(57)【要約】【課題】  信号電荷の転送効率及び検出感度が高い低電圧駆動の固体撮像装置を提供する。【解決手段】  信号電荷を転送する第１電荷転送部１０２と、第１電荷転送部１０２の側部と接し、第１電荷転送部１０２に信号電荷を入力する信号入力部１０１と、第１電荷転送部１０２の端部の幅方向における中央部と接し、第１電荷転送部１０２のチャンネル幅よりも狭い幅を有し、第１電荷転送部１０２により転送された信号電荷を電圧に変換する電荷検出部１０３とを備え、第１電荷転送部１０２は、電荷検出部１０３と接する部分と、第１電荷転送部１０２の幅方向の中央を境にした信号入力部１０１と接する部分とにおいて、第１電荷転送部１０２のチャンネル幅よりも狭いチャンネル幅の第２電荷転送部１０４を有する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号電荷を転送する第１電荷転送部と、
前記第１電荷転送部の側部と接し、前記第１電荷転送部に信号電荷を入力する信号入力部と、
前記第１電荷転送部の端部の電荷転送方向と垂直な幅方向における中央部と接し、前記第１電荷転送部のチャンネル幅よりも狭い幅を有し、前記第１電荷転送部により転送された信号電荷を電圧に変換する電荷検出部とを備え、
前記第１電荷転送部は、前記第１電荷転送部のチャンネル幅よりも狭いチャンネル幅の第２電荷転送部を有し、
前記第２電荷転送部は、前記電荷検出部と接し、前記第１電荷転送部のうち、前記第１電荷転送部の幅方向の中央を前記電荷転送方向に走る線よりも前記信号入力部に近い領域に位置する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第２電荷転送部は、前記第１電荷転送部と異なるポテンシャルを有する部分を設けて形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第２電荷転送部は、前記第１電荷転送部に対するポテンシャルバリアにより形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第２電荷転送部は、前記第１電荷転送部に対するポテンシャルウェルにより形成されている
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５】
前記ポテンシャルウェルの深さは、前記第１電荷転送部の電荷転送のために形成されるポテンシャル段差よりも浅い
ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１電荷転送部は、２相ＣＣＤであり、
前記ポテンシャル段差は、バリア部及びストレージ部により形成されるポテンシャル段差である
ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記ポテンシャル段差は、電荷転送のために印加される駆動電圧により異相電極の下に形成されるポテンシャル段差である
ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記ポテンシャルウェルの深さは、前記ポテンシャル段差の１／５〜１／２である
ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第２電荷転送部のチャンネル幅Ｗ６は、係数が１０≧α≧１であり、W５が前記第１電荷転送部のチャンネル幅であり、ｎcが前記第２電荷転送部が形成されない前記第１電荷転送部において転送効率の劣化が始まる電荷密度であり、ｎsが前記第２電荷転送部が形成されない前記第１電荷転送部の飽和電荷密度である場合、下記の式を満足する
Ｗ６≦α×Ｗ５×（ｎc／ｎs）
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１０】
前記第２電荷転送部のチャンネル幅Ｗ６は、係数が１／３≦β≦１であり、Ｌcellが前記第１電荷転送部の転送セルピッチである場合、下記の式を満足する
Ｗ６≧β×Ｌcell
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１１】
前記信号入力部は、前記第２電荷転送部と接続され、前記信号入力部の幅よりも狭いチャンネル幅の第３電荷転送部を有する
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１２】
前記電荷検出部は、前記第２電荷転送部と接続され、前記電荷検出部の幅よりも狭いチャンネル幅の第４電荷転送部を有する
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１３】
前記第２電荷転送部は、前記信号入力部と接する
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１４】
前記信号入力部は、複数存在し、
前記複数の信号入力部は、前記第１電荷転送部の片側に前記電荷転送方向に並んで配置され、
前記第２電荷転送部は、前記複数の信号入力部の全てと接する
ことを特徴とする請求項１３に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
前記第２電荷転送部は、前記信号入力部から離れて位置し、
前記第２電荷転送部と前記信号入力部との間の距離は、前記第１電荷転送部の転送セルピッチよりも短い
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１６】
前記第２電荷転送部は、前記信号入力部から離れて位置し、
前記第２電荷転送部と前記信号入力部との間の距離は、前記第２電荷転送部のチャンネル幅よりも短い
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１７】
前記第２電荷転送部は、第１部分と、前記第１部分と異なる向きの第２部分とを有する
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１８】
前記第２電荷転送部が前記第１電荷転送部の電荷転送方向となす角度は、前記第２電荷転送部における電荷転送において前記第２電荷転送部内の信号電荷が前記第２電荷転送部外部に運び出されない角度である
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１９】
前記第１電荷転送部は、２相ＣＣＤであり、
前記第２電荷転送部が前記第１電荷転送部の電荷転送方向となす角度θは、Ｗ６が前記第２電荷転送部のチャンネル幅であり、Ｌsがストレージ部の電極のゲート長であり、Ｌbがバリア部の電極のゲート長である場合、下記の式を満足する
ｓｉｎθ≦Ｗ６／（２×Ｌs＋Ｌb）
ことを特徴とする請求項１８に記載の固体撮像装置。
【請求項２０】
前記第１電荷転送部は、３相ＣＣＤあるいは４相ＣＣＤであり、
前記第２電荷転送部が前記第１電荷転送部の電荷転送方向となす角度θは、Ｗ６が前記第２電荷転送部のチャンネル幅であり、Ｌcellが前記第１電荷転送部の転送セルピッチである場合、下記の式を満足する
ｓｉｎθ≦Ｗ６／Ｌcell
ことを特徴とする請求項１８に記載の固体撮像装置。
【請求項２１】
前記第２電荷転送部は、前記電荷検出部との接点において、前記電荷検出部よりも広いチャンネル幅を有する
ことを特徴とする請求項１に固体撮像装置。
【請求項２２】
前記第２電荷転送部は、前記電荷検出部に向かってチャンネル幅が広がるテーパー形状を有する
ことを特徴とする請求項２１に記載の固体撮像装置。
【請求項２３】
前記第２電荷転送部は、第３の部分と、前記第３の部分と異なるチャンネル幅の第４の部分とを有する
ことを特徴とする請求項１に固体撮像装置。
【請求項２４】
前記第２電荷転送部は、前記電荷検出部に向かってチャンネル幅が狭まるテーパー形状を有する
ことを特徴とする請求項２３に記載の固体撮像装置。
【請求項２５】
前記第２電荷転送部のチャンネル幅は、一定である
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２６】
前記第１電荷転送部の端部は、前記電荷検出部と接する部分に向かって徐々にチャンネル幅が狭くなるテーパー形状を有する
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２７】
前記第２電荷転送部は、前記第１電荷転送部の導電型と同じ導電型の不純物を、前記第１電荷転送部内の前記第２電荷転送部が形成される領域に注入して形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項２８】
前記第２電荷転送部は、前記第１電荷転送部の導電型と反対の導電型の不純物を、前記第１電荷転送部内の前記第２電荷転送部が形成されない領域に注入して形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項２９】
前記第２電荷転送部は、前記第１電荷転送部内の前記第２電荷転送部が形成される領域上に、前記第１電荷転送部の他の領域上のゲート絶縁膜より厚いゲート絶縁膜を形成して形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３０】
前記固体撮像装置は、さらに、
リセットドレインと、
前記電荷検出部と接し、前記電荷検出部の電荷をリセットドレインに排出するリセットゲートとを備え、
前記第２電荷転送部、前記リセットドレイン、前記リセットゲート及び前記電荷検出部は、同一の不純物を連続的に注入して形成される
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、特に信号電荷を転送する電荷転送部の改良を図った固体撮像装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ビデオカメラ及びデジタルスチルカメラ等の撮像装置を構成する固体撮像装置には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型固体撮像装置が利用されている。このようなＣＣＤ型固体撮像装置において、光電変換により生成した信号電荷は垂直転送ＣＣＤ及び水平転送ＣＣＤにより電荷検出部（ＦＤ部）まで転送され、信号電荷の検出は電荷検出部で行われる。従って、ＣＣＤ型固体撮像装置では、電荷検出部の容量を小さくして信号電荷の検出感度を高くすることが一般的に行われている。このような電荷検出部の容量を小さくしたＣＣＤ型固体撮像装置としては、例えば特許文献１に記載のものがある。
【０００３】
図１５は、特許文献１に記載の従来のＣＣＤ型固体撮像装置の構成を示す上面図（水平転送ＣＣＤ近辺における上面図）である。
【０００４】
従来のＣＣＤ型固体撮像装置は、電荷転送部２０１と、出力電極２０３と、電荷検出部２０４と、ソースフォロア回路２０５と、リセット電極２０６と、リセットドレイン２０７と、転送電極２２１、２２２とを備える。
【０００５】
上記構成を有するＣＣＤ型固体撮像装置において、信号電荷は、転送電極２２１、２２２への電圧印加に応じて矢印ａの方向に移動し、出力電極２０３への電圧印加に応じて電荷転送部２０１から電荷検出部２０４に移動する。そして、電荷検出部２０４での電位変化がソースフォロア回路２０５を介して検知出力される。検知された信号電荷は、リセット電極２０６への電圧印加に応じてリセットドレイン２０７に移動する。
【０００６】
以上のような構成を有するＣＣＤ型固体撮像装置においては、電荷検出部２０４は電荷転送部２０１のチャンネル幅Ｗ２よりも狭い幅Ｗ１を有し、電荷転送部２０１のチャンネル幅は電荷検出部２０４に向かって徐々に狭くなる。従って、電荷転送部のチャンネル幅を狭めることなく、電荷検出部の面積を小さくして電荷検出部の容量を小さくすることができるので、信号電荷の転送効率を低くすることなく信号電荷の検出感度を高くすることができる。
【０００７】
ところで、近年、ＣＣＤ型固体撮像装置に対しては携帯用機器への搭載を目的として低電圧駆動が要求されている。しかしながら、上記構成を有する従来のＣＣＤ型固体撮像装置では、低電圧駆動を実現しようとした場合、信号電荷の転送効率の低下という問題が生じる。すなわち、低電圧駆動を実現するためには転送電圧を低くする必要があるが、信号電荷量が少ない小信号時には自己誘起電界が小さく、転送効率に対する転送電圧の影響が大きいために、転送電圧を低くすると信号電荷の転送効率が大きく低下するのである。このような問題を解決する方法として、信号電荷の転送方向に平行に、電荷転送部のチャンネル幅よりも狭いチャンネル幅に規制するポテンシャルバリア又はポテンシャルウェルを電荷転送部内に設けて自己誘起電界を大きくする方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
図１６（ａ）は、上記方法を用いた電荷転送装置の構造を示す上面図であり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のＡ−Ａ’線における電位模式図である。
【０００９】
電荷転送装置は、チャンネル幅がＷ３の電荷転送部３０１と、信号入力部３０２と、電荷検出部３０３とを備える。
【００１０】
電荷転送部３０１内には、チャンネル幅Ｗ３よりも狭い幅Ｗ４のポテンシャルウェル３０６が信号電荷の転送方向ｂに平行に形成される。
【００１１】
以上のような構成を有する電荷転送装置においては、信号電荷量が多い大信号時には信号電荷（ｅ1）はチャンネル幅Ｗ３の転送チャンネル内で転送され、信号電荷量が少ない小信号時には信号電荷（ｅ2）はチャンネル幅Ｗ４の転送チャンネル内で転送される。よって、小信号電荷の転送において、自己誘起電界が増すので、転送効率に対する転送電圧の影響が小さくなり、信号電荷の転送効率を低下させることなく駆動電圧を低くすることができる。
【特許文献１】特許２５０６６３５号公報
【特許文献２】特許２５６５２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、信号電荷の転送効率及び検出感度が高い低電圧駆動のＣＣＤ型固体撮像装置を実現するために、狭いチャンネル幅の転送チャンネルを電荷転送部内に設け、その電荷転送部とつながる電荷検出部の幅を電荷転送部のチャンネル幅よりも狭くした場合、新たな問題が生じる。すなわち、ポテンシャルバリア等が信号電荷の転送方向に平行に形成されるため、図１７のＣＣＤ型固体撮像装置の上面図（水平転送ＣＣＤ近辺における上面図）に示されるように、ポテンシャルバリア等により規制された狭いチャンネル幅の転送チャンネル４０１が電荷検出部４０２とつながらず、転送チャンネル４０１から電荷検出部４０２に信号電荷を転送することができなくなるのである。
【００１３】
このとき、上記問題を解決する方法として転送チャンネル４０１を、電荷転送部４０３における電荷転送方向と垂直な幅方向の中央に形成する方法が考えられる。しかし、電荷転送部４０３における幅方向の中央に転送チャンネル４０１を形成すると、信号入力部４０４から入力された信号電荷が転送チャンネル４０１に達するのに時間を要し、信号電荷はその時間内に水平方向に転送される。従って、自己誘起電界の増大等の狭いチャンネル幅の転送チャンネルを形成することによる効果が得られなくなる。
【００１４】
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、信号電荷の転送効率及び検出感度が高い低電圧駆動の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】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、信号電荷を転送する第１電荷転送部と、前記第１電荷転送部の側部と接し、前記第１電荷転送部に信号電荷を入力する信号入力部と、前記第１電荷転送部の端部の電荷転送方向と垂直な幅方向における中央部と接し、前記第１電荷転送部のチャンネル幅よりも狭い幅を有し、前記第１電荷転送部により転送された信号電荷を電圧に変換する電荷検出部とを備え、前記第１電荷転送部は、前記第１電荷転送部のチャンネル幅よりも狭いチャンネル幅の第２電荷転送部を有し、前記第２電荷転送部は、前記電荷検出部と接し、前記第１電荷転送部のうち、前記第１電荷転送部の幅方向の中央を前記電荷転送方向に走る線よりも前記信号入力部に近い領域に位置することを特徴とする。ここで、前記第２電荷転送部は、前記第１電荷転送部と異なるポテンシャルを有する部分を設けて形成されてもよいし、前記第２電荷転送部は、前記第１電荷転送部に対するポテンシャルバリアにより形成されていてもよいし、前記第２電荷転送部は、前記第１電荷転送部に対するポテンシャルウェルにより形成されていてもよい。また、前記信号入力部は、前記第２電荷転送部と接続され、前記信号入力部の幅よりも狭いチャンネル幅の第３電荷転送部を有してもよいし、前記電荷検出部は、前記第２電荷転送部と接続され、前記電荷検出部の幅よりも狭いチャンネル幅の第４電荷転送部を有してもよい。また、前記第１電荷転送部の端部は、前記電荷検出部と接する部分に向かって徐々にチャンネル幅が狭くなるテーパー形状を有してもよい。また、前記第２電荷転送部は、前記第１電荷転送部の導電型と同じ導電型の不純物を、前記第１電荷転送部内の前記第２電荷転送部が形成される領域に注入して形成されてもよいし、前記第２電荷転送部は、前記第１電荷転送部の導電型と反対の導電型の不純物を、前記第１電荷転送部内の前記第２電荷転送部が形成されない領域に注入して形成されてもよいし、前記第２電荷転送部は、前記第１電荷転送部内の前記第２電荷転送部が形成される領域上に、前記第１電荷転送部の他の領域上のゲート絶縁膜より厚いゲート絶縁膜を形成して形成されてもよい。
【００１６】
これによって、第１電荷転送部は電荷検出部よりも広い幅を有し、その第１電荷転送部内にはチャンネル幅の狭い第２電荷転送部が形成されるので、信号電荷の転送効率及び検出感度が高い低電圧駆動のＣＣＤ型固体撮像装置を実現することができる。また、第２電荷転送部が電荷検出部と接するので、第２電荷転送部により転送された信号電荷を確実に電荷検出部に移動させることができる。
【００１７】
また、前記ポテンシャルウェルの深さは、前記第１電荷転送部の電荷転送のために形成されるポテンシャル段差よりも浅くてもよい。また、前記第１電荷転送部は、２相ＣＣＤであり、前記ポテンシャル段差は、バリア部及びストレージ部により形成されるポテンシャル段差であってもよいし、前記ポテンシャル段差は、電荷転送のために印加される駆動電圧により異相電極の下に形成されるポテンシャル段差であってもよいし、前記ポテンシャルウェルの深さは、前記ポテンシャル段差の１／５〜１／２であってもよい。
【００１８】
これによって、電荷転送において信号電荷の転送残りが生じないので、信号電荷を完全転送することができる。
【００１９】
また、前記第２電荷転送部のチャンネル幅Ｗ６は、係数が１０≧α≧１であり、W５が前記第１電荷転送部のチャンネル幅であり、ｎcが前記第２電荷転送部が形成されない前記第１電荷転送部において転送効率の劣化が始まる電荷密度であり、ｎsが前記第２電荷転送部が形成されない前記第１電荷転送部の飽和電荷密度である場合、下記の式を満足してもよい。
【００２０】
Ｗ６≦α×Ｗ５×（ｎc／ｎs）
これによって、小信号電荷の転送における転送効率の劣化を確実に防止することができる。
【００２１】
また、前記第２電荷転送部のチャンネル幅Ｗ６は、係数が１／３≦β≦１であり、Ｌcellが前記第１電荷転送部の転送セルピッチである場合、下記の式を満足してもよい。
【００２２】
Ｗ６≧β×Ｌcell
これによって、転送効率の悪化を防止することができる。
【００２３】
また、前記第２電荷転送部は、前記信号入力部と接してもよいし、前記信号入力部は、複数存在し、前記複数の信号入力部は、前記第１電荷転送部の片側に前記電荷転送方向に並んで配置され、前記第２電荷転送部は、前記複数の信号入力部の全てと接してもよい。
【００２４】
これによって、信号入力部から入力かれた信号電荷が第２電荷転送部に達するのに時間を要さないので、自己誘起電界の増大等の狭い幅の転送チャンネルを形成することによる効果を確実に得ることができる。
【００２５】
また、前記第２電荷転送部は、前記信号入力部から離れて位置し、前記第２電荷転送部と前記信号入力部との間の距離は、前記第１電荷転送部の転送セルピッチよりも短くてもよい。
【００２６】
これによって、信号入力部から入力された信号電荷が第２電荷転送部に達する時間を、信号電荷が1セル分だけ水平方向に転送される時間よりも短くすることができるので、自己誘起電界の増大等の狭い幅の転送チャンネルを形成することによる効果を得ることができる。
【００２７】
また、前記第２電荷転送部は、前記信号入力部から離れて位置し、前記第２電荷転送部と前記信号入力部との間の距離は、前記第２電荷転送部のチャンネル幅よりも短くてもよい。
【００２８】
これによって、第２電荷転送部と信号入力部との間に形成されるポテンシャルの形状が、信号入力部から入力された信号電荷を第２電荷転送部に導く斜面を有する形状となるので、信号入力部から入力された信号電荷を確実に第２電荷転送部に導き、自己誘起電界の増大等の狭い幅の転送チャンネルを形成することによる効果を確実に得ることができる。
【００２９】
また、前記第２電荷転送部は、第１部分と、前記第１部分と異なる向きの第２部分とを有してもよいし、前記第２電荷転送部が前記第１電荷転送部の電荷転送方向となす角度は、前記第２電荷転送部における電荷転送において前記第２電荷転送部内の信号電荷が前記第２電荷転送部外部に運び出されない角度であってもよい。また、前記第１電荷転送部は、２相ＣＣＤであり、前記第２電荷転送部が前記第１電荷転送部の電荷転送方向となす角度θは、Ｗ６が前記第２電荷転送部のチャンネル幅であり、Ｌsがストレージ部の電極のゲート長であり、Ｌbがバリア部の電極のゲート長である場合、下記の式を満足してもよい。
【００３０】
ｓｉｎθ≦Ｗ６／（２×Ｌs＋Ｌb）
さらに、前記第１電荷転送部は、３相ＣＣＤあるいは４相ＣＣＤであり、前記第２電荷転送部が前記第１電荷転送部の電荷転送方向となす角度θは、Ｗ６が前記第２電荷転送部のチャンネル幅であり、Ｌcellが前記第１電荷転送部の転送セルピッチである場合、下記の式を満足してもよい。
【００３１】
ｓｉｎθ≦Ｗ６／Ｌcell
これによって、電荷転送において第２電荷転送部内の信号電荷が第２電荷転送部の外部に運び出されないので、自己誘起電界の増大等の狭い幅の転送チャンネルを形成することによる効果を確実に得ることができる。
【００３２】
また、前記第２電荷転送部は、前記電荷検出部に向かってチャンネル幅が広がるテーパー形状を有していてもよい。また、前記第２電荷転送部は、第３の部分と、前記第３の部分と異なるチャンネル幅の第４の部分とを有してもよい。
【００３３】
これによって、信号電荷量が比較的多くなった場合においても第２電荷転送部から信号電荷があふれ出さないので、信号電荷量が比較的多くなった場合における転送効率の低下が発生しなくなる。
【００３４】
また、前記第２電荷転送部は、前記電荷検出部との接点において、前記電荷検出部よりも広いチャンネル幅を有してもよい。
【００３５】
これによって、出力電極が設けられずに拡散により電荷検出部に信号電荷を転送させる電荷検出部近傍の第１電荷転送部の一部において、ポテンシャルの段差が形成されないので、信号電荷の転送効率が高いＣＣＤ型固体撮像装置を実現することができる。
【００３６】
また、前記第２電荷転送部は、前記電荷検出部に向かってチャンネル幅が狭まるテーパー形状を有してもよい。
【００３７】
これによって、信号電荷量が比較的少なくなった場合に、自己誘起電界が大きくなるので、信号電荷量が比較的少なくなった場合における転送効率を高くすることができる。
【００３８】
また、前記第２電荷転送部のチャンネル幅は、一定であってもよい。
これによって、チャンネル幅が狭いと変調を受けて電荷転送の妨げとなるが、一定であるため、そのような影響を受けず、電荷転送が安定する。
【００３９】
また、前記固体撮像装置は、さらに、リセットドレインと、前記電荷検出部と接し、前記電荷検出部の電荷をリセットドレインに排出するリセットゲートとを備え、前記第２電荷転送部、前記リセットドレイン、前記リセットゲート及び前記電荷検出部は、同一の不純物を連続的に注入して形成されてもよい。
【００４０】
これによって、不要なポテンシャル段差が形成されず、電荷検出部と第２電荷転送部との間の電荷転送効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明に係る固体撮像装置によれば、信号電荷の転送効率及び検出感度が高い低電圧駆動のＣＣＤ型固体撮像装置を実現できる。また、電荷転送部で転送された信号電荷を確実に電荷検出部に移動させることが可能なＣＣＤ型固体撮像装置を実現できる。
【００４２】
よって、本発明により、信号電荷の転送効率及び検出感度が高い低電圧駆動のＣＣＤ型固体撮像装置を提供することが可能となり、実用的価値は極めて高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の実施の形態におけるＣＣＤ型固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、第１の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置の構成を示す上面図（水平転送ＣＣＤ近辺における上面図）であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線における電位模式図である。
【００４４】
本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置は、第１電荷転送部１０２の片側に第１電荷転送部１０２の電荷転送方向（ｃ方向）に並んで配置された複数の信号入力部１０１と、第２電荷転送部１０４が内部に形成された第１電荷転送部１０２と、電荷検出部１０３と、出力電極１０５と、リセット電極１０６と、リセットドレイン１０７とを備える。
【００４５】
信号入力部１０１は、垂直転送ＣＣＤを構成し、第１電荷転送部１０２と接続されて第１電荷転送部１０２に信号電荷を入力する。このとき、信号入力部１０１は、第１電荷転送部１０２の側部と接する。
【００４６】
第１電荷転送部１０２は、水平転送ＣＣＤを構成し、信号入力部１０１から入力された信号電荷を転送電極（図外）への電圧印加に応じて転送する。このとき、第１電荷転送部１０２は、Ｗ５のチャンネル幅を有する。また、第１電荷転送部１０２の端部は、電荷検出部１０３と接する部分に向かって徐々に幅が狭くなるテーパー形状を有する。
【００４７】
第２電荷転送部１０４は、第１電荷転送部１０２の信号入力部１０１及び電荷検出部１０３と接する信号入力部１０１側の側部及び電荷検出部１０３側の端部に、第１電荷転送部１０２の端部及び側部の周縁部に沿って形成される。第２電荷転送部１０４は、チャンネル幅Ｗ５よりも狭い一定幅Ｗ６のポテンシャルウェルを第１電荷転送部１０２内に設けて形成される。なお、第２電荷転送部１０４は、第１電荷転送部１０２のチャンネル幅Ｗ５よりも狭いチャンネル幅Ｗ６に規制するポテンシャルウェルを第１電荷転送部１０２内に設けて形成されるとした。しかし、第１電荷転送部１０２と異なるポテンシャルを有する部分を第１電荷転送部１０２内に形成できればこれに限られず、第２電荷転送部１０４は、図１（ｃ）の電位模式図（図１（ａ）のＡ−Ａ’線における電位模式図）に示されるような、第１電荷転送部１０２のチャンネル幅Ｗ５よりも狭いチャンネル幅Ｗ６に規制するポテンシャルバリア１０９を設けて形成されてもよい。
【００４８】
電荷検出部１０３は、第１電荷転送部１０２と接続されて第１電荷転送部１０２及び第２電荷転送部１０４により転送された信号電荷を電圧に変換する。このとき、電荷検出部１０３は、チャンネル幅Ｗ５よりも狭い幅Ｗ７を有し、第１電荷転送部１０２の端部の電荷転送方向と垂直な幅方向（ｄ方向）における中央部と接する。これにより、第１電荷転送部１０２のチャンネル幅を狭めることなく、電荷検出部１０３の面積を小さくして電荷検出部１０３の容量を小さくすることができるので、信号電荷の転送効率を低くすることなく信号電荷の検出感度を高くすることができる。
【００４９】
出力電極１０５は、第１電荷転送部１０２の電荷転送方向における信号入力部１０１と接しなくなった位置を境にした電荷検出部１０３と接する部分（出力部１１０）の上方に形成され、第１電荷転送部１０２及び第２電荷転送部１０４の信号電荷を電荷検出部１０３に転送する出力ゲートを構成する。このとき、電荷検出部１０３近傍における出力電極１０５には、電荷検出部１０３のコンタクト穴と出力電極１０５との設計マージン（オーバーラップマージン）のための切り欠き部１０５ａが形成されている。
【００５０】
リセット電極１０６は、電荷検出部１０３と接し、電荷検出部１０３の信号電荷をリセットドレイン１０７に排出するリセットゲートを構成する。
【００５１】
ここで、第２電荷転送部１０４のチャンネル幅Ｗ６は、転送効率の劣化する信号量を考慮して上限が設定され、転送効率を考慮して下限が設定される。すなわち、チャンネル幅Ｗ６は、1)Ｗ６≦α×Ｗ５×（ｎc／ｎs）（１０≧α≧１、ｎc：小信号電荷の転送において第２電荷転送部１０４が形成されない場合に転送効率の劣化が始まる電荷密度、ｎs：第２電荷転送部１０４が形成されない場合の第１電荷転送部１０２の飽和電荷密度）、及び2)Ｗ６≧β×Ｌcell（１／３≦β≦１、Ｌcell：第１電荷転送部１０２の転送セルピッチ）の条件を満たす幅に設定される。
【００５２】
なお、転送セルピッチＬcellは、繰り返しの電極の組であるセルの長さであり、第１電荷転送部１０２が４電極４相ＣＣＤである場合には４つの電極のゲート長の合計となり、３電極３相ＣＣＤである場合には３つの電極のゲート長の合計となり、図２のような４電極２相ＣＣＤである場合には４つの電極のゲート長の合計となる。
【００５３】
このとき、1)の条件（上限の条件）は、第２電荷転送部１０４が転送効率の劣化の起こる程度に小量の信号電荷を転送することが可能なチャンネル幅を有すればよいという考えに基づいて導出されるものである。α＝１であれば、従来では幅W５の第１電荷転送部１０２において転送劣化の始まっていた信号量を、飽和電荷密度ｎsを保ってすべて第２電荷転送部１０４内に納めて転送することが出来ることを意味する。通常では、小信号電荷量の転送において、第１電荷転送部１０２の飽和電荷密度に対して１／１０の量の信号電荷密度では転送劣化が始まることはないため、経験的にαの上限を１０とした。α＝１０の場合は、従来では転送劣化の始まっていた信号電荷量が第２電荷転送部１０４内でｎsの１／１０に改善されることを意味するからである。例えば第１電荷転送部１０２の飽和電荷量に対して１／１６の量の信号電荷を転送するときに転送効率の劣化が起こり、αが２の場合には、1)の条件はＷ６≦（１／８）×Ｗ５となる。また、2)の条件（下限の条件）は、β＝１であれば、第２電荷転送部１０４のチャンネル幅が第１電荷転送部１０２の転送セルピッチよりも短くなり、転送効率が悪化するという考えに基づいて導出されるものである。ただし、近年、電荷転送部を形成する不純物濃度分布等を改善することにより、転送セルピッチに対する電荷転送部の幅の比率が１／３でも転送効率に支障が無いようにすることが出来るようになった。そのため、2)の条件におけるβは、第２電荷転送部１０４の形成条件に応じて１／３≦β≦１であればよい。
【００５４】
また、第２電荷転送部１０４のポテンシャル深さＶaは、第１電荷転送部１０２の電荷転送のために形成されるポテンシャル段差よりも浅くなるように、例えば電荷転送のために印加される駆動電圧により形成されるポテンシャル段差Ｖcの１／５〜１／２に設定される。すなわち、ポテンシャル深さＶaは、第１電荷転送部１０２が２相ＣＣＤである場合には、バリア部とストレージ部とのポテンシャル段差Ｖbよりも浅くなるように、ポテンシャル段差Ｖcの１／５〜１／３、より好ましくはポテンシャル段差Ｖbの１／２〜３／４に設定される。
【００５５】
図２は、信号量と転送効率との関係を示す図である。なお、図２において、点線はポテンシャル深さＶaがポテンシャル段差Ｖcの１／２の場合における転送効率の変化を示しており、実線はポテンシャル深さＶaがポテンシャル段差Ｖcの１／５の場合における転送効率の変化を示しており、一点鎖線は第２電荷転送部が形成されない場合における転送効率の変化を示している。
【００５６】
図２から、ポテンシャル段差Ｖcの１／５あるいは１／２にポテンシャル深さＶaを設定することにより、大信号電荷の転送における転送効率の悪化が最小限に抑えられ、かつ小信号電荷の転送における転送効率の悪化が抑えられることがわかる。すなわち、ポテンシャル深さＶaをポテンシャル段差Ｖcの１／５〜１／２に設定することにより、大信号電荷の転送及び小信号電荷の転送における良好な転送効率を確保できることがわかる。
【００５７】
このとき、上記ポテンシャル深さＶaの条件は、第１電荷転送部１０２により転送される信号電荷の量が多い場合、ポテンシャル深さＶaが極端に深いと、電荷転送において電荷転送方向と反対側に信号電荷が溢れ出し、信号電荷を完全転送できなくという考えに基づいて導出されるものである。すなわち、第１電荷転送部１０２が２相ＣＣＤであり、ポテンシャル深さＶaが極端に深くない場合には、図３のポテンシャル分布の変化図に示されるように、バリア部１１３はストレージ部１１４の信号電荷に対してポテンシャルバリアとして完全に機能し、信号電荷は駆動電圧３Ｖにより完全に転送される。しかし、ポテンシャル深さＶaが極端に深い場合には、図４のポテンシャル分布の変化図に示されるように、バリア部１１３はストレージ部１１４の信号電荷に対してポテンシャルバリアとして完全に機能せず、ストレージ部１１４の信号電荷の一部がバリア部１１３のポテンシャルウェルに溢れ出し、転送残りが生じるので、これを防止しなければならないのである。
【００５８】
なお、第２電荷転送部１０４がポテンシャルバリア１０９を設けて形成され、第１電荷転送部１０２が２相ＣＣＤである場合、ポテンシャルバリア１０９の高さは、第１電荷転送部１０２の電荷転送のために形成されるポテンシャル段差よりも低くなるように、例えばポテンシャル段差Ｖcの１／５〜１／３、より好ましくはポテンシャル段差Ｖbの１／２〜３／４に設定される。
【００５９】
以上のような構成を有するＣＣＤ型固体撮像装置においては、信号電荷量が多い大信号時には信号電荷（ｅ3）はチャンネル幅Ｗ５の転送チャンネル内で転送され、信号電荷量が少ない小信号時には信号電荷（ｅ4）はチャンネル幅Ｗ６の転送チャンネル内で転送される。よって、小信号電荷の転送において、自己誘起電界が増すので、転送効率に対する転送電圧の影響が小さくなり、信号電荷の転送効率を低下させることなく駆動電圧を低くすることができる。
【００６０】
次に、ＣＣＤ型固体撮像装置の製造方法について説明する。
図５は、ＣＣＤ型固体撮像装置の製造方法を説明するための上面図（水平転送ＣＣＤ近辺における上面図）である。なお、図５において、図１と同一の要素には同一の符号が付されており、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
【００６１】
まず、図５（ａ）に示されるように、ｐ型のウェルあるいは半導体基板上に、フォトレジストにより信号入力部１０１、第１電荷転送部１０２、電荷検出部１０３、リセットドレイン１０７、出力電極１０５下方及びリセット電極１０６下方のゲート領域形成のためのマスクパターンを形成した後、ｎ型の不純物を注入し、ｎ型不純物領域１１１を形成する。
【００６２】
次に、図５（ｂ）に示されるように、ｐ型のウェルあるいは半導体基板上に、フォトレジストにより電荷検出部１０３、第２電荷転送部１０４、リセットドレイン１０７及びゲート領域形成のためのマスクパターンを形成した後、ｎ型の不純物を注入し、ｎ型不純物領域１１２を形成する。すなわち、電荷検出部１０３、第２電荷転送部１０４、リセットドレイン１０７及びゲート領域が形成されるｐ型のウェルあるいは半導体基板の所定領域にｎ型の不純物を連続的に注入し、ｎ型不純物領域１１２を形成する。このとき、ｎ型不純物領域１１２にｐ型の不純物を追加して注入することにより第２電荷転送部１０４のポテンシャル深さを調節してもよい。
【００６３】
最後に、図５（ｃ）に示されるように、出力電極１０５、リセット電極１０６及び転送電極を形成する。
【００６４】
なお、ここでは信号入力部１０１、第１電荷転送部１０２、電荷検出部１０３、リセットドレイン１０７及びゲート領域を同一のマスクにより形成する方法を示したが、それぞれを独立したマスクを用いた個別のイオン注入によって形成してもよい。
【００６５】
以上のように本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置によれば、チャンネル幅の狭い第２電荷転送部１０４が第１電荷転送部１０２内に形成され、電荷検出部１０３の幅Ｗ７は第１電荷転送部１０２のチャンネル幅Ｗ５よりも狭い。よって、信号電荷の転送効率及び検出感度が高い低電圧駆動のＣＣＤ型固体撮像装置を実現することができる。
【００６６】
また、本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置によれば、チャンネル幅の狭い第２電荷転送部１０４は、信号入力部１０１と接する。よって、信号入力部１０１から入力かれた信号電荷が第２電荷転送部１０４に達するのに時間を要さないので、自己誘起電界の増大等の狭い幅の転送チャンネルを形成することによる効果を確実に得ることができる。
【００６７】
また、本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置によれば、第２電荷転送部１０４は、電荷検出部１０３と接する。よって、第２電荷転送部１０４により転送された信号電荷を確実に電荷検出部１０３に移動させることができる。
【００６８】
また、本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置によれば、第２電荷転送部１０４の第２チャンネル幅Ｗ６は、一定の長さである。よって、第２電荷転送部１０４はチャンネル幅が異なることによる変調を受けないので、さらに信号電荷の転送効率が高いＣＣＤ型固体撮像装置を実現することができる。
【００６９】
なお、本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置において、図６（ａ）のＣＣＤ型固体撮像装置の上面図（水平転送ＣＣＤ近辺における上面図）及び図６（ｂ）の電位模式図（図６（ａ）のＢ−Ｂ’線における電位模式図）に示されるように、信号入力部１０１の幅よりも狭いチャンネル幅の第３電荷転送部１９０が、第１電荷転送部１０２内の第２電荷転送部１０４とつながるように、信号入力部１０１内に形成されてもよい。また同様に、電荷検出部１０３及びリセットドレイン１０７の幅よりも狭いか同じチャンネル幅の第４電荷転送部が、第１電荷転送部１０２内の第２電荷転送部１０４とつながるように、電荷検出部１０３、リセット電極１０６下方及びリセットドレイン１０７内に形成されてもよい。
【００７０】
また、本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置において、第２電荷転送部１０４は、第１電荷転送部１０２形成のための不純物と同一の導電型の不純物を、第１電荷転送部１０２内の第２電荷転送部１０４が形成される領域に注入することにより形成されるとした。しかし、第２電荷転送部１０４は、第１電荷転送部１０２形成のための不純物と反対の導電型の不純物を、第１電荷転送部１０２内の第２電荷転送部１０４が形成されない領域に注入することにより形成されてもよい。
【００７１】
また、本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置において、第２電荷転送部１０４は、第１電荷転送部１０２内に不純物濃度の異なる領域を設けることにより形成されるとした。しかし、第２電荷転送部１０４は、第１電荷転送部１０２上のゲート絶縁膜の膜厚を調節することにより形成されてもよい。すなわち、第２電荷転送部１０４は、第１電荷転送部１０２内の第２電荷転送部１０４が形成される領域上に他の領域上のゲート絶縁膜より厚いゲート絶縁膜を形成することにより形成されてもよい。
【００７２】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置は、第２電荷転送部が向きの異なる部分を有し、出力部において、第２電荷転送部が第１電荷転送部の側部に接することなく信号入力部から電荷検出部に接続しているという点で第１の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置とは異なる。以下、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【００７３】
図７は、第２の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置の構成を示す上面図（水平転送ＣＣＤ近辺における上面図）である。なお、図７において、図１と同一の要素には同一の符号が付されており、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
【００７４】
ＣＣＤ型固体撮像装置は、複数の信号入力部１０１と、第２電荷転送部１２１が内部に形成された第１電荷転送部１０２と、電荷検出部１０３と、出力電極１０５と、リセット電極１０６と、リセットドレイン１０７とを備える。
【００７５】
第２電荷転送部１２１は、第１電荷転送部１０２の出力部１１０と、第１電荷転送部１０２の出力部１１０以外の部分とで向きが異なり、電荷転送方向と平行な第１直線部と電荷検出部１０３に向かう方向（ｅ方向）を向いた第２直線部とが出力部１１０で接続された形状をし、第１直線部は第１電荷転送部１０２の信号入力部１０１側の側部の周縁部に沿い、第２直線部は第１電荷転送部１０２の側部あるいは端部の周縁部に沿わずに第１直線部と電荷検出部１０３とを最短距離でつなぐという点で第１の実施の形態の第２電荷転送部とは異なる。
【００７６】
ここで、電荷転送方向と第２電荷転送部１２１とがなす角度、つまり第１直線部及び第２直線部がなす角度θは、第２直線部における電荷転送において第２電荷転送部１２１内の信号電荷が第２電荷転送部１２１の外部に運び出されない角度になるように設定される。すなわち、角度θは、第１電荷転送部１０２が３相ＣＣＤあるいは４相ＣＣＤである場合には、3)ｓｉｎθ≦Ｗ６／Ｌcellの条件を満たす角度に設定され、２相ＣＣＤである場合には、4)ｓｉｎθ≦Ｗ６／（２×Ｌs＋Ｌb）（Ｌs：ストレージ部の電極のゲート長、Ｌb：バリア部の電極のゲート長）の条件を満たす角度に設定される。
【００７７】
このとき、3)、4)の条件は、図１１の第１電荷転送部１０２の拡大上面図に示されるｘが０よりも大きければ第２電荷転送部１２１外部への信号電荷の運び出しが起こらないという考えに基づいて導出されるものである。また、ｘが第２電荷転送部１２１の幅Ｗ６と同じであれば十分であるという考えに基づいて、第１電荷転送部１０２が３相ＣＣＤあるいは４相ＣＣＤである場合には、5)ｔａｎ（θ／２）≦Ｌcell／Ｗ６、２相ＣＣＤである場合には、6)ｔａｎ（θ／２）≦（２×Ｌs＋Ｌb）／Ｗ６なる十分条件が導かれる。
なお、第２直線部に関するこれらの必要条件及び十分条件は、本発明の他の実施例に対しても有効である。
【００７８】
なお、第２電荷転送部１２１がテーパー形状を有する等、幅方向における第１電荷転送部１０２の中央に近い第２電荷転送部１２１の周縁部と第１電荷転送部１０２の中央から遠い第２電荷転送部１２１の周縁部とで第１直線部と第２直線部とがなす角度θが異なる場合には、小さい方の角度θが上記条件を満たすように設定される。
【００７９】
以上のように本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置によれば、第１の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置と同様の理由により、信号電荷の転送効率及び検出感度が高い低電圧駆動のＣＣＤ型固体撮像装置を実現することができる。
【００８０】
また、本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置によれば、第２電荷転送部の形状を、第１電荷転送部の形状に影響されること無く独立に、上記電荷転送方向と第２電荷転送部１２１とがなす角度を考慮して転送効率に対して最適化することが可能になる。
【００８１】
なお、本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置において、第２電荷転送部は２つの直線部が接続された形状をするとした。しかし、第２電荷転送部は向きの異なる複数の直線部が接続された形状をしていてもよい。すなわち、第２電荷転送部は多段に曲がった形状をしていてもよい。また、第２電荷転送部を構成する部分は直線部に限られず、例えば曲線部から構成されてもよい。
【００８２】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置は、第２電荷転送部における信号入力部と接する部分と電荷検出部と接する部分とを接続する部分が信号入力部から電荷検出部に向かって幅が広がるテーパー形状を有するという点で第２の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置とは異なる。以下、第２の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【００８３】
図８（ａ）は、第３の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置の構成を示す上面図（水平転送ＣＣＤ近辺における上面図）である。なお、図８（ａ）において、図７と同一の要素には同一の符号が付されており、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
【００８４】
ＣＣＤ型固体撮像装置は、複数の信号入力部１０１と、第２電荷転送部１３１が内部に形成された第１電荷転送部１０２と、電荷検出部１０３と、出力電極１０５と、リセット電極１０６と、リセットドレイン１０７とを備える。
【００８５】
第２電荷転送部１３１の第１直線部及び第２直線部が異なる幅を有し、第１直線部の幅がＷ６であり、第２直線部の幅がＷ６より大きいという点で第２の実施の形態の第２電荷転送部とは異なる。また、第２電荷転送部１３１の第２直線部が電荷検出部１０３に向かって幅が広がるテーパー形状を有するという点でも第２の実施の形態の第２電荷転送部とは異なる。第２電荷転送部１３１は、電荷検出部１０３と接する部分において、電荷検出部１０３よりも広い幅を有する。
【００８６】
以上のように本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置によれば、第１の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置と同様の理由により、信号電荷の転送効率及び検出感度が高い低電圧駆動のＣＣＤ型固体撮像装置を実現することができる。
【００８７】
また、本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置によれば、第２電荷転送部１３１における信号入力部１０１と接する部分と電荷検出部１０３と接する部分とを接続する部分が信号入力部１０１から電荷検出部１０３に向かって幅が広がるテーパー形状を有する。よって、信号電荷量が比較的多くなったときでも転送効率の低下が発生しなくなる。また、第２電荷転送部１３１のチャンネル幅の効果により、電荷検出部１０３に向かって第２電荷転送部１３１の信号電荷に対するポテンシャルが大きくなり、電荷の転送が助けられる。さらに、出力電極が設けられずに拡散により電荷検出部に信号電荷を転送させる電荷検出部近傍の出力部の一部、つまり出力電極の切り欠き部下方において、第２電荷転送部１３１のチャンネル幅が電荷検出部の幅よりも広くなり、ポテンシャルの障壁が形成されないので、第２の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置と比較して、信号電荷の転送効率が更に高いＣＣＤ型固体撮像装置を実現することができる。さらにまた、テーパー形状を有することによって、第２電荷転送部１３１のテーパー状をした部分の中心線よりも、第２電荷転送部１３１の電荷入力部１０１側の境界の方が第１電荷転送部１０２の電荷転送方向に対してなす角度が小さい。従って、第２電荷転送部１３１の第２直線部の角度を比較的急峻に保ちながら、その境界は第２の実施例における式3)または式4)を満足するようにして良好な転送効率を実現することができる。
【００８８】
なお、本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置において、第２電荷転送部１３１の第２直線部が電荷検出部１０３に向かって幅が広がるテーパー形状を有するとした。しかし、第２電荷転送部１３１の第２直線部は一定幅を有していてもよい。この場合には、図８（ｂ）のＣＣＤ型固体撮像装置の上面図に示されるように、第２電荷転送部１３１のうち第１電荷転送部１０２の幅方向の中央を電荷転送方向に走る中央線に近い部分は、出力部１１０手前の信号入力部１０１から離れた部分で曲がり、第２電荷転送部１３１のうち第１電荷転送部１０２の中央線と離れた部分は、出力部１１０で曲がる。
【００８９】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置は、第２電荷転送部における信号入力部と接する部分と電荷検出部と接する部分とを接続する部分が信号入力部から電荷検出部に向かって幅が狭まるテーパー形状を有するという点で第２の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置とは異なる。以下、第２の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【００９０】
図９は、第４の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置の構成を示す上面図（水平転送ＣＣＤ近辺における上面図）である。なお、図９において、図７と同一の要素には同一の符号が付されており、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
【００９１】
ＣＣＤ型固体撮像装置は、複数の信号入力部１０１と、第２電荷転送部１４１が内部に形成された第１電荷転送部１０２と、電荷検出部１０３と、出力電極１０５と、リセット電極１０６と、リセットドレイン１０７とを備える。
【００９２】
第２電荷転送部１４１の第１直線部及び第２直線部が異なる幅を有し、第１直線部の幅がＷ６であり、第２直線部の幅がＷ６より小さいという点で第２の実施の形態の第２電荷転送部とは異なる。また、第２電荷転送部１４１の第２直線部が電荷検出部１０３に向かって幅が狭まるテーパー形状を有するという点でも第２の実施の形態の第２電荷転送部とは異なる。
【００９３】
以上のように本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置によれば、第１の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置と同様の理由により、信号電荷の転送効率及び検出感度が高い低電圧駆動のＣＣＤ型固体撮像装置を実現することができる。
【００９４】
また、本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置によれば、第２電荷転送部１４１における信号入力部１０１と接する部分と電荷検出部１０３と接する部分とを接続する部分が信号入力部１０１から電荷検出部１０３に向かって幅が狭まるテーパー形状を有する。よって、信号電荷量が極端に少ない場合において転送効率が高くなる。
【００９５】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置は、第２電荷転送部が信号入力部と接しないという点で第２の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置とは異なる。以下、第２の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【００９６】
図１０は、第５の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置の構成を示す上面図（水平転送ＣＣＤ近辺における上面図）である。なお、図１０において、図７と同一の要素には同一の符号が付されており、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
【００９７】
ＣＣＤ型固体撮像装置は、複数の信号入力部１０１と、第２電荷転送部１５１が内部に形成された第１電荷転送部１０２と、電荷検出部１０３と、出力電極１０５と、リセット電極１０６と、リセットドレイン１０７とを備える。
【００９８】
第２電荷転送部１５１の第１直線部が第１電荷転送部１０２の信号入力部１０１側の側部の周縁部に沿わないという点で第２の実施の形態の第２電荷転送部とは異なる。
【００９９】
ここで、第２電荷転送部１５１は、電荷検出部１０３と接し、第１電荷転送部１０２のうち、第１電荷転送部１０２の幅方向の中央を電荷転送方向に走る中央線よりも信号入力部１０１に近い領域に形成される。つまり、第１電荷転送部１０２のうち、第１電荷転送部１０２の幅方向の中央を電荷転送方向に走る中央線と、信号入力部１０１と接する第１電荷転送部１０２の側部とで挟まれる領域に形成される。
【０１００】
また、第２電荷転送部１５１の第１直線部と、第１電荷転送部１０２の信号入力部１０１と接する側部の周縁部との間の距離Ｗ８は、第１電荷転送部１０２の転送セルピッチＬcellよりも小さい。また同時に、距離Ｗ８は、第２電荷転送部１５１のチャンネル幅Ｗ６よりも小さい。
【０１０１】
以上のように本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置によれば、第１の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置と同様の理由により、信号電荷の転送効率及び検出感度が高い低電圧駆動のＣＣＤ型固体撮像装置を実現することができる。
【０１０２】
また、本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置によれば、距離Ｗ８は、転送セルピッチＬcellよりも小さい。よって、信号入力部１０１から入力された信号電荷が第２電荷転送部に達する時間を、信号電荷が1セル分だけ水平方向に転送される時間よりも短くすることができるので、自己誘起電界の増大等の狭い幅の転送チャンネルを形成することによる効果を得ることができる。このとき、第２電荷転送部を不純物濃度差によって形成する場合に、例えばイオン注入方向や熱拡散により第２電荷転送部の境界で不純物濃度がなだらかに変化するようにすることにより、一層効果的に電荷を第２電荷転送部に導くことが可能になる。
【０１０３】
また、本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置によれば、距離Ｗ８は、第２電荷転送部１５１のチャンネル幅Ｗ６よりも小さい。よって、第２電荷転送部と信号入力部との間、つまり第２電荷転送部の信号入力部側の側部の周縁部と、第１電荷転送部の信号入力部と接する側部の周縁部との間に形成されるポテンシャルの形状が、信号入力部から入力された信号電荷を第２電荷転送部に導く斜面を有する形状となるので、信号入力部から入力された信号電荷を確実に第２電荷転送部に導き、自己誘起電界の増大等の狭い幅の転送チャンネルを形成することによる効果を確実に得ることができる。このとき、第２電荷転送部を不純物濃度差によって形成する場合に、例えばイオン注入方向や熱拡散により第２電荷転送部の境界で不純物濃度がなだらかに変化するようにすることにより、一層効果的に電荷を第二電荷転送部に導くことが可能になる。
【０１０４】
なお、本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置において、第２電荷転送部１５１は、第１直線部と第２直線部とが出力部１１０で接続された形状を有するとした。しかし、第２電荷転送部１５１は、図１２のＣＣＤ型固体撮像装置の上面図に示されるように、電荷転送方向と平行な第３直線部のみからなる形状を有していてもよい。この場合、電荷検出部１０３は、第１電荷転送部１０２の幅方向における中央を境にした信号入力部１０１と接する部分と接する。
【０１０５】
また、本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置において、距離Ｗ８を第２電荷転送部１５１のチャンネル幅Ｗ６よりも小さくすることで、第２電荷転送部１５１と信号入力部１０１との間に形成されるポテンシャルを信号入力部１０１から入力された信号電荷を第２電荷転送部１５１に導く形状にした。しかし、第２電荷転送部と信号入力部との間の第１電荷転送部内に第２電荷転送部よりも浅いポテンシャルウェルを設けることで、第２電荷転送部と信号入力部との間に形成されるポテンシャルの形状を信号入力部から入力された信号電荷を第２電荷転送部に導く形状にしてもよい。
【０１０６】
また、本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置において、第２電荷転送部１５１の第１直線部及び第２直線部は、同じ幅を有するとした。しかし、第２電荷転送部１５１の第２直線部が電荷検出部１０３に向かって幅が狭まるテーパー形状を有し、第２電荷転送部１５１の第１直線部及び第２直線部は異なる幅を有していてもよい。この場合には、図１３のＣＣＤ型固体撮像装置の上面図に示されるように、第２電荷転送部１５１のうち第１電荷転送部１０２の幅方向の中央を電荷転送方向に走る中央線に近い部分は、出力部１１０手前の信号入力部１０１から離れた部分で曲がり、第２電荷転送部１５１のうち第１電荷転送部１０２の中央線と離れた部分は、出力部１１０で曲がる。すなわち、第２電荷転送部１５１は、幅方向における第１電荷転送部１０２の中央線に近い周縁部と、第１電荷転送部１０２の中央線から遠い周縁部とで、第１直線部及び第２直線部がなす角度θが異なる形状をしていてもよい。これにより、第１直線部及び第２直線部がなす角度θを小さくし、第１直線部及び第２直線部がなす角度θに対する大きな制約を受けなくなるので、設計自由度の高いＣＣＤ型固体撮像装置を実現することができる。
【０１０７】
（第６の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置は、第２電荷転送部がポテンシャルバリアにより形成されるという点で第５の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置とは異なる。以下、第５の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【０１０８】
図１４（ａ）は、第６の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置の構成を示す上面図（水平転送ＣＣＤ近辺における上面図）であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＡ−Ａ’線における電位模式図である。なお、図１４において、図１３と同一の要素には同一の符号が付されており、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
【０１０９】
ＣＣＤ型固体撮像装置は、複数の信号入力部１０１と、第２電荷転送部１６１が内部に形成された第１電荷転送部１６２と、電荷検出部１０３と、出力電極１０５と、リセット電極１０６と、リセットドレイン１０７とを備える。
【０１１０】
第２電荷転送部１６１は、第１電荷転送部１６２のチャンネル幅Ｗ５よりも狭いチャンネル幅Ｗ６に規制するポテンシャルバリア１６３を設けて形成されるという点で第５の実施の形態の第２電荷転送部とは異なる。このとき、信号入力部１０１から離れて位置するポテンシャルバリア１６３は、大信号時に第２電荷転送部１６１外側の信号電荷が電荷検出部１０３に移動するのを妨げないように、出力部１１０の電荷検出部１０３近傍には形成されない。また、信号入力部１０１の近くに位置するポテンシャルバリア１６３は、信号入力部１０１から離れて位置するポテンシャルバリア１６３と異なる高さを有し、例えば信号入力部１０１から離れて位置するポテンシャルバリア１６３よりも高い高さを有する。
【０１１１】
以上のように本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置によれば、第１の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置と同様の理由により、信号電荷の転送効率及び検出感度が高い低電圧駆動のＣＣＤ型固体撮像装置を実現することができる。
【０１１２】
また、本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置によれば、第２電荷転送部１６１は、第１電荷転送部１６２にポテンシャルウェルではなく、ポテンシャルバリア１６３を設けて形成される。よって、第５の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置のように、第２電荷転送部の深さに対する大きな制約を受けなくなるので、設計自由度の高いＣＣＤ型固体撮像装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明は、ＣＣＤ型固体撮像装置に利用でき、特に携帯用機器に搭載されるＣＣＤ型固体撮像装置等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】（ａ）本発明の第１の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置の構成を示す上面図（水平転送ＣＣＤ近辺における上面図）である。（ｂ）図１（ａ）のＡ−Ａ’線における電位模式図である。（ｃ）図１（ａ）のＡ−Ａ’線における電位模式図である。
【図２】転送効率と信号量との関係を示す図である。
【図３】ポテンシャル深さＶaが極端に深くないＣＣＤ型固体撮像装置での電荷転送におけるポテンシャル分布の変化図である。
【図４】ポテンシャル深さＶaが極端に深いＣＣＤ型固体撮像装置での電荷転送におけるポテンシャル分布の変化図である。
【図５】同ＣＣＤ型固体撮像装置の製造方法を説明するための上面図（水平転送ＣＣＤ近辺における上面図）である。
【図６】（ａ）同ＣＣＤ型固体撮像装置の変形例の構成を示す上面図（水平転送ＣＣＤ近辺における上面図）である。（ｂ）図６（ａ）のＢ−Ｂ’線における電位模式図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置の構成を示す上面図（水平転送ＣＣＤ近辺における上面図）である。
【図８】（ａ）本発明の第３の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置の構成を示す上面図（水平転送ＣＣＤ近辺における上面図）である。（ｂ）同ＣＣＤ型固体撮像装置の変形例の構成を示す上面図（水平転送ＣＣＤ近辺における上面図）である。
【図９】本発明の第４の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置の構成を示す上面図（水平転送ＣＣＤ近辺における上面図）である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置の構成を示す上面図（水平転送ＣＣＤ近辺における上面図）である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置の第１電荷転送部の拡大上面図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置の変形例の構成を示す上面図（水平転送ＣＣＤ近辺における上面図）である。
【図１３】同ＣＣＤ型固体撮像装置の変形例の構成を示す上面図（水平転送ＣＣＤ近辺における上面図）である。
【図１４】（ａ）本発明の第６の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置の構成を示す上面図（水平転送ＣＣＤ近辺における上面図）である。（ｂ）図１４（ａ）のＡ−Ａ’線における電位模式図である。
【図１５】従来のＣＣＤ型固体撮像装置の構成を示す上面図（水平転送ＣＣＤ近辺における上面図）である。
【図１６】（ａ）従来の電荷転送装置の構造を示す上面図である。（ｂ）は、図１６（ａ）のＡ−Ａ’線における電位模式図である。
【図１７】従来のＣＣＤ型固体撮像装置の構成を示す上面図（水平転送ＣＣＤ近辺における上面図）である。
【符号の説明】
【０１１５】
１０１、３０２、４０４    信号入力部
１０２、１６２    第１電荷転送部
１０３、２０４、３０３、４０２    電荷検出部
１０４、１２１、１３１、１４１、１５１、１６１    第２電荷転送部
１０５、２０３    出力電極
１０５ａ    切り欠き部
１０６、２０６    リセット電極
１０７、２０７    リセットドレイン
１１０    出力部
１１１、１１２    ｎ型不純物領域
１１３    バリア部
１１４    ストレージ部
１６３、１９０    ポテンシャルバリア
１９０    第３電荷転送部
２０１、３０１、４０３    電荷転送部
２０５    ソースフォロア回路
２２１、２２２    転送電極
３０６    ポテンシャルウェル
４０１    転送チャンネル
【図１】
2006203146.tif 000003
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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