(57)【要約】【課題】生産性を向上させる。【解決手段】固体撮像素子において、転送チャネルにおける電荷蓄積領域２０３−１と電位障壁領域２０３−２との境界のうち、電荷転送電極２０１（または電荷転送電極２０２）下における境界は、電荷転送方向と垂直方向に電荷蓄積領域２０３−１と電位障壁領域２０３−２とが交互に周期的に入り組んだ櫛形状に形成され、電荷蓄積領域２０３−１と電位障壁領域２０３−２との間の下における境界は、電荷転送方向と垂直方向に平行に形成される。本発明は、例えば、CCDイメージセンサに適用することができる。【選択図】図４
2011146422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電荷転送電極と、
半導体基板上であって、それぞれの前記電荷転送電極下に絶縁膜を介して設けられた、電荷蓄積領域と電位障壁領域からなる転送チャネルと
を備え、
前記転送チャネルにおける前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域との境界のうち、前記電荷転送電極下における前記境界は、電荷転送方向と垂直方向に前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域とが交互に周期的に入り組んだ櫛形状に形成され、異なる位相の前記電荷転送電極間の下における前記境界は、前記電荷転送方向と垂直方向に平行に形成される
固体撮像素子。
【請求項２】
前記電荷転送電極下における前記境界は、前記電荷転送方向と垂直方向に前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域とが交互に周期的に入り組んだ、櫛の歯の長さが周期的に異なる櫛形状に形成される
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記電荷転送電極下の前記転送チャネルにおいて、櫛形状に形成された前記境界を含まない前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域との前記電荷転送方向の距離は異なるように形成される
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記電荷転送電極下の前記転送チャネルにおいて、櫛形状に形成された前記境界を含まない前記電荷蓄積領域および前記電位障壁領域の前記電荷転送方向の距離は同一であり、櫛形状に形成された前記境界における櫛の歯の長さは、前記距離の倍数である
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
複数の電荷転送電極と、それぞれの前記電荷転送電極下に絶縁膜を介して設けられた、電荷蓄積領域と電位障壁領域からなる転送チャネルとを備える固体撮像素子を製造する製造方法において、
半導体基板表面に前記転送チャネルを形成する転送チャネル形成ステップと、
前記転送チャネルの表面に前記絶縁膜を形成する絶縁膜形成ステップと、
前記転送チャネルの所定の領域に不純物をイオン注入することにより、前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域とを形成するイオン注入ステップと、
前記絶縁膜の表面に転送電荷材料膜を被着し、電極分離加工することにより、前記電荷転送電極を形成する電荷転送電極形成ステップとを含み、
前記転送チャネルにおける前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域との境界のうち、前記電荷転送電極下における前記境界は、電荷転送方向と垂直方向に前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域とが交互に周期的に入り組んだ櫛形状に形成され、異なる位相の前記電荷転送電極間の下における前記境界は、前記電荷転送方向と垂直方向に平行に形成される
固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
前記イオン注入ステップにおいて、前記不純物をイオン注入するためのマスクパターンは、
前記転送チャネルにおける前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域との境界のうち、前記電荷転送電極下における前記境界を、電荷転送方向と垂直方向に前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域とが交互に周期的に入り組んだ櫛形状に形成し、異なる位相の前記電荷転送電極間の下における前記境界を、前記電荷転送方向と垂直方向に平行に形成する
請求項５に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
前記電荷転送電極下における前記境界は、前記電荷転送方向と垂直方向に前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域とが交互に周期的に入り組んだ、櫛の歯の長さが周期的に異なる櫛形状に形成される
請求項５に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項８】
前記電荷転送電極下の前記転送チャネルにおいて、櫛形状に形成された前記境界を含まない前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域との前記電荷転送方向の距離は異なるように形成される
請求項５に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項９】
前記電荷転送電極下の前記転送チャネルにおいて、櫛形状に形成された前記境界を含まない前記電荷蓄積領域および前記電位障壁領域の前記電荷転送方向の距離は同一であり、櫛形状に形成された前記境界における櫛の歯の長さは、前記距離の倍数である
請求項５に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１０】
複数の電荷転送電極と、
それぞれの前記電荷転送電極下に絶縁膜を介して設けられた、電荷蓄積領域と電位障壁領域からなる転送チャネルと
を備え、
前記転送チャネルにおける前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域との境界のうち、前記電荷転送電極下における前記境界は、電荷転送方向と垂直方向に前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域とが交互に周期的に入り組んだ櫛形状に形成され、異なる位相の前記電荷転送電極間の下における前記境界は、前記電荷転送方向と垂直方向に平行に形成される
固体撮像素子を備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子およびその製造方法、並びに撮像装置に関し、特に、生産性を向上させるようにする固体撮像素子およびその製造方法、並びに撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
CCD(Charge Coupled Device）イメージセンサ等の、電荷転送電極を備える固体撮像素子の一般的な構成例を図１および図２に示す。図１および図２で説明する固体撮像素子は、２相駆動の単層電極構造を有している。
【０００３】
図１は、固体撮像素子の平面図を示している。図１に示されるように、電荷転送電極１０１、および、電荷転送電極１０１とは異なる位相で電圧が印加される電荷転送電極１０２の下側には、転送チャネルとしてＮ型半導体層１０３が設けられている。また、電荷転送電極１０１，１０２は、電荷転送方向（図１中の矢印方向）に対して、交互に繰り返して配置されている。
【０００４】
図２は、図１の固体撮像素子の直線A-A'における断面図を示している。図２に示されるように、Ｎ型半導体層１０３は、電荷転送電極１０１および電荷転送電極１０２の下に絶縁膜１０４を介して設けられている。また、Ｎ型半導体層１０３は、Ｐ型半導体層１０５に包括されて形成されたＮ型半導体基板１０６の上に形成されている。
【０００５】
図１および図２に示されるように、Ｎ型半導体層１０３においては、電荷転送電極１０１，１０２のそれぞれの下で、電荷転送方向に対して、Ｎ型不純物の不純物濃度が異なっている。より具体的には、図１および図２のＮ型半導体層１０３において、「N+」と記されている領域は、Ｎ型不純物の不純物濃度が一番高く、「Ｎ」と記されている領域は、Ｎ型不純物の不純物濃度が２番目に高く、「N-」と記されている領域は、Ｎ型不純物の不純物濃度が３番目に高く、「N--」と記されている領域は、Ｎ型不純物の不純物濃度が一番低い。
【０００６】
ここで、Ｎ型半導体層１０３におけるＮ型不純物の不純物濃度の濃度差を勾配ということとし、不純物濃度の異なる領域の数をｎで表わすものとした場合、Ｎ型半導体層１０３におけるＮ型不純物の不純物濃度の勾配はｎ段であるという。すなわち、図１および図２のＮ型半導体層１０３におけるＮ型不純物の不純物濃度の勾配は４段である。
【０００７】
このような構成により、電荷転送方向に対して、電荷転送電極１０１，１０２の距離（幅）が比較的大きい場合であっても、Ｎ型半導体層１０３においては、Ｎ型不純物の不純物濃度のｎ段（特に、ｎは３以上）の勾配によって生じる電界によって、十分な転送電界を得ることができ、安定した電荷の転送効率を得ることができる。
【０００８】
また、不純物濃度の異なる領域の境界を、電荷転送方向に対して斜めに形成することにより電荷の転送を円滑にするようにしたものがある（特許文献１参照）。しかしながら、このような構成では、電荷転送方向に対する電荷蓄積領域の断面積が異なるので、一様な転送電界が得られず、また、電荷転送電極下において電荷蓄積領域の大きい部分では、狭チャネル効果が発生せず、十分な転送電界が得られない。
【０００９】
ここで、図３を参照して、図２で示される固体撮像素子の製造方法の例について説明する。図３には、製造過程での固体撮像素子の断面図が示されている。
【００１０】
第１の工程として、Ｐ型半導体層１０５に包括されて形成されたＮ型半導体基板１０６の上に、転送チャネルとなるＮ型半導体層１０３を形成する。ここでは、「N+」である不純物濃度のＮ型半導体層１０３が形成される。
【００１１】
第２の工程として、図３の状態Ａに示されるように、転送チャネルのＮ型半導体層１０３の表面に、絶縁膜１０４を形成する。
【００１２】
第３の工程として、Ｎ型半導体層１０３の所定の領域にＰ型不純物をイオン注入することにより、電位障壁領域となるＮ型不純物領域を形成する。
【００１３】
より具体的には、まず、図３の状態Ｂに示されるように、絶縁膜１０４表面のフォトレジストR1にマスクされていない領域にＰ型不純物をイオン注入することにより、「Ｎ」である不純物濃度のＮ型不純物領域が形成される。次に、図３の状態Ｃに示されるように、絶縁膜１０４表面のフォトレジストR2にマスクされていない領域にＰ型不純物をイオン注入することにより、「N-」である不純物濃度のＮ型不純物領域が形成される。さらに、図３の状態Ｄに示されるように、絶縁膜１０４表面のフォトレジストR3にマスクされていない領域にＰ型不純物をイオン注入することにより、「N--」である不純物濃度のＮ型不純物領域が形成される。
【００１４】
そして、第４の工程として、絶縁膜１０４の表面に転送電荷材料膜を被着し、電極分離加工することにより、電荷転送電極１０１，１０２を形成する。
【００１５】
以上の工程により、Ｎ型不純物の不純物濃度の勾配が４段のＮ型半導体層１０３を有する固体撮像素子が製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平１１−１５７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上述の製造方法においては、Ｎ型不純物の不純物濃度の勾配を４段とするために、図３の状態Ｂ乃至Ｄで説明したように、Ｐ型不純物のイオン注入を３回行う必要がある。すなわち、Ｎ型不純物の不純物濃度の勾配をｎ段とする場合、Ｐ型不純物のイオン注入を（ｎ−１）回行う必要がある。
【００１８】
したがって、電荷転送方向に対する電荷転送電極の距離（幅）に応じて、Ｎ型不純物の不純物濃度の勾配を増やした場合、Ｐ型不純物のイオン注入を行う回数も増えてしまい、生産性の低下を招くことになる。
【００１９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、特に、生産性を向上させるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の一側面の固体撮像素子は、複数の電荷転送電極と、半導体基板上であって、それぞれの前記電荷転送電極下に絶縁膜を介して設けられた、電荷蓄積領域と電位障壁領域からなる転送チャネルとを備え、前記転送チャネルにおける前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域との境界のうち、前記電荷転送電極下における前記境界は、電荷転送方向と垂直方向に前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域とが交互に周期的に入り組んだ櫛形状に形成され、異なる位相の前記電荷転送電極間の下における前記境界は、前記電荷転送方向と垂直方向に平行に形成される。
【００２１】
前記固体撮像素子においては、前記電荷転送電極下における前記境界は、前記電荷転送方向と垂直方向に前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域とが交互に周期的に入り組んだ、櫛の歯の長さが周期的に異なる櫛形状に形成されるようにできる。
【００２２】
前記固体撮像素子においては、前記電荷転送電極下の前記転送チャネルにおいて、櫛形状に形成された前記境界を含まない前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域との前記電荷転送方向の距離は異なるように形成されるようにできる。
【００２３】
前記固体撮像素子においては、前記電荷転送電極下の前記転送チャネルにおいて、櫛形状に形成された前記境界を含まない前記電荷蓄積領域および前記電位障壁領域の前記電荷転送方向の距離は同一であり、櫛形状に形成された前記境界における櫛の歯の長さは、前記距離の倍数であるようにできる。
【００２４】
本発明の一側面の製造方法は、複数の電荷転送電極と、それぞれの前記電荷転送電極下に絶縁膜を介して設けられた、電荷蓄積領域と電位障壁領域からなる転送チャネルとを備える固体撮像素子を製造する製造方法であって、半導体基板表面に前記転送チャネルを形成する転送チャネル形成ステップと、前記転送チャネルの表面に前記絶縁膜を形成する絶縁膜形成ステップと、前記転送チャネルの所定の領域に不純物をイオン注入することにより、前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域とを形成するイオン注入ステップと、前記絶縁膜の表面に転送電荷材料膜を被着し、電極分離加工することにより、前記電荷転送電極を形成する電荷転送電極形成ステップとを含み、前記転送チャネルにおける前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域との境界のうち、前記電荷転送電極下における前記境界は、電荷転送方向と垂直方向に前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域とが交互に周期的に入り組んだ櫛形状に形成され、異なる位相の前記電荷転送電極間の下における前記境界は、前記電荷転送方向と垂直方向に平行に形成される。
【００２５】
前記イオン注入ステップにおいて、前記不純物をイオン注入するためのマスクパターンは、前記転送チャネルにおける前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域との境界のうち、前記電荷転送電極下における前記境界を、電荷転送方向と垂直方向に前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域とが交互に周期的に入り組んだ櫛形状に形成させ、異なる位相の前記電荷転送電極間の下における前記境界を、前記電荷転送方向と垂直方向に平行に形成させることができる。
【００２６】
前記固体撮像素子の製造方法においては、前記電荷転送電極下における前記境界は、前記電荷転送方向と垂直方向に前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域とが交互に周期的に入り組んだ、櫛の歯の長さが周期的に異なる櫛形状に形成されるようにできる。
【００２７】
前記固体撮像素子の製造方法においては、前記電荷転送電極下の前記転送チャネルにおいて、櫛形状に形成された前記境界を含まない前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域との前記電荷転送方向の距離は異なるように形成されるようにできる。
【００２８】
前記固体撮像素子の製造方法においては、前記電荷転送電極下の前記転送チャネルにおいて、櫛形状に形成された前記境界を含まない前記電荷蓄積領域および前記電位障壁領域の前記電荷転送方向の距離は同一であり、櫛形状に形成された前記境界における櫛の歯の長さは、前記距離の倍数であるようにできる。
【００２９】
本発明の一側面の撮像装置は、複数の電荷転送電極と、それぞれの前記電荷転送電極下に絶縁膜を介して設けられた、電荷蓄積領域と電位障壁領域からなる転送チャネルとを備え、前記転送チャネルにおける前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域との境界のうち、前記電荷転送電極下における前記境界は、電荷転送方向と垂直方向に前記電荷蓄積領域と前記電位障壁領域とが交互に周期的に入り組んだ櫛形状に形成され、異なる位相の前記電荷転送電極間の下における前記境界は、前記電荷転送方向と垂直方向に平行に形成される固体撮像素子を備える。
【００３０】
本発明の一側面においては、チャネルにおける電荷蓄積領域と電位障壁領域との境界のうち、電荷転送電極下における境界は、電荷転送方向と垂直方向に電荷蓄積領域と電位障壁領域とが交互に周期的に入り組んだ櫛形状に形成され、異なる位相の電荷転送電極間の下における境界は、電荷転送方向と垂直方向に平行に形成される。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の一側面によれば、生産性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来の固体撮像素子の構造例を示す平面図である。
【図２】従来の固体撮像素子の構造例を示す断面図である。
【図３】従来の固体撮像素子の製造方法について説明する図である。
【図４】本発明を適用した固体撮像素子の平面図である。
【図５】本発明を適用した固体撮像素子の断面図である。
【図６】Ｎ型半導体層における不純物濃度の濃度差について説明する図である。
【図７】従来のＮ型半導体層および本発明のＮ型半導体層の構成を示す図である。
【図８】従来のＮ型半導体層における電荷転送方向の電位分布と、本発明のＮ型半導体層における電荷転送方向の電位分布の測定結果の比較を示す図である。
【図９】電荷蓄積領域における電荷転送方向と垂直方向の電位分布の測定結果を示す図である。
【図１０】Ｎ型半導体層の他の構成を示す図である。
【図１１】Ｎ型半導体層の他の構成を示す図である。
【図１２】Ｎ型半導体層の他の構成を示す図である。
【図１３】Ｎ型半導体層の他の構成を示す図である。
【図１４】本発明の固体撮像素子の製造方法について説明するフローチャートである。
【図１５】本発明の固体撮像素子の製造方法について説明する図である。
【図１６】本発明の固体撮像素子の製造方法について説明する図である。
【図１７】本発明を適用した固体撮像素子を備える撮像装置の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００３４】
［本発明を適用した固体撮像素子の構成例］
図４および図５は、本発明を適用した固体撮像素子の一実施の形態の構成例を示す図である。なお、図４および図５で説明する固体撮像素子は、２相駆動の単層電極構造を有しているが、本発明は、他の構造を有する固体撮像素子についても適用することができる。
【００３５】
図４は、本発明を適用した固体撮像素子の平面図を示している。図４に示されるように、電荷転送電極２０１、および、電荷転送電極２０１とは異なる位相で電圧が印加される電荷転送電極２０２の下側には、転送チャネルとしてＮ型半導体層２０３が設けられている。また、電荷転送電極２０１，２０２は、電荷転送方向（図４中の矢印方向）に対して、交互に繰り返して配置されている。
【００３６】
図４に示されるように、Ｎ型半導体層２０３は、「N+」と記されている、Ｎ型不純物の不純物濃度が高い領域２０３−１（以下、電荷蓄積領域という）と、「N--」と記されている、Ｎ型不純物の不純物濃度が低い領域２０３−２（以下、電位障壁領域という）からなる転送チャネルを構成している。また、Ｎ型半導体層２０３においては、電荷蓄積領域２０３−１と電位障壁領域２０３−２との境界のうち、電荷転送電極２０１，２０２それぞれの下における境界は、電荷転送方向と垂直方向に電荷蓄積領域２０３−１と電位障壁領域２０３−２とが交互に周期的に入り組んだ、櫛の歯の長さが周期的に異なる櫛形状に形成され、電荷転送電極２０１と電荷転送電極２０２との間の下における境界は、電荷転送方向と垂直方向に平行に形成されている。
【００３７】
図５の上段図および下段図は、それぞれ、図４の固体撮像素子の直線A-A'および直線B-B'における断面図を示している。図５に示されるように、Ｎ型半導体層２０３は、電荷転送電極２０１および電荷転送電極２０２の下に絶縁膜２０４を介して設けられている。また、Ｎ型半導体層２０３は、Ｐ型半導体層２０５に包括されて形成されたＮ型半導体基板２０６の上に形成されている。
【００３８】
図５に示されるように、Ｎ型半導体層２０３において、その電荷転送方向の断面は、電荷転送方向と垂直方向についての位置によって、電荷蓄積領域２０３−１と電位障壁領域２０３−２と割合が異なる。より具体的には、図４の直線A-A'における断面を示す図５の上段図においては、電位障壁領域２０３−２より電荷蓄積領域２０３−１の割合が大きく、図４の直線B-B'における断面を示す図５の下段図においては、電荷蓄積領域２０３−１より電位障壁領域２０３−２の割合が大きくなっている。
【００３９】
次に、図６を参照して、Ｎ型半導体層２０３における不純物濃度の濃度差について説明する。
【００４０】
図６に示されるＮ型半導体層２０３において、右側は電荷転送電極２０１下の領域を示しており、左側は電荷転送電極２０２下の領域を示している。
【００４１】
電荷転送電極２０１と電荷転送電極２０２との間の下で隣接する電荷蓄積領域２０３−１および電位障壁領域２０３−２において、幅Ａ，Ｂで表わされる領域（以下、領域Ａ，Ｂともいう）のそれぞれは、電荷転送方向と垂直方向に対して、一様な不純物濃度を有する。これにより、領域Ａ，Ｂにおいては、電荷（電子）は電荷転送方向と垂直方向に自由に移動することができる。
【００４２】
また、電荷転送電極２０１，２０２それぞれの下で隣接する電荷蓄積領域２０３−１および電位障壁領域２０３−２においては、電荷転送方向と垂直方向に、電荷蓄積領域２０３−１と電位障壁領域２０３−２とが櫛形状に幅Ｃのピッチで交互に周期的に入り組んでいる。すなわち、電荷蓄積領域２０３−１および電位障壁領域２０３−２の櫛形部分の櫛の歯は、幅Ｃに形成されている。
【００４３】
さらに、電荷蓄積領域２０３−１および電位障壁領域２０３−２の櫛形部分の櫛の歯は、異なる２種類の長さＤ，Ｅが周期的に繰り返されるように形成されている。
【００４４】
これにより、電荷蓄積領域２０３−１および電位障壁領域２０３−２の櫛形部分において、電荷転送方向の任意の位置での電荷転送方向の断面における電荷蓄積領域２０３−１と電位障壁領域２０３−２との粗密を異なるようにすることができる。すなわち、櫛形部分の櫛の歯の長さＤ，Ｅによって、電荷転送方向の任意の位置の断面における不純物濃度を変えることができ、不純物濃度の濃度差によって生じる狭チャネル効果の影響を変化させることが可能となる。
【００４５】
ところで、電荷蓄積領域２０３−１の櫛形部分の櫛の歯の幅Ｃが大きすぎると、その櫛形部分の領域内に電位の極大値が形成され、電荷転送方向に電位障壁が生じてしまい、電荷の転送効率が著しく低下する恐れがある。したがって、電荷蓄積領域２０３−１および電位障壁領域２０３−２の櫛形部分の櫛の歯の幅Ｃは、狭チャネル効果の影響が得られる程度に狭くする必要がある。なお、狭チャネル効果は、電荷蓄積領域２０３−１と電位障壁領域２０３−２とにおける不純物濃度の濃度差とプロセス温度に依存するため、幅Ｃの最適値は、不純物濃度の濃度差とプロセス温度によって決定されればよい。
【００４６】
また、図６において、電荷蓄積領域２０３−１および電位障壁領域２０３−２で不純物濃度が一様である領域の幅Ａ，Ｂ、電荷蓄積領域２０３−１の櫛形部分の櫛の歯の長さＤ、および電荷蓄積領域２０３−１の櫛形部分の櫛の歯の長さＥから長さＤを減じた長さ（E-D）を同一にした場合、電荷転送方向に生じる転送電界は一様になる。
【００４７】
例えば、図７の右側に示されるように、１つの電荷転送電極の長さ（幅）がＬである場合、上述した本発明のＮ型半導体層２０３（図６）における幅Ａ，Ｂ、および長さＤ，（E-D）をそれぞれL/4とし、櫛形部分の櫛の歯の幅ＣをL/10とするようにする。
【００４８】
一方、図７の左側に示されるように、図１で説明した電荷転送電極の長さ（幅）がＬである場合の、従来のＮ型半導体層１０３において不純物濃度が異なるＮ型半導体層１０３−１乃至１０３−４それぞれの幅をL/4とする。このような構成によれば、電荷転送方向に生じる転送電界は一様になる。
【００４９】
このような構成のＮ型半導体層を有する固体撮像素子において、電荷転送電極１０１（図１）および電荷転送電極２０１（図４）に印加される電圧をLowとし、電荷転送電極１０２（図１）および電荷転送電極２０２（図４）に印加される電圧をHighとしたときの、電荷転送方向の電位分布について説明する。
【００５０】
図８は、図７で示された、従来のＮ型半導体層１０３における電荷転送方向の電位分布と、本発明のＮ型半導体層２０３における電荷転送方向の電位分布の測定結果の比較を示す図である。
【００５１】
図８において、電位分布を示す曲線a，b1，b2，b3のそれぞれは、図７におけるＮ型半導体層１０３およびＮ型半導体層２０３において電荷転送方向の電位分布を測定した任意の位置を表す直線a，b1，b2，b3に対応している。なお、図７においては、直線b1，b2，b3はそれぞれ、電荷蓄積領域２０３−１の櫛形部分の櫛の歯の長い部分、短い部分、櫛の歯のない部分の電荷転送方向の位置を表している。
【００５２】
図８に示されるように、図７の構成を有する本発明のＮ型半導体層２０３によれば、その電荷転送方向の任意の位置において、従来のＮ型半導体層１０３における電荷転送方向の電位分布とほぼ同様の電位分布を得ることができるので、電荷転送方向に生じる転送電界は一様になる。
【００５３】
また、図９は、図７で示された電荷蓄積領域２０３−１における電荷転送方向と垂直方向（図７中の直線b4で示される方向）の電位分布の測定結果を示す図である。
【００５４】
図９に示されるように、電荷蓄積領域２０３−１における電荷転送方向と垂直方向についての電位障壁は15mV程度であり、常温で電子が有する熱エネルギーより小さいので、この電位障壁は無視することができる。したがって、電荷転送電極の幅を有効に活用することが可能となる。
【００５５】
以上においては、電荷蓄積領域２０３−１の櫛形部分の櫛の歯の長さが２種類である構成について説明してきたが、これに限らず、例えば、図１０に示されるように１種類でもよいし、図１１に示されるように３種類であってもよい。
【００５６】
また、図１０や図１１で示されるような構成のＮ型半導体層２０３においては、電荷蓄積領域２０３−１および電位障壁領域２０３−２で不純物濃度が一様である領域の幅と、電荷蓄積領域２０３−１の櫛形部分の櫛の歯の長さとの関係を調整することで、電荷転送方向に生じる転送電界を一様にすることができる。
【００５７】
より具体的には、Ｎ型半導体層２０３において、櫛形部分を含まない電荷蓄積領域２０３−１および電位障壁領域２０３−２の電荷転送方向の距離（幅）を同一にして、櫛形部分の櫛の歯の長さを、その距離の倍数とすることで、電荷転送方向に生じる転送電界を一様にすることができる。
【００５８】
例えば、図１０で示される構成のＮ型半導体層２０３において、櫛形部分を含まない電荷蓄積領域２０３−１および電位障壁領域２０３−２の電荷転送方向の距離（幅）をｒとした場合、櫛形部分の櫛の歯の長さをｒとすればよい。また、図１１で示される構成のＮ型半導体層２０３において、櫛形部分を含まない電荷蓄積領域２０３−１および電位障壁領域２０３−２の電荷転送方向の距離（幅）をｒとすると、櫛形部分の櫛の歯のうち、最も短い歯の長さをｒ、２番目に長い歯の長さを２ｒ、最も長い歯の長さを３ｒとすればよい。
【００５９】
以上においては、Ｎ型半導体層２０３において、電荷蓄積領域２０３−１および電位障壁領域２０３−２で不純物濃度が一様である領域の幅と、電荷蓄積領域２０３−１の櫛形部分の櫛の歯の長さとの関係を調整することで、電荷転送方向に生じる転送電界を一様にするようにしたが、櫛形部分を含まない電荷蓄積領域２０３−１と電位障壁領域２０３−２との電荷転送方向の距離（幅）を異なるようにすることで、電荷の転送元である電位障壁領域２０３−２側の電界を相対的に強くしたり、逆に、電荷蓄積領域２０３−１側の電界を強くするようにもできる。
【００６０】
このように、Ｎ型半導体層２０３において、電荷蓄積領域２０３−１の櫛形部分の櫛の歯の長さとを調整することによって、電荷転送方向の断面における不純物濃度を所定の距離毎に変化させることができる。
【００６１】
また、以上においては、電荷転送電極２０１下のＮ型半導体層２０３と、電荷転送電極２０２下のＮ型半導体層２０３とで、櫛形部分における櫛の歯の長さの並び順（周期）が同一であるものとしたが、例えば、図１２に示されるように、その並び順が異なっていてもよい。
【００６２】
さらに、以上においては、異なる位相の電荷転送電極２０１と電荷転送電極２０２とが電荷転送方向に交互に繰り返して配置されるようにしたが、異なる位相の電荷転送電極が２つずつ電荷転送方向に交互に繰り返して配置されるようにしてもよい。より具体的には、図１３に示されるように、図１２の電荷転送電極２０１に対応する電荷転送電極２０１−１，２０１−２と、図１２の電荷転送電極２０２に対応する電荷転送電極２０２−１，２０２−２とが電荷転送方向に交互に繰り返して配置されるようにすることもできる。
【００６３】
［固体撮像素子の製造処理］
ここで、図１４のフローチャートおよび図１５を参照して、上述で説明した本発明の固体撮像素子の製造方法の例について説明する。図１５には、製造過程での本発明の固体撮像素子の断面図が示されている。
【００６４】
ステップＳ１において、Ｐ型半導体層２０５に包括されて形成されたＮ型半導体基板２０６の上に、転送チャネルとなるＮ型半導体層２０３を形成する。ここでは、「N+」である不純物濃度のＮ型半導体層２０３が形成される。
【００６５】
ステップＳ２において、図１５の状態Ａに示されるように、転送チャネルのＮ型半導体層２０３の表面に、絶縁膜２０４を形成する。なお、ここで形成される絶縁膜２０４には、酸化膜の他、酸化膜と窒化膜とを積層したもの等を適用することができる。
【００６６】
ステップＳ３において、Ｎ型半導体層２０３の所定の領域にＰ型不純物をイオン注入することにより、電位障壁領域となるＮ型不純物領域を形成する。
【００６７】
より具体的には、図１５の状態Ｂに示されるように、絶縁膜２０４表面のフォトレジストＲにマスクされていない領域にＰ型不純物をイオン注入することにより、「N--」である不純物濃度のＮ型不純物領域（電位障壁領域２０３−２）が形成される。ここで、絶縁膜２０４表面をマスクするフォトレジストＲのマスクパターンは、電荷蓄積領域２０３−１（「N+」である不純物濃度のＮ型不純物領域）と電位障壁領域２０３−２との境界のうち、電荷転送電極２０１，２０２それぞれの下における境界を、電荷転送方向と垂直方向に電荷蓄積領域２０３−１と電位障壁領域２０３−２とが交互に周期的に入り組んだ、櫛の歯の長さが周期的に異なる櫛形状に形成し、電荷転送電極２０１と電荷転送電極２０２との間の下における境界を、電荷転送方向と垂直方向に平行に形成するような形状をしている。
【００６８】
図１４のフローチャートに戻り、ステップＳ４において、絶縁膜２０４の表面に転送電荷材料膜を被着し、電極分離加工することにより、電荷転送電極２０１，２０２を形成する。
【００６９】
以上の処理によれば、例えば、図４乃至図６で示されるようなＮ型半導体層２０３を形成することができるので、電荷転送方向に対して、電荷転送電極の距離（幅）が比較的大きい場合であっても、従来の固体撮像素子における、複数段の不純物濃度の勾配を有するＮ型半導体層と同様に、十分な転送電界を得ることができる。
【００７０】
また、Ｐ型不純物のイオン注入を1回のみ行うだけで、図４乃至図６で示されるようなＮ型半導体層２０３を形成することができるので、電荷転送方向に対して、電荷転送電極の距離（幅）が比較的大きい場合であっても、不純物濃度の勾配を複数にするためにＰ型不純物のイオン注入を複数回行う必要がなく、生産性を向上させることが可能となる。
【００７１】
なお、図１４のフローチャートにおいては、ステップＳ１の後、Ｎ型半導体層２０３の所定の領域にＰ型不純物をイオン注入することにより、電位障壁領域となるＮ型不純物領域を形成して（ステップＳ３）から、転送チャネルのＮ型半導体層２０３の表面に、絶縁膜２０４を形成する（ステップＳ２）ようにしてもよい。
【００７２】
また、最初に、転送チャネルのＮ型半導体層２０３の表面に、絶縁膜２０４を形成した（ステップＳ２）後、Ｎ型半導体基板２０６の上に、転送チャネルとなるＮ型半導体層２０３を形成して（ステップＳ１）、Ｎ型半導体層２０３の所定の領域にＰ型不純物をイオン注入することにより、電位障壁領域となるＮ型不純物領域を形成する（ステップＳ３）ようにしてもよい。
【００７３】
また、以上においては、転送チャネルとなるＮ型半導体層２０３を形成する際に、Ｎ型不純物の不純物濃度が「N+」（電荷蓄積領域の電位）となるようにし、Ｐ型不純物をイオン注入することにより、電位障壁領域を形成するようにした。
【００７４】
一方、例えば、図１６の状態Ａに示されるように、転送チャネルとなるＮ型半導体層２０３を形成する際に、Ｎ型不純物の不純物濃度が「N--」（電位障壁領域の電位）となるようにし、状態Ｂに示されるように、Ｎ型不純物をイオン注入することにより、電荷蓄積領域２０３−１を形成するようにしてもよい。なお、図１６の状態Ｂにおいて用いられるフォトレジストＲ'のマスクパターンは、図１４の状態Ｂにおいて用いられるフォトレジストＲのマスクパターンとは逆の形状となる。
【００７５】
さらに、以上においては、転送チャネルとしてＮ型半導体層を形成するようにしたが、逆の極性を有するＰ型半導体層を転送チャネルとして形成するようにしてもよい。
【００７６】
［撮像装置の構成例］
次に、図１７を参照して、本発明を適用した固体撮像素子としてのCCDイメージセンサを備える撮像装置の一実施の形態の構成例について説明する。
【００７７】
図１の撮像装置３０１は、レンズ部３１１、CCDイメージセンサ３１２、A/D（Analog to Digital）変換器３１３、操作部３１４、制御部３１５、タイミング制御部３１６、画像処理部３１７、表示部３１８、コーデック処理部３１９、および記録部３２０から構成される。
【００７８】
レンズ部３１１は、被写体までの焦点を調整し、焦点が合った位置からの光を集光し、CCDイメージセンサ３１２に供給する。
【００７９】
CCDイメージセンサ３１２は、上述で説明した構造を有する固体撮像素子であり、入射される光（入射光）を受光し、タイミング制御部３１６の制御によるタイミングで、これを光電変換して光の強度に応じた電圧信号（アナログ信号）にしてA/D変換器３１３に供給する。CCDイメージセンサ３１２から出力される電圧信号は、CCDイメージセンサ３１２において２次元に配列されている画素（光電変換素子）毎に出力される。
【００８０】
A/D変換器３１３は、CCDイメージセンサ３１２から、所定のタイミングで供給された画素毎の電圧信号を、デジタルの画像信号（以下、適宜、画素信号ともいう）に変換し、所定のタイミングで順次、画像処理部３１７に供給する。
【００８１】
操作部３１４は、例えば、ジョグダイヤル（商標）、キー、ボタン、またはタッチパネル等により構成され、ユーザによる操作入力を受け、その操作入力に対応する信号を制御部３１５に供給する。
【００８２】
制御部３１５は、操作部３１４により入力されたユーザの操作入力に対応する信号に基づいて、レンズ部３１１、CCDイメージセンサ３１２、A/D変換器３１３、タイミング制御部３１６、画像処理部３１７、表示部３１８、コーデック処理部３１９、および記録部３２０を制御する。
【００８３】
タイミング制御部３１６は、制御部３１５の制御に基づいて、CCDイメージセンサ３１２を駆動させるための駆動信号をCCDイメージセンサ３１２に供給し、CCDイメージセンサ３１２の駆動のタイミングを制御する。
【００８４】
画像処理部３１７は、A/D変換器３１３から供給された画像信号に対して、例えば、ホワイトバランス調整、デモザイク処理、マトリックス処理、ガンマ補正、およびYC変換等の各種画像処理を施し、表示部３１８およびコーデック処理部３１９に供給する。
【００８５】
表示部３１８は、例えば、液晶ディスプレイ等として構成され、画像処理部３１７からの画像信号に基づいて、被写体の画像を表示する。
【００８６】
コーデック処理部３１９は、画像処理部３１７からの画像信号に対して、所定の方式の符号化処理を施し、符号化処理の結果得られた画像データを記録部３２０に供給する。
【００８７】
記録部３２０は、コーデック処理部３１９からの画像データを記録する。記録部３２０に記録された画像データは、必要に応じて画像処理部３１７に読み出されることで、表示部３１８に供給され、対応する画像が表示される。
【００８８】
なお、本発明を適用した固体撮像素子を備える撮像装置は、上述した構成に限らず、他の構成であってもよい。
【００８９】
また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００９０】
２０１，２０２  電荷転送電極，  ２０３  Ｎ型半導体層，  ２０３−１  電荷蓄積領域，  ２０３−２  電位障壁領域，  ３０１  撮像装置，  ３１２  CCDイメージセンサ
【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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