(57)【要約】【課題】情報電荷の転送効率を劣化させることなく受光感度を高くする。【解決手段】半導体基板の表面領域に分離領域１１が互いに平行に形成され、この分離領域１１の間にチャネル領域１２が形成される。チャネル領域１２と交差する方向に複数の転送電極１３が配置される。この転送電極１３は、チャネル領域１２の中央部上で幅が広く形成されており、各転送電極１３の間隙が狭くなっている。従って、チャネル領域１２の両側部に広い間隙が形成され、チャネル領域１２に光が効率よく入射されるようになる。【選択図】　　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、この半導体基板の表面領域で複数の分離領域により区画されて一方向に延在し、互いに平行に配置される複数のチャネル領域と、上記複数のチャネル領域と交差する方向に延在して上記半導体基板上に一定の間隙を隔てて互いに平行に配置され、上記複数のチャネル領域内に一定の間隔で電位障壁を形成して電気的に複数の受光画素を形成する同一層からなる複数の転送電極と、を備え、
上記複数の転送電極は、それぞれ上記複数のチャネル領域におけるチャネル領域の延在方向と交差する方向の分離領域側で中央部よりも幅が狭く形成されることにより、
上記複数の受光画素は、チャネル領域におけるチャネル領域の延在方向と交差する方向の分離領域側で受光のための開口部を有することを特徴とする固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレーム転送方式の固体撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラ等に用いられるＣＣＤ固体撮像素子は、被写体映像を受けて情報電荷を発生する受光画素と、この受光画素で発生した情報電荷を順次転送するＣＣＤシフトレジスタとの組み合わせによって構成される。ＣＣＤシフトレジスタは、分離領域で取り囲まれたチャネル領域上に、チャネル領域内のポテンシャルを制御して情報電荷を転送する複数の転送電極が配置されている。この複数の転送電極は、情報電荷の転送効率を考慮して、隣り合う転送電極どうしをオーバーラップさせた２層構造を有している。即ち、一定の間隔で配置される１層目の転送電極の間を２層目の転送電極で被うようにすることで、チャネル領域内のポテンシャルを切れ目なく制御できるようにしている。
ところで、２層構造の転送電極を有する固体撮像素子の場合、転送電極を形成する工程が少なくとも２度必要となることや、転送電極によって生じる段差が大きくなるという問題を有している。特に、高解像度化のために転送電極の配列ピッチが狭くなると、転送電極の段差の問題は無視できなくなる。そこで、例えば、特開平３−４４９４１号公報に開示されているように、情報電荷の転送効率の劣化を防止しながら転送電極を１層構造とした固体撮像素子が考えられている。
【０００３】
図３は、１層構造の転送電極を有する固体撮像素子のＣＣＤシフトレジスタ部分の平面図で、図４は、そのＸ−Ｘ線断面図である。
【０００４】
Ｐ型の単結晶シリコンからなる半導体基板１の表面領域に、選択酸化による厚い酸化膜からなる複数の分離領域２が一方向に延在するようにして互いに平行に形成される。これらの分離領域２によってチャネル領域３が区画される。また、チャネル領域３は、半導体基板１の表面にＮ型の拡散層４が形成されて埋め込みチャネル構造を成している。分離領域２及びチャネル領域３が形成された半導体基板１上には、酸化膜５を介して、チャネル領域３と交差する方向に延在する複数の転送電極６が一定の間隙を空けて互いに平行に配置される。そして、この間隙部分には、Ｐ型の不純物イオンが注入され、拡散層４のＮ型の不純物濃度を部分的に低くする低濃度層７が形成される。
【０００５】
各転送電極６には、例えば、３相の転送クロックφ１〜φ３が印加され、この転送クロックφ１〜φ３に応答して変化するチャネル領域３内のポテンシャルの作用によって情報電荷が一方向へ順次転送される。このとき、転送電極６の間隙部分では、転送電極６による電界の影響を受けにくいことから、転送電極６の下のチャネル領域３と転送電極６の間隙部分のチャネル領域３とでは、形成されるポテンシャルの深さに差が生じる。そこで、低濃度層７の濃度の制御によって転送電極６の間隙部分のチャネル領域３にポテンシャルの凹みができないようにして情報電荷の残留がないようにしている。即ち、転送電極６の間隙部分に注入するＰ型の不純物イオンの量を多くするほど低濃度層７のＮ型の不純物濃度が低くなり、ポテンシャルが浅く形成されることから、転送電極６の間隙部分のポテンシャルが転送電極６の下のポテンシャルと同じ深さになるように低濃度層７に対する不純物イオンの注入量を決定している。従って、各転送電極６の間に一定の間隙があったとしても、この間隙部分には情報電荷の電荷の転送を妨げるようなポテンシャルの凹みあるいは突起が生じることはなく、チャネル領域３内の情報電荷は、転送電極６の間隙部分に残留することなく転送される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
フレーム転送方式の固体撮像素子においては、ＣＣＤシフトレジスタの転送電極６に固定電圧を印加することにより、ＣＣＤシフトレジスタ自体を受光画素として機能させている。例えば、図３に示すＣＣＤシフトレジスタ部分においては、転送クロックφ１〜φ３の内の１つをハイレベルに固定してチャネル領域３内にポテンシャル井戸を形成し、このポテンシャル井戸に光電変換によって発生する情報電荷を蓄積するように構成される。ところが、光を受けるチャネル領域３は、転送電極６により被われているため、光の入射効率が悪く、弱い光に対する受光感度が低くなるという問題がある。換言すれば、転送効率を良くするために各転送電極６の間隙を狭くする必要があるが、チャネル領域３への光の入射効率を高く維持するためには、転送電極６の間隙を狭くすることができない。
【０００７】
そこで本発明は、転送効率を劣化させることなく受光画素の受光感度を向上することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決するために成されたもので、その特徴とするところは、半導体基板と、この半導体基板の表面領域で複数の分離領域により区画されて一方向に延在し、互いに平行に配置される複数のチャネル領域と、上記複数のチャネル領域と交差する方向に延在して上記半導体基板上に一定の間隙を隔てて互いに平行に配置され、上記複数のチャネル領域内に一定の間隔で電位障壁を形成して電気的に複数の受光画素を形成する複数の転送電極と、を備えた固体撮像素子において、上記複数の転送電極が、それぞれ上記複数のチャネル領域の中央部上で上記複数の分離領域上よりも幅が広く形成され、上記間隙の幅が狭く形成されることにある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の固体撮像素子の撮像部の構造を示す平面図である。
【００１０】
分離領域１１は、Ｐ型の単結晶シリコンからなる半導体基板の表面領域で、例えば、酸化膜を選択成長させることによって形成される。この分離領域１１に挟まれるチャネル領域１２は、半導体基板の表面領域にＮ型の拡散層が形成され、埋め込みチャネル構造を成している。複数の転送電極１３は、分離領域１１及びチャネル領域１２が形成された半導体基板に、酸化膜を介して互いに平行に配置される。この転送電極１３は、チャネル領域１２の中央部上で分離領域１１上よりも幅が広く形成される。これにより、チャネル領域１２の中央部で各転送電極１３の間隙が狭くなり、チャネル領域１２の両側部上及び分離領域１１上で各転送電極１３の間隙が広くなる。
【００１１】
各転送電極１３には、例えば、３相の転送クロックφ１〜φ３が印加され、この転送クロックφ１〜φ３に応答して変化するチャネル領域１２内のポテンシャルの作用によって情報電荷が一方向へ順次転送される。このとき、情報電荷は、転送電極１３の間隙が最も狭い部分に集められて転送されるため、チャネル領域１２の中央部上の転送電極１３の間隙が狭く形成されていれば、転送効率が劣化することはない。また、チャネル領域１２は、不純物濃度がより均一で結晶欠陥が生じにくい中央部で最も情報電荷の転送が安定するため、転送効率は十分に確保される。同時に、チャネル領域１２の分離領域１１に近い部分で転送電極１３の間隙が広く形成されることから、チャネル領域１２の開口率が高くなり、チャネル領域１２へ効率よく光が入射される。従って、転送効率を劣化させることなく、受光画素の受光感度を向上することができる。
【００１２】
また、転送電極１３の間隙が狭くなる部分がチャネル領域１２の中央部に限られるため、隣り合う転送電極１３の間で短絡しにくくなり、製造歩留まりが向上する。例えば、エッチング工程等で発生した異物が転送電極１３の間隙が広くなっている部分に付着したとしても短絡は起こりにくいため、このような異物に起因する不良率が低下する。
【００１３】
図２は、２つの転送電極の間隔とその転送電極の間の転送効率との関係を示す図である。この図において、ａ、ｂ及びｃは、それぞれ、２つの転送電極に印加する電圧の差を２Ｖ、４Ｖ及び６Ｖとした場合を表す。
【００１４】
ａの場合、電極の間隔が０．３μｍより少し広くなった時点で転送効率が劣化し始め、ｂの場合、電極の間隔が０．５μｍより少し広くなった時点で転送効率が劣化し始めることが確認できる。また、ｃの場合、電極の間隔が０．６μｍより少し広くなった時点で転送効率が劣化しはじめることが確認できる。これらの結果から、波高値１０Ｖ程度の転送クロックφ１〜φ３を用いる固体撮像素子であれば、転送電極１３の間隔（チャネル領域１２の中央部上の間隔）は、０．５μｍ以下、好ましくは０．３μｍ以下とすればよい。尚、この場合には、転送電極１３の間隙部分に図４に示す低濃度層７に相当するものは形成していない。
【００１５】
また、転送電極１３の間隙部分に、図４と同様に、低濃度層を形成した場合であれば、転送電極１３の間隔を０．８μｍ〜１．０μｍとした場合でも転送効率が劣化しないことを実測により確認できている。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、チャネル領域上に形成する転送電極の幅をチャネル領域の中央部上で広く形成したことで、転送電極の間隙の狭い部分と広い部分とが同一のチャネル領域上に形成される。これにより、間隙の狭い部分では情報電荷の転送効率が確保され、間隙の広い部分では光の入射効率が確保される。
【００１７】
すなわち、情報電荷の転送効率を劣化させることなくチャネル領域への光の入射効率を向上することができ、動作の安定した高感度の固体撮像素子を得ることができる。また、転送電極の短絡の発生を少なくすることができるようになり、製造歩留まりを向上してコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像素子の撮像部の構造を示す平面図である。
【図２】転送電極の間隔と転送効率との関係を示す特性図である。
【図３】従来の固体撮像素子のＣＣＤシフトレジスタ部分を示す平面図である。
【図４】図３のＸ−Ｘ線断面図である。
【符号の説明】
１　半導体基板
２、１１　分離領域
３、１２　チャネル領域
４　拡散層
５　絶縁膜
６、１３　転送電極
７　低濃度層
【図１】
2004031966.tif 000003
【図２】
2004031966.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004031966.tif 000006