(57)【要約】【課題】光電変換領域の形状が多角形であっても、電荷転送時間を短くすることのできる固体撮像素子を提供する。【解決手段】実施形態の固体撮像素子は、光電変換領域１と、複数の電位傾斜路２と、電荷読み出し電極３と、電荷電圧変換部４とを備える。光電変換領域１は、平面形状が多角形であり、入射光強度に応じた電荷を発生する。複数の電位傾斜路２は、光電変換領域１を形成する多角形の重心Ｇを起点として多角形の周辺部へ向かって放射状に配置される。電荷読み出し電極３は、複数の電位傾斜路２により多角形の重心Ｇへ転送された電荷を読み出す。電荷電圧変換部は、電荷読み出し電極３により読み出された電荷を電圧へ変換する。【選択図】  図１
2014143337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面形状が多角形であり、入射光強度に応じた電荷を発生する光電変換領域と、
前記多角形の重心を起点として前記多角形の周辺部へ向かって放射状に配置された複数の電位傾斜路と、
前記複数の電位傾斜路により前記多角形の重心へ転送された電荷を読み出す電荷読み出し電極と、
前記電荷読み出し電極により読み出された電荷を電圧へ変換する電荷電圧変換部と
を備えることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記電位傾斜路は、前記多角形の周辺部から前記多角形の重心へ向かって次第に電位が高くなる
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記電位傾斜路は、
周囲よりも不純物濃度の低い領域が、前記多角形の周辺部から前記多角形の重心へ向かって次第に広くなるように形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記電荷読み出し電極が、
前記多角形の重心からの距離が最短となる位置に配置される
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子には光電変換部が設けられる。光電変換部は、入射光の強度に応じた電荷を発生させる光電変換領域と、光電変換領域内に設けられ、光電変換領域で発生した電荷を転送する電位傾斜領域と、転送された電荷を読み出す電荷読み出し電極と、読み出された電荷を電圧へ変換する電荷電圧変換部と、を備える。
【０００３】
従来、光電変換領域の形状は、単純な矩形とされることが多かった。しかし、チップ内の素子配置状況によっては、光電変換領域の面積をできるだけ広くするため、光電変換領域の形状を、例えば、直交する２つの矩形を組み合わせた多角形とする、ということが行われる。
【０００４】
そのような多角形の光電変換領域に対して、電位傾斜領域を、例えば、２つの矩形のそれぞれの中心線に沿って形成すると、電荷転送距離が長くなってしまう。電荷転送距離が長くなると、電荷転送時間が長くなってしまい、有効信号の読み出し時間を短縮したいという市場要求に応えることができなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２３６０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、光電変換領域の形状が多角形であっても、電荷転送時間を短くすることのできる固体撮像素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の固体撮像素子は、光電変換領域と、複数の電位傾斜路と、電荷読み出し電極と、電荷電圧変換部とを備える。光電変換領域は、平面形状が多角形であり、入射光強度に応じた電荷を発生する。複数の電位傾斜路は、前記多角形の重心を起点として前記多角形の周辺部へ向かって放射状に配置される。電荷読み出し電極は、前記複数の電位傾斜路により前記多角形の重心へ転送された電荷を読み出す。電荷電圧変換部は、前記電荷読み出し電極により読み出された電荷を電圧へ変換する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態の固体撮像素子の構成の例を示す模式的平面図。
【図２】実施形態の固体撮像素子の光電変換領域の重心算出の説明図。
【図３】実施形態の固体撮像素子の電位変化の例を示す電位断面図。
【図４】参考例の電位傾斜路および電位変化の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図中、同一または相当部分には同一の符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００１０】
（実施形態）
図１は、実施形態の固体撮像素子の構成の例を示す模式的平面図である。
【００１１】
本実施形態の固体撮像素子は、平面形状が多角形であり、入射光強度に応じた電荷を発生する光電変換領域１と、その多角形の重心Ｇを起点として多角形の周辺部へ向かって放射状に配置された複数の電位傾斜路２と、複数の電位傾斜路２により多角形の重心Ｇへ転送された電荷を読み出す電荷読み出し電極３と、電荷読み出し電極３により読み出された電荷を電圧へ変換する電荷電圧変換部４と、を備える。
【００１２】
本実施形態では、光電変換領域１の形状は、六角形である。この六角形は、２つの矩形を結合させたものである。この六角形の重心をＧとする。
【００１３】
また、本実施形態では、電位傾斜路２として、３本の電位傾斜路が配置されている。ここでは、それぞれを電位傾斜路２１、電位傾斜路２２、電位傾斜路２３と称する。
【００１４】
電位傾斜路２１は、光電変換領域１を形成する六角形の重心Ｇと六角形の周辺部Ｆ１との間に配置されている。電位傾斜路２２は、六角形の重心Ｇと六角形の周辺部Ｆ２との間に配置されている。電位傾斜路２３は、六角形の重心Ｇと六角形の周辺部Ｆ３との間に配置されている。
【００１５】
電位傾斜路２１、２２、２３は、それぞれ、周囲よりも不純物濃度の低い領域が、周辺部Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３から六角形の重心Ｇへ向かって次第に広くなるように形成されている。
【００１６】
これにより、電位傾斜路２１、２２、２３には、周辺部Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３から六角形の重心Ｇへ向かって次第に電位が高くなるような電位傾斜が生じる。
【００１７】
電荷読み出し電極３は、光電変換領域１を形成する六角形の重心Ｇからの距離が最短となる位置に配置される。
【００１８】
電荷電圧変換部４は、電荷読み出し電極３により読み出された電荷を電圧へ変換し、電圧出力Ｖｏｕｔを出力する。
【００１９】
上述したように、本実施形態では、光電変換領域１を形成する六角形の重心Ｇを起点として電位傾斜路２１、２２、２３が配置されている。そのため、光電変換領域１で発生した電荷は、電位傾斜路２１、２２、２３のいずれかを経由して六角形の重心Ｇへ向かって転送される。
【００２０】
光電変換領域１を形成する六角形の重心Ｇへ集まった電荷は、電荷読み出し電極３へ印加される読み出しパルスのオン／オフに応じて、電荷電圧変換部４へ転送される。
【００２１】
次に、図２を用いて、光電変換領域１を形成する六角形重心Ｇの座標位置の算出について説明する。
【００２２】
ここでは、上述の六角形の頂点の座標を（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ３）、（Ｘ１，Ｙ３）とする。また、この六角形を、（Ｘ１，Ｙ１）と（Ｘ２，Ｙ２）を対角頂点とする矩形と（Ｘ１，Ｙ３）と（Ｘ３，Ｙ２）を対角頂点とする矩形とに分け、それぞれの矩形の面積をＳ１、Ｓ２とし、それぞれの矩形の重心の座標をＧ１（ｘ１，ｙ１）、Ｇ２（ｘ２，ｙ２）とする。
【００２３】
このとき、上述の六角形の面積をＳｔとすると、この六角形の重心Ｇの座標（ｘｍ，ｙｍ）は、
ｘｍ＝（Ｓ１・ｘ１＋Ｓ２・ｘ２）／Ｓｔ
ｙｍ＝（Ｓ１・ｙ１＋Ｓ２・ｙ２）／Ｓｔ
により求められる。
【００２４】
ここで、
Ｓ１＝（Ｘ２−Ｘ１）・（Ｙ２−Ｙ１）
Ｓ２＝（Ｘ３−Ｘ１）・（Ｙ３−Ｙ２）
Ｓｔ＝Ｓ１＋Ｓ２
ｘ１＝Ｘ１＋（Ｘ２−Ｘ１）／２
ｙ１＝Ｙ１＋（Ｙ２−Ｙ１）／２
ｘ２＝Ｘ１＋（Ｘ３−Ｘ１）／２
ｙ２＝Ｙ２＋（Ｙ３−Ｙ２）／２
である。
【００２５】
本実施形態では、このようにして求めた重心Ｇを起点として、電位傾斜路２１、２２、２３が設けられる。したがって、電位傾斜路２１、２２、２３の長さのばらつきが少なくなる。そのため、光電変換領域１の周辺部で発生した電荷の転送距離も平均して短くなり、電荷転送時間も短くなる。
【００２６】
図３に、電位傾斜路２１、２２、２３の、それぞれの電荷転送経路に沿った、電位断面図を示す。
【００２７】
図３（ａ）は、電位傾斜路２１の電位断面図であり、図３（ｂ）は、電位傾斜路２２の電位断面図であり、図３（ｃ）は、電位傾斜路２３の電位断面図である。ここで、Ｄは電荷読み出し電極３の位置を表し、Ｈは電荷電圧変換部４の位置を表す。
【００２８】
図４には、本実施例に対する参考例を示す。この参考例では、図４（ａ）に示すように、光電変換領域１を形成する各矩形の中心部を通るような電位傾斜路２Ａが形成されている。
【００２９】
図４（ｂ）は、この参考例の電位傾斜路２Ａの電位断面図である。図３と比較してわかるように、この参考例の電位傾斜路２Ａの電荷転送距離は、本実施形態の電位傾斜路２１、２２、２３よりも長い。
【００３０】
このような本実施形態によれば、光電変換領域の重心を起点に複数の電位傾斜路を配置するので、光電変換領域の周辺部で発生した電荷の転送距離を平均して短くすることができる。これにより、光電変換領域内の電荷転送時間を短くすることができる。
【００３１】
以上説明した実施形態の固体撮像素子によれば、光電変換領域の形状が多角形であっても、電荷転送時間を短くすることができる。
【００３２】
また、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３３】
１  光電変換領域
２、２１〜２３  電位傾斜路
３  電荷読み出し電極
４  電荷電圧変換部
【図１】
2014143337.tif 000003
【図２】
2014143337.tif 000004
【図３】
2014143337.tif 000005
【図４】
2014143337.tif 000006