(57)【要約】【課題】転送電極間の容量を低減して水平レジスタの低消費電力化を図る。【解決手段】半導体基板上に形成された複数の受光部（図示せず）のうち、列方向の受光部から読み出された各信号電荷を列方向に電荷転送した後に、行方向に電荷転送するために、第１のレベル（Ｌレベル）とそれよりも高い電位である第２のレベル（Ｌレベル）とを有し、それぞれ位相が異なるｎ相（ｎは２以上の整数）の転送パルスが印加されるｎ相の電極が交互に繰り返し配列された水平レジスタ２０を有する固体撮像装置において、繰り返し配設されるｎ相の転送電極５と７間にフローティング状態の電極４と６をそれぞれ形成している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの画像光を光電変換して撮像する各受光部からの信号電荷をそれぞれ電荷転送部で電荷転送して各画素毎の撮像信号をそれぞれ得る固体撮像装置において、
該電荷転送部は、第１のレベルと該第１のレベルよりも高い電位である第２のレベルとを有する転送パルスであって、それぞれ位相が異なるｎ相（ｎは２以上の整数）の転送パルスがそれぞれ印加されるｎ相の各電極が電荷転送方向に沿って順次繰り返し配列されており、該各電極間にフローティング電極が配設されている固体撮像装置。
【請求項２】
前記フローティング電極が１層目の転送電極として設けられ、前記ｎ相の各電極のうちの隣り合う各電極が、２層目の転送電極として、該フローティング電極上にゲート絶縁膜を介して一部重なり、該フローティング電極上で所定距離だけ離隔して設けられている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記フローティング電極の電極長は、前記ｎ相の各電極に比べて、プロセス上形成可能な短い電極長とされている請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記フローティング電極の電極長は、０.５μｍ〜１.０μｍである請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記フローティング電極の電極長は、前記ｎ相の各電極に比べて１／１０〜１／３である請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記フローティング電極の面積は、前記ｎ相の各電極に比べて、プロセス上形成可能な小さい面積とされている請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記フローティング電極の面積は、前記ｎ相の各電極に比べて１／１０〜１／３である請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記フローティング電極の電位は、前記ｎ相の各電極のうち、該フローティング電極に隣り合う各電極に印加される転送パルスの電位の中間レベルとなっている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記ｎ相の転送パルスは、２相または３相の転送パルスである請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記２相の転送パルスは、１８０度位相が異なる互いに逆位相のパルスである請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記３相の転送パルスは、１２０度位相が順次異なるパルスである請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記電荷転送部は、
前記各受光部からそれぞれ読み出された信号電荷を垂直方向にそれぞれ電荷転送する各垂直レジスタと、
該各垂直レジスタによって電荷転送された各信号電荷を水平方向に電荷転送するべく、前記ｎ相の各電極が順次繰り返し配列された水平レジスタとを有する請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記水平レジスタは、一方導電型ウエルに他方導電型領域からなる第１転送チャネルと、該第１転送チャネルよりも不純物低濃度領域からなる第２転送チャネルとが交互に繰り返して設けられ、該第１転送チャネルの上方の一部に前記フローティング電極がゲート絶縁膜を介して設けられ、該第１転送チャネルの上方の残り部分と該第２転送チャネルの上方にまたがって前記ｎ相の各電極のいずれかがゲート絶縁膜を介して設けられている請求項１２に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
前記水平レジスタは、一方導電型ウエルに他方導電型領域からなる第１転送チャネルと、該第１転送チャネルよりも不純物低濃度領域からなる第２転送チャネルとが交互に繰り返して設けられ、該第１転送チャネルの上方の一部に前記フローティング電極がゲート絶縁膜を介して設けられ、該第１転送チャネルの上方の残り部分と該第２転送チャネルの上方にまたがって、第２相目の電極の隣りに、前記ｎ相の各電極のうちの第１相目の電極がゲート絶縁膜を介して設けられ、
この隣に、該第１転送チャネルの上方の一部に該フローティング電極とは別のフローティング電極がゲート絶縁膜を介して設けられ、該第１転送チャネルの上方の残り部分と該第２転送チャネルの上方にまたがって、該第１相目の電極の隣りに、前記ｎ相の各電極のうちの第２相目の電極がゲート絶縁膜を介して設けられている請求項１２に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
前記水平レジスタは、一方導電型ウエルに他方導電型領域からなる第１転送チャネルと、該第１転送チャネルよりも不純物低濃度領域からなる第２転送チャネルとが交互に繰り返して設けられ、該第１転送チャネルの上方の一部に前記フローティング電極がゲート絶縁膜を介して設けられ、該第１転送チャネルの上方の残り部分と該第２転送チャネルの上方にまたがって、第３相目の電極の隣りに、前記ｎ相の各電極のうちの第１相目の電極がゲート絶縁膜を介して設けられ、
この隣に、該第１転送チャネルの上方の一部に別のフローティング電極がゲート絶縁膜を介して設けられ、該第１転送チャネルの上方の残り部分と該第２転送チャネルの上方にまたがって、該第１相目の電極の隣りに、前記ｎ相の各電極のうちの第２相目の電極がゲート絶縁膜を介して設けられ、
この隣に、該第１転送チャネルの上方の一部にさらに別のフローティング電極がゲート絶縁膜を介して設けられ、該第１転送チャネルの上方の残り部分と該第２転送チャネルの上方にまたがって、該第２相目の電極の隣りに、前記ｎ相の各電極のうちの第３相目の電極がゲート絶縁膜を介して設けられている請求項１２に記載の固体撮像装置。
【請求項１６】
ＣＣＤ型固体撮像装置である請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかに記載の固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子としての各受光部からの信号電荷をそれぞれ電荷転送して撮像信号を得る固体撮像装置、この固体撮像装置を、画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、車載用カメラ（例えば車載用後方監視カメラ）などの画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラでは、連続撮影時間の長時間化が進んでおり、特に、携帯用で電池駆動の場合など、それらの撮像デバイスとして用いられるＣＣＤ型固体撮像装置に対しても低消費電力化が求められている。
【０００３】
このような従来のＣＣＤ型固体撮像装置には、半導体基板上に形成された各半導体素子を構成する光電変換部（フォトトランジスタ）としての複数の受光部と、各受光部からそれぞれ読み出された信号電荷を垂直方向（列方向）に電荷転送する各垂直レジスタと、この各垂直レジスタによって電荷転送された各信号電荷をそれぞれ、撮像信号を得るために電荷検出部に向けて、水平方向（行方向）に電荷転送する水平転送レジスタとが設けられている。
【０００４】
特に、この水平レジスタの駆動消費電力は、その駆動周波数が大きいため、固体撮像装置の消費電力全体に占める割合が大きい。この固体撮像装置において、水平レジスタは、水平方向の電荷転送方向に沿って複数のｎ相の電極が順次繰り返し配列されている。信号電荷を電荷転送するための駆動パルスとしての転送パルスは、第１の電圧レベル（Ｌレベル）、とそれよりも高い電位である第２の電圧レベル（Ｈレベル）とを有しており、それぞれ位相が異なるｎ相（ｎは整数）の転送パルスがそれぞれｎ相の電極にそれぞれ印加されて、水平レジスタがｎ相駆動されて電荷転送するようになっている。この水平レジスタでは、２相駆動が使用されていることが多い。
【０００５】
図６は、従来の固体撮像素子において、２相駆動される水平レジスタの要部構造例を示す縦断面図である。
【０００６】
図６において、従来の固体撮像装置における水平レジスタ１００は、半導体基板のＰウエル１０１上に、水平方向の電荷転送方向（複数画素の行方向）に沿って転送チャネル１０２および１０３が交互に繰り返し配列されている。転送チャネル１０２はＮ領域、転送チャネル１０３はＮ領域よりもＮ型不純物濃度が低いＮ−領域であり、それぞれの上方には、１層目の転送電極１０４および１０６と、２層目の転送電極１０５および１０７とがゲート絶縁膜１０８を介して行方向に順次交互に並べられて設けられている。転送電極１０４および１０５は、一対として、転送パルスΦＨ１が入力される駆動端子１０９に接続され、その隣の転送電極１０６および１０７も、一対として、転送パルスΦＨ２が入力される駆動端子１１０に接続されて、それらが交互に接続されている。
【０００７】
図７は、図６で２相駆動される水平レジスタ１００の駆動端子に印加される転送パルスの波形図である。
【０００８】
図７に示すように、電荷転送用の駆動パルスとしての転送パルスΦＨ１およびΦＨ２は、Ｌレベルとそれよりも高いＨレベルの電位を有し、一方がＨレベルのときに他方がＬレベルの互いに逆位相である。
【０００９】
図８は、図６で２相駆動される水平レジスタ１００における転送チャネルのポテンシャル図である。
【００１０】
図８に示すように、転送パルスΦＨ１がＨレベルであり、転送パルスΦＨ２がＬレベルのとき、転送電極１０４下のポテンシャル電位が深くなり、転送電極１０６下のポテンシャル電位が浅くなる。ここで、転送電極１０４および１０６下はＮ領域の転送チャネル１０２であり、転送電極１０５および１０７下はＮ−領域の転送チャネル１０３であるため、図８のように、転送電極１０４下のポテンシャル電位と、転送電極１０５下のポテンシャル電位との間にポテンシャル電位差ΔΦが形成され、かつ転送電極１０６下のポテンシャル電位と、転送電極１０７下のポテンシャル電位との間にポテンシャル電位差ΔΦが形成されている。
【００１１】
これによって、転送パルスΦＨ１がＨレベルで、転送パルスΦＨ２がＬレベルのとき、図８の破線矢印に示すように、電荷Ｑが転送電極１０６下のＮ領域の転送チャネル１０２から転送電極１０４下のＮ領域の転送チャネル１０２側に電荷転送される。このため、ポテンシャル電位が最も深い斜線部分の転送電極１０４下のＮ領域の転送チャネル１０２に信号電荷が溜まり、図８はこの状態を示している。
【００１２】
次に、転送パルスΦＨ１がＬレベルで、転送パルスΦＨ２がＨレベルのときに、転送電極１０４下のＮ領域の転送チャネル１０２のポテンシャル電位が浅くなり、転送電極１０６下のＮ領域の転送チャネル１０３のポテンシャル電位が深くなる。
【００１３】
このとき、上記の場合と同様に、信号電荷が転送電極１０４下のＮ領域の転送チャネル１０２から転送電極１０６下のＮ領域の転送チャネル１０２に電荷転送されることになる。このようにして、図８の右側から左側へと、逆位相の転送パルスΦＨ１およびΦＨ２に同期して信号電荷が電荷転送される。
【００１４】
このような従来の固体撮像装置における水平レジスタ１００において、例えば特許文献１には、ｎ相の転送電極間に付加電極を設けて、その付加電極にＨレベルとＬレベルの間に位置する中間電圧を積極的に印加することによって、電荷転送速度を高速化させる方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−３４７５３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したように、上記従来の固体撮像装置において、水平レジスタ１００の駆動消費電力が占める割合が大きく、水平レジスタの低消費電力化を図ることが重要である。
【００１６】
しかしながら、上記従来の固体撮像装置では、水平レジスタ１００の消費電力を低減させることが困難であるという問題がある。この問題について、以下に、図９を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図９は、図６で２相駆動される水平レジスタ１００の等価回路図である。
【００１８】
図９の水平レジスタ１００の等価回路図において、容量Ｃ１は、転送パルスΦＨ１が印加される転送電極１０４および１０５とそれらの下部の転送チャネル１０２および１０３との間の容量であり、容量Ｃ２は、転送パルスΦＨ２が印加される転送電極１０６および１０７とそれらの下部の転送チャネル１０２および１０３との間の容量である。また、容量Ｃ３は、転送パルスΦＨ１が印加される転送電極１０５と転送パルスΦＨ２が印加される転送電極１０６との間のゲート間容量、または、転送パルスΦＨ２が印加される転送電極１０７と転送パルスΦＨ１が印加される転送電極１０４との間のゲート間容量である。さらに、Ｒ１およびＲ２はそれぞれ、転送パルスΦＨ１およびΦＨ２が印加される部分の配線抵抗を表している。
【００１９】
この水平レジスタ１００を、図７に示す転送パルスΦＨ１およびΦＨ２により電荷転送駆動した場合に、その消費電力Ｗは、一般的に、
Ｗ  ∝  ｆ×Ｃ×Ｖ２    ・・・（１）
によって表される。
【００２０】
上記消費電力Ｗの式（１）において、ｆは転送パルスの周波数、Ｃは転送電極に付加される容量、Ｖは転送パルスの振幅を示している。
【００２１】
この水平レジスタ１００の消費電力Ｗを低減させるためには、上記転送パルスの周波数ｆ、容量Ｃおよび転送パルスの振幅Ｖを低減させる必要がある。
【００２２】
上記消費電力Ｗの（１）式において、この容量Ｃは、図６に示す転送パルスΦＨ１およびΦＨ２と、図９に示す等価回路から、
Ｃ＝Ｃ３＋Ｃ１  ・・・（２）
に相当する。なお、容量Ｃ２と容量Ｃ１は等価であることから、Ｃ２≒Ｃ１とすることができる。
【００２３】
ここで、水平レジスタ１００の消費電力Ｗを低減するために、上記式（１）から容量Ｃを低減させる方法について考える。
【００２４】
容量Ｃ１またはＣ２を低減させるためには、転送電極１０４〜１０７の面積を縮小化する必要がある。ところが、転送電極１０４〜１０７の面積を縮小化すると、水平レジスタ１００の取り扱い電荷量Ｑが少なくなってしまう。このため、容量Ｃの低減化を実現することは困難である。
【００２５】
また、容量Ｃ３を低減させるためには、転送パルスΦＨ１が印加される転送電極と転送パルスΦＨ２が印加されるゲート（転送電極）間のオーバーラップ量を小さくしたり、ゲート間の膜厚を厚くする必要があるが、この方法では、水平レジスタの転送効率が悪くなるという問題がある。この場合にも、容量Ｃの低減化を実現することは困難である。
【００２６】
特許文献１には、ｎ相の転送電極間に付加電極を設けた固体撮像装置が開示されているものの、これは、付加電極にＨレベルとＬレベルの間に位置する中間電圧を印加して転送速度を高速化させるというものであって、この付加電極はフローティング状態ではなく、また、この付加電極によって電極間容量を低減させることについては全く考慮されていない。
【００２７】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、ゲート間容量Ｃ３を低減して水平レジスタの低消費電力化を図ることができる固体撮像装置および、この固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いたカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器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】
【００２８】
本発明の固体撮像装置は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する各受光部からの信号電荷をそれぞれ電荷転送部で電荷転送して各画素毎の撮像信号をそれぞれ得る固体撮像装置において、該電荷転送部は、第１のレベルと該第１のレベルよりも高い電位である第２のレベルとを有する転送パルスであって、それぞれ位相が異なるｎ相（ｎは２以上の整数）の転送パルスがそれぞれ印加されるｎ相の各電極が電荷転送方向に沿って順次繰り返し配列されており、該各電極間にフローティング電極が配設されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２９】
また、好ましくは、本発明の固体撮像装置におけるフローティング電極が１層目の転送電極として設けられ、前記ｎ相の各電極のうちの隣り合う各電極が、２層目の転送電極として、該フローティング電極上にゲート絶縁膜を介して一部重なり、該フローティング電極上で所定距離だけ離隔して設けられている。
【００３０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置におけるフローティング電極の電極長は、前記ｎ相の各電極に比べて、プロセス上形成可能な短い電極長とされている。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置におけるフローティング電極の電極長は、０.５μｍ〜１.０μｍである。
【００３２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置におけるフローティング電極の電極長は、前記ｎ相の各電極に比べて１／１０〜１／３である。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置におけるフローティング電極の面積は、前記ｎ相の各電極に比べて、プロセス上形成可能な小さい面積とされている。
【００３４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置におけるフローティング電極の面積は、前記ｎ相の各電極に比べて１／１０〜１／３である。
【００３５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置におけるフローティング電極の電位は、前記ｎ相の各電極のうち、該フローティング電極に隣り合う各電極に印加される転送パルスの電位の中間レベルとなっている。
【００３６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置におけるｎ相の転送パルスは、２相または３相の転送パルスである。
【００３７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における２相の転送パルスは、１８０度位相が異なる互いに逆位相のパルスである。
【００３８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における３相の転送パルスは、１２０度位相が順次異なるパルスである。
【００３９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における電荷転送部は、前記各受光部からそれぞれ読み出された信号電荷を垂直方向にそれぞれ電荷転送する各垂直レジスタと、  該各垂直レジスタによって電荷転送された各信号電荷を水平方向に電荷転送するべく、前記ｎ相の各電極が順次繰り返し配列された水平レジスタとを有する。
【００４０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における水平レジスタは、一方導電型ウエルに他方導電型領域からなる第１転送チャネルと、該第１転送チャネルよりも不純物低濃度領域からなる第２転送チャネルとが交互に繰り返して設けられ、該第１転送チャネルの上方の一部に前記フローティング電極がゲート絶縁膜を介して設けられ、該第１転送チャネルの上方の残り部分と該第２転送チャネルの上方にまたがって前記ｎ相の各電極のいずれかがゲート絶縁膜を介して設けられている。
【００４１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における水平レジスタは、一方導電型ウエルに他方導電型領域からなる第１転送チャネルと、該第１転送チャネルよりも不純物低濃度領域からなる第２転送チャネルとが交互に繰り返して設けられ、該第１転送チャネルの上方の一部に前記フローティング電極がゲート絶縁膜を介して設けられ、該第１転送チャネルの上方の残り部分と該第２転送チャネルの上方にまたがって、第２相目の電極の隣りに、前記ｎ相の各電極のうちの第１相目の電極がゲート絶縁膜を介して設けられ、この隣に、該第１転送チャネルの上方の一部に該フローティング電極とは別のフローティング電極がゲート絶縁膜を介して設けられ、該第１転送チャネルの上方の残り部分と該第２転送チャネルの上方にまたがって、該第１相目の電極の隣りに、前記ｎ相の各電極のうちの第２相目の電極がゲート絶縁膜を介して設けられている。
【００４２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における水平レジスタは、一方導電型ウエルに他方導電型領域からなる第１転送チャネルと、該第１転送チャネルよりも不純物低濃度領域からなる第２転送チャネルとが交互に繰り返して設けられ、該第１転送チャネルの上方の一部に前記フローティング電極がゲート絶縁膜を介して設けられ、該第１転送チャネルの上方の残り部分と該第２転送チャネルの上方にまたがって、第３相目の電極の隣りに、前記ｎ相の各電極のうちの第１相目の電極がゲート絶縁膜を介して設けられ、この隣に、該第１転送チャネルの上方の一部に別のフローティング電極がゲート絶縁膜を介して設けられ、該第１転送チャネルの上方の残り部分と該第２転送チャネルの上方にまたがって、該第１相目の電極の隣りに、前記ｎ相の各電極のうちの第２相目の電極がゲート絶縁膜を介して設けられ、この隣に、該第１転送チャネルの上方の一部にさらに別のフローティング電極がゲート絶縁膜を介して設けられ、該第１転送チャネルの上方の残り部分と該第２転送チャネルの上方にまたがって、該第２相目の電極の隣りに、前記ｎ相の各電極のうちの第３相目の電極がゲート絶縁膜を介して設けられている。
【００４３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置はＣＣＤ型固体撮像装置である。
【００４４】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４５】
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。
【００４６】
本発明にあっては、水平レジスタを構成する複数のｎ相の電極のうちの各電極間に、フローティング電極が設けられている。この場合、ｎ相の各電極に付加される容量は、フローティング電極と転送チャネルとの間の容量と、ｎ相の転送パルスのうちの一つ（例えばｎ相が２相の場合にΦＨ１）が印加される転送電極とフローティング電極とのゲート間容量との並列接続部に、ｎ相の転送パルスのうちの他の一つ（例えばΦＨ２）が印加される転送電極とフローティング電極とのゲート間容量が直列接続され、さらに、ｎ相の転送パルスのうちの一つ（例えばΦＨ１またはΦＨ２）が印加される転送電極と転送チャネルとの間の容量が直列接続されたものとなる。これにより、従来技術のように、ｎ相の転送パルスのうちの一つ（例えばΦＨ１またはΦＨ２）が印加される転送電極と転送チャネルとの間の容量に、ｎ相の転送パルスのうちの一つ（例えばΦＨ１）が印加される転送電極とｎ相の転送パルスのうちの他の一つ（例えばΦＨ２）が印加される転送電極との間のゲート間容量が直列接続されたものと比べて、電極間容量を低減させることが可能となる。
【発明の効果】
【００４７】
以上により、本発明によれば、水平レジスタを構成するｎ相の各電極の間にフローティング電極を設けているため、実質的に電極間容量を低減することができて、水平レジスタの消費電力の低減化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下に、本発明の固体撮像装置の実施形態１、２および、この固体撮像装置の実施形態１または２を画像入力デバイスとして撮像部に用いたカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態３について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４９】
なお、本発明の固体撮像装置には、半導体基板上に形成された複数の受光部と、各受光部から読み出された信号電荷を垂直方向（列方向）に電荷転送する各垂直レジスタと、この各垂直レジスタによってそれぞれ電荷転送された信号電荷をそれぞれ、撮像信号を得るために電荷検出部に向けて、水平方向（行方向）に電荷転送する水平レジスタとが設けられているが、複数の受光部と各垂直レジスタとについては従来の固体撮像装置と同様であるため、ここではその説明を省略し、以下では、本明細書の主題テーマの水平レジスタについてのみ説明する。また、この水平レジスタは、ｎ相の各電極が順次繰り返し配列されており、転送パルスは、第１のレベル（Ｌレベル）とそれよりも高い電位である第２のレベル（Ｈレベル）とを有し、かつそれぞれ位相が異なるｎ相（ｎは整数）の転送パルスがｎ相の電極に印加されてｎ相駆動して電荷転送するようになっているが、以下では、本発明の固体撮像装置を、その一例として、２相駆動または３相駆動される水平レジスタの場合にそれぞれ適用して説明する。
【００５０】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る固体撮像装置において、２相駆動される水平レジスタの要部構造例を示す縦断面図である。
【００５１】
図１において、本実施形態１の固体撮像装置における電荷転送部としての水平レジスタ２０は、半導体基板のＰウエル１上に転送チャネル２（第１転送チャネル）および３（第２転送チャネル）が交互に繰り返し配列されている。この転送チャネル２はＮ領域であり、転送チャネル３はＮ−領域である。この転送チャネル２の上方には１層目の転送電極４と２層目の転送電極５（第１相目の電極）の一部がゲート絶縁膜８を介して設けられ、その隣の転送チャネル３の上方には２層目の転送電極５の残りが設けられ、さらにその隣の転送チャネル２の上方には１層目の転送電極６と２層目の転送電極７（第２相目の電極）の一部がゲート絶縁膜８を介して設けられ、その隣の転送チャネル３の上方には２層目の転送電極７の残りが設けられている。
【００５２】
２層目の転送電極５および７はそれぞれ、１層目の転送電極４および６のいずれかの上にそれぞれゲート絶縁膜８を介して一部重なり、２層目の転送電極５および７は転送電極４および６上で互いに所定距離だけ離隔して設けられている。２層目の転送電極５および７のうち、転送電極５は駆動端子９に接続され、転送電極７は駆動端子１０に接続され、それらが交互に設けられている。
【００５３】
また、１層目の転送電極４および６は、駆動端子に接続されておらず、電気的に浮いたフローティング状態（フローティング電極）とされている。なお、この１層目の転送電極４および６は、後述するように、２層目の転送電極５および７に比べて、十分短い電極長Ｌおよび十分小さいゲート面積に形成されている。即ち、フローティング電極である１層目の転送電極４および６の電極長は、ｎ相（ここでは２相）の各電極である２層目の転送電極５および７に比べて、０.５μｍ〜１.０μｍ程度のプロセス上形成可能な短い電極長とされており、２層目の転送電極５および７の電極長に比べて１／１０〜１／３程度の長さである。また同様に、電極幅は同じなので、フローティング電極である１層目の転送電極４および６の面積は、ｎ相（ここでは２相）の各電極である２層目の転送電極５および７に比べて、プロセス上形成可能な小さい面積とされており、２層目の転送電極５および７の面積に比べて１／１０〜１／３程度の面積である。
【００５４】
この２層目の転送電極５に接続されている駆動端子９には、Ｌレベルとそれよりも高いＨレベルの電位を有し、転送パルスΦＨ２と互いに逆位相である転送パルスΦＨ１が印加される。また、２層目の転送電極７に接続されている駆動端子１０には、Ｌレベルとそれよりも高いＨレベルの電位を有し、転送パルスΦＨ１と互いに逆位相である転送パルスΦＨ２が印加される。なお、これらの転送パルスΦＨ１およびΦＨ２の波形はそれぞれ、図７に示す場合と同様に、１８０度位相が異なる互いに逆位相のパルス波形である。
【００５５】
図２は、図１で２相駆動される水平レジスタ２０のポテンシャル図である。
【００５６】
図２に示すように、まず、転送パルスΦＨ１がＨレベルで、転送パルスΦＨ２がＬレベルのときに、２層目の転送電極５下の転送チャネル２のポテンシャル電位が深くなり、２層目の転送電極７下の転送チャネル３のポテンシャル電位が浅くなる。ここで、転送電極５および７下では、Ｎ領域の転送チャネル２およびＮ−領域の転送チャネル３でポテンシャル差ΔΦが形成されている。
【００５７】
また、１層目の転送電極４および６は電気的にフローティング状態であり、図６の場合と同様の前述した２相の転送パルスΦＨ１およびΦＨ２で電荷転送駆動されることにより、それらの転送電極４および６の電位はＨレベル（ΦＨ）とＬレベル（ΦＬ）のほぼ中間レベル（ΦＭ）となる。
【００５８】
これによって、転送パルスΦＨ１がＨレベルで、転送パルスΦＨ２がＬレベルのとき、図２の破線矢印に示すように、電荷Ｑが転送電極７下のＮ領域の転送チャネル２から、転送電極６下のＮ領域の転送チャネル２を介して転送電極５下のＮ領域の転送チャネル２側に電荷転送される。このため、ポテンシャル電位が最も深い斜線部分の転送電極５下のＮ領域の転送チャネル２に信号電荷が溜まり、図２はこの状態を示している。
【００５９】
次に、転送パルスΦＨ１がＬレベルで、転送パルスΦＨ２がＨレベルにパルス波形が互いに反転したときに、転送電極５下のＮ領域の転送チャネル２のポテンシャル電位が浅くなり、転送電極７下のＮ領域の転送チャネル２のポテンシャル電位が深くなる。このとき、上記の場合と同様に、信号電荷が転送電極５下のＮ領域の転送チャネル２から、その転送電極５の左側に位置する転送電極７下のＮ領域の転送チャネル２に、転送電極４下のＮ領域の転送チャネル２を介して電荷転送される。このようにして、図３の右側から左側へと信号電荷が転送される。
【００６０】
図３は、図１で２相駆動される水平レジスタ２０の等価回路図である。
【００６１】
図３において、容量Ｃ１は、転送パルスΦＨ１が印加される転送電極５とその下の転送チャネルとの間の容量であり、容量Ｃ２は、転送パルスΦＨ２が印加される転送電極７とその下の転送チャネルとの間の容量である。また、容量Ｃ４は、各フローティング状態の転送電極４および７のいずれかとその下の転送チャネルとの間の容量である。さらに、容量Ｃ３１は、転送パルスΦＨ１が印加される転送電極５とフローティング状態の転送電極４および６との間の各ゲート間容量であり、容量Ｃ３２は、転送パルスΦＨ２が印加される転送電極７とフローティング状態の転送電極４および６との間の各ゲート間容量である。さらに、Ｒ１およびＲ２は、それぞれΦＨ１およびΦＨ２が印加される部分の配線抵抗を表している。
【００６２】
水平レジスタ２０を転送パルスΦＨ１およびΦＨ２により駆動した場合に、その消費電力Ｗは、上述したように、一般的に
Ｗ  ∝  ｆ×Ｃ×Ｖ２    ・・・（１）
によって表される。
【００６３】
上記消費電力Ｗの式（１）において、ｆは転送パルスの周波数、Ｃは転送電極に付加される容量、Ｖは転送パルスの振幅を示している。
【００６４】
上記消費電力Ｗの式（１）において、容量Ｃは、転送パルスΦＨ１およびΦＨ２と図３に示す等価回路から、
Ｃ＝｛Ｃ３（Ｃ３+Ｃ４）/（２×Ｃ３＋Ｃ４）｝＋Ｃ１    ・・・（３）
に相当する。なお、容量Ｃ２と容量Ｃ１、容量Ｃ３１と容量Ｃ３、および容量Ｃ３２と容量Ｃ３は等価であることから、Ｃ２≒Ｃ１およびＣ３１≒Ｃ３２≒Ｃ３とする。
【００６５】
ここで、容量Ｃ４は容量Ｃ１よりも十分小さい面積として形成されるため、
Ｃ４＜＜Ｃ１
として、
Ｃ≒Ｃ３ / ２＋Ｃ１    ・・・（４）
となる。
【００６６】
よって、上記容量Ｃの式（４）から、本実施形態１の固体撮像装置では、従来技術における式（２）と比べると、転送パルスΦＨ１が印加される転送電極５と転送パルスΦＨ２が印加される転送電極７との間のゲート間容量Ｃ３が１/２になり、水平レジスタ２０の消費電力を低減させることができる。
【００６７】
なお、上記容量Ｃの式（４）は、容量Ｃ４が容量Ｃ１に対して無視できるほど十分小さい面積になるように転送電極４および６が形成された場合である。実際には、転送電極４および６の加工上の制限を考慮して、可能な限り小さい面積に形成することが望ましい。また、上記式（３）から、容量Ｃ４が小さいほど、転送電極に負荷される容量Ｃを低減させる効果を見込むことが可能となり、これによって、水平レジスタ２０の消費電力を低減させることができる。
【００６８】
以上により、本実施形態１によれば、半導体基板上に形成された複数の受光部（図示せず）のうち、列方向の受光部から読み出された各信号電荷を列方向に電荷転送した後に、行方向に電荷転送するために、第１のレベル（Ｌレベル）とそれよりも高い電位である第２のレベル（Ｌレベル）とを有する転送パルスであって、それぞれ位相が異なる２相の転送パルスが印加される２相の各電極５，７が交互に繰り返し配列された水平レジスタ２０を有する固体撮像装置において、繰り返し配設される２相の各転送電極５と７間にフローティング状態の電極４または６をそれぞれ形成している。これによって、各転送電極５と７間の容量を低減して水平レジスタ２０の低消費電力化を図ることができる。
【００６９】
なお、上記実施形態１では、水平レジスタ２０として２相駆動させる場合について説明したが、これに限らず、３相駆動またはそれ以上のｎ相（ｎは整数）駆動の場合についても、上記実施形態１の水平レジスタ２０と同様に、本発明の水平レジスタを適用可能であることは明らかである。この３相駆動の場合について、次の実施形態２にて詳細に説明する。
【００７０】
（実施形態２）
上記実施形態１の水平レジスタ２０では、図１に示すように、Ｐ型ウエル１にＮ領域からなる第１転送チャネル２と、第１転送チャネル２よりも不純物低濃度領域からなる第２転送チャネル３とが交互に繰り返して設けられ、第１転送チャネル２の上方の一部にフローティング電極４がゲート絶縁膜８を介して設けられ、第１転送チャネル２の上方の残り部分と第２転送チャネル３の上方にまたがって、ｎ相の各電極のうちの第１相目の転送電極５がゲート絶縁膜８を介して設けられ、また、この隣りに、第１転送チャネル２の上方の一部にフローティング電極６がゲート絶縁膜８を介して設けられ、第１転送チャネル２の上方の残り部分と第２転送チャネル３の上方にまたがって、ｎ相の各電極のうちの第２相目の電極７がゲート絶縁膜８を介して設けられている場合について説明したが、これに限らず、本実施形態２では、ｎ相の転送パルスが３相の転送パルスΦＨ１、ΦＨ２およびΦＨ３の場合であり、かつｎ相の各電極も、第１相目〜第３相目の電極を有する場合について詳細に説明する。
【００７１】
図４は、本発明の実施形態２に係る固体撮像装置において、３相駆動される水平レジスタの要部構造例を示す縦断面図である。
【００７２】
図４において、本実施形態２の固体撮像装置における電荷転送部としての水平レジスタ２０Ａは、半導体基板のＰウエル１上に転送チャネル２（第１転送チャネル）および３（第２転送チャネル）が交互に繰り返し配列されている。この転送チャネル２はＮ領域であり、転送チャネル３はＮ−領域である。この転送チャネル２の上方には１層目の転送電極４と２層目の転送電極５（第１相目の電極）の一部がゲート絶縁膜８を介して設けられ、その隣の転送チャネル３の上方には２層目の転送電極５の残りが設けられ、さらにその隣の転送チャネル２の上方には１層目の転送電極６と２層目の転送電極７（第２相目の電極）の一部がゲート絶縁膜８を介して設けられ、その隣の転送チャネル３の上方には２層目の転送電極７の残りが設けられ、さらに、その隣の転送チャネル２の上方には１層目の転送電極１１と２層目の転送電極１２（第３相目の電極）の一部がゲート絶縁膜８を介して設けられ、その隣の転送チャネル３の上方には２層目の転送電極１２の残りが設けられている。
【００７３】
２層目の転送電極５、７および１２のうちの隣り合う各電極はそれぞれ、１層目の転送電極４、６および１１のうちのいずれか上にそれぞれゲート絶縁膜８を介して一部重なり、２層目の転送電極５、７および１２の隣り合う二つの電極は転送電極４、６および１１のいずれか上で互いに所定距離だけ離隔して設けられている。２層目の転送電極５、７および１２のうち、転送電極５は駆動端子９に接続され、転送電極７は駆動端子１０に接続され、転送電極１２は駆動端子１３に接続されて、それらがこの順に繰り返されて設けられている。
【００７４】
また、１層目の転送電極４、６および１１は、駆動端子に接続されておらず、電気的に浮いたフローティング状態（フローティング電極）とされている。なお、この１層目の転送電極４、６および１１は、後述するように、２層目の転送電極５、７および１２に比べて、十分短い電極長Ｌおよび十分小さいゲート面積に形成されている。即ち、フローティング電極である１層目の転送電極４、６および１１の電極長は、ｎ相（ここでは３相）の各電極である２層目の転送電極５、７および１２に比べて、０.５μｍ〜１.０μｍ程度のプロセス上形成可能な短い電極長とされており、２層目の転送電極５、７および１２の電極長に比べて１／１０〜１／３程度の長さである。また同様に、電極幅は同じなので、フローティング電極である１層目の転送電極４、６および１１の面積は、ｎ相（ここでは３相）の各電極である２層目の転送電極５、７および１２に比べて、プロセス上形成可能な小さい面積とされており、２層目の転送電極５、７および１２の面積に比べて１／１０〜１／３程度の面積である。
【００７５】
この２層目の転送電極５に接続されている駆動端子９には転送パルスΦＨ１が印加され、２層目の転送電極７に接続されている駆動端子１０には転送パルスΦＨ２が印加され、２層目の転送電極１２に接続されている駆動端子１３には転送パルスΦＨ３が印加される。これらの転送パルスΦＨ１〜ΦＨ３の波形は、１２０度位相が順次異なるパルス波形である。
【００７６】
即ち、本実施形態２の水平レジスタ２０Ａは、Ｐ型ウエル１にＮ領域からなる第１転送チャネル２と、この第１転送チャネル２よりも不純物低濃度領域のＮ−領域からなる第２転送チャネル３とが交互に繰り返して設けられ、第１転送チャネル２の上方の一部にフローティング電極４がゲート絶縁膜８を介して設けられ、第１転送チャネル２の上方の残り部分と第２転送チャネル３の上方にまたがって、ｎ相の各電極のうちの第１相目の転送電極５がゲート絶縁膜８を介して設けられ、また、この隣に、第１転送チャネル２の上方の一部にフローティング電極６がゲート絶縁膜８を介して設けられ、第１転送チャネル２の上方の残り部分と第２転送チャネル３の上方にまたがって、第１相目の電極５の隣に、ｎ相の各電極のうちの第２相目の転送電極７がゲート絶縁膜８を介して設けられ、さらに、この隣に、第１転送チャネル２の上方の一部にフローティング電極１１がゲート絶縁膜８を介して設けられ、第１転送チャネル２の上方の残り部分と第２転送チャネル３の上方にまたがって、第２相目の転送電極７の隣に、ｎ相の電極のうちの第３相目の転送電極１２がゲート絶縁膜８を介して設けられている。
【００７７】
以上により、本実施形態２によれば、半導体基板上に形成された複数の受光部（図示せず）のうち、列方向の受光部から読み出された各信号電荷を列方向に電荷転送した後に、行方向に電荷転送するために、第１のレベル（Ｌレベル）とそれよりも高い電位である第２のレベル（Ｌレベル）とを有する転送パルスであって、それぞれ位相が異なる３相の転送パルスが印加される３相の各電極５、７および１２が順次繰り返し配列された水平レジスタ２０Ａを有する固体撮像装置において、繰り返し配設される３相の各転送電極５と７間、各転送電極７と１２間、または各転送電極１２と５間にフローティング状態の電極４、６または１１をそれぞれ形成している。これによって、転送電極間の容量を低減して水平レジスタ２０Ａの低消費電力化を図ることができる。
【００７８】
（実施形態３）
図５は、本発明の実施形態３として、本発明の実施形態１の固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【００７９】
図５において、本実施形態３の電子情報機器３０は、上記実施形態１または２の固体撮像装置３１と、この固体撮像装置３１からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部３２と、この固体撮像装置３１からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示手段３３と、この固体撮像装置３１からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信手段３４と、この固体撮像装置３１からのカラー画像信号を印刷用などに所定の信号処理をした後にプリントアウトする画像出力装置３５とを有している。なお、この電子情報機器３０は、固体撮像装置３１、メモリ部３２、表示手段３３、通信手段３４および画像出力装置３５のうち、少なくともいずれかを有していればよい。
【００８０】
この電子情報機器３０としては、例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用カメラ（例えば車載用後方監視カメラ）およびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。
【００８１】
したがって、本実施形態３によれば、この固体撮像装置３１からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力装置３５により良好にプリントアウトしたり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部３２に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。
【００８２】
なお、上記実施形態１、２では、特に説明しなかったが、本発明では、被写体からの画像光を光電変換して撮像する各受光部からの信号電荷をそれぞれ電荷転送部で電荷転送して各画素毎の撮像信号をそれぞれ得る固体撮像装置において、この電荷転送部は、第１のレベルと該第１のレベルよりも高い電位である第２のレベルとを有する転送パルスであって、それぞれ位相が異なるｎ相（ｎは２以上の整数）の転送パルスがそれぞれ印加されるｎ相の各電極が電荷転送方向に沿って順次繰り返し配列されており、この各電極間にフローティング電極が配設されている。これによって、前述したゲート間容量Ｃ３を大幅に低減して水平レジスタ２０または２０Ａの低消費電力化を図ることができる本発明の目的を達成することができる。
【００８３】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜３を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜３に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜３の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子としての各受光部からの信号電荷をそれぞれ電荷転送して撮像信号を得る固体撮像装置、この固体撮像装置を、画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、車載用カメラ（例えば車載用後方監視カメラ）およびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、水平レジスタを構成するｎ相の電極の間にフローティング電極を設けているため、実質的に電極間の容量を低減することができて、水平レジスタの消費電力の低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施形態１に係る固体撮像装置において、２相駆動される水平レジスタの要部構造例を示す縦断面図である。
【図２】図１で２相駆動される水平レジスタ２０のポテンシャル図である。
【図３】図１で２相駆動される水平レジスタ２０の等価回路図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る固体撮像装置において、２相駆動される水平レジスタの要部構造例を示す縦断面図である。
【図５】本発明の実施形態３として、本発明の実施形態１の固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【図６】従来の固体撮像素子において、２相駆動される水平レジスタの要部構造例を示す縦断面図である。
【図７】図６で２相駆動される水平レジスタの駆動端子に印加される転送パルスの波形図である。
【図８】図６で２相駆動される水平レジスタにおける転送チャネルのポテンシャル図である。
【図９】図６で２相駆動される水平レジスタの等価回路図である。
【符号の説明】
【００８６】
１  Ｐ型ウェル
２  Ｎ領域の転送チャネル（第１転送チャネル）
３  Ｎ−領域の転送チャネル（第２転送チャネル）
４、６、１１  １層目の転送電極（フローティング電極）
５  ２層目の転送電極（第１相目の電極）
７  ２層目の転送電極（第２相目の電極）
８  ゲート絶縁膜
９、１０、１３  駆動端子
１２  ２層目の転送電極（第３相目の電極）
２０、２０Ａ  水平レジスタ（電荷転送部）
３０  電子情報機器
３１  固体撮像装置
３２  メモリ部
３３  表示手段
３４  通信手段
３５  画像出力装置
【図１】
2009147024.tif 000003
【図２】
2009147024.tif 000004
【図３】
2009147024.tif 000005
【図４】
2009147024.tif 000006
【図５】
2009147024.tif 000007
【図６】
2009147024.tif 000008
【図７】
2009147024.tif 000009
【図８】
2009147024.tif 000010
【図９】
2009147024.tif 000011