(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に基板の上面から深さ方向に順に、
第１のＰ型不純物領域と、
第１のＮ型不純物領域と、
前記第１のＮ型不純物領域よりも濃度が低い第１の低濃度Ｎ型不純物領域と、
第２のＰ型不純物領域と第２のＮ型不純物領域とからＰＮ接合面を形成する容量拡大部と
を備え、
前記第１のＰ型不純物領域、前記第１のＮ型不純物領域、および前記第１の低濃度Ｎ型不純物領域は第１の方向において積層され、前記第２のＰ型不純物領域と前記第２のＮ型不純物領域は、前記第１の方向とは異なる第２の方向において積層され、
前記第１のＮ型不純物領域と前記第２のＮ型不純物領域の濃度は、前記第１の低濃度Ｎ型不純物領域よりも高い濃度である
撮像素子。
【請求項２】
前記第１のＰ型不純物領域の前記第２のＮ型不純物領域が設けられている面と対面する面に、蓄積された電荷を読み出す読み出し電極をさらに備え、
前記容量拡大部は、前記第１のＮ型不純物領域よりさらに前記読み出し電極より遠い領域に形成されている
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記容量拡大部には、前記第２のＰ型不純物領域と前記第２のＮ型不純物領域が、交互に配置されている
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記容量拡大部から前記読み出し電極までは、前記電荷を読み出すためにポテンシャルの勾配が付けられている
請求項２に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記容量拡大部内の前記第２のＮ型不純物領域は、所定方向からの断面図において、四角形状に形成されている
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記容量拡大部内の前記第２のＰ型不純物領域は、所定方向からの断面図において、所定の幅を有する曲線形状に形成されている
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項７】
前記容量拡大部内の前記第２のＰ型不純物領域は、所定方向からの断面図において、所定の幅を有する円形状に形成されている
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項８】
前記容量拡大部の第２のＰ型不純物領域と第２のＮ型不純物領域の繰り返し間隔は、１μｍ以下とされている
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項９】
複数の撮像素子でフローティングディフュージョンを共有し、
前記フローティングディフュージョンの近傍に、前記読み出し電極が配置されている
請求項２に記載の撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、撮像素子に関する。詳しくは、飽和信号電荷量を向上させることができる撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサは、画素に対応する光電変換素子（フォトダイオード）を２次元的に配列させ、光電変換素子によって電荷となった各画素の信号を、垂直転送ＣＣＤと水平転送ＣＣＤとを用いて順次読み出していくタイプのイメージセンサである。
【０００３】
一方、ＣＭＯＳイメージセンサは、画素に対応する光電変換素子を２次元的に配列させる点ではＣＣＤイメージセンサと同様であるが、信号の読み出しに垂直および水平転送のＣＣＤを使用せず、メモリデバイスのようにアルミ、銅線などで構成される選択線によって、画素毎に蓄えられた信号を、選択された画素から読み出すものである。
【０００４】
上記のようにＣＣＤイメージセンサとＣＭＯＳイメージセンサは読出し方式などの異なる要素は多いが、双方ともにフォトダイオードは共通の構造である。
【０００５】
光電変換素子に蓄積できる信号電荷量の最大値は、飽和信号電荷量（Ｑｓ）と称される。そして、高い飽和信号電荷量を有するイメージセンサは、ダイナミックレンジやＳＮ比が向上したものとなる。したがって、イメージセンサの特性向上にとって、飽和信号電荷量の増加は非常に重要な要素となる。飽和信号電荷量を増加する方法としては、フォトダイオードの面積を増加させることや、フォトダイオードのＰＮ接合容量を増加させることが考えられる。
【０００６】
特許文献１では、光電変換素子の面積増加や不純物濃度を増加させることなく、飽和信号電荷量を増加させて高感度を得ることが可能な撮像素子について提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３３２９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記したように、飽和信号電荷量を増加する方法としては、フォトダイオードの面積を増加させることや、フォトダイオードのＰＮ接合容量を増加させることが考えられる。
【０００９】
しかしながら、フォトダイオードの面積を増加させると、同じ画角で比較した場合、フォトダイオードの面積増加に伴い、イメージセンサの総画素数が減少してしまう。また、フォトダイオードのＰＮ接合容量を増加させるために、Ｐ型領域とＮ型領域の濃度を増加させると、暗電流も増加してしまうため、ＰＮ接合容量を増加させるには限界がある。
【００１０】
また特許文献１では、ＰＮ接合容量拡大部を基板表面側から基板深さ方向に連続して伸ばすことで飽和信号電荷を増加させる技術が示されているが、読み出し電極の配置に制約が発生したり、信号の読み出しを優先するために最適なＰＮ接合容量拡大パターンを選択するのが困難であったりするといった可能性があった。
【００１１】
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、飽和信号電荷量を増加させることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本技術の一側面の撮像素子は、半導体基板に基板の上面から深さ方向に順に、第１のＰ型不純物領域と、第１のＮ型不純物領域と、前記第１のＮ型不純物領域よりも濃度が低い第１の低濃度Ｎ型不純物領域と、第２のＰ型不純物領域と第２のＮ型不純物領域とからＰＮ接合面を形成する容量拡大部とを備え、前記第１のＰ型不純物領域、前記第１のＮ型不純物領域、および前記第１の低濃度Ｎ型不純物領域は第１の方向において積層され、前記第２のＰ型不純物領域と前記第２のＮ型不純物領域は、前記第１の方向とは異なる第２の方向において積層され、前記第１のＮ型不純物領域と前記第２のＮ型不純物領域の濃度は、前記第１の低濃度Ｎ型不純物領域よりも高い濃度である。
【００１３】
前記第１のＰ型不純物領域の前記第２のＮ型不純物領域が設けられている面と対面する面に、蓄積された電荷を読み出す読み出し電極をさらに備え、前記容量拡大部は、前記第１のＮ型不純物領域よりさらに前記読み出し電極より遠い領域に形成されているようにすることができる。
【００１４】
前記容量拡大部には、前記第２のＰ型不純物領域と前記第２のＮ型不純物領域が、交互に配置されているようにすることができる。
【００２０】
前記容量拡大部から前記読み出し電極までは、前記電荷を読み出すためにポテンシャルの勾配が付けられているようにすることができる。
【００２１】
前記容量拡大部内の前記第２のＮ型不純物領域は、所定方向からの断面図において、四角形状に形成されているようにすることができる。
【００２２】
前記容量拡大部内の前記第２のＰ型不純物領域は、所定方向からの断面図において、所定の幅を有する曲線形状に形成されているようにすることができる。
【００２３】
前記容量拡大部内の前記第２のＰ型不純物領域は、所定方向からの断面図において、所定の幅を有する円形状に形成されているようにすることができる。
【００２４】
前記容量拡大部の第２のＰ型不純物領域と第２のＮ型不純物領域の繰り返し間隔は、１μｍ以下とされているようにすることができる。
【００２５】
複数の撮像素子でフローティングディフュージョンを共有し、前記フローティングディフュージョンの近傍に、前記読み出し電極が配置されているようにすることができる。
【００２６】
本技術の一側面の撮像素子においては、半導体基板に基板の上面から深さ方向に順に、第１のＰ型不純物領域と、第１のＮ型不純物領域と、第１のＮ型不純物領域よりも濃度が低い第１の低濃度Ｎ型不純物領域と、第２のＰ型不純物領域と第２のＮ型不純物領域とからＰＮ接合面を形成する容量拡大部とが積層されている。また、第１のＰ型不純物領域、第１のＮ型不純物領域、および第１の低濃度Ｎ型不純物領域は第１の方向において積層され、第２のＰ型不純物領域と第２のＮ型不純物領域は、第１の方向とは異なる第２の方向において積層され、第１のＮ型不純物領域と第２のＮ型不純物領域の濃度は、第１の低濃度Ｎ型不純物領域よりも高い濃度である。
【発明の効果】
【００２７】
本技術の一側面によれば、飽和信号電荷量を増加させることができる。
【００２８】
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】撮像素子の構成の一例を示す図である。
【図２】深さとポテンシャルの関係を示す図である。
【図３】撮像素子の構成の一例を示す図である。
【図４】深さとポテンシャルの関係を示す図である。
【図５】撮像素子の構成の一例を示す図である。
【図６】深さとポテンシャルの関係を示す図である。
【図７】撮像素子の構成の一例を示す図である。
【図８】深さとポテンシャルの関係を示す図である。
【図９】本技術を適用した撮像素子の一実施の形態の構成を示す図である。
【図１０】電荷の流れについて説明するための図である。
【図１１】撮像素子の断面図である。
【図１２】読み出し電極の配置について説明するための図である。
【図１３】ＰＮ接合容量拡大部内のＮ＋領域の形状の一例を示す図である。
【図１４】ＰＮ接合容量拡大部内のＮ＋領域の形状の一例を示す図である。
【図１５】ＰＮ接合容量拡大部内のＮ＋領域の形状の一例を示す図である。
【図１６】ＰＮ接合容量拡大部内のＮ＋領域の形状の一例を示す図である。
【図１７】ＰＮ接合容量拡大部内のＮ＋領域の形状の一例を示す図である。
【図１８】ＰＮ接合容量拡大部内のＮ＋領域の形状の一例を示す図である。
【図１９】ＰＮ接合容量拡大部内のＮ＋領域の形状の一例を示す図である。
【図２０】ＰＮ接合容量拡大部内のＮ＋領域の形状の一例を示す図である。
【図２１】ＰＮ接合容量拡大部内のＮ＋領域の形状の一例を示す図である。
【図２２】ＰＮ接合容量拡大部内のＮ＋領域の形状の一例を示す図である。
【図２３】ＰＮ接合容量拡大部内のＮ＋領域の形状の一例を示す図である。
【図２４】ＰＮ接合容量拡大部内のＮ＋領域の形状の一例を示す図である。
【図２５】ＰＮ接合容量拡大部内のＮ＋領域の形状の一例を示す図である。
【図２６】ＰＮ接合容量拡大部内のＮ＋領域の形状の一例を示す図である。
【図２７】図１に示した撮像素子の断面図である。
【図２８】１画素の大きさについて説明するための図である。
【図２９】画素の大きさと飽和信号電荷量の関係について説明するための図である。
【図３０】ＰＮ接合容量拡大部を有する画素の大きさについて説明するための図である。
【図３１】画素の大きさと飽和信号電荷量の関係について説明するための図である。
【図３２】撮像素子の他の構成について説明するための図である。
【図３３】深さとポテンシャルの関係を示す図である。
【図３４】撮像素子のさらに他の構成について説明するための図である。
【図３５】画素間共有の構造について説明するための図である。
【図３６】画素間共有の構造について説明するための図である。
【図３７】画素間共有の構造について説明するための図である。
【図３８】撮像素子の使用例を示す図である。
【図３９】撮像装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
１．撮像素子の構成（従来）
２．撮像素子の構成
３．ＰＮ接合容量拡大部のＮ＋領域の形状について
４．飽和信号電荷量が向上することについて
５．撮像素子の他の構成
６．画素共有について
７．撮像素子の使用例
【００３１】
以下に説明する本技術は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサを構成する撮像素子に適用できるため、ここではそのような撮像素子を例に挙げて説明を行う。また、以下に説明する本技術を適用することで、撮像素子（光電変換素子（フォトダイオード））に蓄積できる信号電荷量の最大値である飽和信号電荷量（Ｑｓ）を増加させることができる。
【００３２】
このような効果を得られる本技術を適用した撮像素子について説明するために、まず比較のため、従来の撮像素子について簡便に説明を加える。
【００３３】
＜撮像素子の構成（従来）＞
図１は、撮像素子の一例の構成を示す図である。撮像素子１０は、シリコン基板の上面から深さ方向に順に、Ｐ＋領域２１、Ｎ＋領域２２、Ｎ−領域２３、Ｐ＋領域２４の各不純物領域を形成した構造となっており、側面は、Ｐ＋領域２５で形成された構造となっている。
【００３４】
図１および以下の説明において、Ｐ＋領域、Ｐ−領域といった表記の＋および−は、不純物濃度が他の領域と比較して濃いことと薄いことを表している。
【００３５】
このような構造を有する撮像素子１０に、光が入射されると、電子・正孔対が発生し、信号電荷（電子）は、Ｐ型領域とＮ型領域の接合部に蓄積される。蓄積された電荷を読み出すための読み出し電極３１が、図1に示した撮像素子１０においては、Ｐ＋領域２１の上面に備えられている。
【００３６】
図１に示したような構造を有する撮像素子１０における深さ方向とポテンシャル（Potential）との関係を示すと図２のようになる。図２において、横軸は撮像素子１０の上面（Ｐ＋領域２１の上面）からの深さを表し、縦軸は、負のポテンシャルを表す。図２において、縦軸の値が大きい（負のポテンシャルが低い）ほど、電子にとっては高いポテンシャルであり、ホールにとっては低いポテンシャルである。
【００３７】
以下の説明においては、図１に示した撮像素子１０の構造であり、図２に示したポテンシャルの状態を有する撮像素子１０を基準とし、基準とした撮像素子１０との差異、ポテンシャルの変化などについて説明を加える。
【００３８】
図３、図５、図７は、図１に示した撮像素子１０に対して、飽和信号電荷量（Ｑｓ）を増加させるための構造を有する従来の撮像素子の一例を示す図である。以下の説明において、図１に示した撮像素子１０と同様の構成を有する部分については、同様の符号を付し、その説明は適宜省略する。
【００３９】
図３に示した撮像素子５０は、図１に示した基準となる撮像素子１０に対して、Ｎ＋領域２２の領域を大きくした（深さを深くした）構造となっている。撮像素子５０のＮ＋領域６１は、撮像素子１０（図１）のＮ＋領域２２に比べて深い位置まで設けられている。
【００４０】
図４は、図３に示したような構造を有する撮像素子５０における深さ方向とポテンシャル（Potential）との関係を示す図である。図４中、点線は、図２に実線で示した撮像素子１０におけるポテンシャルの状態を表し、実線は、撮像素子５０におけるポテンシャルの状態を表す。
【００４１】
撮像素子５０のように、Ｎ＋領域６１を深くすることで、バルクの深部のポテンシャルを深くし、容量付けを行うことができる。図４に示したように、容量を付けが行われることで、負のポテンシャルが低い状態（ピークの状態）を深さ方向で維持できるようになり、飽和信号電荷量（Ｑｓ）を増加させることが可能となる。
【００４２】
しかしながら、この場合、イメージセンサ内の電界が不足したり、バリアが発生したりすることで読み出しゲートをオン（ON）したときに信号を全て読み出せない可能性がある。
【００４３】
図５は、撮像素子の他の構成を示す図である。図５に示した撮像素子１００は、図１に示した基準となる撮像素子１０に対して、Ｎ＋領域２２の不純物濃度を濃くした構造となっている。撮像素子１００のＮ＋＋領域１０１は、撮像素子１０（図１）のＮ＋領域２２に比べて不純物濃度が濃い状態とされている。
【００４４】
図６は、図５に示したような構造を有する撮像素子１００における深さ方向とポテンシャル（Potential）との関係を示す図である。図５中、点線は、図２に実線で示した撮像素子１０におけるポテンシャルの状態を表し、実線は、撮像素子１００におけるポテンシャルの状態を表す。
【００４５】
撮像素子１００のように、Ｐ＋領域２１と接合されているＮ＋＋領域１０１の不純物濃度を高めることで、イメージセンサ表面を深くし、表面に容量付けを行うことができる。図６に示したように、容量付けが行われることで、ピーク時の負のポテンシャルをより高い状態にすることができ、飽和信号電荷量（Ｑｓ）を増加させることが可能となる。
【００４６】
しかしながら、読み出しのための電圧を高くする必要があり、読み出し不良が発生したり、白点が悪化したりする可能性がある。
【００４７】
図７は、撮像素子の他の構成を示す図である。図７に示した撮像素子１５０は、図１に示した基準となる撮像素子１０に対して、Ｐ＋領域２１を薄くし（浅くし）、Ｎ＋領域２２を厚く（深く）した構造となっている。撮像素子１５０のＰ＋領域１５１は、撮像素子１０（図１）のＰ＋領域２１に比べて薄く（浅く）構成され、撮像素子１５０のＮ＋領域１５２は、撮像素子１０（図１）のＮ＋領域２２に比べて厚く（深く）構成されている。
【００４８】
図８は、図７に示したような構造を有する撮像素子１５０における深さ方向とポテンシャル（Potential）との関係を示す図である。図７中、点線は、図２に実線で示した撮像素子１０におけるポテンシャルの状態を表し、実線は、撮像素子１５０におけるポテンシャルの状態を表す。
【００４９】
撮像素子１５０のように、Ｎ＋領域１５２をシリコン基板表面側に拡大することで、図８に示したように、ポテンシャルのピークが開始する深さを浅い位置にもってくることができ、飽和信号電荷量（Ｑｓ）を増加させることが可能となる。
【００５０】
しかしながら、図５に示した撮像素子１００と同じく、表面電界増大により白点が悪化する可能性がある。
【００５１】
そこで、飽和信号電荷量（Ｑｓ）を増加させることが可能であり、上記したような白点が悪化したり、読み出し不良が発生したりしない構造を有する撮像素子について、以下に説明する。
【００５２】
＜撮像素子の構成＞
図９は、本技術を適用した撮像素子の一実施の形態の構成を示す図である。
【００５３】
図９に示した撮像素子３００において、図１に示した撮像素子１０と同様の構成を有する部分には、同様の符号を付し、その説明は適宜省略する。図９に示した撮像素子３００は、図１に示した撮像素子１０と比較して、Ｎ−領域２３の領域が、Ｎ―領域３０１、Ｎ＋領域３０２、およびＰ＋領域３０３から構成されている点が異なり、他の部分は同様である。
【００５４】
撮像素子３００においては、高濃度のＮ＋領域２２の下層に設けられた低濃度のＮ―領域３０１の深さは浅く構成され、Ｎ−領域３０１と、高濃度のＰ＋領域２４との間には、Ｎ＋領域３０２とＰ＋領域３０３とからなる層が形成されている。ここでは、Ｎ＋領域３０２とＰ＋領域とからなる層を、ＰＮ接合容量拡大部３１０と記述する。このＰＮ接合容量拡大部３１０は、撮像素子３００の信号電荷蓄積部を拡大するために設けた部分であるため、ここでは、容量拡大部との記述を行う。
【００５５】
ＰＮ接合容量拡大部３１０は、図９に示した例では、Ｎ＋領域３０２−１、Ｎ＋領域３０２−２、Ｎ＋領域３０２−３、Ｐ＋領域３０３−１、Ｐ＋領域３０３−２を含み、Ｎ＋領域３０２−１とＮ＋領域３０２−２の間に、Ｐ＋領域３０３−１が形成され、Ｎ＋領域３０２−２とＮ＋領域３０２−３の間に、Ｐ＋領域３０３−２が形成された構成とされている。
【００５６】
このように、ＰＮ接合容量拡大部３１０は、Ｎ＋領域３０２（Ｎ型不純物領域）とＰ＋領域３０３（Ｐ型不純物領域）とが交互に配置された構成とされている。
【００５７】
ＰＮ接合容量拡大部３１０のピッチ間隔、換言すれば、Ｎ＋領域３０２とＰ＋領域３０３の繰り返し間隔は、例えば、1.0um以下で構成されることが好ましい。例えば、Ｎ＋領域３０２−１とＰ＋領域３０３−１を合わせた幅は、1.0um以下で構成される。このピッチ間隔を小さく微細化することで、間に打つＮ型不純物濃度が増加し、より飽和信号電荷量（Ｑｓ）を増加させることができる。
【００５８】
なお、後述するように、ＰＮ接合容量拡大部３１０のピッチ間隔は、図９に示した撮像素子３００のように均一でも良いが、不均一でも良い。またここでは、Ｎ＋領域３０２とＰ＋領域３０３の繰り返し間隔は、例えば、1.0um以下であるとして説明を続けるが、本技術の適用範囲を限定する記載ではなく、他の間隔であっても本技術を適用できる。例えば、1.0um以上であっても、本技術を適用できる。
【００５９】
Ｎ＋領域２２やＮ―領域３０１を横方向に設けられた層であるとすると、ＰＮ接合容量拡大部３１０のＮ＋領域３０２とＰ＋領域３０３は、縦方向に設けられた層である。ＰＮ接合容量拡大部３１０は、Ｎ＋領域３０２とＰ＋領域３０３とが縦方向に交互に積層された構成であり、他の層とは異なる方向に積層された層である。
【００６０】
また、ＰＮ接合容量拡大部３１０は、図１０に示すように、ポテンシャル勾配を有した構成とされている。図１０は、図９と同じく、撮像素子３００を示した図であり、その撮像素子３００に、信号電荷の流れを矢印で記載した図である。
【００６１】
矢印で示したように、Ｎ＋領域３０２−１で発生した電荷、Ｎ＋領域３０２−２で発生した電荷、およびＮ＋領域３０２−３で発生した電荷のそれぞれが、読み出し電極３１の近くまで行くように、ポテンシャル勾配が付けられている。換言すれば、ＰＮ接合容量拡大部３１０から読み出し電極３１間では、電荷を読み出すためのポテンシャル勾配が付けられている。
【００６２】
図１１に、図９に示した撮像素子３００を、上面から見たときの図を示す。図１１Ａは、図９に示した撮像素子３００と同じく、撮像素子３００の断面図である。図１１Ａに示した撮像素子３００においては、図９に示した撮像素子３００のＰＮ接合容量拡大部３１０は、同じく、ＰＮ接合容量拡大部３１０と記述するが、Ｎ＋領域２２とＮ−領域３０１をまとめて、Ｎ型不純物領域３２０と記述し、Ｐ＋領域２１をＰ型不純物領域３３０と記述する。
【００６３】
図１１Ａに示すように、撮像素子３００は、読み出し電極３１が設けられている側から順に、Ｐ型不純物領域３３０、Ｎ型不純物領域３２０、ＰＮ接合容量拡大部３１０が積層されている構造となされている。
【００６４】
Ｐ型不純物領域３３０とＮ型不純物領域３２０は、横方向に積層された層であり、ＰＮ接合容量拡大部３１０は、Ｐ型不純物領域３３０の層やＮ型不純物領域３２０の層とは異なる方向であり、図１１Ａに示した方向では縦方向にＮ＋領域３０２とＰ＋領域３０３が積層された層である。
【００６５】
このように、ＰＮ接合容量拡大部３１０は、他の層とは異なる方向に積層された層とすることができる。異なる方向として、他の層と垂直に交わる方向であっても良いし、所定の角度を有して交わる方向（斜め方向）であっても良い。
【００６６】
図１１Ｂは、図１１Ａに示した撮像素子３００をＡ−Ａ’で切断したときの断面図である。図１１Ｃは、Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図である。すなわち、図１１Ｂは、Ｎ型不純物領域３２０における断面図であり、図１１Ｃは、ＰＮ接合容量拡大部３１０における断面図である。
【００６７】
図１１Ｂに示したように、Ｎ型不純物領域３２０における断面図は、Ｎ型不純物が一様に拡散された面とされている。図１１Ｂには、参考のため、読み出し電極３１も図示した。読み出し電極３１は、Ｎ型不純物領域３２０の一部分の領域上にかかるように配置される。
【００６８】
本技術を適用した撮像素子３００においては、読み出し電極３１の配置位置に制限はなく、図１２に示すような種々の位置に配置することが可能である。図１２を参照するに、図１１Ｂに示した場合と同じく、Ｎ型不純物領域３２０の図中右辺に読み出し電極３１−１を設けることができる。また、図１２に示したように、Ｎ型不純物領域３２０の図中下辺に読み出し電極３１−２を設けても良い。
【００６９】
読み出し電極３１−１と読み出し電極３１−２として示したように、配置だけでなく、読み出し電極の大きさも、自由度が高く、どのような大きさであっても、本技術を適用できる。また、図１２に示すように、Ｎ型不純物領域３２０の角の部分に読み出し電極３１−３を設けても良い。また、図１２に示すように、Ｎ型不純物領域３２０の中央部分に読み出し電極３１−４を設けても良い。
【００７０】
読み出し電極３１−１乃至３１−４として示したうちの、いずれかの位置に読み出し電極３１は配置される。なお、図１２に示した読み出し電極３１以外の部分に、読み出し電極３１が配置されていても良い。
【００７１】
本技術によれば、飽和信号電荷量（Ｑｓ）を増加させるための構造が、図３乃至図８を参照して説明した撮像素子のように、基板表面付近にある構造ではなく、基板の奥側にあるため、基板表面に配置される読み出し電極３１を、上記したように、制限無く、所望とされる位置に配置することが可能である。すなわち、ＰＮ接合容量拡大部３１０の影響を受けないので、読み出し電極３１に制約は無い。
【００７２】
図１１Ｃを参照する。図１１Ｃは、ＰＮ接合容量拡大部３１０の断面図である。ＰＮ接合容量拡大部３１０の断面は、Ｎ＋領域３０２とＰ＋領域３０３が交互に配置された状態とされている。ＰＮ接合容量拡大部３１０のＮ＋領域３０２は、図１１Ｃに示した例では、格子状に設けられ、１６個の四角形で分散されて設けられている。
【００７３】
１つの四角形の大きさは、どのような大きさであっても良いが、例えば、上記したように1.0um以下（四角形のＮ型領域と隣接するＰ型領域を合わせた大きさが1.0um以下）で構成されるような大きさであることが好ましい。また、形状も、四角形としたが、正方形、長方形、ひし形、台形などの形状であっても良いし、円、楕円など四角形以外の形状であっても良い。
【００７４】
＜ＰＮ接合容量拡大部のＮ＋領域の形状について＞
ここで、図１３乃至図２６を参照し、ＰＮ接合容量拡大部３１０のＮ＋領域３０２の形状についてさらに説明する。図１３乃至図２６は、図１１Ｃと同じく、ＰＮ接合容量拡大部３１０における断面図を示す。また図１３乃至図２６においては、説明のため、読み出し電極３１も図示する。
【００７５】
また、ＰＮ接合容量拡大部３１０のＮ＋領域３０２の形状を例に挙げて説明を行うが、ＰＮ接合容量拡大部３１０のＰ＋領域３０３の形状を例に挙げて説明した場合も、基本的に同様であるため、ここでは、Ｎ＋領域３０２の方を例に挙げて説明を続ける。
【００７６】
図１３に示したＰＮ接合容量拡大部３１０のＮ＋領域３０２は、図１１Ｃに示したＮ＋領域３０２と同じく、格子状に設けられているが、１つの四角形が小さく、２８個の四角形で分散されて設けられている。また、各Ｎ＋領域３０２は角の部分で接触した状態で形成されている。このようにＰＮ接合容量拡大部３１０のＮ＋領域３０２の形状を、格子形状で設け、１つの格子は小さく形成する構造としても良い。
【００７７】
図１４に示したＰＮ接合容量拡大部３１０のＮ＋領域３０２は、図１１Ｃに示したＮ＋領域３０２と同じく、格子状に設けられているが、１つの四角形が大きく、４個の四角形で分散されて設けられている。このようにＰＮ接合容量拡大部３１０のＮ＋領域３０２の形状を、格子形状で設け、１つの格子は大きく形成する構造としても良い。
【００７８】
なお、上記したように、ＰＮ接合容量拡大部３１０のピッチ間隔が、好ましくは1.0um以下で構成されている条件を満たした状態で、図１４に示したＰＮ接合容量拡大部３１０のＮ＋領域３０２を適用する場合、１画素が小さければ、条件を満たした状態でＮ＋領域３０２を構成することができる。すなわち、ＰＮ接合容量拡大部３１０のＮ＋領域３０２の大きさは、１画素の大きさにより設定することができる。
【００７９】
図１５に示したＰＮ接合容量拡大部３１０のＮ＋領域３０２は、図１１Ｃに示したＮ＋領域３０２と同じく、格子状に設けられているが、読み出し電極３１が配置されている領域に配置されているＮ＋領域３０２は、他の領域に配置されているＮ＋領域３０２よりも大きく形成されている。このように、ＰＮ接合容量拡大部３１０内の個々のＮ＋領域３０２の形状、大きさは、同一でなくても良い。
【００８０】
図１６に示したＰＮ接合容量拡大部３１０のＮ＋領域３０２の形状は、Ｐ＋領域３０３が格子状に離散的に形成され、その間を埋めるような形状とされている。Ｎ＋領域３０２は、Ｐ＋領域３０３以外の部分では接続されているような形状である。図１６に示したように、Ｎ＋領域３０２は、例えば、図１５に示したように、個々のＮ＋領域３０２は接続することなく離れた状態で形成されている形状でなくても良い。
【００８１】
図１７に示したＰＮ接合容量拡大部３１０のＮ＋領域３０２は、図１６に示したＮ＋領域３０２と同様の形状であるが、読み出し電極３１が配置されている領域に配置されているＮ＋領域３０２は、他の領域に配置されているＮ＋領域３０２よりも大きく形成され、その領域には、Ｐ＋領域３０３が設けられていない点が異なる。
【００８２】
図１８に示したＰＮ接合容量拡大部３１０のＮ＋領域３０２の形状は、長方形で形成されている。図１８に示したＮ＋領域３０２は、長方形で形成され、読み出し電極３１に対して平行になる方向に長方形の長辺が来るように形成されている。
【００８３】
図１９に示したＰＮ接合容量拡大部３１０のＮ＋領域３０２は、図１８に示したＮ＋領域３０２と同じく長方形で形成されているが、その方向が異なる。図１９に示したＮ＋領域３０２は、長方形で形成され、読み出し電極３１に対して直行する方向に長方形の長辺が来るように形成されている。
【００８４】
図２０に示したＰＮ接合容量拡大部３１０のＮ＋領域３０２は、図１９に示したＮ＋領域３０２と同じく長方形で形成されているが、その大きさが異なる。図２０に示したＮ＋領域３０２は、長方形で形成され、読み出し電極３１に対して直行する方向に長方形の長辺が来るように形成され、Ｎ＋領域３０２間には、Ｐ＋領域３０３が設けられている。
【００８５】
図１８乃至図２０に示したように、Ｎ＋領域３０２の形状は、長方形であっても良く、その長方形の長辺の方向は、読み出し電極３１に対して平行になる方向であっても、直交する方向であっても良い。
【００８６】
図２１に示したＰＮ接合容量拡大部３１０のＮ＋領域３０２は、ＰＮ接合容量拡大部３１０の領域内で、所定の幅を有して、斜め方向に、直線形状で設けられているＰ＋領域３０３以外の領域を埋めるような形状とされている。
【００８７】
図２２に示したＰＮ接合容量拡大部３１０のＮ＋領域３０２は、ＰＮ接合容量拡大部３１０の領域内で、所定の幅を有して、曲線形状（一部直線形状を含む）で設けられているＰ＋領域３０３以外の領域を埋めるような形状とされている。
【００８８】
図２３に示したＰＮ接合容量拡大部３１０のＮ＋領域３０２は、図２２に示したＮ＋領域３０２からさらに、所定の幅を有して、斜め方向と横方向に、直線形状で設けられているＰ＋領域３０３を除いた領域に設けられている。
【００８９】
図２４に示したＰＮ接合容量拡大部３１０のＮ＋領域３０２は、ＰＮ接合容量拡大部３１０の領域内で、所定の幅を有して、波形状（曲線形状）で設けられているＰ＋領域３０３以外の領域を埋めるような形状とされている。
【００９０】
図２５に示したＰＮ接合容量拡大部３１０のＮ＋領域３０２は、ＰＮ接合容量拡大部３１０の領域内で、所定の幅を有して、円形で設けられているＰ＋領域３０３以外の領域を埋めるような形状とされている。
【００９１】
図２６に示したＰＮ接合容量拡大部３１０のＮ＋領域３０２は、ＰＮ接合容量拡大部３１０の領域内で、所定の幅を有して、うずまき形状で設けられているＰ＋領域３０３以外の領域を埋めるような形状とされている。
【００９２】
このように、ＰＮ接合容量拡大部３１０のＮ＋領域３０２の形状（ＰＮ接合容量拡大部３１０のＰ＋領域３０３の形状）は、格子状、棒状、曲線などのさまざまな形状を採用することが可能である。また、線対称、点対称、または非対称であっても良い。
【００９３】
なお、図１１Ｃ、図１３乃至図２６に示した形状は一例であり、限定を示すものではなく、他の形状であっても、本技術の適用範囲である。
【００９４】
しかしながら、好ましくは、以下の条件が満たされる形状が良い。上記したように、ＰＮ接合容量拡大部３１０のピッチ間隔が、1.0um以下で構成されている。またＰＮ接合容量拡大部３１０内で、Ｎ＋領域３０２とＰ＋領域３０３の比率は、同等（１対１）であるか、またはＮ＋領域３０２の方が、Ｐ＋領域３０３よりも少し多い比率である。
【００９５】
以下の説明では、図１１Ｃに示したＰＮ接合容量拡大部３１０の構成を例に挙げて説明を続ける。
【００９６】
＜飽和信号電荷量が向上することについて＞
上記した撮像素子３００のように、Ｐ型不純物領域３３０、Ｎ型不純物領域３２０、およびＰＮ接合容量拡大部３１０を積層した構造にすることで、飽和信号電荷量を向上させることが可能となる。ここで、飽和信号電荷量が向上することについて説明を加える。
【００９７】
図２７に、図１に示した基準とした撮像素子１０（本技術を適用した撮像素子３００と比較のために図示した撮像素子）の構成を再度示した。図２７に示した撮像素子１０は、図１１に示した撮像素子３００と比較するため、図２７Ａに、側面の断面図を示し、図２７Ｂに、図２７Ａに示した撮像素子１０をＡ−Ａ’で切断したときの断面図を示し、図２７Ｃに、図２７Ａに示した撮像素子１０をＢ−Ｂ’で切断したときの断面図を示す。なお、図２７Ｂには、参考のため、読み出し電極３１も図示してある。
【００９８】
図２７Ａは、図１に示した撮像素子１０と同じく、撮像素子１０の断面図である。図２７Ａに示した撮像素子１０においては、図１に示した撮像素子１０のＰ＋領域２１をＰ型不純物領域４１０と記述し、Ｎ＋領域２２とＮ−領域２３をまとめて、Ｎ型不純物領域４２０と記述する。
【００９９】
撮像素子１０には、ＰＮ接合容量拡大部３１０に該当する領域はないため、図２７Ａに示したように、Ｐ型不純物領域４１０とＮ型不純物領域４２０が積層された構造とされている。
【０１００】
図２７Ｂは、図２７Ａに示した撮像素子１０をＡ−Ａ’で切断したときの断面図である。図２７Ｃは、Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図である。撮像素子１０の場合、図２７Ｂと図２７Ｃは、異なる位置で切断したときの断面図であるが、両図とも、Ｎ型不純物領域４２０における断面図となる。
【０１０１】
すなわち図２７Ｂ，図２７Ｃに示したように、Ｎ型不純物領域４２０における断面は、Ｎ型不純物が一様に拡散された面とされている。
【０１０２】
このような構成を有する撮像素子１０の大きさと、飽和信号電荷量の関係について、図２８、図２９を参照して説明する。
【０１０３】
図２８は、撮像素子１０を上面から見たときの断面図であり、図２７Ｂまたは図２７Ｃに示したＡ−Ａ’またはＢ―Ｂ’で撮像素子１０を切断したときの断面図である。図２８Ａ、図２８Ｂ、図２８Ｃは、それぞれ４μｍ×４μｍの中に、１画素、４画素、１６画素を構成し、それぞれの画素は、図１（図２７）に示した撮像素子１０の構成を有する場合を示している。
【０１０４】
図２８Ａに示した撮像素子１０は、４μｍ×４μｍの中に、１画素構成されているため、１画素は、４μｍ×４μｍの大きさとなっている。以下、４μｍ×４μｍの大きさの撮像素子１０を、状態Ａとする。
【０１０５】
図２８Ｂに示した撮像素子１０は、４μｍ×４μｍの中に、４画素構成されているため、１画素は、２μｍ×２μｍの大きさとなっている。以下、２μｍ×２μｍの大きさの撮像素子１０を、状態Ｂとする。図２８Ｃに示した撮像素子１０は、４μｍ×４μｍの中に、１６画素構成されているため、１画素は、１μｍ×１μｍの大きさとなっている。以下、１μｍ×１μｍの大きさの撮像素子１０を、状態Ｃとする。
【０１０６】
図２９は、状態Ａ、状態Ｂ、状態Ｃのそれぞれの撮像素子１０に対して同じポテンシャルを実現したときの飽和の変化を表すグラフである。図２９に示したグラフにおいて、横軸は、最小単位セルサイズ（１画素の大きさ）を表し、縦軸は、単位面積あたりの飽和信号電荷量を表す。また図２９に示したグラフには、状態Ａ、状態Ｂ、状態Ｃのそれぞれの単位面積あたりの飽和信号電荷量を、点で図示（円内にＡ，Ｂ，Ｃを付して図示）してある。
【０１０７】
状態Ａの撮像素子１０の単位面積あたりの飽和信号電荷量と状態Ｂの撮像素子１０の単位面積あたりの飽和信号電荷量を比較するに、状態Ａの単位面積あたりの飽和信号電荷量の方が、状態Ｂの単位面積あたりの飽和信号電荷量よりも多い。状態Ａの撮像素子１０の単位面積あたりの飽和信号電荷量と状態Ｃの撮像素子１０の単位面積あたりの飽和信号電荷量を比較するに、状態Ｃの単位面積あたりの飽和信号電荷量の方が、状態Ａの単位面積あたりの飽和信号電荷量よりも多い。また、状態Ｂの撮像素子１０の単位面積あたりの飽和信号電荷量と状態Ｃの撮像素子１０の単位面積あたりの飽和信号電荷量を比較するに、状態Ｃの単位面積あたりの飽和信号電荷量の方が、状態Ｂの単位面積あたりの飽和信号電荷量よりも多い。
【０１０８】
状態Ａから状態Ｂへの変化は、画素サイズが小さくなり、ＰＮ接合容量が拡大している点である。このような変化に伴い、Ｐ型不純物領域の面積が増え、相対的にＮ型不純物領域が減り、その影響のため、単位面積あたりの飽和信号電荷量が減少すると考えられる。状態Ｂから状態Ｃへの変化は、さらに画素サイズが小さくなる点にある。このような変換伴い、Ｎ型不純物領域が減少するが、ＰＮ接合容量が増加した影響で、単位面積あたりの飽和信号電荷量が増大したと考えられる。
【０１０９】
これらの関係から、画素サイズを微細化していくと、単位面積あたりの飽和信号電荷量は増加する傾向にあることがわかるが、画素サイズを適切な値で微細化しないと、単位面積あたりの飽和信号電荷量は増加しない場合があることがわかる。
【０１１０】
具体的には、画素サイズを、1.0um以下にすることで、単位面積あたりの飽和信号電荷量を増加させることができる。そこで、上記したように、本技術を適用した撮像素子３００のＰＮ接合容量拡大部３１０のピッチ間隔は、一例として、1.0um以下にする。
【０１１１】
本技術を適用した撮像素子３００の大きさを４μｍ×４μｍで構成した場合、図３０に示したような構成となる。図３０Ａは、図１１Ｂに示した図と同様であり、図１１Ａに示した撮像素子３００をＡ−Ａ’で切断したときの断面図である。図３０Ｂは、図１１Ａに示した撮像素子３００をＢ−Ｂ’で切断したときの断面図である。なお、図３０Ｂには、参考のため、読み出し電極３１も図示してある。
【０１１２】
図３０Ａに示した撮像素子３００は、Ｎ型不純物領域３２０の断面であり、４μｍ×４μｍの中に、１画素分のＮ型不純物領域３２０が構成されている。４μｍ×４μｍの大きさを有するＮ型不純物領域３２０を、状態Ｄとする。
【０１１３】
図３０Ｂに示した撮像素子３００は、ＰＮ接合容量拡大部３１０の断面であり、４μｍ×４μｍの中に、１μｍ×１μｍ（正確には、１μｍ×１μｍ以下）のＮ＋領域３０２が１６個構成されている。４μｍ×４μｍの中に、１μｍ×１μｍのＮ＋領域３０２が１６個構成されている状態を、状態Ｅとする。
【０１１４】
撮像素子３００は、読み出し電極３１側には、状態ＤのＮ型不純物領域３２０を有し、読み出し電極３１より遠い側（基板の深い部分）には、状態ＥのＰＮ接合容量拡大部３１０を有している。すなわち、撮像素子１００は、１画素中に、状態Ｄと状態Ｅという異なる状態の構成を有している。
【０１１５】
状態Ｄ（図３０Ａ）は、状態Ａ（図２８Ａ）と同じであり、状態Ｅ（図３０Ｂ）は、状態Ｃ（図２８Ｃ）と同じである。撮像素子３００は、読み出し電極３１に近い側は、１画素と同等の構成を有しているが、遠い側では微細化された画素と同等の構成を有している。
【０１１６】
図３１は、図２９に示した状態Ａ、状態Ｂ、状態Ｃのそれぞれの撮像素子１０に対して同じポテンシャルを実現したときの飽和の変化を表すグラフに、撮像素子３００の単位面積あたりの飽和信号電荷量を追加したグラフである。
【０１１７】
撮像素子３００は、図３０を参照して説明したように、画素としては、状態Ｄ（図３０Ａ）の構成を有し、４μｍ×４μｍの大きさを有する１画素として機能とする。図３１では、状態Ｄとして、その単位面積あたりの飽和信号電荷量を図示した。
【０１１８】
図３１を参照するに、撮像素子３００は、状態Ａの撮像素子１０と同等の大きさであるが、その単位面積あたりの飽和信号電荷量は、状態Ｃの撮像素子１０とほぼ同等となっている。このように、撮像素子３００によれば、同一サイズの本技術を適用していない撮像素子に比べて飽和信号電荷量を格段に増加させることが可能となる。
【０１１９】
＜撮像素子の他の構成＞
撮像素子の他の構成について説明する。
【０１２０】
図３２は、本技術を適用した撮像素子の他の構成を示す図である。図３２に示した撮像素子５００の基本的な構成は、図９に示した撮像素子３００と同様であるが、Ｎ＋領域２２がなく、Ｎ−領域５０１のみでＮ型不純物領域が構成されている点が異なる。撮像素子５００は、読み出し電極３１側のＮ型不純物の濃度が薄く構成されている。また撮像素子５００も、ＰＮ接合容量拡大部３１０をＮ―領域５０１より深い位置に備えている。
【０１２１】
このように、読み出し電極３１側のＮ型不純物の濃度を薄く構成することで、ポテンシャルを浅くすることができる。図３３は、図３２に示したような構造を有する撮像素子５００における深さ方向とポテンシャル（Potential）との関係を示す図である。図３３中、点線は、図２に実線で示した撮像素子１０におけるポテンシャルの状態を表し、実線は、撮像素子５００におけるポテンシャルの状態を表す。
【０１２２】
撮像素子５００のように、読み出し電極３１側のＮ型不純物の濃度を薄く構成することで、図３３に示したように、ポテンシャルのピークが開始する深さを浅い位置にもってくることができる。
【０１２３】
また、撮像素子５００は、ＰＮ接合容量拡大部３１０を有するため、撮像素子３００と同様に、飽和信号電荷量を大きくすることが可能である。
【０１２４】
読み出し電極３１から遠い基板側（基板の深い側）にＰＮ接合容量拡大部３１０を配置することで、飽和信号電荷量を向上させることが可能となるため、例えば、従来と同じ飽和信号電荷量、例えば、図１に示した撮像素子１０で得られる飽和信号電荷量を確保すれば良い場合、図３２に示した撮像素子５００のように、基板の表面側のポテンシャルを浅くすることで、表面電界を緩和させることができ、白点を改善させることが可能となる。
【０１２５】
また、ポテンシャルが浅くなることで、読み出し電極３１による読み出し能力を向上させることができ、発生した電荷を取りこぼし無く読み出すことが可能な構造とすることができる。また、ポテンシャルが浅くなることで、読み出し電圧を低減できるため、消費電力を低減させることが可能となる。
【０１２６】
図３４は、本技術を適用した撮像素子のさらに他の構成を示す図である。図３４に示した撮像素子６００の構造は、図９に示した撮像素子３００の構造と同一であるが、ＰＮ接合容量拡大部３１０（図９）を構成する材料が異なる。
【０１２７】
図３４に示した撮像素子６００のＰＮ接合容量拡大部６１０は、Ｎ＋領域３０２とＰ＋該当領域６０１から構成されている。Ｐ＋該当領域６０１とは、図９に示した撮像素子３００のＰＮ接合容量拡大部３１０のＰ＋領域３０３に該当する領域である。このＰ＋該当領域６０１は、不純物以外の絶縁膜、例えば、酸化膜として用いられる材料が充填された領域である。
【０１２８】
Ｐ＋該当領域６０１に充填できる材料としては、撮像素子６００をシリコン基板で構成した場合、仕事関数でシリコンとの界面をホールで満たすことができる材料であればよい。
【０１２９】
このＰ＋該当領域６０１は、撮像素子６００の製造時に、エッチングなどの技術を用いて溝を形成し、その溝に絶縁膜、例えば、酸化膜としても用いられる材料が充填されることで形成される。
【０１３０】
また、エッチングなどの技術を用いて形成される場合、Ｐ＋領域２４が形成され後、Ｐ＋領域２４側から、Ｎ―領域３０１まで掘り込まれ、溝が形成され、その溝にＰ＋該当領域６０１を形成する材料が充填されることで、Ｐ＋該当領域６０１が形成されるようにすることができる。このようにＰ＋該当領域６０１が形成されるようにした場合、図３４に示したように、Ｐ＋領域２４にも、Ｐ＋該当領域６０１が形成された構造となる。
【０１３１】
＜画素共有について＞
上記した実施の形態において、１つの撮像素子を例示して説明した。例えば、撮像素子３００は、ｍ行ｎ列の２次元アレイ状に画素アレイ部に配置されることで用いられる。複数の撮像素子３００が配置されたとき、複数の画素、例えば、２画素または４画素でフローティングディフュージョン（ＦＤ）が共有された構造とすることができる。本技術を適用した撮像素子においても、画素間共有の技術を適用することができる。
【０１３２】
図３５は、画素アレイ部に横方向で配置されている４画素分の撮像素子を示した。図３５Ａは、図９（図１１Ａ）に示した撮像素子３００が、横方向に４画素分配置されている場合を図示した図である。撮像素子３００−１乃至３００−４のそれぞれには、基板の表面側に読み出し電極３１−１乃至３１−４が配置され、基板の深い側にＰＮ接合容量拡大部３１０−１乃至３１０−４が配置されている。
【０１３３】
図３５Ｂは、図３４に示した撮像素子６００が、横方向に４画素分配置されている場合を図示した図である。撮像素子６００−１乃至６００−４のそれぞれには、基板の表面側に読み出し電極３１−１乃至３１−４が配置され、基板の深い側にＰＮ接合容量拡大部６１０−１乃至６１０−４が配置されている。
【０１３４】
図３５Ａ、図３５Ｂに示した撮像素子３００、撮像素子６００（以下、撮像素子３００を例に挙げて説明を続ける）のうち、隣接する撮像素子３００の読み出し電極３１は、近接した位置に配置されている。
【０１３５】
例えば、隣接している撮像素子３００−１と撮像素子３００−２の読み出し電極３１−１と読み出し電極３１−２は、近接した状態で配置されている。同じく、隣接している撮像素子３００−３と撮像素子３００−４の読み出し電極３１−３と読み出し電極３１−４は、近接した状態で配置されている。
【０１３６】
また、隣接して配置されている撮像素子３００−１と撮像素子３００−２は、１つのフローティングディフュージョン（ＦＤ）７０１−１を共有している。同じく、隣接して配置されている撮像素子３００−３と撮像素子３００−４は、１つのフローティングディフュージョン（ＦＤ）７０１−２を共有している。
【０１３７】
フローティングディフュージョン７０１−１は、読み出し電極３１−１と読み出し電極３１−２の間に設けられている。また、フローティングディフュージョン７０１−１は、Ｐ型不純物領域３３０−１とＰ型不純物領域３３０−２に跨って設けられている。なお、図３５Ａでは、Ｐ型不純物領域３３０−１とＰ型不純物領域３３０−２の間に線を付し、境界を明確にしてあるが、説明のために付した線であり、実際のＰ型不純物領域３３０−１とＰ型不純物領域３３０−２の間には、そのような境界線などはない。
【０１３８】
同様にフローティングディフュージョン７０１−２は、読み出し電極３１−３と読み出し電極３１−４の間に設けられている。また、フローティングディフュージョン７０１−２は、Ｐ型不純物領域３３０−３とＰ型不純物領域３３０−４に跨って設けられている。
【０１３９】
図３６は、図３５Ａに示した撮像素子３００を、上方から見たときの図であり、ＰＮ接合容量拡大部３１０の部分の断面図である。また説明のために、読み出し電極３１も図示した。図３６では、２×２の４画素分の撮像素子３００を示した。
【０１４０】
撮像素子３００−１（ＰＮ接合容量拡大部３１０−１）と撮像素子３００−２（ＰＮ接合容量拡大部３１０−２）は、横方向で隣接しており、この２画素で、１つのフローティングディフュージョン（ＦＤ）７０１−１を共有している。フローティングディフュージョン７０１−１は、撮像素子３００−１の読み出し電極３１−１と撮像素子３００−２の読み出し電極３１−２の間に配置されている。
【０１４１】
同じく、撮像素子３００−１１（ＰＮ接合容量拡大部３１０−１１）と撮像素子３００−１２（ＰＮ接合容量拡大部３１０−１２）は、横方向で隣接しており、この２画素で、１つのフローティングディフュージョン７０１−１１を共有している。フローティングディフュージョン７０１−１１は、撮像素子３００−１１の読み出し電極３１−１１と撮像素子３００−１２の読み出し電極３１−１２の間に配置されている。
【０１４２】
このように、隣接する２画素で、１つのフローティングディフュージョン７０１を共有した構成とすることができる。
【０１４３】
４画素で１つのフローティングディフュージョン７０１を共有する構成とすることもできる。図３７に、４画素で１つのフローティングディフュージョン７０１を共有するようにした場合の撮像素子３００を示す。
【０１４４】
図３７は、図３６と同じく、２×２の４画素分の撮像素子３００を示している。この４画素で１つのフローティングディフュージョン７０１を共有するため、図３７に示したように、４画素の中央部分にフローティングディフュージョン７０１が配置されている。
【０１４５】
このフローティングディフュージョン７０１を囲むように、撮像素子３００−１（ＰＮ接合容量拡大部３１０−１）の読み出し電極３１−１、撮像素子３００−２（ＰＮ接合容量拡大部３１０−２）の読み出し電極３１−２、撮像素子３００−１１（ＰＮ接合容量拡大部３１０−１１）の読み出し電極３１−１１、撮像素子３００−１２（ＰＮ接合容量拡大部３１０−１２）の読み出し電極３１−１２が配置されている。
【０１４６】
このように、隣接する４画素で、１つのフローティングディフュージョン７０１を共有した構成とすることもできる。
【０１４７】
本技術によれば、上記したように、読み出し電極３１の配置位置の自由度が高く、上記したような、２画素または４画素で１つのフローティングディフュージョン７０１を共有するときに、適切な位置に読み出し電極３１を配置することができる。
【０１４８】
本技術によれば、上記したように、撮像素子における飽和信号電荷量を向上させることができる。また、飽和信号電荷量を向上させる構成とした場合においても、従来の撮像素子よりも大きくなるといったこともなく、同等のサイズまたはそれ以下のサイズに収めることが可能である。
【０１４９】
＜撮像素子の使用例＞
図３８は、上述の撮像素子の使用例を示す図である。
【０１５０】
上述した撮像素子は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングするさまざまなケースに使用することができる。
【０１５１】
・デジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供され装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
【０１５２】
図３９は、本技術を適用した電子機器の一例である撮像装置（カメラ装置）１０００の構成例を示すブロック図である。
【０１５３】
図３９に示すように、撮像装置１０００は、レンズ群１００１などを含む光学系、撮像素子１００２、カメラ信号処理部であるＤＳＰ１００３、フレームメモリ１００４、表示部１００５、記録部１００６、操作部１００７、および、電源部１００８等を有している。そして、ＤＳＰ１００３、フレームメモリ１００４、表示部１００５、記録部１００６、操作部１００７、および、電源部１００８がバスライン１００９を介して相互に接続された構成となっている。
【０１５４】
レンズ群１００１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで撮像素子１００２の撮像面上に結像する。撮像素子１００２は、レンズ群１００１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。
【０１５５】
表示部１００５は、液晶表示装置や有機ＥＬ（electro luminescence）表示装置等のパネル型表示装置から成り、撮像素子１００２で撮像された動画または静止画を表示する。記録部１００６は、撮像素子１００２で撮像された動画または静止画を、メモリカードやビデオテープやＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の記録媒体に記録する。
【０１５６】
操作部１００７は、ユーザによる操作の下に、本撮像装置１０００が持つさまざまな機能について操作指令を発する。電源部１００８は、ＤＳＰ１００３、フレームメモリ１００４、表示部１００５、記録部１００６、および、操作部１００７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
【０１５７】
このような撮像装置１０００は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには、スマートフォン、携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールに適用される。そして、この撮像装置１０００において、撮像素子１００２として、上述した各実施形態に係る撮像素子を用いることができる。これにより、撮像装置１０００の画質を向上させることができる。
【０１５８】
本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
【０１５９】
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
【０１６０】
なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０１６１】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
半導体基板に基板の上面から深さ方向に順に、
第１のＰ型不純物領域と、
第１のＮ型不純物領域と、
第２のＰ型不純物領域と第２のＮ型不純物領域とからＰＮ接合面を形成する容量拡大部と
を備える撮像素子。
（２）
前記第１のＰ型不純物領域の前記第２のＮ型不純物領域が設けられている面と対面する面に、蓄積された電荷を読み出す読み出し電極をさらに備え、
前記容量拡大部は、前記第１のＮ型不純物領域よりさらに前記読み出し電極より遠い領域に形成されている
前記（１）に記載の撮像素子。
（３）
前記容量拡大部には、前記第２のＰ型不純物領域と前記第２のＮ型不純物領域が、交互に配置されている
前記（１）または（２）に記載の撮像素子。
（４）
前記半導体基板をシリコンで構成し、
前記第２のＰ型不純物領域は、仕事関数差で前記シリコンとの界面をホールで満たすことができる材料で形成されている
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の撮像素子。
（５）
前記第１のＰ型不純物領域と、前記第２のＰ型不純物領域は、異なる方向に設けられた層である
前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の撮像素子。
（６）
前記第１のＮ型不純物領域と、前記第２のＮ型不純物領域は、異なる方向に設けられた層である
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の撮像素子。
（７）
前記第１のＮ型不純物領域は、高濃度のＮ＋型不純物領域と低濃度のＮ−型不純物領域とから構成されている
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の撮像素子。
（８）
前記第１のＮ型不純物領域は、低濃度のＮ―領域である
前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の撮像素子。
（９）
前記容量拡大部から前記読み出し電極までは、前記電荷を読み出すためにポテンシャルの勾配が付けられている
前記（２）に記載の撮像素子。
（１０）
前記容量拡大部内の前記第２のＮ型不純物領域は、所定方向からの断面図において、四角形状に形成されている
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の撮像素子。
（１１）
前記容量拡大部内の前記第２のＰ型不純物領域は、所定方向からの断面図において、所定の幅を有する曲線形状に形成されている
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の撮像素子。
（１２）
前記容量拡大部内の前記第２のＰ型不純物領域は、所定方向からの断面図において、所定の幅を有する円形状に形成されている
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の撮像素子。
（１３）
前記容量拡大部の第２のＰ型不純物領域と第２のＮ型不純物領域の繰り返し間隔は、１μｍ以下とされている
前記（１）乃至（１２）のいずれかに記載の撮像素子。
（１４）
複数の撮像素子でフローティングディフュージョンを共有し、
前記フローティングディフュージョンの近傍に、前記読み出し電極が配置されている
前記（１）乃至（１３）のいずれかに記載の撮像素子。
【符号の説明】
【０１６２】
２１  Ｐ＋領域，  ２２  Ｎ＋領域，  ２３  Ｎ―領域，  ２４  Ｐ＋領域，  ３００  撮像素子，  ３０１  Ｎ―領域，  ３０２  Ｎ＋領域，  ３０３  Ｐ＋領域，  ３１０  ＰＮ接合容量拡大部，  ３２０  Ｎ型不純物領域，  ３３０  Ｐ型不純物領域，  ５００  撮像素子，  ５０１  Ｎ―領域，  ６００  撮像素子，  ６０１  Ｐ＋該当領域，  ６１０  ＰＮ接合容量拡大部
【図１】
0006706481.tif 000002
【図２】
0006706481.tif 000003
【図３】
0006706481.tif 000004
【図４】
0006706481.tif 000005
【図５】
0006706481.tif 000006
【図６】
0006706481.tif 000007
【図７】
0006706481.tif 000008
【図８】
0006706481.tif 000009
【図９】
0006706481.tif 000010
【図１０】
0006706481.tif 000011
【図１１】
0006706481.tif 000012
【図１２】
0006706481.tif 000013
【図１３】
0006706481.tif 000014
【図１４】
0006706481.tif 000015
【図１５】
0006706481.tif 000016
【図１６】
0006706481.tif 000017
【図１７】
0006706481.tif 000018
【図１８】
0006706481.tif 000019
【図１９】
0006706481.tif 000020
【図２０】
0006706481.tif 000021
【図２１】
0006706481.tif 000022
【図２２】
0006706481.tif 000023
【図２３】
0006706481.tif 000024
【図２４】
0006706481.tif 000025
【図２５】
0006706481.tif 000026
【図２６】
0006706481.tif 000027
【図２７】
0006706481.tif 000028
【図２８】
0006706481.tif 000029
【図２９】
0006706481.tif 000030
【図３０】
0006706481.tif 000031
【図３１】
0006706481.tif 000032
【図３２】
0006706481.tif 000033
【図３３】
0006706481.tif 000034
【図３４】
0006706481.tif 000035
【図３５】
0006706481.tif 000036
【図３６】
0006706481.tif 000037
【図３７】
0006706481.tif 000038
【図３８】
0006706481.tif 000039
【図３９】
0006706481.tif 000040