JP4391145B2

JP4391145B2 - 固体撮像装置

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Publication number: JP4391145B2
Application number: JP2003184584A
Authority: JP
Inventors: 智洋坂本; 裕子野村
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2023-06-27
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像装置に関し、特に、その水平電荷転送部に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は固体撮像装置の概略を示す平面図である。行列状に配置された複数の光電変換素子５１、複数の垂直転送部５３、光電変換素子５１で発生した信号電荷を垂直転送部５３に読み出す読み出し部５２、受光領域外で各垂直転送部５３の一端に形成されたラインメモリ５４、ラインメモリ５４を介して、複数の垂直転送部５３に電気的に結合された水平転送部５５、及びその端部に設けられた出力アンプ５６を含んで構成される。
【０００３】
入射した光量に応じて光電変換素子５１に蓄積された信号電荷が、読み出し部５２から垂直転送部５３に読み出された後、垂直転送部５３内を、水平転送部５５に向かう方向（垂直方向）に転送される。垂直転送部５３は、４相駆動、８相駆動の可能な配線Ｖ１Ａ〜Ｖ８を有し、配線部５３ａを通じて印加される転送電圧（駆動信号）によって信号電荷を転送する。垂直転送部５３の末端まで転送された信号電荷は、ラインメモリ５４に一旦蓄えられた後、水平転送部５５に転送され、出力アンプ５６から映像信号として外部に取り出される。水平転送部５５は、配線部５５ａを通じて印加される２相駆動信号ΦＨ１及びΦＨ２により駆動され、信号電荷を転送する。
【０００４】
図１０（Ａ）は、従来の固体撮像装置の水平転送部５５及び出力部５７の構成を示す概略的な平面図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の１０Ｂ−１０Ｂ線に沿った断面図である。
【０００５】
図１０（Ａ）を参照する。水平転送部５５は水平転送レジスタ部６０と出力ゲート部６１とを含んで構成される。水平転送レジスタ部６０は、複数の転送段６４を含んで構成され、転送電圧（駆動信号）ΦＨ１及びΦＨ２により信号電荷を水平方向（図のＹ方向）に高速で転送する。信号電荷は水平転送チャネル６５内を転送される。
【０００６】
図１０（Ａ）においては、２点鎖線で囲んだ領域のうち、水平転送部５５内に属する領域が水平転送チャネル６５を示す。各転送段６４は、１組の電荷蓄積電極６２及び電荷転送電極６３、更にその下部の水平転送チャネル６５を含んで構成される。最終段の転送段６４における水平転送チャネル６５は、出力ゲート部６１を介して、出力部６０のフローティングディフージョン領域６６に接続されている。
【０００７】
出力ゲート部６１は、出力ゲート電極７５とその下方の水平転送チャネル６５を含んで構成される。出力ゲート電極７５には電圧ＶＯＧが印加され、信号電荷が水平転送チャネル６５からフローティングディフージョン領域６６に転送される。信号電荷はフローティングディフージョン領域６６に転送されて、電荷−電圧変換される。変換された電圧信号は出力アンプ５６で増幅され、出力信号が出力される。
【０００８】
フローティングディフージョン領域６６に転送された信号電荷は電荷−電圧変換後、リセットゲート部６８を経てリセットドレイン領域６９に放出される。放出の際には、リセットゲート電極６７によりリセットゲート部６８に一定の電圧ΦＲＧが印加される。なお、リセットゲート部６８は、図１０（Ａ）において、２点鎖線で囲んだ領域のうち、リセットゲート電極６７の下方に存在する領域である。
【０００９】
水平転送チャネル６５は、水平転送レジスタ部６０の最終段の転送段６４及び出力ゲート部６１において、出力部５７に向かって幅（Ｘ方向の長さ）が徐々に狭くなる構造を有する。フローティングディフージョン領域６６の出力電圧は容量に反比例する。大きな出力電圧を得るためには、フローティングディフージョン領域６６の容量、平面視における面積を小さくすることが望まれる。たとえばチャネル幅（水平転送チャネル６５のＸ方向の長さ）は２０〜４０μｍから１〜３μｍまで減少する。幅の狭いチャネルに同一量の電荷を転送するためには、蓄積領域の長さを増大することが望まれる。
【００１０】
水平転送レジスタ部６０の最終段の転送段６４の電極長（Ｙ方向の長さ）はたとえば４．５μｍであり、その他の転送段６４の電極長（たとえば３．８μｍ）に比べて長い。また、出力ゲート電極７５長はたとえば３μｍと、長めに形成される。
【００１１】
図１０（Ｂ）を参照する。固体撮像装置の水平転送部５５においては、たとえばｎ型半導体基板７１の表面部にたとえばｐ型ウエル７２、埋め込みチャネル型のｎ型水平転送チャネル６５がこの順に形成されている。水平転送レジスタ部６０では、隣り合う電荷蓄積電極６２間の下方の水平転送チャネル６５内に、ｎ^-型の領域が形成され、逆流防止用ポテンシャルバリアを形成している。水平転送チャネル６５上には、絶縁膜７４を介して電荷蓄積電極６２及び電荷転送電極６３が形成され、各転送段６４ごとに共通結線されている。出力ゲート部６１では、水平転送チャネル６５上方に出力ゲート電極７５が配置されている。
【００１２】
出力部５７にはフローティングディフージョン領域６６がｎ⁺⁺型に、リセットゲート部６８がｎ型に、リセットドレイン領域６９がｎ⁺⁺型に形成される。リセットゲート部６８上には、絶縁膜７４を介してリセットゲート電極６７が形成されている。
【００１３】
電荷蓄積電極６２、電荷転送電極６３、出力ゲート電極７５、及びリセットゲート電極６７は、それぞれたとえば多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンで形成される。
【００１４】
なお、この明細書及び図面においては、ｐ型不純物が添加されて、実効不純物濃度が低下しているｎ型チャネル領域をｎ^-、ｎ型不純物が添加されて、実効不純物濃度が増加しているｎ型チャネル領域をｎ⁺、ｎ⁺よりも更に実効不純物濃度が増加しているｎ型チャネル領域をｎ⁺⁺、ｐ型不純物が添加されて実効不純物濃度が増加しているｐ型領域をｐ⁺と表記する。
【００１５】
上述のように、水平転送チャネル６５が出力部５７に向かって徐々に幅狭となる構造を有すること、また水平転送レジスタ部６０の最終段の転送段６４の電極長（Ｙ方向の長さ）及び出力ゲート電極７５長が長めに形成されることにより、水平転送レジスタ部６０の最終段の転送段６４において順方向電位勾配が形成されにくくなり、電荷転送速度が遅くなって、転送効率が劣化する。
【００１６】
転送効率の改善のため、出力ゲート部６１の電極及び水平転送レジスタ部６０の最終段を形成する電極の、水平転送チャネル幅方向における端部をそれぞれフローティングディフージョン側に屈曲させた構成が提案されている。（たとえば特許文献１参照。）
【００１７】
【特許文献１】
特開平１０−３３５６３５号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、水平転送部における電荷転送効率の向上した固体撮像装置を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、行列状に配置され、入射光を光電変換して信号電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部で生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転送される信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、前記水平転送部から転送される信号電荷を電気信号に変換して出力する出力部とを有し、前記水平転送部は、水平転送レジスタ部と出力ゲート部とを含み、前記水平転送レジスタ部は、第１導電型のチャネルとその上に形成された電極とを含み、前記垂直転送部からの信号電荷を転送し、前記出力ゲート部は、前記水平転送レジスタ部に隣接して前記水平転送レジスタ部のチャネルより延長するチャネルとその上に形成された電極とを含み、前記水平転送レジスタ部からの信号電荷を前記出力部に転送する固体撮像装置であって、前記出力ゲート部のチャネルの前記水平転送レジスタ部側の一部に、第１の深さまで、前記第１導電型とは異なる第２導電型の不純物が添加されることによって、前記出力ゲート部のチャネルに実効不純物濃度分布が形成されて、ポテンシャル差が形成され、更に、前記水平転送レジスタ部の最終電極の下方のチャネルの出力ゲート部側の一部、及び前記出力ゲート部のチャネルの少なくとも前記出力部側の一部に、前記第１の深さより深い第２の深さまで、前記第１導電型の不純物が添加されることによって、前記水平転送レジスタ部の最終電極下方のチャネルに実効不純物濃度分布が形成され、ポテンシャル差が形成され、前記第１導電型の不純物が添加された領域と、前記第２導電型の不純物が添加された領域とは、一部が隣接している固体撮像装置が提供される。
【００２０】
更に、この固体撮像装置は、出力ゲート部と水平転送レジスタ部最終電極下方のチャネルにおいて強い電位勾配を有し、水平転送部における電荷転送効率の向上した固体撮像装置である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）は、第１の実施例による固体撮像装置の水平転送部５５及び出力部５７の構成を示す概略的な平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線に沿った断面図である。
【００２２】
第１の実施例による固体撮像装置は、図９に示す従来の固体撮像装置と同様に、行列状に配置された複数の光電変換素子５１、複数の垂直転送部５３、光電変換素子５１で発生した信号電荷を垂直転送部５３に読み出す読み出し部５２、複数の垂直転送部５３に電気的に結合された水平転送部５５、及びその端部に設けられた出力アンプ５６を含んで構成されている。
【００２３】
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示す第１の実施例による固体撮像装置の水平転送部５５及び出力部５７の構成は、図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示したそれらに比べ、２つの不純物添加領域Ｓ，Ｔを新たに設けた点が異なる。
【００２４】
図１（Ａ）を参照する。不純物添加領域Ｓは、図中に三点鎖線で囲まれた領域であり、不純物添加領域Ｔは、図中に四点鎖線で囲まれた領域である。不純物添加領域Ｓには、水平転送チャネル６５と同導電型の不純物が添加され、不純物添加領域Ｔには、水平転送チャネル６５と反対導電型の不純物が添加される。
【００２５】
不純物添加領域Ｓは、出力ゲート部６１のチャネルの少なくとも出力部５７側の一部、及び水平転送レジスタ部６０の最終電極の下方のチャネルの出力ゲート部６１側の一部に形成される。不純物添加領域Ｓは、たとえば平面視において、出力ゲート部６１の出力部５７寄りの端部から水平転送レジスタ部６０の最終段の電荷蓄積電極６２の電極長方向（Ｙ方向）の中間位置まで、たとえば約２分の１の範囲までの下方のチャネルに形成され、少なくとも出力ゲート部６１においては、水平転送チャネル６５内で、出力部５７に向かって（Ｙ方向に向かって）徐々に幅狭になるように形成されている。不純物添加領域Ｓを形成することにより、水平転送レジスタ部６０の最終段の電極部のチャネルに実効不純物濃度分布が形成され、電荷蓄積電極６２下方のチャネル内にポテンシャル差（ポテンシャルウエル）が形成される。
【００２６】
また、不純物添加領域Ｔは、出力ゲート部６１のチャネルの水平転送レジスタ部６０側の一部に形成される。不純物添加領域Ｔは、平面視において、たとえば出力ゲート部６１の水平転送レジスタ部６０側の端部から出力ゲート電極７５の電極長方向（Ｙ方向）の中間位置まで、たとえば約２分の１までの範囲に、水平転送チャネル６５を横切ってストライプ状に、たとえば矩形状に形成される。
【００２７】
２つの不純物添加領域Ｓ，Ｔは、たとえばＹ方向に沿って、水平転送レジスタ部６０と出力ゲート部６１との境界、及び、出力ゲート電極７５の電極長方向の２分の１の位置の間の水平転送チャネル６５で重なり部分Ｕをもつ。２つの不純物添加領域Ｓ，Ｔの重なり部分Ｕには、双方の導電型の不純物が添加され、補償され、ポテンシャルバリアを形成する。
【００２８】
ｎ型領域Ｕとｎ⁺型領域Ｓによって、出力ゲート部６１のチャネルに実効不純物濃度分布が形成され、ポテンシャル差が形成される。ｎ型領域Ｕからｎ⁺型領域Ｓに向かう方向にドリフト電界が生じ、キャリアの輸送が促進される。
【００２９】
図１（Ｂ）を参照する。水平転送チャネル６５がたとえばｎ型半導体で形成されているとき、不純物添加領域Ｓは、水平転送チャネル６５にｎ型不純物が添加されることによって形成される。このため不純物添加領域Ｓは、ｎ⁺型となる。不純物添加領域Ｔは、ｐ型不純物が添加されることによって形成される。不純物添加領域Ｓと不純物添加領域Ｔとに添加される不純物のドーズ量はたとえば等しい。水平転送チャネル６５外の不純物添加領域Ｔは、たとえばｐ⁺型である。また、水平転送チャネル６５内の不純物添加領域Ｔ（重なり部分Ｕ）はｎ型である。図においては、不純物添加領域Ｓは、水平転送チャネル６５の深い位置まで形成され、不純物添加領域Ｔは、それより浅い位置まで形成される。このため図１（Ｂ）に示す断面図では、重なり領域Ｕは水平転送チャネル６５内において、不純物添加領域Ｓの内部に形成されているように表されている。
【００３０】
図２は、図１０に示す従来の固体撮像装置の水平転送部５５と出力部５７、及び図１に示す第１の実施例による固体撮像装置の水平転送部５５と出力部５７について、電極に電圧を印加したときの電位を比較したシミュレーション結果を示すグラフである。横軸は、図１（Ｂ）及び図１０（Ｂ）に示す断面において、フローティングディフージョン領域６６内に基準点を設け、そこからＹ軸負方向への距離を単位「μｍ」で表す。縦軸は電位を単位「Ｖ」で表す。実線ｐで示したのが、図１に示す第１の実施例による固体撮像装置の水平転送部５５及び出力部５７における電極長方向に沿うポテンシャル分布、点線ｃで示したのが、図１０に示す従来の固体撮像装置の水平転送部５５及び出力部５７におけるそれである。
【００３１】
最終段の電荷蓄積電極６２には０Ｖ、出力ゲート電極７５には４．３Ｖを印加する条件でシミュレーションを行った。なお、従来の固体撮像装置及び第１の実施例による固体撮像装置の双方ともに、横軸の値が１．０〜３．５の範囲には出力ゲート部６１がある。３．５〜７．０の範囲には最終段の電荷蓄積電極６２が、また、７．０〜８．０の範囲には最終段の電荷転送電極６３がある。
【００３２】
出力ゲート部６１及び最終段の電荷蓄積電極６２下方において、第１の実施例による固体撮像装置の方が、従来の固体撮像装置よりも電位の平坦な部分が減少し、全体的な電位勾配が増大していることがわかる。電荷転送方向にドリフト電界が形成されるため、信号電荷は高速で転送される。また、転送残りも生じにくくなる。
【００３３】
図３は、従来の固体撮像装置及び第１の実施例による固体撮像装置について、水平転送レジスタ部６０の最終段の転送段６４からフローティングディフージョン領域６６までの信号電荷の転送時間を比較したシミュレーション結果を示すグラフである。横軸は、最終段の転送段６４内の幅方向の位置を、水平転送チャネル６５の中央部からのＸ軸方向への距離（単位「μｍ」）で表す。縦軸はフローティングディフージョン領域６６までの信号電荷の転送時間を単位「ｎｓ」で表す。実線ｐで示したのが、第１の実施例による固体撮像装置についての両者の関係、点線ｃで示したのが、従来の固体撮像装置についての両者の関係である。最終段の電荷蓄積電極６２には０Ｖ、出力ゲート電極７５には４．３Ｖを印加する条件でシミュレーションを行った。
【００３４】
チャネル中央においては、信号電荷を電位勾配に従って電極長方向に輸送するだけでフローティングディフージョン領域６６に達することができる。フローティングディフージョン領域６６を超えるＸ位置においては、Ｙ方向の輸送のみではフローティングディフージョン領域６６に達することができず、Ｘ方向の輸送も必要となる。ｐ、ｃで示す２つのグラフともに、Ｘ位置がチャネル端に近づくほど、転送時間が長くなっているのはこの影響であろう。
【００３５】
ｐで示すグラフにおいては、水平転送チャネル６５の中央部からの距離にほぼ比例して転送時間が増加している。ｃで示すグラフにおいては、水平転送チャネル６５の中央部においてよりも端部においての方が、電荷転送時間の増加率が大きくなっている。第１の実施例による固体撮像装置は、従来のそれに比べ、水平転送チャネル６５の中央部からフローティングディフージョン領域６６までの信号電荷の転送時間が短縮されているのみならず、水平転送チャネル６５端部に近づくにつれて、信号電荷の転送時間が一層短縮されていることがわかる。したがって、第１の実施例による固体撮像装置は、従来のそれに比べ、信号電荷の転送効率が非常に向上している。
【００３６】
第１の実施例による固体撮像装置における信号電荷の転送効率の向上は、図２に示されるように、出力ゲート部６１及び最終段の電荷蓄積電極６２部において、電位の平坦な部分が減少し、全体的な電位勾配が増大したことに起因するであろう。これは２つの不純物添加領域Ｓ，Ｔを形成したことにより、水平転送レジスタ部６０の最終段電極部及び出力ゲート部６１において、信号電荷の転送を促す方向にポテンシャル差が形成されたためであると考えられる。
【００３７】
図４（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施例による固体撮像装置の出力ゲート部６１及び最終段付近の転送段６４の製造方法を示す概略的な断面図である。
【００３８】
図４（Ａ）を参照する。ｎ型半導体基板７１に、たとえばイオン注入でｐ型ウエル７２を形成し、ｐ型ウエル７２内にｎ型の水平転送チャネル６５を形成する。水平転送チャネル６５上に絶縁膜７４を成膜する。ここまでは従来技術と同様の工程である。
【００３９】
絶縁膜７４を介して水平転送チャネル６５上の一部領域をレジスト８０で覆い、ｎ型不純物、たとえばリンを加速エネルギ８０〜１５０ｋｅＶ、ドーズ量５×１０¹¹ｃｍ^-2でイオン注入し、水平転送チャネル６５内にｎ⁺型の不純物添加領域Ｓを形成する。ｎ型不純物としてヒ素を用いることもできる。
【００４０】
図４（Ｂ）を参照する。レジスト８０を除去した後、絶縁膜７４を介して水平転送チャネル６５上に、多結晶シリコンの電極層を堆積し、パターニングする。このようにして電荷蓄積電極６２を形成する。電荷蓄積電極６２は、たとえば電荷蓄積電極６２の電極長方向（Ｙ軸方向）において、不純物添加領域Ｓの端部と電荷蓄積電極６２の中央部とが一致するように位置合わせをされて形成される。
【００４１】
絶縁膜７４を介して不純物添加領域Ｓ上の一部領域をレジスト８０で覆い、また電荷蓄積電極６２をマスクとして、たとえばホウ素などのｐ型不純物を加速エネルギ４０〜８０ｋｅＶ、ドーズ量５×１０¹¹ｃｍ^-2でイオン注入する。隣り合う電荷蓄積電極６２間には、たとえばｎ^-型の領域が形成され、水平転送チャネル６５内の不純物添加領域Ｓ内には、たとえばｎ型の重なり部分Ｕが形成される。なお、水平転送チャネル６５外のｐ型領域内にはｐ⁺型不純物添加領域Ｔが形成される。
【００４２】
図４（Ｃ）を参照する。レジスト８０を除去した後、電荷蓄積電極６２の表面を酸化し、その上に多結晶シリコンの電極層を堆積し、パターニングする。このようにして、絶縁膜７４を介してｎ^-型の領域上に電荷転送電極６３を形成する。また、絶縁膜７４を介して不純物添加領域Ｓ及び不純物添加領域Ｔ（重なり領域Ｕ）上に出力ゲート電極７５を形成する。出力ゲート電極７５は、たとえば出力ゲート電極７５の電極長方向（Ｙ軸方向）において、不純物添加領域Ｔ（重なり領域Ｕ）の端部と出力ゲート電極７５の中央部とが一致するように位置合わせをされて形成される。
【００４３】
第１の実施例においては、出力ゲート部６１のチャネル領域が、ｎ型領域Ｕとｎ⁺型領域Ｓとで形成される。出力ゲートをオフにするためには、出力ゲート電圧ＶＯＧの絶対値を大きくすることが必要である。
【００４４】
図５（Ａ）は、第２の実施例による固体撮像装置の水平転送部５５及び出力部５７の構成を示す概略的な平面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の５Ｂ−５Ｂ線に沿った断面図である。第２の実施例による固体撮像装置は、図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示した従来の固体撮像装置の水平転送部５５及び出力部５７に不純物添加領域Ｔが形成され、不純物添加領域Ｓは形成されない。第１の実施例による固体撮像装置とは、不純物添加領域Ｓが形成されない点が異なる。
【００４５】
図５（Ａ）を参照する。不純物添加領域Ｔは、水平転送チャネル６５と反対導電型の不純物が添加された領域であり、図中には四点鎖線で囲まれた領域である。不純物は、たとえば第１の実施例と同様の領域に添加される。不純物添加領域Ｔを形成することでチャネル幅が最も減少する出力ゲート部６１にポテンシャル差を生じさせ、強い電位勾配を形成することができる。最終電荷蓄積電極６２下方には不純物濃度分布が形成されないが、製造に当たっては、図４（Ａ）に示す工程を省略することができ、マスク枚数を１枚減少させることができる。
【００４６】
図５（Ｂ）を参照する。水平転送チャネル６５がたとえばｎ型半導体で形成されているとき、不純物添加領域Ｔは、ｐ型不純物が添加されることによって形成される。このため、不純物添加領域Ｔは、水平転送チャネル６５内で、たとえばｎ^-型となり、ポテンシャルバリアを形成する。水平転送チャネル６５外のｐ型領域においてはたとえばｐ⁺型となる。
【００４７】
出力ゲート部６１下方のチャネル領域は、ｎ^-型の不純物添加領域Ｔと、ｎ型の水平転送チャネル６５で形成される。出力ゲートをオフにするために必要な電圧は、第１の実施例に比べ小さくなる。
【００４８】
実験の結果、第２の実施例による固体撮像装置においても、信号電荷が最終段の転送段６４からフローティングディフージョン領域６６に転送される時間が短いことがわかった。これは不純物添加領域Ｔを形成したことにより、出力ゲート部６１にポテンシャル差が形成され、強い電位勾配が生じる（全体的な電位勾配が強くなる）ためであると考えられる。第２の実施例による固体撮像装置も、水平転送部５５における電荷の転送効率が改善された固体撮像装置である。
【００４９】
第２の実施例による固体撮像装置は、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示した第１の実施例による固体撮像装置の製造方法中、図４（Ａ）におけるレジスト８０の形成及びｎ型不純物の添加（不純物添加領域Ｓの形成）を行わずに製造することができる。不純物添加領域Ｓを形成しないため、図４（Ｂ）を用いて説明した最終段の電荷蓄積電極６２形成時の位置合わせを行う必要がない。
【００５０】
図６は、第３の実施例による固体撮像装置の水平転送部５５及び出力部５７の構成を示す概略的な断面図である。図５（Ａ）及び（Ｂ）に示した第２の実施例による固体撮像装置と異なるところは、出力ゲート電極７５が第１層及び第２層の出力ゲート電極７５ａ，７５ｂに分割され、それぞれが結線されて、電圧ＶＯＧが印加される点である。その他の構成は等しい。第３の実施例による固体撮像装置においては、最終段の電荷蓄積電極６２と第１層の出力ゲート電極７５ａとの間の水平転送チャネル６５内に不純物添加領域Ｔが形成され、不純物添加領域Ｔの上方に絶縁膜７４を介して、第２層の出力ゲート電極７５ｂが形成される。
【００５１】
図７（Ａ）〜（Ｃ）は、第３の実施例による固体撮像装置の出力ゲート部６１及び最終段付近の転送段６４の製造方法を示す概略的な断面図である。
【００５２】
図７（Ａ）を参照する。ｎ型半導体基板７１に、たとえばイオン注入でｐ型ウエル７２を形成し、ｐ型ウエル７２内にｎ型の水平転送チャネル６５を形成する。水平転送チャネル６５上に絶縁膜７４を成膜する。
【００５３】
図７（Ｂ）を参照する。絶縁膜７４を介して水平転送チャネル６５上に、多結晶シリコンの電極層を堆積し、パターニングする。このようにして電荷蓄積電極６２及び第１層の出力ゲート電極７５ａを形成する。
【００５４】
電荷蓄積電極６２及び第１層出力ゲート電極７５ａをマスクとして、たとえばホウ素などのｐ型不純物を加速エネルギ４０〜８０ｋｅＶ、ドーズ量５×１０¹¹ｃｍ^-2でイオン注入する。隣り合う電荷蓄積電極６２間、及び、最終段の電荷蓄積電極６２と第１層出力ゲート電極７５ａとの間の水平転送チャネル６５内には、たとえばｎ−型の領域が形成される。後者のｎ^-型の領域が不純物添加領域Ｔである。
【００５５】
図７（Ｃ）を参照する。電荷蓄積電極６２及び第１層の出力ゲート電極７５ａの表面を酸化し、その上に多結晶シリコンの電極層を堆積し、パターニングする。このようにして、絶縁膜７４を介してｎ^-型の領域上に電荷転送電極６３及び第２層の出力ゲート電極７５ｂを形成する。
【００５６】
第３の実施例による固体撮像装置の製造方法は、第２の実施例による固体撮像装置の製造方法と比べ、工程数を増加させることなく、出力ゲート電極７５形成時の位置合わせを省くことができる。
【００５７】
上記実施例において、不純物添加領域Ｓ，Ｔは、第１及び第２の実施例に示した位置や形状に限るものではない。信号電荷の転送を促す方向にポテンシャル差が形成され、強い電位勾配が生じる（全体的な電位勾配が強くなる）ように不純物が添加されればよい。
【００５８】
上記実施例において、全領域の導電型を逆にしてもよい。不純物添加領域Ｓまたは不純物添加領域Ｔへの不純物の添加により、水平転送部５５における電荷の転送効率を向上させることができる。
【００５９】
図８は、本実施例による固体撮像装置の変形例を示す概略的な平面図である。図１に示した固体撮像装置において、出力ゲート電極７５を、水平転送チャネル６５の端部上方でフローティングディフージョン領域６６方向に曲げ、電界方向を修正している。図８に示す固体撮像装置は、不純物添加領域Ｓ，Ｔにより水平転送チャネル６５内に電荷の転送を促すポテンシャル差が形成されているとともに、曲げられた出力ゲート電極７５により電界をフローティングディフージョン領域６６に向かう方向につくることができるので、電荷の転送をスムーズにし、電荷転送効率を向上させることができる。
【００６０】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、水平転送部における電荷転送効率の向上した固体撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、第１の実施例による固体撮像装置の水平転送部及び出力部の構成を示す概略的な平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線に沿った断面図である。
【図２】従来の固体撮像装置の水平転送部と出力部、及び第１の実施例による固体撮像装置の水平転送部と出力部について、電極に電圧を印加したときの電位を比較したシミュレーション結果を示すグラフである。
【図３】従来の固体撮像装置及び第１の実施例による固体撮像装置について、水平転送レジスタ部の最終段の転送段からフローティングディフージョン領域までの信号電荷の転送時間を比較したシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施例による固体撮像装置の出力ゲート部及び最終段付近の転送段の製造方法を示す概略的な断面図である。
【図５】（Ａ）は、第２の実施例による固体撮像装置の水平転送部５５及び出力部５７の構成を示す概略的な平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の５Ｂ−５Ｂ線に沿った断面図である。
【図６】第３の実施例による固体撮像装置の水平転送部５５及び出力部５７の構成を示す概略的な断面図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は、第３の実施例による固体撮像装置の出力ゲート部６１及び最終段付近の転送段６４の製造方法を示す概略的な断面図である。
【図８】本実施例による固体撮像装置の変形例を示す概略的な平面図である。
【図９】固体撮像装置の概略を示す平面図である。
【図１０】（Ａ）は、従来の固体撮像装置の水平転送部及び出力部の構成を示す概略的な平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の１０Ｂ−１０Ｂ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
５１光電変換素子
５２読み出し部
５３垂直転送部
５３ａ配線部
５４ラインメモリ
５５水平転送部
５５ａ配線部
５６出力アンプ
５７出力部
６０水平転送レジスタ部
６１出力ゲート部
６２電荷蓄積電極
６３電荷転送電極
６４転送段
６５水平転送チャネル
６６フローティングディフージョン領域
６７リセットゲート電極
６８リセットゲート部
６９リセットドレイン領域
７１ｎ型半導体基板
７２ｐ型ウエル
７４絶縁膜
７５、７５ａ，ｂ出力ゲート電極
８０レジスト
Ｓ，Ｔ不純物添加領域
Ｕ重なり領域

Claims

行列状に配置され、入射光を光電変換して信号電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部で生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転送される信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、前記水平転送部から転送される信号電荷を電気信号に変換して出力する出力部とを有し、
前記水平転送部は、水平転送レジスタ部と出力ゲート部とを含み、前記水平転送レジスタ部は、第１導電型のチャネルとその上に形成された電極とを含み、前記垂直転送部からの信号電荷を転送し、前記出力ゲート部は、前記水平転送レジスタ部に隣接して前記水平転送レジスタ部のチャネルより延長するチャネルとその上に形成された電極とを含み、前記水平転送レジスタ部からの信号電荷を前記出力部に転送する固体撮像装置であって、
前記出力ゲート部のチャネルの前記水平転送レジスタ部側の一部に、第１の深さまで、前記第１導電型とは異なる第２導電型の不純物が添加されることによって、前記出力ゲート部のチャネルに実効不純物濃度分布が形成されて、ポテンシャル差が形成され、
更に、前記水平転送レジスタ部の最終電極の下方のチャネルの出力ゲート部側の一部、及び前記出力ゲート部のチャネルの少なくとも前記出力部側の一部に、前記第１の深さより深い第２の深さまで、前記第１導電型の不純物が添加されることによって、前記水平転送レジスタ部の最終電極下方のチャネルに実効不純物濃度分布が形成され、ポテンシャル差が形成され、
前記第１導電型の不純物が添加された領域と、前記第２導電型の不純物が添加された領域とは、一部が隣接している固体撮像装置。
前記第２導電型の不純物が、前記出力ゲート部の前記水平転送レジスタ側のストライプ状領域に添加された請求項１に記載の固体撮像装置。
前記出力部は、前記出力ゲート部のチャネルと隣接し、前記水平転送部のチャネルよりも幅の狭いフローティングディフージョン領域を有し、前記出力ゲート部のチャネルは、前記フローティングディフージョン領域に向かって、徐々に幅狭になるように形成されており、前記第１導電型の不純物が、前記出力ゲート部のチャネルにおいては、前記フローティングディフージョン領域に向かって徐々に幅狭になる領域に添加される請求項１または２に記載の固体撮像装置。
前記第１導電型の不純物が、前記出力ゲート部の前記出力部寄りの端部から、前記水平転送レジスタ部の最終電極の電極長方向の中間位置までの範囲の下方のチャネルに添加される請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
前記第１導電型がｎ型である請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
前記出力ゲート部の電極が、第１の出力ゲート電極及び第２の出力ゲート電極からなる請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
前記出力ゲート部の電極は、前記出力部の方向に曲がるように形成され、前記出力ゲート部のチャネルには、前記出力部の方向に曲がる領域に、前記第２導電型の不純物が添加されている請求項１、及び３〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。