(57)【要約】【課題】ＦＤ部の寄生容量を削減し固体撮像素子の感度増加を図る。【解決手段】有効画素領域で検出された信号電荷を受け取り該信号電荷をフローフィングディフュージョンアンプ５が接続されたＦＤ部８に転送する電荷転送路４と、電荷転送路４を遮光する遮光膜１３とを備えるＣＣＤ型固体撮像素子２０において、遮光膜１３の端部をＦＤ部８の位置から後退させた位置に形成すると共に、ＦＤ部８の配線と遮光膜１３の端部との距離Ｌ０を、ＦＤアンプ５の初段アンプ部５ａに設けられるドレイン配線２１とゲート電極２２との間の距離Ｌ１より離間させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有効画素領域で検出された信号電荷を受け取り該信号電荷をフローフィングディフュージョンアンプが接続されたフローティングディフュージョン部に転送する電荷転送路と、該電荷転送路を遮光する遮光膜とを備えるＣＣＤ型固体撮像素子において、前記遮光膜の端部を前記フローティングディフュージョン部の位置から後退させた位置に形成すると共に、該フローティングディフュージョン部の配線と前記遮光膜の端部との距離を、前記フローフィングディフュージョンアンプの初段アンプ部に設けられるドレイン配線とゲート電極との間の距離より離間させたことを特徴とするＣＣＤ型固体撮像素子。
【請求項２】
有効画素領域で検出された信号電荷を受け取り該信号電荷をフローフィングディフュージョンアンプが接続されたフローティングディフュージョン部に転送する電荷転送路と、該電荷転送路を遮光する遮光膜とを備えるＣＣＤ型固体撮像素子において、前記遮光膜の端部を前記フローティングディフュージョン部の位置から後退させた位置に形成すると共に、前記電荷転送路の転送パルスが印加される最終電極に重ならない位置まで後退させて形成したことを特徴とするＣＣＤ型固体撮像素子。
【請求項３】
有効画素領域で検出された信号電荷を受け取り該信号電荷をフローフィングディフュージョンアンプが接続されたフローティングディフュージョン部に転送する電荷転送路と、該電荷転送路を遮光する遮光膜とを備えるＣＣＤ型固体撮像素子において、前記遮光膜の端部を前記フローティングディフュージョン部の位置から後退させた位置に形成すると共に、前記有効画素領域の前記フローフィングディフュージョン部側の境界位置まで後退させた位置に形成したことを特徴とする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型固体撮像素子に係り、特に、感度が高いＣＣＤ型固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、ＣＣＤ型固体撮像素子の一般的な表面模式図である。このＣＣＤ型固体撮像素子１では、半導体基板表面部に複数の光電変換素子（フォトダイオード）が二次元アレイ状に配列形成されており、各光電変換素子列に沿って垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）３が形成されている。更に、各垂直電荷転送路３の転送方向端部に沿って水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）４が形成され、水平電荷転送路４の出力端部に、転送されてきた信号電荷の電荷量を電圧値に変換して撮像画像信号として出力するアンプ５が設けられている。
【０００３】
図６は、図５に示す水平電荷転送路４の出力端部６を構成するアンプ５等の回路図を示す図である。水平電荷転送路４の転送路端部には、転送方向順に、アウトプットゲート（ＯＧ）部７、フローティングディフュージョン（ＦＤ）部８、リセットゲート（ＲＧ）部９、リセットドレイン（ＲＤ）部１０が設けられており、ＦＤ部８にフローティングディフュージョンアンプ５が接続されている。フローティングディフュージョンアンプ５は、通常、初段アンプ部５ａと、２段目アンプ部５ｂとを有する。
【０００４】
この周知の構成において、水平電荷転送路４に沿って転送されて来た信号電荷は、ＯＧ部７を通ってＦＤ部８に入り、アンプ５は、信号電荷量に応じた電圧値信号を出力する。電圧値信号として出力された後のＦＤ部８内の信号電荷は、リセットゲート部９にリセットパルスが印加されたときリセットドレイン部１０に廃棄され、次の信号電荷がＦＤ部８に転送される、という動作が繰り返される。
【０００５】
図７は、水平電荷転送路４の出力端部における半導体基板の断面模式図である。半導体基板１１には、水平電荷転送路４の埋め込みチャネル４ａが形成されており、その上に、絶縁層１２を介して水平転送電極４ｂが形成されている。
【０００６】
水平転送方向端部には、水平転送電極の最終段４ｃと、アウトプットゲート（ＯＧ）７が順に設けられ、その次段にＦＤ部８が、更にその次段に、リセットゲート９とリセットドレイン１０とが順に設けられている。また、水平電荷転送路４の上には、撮影レンズを通して入射してくる光が水平電荷転送路４内に入り込まないように、アルミニウム膜等の導電性遮光膜１３が設けられている。
【０００７】
図７では、水平転送路出力端部，初段アンプ５ａ，２段目アンプ５ｂの断面を一次元的に図示したが、実際には、図５の狭い二次元領域６内に多数のトランジスタ等が集積されることになる。このため、狭い領域内に転送電極、ゲート電極等が近接して配設されることになり、相互間の寄生容量によってＦＤ部８の容量が低下してしまう。このＦＤ部８の容量低下は、固体撮像素子の感度低下の原因になる。
【０００８】
そこで、下記の特許文献１記載の従来技術では、アンプ５の初段ドライブトランジスタのドレイン配線とゲート電極との間の寄生容量Ｃ１（図７参照）に着目し、ドレイン配線とゲート電極との間の距離を、２段目以降のトランジスタにおけるドレイン配線とゲート電極との距離よりも長くとることでこの部分の寄生容量削減を図っている。
【０００９】
また、特許文献２記載の従来技術では、ＦＤ部８におけるアルミニウム配線を薄く形成することで寄生容量の低減を実現している。更に、特許文献３記載の従来では、ＦＤ部８の上部に設けられていた遮光膜１３を図７に示す様に（特許文献３の図１１参照）削除することで、寄生容量の低減を実現している。
【００１０】
【特許文献１】特許第３１３９４６５号公報
【特許文献２】特開２００１―１１１０１８号公報
【特許文献３】特開昭６３―２８９５１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、ＣＣＤ型固体撮像素子では、上述したように狭い領域６内に様々な導電材料が近接配置されるため、特許文献１〜３記載の対策をとっても別の箇所の寄生容量が増大し、結果として感度低下が起きてしまうという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、感度を増大することができる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、有効画素領域で検出された信号電荷を受け取り該信号電荷をフローフィングディフュージョンアンプが接続されたフローティングディフュージョン部に転送する電荷転送路と、該電荷転送路を遮光する遮光膜とを備えるＣＣＤ型固体撮像素子において、前記遮光膜の端部を前記フローティングディフュージョン部の位置から後退させた位置に形成すると共に、該フローティングディフュージョン部の配線と前記遮光膜の端部との距離を、前記フローフィングディフュージョンアンプの初段アンプ部に設けられるドレイン配線とゲート電極との間の距離より離間させたことを特徴とする。
【００１４】
本発明のＣＣＤ型固体撮像素子は、有効画素領域で検出された信号電荷を受け取り該信号電荷をフローフィングディフュージョンアンプが接続されたフローティングディフュージョン部に転送する電荷転送路と、該電荷転送路を遮光する遮光膜とを備えるＣＣＤ型固体撮像素子において、前記遮光膜の端部を前記フローティングディフュージョン部の位置から後退させた位置に形成すると共に、前記電荷転送路の転送パルスが印加される最終電極に重ならない位置まで後退させて形成したことを特徴とする。
【００１５】
本発明のＣＣＤ型固体撮像素子は、有効画素領域で検出された信号電荷を受け取り該信号電荷をフローフィングディフュージョンアンプが接続されたフローティングディフュージョン部に転送する電荷転送路と、該電荷転送路を遮光する遮光膜とを備えるＣＣＤ型固体撮像素子において、前記遮光膜の端部を前記フローティングディフュージョン部の位置から後退させた位置に形成すると共に、前記有効画素領域の前記フローフィングディフュージョン部側の境界位置まで後退させた位置に形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、遮光膜端部がフローティングディフュージョン部より後退させたためフローティングディフュージョン部の寄生容量が削減され、固体撮像素子の感度が増加する。また、電荷転送路の最終電極の時定数が減少することで、相関二重サンプリングの位相調整マージンも増加する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
図１は、本発明の第１実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子の要部断面模式図である。本実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子２０の表面部の構造や断面構造の大部分は図５，図６，図７で説明したものと同じであるため、同じ部材には同一符号を付し、詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００１９】
本実施形態に係る固体撮像素子２０では、水平電荷転送路４上に設ける例えばアルミニウム製の遮光膜１３を、図７に示す従来技術と比較して、有効画素領域（図５に示す光電変換素子２や垂直電荷転送路３が設けられた領域）側に後退させたことを特徴とする。
【００２０】
各部の寄生容量を考察した場合、水平転送電極の最終電極（Ｈ１Last）４ｃと遮光膜１３との間の寄生容量を無視すると、遮光膜１３がフローティングディフュージョン（ＦＤ）部８まで延出しているため、ＦＤ部８の寄生容量を増大させてしまうことが判明した。
【００２１】
そこで、本実施形態では、フローフィングディフュージョン（ＦＤ）部８の配線に対して遮光膜１３の端部を後退させ、両者間の距離Ｌ０を、フローティングディフュージョンアンプ５の初段アンプ部５ａにおけるドレイン配線２１とゲート電極２２との間の距離Ｌ１よりも長くすることで、ＦＤ部８の寄生容量の削減を図り、固体撮像素子の感度増加を図っている。
【００２２】
図２，図３は、上述した実施形態の効果を説明する図であり、図２は、出力ゲート（ＯＧ）７を介してＦＤ部８へと信号電荷が転送される様子を模式的に示した図である。
【００２３】
水平転送電極の最終電極（ＨｌLast）４ｃに印加される電圧がハイレベル（３．３Ｖ）からローレベル（０Ｖ）に変化すると、その電位ポテンシャルが矢印ａに示すように高くなる。この結果、最終電極（ＨｌLast）４ｃから出力ゲート（ＯＧ）を介しＦＤ部８へと信号電荷が転送される。
【００２４】
この転送時における最終電極（ＨｌLast）４ｃの時定数が大きいと、図３（ｂ）に示す様に、出力信号の波形はデータ部が減少し、相関二重サンプリングの位相調整マージンが減少する。
【００２５】
これに対し、図１に示す様に遮光膜１３を後退させると、ＦＤ部８の寄生容量が削減される。この寄生容量削減は、固体撮像素子の感度増加をもたらす他、最終電極４ｃの時定数も小さくする。この結果、図２に示す転送時に、図３（ｂ）に示す様に、出力信号の波形はデータ部の減少が抑制され、相関二重サンプリングの位相調整マージンを増加させることができる。
【００２６】
図４は、本発明の第２実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子の要部断面模式図である。図１と同様な部材には同一符号を付してその説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００２７】
本実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子３０は、水平電荷転送路４に設ける遮光膜１３を、図１の実施形態より更に後退させ、最終電極（Ｈ１Last）４ｃつまり水平転送パルスが印加される最終電極と重ならない箇所まで後退させていることを特徴とする。これにより、ＦＤ部８の寄生容量は更に減少し、感度が増加する。更に、最終電極４ｃの寄生容量も減少するため、出力信号波形のデータ部期間が延び、位相調整マージンも増加する。
【００２８】
遮光膜１３は、図４の実施形態より更に後退させることも可能である。しかし、あまり後退させると、水平電荷転送路内に光が漏れ込むことになるため、その限界を、図６に示す位置Ａとするのが良い。
【００２９】
この位置Ａは、有効画素領域のアンプ５側の境界線位置である。撮影レンズを通して入射してきた光は有効画素領域を照らし、その周囲のオプティカルブラック部には入射しないようなレンズ設計にするのが普通である。つまり、有効画素領域の境界線位置Ａからアンプ５側に光が入射する可能性は低い。このため、この位置Ａからアンプ５側に遮光膜１３がなくても、水平電荷転送路内に光が漏れ込む虞が小さいためである。
【００３０】
以上述べた様に、各実施形態によれば、水平電荷転送路に設ける遮光膜の影響によるＦＤ部８の寄生容量を減少させることができ、固体撮像素子の感度を増加させ、位相調整マージンを増加させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明に係るＣＣＤ型固体撮像素子は、感度が高く位相調整マージンも大きいので、デジタルカメラ等に搭載する固体撮像素子と有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子の要部断面模式図である。
【図２】図１に示す最終電極部分からＦＤ部に信号電荷が転送される様子を示す模式図である。
【図３】図２の転送時における最終電極の時定数が小さい場合（ａ）と大きい場合（ｂ）の出力信号波形を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子の要部断面模式図である。
【図５】一般的なＣＣＤ型固体撮像素子を示す表面模式図である。
【図６】図５に示すＣＣＤ型固体撮像素子の出力端部における回路図を示す図である。
【図７】図６に示す出力端部における半導体基板の断面を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３３】
４  水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）
４ａ  埋め込みチャネル
４ｂ  水平転送電極
４ｃ  水平転送電極の最終電極（Ｈ１Last）
５  フローティングディフュージョンアンプ
５ａ  初段アンプ部
５ｂ  ２段目アンプ部
７  アウトプットゲート（ＯＧ）部
８  フローティングディフュージョン（ＦＤ）部
９  リセットゲート（ＲＧ）部
１０  リセットドレイン（ＲＤ）部
１１  半導体基板
１３  遮光膜
２１  初段アンプ部のドレイン配線
２２  初段アンプ部のゲート電極
【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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