(57)【要約】【課題】固体撮像装置１００において、蓄積転送拡散層１３０ａに形成される電荷転送パケット（ポテンシャル井戸）にポテンシャルバリアやポテンシャルポケットが発生するのを抑制して、転送劣化による電荷取り残しを減少させる。【解決手段】固体撮像装置１００において、垂直転送部１２０と水平転送部１４０との間に設けられた蓄積転送部１３０を備え、該蓄積転送部１３０を構成する拡散層（蓄積転送拡散層）１３０ａを、その幅が、垂直転送部１２０を構成する拡散層（垂直転送拡散層）１２０ａと水平転送部１４０を構成する拡散層（垂直転送拡散層）１４０ａとの間で急激に広がらずに連続的に緩やかに広がる平面形状とした。【選択図】図１
2010103197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列状に配列され、光電変換により信号電荷を生成する複数の光電変換部と、該光電変換部の各列に対応させて配置され、該対応する光電変換部で生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、該垂直転送部からの信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、該水平転送部からの信号電荷を信号電圧に変換して出力する出力部とを有する固体撮像素子であって、
該垂直転送部と該水平転送部との間に配置され、該垂直転送部から転送されてくる複数水平行分の信号電荷を蓄積し、蓄積した信号電荷を該水平転送部に転送する蓄積転送部を備え、
該蓄積転送部は、該垂直転送部から該水平転送部に至る電荷転送経路を形成する蓄積転送拡散層を、その一端が、該垂直転送部を形成する垂直転送拡散層とつながり、その他端が該水平転送部を構成する水平転送拡散層とつながり、かつ、該蓄積転送拡散層の幅が、該垂直転送部側から該水平転送部側にかけて微分可能な関数に従って増大するよう形成したものである固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像装置において、
前記蓄積転送部を構成する蓄積転送拡散層は、その幅の広がる割合が、前記水平転送部に近い部分ほど大きくなる平面形状を有している固体撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の固体撮像装置において、
前記蓄積転送部を構成する蓄積転送拡散層は、その幅の広がる割合が、前記水平転送部に近い部分ほど大きくなるよう、該蓄積転送拡散層の垂直転送方向に沿った両側辺をカーブさせた平面形状を有している固体撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の固体撮像装置において、
前記蓄積転送部を構成する蓄積転送拡散層は、対応する光電変換部の列に対向する側の曲線状側辺を、その反対側の曲線状側辺に比べて湾曲の度合いを大きくしたものである固体撮像装置。
【請求項５】
請求項１に記載の固体撮像装置において、
前記蓄積転送部を構成する蓄積転送拡散層は、その幅が、前記垂直転送部側から前記水平転送部側にかけて一定の割合で広がる平面形状を有している固体撮像装置。
【請求項６】
請求項５に記載の固体撮像装置において、
前記蓄積転送部の拡散層は、対応する光電変換部列に対向する側の直線状側辺の垂直転送方向に対する傾斜角が、その反対側の直線状側辺に比べて大きい平面形状を有する固体撮像装置。
【請求項７】
請求項１に記載の固体撮像装置において、
前記垂直転送部は、これを構成する垂直転送拡散層上に垂直方向に沿って交互に配列され、前記対応する光電変換部からの信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送パケットを形成する第１及び第２の垂直転送ゲートを有し、
前記蓄積転送部は、これを構成する蓄積転送拡散層上に垂直方向に沿って交互に配列され、前記対応する光電変換部からの信号電荷を蓄積し、かつ垂直方向に転送する蓄積転送パケットを形成する第１及び第２の蓄積転送ゲートを有し、
該蓄積転送ゲートは、その垂直転送方向における幅を該垂直転送ゲートに比べて小さくしたものである固体撮像装置。
【請求項８】
請求項７に記載の固体撮像装置において、
前記蓄積転送部では、前記蓄積転送パケットに信号電荷が格納されたときのポテンシャル井戸の深さが、前記垂直転送部から前記水平転送部にかけて深くなる固体撮像装置。
【請求項９】
請求項７に記載の固体撮像装置において、
前記垂直転送部及び前記蓄積転送部は、該垂直転送部にて前記第１及び第２の垂直転送ゲートにより信号電荷が転送される転送段数が、該蓄積転送部にて前記第１及び第２の蓄積転送ゲートにより信号電荷が転送される転送段数と異なるよう構成されている固体撮像装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の固体撮像装置において、
前記垂直転送部及び前記蓄積転送部は、該垂直転送部にて前記第１及び第２の垂直転送ゲートにより信号電荷が転送される転送段数が、該蓄積転送部にて前記第１及び第２の蓄積転送ゲートにより信号電荷が転送される転送段数と同一段数となるよう構成されている固体撮像装置。
【請求項１１】
請求項７に記載の固体撮像装置において、
前記蓄積転送部は、前記垂直転送部での信号電荷の転送動作と同期した転送動作を行う同期転送モードと、該垂直転送部での転送動作と非同期で転送動作を行う非同期転送モードとを有する固体撮像装置。
【請求項１２】
請求項７に記載の固体撮像装置において、
前記蓄積転送部は、前記同期転送モードにて、前記垂直転送部での転送動作と同期した転送動作により、該垂直転送部から前記すべての光電変換部にて生成された信号電荷を受け取って蓄積し、その後、該蓄積した信号電荷を、１行毎に前記水平転送部の転送動作に合せて垂直方向に転送して該水平転送部へ送るよう構成されている固体撮像装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の固体撮像装置において、
前記蓄積転送部は、前記第１及び第２の蓄積転送ゲートとして、それぞれ、水平方向に沿って、連続して並ぶ一定数の光電変換部列からなるグループ毎に分割された第１及び第２の分割蓄積転送ゲートを有し、
該第１の分割蓄積転送ゲートと該第２の分割蓄積転送ゲートとはそれぞれ、対応するグループの光電変換列からの信号電荷を転送する転送動作を独立して行うよう構成されている固体撮像装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の固体撮像装置において、
前記蓄積転送部は、
連続して並ぶ一定数の光電変換部列からなるグループ毎に分けて前記蓄積転送拡散層上に配列され、対応するグループの光電変換部列からの信号電荷を蓄積及び転送する分割蓄積転送ゲートを有し、
該各グループの分割蓄積転送ゲートは、対応するグループの光電変換部列からの信号電荷を転送する転送動作を独立して行うよう構成されている固体撮像装置。
【請求項１５】
被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、
該撮像部は、請求項１に記載の固体撮像装置である電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及び電子情報機器に関し、特に、垂直転送部での電荷取り残しを低減した固体撮像装置及びこのような固体撮像装置を用いた電子情報機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、デジタルムービー、デジタルスチルカメラおよびカメラ付携帯電話部など、その撮像部に固体撮像装置を用いた種々の電子情報機器があり、近年では、固体撮像部は、デジタルムービーだけでなく、デジタルスチルカメラや携帯電話部などに広く使われており、高性能化および高画素化が進んでいる。
【０００３】
固体撮像部の高性能化を実現するためには、低照度時において、光電変換により得られる信号電荷量が少ない場合でも、信号電荷の転送劣化による取り残しを減らすことが一層重要となっている。
【０００４】
図５は従来の固体撮像装置を説明する図であり、その概略構成を示している。
【０００５】
この固体撮像装置（以下、ＣＣＤイメージセンサともいう。）２００は、マトリクス状（二次元状）に配列され、光電変換を行う複数の光電変換部（フォトダイオード）２１０と、各フォトダイオード列に対応して設けられ、該フォトダイオードで発生した電荷を垂直方向に転送する垂直転送部（垂直ＣＣＤ）２２０と、該垂直ＣＣＤ２２０から転送されてきた信号電荷を蓄積するとともに、さらに垂直方向に転送する蓄積転送部２３０と、この蓄積転送部２３０からの信号電荷を水平方向に転送する水平転送部（水平ＣＣＤ）２３０と、この水平転送部２３０の終端に接続され、水平方向に転送されてきた信号電荷を信号電圧に変換し増幅して出力する出力部２５０とを有している。ここで、各フォトダイオードＰＤは、垂直転送部２２０の対応する部分とともに、このＣＣＤイメージセンサ２００における各画素Ｐｘを構成している。
【０００６】
図６は、このＣＣＤイメージセンサ２００における各転送部を構成する転送ゲート及び拡散層のレイアウトを示す図である。
【０００７】
つまり、ＣＣＤイメージセンサ２００の垂直転送部２２０は、垂直方向に延びる垂直転送拡散部２２０ａと、該垂直転送拡散部２２０ａ上に交互の垂直方向（垂直転送方向）Ｙに沿って配置され、信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送パケットを形成する第１及び第２の垂直転送ゲートＶｇ１及びＶｇ２とを有している。
【０００８】
また、上記蓄積転送部２３０は、垂直方向に延びる蓄積転送拡散層２３０ａと、該拡散層２３０ａ上に垂直方向に沿って交互に配列され、垂直転送部２２０からの信号電荷を蓄積し、かつ垂直方向に転送する蓄積転送パケットを形成する第１及び第２の蓄積転送ゲートＶｓｇ１及びＶｓｇ２を有している。ここで、該蓄積垂直転送ゲートＶｓｇ１及びＶｓｇ２は、その垂直転送方向における幅を該垂直転送ゲートＶｇ１及びＶｇ２に比べて小さくしたものである。
【０００９】
また、上記蓄積転送部２４０は、水平方向に延びる水平転送拡散層２４０ａと、該拡散層２４０ａ上に垂直方向に所定の順序で配置され、蓄積転送部２３０からの信号電荷を水平方向に転送する水平転送パケットを形成する複数の水平転送ゲートＨｇ１、Ｈｇ１ａ、及びＨｇ２を有している。
【００１０】
ここで、水平転送ゲートＨｇ１、Ｈｇ１ａは、上記各光電変換列に対応するよう一定間隔を空けて交互に配置され、さらに、隣接する第１の水平転送ゲートＨｇ１及びＨｇ１ａの間には、第２の水平転送ゲートＨｇ２が配置されている。また、２つの第１の水平転送ゲートＨｇ１及びＨｇ１ａのうちの一方の第１の水平転送ゲートＨｇ１ａは、その蓄積転送部２３０側の端部が、蓄積転送部２３０における水平転送部に隣接する第２の蓄積転送ゲートＶｓｇ２に重なる平面パターンを有し、この水平転送ゲートＨｇ１ａの配置部分を通して、蓄積転送部２３０から水平転送部２４０へ信号電荷が送られる。
【００１１】
また、この固体撮像装置２００では、上記蓄積転送部２３０を構成する蓄積転送拡散層２３０ａは、その一端が、該垂直転送部を形成する垂直転送拡散層２２０ａとつながり、その他端が該水平転送部２４０を構成する水平転送拡散層２４０ａとつながり、かつ、該蓄積転送拡散層２３０ａの幅が、該垂直転送部側から該水平転送部側にかけて段階的に広がるよう形成されている。
【００１２】
このような従来の固体撮像装置２００では、各画素Ｐｘを構成するフォトダイオード２１０で発生した信号電荷は、対向する垂直転送部（垂直ＣＣＤ）２２０に読み出され、該垂直ＣＣＤ２２０により垂直方向Ｙに転送されて蓄積転送部２３０に蓄積される。この蓄積転送部２３０では、垂直転送部での転送動作と同期した転送動作（同期転送モード）により、該垂直転送部からすべての光電変換部にて生成された信号電荷を受け取って蓄積し、その後、該蓄積した信号電荷を、１行毎に水平転送部２４０での水平転送動作に合せて垂直方向Ｙに転送する。水平転送部２４０では、蓄積転送部２３０から受け取った信号電荷をその一端側に向けて水平方向Ｘに転送する。該水平転送部２４０の一端側には、水平転送部から転送されてきた信号電荷を蓄積し、蓄積した信号電荷に応じた信号電圧を発生する電荷蓄積部（図示せず）が設けられており、電荷蓄積部にて発生した信号電荷が上記出力部２５０により増幅されて撮像信号として出力される。
【００１３】
このような構成の固体撮像装置では、信号電荷の各転送部での電荷の取り残しが画質劣化につながることとなる。
【００１４】
そこで、特許文献１には、上記のような固体撮像装置において、水平転送部の転送劣化による電荷取り残しを減少させるため、垂直転送部から水平転送部の電荷転送終端に至る経路で、効率よく信号電荷が転送されるようにしたものが開示されている。
【特許文献１】特開２００６−２４５０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、画素数の増加や小型化が進むにつれ、垂直転送部および蓄積転送部における垂直方向の転送においても転送不良が問題となっている。
【００１６】
例えば、従来の固体撮像装置２００における蓄積転送部２３０では、垂直転送部２２０とは異なり、その側部に光電変換部２１０が隣接しおらず、このため、信号電荷の蓄積転送部２３０の幅は広く取る方が、ポテンシャル井戸の形成領域を広く取ることができ、しかも、信号電荷が蓄積された電荷蓄積パケットのポテンシャル深さを深く維持できることから、該垂直転送部２２０から蓄積転送部２３０への入り口部分、さらに垂直転送部２２０と蓄積転送部２３０との中間位置にて、該蓄積転送部を構成する拡散層の幅（転送方向と直交する方向における寸法）を広げるようにしているが、該蓄積転送部を構成する拡散層の幅が段階的に広がっており、該蓄積転送部の拡散層の幅は一部で急激に変化することとなる。このため、信号電荷を転送するポテンシャル井戸にポテンシャルバリアやポテンシャルポケットなどが発生し、これにより信号電荷の転送が妨げられ、転送劣化による電荷取り残しを起こしやすくなっていた。
【００１７】
図７〜図９は、上記問題点を模式的に説明する図である。
【００１８】
例えば、図７（ａ）には、蓄積転送ゲートＶｓｇ１の下側に電荷転送パケット（ポテンシャル井戸）Ｗｐが形成され、この電荷転送パケットＷｐにポテンシャルバリアやポテンシャルポケットが発生していない状態が示されている。このような電荷転送パケットに信号電荷が蓄積されている状態（タイミングｔ＝ｔ０）から、図７（ｂ）に示すように、隣接する蓄積転送ゲートＶｓｇ２の下側のポテンシャルレベルが、電荷転送パケットＷｐの底面（ポテンシャルレベル）に相当するポテンシャルレベルに低下すると（タイミングｔ＝ｔ１）、上記電荷転送パケットＷｐに格納されている信号電荷Ｓｃが次段側（つまり蓄積転送ゲートＶｓｇ２側）に転送され、図７（ｃ）に示すように、蓄積転送ゲートＶｓｇ１下側の電荷転送パケットＷｐが消失したとき、信号電荷は完全に次段側に移動することとなる（タイミングｔ＝２）。
【００１９】
例えば、図８（ａ）には、蓄積転送ゲートＶｓｇ１の下側に電荷転送パケット（ポテンシャル井戸）Ｗｐが形成され、電荷転送パケットＷｐの底面部分にポテンシャルポケットＰｃが発生している状態が示されている。このような電荷転送パケットＷｐに信号電荷が蓄積されている状態（タイミングｔ＝ｔ０）から、図８（ｂ）に示すように、隣接する蓄積転送ゲートＶｓｇ２の下側のポテンシャルレベルが、電荷転送パケットＷｐの底面に相当するポテンシャルレベルに低下すると（タイミングｔ＝ｔ１）、上記電荷転送パケットＷｐに格納されている信号電荷Ｓｃはほとんど次段側に転送されることとなるが、電荷転送パケットＷｐのポテンシャルポケットＰｃに溜まっている信号電荷Ｓｃはこのパケット内に取り残されることとなる。そして、図８（ｃ）に示すように、電荷転送パケットＷｐが消失したときにも、ポテンシャルポケットＰｃに溜まっている信号電荷Ｓｃは、そのまま蓄積転送ゲートＶｓｇ１の、電荷転送パケットＷｐが形成されていた部分に残ることとなる。
【００２０】
さらに、図９（ａ）には、蓄積転送ゲートＶｓｇ１の下側に電荷転送パケット（ポテンシャル井戸）Ｗｐが形成され、電荷転送パケットＷｐにポテンシャルバリアＰｂが発生している状態が示されている。このような電荷転送パケットＷｐに信号電荷が蓄積されている状態（タイミングｔ＝ｔ０）から、図９（ｂ）に示すように、隣接する蓄積転送ゲートＶｓｇ２の下側のポテンシャルレベルが、電荷転送パケットＷｐの底面に相当するポテンシャルレベルに低下すると（タイミングｔ＝ｔ１）、上記電荷転送パケットＷｐに格納されている信号電荷Ｓｃはほとんど次段側に転送されることとなるが、電荷転送パケットＷｐのポテンシャルバリアＰｂにより、一部の信号電荷ＲＳｃが堰きとめられることとなる。そして、図９（ｃ）に示すように、電荷転送パケットＷｐが消失したときには、電荷転送パケットＷｐのポテンシャルバリアＰｖにより堰きとめられている一部の信号電荷ＲＳｃが逆流する恐れがある。
【００２１】
このように従来の固体撮像装置では、信号電荷を転送する電荷転送パケット（ポテンシャル井戸）にポテンシャルバリアやポテンシャルポケットなどが発生し、これにより信号電荷の転送が妨げられ、転送劣化による電荷取り残しが起こりやすく、その結果、信号電荷の各転送部での電荷の取り残しが画質劣化につながるという問題があった。
【００２２】
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、垂直転送部と水平転送部との間に配置された、電荷転送経路を形成する拡散層の幅が変化する蓄積転送路にて、ポテンシャルバリアやポテンシャルポケットによる転送劣化による電荷取り残しを減少させることができ、これにより電荷転送効率を高めて画質劣化を抑制することができる固体撮像装置及び電子情報機器を得ることを目的とする。
【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、行列状に配列され、光電変換により信号電荷を生成する複数の光電変換部と、該光電変換部の各列に対応させて配置され、該対応する光電変換部で生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、該垂直転送部からの信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、該水平転送部からの信号電荷を信号電圧に変換して出力する出力部とを有する固体撮像素子であって、該垂直転送部と該水平転送部との間に配置され、該垂直転送部から転送されてくる複数水平行分の信号電荷を蓄積し、蓄積した信号電荷を該水平転送部に転送する蓄積転送部を備え、該蓄積転送部は、該垂直転送部から該水平転送部に至る電荷転送経路を形成する蓄積転送拡散層を、その一端が、該垂直転送部を形成する垂直転送拡散層とつながり、その他端が該水平転送部を構成する水平転送拡散層とつながり、かつ、該蓄積転送拡散層の幅が、該垂直転送部側から該水平転送部側にかけて微分可能な関数に従って増大するよう形成したものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２４】
本発明は、上記固体撮像装置において、前記蓄積転送部を構成する蓄積転送拡散層は、その幅の広がる割合が、前記水平転送部に近い部分ほど大きくなる平面形状を有していることが好ましい。
【００２５】
本発明は、上記固体撮像装置において、前記蓄積転送部を構成する蓄積転送拡散層は、その幅の広がる割合が、前記水平転送部に近い部分ほど大きくなるよう、該蓄積転送拡散層の垂直転送方向に沿った両側辺をカーブさせた平面形状を有していることが好ましい。
【００２６】
本発明は、上記固体撮像装置において、前記蓄積転送部を構成する蓄積転送拡散層は、対応する光電変換部の列に対向する側の曲線状側辺を、その反対側の曲線状側辺に比べて湾曲の度合いを大きくしたものであることが好ましい。
【００２７】
本発明は、上記固体撮像装置において、前記蓄積転送部を構成する蓄積転送拡散層は、その幅が、前記垂直転送部側から前記水平転送部側にかけて一定の割合で広がる平面形状を有していることが好ましい。
【００２８】
本発明は、上記固体撮像装置において、前記蓄積転送部の拡散層は、対応する光電変換部列に対向する側の直線状側辺の垂直転送方向に対する傾斜角が、その反対側の直線状側辺に比べて大きい平面形状を有することが好ましい。
【００２９】
本発明は、上記固体撮像装置において、前記垂直転送部は、これを構成する垂直転送拡散層上に垂直方向に沿って交互に配列され、前記対応する光電変換部からの信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送パケットを形成する第１及び第２の垂直転送ゲートを有し、前記蓄積転送部は、これを構成する蓄積転送拡散層上に垂直方向に沿って交互に配列され、前記対応する光電変換部からの信号電荷を蓄積し、かつ垂直方向に転送する蓄積転送パケットを形成する第１及び第２の蓄積転送ゲートを有し、該蓄積転送ゲートは、その垂直転送方向における幅を該垂直転送ゲートに比べて小さくしたものであることが好ましい。
【００３０】
本発明は、上記固体撮像装置において、前記蓄積転送部では、前記蓄積転送パケットに信号電荷が格納されたときのポテンシャル井戸の深さが、前記垂直転送部から前記水平転送部にかけて深くなることが好ましい。
【００３１】
本発明は、上記固体撮像装置において、前記垂直転送部及び前記蓄積転送部は、該垂直転送部にて前記第１及び第２の垂直転送ゲートにより信号電荷が転送される転送段数が、該蓄積転送部にて前記第１及び第２の蓄積転送ゲートにより信号電荷が転送される転送段数と異なるよう構成されていることが好ましい。
【００３２】
本発明は、上記固体撮像装置において、前記垂直転送部及び前記蓄積転送部は、該垂直転送部にて前記第１及び第２の垂直転送ゲートにより信号電荷が転送される転送段数が、該蓄積転送部にて前記第１及び第２の蓄積転送ゲートにより信号電荷が転送される転送段数と同一段数となるよう構成されていることが好ましい。
【００３３】
本発明は、上記固体撮像装置において、前記蓄積転送部は、前記垂直転送部での信号電荷の転送動作と同期した転送動作を行う同期転送モードと、該垂直転送部での転送動作と非同期で転送動作を行う非同期転送モードとを有することが好ましい。
【００３４】
本発明は、上記固体撮像装置において、前記蓄積転送部は、前記同期転送モードにて、前記垂直転送部での転送動作と同期した転送動作により、該垂直転送部から前記すべての光電変換部にて生成された信号電荷を受け取って蓄積し、その後、該蓄積した信号電荷を、１行毎に前記水平転送部の転送動作に合せて垂直方向に転送して該水平転送部へ送るよう構成されていることが好ましい。
【００３５】
本発明は、上記固体撮像装置において、前記蓄積転送部は、前記第１及び第２の蓄積転送ゲートとして、それぞれ、水平方向に沿って、連続して並ぶ一定数の光電変換列からなるグループ毎に分割された第１及び第２の分割蓄積転送ゲートを有し、該第１の分割蓄積転送ゲートと該第２の分割蓄積転送ゲートとはそれぞれ、対応するグループの光電変換列からの信号電荷を転送する転送動作を独立して行うよう構成されていることが好ましい。
【００３６】
本発明は、上記固体撮像装置において、前記蓄積転送部は、連続して並ぶ一定数の光電変換列からなるグループ毎に分けて前記蓄積転送拡散層上に配列され、対応するグループの光電変換列からの信号電荷を蓄積及び転送する分割蓄積転送ゲートを有し、該各グループの分割蓄積転送ゲートは、対応するグループの光電変換列からの信号電荷を転送する転送動作を独立して行うよう構成されていることが好ましい。
【００３７】
本発明に係る電子情報機器は、被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、該撮像部は、上記固体撮像装置であり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３８】
以下、本発明の作用について説明する。
【００３９】
本発明においては、垂直転送部と水平転送部との間に配置された蓄積転送部を構成する蓄積転送拡散層を、その一端が、垂直転送部を形成する垂直転送拡散層とつながり、その他端が該水平転送部を構成する水平転送拡散層とつながり、かつ、該蓄積転送拡散層の幅が、該垂直転送部側から該水平転送部側にかけて微分可能な関数に従って増大するよう形成したので、垂直転送部と水平転送部との間に位置する蓄積転送部では、拡散層の幅が緩やかに広がることとなり、これにより、該蓄積転送部の電荷転送パケット（ポテンシャル井戸）でポテンシャルバリアやポテンシャルポケットが発生するのを抑制して、ポテンシャルバリアなどに起因する転送劣化による電荷取り残しを抑制することができる。
【００４０】
しかも、水平転送部に比べて、転送する信号電荷の量が少ない垂直転送経路にて電荷取り残しを減少させることができるため、水平転送部で電荷取り残しを低減する場合に比べて、電荷取り残しによる画質劣化をより一層抑制することができる。
【００４１】
また、本発明においては、蓄積転送部では、水平転送部に近い部分ほど、形成される電荷転送パケット（ポテンシャル井戸）が深くなるようにしているので、該蓄積転送部では、信号電荷の転送方向に沿ってポテンシャルレベルが実質的に傾斜することとなる。これにより、信号電荷を転送させる前方側でのポテンシャルレベルがその後方側でのポテンシャルレベルより深くなり、より効率的に信号電荷を転送することができる。
【発明の効果】
【００４２】
以上のように、本発明によれば、垂直転送部と水平転送部との間に位置する蓄積転送部を構成する拡散層を、その幅が垂直転送部側から該水平転送部側にかけて微分可能な関数に従って増大する平面形状としたので、拡散層の幅が緩やかに広がることとなり、これにより、該蓄積転送部の電荷転送パケット（ポテンシャル井戸）でポテンシャルバリアやポテンシャルポケットが発生するのを抑制して、ポテンシャルバリアなどに起因する転送劣化による電荷取り残しを抑制することができ、引いては電荷取り残しによる画質劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００４４】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る固体撮像装置を説明する図であり、その概略構成を示している。
【００４５】
この固体撮像装置（以下、ＣＣＤイメージセンサともいう。）１００は、マトリクス状（二次元状）に配列され、光電変換を行う複数の光電変換部（フォトダイオード）１１０と、各フォトダイオード列に対応して設けられ、該フォトダイオードで発生した電荷を垂直方向に転送する垂直転送部（垂直ＣＣＤ）１２０と、該垂直ＣＣＤ１２０から転送されてきた信号電荷を蓄積するとともに、さらに垂直方向に転送する蓄積転送部１３０と、この蓄積転送部１３０からの信号電荷を水平方向に転送する水平転送部（水平ＣＣＤ）１３０と、この水平転送部１３０の終端に接続され、水平方向に転送されてきた信号電荷を信号電圧に変換し増幅して出力する出力部（図５参照）とを有している。ここで、各フォトダイオードＰＤは、垂直転送部１２０の対応する部分とともに、このＣＣＤイメージセンサ１００における各画素を構成している。
【００４６】
そして、この実施形態１の固体撮像装置１００では、図２（ａ）に示すように、上記蓄積転送部１３０を構成する拡散層（蓄積転送拡散層）の平面形状は、従来の固体撮像装置２００におけるものとは異なり、蓄積転送拡散層の幅が、該垂直転送部側から該水平転送部側にかけて微分可能な関数に従って増大する平面形状となっている。
【００４７】
以下、詳述すると、この固体撮像装置１００の垂直転送部１２０は、垂直方向に延びる垂直転送拡散部１２０ａと、該垂直転送拡散部１２０ａ上に交互の垂直方向に沿って配置され、信号電荷を垂直方向（垂直転送方向）Ｙに転送する垂直転送パケットを形成する第１及び第２の垂直転送ゲートＶｇ１及びＶｇ２とを有している。
【００４８】
また、上記蓄積転送部１３０は、垂直方向に延びる蓄積転送拡散層１３０ａと、該拡散層１３０ａ上に垂直方向に沿って交互に配列され、垂直転送部からの信号電荷を蓄積し、かつ垂直方向に転送する蓄積転送パケットを形成する第１及び第２の蓄積転送ゲートＶｓｇ１及びＶｓｇ２を有している。ここで、該蓄積転送ゲートＶｓｇ１及びＶｓｇ２は、その垂直転送方向における幅を該垂直転送ゲートＶｇ１及びＶｇ２に比べて小さくしたものである。
【００４９】
また、上記蓄積転送部１４０は、水平方向に延びる水平転送拡散層１４０ａと、該拡散層１４０ａ上に垂直方向に所定の順序で配置され、蓄積転送部１３０からの信号電荷を水平方向に転送する水平転送パケットを形成する複数の水平転送ゲートＨｇ１、Ｈｇ１ａ、及びＨｇ２を有している。
【００５０】
ここで、水平転送ゲートＨｇ１、Ｈｇ１ａは、上記各光電変換列に対応するよう一定間隔を空けて交互に配置され、さらに、隣接する第１の水平転送ゲートＨｇ１及びＨｇ１ａの間には、第２の水平転送ゲートＨｇ２が配置されている。また、２つの第１の水平転送ゲートＨｇ１及びＨｇ１ａのうちの一方の第１の水平転送ゲートＨｇ１ａは、その蓄積転送部１３０側の端部が、蓄積転送部１３０における水平転送部に隣接する第２の蓄積転送ゲートＶｓｇ２に重なる平面パターンを有し、この水平転送ゲートＨｇ１ａの配置部分を通して、蓄積転送部１３０から水平転送部１４０へ信号電荷が送られる。
【００５１】
また、この固体撮像装置１００では、上記蓄積転送部１３０を構成する蓄積転送拡散層１３０ａは、その一端が、該垂直転送部を形成する垂直転送拡散層１２０ａとつながり、その他端が該水平転送部１４０を構成する水平転送拡散層１４０ａとつながり、該蓄積転送拡散層の幅が、該垂直転送部側から該水平転送部側にかけて微分可能な関数に従って増大するよう形成されている。
【００５２】
具体的には、蓄積転送部１３０を構成する蓄積転送拡散層１３０ａは、その幅の広がる割合が、水平転送部１４０に近い部分ほど大きくなるよう、蓄積転送拡散層１３０ａの垂直転送方向に沿った両側辺１３０ａ１及び１３０ａ２をカーブさせた平面形状とし、しかも、蓄積転送拡散層１３０ａの対応する光電変換部１１０の列に対向する側（図１の紙面右側）の曲線状側辺１３０ａ１を、その反対側（図１の紙面左側）の曲線状側辺１３０ａ２に比べて湾曲の度合いを大きくしている。
【００５３】
そして、この実施形態１では、蓄積転送部１３０は、蓄積転送パケットに信号電荷が格納されたときのポテンシャル井戸の深さが、垂直転送部１２０から水平転送部１３０にかけて深くなるように構成されている。
【００５４】
なお、この実施形態１では、蓄積転送拡散層１３０ａの垂直転送方向に沿った両側辺１３０ａ１及び１３０ａ２は、図２（ａ）に示すように曲線状としているが、これは、図２（ｂ）に示すように直線状であってもよい。
【００５５】
つまり、図２（ｂ）に示す蓄積転送拡散層１３０ｂは、その幅が、垂直転送部の拡散層１２０ａ側から水平転送部の拡散層１４０ａ側にかけて一定の割合で広がる平面形状を有している。また、この蓄積転送拡散層１３０ｂは、対応する光電変換部列に対向する側の直線状側辺１３０ｂ１の垂直方向に対する傾斜角が、その反対側の直線状側辺１３０ｂ２に比べて大きい平面形状を有している。
【００５６】
このように蓄積転送拡散層１３０ａの平面形状は、その幅が垂直転送部１２０側から水平転送部１４０側にかけて徐々に広がる形状であればよい。
【００５７】
次に動作について説明する。
【００５８】
このような構成の実施形態１の固体撮像装置１００においても、撮像及び信号電荷の転送という基本動作は従来の固体撮像装置２００と同様に行われる。
【００５９】
つまり、各画素Ｐｘを構成するフォトダイオード（光電変換部）１１０で光電変換により発生した信号電荷は、対向する垂直転送部（垂直ＣＣＤ）１２０に読み出され、該垂直ＣＣＤ１２０により垂直方向Ｙに転送されて蓄積転送部１３０に蓄積される。この蓄積転送部１３０では、垂直転送部１２０での転送動作と同期した転送動作（同期転送モード）により、該垂直転送部からすべての光電変換部にて生成された信号電荷を受け取って蓄積し、その後、該蓄積した信号電荷を、１行毎に水平転送部１４０での水平転送動作に合せて垂直方向Ｙに転送して該水平転送部１４０に送る。水平転送部１４０では、蓄積転送部１３０から受け取った信号電荷をその一端側に向けて水平方向（水平転送方向）Ｘに転送する。該水平転送部１４０の一端側には、水平転送部から転送されてきた信号電荷を蓄積し、蓄積した信号電荷に応じた信号電圧を発生する電荷蓄積部（図示せず）が設けられており、電荷蓄積部にて発生した信号電荷が出力部により増幅されて撮像信号として出力される。
【００６０】
そして、本実施形態１では、蓄積転送部１３０を構成する拡散層（蓄積転送拡散層）１３０ａの幅を、垂直転送部１２０を構成する拡散層（垂直転送拡散層）１２０ａと水平転送部１４０を構成する拡散層（垂直転送拡散層）１４０ａとの間で急激に広げずに、連続的に緩やかに広げているので、この蓄積転送拡散層１３０ａに形成される電荷転送パケット（ポテンシャル井戸）にポテンシャルバリアやポテンシャルポケットが発生するのを抑制して、転送劣化による電荷取り残しを減少させることができる。
【００６１】
つまり、蓄積転送部１３０にて信号電荷Ｓｃを垂直方向Ｙに転送する際には、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、ポテンシャルバリアやポテンシャルポケットが発生していない電荷転送パケット（ポテンシャル井戸）Ｗｐにより効率よく転送することが可能となる。
【００６２】
また、蓄積転送部１３０を構成する拡散層１３０ａの幅を、水平転送部に近い部分ほど広くしており、このため、転送蓄積拡散層１３０ａの幅が広い部分では他の部分に比べて、垂直転送パケット（ポテンシャル井戸）内での信号電荷の密度が小さくなり、その部分に形成されるポテンシャル井戸が深くなる。
【００６３】
つまり、蓄積転送部１３０では、水平転送部１４０に近い部分ほど、形成される電荷転送パケット（ポテンシャル井戸）Ｗｐ（図７参照）が深くなり、該蓄積転送部１３０では、信号電荷の転送方向Ｙに沿ってポテンシャルレベルが実質的に傾斜することとなる。これにより、信号電荷を転送させる前方側でのポテンシャルレベルがその後方側でのポテンシャルレベルより深くなり、より効率的に信号電荷を転送することができる。
【００６４】
このように本実施形態１では、蓄積転送部１３０を構成する電荷転送領域としての拡散層１３０ａを、その幅が該垂直転送部側から該水平転送部側にかけて微分可能な関数に従って増大する平面形状としているので、蓄積転送部の拡散層には、これを垂直転送部から水平転送部にかけて段階的に広げる場合のような急激に広がる部分はなく、蓄積転送部の拡散層は緩やかに広がることとなる。このため、蓄積転送部の拡散層に形成されるポテンシャル井戸にポテンシャルバリアやポテンシャルポケットが発生するのを抑制して、転送劣化による電荷取り残しを減少させることが可能となり、その結果、電荷取り残しによる画質劣化を抑制することができる。
【００６５】
しかも、この実施形態１では、水平転送部に比べて、転送する信号電荷の量が少ない垂直転送経路にて電荷取り残しを減少させることができるため、水平転送部で電荷取り残しを低減する場合に比べて、電荷取り残しの減少による画質劣化をより一層抑制することができる。
【００６６】
（実施形態２）
図３は本発明の実施形態２に係る固体撮像装置を説明する図であり、その概略構成を示している。
【００６７】
この実施形態２の固体撮像装置１０１は、実施形態１の固体撮像装置１００における蓄積転送部を構成する第１及び第２の蓄積転送ゲートＶｓｇ１及びＶｓｇ２を、それぞれ、水平方向に沿って、連続して並ぶ一定数の光電変換部列からなるグループ毎に分割した構造としたものである。
【００６８】
具体的には、この実施形態２では、奇数番目の光電変換部列に対応する蓄積転送部１３１ａの拡散層１３０ａ上には、第１及び第２の分割蓄積転送ゲートＶｓｇ１ａ及びＶｓｇ２ａを交互に配置し、偶数番目の光電変換部列に対応する蓄積転送部１３１ｂの拡散層１３０ａ上には、第１及び第２の分割蓄積転送ゲートＶｓｇ１ｂ及びＶｓｇ２ｂを交互に配置している。そして、この実施形態２の固体撮像装置１０１は、奇数番目の光電変換部列に対応する蓄積転送部１３１ａと、偶数番目の光電変換部列に対応する蓄積転送部１３１ｂとで、対応する光電変換部列からの信号電荷を転送する転送動作が独立して行われるよう構成されている。
【００６９】
このような構成の実施形態２の固体撮像装置１０１においても、上記実施形態１と同様に、蓄積転送部１３１ａ及び１３１ｂを構成する拡散層（蓄積転送拡散層）１３０ａの幅を、垂直転送部１２０を構成する拡散層（垂直転送拡散層）１２０ａと水平転送部１４０を構成する拡散層（垂直転送拡散層）１４０ａとの間で、微分可能な関数に従って増大させている、つまり急激に広げずに、連続的に緩やかに広げているので、この蓄積転送拡散層１３０ａに形成される電荷転送パケット（ポテンシャル井戸）にポテンシャルバリアやポテンシャルポケットが発生するのを抑制して、転送劣化による電荷取り残しを減少させることができる。
【００７０】
また、蓄積転送部１３１ａ及び１３１ｂを構成する拡散層１３０ａの幅を、水平転送部に近い部分ほど広くしているので、信号電荷を転送させる前方側でのポテンシャルレベルがその後方側でのポテンシャルレベルより深くなり、より効率的に信号電荷を転送することができる。
【００７１】
しかも、水平転送部に比べて、転送する信号電荷の量が少ない垂直転送経路にて電荷取り残しを減少させることができることから、電荷取り残しの減少による画質劣化をより一層抑制することができる。
【００７２】
なお、上記実施形態２では、奇数番目の光電変換部列に対応する蓄積転送部１３１ａと、偶数番目の光電変換部列に対応する蓄積転送部１３１ｂとで、分割蓄積転送ゲートの構成を同一構成としているが、奇数番目の光電変換部列に対応する蓄積転送部１３１ａと、偶数番目の光電変換部列に対応する蓄積転送部１３１ｂとで、分割蓄積転送ゲートの構成を異なる構成としてもよい。
【００７３】
例えば、奇数番目の光電変換部列に対応する蓄積転送部１３１ａでは、異なる転送信号が印加される２つの分割蓄積転送ゲートを、拡散層上の交互に配置し、偶数番目の光電変換部列に対応する蓄積転送部１３１ｂでは、異なる転送信号が印加される３つの分割蓄積転送ゲートを、拡散層上に繰り返し配置してもよい。
【００７４】
さらに、上記実施形態２では、各光電変換列に対応する蓄積転送拡散層毎に、１組の第１及び第２の分割蓄積転送ゲートを設けているが、１組の第１及び第２の分割蓄積転送ゲートを、隣接する２列以上の光電変換列に対応する蓄積転送拡散層で共有するようにしてもよい。
【００７５】
また、上記実施形態では特に言及していないが、前記垂直転送部及び前記蓄積転送部は、該垂直転送部にて前記第１及び第２の垂直転送ゲートにより信号電荷が転送される転送段数が、該蓄積転送部にて前記第１及び第２の蓄積転送ゲートにより信号電荷が転送される転送段数と異なるよう構成しても、あるいは同一段数となるよう構成してもよい。
【００７６】
さらに、上記実施形態１および２では、特に説明しなかったが、上記実施形態１および２の固体撮像装置の少なくともいずれかを撮像部に用いた、例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの、画像入力デバイスを有した電子情報機器について以下簡単に説明する。
（実施形態３）
図４は、本発明の実施形態３として、実施形態１及び２のいずれかの固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【００７７】
図４に示す本発明の実施形態３による電子情報機器９０は、本発明の上記実施形態１および２の固体撮像装置の少なくともいずれかを、被写体の撮影を行う撮像部９１として備えたものであり、このような撮像部による撮影により得られた高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部９２と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示部９３と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信部９４と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力部９５とのうちの少なくともいずれかを有している。
【００７８】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、固体撮像装置及び電子情報機器の分野において、垂直転送部と水平転送部との間に配置された蓄積転送部で形成される電荷転送パケット（ポテンシャル井戸）に、ポテンシャルバリアやポテンシャルポケットが発生するのを抑制して、ポテンシャルバリアなどに起因する転送劣化による電荷取り残しを抑制することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】図１は本発明の実施形態１に係る固体撮像装置を説明する図であり、その概略構成を示している。
【図２】図２は、上記実施形態１の固体撮像装置における蓄積転送部を構成する拡散層（蓄積転送拡散層）の平面パターンを示す図であり、図２（ａ）は、蓄積転送拡散層の両側辺を曲線状としたもの、図２（ｂ）は、蓄積転送拡散層の両側辺を直線状としたものを示している。
【図３】図３は本発明の実施形態２に係る固体撮像装置を説明する図であり、その概略構成を示している。
【図４】図４は、本発明の実施形態３として、実施形態１及び２のいずれかの固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【図５】図５は従来の固体撮像装置を説明する図であり、その概略構成を示している。
【図６】図６は、従来の固体撮像装置（ＣＣＤイメージセンサ）１００における各転送部を構成する転送ゲート及び拡散層のレイアウトを示す図である。
【図７】図７は、従来の問題点を説明する図であり、ポテンシャル井戸にポテンシャルバリアやポテンシャルポケットが発生していない状態で、タイミングｔ＝ｔ０〜ｔ＝ｔ２にかけて信号電荷が転送される様子（図７（ａ）〜図７（ｃ））を示している。
【図８】図８は、従来の問題点を説明する図であり、ポテンシャル井戸にポテンシャルポケットが発生している状態で、タイミングｔ＝ｔ０〜ｔ＝ｔ２にかけて信号電荷が転送される様子（図８（ａ）〜図８（ｃ））を示している。
【図９】図９は、従来の問題点を説明する図であり、ポテンシャル井戸にポテンシャルバリアが発生している状態で、タイミングｔ＝ｔ０〜ｔ＝ｔ２にかけて信号電荷が転送される様子（図９（ａ）〜図９（ｃ））を示している。
【符号の説明】
【００８１】
９０  電子情報機器
９１  撮像部
９２  メモリ部
９３  表示手段
９４  通信手段
９５  画像出力手段
１００、１０１  固体撮像装置（以下、ＣＣＤイメージセンサともいう。）
１１０  光電変換部（フォトダイオード）
１２０  垂直転送部（垂直ＣＣＤ）
１２０ａ  垂直転送拡散部
１３０、１３１ａ、１３１ｂ  蓄積転送部
１３０ａ、１３０ｂ  蓄積転送拡散層
１３０ａ１、１３０ａ２  曲線状側辺
１３０ｂ１、１３０ｂ２  直線状側辺
１４０  水平転送部
１４０ａ  水平転送拡散層
Ｈｇ１、Ｈｇ１ａ、Ｈｇ２  水平転送ゲート
Ｖｇ１、Ｖｇ２  第１、第２の垂直転送ゲート
Ｖｓｇ１、Ｖｓｇ２  第１、第２の蓄積転送ゲート
【図１】
2010103197.tif 000003
【図２】
2010103197.tif 000004
【図３】
2010103197.tif 000005
【図４】
2010103197.tif 000006
【図５】
2010103197.tif 000007
【図６】
2010103197.tif 000008
【図７】
2010103197.tif 000009
【図８】
2010103197.tif 000010
【図９】
2010103197.tif 000011