(57)【要約】      （修正有）【課題】製造コストの増大を防止でき、また、電荷の読み出し特性の差が生じることを回避できる固体撮像素子及び撮像装置を提供する。【解決手段】複数の第１の光電変換部と複数の第２の光電変換部とが同一の配列ピッチで、かつ、互いに配列ピッチの１／２だけ前記行方向及び前記列方向にずれた位置に配列され、同じ列に並ぶ第１の光電変換部を第１列とし、同じ列に並ぶ第２の光電変換部を第２列とし、第１列及び第２列に対して１つ形成された転送チャネル１２と、第１の光電変換部の電荷を転送チャネルへ読み出すための第１読み出しゲート１６ａと、第２の光電変換部の電荷を読み出すための第２読み出しゲート１６ｂと、転送チャネルに分岐部分が形成され、分岐部分から分岐して第２読み出しゲートに接続するように延びる複数の分岐転送部１２ｐと、を備える。【選択図】図３
2010258082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に行方向及び列方向に配列された複数の第１の光電変換部と複数の第２の光電変換部とを含み、前記複数の第１の光電変換部と前記複数の第２の光電変換部とが同一の配列ピッチで、かつ、互いに配列ピッチの１／２だけ前記行方向及び前記列方向にずれた位置に配列された固体撮像素子であって、
同じ列に並ぶ前記第１の光電変換部を第１列とし、同じ列に並ぶ前記第２の光電変換部を第２列とし、前記第１列及び前記第２列に対して１つ形成された転送チャネルと、
前記第１の光電変換部の電荷を前記転送チャネルへ読み出すための第１読み出しゲートと、
前記第２の光電変換部の電荷を読み出すための第２読み出しゲートと、
前記転送チャネルに分岐部分が形成され、前記分岐部分から分岐して前記第２読み出しゲートに接続するように延びる複数の分岐転送部と、を備え、
前記複数の分岐転送部がそれぞれ、前記分岐部分から前記第１読み出しゲートに接続する前記転送チャネルに対して反対側に延びるように形成され、前記転送チャネルに前記第１読み出しゲートを介して隣接する前記第１の光電変換部の電荷が読み出される方向と、前記分岐転送部に前記第２読み出しゲートを介して隣接する前記第２の光電変換部の電荷が読み出される方向とが同じ向きとなるように設けられる固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像素子であって、
前記分岐転送部のチャネル幅が前記転送チャネルのチャネル幅よりも小さい固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の固体撮像素子であって、
前記分岐転送部のチャネル幅が前記転送チャネルの前記分岐部分に向かって次第に大きくなる固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の固体撮像素子であって、
前記分岐転送部の電位勾配が前記転送チャネルの電位勾配よりも浅い固体撮像素子。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載の固体撮像素子であって、
前記分岐転送部のみの上に列方向に延びる複数の第１転送電極と、
前記転送チャネル及び分岐転送部の上に行方向に延びる複数の第２転送電極とを備え、前記第１転送電極に前記第２転送電極よりも低い電圧を印加することで、分岐転送部から転送チャネルへの電荷の転送を行う固体撮像素子。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載の固体撮像素子であって、
前記分岐部分に最も近い位置の前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部とが対を構成し、前記対となる前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部との上に同じ波長透過性を有するカラーフィルタが設けられる固体撮像素子。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つに記載の固体撮像素子であって、
前記分岐部分に最も近い位置の前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部とが対を構成し、前記対となる前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部との間に前記転送チャネルが設けられていない固体撮像素子。
【請求項８】
請求項７に記載の固体撮像素子であって、
前記基板の上方に遮光膜が設けられ、
前記遮光膜に、前記第１の光電変換部及び前記第２の光電変換部のそれぞれの上方に位置する開口部が形成され、
前記対を構成する前記第１の光電変換部及び前記第２の光電変換部の前記開口部同士の間隔が、前記対を構成しない前記第１の光電変換部と該第１の光電変換部と隣り合う前記第２の光電変換部との前記開口部同士の間隔より小さい固体撮像素子。
【請求項９】
請求項７に記載の固体撮像素子であって、
前記遮光膜に、前記第１の光電変換部及び前記第２の光電変換部のそれぞれの上方に位置する開口部が形成され、
前記対を構成する前記第１の光電変換部及び前記第２の光電変換部の前記開口部が連結して１つの開口を形成する固体撮像素子。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１つに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】
固体撮像素子は、例えばＣＣＤ型の構成は、半導体基板上に、埋め込み型のフォトダイオードが形成され、フォトダイオードによって入射光に応じた電荷を生成し、電荷を電荷転送部に読み出して転送する構成である。電荷転送部は、半導体基板の表面に形成された転送チャネル（シフトレジスタ）と、該転送チャネル上に設けられた転送電極とを有している。フォトダイオードと転送チャネルとの間には、フォトダイオードで生成された電荷を転送チャネルへ読み出すための読み出しゲートが設けられている。転送電極に電圧を印加することで、該転送電極に対応する転送チャネルに読み出された電荷を転送する。
【０００３】
埋め込み型のフォトダイオードは、半導体基板にイオン注入を行うことで形成される。例えば、半導体基板の表面に形成されたｐウェル領域に、ｎ型不純物をイオン注入してｎ型の不純物拡散層を形成し、ｐウェル領域と不純物拡散層とのｐｎ接合によってフォトダイオードを形成する。
【０００４】
図１１は、固体撮像素子の一部分を平面視した図である。１０１，１０２はフォトダイオードを示している。１０４は、フォトダイオード１０１，１０２から読み出した電荷を転送する転送チャネルを示している。転送チャネル１０４上には、該転送チャネル１０４に読み出された電荷を転送するための電圧が印加される垂直転送電極が形成される。この固体撮像素子では、フォトダイオード１０１で生成された電荷が、右側に隣り合う転送チャネル１０４へ読み出され、フォトダイオード１０２で生成された電荷が、左側に隣り合う転送チャネル１０４へ読み出される。この構成では、フォトダイオード１０１，１０２の電荷が互いに反対側に位置する転送チャネルへ読み出される構成である。
【０００５】
下記特許文献１は、２次元平面上にフォトダイオードを含む画素が複数配列された固体撮像素子に関する。この固体撮像素子は、列方向に配列されたフォトダイオードの列同士の間に転送チャネルが設けられ、該転送チャネルの両側に位置する列のフォトダイオードの電荷が反対向きに読み出されるとなるように読み出しゲートを備える。
【０００６】
下記特許文献２は、行列状に複数のセンサ部が配置された固体撮像素子に関する。この固体撮像素子は、複数のセンサ部のうち、奇数行のセンサ部の電荷を奇数列ごとに配置された垂直ＣＣＤへ読み出し、偶数行のセンサ部の電荷を偶数列ごとに配置された垂直ＣＣＤへ読み出す構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−５７４２０号公報
【特許文献２】特開２０００−１８４３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、フォトダイオードの電荷を読み出す方向がフォトダイオードごとに異なる場合には、各フォトダイオードの読み出し特性を同一にする必要がある。例えば、フォトダイオードは、半導体基板表面のｐウェル領域にｎ型の高濃度不純物をイオン注入し、該半導体基板内に形成されたｐｎ接合の領域によって構成された埋め込み型の構成である。イオン注入は、通常、注入されるイオンの拡散方向を安定させるために半導体基板表面に対して斜め方向に行われる。この場合、２種類のフォトダイオードが配列されている場合には、一方のフォトダイオードの読み出し方向に準じて不純物のイオン注入を行う工程と、他方のフォトダイオードの読み出し方向に準じて不純物のイオン注入を行う工程とを行う必要がある。このため、フォトダイオードの読み出し方向ごとに製造工程を行うことで製造コストが増大してしまう。
また、フォトダイオードの読み出し方向ごとに製造工程を行った場合でも、読み出し特性を完全に均等にすることは困難であり、読み出し特性の差が生じるリスクを解消できるわけではなかった。
【０００９】
本発明は、製造コストの増大を防止でき、また、電荷の読み出し特性の差が生じることを回避できる固体撮像素子及び撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、基板上に行方向及び列方向に配列された複数の第１の光電変換部と複数の第２の光電変換部とを含み、前記複数の第１の光電変換部と前記複数の第２の光電変換部とが同一の配列ピッチで、かつ、互いに配列ピッチの１／２だけ前記行方向及び前記列方向にずれた位置に配列された固体撮像素子であって、
同じ列に並ぶ前記第１の光電変換部を第１列とし、同じ列に並ぶ前記第２の光電変換部を第２列とし、前記第１列及び前記第２列に対して１つ形成された転送チャネルと、
前記第１の光電変換部の電荷を前記転送チャネルへ読み出すための第１読み出しゲートと、
前記第２の光電変換部の電荷を読み出すための第２読み出しゲートと、
前記転送チャネルに分岐部分が形成され、前記分岐部分から分岐して前記第２読み出しゲートに接続するように延びる複数の分岐転送部と、を備え、
前記複数の分岐転送部がそれぞれ、前記分岐部分から前記第１読み出しゲートに接続する前記転送チャネルに対して反対側に延びるように形成され、前記転送チャネルに前記第１読み出しゲートを介して隣接する前記第１の光電変換部の電荷が読み出される方向と、前記分岐転送部に前記第２読み出しゲートを介して隣接する前記第２の光電変換部の電荷が読み出される方向とが同じ向きとなるように設けられる固体撮像素子である。
【００１１】
このような固体撮像素子は、転送チャネルの転送方向とは別に、該転送チャネルに形成された分岐部分から延びる分岐転送部が設けられている。第１の光電変換部の電荷が転送チャネルに読み出され、第２の光電変換部の電荷が分岐転送部に読み出される構成である。分岐転送部は、分岐部分において転送チャネルに接続されているため、分岐転送部に読み出された第２の光電変換部の電荷は、転送チャネルに読み出された第１の光電変換部の電荷と同様に、転送チャネルの転送方向に沿って転送することができる。分岐転送部が、分岐部分から第１読み出しゲートと接続する側へ延びる該転送チャネルに対して反対向きに延びて、第２読み出しゲートと接続するように形成されている。また、第１の光電変換部の電荷が読み出される方向と、第２の光電変換部の電荷が読み出される方向とが同じ向きである。この構成によれば、第１の光電変換部と第２の光電変換部の電荷の読み出し方向が同じ向きであるため、基板に第１の光電変換部及び第２の光電変換部を形成する際には、同一の製造工程において同時に形成することができる。このため、光電変換部の読み出し方向ごとに製造工程を行うこと起因する製造コストの増大を回避できる。
また、第１の光電変換部及び第２の光電変換部を、同一の製造工程によって形成するため、それぞれの読み出し特性をほぼ均一にすることができ、読み出し特性の差が生じることを防止できる。
【００１２】
上記の固体撮像素子を備えた撮像装置によれば、読み出し特性の差がない固体撮像素子を用いて撮像処理を行うことで、撮像画像の画質の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、製造コストの増大を防止でき、また、電荷の読み出し特性の差が生じることを回避できる固体撮像素子及び撮像装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】撮像装置の構成例を説明する図である。
【図２】固体撮像素子の全体構成を説明する平面図である。
【図３】固体撮像素子の構成例を示す平面図である。
【図４】固体撮像素子の他の構成例を示す平面図である。
【図５】固体撮像素子の他の構成例を示す平面図である。
【図６】固体撮像素子の他の構成例を示す平面図である。
【図７】固体撮像素子の他の構成例を示す平面図である。
【図８】固体撮像素子の他の構成例を示す平面図である。
【図９】固体撮像素子の他の構成例を示す平面図である。
【図１０】固体撮像素子の他の構成例を示す平面図である。
【図１１】固体撮像素子の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、撮像装置の概略構成を示す図である。なお、以下の説明では、撮像装置の一例としてデジタルカメラの構成を用いて説明する。図１の撮像装置１００は、撮像部１０と、アナログ信号処理部１０２と、Ａ／Ｄ変換部１０３と、駆動部１０４と、ストロボ１０５と、デジタル信号処理部１０６と、圧縮／伸張処理部１０７と、表示部１０８と、システム制御部１０９と、内部メモリ１１０と、メディアインタフェース１１１と、記録メディア１１２と、操作部１１３とを備える。デジタル信号処理部１０６、圧縮／伸張処理部１０７、表示部１０８、システム制御部１０９、内部メモリ１１０、及びメディアインタフェース１１１は、システムバス１１４に接続されている。
【００１６】
撮像部１０は、撮影レンズ等の光学系及び後述する固体撮像素子によって被写体の撮影を行うものであり、アナログの撮像信号を出力する。撮像部１０には、固体撮像素子への光の入射の遮断制御を行うメカニカルシャッタも含まれている。アナログ信号処理部１０２は、撮像部１０で得られた撮像信号に所定のアナログ信号処理を施す。Ａ／Ｄ変換部１０３は、アナログ信号処理部１０２で処理後のアナログ信号をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部１０３の出力は、いわゆるＲＡＷ画像データとしてデジタル信号処理部１０６に送られる。ＲＡＷ画像データは、撮像部１０からの撮像信号の形式のままデジタル化したデジタル画像データである。
【００１７】
撮影に際しては、駆動部１０４を介して光学系、メカニカルシャッタ、及び固体撮像素子の制御が行われる。固体撮像素子は、操作部１１３の一部であるレリーズボタン（図示せず）の操作による２段レリーズスイッチ（図示せず）のオンを契機として、所定のタイミングで、駆動部１０４に含まれるタイミングジェネレータ（図１ではＴＧと記載）からの駆動信号によって駆動される。駆動部１０４は、システム制御部１０９によって所定の駆動信号を出力する。
【００１８】
デジタル信号処理部１０６は、Ａ／Ｄ変換部３からのデジタル画像データに対して、操作部１１３によって設定された動作モードに応じたデジタル信号処理を行う。デジタル信号処理部１０６が行う処理には、黒レベル補正処理（ＯＢ処理）、リニアマトリクス補正処理、ホワイトバランス調整処理、ガンマ補正処理、画像合成処理、同時化処理、及びＹ／Ｃ変換処理等が含まれる。デジタル信号処理部１０６は、例えばＤＳＰで構成される。
【００１９】
圧縮／伸張処理部１０７は、デジタル信号処理部１０６で得られたＹ／Ｃデータに対して圧縮処理を施すとともに、記録メディア１１２から得られた圧縮画像データに対して伸張処理を施す。
【００２０】
表示部１０８は、例えばＬＣＤ表示装置を含んで構成され、撮影されてデジタル信号処理を経た画像データに基づく画像を表示する。記録メディア１１２に記録された圧縮画像データを伸張処理して得た画像データに基づく画像の表示も行う。また、撮影時のスルー画像、デジタルカメラの各種状態、操作に関する情報の表示等も可能である。
【００２１】
内部メモリ１１０は、例えばＤＲＡＭであり、デジタル信号処理部１０６やシステム制御部１０９のワークメモリとして利用される。また、内部メモリ１１０は、記録メディアに１１２に記録される撮影画像データを一時的に記憶するバッファメモリや表示部１０８への表示画像データのバッファメモリとしても利用される。メディアインタフェース１１１は、メモリカード等の記録メディア１１２との間のデータの入出力を行うものである。
【００２２】
システム制御部１０９は、所定のプログラムによって動作するプロセッサを主体に構成され、撮影動作を含むデジタルカメラ全体の制御を行う。
【００２３】
操作部１１３は、デジタルカメラ使用時の各種操作を行うものであり、レリーズボタン等を含んでいる。
【００２４】
図１に示すデジタルカメラは、撮影感度の設定が変更可能となっている。例えばフィルム感度でいえば、ＩＳＯ感度１００に相当する感度で撮影を行う低感度撮影モードと、ＩＳＯ感度２００、４００、８００に相当する感度で撮影を行う高感度撮影モードとを切換設定可能となっている。図１に示すデジタルカメラでは、例えば、露光時間等の撮像条件を変えることでＩＳＯ感度を変えており、ＩＳＯ感度が低いほど露光時間を長く設定し、ＩＳＯ感度が高いほど露光時間を短く設定している。
【００２５】
図２に示す固体撮像素子２０は、半導体基板の受光領域上に複数の光電変換部１１が二次元状に配列されている。固体撮像素子２０において、各光電変換部が画像を構成する一画素に相当し、以下、単に画素ともいう。光電変換部は、例えば、半導体基板表面に不純物をイオン注入することで形成された埋め込み型のフォトダイオードである。
【００２６】
図２の構成例では、光電変換部１１は、色成分を抽出する第１の光電変換部ＰＤ１と、輝度成分を抽出する第２の光電変換部ＰＤ２とから構成されている。以下の説明では、第１の光電変換部ＰＤ１と第２の光電変換部ＰＤ２とを総称して単に光電変換部１１ともいう。
【００２７】
図２のＸ方向を行方向とし、Ｙ方向を列方向としたとき、光電変換部１１が半導体基板表面に行方向及び列方向に配列されている。複数の第１の光電変換部と複数の第２の光電変換部とが同一の配列ピッチで、かつ、互いに配列ピッチの１／２だけ行方向及び列方向にずれた配列（所謂、ハニカム画素配列）である。
【００２８】
固体撮像素子２０は、各光電変換部１１から読み出された電荷を列方向に転送する複数の垂直転送部と、複数の垂直転送部のそれぞれからの信号電荷を、行方向に転送する水平転送部１３と、水平転送部１３を経て電荷に対応する電圧信号を出力する出力アンプ部１４とが設けられている。
【００２９】
垂直転送部は、列方向に配設された複数の光電変換部１１に対応して半導体基板に形成された複数の転送チャネル（図示しない）と、複数の転送チャネルのそれぞれと交差するように形成された（図２において行方向に延設された）複数の垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８と、各光電変換部１１の信号電荷を転送チャネルに読み出すための読み出しゲートとを含む。各垂直転送部の垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８は、光電変換部１１の各列同士の間に延在し、蛇行形状を有している。垂直転送部は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８には、駆動部１０４から出力される垂直転送電圧（以下、単に電圧ともいう。）が印加され、これにより転送チャネルの電荷が転送される。この構成例では、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８の８相駆動の構成を例示したが、これに限定されず、例えば４相駆動の構成としてもよい。
【００３０】
水平転送部１３は、半導体基板に形成された図示しない転送チャネルと、この転送チャネル上に設けられた水平転送電極とを有し、水平転送電極に駆動部１０４から出力される水平転送電圧φＨ１，φＨ２によって２相駆動される。
【００３１】
出力アンプ部１４は、水平転送部１３の転送方向端部まで転送されてきた信号電荷の電荷量に応じた電圧値信号を画像信号として出力する。
【００３２】
なお、垂直転送部や水平転送部１３のように、「垂直」「水平」という語句を用いて説明したが、これは、半導体基板表面に平行な「１方向」「この１方向に対して略直角の方向」の意味である。
【００３３】
固体撮像素子において、カラー画像信号を検出するため、受光領域上に図示しないカラーフィルタが設けられている。
【００３４】
各光電変換部ＰＤ１上に図示した「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」は、各光電変換部上に積層されたカラーフィルタの色を表しており、「Ｒ」は赤色を示し、「Ｇ」は緑色を示し、「Ｂ」は青色を示している。また、「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」で示す位置の光電変換部１１は色成分を抽出する光電変換部を示している。「Ｗ」で示す位置の光電変換部ＰＤ２は、輝度成分を抽出する光電変換部を示している。光電変換部ＰＤ２の上には無色透明のフィルタが設けられた構成、または、何もフィルタが設けられていない構成など、入射光の色成分がフィルタに吸収されることなく全て受光する構成である。
【００３５】
この構成例では、光電変換部１１が半導体基板表面に行方向及び列方向に配設され、色成分を抽出する第１の光電変換部ＰＤ１と輝度成分を抽出する第２の光電変換部ＰＤ２とが、同一の配列ピッチで、かつ、互いに、配列ピッチの１／２だけ行方向及び列方向にずれた位置に配列されている。具体的には、光電変換部ＰＤ１は赤色，緑色，青色のベイヤー配列を有し、光電変換部ＰＤ２は、光電変換部ＰＤ１と同じピッチの正方格子状の配列であり、光電変換部ＰＤ１の配列ピッチの１／２だけ行方向及び列方向にずれた位置に光電変換部ＰＤ２が配置されている。ここで、奇数行に「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」で示される光電変換部ＰＤ１が配列され、偶数行に「Ｗ」で示される光電変換部ＰＤ２が配列されている。
【００３６】
また、この構成例では、第１の光電変換部ＰＤ１が色成分を抽出し、第２の光電変換部ＰＤ２が輝度成分を抽出する構成としたが、これに限定されない。例えば、第１の光電変換部ＰＤ１及び第２の光電変換部ＰＤ２がいずれも色成分を抽出する画素を構成してもよく、第１の光電変換部ＰＤ１及び第２の光電変換部ＰＤ２のうち一方を高感度画素とし、他方を低感度画素としてもよい。
【００３７】
固体撮像素子２０は、図２中矢印で示されるように、第１の光電変換部ＰＤ１及び第２の光電変換部ＰＤ２の電荷がいずれも同じ方向に読み出されるように構成されている。
【００３８】
図３には、第１の光電変換部ＰＤ１及び第２の光電変換部ＰＤ２と、第１の光電変換部ＰＤ１及び第２の光電変換部ＰＤ２から電荷が読み出される垂直転送部の転送チャネル１２との配置が模式的に示されている。なお、図３において、ＰＤ１は第１の光電変換部を示し、ＰＤ２は第２の光電変換部を示しているが、ＰＤ１を第２の光電変換部とし、ＰＤ２を第１の光電変換部と変更してもよい。
【００３９】
転送チャネル１２は、同じ列に並ぶ第１の光電変換部ＰＤ１を第１列とし、同じ列に並ぶ第２の光電変換部ＰＤ２を第２列とした場合に、第１列及び第２列の間にＹ方向に蛇行して延びる形成される。転送チャネルは、第１列及び第２列に対して１つ形成され、１列おきに設けられている。
【００４０】
ＰＤ１，ＰＤ２はそれぞれ、平面視において、Ｘ方向及びＹ方向に対してそれぞれ傾斜する４つの斜辺を有する略矩形状に形成されている。図３の構成例では、ＰＤ１は２つの斜辺が転送チャネル側に接近して設けられ、うち１つの斜辺がＰＤ１から電荷を読み出す読み出しゲート１６ａに隣接する。この読み出しゲートを第１読み出しゲート１６ａとする。
【００４１】
ＰＤ２は３つの斜辺が転送チャネル側に接近して設けられ、うち１つの斜辺がＰＤ２から電荷を読み出す読み出しゲート１６ｂに隣接する。この読み出しゲートを第２読み出しゲート１６ｂとする。ＰＤ１とＰＤ２はそれぞれ、同じ位置にある斜辺で第１読み出しゲート１６ａ，１６ｂと隣接する。
【００４２】
転送チャネル１２には、三又状の分岐部分が形成されている。この分岐部分において転送チャネル１２から分岐転送部１２ｐが延びている。この構成例では、転送チャネル１２において、ＰＤ２同士の間に分岐部分が位置し、分岐転送部１２ｐが該分岐部分を挟む２つのＰＤ２のうち一方の斜辺に接近するように該分岐部分から延びている。
【００４３】
ＰＤ１の第１読み出しゲート１６ａが転送チャネル１２と隣接し、ＰＤ２の第２読み出しゲート１６ｂが分岐転送部１２ｐと隣接する。
【００４４】
ここで、分岐転送部１２ｐが、分岐部分から第１読み出しゲート１６ａに接続する転送チャネル１２に対して反対側に延びるように形成される。また、転送チャネル１２に第１読み出しゲート１６ａを介して隣接する第１の光電変換部ＰＤ１の電荷が読み出される方向と、分岐転送部１２ｐに第２読み出しゲート１６ｂを介して隣接する第２の光電変換部ＰＤ２の電荷が読み出される方向とが同じ向きである。
【００４５】
上記構成例の固体撮像素子によれば、第１の光電変換部ＰＤ１と第２の光電変換部ＰＤ２の電荷の読み出し方向が同じ向きであるため、半導体基板に第１の光電変換部ＰＤ１及び第２の光電変換部ＰＤ２を形成する際には、同一の製造工程において同時に形成することができる。このため、光電変換部の読み出し方向ごとに製造工程を行うことに起因する製造コストの増大を回避できる。
また、第１の光電変換部ＰＤ１及び第２の光電変換部ＰＤ２を、同一の製造工程によって形成すれため、それぞれの読み出し特性をほぼ均一にすることができ、読み出し特性の差が生じることを防止できる。
【００４６】
転送チャネル及び分岐転送部の形状及び構成は、第１の光電変換部の電荷が読み出される方向と、第２の光電変換部の電荷が読み出される方向とを同じ向きにすることができる範囲で、適宜変形することができる。
【００４７】
図４に示す固体撮像素子の構成例では、ＰＤ１，ＰＤ２はそれぞれ、上記構成例と同様に、平面視において、Ｘ方向及びＹ方向に対してそれぞれ傾斜する４つの斜辺を有する略矩形状に形成されている。図４の構成例では、ＰＤ１は３つの斜辺が転送チャネル側に接近して設けられ、うち１つの斜辺がＰＤ１から電荷を読み出す第１読み出しゲート１６ａに隣接する。
【００４８】
ＰＤ２は１つの斜辺が転送チャネル側に接近して設けられ、この斜辺がＰＤ２から電荷を読み出す第２読み出しゲート１６ｂに隣接する。ＰＤ１とＰＤ２はそれぞれ、同じ位置にある斜辺で第１読み出しゲート１６ａ，１６ｂと隣接する。
【００４９】
この構成例では、転送チャネル１２の分岐部分が、ＰＤ２同士の間に位置する。分岐転送部１２ｐが、分岐部分から第１読み出しゲート１６ａに接続する転送チャネル１２に対して反対側に延びるように形成される。また、転送チャネル１２に第１読み出しゲート１６ａを介して隣接する第１の光電変換部ＰＤ１の電荷が読み出される方向と、分岐転送部１２ｐに第２読み出しゲート１６ｂを介して隣接する第２の光電変換部ＰＤ２の電荷が読み出される方向とが同じ向きである。
【００５０】
なお、この構成例では、分岐部分を挟んで同じ距離に配置された第１の光電変換部ＰＤ１と第２の光電変換部ＰＤ２との間に転送チャネル１２が設けられていない。このため、第１の光電変換部ＰＤ１と第２の光電変換部ＰＤ２をそれぞれの両者の間へ向かって拡大することができる。
【００５１】
上記構成例の固体撮像素子によれば、電変換部の読み出し方向ごとに製造工程を行うことに起因する製造コストの増大を回避できる。また、第１及び第２光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２間の読み出し特性の差が生じることを防止できる。
【００５２】
図５に示す固体撮像素子の構成例は、図３の構成例と基本的に同じであるが、分岐転送部１２ｐのチャネル幅Ｗｂが転送チャネル１２のチャネル幅Ｗａよりも小さい点で相違する。こうすれば、第２の光電変換部ＰＤ２から読み出された電荷を転送チャネル１２側へ円滑に転送することができる。
【００５３】
図６に示す固体撮像素子の構成例は、図３の構成例と基本的に同じであるが、分岐転送部１２ｐのチャネル幅が転送チャネル１２の分岐部分に向かって次第に大きくなる点で相違する。具体的には、分岐転送部１２ｐの先端のチャネル幅をＷｃとし、分岐部分側のチャネル幅をＷｂとしたとき、Ｗｂ＞Ｗｃとなる。なお、分岐部分側のチャネル幅Ｗｂが転送チャネル１２のチャネル幅Ｗａと等しい。  こうすれば、第２の光電変換部ＰＤ２から読み出された電荷を転送チャネル１２側へ円滑に転送することができる。
【００５４】
図５，６の構成例では、転送チャネル及び分岐転送部のチャネル幅を規定することで第２の光電変換部ＰＤ２から読み出された電荷を転送チャネル１２側へ円滑に転送することとした。これに対して、分岐転送部１２ｐの電位勾配を転送チャネル１２の電位勾配よりも浅く構成することで、分岐転送部１２ｐから転送チャネルへの電荷の転送を円滑にすることができる。転送チャネル１２及び分岐転送部１２ｐの電位勾配は、イオン注入する不純物の濃度などによって規定することができる。
【００５５】
図７に示す固体撮像素子の構成例において、第１及び第２の光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２、転送チャネル１２、分岐転送部１２ｐの構成は、図３の構成例と基本的に同じである。図７のＶＬは、転送チャネル１２及び分岐転送部１２ｐ上に形成された転送電極を示している。転送電極ＶＬは第１の光電変換部ＰＤ１の行と第２の光電変換部の行との間にＸ方向に蛇行しつつ延びる形状を有している。転送電極ＶＬがＹ方向に複数配列されている。
【００５６】
第１及び第２の光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２から読み出した電荷を転送する際には、複数の転送電極ＶＬそれぞれに電圧を印加することで、複数の転送電極ＶＬ下方に位置する転送チャネル１２及び分岐転送路１２ｐの電荷をＹ方向に転送する。
【００５７】
複数の転送電極ＶＬは、半導体基板上にポリシリコン等の電極材料を用いて同一の層として一括で形成することができる。
【００５８】
図８に示す固体撮像素子の構成例において、第１及び第２の光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２、転送チャネル１２，分岐転送部１２ｐの構成は、図３の構成例と基本的に同じである。
【００５９】
図８のＶＬ１は分岐転送部１２ｐのみの上に形成された第１転送電極を示している。第１転送電極ＶＬ１は第１の光電変換部ＰＤ１の列と第２の光電変換部の列との間にＹ方向に蛇行しつつ延びる形状を有し、１列おきに形成されている。第１転送電極ＶＬ１がＸ方向に複数配列されている。
【００６０】
図８のＶＬ２は転送チャネル１２及び分岐転送部１２ｐの上に形成された第２転送電極を示している。第２転送電極ＶＬ２は第１の光電変換部ＰＤ１の行と第２の光電変換部の行との間にＸ方向に蛇行しつつ延びる形状を有している。第２転送電極ＶＬがＹ方向に複数配列されている。
【００６１】
第１及び第２の光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２から読み出した電荷を転送する際には、第１転送電極ＶＬ１と第２転送電極ＶＬ２とにそれぞれ独立した電圧を印加する。
第１転送電極ＶＬ１に電圧を印加することで、分岐転送部１２ｐの電荷が転送チャネル１２へ転送される。第２転送電極ＶＬ２に電圧を印加することで、転送チャネル１２の電荷がＹ方向に転送される。ここで、第１転送電極に第２転送電極よりも低い電圧を印加する。このように第１及び第２転送電極ＶＬ１，ＶＬ２に印加する電圧をそれぞれ制御することで、分岐転送部１２ｐから転送チャネル１２へ電荷をより円滑に転送することができる。
【００６２】
図９に示す固体撮像素子の構成例は、図４の構成例と基本的に同じである。第１及び第２の光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２が形成された半導体基板上には、図７，８に示すように転送電極が形成され、該転送電極上に透明な絶縁膜などを介して転送電極への光の照射を遮るための遮光膜（不図示）が形成される。
【００６３】
遮光膜には複数の開口部２４が設けられている。複数の開口部２４は、図中点線で示すように、第１及び第２の光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２上に対応する位置に設けられ、各開口部２４を通過した入射光が第１及び第２の光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２のそれぞれで受光される。
【００６４】
遮光膜上には、カラーフィルタが設けられている。図９において、「Ｒ」が付された第１の光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２では、赤色のカラーフィルタが上方に配置されている。「Ｇ」が付された第１の光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２では、緑色のカラーフィルタが上方に配置されている。「Ｂ」が付された第１の光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２では、青色のカラーフィルタが上方に配置されている。
【００６５】
この構成例では、分岐部分に最も近い位置の第１の光電変換部ＰＤ１と第２の光電変換部ＰＤ２とが対を構成する。対となる第１の光電変換部ＰＤ１と第２の光電変換部ＰＤ２との上に同じ波長透過性を有するカラーフィルタが設けられる。
【００６６】
同じ「Ｒ」の波長透過性を有するカラーフィルタが上方に設けられた、第１の光電変換部ＰＤ１と第２の光電変換部ＰＤ２とが対を構成する。同じ「Ｇ」の波長透過性を有するカラーフィルタが上方に設けられた、第１の光電変換部ＰＤ１と第２の光電変換部ＰＤ２とが対を構成する。同じ「Ｂ」の波長透過性を有するカラーフィルタが上方に設けられた、第１の光電変換部ＰＤ１と第２の光電変換部ＰＤ２とが対を構成する。
【００６７】
また、対となる第１の光電変換部ＰＤ１と第２の光電変換部ＰＤ２との間には、転送チャネル１２が設けられていない。こうすれば、仮に、「Ｒ」のカラーフィルタを透過して第１の光電変換部ＰＤ１に入射する光が、該第１の光電変換部ＰＤ１に対となる第２の光電変換部ＰＤ２に入射しても、第１の光電変換部ＰＤ１及び第２の光電変換部ＰＤ２の上方に同じ波長透過性を有するカラーフィルタが設けられていることから電荷が混合しても信号処理上問題を生じない。このため、第１の光電変換部ＰＤ１及び第２の光電変換部ＰＤ２のそれぞれの開口部２４を最大限に拡大できる。
【００６８】
この構成例では、対を構成する第１の光電変換部ＰＤ１及び第２の光電変換部ＰＤ２の開口部２４同士の間隔Ｌ１が、対を構成しない第１の光電変換部ＰＤ１と該第１の光電変換部ＰＤ１と隣り合う第２の光電変換部ＰＤ２との開口部２４同士の間隔Ｌ２より小さい。
【００６９】
図１０に示す固体撮像素子の構成例は、図９の構成例において、対を構成する第１の光電変換部ＰＤ１及び第２の光電変換部ＰＤ２の開口部２４同士を連結して１つの開口としている。こうすれば、開口部２４を通過する光の量を最大にすることができる。
【００７０】
上記の構成例のいずれかに示される固体撮像素子を備えた撮像装置によれば、光電変換部の読み出し特性の差をなくすことができ、撮像画像の画質の向上を図ることができる。
【００７１】
本明細書では、下記事項が開示される。
（１）基板上に行方向及び列方向に配列された複数の第１の光電変換部と複数の第２の光電変換部とを含み、前記複数の第１の光電変換部と前記複数の第２の光電変換部とが同一の配列ピッチで、かつ、互いに配列ピッチの１／２だけ前記行方向及び前記列方向にずれた位置に配列された固体撮像素子であって、
同じ列に並ぶ前記第１の光電変換部を第１列とし、同じ列に並ぶ前記第２の光電変換部を第２列とし、前記第１列及び前記第２列に対して１つ形成された転送チャネルと、
前記第１の光電変換部の電荷を前記転送チャネルへ読み出すための第１読み出しゲートと、
前記第２の光電変換部の電荷を読み出すための第２読み出しゲートと、
前記転送チャネルに分岐部分が形成され、前記分岐部分から分岐して前記第２読み出しゲートに接続するように延びる複数の分岐転送部と、を備え、
前記複数の分岐転送部がそれぞれ、前記分岐部分から前記第１読み出しゲートに接続する前記転送チャネルに対して反対側に延びるように形成され、前記転送チャネルに前記第１読み出しゲートを介して隣接する前記第１の光電変換部の電荷が読み出される方向と、前記分岐転送部に前記第２読み出しゲートを介して隣接する前記第２の光電変換部の電荷が読み出される方向とが同じ向きとなるように設けられる固体撮像素子。
（２）上記（１）に記載の固体撮像素子であって、
前記分岐転送部のチャネル幅が前記転送チャネルのチャネル幅よりも小さい固体撮像素子。
（３）上記（１）又は（２）に記載の固体撮像素子であって、
前記分岐転送部のチャネル幅が前記転送チャネルの前記分岐部分に向かって次第に大きくなる固体撮像素子。
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の固体撮像素子であって、
前記分岐転送部の電位勾配が前記転送チャネルの電位勾配よりも浅い固体撮像素子。
（５）上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の固体撮像素子であって、
前記分岐転送部のみの上に列方向に延びる複数の第１転送電極と、
前記転送チャネル及び分岐転送部の上に行方向に延びる複数の第２転送電極とを備え、前記第１転送電極に前記第２転送電極よりも低い電圧を印加することで、分岐転送部から転送チャネルへの電荷の転送を行う固体撮像素子。
（６）上記（１）から（５）のいずれか１つに記載の固体撮像素子であって、
前記分岐部分に最も近い位置の前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部とが対を構成し、前記対となる前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部との上に同じ波長透過性を有するカラーフィルタが設けられる固体撮像素子。
（７）上記（１）から（６）のいずれか１つに記載の固体撮像素子であって、
前記分岐部分に最も近い位置の前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部とが対を構成し、前記対となる前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部との間に前記転送チャネルが設けられていない固体撮像素子。
（８）上記（７）に記載の固体撮像素子であって、
前記基板の上方に遮光膜が設けられ、
前記遮光膜に、前記第１の光電変換部及び前記第２の光電変換部のそれぞれの上方に位置する開口部が形成され、
前記対を構成する前記第１の光電変換部及び前記第２の光電変換部の前記開口部同士の間隔が、前記対を構成しない前記第１の光電変換部と該第１の光電変換部と隣り合う前記第２の光電変換部との前記開口部同士の間隔より小さい固体撮像素子。
（９）上記（７）に記載の固体撮像素子であって、
前記遮光膜に、前記第１の光電変換部及び前記第２の光電変換部のそれぞれの上方に位置する開口部が形成され、
前記対を構成する前記第１の光電変換部及び前記第２の光電変換部の前記開口部が連結して１つの開口を形成する固体撮像素子。
（１０）上記（１）から（９）のいずれか１つに記載の固体撮像素子を備える撮像装置。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
上記の固体撮像素子は、いずれもデジタルカメラ等の撮像装置だけでなく、内視鏡に備えられる撮像部などにも適用することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１１    光電変換部
１２    転送チャネル
１２ｐ  分岐転送部
２０    固体撮像素子
１００  撮像装置
ＰＤ１  第１の光電変換部
ＰＤ２  第２の光電変換部
【図１】
2010258082.tif 000003
【図２】
2010258082.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010258082.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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