(57)【要約】【課題】縦型ゲート電極を有する転送ゲートにおいて電荷転送効率を向上させる。【解決手段】固体撮像素子は、光電変換部と、電荷蓄積部と、転送ゲートとを備える。光電変換部は、半導体基板の深さ方向に形成されて、受光量に応じた電荷を生成する。電荷蓄積部は、光電変換部により生成された電荷を蓄積する。転送ゲートは、光電変換部の電荷を電荷蓄積部に転送する。転送ゲートは、半導体基板の界面から所定の深さまで埋め込まれて、半導体基板の深さ方向に少なくとも一部の径が異なる複数の縦型ゲート電極を備える。【選択図】図４
2018190797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の深さ方向に形成されて受光量に応じた電荷を生成する光電変換部と、
前記光電変換部により生成された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記光電変換部の電荷を前記電荷蓄積部に転送する転送ゲートと
を具備し、
前記転送ゲートは、前記半導体基板の界面から所定の深さまで埋め込まれて前記半導体基板の深さ方向に少なくとも一部の径が異なる複数の縦型ゲート電極を備える
固体撮像素子。
【請求項２】
前記複数の縦型ゲート電極は、前記半導体基板の深さ方向に径が細くなる形状である
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記複数の縦型ゲート電極は、前記半導体基板の深さ方向にテーパ率０．０２以上で径が細くなる形状である
請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記複数の縦型ゲート電極は、前記半導体基板の一定の深さまで径が等しく、前記一定の深さから深さ方向に径が細くなる形状である
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記複数の縦型ゲート電極は、前記半導体基板の一定の深さまで深さ方向に径が細くなり、前記一定の深さから径が等しい形状である
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記複数の縦型ゲート電極は、前記半導体基板の深さ方向の中央部が膨らみ、浅部および深部が細い形状である
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記複数の縦型ゲート電極は、前記半導体基板の深さ方向に階段状に径が細くなる形状である
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記複数の縦型ゲート電極は、前記半導体基板の深さ方向の長さが互いに異なる
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記複数の縦型ゲート電極は、径の断面が多角形状である
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記転送ゲートのゲート電極は、前記複数の縦型ゲート電極毎に電気的に分離している
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記複数の縦型ゲート電極は、一部が接続されて断面がコの字型の形状であり、前記半導体基板の深さ方向に断面積が小さくなる形状である
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
前記複数の縦型ゲート電極は、ドーナツ円柱形状を形成し、前記半導体基板の深さ方向に断面積が小さくなる形状である
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
半導体基板の深さ方向に形成されて受光量に応じた電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部により生成された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記半導体基板の界面から所定の深さまで埋め込まれて前記半導体基板の深さ方向に少なくとも一部の径が異なる複数の縦型ゲート電極を有して前記光電変換部の電荷を前記電荷蓄積部に転送する転送ゲートとを備える固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の出力信号を処理する信号処理回路と
を具備する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、固体撮像素子および電子機器に関する。詳しくは、転送ゲートが縦型ゲート電極を有する固体撮像素子およびその固体撮像素子を備える電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＭＯＳ型固体撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）では、画素部の光電変換を行うフォトダイオードに蓄積できる電荷量を増加させるために、深い領域までに電荷を蓄積できるようなポテンシャルを形成することがある。このような場合、通常の転送ゲートではなく、シリコン中に差し込まれた縦型ゲート電極を用いることにより、深い領域まで変調し、電界をつけて読出しを行う。また、その変調力を増加させるために、複数の縦型ゲート電極を採用する構造も提案されている（例えば、特許文献１乃至３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１１４２７３号公報
【特許文献２】特開２０１６−１３６５８４号公報
【特許文献３】特開２０１５−０５３４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の従来技術では、転送ゲートに縦型ゲート電極を用いることにより、電界をつけた読出しが行われる。しかし、縦型ゲート電極自体は同電位であるため、縦型ゲート電極の長さを伸ばすと深さ方向に電界をつける（電界を生じさせる）ことが困難になる。これに対し、上述の従来技術では、半導体領域を複数の領域に分割して、基板表面になるほど不純物濃度が濃くなるようにすることも提案されているが、その場合には工程が増加してしまうという問題がある。
【０００５】
本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、縦型ゲート電極を有する転送ゲートにおいて電荷転送効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の側面は、半導体基板の深さ方向に形成されて受光量に応じた電荷を生成する光電変換部と、上記光電変換部により生成された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、上記光電変換部の電荷を上記電荷蓄積部に転送する転送ゲートとを具備し、上記転送ゲートは、上記半導体基板の界面から所定の深さまで埋め込まれて上記半導体基板の深さ方向に少なくとも一部の径が異なる複数の縦型ゲート電極を備える固体撮像素子およびその固体撮像素子を備える電子機器である。これにより、縦型ゲート電極の近傍に電界をかけて、フォトダイオードの電荷をフローティングディフュージョンに効率よく転送させるという作用をもたらす。
【０００７】
また、この第１の側面において、上記複数の縦型ゲート電極は、上記半導体基板の深さ方向に径が細くなる形状であってもよい。この場合、上記複数の縦型ゲート電極は、上記半導体基板の深さ方向にテーパ率０．０２以上で径が細くなる形状であってもよい。
【０００８】
また、この第１の側面において、上記複数の縦型ゲート電極は、上記半導体基板の一定の深さまで径が等しく、上記一定の深さから深さ方向に径が細くなる形状であってもよい。また、上記複数の縦型ゲート電極は、上記半導体基板の一定の深さまで深さ方向に径が細くなり、上記一定の深さから径が等しい形状であってもよい。
【０００９】
また、この第１の側面において、上記複数の縦型ゲート電極は、上記半導体基板の深さ方向の中央部が膨らみ、浅部および深部が細い形状であってもよい。
【００１０】
また、この第１の側面において、上記複数の縦型ゲート電極は、上記半導体基板の深さ方向に階段状に径が細くなる形状であってもよい。
【００１１】
また、この第１の側面において、上記複数の縦型ゲート電極は、上記半導体基板の深さ方向の長さが互いに異なる形状であってもよい。
【００１２】
また、この第１の側面において、上記複数の縦型ゲート電極は、径の断面が多角形状であってもよい。
【００１３】
また、この第１の側面において、上記転送ゲートのゲート電極は、上記複数の縦型ゲート電極毎に電気的に分離していてもよい。
【００１４】
また、この第１の側面において、上記複数の縦型ゲート電極は、一部が接続されて断面がコの字型の形状であり、上記半導体基板の深さ方向に断面積が小さくなる形状であってもよい。
【００１５】
また、この第１の側面において、上記複数の縦型ゲート電極は、ドーナツ円柱形状を形成し、上記半導体基板の深さ方向に断面積が小さくなる形状であってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本技術によれば、縦型ゲート電極を有する転送ゲートにおいて電荷転送効率を向上させることができるという優れた効果を奏し得る。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本技術の実施の形態における撮像素子を有する半導体装置の一例である電子機器の構成例を示す図である。
【図２】本技術の実施の形態における撮像素子１０の断面の一例を示す図である。
【図３】本技術の実施の形態における撮像素子１０の他の角度からみた断面の一例を示す図である。
【図４】本技術の実施の形態における転送ゲート１００の外観の一例を示す図である。
【図５】本技術の実施の形態における転送ゲート１００の断面図の一例を示す図である。
【図６】本技術の実施の形態における転送ゲート１００と従来の転送ゲートの形状を比較するための図である。
【図７】本技術の実施の形態における転送ゲート１００と従来の転送ゲートのポテンシャル分布を比較するための図である。
【図８】本技術の実施の形態における転送ゲート１００の寸法の一例を示す図である。
【図９】本技術の実施の形態における縦型ゲート電極の第１の変形例の構造例を示す図である。
【図１０】本技術の実施の形態における縦型ゲート電極の第２の変形例の構造例を示す図である。
【図１１】本技術の実施の形態における縦型ゲート電極の第３の変形例の構造例を示す図である。
【図１２】本技術の実施の形態における縦型ゲート電極の第４の変形例の構造例を示す図である。
【図１３】本技術の実施の形態における縦型ゲート電極の第５の変形例の構造例を示す図である。
【図１４】本技術の実施の形態における縦型ゲート電極の第６の変形例の構造例を示す図である。
【図１５】本技術の実施の形態における縦型ゲート電極の第７の変形例の構造例を示す図である。
【図１６】本技術の実施の形態における縦型ゲート電極の第８の変形例の構造例を示す図である。
【図１７】本技術の実施の形態における縦型ゲート電極の第９の変形例の構造例を示す図である。
【図１８】本技術の実施の形態における縦型ゲート電極の第１０の変形例の構造例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）について説明する。説明は以下の順序により行う。
１．実施の形態
２．変形例
【００１９】
＜１．実施の形態＞
［電子機器の構成］
図１は、本技術の実施の形態における撮像素子を有する半導体装置の一例である電子機器の構成例を示す図である。この電子機器は、撮像素子１０および周辺回路部からなる。周辺回路部は、垂直駆動回路２０と、水平駆動回路３０と、制御回路４０と、カラム信号処理回路５０と、出力回路６０とを備える。
【００２０】
撮像素子１０は、光電変換部を含む複数の画素１１を、２次元アレイ状に配列した画素アレイである。この画素１１は、光電変換部となる例えばフォトダイオードと、複数の画素トランジスタを含む。ここで、複数の画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタ、リセットトランジスタおよび増幅トランジスタの３つのトランジスタにより構成することができる。
【００２１】
垂直駆動回路２０は、行単位で画素１１を駆動するものである。この垂直駆動回路２０は、例えばシフトレジスタによって構成される。この垂直駆動回路２０は、画素駆動配線を選択して、その選択された画素駆動配線に画素１１を駆動するためのパルスを供給する。これにより、垂直駆動回路２０は、撮像素子１０の各画素１１を行単位で順次垂直方向に選択走査し、各画素１１の光電変換部において受光量に応じて生成された信号電荷に基く画素信号を、カラム信号処理回路５０に供給する。
【００２２】
水平駆動回路３０は、列単位にカラム信号処理回路５０を駆動するものである。この水平駆動回路３０は、例えばシフトレジスタによって構成される。この水平駆動回路３０は、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５０の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５０の各々から画素信号を水平信号線５９に出力させる。
【００２３】
制御回路４０は、固体撮像装置の全体を制御するものである。この制御回路４０は、入力クロックと、動作モードなどを指令するデータとを受け取り、固体撮像装置の内部情報などのデータを出力する。すなわち、この制御回路４０は、垂直同期信号、水平同期信号およびマスタクロックに基いて、垂直駆動回路２０、カラム信号処理回路５０および水平駆動回路３０などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、これらの信号を垂直駆動回路２０、カラム信号処理回路５０および水平駆動回路３０等に入力する。
【００２４】
カラム信号処理回路５０は、画素１１の例えば列ごとに配置され、１行分の画素１１から出力される信号に対し、画素列ごとにノイズ除去などの信号処理を行うものである。すなわち、このカラム信号処理回路５０は、画素１１固有の固定パターンノイズを除去するためのＣＤＳや、信号増幅、ＡＤ変換等の信号処理を行う。カラム信号処理回路５０の出力段には、図示しない水平選択スイッチが水平信号線５９との間に接続される。
【００２５】
出力回路６０は、カラム信号処理回路５０の各々から水平信号線５９を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力するものである。その際、この出力回路６０は、カラム信号処理回路５０からの信号をバッファリングする。また、この出力回路６０は、カラム信号処理回路５０からの信号に対して、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理などを行うようにしてもよい。
［撮像素子の構造］
図２は、本技術の実施の形態における撮像素子１０の断面の一例を示す図である。同図では、半導体基板１２の深さ方向を下方（Ｚ座標）に示している。半導体基板１２はｐ型のシリコン基板により構成されることを想定している。
【００２６】
フォトダイオード（ＰＤ）２００は、半導体基板１２の内部において、半導体基板１２の裏面側から表面側に順に形成されたｎ型の不純物領域（ｎ領域）２０４、ｎ型の高濃度不純物領域（ｎ＋領域）２０３、ｐ型の高濃度不純物領域（ｐ＋領域）２０２からなる。このフォトダイオード２００は、主に、ｐ＋領域２０２とｎ＋領域２０３の接合面であるｐｎ接合により構成される。フォトダイオード２００を構成するｎ＋領域２０３とゲート絶縁膜１０２との間に、ｐ＋領域２０２よりも不純物濃度の低いｐ型低不純物濃度領域（ｐ−領域）２０５が形成される。このフォトダイオード２００は、半導体基板１２の深さ方向に形成されており、受光量に応じた電荷を生成する光電変換部である。
【００２７】
フローティングディフュージョン（ＦＤ）３００は、ｎ型の高濃度不純物領域（ｎ＋領域）により、フォトダイオード２００の外側に架けて、半導体基板１２の表面側の領域に形成される。このフローティングディフュージョン３００は、フォトダイオード２００により生成された電荷を蓄積する電荷蓄積部である。
【００２８】
転送ゲート（ＴＧ）１００は、フォトダイオード２００とフローティングディフュージョン３００との間に配置され、フォトダイオード２００の電荷をフローティングディフュージョン３００に転送する転送トランジスタ１０１のゲートである。この転送ゲート１００は、半導体基板１２内に、ゲート絶縁膜１０２を介して形成される。
【００２９】
図３は、本技術の実施の形態における撮像素子１０の他の角度からみた断面の一例を示す図である。同図におけるａは、半導体基板１２の裏面側からみた場合の断面図である。同図におけるｂは、縦型ゲート１００からフローティングディフュージョン３００をみた場合の断面図である。
【００３０】
図２および図３において、転送ゲート１００に電圧を印加することにより、フォトダイオード２００の電荷は、フローティングディフュージョン３００に対して、縦型ゲート１００を介して１点鎖線の矢印の方向に転送される。
【００３１】
図４は、本技術の実施の形態における転送ゲート１００の外観の一例を示す図である。転送ゲート１００は、平面状の電極である転送ゲート電極１１０と、深さ方向に形成された２本の縦型ゲート電極１２０とを備える。フォトダイオード２００の電荷９０は、２本の縦型ゲート電極１２０の間を通ってフローティングディフュージョン３００に転送される。
【００３２】
実施の形態における縦型ゲート電極１２０は、半導体基板１２の深さ方向に径を細くなうように変化させている。この径の形状により、２本の縦型ゲート電極１２０の間のポテンシャルは、深いところでは変調が小さくなり、浅いところでは変調が大きくなる。そして、このポテンシャルの分布により、縦型ゲート電極１２０の深さ方向に電界を生じさせて、良好な電荷転送を可能とする。すなわち、２本の縦型ゲート電極１２０の間の変調力が重なって影響を及ぼしている範囲において、電荷を効率良く転送することができる。
【００３３】
図５は、本技術の実施の形態における転送ゲート１００の断面図の一例を示す図である。縦型ゲート電極１２０の間の距離が短いと、変調力が上がり、ポテンシャルが深くなる。一方、縦型ゲート電極１２０の間の距離が長いと、変調力が下がり、ポテンシャルが浅くなる。この構造においては、２本の縦型ゲート電極１２０間の距離および形状によってその変調の度合いを制御することができる。すなわち、縦型ゲート電極１２０の近傍のポテンシャル設計において、電界分布の付け方を調整するためのパラメータとして縦型ゲート電極１２０間の距離および形状を用いることができる。
【００３４】
図６は、本技術の実施の形態における転送ゲート１００と従来の転送ゲートの形状を比較するための図である。各図において下方向への矢印は、半導体基板における深さ方向を示している。
【００３５】
フォトダイオードの深い領域から電荷を浅い領域まで吸い上げるために、従来から縦型ゲート電極が用いられている。従来の縦型ゲート電極は、同図におけるｂに示すように、垂直形状となっている。
【００３６】
縦型ゲート電極は、その長さが長くなると、縦型ゲート電極に沿った垂直方向寄りの電界が付きにくくなるため、転送が難しくなる。また、縦型ゲート電極を２本用いた構造では、１本の構造よりも変調範囲が広くなるため、より深く広い範囲のフォトダイオードから電荷を吸い出せるようになるが、深さ方向の電界の付きにくさという点では変わらない。
【００３７】
そこで、本技術の実施の形態では、同図におけるａのように、テーパを付けた縦型ゲート電極を２本用いることにより、縦方向の電界を強くして、転送効率を向上させ、転送設計の容易化を図る。
【００３８】
図７は、本技術の実施の形態における転送ゲート１００と従来の転送ゲートのポテンシャル分布を比較するための図である。同図において、右方向が半導体基板における深さ方向を示し、下方向がポテンシャルを示している。
【００３９】
従来の垂直形状の縦型ゲート電極のポテンシャルを点線で、この実施の形態におけるテーパ形状の縦型ゲート電極１２０のポテンシャルを実線で示している。なお、ここでは、２本の縦型ゲート電極の中間点における深さ方向１次元のポテンシャルをプロットしている。
【００４０】
ここに示すように、従来の垂直形状では、縦型ゲート電極の近傍のポテンシャルは電源電圧に張り付き、電界はほとんどつかない。一方、この実施の形態のようにテーパ形状とした構造においては、縦型ゲート電極１２０の下部の変調が減少する代わりに、縦型ゲート電極１２０の近傍の電界がつくことがわかる。
【００４１】
図８は、本技術の実施の形態における転送ゲート１００の寸法の一例を示す図である。２本の縦型ゲート電極１２０を、距離ＶＧＤで配置し、それらをパッド型の転送ゲート電極１１０によって導通している構造を考える。ただし、それぞれの縦型ゲート電極１２０の長さはＶＧＬとし、その形状は深さ方向に沿って先細りとする。この縦型ゲート電極１２０の太さは、もっとも太い部分でＶＧＲ１であり、もっとも細い部分でＶＧＲ２であるものとする。
【００４２】
縦型ゲート電極間の距離ＶＧＤが短いほど、垂直形状とテーパ形状での縦型ゲート電極近傍の電界比は大きくなる。また、縦型ゲート電極１２０におけるテーパの角度が大きいほど、垂直形状とテーパ形状での縦型ゲート電極近傍の電界比は大きくなる。
【００４３】
縦型ゲート電極間の距離ＶＧＤが４００ｎｍ以下、縦型ゲート電極の径ＶＧＲ１が１００ｎｍ以上の構造に対して、深さ方向のテーパ率が０．０２以上付いているものにおいて、深さ方向の電界を増強する効果が認められる。ここで、「テーパ率が０．０２」とは、１００ｎｍ深さ方向に進むと、縦型ゲート電極の径が２ｎｍ細くなることを意味する。また、転送ゲート１００への印可電圧の小さい方が、この電界増強度は大きくなる。
【００４４】
このような形状を形成するためには、ドライエッチング時に、ガス種や分圧を調整することにより、テーパが生じるような条件を用いることになる。
【００４５】
このように、本技術の実施の形態によれば、縦型ゲート電極の近傍に電界をかけて、フォトダイオードの電荷をフローティングディフュージョンに効率よく転送することができる。
【００４６】
＜２．変形例＞
［第１の変形例（一定の深さから径が細くなる形状）］
図９は、本技術の実施の形態における縦型ゲート電極の第１の変形例の構造例を示す図である。この第１の変形例では、縦型ゲート電極１２１は、半導体基板の一定の深さまで径が等しく、その一定の深さからは深さ方向に径が細くなる形状となっている。すなわち、上部は通常の柱状で、下部にテーパ形状をつけた構造である。テーパ部分は構造による縦方向電界を生じさせ、柱部は多段インプラによる電界を生じさせる。これにより、深部から電荷を取り出すことが可能となる。
【００４７】
［第２の変形例（一定の深さまで径が細くなる形状）］
図１０は、本技術の実施の形態における縦型ゲート電極の第２の変形例の構造例を示す図である。この第２の変形例では、縦型ゲート電極１２２は、半導体基板の一定の深さまで深さ方向に径が細くなり、その一定の深さからは径が等しい形状である。すなわち、浅部はテーパが付いており、深部は垂直形状となっている構造である。縦型ゲート電極の先を細くした際には、変調範囲が小さくなりフォトダイオードから電荷を読み出せなくなる場合も生じ得る。これに対し、この変形例では、縦型ゲート電極の先を垂直形状にすることにより、変調力は維持したままで、浅部では深さ方向の電界を生じさせることができる。
【００４８】
［第３の変形例（中央部が膨らんでいる形状）］
図１１は、本技術の実施の形態における縦型ゲート電極の第３の変形例の構造例を示す図である。この第３の変形例では、縦型ゲート電極１２３は、その中央部が膨らんだ形状となっている。すなわち、中央が膨らみ、浅部と深部は細くなっている構造である。この構造において、変調が強くなるのは、縦型ゲート電極の中央の膨らんでいる領域である。したがって、電荷の転送経路は縦型ゲート電極の表面付近まで到達せず、中央で止まることによって、界面付近の欠陥の影響を受けずに転送することが可能となる。
【００４９】
［第４の変形例（階段状に径が細くなる形状）］
図１２は、本技術の実施の形態における縦型ゲート電極の第４の変形例の構造例を示す図である。この第４の変形例では、縦型ゲート電極１２４は、階段状に径が細くなる形状となっている。すなわち、段階的に径を変えた縦型ゲート電極の構造である。何回かに分けて径の異なる孔を掘っていくことにより、この構造を実現することができる。
【００５０】
［第５の変形例（長さが異なる構造）］
図１３は、本技術の実施の形態における縦型ゲート電極の第５の変形例の構造例を示す図である。この第５の変形例では、２つの縦型ゲート電極１２５および１２６は、半導体基板の深さ方向の長さが互いに異なっている。一方の長さを変えることにより電荷の転送経路を調整した上で、縦方向の電界を付与することもできる構造である。
【００５１】
［第６の変形例（径の断面が多角形状）］
図１４は、本技術の実施の形態における縦型ゲート電極の第６の変形例の構造例を示す図である。上述の実施の形態では径の断面が円形状であったが、この第６の変形例では、縦型ゲート電極１２７は径の断面が四角形状である。すなわち、深さ方向に径が異なる柱状の形状となっている。ここでは、径の断面が四角形状の例を示したが、径の断面は多角形状であってもよい。
【００５２】
［第７の変形例（転送ゲート電極が縦型ゲート電極毎に独立）］
図１５は、本技術の実施の形態における縦型ゲート電極の第７の変形例の構造例を示す図である。この第７の変形例では、縦型ゲート電極１２０毎に転送ゲート電極１１１が別々に設けられている。すなわち、転送ゲート電極１１１が複数の縦型ゲート電極１２０毎に独立した構造となっている。この構造では、転送ゲート電極１１１が複数の縦型ゲート電極１２０毎に電気的に分離しているため、それぞれの縦型ゲート電極１２０に別々の電圧を印加することができる。これにより、電圧印可のタイミングによって転送経路を変更または調整することが可能となる。例えば、右の転送ゲートをオンにするとともに左の転送ゲートをオフにする第１の状態と、左の転送ゲートをオンにするとともに右の転送ゲートをオフにする第２の状態とを繰り返すことにより、逆移送により電荷を転送することができる。もっとも、この構造においても、両者に同じ電圧を印加するようにしてもよい。
【００５３】
［第８の変形例（３本の縦型ゲート電極）］
図１６は、本技術の実施の形態における縦型ゲート電極の第８の変形例の構造例を示す図である。上述の実施の形態では２つの縦型ゲート電極１２０を備える例について説明したが、この第８の変形例では、縦型ゲート電極１２０を３つ備えている。すなわち、縦型ゲート電極１２０の数に制約はなく、必要に応じて３つ以上の縦型ゲート電極１２０を設けるようにしてよい。これにより、中央のポテンシャルを更に深くして、深さ方向にさらに電界を生じさせることが可能となる。
【００５４】
［第９の変形例（断面がコの字型）］
図１７は、本技術の実施の形態における縦型ゲート電極の第９の変形例の構造例を示す図である。上述の実施の形態では複数の縦型ゲート電極１２０が別々に配置された例について説明したが、この第９の変形例では、縦型ゲート電極１２８の一部が接続されて、断面がコの字型の形状であり、半導体基板の深さ方向に断面積が小さくなる形状である。すなわち、下部から上部に掛けて、コの字の太さが太くなり、間のシリコンの部分が狭まっていく電極構造である。この場合においても、上述の実施の形態と同様の原理で深さ方向に電界が生じるため、電荷の転送が可能になる。
【００５５】
［第１０の変形例（ドーナツ円柱形状）］
図１８は、本技術の実施の形態における縦型ゲート電極の第１０の変形例の構造例を示す図である。この第１０の変形例では、縦型ゲート電極１２９は、ドーナツ円柱形状を形成し、半導体基板の深さ方向に断面積が小さくなる形状である。下部では電極間距離が長いために変調が弱くなり、上部では電極間距離が短いために変調が強くなる。これにより、縦方向に電界を生じさせることができる。この構造を形成するためには、下部から上部に掛けて径を変えるようにエッチングを行うことになる。
【００５６】
このように、本技術の実施の形態および変形例によれば、深さ方向にテーパの付いた縦型ゲート電極構造を用いることにより、深さ方向に転送電界を生じさせることができ、深部からの電荷の読出しが可能となる。これにより、縦型ゲート電極を長くした構造においても、電荷の読出しが容易となり、フォトダイオードの深部で飽和電荷量を付けることができる。また、テーパ形状に関するパラメータを調整することによって、縦型ゲート電極の近傍の変調量や電界を制御することができるようになる。そのため、インプランテーションによるポテンシャル設計に手を加えることなく、縦型ゲート電極の形状によって転送時のポテンシャルを調整することが可能になる。
【００５７】
なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
【００５８】
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって、限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。
【００５９】
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）半導体基板の深さ方向に形成されて受光量に応じた電荷を生成する光電変換部と、
前記光電変換部により生成された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記光電変換部の電荷を前記電荷蓄積部に転送する転送ゲートと
を具備し、
前記転送ゲートは、前記半導体基板の界面から所定の深さまで埋め込まれて前記半導体基板の深さ方向に少なくとも一部の径が異なる複数の縦型ゲート電極を備える
固体撮像素子。
（２）前記複数の縦型ゲート電極は、前記半導体基板の深さ方向に径が細くなる形状である
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）前記複数の縦型ゲート電極は、前記半導体基板の深さ方向にテーパ率０．０２以上で径が細くなる形状である
前記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（４）前記複数の縦型ゲート電極は、前記半導体基板の一定の深さまで径が等しく、前記一定の深さから深さ方向に径が細くなる形状である
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（５）前記複数の縦型ゲート電極は、前記半導体基板の一定の深さまで深さ方向に径が細くなり、前記一定の深さから径が等しい形状である
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（６）前記複数の縦型ゲート電極は、前記半導体基板の深さ方向の中央部が膨らみ、浅部および深部が細い形状である
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（７）前記複数の縦型ゲート電極は、前記半導体基板の深さ方向に階段状に径が細くなる形状である
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（８）前記複数の縦型ゲート電極は、前記半導体基板の深さ方向の長さが互いに異なる
前記（１）から（７）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（９）前記複数の縦型ゲート電極は、径の断面が多角形状である
前記（１）から（８）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１０）前記転送ゲートのゲート電極は、前記複数の縦型ゲート電極毎に電気的に分離している
前記（１）から（９）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１１）前記複数の縦型ゲート電極は、一部が接続されて断面がコの字型の形状であり、前記半導体基板の深さ方向に断面積が小さくなる形状である
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（１２）前記複数の縦型ゲート電極は、ドーナツ円柱形状を形成し、前記半導体基板の深さ方向に断面積が小さくなる形状である
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（１３）半導体基板の深さ方向に形成されて受光量に応じた電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部により生成された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記半導体基板の界面から所定の深さまで埋め込まれて前記半導体基板の深さ方向に少なくとも一部の径が異なる複数の縦型ゲート電極を有して前記光電変換部の電荷を前記電荷蓄積部に転送する転送ゲートとを備える固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の出力信号を処理する信号処理回路と
を具備する電子機器。
【符号の説明】
【００６０】
１０  撮像素子
１１  画素
１２  半導体基板
２０  垂直駆動回路
３０  水平駆動回路
４０  制御回路
５０  カラム信号処理回路
６０  出力回路
１００  転送ゲート（ＴＧ：Transfer Gate、Transmission Gate）
１０１  転送トランジスタ
１０２  ゲート絶縁膜
１１０、１１１  転送ゲート電極
１２０〜１２９  縦型ゲート電極
２００  フォトダイオード（ＰＤ：Photodiode）
３００  フローティングディフュージョン（ＦＤ：Floating Diffusion）
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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