(57)【要約】【課題】転送ゲート電極の面積を大きくすることなく、飽和電荷量を維持しつつ、電荷の転送速度の低下を生じさせない固体撮像装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、固体撮像装置は、複数の転送ゲート電極１４と、複数の転送ゲート電極１５と、複数の固定ゲート電極１６と、を有する。複数の転送ゲート電極１４は、各転送ゲート電極１４が１つの受光部１１に対応して電荷転送部１３に配設され、制御信号φ１が印加される。複数の転送ゲート電極１５は、各転送ゲート電極１５が１つの受光部１１に対応して電荷転送部１３に配設され、複数の電荷を転送するための制御信号φ１とは位相が異なる制御信号φ２が印加される。複数の固定ゲート電極１６は、電荷転送部１３において各固定ゲート電極が前記１つの受光部１１に対応する転送ゲート電極１４と１５との間に配設され、固定電圧が印加される。【選択図】図１
2020141029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受光部と、前記複数の受光部において生成された複数の電荷を転送する電荷転送部とを有する固体撮像装置において、
各第１の転送ゲート電極が１つの受光部に対応して前記電荷転送部に配設され、前記複数の電荷を転送するための第１の制御信号が印加される複数の第１の転送ゲート電極と、
各第２の転送ゲート電極が前記１つの受光部に対応して前記電荷転送部に配設され、前記複数の電荷を転送するための前記第１の制御信号とは位相が異なる第２の制御信号が印加される複数の第２の転送ゲート電極と、
各第１の固定ゲート電極が前記電荷転送部において前記１つの受光部に対応する前記各第１の転送ゲート電極と前記各第２の転送ゲート電極との間に配設され、第１の固定電圧が印加される複数の第１の固定ゲート電極と、
を有する、固体撮像装置。
【請求項２】
前記各第１の固定ゲート電極下のポテンシャルは、ローの前記第１の制御信号が印加された前記各第１の転送ゲート電極下のポテンシャルよりも深く、ハイの前記第２の制御信号が印加されたときの前記各第２の転送ゲート電極下のポテンシャルよりも浅い、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記各第１の固定ゲート電極下のポテンシャルは、前記各第１の固定ゲート電極下の不純物拡散領域へのイオン注入、又は前記各第１の固定ゲート電極に印加する前記第１の固定電圧によって規定される、請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記各第１の転送ゲート電極下のポテンシャル及び前記各第２の転送ゲート電極下のポテンシャルは、前記各第１の転送ゲート電極及び前記各第２の転送ゲート電極下の不純物拡散領域へのイオン注入により規定される、請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記複数の受光部と前記電荷転送部の間に設けられ、前記複数の受光部から前記電荷転送部へ前記複数の電荷をシフトする複数のシフト部をさらに有する、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
各ストレージ部が前記１つの受光部に隣接して配設され、前記複数の受光部において生成された前記複数の電荷を蓄積する複数のストレージ部と、
前記複数のストレージ部と前記電荷転送部の間に設けられ、前記複数のストレージ部の前記複数の電荷を前記電荷転送部へシフトする複数のシフト部と、
各第３の転送ゲート電極が前記各ストレージ部に対応して設けられ、前記複数の受光部の前記複数の電荷を前記複数のストレージ部に蓄積するための第３の制御信号が印加される複数の第３の転送ゲート電極と、
各第２の固定ゲート電極が前記各ストレージ部に対応して設けられ、第２の固定電圧が印加される複数の第２の固定ゲート電極と、
をさらに有する、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記複数のシフト部に設けられた複数のシフトゲート電極を有し、
ハイの第４の制御信号が印加されたときの各シフトゲート電極下のポテンシャルは、ローの前記第３の制御信号が印加された前記各第３の転送ゲート電極下のポテンシャルよりも深く、ハイの前記第２の制御信号が印加されたときの前記電荷転送部の前記第２の転送ゲート電極下のポテンシャルよりも浅い、請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
複数の受光部と、前記複数の受光部において生成された複数の電荷を転送する電荷転送部とを有する固体撮像装置において、
各ストレージ部が１つの受光部に隣接して配設され、前記複数の受光部において生成された前記複数の電荷を蓄積する複数のストレージ部と、
前記複数のストレージ部と前記電荷転送部の間に設けられ、前記複数のストレージ部の前記複数の電荷を前記電荷転送部へシフトする複数のシフト部と、
各第１の転送ゲート電極が前記各ストレージ部に対応して設けられ、前記複数の受光部の前記複数の電荷を前記複数のストレージ部に蓄積するための第１の制御信号が印加される複数の第１の転送ゲート電極と、
各固定ゲート電極が前記各ストレージ部に対応して設けられ、固定電圧が印加される複数の固定ゲート電極と、
を有する、固体撮像装置。
【請求項９】
前記複数のシフト部に設けられた複数のシフトゲート電極を有し、
ハイの第２の制御信号が印加されたときの各シフトゲート電極下のポテンシャルは、ローの前記第１の制御信号が印加された前記各第１の転送ゲート電極下のポテンシャルよりも深く、ハイの第２の制御信号が印加されたときの前記電荷転送部の第２の転送ゲート電極下のポテンシャルよりも浅い、請求項８に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）などの固体撮像素子は、受光量に応じて受光部において光電変換された電荷の転送を行うための電荷転送部を有している。電荷転送部は、固体撮像素子のシリコン基板の表面層に形成された転送チャネルを有し、転送チャネル上に設けられた複数の転送ゲート電極を有している。さらに、各転送ゲート電極下の一部には、転送チャネルとは異なるポテンシャルを有する電位障壁を構成するバリア領域が形成されている。
【０００３】
一列に並んで配設された複数の転送ゲート電極には、例えば外部から供給される転送駆動用のパルス信号φ１、φ２の制御信号線が交互に接続される。互いに逆位相のパルス信号φ１、φ２が複数の転送ゲート電極に与えられることによって、電荷転送部において、複数の転送ゲート電極下の複数の電荷が転送チャネルに沿って転送される。転送ゲート電極下に蓄積できる最大電荷量は、転送ゲート電極下に形成されるポテンシャル差とチャネル容量で規定される。高画質のためには、転送ゲート電極下に蓄積できる最大電荷量すなわち飽和電荷量は多い方がよい。
【０００４】
しかし、転送チャネルの不純物濃度を変更して転送ゲート電極下のポテンシャル差を大きくすると、パルス信号が印加されたときの隣の転送ゲート電極とのポテンシャル差が小さくなり、転送不良が発生し易くなる。
【０００５】
また、飽和電荷量を多くするために転送ゲート電極の面積を大きくすると、固体撮像素子全体のチップサイズの大型化、暗電流の増加、及び制御信号線の容量負荷増による電荷転送速度の低下、が生じる。電荷転送速度を維持するために転送ゲート電極への印加電圧を大きくすることもできるが、消費電力が増加してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４６４５７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、実施形態は、転送ゲート電極の面積を大きくすることなく、飽和電荷量を維持しつつ、電荷の転送速度の低下を生じさせない固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の固体撮像装置は、複数の受光部と、前記複数の受光部において生成された複数の電荷を転送する電荷転送部とを有する固体撮像装置において、各第１の転送ゲート電極が１つの受光部に対応して前記電荷転送部に配設され、前記複数の電荷を転送するための第１の制御信号が印加される複数の第１の転送ゲート電極と、各第２の転送ゲート電極が前記１つの受光部に対応して前記電荷転送部に配設され、前記複数の電荷を転送するための前記第１の制御信号とは位相が異なる第２の制御信号が印加される複数の第２の転送ゲート電極と、各第１の固定ゲート電極が前記電荷転送部において前記１つの受光部に対応する前記各第１の転送ゲート電極と前記各第２の転送ゲート電極との間に配設され、第１の固定電圧が印加される複数の第１の固定ゲート電極と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に関わるリニアイメージセンサの概略的構成図である。
【図２】第１の実施形態に関わるリニアイメージセンサの電荷転送部の模式的な部分断面図である。
【図３】第１の実施形態に関わる、転送ゲート電極に与えられる制御信号φ１とφ２の波形図である。
【図４】第１の実施形態に関わる、時系列に沿った電荷転送部のポテンシャル分布の変化を示す図である。
【図５】第２の実施形態に関わるリニアイメージセンサにおける複数の受光部から電荷転送部までの部分平面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線に沿ったリニアイメージセンサの模式的な部分断面図である。
【図７】図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿ったリニアイメージセンサの模式的な部分断面図である。
【図８】第２の実施形態に関わる、２つのストレージゲート電極に与えられるパルス信号である制御信号ＳＴ１とＳＴ２、シフトゲート電極に与えられるパルス信号である制御信号ＳＨ、及び転送ゲート電極に与えられるパルス信号である制御信号φ２の波形図である。
【図９】第２の実施形態に関わる、時系列に沿った、光電変換領域から電荷転送部までのポテンシャル分布の変化を示す図である。
【図１０】第２の実施形態に関わる、時系列に沿った、光電変換領域から電荷転送部までのポテンシャル分布の変化を示す図である。
【図１１】第３の実施形態に関わるリニアイメージセンサの概略的構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
（構成）
図１は、本実施形態に関わるリニアイメージセンサ１の概略的構成図である。図１は、リニアイメージセンサ１の平面図である。リニアイメージセンサ１は、画素となる複数の受光部１１と、複数のシフト部１２と、電荷転送部１３と、出力部１７とを有している。リニアイメージセンサ１は、例えば複写機、スキャナ装置に用いられる。
【００１１】
複数の受光部１１は、ｐ型の半導体シリコン基板上に直線状に配設される。各受光部１１は、ｐ型半導体シリコン基板と、その表面層上のｎ型ウエルのｐｎ接合によるフォトダイオードにより構成される。複数のシフト部１２は、複数の受光部１１からの複数の電荷を電荷転送部１３へシフトすなわち転送する。各シフト部１２は、対応する受光部１１に隣接して設けられている。各シフト部１２は、シリコン半導体基板内に形成されたｎ型のシフト用チャネル領域と、そのチャネル領域上に設けられたシフト用ゲート電極を有する。各シフト部１２は、対応する受光部１１の電荷を電荷転送部１３へ移送する。
【００１２】
すなわち、固体撮像装置であるリニアイメージセンサ１は、所定の方向に配列された複数の受光部１１と、複数の受光部１１において生成された複数の電荷を転送する電荷転送部１３とを有する。そして、複数の受光部１１から電荷転送部１３へ複数の電荷をシフトすなわち転送する複数のシフト部１２が、複数の受光部１１と電荷転送部１３の間に設けられている。
【００１３】
撮像領域は、複数の受光部１１と、複数のシフト部１２により構成される。複数の受光部１１と複数のシフト部１２は、例えば、第１導電型例えばｐ型のシリコン半導体基板内に形成される。各受光部１１は、例えば、ｎ型ウエルのための不純物拡散領域を有する。各シフト部１２は、例えば、ｐ型シリコン基板内にｎ型の不純物拡散領域を有する。
【００１４】
電荷転送部１３は、複数のシフト部１２からの電荷をシリアルに転送して、出力部１７に出力する。電荷転送部１３は、各受光部１１に対応する転送部を、複数有し、各転送部は、２つの転送ゲート電極１４，１５を有している。
【００１５】
固定ゲート電極１６が、２つの転送ゲート電極１４，１５間に設けられている。電荷転送部１３は、複数の受光部１１の配列方向に平行に設けられている。電荷転送部１３は、ＣＣＤ構造を有する。図１に示すように、複数の受光部１１の配列方向に沿って、複数の転送ゲート電極１４，１５と、複数の固定ゲート電極１６とが配設されている。
【００１６】
出力部１７は、電荷を増幅して出力信号を出力する。出力部１７は、電荷転送部１３の出力に接続され、出力部１７の出力信号は、電圧信号であり、リニアイメージセンサ１の出力端子ＯＴから出力される。
【００１７】
さらに、リニアイメージセンサ１は、外部のタイミングジェネレータなどの回路からの各種制御信号等が入力される端子部１８を有している。端子部１８は、転送ゲート電極１４に供給されるパルス信号である制御信号φ１のための端子と、転送ゲート電極１５に供給されるパルス信号である制御信号φ２のための端子と、固定ゲート電極１６に供給される固定電圧のための端子を含む。
【００１８】
図２は、リニアイメージセンサ１の電荷転送部１３の模式的な部分断面図である。図２は、図１において二点鎖線で示すＩＩ−ＩＩ線に沿った、電荷転送部１３の断面を示す。図２は、電荷転送部１３において隣り合う２つの受光部１１に対応する部分を示している。
【００１９】
電荷転送部１３は、電荷転送用のチャネル領域２１を有している。チャネル領域２１は、ｐ型シリコン基板２２の表面層に形成されたｎ型のＣＣＤ埋め込みチャネルである。チャネル領域２１上には制御信号φ１を印加する複数の転送ゲート電極１４と、制御信号φ２を印加する複数の転送ゲート電極１５と、固定電圧としてのグラウンド（ＧＮＤ）電位を印加する複数の固定ゲート電極１６が形成されている。図１及び図２に示すように、転送ゲート電極１４，１５と固定ゲート電極１６の３つのゲートが、各受光部１１に対応して設けられている。
【００２０】
すなわち、複数の転送ゲート電極１４は、各転送ゲート電極１４が１つの受光部１１に対応して電荷転送部１３に配設され、各転送ゲート電極１４には、複数の電荷を転送するための転送用の制御信号φ１が印加される。複数の転送ゲート電極１５も、各転送ゲート電極１５が１つの受光部１１に対応して電荷転送部１３に配設され、各転送ゲート電極１５には、複数の電荷を転送するための制御信号φ１とは位相が異なる転送用の制御信号φ２が印加される。
複数の固定ゲート電極１６は、各固定ゲート電極１６が電荷転送部１３において１つの受光部１１に対応する各第１の転送ゲート電極１４と各第２の転送ゲート電極１５との間に配設され、各固定ゲート電極１６には、固定電圧が印加される。
【００２１】
なお、図２では、２つの転送ゲート電極１４を区別するために、転送ゲート電極１４は、１４Ａ、１４Ｂとして示し、２つの転送ゲート電極１５を区別するために、転送ゲート電極１５は、１５Ａ、１５Ｂとして示し、２つの固定ゲート電極１６を区別するために、転送ゲート電極１６は、１６Ａ、１６Ｂとして示す。
転送ゲート電極１４下の一部と転送ゲート電極１５下の略全部を含む部分には、チャネル領域２１とはポテンシャルの異なるチャネル領域２３が形成されている。
【００２２】
さらに、転送ゲート電極１５下の一部には、チャネル領域２１と２３とはポテンシャルの異なるチャネル領域２４が形成されている。また、固定ゲート電極１６の下には、チャネル領域２１、２３及び２４とはポテンシャルの異なるチャネル領域２５が形成されている。
【００２３】
チャネル領域２３、２４には、アクセプタイオンが注入されている。チャネル領域２５には、ドナーイオンが注入されている。転送ゲート電極１４，１５をグラウンド（ＧＮＤ）の電圧にしたときに、固定ゲート電極１６下のチャネル領域２５のポテンシャルが最も深くなるように、これらのアクセプタイオン、ドナーイオンの注入は行われる。
以上のように、各転送ゲート電極１４下のポテンシャル及び各転送ゲート電極１５下のポテンシャルは、各転送ゲート電極１４及び各転送ゲート電極１５下の不純物拡散領域へのイオン注入により規定される。
【００２４】
なお、電荷転送をスムーズに行うため、転送ゲート電極１５にハイ（Ｈｉｇｈ）の電圧が印加されているときのチャネル領域２４よりも、チャネル領域２５のポテンシャルは浅くなるよう、各チャネル領域の不純物濃度は設定される。
【００２５】
また、ここでは、固定ゲート電極１６下のチャネル領域２５にドナーイオンを注入して、固定ゲート電極１６下のチャネル領域２５のポテンシャルが設定されているが、その代わりに固定ゲート電極１６下以外の領域にアクセプタイオンを注入して、チャネル領域２５に同様のポテンシャルを設定するようにしても良い。
すなわち、各固定ゲート電極１６下のポテンシャルは、各固定ゲート電極１６下の不純物拡散領域へのイオン注入、又は各固定ゲート電極１６に印加する固定電圧によって規定される。
【００２６】
転送ゲート電極１４には、パルス信号である制御信号φ１が供給される制御信号線が接続されている。転送ゲート電極１５には、制御信号φ２が供給される制御信号線が接続されている。固定ゲート電極１６には、グラウンド電圧（ＧＮＤ）が供給されるグラウンド線が接続されている。
【００２７】
図３は、転送ゲート電極１４，１５に与えられる制御信号φ１とφ２の波形図である。制御信号φ１、φ２は、ハイの電圧とローの電圧を有する。ここでは、ロー電圧は、グラウンド（ＧＮＤ）電圧である。図３に示すように、制御信号φ１は、制御信号φ２に対して、１／４位相程度遅れるようにずれている。
（作用）
次に、本実施形態の電荷転送部の動作について説明する。
【００２８】
図４は、時系列に沿った電荷転送部１３のポテンシャル分布の変化を示す図である。図４における各時刻ｔ１からｔ５は、図３に示す時刻ｔ１からｔ５に対応し、図４は、各時刻ｔ１からｔ５におけるポテンシャルの状態を示す。ここでは、電荷は、電子であるので、各ポテンシャル分布の縦方向において、上方向がマイナス方向で、下方向がプラス方向である。
【００２９】
時刻ｔ１では、制御信号φ１、φ２は、共にロー（ＧＮＤ）である。よって、時刻ｔ１における電荷転送部１３のポテンシャル分布は、チャネル領域２３，２４，２５に注入されたアクセプタイオン、ドナーイオンにより形成された分布である。このとき、転送ゲート電極１５下のポテンシャルが最も浅く、固定ゲート電極１６Ｂ下のポテンシャルが最も深いため、対応する受光部１１から転送された電荷は、例えば、固定ゲート電極１６Ｂ下のチャネル領域２５に溜まっている。
【００３０】
時刻ｔ２では、制御信号φ１はロー（ＧＮＤ）で、制御信号φ２はハイとなるため、転送ゲート電極１５下のチャネル領域２３の一部とチャネル領域２４の一部のポテンシャルが、チャネル領域２５のポテンシャルよりも深くなる。すなわち、図４において、転送ゲート電極１５Ａ下の電位障壁の高さが下げられる。よって、例えば時刻ｔ１において固定ゲート電極１６Ｂ下のチャネル領域２５にあった信号電荷は、時刻ｔ２には、転送ゲート電極１５Ａ下のチャネル領域２３に移送される。
このとき、各固定ゲート電極１６下のポテンシャルＰ１は、ローの制御信号φ１が印加された転送ゲート電極１４下のポテンシャルＰ２よりも深く、かつハイの制御信号φ２が印加された転送ゲート電極１５下のポテンシャルＰ３よりも浅い。
【００３１】
時刻ｔ３では、制御信号φ１、φ２は、共にハイとなるため、転送ゲート電極１４下のチャネル領域２１の一部とチャネル領域２３の一部のポテンシャルが、転送ゲート電極１５下のポテンシャルよりも深くなる。すなわち、図４において、転送ゲート電極１４Ａ下の電位障壁の高さが下げられる。よって、時刻ｔ２において転送ゲート電極１５Ａの下にあった信号電荷は、時刻ｔ３には、転送ゲート電極１４Ａ下のチャネル領域２１に移送される。
【００３２】
時刻ｔ４では、制御信号φ１はハイで、制御信号φ２はローとなるため、転送ゲート電極１５下のチャネル領域２３の一部とチャネル領域２４の一部のポテンシャルが、固定ゲート電極１６下のポテンシャルよりも浅くなる。すなわち、図４において、転送ゲート電極１５Ａ下の電位障壁の高さが上がる。なお、時刻ｔ３において転送ゲート電極１４Ａの下にあった信号電荷は、時刻ｔ４では、転送ゲート電極１４Ａ下のチャネル領域２１に未だ溜まっている。
【００３３】
時刻ｔ５では、制御信号φ１、φ２は、共にロー（ＧＮＤ）である。よって、例えば時刻ｔ４において転送ゲート電極１４Ａ下にあった信号電荷は、時刻ｔ５には、固定ゲート電極１６Ａ下のチャネル領域２５に移送される。
【００３４】
上述した動作が繰り返されることによって、各受光部１１から転送された各電荷は、電荷転送部１３において転送され、出力部１７へ出力される。
【００３５】
以上のように、上述した電荷転送部１３では、従来の転送ゲート電極の一部を、固定電位（ここではグラウンド）に固定された固定ゲート電極１６に置き換えているため、駆動するゲート面積が小さくなり、制御信号線の容量負荷を減らすことができる。上述した例では、１つの受光部１１に対応するゲート電極の数は、固定電極も含めて３つとなるため、各転送ゲートの面積が、従来の３分の２となる。そのため、上述した電荷転送部１３によれば、より高速かつ低消費電力な電荷転送が可能となる。
【００３６】
また、転送ゲート電極１４，１５にハイの電圧を印加しているときよりもローの電圧を印加しているときの方がシリコン半導体基板の界面のホール濃度が増すため、固定ゲート電極１６をグラウンドに固定する上述した構成によれば、固定ゲート電極１６下で発生する暗電流は抑制され、結果として、電荷転送部１３全体の暗電流の発生が抑制される。
【００３７】
さらにまた、上述したように、チャネル領域２５にドナーイオンを注入せずに、固定ゲート電極１６に、制御信号φ１、φ２のローレベルよりも高い固定電圧を印加するようにしても、イオン注入の工程を追加することなく上記と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
以上のように、本実施形態によれば、転送ゲート電極の面積を大きくすることなく、飽和電荷量を維持しつつ、電荷の転送速度の低下を生じさせない固体撮像装置を提供することができる。
（第２の実施形態）
本実施形態は、リニアイメージセンサの受光部と電荷転送部間における電荷の転送に関する。
（構成）
図５は、本実施形態に関わるリニアイメージセンサ１Ａにおける複数の受光部から電荷転送部までの部分平面図である。本実施形態のリニアイメージセンサ１Ａも、所定の方向に沿って配置された複数の受光部を有している。図５は、複数の受光部のうちの２つの受光部に関わる複数のチャネル領域と複数のゲート電極を示している。
【００３９】
図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿ったリニアイメージセンサ１Ａの模式的な部分断面図である。図７は、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿ったリニアイメージセンサ１Ａの模式的な部分断面図である。
【００４０】
複数の光電変換領域と複数のチャネル領域は、ｐ型シリコン基板（図示せず）の表面層に形成される。複数の受光部に対応する複数の光電変換領域３１は、図１に示すように、所定の方向Ａに沿って設けられている。各光電変換領域３１は、ｎ型ウエルとｐ型シリコン基板のｐｎ接合によるフォトダイオードの受光部を構成する。
【００４１】
複数のストレージ領域３２は、点線で示すように、複数の光電変換領域３１に隣接して所定の方向Ａに沿って設けられている。各ストレージ領域３２は、対応する光電変換領域３１で発生した電荷を一次的に蓄積するチャネル領域である。すなわち、図５に示すように、複数のストレージ領域３２は、各ストレージ領域３２が１つの受光部３１に隣接して配設され、複数の受光部３１において生成された複数の電荷を蓄積する。
【００４２】
シフト領域３３は、点線で示すように、各ストレージ領域３２に隣接して所定の方向Ａに沿って設けられている。各シフト領域３３は、対応するストレージ領域３２に蓄積された電荷を電荷転送部１３Ａに移送するチャネル領域である。すなわち、複数のシフト領域３３は、複数のストレージ領域３２と電荷転送部１３Ａの間に設けられ、複数のストレージ領域３２の複数の電荷を電荷転送部１３Ａへシフトすなわち転送する。
【００４３】
電荷転送部１３Ａを構成する複数のチャネル領域３４ａ、３４ｂは、点線で示すように、複数のシフト領域３３に隣接して所定の方向Ａに沿って設けられている。チャネル領域３４ａ、３４ｂは、互いに１つ置きになるように配設されている。
【００４４】
ストレージ領域３２とシフト領域３３には、それらの領域のポテンシャルがチャネル領域３４ａ、３４ｂとはポテンシャルとは異ならせるための不純物イオンが注入されている。チャネル領域３４ａ、３４ｂには、電位障壁を生成し、かつ電荷転送のための不純物イオンが注入されている。
【００４５】
各ストレージ領域３２上には、転送ゲート電極としての２つのストレージゲート電極３５ａ、３５ｂが設けられている。１つのストレージ領域３２と２つのストレージゲート電極３５ａ、３５ｂにより、１つの光電変換領域３１に対応する１つのストレージ部が構成される。各シフト領域３３上には、転送ゲート電極としてのシフトゲート電極３６が形成されている。１つのシフト領域３３と１つのシフトゲート電極３６により、１つのシフト部が構成される。ストレージゲート電極３５ａ、３５ｂは、シフト領域３３に隣接しているので、所定の制御信号ＳＨがシフトゲート電極３６に印加されることにより、ストレージ領域３２の電荷をシフト領域３３に転送する経路を形成することができる。
【００４６】
以上のように、複数のゲート電極３５ａは、各ゲート電極３５ａが各ストレージ領域３２に対応して設けられ、複数のゲート電極３５ａには、複数の受光部３１の複数の電荷を複数のストレージ領域３２に蓄積するための制御信号ＳＴ１が印加される。複数のゲート電極３５ｂは、各ゲート電極３５ｂが各ストレージ領域３２に対応して設けられた複数の固定ゲート電極であり、複数のゲート電極３５ｂには、固定電圧が印加される。
【００４７】
転送ゲート電極３７ａがチャネル領域３４ａ上に設けられ、転送ゲート電極３７ｂがチャネル領域３４ｂ上に設けられている。複数のチャネル領域３４ａ、３４ｂと複数の転送ゲート電極３７ａ、３７ｂにより、電荷転送部１３Ａが構成される。
各ゲート電極には、後述するように、制御信号として、パルス信号又は固定電圧が供給されるように、制御信号線が接続されている。
【００４８】
図８は、ストレージゲート電極３５ａに与えられるパルス信号である制御信号ＳＴ１、ストレージゲート電極３５ｂに与えられる電圧信号である制御信号ＳＴ２、シフトゲート電極３６に与えられるパルス信号である制御信号ＳＨ、及び転送ゲート電極３７ａに与えられるパルス信号である制御信号φ２の波形図である。
【００４９】
ストレージゲート電極３５ａには、図８に示すようなパルス信号である制御信号ＳＴ１が供給される。ストレージゲート電極３５ｂには、図８に示すような固定のロー電圧信号、ここではグラウンド（ＧＮD）電圧信号である制御信号ＳＴ２が供給される。シフトゲート電極３６には、図８に示すような制御信号ＳＨが供給される。転送ゲート電極３７ｂには、図８に示すような制御信号φ２が供給される。
【００５０】
なお、ここでは、転送ゲート電極３７ｂに与えられるパルス信号である制御信号φ１は、図示していないが、パルス信号である制御信号φ２とは逆位相の信号であり、制御信号φ２のハイの期間と、制御信号φ１のハイの期間は重ならない。互いに逆位相の制御信号φ１、φ２を、転送ゲート電極３７ｂ、３７ａに供給することによって、電荷は、電荷転送部１３Ａにおいて転送される。
（作用）
次に、本実施形態の電荷転送部の動作について説明する。
【００５１】
図９及び図１０は、時系列に沿った、光電変換領域３１から電荷転送部１３Ａまでのポテンシャル分布の変化を示す図である。図９及び図１０における各時刻ｔ１１からｔ１５は、図８の時刻ｔ１１からｔ１５に対応し、図９及び図１０は、各時刻ｔ１１からｔ１５に対応するポテンシャルの状態を示す。ここでは、電荷は、電子であるので、各ポテンシャル分布の縦方向において、上方向がマイナス方向で、下方向がプラス方向である。
【００５２】
時刻ｔ１１では、各制御信号ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＨ、φ２は、全てロー（ＧＮＤ）である。よって、時刻ｔ１１におけるポテンシャル分布は、ストレージ領域３２、シフト領域３３、チャネル領域３４ａに注入された不純物イオンにより形成された分布である。このとき、ストレージゲート電極３５ａ、３５ｂ下のストレージ領域３２と、シフトゲート電極３６下のシフト領域３３のポテンシャルが深い。また、光電変換領域３１に電荷が溜まるように、光電変換領域３１のポテンシャル分布は形成されている。
【００５３】
各ストレージ領域３２のポテンシャルは、２つのストレージゲート電極３５ａ、３５ｂによって制御されるので、時刻ｔ１１では、２つのストレージゲート電極３５ａ、３５ｂ下のポテンシャルは等しい。
【００５４】
時刻ｔ１２では、制御信号ＳＴ２はロー（ＧＮＤ）のままで、制御信号ＳＴ１がハイとなり、図９に示すように、各光電変換領域３１に隣接するストレージゲート電極３５a下のポテンシャルが、当該光電変換領域３１のポテンシャルよりも深くなる。その結果、各光電変換領域３１の電荷は、ストレージ領域３２に移送される。
【００５５】
より詳細には、ストレージゲート電極３５ａ下の電位障壁部のポテンシャルＰ１１が、光電変換領域３１のポテンシャルＰ１２よりも深くなるので、当該光電変換領域３１の信号電荷は、ストレージ領域３２の一部に移送される。すなわち、時刻ｔ１２において、図９において、ストレージゲート電極３５ａ下の電位障壁の高さが下げられるため、当該光電変換領域３１の信号電荷は、ストレージ領域３２の一部に移送される。
【００５６】
このとき、ストレージゲート電極３５ｂはローのままである。よって、光電変換領域３１とストレージゲート電極３５ａ、３５ｂ下のストレージ領域３２との間には、電位障壁がある。
そのため、時刻ｔ１２において、ストレージゲート電極３５ａ下のストレージ領域３２に移送された電荷は、時刻ｔ１３において、ストレージゲート電極３５ｂ下のストレージ領域３２に分配される。
【００５７】
時刻ｔ１３では各制御信号ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＨ、ＣＣＤ１は、全てロー（ＧＮＤ）である。そのため、ストレージゲート電極３５ａ下の電位障壁の高さが上昇する。時刻ｔ１３のとき、ストレージ領域３２上には、２つのストレージゲート電極３５ａと３５ｂが設けられているだけであるので、制御信号ＳＴ１、ＳＴ２がローのとき、ストレージゲート電極３５ａ下のストレージ領域３２のポテンシャルＰ１３とストレージゲート電極３５ｂ下のストレージ領域のポテンシャルＰ１４は等しい。
【００５８】
時刻ｔ１４では、制御信号ＳＴ１、ＳＴ２はローのままで、制御信号ＳＨ及びφ２がハイとなるため、シフトゲート電極３６及び転送ゲート電極３７ａ下のポテンシャルが深くなる。このとき、シフトゲート電極３６下の電位障壁が下げられて、シフトゲート電極３６下の電位障壁部分のポテンシャルＰ１５は、ストレージゲート電極３５ａ下のストレージ領域３２のポテンシャルＰ１３、およびストレージゲート電極３５ｂ下のストレージ領域３２のポテンシャルＰ１４より深く、かつ転送ゲート電極３７ａ下のチャネル領域３４ａのポテンシャルＰ１６よりも浅くなる。
すなわち、ハイの制御信号ＳＨが印加されたときの各シフトゲート電極３６下のポテンシャルＰ１５は、ローの制御信号ＳＴ１が印加されたストレージゲート電極３５ａ下のポテンシャルＰ１３、およびストレージゲート電極３５ｂ下のストレージ領域３２のポテンシャルＰ１４よりも深く、かつハイの制御信号φ２が印加されたときの電荷転送部１３Ａの転送ゲート電極３７ａ下のポテンシャルＰ１６よりも浅い。よって、ストレージゲート電極３５ａ、３５ｂ下のストレージ領域３２に溜まっている電荷は、シフト領域３３を通ってチャネル領域３４ａへ移送される。
【００５９】
特に、ストレージゲート電極３５ａ下のストレージ領域３２において溢れた電荷も、ストレージゲート電極３５ｂ下のストレージ領域３２に溜まるため、シフトゲート電極３６下のシフト領域３３の近傍に電荷が溜められるため、高速転送が可能である。
【００６０】
また、ストレージゲート電極は、２つのストレージゲート電極３５ａ、３５ｂに分割されて構成されており、その結果、各ストレージゲート電極３５ａ、３５ｂを駆動するための負荷容量は小さい。
【００６１】
なお、上述した実施形態では、ストレージゲート電極３５ｂ下のポテンシャルＰ１４は、光電変換領域３１とストレージゲート電極３５ｂ間の電位障壁のポテンシャルＰ１７よりも深く、かつ上述したポテンシャルＰ１５よりも浅ければ、ストレージゲート電極３５ａ下のポテンシャルＰ１３とは、別に独立して設定してもよい。
【００６２】
その場合、ストレージゲート電極３５ｂ下のポテンシャルＰ１４は、ストレージゲート電極３５ｂ下にイオン注入を行ったり、他の固定電圧を印加したりすることによって、所望のポテンシャルに設定することができる。
【００６３】
さらに、ストレージゲート電極３５ｂ下のポテンシャルＰ１４は、より深くすることにより、ストレージ領域３２に蓄積できる飽和電荷量を増やすことができる。
【００６４】
また、本実施形態においては、ストレージゲート電極３５ａのゲート面積が小さくなるため、より高速な、かつより低消費電力となり、さらに暗電流の発生も抑制される。
【００６５】
以上のように、上述した本実施形態によれば、飽和電荷量を保ったまま制御信号線の容量負荷を減らすことができ、より高速かつ低消費電力な電荷転送装置を実現できる。また、暗電流の低減も可能となる。
（第３の実施形態）
第１の実施形態では、固定電圧が供給される固定ゲート電極が電荷転送部に設けられ、第２の実施形態では、固定電圧が供給される固定ゲート電極が受光部と電荷転送部間に設けられているが、第３の実施形態では、固定電圧が供給される固定ゲート電極が、電荷転送部だけでなく、受光部と電荷転送部間にも設けられる。言い換えれば、第３の実施形態は、第１と第２の実施形態の両方の構成を含む。
【００６６】
図１１は、本実施形態に関わるリニアイメージセンサ１Ｂの概略的構成図である。本実施形態において、第１の実施形態及び第２の実施形態と同じ構成要素については、同じ符合を付して説明は省略する。
【００６７】
図１１に示すように、各受光部１１は、光電変換領域３１を含む。各受光部１１と、電荷転送部１３の間には、ストレージ領域３２とシフト領域３３が設けられている。ストレージ領域３２上には、２つのストレージゲート電極３５ａ、３５ｂが設けられている。シフト領域３３上には、シフトゲート電極３６が設けられている。
【００６８】
ストレージ領域３２と、シフト領域３３と、ストレージゲート電極３５ａ、３５ｂと、シフトゲート電極３６が、各光電変換領域３１に対応して設けられており、それらの構成は、第２の実施形態と同様である。
【００６９】
電荷転送部１３には、転送ゲート電極１４、１５と固定ゲート電極１６が設けられており、転送ゲート電極１４，１５下のチャネル領域２３，２４、及び固定ゲート電極１６下のチャネル領域２５の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００７０】
よって、本実施形態によれば、第１の実施形態と第２の実施形態の両方の効果を生じる固体撮像装置を実現することができる。
【００７１】
特に、ゲート電極の面積を小さくすることができるので、制御信号線の容量負荷の増加による電荷転送速度の低下を抑制し、かつ消費電力も抑制することができる。
なお、上述した各実施形態は、リニアイメージセンサに関するが、エリアイメージセンサにおける電荷転送部にも適用可能である。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として例示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７２】
１、１Ａ、１Ｂ  リニアイメージセンサ、１１  受光部、１２  シフト部、１３、１３Ａ  電荷転送部、１４，１４Ａ，１５，１５Ａ  転送ゲート電極、１６、１６Ａ、１６Ｂ  固定ゲート電極、１７  出力部、１８  端子部、２１  チャネル領域、２２  ｐ型シリコン基板、２３、２４、２５  チャネル領域、３１  光電変換領域、３２  ストレージ領域、３３  シフト領域、３４ａ、３４ｂ  チャネル領域、３５ａ、３５ｂ  ストレージゲート電極、３６  シフトゲート電極３７ａ、３７ｂ  転送ゲート電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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