(57)【要約】【課題】ＣＣＤ固体撮像装置において、垂直転送レジスタ部でのスミア信号となる不要電荷を水平転送レジスタ部へ転送されることを防ぐようにする。【解決手段】２次元的に配列された光電変換を行う複数の受光部２と、受光部２の各列に対応して配置された垂直転送レジスタ部３と、水平転送レジスタ部４と、垂直転送レジスタ部３の水平転送レジスタ４側の最終段に配置された縦型オ−バーフロードレイン構造６とを有する。【選択図】図１
2010016113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元的に配列された光電変換を行う複数の受光部と、
前記受光部の各列に対応して配置された垂直転送レジスタ部と、
水平転送レジスタ部と、
前記垂直転送レジスタ部の前記水平転送レジスタ側の最終段に配置された縦型オ−バーフロードレイン構造と
を有する固体撮像装置。
【請求項２】
前記縦型オーバーフロードレイン構造は、半導体基板と電気的に分離されている
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記縦型オーバーフロードレイン構造のドレイン領域に、基板電位とは独立の電位が印加される
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記垂直転送レジスタ部の最終段の前記縦型オーバーフロードレイン構造を有する第１垂直・水平転送ゲート部と前記水平転送レジスタ部との間に配置された第２垂直・水平転送ゲート部を有する
請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記受光部における余剰電荷を半導体基板側に排出するための縦型オーバーフロードレイン構造を有する
請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記垂直転送レジスタ部の最終段に配置された縦型オ−バーフロードレイン構造は、
第１導電型の半導体基板に第２導電型の第１半導体ウェル領域を介して形成された第１導電型のドレイン領域と、
前記第１導電型のドレイン領域と第１導電型の垂直転送チャネル領域との間に形成された第２導電型のオーバーフローバリア領域と、
前記ドレイン領域の水平方向の端部に接続された電位供給部と
を有する
請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項７】
固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の受光部に入射光を導く光学系と、
前記固体撮像装置を駆動するための駆動回路と、
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、
２次元的に配列された光電変換を行う複数の受光部と、
前記受光部の各列に対応して配置された垂直転送レジスタ部と、
水平転送レジスタ部と、
前記垂直転送レジスタ部の前記水平転送レジスタ側の最終段に配置された縦型オ−バーフロードレイン構造と
を有する電子機器。
【請求項８】
前記固体撮像装置における前記縦型オーバーフロードレイン構造は、半導体基板と電気的に分離され、
前記縦型オーバーフロードレイン構造のドレイン領域に、基板電位とは独立の電位が印加される
請求項７記載の電子機器。
【請求項９】
前記固体撮像装置は、前記受光部における余剰電荷を半導体基板側に排出するための縦型オーバーフロードレイン構造を有する
請求項８記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置、特にＣＣＤ固体撮像装置、及びこのＣＣＤ固体撮像装置を備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、あるいはカメラ付き携帯電話などの電子機器に用いられる固体撮像装置として、ＣＣＤ固体撮像装置が知られている。一般的なＣＣＤ固体撮像装置は、光電変換を行う複数の受光部が２次元的に配列され、各受光部列に対応してＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ部が配列され、各垂直転送レジスタ部の終段に接続するＣＣＤ構造の水平転送レジスタ部が配置されて構成される。画素となる受光部はフォトダイオードで形成される。水平転送レジスタ部の終段には電荷電圧変換部を介して画素信号を出力する出力部が接続される。
【０００３】
ＣＣＤ固体撮像装置では、受光蓄積期間において、受光部に光入射されると光電変換されて入射光量に応じた信号電荷が蓄積される。読み出し時には、受光部の信号電荷が垂直転送レジスタ部に読み出される。読み出された信号電荷は、水平ブランキング期間の一部にて１水平ライン毎に垂直転送レジスタ部内を転送し水平転送レジスタ部に転送される。転送された信号電荷は、水平転送レジスタ部内を転送して、最終段で電荷電圧変換され、出力部から画素信号として出力される。
【０００４】
ＣＣＤ固体撮像装置では、大光量時に発生する受光部での余剰電荷、電子シャッタ動作時のそれまで蓄積された信号電荷を基板側に排出するようにした、いわゆる縦型オーバーフロードレイン構造が採用されている。このような縦型オーバーフロードレイン構造を有するＣＣＤ固体撮像装置は、特許文献１、２及び３などに開示されている。
【０００５】
さらに、ＣＣＤ固体撮像装置においては、画素の微細化に伴って垂直転送レジスタ部での取り扱い電荷量が低下することにより、大光量時にブルーミングが発生しやすい。このブルーミングを防止するために、受光部から垂直転送レジスタ部への読み出しと同時に、もしくはそれよりも前に基板電位を制御して信号電荷の一部を基板側に排出するようにしたＣＣＤ固体撮像装置が、特許文献４に開示されている。
【０００６】
縦型オーバーフロードレイン構造を採るＣＣＤ固体撮像装置においては、通常、電子シャッタ動作に必要な電子シャッタパルスを基板に印加するように構成されている。特許文献４の固体撮像装置では、電子シャッタパルスとは別の電圧値を有する基板パルスを用意する必要がある。つまり、余剰電荷を基板側へオーバーフローさせる場合、基板には受光部となるフォトダイオードの飽和信号量を調整するために、チップ毎に違うバイアス電圧が基板に印加される。このため、垂直転送レジスタ部への信号電荷読み出し時のオーバーフローを制御するには、受光部となるフォトダイオードからの第１のオーバーフロー電位とは独立に第２のオーバーフロー電位を設定する必要がある。
【０００７】
第２のオーバーフロー電位のばらつきにより、垂直転送レジスタ部の蓄積電荷量が大きく影響されるので、制御性が高める工夫が必要になってくる。しかし、特にユニットセルの微細化に伴い、この制御性が非常に困難となってくる。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３３９０８１号公報
【特許文献２】特開２００１−３０８３１０号公報
【特許文献３】特開２０００−３１１９９５号公報
【特許文献４】特開２００７−１４２６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、ＣＣＤ固体撮像装置においては、大光量時に垂直転送レジスタ部にスミア信号となる不要電荷が発生し、この不要電荷が垂直転送レジスタ部で扱いきれずに水平転送レジスタ部へ転送されてしまう現象が発生する。このような不具合は画像の破綻となる。このため、ＣＣＤ固体撮像装置では、垂直転送レジスタ部でのスミア信号となる不要電荷を除去することが望まれる。
【００１０】
本発明は、上述の点に鑑み、垂直転送レジスタ部でのスミア信号となる不要電荷を水平転送レジスタ部へ転送されることを防ぐようにした固体撮像装置を提供するものである。
また、本発明は、かかる固体撮像装置を備えた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】
【００１１】
本発明に係る固体撮像装置は、２次元的に配列された光電変換を行う複数の受光部と、受光部の各列に対応して配置された垂直転送レジスタ部と、水平転送レジスタ部と、垂直転送レジスタ部の水平転送レジスタ側の最終段に配置された縦型オ−バーフロードレイン構造とを有する。
【００１２】
本発明の固体撮像装置では、垂直転送レジスタ部の最終段に縦型オーバーフロードレイン構造を有して構成されている。従って、垂直転送レジスタ部内を不要電荷と信号電荷とが加算された電荷が転送してきたとき、最終段の転送部において、不要電荷が縦型オーバーフロー構造により、基板深さ方向に排出されることになる。
【００１３】
本発明に係る電子機器は、固体撮像装置と、固体撮像装置の受光部に入射光を導く光学系と、固体撮像装置を駆動するための駆動回路と、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。そして、固体撮像装置は、２次元的に配列された光電変換を行う複数の受光部と、受光部の各列に対応して配置された垂直転送レジスタ部と、水平転送レジスタ部と、垂直転送レジスタ部の前記水平転送レジスタ側の最終段に配置された縦型オ−バーフロードレイン構造とを有する。
【００１４】
本発明の電子機器では、内蔵した固体撮像装置が垂直転送レジスタ部の最終段に縦型オーバーフロードレイン構造を有して構成されている。従って、垂直転送レジスタ部内を不要電荷と信号電荷とが加算された電荷が転送してきたとき、最終段の転送部において、不要電荷が縦型オーバーフロードレイン構造により、基板深さ方向に排出されることになる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る固体撮像装置によれば、垂直転送レジスタ部の最終段に縦型オーバーフロードレイン構造を有するので、垂直転送レジスタ部で発生したスミア信号となる不要電荷が縦型オーバーフロードレイン構造に排出され、水平転送レジスタ部へ転送されるのを防ぐことができる。したがって、大光量時でも画像の破綻は起こらず、高画質の画像が得られる。
【００１６】
本発明に係る電子機器によれば、上記本発明の固体撮像装置を備えていることにより、大光量時でも画像の破綻は起こらず、高画質の画像が得られる。したがって、信頼性の高い電子機器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】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＣＣＤ固体撮像装置の実施の形態の概略構成を示す。本実施の形態では、インターライン転送（ＩＴ）方式のＣＣＤ固体撮像装置に適用したが、フレームインターライン転送（ＦＩＴ）方式のＣＣＤ固体撮像装置にも適用できること勿論である。
【００１９】
図１に示す本実施の形態の固体撮像装置１は、２次元的に配置された光電変換を行う複数の受光部２と、受光部２の各列に対応して配置されたＣＣＤ構造の複数の垂直転送レジスタ部３と、ＣＣＤ構造の水平転送レジスタ部４を有して成る。水平転送レジスタ部４は、各垂直転送レジスタ部３の最終段に接続するように配置される。水平転送レジスタ部４の最終段には、電荷電圧変化部となるフローティングディフージョン部を介して画素信号を出力する出力部５が接続される。受光部２はフォトダイオードで形成される。受光部２と垂直転送レジスタ部３の一部とにより単位画素が構成される。固体撮像装置１には、図示しないが、固体撮像装置を駆動する駆動回路、固体撮像装置の出力信号を処理する処理回路を備えている。
【００２０】
本実施の形態では、特に、垂直転送レジスタ部３の最終段において、その第１の垂直・水平転送ゲート部７に縦型オーバーフロードレイン構造６を有して構成される。この縦型オーバーフロードレイン構造６を有する第１の垂直・水平転送ゲート部７と水平転送レジスタ部４との間に、垂直転送レジスタ部３の最終段の一部を構成する第２の垂直・水平転送ゲート部９が配置される。
【００２１】
縦型オーバーフロードレイン構造６は、後述で明らかなように、転送チャネル領域直下にオーバーフローバリア領域を介してドレイン領域が形成され、このドレイン領域の水平方向の端部に所要のドレイン電圧を供給する電位供給部８を接続して構成される。本例では、ドレイン電圧として電源電圧ＶＤＤ１が印加される。
【００２２】
本実施の形態の固体撮像装置１では、受光部２において、入射光が光電変換され、入射光量に応じた信号電荷が蓄積され、この信号電荷が垂直転送レジスタ部に読み出される。大光量時において垂直転送レジスタ部に発生したスミア信号となる不要電荷は、信号電荷とが混合され、この混合電荷が垂直転送レジスタ部３を転送方向に沿って、１ライン毎に転送される。そして、混合電荷が垂直転送レジスタ部３の最終段の転送部に転送されたときに、縦型オーバーフロードレイン構造６において、不要電荷のみが、オーバーフローバリア領域を通して縦方向のドレイン領域にオーバーフローし、ドレイン領域端部の電位供給部８より排出される。ここで、不要電荷は、垂直転送レジスタ部３のポテンシャルを超えて溢れた電荷である。
【００２３】
［第１実施の形態］
次に、図２及び図５に、本発明に係るＣＣＤ固体撮像装置の第１実施の形態を示す。図２は、垂直転送レジスタ部の終段部近傍から水平転送レジスタ部にかけての要部のみを示す。図３は、図２（平面図）のＢ−Ｂ線上の断面図である。図４は、図２（平面図）のＣ−Ｃ線上の断面図である。図５は、図２（平面図）のＤ−Ｄ線上の断面図である。
【００２４】
第１実施の形態に係る固体撮像装置１０１は、図２（平面図）に示すように、各垂直転送レジスタ部３の垂直転送チャネル領域（以下、単に転送チャネル領域という）１５が形成され、この転送チャネル領域１５上にゲート絶縁膜を介して水平方向に伸びる帯状の垂直転送電極１７が複数、垂直方向に配列形成されて成る。垂直転送レジスタ部３では、水平方向に配列された各３つの転送チャネル領域１５を組として、この各３つの転送チャネル領域１５［１５ａ，１５ｂ，１５ｃ］が垂直転送方向ａの最終段の転送部で合流した構成となっている。すなわち、最終段の転送部では合流転送チャネル領域１５ｄが形成される。各転送チャネル領域１５［１５ａ，１５ｂ，１５ｃ］の間、及び各合流チャネル領域１５ｄの間には、チャネルストップ領域１８が形成される。
【００２５】
垂直転送レジスタ部３の最終段の転送部では、各垂直転送レジスタ部３に共通の第１及び第２の垂直・水平転送ゲート部７及び９が形成される。第１垂直・水平転送ゲート部７には、第１垂直・水平転送ゲート電極１７Ａが形成され、第２垂直・水平転送ゲート部９には、第２垂直・水平ゲート転送電極１７Ｂが形成される。最終段の転送部より手前の終段部分の転送部では、各組の３つの転送チャネル領域１５ａ，１５ｂ及び１５ｃに対応して独立した垂直転送電極が配置される。すなわち、転送チャネル領域１５ａでは、全転送チャネル領域に共通に形成された垂直転送電極１７Ｃと最終段の第１垂直・水平転送ゲート電極１７Ａとの間に、垂直転送電極１７Ｄと、垂直転送電極１７Ｅとが独立して形成される。転送チャネル領域１５ｂでは、全転送チャネル領域に共通に形成された垂直転送電極１７Ｃと最終段の第１垂直・水平転送ゲート電極１７Ａとの間に、垂直転送電極１７Ｆと、垂直転送電極１７Ｇとが独立して形成される。転送チャネル領域１５ｃでは、全転送チャネル領域に共通に形成された垂直転送電極１７Ｃより垂直転送方向に延長する垂直転送電極１７Ｈと、垂直転送電極１７Ｉとが独立して形成される。
【００２６】
水平転送レジスタ部４は、垂直転送レジスタ部３の最終段の転送部に接続するように形成される。この水平転送レジスタ部４では、水平転送方向ｂに延びる水平転送チャネル領域（以下、転送チャネル領域という）２３上にゲート絶縁膜を介して、２相クロックパルスφＨ１、φＨ２が印加される水平転送電極２４［２４１，２４２］が形成される。上述の各転送電極１７、１７Ａ〜１７Ｉ、２４１，２４２は、例えばポリシリコン膜で形成される。
【００２７】
そして、本実施の形態においては、垂直転送レジスタ部３の最終段の転送部、すなわち最終段における第１垂直・水平転送ゲート部７直下に、スミア信号となる不要電荷を排出するための縦型オーバーフロードレイン構造６が形成される。この縦型オーバーフロードレイン構造６は、各垂直転送レジスタ部３に共通に形成される。
【００２８】
次に、図３〜図５の半導体断面構造を参照してさらに詳しく説明する。第１実施の形態に係る固体撮像装置１０１では、図３に示すように、第１導電型本例ではｎ型の半導体基板１１に、第２導電型本例ではｐ型の第１半導体ウェル領域１２が形成される。そして、この第１ｐ型半導体ウェル領域１２の、第１垂直・水平転送ゲート部７直下に対応する部分に、ｎ型半導体ウェル領域によるドレイン領域１３が形成され、このｎ型のドレイン領域１３上に第２ｐ型半導体ウェル領域によるオーバーフローバリア領域１４が形成される。
【００２９】
さらに、このｐ型のオーバーフローバリア領域１４上にｎ型の転送チャネル領域、すなわち３つの転送チャネル領域１５ａ，１５ｂ及び１５ｃが合流した合流転送チャネル領域１５ｄが形成される。合流転送チャネル領域１５ｄ上には、ゲート絶縁膜１６を介して第１垂直・水平転送ゲート電極１７Ａが形成される。第１垂直・水平転送ゲート部７では、ｐ型のチャネルストップ領域１８が、各ｎ型の合流転送チャネル領域１５ｄを区画すると共に、この区画に対応してｐ型のオーバーフローバリア領域１４をも区画するために、ｎ型のドレイン領域１３に達するように形成される。ｎ型のドレイン領域１３の水平方向の端部には、基板表面に臨むようにドレイン領域１３より高濃度のｎ型半導体領域１９が形成され、さらにｎ型半導体領域１９に、より高濃度のｎ型の電極取り出し領域２０が形成される。電極取り出し領域２０には、ドレイン電圧（例えばＶＤＤ１）を供給する配線２５が接続される。この配線２５、電極取り出し領域２０及びｎ型半導体領域１９により、電位供給部８が形成される。
【００３０】
このｎ型の合流転送チャネル領域１５ｄとゲート絶縁膜１６と第１垂直・水平転送ゲート電極１７Ａとにより、第１垂直・水平転送ゲート部７が形成される。また、この第１垂直・水平転送ゲート部７の直下のｐ型のオーバーフローバリア領域１４とｎ型のドレイン領域１３と電源電圧ＶＤＤ１をドレイン領域１３へ供給する電位供給部８とにより、縦型オーバーフロードレイン構造６が形成される。
【００３１】
また、図４に示すように、垂直転送レジスタ部３の水平転送レジスタ部４に接する最終段の第２垂直・水平転送ゲート部９は、ｎ型の合流転送チャネル領域１５ｄ上にゲート絶縁膜１６を介して第２垂直・水平転送ゲート電極１７Ｂを形成して構成される。第２垂直・水平転送ゲート部９を構成する合流転送チャネル領域１５ｄは、その直下に第４ｐ型半導体領域２７が形成され、さらにその下に第３ｐ型半導体ウェル領域２６が形成される。第３ｐ型半導体ウェル領域２６の直下は第１ｐ型半導体ウェル領域１２となる。
【００３２】
水平転送レジスタ部４は、図４及び図５に示すように、垂直転送レジスタ部３のｎ型の合流転送チャネル領域１５ｄと連続して水平方向に延びるｎ型の転送チャネル領域２３上にゲート絶縁膜１６を介して２相駆動の水平転送電極２４［２４１，２４２］を形成して構成される。転送チャネル領域２３直下には、第４ｐ型半導体ウェル領域２７が形成される。水平転送レジスタ部４下の第４ｐ型半導体ウェル領域２７の直下は、ｎ型半導体領域（ｎ型半導体基板の残部に相当する）２８、第１ｐ型半導体ウェル領域１２が形成される。
【００３３】
図５に示すように、各垂直転送レジスタ部３の間のｐ型のチャネルストップ領域１８は、第３ｐ型半導体ウェル領域２６上に形成される。
【００３４】
一方、図示しないが、受光部２はｎ型半導体領域とその上の暗電流を抑制するためのｐ型半導体領域からなるｐ＋アキュミュレーション層とからなるフォトダイオードで構成される。この受光部２下には、電子シャッタ動作での電荷、及び受光部２で大光量を受けて発生した余剰電荷を基板側に排出するために、縦型オーバーフロードレイン構造が形成される。そのため、受光部２となるフォトダイオードの下にｐ型半導体ウェル領域によるオーバーフローバリア領域が形成され、このオーバーフローバリア領域の下にｎ型の半導体基板１１によるドレイン領域が形成され、縦型オーバーフロードレイン構造が構成される。ｎ型半導体基板１１には、受光蓄積期間中に所要の基板電圧が印加され、電子シャッタ動作時にそれより高レベルの基板電圧が印加される。
【００３５】
次に、第１実施の形態の固体撮像装置１０１の動作、特に垂直転送レジスタ部３の最終段に形成された縦型オーバーフロードレイン構造６の動作を説明する。
【００３６】
垂直転送レジスタ部３の最終段に設けられた縦型オーバーフロードレイン構造６、第１ｐ型半導体ウェル領域１２により、ｎ型半導体基板１１と電気的に分離されている。そして、縦型オーバーフロードレイン構造のドレイン領域１３には、ｎ型半導体基板１１に与えられる基板電位とは独立の所要ドレイン電位（例えばＶＤＤ１）が印加される。
【００３７】
垂直転送レジスタ部３では、信号電荷と、スミア信号となる不要電荷とを含む混合電荷が転送される。この混合電荷が最終段における第１垂直・水平転送ゲート部７に転送されると、第１垂直・水平転送ゲート部７に転送された混合電荷のうち、不要電荷が縦型オーバーフロードレイン構造６により排出される。すなわち、不要電荷は、オーバーフローバリア領域１４を通してドレイン領域１３に縦方向に流れ、さらにドレイン領域１３内を横方向に流れて、ドレイン領域１３の端部の電位供給部８を通じて外部に排出される。ｐ型のオーバーフローバリア領域１４のポテンシャルバリアは、ドレイン電圧を制御することにより制御される。
【００３８】
図６に、オーバーフロードレイン構造のポテンシャル図、すなわち図３のＡ−Ａ線上に沿う基板深さ方向のポテンシャル図を示す。実線Ｉが本実施の形態におけるポテンシャル分布、破線IIがオーバーフロードレイン構造を有しない構成のポテンシャル分布である。
実線Ｉに示すように、ｎ型のドレイン領域１３に基板電圧と異なるドレイン電圧（ＶＤＤ１）が印加される。第１垂直・水平転送ゲート部７に転送された混合電荷（ｅ１＋ｅ２）のうち、垂直転送レジスタ部のポテンシャルから溢れた不要電荷ｅ２が、オーバーフローバリア領域１４のポテンシャルバリアφＡを超えて基板縦方向のドレイン領域１３へ排出される。第１垂直・水平転送ゲート部７には、信号電荷ｅ１が蓄積される。従って、不要電荷ｅ２が水平転送レジスタ部４へ転送されることはない。
【００３９】
水平転送レジスタ部４内を信号電荷が転送している間は、第１垂直・水平転送ゲート部７に次の１ラインの画素の信号電荷が蓄積され、待機される。そして、前の１ラインの画素の信号電荷を読み出した後、第１及び第２の垂直・水平転送ゲート部７及び９が駆動して第１垂直・水平転送ゲート部７に待機されていた次の１ラインの画素の信号電荷が水平転送レジスタ部４のφＨ１が印加される転送部に転送される。
【００４０】
一方、第１実施の形態で、垂直転送電極１７Ｃ〜１７Ｇに印加する転送パルスを制御することにより、３つの垂直転送チャネル領域１５ａ，１５ｂ及び１５ｃの信号電荷を一括して合流転送チャネル領域１５ｄに転送することができる。または上記転送パルスを制御することにより、３つのうちの１つあるいは２つの垂直転送チャネル領域の信号電荷を選択して合流転送チャネル領域１５ｄに転送し、残りの垂直転送チャネル領域の信号電荷を掃き捨てるようにすることができる。すなわち、水平方向の画素の信号電荷を間引きして読み出すことができる。
【００４１】
第１実施の形態に係る固体撮像装置１０１によれば、垂直転送レジスタ部３の最終段の縦型オーバーフロードレイン構造６により、大光量時に発生するスミア信号となる不要電荷が垂直転送レジスタ部３で扱いきれずに水平転送レジスタ部４へ転送されるという不具合を防ぐことができる。従って、大光量時にも画像の破綻を起こすことがない。
【００４２】
因みに、垂直転送レジスタ部の横の有効部に横型オーバーフロードレイン構造を持たせた場合、オーバーフロー電位のばらつきにより垂直転送レジスタ部の蓄積電荷量が大きく影響される。このため、制御性を高める工夫が必要になってくる。この工夫は、特にユニットセルの微細化に対して非常に困難な課題である。これに対して本実施の形態では、垂直転送レジスタ部３の最終段が垂直転送レジスタのみであり、蓄積面積を確保できるため、オーバーフロードレインのばらつきにより発生する蓄積電荷量のばらつきに対してロバストであるといえる。すなわち、蓄積面積が大きく、取り扱い電荷量が多いため、オーバーフロードレインがばらついても取り扱い電荷量が足らないということがなくなる。垂直レジスタの機能が影響を受けにくい。
【００４３】
縦型オーバーフロードレイン構造は、横型オーバーフロードレイン構造に比べて、垂直転送レジスタ部の付近に半導体基板へのコンタクトを取る必要がない。このため、製造上の制約を受けず、ユニットセルの微細化に対しても不要電荷を効率よく掃き捨てることが可能である。垂直転送レジスタ部から直接ドレイン領域に不要電荷を掃き捨てるので、受光部における基板電位に依らずオーバーフローバリアの電位を制御することが可能になる。
【００４４】
さらに、特許文献１に開示されているように、基板電位として、φＶＳＵＢパルスを別途用意する必要がない。
【００４５】
縦型オーバーフロードレイン構造６は、ｎ型半導体基板１１と電気的に分離されているので、ドレイン領域１３の電位が基板電位の影響を受けることがなく、ドレイン領域１３の電位変動を起こすことがない。また、ドレイン領域１３には、基板電位とは独立の電位が印加されるので、オーバーフローバリア領域１４のポテンシャルバリアをばらつきなく正確に設定することができる。
【００４６】
［第２実施の形態］
図７及び図８に、本発明に係るＣＣＤ固体撮像装置の第２実施の形態を示す。図７（平面図）は、垂直転送レジスタ部の終段部近傍から水平転送レジスタ部にかけての要部のみを示す。図８は、図７（平面図）のＢ−Ｂ線上の断面図である。
【００４７】
第２実施の形態に係る固体撮像装置１０２は、図７（平面図）に示すように、図２で説明したと同様に、各垂直転送レジスタ部３の転送チャネル領域１５が形成され、この転送チャネル領域１５上にゲート絶縁膜を介して複数の垂直転送電極１７が形成される。垂直転送レジスタ部３では、水平方向に配列された３つの転送チャネル領域１５［１５ａ，１５ｂ，１５ｃ］を組として、この各３つの転送チャネル領域１５［１５ａ，１５ｂ，１５ｃ］が垂直転送方向ａの最終段の転送部で合流した構成となっている。すなわち、最終段の転送部では合流転送チャネル領域１５ｄが形成される。
【００４８】
水平転送レジスタ部４は、各合流転送チャネル領域１５ｄより延長して水平転送方向ｂへ延びる水平転送チャネル領域２３と、この転送チャネル領域２３上にゲート絶縁膜を介して配列された水平転送電極２４とを有して構成される。本例の水平転送電極２４は、３相駆動パルスφＨ１、φＨ２、φＨ３が印加される水平転送電極２４１，２４２，２４３で形成される。
【００４９】
そして、本実施の形態では、前述と同様に垂直転送レジスタ部３の最終段の転送部を構成する第１垂直・水平転送ゲート部７に縦型オーバーフロードレイン構造６を形成して構成される。この縦型オーバーフロードレイン構造６の具体的な断面構造は、図８に示すように、前述の図３と同様である。本実施の形態では、水平転送レジスタ部４を３相駆動とした構成以外は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図２及び図３と対応した部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００５０】
第２実施の形態では、第１垂直・水平転送ゲート部７に蓄積された信号電荷は、水平転送レジスタ部４の駆動パルスφＨ１が印加される転送部に転送される。縦型オーバーフロードレイン構造６の動作は、第１実施の形態と同様である。
【００５１】
第２実施の形態に係る固体撮像装置１０２によれば、第１実施の形態と同様に、垂直転送レジスタ部３の最終段において、半導体基板１１とは電気的に分離した縦型オーバーフロードレイン構造６を有する構成としている。この構成により、大光量時のスミア信号となる不要電荷の水平転送レジスタ部４への転送を防ぐことができるなど、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【００５２】
［第３実施の形態］
図９及び図１０に、本発明に係るＣＣＤ固体撮像装置の第３実施の形態を示す。図９（平面図）は、垂直転送レジスタ部の終段部近傍から水平転送レジスタ部にかけての要部のみを示す。図１０は、図９（平面図）のＢ−Ｂ線上の断面図である。
【００５３】
第３実施の形態に係る固体撮像装置１０３は、図９（平面図）に示すように、各垂直転送レジスタ部３の転送チャネル領域１５が形成され、この転送チャネル領域１５上にゲート絶縁膜を介して複数の垂直転送電極１７が形成される。水平転送レジスタ部４は、各垂直転送レジスタ部３の転送チャネル領域１５に接続された水平転送チャネル領域２３上に、ゲート絶縁膜を介して複数の水平転送電極２４を配列形成して構成される。水平転送電極２４は、２相駆動パルスφＨ１、φＨ２が印加される水平転送電極２４１，２４２で形成される。水平転送電極２４１は、水平転送電極２４２より垂直転送レジスタ部３側に突出してＴ字型に形成される。各垂直転送レジスタ部３は、水平転送レジスタ部４の駆動パルスφＨ１が印加される転送部に接続される。
【００５４】
そして、本実施の形態では、前述と同様に垂直転送レジスタ部３の最終段の転送部を構成する第１垂直・水平転送ゲート部７に縦型オーバーフロードレイン構造６を形成して構成される。この縦型オーバーフロードレイン構造６の具体的な断面構造は、図８に示すように、前述の図３と同様である。第２垂直・水平転送ゲート部９は、第１垂直・水平転送ゲート部７と水平転送レジスタ部４との間に形成される。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、図９及び図１０において、図２及び図３と対応した部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００５５】
第３実施の形態に係る固体撮像装置１０３によれば、垂直転送レジスタ部３の最終段において、半導体基板１１とは電気的に分離した縦型オーバーフロードレイン構造６を有する構成としている。この構成により、大光量時のスミア信号となる不要電荷の水平転送レジスタ部への転送を防ぐことができるなど、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【００５６】
［第４実施の形態］
図１１及び図１２に、本発明に係るＣＣＤ固体撮像装置の第４実施の形態を示す。図１１（平面図）は、垂直転送レジスタ部の終段部近傍から水平転送レジスタ部にかけての要部のみを示す。図１２は、図１１（平面図）のＢ−Ｂ線上の断面図である。
【００５７】
第４実施の形態に係る固体撮像装置１０４は、図１１（平面図）に示すように、各垂直転送レジスタ部３の垂直転送チャネル領域１５が形成され、この垂直転送チャネル領域１５上にゲート絶縁膜を介して複数の垂直転送電極１７が形成される。終段部分の垂直転送電極は、前述と異なるパターンを有して構成される。垂直転送レジスタ部３の最終段の転送部を構成する第１、第２の垂直・水平転送ゲート部７，９では、その第１、第２の垂直転送ゲート電極１７Ａ，１７Ｂが２本の転送チャネル領域１５に共通となるように、水平方向に分割された電極パターンに形成される。また、水平転送レジスタ部４は、各垂直転送レジスタ部３の転送チャネル領域１５に接続された水平転送チャネル領域２３上に、ゲート絶縁膜を介して複数の水平転送電極２４を配列形成して構成される。水平転送電極２４は、２相駆動パルスφＨ１、φＨ２が印加される水平転送電極２４１，２４２で形成される。水平転送電極２４１は、水平転送電極２４２より垂直転送レジスタ部３側に突出してＴ字型に形成される。各垂直転送レジスタ部３は、水平転送レジスタ部４の駆動パルスφＨ１が印加される転送部に接続される。
【００５８】
そして、本実施の形態では、前述と同様に垂直転送レジスタ部３の最終段の転送部を構成する第１垂直・水平転送ゲート部７に縦型オーバーフロードレイン構造６を形成して構成される。この縦型オーバーフロードレイン構造６の具体的な断面構造は、図１２に示すように、前述の図３と同様である。第２垂直・水平転送ゲート部９は、第１垂直・水平転送ゲート部７と水平転送レジスタ部４との間に形成される。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、図１１及び図１２において、図２及び図３と対応した部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００５９】
第４実施の形態に係る固体撮像装置１０４によれば、垂直転送レジスタ部３の最終段において、半導体基板１１とは電気的に分離した縦型オーバーフロードレイン構造６を有する構成としている。この構成により、大光量時のスミア信号となる不要電荷の水平転送レジスタ部４への転送を防ぐことができるなど、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【００６０】
なお、上述した実施の形態では、信号電荷を電子として構成したが、信号電荷を正孔（ホール）として構成することもできる。この場合、各半導体領域の導電型は上例とは逆の導電型で構成される。
【００６１】
上例では、本発明をインターライン転送（ＩＴ）方式のＣＣＤ固体撮像装置に適用したが、受光部及び垂直転送レジスタ部を有する撮像領域と、垂直転送レジスタ部のみを有する蓄積部と、水平転送レジスタ部を備えたフレームインターライン転送（ＦＩＴ）方式のＣＣＤ固体撮像装置にも適用できる。本発明をフレームインターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像装置に適用した場合には、蓄積部の垂直転送レジスタ部の最終段に縦型オーバーフロードレイン構造を形成する。
【００６２】
本発明に係る固体撮像装置は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ付き携帯機器、固体撮像装置を備えたその他の機器、等の電子機器に適用することができる。
【００６３】
［電子機器の実施の形態］
図１３に、本発明の電子機器の一例としてカメラに適用した実施の形態を示す。本実施の形態に係るカメラ４０は、光学系（光学レンズ）４１と、ＣＣＤ固体撮像装置４２と、ＣＣＤ駆動回路４３と、信号処理回路４４とを備えてなる。ＣＣＤ固体撮像装置４０は、上述した各実施の形態のいずれか１つの固体撮像装置が適用される。光学系４１は、被写体からの像光（入射光）をＣＣＤ固体撮像装置４２の撮像面上に結像させる。これにより、ＣＣＤ固体撮像装置４２の受光部（光電変換素子）において、入射光の光量に応じて信号電荷に変換され、受光部において一定期間信号電荷が蓄積される。ＣＣＤ駆動回路４３は、ＣＣＤ固体撮像装置４２で受光された信号電荷を垂直転送レジスタ部へ読み出した後、垂直転送レジスタ部内を転送して水平転送レジスタ部へ転送し、さらに水平転送レジスタ部内を転送させるための駆動を行う。信号処理回路４４は、ＣＣＤ固体撮像装置４２の出力信号に対して種々の信号処理を施して出力する。本実施の形態のカメラ４０は、光学系４１、ＣＣＤ固体撮像装置４２、ＣＣＤ駆動回路４３、信号処理回路４４がモジュール化したカメラモジュールの形態を含む。
【００６４】
本発明は、図１３のカメラ、あるいはカメラモジュールを備えた例えば携帯電話に代表されるカメラ付き携帯機器などを構成することができる。
さらに、図１３の構成は、光学系４１、ＣＣＤ固体撮像装置４２、ＣＣＤ駆動回路４３、信号処理回路４４がモジュール化した撮像機能を有するモジュール、いわゆる撮像機能モジュ−ルとして構成することができる。本発明は、このような撮像機能モジュールを備えた電子機器を構成することができる。
【００６５】
本実施の形態に係る電子機器によれば、ＣＣＤ固体撮像装置の画素を微細化しても大光量時に垂直転送レジスタ部で発生するスミア信号（電荷）の水平転送レジスタ部への転送を防ぐことができ、高画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】
【００６６】
【図１】本発明に係るＣＣＤ固体撮像装置の実施の形態の概略構成図である。
【図２】第１実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像装置の要部の平面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ線上の断面図である。
【図４】図２のＣ−Ｃ線上の断面図である。
【図５】図２のＤ−Ｄ線上の断面図である。
【図６】図３のＡ−Ａ線上のポテンシャル図である。
【図７】第２実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像装置の要部の平面図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ線上の断面図である。
【図９】第３実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像装置の要部の平面図である。
【図１０】図９のＢ−Ｂ線上の断面図である。
【図１１】第４実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像装置の要部の平面図である。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ線上の断面図である。
【図１３】本発明に係る電子機器をカメラに適用した概略構成図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０１，１０２，１０３，１０４・・ＣＣＤ固体撮像装置、２・・受光部、３・・垂直転送レジスタ部、４・・水平転送レジスタ部、５・・出力部、６・・縦型オーバーフロードレイン構造、７・・第１垂直・水平転送ゲート部、８・・電位供給部、９・・第２垂直・水平転送ゲート部、１１・・半導体基板、１２、２６、２７・・ｐ型半導体ウェル領域、１３・・ドレイン領域、１４・・オーバーフローバリア領域、１５・・垂直転送チャネル領域、１５ｄ・・合流転送チャネル領域、１７、１７Ｃ〜１７Ｉ・・垂直転送電極、１７Ａ，１７Ｂ・・垂直・水平転送ゲート電極、１８・・チャネルストップ領域、２０・・電極取り出し領域、２３・・水平転送チャネル領域、２４［２４１，２４２，２４３］・・水平転送電極、２５・・配線
【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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