(57)【要約】【課題】１回の不純物注入で、不純物領域に電位勾配を十分につけることのできる固体撮像素子を提供する。【解決手段】実施形態の固体撮像素子は、電荷を転送するチャネルのｎ型不純物領域１１が、所定の間隔ｄ１で繰り返し形成された、転送元側の幅がＷ１で転送先側の幅がＷ２（Ｗ２＞Ｗ１）である、転送方向に向かって次第に幅が広がる台形状パターンを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷を転送するチャネルの不純物領域が、
所定の間隔で繰り返し形成された、転送方向に向かって次第に幅が広がる台形状パターンを有する
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記繰り返しの個数が、
前記不純物領域に所望される電位勾配に応じて決定される
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】
前記不純物領域が、
入射光量に応じた電荷を生成する光電変換部に形成される
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記不純物領域が、
前記光電変換部から転送された電荷を蓄積する電荷蓄積部に形成される
ことを特徴とする請求項２または３に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記不純物領域が、
前記電荷蓄積部から転送された電荷を転送する電荷転送部に形成される
ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
電荷転送を行う固体撮像素子では、電荷転送チャネルを形成する不純物領域に電位勾配を設けることにより電荷の転送が行われる。電位勾配は、不純物領域の不純物濃度を変化させることにより得られる。
【０００３】
不純物濃度を変化させる方法として、従来、不純物領域を複数の領域に分割し、領域ごとに不純物の注入回数を変えることが行われていた。しかし、そのために、不純物注入領域を変更するためのレジストマスクの増加や不純物注入工程の増加という問題が生じる。
【０００４】
これに対して、レジストマスクのパターン形状を、周期的な矩形状パターンの櫛形状とし、不純物領域を周期的に細くして狭チャンネル効果を発生させるようにする方法が提案されている。狭チャンネル効果が発生すると、その領域が空乏層化し、不純物濃度が低下する。この方法であれば、不純物の注入を１回で済ませることができる。
【０００５】
しかし、上記の矩形状パターンでは不純物領域の幅が一定となるため、この領域に電位勾配がつきにくいという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１４６４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、１回の不純物注入で、不純物領域に電位勾配を十分につけることのできる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】
【０００８】
実施形態の固体撮像素子は、電荷を転送するチャネルの不純物領域が、所定の間隔で繰り返し形成された、転送方向に向かって次第に幅が広がる台形状パターンを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態の固体撮像素子のチャネル領域の構造の例を示す模式的な平面図、断面図および電位分布図。
【図２】実施形態の固体撮像素子のチャネル領域の不純物領域の形状の別の例を示す模式的な平面図および電位分布図。
【図３】実施形態の固体撮像素子のチャネル領域の不純物領域の形状の別の例を示す模式的な平面図および電位分布図。
【図４】実施形態の固体撮像素子のチャネル領域の構造の別の例を示す模式的な平面図、断面図および電位分布図。
【図５】実施形態の固体撮像素子のチャネル領域の別の構成例を示す模式的な平面図。
【図６】実施形態の固体撮像素子の構成の例を示す模式的な平面図。
【図７】実施形態の固体撮像素子の光電変換部のチャネル領域の不純物領域の形状の例を示す模式的な平面図。
【図８】実施形態の固体撮像素子の電荷蓄積部のチャネル領域の不純物領域の形状の例を示す模式的な平面図。
【図９】実施形態の固体撮像素子の電荷転送部のチャネル領域の不純物領域の形状の例を示す模式的な平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図中、同一または相当部分には同一の符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００１１】
（実施形態）
図１に、実施形態の固体撮像素子のチャネル領域の構造の例を示す。
【００１２】
図１（ａ）は、本実施形態の固体撮像素子のチャネル領域１に形成されるｎ型不純物領域１１の形状の例を示す模式的な平面図である。
【００１３】
ｎ型不純物領域１１は、ｐ型基板１２上に、ｎ型不純物を１回イオン注入するだけで形成される。
【００１４】
本実施形態のｎ型不純物領域１１は、所定の間隔で繰り返し形成された、転送方向に向かって次第に幅が広がる台形状パターンを有する。
【００１５】
すなわち、図１（ａ）に示す例では、転送元側の幅がＷ１で転送先側の幅がＷ２（Ｗ２＞Ｗ１）の台形状パターンが、間隔ｄ１で、７個形成されている。
【００１６】
ここで、転送元側の幅Ｗ１は、ｎ型不純物領域１１に狭チャネル効果が発生するような幅に設定されている。狭チャネル効果が発生すると、その部分が空乏層化し、その部分の電位ポテンシャルが低下する。
【００１７】
図１（ｂ）は、チャネル領域１を、図１（ａ）に示したＡ１−Ａ２線に沿って切断したときの模式的な断面図である。
【００１８】
ｎ型不純物領域１１は、ｐ型基板１２上に形成される。また、ｎ型不純物領域１１の上方に絶縁膜１３が形成され、絶縁膜１３の上に、電荷転送を制御するゲート電圧が印加される電極１４が形成される。
【００１９】
図１（ｃ）は、図１（ａ）に示したＡ１−Ａ２線上のｎ型不純物領域１１の電位分布を示す図である。
【００２０】
ｎ型不純物領域１１は、転送方向に向かって次第に幅が広がるので、狭チャネル効果も転送方向に向かって次第に弱くなる。そのため、ｎ型不純物領域１１の不純物濃度が、転送方向に向かって次第に高くなる。これにより、Ａ１−Ａ２線上のｎ型不純物領域１１には、図１（ｃ）に示すような電位勾配が形成される。
【００２１】
ここでは、この電位勾配が形成される領域を電位勾配領域１５と称し、電位勾配領域１５の電荷転送方向の長さをＬ１とする。また、チャネル領域１内でｎ型不純物が注入されていない領域をバリア領域１６と称する。バリア領域１６は、チャネル下の電荷の保持と、転送時の電荷の逆流を防止する機能を有する。また、バリア領域１６は領域１５より狭チャネル効果が発生する範囲で設定される。
【００２２】
ところで、ｎ型不純物領域１１に発生する狭チャネル効果は、転送先側の幅Ｗ２が狭いほど発生範囲が広くなり、ｎ型不純物領域１１の電位勾配の傾きが大きくなる。チャネル領域１に占める電位勾配領域１５の割合が大きいほど、チャネル領域１を通過する電荷の転送時間が短くなる。
【００２３】
一方、固体撮像素子画素部のダイナミックレンジは、バリア領域１６のポテンシャルが高く、ｎ型不純物領域１の面積が大きいほど広くなる。台形状パターンを用いた狭チャネル効果でポテンシャル調整も行えるが、転送先側の幅Ｗ２とＷ１との幅に差が無くなると、台形状パターン内で電位勾配が付かなくなり、電荷転送速度が低下する。
【００２４】
そこで、図２および図３に、転送先側の幅を広くして、ｎ型不純物領域の台形状パターンの狭チャネル効果を維持し、電位勾配を連続的に変化させた領域を広げ、電荷転送速度を向上させながら、ダイナミックレンジを調整する例を示す。
【００２５】
図２（ａ）は、転送元側の幅がＷ１で転送先側の幅がＷ３（Ｗ３＞Ｗ１）の台形状パターンが、間隔ｄ２で、５個形成されている例である。ここで、転送先側の幅Ｗ３は、図１（ａ）の台形状パターンの転送先側の幅Ｗ２よりも広くされている（Ｗ３＞Ｗ２）。
【００２６】
また、図３（ａ）は、転送元側の幅がＷ１で転送先側の幅がＷ４（Ｗ４＞Ｗ１）の台形状パターンが、間隔ｄ３で、３個形成されている例である。ここで、転送先側の幅Ｗ４は、図２（ａ）の台形状パターンの転送先側の幅Ｗ３よりも、さらに広くされている（Ｗ４＞Ｗ３）。
【００２７】
次に、図２（ｂ）に、図２（ａ）に示したＡ１−Ａ２線上のｎ型不純物領域１１ａの電位分布を示す。
【００２８】
この場合、転送先側の幅が広くなったため、ｎ型不純物領域１１ａ中で狭チャネル効果が発生する範囲が狭くなり、電位勾配領域１５ｂの長さＬ２は、図１（ｃ）に示した電位勾配領域１５の長さＬ１より短くなる。その分、電位勾配の付かない領域が増えるため、電荷の転送時間が長くなる。
【００２９】
同様に、図３（ｂ）に、図３（ａ）に示したＡ１−Ａ２線上のｎ型不純物領域１１ｂの電位分布を示す。
【００３０】
この場合、転送先側の幅がさらに広くなったため、ｎ型不純物領域１１ｂの電位勾配領域１５ｂの幅Ｌ３は、図２（ｂ）に示したｎ型不純物領域１１ａの電位勾配領域１５ｂの長さＬ２よりも、さらに短くなる。そのため、電荷の転送時間が、さらに長くなる。
【００３１】
このように、電荷転送時間とダイナミックレンジは、トレードオフの関係にある。そこで、本実施形態では、電荷転送時間とダイナミックレンジの優先度等を考慮して、ｎ型不純物領域１１の台形状パターンの寸法とその繰り返し個数の最適化が図られる。
【００３２】
また、図４には、電位勾配領域１５の長さＬ１を変えることで、バリア領域１６に発生する狭チャネル効果を変化させ、バリア領域１６のポテンシャルを調整する例を示す。
【００３３】
この例では、図４（ｃ）に示すように、バリア領域１６のポテンシャルを、図１（ｃ）に示したポテンシャルよりも高くすることができる。
【００３４】
このように、繰り返し配置する台形状パターンの個数や電位勾配領域１５の長さを調整し、バリア領域のポテンシャルを変化させることで、固体撮像素子のダイナミックレンジを調整することができる。
【００３５】
なお、上述の各例では、ｐ型基板上にｎ型不純物領域を形成する例を示したが、ｐ型とｎ型を逆にして、ｎ型基板上にｐ型不純物領域を形成するようにしてもよい。
【００３６】
図５に、ｎ型基板２２上にｐ型不純物領域２１を形成した例を示す。この例におけるｐ型不純物領域２１の形状は、図１（ａ）に示したｎ型不純物領域１１と同じである。
【００３７】
図６は、本実施形態の固体撮像素子の構成の例を示す模式的な平面図である。
【００３８】
本実施形態の固体撮像素子は、入射光量に応じた電荷を生成する光電変換部２０と、光電変換部２０から転送された電荷を蓄積する電荷蓄積部３０と、電荷蓄積部３０から転送された電荷を転送する電荷転送部４０と、を備える。光電変換部２０、電荷蓄積部３０および電荷転送部４０は、電荷転送方向に沿って配置される。
【００３９】
光電変換部２０はチャネル領域１−１を有し、電荷蓄積部３０はチャネル領域１−２を有し、電荷転送部４０はチャネル領域１−３を有する。
【００４０】
本実施形態では、それぞれのチャネル領域の不純物領域に、図１乃至図５に示したような、台形状のパターンが形成され得る。
【００４１】
図７は、光電変換部２０のチャネル領域１−１に、図１に示したような形状のｎ型不純物領域１１を形成した例である。
【００４２】
図８は、電荷蓄積部３０のチャネル領域１−２に、図１に示したような形状のｎ型不純物領域１１を形成した例である。
【００４３】
図９は、電荷転送部４０のチャネル領域１−３に、図１に示したような形状のｎ型不純物領域１１を形成した例である。
【００４４】
なお、上述の例では、それぞれのチャネル領域の不純物領域の形状が同じであるが、それぞれのチャネル領域の不純物領域の形状は、必ずしも同じとなるものではない。それぞれのチャネル領域の不純物領域の形状は、要求仕様にもとづき、それぞれのチャネル領域ごとに決定されるものである。
【００４５】
このような本実施形態によれば、電荷を転送するチャネルの不純物領域が、所定の間隔で繰り返し形成された、転送方向に向かって次第に幅が広がる台形状パターンを有するので、不純物領域に発生する狭チャネル効果も転送方向に向かって次第に弱くなる。そのため、不純物領域の不純物濃度が、転送方向に向かって次第に高くなる。これにより、不純物領域に、電位勾配を十分につけることができる。
【００４６】
また、不純物領域の台形状パターンの寸法とその繰り返し個数を調整することにより、電荷転送時間とダイナミックレンジの関係の最適化を図ることができる。
【００４７】
以上説明した実施形態の固体撮像素子によれば、１回の不純物注入で、不純物領域に電位勾配を十分につけることができる。
【００４８】
また、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４９】
１、１−１、１−２、１−３  チャネル領域
１１、１１ａ、１１ｂ  ｎ型不純物領域
１２  ｐ型基板
１３  絶縁膜
１４  電極
１５、１５ａ、１５ｂ  電位勾配領域
１６  バリア領域
２０  光電変換部
３０  電荷蓄積部
４０  電荷転送部
【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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