(57)【要約】【課題】ＣＣＤ固体撮像装置において、画素セルが微細化されても、読み出し電圧の印加による固体撮像装置の特性劣化を抑制する。【解決手段】本発明は、複数の受光センサ部２と、チャネル領域３２及び複数の垂直送電極３４〜３６を有した複数の垂直転送レジスタ３と、垂直転送レジスタ３のチャネル領域３２に併設された第１チャネルストップ領域４１を有する。垂直転送電極のうち、読み出し電極を兼ねる垂直転送電極３５は、第１チャネルストップ領域４１に重ならない状態で形成される。【選択図】図３
2010171339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受光センサ部と、
転送チャネル領域及び複数の垂直転送電極を有した複数の垂直転送レジスタと、
前記垂直転送レジスタの前記転送チャネル領域に併設された第１チャネルストップ領域を有し、
前記垂直転送電極のうち、読み出し電極を兼ねる垂直転送電極が、前記第１チャネルストップ領域に重ならない状態で形成されている
固体撮像装置。
【請求項２】
垂直方向に隣り合う前記受光センサ部を分離する第２チャネルストップ領域を有し、
前記読み出し電極を兼ねる垂直転送電極が、前記第２チャネルストップ領域に重ならない状態で形成されている
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
単層のポリシリコン膜による前記複数の垂直転送電極と、
前記複数の垂直転送電極下に一様の膜厚で形成されたゲート絶縁膜を有する
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記ゲート絶縁膜の膜厚と読み出し電圧とによって誘起される、前記読み出し電極を兼ねる垂直転送電極のエッジ部のシリコン表面局所電界が６０Ｖ／μｍ以下で、前記受光センサ部から前記垂直転送レジスタへ信号電荷が読み出される
請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
単位画素に相当する前記受光センサ部に３つの前記垂直転送電極が対応し、
前記３つの垂直転送電極のうちの、受光センサ部横面に位置する（中央の）垂直転送電極が前記読み出し電極を兼ねており、
前記３つの垂直転送電極のうちの、読み出し電極を兼ねない垂直転送電極が前記第１チャネルストップ領域に重なっている
請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項６】
単位画素に相当する前記受光センサ部に３つの前記垂直転送電極が対応し、
前記３つの垂直転送電極のうちの、受光センサ部横面に位置する垂直転送電極が前記読み出し電極を兼ねており、
前記３つの垂直転送電極のうちの、読み出し電極を兼ねない垂直転送電極幅が、読み出し電極を兼ねる垂直転送電極に面する部分では幅が同一で、電極幅を漸次広くするように斜めに形成されている
請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第１チャネルストップ領域と前記転送チャネル領域との間に間隙を有する
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１チャネルストップ領域と前記転送チャネル領域との間に間隙を有する
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第１チャネルストップ領域と前記転送チャネル領域との間に間隙を有する
請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記第１チャネルストップ領域と前記転送チャネル領域との間に間隙を有する
請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記第１チャネルストップ領域と前記転送チャネル領域との間に間隙を有する
請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記第１チャネルストップ領域と前記転送チャネル領域との間に間隙を有する
請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
垂直転送レジスタの複数の垂直転送電極のうち、読み出し電圧が印加される垂直転送電極を転送チャネル領域に併設するチャネルストップ領域に重ならないように形成した固体撮像装置を用い、
前記垂直転送レジスタのゲート絶縁膜厚と前記読み出し電圧とにより誘起される、前記読み出し電圧が印加される垂直転送電極のエッジ部と前記チャネルストップ領域との間の局所電界を６０Ｖ／μｍ以下に設定し、
前記垂直転送電極に読み出し電圧を印加して、受光センサ部から前記垂直転送レジスタへ信号電荷を読み出す
固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１４】
光学レンズと、
固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備え、
前記固体撮像装置は、
複数の受光センサ部と、
転送チャネル領域及び一様の膜厚のゲート絶縁膜を介して形成された単層のポリシリコン膜からなる複数の垂直転送電極を有した複数の垂直転送レジスタと、
前記垂直転送レジスタの前記チャネル領域に併設された第１チャネルストップ領域垂直方向に隣り合う前記受光センサ部を分離する第２チャネルストップ領域垂直方向に隣り合う前記受光センサ部を分離する第２チャネルストップ領域と、
垂直方向に隣り合う前記受光センサ部を分離する第２チャネルストップ領域とを有し、
前記垂直転送電極のうち、読み出し電極を兼ねる垂直転送電極が、前記第１チャネルストップ領域及び前記第２チャネルストップ領域に重ならない状態で形成され、
前記ゲート絶遠膜の膜厚と読み出し電圧とによって誘起される、前記読み出し電極を兼ねる垂直転送電極のエッジ部のシリコン表面局所電界が６０Ｖ／μｍ以下で、前記受光センサ部から前記垂直転送レジスタへ信号電荷が読み出される
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の固体撮像装置とその駆動方法、並びにこの固体撮像装置を備えたカメラなどの電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置として、電荷結合素子（ＣＣＤ）による固体撮像装置が知られている。このＣＣＤ型の固体撮像装置（以下、ＣＣＤ固体撮像装置という）は、受光量に応じた信号電荷を生成、蓄積する光電変換素子、すなわちフォトダイオードにより受光センサ部が構成され、複数個の受光センサ部が２次元マトリクス状に配列される。この複数の受光センサ部のフォトダイオードに入射する被写体の光信号に基いて信号電荷が発生し、蓄積される。この信号電荷は、受光センサ部の列毎に配置したＣＣＤ構造の垂直転送レジスタにより垂直方向に転送されると共に、ＣＣＤ構造の水平転送レジスタによって水平方向に転送される。そして、水平方向に転送された信号電荷は、電荷―電圧変換部を有する出力部から被写体の画像情報として出力される。出力部としては、通常、水平転送レジスタの終段に接続されたフローティングディフージョン（ＦＤ）とソースフォロワ・アンプとから成る、いわゆるフローティングディフージョン型アンプで構成される。その他、出力部としては、フローティングゲート型アンプで構成することもできる。
【０００３】
ＣＣＤ固体撮像装置では、２次元マトリクス状に配列された複数の受光センサ部及び複数の垂直転送レジスタを有する撮像領域と、上記複数の垂直転送レジスタに接続する水平転送レジスタとを備えた、いわゆるインターライン転送（ＩＴ）方式が知られている。また、ＣＣＤ固体撮像装置では、上記撮像領域と、複数の垂直転送レジスタからなる蓄積部と、蓄積部の複数の垂直転送レジスタに接続する水平転送レジスタとを備えた、いわゆるフレームインターライン転送（ＦＩＴ）方式も知られている。
【０００４】
ＣＣＤ固体撮像装置は、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどに広く用いられている。また、ＣＣＤ固体撮像装置は、カメラ付き形態電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などのモバイル機器に搭載される固体撮像装置として用いられている。
【０００５】
従来からある一般的なＣＣＤ固体撮像装置は、垂直転送レジスタの複数の垂直転送電極を、２層ポリシリコン膜で形成し、１層目ポリシリコン膜の転送電極と２層目ポリシシリコン膜の転送電極を一部オーバーラップさせるように形成して構成されている。このようなＣＣＤ固体撮像装置では、読み出し電圧ＶＴが印加される垂直転送電極を含む全ての垂直転送電極が、垂直転送レジスタのチャネル領域と併設したチャネルストップ領域まで張り出した構造になっている。読み出し電圧ＶＴが印加される垂直転送電極は、いわゆる読み出し電極を兼ねている。
【０００６】
一方、ＣＣＤ固体撮像装置として、転送方向に配列された複数の垂直転送電極を単層（すなわち同一層）のポリシリコン膜で形成した固体撮像装置も知られている。図１３及び図１４に、単層ポリシリコン膜により複数の垂直転送電極を形成した、従来のＣＣＤ固体撮像装置の一例を示す。図１３は撮像領域の要部の平面図、図１４は図１３のＡ−Ａ線上の断面図である。なお、図１３及び図１４では要部のみを示しており、他の構成要素である例えば転送電極上部の遮光膜、カラーフィルタ、オンチップレンズ等は省略してある。
【０００７】
このＣＣＤ固体撮像装置１００は、図１３に示すように、四角形状の受光センサ部１０１となるフォトダイオード（ＰＤ）が２次元マトリクス状に配列され、各受光センサ部１０１の列に対応してＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ１０２が配置されて成る。垂直転送レジスタ１０２は、受光センサ部１０１からの信号電荷を読み出した後、信号電荷を垂直方向に転送させるものである。垂直転送レジスタ１０２は、埋め込み転送チャネル領域１０３と、その上にゲート絶縁膜を介して形成された複数の垂直転送電極とを有して構成される。本例では、１つの受光センサ部１０１となるフォトダイオード（ＰＤ）に対して３つの垂直転送電極が対応するように、単層、すなわち１層目のポリシリコン膜からなる複数の垂直転送電極１０４、１０５、１０６が形成される。上下の垂直転送電極１０４、１０６はその上下の単位画素と垂直転送電極を共有している。
【０００８】
垂直転送電極１０４及び１０６は、それぞれ各垂直転送レジスタ１０２に対応する電極同士が接続されるように、垂直方向に隣り合う受光センサ部１０１の間を通して水平方向に連続して形成される。一方、３つの垂直転送電極１０４〜１０６のうちの、中央の垂直転送電極１０５は、読み出し電極を兼ねている。この読み出し電極を兼ねる垂直転送電極１０５は、島状に独立して形成されているため、２層目のポリシリコン膜による接続配線１０７により接続される。この接続配線１０７は、垂直方向に隣り合う受光センサ部１０１の間に延長する垂直転送電極１０４、１０６上に絶縁膜を介して配置された帯状部１０７Ｂと、これと一体に各垂直転送電極１０５上に延長する延長部１０７Ａとを有して構成される。この延長部１０７Ａが、各垂直転送レジスタ１０２における垂直転送電極１０５のコンタクト部１０８に接続される。
【０００９】
埋め込み転送チャネル領域１０３は、垂直方向に直線状に形成される。この埋め込み転送チャネル領域１０３に接して併設されるように、水平方向の隣接画素を分離するための第１チャネルストップ領域１１１が、水平方向の隣接画素との間に直線状に形成される。また、垂直方向の隣接画素を分離するための第２チャネルストップ領域１１２が、垂直方向の隣接画素の間に形成される。第２チャネルストップ領域１１２は、垂直方向の隣接画素の間の水平領域と、一部埋め込み転送チャネル領域１０３に接して受光センサ部１０１側に垂直に延びる領域とを有して形成される。第１、第２のチャネルストップ領域１１１，１１２は、不純物含有半導体領域、例えばｐ型半導体領域で形成される。
【００１０】
垂直転送電極１０４、１０５、１０６は、第１チャネルストップ領域１１１及び第２チャネルストップ領域１１２上に跨って形成される。
【００１１】
断面構造では、図１４に示すように、第１導電型、例えばｎ型の半導体基板１１５に第２導電型であるｐ型の第１半導体ウェル領域１１６が形成され、このｐ型第１半導体ウェル領域１１６に受光センサ部１０１となるフォトダイオード（ＰＤ）が形成される。フォトダイオード（ＰＤ）は、ｎ型半導体領域１１７と暗電流を抑制するｐ型半導体領域１１８とを有して形成される。ｐ型半導体ウェル領域１１６には、さらにｎ型の埋め込み転送チャネル領域１０３、第１のｐ＋チャネルストップ領域１１１、第２のｐ＋チャネルストップ領域１１２（図示せず）が形成される。埋め込み転送チャネル領域１０３の直下には、ｐ型第２半導体ウェル領域１１９が形成される。
【００１２】
埋め込み転送チャネル領域１０３、電荷読み出しゲート部１２１、第１のｐ＋チャネルストップ領域１１１上には、ゲート絶縁膜（例えば、シリコン酸化膜１２２）を介して、それぞれ対応する垂直転送電極１０４〜１０６が形成される。図１２では読み出し電極を兼ねる垂直転送電極１０５が形成される。
【００１３】
上述した前者の２層ポリシリコン膜で垂直転送電極を形成したＣＣＤ固体撮像装置において、全ての垂直転送電極をチャネルストップ領域上に張り出させた構成は、次の理由から来ている。理由の１つ目は、垂直転送レジスタのチャネル領域と垂直転送電極とのマスク合わせ誤差からくる設計余裕度の確保である。
また、図１５に示すように、１層目ポリシリコン膜による垂直転送電極１３１及び１３３と２層目ポリシリコン膜による垂直転送電極１３２とがオーバーラップしながら転送方向に配列される。垂直転送電極１３１〜１３４のオーバーラップ部でパターンの凹み１３４が、通常、読み出し電圧ＶＴが印加される垂直転送電極１３２である２層目ポリシリコン膜に生じ易い。この凹み１３４は、オーバーラップ部における段差の影響でフォトリソグラフィ工程で段差付近のマスクとなるレジストパターン膜厚や幅に不均一性が生じ、平面的に電極幅が多少変化するために発生する。２つ目の理由は、電極幅を太めに設定して凹みパターンによるチャネル領域１３５の顔出しを防ぐことである。２層目ポリシリコン膜の垂直転送電極１３２がチャネル領域１３５と重なる線で作られた場合、凹み１３４で下地のチャネル領域１３５の一部が露呈、いわゆる顔出しする。チャネル領域１３５上に垂直転送電極が覆われないが比較的大きい状態は、その部分のポテンシャルが深くなり電荷転送に不具合を生じる。
【００１４】
画素セルが微細でなく、ゲート絶縁膜が有る程度厚めに形成され、チャネルストップ領域の不純物濃度が高くない場合には、読み出し電圧ＶＴが印加される垂直転送電極がチャネルストップ領域上へ延長して形成されても、不具合が特に顕在化しにくい。このことも理由の１つになっている。
【００１５】
一方、図１３及び図１４に示す複数の垂直転送電極を単層ポリシリコンで形成するＣＣＤ固体撮像装置であっても、上記と同様の理由で、複数の垂直転送電極がチャネルストップ領域１１１上に延長して形成されている。すなわち、従来、チャネルストップ領域１１１、１１２と垂直転送電極１０４〜１０６との重なりをなくす必要性は、認識されていない。つまり、チャネルストップ領域１１１、１１２と垂直転送電極１０４〜１０６とがオーバーラップしても、不具合が顕在化していなかった。
【００１６】
先行文献として特許文献１〜３を挙げる。特許文献１には、垂直転送電極の幅と埋め込み転送チャネル領域の幅とを略同一幅に形成した構成が開示されている。この構成により、既存の固体撮像装置に比べて、遮光でのうち垂直転送電極上に無い部分の領域（いわゆる遮光でのひさし部分）を広くとれ、ひさし部分の長さに依存するスミア特性を高めることができる。
【００１７】
特許文献２には、垂直転送レジスタのｎ型の埋め込み転送チャネルの直下に、中央に不純物濃度の低いｐ型半導体領域を、その両側に不純物濃度の高いｐ型半導体領域を形成した構成が開示されている。この構成により、スミアを低減し、転送チャネル領域の中央での電荷転送のフリンジング電界を大きくし、転送効率を確保している。なお、図の断面構造では、読み出しを兼ねる垂直転送電極がｐ＋素子分離層上に延長していなように見受けられるが、特別な意味合いはない。
【００１８】
特許文献３には、２層ポリシリコン膜による垂直転送電極がもうけられ、１層目ポリシリコン膜の垂直転送電極が基板表面の凹部内に形成された構成が開示されている。１層目ポリシリコン膜の転送電極は、一部チャネルストップ部上にかかるように形成されている。垂直転送電極が、基板凹部内に形成された構成とすることにより、２層目の垂直転送電極となるポリシリコン膜の形成前に単位セル上面が平坦化されるので、垂直転送電極の形成工程が簡易になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特許第３８８５７６９号公報
【特許文献２】特開平９−２６６２９６号公報
【特許文献３】特開２００４−２２８３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
上述したように、画素サイズが比較的微細化されていないＣＣＤ固体撮像装置では、垂直転送電極とチャネルストップ領域が重なり合っても、不具合は発生していなかった。すなわち、ゲート絶縁膜が比較的厚く、チャネルストップ領域と、埋め込み転送チャネル領域の不純物濃度が比較的濃くない従来構造では、極端に読み出し電圧ＶＴを上げない限り、チャネルストップ領域と垂直転送電極とが重なっても不具合は発生しなかった。
【００２１】
しかし乍、近年、ＣＣＤ固体撮像装置では、多画素、高解像度化に伴って、画素セルが微細化されてくると、チャネルストップ領域と垂直転送電極とが重なった領域に起因して電荷転送特性の劣化、暗電流の増加によるＳＮ比の劣化が予測されるようになって来た。図１３及び図１４の単層ポリシリコン膜で垂直転送電極１０４〜１０６を形成した、ＣＣＤ固体撮像装置においても、読み出しを兼ねる垂直転送電極１０５とチャネルストップ領域１１１，１１２が重なる領域（斜線図示）１１４が存在する。このようなＣＣＤ固体撮像装置においても、上記の問題は予測される。すなわち、画素セルの微細化で、垂直転送レジスタのゲート絶縁膜が３０ｎｍ程度、チャネルストップ領域のアクセプタ濃度が１×１０１７ｃｍ−３程度に設定される。この構成において、読み出し電圧ＶＴが１０数ボルト程度に印加されると、読み出しを兼ねる垂直転送電極端とチャネルストップ領域間に局所強電界が発生する。この局所強電界により、従来は発生しなかったバンドーバンド間トンネリング（Trap assisted Band to Band Tunneling）が発生する。このバンドーバンド間トンネリングにより、少数キャリアの湧き出しと、電界加速による少数キャリアのゲート絶縁膜への注入・トラップによる転送劣化が予測される。また、ゲート絶縁膜に電子注入が起こると、通常、Ｓｉ基板−ＳｉＯ２膜界面の界面準位が増加することも知られており、暗電流の増加により固体撮像装置のＳＮ比の劣化につながる。
【００２２】
本発明は、上述の点に鑑み、画素セルが微細化されても、読み出し電圧の印加による固体撮像装置の特性劣化を抑制することができる固体撮像装置とその駆動方法、並びにこの固体撮像装置を備えたカメラなどの電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明に係る固体撮像装置は、複数の受光センサ部と、転送チャネル領域及び複数の垂直転送電極を有した複数の垂直転送レジスタと、垂直転送レジスタの転送チャネル領域に併設された第１チャネルストップ領域を有する。そして、本発明は、垂直転送電極のうち、読み出し電極を兼ねる垂直転送電極が、第１チャネルストップ領域に重ならない状態で形成された構成とする。
【００２４】
本発明の固体撮像装置では、垂直転送レジスタの複数の垂直転送電極のうち、読み出し電極を兼ねる垂直転送電極が第１チャネルストップ領域と重ならない状態で形成される。この構成により、画素セルが微細化されても、読み出し電圧印加時に、上記垂直転送電極のエッジ部分と第１チャネルストップ領域との間の電界集中が緩和される。この電界集中の緩和で、ゲート絶縁膜への電子注入が抑制され、転送チャネル領域のポテンシャル変調が抑制される。また、読み出し電圧が印加された垂直転送電極下の転送部と隣接画素の受光センサ部との間の空乏層のパンチスルーが抑えられる。
【００２５】
本発明に係る固体撮像装置の駆動方法は、垂直転送レジスタの複数の垂直転送電極のうち、読み出し電圧が印加される垂直転送電極を転送チャネル領域に併設するチャネルストップ領域に重ならないように形成した固体撮像装置を用いる。この固体撮像装置において、垂直転送レジスタのゲート絶縁膜厚と読み出し電圧とにより誘起される、読み出し電圧が印加される垂直転送電極のエッジ部とチャネルストップ領域との間の局所電界を６０Ｖ／μｍ以下に設定する。そして、垂直転送電極に読み出し電圧を印加して、受光センサ部から垂直転送レジスタへ信号電荷を読み出す。
【００２６】
本発明の固体撮像装置の駆動方法では、垂直転送レジスタの読み出し電極を兼ねる垂直転送電極のエッジ部とチャネルストップ領域間の局所電界が６０Ｖ／μｍ以下で、受光センサ部から垂直転送レジスタへ信号電荷を読み出している。局所電界を６０Ｖ／μｍ以下とすることで、画素セルが微細化されても、上記の局所電界、すなわち電界集中が緩和される。このため、ゲート絶縁膜への電子注入、転送チャネル領域のポテンシャル変調が抑えられる。チャネルストップ領域と読み出し電極を兼ねる垂直転送電極が重ならないことで、隣接画素の受光センサ部への空乏層のパンチスルー等が抑えられる。
【００２７】
本発明に係る電子機器は、光学レンズと、固体撮像装置と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備える。固体撮像装置は、複数の受光センサ部と、転送チャネル領域及び複数の垂直送電極を有した複数の垂直転送レジスタと、垂直転送レジスタの前記チャネル領域に併設された第１チャネルストップ領域を有する。そして、垂直転送電極のうち、読み出し電極を兼ねる垂直転送電極が、第１チャネルストップ領域に重ならない状態で形成された構成とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る固体撮像装置及びその駆動方法によれば、画素セルが微細化されても、読み出し電圧の印加による固体撮像装置の特性劣化を抑制することができる。
本発明に係る電子機器によれば、上記固体撮像装置を備えることにより、画素セルが微細化されても、読み出し電圧の印加による固体撮像装置の特性劣化を抑制でき、高品質の電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に適用されるインターライン転送（ＩＴ）方式の固体撮像装置の概略平面図である。
【図２】本発明に適用されるフレームインターライン転送（ＦＩＴ）方式の固体撮像装置の概略平面図である。
【図３】本発明に係る固体撮像装置の第１実施の形態を示す要部の概略平面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線上の断面図である。
【図５】Ａ、Ｂ  本発明の動作・駆動方法の説明に供する駆動パルスの波形図である。
【図６】本発明の固体撮像装置に係る垂直転送電極のエッジ近傍の電界強度を示すシミュレーション図である。
【図７】従来の固体撮像装置に係る垂直転送電極のエッジ近傍の電界強度を示すシミュレーション図である。
【図８】本発明に係る固体撮像装置の第２実施の形態を示す要部の概略平面図である。
【図９】本発明に係る固体撮像装置の第３実施の形態を示す要部の概略平面図である。
【図１０】本発明に係る固体撮像装置の第４実施の形態を示す要部の概略平面図である。
【図１１】図１０のＣ−Ｃ線上の断面図である。
【図１２】本発明に係る第５実施の形態の電子機器の概略構成図である。
【図１３】従来の固体撮像装置の一例を示す要部の概略平面図である。
【図１４】図１３のＡ−Ａ線上の断面図である。
【図１５】従来の問題点の問題点の説明に供する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１実施の形態（固体撮像装置の構成例）
２．第２実施の形態（固体撮像装置の構成例）
３．第３実施の形態（固体撮像装置の構成例）
４．第４実施の形態（固体撮像装置の構成例）
５．第５実施の形態（電子機器の構成例）
【００３１】
図１及び図２に、本発明に適用される固体撮像装置、すなわちインターライン転送（以下、ＩＴと略称する）方式のＣＣＤ固体撮像装置、及びフレームインターライン転送（以下、ＦＩＴと略称する）方式のＣＣＤ固体撮像装置の概略構成を示す。
【００３２】
ＩＴ方式のＣＣＤ固体撮像装置１は、図１に示すように、複数の受光センサ部２が２次元マトリクス状に配列され、各受光センサ部列に対応してＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ３が配列された成る撮像領域４と、ＣＣＤ構造の水平転送レジスタ５とを備える。さらに水平転送レジスタ５の終段に電荷―電圧変換部を含む出力部６が接続される。出力部６は、例えば、フローティングディフージョン（ＦＤ）とソースフォロワ・アンプとから成る、いわゆるフローティングディフージョン型アンプで構成される。その他、出力部６としては、いわゆるフローティングゲート型アンプで構成することもできる。
【００３３】
ＩＴ方式のＣＣＤ固体撮像装置１では、受光センサ部２において、受光量に応じた信号電荷が生成され、蓄積される。この受光センサ部２の信号電荷は、読み出しゲート部７に読み出しゲート電圧ＶＴが印加さされることにより、垂直転送レジスタ３に読み出される。垂直転送レジスタ３に読み出された後、垂直転送電極に印加される垂直駆動パルスにより、信号電荷は一ライン毎に垂直転送レジスタ３内を順次水平転送レジスタ５へ向けて転送される。垂直転送レジスタ３から、一ライン毎の信号電荷が水平転送レジスタ５へ転送された後、水平転送電極に印加される水平駆動パルスにより、信号電荷は順次水平転送レジスタ５内を転送し、出力６を通して画素信号として出力される。
【００３４】
ＦＩＴ方式のＣＣＤ固体撮像装置１１は、図２に示すように、複数の受光センサ部２が２次元マトリクス状に配列され、各受光センサ部列に対応して垂直転送レジスタ３が配列された成る撮像領域４と、蓄積領域１２と、水平転送レジスタ５とを備える。垂直転送レジスタ３及び水平転送レジスタ５は、ＣＣＤ構造を有して構成される。蓄積領域１２は、撮像領域４の垂直転送レジスタ３に対応した数のＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ１３のみを有して構成される。さらに、水平転送レジスタ５の終段に、上記と同様の電荷―電圧変換部を含む出力部６が接続される。
【００３５】
ＦＩＴ方式のＣＣＤ固体撮像装置１１では、受光センサ部２において、受光量に応じた信号電荷が生成され、蓄積される。この受光センサ部２の信号電荷は、読み出しゲート部７に読み出しゲート電圧ＶＴが印加さされることにより、垂直転送レジスタ３に読み出される。垂直転送レジスタ３に読み出された後、撮像領域４の垂直転送レジスタ３の垂直転送電極と、蓄積領域１２の垂直転送レジスタ１３の垂直転送電極とに、高速転送の垂直駆動パルスが印加される。これにより、撮像領域４の垂直転送レジスタ３に読み出された信号電荷は、高速転送されて蓄積領域１２の垂直転送レジスタ１３に蓄積される。その後、蓄積領域１２の垂直転送レジスタ１３の垂直転送レジスタに定速の垂直駆動パルスが印加されることにより、信号電荷は一ライン毎に垂直転送レジスタ１３内を順次水平転送レジスタ５へ向けて転送される。垂直転送レジスタ１３から、一ライン毎の信号電荷が水平転送レジスタ５へ転送された後、水平転送電極に印加される水平駆動パルスにより、信号電荷は順次水平転送レジスタ５内を転送し、出力６を通して画素信号として出力される。
【００３６】
なお、上述のＩＴ方式、ＦＩＴ方式の固体撮像装置においては、垂直転送レジスタを、例えば４相駆動パルスにより駆動することができる。あるいは２相、３相、ないしは４相駆動以上の駆動も可能である。また、フレーム読み出しも行うことができるし、インターレースで読み出すことができる。インターレースでは、垂直方向の一方の隣合う２画素の信号を加算して奇数フィール読み出し、垂直方向の他方の隣合う２画素の信号を加算して具数フィール読み出しとすることができる。水平転送レジスタは、例えば２相駆動パルスで駆動することができる。水平転送レジスタは、２相駆動方式以外にも３相駆動や４相駆動の方式とすることもできる。
【００３７】
以下の各実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像装置は、図１のＩＴ方式の固体撮像装置１、図２のＦＩＴ方式のＣＣＤ固体撮像装置１１のいずれにも適用できるものである。
【００３８】
＜第１実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図３〜図４に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＣＣＤ固体撮像装置の第１実施の形態を示す。図３は、撮像領域の要部の平面図であり、図４は図３のＢ−Ｂ線上の断面図をそれぞれ示す。本実施の形態に係る固体撮像装置３１は、図３に示すように、２次元マトリクス状に配置された複数の受光センサ部２と、各受光センサ列に対応して配置された複数の垂直転送レジスタ３とにより、画素部、すなわち撮像領域４が構成される。
【００３９】
受光センサ部２は、光電変換素子となるフォトダイオード（ＰＤ）で形成される。受光センサ部２と垂直転送レジスタ３の受光センサ部２に対応する部分で１画素が構成される。垂直転送レジスタ３は、埋め込み転送チャネル領域３２と、その上にゲート絶縁膜を介して形成された複数の垂直転送電極とを有して構成される。本例では、１つの受光センサ部２となるフォトダイオード（ＰＤ）に対して３つの垂直転送電極が対応するように、単層（同一層）、すなわち１層目のポリシリコン膜からなる複数の垂直転送電極３４、３５、３６が形成される。単位画素は、１つの受光センサ部２と上下および中間（中央）の３つの垂直転送電極３４、３６および３５から構成される。上下の垂直転送電極３４，３６はその上下の単位画素と垂直転送電極を共有している。
【００４０】
３つの垂直転送電極３４〜３６のうちの、中央を挟む上下の垂直転送電極３４及び３６は、夫々各垂直転送レジスタ３に対応する電極同士が接続するように、垂直方向に隣り合う受光センサ部２の間の連結電極３４Ａ、３６Ａを介して水平方向に連続して形成される。一方、３つの垂直転送電極３４〜３６のうちの、受光センサ部横面に位置する中央の垂直転送電極３５は、読み出し電極を兼ねている。この読み出し電極を兼ねる垂直転送電極３５は、島状に独立して形成されているため、２層目のポリシリコン膜による接続配線３７により接続される。
【００４１】
この接続配線３７は、垂直方向に隣り合う受光センサ部２の間に延長する垂直転送電極３４、３６上に絶縁膜を介して配置された帯状部３７Ｂと、これと一体の各垂直転送電極３５上に絶縁膜を介して延長する延長部３７Ａとを有して構成される。この延長部３７Ａが、各垂直転送レジスタ３における島状の垂直転送電極３５のコンタクト部３８に接続される。
【００４２】
埋め込み転送チャネル領域３２は、垂直方向に直線状に形成される。この埋め込み転送チャネル領域３２に接して併設されるように、水平方向の隣接画素を分離するための第１チャネルストップ領域４１が、水平方向の隣り合う画素の間に直線状に形成される。また、垂直方向の隣接画素を分離するための第２チャネルストップ領域４２が、垂直方向に隣り合う画素の間に形成される。
【００４３】
第２チャネルストップ領域４２は、垂直方向の隣り合う画素の間の水平領域４２Ａと、一部埋め込み転送チャネルに接して受光センサ部２側に垂直に延びる垂直領域４２Ｂを有して構成される。第１、第２のチャネルストップ領域４１、４２は、不純物含有半導体領域、例えばｐ型半導体領域で形成される。
【００４４】
そして、本実施の形態においては、読み出し電極を兼ねる中央の垂直転送電極３５が、第１チャネルストップ領域４１と重ならないように形成される。すなわち、垂直転送電極３５は、その第１チャネルストップ領域４１側の端辺が、第１チャネルストップ領域４１と埋め込み転送チャネル領域３２との境界に略一致するように形成することができる。あるいは垂直転送電極３５は、この境界から合わせ精度に相当する寸法、例えば１５ｎｍ以内の距離ｄ（図４参照）だけ離れた転送チャネル領域３２上に位置するように形成することができる。好ましくは、垂直転送電極３５は、上記境界から上記距離ｄ以内だけ離れて形成する。
【００４５】
先端の微細加工を用いることにより、埋め込み転送チャネル領域３２と読み出し電極を兼ねる垂直転送電極３５の合わせ誤差は、１５ｎｍ以内に収まる。埋め込み転送チャネル領域３２の端縁から１５ｎｍ（距離ｄ）程度、内側に垂直転送電極３５が位置しても、垂直転送レジスタの転送部におけるポテンシャル井戸の形成には殆んど影響しない。
【００４６】
垂直転送電極３５の受光センサ部２側の端辺は、他の垂直転送電極３４、３６の端辺と一致するように形成される。本例では、読み出し電極を兼ねない他の垂直転送電極３４、３６の第１チャネルストップ領域４１側の端辺は、第１チャネルストップ領域４１と重なるように形成される。
【００４７】
さらに、本実施の形態においては、第２チャネルストップ領域４２が読み出し電極を兼ねる中央の垂直転送電極３５と重ならないように形成される。すなわち、第２チャネルストップ領域４２は、水平領域４２Ａと垂直領域４２Ｂを有するも、垂直領域４２Ｂが垂直転送電極３５と重ならないように形成される。垂直領域４２Ｂを有せず、水平領域４２Ａのみの第２チャネルストップ形状も有り得るが、この場合でも垂直転送電極３５が垂直領域４２Ａに重ならない構造とする。
【００４８】
図４に、図３の読み出し電極を兼ねる垂直転送電極３５を通るＢ−Ｂ線上の断面構造を示す。断面構造では、図４に示すように、第１導電型、例えばｎ型のシリコン半導体基板４４に第２導電型であるｐ型の第１半導体ウェル領域４５が形成され、このｐ型第１半導体ウェル領域４５に受光センサ部２を構成するフォトダイオード（ＰＤ）が形成される。フォトダイオード（ＰＤ）は、ｎ型半導体領域４６と表面の暗電流を抑制するｐ＋半導体領域４７を有して形成される。ｐ型第１半導体ウェル領域４５には、さらにｎ型の埋め込み転送チャネル領域３２、第１ｐ＋チャネルストップ領域４１、第２ｐ＋チャネルストップ領域（図示せず）が形成される。埋め込み転送チャネル領域３２の直下には、ｐ型第２半導体ウェル領域４８が形成される。ｐ型第２半導体ウェル領域４８は、垂直転送レジスタ３の取り扱い電荷量を増大させる役割や、転送チャネル領域３２の空乏層の拡がりを抑制することによりスミアの抑制を担っている。
【００４９】
埋め込み転送チャネル領域３２、電荷読み出しゲート部７、ｐ＋チャネルストプ領域４１，４２上を含む領域上に一様の膜厚、すなわち同じ膜厚のゲート絶縁膜（例えばシリコン酸化膜）５２が形成される。このゲート絶縁膜５２上に上述の１層目のポリシリコン膜による垂直転送電極３５〜３６が形成される。
【００５０】
特に、垂直転送電極３５は、第１、第２のｐ＋チャネルストップ領域４１、４２に重ならないように、埋め込み転送チャネル領域３２及び電荷読み出しゲート部７にわたって、ゲート絶縁膜５２上に形成される。垂直転送電極３５は、その第１チャネルストップ領域４１側の端辺が、第１チャネルストップ領域４１から合わせ精度に相当する距離ｄとの間に存するように形成される。
【００５１】
画素セルの微細化が進むにつれて、ゲート絶縁膜５２の膜厚はより薄くなり、また、ｎ型の埋め込み転送チャネル領域３２の不純物濃度、ｐ＋チャネルストップ領域４１の不純物濃度は、より濃くなる。例えば２μｍ前後の画素サイズでは、ゲート絶縁膜厚が３０ｎｍ〜４０ｎｍ程度に選定される。また、画素の１／ｍ倍のシュリンクに対して、転送チャネル領域やチャネルストップ領域の不純物濃度は、√ｍ倍からｍ倍程度に高濃度化していく。
【００５２】
この島状に独立した垂直転送電極３５に対して、絶縁膜５３を介して接続配線３７が形成され、この接続配線３７がコンタクト部３８を通じて垂直転送電極３５に接続される。
【００５３】
さらに、図示しないが、受光センサ部２を除く他の垂直転送電極３５〜３６上を覆うように絶縁膜を介して遮光膜が形成され、パシベーション膜、平坦化膜を介してオンチップカラーフィルタが形成され、その上にオンチップマイクロレンズが形成される。
【００５４】
［動作及び駆動方法］
次に、第１実施の形態に係る固体撮像装置３１の動作、及び駆動方法を説明する。読み出し電極を兼ねる垂直転送電極３５には、読み出し電圧となるプラス電圧（＋Ｖ）と、垂直転送させるための０Ｖとマイナス電圧（−Ｖ）の３値の駆動パルスが印加される。図５Ａに具体的一例を示すように、垂直転送電極３５には、１２Ｖ乃至１５Ｖの読み出しパルスｐ１と、垂直転送に供される０Ｖと−７Ｖの繰り返し垂直駆動パルスｐ２との３値パルスが印加される。また、他の垂直転送電極３４、３６には、垂直転送電極３５に印加される垂直駆動パルスｐ２と同じ振幅の０Ｖとマイナス電圧（−Ｖ）の垂直駆動パルス、例えば図５Ｂに示す０Ｖと−７Ｖの垂直駆動パルスｐ３、ｐ４が印加される。
【００５５】
受光センサ部２への信号電荷の受光・蓄積期間を終えた後、電荷読み出し時点で、読み出し電極を兼ねる垂直転送電極３５に読み出しパルスｐ１が印加される。これにより、受光センサ部２に蓄積されていた信号電荷が、電荷読み出しゲート部７を通じて垂直転送レジスタ３の垂直転送電極３５下の転送部に読み出される。その後、ＩＴ方式の固体撮像装置１であれば、垂直転送電極３４、３５、３６にそれぞれ垂直駆動パルスｐ３、ｐ２、ｐ４が印加され、読み出された信号電荷が水平転送レジスタ側に順次転送される。
ＦＩＴ方式の固体撮像装置１１であれば、撮像領域の垂直レジスタ３の垂直転送電極、及び蓄積領域１２の垂直転送レジスタ１３の垂直転送電極に、例えば０Ｖと−７Ｖの高速駆動パルスが印加され、信号電荷が蓄積領域１２に蓄積される。その後、信号電荷は、定速（上記より比較的低速）の垂直駆動パルスｐ２、ｐ３、ｐ４の印加により水平転送レジスタ側に順次転送される。
【００５６】
そして、本実施の形態においては、受光センサ部２から垂直転送レジスタ３への信号電荷の読み出しに際して、次のように駆動するようになす。即ち、ゲート絶縁膜５２の膜厚及びチャネルストップ部４１、４２の表面付近のアクセプター濃度と、読み出し電圧ｐ１とによって誘起される垂直転送電極３５のエッジ部のシリコン表面局所電界が６０Ｖ／μｍ以下で駆動するようになす。
【００５７】
図６及び図７に、本実施の形態（図３、図４）と、従来構成（図１１、図１２）を比較した、電荷読み出し時における読み出しを兼ねる垂直転送電極のエッジ部の電界の状態を示す。いずれも、試料におけるゲート絶縁膜の膜厚が６０ｎｍであって、読み出し電圧ＶＴが１５Ｖ印加したときの電界強度を求めた。図６、図７において、電界強度は下向きに絶対値が大きくなるように示している。図６及び図７において、縦軸は電界強度、横軸は横方向の寸法、すなわち画素断面のチャネルストップ領域の幅方向の寸法を示す。グラフ上部の実線は読み出し電圧ＶＴを印加したときの電位を表し、破線は電界を表している。
【００５８】
図６は、チャネルストップ領域と読み出しを兼ねる垂直転送電極とが重ならない本実施の形態の場合のシミュレーションを示す。曲線Ｉは、電界強度分布（すなわち、ポテンシャル分布）を示す。
図７は、従来のチャネルストップ領域と読み出しを兼ねる垂直転送電極が重なって構成された場合のシミュレーションを示す。グラフ中の曲線実線はポテンシャル分布を示し、破線が電界強度分布を示す。
【００５９】
従来構成においては、図７の領域Ｂで示すように、電極エッジ近傍の電界集中により電界強度が中央より４０％程度高くなっている。これに対して、本実施の形態の構成においては、図６の領域Ａに示すように、電界集中の増加が１０％程度に抑えられている。
【００６０】
画素セルの微細化が進むと、例えば１．５ミクロン角の画素セルの場合には、垂直転送レジスタの単位面積当たりの取り扱い電荷量を増大させる必要があり、ゲート絶縁膜の膜厚を３０ｎｍ程度にすることが要求される。しかし、その場合には、注目する部分、すなわち読み出し兼用の垂直転送電極のエッジ部分の電界値が、１００Ｖ／μｍを超えてしまうことが予測される。
【００６１】
電界値が、６０Ｖ／μｍ〜８０Ｖ／μｍの値になってくると、半導体中のバンドが曲げられた電界値の高い領域で、バンドーバンド間トンネリングにより、少数キャリアである電子のコンダクションバンドへの励起が生じる。この励起で発生した電子は、垂直転送レジスタや受光センサ部の暗電流成分になるだけでなく、表面近傍の電界で加速されてゲート絶縁膜に注入される。注入された電子のある量は、ゲート絶縁膜にトラップされる。トラップされた電子は、垂直転送レジスタのチャネルポテンシャルを本来の値から浅い方に変調させる。このポテンシャル変調は、埋め込み転送チャネル領域に電位の障壁を形成したり、信号電荷の転送方向の電界を弱める方向に働き、電荷転送特性を劣化させる。
【００６２】
また、ゲート絶縁膜に電子注入が起きると、通常Ｓｉ−ＳｉＯ２界面の界面準位が増加することも知られていて、暗電流の増加により、ＣＣＤ固体撮像装置のＳＮ比の劣化につながる。
【００６３】
本実施の形態では、読み出し電極を兼ねる垂直転送電極３５がチャネルストップ領域４１、４２に重ならない構成とすることで、垂直転送電極３５のエッジ部分とｐ＋チャネルストップ領域４１、４２との間の電界が弱くなる。本実施の形態のかかる構成においては、上記のゲート絶縁膜の膜厚を３０ｎｍ程度とし、１．５ミクロン角の画素セルとした条件においても、電界値を６０Ｖ／μｍ以下に設定できる。
【００６４】
上述の第１実施の形態に係る固体撮像装置３１及びその駆動方法によれば、垂直転送レジスタ３の垂直転送電極３５に読み出し電圧ＶＴを印加したことによる特性劣化を抑制することができる。すなわち、垂直転送レジスタ３における垂直転送電極３５がｐ＋チャネルストプ領域４１、４２に重ならないので、読み出し電圧ＶＴの印加時に、垂直転送電極３５のエッジ部分とｐ＋チャネル領域４１、４２との間の電界集中が抑えられる。画素セルが微細化されても、垂直転送電極３５のエッジ部分とｐ＋チャネル領域４１、４２との間の局所電界値を６０Ｖ／μｍ以下に設定でき、この間の電界集中が抑制される。
【００６５】
この電界集中が緩和されることにより、チャネルストップ領域４１、４２のシリコン表面から垂直転送レジスタ３のゲート絶縁膜への電子注入を抑制することができる。前述したように、ゲート絶縁膜中に注入されトラップされた電子は、垂直転送レジスタのチャネルポテンシャルを変調し、垂直転送レジスタの電荷転送劣化の原因になる。また、注入トラップされた電子は、ゲート絶縁膜の耐圧劣化の要因になり易い。これに対して、本実施の形態では、ゲート絶縁膜５２への電子注入が抑制されるので、垂直転送レジスタ３の電荷転送特性を良好にし、ゲート絶縁膜５２の耐圧劣化を回避することができる。
【００６６】
本実施の形態によれば、上記構成を有するので、より薄いゲート絶縁膜５２を用いて静電容量を上げ、高い取り扱い電荷量の垂直転送レジスタ３を、信頼性を劣化させることなく実現することができる。
【００６７】
本実施の形態の上記構成によれば、読み出し電圧ＶＴの印加により垂直転送電極３５直下の垂直転送部の空乏層と、隣接する画素の受光センサ部２の空乏層とのパンチスルーを抑え、隣接画素との信号混色、いわゆる混色を抑制することができる。
隣接画素とのパンチスルー特性を上げられることで、より微細な画素セルを実現することができる。
【００６８】
因みに、読み出しを兼ねる垂直転送電極がチャネルストップ領域上に重ねて形成されるときは、垂直転送電極への読み出し電圧ＶＴの印加時に、垂直転送電極３５直下の転送部の空乏層がチャネルストップ領域を空乏化させる。さらに隣接する画素の受光センサ部の表面のｐ型半導体領域を横方向から空乏化させることで暗電流が発生する。
これに対して、本実施の形態では、このような空乏化により発生する暗電流を抑制することができる。暗電流の減少は高感度カメラの提供につながる。
【００６９】
また、本実施の形態では、垂直転送レジスタ３と、隣接する画素の受光センサ部２の表面のＰ＋半導体領域４７との間の第１チャネルストップ領域４１の幅を狭められ、より微細画素のＣＣＤ固体撮像装置を実現することができる。
【００７０】
第１チャネルストップ領域４１の幅を狭くできるので、受光センサ部を除くその他の部分上に遮光膜を形成する際、遮光膜が第１チャネルストッパ領域４１上の部分を被覆することができ、スミア特性、Ｆ値感度特性がよいＣＣＤ固体撮像装置を実現し易くなる。
【００７１】
＜第２実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図８に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＣＣＤ固体撮像装置の第２実施の形態を示す。図８は、撮像領域の要部の平面図である。本実施の形態に係る固体撮像装置５５は、前述の第１実施の形態と同様に、２次元マトリクス状に配置された複数の受光センサ部２と、複数の垂直転送レジスタ３とにより撮像領域４が構成される。受光センサ部２は、光電変換素子となるフォトダイオード（ＰＤ）で形成される。垂直転送レジスタ３は、埋め込み転送チャネル領域３２と、その上にゲート絶縁膜を介して形成された複数の垂直転送電極３３４、３５、３６とを有して構成される。本例も、１つの受光センサ部２に対して３つの垂直転送電極３４、３５、３６が対応し、単層のポリシリコン膜で形成される。
【００７２】
３つの垂直転送電極３４〜３６のうち、中央を挟む上下の垂直転送電極３４及び３６は、それぞれ各垂直転送レジスタ３の対応する電極同士が接続するように、垂直方向に隣合う受光センサン部２の間を通して水平方向に連続して形成される。中央の島状に独立する垂直転送電極３５は、図示しないが、第１実施の形態と同様に、接続配線３７に接続される。この中央の垂直転送電極３５は、電荷読み出しゲート部７の読み出し電極を兼ねる。
【００７３】
埋め込み転送チャネル３２に接して併設されるように、水平方向の隣接画素を分離するためのｐ＋半導体領域による第１チャネルストップ領域４１が形成される。また、垂直方向の隣接画素を分離するためのｐ＋半導体領域による第２チャネルストップ領域４２が形成される。
【００７４】
そして、本実施の形態においては、複数の垂直転送電極３４〜３６の全てが第１チャネルストップ領域４１と重ならない状態で形成される。各垂直転送電極３４〜３６は、共に同じ電極幅で形成される。すなわち、３つの垂直転送電極３４〜３６のうちの、上下の垂直転送電極３４及び３６の受光センサ部２に対応する電極部分が、中央の垂直転送電極３５と同じ電極幅で形成される。さらに読み出し電極を兼ねる垂直転送電極３５のみは、第２チャネルストップ領域４２とも重ならないように形成される。つまり、第２チャネルストップ領域４２は、垂直転送電極３５と重ならないように形成される。
その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、詳細説明を省略する。図８では、図３と対応する部分に同一符号を付して示す。
【００７５】
第２実施の形態に係る固体撮像装置５５の動作、駆動方法は、前述の第１実施の形態と同様であるので、詳細説明を省略する。
【００７６】
第２実施の形態に係る固体撮像装置５５及びその駆動方法によれば、読み出し電極を兼ねる垂直転送電極３５が第１、第２のチャネルストップ領域４１、４２に重ならない構成を有している。このため、垂直転送電極３５に読み出し電圧ＶＴを印加した時、垂直転送電極３５のエッジ部分とチャネルストップ領域４１，４２との間の局部的な電界集中が緩和される。この結果、シャネルストップ領域４１、４２のシリコン表面から垂直転送レジスタ３のゲート絶縁膜への電子注入が抑制されること、混色が抑制されること、暗電流が抑制されること等、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏及びするする。
【００７７】
＜第３実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図９に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＣＣＤ固体撮像装置の第３実施の形態を示す。図９は、撮像領域の要部の平面図である。本実施の形態に係る固体撮像装置５７は、前述の第１実施の形態と同様に、２次元マトリクス状に配置された複数の受光センサ部２と、複数の垂直転送レジスタ３とにより撮像領域４が構成される。受光センサ部２は、光電変換素子となるフォトダイオード（ＰＤ）で形成される。垂直転送レジスタ３は、埋め込み転送チャネル領域３２と、その上にゲート絶縁膜を介して形成された複数の垂直転送電極３４、３５、３６とを有して構成される。本例も、１つの受光センサ部２に対して３つの垂直転送電極３４、３５、３６が対応し、単層のポリシリコン膜で形成される。
【００７８】
３つの垂直転送電極３４〜３６のうち、中央を挟む上下の垂直転送電極３４及び３６は、夫々各垂直転送レジスタ３の対応する電極同士が接続するように、垂直方向に隣合う受光センサン部２の間の接続電極３４Ａ、３６Ａを介して水平方向に連続して形成される。中央の島状に独立する垂直転送電極３５は、図示しないが、第１実施の形態と同様に、接続配線３７に接続される。この中央の垂直転送電極３５は、電荷読み出しゲート部７の読み出し電極を兼ねる。
【００７９】
埋め込み転送チャネル３２に接して併設されるように、水平方向の隣接画素を分離するためのｐ＋半導体領域による第１チャネルストップ領域４１が形成される。また、垂直方向の隣接画素を分離するためのｐ＋半導体領域による第２チャネルストップ領域４２が形成される。
【００８０】
そして、本実施の形態においては、複数の垂直転送電極３４〜３６のうち、読み出し電極を兼ねる垂直転送電極３５が、第１、第２のチャネルストップ領域４１、４２と重ならない状態で形成される。つまり第２チャネルストップ領域４２は、垂直転送電極３５と重ならないように形成される。他の上下の垂直転送電極３４及び３６は、第１、第２のチャネルストップ領域４１、４２と重なるように形成される。この垂直転送電極３４，３６では、受光センサ部２に対応する電極部分における第１チャネルストップ領域と重なる側の端辺が電極幅を漸次狭くするように、斜めに形成される。すなわち、読み出し電極を兼ねない上下の垂直転送電極３４，３６は、読み出し電極を兼ねる垂直転送電極３５に面する部分では幅が同一で、これより電極幅を漸次広くするように斜めに形成される。言い換えれば、垂直転送電極３４、３６は、垂直転送電極３５と対向する端縁の幅が垂直転送電極３５の端縁の幅と同じになるように、連結電極３４Ａ、３６Ａの第１チャネルストップ領域４１と受光センサ部２間の境界に対応する部分から斜めに形成される。各垂直転送電極３４〜３６の受光センサ部２側の縁辺は同一線上に形成される。その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、詳細説明を省略する。図９では、図３と対応する部分に同一符号を付して示す。
【００８１】
第３実施の形態に係る固体撮像装置５７の動作、駆動方法は、前述の第１実施の形態と同様であるので、詳細説明を省略する。
【００８２】
第３施の形態に係る固体撮像装置５７及びその駆動方法によれば、読み出し電極を兼ねる垂直転送電極３５が第１、第２のチャネルストップ領域４１、４２に重ならない構成を有している。このため、垂直転送電極３５に読み出し電圧ＶＴを印加した時、垂直転送電極３５のエッジ部分とチャネルストップ領域４１，４２との間の局部的な電界集中が緩和される。この結果、チャネルストップ領域４１、４２のシリコン表面から垂直転送レジスタ３のゲート絶縁膜への電子注入が抑制されること、混色が抑制されること、暗電流が抑制されること等、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【００８３】
＜第４実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１０及び図１１に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＣＣＤ固体撮像装置の第４実施の形態を示す。図１０は、撮像領域の要部の平面図であり、図１１は図１０のＣ−Ｃ線上の断面図である。本実施の形態に係る固体撮像装置５８は、第１実施の形態と同様に、２次元マトリクス状に配置された複数の受光センサ部２と、複数の垂直転送レジスタ３とにより撮像領域４が構成される。受光センサ部２は、光電変換素子となるフォトダイオード（ＰＤ）で形成される。垂直転送レジスタ３は、埋め込み転送チャネル領域３２と、その上にゲート絶縁膜を介して形成された複数の垂直転送電極３４、３５、３６とを有して構成される。本例も、１つの受光センサ部２に対して３つの垂直転送電極３４、３５，３６が対応し、単層のポリシリコン膜で形成される。
【００８４】
３つの垂直転送電極３４〜３６のうち、垂直転送電極３４及び３６は、夫々各垂直転送レジスタ３の対応する電極同士が接続するように、垂直方向に隣合う受光センサ部２の間の接続電極３４Ａ、３６Ａを介して水平方向に連続して形成される。読み出し電極を兼ねる島状に独立する垂直転送電極３５は、図示しないが第１実施の形態と同様に、接続配線３７に接続される。
【００８５】
そして、本実施の形態においては、埋め込み転送チャネル３２に少しだけ隙間５９を開けて併設するように、水平方向の隣接画素を分離するためのｐ＋半導体領域による第１チャネルストップ領域４１が形成される。また、垂直方向の隣接画素を分離するためのｐ＋半導体領域による第２チャネルストップ領域４２が形成される。
【００８６】
さらに、本実施の形態では、読み出し電極を兼ねる垂直転送電極３５が第１、第２のチャネルストップ領域４１，４２と重ならず、埋め込み転送チャネル領域３２上に形成される。すなわち、この垂直転送電極３５の第１チャネルストップ領域４１側の端縁は、埋め込み転送チャネル領域３２の端縁に沿うように形成される。他の垂直転送電極３４，３６は、一部第１チャネルストップ領域４１に重なるように形成してもよい。
その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図３及び図４に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００８７】
第４実施の形態に係る固体撮像装置５８の動作、駆動方法は、前述の第１実施の形態と同様であるので、詳細説明を省略する。
【００８８】
第４実施の形態に係る固体撮像装置５８によれば、第１チャネルストップ領域４１と埋め込みチャネル領域３２とが間隙５９により離れて形成され、かつ読み出し電極を兼ねる垂直転送電極３５が第１チャネルストップ領域４１に重ならないように形成される。この構成により、垂直転送電極３５に読み出し電圧ＶＴを印加した時、垂直転送電極３５のエッジ部分と第１チャネルストップ領域４１との間の局部的な電界集中が第１実施の形態に比較して、さらに緩和される。この結果、チャネルストップ領域４１、４２のシリコン表面から垂直転送レジスタ３のゲート絶縁膜への電子注入が抑制されること、混色が抑制されること、暗電流が抑制されること等、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【００８９】
第４実施の形態で示す、第１チャネル領域４１と埋め込み転送チャネル３２との間に、少しだけ間隙５９を形成する構成は、上述の第２〜第３実施の形態の固体撮像装置に適用することもできる。
【００９０】
＜第５実施の形態＞
［電子機器の構成例］
上述の本発明に係る固体撮像装置は、例えばデジタルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話、あるいは撮像機能を備えた他の機器、などの電子機器に適用することができる。
【００９１】
図１２に、本発明に係る電子機器の一例としてカメラに適用した第５実施の形態を示す。本実施形態例に係るカメラは、静止画像又は動画撮影可能なビデオカメラを例としたものである。本実施形態例のカメラ６１は、固体撮像装置６２と、固体撮像装置６２の受光センサ部に入射光を導く光学系６３と、シャッタ装置６４と、固体撮像装置６２を駆動する駆動回路６５と、固体撮像装置６２の出力信号を処理する信号処理回路６６とを有する。
【００９２】
固体撮像装置６２は、上述した各実施例の形態の固体撮像装置が適用される。光学系（光学レンズ）６３は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置６２の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置６２内に、一定期間信号電荷が蓄積される。光学系６３は、複数の光学レンズから構成された光学レンズ系としてもよい。シャッタ装置６４は、固体撮像装置６２への光照射期間及び遮光期間を制御する。駆動回路６５は、固体撮像装置６２の転送動作及びシャッタ装置６４のシャッタ動作等を制御する駆動信号を供給する。駆動回路６５から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置６２の信号転送を行う。信号処理回路６６は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、或いは、モニタに出力される。
【００９３】
第５実施の形態に係る電子機器によれば、画素セルが微細化されても、読み出し電圧の印加による固体撮像装置の特性劣化を抑制することができるので、高品質の電子機器を提供することができる。例えば、多画素、高解像度のカメラなどを提供することができる。
【符号の説明】
【００９４】
１・・ＩＴ方式のＣＣＤ固体撮像装置、２・・受光センサ部、３・・垂直転送レジスタ、４・・撮像領域、５・・水平転送レジスタ、６・・出力部、７・・読み出しゲート部、１１・・ＦＩＴ方式のＣＣＤ固体撮像装置、１２・・蓄積領域、１３・・垂直転送レジスタ、３１，５５，５７，５８・・固体撮像装置、３２・・埋め込み転送チャネル領域、３４〜３６・・垂直転送電極、３７・・接続配線、４１・・第１チャネルストップ領域、４２・・第２チャネルストップ領域、４４・・半導体基板、４５，４８・・半導体ウェル領域、５２・・ゲート絶縁膜、５９・・間隙、６１・・カメラ、６２・・固体撮像装置、６３・・光学系、６４・・チャッタ装置、６５・・駆動回路、６６・・信号処理回路
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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