JP4199387B2

JP4199387B2 - 電荷転送路およびそれを用いた固体撮像装置

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Publication number: JP4199387B2
Application number: JP28733599A
Authority: JP
Inventors: 哲生山田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 1999-10-07
Filing date: 1999-10-07
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2019-10-07
Also published as: DE60032988D1; EP1091412A3; US6914633B1; DE60032988T2; JP2001111027A; KR20010067283A; EP1091412A2; KR100553854B1; EP1091412B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電荷転送路とそれを用いた固体撮像装置に関し、特に転送性能を改善した電荷転送路とそれを用いた固体撮像装置に関する。
【０００２】
なお、本明細書において、転送性能とは転送速度、転送効率を含む概念を示す。
【０００３】
【従来の技術】
第１導電型の半導体領域表面に、第２導電型の延在する転送チャネル領域を形成し、この転送チャネル領域表面に絶縁膜を介して複数の転送電極を形成することにより、電荷転送路を形成することができる。転送電極は転送チャネル領域と容量結合し、その電圧を制御することにより転送チャネル領域のポテンシャルを制御することができる。連続的に電荷を転送するためには、転送チャネル領域表面上に複数の転送電極の各端部をオーバーラップさせて形成する。
【０００４】
このような電荷転送路を用いた半導体装置として、固体撮像装置が知られている。固体撮像装置は、受光領域中に行列状に配置された光電変換素子と、各光電変換素子列に近接して形成された電荷転送路とを有する。光電変換素子に蓄積された電荷を、電荷転送路に読出し、電荷転送路を転送することにより、画素情報を表す電荷を外部に取り出すことができる。
【０００５】
通常、光電変換素子を正方行列状に配置し、電荷転送路を光電変換素子列に近接させ、列方向に直線状に形成する。電荷転送路のポテンシャルを制御する転送電極は、行方向に延在し、各光電変換素子上で切り欠かれた形状を有する。
【０００６】
特願平８−２８８８５６号は、列方向、行方向に約１／２ピッチの画素ずらしを採用した固体撮像装置を提案している。各列内で画素である光電変換素子は一定のピッチで配置され、各行内においても光電変換素子は一定のピッチで配列されている。
【０００７】
奇数列の光電変換素子に対し、偶数列の光電変換素子は列内のピッチの約１／２ずれた位置に配置されている。又、奇数行の光電変換素子に対し、偶数行の光電変換素子は行内のピッチの約１／２ずれた位置に配置されている。
【０００８】
図１１にこの固体撮像装置の構成を概略的に示す。多数の画素（光電変換素子）ＰＩＸは行列状に配置され、列方向にはピッチＰ_Vで配置され、行方向にはピッチＰ_Hで配置されている。隣接する列の光電変換素子は、列方向に約（１／２）Ｐ_Vずれた位置に配置され、隣接する行の光電変換素子は、行方向に約（１／２）Ｐ_Hずれた位置に配置されている。
【０００９】
なお、各画素ＰＩＸの上には色フィルターが設けられ、カラー固体撮像装置を構成している。各画素のカラーをＧ(緑色)、Ｂ（青色）、Ｒ(赤色)で示している。チャネルストップ領域ＣＳが、画素ＰＩＸの一方の側辺を取り囲みつつ、列方向に延在して配置され、各列を電気的に分離している。チャネルストップ領域ＣＳと、画素ＰＩＸに挟まれた領域内に垂直電荷転送チャネルが形成される。
【００１０】
半導体基板表面に酸化シリコン膜を介して形成される第１ポリシリコン膜と第２ポリシリコン膜により、図中横方向に延在する電荷転送電極Ｅ１、Ｅ２が形成されている。第１ポリシリコン膜表面も酸化シリコン膜で覆われ、第２ポリシリコン膜から絶縁される。
【００１１】
電荷転送電極は、各行当り２本形成されている。なお、図示の構成において、各列内における画素ＰＩＸは、２行当り１個形成されているため、各列内において画素１個当り４つの転送電極が形成されている。これら１画素当り４本の電極を４相駆動することにより、各画素から読み出した電荷を独立して垂直方向に転送することができる。
【００１２】
電荷転送電極は、電荷転送路内の電荷を列方向に転送させるものであり、行方向に沿った縁を有する複数の電極が列方向にオーバーラップして配置されている。画素ずらし配置においては、隣接する画素の位置を行方向、列方向にオーバーラップさせることが可能である。また、隣接する画素情報の補間を行なうことにより、同一位置で複数の色情報を得ることも容易である。このため、高画素密度の画像を得るのに有効な配置である。
【００１３】
しかしながら、各画素の面積を拡大すると、転送路は必然的に蛇行する形状となる。転送路が蛇行することにより、直線的な転送路と較べ、電荷の転送距離は長くなる。転送距離の増大に従い、転送時間も長くなり易い。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、転送性能を向上することのできる電荷転送路を提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、画素ずらし配置を有する固体撮像装置において，画素の高集積化を可能にすると共に，光電変換素子の機能を維持し，かつ転送路の転送性能を改善することのできる固体撮像装置を提供することである。
【００１６】
本発明のさらに他の目的は，画素ずらし配置を有する固体撮像装置の効率的な駆動方法を提供することである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１〜５は，本発明の第１の実施例による固体撮像装置を示す。図１は、転送電極までを形成した半導体基板の上面図を示す。図２（Ａ）は、半導体基板に不純物添加領域を形成した状態の基板表面の配置例を示す線図、図２(Ｂ)は、図２（Ａ）のIIＢ‐IIＢ線に沿う断面構成を示す概略断面図である。図３（Ａ）は、基板表面に形成する２層ポリシリコン電極の配置を示す概略線図、図３(Ｂ)，(Ｃ)は、図３（Ａ）におけるIIIＢ‐IIIＢ線およびIIIＣ‐IIIＣに沿う半導体基板の断面構成を概略的に示す断面図である。
【００１８】
図１(Ａ)に示すように、シリコン等の半導体チップ表面には、光電変換素子の電荷蓄積領域となるｎ型領域３が行列状に配置される。図の構成においては、ｎ型領域３は、奇数列と偶数列で列内のピッチの約１／２ずれて配置され、奇数行と偶数行においても行内のピッチの約１／２ずれて配置されている。
【００１９】
図２(Ａ)に示すように、各列の左側においてｐ⁺型領域７が列方向に延在する形状で形成され、各ｎ型領域３の左側を取り囲んでいる。ｐ⁺型領域７は、各列を電気的に分離する。隣接するｐ⁺型領域７の間およびｐ⁺型領域７とその左側のｎ型領域３の間を縫うように、ｎ型領域５が列方向に蛇行して形成されている。このｎ型領域５とｎ型領域３の間には、ｐ^-型領域２が露出して読出しゲート領域を構成している。
【００２０】
図２(Ｂ)に示すように、ｐ^-型領域２はｎ型シリコン基板１内に形成されたｐ型ウエルで形成され、このｐ型ウエル２中にｎ型領域３，５およびｐ⁺型領域７が形成されている。ｎ型領域３は画素である光電変換素子を形成するホトダイオードの電荷蓄積領域を構成する。なお、電荷蓄積領域を光電変換素子と言う場合もある。ｎ型領域５は、列方向に電荷を転送する垂直転送チャネルを構成する。各不純物添加領域は、例えばイオン注入とその後のアニールによって形成される。
【００２１】
図２に示すような構成を有する半導体基板表面上に例えば熱酸化によるシリコン酸化膜等の絶縁膜を介し、ポリシリコン等の積層転送電極が形成される。
【００２２】
図３(Ａ)は、転送電極の形状を示す平面図である。図３(Ｂ)、(Ｃ)は、図３(Ａ)におけるIIIＢ−IIIＢ線およびIIIＣ−IIIＣ線に沿う断面図である。
【００２３】
半導体基板表面に熱酸化膜８が形成され、その上に第１層ポリシリコン層が形成される。ホトリソグラフィーとエッチングにより、第１層ポリシリコン層をパターニングし、第１ポリシリコン転送電極１１ａ、１１ｂが形成される。第１ポリシリコン転送電極１１ａ、１１ｂは、図３(Ａ)に示すようなパターンを有し、電荷蓄積領域であるｎ型領域３の上側を取り囲むように配置される。
【００２４】
第１ポリシリコン転送電極１１ａ、１１ｂを形成した後、その表面に熱酸化による酸化膜９が形成される。熱酸化膜９を形成した後、基板表面上に第２ポリシリコン層が形成され、ホトリソグラフィー及びエッチングにより、パターニングされて第２ポリシリコン転送電極１２ａ、１２ｂが形成される。第２ポリシリコン転送電極は、ｎ型領域３の下側を取り囲み、図３（Ａ）中点線で示す形状を有する。
【００２５】
図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、第１ポリシリコン転送電極１１（１１ａ、１１ｂを１１で総称する）と第２ポリシリコン転送電極１２（１２ａ、１２ｂを１２で総称する）は、図３(Ｂ)、（Ｃ）に示すように端部を重ね合わせたオーバーラップ構造を有する。
【００２６】
図２（Ａ）に示す基板上に、図３（Ａ）で示す積層転送電極を形成すると、図１に示す構成となる。
【００２７】
なお、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、積層転送電極１１、１２を形成した後、その上に平坦な表面を有する絶縁層１４を形成する。絶縁層１４は、例えば酸化シリコン系絶縁層と平坦化機能を有する絶縁層の積層構造で形成される。絶縁層１４の上には、カラーフィルタ層１５が形成される。
【００２８】
カラーフィルタ層１５は、各画素における電荷蓄積領域３を覆い、所望の波長の光のみを各画素に入射させる。なお、カラーフィルター層１５の上にはさらに平坦化機能を有する平坦化絶縁層が形成され、その上に電荷蓄積領域上に開口を有する遮光膜が形成される。遮光膜上には、さらに平坦化機能を有する平坦化膜が形成され、その上にマイクロレンズが形成される。固体撮像装置の一般的構造に関しては、例えば、特開昭６１−２５２２４号公報の実施例の欄を参照することができる。
【００２９】
図１に示すように、その上に積層転送電極を形成した転送チャネル領域５は、転送電極によって複数の区画に仕切られる。これらの区画は、第１層の転送電極１１の境界線６によって画定される。
【００３０】
図４（Ａ）は、転送チャネル領域５内の各区画を示す概略平面図である。転送チャネル領域５は、その上方に形成される第１層及び第２層の転送電極１１、１２により、区画Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４に仕切られる。これらの４つの区画Ｓ１〜Ｓ４は、列方向に繰り返し配置される。
【００３１】
区画Ｓ１の上には、第２ポリシリコン電極１２が配置されている。区画Ｓ２の上には、第１ポリシリコン電極１１が配置されている。区画Ｓ３、Ｓ４の上には、同様第２ポリシリコン電極１２、第１ポリシリコン電極１１が配置されている。なお、奇数列の転送路と偶数列の転送路は、列方向ピッチの約１／２ずれた形状を有する。
【００３２】
図４（Ａ）に示す配置において、各区画は、幅の狭い幅狭部と幅の広い幅広部とを有する。隣接する区画Ｓ１、Ｓ２は長い直線状斜辺とその両端に接続された短い水平方向の辺を有する境界線６ａを介して接している。
【００３３】
該斜辺は転送チャネル領域の側縁と平行に配置され、転送チャネル領域を行方向に並んだ２つの幅狭部に分離する。各幅狭部は一定幅を有する。一定幅の領域は均一なナローチャネル効果を有する。なお、斜辺は厳密に転送チャネル領域の側縁と平行である必要はなく、実質的に平行であればよい。並存する幅狭部の両側にそれぞれ幅広部が連続している。
【００３４】
区画Ｓ２とＳ３の各幅広部は、水平方向の境界線６ｂを介して接している。幅広部はナローチャネル効果の影響が少なく、低いポテンシャルを有する。
【００３５】
図４（Ｂ）は、ナローチャネル効果を概略的に説明するための断面図である。ｐ^-型領域１７中にｎ型領域１８が形成されている。ｐ^-領域１７とｎ型領域１８間の作り付け電位および印加電圧により、両者の間のｐｎ接合周辺に空乏層が発達する。破線１９は、このような状態における１つの等電位面を概略的に示す。ｎ型領域１８の幅が狭い場合、両側から発達する空乏層が接し、中間領域の底部のポテンシャルも持ち上げてしまう。等電位面１９は幅方向に縮小するのみでなく、深さ方向も縮小する。このように、幅の狭い半導体領域においては、ナローチャネル効果によりポテンシャルが上昇する。
【００３６】
電荷転送路の幅が狭くなると、ナローチャネル効果を避けることは難しくなる。電荷転送路の幅が変化すると、電荷転送路内にポテンシャル分布が生じ、円滑に電荷を転送することが困難になり得る。電荷転送路は、例えば、作り付け電位のみにより、ｎ型領域が完全に空乏化する条件に設定される。
【００３７】
図４（Ａ）に示す電荷転送路５においては、各区画が幅の広い幅広部と幅の狭い幅狭部とを有する。幅狭部の幅が一定のため幅狭部のナローチャネル効果は均一である。幅の広い幅広部は、幅の狭い幅狭部に比べナローチャネル効果を受ける割合が少なく、幅広部分のポテンシャルは幅狭部よりもが低くなる。従って、電荷は幅狭部分よりも幅広部分に優先的に蓄積される。
【００３８】
区画Ｓ４から区画Ｓ１に電荷を転送する場合、区画Ｓ４における電荷は幅広部分に優先的に分布する。区画Ｓ１のポテンシャルを下げると、区画Ｓ４の幅広部分に蓄積された電荷は速やかに区画Ｓ１の幅広部分に転送される。このため、区画Ｓ４から区画Ｓ１に電荷を転送する転送性能を向上することができる。
【００３９】
区画Ｓ１と区画Ｓ２は、長い境界線６ａにより接している。区画Ｓ１から区画Ｓ２に電荷を転送する場合、区画Ｓ２のポテンシャルを下げると、長い境界線６ａを横断して、電荷が転送される。すなわち、境界線６ａを横断する電荷転送は、電荷転送路５の長さ方向に生じるのではなく、長い境界線６ａを横断するように生じる。転送領域の断面積が広いため、境界線６ａを介する電荷転送の転送性能は向上する。
【００４０】
このようにして、図１に示す積層転送電極構造を有する電荷転送路は、蛇行形状を有するにもかかわらず、高い転送性能を実現することが期待される。実際に転送性能を測定したところ、良好な転送性能を確認することが出来た。
【００４１】
図５は、転送電極に対する駆動回路の接続法を示す。駆動回路としては４相駆動回路を用いる場合を示す。第２層転送電極１２ａに、第１相駆動電源φ１が接続され、第１層転送電極１１ａに第２相駆動電源φ２が接続される。同様、第２層転送電極１２ｂ、第１層転送電極１１ｂに第３相駆動電源φ３、第４相駆動電源φ４が接続される。
【００４２】
図６は、４相駆動信号を用いた固体撮像素子の駆動方法を説明するための信号波形を示すタイミングチャートである。駆動信号は、転送用ハイレベルＨ、転送用ローレベルＬ及び転送用ハイレベルよりさらに高い読出しレベルＲを有する。読出しレベルＲは例えば＋１５Ｖであり、電荷蓄積領域からｐ^-型領域２を介して隣接する電荷転送路５に電荷を読み出すことができる。転送用ハイレベルＨは、例えば接地電位であり、転送用ローレベルＬは、例えば‐８Ｖである。
【００４３】
以下、第２層転送電極１２に読出しレベルの信号を印加する場合を説明する。ｐ‐型領域２の内第２層転送電極１２の下に配置される部分が読出しゲート領域２ｒ（図１、図２参照）となる。
【００４４】
図６に示すように、先ず第１相駆動信号φ１、第２相駆動信号φ２をハイレベルとし、第３及び第４相駆動信号φ３、φ４をローレベルに維持する。この状態において、第１相駆動信号φ１を読出しレベルＲまで上昇させる。読出しレベルＲの印加により、図５の電荷蓄積領域３ａ、３ｃから隣接する電荷転送路５に蓄積電荷が読み出される。その後、第１相駆動信号を転送用ハイレベルに戻す。
【００４５】
読み出された電荷はハイレベルの第２層転送電極１２a,第１相転送電極１１aの下に分布する。転送チャネル領域の全幅を電荷蓄積に利用するため、読出し時の転送性能を高くすることができる。なお、第１相駆動信号を転送用ハイレベルを介さず、直接読出しレベルとしてもよい。
【００４６】
この状態では、例えば図５の電荷蓄積領域３ｂ、３ｄに蓄積された電荷は、いまだ電荷転送路に読み出されず、電荷蓄積領域に留まった状態である。この状態では、電荷転送路５の半分に電荷が読み出された状態であり、残り半分の電荷転送路には電荷が読み出されていない。全転送路に電荷を読み出すためには、光電変換素子３ｂ、３ｄからも電荷を読み出す必要がある。
【００４７】
次に、第１相及び第２相駆動信号φ１、φ２をローレベルとし、第３相及び第４相駆動信号φ３、φ４を転送用ハイレベルとする。第３相駆動信号φ３を読出しレベルＲに増大させる。この読出しレベルの印加により、図５における電荷蓄積領域３ｂ、３ｄに蓄積された電荷が隣接する電荷転送路５に読み出される。
【００４８】
この状態で、転送電極を４相駆動することにより、読み出した電荷を列方向に転送することができる。
【００４９】
図５の駆動回路に代え、８相駆動回路を転送電極に接続することもできる。電荷蓄積領域の半分から電荷を読み出し、８相駆動を行なえば、転送速度を高めることができる。
【００５０】
図７は、第１の実施例の変形例を示す。本構成においては、隣接する電荷転送路がチャネルストップ領域を介して接する部分の区画線６ｂも行方向に対して傾斜するように配置する。斜めに配置することにより、境界線６ｂの長さが長くなる。すなわち、区画から区画への電荷転送を行なう場合、電荷が通過する領域の断面積が広くなるため、転送性能を高めることができる。
【００５１】
図８（Ａ）は本発明の第２の実施例による固体撮像装置を示す。光電変換素子が画素ずらし配置で行列状に配置され、列方向に電荷転送路、チャネルストップ領域が配置され、行方向に転送電極が配置されている。
【００５２】
隣接する電荷転送路がチャネルストップ領域を介して対向する部分の境界線６ｂは第１の実施例における境界線と同様であるが、１つの電荷転送路が斜め方向に隣接する電荷蓄積領域間に挟まれた部分における境界線６ａが第１の実施例と異なり、直線状に配置されている。
【００５３】
各区画が幅広部分と幅狭部分を有する点及び境界線６ａが行方向から傾き、電荷転送路中を長く配置されている点は第１の実施例と同様である。境界線６ａが直線状に形成されることにより、幅狭部分のチャネル幅が連続的に変化する。ナローチャネル効果が生じても、ポテンシャルの変化は単調かつ連続的であり、適当な電圧印加により、電荷転送路中に電荷を滞留させる可能性が減少する。このようにして、転送性能を高めることができる。
【００５４】
なお、隣接する区画にローレベル、ハイレベルの電圧を印加した状態では、ハイレベルの電圧を印加した区画のポテンシャルが下がり、長い境界線６ａを横断して高性能の電荷転送が行なわれる。境界線６ｂを横断する電荷転送に関しては第１の実施例と同様である。
【００５５】
図８（Ｂ）は、第２の実施例の変形例を示す。第１層転送電極１１と第２層転送電極１２の形状を変更することにより、境界線６ｂも水平方向から傾くように形成されている。境界線６ｂが傾き、その長さが長くなることにより、電荷転送性能が向上する。
【００５６】
図９は、第３の実施例による固体撮像装置の平面構造を概略的に示す。本実施例においては、第１層転送電極１１ａ、１１ｂの読出しゲート２ｒに隣接する部分が切り欠かれ、第２層転送電極１２ａ、１２ｂもその形状にしたがって変更されている。読出しゲート２ｒに隣接する部分で、第２層転送電極１２が先広がりの形状を有することにより、読出し動作における転送性能を向上することができる。すなわち、電荷蓄積領域３から読出しゲート２ｒを越えて隣接する電荷転送路５に電荷を読み出す場合、電荷転送の方向に従って電荷が移動する領域の幅が広くなる。このため、効率的な電荷転送が期待される。
【００５７】
図９（Ｂ）は、第３の実施例の変形例を示す。
【００５８】
図９（Ａ）の構成においては、転送電極１１、１２が左右非対称な形状を有する。転送電極に駆動信号を印加し、転送路中で電荷を転送する場合、隣接するチャネルで転送電極の形状が異なるため、転送性能に影響を与える可能性がある。
【００５９】
図９（Ｂ）の構造においては、転送電極１１、１２の形状が左右対称的な形状に変更されている。このため、電荷転送路中を電荷転送する場合、各瞬間の電荷転送路の転送性能を均一化することができる。
【００６０】
以上固体撮像装置が画素ずらし構造を有し、電荷転送路が蛇行する場合を説明したが、直線状に延在する電荷転送路に対しても同様の構造を採用することができる。また、固体撮像装置の実施例を説明したが、上述の電荷転送路は固体撮像装置に限らず、広く電荷転送路に利用することができる。
【００６１】
図１０は、直線状電荷転送路の実施例における、区画形状の例を示す。
【００６２】
図１０（Ａ）は、直線状の電荷転送路５が４つの区画Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の繰り返しにより形成されている場合を示す。各区画Ｓ１〜Ｓ４は、図４（Ａ）に示す区画Ｓ１〜Ｓ４と同様、幅広部分と幅狭部分を有する。このような構成により、幅広部分による電荷蓄積機能および長い境界線６ａを介した効率な電荷転送が行なえることは図４（Ａ）の電荷転送と同様である。
【００６３】
図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の構成における境界線６ａ、６ｂの水平方向部分を斜めに傾けた構造である。その他の部分は図１０（Ａ）と同様である。境界線６ｂも斜めに傾けたことにより、その長さが長くなり、転送性能が向上する。境界線は、電荷転送路の側縁に対して傾いているが、電荷転送は境界線に対して直交方向に生じ、上述のように効率的な転送が可能である。
【００６４】
図１０（Ｃ）は、電荷転送路５を一様に斜めに配置された直線状の境界線６で仕切ることにより、同一形状の区画Ｓを構成した場合を示す。境界線６が水平方向から傾くことにより、その長さが長くなり、転送性能が向上する。
【００６５】
図１０（Ｄ）は、境界線６を上向きのシェブロンパターンとした場合を示す。境界線６の長さが長くなり、隣接する区画間の転送性能が向上する。
【００６６】
なお、境界線を水平方向または行方向に対して傾ける場合、傾けた効果を明確にするためには、その角度は５度以上とすることが望ましい。電荷転送路中の区画がほぼ同一面積を有する場合を説明したが、区画の面積は必ずしも一定でなくてもよい。但し、効率的な電荷転送を行なうためには、各区画の面積に余り大きな差は付けないことが好ましい。例えば、同一電荷転送路中の任意の２つの区画の面積の比は、１：１から１：５（または５：１）の範囲内とすることが好ましい。
【００６７】
２層転送電極の場合を説明したが、３層以上の転送電極で電荷転送路を構成することもできる。また、駆動方式は４相駆動に限らない。
【００６８】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば種々の変更、改良、組み合わせが可能なことは当業者に自明であろう。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電荷転送路の転送性能を向上することができる。
【００７０】
蛇行する電荷転送路の場合も高い転送性能を実現することにより、直線状の電荷転送路に劣らない転送性能を実現することができる。
【００７１】
画素ずらし配置を有する固体撮像装置においては、電荷転送路を蛇行させることが望まれるが、電荷転送路を蛇行させることによる問題点を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す概略平面図である。
【図２】第１の実施例における基板内の不純物添加領域の平面形状を概略的に示す線図及び基板断面図である。
【図３】第１の実施例における２層転送電極の形状を示す平面図及び基板垂直方向の断面図である。
【図４】第１の実施例における電荷転送チャネルの区画形状を示す線図及びナローチャネル効果を説明するための概略断面図である。
【図５】第１の実施例における駆動回路の接続を示す概略平面図である。
【図６】第１の実施例による固体撮像装置の駆動方法を概略的に示すタイミングチャートである。
【図７】第１の実施例の変形例を示す平面図である。
【図８】本発明の第２の実施例による固体撮像装置の構成を概略的に示す平面図である。
【図９】本発明の第３の実施例による固体撮像装置の構成を概略的に示す平面図である。
【図１０】本発明の他の実施例による電荷転送路を示す概略平面図である。
【図１１】本発明者の先の提案による固体撮像装置の構成を概略的に示す平面図である。
【符号の説明】
１ｎ型半導体基板
２ｐ型ウエル
３，５ｎ型領域
６境界線
７ｐ⁺型チャネルストップ領域
８，９酸化シリコン膜
１１，１２ポリシリコン転送電極
１４絶縁層
１５カラーフィルタ層

Claims

第１導電型の表面領域を有する半導体基板と、
前記表面領域内に形成され、前記第１導電型と逆の第２導電型を有し、１対の側縁で画定された帯状平面形状を有し、蛇行しつつ全体として半導体基板表面内の１方向(延在方向)に延在するチャネル領域と、
前記チャネル領域を覆って、前記半導体基板上に形成された絶縁膜と、
前記チャネル領域上方を横断して前記絶縁膜上に形成され、前記チャネル領域上に複数の区画線を画定する端部重ね合わせ構成を有し、前記チャネル領域内に前記区画線で仕切られた複数の電荷転送区画を画定する複数の転送電極とを有し、
前記延在方向に直交する直交方向に沿って、複数の前記電荷転送区画が並存する領域を含む電荷転送路。
前記区画線の少なくとも１部が前記直交方向に対して５度以上の角度を形成するように、前記チャネル領域と前記複数の転送電極との形状が選択されている請求項１に記載の電荷転送路。
前記区画線の少なくとも１部が前記側縁とほぼ平行な部分を有する請求項１または２に記載の電荷転送路。
前記電荷転送区画の少なくとも１部が前記直交方向の幅を単調に変化させる部分を有する請求項１または２に記載の電荷転送路。
前記チャネル領域は、前記延在方向に延在する領域（延在領域）と前記延在方向から前記延在方向に直交する直交方向に向かって傾斜する領域（傾斜領域）とが周期的に繰り返されることにより、蛇行しつつ全体として前記延在方向に延在し、前記傾斜領域で前記区画線の少なくとも１部が前記直交方向に対して５度以上傾斜した部分を有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電荷転送路。
前記傾斜領域で、隣接する前記電荷転送区画が直線状の区画線を介して接している請求項５に記載の電荷転送路。
前記複数の電荷転送区画の少なくとも１部が、前記直交方向の幅に関し幅狭部分と幅広部分とを有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電荷転送路。
前記幅広部分が、電荷転送区画の１端にある請求項７に記載の電荷転送路。
隣接する前記電荷転送区画が、相接する部分で共に前記幅広部分を有する請求項８に記載の電荷転送路。
前記幅狭部分が前記幅広部分から離れるに従って前記直交方向の幅を減少させている請求項７乃至９のいずれか１項に記載の電荷転送路。
（ａ）２次元表面を画定する半導体基板と、(ｂ)前記半導体基板の表面に一定のピッチで複数列、複数行に配列された多数個の光電変換素子であって、奇数列の光電変換素子に対し、偶数列の光電変換素子は各列内の光電変換素子ピッチの約１／２ずれており、奇数行の光電変換素子に対し、偶数行の光電変換素子は各行内の光電変換素子ピッチの約１／２ずれており、前記各光電変換素子列は、奇数列または偶数列の光電変換素子のみを含む多数個の光電変換素子と、（ｃ）各々が、対応する光電変換素子列に近接して半導体基板上に形成され、１対の側縁で画定された帯状平面形状を有し、蛇行しつつ列方向に延在する複数の転送チャネル領域と、（ｄ）前記転送チャネル領域上方を横断し、全体として行方向に延在する複数の転送電極であって、前記転送チャネル領域上に複数の区画線を画定する端部重ね合わせ構成を有し、各前記転送チャネル領域内に前記区画線で仕切られた複数の電荷転送区画を画定する複数の転送電極とを有し、各前記転送チャネル領域内で、前記行方向に沿って、複数の前記電荷転送区画が並存する領域を含む固体撮像装置。
前記区画線の少なくとも１部が前記行方向に対して５度以上の角度を形成するように、前記チャネル領域と前記複数の転送電極との形状が選択されている請求項１１に記載の固体撮像装置。
前記区画線の少なくとも１部が前記側縁とほぼ平行な部分を有する請求項１１または１２に記載の固体撮像装置。
前記電荷転送区画の少なくとも１部が前記行方向の幅を単調に変化させる部分を有する請求項１１または１２に記載の固体撮像装置。
前記転送チャネル領域は、前記列方向に延在する領域（延在領域）と前記行方向に向かって傾斜する領域（傾斜領域）とが周期的に繰り返されることにより、蛇行しつつ全体として前記列方向に延在し、前記傾斜領域で前記区画線の少なくとも１部が前記行方向に対して５度以上傾斜した部分を有する請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
前記傾斜領域で、隣接する前記電荷転送区画が直線状の区画線を介して接している請求項１５に記載の固体撮像装置。
前記複数の電荷転送区画の少なくとも１部が、前記行方向の幅に関し幅狭部分と幅広部分とを有する請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
前記幅広部分が、電荷転送区画の１端にある請求項１７に記載の固体撮像装置。
隣接する前記電荷転送区画が、相接する部分で共に前記幅広部分を有する請求項１８に記載の固体撮像装置。
前記幅狭部分が前記幅広部分から離れるに従って前記行方向の幅を減少させている請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
前記複数の電荷転送区画の任意の２つの面積の比は１：１から１：５の間にある請求項１１から２０までのいずれか１項に記載の固体撮像装置。
２次元表面を画定する半導体基板と、前記半導体基板の表面に一定のピッチで複数列、複数行に配列された多数個の光電変換素子であって、奇数列の光電変換素子に対し、偶数列の光電変換素子は各列内の光電変換素子ピッチの約１／２ずれており、奇数行の光電変換素子に対し、偶数行の光電変換素子は各行内の光電変換素子ピッチの約１／２ずれており、前記各光電変換素子列は、奇数列または偶数列の光電変換素子のみを含む多数個の光電変換素子と、各々が、対応する光電変換素子列に近接して半導体基板上に形成され、１対の側縁で画定された帯状平面形状を有し、蛇行しつつ列方向に延在する複数の転送チャネル領域と、前記転送チャネル領域上方を横断し、全体として行方向に延在する複数の転送電極であって、前記転送チャネル領域上に複数の区画線を画定する端部重ね合わせ構成を有し、各前記転送チャネル領域内に前記区画線で仕切られた複数の電荷転送区画を画定する複数の転送電極とを有し、各前記転送チャネル領域内の前記光電変換素子に近接した位置で、前記行方向に沿って、複数の前記電荷転送区画が並存する領域を含む固体撮像装置を駆動する駆動方法であって、(ａ）前記光電変換素子に電荷を蓄積する工程と、（ｂ）前記光電変換素子に隣接する第１電荷転送区画に読出しレベルの電圧を印加するとともに、その行方向に隣接する第２電荷転送区画に転送用のハイレベルの電圧を印加する工程と（ｃ）前記第１電荷転送区画の電圧を転送用ハイレベルに変化させる工程とを含む固体撮像装置の駆動方法。
前記工程（ｂ）、（ｃ）が奇数行の光電変換素子と偶数行の光電変換素子に対して繰り返し行なわれる請求項２２記載の固体撮像装置の駆動方法。