(57)【要約】【課題】  電子の転送効率を向上できる固体撮像装置及び電荷転送部を提供すること。【解決手段】  本発明にかかるＣＣＤイメージセンサ１は、フォトダイオード１０と、ＣＣＤレジスタ２０と、電荷検出部４０と、を備え、ＣＣＤレジスタ２０は、電荷が移動する半導体層と、電荷検出部４０に向かう方向に配列された複数の電極を備える第１電極列と、前記第１電極列と対向して形成され、複数の電極を備える第２電極列と、を備え、前記第１電極列に含まれる第１の電極下の半導体層から、前記第２電極列に含まれ、前記第１の電極に隣接して配置された第２の電極下の半導体層に電荷を転送し、前記第２の電極と隣接する前記第１の電極の隣接辺の長さは、前記隣接辺と反対側の前記第１の電極の辺よりも大きいものである。【選択図】  図２
2005223258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換により電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部により生成された電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部により転送された電荷を検出する電荷検出部と、を備える固体撮像装置であって、
前記電荷転送部は、
電荷が移動する半導体層と、
前記半導体層の上に形成され、前記電荷検出部に向かう方向に配列された複数の電極を備える第１電極列と、
前記半導体層の上に前記第１電極列と対向して形成され、前記電荷検出部に向かう方向に配列された複数の電極を備える第２電極列と、を備え、
前記第１電極列及び第２電極列の間で電荷転送を繰り返して電荷を前記電荷検出部に向けて転送し、
前記第１電極列に含まれる第１の電極下の半導体層から、前記第２電極列に含まれ、前記第１の電極に隣接して配置された第２の電極下の半導体層に電荷を転送し、
前記第２の電極と隣接する前記第１の電極の隣接辺の長さは、前記隣接辺と反対側の前記第１の電極の辺よりも大きい、
固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１電極列の電極のそれぞれと、前記第２電極列のそれぞれとは、互いに対向して配置され、
前記第１電極列の各電極において、前記第２電極列に隣接する辺の長さは、前記第２電極列に隣接する辺と反対側の辺よりも大きく、
前記第２電極列の各電極において、前記第１電極列に隣接する辺の長さは、前記第１電極列に隣接する辺と反対側の辺よりも大きい、
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１電極列の各電極における前記第２電極列に隣接する辺は、前記第１電極列の延在する方向に対し斜めであり、
前記第２電極列の各電極における前記第１電極列に隣接する辺は、前記第２電極列の延在する方向に対し斜めである、
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
光電変換により電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部により生成された電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部により転送された電荷を検出する電荷検出部と、を備える固体撮像装置であって、
前記電荷転送部は、
電荷が移動する半導体層と、
前記半導体層の上に形成され、前記電荷検出部に向かう方向に配列された複数の電極を備える第１電極列と、
前記半導体層の上に前記第１電極列と対向して形成され、前記電荷検出部に向かう方向に配列された複数の電極を備える第２電極列と、を備え、
前記第１電極列及び第２電極列の間で電荷転送を繰り返して電荷を前記電荷検出部に向けて転送し、
前記第１電極列に含まれる第１の電極下の半導体層から、前記第１の電極に隣接して配置され、前記第２電極列に含まれる第２の電極下の半導体層に電荷を転送し、
前記第１の電極下のチャネル幅は、電荷を前記第２の電極に向かって移動させるように、前記第２の電極の方向に向かって変化している、
固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１の電極下のチャネル幅は、前記第２の電極に向かって広くなっている、
請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１及び第２の電極のそれぞれは、第１及び第２の電位電極を有し、
前記第１の電位電極下の電位と、前記第２の電位電極下の電位とが、前記電荷検出部に向かう方向に電位勾配を有している、請求項１乃至５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
光電変換部により生成された電荷を電荷検出部へ転送する電荷転送部であって、
電荷が移動する半導体層と、
前記半導体層の上に形成され、前記電荷検出部に向かう方向に配列された複数の電極を備える第１電極列と、
前記半導体層の上に前記第１電極列と対向して形成され、前記電荷検出部に向かう方向に配列された複数の電極を備える第２電極列と、を備え、
前記第１電極列及び第２電極列の間で電荷転送を繰り返して電荷を前記電荷検出部に向けて転送し、
前記第１電極列に含まれる第１の電極下の半導体層から、前記第２電極列に含まれ、前記第１の電極に隣接して配置された第２の電極下の半導体層に電荷を転送し、
前記第２の電極と隣接する前記第１の電極の隣接辺の長さは、前記隣接辺と反対側の前記第１の電極の辺よりも大きい、
電荷転送部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関し、特に、光電変換部により生成された電荷を転送する電荷転送部を備える固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板上に形成され、電荷転送機能を持つＣＣＤ（Charge Coupled Devices）イメージセンサは、ＦＡＸやスキャナ、コピー機、デジタルカメラ等で広く利用されている。ＣＣＤイメージセンサは、フォトダイオード等の受光素子により、受光光量に応じて蓄積された信号電荷を順次出力することによって、画像情報の取得を可能にしている。
【０００３】
図６は、従来技術によるＣＣＤイメージセンサの平面図である。このＣＣＤイメージセンサは、図に示すように、フォトダイオード１００、転送ゲート電極１０１及びＣＣＤレジスタ１０２を備えている。また、ＣＣＤレジスタ１０２の一端には、図示しない電荷検出部や出力回路が設けられている。
【０００４】
このＣＣＤイメージセンサは、一次元のイメージセンサであり、複数のフォトダイオード１００を一方向に並べたフォトダイオード列を備えている。各フォトダイオード１００は、Ｐ＋型拡散層からなる素子分離領域１１４により分離されている。フォトダイオード１００とＣＣＤレジスタ１０２との間には転送ゲート電極１０１が設けられている。
【０００５】
ＣＣＤレジスタ１０２には、電極１２１〜１２４の４電極が繰り返して配置されている。電極１２１はΦ１ストレージ電極、電極１２２はΦ１バリア電極、電極１２３はΦ２ストレージ電極、電極１２４はΦ２バリア電極である。電極１２１〜１２４は、コンタクト１２５により金属配線１２６もしくは１２７と接続されており、駆動パルスΦ１もしくはΦ２が供給されている。電子の転送方向における単位セルのピッチをＬとすると、Ｌには電極１２１〜１２４の４電極が対応する構造になっている。
【０００６】
Φ１、Φ２端子に、互いに１８０度位相の異なるクロックパルス、駆動パルスΦ１及びΦ２をそれぞれ印加することにより、各電極１２１〜１２４下部のポテンシャルが変化し、図面上左方向に電子が順次転送される。
【０００７】
ＣＣＤの主要特性の一つに解像度がある。解像度の向上のためにはフォトダイオードの数を増やす必要がある。また、チップサイズを維持しつつ解像度を向上させるには、単位セルを縮小しなければならない。
【０００８】
しかしながら、図６の構成では、単位セルのピッチＬの中に電極１２１〜１２４の４電極を配置する必要があるため、単位セルの微細化は各電極のレイアウトに関わる設計ルールや、各電極と金属配線との接続に関わる設計ルール、すなわちコンタクト寸法やコンタクト端部の電極端からの内側マージンなどで制限され、解像度の向上が困難であるという問題があった。
【０００９】
このような問題点に鑑み、同一の設計ルールで、より高解像度のＣＣＤイメージセンサを提供する従来技術として、蛇行チャネル型ＣＣＤイメージセンサが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【００１０】
図７は、従来技術による蛇行チャネル型ＣＣＤイメージセンサの平面図である。このＣＣＤイメージセンサでは、図６と同様に、フォトダイオード１００、転送ゲート電極１０１及びＣＣＤレジスタ１０２を備えている。
【００１１】
ＣＣＤレジスタ１０２には、フォトダイオード列と平行して、Φ１ストレージ電極１２１およびΦ１バリア電極１２２が繰り返して配置されており、さらにそれらの電極に平行して、Φ２ストレージ電極１２３およびΦ２バリア電極１２４が繰り返し配置されている。Φ１バリア電極１２２とΦ１ストレージ電極１２１との境界のうち、図面上で左側がΦ１バリア電極１２２で右側がΦ１ストレージ電極１２１となる部分には、素子分離領域１１４が設けられている。また、Φ２バリア電極１２４とΦ２ストレージ電極１２３との境界のうち、図面上で左側がΦ２バリア電極１２４で右側がΦ２ストレージ電極１２３となる部分には、素子分離領域１１４が設けられている。
【００１２】
これにより、ＣＣＤレジスタ１０２の転送チャネルが蛇行形状となるため、このようなＣＣＤイメージセンサは蛇行チャネル型ＣＣＤイメージセンサあるいはミアンダチャネル型ＣＣＤイメージセンサと呼ばれている。
【００１３】
このＣＣＤイメージセンサでは、単位セルのピッチＬには電極１２１〜１２４のうち、２電極が対応する構造になっている。なお、ここではＬに対応する電極の数を明確にするために電極１２１と電極１２２が分離されており、また、電極１２３と電極１２４が分離されている場合について示しているが、それぞれの電極が接続されている場合もある。
【００１４】
図８（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図７におけるＤ−Ｄ’断面図、Ｅ−Ｅ’断面図およびＦ−Ｆ’断面図である。図８（ａ）に示すように、Ｎ型基板１１１の一主面上にＰ型ウェル１１２が形成されている。Ｐ型ウェル１１２内には、ＣＣＤレジスタ１０２の転送チャネルとなるＮ型ウェル１１３、素子分離領域１１４となるＰ＋型拡散層１１４’、フォトダイオード１００の電荷蓄積層となるＮ型拡散層１１５が設けられている。Ｎ型拡散層１１５の表面には、暗電流低減のためのＰ＋型拡散層１１６が設けられている。
【００１５】
また、図８（ｂ）及び（ｃ）に示すように、Ｎ型ウェル１１３には、局所的なボロンイオン注入などにより、バリア領域として機能するＮ−型拡散層１１７が設けられている。
【００１６】
図９（ａ）はＣＣＤレジスタ１０２の駆動パルスタイミング図、図９（ｂ）は図７のＦ−Ｆ’ 断面におけるポテンシャル図である。図９（ｂ）に示すように、ｔ＝ｔ１には、Φ１ストレージ電極１２１下部のポテンシャルはハイレベル（Ｈ）になっており、電子が溜まった状態になっている。そして、ｔ＝ｔ２になると、Φ１ストレージ電極１２１下部のポテンシャル電位はロウレベル（Ｌ）、Φ２バリア電極１２４およびΦ２ストレージ電極１２３下部のポテンシャルはハイレベルになり、電子はΦ２バリア電極１２４下部を介してΦ２ストレージ電極１２３下部に転送される。このようにして、順次電子が転送される。
【００１７】
このような蛇行チャネル型ＣＣＤイメージセンサの利点は、図６に示した従来技術のＣＣＤイメージセンサに比べて、単位セルのピッチＬの中に配置する電極の数が１／２で済むことにある。すなわち、同一の設計ルールでも単位セルのピッチＬを１／２に縮小できることになるため、解像度を２倍に向上できる。
【００１８】
しかしながら、蛇行チャネル型ＣＣＤイメージセンサには以下のような問題がある。Φ１ストレージ電極１２１下部に蓄積された電子の中で、フォトダイオード１００に近い領域に位置する電子は、図７中Ｙで示す経路でΦ２バリア電極１２４下部を介してΦ２ストレージ電極１２３下部に転送される。
【００１９】
したがって、Φ１ストレージ電極１２１のフォトダイオード列に垂直な方向の長さが長いほど実効的な転送長が伸び、Φ１ストレージ電極１２１下部の転送電界も弱くなるため、電子の転送効率が低下するという問題があった。なお、Φ２ストレージ電極１２３下部からΦ１バリア電極１２２下部を介してΦ１ストレージ電極１２１下部に電子を転送する場合についても同様である。
【００２０】
なお、従来技術の蛇行チャネル型固体撮像装置として特許文献１及び２が知られている。
【００２１】
【非特許文献１】大槻修、「ＣＣＤイメージセンサとシグナルプロセッサ」、電子通信学会技術研究報告、電子通信学会、１９７７年４月、ＥＤ７７−２、ｐ．９〜ｐ．１６
【特許文献１】特開昭５８−１３７２５０号公報
【特許文献２】特許第２８１６０６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
このように、従来の固体撮像装置では、転送チャネルを蛇行チャネル型とすると、電子の転送効率が低下するという問題点があった。
【００２３】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、電子の転送効率を向上できる固体撮像装置及び電荷電装部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】
本発明にかかる固体撮像装置は、光電変換により電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部により生成された電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部により転送された電荷を検出する電荷検出部と、を備える固体撮像装置であって、前記電荷転送部は、電荷が移動する半導体層と、前記半導体層の上に形成され、前記電荷検出部に向かう方向に配列された複数の電極を備える第１電極列と、前記半導体層の上に前記第１電極列と対向して形成され、前記電荷検出部に向かう方向に配列された複数の電極を備える第２電極列と、を備え、前記第１電極列及び第２電極列の間で電荷転送を繰り返して電荷を前記電荷検出部に向けて転送し、前記第１電極列に含まれる第１の電極下の半導体層から、前記第２電極列に含まれ、前記第１の電極に隣接して配置された第２の電極下の半導体層に電荷を転送し、前記第２の電極と隣接する前記第１の電極の隣接辺の長さは、前記隣接辺と反対側の前記第１の電極の辺よりも大きいものである。これにより、電子の転送効率を向上することができる。
【００２５】
上述の固体撮像装置において、前記第１電極列の電極のそれぞれと、前記第２電極列のそれぞれとは、互いに対向して配置され、前記第１電極列の各電極において、前記第２電極列に隣接する辺の長さは、前記第２電極列に隣接する辺と反対側の辺よりも大きく、前記第２電極列の各電極において、前記第１電極列に隣接する辺の長さは、前記第１電極列に隣接する辺と反対側の辺よりも大きくてもよい。これにより、さらに電子の転送効率を向上することができる。
【００２６】
上述の固体撮像装置において、前記第１電極列の各電極における前記第２電極列に隣接する辺は、前記第１電極列の延在する方向に対し斜めであり、前記第２電極列の各電極における前記第１電極列に隣接する辺は、前記第２電極列の延在する方向に対し斜めであってもよい。これにより、実効的な転送長を短くすることができる。
【００２７】
本発明にかかる固体撮像装置は、光電変換により電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部により生成された電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部により転送された電荷を検出する電荷検出部と、を備える固体撮像装置であって、前記電荷転送部は、電荷が移動する半導体層と、前記半導体層の上に形成され、前記電荷検出部に向かう方向に配列された複数の電極を備える第１電極列と、前記半導体層の上に前記第１電極列と対向して形成され、前記電荷検出部に向かう方向に配列された複数の電極を備える第２電極列と、を備え、前記第１電極列及び第２電極列の間で電荷転送を繰り返して電荷を前記電荷検出部に向けて転送し、前記第１電極列に含まれる第１の電極下の半導体層から、前記第１の電極に隣接して配置され、前記第２電極列に含まれる第２の電極下の半導体層に電荷を転送し、前記第１の電極下のチャネル幅は、電荷を前記第２の電極に向かって移動させるように、前記第２の電極の方向に向かって変化しているものである。これにより、電子の転送効率を向上することができる。
【００２８】
上述の固体撮像装置において、前記第１の電極下のチャネル幅は、前記第２の電極に向かって広くなっていてもよい。これにより、狭チャネル効果をもたらすことができる。
【００２９】
上述の固体撮像装置において、前記第１及び第２の電極のそれぞれは、第１及び第２の電位電極を有し、前記第１の電位電極下の電位と、前記第２の電位電極下の電位とが、前記電荷検出部に向かう方向に電位勾配を有していてもよい。これにより、より効率よく電子を転送することができる。
【００３０】
本発明にかかる電荷転送部は、光電変換部により生成された電荷を電荷検出部へ転送する電荷転送部であって、電荷が移動する半導体層と、前記半導体層の上に形成され、前記電荷検出部に向かう方向に配列された複数の電極を備える第１電極列と、前記半導体層の上に前記第１電極列と対向して形成され、前記電荷検出部に向かう方向に配列された複数の電極を備える第２電極列と、を備え、前記第１電極列及び第２電極列の間で電荷転送を繰り返して電荷を前記電荷検出部に向けて転送し、前記第１電極列に含まれる第１の電極下の半導体層から、前記第２電極列に含まれ、前記第１の電極に隣接して配置された第２の電極下の半導体層に電荷を転送し、前記第２の電極と隣接する前記第１の電極の隣接辺の長さは、前記隣接辺と反対側の前記第１の電極の辺よりも大きいものである。これにより、電子の転送効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、電子の転送効率を向上できる固体撮像装置及び電荷転送部を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
発明の実施の形態１．
まず、図１乃至図３を用いて、本発明の実施の形態１にかかるＣＣＤイメージセンサの構成について説明する。
【００３３】
図１は、本実施形態にかかるＣＣＤイメージセンサの概略図である。このＣＣＤイメージセンサ１は、図に示すように、フォトダイオード１０、転送ゲート電極３０、ＣＣＤレジスタ２０、電荷検出部４０及び出力回路５０を備えている。
【００３４】
ＣＣＤイメージセンサ１は、一次元のイメージセンサであり、複数のフォトダイオード１０を一方向に並べたフォトダイオード列を備えている。フォトダイオード１０に隣接して転送ゲート電極３０が設けられている。転送ゲート電極３０のフォトダイオード１０と隣接する側と反対側にはＣＣＤレジスタ２０が設けられている。また、ＣＣＤレジスタ２０の電荷が転送される側には電荷検出部４０が設けられており、電荷検出部４０はさらに出力回路５０と接続されている。
【００３５】
例えば、駆動パルスＴＧがＴＧ端子に印加されると、フォトダイオード１０で光電変換され蓄積された信号電荷が、転送ゲート電極３０を介してＣＣＤレジスタ２０に読み出される。さらに、後述する駆動パルスΦ１及びΦ２をΦ１端子及びΦ２端子にそれぞれ印加すると、フォトダイオード１０から読み出された信号電荷は、ＣＣＤレジスタ２０により電荷検出部４０に転送され、当該信号電荷が電圧に変換される。そして、電荷検出部４０の電位変化は、ソースホロワアンプやインバータ等からなる出力回路５０を介して外部に出力される。
【００３６】
図２は、本実施形態にかかるＣＣＤイメージセンサの平面図である。図２は、図１で示したＣＣＤイメージセンサ１における、フォトダイオード１０、転送ゲート電極３０及びＣＣＤレジスタ２０の部分を拡大した図である。
【００３７】
図に示すように、各フォトダイオード１０は、Ｐ＋型拡散層からなる素子分離領域１４により分離されている。また、ＣＣＤレジスタ２０には、電極２１〜２４の４電極が設けられている。電極２１はΦ１ストレージ電極、電極２２はΦ１バリア電極、電極２３はΦ２ストレージ電極、電極２４はΦ２バリア電極である。
【００３８】
ストレージ電極とバリア電極は、同じ駆動パルスを印加して、対となって電子を転送する電極である。バリア電極下部の電位のポテンシャルの方が、ストレージ電極下部の電位のポテンシャルよりも浅くなっているため、電位勾配（ポテンシャル勾配）が生じ、バリア電極下部からストレージ電極下部の方向へのみ電子が転送される。
【００３９】
Φ１ストレージ電極２１およびΦ１バリア電極２２は、交互に繰り返し配置され、同様に、Φ２ストレージ電極２３およびΦ２バリア電極２４が交互に繰り返し配置されている。また、Φ１ストレージ電極２１とΦ２バリア電極２４、Φ１バリア電極２２とΦ２ストレージ電極２３が、対向するように配置されている。Φ１ストレージ電極２１およびΦ１バリア電極２２が並ぶ電極列と、Φ２ストレージ電極２３およびΦ２バリア電極２４が並ぶ電極列は、電子の転送方向（電荷検出部４０が設けられている方向）に伸びており、ここでは、フォトダイオード列と平行となっている。
【００４０】
なお、転送方向における単位セルのピッチをＬとすると、Ｌには電極２１〜２４のうち、２電極が対応する構造になっているため、図７で示した従来のＣＣＤイメージセンサと同様に、単位セルのピッチＬを縮小でき、解像度を向上することができる。また、ここでは説明の容易化のために、電極２１と２２、電極２３と２４、がそれぞれ分離されている場合について示しているが、それぞれ一体化されていても構わない。
【００４１】
バリア電極からストレージ電極へ電子が転送されるため、Φ１バリア電極２２とΦ１ストレージ電極２１との境界のうち、図面上で左側（電子の転送方向の側）がΦ１バリア電極２２で右側（電子の転送方向と反対側）がΦ１ストレージ電極２１となる部分には、素子分離領域１４が設けられている。また、Φ２バリア電極２４とΦ２ストレージ電極２３との境界のうち、図面上で左側がΦ２バリア電極２４で右側がΦ２ストレージ電極２３となる部分には、素子分離領域１４が設けられている。これにより、ＣＣＤレジスタ２０の転送チャネルが蛇行形状となる。
【００４２】
Φ１ストレージ電極２１及びΦ１バリア電極２２は、コンタクト２５により金属配線２６と接続されており、Φ１端子から駆動パルスΦ１が供給される。同様に、Φ２ストレージ電極２３及びΦ２バリア電極２４は、金属配線２７と接続されて、駆動パルスΦ２が供給される。例えば、Φ１端子及びΦ２端子に、互いに１８０度位相の異なるクロックパルス、駆動パルスΦ１及びΦ２をそれぞれ印加することにより、各電極２１〜２４下部のポテンシャルが変化し、Φ１ストレージ電極２１、Φ２バリア電極２４、Φ２ストレージ電極２３、Φ１バリア電極２２の順に、図面上左方向へ電子が順次転送される。
【００４３】
ここで本実施形態の特徴は、互いに異なるクロックパルスの印加される、Φ１ストレージ電極２１とΦ２ストレージ電極２３、Φ１バリア電極２２とΦ２バリア電極２４、のそれぞれ対向する辺を、電子の転送方向、つまりフォトダイオード列の方向と非平行にして、対向する辺の長さを長くしている点である。この対向する辺が、ＣＣＤレジスタ２０におけるフォトダイオード列側の一端部の辺、及びこの一端部と反対側の他端部の辺よりも長い。また、この対向する辺の一部が、ＣＣＤレジスタ２０の中央部よりも、ＣＣＤレジスタ２０の一端部及び他端部側に位置している。すなわち、各電極が長方形ではなく、斜めの辺を含んだ形状となっている。この斜めの辺に直交するように電子が転送される。つまり、フォトダイオード列に対し垂直ではなく斜めに電子が転送されるため、実効的な電子の転送長を短くすることができる。
【００４４】
なお、各電極の形状は、Φ１ストレージ電極２１とΦ２ストレージ電極２３、Φ１バリア電極２２とΦ２バリア電極２４、の対向する辺が、ＣＣＤレジスタ２０の一端部及び他端部側の辺よりも長い形状であればよく、対向する辺が斜めの形状に限らない。例えば、対向する辺を任意の数の凹凸としたり、波状、のこぎり状としてもよい。
【００４５】
図３は、本実施形態にかかるＣＣＤイメージセンサの断面図である。図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図２におけるＡ−Ａ’断面図、Ｂ−Ｂ’断面図およびＣ−Ｃ’断面図である。図３（ａ）に示すように、Ｎ型基板１１の一主面上にＰ型ウェル１２が形成されている。Ｐ型ウェル１２内には、ＣＣＤレジスタ２０の転送チャネルとなるＮ型ウェル１３、素子分離領域１４となるＰ＋型拡散層１４’、フォトダイオード１０の電荷蓄積層となるＮ型拡散層１５が設けられている。また、Ｎ型ウェル１３とＮ型拡散層１５との間のＰ型ウェル１２上に、転送ゲート電極３０が形成される。
【００４６】
フォトダイオード１０には、光を遮断した状態でも時間の経過とともに電荷が蓄積される、いわゆる暗電流が生じる。この暗電流低減のため、Ｎ型拡散層１５の表面には、Ｐ＋型拡散層１６が設けられている。
【００４７】
例えば、フォトダイオード１０において、光電変換され、受光光量に応じた電子がＮ型拡散層１５に蓄積される。そして、駆動パルスＴＧの印加により転送ゲート電極３０をオンすることにより、蓄積された電子が、転送ゲート電極３０下部を介してΦ１ストレージ電極２１下部に転送される。
【００４８】
図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、Ｎ型ウェル１３には、局所的なボロンイオン注入などにより、バリア領域として機能するＮ−型拡散層１７が設けられている。Ｎ型ウェル１３上にΦ１ストレージ電極２１及びΦ２ストレージ電極２３が形成され、Ｎ−型拡散層１７上にΦ１バリア電極２２及びΦ２バリア電極２４が形成される。Ｎ−型拡散層１７により、バリア電極下部の電位のポテンシャルは、ストレージ電極下部の電位のポテンシャルよりも浅くなっている。
【００４９】
また、Φ１バリア電極２２下部とΦ１ストレージ電極２１下部の間にＰ＋型拡散層１４’が設けられている部分では、Ｐ＋型拡散層１４’によりこの間の電子の転送が阻止される。
【００５０】
次に、図４を用いて、本実施形態にかかるＣＣＤイメージセンサの動作について説明する。図４（ａ）はＣＣＤレジスタ２０の駆動パルスタイミング図、図４（ｂ）は図２のＣ−Ｃ’ 断面におけるポテンシャル図である。
【００５１】
上述のように、ＣＣＤイメージセンサ１は、駆動パルスΦ１とΦ２により駆動される２相駆動のイメージセンサである。図４（ａ）に示すように、駆動パルスΦ１とΦ２は、１８０度位相がずれており、一方がロウレベル（Ｌ）のとき、他方はハイレベル（Ｈ）となる。
【００５２】
ｔ＝ｔ１には、Φ１ストレージ電極２１及びΦ１バリア電極２２にハイレベルの駆動パルスが印加され、Φ２ストレージ電極２３及びΦ２バリア電極２４にロウレベルの駆動パルスが印加される。このため、図４（ｂ）に示すように、Φ１ストレージ電極２１下部のポテンシャルがハイレベルになり、ここに電子が溜まった状態となる。
【００５３】
そして、ｔ＝ｔ２になると、Φ１ストレージ電極２１及びΦ１バリア電極２２にロウレベルの駆動パルスが印加され、Φ２ストレージ電極２３及びΦ２バリア電極２４にハイレベルの駆動パルスが印加される。このため、図４（ｂ）に示すように、Φ１ストレージ電極２１下部のポテンシャル電位はロウレベル、Φ２バリア電極２４およびΦ２ストレージ電極２３下部のポテンシャルはハイレベルになり、電子はΦ２バリア電極２４下部を介してΦ２ストレージ電極２３下部に転送される。このようにして、順次電子が転送される。
【００５４】
本実施形態では、上述したように、互いに異なるクロックパルスの印加されるストレージ電極とバリア電極との対抗する辺を、電子の転送方向、つまりフォトダイオード列と非平行にして対抗する辺の長さを長くしている点を特徴とする。対向する辺の長さが長いため、より多くの電子を効率よく転送することができる。また、Φ１ストレージ電極２１下部に蓄積された電子の中で、フォトダイオード１０に近い領域に位置する電子は、図２中Ｘで示す経路でΦ２バリア電極２４を介してΦ２ストレージ電極２３の下部に転送される。すなわち、Φ１ストレージ電極２１内の実効的な転送長が、図７で示した従来のＣＣＤイメージセンサに比べて１／２あるいはそれ以下に短くなり、Φ１ストレージ電極２１下部の転送電界も強くなるため、転送効率が大幅に向上する。
【００５５】
なお、Φ２ストレージ電極２３下部からΦ１バリア電極２２を介してΦ１ストレージ電極２１下部に電子を転送する場合についても同様の効果がある。したがって、高解像度を実現しつつ、高速転送が可能となる。
【００５６】
このように、本発明によれば、従来と同一の設計ルールを維持しつつ、高解像度で、かつ、転送効率の高いＣＣＤイメージセンサを提供することが可能となる。
【００５７】
発明の実施の形態２．
次に、図５を用いて、本発明の実施の形態２にかかるＣＣＤイメージセンサの構成について説明する。図５は、本実施形態にかかるＣＣＤイメージセンサの平面図である。図５は、図２と同様に、図１で示したＣＣＤイメージセンサ１のフォトダイオード１０、転送ゲート電極３０及びＣＣＤレジスタ２０の部分を拡大した図である。
【００５８】
図５において、図２と同一の符号を付された要素は、同様の要素を示している。また、コンタクト２５と金属配線２６及び２７を省略しているが、図２と同様である。動作についても、電極２１〜２４をそれぞれ電極４１〜４４に置き換えれば、図４と同様である。
【００５９】
電極４１〜４４は、図７で示した従来のＣＣＤイメージセンサと同様、長方形状に形成されている。また、Φ１ストレージ電極４１とΦ２ストレージ電極４３、Φ１バリア電極４２とΦ２バリア電極４４、のそれぞれ対向する辺が、電子の転送方向、つまりフォトダイオード列の方向と平行である。なお、ここでは説明の容易化のために、電極４１と４２、電極４３と４４、が分離されている場合について示しているが、それぞれ一体化されていても構わない。また、電極４１〜４４は、この形状に限らず、図２と同様の形状としてもよい。
【００６０】
また、図２と同様に、図面上で左側（電子の転送方向の側）がΦ１バリア電極４２で右側（電子の転送方向と反対側）がΦ１ストレージ電極４１となる部分には、素子分離領域３４が設けられ、図面上で左側がΦ２バリア電極４４で右側がΦ２ストレージ電極４３となる部分には、素子分離領域３４が設けられている。つまり、同一のクロックパルスの印加されるストレージ電極とバリア電極との境界のうち、出力回路５０に近い側にバリア電極がある境界に、素子分離領域３４が設けられている。これにより、ＣＣＤレジスタ２０の転送チャネルが蛇行形状となる。
【００６１】
本実施形態における特長は、素子分離領域３４の形状である。素子分離領域３４は、ＣＣＤレジスタ２０におけるフォトダイオード列側の一端部、及びこの一端部と反対側の他端部から、ＣＣＤレジスタ２０の中央部へかけて形成されている。素子分離領域３４の辺のうち、ＣＣＤレジスタ２０における一端部及び他端部から中央部へ延びる辺が、電子の転送方向、つまりフォトダイオード列の方向と、直行する方向に対し斜めである。
【００６２】
また、素子分離領域３４の幅が、ＣＣＤレジスタ２０における一端部および他端部から中央部に向かって狭くなっている。つまり、ＣＣＤレジスタ２０における一端部および他端部から中央部に向かって、電極４１から４４のチャネル幅が、広くなっているため、狭チャネル効果が働く。狭チャネル効果により、電極４１から４４において、ＣＣＤレジスタ２０の一端部および他端部近傍のポテンシャルよりも、ＣＣＤレジスタ２０の中央部近傍のポテンシャルの方が深くなる。したがって、Φ１ストレージ電極４１およびΦ２ストレージ電極４３下部の転送電界が、図７に示す従来のＣＣＤイメージセンサに比べて強くなり、転送効率が向上する。
【００６３】
ここで、ストレージ電極にハイレベルの駆動パルスが印加された際の電子の蓄積する位置について考える。図２で示したＣＣＤイメージセンサ１では、電極形状により、ＣＣＤレジスタ２０の中央部よりも一端部及び他端部の方がチャネル幅が広いため、電極形状がもたらす狭チャネル効果により、ストレージ電極下部のＣＣＤレジスタ２０の中央部から遠い、一端部及び他端部側の領域に電子が蓄積されやすい。
【００６４】
一方、本実施形態では、素子分離領域３４の形状のもたらす狭チャネル効果により、ストレージ電極下部のＣＣＤレジスタ２０の中央部よりに電子が蓄積されやすい。したがって、電子が蓄積された部分から次に転送される電極までの距離である実質的な転送距離は、本実施形態の方が短い。よって、特に電子数が少ない場合には、実質的な転送距離の短い本実施形態の方がより高い転送効率を得られるという利点がある。
【００６５】
なお、ここでは、素子分離領域３４の形状により、狭チャネル効果をもたらしたが、その他の方法により、狭チャネル効果をもたらしてもよい。例えば、電極自体の幅をＣＣＤレジスタ２０の中央部にかけて広くしてもよい。また、狭チャネル効果に限らず、その他の方法により、電位勾配を有するようにしてもよい。例えば、拡散層を設けてもよい。
【００６６】
その他の発明の実施の形態．
上述の例では、１次元ＣＣＤイメージセンサにおけるＣＣＤレジスタについて記載しているが、これに限らず、その他のＣＣＤイメージセンサのＣＣＤレジスタとしてもよい。例えば、単位セルのピッチＬの中に、フォトダイオードと垂直ＣＣＤが含まれる２次元ＣＣＤイメージセンサにおける水平ＣＣＤレジスタにも適用できる。また、単位セルのピッチＬの中に、垂直ＣＣＤのみが含まれる２次元ＣＣＤイメージセンサにおける水平ＣＣＤレジスタにも適用できる。
【００６７】
また、上述の例では、２相駆動のＣＣＤイメージセンサとして記載しているが、これに限らず、その他の駆動方式のＣＣＤイメージセンサとしてもよい。例えば、駆動パルスΦ１又はΦ２の一方に、一定の直流電圧を加え、他方に上述の駆動パルスを印加して単相駆動としてもよい。さらに、駆動パルスΦ３、Φ４を設けて４相駆動とし、電極毎に異なる駆動パルスを印加してもよい。この場合は、ストレージ電極とバリア電極の下部の電位のポテンシャルは等しくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明にかかるＣＣＤイメージセンサの概略図である。
【図２】本発明にかかるＣＣＤイメージセンサの平面図である。
【図３】本発明にかかるＣＣＤイメージセンサの断面図である。
【図４】本発明にかかるＣＣＤイメージセンサの駆動パルスタイミング図及びポテンシャル図である。
【図５】本発明にかかるＣＣＤイメージセンサの平面図である。
【図６】従来のＣＣＤイメージセンサの平面図である。
【図７】従来のＣＣＤイメージセンサの平面図である。
【図８】従来のＣＣＤイメージセンサの断面図である。
【図９】従来のＣＣＤイメージセンサの駆動パルスタイミング図及びポテンシャル図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  ＣＣＤイメージセンサ
１０  フォトダイオード  ２０  ＣＣＤレジスタ
３０  転送ゲート電極  ４０  電荷検出部  ５０  出力回路
１１  Ｎ型基板  １２  Ｐ型ウェル  １３  Ｎ型ウェル
１４  素子分離領域  １４’  Ｐ＋型拡散層  １５  Ｎ型拡散層
１６  Ｐ＋型拡散層  １７  Ｎ−型拡散層
２１  Φ１ストレージ電極  ２２  Φ１バリア電極
２３  Φ２ストレージ電極  ２４  Φ２バリア電極
２５  コンタクト  ２６  金属配線  ２７  金属配線
【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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