特許 7522019 光電変換装置

(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】

(24)【登録日】2024-07-16

(45)【発行日】2024-07-24

(54)【発明の名称】光電変換装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/148 20060101AFI20240717BHJP

   H04N 25/71 20230101ALI20240717BHJP

【ＦＩ】

H01L27/148 B

H04N25/71

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020202498

(22)【出願日】2020-12-07

(65)【公開番号】P2022090239

(43)【公開日】2022-06-17

【審査請求日】2023-06-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼木 慎一郎

(72)【発明者】

【氏名】山田 淳矩

【審査官】渡邊 佑紀

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５３－１２６８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０４６９９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１７７５８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０９０９０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０５１８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０５１５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第４３８１５１６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２７／１４８

Ｈ０４Ｎ ２５／７１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光の入射に応じて電荷を発生する光電変換部と、
前記電荷を転送する転送部と、を備え、
前記転送部は、
第１ラインに沿って前記電荷を転送する第１転送領域と、
第２ラインに沿って前記電荷を転送する第２転送領域と、
前記第１ライン及び前記第２ラインに接続された第３ラインに沿って前記第１転送領域側から前記第２転送領域側に前記電荷を転送する第３転送領域と、
前記第１転送領域上に配置された第１転送電極と、
前記第２転送領域上に配置された第２転送電極と、を有し、
前記第３ラインは、前記第１ライン及び前記第２ラインの少なくとも一方のライン上からずれており、
前記第３転送領域は、
第１不純物濃度を有する第１半導体領域と、
前記第１不純物濃度よりも高い第２不純物濃度を有する第２半導体領域と、を含み、
前記第２半導体領域は、前記第２転送領域側において拡幅されるように、前記第３ラインに沿って延在しており、
前記第１半導体領域は、前記第２半導体領域が拡幅される方向において、前記第２半導体領域の両側に配置されている、光電変換装置。

【請求項2】

前記第２転送領域が前記第２ラインに沿って前記電荷を転送する向きは、前記第１転送領域が前記第１ラインに沿って前記電荷を転送する向きと異なっている、請求項１に記載の光電変換装置。

【請求項3】

前記第３ラインは、曲線である、請求項１又は２に記載の光電変換装置。

【請求項4】

前記転送部は、前記第３転送領域上に配置された第３転送電極を更に有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の光電変換装置。

【請求項5】

前記転送部は、前記第１半導体領域及び前記第２半導体領域の導電型と異なる導電型を有する埋込層を更に有し、
前記埋込層は、前記第３転送領域上に配置されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の光電変換装置。

【請求項6】

前記転送部に対して前記光の入射側に配置された遮光層を更に備える、請求項１～５のいずれか一項に記載の光電変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光電変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の光電変換装置として、特許文献１には、次のような固体撮像素子が記載されている。すなわち、特許文献１に記載の固体撮像素子は、光の入射に応じて電荷を発生する撮像領域と、撮像領域において発生した電荷を転送する転送部（具体的には、垂直シフトレジスタ、水平シフトレジスタ、コーナーレジスタ及び増倍レジスタ）と、を備えている。特許文献１に記載の固体撮像素子では、水平シフトレジスタ、コーナーレジスタ及び増倍レジスタが、曲線状のコーナーレジスタにおいて曲げられるように延在している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－１７７５８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の固体撮像素子では、コーナーレジスタが複数の転送電極を有している。ここで、コーナーレジスタが有する転送電極の数を少なくすると、各転送電極において内側の幅と外側の幅との差が大きくなるため、各転送電極の外側において電荷の転送が不十分になるおそれがある。それを回避するために、コーナーレジスタが有する転送電極の数を多くすると、次のような問題が生じ得る。すなわち、各転送電極において内側の幅が小さくなるため、構造が複雑化し、歩留まりが低下するおそれがある。また、コーナーレジスタが有する転送電極の数が多いと、電気的な容量の増加に起因して高速駆動が妨げられたり、消費電力が増大したりするおそれがある。

【0005】

本発明は、転送部において電荷の転送の向き等が変更されるような場合に、転送電極の数を多くすることを回避しつつ、電荷を確実に転送することができる光電変換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】

【0006】

本発明の光電変換装置は、光の入射に応じて電荷を発生する光電変換部と、電荷を転送する転送部と、を備え、転送部は、第１ラインに沿って電荷を転送する第１転送領域と、第２ラインに沿って電荷を転送する第２転送領域と、第１ライン及び第２ラインに接続された第３ラインに沿って第１転送領域側から第２転送領域側に電荷を転送する第３転送領域と、第１転送領域上に配置された第１転送電極と、第２転送領域上に配置された第２転送電極と、を有し、第３ラインは、第１ライン及び第２ラインの少なくとも一方のライン上からずれており、第３転送領域は、第１不純物濃度を有する第１半導体領域と、第１不純物濃度よりも高い第２不純物濃度を有する第２半導体領域と、を含み、第２半導体領域は、第２転送領域側において拡幅されるように、第３ラインに沿って延在しており、第１半導体領域は、第２半導体領域が拡幅される方向において、第２半導体領域の両側に配置されている。

【0007】

本発明の光電変換装置では、転送部が、第１ラインに沿って電荷を転送する第１転送領域と、第２ラインに沿って電荷を転送する第２転送領域と、第１ライン及び第２ラインに接続された第３ラインに沿って第１転送領域側から第２転送領域側に電荷を転送する第３転送領域と、を有しており、第３ラインが、第１ライン及び第２ラインの少なくとも一方のライン上からずれている。これにより、少なくとも第３転送領域において、電荷の転送の向き等が変更されることになる。第３転送領域では、第１不純物濃度よりも高い第２不純物濃度を有する第２半導体領域が、第２転送領域側において拡幅されるように、第３ラインに沿って延在しており、第１不純物濃度を有する第１半導体領域が、第２半導体領域が拡幅される方向において、第２半導体領域の両側に配置されている。これにより、第３ラインに沿って第１転送領域側から第２転送領域側に電荷が移動する電位勾配（ポテンシャルの傾斜）が第３転送領域に形成されることになる。したがって、電荷の転送の向き等を変更するために第３転送領域上に多くの転送電極を配置することが不要となる。よって、本発明の光電変換装置によれば、転送部において電荷の転送の向き等が変更されるような場合に、転送電極の数を多くすることを回避しつつ、電荷を確実に転送することができる。

【0008】

本発明の光電変換装置では、第２転送領域が第２ラインに沿って電荷を転送する向きは、第１転送領域が第１ラインに沿って電荷を転送する向きと異なっていてもよい。これによれば、転送部において電荷の転送の向きを変更することができる。

【0009】

本発明の光電変換装置では、第３ラインは、曲線であってもよい。これによれば、転送部において電荷の転送の向きをスムーズに変更することができる。

【0010】

本発明の光電変換装置では、転送部は、第３転送領域上に配置された第３転送電極を更に有してもよい。これによれば、第１転送領域及び第２転送領域のそれぞれの電位だけでなく第３転送領域の電位も制御することができるため、電荷をより確実に転送することができる。

【0011】

本発明の光電変換装置では、転送部は、第１半導体領域及び第２半導体領域の導電型と異なる導電型を有する埋込層を更に有し、埋込層は、第３転送領域上に配置されていてもよい。これによれば、第３転送領域上に転送電極を配置することが不要となるため、構成の単純化を図ることができる。また、第３転送領域での暗電流の発生を抑制することができる。

【0012】

本発明の光電変換装置は、転送部に対して光の入射側に配置された遮光層を更に備えてもよい。これによれば、転送部に光が入射することに起因して転送部において不要な電荷が発生するのを防止することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、転送部において電荷の転送の向き等が変更されるような場合に、転送電極の数を多くすることを回避しつつ、電荷を確実に転送することができる光電変換装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】一実施形態の光電変換装置の平面図である。

【図2】図１に示されるII－II線に沿っての光電変換装置の断面図である。

【図3】図１に示される転送部の平面図である。

【図4】図３に示されるIV－IV線に沿っての転送部の断面図である。

【図5】図３に示されるV－V線に沿っての転送部の断面図である。

【図6】図３に示される第３転送領域に電位勾配が形成される原理を説明するための図である。

【図7】図３に示される転送部のポテンシャル図である。

【図8】図３に示される転送部のポテンシャル図である。

【図9】図３に示される転送部のポテンシャル図である。

【図10】変形例の光電変換装置の断面図である。

【図11】図１０に示される転送部の断面図である。

【図12】変形例の転送部の平面図である。

【図13】図１２に示されるXIII－XIII線に沿っての転送部の断面図である。

【図14】図１２に示されるXIV－XIV線に沿っての転送部の断面図である。

【図15】変形例の転送部の平面図である。

【図16】変形例の転送部の平面図である。

【図17】変形例の転送部の平面図である。

【図18】変形例の転送部の平面図である。

【図19】変形例の転送部の平面図である。

【図20】図１２に示される転送部のポテンシャル図である。

【図21】図１２に示される転送部のポテンシャル図である。

【図22】図１２に示される転送部のポテンシャル図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［光電変換装置の構成］

【0016】

図１及び図２に示されるように、光電変換装置１は、半導体層２と、配線層３と、を備えている。半導体層２には、光ｈνの入射に応じて電荷を発生する光電変換部４が設けられている。半導体層２及び配線層３には、電荷を転送する転送部５として、垂直シフトレジスタ５ａ、水平シフトレジスタ５ｂ、コーナーレジスタ５ｃ及び増倍レジスタ５ｄが設けられている。光電変換装置１は、例えば、光電変換部４及び垂直シフトレジスタ５ａによってＣＣＤ型撮像領域が構成された裏面入射型固体撮像装置である。以下、半導体層２の厚さ方向をＺ軸方向といい、Ｚ軸方向に垂直な一方向をＸ軸方向といい、Ｚ軸方向及びＸ軸方向の両方向に垂直な方向をＹ軸方向という。

【0017】

半導体層２は、半導体基板２１と、半導体層２２と、半導体領域２３と、を有している。半導体基板２１は、例えば、Ｐ^＋型シリコン基板である。半導体層２２は、例えば、エピタキシャル成長によって半導体基板２１の表面２１ａに形成されたＰ^－型シリコン層である。半導体領域２３は、例えば、Ｎ型不純物のドーピングによって半導体層２２の表面２２ａに沿って半導体層２２内に形成されたＮ^＋型半導体領域である。

【0018】

なお、「Ｐ^＋型」とは、例えば、Ｐ型不純物の濃度が１×１０^１７ｃｍ^－３以上というように、Ｐ型不純物の濃度が高いことを意味し、「Ｐ^－型」とは、例えば、Ｐ型不純物の濃度が１×１０^１５ｃｍ^－３以下というように、Ｐ型不純物の濃度が低いことを意味する。このことは、Ｎ型不純物についても同様である。

【0019】

半導体基板２１の裏面２１ｂには、凹部２４が形成されている。凹部２４は、例えば、エッチングによって形成されたものであり、半導体基板２１の表面２１ａ側とは反対側に向かって広がる四角錘台状を呈している。光電変換装置１では、半導体層２２のうち凹部２４の底面２４ａに対応する部分に形成されたＰＮ接合領域が光電変換部４を構成している。

【0020】

半導体基板２１の裏面２１ｂ及び凹部２４の側面２４ｂには、遮光層６が形成されている。遮光層６は、凹部２４の底面２４ａに対応する開口６ａを有している。遮光層６は、例えば、蒸着又はスパッタによって裏面２１ｂ及びの側面２４ｂに形成された金属膜である。光電変換装置１では、半導体基板２１の裏面２１ｂ側から遮光層６の開口６ａ及び凹部２４の底面２４ａを介して光電変換部４に光ｈνが入射する。

【0021】

配線層３は、絶縁膜７を介して半導体層２２の表面２２ａに形成されている。配線層３は、複数の転送電極（図示省略）と、層間絶縁膜３１と、を有している。絶縁膜７は、例えば、ＳｉＯ_２膜である。層間絶縁膜３１は、例えば、ＢＰＳＧ膜である。

【0022】

垂直シフトレジスタ５ａは、配線層３のうち光電変換部４に対応する部分に配置された複数の転送電極を有している。垂直シフトレジスタ５ａは、光電変換部４において発生した電荷をＹ軸方向における一方の側に転送する。

【0023】

水平シフトレジスタ５ｂは、Ｙ軸方向における垂直シフトレジスタ５ａの一方の側においてＸ軸方向に延在している。水平シフトレジスタ５ｂは、Ｘ軸方向に並んだ複数の転送電極を有している。水平シフトレジスタ５ｂは、垂直シフトレジスタ５ａによって転送された電荷をＸ軸方向における一方の側（図１における左側）に転送する。

【0024】

コーナーレジスタ５ｃは、Ｘ軸方向における水平シフトレジスタ５ｂの一方の側に配置されている。コーナーレジスタ５ｃは、水平シフトレジスタ５ｂによって転送された電荷を転送しつつ、当該電荷の転送の向きをＸ軸方向における一方の側（図１における左側）から他方の側（図１における右側）に変更する。

【0025】

増倍レジスタ５ｄは、Ｙ軸方向における水平シフトレジスタ５ｂの一方の側においてＸ軸方向に延在している。増倍レジスタ５ｄは、Ｘ軸方向に並んだ複数の転送電極を有している。増倍レジスタ５ｄは、コーナーレジスタ５ｃによって転送された電荷をＸ軸方向における他方の側（図１における右側）に転送しつつ、電荷（電子）を増倍する。増倍レジスタ５ｄによって転送された電荷は、半導体層２２内に形成されたアンプを介して外部に出力される。

【0026】

なお、水平シフトレジスタ５ｂ、コーナーレジスタ５ｃ及び増倍レジスタ５ｄは、光ｈνの入射側から見た場合に、半導体基板２１のうち凹部２４を包囲する枠部分、及び遮光層６に覆われている。つまり、光電変換装置１では、半導体基板２１の枠部分、及び遮光層６が、水平シフトレジスタ５ｂ、コーナーレジスタ５ｃ及び増倍レジスタ５ｄに対して光ｈνの入射側に配置されている。
［転送部の構成］

【0027】

転送部５のうちコーナーレジスタ５ｃに相当する部分の構成について、図３、図４及び図５を参照して詳細に説明する。図３は、図１に示される転送部５（具体的には、転送部５のうちコーナーレジスタ５ｃに相当する部分）の平面図である。図４は、図３に示されるIV－IV線に沿っての転送部５の断面図であり、図５は、図３に示されるV－V線に沿っての転送部５の断面図である。

【0028】

図３、図４及び図５に示されるように、転送部５は、第１転送領域５１と、第２転送領域５２と、第３転送領域５３と、第１転送電極５５と、第２転送電極５６と、第３転送電極５７と、を有している。第１転送領域５１、第２転送領域５２及び第３転送領域５３は、半導体層２２内に形成されている。第１転送電極５５、第２転送電極５６及び第３転送電極５７は、配線層３内に設けられている。

【0029】

第１転送領域５１及び第１転送電極５５は、水平シフトレジスタ５ｂ（図１参照）の下流側（電荷の転送方向における下流側）の端部に相当している。第２転送領域５２及び第２転送電極５６は、増倍レジスタ５ｄ（図１参照）の上流側（電荷の転送方向における上流側）の端部に相当している。第３転送領域５３及び第３転送電極５７は、コーナーレジスタ５ｃに相当している。

【0030】

第１転送領域５１は、Ｚ軸方向における半導体層２２の一方の側（Ｚ軸方向における光ｈνの入射側とは反対側）に形成された半導体領域２５を含んでいる。第２転送領域５２は、Ｚ軸方向における半導体層２２の一方の側に形成された半導体領域２６を含んでいる。半導体領域２５及び半導体領域２６は、例えば、Ｎ型不純物のドーピングによって半導体層２２内に形成されたＮ^＋型半導体領域である。

【0031】

第３転送領域５３は、Ｚ軸方向における半導体層２２の一方の側に形成された第１半導体領域２７及び第２半導体領域２８を含んでいる。第１半導体領域２７は、第１不純物濃度を有している。第２半導体領域２８は、第１不純物濃度よりも高い第２不純物濃度を有している。第１半導体領域２７は、例えば、Ｎ型不純物のドーピングによって半導体層２２内に形成されたＮ^－型半導体領域である。第２半導体領域２８は、例えば、Ｎ型不純物のドーピングによって半導体層２２内に形成されたＮ型半導体領域である。

【0032】

第３転送領域５３における第１半導体領域２７及び第２半導体領域２８の上流側の端部は、第１転送領域５１における半導体領域２５の下流側の端部に接続されている。第３転送領域５３における第１半導体領域２７及び第２半導体領域２８の下流側の端部は、第２転送領域５２における半導体領域２６の上流側の端部に接続されている。なお、転送部５において、半導体領域２５及び半導体領域２６並びに第１半導体領域２７及び第２半導体領域２８の周囲には、Ｐ^＋型よりもＰ型不純物の濃度が高いＰ^＋＋型半導体領域２９が形成されている。

【0033】

第１転送電極５５は、Ｚ軸方向における第１転送領域５１の一方の側に配置されている。つまり、第１転送電極５５は、第１転送領域５１上に配置されている。第２転送電極５６は、Ｚ軸方向における第２転送領域５２の一方の側に配置されている。つまり、第２転送電極５６は、第２転送領域５２上に配置されている。第３転送電極５７は、Ｚ軸方向における第３転送領域５３の一方の側に配置されている。つまり、第３転送電極５７は、第３転送領域５３上に配置されている。第１転送電極５５、第２転送電極５６及び第３転送電極５７は、層間絶縁膜３１によって電気的に分離されている。第１転送電極５５、第２転送電極５６及び第３転送電極５７は、例えば、ポリシリコンによって形成されている。

【0034】

図３に示されるように、第１転送領域５１は、第１ラインＬ１に沿ってＸ軸方向における一方の側（図３における左側）に電荷を転送する。第１ラインＬ１は、Ｘ軸方向に延在する直線である。第２転送領域５２は、第２ラインＬ２に沿ってＸ軸方向における他方の側（図３における右側）に電荷を転送する。第２ラインＬ２は、Ｘ軸方向に延在する直線である。第２転送領域５２が第２ラインＬ２に沿って電荷を転送する向きは、第１転送領域５１が第１ラインＬ１に沿って電荷を転送する向きと異なっている。光電変換装置１では、第２転送領域５２が第２ラインＬ２に沿って電荷を転送する向きと、第１転送領域５１が第１ラインＬ１に沿って電荷を転送する向きとは、１８０度の角度を成している。

【0035】

第３ラインＬ３は、第１ラインＬ１及び第２ラインＬ２の両方のライン上からずれている。すなわち、第３ラインＬ３は、第１ラインＬ１上からずれており、且つ第２ラインＬ２上からずれている。ここで、「第３ラインＬ３が第１ラインＬ１上からずれている」とは、第１ラインＬ１の下流端から延在する第１ラインＬ１の延長線上に（第１ラインＬ１が曲線である場合には、第１ラインＬ１の下流端から延在する接線上に）第３ラインＬ３の少なくとも一部が位置していないことを意味する。また、「第３ラインＬ３が第２ラインＬ２上からずれている」とは、第２ラインＬ２の上流端から延在する第２ラインＬ２の延長線上に（第２ラインＬ２が曲線である場合には、第２ラインＬ２の上流端から延在する接線上に）第３ラインＬ３の少なくとも一部が位置していないことを意味する。光電変換装置１では、第１ラインＬ１の下流端から延在する第１ラインＬ１の延長線上に第３ラインＬ３の全体が位置しておらず、且つ第２ラインＬ２の上流端から延在する第２ラインＬ２の延長線上に第３ラインＬ３の全体が位置していない。

【0036】

第２ラインＬ２は、第１ラインＬ１上からずれている。ここで、「第２ラインＬ２が第１ラインＬ１上からずれている」とは、第１ラインＬ１の下流端から延在する第１ラインＬ１の延長線上に（第１ラインＬ１が曲線である場合には、第１ラインＬ１の下流端から延在する接線上に）第２ラインＬ２の少なくとも一部が位置していないことを意味する。光電変換装置１では、第１ラインＬ１の下流端から延在する第１ラインＬ１の延長線上に第２ラインＬ２の全体が位置していない。

【0037】

第３転送領域５３は、第１ラインＬ１及び第２ラインＬ２に接続された第３ラインＬ３に沿って第１転送領域５１側から第２転送領域５２側に電荷を転送する。つまり、第３転送領域５３は、電荷の転送の向きをＸ軸方向における一方の側（図３における左側）から他方の側（図３における右側）に変更する。第３ラインＬ３は、第１ラインＬ１及び第２ラインＬ２に接続された曲線（例えば、円弧状の曲線）である。光電変換装置１では、第１ラインＬ１及び第３ラインＬ３が互いに接する関係を有しており、第２ラインＬ２及び第３ラインＬ３が互いに接する関係を有している。

【0038】

第３転送領域５３の構成について、より詳細に説明する。図３に示されるように、第２半導体領域２８は、第２転送領域５２側において拡幅されるように、第３ラインＬ３に沿って延在している。光電変換装置１では、第３ラインＬ３の法線方向における第２半導体領域２８の幅が、第２転送領域５２に近付くほど（換言すれば、第１転送領域５１から離れるほど）増加している。第３ラインＬ３は、例えば、第２半導体領域２８の幅の方向における中心を通っている。第１半導体領域２７は、第２半導体領域２８が拡幅される方向（すなわち、第３ラインＬ３の法線方向における第２半導体領域２８の幅の方向）において、第２半導体領域２８の両側に配置されている。なお、第３ラインＬ３の法線方向における第２半導体領域２８の幅は、連続的に増加していてもよいし、段階的に増加していてもよい。

【0039】

以上のように構成された第３転送領域５３には、第３ラインＬ３に沿って第１転送領域５１側から第２転送領域５２側に電荷が移動する電位勾配（ポテンシャルの傾斜）が形成されることになる。その原理は、次のとおりである。すなわち、第３転送領域５３のうち第１転送領域５１に近い部分では、図６の（ａ）に示されるように、第３転送領域５３の幅に対する第２半導体領域２８の幅が小さくなるため、両側の第１半導体領域２７からのフリンジングが強くなり、電位（図６の（ａ）に示される実線）が浅くなる。一方、第３転送領域５３のうち第２転送領域５２に近い部分では、図６の（ｂ）に示されるように、第３転送領域５３の幅に対する第２半導体領域２８の幅が大きくなるため、両側の第１半導体領域２７からのフリンジングが弱くなり、電位（図６の（ｂ）に示される実線）が深くなる。上述したように、第３転送領域５３では、第２半導体領域２８が、第２転送領域５２側において拡幅されるように、第３ラインＬ３に沿って延在している。そのため、第３転送領域５３には、第３ラインＬ３に沿って第１転送領域５１側から第２転送領域５２側に電荷が移動する電位勾配が形成されることになる。なお、図６の（ａ）及び（ｂ）に示される破線は、第１半導体領域２７及び第２半導体領域２８のそれぞれが単独で存在する場合の電位である。

【0040】

転送部５のうちコーナーレジスタ５ｃに相当する部分での電荷の転送について、図７、図８及び図９を参照して説明する。図７、図８及び図９は、図３に示される転送部５（具体的には、転送部５のうちコーナーレジスタ５ｃに相当する部分）のポテンシャル図である。なお、本説明では、第１転送領域５１の上流側に隣接する転送領域を転送領域６１といい、第２転送領域５２の下流側に隣接する転送領域を転送領域６２という。また、転送領域６１上に配置された転送電極を転送電極６３といい、転送領域６２上に配置された転送電極を転送電極６４という。

【0041】

まず、図７の（ａ）に示されるように、転送電極６３及び第２転送電極５６に低電圧が印加され、且つ第１転送電極５５及び転送電極６４に高電圧が印加され、且つ第３転送電極５７に高電圧が印加された状態から、図７の（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、第１転送電極５５及び転送電極６４に低電圧が印加される。これにより、第１転送領域５１及び転送領域６２のポテンシャルが浅くなり、転送領域６１のポテンシャルが障壁となって、第１転送領域５１から第３転送領域５３に電荷（電子）が移動する。このとき、第３転送領域５３には、第１転送領域５１側から第２転送領域５２側に電荷が移動する電位勾配（ポテンシャルの傾斜）が形成されているため、第３転送領域５３では、第２転送領域５２側に電荷が移動する。また、第２転送領域５２のポテンシャルが障壁となって、転送領域６２から下流側の転送領域（図示省略）に電荷が移動する。なお、図７の（ｂ）は、第１転送領域５１及び転送領域６２のポテンシャルが遷移している途中の状態を示している。

【0042】

続いて、図８の（ａ）に示されるように、転送電極６３及び第２転送電極５６に高電圧が印加される。これにより、転送領域６１及び第２転送領域５２のポテンシャルが深くなり、第３転送領域５３から第２転送領域５２に電荷が移動する。また、上流側の転送領域（図示省略）から転送領域６１に電荷が移動する。続いて、図８の（ｂ）に示されるように、第３転送電極５７に低電圧が印加される。これにより、第３転送領域５３のポテンシャルが浅くなる。続いて、図８の（ｃ）に示されるように、第１転送電極５５及び転送電極６４に高電圧が印加される。これにより、第１転送領域５１及び転送領域６２のポテンシャルが深くなる。

【0043】

続いて、図９の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、転送電極６３及び第２転送電極５６に低電圧が印加される。これにより、転送領域６１及び第２転送領域５２のポテンシャルが浅くなり、第３転送領域５３のポテンシャルが障壁となって、第２転送領域５２から転送領域６２に電荷が移動する。また、上流側の転送領域のポテンシャルが障壁となって、転送領域６１から第１転送領域５１に電荷が移動する。なお、図９の（ａ）は、転送領域６１及び第２転送領域５２のポテンシャルが遷移している途中の状態を示している。続いて、図９の（ｃ）に示されるように、第３転送電極５７に高電圧が印加される。これにより、第３転送領域５３のポテンシャルが深くなり、図７の（ａ）に示される状態に戻る。
［作用及び効果］

【0044】

光電変換装置１では、転送部５（具体的には、転送部５のうちコーナーレジスタ５ｃに相当する部分）が、第１ラインＬ１に沿って電荷を転送する第１転送領域５１と、第２ラインＬ２に沿って電荷を転送する第２転送領域５２と、第１ラインＬ１及び第２ラインＬ２に接続された第３ラインＬ３に沿って第１転送領域５１側から第２転送領域５２側に電荷を転送する第３転送領域５３と、を有しており、第３ラインＬ３が、第１ラインＬ１及び第２ラインＬ２の両方のライン上からずれている。これにより、少なくとも第３転送領域５３において、電荷の転送の向き等が変更されることになる。第３転送領域５３では、第１不純物濃度よりも高い第２不純物濃度を有する第２半導体領域２８が、第２転送領域５２側において拡幅されるように、第３ラインＬ３に沿って延在しており、第１不純物濃度を有する第１半導体領域２７が、第２半導体領域２８が拡幅される方向において、第２半導体領域２８の両側に配置されている。これにより、第３ラインＬ３に沿って第１転送領域５１側から第２転送領域５２側に電荷が移動する電位勾配（ポテンシャルの傾斜）が第３転送領域５３に形成されることになる。したがって、電荷の転送の向き等を変更するために第３転送領域５３上に多くの転送電極を配置することが不要となる。よって、光電変換装置１によれば、転送部５において電荷の転送の向き等が変更されるような場合に、転送電極の数を多くすることを回避しつつ、電荷を確実に転送することができる。

【0045】

光電変換装置１では、転送部５において転送電極の数を多くすることを回避することができるため、次のような具体的効果が奏される。すなわち、構造が複雑化することに起因して歩留まりが低下するのを防止することができる。また、電気的な容量の増加に起因して高速駆動が妨げられるのを防止することができる。更に、消費電力が増大するのを防止することができる。

【0046】

光電変換装置１では、第２転送領域５２が第２ラインＬ２に沿って電荷を転送する向きが、第１転送領域５１が第１ラインＬ１に沿って電荷を転送する向きと異なっている。これにより、転送部５において電荷の転送の向きを変更することができる。

【0047】

光電変換装置１では、第３ラインＬ３が曲線である。これにより、転送部５において電荷の転送の向きをスムーズに変更することができる。

【0048】

光電変換装置１では、転送部５が、第３転送領域５３上に配置された第３転送電極５７を有している。これにより、第１転送領域５１及び第２転送領域５２のそれぞれの電位だけでなく第３転送領域５３の電位も制御することができるため、電荷をより確実に転送することができる。

【0049】

光電変換装置１では、遮光層６が、転送部５に対して光ｈνの入射側に配置されている。これにより、転送部５に光ｈνが入射することに起因して転送部５において不要な電荷が発生するのを防止することができる。
［変形例］

【0050】

本発明は、上述した実施形態に限定されない。例えば、図１０に示されるように、光電変換装置１は、表面入射型固体撮像装置であってもよい。図１０に示される光電変換装置１では、半導体領域２３が、半導体層２２の表面２２ａに沿って半導体層２２内に形成されており、絶縁膜７、配線層３及び遮光層６が、この順序で半導体層２２の表面２２ａに配置されている。図１０に示される光電変換装置１では、半導体層２２の表面２２ａ側から、遮光層６の開口６ａ、配線層３及び絶縁膜７を介して、光電変換部４に光ｈνが入射する。図１０に示される光電変換装置１は、図１１に示される転送部５を備えている。図１１に示される転送部５は、第１転送電極５５、第２転送電極５６及び第３転送電極５７が第１転送領域５１、第２転送領域５２及び第３転送領域５３に対して光ｈνの入射側に配置されている点で、図４に示される転送部５と相違している。なお、図１１は、図４と同様の線（すなわち、図３に示されるIV－IV線）に沿っての断面図である。

【0051】

また、図１及び図２に示される光電変換装置１において、半導体基板２１の全体が薄化されていてもよい。その場合に、光電変換装置１は、配線層３に対して光ｈνの入射側とは反対側に配置された支持基板を更に備えていてもよい。

【0052】

また、図１及び図２に示される光電変換装置１において、半導体基板２１のうち凹部２４を包囲する枠部分が、水平シフトレジスタ５ｂ、コーナーレジスタ５ｃ及び増倍レジスタ５ｄに対して光ｈνの入射側に配置されている場合には、光電変換装置１は遮光層６を備えていなくてもよい。半導体基板２１が枠部分を有している場合には、当該枠部分に光ｈνが入射して当該枠部分において電荷が発生したとしても、当該電荷が半導体層２２に到達する前に消滅する可能性が高いからである。

【0053】

また、転送部５は、第３転送領域５３上に配置された転送電極（上述した第３転送電極５７に相当する転送電極）を有していなくてもよい。図１２、図１３及び図１４に示される転送部５は、第３転送領域５３上に転送電極が配置されていない点、及び第３転送領域５３上に埋込層５４が配置されている点で、図１１に示される転送部５と相違している。図１２、図１３及び図１４に示される転送部５では、埋込層５４は、Ｚ軸方向における第３転送領域５３の一方の側（Ｚ軸方向における光ｈνの入射側）に配置されている。つまり、埋込層５４は、第３転送領域５３上に配置されている。埋込層５４は、第１半導体領域２７及び第２半導体領域２８の導電型と異なる導電型を有している。埋込層５４は、例えば、Ｐ型不純物のドーピングによって半導体層２２の表面２２ａに沿って半導体層２２内に形成されたＰ^＋型半導体領域である。図１２、図１３及び図１４に示される転送部５によれば、第３転送領域５３上に転送電極を配置することが不要となるため、構成の単純化を図ることができる。また、第３転送領域５３での暗電流の発生を抑制することができる。

【0054】

また、転送部５が光電変換部としての機能を兼ねる場合には、転送部５は、第３転送電極５７を有しているか否かにかかわらず、更には、埋込層５４を有しているか否かにかかわらず、転送部５に対して光ｈνの入射側に遮光層６が配置されていなくてもよい。

【0055】

また、第２転送領域５２が第２ラインＬ２に沿って電荷を転送する向きは、第１転送領域５１が第１ラインＬ１に沿って電荷を転送する向きと異なっていればよい。例えば、図１５に示されるように、第２転送領域５２が第２ラインＬ２に沿って電荷を転送する向きと、第１転送領域５１が第１ラインＬ１に沿って電荷を転送する向きとは、９０度の角度を成していてもよい。図１６に示されるように、第２転送領域５２が第２ラインＬ２に沿って電荷を転送する向きと、第１転送領域５１が第１ラインＬ１に沿って電荷を転送する向きとは、４５度の角度を成していてもよい。

【0056】

また、図１７に示されるように、第１転送領域５１、第３転送領域５３、第２転送領域５２、第３転送領域５３及び第２転送領域５２が、上流側からこの順序で並んでいてもよい。この場合には、下流側の第３転送領域５３にとっては、当該下流側の第３転送領域５３の上流側に隣接する第２転送領域５２が、第１転送領域５１に相当する。

【0057】

また、第３ラインＬ３が、第１ラインＬ１及び第２ラインＬ２の少なくとも一方のライン上からずれていれば、図１８に示されるように、第２転送領域５２が第２ラインＬ２に沿って電荷を転送する向きが、第１転送領域５１が第１ラインＬ１に沿って電荷を転送する向きと同じであってもよい。このような構成によれば、転送部５において電荷の転送の進路が変更されるような場合に、転送電極の数を多くすることを回避しつつ、電荷を確実に転送することができる。

【0058】

また、第３ラインＬ３が、第１ラインＬ１及び第２ラインＬ２の少なくとも一方のライン上からずれていれば、図１９に示されるように、第２ラインＬ２が第１ラインＬ１上からずれていなくてもよい。図１９に示される転送部５では、第１ラインＬ１及び第２ラインＬ２が同一直線上に位置しており、第３ラインＬ３が当該直線上から逸れて当該直線上に戻るように延在している。このような構成によれば、例えば、転送部５が避けるべき対象が第１転送領域５１と第２転送領域５２との間に存在し、転送部５を直線的に形成することができない場合に、転送電極の数を多くすることを回避しつつ、電荷を確実に転送することができる。

【0059】

また、転送部５のうちコーナーレジスタ５ｃに相当する部分での電荷の転送は、転送部５が第３転送電極５７を有しているか否かにかかわらず、第３転送領域５３のポテンシャルが固定された状態で実施されてもよい。その具体例について、図２０、図２１及び図２２を参照して説明する。図２０、図２１及び図２２は、図１２に示される転送部５（具体的には、転送部５のうちコーナーレジスタ５ｃに相当する部分）のポテンシャル図である。なお、本説明では、第１転送領域５１の上流側に隣接する転送領域を転送領域６１といい、第２転送領域５２の下流側に隣接する転送領域を転送領域６２という。また、転送領域６１上に配置された転送電極を転送電極６３といい、転送領域６２上に配置された転送電極を転送電極６４という。

【0060】

まず、図２０の（ａ）に示されるように、転送電極６３及び第２転送電極５６に低電圧が印加され、且つ第１転送電極５５及び転送電極６４に高電圧が印加された状態（この状態において、第３転送領域５３のポテンシャルは、転送領域６１及び第２転送領域５２のポテンシャルよりも深く、且つ第１転送領域５１及び転送領域６２のポテンシャルよりも浅い）から、図２０の（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、第１転送電極５５及び転送電極６４に低電圧が印加される。これにより、第１転送領域５１及び転送領域６２のポテンシャルが浅くなり、転送領域６１のポテンシャルが障壁となって、第１転送領域５１から第３転送領域５３に電荷（電子）が移動する。このとき、第３転送領域５３には、第１転送領域５１側から第２転送領域５２側に電荷が移動する電位勾配（ポテンシャルの傾斜）が形成されているため、第３転送領域５３では、第２転送領域５２側に電荷が移動する。また、第２転送領域５２のポテンシャルが障壁となって、転送領域６２から下流側の転送領域（図示省略）に電荷が移動する。なお、図２０の（ｂ）は、第１転送領域５１及び転送領域６２のポテンシャルが遷移している途中の状態を示している。

【0061】

続いて、図２１の（ａ）に示されるように、転送電極６３及び第２転送電極５６に高電圧が印加される。これにより、転送領域６１及び第２転送領域５２のポテンシャルが深くなり、第３転送領域５３から第２転送領域５２に電荷が移動する。また、上流側の転送領域（図示省略）から転送領域６１に電荷が移動する。続いて、図２１の（ｂ）に示されるように、第１転送電極５５及び転送電極６４に高電圧が印加される。これにより、第１転送領域５１及び転送領域６２のポテンシャルが深くなる。続いて、図２２の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、転送電極６３及び第２転送電極５６に低電圧が印加される。これにより、転送領域６１及び第２転送領域５２のポテンシャルが浅くなり、図２０の（ａ）に示される状態に戻る。なお、図２２の（ａ）は、転送領域６１及び第２転送領域５２のポテンシャルが遷移している途中の状態を示している。この遷移の途中に、第３転送領域５３のポテンシャルが障壁となって、第２転送領域５２から転送領域６２に電荷が移動する。また、上流側の転送領域のポテンシャルが障壁となって、転送領域６１から第１転送領域５１に電荷が移動する。

【0062】

また、上述したいずれの形態及び例においても、第３転送領域５３における第２半導体領域２８の上流側の端部は、第１転送領域５１における半導体領域２５の下流側の端部から若干（電荷の移動が妨げられない程度に）離れていてもよい。また、上述したいずれの形態及び例においても、第３転送領域５３における第２半導体領域２８の下流側の端部は、第２転送領域５２における半導体領域２６の上流側の端部から若干（電荷の移動が妨げられない程度に）離れていてもよい。また、上述したいずれの形態及び例においても、Ｐ型及びＮ型の導電型は、上述したものに対して逆であってもよい。また、上述したいずれの形態及び例においても、各半導体領域の不純物の濃度は、上述したものに限定されず、適宜変更可能である。

【符号の説明】

【0063】

１…光電変換装置、４…光電変換部、５…転送部、６…遮光層、２７…第１半導体領域、２８…第２半導体領域、５１…第１転送領域、５２…第２転送領域、５３…第３転送領域、５４…埋込層、５５…第１転送電極、５６…第２転送電極、５７…第３転送電極、Ｌ１…第１ライン、Ｌ２…第２ライン、Ｌ３…第３ライン。

【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13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】