(57)【要約】【課題】  転送路のポテンシャル電位にポテンシャルポケットが生じない構造にする。【解決手段】  半導体基板表面部１に複数の第１層転送電極膜３３ａ，３３ｂ，…が離間して形成され、各第１層転送電極膜３３ａ，３３ｂ，…の間に、端部５，６が、隣接する第１層転送電極膜３３ａ，３３ｂの端部に重なる第２層転送電極膜３４ａ，…が形成されるＣＣＤ型固体撮像素子において、第２層転送電極膜３４ａ，…と半導体基板表面部１との間に、第２層転送電極膜３４ａ，…を平板状に保つ絶縁層３２ａを設ける。これにより、第２層転送電極膜３４ａの半導体基板表面部１との層間膜厚が均一化され、ポテンシャルポケットの形成が回避される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板表面に複数の第１層転送電極膜が離間して形成され、各第１層転送電極膜の間に、端部が隣接する第１層転送電極膜の端部に重なる第２層転送電極膜が形成されるＣＣＤ型固体撮像素子において、前記第２層転送電極膜と前記半導体基板表面との間に、該第２層転送電極膜を平板状に保つ絶縁層を設けたことを特徴とするＣＣＤ型固体撮像素子。
【請求項２】
前記絶縁層が高誘電膜であることを特徴とする請求項１に記載のＣＣＤ型固体撮像素子。
【請求項３】
前記第２層転送電極膜をストレージ電極とし、該ストレージ電極の下の前記半導体基板表面に設けるバリア部の形成を省略したことを特徴とする請求項２に記載のＣＣＤ型固体撮像素子。
【請求項４】
前記第１層転送電極膜と前記第２層転送電極膜とを備える転送路が水平転送路であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＣＣＤ型固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＣＣＤ（電荷結合素子）型固体撮像素子に係り、特に、電荷転送を容易に行うことが可能な転送電極構造を備えるＣＣＤ型固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ型固体撮像素子は、受光素子から読み出された受光電荷を受け取り第１方向に転送する垂直転送路（ＶＣＣＤ）と、この垂直転送路によって転送されてきた前記受光電荷を受け取り固体撮像素子から出力する第２方向に転送する水平転送路（ＨＣＣＤ）とを有する。
【０００３】
各転送路は、下記特許文献１に記載されている様に、離間して配置された複数の第１層転送電極膜と、第１層転送電極膜間に配置される第２層転送電極膜とを備える。この従来の転送電極膜構造を、図５に示す。
【０００４】
図５において、シリコン基板表面部にＮ型埋め込みチャネル１が形成され、このチャネル１上の表面にシリコン酸化膜２が形成される。シリコン酸化膜２の上には、ポリシリコンで成る複数の第１層転送電極膜３ａ，３ｂ，…が相互に離間して積層され、第１層転送電極膜３ａ，３ｂ間には、ポリシリコンでなる第２層転送電極膜４ａ，…が積層される。
【０００５】
第２層転送電極膜４ａの両端部５，６は、夫々、隣接する第１層転送電極膜３ａ，３ｂの端部に酸化膜２を介して重ねて積層される。また、第２層転送電極膜４ａ，…の下のＮ型チャネル１の表面部７には、ボロン（Ｂ）が注入されている。
【０００６】
これにより、ボロン（Ｂ）が注入された範囲のＮ型チャネル１はＮ−となり、転送電極膜３ａ，４ａに高電位を印加し、転送電極膜３ｂ，４ｂ（図示せず）に低電位を印加すると、図５の下段に示す様に、階段状のポテンシャル電位が形成される。転送する電荷は、ポテンシャル電位に従い、この階段の上から下方向に移動することになる。
【０００７】
【特許文献１】特開平７―７４３３７号公報（図１（ｂ），図４（ｂ））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、第１層転送電極膜３ａ，３ｂの端部に、第２層転送電極膜４ａの端部が重ねて積層されるため、第２層転送電極膜４ａの端部とＮ型チャネル１との層間膜厚が、第２層転送電極膜４ａの中間部とＮ型チャネル１との層間膜厚より大きくなる。
【０００９】
この結果、第２層転送電極膜４ａへの電圧印加によって生じるポテンシャル電位レベルＬは、両端部ａ，ｂにおいて深く形成されてしまい、特に、端部ｂでのポテンシャルポケットは、転送電荷の取り残しや転送不良の原因になってしまうという問題が生じる。
【００１０】
ポテンシャルポケットは、駆動電圧が高ければこれを無くすことができるため、比較的に高電圧（８Ｖ）で駆動される垂直転送路ではポテンシャルポケットの影響を考慮する必要は小さい。しかし、水平転送路の場合には、駆動電圧が垂直転送路より低電圧（３．３Ｖ）なため、ポテンシャルポケットが生じない駆動電圧以下での駆動は困難である。
【００１１】
ＣＣＤ型固体撮像素子の場合、高速駆動する水平転送路は消費電力が大きい部分の１つであり、更なる低電圧駆動を実現して低消費電力化を図ることが望まれるが、上記のポテンシャルポケットの存在が低電圧駆動の障害になっている。
【００１２】
本発明の目的は、ポテンシャルポケットの発生を回避した転送電極構造を備えるＣＣＤ型固体撮像素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のＣＣＤ型固体撮像素子は、半導体基板表面に複数の第１層転送電極膜が離間して形成され、各第１層転送電極膜の間に、端部が隣接する第１層転送電極膜の端部に重なる第２層転送電極膜が形成されるＣＣＤ型固体撮像素子において、前記第２層転送電極膜と前記半導体基板表面との間に、該第２層転送電極膜を平板状に保つ絶縁層を設けたことを特徴とする。
【００１４】
本発明のＣＣＤ型固体撮像素子は、前記絶縁層が高誘電膜であることを特徴とする。
【００１５】
本発明のＣＣＤ型固体撮像素子は、前記第２層転送電極膜をストレージ電極とし、該ストレージ電極の下の前記半導体基板表面に設けるバリア部の形成を省略したことを特徴とする。
【００１６】
本発明のＣＣＤ型固体撮像素子は、前記第１層転送電極膜と前記第２層転送電極膜とを備える転送路が水平転送路であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、転送路のポテンシャル電位にポテンシャルポケットが生じないため、転送路を高効率で低電圧駆動することができ、低消費電力化を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子の表面模式図である。本実施形態の固体撮像素子２０は、半導体基板の表面２１に正方格子状に配列された多数のフォトダイオード２２を備える。水平方向に隣接するフォトダイオード２２間には第１方向（これを垂直方向とする）に延びる垂直転送路（ＶＣＣＤ）２３が設けられている。
【００２０】
半導体基板表面２１の下辺部には第２方向（これを水平方向とする）に延びる水平転送路（ＨＣＣＤ）２４が設けられると共にその出力段に出力アンプ２５が設けられており、各フォトダイオード２２の受光電荷は、垂直転送路２３に読み出されて該垂直転送路２３上を水平転送路２４まで転送され、次に水平転送路２４に沿って転送された後、出力アンプ２５から受光電荷に応じた信号が出力される。
【００２１】
図２は、図１のII―II線断面図であり、水平転送路２４の一部断面模式図である。シリコン基板表面部にはＮ型の埋め込みチャネル３１が形成されており、その表面にシリコン酸化膜３２が形成されている。ポリシリコンで成る第１層転送電極膜３３ａ，３３ｂ，…は、シリコン酸化膜３２を介してＮ型の埋め込みチャネル３１上に離散的に積層される。
【００２２】
第１層転送電極膜３３ａ，３３ｂ，…を形成した後に第１層転送電極膜３３ａ，３３ｂ，…の表面を絶縁膜で覆うとき、本実施形態では、第１層転送電極膜３３ａ，３３ｂ，…間の間に厚手の絶縁膜３２ａを形成し、絶縁膜３２の表面を平滑化する。
【００２３】
絶縁膜３２ａは、本実施形態では、シリコン酸化膜３２と同質材で形成し、その上に、両端部３５，３６が第１層転送電極膜３３ａ，３３ｂの端部に重なるように、ポリシリコンで成る第２層転送電極膜３４ａ，…を積層する。即ち、本実施形態の第２層転送電極膜３４ａ，…は、形成されたとき平板状の形状を保っており、全面においてＮ型チャネル３１との層間膜厚が等しくなっている。
【００２４】
尚、本実施形態でも、第１層転送電極膜３３ａ，３３ｂ，…間の位置のＮ型チャネル３１の表面部（バリア部）３７に、ボロン（Ｂ）等のアクセプタが注入されており、その下部がＮ−となるようになっている。
【００２５】
斯かる構成の水平転送路を備える固体撮像素子２０では、転送電極膜３３ａ，３４ａに高電位を印加し、転送電極膜３３ｂ，３４ｂ（図示せず）に低電位を印加すると、図２の下段に示すように階段状のポテンシャル電位が発生し、この階段に沿って上から下に転送電荷が移動することになる。
【００２６】
このとき、本実施形態の固体撮像素子では、第２層転送電極膜３４ａの全面のＮ型チャネル３１に対する層間膜厚が均一なため、図５に示すポテンシャルポケットは発生しない。このため、水平転送路をより低電圧駆動することが可能となり、固体撮像素子の低消費電力化を図ることが可能となる。
【００２７】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る水平転送路の一部断面模式図である。尚、図２の実施形態と同一部材には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００２８】
本実施形態に係る固体撮像素子の水平転送路では、第２層転送電極膜３４ａとＮ型チャネル３１表面との間の絶縁膜３８を、高誘電膜にしている。この構成によっても、図３の下段に示すように、ポテンシャル電位を綺麗な（ポテンシャルポケットの無い）階段状に制御することができるという利点を有する。
【００２９】
図３に示す実施形態では、第２層転送電極膜３４ａ，…とＮ型チャネル３１との間を全て高誘電膜としたが、この構造の転送電極の製造が困難であれば、Ｎ型チャネル３１の表面に第１層転送電極膜３３ａ，…下のシリコン酸化膜３２と同一膜厚のシリコン酸化膜を形成し、その上に高誘電膜を形成し、その上に（あるいは酸化膜を介して）第２層転送電極膜３４ａ，…を形成することでも良いことはいうまでもない。
【００３０】
第１の実施形態では、図４（ａ）に示す様に、バリア３７を設けることで、第１層転送電極膜３３をストレージ電極、第２層転送電極膜３４をバリア電極とすることになるが、第２の実施形態を採用すると、図４（ｂ）に示す様に、ポテンシャル電位の深い第２層転送電極膜３４をストレージ電極、第１層転送電極膜３３をバリア電極とすることができ、この場合、バリア部３７の形成を省略することが可能になる。
【００３１】
以上述べた各実施形態による転送電極構造を採用することで、埋め込みチャネル内に形成されるポテンシャル電位の制御が容易となり、低電圧駆動による電荷転送効率を向上させることが可能となる。
【００３２】
尚、上述した実施形態では、２層構造の転送電極構造を例に説明したが、３層以上の転送電極にも上記実施形態を適用することが可能である。また、水平転送路を例に説明したが、垂直転送路にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に係るＣＣＤ型固体撮像素子は、低い電圧駆動で高い転送効率を得ることができるため、デジタルカメラや携帯電話機等の電子機器に搭載する固体撮像素子として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子の表面模式図である。
【図２】図１のII―II線断面模式図であり、第１の実施形態に係る転送電極構造を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る転送電極構造を示す図である。
【図４】第１，第２の実施形態に係る転送電極構造を採用したときのストレージ電極，バリア電極の接続関係を示す図である。
【図５】従来の転送電極構造を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
２０  ＣＣＤ型固体撮像素子
２２  受光素子
２３  垂直転送路
２４  水平転送路
３１  Ｎ型埋め込みチャネル
３２  酸化膜
３２ａ  厚手の酸化膜
３３ａ，３３ｂ，…  第１層転送電極膜
３４ａ，…  第２層転送電極膜
３７  バリア部（ボロン注入部）
３８  高誘電膜
【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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