(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸収する光の量に応じた信号電荷を生成する受光部と、
第１導電型のチャネル形成領域中において、前記受光部において生成された信号電荷を転送する転送部と、
を有し、
前記転送部は、一方向に少なくとも第１相、第２相および第３相がこの順に繰り返し並べられて形成されており、
前記第１相においては、前記チャネル形成領域の上層に前記チャネル形成領域から絶縁されて第１ゲート電極が形成されており、
前記第２相においては、前記チャネル形成領域の上層に前記第１ゲート電極および前記チャネル形成領域から絶縁されて第２ゲート電極が形成されており、
前記第３相においては、前記チャネル形成領域の表層部に第２導電型の反転層が形成されており、
前記第１ゲート電極および前記第２ゲート電極のそれぞれに所定のクロックで変動する電圧パルスを印加することにより、前記一方向あるいは前記一方向の反対方向から選択していずれかの方向に前記信号電荷を転送し、
前記受光部に被写体をさらし、前記被写体を撮像するときに、前記信号電荷の転送方向と同じ方向に、前記信号電荷の転送と同期して、前記被写体を動かしながら撮像する、固体撮像装置。
【請求項２】
吸収する光の量に応じた信号電荷を生成する受光部と、
第１導電型のチャネル形成領域中において、前記受光部において生成された信号電荷を転送する転送部と、
を有し、
前記転送部は、一方向に少なくとも第１相、第２相、第３相および第４相がこの順に繰り返し並べられて形成されており、
前記第１相においては、前記チャネル形成領域の上層に前記チャネル形成領域から絶縁されて第１ゲート電極が形成されており、
前記第２相においては、前記チャネル形成領域の上層に前記第１ゲート電極および前記チャネル形成領域から絶縁されて第２ゲート電極が形成されており、
前記第３相においては、前記チャネル形成領域の上層に前記第１ゲート電極、前記第２ゲート電極および前記チャネル形成領域から絶縁されて第３ゲート電極が形成されており、
前記第４相においては、前記チャネル形成領域の表層部に第２導電型の反転層が形成されており、
前記第１ゲート電極、前記第２ゲート電極および前記第３ゲート電極のそれぞれに所定のクロックで変動する電圧パルスを印加することにより、前記一方向あるいは前記一方向の反対方向から選択していずれかの方向に前記信号電荷を転送し、
前記受光部に被写体をさらし、前記被写体を撮像するときに、前記信号電荷の転送方向と同じ方向に、前記信号電荷の転送と同期して、前記被写体を動かしながら撮像する、固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１相および前記第３相の面積が、それぞれ前記第４相よりも狭く形成されている、請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１相および前記第３相の面積が、さらにそれぞれ前記第２相よりも狭く形成されている、請求項３記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像装置に関し、特に電荷結合素子などの固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電荷結合素子（Charge Coupled Device ；以下ＣＣＤとする）には、一般にインターライン方式やフレームトランスファー方式などがある。
上記のフレームトランスファー方式では、例えばｐ型シリコン基板表面部に複数個のピクセルと呼ばれる受光エレメントが形成され、受光部と転送（蓄積）部に区別される。各部に設けられたピクセルにはゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成されており、そのゲート電極に正電位を印加することにより、表面部位にポテンシャル井戸が形成され、受光部のピクセルに光が一定時間照射されると、光量に比例した信号電荷がポテンシャル井戸に集積される。
【０００３】
複数個並んだピクセルのゲート電極に例えば異なった２つのタイミングを持ったクロック電圧パルスを印加すると、ポテンシャル井戸の障壁が順次開閉されて信号電荷が受光部から転送部へ順次に転送される。更に転送された信号電荷はレジスタ部において上記クロックとは異なるタイミングを持ったクロックによって出力され、出力アンプ等を経てビデオ信号として出力することができる。このようにＣＣＤは光信号を信号電荷に変換することができ、現在広く工業用、民生用撮像機器に使用されている。
【０００４】
上記のＣＣＤとして、信号電荷を転送するクロックの相数によって単相駆動型や、２あるいは３相駆動型など、様々な構造を有するものが開発されている。
例えば、仮想ゲート（virtual phase ）構造を持った埋め込みチャネル型の単相駆動型ＣＣＤの断面図について、図１７（ａ）に示す。
単結晶シリコンからなるｐ型半導体基板３０のｐ型素子分離層で分離された領域に、ｎ型の導電性不純物を含有するシリコン層からなるチャネル形成領域３１が形成されており、その上層に例えば酸化シリコンのゲート絶縁膜４０が形成されており、その上層に例えば酸化膜４２で被覆されたポリシリコンからなるゲート電極４１が形成されている。
ゲート電極４１の下層のチャネル形成領域３１中にはｎ型の導電性不純物の高濃度領域である第１ｎ型不純物高濃度領域３３が形成されており、この領域がＰＷ（ポリウェル）部となる。ＰＷ部を除く領域のゲート電極４１の下層の領域がＰＢ（ポリバリア）部となる。
【０００５】
各ゲート電極４１の間隙部において、チャネル形成領域３１中にはｐ型の導電性不純物を含有するｐ型第１反転層３５と、ｐ型第１反転層３５よりもｐ型の導電性不純物を高濃度に含有するｐ型第２反転層３６が形成されており、さらにｐ型第１反転層３５およびｐ型第２反転層３６の下層のチャネル形成領域３１中にはｎ型の導電性不純物の高濃度領域である第２ｎ型不純物高濃度領域３４が形成されており、仮想ゲート領域を構成する。
ｐ型第１反転層３５の下層の領域はＶＷ（仮想ウェル）部となり、ｐ型第２反転層３６の下層の領域がＶＢ（仮想バリア）部となる。
一つのゲート電極４１と一つの仮想ゲートとから、一つのＣＣＤセルＣＣが構成されている。
【０００６】
上記のように、ＰＢ部、ＰＷ部、ＶＢ部、およびＶＷ部の４相から一つのＣＣＤセルＣＣが形成されている。
光が照射されると、これらの各部で光電変換により信号電荷が発生する。上記のＰＢ部、ＰＷ部、ＶＢ部、およびＶＷ部の４相において、各セルのゲート電極４１に共通の電圧パルス（高（Ｈｉｇｈ）または低（Ｌｏｗ））が与えられ、例えば図１７（ｂ）に示すように、ゲート電極４１が高（Ｈｉｇｈ）から低（Ｌｏｗ）へ変わったときに信号電荷はＰＷ部からＶＷ部へ転送され、さらに、図１７（ｃ）に示すように、低（Ｌｏｗ）から高（Ｈｉｇｈ）へ変わったときにＶＷ部からＰＷ部へ転送される。このとき、転送動作を円滑に行うため、ＰＢ部およびＶＢ部は信号電荷の逆流を防ぐためのバリアとして働き、ＰＷ部およびＶＷ部は信号電荷を蓄えるためのウェルとして働く。
【０００７】
上記の仮想ゲート構造を持った埋め込みチャネル型の単相駆動型ＣＣＤは、仮想ゲート領域においてポリシリコンのゲート電極を有していない構造であることから、光信号を電子信号に変換する効率が高く、固体撮像素子としての感度が高いという利点がある。
さらに、仮想ゲート領域においてはチャネル形成領域の表層部に反転層が形成されていることから、ｐｎ接合による整流作用により、チャネル形成領域となるシリコン層の表層部の結晶欠陥に起因して発生し、ノイズ成分となる電荷をチャネル形成領域に形成されるポテンシャル井戸中に蓄積しないで済み、暗電流を低減することができる。
【０００８】
上記のインターライントランスファー方式あるいはフレームトランスファー方式を用いて、ＴＤＩ（time delay integration；時間遅延積算）機能を有するＣＣＤが開発されている。
コンフォーカル顕微鏡として機能することができる上記のＴＤＩセンサは、例えば図１８（ａ）の平面図に示す構成を有しており、フォトダイオード構造を有して光電変換し、生成した信号電荷を所定の方向（図面上矢印ＯＰV の方向）に垂直転送する受光面１０と、受光面１０からの信号電荷を水平転送する水平転送部２０と、得られた信号電荷を増幅するアンプ２１とを有する構成である。アンプ２１は不図示の信号処理回路などへ接続されている。
上記の受光面１０においては、単位画素となる受光セル１２が１画素の整数倍毎（図面上は３画素毎）に水平方向に配置され、垂直方向には１段毎に１画素ずつずらして配置されている。
受光面１０上の受光セル１２を除く領域は垂直転送路１３により構成されており、受光セル１２において生成した信号電荷を図面上矢印ＯＰV の方向に転送する。
垂直転送路１３は、例えば受光セル１２と同じ構成を有し、遮光されていることにより転送のみの機能をするようになっている。従って、上記のＴＤＩセンサの受光面１０は、上記の従来のインターライントランスファー方式あるいはフレームトランスファー方式のＣＣＤの受光面上に、水平方向に１画素の整数倍毎、垂直方向に１段毎に１画素ずつずらして開口した遮光膜を設けることで構成することができる。
【０００９】
上記のＴＤＩセンサの動作について説明する。図１８（ａ）に示すように、被写体Ａを撮像する場合には、被写体Ａをステージに乗せ、所定の方向に一定の速度で移動させる。このとき、受光面１０においては、ステージの移動速度に同期して信号電荷の転送を行う。
すなわち、被写体Ａが受光面１０を横切って移動するとき、受光セルＣ１で被写体Ａに対する信号電荷が生成し、得られた信号電荷は矢印ＯＰV の方向に垂直転送され、受光セルＣ２に到達するとその部分の信号電荷と加算される。
得られた信号電荷は、次の垂直転送までの間に矢印ＯＰH の方向に水平転送され、アンプを介して画像信号として取り出される。以上の動作を繰り返すことにより、連続画像を撮像することができる。
【００１０】
従って、図１８（ｂ）に示すように、信号電荷は受光セルに到達するたびにその部分の電荷と加算される。この電荷転送はステージの動作と連動させているので、常に同じ被写体部分の信号電荷が加算されることになる。
すなわち、被写体Ａの移動速度ＯＰA の速度と、被写体Ａに対する信号電荷Ａ’の垂直転送速度ＯＰV を同期させることにより、被写体Ａを多重露光撮像することを可能にしている。
【００１１】
上記のＴＤＩセンサは、インターライントランスファー方式あるいはフレームトランスファー方式のＣＣＤのどちらでも構成することができるが、動作としてはフレームトランスファー方式の方が適している。インターライントランスファー方式の場合には、受光部（開口部）から転送路への電荷転送と転送路内での電荷転送は別のレベルのクロック電圧パルスが必要になるため、駆動系とタイミングが複雑になる。このため、構造的にはフレームトランスファー方式の方が有利である。
【００１２】
上記のＴＤＩセンサにおいては、被写体を一回撮像した後に再撮像する必要が生じた場合に、被写体を最初に移動させた方向と逆の方向に移動させる時点で再撮像することが可能であり、被写体の移動方向の自由度や撮像効率を高めることが可能となるように、ゲート電極に印加する電圧パルスのクロック制御などにより信号電荷の転送方向を逆転することが可能となっていることが好ましい。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の理由などにより信号電荷の転送方向として、一方向と、一方向と反対の方向のどちらにも転送可能であることが望まれているのに対し、上記の仮想ゲート構造を持った埋め込みチャネル型の単相駆動型ＣＣＤは、転送方向として一方向しか想定しておらず、一方向と反対の方向に転送することはできない。
【００１４】
信号電荷の転送方向として、一方向と、一方向と反対の方向に転送することが可能な３相駆動型ＣＣＤについて説明する。
図１９（ａ）は上記の３相駆動型ＣＣＤの平面図である。
チャネルストップ１４で分離された活性領域において、第１相１３ａ、第２相１３ｂ、第３相１３ｃからなるＣＣＤセルＣＣがこの順に繰り返し並べられて形成されている。第１相１３ａ、第２相１３ｂ、第３相１３ｃは、それぞれ異なるタイミングを持ったクロックの電圧パルス（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）がそれぞれ印加される。
【００１５】
図１９（ｂ）は図１９（ａ）中のＸ−Ｘ’における断面図である。
単結晶シリコンからなるｐ型半導体基板３０のｐ型素子分離層で分離された領域に、ｎ型の導電性不純物を含有するシリコン層からなるチャネル形成領域３１が形成されており、その上層に例えば酸化シリコンのゲート絶縁膜４０が形成されており、その上層に例えば酸化膜４２で被覆されたポリシリコンからなる第１ゲート電極４１と、第１ゲート電極４１の間隙部に形成された第２ゲート電極４３が形成されている。
上記の第１ゲート電極４１と第２ゲート電極４３が、第１〜第３相の内のいずれかの１相に相当する。
図面上は、左側から第１ゲート電極４１の下部領域がＰＷ１（第１ポリウェル）部となり、この相から右側へ向かってＰＷ２（第２ポリウェル）部、ＰＷ３（第３ポリウェル）部となり、その次にＰＷ１〜ＰＷ３が繰り返される。
【００１６】
上記の３相駆動型ＣＣＤの一方向（Ｔ１方向）への信号電荷の転送方法について説明する。
図２０は、上記のＣＣＤのポテンシャル図である。
各セルの第１相１３ａ〜第３相１３ｃにはそれぞれ異なるクロックの電圧パルス（高（Ｈｉｇｈ）と低（Ｌｏｗ））が与えられ、これに対応してＰＷ１、ＰＷ２およびＰＷ３はそれぞれＰＷＬとＰＷＨの２準位をとる。
信号電荷の転送は、まず図２０（ａ）に示すように、（ＰＷ１，ＰＷ３＝ＰＷＬ、ＰＷ２＝ＰＷＨ）とすると、ＰＷ２が最も低い準位となり、信号電子がＰＷ２に蓄積される。
次に、図２０（ｂ）に示すように、ＰＷ１＝ＰＷＬ、ＰＷ２，ＰＷ３＝ＰＷＨとすると、ＰＷ２とＰＷ３が同準位となり、信号電荷がＰＷ３にも広がる。
次に、図２０（ｃ）に示すように、ＰＷ１，ＰＷ２＝ＰＷＬ、ＰＷ３＝ＰＷＨとすると、ＰＷ３が最も低い準位となり、信号電荷がＰＷ３に転送される。
次に、図２０（ｄ）に示すように、ＰＷ２＝ＰＷＬ、ＰＷ１，ＰＷ３＝ＰＷＨとすると、ＰＷ３とＴ１方向側に隣接するセルのＰＷ１が同準位となり、信号電荷がＴ１方向側に隣接するセルのＰＷ１にも広がる。
次に、図２０（ｅ）に示すように、ＰＷ２，ＰＷ３＝ＰＷＬ、ＰＷ１＝ＰＷＨとすると、ＰＷ１が最も低い準位となり、信号電荷がＰＷ１に転送される。
以上のステップを繰り返すことにより、信号電荷を一方向（Ｔ１方向）に転送することができる。
【００１７】
上記の３相駆動型ＣＣＤにおいては、ゲート電極に印加する電圧パルスのクロック制御を変えることにより、信号電荷の転送方向を一方向（Ｔ１方向）と反対の方向（Ｔ２方向）に転送することができる。この反対方向への信号電荷の転送方法について説明する。
図２１は、上記のＣＣＤのポテンシャル図である。
まず図２１（ａ）に示すように、（ＰＷ１，ＰＷ３＝ＰＷＬ、ＰＷ２＝ＰＷＨ）とすると、ＰＷ２が最も低い準位となり、信号電子がＰＷ２に蓄積される。
次に、図２１（ｂ）に示すように、ＰＷ３＝ＰＷＬ、ＰＷ１，ＰＷ２＝ＰＷＨとすると、ＰＷ１とＰＷ２が同準位となり、信号電荷がＰＷ１にも広がる。
次に、図２１（ｃ）に示すように、ＰＷ２，ＰＷ３＝ＰＷＬ、ＰＷ１＝ＰＷＨとすると、ＰＷ１が最も低い準位となり、信号電荷がＰＷ１に転送される。
次に、図２１（ｄ）に示すように、ＰＷ２＝ＰＷＬ、ＰＷ１，ＰＷ３＝ＰＷＨとすると、ＰＷ１とＴ２方向側に隣接するセルのＰＷ３が同準位となり、信号電荷がＴ２方向側に隣接するセルのＰＷ３にも広がる。
次に、図２１（ｅ）に示すように、ＰＷ１，ＰＷ２＝ＰＷＬ、ＰＷ３＝ＰＷＨとすると、ＰＷ３が最も低い準位となり、信号電荷がＰＷ３に転送される。
以上のステップを繰り返すことにより、信号電荷を一方向（Ｔ１方向）と反対の方向（Ｔ２方向）に転送することができる。
【００１８】
しかしながら、上記の一方向と、一方向と反対の方向に転送することが可能な３相駆動型ＣＣＤは、仮想ゲート構造を有していないので、チャネル形成領域となるシリコン層の表層部の結晶欠陥などに起因する暗電流レベルが高くなってしまうという問題を有している。
【００１９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、一方向と、一方向と反対の方向に転送することが可能であり、暗電流を抑制することができるＣＣＤなどの固体撮像装置を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、吸収する光の量に応じた信号電荷を生成する受光部と、第１導電型のチャネル形成領域中において、前記受光部において生成された信号電荷を転送する転送部とを有し、前記転送部は、一方向に少なくとも第１相、第２相および第３相がこの順に繰り返し並べられて形成されており、前記第１相においては、前記チャネル形成領域の上層に前記チャネル形成領域から絶縁されて第１ゲート電極が形成されており、前記第２相においては、前記チャネル形成領域の上層に前記第１ゲート電極および前記チャネル形成領域から絶縁されて第２ゲート電極が形成されており、前記第３相においては、前記チャネル形成領域の表層部に第２導電型の反転層が形成されており、前記第１ゲート電極および前記第２ゲート電極のそれぞれに所定のクロックで変動する電圧パルスを印加することにより、前記一方向あるいは前記一方向の反対方向から選択していずれかの方向に前記信号電荷を転送する。
【００２１】
上記の本発明の固体撮像装置は、好適には、前記受光部に被写体をさらし、前記被写体を撮像するときに、前記信号電荷の転送方向と同じ方向に、前記信号電荷の転送と同期して、前記被写体を動かしながら撮像する。
【００２２】
上記の本発明の固体撮像装置は、一方向に少なくとも第１相、第２相および第３相がこの順に繰り返し並べられた転送部において、第１相および第２相にはそれぞれ第１および第２ゲート電極が形成されているのに対し、第３相においてはゲート電極は形成されておらず、チャネル形成領域表層部に反転層が形成されており、仮想ゲート構造を有していることから、信号電荷転送における暗電流を抑制することができる。
さらに、第１ゲート電極および第２ゲート電極のそれぞれに所定のクロックで変動する電圧パルスを印加することにより、一方向あるいは一方向の反対方向から選択していずれかの方向に信号電荷を転送することが可能となっている。
本発明の固体撮像装置は、例えば被写体を撮像するときに信号電荷の転送方向と同じ方向に信号電荷の転送と同期して被写体を動かしながら撮像するＴＤＩセンサに適用することが可能である。
【００２３】
また、上記の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、吸収する光の量に応じた信号電荷を生成する受光部と、第１導電型のチャネル形成領域中において、前記受光部において生成された信号電荷を転送する転送部とを有し、前記転送部は、一方向に少なくとも第１相、第２相、第３相および第４相がこの順に繰り返し並べられて形成されており、前記第１相においては、前記チャネル形成領域の上層に前記チャネル形成領域から絶縁されて第１ゲート電極が形成されており、前記第２相においては、前記チャネル形成領域の上層に前記第１ゲート電極および前記チャネル形成領域から絶縁されて第２ゲート電極が形成されており、前記第３相においては、前記チャネル形成領域の上層に前記第１ゲート電極、前記第２ゲート電極および前記チャネル形成領域から絶縁されて第３ゲート電極が形成されており、前記第４相においては、前記チャネル形成領域の表層部に第２導電型の反転層が形成されている。
【００２４】
上記の本発明の固体撮像装置は、好適には、前記第１ゲート電極、前記第２ゲート電極および前記第３ゲート電極のそれぞれに所定のクロックで変動する電圧パルスを印加することにより、前記一方向あるいは前記一方向の反対方向から選択していずれかの方向に前記信号電荷を転送する。
【００２５】
上記の本発明の固体撮像装置は、好適には、前記第１相および前記第３相の面積が、それぞれ前記第４相よりも狭く形成されている。
さらに好適には、前記第１相および前記第３相の面積が、さらにそれぞれ前記第２相よりも狭く形成されている。
【００２６】
上記の本発明の固体撮像装置は、好適には、前記受光部に被写体をさらし、前記被写体を撮像するときに、前記信号電荷の転送方向と同じ方向に、前記信号電荷の転送と同期して、前記被写体を動かしながら撮像する。
【００２７】
上記の本発明の固体撮像装置は、一方向に少なくとも第１相、第２相、第３相および第４相がこの順に繰り返し並べられた転送部において、第１相、第２相および第３相にはそれぞれ第１、第２および第３ゲート電極がそれぞれ形成されているのに対し、第４相においてはゲート電極は形成されておらず、チャネル形成領域表層部に反転層が形成されており、仮想ゲート構造を有していることから、信号電荷転送における暗電流を抑制することができる。
さらに、第１、第２および第３ゲート電極のそれぞれに例えば所定のクロックで変動する電圧パルスを印加することなどにより、一方向あるいは一方向の反対方向から選択していずれかの方向に信号電荷を転送することが可能となっている。
また、仮想ゲート構造を有する２相駆動型の固体撮像装置よりも信号電荷のウェル容量を高めることが可能で、第１相および第３相の面積を第４相や第３相よりも狭く設定することにより、ウェル容量をさらに高めることができる。
本発明の固体撮像装置は、例えば被写体を撮像するときに信号電荷の転送方向と同じ方向に信号電荷の転送と同期して被写体を動かしながら撮像するＴＤＩセンサに適用することが可能である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２９】
第１実施形態
図１（ａ）は本実施形態に係る仮想ゲート構造を有する２相駆動型ＣＣＤ（Charge Coupled Device ）固体撮像装置の平面図である。
シリコン半導体基板上のチャネルストップ１４で分離された活性領域において、第１相１３ａ、第２相１３ｂ、第３相１３ｃからなるＣＣＤセルＣＣがこの順に繰り返し並べられて形成されている。第１相１３ａおよび第３相１３ｃにおいては、各領域に形成されたゲート電極それぞれに異なるタイミングを持ったクロックの電圧パルス（Ｐ１，Ｐ２）が印加される。第２相１３ｂは、ゲート電極を持たない仮想ゲート領域となる。
本実施形態に係るＣＣＤ固体撮像装置においては、上記のＣＣＤセルにおいて光電効果により信号電荷を生成するフレームトランスファー方式や、上記のＣＣＤセルに接続する受光セルを別途有しているインターライントランスファー方式などとすることができる。
上記のＣＣＤセルにおいて、第１相１３ａ、第２相１３ｂ、第３相１３ｃを１つのＣＣＤセルとして取り扱っているが、上記の３相の内２相にそれぞれゲート電極が形成されており、他の１相が仮想ゲート領域となっていればよい。
【００３０】
図１（ｂ）は図１（ａ）中のＸ−Ｘ’における断面図である。
単結晶シリコンからなるｐ型半導体基板３０のｐ型素子分離層で分離された領域に、ｎ型の導電性不純物を含有するシリコン層からなるチャネル形成領域３１が形成されており、その上層に例えば酸化シリコンのゲート絶縁膜４０が形成されている。
第１層１３ａにおいて、ゲート絶縁膜４０の上層に例えば酸化膜４２で被覆されたポリシリコンからなる第１ゲート電極４１が形成されており、第３相１３ｃとなる第１ゲート電極４１の隣接部に、ポリシリコンからなる第２ゲート電極４３が形成されている。さらに第１相１３ａおよび第３層１３ｃ領域には、第１ｎ型不純物高濃度領域３３が形成されており、第１ゲート電極４１の形成領域がＰＷ１（第１ポリウェル）部となり、第２ゲート電極４３の形成領域がＰＷ２（第２ポリウェル）部となる。
【００３１】
第１および第２ゲート電極（４１，４３）の間隙部である第２相１３ｂ領域において、チャネル形成領域３１中にはｐ型の導電性不純物を含有するｐ型反転層３５が形成され、その下層のチャネル形成領域３１中にはｎ型の導電性不純物の高濃度領域である第２ｎ型不純物高濃度領域３４が形成されており、仮想ゲート領域を構成し、ＶＷ（仮想ウェル）部となる。
第１および第２ゲート電極（４１，４３）と仮想ゲートとから、一つのＣＣＤセルＣＣが構成されており、この組み合わせであるＰＷ１、ＶＷ、ＰＷ２が繰り返されて形成されている。
【００３２】
上記の仮想ゲート構造の２相駆動型ＣＣＤ固体撮像装置の一方向（Ｔ１方向）への信号電荷の転送方法について説明する。
図２は、上記のＣＣＤのポテンシャル図である。
各セルの第１相１３ａ（ＰＷ１）および第３相１３ｃ（ＰＷ２）にはそれぞれ異なるクロックの電圧パルス（高（Ｈｉｇｈ）と低（Ｌｏｗ））が与えられ、これに対応してポテンシャルはそれぞれＰＷＬとＰＷＨの２準位をとる。
一方で、仮想ゲート領域である第２層１３ｂ（ＶＷ）においては、ｐ型反転層３５により隣接する第１および第２ゲート電極（４１、４３）の影響を受けず、一定電位となる。
信号電荷の転送は、まず図２（ａ）に示すように、ＰＷ１，ＰＷ２＝ＰＷＬとすると、ＶＷが最も低い準位となり、信号電子がＶＷに蓄積される。
次に、図２（ｂ）に示すように、ＰＷ１＝ＰＷＬ、ＰＷ２＝ＰＷＨとすると、ＰＷ２がＶＷよりも低い準位となり、信号電荷がＰＷ２に転送される。
次に、図２（ｃ）に示すように、ＰＷ１，ＰＷ２＝ＰＷＨとすると、ＰＷ１およびＰＷ２がＶＷよりも低い準位となり、信号電荷がＰＷ２からＴ１方向の隣接セルのＰＷ１にも広がる。
次に、図２（ｄ）に示すように、ＰＷ１＝ＰＷＨ、ＰＷ２＝ＰＷＬとすると、ＰＷ１のみがＶＷよりも低い準位となり、信号電荷がＰＷ１に転送される。
次に、図２（ｅ）に示すように、ＰＷ１，ＰＷ２＝ＰＷＬとすると、ＶＷが最も低い準位となり、信号電荷がＶＷに転送される。
以上のステップを繰り返すことにより、信号電荷を一方向（Ｔ１方向）に転送することができる。
【００３３】
本実施形態の仮想ゲート構造を有する２相駆動型ＣＣＤにおいては、ゲート電極に印加する電圧のクロック制御を変えることにより、信号電荷の転送方向を一方向（Ｔ１方向）と反対の方向（Ｔ２方向）に転送することができる。この反対方向への信号電荷の転送方法について説明する。
図３は、上記のＣＣＤのポテンシャル図である。
まず図３（ａ）に示すように、ＰＷ１，ＰＷ２＝ＰＷＬとすると、ＶＷが最も低い準位となり、信号電子がＶＷに蓄積される。
次に、図３（ｂ）に示すように、ＰＷ１＝ＰＷＨ、ＰＷ２＝ＰＷＬとすると、ＰＷ１がＶＷよりも低い準位となり、信号電荷がＰＷ１に転送される。
次に、図３（ｃ）に示すように、ＰＷ１，ＰＷ２＝ＰＷＨとすると、ＰＷ１およびＰＷ２がＶＷよりも低い準位となり、信号電荷がＰＷ１からＴ２方向の隣接セルのＰＷ２にも広がる。
次に、図３（ｄ）に示すように、ＰＷ１＝ＰＷＬ、ＰＷ２＝ＰＷＨとすると、ＰＷ２のみがＶＷよりも低い準位となり、信号電荷がＰＷ２に転送される。
次に、図３（ｅ）に示すように、ＰＷ１，ＰＷ２＝ＰＷＬとすると、ＶＷが最も低い準位となり、信号電荷がＶＷに転送される。
以上のステップを繰り返すことにより、信号電荷を一方向（Ｔ１方向）と反対の方向（Ｔ２方向）に転送することができる。
【００３４】
上記のＣＣＤ（固体撮像装置）は、仮想ゲート構造を有していることから、信号電荷転送における暗電流を抑制することができ、さらに、第１ゲート電極および第２ゲート電極のそれぞれに所定のクロックで変動する電圧パルスを印加することにより、一方向あるいは一方向の反対方向から選択していずれかの方向に信号電荷を転送することが可能となっている。
上記のＣＣＤセルにおいては、ＰＷ１，ＰＷ２およびＶＷとなる第１〜第３相の面積は、信号電荷のウェル容量を均等とするために、ほぼ等しく形成することが好ましい。
【００３５】
上記のＣＣＤの製造方法について、図面を参照して説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、単結晶シリコンからなるｐ型半導体基板３０上に、例えば熱酸化法あるいはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法などにより、例えば７００Åの膜厚の酸化シリコン層を形成し、ゲート絶縁膜４０を形成する。次に、例えばリンなどのｎ型の導電性不純物を全面にイオン注入して、ｎ型のチャネル形成領域３１を形成する。さらに、砒素などのｎ型の不純物をイオン注入して、ｎ型のチャネル形成領域３１中にｎ型の導電性不純物の高濃度領域である第１ｎ型不純物高濃度領域３３を形成する。
【００３６】
次に、不図示の領域においてホウ素などのｐ型の不純物をイオン注入し、ｐ型のチャネルストップなどを形成した後、図４（ｂ）に示すように、例えばＣＶＤ（化学的気相成長：Chemical Vapor Deposition ）法によりゲート絶縁膜２０の上層にポリシリコンを堆積させ、フォトリソグラフィー工程により第１ゲート電極パターンにレジスト膜（不図示）を形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング：Reactive Ion Etching）などのエッチング処理を施し、第１ゲート電極４１を形成し、例えば熱酸化法などにより第１ゲート電極４１の表面を酸化膜４２で被覆する。
【００３７】
次に、図５（ｃ）に示すように、例えばＣＶＤ法により第１ゲート電極４１を被覆してゲート絶縁膜２０の上層にポリシリコンを堆積させ、フォトリソグラフィー工程により第２ゲート電極パターンにレジスト膜（不図示）を形成し、ＲＩＥなどのエッチング処理を施し、第２ゲート電極４３を形成する。
【００３８】
次に、図５（ｄ）に示すように、第１および第２ゲート電極（４１、４３）をマスクとして例えばリンなどのｎ型の導電性不純物Ｄ１をイオン注入して、ｎ型の導電性不純物の高濃度領域である第２ｎ型不純物高濃度領域３４を形成する。次に、第１および第２ゲート電極（４１、４３）をマスクとして例えばホウ素などのｐ型の導電性不純物Ｄ２をイオン注入して、ｐ型反転層３５を形成する。
以上で図２に示す構造のＣＣＤ固体撮像装置を製造することができる。
【００３９】
（実施例）
本実施例は、上記の第１実施形態のＣＣＤを転送部に適用したコンフォーカル顕微鏡として機能することができるＴＤＩ（time delay integration）センサであり、その平面図を図６に示す。
フォトダイオード構造を有して光電変換し、生成した信号電荷を所定の方向（図面上矢印ＯＰV の方向）に垂直転送する受光面１０と、受光面１０からの信号電荷を垂直転送する垂直転送部１１と、垂直転送部１１からの信号電荷を水平転送する水平転送部２０と、得られた信号電荷を増幅するアンプ２１とを有する構成である。アンプ２１は不図示の信号処理回路へ接続されている。
本実施形態においては、垂直転送部１１が、受光面から転送された信号電荷を複数の領域毎に分割しており、当該領域の専有する幅を狭めながら所定の方向に垂直転送を行うように配置されており、各領域毎に分割された垂直転送部１１に水平転送部２０とアンプ２１をそれぞれ複数個設けている。
上記の受光面１０においては、単位画素となる受光セル１２が水平方向に２個、垂直方向に２個並べられた４個を１組として、所定の画素数毎に水平方向に離間して配置され、垂直方向には所定の行数（例えば１０行）離間した位置に１画素ずつずらして配置されている。
受光面１０上の受光セル１２を除く領域は垂直転送路１３により構成されており、受光面１０全体として、受光セル１２において生成した信号電荷を図面上矢印ＯＰV の方向に転送する。
【００４０】
上記のＣＣＤの受光セル１２および垂直転送路１３の一部を拡大した平面図を図７に示す。
受光セル１２は、チャネルストップ１４により分離された４個を１組として、垂直方向には所定の行数離間した位置に１画素ずつずらして配置されている。このように、転送方向下流の受光セル組をすぐ上流の受光セル組に対して受光セル１個分ずつずらす配置が繰り返される。
従って、図中の４つの受光セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は水平方向に対して同一の位置となり、それぞれが被写体の同一部分を撮像する。
【００４１】
垂直転送路１３は、第１相１３ａ、第２相１３ｂおよび第３相１３ｃの３相から１つの転送セルが形成されており、この転送セルが矢印ＯＰV と略同一の方向へ繰り返し並べられている。
垂直転送路１３には、さらに矢印ＯＰV の方向と異なる斜めの方向に延伸する斜伸垂直転送路１３’が形成されており、第１相１３ａ’、第２相１３ｂ’および第３相１３ｃ’の３相から形成される転送セルが矢印ＯＰV に対して斜めに繰り返し並べられている。
【００４２】
上記のＴＤＩセンサとしての動作について説明する。
例えば、被写体をステージに乗せ、所定の方向に一定の速度で動かすとともに、受光面においては、ステージの移動速度に同期して信号電荷の転送を行う。
すなわち、被写体が受光面１０を横切って移動するとき、受光セルＣ１で被写体に対する信号電荷が生成し、得られた信号電荷は受光セルＣ１の矢印ＯＰV の方向と直交する一方向側から垂直転送路１３に転送され、この垂直転送路１３より矢印ＯＰV の方向に垂直転送される。
次に、被写体が、受光セルＣ１と同じ組であり、受光セルＣ１に対して垂直方向に隣接する受光セルＣ２まで移動すると、受光セルＣ２において被写体に対する信号電荷が生成し、得られた信号電荷は受光セルＣ２の矢印ＯＰV の方向と直交する一方向側から垂直転送路１３に転送され、被写体の移動と同期して上記の受光セルＣ１から転送されてきた信号電荷と加算される。
次に、信号電荷は斜伸垂直転送路１３’によって矢印ＯＰV に対して斜めに角度を有する方向に転送され、再び矢印ＯＰV の方向に延伸する垂直転送路１３により転送される。
次に、受光セルＣ１，Ｃ２の受光セル組に対して転送方向にすぐ下流に形成された受光セル組の受光セルＣ３およびＣ４においてそれぞれ被写体に対する信号電荷が生成し、得られた信号電荷は受光セルＣ３，Ｃ４の矢印ＯＰV の方向と直交する他方向側から垂直転送路１３に転送され、被写体の移動と同期して上記の受光セルＣ１，Ｃ２から転送されてきた信号電荷と加算される。
上記の動作が垂直転送部１１に到達するまで繰り返され、得られた信号電荷は複数の領域に分割された垂直転送部１１によりさらに垂直転送される。水平転送部２０に達した信号電荷は、分割された各領域毎に次の垂直転送までの間に水平方向に転送され、アンプ２１を介して画像信号として取り出される。
以上の動作を繰り返すことにより、連続画像を撮像することができる。
【００４３】
図８（ａ）は、図７中の領域Ｂの拡大図である。
チャネルストップ１４により分離された受光セル１２に対して、第１相１３ａ、第２相１３ｂおよび第３相１３ｃの３相から１つのＣＣＤ転送セルが形成されている垂直転送路１３が接続して形成されている。
ここで、受光セル１２と第２相１３ｂが幅Ｌをもって接続している。
【００４４】
図８（ｂ）は図８（ａ）中のＸ−Ｘ’における断面図であり、図８（ｃ）は図８（ａ）中のＹ−Ｙ’における断面図である。
単結晶シリコンからなるｐ型半導体基板３０のｐ型素子分離層３２で分離された領域に、ｎ型の導電性不純物を含有するシリコンからなるｎ型半導体層３１が形成されており、その上層に例えば酸化シリコンのゲート絶縁膜４０が形成されている。
ゲート絶縁膜４０の上層には、平面図における第１相１３ａ領域において、例えばポリシリコンからなる第１ゲート電極４１が形成されており、第１ゲート電極を被覆して酸化膜４２が形成されている。また、平面図における第３相１３ｃ領域において、第２ゲート電極４３が形成されている。
第１ゲート電極４１および第２ゲート電極４３の下層のｎ型半導体層３１中にはｎ型の導電性不純物の高濃度領域である第１ｎ型不純物高濃度領域３３が形成されている。第１ゲート電極４１が形成されている領域、すなわち第１相１３ａがＰＷ１（第１ポリウェル）部となり、第３ゲート電極４３が形成されている領域、すなわち第３相１３ｃがＰＷ２（第２ポリウェル）部となる。
第１および第２ゲート電極４１，４３の間隙部である第２相１３ｂ領域において、ｎ型半導体層中３１にはｐ型の導電性不純物を含有するｐ型第１反転層３５が形成されており、また、受光セル１２領域において、ｐ型第１反転層３５よりもｐ型の導電性不純物を高濃度に含有するｐ型第２反転層３６が形成されている。
さらに、ｐ型第１反転層３５およびｐ型第２反転層３６の下層の半導体層３１中にはｎ型の導電性不純物の高濃度領域である第２ｎ型不純物高濃度領域３４が形成されており、仮想ゲート領域を構成する。ｐ型第１反転層３５が形成されている領域、すなわち第２相１３ｂがＶＷ（仮想ウェル）部となり、ｐ型第２反転層３６が形成されている領域、すなわち受光セル１２領域がＶＢ（仮想バリア）部となる。
【００４５】
上記の構成において、受光セル１２領域と近接する領域に、不図示のドレイン電極が設けられている。ドレイン電極は、ブルーミング抑制と待機時間中に生成する暗電流をクリアする機能を有する。
【００４６】
上記の第１相１３ａ、第２相１３ｂおよび第３相１３ｃから構成される転送セルにおいては、第１相１３ａの上層に形成された第１ゲート電極４１に所定のクロックの電圧パルスＰ１を印加し、一方第３相１３ｃの上層に形成された第２ゲート電極４３に電圧パルスＰ１と異なるクロックの電圧パルスＰ２を印加する。第２相１３ｂおよび受光セル１２領域上にはゲート電極は形成されていなく、一定の電圧が印加されたゲートが形成されているとみなせる仮想ゲート構造となる。
【００４７】
上記のＣＣＤにおけるＰＷ１、ＶＷ、ＰＷ２、およびＶＢの各部のポテンシャルおよび信号電荷の一方向への転送方法について説明する。
図９は、上記のＣＣＤのポテンシャル図である。ここで、一方向に連続するポテンシャルであるＰＷ１、ＶＷ、ＰＷ２の各部は実線で示し、ＶＷに接続して形成されているＶＢ（受光セル）のポテンシャルを波線で示している。
各セルの第１ゲート電極４１と第２ゲート電極４３はそれぞれ異なるクロックの電圧パルス（高（Ｈｉｇｈ）と低（Ｌｏｗ））が与えられ、これに対応してＰＷ１とＰＷ２はそれぞれＰＷＬとＰＷＨの２準位をとる。
一方で、仮想ゲート領域においては、ｐ型第１反転層３５およびｐ型第２反転層３６により隣接するゲート電極の影響を受けず、一定電位となる。
信号電荷の転送は、まず図９（ａ）に示すように、ＰＷ１，ＰＷ２＝ＰＷＬとすると、ＶＷが最も低い準位となり、ＶＢ（受光セル）で生成した信号電子がＶＷに転送される。
次に、図９（ｂ）に示すように、ＰＷ１＝ＰＷＬ、ＰＷ２＝ＰＷＨとすると、ＶＷから最低準位となるＰＷ２に信号電荷が転送される。
次に、図９（ｃ）に示すように、ＰＷ１，ＰＷ２＝ＰＷＨとすると、隣接する転送セルのＰＷ１がＰＷ２と同じ最低準位となり、信号電荷が隣接する転送セルのＰＷ１にも転送される。
次に、図９（ｄ）に示すように、ＰＷ１＝ＰＷＨ、ＰＷ２＝ＰＷＬとすると、ＰＷ２から最低準位となる隣接する転送セルのＰＷ１に信号電荷が転送される。この時点で信号電荷は全て隣接する転送セルに転送されており、以降は隣接する転送セル内での転送となる。
次に、図９（ｅ）に示すように、ＰＷ１，ＰＷ２＝ＰＷＬとすると、ＰＷ１から最低準位となるＶＷに信号電荷が転送される。
以上のステップを繰り返すことにより、１つの転送セルから隣接する転送セルへと信号電荷が転送される。また、上記の各時点で受光セルにおいて新たに生成する信号電荷は直ちにＶＷに転送され、ＶＷよりも低いポテンシャルがある場合には速やかにより低い準位へと転送され、先に転送されている信号電荷と加算される。
上記の転送方法は、受光セルと垂直転送部の配置からはインターライントランスファー方式のようであるが、実際の電荷転送動作はフレームトランスファー方式と同様に動作できる。ＰＷ１、ＶＷ、ＰＷ２、およびＶＢの各部のポテンシャルの設計は、従来より知られている仮想ゲート構造のＣＣＤと同様とすることができる。
【００４８】
本実施例のＴＤＩセンサにおいては、第１および第２ゲート電極に印加する電圧のクロック制御を上記と入れ替える変えることにより、信号電荷の転送方向を上記の一方向に対して反対の方向に転送することができる。
【００４９】
本実施例のＴＤＩセンサによれば、第１ゲート電極および第２ゲート電極のそれぞれに所定のクロックで変動する電圧パルスを印加することにより、一方向あるいは一方向の反対方向から選択していずれかの方向に信号電荷を転送することが可能となっている。
さらに、仮想ゲート構造を有していることから、信号電荷転送における暗電流を抑制することができる。ＴＤＩセンサとしては、特に信号電荷を転送する際に被写体と同期させる必要があるため、転送部において一時的に保持する時間が発生するので、転送部の内の仮想ゲート領域（第２相）において信号電荷を保持するタイミング設定にすることによりノイズ成分である暗電流を抑制する効果が大きい。
また、ＴＤＩセンサとしては、受光面における受光セルの部分以外は全て転送部となるため、この領域の配線は制約が少ない。従って、受光セルおよび転送部を微細化した場合にも、従来のインターライン方式などに比べて各ゲート電極へのコンタクトを比較的容易にとることができ、微細化に適している。
【００５０】
第２実施形態
図１０（ａ）は本実施形態に係る仮想ゲート構造を有する３相駆動型ＣＣＤ固体撮像装置の平面図である。
シリコン半導体基板上のチャネルストップ１４で分離された活性領域において、第１相１３ａ、第２相１３ｂ、第３相１３ｃおよび第４相１３ｄからなるＣＣＤセルＣＣがこの順に繰り返し並べられて形成されている。第１相１３ａ、第２層１３ｂおよび第３相１３ｃにおいては、各領域に形成されたゲート電極それぞれに異なるタイミングを持ったクロックの電圧パルス（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）が印加される。第４相１３ｄは、ゲート電極を持たない仮想ゲート領域となる。
本実施形態に係るＣＣＤ固体撮像装置においては、上記のＣＣＤセルにおいて光電効果により信号電荷を生成するフレームトランスファー方式や、上記のＣＣＤセルに接続する受光セルを別途有しているインターライントランスファー方式などとすることができ、さらには上記の実施例と同様に、受光セルを所定の画素数毎に離間して配置し、その間隙部に上記のＣＣＤセルからなる転送部を敷きつめるＴＤＩセンサとすることができる。
上記のＣＣＤセルにおいて、第１相１３ａ、第２相１３ｂ、第３相１３ｃおよび第４相１３ｄを１つのＣＣＤセルとして取り扱っているが、上記の４相の内３相にそれぞれゲート電極が形成されており、他の１相が仮想ゲート領域となっていればよい。
【００５１】
図１０（ｂ）は図１０（ａ）中のＸ−Ｘ’における断面図である。
単結晶シリコンからなるｐ型半導体基板３０のｐ型素子分離層で分離された領域に、ｎ型の導電性不純物を含有するシリコン層からなるチャネル形成領域３１が形成されており、その上層に例えば酸化シリコンのゲート絶縁膜４０が形成されている。
第１層１３ａおよび第３相１３ｃにおいて、ゲート絶縁膜４０の上層に例えば酸化膜４２で被覆されたポリシリコンからなる第１ゲート電極４１ａおよび第３ゲート電極４１ｂがそれぞれ形成されており、第２相１３ｂとなる第１ゲート電極４１ａおよび第３ゲート電極４１ｂの間隙部に、ポリシリコンからなる第２ゲート電極４３が形成されている。さらに第１相１３ａ、第２層１３ｂおよび第３層１３ｃ領域には、第１ｎ型不純物高濃度領域３３が形成されており、第１ゲート電極４１ａの形成領域がＰＷ１（第１ポリウェル）部となり、第２ゲート電極４３の形成領域がＰＷ２（第２ポリウェル）部となり、第３ゲート電極４１ｂの形成領域がＰＷ３（第３ポリウェル）部となる。
【００５２】
第１、第２および第３ゲート電極（４１ａ，４３，４１ｂ）を除く領域である第４相１３ｄ領域において、チャネル形成領域３１中にはｐ型の導電性不純物を含有するｐ型反転層３５が形成され、その下層のチャネル形成領域３１中にはｎ型の導電性不純物の高濃度領域である第２ｎ型不純物高濃度領域３４が形成されており、仮想ゲート領域を構成し、ＶＷ（仮想ウェル）部となる。
第１、第２および第３ゲート電極（４１ａ，４３，４１ｂ）と仮想ゲートとから、一つのＣＣＤセルＣＣが構成されており、この組み合わせであるＰＷ１、ＰＷ２、ＰＷ３およびＶＷが繰り返されて形成されている。
ここで、ＰＷ１およびＰＷ３の面積は、例えばＰＷ２およびＶＷに対して狭くなるように設定される。
【００５３】
上記の仮想ゲート構造の３相駆動型ＣＣＤ固体撮像装置の一方向（Ｔ１方向）への信号電荷の転送方法について説明する。
【００５４】
図１１は、各セルの第１相１３ａ（ＰＷ１）、第２相１３ｂ（ＰＷ２）および第３相１３ｃ（ＰＷ３）にそれぞれ印加する電圧パルスのクロック（タイミングチャート）であり、図１２は、上記のＣＣＤのポテンシャル図である。
図１１に示すタイミングチャートに従って、各セルの第１相１３ａ（ＰＷ１）、第２相１３ｂ（ＰＷ２）および第３相１３ｃ（ＰＷ３）にはそれぞれ異なるクロックの電圧パルス（高（Ｈｉｇｈ）と低（Ｌｏｗ））が与えられ、これに対応してポテンシャルはそれぞれＰＷＬとＰＷＨの２準位をとる。
一方で、仮想ゲート領域である第４層１３ｂ（ＶＷ）においては、ｐ型反転層３５により隣接する第１および第３ゲート電極（４１ａ、４１ｂ）の影響を受けず、一定電位となる。
信号電荷の転送は、まず図１２（ａ）に示すように、図１１の時刻ｔ0 において、ＰＷ１，ＰＷ２，ＰＷ３＝ＰＷＬとすると、ＶＷが最も低い準位となり、信号電子がＶＷに蓄積される。
次に、図１２（ｂ）に示すように、図１１の時刻ｔ1 において、ＰＷ１，ＰＷ３＝ＰＷＬ、ＰＷ２＝ＰＷＨとする。この時点では電荷の転送は行われない。時刻ｔ2 は時刻ｔ1 に限りなく近づけて、実質的に同時とすることもできるが、電荷転送のロスを避けるためにわずかに時刻ｔ2 を遅らせることが好ましい。
次に、図１２（ｃ）に示すように、図１１の時刻ｔ2 において、ＰＷ１，ＰＷ２＝ＰＷＨ、ＰＷ３＝ＰＷＬとすると、ＰＷ１およびＰＷ２がＶＷよりも低い準位となり、信号電荷がＰＷ１およびＰＷ２に転送される。
次に、図１２（ｄ）に示すように、図１１の時刻ｔ3 において、ＰＷ１，ＰＷ２，ＰＷ３＝ＰＷＨとすると、ＰＷ１からＰＷ３までがＶＷよりも低い同じ準位となり、信号電荷がＰＷ１からＰＷ３まで広がる。
次に、図１２（ｅ）に示すように、図１１の時刻ｔ4 において、ＰＷ１＝ＰＷＬ、ＰＷ２，ＰＷ３＝ＰＷＨとすると、ＰＷ１がＶＷよりも高い準位となり、信号電荷がＰＷ２およびＰＷ３に転送される。
次に、図１２（ｆ）に示すように、図１１の時刻ｔ5 において、ＰＷ１，ＰＷ２，ＰＷ３＝ＰＷＬとすると、ＶＷが最も低い準位となり、信号電荷がＰＷ３に対してＴ１方向に隣接するＶＷに転送される。
以上のステップを繰り返すことにより、信号電荷を一方向（Ｔ１方向）に転送することができる。
【００５５】
上記においては、ＰＷ１およびＰＷ３は、ＰＷＬ準位にあるときに信号電荷を転送するときに逆流を防止するバリアとしても機能しており、ＰＷＨ準位にある場合にはウェルとして機能している。
従ってＰＷ１およびＰＷ３の面積を、ＰＷ２およびＶＷに対して狭くなるように設定することで、信号電荷のウェル容量を増大させることができる。
【００５６】
本実施形態の仮想ゲート構造を有する３相駆動型ＣＣＤにおいては、ゲート電極に印加する電圧のクロック制御を変えることにより、信号電荷の転送方向を一方向（Ｔ１方向）と反対の方向（Ｔ２方向）に転送することができる。この反対方向への信号電荷の転送方法について説明する。
図１３は、上記のＣＣＤのポテンシャル図である。
信号電荷の転送は、まず図１３（ａ）に示すように、ＰＷ１，ＰＷ２，ＰＷ３＝ＰＷＬとすると、ＶＷが最も低い準位となり、信号電子がＶＷに蓄積される。
次に、図１３（ｂ）に示すように、ＰＷ１，ＰＷ３＝ＰＷＬ、ＰＷ２＝ＰＷＨとする。この時点では電荷の転送は行われない。
次に、図１３（ｃ）に示すように、ＰＷ１＝ＰＷＬ、ＰＷ２，ＰＷ３＝ＰＷＨとすると、ＰＷ１およびＰＷ２がＶＷよりも低い準位となり、信号電荷がＰＷ１およびＰＷ２に転送される。
次に、図１３（ｄ）に示すように、ＰＷ１，ＰＷ２，ＰＷ３＝ＰＷＨとすると、ＰＷ１からＰＷ３までがＶＷよりも低い同じ準位となり、信号電荷がＰＷ１からＰＷ３まで広がる。
次に、図１３（ｅ）に示すように、ＰＷ１，ＰＷ２＝ＰＷＨ、ＰＷ３＝ＰＷＬとすると、ＰＷ３がＶＷよりも高い準位となり、信号電荷がＰＷ１およびＰＷ２に転送される。
次に、図１３（ｆ）に示すように、ＰＷ１，ＰＷ２，ＰＷ３＝ＰＷＬとすると、ＶＷが最も低い準位となり、信号電荷がＰＷ１に対してＴ２方向に隣接するＶＷに転送される。
以上のステップを繰り返すことにより、信号電荷を一方向（Ｔ１方向）に対して反対の方向（Ｔ２方向）に転送することができる。上記の電圧パルスのタイミングチャートは図１１に示す一方向（Ｔ１方向）への転送の場合と同様に行うことができる。
【００５７】
図１４（ａ）は、第１実施形態に係るＣＣＤセルの平面図であり、図１４（ｂ）は、第２実施形態に係るＣＣＤセルの平面図である。
第１実施形態のＣＣＤセルにおいては、ＰＷ１，ＰＷ２およびＶＷとなる第１〜第３相の面積は、信号電荷のウェル容量を均等とするために、ほぼ等しく形成することが好ましく、例えばＣＣＤセルの全長を１としたときにはＰＷ１，ＰＷ２およびＶＷの面積は例えばそれぞれ１／３に設定される。
一方で、第２実施形態のＣＣＤセルにおいては、ＶＷの面積を第１実施形態と同じ１／３とり、ＰＷ１，ＰＷ２およびＰＷ３の各領域のそれぞれの面積を均等に分割した場合、ＰＷ１，ＰＷ２およびＰＷ３はそれぞれ２／９ずつとなる。
ここで、図１２あるいは図１３に示すポテンシャルから、ＰＷ２がウェルとして寄与する場合には、ＰＷ１およびＰＷ３のいずれかが必ずＰＷ２と同じ準位のウェルとして寄与しているので、ウェル容量に寄与する面積はそれぞれ４／９となる。従って、第２実施形態のＣＣＤセルのレイアウトによれば、第１実施形態のＣＣＤに対してウェル容量を約１．３３倍に増大させることができる。
【００５８】
上記のＣＣＤセルのレイアウトにおいて、実際には各相がウェルとして機能する場合には、各相のフリンジエリア（外周近傍領域）はウェルとして寄与しない領域となっており、このために第２実施形態のＣＣＤセルレイアウトは第１実施形態のＣＣＤに対して約１．３３倍以上のウェル容量を確保することが可能となっている。
さらに、上記においては第２実施形態のＰＷ１，ＰＷ２およびＰＷ３の各領域のそれぞれの面積を均等に分割しているが、ＰＷ１およびＰＷ３はバリアとしても機能する領域でもあり、ＰＷ１およびＰＷ３の面積をＰＷ２やＶＷ領域よりも狭く設定することで、さらにウェル容量を増大させることができる。
【００５９】
上記のＣＣＤ（固体撮像装置）は、仮想ゲート構造を有していることから、信号電荷転送における暗電流を抑制することができ、さらに、第１ゲート電極、第２ゲート電極および第３ゲート電極のそれぞれに所定のクロックで変動する電圧パルスを印加することにより、一方向あるいは一方向の反対方向から選択していずれかの方向に信号電荷を転送することが可能となっている。
【００６０】
上記のＣＣＤの製造方法について、図面を参照して説明する。
まず、図１５（ａ）に示すように、単結晶シリコンからなるｐ型半導体基板３０上に、例えば熱酸化法あるいはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法などにより、例えば７００Åの膜厚の酸化シリコン層を形成し、ゲート絶縁膜４０を形成する。次に、例えばリンなどのｎ型の導電性不純物を全面にイオン注入して、ｎ型のチャネル形成領域３１を形成する。さらに、砒素などのｎ型の不純物をイオン注入して、ｎ型のチャネル形成領域３１中にｎ型の導電性不純物の高濃度領域である第１ｎ型不純物高濃度領域３３を形成する。
【００６１】
次に、不図示の領域においてホウ素などのｐ型の不純物をイオン注入し、ｐ型のチャネルストップなどを形成した後、図１５（ｂ）に示すように、例えばＣＶＤ（化学的気相成長：Chemical Vapor Deposition ）法によりゲート絶縁膜２０の上層にポリシリコンを堆積させ、フォトリソグラフィー工程により第１ゲート電極および第３ゲート電極のパターンにレジスト膜（不図示）を形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング：Reactive Ion Etching）などのエッチング処理を施し、第１ゲート電極４１ａおよび第３ゲート電極４１ｂを形成し、例えば熱酸化法などにより第１ゲート電極４１ａおよび第３ゲート電極４１ｂの表面を酸化膜４２で被覆する。
【００６２】
次に、図１６（ｃ）に示すように、例えばＣＶＤ法により第１ゲート電極４１ａおよび第３ゲート電極４１ｂを被覆してゲート絶縁膜２０の上層にポリシリコンを堆積させ、フォトリソグラフィー工程により第２ゲート電極パターンにレジスト膜（不図示）を形成し、ＲＩＥなどのエッチング処理を施し、第２ゲート電極４３を形成する。
このとき、第１ゲート電極４１ａおよび第３ゲート電極４１ｂの間隙部が第２ゲート電極の形成領域となるので、第１ゲート電極４１ａおよび第３ゲート電極４１ｂに対して第２ゲート電極４３を自己整合的に形成することができる。
【００６３】
次に、図１６（ｄ）に示すように、第１、第２および第３ゲート電極（４１ａ，４３，４１ｂ）をマスクとして例えばリンなどのｎ型の導電性不純物Ｄ１をイオン注入して、ｎ型の導電性不純物の高濃度領域である第２ｎ型不純物高濃度領域３４を形成する。次に、第１、第２および第３ゲート電極（４１ａ，４３，４１ｂ）をマスクとして例えばホウ素などのｐ型の導電性不純物Ｄ２をイオン注入して、ｐ型反転層３５を形成する。
以上で図１０に示す構造のＣＣＤ固体撮像装置を製造することができる。
【００６４】
本発明は、上記の実施形態に限定されない。
例えば、各ゲート電極に印加する電圧パルスパターンは実施形態において説明した以外のパターンを採用することができる。
ＣＣＤセルの幅や長さの差は設計に応じて変更することができる。
また、ＴＤＩセンサに適用した場合には、受光セル組の一組を構成する受光セルの個数や、垂直転送部に対する配置は適宜変更することができる。
さらに、垂直転送部を構成する転送セルの相数などの必要に応じて変更することが可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明の固体撮像装置によれば、３あるいは４相を１セルとするＣＣＤセルにおいて、１つの相においてはゲート電極は形成されておらず、チャネル形成領域表層部に反転層が形成されており、一方で他の相にはゲート電極が形成されており、即ち仮想ゲート構造を有していることから、信号電荷転送における暗電流を抑制することができる。
さらに、各ゲート電極のそれぞれに例えば所定のクロックで変動する電圧パルスを印加することなどにより、一方向あるいは一方向の反対方向から選択していずれかの方向に信号電荷を転送することが可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は第１実施形態に係るＣＣＤの平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＸ−Ｘ’における断面図である。
【図２】図２は第１実施形態に係るＣＣＤの一方向への信号電荷の転送を説明するためのポテンシャル図である。
【図３】図３は第１実施形態に係るＣＣＤの一方向に対して反対の方向への信号電荷の転送を説明するためのポテンシャル図である。
【図４】図４は第１実施形態に係るＣＣＤの製造工程を示す断面図であり、（ａ）は第１ｎ型不純物高濃度領域を形成する工程まで、（ｂ）は第１ゲート電極を形成する工程までを示す。
【図５】図５は図４の続きの工程を示す断面図であり、（ｃ）は第２ゲート電極を形成する工程まで、（ｄ）は反転層を形成する工程までを示す。
【図６】図６は実施例に係るＴＤＩセンサの平面図である。
【図７】図７は実施例に係るＴＤＩセンサの受光セルおよび垂直転送路の一部を拡大した平面図である。
【図８】図８（ａ）は図７中の領域Ｂの拡大平面図、（ｂ）は（ａ）中のＸ−Ｘ’における断面図、（ｃ）は（ａ）中のＹ−Ｙ’における断面図である。
【図９】図９は実施例に係るＴＤＩセンサの一方向への信号電荷の転送を説明するためのポテンシャル図である。
【図１０】図１０（ａ）は第２実施形態に係るＣＣＤの平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＸ−Ｘ’における断面図である。
【図１１】図１１は第２実施形態に係るＣＣＤの各ゲート電に印加する電圧パルスのタイミングチャートである。
【図１２】図１２は第２実施形態に係るＣＣＤの一方向への信号電荷の転送を説明するためのポテンシャル図である。
【図１３】図１３は第２実施形態に係るＣＣＤの一方向に対して反対の方向への信号電荷の転送を説明するためのポテンシャル図である。
【図１４】図１４（ａ）は、第１実施形態に係るＣＣＤセルの平面図であり、図１４（ｂ）は、第２実施形態に係るＣＣＤセルの平面図である。
【図１５】図１５は第２実施形態に係るＣＣＤの製造工程を示す断面図であり、（ａ）は第１ｎ型不純物高濃度領域を形成する工程まで、（ｂ）は第１および第３ゲート電極を形成する工程までを示す。
【図１６】図１６は図１５の続きの工程を示す断面図であり、（ｃ）は第２ゲート電極を形成する工程まで、（ｄ）は反転層を形成する工程までを示す。
【図１７】図１７（ａ）は第１従来例に係るＣＣＤの断面図、（ｂ）および（ｃ）は信号電荷の転送を説明するためのポテンシャル図である。
【図１８】図１８（ａ）は第２従来例に係るＴＤＩセンサの平面図、（ｂ）は動作を説明するための模式図である。
【図１９】図１９（ａ）は第３従来例に係るＣＣＤの平面図、（ｂ）は（ａ）中のＸ−Ｘ’における断面図である。
【図２０】図２０は第３従来例に係るＣＣＤの一方向への信号電荷の転送を説明するためのポテンシャル図である。
【図２１】図２１は第３従来例に係るＣＣＤの一方向に対して反対の方向への信号電荷の転送を説明するためのポテンシャル図である。
【符号の説明】
１０…受光面、１１…垂直転送部、１２…受光セル、１３…垂直転送部、１３’…斜伸垂直転送部、１３ａ…第１相、１３ｂ…第２相、１３ｃ…第３相、１３ｄ…第４相、１４…チャネルストップ、２０…水平転送部、２１…アンプ、３０…ｐ型半導体基板、３１…ｎ型チャネル形成領域、３２…ｐ型素子分離層、３３…第１ｎ型不純物高濃度領域、３４…第２ｎ型不純物高濃度領域、３５…ｐ型（第１）反転層、３６…ｐ型第２反転層、４０…ゲート絶縁膜、４１…ゲート電極、４１ａ…第１ゲート電極、４１ｂ…第３ゲート電極、４２…酸化膜、４３…第２ゲート電極、Ａ…被写体、Ｃ１〜Ｃ４…受光セル、ＰＷ，ＰＷ１〜ＰＷ３…ポリウェル部、ＰＢ…ポリバリア部、ＶＷ…仮想ウェル部、ＶＢ…仮想バリア部、ＣＣ…ＣＣＤセル、Ｄ１，Ｄ２…導電性不純物。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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