(57)【要約】【課題】暗電流の発生を抑制すると共に、転送残りを生じさせない。【解決手段】基板１ａ内に設けられ、入射した光に応じた光発生電荷を発生させる光電変換素子ＰＤと、基板１ａ上にゲート絶縁層５を介して形成された転送ゲート４と、転送ゲート４に所定の電位を印加することによって光電変換素子ＰＤから転送された光発生電荷を保持する電荷保持領域６と、電荷保持領域６とゲート絶縁層５の間に形成された埋込層９と、転送ゲート４に所定の電位を印加することによって電荷保持領域６から転送された光発生電荷を蓄積するフローティングディフュージョンＦＤと、を含む固体撮像装置。【選択図】      図２
2006120966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数のセンサセルがマトリクス状に配置されたセンサセルアレイを含む固体撮像装置であって、
各センサセルは、
前記基板内に設けられ、入射した光に応じた光発生電荷を発生させる光電変換素子と、
前記基板上にゲート絶縁層を介して形成された転送ゲートと、
前記ゲート絶縁層下方に形成された電荷保持領域であって、前記転送ゲートに所定の電位を印加することによって前記光電変換素子から転送された前記光発生電荷を保持する前記電荷保持領域と、
前記電荷保持領域と前記ゲート絶縁層の間に形成された埋込層と、
前記転送ゲートに所定の電位を印加することによって前記電荷保持領域から転送された光発生電荷を蓄積するフローティングディフュージョンと、
を含む固体撮像装置。
【請求項２】
前記電荷保持領域の上面は、少なくとも一部分が前記埋込層によって覆われている、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記電荷保持領域の上面は、全領域が前記埋込層によって覆われている、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記電荷保持領域の上面は、少なくとも一部分が前記ゲート絶縁層と接している請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記電荷保持領域の上面は、少なくとも一部分が前記光電変換素子側で前記埋込層に覆われ、且つ、少なくとも一部分が前記フローティングディフュージョン側で前記ゲート絶縁層と接している請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
半導体領域上に複数のセンサセルがマトリクス状に配置されたセンサセルアレイを含む固体撮像装置であって、
各センサセルは、
第１導電型の半導体領域と、第２導電型の第１不純物層と、を有する光電変換素子と、
前記半導体領域の上方にゲート絶縁層を介して形成された転送ゲートと、
前記ゲート絶縁層の下方に形成され、前記転送ゲートと容量結合された第２導電型の第２不純物層と、
第２不純物層と前記ゲート絶縁層の間に形成された第１導電型の第３不純物層と、
前記転送ゲートに隣り合って形成された、第２導電型のフォローティングディフュージョンと、
を含む固体撮像装置。
【請求項７】
前記第２不純物層の上面は、少なくとも一部分が前記第３不純物層によって覆われている、請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第２不純物層の上面は、全領域が前記第３不純物層によって覆われている、請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第２不純物層の上面は、少なくとも一部分が前記ゲート絶縁層と接している請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記第２不純物層の上面は、少なくとも一部分が前記光電変換素子側で前記第３不純物層に覆われ、且つ、少なくとも一部分が前記フローティングディフュージョン側で前記ゲート絶縁層と接している請求項９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、高画質特性及び低消費電力特性を有する固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、デジタルカメラ等に搭載される固体撮像装置として、ＣＣＤ（電荷結合素子）型のイメージセンサ（以下、ＣＣＤセンサという）と、ＣＭＯＳ型のイメージセンサ（以下、ＣＭＯＳセンサという）と、がある。
【０００３】
さらに、近年、高画質と低消費電力とを共に兼ね備えた閾値電圧変調方式のＭＯＳ型固体撮像装置（以下、基板変調型センサという）が提案されている。基板変調型センサについては、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００４】
ＣＣＤセンサは、ノイズ除去のための相関二重サンプリング（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ、 ＣＤＳ）機能と、高速に動く被写体の像に歪みがないように撮像するためのいわゆる一括電子シャッター機能とを実現している。この一括電子シャッター機能は、２次元的に配列された多数の受光素子について、同時に光発生電荷を蓄積することによって、画像に動きがある場合の被写体の像の歪みをなくすものである。よって、ＣＣＤセンサは、一般に、画質に優れているという利点がある。しかしながら、ＣＣＤセンサにおいては、駆動電圧が高く、消費電力が大きいという欠点を有する。
【０００５】
一方、ＣＭＯＳセンサは、一般に、消費電力が少なく、プロセスコストが低いという利点がある。しかし、一般的なＣＭＯＳセンサにおいては、一括電子シャッター機能及びＣＤＳ機能の双方を同時に実現することはできない。
【０００６】
その理由を説明するために、４トランジスタ構成のＣＭＯＳ−ＡＰＳ（Active Pixel Sensor）タイプを例に、ＣＭＯＳセンサの動作を簡単に述べる。電荷蓄積領域であるフローティングディフュージョンがリセットされる。次に、フローティングディフュージョンに残存した光発生電荷に基づく電位が出力される（ノイズ成分読み出し）。その後、フォトダイオードによって発生した光発生電荷が、フローティングディフュージョンに転送される。次に、フローティングディフュージョンに転送された光発生電荷に基づく電位が出力される。（信号成分読み出し）。これらの電位の差分を取ることによって、ＣＤＳ機能が実現される。
【０００７】
ＣＤＳにおいては、ノイズ読み出し直後に信号読み出しを行う必要がある。従来のＣＭＯＳセンサにおいては、読み出し動作はライン毎に行われるので、ＣＤＳを実現するためには、ライン毎に光発生電荷をフローティングディフュージョンに転送せざるをえない。一方、一括電子シャッターを実現するためには、全画素について光発生電荷を一括してフローティングディフュージョンに転送しなければならない。つまり、一括電子シャッター機能及びＣＤＳ機能とでは、それらを実現するための光発生電荷の転送方法がそもそも異なる。
【０００８】
もし一括電子シャッター機能を実現するために、全画素の光発生電荷を一括してフローティングディフュージョンに転送させたとすれば、フローティングディフュージョンに光発生電荷が既に蓄積されているので、ノイズ読み出し前にフローティングディフュージョンをリセットすることができない。すなわち、一括電子シャッター機能とＣＤＳ機能とを同時に満足することができない。
【０００９】
このような欠点に対し、特許文献２においては、信号蓄積動作の開始、終了タイミングを全画素で一致させる技術を開示している。特許文献２においては、転送ゲートの直下に電荷保持領域を設け、一旦フォトダイオードからの信号電荷を電荷保持領域に蓄積した後、フローティングディフュージョンに転送するようになっており、一括電子シャッター機能を実現している。
【特許文献１】特開２００２−１３４７２９号公報
【特許文献２】特開２００２−３６８２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２の装置では、半導体基板表面に信号電荷保持部となるＮ型の半導体領域が形成されている。即ち、前記Ｎ型半導体領域の表面とゲート絶縁層とが接する構造になっており、この部分において電荷の発生及びトラップが生じやすく、暗電流が発生しやすいという問題点があった。
【００１１】
また、特許文献２において開示された断面構造では、電荷の転送残りが生じやすいポテンシャル分布が形成される可能性があるという問題点があった。
【００１２】
本発明は、電荷保持領域の基板表面に電荷保持領域とは異なる導電型の埋込層を形成することにより、暗電流の発生を抑制すると共に、転送残りを減少させることができる固体撮像装置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】
【００１３】
本発明の実施形態に係る固体撮像装置は、
基板上に複数のセンサセルがマトリクス状に配置されたセンサセルアレイを含む固体撮像装置であって、
各センサセルは、
前記基板内に設けられ、入射した光に応じた光発生電荷を発生させる光電変換素子と、
前記基板上にゲート絶縁層を介して形成された転送ゲートと、
前記ゲート絶縁層下方に形成された電荷保持領域であって、前記転送ゲートに所定の電位を印加することによって前記光電変換素子から転送された前記光発生電荷を保持する前記電荷保持領域と、
前記電荷保持領域と前記ゲート絶縁層の間に形成された埋込層と、
前記転送ゲートに所定の電位を印加することによって前記電荷保持領域から転送された光発生電荷を蓄積する前記フローティングディフュージョンと、
を含む。
【００１４】
上記の本発明の実施の形態によれば、光電変換素子からの光発生電荷は、一旦、電荷保持領域に保持された後、フローティングディフュージョンに蓄積される。これにより、一括電子シャッター機能とＣＤＳ機能との双方を同時に実現することができる。
【００１５】
また、電荷保持領域とゲート絶縁層との間に埋込層が形成される。この埋込層によって、暗電流の発生が抑制され、ざらつき特性を改善することができる。
【００１６】
また本発明の実施形態に係る固体撮像装置は、
半導体領域上に複数のセンサセルがマトリクス状に配置されたセンサセルアレイを含む固体撮像装置であって、
各センサセルは、
第１導電型の半導体領域と、第２導電型の第１不純物層と、を有する光電変換素子と、
前記半導体領域の上方にゲート絶縁層を介して形成された転送ゲートと、
前記ゲート絶縁層の下方に形成され、前記転送ゲートと容量結合された第２導電型の第２不純物層と、
第２不純物層と前記ゲート絶縁層の間に形成された第１導電型の第３不純物層と、
前記転送ゲートに隣り合って形成された、第２導電型のフォローティングディフュージョンと、
を含む。
【００１７】
上記の本発明の実施の形態によれば、光電変換素子からの光発生電荷は、一旦、第２導電型の第２不純物層に保持された後、フローティングディフュージョンに蓄積される。これにより、一括電子シャッター機能とＣＤＳ機能との双方を同時に実現することができる。
【００１８】
また、第２導電型の第２不純物層にとゲート絶縁層との間に第１導電型の第３不純物層が形成される。この第１導電型の第３不純物層によって、暗電流の発生が抑制され、ざらつき特性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の平面形状を示す平面図である。図２は図１のＡ−Ａ'線に沿った断面図である。
【００２０】
本実施の形態の固体撮像装置は、複数のセンサセルが基板平面上に２次元マトリックス状に配置されたセンサセルアレイを有している。図１はセンサセルアレイ中の１つのセンサセルのみを示している。各センサセルは相互に同一構成である。各センサセルは、フォトダイオード、転送部及び出力部を有している。フォトダイオードは、入射光に応じて光発生電荷を発生する。転送部は、フォトダイオードによって発生した光発生電荷を転送する。出力部は、転送部によって転送された光発生電荷を蓄積するフローティングディフュージョンを含み、フローティングディフュージョンに蓄積された光発生電荷に基づく電位を出力する。図１ではフォトダイオードが形成されるフォトダイオード形成領域ＰＤ、転送部が形成される転送部形成領域ＴＴ、及び、出力部が形成される出力部形成領域のうちフローティングディフュージョンＦＤのみを示している。
【００２１】
これらの構成によって、各センサセルは、入射光に応じて発生させた光発生電荷を蓄積し、蓄積した光発生電荷に基づくレベルの画素信号を出力することができる。センサセルをマトリクス状に配列することで１画面の画素信号が得られる。なお、本実施の形態は光発生電荷として電子を用いた例を示しているが、正孔を用いても同様に構成可能である。
【００２２】
出力部には、フローティングディフュージョンＦＤ及びフローティングディフュージョンＦＤに蓄積された光発生電荷に基づく電位を出力するための図示しない出力トランジスタが形成される。
【００２３】
図１に示すように、各センサセルは、フォトダイオード形成領域ＰＤに対応して出力部のフローティングディフュージョンＦＤが配置されている。フォトダイオード形成領域ＰＤとフローティングディフュージョンＦＤとの間には、フォトダイオード形成領域ＰＤからフローティングディフュージョンＦＤに光発生電荷を転送するための転送部形成領域ＴＴが設けられている。
【００２４】
転送部形成領域ＴＴには、転送トランジスタを構成する転送ゲート４が形成されている。また、転送部形成領域ＴＴ内には電荷保持領域ＴＣＰも形成されている。電荷保持領域ＴＣＰは、転送された光発生電荷を一時保持するための不純物層６によって構成される。
【００２５】
次に、図１及び図２を用いて、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成を、より詳細に説明する。なお、図２及びその説明中、Ｎ，Ｐは不純物の導電型を示し、その添え字の−は不純物濃度がより薄い部分であることを示している。
【００２６】
図２に示すように、センサセルは、Ｐ型半導体領域１ａ上に形成される。本実施の形態では、Ｐ型半導体領域はＰ型半導体基板であるがこれに限らず、半導体基板内にＰ型不純物領域を設けた形態でもよい。フォトダイオード形成領域ＰＤには、Ｐ型基板１ａ上にＮ型不純物層２が形成されている。Ｐ型半導体領域１ａとＮ型不純物層２とによりフォトダイオードが形成される。光電変換素子は、Ｐ型半導体領域１ａとＮ型不純物層２とを含む。光電変換素子を構成するＮ型不純物層２は光発生電荷を蓄積する蓄積ウェル２として機能する。フォトダイオード形成領域ＰＤの基板表面側には、Ｐ型基板１ａに電気的に接続されたＰ型不純物層３が形成されている。この不純物層３は、ピニング層として機能する。フォトダイオード形成領域ＰＤにおいては、基板１の表面に開口領域が形成され、蓄積ウェル２はこの開口領域の下方に形成されている。図１に示すように、フォトダイオード形成領域ＰＤは、例えば略矩形状に形成される。
【００２７】
一方、出力部には、基板表面近傍にフローティングディフュージョンＦＤとなるＮ型の不純物層が形成されている。
【００２８】
フォトダイオードの開口領域下方においては、基板１ａと蓄積ウェル２との境界面から空乏層が蓄積ウェル２の全体及びその周囲に広がる。空乏領域において、開口領域を介して入射した光による光発生電荷が生じる。そして、発生した光発生電荷は蓄積ウェル２に収集される。蓄積ウェル２に蓄積された電荷は、次に説明する転送部形成領域ＴＴを介してフローティングディフュージョンＦＤに転送されて保持される。
【００２９】
次に、転送部形成領域ＴＴについて説明する。転送部形成領域ＴＴは、図２に示すように、光発生電荷を一時保持するための電荷保持領域ＴＣＰを、基板内に有する。具体的には、１つのセンサセル内のフォトダイオード形成領域ＰＤとフローティングディフュージョンＦＤとの間に、基板表面側において、転送部形成領域ＴＴが形成される。転送部形成領域ＴＴは、基板表面にチャネルが形成されるように、基板表面にゲート絶縁層５を介して転送ゲート４を有する。転送ゲート４の下方には、電荷保持領域ＴＣＰを構成するＮ型の不純物層６が基板表面近傍に形成されている。Ｎ型の不純物層６は転送ゲート４と容量結合している。
【００３０】
不純物層６とフローティングディフュージョンＦＤとの間には、Ｎ型の不純物によるＮ-不純物層７が形成されている。転送部形成領域ＴＴのチャネル、すなわち転送経路は、転送ゲート４の印加電圧によって制御される。これにより、不純物層６とフローティングディフュージョンＦＤとの間に形成される不純物層７の電位障壁を効果的に制御できるようになる。
【００３１】
本実施の形態においては、図２に示すように、転送部形成領域ＴＴのゲート絶縁層５に接する基板表面には、Ｐ型の不純物層から構成される埋込層９が形成されている。即ち、電荷保持領域であるＮ型の不純物層６の上面は、全領域が、埋込層としてのＰ型の不純物層９によって覆われている。言い換えると、不純物層６がゲート絶縁層５に接することはない。
【００３２】
この埋込層９は、基板１ａに電気的に接続されているためピニング層としての機能を有し、暗電流の発生を抑制することができる。暗電流の原因となる電荷は、シリコン基板１ａとゲート絶縁層５との界面の結晶性が崩れる箇所で発生することが知られている。ピニング層９により、電荷蓄積領域となる不純物層６へ該電荷を流入させることなく基板１ａへ排出させ、暗電流の発生を抑制することができる。
【００３３】
このように構成された実施の形態における作用について説明する。
【００３４】
フォトダイオード形成領域ＰＤの開口部を介して入射した光によって、光発生電荷が光電変換素子によって発生される。発生した光発生電荷は蓄積ウェル２に収集される。蓄積ウェル２に収集された光発生電荷は、転送ゲート４に所定の電圧を印加することによって、蓄積ウェル２から転送部形成領域ＴＴ内の不純物層６に転送されて、保持される。
【００３５】
更に、不純物層６に保持された光発生電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する場合に、転送ゲート４に所定の電圧を印加する。これにより、不純物層７の電位障壁が不純物層６に比較して低くなって、不純物層６に保持された光発生電荷はフローティングディフュージョンＦＤに転送される。
【００３６】
本実施の形態においては、不純物層６上には埋込層９が形成されている。従って、電荷保持領域であるＮ型の不純物層６の上面は、全領域が、埋込層としてのＰ型の不純物層９によって覆われることになる。これにより、ゲート絶縁層５下方の基板表面において暗電流が発生することを防止することができ、暗電流によるノイズ成分が不純物層６に保持されることを防止することができる。
【００３７】
このように、本実施の形態においては、ゲート絶縁層の下方の基板表面に、ピニング層として機能するＰ型の埋込層９を形成していることから、暗電流の発生を抑制することができる。これにより、特に暗時におけるざらつき特性を改善し、高画質化を図ることができる。
【００３８】
図３は本発明の第２の実施の形態を示す断面図である。図３において図２と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００３９】
第１の実施の形態は暗電流の発生を防止するものであった。これに対し、本実施の形態は暗電流の発生を防止すると共に、転送残りを低減させるものである。本実施の形態は埋込層９に代えて埋込層１０を採用した点が第１の実施の形態と異なる。
【００４０】
埋込層１０はＰ型の不純物層であり、転送部形成領域ＴＴのゲート絶縁層５に接する基板表面のうち、フォトダイオード形成領域ＰＤ側に形成されている。即ち、電荷保持領域であるＮ型の不純物層６の上面は、少なくとも一部分が埋込層としてのＰ型の不純物層１０によって覆われている。言い換えると、埋込層１０が形成された領域においては、不純物層６がゲート絶縁層５に接することはない。図３に示された通り、電荷保持領域であるＮ型の不純物層６の上面は、少なくとも一部分が光電変換素子ＰＤ側で埋込層としてのＰ型の不純物層１０に覆われる。また、電荷保持領域であるＮ型の不純物層６の上面は、少なくとも一部分がフローティングディフュージョンＦＤ側でゲート絶縁層５と接している。
【００４１】
これにより、埋込層１０はピニング層としての機能を有し、電荷保持領域ＴＣＰのうちフォトダイオード形成領域ＰＤ側の一部の領域については、暗電流の発生を抑制することができる。
【００４２】
また、Ｎ型の不純物層６上に形成されたＰ型の埋込層１０によって、埋込層１０が形成された領域は、埋込層１０が生成されていない電荷保持領域ＴＣＰの他の領域に比べて、ポテンシャルが高くなる。これにより、電荷保持領域ＴＣＰ内においては、フォトダイオード形成領域ＰＤ側から不純物層７側に向かってポテンシャルが低くなる傾向となる。こうして、電荷保持領域６に保持される光発生電荷のフローティングディフュージョンＦＤへの転送を容易にすることができ、転送残りを抑制することができる。
【００４３】
次に、このように構成された実施の形態の作用について図４及び図５を参照して説明する。図４は本実施の形態におけるセンサセルのポテンシャルを説明するための説明図である。図４（ａ）は図１と同様の範囲について第２の実施の形態における固体撮像装置の平面形状を示すものである。図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ'線の断面形状を示し、図４（ｃ）は横軸に図４のＡ−Ａ'線に沿った位置をとり、縦軸にポテンシャルをとって、各位置におけるポテンシャルの変化を示している。図５は特許文献２の開示に基づいて考えられるセンサセルを示す説明図である。図５（ａ）乃至（ｃ）は夫々図４（ａ）乃至（ｃ）に対応した平面形状、断面形状、ポテンシャルの変化を示しており、図５において図４と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。なお、図４及び図５においては、ポテンシャルの変化を電子のポテンシャルが高くなる向きを正側にとって示してある。
【００４４】
本実施の形態においても、埋込層１０によって、暗電流を抑制することができる。即ち、不純物層６上には埋込層１０が形成されており、ゲート絶縁層５の下方の基板表面の一部はＰ型の埋込層１０によって覆われることになる。これにより、ゲート絶縁層５下方の基板表面において暗電流が発生することが抑制される。
【００４５】
次に、本実施の形態における、ＣＤＳ機能と一括電子シャッター機能とを同時に達成する駆動方法を説明する。ここでの説明は第２の実施形態に基づいて行うが、埋込層に起因するポテンシャルの形態が多少異なるだけで原則的には第１の実施形態においても同一である。
【００４６】
本実施の形態においては、１フレーム期間は、リセット期間、蓄積期間、一括転送期間及び画素信号の読み出し期間の４つの期間を含む。
【００４７】
リセット期間は、１フレームの開始時に全画素一括して、すなわち全センサセルについて同時にリセットするための全セル同時リセット期間である。また、このリセット期間において行われるリセット動作は、全画素について、蓄積ウェル２、不純物層６及びフローティングディフュージョンＦＤから、残存する電荷を排出させるための動作である。リセット動作後、各センサセルの蓄積ウェル２に対する電荷の蓄積が開始される。
【００４８】
リセット期間に続く蓄積期間は、各センサセルが蓄積モードとなり、光を受けてフォトダイオード形成領域ＰＤにおいて発生した光発生電荷を蓄積ウェル２に蓄積するための期間である。
【００４９】
図４に示すように、フォトダイオード形成領域ＰＤと電荷保持領域ＴＣＰとの間には、比較的高い電位障壁が形成されており、フォトダイオード形成領域ＰＤにおいて発生した光発生電荷は、不純物層６に流れることなく、蓄積ウェル２内に蓄積される。
【００５０】
蓄積期間に続く一括転送期間は、各センサセルが一括転送モードとなり、全画素一括して、すなわち全センサセルについて同時に、各フォトダイオード形成領域ＰＤに蓄積された電荷を、各センサセルの電荷保持領域ＴＣＰに転送する一括転送が行われる期間である。
【００５１】
即ち、一括転送期間においては、転送ゲート４に所定の電圧を印加する。これにより、蓄積ウェル２と不純物層６との間の電位障壁のポテンシャルが低下する（図示省略）。蓄積ウェル２のポテンシャルに比べて不純物層６のポテンシャルの方が低く設定されており、フォトダイオード形成領域ＰＤによって発生した光発生電荷は、一括して転送部形成領域ＴＴ内の不純物層６に転送されて保持される。
【００５２】
一括転送期間が終了すると、画素信号読み出し期間となる。画素信号の読出しは、各ライン毎に順次設定される水平ブランキング期間において行われる。即ち、水平ブランキング期間は、第１行目から最終行目までの各ラインについて、順次即ち時間的にずれて連続的に発生する。各水平ブランキング期間は、リセット期間と、ノイズ成分および信号成分読み出し期間と、を含む。
【００５３】
ノイズ成分および信号成分読み出し期間においては、まず、ノイズ成分を読み出すために、図４（ｃ）のように、不純物層７における電位障壁が高い状態で、フローティングディフュージョンＦＤに存在するノイズ成分の読出しを行う。これにより、フローティングディフュージョンＦＤ内の電荷が排出されて、フローティングディフュージョンＦＤの電位は初期値となる。
【００５４】
次に、水平ブランキング期間の選択ラインについては、電荷保持領域ＴＣＰに保持された電荷を、フローティングディフュージョンＦＤに転送する。即ち、転送ゲート４に所定の電圧を印加することによって、不純物層７の電位障壁を不純物層６に比較して低くし（図示省略）、不純物層６に保持されている光発生電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。次に、信号成分を読み出す。そして、転送ゲート４に所定の電圧を印加して不純物層７の電位障壁を元に戻して高くする。
【００５５】
ところで、図５（ａ）に示すように、特許文献２の開示に基づいて考えられるセンサセルは、図４から埋込層１０が除去された構成を有し、電荷保持領域ＴＣＰ内において一様なポテンシャル分布を有する。このため、不純物層６からフローティングディフュージョンＦＤへの転送時に、光発生電荷が転送されにくく、転送残りが生じやすい。
【００５６】
これに対し、本実施の形態においては、上述したように、Ｎ型の不純物層６上にＰ型の埋込層１０を形成しており、埋込層１０の形成領域側においては、電荷保持領域ＴＣＰの他の部分に比べてポテンシャルが高い。埋込層１０をフォトダイオード形成領域ＰＤ側に形成していることから、電荷保持領域ＴＣＰ内においては、ポテンシャルがフォトダイオード形成領域ＰＤ側からフローティングディフュージョンＦＤ側に向かって低くなる傾向の分布となる。
【００５７】
図４（ｃ）はこのポテンシャルの変化を示している。図４（ｃ）の破線は、図５（ｃ）の特性と同一特性を示しており、実線の特性は本実施の形態における特性を示している。図４（ｃ）から明らかなように、本実施の形態においては、電荷保持領域ＴＣＰ内においてフォトダイオード形成領域ＰＤ側からフローティングディフュージョンＦＤ側に向かってポテンシャルが低くなる傾向となる。
【００５８】
これにより、不純物層６に一時保持された光発生電荷は、不純物層７における電位障壁を低くすることで、比較的容易にフローティングディフュージョンＦＤ側に転送され、転送残りが生じにくい。
【００５９】
このように本実施の形態においては、電荷保持領域を構成する第２導電型の不純物層の上面に第１導電型の埋込層を形成しており、暗電流の発生を抑制してざらつき特性を改善することができる。更に、埋込層がフォトダイオード形成領域側の基板表面に形成されていることから、電荷保持領域内においては、フォトダイオード形成領域からフローティングディフュージョン側に向かってポテンシャルが低くなる傾向を付与することができる。これにより、不純物領域からフローティングディフュージョンへの電荷の転送を容易にし、転送残りが生じることを防止することができる。従って、結果として、上述した実施の形態に係る固体撮像装置によれば、高画質の画像信号を得ることができる。
【００６０】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の平面形状を示す平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ'線に沿った断面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す断面図。
【図４】本実施の形態におけるセンサセルのポテンシャルを説明するための説明図。
【図５】特許文献２の開示に基づいて考えられるセンサセルを示す説明図。
【符号の説明】
【００６２】
２…蓄積ウェル、４…転送ゲート、６…不純物層、７…不純物層、８…半導体領域（半導体基板）、９…埋込層、ＰＤ…フォトダイオード形成領域、ＴＴ…転送部形成領域、ＴＣＰ…電荷保持領域、ＦＤ…フローティングディフュージョン。
【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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