ＣＣＤ固体撮像素子
【課題】 本発明は、電荷転送効率を低下させることなく転送レジスタにおける消費電力を低減するＣＣＤ固体撮像素子を提供するものである。
【解決手段】 本発明のＣＣＤ固体撮像素子は、転送電極が単層で形成され相互にギャップを置いて配列された単層電極構造の転送レジスタを有し、前記転送電極の両端のギャップ幅が中央部よりも広く形成されていることを特徴とする。
【解決手段】 本発明のＣＣＤ固体撮像素子は、転送電極が単層で形成され相互にギャップを置いて配列された単層電極構造の転送レジスタを有し、前記転送電極の両端のギャップ幅が中央部よりも広く形成されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤ固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ固体撮像素子では、多画素化、高速化が進み消費電力の増加が問題視されている。
【０００３】
図１１は、従来のインターライン転送（ＩＴ）方式のＣＣＤ固体撮像素子に適用した要部、すなわち撮像領域から水平転送レジスタ、さらに出力部に至る要部を示す。
本例のＣＣＤ固体撮像素子３０は、画素となる複数のフォトセンサ部３１がマトリクス（行列）状に配列され、各フォトセンサ部列に対応してＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ３３が形成され、各垂直転送レジスタ３３の最終段に接続するようにＣＣＤ構造の水平転送レジスタ３４が形成され、水平転送レジスタ３４の後段に出力部３６が接続されて構成される。
【０００４】
垂直転送レジスタ３３は、１つのフォトセンサ部３１に２つの垂直転送電極が対応するように形成され、４相の垂直転送パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４で信号電荷を垂直方向に転送駆動するように構成される。すなわち４つの転送電極３２［３２１、３２２、３２３、３２４］に夫々垂直転送パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４が印加されるようになされる。この例では、フォトセンサ部３１の位置に対応して転送電極３２１、３２３が形成される。垂直方向の最終に位置するフォトセンサ部３１は、垂直転送パルスφＶ１が印加される転送電極３２１に対応している。
【０００５】
垂直転送レジスタ３３は、最終段の例えば１ビット分の転送電極（φＶ１〜φＶ４が印加される転送電極）３２１〜３２４を介して水平転送レジスタ３４に接続される。各転送電極３２１〜３２４は、夫々各垂直転送レジスタ３３に共通となるように、水平方向に延長して形成される。
【０００６】
水平転送レジスタ３４は、各垂直転送レジスタ３３に対応して１ビット分の水平転送電極３５１、３５２が対応するように成され、２相の水平駆動パルスφＨ１，φＨ２で信号電荷を水平方向に転送駆動するように構成される。
【０００７】
この水平転送レジスタ３４として、図１２Ａの拡大図に示すように、水平転送電極３５１、３５２を単層ポリシリコンで形成したいわゆる単層電極構造の水平転送レジスタが用いられている。単層の水平転送電極では、２つの転送電極３５１ａ，３５１ｂにより第１の水平駆動パルスφＨ１が印加される水平転送電極３５１が形成され、２つの転送電極３５２ａ，３５２ｂにより第２の水平駆動パルスφＨ２が印加される水平転送電極３５２が形成される。すなわち、図１２Ａは、水平転送レジスタ３４の要部の断面図である。例えば、Ｓｉよりなる半導体基板４０が、ｎ型サブストレイト４２に、ｐ型ウェル領域４３が形成された構成を有し、このｐ型ウェル領域４３にｎ型水平転送チャネル領域４４が形成され、ゲート絶縁膜４５を介して単層ポリシリコン膜からなる水平転送電極３５［３５１ａ，３５１ｂ，３５２ａ，３５２ｂ］が形成される。水平転送電極３５は、通常、図１２Ｂに示すように長方形をなして形成される。
【０００８】
このＣＣＤ固体撮像素子３０では、フォトセンサ部３１において受光され光電変換して受光量に応じた信号電荷が蓄積される。このフォトセンサ部３１の信号電荷は、垂直ブランキング期間にフォトセンサ部３１から垂直転送レジスタ３３へ読み出され、以後、水平ブランキング期間に１水平ライン毎の信号電荷が垂直転送され、いわゆる垂直ラインシフトが行われて、水平転送レジスタ３４に転送される。そして、水平転送レジスタ３４に転送された信号電荷は水平有効転送期間に水平方向に転送され、出力部３６を通じて出力される。
【０００９】
このような単層電極構造ＣＣＤ撮像素子の例が、特許文献１の［従来の技術］で開示されている。
【特許文献１】特許第３２５２８０７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上述のＣＣＤ固体撮像素子３０では、単層電極構造の水平転送レジスタ３４において、発生する負荷容量よって消費電力を増加させている。単層電極構造の水平転送レジスタ３４における負荷容量について説明する。
図１２に示すように、水平転送レジスタ３４では、水平転送電極３５とｎ型サブストレイト４２間に寄生容量Ｃｓｕｂが発生する。この容量Ｃｓｕｂは、水平転送チャネル領域４４及びｐ型ウェル領域４３が空乏化し、水平転送電極３５からｎ型サブストレイト４２の空乏層端までの距離は数μｍ程度であるため、それ程大きな容量にならない。しかし、それぞれの水平転送電極３５１，３５２間の寄生容量Ｃｇａｐは、各水平転送電極３５１，３５２間の距離Ｘ１は通常０．５μｍ以下と狭く、しかも２相の水平駆動パルスφＨ１，φＨ２を逆位相で印加することにより、ミラー効果の影響で非常に大きな容量値となってしまう。
水平転送レジスタの消費電力を低減するには、各水平転送電極３５１，３５２間のギャップ幅を広げることが効果的であるが、この場合、水平転送レジスタ３４の転送効率を低下させてしまう。
【００１１】
上述のように、それぞれの転送電極間で発生する寄生容量は、ＣＣＤ固体撮像素子の多画素化、高速化を進める上で、消費電力を増加させてしまい、その中でも、特に水平転送レジスタにおける消費電力は出力バッファに次いで２番目に大きいため、この水平転送レジスタの消費電力の低減が課題となっている。
【００１２】
本発明は、上述の点に鑑み、電荷転送効率を低下させることなく転送レジスタにおける消費電力を低減するＣＣＤ固体撮像素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の固体撮像素子は、転送電極が単層で形成され相互にギャップを置いて配列された単層電極構造の転送レジスタを有し、前記転送電極の両端のギャップ幅が中央部よりも広く形成されていることを特徴とする。
【００１４】
水平転送レジスタの前記転送電極下における転送チャネル領域の中央部に微小信号転送用チャネルが形成されていることが好ましい。隣接する転送電極間のギャップ部にポテンシャルディップを打ち消す不純物が導入され、前記不純物の濃度は前記ギャップ幅が広いほど高濃度であることが好ましい。
【００１５】
本発明の固体撮像素子は、転送電極が単層で形成され相互にギャップを置いて配列された単層電極構造の転送レジスタを有し、異相な転送電極間の各転送電極の両端のギャップ幅が中央部よりも広く形成されている。
【００１６】
水平転送レジスタの前記転送電極下における転送チャネル領域の中央部に微小信号転送用チャネルが形成されていることが好ましい。隣接する転送電極間のギャップ部にポテンシャルディップを打ち消す不純物が導入され、異相な転送電極間の前記不純物の濃度は前記ギャップ幅が広いほど高濃度であることが好ましい。
【００１７】
本発明のＣＣＤ固体撮像素子では、単層電極構造の水平転送レジスタ又は／及び垂直転送レジスタにおいて、転送電極の両端のギャップ幅が中央部よりも広く形成されるので、隣合う転送電極間の寄生容量は低減される。信号電子数が少ないいわゆる微小信号電荷の転送では、信号電荷が転送電極のギャップの狭い中央部に対応した、転送チャネル領域の中央部を転送するので、電荷の転送効率を低下させることがない。信号電子数が多いいわゆる大信号電荷の転送では、信号電荷が転送チャネル領域の全幅にわたって転送し、最終段階で転送チャネル領域の中央部に集中するので、転送効率がそれ程高くなくても実質的に問題ない。
【００１８】
水平転送レジスタにおいては、水平転送電極の両端のギャップ幅を中央部のギャップ幅よりも広く形成すると共に、さらに、水平転送チャンネル領域の中央部に微小信号転送用チャンネルを形成している。微小信号転送用チャンネルの部分は、両側のチャンネル部分よりもポテンシャルが深くなっているので、信号電子数が少ない時には信号電荷は微小信号転送用チャネルの部分を転送することになり、しかも、この部分は転送電極間のギャップ幅が狭いので十分に高い転送効率を確保することができる。一方、信号電子数が多いとき、信号電荷は水平転送チャンネル領域の全域に、すなわち転送電極間のギャップ幅が広い部分まで広がった状態で転送される。この場合も、上述と同様に信号電荷は最終段階で転送チャネル領域のポテンシャルの深い中央部、すなわち微小信号転送用チャネルに集中して転送され、転送効率については実質的に問題ない。
【００１９】
また、隣接する転送電極間のギャップ部にポテンシャルディップを打ち消す不純物を導入し不純物の濃度を、ギャップ幅が広いほど高濃度にすることにより、ギャップ部のポテンシャルディップが解消され転送チャネル領域の全領域に渡ってポテンシャル分布を最適化することができる。これによって、電荷の転送効率の向上が図れる。
【００２０】
水平転送レジスタにおいては、異相な水平転送電極の両端のギャップ幅を中央部のギャップ幅よりも広く形成すると共に、さらに、水平転送チャンネル領域の中央部に微小信号転送用チャンネルを形成している。微小信号転送用チャンネルの部分は、両側のチャンネル部分よりもポテンシャルが深くなっているので、信号電子数が少ない時には信号電荷は微小信号転送用チャネルの部分を転送することになり、しかも、この部分は転送電極間のギャップ幅が狭いので十分に高い転送効率を確保することができる。一方、信号電子数が多いとき、信号電荷は水平転送チャンネル領域の全域に、すなわち異相な転送電極間のギャップ幅が広い部分まで広がった状態で転送される。この場合も、上述と同様に信号電荷は最終段階で転送チャネル領域のポテンシャルの深い中央部、すなわち微小信号転送用チャネルに集中して転送され、転送効率については実質的に問題ない。同相な水平転送電極の間のギャップ幅は、転送電極の両端であっても等しく形成されているので転送効率の更なる向上を図れる。
【００２１】
また、異相な隣接する各転送電極間のギャップ部にポテンシャルディップを打ち消す不純物を導入し不純物の濃度を、ギャップ幅が広いほど高濃度にすることにより、ギャップ部のポテンシャルディップが解消され転送チャネル領域の全領域に渡ってポテンシャル分布を最適化することができる。同相な転送電極間のギャップ部の不純物の濃度は低濃度であるため、最適な転送を行うことができる。これによって、電荷の転送効率の向上が図れる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のＣＣＤ固体撮像素子によれば、ＣＣＤ転送レジスタであって、転送効率の低下を招かずに、それぞれの転送レジスタ間の寄生容量を低減できる。よって、転送効率の低下無しに転送レジスタの消費電力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の一実施の形態を示す構成図である。図１は、インターライン転送（ＩＴ）方式のＣＣＤ固体撮像素子に適用した要部、すなわち撮像領域から水平転送レジスタ、さらに出力部に至る要部を示す。
本実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像素子１は、画素となる複数のフォトセンサ部１１がマトリクス（行列）状に配列され、各フォトセンサ部列に対応してＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ１３が形成され、各垂直転送レジスタ１３の最終段に接続するようにＣＣＤ構造の水平転送レジスタ１４が形成され、水平転送レジスタ１４の後段に出力部１６が接続されて成る。ｔｏｕｔは出力端子である。
【００２５】
垂直転送レジスタ１３は、１つのフォトセンサ部１１に２つの垂直転送電極が対応するように形成され、４相の垂直転送パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４で信号電荷を垂直方向に転送駆動するように構成される。すなわち４つの転送電極１２［１２１、１２２、１２３、１２４］に夫々垂直転送パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４を印加するようにしている。本例では、フォトセンサ部１１の位置に対応して転送電極１２１、１２３が形成される。垂直方向の最終に位置するフォトセンサ部１１は、垂直転送パルスφＶ１が印加される転送電極１２１に対応している。
【００２６】
垂直転送レジスタ１３は、最終段の転送電極（φＶ４が印加される転送電極）１２４を介して水平転送レジスタ１４に接続される。各転送電極１２１〜１２４は、夫々各垂直転送レジスタ１３に共通となるように、水平方向に延長して形成されている。
【００２７】
水平転送レジスタ１４は、各垂直転送レジスタ１３に対応して１ビットの水平転送電極１５１、１５２が対応するように成され、２相の水平駆動パルスφＨ１，φＨ２で信号電荷を水平方向に転送駆動するように構成される。
この水平転送レジスタ１４として、図２の拡大断面図に示すように、水平転送電極１５１、１５２を単層ポリシリコン膜で形成したいわゆる単層電極構造の水平転送レジスタに形成される。単層の水平転送電極では、前述と同様に、２つの転送電極１５１ａ，１５１ｂにより第１の水平駆動パルスφＨ１が印加される水平転送電極１５１が形成され、２つの転送電極１５２ａ，１５２ｂにより第２の水平駆動パルスφＨ２が印加される水平転送電極１５２が形成される。すなわち、水平転送レジスタ１４は、例えば、シリコン半導体基板６を構成するように第１導電型、本例ではｎ型のサブストレイト２に第２導電型のｐ型ウェル領域３を形成し、このｐ型ウェル領域３の表面に形成した第１導電型のｎ型水平転送チャネル領域４上にゲート絶縁膜５を介して単層ポリシリコンからなる複数の水平転送電極１５を相互にギャップｇを置いて電荷転送方向に配列するように形成して構成される。
【００２８】
本実施の形態においては、特に、隣合う水平転送電極１５［１５１ａ，１５１ｂ，１５２ａ，１５２ｂ］間のギャップｇとして、水平転送電極の電荷転送方向と直交する方向の電極両端でのギャップ幅Ｗ1 を電極中央部でのギャップ幅Ｗ２より広くなるように、水平転送電極が形成される。このため、図３に示すように、各転送電極１５［１５１ａ，１５１ｂ，１５２ａ，１５２ｂ］が、転送チャネル領域４の後述する微小信号転送用チャネル１０となる中央部上に対応する電極中央部から電荷転送方向と直交する方向の電極両端に向って電極幅が漸次狭くなるように形成される。この電極構造により、隣合う転送電極１５間では電極両端におけるギャップ幅Ｗ1 が、電極中央部におけるギャップ幅Ｗ２より広くなる。
【００２９】
一方、転送チャネル領域４は、信号電子数が少ないときの信号電荷（いわゆる微小信号電荷）をチャネル中央部で転送し、信号電子数が多いときの信号電荷（いわゆる大信号電荷）を転送チャネル幅全域で転送できるようなポテンシャル分布、すなわち不純物プロファイルを有して形成される。このため、図４に示すように、転送チャネル領域４は、電荷転送方向と直交する方向の断面で見ると、転送チャネル全域にわたり形成した所要の不純物濃度のｎ型半導体領域４ａの中央部分にｎ型半導体領域４ａより不純物濃度の高いｎ+ 半導体領域４ｂを形成して構成される。この図４の転送チャネル領域４のポテンシャル分布を図５に示す。中央部のポテンシャルは深く、ここに微小信号転送用チャネル１０が形成される。この中央部を挟む両側のポテンシャは中央部のポテンシャルより浅い。
【００３０】
なお、図４は、図３のＡ−Ａ´線上の断面を示す。図３では、水平転送レジスタ１４の転送電極１５２ａ，１５２ｂの垂直転送レジスタ１３側に対応する領域に、ｐ+素子分離領域９が形成され、水平転送レジスタの垂直転送レジスタ１３とは反対側の領域にも、ｐ+素子分離領域１７が形成されている。
【００３１】
本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子１によれば、水平転送レジスタ１４において、水平転送チャンネル領域４の中央部に、不純物濃度の高いｎ＋半導体領域４ｂを形成してポテンシャルを深くした微小信号転送用チャンネル（ＨＳＧ）１０が形成され、且つ水平転送電極１５［１５１ａ，１５１ｂ，１５２ａ，１５２ｂ］においては、両端のギャップ幅Ｗ１が中央部のギャップ幅Ｗ２よりも広く形成される。この構成により、微小信号転送用チャンネル１０の部分は、水平転送チャンネル領域４よりもポテンシャルが深くなっているので、信号電子数が少ない時には信号電荷は微小信号転送用チャネル１０の部分に集中して転送され、しかも、この部分は水平転送電極１５間のギャップ幅Ｗ２が狭いので十分に高い転送効率を確保することができる。一方、信号電子数が多いとき、信号電荷は水平転送チャンネル領域４の幅全域に、すなわち水平転送電極１５間のギャップ幅が広い部分（ポテンシャルの浅い領域）まで広がった状態で転送される。広い領域にわたって転送される信号電荷は、転送の最終段階で微小信号転送用チャネル１０の部分に集中することになり、信号電荷の多いときの転送効率はそれ程高くなくても問題ない。従って、本実施の形態のＣＣＤ固体撮像素子１においては、水平転送電極間の負荷容量を低減することができ、消費電力を低減できる。
【００３２】
上述の転送電極１５［１５１ａ，１５１ｂ，１５２ａ，１５２ｂ］は、図６Ａに示す様に転送方向と直交する方向において中央部から両端側に向って電極幅が漸次狭くなるような形状で形成されている。このような電極形状においては、図６Ｂに示すように、転送チャネル領域４のポテンシャルにポテンシャルディップ１８が形成される虞れがある。すなわち、転送電極間のギャップ幅がＷ２とギャップ幅が狭い領域のポテンシャルはショートチャネル効果によって浅くなり、逆に転送電極間のギャプ幅がＷ１とギャップ幅が広い領域のポテンシャルは深くなる。このため、ポテンシャルディップ１８が生じることになる。なお、図６Ｂは、図６ＡのＢ−Ｂ´線上のポテンシャルを示す。
【００３３】
図７に、上記の課題を解決した本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の他の実施の形態を示す。同図には水平転送レジスタ１４の要部のみを示す。他の構成は前述の図１、図２のＣＣＤ固体撮像素子１と同様であるので、重複説明を省略する。
本実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像素子２１は、水平転送レジスタ１４において、隣合う水平転送電極１５［１５１ａ，１５１ｂ，１５２ａ，１５２ｂ］間のギャップ部２２ａ，２２ｂにポテンシャルディップを打ち消す不純物をイオン注入する。このときの不純物イオン注入は、ギャップ幅が広い程不純物濃度を高くする。したがって、ギャップ幅がテーパ状に広くなる領域では、ギャップ幅が広くなる方向に漸次イオン注入する不純物濃度を高くするようになす。ｎ型の水平転送チャネル領域４では、転送電極間のギャップ部表面がｎ−領域として形成される。
このような構成によれば、水平転送チャネル領域４におけるポテンシャルディップの発生が解消され、電荷転送効率を向上することができる。
【００３４】
図８は、同様にポテンシャルディップの発生を解消するようにした本発明に係る固体撮像素子の他の実施の形態を示す平面図である。図８には水平転送レジスタ１４の要部のみを示す。その他の構成は、図１、図２のＣＣＤ固体撮像素子１と同様であるので、重複説明を省略する。
本実施の形態に係る固体撮像素子２３は、水平転送レジスタ１４において、水平転送電極１５［１５１ａ，１５１ｂ，１５２ａ，１５２ｂ］が中央部を幅広の四角形、両端部を幅狭の四角形とした形状に形成される。そして、水平転送電極１５間のギャップ幅が狭い部分のギャップ領域２２ａとギャップ幅が広い部分のギャプ領域２２ｂの２種類に分け、それぞれのギャップ部２２ａ，２２ｂにポテンシャルディップを打ち消すように、ギャップインプラの不純物のドーズ量を変えてドープする。すなわち、ギャップ幅が広いほど高濃度となるように、転送チャネル領域４の導電型とは反対導電型、本例では、ｐ型不純物をイオン注入する。
【００３５】
図９は、本発明に係る固体撮像素子の他の実施の形態を示す平面図である。図９には水平転送レジスタ１４の要部のみを示す。その他の構成は、図１、図２のＣＣＤ固体撮像素子１と同様であるので、重複説明を省略する。
本実施の形態に係る固体撮像素子２４は、水平転送レジスタ１４において、水平転送電極１５［１５１ａ，１５１ｂ，１５２ａ，１５２ｂ］が中央部を幅広とし、両端部に向って幅狭となる形状に形成される。この場合、異相な水平転送電極１５１ｂと１５２ａ間においては、中央部のギャップ幅Ｗ２が狭く、これより両端側に向って漸次広くなるように形成されて、同相な水平転送電極１５１ａと１５１ｂもしくは１５２ａと１５２ｂ間においては、ギャップ幅Ｗ２が中央部から両端側に渡って同じ狭い幅に形成される。さらに、異相な水平転送電極１５１ｂと１５２ａ間のギャップ幅が狭い部分のギャップ領域２２ａとギャップ幅が広い部分のギャプ領域２２ｂの２種類に分け、それぞれのギャップ部２２ａ，２２ｂにポテンシャルディップを打ち消すように、ギャップインプラの不純物のドーズ量を変えてドープする。同相な水平転送電極１５１ａと１５１ｂもしくは１５２ａと１５２ｂ間のギャップ部には、異相な水平転送電極１５１ｂと１５２ａ間のギャップ部２２ａと同じギャップインプラの不純物のドーズ量をドープする。すなわち、異相な水平転送電極間のギャップ幅が広いほど高濃度となるように、転送チャネル領域４の導電型とは反対導電型、本例では、ｐ型不純物をイオン注入する。
【００３６】
図１０は、本発明に係る固体撮像素子の他の実施の形態を示す平面図である。図１０には水平転送レジスタ１４の要部のみを示す。その他の構成は、図１、図２のＣＣＤ固体撮像素子１と同様であるので、重複説明を省略する。
本実施の形態に係る固体撮像素子２５は、水平転送レジスタ１４において、水平転送電極１５［１５１ａ，１５１ｂ，１５２ａ，１５２ｂ］が中央部を幅広の四角形、両端部を幅狭の四角形とした形状に形成される。この場合、異相な水平転送電極１５１ｂと１５２ａ間においては、中央部のギャップ幅Ｗ４が狭く、両端側のギャップ幅Ｗ３が広くなるように形成され、同相な水平転送電極１５１ａと１５１ｂもしくは１５２ａと１５２ｂ間においては、転送電極の中央部から両端側の全長に渡ってギャップ幅Ｗ４が同一の狭い幅に形成される。そして、異相な水平転送電極１５１ｂと１５２ａ間のギャップ幅が狭い部分のギャップ領域２２ａとギャップ幅が広い部分のギャプ領域２２ｂの２種類に分け、それぞれのギャップ部２２ａ，２２ｂにポテンシャルディップを打ち消すように、ギャップインプラの不純物のドーズ量を変えてドープする。同相な水平転送電極１５間のギャップ部には、ギャップ部２２ａと同じギャップインプラの不純物のドーズ量をドープする。すなわち、異相な水平転送電極間のギャップ幅が広いほど高濃度となるように、転送チャネル領域４の導電型とは反対導電型、本例では、ｐ型不純物をイオン注入する。
【００３７】
本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子によれば、各ギャップ部２２ａ、２２ｂのポテンシャルをそれぞれ独立に最適化でき、ギャップ部の幅が異なってもポテンシャルディップの発生が解消され、電荷転送効率を向上することができる。
【００３８】
本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子によれば、各ギャップ部２２ａ、２２ｂのポテンシャルをそれぞれ独立に最適化でき、ギャップ部の幅が異なってもポテンシャルディップの発生が解消され、電荷転送効率を向上することができる。同相の水平転送電極１５間では、電極間の容量を低減する必要が無く、ギャップ幅を転送電極の中央部から両端側の全長に渡って、狭い同じ幅に形成するので、転送効率を更に向上することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像素子では、ギャップ部の種類を２種類としたが、３種類以上にすることも可能である。その場合には、それぞれのギャップ部に対応してイオン注入する不純物のドーズ量も３種類以上になる。
【００４０】
上述の本発明においては、水平転送レジスタ１４について説明したが、単層ポリシリコン膜で垂直転送電極１２［１２１、１２２、１２３、１２４］を形成した垂直転送レジスタ１３にも同様に、隣合う転送電極１２間のギャップ幅を中央部より両端側で広くするようにして、垂直転送電極１２の相互間の寄生容量を低減するように構成することもできる。この場合、垂直転送チャネル領域としては、垂直転送電極１２の電荷転送方向と直交する方向の幅が水平転送電極１５に比べて十分小さいので、図５で説明したような微小信号転送用チャネルを設ける必要はない。
本発明のＣＣＤ固体撮像素子では、単層電極構造の水平転送レジスタ又は／及び垂直転送レジスタにおいて、転送電極の両端のギャップ幅を中央部のギャップ幅よりも広く形成して構成することが可能であり、いずれの場合も転送効率を低下させずに、転送電極間の寄生容量を低減し、ＣＣＤ固体撮像素子の低消費電力化を可能にする。
【００４１】
上例では、インターライン転送（ＩＴ）方式のＣＣＤ固体撮像素子に適用したが、その他、フレームインターライン転送方式（ＦＩＴ方式）のＣＣＤ固体撮像素子にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の一実施の形態を示す要部の断面図である。
【図３】本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の一実施の形態を示す要部の平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ´線上の断面図である。
【図５】図３のＡ−Ａ´線上のポテンシャル分布図である。
【図６】Ａ 本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の一実施の形態を示す水平転送電極の要部の平面図である。 Ｂ 図６ＡのＢ−Ｂ´線上のポテンシャル分布図である。
【図７】本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の他の実施の形態を示す要部の平面図である。
【図８】本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の他の実施の形態を示す要部の平面図である。
【図９】本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の他の実施の形態を示す要部の平面図である。
【図１０】本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の他の実施の形態を示す要部の平面図である。
【図１１】従来のＣＣＤ固体撮像素子を示す構成図である。
【図１２】Ａ 図１１の水平転送レジスタの要部を示す断面図である。 Ｂ 図１１の水平転送レジスタの要部を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１、２１，２３，２４，２５・・ＣＣＤ固体撮像素子、２・・ｎ型サブストレイト、３・・ｐ型ウェル領域、４・・水平転送チャネル領域、６・・半導体基板、９、１７・・ｐ＋素子分離領域、１０・・微小信号転送用チャンネル、１１・・フォトセンサ部、１２［１２１，１２２，１２３，１２４］・・転送電極、１３・・垂直転送レジスタ、１４・・水平転送レジスタ、１５［１５１ａ，１５１ｂ，１５２ａ，１５２ｂ］・・水平転送電極、１６・・出力部、１８・・ポテンシャルディップ、２２ａ，２２ｂ・・ギャップ部、３０・・ＣＣＤ固体撮像素子、３１・・フォトセンサ部、３２［３２１，３２２，３２３，３２４］・・転送電極、３３・・垂直転送レジスタ、３４・・水平転送レジスタ、３５［３５１ａ，３５１ｂ，３５２ａ，３５２ｂ］・・水平転送電極、３６・・出力部、４０・・半導体基板、４２・・ｎ型サブストレイト、４３・・ｐ型ウェル領域、４４・・水平転送チャネル領域、４５・・ゲート絶縁膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤ固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ固体撮像素子では、多画素化、高速化が進み消費電力の増加が問題視されている。
【０００３】
図１１は、従来のインターライン転送（ＩＴ）方式のＣＣＤ固体撮像素子に適用した要部、すなわち撮像領域から水平転送レジスタ、さらに出力部に至る要部を示す。
本例のＣＣＤ固体撮像素子３０は、画素となる複数のフォトセンサ部３１がマトリクス（行列）状に配列され、各フォトセンサ部列に対応してＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ３３が形成され、各垂直転送レジスタ３３の最終段に接続するようにＣＣＤ構造の水平転送レジスタ３４が形成され、水平転送レジスタ３４の後段に出力部３６が接続されて構成される。
【０００４】
垂直転送レジスタ３３は、１つのフォトセンサ部３１に２つの垂直転送電極が対応するように形成され、４相の垂直転送パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４で信号電荷を垂直方向に転送駆動するように構成される。すなわち４つの転送電極３２［３２１、３２２、３２３、３２４］に夫々垂直転送パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４が印加されるようになされる。この例では、フォトセンサ部３１の位置に対応して転送電極３２１、３２３が形成される。垂直方向の最終に位置するフォトセンサ部３１は、垂直転送パルスφＶ１が印加される転送電極３２１に対応している。
【０００５】
垂直転送レジスタ３３は、最終段の例えば１ビット分の転送電極（φＶ１〜φＶ４が印加される転送電極）３２１〜３２４を介して水平転送レジスタ３４に接続される。各転送電極３２１〜３２４は、夫々各垂直転送レジスタ３３に共通となるように、水平方向に延長して形成される。
【０００６】
水平転送レジスタ３４は、各垂直転送レジスタ３３に対応して１ビット分の水平転送電極３５１、３５２が対応するように成され、２相の水平駆動パルスφＨ１，φＨ２で信号電荷を水平方向に転送駆動するように構成される。
【０００７】
この水平転送レジスタ３４として、図１２Ａの拡大図に示すように、水平転送電極３５１、３５２を単層ポリシリコンで形成したいわゆる単層電極構造の水平転送レジスタが用いられている。単層の水平転送電極では、２つの転送電極３５１ａ，３５１ｂにより第１の水平駆動パルスφＨ１が印加される水平転送電極３５１が形成され、２つの転送電極３５２ａ，３５２ｂにより第２の水平駆動パルスφＨ２が印加される水平転送電極３５２が形成される。すなわち、図１２Ａは、水平転送レジスタ３４の要部の断面図である。例えば、Ｓｉよりなる半導体基板４０が、ｎ型サブストレイト４２に、ｐ型ウェル領域４３が形成された構成を有し、このｐ型ウェル領域４３にｎ型水平転送チャネル領域４４が形成され、ゲート絶縁膜４５を介して単層ポリシリコン膜からなる水平転送電極３５［３５１ａ，３５１ｂ，３５２ａ，３５２ｂ］が形成される。水平転送電極３５は、通常、図１２Ｂに示すように長方形をなして形成される。
【０００８】
このＣＣＤ固体撮像素子３０では、フォトセンサ部３１において受光され光電変換して受光量に応じた信号電荷が蓄積される。このフォトセンサ部３１の信号電荷は、垂直ブランキング期間にフォトセンサ部３１から垂直転送レジスタ３３へ読み出され、以後、水平ブランキング期間に１水平ライン毎の信号電荷が垂直転送され、いわゆる垂直ラインシフトが行われて、水平転送レジスタ３４に転送される。そして、水平転送レジスタ３４に転送された信号電荷は水平有効転送期間に水平方向に転送され、出力部３６を通じて出力される。
【０００９】
このような単層電極構造ＣＣＤ撮像素子の例が、特許文献１の［従来の技術］で開示されている。
【特許文献１】特許第３２５２８０７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上述のＣＣＤ固体撮像素子３０では、単層電極構造の水平転送レジスタ３４において、発生する負荷容量よって消費電力を増加させている。単層電極構造の水平転送レジスタ３４における負荷容量について説明する。
図１２に示すように、水平転送レジスタ３４では、水平転送電極３５とｎ型サブストレイト４２間に寄生容量Ｃｓｕｂが発生する。この容量Ｃｓｕｂは、水平転送チャネル領域４４及びｐ型ウェル領域４３が空乏化し、水平転送電極３５からｎ型サブストレイト４２の空乏層端までの距離は数μｍ程度であるため、それ程大きな容量にならない。しかし、それぞれの水平転送電極３５１，３５２間の寄生容量Ｃｇａｐは、各水平転送電極３５１，３５２間の距離Ｘ１は通常０．５μｍ以下と狭く、しかも２相の水平駆動パルスφＨ１，φＨ２を逆位相で印加することにより、ミラー効果の影響で非常に大きな容量値となってしまう。
水平転送レジスタの消費電力を低減するには、各水平転送電極３５１，３５２間のギャップ幅を広げることが効果的であるが、この場合、水平転送レジスタ３４の転送効率を低下させてしまう。
【００１１】
上述のように、それぞれの転送電極間で発生する寄生容量は、ＣＣＤ固体撮像素子の多画素化、高速化を進める上で、消費電力を増加させてしまい、その中でも、特に水平転送レジスタにおける消費電力は出力バッファに次いで２番目に大きいため、この水平転送レジスタの消費電力の低減が課題となっている。
【００１２】
本発明は、上述の点に鑑み、電荷転送効率を低下させることなく転送レジスタにおける消費電力を低減するＣＣＤ固体撮像素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の固体撮像素子は、転送電極が単層で形成され相互にギャップを置いて配列された単層電極構造の転送レジスタを有し、前記転送電極の両端のギャップ幅が中央部よりも広く形成されていることを特徴とする。
【００１４】
水平転送レジスタの前記転送電極下における転送チャネル領域の中央部に微小信号転送用チャネルが形成されていることが好ましい。隣接する転送電極間のギャップ部にポテンシャルディップを打ち消す不純物が導入され、前記不純物の濃度は前記ギャップ幅が広いほど高濃度であることが好ましい。
【００１５】
本発明の固体撮像素子は、転送電極が単層で形成され相互にギャップを置いて配列された単層電極構造の転送レジスタを有し、異相な転送電極間の各転送電極の両端のギャップ幅が中央部よりも広く形成されている。
【００１６】
水平転送レジスタの前記転送電極下における転送チャネル領域の中央部に微小信号転送用チャネルが形成されていることが好ましい。隣接する転送電極間のギャップ部にポテンシャルディップを打ち消す不純物が導入され、異相な転送電極間の前記不純物の濃度は前記ギャップ幅が広いほど高濃度であることが好ましい。
【００１７】
本発明のＣＣＤ固体撮像素子では、単層電極構造の水平転送レジスタ又は／及び垂直転送レジスタにおいて、転送電極の両端のギャップ幅が中央部よりも広く形成されるので、隣合う転送電極間の寄生容量は低減される。信号電子数が少ないいわゆる微小信号電荷の転送では、信号電荷が転送電極のギャップの狭い中央部に対応した、転送チャネル領域の中央部を転送するので、電荷の転送効率を低下させることがない。信号電子数が多いいわゆる大信号電荷の転送では、信号電荷が転送チャネル領域の全幅にわたって転送し、最終段階で転送チャネル領域の中央部に集中するので、転送効率がそれ程高くなくても実質的に問題ない。
【００１８】
水平転送レジスタにおいては、水平転送電極の両端のギャップ幅を中央部のギャップ幅よりも広く形成すると共に、さらに、水平転送チャンネル領域の中央部に微小信号転送用チャンネルを形成している。微小信号転送用チャンネルの部分は、両側のチャンネル部分よりもポテンシャルが深くなっているので、信号電子数が少ない時には信号電荷は微小信号転送用チャネルの部分を転送することになり、しかも、この部分は転送電極間のギャップ幅が狭いので十分に高い転送効率を確保することができる。一方、信号電子数が多いとき、信号電荷は水平転送チャンネル領域の全域に、すなわち転送電極間のギャップ幅が広い部分まで広がった状態で転送される。この場合も、上述と同様に信号電荷は最終段階で転送チャネル領域のポテンシャルの深い中央部、すなわち微小信号転送用チャネルに集中して転送され、転送効率については実質的に問題ない。
【００１９】
また、隣接する転送電極間のギャップ部にポテンシャルディップを打ち消す不純物を導入し不純物の濃度を、ギャップ幅が広いほど高濃度にすることにより、ギャップ部のポテンシャルディップが解消され転送チャネル領域の全領域に渡ってポテンシャル分布を最適化することができる。これによって、電荷の転送効率の向上が図れる。
【００２０】
水平転送レジスタにおいては、異相な水平転送電極の両端のギャップ幅を中央部のギャップ幅よりも広く形成すると共に、さらに、水平転送チャンネル領域の中央部に微小信号転送用チャンネルを形成している。微小信号転送用チャンネルの部分は、両側のチャンネル部分よりもポテンシャルが深くなっているので、信号電子数が少ない時には信号電荷は微小信号転送用チャネルの部分を転送することになり、しかも、この部分は転送電極間のギャップ幅が狭いので十分に高い転送効率を確保することができる。一方、信号電子数が多いとき、信号電荷は水平転送チャンネル領域の全域に、すなわち異相な転送電極間のギャップ幅が広い部分まで広がった状態で転送される。この場合も、上述と同様に信号電荷は最終段階で転送チャネル領域のポテンシャルの深い中央部、すなわち微小信号転送用チャネルに集中して転送され、転送効率については実質的に問題ない。同相な水平転送電極の間のギャップ幅は、転送電極の両端であっても等しく形成されているので転送効率の更なる向上を図れる。
【００２１】
また、異相な隣接する各転送電極間のギャップ部にポテンシャルディップを打ち消す不純物を導入し不純物の濃度を、ギャップ幅が広いほど高濃度にすることにより、ギャップ部のポテンシャルディップが解消され転送チャネル領域の全領域に渡ってポテンシャル分布を最適化することができる。同相な転送電極間のギャップ部の不純物の濃度は低濃度であるため、最適な転送を行うことができる。これによって、電荷の転送効率の向上が図れる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のＣＣＤ固体撮像素子によれば、ＣＣＤ転送レジスタであって、転送効率の低下を招かずに、それぞれの転送レジスタ間の寄生容量を低減できる。よって、転送効率の低下無しに転送レジスタの消費電力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の一実施の形態を示す構成図である。図１は、インターライン転送（ＩＴ）方式のＣＣＤ固体撮像素子に適用した要部、すなわち撮像領域から水平転送レジスタ、さらに出力部に至る要部を示す。
本実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像素子１は、画素となる複数のフォトセンサ部１１がマトリクス（行列）状に配列され、各フォトセンサ部列に対応してＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ１３が形成され、各垂直転送レジスタ１３の最終段に接続するようにＣＣＤ構造の水平転送レジスタ１４が形成され、水平転送レジスタ１４の後段に出力部１６が接続されて成る。ｔｏｕｔは出力端子である。
【００２５】
垂直転送レジスタ１３は、１つのフォトセンサ部１１に２つの垂直転送電極が対応するように形成され、４相の垂直転送パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４で信号電荷を垂直方向に転送駆動するように構成される。すなわち４つの転送電極１２［１２１、１２２、１２３、１２４］に夫々垂直転送パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４を印加するようにしている。本例では、フォトセンサ部１１の位置に対応して転送電極１２１、１２３が形成される。垂直方向の最終に位置するフォトセンサ部１１は、垂直転送パルスφＶ１が印加される転送電極１２１に対応している。
【００２６】
垂直転送レジスタ１３は、最終段の転送電極（φＶ４が印加される転送電極）１２４を介して水平転送レジスタ１４に接続される。各転送電極１２１〜１２４は、夫々各垂直転送レジスタ１３に共通となるように、水平方向に延長して形成されている。
【００２７】
水平転送レジスタ１４は、各垂直転送レジスタ１３に対応して１ビットの水平転送電極１５１、１５２が対応するように成され、２相の水平駆動パルスφＨ１，φＨ２で信号電荷を水平方向に転送駆動するように構成される。
この水平転送レジスタ１４として、図２の拡大断面図に示すように、水平転送電極１５１、１５２を単層ポリシリコン膜で形成したいわゆる単層電極構造の水平転送レジスタに形成される。単層の水平転送電極では、前述と同様に、２つの転送電極１５１ａ，１５１ｂにより第１の水平駆動パルスφＨ１が印加される水平転送電極１５１が形成され、２つの転送電極１５２ａ，１５２ｂにより第２の水平駆動パルスφＨ２が印加される水平転送電極１５２が形成される。すなわち、水平転送レジスタ１４は、例えば、シリコン半導体基板６を構成するように第１導電型、本例ではｎ型のサブストレイト２に第２導電型のｐ型ウェル領域３を形成し、このｐ型ウェル領域３の表面に形成した第１導電型のｎ型水平転送チャネル領域４上にゲート絶縁膜５を介して単層ポリシリコンからなる複数の水平転送電極１５を相互にギャップｇを置いて電荷転送方向に配列するように形成して構成される。
【００２８】
本実施の形態においては、特に、隣合う水平転送電極１５［１５１ａ，１５１ｂ，１５２ａ，１５２ｂ］間のギャップｇとして、水平転送電極の電荷転送方向と直交する方向の電極両端でのギャップ幅Ｗ1 を電極中央部でのギャップ幅Ｗ２より広くなるように、水平転送電極が形成される。このため、図３に示すように、各転送電極１５［１５１ａ，１５１ｂ，１５２ａ，１５２ｂ］が、転送チャネル領域４の後述する微小信号転送用チャネル１０となる中央部上に対応する電極中央部から電荷転送方向と直交する方向の電極両端に向って電極幅が漸次狭くなるように形成される。この電極構造により、隣合う転送電極１５間では電極両端におけるギャップ幅Ｗ1 が、電極中央部におけるギャップ幅Ｗ２より広くなる。
【００２９】
一方、転送チャネル領域４は、信号電子数が少ないときの信号電荷（いわゆる微小信号電荷）をチャネル中央部で転送し、信号電子数が多いときの信号電荷（いわゆる大信号電荷）を転送チャネル幅全域で転送できるようなポテンシャル分布、すなわち不純物プロファイルを有して形成される。このため、図４に示すように、転送チャネル領域４は、電荷転送方向と直交する方向の断面で見ると、転送チャネル全域にわたり形成した所要の不純物濃度のｎ型半導体領域４ａの中央部分にｎ型半導体領域４ａより不純物濃度の高いｎ+ 半導体領域４ｂを形成して構成される。この図４の転送チャネル領域４のポテンシャル分布を図５に示す。中央部のポテンシャルは深く、ここに微小信号転送用チャネル１０が形成される。この中央部を挟む両側のポテンシャは中央部のポテンシャルより浅い。
【００３０】
なお、図４は、図３のＡ−Ａ´線上の断面を示す。図３では、水平転送レジスタ１４の転送電極１５２ａ，１５２ｂの垂直転送レジスタ１３側に対応する領域に、ｐ+素子分離領域９が形成され、水平転送レジスタの垂直転送レジスタ１３とは反対側の領域にも、ｐ+素子分離領域１７が形成されている。
【００３１】
本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子１によれば、水平転送レジスタ１４において、水平転送チャンネル領域４の中央部に、不純物濃度の高いｎ＋半導体領域４ｂを形成してポテンシャルを深くした微小信号転送用チャンネル（ＨＳＧ）１０が形成され、且つ水平転送電極１５［１５１ａ，１５１ｂ，１５２ａ，１５２ｂ］においては、両端のギャップ幅Ｗ１が中央部のギャップ幅Ｗ２よりも広く形成される。この構成により、微小信号転送用チャンネル１０の部分は、水平転送チャンネル領域４よりもポテンシャルが深くなっているので、信号電子数が少ない時には信号電荷は微小信号転送用チャネル１０の部分に集中して転送され、しかも、この部分は水平転送電極１５間のギャップ幅Ｗ２が狭いので十分に高い転送効率を確保することができる。一方、信号電子数が多いとき、信号電荷は水平転送チャンネル領域４の幅全域に、すなわち水平転送電極１５間のギャップ幅が広い部分（ポテンシャルの浅い領域）まで広がった状態で転送される。広い領域にわたって転送される信号電荷は、転送の最終段階で微小信号転送用チャネル１０の部分に集中することになり、信号電荷の多いときの転送効率はそれ程高くなくても問題ない。従って、本実施の形態のＣＣＤ固体撮像素子１においては、水平転送電極間の負荷容量を低減することができ、消費電力を低減できる。
【００３２】
上述の転送電極１５［１５１ａ，１５１ｂ，１５２ａ，１５２ｂ］は、図６Ａに示す様に転送方向と直交する方向において中央部から両端側に向って電極幅が漸次狭くなるような形状で形成されている。このような電極形状においては、図６Ｂに示すように、転送チャネル領域４のポテンシャルにポテンシャルディップ１８が形成される虞れがある。すなわち、転送電極間のギャップ幅がＷ２とギャップ幅が狭い領域のポテンシャルはショートチャネル効果によって浅くなり、逆に転送電極間のギャプ幅がＷ１とギャップ幅が広い領域のポテンシャルは深くなる。このため、ポテンシャルディップ１８が生じることになる。なお、図６Ｂは、図６ＡのＢ−Ｂ´線上のポテンシャルを示す。
【００３３】
図７に、上記の課題を解決した本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の他の実施の形態を示す。同図には水平転送レジスタ１４の要部のみを示す。他の構成は前述の図１、図２のＣＣＤ固体撮像素子１と同様であるので、重複説明を省略する。
本実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像素子２１は、水平転送レジスタ１４において、隣合う水平転送電極１５［１５１ａ，１５１ｂ，１５２ａ，１５２ｂ］間のギャップ部２２ａ，２２ｂにポテンシャルディップを打ち消す不純物をイオン注入する。このときの不純物イオン注入は、ギャップ幅が広い程不純物濃度を高くする。したがって、ギャップ幅がテーパ状に広くなる領域では、ギャップ幅が広くなる方向に漸次イオン注入する不純物濃度を高くするようになす。ｎ型の水平転送チャネル領域４では、転送電極間のギャップ部表面がｎ−領域として形成される。
このような構成によれば、水平転送チャネル領域４におけるポテンシャルディップの発生が解消され、電荷転送効率を向上することができる。
【００３４】
図８は、同様にポテンシャルディップの発生を解消するようにした本発明に係る固体撮像素子の他の実施の形態を示す平面図である。図８には水平転送レジスタ１４の要部のみを示す。その他の構成は、図１、図２のＣＣＤ固体撮像素子１と同様であるので、重複説明を省略する。
本実施の形態に係る固体撮像素子２３は、水平転送レジスタ１４において、水平転送電極１５［１５１ａ，１５１ｂ，１５２ａ，１５２ｂ］が中央部を幅広の四角形、両端部を幅狭の四角形とした形状に形成される。そして、水平転送電極１５間のギャップ幅が狭い部分のギャップ領域２２ａとギャップ幅が広い部分のギャプ領域２２ｂの２種類に分け、それぞれのギャップ部２２ａ，２２ｂにポテンシャルディップを打ち消すように、ギャップインプラの不純物のドーズ量を変えてドープする。すなわち、ギャップ幅が広いほど高濃度となるように、転送チャネル領域４の導電型とは反対導電型、本例では、ｐ型不純物をイオン注入する。
【００３５】
図９は、本発明に係る固体撮像素子の他の実施の形態を示す平面図である。図９には水平転送レジスタ１４の要部のみを示す。その他の構成は、図１、図２のＣＣＤ固体撮像素子１と同様であるので、重複説明を省略する。
本実施の形態に係る固体撮像素子２４は、水平転送レジスタ１４において、水平転送電極１５［１５１ａ，１５１ｂ，１５２ａ，１５２ｂ］が中央部を幅広とし、両端部に向って幅狭となる形状に形成される。この場合、異相な水平転送電極１５１ｂと１５２ａ間においては、中央部のギャップ幅Ｗ２が狭く、これより両端側に向って漸次広くなるように形成されて、同相な水平転送電極１５１ａと１５１ｂもしくは１５２ａと１５２ｂ間においては、ギャップ幅Ｗ２が中央部から両端側に渡って同じ狭い幅に形成される。さらに、異相な水平転送電極１５１ｂと１５２ａ間のギャップ幅が狭い部分のギャップ領域２２ａとギャップ幅が広い部分のギャプ領域２２ｂの２種類に分け、それぞれのギャップ部２２ａ，２２ｂにポテンシャルディップを打ち消すように、ギャップインプラの不純物のドーズ量を変えてドープする。同相な水平転送電極１５１ａと１５１ｂもしくは１５２ａと１５２ｂ間のギャップ部には、異相な水平転送電極１５１ｂと１５２ａ間のギャップ部２２ａと同じギャップインプラの不純物のドーズ量をドープする。すなわち、異相な水平転送電極間のギャップ幅が広いほど高濃度となるように、転送チャネル領域４の導電型とは反対導電型、本例では、ｐ型不純物をイオン注入する。
【００３６】
図１０は、本発明に係る固体撮像素子の他の実施の形態を示す平面図である。図１０には水平転送レジスタ１４の要部のみを示す。その他の構成は、図１、図２のＣＣＤ固体撮像素子１と同様であるので、重複説明を省略する。
本実施の形態に係る固体撮像素子２５は、水平転送レジスタ１４において、水平転送電極１５［１５１ａ，１５１ｂ，１５２ａ，１５２ｂ］が中央部を幅広の四角形、両端部を幅狭の四角形とした形状に形成される。この場合、異相な水平転送電極１５１ｂと１５２ａ間においては、中央部のギャップ幅Ｗ４が狭く、両端側のギャップ幅Ｗ３が広くなるように形成され、同相な水平転送電極１５１ａと１５１ｂもしくは１５２ａと１５２ｂ間においては、転送電極の中央部から両端側の全長に渡ってギャップ幅Ｗ４が同一の狭い幅に形成される。そして、異相な水平転送電極１５１ｂと１５２ａ間のギャップ幅が狭い部分のギャップ領域２２ａとギャップ幅が広い部分のギャプ領域２２ｂの２種類に分け、それぞれのギャップ部２２ａ，２２ｂにポテンシャルディップを打ち消すように、ギャップインプラの不純物のドーズ量を変えてドープする。同相な水平転送電極１５間のギャップ部には、ギャップ部２２ａと同じギャップインプラの不純物のドーズ量をドープする。すなわち、異相な水平転送電極間のギャップ幅が広いほど高濃度となるように、転送チャネル領域４の導電型とは反対導電型、本例では、ｐ型不純物をイオン注入する。
【００３７】
本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子によれば、各ギャップ部２２ａ、２２ｂのポテンシャルをそれぞれ独立に最適化でき、ギャップ部の幅が異なってもポテンシャルディップの発生が解消され、電荷転送効率を向上することができる。
【００３８】
本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子によれば、各ギャップ部２２ａ、２２ｂのポテンシャルをそれぞれ独立に最適化でき、ギャップ部の幅が異なってもポテンシャルディップの発生が解消され、電荷転送効率を向上することができる。同相の水平転送電極１５間では、電極間の容量を低減する必要が無く、ギャップ幅を転送電極の中央部から両端側の全長に渡って、狭い同じ幅に形成するので、転送効率を更に向上することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像素子では、ギャップ部の種類を２種類としたが、３種類以上にすることも可能である。その場合には、それぞれのギャップ部に対応してイオン注入する不純物のドーズ量も３種類以上になる。
【００４０】
上述の本発明においては、水平転送レジスタ１４について説明したが、単層ポリシリコン膜で垂直転送電極１２［１２１、１２２、１２３、１２４］を形成した垂直転送レジスタ１３にも同様に、隣合う転送電極１２間のギャップ幅を中央部より両端側で広くするようにして、垂直転送電極１２の相互間の寄生容量を低減するように構成することもできる。この場合、垂直転送チャネル領域としては、垂直転送電極１２の電荷転送方向と直交する方向の幅が水平転送電極１５に比べて十分小さいので、図５で説明したような微小信号転送用チャネルを設ける必要はない。
本発明のＣＣＤ固体撮像素子では、単層電極構造の水平転送レジスタ又は／及び垂直転送レジスタにおいて、転送電極の両端のギャップ幅を中央部のギャップ幅よりも広く形成して構成することが可能であり、いずれの場合も転送効率を低下させずに、転送電極間の寄生容量を低減し、ＣＣＤ固体撮像素子の低消費電力化を可能にする。
【００４１】
上例では、インターライン転送（ＩＴ）方式のＣＣＤ固体撮像素子に適用したが、その他、フレームインターライン転送方式（ＦＩＴ方式）のＣＣＤ固体撮像素子にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の一実施の形態を示す要部の断面図である。
【図３】本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の一実施の形態を示す要部の平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ´線上の断面図である。
【図５】図３のＡ−Ａ´線上のポテンシャル分布図である。
【図６】Ａ 本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の一実施の形態を示す水平転送電極の要部の平面図である。 Ｂ 図６ＡのＢ−Ｂ´線上のポテンシャル分布図である。
【図７】本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の他の実施の形態を示す要部の平面図である。
【図８】本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の他の実施の形態を示す要部の平面図である。
【図９】本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の他の実施の形態を示す要部の平面図である。
【図１０】本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の他の実施の形態を示す要部の平面図である。
【図１１】従来のＣＣＤ固体撮像素子を示す構成図である。
【図１２】Ａ 図１１の水平転送レジスタの要部を示す断面図である。 Ｂ 図１１の水平転送レジスタの要部を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１、２１，２３，２４，２５・・ＣＣＤ固体撮像素子、２・・ｎ型サブストレイト、３・・ｐ型ウェル領域、４・・水平転送チャネル領域、６・・半導体基板、９、１７・・ｐ＋素子分離領域、１０・・微小信号転送用チャンネル、１１・・フォトセンサ部、１２［１２１，１２２，１２３，１２４］・・転送電極、１３・・垂直転送レジスタ、１４・・水平転送レジスタ、１５［１５１ａ，１５１ｂ，１５２ａ，１５２ｂ］・・水平転送電極、１６・・出力部、１８・・ポテンシャルディップ、２２ａ，２２ｂ・・ギャップ部、３０・・ＣＣＤ固体撮像素子、３１・・フォトセンサ部、３２［３２１，３２２，３２３，３２４］・・転送電極、３３・・垂直転送レジスタ、３４・・水平転送レジスタ、３５［３５１ａ，３５１ｂ，３５２ａ，３５２ｂ］・・水平転送電極、３６・・出力部、４０・・半導体基板、４２・・ｎ型サブストレイト、４３・・ｐ型ウェル領域、４４・・水平転送チャネル領域、４５・・ゲート絶縁膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転送電極が単層で形成され相互にギャップを置いて配列された単層電極構造の転送レジスタを有し、
前記転送電極の両端のギャップ幅が中央部よりも広く形成されている
ことを特徴とするＣＣＤ固体撮像素子。
【請求項２】
水平転送レジスタの前記転送電極下における転送チャネル領域の中央部に微小信号転送用チャネルが形成されている
ことを特徴とする請求項１記載のＣＣＤ固体撮像素子。
【請求項３】
隣接する転送電極間のギャップ部にポテンシャルディップを打ち消す不純物が導入され、
前記不純物の濃度は前記ギャップ幅が広いほど高濃度である
ことを特徴とする請求項１記載のＣＣＤ固体撮像素子。
【請求項４】
転送電極が単層で形成され相互にギャップを置いて配列された単層電極構造の転送レジスタを有し、
異相な転送電極間の各転送電極の両端のギャップ幅が中央部よりも広く形成されている
ことを特徴とするＣＣＤ固体撮像素子。
【請求項５】
水平転送レジスタの前記転送電極下における転送チャネル領域の中央部に微小信号転送用チャネルが形成されている
ことを特徴とする請求項４記載のＣＣＤ固体撮像素子。
【請求項６】
隣接する転送電極間のギャップ部にポテンシャルディップを打ち消す不純物が導入され、
異相な転送電極間の前記不純物の濃度は前記ギャップ幅が広いほど高濃度である
ことを特徴とする請求項４記載のＣＣＤ固体撮像素子。
【請求項１】
転送電極が単層で形成され相互にギャップを置いて配列された単層電極構造の転送レジスタを有し、
前記転送電極の両端のギャップ幅が中央部よりも広く形成されている
ことを特徴とするＣＣＤ固体撮像素子。
【請求項２】
水平転送レジスタの前記転送電極下における転送チャネル領域の中央部に微小信号転送用チャネルが形成されている
ことを特徴とする請求項１記載のＣＣＤ固体撮像素子。
【請求項３】
隣接する転送電極間のギャップ部にポテンシャルディップを打ち消す不純物が導入され、
前記不純物の濃度は前記ギャップ幅が広いほど高濃度である
ことを特徴とする請求項１記載のＣＣＤ固体撮像素子。
【請求項４】
転送電極が単層で形成され相互にギャップを置いて配列された単層電極構造の転送レジスタを有し、
異相な転送電極間の各転送電極の両端のギャップ幅が中央部よりも広く形成されている
ことを特徴とするＣＣＤ固体撮像素子。
【請求項５】
水平転送レジスタの前記転送電極下における転送チャネル領域の中央部に微小信号転送用チャネルが形成されている
ことを特徴とする請求項４記載のＣＣＤ固体撮像素子。
【請求項６】
隣接する転送電極間のギャップ部にポテンシャルディップを打ち消す不純物が導入され、
異相な転送電極間の前記不純物の濃度は前記ギャップ幅が広いほど高濃度である
ことを特徴とする請求項４記載のＣＣＤ固体撮像素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−７３９０１（Ｐ２００６−７３９０１Ａ）
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５７６９０（Ｐ２００４−２５７６９０）
【出願日】平成１６年９月３日（２００４．９．３）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月３日（２００４．９．３）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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