特許 5832414 電荷結合素子、その製造方法、その駆動方法、及び電荷結合素子を備えた固体撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5832414

(24)【登録日】2015年11月6日

(45)【発行日】2015年12月16日

(54)【発明の名称】電荷結合素子、その製造方法、その駆動方法、及び電荷結合素子を備えた固体撮像装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/148 20060101AFI20151126BHJP

   H04N 5/372 20110101ALI20151126BHJP

【ＦＩ】

   H01L27/14 B

   H04N5/335 720

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-251103(P2012-251103)

(22)【出願日】2012年11月15日

(65)【公開番号】特開2014-99540(P2014-99540A)

(43)【公開日】2014年5月29日

【審査請求日】2014年10月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100081422

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 光雄

(74)【代理人】

【識別番号】100100479

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 三喜夫

(72)【発明者】

【氏名】太田 泰昭

(72)【発明者】

【氏名】中西 淳治

【審査官】 柴山 将隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２７８４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１９０７５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０５３２６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−１３０５６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１７９１５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２７／１４８

Ｈ０４Ｎ ５／３７２

Ｈ０１Ｌ ２９／７６２

Ｈ０１Ｌ ２１／３３９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリコン基板と、このシリコン基板上のゲート絶縁膜上に間隔をおいて形成した第１転送電極と、該第１転送電極上に形成した絶縁膜を介して各第１転送電極間に形成した第２転送電極と、上記シリコン基板中に形成した第１仮想電極及び第２仮想電極とを備えた電荷結合素子であって、
当該電荷結合素子に生じた信号電荷を転送する垂直方向において開口部を介して、上記第１転送電極は、一対の第１Ａ転送電極及び第１Ｂ転送電極を有し、上記第２転送電極は、一対の第２Ａ転送電極及び第２Ｂ転送電極を有し、
当該電荷結合素子の厚み方向から見て、上記第１仮想電極の両端は、上記第１Ａ転送電極及び上記第１Ｂ転送電極における第１仮想電極側端にそれぞれ対応して位置し、
当該電荷結合素子の厚み方向から見て、上記第２仮想電極の両端は、上記第２Ａ転送電極及び上記第２Ｂ転送電極における第２仮想電極側端にそれぞれ対応して位置し、
上記垂直方向において、第１Ａ転送電極、第１仮想電極、第１Ｂ転送電極、第２Ａ転送電極、第２仮想電極、第２Ｂ転送電極の順の周期にて各電極を繰り返し配置したことを特徴とする電荷結合素子。

【請求項2】

請求項１に記載の電荷結合素子を有する光検出器をシリコン基板上に複数個配列した検出器アレイと、
シリコン基板上に形成され上記光検出器の出力を増幅する出力アンプと、
を備えたことを特徴とする固体撮像装置。

【請求項3】

請求項１に記載の電荷結合素子の製造方法であって、
シリコン基板の表面で垂直ＣＣＤ及び水平ＣＣＤを形成する領域に不純物拡散層を形成する工程と、
上記シリコン基板表面のゲート絶縁膜上に間隔をあけて第１転送電極を形成する工程と、
上記第１転送電極上に第１絶縁膜を介在させて上記第１転送電極に対して交互に第２転送電極を形成する工程と、
上記第２転送電極上に形成したレジストマスクを用いて、上記第１転送電極及び上記第２転送電極をエッチングして開口部を形成し、該開口部にて、上記第１転送電極を第１Ａ転送電極及び第１Ｂ転送電極に、上記第２転送電極を第２Ａ転送電極及び第２Ｂ転送電極にそれぞれ分離し、
上記レジストマスクを用いてセルフアラインで上記開口部を介してイオン注入することにより、一対の上記第１Ａ転送電極及び上記第１Ｂ転送電極間における上記不純物拡散層に第１仮想電極を形成し、一対の上記第２Ａ転送電極及び上記第２Ｂ転送電極間における上記不純物拡散層に第２仮想電極を形成する、
ことを特徴とする電荷結合素子の製造方法。

【請求項4】

上記第１仮想電極及び上記第２仮想電極のいずれか一方にさらにイオン注入を行う、請求項３に記載の電荷結合素子の製造方法。

【請求項5】

電極に印加する電圧レベルによってシリコン基板内にポテンシャル井戸を形成して信号電荷の蓄積及び転送を行う、請求項１に記載の電荷結合素子の駆動方法であって、
上記電荷結合素子に生じた信号電荷を転送する垂直方向において、第１Ａ転送電極、第１Ｂ転送電極、第２Ａ転送電極、及び第２Ｂ転送電極の順の周期とする電極の並びに、互いに位相が９０度異なる２相クロックパルスを順番に供給して各電極に電圧を印加することを特徴とする電荷結合素子の駆動方法。

【請求項6】

電極に印加する電圧レベルによってシリコン基板内にポテンシャル井戸を形成して信号電荷の蓄積及び転送を行う、請求項１に記載の電荷結合素子の駆動方法であって、
上記電荷結合素子に生じた信号電荷を転送する垂直方向において、第１Ａ転送電極、第１仮想電極、第１Ｂ転送電極、第２Ａ転送電極、第２仮想電極、第２Ｂ転送電極の順の周期とする電極の並びに、互いに位相が９０度ずつ異なる４相クロックパルスを順番に供給して各電極に電圧を印加することを特徴とする電荷結合素子の駆動方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電荷結合素子（ＣＣＤ（Charge Coupled Device））、その製造方法、その駆動方法、及び電荷結合素子を備えた固体撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のＣＣＤとして、例えば特許文献１には、概略以下のような構成を備えたものが開示されている。即ち、光電変換部の構成部分として、半導体基板上に絶縁膜を介してポリシリコンからなる第１及び第２の転送電極が複数本、並列に形成されている。これらの第１及び第２の転送電極は、互いの一側辺部分では、第１転送電極上に絶縁膜を介して第２転送電極が重なって形成されている。さらに、第１及び第２の転送電極における互いの他方の側辺部分において、第１転送電極と第２転送電極との間の隙間領域には、半導体基板の表面部に仮想電極が形成されている。この仮想電極は、第１及び第２の転送電極をマスクとして、半導体基板と同じ導電型の不純物をイオン注入して形成される。

【0003】

このように構成されたＣＣＤでは、第１転送電極及び第２転送電極にＨ，Ｌ電圧レベルのクロックパルスをそれぞれ供給することで、当該ＣＣＤに入射する光によって光電変換期間に励起された電子が、第１、第２及び仮想の各電極位置に形成されるポテンシャル井戸を転送されていく。

【0004】

また例えば特許文献２においても、第１及び第２の転送電極間に、これらの電極をマスクとしてイオン注入して受光部を形成したＣＣＤが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開昭６０−１６５７６１号公報

【特許文献2】特開平４−２０７０７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述のＣＣＤでは、第１転送電極と第２転送電極との間に仮想電極が形成される。そのため特許文献１では、仮想電極側の第１転送電極端に、第１転送電極と第２転送電極との層間の絶縁膜が存在する。よって、仮想電極へのイオン注入がその絶縁膜によって阻害されるという問題がある。また、写真製版の重ね合わせのずれによって、仮想電極の形成位置が第１又は第２のどちらかの転送電極側に片寄るという問題もある。
また、特許文献２では、第１及び第２の転送電極は、一部分で重なり２層に形成されており、その２層部分を含む領域で第１及び第２の転送電極がエッチング除去される。そのため、除去後の半導体基板表面が均一ではなく、仮想電極形成に支障が生じるという問題がある。
このように特許文献１及び特許文献２の発明では、仮想電極におけるポテンシャルのディップ及びバリアが発生し、電荷結合素子の電荷転送効率が低下するという問題が生じる。

【0007】

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、従来に比べて電荷転送効率を向上可能な電荷結合素子、その製造方法、その駆動方法、及び電荷結合素子を備えた固体撮像装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における電荷結合素子は、シリコン基板と、このシリコン基板上のゲート絶縁膜上に間隔をおいて形成した第１転送電極と、該第１転送電極上に形成した絶縁膜を介して各第１転送電極間に形成した第２転送電極と、上記シリコン基板中に形成した第１仮想電極及び第２仮想電極とを備えた電荷結合素子であって、当該電荷結合素子に生じた信号電荷を転送する垂直方向に直角な方向、つまり水平方向に延在する開口部にて、上記第１転送電極を分離した一対の第１Ａ転送電極及び第１Ｂ転送電極と、上記第２転送電極を分離した一対の第２Ａ転送電極及び第２Ｂ転送電極とを有し、上記垂直方向において、第１Ａ転送電極、第１仮想電極、第１Ｂ転送電極、第２Ａ転送電極、第２仮想電極、第２Ｂ転送電極の順の周期にて各電極を繰り返し配置したことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一態様における電荷結合素子によれば、第１転送電極及び第２転送電極は、それぞれ分離され、分離した第１転送電極間の開口部、及び分離した第２転送電極間の開口部を通してイオン注入される。よって分離した第１転送電極間に第１仮想電極が形成され、分離した第２転送電極間に第２仮想電極が形成される。このように、第１仮想電極側の第１転送電極端に絶縁膜が存在するという従来の形態は無くなり、絶縁膜によって仮想電極へのイオン注入が阻害されることはない。
したがって、仮想電極におけるポテンシャルのディップ及びバリアを低減させることができ、従来に比べて電荷転送効率を向上することができる。
また、分離した第１転送電極間、及び分離した第２転送電極間の各開口部によるセルフアラインでイオン注入されることから、仮想電極の形成位置の偏りは無くなる。
さらに、第１及び第２の仮想電極を形成するための各開口部は、それぞれ単層の第１転送電極及び第２転送電極をそれぞれ分離した部分である。このように、各転送電極が２層に重なった部分に開口部を形成する従来の形態ではないことから、転送電極をエッチング除去した表面を均一とすることもできる。この点からも、仮想電極におけるポテンシャルのディップ及びバリアを低減させることができ、従来に比べて電荷転送効率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施の形態１における固体撮像装置を示す斜視図である。

【図2A】図１に示す固体撮像装置に備わる検出器の構成を説明する平面図である。

【図2B】図２Ａに示す矢印Ａ−Ａ’における検出器の断面図である。

【図2C】図２Ａに示す矢印Ｂ−Ｂ’における検出器の断面図である。

【図3】図１に示す固体撮像装置へ供給され検出器を駆動するための２相クロックパターンを示す図である。

【図4】図１に示す固体撮像装置に備わる検出器における転送電極と２相クロック端子との接続関係を示す図である。

【図5】図１に示す固体撮像装置の検出器部分の製造方法を説明するための断面図である。

【図6】図１に示す固体撮像装置へ供給され検出器を駆動するための４相クロックパターンを示す図である。

【図7】図１に示す固体撮像装置の検出器へ４相クロックパルスを供給して垂直ＣＣＤを駆動する場合のポテンシャル形態図である。

【図8】図１に示す固体撮像装置に備わる検出器における転送電極と４相クロック端子との接続関係を示す図である。

【図9】本発明の実施の形態２における固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の実施形態である電荷結合素子、その製造方法、その駆動方法、及びその電荷結合素子を備えた固体撮像装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。また、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け当業者の理解を容易にするため、既によく知られた事項の詳細説明及び実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。また、以下の説明及び添付図面の内容は、特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

【0012】

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる固体撮像装置３００を示す。この固体撮像装置３００は、大きく分けて、シリコン基板３０１上に複数個の光検出器５０２を複数列に配列した検出器アレイ５０１と、この検出器アレイ５０１の光検出器５０２を順次選択して、光検出器５０２にて生じた信号電荷を外部に読み出す信号処理回路５２０とを備える。尚、図１では、シリコン基板３０１に信号処理回路５２０を形成した場合を図示するが、これに限定されず、信号処理回路５２０は別設してもよい。

【0013】

検出器アレイ５０１は、内部光電効果によって光検出器５０２で発生した信号電荷を検出器アレイ５０１の垂直方向５２１に転送する垂直ＣＣＤ５０９と、該垂直ＣＣＤ５０９で転送した信号電荷をさらに検出器アレイ５０１の水平方向５２２に転送する水平ＣＣＤ５１０と、転送されてきた信号電荷を電圧に変換する出力アンプ５０８とを備えている。ＣＣＤを用いる場合、出力アンプ５０８がＦＤＡ（Floating Diffusion Amplifier）であることが多い。

【0014】

上述の光検出器５０２について、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃを参照して説明する。
光検出器５０２は、各電極と、シリコン基板３０１内に形成され入射した光を信号電荷に変換する光電変換部５０３と、水平方向５２２に沿って隣接する光検出器５０２間の混信を防止する検出器分離５０４とを有する。このような光検出器５０２を垂直方向５２１に一列に配置して垂直ＣＣＤ５０９を構成している。よって垂直ＣＣＤ５０９では、例えば図２Ｃに示すように、第１Ａ転送電極５１１Ａ、第１仮想電極５１３、第１Ｂ転送電極５１１Ｂ、第２Ａ転送電極５１２Ａ、第２仮想電極５１４、第２Ｂ転送電極５１２Ｂを周期として、これらの電極を繰り返し配置して構成される。尚、第１Ａ転送電極５１１Ａ及び第１Ｂ転送電極５１１Ｂを総称して第１転送電極５１１と記し、第２Ａ転送電極５１２Ａ及び第２Ｂ転送電極５１２Ｂを総称して第２転送電極５１２と記す場合もある。また、第１転送電極５１１、第２転送電極５１２、第１仮想電極５１３、及び第２仮想電極５１４の延在方向は、垂直方向５２１に直角な方向、つまり水平方向５２２に相当する。
一つの光検出器５０２は、第１転送電極５１１及び第２転送電極５１２を必ず含み、さらに第１仮想電極５１３または第２仮想電極５１４のどちらか一方を含む。

【0015】

光検出器５０２の光検出原理について述べる。
固体撮像装置３００の撮像対象となる被写体が発した光が、検出器アレイ５０１内の光検出器５０２に入射すると、シリコン基板３０１では、内部光電効果によって、光の入射量に応じた数の電子正孔対（上述の信号電荷）が発生する。ここで、シリコン基板３０１のうち、光が入射して電子正孔対が発生している領域を光電変換部５０３とする。光検出器５０２ごとに、この信号電荷（多くの場合は、電子）を垂直ＣＣＤ５０９及び水平ＣＣＤ５１０を通して転送し、出力アンプ５０８で電圧に変換して、被写体の撮像画を得る。

【0016】

ここで、光検出器５０２としては、光領域全体を検出するパンクロマティック検出器と、カラーフィルタを上方に配置することで光領域をいくつかに分割して検出するマルチバンド検出器の２種類がある。本実施の形態においては、パンクロマティック検出器とマルチバンド検出器の両方を対象とする。また、信号電荷の読出し方式によっても、光検出器５０２は２種類に分類できる。１つは、垂直ＣＣＤ５０９と光電変換部５０３とを並列に配置したエリアセンサであって、読出し方式がフレーム転送及びインターライン転送の場合に用いる検出器である。他の１つは、垂直ＣＣＤ５０９が光電変換部５０３を含んでおり、ラインセンサであって、読出し方式がＴＤＩ（Time Delay Integration）の場合に用いる検出器である。本実施の形態においては、ＴＤＩ読み出し方式のラインセンサを対象とする。

【0017】

本実施の形態にかかる固体撮像装置３００における垂直ＣＣＤ５０９は、互いに位相が９０度異なる２相クロックパルスφ１及びφ２を用いて駆動することができる。この場合、２相クロックパターンは、図３に示すパターンとなる。また、クロックパルスφ１及びφ２は、図４に示すように第１転送電極５１１及び第２転送電極５１２にそれぞれ供給される。
この駆動方法により、垂直ＣＣＤ５０９を構成する各光検出器５０２に発生した信号電荷は、垂直方向５２１へ順次転送され、水平ＣＣＤ５１０を介して出力アンプ５０８から外部へ出力される。

【0018】

次に、図５を用いて、本実施の形態における電荷結合素子、つまり垂直ＣＣＤ５０９あるいは検出器アレイ５０１の製造方法を説明する。図５で示したのは、固体撮像装置３００の垂直方向５２１に沿った断面構造である。

【0019】

初めに、シリコン基板３０１を準備する（図５の（ａ））。次に、シリコン基板３０１の表面であって、シリコン基板３０１上に垂直ＣＣＤ５０９及び水平ＣＣＤ５１０を形成する領域に、不純物拡散法もしくはイオン注入法を用いて、不純物拡散層を形成し、光電変換部５０３及び検出器分離５０４とする。次に、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）分離法もしくはトレンチ分離法によって、規定位置に分離酸化膜を形成する（図示せず）。次に、シリコン基板３０１上にゲート絶縁膜３０４を形成する（図５の（ｂ））。

【0020】

次に、ゲート絶縁膜３０４上に、垂直方向５２１において間隔をあけて第１転送電極５１１を形成する（図５の（ｂ））。第１転送電極５１１は、垂直方向５２１に直角な方向、つまり水平方向５２２に沿って延在する。次に、第１転送電極５１１を覆うように第１絶縁膜３０５を形成する（図５の（ｃ））。
次に、第１絶縁膜３０５上に、垂直方向５２１において第１転送電極５１１と交互の配置にて第２転送電極５１２を形成する（図５の（ｃ））。第２転送電極５１２も垂直方向５２１に直角な方向、つまり水平方向５２２に沿って延在する。次に、第２転送電極５１２等を覆いシリコン基板３０１の全面にレジストマスク５３０を形成する。
さらに、垂直方向５２１における第１転送電極５１１及び第２転送電極５１２のほぼ中央部分に対応した、レジストマスク５３０、第１転送電極５１１、及び第２転送電極５１２における各領域をエッチングする。これにより上記各領域が除去され、開口部５３１が形成される（図５の（ｄ））。このような開口部５３１も第１転送電極５１１及び第２転送電極５１２と同様に、垂直方向５２１に直角な方向、つまり水平方向５２２に沿って延在する。

【0021】

上記エッチングにより、第１転送電極５１１及び第２転送電極５１２は、垂直方向５２１におけるほぼ中央部分にて分断され、第１転送電極５１１は、一対の第１Ａ転送電極５１１Ａと第１Ｂ転送電極５１１Ｂとなり、第２転送電極５１２は、一対の第２Ａ転送電極５１２Ａと第２Ｂ転送電極５１２Ｂとなる。
このように本実施形態では、第１転送電極５１１及び第２転送電極５１２を、その延在方向に沿ってエッチングによって分断してそれぞれ一対の電極を形成することから、分断された各電極の分断面には、絶縁膜は存在しない。また、各転送電極が重なり合った部分をエッチングするのではなく、それぞれ単層の第１転送電極５１１及び第２転送電極５１２をエッチングすることから、エッチング後の露出面を均一な平坦面とすることができる。

【0022】

次に、開口部５３１のエッチングで用いたレジストマスク５３０を残して、セルフアラインで開口部５３１を通してイオン注入することにより、シリコン基板３０１に第１仮想電極５１３及び第２仮想電極５１４を形成する（図５の（ｄ））。これにより、第１Ａ転送電極５１１Ａと第１Ｂ転送電極５１１Ｂとの間に第１仮想電極５１３が形成され、第２Ａ転送電極５１２Ａと第２Ｂ転送電極５１２Ｂとの間に第２仮想電極５１４が形成される。このとき、上述したように各電極の分断面には絶縁膜が存在しないことから、第１仮想電極５１３及び第２仮想電極５１４形成用のイオン注入が阻害されることはない。よって第１仮想電極５１３及び第２仮想電極５１４におけるポテンシャルのディップ及びバリアを低減することができ、従来に比べて電荷転送効率を向上させることができる。また、第１仮想電極５１３及び第２仮想電極５１４の形成位置の偏りも無くなる。

【0023】

次に、レジストマスク５３０を除去した後、第２転送電極５１２を覆うように第２絶縁膜３０６を形成する（図５の（ｅ））。次に、第１Ａ転送電極５１１Ａ、第１Ｂ転送電極５１１Ｂ、第２Ａ転送電極５１２Ａ、及び第２Ｂ転送電極５１２Ｂに対応して第２絶縁膜３０６に開口して、配線層を形成する（図示せず）。最後に、保護膜を形成する（図示せず）。このようにして、本実施の形態における固体撮像装置３００の電荷結合素子部分が完成する。

【0024】

既に説明したように、従来の電荷結合素子の製造では、第１転送電極と第２転送電極との間に仮想電極を形成する。そのため、仮想電極側の第１転送電極端では、仮想電極へのイオン注入が、第１転送電極と第２転送電極の層間に設けた絶縁膜で阻害される。また、写真製版の重ね合わせずれによって、仮想電極の形成位置がどちらかの転送電極側に片寄る。さらに、２層に重なり合った転送電極部分をエッチング除去することから、エッチング後の表面が不均一となる。これらの結果、仮想電極におけるポテンシャルのディップ及びバリアが発生し、垂直ＣＣＤの電荷転送効率が低かった。
これに対して、本実施の形態における固体撮像装置３００の垂直ＣＣＤ５０９では、上述のように第１Ａ転送電極５１１Ａと第１Ｂ転送電極５１１Ｂとの分断面部分、及び、第２Ａ転送電極５１２Ａと第２Ｂ転送電極５１２Ｂとの分断面部分には、従来のような絶縁膜は存在しない。また、開口部５３１のエッチングで用いたレジストマスク５３０を残して、セルフアラインで開口部５３１にイオン注入する。さらに、単層の転送電極５１１，５１２をエッチング除去した個所に仮想電極５１３，５１４を形成する。
その結果、上記分断面部分において、仮想電極５１３，５１４へのイオン注入が絶縁膜で阻害されることはない。また、仮想電極５１３，５１４の形成位置の偏りも無くなる。また、転送電極５１１，５１２をエッチング除去した後の表面は均一となっている。
したがって、仮想電極５１３，５１４におけるポテンシャルのディップ及びバリアを低減できることから、垂直ＣＣＤ５０９の電荷転送効率を向上することができる。即ち、電荷転送効率が高い電荷結合素子を提供できる。そのため、ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）が高い固体撮像装置を提供することができる。

【0025】

また、このように固体撮像装置の性能向上を図ることができることから、歩留りの向上が可能となり、これに伴い、エネルギー消費量の削減、原材料の減量化を図ることも可能となる。

【0026】

既に、図４を参照して本実施の形態における電荷結合素子の駆動方法について説明したが、さらに、以下のように駆動することもできる。
即ち、固体撮像装置３００における垂直ＣＣＤ５０９は、図６に示すような、位相が９０度ずつ異なる４相クロックパルスφ１、φ２、φ３、及びφ４を用いて駆動することができる。この場合のポテンシャル形態図は図７に示すようになる。図７では、転送電極５１１，５１２、及び仮想電極５１３，５１４の配列に対して、各電極下におけるポテンシャルの相対的なレベルを示している。

【0027】

図７の（ａ）では、クロックパルスφ１及びφ２の電圧がＬｏｗレベル、クロックパルスφ３及びφ４の電圧がＨｉｇｈレベルである。図７の（ｂ）では、クロックパルスφ２及びφ３の電圧がＬｏｗレベル、クロックパルスφ４及びφ１の電圧がＨｉｇｈレベルである。図７の（ｃ）では、クロックパルスφ３及びφ４の電圧がＬｏｗレベル、クロックパルスφ１及びφ２の電圧がＨｉｇｈレベルである。図７の（ｄ）では、クロックパルスφ２及びφ３の電圧がＨｉｇｈレベル、クロックパルスφ４及びφ１の電圧がＬｏｗレベルである。
クロックパルス電圧がＨｉｇｈレベルとなっている電極の下にある光電変換部５０３には、入射光によって発生した信号電荷が蓄積される。図７の（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ａ）→（ｂ）→・・・の順に、動作を繰り返すことで、左から右へ向かって信号電荷が転送される。
また、図８に示すように、４相クロックパルスφ１、φ２、φ３、及びφ４は、第１Ａ転送電極５１１Ａ、第１Ｂ転送電極５１１Ｂ、第２Ａ転送電極５１２Ａ、及び第２Ｂ転送電極５１２Ｂに供給される。

【0028】

実施の形態２．
本実施の形態２に係る固体撮像装置３００−２の構成（外観）は、図１に示す実施の形態１の固体撮像装置３００の構成と同じであり、本実施の形態２における光検出器５０２の構成及び光検出原理も実施の形態１の場合と同じである。さらに、本実施の形態２に係る固体撮像装置３００−２の垂直ＣＣＤ５０９の駆動方法についても、図３あるいは図６に示すクロックパルスを用いた実施の形態１の場合と同じである。
一方、本実施の形態２に係る固体撮像装置３００−２は、その製造方法において、以下に説明するように、実施の形態１の場合と相違する。

【0029】

即ち、実施の形態１では、上述したように、上記開口部５３１を介してイオン注入が行われシリコン基板３０１に仮想電極５１３、５１４が形成されるが、仮想電極５１３、５１４において、イオン注入回数及びイオン濃度は同じである。
これに対して、本実施の形態２では、仮想電極５１３、５１４においてイオン注入回数及びイオン濃度を異ならせる。この点で実施の形態２は実施の形態１と相違する。よって、本実施の形態２に係る固体撮像装置３００−２の製造方法を説明する図９において、（ａ）から（ｄ）までの工程は、図５における（ａ）から（ｄ）までの工程に同じであるので、ここでの説明は省略する。以下では、図９の主に（ｅ）及び（ｆ）の工程について詳しく説明する。

【0030】

図９の（ｄ）では、上記レジストマスク５３０を残して、セルフアラインで開口部５３１を通してイオン注入することにより、シリコン基板３０１に第１仮想電極５１３及び第２仮想電極５１４が形成される。これにより、第１Ａ転送電極５１１Ａと第１Ｂ転送電極５１１Ｂとの間に第１仮想電極５１３が形成され、第２Ａ転送電極５１２Ａと第２Ｂ転送電極５１２Ｂとの間に第２仮想電極５１４が形成される。
次に、図９の（ｅ）に示すように、第１仮想電極５１３及び第２仮想電極５１４のいずれか一方にのみに、本実施の形態２では第１仮想電極５１３に対して、イオン注入する。これを実行するために、レジストマスク５３０上にさらにレジストマスク５３２を形成した後、第１仮想電極５１３に対応する部分のみ、レジストマスク５３２を除去して開口部５３１を形成する。そして、第１仮想電極５１３に対応する開口部５３１を通して、再度イオン注入を行う。

【0031】

次に、レジストマスク５３０、５３２を除去した後、図９の（ｆ）に示すように、第２Ａ転送電極５１２Ａ及び第２Ｂ転送電極５１２Ｂ、等を覆うように、第２絶縁膜３０６を形成する。次に、第１Ａ転送電極５１１Ａ、第１Ｂ転送電極５１１Ｂ、第２Ａ転送電極５１２Ａ、及び第２Ｂ転送電極５１２Ｂに対応して第２絶縁膜３０６に開口して、配線層を形成する（図示せず）。最後に、保護膜を形成する（図示せず）。
このようにして、本実施の形態２における固体撮像装置３００−２が完成する。

【0032】

このように本実施の形態２では、垂直ＣＣＤ５０９における第１仮想電極５１３と第２仮想電極５１４とでは、実施の形態１とは異なり、イオン注入の回数及び濃度が両者で相違する。本実施の形態２では、第１仮想電極５１３の方が第２仮想電極５１４よりも多くイオン注入されている。
このように本実施の形態２では、例えば、第１仮想電極５１３と第２仮想電極５１４とのポテンシャルに差が生じている場合であっても、その差を小さくするようにイオン注入で調整することが可能である。

【0033】

以上説明した本実施の形態２の固体撮像装置３００−２の垂直ＣＣＤ５０９によれば、イオン注入動作を除いて、実施の形態１の固体撮像装置３００と同じ構成を採ることから、実施の形態１の固体撮像装置３００が奏する効果と同じ効果を得ることができる。即ち、仮想電極５１３，５１４へのイオン注入が阻害されない、仮想電極５１３，５１４の形成位置の偏りが無くなる、及び、転送電極５１１，５１２をエッチング除去した表面が均一となる、ことに起因して、本実施の形態２の固体撮像装置３００−２も、仮想電極５１３，５１４におけるポテンシャルのディップ及びバリアを低減でき、垂直ＣＣＤ５０９の電荷転送効率を向上することが可能である。

【0034】

さらに本実施の形態２の固体撮像装置３００−２では、第１仮想電極５１３と第２仮想電極５１４のポテンシャル差を低減することができるので、垂直ＣＣＤ５０９の電荷転送効率をさらに向上することができるとともに、垂直方向５２１に沿って隣接する光検出器５０２の光感度差を低減することができる。即ち、実施の形態１における電荷結合素子に比べて、本実施の形態２では、より電荷転送効率が高く、かつ、光感度ムラが少ない電荷結合素子を提供することができる。その結果、実施の形態１の固体撮像装置に比べて、よりＭＴＦが高く、かつ、光感度ムラが少ない固体撮像装置を提供することが可能となる。

【0035】

また、このような固体撮像装置の性能向上を図ることができることから、歩留りの向上が可能となり、これに伴い、エネルギー消費量の削減、原材料の減量化を図ることも可能となる。

【符号の説明】

【0036】

３００、３００−２ 固体撮像装置、３０１ シリコン基板、３０４ ゲート絶縁膜、 ３０５ 第１絶縁膜、３０６ 第２絶縁膜、
５０１ 検出器アレイ、５０２ 光検出器、５０４ 検出器分離、
５０８ 出力アンプ、５０９ 垂直ＣＣＤ、５１０ 水平ＣＣＤ、
５１１ 第１転送電極、５１１Ａ 第１Ａ転送電極、５１１Ｂ 第１Ｂ転送電極、
５１２ 第２転送電極、５１２Ａ 第２Ａ転送電極、５１２Ｂ 第２Ｂ転送電極、
５１３ 第１仮想電極、５１４ 第２仮想電極、５２１ 垂直方向、
５２２ 水平方向、５３０ レジストマスク、５３１ 開口部。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】