(57)【要約】【課題】小型で高速動作が可能な固体撮像装置を提供すること。【解決手段】一定の幅Ｌ１で形成された転送チャネル１８を有するＣＣＤ水平転送レジスタ１４の最終段に、ＣＣＤ水平転送レジスタ１４の転送電極１９とほぼ同一幅の出力ゲート電極２４を設け、この出力ゲート電極２４下において、ＦＤ部１６近傍に、転送チャネル１８より高電位であり、ＣＣＤ水平転送レジスタ１４からＦＤ部１６に向かって急激に幅Ｌ４が絞り込まれた絞り込み部２３ｂを設ける。【選択図】図１Ａ
2010073804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型半導体基板上に形成された第２導電型のウェルと、
このウェルの表面に形成された第１導電型の第１の不純物領域と、この第１の不純物領域の表面に所定の間隔で形成された複数の第２導電型の第２の不純物領域とを有する第１のチャネルと、
この転送チャネルの前記第１の不純物領域上に形成され、前記転送チャネルで転送される電荷の転送方向に対してそれぞれ垂直に形成された複数の第１の転送電極と、
前記転送チャネルの前記第２の不純物領域上に形成され、前記複数の第１の転送電極間にそれぞれ形成された複数の第２の転送電極と、
これらの第２の転送電極の最終段に隣接し、この最終段の電極に平行に形成された出力ゲート電極と、
この出力ゲート電極下で前記第１の不純物領域の表面に、前記電荷の転送方向に向かって幅が狭くなるように形成され、前記第１の不純物領域よりも高濃度の第１導電型の第２のチャネルと、
このチャネル絞り込み部の終端に接合して形成され、前記チャネル絞り込み部よりも高濃度の第１導電型のフローティングディフュージョン部と、
を具備することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記フローティングディフュージョン部と所定の間隔を有して形成され、このフローティングディフュージョン部以上の濃度で形成された第１導電型の第３の不純物領域と、
このフローティングディフュージョン部と前記第３の不純物領域との間の半導体層上に形成され、前記フローティングディフュージョン部に転送された電荷を排出するリセット電極と、
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第２のチャネルによって形成される電位は、前記第１の不純物領域によって形成される電位よりも高電位であり、かつ、前記フローティングディフュージョン部によって形成される電位よりも低電位であること特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第２の不純物領域は、これによって形成される電位が、電荷の転送方向に向かって高くなるように複数の濃度で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１、第２の転送電極及び、前記出力ゲート電極は、ほぼ同一の幅で形成されることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関し、特に、固体撮像装置の水平転送レジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やデジタルカメラ等に使用される固体撮像装置は、更なる高性能化が望まれている。
【０００３】
従来の固体撮像装置は、一導電型半導体基板上に形成された反対導電型のウェルの表面にマトリクス状に形成された複数の受光素子と、これらの受光素子に接続され、受光素子で光電変換により得られた信号電荷を転送する複数のＣＣＤ垂直転送レジスタと、これらのＣＣＤ垂直転送レジスタに接続され、ＣＣＤ垂直転送レジスタに転送された信号電荷を出力回路に転送するＣＣＤ水平転送レジスタと、で構成されている。
【０００４】
このような固体撮像装置において、ＣＣＤ水平転送レジスタは、半導体基板上に形成されたウェルの表面に形成され、信号電荷を転送するための不純物領域であるＣＣＤチャネルと、このＣＣＤチャネル上に、信号電荷の転送方向に対して垂直に配列形成された複数の転送電極とで構成されている。ここでＣＣＤチャネルは、十分な転送容量を得るために、幅の広い不純物領域で形成されている。一方、ＣＣＤ水平転送レジスタで転送された信号電荷は、信号電荷の逆流を防止する出力ゲートを介して最終段に接続され、静電容量であるフローティングディフュージョン部（以下、ＦＤ部と称す）で電圧変換されて出力される。このＦＤ部は、高い出力電圧を得るために、十分に小さな面積で形成されている。従って、ＣＣＤ水平転送レジスタからＦＤ部に信号電荷を転送する不純物領域（以下、チャネル絞り込み領域と称す）は、出力ゲート部において、信号電荷の転送方向に対して幅が狭くなるように形成されている。
【０００５】
このように、信号電荷を、幅広いＣＣＤ水平転送レジスタから出力ゲートを介して面積の小さなＦＤ部に絞り込んで転送する際、以下の問題がある。
【０００６】
信号電荷の転送方向に対してチャネル幅を急激に狭くすると、チャネル絞り込み領域によって形成される電位は、ナローチャネル効果によって、チャネル幅が狭いほど低くなる。従って、出力ゲート近傍においては、電位勾配が緩くなり、または、逆勾配が生じ、信号電荷が正常に転送されずに残留してしまうという問題がある。なお、ナローチャネル効果による上述のような電位の不具合は、一般的にチャネル外側に設けられ、チャネル領域と反対導電型の不純物層であるチャネルストッパ障壁が、チャネル幅が狭くなるにつれてチャネル絞り込み領域に染み出し、チャネル絞り込み領域のチャネルストッパ障壁との接合部近傍において、不純物濃度が減少し、チャネル形成に必要な電位が低下することによる。
【０００７】
そこで、チャネル絞り込み領域を、出力ゲートより電荷転送方向手前のＣＣＤ水平転送レジスタから設けることによって、絞り込み角度を、転送効率が急激に劣化する８０°より小さく形成することで信号電荷の転送効率の劣化を抑制することが可能な固体撮像装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
また、チャネル絞り込み領域において、ＦＤ部との接合部近傍に、より高濃度の不純物層を形成し、高電位部を形成することで、出力ゲートにおける転送効率の劣化を抑制することが可能な固体撮像装置が知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００９】
しかし、特許文献１、２に記載の固体撮像装置においては、急激な絞込みを回避するためにＣＣＤ水平転送レジスタからチャネル絞り込み領域を設けているため、チャネル幅が狭くなり、ＣＣＤ水平転送レジスタの転送容量が低下するという問題がある。
【００１０】
また、特許文献２においては、電極の電極幅を広く形成し、転送長を長くすることで転送容量の低下を抑制することができる固体撮像装置が示されている。しかし、転送長を長くするため、信号電荷の転送時間が長くなり、装置の高速性が失われるという問題がある。さらに、装置が大型化するという問題がある。
【特許文献１】特開平１０−２５６５３１号公報
【特許文献２】特開２００３−２０９２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、小型で高速動作が可能な固体撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の固体撮像装置は、第１導電型半導体基板上に形成された第２導電型のウェルと、このウェルの表面に形成された第１導電型の第１の不純物領域と、この第１の不純物領域の表面に所定の間隔で形成された複数の第２導電型の第２の不純物領域とを有する転送チャネルと、この転送チャネルの第１の不純物領域上に形成され、転送チャネルで転送される電荷の転送方向に対してそれぞれ垂直に形成された複数の第１の転送電極と、転送チャネルの第２の不純物領域上に形成され、複数の第１の転送電極間にそれぞれ形成された複数の第２の転送電極と、これらの第２の転送電極の最終段に隣接し、この最終段の電極に平行に形成された出力ゲート電極と、この出力ゲート電極下で第１の不純物領域の表面に、電荷の転送方向に向かって幅が狭くなるように形成され、第１の不純物領域よりも高濃度の第１導電型のチャネル絞り込み部と、このチャネル絞り込み部の終端に接合して形成され、チャネル絞り込み部よりも高濃度の第１導電型のフローティングディフュージョン部と、を具備するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、小型で高速動作が可能な固体撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本実施形態による固体撮像装置について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１Ａは、本実施形態による固体撮像装置のＣＣＤ水平転送レジスタの一部を拡大した上面図であり、図１Ｂは、図１Ａの部分拡大図である。また、図２Ａは、図１Ａの破線Ｘ―Ｘ´構造断面図を示し、図２Ｂは、図２Ａに示す固体撮像装置に形成される電位の様子を示す。
【００１６】
図２Ａに示すように、本実施形態による固体撮像装置は、ｎ型半導体基板１１上に形成されたｐ型ウェル１２に、複数のフォトダイオード（図示せず）から出力され、複数のＣＣＤ垂直転送レジスタ（図示せず）によって転送された信号電荷を出力部１３に転送するＣＣＤ水平転送レジスタ１４が形成されている。出力部１３は、ＣＣＤ水平転送レジスタ１４の最終段に形成され、転送された信号電荷の逆流を防止する出力ゲート部１５と、この出力ゲート部１５に接続され、転送された信号電荷を電圧に変換して出力するＦＤ部１６と、このＦＤ部１６に接続され、ＦＤ部１６に転送された信号電荷を所望のタイミングで排出するリセット部１７とで構成されている。
【００１７】
図１Ａに示すように、ＣＣＤ水平転送レジスタ１４は、図２Ａに示すｐ型ウェル１２に一定の幅Ｌ１で形成され、信号電荷を転送する転送チャネル１８と、この転送チャネル１８上に、信号電荷の転送方向に対して垂直かつ互いに平行に形成された複数の転送電極１９とで構成されている。ここで転送チャネル１８は、図２Ａ、図２Ｂに示すように、複数のフォトダイオード（図示せず）に接続される複数のＣＣＤ垂直転送レジスタ（図示せず）による信号電荷の転送方向に対して垂直方向に形成された第１のｎ型不純物領域２０と、この第１のｎ型不純物領域２０の表面に一定の間隔で形成された第１、第２のｐ型不純物領域２１１、２１２とで構成されている。ここで第２のｐ型不純物領域２１２は、第１のｐ型不純物領域２１１と比べて濃い濃度で形成されている。このように形成された転送チャネル１８は、図２Ｂの破線で示すように、第２のｐ型不純物領域２１２、第１のｐ型不純物領域２１１、第１のｎ型不純物領域２０の順に高電位になるように形成されている。
【００１８】
転送チャネル１８上の転送電極１９は、第１、第２のｐ型不純物領域２１１、２１２の間の第１のｎ型不純物領域２０上にそれぞれ形成された転送電極ストレージ部１９１と、第１、第２のｐ型不純物領域２１１、２１２上に形成された転送電極バリア部１９２とで構成された多層電極構造である。また、後述する出力ゲート電極２４に隣接する転送電極１８は、転送電極レジスタ最終段１９３である。これらの電極１９１、１９２、１９３は、例えばポリシリコンで形成されている。図１Ａに示すように、これらの転送電極ストレージ部１９１、転送電極バリア部１９２及び転送電極レジスタ最終段１９３の電極幅Ｌ２は、互いにほぼ等しく形成されている。
【００１９】
出力ゲート部１５は、図２Ａ、図２Ｂに示すように、転送電極レジスタ最終段１９３下の第１のｐ型不純物領域２１１の終端からＦＤ部１６に至る領域に延長形成されている第１のｎ型不純物領域２０及び、この第１のｎ型不純物領域２０の表面のＦＤ部１６近傍にこれより濃い濃度で形成された第２のｎ型不純物領域２２からなる出力チャネル２３と、この出力チャネル２３上に形成され、例えばポリシリコンからなる出力ゲート電極２４とで構成されている。この出力ゲート電極２４の電極幅Ｌ３は、図１Ａに示すように、転送電極ストレージ部１９１、転送電極バリア部１９２及び転送電極レジスタ最終段１９３とほぼ等しく形成されている。ここで出力ゲート部１５に形成された出力チャネル２３について、図３〜図６を参照して説明する。
【００２０】
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃはそれぞれ、図１Ｂの破線Ａ１−Ａ１´、破線Ｂ１−Ｂ１´、破線Ｃ１−Ｃ１´に沿った構造断面図を示し、図４Ａ、図４Ｂはそれぞれ、図１Ｂの破線Ａ２−Ａ２´、破線Ｂ２−Ｂ２´に沿った構造断面図を示す。
【００２１】
図３、図４に示すように出力ゲート電極２４下に形成された出力チャネル２３は、第１の不純物領域２０からなり、図１Ｂに示すように一定の幅Ｌ１であるチャネル非絞り込み部２３ａと、同じく図１Ｂに示すようにチャネル非絞り込み部２３ａの終端からＦＤ部１６に向かって幅Ｌ４が狭くなる領域であり、第１の不純物領域２０及びこの表面に形成された第２の不純物領域２２からなるチャネル絞り込み部２３ｂとで構成される。チャネル絞り込み部２３ｂは、図１Ａに示すように、ＦＤ部１６を通り、転送チャネルに平行な方向（図１Ａの一点鎖線Ｘ−Ｘ´の延長方向）とチャネル絞り込み部２３ｂの側部２３ｂ−１とで形成される角度aが８６．５度で形成されている。ここで、チャネル絞り込み部２３ｂとチャネル非絞り込み部２３ａとの接合部の幅は、図１Ａ、図１Ｂに示すように、Ｌ１に一致するように形成されることが望ましい。この理由については後述する。
【００２２】
次に、上述したチャネル絞り込み部２３ｂによって形成される電位を図５、図６を参照して説明する。図５は、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃで示す断面の位置において不純物領域によって形成される電位を示し、図６は、図４Ａ、図４Ｂで示す断面の位置にいて不純物領域によって形成される電位を示す。
【００２３】
図５に示すように、チャネル絞り込み部２３ｂによって形成される電位は、チャネル非絞り込み部２３ａからＦＤ部１６に至る方向に向かって高電位になっている。また、図６に示すように、チャネル絞り込み部２３ｂの端部２３ｂ−２から中央部２３ｂ−３に向かって高電位になっている。
【００２４】
以上に示すような出力ゲート部１５から出力される信号電荷は、以下のＦＤ部１６部及びリセット部１７で処理される。これらＦＤ部１６及びリセット部１７は、例えば以下の構成である。
【００２５】
図２Ａ、図２Ｂに示すように、ＦＤ部１６は、出力ゲート部１５の終端からリセット部１７に至る領域まで一定の幅で延長形成されている第２のｎ型不純物領域２２の表面に、これより更に高濃度の第１のｎ＋不純物領域２５が形成された領域である。この第１のｎ＋不純物領域２５は、転送された信号電荷が蓄積される静電容量として機能する箇所であり、Ｑ＝ＣＶ（Ｑ：電荷量、Ｃ：静電容量、Ｖ：出力電圧）の関係によって、信号電荷を電圧に変換して出力する。このＦＤ部１６には、変換された電圧を増幅するアンプ２６が接続されている。
【００２６】
リセット部１７は、ＦＤ部１６を構成する第２の不純物領域２２の終端から延長形成された第２のｎ型不純物領域２２と、この第２のｎ型不純物領域２２の表面において、ＦＤ部１６を構成する第１のｎ＋不純物領域２５と所定の間隔を有して形成された第２のｎ＋不純物領域２７と、第１、第２のｎ＋不純物領域２５、２７との間の第２のｎ型不純物領域２２上に形成されたリセット電極２８とで構成される。このようなリセット部１７は、リセット電極２８に所望のタイミングで電圧パルスを印加することで、第１のｎ＋不純物領域２５に蓄積された不要の信号電荷を第２のｎ＋不純物領域２７に排出している。ここで、第１のｎ＋不純物領域２５と第２のｎ＋不純物領域２７の不純物濃度は、本実施形態においては等しく形成しているが、第２のｎ＋不純物領域２７の不純物濃度は、第１のｎ＋不純物領域２５以上であってもよい。
【００２７】
なお、上述の構成において、転送電極１９１、１９２、出力ゲート電極２４及びリセット電極２８は、ｐ型ウェル２２上に形成された絶縁膜２９上に形成されている。
【００２８】
次に、上述の固体撮像装置による信号電荷の転送方法について、図７Ａ、図７Ｂを参照して説明する。
【００２９】
上述の固体撮像装置は、いわゆる２相駆動方式で動作するものである。すなわち、一組の転送電極ストレージ部１９１及び転送電極バリア部１９２からなる転送電極１９ａと、この転送電極１９ａに隣接し、他の一組の転送電極ストレージ部１９１及び転送電極バリア部１９２からなる転送電極１９ｂとに、互いに異なる２種類の電圧を有するパルスを交互に印加することで信号電荷の転送を行う方式である。なお、印加する電圧パルスは、互いに逆位相の電圧パルスであってもよいが、ここでは異なる２種類の電圧を有するパルスを印加する場合について説明する。
【００３０】
まず、図７Ａに示すように、転送電極１９ａにハイレベル電圧パルス（ＶφＨ）、第２の転送電極１９ｂ及び転送電極レジスタ最終段１９３にローレベル電圧パルス（ＶφＬ）をそれぞれ印加すると、転送チャネル１８に形成される電位は、図７Ａの実線に示すようになる。（同図の点線は、パルス印加前の電位を示している。）このとき、転送電極１９ｂを構成する転送電極ストレージ部１９１下の点線で示す信号電荷３０ａは、電位勾配により転送され、黒丸３０ｂに示すように、転送電極１９aを構成する転送電極ストレージ部１９１下に移動する。このとき、転送電極レジスタ最終段１９３にも、転送電極１９ｂと同様の電圧が印加されている。
【００３１】
次に、図７Ａの状態から、転送電極１９aにローレベル電圧パルス（ＶφＬ）、転送電極１９ｂ及び転送電極レジスタ最終段１９３にハイレベル電圧パルス（ＶφＨ）をそれぞれ印加すると、転送チャネル１８に形成される電位は、図７Ｂの実線に示すようになる。（同図の点線は、パルス印加前の電位を示している。）このとき、転送電極１９aを構成する転送電極ストレージ部１９１下の点線で示す信号電荷３０ａは、電位勾配により転送され、黒丸３０ｂに示すように、転送電極レジスタ最終段１９３下に移動する。
【００３２】
以上を繰り返すことで信号電荷３０は、次々にＣＣＤ水平転送レジスタ１４の転送チャネル１８内で転送され、最終的に出力ゲート部１５を介してＦＤ部１６に移動される。ここで、本実施形態においては、図１Ａに示すように、出力ゲート電極２４下に、第１のｎ型不純物領域２０で形成されるチャネル非絞り込み部２３ａと、第１のｎ型不純物領域２０及びこれよりも高濃度の第２のｎ型不純物領域２２とで形成されるチャネル絞り込み部２３ｂが形成されている。このうち、チャネル絞り込み部２３ｂによって形成される電位は、図５、図６のように、転送チャネル１８の終端からＦＤ部１６に向かって高電位になるような電位が形成されている。従って、信号電荷３０はこの電位の勾配によりスムーズにＦＤ部１６まで転送される。
【００３３】
次に、上述の固体撮像装置の製造方法について、図２を参照して説明する。
【００３４】
まず、ｎ型半導体基板１１に形成されたｐ型ウェル１２の表面に、例えばＰ（リン）イオンを注入し、第１のｎ型不純物領域２０を形成する。
【００３５】
次に、ｐ型ウェル１２の表面に形成された第１のｎ型不純物領域２０の表面に、一定の間隔を有して、第１のｎ型不純物領域２０と同一の幅Ｌ１で、例えばＢ（ヨウ素）イオンを注入し、第１のｐ型不純物領域２１１を形成する。続いて、形成された第１のｐ型不純物領域２１１の表面の一部に、第１のｎ型不純物領域２０と同一の幅Ｌ１で、Ｂイオンを重ねて注入し、第１のｐ型不純物領域２１１より高濃度の第２のｐ型不純物領域２１２を形成する。
【００３６】
一方、非絞り込み部２３ａの終端からリセット部１７の終端に至る領域に、さらにＰイオンを注入し、第１のｎ型不純物領域２０より高濃度の第２のｎ型不純物領域２２を形成する。このとき、この第２のｎ型不純物領域２２と、この第２のｎ型不純物領域２２下の第１のｎ型不純物領域２０とで構成されるチャネル絞り込み部２３ｂは、図１Ａに示すように、非絞り込み部２３ａとの接合部から、ＦＤ部１６に向かって、転送チャネル１８の幅Ｌ１に対して幅Ｌ４が狭くなるように形成する。このとき、チャネル絞り込み部２３ｂによって形成される電位は、図５、図６のように形成される。なお、このような電位は、通常のイオン注入によって形成されるものである。すなわち、二等辺三角形型の開口を有するレジストマスクを用いてイオン注入を行い、同一濃度の不純物領域２２を形成することで、絞り込み部２３ｂの端部２３ｂ−２近傍より転送方向に向かって電位が深くなるように電位勾配が形成され、ナローチャネル効果による電位勾配が緩くなる現象を抑制できる。さらに、後述するように、このチャネル絞り込み部２３ｂを構成する第２の不純物領域２２から延長形成された領域の表面に、これより高濃度の第１のｎ＋型不純物領域２５を形成するため、チャネル絞り込み部の中央部２３ｂ−３近傍に形成される電位は、この第１のｎ＋型不純物領域２５に向かって電位が深くなるように電位勾配が形成される。また、図５に示すように、ＦＤ部１６に近づくにしたがって、チャネル絞り込み部２３ｂの側部２３ｂ−１近傍の電位勾配は、転送方向に向かって電位が深くなるように形成されている。これも、ナローチャネル効果による電位勾配が緩くなる現象を抑制するものである。従って、図５、図６に示すような電位が形成される。
【００３７】
ここで、上述のチャネル絞り込み部２３ｂとチャネル非絞り込み部２３ａとの接合部の幅は、図１Ａに示すように、チャネル非絞り込み部２３ａの幅Ｌ１に一致するように形成している。これは、以下に示すシミュレーション結果による。
【００３８】
図８Ａに、形成されるチャネル絞り込み部２３ｂによる信号電荷の転送時間のシミュレーション結果を示す。シミュレーションにおいて、転送される信号電荷は、図８Ｂに破線で示すように、転送チャネル１８の側部１８ａ近傍を通り、チャネル絞り込み部２３ｂの側部２３ｂ−１近傍を通る軌跡３１をたどる場合を想定した。
【００３９】
図８Ａは、図８Ｂに示すように、信号電荷が軌跡３１を通って転送される場合において、チャネル絞り込み部２３ｂの幅Ｌ４をそれぞれｙだけ小さくなるように形成した場合（チャネル絞り込み部２３ｂを、図８Ｂに示す斜線部だけ縮小するように形成した場合）における転送時間の相対的な遅延量を示している。なお、同図において、ｙ＝０の場合における信号電荷の転送時間を１としている。
【００４０】
図８Ａによれば、チャネル絞り込み部２３ｂの幅Ｌ４が大きいほど転送される信号電荷の転送時間は早く、チャネル絞り込み部２３ｂの端部２３ｂ−２間の距離がチャネル非絞り込み部２３ａの幅Ｌ１に一致するように形成したとき転送時間が最大になることがわかる。この結果は、以下の理由による。すなわち、チャネル絞り込み部２３ｂの端部２３ｂ−２を転送チャネルの側部１８ａに近づけて形成し、且つチャネル絞り込み部２３ｂの端部２３ｂ−２からチャネル絞り込み部２３ｂの中央部２３ｂ−３に向かってチャネル絞り込み部２３ｂを末広がりに形成することによって、チャネル絞り込み部２３ｂの端部２３ｂ−２近傍より転送方向に向かって電位が深くなるように電位勾配が形成され、ナローチャネル効果による電位勾配が緩くなる現象を抑制することで、信号電荷３０は、スムーズに転送される。
【００４１】
以上より、チャネル絞り込み部２３ｂの端部２３ｂ−３間の距離は、本実施形態に示したように、チャネル非絞り込み部２３ａの幅（転送チャネル１８の幅）Ｌ１に一致させて形成することが望ましい。
【００４２】
次に、第２のｎ型不純物領域２２の絞り込み部２３ｂ終端に隣接する領域に一定の間隔を有して、さらにＡｓイオンを注入し、第２のｎ型不純物領域２２より高濃度の第１、第２のｎ＋型不純物領域２５、２７を形成する。この第１のｎ＋型不純物領域２５は、ＦＤ部１６を構成する領域であり、第１のｎ＋型不純物領域２５によって形成される電位によって、ＦＤ部１６の静電容量が決定される。
【００４３】
上述したようにイオン注入を行った後、各不純物領域が形成されたウェル１２上の所望の位置に、絶縁膜２９を介して転送電極ストレージ部１９１、転送電極バリア部１９２、転送電極レジスタ最終段１９３、出力ゲート電極２４及びリセット電極２８を形成する。
【００４４】
以上のような工程により、図２Ａに示すような固体撮像装置を製造することができる。このとき、図２Ｂに示すような電位が形成される。
【００４５】
以上に示すように、本実施形態による固体撮像装置によれば、出力ゲート電極２４下において、ＦＤ部１６に隣接する領域に、第１のｎ型不純物領域２０よりも濃度が濃く、信号電荷の転送方向に向かって幅Ｌ４が狭くなる第２のｎ型不純物領域２２を形成することで、チャネル絞り込み領域２３ｂを形成している。このとき、チャネル絞り込み領域２３ｂによる電位分布は、図５、図６に示すように、チャネル非絞り込み領域２３ａからＦＤ部１６に至る方向に向かって高電位になる電位勾配が形成される。従って、出力ゲート電極２４下において、第２のｎ型不純物領域２２と、この下部に形成された第１のｎ型不純物領域２０とを急激に絞り込むことで絞り込み部２３ｂ形成しても、ナローチャネル効果による転送効率の低下を抑制することが可能となる。よって、出力ゲート電極２４下において、転送効率の低下を抑制するためにＣＣＤ水平転送レジスタ１４の転送チャネル１８幅Ｌ１を徐々に狭くする必要がなくなり、転送容量の低下を防止することができる。従って、転送電極１９の電極幅Ｌ２を広くして転送長を長くする必要がなくなるため、高速かつ小型の固体撮像装置を実現することが可能となる。
【００４６】
さらに、図５、図６及び図７Ａに示すように、チャネル絞り込み部２３ｂを、この端部２３ｂ間の距離がチャネル非絞り込み部２３ａの幅Ｌ１に一致するように形成することで、ナローチャネル効果による電位勾配が緩くなる現象を抑制し、チャネル絞り込み部２３ｂの端部２３ｂ−２近傍より転送方向に向かって電位が深くなるように電位勾配を形成できる。従って、転送チャネル１８の側部１８ａ近傍及び、チャネル絞り込み部２３ｂの側部２３ｂ−１近傍を転送された信号電荷の転送時間を早くすることができるため、従来より高速動作が可能な固体撮像装置を実現することが可能となる。
【００４７】
また、上述のように、出力ゲート電極２４下のチャネル絞り込み部２３ｂを急激に絞り込むことが可能であるため、ＦＤ部１６の面積を従来より小さくすることが可能である。これにより、従来より固体撮像装置をさらに小型化することが可能になると共に、より高い出力電圧を得ることが可能となるため、小型・高感度の固体撮像装置を実現することが可能となる。
【００４８】
以上に、本発明の実施形態について説明したが、実施の形態は、上述に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変形可能である。
【００４９】
例えば、上述の実施形態において、出力ゲート電極２４下の絞り込み部２３ｂの絞り込み角ａは、上述の８６．５°に限定されるものではなく、これより大きい角度に形成することも可能である。この場合、必要な転送速度、転送効率を考慮して、チャネル絞り込み部２３ｂを構成する第２のｎ型不純物領域２２の濃度を濃くし、より急な電位勾配を形成すればよい。なお、これより小さい角度に形成することも可能であることは、言うまでもない。
【００５０】
また、上述の実施形態において、転送チャネル１８上に形成された転送電極１９は多層電極構造であったが、転送電極同士が互いに重なり合うことなく形成された単層電極構造であってもよい。
【００５１】
また、上述の実施形態において、転送電極バリア部１９２下に形成されるｐ型不純物領域２１１、２１２は、２種類の濃度で形成されていた。しかし、転送電極バリア部１９２下に形成されるｐ型不純物領域は、複数の濃度で形成してもよいし、信号電荷の転送方向に向かって徐々に薄くなるようなｐ型不純物領域を形成してもよい。特に、ｐ型不純物領域を徐々に薄くなるように形成する場合、このｐ型不純物領域によって形成される電位は、階段状ではなく信号電荷の転送方向に向かって高電位になるような、なめらかな勾配を有することになるため、より転送効率を上昇させることが可能である。
【００５２】
また、上述の固体撮像装置の製造方法に関して、第１のｎ型不純物領域２０は、少なくとも第２のｎ型不純物領域２２に接合する箇所まで形成されていればよい。しかし、本実施形態に示すように、リセット部１７を形成する箇所まで延長形成することで、第２のｎ型不純物領域２２を形成する際に、マスクずれによってイオンが注入されず、電位障壁が形成されることを防止できる。なお、上述の実施形態において、上述と同様の理由により、第２のｐ型不純物領域２１２は、第１のｐ型不純物領域２１１の表面に形成され、また、第１、２のｎ＋型不純物領域２５、２７を、第２のｎ型不純物領域２２の表面に形成している。しかし、それぞれ図２Ｂに点線で示すような電位が形成されるように不純物領域を形成すればよい。従って、第２のｐ型不純物領域２１２は、第１のｐ型不純物領域２１１の表面に形成されなくともよいし、第１、２のｎ＋型不純物領域２５、２７は、第２のｎ型不純物領域２２の表面に形成されなくともよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１Ａ】本実施形態による固体撮像装置のＣＣＤ水平転送レジスタ及び出力部を示す上面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの出力ゲートを拡大して示す上面図である。
【図２Ａ】図１Ａの破線Ｘ−Ｘ´に沿った構造断面図である。
【図２Ｂ】本実施形態による固体撮像装置のＣＣＤ水平転送レジスタ及び出力部に形成される電位分布を示す説明図である。
【図３Ａ】図１Ｂの破線Ａ１−Ａ１´に沿った構造断面図である。
【図３Ｂ】図１Ｂの破線Ｂ１−Ｂ１´に沿った構造断面図である。
【図３Ｃ】図１Ｂの破線Ｃ１−Ｃ１´に沿った構造断面図である。
【図４Ａ】図１Ｂの破線Ａ２−Ａ２´に沿った構造断面図である。
【図４Ｂ】図１Ｂの破線Ｂ２−Ｂ２´に沿った構造断面図である。
【図５】本実施形態による固体撮像装置の出力ゲート部に形成される電位分布を示す説明図である。
【図６】本実施形態による固体撮像装置の出力ゲート部に形成される電位分布を示す説明図である。
【図７Ａ】本実施形態による固体撮像装置のＣＣＤ水平転送レジスタによる信号電荷の転送方法を説明する説明図である。
【図７Ｂ】本実施形態による固体撮像装置のＣＣＤ水平転送レジスタによる信号電荷の転送方法を説明する説明図である。
【図８Ａ】本実施形態による固体撮像装置の出力ゲート部による信号電荷の転送の様子をシミュレーションした結果を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ａの信号電荷を転送するシミュレーションを説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１１・・・ｎ型半導体基板、１２・・・ｐ型ウェル、１３・・・出力部、１４・・・ＣＣＤ水平転送レジスタ、１５・・・出力ゲート部、１６・・・ＦＤ部、１７・・・リセット部、１８・・・転送チャネル、１８ａ・・・転送チャネルの側部、１９、１９ａ、１９ｂ・・・転送電極、１９１・・・転送電極ストレージ部、１９２・・・転送電極バリア部、１９３・・・転送電極レジスタ最終段、２０・・・第１のｎ型不純物領域、２１１・・・第１のｐ型不純物領域、２１２・・・第２のｐ型不純物領域、２２・・・第２のｎ型不純物領域、２３・・・出力チャネル、２３ａ・・・チャネル非絞り込み部、２３ｂ・・・チャネル絞り込み部、２３ｂ−１・・・絞り込み部の側部、２３ｂ−２・・・絞り込み部の端部、２３ｂ−３・・・絞り込み部の中央部、２４・・・出力ゲート電極、２５・・・第１のｎ＋型不純物領域、２６・・・アンプ、２７・・・第２のｎ＋型不純物領域、２８・・・リセット電極、２９・・・絶縁膜、３０ａ・・・転送前の信号電荷、３０ｂ・・・転送後の信号電荷、３１・・・転送される信号電荷の軌跡。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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