(57)【要約】【課題】  低電圧で電荷の蓄積および転送を制御する。【解決手段】  固体撮像装置１００は、Ｎ型半導体基板１０２と、Ｎ型半導体基板１０２内の表面部に設けられたＮ型埋込領域１０６と、Ｎ型埋込領域１０６内に形成された光電変換部１５０と、Ｎ型埋込領域１０６内に形成されるとともに光電変換部１５０に接して設けられ、光電変換部１５０で発生した電荷を一時的に蓄積する電荷蓄積部１５２と、Ｎ型埋込領域１０６内に形成されるとともに電荷蓄積部１５２に接して設けられ、電荷蓄積部１５２に電荷を蓄積させる電荷保持領域１５４（障壁部）と、電荷蓄積部１５２に設けられた電荷蓄積用電極１２０と、を含む。Ｎ型埋込領域１０６の表面部は、電荷蓄積部１５２および電荷保持領域１５４が形成された領域においてＮ型とされる。【選択図】  図１
2007096084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板内の表面部に設けられた第１導電型の埋込領域と、
前記埋込領域内に形成された光電変換部と、
前記埋込領域内に形成されるとともに前記光電変換部に接して設けられ、前記光電変換部で発生した電荷を一時的に蓄積する電荷蓄積部と、
前記埋込領域内に形成されるとともに前記電荷蓄積部に接して設けられ、前記電荷蓄積部に前記電荷を蓄積させる障壁部と、
前記電荷蓄積部に設けられた第１の電極と、
を含み、
前記埋込領域の表面部は、前記電荷蓄積部および前記障壁部が形成された領域において前記第１導電型を有する固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像装置において、
前記電荷蓄積部は、前記第１の電極にハイレベルおよびロウレベルのいずれの信号が入力された場合でも、前記光電変換部よりもポテンシャルが深い構成とされた固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の固体撮像装置において、
前記電荷蓄積部は、前記第１の電極に入力される信号に基づき、前記障壁部に対する相対的なポテンシャルの深さが切り替えられる構成とされた固体撮像装置。
【請求項４】
請求項１から３いずれかに記載の固体撮像装置において、
前記障壁部は、前記電荷蓄積部に接して設けられた第１の領域と、前記第１の領域よりもポテンシャルの深い第２の領域とを含む固体撮像装置。
【請求項５】
請求項４に記載の固体撮像装置において、
前記障壁部の前記第１の領域は、前記電荷蓄積部と実質的に同じ不純物濃度を有する固体撮像装置。
【請求項６】
請求項１から５いずれかに記載の固体撮像装置において、
前記埋込領域内に形成されるとともに前記障壁部に接して設けられた電荷読出部と、
前記埋込領域内に形成されるとともに前記電荷読出部に接して設けられた電荷転送部と、
前記電荷読出部に設けられた読出電極と、
をさらに含み、
前記障壁部は、前記読出電極に入力される信号のレベルに応じて、前記電荷蓄積部から転送された電荷を一時的に保持可能に構成された電荷保持部であって、
前記埋込領域の表面部は、前記電荷蓄積部、前記障壁部、前記電荷読出部および前記電荷転送部が形成された領域にわたって前記第１導電型を有する固体撮像装置。
【請求項７】
請求項１から６いずれかに記載の固体撮像装置において、
前記光電変換部は、前記第１導電型の第１不純物層と、前記第１不純物層上に形成されるとともに前記埋込領域の表面部に形成され、前記第１導電型とは異なる第２の導電型の第２不純物層とを含む固体撮像装置。
【請求項８】
請求項１から７いずれかに記載の固体撮像装置において、
前記障壁部に設けられた第２の電極を含む固体撮像装置。
【請求項９】
請求項８に記載の固体撮像装置において、
前記電荷蓄積部および前記障壁部は、前記第１の電極および前記第２の電極にそれぞれ入力される信号に基づき、互いの相対的なポテンシャルの深さが切り替えられる構成とされた固体撮像装置。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の固体撮像装置において、
前記電荷蓄積部は、前記第２の電極に入力される信号よりもハイレベルの信号を前記第１の電極に入力することにより前記電荷を蓄積する第１の状態と、前記第２の電極に入力される信号よりもロウレベルの信号を前記第１の電極に入力することにより蓄積した前記電荷を前記障壁部に転送させる第２の状態と、に切り替え可能とされた固体撮像装置。
【請求項１１】
請求項１から１０いずれかに記載の固体撮像装置の駆動方法であって、
前記第１の電極にハイレベルの信号を入力して、前記電荷蓄積部に前記電荷を蓄積する工程と、
前記第１の電極にロウレベルの信号を入力して、前記電荷蓄積部に蓄積された前記電荷を前記障壁部に転送する工程と、
を含む固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１２】
請求項８から１０いずれかに記載の固体撮像装置の駆動方法において、
前記第１の電極にハイレベルの信号を入力して、前記電荷蓄積部に前記電荷を蓄積する工程と、
前記第１の電極にロウレベルの信号を入力して、前記電荷蓄積部に蓄積された前記電荷を前記障壁部に転送する工程と、
を含み、
前記電荷を蓄積する工程および前記電荷を転送する工程において、前記第２の電極に、前記ハイレベルの信号と前記ロウレベルの信号の信号値の間の定電位を付与する固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１３】
請求項８から１０いずれかに記載の固体撮像装置の駆動方法において、
前記第１の電極にハイレベルの信号を入力するとともに前記第２の電極にロウレベルの信号を入力して前記電荷蓄積部に前記電荷を蓄積する工程と、
前記第１の電極にロウレベルの信号を入力するとともに前記第２の電極にハイレベルの信号を入力して前記電荷蓄積部に蓄積された前記電荷を前記障壁部に転送する工程と、
を含む固体撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置およびその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体基板内に形成され、入射光に応じて信号電荷を発生する光電変換部と、半導体基板内に光電変換領域に隣接して設けられ、信号電荷を一時的に蓄積しておく電荷蓄積部と、該電荷蓄積部からの信号電荷を受け、これを転送するトランスファーゲート部と、ＣＣＤとを含む固体撮像装置が開示されている。
【０００３】
図６に、特許文献１に記載された固体撮像装置の断面図を示す。ここで、光電変換部、電荷蓄積部１７、トランスファーゲート部１８およびＣＣＤにわたってＮ型領域１２が共通に形成されている。電荷蓄積部１７の基板表面には、光電変換部上の表面Ｐ＋型領域（４）に接続して、その領域より浅いところにｐｎ接合を有するＰ＋型領域１４が形成されている。また、トランスファーゲート８の下の基板表面にＰ−型領域１５が形成されている。このように、電荷蓄積部１７の方が光電変換部よりもＮ型領域が厚く形成されているので、電荷蓄積部１７の電位井戸の深さが深くなっている。
【０００４】
図７に、特許文献２に記載された固体撮像装置の断面図を示す。
この固体撮像装置は、入射した光を信号電荷に変換して蓄積する不純物拡散領域１００２（光電変換部）と、該不純物拡散領域１００２に蓄積された信号電荷が読み出される読み出し領域１００７と、不純物拡散領域１００２に蓄積された信号電荷の読み出し領域への読み出しを制御する電荷読み出しゲート１００８とを含む。ここで、不純物拡散領域１００２と電荷読み出しゲート１００８との間に、不純物拡散領域１００２よりもポテンシャルが低く設定され、蓄積期間中に信号電荷が不純物拡散領域１００２から流入して蓄積される高濃度不純物拡散領域１００９が形成されている。また、高濃度不純物拡散領域１００９の上に蓄積用ゲート電極１０１１が形成されている。
【０００５】
このように構成された固体撮像装置において、信号電荷は以下のように読み出される。まず、信号電荷の蓄積期間中、蓄積用ゲート電極１０１１および読み出し用ゲート電極１００３はロウ（ｌｏｗ）とされる。このとき、信号電荷は高濃度不純物拡散領域１００９に蓄積される。つづいて、読み出し用ゲート電極１００３のみをハイ（ｈｉｇｈ）にすると、高濃度不純物拡散領域１００９に蓄積された信号電荷は電荷読み出しゲート１００８に流入する。この後、蓄積用ゲート電極１０１１に負の電圧を印加すると、高濃度不純物拡散領域１００９に蓄積された信号電荷が高速に電荷読み出しゲート１００８に流入する。
【特許文献１】特開平２−５０４８０号公報
【特許文献２】特開平６−２３６９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記文献記載の従来技術は、以下の点で改善の余地を有していた。
特許文献２に記載の固体撮像装置は、高濃度不純物拡散領域１００９と読み出し領域１００７との間の半導体基板１００１表面部により電荷読み出しゲート１００８が構成されている。このような構成においては、高濃度不純物拡散領域１００９に蓄積された電荷を読み出し領域１００７に読み出す際に、半導体基板表面の表面チャネルにより電荷が転送される。そのため、高濃度不純物拡散領域１００９に蓄積された電荷を読み出し領域１００７に読み出すために、読み出し用ゲート電極１００３に高電圧を印加しないと、電荷読み出しゲート１００８のポテンシャルが深くならない。とくに、高濃度不純物拡散領域１００９と電荷読み出しゲート１００８との界面でポテンシャルが高くなり、転送効率が劣化する。
【０００７】
同様に、特許文献１に記載の固体撮像装置は、トランスファーゲート部１８が光電変換部や電荷蓄積部の導電型（Ｎ型）と異なるＰ−型領域１５により構成されている。そのため、この構成においても、電荷蓄積部１７から電荷を読み出す場合、トランスファーゲート８に高電圧を印加しなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、
半導体基板と、
前記半導体基板内の表面部に設けられた第１導電型の埋込領域と、
前記埋込領域内に形成された光電変換部と、
前記埋込領域内に形成されるとともに前記光電変換部に接して設けられ、前記光電変換部で発生した電荷を一時的に蓄積する電荷蓄積部と、
前記埋込領域内に形成されるとともに前記電荷蓄積部に接して設けられ、前記電荷蓄積部に前記電荷を蓄積させる障壁部と、
前記電荷蓄積部に設けられた第１の電極と、
を含み、
前記埋込領域の表面部は、前記電荷蓄積部および前記障壁部が形成された領域において前記第１導電型を有する固体撮像装置が提供される。
【０００９】
このような構成とすることにより、光電変換部で発生した電荷を転送する際に、埋込チャネルにより、同じ導電型の領域内を電荷が転送されるため、低電圧で電荷の蓄積および転送を制御することができる。
【００１０】
本発明によれば、
上記固体撮像装置の駆動方法であって、
前記第１の電極にハイレベルの信号を入力して、前記電荷蓄積部に前記電荷を蓄積する工程と、
前記第１の電極にロウレベルの信号を入力して、前記電荷蓄積部に蓄積された前記電荷を前記障壁部に転送する工程と、
を含む固体撮像装置の駆動方法が提供される。
【００１１】
このような構成とすることにより、電荷蓄積部に電荷を蓄積する際に、光電変換部に対する電荷蓄積部の相対的なポテンシャルを深くしているので、光電変換部で発生した電荷を電荷蓄積部に効率よく転送することができる。これにより、光電変換部の残像を低減することができる。
【００１２】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置の間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低電圧で電荷の蓄積および転送を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。以下の実施の形態において、第１導電型がＮ型である場合を例として説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
本実施の形態における固体撮像装置１００は、たとえばスキャナーやＭＦＰ（Multi Function Peripheral：複合機）で使用されるＣＩＳ（Contact Image Sensor：コンタクトイメージセンサ）等の密着型センサに適用することができる。
【００１６】
固体撮像装置１００は、光電変換部１５０、光電変換部１５０で発生した電荷を一時的に蓄積する電荷蓄積部１５２、電荷蓄積部１５２から転送される電荷を一時的に保持する電荷保持領域１５４（障壁部）、電荷読出部１５６および電荷転送部１５８を含む。
【００１７】
固体撮像装置１００は、Ｎ型半導体基板１０２と、Ｎ型半導体基板１０２内に形成されたＰウェル１０４と、Ｐウェル１０４内の表面部に形成されたＮ型埋込領域１０６とを含む。本実施の形態において、光電変換部１５０、電荷蓄積部１５２、電荷保持領域１５４、電荷読出部１５６および電荷転送部１５８は、Ｎ型埋込領域１０６内に形成される。電荷蓄積部１５２、電荷保持領域１５４、電荷読出部１５６および電荷転送部１５８の表面部は、すべてＮ型不純物層とされる。
【００１８】
光電変換部１５０は、Ｎ型埋込領域１０６内に形成された第１のＮ型不純物層１１２およびその上に形成された第２のＰ型不純物層１１４を含む。第１のＮ型不純物層１１２は、Ｎ型埋込領域１０６よりもキャリア濃度の高いＮ＋不純物拡散領域である。第１のＰ型不純物層１１０は、Ｐウェル１０４よりもキャリア濃度が高いＰ＋不純物拡散領域である。このように、第１のＮ型不純物層１１２の上に第２のＰ型不純物層１１４を形成することにより、光電変換部１５０におけるシリコン−酸化膜界面の界面順位からのリーク電流が第１のＮ型不純物層１１２に流れ込むのを防ぐことができる。
【００１９】
また、固体撮像装置１００は、Ｎ型埋込領域１０６内に形成されるとともに、光電変換部１５０に接して設けられた第２のＮ型不純物層１１６を含む。本実施の形態において、電荷蓄積部１５２は、第２のＮ型不純物層１１６の一部により構成される。第２のＮ型不純物層１１６は、Ｎ型埋込領域１０６よりもキャリア濃度が低いＮ−不純物拡散領域である。
【００２０】
本実施の形態において、光電変換部１５０および電荷蓄積部１５２がＮ型埋込領域１０６内に形成されている。また、第１のＮ型不純物層１１２と同じ導電型の第２のＮ型不純物層１１６が光電変換部１５０に接して設けられている。そのため、光電変換部１５０で発生した電荷が埋込チャネルにより電荷蓄積部１５２に転送され、低電圧で転送を行うことができる。これにより、低電圧で、光電変換部１５０の残像を低減することができ、ほとんどなくすことができる。
【００２１】
固体撮像装置１００は、Ｎ型埋込領域１０６内に形成されるとともに、第２のＮ型不純物層１１６から離隔して設けられた第３のＮ型不純物層１１８を含む。本実施の形態において、電荷保持領域１５４は、第２のＮ型不純物層１１６の残りの一部および第２のＮ型不純物層１１６と第３のＮ型不純物層１１８との間の領域（Ｎ型埋込領域１０６）とにより構成される。つまり、電荷保持領域１５４は、電荷蓄積部１５２に接して設けられた第１の領域１５４ａ（第２のＮ型不純物層１１６）と、第２のＮ型不純物層１１６よりもポテンシャルの深い第２の領域１５４ｂ（Ｎ型埋込領域１０６）とを含む。これにより、電荷保持領域１５４に転送された電荷を電荷転送部１５８の方向に転送することができる。
【００２２】
第３のＮ型不純物層１１８は、電荷読出部１５６の一部を構成するように形成される。本実施の形態において、電荷読出部１５６は、第３のＮ型不純物層１１８およびＮ型埋込領域１０６の一部により構成される。第３のＮ型不純物層１１８は、Ｎ型埋込領域１０６よりもキャリア濃度が低いＮ−不純物拡散領域である。電荷読出部１５６の第３のＮ型不純物層１１８は、電荷保持領域１５４の第２の領域１５４ｂよりもポテンシャルが浅くなる。そのため、電荷読出用電極１２６に入力する信号のレベルを調整することにより、電荷保持領域１５４に電荷を保持させたり、電荷保持領域１５４から電荷を読み出したりすることができる。
【００２３】
電荷転送部１５８は、Ｎ型埋込領域１０６の一部により構成される。
【００２４】
また、固体撮像装置１００は、Ｐウェル１０４内に形成されるとともに、光電変換部１５０に接して設けられた第１のＰ型不純物層１１０と、その上に形成された電極１３０とを含む。第１のＰ型不純物層１１０は、チャネルストップ領域として機能する。
【００２５】
固体撮像装置１００は、電荷蓄積部１５２に設けられた電荷蓄積用電極１２０（第１の電極）、電荷保持領域１５４に設けられた第１の電荷保持用電極１２２（第２の電極）および第２の電荷保持用電極１２４（第２の電極）、電荷読出部１５６に設けられた電荷読出用電極１２６（第３の電極）および電荷転送部１５８に設けられた電荷転送用電極１２８をさらに含む。ここで、電荷蓄積用電極１２０および第１の電荷保持用電極１２２は、分離した構成となっているが、これらは一体に形成することもできる。なお、図示していないが、各電極と半導体基板表面との間には、ゲート絶縁膜が形成されている。
【００２６】
本実施の形態において、電荷蓄積用電極１２０には、第１クロック信号φＴＧ１が入力される。第１クロック信号φＴＧ１のハイレベルは３．３Ｖ、ロウレベルは０Ｖである。電荷読出用電極１２６には、第２クロック信号φＴＧ２が入力される。第２クロック信号φＴＧ２のハイレベルは３．３Ｖ、ロウレベルは０Ｖである。電荷転送用電極１２８には、第３クロック信号φ１が入力される。第３クロック信号φ１のハイレベルは３．３Ｖ、ロウレベルは０Ｖである。
【００２７】
本実施の形態において、電荷蓄積部１５２は、第１の電荷保持用電極１２２（および第２の電荷保持用電極１２４）に入力される信号よりもハイレベルの信号を電荷蓄積用電極１２０に入力することにより電荷を蓄積する第１の状態と第１の電荷保持用電極１２２（および第２の電荷保持用電極１２４）に入力される信号よりもロウレベルの信号を電荷蓄積用電極１２０に入力することにより蓄積した電荷を電荷保持領域１５４に転送させる第２の状態と、に切り替え可能に構成される。本実施の形態において、固体撮像装置１００は、電荷蓄積用電極１２０にハイレベルの第１クロック信号φＴＧ１を入力して電荷蓄積部１５２に電荷を蓄積する工程と、電荷蓄積用電極１２０にロウレベルの第１クロック信号φＴＧ１を入力して電荷蓄積部１５２に蓄積された電荷を電荷保持領域１５４に転送する工程とにより駆動される。この電荷を蓄積する工程および電荷を転送する工程において、第１の電荷保持用電極１２２および第２の電荷保持用電極１２４に、電荷蓄積用電極１２０に入力するハイレベルの信号とロウレベルの信号の信号値の間の定電位を付与しておくことができる。第１の電荷保持用電極１２２および第２の電荷保持用電極１２４は、電気的に接続されており、これらには定電位信号ＭＥＭ１が入力される。定電位信号ＭＥＭ１は、１Ｖとすることができる。
【００２８】
本実施の形態において、電荷保持領域１５４の第１の領域１５４ａと電荷蓄積部１５２は、第２のＮ型不純物層１１６により構成されており、実質的に同じ不純物濃度（キャリア濃度）を有する。このような構成とすることにより、電荷蓄積用電極１２０および第１の電荷保持用電極１２２に信号が入力されていない状態において、これらのポテンシャルが実質的に同じになる。そのため、電荷蓄積用電極１２０に入力する信号のレベルの高低幅を大きくしなくても、電荷蓄積部１５２と電荷保持領域１５４との間の相対的なポテンシャルの深さを切り替えることができる。これにより、電荷蓄積用電極１２０に入力される第１クロック信号φＴＧ１のハイレベルとロウレベルの電位差を３Ｖ程度としても、電荷蓄積部１５２への電荷の蓄積および電荷蓄積部１５２からの電荷の読み出しを制御よく行うことができる。
【００２９】
図２は、以上のように構成された固体撮像装置１００のポテンシャルを示す図である。本図において、下にいくほどポテンシャルが低く（深く）なっている。また、電荷はポテンシャルの低い方（深い方）に移動する。本実施の形態において、電荷蓄積部１５２は、電荷蓄積用電極１２０に入力される信号に基づき、電荷保持領域１５４に対する相対的なポテンシャルの深さ（高低）が切り替えられる構成とされる。
【００３０】
電荷蓄積部１５２に電荷を蓄積する際には、電荷蓄積用電極１２０に入力される第１クロック信号φＴＧ１をハイレベル（３．３Ｖ）にする。また、第１の電荷保持用電極１２２および第２の電荷保持用電極１２４には定電位信号ＭＥＭ１（１Ｖ）が入力される。このとき、電荷蓄積用電極１２０に第１の電荷保持用電極１２２よりも高い電圧が印加されるため、電荷蓄積部１５２のポテンシャルが電荷保持領域１５４のポテンシャルより深くなる。これにより、電荷蓄積部１５２に電荷が蓄積される。
【００３１】
つづいて、電荷蓄積用電極１２０に入力される第１クロック信号φＴＧ１をロウレベル（０Ｖ）とするとともに電荷読出用電極１２６に入力される第２クロック信号φＴＧ２をロウレベル（０Ｖ）にする。第１の電荷保持用電極１２２および第２の電荷保持用電極１２４には、１Ｖの定電位信号ＭＥＭ１が入力されたままである。これにより、電荷蓄積用電極１２０に第１の電荷保持用電極１２２よりも低い電圧が印加されるため、電荷蓄積部１５２のポテンシャルが電荷保持領域１５４のポテンシャルより浅くなる。また、電荷読出部１５６のポテンシャルは電荷保持領域１５４のポテンシャルより浅くなる。これにより、電荷蓄積部１５２に蓄積されていた電荷が電荷保持領域１５４に転送され、電荷保持領域１５４に保持される。
【００３２】
その後、電荷読出用電極１２６に入力される第２クロック信号φＴＧ２と電荷転送用電極１２８に入力されるφ１をハイレベル（３．３Ｖ）にする。これにより、電荷保持領域１５４に保持されていた電荷が電荷読出部１５６に転送され、次いで第２クロック信号φＴＧ２をロウレベル（０Ｖ）にすることにより電荷転送部１５８に転送される。
【００３３】
本実施の形態における固体撮像装置１００は、電荷蓄積部１５２に電荷を蓄積する際に、電荷蓄積部１５２のポテンシャルが深くなるように構成されている。そのため、光電変換部１５０で発生した電荷を効率よく電荷蓄積部１５２に転送して蓄積することができる。これにより、光電変換部１５０の残像を低減することができ、ほとんどなくすことができる。
【００３４】
次に、図１に示した構成の固体撮像装置１００の製造手順を説明する。
まず、Ｎ型基板１０２の表面にボロン注入（たとえばドーズ量１．０×１０１２〜５．０×１０１２ｃｍ−２）により、Ｐウェル１０４を選択形成する。つづいて、光電変換部１５０、電荷蓄積部１５２、電荷保持領域１５４、電荷読出部１５６および電荷転送部１５８が形成される領域に、リン注入（たとえばドーズ量１．０×１０１２〜５．０×１０１２ｃｍ−２）により、Ｎ型埋込領域１０６を形成する。次いで、Ｎ型埋込領域１０６の光電変換部１５０を形成する領域の隣に、ボロン注入（たとえばドーズ量１．０×１０１３〜５．０×１０１３ｃｍ−２）により、第１のＰ型不純物層１１０を形成する。
【００３５】
その後、光電変換部１５０および電荷蓄積部１５２を形成する領域および電荷保持領域１５４の一部にボロン注入（たとえばドーズ量１．０×１０１１〜１．０×１０１２ｃｍ−２）により、Ｎ−型不純物層を形成する。これにより、第２のＮ型不純物層１１６が形成される。
【００３６】
つづいて、Ｎ型基板１０２表面全面にゲート絶縁膜（不図示）を形成する。次いで、ゲート絶縁膜上全面に第１の電極層をたとえばＣＶＤ法により形成する。その後、光電変換部１５０上の第１の電極層を選択的にエッチング除去する。つづいて、第１の電極層をマスクとして、光電変換部１５０に、リン注入（たとえばドーズ量１．０×１０１２〜５．０×１０１２ｃｍ−２）およびボロン注入（たとえばドーズ量１．０×１０１３〜５．０×１０１３ｃｍ−２）により、第１のＮ型不純物層１１２および第２のＰ型不純物層１１４を形成する。ここで、第２のＮ型不純物層１１６は、電荷蓄積用電極１２０に第１クロック信号φＴＧ１のハイレベルおよびロウレベルのいずれの信号が入力された場合でも、光電変換部１５０よりもポテンシャルが深くなるように構成することができる。
【００３７】
次に、エッチング技術により、第１の電極層９を所定形状にパターニングして、電極１２０、１２４、１２８、および１３０を形成する。その後、電荷読出部１５６の一部の領域を開口させたマスクで、ボロン注入（たとえばドーズ量１．０×１０１１〜１．０×１０１２ｃｍ−２）することにより電荷読出部１５６に第３のＮ型不純物層１１８を形成する。
【００３８】
その後、露出しているゲート絶縁膜を除去して、第２のゲート絶縁膜を形成する。つづいて、第２の電極層をたとえばＣＶＤ法により形成する。その後、エッチング技術により、第２の電極層を所定形状にパターニングする。その後、Ｎ型半導体基板１０２上全面に層間絶縁膜を形成する。次いで、層間絶縁膜に、各電極と接続するコンタクトホールをそれぞれ形成し、コンタクトホールを金属配線（不図示）で埋め込むことにより、固体撮像装置１００が形成される。また、図示していないが、固体撮像装置１００の光電変換部１５０以外の領域は、遮蔽膜で覆われる。
【００３９】
以上のように、本実施の形態における固体撮像装置１００によれば、光電変換部１５０で発生した電荷が、Ｎ型埋込領域１０６に形成されたＮ型不純物層内を転送される。そのため、表面チャネルが形成されることなく、低電圧で電荷の蓄積、保持、転送を制御することができる。
【００４０】
図３は、本実施の形態における固体撮像装置１００の他の例を示す断面図およびそのポテンシャルを示す図である。図３（ａ）は固体撮像装置１００の断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した固体撮像装置１００のポテンシャルを示す。
【００４１】
ここで、電荷蓄積部１５２の構成が図１に示した固体撮像装置１００と異なる。図３（ａ）に示すように、電荷蓄積部１５２は、光電変換部１５０に接して設けられた第４のＮ型不純物層１１７をさらに含む。また、電荷蓄積部１５２において、第４のＮ型不純物層１１７上には第１の電荷蓄積用電極１２０ａが、その他の領域上には第２の電荷蓄積用電極１２０ｂが設けられる。第１の電荷蓄積用電極１２０ａおよび第２の電荷蓄積用電極１２０ｂは、電気的に接続され、これらには第１クロック信号φＴＧ１が入力される。ここで、第１の電荷蓄積用電極１２０ａおよび第２の電荷蓄積用電極１２０ｂは、分離した構成となっているが、これらは一体に形成することもできる。第４のＮ型不純物層１１７は、Ｎ型埋込領域１０６や第２のＮ型不純物層１１６よりもキャリア濃度が低いＮ−型不純物層である。
【００４２】
図３（ｂ）に示したように、第４のＮ型不純物層１１７は第２のＮ型不純物層１１６よりもポテンシャルが浅くなる。そのため、電荷蓄積部１５２において、ポテンシャル段差が生じた状態とすることができる。これにより、電荷転送部１５８方向への電荷の移動をスムーズにすることができる。この場合も、図１に示した構成と同様、低電圧で電荷の蓄積、保持、転送を制御することができる。
【００４３】
図４は、本実施の形態における固体撮像装置１００のまた他の例を示す断面図である。
ここで、光電変換部１５０の構成が図１に示した固体撮像装置１００と異なる。光電変換部１５０は、電荷蓄積部１５２と接する領域において、Ｎ型半導体基板１０２表面部に第１のＮ型不純物層１１２が露出した構成とされる。これにより、光電変換部１５０に蓄積された電荷をスムーズに転送することができる。この場合も、図１に示した構成と同様、低電圧で電荷の蓄積、保持、転送を制御することができる。
【００４４】
（第２の実施の形態）
図５は、本実施の形態における固体撮像装置の断面図およびそのポテンシャルを示す図である。
本実施の形態において、固体撮像装置１００が電荷保持領域１５４および電荷読出部１５６を有しない点で、第１の実施の形態の固体撮像装置１００と異なる。
【００４５】
図５（ａ）は、固体撮像装置１００の断面図を示す。固体撮像装置１００は、光電変換部１５０と、光電変換部１５０に隣接して設けられた電荷蓄積部１６２と、電荷蓄積部１６２に隣接して設けられた電荷転送部１６８（障壁部）とを含む。電荷蓄積部１６２には電荷蓄積用電極１４０が設けられ、電荷転送部１６８には電荷転送用電極１４２が設けられる。
【００４６】
本実施の形態においても、固体撮像装置１００は、Ｎ型半導体基板１０２と、Ｎ型半導体基板１０２内に形成されたＰウェル１０４と、Ｐウェル１０４内の表面部に形成されたＮ型埋込領域１０６とを含む。本実施の形態において、光電変換部１５０、電荷蓄積部１６２および電荷転送部１６８は、Ｎ型埋込領域１０６内に形成される。電荷蓄積部１６２および電荷転送部１６８の表面部は、すべてＮ型不純物層とされる。
【００４７】
電荷転送部１６８は、Ｎ型埋込領域１０６に形成された第３のＮ型不純物層１１８およびＮ型埋込領域１０６の一部により構成される。第３のＮ型不純物層１１８は、Ｎ型埋込領域１０６よりもキャリア濃度が低いＮ−不純物拡散領域である。電荷蓄積部１６２は、光電変換部１５０と第３のＮ型不純物層１１８との間のＮ型埋込領域１０６により構成される。
【００４８】
本実施の形態において、電荷蓄積用電極１４０には、第１クロック信号φＴＧ１が入力される。第１クロック信号φＴＧ１のハイレベルは３．３Ｖ、ロウレベルは０Ｖである。電荷転送用電極１４２には、第３クロック信号φ１が入力される。第３クロック信号φ１のハイレベルは３．３Ｖ、ロウレベルは０Ｖである。
【００４９】
本実施の形態において、固体撮像装置１００は、電荷蓄積用電極１４０にハイレベルの信号を入力するとともに電荷転送用電極１４２にロウレベルの信号を入力して電荷蓄積部１６２に電荷を蓄積する工程と、電荷蓄積用電極１４０にロウレベルの信号を入力するとともに電荷転送用電極１４２にハイレベルの信号を入力して電荷蓄積部１６２に蓄積された電荷を電荷転送部１６８に転送する工程とにより駆動することができる。
【００５０】
図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した固体撮像装置１００のポテンシャルを示す図である。
本実施の形態において、電荷蓄積部１６２および電荷転送部１６８は、電荷蓄積用電極１４０および電荷転送用電極１４２にそれぞれ入力される信号に基づき、互いの相対的なポテンシャルの深さが切り替えられる構成とされる。
【００５１】
電荷蓄積部１６２に電荷を蓄積する際には、電荷蓄積用電極１４０に入力される第１クロック信号φＴＧ１をハイレベル（３．３Ｖ）にする。これにより、電荷蓄積部１６２に電荷が蓄積される。このとき、電荷転送用電極１４２には、ハイレベルおよびロウレベルが交互に繰り返すパルス状の第３クロック信号φ１が入力される。本実施の形態において、電荷転送部１６８には第３のＮ型不純物層１１８が設けられており、電荷転送用電極１４２にハイレベルの信号が入力された場合でも、電荷転送部１６８の第３のＮ型不純物層１１８のポテンシャルは電荷蓄積部１６２のポテンシャルよりも浅くなる。そのため、電荷蓄積用電極１４０にハイレベルの第１クロック信号φＴＧ１が入力されている間は、電荷蓄積部１６２に電荷が蓄積される。
【００５２】
つづいて、電荷蓄積用電極１４０に入力される第１クロック信号φＴＧ１をロウレベル（０Ｖ）とする。これにより、電荷蓄積部１６２のポテンシャルが浅くなる。このとき、電荷転送用電極１４２に、ハイレベルの第３クロック信号φ１を入力すると、電荷転送部１６８のポテンシャルが電荷蓄積部１６２のポテンシャルよりも深くなる。これにより、電荷蓄積部１６２に蓄積されていた電荷が電荷転送部１６８に転送される。
【００５３】
本実施の形態における固体撮像装置１００においても、表面チャネルが形成されることなく、低電圧で電荷の蓄積および転送を制御することができる。
【００５４】
以上、本発明を実施の形態および実施例に基づいて説明した。この実施の形態および実施例はあくまで例示であり、種々の変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００５５】
第１の実施の形態において、第１の電荷保持用電極１２２および第２の電荷保持用電極１２４に定電位を入力する例を示したが、これも制御してもよい。
【００５６】
また、以上の実施の形態において、Ｎ型半導体基板１０２にＰウェル１０４を設けた構成を示したが、Ｐ型の半導体基板を用い、半導体基板にＮ型埋込領域を設けた構成とすることもできる。また、以上の実施の形態においては、第１導電型がＮ型である場合を例として示したが、反対の導電型とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態における固体撮像装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における固体撮像装置のポテンシャルを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における固体撮像装置の構成を示す断面図およびポテンシャルを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における固体撮像装置の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態における固体撮像装置の構成を示す断面図およびポテンシャルを示す図である。
【図６】従来の固体撮像装置の構成を示す断面図である。
【図７】従来の固体撮像装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１００  固体撮像装置
１０２  Ｎ型半導体基板
１０４  Ｐウェル
１０６  Ｎ型埋込領域
１１０  第１のＰ型不純物層
１１２  第１のＮ型不純物層
１１４  第２のＰ型不純物層
１１６  第２のＮ型不純物層
１１７  第４のＮ型不純物層
１１８  第３のＮ型不純物層
１２０  電荷蓄積用電極
１２０ａ  第１の電荷蓄積用電極
１２０ｂ  第２の電荷蓄積用電極
１２２  第１の電荷保持用電極
１２４  第２の電荷保持用電極
１２６  電荷読出用電極
１２８  電荷転送用電極
１３０  電極
１４０  電荷蓄積用電極
１４２  電荷転送用電極
１５０  光電変換部
１５２  電荷蓄積部
１５４  電荷保持領域
１５６  電荷読出部
１５８  電荷転送部
１６２  電荷蓄積用電極
１６８  電荷転送用電極
【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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