(57)【要約】【課題】大きな輝度ダイナミックレンジを有し、且つ水平方向シェーディングやＯＢ基準信号変動の発生が防止された、高画質の画像を得ることができる固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法及び撮像装置を提供する。【解決手段】固体撮像素子１００は、水平電荷転送部１５の電荷転送方向に沿って隣接して配置された水平ポテンシャルバリア領域１７を備え、水平電荷転送部１５のうち、撮像領域用水平電荷転送部１５ａに対しては、水平ポテンシャルバリア領域１７のバリア高さＨＡが水平電荷転送部１５内の隣接する電荷転送段２３同士の間の水平転送段間バリアのバリア高さＨＮ以上とされ、ＯＢ水平電荷転送部１５ｂに対しては、水平電荷転送部１５と水平ドレイン領域１９との間の水平ドレインバリア１７ｂのバリア高さＨＢが、水平転送段間バリアのバリア高さＨＮより低くされる。【選択図】図１
2009054912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部から読み出された信号電荷を列方向に転送する複数の垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部を転送されてきた信号電荷を前記列方向に直交する行方向に転送する水平電荷転送部とが半導体基板に形成された固体撮像素子であって、
前記水平電荷転送部の電荷転送方向に沿って隣接して配置された水平ポテンシャルバリア領域と、
前記水平電荷転送部のうち、少なくとも黒レベルの信号を受け取るオプチカルブラック用のＯＢ水平電荷転送部に前記水平ポテンシャルバリア領域を挟んで形成され、前記水平電荷転送部から不要な信号電荷を取り除く水平ドレイン領域と、を備え、
前記水平電荷転送部のうち、前記ＯＢ水平電荷転送部を除く撮像領域用水平電荷転送部に対しては、前記水平ポテンシャルバリア領域のバリア高さが、前記水平電荷転送部内の隣接する電荷転送段同士の間の水平転送段間バリアのバリア高さ以上とされ、
前記水平電荷転送部のうち、前記ＯＢ水平電荷転送部に対しては、前記水平電荷転送部と前記水平ドレイン領域との間の水平ドレインバリアのバリア高さが、前記水平転送段間バリアより低くされた固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
前記水平ポテンシャルバリア領域は、前記半導体基板の不純物濃度の違いによりポテンシャルバリアの高低を設定した固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
前記水平ポテンシャルバリア領域は、該水平ポテンシャルバリア領域の幅を変更することによりポテンシャルバリアの高低が形成されるものである固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１または請求項２記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記水平ポテンシャルバリア領域の前記オプチカルブラック用の水平電荷転送部に近接する部位に対して、他のバリア領域より不純物濃度の低い層を形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１または請求項３記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記水平ポテンシャルバリア領域の前記オプチカルブラック用の水平電荷転送部に近接する部位に対して、他のバリア領域より狭幅にパターニング形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜請求項３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、固体撮像素子の製造方法及び撮像装置に関し、より詳細には、輝度のダイナミックレンジを拡大し、且つＯＢ（オプチカルブラック）基準信号の変動を防止して、高品質画像を得る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体撮像素子としては、ＣＣＤ（charge  Coupled  Device）固体撮像素子が多用されており、このＣＣＤ固体撮像素子１は、図７に示すように、半導体基板上に多数の光電変換素子２が格子状に２次元配列される。該光電変換素子２の各列に隣接させて読み出しゲート（図示せず）を介して垂直転送路３が配置され、更に、垂直転送路３の出力端に水平転送路４が配置される。水平転送路４の光電変換素子２と反対側には、不要電荷を排出するための水平ドレイン６が、例えばＮ型不純物領域として水平ドレインバリア７を介して配置されている。また、水平転送路４の出力端には、水平転送路４から転送される電荷を電圧に変換するアンプ８が設けられている。
【０００３】
水平転送路４は、撮像領域の垂直転送路３から転送される信号電荷を受け取る撮像領域用水平電荷転送部４ａと、黒レベル（オプチカルブラック（ＯＢ））の信号を受け取るＯＢ水平電荷転送部４ｂとを有する。水平ドレインバリア７は、撮像領域用水平電荷転送部４ａと水平ドレイン６間の領域７ａが、例えばｐ型不純物領域として、またＯＢ水平電荷転送部４ｂと水平ドレイン６間の領域７ｂが、例えばｐ＋＋型不純物領域として形成されている。このようなＣＣＤ固体撮像素子の水平ドレインについて、その一般的な構造及び製造方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
ところで、光電変換素子２が非常に強い光を受けると、その光の強さに比例した多量の信号電荷が発生し、ブルーミングが発生して撮像領域用水平電荷転送部４ａからＯＢ水平電荷転送部４ｂに信号電荷が流入する可能性がある。ＯＢ水平電荷転送部４ｂへの信号電荷の流入は、ＯＢ基準信号をプラス側に変動させ、その結果ＯＢ基準信号による黒レベル補正により、撮像画像全体が暗くなる要因となっていた。
【０００５】
このような問題に対処するため、ＯＢ水平電荷転送部４ｂの飽和電荷容量を、撮像領域用水平電荷転送部４ａの飽和電荷容量より大きくすることにより、ＯＢ基準信号の変動を抑制して、該変動に起因する画像異常を防止するようにした固体撮像素子が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
図８は図７における固体撮像素子のＣ１‐Ｃ２‐Ｃ３断面における電位ポテンシャルの模式図、図９はＤ１‐Ｄ２‐Ｄ３断面における電位ポテンシャルの模式図である。通常、撮像領域用水平電荷転送部４ａは、図８に示すように、水平ドレインバリア７のバリア高さＨＣが、水平転送路４内の隣接する電荷転送段９同士の間の水平転送段間バリアＨＮより低く（電位ポテンシャルを高く）設定されている。また、ＯＢ水平電荷転送部４ｂは、図９に示すように、水平ドレインバリア７のバリア高さＨＤが、水平転送路４内の隣接する電荷転送段９同士の間の水平転送段間バリアＨＮより高く（電位ポテンシャルを低く）設定されている。
【０００７】
図８に示すように、強い光を受けた光電変換素子２で発生した多量の信号電荷は、垂直転送路３から水平転送路４に転送される。その際、電荷転送段９の飽和電荷容量を越えて蓄積されると、オーバーフローした信号電荷は、水平転送段間バリアＨＮが高い隣接する転送段９には転入することはなく、バリア高さＨＣが低い水平ドレインバリア７（７ａ）を越えて水平ドレイン６に流入する。このように、オーバーフローした信号電荷を水平ドレイン６に排出することによって、隣接する転送段９への信号電荷の広がり（ブルーミング）が防止される。
【０００８】
また、図９に示すように、ＯＢ水平電荷転送部４ｂは、水平ドレインバリア７（７ｂ）のバリア高さＨＤが高く設定されて飽和電荷容量が大きくされているので、更には、ＯＢ水平電荷転送部４ｂは元々、垂直転送路３から受け取る信号電荷が少ないことから、ＯＢ水平電荷転送部４ｂ内でのブルーミングは発生せず、ＯＢ基準信号がプラス側へ変動する虞はない。
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−５０９７５号公報
【特許文献２】特開２００４−３２７５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記したように従来の固体撮像素子は、撮像領域用水平電荷転送部４ａと水平ドレイン６とのバリア高さＨＣが低く設定されているので、飽和電荷容量を大きくすることが困難であり、輝度のダイナミックレンジが小さくなって高画質の画像が得難い問題点があった。また、信号電荷を水平転送する際、撮像領域用水平電荷転送部４ａの信号電荷が、撮像領域用水平電荷転送部４ａと水平ドレイン６間の低いバリア（ＨＣ）を越えて水平ドレイン６へ漏れ出し、水平方向の輝度値にずれが生じる水平シェーディングが発生する虞があった。このため、輝度ダイナミックレンジが大きく且つ水平シェーディングのない高品質の画像を得るためには、更なる改善の余地があった。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、大きな輝度ダイナミックレンジを有し且つ水平シェーディングやＯＢ基準信号変動の発生が防止された、高画質の画像を得ることができる固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法及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】
【００１２】
本発明の上記目的は、下記固体撮像素子によって達成される。
（１）  複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部から読み出された信号電荷を列方向に転送する複数の垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部を転送されてきた信号電荷を前記列方向に直交する行方向に転送する水平電荷転送部とが半導体基板に形成された固体撮像素子であって、
前記水平電荷転送部の電荷転送方向に沿って隣接して配置された水平ポテンシャルバリア領域と、
前記水平電荷転送部のうち、少なくとも黒レベルの信号を受け取るオプチカルブラック用のＯＢ水平電荷転送部に前記水平ポテンシャルバリア領域を挟んで形成され、前記水平電荷転送部から不要な信号電荷を取り除く水平ドレイン領域と、を備え、
前記水平電荷転送部のうち、前記ＯＢ水平電荷転送部を除く撮像領域用水平電荷転送部に対しては、前記水平ポテンシャルバリア領域のバリア高さが、前記水平電荷転送部内の隣接する電荷転送段同士の間の水平転送段間バリアのバリア高さ以上とされ、
前記水平電荷転送部のうち、前記ＯＢ水平電荷転送部に対しては、前記水平電荷転送部と前記水平ドレイン領域との間の水平ドレインバリアのバリア高さが、前記水平転送段間バリアより低くされた固体撮像素子。
【００１３】
上記構成の固体撮像素子によれば、水平電荷転送部のうち、撮像領域用水平電荷転送部に対しては、水平ポテンシャルバリア領域のバリア高さが水平電荷転送部内の隣接する電荷転送段同士の間の水平転送段間バリアのバリア高さ以上とされているので、飽和電荷容量を大きくすることができる。これによって、輝度のダイナミックレンジを拡大すると共に、信号電荷の水平転送時に発生する水平方向のシェーディングを防止して、高品質の画像を得ることができる。
【００１４】
また、ＯＢ水平電荷転送部に対しては、水平電荷転送部と水平ドレイン領域との間の水平ドレインバリアのバリア高さが水平転送段間バリアより低く設定されているので、黒レベル領域の近傍において強い光を受光することにより、ブルーミングが生じてＯＢ水平電荷転送部に信号電荷が流入しても、該信号電荷を低い水平ドレインバリアを越えて水平ドレイン領域へ排出することができる。これにより、画像全体の品質に影響を及ぼすＯＢ基準信号の変動を防止して、画像が暗くなる現象を防止することができる。
【００１５】
（２）  上記（１）記載の固体撮像素子であって、
前記水平ポテンシャルバリア領域は、前記半導体基板の不純物濃度の違いによりポテンシャルバリアの高低を設定した固体撮像素子。
【００１６】
上記構成の固体撮像素子によれば、水平ポテンシャルバリア領域のポテンシャルバリアの高さは、半導体基板の不純物濃度の違いによって設定するようにしたので、従来の製造方法、製造設備により、ポテンシャルバリアの高さを任意の高さに容易に設定することができる。
【００１７】
（３）  請求項１記載の固体撮像素子であって、
前記水平ポテンシャルバリア領域は、該水平ポテンシャルバリア領域の幅を変更することによりポテンシャルバリアの高低が形成されるものである固体撮像素子。
【００１８】
上記構成の固体撮像素子によれば、水平ポテンシャルバリア領域のポテンシャルバリアの高さは、水平ポテンシャルバリア領域の幅を変更することにより設定するようにしたので、開口幅が異なるパターンを有する１枚のマスクを用いて水平ポテンシャルバリア領域を形成することにより、ポテンシャルバリアの高さを任意の高さに設定することができる。
【００１９】
また、上記目的は、下記固体撮像素子の製造方法によって達成される。
（４）  上記（１）または（２）記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記水平ポテンシャルバリア領域の前記オプチカルブラック用の水平電荷転送部に近接する部位に対して、他のバリア領域より不純物濃度の低い層を形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
【００２０】
上記の固体撮像素子の製造方法によれば、水平ポテンシャルバリア領域のＯＢ水平電荷転送部に近接する部位に対して、他のバリア領域より不純物濃度の低い層を形成するようにしたので、ＯＢ水平電荷転送部と水平ドレイン領域との間の水平ドレインバリアのバリア高さを低く設定することができる。これにより、ブルーミングによってＯＢ水平電荷転送部に信号電荷が流入しても、該信号電荷は水平ドレイン領域に排出されてＯＢ基準信号の変動を防止することができる。従って、画像全体に及ぼす悪影響が排除されて高品質の画像が得られる。
【００２１】
（５）  上記（１）または（３）記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記水平ポテンシャルバリア領域の前記オプチカルブラック用の水平電荷転送部に近接する部位に対して、他のバリア領域より狭幅にパターニング形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
【００２２】
上記の固体撮像素子の製造方法によれば、水平ポテンシャルバリア領域のＯＢ水平電荷転送部に近接する部位に対して、他のバリア領域より狭幅にパターニング形成するようにしたので、ＯＢ水平電荷転送部と水平ドレイン領域との間の水平ドレインバリアのバリア高さを低く設定することができる。これにより、ブルーミングによってＯＢ水平電荷転送部に信号電荷が流入しても、該信号電荷は水平ドレイン領域に排出されてＯＢ基準信号の変動を防止することができる。従って、画像全体に及ぼす悪影響が排除されて高品質の画像が得られる。
【００２３】
また、上記目的は、下記撮像装置によって達成される。
（６）  上記（１）〜（３）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。
【００２４】
上記の撮像装置によれば、水平ポテンシャルバリア領域のバリア高さが水平転送段間バリアのバリア高さ以上とされた撮像領域用水平電荷転送部と、水平電荷転送部と水平ドレイン領域との間の水平ドレインバリアのバリア高さが水平転送段間バリアより低く設定されたＯＢ水平電荷転送部と、を有する固体撮像素子を用い、光学系によって該固体撮像素子に光学像を結像させるようにしたので、輝度ダイナミックレンジが大きく且つシェーディングやＯＢ基準信号変動の発生が防止された高画質の画像が得られる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、大きな輝度ダイナミックレンジを有し且つシェーディングやＯＢ基準信号変動の発生が防止された、高画質の画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係る固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
図１は本発明の実施形態である固体撮像素子の全体構成図、図２は図１におけるＡ１‐Ａ２‐Ａ３断面における電位ポテンシャルの模式図、図３は図１におけるＢ１‐Ｂ２‐Ｂ３断面における電位ポテンシャルの模式図である。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態の固体撮像素子１００は、光電変換素子１１が格子状に２次元状に配列され、光電変換素子１１の各列には、該光電変換素子１１から信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直電荷転送部１３が読み出しゲート（図示せず）を介して隣接して配置され、更に、垂直電荷転送部１３の出力端に水平電荷転送部１５が配置される。水平電荷転送部１５は、撮像領域の垂直電荷転送部１３から転送される信号電荷を受け取る撮像領域用水平電荷転送部１５ａと、黒レベル（オプチカルブラック（ＯＢ））の信号を受け取る、図中斜線が施されたＯＢ水平電荷転送部１５ｂとを有する。
【００２９】
水平電荷転送部１５の光電変換素子１１とは反対側の側部には、電荷転送方向に沿って水平ポテンシャルバリア領域１７が隣接して配置されている。水平ポテンシャルバリア領域１７は、撮像領域用水平電荷転送部１５ａに隣接配置されたｐ＋＋型不純物領域である撮像領域バリア１７ａと、ＯＢ水平電荷転送部１５ｂに隣接配置されたｐ−型不純物領域である水平ドレインバリア１７ｂとを有する。
【００３０】
水平ポテンシャルバリア領域１７は、半導体基板にイオン注入することによって形成される。不純物濃度が異なる撮像領域バリア１７ａ及び水平ドレインバリア１７ｂの形成は、先ず、撮像領域バリア１７ａに対応する開口部が形成されたマスク（図示せず）で半導体基板を覆い、該開口部からイオン注入して不純物濃度の高いｐ＋＋型不純物領域を形成する。次いで、水平ドレインバリア１７ｂに対応する開口部が形成されたマスク（図示せず）で半導体基板を覆い、該開口部からイオン注入して不純物濃度の低いｐ−型不純物領域を形成する。このようにして、不純物濃度が異なる撮像領域バリア１７ａ及び水平ドレインバリア１７ｂは、２回のイオン注入操作により形成される。
【００３１】
ＯＢ水平電荷転送部１５ｂには、水平ドレインバリア１７ｂを介して不要電荷を排出するための水平ドレイン領域１９が配置されている。水平ドレイン領域１９は、Ｎ型不純物領域として形成される。
【００３２】
なお、本実施形態においては、撮像領域バリア１７ａはｐ＋＋型不純物領域として形成されており、撮像領域バリア１７ａのバリア高さＨＡが高い（図２参照）ので、撮像領域用水平電荷転送部１５ａ（撮像領域バリア１７ａ）に対応する水平ドレイン領域は実質的に不要であるため設けられていない。撮像領域用水平電荷転送部１５ａに対応させて水平ドレイン領域を設けるようにしてもよいが、水平ドレイン領域を設けない方が固体撮像素子１００の構造を簡素化することができる。
【００３３】
また、水平電荷転送部１５の出力端には、水平電荷転送部１５から転送される電荷を電圧に変換するアンプ２１が設けられている。
【００３４】
上記したように、撮像領域バリア１７ａがｐ＋＋型不純物領域として、水平ドレインバリア１７ｂがｐ−型不純物領域として、更に水平ドレイン領域１９がＮ型不純物領域として形成されている固体撮像素子１００の電位ポテンシャルは、図２及び図３のように模式的に表される。即ち、図２に示すように、撮像領域バリア１７ａのバリア高さＨＡは、水平電荷転送部１５内の隣接する電荷転送段２３同士の間の水平転送段間バリアＨＮより高い。また、図３に示すように、水平ドレインバリア１７ｂのバリア高さＨＢは、水平電荷転送部１５内の隣接する電荷転送段２３同士の間の水平転送段間バリアＨＮより低い。
【００３５】
次に、本実施形態の作用を説明する。図２に示すように、本構成によれば、撮像領域バリア１７ａのバリア高さＨＡが、電荷転送段２３同士の間の水平転送段間バリアＨＮより高く設定されているので、各電荷転送段２３の飽和電荷容量は大きく、輝度のダイナミックレンジの拡大が図れる。更に、信号電荷の水平転送時に、水平電荷転送部１５の信号電荷が撮像領域バリア１７ａのバリア高さＨＡを越えて漏れ出すことがなく、これにより水平方向のシェーディングの発生が防止される。これにより、輝度のダイナミックレンジが大きく、且つ水平方向のシェーディングのない高品質の画像が得られる。
【００３６】
ここで、図４は信号電荷がオーバーフローする場合の様子を示す図１におけるＡ部分の拡大説明図である。
光電変換素子１１が強い光を受けると多量の信号電荷が発生する。特に、黒レベル領域近傍の光電変換素子１１で多量の信号電荷が発生すると、図４に示すように、多量の信号電荷３０が垂直電荷転送部１３から水平電荷転送部１５に転送される。水平電荷転送部１５の一つの電荷転送段２３Ａに蓄積された信号電荷３０は、撮像領域バリア１７ａのバリア高さＨＡが高いので（図２参照）、撮像領域バリア１７を越えて矢印Ｂ方向に排出されることはない。電荷転送段２３Ａに蓄積された信号電荷３０が、電荷転送段２３Ａの飽和電荷容量を超えると、水平転送段間バリアＨＮを超えて隣接する電荷転送段２３Ｂに溢れ出す。
【００３７】
溢れ出した信号電荷３０の一部は、電荷転送段２３Ａから矢印Ｃ方向に流出してＯＢ水平電荷転送部１５ｂに流入するが、水平ドレインバリア１７ｂのバリア高さＨＢは水平転送段間バリアＨＮより低いので（図３参照）、飽和電荷容量を超えた信号電荷は、水平ドレインバリア１７ｂを越えて水平ドレイン領域１９に矢印Ｄ方向に排出され、ＯＢ水平電荷転送部１５ｂのＯＢ信号検出用の電荷転送段２３Ｃに電荷が流れ込むことはない。そのため、電荷転送段２３Ｃに蓄積される信号電荷の量が制限されてＯＢ基準信号の異常増加が防止される。この場合、ＯＢ水平電荷転送部１５ｂの電荷転送段２３Ｂ，２３Ｃの飽和電荷容量は小さくなるが、ＯＢ部の信号電荷の量は元々僅かであるので、水平ドレインバリア１７ｂのバリア高さＨＢが低く設定されても容量不足になる虞はない。
【００３８】
ＯＢ水平電荷転送部１５ｂには、複数の電荷転送段２３が設けられており、１段目（撮像領域用水平電荷転送部１５ａとＯＢ水平電荷転送部１５ｂの境界から）の電荷転送段２３Ｂに蓄積された飽和電荷容量を超える信号電荷は、水平ドレインバリア１７ｂから水平ドレイン領域１９に排出されるので、更に奥側に配置された２段目、３段目以降の電荷転送段（２３Ｃ等）に流入する虞はない。従って、上述したように、数段奥に配置されたＯＢ信号検出用の電荷転送段２３Ｃに影響を与えることはない。
【００３９】
撮像領域用水平電荷転送部１５ａの信号電荷は、ＯＢ水平電荷転送部１５ｂの信号電荷を参照して黒レベル補正される。具体的には、撮像領域用水平電荷転送部１５ａの信号電荷からＯＢ水平電荷転送部１５ｂの基準となる所定の電荷転送段２３Ｃの信号電荷（ＯＢ基準信号）が減算されて、黒レベル補正された画像信号とされる。
【００４０】
従って、ＯＢ基準信号が信号電荷の流れ込み等によってプラス側に変動していると、全ての画像信号が低くなって画像全体が暗くなる画像異常が生じる。しかし、本実施形態の固体撮像素子１００は、ＯＢ基準信号として撮像領域用水平電荷転送部１５ａとＯＢ水平電荷転送部１５ｂの境界から数段奥側の電荷転送段２３の信号電荷を用いるので、たとえ撮像領域用水平電荷転送部１５ａからＯＢ水平電荷転送部１５ｂへ信号電荷の流入があっても、これによってＯＢ基準信号が変動することはなく、正常な黒レベル補正が行われる。
【００４１】
なお、撮像領域バリア１７ａのバリア高さＨＡを高くすることは、電荷転送段２３の飽和電荷容量を大きくする利点を有するが、一方でブルーミングが生じ易くなる欠点を有する。飽和電荷容量の増大とブルーミング発生とは、トレードオフの関係にあり、高度のレベルで両者を同時に満足させることは困難である。しかしながら、ブルーミングによる影響は画像の一部に留まる。一方、飽和電荷容量を増大させて輝度ダイナミックレンジを大きくすることは画像全体の品質に大きな影響を及ぼす。このため、飽和電荷容量を大きくすることは総合的に見て好ましい画像が得られる可能性が高くなる。
【００４２】
上記の実施形態において、水平ポテンシャルバリア領域１７のバリア高さは、不純物濃度によって設定したが、これには限定されず他の手段によっても達成できる。図５は水平ポテンシャルバリア領域の幅をＯＢ部に対して狭くした構成を示す要部拡大図である。なお、図５に示す固体撮像素子は水平ポテンシャルバリア領域が異なる以外は、図１で既に説明済みの固体撮像素子と同様であるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００４３】
図５に示すように、水平ドレインバリア１７ｂの幅Ｆは、撮像領域バリア１７ａの幅Ｅに対して幅狭に形成されている。同じ不純物濃度であっても幅の広さによって実効的な電位ポテンシャルは変化し、幅が狭いほどショートチャネル効果で電位ポテンシャルが低くなる。換言すれば、同じイオン注入エネルギでイオン注入しても、バリア幅を調整することによってバリア高さを任意の高さに設定することができる。
【００４４】
本実施形態の固体撮像素子は、水平ドレインバリア１７ｂに対応する開口部の幅（Ｆ）が、撮像領域バリア１７ａに対応する開口部の幅（Ｅ）に対して狭い形状の開口部を有するマスク（図示せず）によって半導体基板を覆い、同じイオン注入エネルギでの１回のイオン注入によって、例えばｐ＋＋型不純物領域を形成して水平ポテンシャルバリア領域１７を製作することができ、製作工程の簡略化が図れる。
【００４５】
次に、上記した実施の形態による固体撮像素子を備えた撮像装置であるデジタルカメラについて説明する。図６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のブロック図である。
【００４６】
図６に示すように、図示するデジタルカメラ２００は、撮影レンズ４１と、固体撮像素子１００と、この両者の間に設けられて固体撮像素子１００に光学像を結像させる光学系を構成する絞り４３と、赤外線カットフィルタ４５と、光学ローパスフィルタ４７とを備える。デジタルカメラ２００の全体を統括制御するＣＰＵ４９は、フラッシュ発光部５１及び受光部５３を制御し、レンズ駆動部５５を制御して撮影レンズ４１の位置をフォーカス位置に調整し、絞り駆動部５７を介し絞り４３の開口量を制御して露光量調整を行う。
【００４７】
また、ＣＰＵ４９は、撮像素子駆動部５９を介して固体撮像素子１００を駆動し、撮影レンズ４１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。ＣＰＵ４９には、操作部６１を通してユーザからの指示信号が入力され、ＣＰＵ４９はこの指示にしたがって各種制御を行う。
【００４８】
デジタルカメラ２００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６７と、このアナログ信号処理部６７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６９とを備え、これらはＣＰＵ４９によって制御される。
【００４９】
さらに、このデジタルカメラ２００の電気制御系は、メインメモリ（フレームメモリ）７１に接続されたメモリ制御部７３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７５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７７と、測光データを積算しデジタル信号処理部７５が行うホワイトバランス補正のゲインを求める積算部７９と、着脱自在の記録媒体８１が接続される外部メモリ制御部８３と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部８５が接続される表示制御部８７と、を備え、これらは、制御バス８９及びデータバス９１によって相互に接続され、ＣＰＵ４９からの指令によって制御される。
【００５０】
本実施の形態によるデジタルカメラ２００で被写体画像を撮像する場合、図１に示す各光電変換素子１１が受光量に応じた信号電荷を蓄積し、この信号電荷を先ず垂直電荷転送部１３に読み出し、垂直電荷転送部１３に沿って水平電荷転送部１５方向に転送する。
【００５１】
各信号電荷を垂直電荷転送部１３に読み出す直前のタイミングでは、各垂直電荷転送部１３や水平電荷転送部１５は掃き出し動作によって空の状態になっている。
【００５２】
注入された所定電荷量の上記読出処理後に、各画素の受光量に応じた信号電荷を固体撮像素子１００から読み出し、デジタル信号処理部７５は、被写体画像データを生成する。
【００５３】
このデジタルカメラによれば、飽和電荷容量が大きな撮像領域用水平電荷転送部と、水平ドレイン領域とのバリア高さが低いＯＢ水平電荷転送部を有する固体撮像素子を備えたので、大きな輝度ダイナミックレンジを確保すると共に、水平方向にシェーディングがなく、更に高輝度被写体の撮影時に起こり易い画像が暗くなる現象が防止された良好な画像を得ることができる。
【００５４】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
【００５５】
また、本発明においては、水平ポテンシャルバリア領域の電位ポテンシャルは、イオン注入によって設定したが、これに限定されず、電極に印加する電圧によって電位ポテンシャルを設定するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明によれば、輝度のダイナミックレンジを拡大し、且つＯＢ（オプチカルブラック）基準信号の変動を防止して、高品質画像を得ることのできる固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法及び撮像装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態である固体撮像素子の全体構成図である。
【図２】図１におけるＡ１‐Ａ２‐Ａ３断面における電位ポテンシャルの模式図である。
【図３】図１におけるＢ１‐Ｂ２‐Ｂ３断面における電位ポテンシャルの模式図である。
【図４】信号電荷がオーバーフローする場合の様子を示す図１におけるＡ部分の拡大説明図である。
【図５】水平ポテンシャル領域の幅をＯＢ部に対して狭くした構成を示す図である。
【図６】本発明の固体撮像素子を搭載したデジタルカメラのブロック図である。
【図７】従来の固体撮像素子の全体構成図である。
【図８】図６におけるＣ１‐Ｃ２‐Ｃ３断面における電位ポテンシャルの模式図である。
【図９】図６におけるＤ１‐Ｄ２‐Ｄ３断面における電位ポテンシャルの模式図である。
【符号の説明】
【００５８】
１１  光電変換素子（光電変換部）
１３  垂直電荷転送部
１５  水平電荷転送部
１５ａ  撮像領域用水平電荷転送部
１５ｂ  ＯＢ水平電荷転送部
１７  水平ポテンシャルバリア領域
１７ａ  撮像領域バリア
１７ｂ  水平ドレインバリア
１９  水平ドレイン領域
２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ  電荷転送段
４１  撮影レンズ（光学系）
４５  赤外線カットフィルタ（光学系）
４７  光学ローパスフィルタ（光学系）
１００  固体撮像素子
２００  デジタルカメラ（撮像装置）
Ｅ  水平ポテンシャルバリア領域の幅
Ｆ  水平ポテンシャルバリア領域の幅
ＨＡ  水平ポテンシャルバリア領域のバリア高さ
ＨＢ  水平ドレインバリアのバリア高さ
ＨＮ  水平転送段間バリアのバリア高さ
【図１】
2009054912.tif 000003
【図２】
2009054912.tif 000004
【図３】
2009054912.tif 000005
【図４】
2009054912.tif 000006
【図５】
2009054912.tif 000007
【図６】
2009054912.tif 000008
【図７】
2009054912.tif 000009
【図８】
2009054912.tif 000010
【図９】
2009054912.tif 000011