(57)【要約】【課題】  固体撮像素子における出力部の出力バッファ増幅器におけるレベルシフトトランジスタを、感度低下を来たすことなく、そのＶｔｈをよりエンハンスメント側にシフトし、感度の向上を図る。【解決手段】  ＣＣＤ固体撮像素子の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタが、ゲート部のゲート絶縁膜１１５中に、ｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の固定電荷が導入され、ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の固定電荷が導入されて閾値電圧Ｖｔｈをよりエンハンスメント側にシフトする構成とし、しかもウェル領域における空乏化の阻害を回避する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子の出力バッファ増幅器の出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタが、
ゲート部のゲート絶縁膜中に、
ｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の固定電荷が導入され、ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の固定電荷が導入されて閾値電圧Ｖｔｈをよりエンハンスメント側にシフトして成ることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
上記ゲート絶縁膜が、酸化膜より成ることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
上記ゲート絶縁膜が、酸化膜より成り、該酸化膜がＳｉ半導体基体上に形成され、該基体と上記酸化膜との界面に、
ｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の表面準位が形成され、ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の表面準位が形成されて成ることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
上記ゲート絶縁膜が酸化膜より成り、該酸化膜とゲート電極との界面に、
ｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の電荷が導入され、ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の電荷が導入されて成ることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
上記ゲート部が、
ＭＯＮＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造、またはＭＮＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造、あるいはＭＯＮＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造とされ、これら構造の酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）と窒化膜（Ｎｉｔｒｉｄｅ）との界面に上記電荷が導入されたことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
固体撮像素子の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さを、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さに比して大としたことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項７】
固体撮像素子の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタのウェル電位を、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのウェル電位に比して、
ｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、低い負の電位とし、ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、高い正の電位とすることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項８】
固体撮像素子の出力バッファ増幅器の出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成するｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート電極が、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート電極より仕事関数が大なる電極材料によって構成されて成ることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項９】
上記仕事関数が大なる電極材料が、ｐ＋型ポリシリコン、Ｐｔ、Ａｕであることを特徴とする請求項８に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
固体撮像素子の製造方法であって、
上記固体撮像素子の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタを、
ゲート部のゲート絶縁膜中に、
ｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の固定電荷を導入する工程を有し、
ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の固定電荷を導入する工程を有し、
上記電荷の導入によって閾値電圧Ｖｔｈがよりエンハンスメント側にシフトしたレベルシフトトランジスタを得ることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項１１】
上記負の固定電荷、正の固定電荷を導入する工程を、電気的な電荷注入によって行うことを特徴とする請求項１０に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１２】
上記負の固定電荷、正の固定電荷を導入する工程を、それぞれ不純物導入によるアクセプタイオン、あるいはドナーイオンの生成によって行うことを特徴とする請求項１０に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１３】
上記負の固定電荷、正の固定電荷を導入する工程を、プラズマ、もしくは放射線照射によって行うことを特徴とする請求項１０に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１４】
上記ゲート絶縁膜を、酸化膜より構成することを特徴とする請求項１０に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１５】
上記ゲート絶縁膜を酸化膜より構成し、該酸化膜がＳｉ半導体基体上に形成され、該基体と上記酸化膜との界面に、
ｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の表面準位を形成し、ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の表面準位を形成することを特徴とする請求項１０に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１６】
上記ゲート絶縁膜を酸化膜より構成し、該酸化膜とゲート電極との界面に、
ｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の電荷を導入し、ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の電荷を導入することを特徴とする請求項１０に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１７】
上記ゲート部を、
ＭＯＮＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造、またはＭＮＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造、あるいはＭＯＮＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造とし、これら構造の酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）と窒化膜（Ｎｉｔｒｉｄｅ）との界面に上記電荷を導入することを特徴とする請求項１０に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１８】
固体撮像素子の製造方法であって、
該固体撮像素子の出力バッファ増幅器の出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成するｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート電極を、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート電極より仕事関数が大なる電極材料によって構成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項１９】
被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、
該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、
上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部とを有して成る電気機器モジュールであって、
上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタが、
ゲート部のゲート絶縁膜中に、
ｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の固定電荷が導入され、ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の固定電荷が導入されて閾値電圧Ｖｔｈをよりエンハンスメント側にシフトする構成を有して成ることを特徴とする電気機器モジュール。
【請求項２０】
上記ゲート絶縁膜が、酸化膜より成ることを特徴とする請求項１９に記載の電気機器モジュール。
【請求項２１】
上記ゲート絶縁膜が酸化膜より成り、該酸化膜がＳｉ半導体基体上に形成され、該基体と上記酸化膜との界面に、
ｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の表面準位が形成され、ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の表面準位が形成されて成ることを特徴とする請求項１９に記載の電気機器モジュール。
【請求項２２】
上記ゲート絶縁膜が酸化膜より成り、該酸化膜とゲート電極との界面に、
ｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の電荷が導入され、ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の電荷が導入されて成ることを特徴とする請求項１９に記載の電気機器モジュール。
【請求項２３】
上記ゲート部が、
ＭＯＮＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造、またはＭＮＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造、あるいはＭＯＮＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造とされ、これら構造の酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）と窒化膜（Ｎｉｔｒｉｄｅ）との界面に上記電荷を導入することを特徴とする請求項１９に記載の電気機器モジュール。
【請求項２４】
被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、
該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、
上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部を有して成る電気機器モジュールであって、
上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さを、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さに比して大としたことを特徴とする電気機器モジュール。
【請求項２５】
被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、
該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、
上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部を有して成る電気機器モジュールであって、
上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタのウェル電位を、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのウェル電位に比して、
ｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、低い負の電位とし、ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、高い正の電位とすることを特徴とする電気機器モジュール。
【請求項２６】
被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、
該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、
上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部を有して成る電気機器モジュールであって、
上記出力部の出力バッファ増幅器の出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成するｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート電極が、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート電極より仕事関数が大なる電極材料によって構成されて成ることを特徴とする電気機器モジュール。
【請求項２７】
被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、
該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、
上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子と、
該固体撮像素子の制御系と、上記固体撮像素子からの撮像信号に基づく表示系とを有する固体撮像素子を有する電気機器であって、
上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタが、
ゲート部のゲート絶縁膜中に、
ｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の固定電荷が導入され、ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の固定電荷が導入されて閾値電圧Ｖｔｈをよりエンハンスメント側にシフトする構成を有して成ることを特徴とする固体撮像素子を有する電気機器。
【請求項２８】
上記ゲート絶縁膜が、酸化膜によることを特徴とする請求項２７に記載の固体撮像素子を有する電気機器。
【請求項２９】
上記ゲート絶縁膜が酸化膜より成り、該酸化膜がＳｉ半導体基体上に形成され、該基体と上記酸化膜との界面に、
ｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の表面準位が形成され、ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の表面準位が形成されて成ることを特徴とする請求項２７に記載の固体撮像素子を有する電気機器。
【請求項３０】
上記ゲート絶縁膜が酸化膜より成り、該酸化膜とゲート電極との界面に、
ｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の電荷が導入され、ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の電荷が導入されて成ることを特徴とする請求項２７に記載の固体撮像素子を有する電気機器。
【請求項３１】
上記ゲート部が、
ＭＯＮＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造、またはＭＮＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造、あるいはＭＯＮＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造とされ、これら構造の酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）と窒化膜（Ｎｉｔｒｉｄｅ）との界面に上記電荷を導入することを特徴とする請求項２７に記載の固体撮像素子を有する電気機器。
【請求項３２】
被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、
該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、
上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子と、
該固体撮像素子の制御系と、上記固体撮像素子からの撮像信号に基づく表示系とを有する固体撮像素子を有する電気機器であって、
上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さを、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さに比して大としたことを特徴とする固体撮像素子を有する電気機器。
【請求項３３】
被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、
該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、
上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子と、
該固体撮像素子の制御系と、上記固体撮像素子からの撮像信号に基づく表示系とを有する固体撮像素子を有する電気機器であって、
上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタのウェル電位を、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのウェル電位に比してｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、低い負の電位とし、ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、高い正の電位とすることを特徴とする固体撮像素子を有する電気機器。
【請求項３４】
被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、
該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、
上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子と、
該固体撮像素子の制御系と、上記固体撮像素子からの撮像信号に基づく表示系とを有する固体撮像素子を有する電気機器であって、
上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタを構成するｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート電極が、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート電極より仕事関数が大なる電極材料によって構成されて成ることを特徴とする固体撮像素子を有する電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子、特に、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）構成による固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、電気機器モジュール、並びに固体撮像素子を有する電気機器に関わる。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤによる固体撮像素子は、カムコーダ、携帯電話等の各種電気機器に広く用いられているが、特にこれら携帯機器においては、電源電池の長時間使用を可能にするとか、電源の小型、軽量化の要求から、消費電力の低減化が一段と求められている。
ところで、ＣＣＤ固体撮像素子の消費電力は、ほとんど出力バッファ増幅器の部分で占められている。
【０００３】
この出力バッファ増幅器は、出力インピーダンスを低くするために、絶縁ゲート形電界効果トランジスタ（以下ＭＯＳトランジスタと略称するが、ゲート絶縁膜が酸化膜に限られるものではない）によるソースフォロア回路によって構成されるが、この場合、最終段のソースフォロア回路の出力インピーダンスが最も小さく、直流電流が大となる。そこで、この直流電流値が大きくなる後段側ほどソースフォロア回路の電源電圧を低くすることによって、消費電力の低減化を図ることができる（特許文献１参照）。
また、この出力バッファ増幅器の後段側のソースフォロア回路のＭＯＳトランジスタの閾値電圧Ｖｔｈを大きくすることによって必要な電源電圧を低くすることができ、消費電力の低減化を図ることができる（特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、ＣＣＤ撮像素子における出力部においては、水平レジスタからの電荷をリセットするリセット電圧に因る制約から、出力バッファ回路の入力電圧は、ある程度高い電圧となる。これに対し、出力側で、直流電圧値が、例えば３Ｖ程度となるようにする場合、ソースフォロアの各ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓを例えば４Ｖないしはそれ以上とするエンハンスメント形のレベルシフトトランジスタにおけるＶｔｈを大きくすることが必要となる。
【０００５】
このように、ＭＯＳトランジスタのＶｔｈを大きくする方法としては、通常トランジスタの製造にあたってなされるＶｔｈ調整の不純物インプランテーションのドース量を増加させる。
しかしながら、このように、ドース量を高めることによって、上述した例えば４Ｖ程度のＶｇｓを必要とするレベルシフトトランジスタを得ようとする場合、いわゆるバックゲート効果による感度の低下を来たすという問題がある。
いま、図１２に概略断面図を示すように、例えばｎ形のＳｉ基体１０１よりなるサブストレイト上に形成されたｐ形ウェル領域１０２上に、ソース領域１０３およびドレイン領域１０４が形成され、これら間にゲート絶縁膜１０５を介してゲート電極１０６が形成されたＭＯＳトランジスタにおいて、鎖線ａで示すゲート部を横切る断面での、チャネルが形成した瞬間におけるポテンシャル図を図１３に示す。図１３中、鎖線曲線は、Ｖｔｈ調整の不純物インプランテーションのドース量が比較的少ない場合であり、実線曲線は、Ｖｔｈを大とするためにドース量を多くした場合を示すもので、ドース量が多い場合、ｐ形ウェル領域１０２が空乏化しなくなることから、基板バイアス効果、いわゆるバックゲート効果が大となり、ソースフォロアのゲインが低下し、ひいては感度の低下を来たす。
【０００６】
上述した制約によって、レベルシフトトランジスタのＶｔｈ大きくできないことから、例えば初段の電源電圧を１２Ｖとすると、２段目以降の電源電圧は、５Ｖ程度までしか低減化できない。また逆に、２段目以降の電源電圧を５Ｖにした場合、初段の電源電圧を１５Ｖにすることができない。
例えば、バッファ回路で、その最終段をプッシュプル回路とすることで、更なる消費電力の低減化を図る技術が提案されている（特許文献２参照）。この場合、１２Ｖである入力を、直流電圧が３Ｖの出力とする３段構成のバッファ増幅器とすると、その最終段の３段目のプッシュプル回路におけるデプレッション形のｐチャネルＭＯＳトランジスタにおいて、４Ｖシフトさせる、Ｖｔｈが４Ｖのトランジスタを構成することは困難である。
したがって、このプッシュプル回路を有する出力バッファ増幅器においては、２段のソースフォロアで例えば４．５Ｖのシフトを行うことになる。しかしながら、このように高いＶｔｈのトランジスタを、上述した不純物のイオンインプランテーションによって形成することは、上述したように、大きな感度低下を来たす。
【０００７】
【特許文献１】特許第３３５１５０３号（段落番号００２１および００２２）
【特許文献２】特開平１１−２３４５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明によるＣＣＤ構成による固体撮像素子および製造方法においては、上述した固体撮像素子における出力部の出力バッファ増幅器におけるレベルシフトトランジスタ（レベルシフトトランジスタとは、バッファ増幅器において、レベルシフトが４Ｖ程度以上、もしくはもっともレベルシフトが大きいトランジスタを指称するものとする。）を、感度低下を来たすことなく、そのＶｔｈをよりエンハンスメント側にシフトすることができ、レベルシフトを大きくでき、バッファ回路の段数を減じ、電源数を減じ、バッファ回路における低消費電力を図りつつ、回路の簡略化を図る。
【０００９】
そして、このような構成による固体撮像素子によって、多画素ＣＣＤ固体撮像素子、固体撮像素子が搭載された多画素のスティルカメラ、カムコーダ、携帯電話等における電気機器、これを構成する電気機器モジュールにおいて、感度の低下を来たすことなく、低消費電力化を図ることができるようにした固体撮像素子、電気機器モジュール、固体撮像素子を有する電気機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による固体撮像素子においては、その出力バッファ増幅器の出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタが、ゲート部のゲート絶縁膜中に、ｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の固定電荷が導入され、ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の固定電荷が導入されて閾値電圧Ｖｔｈをよりエンハンスメント側にシフトして成ることを特徴とする。
【００１１】
本発明による固体撮像素子においては、固体撮像素子の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さを、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さに比して大として、そのＶｔｈをよりエンハンスメント側にシフトさせる。
【００１２】
また、本発明による固体撮像素子においては、固体撮像素子の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタのウェル電位を、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのウェル電位に比して、ｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、低い負の電位とし、ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、高い正の電位として、そのＶｔｈをよりエンハンスメント側にシフトさせることを特徴とする。
【００１３】
本発明による固体撮像素子においては、固体撮像素子の出力バッファ増幅器の出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成するｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート電極が、ｎ型のポリシリコンより仕事関数が大なる電極材料による構成とされてＶｔｈをよりエンハンスメント側にシフトさせることを特徴とする。
上記仕事関数が大なる電極材料は、ｐ＋型ポリシリコン、Ｐｔ、Ａｕとすることができる。
【００１４】
また、本発明による固体撮像素子の製造方法においては、上記固体撮像素子の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタを、ゲート部のゲート絶縁膜中に、ｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の固定電荷を導入する工程を有し、ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の固定電荷を導入する工程を有し、上記電荷の導入によって閾値電圧Ｖｔｈがよりエンハンスメント側にシフトしたレベルシフトトランジスタを得ることを特徴とする。
【００１５】
また、上述の本発明の製造方法において、上記負の固定電荷、正の固定電荷を導入する工程を、電気的な電荷注入、すなわち例えばゲート部におけるトンネル電流による電荷の注入、あるいはゲート絶縁膜への不純物導入によるアクセプタイオン、あるいはドナーイオンの生成、あるいは、プラズマ、もしくは放射線照射によって行うことを特徴とする。
【００１６】
本発明による固体撮像素子の製造方法においては、該固体撮像素子の出力バッファ増幅器の出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成するｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート電極を、ｎ型のポリシリコンより大なる仕事関数を有する電極材料によって構成することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明による電気機器モジュールにおいては、被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部とを有して成る電気機器モジュールであって、上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタが、ゲート部のゲート絶縁膜中に、ｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の固定電荷が導入され、ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の固定電荷が導入されて閾値電圧Ｖｔｈをよりエンハンスメント側にシフトする構成を有して成ることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明による電気機器モジュールにおいては、被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部を有して成る電気機器モジュールであって、上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さを、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さに比して大としたことを特徴とする。
【００１９】
本発明による電気機器モジュールにおいては、被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部を有して成る電気機器モジュールであって、上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタのウェル電位を、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのウェル電位に比して、ｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、低い負の電位とし、ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、高い正の電位とすることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明による電気機器モジュールにおいては、被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部を有して成る電気機器モジュールであって、上記出力部の出力バッファ増幅器の出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成するｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート電極が、ｎ型のポリシリコンより仕事関数が大なる電極材料によって構成されて成ることを特徴とする。
【００２１】
そして、本発明による電気機器においては、被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子と、該固体撮像素子の制御系と、上記固体撮像素子からの撮像信号に基づく表示系とを有する固体撮像素子を有する電気機器であって、上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタが、ゲート部のゲート絶縁膜中に、ｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の固定電荷が導入され、ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の固定電荷が導入されて閾値電圧Ｖｔｈをよりエンハンスメント側にシフトする構成を有して成ることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明による電気機器においては、被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子と、該固体撮像素子の制御系と、上記固体撮像素子からの撮像信号に基づく表示系とを有する固体撮像素子を有する電気機器であって、上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さを、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さに比して大としたことを特徴とする。
【００２３】
更に、本発明による電気機器においては、被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子と、該固体撮像素子の制御系と、上記固体撮像素子からの撮像信号に基づく表示系とを有する固体撮像素子を有する電気機器であって、上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタのウェル電位を、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタのウェル電位に比してｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、低い負の電位とし、ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、高い正の電位とすることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明による電気機器においては、被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、該撮像レンズにより取り込まれた上記被写体の光学像が結像される複数の光電変換素子によるセンサ部の配列による撮像エリアと、上記センサ部によって得た信号電荷を転送する垂直転送部および水平転送部と、上記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子と、該固体撮像素子の制御系と、上記固体撮像素子からの撮像信号に基づく表示系とを有する固体撮像素子を有する電気機器であって、上記出力部の出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成する絶縁ゲート形電界効果トランジスタを構成するｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタのゲート電極が、ｎ型のポリシリコンより大なる仕事関数を有する電極材料によって構成されて成ることを特徴とする。
【００２５】
そして、上述した本発明による固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、電気機器モジュール、並びに固体撮像素子を有する電気機器において、上記各ゲート絶縁膜は、酸化膜による構成とすることができる。
また、上記ゲート絶縁膜は酸化膜より成り、該酸化膜がＳｉ半導体基体上に形成され、該基体と上記酸化膜との界面に、ｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の表面準位が形成され、ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の表面準位が形成されて成る構成とすることができる。
また、上記ゲート絶縁膜は酸化膜より成り、該酸化膜とゲート電極との界面に、ｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の電荷が導入され、ｐチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、正の電荷が導入された構成とすることができる。
また、上記ゲート部は、ＭＯＮＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造、またはＭＮＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造、あるいはＭＯＮＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造とし、これら構造の酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）と窒化膜（Ｎｉｔｒｉｄｅ）との界面に上記電荷を導入する構成とすることができる。
【００２６】
上述したように本発明による固体撮像素子およびその製造方法においては、レベルシフトトランジスタのゲート絶縁膜に、固定電荷を導入するとか、そのゲート絶縁膜を大とするとか、ウェル電位を他と変更するとか、仕事関数の大きいゲート電極とすることによって、レベルシフトトランジスタにおけるＶｔｈをよりエンハンスメント側にシフトするものであることから、図１３で説明した従来方法におけるように、半導体に不純物の注入を行う場合におけるように、ウェル領域における空乏化を阻害する現象を引き起こすことが回避されることにより、感度の低下を回避できる。そして、このように、ＭＯＳトランジスタのエンハンスメント化によって、レベルシフトを大きく取ることができ、バッファ回路における段数の減少、電源数の減少が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明による固体撮像素子、電気機器モジュール、固体撮像素子を有する電気機器、並びに固体撮像素子の製造方法の実施の形態を例示説明するが、本発明は、この例示する実施の形態に限られるものではない。
まず、本発明による固体撮像素子の実施の形態について説明する。
【００２８】
［固体撮像素子の第１の実施の形態］
図１は、本発明によるＣＣＤ構成の固体撮像素子１０の一実施形態例の概略構成を示し、この場合、光電変換素子、例えばフォトダイオード構成によるセンサ部１１が配列されてなる撮像エリア１４と、垂直レジスタの垂直ＣＣＤ１３と、水平レジスタの水平ＣＣＤ１５と、出力部の電荷電圧変換部１６とを有する。
そして、センサ部１１によって得た受光量に応じた信号電荷を垂直転送レジスタの垂直ＣＣＤ１３に取り出し、水平ＣＣＤ１５に転送し、水平ＣＣＤ１５によって、出力部、すなわち撮像信号電荷を出力電圧に変換する電荷電圧変換部１６に転送し、電荷電圧変換部１６によって撮像信号を取り出すようになされている。
【００２９】
図２は、本発明による固体撮像素子の出力部すなわち電荷電圧変換部１６の出力バッファ増幅器に関わる要部の回路図で、図においては、各部電圧数値例を付して示したものである。この例では、ＭＯＳトランジスタＭ１およびＭ２，Ｍ３およびＭ４による２段のソースフォロアによるバッファ回路を構成し、その終段にプッシュプル回路Ｐ−Ｐが接続された構成を有する構成が示されている。この構成においては、トランジスタＭ３が、４Ｖ以上、この場合は６Ｖの大きなレベルシフトを行う、いわゆるレベルシフトトランジスタＭＳである。
【００３０】
そして、バッファ回路の入力端、すなわちトランジスタＭ１のゲートに、フローティングディフュージョンＦＤ部で変換された水平ＣＣＤ１５からの信号電荷に応じた信号電圧が入力される。
また、この例では、バッファ回路の終段に、プッシュプル回路Ｐ−Ｐが設けられた構成とされていて、より消費電力の低減化を図った構成とした場合である（特開平１１−２３４５６７号参照）。
【００３１】
図３は、バッファ回路のＭＯＳトランジスタＭ１〜Ｍ４、例えばＭＯＳトランジスタＭ３すなわちレベルシフトトランジスタＭＳの概略断面図を示す。この例では、ｎチャネル形のＭＯＳトランジスタ構成を有する場合を例示するものである。例えばｎ形の半導体基体１１１に、このｎ形基体１１１をサブストレイト領域ｓｕｂとして、このサブストレイト領域ｓｕｂ上に形成されたｐ形ウェル領域１１２上に、ソース領域１１３およびドレイン領域１１４が形成され、これら領域間上にゲート絶縁膜１１５を介してゲート電極１１６が形成されて成る。
【００３２】
レベルシフトトランジスタＭ３のゲート部、更には、他の各ＭＯＳトランジスタのゲート部の構造は、ＭＯＮＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造、またはＭＮＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造、ＭＯＮＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造とすることができる。
半導体基体１１１は、例えばＳｉ基板によって構成し、ゲート絶縁膜１１５は、酸化膜、例えばＳｉ基体１１１の表面熱酸化膜等によって形成することができる。
【００３３】
そして、レベルシフトトランジスタＭＳ（Ｍ３）において、そのゲート絶縁膜１１５中に、図示の例におけるｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにあっては、負の固定電荷が導入された構成とする。
図４ＡおよびＢにおいては、図３に鎖線ａで示した、レベルシフトトランジスタのゲート部の断面における固定電荷の導入状態を模式的に示した図で、例えば図４Ａに示すように、例えばシリコン酸化膜によるゲート絶縁膜１１５中に、丸印をもって模式的に示すように、負の電荷を導入する。
あるいは、例えば図４Ｂに示すように、ゲート絶縁膜１１５を、多層構造、例えば、酸化膜１１５ａ−窒化膜１１５ｂ−酸化膜１１５ｃが順次積層された上述のＭＯＮＯＳ構造とした場合で、窒化膜１１５ｂと、その上下の酸化膜１１５ａおよび１１５ｃとの界面に負の電荷を導入する。
【００３４】
このようにレベルシフトトランジスタＭＳにおいて、例えばｎチャネルにあっては、ゲート絶縁膜における負の電荷の蓄積、例えばＳｉ基体−ＳｉＯ2酸化膜においては、Ｓｉ基体とＳｉＯ2酸化膜との界面おける負の表面準位を形成して、このレベルシフトトランジスタＭＳの閾値Ｖｔｈを他のＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ４に比して大とする。
【００３５】
すなわち、図５に、ＭＯＳトランジスタにおけるゲート絶縁膜中に固定電荷がある場合（実線曲線）と、ない場合（鎖線曲線）の、ゲート部の厚さ方向の断面におけるポテンシャル図を比較して示す。これら曲線を対比して明らかなように、この場合、固定電荷を存在させて負のポテンシャルを深めてＶｔｈを大とした場合においても、ウェル領域において空乏化状態には変化がない。
【００３６】
［固体撮像素子の第２の実施の形態］
この実施の形態においても、図１〜図３で示した第１の実施の形態と同様の構成を有するが、この実施の形態においては、レベルシフトトランジスタＭＳのゲート絶縁膜の厚さｔｓを、他のトランジスタ例えばバッファ回路のトランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ４のゲート絶縁膜の厚さｔより大に選定してレベルシフトトランジスタＭＳのＶｔｈを、絶縁膜の厚さｔとした他のトランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ４のＶｔｈより高めた。
【００３７】
図６に、このように、ゲート絶縁膜の厚さを変えた場合の、ポテンシャル図を対比して示す。この場合においても、Ｖｔｈが大となるが、ウェルの空乏化が阻害されることがない。
【００３８】
［固体撮像素子の第３の実施の形態］
この実施の形態においても、図１〜図３で示した第１の実施の形態と同様の構成を有するが、この実施の形態においては、図７に、レベルシフトトランジスタＭＳのウェル領域１１２Ｓを、他のＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ４のウェル領域１１２と分離し、それぞれのレベルシフトトランジスタＭＳのウェル電位Ｖｗｓをｎチャネル形ＭＯＳにおいては、他のＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ４のウェル電位Ｖｗに比し負電位とする。すなわち、例えばＶｗを０Ｖとするとき、Ｖｗｓ＝−６．５Ｖとする。このようにして、レベルシフトトランジスタＭＳのＶｔｈを高める。
なお、図７において、図３と対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
【００３９】
図８に、この第３の実施の形態における、ウェル電位を変えた場合の、ポテンシャル図を対比して示す。この場合においても、Ｖｔｈが大となるが、ウェル電位と、ウェル領域のポテンシャルとの対比をみて明らかなように、空乏化が阻害されることがない。
【００４０】
［固体撮像素子の第４の実施の形態］
この実施の形態においても、図１〜図３で示した第１の実施の形態と同様の構成を有するが、この実施の形態においては、図９に示すように、それぞれのｎチャネル形絶縁ゲート形電界効果トランジスタにおいて、そのレベルシフトトランジスタＭＳのゲート電極１１６を、他のトランジスタ特にバッファ回路のトランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ４のゲート電極１１６より仕事関数が大なる電極材によって構成する。例えばゲート電極１１６をｎ＋型とするとき、レベルシフトトランジスタＭＳのゲート電極１１６をｐ＋型のポリシリコンあるいは白金（Ｐｔ）や金（Ａｕ）によって構成する。
【００４１】
図１０は、この構成としたとき、ゲート電極材料がｐ＋ポリシリコンの場合のポテンシャル図(実線曲線)と、ｎ＋ポリシリコンの場合のポテンシャル図(破線曲線)とを対比して示す。絶縁ゲート形電界効果トランジスタＭＳにおいて、Ｖｔｈが大となるが、ウェルの空乏化が阻害されることがない。
なお、図１０において、図３と対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
【００４２】
次に、本発明による固体撮像素子の製造方法の実施の形態を説明する。
本発明製造方法においては、上述したＣＣＤ構成の固体撮像素子を従来知られている通常の方法で製造することができるが、特に、本発明においては、その出力バッファ増幅器の、出力直流電圧値をシフトさせるレベルシフトトランジスタを構成するＭＯＳトランジスタＭ３のゲート部のゲート絶縁膜中に、この例では、ｎチャネルのＭＯＳトランジスタにおいては、負の固定電荷を導入する工程を有するものである。
【００４３】
［製造方法の第１の実施の形態］
この実施の形態においては、上述したレベルシフトトランジスタＭ３において、ゲート絶縁膜１１５に対する負の電荷の導入を、ゲート電極１１６と例えば半導体基体との間に例えば２０Ｖ〜３０Ｖの電圧を印加することによって、ゲート絶縁膜中に強い電界を形成し、トンネル電流効果によって電子の導入を行う。
このようにして、上述した固体撮像素子の第１の実施の形態による固体撮像素子を製造する。
【００４４】
［製造方法の第２の実施の形態］
この実施の形態においては、上述したレベルシフトトランジスタＭ３において、ゲート絶縁膜１１５に対する負の電荷の導入を、不純物例えばボロンの注入を行い、このゲート絶縁膜中に、アクセプタ準位を形成することによって行う。
このようにして、上述した固体撮像素子の第２の実施の形態による固体撮像素子を製造する。
【００４５】
［製造方法の第３の実施の形態］
この実施の形態においては、上述したレベルシフトトランジスタＭ３において、ゲート絶縁膜１１５に対する負の電荷の導入を、例えば酸素プラズマ中にさらすことによって、もしくは放射線例えばα線照射によって行う。
【００４６】
［製造方法の第４の実施の形態］
この実施の形態においては、上述したレベルシフトトランジスタＭ３のゲート絶縁膜の厚さｔｓを、他のＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ４のゲート絶縁膜の厚さｔに比し大とする。例えばｔｓ＝３５ｎｍとするとき、ｔ＝２０ｎｍとする。
この異なる膜厚のゲート絶縁膜を形成する方法は、例えば全ＭＯＳトランジスタ例えばバッファ回路については、Ｍ１〜Ｍ４に関して、まず一様の厚さにゲート絶縁膜の形成を行い、その後、レベルシフトトランジスタＭ３（ＭＳ）以外のトランジスタにおけるゲート部の絶縁層をエッチングにより除去し、その後再度全ＭＯＳトランジスタ例えばバッファ回路については、Ｍ１〜Ｍ４に関して、所要の厚さにゲート絶縁膜の形成を行うことによって形成する。
【００４７】
［製造方法の第５の実施の形態］
この実施の形態においては、上述したレベルシフトトランジスタＭ３のゲート電極を、ｐ＋ポリシリコンによって、他の絶縁ゲート形電界効果トランジスタ構成のゲート部の電極をｎ＋ポリシリコンによって構成する。これらゲート電極の形成は、例えば本発明出願人の出願に係る特願２００３−１３２６１１号の製造方法を適用することができる。
【００４８】
次に、本発明による固体撮像素子を有する電気機器の実施形態例を、電気機器モジュールの実施形態例と併せてデジタルスチルカメラに適用する形態例について説明する。
図１１は、デジタルスチルカメラの一実施形態を示す概略構成図である。この図１１で示す撮像装置（カメラシステム）は、ＣＣＤ固体撮像素子１０、撮像レンズ５０、およびＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動する駆動制御部９６を有するカメラモジュール３と、カメラモジュール３により得られる撮像信号に基づいて映像信号を生成しモニタ出力したり所定の記憶メディアに画像を格納したりする本体ユニット４とを備えてなるデジタルスチルカメラ１として構成されている。
【００４９】
電気機器モジュール、この例では、カメラモジュール３内の駆動制御部９６には、ＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動するための各種のパルス信号を生成するタイミング信号生成部４０と、このタイミング信号生成部４０からのパルス信号を受けて、ＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動するためのドライブパルスに変換するドライバ（駆動部）４２と、ＣＣＤ固体撮像素子１０やドライバ４２などに電源供給する駆動電源４６が設けられている。カメラモジュール３内のＣＣＤ固体撮像素子１０と駆動制御部９６とにより固体撮像装置２が構成される。固体撮像装置２は、ＣＣＤ固体撮像素子１０と駆動制御部９６とが、１枚の回路基板上に配されたもの、あるいは１つの半導体基板上に形成されたものとして提供されるものであるのがよい。
【００５０】
また、このデジタルスチルカメラ１の処理系統は、大別して、光学系５、信号処理系６、記録系７、表示系８、および制御系９から構成されている。なお、カメラモジュール３および本体ユニット４が、図示しない外装ケースに収容されて、実際の製品（完成品）が仕上がるのは言うまでもない。
【００５１】
光学系５は、シャッタ５２、被写体の光画像を集光するレンズ５４、および光画像の光量を調整する絞り５６を有する撮像レンズ５０と、集光された光画像を光電変換して電気信号に変換するＣＣＤ固体撮像素子１０とから構成されている。被写体Ｚからの光Ｌは、シャッタ５２およびレンズ５４を透過し、絞り５６により調整されて、適度な明るさでＣＣＤ固体撮像素子１０に入射する。このとき、レンズ５４は、被写体Ｚからの光Ｌからなる映像が、ＣＣＤ固体撮像素子１０上で結像されるように焦点位置を調整する。
【００５２】
信号処理系６は、ＣＣＤ固体撮像素子１０からのアナログ撮像信号を増幅する増幅アンプや、増幅された撮像信号をサンプリングすることによってノイズを低減させるＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ：相関２重サンプリング）回路などを有するプリアンプ部６２、プリアンプ部６２が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部６４、Ａ／Ｄ変換部６４から入力されるデジタル信号に所定の画像処理を施すＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）で構成された画像処理部６６から構成される。
【００５３】
記録系７は、画像信号を記憶するフラッシュメモリなどのメモリ（記録媒体）７２と、画像処理部６６が処理した画像信号を符号化してメモリ７２に記録し、また、読み出して復号し画像処理部６６に供給するＣＯＤＥＣ（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ・Ｄｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ）７４とから構成されている。
【００５４】
表示系８は、画像処理部６６が処理した画像信号をアナログ化するＤ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａｌ／Ａｎａｌｏｇ）変換回路８２、入力されるビデオ信号に対応する画像を表示することによりファインダとして機能する液晶（ＬＣＤ；Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）などよりなるビデオモニタ８４、およびアナログ化された画像信号を後段のビデオモニタ８４に適合する形式のビデオ信号にエンコードするビデオエンコーダ８６から構成されている。
【００５５】
制御系９は、先ず、図示しないドライブ（駆動装置）を制御して磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリに記憶されている制御用プログラムを読み出し、読み出した制御用プログラム、あるいはユーザからのコマンドなどに基づいてデジタルスチルカメラ１の全体を制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などよりなる中央制御部９２を備える。
【００５６】
また制御系９は、画像処理部６６に送られた画像の明るさが適度な明るさを保つようにシャッタ５２や絞り５６を制御する露出コントローラ９４、ＣＣＤ固体撮像素子１０から画像処理部６６までの各機能部の動作タイミングを制御するタイミング信号生成部（タイミングジェネレータ；ＴＧ）４０を具備した駆動制御部９６、ユーザがシャッタタイミングやその他のコマンドを入力する操作部９８を有する。 中央制御部９２は、デジタルスチルカメラ１のバス９９に接続された画像処理部６６、ＣＯＤＥＣ７４、メモリ７２、露出コントローラ９４、およびタイミング信号生成部４０を制御している。
【００５７】
このデジタルスチルカメラ１では、オートフォーカス（ＡＦ）、オートホワイトバランス（ＡＷＢ）、自動露光（ＡＥ）などの自動制御装置を備えている。これらの制御は、ＣＣＤ固体撮像素子１０から得られる出力信号を使用して処理する。たとえば、露出コントローラ９４は、画像処理部６６に送られた画像の明るさが適度な明るさを保つようにその制御値が中央制御部９２により設定され、その制御値に従って絞り５６を制御する。具体的には、中央制御部９２が画像処理部６６に保持されている画像から適当な個数の輝度値のサンプルを獲得し、その平均値があらかじめ定められた適当とされる輝度の範囲に収まるように絞り５６の制御値を設定する。
【００５８】
本実施形態のデジタルスチルカメラ１におけるタイミング信号生成部４０は、中央制御部９２により制御され、ＣＣＤ固体撮像素子１０、プリアンプ部６２、Ａ／Ｄ変換部６４、および画像処理部６６の動作に必要とされるタイミングパルスを発生し、各部に供給する。操作部９８は、ユーザが、デジタルスチルカメラ１を動作させるとき操作される。
【００５９】
図示した例は、信号処理系６のプリアンプ部６２およびＡ／Ｄ変換部６４をカメラモジュール３に内蔵しているが、このような構成に限らず、プリアンプ部６２やＡ／Ｄ変換部６４を本体ユニット４内に設ける構成を採ることもできる。またＤ／Ａ変換部を画像処理部６６内に設ける構成を採ることもできる。
【００６０】
また、タイミング信号生成部４０をカメラモジュール３に内蔵しているが、このような構成に限らず、タイミング信号生成部４０を本体ユニット４内に設ける構成を採ることもできる。またタイミング信号生成部４０とドライバ４２とが別体のものとしているが、このような構成に限らず、両者を一体化させたもの（ドライバ内蔵のタイミングジェネレータ）としてもよい。こうすることで、よりコンパクトな（小型の）デジタルスチルカメラ１を構成できる。
【００６１】
また、タイミング信号生成部４０やドライバ４２は、それぞれ個別のディスクリート部材で回路構成されたものでもよいが、１つの半導体基板上に回路形成されたＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）として提供されるものであるのがよい。こうすることで、コンパクトにできるだけなく、部材の取扱いが容易になるし、両者を低コストで実現できる。また、デジタルスチルカメラ１の製造が容易になる。また、使用するＣＣＤ固体撮像素子１０との関わりの強い部分であるタイミング信号生成部４０やドライバ４２をＣＣＤ固体撮像素子１０と共通の基板に搭載することで一体化させる、あるいはカメラモジュール３内に搭載することで一体化させると、部材の取扱いや管理が簡易になる。また、これらがモジュールとして一体となっているので、デジタルスチルカメラ１（の完成品）の製造も容易になる。
【００６２】
なお、このデジタルスチルカメラ１は、具体的には、フレーム読出方式を用いた静止画撮像動作時にカラー画像を撮像し得るカメラとして適用されるようになっている。なお、本実施形態のデジタルスチルカメラ１の、フレーム読出方式としては、ＣＣＤ固体撮像素子１０と組み合わせることで、一般的な２フィールド読出方式に限らず、３フィールド、４フィールド、あるいは５フィールド、さらにはそれ以上など様々フィールド数の態様の読出方式を適用可能に構成されている。また、静止画撮像モードに限らず、間引き読み出しを利用して３０フレーム／秒に近いフレームレート（たとえば１０フレーム以上／秒）での動画撮影モードも用意されている。
【００６３】
前述の図１を参照して、更にＣＣＤ固体撮像素子と周辺部について、インターライン転送（ＩＴ）方式のＣＣＤ固体撮像素子１０を６相もしくは８相で駆動する場合を例に採って説明する。
【００６４】
図１において、ＣＣＤ固体撮像素子１０には、駆動電源４６から、ドレイン電圧ＶＤＤ、転送チャネル電圧ＶＧＧ、およびリセットドレイン電圧ＶＲＤが印加され、ドライバ４２にも所定の電圧が供給されるようになっている。
【００６５】
固体撮像装置２を構成するＣＣＤ固体撮像素子１０は、上述した本発明による固体撮像装置であり、例えば半導体基板２１上に、画素（ユニットセル）に対応して受光素子の一例であるフォトダイオードなどからなるセンサ部（感光部；フォトセル）１１が、多数、垂直（行）方向および水平（列）方向において２次元マトリクス状に配列されている。これらセンサ部１１は、受光面から入射した入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して蓄積する。
【００６６】
またＣＣＤ固体撮像素子１０は、センサ部１１の垂直列ごとに６相もしくは８相駆動に対応する複数本（本例では１ユニットセル当たり６本もしくは８本）の垂直転送電極が設けられる垂直ＣＣＤ（Ｖレジスタ部、垂直転送部）１３が配列されている。
【００６７】
垂直ＣＣＤ１３の転送方向は図中縦方向であり、この方向に垂直ＣＣＤ１３が設けられ、この方向に直交する方向（水平方向）に垂直ＣＣＤ１３が複数本並べられる。さらに、これら垂直ＣＣＤ１３と各センサ部１１との間には読出ゲート（ＲＯＧ）１２が介在している。また各ユニットセルの境界部分にはチャネルストップＣＳが設けられている。これらセンサ部１１の垂直列ごとに設けられ、各センサ部１１から読出ゲート部１２によって読み出された信号電荷を垂直転送する複数本の垂直ＣＣＤ１３によって撮像エリア１４が構成されている。
【００６８】
センサ部１１に蓄積された信号電荷は、読出ゲート部１２に読出パルスＸＳＧに対応するドライブパルスが印加されることにより垂直ＣＣＤ１３に読み出される。垂直ＣＣＤ１３は、６相（８相）の垂直転送クロックＶ１〜Ｖ６（Ｖ８）に基づくドライブパルスφＶ１〜φＶ６（φＶ８）によって転送駆動され、読み出された信号電荷を水平ブランキング期間の一部にて１走査線（１ライン）に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送する。この１ラインずつの垂直転送を、特にラインシフトという。
【００６９】
また、ＣＣＤ固体撮像素子１０には、複数本の垂直ＣＣＤ１３の各転送先側端部すなわち、最後の行の垂直ＣＣＤ１３に隣接して、図の左右方向に延在する水平ＣＣＤ（Ｈレジスタ部、水平転送部）１５が１ライン分設けられている。この水平ＣＣＤ１５は、たとえば２相の水平転送クロックＨ１，Ｈ２に基づくドライブパルスφＨ１，φＨ２によって転送駆動され、複数本の垂直ＣＣＤ１３から移された１ライン分の信号電荷を、水平ブランキング期間後の水平走査期間において順次水平方向に転送する。このため２相駆動に対応する複数本（２本）の水平転送電極（図示せず）が設けられる。
【００７０】
水平ＣＣＤ１５の転送先の端部には、たとえばフローティング・ディフュージョン・アンプ（ＦＤＡ）構成の電荷電圧変換部１６が設けられている。この電荷電圧変換部１６は、水平ＣＣＤ１５によって水平転送されてきた信号電荷を順次電圧信号に変換する。その後変換された電圧信号を前述した本発明固体撮像素子における図２で例示したバッファ回路によるバッファ増幅器によって低インピーダンス化して出力する。すなわち、この電圧信号は、被写体からの光の入射量に応じたＣＣＤ出力（ＶＯＵＴ）として導出されるものである。
【００７１】
なお、本発明は、上述した実施形態例に限られないものであることはいうまでもないところである。例えば各ＭＯＳトランジスタにおいて、ｎチャネル形ＭＯＳトランジスタとｐチャネル形ＭＯＳトランジスタを入れ替えた構成とする場合には、電荷の極性、電位の極性等が図示とは反転することになる。
【００７２】
上述したように本発明による固体撮像素子、電気機器モジュール、固体撮像素子を有する電気機器においては、その出力バッファ増幅器におけるレベルシフトトランジスタのＶｔｈを大にすることによって、レベルシフトを大とすることができるものであり、これに伴って段数の低減、電源の減少を図ることができる。
【００７３】
そして、本発明においては、このＶｔｈを高める構成として、通常における半導体基体自体に不純物ドープを行う調整方法を回避し、レベルシフトトランジスタのゲート絶縁膜に、固定電荷を導入するとか、厚さを大にするとか、ウェル電位を調整するという構成としたことから、半導体基体自体に不純物を注入する場合におけるウェル領域における空乏化の阻害と、基体バイアス効果いわゆるバックゲート効果を回避できる。したがって、感度の低下を回避できるものである。
すなわち、本発明においては、固体撮像素子、電気機器モジュール、固体撮像素子を有する電気機器において、消費電力の低減化を図りつつ、感度の向上が図られるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明による固体撮像素子の一例の構成図である。
【図２】本発明による固体撮像素子の一例の出力部の要部の回路図である。
【図３】本発明による固体撮像素子の一例の要部の概略断面図である。
【図４】ＡおよびＢは、それぞれ本発明による固体撮像素子の出力バッファのレベルシフトトランジスタの一例における電荷の導入状態を示す模式図である。
【図５】本発明による固体撮像素子の出力バッファのレベルシフトトランジスタのチャネル部の断面におけるポテンシャル図である。
【図６】本発明による固体撮像素子の出力バッファのレベルシフトトランジスタのチャネル部の断面におけるポテンシャル図である。
【図７】本発明による固体撮像素子の一例の要部の概略断面図である。
【図８】本発明による固体撮像素子の出力バッファの他の例のレベルシフトトランジスタのチャネル部の断面におけるポテンシャル図である。
【図９】本発明による固体撮像素子の他の例の要部の概略断面図である。
【図１０】本発明による固体撮像素子の出力バッファの他の例のレベルシフトトランジスタのチャネル部の断面におけるポテンシャル図である。
【図１１】本発明による電気機器の一例のブロック図である。
【図１２】従来の固体撮像装置の出力バッファのレベルシフトトランジスタの概略断面図である。
【図１３】従来の固体撮像装置の出力バッファのレベルシフトトランジスタのチャネル部の断面におけるポテンシャル図である。
【符号の説明】
【００７５】
１・・・デジタルスチルカメラ、２・・・固体撮像装置、３・・・カメラモジュール、１０・・・ＣＣＤ固体撮像素子、１１・・・センサ部、１３・・・垂直ＣＣＤ、１４・・・撮像エリア、１５・・・水平ＣＣＤ、１６・・・電荷電圧変換部、４０・・・タイミング信号生成部、４２・・・ドライバ、４６・・・駆動電源、５０・・・撮像レンズ、９６・・・駆動制御部、１０１，１１１・・・基体、１０２，１１２・・・ウェル領域、１０３，１１３・・・ソース領域、１０４，１１４・・・ドレイン領域、１０５，１１５・・・ゲート絶縁膜、１０６，１１６・・・ゲート電極
【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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