxide film.
  • FIG. 5 is a diagram used to explain the width of the second impurity region. 5, each section L 1 and the second transfer line region 14A divided into n in the second direction D2, ..., L k, ..., the width W 1 of the second impurity region 12 in the L n, ..., W k, ..., W n are shown.
  • the second transfer column area 14A has a length L in the second direction D2. n is an integer of 2 or more. k is an integer of 2 or more and n-1 or less.
  • the width W 0 is the minimum width in the section L1. Width W 0 is the width of the second impurity region 12 in the most upstream end in the vertical transfer direction TD2 in the second impurity region 12 (the short side 14a shown in FIG. 3).
  • the sections L 1 ,..., L k ..., L n are sections obtained by equally dividing the second transfer row area 14A into n in the second direction D2. Although equal division means dividing into equal amounts, each section L 1 ,..., L k ..., L n may not be divided into completely equal amounts.
  • the width of each of the sections L 1 ,..., L k, ..., L n may include a measurement error or a minute difference in a range of about ⁇ several ⁇ m set in advance.
  • the second transfer row area 14A is divided into 12 equal parts.
  • the width W 1 of the second impurity region 12, ..., W k, ... , W n for example, each section L 1, ..., L k, ..., a position closest to the short side 14b (see FIG. 3) in L n
  • the width of the In this case, the width W 1, ..., W k, ..., W n is the interval L 1, ..., L k, ..., the width of the downstream end of the vertical transfer direction TD2 in L n, each section L 1 , L k ,..., L n are the maximum widths.
  • Width W 1, ..., W k, ..., W n is, each of the sections L 1, ..., L k, ..., not limited to the maximum width of the L n.
  • the width W 1, ..., W k, ..., W n is the interval L 1, ..., L k, ..., it may be a mean value of the width in the L n.
  • the width W of the second impurity region 12 gradually increases from the upstream to the downstream in the vertical transfer direction TD2.
  • the width W of the second impurity region 12 monotonously increases in the vertical transfer direction TD2 from the upstream end to the downstream end of the vertical transfer direction TD2.
  • the process of determining the shape of the second impurity region 12 will be described.
  • the procedure for obtaining the widths W 1 ,..., W k ,..., W n of the second impurity region 12 will be described.
  • the potential of the second transfer row region 14A for each predetermined notch width is calculated.
  • a model of a solid-state imaging device having the second impurity region 12 whose notch width is constant in the vertical transfer direction TD2 is used.
  • the maximum potential of the light sensitive region 6 is calculated for each predetermined notch width.
  • the notch width is, for example, a value within the range of 0.8 ⁇ m to 6.1 ⁇ m. The calculation results are shown in FIG. FIG.
  • FIG. 6 is a graph showing the potential of the second impurity region for each notch width.
  • the horizontal axis in FIG. 6 indicates the notch width [ ⁇ m].
  • the vertical axis in FIG. 6 indicates the maximum potential [V] of the second transfer row region 14A corresponding to the notch width.
  • the vertical axis in FIG. 6 indicates that the maximum potential increases as going upward, and the maximum potential decreases as going downward.
  • the potential in the range corresponding to the notch width in the range of 0.8 ⁇ m to 6.1 ⁇ m is equally divided into n.
  • the potential is equally divided into twelve.
  • the notch width at each equidistant point (1,..., K,... N) of the potential is read from the graph of FIG.
  • the notch width at each of the read equally divided points is set as each width W 1 ,..., W k ,..., W n of the second impurity region 12 corresponding to each divided point.
  • the widths W 1 ,..., W k ,..., W n of the second impurity regions 12 in which the potential difference of the second transfer row regions 14A in each adjacent section is constant are obtained.
  • FIG. 7 is a table showing the width of the second impurity region at each equally dividing point.
  • the shape of the second impurity region 12 is determined based on the widths W 0 , W 1 ,..., W k ,..., W n (see FIG. 7) of the obtained second impurity region 12.
  • the shape of the second impurity region 12 is determined by the above procedure.
  • the shape of the second impurity region 12 is similar to the shape shown in FIG. 5 regardless of the length of the second transfer row region 14A in the vertical transfer direction TD2.
  • FIG. 8 is a diagram showing a simulation model of a second transfer row region including the second impurity region according to the present embodiment.
  • FIG. 9 is a graph showing a simulation result of the potential of the second transfer row region.
  • the potential shown in FIG. 9 is a simulation result of the potential of the second transfer row region 14A using the model shown in FIG. In FIG. 9, the potentials are indicated by equipotential lines.
  • the x-axis positive direction in FIG. 9 corresponds to the vertical transfer direction TD2.
  • FIG. 10 is a graph showing the potential gradient in the transfer direction.
  • FIG. 10 is a graph in which the value of the potential corresponding to the position in the vertical transfer direction TD2 in the second transfer row region 14A is plotted based on the result of FIG.
  • FIG. 10 indicates the position [ ⁇ m] in the vertical transfer direction TD2 (x-axis positive direction) of the second transfer column area 14A.
  • the vertical axis in FIG. 10 indicates the maximum potential [V] of the second transfer column area 14A.
  • the vertical axis in FIG. 10 indicates that the maximum potential decreases as going upward, and the maximum potential increases as going downward.
  • FIG. 11 is a graph showing simulation results of the potential of the second transfer row region in the reference example. In the reference example, the second transfer row region 14A does not include the second impurity region 12.
  • the second transfer row region 14A does not include the second impurity region 12
  • no potential gradient is formed in the central portion of the second transfer row region 14A. Therefore, when the length of the second transfer row region 14A in the second direction D2 is large, for example, when the length of the second transfer row region 14A in the second direction D2 is about 50 ⁇ m, the charge Ec is , Hard to be transferred in the vertical transfer direction TD2.
  • the second transfer line area 14A includes the second impurity area 12
  • the potential gradient in the second transfer line area 14A is the second transfer line.
  • the region 14A is formed to be substantially constant over substantially the entire region along the vertical transfer direction TD2 of the region 14A. In this case, the potential gradient in the second transfer row region 14A transfers the charge Ec efficiently in the second transfer row region 14A.
  • FIG. 12 is a schematic view showing the operation and effect of the solid-state imaging device of the present embodiment.
  • a of FIG. 12 schematically illustrates a solid-state imaging device 100 according to a comparative example.
  • B of FIG. 12 schematically illustrates the solid-state imaging device 1 of the present embodiment.
  • the solid-state imaging device 100 includes a transfer unit 17 instead of the transfer unit 7 of the present embodiment, and a shift register 19 instead of the shift register 9 of the present embodiment. Is equipped.
  • the transfer unit 17 in the entire transfer unit 17 the length in the second direction D2 gradually increases in the horizontal transfer direction TD1.
  • the transfer unit 17 is located between the pixel region 3 a and the shift register 9 in the second direction D2.
  • the interval between the pixel area 3a and the shift register 19 gradually increases in the horizontal transfer direction TD1. Therefore, the charge transfer distance along the second direction D2 from the pixel region 3a to the shift register 9 becomes long.
  • the entire shift register 19 extends in a direction intersecting with the first direction D1 and the second direction D2. In this case, the charges to be moved in the horizontal transfer direction TD1 are transferred while hitting the boundary between the shift register 19 and the transfer unit 17. Therefore, the charge transfer efficiency in the shift register 9 may be impaired due to the potential of the transfer unit 17.
  • the transfer unit 7 includes the first area 13 including the plurality of first transfer line areas 13A and the second area 14 including the plurality of second transfer line areas 14A. ,have.
  • the charge transfer distance along the second direction D2 is shorter than that of each second transfer column area 14A. Therefore, in the solid-state imaging device 1, compared to the above-described comparative example in which the lengths in the second direction D2 of all the transfer row areas 7a included in the transfer unit 7 gradually increase in the horizontal transfer direction TD1.
  • the charge transfer distance along the direction D2 is short.
  • the shift register 9 has a third area 15 and a fourth area 16.
  • the charge moving in the horizontal transfer direction TD 1 is hard to hit the boundary with the transfer unit 7 in the shift register 9. Therefore, the charge transfer in the shift register 9 is less likely to be inhibited by the potential of the transfer unit 7.
  • the solid-state imaging device 1 has charge transfer efficiency in the shift register 9 compared to the above-described comparative example in which the entire shift register 9 extends along a direction intersecting the first direction D1 and the second direction D2. improves. As described above, the solid-state imaging device 1 improves the charge transfer efficiency.
  • each long side of the fourth region 16 extends linearly so as to intersect at a predetermined angle with respect to the first direction D1 and the second direction D2.
  • the charge transfer in the register 9 is less likely to be inhibited by the potential of the transfer unit 7.
  • the fourth region 16 is inclined at a gentle angle closer to the first direction D1 than the second direction D2.
  • the boundary between the fourth region 16 and the transfer unit 7 in the shift register 9 is different from the configuration in which the fourth region 16 is inclined at an angle larger than 45 ° with respect to the first direction D1.
  • each second transfer row region 14A includes the first impurity region 11 and the second impurity region 12. Since the width W of the second impurity region 12 in the first direction D1 is increased in the vertical transfer direction TD2, a potential gradient in which the potential is increased in the vertical transfer direction TD2 is formed in each second transfer row region 14A. Ru. Therefore, due to this potential gradient, each second transfer column region 14A having a long charge transfer distance from the pixel region 3a to the shift register 9 also transfers charges efficiently.
  • the potential difference of the second impurity region 12 at k ..., L n is set to be constant.
  • the potential gradient in the second transfer column region 14A is substantially constant. Therefore, the second transfer row region 14A transfers charges more efficiently.
  • the solid-state imaging device 1 corresponds to the corresponding shift register 9 and the corresponding shift register 9. And an area S surrounded by the shift registers 9 adjacent in the horizontal transfer direction TD1. In this region S, an amplifier AM that outputs a signal corresponding to the charge acquired from the corresponding shift register 9 is disposed. Therefore, in the solid-state imaging device 1, it is difficult for the charge transfer direction to bend from the shift register 9 toward the amplifier AM.
  • the configuration in which the amplifier AM is disposed in the area S improves the charge transfer efficiency and facilitates the design of the solid-state imaging device 1.
  • the shape of the second impurity region 12 is not limited to the shape shown in the above embodiment.
  • the second impurity region 12 can have various shapes, as shown in FIG.
  • FIG. 13 is a schematic view showing a modification of the second impurity region.
  • the boundary position of each section obtained by dividing the second transfer column area 14A into a plurality of parts is indicated by a two-dot chain line.
  • the second impurity region 12 is provided from the short side 14a to the short side 14b in the second transfer row region 14A.
  • the second impurity region 12 may not be provided from the short side 14 a in the second transfer column region 14A.
  • the second impurity region 12A is provided from the vicinity of the short side 14a to the short side 14b.
  • the vicinity of the short side 14a means, for example, a position distant from the short side 14a to such an extent that movement of charge is not impeded.
  • the vicinity of the short side 14a is a position separated from the short side 14a by about several ⁇ m.
  • each section L 1, ..., L k ... , L n is the second transfer line region 14A are each interval was divided into n equal parts, each section L 1, ..., L k ... , the L n
  • the widths in the second direction D2 are equal.
  • the width in the second direction D2 of each of the sections L 1 ,..., L k , and L n may not be equal.
  • each section is, for example, each section obtained by dividing the second transfer row area 14A so that the width in the second direction D2 becomes gradually narrower in the vertical transfer direction TD2. . Even in this case, the increase rate of the width of the second impurity region 12B in each section gradually increases in the transfer direction TD.
  • the width W of the second impurity region 12, each section L 1, ..., L k ... have increased in the L n.
  • Width W of the second impurity region 12, each section L 1, ..., L k ... it may not be increased in the L n.
  • the width W of the second impurity region 12C does not increase in each section, but increases at the boundary position of each section.
  • the external shape in each section of the second impurity region 12C is rectangular.
  • the second impurity region 12 is configured by one region.
  • the second impurity region 12 may be constituted by a plurality of minute regions.
  • the second impurity region 12D is constituted of a plurality of minute regions 12d in each section.
  • the outline of the region corresponding to the second impurity region 12D is indicated by a broken line.
  • the second transfer column area 14A is divided into three equal parts.
  • the increase rate of the width of the second impurity area 12E is not constant, but changes so as to increase near the short side 14b.
  • the second transfer row area 14A may be bisected or may be equally divided into four or more.
  • the “closer to the short side 14b” means, for example, closer to the short side 14b than the center line CL in the second direction D2 of the section closest to the short side 14b.
  • the second transfer row region 14A may not include a plurality of impurity regions having different impurity concentrations.
  • the second transfer row region 14A may not include the second impurity region 12.
  • the present invention can be used for a multiport CCD image sensor.

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Abstract

第一領域は、第一方向に並んでいる複数の第一転送列領域を含んでいる。第二領域は、第一方向に並んでいる複数の第二転送列領域を含んでいる。第二領域は、第二転送部での電荷転送方向で第一領域の下流に位置している。複数の第一転送列領域の第二方向での長さは、同じである。複数の第二転送列領域の第二方向での長さは、第一転送列領域の長さより大きく、かつ、電荷転送方向で下流側に位置する第二転送列領域ほど大きい。第三領域は、第一領域に対応して配置されていると共に、第一方向に沿って延在している。第四領域は、第二領域に対応して配置されていると共に、第二方向での画素領域との間隔が複数の第二転送列領域の長さの変化に対応して電荷転送方向で大きくなるように延在している。

Description

固体撮像装置
　本発明は、固体撮像装置に関する。
　知られている固体撮像装置は、複数の画素領域と、複数の第一転送部と、複数の第二転送部と、を備えている（たとえば、特許文献１参照）。複数の画素領域は、第一方向及び第一方向と直交する第二方向に二次元配列されている複数の光感応領域をそれぞれ有していると共に、第一方向に並んでいる。各第一転送部は、複数の画素領域のうち対応する画素領域と第二方向で並んでいると共に、光感応領域で発生した電荷を、対応する画素領域毎に転送する。各第二転送部は、複数の第一転送部のうち対応する第一転送部と第二方向で並んでいると共に、対応する第一転送部から転送された電荷を取得する。各第二転送部は、取得した電荷を第一方向に転送する。
特開２０００－３５０１００号公報
　固体撮像装置でのフレームレートを高速化するため、一つの固体撮像装置が複数の読み出しポートを備えることがある。この場合、たとえば、読み出しポート毎に、アンプを配置するためのスペースを確保する必要がある。上記特許文献１に記載の固体撮像装置では、第一転送部の第二方向での長さが、第一転送部に対応する第二転送部での電荷転送方向で次第に大きくなっている。第一転送部に対応する第二転送部は、画素領域との距離が電荷転送方向で次第に長くなるように第一方向及び第二方向と交差する方向に沿って延在している。アンプは、第一方向で隣り合う第二転送部間のスペースに配置されている。
　上記特許文献１に記載の固体撮像装置では、第一転送部の第一方向での全範囲において、第二方向での長さが、第二転送部での電荷転送方向で次第に大きくなっている。第一転送部は、第二方向で、画素領域と第二転送部との間に位置している。第一転送部の第一方向での全範囲において、画素領域と第二転送部との距離が、第二転送部での電荷転送方向で次第に大きくなっている。したがって、画素領域から第二転送部までの第二方向に沿った電荷転送距離が長くなってしまう。第二転送部の全体が、第一方向及び第二方向と交差する方向に沿って延在している。この場合、第一方向に沿った電荷転送方向に移動しようとする電荷は、第二転送部における第一転送部との境界に当たりながら転送される。したがって、第一転送部のポテンシャルに阻害されて、第二転送部での電荷転送効率が悪くなるおそれがある。
　本発明の一態様は、電荷転送効率を向上する固体撮像装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様は、固体撮像装置であって、複数の画素領域と、複数の第一転送部と、複数の第二転送部と、を備えている。複数の画素領域は、第一方向及び第一方向と直交する第二方向に二次元配列されている複数の光感応領域をそれぞれ有していると共に、第一方向に並んでいる。複数の第一転送部は、複数の画素領域のうち対応する画素領域と第二方向でそれぞれ並び、かつ、光感応領域で発生した電荷を対応する画素領域毎に転送する。複数の第二転送部は、複数の第一転送部のうち対応する第一転送部と第二方向でそれぞれ並び、かつ、対応する第一転送部から転送された電荷を取得し、取得した電荷を第一方向に転送する。各第一転送部は、第一方向に並んでいる複数の第一転送列領域を含んでいる第一領域と、第一方向に並んでいる複数の第二転送列領域を含んでいる第二領域と、を有している。第二領域は、第二転送部での電荷転送方向で第一領域の下流に位置している。複数の第一転送列領域の第二方向での長さは、同じである。複数の第二転送列領域の第二方向での長さは、第一転送列領域の長さより大きく、かつ、電荷転送方向で下流に位置する第二転送列領域ほど大きい。各第二転送部は、第一領域に対応して配置されている第三領域と、第二領域に対応して配置されている第四領域と、を有している。第三領域は、第一方向に沿って延在している。第四領域は、第二方向での画素領域との間隔が複数の第二転送列領域の長さの変化に対応して電荷転送方向で大きくなるように、第一方向と第二方向とに交差する方向に沿って延在している。
　上記一態様では、各第一転送列領域での第二方向に沿った電荷転送距離は、各第二転送列領域での第二方向に沿った電荷転送距離より短い。したがって、上記一態様では、第一転送部に含まれる全ての転送列領域の第二方向での長さが、第二転送部での電荷転送方向で次第に大きくなる構成に比して、第二方向に沿った電荷転送距離が短い。
　上記一態様の第三領域では、第一方向に沿った電荷転送方向に移動しようとする電荷が、第二転送部における第一転送部との境界に当り難い。したがって、第二転送部での電荷転送は、第一転送部のポテンシャルに阻害され難い。上記一態様は、第二転送部の全体が第一方向及び第二方向と交差する方向に沿って延在している構成に比して、第二転送部での電荷転送効率を向上する。
　以上より、上記一態様の固体撮像装置は、電荷転送効率を向上する。
　上記一態様では、各第二転送列領域は、第一不純物領域と、第一不純物領域に比して不純物濃度が高い第二不純物領域と、を含んでいてもよい。第二不純物領域は、各第二転送列領域において、第二方向で画素領域寄りに位置する一端又は当該一端の近傍から第二転送部寄りの他端まで設けられていてもよい。第二不純物領域の第一方向での幅は、一端から他端に向かう垂直転送方向で増加していてもよい。第二不純物領域の第一方向での幅が垂直転送方向で増加している場合、各第二転送列領域に、垂直転送方向で電位が高くなる電位勾配が形成される。したがって、この電位勾配によって、画素領域から第二転送部までの電荷転送距離が長い各第二転送列領域も、電荷を効率よく転送する。
　上記一態様では、第二転送列領域を第二方向にｎ分割した各区間における第二不純物領域の幅は、隣り合う各区間における第二不純物領域の電位差が一定となるように設定されていてもよい。この場合、ｎは、２以上の整数である。本構成では、第二転送列領域における電位勾配は、略一定である。したがって、第二転送列領域は、電荷をより一層効率よく転送する。
　上記一態様は、複数の出力部を更に備えていてもよい。この場合、複数の出力部は、複数の第二転送部のうち対応する第二転送部の電荷転送方向での後端から電荷を取得し、取得した電荷に対応する信号を出力する。出力部は、対応する第二転送部と、対応する第二転送部と電荷転送方向で隣り合う第二転送部とで囲まれる領域に配置されていてもよい。本構成は、第二転送部の第一方向での幅が画素領域の第一方向での幅に比して小さくない場合でも、対応する第二転送部と、対応する第二転送部と電荷転送方向で隣り合う第二転送部とで囲まれる領域を確保する。この領域に、対応する第二転送部から取得した電荷に対応する信号を出力する出力部が配置される。したがって、本構成では、第二転送部から出力部に向けて電荷の転送方向が曲がり難い。本構成は、電荷転送効率を向上すると共に、固体撮像装置の設計を容易にする。
　本発明の一態様によれば、電荷転送効率を向上する固体撮像装置が提供される。
図１は、固体撮像装置の平面構成を示す図である。 図２は、固体撮像装置の断面構成を示す図である。 図３は、第二転送列領域を示す模式図である。 図４は、固体撮像装置において形成される電位の変化を示す図である。 図５は、第二不純物領域の幅の説明に用いられる図である。 図６は、ノッチ幅毎の第二不純物領域の電位を示すグラフである。 図７は、各等分点での第二不純物領域の幅を示す表である。 図８は、本実施形態の第二不純物領域を含む第二転送列領域のシミュレーションモデルを示す図である。 図９は、第二転送列領域のポテンシャルのシミュレーション結果を示すグラフである。 図１０は、転送方向での電位勾配を示すグラフである。 図１１は、参考例での、第二転送列領域のポテンシャルのシミュレーション結果を示すグラフである。 図１２は、本実施形態の固体撮像装置の作用及び効果を示す模式図である。 図１３は、第二不純物領域の変形例を示す模式図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。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。
　まず、図１及び図２を参照して、本実施形態に係る固体撮像装置１の構成を説明する。図１は、固体撮像装置の平面構成を示す図である。図２は、固体撮像装置の断面構成を示す図である。図２は、図１におけるII-II線に沿った、固体撮像装置の断面構成を示している。
　図１に示されるように、固体撮像装置１は、複数の画素領域３ａと、複数の転送部７と、複数のシフトレジスタ９と、複数のアンプＡＭと、を備えている。本実施形態では、たとえば、転送部７は第一転送部を含み、シフトレジスタ９は第二転送部を含み、アンプＡＭは出力部を含んでいる。
　画素領域３ａは、平面視で、矩形形状を呈している。この矩形形状は、たとえば、第一方向Ｄ１で互いに対向する一対の短辺と、第二方向Ｄ２で互いに対向する一対の長辺と、を有している。本実施形態では、第一方向Ｄ１は、Ｙ軸に沿った正方向及び負方向の双方向を含む。第二方向Ｄ２は、Ｘ軸に沿った正方向及び負方向の双方向を含む。第一方向Ｄ１と第二方向Ｄ２とは、直交している。複数の画素領域３ａは、第一方向Ｄ１に並んでいる。複数の画素領域３ａは、受光領域３を構成している。受光領域３は、複数の画素領域３ａを含んでいる。受光領域３は、第一方向Ｄ１で複数の画素領域３ａに分割されている。
　画素領域３ａは、複数の光電変換部５を有している。複数の光電変換部５は、第一方向Ｄ１及び第二方向Ｄ２に二次元配列されている。各光電変換部５は、入射光に応じて電荷を発生する光感応領域６を有している。本実施形態では、一つの光電変換部５が、一つの光感応領域６を有している。光感応領域６は、第一方向Ｄ１及び第二方向Ｄ２に二次元配列されている。一つの光感応領域６（光電変換部５）は、画素領域３ａにおける一画素を構成する。各画素領域３ａは、二次元配列されている複数の光感応領域６を有している。
　複数の転送部７は、複数の画素領域３ａとそれぞれ対応している。各転送部７は、複数の画素領域３ａのうち対応する画素領域３ａの長辺と隣り合うように配置されている。各転送部７は、第二方向Ｄ２で、対応する画素領域３ａの長辺と隣り合うと共に対応する画素領域３ａと並ぶように、配置されている。転送部７は、画素領域３ａとシフトレジスタ９との間に位置している。転送部７は、対応する画素領域３ａの光感応領域６で発生した電荷を転送する。転送部７は、画素領域３ａから排出された電荷を取得し、取得した電荷をシフトレジスタ９に転送する。
　各転送部７は、複数の転送列領域７ａを含んでいる。複数の転送列領域７ａは、第一方向Ｄ１に並んだ光感応領域６の列に対応して、すなわち画素列に対応して、第一方向Ｄ１に並んでいる。転送列領域７ａは、対応する画素列の光感応領域６で発生した電荷を転送する。転送列領域７ａは、対応する画素列から電荷を取得し、取得した電荷をシフトレジスタ９に転送する。
　各転送部７は、第一領域１３と、第二領域１４とを有している。第二領域１４は、対応するシフトレジスタ９での電荷転送方向で第一領域１３の下流に位置している。本実施形態では、シフトレジスタ９での電荷転送方向は、第一方向Ｄ１に沿って、第一領域１３から第二領域１４に向かう方向を意味する。本実施形態では、シフトレジスタ９での電荷転送方向は、Ｙ軸負方向である。以下、シフトレジスタ９での電荷転送方向を「水平転送方向ＴＤ１」と称する。水平転送方向ＴＤ１で下流は、電荷転送方向における電荷転送の順序が後であることを意味する。第一領域１３は、水平転送方向ＴＤ１で第二領域１４より上流に位置しており、第二領域１４は、水平転送方向ＴＤ１で第一領域１３より下流に位置している。
　第一領域１３では、転送列領域７ａは、第一転送列領域１３Ａを含んでいる。したがって、各第一領域１３は、複数の第一転送列領域１３Ａを含んでいる。第二方向Ｄ２での各第一転送列領域１３Ａの長さＬａは、同じである。本実施形態では、長さＬａが同じであることは、値が全く同じであることだけでなく、値の差が測定誤差又は予め設定された±約１μｍ以内の範囲に含まれることを意味する。各第一領域１３では、複数の第一転送列領域１３Ａの各長さＬａが同じであり、かつ、複数の第一転送列領域１３Ａが第一方向Ｄ１に並んでいる。したがって、各第一領域１３は、平面視で、矩形形状を呈している。この矩形形状は、第一方向Ｄ１で互いに対向する一対の短辺と、第二方向Ｄ２で互いに対向する一対の長辺と、を有している。長さＬａは、たとえば７μｍである。
　第二領域１４では、転送列領域７ａは、第二転送列領域１４Ａを含んでいる。したがって、各第二領域１４は、複数の第二転送列領域１４Ａを含んでいる。第二方向Ｄ２での各第二転送列領域１４Ａの長さＬｂは、長さＬａよりも大きい。長さＬｂは、水平転送方向ＴＤ１で下流に位置する第二転送列領域１４Ａほど大きい。第二領域１４では、水平転送方向ＴＤ１で下流に位置する第二転送列領域１４Ａほど、長さＬｂが大きくなるように、台形形状の第二転送列領域１４Ａが第一方向Ｄ１に並んでいる。したがって、第二領域１４は、平面視で、台形形状を呈している。この台形形状は、第一方向Ｄ１で互いに対向する一対の辺１４ｅ，１４ｆと、第二方向Ｄ２で互いに対向する一対の辺１４ｇ，１４ｈと、を有しており、かつ、辺１４ｅから辺１４ｆに向かって幅が広がっている。
　各第二転送列領域１４Ａの、画素領域３ａと隣り合う辺は、第一方向Ｄ１で直線状に並んでいる。各第二転送列領域１４Ａの、画素領域３ａと隣り合う辺は、第二領域１４の辺１４ｇを構成する。辺１４ｇは、第一方向Ｄ１に直線状に延在している。各第二転送列領域１４Ａの、シフトレジスタ９と隣り合う辺は、第一方向Ｄ１と第二方向Ｄ２とに同じ角度で交差するように、直線状に並んでいる。各第二転送列領域１４Ａの、シフトレジスタ９と隣り合う辺は、第二領域１４の辺１４ｈを構成する。辺１４ｈは、第一方向Ｄ１と第二方向Ｄ２とに対して所定の角度で交差するように、直線状に延在している。
　長さＬｂは、辺１４ｆの位置で最大である。長さＬｂの最大値は、たとえば５０μｍである。第二方向Ｄ２での第二領域１４の最大長さ、すなわち辺１４ｆの長さは、第二領域１４において水平転送方向ＴＤ１で最も下流に位置する第二転送列領域１４Ａに第一方向Ｄ１で隣り合う第一領域１３及びシフトレジスタ９の第二方向Ｄ２での長さの和に比して、大きい。辺１４ｆの長さは、長さＬａと第二方向Ｄ２でのシフトレジスタ９の長さとの和より大きい。
　辺１４ｅは、第一方向Ｄ１での第二領域１４の一端である。辺１４ｅは、第一方向Ｄ１で第一領域１３寄りに位置している。辺１４ｆは、第一方向Ｄ１での第二領域１４の他端である。辺１４ｆは、第一方向Ｄ１で第一領域１３とは反対に位置している。辺１４ｇは、第二方向Ｄ２での第二領域１４の一端である。辺１４ｇは、第二方向Ｄ２で画素領域３ａ寄りに位置している。辺１４ｈは、第二方向Ｄ２での第二領域１４の他端である。辺１４ｈは、第二方向Ｄ２でシフトレジスタ９寄りに位置している。以下、辺１４ｇから辺１４ｈに向かう方向に沿って、すなわち第二方向Ｄ２に沿って、画素領域３ａからシフトレジスタ９に向かう方向を「垂直転送方向ＴＤ２」と称する。
　第一方向Ｄ１での第一領域１３の幅は、第一方向Ｄ１での第二領域１４の幅より大きい。第一方向Ｄ１に並んでいる第一転送列領域１３Ａの数は、第一方向Ｄ１に並んでいる第二転送列領域１４Ａの数よりも多い。たとえば、第一方向Ｄ１での第一領域１３の幅は、第一方向Ｄ１での第二領域１４の幅の約１０倍である。この場合、第一転送列領域１３Ａの数と第二転送列領域１４Ａの数との比は、約１０：１である。
　各第二転送列領域１４Ａは、不純物濃度が異なる複数の不純物領域を含んでいる。図３は、第二転送列領域を示す模式図である。上述したように、第二転送列領域１４Ａは、平面視において、台形形状を呈しているが、図３では、第二転送列領域１４Ａは、模式的に、一対の短辺１４ａ，１４ｂ及び一対の長辺１４ｃ，１４ｄを有する矩形形状で示されている。
　図３に示されるように、第二転送列領域１４Ａは、一対の第一不純物領域１１と、第二不純物領域１２とを含んでいる。第二不純物領域１２の不純物濃度は、第一不純物領域１１の不純物濃度より高い。第一不純物領域１１及び第二不純物領域１２の構成は、後述する。
　第二不純物領域１２は、第二転送列領域１４Ａにおいて、第二方向Ｄ２で一方の短辺１４ａから他方の短辺１４ｂまで設けられている。本実施形態では、第二不純物領域１２は、短辺１４ａから短辺１４ｂまで連続的に設けられている。短辺１４ａは、第二領域１４の辺１４ｇの一部を構成している。短辺１４ａは、第二方向Ｄ２での第二転送列領域１４Ａ（第二領域１４）の一端である。短辺１４ａは、第二方向Ｄ２で画素領域３ａ寄りに位置している。短辺１４ｂは、第二領域１４の辺１４ｈの一部を構成している。短辺１４ｂは、第二方向Ｄ２での第二転送列領域１４Ａ（第二領域１４）の他端である。短辺１４ｂは、第二方向Ｄ２でシフトレジスタ９寄りに位置している。第二不純物領域１２は、第一方向Ｄ１で一対の第一不純物領域１１の間に位置している。
　第二不純物領域１２は、図３の平面視で、第二方向Ｄ２に沿った第二転送列領域１４Ａの中心線Ｇ１に対して線対称である形状を呈している。図３では、第二不純物領域１２の平面形状が、中心線Ｇ１に対して線対称である。中心線Ｇ１は、第二転送列領域１４Ａの一対の長辺１４ｃ，１４ｄに平行であり、かつ、各長辺１４ｃ，１４ｄからの距離が同等であるように位置している。本実施形態において「同等」は、値が全く同じであることだけでなく、値の差が測定誤差又は予め設定された微差の範囲内に含まれることを意味する。第二不純物領域１２の平面形状が中心線Ｇ１に対して線対称であるとは、第二不純物領域１２を中心線Ｇ１で分けたときに、中心線Ｇ１を挟んで位置する各領域が鏡映対称であり、各領域の面積及び数が同等であることをいう。中心線Ｇ１は、鏡映対称軸である。
　第二不純物領域１２の第一方向Ｄ１での幅Ｗは、短辺１４ａから短辺１４ｂに向かう方向で増加している。第二不純物領域１２の形状は、図５を参照して後述する。
　第二不純物領域１２は、第二転送列領域１４Ａに、図１のＸ軸正方向で高くなる電位勾配を形成する。電位勾配は、一対の短辺１４ａ，１４ｂが対向している方向に沿って、すなわち第二方向Ｄ２に沿って、短辺１４ａから短辺１４ｂに向かう方向で高くなる。この電位勾配は、光感応領域６から第二転送列領域１４Ａに転送された電荷を、第二転送列領域１４Ａにおいて短辺１４ａから短辺１４ｂに向かう方向に転送する。電位勾配は、垂直転送方向ＴＤ２に電荷を転送する。短辺１４ｂに達した電荷は、第二転送列領域１４Ａから排出される。
　図１に示されるように、各シフトレジスタ９は、対応する転送部７が対応する画素領域３ａとシフトレジスタ９との間に位置するように、配置されている。各シフトレジスタ９は、各画素領域３ａの長辺寄りに配置されている。各シフトレジスタ９は、対応する転送部７と第二方向Ｄ２で隣り合っている。画素領域３ａ、転送部７、及びシフトレジスタ９は、第二方向Ｄ２で、画素領域３ａ、転送部７、シフトレジスタ９の順で並んでいる。シフトレジスタ９は、転送部７から転送された電荷を取得し、水平転送方向ＴＤ１（Ｙ軸負方向）に転送し、アンプＡＭに順次出力する。アンプＡＭは、シフトレジスタ９から出力された電荷を電圧に変換し、変換した電圧を光感応領域６毎の出力として固体撮像装置１の外部に出力する。アンプＡＭは、読み出しポートを構成する。
　シフトレジスタ９は、第三領域１５と、第四領域１６とを有している。第三領域１５は、第一領域１３に対応する位置に配置されている。第四領域１６は、第二領域１４に対応する位置に配置されている。第三領域１５は、第二方向Ｄ２で第一領域１３の長辺寄りに配置されていると共に、第一方向Ｄ１に沿って延在している。第三領域１５は、平面視で、矩形形状を呈している。この矩形形状は、第一方向Ｄ１で互いに対向する一対の短辺と、第二方向Ｄ２で互いに対向する一対の長辺と、を有している。本実施形態では、第一方向Ｄ１での第三領域１５の幅は、第一方向Ｄ１での第一領域１３の幅と略同じである。
　第四領域１６は、第二方向Ｄ２で第二領域１４の辺１４ｈ寄りに配置されている。第四領域１６は、第二方向Ｄ２での画素領域３ａとの間隔Ｈが長さＬｂの変化に対応して水平転送方向ＴＤ１で大きくなるように、第一方向Ｄ１と第二方向Ｄ２とに交差する方向に沿って延在している。第四領域１６は、平面視で、平行四辺形形状を呈している。この平行四辺形形状は、第一方向Ｄ１で互いに対向する一対の短辺と、第二方向Ｄ２で互いに対向する一対の長辺と、を有している。
　第四領域１６の各長辺は、第二領域１４の辺１４ｈと平行である。第四領域１６の各長辺は、第一方向Ｄ１と第二方向Ｄ２とに対して所定の角度で交差するように、直線状に延在している。第四領域１６の各長辺の第一方向Ｄ１での幅は、第四領域１６の各長辺の第二方向Ｄ２での幅より大きい。第四領域１６の各長辺が第一方向Ｄ１に対して成す角度は、第四領域１６における各長辺が第二方向Ｄ２に対して成す角度より小さい。第四領域１６は、第二方向Ｄ２に対する角度に比べて第一方向Ｄ１に対する角度が小さくなるように傾斜して延在している。第四領域１６は、第二方向Ｄ２（Ｘ軸方向）よりも第一方向Ｄ１（Ｙ軸方向）に近い緩やかな角度で傾斜している。たとえば、第四領域１６は、第一方向Ｄ１に対して４５°よりも小さい角度で傾斜している。
　第四領域１６の第一方向Ｄ１での幅は、第二領域１４の第一方向Ｄ１での幅と略同じである。第四領域１６の第二方向Ｄ２での長さは、第三領域１５の第二方向Ｄ２での長さと略同じである。シフトレジスタ９の第二方向Ｄ２での幅は、水平転送方向ＴＤ１での位置にかかわらず、略一定である。
　各アンプＡＭは、対応するシフトレジスタ９の水平転送方向ＴＤ１での後端から電荷を取得し、取得した電荷に対応する電圧（信号）を出力する。アンプＡＭは、領域Ｓに配置されている。領域Ｓは、対応するシフトレジスタ９と、対応するシフトレジスタ９と水平転送方向ＴＤ１で隣り合うシフトレジスタ９とで囲まれる領域である。領域Ｓは、第一方向Ｄ１で隣り合う二つの画素領域３ａのうち、一方の画素領域３ａにおいて発生した電荷を転送して出力するシフトレジスタ９と、他方の画素領域３ａにおいて発生した電荷を転送して出力するシフトレジスタ９とで囲まれる領域でもある。本実施形態では、一つのアンプＡＭが、領域Ｓに配置されており、一つの画素領域３ａに設けられている。固体撮像装置１は、一つの受光領域３に対して複数のアンプＡＭを備えている。固体撮像装置１では、アンプＡＭは、領域Ｓに配置されることにより、一つの画素領域３ａに対して一つ設けられている。固体撮像装置１は、複数の出力部（複数の読み出しポート）を備えるマルチポート型の固体撮像装置である。
　第一方向Ｄ１で隣り合う光感応領域６の間及び第一方向Ｄ１で隣り合う転送部７の間には、アイソレーション領域が配置されている。光感応領域６の間に配置されているアイソレーション領域は、隣り合う光感応領域６を電気的に分離する。転送部７の間に配置されているアイソレーション領域は、隣り合う転送部７を電気的に分離する。
　固体撮像装置１は、半導体基板１０を有している。受光領域３、複数の転送部７、及び複数のシフトレジスタ９は、半導体基板１０に形成されている。本実施形態では、半導体基板１０は、シリコン基板である。半導体基板１０は、図２に示されるように、半導体基板１０の基体となる本体層１０Ａと、表面層２４～２６とを含んでいる。表面層２４～２６は、本体層１０Ａの一方側に形成されている。
　本体層１０Ａは、ｐ型半導体層である。表面層２４は、ｎ型半導体層である。表面層２５は、図３にも示されるように、一対のｎ型半導体層２５ａと、一つのｎ＋型半導体層２５ｂとを含んでいる。ｎ＋型半導体層２５ｂは、第一方向Ｄ１で一対のｎ型半導体層２５ａの間に位置している。表面層２６は、ｎ－型半導体層である。ｐ型及びｎ型の各導電型は、上述した導電型と逆になるように入れ替えられていてもよい。
　導電型に付された「＋」は、高不純物濃度を示す。導電型に付された「－」は、低不純濃度を示す。低不純物濃度は、「－」が付された導電型の不純物の一部が、「－」が付された導電型とは逆の導電型の不純物により補償されることにより、見かけ上、低不純物濃度とされた態様も含む。「＋」の数は、「＋」が付された導電型の不純物の濃度の度合いを示し、「＋」の数が多いほど、「＋」が付された導電型の不純物の濃度が高いことを示す。ｎ型の不純物は、たとえば、Ｎ、Ｐ、又はＡｓである。ｐ型の不純物は、たとえば、Ｂ又はＡｌである。
　本体層１０Ａと表面層２４との界面には、ｐｎ接合が形成される。表面層２４は、画素領域３ａを構成する。複数の電極４１～４４が、絶縁層（不図示）上に配置されている。電極４１～４４は、絶縁層の、表面層２４に対応する領域上に形成されている。電極４１～４４は、間接的に、表面層２４上に配置されている。電極４１～４４は、第二方向Ｄ２で、電極４１、電極４２、電極４３、電極４４の順で並んでいる。電極４１～４４を一組として、複数組の電極４１～４４が第二方向Ｄ２に並んでいる。表面層２４の、一組の電極４１～４４の下方に位置する領域が、一つの光感応領域６（一画素）を構成する。
　駆動回路（不図示）は、電極４１～４４に、それぞれ信号Ｐ１Ｖ，Ｐ２Ｖ，Ｐ３Ｖ，Ｐ４Ｖを与える。各信号Ｐ１Ｖ，Ｐ２Ｖ，Ｐ３Ｖ，Ｐ４Ｖは、表面層２４の、一組の電極４１～４４の下方に位置する領域（光感応領域６）の電位勾配を決定する。一組の電極４１～４４は、一組の電極４１～４４の下方に位置する領域において、垂直転送方向ＴＤ２で次第に深くなるポテンシャルの傾斜を形成する。一組の電極４１～４４は、垂直転送方向ＴＤ２で高くされた電位勾配を形成する。形成されたポテンシャルの傾斜に沿って、光入射に応じて光感応領域６にて発生した電荷が垂直転送方向ＴＤ２に移動する。駆動回路は、制御装置（不図示）により制御される。
　表面層２５のｎ型半導体層２５ａは、図３に示されるように、第二転送列領域１４Ａの第一不純物領域１１を構成する。第一不純物領域１１の形状は、ｎ型半導体層２５ａの形状に対応している。表面層２５のｎ＋型半導体層２５ｂは、第二転送列領域１４Ａの第二不純物領域１２を構成する。第二不純物領域１２の形状は、ｎ＋型半導体層２５ｂの形状に対応している。
　ｎ＋型半導体層２５ｂの不純物濃度は、ｎ型半導体層２５ａの不純物濃度より高い。高いｎ＋型半導体層２５ｂの幅Ｗは、垂直転送方向ＴＤ２で次第に大きくなっている。垂直転送方向ＴＤ２で短辺１４ａ寄りの領域では、ｎ＋型半導体層２５ｂの幅Ｗが小さい。ｎ＋型半導体層２５ｂの幅Ｗが小さい場合、ｎ＋型半導体層２５ｂの両側に位置しているｎ型半導体層２５ａからのフリンジング電界の影響が大きい。したがって、垂直転送方向ＴＤ２で短辺１４ａ寄りの領域では、表面層２５のポテンシャルは浅い。垂直転送方向ＴＤ２で短辺１４ｂ寄りの領域では、ｎ＋型半導体層２５ｂの幅Ｗが大きい。ｎ＋型半導体層２５ｂの幅Ｗが大きい場合、ｎ＋型半導体層２５ｂの両側に位置しているｎ型半導体層２５ａからのフリンジング電界の影響が小さい。したがって、垂直転送方向ＴＤ２で短辺１４ｂ寄りの領域では、表面層２５のポテンシャルは深い。この結果、表面層２５には、図４に示されるように、垂直転送方向ＴＤ２で次第に深くなるポテンシャルの傾斜が形成される。表面層２５には、垂直転送方向ＴＤ２で次第に高くなる電位勾配が形成される。図４は、固体撮像装置において形成される電位の変化を示す図である。
　電極４５も、絶縁層上に配置されている。電極４５は、絶縁層の、表面層２５に対応する領域上に形成されている。電極４５は、間接的に、表面層２５上に配置されている。表面層２５と電極４５とは、第二転送列領域１４Ａ（転送部７の第二領域１４）を構成する。駆動回路は、電極４５に信号ＴＧを与える。信号ＴＧに応じて、たとえば、図４の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、表面層２５のポテンシャルが変化する。このポテンシャルの変化により、第二転送列領域１４Ａ（転送部７の第二領域１４）は、光感応領域６から電荷を取得し、取得した電荷をシフトレジスタ９へ送る。
　第一転送列領域１３Ａ（転送部７の第一領域１３）は、従来知られている構成を備えているので、第一転送列領域１３Ａの図示を省略する。第一転送列領域１３Ａは、たとえば、従来の固体撮像装置と同様に、表面層と、当該表面層上に間接的に配置されている電極と、により構成される。この表面層は、不純物濃度が異なる複数の不純物領域を含んでいない。表面層は、たとえば、ｎ－型半導体層である。
　電極４６も、絶縁層上に配置されている。電極４６は、絶縁層の、表面層２６に対応する領域上に形成されている。電極４６は、間接的に、表面層２６上に配置されている。表面層２６と電極４６とは、シフトレジスタ９を構成する。駆動回路は、電極４６に信号Ｐ１Ｈを与える。信号Ｐ１Ｈに応じて、たとえば、図４の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、表面層２６のポテンシャルが変化する。このポテンシャルの変化により、シフトレジスタ９は、転送部７から電荷を取得し、取得した電荷をアンプＡＭに送る。
　電極４１～４６は、たとえばポリシリコン膜からなる。上述した絶縁層は、たとえばシリコン酸化膜からなる。
　次に、図５を参照して、第二不純物領域１２の形状を説明する。図５は、第二不純物領域の幅の説明に用いられる図である。図５は、第二転送列領域１４Ａを第二方向Ｄ２にｎ分割した各区間Ｌ１，…，Ｌｋ，…，Ｌｎでの第二不純物領域１２の幅Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎを示している。第二転送列領域１４Ａは、第二方向Ｄ２で長さＬを有している。ｎは、２以上の整数である。ｋは、２以上かつｎ－１以下の整数である。幅Ｗ０は、区間Ｌ１における最小幅である。幅Ｗ０は、第二不純物領域１２における垂直転送方向ＴＤ２で最も上流の一端（図３に示された短辺１４ａ）での第二不純物領域１２の幅である。
　本実施形態において、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎは、第二転送列領域１４Ａを第二方向Ｄ２にｎ等分した各区間である。等分とは、等しい分量に分けることを意味するが、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎは、完全に等しい分量に分かれていなくてもよい。各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎの幅には、測定誤差又は予め設定された±数μｍ程度の範囲の微差などが含まれていてもよい。図５では、第二転送列領域１４Ａが１２等分されている。
　第二不純物領域１２の幅Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎは、たとえば、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ，…，Ｌｎにおける短辺１４ｂ（図３参照）に最も近い位置での幅である。この場合、幅Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎは、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ，…，Ｌｎにおける垂直転送方向ＴＤ２での下流端の幅であり、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ，…，Ｌｎにおける最大幅である。幅Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎは、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ，…，Ｌｎにおける最大幅に限らない。たとえば、幅Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎは、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ，…，Ｌｎにおける幅の平均値などであってもよい。
　第二不純物領域１２の幅Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎの増加率ΔＷ１，…，ΔＷｋ，…ΔＷｎ（ΔＷｋ＝Ｗｋ－Ｗｋ－１）は、垂直転送方向ＴＤ２で次第に大きくなっている。各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎ内において、第二不純物領域１２の幅Ｗは、垂直転送方向ＴＤ２の上流から下流に向かって次第に大きくなっている。各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎ内において、垂直転送方向ＴＤ２の上流端から下流端まで、第二不純物領域１２の幅Ｗは垂直転送方向ＴＤ２で単調に増加している。第二不純物領域１２の幅Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎは、隣り合う各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎにおける電位差ΔＶ１，…，ΔＶｋ，…，ΔＶｎ（ΔＶｋ＝Ｖｋ－Ｖｋ－１）が、一定となるように設定されている。ただし、ΔＶ１＝Ｖ１－Ｖ０である。Ｖ０は、幅Ｗ０の位置における第二転送列領域１４Ａの電位である。
　次に、第二不純物領域１２の形状を決定する過程を説明する。
　まず、第二不純物領域１２の幅Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎを得る手順を説明する。第一の手順では、所定のノッチ幅毎の第二転送列領域１４Ａの電位を算出する。この電位の算出に際しては、ノッチ幅が垂直転送方向ＴＤ２で一定である第二不純物領域１２を有する固体撮像装置のモデルが用いられる。所定のノッチ幅毎に、光感応領域６の最大電位を算出する。ノッチ幅は、たとえば、０．８μｍ～６．１μｍの範囲内の値である。算出結果を、図６に示す。図６は、ノッチ幅毎の第二不純物領域の電位を示すグラフである。図６の横軸は、ノッチ幅［μｍ］を示している。図６の縦軸は、ノッチ幅に対応する第二転送列領域１４Ａの最大電位［Ｖ］を示している。図６の縦軸は、上方向に向かうほど最大電位が大きく、下方向に向かうほど最大電位が小さいことを示している。
　第二の手順では、図６のグラフにおいて、ノッチ幅が０．８μｍ～６．１μｍの範囲に対応する範囲の電位をｎ等分する。図６に示された例では、たとえば、電位を１２等分している。電位の各等分点（１，…，ｋ，…ｎ）でのノッチ幅を、図６のグラフから読み取る。読み取られた各等分点でのノッチ幅を、各等分点に対応する第二不純物領域１２の各幅Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎとする。
　以上の手順によって、隣り合う各区間における第二転送列領域１４Ａの電位差が一定である第二不純物領域１２の各幅Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎが得られる。
　図７に、得られた第二不純物領域１２の各幅Ｗ０，Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎを示す。図７は、各等分点での第二不純物領域の幅を示す表である。
　次に、得られた第二不純物領域１２の各幅Ｗ０，Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎ（図７参照）に基づいて、第二不純物領域１２の形状を決定する。この手順では、第二不純物領域１２の各幅Ｗ０，Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎを、ｎ＝０，１，…，ｋ，…ｎの各等分点に対応させてプロットする。
　以上の手順によって、第二不純物領域１２の形状が決定される。第二不純物領域１２の形状は、第二転送列領域１４Ａの垂直転送方向ＴＤ２での長さによらず、図５に示される形状と相似形状となる。
　次に、第二不純物領域１２の形状が、電荷転送効率の向上に適していることを示すためにシミュレーションを行った。シミュレーション結果を図８～図１２に示す。
　図８は、本実施形態の第二不純物領域を含む第二転送列領域のシミュレーションモデルを示す図である。図９は、第二転送列領域のポテンシャルのシミュレーション結果を示すグラフである。図９に示されたポテンシャルは、図８に示されたモデルを用いた、第二転送列領域１４Ａのポテンシャルのシミュレーション結果である。図９では、ポテンシャルが、等電位線で示されている。図９のｘ軸正方向が垂直転送方向ＴＤ２に相当する。図１０は、転送方向での電位勾配を示すグラフである。図１０は、図９の結果に基づいて、第二転送列領域１４Ａにおける垂直転送方向ＴＤ２での位置に対応する電位の値をプロットしたグラフである。図１０の横軸は、第二転送列領域１４Ａの垂直転送方向ＴＤ２（ｘ軸正方向）での位置［μｍ］を示している。図１０の縦軸は、第二転送列領域１４Ａの最大電位［Ｖ］を示している。図１０の縦軸は、上方向に向かうほど最大電位が小さく、下方向に向かうほど最大電位が大きいことを示している。図１１は、参考例での、第二転送列領域のポテンシャルのシミュレーション結果を示すグラフである。参考例では、第二転送列領域１４Ａが第二不純物領域１２を含んでいない。
　図１１に示されるように、第二転送列領域１４Ａが第二不純物領域１２を含んでいない場合には、第二転送列領域１４Ａの中央部において電位勾配が形成されていない。したがって、第二転送列領域１４Ａの第二方向Ｄ２での長さが大きい場合、たとえば、第二転送列領域１４Ａの第二方向Ｄ２での長さが約５０μｍである場合には、電荷Ｅｃは、垂直転送方向ＴＤ２に転送され難い。これに対し、図９及び図１０に示されるように、第二転送列領域１４Ａが第二不純物領域１２を含んでいる場合には、第二転送列領域１４Ａにおける電位勾配は、第二転送列領域１４Ａの垂直転送方向ＴＤ２に沿う略全領域に亘って、略一定となるように形成されている。この場合、第二転送列領域１４Ａにおける電位勾配は、第二転送列領域１４Ａにて、電荷Ｅｃを効率よく転送する。
　次に、図１２を参照し、本実施形態の固体撮像装置１の作用及び効果を説明する。図１２は、本実施形態の固体撮像装置の作用及び効果を示す模式図である。図１２の（ａ）は、比較例の固体撮像装置１００を模式的に示している。図１２の（ｂ）は、本実施形態の固体撮像装置１を模式的に示している。
　図１２の（ａ）に示されるように、固体撮像装置１００は、本実施形態の転送部７に代えて転送部１７を備えていると共に、本実施形態のシフトレジスタ９に代えてシフトレジスタ１９を備えている。転送部１７は、転送部１７の全体において、第二方向Ｄ２での長さが、水平転送方向ＴＤ１で次第に大きくなっている。転送部１７は、第二方向Ｄ２で、画素領域３ａとシフトレジスタ９との間に位置している。転送部１７の第一方向Ｄ１での全領域において、画素領域３ａとシフトレジスタ１９との間隔が、水平転送方向ＴＤ１で次第に大きくなっている。したがって、画素領域３ａからシフトレジスタ９までの第二方向Ｄ２に沿った電荷転送距離が長くなってしまう。
　シフトレジスタ１９の全体が、第一方向Ｄ１及び第二方向Ｄ２と交差する方向に沿って延在している。この場合、水平転送方向ＴＤ１に移動しようとする電荷は、シフトレジスタ１９における転送部１７との境界に当たりながら転送される。したがって、転送部１７のポテンシャルに阻害されて、シフトレジスタ９での電荷転送効率が悪くなるおそれがある。
　これに対し、本実施形態の固体撮像装置１では、転送部７が、複数の第一転送列領域１３Ａを含む第一領域１３と、複数の第二転送列領域１４Ａを含む第二領域１４と、を有している。各第一転送列領域１３Ａでは、各第二転送列領域１４Ａに比して、第二方向Ｄ２に沿った電荷転送距離が短い。したがって、固体撮像装置１では、転送部７に含まれる全ての転送列領域７ａの第二方向Ｄ２での長さが水平転送方向ＴＤ１で次第に大きくなっている上記比較例に比して、第二方向Ｄ２に沿った電荷転送距離が短い。
　シフトレジスタ９は、第三領域１５と第四領域１６とを有している。第三領域１５では、水平転送方向ＴＤ１に移動しようとする電荷が、シフトレジスタ９における転送部７との境界に当たり難い。したがって、シフトレジスタ９での電荷転送は、転送部７のポテンシャルに阻害され難い。
　固体撮像装置１は、シフトレジスタ９の全体が第一方向Ｄ１及び第二方向Ｄ２と交差する方向に沿って延在している上記比較例に比して、シフトレジスタ９での電荷転送効率を向上する。
　以上より、固体撮像装置１は、電荷転送効率を向上する。
　本実施形態では、第四領域１６の各長辺は、第一方向Ｄ１と第二方向Ｄ２とに対して所定の角度で交差するように、直線状に延在している。この構成では、たとえば、第四領域１６の各長辺が階段状に折れ曲がっている構成に比して、第四領域１６においてシフトレジスタ９における転送部７との境界に電荷が当たる場合でも、シフトレジスタ９での電荷転送は、転送部７のポテンシャルに阻害され難い。
　第四領域１６は、第二方向Ｄ２よりも第一方向Ｄ１に近い緩やかな角度で傾斜している。この構成では、たとえば、第四領域１６が第一方向Ｄ１に対して４５°よりも大きい角度で傾斜している構成に比して、第四領域１６においてシフトレジスタ９における転送部７との境界に電荷が当たる場合でも、シフトレジスタ９での電荷転送は、転送部７のポテンシャルに阻害され難い。
　これらの結果、シフトレジスタ９における転送部７との境界に電荷が当たる場合でも、固体撮像装置１は、電荷転送効率の低下を抑制する。
　本実施形態では、各第二転送列領域１４Ａは、第一不純物領域１１及び第二不純物領域１２を含んでいる。第二不純物領域１２の第一方向Ｄ１での幅Ｗが、垂直転送方向ＴＤ２で増加しているので、各第二転送列領域１４Ａに、垂直転送方向ＴＤ２で電位が高くなる電位勾配が形成される。したがって、この電位勾配によって、画素領域３ａからシフトレジスタ９までの電荷転送距離が長い各第二転送列領域１４Ａも、電荷を効率よく転送する。
　本実施形態では、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎにおける第二不純物領域１２の幅Ｗ１，…，Ｗｋ，…，Ｗｎは、隣り合う各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎにおける第二不純物領域１２の電位差が一定となるように設定されている。固体撮像装置１では、第二転送列領域１４Ａにおける電位勾配は、略一定である。したがって、第二転送列領域１４Ａは、電荷をより一層効率よく転送する。
　固体撮像装置１は、シフトレジスタ９の第一方向Ｄ１での幅が画素領域３ａの第一方向Ｄ１での幅に比して小さくない場合でも、対応するシフトレジスタ９と、対応するシフトレジスタ９と水平転送方向ＴＤ１で隣り合うシフトレジスタ９とで囲まれる領域Ｓを確保する。この領域Ｓに、対応するシフトレジスタ９から取得した電荷に対応する信号を出力するアンプＡＭが配置される。したがって、固体撮像装置１では、シフトレジスタ９からアンプＡＭに向けて電荷の転送方向が曲り難い。アンプＡＭが領域Ｓに配置されている構成は、電荷転送効率を向上すると共に、固体撮像装置１の設計を容易にする。
　以上、本発明の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。
　たとえば、第二不純物領域１２の形状は、上記実施形態で示された形状に限られない。第二不純物領域１２は、図１３に示されるように、種々の形状を呈し得る。図１３は、第二不純物領域の変形例を示す模式図である。図１３では、第二転送列領域１４Ａを複数に分割した各区間の境界位置が、二点鎖線で示されている。
　上記実施形態では、第二不純物領域１２が、第二転送列領域１４Ａにおいて短辺１４ａから短辺１４ｂまで設けられている。第二不純物領域１２は、第二転送列領域１４Ａにおいて短辺１４ａから設けられていなくてもよい。たとえば、図１３の（ａ）に示されるように、第二不純物領域１２Ａは、短辺１４ａの近傍から短辺１４ｂまで設けられている。短辺１４ａの近傍とは、たとえば、電荷の移動が妨げられない程度に短辺１４ａから離れた位置を意味する。この場合、短辺１４ａの近傍は、短辺１４ａから数μｍ程度離れた位置である。図１３の（ａ）では、短辺１４ａの近傍は、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎのうち短辺１４ａに最も近い区間Ｌ１における短辺１４ａよりも短辺１４ｂ寄りの位置である。
　上記実施形態では、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎは、第二転送列領域１４Ａをｎ等分した各区間であり、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎの第二方向Ｄ２での幅は、同等である。各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎの第二方向Ｄ２での幅は、同等でなくてもよい。図１３の（ｂ）に示されるように、各区間は、たとえば、第二転送列領域１４Ａを、第二方向Ｄ２での幅が垂直転送方向ＴＤ２で次第に狭くなるように分割した各区間である。この場合でも、各区間における第二不純物領域１２Ｂの幅の増加率は、転送方向ＴＤで次第に大きくなっている。
　上記実施形態では、第二不純物領域１２の幅Ｗが、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎ内で増加している。第二不純物領域１２の幅Ｗは、各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎ内で増加していなくてもよい。たとえば、図１３の（ｃ）に示されるように、第二不純物領域１２Ｃの幅Ｗは、各区間内では増加せず、各区間の境界位置で増加している。第二不純物領域１２Ｃの各区間内での外形形状は、矩形である。
　上記実施形態では、第二不純物領域１２は、一つの領域によって構成されている。第二不純物領域１２は、複数の微小領域によって構成されていてもよい。たとえば、図１３の（ｄ）に示されるように、第二不純物領域１２Ｄは、各区間において、複数の微小領域１２ｄによって構成されている。図１３の（ｄ）では、第二不純物領域１２Ｄに対応する領域の輪郭が、破線で示されている。
　各区間Ｌ１，…，Ｌｋ…，Ｌｎのうち短辺１４ｂに最も近い区間Ｌｎでは、第二不純物領域１２の幅Ｗｎの増加率は、短辺１４ｂ寄りで大きくなるよう変化していてもよい。たとえば、図１３の（ｅ）では、第二転送列領域１４Ａが３等分されている。第二転送列領域１４Ａを三等分した区間のうち、短辺１４ｂに最も近い区間では、第二不純物領域１２Ｅの幅の増加率は、一定ではなく、短辺１４ｂ寄りで大きくなるよう変化している。第二転送列領域１４Ａは、二等分されていてもよく、四等分以上に等分されていてよい。「短辺１４ｂ寄り」とは、たとえば、短辺１４ｂに最も近い区間の、第二方向Ｄ２での中心線ＣＬよりも短辺１４ｂに近いことを意味する。
　第二転送列領域１４Ａは、不純物濃度が異なる複数の不純物領域を含んでいなくてもよい。第二転送列領域１４Ａは、第二不純物領域１２を含んでいなくてもよい。
　本発明は、マルチポート型のＣＣＤイメージセンサに利用することができる。
　１…固体撮像装置、３ａ…画素領域、６…光感応領域、７…転送部、９…シフトレジスタ、１１…第一不純物領域、１２…第二不純物領域、１３…第一領域、１３Ａ…第一転送列領域、１４…第二領域、１４Ａ…第二転送列領域、１４ａ…短辺、１４ｂ…短辺、１５…第三領域、１６…第四領域、ＡＭ…アンプ、Ｄ１…第一方向、Ｄ２…第二方向、ＴＤ１…水平転送方向、ＴＤ２…垂直転送方向、Ｈ…間隔、Ｌａ，Ｌｂ…長さ、Ｓ…領域、Ｗ…幅。

Claims (4)

  1. 　固体撮像装置であって、
    　第一方向及び前記第一方向と直交する第二方向に二次元配列されている複数の光感応領域をそれぞれ有していると共に、前記第一方向に並んでいる複数の画素領域と、
    　前記複数の画素領域のうち対応する画素領域と前記第二方向でそれぞれ並び、かつ、前記光感応領域で発生した電荷を前記対応する画素領域毎に転送する複数の第一転送部と、
    　前記複数の第一転送部のうち対応する第一転送部と前記第二方向でそれぞれ並び、かつ、前記対応する第一転送部から転送された前記電荷を取得し、取得した前記電荷を前記第一方向に転送する複数の第二転送部と、を備え、
    　各前記第一転送部は、
    　　前記第一方向に並んでいる複数の第一転送列領域を含んでいる第一領域と、
    　　前記第一方向に並んでいる複数の第二転送列領域を含み、かつ、前記第二転送部での電荷転送方向で前記第一領域の下流に位置する第二領域と、を有し、
    　前記複数の第一転送列領域の前記第二方向での長さは、同じであり、
    　前記複数の第二転送列領域の前記第二方向での長さは、前記第一転送列領域の前記長さより大きく、かつ、前記電荷転送方向で下流に位置する前記第二転送列領域ほど大きく、
    　各前記第二転送部は、
    　　前記第一領域に対応して配置されていると共に、前記第一方向に沿って延在している第三領域と、
    　　前記第二領域に対応して配置されていると共に、前記第二方向での前記画素領域との間隔が前記複数の第二転送列領域の前記長さの変化に対応して前記電荷転送方向で大きくなるように、前記第一方向と前記第二方向とに交差する方向に沿って延在している第四領域と、を有している。
  2. 　請求項１に記載の固体撮像装置であって、
    　各前記第二転送列領域は、第一不純物領域と、前記第一不純物領域に比して不純物濃度が高い第二不純物領域と、を含み、
    　前記第二不純物領域は、各前記第二転送列領域において、前記第二方向で前記画素領域寄りに位置する一端又は当該一端の近傍から前記第二転送部寄りの他端まで設けられており、
    　前記第二不純物領域の前記第一方向での幅は、前記一端から前記他端に向かう垂直転送方向で増加している。
  3. 　請求項２に記載の固体撮像装置であって、
    　前記第二転送列領域を前記第二方向にｎ分割した各区間における前記第二不純物領域の前記幅は、隣り合う各区間における前記第二不純物領域の電位差が一定となるように設定されており、ｎは２以上の整数である。
  4. 　請求項１～３のいずれか一項に記載の固体撮像装置であって、
    　前記複数の第二転送部のうち対応する第二転送部の前記電荷転送方向での後端から前記電荷を取得し、取得した前記電荷に対応する信号を出力する複数の出力部を更に備え、
    　前記出力部は、前記対応する第二転送部と、前記対応する第二転送部と前記電荷転送方向で隣り合う前記第二転送部とで囲まれる領域に配置されている。
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