(57)【要約】【課題】 画質劣化を引き起こすことなく、電荷電圧変換率を高めることが可能な出力部を得る。【解決手段】  電荷転送部から転送された信号電荷を検出して電圧変換する出力回路（出力部）を有するＣＣＤにおいて、この出力部を構成する初段ＭＯＳトランジスタのドレイン領域４およびソース領域５の少なくとも一方の近傍チャネル町域上のゲート絶縁膜８が、それ以外の部分のゲート絶縁膜７よりも厚く膜形成されている。このように、第１ゲート絶縁膜厚を厚膜化することによって、ゲート−ドレイン間容量Ｃｄおよびゲート−ソース間容量Ｃｓの少なくとも一方を低減化して、その出力部の電荷電圧変換率を高めることができる。【選択図】  図１
2006228962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出信号電荷量に応じた出力電圧信号を読み出す信号出力部を構成するＭＯＳトランジスタのチャネル領域上のゲート絶縁膜は、厚膜の第１ゲート絶縁膜部分と、これよりも薄膜の第２ゲート絶縁膜部分とを有している固体撮像装置。
【請求項２】
前記信号出力部は複数段のソースフォロワ回路を有し、前記ＭＯＳトランジスタは初段のソースフォロワ回路を構成する駆動側ＭＯＳトランジスタである請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記ゲート絶縁膜は、前記ＭＯＳトランジスタのドレイン領域およびソース領域の少なくとも一方領域近傍のチャネル領域上が前記第１ゲート絶縁膜で構成され、その他のチャネル領域上が前記第２ゲート絶縁膜で構成されている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１ゲート絶縁膜および第２ゲート絶縁膜は、単層または複数層によって構成され、該第１ゲート絶縁膜は、該第２ゲート絶縁膜の層数以上の層によって構成されている請求項１または３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記チャンネル領域はＮ型低濃度不純物が注入されてうすいＮ型領域になっている埋め込み型である請求項１または３に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１ゲート絶縁膜下のチャンネル領域は、Ｎ型低濃度不純物が注入されてうすいＮ型領域になっている埋め込み型で構成され、前記第２ゲート絶縁膜下のチャンネル領域はＰ型領域のサーフェス型で構成されている請求項１，３および４のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記信号出力部は、受光部で光電変換された信号電荷を転送する電荷転送部から転送された転送信号電荷を検出し、検出した検出信号電荷に応じた電圧値の出力信号を出力する請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記信号出力部は、前記転送信号電荷を一時蓄積するフローティングディフュージョン手段と、前記電荷転送部の転送駆動タイミングに同期して該フローティングディフュージョン手段の電位を所定電位に設定するリセットトランジスタ手段と、該フローティングディフュージョン手段の電位変化を読み出して信号出力するソースフォロワ回路とを有する請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記ソースフォロワ回路は、駆動側ＭＯＳトランジスタと定電流ＭＯＳトランジスタからなるソースフォロワ回路が複数段設けられている請求項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
検出信号電荷量に応じた出力電圧信号を読み出す信号出力部を構成するＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜は、該ＭＯＳトランジスタのドレイン領域近傍のチャネル領域上が厚膜の第１ゲート絶縁膜で構成され、該ドレイン領域近傍のチャネル領域以外のチャネル領域上が薄膜の第２ゲート絶縁膜で構成され、
該信号出力部は複数段のソースフォロワ回路を有し、該ＭＯＳトランジスタは初段のソースフォロワ回路を構成する駆動側ＭＯＳトランジスタであり、
該チャンネル領域はＮ型低濃度不純物が注入されてうすいＮ型領域になっている埋め込み型である固体撮像装置。
【請求項１１】
検出信号電荷量に応じた出力電圧信号を読み出す信号出力部を構成するＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜は、該ＭＯＳトランジスタのドレイン領域近傍のチャネル領域上が厚膜の第１ゲート絶縁膜で構成され、該ドレイン領域近傍のチャネル領域以外のチャネル領域上が薄膜の第２ゲート絶縁膜で構成され、
該信号出力部は複数段のソースフォロワ回路を有し、該ＭＯＳトランジスタは初段のソースフォロワ回路を構成する駆動側ＭＯＳトランジスタであり、
該第１ゲート絶縁膜下のチャンネル領域はＮ型低濃度不純物が注入されてうすいＮ型領域になっている埋め込み型で構成され、該第２ゲート絶縁膜下のチャンネル領域はＰ型領域のサーフェス型で構成されている固体撮像装置。
【請求項１２】
検出信号電荷量に応じた出力電圧信号を読み出す信号出力部を構成するＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜は、該ＭＯＳトランジスタのドレイン領域およびソース領域近傍のチャネル領域の両側上が厚膜の第１ゲート絶縁膜で構成され、該ドレイン領域およびソース領域近傍のチャネル領域の両側以外のチャネル領域上が薄膜の第２ゲート絶縁膜で構成され、
該信号出力部は複数段のソースフォロワ回路を有し、該ＭＯＳトランジスタは初段のソースフォロワ回路を構成する駆動側ＭＯＳトランジスタであり、
該チャンネル領域はＮ型低濃度不純物が注入されてうすいＮ型領域になっている埋め込み型である固体撮像装置。
【請求項１３】
検出信号電荷量に応じた出力電圧信号を読み出す信号出力部を構成するＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜は、該ＭＯＳトランジスタのドレイン領域およびソース領域近傍のチャネル領域の両側上が厚膜の第１ゲート絶縁膜で構成され、該ドレイン領域およびソース領域近傍のチャネル領域の両側以外のチャネル領域上が薄膜の第２ゲート絶縁膜で構成され、
該信号出力部は複数段のソースフォロワ回路を有し、該ＭＯＳトランジスタは初段のソースフォロワ回路を構成する駆動側ＭＯＳトランジスタであり、
該第１ゲート絶縁膜下のチャンネル領域はＮ型低濃度不純物が注入されてうすいＮ型領域になっている埋め込み型で構成され、該第２ゲート絶縁膜下のチャンネル領域はＰ型領域のサーフェス型で構成されている固体撮像装置。
【請求項１４】
検出信号電荷量に応じた出力電圧信号を読み出す信号出力部を構成するＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜は、該ＭＯＳトランジスタのドレイン領域近傍のチャネル領域上が厚膜の第１ゲート絶縁膜で構成され、該ドレイン領域近傍のチャネル領域以外のチャネル領域上が薄膜の第２ゲート絶縁膜で構成され、該第１ゲート絶縁膜は該第２ゲート絶縁膜を含む２層で構成されており、
該信号出力部は複数段のソースフォロワ回路を有し、該ＭＯＳトランジスタは初段のソースフォロワ回路を構成する駆動側ＭＯＳトランジスタであり、
該チャンネル領域はＮ型低濃度不純物が注入されてうすいＮ型領域になっている埋め込み型である固体撮像装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれかに記載の固体撮像装置と、
該固体撮像装置からの出力画像信号を表示用に信号処理する信号処理部と、
該信号処理部で信号処理された画像信号に基づいて表示可能とする表示部とを有する電子情報機器。
【請求項１６】
請求項１〜１４のいずれかに記載の固体撮像装置と、
該固体撮像装置からの出力画像信号を記憶用に信号処理する信号処理部と、
該信号処理部で信号処理された画像信号を記憶可能とする記憶部とを有する電子情報機器。
【請求項１７】
請求項１〜１４のいずれかに記載の固体撮像装置と、
該固体撮像装置からの出力画像信号を通信用に信号処理する信号処理部と、
該信号処理部で信号処理された画像信号を通信可能とする通信部とを有する電子情報機器。
【請求項１８】
請求項１〜１４のいずれかに記載の固体撮像装置と、
該固体撮像装置からの出力画像信号を信号処理する信号処理部と、
該信号処理部で信号処理された画像信号に基づいて表示可能とする表示部と、
該信号処理部で信号処理された画像信号を記憶可能とする記憶部と、
該信号処理部で信号処理された画像信号を通信可能とする通信部とを有する電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサに用いられ、高い電荷電圧変換率を得るための信号出力部を有する固体撮像装置および、これを用いた例えばデジタルカメラ、ビデオカメラおよび携帯電話付きカメラなどのカメラ装置や携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体撮像装置（以下ＣＣＤという）には、受光部に入射した光により生成された信号電荷を転送する電荷転送部と、この電荷転送部から転送された信号電荷を検出し、検出した信号電荷に応じた電圧値の出力信号を出力する出力部とが設けられている。
【０００３】
このＣＣＤの出力部には、転送されて来た信号電荷を一旦蓄積してその電位変動を電圧値に変換して取り出すために、電気的に独立して設けられた浮遊拡散層（フローティングディフュージョン、以下、ＦＤという）が設けられている。さらに、このフローティングディフュージョン手段としてのＦＤは、一般的にインピーダンスが低いため、ＭＯＳトランジスタをソースフォロワ接続したソースフォロワ回路がＦＤに接続されて設けられ、これによってインピーダンス変換が行われている。このＣＣＤの出力部の一例について図６に示している。
【０００４】
図６は、従来の一般的なＣＣＤの出力部の構成例を示す回路図である。
【０００５】
図６において、この出力部は、転送電荷を一旦蓄積するＦＤと、このＦＤを電荷転送部の転送駆動のタイミングに同期して所定電位に設定するリセットトランジスタφＲと、駆動側ＭＯＳトランジスタ１１ａ，１２ａ，１３ａおよび、定電流ＭＯＳトランジスタ１１ｂ，１２ｂ，１３ｂが接続されて、ＦＤの電位変化を取り出す複数段のソースフォロワ回路とを有している。
【０００６】
上記構成により、電荷転送部（図示せず）からＦＤに信号電荷ΔＱが転送されて来た場合に、ＦＤの全負荷容量をＣｔとすると、ＦＤで変換される電圧変化量ΔＶは
ΔＶ＝ΔＱ／Ｃｔ
によって表される。したがって、全負荷容量Ｃｔが小さいほど、電荷電圧変換率を高めて、ＦＤで変換される電圧変化量ΔＶを大きくすることができるため、ＣＣＤの感度および飽和出力特性が向上して画質が良好になる。
【０００７】
全負荷容量Ｃｔを小さくする方法としては、例えばＦＤのパターンの微細化と、ソースフォロワ回路を構成する丸印Ａで囲んだ初段の駆動側ＭＯＳトランジスタ１１ａ（以下、初段ＭＯＳ−Ｔｒという）のゲート容量を小さくすることが考えられる。
【０００８】
しかしながら、ＦＤのパターン微細化によって電荷電圧変換率を高める方法は、加工上の限界があり、困難である。初段ＭＯＳ−Ｔｒのゲート容量を小さくすることによって電荷電圧変換率を高める方法について図７を用いて説明する。
【０００９】
図７は、図６の初段ＭＯＳ−Ｔｒの積層構成例を示す基板断面図である。
【００１０】
図７において、初段ＭＯＳ−ＴｒがＮチャネル型トランジスタ６の場合について説明すると、Ｎ型基板１の表面上のＰ型ウエル領域２に所定の間隔を開けてドレイン領域４およびソース領域５が設けられ、その間のチャネル領域上にゲート絶縁膜７を介してゲート電極３が設けられている。このゲート絶縁膜７(膜厚ｄ０）は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）によって形成されている。
【００１１】
初段ＭＯＳ−Ｔｒのゲート容量Ｃｇは、ゲート−ドレイン間容量Ｃｄ、ゲート−ソース間容量Ｃｓおよびゲート−チャネル間容量Ｃｃの和であり、
Ｃｇ＝Ｃｄ＋Ｃｓ＋Ｃｃ
によって表される。
【００１２】
ここで、ゲート容量Ｃｇを小さくするためには、ゲート幅およびゲート長を小さくしてゲート面積を小さくすることは容易である。
【００１３】
しかしながら、ゲート面積を小さくすると、ゲート面積に依存する１／ｆノイズが増大し、画質劣化を引き起こす原因になる。また、ソースフォロワ回路のゲイン低下を招き、電荷電圧変換率が低下する。
【００１４】
この改善策として、例えば特許文献１では、初段ＭＯＳ−Ｔｒのゲート絶縁膜厚を薄膜化することによって、１／ｆノイズの低減を図っている。
【００１５】
特許文献２では、初段ＭＯＳ−ＴｒをＬＤＤ構造とすることによって、ゲート−ドレイン間の結合容量Ｃｄを小さくして全体の寄生容量を小さくしている。
【００１６】
特許文献３では、駆動側トランジスタのゲート電極とドレイン領域の境界部においてゲート電極側面を含むゲート電極の一部とドレイン領域の一部とを被覆する絶縁膜を設け、この絶縁膜下部のドレイン領域をそれ以外のドレイン領域に比べて低不純物濃度領域とすることにより、ゲート−ドレイン間の寄生容量Ｃｄを小さくしている。
【００１７】
特許文献４では電荷転送部である水平ＣＣＤシフトレジスタとＦＤとの間に設けられた読み出しゲート電極下のゲート絶縁膜の厚みを、水平ＣＣＤシフトレジスタ側で薄く、ＦＤ側で厚くしている。これによって、読み出しゲート電極において、信号電荷の取り残しを抑制して、水平ＣＣＤシフトレジスタの駆動電圧を低電圧化することができる。
【特許文献１】特許第３３０９４６４号公報
【特許文献２】特開平１１−２７４４７２号公報
【特許文献３】特開２００１−２３７４０９号公報
【特許文献４】特開２００３−１７６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、上記特許文献１の従来技術によって、初段ＭＯＳ−Ｔｒのゲート絶縁膜厚を薄膜化した場合、図７のゲート容量Ｃｇ（Ｃｄ、ＣｓおよびＣｃ）はゲート絶縁膜厚に反比例して増大する結果、ゲート容量Ｃｇが増大し、電荷電圧変換率の低下を招くことになる。
【００１９】
特許文献２，３では、ドレイン領域に低不純物濃度領域を設けるために、複数の不純物注入工程やそのマスク工程に工数が別途かかり、かつ、ドレイン領域が大きくなってしまう。また、特許文献４は水平ＣＣＤシフトレジスタの電極部分の構造であって、信号出力部のＭＯＳトランジスタのゲート構造ではなく、その目的および作用効果も全く相違している。
【００２０】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、画質の劣化を引き起こすことなく、電荷電圧変換率を高めることができる信号出力部を有する固体撮像装置およびこれを用いた電子情報機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の固体撮像装置は、検出信号電荷量に応じた出力電圧信号を読み出す信号出力部を構成するＭＯＳトランジスタのチャネル領域上のゲート絶縁膜は、厚膜の第１ゲート絶縁膜部分と、これよりも薄膜の第２ゲート絶縁膜部分とを有しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２２】
また、好ましくは、本発明の固体撮像装置における信号出力部は複数段のソースフォロワ回路を有し、前記ＭＯＳトランジスタは初段のソースフォロワ回路を構成する駆動側ＭＯＳトランジスタである。
【００２３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置におけるゲート絶縁膜は、前記ＭＯＳトランジスタのドレイン領域およびソース領域の少なくとも一方領域近傍のチャネル領域上が前記第１ゲート絶縁膜で構成され、その他のチャネル領域上が前記第２ゲート絶縁膜で構成されている。
【００２４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における第１ゲート絶縁膜および第２ゲート絶縁膜は、単層または複数層によって構成され、該第１ゲート絶縁膜は、該第２ゲート絶縁膜の層数以上の層によって構成されている。
【００２５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置におけるチャンネル領域はＮ型低濃度不純物が注入されてうすいＮ型領域になっている埋め込み型である。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における第１ゲート絶縁膜下のチャンネル領域は、Ｎ型低濃度不純物が注入されてうすいＮ型領域になっている埋め込み型で構成され、前記第２ゲート絶縁膜下のチャンネル領域はＰ型領域のサーフェス型で構成されている。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における信号出力部は、受光部で光電変換された信号電荷を転送する電荷転送部から転送された転送信号電荷を検出し、検出した検出信号電荷に応じた電圧値の出力信号を出力する。
【００２８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における信号出力部は、前記転送信号電荷を一時蓄積するフローティングディフュージョン手段と、前記電荷転送部の転送駆動タイミングに同期して該フローティングディフュージョン手段の電位を所定電位に設定するリセットトランジスタ手段と、該フローティングディフュージョン手段の電位変化を読み出して信号出力するソースフォロワ回路とを有する。
【００２９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置におけるソースフォロワ回路は、駆動側ＭＯＳトランジスタと定電流ＭＯＳトランジスタからなるソースフォロワ回路が複数段設けられている。
【００３０】
本発明の固体撮像装置において、検出信号電荷量に応じた出力電圧信号を読み出す信号出力部を構成するＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜は、該ＭＯＳトランジスタのドレイン領域近傍のチャネル領域上が厚膜の第１ゲート絶縁膜で構成され、該ドレイン領域近傍のチャネル領域以外のチャネル領域上が薄膜の第２ゲート絶縁膜で構成され、
該信号出力部は複数段のソースフォロワ回路を有し、該ＭＯＳトランジスタは初段のソースフォロワ回路を構成する駆動側ＭＯＳトランジスタであり、
該チャンネル領域はＮ型低濃度不純物が注入されてうすいＮ型領域になっている埋め込み型であり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３１】
本発明の固体撮像装置において、検出信号電荷量に応じた出力電圧信号を読み出す信号出力部を構成するＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜は、該ＭＯＳトランジスタのドレイン領域近傍のチャネル領域上が厚膜の第１ゲート絶縁膜で構成され、該ドレイン領域近傍のチャネル領域以外のチャネル領域上が薄膜の第２ゲート絶縁膜で構成され、
該信号出力部は複数段のソースフォロワ回路を有し、該ＭＯＳトランジスタは初段のソースフォロワ回路を構成する駆動側ＭＯＳトランジスタであり、
該第１ゲート絶縁膜下のチャンネル領域はＮ型低濃度不純物が注入されてうすいＮ型領域になっている埋め込み型で構成され、該第２ゲート絶縁膜下のチャンネル領域はＰ型領域のサーフェス型で構成されており、そのことにより上記目的が達成される。
【００３２】
本発明の固体撮像装置において、検出信号電荷量に応じた出力電圧信号を読み出す信号出力部を構成するＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜は、該ＭＯＳトランジスタのドレイン領域およびソース領域近傍のチャネル領域の両側上が厚膜の第１ゲート絶縁膜で構成され、該ドレイン領域およびソース領域近傍のチャネル領域の両側以外のチャネル領域上が薄膜の第２ゲート絶縁膜で構成され、
該信号出力部は複数段のソースフォロワ回路を有し、該ＭＯＳトランジスタは初段のソースフォロワ回路を構成する駆動側ＭＯＳトランジスタであり、
該チャンネル領域はＮ型低濃度不純物が注入されてうすいＮ型領域の埋め込み型であり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３３】
本発明の固体撮像装置において、検出信号電荷量に応じた出力電圧信号を読み出す信号出力部を構成するＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜は、該ＭＯＳトランジスタのドレイン領域およびソース領域近傍のチャネル領域の両側上が厚膜の第１ゲート絶縁膜で構成され、該ドレイン領域およびソース領域近傍のチャネル領域の両側以外のチャネル領域上が薄膜の第２ゲート絶縁膜で構成され、
該信号出力部は複数段のソースフォロワ回路を有し、該ＭＯＳトランジスタは初段のソースフォロワ回路を構成する駆動側ＭＯＳトランジスタであり、
該第１ゲート絶縁膜下のチャンネル領域はＮ型低濃度不純物が注入されてうすいＮ型領域になっている埋め込み型で構成され、該第２ゲート絶縁膜下のチャンネル領域はＰ型領域のサーフェス型で構成されており、そのことにより上記目的が達成される。
【００３４】
本発明の固体撮像装置において、検出信号電荷量に応じた出力電圧信号を読み出す信号出力部を構成するＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜は、該ＭＯＳトランジスタのドレイン領域近傍のチャネル領域上が厚膜の第１ゲート絶縁膜で構成され、該ドレイン領域近傍のチャネル領域以外のチャネル領域上が薄膜の第２ゲート絶縁膜で構成され、該第１ゲート絶縁膜は該第２ゲート絶縁膜を含む２層で構成されており、
該信号出力部は複数段のソースフォロワ回路を有し、該ＭＯＳトランジスタは初段のソースフォロワ回路を構成する駆動側ＭＯＳトランジスタであり、
該チャンネル領域はＮ型低濃度不純物が注入されてうすいＮ型領域になっている埋め込み型であり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３５】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像装置と、該固体撮像装置からの出力画像信号を表示用に信号処理する信号処理部と、該信号処理部で信号処理された画像信号に基づいて表示可能とする表示部とを有しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００３６】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像装置と、該固体撮像装置からの出力画像信号を記憶用に信号処理する信号処理部と、該信号処理部で信号処理された画像信号を記憶する記憶部とを有しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００３７】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像装置と、該固体撮像装置からの出力画像信号を通信用に信号処理する信号処理部と、該信号処理部で信号処理された画像信号を通信可能とする通信部とを有しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００３８】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像装置と、該固体撮像装置からの出力画像信号を信号処理する信号処理部と、該信号処理部で信号処理された画像信号に基づいて表示可能とする表示部と、該信号処理部で信号処理された画像信号を記憶可能とする記憶部と、該信号処理部で信号処理された画像信号を通信可能とする通信部とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３９】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００４０】
本発明にあっては、電荷転送部から転送された転送信号電荷を検出して電圧変換する信号出力部を有する固体撮像装置であって、信号出力部を構成するＭＯＳトランジスタのチャネル領域上のゲート絶縁膜が厚膜の第１ゲート絶縁膜部分とそれよりも薄膜の第２ゲート絶縁膜部分によって構成されており、ドレイン領域およびソース領域の少なくとも一方領域近傍が第１ゲート絶縁膜で構成され、その他の部分が第２のゲート絶縁膜で構成されている。
【００４１】
このＭＯＳトランジスタを、初段のソースフォロワ回路を構成する駆動側ＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳ−Ｔｒ）とすることによって、信号出力部の電荷電圧変換率を高めることが可能となる。
【００４２】
第１ゲート絶縁膜の膜厚を第２ゲート絶縁膜よりも厚膜化することによって、１／ｆノイズによる画質劣化を引き起こすことなく、ゲート−ドレイン間容量Ｃｄおよびゲート−ソース間容量Ｃｓの少なくとも一方を低減することが可能となる。
【００４３】
ＭＯＳトランジスタの第１ゲート絶縁膜と第２ゲート絶縁膜は、単層または複数層で構成し、第１ゲート絶縁膜の層数を、第２ゲート絶縁膜の層数以上で構成することによって、第１ゲート絶縁膜厚を厚膜化することが可能となる。
【００４４】
ＭＯＳトランジスタのチャンネル領域を埋め込み型で構成するか、または、ＭＯＳトランジスタの第１ゲート絶縁膜下のチャンネル領域を埋め込み型で構成すると共に第２ゲート絶縁膜下のチャンネル領域をサーフェス型で構成することによって、ゲート電極下のチャネル領域の浅いポテンシャル段差を無くして、トランジスタ特性を安定化させることが可能となる。
【発明の効果】
【００４５】
以上により、本発明によれば、ＣＣＤの初段のソースフォロワ回路を構成する駆動側ＭＯＳトランジスタにおいて、ドレイン領域およびソース領域の少なくとも一方領域近傍のゲート絶縁膜の膜厚を、その他の部分のゲート絶縁膜厚よりも厚く形成することにより、１／ｆノイズによる画質劣化を引き起こすことなく、ゲート−ドレイン間およびゲート−ソース間の少なくとも一方の容量を低減して、電荷電圧変換率を高めることができる。これによって、ＣＣＤの感度および飽和出力特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下に、本発明のＣＣＤの信号出力部の実施形態１〜５について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４７】
本発明のＣＣＤは、光電変換を行う受光部と、この受光部への入射光により生成された信号電荷を転送する電荷転送部と、その電荷転送部から転送された信号電荷を検出し、この検出した信号電荷量に応じた電圧値の出力信号を出力する信号出力部とを有している。この信号出力部には、図６に示すように、転送電荷を一時蓄積するＦＤと、このＦＤを、電荷転送部の転送駆動タイミングに同期して所定電位に設定するリセットトランジスタφＲと、駆動側ＭＯＳトランジスタと定電流ＭＯＳトランジスタとがソースフォロワ接続された複数段からなり、ＦＤの電位変化を取り出すソースフォロワ回路とを有している。以下の各実施形態１〜５では、そのソースフォロワ回路における初段駆動側ＭＯＳトランジスタ（初段ＭＯＳ−Ｔｒ）の各構成例について詳細に説明する。
（実施形態１）
本実施形態１では、検出信号電荷量に応じた出力電圧信号を読み出す信号出力回路において、初段のソースフォロワ回路を構成する駆動側ＭＯＳトランジスタを構成するＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜は、そのドレイン領域近傍のチャネル領域上が厚膜の第１ゲート絶縁膜で構成され、このドレイン領域近傍のチャネル領域以外のチャネル領域上が薄膜の第２ゲート絶縁膜で構成され、この場合のチャンネル領域はＮ型低濃度不純物が注入されてうすいＮ型領域になっている埋め込み型である場合について図１（ａ）および図１（ｂ）を用いて説明する。
【００４８】
図１（ａ）は、本発明の実施形態１に係るＣＣＤにおいて、ＦＤの電位変化を取り出すソースフォロワ回路を構成する初段駆動側ＭＯＳトランジスタ（初段ＭＯＳ−Ｔｒ）の積層構成例を示す断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の初段ＭＯＳ−Ｔｒにおけるポテンシャル図である。
【００４９】
図１（ａ）において、本実施形態１の初段ＭＯＳ−ＴｒとしてのＮチャネル型トランジスタ６１は、Ｎ型基板１の表面上のＰ型ウエル領域２に所定の間隔を開けてドレイン領域４およびソース領域５が設けられ、その間のチャネル領域上にゲート絶縁膜であるゲート絶縁膜７，８を介してゲート電極３が設けられている。
【００５０】
このドレイン領域４の近傍のチャネル領域上の第１ゲート絶縁膜８(膜厚ｄ１、Ｌｂ領域）と、そのチャネル領域上の第２ゲート絶縁膜７(膜厚ｄ０、Ｌａ領域）とは例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）によって形成されており、第１ゲート絶縁膜８は第２ゲート絶縁膜７よりも厚く（ｄ１＞ｄ０）形成されている。
【００５１】
Ｎチャネル型トランジスタ６１のチャネル領域は、例えば低濃度のＮ型不純物９が注入された埋め込み型となっている。
【００５２】
初段ＭＯＳ−Ｔｒのゲート容量Ｃｇは、ゲート−ドレイン間容量Ｃｄ、ゲート−ソース間容量Ｃｓおよびゲート−チャネル間容量Ｃｃの和であり、
Ｃｇ＝Ｃｄ＋Ｃｓ＋Ｃｃ
によって表される。
【００５３】
ソースフォロワ回路では、ゲート電極３への入力電圧に追随したソース領域５の電圧が出力電圧となる。したがって、ソースフォロワ回路のゲインをＧとすると、回路動作時のゲート−ソース間容量Ｃｓおよびゲート−チャネル間容量Ｃｃは、実質上（１−Ｇ）Ｃｓおよび（１−Ｇ）Ｃｃとなる。一般に、ゲインＧは１に極めて近い値であるため、全ゲート容量Ｃｇは、主としてゲート−ドレイン間容量Ｃｄが支配的となっている。
【００５４】
本実施形態１では、ドレイン領域４の近傍のチャネル領域上の第１ゲート絶縁膜８(膜厚ｄ１）が、その他の部分の第２ゲート絶縁膜７(膜厚ｄ０）よりも厚く膜形成されているので、ゲート−ドレイン間容量Ｃｄは膜厚に反比例して低下する。これにより、ゲート容量Ｃｇを小さくして、電荷電圧変換率を高めることが可能となる。
【００５５】
本実施形態１において、Ｎチャネル型トランジスタ６１のチャネル領域は、低濃度のＮ型不純物９が注入された埋め込み型となっているので、図１（ｂ）のポテンシャル図に実線で示すように、Ｌｂ領域のポテンシャルはＬａ領域のポテンシャルより深くなり、チャネル電荷がスムーズに流れやすく、トランジスタ特性を安定化させることができる。
【００５６】
これに対して、Ｎチャネル型トランジスタ６１のチャネル領域がサーフェス型である場合、上記埋め込み型とは反対に、図１（ｂ）に破線で示すように、Ｌｂ領域のポテンシャルはＬａ領域のポテンシャルより浅くなり、ポテンシャル段差が生じる。このポテンシャル段差は、ばらつきが大きく、トランジスタ特性が不安定となる。
（実施形態２）
本実施形態２では、検出信号電荷量に応じた出力電圧信号を読み出す信号出力回路において、初段のソースフォロワ回路を構成する駆動側ＭＯＳトランジスタを構成するＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜は、そのドレイン領域近傍のチャネル領域上が厚膜の第１ゲート絶縁膜で構成され、ドレイン領域近傍のチャネル領域以外のチャネル領域上が薄膜の第２ゲート絶縁膜で構成され、第１ゲート絶縁膜下のチャンネル領域はＮ型低濃度不純物が注入されてうすいＮ型領域になっている埋め込み型で構成され、第２ゲート絶縁膜下のチャンネル領域はＰ型領域のサーフェス型で構成される場合について図２（ａ）および図２（ｂ）を用いて説明する。
【００５７】
図２（ａ）は、本発明の実施形態２に係るＣＣＤにおいて、ＦＤの電位変化を取り出すソースフォロワ回路を構成する初段ＭＯＳ−Ｔｒの構成例を示す断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の初段ＭＯＳ−Ｔｒにおけるポテンシャル図である。
【００５８】
図２（ａ）において、本実施形態２の初段ＭＯＳ−ＴｒとしてのＮチャネル型トランジスタ６２において、図１（ａ）の初段ＭＯＳ−Ｔｒ（Ｎチャネル型トランジスタ６１）の場合と異なる部分は、Ｌａ領域のチャネル領域がサーフェス型で、Ｌｂ領域のチャネル領域が低濃度のＮ型不純物９が注入された埋め込み型となっている点である。
【００５９】
本実施形態２では、上記実施形態１の場合と同様に、Ｌｂ領域上の第１ゲート絶縁膜８がＬａ領域上の第２ゲート絶縁膜７よりも厚く膜形成されており、ゲート−ドレイン間容量Ｃｄを膜厚に反比例して低減させることができるため、電荷電圧変換率を高めることが可能となる。
【００６０】
本実施形態２において、Ｎチャネル型トランジスタ６２のチャネル領域のＬａ領域がサーフェス型であっても、チャネル領域のＬｂ領域にＮ型不純物９が注入されているため、図２（ｂ）のポテンシャル図に示すように、Ｌｂ領域のポテンシャルはＬａ領域のポテンシャルより深くなり、チャネル電荷がスムーズに流れ、トランジスタ特性を安定化させることができる。
（実施形態３）
本実施形態３では、検出信号電荷量に応じた出力電圧信号を読み出す信号出力回路において、初段のソースフォロワ回路を構成する駆動側ＭＯＳトランジスタを構成するＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜は、そのドレイン領域およびソース領域近傍のチャネル領域の両側上が厚膜の第１ゲート絶縁膜で構成され、ドレイン領域およびソース領域近傍のチャネル領域の両側以外のチャネル領域上が薄膜の第２ゲート絶縁膜で構成され、このチャンネル領域はＮ型低濃度不純物が注入されてうすいＮ型領域になっている埋め込み型である場合について図３（ａ）および図３（ｂ）を用いて説明する。
【００６１】
図３（ａ）は、本発明の実施形態３に係るＣＣＤにおいて、ＦＤの電位変化を取り出すソースフォロワ回路を構成する初段ＭＯＳ−Ｔｒの構成例を示す断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）の初段ＭＯＳ−Ｔｒにおけるポテンシャル図である。
【００６２】
図３（ａ）において、本実施形態３の初段ＭＯＳ−ＴｒとしてのＮチャネル型トランジスタ６３において、図１（ａ）の初段ＭＯＳ−Ｔｒ（Ｎチャネル型トランジスタ６１）の場合と異なる部分は、ドレイン領域４の近傍のチャネル領域上の第１ゲート絶縁膜８（膜厚ｄ１、Ｌｂ領域）の場合と同様に、ソース領域５の近傍のチャネル領域上の第１ゲート絶縁膜８（膜厚ｄ１、Ｌｂ領域）も、そのチャネル領域上の第２ゲート絶縁膜７(膜厚ｄ０、Ｌａ領域）よりに厚く膜形成されている点である。
【００６３】
本実施形態３では、上記実施形態１の場合と同様に、チャネル領域両端部の各Ｌｂ領域上の各第１ゲート絶縁膜８がチャネル領域中央部のＬａ領域上の第２ゲート絶縁膜７よりも厚く膜形成されており、ゲート−ドレイン間容量Ｃｄに加えて、ゲート−ソース間容量Ｃｓも膜厚に反比例して低減させることができるため、電荷電圧変換率を高めることが可能となる。ただし、上記実施形態１で説明したように、ゲート−ソース間容量Ｃｓの低減効果はゲート−ドレイン間容量Ｃｄの低減効果よりも少ない。
【００６４】
本実施形態３においては、各Ｌｂ領域にＮ型不純物９が注入されているため、ドレイン領域側のＬｂ領域と同様に、図３（ｂ）のポテンシャル図に示すように、ソース領域側のＬｂ領域のポテンシャルもＬａ領域のポテンシャルより深くなるが、チャネル電荷の流れに影響はなく、チャネル電荷はスムーズに流れ、トランジスタ特性が不安定となることはない。
（実施形態４）
本実施形態４では、検出信号電荷量に応じた出力電圧信号を読み出す信号出力回路において、初段のソースフォロワ回路を構成する駆動側ＭＯＳトランジスタを構成するＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜は、そのドレイン領域およびソース領域近傍のチャネル領域の両側上が厚膜の第１ゲート絶縁膜で構成され、このドレイン領域およびソース領域近傍のチャネル領域の両側以外のチャネル領域上が薄膜の第２ゲート絶縁膜で構成され、第１ゲート絶縁膜下のチャンネル領域はＮ型低濃度不純物が注入されてうすいＮ型領域になっている埋め込み型で構成され、第２ゲート絶縁膜下のチャンネル領域はＰ型領域のサーフェス型で構成される場合について図４（ａ）および図４（ｂ）を用いて説明する。
【００６５】
図４（ａ）は、本発明の実施形態４に係るＣＣＤにおいて、ＦＤの電位変化を取り出すソースフォロワ回路を構成する初段ＭＯＳ−Ｔｒの構成例を示す断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）の初段ＭＯＳ−Ｔｒにおけるポテンシャル図である。
【００６６】
図４（ａ）において、本実施形態４の初段ＭＯＳ−ＴｒとしてのＮチャネル型トランジスタ６４において、図３（ａ）の初段ＭＯＳ−Ｔｒ（Ｎチャネル型トランジスタ６３）の場合と異なる部分は、Ｌａ領域のチャネル領域がサーフェス型で、チャネル領域両側の各Ｌｂ領域が低濃度のＮ型不純物９が注入された埋め込み型となっている点である。
【００６７】
本実施形態４では、上記実施形態３の場合と同様に、Ｌｂ領域上の第１ゲート絶縁膜８がＬａ領域上の第２ゲート絶縁膜７よりも厚く形成されており、ゲート−ドレイン間容量Ｃｄに加えて、ゲート−ソース間容量Ｃｓも膜厚に反比例して低減させることができるため、電荷電圧変換率を高めることが可能となる。
【００６８】
本実施形態４において、Ｎチャネル型トランジスタ６４のチャネル領域のＬａ領域がサーフェス型であっても、Ｌｂ領域のチャネル領域にＮ型不純物９が注入されているため、図４（ｂ）のポテンシャル図に示すように、Ｌｂ領域のポテンシャルはＬａ領域のポテンシャルより深くなる。ドレイン領域側のＬｂ領域と同様に、ソース領域側のＬｂ領域のポテンシャルもＬａ領域のポテンシャルより深くなるが、チャネル電荷の流れに影響はなく、チャネル電荷はスムーズに流れ、トランジスタ特性が不安定となることはない。
【００６９】
（実施形態５）
本実施形態５では、検出信号電荷量に応じた出力電圧信号を読み出す信号出力回路において、初段のソースフォロワ回路を構成する駆動側ＭＯＳトランジスタを構成するＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜は、そのドレイン領域近傍のチャネル領域上が厚膜の第１ゲート絶縁膜で構成され、このドレイン領域近傍のチャネル領域以外のチャネル領域上が薄膜の第２ゲート絶縁膜で構成され、この第１ゲート絶縁膜は第２ゲート絶縁膜を含む２層（第２ゲート絶縁膜が２層でもよい）で構成されており、チャンネル領域はＮ型低濃度不純物が注入されてうすいＮ型領域になっている埋め込み型である場合について図５を用いて説明する。
【００７０】
図５は、本発明の実施形態５に係るＣＣＤにおいて、ＦＤの電位変化を取り出すソースフォロワ回路を構成する初段ＭＯＳ−Ｔｒの構成例を示す断面図である。
【００７１】
図５において、本実施形態５の初段ＭＯＳ−ＴｒとしてＮチャネル型トランジスタ６５において、上記実施形態１の図１（ａ）の場合と異なる部分は、ドレイン領域４の近傍におけるチャネル領域上の図１（ａ）の第１ゲート絶縁膜８(膜厚ｄ１、Ｌｂ領域）はゲート絶縁膜８ａ（例えばＳｉＮ）と第２ゲート絶縁膜７（例えばＳｉＯ２、膜厚ｄ０）の２層によって形成され、その他の部分の第２ゲート絶縁膜７(膜厚ｄ０、Ｌａ領域）は例えばＳｉＯ２の単層によって形成されている。
【００７２】
本実施形態５では、第１ゲート絶縁膜８は第２ゲート絶縁膜７よりもゲート絶縁膜８ａの膜厚分だけ厚く（ｄ１＞ｄ０）形成されており、ゲート−ドレイン間容量Ｃｄは膜厚に反比例して低下させることができるため、ゲート容量Ｃｇを小さくして、電荷電圧変換率を高めることが可能となる。
【００７３】
以上により、上記実施形態１〜５によれば、電荷転送部から転送された信号電荷を検出して電圧変換する出力回路（出力部）を有するＣＣＤにおいて、この出力部を構成する初段ＭＯＳトランジスタのドレイン領域４およびソース領域５の少なくとも一方の近傍チャネル領域上の第１ゲート絶縁膜８が、それ以外の部分の第２ゲート絶縁膜７よりも厚く膜形成されている。このように、第１ゲート絶縁膜８の膜厚を厚膜化することによって、ゲート−ドレイン間容量Ｃｄおよびゲート−ソース間容量Ｃｓの少なくとも一方を低減化して、その出力部の電荷電圧変換率を高めることができる。これによって、画質劣化を引き起こすことなく、電荷電圧変換率を高めることができるＣＣＤの信号出力部を得ることができる。
【００７４】
なお、上記実施形態１〜４では第２ゲート絶縁膜７および第１ゲート絶縁膜８を１層で構成し、第２ゲート絶縁膜７および第１ゲート絶縁膜８を各１層の計２層で構成したが、これに限らず、第１ゲート絶縁膜８を例えばＳｉＯ２／ＳｉＮ／ＳｉＯ２の３層、第２ゲート絶縁膜７はＳｉＮ／ＳｉＯ２の２層などによって形成してｄ１＞ｄ０（第１ゲート絶縁膜８が第２ゲート絶縁膜７よりも膜厚が大）としても、上記と同様の本発明の効果が得られる。要するに、第１ゲート絶縁膜８および第２ゲート絶縁膜７は、単層または複数層によって構成され、第１ゲート絶縁膜８は、第２ゲート絶縁膜７の層数以上の層によって構成されていてもよい。
【００７５】
また、上記実施形態１〜５では、ＭＯＳトランジスタ６１〜６５において、そのドレイン領域およびソース領域の少なくともドレイン領域近傍のチャネル領域上が第１ゲート絶縁膜８で構成され、その他のチャネル領域上が第２ゲート絶縁膜７で構成されるようにしたが、これに限らず、そのソース領域近傍のチャネル領域上が第１ゲート絶縁膜８で構成され、その他のチャネル領域上が第２ゲート絶縁膜７で構成されるように構成してもよく、本発明の効果を得ることができる。
【００７６】
上記実施形態１〜５では、特に説明しなっかが、例えばデジタルカメラ、ビデオカメラおよび携帯電話付きカメラなどの電子情報機器に、上記実施形態１〜５に対応した固体撮像装置を適用することができる。この本発明の電子情報機器は、各種カメラや携帯電話装置などにも適用され、上記実施形態１〜５に対応した固体撮像装置と、この固体撮像装置からの出力画像信号を表示用、記憶用および通信用に信号処理する信号処理部と、この信号処理部で信号処理された画像信号に基づいて表示が可能とされる表示部と、この信号処理部で信号処理された画像信号を記憶可能とする記憶部と、この信号処理部で信号処理された画像信号を通信可能とする通信部とを有している。
【００７７】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜５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１〜５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１〜５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、特許出願および文献は、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】
【００７８】
本発明は、イメージセンサなどに用いられ、受光部に入射した光により生成された信号電荷を転送する電荷転送部と、その電荷転送部から転送された電荷を検出して信号電荷に転送する信号出力部を有する固体撮像装置（ＣＣＤ）および、これを用いた例えばデジタルカメラ、ビデオカメラおよび携帯電話付きカメラなどの電子情報機器の分野において、ＦＤの電位変化を取り出すソースフォロワ回路を構成する初段の駆動側ＭＯＳトランジスタにおけるドレイン領域およびソース領域の少なくともドレイン領域の近傍のチャネル領域上のゲート絶縁膜厚を、そのチャネル領域上のゲート絶縁膜厚よりも厚く形成することにより、１／ｆノイズによる画質劣化を引き起こすことなく、ゲート−ドレイン間およびゲート−ソース間の少なくともゲート−ドレイン間の容量を低減して、電荷電圧変換率を高めることが可能となる。これにより、ＣＣＤの感度および飽和信号出力特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】（ａ）は、本発明の実施形態１に係るＣＣＤにおいて、ソースフォロワ回路を構成する初段ＭＯＳ−Ｔｒの構成例を示す断面図、（ｂ）は、その（ａ）の初段ＭＯＳ−Ｔｒにおけるポテンシャル図である。
【図２】（ａ）は、本発明の実施形態２に係るＣＣＤにおいて、ソースフォロワ回路を構成する初段ＭＯＳ−Ｔｒの構成例を示す断面図、（ｂ）は、その（ａ）の初段ＭＯＳ−Ｔｒにおけるポテンシャル図である。
【図３】（ａ）は、本発明の実施形態３に係るＣＣＤにおいて、ソースフォロワ回路を構成する初段ＭＯＳ−Ｔｒの構成例を示す断面図、（ｂ）は、その（ａ）の初段ＭＯＳ−Ｔｒにおけるポテンシャル図である。
【図４】（ａ）は、本発明の実施形態４に係るＣＣＤにおいて、ソースフォロワ回路を構成する初段ＭＯＳ−Ｔｒの構成例を示す断面図、（ｂ）は、その（ａ）の初段ＭＯＳ−Ｔｒにおけるポテンシャル図である。
【図５】本発明の実施形態５に係るＣＣＤにおける初段駆動側ＭＯＳトランジスタの構成例を示す断面図である。
【図６】従来のＣＣＤの出力部の構成例を示す回路図である。
【図７】図６の初段ＭＯＳ−Ｔｒの積層構成例を示す基板断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  Ｎ型基板
２  Ｐ型ウエル
３  ゲート電極
４  ドレイン領域
５  ソース領域
６１〜６５ Ｎチャネルトランジスタ
７  第２ゲート絶縁膜
８  第１ゲート絶縁膜
８ａ ゲート絶縁膜
９  低濃度Ｎ型不純物領域
【図１】
2006228962.tif 000003
【図２】
2006228962.tif 000004
【図３】
2006228962.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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