(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体の表層部に配列された光電変換を行う受光部と、
該受光部の列方向に沿ってその一方の側に設けられた読み出しゲートと、
該受光部の列方向に沿ってその他方の側に設けられたチャネルストップと、
前記読み出しゲートおよびチャネルストップの、前記受光部と反対の側にそれぞれ設けられた垂直転送レジスタと、
前記基体上の、前記垂直転送レジスタおよびその側方に配設された前記読み出しゲートの略直上位置に設けられた転送電極と、
該転送電極の上にこれを覆い、かつ前記受光部の直上位置の少なくとも一部を開口した状態で設けられた遮光膜とを備えてなる固体撮像素子において、
前記読み出しゲートの幅が前記チャネルストップの幅より広く形成され、
前記遮光膜における、前記受光部の直上位置まで延びて形成された張り出し部の読み出しゲート側の張り出し幅が、該張り出し部のチャネルストップ側の張り出し幅より狭く形成されてなり、
前記読み出しゲート側における前記遮光膜の開口縁部から前記垂直転送レジスタまでの当該遮光膜の幅と、前記チャネルストップ側における前記遮光膜の開口縁部から前記垂直転送レジスタまでの当該遮光膜の幅とが、スミア特性のバランスが取れる程度にほぼ同一である
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
基体の表層部に配列された光電変換を行う受光部と、
該受光部の列方向に沿ってその一方の側に設けられた読み出しゲートと、
該受光部の列方向に沿ってその他方の側に設けられたチャネルストップと、
前記読み出しゲートおよびチャネルストップの、前記受光部と反対の側にそれぞれ設けられた垂直転送レジスタと、
前記基体上の、前記垂直転送レジスタおよびその側方に配設された前記読み出しゲートの略直上位置に設けられた転送電極と、
該転送電極の上にこれを覆い、かつ前記受光部の直上位置の少なくとも一部を開口した状態で設けられた遮光膜とを備えてなる固体撮像素子において、
前記読み出しゲートの幅が前記チャネルストップの幅より狭く形成され、
前記遮光膜における、前記受光部の直上位置まで延びて形成された張り出し部の読み出しゲート側の張り出し幅が、該張り出し部のチャネルストップ側の張り出し幅より広く形成されてなり、
前記読み出しゲート側における前記遮光膜の開口縁部から前記垂直転送レジスタまでの当該遮光膜の幅と、前記チャネルストップ側における前記遮光膜の開口縁部から前記垂直転送レジスタまでの当該遮光膜の幅とが、スミア特性のバランスが取れる程度にほぼ同一である
ことを特徴とする固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換をなす受光部を有した固体撮像素子に係り、詳しくはスミア特性を改善した固体撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ（Charge-Coupled Device ）型の固体撮像素子として、従来、図３（ａ）、（ｂ）に示す構造のものが知られている。図３（ａ）、（ｂ）において符号１は固体撮像素子であり、この固体撮像素子１は、図３（ａ）に示すようにシリコン基板２の表層部にオーバーフローバリア（図示略）を形成し、これの上に受光部３…を配列形成し、さらにこれら受光部３の上にホール蓄積部４を形成したものである。受光部３の一方の側方には読み出しゲート５、Ｐウェル６がこの順に配設され、さらにＰウェル６の上には垂直転送レジスタ７が配設されている。また、受光部３の他方の側方にはチャネルストップ８が配設され、該チャネルストップ８の側方には別のＰウェル６、垂直転送レジスタ７が配設され、さらにこれらＰウェル６、垂直転送レジスタ７の側方には読み出しゲート（図示略）、受光部（図示略）が順次配設されている。
【０００３】
シリコン基板２の表面にはＳｉＯ2 からなる絶縁膜９が形成され、この絶縁膜９の上には、前記垂直転送レジスタ６、およびその両側に配設された読み出しゲート５、チャネルストップ８の直上位置をほぼ覆って転送電極１０が形成されている。前記絶縁膜９上には、転送電極１０を覆った状態で絶縁膜１１が形成されている。この絶縁膜１１上には、前記転送電極１０を覆いかつ前記受光部３の直上位置の一部を開口した状態で遮光膜１２が形成されている。この遮光膜１２は、転送電極１０の上面および側面を覆う絶縁膜１１の直上部分１２ａと、絶縁膜１１の段差面１１ａから受光部３上に延びる張り出し部１２ｂとからなっており、図３（ｂ）に示すように隣合う遮光膜１２の張り出し部１２ｂ、１２ｂ間に受光のための開口部１３を形成している。また、シリコン基板２上には、図３（ａ）に示すように該遮光膜１２等を覆って透明材料からなるパッシベーション層１４が形成されている。
【０００４】
そして、このような構成により固体撮像素子１は、パッシベーション層１４を透過してきた入射光を受光部３で受け、光電変換を行って電荷とする。すると、得られた電荷は読み出しゲート５を経て垂直転送レジスタ７に送られ、さらに転送電極１０の駆動によって垂直転送レジスタ７中を移動し、水平転送部（図示略）を経て信号として出力される。
【０００５】
ところで、このような固体撮像素子１では、搭載される光学カメラのレンズの絞り値などによって該固体撮像素子１に光が斜めに入射し、この入射光が図３（ａ）中矢印で示すようにシリコン基板２表面と遮光膜１２との間に入る場合がある。このような場合、この入射光のうちシリコン基板２と絶縁膜９との界面で反射して遮光膜１２の張り出し部１２ｂ下面に当たる成分が、遮光膜１２下面とシリコン基板２表面との間で多重反射を繰り返して垂直転送レジスタ７に直接入り込み、光電変換によって電子を発生し、これによりスミアを発生させる。なお、図３（ａ）中では矢印を読み出しゲート５側についてのみ示したが、チャネルストップ８側についても同様の機構によってスミアが発生する。
【０００６】
このようにして発生したスミアは、特に高輝度被写体を撮像したい場合、モニター画面上で上下に尾を引くように見えるので好ましくなく、したがってその低減化が望まれている。スミアの低減方法としては、従来、例えば図３（ａ）、（ｂ）に示した遮光膜１２の張り出し部１２ｂの張り出し幅Ｗ1 、Ｗ2 を広くしたり、読み出しゲート５の幅Ｗ3 やチャネルストップ８の幅Ｗ4 を広くすることにより、遮光膜１２の開口部１３周縁から垂直転送レジスタ７までの距離を長くするといった方法が知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図３に示したもののごとく従来の固体撮像素子では、通常、読み出しゲート５側の張り出し部１２ｂの張り出し幅Ｗ1 とチャネルストップ８側の張り出し部１２ｂの張り出し幅Ｗ2 とを同一にし、一方で読み出しゲート５の幅Ｗ3 とチャネルストップ８の幅Ｗ4 とを読み出しゲートの幅Ｗ3 がチャネルストップ８の幅Ｗ4 より広くなるよう異ならせている。これは、高画素化に伴う画素サイズの縮小により、それぞれの幅を最小限に抑えた結果であり、読み出しゲート５およびチャネルストップ８の幅を決める要素が異なるからである。
【０００８】
すなわち、固体撮像素子においてそのユニットセルは、高画素化に伴う画素サイズの縮小の際にセンサの開口率を向上させるため、読み出しゲート５、垂直転送レジスタ７、チャネルストップ８の幅（面積）をできる限り縮小する必要がある。垂直転送レジスタ７の面積については、必要とされる取扱い電荷量により決定され、またチャネルストップ８については、ホトリソグラフィ限界程度にまでその幅を狭くすることが可能である。しかし、読み出しゲート５については、ブルーミング（過大な光に対して、受光部の信号電荷が過剰となり、周辺の画素に溢れだす現象）が生じない程度の幅が必要なため、チャネルストップ８の幅よりも広くしなければならないのである。
【０００９】
また、遮光膜１２の張り出し部１２ｂの張り出し幅については、チャネルストップ側と読み出しゲート側とで同じにするのが普通である。これは、読み出しゲート５側とチャネルストップ８側とのスミア成分のバランスを取るためには、遮光膜１２の張り出し部１２ｂの張り出し幅を同じにする必要があると考えられているからである。なぜなら、張り出し部１２ｂの張り出し幅が不十分であると、該張り出し幅そのものでスミアが律速されることが多いからである。
【００１０】
しかしながら、画素サイズによっても異なるものの、スミアは張り出し部１２ｂの張り出し幅だけでなく、開口部１３の周縁から垂直転送レジスタ７までの距離（読み出しゲート５の幅、およびチャネルストップ８の幅）にも影響され、距離が長い程レベルが小さくなる。この結果、開口部１３周縁から垂直転送レジスタ７までの距離が短いチャネルストップ８側では、スミアが律速されることとなってしまうのである。
【００１１】
しかして、感度を優先するデバイスの場合には、前記のような設計もやむを得ないものの、スミアの低減化を優先するデバイスの場合には、当然好ましくないものとなってしまうのである。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、スミア特性を改善した固体撮像素子を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明における請求項１記載の固体撮像素子では、基体の表層部に配列された光電変換を行う受光部と、該受光部の列方向に沿ってその一方の側に設けられた読み出しゲートと、該受光部の列方向に沿ってその他方の側に設けられたチャネルストップと、前記読み出しゲートおよびチャネルストップの、前記受光部と反対の側にそれぞれ設けられた垂直転送レジスタと、前記基体上の、前記垂直転送レジスタおよびその側方に配設された前記読み出しゲートの略直上位置に設けられた転送電極と、該転送電極の上にこれを覆い、かつ前記受光部の直上位置の少なくとも一部を開口した状態で設けられた遮光膜とを備えてなり、前記読み出しゲートの幅が前記チャネルストップの幅より広く形成され、前記遮光膜における、前記受光部の直上位置にまで延びて形成された張り出し部の読み出しゲート側の張り出し幅が、該張り出し部のチャネルストップ側の張り出し幅より狭く形成されてなり、さらに前記読み出しゲート側における前記遮光膜の開口縁部から前記垂直転送レジスタまでの当該遮光膜の幅と、前記チャネルストップ側における前記遮光膜の開口縁部から前記垂直転送レジスタまでの当該遮光膜の幅とが、スミア特性のバランスが取れる程度にほぼ同一であることを前記課題の解決手段とした。
【００１３】
請求項２記載の固体撮像素子では、基体の表層部に配列された光電変換を行う受光部と、該受光部の列方向に沿ってその一方の側に設けられた読み出しゲートと、該受光部の列方向に沿ってその他方の側に設けられたチャネルストップと、前記読み出しゲートおよびチャネルストップの、前記受光部と反対の側にそれぞれ設けられた垂直転送レジスタと、前記基体上の、前記垂直転送レジスタおよびその側方に配設された前記読み出しゲートの略直上位置に設けられた転送電極と、該転送電極の上にこれを覆い、かつ前記受光部の直上位置の少なくとも一部を開口した状態で設けられた遮光膜とを備えてなり、前記読み出しゲートの幅が前記チャネルストップの幅より狭く形成され、前記遮光膜における、前記受光部の直上位置にまで延びて形成された張り出し部の読み出しゲート側の張り出し幅が、該張り出し部のチャネルストップ側の張り出し幅より広く形成されてなり、さらに前記読み出しゲート側における前記遮光膜の開口縁部から前記垂直転送レジスタまでの当該遮光膜の幅と、前記チャネルストップ側における前記遮光膜の開口縁部から前記垂直転送レジスタまでの当該遮光膜の幅とが、スミア特性のバランスが取れる程度にほぼ同一であることを前記課題の解決手段とした。
【００１４】
本発明における請求項１記載の固体撮像素子によれば、読み出しゲートの幅がチャネルストップの幅より広く形成され、遮光膜における、受光部の直上位置にまで延びて形成された張り出し部の読み出しゲート側の張り出し幅が、該張り出し部のチャネルストップ側の張り出し幅より狭く形成され、かつ読み出しゲート側とチャネルストップ側とで、遮光膜の開口縁部から垂直転送レジスタまでの幅が、スミア特性のバランスが取れる程度にほぼ同一であるため、読み出しゲート側とチャネルストップ側とでスミア特性のバランスが取れ、これにより固体撮像素子全体でのスミア特性が向上する。
【００１５】
請求項２記載の固体撮像素子によれば、読み出しゲートの幅がチャネルストップの幅より狭く形成され、遮光膜における、受光部の直上位置にまで延びて形成された張り出し部の読み出しゲート側の張り出し幅が、該張り出し部のチャネルストップ側の張り出し幅より広く形成され、かつ請求項１記載の固体撮像素子の場合と同様に、読み出しゲート側とチャネルストップ側とで、遮光膜の開口縁部から垂直転送レジスタまでの幅が、スミア特性のバランスが取れる程度にほぼ同一であるため、読み出しゲート側とチャネルストップ側とでスミア特性のバランスが取れ、これにより固体撮像素子全体でのスミア特性が向上する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施形態例によって詳しく説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は本発明における請求項１記載の固体撮像素子の一実施形態例を示す図であり、図１（ａ）、（ｂ）において符号２０は固体撮像素子である。なお、図１に示した撮像素子２０において図３（ａ）、（ｂ）に示した固体撮像素子１と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。図１に示した撮像素子２０が図３（ａ）、（ｂ）に示した固体撮像素子１と異なるところは、遮光膜の張り出し部の張り出し幅についてである。
【００１７】
すなわち、本実施形態例の固体撮像素子２０では、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、Ａｌ等からなる遮光膜２１における読み出しゲート５側の張り出し部２１ｂの張り出し幅Ｗ5 を、チャネルストップ８側の張り出し部２１ｂの張り出し幅Ｗ6 より狭く形成している。また、読み出しゲート５およびチャネルストップ８については、いずれもその幅Ｗ3 、Ｗ4 を従来と同一に、すなわち読み出しゲート５の幅Ｗ3 がチャネルストップ８の幅Ｗ4 より広く形成されている。
【００１８】
したがって、このような構成により固体撮像素子２０は、遮光膜２１の張り出し部２１ｂ、２１ｂ間に形成された開口部２２（図１（ｂ）参照）の周縁から垂直転送レジスタ７までの距離が、読み出しゲート５側とチャネルストップ８側とで大きく異なることなくほぼ同一になる。すなわち、Ｗ3 ＞Ｗ4 、Ｗ5 ＜Ｗ6 としたことにより、Ｗ3 ＋Ｗ5 ≒Ｗ4 ＋Ｗ6 となるのである。ここで、読み出しゲート５側における転送電極１０の側面と遮光膜２１の内側面との間の距離、およびチャネルストップ８側における転送電極１０の側面と遮光膜２１の内側面との間の距離については、図１（ａ）に示すようにいずれも絶縁膜１１の厚さに相当していることから、これらは同一とみなしている。
よって、本実施形態例の固体撮像素子２０にあっては、開口部２２周縁から垂直転送レジスタ７までの距離が、読み出しゲート５側とチャネルストップ８側とでほぼ同一になることから、読み出しゲート５側とチャネルストップ８側とでスミア特性のバランスを取ることができ、これにより素子全体のスミア特性を向上させることができる。
【００１９】
図２（ａ）、（ｂ）は本発明における請求項２記載の固体撮像素子の一実施形態例を示す図であり、図２（ａ）、（ｂ）において符号３０は固体撮像素子である。この固体撮像素子３０が図３（ａ）、（ｂ）に示した固体撮像素子１と異なるところは、読み出しゲートおよびチャネルストップの幅と、遮光膜の張り出し部の張り出し幅についてである。
【００２０】
すなわち、本実施形態例の固体撮像素子３０では、図２（ａ）、（ｂ）に示すように読み出しゲート３１およびチャネルストップ３２については、その幅Ｗ7 、Ｗ8 が、従来と異なり読み出しゲート３１の幅Ｗ7 がチャネルストップ３２の幅Ｗ8 より狭く形成されている。また、Ａｌ等からなる遮光膜３３における読み出しゲート３１側の張り出し部３３ｂの張り出し幅Ｗ9 は、チャネルストップ３２側の張り出し部３３ｂの張り出し幅Ｗ10より広く形成されている。
【００２１】
したがって、このような構成により固体撮像素子３０は、遮光膜３３の張り出し部３３ｂ、３３ｂ間に形成された開口部３４（図２（ｂ）参照）の周縁から垂直転送レジスタ７までの距離が、読み出しゲート３１側とチャネルストップ３２側とで大きく異なることなくほぼ同一になる。すなわち、Ｗ7 ＜Ｗ8 、Ｗ9 ＞Ｗ10としたことにより、Ｗ7 ＋Ｗ9 ≒Ｗ8 ＋Ｗ10となるのである。なお、読み出しゲート３１側における転送電極１０の側面と遮光膜３３の内側面との間の距離、およびチャネルストップ３２における転送電極１０の側面と遮光膜３３の内側面との間の距離については、図２（ａ）に示すようにいずれも絶縁膜１１の厚さに相当していることから、図１（ａ）に示した例と同様にこれらは同一とみなしている。
よって、本実施形態例の固体撮像素子３０にあっても、開口部３４周縁から垂直転送レジスタ７までの距離が、読み出しゲート３１側とチャネルストップ３２側とでほぼ同一になることから、読み出しゲート３１側とチャネルストップ３２側とでスミア特性のバランスを取ることができ、これにより素子全体のスミア特性を向上させることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の固体撮像素子は、読み出しゲート側とチャネルストップ側とで、その遮光膜の張り出し部間に形成された開口部の周縁から、それぞれの側の垂直転送レジスタまでの幅を、スミア特性のバランスが取れる程度にほぼ同一としたものであるから、読み出しゲート側とチャネルストップ側とでスミア特性のバランスを取ることができ、これにより素子全体でのスミア特性を改善して従来に比べスミア特性を大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像素子の一実施形態例の概略構成を示す図であり、（ａ）は要部側断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視したときの平断面の部分図である。
【図２】本発明の固体撮像素子の他の実施形態例の概略構成を示す図であり、（ａ）は要部側断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視したときの平断面の部分図である。
【図３】従来の固体撮像素子の一例の概略構成を示す図であり、（ａ）は要部側断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視したときの平断面の部分図である。
【符号の説明】
２  シリコン基板（基体）
３  受光部
５、３１  読み出しゲート
７  垂直転送レジスタ
８、３２  チャネルストップ
１０  転送電極
２０、３０  固体撮像素子
２１、３３  遮光膜
２１ｂ、３３ｂ  張り出し部
２２、３４  開口部
【図１】
0003715353.tif 000002
【図２】
0003715353.tif 000003
【図３】
0003715353.tif 000004