(57)【要約】【課題】多画素固体撮像装置において、水平転送ＣＣＤによる低電圧且つ高速な信号転送と、水平転送ＣＣＤの飽和電荷量の増大とを両立させ、それによって高品質な画像が得られるようにする。【解決手段】固体撮像装置１０は、２次元状に配列されたフォトダイオード１１と、フォトダイオード１１から信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直転送ＣＣＤ１２と、垂直転送ＣＣＤ１２から転送された信号電荷を受け取って水平方向に転送する水平転送ＣＣＤ１４とを備えている。水平転送ＣＣＤ１４において、有効画素部１４ｂの電荷蓄積容量は、水平転送ＣＣＤ最終段（ＨＬ）の電荷蓄積容量、及び水平ＯＢ部１４ｃの電荷蓄積容量のそれぞれよりも小さい。【選択図】      図１
2004327548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元状に配列された受光部と、
前記受光部から信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直転送ＣＣＤと、
前記垂直転送ＣＣＤから転送された信号電荷を受け取って水平方向に転送する水平転送ＣＣＤとを備え、
前記水平転送ＣＣＤにおける前記垂直転送ＣＣＤからの信号電荷を受け取る有効画素部の電荷蓄積容量は、前記水平転送ＣＣＤの最終段の電荷蓄積容量、及び黒レベルの信号を受け取るＯＢ用水平転送ＣＣＤ部の電荷蓄積容量のそれぞれよりも小さいことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記有効画素部の幅は、前記最終段の幅及び前記ＯＢ用水平転送ＣＣＤ部の幅のそれぞれよりも狭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３】
前記水平転送ＣＣＤに隣接するドレイン領域をさらに備え、
前記ドレイン領域は、前記水平転送ＣＣＤの幅の変化に対応して屈曲するように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】
前記水平転送ＣＣＤに隣接するドレイン領域をさらに備え、
前記ＯＢ用水平転送ＣＣＤ部に隣接する前記ドレイン領域の幅は、前記ＯＢ用水平転送ＣＣＤ部以外の前記水平転送ＣＣＤに隣接する前記ドレイン領域の幅よりも狭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５】
前記ＯＢ用水平転送ＣＣＤ部のポテンシャルバリアは、前記有効画素部のポテンシャルバリア及び前記最終段のポテンシャルバリアのそれぞれよりも高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６】
請求項５に記載の固体撮像装置の製造方法であって、
前記ＯＢ用水平転送ＣＣＤ部に、ポテンシャルバリアを高くする不純物を選択的に導入する工程を備えていることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載の固体撮像装置の製造方法であって、
前記水平転送ＣＣＤにおける前記ＯＢ用水平転送ＣＣＤ部以外の他の部分に、ポテンシャルバリアを低くする不純物を選択的に導入する工程を備えていることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高輝度被写体撮影時の画像品質劣化を防止でき且つ信号電荷の高速転送を可能とする固体撮像装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カメラ、特にデジタルスチルカメラ等の撮像装置においては高画質化が要望されており、そのため、固体撮像装置に対して、多画素化、長時間使用のための低消費電力化、及び連写スピード向上のための高速化等が求められている。
【０００３】
従来、撮像装置を構成する固体撮像装置として、主にＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）が利用されている。以下、従来の固体撮像装置について説明する。図５は、従来の固体撮像装置の概略構成の一例を示す平面図である。
【０００４】
図５に示すように、固体撮像装置７０においては、受光部（フォトダイオード）７１と該フォトダイオード７１から信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直転送ＣＣＤ７２とからなる画素部（単位画素）７３が２次元状に配列されている。また、固体撮像装置７０は、垂直転送ＣＣＤ７２から転送された信号電荷を受け取って水平方向に転送する水平転送ＣＣＤ７４と、水平転送ＣＣＤ７４における画素部７３の反対側の側部に隣接し且つ不要電荷が排出されるドレイン領域（水平ドレイン）７５と、水平転送ＣＣＤ７４から転送された信号電荷を電圧に変換するアンプ７６とを備えている。
【０００５】
尚、水平転送ＣＣＤ７４は、その最終段（ＨＬ）を含む水平ダミー部７４ａと、垂直転送ＣＣＤ７２から転送された信号電荷を受け取る有効画素部７４ｂと、黒レベル（オプティカルブラック（ＯＢ））の信号を受け取る水平ＯＢ部７４ｃとを有する。
【０００６】
また、不要電荷とは、通常の撮像を行なう前に垂直転送ＣＣＤ７２に存在している暗電流又はスミア等に起因する電荷のことである。これらの不要電荷は撮像画像の品質を損なうため、フォトダイオード７１の信号電荷が垂直転送ＣＣＤ７２に読み出される前に不要電荷の除去を行なう必要がある。そこで、不要電荷の除去を短時間で行なうために水平ドレイン７５が用いられている。水平ドレイン７５は、例えば特許文献１に記載されているように、一般的なオ−バーフロー障壁とオーバーフロードレインとから構成されている。
【０００７】
ところで、画素部７３の一部に太陽等からの非常に強い光が入射すると、該光の強度に比例した量の信号電荷が発生する。この信号電荷を水平ドレイン７５に排出することはできないので、水平転送ＣＣＤ７４の有効画素部７４ｂに転送される信号電荷量が、ストレージ領域（ポテンシャルバリアに挟まれた領域）の電荷容量、つまり電荷蓄積容量よりも大きくなる可能性がある。その場合、有効画素部７４ｂのバリア領域（ポテンシャルバリアが形成されている領域）を信号電荷が越えてしまうので、ＯＢ基準信号用の水平転送ＣＣＤ７４つまり水平ＯＢ部７４ｃまで信号電荷が流入してしまう。このため、ＯＢ基準信号がプラス側に変動する結果、該基準信号からの感度（相対感度）が低下して画像が暗くなる現象が発生してしまう。そこで、従来、水平ドレイン７５への信号電荷の排出時間を稼ぐために、水平転送ＣＣＤ７４の幅（信号電荷の転送方向に対して垂直な方向の幅）を広くし、それによって水平転送ＣＣＤ７４（具体的には有効画素部７４ｂ）の電荷蓄積能力を高くしていた。
【０００８】
具体的には、図５に示すように、水平転送ＣＣＤ７４における画素部７３とつながる部分（有効画素部７４ｂ及び水平ＯＢ部７４ｃ）は全て同一の幅を有している。一方、水平転送ＣＣＤ７４におけるアンプ（フローティングディフュージョンアンプ）７６とつながる部分（水平ダミー部７４ａ）の幅はアンプ７６の近傍において狭くなる。尚、水平ダミー部７４のうちアンプ７６の近傍以外の領域の幅をＡ、有効画素部７４ｂの幅をＢ、水平ＯＢ部７４ｃの幅をＣとすると、Ａ＝Ｂ＝Ｃである。
【０００９】
図６（ａ）は、図５に示す従来の固体撮像装置における水平転送ＣＣＤ７４の水平ダミー部７４ａの拡大平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＶＩ−ＶＩ線の断面図である。尚、図６（ｂ）においては、水平ダミー部７４ａの断面構成と合わせてポテンシャルを示している。
【００１０】
図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、水平転送ＣＣＤ７４は、２相（第１相電極Ｈ１及び第２相電極Ｈ２）駆動タイプであって、半導体基板（Ｐ型）７９上に形成されており且つ信号電荷の転送路となる埋め込みチャンネル領域（Ｎ型）８０と、埋め込みチャンネル領域８０上に形成されており且つ第１層ポリシリコン電極８１と第２層ポリシリコン電極８２とからなる２層重ね合わせ電極とを有する。ここで、Ｈ１又はＨ２となる各重ね合わせ電極内にはポテンシャル段差が設けられている。尚、図６（ｂ）において、埋め込みチャンネル領域８０と電極８１及び８２との間に介在するゲート絶縁膜、及び電極８１と電極８２との間に介在する酸化膜については図示を省略している。
【００１１】
また、図６（ａ）に示すように、水平転送ＣＣＤ７４（水平ダミー部７４ａ）における最終段（ＨＬ）側の端部にはアウトプットゲート（ＯＧ）を介してフローティングディフュージョン８０ａが接続されている。さらに、フローティングディフュージョン８０ａにはリセットゲート（ＲＧ）を介してリセットドレイン８０ｂが接続されている。
【００１２】
水平転送ＣＣＤ７４の動作は例えば次の通りである。すなわち、例えばＨ１がＨｉｇｈ、Ｈ２がＬｏｗの状態で最終段（ＨＬ）に蓄積されていた信号電荷は、Ｈ１がＬｏｗ、Ｈ２がＨｉｇｈの状態に変わると、フローティングディフュージョン８０ａに注入されて、最終的に該信号電荷量に応じた電圧がアンプ７６から出力される。このとき、電荷検出感度は、フローティングディフュージョン８０ａの容量Ｃつまり面積によって決まる。一般的なＶ＝Ｑ／Ｃ（Ｖ：電圧、Ｑ：電荷量）の関係式からも明らかなように、容量Ｃが小さくなるに従って検出感度を高くすることができる。すなわち、従来の固体撮像装置７０においては、フローティングディフュージョン８０ａの面積を縮小することによって、その容量を低減し、それにより電荷検出感度を高くしている。その結果、水平転送ＣＣＤ７４においては、その最終段（ＨＬ）の電荷蓄積容量が最小となる。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１０−５０９７５号公報（第１１頁、第１１図）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の固体撮像装置７０においては、水平転送ＣＣＤ７４の幅を広くしているため、水平転送ＣＣＤ７４の面積が増加してしまうので、端子容量が増大する。このため、水平転送ＣＣＤ７４を駆動させるための電流が増大する結果、消費電力が増大するという問題がある。また、水平転送ＣＣＤ７４の面積の増加に起因して高速駆動が困難になるという問題、及び高速駆動させるために動作電圧を上げた場合には消費電力がさらに増大するという問題がある。
【００１５】
また、前述のように、水平転送ＣＣＤ７４の最終段（ＨＬ）の電荷蓄積容量が最小となっているため、該容量以上の信号電荷が最終段（ＨＬ）に送られてきた場合、あふれた電荷がフローティングディフュージョン８０ａに先送りされてしまい、その結果、出力電圧が変調されて画像異常を起こるという問題がある。尚、最終段（ＨＬ）の電荷蓄積容量を増加させるためにゲート長を長くした場合には、信号電荷の転送効率が劣化するという別の問題が起こる。
【００１６】
前記に鑑み、本発明は、微細な画素から構成された多画素固体撮像装置において、水平転送ＣＣＤによる低電圧且つ高速な信号転送と、水平転送ＣＣＤの飽和電荷量の増大とを両立させ、それによって高品質な画像が得られるようにすることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決しようとする手段】
前記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、２次元状に配列された受光部と、受光部から信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直転送ＣＣＤと、垂直転送ＣＣＤから転送された信号電荷を受け取って水平方向に転送する水平転送ＣＣＤとを備え、水平転送ＣＣＤにおける垂直転送ＣＣＤからの信号電荷を受け取る有効画素部の電荷蓄積容量は、水平転送ＣＣＤの最終段の電荷蓄積容量、及び黒レベルの信号を受け取るＯＢ用水平転送ＣＣＤ部の電荷蓄積容量のそれぞれよりも小さい。
【００１８】
本発明の固体撮像装置によると、水平転送ＣＣＤにおける有効画素部の電荷蓄積容量が、水平転送ＣＣＤの最終段の電荷蓄積容量よりも小さい。すなわち、水平転送ＣＣＤにおいて最終段の電荷蓄積容量が最小とはなっていないため、該最終段から電荷があふれて例えばフローティングディフュージョン等の出力部に先送りされてしまうことを防止できる。従って、高輝度被写体撮影時の画像異常を抑制することができる。
【００１９】
また、本発明の固体撮像装置によると、水平転送ＣＣＤのうち最大面積を持つ有効画素部の電荷蓄積容量を小さくしているため、水平転送ＣＣＤの各部の電荷蓄積容量の最適設計を行なうことにより、有効画素部の面積の最小化、つまりは水平転送ＣＣＤの面積の最小化を図ることができる。このため、水平転送ＣＣＤを高速駆動させるための電圧を低減できると共に、該高速駆動時の信号電荷の転送効率を向上させることができる。
【００２０】
すなわち、本発明の固体撮像装置によると、水平転送ＣＣＤによる低電圧且つ高速な信号転送と、水平転送ＣＣＤの飽和電荷量の増大とを両立させることができるので、高品質な画像を得ることができる。
【００２１】
尚、本明細書において、電荷蓄積容量とは、ポテンシャルバリアに挟まれたポテンシャル井戸に蓄積することができる電荷量を意味する。
【００２２】
本発明の固体撮像装置において、有効画素部の幅は、水平転送ＣＣＤ最終段の幅及びＯＢ用水平転送ＣＣＤ部の幅のそれぞれよりも狭いことが好ましい。
【００２３】
このようにすると、水平転送ＣＣＤの有効画素部、つまり垂直転送ＣＣＤからの信号電荷を受け取る水平転送ＣＣＤ部の幅が従来と比べて狭いため、不要電荷を例えば水平ドレインに排出した後に有効画素部に残留する電荷量が少なくなる。このため、高輝度被写体撮影時等に有効画素部からＯＢ用水平転送ＣＣＤ部に漏れ出す電荷量も減少する。また、ＯＢ用水平転送ＣＣＤ部の幅が広いため、ＯＢ用水平転送ＣＣＤ部において有効画素部から漏れてきた電荷が存在する領域を低減できる。従って、ＯＢ基準信号の変動を抑制できるので、該変動に起因する画像異常を防止できる。
【００２４】
また、この場合、水平転送ＣＣＤに隣接するドレイン領域は、水平転送ＣＣＤの幅の変化に対応して屈曲していてもよい。
【００２５】
本発明の固体撮像装置において、水平転送ＣＣＤに隣接するドレイン領域をさらに備え、ＯＢ用水平転送ＣＣＤ部に隣接するドレイン領域の幅は、ＯＢ用水平転送ＣＣＤ部以外の水平転送ＣＣＤに隣接するドレイン領域の幅よりも狭いことが好ましい。
【００２６】
このようにすると、さらなる端子容量の低減を図れるため、水平転送ＣＣＤを高速駆動させるための電圧をより一層低減できると共に該高速駆動時の信号電荷の転送効率をより一層向上させることができる。
【００２７】
本発明の固体撮像装置において、ＯＢ用水平転送ＣＣＤ部のポテンシャルバリアは、有効画素部のポテンシャルバリア及び水平転送ＣＣＤ最終段のポテンシャルバリアのそれぞれよりも高いことが好ましい。
【００２８】
このようにすると、ＯＢ用水平転送ＣＣＤ部の電荷蓄積容量を、有効画素部の電荷蓄積容量よりも確実に大きくすることができる。
【００２９】
本発明に係る第１及び第２の固体撮像装置の製造方法は、ＯＢ用水平転送ＣＣＤ部のポテンシャルバリアが有効画素部のポテンシャルバリア及び最終段のポテンシャルバリアのそれぞれよりも高く設定された本発明の固体撮像装置を製造する方法である。具体的には、第１の固体撮像装置の製造方法は、ＯＢ用水平転送ＣＣＤ部に、ポテンシャルバリアを高くする不純物を選択的に導入する工程を備えている。また、第２の固体撮像装置の製造方法は、水平転送ＣＣＤにおけるＯＢ用水平転送ＣＣＤ部以外の他の部分に、ポテンシャルバリアを低くする不純物を選択的に導入する工程を備えている。
【００３０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置について図面を参照しながら説明する。
【００３１】
図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成の一例を示す平面図である。
【００３２】
図１に示すように、固体撮像装置１０においては、入射光を光電変換して電荷を蓄積する複数の受光部（フォトダイオード）１１が２次元状に配列されている。また、フォトダイオード１１の列毎に、フォトダイオード１１から信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直転送ＣＣＤ１２が設けられている。すなわち、各フォトダイオード１１と、それに対応する垂直転送ＣＣＤ１２とから画素部（単位画素）１３が構成されている。また、固体撮像装置１０は、垂直転送ＣＣＤ１２から転送された信号電荷を受け取って水平方向に転送する水平転送ＣＣＤ１４と、水平転送ＣＣＤ１４における画素部１３の反対側の側部に隣接し且つ不要電荷が排出されるドレイン領域（水平ドレイン）１５と、水平転送ＣＣＤ１４から転送された信号電荷を電圧に変換するアンプ（フローティングディフュージョンアンプ）１６とを備えている。
【００３３】
図２は、第１の実施形態に係る固体撮像装置に用いられるＣＣＤ（垂直転送ＣＣＤ１２及び水平転送ＣＣＤ１４）の基本構成を示す断面図である。尚、本実施形態の固体撮像装置は２相駆動タイプである。
【００３４】
図２に示すように、半導体基板１の表面部には、信号電荷の転送路となる埋め込みチャンネル領域２が設けられている。埋め込みチャンネル領域２の上にはゲート絶縁膜３を介して複数の第１層ポリシリコン電極４が形成されている。また、埋め込みチャンネル領域２における第１層ポリシリコン電極４同士の間の部分の上には、ゲート絶縁膜３を介して複数の第２層ポリシリコン電極５が形成されている。尚、第２層ポリシリコン電極５の上側部は第１層ポリシリコン電極４の側部に乗り上げるように形成されていると共に、第１層ポリシリコン電極４と第２層ポリシリコン電極５との間には酸化膜６が介在している。
【００３５】
尚、水平転送ＣＣＤ１４は、その最終段（ＨＬ）を含む水平ダミー部１４ａと、垂直転送ＣＣＤ１２から転送された信号電荷を受け取る有効画素部１４ｂと、黒レベル（オプティカルブラック（ＯＢ））の信号を受け取る水平ＯＢ部１４ｃとを有する。すなわち、水平ダミー部１４ａは、有効画素部１４ｂとフローティングディフュージョンアンプ１６とをつなぐ部分である。
【００３６】
本実施形態の特徴は、図１に示すように、有効画素部１４ｂの電荷蓄積容量が、水平転送ＣＣＤ最終段（ＨＬ）の電荷蓄積容量、及び水平ＯＢ部１４ｃの電荷蓄積容量のそれぞれよりも小さいことである。また、本実施形態においては、このような水平転送ＣＣＤ１４における電荷蓄積容量の変化を、有効画素部１４ｂの幅（信号電荷の転送方向に対して垂直な方向の幅：以下同じ）を、水平転送ＣＣＤ最終段（ＨＬ）の幅及び水平ＯＢ部１４ｃの幅のそれぞれよりも狭くすることによって実現している。具体的には、水平転送ＣＣＤ最終段（ＨＬ）の幅（最大幅）をＡ、有効画素部１４ｂの幅をＢ、水平ＯＢ部１４ｃの幅をＣとすると、Ｂ＜Ａ＜Ｃである。また、水平ドレイン１５は、水平転送ＣＣＤ１４の幅の変化に対応して屈曲するように形成されている。
【００３７】
第１の実施形態によると、水平転送ＣＣＤ１４の有効画素部１４ｂ、つまり垂直転送ＣＣＤ１２からの信号電荷を受け取る水平転送ＣＣＤ部の幅が従来と比べて狭いため、不要電荷を水平ドレイン１５に排出した後に有効画素部１４ｂに残留する電荷量が少なくなる。このため、高輝度被写体撮影時等に有効画素部１４ｂから水平ＯＢ部１４ｃに漏れ出す電荷量も減少する。また、水平ＯＢ部１４ｃの幅が広いため、水平ＯＢ部１４ｃにおいて有効画素部１４ｂから漏れてきた電荷が存在する領域を低減できる。従って、ＯＢ基準信号の変動を抑制できるので、該変動に起因する画像異常を防止できる。
【００３８】
また、第１の実施形態によると、水平転送ＣＣＤ最終段（ＨＬ）の電荷蓄積容量は、有効画素部１４ｂの電荷蓄積容量よりも大きい。言い換えると、水平転送ＣＣＤ最終段（ＨＬ）の電荷蓄積容量は最小ではない。従って、従来問題となっていた、最終段（ＨＬ）からあふれた電荷が例えばフローティングディフュージョンに先送りされてしまうという事態を確実に回避することができる。従って、高輝度被写体撮影時の画像異常を抑制することができる。
【００３９】
ところで、一般に、電極端子を駆動するために必要な電流は、端子容量、つまり基板とゲート電極との間の容量に比例して増大する。このため、端子容量に関係する水平転送ＣＣＤの面積は、信号電荷を受け取る水平転送ＣＣＤ部（つまり有効画素部）の面積とほぼ等しくなる。従って、有効画素部の面積を削減すればＣＣＤの駆動電流を減少させることができる。
【００４０】
一方、第１の実施形態によると、水平転送ＣＣＤ１４のうち最大面積を持つ有効画素部１４ｂの電荷蓄積容量を小さくしている。このため、水平転送ＣＣＤ１４の各部の電荷蓄積容量の最適設計を行なうことにより、水平転送ＣＣＤ１４の面積の最小化、特に有効画素部１４ｂの面積の最小化、つまりはＣＣＤの駆動電流の最小化を図ることができる。具体的には、第１の実施形態においては、ＣＣＤの駆動電流を従来と比べて約半分にできる。尚、第１の実施形態においては、水平ＯＢ部１４ｃつまりＯＢ用水平転送ＣＣＤ部の面積を増加させているが、水平ＯＢ部１４ｃは、水平方向の総画素（例えば１０００画素）のうちの５％（例えば５０画素）程度としか対応していない。従って、水平ＯＢ部１４ｃの面積の増加がＣＣＤの駆動電流に及ぼす影響は無視できる。
【００４１】
尚、第１の実施形態において、水平ＯＢ部１４ｃは信号電荷の転送とは無関係であるので、図１に示すように、水平ＯＢ部１４ｃに隣接する水平ドレイン１５の幅を、水平ＯＢ部１４ｃ以外の水平転送ＣＣＤ１４（具体的には有効画素部１４ｂ）に隣接する水平ドレイン１５の幅よりも狭くしてもよい。このようにすると、さらなる端子容量の低減を図れるため、水平転送ＣＣＤ１４を高速駆動させるための電圧をより一層低減できると共に該高速駆動時の信号電荷の転送効率をより一層向上させることができる。
【００４２】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置について図面を参照しながら説明する。
【００４３】
図３（ａ）は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成の一例を示す平面図である。また、図３（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、第２の実施形態に係る固体撮像装置における水平転送ＣＣＤの断面構成を示しており、図３（ｂ）は有効画素部の断面図（図３（ａ）のａ−ａ’線の断面図）であり、図３（ｃ）は水平ＯＢ部の断面図（図３（ａ）のｂ−ｂ’線の断面図）である。
【００４４】
尚、第２の実施形態に係る固体撮像装置における画素部の構成は、図１に示す第１の実施形態と同じであるので、図３（ａ）において画素部の図示を省略している。また、図３（ａ）〜（ｃ）において、固体撮像装置の他の構成要素については、図１又は図２に示す第１の実施形態と同じ符号を付している。また、図３（ｂ）及び（ｃ）においては、水平転送ＣＣＤの断面構成と合わせてポテンシャルを示している。
【００４５】
本実施形態の特徴、つまり第１の実施形態と異なっている点は次の通りである。すなわち、第１の実施形態においては、水平ＯＢ部１４ｃの電荷蓄積容量を有効画素部１４ｂの電荷蓄積容量よりも大きくするために、水平ＯＢ部１４ｃの幅を有効画素部１４ｂの幅よりも大きくした（図１参照）。それに対して、本実施形態においては、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、水平ＯＢ部１４ｃの電荷蓄積容量を有効画素部１４ｂの電荷蓄積容量よりも大きくするために、水平ＯＢ部１４ｃのポテンシャルバリアを有効画素部１４ｂのポテンシャルバリアよりも高くする。言い換えると、水平ＯＢ部１４ｃのポテンシャルバリアを高くすることにより、水平ＯＢ部１４ｃの面積を増加させることなく水平ＯＢ部１４ｃの電荷蓄積容量を大きくする。
【００４６】
尚、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、本実施形態の水平転送ＣＣＤ１４は、２相（第１相電極Ｈ１及び第２相電極Ｈ２）駆動タイプであって、半導体基板（Ｐ型）１上に形成されており且つ信号電荷の転送路となる埋め込みチャンネル領域（Ｎ型）２と、埋め込みチャンネル領域２上に形成されており且つ第１層ポリシリコン電極４と第２層ポリシリコン電極５とからなる２層重ね合わせ電極とを有する。ここで、Ｈ１又はＨ２となる各重ね合わせ電極内にはポテンシャル段差が設けられている。具体的には、各第２層ポリシリコン電極５の下側の埋め込みチャンネル領域２にポテンシャルバリアが形成される。尚、図３（ｂ）及び（ｃ）において、ゲート絶縁膜３及び酸化膜６の図示を省略している（図２参照）。
【００４７】
本実施形態においては、水平ＯＢ部１４ｃのポテンシャルバリアを有効画素部１４ｂのポテンシャルバリアよりも高くするために、水平ＯＢ部１４ｃの埋め込みチャンネル領域２（Ｎ型）に、ポテンシャルバリアを高くする不純物（Ｐ型不純物）、例えばボロンを選択的に注入する。
【００４８】
以上に説明したように、第２の実施形態によると、水平ＯＢ部１４ｃのポテンシャルバリアを有効画素部１４ｂのポテンシャルバリアよりも高くすることによって、水平ＯＢ部１４ｃの電荷蓄積容量を有効画素部１４ｂの電荷蓄積容量よりも確実に大きくすることができる。従って、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４９】
尚、第２の実施形態において、ポテンシャルバリアの高さを調節するための不純物の導入タイミングは特に限定されるものではない。すなわち、水平ＯＢ部１４ｃ以外の水平転送ＣＣＤ１４に不純物注入を行なって所定のポテンシャルバリアを形成した後、水平ＯＢ部１４ｃにポテンシャルバリアを高くする不純物を選択的に導入してもよいし、又はそれぞれの不純物の導入タイミングを逆にしてもよい。
【００５０】
また、第２の実施形態において、水平転送ＣＣＤ最終段（ＨＬ）の電荷蓄積容量を有効画素部１４ｂの電荷蓄積容量よりも大きくするために、水平転送ＣＣＤ最終段（ＨＬ）の幅を有効画素部１４ｂの幅よりも大きくしてもよい（図３参照）。この場合、水平ドレイン１５を、水平転送ＣＣＤ１４の幅の変化に対応して屈曲するように形成してもよい。また、この場合、水平転送ＣＣＤ最終段（ＨＬ）のポテンシャルバリアの高さを有効画素部１４ｂのポテンシャルバリアの高さと同じにしてもよい。
【００５１】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置について図面を参照しながら説明する。
【００５２】
図４（ａ）は、第３の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成の一例を示す平面図である。また、図４（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、第３の実施形態に係る固体撮像装置における水平転送ＣＣＤの断面構成を示しており、図４（ｂ）は有効画素部の断面図（図４（ａ）のａ−ａ’線の断面図）であり、図４（ｃ）は水平ＯＢ部の断面図（図４（ａ）のｂ−ｂ’線の断面図）である。
【００５３】
尚、第３の実施形態に係る固体撮像装置における画素部の構成は、図１に示す第１の実施形態と同じであるので、図４（ａ）において画素部の図示を省略している。また、図４（ａ）〜（ｃ）において、固体撮像装置の他の構成要素については、図１又は図２に示す第１の実施形態と同じ符号を付している。また、図４（ｂ）及び（ｃ）においては、水平転送ＣＣＤの断面構成と合わせてポテンシャルを示している。
【００５４】
本実施形態の特徴、つまり第１の実施形態と異なっている点は次の通りである。すなわち、第１の実施形態においては、水平ＯＢ部１４ｃの電荷蓄積容量を有効画素部１４ｂの電荷蓄積容量よりも大きくするために、水平ＯＢ部１４ｃの幅を有効画素部１４ｂの幅よりも大きくした。それに対して、本実施形態においては、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、水平ＯＢ部１４ｃの電荷蓄積容量を有効画素部１４ｂの電荷蓄積容量よりも大きくするために、水平ＯＢ部１４ｃのポテンシャルバリアを有効画素部１４ｂのポテンシャルバリアよりも高くする。言い換えると、水平ＯＢ部１４ｃのポテンシャルバリアを高くすることにより、水平ＯＢ部１４ｃの面積を増加させることなく水平ＯＢ部１４ｃの電荷蓄積容量を大きくする。
【００５５】
尚、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、本実施形態の水平転送ＣＣＤ１４は、２相（第１相電極Ｈ１及び第２相電極Ｈ２）駆動タイプであって、半導体基板（Ｐ型）１上に形成されており且つ信号電荷の転送路となる埋め込みチャンネル領域（Ｎ型）２と、埋め込みチャンネル領域２上に形成されており且つ第１層ポリシリコン電極４と第２層ポリシリコン電極５とからなる２層重ね合わせ電極とを有する。ここで、Ｈ１又はＨ２となる各重ね合わせ電極内にはポテンシャル段差が設けられている。具体的には、各第２層ポリシリコン電極５の下側の埋め込みチャンネル領域２にポテンシャルバリアが形成される。尚、図４（ｂ）及び（ｃ）において、ゲート絶縁膜３及び酸化膜６の図示を省略している（図２参照）。
【００５６】
本実施形態においては、水平ＯＢ部１４ｃのポテンシャルバリアを有効画素部１４ｂのポテンシャルバリアよりも高くするために、水平ＯＢ部１４ｃ以外の水平転送ＣＣＤ１４の埋め込みチャンネル領域２（Ｎ型）に、ポテンシャルバリアを低くする不純物（Ｎ型不純物）、例えばリン又はヒ素を注入する。
【００５７】
以上に説明したように、第３の実施形態によると、水平ＯＢ部１４ｃのポテンシャルバリアを有効画素部１４ｂのポテンシャルバリアよりも高くすることによって、水平ＯＢ部１４ｃの電荷蓄積容量を有効画素部１４ｂの電荷蓄積容量よりも確実に大きくすることができる。従って、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５８】
尚、第３の実施形態において、ポテンシャルバリアの高さを調節するための不純物の導入タイミングは特に限定されるものではない。すなわち、水平ＯＢ部１４ｃに不純物注入を行なって所定のポテンシャルバリアを形成した後、水平ＯＢ部１４ｃ以外の水平転送ＣＣＤ１４にポテンシャルバリアを低くする不純物を選択的に導入してもよいし、又はそれぞれの不純物の導入タイミングを逆にしてもよい。
【００５９】
また、第３の実施形態において、水平転送ＣＣＤ最終段（ＨＬ）の電荷蓄積容量を有効画素部１４ｂの電荷蓄積容量よりも大きくするために、水平転送ＣＣＤ最終段（ＨＬ）の幅を有効画素部１４ｂの幅よりも大きくしてもよい（図４参照）。この場合、水平ドレイン１５を、水平転送ＣＣＤ１４の幅の変化に対応して屈曲するように形成してもよい。また、この場合、水平転送ＣＣＤ最終段（ＨＬ）にもポテンシャルバリアを低くする不純物を導入することによって、水平転送ＣＣＤ最終段（ＨＬ）のポテンシャルバリアの高さを有効画素部１４ｂのポテンシャルバリアの高さと同じにしてもよい。
【００６０】
また、第１〜第３の実施形態において、光電変換をフォトダイオードによって行なうインターライン転送型固体撮像装置について説明してきた。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、撮像領域の下部に蓄積部を有するフレームインターライン転送型固体撮像装置、又は光電変換を垂直ＣＣＤレジスタによって行なうフレーム転送固体撮像装置等に本発明を適用できることは言うまでもない。
【００６１】
また、第１〜第３の実施形態において、Ｐ型の半導体基板１の表面部に、信号電荷の転送路となるＮ型の埋め込みチャンネル領域２を設けたが、これに代えて、Ｎ型の半導体基板の表面部に、信号電荷の転送路となるＰ型の埋め込みチャンネル領域を設けて、２相（第１相電極Ｈ１及び第２相電極Ｈ２）駆動タイプの水平転送ＣＣＤ１４においてそれぞれの印加電圧の大きさを逆にした場合にも、同様の効果が得られる。
【００６２】
また、第１〜第３の実施形態において、２相（第１相電極Ｈ１及び第２相電極Ｈ２）駆動タイプの水平転送ＣＣＤ１４を用いたが、これに代えて、例えば単相又は３相以上の駆動タイプ等、他のタイプの水平転送ＣＣＤを用いてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によると、水平転送ＣＣＤにおいて最終段の電荷蓄積容量が有効画素部の電荷蓄積容量よりも大きいため、例えば高輝度被写体撮影時に該最終段から電荷があふれて出力部に先送りされてしまうことを防止できるので、画像異常を抑制することができる。また、水平転送ＣＣＤのうち最大面積を持つ有効画素部の電荷蓄積容量を小さくしているため、有効画素部の面積の最小化つまり水平転送ＣＣＤの面積の最小化を図ることができるので、水平転送ＣＣＤを高速駆動させるための電圧を低減できると共に該高速駆動時の信号電荷の転送効率を向上させることができる。従って、本発明によると、水平転送ＣＣＤによる低電圧且つ高速な信号転送と、水平転送ＣＣＤの飽和電荷量の増大とを両立させることができるので、高品質な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成の一例を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置に用いられるＣＣＤ（垂直転送ＣＣＤ及び水平転送ＣＣＤ）の基本構成を示す断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成の一例を示す平面図であり、（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置における水平転送ＣＣＤの有効画素部の断面図（（ａ）のａ−ａ’線の断面図）であり、（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置における水平転送ＣＣＤの水平ＯＢ部の断面図（（ａ）のｂ−ｂ’線の断面図）である。
【図４】（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成の一例を示す平面図であり、（ｂ）は本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置における水平転送ＣＣＤの有効画素部の断面図（（ａ）のａ−ａ’線の断面図）であり、（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置における水平転送ＣＣＤの水平ＯＢ部の断面図（（ａ）のｂ−ｂ’線の断面図）である。
【図５】従来の固体撮像装置の概略構成の一例を示す平面図である。
【図６】（ａ）は従来の固体撮像装置における水平転送ＣＣＤの水平ダミー部の拡大平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＶＩ−ＶＩ線の断面図である。
【符号の説明】
１    半導体基板
２    埋め込みチャンネル領域
３    ゲート絶縁膜
４    第１層ポリシリコン電極
５    第２層ポリシリコン電極
６    酸化膜
１０    固体撮像装置
１１    フォトダイオード
１２    垂直転送ＣＣＤ
１３    画素部
１４    水平転送ＣＣＤ
１４ａ  水平ダミー部
１４ｂ  有効画素部
１４ｃ  水平ＯＢ部
１５    水平ドレイン
１６    アンプ
【図１】
2004327548.tif 000003
【図２】
2004327548.tif 000004
【図３】
2004327548.tif 000005
【図４】
2004327548.tif 000006
【図５】
2004327548.tif 000007
【図６】
2004327548.tif 000008