(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に、入射光を光電変換させて信号電荷を生成する複数の受光部と、該複数の受光部のうち列方向の各受光部に沿って設けられ、該列方向の各受光部でそれぞれ生成された信号電荷を所定方向に電荷転送させる電荷転送部と、該電荷転送部上に絶縁膜を介して設けられた少なくとも２層の電荷転送電極とを有し、該電荷転送部の左右両側に該受光部がそれぞれ配置された固体撮像装置において、
該電荷転送部の形状は、平面視で直線状で、該受光部の形状は、平面視で正方形または矩形であり、
該電荷転送部の左右両側に配置された該受光部から読み出し可能とされる平面視幅はそれぞれ、該受光部と読み出し電極との交差幅であって、該電荷転送部側の該受光部の辺の６０パーセント〜辺全体であり、
該電荷転送部の一方側の受光部が他方側の受光部に対して該所定方向に沿って互いに位置ずれて配置されており、
１層目の電荷転送電極は、該電荷転送部の一方側に配置された該受光部から該電荷転送部に信号電荷を読み出す該読み出し電極として兼用され、
２層目の電荷転送電極は、該電荷転送部の他方側に配置された該受光部から該電荷転送部に信号電荷を読み出す該読み出し電極として兼用されており、
該１層目および該２層目の電荷転送電極は、該所定方向としての垂直方向の該電荷転送部と、該１層目および該２層目の電荷転送電極との交差長さが該電荷転送部上の左右で異ならせてあり、信号電荷の読み出しが行われる該受光部側に向かって平面視面積が広げられ、該受光部側が該受光部側の反対側に比べて垂直方向に該交差長さが長く形成されており、
左右両側の該受光部のうち、一方の受光部から信号電荷を読み出し、当該信号電荷を該電荷転送部により転送し、その後他方の受光部から信号電荷を読み出し、当該信号電荷を電荷転送部により転送する固体撮像装置。
【請求項２】
前記交差長さが、前記電荷転送部の左右端の一方端から他方端に向かって、滑らかに長くなっているかまたは階段状に長くなっている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記１層目および前記２層目の電荷転送電極はそれぞれ、前記電荷転送部上において、信号電荷が読み出される受光部側に向かって、該電荷転送電極の重複面積が平面視で滑らかに広げられているかまたは該重複面積が平面視で階段状に広げられている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記１層目および前記２層目の電荷転送電極はそれぞれ、前記電荷転送部上において、信号電荷が読み出される受光部側とは反対側に向かって、該電荷転送電極の重複面積が平面視で滑らかに狭められているかまたは該重複面積が平面視で階段状に狭められている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記電荷転送部上において、２層目の電荷転送電極が１層目の電荷転送電極と一部重なっている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記複数の受光部のそれぞれを素子分離するための分離領域が、隣同士の各受光部間に更に設けられている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記分離領域上の少なくとも一部において、２層目の電荷転送電極が１層目の電荷転送電極と一部重なっているかまたは全く重なっていない請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記分離領域にはボロンが不純物濃度１ｅ１６ｃｍ−３以上１ｅ１７ｃｍ−３以下の範囲でイオン注入されている請求項６または７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
少なくとも前記１層目および前記２層目の電荷転送電極上を覆うように、前記受光部上を開口部で開口させた遮光膜が設けられている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記複数の受光部のそれぞれを素子分離するための分離領域が更に設けられており、該分離領域のうち、該複数の受光部を水平方向に素子分離する水平分離領域上を開口するように遮光膜が設けられているか、前記受光部上を除く撮像部全体が遮光膜で覆われているか、または、該水平分離領域上および、該複数の受光部を垂直方向に素子分離する垂直分離領域上を開口するように遮光膜が設けられている請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記電荷転送部は、垂直電荷転送レジスタで構成されている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記垂直電荷転送レジスタによって垂直方向に電荷転送された各画素行毎の各信号電荷を水平方向に電荷転送する水平電荷転送レジスタと、該水平電荷転送レジスタにより電荷転送された各信号電荷を順次電荷検出して撮像信号としてそれぞれ信号出力する信号出力部とをさらに有する請求項１１に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像装置、特に、セルサイズ縮小化に適した固体撮像装置および、この固体撮像装置を、画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチールカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラ付携帯型電話機、デジタルスチールカメラやデジタルビデオカメラなどに用いられている固体撮像装置は、小型化および高画素化の一途を辿っている。この固体撮像装置の一タイプであるＣＣＤ型固体撮像装置においても、小型化や高画素化に伴って、セルサイズが縮小化され、受光部や垂直電荷転送レジスタのセルサイズが更に縮小化されてきている。このようなサイズの縮小化は、受光感度の低下、受光部の電荷蓄積容量や垂直電荷転送レジスタの垂直電荷転送容量の低下などを招いており、更なるセルサイズの縮小化は困難になってきている。
【０００３】
以下に、従来の固体撮像装置の構成について、図９を用いて詳細に説明する。
【０００４】
図９は、従来の固体撮像装置の概略構成例を模式的に示すブロック図である。
【０００５】
図９において、従来の固体撮像装置１００の構成を大きく分けると、複数の画素部が設けられた撮像部１０１、撮像部１０１からの各信号電荷を水平方向に電荷転送する水平電荷転送レジスタ１０２および、電荷転送された信号電荷を電荷検出して撮像信号として出力する電荷検出部としての信号出力部１０３により構成されている。
【０００６】
この撮像部１０１には、光電変換を行い、発生した信号電荷を蓄積する複数の画素部を構成する複数の受光部１０４がマトリックス状に行列方向（縦横方向）に配置されている。各受光部１０４の列に沿って、信号電荷を垂直方向に電荷転送する垂直電荷転送レジスタ１０５が設けられている。
【０００７】
この構成により、まず、被写体からの画像光が複数の受光部１０４に入射され、各受光部１０４にて入射光がそれぞれ光電変換されて信号電荷が生成され、それらがそれぞれ蓄積される。次に、各画素列毎の各信号電荷が各垂直電荷転送レジスタ１０５によりそれぞれ垂直方向に電荷転送される。この電荷転送された各画素行毎の各信号電荷が、水平電荷転送レジスタ１０２により信号出力部１０３まで水平方向に電荷転送される。さらに、電荷検出された各信号電荷が信号出力部１０３により電荷検出されて撮像信号として信号出力される。
【０００８】
この従来の固体撮像装置における垂直電荷転送電極の構造について、図１０を用いて詳細に説明する。
【０００９】
図１０は、図９の固体撮像装置１００における撮像部の要部構成例を示す上面図である。
【００１０】
図１０において、従来の固体撮像装置１００の垂直電荷転送レジスタ１０５は、列方向の各受光部１０４間に設けられており、その垂直電荷転送レジスタ１０５上には、絶縁膜を介してポリシリコン膜からなる第１層目の垂直転送電極１０６と第２層目の垂直転送電極１０７が順次配置されている。これら２種類の垂直転送電極１０６および１０７はそれぞれ、各垂直電荷転送レジスタ１０５上に電荷転送方向に沿って交互に配置され、かつ、受光部１０４毎に垂直転送電極１０７が隣接して設けられている。この第２層目の垂直転送電極１０７は、受光部１０４の垂直方向幅に対応して配置されており、受光部１０４から垂直電荷転送レジスタ１０５に信号電荷を読み出すための読み出し電極を兼ねている。
【００１１】
上記構成により、この従来の固体撮像装置１００は、以下のように動作する。
【００１２】
まず、被写体からの画像光が入射されて各受光部１０４によりそれぞれ光電変換された各信号電荷は、一旦、各画素部を構成する各受光部１０４にそれぞれ蓄積される。
【００１３】
次に、各受光部１０４にそれぞれ蓄積された信号電荷は、読み出し電極１０７により垂画素列毎の直電荷転送レジスタ１０５側にそれぞれ読み出される。
【００１４】
さらに、列毎に各垂直電荷転送レジスタ１０５にそれぞれ読み出された各信号電荷は、表示画面に対応する各画素部での１水平ライン分ずつ水平電荷転送レジスタ１０２側に垂直方向に電荷転送される。
【００１５】
この水平電荷転送レジスタ１０２に電荷転送された画素行（１水平ライン分）毎の各信号電荷は、信号出力部１０３まで水平方向に電荷転送され、信号出力部１０３で電荷検出して各画素毎の撮像信号として信号出力される。
【００１６】
上述したように、従来の固体撮像装置１００において、小型化や高画素化を実現するためには、従来の固体撮像装置１００のサイズを可能な限り小さくする必要があり、そのためにはセルサイズを縮小化させることが必要である。このように、セルサイズを縮小化させるためには、受光部や垂直電荷転送レジスタそのものを縮小する必要があるが、セルサイズが縮小化されると、垂直転送電極上を覆っている遮光膜の開口部（受光部１０４上の開口部）も狭くなって、受光感度の低下やダイナミックレンジ低下を招く原因となっている。
【００１７】
そこで、特許文献１には、図１１に示すように、垂直電荷転送レジスタ１０５の両側に各受光部１０４ａおよび１０４ｂが配置されて、各受光部１０４ａおよび１０４ｂが互いに平行に反復して配列された固体撮像装置１１０が開示されている。この垂直転送レジスタ１０５の右側に配置された受光部１０４ａと、その垂直転送レジスタ１０５の右側に隣接する垂直転送レジスタ１０５の左側に配置された受光部１０４ｂとは、分離領域（チャンネルストップ領域）１０８により画素分離されている。この画素分離構成により、垂直電荷転送レジスタ１０５の面積を最小化させて、受光部１０４の面積を増大させることが可能となり、前述した受光感度やダイナミックレンジの低下を防ぐことができる。
【００１８】
特許文献２には、図１２に示すように、垂直転送レジスタ１０５の左右両側に各受光部１０４ａおよび１０４ｂが配置され、両受光部１０４ａおよび１０４ｂの位置が互いに垂直転送方向にずれている固体撮像装置１２０が開示されている。この場合に、一方側の受光部１０４ａは、第１フィールド期間に出力されるべき信号電荷を発生し、他方側の受光部１０４ｂは、第２フィールド期間に出力されるべき信号電荷を発生する。この構成により、例えば水平方向などの特定方向に受光部１０４ａおよび１０４ｂの数を増加させて、解像度を向上させることができる。
【特許文献１】特開平５−３４４４２５号公報
【特許文献２】特開昭６２−１５５５６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上記従来の固体撮像装置には、以下のような問題がある。
【００２０】
上述したように、上記従来の固体撮像装置１００では、小型化や高画素化が強く求められてきており、受光部１０４や垂直電荷転送レジスタ１０５を縮小化して固体撮像装置１００のセルサイズを小型化する必要がある。ところが、このセルサイズが縮小化されると、垂直転送電極１０６，１０７上を覆っている遮光膜の開口部（受光部１０４上の開口部）も狭くなり、各受光部１０４の受光感度の低下やダイナミックレンジの低下を招いてしまう。
【００２１】
特許文献１に開示されている上記従来の固体撮像装置１１０では、垂直電荷転送レジスタ１０５の両側に各受光部１０４ａおよび１０４ｂを配置させて、各受光部１０４ａおよび１０４ｂを互いに平行に反復して配列させることにより、垂直電荷転送レジスタ１０５の面積を最小化して、各受光部１０４ａおよび１０４ｂの面積を増大させることが可能となり、上記した各受光部１０４の受光感度やダイナミックレンジの低下を防ぐことができるとされている。
【００２２】
しかしながら、特許文献１に開示されている上記従来の固体撮像装置１１０では、図１１に示すように、読み出し電極を、受光部１０４ｂの読み出し部分が上半分、受光部１０４ａの読み出し部分が下半分までしか配置させることができない。このように、読み出し電極を受光部１０４の読み出し部分の上半分、または下半分程度までしか配置させることができない特許文献１の構造では、読み出し部分全体に接して読み出し電極（二層目の垂直電荷転送電極１０７）が配置されている図１０に示す上記従来の固体撮像装置１００に比べて、読み出し電圧の増大を招く要因となる。このことは、特許文献２に開示されている上記従来の固体撮像装置１２０の場合と同様である。
【００２３】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、読み出し電圧の増大を招くことなく、受光感度やダイナミックレンジの低下を防いで、セルサイズを縮小化できる固体撮像装置および、この固体撮像装置を入力画像デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器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】
【００２４】
本発明の固体撮像装置は、半導体基板に、入射光を光電変換させて信号電荷を生成する複数の受光部と、該複数の受光部のうち列方向の各受光部に沿って設けられ、該列方向の各受光部でそれぞれ生成された信号電荷を所定方向に電荷転送させる電荷転送部と、該電荷転送部上に絶縁膜を介して設けられた少なくとも２層の電荷転送電極とを有し、該電荷転送部の左右両側に該受光部がそれぞれ配置された固体撮像装置において、該電荷転送部の形状は、平面視で直線状で、該受光部の形状は、平面視で正方形または矩形であり、該電荷転送部の左右両側に配置された該受光部から読み出し可能とされる平面視幅はそれぞれ、該受光部と読み出し電極との交差幅であって、該電荷転送部側の該受光部の辺の６０パーセント〜辺全体であり、該電荷転送部の一方側の受光部が他方側の受光部に対して該所定方向に沿って互いに位置ずれて配置されており、１層目の電荷転送電極は、該電荷転送部の一方側に配置された該受光部から該電荷転送部に信号電荷を読み出す該読み出し電極として兼用され、２層目の電荷転送電極は、該電荷転送部の他方側に配置された該受光部から該電荷転送部に信号電荷を読み出す該読み出し電極として兼用されており、該１層目および該２層目の電荷転送電極は、該所定方向としての垂直方向の該電荷転送部と、該１層目および該２層目の電荷転送電極との交差長さが該電荷転送部上の左右で異ならせてあり、信号電荷の読み出しが行われる該受光部側に向かって平面視面積が広げられ、該受光部側が該受光部側の反対側に比べて垂直方向に該交差長さが長く形成されており、左右両側の該受光部のうち、一方の受光部から信号電荷を読み出し、当該信号電荷を該電荷転送部により転送し、その後他方の受光部から信号電荷を読み出し、当該信号電荷を電荷転送部により転送するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における交差長さが、前記電荷転送部の左右端上の一方端から他方端に向かって、滑らかに長くなっているかまたは階段状に長くなっている。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における１層目および前記２層目の電荷転送電極はそれぞれ、前記電荷転送部上において、信号電荷が読み出される受光部側に向かって、該電荷転送電極の重複面積が平面視で滑らかに広げられているかまたは該重複面積が平面視で階段状に広げられている。
【００３４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における１層目および前記２層目の電荷転送電極はそれぞれ、前記電荷転送部上において、信号電荷が読み出される受光部側とは反対側に向かって、該電荷転送電極の重複面積が平面視で滑らかに狭められているかまたは該重複面積が平面視で階段状に狭められている。
【００３５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における電荷転送部上において、２層目の電荷転送電極が１層目の電荷転送電極と一部重なっている。
【００３６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における複数の受光部のそれぞれを素子分離するための分離領域が、隣同士の各受光部間に更に設けられている。
【００３７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における分離領域上の少なくとも一部において、２層目の電荷転送電極が１層目の電荷転送電極と一部重なっているかまたは全く重なっていない。
【００３８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における分離領域にはボロンが不純物濃度１ｅ１６ｃｍ−３以上１ｅ１７ｃｍ−３以下の範囲でイオン注入されている。
【００３９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、少なくとも前記１層目および前
記２層目の電荷転送電極上を覆うように、前記受光部上を開口部で開口させた遮光膜が設けられている。
【００４０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における複数の受光部のそれぞれを素子分離するための分離領域が更に設けられており、該分離領域のうち、該複数の受光部を水平方向に素子分離する水平分離領域上を開口するように遮光膜が設けられているか、前記受光部上を除く撮像部全体が遮光膜で覆われているか、または、該水平分離領域上および、該複数の受光部を垂直方向に素子分離する垂直分離領域上を開口するように遮光膜が設けられている。
【００４１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における電荷転送部は、垂直電荷転送レジスタで構成されている。
【００４２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における垂直電荷転送レジスタによって垂直方向に電荷転送された各画素行毎の各信号電荷を水平方向に電荷転送する水平電荷転送レジスタと、該水平電荷転送レジスタにより電荷転送された各信号電荷を順次電荷検出して撮像信号としてそれぞれ信号出力する信号出力部とをさらに有する。
【００４４】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４５】
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。
【００４６】
本発明にあっては、電荷転送部としての垂直電荷転送レジスタの左右両側に受光部がそれぞれ配置されていることから、垂直転送レジスタの面積を最小化させることが可能となり、受光部の面積を増大させて、受光感度を低減せずにセルサイズを縮小化させることが可能となる。
【００４７】
電荷転送部としての垂直電荷転送レジスタの左右に配置された各受光部は、所定方向としての垂直方向に互いに位置ずれして配置されており、電荷転送電極としての１層目の垂直転送電極が垂直電荷転送レジスタの一方側に配置された受光部の読み出し電極としても用いられ、電荷転送電極としての２層目の垂直転送電極が垂直電荷転送レジスタの他方側に配置された受光部の読み出し電極としても用いられている。これらの各垂直転送電極は、所定方向としての垂直方向の長さが垂直電荷転送レジスタ上の左右で異ならせてあり、信号電荷の読み出しが行われる受光部側に向かって平面視面積が広げられ、その反対側に比べて垂直方向にその交差長さ（電荷転送部と電荷転送電極との交差長さ）が長く形成されている。これによって、受光部の読み出し部分全体（受光部の辺全体）に読み出し電極を読み出し可能に配置することが可能となり、従来のように読み出し電圧の上昇するのを抑制することが可能となる。また、受光部の反対側は垂直方向に短く形成されているため、信号電荷が読み出される受光部以外の周りの受光部に影響を与えない。
【発明の効果】
【００４８】
以上により、本発明によれば、電荷転送部としての垂直電荷転送レジスタの左右両側に受光部が配置され、例えばその受光部が垂直方向に位置ずれして配置された固体撮像装置において、垂直電荷転送レジスタ上の電荷転送電極（垂直転送電極）の領域（重複部分）が受光部側に向かって広げられて、受光部の読み出し部分全体に読み出し電極を配置可能となるため、読み出し電圧を上昇させることなく、垂直電荷転送レジスタの面積を最小化して、受光部の面積を拡大することができる。したがって、読み出し電圧を上昇させることなく、感度やダイナミックレンジを低下させずに、セルサイズを縮小化させた固体撮像装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下に、本発明の固体撮像装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態の固体撮像装置についても、図８に示す従来の固体撮像装置１００のように、撮像部１０１、水平電荷転送レジスタ部１０２および出力部１０３（電荷検出部）を有しており、この部分の全体構成は従来構造と同様である。
【００５０】
図１は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の撮像部における要部構成例を示す上面図であり、図２は、図１のａ−ａ’線部分の縦断面図である。
【００５１】
図１に示すように、本実施形態の固体撮像装置の撮像部１は、半導体基板に、被写体からの入射光（画像光）を光電変換して信号電荷を生成する複数の受光部４（光電変換素子；フォトダイオード）と、各受光部４を水平方向に分離する水平分離領域８ａ、および各受光部４を垂直方向に分離する垂直分離領域８ｂと、各受光部４の列方向に沿って設けられ、各受光部４で生成された信号電荷を垂直方向に電荷転送させる垂直電荷転送レジスタ５とを有している。この場合に、受光部４は、垂直電荷転送レジスタ５の左右両側に、電荷転送方向の垂直方向（列方向）に沿って互いに位置ずれした状態で順次配置されている。
【００５２】
図２に示すように、垂直転送レジスタ５上には、絶縁膜を介して、ポリシリコン膜からなる第１層目の垂直転送電極６と第２層目の垂直転送電極７が配置されている。これら２層の垂直電荷転送電極６および７は、図１に示すように、各垂直電荷転送レジスタ５上に電荷転送方向の垂直方向（列方向）に沿って配置され、かつ、受光部４毎に配置されている。１層目の垂直転送電極６は、垂直電荷転送レジスタ５の一方側、例えば左側に配置された受光部４ａから垂直電荷転送レジスタ５へ信号電荷を読み出す読み出し電極として兼用され、２層目の垂直転送電極７は、垂直電荷転送レジスタ５の他方側、例えば右側に配置された受光部４ｂから垂直電荷転送レジスタ５へ信号電荷を読み出す読み出し電極として兼用されている。
【００５３】
本実施形態の特徴構成は、２層の垂直転送電極６および７の平面視形状にある。垂直電荷転送レジスタ５上に配置されている２層の垂直転送電極６および７はそれぞれ、垂直電荷転送レジスタ５上の左右端位置で垂直方向の長さが異なるように形成されている。図１の事例では、垂直転送電極６および７はそれぞれ、垂直電荷転送レジスタ５上において、信号電荷が読み出される受光部４側に向かって平面視で幅が滑らかに広げられている。即ち、垂直転送電極６は、垂直電荷転送レジスタ５の左右端位置上において、受光部４ａ側の左端位置での幅Ｗ１（受光部側の幅）が、受光部４ａ側とは反対側の右端位置での幅Ｗ２（受光部側とは反対側の幅）に比べて垂直方向に長くなっている。また、垂直転送電極７は、垂直電荷転送レジスタ５の左右端位置上において、受光部４ｂ側の右端位置での幅Ｗ３（受光部側の幅）が、受光部４ｂ側とは反対側の左端位置での幅Ｗ４（受光部側とは反対側の幅）に比べて垂直方向に長くなっている。これによって、受光部４の読み出し部分長さ全体または略全体に読み出し電極６および７を配置させることができて、従来のように受光部の読み出し部分の半分程度にに読み出し電極を配置させた場合に比べて読み出し電圧の上昇を抑えることができる。
【００５４】
また、垂直電荷転送電極６および７は、垂直電荷転送レジスタ５上において、信号電荷が読み出される受光部４側と反対側に向かって平面視で滑らかに幅が狭められている。即ち、垂直転送電極６は、垂直電荷転送レジスタ５の左右端位置上において、受光部４ａ側とは反対側の幅Ｗ２が、受光部側の幅Ｗ１に比べて垂直方向に短くなっている。また、垂直転送電極７は、垂直電荷転送レジスタ５の左右端位置上において、受光部４ｂ側とは反対側の幅Ｗ４が、受光部側の幅Ｗ３に比べて垂直方向に短くなっている。これによって、信号電荷が読み出される受光部４以外の周囲の受光部４に、影響が与えられないようにすることができる。
【００５５】
図２に示すように、上記垂直転送電極６および７上には、絶縁膜を介して遮光膜９が設けられている。この遮光膜９は、垂直転送電極６および７上を覆うように、受光部４上を開口部９ａで開口させて設けられている。本実施形態において、遮光膜９は、受光部４を水平方向に分離させる水平方向分離領域８ａ上には配置されていない。これは、水平方向分離領域８ａに入射された光をも光電変換させて、受光感度として寄与させるためである。これにより、受光感度を向上させることが可能となる。
【００５６】
さらに、本実施形態においては、受光部４をそれぞれ素子分離させる分離領域８ａおよび８ｂに読み出し電圧Ｖｈがかかり、受光部４に蓄積されている信号電荷が混ざる虞があるため、分離領域８ａおよび８ｂには高濃度でボロンがイオン注入されている。例えば、ボロン（Ｂ）の不純物濃度は、１ｅ１６ｃｍ−３以上１ｅ１７ｃｍ−３以下の範囲内に設定されている。
【００５７】
上記構成により、以下に、本実施形態の固体撮像装置における信号電荷読み出し動作について説明する。
【００５８】
図９に示す従来の固体撮像装置１００における受光部１０４のマトリックス状配置に対して、本実施形態では、垂直電荷転送レジスタ５の右側に配置されている受光部４ｂが、紙面の上側に位置ずれして配置されているものと仮定する。以下では、図１に示す垂直転送電極６の駆動パルスφＶ１、および垂直転送電極７の駆動パルスφＶ２に着目して説明する。
【００５９】
まず、垂直転送電極６に駆動パルスφＶ１として読み出し電圧Ｖｈが印加され、受光部４ａに蓄積された信号電荷が、垂直電荷転送レジスタ５に読み出される。
【００６０】
次に、垂直電荷転送レジスタ５に読み出された信号電荷は、垂直電荷転送レジスタ５によって、１パケット分、垂直方向に電荷転送される。
【００６１】
続いて、垂直転送電極７に駆動パルスφＶ２として読み出し電圧Ｖｈが印加され、受光部４ｂに蓄積された信号電荷が、垂直電荷転送レジスタ５に読み出される。
【００６２】
さらに、垂直電荷転送レジスタ５に読み出された信号電荷は、図８に示す水平電荷転送レジスタ１０２の手前まで順次運ばれ、まず、垂直転送電極６への駆動パルスφＶ１により読み出された信号電荷が水平電荷転送レジスタ１０２に電荷転送される。
【００６３】
次に、水平電荷転送レジスタ１０２に電荷転送された信号電荷は、水平電荷転送レジスタ１０２によって、１パケット分、水平方向に電荷転送される。
【００６４】
続いて、垂直転送電極７への駆動パルスφＶ２により読み出された信号電荷が水平電荷転送レジスタ１０２に電荷転送される。
【００６５】
さらに、信号出力部１０３まで信号電荷が水平方向に電荷転送されて、信号出力部１０３により電荷検出される。これにより、従来の固体撮像装置における信号電荷の出力順番と同様の順番で信号電荷のレベルが電荷検出され、従来と同様の信号処理が可能となる。
【００６６】
以上により、本実施形態の固体撮像装置によれば、垂直電荷転送レジスタ５の左右両側に受光部４がそれぞれ配置されていることから、垂直転送レジスタ５の平面視面積を最小化させ、しかも、受光部４の面積を増大させ、受光感度を低減せずにセルサイズを縮小化させることができる。また、垂直電荷転送レジスタ５の左右位置にそれぞれ配置された受光部４は、垂直方向に互いに位置ずれして配置されており、１層目の垂直転送電極６が垂直電荷転送レジスタ５の一方側に配置された受光部の読み出し電極として用いられ、２層目の垂直転送電極７が垂直電荷転送レジスタ５の他方側に配置された受光部の読み出し電極として用いられる。これらの垂直転送電極６および７は、垂直電荷転送レジスタ５上において、読み出しが行われる受光部４側に向かって平面視面積（重複部分の領域）が広げられており、その反対側に比べて垂直方向に長く形成されているため、その分、受光部４の読み出し部分全体に読み出し電極を配置可能となり、信号読み出し電圧の上昇を抑制することができる。これによって、読み出し電圧の増大を招くことなく、受光感度やダイナミックレンジの低下を防ぎ、セルサイズを縮小化させることができる。
【００６７】
なお、上記実施形態では、特に説明しなかったが、半導体基板に、入射光を光電変換させて信号電荷を生成する複数の受光部４と、この複数の受光部４のうち列方向の各受光部４に沿って設けられ、列方向の各受光部４でそれぞれ生成された信号電荷を所定の垂直方向に電荷転送させる電荷転送部としての垂直電荷転送レジスタ５と、この垂直電荷転送レジスタ５上に絶縁膜を介して設けられた少なくとも２層の垂直転送電極６および７とを有し、垂直電荷転送レジスタ５の左右両側に受光部４がそれぞれ配置された固体撮像装置において、受光部４から読み出し可能とされる平面視幅は、垂直電荷転送レジスタ５側の受光部４の辺の７０パーセント〜辺全体である。これによって、受光部４と読み出し電極とが接する幅が従来よりも大きく（長く）なるようにしたため、読み出し電圧の増大を招くことなく、受光感度やダイナミックレンジの低下を防いで、セルサイズを縮小化することができるという本発明の目的を達成することができる。
【００６８】
また同様に、上記実施形態では、特に説明しなかったが、半導体基板に、入射光を光電変換させて信号電荷を生成する複数の受光部４と、この複数の受光部４のうち列方向の各受光部４に沿って設けられ、列方向の各受光部４でそれぞれ生成された信号電荷を所定の垂直方向に電荷転送させる電荷転送部としての垂直電荷転送レジスタ５と、この垂直電荷転送レジスタ５と上に絶縁膜を介して設けられた少なくとも２層の垂直転送電極６および７とを有し、垂直電荷転送レジスタ５の左右両側に受光部４がそれぞれ配置された固体撮像装置において、受光部４から垂直電荷転送レジスタ５に読み出し可能とされる受光部４の平面視幅がより大きくなるように、垂直転送電極６および７は垂直電荷転送レジスタ５上の左端と右端での垂直方向の交差長さを異ならしめている。これによっても、受光部４と読み出し電極とが接する幅が従来よりも大きく（長く）なるようにしたため、読み出し電圧の増大を招くことなく、受光感度やダイナミックレンジの低下を防いで、セルサイズを縮小化することができるという本発明の目的を達成することができる。
【００６９】
なお、上記実施形態では、固体撮像装置の撮像部１として、垂直電荷転送レジスタ５上の垂直転送電極６および７が信号電荷が読み出される受光部４側に向かって重複領域（垂直電荷転送レジスタ５と垂直転送電極６および７との重複面積）が滑らかに広げられているが、図３に示すように、固体撮像装置の撮像部１Ａとして、垂直電荷転送レジスタ５上の垂直転送電極６および７が、滑らかではなく階段状（段階的；階段状部分Ａ）に広げられていてもよい。また、本実施形態では、垂直電荷転送レジスタ５上の垂直転送電極６および７が信号電荷が読み出される受光部側と反対側に向かって重複領域（垂直電荷転送レジスタ５と垂直転送電極６および７との重複面積）が滑らかに狭められているが、図３に示すように、固体撮像装置の撮像部１Ａとして、垂直電荷転送レジスタ５上の垂直転送電極６および７が、滑らかではなく階段状（段階的；階段状部分Ａ）に狭められていてもよい。
【００７０】
また、上記実施形態では、固体撮像装置の撮像部１として、各受光部４を分離させる分離領域８において、１層目の垂直転送電極６上に２層目の垂直転送電極７が重なって形成されているが、図４に示すように、垂直転送電極６と垂直転送電極７とは重なり部分Ｂ１で垂直電荷転送レジスタ５上で重なっていればよく、固体撮像装置の撮像部１Ｂとして、垂直電荷転送レジスタ５上以外では、分離領域８上においては１層目の垂直転送電極６と２層目の垂直転送電極７とが一部重なり部分Ｂ２で重なった形状でもよい。また、図５に示すように、垂直転送電極６と垂直転送電極７とは重なり部分Ｃ１で垂直電荷転送レジスタ５上で一部が重なっていればよく、固体撮像装置の撮像部１Ｃとして、垂直電荷転送レジスタ５上以外では、分離領域８上において１層目の垂直転送電極６と２層目の垂直転送電極７との隣接部分Ｃ２のように互いに全く重なっていない形状でもよい。
【００７１】
さらに、上記実施形態では、固体撮像装置の撮像部１として、受光部４を分離させる分離領域８のうち、水平方向分離領域８ａ上に遮光膜９が配置されていない場合について説明したが、図６に示すように、固体撮像装置の撮像部１Ｄとして、受光部４上を開口部９ａにより除く撮像部全体が遮光膜９Ｄで覆われていてもよい。この構成は、水平方向分離領域８ａに入射された光が混色の原因となる場合があるため、混色を抑制するのに効果的である。また、図７に示すように、固体撮像装置の撮像部１Ｅとして、遮光膜９Ｅが水平方向分離領域８ａおよび垂直方向分離領域８ｂ上に設けられていなくてもよい。この構成では、垂直電荷転送レジスタ５の近傍だけが遮光膜９Ｅで覆われており、上記実施形態の構成に比べて、受光部４上の開口部が広げられるため、受光感度を向上させることができる。
【００７２】
即ち、少なくとも垂直転送電極６および７上を覆うように、受光部４上を開口部９ａで開口させた遮光膜９が設けられている。分離領域８のうち、複数の受光部４を水平方向に素子分離する水平分離領域８ａ上を開口するように遮光膜９が設けられているか、受光部４上を除く撮像部１全体が遮光膜９Ｄで覆われているか、または、水平分離領域８ａ上および、複数の受光部４を垂直方向に素子分離する垂直分離領域８ｂ上を開口するように遮光膜９Ｅが設けられている。
【００７３】
なお、上記実施形態では、特に説明しなかったが、上記図１では、平面視で正方形または矩形である受光部４の１辺から読み出し可能とされる平面視幅（受光部４と読み出し電極とが接する幅）は、読み出し電圧の増大を防ぐために、垂直電荷転送レジスタ５側の受光部４の辺の７５パーセント程度（これは従来の５０パーセント程度（５０パーセント未満）よりも大きい比率）とした場合について説明したが、その平面視幅（受光部４と読み出し電極とが接する幅）が、垂直電荷転送レジスタ５側の受光部４の辺全体（１００パーセント程度）である場合には、読み出し電圧の増大を更に防ぐことができる。これを図８に示している。要するに、受光部４から読み出し可能とされる平面視幅は、電荷転送部としての垂直電荷転送レジスタ５側の受光部４の辺の５０パーセント（辺長さの５０パーセント）〜辺全体（５０パーセント以上１００パーセント以下または５０パーセントを超え１００パーセント以下）である。さらに好ましくは、その受光部４と読み出し電極とが接する平面視幅は、垂直電荷転送レジスタ５側の受光部４の辺の６０パーセント（辺長さの６０パーセント）〜辺全体または７０パーセント（辺長さの７０パーセント）〜辺全体である。最もよい受光部４と読み出し電極とが接する平面視幅は、垂直電荷転送レジスタ５側の受光部４の辺全体（辺長さの１００パーセント）である。
【００７４】
なお、上記実施形態では、特に説明しなかったが、電荷転送部としての垂直電荷転送レジスタ５上に絶縁膜を介して設けられた２層の垂直転送電極６と垂直転送電極７を有するばあいについて説明したが、これに限らず、垂直転送電極が３層または４層であっても上記２層の場合と同様に構成することができる。要するに、本発明では、垂直電荷転送レジスタ５上に絶縁膜を介して設けられた少なくとも２層の垂直転送電極６，７を有していればよい。
【００７５】
なお、上記実施形態では、特に説明しなかったが、上記実施形態の固体撮像装置を撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載カメラ、テレビジョン電話用カメラおよび携帯電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有した電子情報機器について説明する。
【００７６】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記実施形態の固体撮像装置を撮像部に用いて得た高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示手段と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信手段と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力手段とのうちの少なくともいずれかを有している。
【００７７】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像装置、特に、セルサイズ縮小化に適した固体撮像装置および、この固体撮像装置を、画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチールカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、電荷転送部としての垂直電荷転送レジスタの左右両側に受光部が配置され、例えばその受光部が垂直方向に位置ずれして配置された固体撮像装置において、垂直電荷転送レジスタ上の電荷転送電極（垂直転送電極）の領域（重複部分）が受光部側に向かって広げられて、受光部の読み出し部分全体に読み出し電極を配置可能となるため、読み出し電圧を上昇させることなく、垂直電荷転送レジスタの面積を最小化して、受光部の面積を拡大することができる。したがって、読み出し電圧を上昇させることなく、感度やダイナミックレンジを低下させずに、セルサイズを縮小化させた固体撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施形態に係る固体撮像装置における撮像部の要部構成例を示す上面図である。
【図２】図１のａ−ａ’線部分を示す縦断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る固体撮像装置における撮像部の他の要部構成例を示す上面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る固体撮像装置における撮像部の更に他の要部構成例を示す上面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る固体撮像装置における撮像部の更に他の要部構成例を示す上面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る固体撮像装置における撮像部の更に他の要部構成例を示す上面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る固体撮像装置における撮像部の更に他の要部構成例を示す上面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る固体撮像装置における撮像部の更に他の要部構成例を示す上面図である。
【図９】従来の固体撮像装置の概略構成例を模式的に示すブロック図である。
【図１０】従来の固体撮像装置における撮像部の要部構成例を示す上面図である。
【図１１】特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置における撮像部の要部構成例を示す上面図である。
【図１２】特許文献２に開示されている従来の固体撮像装置における撮像部の要部構成例を模式的に示す上面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１、１Ａ〜１Ｅ  固体撮像装置の撮像部
４、４ａ、４ｂ  受光部
５  垂直電荷転送レジスタ
６  第１層目の垂直転送電極
７  第２層目の垂直転送電極
８  分離領域
８ａ  水平分離領域
８ｂ  垂直分離領域
９、９Ｄ、９Ｅ  遮光膜
９ａ  開口部
１０２  水平電荷転送レジスタ
１０３  信号出力部
Ｗ１、Ｗ３  受光部側の幅
Ｗ２、Ｗ４  受光部側とは反対側の幅
Ａ  階段状部分
Ｂ１、Ｃ１  重なり部分
Ｂ２  一部重なり部分
Ｃ２  隣接部分
【図２】
0004712767.tif 000002
【図９】
0004712767.tif 000003
【図１２】
0004712767.tif 000004
【図１】
0004712767.tif 000005
【図３】
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【図４】
0004712767.tif 000007
【図５】
0004712767.tif 000008
【図６】
0004712767.tif 000009
【図７】
0004712767.tif 000010
【図８】
0004712767.tif 000011
【図１０】
0004712767.tif 000012
【図１１】
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