(57)【要約】【課題】チップサイズを維持しながら更なる高感度化を図ることのできる固体撮像素子を提供する。【解決手段】半導体基板１１内に列方向に配設された複数の光電変換部１からなる光電変換部列が、列方向と直交する行方向に複数配列された固体撮像素子１０であって、光電変換部列の各光電変換部１で発生した電荷を列方向に転送する垂直電荷転送路３と、光電変換部列の各光電変換部に蓄積された過剰電荷を排出するためのオーバーフロードレイン（ＯＦＤ）４とを備え、複数の光電変換部列同士の間には、垂直電荷転送路３とＯＦＤ４とが行方向に交互に配置され、垂直電荷転送路３に隣接する２つの光電変換部列で該垂直電荷転送路３を共用し、ＯＦＤ４に隣接する２つの光電変換部列で該ＯＦＤ４を共用している。【選択図】図１
2010225769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板内に列方向に配設された複数の光電変換部からなる光電変換部列が、前記列方向と直交する行方向に複数配列された固体撮像素子であって、
前記光電変換部列の各光電変換部で発生した電荷を前記列方向に転送する電荷転送部と、
前記光電変換部列の各光電変換部に蓄積された過剰電荷を排出するためのオーバーフロードレインとを備え、
前記複数の光電変換部列同士の間には、前記電荷転送部と前記オーバーフロードレインのいずれかが配置され、
前記電荷転送部と前記オーバーフロードレインは、前記複数の光電変換部列同士の間を前記行方向に交互に配置され、
前記電荷転送部に隣接する２つの前記光電変換部列で該電荷転送部を共用し、
前記オーバーフロードレインに隣接する２つの前記光電変換部列で該オーバーフロードレインを共用している固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
前記オーバーフロードレインを挟んで隣接する２つの前記光電変換部列同士の距離ｄ１と、前記電荷転送部を挟んで隣接する２つの前記光電変換部列同士の距離ｄ２とが同じになっている固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１又は２記載の固体撮像素子であって、
前記オーバーフロードレインとそれに隣接する前記光電変換部列との間に設けられ、前記オーバーフロードレインと前記光電変換部との間の電位障壁を形成するためのオーバーフローゲートと、
前記半導体基板の前記オーバーフローゲート上方に設けられ、前記オーバーフローゲートの電位を制御するための制御電極とを備え、
前記オーバーフロードレインを挟んで隣接する２つの前記オーバーフローゲートの各々の上方に設けられた前記制御電極は、２つの前記オーバーフローゲートの一方の上方から、前記オーバーフロードレインを跨いで、２つの前記オーバーフローゲートの他方の上方まで形成された１つの電極となっている固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記複数の光電変換部列のうち、奇数番目の光電変換部列と偶数番目の光電変換部列とが、前記光電変換部列の各光電変換部の前記列方向の配列ピッチの１／２だけ前記列方向にずれて配置されている固体撮像素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の固体撮像素子を備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像素子では、フォトダイオードの過剰電荷を排出するために、オーバーフロードレイン（ＯＦＤ）を設けるのが一般的である。
【０００３】
特許文献１には、フォトダイオードの隣にＯＦＤを設けた、いわゆる横型ＯＦＤが開示されている。このような横型ＯＦＤは、フォトダイオードとは別にＯＦＤを形成するためのスペースが必要であるため、微細化に不利となる。また、特許文献１には、ＯＦＤとフォトダイオードの間のオーバーフローゲート上に電極を設け、この電極でオーバーフローゲートの電位を制御することで、フォトダイオードの飽和容量を変更可能にした構成も開示されている。しかし、微細化が進むにしたがって、この電極の形成も難しくなっていた。
【０００４】
こういった事情から、近年の微細化が進んだ固体撮像素子においては、横型ＯＦＤが採用されることはなくなっており、フォトダイオードの真下にＯＦＤを設けた、いわゆる縦型ＯＦＤを採用するのが主流となっている（特許文献２参照）。
【０００５】
図５は、縦型ＯＦＤを有する画素部の断面模式図である。図５に示す画素部は、ｎ型シリコン基板１００上のｐウェル層１０１内に形成されたｎ型不純物層１０２と、その表面に設けられたｐ型不純物層１０３とを有する構成となっている。ｎ型不純物層１０２とｐウェル層１０１とのｐｎ接合により、フォトダイオードが構成されている。
【０００６】
図６は、図５に示すａ−ａ’断面における基板深さ方向に沿った電位を示した図である。図６に示すように、ｐウェル層１０１がフォトダイオードの基板側の電位障壁ピークを形成しており、この電位障壁ピークよりも深い位置に入射した光に応じて発生した電荷は、フォトダイオードのｎ型不純物層１０２に蓄積されることなく、ｎ型シリコン基板１００へと排出される。
【０００７】
一方、図７は、横型ＯＦＤを有する画素部の断面模式図である。図７に示す画素部は、ｐ型シリコン基板２００内に形成されたｎ型不純物層２０２と、その表面に設けられたｐ型不純物層２０３とを有する構成となっている。ｎ型不純物層２０２とｐ型シリコン基板２００とのｐｎ接合により、フォトダイオードが構成されている。
【０００８】
図８は、図７に示すｂ−ｂ’断面における基板深さ方向に沿った電位を示した図である。図８に示すように、フォトダイオードの基板側の電位障壁ピークが、縦型ＯＦＤよりも深い位置に存在している。このため、横型ＯＦＤを採用した構造によれば、縦型ＯＦＤを採用した構造よりも、ｐ型シリコン基板２００深くで発生した電荷をフォトダイオードのｎ型不純物層２０２に蓄積することができ、感度を向上させることができるという利点がある。
【０００９】
このように、横型ＯＦＤは感度向上の点でメリットがあるが、上述したように微細化への対応が難しいため、近年では、縦型ＯＦＤを採用しつつ、転送路の形状を工夫する等してフォトダイオード開口を拡げて飽和容量を増やすことにより、感度向上を図っていた。しかし、この飽和容量の拡大も限界に近づいており、更なる高感度化に向けての新しい構造が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭５６−１００５７７号公報
【特許文献２】特開昭５７−５５６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、チップサイズを維持しながら更なる高感度化を図ることのできる固体撮像素子及びそれを備えた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】
【００１２】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板内に列方向に配設された複数の光電変換部からなる光電変換部列が、前記列方向と直交する行方向に複数配列された固体撮像素子であって、前記光電変換部列の各光電変換部で発生した電荷を前記列方向に転送する電荷転送部と、前記光電変換部列の各光電変換部に蓄積された過剰電荷を排出するためのオーバーフロードレインとを備え、前記複数の光電変換部列同士の間には、前記電荷転送部と前記オーバーフロードレインのいずれかが配置され、前記電荷転送部と前記オーバーフロードレインは、前記複数の光電変換部列同士の間を前記行方向に交互に配置され、前記電荷転送部に隣接する２つの前記光電変換部列で該電荷転送部を共用し、前記オーバーフロードレインに隣接する２つの前記光電変換部列で該オーバーフロードレインを共用している。
【００１３】
本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、チップサイズを維持しながら更なる高感度化を図ることのできる固体撮像素子及びそれを備えた撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の平面模式図
【図２】図１に示す固体撮像素子のＢ−Ｂ’線の断面模式図
【図３】図１に示す固体撮像素子の第一の変形例を示す断面模式図
【図４】図１に示す固体撮像素子の第二の変形例を示す平面模式図
【図５】縦型ＯＦＤを有する画素部の断面模式図
【図６】図５に示すａ−ａ’断面における基板深さ方向に沿った電位を示した図
【図７】横型ＯＦＤを有する画素部の断面模式図
【図８】図７に示すｂ−ｂ’断面における基板深さ方向に沿った電位を示した図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の平面模式図である。この固体撮像素子は、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置、電子内視鏡やカメラ付き携帯電話機に搭載される撮像装置に搭載して用いられる。
【００１８】
図１に示す固体撮像素子１０は、ｐ型シリコン基板１１内の列方向とこれに直交する行方向に二次元状に配設された複数の光電変換部１を備える。複数の光電変換部１の配置は、列方向に配設された複数の光電変換部１からなる光電変換部列を行方向に複数配列したものとなっている。
【００１９】
固体撮像素子１０は、光電変換部列の各光電変換部１で発生した電荷を列方向に転送する電荷転送部である垂直電荷転送路３と、光電変換部列の各光電変換部１に蓄積された過剰電荷を排出するためのオーバーフロードレイン（以下、ＯＦＤと略す）４とを備える。
【００２０】
行方向に並ぶ光電変換部列同士の間には、垂直電荷転送路３とＯＦＤ４とが行方向に交互に配置されている。この固体撮像素子１０では、垂直電荷転送路３に隣接する２つの光電変換部列で該垂直電荷転送路３を共用し、ＯＦＤ４に隣接する２つの光電変換部列で該ＯＦＤ４を共用したことを特徴としている。
【００２１】
“垂直電荷転送路３に隣接する２つの光電変換部列で該垂直電荷転送路３を共用する”とは、この２つの光電変換部列の各光電変換部１で発生して蓄積された電荷については、この垂直電荷転送路３で列方向に転送するということを意味する。このため、垂直電荷転送路３と、それに隣接する２つの光電変換部列の各光電変換部１との間には読み出しゲート２が形成されており、この読み出しゲート２を介して、２つの光電変換部列から、それらの間にある垂直電荷転送路３に電荷を読み出すことができるようになっている。なお、読み出しゲート２は、行方向に隣り合う光電変換部１同士で列方向に互いに異なる位置に形成されており、１つの垂直電荷転送路３に対し、それを共用する２つの光電変換部列からそれぞれ独立に電荷を読み出せるようになっている。
【００２２】
“ＯＦＤ４に隣接する２つの光電変換部列で該ＯＦＤ４を共用する”とは、この２つの光電変換部列の各光電変換部１に蓄積された過剰電荷については、このＯＦＤ４に排出することを意味する。このため、ＯＦＤ４と、それに隣接する２つの光電変換部列の各光電変換部１との間にはオーバーフローゲート（以下、ＯＦＧと略す）５が形成されており、このＯＦＧ５を介して、２つの光電変換部列から、それらの間にあるＯＦＤ４に過剰電荷を排出することができるようになっている。
【００２３】
固体撮像素子１０は、更に、垂直電荷転送路３を転送されてきた電荷を行方向に転送するための水平電荷転送路６と、水平電荷転送路６を転送されてきた電荷を、その電荷量に応じた信号に変換して出力する出力部７とを備える。
【００２４】
図２は、図１に示す固体撮像素子のＢ−Ｂ’線の断面模式図である。図２に示すように、光電変換部１はｐ型シリコン基板１１内に形成されている。ｐ型シリコン基板１１内には、ｎ型不純物層１ｂが形成されており、このｎ型不純物層１ｂとｐ型シリコン基板１１とのｐｎ接合により、入射した光に応じた電荷を発生してこれを蓄積する光電変換部１（フォトダイオード）が構成される。この光電変換部１は、ｎ型不純物層１ｂの表面に高濃度のｐ型不純物層１ａが設けられた、いわゆる埋め込み型フォトダイオードとなっている。
【００２５】
垂直電荷転送路３を共用している２つの光電変換部１の間にはｎ型不純物層が形成され、これが垂直電荷転送路３を構成している。垂直電荷転送路３と、それに隣接する２つの光電変換部１のうち左側の光電変換部１との間にはｐ型不純物層が形成され、これが読み出しゲート２を構成している。垂直電荷転送路３と、それに隣接する２つの光電変換部１のうち右側の光電変換部１との間には、高濃度のｐ型不純物層からなる素子分離領域８が形成されている。素子分離領域８は、光電変換部１、読み出しゲート２、垂直電荷転送路３、ＯＦＤ４、及びＯＦＧ５が形成された領域以外の部分にも形成されている。
【００２６】
読み出しゲート２及び垂直電荷転送路３上には、絶縁膜１４を介して転送電極１２が形成されている。この転送電極１２は、光電変換部１あたり例えば２つ設けられ、ここに印加するパルスを制御することで、垂直電荷転送路３に読み出した電荷を列方向に転送することができる。また、転送電極１２は、読み出しゲート２と重なる部分も有しているため、ここに読み出しパルスを印加することで、光電変換部１から垂直電荷転送路３に電荷を読み出すことができる。
【００２７】
ＯＦＤ４を共用している２つの光電変換部１の間にはｎ型不純物層が形成され、これがＯＦＤ４を構成している。ＯＦＤ４と、それに隣接する２つの光電変換部１との間には、それぞれｐ型不純物層が形成され、これがＯＦＧ５を構成している。ＯＦＧ５は、光電変換部１の電荷蓄積部となるｎ型不純物層１ｂと反対導電型で構成されており、光電変換部１とＯＦＤ４との間に電位障壁を形成する。光電変換部１は素子分離領域８と読み出しゲート２によって覆われているため、転送電極１２に読み出しパルスが印加されていない状態では、光電変換部１とその周りにある素子との間の電位障壁は、ＯＦＧ５によって形成されるものが最も深くなり、光電変換部１に蓄積しきれなくなった過剰電荷（飽和容量を超えた電荷）は、この電位障壁を越えてＯＦＤ４へと排出される。
【００２８】
絶縁膜１４上には、光電変換部１の上方に開口Ｋが形成されたタングステン等から構成された遮光膜９が設けられている。遮光膜９上には、図示しないカラーフィルタやマイクロレンズ等が設けられている。
【００２９】
以上のように構成された固体撮像素子１０では、光が入射すると、これに応じて光電変換部１で電荷が発生してこれが蓄積される。光電変換部１の飽和容量を超えた過剰電荷はＯＦＧ５を介してＯＦＤ４へと排出される。露光終了後は、転送電極１２に読み出しパルスが印加され、光電変換部１から読み出しゲート２を介して垂直電荷転送路３に電荷が読み出される。読み出された電荷は水平電荷転送路６を経由して出力部７まで転送され、ここから信号として出力される。
【００３０】
以上のように、この固体撮像素子１０によれば、垂直電荷転送路３に隣接する２つの光電変換部列で該垂直電荷転送路３を共用しているため、１つの光電変換部列に対して１つの垂直電荷転送路を設けている従来構成と比較して、垂直電荷転送路の数を約半分にすることができ、スペースを確保することができる。このスペースには、隣接する２つの光電変換部列で共用されたＯＦＤ４が形成されており、いわゆる横型ＯＦＤが実現されている。この結果、シリコン基板１１深くで発生した電荷を光電変換部１に蓄積することができるようになり、縦型ＯＦＤを採用した構成と比べて感度向上を図ることができる。このように、固体撮像素子１０によれば、１つの光電変換部列に対して１つの垂直電荷転送路を設け且つ縦型ＯＦＤを採用している微細化された従来構成とチップサイズを同レベルにしつつ、感度向上を図ることができるようになる。
【００３１】
なお、固体撮像素子１０では、従来構成において素子分離領域８、垂直電荷転送路３、及び読み出しゲート２を形成していた領域に、ＯＦＤ４及び２つのＯＦＧ５を形成した構成となっている。ＯＦＤ４及び２つのＯＦＧ５は、垂直電荷転送路３とは異なり、電荷蓄積容量等を考慮する必要がない。このため、ＯＦＤ４及び２つのＯＦＧ５を併せた行方向の幅は、素子分離領域８、垂直電荷転送路３、及び読み出しゲート２を併せた行方向の幅よりも狭くすることが可能である。
【００３２】
そこで、固体撮像素子１０では、ＯＦＤ４及び２つのＯＦＧ５を併せた行方向の幅を、素子分離領域８、垂直電荷転送路３、及び読み出しゲート２を併せた行方向の幅よりも狭くしている。つまり、ＯＦＤ４を挟んで隣接する２つの光電変換部１間の行方向の距離ｄ１を、垂直電荷転送路３を挟んで隣接する２つの光電変換部１間の行方向の距離ｄ２よりも小さくしている。このようにすることで、固体撮像素子１０の行方向の幅を従来構成よりも小さくすることができ、チップサイズの縮小化を図ることができる。また、チップサイズを変えないのであれば、画素数を増やすことができる。
【００３３】
また、チップサイズを変えないのであれば、光電変換部１をＯＦＤ４及び２つのＯＦＧ５の形成された領域側に拡大して更なる感度向上を図ることもできる。例えば、光電変換部１を拡大した分、遮光膜９の開口ＫもＯＦＤ４及び２つのＯＦＧ５の形成された領域に向かって拡大することで感度を向上させることができる。なお、光電変換部１の拡大に合わせて遮光膜９の開口ＫもＯＦＤ４及び２つのＯＦＧ５の形成された領域に向かって拡大する場合、図２に示したように、垂直電荷転送路３を挟んで隣接する２つの光電変換部１上方の開口Ｋの中心同士の行方向の距離Ｐ１が、ＯＦＤ４を挟んで隣接する２つの光電変換部１上方の開口Ｋの中心同士の行方向の距離Ｐ２よりも大きくなり、行方向でのサンプリングポイントが等間隔とならない。
【００３４】
そこで、ｄ１＝ｄ２とすることが好ましい。これにより、Ｐ１＝Ｐ２となって行方向でのサンプリングポイントを等間隔とすることができるため、良好な撮像が可能となる。このようにした場合でも、従来構成において垂直電荷転送路３を省略したスペースにＯＦＤ４及びＯＦＧ５を設けたことになるため、画素数及びチップサイズを従来と同等にしながら、感度を向上させることができる。
【００３５】
なお、ＯＦＤ４及びＯＦＧ５の代わりに縦型ＯＦＤを採用した場合、上記距離ｄ１を更に小さくすることができるため、開口Ｋをより広げて更なる高感度を図ることができる。しかし、この場合、上記距離Ｐ２がより小さくなり、サンプリングポイントのずれが顕著となってしまう。本発明者は、横型ＯＦＤを採用することで縦型ＯＦＤよりも感度向上させられる点に着目し、横型ＯＦＤによって感度が向上した分、距離ｄ１を距離ｄ２と同じにしてサンプリングポイントのずれを抑えることに注力することにより、高感度且つ高画質の素子を実現している。
【００３６】
以下、図１に示す固体撮像素子１０の変形例を説明する。
【００３７】
（第一の変形例）
この変形例の固体撮像素子は、図１に示した固体撮像素子１０のＯＦＧ５上方に、ＯＦＧ５の電位を制御するための制御電極１３を設けた構成となっている。なお、固体撮像素子の平面図は、図１と同じである。
【００３８】
図３は、第一の変形例の固体撮像素子の図１に示すＢ−Ｂ’線に相当する断面模式図である。図２と異なる点は、ＯＦＤ４及びＯＦＧ５の上に、絶縁膜１４を介して制御電極１３が設けられ、この制御電極１３が遮光膜９によって遮光されている点である。
【００３９】
ＯＦＤ４を挟んで隣接する２つのＯＦＧ５の各々の上方に設けられた制御電極１３は、該２つのＯＦＧ５の一方の上方から、ＯＦＤ４を跨いで、該２つのＯＦＧ５の他方の上方まで形成された１つの電極となっている。制御電極１３は、列方向に延びるＯＦＤ４及びＯＦＧ５と重なるように列方向に延在した直線形状となっている。
【００４０】
以上のような構成の第一の変形例の固体撮像素子によれば、制御電極１３に印加する電圧によりＯＦＧ５の電位を制御することができる。例えば、ＯＦＧ５の電位を深くすることで、光電変換部１の飽和容量を減らすことができ、ＯＦＧ５の電位を浅くすることで、光電変換部１の飽和容量を増やすことができる。撮像条件によってＯＦＧ５の電位を制御することで、条件に合った最適な撮像を行うことが可能となる。また、ＯＦＧ５の電位が制御可能となるため、電子シャッタ機能を実現することもできる。
【００４１】
また、この制御電極１３は、ＯＦＤ４を挟んで隣接する２つのＯＦＧ５で共通化されているため、１つの光電変換部列に対して１つのＯＦＤ４、ＯＦＧ５、及び制御電極１３を設けている従来構成と比較すると、制御電極１３の数を大幅に減らすことができる。結果として、ＯＦＤ４、ＯＦＧ５の幅が従来構成と同一であっても、第一の変形例の構成の方が制御電極１３の行方向の幅が広くなる。このため、制御電極１３の電気抵抗が小さくなってパルスの遅延が少なくなり、光電変換部１からの過剰電荷の排出速度を速くすることができる。また、制御電極１３の行方向の幅が広くなることで、現在の微細化が進んだチップサイズであっても、制御電極１３を容易に形成することができる。
【００４２】
（第二の変形例）
第二の変形例の固体撮像素子は、図１に示す固体撮像素子１０の複数の光電変換部列のうち、奇数番目の光電変換部列と偶数番目の光電変換部列とを、光電変換部列の各光電変換部の列方向の配列ピッチの１／２だけ列方向にずらして配置したものとなっている。
【００４３】
図４は、図１に示す固体撮像素子の第二の変形例を示す平面模式図である。図４に示す固体撮像素子２０は、ｐ型シリコン基板２８内の列方向とこれに直交する行方向に二次元状に配設された複数の光電変換部２１を備える。複数の光電変換部２１の配置は、列方向に配設された複数の光電変換部２１からなる光電変換部列を行方向に複数配列したものとなっている。複数の光電変換部列のうち、奇数番目の光電変換部列と偶数番目の光電変換部列とは、光電変換部列の各光電変換部の列方向の配列ピッチの１／２だけ列方向にずれて配置されている。また、行方向に配設された複数の光電変換部２１からなる光電変換部行のうち、奇数番目の光電変換部行と偶数番目の光電変換部行とは、光電変換部行の各光電変換部の行方向の配列ピッチの１／２だけ行方向にずれた配置となっている。
【００４４】
固体撮像素子２０は、光電変換部列の各光電変換部１で発生した電荷を列方向に転送する電荷転送部である垂直電荷転送路２３と、光電変換部列の各光電変換部２１に蓄積された過剰電荷を排出するためのＯＦＤ２４とを備える。
【００４５】
行方向に並ぶ光電変換部列同士の間には、垂直電荷転送路２３とＯＦＤ２４とが行方向に交互に配置されている。この固体撮像素子２０では、垂直電荷転送路２３に隣接する２つの光電変換部列で該垂直電荷転送路２３を共用し、ＯＦＤ２４に隣接する２つの光電変換部列で該ＯＦＤ２４を共用している。
【００４６】
垂直電荷転送路２３と、それに隣接する２つの光電変換部列の各光電変換部２１との間には読み出しゲート２２が形成されており、この読み出しゲート２２を介して、２つの光電変換部列から、それらの間にある垂直電荷転送路２３に電荷を読み出すことができるようになっている。
【００４７】
ＯＦＤ２４と、それに隣接する２つの光電変換部列の各光電変換部２１との間にはＯＦＧ２５が形成されており、このＯＦＧ２５を介して、２つの光電変換部列から、それらの間にあるＯＦＤ２４に過剰電荷を排出することができるようになっている。
【００４８】
固体撮像素子２０は、更に、垂直電荷転送路２３を転送されてきた電荷を行方向に転送するための水平電荷転送路２６と、水平電荷転送路２６を転送されてきた電荷を、その電荷量に応じた信号に変換して出力する出力部２７とを備える。
【００４９】
このような構成の固体撮像素子であっても、固体撮像素子１０で説明したような効果を得ることができる。
【００５０】
以上説明したように、本明細書には次の事項が開示されている。
【００５１】
開示された固体撮像素子は、半導体基板内に列方向に配設された複数の光電変換部からなる光電変換部列が、前記列方向と直交する行方向に複数配列された固体撮像素子であって、前記光電変換部列の各光電変換部で発生した電荷を前記列方向に転送する電荷転送部と、前記光電変換部列の各光電変換部に蓄積された過剰電荷を排出するためのオーバーフロードレインとを備え、前記複数の光電変換部列同士の間には、前記電荷転送部と前記オーバーフロードレインのいずれかが配置され、前記電荷転送部と前記オーバーフロードレインは、前記複数の光電変換部列同士の間を前記行方向に交互に配置され、前記電荷転送部に隣接する２つの前記光電変換部列で該電荷転送部を共用し、前記オーバーフロードレインに隣接する２つの前記光電変換部列で該オーバーフロードレインを共用している。
【００５２】
この構成によれば、電荷転送部に隣接する２つの光電変換部列で該電荷転送部を共用しているため、１つの光電変換部列に対して１つの電荷転送部を設けている従来構成と比較して、電荷転送部を減らした分のスペースを確保することができる。そして、このスペースには、隣接する２つの光電変換部列で共用されたオーバーフロードレインが形成されており、いわゆる横型ＯＦＤが実現されている。この結果、基板深くで発生した電荷を光電変換部に蓄積することができるようになり、感度向上を図ることができる。このように、上記構成によれば、固体撮像素子のチップサイズや画素数は、１つの光電変換部列に対して１つの電荷転送部を設けている従来構成と同じにしつつ、感度向上を図ることができるようになる。
【００５３】
開示された固体撮像素子は、前記オーバーフロードレインを挟んで隣接する２つの前記光電変換部列同士の距離ｄ１と、前記電荷転送部を挟んで隣接する２つの前記光電変換部列同士の距離ｄ２とが同じとなっている。
【００５４】
この構成により、高感度を実現しながら、サンプリングポイントを等間隔にすることができる。
【００５５】
開示された固体撮像素子は、前記オーバーフロードレインとそれに隣接する前記光電変換部列との間に設けられ、前記オーバーフロードレインと前記光電変換部との間の電位障壁を形成するためのオーバーフローゲートと、前記半導体基板の前記オーバーフローゲート上方に設けられ、前記オーバーフローゲートの電位を制御するための制御電極とを備え、前記オーバーフロードレインを挟んで隣接する２つの前記オーバーフローゲートの各々の上方に設けられた前記制御電極は、２つの前記オーバーフローゲートの一方の上方から、前記オーバーフロードレインを跨いで、２つの前記オーバーフローゲートの他方の上方まで形成された１つの電極となっている。
【００５６】
この構成により、オーバーフローゲートの電位を制御することができ、電子シャッタ機能や、光電変換部の飽和容量の制御等を実現することができる。また、制御電極がオーバーフロードレインを挟んで隣接する２つのオーバーフローゲートで共通化されているため、１つの光電変換部列に対して１つのオーバーフロードレイン、オーバーフローゲート、及び制御電極を設けている従来構成と比較すると、制御電極の数を大幅に減らすことができる。結果として、オーバーフロードレイン、オーバーフローゲートの幅が従来構成と同一であっても、上記構成の方が制御電極の行方向の幅が広くなるため、制御電極の電気抵抗が小さくなってパルスの遅延が少なくなり、光電変換部からの過剰電荷の排出速度を速くすることができる。また、制御電極の行方向の幅が広くなることで、現在の微細化が進んだチップサイズであっても、制御電極を容易に形成することができる。特にｄ１＝ｄ２のときには、制御電極の幅を充分に大きくすることができるため、その製造が容易である。
【００５７】
開示された固体撮像素子は、前記複数の光電変換部列のうち、奇数番目の光電変換部列と偶数番目の光電変換部列とが、前記光電変換部列の各光電変換部の前記列方向の配列ピッチの１／２だけ前記列方向にずれて配置されている。
【００５８】
この構成により、光電変換部の開口を大きくすることができるため、光電変換部の隣にオーバーフロードレインを設けたことによる感度向上と併せた高感度化が可能となる。
【００５９】
開示された撮像装置は前記固体撮像素子を備える。
【００６０】
この構成により、小型且つ高感度の撮像装置を実現することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１    光電変換部
３    垂直電荷転送路
４    オーバーフロードレイン
１０  固体撮像素子
１１  ｐ型シリコン基板
【図１】
2010225769.tif 000003
【図２】
2010225769.tif 000004
【図３】
2010225769.tif 000005
【図４】
2010225769.tif 000006
【図５】
2010225769.tif 000007
【図６】
2010225769.tif 000008
【図７】
2010225769.tif 000009
【図８】
2010225769.tif 000010