(57)【要約】【課題】光電変換素子と垂直転送チャネルの撮像部全体に対する面積比率を大きくして、高感度で大きな飽和出力を得ることができる簡単な構成の固体撮像素子を提供する。【解決手段】図１の固体撮像素子は、半導体基板表面に受光領域がほぼ正方形の光電変換素子１００が、正方格子状に複数配設されており、複数の光電変換素子列それぞれに対応して複数の垂直転送部２００が設けられる。垂直転送部２００は、垂直転送チャネルと、垂直転送チャネルの上層に設けられた複数本の垂直転送電極とを含み、垂直転送チャネルは、対応する光電変換素子列を構成する各光電変換素子１００間を蛇行するように設けられる。【選択図】図１
2004103785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板表面に行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配設された複数の光電変換素子を含む固体撮像素子であって、
前記列方向に配設された複数の前記光電変換素子からなる複数の光電変換素子列それぞれに対応して設けられ、前記光電変換素子の電荷を前記列方向に転送する複数の垂直転送部と、
前記垂直転送部からの電荷を、前記行方向に転送する水平転送部と、
前記水平転送部によって転送される電荷に応じた信号を出力する出力部とを有し、
前記垂直転送部は、垂直転送チャネルと、前記垂直転送チャネルの上層に設けられた複数本の垂直転送電極とを含み、
前記垂直転送チャネルは、対応する前記光電変換素子列を構成する各光電変換素子間を蛇行するように設けられており、
前記垂直転送電極は、前記光電変換素子の間の前記垂直転送チャネルの上層にに形成される第１の導電層を含む第１の垂直転送電極と、前記光電変換素子の側方の前記垂直転送チャネルの上層に形成される第２の導電層を含む第２の垂直転送電極とからなり、
同一行の前記光電変換素子に対応する前記第１の垂直転送電極及び前記第２の垂直転送電極は、それぞれ同相の駆動信号によって駆動されるものである固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
前記垂直転送チャネルは、複数の前記光電変換素子列に対して同一の配置で、同一の形状に形成される固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１又は２記載の固体撮像素子であって、
前記光電変換素子の電荷を前記垂直転送チャネルに読み出す電荷読み出し領域が、前記光電変換素子の側方の前記垂直転送チャネルに接して形成される固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１又は２記載の固体撮像素子であって、
前記光電変換素子の電荷を前記垂直転送チャネルに読み出す電荷読み出し領域が、前記光電変換素子の間の前記垂直転送チャネルに接して形成される固体撮像素子。
【請求項５】
請求項４記載の固体撮像素子であって、
前記電荷読み出し領域の前記光電変換素子に対する位置は、前記光電変換素子列毎に同一であり、かつ、隣接する前記光電変換素子列の前記位置は、互いに異なる固体撮像素子。
【請求項６】
請求項５記載の固体撮像素子であって、
集光率が異なる２種類の集光用マイクロレンズが各々の前記光電変換素子に対応して設けられ、
前記２種類のマイクロレンズは、それぞれ市松状に配置される固体撮像素子。
【請求項７】
半導体基板表面に行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配設された複数の光電変換素子を含む固体撮像素子であって、
前記列方向に配設された複数の前記光電変換素子からなる複数の光電変換素子列それぞれに対応して設けられ、前記光電変換素子の電荷を前記列方向に転送する複数の垂直転送部と、
前記垂直転送部からの電荷を、前記行方向に転送する水平転送部と、
前記水平転送部によって転送される電荷に応じた信号を出力する出力部とを有し、
前記垂直転送部は、垂直転送チャネルと、前記垂直転送チャネルの上層に設けられた複数本の垂直転送電極とを含み、
前記垂直転送チャネルは、対応する前記光電変換素子列を構成する各光電変換素子の側方に設けられる第１の部分と、前記光電変換素子の間に設けられる第２の部分とを含み、かつ全体として櫛型形状を有しており、
前記垂直転送電極は、前記光電変換素子の間の前記垂直転送チャネルの上層に形成される第１の導電層を含む第１の垂直転送電極と、前記光電変換素子の側方の前記垂直転送チャネルの上層に形成される第２の導電層を含む第２の垂直転送電極とからなり、
同一行の前記光電変換素子に対応する前記第１の垂直転送電極及び前記第２の垂直転送電極は、それぞれ同相の駆動信号によって駆動されるものである固体撮像素子。
【請求項８】
請求項７記載の固体撮像素子であって、
前記第１の垂直転送電極下にある転送チャネルの下流端は、その下流に位置するチャネル幅が狭い前記第１の部分の端部にほぼ一致するように形成される固体撮像素子。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記光電変換素子の受光領域は、アスペクト比が略１の形状である固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板表面に行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配設された複数の光電変換素子を含む固体撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルカメラ等に利用される固体撮像素子は、光電変換素子によって画像信号に対応する電荷を検出するため、一般にダイナミックレンジを広げるのが困難である。広ダイナミックレンジの画像を得るためには、光電変換素子によって検出する電荷量を多くする必要があり、そのためには光電素子の受光面積を大きくする必要がある。しかし、検出電荷量を多くすると、電荷転送部の転送容量すなわち寸法を大きくする必要があり、撮像画素数を多くできないという問題がある。
【０００３】
従来の固体撮像素子の一例の概略構成を図１１に示す。図１１の固体撮像素子は、正方格子状に配設された複数の光電変換素子１０によって、光強度を電荷信号に変換するものであり、検出された信号電荷は、複数の垂直転送部２０（図１１では、１つの垂直転送部を破線で囲って示してある。）、水平転送部３０を経て、出力部４０に転送され、出力部４０からは、信号電荷に対応する電圧信号４１が出力される。
【０００４】
垂直転送部２０は、光電変換素子１０からの電荷を列方向Ｙに転送するもので、半導体基板上に形成された複数本の垂直転送チャネル（図示せず）、垂直転送チャネルの上層に形成された複数本の垂直転送電極１０１〜１０４、光電変換素子１０の電荷を垂直転送チャネルに読み出す電荷読み出し領域２１（図１１では、模式的に矢印で示してある。）を含む。
【０００５】
垂直転送チャネルは、光電変換素子１０の側方に列方向Ｙに延在するほぼ直線形状を呈するものであり、その上層に形成された垂直転送電極１０１〜１０４によって、電荷が蓄積、転送される領域が区分される。垂直転送電極１０１〜１０４は、光電変換素子１０それぞれに対応して２つ設けられ（図１１では、２行分の光電変換素子に対応するもののみに符合を付してある。）、同一行の光電変換素子の同一の位置関係にある垂直転送電極は、電極配線１２１，１２２によって電気的に接続されている。垂直転送電極１０１〜１０４は、多結晶シリコンで形成される。
【０００６】
垂直転送電極１０１〜１０４には、端子１１１〜１１４を介して４相の垂直転送パルスが印加され、垂直転送チャネルの電荷が列方向Ｙに転送される。垂直転送パルスは、垂直転送部２０と水平転送部３０の間の転送電極１０５、１０６、１０７にも印加され、垂直転送パルスの１周期毎に、奇数行の光電変換素子１０又は偶数行の光電変換素子１０で検出された１行分の電荷が、水平転送部３０に送られる。奇数行の光電変換素子１０の読出しは、垂直電荷転送開始直前の第１相パルス（端子１１１に印加される垂直転送パルス）に、読出しパルスを重畳させることによって行われ、偶数行の光電変換素子１０の読出しは、垂直電荷転送開始直後の第３相パルス（端子１１３に印加される垂直転送パルス）に、読出しパルスを重畳させることによって行われる。
【０００７】
水平転送部３０は、垂直転送部２０からの電荷を、行方向Ｘに転送するものであり、水平転送チャネル及び水平転送電極（いずれも図示せず）を含む。水平転送電極には、端子１３１、１３２を介して２相の水平転送パルスが印加され、垂直転送部２０から転送された、１行分の光電変換素子１０の信号電荷が、出力部４０に転送される。
【０００８】
次に、図１１に示した固体撮像素子の駆動について説明する。被写界からの入射光の強度に応じて光電変換素子１０に蓄積された電荷は、第１相の垂直転送パルスに重畳される読み出しパルスによって、まず奇数行の光電変換素子１０に蓄積された電荷が垂直転送チャネルに読み出される。そして、垂直転送パルスに応じて垂直転送チャネル内を転送され、水平転送チャネルの所定の領域に保持される。次いで、水平転送パルスが印加されると、保持された１行分の電荷は、順次出力部４０に送られ、電荷量に対応する電圧信号４１が出力される。このような転送処理を奇数行の光電変換素子１０すべてについて行った後、第３相の垂直転送パルスに読み出しパルスを重畳して偶数行の光電変換素子１０に蓄積された電荷を垂直転送チャネルに読み出し、同様の転送を行う。
【０００９】
図１１に示すような従来の固体撮像素子においては、垂直方向の光電変換素子間の領域が、垂直転送電極の配線路として利用されており、撮像素子としては無駄な領域となっている。すなわち、１画素当たりの面積に対する、集光と電荷蓄積の役割を果たす光電変換素子の面積と信号電荷の転送の役割を果たす垂直転送チャネルの面積の比率に上限がある。そのため、撮像素子の感度や飽和電圧を大きくすることが難しい。
【００１０】
また、光電変換素子で検出する信号電荷量を大きくすると、電荷転送チャネルのチャネル幅を大きくする必要があるが、従来のものは、電荷転送チャネルが光電変換素子の側方にのみ配置されるので、光電変換素子の受光領域の形状が長方形になる。一般に、光電変換素子１０の上方には、集光のためにマイクロレンズが配置されるが、受光領域の形状が長方形となると、マイクロレンズで入射光を光電変換素子に集光することが難しく、シェーディングが大きくなって、小さいＦ値での感度低下が著しいという問題もある。
【００１１】
電荷転送部の形状を、光電変換素子間を蛇行させることにより、ダイナミックレンジの拡大を図ったものとして特許文献１に記載された固体撮像装置があるが、この固体撮像装置は、光電変換素子を千鳥状に配置する必要があるとともに、垂直転送部の形状が隣接する光電変換素子列間で異なっている。したがって、特性を一致させることが難しく得られる撮像信号にむらが生じ易いという問題がある。
【００１２】
【特許文献１】
特開平５−２９１５５２号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、光電変換素子と垂直転送チャネルの撮像部全体に対する面積比率を大きくして、高感度で大きな飽和出力を得ることができる簡単な構成の固体撮像素子を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板表面に行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配設された複数の光電変換素子を含む固体撮像素子であって、前記列方向に配設された複数の前記光電変換素子からなる複数の光電変換素子列それぞれに対応して設けられ、前記光電変換素子の電荷を前記列方向に転送する複数の垂直転送部と、前記垂直転送部からの電荷を、前記行方向に転送する水平転送部と、前記水平転送部によって転送される電荷に応じた信号を出力する出力部とを有し、前記垂直転送部は、垂直転送チャネルと、前記垂直転送チャネルの上層に設けられた複数本の垂直転送電極とを含み、前記垂直転送チャネルは、対応する前記光電変換素子列を構成する各光電変換素子間を蛇行するように設けられており、前記垂直転送電極は、前記光電変換素子の間の前記垂直転送チャネルの上層にに形成される第１の導電層を含む第１の垂直転送電極と、前記光電変換素子の側方の前記垂直転送チャネルの上層に形成される第２の導電層を含む第２の垂直転送電極とからなり、同一行の前記光電変換素子に対応する前記第１の垂直転送電極及び前記第２の垂直転送電極は、それぞれ同相の駆動信号によって駆動されるものである。
【００１５】
このような固体撮像素子によれば、光電変換素子のほぼ周囲全体を垂直転送チャネルとして利用することができるため、光電変換素子と垂直転送チャネルの撮像部全体に対する面積比率を大きくして、高感度で大きな飽和出力を得ることができる。
【００１６】
本発明の固体撮像素子における前記垂直転送チャネルは、複数の前記光電変換素子列に対して同一の配置で、同一の形状に形成されるものをふくむ。このように構成すると、垂直転送部の電荷転送特性が均一化し、むらのない画像データを簡単に得ることができる。
【００１７】
本発明の固体撮像素子は、前記光電変換素子の電荷を前記垂直転送チャネルに読み出す電荷読み出し領域が、前記光電変換素子の側方の前記垂直転送チャネルに接して形成されるものを含む。
【００１８】
また、本発明の固体撮像素子は、前記光電変換素子の電荷を前記垂直転送チャネルに読み出す電荷読み出し領域が、前記光電変換素子の間の前記垂直転送チャネルに接して形成されるものを含む。
【００１９】
また、前記光電変換素子の電荷を前記垂直転送チャネルに読み出す電荷読み出し領域を、前記光電変換素子の間の前記垂直転送チャネルに接して形成したものであって、前記電荷読み出し領域の前記光電変換素子に対する位置を、前記光電変換素子列毎に同一であり、かつ、隣接する前記光電変換素子列の前記位置は、互いに異なるようにしたものを含む。この固体撮像素子によれば、市松位置の光電変換素子の電荷を同時に読み出すことができ、均一な間引き読み出しが可能となる。
【００２０】
さらに、集光率が異なる２種類の集光用マイクロレンズが各々の前記光電変換素子に対応して設けられ、前記２種類のマイクロレンズは、それぞれ市松状に配置されるものを含む。このような構成とすると、それぞれ市松位置の配置された高感度画素用の検出信号と低感度画素信号の検出信号を別々に出力することが可能となる。
【００２１】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板表面に行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配設された複数の光電変換素子を含む固体撮像素子であって、前記列方向に配設された複数の前記光電変換素子からなる複数の光電変換素子列それぞれに対応して設けられ、前記光電変換素子の電荷を前記列方向に転送する複数の垂直転送部と、前記垂直転送部からの電荷を、前記行方向に転送する水平転送部と、前記水平転送部によって転送される電荷に応じた信号を出力する出力部とを有し、前記垂直転送部は、垂直転送チャネルと、前記垂直転送チャネルの上層に設けられた複数本の垂直転送電極とを含み、前記垂直転送チャネルは、対応する前記光電変換素子列を構成する各光電変換素子の側方に設けられる第１の部分と、前記光電変換素子の間に設けられる第２の部分とを含み、かつ全体として櫛型形状を有しており、前記垂直転送電極は、前記光電変換素子の間の前記垂直転送チャネルの上層に形成される第１の導電層を含む第１の垂直転送電極と、前記光電変換素子の側方の前記垂直転送チャネルの上層に形成される第２の導電層を含む第２の垂直転送電極とからなり、同一行の前記光電変換素子に対応する前記第１の垂直転送電極及び前記第２の垂直転送電極は、それぞれ同相の駆動信号によって駆動されるものである。このような構成とすると、隣接する垂直転送チャネルの近接部分に屈曲部がないため、設計的な制約が少なく、電荷転送がスムーズに行われる。
【００２２】
本発明の固体撮像素子における前記第１の垂直転送電極下にある転送チャネルの下流端は、その下流に位置するチャネル幅が狭い前記第１の部分の端部にほぼ一致するように形成される。こうすると、チャネル幅が狭い部分の蓄積領域をチャネル幅が広い部分に広げることにより、垂直転送チャネルの第２の部分から第１の部分への電荷転送をスムーズに行うことができる。
【００２３】
本発明の固体撮像素子における前記光電変換素子の受光領域は、アスペクト比が略１の形状であるものを含む。このような形状とすると、マイクロレンズによる集光を効率的に行うことができ、シェーディングを小さくすることによって、小さいＦ値での感度低下を避けることができる。マイクロレンズの設計が簡単にできるので、その大きさを変更することによって、高感度画素と低感度画素を配置した撮像素子を簡単に得ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１に、第１の実施の形態の固体撮像素子の概略構成を示し、図２に、図１の固体撮像素子の部分詳細図を示す。図１の固体撮像素子は、半導体基板表面に受光領域がほぼ正方形の光電変換素子１００が、行方向Ｘとこれに直交する列方向Ｙに正方格子状に複数配設されており、列方向Ｙに配設された複数の前記光電変換素子１００からなる複数の光電変換素子列それぞれに対応して複数の垂直転送部２００（図１では、１つの垂直転送部を破線で囲って示してある。）が設けられる。垂直転送部２００は、光電変換素子１００の電荷を列方向Ｙに転送するもので、その下流側には、垂直転送部２００からの電荷を、行方向Ｘに転送する水平転送部３０が設けられる。水平転送部３０の下流側には、水平転送部３０によって転送される電荷に応じた信号を出力する出力部４０が設けられ、転送された電荷に対応する電圧信号４１を出力する。水平転送部３０及び出力部４０の構成及び動作は、図１１に示す従来の固体撮像素子と同様であるので説明を省略する。
【００２５】
垂直転送部２００は、垂直転送チャネル２３１と、垂直転送チャネル２３１の上層に設けられた複数本の垂直転送電極２０１〜２０４（図１では、２行分の光電変換素子に対応するもののみに符合を付してある。）と、光電変換素子１００の電荷を垂直転送チャネル２３１に読み出す電荷読み出し領域２１０（図１では、模式的に矢印で示してある。）を含む。垂直転送チャネル２３１は、光電変換素子１００間を蛇行するように略列方向Ｙに延在しており、各光電変換素子列に対してほぼ同一の配置、同一の形状となっている。また、各垂直転送チャネル２３１は、チャネルストップ２３２によって分離されている。
【００２６】
列方向Ｙに隣接する光電変換素子１００の間の垂直転送チャネル２３１の上層には、多結晶シリコンからなる第１の導電層を含む第１の垂直転送電極２０２、２０４が形成される。また、各光電変換素子１００の側方の垂直転送チャネル２３１の上層には、多結晶シリコンからなる第２の導電層を含む第２の垂直転送電極２０１、２０３が、電荷読み出し領域２１０も覆うように形成される。第１の垂直転送電極２０２、２０４は、光電変換素子１００の間をほぼ直線状に延在しており、第２の垂直転送電極２０１、２０３は、第１の垂直転送電極状に延在する電極配線２４０によって相互に接続されている。したがって、同一行の光電変換素子１００に対応する第１の垂直転送電極２０２、２０４及び第２の垂直転送電極２０１、２０３は、それぞれ同相の駆動信号によって駆動可能となっている。
【００２７】
図１の固体撮像素子の駆動は、図１１のものと同様であり、垂直転送電極２０１〜２０４に、端子１１１〜１１４を介して４相の垂直転送パルスが印加される。同様に、垂直転送部２００と水平転送部３０の間の転送電極１０５、１０６、１０７にも４相の垂直転送パルスが印加される。読み出しパルスも同様に、奇数行の光電変換素子１００の読み出し時は第１相パルス（端子１１１に印加される垂直転送パルス）に重畳され、偶数行の光電変換素子１００の読み出し時には第３相パルス（端子１１３に印加される垂直転送パルス）に重畳される。読み出した後の動作は、図１１のものと同様であるので、説明を省略する。
【００２８】
なお、固体撮像素子の表面は、番号２３０で示す境界に囲まれる領域を除いて遮光膜（図示せず）で覆われ、その上方には、色フィルタを介してマイクロレンズ（図示せず）が配設される。
【００２９】
図３に、図１の固体撮像素子に利用される色フィルタの一例を示す。図３におけるＲ、Ｇ、及びＢは、それぞれ赤色フィルタ、緑色フィルタ、及び青色フィルタを示し、それぞれの中心が、光電変換素子１００の受光領域の中心に一致するように配置される。色フィルタの上方に配設される各マイクロレンズは、図３の各色フィルタの大きさとほぼ同様の大きさを有し、入射光を光電変換素子１００に集光するような形状とされる。図４に、図３のＡ−Ａに対応する部分の断面を示す。
【００３０】
（第２の実施の形態）
図１の固体撮像素子は、光電変換素子１００の電荷を側方の垂直転送チャネル２３１に読み出すようにしたが、列方向に隣接する光電変換素子１００の間の垂直転送チャネル２３１に読み出してもよい。図５に、第２の実施の形態の固体撮像素子の概略構成を示す。図５に示す固体撮像素子は、電荷読み出し領域２１１を光電変換素子１００の下方の垂直転送チャネル２３１に設けていることを除いて、図１の固体撮像素子と同一である。また、読み出しパルスの印加方法を除いて駆動方法も同一である。読み出しパルスは、奇数行の光電変換素子１００の読み出し時は第２相パルス（端子１１２に印加される垂直転送パルス）に重畳され、偶数行の光電変換素子１００の読み出し時には第４相パルス（端子１１４に印加される垂直転送パルス）に重畳される。
【００３１】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態の固体撮像素子の概略構成を図６に示す。図６の固体撮像素子は、図５に示す固体撮像素子と同様、光電変換素子１００の電荷を列方向に隣接する光電変換素子１００の間の垂直転送チャネル２３１に読み出すものであるが、読み出し方向が異なる。図５に示す固体撮像素子は、すべての光電変換素子１００からの電荷読み出しを同一方向（図５では、下方）に読み出しているが、第３の実施の形態では、列毎に変化させている。すなわち、光電変換素子列毎に同一の方向に読み出し、隣接する光電変換素子列の読み出し方向は、互いに異なる方向としている。
【００３２】
駆動方法は、図５に示す固体撮像素子と基本的に同一である。すなわち、１回目の読み出し時には、第２相パルス（端子１１２に印加される垂直転送パルス）に重畳され、第２回目の読み出し時には第４相パルス（端子１１４に印加される垂直転送パルス）に、読み出しパルスが重畳される。したがって、第１回目の読み出し時は、図６で符合「＊」を付した光電変換素子１００の電荷が読み出され、第２回目の読み出し時には、図６で符合「○」を付した光電変換素子１００の電荷が読み出される。
【００３３】
このような構成とすると、市松状に配置された光電変換素子の電荷を同時に読み出すことができ、画素の均一な間引き読み出しを実現することができる。また、高感度画素と低感度画素をそれぞれ市松状に配置した固体撮像素子の電荷読み出しに適用すると、高感度画素の電荷と低感度画素の電荷をまとめて独立に読み出すことができる。
【００３４】
図７に、高感度画素と低感度画素による電荷検出を行う固体撮像素子に利用される色フィルタの一例を示す。図７におけるＲ、Ｇ、及びＢは、それぞれ赤色フィルタ、緑色フィルタ、及び青色フィルタを示し、それぞれの中心が、光電変換素子１００の受光領域の中心に一致するように配置される。Ｒ、Ｇ、及びＢを小さい正方形で囲んだ色フィルタは、低感度画素の検出用であり、Ｒ、Ｇ、及びＢを八角形で囲んだ色フィルタは、高感度画素の検出用である。
【００３５】
図８は、図７の色フィルタの上方に配設される各マイクロレンズの断面を示す図であり、図７のＡ−Ａに対応する部分の断面を示す。このような構成のマイクロレンズとすると、低感度画素の光電変換素子１００には、相対的に少ない光が入射し、高感度画素の光電変換素子１００には、相対的に多い光が入射する。
【００３６】
（第４の実施の形態）
図９に、第４の実施の形態の固体撮像素子の概略構成を示し、図１０に、図９の固体撮像素子の部分詳細図を示す。図９の固体撮像素子は、図１、図５、図６に示す固体撮像素子と同様、半導体基板表面に受光領域がほぼ正方形の光電変換素子１００が、行方向Ｘとこれに直交する列方向Ｙに正方格子状に複数配設されており、列方向Ｙに配設された複数の前記光電変換素子１００からなる複数の光電変換素子列それぞれに対応して複数の垂直転送部が設けられる。垂直転送部は、光電変換素子１００の電荷を列方向Ｙに転送するもので、その下流側には、垂直転送部からの電荷を、行方向Ｘに転送する水平転送部が設けられる。水平転送部の下流側には、水平転送部によって転送される電荷に応じた信号を出力する出力部が設けられ、転送された電荷に対応する電圧信号を出力する。水平転送部及び出力部の構成及び動作は、図１１に示す従来の固体撮像素子、図１、図５、図６に示す固体撮像素子と同様であるので説明を省略する。
【００３７】
垂直転送部は、垂直転送チャネル３３１と、垂直転送チャネル３３１の上層に設けられた複数本の垂直転送電極３０１〜３０４と、光電変換素子１００の電荷を垂直転送チャネル３３１に読み出す電荷読み出し領域３１０（図９では、模式的に矢印で示してある。）を含む。垂直転送チャネル３３１は、対応する光電変換素子列を構成する各光電変換素子１００の側方に設けられる第１の部分と、光電変換素子の間に設けられる第２の部分とを含み、かつ全体として櫛型形状を有する。垂直転送チャネル３３１は、各光電変換素子列に対してほぼ同一の配置、同一の形状となっており、チャネルストップ３３２によって分離されている。
【００３８】
垂直転送チャネル３３１の第１の部分の上層には、多結晶シリコンからなる第２の導電層を含む第２の垂直転送電極３０１、３０３が、電荷読み出し領域３１０も覆うように形成される。また、垂直転送チャネル３３１の第２の部分の上層には、多結晶シリコンからなる第１の導電層を含む第１の垂直転送電極３０２、３０４が形成される。第１の垂直転送電極３０２、３０４は、光電変換素子１００の間をほぼ直線状に延在しており、第１の垂直転送電極３０１、３０３は、第２の垂直転送電極の上方で行方向に延在する電極配線３４０によって相互に接続されている。したがって、同一行の光電変換素子１００に対応する第１の垂直転送電極３０２、３０４及び第２の垂直転送電極３０１、３０３は、それぞれ同相の駆動信号によって駆動可能となっている。
【００３９】
また、第１の垂直転送電極３０４、３０２と、その下流側にある第２の垂直転送電極３０１，３０３との境界の転送チャネル３３１の位置は、チャネル幅が狭い第１の部分の端部にほぼ一致するように形成される。このように形成すると、第２の垂直転送電極３０１、３０３の下方のチャネル幅が狭い部分の蓄積領域が、第１の垂直転送電極３０４、３０２下方のチャネル幅が広い部分の蓄積領域まで若干広がることになり、垂直転送チャネルの第２の部分から第１の部分への電荷転送をスムーズに行うことができる。
【００４０】
図９の固体撮像素子の駆動は、図１、図５、図６に示す固体撮像素子と同様であり、垂直転送電極３０１〜３０４に、４つの垂直転送パルス用端子（図示せず）を介して４相の垂直転送パルスが印加される。読み出しパルスも同様に、奇数行の光電変換素子１００の読み出し時は、垂直転送電極３０１に印加される第１相パルスに重畳され、偶数行の光電変換素子１００の読み出し時には、垂直転送電極３０３に印加される第３相パルスに重畳される。読み出した後の動作は、図１、図５、図６に示す固体撮像素子と同様であるので、説明を省略する。
【００４１】
以上のように、第１ないし第４の実施の形態の固体撮像素子の光電変換素子１００の受光領域の形状がほぼ正方形であり、かつ正方格子状に配置されるので、色フィルタ及びマイクロレンズの設計が簡単になり、かつ、集光効率も向上できるので、さらに感度を増加させることができる。なお、光電変換素子の受光領域の形状を正方形としたが、正六角形、正八角形、円形等のアスペクト比がほぼ１の形状であれば、どのような形状でもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、光電変換素子と垂直転送チャネルの撮像部全体に対する面積比率を大きくして、高感度で大きな飽和出力を得ることができる簡単な構成の固体撮像素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の固体撮像素子の概略構成を示す図
【図２】図１の固体撮像素子の光電変換素子近傍の詳細構成を示す図
【図３】図１の固体撮像素子に利用される色フィルタの一例を示す図
【図４】図１の固体撮像素子に利用されるマイクロレンズの一例を示す図
【図５】第２の実施の形態の固体撮像素子の概略構成を示す図
【図６】第３の実施の形態の固体撮像素子の概略構成を示す図
【図７】高感度画素と低感度画素による電荷検出を行う固体撮像素子に利用される色フィルタの一例を示す図
【図８】高感度画素と低感度画素による電荷検出を行う固体撮像素子に利用されるマイクロレンズの断面の一例を示す図
【図９】第４の実施の形態の固体撮像素子の概略構成を示す図
【図１０】図６の固体撮像素子の光電変換素子近傍の詳細構成を示す図
【図１１】従来の固体撮像素子の一例の概略構成を示す図
【符号の説明】
１０、１００・・・光電変換素子
２０、２００・・・垂直転送部
２１、２１０、２１１、３１０・・・電荷読み出し領域
３０・・・水平転送部
４０・・・出力部
４１・・・電圧信号
１０１〜１０４、２０１〜２０４、３０１〜３０４・・・垂直転送電極
１０５、１０６、１０７・・・転送電極
１２１、１２２、２４０、３４０・・・電極配線
１３１、１３２・・・水平転送パルス用端子
２３０・・・遮光膜との境界
２３１、３３１・・・垂直転送チャネル
２３２、３３２・・・チャネルストップ
１１１〜１１４・・・垂直転送パルス用端子
【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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