(57)【要約】【課題】信号電荷の転送効率が高く、低電圧駆動が可能な固体撮像装置を提供する。【解決手段】信号入力部２から入力された信号電荷を電荷検出部３側へ転送する第１電荷転送部１の上方に配置される転送電極２１〜２４および最終転送電極２５、２６のうち、下方の領域に信号電荷を蓄積させる転送電極２１、２３および最終転送電極２５の第２電荷転送部４を形成する領域の上方の部分の電極長を広げることにより、第２電荷転送部４の領域にポテンシャルウェルを形成する。【選択図】図１
2009302266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された信号電荷を転送する電荷転送部と、
前記電荷転送部へ信号電荷を入力する信号入力部と、
前記電荷転送部の上方に配置され、印加される駆動電圧に応じて信号電荷を前記電荷転送部内で転送させる複数のストレージ電極およびバリア電極と、
前記電荷転送部から転送された信号電荷を電圧に変換する信号検出部と、
を備え、全部または一部の前記ストレージ電極は、前記電荷転送部の所定の領域の上方の部分の電極長が他の部分の電極長よりも長いことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記所定の領域に、前記電荷転送部の導電型と同じ導電型の不純物が注入されていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記所定の領域は、その中心線が直線形状をしており、前記信号入力部から離れて配置されて、その一端が前記電荷検出部に接していることを特徴とする請求項１もしくは２のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項４】
入力された信号電荷を転送する電荷転送部と、
前記電荷転送部へ信号電荷を入力する信号入力部と、
前記電荷転送部の上方に配置され、印加される駆動電圧に応じて信号電荷を前記電荷転送部内で転送させる複数のストレージ電極およびバリア電極と、
前記電荷転送部から転送された信号電荷を電圧に変換する信号検出部と、
を備え、全部または一部の前記ストレージ電極は、前記電荷転送部の所定の領域の前記信号入力部側とは反対側の側部近傍の上方の部分の電極長が他の部分の電極長よりも短いことを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等には、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型固体撮像装置が用いられている。ＣＣＤ型固体撮像装置は、入射光を光電変換により信号電荷へ変換し、その変換された信号電荷を垂直転送ＣＣＤおよび水平転送ＣＣＤにより転送し、その転送された信号電荷を電荷検出部で電圧に変換する。
【０００３】
ところで、近年、ＣＣＤ型固体撮像装置に対して、携帯用機器への搭載を目的として低電圧駆動が要求されている。しかしながら、低電圧駆動を実現するために従来のＣＣＤ型固体撮像装置を低い転送電圧（駆動電圧）で駆動すると、信号電荷量が少ない小信号時に信号電荷の転送効率が劣化するという問題が発生する。すなわち、信号電荷量が少ない小信号時には、個々の信号電荷に誘起する電界（自己誘起電界）が小さくなるため、転送効率に対する転送電界の影響が大きくなる。そのため、転送電圧を低くすると信号電荷量が少ない小信号時に信号電荷の転送効率が大きく劣化する。
【０００４】
この問題を解決するために、電荷転送部内に、信号電荷量が少ない小信号時のチャンネル幅を該電荷転送部のチャンネル幅よりも狭い幅に制限するためのポテンシャルウェルまたはポテンシャルバリアが設けられた電荷転送装置が提案されている。この電荷転送装置によれば、信号電荷量が少ない小信号時には、ポテンシャルウェルまたはポテンシャルバリアにより制限された狭いチャンネル幅の領域を信号電荷が転送するので、自己誘起電界が低下せず、よって転送効率に対する転送電界の影響も大きくならない。したがって、信号電荷量が少ない小信号時における転送効率の低下を防止することができる。
【０００５】
電荷転送部内にポテンシャルウェルまたはポテンシャルバリアを設ける方法としては、例えば、電荷転送部に、該電荷転送部の導電型と同じ導電型の不純物を注入する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
以下、電荷転送部内に、信号電荷量が少ない小信号時のチャンネル幅を電荷転送部のチャンネル幅よりも狭い幅に制限するためのポテンシャルウェルが設けられた電荷転送装置について、ＣＣＤ型固体撮像装置の水平転送ＣＣＤを例に説明する。図１７（ａ）は従来の水平転送ＣＣＤの上面図、図１７（ｂ）は図１７（ａ）のＡ−Ａ’線におけるポテンシャル（電位）の模式図である。
【０００７】
図１７（ａ）に示すように、この水平転送ＣＣＤは、図１７（ａ）中に矢印ｄで示す信号電荷の転送方向に長いチャンネル幅Ｗ１の第１電荷転送部１０１と、第１電荷転送部１０１の一方の側部に接続する信号入力部１０２と、第１電荷転送部１０１の一方の端部に接続する電荷検出部１０３と、第１電荷転送部１０１内に形成されたチャンネル幅Ｗ２（＜Ｗ１）の第２電荷転送部１０４と、リセットドレイン１０５と、第１電荷転送部１０１の上方に配置された転送電極２０１〜２０４、最終転送電極２０５、２０６および出力電極２０７と、電荷検出部１０３とリセットドレイン１０５との間のゲート領域上に配置されたリセット電極２０８と、を備える。以下、この水平転送ＣＣＤについて、詳細に説明する。
【０００８】
水平転送ＣＣＤを構成する第１電荷転送部１０１の一方の側部に接続する信号入力部１０２は垂直転送ＣＣＤを構成し、第１電荷転送部１０１へ信号電荷を入力する。信号入力部１０２から第１電荷転送部１０１へ入力された信号電荷は、転送電極２０１〜２０４および最終転送電極２０５、２０６に印加される電圧に応じて第１電荷転送部１０１内を電荷転送方向ｄへ転送される。出力電極２０７に隣接する最終転送電極２０５下の領域へ転送された信号電荷は、出力電極２０７に印加される電圧に応じて、電荷検出部１０３へ移動される。
【０００９】
第１電荷転送部１０１内の第２電荷転送部１０４の領域には、第１電荷転送部１０１の導電型と同じ導電型の不純物が注入されており、それによりポテンシャルウェルが形成されている。この不純物が注入された領域が第２電荷転送部１０４の領域であり、第１電荷転送部１０１は第２電荷転送部１０４の領域（第２領域）と、その第２領域を除く第１領域からなる。
【００１０】
第２電荷転送部１０４は、第１電荷転送部１０１の長手方向に平行な直線部分と、その直線部分と電荷検出部１０３とを接続する斜め部分からなり、その斜め部分は出力部１０６上に形成されている。出力部１０６は、第１電荷転送部１０１の電荷転送方向ｄにおける信号入力部１０２と接しなくなった位置を境とした電荷検出部１０３と接続する部分である。ここで、第２電荷転送部１０４の斜め部分が電荷検出部１０３に急峻な角度で接続すると、出力部１０６付近で信号電荷の転送効率が低下することが懸念されるため、斜め部分は、あまり急峻な角度にならないように形成することが望ましい。
【００１１】
この第２電荷転送部１０４は、信号電荷量の少ない小信号時用の電荷転送部として活用される。つまり、図１７（ｂ）に示すように、信号電荷量が少ない小信号時には、信号入力部１０２から第１電荷転送部１０１へ入力された信号電荷（ｅ１２）は、チャンネル幅Ｗ２の第２電荷転送部１０４（第１電荷転送部１０１の第２領域）内を転送する。一方、信号電荷量が多い大信号時には、信号入力部１０２から第１電荷転送部１０１へ入力された信号電荷（ｅ１１、ｅ１２）は、チャンネル幅Ｗ１の第１電荷転送部１０１（第１電荷転送部１０１の第１および第２領域）内を転送する。
【００１２】
第１電荷転送部１０１は２相ＣＣＤであり、隣接する４つの転送電極２０１〜２０４は１組のセルを構成し、そのセルが第１電荷転送部１０１の上方に繰り返し配置されている。具体的には、１組のセルのうちの転送電極２０１と転送電極２０２が第１水平転送電極部を構成し、転送電極２０３と転送電極２０４が第２水平転送電極部を構成する。
【００１３】
転送電極２０１は、その下方の領域を、信号電荷を蓄積させるストレージ部として機能させるストレージ電極であり、転送電極２０２は、その下方の領域を、転送電極２０１下のストレージ部に蓄積された信号電荷に対するポテンシャルバリアを形成するバリア部として機能させるバリア電極である。
【００１４】
同様に、転送電極２０３は、その下方の領域を、信号電荷を蓄積させるストレージ部として機能させるストレージ電極であり、転送電極２０４は、その下方の領域を、転送電極２０３下のストレージ部に蓄積された信号電荷に対するポテンシャルバリアを形成するバリア部として機能させるバリア電極である。
【００１５】
第１電荷転送部１０１の出力部１０６の上方に配置された最終転送電極２０５、２０６も同様に１つの組を構成しており、最終転送電極２０５は、その下方の領域を、信号電荷を蓄積させるストレージ部として機能させるストレージ電極であり、最終転送電極２０６は、その下方の領域を、最終転送電極２０５下のストレージ部に蓄積された信号電荷に対するポテンシャルバリアを形成するバリア部として機能させるバリア電極である。
【００１６】
第１電荷転送部１０１の出力部１０６上方の電荷検出部１０３近傍に配置された出力電極２０７は、信号電荷を電荷検出部１０３に転送する際の出力ゲートを構成する。つまり、出力電極２０７に一定電圧が印加されて、最終転送電極２０５下の領域のポテンシャルが出力電極２０７下の領域のポテンシャルよりも浅くなったときに、最終転送電極２０５下の領域に蓄積された信号電荷が電荷検出部１０３へ転送される。電荷検出部１０３は、その転送された信号電荷を電圧に変換する。
【００１７】
リセット電極２０８は、電荷検出部１０３に蓄積された信号電荷をリセットドレイン１０５に排出するリセットゲートを構成する。つまり、リセット電極２０８へ印加される電圧に応じて、電荷検出部１０３からリセットドレイン１０５へ信号電荷が移動する。
【００１８】
以上のような構成を有する水平転送ＣＣＤでは、信号電荷量が少ない小信号時には、狭いチャンネル幅の第２電荷転送部１０４（第１電荷転送部１０１の第２領域）内を信号電荷が転送するので、自己誘起電界が低下せず、よって転送効率に対する転送電界の影響も大きくならない。したがって、信号電荷量が少ない小信号時の転送効率を低下させることなく転送電圧を低くすることができる。
【特許文献１】特開２００６−２０３１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
以上のように、従来は、信号電荷の転送効率が高い低電圧駆動の固体撮像装置を実現するために、電荷転送部内に、該電荷転送部の導電型と同じ導電型の不純物を注入してポテンシャルウェルまたはポテンシャルバリアを設けることにより、信号電荷量が少ない小信号時のチャンネル幅を該電荷転送部のチャンネル幅よりも狭い幅に制限していた。
【００２０】
しかしながら、電荷転送部内に、該電荷転送部の導電型と同じ導電型の不純物を注入してポテンシャルウェルを設けることにより、信号電荷量が少ない小信号時のチャンネル幅を該電荷転送部のチャンネル幅よりも狭い幅に制限する場合、信号電荷量が多い大信号時に、飽和出力が減少し、それにより信号電荷の転送効率が低下するという問題が生じる。この問題について、以下、図１８、図１９を用いて説明する。
【００２１】
図１８、図１９は、図１７（ａ）に示す水平転送ＣＣＤにおけるポテンシャル分布の３次元的な模式図と、第２電荷転送部１０４に沿うポテンシャル分布の断面図とを上下に並べて示しており、ここでは、信号電荷量が多い大信号時におけるポテンシャル分布の変化を示している。また、ここでは、２相４極の水平転送ＣＣＤを０Ｖおよび３Ｖの転送電圧（駆動電圧）で駆動する場合について説明する。
【００２２】
図１８、図１９に示すように、転送電極（ストレージ電極）２０１と転送電極（バリア電極）２０２からなる第１水平転送電極部と、転送電極（ストレージ電極）２０３と転送電極（バリア電極）２０４からなる第２水平転送電極部にはそれぞれ同一の転送電圧が印加される。
【００２３】
図１８、図１９に示すポテンシャル分布の３次元的な模式図において、２０１ｓ１はストレージ電極２０１下の領域（ストレージ部）のうちの第１電荷転送部１０１の第１領域を構成する部分のポテンシャルを、２０１ｓ２はストレージ電極２０１下のストレージ部のうちの第１電荷転送部１０１の第２領域（第２電荷転送部１０４）を構成する部分のポテンシャルを、２０２ｂ１はバリア電極２０２下の領域（バリア部）のうちの第１電荷転送部１０１の第１領域を構成する部分のポテンシャルを、２０２ｂ２はバリア電極２０２下のバリア部のうちの第１電荷転送部１０１の第２領域（第２電荷転送部１０４）を構成する部分のポテンシャルをそれぞれ示している。
【００２４】
同様に、２０３ｓ１はストレージ電極２０３下の領域（ストレージ部）のうちの第１電荷転送部１０１の第１領域を構成する部分のポテンシャルを、２０３ｓ２はストレージ電極２０３下のストレージ部のうちの第１電荷転送部１０１の第２領域（第２電荷転送部１０４）を構成する部分のポテンシャルを、２０４ｂ１はバリア電極２０４下の領域（バリア部）のうちの第１電荷転送部１０１の第１領域を構成する部分のポテンシャルを、２０４ｂ２はバリア電極２０４下のバリア部のうちの第１電荷転送部１０１の第２領域（第２電荷転送部１０４）を構成する部分のポテンシャルをそれぞれ示している。
【００２５】
また、図１８、図１９に示すポテンシャル分布の断面図において、Ｖ２０１ｓ１はストレージ電極２０１下のストレージ部のうちの第１電荷転送部１０１の第１領域を構成する部分のポテンシャル深さを、Ｖ２０１ｓ２はストレージ電極２０１下のストレージ部のうちの第１電荷転送部１０１の第２領域（第２電荷転送部１０４）を構成する部分のポテンシャル深さを、Ｖ２０２ｂ１はバリア電極２０２下のバリア部のうちの第１電荷転送部１０１の第１領域を構成する部分のポテンシャル深さを、Ｖ２０２ｂ２はバリア電極２０２下のバリア部のうちの第１電荷転送部１０１の第２領域（第２電荷転送部１０４）を構成する部分のポテンシャル深さをそれぞれ示している。
【００２６】
同様に、Ｖ２０３ｓ１はストレージ電極２０３下のストレージ部のうちの第１電荷転送部１０１の第１領域を構成する部分のポテンシャル深さを、Ｖ２０３ｓ２はストレージ電極２０３下のストレージ部のうちの第１電荷転送部１０１の第２領域（第２電荷転送部１０４）を構成する部分のポテンシャル深さを、Ｖ２０４ｂ１はバリア電極２０４下のバリア部のうちの第１電荷転送部１０１の第１領域を構成する部分のポテンシャル深さを、Ｖ２０４ｂ２はバリア電極２０４下のバリア部のうちの第１電荷転送部１０１の第２領域（第２電荷転送部１０４）を構成する部分のポテンシャル深さをそれぞれ示している。
【００２７】
ここでは、第１水平転送電極部のストレージ電極２０１下の領域に信号電荷ｅ１３が蓄えられており、その信号電荷ｅ１３が、第２水平転送電極部のストレージ電極２０３下の領域へ転送される際のポテンシャル分布の変化を示している。また、ストレージ電極下の領域に蓄積されている信号電荷ｅ１３の電子の界面をＶｅ１３で定義する。
【００２８】
また、ここでは、第１電荷転送部１０１の第１領域と第２領域との間にポテンシャル段差ΔＶａが予め形成されているものとする。また、バリア部とストレージ部との間にポテンシャル段差ΔＶｂが予め形成されているものとする。また、第１水平転送電極部を構成する転送電極２０１、２０２に０Ｖまたは３Ｖの転送電圧を印加し、第２水平転送電極部を構成する転送電極２０３、２０４に３Ｖまたは０Ｖの転送電圧を印加すると、その転送電圧によるポテンシャル段差ΔＶｃが形成されるものとする。
【００２９】
図１８はポテンシャル段差ΔＶａが極端に大きくない場合を、図１９はポテンシャル段差ΔＶａが極端に大きい場合をそれぞれ示している。
【００３０】
図１８に示すように、ポテンシャル段差ΔＶａが極端に大きくない場合には、第１水平転送電極部のストレージ電極２０１下のストレージ部に蓄積された信号電荷ｅ１３の電子の界面Ｖｅ１３よりも、第１水平転送電極部のバリア電極２０２下のバリア部のうちの第２電荷転送部１０４を構成する部分のポテンシャル深さＶ２０２ｂ２の方が浅いため、バリア電極２０２下のバリア部のポテンシャルは、ストレージ電極２０１下のストレージ部に蓄積された信号電荷ｅ１３に対するポテンシャルバリアとして完全に機能し、信号電荷ｅ１３は転送電圧３Ｖにより完全に転送される。
【００３１】
一方、図１９に示すように、ポテンシャル段差ΔＶａが極端に大きい場合には、第１水平転送電極部のストレージ電極２０１下のストレージ部に蓄積された信号電荷ｅ１３の電子の界面Ｖｅ１３よりも、第１水平転送電極部のバリア電極２０２下のバリア部のうちの第２電荷転送１０４を構成する部分のポテンシャル深さＶ２０２ｂ２の方が深いために、バリア電極２０２下のバリア部のポテンシャルは、ストレージ電極２０１下のストレージ部に蓄積された信号電荷ｅ１３に対するポテンシャルバリアとして完全には機能せず、信号電荷ｅ１３の一部がバリア電極２０２下のバリア部のうちの第２電荷転送部１０４を構成する部分へ溢れ出し、その溢れ出した電荷が転送残り電荷ｅ１４となる。その結果、信号電荷量が多い大信号時に飽和出力が減少する。
【００３２】
以上説明したように、信号電荷の転送効率が高い低電圧駆動の固体撮像装置を実現するために、電荷転送部内に、該電荷転送部の導電型と同じ導電型の不純物を注入してポテンシャルウェルを設けることにより、信号電荷量が少ない小信号時のチャンネル幅を該電荷転送部のチャンネル幅よりも狭い幅に制限する場合、信号電荷量が多い大信号時に飽和出力が減少し、それにより信号電荷の転送効率が低下するという問題が発生する。
【００３３】
また、信号電荷の転送効率が高い低電圧駆動の固体撮像装置を実現するために、電荷転送部内に、該電荷転送部の導電型と同じ導電型の不純物を注入してポテンシャルウェルまたはポテンシャルバリアを設けることにより、信号電荷量が少ない小信号時のチャンネル幅を該電荷転送部のチャンネル幅よりも狭い幅に制限する場合、生産工程が増加し、それにより生産コストや生産リードタイムの増加を招くという問題が発生する。
【００３４】
本発明は、上記問題点に鑑み、電荷転送部内に、信号電荷量が少ない小信号時のチャンネル幅を該電荷転送部のチャンネル幅よりも狭い幅に制限するためのポテンシャルウェルまたはポテンシャルバリアが設けられた固体撮像装置において、信号電荷量にかかわらず転送効率が高く、低電圧駆動が可能で、生産工程も増加しない固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００３５】
また、本発明は、電荷転送部内に、信号電荷量が少ない小信号時のチャンネル幅を該電荷転送部のチャンネル幅よりも狭い幅に制限するためのポテンシャルウェルが設けられた固体撮像装置において、転送効率がより高く、低電圧駆動が可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
本発明の請求項１記載の固体撮像装置は、入力された信号電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部へ信号電荷を入力する信号入力部と、前記電荷転送部の上方に配置され、印加される駆動電圧に応じて信号電荷を前記電荷転送部内で転送させる複数のストレージ電極およびバリア電極と、前記電荷転送部から転送された信号電荷を電圧に変換する信号検出部と、を備え、全部または一部の前記ストレージ電極は、前記電荷転送部の所定の領域の上方の部分の電極長が他の部分の電極長よりも長いことを特徴とする。
【００３７】
また、本発明の請求項２記載の固体撮像装置は、請求項１記載の固体撮像装置であって、前記所定の領域に、前記電荷転送部の導電型と同じ導電型の不純物が注入されていることを特徴とする。
【００３８】
また、本発明の請求項３記載の固体撮像装置は、請求項１もしくは２のいずれかに記載の固体撮像装置であって、前記所定の領域は、その中心線が直線形状をしており、前記信号入力部から離れて配置されて、その一端が前記電荷検出部に接していることを特徴とする。
【００３９】
また、本発明の請求項４記載の固体撮像装置は、入力された信号電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部へ信号電荷を入力する信号入力部と、前記電荷転送部の上方に配置され、印加される駆動電圧に応じて信号電荷を前記電荷転送部内で転送させる複数のストレージ電極およびバリア電極と、前記電荷転送部から転送された信号電荷を電圧に変換する信号検出部と、を備え、全部または一部の前記ストレージ電極は、前記電荷転送部の所定の領域の前記信号入力部側とは反対側の側部近傍の上方の部分の電極長が他の部分の電極長よりも短いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００４０】
本発明の好ましい形態によれば、全部または一部のストレージ電極の、電荷転送部の所定の領域の上方の部分の電極長を、他の部分の電極長よりも長くすることにより、その所定の領域にポテンシャルウェルを形成するので、信号電荷量にかかわらず転送効率が高く、低電圧駆動が可能で、かつ、ポテンシャルウェルを形成するのに不純物を注入しない分だけ生産工程の増加を抑制できる固体撮像装置を実現することができる。また、その所定の領域に、電荷転送部の導電型と同じ導電型の不純物を注入することにより、転送効率がより高く、低電圧駆動が可能な固体撮像装置を実現することができる。
【００４１】
また、本発明の好ましい形態によれば、全部または一部のストレージ電極の、電荷転送部の所定の領域の信号入力部側とは反対側の側部近傍の上方の部分の電極長を、他の部分の電極長よりも短くすることにより、その所定の領域の信号入力部側とは反対側の側部近傍にポテンシャルバリアを形成するので、信号電荷量にかかわらず転送効率が高く、低電圧駆動が可能で、かつ、ポテンシャルバリアを形成するのに不純物を注入しない分だけ生産工程の増加を抑制できる固体撮像装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における固体撮像装置について説明する。図１（ａ）は、本発明の実施の形態１におけるＣＣＤ型固体撮像装置の水平転送ＣＣＤの上面図であり、水平転送ＣＣＤの電荷検出部側の構成を示している。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線におけるポテンシャル（電位）の模式図である。
【００４３】
図１（ａ）に示すように、この水平転送ＣＣＤは、図１（ａ）中に矢印ｄで示す信号電荷の転送方向に長いチャンネル幅Ｗ１の第１電荷転送部１と、電荷転送方向ｄに並んで配置された、第１電荷転送部１の一方の側部に接続する複数の信号入力部２と、第１電荷転送部１の一方の端部に接続する電荷検出部３と、リセットドレイン５と、第１電荷転送部１の上方に配置された転送電極２１〜２４、最終転送電極２５、２６および出力電極２７と、電荷検出部３とリセットドレイン５との間のゲート領域上に配置されたリセット電極２８と、を備える。また、第１電荷転送部１内には、第１電荷転送部１のチャンネル幅Ｗ１よりも狭いチャンネル幅Ｗ２の第２電荷転送部４が形成されている。以下、この水平転送ＣＣＤについて、詳細に説明する。
【００４４】
水平転送ＣＣＤを構成する第１電荷転送部１の一方の側部に接続する信号入力部２は垂直転送ＣＣＤを構成し、第１電荷転送部１へ信号電荷を入力する。信号入力部２から第１電荷転送部１へ入力された信号電荷は、転送電極２１〜２４および最終転送電極２５、２６に印加される電圧に応じて第１電荷転送部１内を電荷転送方向ｄへ転送される。出力電極２７に隣接する最終転送電極２５下の領域へ転送された信号電荷は、出力電極２７に印加される電圧に応じて、電荷検出部３へ移動される。
【００４５】
第１電荷転送部１は２相ＣＣＤであり、隣接する４つの転送電極２１〜２４は１組のセルを構成し、そのセルが第１電荷転送部１の上方に繰り返し配置されている。具体的には、１組のセルのうちの転送電極２１と転送電極２２が第１水平転送電極部を構成し、転送電極２３と転送電極２４が第２水平転送電極部を構成する。
【００４６】
転送電極２１は、その下方の領域を、信号電荷を蓄積させるストレージ部として機能させるストレージ電極であり、転送電極２２は、その下方の領域を、転送電極２１下のストレージ部に蓄積された信号電荷に対するポテンシャルバリアを形成するバリア部として機能させるバリア電極である。
【００４７】
同様に、転送電極２３は、その下方の領域を、信号電荷を蓄積させるストレージ部として機能させるストレージ電極であり、転送電極２４は、その下方の領域を、転送電極２３下のストレージ部に蓄積された信号電荷に対するポテンシャルバリアを形成するバリア部として機能させるバリア電極である。
【００４８】
最終転送電極２５、２６も同様に１つの組を構成しており、最終転送電極２５は、その下方の領域を、信号電荷を蓄積させるストレージ部として機能させるストレージ電極であり、最終転送電極２６は、その下方の領域を、最終転送電極２５下のストレージ部に蓄積された信号電荷に対するポテンシャルバリアを形成するバリア部として機能させるバリア電極である。なお、最終転送電極２５、２６は第１電荷転送部１の出力部６の上方に配置されている。出力部６は、第１電荷転送部１の電荷転送方向ｄにおける信号入力部２と接しなくなった位置を境とした電荷検出部３と接続する部分である。
【００４９】
第１電荷転送部１の出力部６上方の電荷検出部３近傍に配置された出力電極２７は、信号電荷を電荷検出部３に転送する際の出力ゲートを構成する。つまり、出力電極２７に一定電圧が印加されて、最終転送電極２５下の領域のポテンシャルが出力電極２７下の領域のポテンシャルよりも浅くなったときに、最終転送電極２５下の領域に蓄積された信号電荷が電荷検出部３へ転送される。
【００５０】
電荷検出部３は、第１電荷転送部１のチャンネル幅Ｗ１よりも狭い幅を有し、第１電荷転送部１の端部の電荷転送方向ｄに垂直な幅方向における中央部に接続している。この電荷検出部３は、最終転送電極２５下の領域から転送された信号電荷を電圧に変換する。
【００５１】
リセット電極２８は、電荷検出部３に蓄積された信号電荷をリセットドレイン５に排出するリセットゲートを構成する。つまり、リセット電極２８へ印加される電圧に応じて、電荷検出部３からリセットドレイン５へ信号電荷が移動する。
【００５２】
本実施の形態１では、第１電荷転送部１の長手方向に直交するように配置された転送電極２１〜２４および最終転送電極２５、２６のうちのストレージ電極（転送電極２１、２３および最終転送電極２５）の電極長を局所的に広げることにより、第１電荷転送部１内に第２電荷転送部４を形成している。具体的には、ストレージ電極２１、２３、２５の第２電荷転送部４を形成する領域（所定の領域）の上方の部分の電極長が他の部分の電極長よりも長くなっている。
【００５３】
図２は電極長とポテンシャル深さとの関係を示す図である。図２に示すように、電極長を長くするとポテンシャルが深くなることがわかる。したがって、ストレージ電極２１、２３、２５の第２電荷転送部４を形成する領域の上方の部分の電極長を他の部分の電極長よりも長くすることにより、それらの電極長が広い部分の下方の領域にポテンシャルウェルが形成される。それらのポテンシャルウェルが形成された領域をつなげた領域が第２電荷転送部４の領域であり、第１電荷転送部１は第２電荷転送部４の領域（第２領域）と、その第２領域を除く第１領域からなる。本実施の形態１では、第２電荷転送部４が第１電荷転送部１のチャンネル幅Ｗ１よりも狭い一定幅Ｗ２の領域となるようにストレージ電極２１、２３、２５の電極長を局所的に広げている。
【００５４】
なお、バリア電極（転送電極２２、２４および最終転送電極２６）の、ストレージ電極２１、２３、２５の電極長が長い部分に対向する部分の電極長は、ストレージ電極の電極長が長くなることにより短くなるので、バリア電極下の領域のうちの第１電荷転送部１の第２領域（第２電荷転送部４）を構成する部分のポテンシャルは浅くなる。
【００５５】
第２電荷転送部４は、第１電荷転送部１の長手方向に平行な直線部分と、その直線部分と電荷検出部３とを接続する斜め部分からなる。直線部分は、第１電荷転送部１の信号入力部２側の側部に沿って形成されており、信号入力部２に接している。斜め部分は出力部６上に形成されている。ここで、斜め部分が電荷検出部３に急峻な角度で接続すると、出力部６付近で信号電荷の転送効率が低下することが懸念されるため、斜め部分は、あまり急峻な角度にならないように形成することが望ましい。
【００５６】
この第２電荷転送部４は、信号電荷量の少ない小信号時用の電荷転送部として活用される。つまり、図１（ｂ）に示すように、信号電荷量が少ない小信号時には、信号入力部２から第１電荷転送部１へ入力された信号電荷（ｅ２）は、チャンネル幅Ｗ２の第２電荷転送部４（第１電荷転送部１の第２領域）内を転送する。一方、信号電荷量が多い大信号時には、信号入力部２から第１電荷転送部１へ入力された信号電荷（ｅ１、ｅ２）は、チャンネル幅Ｗ１の第１電荷転送部１（第１電荷転送部１の第１および第２領域）内を転送する。
【００５７】
以上のように、本実施の形態１によれば、信号電荷量が少ない小信号時には、狭いチャンネル幅の第２電荷転送部４（第１電荷転送部１の第２領域）内を信号電荷が転送するので、自己誘起電界が低下せず、よって転送効率に対する転送電界の影響も大きくならない。したがって、信号電荷量が少ない小信号時における信号電荷の転送効率が高く、低電圧駆動が可能な固体撮像装置を実現することができる。
【００５８】
続いて、本実施の形態１におけるＣＣＤ型固体撮像装置の製造方法について説明する。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、本発明の実施の形態１におけるＣＣＤ型固体撮像装置の製造工程の一部を示す上面図であり、水平転送ＣＣＤの電荷検出部側の構成を示している。
【００５９】
まず、図３（ａ）に示すように、ｐ型のウェルあるいは半導体基板上に、フォトレジストにより第１電荷転送部１、信号入力部２、電荷検出部３、リセットドレイン５、およびリセット電極２８の下方のゲート領域を形成するためのマスクパターンを形成した後、ｎ型の不純物を注入し、ｎ型不純物領域を形成する。
【００６０】
次に、図３（ｂ）に示すように、ｐ型のウェルあるいは半導体基板上に、フォトレジストにより電荷検出部３、リセットドレイン５、並びに出力電極２７およびリセット電極２８それぞれの下方のゲート領域を形成するためのマスクパターンを形成した後、ｎ型あるいはｐ型の不純物を注入する。
【００６１】
次に、図３（ｃ）に示すように、ストレージ電極（転送電極２１、２３および最終転送電極２５）を設けた後、フォトレジストにより、隣接するストレージ電極間の領域にバリア部を形成するためのマスクパターンを形成した後、第１電荷転送部１の導電型とは逆導電型（ここではｐ型）の不純物を注入して、バリア部を形成する。その後、出力電極２７、リセット電極２８およびバリア電極（転送電極２２、２４および最終転送電極２６）を設けることにより、図１（ａ）に示す水平転送ＣＣＤが完成する。
【００６２】
図４は、図１（ａ）に示す水平転送ＣＣＤにおけるポテンシャル分布の３次元的な模式図と、第２電荷転送部４に沿うポテンシャル分布の断面図とを上下に並べて示しており、ここでは、信号電荷量が多い大信号時におけるポテンシャル分布の変化を示している。また、ここでは、２相４極の水平転送ＣＣＤを０Ｖおよび３Ｖの転送電圧（駆動電圧）で駆動する場合について説明する。
【００６３】
図４に示すように、転送電極（ストレージ電極）２１と転送電極（バリア電極）２２からなる第１水平転送電極部と、転送電極（ストレージ電極）２３と転送電極（バリア電極）２４からなる第２水平転送電極部にはそれぞれ同一の転送電圧が印加される。
【００６４】
図４に示すポテンシャル分布の３次元的な模式図において、２１ｓ１はストレージ電極２１下の領域（ストレージ部）のうちの第１電荷転送部１の第１領域を構成する部分のポテンシャルを、２１ｓ２はストレージ電極２１下のストレージ部のうちの第１電荷転送部１の第２領域（第２電荷転送部４）を構成する部分のポテンシャルを、２２ｂ１はバリア電極２２下の領域（バリア部）のうちの第１電荷転送部１の第１領域を構成する部分のポテンシャルを、２２ｂ２はバリア電極２２下のバリア部のうちの第１電荷転送部１の第２領域（第２電荷転送部４）を構成する部分のポテンシャルをそれぞれ示している。
【００６５】
同様に、２３ｓ１はストレージ電極２３下の領域（ストレージ部）のうちの第１電荷転送部１の第１領域を構成する部分のポテンシャルを、２３ｓ２はストレージ電極２３下のストレージ部のうちの第１電荷転送部１の第２領域（第２電荷転送部４）を構成する部分のポテンシャルを、２４ｂ１はバリア電極２４下の領域（バリア部）のうちの第１電荷転送部１の第１領域を構成する部分のポテンシャルを、２４ｂ２はバリア電極２４下のバリア部のうちの第１電荷転送部１の第２領域（第２電荷転送部４）を構成する部分のポテンシャルをそれぞれ示している。
【００６６】
また、図４に示すポテンシャル分布の断面図において、Ｖ２１ｓ１はストレージ電極２１下のストレージ部のうちの第１電荷転送部１の第１領域を構成する部分のポテンシャル深さを、Ｖ２１ｓ２はストレージ電極２１下のストレージ部のうちの第１電荷転送部１の第２領域（第２電荷転送部４）を構成する部分のポテンシャル深さを、Ｖ２２ｂ１はバリア電極２２下のバリア部のうちの第１電荷転送部１の第１領域を構成する部分のポテンシャル深さを、Ｖ２２ｂ２はバリア電極２２下のバリア部のうちの第１電荷転送部１の第２領域（第２電荷転送部４）を構成する部分のポテンシャル深さをそれぞれ示している。
【００６７】
同様に、Ｖ２３ｓ１はストレージ電極２３下のストレージ部のうちの第１電荷転送部１の第１領域を構成する部分のポテンシャル深さを、Ｖ２３ｓ２はストレージ電極２３下のストレージ部のうちの第１電荷転送部１の第２領域（第２電荷転送部４）を構成する部分のポテンシャル深さを、Ｖ２４ｂ１はバリア電極２４下のバリア部のうちの第１電荷転送部１の第１領域を構成する部分のポテンシャル深さを、Ｖ２４ｂ２はバリア電極２４下のバリア部のうちの第１電荷転送部１の第２領域（第２電荷転送部４）を構成する部分のポテンシャル深さをそれぞれ示している。
【００６８】
ここでは、第１水平転送電極部のストレージ電極２１下の領域に信号電荷ｅ３が蓄えられており、その信号電荷ｅ３が、第２水平転送電極部のストレージ電極２３下の領域へ転送される際のポテンシャル分布の変化を示している。また、ストレージ電極下の領域に蓄積されている信号電荷ｅ３の電子の界面をＶｅ３で定義する。
【００６９】
また、ここでは、ストレージ部の第１電荷転送部１の第１領域を構成する部分と第１電荷転送部１の第２領域を構成する部分との間にポテンシャル段差ΔＶａが予め形成されているものとする。また、バリア部の第１電荷転送部１の第１領域を構成する部分とストレージ部の第１電荷転送部１の第１領域を構成する部分との間にポテンシャル段差ΔＶｂが予め形成されているものとする。また、第１水平転送電極部を構成する転送電極２１、２２に０Ｖまたは３Ｖの転送電圧を印加し、第２水平転送電極部を構成する転送電極２３、２４に３Ｖまたは０Ｖの転送電圧を印加すると、その転送電圧によるポテンシャル段差ΔＶｃが形成されるものとする。
【００７０】
図４に示すように、ストレージ電極２１、２３下のストレージ部のうちの第２電荷転送部４を構成する部分のポテンシャル深さＶ２１ｓ２、Ｖ２３ｓ２は、そのストレージ部のうちの第１電荷転送部１の第１領域を構成する部分のポテンシャル深さＶ２１ｓ１、Ｖ２３ｓ１よりも深くなり、バリア電極２２、２４下のバリア部のうちの第２電荷転送部４を構成する部分のポテンシャル深さＶ２２ｂ２、Ｖ２４ｂ２は、そのバリア部のうちの第１電荷転送部１の第１領域を構成する部分のポテンシャル深さＶ２２ｂ１、Ｖ２４ｂ１よりも浅くなる。
【００７１】
したがって、信号電荷量が多い時であっても、図４に示すように、第１水平転送電極部のストレージ電極２１下のストレージ部に蓄積された信号電荷ｅ３の電子の界面Ｖｅ３よりも、第１水平転送電極部のバリア電極２２下のバリア部のうちの第２電荷転送部４を構成する部分のポテンシャル深さＶ２２ｂ２の方が浅くなるので、バリア電極２２下のバリア部のポテンシャルは、ストレージ電極２１下のストレージ部に蓄積された信号電荷ｅ３に対するポテンシャルバリアとして完全に機能し、信号電荷ｅ３は逆流することなく転送電圧３Ｖにより完全に転送される。一方、信号電荷量が少ない時には、信号電荷はストレージ部のうちの第２電荷転送部を構成する部分に蓄積されて転送される。
【００７２】
以上のように、本実施の形態１によれば、信号電荷量が少ない小信号時には、狭いチャンネル幅の第２電荷転送部４（第１電荷転送部１の第２領域）内を信号電荷が転送するので、自己誘起電界が低下せず、よって転送効率に対する転送電界の影響も大きくならない。したがって、信号電荷量が少ない小信号時における転送効率の低下を防止することができる。また、信号電荷量が多い大信号時には、チャンネル幅Ｗ１の第１電荷転送部１（第１電荷転送部１の第１および第２領域）内を信号電荷が転送する際に、バリア部のポテンシャルがストレージ部に蓄積された信号電荷に対してポテンシャルバリアとして完全に機能するので、飽和出力の低下を防ぐことができ、信号電荷量が多い大信号時における転送効率の低下を防止することができる。
【００７３】
よって、本実施の形態１によれば、信号電荷量にかかわらず転送効率が高く、低電圧駆動が可能な固体撮像装置を実現することができる。また、第２電荷転送部を形成するのに不純物を注入しない分だけ生産工程の増加を抑制できる。
【００７４】
また、本実施の形態１によれば、第２電荷転送部４は全ての信号入力部２と接する。よって、信号入力部から入力された信号電荷を、短時間のうちに確実に第２電荷転送部に導くことができる。また、第２電荷転送部４は電荷検出部３と接する。よって、第２電荷転送部内を転送した信号電荷が電荷検出部へ移動する確実性が増す。
【００７５】
また、本実施の形態１によれば、第２電荷転送部４のチャンネル幅は一定である。よって、第２電荷転送部内を転送する信号電荷は、第２電荷転送部のチャンネル幅が一定でないことによる変調を受けず、信号電荷の転送の安定性が良好となる。
【００７６】
なお、ストレージ電極の両側部を局所的に広げる場合について説明したが、図５に示すように、ストレージ電極（転送電極２１、２３、最終転送電極２５）の一方の側部のみを局所的に広げることにより第２電荷転送部４を形成してもよい。このようにすれば、加工精度の制約等によりストレージ電極の両側部を局所的に広げることができない場合においても、全てのストレージ電極の両側部を局所的に広げる場合に得られる効果に準ずる効果を得ることができる。
【００７７】
また、図６に示すように、一部のストレージ電極（図６に示す構成の水平転送ＣＣＤでは、転送電極２３と最終転送電極２５）の両側部を局所的に広げることにより第２電荷転送部４を形成してもよい。このようにすれば、加工精度の制約等により全てのストレージ電極の両側部を局所的に広げることができない場合においても、全てのストレージ電極の両側部を局所的に広げる場合に得られる効果に準ずる効果を得ることができる。
【００７８】
また、第２電荷転送部４が信号入力部２に接する場合について説明したが、第２電荷転送部４を信号入力部２から離してもよい。図７（ａ）は、本発明の実施の形態１におけるＣＣＤ型固体撮像装置の水平転送ＣＣＤの他の例の上面図であり、水平転送ＣＣＤの電荷検出部側の構成を示している。また、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ’線におけるポテンシャル（電位）の模式図である。
【００７９】
図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、第２電荷転送部４は、隣接する４つの転送電極２１〜２４の組であるセルの長さ（転送セルピッチ）Ｌｃｅｌｌよりも短い距離Ｌだけ信号入力部２から離れていてもよい。なお、転送セルピッチＬｃｅｌｌは、本実施の形態１のように２相４極の水平転送ＣＣＤの場合には、４つの転送電極２１〜２４の電極長を合計した値となる。
【００８０】
このように、第２電荷転送部４を転送セルピッチＬｃｅｌｌよりも短い距離だけ信号入力部２から離した場合であっても、信号入力部２から入力された信号電荷が第２電荷転送部４に達するまでの時間は、信号電荷が１セル分だけ電荷転送方向ｄに転送される時間よりも短くなる。よって、第２電荷転送部が信号入力部に接している場合と同様に、信号電荷の転送効率が高い低電圧駆動の固体撮像装置を実現することができる。
【００８１】
また、第２電荷転送部４は、第２電荷転送部４のチャンネル幅Ｗ２よりも短い距離だけ信号入力部２から離れていてもよい。この場合、第２電荷転送部と信号入力部との間のポテンシャルの形状は、第２電荷転送部の領域に形成されたポテンシャルウェルにより、信号入力部から入力された信号電荷を第２電荷転送部に導く斜面を有する形状となる。よって、第２電荷転送部が信号入力部に接している場合と同様に、信号電荷の転送効率が高い低電圧駆動の固体撮像装置を実現することができる。
【００８２】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における固体撮像装置について説明する。図８（ａ）は、本発明の実施の形態２におけるＣＣＤ型固体撮像装置の水平転送ＣＣＤの上面図であり、水平転送ＣＣＤの電荷検出部側の構成を示している。また、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ’線におけるポテンシャル（電位）の模式図である。なお、図８において、図１に示す要素に対応する要素には同一の符号を付し、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
【００８３】
本実施の形態２では、図８（ａ）に示すように、転送電極２１〜２４のうちのストレージ電極（転送電極２１、２３）の電極長を局所的に狭めることにより、第１電荷転送部１内に第２電荷転送部４を形成している。具体的には、第２電荷転送部４を形成する領域（所定の領域）の信号入力部２側とは反対側の側部近傍の上方の部分の電極長が他の部分の電極長よりも短くなっている。これにより、それらの電極長が狭い部分の下方の領域にポテンシャルバリアが形成される（図８（ｂ）を参照。）。これらのポテンシャルバリアをつなげた部分よりも信号入力部２側の領域が第２電荷転送部４の領域である。
【００８４】
本実施の形態２では、第２電荷転送部４が第１電荷転送部１のチャンネル幅Ｗ１よりも狭い一定幅Ｗ２の領域となるようにストレージ電極２１、２３の電極長を局所的に狭めている。なお、本実施の形態２では、ストレージ電極の両側部を狭めている。
【００８５】
また、本実施の形態２では、第２電荷転送部４は、第１電荷転送部１の長手方向に平行な直線部分のみからなり、その端部は電荷検出部３に接続してない。また、その直線部分は、第１電荷転送部１の信号入力部２側の側部に沿って形成されており、信号入力部２に接している。
【００８６】
第１電荷転送部をポテンシャルバリアで分割して第２電荷転送部を形成する場合、第２電荷転送部は電荷検出部と接続させないほうが望ましい。これは、第２電荷転送部を電荷検出部と接続するためにはポテンシャルバリアを出力電極２７の位置まで形成する必要があり、そのようにすると、ポテンシャルバリアにより分割される領域のうちの信号入力部側とは反対側の領域（第１電荷転送部１の第１領域）に転送残りが発生する可能性があるためである。そのため、ポテンシャルバリアを形成する位置は、出力電極２７の手前まで、望ましくは電荷検出部３に向かってチャンネル幅を絞り込む位置の直前までにするべきである。
【００８７】
本実施の形態２によれば、図８（ｂ）に示すように、信号電荷量が少ない小信号時には、信号入力部２から第１電荷転送部１へ入力された信号電荷（ｅ２）は、狭いチャンネル幅Ｗ２の第２電荷転送部４（第１電荷転送部１の第２領域）内を転送する。一方、信号電荷量が多い大信号時には、信号入力部２から第１電荷転送部１へ入力された信号電荷（ｅ１、ｅ２）は、チャンネル幅Ｗ１の第１電荷転送部１（第１電荷転送部１の第１および第２領域）内を転送する。このように、信号電荷量が少ない小信号時には、狭いチャンネル幅の第２電荷転送部内を信号電荷が転送するので、自己誘起電界が低下せず、よって転送効率に対する転送電界の影響も大きくならない。
【００８８】
また、本実施の形態２によれば、ポテンシャルバリアにより第２電荷転送部を形成するので、第１電荷転送部の第１領域と第２領域は同じポテンシャルとなる。したがって、信号電荷量が多い大信号時に飽和出力が低下することもない。
【００８９】
よって、本実施の形態２によれば、信号電荷量にかかわらず転送効率が高く、低電圧駆動が可能な固体撮像装置を実現することができる。また、第２電荷転送部を形成するのに不純物を注入しない分だけ生産工程の増加を抑制できる。
【００９０】
また、本実施の形態２によれば、第２電荷転送部４は全ての信号入力部２と接する。よって、信号入力部から入力された信号電荷を、短時間のうちに確実に第２電荷転送部に導くことができる。
【００９１】
また、本実施の形態２によれば、第２電荷転送部４はチャンネル幅が一定の直線部分のみからなる。よって、第２電荷転送部内を転送する信号電荷は、第２電荷転送部のチャンネル幅が一定でないことによる変調を受けず、信号電荷の転送の安定性が良好となる。
【００９２】
なお、本実施の形態２では、ストレージ電極の両側部を局所的に狭める場合について説明したが、ストレージ電極の一方の側部のみを局所的に狭めることにより第２電荷転送部を形成してもよい。このようにすれば、加工精度の制約等によりストレージ電極の両側部を局所的に狭めることができない場合においても、全てのストレージ電極の両側部を局所的に狭める場合に得られる効果に準ずる効果を得ることができる。また、一部のストレージ電極の両側部を局所的に狭めることにより第２電荷転送部を形成してもよい。このようにすれば、加工精度の制約等により全てのストレージ電極の両側部を局所的に狭めることができない場合においても、全てのストレージ電極の両側部を局所的に狭める場合に得られる効果に準ずる効果を得ることができる。
【００９３】
また、第１電荷転送部１内に１つの第２電荷転送部を形成する場合について説明したが、第２電荷転送部を並列に２つ形成してもよい。図９（ａ）は、本発明の実施の形態２におけるＣＣＤ型固体撮像装置の水平転送ＣＣＤの他の例の上面図であり、水平転送ＣＣＤの電荷検出部側の構成を示している。また、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ’線におけるポテンシャル（電位）の模式図である。
【００９４】
図９（ａ）に示すように、第１電荷転送部１内に、チャンネル幅Ｗ２ａの第２電荷転送部４ａとチャンネル幅Ｗ２ｂの第２電荷転送部４ｂを並列に配置してもよい。具体的には、ストレージ電極（転送電極２１、２３）の、第２電荷転送部４ａを形成する領域の信号入力部２側とは反対側の側部近傍の上方の部分の電極長、並びに第２電荷転送部４ｂを形成する領域の信号入力部２側とは反対側の側部（第２電荷転送部４ａ側とは反対側の側部）近傍の上方の部分の電極長を、他の部分の電極長よりも短くしている。このように、第１電荷転送部１をポテンシャルバリアで３つの領域（第２電荷転送部４ａの領域（第２ａ領域）、第２電荷転送部４ｂの領域（第２ｂ領域）、およびそれら領域を除く第１領域）に分割して２つの第２電荷転送部４ａ、４ｂを形成してもよい。
【００９５】
このようにすれば、図９（ｂ）に示すように、信号電荷量が少ない小信号時には、信号入力部２から第１電荷転送部１へ入力された信号電荷（ｅ２ａ）は、信号入力部２に隣接する第２電荷転送部４ａ（第１電荷転送部１の第２ａ領域）内を転送する。この状態から、入射光量の増加に伴い信号電荷量が増えた場合、第２電荷転送部４ａから溢れた信号電荷（ｅ２ｂ）は、第２電荷転送部４ａに隣接する第２電荷転送部４ｂへ流入して、第２電荷転送部４ｂ（第１電荷転送部１の第２ｂ領域）内を転送する。一方、信号電荷量が多い大信号時には、信号入力部２から第１電荷転送部１へ入力された信号電荷（ｅ１、ｅ２ａ、ｅ２ｂ）は、チャンネル幅Ｗ１の第１電荷転送部１（第１電荷転送部１の第１領域、第２ａ領域、および第２ｂ領域）内を転送する。
【００９６】
このように、信号電荷量が増加して１つの第２電荷転送部から信号電荷が溢れ出る場合であっても自己誘起電界の低下を抑制することができるので、信号電荷の転送効率が高く低電圧駆動が可能な固体撮像装置を実現することができる。
【００９７】
また、第２電荷転送部の数は２つに限るものではなく、３つ以上であってもよい。図１０に第２電荷転送部が並列に３つ形成された水平転送ＣＣＤを示す。図１０（ａ）は、本発明の実施の形態２におけるＣＣＤ型固体撮像装置の水平転送ＣＣＤの他の例の上面図であり、水平転送ＣＣＤの電荷検出部側の構成を示している。また、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ’線におけるポテンシャル（電位）の模式図である。
【００９８】
図１０（ａ）に示すように、第１電荷転送部１内に、チャンネル幅Ｗ２ａの第２電荷転送部４ａ、チャンネル幅Ｗ２ｂの第２電荷転送部４ｂ、およびチャンネル幅Ｗ２ｃの第２電荷転送部４ｃを並列に配置してもよい。具体的には、ストレージ電極（転送電極２１、２３）の、第２電荷転送部４ａを形成する領域の信号入力部２側とは反対側の側部近傍の上方の部分の電極長、第２電荷転送部４ｂを形成する領域の信号入力部２側とは反対側の側部（第２電荷転送部４ａ側とは反対側の側部）近傍の上方の部分の電極長、並びに第２電荷転送部４ｃを形成する領域の信号入力部２側とは反対側の側部（第２電荷転送部４ｂ側とは反対側の側部）近傍の上方の部分の電極長を、他の部分の電極長よりも短くしている。このように、第１電荷転送部１をポテンシャルバリアで４つの領域（第２電荷転送部４ａの領域（第２ａ領域）、第２電荷転送部４ｂの領域（第２ｂ領域）、第２電荷転送部４ｃの領域（第２ｃ領域）、およびそれら領域を除く第１領域）に分割して３つの第２電荷転送部４ａ、４ｂ、４ｃを形成してもよい。
【００９９】
このようにすれば、図１０（ｂ）に示すように、信号電荷量が少ない小信号時には、信号入力部２から第１電荷転送部１へ入力された信号電荷（ｅ２ａ）は、信号入力部２に隣接する第２電荷転送部４ａ（第１電荷転送部１の第２ａ領域）内を転送する。この状態から、入射光量の増加に伴い信号電荷量が増えた場合、第２電荷転送部４ａから溢れた信号電荷（ｅ２ｂ）は、第２電荷転送部４ａに隣接する第２電荷転送部４ｂに流入して、第２電荷転送部４ｂ（第１電荷転送部１の第２ｂ領域）内を転送する。また、さらに入射光量が増加して信号電荷量が増えた場合には、第２電荷転送部４ｂから溢れた信号電荷（ｅ２ｃ）は、第２電荷転送部４ｂに隣接する第２電荷転送部４ｃに流入して、第２電荷転送部４ｃ（第１電荷転送部１の第２ｃ領域）内を転送する。一方、信号電荷量が多い大信号時には、信号入力部２から第１電荷転送部１へ入力された信号電荷（ｅ１、ｅ２ａ、ｅ２ｂ、ｅ２ｃ）は、チャンネル幅Ｗ１の第１電荷転送部１（第１電荷転送部１の第１領域、第２ａ領域、第２ｂ領域、および第２ｃ領域）内を転送する。
【０１００】
このように、信号電荷量が増加して２つの第２電荷転送部から信号電荷が溢れ出る場合であっても自己誘起電界の低下を抑制することができるので、信号電荷の転送効率が高く低電圧駆動が可能な固体撮像装置を実現することができる。
【０１０１】
以上のように、第１電荷転送部内に複数の第２電荷転送部を形成することにより、信号電荷量が増加した場合においても、第１電荷転送部のチャンネル幅よりも狭いチャンネル幅の第２電荷転送部を経路として信号電荷を転送することが可能となり、信号電荷量にかかわらず転送効率が高く、低電圧駆動が可能な固体撮像装置を実現できる。
【０１０２】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３における固体撮像装置について説明する。図１１（ａ）は、本発明の実施の形態３におけるＣＣＤ型固体撮像装置の水平転送ＣＣＤの上面図であり、水平転送ＣＣＤの電荷検出部側の構成を示している。また、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＡ−Ａ’線におけるポテンシャル（電位）の模式図である。なお、図１１において、図１に示す要素に対応する要素には同一の符号を付し、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
【０１０３】
本実施の形態３では、図１１（ａ）に示すように、前述した実施の形態１と同様に、ストレージ電極（転送電極２１、２３および最終転送電極２５）の第２電荷転送部４を形成する領域の上方の部分の電極長を広くして、それにより、第１電荷転送部１内に、第１電荷転送部１のチャンネル幅Ｗ１よりも狭い一定幅Ｗ２の第２電荷転送部４を形成しており、第１電荷転送部１は第２電荷転送部４の領域（第２領域）と、その第２領域を除く第１領域からなる。
【０１０４】
さらに、本実施の形態３では、第２電荷転送部４の領域に第１電荷転送部１の導電型と同じ導電型の不純物が注入されている。この不純物の注入量は、バリア電極（転送電極２２、２４および最終転送電極２６）下の領域（バリア部）のうちの第１電荷転送部１の第２領域（第２電荷転送部４）を構成する部分のポテンシャル深さが、そのバリア部のうちの第１電荷転送部１の第１領域を構成する部分のポテンシャル深さと等しくなるように制御する。
【０１０５】
すなわち、バリア電極のストレージ電極の電極長が長い部分に対向する部分の電極長は、ストレージ電極の電極長が長くなることにより短くなるので、それにより、バリア電極下の領域（バリア部）のうちの第２電荷転送部４を構成する部分のポテンシャルを浅くする作用がはたらく。一方、第２電荷転送部４の領域に第１電荷転送部１の導電型と同じ導電型の不純物を注入することにより、第２電荷転送部４の領域のポテンシャルを深くする作用がはたらく。したがって、これらの作用が相殺されるように不純物の注入量を制御することにより、バリア部のうちの第１電荷転送部１の第１領域を構成する部分のポテンシャル深さと第２電荷転送部４を構成する部分のポテンシャル深さとを等しくすることができる。
【０１０６】
図１２は、図１１（ａ）に示す水平転送ＣＣＤにおけるポテンシャル分布の３次元的な模式図と、第２電荷転送部４に沿うポテンシャル分布の断面図とを上下に並べて示している。なお、図１２において、図４に示す要素に対応する要素には同一の符号を付し、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
【０１０７】
図１２は、信号電荷量が多い大信号時におけるポテンシャル分布の変化を示している。詳しくは、第１水平転送電極部のストレージ電極２１下の領域に信号電荷ｅ３が蓄えられており、その信号電荷ｅ３が、第２水平転送電極部のストレージ電極２３下の領域へ転送される際のポテンシャル分布の変化を示している。
【０１０８】
本実施の形態３では、図１２に示すように、ストレージ電極２１、２３下の領域（ストレージ部）のうちの第２電荷転送部４を構成する部分のポテンシャル深さＶ２１ｓ２、Ｖ２３ｓ２は、そのストレージ部のうちの第１電荷転送部１の領域を構成する部分のポテンシャル深さＶ２１ｓ１、Ｖ２３ｓ１よりも深くなり、バリア電極２２、２４下の領域（バリア部）のうちの第２電荷転送部４を構成する部分のポテンシャル深さＶ２２ｂ２、Ｖ２４ｂ２は、そのバリア部のうちの第１電荷転送部１の第１領域を構成する部分のポテンシャル深さＶ２２ｂ１、Ｖ２４ｂ１と等しくなる。
【０１０９】
このように、本実施の形態３では、バリア部のポテンシャルを変化させることなく、ストレージ部のうちの第２電荷転送部４を構成する部分のポテンシャルだけを深くすることにより、第２電荷転送部４を形成している。
【０１１０】
なお、ストレージ電極２１、２３下のストレージ部のうちの第１電荷転送部１の第１領域を構成する部分と第２電荷転送部４を構成する部分との間にはポテンシャル段差ΔＶａが予め形成されているものとする。また、ストレージ電極２１、２３下のストレージ部のうちの第１電荷転送部１の第１領域を構成する部分とバリア電極２２、２４下のバリア部との間にはポテンシャル段差ΔＶｂが形成されているものとする。また、第１水平転送電極部を構成する転送電極２１、２２に０Ｖまたは３Ｖの転送電圧を印加し、第２水平転送電極部を構成する転送電極２３、２４に３Ｖまたは０Ｖの転送電圧を印加すると、その駆動電圧によるポテンシャル段差ΔＶｃが形成されるものとする。
【０１１１】
図１２に示すように、信号電荷量が多い時であっても、第１水平転送電極部のストレージ電極２１下のストレージ部に蓄積された信号電荷ｅ３の電子の界面Ｖｅ３よりも、第１水平転送電極部のバリア電極２２下のバリア部のポテンシャル深さＶ２２ｂ１、Ｖ２２ｂ２の方が浅くなるので、バリア電極２２下のバリア部のポテンシャルは、ストレージ電極２１下のストレージ部に蓄積された信号電荷ｅ３に対するポテンシャルバリアとして完全に機能し、信号電荷ｅ３は逆流することなく転送電圧３Ｖにより完全に転送される。一方、信号電荷量が少ない時には、信号電荷はストレージ部のうちの第２電荷転送部を構成する部分に蓄積されて転送される。
【０１１２】
以上のように、本実施の形態３によれば、信号電荷量が少ない小信号時には、狭いチャンネル幅の第２電荷転送部４（第１電荷転送部１の第２領域）内を信号電荷が転送するので、自己誘起電界が低下せず、よって転送効率に対する転送電界の影響も大きくならない。したがって、信号電荷量が少ない小信号時における転送効率の低下を防止することができる。また、信号電荷量が多い大信号時には、チャンネル幅Ｗ１の第１電荷転送部１（第１電荷転送部１の第１および第２領域）内を信号電荷が転送する際に、バリア部のポテンシャルがストレージ部に蓄積された信号電荷に対してポテンシャルバリアとして完全に機能するので、飽和出力の低下を防ぐことができ、信号電荷量が多い大信号時における転送効率の低下を防止することができる。よって、本実施の形態１によれば、信号電荷量にかかわらず転送効率が高く、低電圧駆動が可能な固体撮像装置を実現することができる。
【０１１３】
また、本実施の形態３によれば、バリア部のポテンシャルを変化させることなく、ストレージ部のうちの第２電荷転送部４を構成する部分のポテンシャルのみを深くすることにより第２電荷転送部４を形成しているので、信号電荷量が多い大信号時における信号電荷の転送効率をより高めることができる。
【０１１４】
さらに、本実施の形態３によれば、図１３に示すように、ストレージ電極の電極長を広げる寸法、および第２電荷転送部の領域に注入する不純物の量を調整することにより、同一のセル内において、ストレージ部のうちの第２電荷転送部を構成する部分のポテンシャルとバリア部のポテンシャルとの段差を一定ピッチにして、信号電荷量が少ない小信号時における転送効率をより高めることができる。図１３には、第１水平転送電極部を構成する転送電極２１、２２に３Ｖの転送電圧を印加し、第２水平転送電極部を構成する転送電極２３、２４に０Ｖの転送電圧を印加した場合のポテンシャルを示している。具体的には、ストレージ電極の電極長を広げる寸法、および第２電荷転送部の領域に注入する不純物の量を調整することにより、図１３に示すように、「Ｖ２１ｓ２−Ｖ２２ｂ２＝Ｖ２２ｂ２−Ｖ２３ｓ２＝Ｖ２３ｓ２−Ｖ２４ｂ２＝ΔＶｂ＋ΔＶａ＝ΔＶｃ／２」となるようにする。このようにすれば、同一のセル内においてポテンシャルを等分することができるため、小信号時の転送効率をより高めることが可能となる。
【０１１５】
また、本実施の形態３によれば、前述した実施の形態１と同様に、第２電荷転送部４が全ての信号入力部２と接するので、信号入力部から入力された信号電荷を、短時間のうちに確実に第２電荷転送部に導くことができる。また、第２電荷転送部４が電荷検出部３と接するので、第２電荷転送部内を転送した信号電荷が電荷検出部へ移動する確実性が増す。また、第２電荷転送部４のチャンネル幅が一定であるので、第２電荷転送部内を転送する信号電荷は、第２電荷転送部のチャンネル幅が一定でないことによる変調を受けず、信号電荷の転送の安定性が良好となる。
【０１１６】
なお、ストレージ電極の両側部を局所的に広げる場合について説明したが、前述した実施の形態１で説明したように、ストレージ電極の一方の側部のみを局所的に広げることにより第２電荷転送部４を形成してもよいし、一部のストレージ電極の両側部を局所的に広げることにより第２電荷転送部４を形成してもよい。
【０１１７】
また、前述した実施の形態１で説明したように、第２電荷転送部４は転送セルピッチよりも短い距離だけと信号入力部２から離してもよいし、第２電荷転送部４のチャンネル幅Ｗ２よりも短い距離だけ信号入力部２から離してもよい。
【０１１８】
また、ここでは、隣接するストレージ電極とバリア電極に同一の転送電圧を印加する場合を例に説明した。しかし、ストレージ電極とバリア電極に印加する転送電圧は、同期さえとれていれば必ずしも同一の電圧である必要はない。すなわち、第２電荷転送部の領域に第１電荷転送部の導電型と同一の導電型の不純物を注入することによりポテンシャルが深くなる効果と、バリア電極の電極幅が狭くなることによりポテンシャルが浅くなる効果がキャンセルされない場合には、転送電圧を微調整することにより、バリア部のうちの第１電荷転送部の第１領域を構成する部分のポテンシャルと第２電荷転送部を構成する部分のポテンシャルを等しくしてもよい。
【０１１９】
（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４における固体撮像装置について説明する。図１４（ａ）は、本発明の実施の形態４におけるＣＣＤ型固体撮像装置の水平転送ＣＣＤの上面図であり、水平転送ＣＣＤの電荷検出部側の構成を示している。また、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＡ−Ａ’線におけるポテンシャル（電位）の模式図である。なお、図１４において、図１に示す要素に対応する要素には同一の符号を付し、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
【０１２０】
本実施の形態４では、図１４（ａ）、図１４（ｂ）に示すように、ストレージ電極（転送電極２１、２３および最終転送電極２５）の第２電荷転送部４を形成する領域の上方の部分の電極長を広くして、それにより、第１電荷転送部１内に、第１電荷転送部１のチャンネル幅Ｗ１よりも狭い一定幅Ｗ２の第２電荷転送部４を形成している。
【０１２１】
本実施の形態４では、第２電荷転送部４は直線形状をしており、信号入力部２から離れて、第１電荷転送部１の幅方向の中央を第１電荷転送部１の長手方向と平行に配置されており、その一端が電荷検出部３に接続している。
【０１２２】
以上説明した構成により、第２電荷転送部は一定幅の直線形状となるので、第２電荷転送部内を転送する信号電荷は、第２電荷転送部のチャンネル幅が一定でないことによる変調を受けず、信号電荷の転送の安定性が良好となる。
【０１２３】
なお、図１５に示すように、第２電荷転送部４は、電荷検出部３に向かってチャンネル幅が狭まるテーパー形状を有していてもよい。このようにすれば、入射光量が減少したときの自己誘起電界の低下を抑制できる。また、図１６に示すように、第２電荷転送部４は、電荷検出部３に向かってチャンネル幅が広がるテーパー形状を有していてもよい。このようにすれば、入射光量が増加しても、ある位置から信号電荷が第２電荷転送部内に収まるようになるので、自己誘起電界の低下を抑制できる。
【０１２４】
以上のように、本実施の形態４によれば、前述した実施の形態１と同様に、信号電荷量にかかわらず転送効率が高く、低電圧駆動が可能な固体撮像装置を実現することができる。また、第２電荷転送部を形成するのに不純物を注入しない分だけ生産工程の増加を抑制できる。
【０１２５】
また、本実施の形態４によれば、前述した実施の形態１と同様に、第２電荷転送部４が電荷検出部３と接するので、第２電荷転送部内を転送した信号電荷が電荷検出部へ移動する確実性が増す。
【０１２６】
なお、前述した実施の形態１で説明したように、ストレージ電極の一方の側部のみを局所的に広げることにより第２電荷転送部４を形成してもよいし、一部のストレージ電極の両側部を局所的に広げることにより第２電荷転送部４を形成してもよい。
【０１２７】
また、前述した実施の形態３と同様に、第２電荷転送部の領域に、第１電荷転送部の導電型と同じ導電型の不純物を注入してもよい。この場合、ストレージ電極とバリア電極に印加する転送電圧は、同期さえとれていれば、必ずしも同一の電圧である必要はない。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明にかかる固体撮像装置は、信号電荷量にかかわらず転送効率が高く、低電圧駆動が可能な固体撮像装置を実現でき、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの低電圧駆動が要求される携帯用の機器に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態１におけるＣＣＤ型固体撮像装置が具備する水平転送ＣＣＤの構成を示す上面図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線における電位模式図
【図２】転送電極の電極長とその転送電極下の領域のポテンシャル深さとの関係を示す図
【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態１におけるＣＣＤ型固体撮像装置の製造工程の一部を示す上面図
【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態１におけるＣＣＤ型固体撮像装置が具備する水平転送ＣＣＤの電荷転送時のポテンシャル分布を説明するための模式図
【図５】本発明の実施の形態１におけるＣＣＤ型固体撮像装置が具備する水平転送ＣＣＤの変形例の構成を示す上面図
【図６】本発明の実施の形態１におけるＣＣＤ型固体撮像装置が具備する水平転送ＣＣＤの変形例の構成を示す上面図
【図７】（ａ）は本発明の実施の形態１におけるＣＣＤ型固体撮像装置が具備する水平転送ＣＣＤの変形例の構成を示す上面図、（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ’線における電位模式図
【図８】（ａ）は本発明の実施の形態２におけるＣＣＤ型固体撮像装置が具備する水平転送ＣＣＤの構成を示す上面図、（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ’線における電位模式図
【図９】（ａ）は本発明の実施の形態２におけるＣＣＤ型固体撮像装置が具備する水平転送ＣＣＤの変形例の構成を示す上面図、（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ’線における電位模式図
【図１０】（ａ）は本発明の実施の形態２におけるＣＣＤ型固体撮像装置が具備する水平転送ＣＣＤの変形例の構成を示す上面図、（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ’線における電位模式図
【図１１】（ａ）は本発明の実施の形態３におけるＣＣＤ型固体撮像装置が具備する水平転送ＣＣＤの構成を示す上面図、（ｂ）は図１１（ａ）のＡ−Ａ’線における電位模式図
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態３におけるＣＣＤ型固体撮像装置が具備する水平転送ＣＣＤの電荷転送時のポテンシャル分布を説明するための模式図
【図１３】本発明の実施の形態３におけるＣＣＤ型固体撮像装置が具備する水平転送ＣＣＤのポテンシャル分布の他の例を説明するための模式図
【図１４】（ａ）は本発明の実施の形態４におけるＣＣＤ型固体撮像装置が具備する水平転送ＣＣＤの構成を示す上面図、（ｂ）は図１４（ａ）のＡ−Ａ’線における電位模式図
【図１５】本発明の実施の形態４におけるＣＣＤ型固体撮像装置が具備する水平転送ＣＣＤの変形例の構成を示す上面図
【図１６】本発明の実施の形態４におけるＣＣＤ型固体撮像装置が具備する水平転送ＣＣＤの変形例の構成を示す上面図
【図１７】（ａ）は従来のＣＣＤ型固体撮像装置が具備する水平転送ＣＣＤの構成を示す上面図、（ｂ）は図１７（ａ）のＡ−Ａ’線における電位模式図
【図１８】（ａ）〜（ｃ）は従来のＣＣＤ型固体撮像装置が具備する水平転送ＣＣＤの第１電荷転送部と第２電荷転送部との間のポテンシャル段差ΔＶａが極端に大きくない場合の電荷転送時のポテンシャル分布を説明するための模式図
【図１９】（ａ）〜（ｃ）は従来のＣＣＤ型固体撮像装置が具備する水平転送ＣＣＤの第１電荷転送部と第２電荷転送部との間のポテンシャル段差ΔＶａが極端に大きい場合の電荷転送時のポテンシャル分布を説明するための模式図
【符号の説明】
【０１３０】
１、１０１      第１電荷転送部
２、１０２      信号入力部
３、１０３      電荷検出部
４、４ａ〜４ｃ、１０４      第２電荷転送部
５、１０５      リセットドレイン
６、１０６      出力部
２１〜２４、２０１〜２０４      転送電極
２５、２６、２０５、２０６      最終転送電極
２７、２０７      出力電極
２８、２０８      リセット電極
【図１】
2009302266.tif 000003
【図２】
2009302266.tif 000004
【図３】
2009302266.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009302266.tif 000009
【図８】
2009302266.tif 000010
【図９】
2009302266.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2009302266.tif 000015
【図１４】
2009302266.tif 000016
【図１５】
2009302266.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2009302266.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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