(57)【要約】【課題】電荷振分を良好に行い高品質の画像を撮像可能にする出力２分岐型固体撮像素子を提供する。【解決手段】水平電荷転送路１０３と、水平電荷転送路１０３に沿って転送されてきた信号電荷を交互に２方向に振り分ける電荷分岐部１２０と、前記２方向に対応して設けられた２つの分岐転送路１０４，１０５とを備える出力２分岐型固体撮像素子において、電荷分岐部１２０に設けられる振分電極膜１２０ａの形状を、底辺部分が水平電荷転送路１０３の端部に隣接し２つの斜辺の一方が分岐転送路の一方１０４に隣接し他方の斜辺が他方の分岐転送路１０５に隣接する三角形状に形成され、該三角形状の前記底辺に対向する頂点から分岐転送路１０４，１０５間を分離する突起状の電極膜１２０ｃが延設される。【選択図】図４
2008124386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平電荷転送路と、該水平電荷転送路に沿って転送されてきた信号電荷を交互に２方向に振り分ける電荷分岐部と、前記２方向に対応して設けられた２つの分岐転送路とを備える出力２分岐型固体撮像素子において、前記電荷分岐部に設けられる振分電極膜の形状を、底辺部分が前記水平電荷転送路の端部に隣接し２つの斜辺の一方が前記分岐転送路の一方に隣接し他方の斜辺が他方の前記分岐転送路に隣接する三角形状に形成され、該三角形状の前記底辺に対向する頂点から前記２つの分岐転送路を分離する突起状の電極膜が延設されることを特徴とする出力２分岐型固体撮像素子。
【請求項２】
前記突起状の電極膜は２つの前記分岐転送路間を分離する素子分離帯まで延設されることを特徴とする請求項１に記載の出力２分岐型固体撮像素子。
【請求項３】
前記突起状の電極膜の幅は、該電極膜が分離する２つの前記分岐転送路の障壁電極膜の幅（電荷が横切る方向の長さ）より狭くしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の出力２分岐型固体撮像素子。
【請求項４】
前記三角形状は扁平二等辺三角形であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の出力２分岐型固体撮像素子。
【請求項５】
前記電荷分岐部が電荷振分を行うとき前記振分電極に固定電圧が印加され前記水平電荷転送路から流れ込んだ信号電荷を蓄積することなく前記分岐転送路の一方に流し込むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の出力２分岐型固体撮像素子。
【請求項６】
前記信号電荷は電子であり、前記水平電荷転送路と前記電荷分岐部と前記分岐転送路の夫々埋め込みチャネルがｎ型不純物層でなり、該ｎ型不純物層の不純物濃度が、水平電荷転送路＜電荷分岐部＜分岐転送路の順に濃くなっていることを特徴とする請求項５に記載の出力２分岐型固体撮像素子。
【請求項７】
前記水平電荷転送路の幅（電荷転送方向に対して直角方向の長さ）が前記電荷分岐部に近づくにつれて狭くなっていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の出力２分岐型固体撮像素子。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の出力２分岐型固体撮像素子と、該出力２分岐型固体撮像素子を駆動する駆動手段と、前記出力２分岐型固体撮像素子から読み出された撮像画像信号を処理する信号処理手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電荷転送路（転送レジスタ）の出力端部を２つの分岐転送路に並列に分岐したＣＣＤ（Charge Coupled Devices：電荷結合素子）タイプの固体撮像素子及び撮像装置に係り、特に、転送電荷を各分岐転送路へ転送残り無く良好に振り分けることができる出力２分岐型固体撮像素子及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のＣＣＤタイプの固体撮像素子は、半導体微細加工技術の進歩に伴って多画素化が進み、数百万画素以上を搭載する様になってきている。このため、撮像画像信号を読み出す水平電荷転送路の転送段数が増し、撮像画像信号を高速に読み出すために転送駆動周波数を高くする必要が生じている。しかし、転送駆動周波数を高くすると、出力アンプから出力される電圧値信号の波形が乱れてしまうという問題が生じる。
【０００３】
そこで、水平電荷転送路の出力端部を並列に分岐し、水平電荷転送路の転送駆動は高周波信号で行い、水平電荷転送路上を順次転送されてきた信号電荷を電荷振分部（電荷分岐部）で各分岐転送路に順次振り分けることで、分岐転送路の駆動周波数を水平電荷転送路の駆動周波数より１／２にする技術が開発されている（例えば、特許文献１，２）。
【０００４】
図７は、特許文献１記載の電荷振分部周りの表面模式図である。この従来技術では、水平電荷転送路１の出力端部を２つの分岐転送路２，３に分岐し、水平電荷転送路１上を転送されてきた信号電荷を電荷振分部４で交互に分岐転送路２，３に振り分ける様にしている。
【０００５】
水平電荷転送路１，分岐転送路２，３，電荷振分部４は、夫々、埋め込みチャネル及びその上に絶縁層を介して積層された転送電極膜で構成され、転送電極膜は、電荷転送方向に交互に配置された蓄積電極膜と障壁電極膜とでなる。
【０００６】
図７に示す電荷振分部４の蓄積電極膜の形状は、Ｔ字形になっている。これは、電荷振分部４の水平電荷転送路１側且つ分岐転送路３側の端部位置Ａ２に、分岐転送路２側の端部Ａ３を近づけるためである。即ち、位置Ａ２にある信号電荷を分岐転送路２に振り分ける場合、位置Ａ２と位置Ａ３とが近い方が、電荷振分部４の信号電荷を分岐転送路２に振り分けるのが容易になるためである。
【０００７】
しかし、電荷振り分けを行う電位が電荷振分部の蓄積電極膜に印加されたとき、位置Ａ２の電位と位置Ａ３の電位は同電位となるため、電荷振り分けを行うときに信号電荷が電荷振分部４に残ってしまい、次に電荷振分部４が信号電荷を分岐転送路３に振り分けるとき前回の残留電荷が混入してしまう虞がある。
【０００８】
そこで、特許文献２記載の従来技術では、図８に示す様に、電荷振分部５に設ける蓄積電極膜の形状を扁平三角形状とし、位置Ａ２付近での蓄積電極膜幅を狭くすることでショートチャネル効果を強めている。これにより、位置Ａ２付近でのポテンシャルが三角形重心位置に対して勾配を持ち、電荷振分部５内における電荷転送が良好に行われる。
【０００９】
【特許文献１】特許第２５８５６０４号公報
【特許文献２】特許第２９４９８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、電荷振分部５の形状を単純な三角形状にしても、電荷振分部５内に残留電荷が発生する虞がある。図９は、電荷振分部５の蓄積電極膜の形状を単純な三角形状としたときの電位部分を計算した図である。三角形状の電荷振分部５の中央部分に、平坦な同一ポテンシャル領域６が存在することが分かる。
【００１１】
この同一ポテンシャル領域６内では電位勾配は無く、領域６を横切る転送電荷がこの同一ポテンシャル領域６内に取り残され、次に振り分ける信号電荷に混入してしまう虞がある。
【００１２】
本発明の目的は、電荷振り分けを良好に行うことができる出力２分岐型固体撮像素子及び撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の出力２分岐型固体撮像素子は、水平電荷転送路と、該水平電荷転送路に沿って転送されてきた信号電荷を交互に２方向に振り分ける電荷分岐部と、前記２方向に対応して設けられた２つの分岐転送路とを備える出力２分岐型固体撮像素子において、前記電荷分岐部に設けられる振分電極膜の形状を、底辺部分が前記水平電荷転送路の端部に隣接し２つの斜辺の一方が前記分岐転送路の一方に隣接し他方の斜辺が他方の前記分岐転送路に隣接する三角形状に形成され、該三角形状の前記底辺に対向する頂点から前記２つの分岐転送路を分離する突起状の電極膜が延設されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の出力２分岐型固体撮像素子の前記突起状の電極膜は２つの前記分岐転送路間を分離する素子分離帯まで延設されることを特徴とする。
【００１５】
本発明の出力２分岐型固体撮像素子の前記突起状の電極膜の幅は、該電極膜が分離する２つの前記分岐転送路の障壁電極膜の幅（電荷が横切る方向の長さ）より狭くしたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の出力２分岐型固体撮像素子の前記三角形状は扁平二等辺三角形であることを特徴とする。
【００１７】
本発明の出力２分岐型固体撮像素子は、前記電荷分岐部が電荷振分を行うとき前記振分電極に固定電圧が印加され前記水平電荷転送路から流れ込んだ信号電荷を蓄積することなく前記分岐転送路の一方に流し込むことを特徴とする。
【００１８】
本発明の出力２分岐型固体撮像素子は、前記信号電荷は電子であり、前記水平電荷転送路と前記電荷分岐部と前記分岐転送路の夫々埋め込みチャネルがｎ型不純物層でなり、該ｎ型不純物層の不純物濃度が、水平電荷転送路＜電荷分岐部＜分岐転送路の順に濃くなっていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の出力２分岐型固体撮像素子は、前記水平電荷転送路の幅（電荷転送方向に対して直角方向の長さ）が前記電荷分岐部に近づくにつれて狭くなっていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の撮像装置は、上記のいずれかに記載の出力２分岐型固体撮像素子と、該出力２分岐型固体撮像素子を駆動する駆動手段と、前記出力２分岐型固体撮像素子から読み出された撮像画像信号を処理する信号処理手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、電荷振り分けを良好に行うことができ高品質の画像を撮像することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係るデジタルカメラの構成図である。図示するデジタルカメラは、撮影レンズ１０と、詳細は後述するＣＣＤタイプの固体撮像素子１００と、この両者の間に設けられた絞り１２と、赤外線カットフィルタ１３と、光学ローパスフィルタ１４とを備える。デジタルカメラの全体を統括制御するＣＰＵ１５は、フラッシュ発光部１６及び受光部１７を制御し、レンズ駆動部１８を制御して撮影レンズ１０の位置をフォーカス位置に調整し、絞り駆動部１９を介し絞り１２の開口量を制御して露光量調整を行う。
【００２４】
また、ＣＰＵ１５は、撮像素子駆動部２０を介して固体撮像素子１００に後述のφ１〜φ５等を出力して駆動し、撮影レンズ１０を通して撮像した被写体画像を色信号として出力させる。ＣＰＵ１５には、操作部２１を通してユーザからの指示信号が入力され、ＣＰＵ１５はこの指示に従って各種制御を行う。
【００２５】
デジタルカメラの電気制御系は、固体撮像素子１００の出力に接続されたアナログ信号処理部２２と、このアナログ信号処理部２２から出力されたＲＧＢの色信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路２３とを備え、これらはＣＰＵ１５によって制御される。
【００２６】
更に、このデジタルカメラの電気制御系は、メインメモリ（フレームメモリ）２４に接続されたメモリ制御部２５と、補間演算やガンマ補正演算，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行うデジタル信号処理部２６と、撮像画像をＪＰＥＧ画像に圧縮したり圧縮画像を伸張したりする圧縮伸張処理部２７と、測光データを積算しデジタル信号処理部２６が行うホワイトバランス補正のゲインを求める積算部２８と、着脱自在の記録媒体２９が接続される外部メモリ制御部３０と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部３１が接続される表示制御部３２とを備え、これらは、制御バス３３及びデータバス３４によって相互に接続され、ＣＰＵ１５からの指令によって制御される。
【００２７】
図２は、図１に示す固体撮像素子１００の平面模式図である。図示する固体撮像素子１００は出力２分岐型となっている。この固体撮像素子１００は、半導体基板上に多数のフォトダイオード（光電変換素子）１０１が二次元アレイ状に配列形成され、奇数行のフォトダイオード１０１に対して偶数行のフォトダイオード１０１が１／２ピッチづつずらして配置（所謂、ハニカム画素配列）されている。
【００２８】
各フォトダイオード１０１上に図示した「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」は各フォトダイオード上に積層されたカラーフィルタの色（赤＝Ｒ，緑＝Ｇ，青＝Ｂ）を表しており、各フォトダイオード１０１は、３原色のうちの１色の受光量に応じた信号電荷を蓄積する。尚、原色系カラーフィルタを搭載した例を説明するが、補色系カラーフィルタを搭載することでも良い。
【００２９】
半導体基板表面の水平方向には、各フォトダイオード１０１を避けるように蛇行して垂直転送電極が敷設されている。半導体基板には垂直方向に並ぶフォトダイオード列の側部に図示しない埋め込みチャネルが、フォトダイオード１０１を避けるように垂直方向に蛇行して形成されている。この埋め込みチャネルと、この上に設けられ垂直方向に蛇行して配置される垂直転送電極とで、垂直転送路（ＶＣＣＤ）１０２が形成される。
【００３０】
半導体基板の下辺部には、水平転送路（ＨＣＣＤ）１０３が設けられている。この水平転送路１０３も、埋め込みチャネルとその上に設けられた水平転送電極とで構成され、この水平転送路１０３は、撮像素子駆動部２０から出力される転送パルスφ１，φ２によって２相駆動される。
【００３１】
水平転送路１０３の出力端部は、電荷振分部（電荷分岐部）１２０により、第１分岐転送路１０４と、第２分岐転送路１０５とに２分岐される。第１分岐転送路１０４，第２分岐転送路１０５の構成は水平転送路１０３と同様の構成（埋め込みチャネル及び転送電極）になっており、第１分岐転送路１０４の出力端部には、該出力端に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出力する第１出力アンプ１０６が設けられ、第２分岐転送路１０５の出力端部には、該出力端に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出力する第２出力アンプ１０７が設けられている。
【００３２】
第１分岐転送路１０４と第２分岐転送路１０５とは、撮像素子駆動部２０が水平転送路１０３を駆動する転送パルスφ１，φ２を夫々１／２に分周することで生成した転送パルスφ４，φ５によって２相駆動される。
【００３３】
本実施形態の出力２分岐型固体撮像素子１００は、各垂直転送路１０２の端部と水平転送路１０３との境界部分に、水平転送路１０３に沿うラインメモリ１０８を備える。
【００３４】
ラインメモリ１０８は、例えば特開２００２―１１２１１９号公報に記載されている様に、各垂直転送路１０２から受け取った信号電荷を一時蓄積し、水平転送路１０３に出力するタイミングを制御することで、信号電荷の水平方向の画素加算を行うため等に使用される。画素加算は、デジタルカメラで動画撮影を行うとき即ち縮小画像を出力するとき行い、静止画像を撮像する場合には画素加算は行わない。
【００３５】
本実施形態では、ラインメモリ１０８を設けた出力２分岐型固体撮像素子を図示したが、ラインメモリ１０８を用いずに、垂直転送路１０２を転送されてきた信号電荷を水平転送路１０３に直接受け渡す構成でも良い。また、ハニカム画素配置のカラー固体撮像素子１００について説明したが、フォトダイオードを正方格子状に配置し、カラーフィルタをベイヤー配列した固体撮像素子でも良い。
【００３６】
尚、「垂直」「水平」という用語を使用して説明したが、これは、半導体基板表面に沿う「１方向」「この１方向に対して略直角の方向」という意味である。
【００３７】
本実施形態の水平転送路１０３は、電荷振分部１２０に近づくに従って、埋め込みチャネルの幅が徐々に狭くなるように形成され、転送電極の幅（垂直方向の長さ）もこれに合わせて短く形成されている。図示する例では、水平転送路１０３の底辺１０３ｃに対して上辺１０３ｄが徐々に近づくように、幅が約１／２程度に狭められている。
【００３８】
図３は、水平転送路１０３から各分岐転送路１０４，１０５に転送される信号電荷の順序を例示する模式図である。「Ｒ」とは赤色フィルタを搭載したフォトダイオードから読み出された信号電荷であり、「Ｇ」とは緑色フィルタを搭載したフォトダイオードから読み出された信号電荷である。水平転送路１０３に沿って、Ｒ，Ｇ，Ｒ，Ｇ，…の順序で信号電荷が転送されている。
【００３９】
この信号電荷の転送により、タイミングＴ＝２でＲ信号電荷が先ず電荷振分部１２０に流れ込むと、このＲ信号電荷は、電荷振分部１２０を通り、第２分岐転送路１０５に流れ込むことになる。
【００４０】
次のタイミングＴ＝３で、今度は、Ｇ信号電荷が電荷振分部１２０の隣接位置まで転送され、Ｔ＝４でＧ信号電荷が電荷振分部１２０に流れ込むと、このＧ信号電荷は、電荷振れ分け部１２０を素通りして第１分岐転送路１０４に流れ込むことになる。
【００４１】
以下、同様にして、図示する実施形態では、Ｒ信号電荷は全て第２分岐転送路１０５側に流れ込み、第２分岐転送路１０５の出力に設けられた出力アンプ１０７によって電圧値信号が読み出される。Ｇ信号電荷は全て第１分岐転送路１０４側に流れ込み、第１分岐転送路１０４の出力に設けられた出力アンプ１０６によって電圧値信号が読み出される。
【００４２】
この様に、本実施形態の出力２分岐型固体撮像素子１００では、電圧値信号は水平転送路１０３の１／２の駆動周波数で転送されてきた信号電荷の電荷量に応じた信号として出力されるため、水平転送路１０３を高速駆動しても、出力データの波形が乱れることは無い。
【００４３】
図３に示す様に、本実施形態では、第１分岐転送路１０４に設ける転送電極の段数に対し、第２分岐転送路１０５に設ける転送電極の段数を１段多くしている。これは、第１分岐転送路１０４と第２分岐転送路１０５とを同一の転送パルスＨＰφ３，φ４で駆動し、第１分岐転送路１０４によって出力端まで転送されてきたＧ信号電荷の電圧値信号をアンプ１０６によって読み出すとき、同時に、第２分岐転送路１０５によって出力端まで転送されてきたＲ信号電荷の電圧値信号をアンプ１０７によって読み出すことができる様にするためである。
【００４４】
これにより、固体撮像素子から読み出されたアナログの画像データをアナログフロントエンドで相関二重サンプリングするときの位相調整が１系統で済むようになる。
【００４５】
また、電圧値信号を読み出した後の信号電荷を、第１分岐転送路１０４，第２分岐転送路で同時に同一リセット信号を用いてリセットドレインに廃棄することが可能となる。尚、信号電荷をリセットドレインに廃棄するとき、信号電荷の存在範囲が狭い方が良い。このため、第１分岐転送路１０４，第２分岐転送路１０５の出力端部の幅を狭める様に構成する。
【００４６】
図２に示す画素配列では、水平転送路１０３でＲ，Ｇ，Ｒ，Ｇ，…の順に並ぶ信号電荷を分岐転送路１０４，１０５に振り分けて出力させた後、次に水平転送路１０３には、Ｂ，Ｇ，Ｂ，Ｇ，…の順序でラインメモリ１０８から信号電荷が転送される。この場合でも、上記と同様にして、Ｂ信号電荷は分岐転送路１０５に、Ｇ信号電荷は分岐転送路１０４に振り分け、いずれの状態でもＧ信号電荷を分岐転送路１０４を用いて転送し出力する構成にするのが良い。
【００４７】
これにより、Ｇ信号電荷の電圧値信号は必ず出力アンプ１０６によって読み出され、Ｒ信号電荷及びＢ信号電荷の夫々の電圧値信号は必ず出力アンプ１０７によって読み出され、ホワイトバランス補正を行うことで、アンプ１０６，１０７間のゲイン差が吸収される。
【００４８】
図４は、図２に示す水平転送路１０３と分岐転送路１０４，１０５との接続部における電荷振分部１２０の詳細を示す表面模式図である。水平転送路１０３は、埋め込みチャネルと、その上に繰り返し積層された第１層電極１０３ａ及び第２層電極１０３ｂの組とから成り、第１層電極１０３ａ及び第２層電極１０３ｂの組のうち１つ置きの組に転送パルスφ１が印加され、残りの１つ置きの組に、転送パルスφ１と逆位相の転送パルスφ２が印加される周知の構成になっている。
【００４９】
分岐転送路１０４と分岐転送路１０５との間はｐ型不純物の高濃度領域でなる素子分離帯１１０で分離され、水平転送路１０３と、分岐転送路１０４，１０５との間に、電荷振分部１２０が設けられる。この電荷振分部１２０は、幅狭に形成された埋め込みチャネル上に積層された第１層電極１２０ａ及び第２層電極１２０ｂでなる振分電極（分岐電極）を備える。
【００５０】
第１層電極１２０ａは本体部分は上面視で扁平二等辺三角形の形状を為すが、分岐転送路１０４，１０５の初段の転送電極膜１０４ａ，１０４ｂ，１０５ａ，１０５ｂが電荷振分部１２０内に入り込む形で設けられるため、第１層電極膜１２０ａの頂点部分と素子分離帯１１０との間に突起状の細い電極膜１２０ｃだけを残し、全体として漏斗形状となっている。
【００５１】
即ち、第１層電極膜１２０ａの本体頂点位置は突起状の電極膜１２０ｃの長さ分だけ、素子分離帯１１０から離間して設けられる。また、電極膜１２０ｃの幅Ｘは、転送電極膜１０４ｂ，１０５ｂの幅（転送方向の長さ）Ｙよりも狭くなっている。
【００５２】
第２層電極膜１２０ｂは、第１層電極膜１２０ａの底辺部分に絶縁層を介して短冊状に設けられる。この第１層電極１２０ａ（１２０ｃを含む）及び第２層電極１２０ｂには、撮像素子駆動部２０から固定電圧φ３が印加される。
【００５３】
第１分岐転送路１０４は、振分電極１２０ａの斜辺の１辺側に連設され、第２分岐転送路１０５は、振分電極１２０ａの他辺側に連設される。本実施形態の水平転送路１０３は、その電荷振分部１２０側近傍において、この１辺側すなわち片側（分岐転送路１０４側）でのみチャネル幅が徐々に絞られる構成となっている。
【００５４】
第１分岐転送路１０４，第２分岐転送路１０５は共に、水平電荷転送路１０３と同様に、埋め込みチャネルと、その上に繰り返し積層された第１層電極及び第２層電極の組とで成り、第１層電極及び第２層電極の組のうち１つ置きの組に転送パルスφ４が印加され、残りの１つ置きの組に、転送パルスφ４と逆位相の転送パルスφ５が印加される構成になっている。
【００５５】
そして、第１分岐転送路１０４の振分電極１２０ａに最隣接する第１層電極１０４ａ及び第２層電極１０４ｂに転送パルスφ５が印加されるとき、第２分岐転送路１０５の振分電極１２０ａに最隣接する第１層電極１０５ａ及び第２層電極１０５ｂに転送パルスφ４が印加される。
【００５６】
図５は、図４のＡ１―Ａ２―Ａ３―Ａ４に沿う断面模式図とそのポテンシャルプロファイルを示す図である。ｎ型半導体基板の表面部に形成されたｐウェル層１３０には、ｎ型の埋め込みチャネル１３１が形成されている。そして、この半導体基板の表面には、第１層電極膜１０３ａ，１２０ａ，１０５ａ（第１分岐転送路の場合には１０４ａ）が積層されると共に、各第１層電極膜間に、絶縁層を介して第２層電極膜１０３ｂ，１２０ｂ，１０５ｂ（１０４ｂ）が積層される。
【００５７】
ｎ型の埋め込みチャネル１３１は、水平電荷転送路１０３を構成するＮドープ領域Ｉと、電荷振分部１２０を構成するＮドープ領域IIと、分岐転送路１０４，１０５を構成するＮドープ領域IIIとに分けられ、不純物濃度は、
領域Ｉ  ＜  領域II  ＜  領域III
となっている。
【００５８】
このため、そのポテンシャルプロファイルは、分岐前の水平電荷転送路１０３のポテンシャルより、分岐後の分岐転送路１０４，１０５のポテンシャルが深く形成され、分岐部１２０におけるポテンシャルがその中間位置となる。
【００５９】
従って、分岐部１２０の電極１２０ａ，１２０ｂに固定電圧（例えばアース電圧）を印加しそのポテンシャルを固定することで、水平電荷転送路１０３で転送されてきた信号電荷は、分岐部１２０に流れ込み、そのまま、分岐転送路１０４または１０５に流れ込む。
【００６０】
分岐転送路１０４，１０５の印加電圧φ４，φ５は位相が逆位相になっているため、そのポテンシャルは交互に上下する。これにより、分岐部１２０のポテンシャルより深くなった分岐転送路の方に信号電荷が流れ込むことになる。
【００６１】
本実施形態では、図５に示す様に、電荷分岐部１２０におけるポテンシャルが全領域において勾配を持つため、水平電荷転送路１０３から電荷分岐部１２０に流れ込んだ信号電荷は、電荷分岐部１２０内に留まることなく、そのまま分岐転送路１０４または１０５内に流れ込むことになる。
【００６２】
図６は、本実施形態の様に、振分電極１２０ａが漏斗形状をした電荷分岐部における電位分布を計算した結果を示す図である。図４の位置Ａ２付近では、扁平三角形状の底辺の端部分であるため、ショートチャネル効果により、位置Ａ３に較べてポテンシャルは浅くなっており、位置Ａ２から位置Ａ３に向かってポテンシャルは深くなるようにスロープが形成される。
【００６３】
また、扁平三角形状の頂点位置は、素子分離帯（ｐ型高濃度不純物領域）１１０から離れているため、素子分離帯１１０のポテンシャルに引っ張られて浅くなることが抑制され、深い状態が維持される。
【００６４】
更に、突起状の電極膜１２０ｃの幅を狭くしているため、その突起状の部分のポテンシャルは、ショートチャネル効果により浅くなる。従って、振分電極膜１２０ａ内で扁平三角形状の頂点位置が最もポテンシャルの深い領域となり、電荷はこの領域を通過して流れるような経路で分岐転送路１０４，１０５へ転送される。
【００６５】
以上の結果、水平電荷転送路１０３から電荷振分部１２０に流れ込んだ信号電荷を分岐転送路１０５に流し込む場合、電荷振分部１２０の遠い場所Ａ２に流れ込んだ信号電荷でも、Ａ２―Ａ３間のポテンシャル勾配によって、スムースに分岐転送路１０５に流れ込み、電荷分岐部１２０に取り残されることがなくなる。
【００６６】
以上述べた様に、本実施形態によれば、電荷分岐部１２０の振分電極を、扁平三角形状の本体部分と、該本体部分の頂点位置から突出し２つの分岐転送路の障壁電極間を分離する突起部分とで構成し、該突起部分の幅を前記障壁電極の幅（転送電荷が横切る長さ）より狭くし、突起部分の長さを、２つの分岐転送路を分離する素子分離領域から上記扁平三角形状の頂点位置を十分に離し素子分離領域のポテンシャルが上記頂点箇所のポテンシャルに及ばない長さにしたため、振分電極下に形成されるポテンシャルは、全体的に勾配を持つことが可能となる。
【００６７】
これにより、本実施形態の出力２分岐型固体撮像素子では、水平電荷転送路の信号電荷を、良好に、取り残し無く、２つの分岐転送路に振り分けることが可能となり、混色等の無い高品質の画像を撮像することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係る固体撮像素子は、高精細画像を撮像することが可能なデジタルカメラ等の撮像装置に搭載すると、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施形態に係る固体撮像素子を搭載したデジタルカメラのブロック構成図である。
【図２】図１に示す固体撮像素子の表面模式図である。
【図３】図２に示す出力２分岐型の水平電荷転送路における電荷転送振り分けの様子を説明する図である。
【図４】図２に示す固体撮像素子の電荷振分部周りの詳細表面模式図である。
【図５】図４のＡ１―Ａ２―Ａ３―Ａ４に沿う断面模式図及びポテンシャル図である。
【図６】図４に示す電荷振分部の形状における電位分布を計算した結果を示す図である。
【図７】従来のＴ字型電荷振分部を備える出力２分岐型水平電荷転送路の要部平面模式図である。
【図８】従来の三角形電荷振分部を備える出力２分岐型水平電荷転送路の要部平面模式図である。
【図９】図８に示す三角形電荷振分部における電位分布を計算した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１００  固体撮像素子
１０３  水平電荷転送路
１０４，１０５  分岐転送路
１０６，１０７  出力アンプ
１０３ａ  水平電荷転送路の蓄積電極膜（第１層電極膜）
１０３ｂ  水平電荷転送路の障壁電極膜（第２層電極膜）
１０４ａ，１０５ａ  分岐転送路の蓄積電極膜（第１層電極膜）
１０４ｂ，１０５ｂ  分岐転送路の障壁電極膜（第２層電極膜）
１２０  電荷振分部（電荷分岐部）
１２０ａ  電荷振分部の振分電極（分岐電極）膜（第１層電極膜）
１２０ｂ  電荷振分部の障壁電極膜（第２層電極膜）
１２０ｃ  電荷振分部の振分電極膜の突起部
φ１，φ２  水平電荷転送路の転送パルス
φ３  電荷振分部に印加する固定電圧
φ４，φ５  分岐転送路の転送パルス
【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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