(57)【要約】【課題】電荷転送効率を向上させることが可能な固体撮像素子を提供する。【解決手段】ハニカム配列された複数の光電変換素子５１を有する固体撮像素子であって、各光電変換素子５１で発生した電荷を垂直方向に転送する蛇行形状の垂直電荷転送路５２と、垂直電荷転送路５２での電荷転送動作を制御するための転送電極Ｖ１〜Ｖ４とを備え、転送電極Ｖ１〜Ｖ４の各々と重なる領域は、電圧を印加した際に電荷転送方向上流側に向かって電位が深くなる第一の領域と、電荷転送方向下流側に向かって電位が深くなる第二の領域とを含み、第一の領域の上流側端部には第二の領域の下流側端部が隣接し、第一の領域の下流側端部には第二の領域の上流側端部が隣接し、第一の領域とその下流側隣の第二の領域とを合わせた領域が、同一電圧を印加したときに、電荷転送方向の下流側に向かって深くなる電位スロープが形成されるものとなっている。【選択図】図１
2010123870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光電変換素子を有する固体撮像素子であって、
前記複数の光電変換素子は、半導体基板内の水平方向とこれに直交する垂直方向に正方格子状に配列された複数の光電変換素子と、前記正方格子状に配置された複数の光電変換素子をそれぞれの配列ピッチの１／２だけ前記水平方向及び前記垂直方向にずらした位置に配列された複数の光電変換素子とから構成されており、
前記垂直方向に並ぶ前記光電変換素子からなる光電変換素子列に対応して設けられ、前記光電変換素子列を構成する各光電変換素子で発生した電荷を前記垂直方向に転送する蛇行形状の電荷転送路と、
前記電荷転送路の上方で前記垂直方向に配列され、前記電荷転送路での電荷転送動作を制御するための複数の転送電極とを備え、
前記電荷転送路の前記複数の転送電極の各々と重なる領域には、電圧を印加した際に前記電荷転送路での電荷転送方向の上流側に向かって電位が深くなる第一の領域と、電圧を印加した際に前記電荷転送路での電荷転送方向の下流側に向かって電位が深くなる第二の領域とが含まれ、
前記第一の領域の前記電荷転送方向の上流側の端部には、前記第二の領域の前記電荷転送方向の下流側の端部が隣接し、
前記第一の領域の前記電荷転送方向の下流側の端部には、前記第二の領域の前記電荷転送方向の上流側の端部が隣接し、
前記第一の領域と、該第一の領域の前記電荷転送方向の下流側に隣接する前記第二の領域とを合わせた領域が、該第一の領域上方の前記転送電極と該第二の領域上方の前記転送電極とに同一電圧を印加したときに、前記電荷転送方向の下流側に向かって深くなる電位スロープが形成されるものとなっ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、
前記第一の領域と、該第一の領域の前記電荷転送方向の下流側に隣接する前記第二の領域とを合わせた領域の幅が前記電荷転送方向下流に向かうほど大きくなっている固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
前記第一の領域と、該第一の領域の前記電荷転送方向の下流側に隣接する前記第二の領域とを合わせた領域の幅が一定であり、該領域が、前記電荷転送路を構成する不純物濃度よりも高い不純物からなり且つ前記電荷転送方向下流に向かうほど幅が広くなっている不純物領域を有する固体撮像素子。
【請求項４】
請求項３記載の固体撮像素子であって、
前記不純物領域が、前記第一の領域上方の前記転送電極をマスクとしたセルフアラインによって形成されたものである固体撮像素子。
【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、複数の光電変換素子を有する固体撮像素子及びそれを備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９は、従来の固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図である。
【０００３】
図９に示す固体撮像素子は、半導体基板内の垂直方向とこれに直交する水平方向に二次元状に配列されたシリコンフォトダイオードからなる複数の光電変換素子５１と、複数の光電変換素子５１の各々で発生した電荷を垂直方向に転送するための複数本の垂直電荷転送路５２と、複数本の垂直電荷転送路５２を転送されてきた電荷を水平方向に転送するための水平電荷転送路５３と、水平電荷転送路５３を転送されてきた電荷を電圧信号に変換して出力する出力部５４とを備える。
【０００４】
複数の光電変換素子５１は、赤色の波長域の光（Ｒ光）を検出するＲ光電変換素子（図９では“Ｒ”の文字を記してある）と、緑色の波長域の光（Ｇ光）を検出するＧ光電変換素子（図９では“Ｇ”の文字を記してある）と、青色の波長域の光（Ｂ光）を検出するＢ光電変換素子（図９では“Ｂ”の文字を記してある）との３種類の光電変換素子からなる。
【０００５】
複数の光電変換素子５１の配列は、Ｒ光電変換素子５１とＢ光電変換素子５１を正方格子状に配列した光電変換素子群と、Ｇ光電変換素子５１を正方格子状に配列した光電変換素子群とを、それぞれの光電変換素子配列ピッチの１／２だけ垂直方向及び水平方向にずらした、いわゆるハニカム配列となっている。
【０００６】
垂直電荷転送路５２は、垂直方向に並ぶ複数の光電変換素子５１からなる光電変換素子列に対応してその右側部に設けられており、対応する光電変換素子列の各光電変換素子５１で発生した電荷を垂直方向に転送する。垂直電荷転送路５２は、光電変換素子５１を避けるようにして垂直方向に延びる蛇行形状となっている。垂直電荷転送路５２と、それに対応する光電変換素子５１との間には、該光電変換素子５１で発生した電荷を該垂直電荷転送路５２に読み出すための電荷読出し部５６（図では模式的に矢印で示してある）が設けられている。
【０００７】
垂直電荷転送路５２上方には、転送電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４が垂直方向に配列されている。転送電極Ｖ１〜Ｖ４は、それぞれ、光電変換素子５１を避けるようにして水平方向に延びる蛇行形状となっている。この転送電極Ｖ１〜Ｖ４に例えば４相の転送パルスが印加されることで、垂直電荷転送路５２での電荷転送動作が制御される。転送電極Ｖ１，Ｖ３は、それぞれ、光電変換素子５１に対応して設けられた電荷読出し部５６も覆っており、ここにハイレベルの読み出しパルスを印加することで、各光電変換素子５１から垂直電荷転送路５２への電荷読み出し動作を制御することができる。転送パルスには、ハイレベル（例えば１５Ｖ）の転送パルスＶＨと、ミドルレベル（例えば０Ｖ）の転送パルスＶＭと、ローレベル（例えば−８Ｖ）の転送パルスＶＬの３つがある。
【０００８】
図１０は、図９に示す固体撮像素子の部分拡大図である。転送電極Ｖ１〜Ｖ４は、２層電極構造となっており、転送電極Ｖ１，Ｖ３が１層目、転送電極Ｖ２，Ｖ４が２層目となっている。図１０では、１層目の転送電極Ｖ１，Ｖ３を実線で示し、２層目の転送電極Ｖ２，Ｖ４を二点鎖線で示している。図１０に示すように、光電変換素子５１と、その周りの垂直電荷転送路５２との間の領域のうち、電荷読出し部５６を除く部分には素子分離領域５５が形成されている。
【０００９】
垂直電荷転送路５２は、例えばｎ型半導体基板に形成されたｐウェル層内に形成されたｎ型の不純物層によって構成されている。
【００１０】
転送電極Ｖ１〜Ｖ４のうち垂直電荷転送路５２と重なる部分に着目すると、転送電極Ｖ１〜Ｖ４の各々の垂直方向の端部のうち、一端は垂直方向に直交する直線形状となっており、他端は垂直方向に非直交な斜め部分と垂直方向に直交する直線部分とを合わせた形状となっている。そして、各転送電極の一端には該転送電極の隣の転送電極の一端が近接し、各転送電極の他端には該転送電極の隣の転送電極の他端が近接するように、各転送電極が配置されている。
【００１１】
これにより、垂直電荷転送路５２の転送電極Ｖ１〜Ｖ４の各々と重なる領域には、所定の電圧（例えば転送パルスＶＭ）を印加した際に垂直電荷転送路５２での電荷転送方向の上流側に向かって電位が深くなる第一の領域と、所定の電圧を印加した際に垂直電荷転送路５２での電荷転送方向の下流側に向かって電位が深くなる第二の領域とが含まれることになる。そして、第一の領域の電荷転送方向の上流側の端部には、第二の領域の電荷転送方向の下流側の端部が隣接し、第一の領域の電荷転送方向の下流側の端部には、第二の領域の前記電荷転送方向の上流側の端部が隣接する構成となっている。以下では、転送電極Ｖ１〜Ｖ４と重なる垂直電荷転送路５２の領域をそれぞれ領域ｖ１〜ｖ４という。転送電極Ｖ１〜Ｖ４は、それぞれオーバーラップ部分を有する。このため、領域ｖ２は、転送電極Ｖ２と重なる領域のうち転送電極Ｖ１，３とも重なる領域を除いた領域とする。同様に、領域ｖ４は、転送電極Ｖ４と重なる領域のうち転送電極Ｖ１，３とも重なる領域を除いた領域とする。
【００１２】
図１１は、図１０に示す垂直電荷転送路とその上方の転送電極の部分拡大図である。図１１では、転送電極Ｖ３，Ｖ４とその下方の垂直電荷転送路５２とを拡大して図示している。図１１において、左斜め網掛けをした領域は領域ｖ３を示し、右斜め網掛けをした領域は領域ｖ４を示す。図１１中のφ１，φ２は、電荷が垂直方向に転送される垂直電荷転送路５２の部位を示し、φ１２は、電荷が垂直方向に交差する方向に転送される垂直電荷転送路５２の部位を示している。
【００１３】
図１２は、図１１に示すφ１、φ２、φ１２の垂直電荷転送路中のピーク電位の電極電圧依存性を示した図である。φ１２の垂直電荷転送路５２の幅方向には領域ｖ３と領域ｖ４が隣接する。素子が微細化されると、これらの領域の幅はより狭くなる。この結果、転送電極Ｖ３又は転送電極Ｖ４による垂直電荷転送路５２の電位の電極電圧依存性は、周知の狭チャネル効果により鈍化してしまう。
【００１４】
図１３は、図９に示す垂直電荷転送路５２で電荷を転送する際に転送電極Ｖ１〜Ｖ４に印加する転送パルスのタイミングチャートの一例を示した図である。図１４は、図１０に示すＡ−Ａ’線断面と、Ａ−Ａ’線断面の垂直電荷転送路５２内の図１３に示すタイミングチャートの各時刻ｔ０〜ｔ８での電位とを示した図である。図１４では、電位を下に深く示している。つまり、転送電極に転送パルスＶＭが印加されたときには、その転送電極下の垂直電荷転送路５２の電位が、転送パルスＶＬが印加されたときよりも下に深くなる。また、図１４中の丸は電荷を表している。図１５は、図１４に示す各時刻ｔ０〜ｔ８における垂直電荷転送路５２内での電荷の蓄積状態を模式的に示した図である。図１５では、転送パルスＶＭが印加された領域には斜線を付してある。
【００１５】
図１４、１５に示すように、図１３に示した周知の４相駆動においては、連続する２つの転送電極への転送パルスＶＭ印加による電位井戸形成と、連続する３つの転送電極への転送パルスＶＭ印加による電位井戸形成とを交互に繰り返し行うことで、電荷の転送が行われる。光電変換素子が正方格子状に配列された構成の固体撮像素子では、垂直電荷転送路５２が直線形状となる。これに対し、図９に示す固体撮像素子では、垂直電荷転送路５２が蛇行形状となるため、電荷の転送経路が長くなる。したがって、図９に示す固体撮像素子においては、微細化に伴う電荷の転送効率の向上が重要な課題となる。
【００１６】
転送効率で問題となるのは、連続した３つの転送電極に転送パルスＶＭを印加した状態から、その３つの転送電極の電荷転送方向の最も上流側の転送電極に転送パルスＶＬを印加した状態に切り替えるとき（図１５中のｔ１→ｔ２、ｔ３→ｔ４、ｔ５→ｔ６、ｔ７→ｔ８）である。
【００１７】
領域ｖ１〜ｖ４は、それぞれ電荷転送方向の上流側又は下流側に向かって太くなっている。このため、各領域ｖ１〜ｖ４の各々は、そこに転送パルスＶＭを印加した状態で、電荷転送方向の上流側又は下流側に向かって深くなる電位スロープが形成されるようになっている。
【００１８】
このため、転送パルスＶＭを印加した状態で電位が深い部分同士が隣接する２つの領域ｖ１，ｖ４に転送パルスＶＭを印加した時刻ｔ０の状態では、領域ｖ１，ｖ４のそれぞれの境界部分にのみ電荷が蓄積される。領域ｖ１，ｖ４に転送パルスＶＭを印加した状態から、領域ｖ１，ｖ４のうち電荷転送方向上流側の領域ｖ４に印加する転送パルスをＶＬに切り替えた場合（時刻ｔ１→ｔ２）、領域ｖ４の電荷転送方向下流側端部から領域ｖ１の電荷転送方向上流側端部に電荷が移動するだけで済むため、電荷の移動距離は大きくならない。これは、時刻ｔ５からｔ６に変化するときでも同様である。
【００１９】
一方、転送パルスＶＭを印加した状態で下方に形成される電位が浅い部分同士が隣接する２つの領域ｖ１，ｖ２に転送パルスＶＭを印加した時刻ｔ２の状態では、２つの領域ｖ１，ｖ２を併せた領域の電位が一定となるため、この領域の電荷転送方向上流側端部から電荷転送方向下流側端部まで電荷が蓄積される。したがって、領域ｖ１，ｖ２に転送パルスＶＭを印加した状態から、領域ｖ１，ｖ２のうち電荷転送方向上流側の領域ｖ１に印加する転送パルスをＶＬに切り替えた場合（時刻ｔ３→ｔ４）、領域ｖ１の電荷転送方向上流側端部から領域ｖ２の電荷転送方向下流側端部に電荷が移動することになる。このため、電荷の移動距離は、時刻ｔ１→ｔ２の変化のときよりも大きくなってしまう。これは、時刻ｔ７からｔ８に変化するときでも同様である。
【００２０】
転送効率を低下させないためには、電荷を転送する際（ｔ１→ｔ２、ｔ３→ｔ４、ｔ５→ｔ６、ｔ７→ｔ８）に電荷の取り残しが起こらないようにする必要がある。通常は、転送パルスＶＭから転送パルスＶＬへの変位が均等であれば、固体撮像素子の限界を考え、十分な転送周波数で電圧印加を行う。しかし、図９に示した固体撮像素子では、ｔ１→ｔ２とｔ５→ｔ６の電荷転送時間に比較して、ｔ３→ｔ４とｔ７→ｔ８の電荷転送時間の方が長くなってしまうため、ｔ３→ｔ４とｔ７→ｔ８での電荷転送が十分に行えるだけの転送周波数や電圧印加が必要となってしまう。その場合、近年の微細化の進展に伴う多画素化により、フレームレートの確保のために高速動作が要求されているが、その妨げとなってしまう。したがって、固体撮像素子を用いたデジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置において、連写速度の低下や、垂直画素を間引くことで高速に信号を読み出すモニターモード及びＡＥ・ＡＦの際のコントラスト検出速度の低下により、性能を満足できなくなってしまう。
【００２１】
下記特許文献１には、正方格子配列の光電変換素子を備えた固体撮像素子において、素子分離層で挟まれる電荷転送チャネル上方に設ける転送電極と、素子分離層と電荷読み出し部とで挟まれる電荷転送チャネル上方に設ける転送電極との隣接する端部を、電荷転送チャネルの電荷転送方向に対して斜めに形成することで、素子分離層の影響によるポテンシャルバリアの発生を防止し、転送効率を向上させる技術が開示されている。
【００２２】
特許文献１記載の技術は、電荷転送チャネルの周囲の構成の違いに起因する転送効率の低下を防ぐためのものであり、転送電極と重なる電荷転送チャネルの形状及び配置の違いによる転送効率の低下を防ぐものではない。また、ハニカム配列の光電変換素子を備えた固体撮像素子に関するものでもない。ハニカム配列の光電変換素子を備えた固体撮像素子では、電荷転送路と転送電極とを共に蛇行形状にする必要があるため、転送電極と重なる電荷転送チャネルの形状及び配置に違いが生じ、上述した課題が発生する。
【００２３】
【特許文献１】特開平２−１５９０６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電荷転送効率を向上させることが可能な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】
【００２５】
本発明の固体撮像素子は、複数の光電変換素子を有する固体撮像素子であって、前記複数の光電変換素子は、半導体基板内の水平方向とこれに直交する垂直方向に正方格子状に配列された複数の光電変換素子と、前記正方格子状に配置された複数の光電変換素子をそれぞれの配列ピッチの１／２だけ前記水平方向及び前記垂直方向にずらした位置に配列された複数の光電変換素子とから構成されており、前記垂直方向に並ぶ前記光電変換素子からなる光電変換素子列に対応して設けられ、前記光電変換素子列を構成する各光電変換素子で発生した電荷を前記垂直方向に転送する蛇行形状の電荷転送路と、前記電荷転送路の上方で前記垂直方向に配列され、前記電荷転送路での電荷転送動作を制御するための複数の転送電極とを備え、前記電荷転送路の前記複数の転送電極の各々と重なる領域には、電圧を印加した際に前記電荷転送路での電荷転送方向の上流側に向かって電位が深くなる第一の領域と、電圧を印加した際に前記電荷転送路での電荷転送方向の下流側に向かって電位が深くなる第二の領域とが含まれ、前記第一の領域の前記電荷転送方向の上流側の端部には、前記第二の領域の前記電荷転送方向の下流側の端部が隣接し、前記第一の領域の前記電荷転送方向の下流側の端部には、前記第二の領域の前記電荷転送方向の上流側の端部が隣接し、前記第一の領域と、該第一の領域の前記電荷転送方向の下流側に隣接する前記第二の領域とを合わせた領域が、該第一の領域上方の前記転送電極と該第二の領域上方の前記転送電極とに同一電圧を印加したときに、前記電荷転送方向の下流側に向かって深くなる電位スロープが形成されるものとなっている。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、電荷転送効率を向上させることが可能な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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子について図面を参照して説明する。以下で説明する固体撮像素子の全体構成は、図９に示したものとほぼ同様であるため、これを援用する。
【００２８】
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部分拡大図である。図１に示した固体撮像素子は、図９，１０に示した固体撮像素子の垂直電荷転送路５２を垂直電荷転送路５２ａに変更した構成となっている。
【００２９】
垂直電荷転送路５２ａは、第一の領域（ｖ１，ｖ３）と、該第一の領域の電荷転送方向の下流側に隣接する第二の領域（ｖ２，ｖ４）との２つの領域を併せた領域が、２つの領域の各々の上方の転送電極に同一電圧を印加したときに、電荷転送方向の下流側に向かって深くなる電位スロープが形成されるものとなっている以外は、従来と同じである。
【００３０】
図１の例では、垂直電荷転送路５２ａの領域ｖ１と、それの電荷転送方向の下流側に隣接する領域ｖ２とを併せた領域の幅（Ｗ１〜Ｗ４）が、電荷転送方向上流側から下流側に向かって段階的に大きくなっていることで、領域ｖ１と領域ｖ２とを併せた領域に電位スロープができるようになっている。この領域は、電荷転送方向上流側の端部と電荷転送方向下流側の端部とが同じ幅になるように、幅の調整が行われている。
【００３１】
図２は、図１に示すＡ−Ａ’線断面と、Ａ−Ａ’線断面の垂直電荷転送路５２ａ内の図１３に示すタイミングチャートの各時刻ｔ０〜ｔ８での電位とを示した図である。図２では、電位を下に深く示している。つまり、転送電極に転送パルスＶＭが印加されたときには、その転送電極下の垂直電荷転送路５２ａの電位が、転送パルスＶＬが印加されたときよりも下に深くなる。また、図２中の丸は電荷を表している。図３は、図２に示す各時刻ｔ０〜ｔ８における垂直電荷転送路５２ａ内での電荷の蓄積状態を模式的に示した図である。図３では、転送パルスＶＭが印加された領域には斜線を付してある。なお、図３では、隣接する領域ｖ１，ｖ２を併せた領域と、隣接する領域ｖ３，ｖ４を併せた領域との形状を従来構成のままとしているが、実際には、図１に示したように、電荷転送方向の上流側から下流側に向かって幅広の形状となっている。
【００３２】
図３に示す時刻ｔ０，ｔ１，ｔ２の状態は、図１５と同じである。時刻ｔ２の状態から領域ｖ３に転送パルスＶＭを印加すると、図１に示す固体撮像素子では、時刻ｔ２の時点で、領域ｖ１と領域ｖ２を併せた領域の電位が電荷転送方向両端部で最も低くなり、幅が最大となる地点で最も高くなっているため、その幅が最大となる地点付近に電荷が滞留する。そして、時刻ｔ４になると、電荷は領域ｖ２と領域ｖ３の境界付近に移動して滞留する。
【００３３】
従来の構成では、時刻ｔ３において、領域ｖ１の電荷転送方向上流側端部から領域ｖ３の電荷転送方向上流側端部までの領域が同電位となるため、この領域に電荷が滞留していたが、図１に示す構成によれば、領域ｖ１と領域ｖ２を併せた領域の幅が最も広くなっている部位近傍に電荷が滞留することになる。このため、時刻ｔ３から時刻ｔ４に遷移する際、電荷の移動距離が図１５に示した場合よりも短くなり、時刻ｔ３から時刻ｔ４までにかかる時間を短縮することができる。したがって、電荷転送効率を向上させることが可能となる。また、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間にも電荷の転送が行われるため、この点からも電荷転送効率を向上させることができる。この結果、固体撮像素子を用いたデジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置において、連写速度の向上や、垂直画素を間引くことで高速に信号を読み出すモニターモード及びＡＥ・ＡＦの際のコントラスト検出速度の向上を図ることができ、性能を満足することが可能となる。
【００３４】
なお、時刻ｔ３から時刻ｔ４の転送にかかる時間を考慮すると、領域ｖ１と領域ｖ２を併せた領域において、その幅を最大とする位置（電位が最大となる位置）は、２つの領域のうち電荷転送方向下流側の領域である領域ｖ２の電荷転送方向下流側の端部になるべく近づけておくことが好ましい。
【００３５】
以下、図１に示す固体撮像素子の変形例について説明する。
【００３６】
（第一の変形例）
図４は、図１に示す固体撮像素子の第一の変形例を示した図である。図４に示す固体撮像素子は、図１に示した固体撮像素子の垂直電荷転送路５２ａを垂直電荷転送路５２ｂに変更した構成となっている。
【００３７】
垂直電荷転送路５２ｂは、第一の領域（ｖ１，ｖ３）と、該第一の領域の電荷転送方向の下流側に隣接する第二の領域（ｖ２，ｖ４）との２つの領域を併せた領域の電位が、２つの領域の各々の上方の転送電極に同一電圧を印加したときに、電荷転送方向に向かって深くなっている点では、垂直電荷転送路５２ａと同じである。
【００３８】
垂直電荷転送路５２ｂは、第一の領域と、その電荷転送方向の下流側に隣接する第二の領域とを併せた領域の幅を広げる方向を垂直電荷転送路５２ａとは逆にしただけであり、このような構成であっても、電荷転送効率を向上させることができる。
【００３９】
（第二の変形例）
図５は、図１に示す固体撮像素子の第二の変形例を示した図である。図５に示す固体撮像素子は、図１に示した固体撮像素子の垂直電荷転送路５２ａを垂直電荷転送路５２ｃに変更した構成となっている。
【００４０】
垂直電荷転送路５２ｃは、第一の領域（ｖ１，ｖ３）と、該第一の領域の電荷転送方向の下流側に隣接する第二の領域（ｖ２，ｖ４）との２つの領域を併せた領域の電位が、２つの領域の各々の上方の転送電極に同一電圧を印加したときに、電荷転送方向に向かって深くなっている点では、垂直電荷転送路５２ａと同じである。
【００４１】
垂直電荷転送路５２ｃは、第一の領域と、その電荷転送方向の下流側に隣接する第二の領域とを併せた領域の幅を広げる対象に幅Ｗ０を入れただけである。第二の変形例では、第一の領域と第二の領域を併せた領域のうち、垂直方向に交差する斜め方向に延びる領域だけでなく、垂直方向に延びる領域も幅拡大の対象に加えている。このような構成であっても、電荷転送効率を向上させることができる。
【００４２】
（第三の変形例）
図６は、図１に示す固体撮像素子の第三の変形例を示した図である。図６に示す固体撮像素子は、図１に示した固体撮像素子の垂直電荷転送路５２ａを垂直電荷転送路５２ｄに変更した構成となっている。
【００４３】
垂直電荷転送路５２ｄは、第一の領域（ｖ１，ｖ３）と、該第一の領域の電荷転送方向の下流側に隣接する第二の領域（ｖ２，ｖ４）との２つの領域を併せた領域の電位が、２つの領域の各々の上方の転送電極に同一電圧を印加したときに、電荷転送方向に向かって深くなっている点では、垂直電荷転送路５２ａと同じである。
【００４４】
垂直電荷転送路５２ｄは、第一の領域と、その電荷転送方向の下流側に隣接する第二の領域とを併せた領域の幅を両側に広げたものであり、このような構成であっても、電荷転送効率を向上させることができる。
【００４５】
（第四の変形例）
図７は、図１に示す固体撮像素子の第四の変形例を示した図である。図７に示す固体撮像素子は、図１に示した固体撮像素子の垂直電荷転送路５２ａを垂直電荷転送路５２ｅに変更した構成となっている。
【００４６】
垂直電荷転送路５２ｅは、第一の領域（ｖ１，ｖ３）と、該第一の領域の電荷転送方向の下流側に隣接する第二の領域（ｖ２，ｖ４）との２つの領域を併せた領域の電位が、２つの領域の各々の上方の転送電極に同一電圧を印加したときに、電荷転送方向に向かって深くなっている点では、垂直電荷転送路５２ａと同じである。
【００４７】
垂直電荷転送路５２ｅは、第一の領域と、その電荷転送方向の下流側に隣接する第二の領域とを併せた領域の幅は一定とし、その領域に、垂直電荷転送路５２ｅを構成する不純物よりも不純物濃度の濃い不純物を、電荷転送方向上流側から下流側に向かって幅が広くなるように注入して、不純物領域５７を形成した構成となっている。このような構成であっても、電荷転送効率を向上させることができる。この構成によれば、垂直電荷転送路５２ｅの幅が一定であるため、感度やスミアの悪化等、光電変換素子５１の特性を損なわなくて済むようになる。
【００４８】
（第五の変形例）
図８は、図１に示す固体撮像素子の第五の変形例を示した図である。図８に示す固体撮像素子は、図１に示した固体撮像素子の垂直電荷転送路５２ａを垂直電荷転送路５２ｆに変更した構成となっている。
【００４９】
垂直電荷転送路５２ｆは、第一の領域（ｖ１，ｖ３）と、該第一の領域の電荷転送方向の下流側に隣接する第二の領域（ｖ２，ｖ４）との２つの領域を併せた領域の電位が、２つの領域の各々の上方の転送電極に同一電圧を印加したときに、電荷転送方向に向かって深くなっている点では、垂直電荷転送路５２ａと同じである。
【００５０】
垂直電荷転送路５２ｆは、第一の領域と、その電荷転送方向の下流側に隣接する第二の領域とを併せた領域の幅は一定とし、その領域に、垂直電荷転送路５２ｆを構成する不純物よりも不純物濃度の濃い不純物を、電荷転送方向上流側から下流側に向かって幅が広くなるように注入して、不純物領域５８を形成した構成となっている。不純物領域５８は、１層目の転送電極Ｖ１，Ｖ３を形成後、これをマスクにしたセルフアラインによって形成されたものである。このような構成であっても、電荷転送効率を向上させることができる。
【００５１】
この構成によれば、垂直電荷転送路５２ｆの幅が一定であるため、感度やスミアの悪化等、光電変換素子５１の特性を損なわなくて済むようになる。また、第四の変形例に対し、細線パターンのフォトレジスト工程にならない（フォトレジストパターンは垂直電荷転送路５２ｆと同じ形状で良い）ため、製造が容易となる。
【００５２】
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。
【００５３】
開示された固体撮像素子は、複数の光電変換素子を有する固体撮像素子であって、前記複数の光電変換素子は、半導体基板内の水平方向とこれに直交する垂直方向に正方格子状に配列された複数の光電変換素子と、前記正方格子状に配置された複数の光電変換素子をそれぞれの配列ピッチの１／２だけ前記水平方向及び前記垂直方向にずらした位置に配列された複数の光電変換素子とから構成されており、前記垂直方向に並ぶ前記光電変換素子からなる光電変換素子列に対応して設けられ、前記光電変換素子列を構成する各光電変換素子で発生した電荷を前記垂直方向に転送する蛇行形状の電荷転送路と、前記電荷転送路の上方で前記垂直方向に配列され、前記電荷転送路での電荷転送動作を制御するための複数の転送電極とを備え、前記電荷転送路の前記複数の転送電極の各々と重なる領域には、電圧を印加した際に前記電荷転送路での電荷転送方向の上流側に向かって電位が深くなる第一の領域と、電圧を印加した際に前記電荷転送路での電荷転送方向の下流側に向かって電位が深くなる第二の領域とが含まれ、前記第一の領域の前記電荷転送方向の上流側の端部には、前記第二の領域の前記電荷転送方向の下流側の端部が隣接し、前記第一の領域の前記電荷転送方向の下流側の端部には、前記第二の領域の前記電荷転送方向の上流側の端部が隣接し、前記第一の領域と、該第一の領域の前記電荷転送方向の下流側に隣接する前記第二の領域とを合わせた領域が、該第一の領域上方の前記転送電極と該第二の領域上方の前記転送電極とに同一電圧を印加したときに、前記電荷転送方向の下流側に向かって深くなる電位スロープが形成されるものとなっている。
【００５４】
この構成により、第一の領域とその第一の領域の電荷転送方向の下流側に隣接する第二の領域とに、電荷を蓄積するための蓄積電圧を印加したときに、この２つの領域に形成される電位スロープによって電荷が電荷転送方向上流から下流へと転送される。この２つの領域に電位スロープが形成されない従来構成では、２つの領域に蓄積電圧を印加しているときに、この２つの領域全体に電荷が滞留してしまい、この期間には電荷の転送が行われない。これに対し、上記構成によれば、この期間にも電荷の転送を行うことができる。このため、電荷転送効率の低下を防ぐことができる。
【００５５】
開示された固体撮像素子は、前記第一の領域と、該第一の領域の前記電荷転送方向の下流側に隣接する前記第二の領域とを合わせた領域の幅が前記電荷転送方向下流に向かうほど大きくなっている。
【００５６】
この構成により、狭チャネル効果によって電位スロープが形成されるため、上述した効果を得ることができる。
【００５７】
開示された固体撮像素子は、前記第一の領域と、該第一の領域の前記電荷転送方向の下流側に隣接する前記第二の領域とを合わせた領域の幅が一定であり、該領域が、前記電荷転送路を構成する不純物濃度よりも高い不純物からなり且つ前記電荷転送方向下流に向かうほど幅が広くなっている不純物領域を有する。
【００５８】
この構成により、不純物濃度の差によって電位スロープが形成されるため、上述した効果を得ることができる。
【００５９】
開示された固体撮像素子は、前記不純物領域が、前記第一の領域上方の前記転送電極をマスクとしたセルフアラインによって形成されたものである。
【００６０】
この構成により、不純物領域形成時のマスクレジストパターンの微細化が緩和されるため、コスト削減を図ることができる。
【００６１】
開示された撮像装置は前記固体撮像素子を備える。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【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部分拡大図
【図２】図１に示すＡ−Ａ’線断面と、Ａ−Ａ’線断面の垂直電荷転送路内の図１３に示すタイミングチャートの各時刻ｔ０〜ｔ８での電位とを示した図
【図３】図２に示す各時刻ｔ０〜ｔ８における垂直電荷転送路内での電荷の蓄積状態を模式的に示した図
【図４】図１に示す固体撮像素子の第一の変形例を示した図
【図５】図１に示す固体撮像素子の第二の変形例を示した図
【図６】図１に示す固体撮像素子の第三の変形例を示した図
【図７】図１に示す固体撮像素子の第四の変形例を示した図
【図８】図１に示す固体撮像素子の第五の変形例を示した図
【図９】従来の固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図
【図１０】図９に示す固体撮像素子の部分拡大図
【図１１】図１０に示す垂直電荷転送路とその上方の転送電極の部分拡大図
【図１２】図１１に示すφ１、φ２、φ１２の垂直電荷転送路中のピーク電位の電極電圧依存性を示した図
【図１３】図９に示す垂直電荷転送路で電荷を転送する際に転送電極に印加する転送パルスのタイミングチャートの一例を示した図
【図１４】図１０に示すＡ−Ａ’線断面と、Ａ−Ａ’線断面の垂直電荷転送路内の図１３に示すタイミングチャートの各時刻ｔ０〜ｔ８での電位とを示した図
【図１５】図１４に示す各時刻ｔ０〜ｔ８における垂直電荷転送路内での電荷の蓄積状態を模式的に示した図
【符号の説明】
【００６３】
５１  光電変換素子
５２  垂直電荷転送路
Ｖ１〜Ｖ４  転送電極
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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