(57)【要約】【課題】素子分離領域の電位障壁を高くすることにより素子分離領域を越えて隣接する領域に漏れる信号電荷を防止し、これにより高品質の画像を取得すること。【解決手段】光電変換素子１２と、光電変換素子１２の各々にゲート部４０を介して接続された電荷転送チャネル２４と、素子分離領域３８と、が半導体基板２２に形成されるとともに、半導体基板２２上に絶縁膜２６を介して形成された複数段の電荷転送電極２８，３０のうち、ゲート部４０を覆う電荷読出し兼用電極２８を少なくとも１段有する固体撮像素子で、素子分離領域３８のうち、電荷読出し兼用電極２８の下方領域の絶縁膜２６および電荷転送チャネル２４の上方領域の絶縁膜２６の厚みに対して、これら下方領域および上方領域を除く他の絶縁膜２６の厚みを薄くした。【選択図】図４
2009135208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列状に２次元配列された複数の光電変換素子と、
前記光電変換素子の配列の列方向に沿って複数列が延設され前記光電変換素子の各々に読み出しゲートを介して接続された電荷転送チャネルと、
前記光電変換素子と前記電荷転送チャネルを挟むように形成された素子分離領域と、が半導体基板に形成されるとともに、
前記半導体基板上に絶縁膜を介して形成され前記電荷転送チャネルの信号電荷を転送する複数段の電荷転送電極のうち、前記読み出しゲートを覆う電荷読出し兼用電極を少なくとも１段有する固体撮像素子であって、
前記素子分離領域のうち、前記電荷読出し兼用電極の下方領域の絶縁膜および前記電荷転送チャネルの上方領域の前記絶縁膜の厚みに対して、前記下方領域および前記上方領域を除く他の前記絶縁膜の厚みを薄くした固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
前記絶縁膜を薄くする領域は、少なくとも前記電荷転送チャネルに挟まれた領域を含む固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の固体撮像素子であって、
前記絶縁膜は、前記下方領域および前記上方領域ではシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜の積層構造を含み、
前記絶縁膜の厚みを薄くした領域ではシリコン酸化膜の単層構造からなる固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記光電変換素子の配列は、隣接する光電変換素子が水平方向および垂直方向に該光電変換素子の配置ピッチの半分ずらした位置に配置される配列である固体撮像素子。
【請求項５】
請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記光電変換素子の配列は、隣接する光電変換素子が水平方向および垂直方向にそれぞれ等間隔に配置された正方配列である固体撮像素子。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子に光学像を結像させる光学系と、
を備えた撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子および撮像装置に関し、特に素子分離領域を跨いで信号電荷が漏れ出すことを防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子の各光電変換素子から読み出しゲートを介して読み出される信号電荷は、垂直電荷転送部（ＶＣＣＤ）により列方向に順次に転送された後、水平電荷転送部（ＨＣＣＤ）により行方向に転送され、光電変換素子の１行毎に信号電荷が処理される。このような構成の固体撮像素子が特許文献１および特許文献２に開示されている。
【０００３】
特許文献１に記載の固体撮像素子には、隣接する光電変換素子が水平方向および垂直方向に該光電変換素子の配置ピッチの半分ずらした位置に配置され、これにより受光効率の向上を図ると共に、モアレなどの偽信号を抑制するようにした構造の固体撮像装置が開示されている。また、特許文献２に記載の固体撮像素子は、読出しゲート電極と半導体基板とを酸化物絶縁膜によって電気的に絶縁し、これにより読出しゲート電極への読出しパルスの印加に伴う酸化物絶縁膜での電子のトラップを抑制して、読出しゲートの電位ポテンシャルの変動による電気的特性への影響を抑制している。
【特許文献１】特開平１０−１３６３９１号公報
【特許文献２】特開２００１−１６８３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、図１２に固体撮像素子の光電変換素子付近の概略断面を示すように、固体撮像素子１の光電変換素子２は、受光光量に応じて発生する信号電荷を蓄積し、該蓄積された信号電荷は、読出しゲート電極３に読出しパルスを印加することによって垂直電荷転送部４に読み出される。垂直電荷転送部４は複数列形成されており、互いに隣接する垂直電荷転送部４，４Ａ間には、素子分離領域５が配置されて、信号電荷が隣接する垂直電荷転送部へ漏れ出すことが防止されている。
【０００５】
つまり、図１２に電荷蓄積時および読み出し時の電位ポテンシャル分布を示すように、読出しゲート電極３がＯＦＦ状態（読出しパルスが印加されていない状態）の電荷蓄積時においては、光電変換素子２と垂直電荷転送部４の間（読み出しゲート）の電位ポテンシャルの障壁が高くされた状態で、光電変換素子２に信号電荷が蓄積される。また、素子分離領域５の電位ポテンシャルの障壁も高く、互いに隣接する垂直電荷転送部４，４Ａの間で信号電荷が混ざることが防止されている。
【０００６】
一方、読出しゲート電極３に読み出し電圧のパルスを印加すると、光電変換素子２と垂直電荷転送部４の間（読み出しゲート）の電位ポテンシャルの電位障壁が低くなり、光電変換素子２に蓄積されていた信号電荷が、垂直電荷転送部４に転送される。このとき、素子分離領域５の電位ポテンシャルは、印加される読み出し電圧のパルスの影響を受けて電位障壁が相対的に低くなる傾向がある。すると、強い光を受光した場合に、垂直電荷転送部４に転送される信号電荷の一部が、素子分離領域５を乗り越えて隣接する垂直電荷転送部４Ａに漏れ出す場合が生じ、漏れ出した信号電荷がノイズとなって画像品質を低下させる問題を生じた。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、光電変換素子からの信号電荷読み出し時においても素子分離領域の電位障壁を高く維持し、これによって素子分離領域を越えるような信号電荷の漏れを防止できる固体撮像素子および撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る上記目的は、下記構成により達成できる。
（１）  行列状に配列された複数の光電変換素子と、
前記光電変換素子の配列された列方向に沿って形成され前記光電変換素子の各々に１つずつ形成された読み出しゲートを介して接続された電荷転送チャネルと、
前記光電変換素子と前記電荷転送チャネルを挟むように形成された素子分離領域と、が半導体基板に形成されるとともに、
前記半導体基板上に絶縁膜を介して形成され前記電荷転送チャネルの信号電荷を転送する複数段の電荷転送電極のうち、前記読み出しゲートを覆う電荷読出し兼用電極を少なくとも１段有する固体撮像素子であって、
前記素子分離領域のうち、前記電荷読出し兼用電極の下方領域の絶縁膜および前記電荷転送チャネルの上方領域の前記絶縁膜の厚みに対して、前記下方領域および前記上方領域を除く他の前記絶縁膜の厚みを薄くした固体撮像素子。
【０００９】
このように構成された固体撮像素子においては、素子分離領域のうち比較的高い電圧が印加される電荷読出し兼用電極の下方領域の絶縁膜および電荷転送チャネルの上方領域の絶縁膜の厚みに対して、それ以外の領域の絶縁膜の厚みを薄くしたので、素子分離領域の電位障壁を常に高くすることができ、素子分離領域を越えて周囲に漏れる信号電荷を防止して高品質の画像を得ることができる。また、電荷転送チャネルの上方領域の絶縁膜は厚いので、電荷転送チャネルの電荷転送電極に対する絶縁性はそのまま維持される。
【００１０】
（２）  （１）記載の固体撮像素子であって、
前記絶縁膜を薄くする領域は、少なくとも前記電荷転送チャネルに挟まれた領域を含む固体撮像素子。
【００１１】
このように構成された固体撮像素子においては、少なくとも電荷転送チャネルに挟まれた領域の絶縁膜が薄く形成されているので、電位障壁の高さが高められ。これにより、素子分離領域を越えて信号電荷が漏れ出すことを防止できる。
【００１２】
（３）  （１）又は（２）記載の固体撮像素子であって、
前記絶縁膜は、前記下方領域および前記上方領域ではシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜の積層構造を含み、
前記絶縁膜の厚みを薄くした領域ではシリコン酸化膜の単層構造からなる固体撮像素子。
【００１３】
このように構成された固体撮像素子においては、厚く形成された絶縁膜はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜の３層の積層構造であり、薄く形成された絶縁膜はシリコン酸化膜の単層構造であるので、異なる厚さの絶縁膜をゲート絶縁膜の積層数を変更することで容易に形成することができる。
【００１４】
（４）  （１）〜（３）のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記光電変換素子の配列は、隣接する光電変換素子が水平方向および垂直方向に該光電変換素子の配置ピッチの半分ずらした位置に配置される配列である固体撮像素子。
【００１５】
このように構成された固体撮像素子においては、隣接する光電変換素子が千鳥状に配列された、所謂ハニカム配列された固体撮像素子とすることができ、このように配列された固体撮像素子においても、高品質な画像を取得することができる。
【００１６】
（５）  （１）〜（３）のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記光電変換素子の配列は、隣接する光電変換素子が水平方向および垂直方向にそれぞれ等間隔に配置された正方配列である固体撮像素子。
【００１７】
このように構成された固体撮像素子においては、正方格子配列の固体撮像素子とすることができ、このように配列された固体撮像素子においても、高品質な画像を取得することができる。
【００１８】
（６）  （１）〜（５）のいずれか１項記載の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子に光学像を結像させる光学系と、
を備えた撮像装置。
【００１９】
このように構成された撮像装置においては、上記の固体撮像素子と、該固体撮像素子に光学像を結像させる光学系とを備えるので、明るいシーンの撮影時においても、信号電荷の漏れのない高品質な画像を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の固体撮像素子および撮像装置によれば、固体撮像素子の素子分離領域の電位障壁を高くすることができ、これによって、信号電荷が素子分離領域を越えて周囲に漏れることを防止して、高品質の画像が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下に、本発明に係る固体撮像素子の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は固体撮像素子の基本構成を示すブロック図である。
本実施形態の固体撮像素子１００は、図１に示すように多数の光電変換素子１２が平面上に行方向（矢印Ｘの方向）および列方向（矢印Ｙの方向）に沿って並ぶように２次元配置された撮像部１１０を有している。各々の光電変換素子１２は、半導体で構成されるフォトダイオードであり、受光光量に応じた信号電荷を生成する。
【００２２】
２次元配置された多数の光電変換素子１２のそれぞれが出力する信号電荷を固体撮像素子１００の出力端子ＯＵＴから適切な順番に従って時系列のフレーム毎の信号として取り出すために、複数の垂直電荷転送部（ＶＣＣＤ）１４（１）〜１４（ｎ）と、ラインメモリ（ＬＭ）１６と、水平電荷転送部（ＨＣＣＤ）１８と、出力増幅器２０とが固体撮像素子１００に備わっている。
【００２３】
上記固体撮像素子１００から出力信号を取り出すために必要な制御信号、すなわち、垂直転送制御信号φＶ（通常は複数相の信号）と、転送制御信号φＬＭと、水平転送制御信号φＨ（通常は複数相の信号）とがそれぞれ所定のタイミング信号発生回路２００によって生成され、固体撮像素子１００の垂直電荷転送部１４、ラインメモリ１６、水平電荷転送部１８にそれぞれ印加される。なお、ラインメモリ１６は省略された構成としても構わない。
【００２４】
ここで、固体撮像素子１００の具体的な構成例について説明する。
図２は固体撮像素子の一部拡大平面図、図３は図２に示した固体撮像素子の光電変換素子周辺の部分拡大平面図である。
【００２５】
この例では、図２に示すように多数の光電変換素子１２が一行毎に垂直方向に半ピッチずらされたパターン（所謂ハニカム配列）を形成するように配置されている。また、カラー画像を撮影可能な固体撮像素子１００を想定しているので、図２中に「Ｇ１」、「Ｇ２」、「Ｂ」、「Ｒ」で示すように、それぞれの光電変換素子１２は検出する色成分（Ｇ１，Ｇ２：緑、Ｂ：青、Ｒ：赤）が予め定められている。これらの検出色は、各光電変換素子１２の受光面の前面に配置された光学フィルタの分光特性によって色成分が定まる。
【００２６】
また、半導体基板２２に形成された光電変換素子１２の列毎に、垂直電荷転送部１４が各光電変換素子１２と隣接する位置に蛇行する形状で形成されている。各垂直電荷転送部１４は、半導体基板２２に形成された電荷転送チャネル２４と、半導体基板２２上に後述する絶縁膜を介して、多数本の第１垂直転送電極２８と第２垂直転送電極３０とが列方向に繰り返し配置された転送電極群を備える。なお、垂直電荷転送部１４の終端側には、補助転送電極３２，３４，３６が配置されている。
【００２７】
すなわち、垂直電荷転送部１４では、各電荷転送電極２８，３０に所定の転送電圧を印加して各電荷転送チャネル２４上に所定の電位分布を形成し、各電荷転送電極に印加する電圧を順次に切り替えることにより、図１に示す垂直電荷転送部（ＶＣＣＤ）１４において各光電変換素子１２からの信号電荷を順次転送する。
【００２８】
第１垂直転送電極２８と第２垂直転送電極３０との電極対は、光電変換素子１２の行毎に一対が形成されている。なお、各第１垂直転送電極２８は、光電変換素子１２から電荷転送チャネル２４への信号電荷の読み出しを行うための読出しゲート電極としても機能する。
【００２９】
また、図３に示すように、半導体基板２２には、光電変換素子１２と、垂直電荷転送部１４を挟むように素子分離領域３８が蛇行する形状で形成されている。第１垂直転送電極２８下方の光電変換素子１２の１辺（素子分離領域３８が形成されていない１辺）には、読み出しゲート４０が形成されている。光電変換素子１２に蓄積された信号電荷は、この読み出しゲート４０を介して電荷転送チャネル２４へ読み出される。
【００３０】
ここで、図４に図３のＡ−Ａ線断面を（ａ）に、Ｂ−Ｂ線断面を（ｂ）に示した。図４（ａ），（ｂ）に示すように、Ｎ形の半導体基板２２表面に形成されたＰ型ウェル層２３には、光電変換素子１２と、Ｎ型領域である電荷転送チャネル２４と、Ｐ型領域である素子分離領域３８と、Ｐ型領域である読出しゲート４０とが形成されている。また、この半導体基板２２上には、絶縁膜２６を介して第１垂直転送電極２８と、第２垂直転送電極３０とが形成されている。
【００３１】
絶縁膜２６は、素子分離領域３８のうち第１垂直転送電極（電荷読出し兼用電極）２８の下方領域、および電荷転送チャネル２４の上方領域の厚さｔ１に対して、これら第１垂直転送電極２８の下方領域および電荷転送チャネル２４の上方領域を除く他の絶縁膜２６の厚さｔ２が薄くなるように形成されている。換言すれば、素子分離領域３８のうち第１垂直転送電極２８の下方領域の絶縁膜２６、および電荷転送チャネル２４の上方領域の絶縁膜２６の厚さｔ１が厚くされている。この電荷転送チャネル２４に対しては、転送電極との絶縁性を確保する上で十分な厚みの絶縁膜２６が必要となる。この厚さｔ１の厚い絶縁膜２６は、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜の３層の積層構造で構成され、それ以外の厚さｔ２の薄い絶縁膜２６は、シリコン酸化膜の単層構造で構成される。絶縁膜２６の厚みは、各層の積層数で制御することで、単層の膜圧を変更するよりも簡単に変更が行える。
【００３２】
電極直下に絶縁膜がある半導体領域の電位ポテンシャルは、電極の印加電圧が高いときは絶縁膜が厚い場合に電位ポテンシャルは低くなり、電極の印加電圧が低いときは絶縁膜が薄い場合に電位ポテンシャルは低くなる。素子分離領域は、電子の移動を阻止するための領域であるので電位ポテンシャルは低い方が望ましい。高い電圧が印加される第１垂直転送電極２８下方における素子分離領域３８は絶縁膜２６が厚く形成されるため、電位ポテンシャルは低くなる。一方、低い電圧のみ印加される第２垂直転送電極３０下方における絶縁膜２６は薄く形成されるため、電位ポテンシャルは低く保たれる。また、電荷転送チャネル２４の上方領域の絶縁膜２６は厚いので、電荷転送チャネルの電荷転送電極に対する絶縁性はそのまま維持される。読み出しゲート４０上方における絶縁膜２６は薄く形成されるために、印加電圧による電位ポテンシャルの変化が大きくなり、信号電荷の転送制御性が向上する。
【００３３】
次に、図５を参照して光電変換素子１２での信号電荷の蓄積と、該信号電荷の電荷転送チャネル２４への読み出し動作について詳述する。
図５は図４（ｂ）に示すＢ−Ｂ線断面における電位分布を電荷蓄積時と読み出し電圧印加時に対応して示した説明図である。図中、実線で示す電位曲線は、絶縁膜２６の厚みを変化させたときの分布であり、破線で示す電位曲線は、絶縁膜２６の厚みを厚く一定としたときの分布を示している。
【００３４】
本実施形態の固体撮像素子１００は、前述したように、素子分離領域３８のうち、第１垂直転送電極２８の下方領域および電荷転送チャネル２４の上方領域の絶縁膜２６の厚みに対して、第１垂直転送電極２８の下方領域以外および電荷転送チャネル２４の上方領域以外の絶縁膜２６の厚みを薄く形成している。即ち、絶縁膜２６は、読み出しゲート４０上方で薄くされており、図５に示すように、読み出しゲート４０の電位がＥ１ａからＥ１に低下している。つまり、電位障壁が高くされている。また、電荷転送チャネル２４に隣接する素子分離領域３８ｂ（図３のＣの領域）については、第１垂直転送電極２８の下方では絶縁膜を薄くしていないにも拘わらず電位障壁が高くなっている（Ｅ２ａ→Ｅ２）。これは、第２垂直転送電極３０の側の素子分離領域３８ｂ（図３のＤの領域）上方の絶縁膜２６を薄くしているためで、図３のＣの領域は、図３において上下方向に存在するＤの領域の絶縁膜２６が薄く電位が低くなっていることから、この電位の低下に引き込まれるようにＣの領域の電位も低くなる。
また、素子分離領域３８ｃについても同様の理由で、第１垂直転送電極２８の下方では絶縁膜２６を薄くしていないにも拘わらず電位障壁が高くなっている（Ｅ３ａ→Ｅ３）。これにより、図５に示すように、読み出しゲート４０の電位Ｅ１、素子分離領域３８ｂ，３８ｃの電位Ｅ２，Ｅ３は、絶縁膜の厚さが一様に厚い従来型の固体撮像素子における各部の電位Ｅ１ａ，Ｅ２ａ，Ｅ３ａよりも低く、従って電位障壁が高くなっている。
【００３５】
このように、信号電荷蓄積時には、光電変換素子１２と電荷転送チャネル２４との間の読み出しゲート４０の位置は、電位Ｅ１の高い電位障壁が形成されるので、光電変換素子１２で蓄積される信号電荷が電荷転送チャネル２４に漏れこむ現象が防止される。
【００３６】
また、第１垂直転送電極２８に対する読み出し電圧のパルスの印加時には、例えば１５Ｖ程度の比較的高い電圧の読出し電圧が印加され、読出しゲート４０の電位障壁が無くなって信号電荷が光電変換素子１２から電荷転送チャネル２４に移動する。読出し電圧の印加に伴って、素子分離領域３８ｂの電位障壁が相対的に低くなる傾向があるが、素子分離領域３８の電位障壁は電位差Ｈ（Ｅ４ａ→Ｅ４）だけ高くなっているので、光電変換素子１２から転送された信号電荷が素子分離領域３８ｂの電位障壁を越えて、隣接する電荷転送チャネル２４に漏れこむことを防止できる。これにより画像信号中にノイズが発生することが防止される。
【００３７】
（変形例）
次に、上記構成の固体撮像素子の変形例について、図６および図７を参照して詳細に説明する。なお、本変形例の固体撮像素子平面図は、図１〜図３に示す第１実施形態の固体撮像素子と同様であるので重複する説明は省略する。
図６は本変形例に係る固体撮像素子の図３に示すＡ−Ａ線断面図（ａ）、Ｂ−Ｂ線断面図（ｂ）、図７は図６（ｂ）に示すＢ−Ｂ線断面における電位分布を電荷蓄積時と読み出し電圧印加時に対応して示した説明図である。
【００３８】
図６に示すように、本変形例の固体撮像素子１００は、第２垂直転送電極３０の下方領域で電荷転送チャネル２４に挟まれた素子分離領域３８ｂの上方領域の絶縁膜２６の厚みを他の領域に対して薄く形成している。つまり、絶縁膜２６の厚みを図３に示すＤの領域のみ薄く、Ｃを含む他の領域は厚く形成して、Ｃの領域の電位をＤの領域による電位低下の影響を受けて低く、つまり電位障壁を高く設定している。
【００３９】
これにより、図６（ｂ）に示すように、素子分離領域３８のうち第１垂直転送電極２８の下方領域（図３のＣの領域）の絶縁膜２６が厚いにも拘わらず、図７に示すように、素子分離領域３８ｂの電位は、隣接部分の低い電位に引きずられる形で低下（Ｅ２ａ→Ｅ２）し、電位障壁が高くなる。
【００４０】
そして、信号電荷の読み出しのため、第１垂直転送電極２８に、例えば１５Ｖ程度の比較的高い電圧の読出し電圧を印加すると、読出しゲート４０の電位障壁が無くなって信号電荷が光電変換素子１２から電荷転送チャネル２４に移動する。読出し電圧の印加に伴って素子分離領域３８ｂの電位障壁が相対的に低くなる傾向があるが、素子分離領域３８ｂの電位障壁は電位差（Ｅ４ａ→Ｅ４）だけ高くなっているので、光電変換素子１２から転送された信号電荷が素子分離領域３８ｂの電位障壁を越えて、隣接する電荷転送チャネル２４に漏れこむことを防止できる。これにより画像信号にノイズが発生することが防止される。
【００４１】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る固体撮像素子の第２実施形態について詳細に説明する。
図８は第２実施形態の固体撮像素子の部分平面図、図９は固体撮像素子の図８に示すＣ−Ｃ線断面図（ａ）、Ｄ−Ｄ線断面図（ｂ）である。
図８に示すように、本実施形態の固体撮像素子は、半導体基板２２上に多数の光電変換素子１２が正方配列されて２次元の格子状に配置されている。また、光電変換素子１２の列毎に、垂直電荷転送部１４が各光電変換素子１２と隣接する位置に直線状に形成されている。各々の垂直電荷転送部１４は、半導体基板２２に形成された電荷転送チャネル２４と、半導体基板２２上に絶縁膜２６を介して配置された多数本の第１垂直転送電極２８と第２垂直転送電極３０とが繰り返し配置された転送電極群を備えている。
【００４２】
第１垂直転送電極２８と第２垂直転送電極３０との電極対は、光電変換素子１２の行毎に一対が形成され、それぞれが光電変換素子１２を挟むように櫛歯状に形成されている。なお、各第１垂直転送電極２８は、光電変換素子１２から電荷転送チャネル２４への信号電荷の読み出しを行うための読出しゲート電極としても機能する。光電変換素子１２周囲の読出しゲート４０以外の部分には素子分離領域３８が形成されている。
【００４３】
ここで、図９に図８のＣ−Ｃ線断面を（ａ）に、Ｄ−Ｄ線断面を（ｂ）に示した。図９（ａ），（ｂ）に示すように、半導体基板２２表面に形成されたＰ型ウェル層２３には、光電変換素子１２と、Ｎ型領域である電荷転送チャネル２４と、Ｐ型領域である素子分離領域３８と、Ｐ型領域である読み出しゲート４０とが形成されている。また、この半導体基板２２上には、絶縁膜２６を介して第１垂直転送電極２８と、第２垂直転送電極３０とが形成されている。
【００４４】
図９に示すように、絶縁膜２６の厚さは、素子分離領域３８のうち第１垂直転送電極（電荷読出し兼用電極）２８の下方領域、および電荷転送チャネル２４の上方領域の厚さｔ１に対して、それ以外の絶縁膜２６の厚さｔ２が薄く形成されている。絶縁膜２６を薄くする領域は、少なくとも電荷転送チャネル２４に挟まれた領域を含む。この厚さｔ１の厚い絶縁膜２６は、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜の３層の積層構造で構成され、それ以外の厚さｔ２の薄い絶縁膜２６は、シリコン酸化膜の単層構造で構成される。
【００４５】
次に、図１０を参照して光電変換素子１２での信号電荷の蓄積から、該信号電荷の電荷転送チャネル２４への読み出しまでについて詳述する。
図１０は図９（ｂ）に示すＢ−Ｂ線断面における電位分布を電荷蓄積時と読み出し電圧印加時に対応して示した説明図である。図中、実線で示す電位曲線は、絶縁膜２６の厚みを変化させたときの分布であり、破線で示す電位曲線は、絶縁膜２６の厚みを厚く一定としたときの分布を示している。
【００４６】
図１０に示すように、この構成においても、第１垂直転送電極２８の下方領域および電荷転送チャネル２４の上方領域の絶縁膜２６の厚みに対して、第１垂直転送電極２８の下方領域以外および電荷転送チャネル２４の上方領域以外の絶縁膜２６の厚みを薄く形成している。即ち、絶縁膜２６は、読出しゲート４０上方で薄くされており、図１０に示すように、読み出しゲート４０の電位がＥ１ａからＥ１に低下している。つまり電位障壁が高くされている。また、電荷転送チャネル２４に隣接する素子分離領域３８ｂについては、第１垂直転送電極２８の下方では絶縁膜を薄くしていないにも拘わらず電位障壁が高くなっている（Ｅ２ａ→Ｅ２）。これは、第２垂直転送電極３０の側の素子分離領域３８ｂ上方の絶縁膜２６を薄くしているためで、隣接する領域の絶縁膜２６が薄く電位が低くなっていることから、この電位の低下に引き込まれるように電位が低くなる。
これにより、図１０に示すように、読み出しゲート４０の電位Ｅ１、素子分離領域３８ｂの電位Ｅ２は、絶縁膜の厚さが一様に厚い従来型の固体撮像素子における各部の電位Ｅ１ａ，Ｅ２ａよりも低く、従って電位障壁が高くなっている。
【００４７】
このように、信号電荷蓄積時には、光電変換素子１２と電荷転送チャネル２４との間の読み出しゲート４０の位置は、電位Ｅ１の高い電位障壁が形成され、読み出し電圧印加時には、素子分離領域３８ｂの電位障壁が高くされるので、第１実施形態の構成と同様に、光電変換素子１２で蓄積される信号電荷が隣接する光電変換部１２に漏れこむ現象が防止されて、高画質化に寄与できる。
【００４８】
次に、本発明に係る固体撮像素子を搭載した撮像装置について説明する。図１１は本発明に係る固体撮像素子を搭載したデジタルカメラ（撮像装置）のブロック図である。
【００４９】
図１１に示すように、撮像装置であるデジタルカメラ３００は、撮影レンズ５２と、固体撮像素子１００と、この両者の間に設けられた絞り５４と、赤外線カットフィルタ５６と、光学ローパスフィルタ５８とを備える。デジタルカメラ３００の全体を統括制御するＣＰＵ６０は、フラッシュ発光部６２および受光部６４を制御し、レンズ駆動部６６を制御して撮影レンズ５２の位置をフォーカス位置に調整し（ＡＦ制御）、絞り駆動部６８を介して絞り５４の開口量を制御（ＡＥ制御）して露光量調整を行う。これらの撮影レンズ５２、絞り５４，赤外線カットフィルタ５６，光学ローパスフィルタ５８の光学系は、固体撮像素子１００の受光領域に光学像を形成する。
【００５０】
また、ＣＰＵ６０は、撮像素子駆動部７０を介して固体撮像素子１００を駆動し、撮影レンズ５２を通して撮像した被写体画像を色信号として出力させる。ＣＰＵ６０には、操作部７２を通してユーザからの指示信号が入力され、ＣＰＵ６０はこの指示に従って各種制御を行う。
【００５１】
デジタルカメラ３００の電気制御系は、固体撮像素子１００の出力に接続されたアナログ信号処理部７４と、このアナログ信号処理部７４から出力されたＲＧＢの色信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路７６とを備え、これらはＣＰＵ６０によって制御される。
【００５２】
さらに、このデジタルカメラ３００の電気制御系は、メインメモリ（フレームメモリ）７８に接続されたメモリ制御部８０と、ガンマ補正演算，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理，画像合成処理等の画像処理を行うデジタル信号処理部８２と、撮像画像をＪＰＥＧ画像に圧縮したり圧縮画像を伸張したりする圧縮伸張処理部８４と、測光データを積算しデジタル信号処理部８２が行うホワイトバランス補正のゲインを求める積算部８６と、着脱自在の記録媒体８８が接続される外部メモリ制御部９０と、カメラ背面等に搭載された表示部９２が接続される表示制御部９４と、を備え、これらは、制御バス９６およびデータバス９８によって相互に接続され、ＣＰＵ６０からの指令によって制御される。
【００５３】
上記構成のデジタルカメラ３００は、上述した固体撮像素子１００が搭載されているので、明るいシーンの撮影時においても、ノイズ発生が抑制された高品質の画像を得ることができる。
ここで、撮像装置として上記のデジタルカメラ３００を例示しているが、本発明はこれに限らず、ビデオカメラなど他の撮像装置に対しても適用可能である。また、本発明に係る固体撮像素子および撮像装置は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形や改良等が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、固体撮像素子および撮像装置に適用され、固体撮像素子の素子分離領域の電位障壁を高くすることができ、これによって、信号電荷が素子分離領域を越えて周囲に漏れることを防止して、高品質の画像取得が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】固体撮像素子の基本構成を示すブロック図である。
【図２】固体撮像素子の一部拡大平面図である。
【図３】図２に示した固体撮像素子の光電変換素子周辺の部分拡大平面図である。
【図４】図３に示すＡ−Ａ線断面図（ａ）、Ｂ−Ｂ線断面図（ｂ）である。
【図５】図４（ｂ）に示すＢ−Ｂ線断面における電位分布を電荷蓄積時と読み出し電圧印加時に対応して示した説明図である。
【図６】変形例に係る固体撮像素子の図３に示すＡ−Ａ線断面図（ａ）、Ｂ−Ｂ線断面図（ｂ）である。
【図７】図６（ｂ）に示すＢ−Ｂ線断面における電位分布を電荷蓄積時と読み出し電圧印加時に対応して示した説明図である。
【図８】第２実施形態の固体撮像素子の部分平面図である。
【図９】固体撮像素子の図８に示すＣ−Ｃ線断面図（ａ）、Ｄ−Ｄ線断面図（ｂ）である。
【図１０】図９（ｂ）に示すＢ−Ｂ線断面における電位分布を電荷蓄積時と読み出し電圧印加時に対応して示した説明図である。
【図１１】本発明に係る固体撮像素子を搭載したデジタルカメラ（撮像装置）のブロック図である。
【図１２】従来の固体撮像素子の光電変換素子付近の概略断面図および電荷蓄積時および読み出し時の電位ポテンシャルを示す説明図である。
【符号の説明】
【００５６】
１２  光電変換素子（光電変換素子）
１４  垂直電荷転送部（電荷転送部）
２２  半導体基板
２６  絶縁膜
２８  第１垂直転送電極（電荷読出し兼用電極、電荷転送電極）
３０  第２垂直転送電極（電荷転送電極）
３８  素子分離領域
４０  読み出しゲート
５２  撮影レンズ（光学系）
１００  固体撮像素子
３００  デジタルカメラ（撮像装置）
ｔ１  電荷読出し兼用電極の下方領域および電荷転送チャネルの上方領域の絶縁膜の厚み
ｔ２  電荷読出し兼用電極の下方領域以外および電荷転送チャネルの上方領域以外の領域の絶縁膜の厚み
【図１】
2009135208.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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