JPH04367237A - Ｃｃｄ固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＣＤ固体撮像素子に
関し、特に電荷転送効率の改善を図った水平レジスタ及
びその転送段の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＣＣＤ固体撮像素子は、図４に
示すように、光電変換を行うフォトセンサ１１と垂直レ
ジスタ１２とからなる撮像領域１３と、垂直レジスタ１
２から転送された信号電荷をテレビジョンの水平走査線
に合わせて出力部１４に転送する水平レジスタ１５とで
構成されている。

【０００３】特に、水平レジスタ１５は、図５Ａに示す
ように、例えばＰ型のシリコン基板２１に形成されたＮ
型の不純物拡散領域帯にて構成されており、この水平レ
ジスタ１５上には、ゲート絶縁膜２２を介して１層目及
び２層目の多結晶シリコン層による第１及び第２の転送
電極２３及び２４が形成され、更にこれら２枚の転送電
極２３及び２４が夫々１組になって順次水平方向に配列
、形成されている。第１及び第２の転送電極２３及び２
４間にはＳｉＯ２等からなる層間絶縁膜２５が介在され
る。そして、隣接する２枚の転送電極２３及び２４を組
として１つの転送段が構成され、互いに逆相である２相
の駆動パルスφ１及びφ２をその転送段毎に互い違いに
印加することにより、信号電荷を一方向（矢印の方向）
に順次転送する。

【０００４】しかし、この場合、各転送段毎に夫々２相
の駆動パルスφ１及びφ２を印加することから、図５Ｂ
に示すように、各転送段の転送電極２３及び２４間にお
ける層間絶縁膜２５下においてフリンジング電界が発生
する。このフリンジング電界によって上記層間絶縁膜２
５下にポテンシャルのディップ（電位のポケット）ｄが
発生し、信号電荷の転送が完全に行われないという現象
が生じる。

【０００５】そこで、上記現象を回避するために、従来
では、図６Ａに示すように、水平レジスタ１５中、例え
ば第２の転送電極２４下にＰ型の不純物（例えばボロン
（Ｂ））を拡散させてＰ型の不純物拡散領域２６を形成
するようにしている。この例によれば、第２の転送電極
２４下におけるポテンシャルが第１の転送電極２３下の
ポテンシャルよりも浅くなる（この浅くなったポテンシ
ャルを一般にインプラバリアと呼ぶ）ため、図６Ｂに示
すように、電荷転送方向に沿って下りの傾斜を有する階
段状のポテンシャルが形成される。その結果、各組の転
送電極２３及び２４間における層間絶縁膜２５下におい
てポテンシャルのディップは生じなくなり、しかも、電
荷転送の方向付けが行われるため、信号電荷の転送効率
が向上する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
６で示す従来のＣＣＤ固体撮像素子においては、各組毎
に２相の駆動パルスφ１及びφ２が印加されることから
、時間の経過に従って駆動パルスφ１及びφ２間の電位
差が刻一刻と変化し、その電位差が小さくなった際に、
各転送段の電界が弱くなり、それに伴い、電荷転送方向
におけるポテンシャルの傾きがほぼ水平となる部分が発
生し、その水平となった部分で信号電荷の転送が規制さ
れるという不都合が生じる。

【０００７】また、２相の駆動パルスφ１及びφ２の電
位を下げていった場合、その電位がインプラバリアで形
成される電位差の２倍の値より下がると、転送段間の転
送電界が弱くなるため、図６ＢのＡで示す部分において
ポテンシャルのディップが発生し、やはり信号電荷の転
送が妨げられる。また、インプラバリアをあまり小さく
すると、今度は、Ｂで示す部分においてポテンシャルの
ディップが発生する。この場合、転送電極４及び５に印
加される転送電圧を上げなければならない。

【０００８】このようなことから、従来のＣＣＤ固体撮
像素子においては、転送電圧、即ち２相の駆動パルスφ
１及びφ２の低電圧化が困難になるという不都合がある
。

【０００９】本発明は、このような課題に鑑み成された
もので、その目的とするところは、各転送段における転
送電界の強さを均一にできると共に、転送段内における
ポテンシャルディップの発生を抑制することができ、転
送電圧の低電圧化、電荷転送の高速化並びに転送段の微
細化を図ることができるＣＣＤ固体撮像素子を提供する
ことにある。

【００１０】また、本発明は、従来の転送段の構成を踏
襲しつつ、各転送段における転送電界を強力にできると
共に、転送段内におけるポテンシャルディップの発生を
抑制でき、転送電圧の低電圧化並びに電荷転送の高速化
を図ることができるＣＣＤ固体撮像素子を提供すること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のＣＣＤ固体撮像
素子は、水平レジスタ２上に順次横方向に配列、形成さ
れた多数枚の転送電極４及び５に夫々互い違いに２相の
駆動パルスφ１及びφ２を供給して、１枚の転送電極４
あるいは５で１個の転送段を構成すると共に、各転送電
極４及び５下における水平レジスタ２の不純物濃度を夫
々電荷転送方向に向かって連続的に変化させて構成する
。

【００１２】また、本発明のＣＣＤ固体撮像素子は、水
平レジスタ２上に順次横方向に配列、形成された多数枚
の転送電極４及び５中、隣接する２枚の転送電極４及び
５を組として、その組毎に夫々互い違いに２相の駆動パ
ルスφ１及びφ２を供給して、１組の転送電極４及び５
で１個の転送段を構成すると共に、上記１組の転送電極
４及び５中、一方の転送電極５下における水平レジスタ
２の不純物濃度を夫々電荷転送方向に向かって連続的に
変化させて構成する。

【００１３】

【作用】上述の第１の本発明の構成によれば、１枚の転
送電極４あるいは５で１個の転送段を構成するようにし
たので、層間絶縁膜６の存在に伴うポテンシャルディッ
プの発生を抑制することができると共に、転送段の長さ
を縮小化することができる。また、各転送電極４及び５
下における水平レジスタ２の不純物濃度を夫々電荷転送
方向に向かって連続的に変化させるようにしたので、２
相の駆動パルスφ１及びφ２の電位差に関係なく転送電
界の強さεを均一にでき、しかも転送方向に沿って下り
傾斜とされたポテンシャル形状を維持させることができ
る。これは、転送電圧の低電圧化、電荷転送の高速化並
びに転送段の微細化につながる。

【００１４】また、上述の第２の本発明の構成によれば
、１組の転送電極４及び５で１個の転送段を構成すると
いう従来の構成を踏襲しているため、転送段形成から配
線形成に関し、従来の製造工程をそのまま使用すること
ができる。また、上記１組の転送電極４及び５中、一方
の転送電極５下における水平レジスタ２の不純物濃度を
夫々電荷転送方向に向かって連続的に変化させるように
したので、従来と比して強力な転送電界を形成すること
ができる。これは、転送電圧の低電圧化並びに電荷転送
の高速化につながる。

【００１５】

【実施例】以下、図１〜図３を参照しながら本発明の実
施例を説明する。図１Ａは、第１実施例に係るＣＣＤ固
体撮像素子の要部、特に水平レジスタとその転送段を示
す構成図、図１Ｂはそのポテンシャル図である。

【００１６】このＣＣＤ固体撮像素子は、図示するよう
に、例えばＰ型のシリコン基板１に形成されたＮ型の不
純物拡散領域帯にて水平レジスタ２が構成され、この水
平レジスタ２上に、ゲート絶縁膜３を介して１層目及び
２層目の多結晶シリコン層による第１及び第２の水平転
送電極４及び５が形成され、更にこれら２枚の転送電極
４及び５が夫々１組になって順次水平方向に配列、形成
されて構成されている。尚、第１及び第２の転送電極４
及び５間にはＳｉＯ２等からなる層間絶縁膜６が介在さ
れる。

【００１７】しかして、本例においては、互いに逆相で
ある２相の駆動パルスφ１及びφ２を夫々転送電極４及
び５毎に互い違いに印加する。即ち例えば第１の駆動パ
ルスφ１を第１の転送電極４に供給し、第２の駆動パル
スφ２を第２の転送電極５に供給する。従って、１枚の
転送電極４あるいは５で１個の転送段が構成される。

【００１８】更に、本例においては、水平レジスタ２中
、各転送電極４及び５下における水平レジスタ２の表面
にＰ型の不純物、例えばボロン（Ｂ）をイオン注入して
不純物拡散領域７を形成する。各不純物拡散領域７は、
そのＰ型不純物濃度が信号電荷の転送方向（矢印で示す
方向）に向かって連続的に薄くなるように形成されてい
る。即ち、水平レジスタ２の不純物濃度からみると、各
転送電極４及び５下のＮ型の不純物濃度が信号電荷の転
送方向に向かって連続的に濃くなるように形成されてい
る。

【００１９】従って、不純物拡散領域７の不純物濃度分
布は、図示するように、１つの転送電極４又は５の一端
ａに対応する部分において、内角が最も小さく、次の転
送電極４又は５の一端ａに対応する部分において、ほぼ
直角とされたほぼ直角三角形の形状を有し、全体的に鋸
波状の不純物濃度分布を有する。

【００２０】ここで、第１の駆動パルスφ１を高レベル
（５Ｖ）、第２の駆動パルスφ２を低レベル（０Ｖ）と
した場合、図１Ｂに示すように、第１の転送電極４にお
ける一端ａ下のポテンシャルが最も高くなり、次の第１
の転送電極４における一端ａ下のポテンシャルが最も低
くなり、その間のポテンシャル形状は、信号電荷の転送
方向に沿って下がり傾斜、即ち左下がりの傾斜を有する
。このときの転送電界強度εは、ε＝Δφ／２Ｌとなる
。ここで、Δφはポテンシャル差、Ｌは転送段の長さを
示す。

【００２１】このことから、不純物拡散領域７の不純物
濃度分布における最大深さｈを調整することにより、転
送電界の強さεを設定することができる。また、１枚の
転送電極４あるいは５で１個の転送段を構成しているた
め、層間絶縁膜６の存在に伴うポテンシャルディップの
発生は生じない。従って、転送電極４及び５間のポテン
シャル形状は、頂点ｐ１から頂点ｐ２に向かう平坦化さ
れた傾斜を有することとなる。

【００２２】また、２相の駆動パルスφ１及びφ２の各
電位が時間の経過に従って変化したとしても、各転送電
極４及び５下のポテンシャルの傾斜角θは常に同じであ
り、転送電界の強さεは均一となる。このことから、不
純物拡散領域７の不純物濃度を自由に設定することがで
きると共に、転送電位、即ち２相の駆動パルスφ１及び
φ２の各電位の低電圧化につながる。尚、上記不純物拡
散領域７は、イオン注入の方向並びにレジストの形状を
適宜選択することにより形成することができる。

【００２３】ところで、従来では、図５及び図６に示す
ように、２枚の転送電極２３及び２４により１個の転送
段を構成していたため、各転送電極２３及び２４の最小
ゲート長をＬとした場合、１つの転送段の長さは２Ｌと
なる。この場合、１ビットの長さは４Ｌとなる。一方、
上記第１実施例の場合は、１枚の転送電極４あるいは５
で１個の転送段を構成するようにしているため、１つの
転送段の長さはＬとなり、１ビットの長さは２Ｌとなる
。その結果、転送段の長さを従来の場合と比して１／２
に縮小化することができる。

【００２４】上述のように、上記第１実施例によれば、
１枚の転送電極４あるいは５で１個の転送段を構成する
ようにしたので、層間絶縁膜６の存在に伴うポテンシャ
ルディップの発生を抑制することができると共に、転送
段の長さを縮小化することができる。また、各転送電極
４及び５下における水平レジスタ２の不純物濃度を夫々
電荷転送方向に向かって連続的に変化させるようにした
ので、２相の駆動パルスφ１及びφ２の電位差に関係な
く転送電界の強さεを均一にでき、しかも転送方向に沿
って下り傾斜とされたポテンシャル形状を維持させるこ
とができる。従って、この第１実施例によれば、転送電
圧の低電圧化、電荷転送の高速化並びに転送段の微細化
を図ることができる。このことから、現在、開発途上に
ある超小型ＣＣＤ固体撮像素子やＨＤＴＶ対応の高速Ｃ
ＣＤ固体撮像素子の開発に対して有効なものとなる。

【００２５】上記第１実施例においては、不純物拡散領
域７をＰ型不純物の拡散により形成するようにしたが、
その他、図２の変形例に示すように、上記不純物拡散領
域７をＮ型不純物、例えばリン（Ｐ）の拡散により形成
するようにしてもよい。この場合、不純物拡散領域７の
不純物濃度分布を、各転送電極４又は５の一端ａに対応
する部分においてほぼ直角、次の転送電極４又は５の一
端ａに対応する部分において内角が最も小さいとされた
ほぼ直角三角形の形状となるようにする。

【００２６】従って、この場合においても、上記第１実
施例と同様に、水平レジスタ２の不純物濃度からみた場
合、Ｎ型の不純物濃度が信号電荷の転送方向に向かって
連続的に濃くなる不純物濃度分布となり、そのポテンシ
ャル形状は、上記第１実施例と同じになる。

【００２７】次に、従来の転送段をそのまま踏襲した第
２実施例について図３を参照しながら説明する。尚、図
１と対応するものについては同符号を記す。

【００２８】この第２実施例に係るＣＣＤ固体撮像素子
は、隣接する２枚の転送電極４及び５を組として、その
組毎に夫々互い違いに２相の駆動パルスφ１及びφ２を
供給することにより、１組の転送電極４及び５で１個の
転送段を構成するという従来の転送段（図５及び図６参
照）と同じ構成を有する。

【００２９】しかして、この第２実施例においては、水
平レジスタ２中、第２の転送電極５下における水平レジ
スタ２の表面にＰ型の不純物、例えばボロン（Ｂ）をイ
オン注入して台形状の不純物濃度分布を有する不純物拡
散領域８を形成する。各不純物拡散領域８は、そのＰ型
不純物濃度が信号電荷の転送方向（矢印で示す方向）に
向かって連続的に薄くなるように形成されている。

【００３０】即ち、水平レジスタ２の不純物濃度からみ
ると、第２の転送電極５下におけるＮ型の不純物濃度が
信号電荷の転送方向に向かって連続的に濃くなるように
形成されている。この場合、不純物拡散領域８の不純物
分布における第２の転送電極５の一端ａ下及び他端ｂ下
の深さｈ１及びｈ２を調整することにより、転送電界の
強さεを設定することができ、従来の転送電界よりも強
力な電界を形成することが可能となる。これは、信号電
荷の転送効率の向上につながる。

【００３１】従って、この第２実施例によれば、１組の
転送電極４及び５で１個の転送段を構成するという従来
の構成を踏襲しているため、転送段形成から配線形成に
関し、従来の製造工程をそのまま使用することができる
。また、上記１組の転送電極４及び５中、第２の転送電
極５下における水平レジスタ２の不純物濃度を夫々電荷
転送方向に向かって連続的に変化させるようにしたので
、従来と比して強力な転送電界を形成することができる
。従って、この第２実施例によれば、従来の転送段の構
成を踏襲しつつ、転送電圧の低電圧化並びに電荷転送の
高速化を図ることができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子によれ
ば、各転送段における転送電界の強さを均一にできると
共に、転送段内におけるポテンシャルディップの発生を
抑制することができ、転送電圧の低電圧化、電荷転送の
高速化並びに転送段の微細化を図ることができる。また
、本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子によれば、従来の転
送段の構成を踏襲しつつ、各転送段における転送電界を
強力にできると共に、転送段内におけるポテンシャルデ
ィップの発生を抑制でき、転送電圧の低電圧化並びに電
荷転送の高速化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係るＣＣＤ固体撮像素子の要部（
水平レジスタとその転送段）を示す構成図及びそのポテ
ンシャル図。

【図２】第１実施例の変形例に係るＣＣＤ固体撮像素子
の要部（水平レジスタとその転送段）を示す構成図及び
そのポテンシャル図。

【図３】第２実施例に係るＣＣＤ固体撮像素子の要部（
水平レジスタとその転送段）を示す構成図及びそのポテ
ンシャル図。

【図４】ＣＣＤ固体撮像素子の一般的構成を示す概略平
面図。

【図５】従来例に係るＣＣＤ固体撮像素子の要部（水平
レジスタとその転送段）を示す構成図及びそのポテンシ
ャル図。

【図６】他の従来例に係るＣＣＤ固体撮像素子の要部（
水平レジスタとその転送段）を示す構成図及びそのポテ
ンシャル図。

【符号の説明】

１　　シリコン基板 ２　　水平レジスタ ３　　ゲート絶縁膜 ４　　第１の転送電極 ５　　第２の転送電極 ６　　層間絶縁膜 ７　　不純物拡散領域

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　水平レジスタ上に順次横方向に配列、
   形成された多数枚の転送電極に夫々互い違いに２相の駆
   動パルスが供給されて、１枚の転送電極で１個の転送段
   が構成されると共に、各転送電極下における水平レジス
   タの不純物濃度が夫々電荷転送方向に向かって連続的に
   変化していることを特徴とするＣＣＤ固体撮像素子。
2. 【請求項２】　　水平レジスタ上に順次横方向に配列、
   形成された多数枚の転送電極中、隣接する２枚の転送電
   極を組として、その組毎に夫々互い違いに２相の駆動パ
   ルスが供給されて、１組の転送電極で１個の転送段が構
   成されると共に、上記１組の転送電極中、一方の転送電
   極下における水平レジスタの不純物濃度が夫々電荷転送
   方向に向かって連続的に変化していることを特徴とする
   ＣＣＤ固体撮像素子。