JP2007324440A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固体撮像素子において、入射光の傾斜方向の相違などにより、撮像部の上下左右の受光画素の特性が相違する。
【解決手段】受光画素を光の入射の仕方に関して、撮像部の上下及び左右を鏡像対称に構成する。例えば、フレーム転送型ＣＣＤイメージセンサの撮像部の垂直ＣＣＤシフトレジスタ間を分離するチャネルストップ４２上に配置されるクロック配線４６から受光画素境界にて水平方向に延在される突起部５０の形成パターンを撮像部の中心５２に対して上下左右対称とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、行列配置された複数の画素を有し、光学像を撮像する固体撮像装置に関する。

フレーム転送型ＣＣＤイメージセンサにおいて、撮像部は、チャネル領域上に入射光に対する開口が設けられたＣＣＤシフトレジスタを複数配列することで構成され、それらＣＣＤシフトレジスタの各ビットが受光画素を構成する。この撮像部のＣＣＤシフトレジスタ上にて列方向に並ぶ受光画素は、連続したチャネル領域上に構成されるため、基本的に互いに接する。ここで、受光画素を構成する半導体基板領域上にはカラーフィルタや層間膜等が積層される。受光画素が列方向に関して互いに接していることにより、画素境界部分にて光が斜め入射すると、カラーフィルタを通過した光が、当該カラーフィルタが対応付けられた受光画素ではなく、その隣の異なる色のカラーフィルタを対応付けられた受光画素に入射し、これに起因して混色を生じやすくなる。また、画素境界部分に入射する光は、層間膜等での屈折等によって画素間のクロストークを生じるおそれもある。

これを防止するために、列方向に隣接する受光画素相互の境界上に、遮光部材を配置することが行われる。図９は、そのようなフレーム転送型ＣＣＤイメージセンサの撮像部の平面図であり、また図１０は、当該撮像部の一部を拡大した平面図である。ＣＣＤシフトレジスタの列方向に延びるチャネル２相互間にはチャネルストップ４が設けられる。チャネル２上には、複数の転送電極６が列方向に配列される。チャネルストップ４上には、タングステン（Ｗ）層やアルミニウム（Ａl）層からなる遮光性のクロック配線８が延在され、このクロック配線８はコンタクト１０を介して転送電極６に転送クロックを供給する。列方向に並ぶ受光画素間の境界の上には、上記問題を解決する遮光部材としてクロック配線８から伸びる突起部１２が配置される。

突起部１２は、チャネル２両側のクロック配線８から交互に突出するように配置される。これにより、撮像部に結像される光学像の中心２０より上半分の撮像部と下半分の撮像部とで受光画素の構成が同じとなり、また左半分及び右半分も受光画素の構成が同じとなる。すなわち、撮像部の上下間及び左右間にて並進対称の関係が存在する。
特開２００６−８０２０２号公報

上述のように行列配置された画素を有する固体撮像装置において、画素の構造を画素配列の上下左右にて同じとすることにより、撮像が画素配列全体にて一様に行われ、画素の特性の均一化が図られる。この効果は、画素配列に対する入射光が撮像部面に対し垂直である場合に期待できる。しかし、実際には、入射光は必ずしも平行光線とはならない。例えば、イメージセンサには、その手前に配置される光学系を介して光が入射される。その光学系での屈折等により、光軸から離れた撮像部の周辺では画素に光が斜めに入射し得る。

入射光がいずれの方位にどれだけ傾斜するかは画素と光軸との位置関係によって変わり、画素毎に異なり得る。図１１は、その例を示すものであり、図９の左上の受光画素２２、右上の受光画素２４、左下の受光画素２６、右下の受光画素２８及び光軸（中心２０）近傍の受光画素３０それぞれに入射する光の方向を示す模式図である。同図において、各受光画素２２〜３０への入射光２２ｈ〜３０ｈを矢印で表している。各矢印の向きが、光がどの方位から斜め入射してくるかを示しており、また矢印が長いほど鉛直方向に対する傾き角が大きいことを示している。

中心との上下方向の距離が受光画素３０より大きい受光画素２２〜２８では、入射光２２ｈ〜２８ｈの傾斜が大きい。ここで、各受光画素２２〜２８において入射光２２ｈ〜２８ｈの進行方向側の突起部１２とクロック配線８との間隙２２ｇ〜２８ｇに対する入射光２２〜２８の進入のし易さを説明する。受光画素２２，２８では、間隙２２ｇ，２８ｇは入射光２２ｈ，２８ｈの入射方向から見ると手前のクロック配線８の陰に隠れ得る。そのため、受光画素２２，２８では間隙２２ｇ，２８ｇに入射光２２ｈ，２８ｈが入射しにくく、この部分を介して隣りの受光画素２２'，２８'に混入するクロストーク成分は比較的少ない。これに対して、受光画素２４，２６では、間隙２４ｇ，２６ｇは入射光２４ｈ，２６ｈの入射方向から見え易い。そのため、受光画素２４，２６では間隙２４ｇ，２６ｇに入射光２４ｈ，２６ｈが入射し易く、この部分を介して隣りの受光画素２４'，２６'に混入するクロストーク成分は比較的大きくなり得る。このように、左上及び右下と、左下及び右上とで受光画素の特性が相違し得る。

以上説明したように、画素配列全体を並進対称性に基づいて一様に構成した場合、画像の中心から見て上下左右それぞれの同じような位置にある画素間でその特性に差異が生じるという問題があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、行列配置された画素配列全体での画素の特性の均一性が向上した固体撮像装置を提供することを目的とする。

本発明に係る固体撮像装置は、撮像部が、行方向又は列方向に平行かつ当該撮像部に垂直な所定の鉛直面に対し一方側に位置する第１部分撮像部と前記鉛直面に対し前記第１部分撮像部とは対称な領域にある第２部分撮像部とを含み、前記第１部分撮像部と前記第２部分撮像部とは、光入射に関する構造のうちの少なくとも１つが前記鉛直面について互いに鏡像対称である相互対称関係を有するものである。

上記鉛直面は、光学像の中心を通るように構成することができる。また、前記相互対称関係は前記行方向及び前記列方向それぞれについて成立するように構成することが好適である。

本発明は、前記各受光画素が、前記入射光に応じた信号を生成する受光部と、前記受光部上に積層された遮光性材料からなり前記入射光を通過する開口部を前記各受光部それぞれに対応して形成された積層部と、を有して構成される固体撮像装置において、前記積層部が前記相互対称関係を有するように構成することができる。

また、本発明は、前記各受光画素が、前記入射光に応じた信号を生成する受光部と、前記受光部上に積層され前記入射光を前記受光部へ導く導光構造を前記各受光部それぞれに対応して形成する積層部と、を有して構成される固体撮像装置において、前記積層部が前記相互対称関係を有するように構成することができる。

光学系等を介して撮像部の各点に入射する光の入射方向は、光軸を通る面に関して鏡像対称性を有し、また各受光画素毎に変化する。本発明によれば、受光画素を構成する各部の形状のうち光の入射の仕方に影響を与える部分を、第１部分撮像部と第２部分撮像部とで鏡像対称に構成することにより、第１部分撮像部の受光画素への光の入射の仕方と第２部分撮像部の受光画素への光の入射の仕方とを同じ条件とすることができる。これにより、撮像部の左右若しくは上下、又は上下左右にて画素の特性を対称とすることができ、画面全体で偏りの少ない画像信号の取得が可能となるので、画質の向上が図られる。

以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

［実施形態１］
本実施形態に係る固体撮像素子は、フレーム転送型ＣＣＤイメージセンサである。このイメージセンサは、半導体基板表面に形成された撮像部、蓄積部、水平転送部及び出力部を備えて構成される。

撮像部及び蓄積部はそれぞれ行方向に複数配列された垂直ＣＣＤシフトレジスタを備える。撮像部を構成する垂直ＣＣＤシフトレジスタは、チャネル領域上に開口が設けられ各ビットが受光画素を構成し、入射光に応じた信号電荷を発生、蓄積することができる。撮像部の垂直ＣＣＤシフトレジスタの出力端は、蓄積部の垂直ＣＣＤシフトレジスタの入力端に接続され、露光期間が終了すると撮像部に蓄積された信号電荷が、蓄積部にフレーム転送される。蓄積部は遮光膜で覆われ、撮像部から転送された信号電荷を蓄積する。水平転送部は、蓄積部から１行ずつ読み出される信号電荷を出力部へ水平転送し、出力部は信号電荷を電圧信号に変換し、画像信号として出力する。

図１は、本発明の第１の実施形態であるフレーム転送型ＣＣＤイメージセンサの撮像部の模式的な平面図である。また図２は、当該撮像部の一部を拡大した模式的な平面図であり、この図は撮像部の中心付近を示している。半導体基板表面の撮像部に対応する領域には、列方向に延びる複数のＣＣＤシフトレジスタのチャネル４０がチャネルストップ４２により相互に分離されて形成される。半導体基板上には、チャネル４０に直交し、かつ列方向に配列された複数の転送電極４４が積層形成される。転送電極４４は、ポリシリコン等の光透過性を有する材料で形成される。転送電極４４の上には遮光性を有する金属膜からなる配線層、例えばＷ層やＡｌ層が積層され、これをパターニングして、チャネルストップ４２上に沿って延びるクロック配線４６が形成される。クロック配線４６等を構成する配線層の上には、各受光画素に対応した色透過特性を有するカラーフィルタが所定の配列で配置される。

クロック配線４６はコンタクト４８を介して転送電極４４に電気的に接続され、転送電極４４に転送クロックを印加することができる。ここでは撮像部を構成するＣＣＤシフトレジスタは、転送クロックφ1〜φ3を用いた３相駆動であり、列方向に並ぶ３本の転送電極４４がシフトレジスタの１ビットを構成する。そして、このビットが撮像部の受光画素に対応付けられる。例えば、転送クロックφ1を印加される転送電極４４-1から転送クロックφ3を印加される転送電極４４-3までを１ビットとすると、互いに隣り合う転送電極４４-1と転送電極４４-3との間に受光画素の境界が位置する。

この受光画素の境界位置にはクロック配線４６から水平に伸びた突起部５０が延在される。ここで、既に述べたように、カラーフィルタを通過した光が、当該カラーフィルタが対応付けられた受光画素ではなく、その隣の異なる色のカラーフィルタを対応付けられた受光画素に入射すると混色を生じる。突起部５０はこれを防止するために設けられる。

突起部５０をクロック配線４６と分離して形成すると、その間隙が遮光されない分、画素間の混色成分が増加し得る。そこで、突起部５０はクロック配線４６に連続したパターンに形成される。一方、行方向に隣り合うクロック配線４６は、転送クロックφ1〜φ3のうち互いに異なる相を供給するように構成しているため、突起部５０は反対側のクロック配線４６には接続されない。なお、この突起部５０の先端とクロック配線４６との間隙は、混色防止の点から、できるだけ小さく形成される。

撮像部の中心５２は、撮像部に光学像を結像するレンズ等の光学系の光軸の位置によって定義される。例えば、図１、図２は撮像部が水平２ｍ画素、垂直（４ｎ＋１）画素（ｍ，ｎはそれぞれ自然数）の配列である場合の例を示しており、この場合、中心５２は行方向に関しては、第ｍ列チャネルと第（ｍ＋１）列チャネルとの間のチャネルストップ４２の中心、また列方向に関しては、第（２ｎ＋１）行の中心に設定される。撮像部は、それぞれ中心５２を通り半導体基板に垂直な２つの鉛直面５４ｖ，５４ｈにより４つの領域に分けられる。ここで、鉛直面５４ｖは列方向に平行な平面であり、鉛直面５４ｈは行方向に平行な平面であり、図１、図２にはそれらの位置を点線で示している。これら鉛直面５４ｖ，５４ｈにより、撮像部は、左上部分５６ａ、右上部分５６ｂ、左下部分５６ｃ、右下部分５６ｄに分けられる。

左上部分５６ａの各垂直ＣＣＤシフトレジスタのチャネル４０において、突起部５０は両側のクロック配線４６から交互に伸びる。具体的には、第（２ｉ−１）行と第２ｉ行（ｉはｎ以下の自然数）との間の画素境界では、チャネル４０の左側のクロック配線４６から突起部５０が伸び、第２ｉ行と第（２ｉ＋１）行との間の画素境界では、右側のクロック配線４６から突起部５０が伸びる。

右上部分５６ｂのクロック配線４６及び突起部５０のパターンは、鉛直面５４ｖに対して左上部分５６ａのパターンを折り返した鏡像対称の関係にある。同様に、左下部分５６ｃのクロック配線４６及び突起部５０のパターンは、鉛直面５４ｈに対して左上部分５６ａのパターンを折り返した鏡像対称の関係にある。また、右下部分５６ｄは、鉛直面５４ｈに対して右上部分５６ｂと鏡像対称であり、かつ鉛直面５４ｖに対して左下部分５６ｃと鏡像対称の関係にある。これら鏡像対称の関係は、図１、図２では平面的にしか表されていないが、立体的な形状においても成立している。

ここで、鏡像対称関係は、基本的に受光画素への光の入射に関する構造についてのものである。例えば、光の入射に関する構造は、受光画素の表面、例えばカラーフィルタに到達した光の行き着く先に影響を与える構造であり、入射光の方向に依存し、例えば、入射光の行方を遮って半導体基板への到達を阻止したり、反射や屈折により入射光の進行方向を変えたりし得る。

この鏡像対称関係により、各部分５６ａ〜５６ｄにそれぞれ１つずつ存在し、光軸（中心５２）からの行方向の距離及び列方向の距離が共に等しい４つの受光画素への光の入射条件を揃えることができる。例えば、各受光画素６０，６２，６４，６６がそのような４つの画素であり、図３は、これら受光画素６０〜６６に入射する光の方向を示す模式図である。同図は図１１と同様、各受光画素６０〜６６の中心への入射光６０ｈ〜６６ｈを矢印で表している。受光画素６０〜６６において、突起部５０とクロック配線４６との間隙６０ｇ〜６６ｇはそれぞれ各入射光の入射方向から見ると、その入射光の延長線上ではなく脇に位置する。すなわち、受光画素６０〜６６について、間隙６０ｇ〜６６ｇと入射光６０ｈ〜６６ｈとの幾何学的な関係が共通となる。

なお、上述のように転送電極４４に対するコンタクト４８がクロック配線４６に沿って所定間隔で配置される。本実施形態では、このコンタクト４８の配置は、基本的に上述の突起部５０程には受光画素への光の入射の仕方に影響を与えないものとして、各部分５６ａ〜５６ｄ相互間にて鏡像対称には構成していない。しかし、コンタクト４８の配置が光入射に与える影響が無視できない場合には、当該配置も鏡像対称とすることができる。また、カラーフィルタを通過することによる光の色の変化は、上述したような光の入射の仕方には基本的に関連しないものであると考えられ、また、受光画素毎に入射光の色を相違させることがカラーフィルタの目的でもあるので、フィルタの配列に関しては鏡像対称関係を要求しなくてもよい。例えば、本実施形態ではカラーフィルタを、撮像部全体に連続したベイヤー配列とする。

ちなみに、上述の実施形態の突起部５０及びクロック配線４６のパターンは、左上部分５６ａと右上部分５６ｂとが鉛直面５４ｖに関して鏡像対称であるが、これらは並進対称の関係にはない。左下部分５６ｃ及び右下部分５６ｄも同様の関係にある。また、左上部分５６ａと左下部分５６ｃとは鉛直面５４ｈに関して鏡像対称であるが、これらは並進対称の関係にはない。右上部分５６ｂ及び右下部分５６ｄも同様の関係にある。

図４、図５は、上述したフレーム転送型ＣＣＤイメージセンサにおける突起部５０及びクロック配線４６のパターンについての実施形態の他の例を示す模式的な平面図である。図４に示す撮像部の受光画素は、水平２ｍ画素×垂直２ｎ画素の二次元配列である。この場合、中心５２は行方向に関しては、第ｍ列チャネルと第（ｍ＋１）列チャネルとの間のチャネルストップの中心、また列方向に関しては、第２ｎ行と第（２ｎ＋１）行との境界位置に設定される。この撮像部は列方向に関して、各垂直ＣＣＤシフトレジスタのチャネルに両側のクロック配線４６から交互に突起部５０が伸びる構成を有する。チャネルの左側からの突起部５０及び、右側からの突起部５０はそれぞれチャネルの一方端から他方端まで２画素周期で配置される。この構成は、中心５２より上半分と下半分とが並進的にも鏡像的にも対称となる。行方向に関して、当該撮像部は左右鏡像の対称性を有するように構成される。すなわち、中心５２を通る列方向に沿った鉛直面５４ｖに対し撮像部の左側半分７０ａと右側半分７０ｂとが互いに鏡像対称に構成される。この構成においても、中心５２に対して上下左右の４つの領域への光の入射の仕方が対称となる。

図５に示す撮像部の受光画素の二次元配列は、水平方向に２ｍ画素の寸法を有する。当該配列の垂直方向の寸法は任意である。この場合、中心５２は行方向に関しては、第ｍ列チャネルと第（ｍ＋１）列チャネルとの間のチャネルストップの中心に設定され、また列方向に関しては、受光画素相互の境界位置又は受光画素の列方向に関する中点位置に設定することができる。この撮像部は列方向に関して、各垂直ＣＣＤシフトレジスタのチャネルに一方側のクロック配線４６のみから突起部５０が伸びる。具体的には、撮像部の左側半分７２ａを構成するｍ本のＣＣＤシフトレジスタにおいては、列方向に並ぶ画素の各境界位置に、チャネル右側のクロック配線４６から伸びる突起部５０が配置される。一方、右側半分７２ｂを構成するｍ本のＣＣＤシフトレジスタにおいては、列方向に並ぶ画素の各境界位置に、チャネル左側のクロック配線４６から伸びる突起部５０が配置される。これにより、この撮像部は行方向に関して、左右鏡像の対称性を有するように構成される。すなわち、中心５２を通る列方向に沿った鉛直面５４ｖに対し撮像部の左側半分７２ａと右側半分７２ｂとが互いに鏡像対称に構成される。なお、中心５２より上半分と下半分とが並進的、鏡像的に対称となる。

この図５に示す構成においても、中心５２に対して上下左右の４つの領域への光の入射の仕方が対称となる。さらに、この構成では、撮像部内の任意の受光画素７４について、図１１に示す受光画素２４，２６への入射光２４ｈ，２６ｈと間隙２４ｇ，２６ｇとについて説明したものと同じ入射光条件が実現される。すなわち、いずれの受光画素７４についても、その間隙７４ｇから隣接受光画素へ入射光が混入しにくくなり、画素間の混色が低減が図られる。

図５に示す構成は、入射光が光軸から遠ざかりつつ撮像部へ入射する場合に好適な構成である。これに対し、入射光が光軸に近づきつつ撮像部へ入射する光学系をＣＣＤイメージセンサの前方に配置する場合には、突起部５０の伸びる向きを、左半分７２ａと右半分７２ｂとで逆にする。すなわち、左半分７２ａでは突起部５０をチャネル左側のクロック配線４６から伸ばし、右半分７２ｂではチャネル右側のクロック配線４６から伸ばす構成とすることで、図５に示す構成と同様に混色の抑制が図られる。

上述したように、突起部５０は、列方向に並ぶ受光画素間の境界に配置され、隣接受光画素への光の斜め入射等による混色を抑制する。この突起部５０の形状及び位置は、混色抑制効果をより好適とする目的で調整することができる。図６は、突起部５０の位置の調整例を説明する模式図であり、撮像部の垂直ＣＣＤシフトレジスタの列方向に沿った垂直断面図である。図６には、半導体基板８０表面に配置される転送電極４４（図６では省略している）に応じて定まる受光画素の境界位置８２を点線で示している。例えば、図６において、光軸と列方向の位置が同じ境界位置８２ｃを中心として、左側が撮像部の上半分に対応し、右側が下半分に対応する。境界位置８２ｃ上の突起部５０は、その幅方向（列方向）の中心が境界位置８２ｃに一致するように配置される。境界位置８２ｕ，８２ｄ上での突起部５０の位置は、当該境界位置に対応する半導体基板８０表面領域を突起部５０が入射光から好適に遮蔽するようにシフトさせる。例えば、入射光８４が光軸から遠ざかりつつ撮像部へ入射する場合には、境界位置８２ｕ，８２ｄ上の突起部５０は境界位置８２ｃに近づく方向へシフトされる。すなわち、境界位置８２ｕでは、突起部５０は右側にシフトされ、境界位置８２ｄでは、突起部５０は左側にシフトされる。シフト量は、入射光８４の列方向に関する傾斜角度に応じて定められ、定性的には、境界位置８２ｕ，８２ｄと境界位置８２ｃとの距離が大きいほど、シフト量も大きく設定される。また、同様の位置の調整は、クロック配線４６の行方向の配置についても行うことができる。

また、撮像部中心から離れた受光画素ほど入射光の傾斜が大きくなり、入射光に対する受光開口の立体角が小さくなり、逆に撮像部中心に近い受光画素ほど相対的に当該立体角が大きくなる。例えば、撮像部中心に近い突起部５０ほど突起部５０の幅を広げる等の形状の調整を行うことで、各受光画素の当該立体角を調整し、受光感度の均一化を図ることができる。

これら突起部５０等の形状や位置を調整した構成は、中心５２に対し上下及び左右それぞれについて鏡像関係が成立するように定められ、これにより、中心５２に対して上下左右の４つの領域への光の入射の仕方が対称となる。

［実施形態２］
本実施形態に係る固体撮像素子は、インターライン転送型ＣＣＤイメージセンサである。このイメージセンサは、半導体基板表面に形成された撮像部、水平転送部及び出力部を備えて構成される。

撮像部は、列方向に配列された複数の受光画素（受光画素列）と垂直ＣＣＤシフトレジスタとが行方向に交互に配列される。垂直ＣＣＤシフトレジスタは、その転送チャネル及び両側の素子分離領域の上を金属膜で遮光され、隣接する受光画素から転送された信号電荷を垂直転送する。水平転送部は、垂直ＣＣＤシフトレジスタ群から１行ずつ読み出される信号電荷を出力部へ水平転送し、出力部は信号電荷を電圧信号に変換し、画像信号として出力する。

図７は、本発明の第２の実施形態であるインターライン転送型ＣＣＤイメージセンサの撮像部の構造を示す模式的な平面図である。撮像部の半導体基板表面には、受光画素領域９０及び、列方向に延びるＣＣＤシフトレジスタのチャネル９２がチャネルストップ９４により相互に分離されて形成される。半導体基板上には、チャネル９２に直交し、かつ列方向に配列された複数の転送電極（図示せず）が積層形成される。転送電極は、ポリシリコン等の材料で形成される。転送電極の上には遮光性を有する金属膜からなる配線層、例えばＷ層やＡｌ層が積層され、これをパターニングして、垂直ＣＣＤシフトレジスタのチャネル９２上に沿って延びる遮光膜９６が形成される。本イメージセンサでは、この遮光膜９６を転送電極に転送クロックを供給するクロック配線として利用している。遮光膜９６は例えば、チャネルストップ９４上に配置されるコンタクト（図示せず）を介して転送電極に電気的に接続され、転送電極に転送クロックを印加することができる。

列方向に並ぶ受光画素は、それらの境界位置に水平に配置されたチャネルストップ９４により分離される。遮光膜９６はこの受光画素間の境界位置のチャネルストップ９４上に水平に延びた突起部９８を有する。

本撮像部は、受光画素への光の入射の仕方に影響を与える遮光膜９６のパターンを上下左右対称に形成する。図７に示す例は、受光画素が水平２ｍ画素×垂直２ｎ画素に二次元配列された撮像部である。この場合、中心５２は行方向に関しては、第ｍ列の受光画素と第（ｍ＋１）列の受光画素との中点、また列方向に関しては、第２ｎ行の受光画素と第（２ｎ＋１）行の受光画素との境界位置に設定される。

この撮像部の各受光画素列では、受光画素間の各境界位置にて、一定の方向から突起部９８が伸びる。具体的には、撮像部の左側半分１００ａを構成する受光画素列においては、それぞれの左側に隣接する垂直ＣＣＤシフトレジスタを遮光する遮光膜９６から右方向に伸びる突起部９８が配置される。一方、右側半分１００ｂを構成する受光画素列においては、それぞれの右側に隣接する垂直ＣＣＤシフトレジスタを遮光する遮光膜９６から左方向に伸びる突起部９８が配置される。これにより、この撮像部は行方向に関して、左右鏡像の対称性を有するように構成される。すなわち、中心５２を通る列方向に沿った鉛直面に対し撮像部の左側半分１００ａと右側半分１００ｂとが互いに鏡像対称に構成される。また、中心５２より上半分及び下半分それぞれの遮光膜９６のパターンが並進的、鏡像的に対称に形成される。これにより、中心５２に対して上下左右の４つの領域への光の入射の仕方が対称化される。

この突起部９８の配置パターンは、第１の実施形態にてフレーム転送型ＣＣＤイメージセンサについて示した図５のパターンに対応するものである。また、インターライン転送型ＣＣＤイメージセンサの突起部９８の配置パターンを、フレーム転送型ＣＣＤイメージセンサに適用される他の突起部５０の配置パターン、例えば図１、図４に示したパターンに対応するものとすることもできる。

［実施形態３］
本実施形態に係る固体撮像素子は、ＣＭＯＳイメージセンサである。このイメージセンサは、半導体基板表面に形成されたフォトダイオード、ＭＯＳトランジスタ及び各種配線を備えて構成される。

図８は、本発明の第３の実施形態であるＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の構造を示す模式的な平面図である。撮像部の半導体基板表面には、それぞれフォトダイオード１１０を含む受光画素が行列配置される。各フォトダイオード１１０は、受光量に応じて信号電荷を蓄積する。各フォトダイオード１１０には、読み出しゲート、増幅トランジスタ、行選択スイッチ、リセットゲートが併設される。フォトダイオード１１０に隣接して浮遊拡散層（ＦＤ）１１２が設けられ、フォトダイオード１１０とＦＤ１１２との間に読み出しゲート１１４が配置される。各行の受光画素の読み出しゲート１１４は、共通の行読み出し信号線１１６に接続される。行読み出し信号線１１６に印加される電圧により読み出しゲート１１４下のチャネルをオン状態として、フォトダイオード１１０からＦＤ１１２へ信号電荷を読み出すことができる。一方、ＦＤ１１２に読み出された信号電荷は、ＦＤ１１２に隣接する拡散層１１８から電源線１２０を介して排出することができる。この信号電荷の排出はＦＤ１１２と拡散層１１８との間に配置されたリセットゲート１２２により制御される。各行の受光画素のリセットゲート１２２は、共通の行リセット信号線１２４に接続される。増幅トランジスタは、そのゲート１２６がコンタクトを介してＦＤ１１２に接続され、信号電荷に応じたＦＤ１１２の電位変化を増幅する。増幅トランジスタは拡散層１１８をソースとし、信号電荷に応じた画素信号をドレインに出力する。行選択スイッチは、垂直選択線１２８をゲートとして有するトランジスタスイッチであり、行選択スイッチがオンすることにより画素信号は増幅トランジスタのドレインから垂直信号線１３０に読み出される。垂直選択線１２８は、フォトダイオード１１０の各行毎に設けられ、各垂直選択線１２８は垂直走査回路（図示せず）に接続される。垂直走査回路は垂直選択線１２８に選択的にオン電圧を印加し、オン電圧を印加された垂直選択線１２８に対応する行の行選択スイッチを全てオンする。垂直信号線１３０はフォトダイオード１１０の各列毎に設けられ、各垂直信号線１３０は、一方端にそれぞれ設けられたトランジスタスイッチを介して共通の出力信号線（図示せず）に接続可能とされる。各垂直信号線１３０のトランジスタスイッチは、水平走査回路（図示せず）によりオンされ、オンされた列の垂直信号線１３０の信号が出力信号線を介して画像信号として取り出される。

上記各種電極・配線層は層間膜を介して半導体基板上に積層され、さらにその上には遮光膜１３２が形成される。遮光膜１３２は、フォトダイオード１１０に対応する開口部１３４が形成され、フォトダイオード１１０への光の入射を可能とする。

電極や配線は基本的にフォトダイオード１１０を取り囲む位置に配置され、フォトダイオード１１０上には層間膜等の透光性材料からなる導光構造が形成される。

各受光画素は上述した構造を有し、フォトダイオード１１０の周囲に形成される各種電極や配線の構造は、各受光画素において基本的に左右非対称であり、これに起因してフォトダイオード１１０上の導光構造の立体的な形状や構造も左右非対称となり得る。具体的には、層間膜の境界での入射光の屈折の仕方や、導光構造の外縁を規定する電極・配線での入射光の反射の仕方が非対称となり得る。

本撮像部は、水平２ｍ画素×垂直２ｎ画素の二次元配列を有し、上述の左右非対称の受光画素を、中心５２を通る列方向に沿った鉛直面５４ｖに対し鏡像対称となるように配置する。すなわち、撮像部の左側半分１４０ａと右側半分１４０ｂとが鏡像対称とされる。これにより、中心５２に対して左右の２つの領域の各フォトダイオード１１０への光の入射の仕方が対称化される。

また、図８に示す受光画素は上下非対称でもある。よって、左右に関して鏡像対称とするだけでなく、上下に関しても鏡像対称とすることにより、中心５２に対して上下左右の４つの領域の各フォトダイオード１１０への光の入射の仕方を対称化することができる。

以上、各実施形態を用いて説明したように、本発明によれば、撮像部の左右若しくは上下、又は上下左右にて画素の特性を対称とすることが可能となり、画質の向上が図られる。

本発明の第１の実施形態であるフレーム転送型ＣＣＤイメージセンサの撮像部の模式的な平面図である。 図１に示す撮像部の中心付近を拡大した模式的な平面図である。 図１に示す撮像部において対称な位置関係にある上下左右の４つの受光画素の構造と入射光の方向とを示す模式図である。 本発明の第１の実施形態の他の構成例を示す撮像部の模式的な平面図である。 本発明の第１の実施形態の他の構成例を示す撮像部の模式的な平面図である。 本発明の第１の実施形態である撮像部の垂直ＣＣＤシフトレジスタの列方向に沿った模式的な垂直断面図である。 本発明の第２の実施形態であるインターライン転送型ＣＣＤイメージセンサの撮像部の模式的な平面図である。 本発明の第３の実施形態であるＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の構造を示す模式的な平面図である。 先行技術に関連するフレーム転送型ＣＣＤイメージセンサの撮像部の平面図である。 図９に示す撮像部の中心付近を拡大した平面図である。 図９に示す撮像部において対称な位置関係にある上下左右の４つの受光画素の構造と入射光の方向とを示す模式図である。

符号の説明

４０，９２ チャネル、４２，９４ チャネルストップ、４４ 転送電極、４６ クロック配線、４８ コンタクト、５０，９８ 突起部、５４ｖ，５４ｈ 鉛直面、５６ａ 左上部分、５６ｂ 右上部分、５６ｃ 左下部分、５６ｄ 右下部分、６０，６２，６４，６６，７４ 受光画素、６０ｈ，６２ｈ，６４ｈ，６６ｈ，８４ 入射光、６０ｇ，６２ｇ，６４ｇ，６６ｇ，７４ｇ 間隙、７０ａ，７２ａ，１００ａ，１４０ａ 左側半分、７０ｂ，７２ｂ，１００ｂ，１４０ｂ 右側半分、８０ 半導体基板、８２ 境界位置、９０ 受光画素領域、９６，１３２ 遮光膜、１１０ フォトダイオード、１１２ 浮遊拡散層、１１４ 読み出しゲート、１１６ 行読み出し信号線、１１８ 拡散層、１２０ 電源線、１２２ リセットゲート、１２４ 行リセット信号線、１２６ ゲート、１２８ 垂直選択線、１３０ 垂直信号線、１３２ 遮光膜、１３４ 開口部。

Claims (5)

1. それぞれ入射光に応じた信号を生成する複数の受光画素が行列配置され、光学像を撮像する撮像部を有し、
   前記撮像部は、行方向又は列方向に平行かつ当該撮像部に垂直な所定の鉛直面に対し一方側に位置する第１部分撮像部と前記鉛直面に対し前記第１部分撮像部とは対称な領域にある第２部分撮像部とを含み、
   前記第１部分撮像部と前記第２部分撮像部とは、光入射に関する構造のうちの少なくとも１つが前記鉛直面について互いに鏡像対称である相互対称関係を有すること、
   を特徴とする固体撮像装置。
2. 請求項１に記載の固体撮像装置において、
   前記鉛直面は、前記光学像の中心を通ることを特徴とする固体撮像装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の固体撮像装置において、
   前記行方向及び前記列方向それぞれについて前記相互対称関係を有することを特徴とする固体撮像装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の固体撮像装置において、
   前記各受光画素は、
   前記入射光に応じた信号を生成する受光部と、
   前記受光部上に積層された遮光性材料からなり前記入射光を通過する開口部を前記各受光部それぞれに対応して形成された積層部と、
   を有し、
   前記相互対称関係は、前記積層部により実現されること、
   を特徴とする固体撮像装置。
5. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の固体撮像装置において、
   前記各受光画素は、
   前記入射光に応じた信号を生成する受光部と、
   前記受光部上に積層され前記入射光を前記受光部へ導く導光構造を前記各受光部それぞれに対応して形成する積層部と、
   を有し、
   前記相互対称関係は、前記積層部により実現されること、
   を特徴とする固体撮像装置。

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