(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号電荷を電荷転送する垂直転送部の両側に垂直列の複数の受光素子がそれぞれ配列されている構成が複数繰り返された２画素共有構成の固体撮像素子において、
平面視で隣接する各転送電極配線間と、これに直交し、平面視で隣接する各垂直転送部間で囲まれた入射光用の開口領域が設けられ、該開口領域内に２列×ｎ行（ｎは複数）の２×ｎ個の各受光素子が配置され、該垂直転送部の両側に配列された同行の各受光素子から交互に信号電荷が当該垂直転送部に読み込まれて電荷転送される固体撮像素子。
【請求項２】
前記２列×ｎ行（ｎは複数）の２×ｎ個の各受光素子は、２列×２行の４個の各受光素子または２列×３行の６個の各受光素子である請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記開口領域内の前記受光素子の互いに隣接する上下左右間で信号電荷の侵入を防止するためのチャンネルストップ部が半導体基板上部の該受光素子の間に設けられている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記垂直転送部に前記受光素子から信号電荷を読み出して、該垂直転送部に沿って垂直方向に電荷転送させるための電荷転送制御信号が印加される複数の転送電極が、前記転送電極配線間の該垂直転送部上に設けられ、前記各転送電極配線がそれぞれ該複数の転送電極にそれぞれ電気的に接続されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記２列×ｎ行（ｎは複数）の２×ｎ個の各受光素子が、２列×２行の４個の受光素子毎に開口されており、前記転送電極配線は３層であり、第１層目の転送電極配線は、前記垂直転送部上で平面視上側に、先端が鋭角の直角三角形状に延びる櫛歯状の第１転送電極を有し、第２層目の転送電極配線は、該垂直転送部上で平面視下側に、先端が鋭角の直角三角形状に延びる櫛歯状の第２転送電極を有し、該第２転送電極上の平面視上側における第３層目の転送電極配線は、該垂直転送部上で平面視上側に櫛歯状に延びる部分を有し、該櫛歯状の部分がその下のコンタクトプラグを介して平面視直角三角形島状の第３転送電極に電気的に接続され、該第２転送電極上の平面視下側における第３層目の転送電極配線は、該垂直転送部上で平面視下側に櫛歯状に延びる部分を有し、該櫛歯状の部分がその下のコンタクトプラグを介して平面視直角三角形島状の第４転送電極に電気的に接続されており、
１行目は該第２転送電極と該第４転送電極の各平面視直角三角形の辺部分をそれぞれ通して該垂直転送部にこれに隣接する受光素子から信号電荷が読み出され、２行目は該第１転送電極と該第３転送電極の各平面視直角三角形の辺部分をそれぞれ通して該垂直転送部にこれに隣接する受光素子から信号電荷が読み出される請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記２列×ｎ行（ｎは複数）の２×ｎ個の各受光素子が、２列×３行の６個の受光素子毎に開口されており、前記転送電極配線は４層であり、第１層目の転送電極配線は、前記垂直転送部上で平面視上側に、先端が鋭角の直角三角形状に延びる櫛歯状の第１転送電極を有し、第２層目の転送電極配線は、該垂直転送部上で平面視下側に、先端が鋭角の直角三角形状に延びる櫛歯状の第２転送電極を有し、該第２転送電極上の平面視上側における第３層目の転送電極配線は、該垂直転送部上で平面視上側に櫛歯状に延びる部分を有し、該櫛歯状の部分がその下のコンタクトプラグを介して平面視直角三角形島状の第３転送電極に電気的に接続され、該第２転送電極の平面視下側における第３層目の転送電極配線は、該垂直転送部上で平面視下側に櫛歯状に延びる部分を有し、該櫛歯状の部分がその下のコンタクトプラグを介して平面視直角三角形島状の第４転送電極に電気的に接続され、該平面視上側の第３層目の転送電極配線上における第４層目の転送電極配線は、該垂直転送部上で平面視上側に櫛歯状に延びる部分を有し、該櫛歯状の部分がその下のコンタクトプラグを介して平面視直角三角形島状の第５転送電極に電気的に接続され、該平面視下側の第３層目の転送電極配線上における第４層目の転送電極配線は、該垂直転送部上で平面視下側に櫛歯状に延びる部分を有し、該櫛歯状の部分がその下のコンタクトプラグを介して平面視直角三角形島状の第６転送電極に電気的に接続されており、
１行目は該第２転送電極と該第４転送電極の各平面視直角三角形の辺部分をそれぞれ通して該垂直転送部にこれに隣接する受光素子から信号電荷が読み出され、２行目は該第５転送電極と該第６転送電極の各平面視直角三角形の辺部分をそれぞれ通して該垂直転送部にこれに隣接する受光素子から信号電荷が読み出され、３行目は該第１転送電極と該第３転送電極の各平面視直角三角形の辺部分をそれぞれ通して該垂直転送部にこれに隣接する受光素子から信号電荷が読み出される請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が設けられた固体撮像素子および、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来の固体撮像素子は、２画素共有ＣＣＤ固体撮像素子であり、信号電荷を電荷転送する垂直転送部の両側に垂直列の複数の各受光素子が左右に配置している。このように、２列の複数画素に対して１本の垂直転送部が設けられた構成が行方向に繰り返し配列されている。これは、１列の複数画素に対して１本の垂直転送部が設けられる場合に比べて、列の複数画素に対して１本の垂直転送部の単位で、垂直転送部が１本少なくなる。このため、各受光素子の受光面積を増大させることができるかまたは、各受光素子の受光面積を維持した状態で受光感度やダイナミックレンジを低減させずに、画素サイズを縮小して画素数を増加させている。
【０００３】
図８は、特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す一部平面図である。
【０００４】
図８において、従来の固体撮像素子１００は、列方向および行方向にマトリクス状に配設された複数の受光素子１０１と、各受光素子１０１上を露出させて光を入れる開口部１０２と、受光素子１０１の水平転送方向に隣接する各画素間の信号電荷の侵入を防止するためのチャンネルストップ１０３と、両側に位置する垂直列の複数の各受光素子１０１からの信号電荷を読み出して垂直転送方向に転送するための垂直転送部１０４と、垂直転送部１０４に受光素子１０１の信号電荷を読み出して、垂直転送部１０４に沿って垂直方向（列方向）に信号電荷を電荷転送するための電荷転送制御信号を印加するための転送電極１０５〜１０７とを有している。
【０００５】
従来の固体撮像素子１００において、転送電極１０７，１０６（垂直転送部１０４）、受光素子１０１、チャンネルストップ１０３、受光素子１０１および転送電極１０７，１０６（垂直転送部１０４）を行方向（横方向）にこの順に配列している。また、転送電極１０５、受光素子１０１、転送電極１０５〜１０７、受光素子１０１および転送電極１０５〜１０７を列方向（縦方向）にこの順に配列している。各垂直転送部１０４の両側には、列方向に複数の受光素子１０１がそれぞれ位置され、両側の受光素子１０１から交互に、真ん中の垂直転送部１０４に信号電荷が読み出される。また、同じ行の受光素子１０１がチャンネルストップ１０３を介して互いに隣接している。
【０００６】
転送電極１０５は、第１層目のポリシリコンからなり、垂直転送方向に隣接する受光素子１０１間上を水平転送方向に延びるように形成され、各垂直転送部１０４上において下側（垂直転送方向に沿って一方の側）に櫛歯状に延びる部分を有している。
【０００７】
転送電極１０６は、第２層目のポリシリコンからなり、垂直転送方向に隣接する受光素子１０１間上を水平転送方向に延びるように形成され、各垂直転送部１０４上における一方の側（ここでは右側）の半部幅において上側（垂直転送方向に沿って他方の側）に櫛歯状に延びる部分を有する。
【０００８】
転送電極１０７は、第３層目のポリシリコンからなり、垂直転送方向に隣接する受光素子１０１間上を水平転送方向に延びるように形成され、各垂直転送部１０４上における他方の側（ここでは左側）の半部幅において上側（垂直転送方向に沿って他方の側）に櫛歯状に延びる部分を有する。
【０００９】
上から視ると、各受光素子１０１は、第１層目のポリシリコンからなる転送電極１０５と、第２層目のポリシリコンからなる転送電極１０６と、第３層目のポリシリコンからなる転送電極１０７により囲まれて開口部１０２を構成している。各転送電極１０６の各櫛歯状部分がその下にある垂直転送部１０４へその右側の受光素子１０１から信号電荷を読み出す読み出し駆動をする部分となっている。また、各転送電極１０７の各櫛歯状部分がその下にある垂直転送部１０４へその左側の受光素子１０１から信号電荷を読み出す読み出し駆動をする部分となっている。
【００１０】
特許文献２では、上記特許文献１の構成と同様に、従来の固体撮像素子は、列方向および行方向にマトリクス状に配設された複数の受光素子が配列されている。垂直転送部の両側に垂直列の複数の各受光素子が配置されている構成となっている。この構成が行方向に繰り返されている。両側の受光素子からの信号電荷が交互に、その間の垂直転送部に読み出されて垂直転送部に沿って垂直方向に電荷転送される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−２７０８１１号公報
【特許文献２】特開平５−３４４４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記特許文献１、２にそれぞれ開示されている従来の構成では、列方向および行方向にマトリクス状に複数の受光素子が配列されているが、更なる受光素子のセルサイズの縮小を行って画素数を増加させる場合には、受光感度やダイナミックレンジの低下を招いてしまうという問題を有していた。
【００１３】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、配線領域を更に低減した領域を受光領域に当てることにより、各受光素子の受光面積を維持した状態で、受光領域の受光感度やダイナミックレンジの低減を招くことなく、更なる画素サイズの縮小を行って画素数を増加させることができる固体撮像素子および、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器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】
【００１４】
本発明の固体撮像素子は、信号電荷を電荷転送する垂直転送部の両側に垂直列の複数の受光素子がそれぞれ配列されている構成が複数繰り返された２画素共有構成の固体撮像素子において、平面視で隣接する各転送電極配線間と、これに直交し、平面視で隣接する各垂直転送部間で囲まれた入射光用の開口領域が設けられ、該開口領域内に２列×ｎ行（ｎは複数）の２×ｎ個の各受光素子が配置され、該垂直転送部の両側に配列された同行の各受光素子から交互に信号電荷が当該垂直転送部に読み込まれて電荷転送されるものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１５】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子における２列×ｎ行（ｎは複数）の２×ｎ個の各受光素子は、２列×２行の４個の各受光素子または２列×３行の６個の各受光素子である。
【００１６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における開口領域内の前記受光素子の互いに隣接する上下左右間で信号電荷の侵入を防止するためのチャンネルストップ部が半導体基板上部の該受光素子の間に設けられている。
【００１７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における垂直転送部に前記受光素子から信号電荷を読み出して、該垂直転送部に沿って垂直方向に電荷転送させるための電荷転送制御信号を印加する複数の転送電極およびこれらにそれぞれ接続された複数の転送電極配線が設けられている。即ち、前記垂直転送部に前記受光素子から信号電荷を読み出して、該垂直転送部に沿って垂直方向に電荷転送させるための電荷転送制御信号が印加される複数の転送電極が、前記転送電極配線間の該垂直転送部上に設けられ、前記各転送電極配線がそれぞれ該複数の転送電極にそれぞれ電気的に接続されている。
【００１８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における２列×ｎ行（ｎは複数）の２×ｎ個の各受光素子が、２列×２行の４個の受光素子毎に開口されており、前記転送電極配線は３層であり、第１層目の転送電極配線は、前記垂直転送部上で平面視上側に、先端が鋭角の直角三角形状に延びる櫛歯状の第１転送電極を有し、第２層目の転送電極配線は、該垂直転送部上で平面視下側に、先端が鋭角の直角三角形状に延びる櫛歯状の第２転送電極を有し、該第２転送電極上の平面視上側における第３層目の転送電極配線は、該垂直転送部上で平面視上側に櫛歯状に延びる部分を有し、該櫛歯状の部分がその下のコンタクトプラグを介して平面視直角三角形島状の第３転送電極に電気的に接続され、該第２転送電極上の平面視下側における第３層目の転送電極配線は、該垂直転送部上で平面視下側に櫛歯状に延びる部分を有し、該櫛歯状の部分がその下のコンタクトプラグを介して平面視直角三角形島状の第４転送電極に電気的に接続されており、１行目は該第２転送電極と該第４転送電極の各平面視直角三角形の辺部分をそれぞれ通して該垂直転送部にこれに隣接する受光素子から信号電荷が読み出され、２行目は該第１転送電極と該第３転送電極の各平面視直角三角形の辺部分をそれぞれ通して該垂直転送部にこれに隣接する受光素子から信号電荷が読み出される。
【００１９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における２列×ｎ行（ｎは複数）の２×ｎ個の各受光素子が、２列×３行の６個の受光素子毎に開口されており、前記転送電極配線は４層であり、第１層目の転送電極配線は、前記垂直転送部上で平面視上側に、先端が鋭角の直角三角形状に延びる櫛歯状の第１転送電極を有し、第２層目の転送電極配線は、該垂直転送部上で平面視下側に、先端が鋭角の直角三角形状に延びる櫛歯状の第２転送電極を有し、該第２転送電極上の平面視上側における第３層目の転送電極配線は、該垂直転送部上で平面視上側に櫛歯状に延びる部分を有し、該櫛歯状の部分がその下のコンタクトプラグを介して平面視直角三角形島状の第３転送電極に電気的に接続され、該第２転送電極の平面視下側における第３層目の転送電極配線は、該垂直転送部上で平面視下側に櫛歯状に延びる部分を有し、該櫛歯状の部分がその下のコンタクトプラグを介して平面視直角三角形島状の第４転送電極に電気的に接続され、該平面視上側の第３層目の転送電極配線上における第４層目の転送電極配線は、該垂直転送部上で平面視上側に櫛歯状に延びる部分を有し、該櫛歯状の部分がその下のコンタクトプラグを介して平面視直角三角形島状の第５転送電極に電気的に接続され、該平面視下側の第３層目の転送電極配線上における第４層目の転送電極配線は、該垂直転送部上で平面視下側に櫛歯状に延びる部分を有し、該櫛歯状の部分がその下のコンタクトプラグを介して平面視直角三角形島状の第６転送電極に電気的に接続されており、１行目は該第２転送電極と該第４転送電極の各平面視直角三角形の辺部分をそれぞれ通して該垂直転送部にこれに隣接する受光素子から信号電荷が読み出され、２行目は該第５転送電極と該第６転送電極の各平面視直角三角形の辺部分をそれぞれ通して該垂直転送部にこれに隣接する受光素子から信号電荷が読み出され、３行目は該第１転送電極と該第３転送電極の各平面視直角三角形の辺部分をそれぞれ通して該垂直転送部にこれに隣接する受光素子から信号電荷が読み出される。
【００２０】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２１】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００２２】
本発明においては、平面視で隣接する各転送電極配線間と、これに直交し、平面視で隣接する各垂直転送部間で囲まれた入射光用の開口領域が設けられ、この開口領域内に２列×ｎ行（ｎは複数）の２×ｎ個の各受光素子が配置され、垂直転送部の両側に配列された同行の各受光素子から交互に信号電荷が当該垂直転送部に読み込まれて電荷転送される。
【００２３】
これによって、各受光素子の受光面積を維持した状態で、配線領域を更に低減した領域を受光領域に当てることにより、受光領域の受光感度やダイナミックレンジの低減を招くことなく、更なる画素サイズの縮小を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
以上により、本発明によれば、配線領域を更に低減した領域を受光領域に当てることにより、各受光素子の受光面積を維持した状態で、受光領域の受光感度やダイナミックレンジの低減を招くことなく、更なる画素サイズの縮小を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態１の固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す一部平面図である。
【図２】図１の固体撮像素子におけるＡ１−Ａ１’線断面図である。
【図３】図１の固体撮像素子におけるＢ１−Ｂ１’線断面図である。
【図４】本発明の実施形態２の固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す一部平面図である。
【図５】図４の固体撮像素子におけるＡ２−Ａ２’線断面図である。
【図６】図４の固体撮像素子におけるＢ２−Ｂ２’線断面図である。
【図７】本発明の実施形態３として、本発明の実施形態１、２の固体撮像素子のいずれかを撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【図８】特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す一部平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明の固体撮像素子の実施形態１、２および、この固体撮像素子の実施形態１、２のいずれかを画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態３について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。
【００２７】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１における固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す一部平面図である。
【００２８】
図１において、本実施形態１の固体撮像素子１は、列方向（縦方向）および行方向（横方向）にマトリクス状に配設された複数の受光素子２と、２列×２行の４個の受光素子２毎に各受光素子２上を露出させて光を入れる開口部３と、隣接する上下左右の受光素子２間で信号電荷の侵入を防止するためのチャンネルストップ４（チャンネルストップ部）と、両側に位置する垂直列の複数の各受光素子２からの信号電荷を読み出して垂直転送方向に転送するための複数の垂直転送部５と、垂直転送部５に受光素子２からの信号電荷を読み出して、垂直転送部５に沿って垂直方向に電荷転送するための電荷転送制御信号を印加するための転送電極６ａ〜９ａおよび転送電極配線６〜９とを有している。
【００２９】
本実施形態１の固体撮像素子１において、１行目は、転送電極７ａ、９ａ（垂直転送部５）、受光素子２、チャンネルストップ４、受光素子２および転送電極７ａ，９ａ（垂直転送部５）を複数繰り返して行方向（横方向）にこの順に配列している。２行目は、転送電極８ａ、６ａ（垂直転送部５）、受光素子２、チャンネルストップ４、受光素子２および転送電極８ａ，６ａ（垂直転送部５）を複数繰り返して行方向（横方向）にこの順に配列している。また、転送電極配線６〜９（転送電極配線８はここでは省略）、受光素子２、チャンネルストップ４、受光素子２、転送電極配線６〜９を複数繰り返して列方向（縦方向）にこの順に配列している。本実施形態１の固体撮像素子１は、２画素共有ＣＣＤであり、各垂直転送部５の両側には、列方向に複数の受光素子２がそれぞれ位置され、両側の受光素子２から交互に、両側の受光素子２に挟まれた垂直転送部５に信号電荷が読み出されるようになっている。また、同じ行の受光素子２がチャンネルストップ４を介して互いに隣接配置されている。
【００３０】
開口部３は、上下に隣接する転送電極配線６〜９間と、転送電極６ａ，９ａと転送電極７ａ，８ａとの間で囲まれた開口領域であって、この開口領域内に２列×２行の４個の受光素子２が配置されている。２列の各受光素子２間および２行の各受光素子２間にはそれぞれチャンネルストップ４が設けられている。要するに、平面視において、各受光素子２は、第１層目のポリシリコン層からなる平面視上下の転送電極配線６と、転送電極６ａ〜９ａとにより４角形状に囲まれて入射光窓の開口部３を形成している。この開口部３の領域に４つの受光素子２が十字状のチャンネルストップ４で仕切られて設けられている。
【００３１】
チャンネルストップ４は、受光素子２の水平方向に隣接する各画素間の信号電荷の侵入を防止すると共に、受光素子２の垂直方向に隣接する各画素間の信号電荷の侵入を防止するようになっている。２列×２行の４個の各受光素子２間には、チャンネルストップ４が平面視で十字状に形成されている。
【００３２】
転送電極配線６は、第１層目のポリシリコン層からなり、垂直転送方向に隣接する受光素子２間上を水平方向に延びるように形成されており、各垂直転送部５上において上側（垂直一方向側）に櫛歯状（先端が鋭角の直角三角形状）に延びる転送電極６ａを有している。
【００３３】
転送電極配線７は、転送電極配線６上に層間絶縁膜を介して形成された第２層目のポリシリコン層からなり、垂直転送方向に隣接する受光素子２間上を水平方向に延びるように形成されており、各垂直転送部５上において下側（垂直他方向側）に櫛歯状（先端が鋭角の直角三角形状）に延びる転送電極７ａを有している。
【００３４】
転送電極配線８は、転送電極配線７上に層間絶縁膜を介して形成された第３層目のポリシリコン層または金属層からなり、垂直転送方向に隣接する受光素子２間上を水平方向に延びるように形成されており、各垂直転送部５上における一方の側（ここでは平面視で上側）の半幅部から平面視上側（垂直転送方向に沿って一方向側）に櫛歯状に延びる短冊部分８ｂを有している。この短冊部分８ｂは、その下のコンタクトプラグを介して平面視直角三角形状の転送電極８ａに電気的に接続されている。
【００３５】
転送電極配線９は、転送電極配線７上に層間絶縁膜を介して形成された第３層目のポリシリコン層または金属層からなり、垂直転送方向に隣接する受光素子２間上を水平方向に延びるように形成されており、各垂直転送部５上における他方の側（ここでは平面視下側）の半幅部から平面視下側（垂直転送方向に沿って他方向側）に櫛歯状に延びる短冊部分９ｂを有している。この短冊部分９ｂは、その下のコンタクトプラグ９ｃ（図２）を介して平面視直角三角形状の転送電極９ａに電気的に接続されている。
【００３６】
１行目の各転送電極７ａおよび９ａの三角形櫛歯状部分および三角形島状部分がその下にある垂直転送部５にその左右列の各受光素子２から交互に信号電荷を読み出す読み出し駆動をする。各転送電極７ａおよび９ａは４角形の対角線で仕切られて平面視各三角形の斜辺部分が互いに対向して、各転送電極７ａ、９ａが互いに絶縁されている。受光素子２から垂直転送部５への信号電荷の読み出しは、各転送電極７ａ、９ａの平面視各三角形の受光素子２に対向した辺側を通して行われる。
【００３７】
各転送電極７ａおよび９ａの平面視下側の２行目において、各転送電極８ａおよび６ａの三角形島状部分および三角形櫛歯状部分がその下にある垂直転送部５にその左右列の各受光素子２から交互に信号電荷を読み出す読み出し駆動をする。各転送電極８ａおよび６ａは４角形の対角線で仕切られて平面視各三角形の斜辺部分が互いに対向して、各転送電極８ａおよび６ａが互いに絶縁されている。受光素子２から垂直転送部５への信号電荷の読み出しは、各転送電極８ａおよび６ａの平面視各三角形の受光素子２に対向した辺側を通して行われる。
【００３８】
図２は、図１の固体撮像素子１におけるＡ１−Ａ１’線断面図であり、図３は、図１の固体撮像素子１におけるＢ１−Ｂ１’線断面図である。
【００３９】
図２および図３において、本実施形態１の固体撮像素子１は、半導体基板上に、入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の受光素子２がマトリクス状に設けられ、各受光素子２に隣接して受光素子２からの信号電荷を電荷転送するための電荷転送部５およびこの上にこれを電荷読み出しおよび電荷転送を制御するための転送電極７ａ、９ａまたは転送電極６ａ、８ａとしてのゲート電極が配置されている。このゲート電極上には、入射光がゲート電極により反射してノイズが発生するのを防ぐために遮光膜が形成されていてもよく、転送電極配線６〜９および転送電極６ａ〜９ａを遮光膜として用いてもよい。
【００４０】
また、受光素子２の上方には、開口部３から層間絶縁膜１２および図示しないカラーフィルタを介して、受光素子２に光を集光させるための図示しないマイクロレンズが配置されている。
【００４１】
以上により、本実施形態１によれば、平面視で上下に隣接する行方向の転送電極配線６〜９と転送電極配線６〜９との間および、これらに直角に交差し、平面視で隣接する列方向の各垂直転送部５，５間で囲まれた入射光窓の開口領域としての開口部３が設けられ、開口部３内に２列×２行の４個の各受光素子２が配置され、垂直転送部５の両側に配列された同じ行の各受光素子２から交互に信号電荷がこれに隣接の垂直転送部５に読み出されて電荷転送されるようになっている。
【００４２】
このように、平面視上側の２列の各受光素子２と、平面視下側の２列の各受光素子２との間に行方向に延びる転送電極配線を取り除いた配線領域を受光領域に当てることにより、各受光素子２の受光面積を維持した状態で、受光領域の受光感度やダイナミックレンジの低減を招くことなく、更なる画素サイズの縮小を行ってが画素数を増加させることができる。また逆に、画素数を維持して画素サイズを増大させて受光領域の受光感度やダイナミックレンジを更に良好にすることもできる。
【００４３】
（実施形態２）
上記実施形態１では、平面視で上下に隣接する行方向の転送電極配線６〜９と転送電極配線６〜９との間および、これらに直角に交差し、平面視で隣接する列方向の各垂直転送部５，５間で囲まれた入射光窓の開口領域としての開口部３が設けられ、開口部３内に２列×２行の４個の各受光素子２が配置された場合について説明したが、本実施形態２では、平面視で上下に隣接する行方向の後述の転送電極配線６〜１１と転送電極配線６〜１１との間および、これらに直角に交差し、平面視で隣接する列方向の各垂直転送部５，５間で囲まれた入射光窓の開口領域としての後述の開口部３Ａが設けられ、開口部３Ａ内に後述の２列×３行の６個の各受光素子２が配置された場合について説明する。
【００４４】
図４は、本発明の実施形態２における固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す一部平面図である。
【００４５】
図４において、本実施形態２の固体撮像装置１Ａは、列方向（縦方向）および行方向（横方向）にマトリクス状に配設された複数の受光素子２と、２列×３行の６個の受光素子２毎に各受光素子２上を露出させて光を入れる開口部３Ａと、隣接する上下左右の受光素子２間で信号電荷の侵入を防止するためのチャンネルストップ４と、両側に位置する垂直列の複数の各受光素子２からの信号電荷を読み出して垂直転送方向に転送するための複数の垂直転送部５と、垂直転送部５に受光素子２からの信号電荷を読み出して、垂直転送部５に沿って垂直方向に電荷転送するための電荷転送制御信号を印加するための転送電極６ａ〜９ａおよび転送電極配線６〜９とを有している。
【００４６】
本実施形態２の固体撮像素子１において、１行目は、転送電極７ａ、９ａ（垂直転送部５）、受光素子２、チャンネルストップ４、受光素子２および転送電極７ａ，９ａ（垂直転送部５）を複数繰り返して行方向（横方向）にこの順に配列している。２行目は、転送電極１１ａ、１０ａ（垂直転送部５）、受光素子２、チャンネルストップ４、受光素子２および転送電極１１ａ，１０ａ（垂直転送部５）を複数繰り返して行方向（横方向）にこの順に配列している。３行目は、転送電極８ａ、６ａ（垂直転送部５）、受光素子２、チャンネルストップ４、受光素子２および転送電極８ａ，６ａ（垂直転送部５）を複数繰り返して行方向（横方向）にこの順に配列している。また、転送電極配線６〜１１（転送電極配線８、１０はここでは省略）、受光素子２、チャンネルストップ４、受光素子２、チャンネルストップ４、受光素子２、転送電極配線６〜１１を複数繰り返して列方向（縦方向）にこの順に配列している。本実施形態２の固体撮像素子１Ａは、２画素共有ＣＣＤであり、各垂直転送部５の両側には、列方向に複数の受光素子２がそれぞれ位置され、両側の受光素子２から交互に、両側の受光素子２に挟まれた垂直転送部５に信号電荷が読み出されるようになっている。また、同じ行の受光素子２がチャンネルストップ４を介して互いに隣接配置されている。
【００４７】
開口部３Ａは、上下に隣接する転送電極配線６〜１１と転送電極配線６〜１１との間および、転送電極６ａ、９ａ、１０ａと転送電極７ａ、８ａ、１１ａとの間で囲まれた開口領域であって、この開口領域内に２列×３行の６個の受光素子２が配置されている。２列の各受光素子２間および平面視上下の各受光素子２間にはそれぞれチャンネルストップ４がそれぞれ設けられている。要するに、平面視において、各受光素子２は、第１層目のポリシリコン層からなる平面視上下の転送電極配線６と、転送電極６ａ〜１１ａとにより４角形状に囲まれて入射光窓の開口部３Ａを形成している。この開口部３Ａの領域に６つの受光素子２が平面視上下二つの十字状のチャンネルストップ４で仕切られて設けられている。
【００４８】
チャンネルストップ４は、受光素子２の水平方向に隣接する各画素間の信号電荷の侵入を防止すると共に、受光素子２の垂直方向に隣接する各画素間の信号電荷の侵入を防止するようになっている。２列×３行の６個の各受光素子２間には、チャンネルストップ４が平面視上下二つの十字形状に形成されている。
【００４９】
転送電極配線６は、第１層目のポリシリコン層からなり、垂直転送方向に隣接する受光素子２間上を水平方向に延びるように形成されており、各垂直転送部５上において上側（垂直一方向側）に櫛歯状（先端が鋭角の直角三角形状）に延びる転送電極６ａを有している。
【００５０】
転送電極配線７は、転送電極配線６上に層間絶縁膜を介して形成された第２層目のポリシリコン層からなり、垂直転送方向に隣接する受光素子２間上を水平方向に延びるように形成されており、各垂直転送部５上において下側（垂直他方向側）に櫛歯状（先端が鋭角の直角三角形状）に延びる転送電極７ａを有している。
【００５１】
転送電極配線８は、転送電極配線７上に層間絶縁膜を介して形成された第３層目のポリシリコン層または金属層からなり、垂直転送方向に隣接する受光素子２間上を水平方向に延びるように形成されており、各垂直転送部５上における一方の側（ここでは平面視で上側）の半幅部から平面視上側（垂直転送方向に沿って一方向側）に櫛歯状に延びる短冊部分８ｂを有している。この短冊部分８ｂは、その下のコンタクトプラグを介して平面視直角三角形状の転送電極８ａに電気的に接続されている。
【００５２】
転送電極配線９は、転送電極配線７上に層間絶縁膜を介して形成された第３層目のポリシリコン層または金属層からなり、垂直転送方向に隣接する受光素子２間上を水平方向に延びるように形成されており、各垂直転送部５上における他方の側（ここでは平面視下側）の半幅部から平面視下側（垂直転送方向に沿って他方向側）に櫛歯状に延びる短冊部分９ｂを有している。この短冊部分９ｂは、その下のコンタクトプラグ９ｃ（図５）を介して平面視直角三角形状の転送電極９ａに電気的に接続されている。
【００５３】
転送電極配線１０は、転送電極配線８上に層間絶縁膜を介して形成された第４層目のポリシリコン層または金属層からなり、垂直転送方向に隣接する受光素子２間上を水平方向に延びるように形成されており、各垂直転送部５上における一方の側（ここでは平面視で上側）の半幅部から平面視上側（垂直転送方向に沿って一方向側）に櫛歯状に延びる短冊部分１０ｂを有している。この短冊部分１０ｂは、その下のコンタクトプラグを介して平面視直角三角形状の転送電極１０ａに電気的に接続されている。
【００５４】
転送電極配線１１は、転送電極配線９上に層間絶縁膜を介して形成された第４層目のポリシリコン層または金属層からなり、垂直転送方向に隣接する受光素子２間上を水平方向に延びるように形成されており、各垂直転送部５上における他方の側（ここでは平面視下側）の半幅部から平面視下側（垂直転送方向に沿って他方向側）に櫛歯状に延びる短冊部分１１ｂを有している。この短冊部分１１ｂは、その下のコンタクトプラグ１１ｃを介して平面視直角三角形状の転送電極１１ａに電気的に接続されている。
【００５５】
１行目の各転送電極７ａおよび９ａの三角形櫛歯状部分および三角形島状部分がその下にある垂直転送部５にその左右列の各受光素子２から交互に信号電荷を読み出す読み出し駆動をする。各転送電極７ａおよび９ａは４角形の対角線で仕切られて平面視各三角形の斜辺部分が互いに対向して、各転送電極７ａ、９ａが互いに絶縁されている。受光素子２から垂直転送部５への信号電荷の読み出しは、各転送電極７ａ、９ａの平面視各三角形の受光素子２に対向した辺側を通して行われる。
【００５６】
各転送電極７ａおよび９ａの平面視下側の２行目において、各転送電極１１ａおよび１０ａの各三角形島状部分がその下にある垂直転送部５にその左右列の各受光素子２から交互に信号電荷を読み出す読み出し駆動をする。各転送電極１１ａおよび１０ａは４角形の対角線で仕切られて平面視各三角形の斜辺部分が互いに対向して、各転送電極１１ａおよび１０ａが互いに絶縁されている。受光素子２から垂直転送部５への信号電荷の読み出しは、各転送電極１１ａおよび１０ａの平面視各三角形の受光素子２に対向した辺側を通して行われる。
【００５７】
各転送電極１１ａおよび１０ａの平面視下側の３行目において、各転送電極８ａおよび６ａの三角形島状部分および三角形櫛歯状部分がその下にある垂直転送部５にその左右列の各受光素子２から交互に信号電荷を読み出す読み出し駆動をする。各転送電極８ａおよび６ａは４角形の対角線で仕切られて平面視各三角形の斜辺部分が互いに対向して、各転送電極８ａおよび６ａが互いに絶縁されている。受光素子２から垂直転送部５への信号電荷の読み出しは、各転送電極８ａおよび６ａの平面視各三角形の受光素子２に対向した辺側を通して行われる。
【００５８】
図５は、図４の固体撮像素子１ＡにおけるＡ２−Ａ２’線断面図であり、図６は、図４の固体撮像素子１ＡにおけるＢ２−Ｂ２’線断面図である。
【００５９】
図５および図６において、本実施形態２の固体撮像素子１Ａは、半導体基板上に、入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の受光素子２がマトリクス状に設けられ、各受光素子２に隣接して受光素子２からの信号電荷を電荷転送するための電荷転送部５およびこの上にこれを電荷読み出しおよび電荷転送を制御するための転送電極７ａ、９ａまたは転送電極６ａ、８ａまたは転送電極１１ａ、１０ａとしてのゲート電極が配置されている。このゲート電極上には、入射光がゲート電極により反射してノイズが発生するのを防ぐために遮光膜が形成されていてもよく、転送電極配線６〜１１および転送電極６ａ〜１１ａを遮光膜として用いてもよい。
【００６０】
また、受光素子２の上方には、開口部３Ａから層間絶縁膜１２および図示しないカラーフィルタを介して、各受光素子２に光を集光させるための図示しないマイクロレンズが配置されている。
【００６１】
以上により、本実施形態２によれば、平面視で上下に隣接する行方向に延びる多層の転送電極配線６〜１１と転送電極配線６〜１１との間および、これらに直角に交差し、平面視で隣接する列方向の各垂直転送部５，５間で囲まれた入射光窓の開口領域としての開口部３Ａが設けられ、開口部３Ａ内に２列×３行の６個の各受光素子２が配置され、垂直転送部５の両側に配列された同じ行の各受光素子２から交互に信号電荷がこれに隣接の垂直転送部５に読み出されて垂直方向に電荷転送されるようになっている。
【００６２】
このように、平面視上側の２列の各受光素子２と平面視中間の２列の各受光素子２との間および、平面視中間の２列の各受光素子２と平面視下側の２列の各受光素子２との間にそれぞれ行方向に延びる転送電極配線を取り除いた配線領域を受光領域に当てることにより、各受光素子２の受光面積を維持した状態で、受光領域の受光感度やダイナミックレンジの低減を招くことなく、更なる画素サイズの縮小を行って画素数を更に増加させることができる。また逆に、画素数を維持して画素サイズを増大させて受光領域の受光感度やダイナミックレンジを更に良好にすることができる。本実施形態２の方が上記本実施形態１の場合よりも効果が大きいが、基板が厚くなる。
【００６３】
なお、上記実施形態１においては、転送電極配線６〜９は３層であり、第１層目の転送電極配線６は、垂直転送部５上で平面視上側に、先端が鋭角の直角三角形状に延びる櫛歯状の転送電極６ａ（第１転送電極）を有し、第２層目の転送電極配線７は、垂直転送部５上で平面視下側に、先端が鋭角の直角三角形状に延びる櫛歯状の転送電極７ａ（第２転送電極）を有し、幅が半分で平面視上側に位置する第３層目の転送電極配線８は、垂直転送部５上で平面視上側に櫛歯状に延びる部分を有し、櫛歯状の部分がその下のコンタクトプラグを介して平面視直角三角形島状の転送電極８ａ（第３転送電極）に電気的に接続され、また、幅が半分で平面視下側に位置する第３層目の転送電極配線９は、垂直転送部５上で平面視下側に櫛歯状に延びる部分を有し、その櫛歯状の部分がその下のコンタクトプラグ９ｃを介して平面視直角三角形島状の転送電極９ａ（第４転送電極）に電気的に接続されており、１行目は転送電極６ａと転送電極９ａの各平面視直角三角形の辺部分をそれぞれ通して垂直転送部５にこれに隣接する受光素子２から信号電荷が読み出され、２行目は転送電極６ａと転送電極８ａの各平面視直角三角形の辺部分をそれぞれ通して垂直転送部５にこれに隣接する受光素子から信号電荷が読み出されるようになっている。
【００６４】
一方、本実施形態２においては、転送電極配線６〜１１は４層であり、第１層目の転送電極配線６は、垂直転送部５上で平面視上側に、先端が鋭角の直角三角形状に延びる櫛歯状の転送電極６ａ（第１転送電極）を有し、第２層目の転送電極配線７は、垂直転送部５上で平面視下側に、先端が鋭角の直角三角形状に延びる櫛歯状の転送電極７ａ（第２転送電極）を有し、幅が半分で平面視上側に位置する第３層目の転送電極配線８は、垂直転送部５上方で平面視上側に櫛歯状に延びる部分を有し、この櫛歯状の部分がその下のコンタクトプラグを介して平面視直角三角形島状の転送電極８ａ（第３転送電極）に電気的に接続され、幅が半分で平面視下側に位置する第３層目の転送電極配線９は、垂直転送部５上で平面視下側に櫛歯状に延びる部分を有し、この櫛歯状の部分がその下のコンタクトプラグ９ｃを介して平面視直角三角形島状の転送電極９ａ（第４転送電極）に電気的に接続され、幅が半分で平面視上側の第５層目の転送電極配線１０は、垂直転送部５上方で平面視上側に櫛歯状に延びる部分を有し、この櫛歯状の部分がその下のコンタクトプラグを介して平面視直角三角形島状の転送電極１０ａ（第５転送電極）に電気的に接続され、幅が半分で平面視下側に位置する第４層目の転送電極配線１１は、垂直転送部５上方で平面視下側に櫛歯状に延びる部分を有し、この櫛歯状の部分がその下のコンタクトプラグを介して平面視直角三角形島状の転送電極１１ａ（第６転送電極）に電気的に接続されており、１行目は転送電極７ａと転送電極９ａの各平面視直角三角形の辺部分をそれぞれ通して垂直転送部５にこれに隣接する受光素子から信号電荷が読み出され、２行目は転送電極１０ａと転送電極１１ａの各平面視直角三角形の辺部分をそれぞれ通して垂直転送部５にこれに隣接する受光素子２から信号電荷が読み出され、３行目は転送電極６ａと転送電極８ａの各平面視直角三角形の辺部分をそれぞれ通して垂直転送部５にこれに隣接する受光素子２から信号電荷が読み出されるようになっている。
【００６５】
以上のように、上記実施形態１では、平面視で上下に隣接する行方向の転送電極配線６〜９と転送電極配線６〜９との間および、これらに直角に交差し、平面視で隣接する列方向の各垂直転送部５，５間で囲まれた入射光窓の開口領域としての開口部３が設けられ、開口部３内に２列×２行の４個の各受光素子２が配置され、本実施形態２では、平面視で上下に隣接する行方向の転送電極配線６〜１１と転送電極配線６〜１１との間および、これらに直角に交差し、平面視で隣接する列方向の各垂直転送部５，５間で囲まれた入射光窓の開口領域としての開口部３Ａが設けられ、開口部３Ａ内に２列×３行の６個の各受光素子２が配置されている。要するに、平面視で上下に隣接する行方向に延びる転送電極配線と転送電極配線間および、これらと直角に交差し、平面視で隣接する列方向の各垂直転送部５，５間で囲まれた入射光窓の開口領域としての開口部が設けられ、この開口部内に２列×ｎ行（ｎは複数）の２×ｎ個の各受光素子２が配置されている場合に本発明を適用することができる。
【００６６】
（実施形態３）
図７は、本発明の実施形態３として、本発明の実施形態１、２の固体撮像素子のいずれかを撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【００６７】
図７において、本実施形態３の電子情報機器９０は、上記実施形態１、２の固体撮像素子１または１Ａからの信号電荷を増幅した撮像信号に所定の信号処理（ノイズ除去処理、黒レベル処理、ホワイトバランス、色補間処理、γ処理などの各種処理）を行ってカラー画像信号を得る固体撮像装置９１と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部９２と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示部９３と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信部９４と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力部９５とを有している。なお、この電子情報機器９０として、これに限らず、固体撮像装置９１の他に、メモリ部９２と、表示部９３と、通信部９４と、プリンタなどの画像出力部９５とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。
【００６８】
この電子情報機器９０としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。
【００６９】
したがって、本実施形態３によれば、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力部９５により良好にプリントアウト（印刷）したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部９２に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。
【００７０】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜３を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜３に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜３の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が設けられた固体撮像素子および、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、配線領域を更に低減した領域を受光領域に当てることにより、各受光素子の受光面積を維持した状態で、受光領域の受光感度やダイナミックレンジの低減を招くことなく、更なる画素サイズの縮小を行って画素数を増加させることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１、１Ａ  固体撮像素子
２  受光素子
３、３Ａ  開口部
４  チャンネルストップ
５  垂直転送部（垂直転送レジスタ）
６〜１１  転送電極配線
６ａ〜１１ａ  転送電極
９ｃ  コンタクトプラグ
１２  層間絶縁膜
９０  電子情報機器
９１  固体撮像装置
９２  メモリ部
９３  表示部
９４  通信部
９５  画像出力部
【図１】
0005285723.tif 000002
【図２】
0005285723.tif 000003
【図３】
0005285723.tif 000004
【図４】
0005285723.tif 000005
【図５】
0005285723.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
0005285723.tif 000009