JP2009267252A - 撮像センサ、及び撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光電変換部から電荷電圧変換部へ電荷を転送する効率の低下を抑制するとともに、入射した光が光電変換部の受光面へ到達する効率の低下を抑制する。
【解決手段】撮像センサは、受光面を有する光電変換部と、電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と、ゲート電極を有し、前記光電変換部で発生した電荷を前記電荷電圧変換部へ転送するための転送トランジスタと、前記光電変換部の上方における開口領域を規定する多層配線構造と、光が前記開口領域を通過して前記光電変換部へ到達するように導く導波路とを備え、前記多層配線構造は、最上の配線層であり、前記開口領域における第１の方向の２つの輪郭辺を規定する第１の配線層と、前記受光面に垂直な方向における前記ゲート電極と前記第１の配線層との間に配され、前記開口領域における第２の方向の２つの輪郭辺を規定する第２の配線層とを含み、前記ゲート電極は、長手方向が前記第１の方向に沿うように、前記受光面の一部に重なる位置に配されている
【選択図】図１
【解決手段】撮像センサは、受光面を有する光電変換部と、電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と、ゲート電極を有し、前記光電変換部で発生した電荷を前記電荷電圧変換部へ転送するための転送トランジスタと、前記光電変換部の上方における開口領域を規定する多層配線構造と、光が前記開口領域を通過して前記光電変換部へ到達するように導く導波路とを備え、前記多層配線構造は、最上の配線層であり、前記開口領域における第１の方向の２つの輪郭辺を規定する第１の配線層と、前記受光面に垂直な方向における前記ゲート電極と前記第１の配線層との間に配され、前記開口領域における第２の方向の２つの輪郭辺を規定する第２の配線層とを含み、前記ゲート電極は、長手方向が前記第１の方向に沿うように、前記受光面の一部に重なる位置に配されている
【選択図】図１
Description
本発明は、撮像センサ、及び撮像装置に関する。
近年、デジタルスチルカメラや高画質ビデオカメラなどの撮像装置に用いられる撮像センサでは、画素配列の多画素化が要求されている。撮像センサでは、画素配列が多画素化されると、画素信号を高速で読み出すため、画素配列から複数チャンネルで画素信号が読み出されることがある。
また、撮像センサでは、画素配列が多画素化されると、画素の大きさ（面積）を小さくすることがある。この場合、フォトダイオードの上方における開口領域の大きさ（面積）も小さくなり、マイクロレンズへ入射した光がフォトダイオードの受光面へ到達する効率が低下するので、フォトダイオードの感度が低下する可能性がある。
特許文献１に示された技術では、固体撮像素子において、層間絶縁膜より屈折率の高い光透過性材料で形成された導波路が撮像センサの光入射面（マイクロレンズ）と光電変換部（フォトダイオード）との間に配されている。その導波路では、光入射面側の幅が光電変換部側の幅より大きくなっている。これにより、特許文献１によれば、導波路に入った光が導波路と層間絶縁膜との界面で全反射しやすくなるので、マイクロレンズへ入射した光がフォトダイオードの受光面へ到達する効率を向上できるとされている。
特開２００４−２２１５３２号公報
撮像センサ１の画素配列における各画素の構成の一例を、図８、図９、及び図１１を用いて説明する。図８は、撮像センサ１における各画素のレイアウト構成を示す図である。図９は、図８のＡ−Ａ断面図（ｘ方向の断面図）である。図１１は、図８のＢ−Ｂ断面図（ｙ方向の断面図）である。ｘ方向が画素配列の長辺方向であり、ｙ方向が画素配列の短辺方向であるものとして説明するが、ｘ方向が画素配列の短辺方向であり、ｙ方向が画素配列の長辺方向であってもよい。
撮像センサ１では、光電変換部１１が、シリコン基板１０に形成されている。光電変換部（フォトダイオード）１１で発生した電荷を電荷電圧変換部（フローティングディフュージョン）へ転送する転送トランジスタ１２のゲート電極３０は、光電変換部１１の受光面１１ａの一部に重なる位置に配されている。
光電変換部１１の上には、酸化シリコンで構成された第１の層間絶縁膜２１が配されている。第１の層間絶縁膜２１の上には、第２の配線層３１が配されている。第２の層間絶縁膜２２上には、第１の配線層３２が配されている。さらに、第１の配線層３２を覆うように第３の層間絶縁膜２３が配されている。
第１の配線層３２及び第２の配線層３１（多層配線構造３３）は、光電変換部１１の上方における開口領域ＯＲ１を規定している。第１の配線層３２は、開口領域ＯＲ１における第１の方向の２つの輪郭辺ＯＲＳ１，ＯＲＳ２を規定している。第２の配線層３２は、開口領域ＯＲ１における第２の方向の２つの輪郭辺ＯＲＳ３，ＯＲＳ４を規定している。開口領域ＯＲ１には、窒化シリコンで構成された光導波路４０が配されている。光導波路４０は、光入射面側の幅が光電変換部側の幅より大きい。さらに光導波路４０の上には、平坦化層５０、カラーフィルタ層５１、平坦化層５２及びオンチップレンズ５３がそれぞれ樹脂材料により形成されている。
ここで、図９に示すｘ方向の断面図において、第１の配線層３２は、１画素当たり２本（３２ａ，３２ｂ）で形成されている。２本の第１の配線層３２ａ，３２ｂは、光電変換部１１へ入射する光を遮光しないように、できるだけ大きな間隔ＯＲＬ１となるように形成される。また、光導波路４０と２本の第１の配線層３２ａ，３２ｂとの間隔は、それぞれ、製造上の余裕を考慮して、所定の間隔ｓ１以上になるように形成される。光導波路４０の上面４０ａの幅Ｗ１は、２つの輪郭辺ＯＲＳ３，ＯＲＳ４の間隔ＯＲＬ１に対して、所定の間隔ｓ１の２倍を引いたものとなる。
すなわち、光導波路４０の側面４０ｃの傾斜角が所定の角度に決まっているとすると、２本の第１の配線層３２ａ，３２ｂにより形成されるデッドスペースＤＳ１が図１０に示す斜線の領域になる。ｘ方向の断面に関して言えば、光導波路４０は、デッドスペースＤＳ１の境界までその幅Ｗ１を大きくすることができる。
図１１に示すｙ方向の断面図において、第２の配線層３１は、１画素当たり２本（３１ａ，３１ｂ）形成されている。２本の第２の配線層３１ａ，３１ｂは、光電変換部１１へ入射する光を遮光しないように、できるだけ大きな間隔ＯＲＬ２となるように形成される。また、上述のように、転送トランジスタ１２のゲート電極３０は、光電変換部１１の受光面１１ａの一部に重なる位置に配されている。ゲート電極３０は、可視光を一部吸収するポリシリコンで形成されるため、光導波路４０の下面４０ｂに重ならないように配される。
ここで、光電変換部１１から電荷電圧変換部へ電荷を転送する効率を向上するために、上面視においてゲート電極３０が光電変換部１１の受光面１１ａに所定の長さＯＬ１だけ重なるようにすることが要求されていると仮定する。この場合、光導波路４０の下面４０ｂの縁部を、製造上の余裕をとるために、ゲート電極３０より所定の長さｓ１だけ法線ＰＬの近くに位置させる必要がある。このため、光導波路４０と２本の第２の配線層３１ａ，３１ｂとの間隔は、それぞれ、製造上の余裕を考慮して決められた長さｓ１より長い長さｓ２になる。光導波路４０のｙ方向の幅Ｗ２は、２つの輪郭辺ＯＲＳ１，ＯＲＳ２の間隔ＯＲＬ２に対して、所定の間隔ｓ３の２倍を引いたものとなる。
すなわち、光導波路４０の側面４０ｃの傾斜角が所定の角度に決まっているとすると、ゲート電極３０が存在しないとすれば、２本の第２の配線層３１ａ，３１ｂにより形成されるデッドスペースＤＳ２は、図１２のａの斜線で示すように小さくできたはずである。しかし、ゲート電極３０が存在するために、デッドスペースが図１２のｂに斜線で示すＤ３のように大きくなる。これにより、２本の第２の配線層３１ａ，３１ｂに対して、図１２のｃに示す無駄なスペースＷＳが生じている。そのため、光導波路４０の幅Ｗ２が必要以上に狭く制限されている。光導波路４０は、デッドスペースＤＳ２の境界までその幅Ｗ２を大きくすることができず、この結果、光導波路４０の入口の開口（上面４０ａの面積）が小さくなり、光電変換部１１へ到達する光量が少なくなる。すなわち、入射した光が光電変換部の受光面へ到達する効率が低下する。
仮に、ｙ方向の断面図において、光導波路４０の幅Ｗ２をデッドスペースＤＳ２の境界まで大きくしたとすると、ゲート電極３０の受光面１１ａに対する重なりの長さが所定の長さＯＬ１より大幅に短くなる。この場合、光電変換部１１から電荷電圧変換部へ電荷を転送する効率が低下する。
本発明の目的は、光電変換部から電荷電圧変換部へ電荷を転送する効率の低下を抑制するとともに、入射した光が光電変換部の受光面へ到達する効率の低下を抑制することにある。
本発明の第１側面に係る撮像センサは、受光面を有する光電変換部と、電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と、ゲート電極を有し、前記光電変換部で発生した電荷を前記電荷電圧変換部へ転送するための転送トランジスタと、前記光電変換部の上方における開口領域を規定する多層配線構造と、光が前記開口領域を通過して前記光電変換部へ到達するように導く導波路とを備え、前記多層配線構造は、最上の配線層であり、前記開口領域における第１の方向の２つの輪郭辺を規定する第１の配線層と、前記受光面に垂直な方向における前記ゲート電極と前記第１の配線層との間に配され、前記開口領域における第２の方向の２つの輪郭辺を規定する第２の配線層とを含み、前記ゲート電極は、長手方向が前記第１の方向に沿うように、前記受光面の一部に重なる位置に配されていることを特徴とする。
本発明の第２側面に係る撮像装置は、本発明の第１側面に係る撮像センサと、前記撮像センサの撮像面へ像を形成する光学系と、前記撮像センサから出力された信号を処理して画像データを生成する信号処理部とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、光電変換部から電荷電圧変換部へ電荷を転送する効率の低下を抑制するとともに、入射した光が光電変換部の受光面へ到達する効率の低下を抑制することができる。
本発明の第１実施形態に係る撮像センサ１００の画素配列における各画素の構成の一例を、図１、図２、及び図４を用いて説明する。図１は、撮像センサ１００における各画素のレイアウト構成を示す図である。図２は、図１のＣ−Ｃ断面図（ｘ方向の断面図、ｚ−ｘ断面図）である。図４は、図１のＤ−Ｄ断面図（ｙ方向の断面図、ｚ−ｙ断面図）である。ｘ方向が画素配列の長辺方向であり、ｙ方向が画素配列の短辺方向であるものとして説明するが、ｘ方向が画素配列の短辺方向であり、ｙ方向が画素配列の長辺方向であってもよい。
撮像センサ１００の画素配列における各画素は、光電変換部１１、電荷電圧変換部（図示せず）、転送トランジスタ１１２、多層配線構造１３３、及び光導波路１４０を備える。
光電変換部１１は、シリコン基板１０に形成されている。光電変換部１１は、光に応じた電荷を発生させる。光電変換部１１は、受光面１１ａを有する。光電変換部１１は、例えば、フォトダイオードである。
電荷電圧変換部は、シリコン基板１０において光電変換部１１の付近に形成されている。電荷電圧変換部は、電荷を電圧に変換する。電荷電圧変換部は、例えば、フローティングディフュージョンである。
転送トランジスタ１１２は、光電変換部１１で発生した電荷を電荷電圧変換部へ転送する。転送トランジスタ１１２は、光電変換部１１をソース領域とし、ゲート電極１３０を有し、電荷電圧変換部をドレイン領域とするＭＯＳ型トランジスタである。ゲート電極１３０は、受光面１１ａに垂直な方向から見た場合に、光電変換部１１と電荷電圧変換部との間に配されている。ゲート電極１３０は、開口領域ＯＲ１０１の中心Ｃに対して−ｙ方向に偏心して配されている。転送トランジスタ１１２は、後述の転送制御線１３１ｂを介してアクティブな転送信号がゲート電極１３０に供給された際に、オンして、光電変換部１１で発生した電荷を電荷電圧変換部へ転送する。
多層配線構造１３３は、光電変換部１１の上方における開口領域ＯＲ１０１を規定する。多層配線構造１３３は、第１の配線層１３１、第２の配線層１３２、及び層間絶縁膜２１、２２を含む。
第１の配線層１３１は、最上の配線層であり、開口領域ＯＲ１０１におけるｘ方向（第１の方向）の２つの輪郭辺ＯＲＳ１０１，ＯＲＳ１０２を規定する。第１の配線層１３１は、例えば、アルミニウムを主成分とする金属で形成されている。第１の配線層１３１は、リセット制御線１３１ａ及び転送制御線１３１ｂを含む。リセット制御線１３１ａは、電荷電圧変換部をリセットする所定のトランジスタへ供給するためのリセット信号Ｒｅｓｅｔを伝達する。転送制御線１３１ｂは、法線ＰＬの方向（ｚ方向）から透視した場合にゲート電極１３０に重なる部分を有している。転送制御線１３１ｂは、転送トランジスタ１１２のゲート電極１３０へ供給するための転送信号ＴＸを伝達する。ゲート電極１３０は、例えば、ポリシリコンで形成されている。転送制御線１３１ｂとゲート電極１３０とは、法線ＰＬの方向（ｚ方向）から透視した場合に両者の重なる部分においてプラグ（ビア配線）を介して接続されている。
第２の配線層１３２は、開口領域ＯＲ１０１の中心Ｃを通る法線ＰＬの方向におけるゲート電極１３０と第１の配線層１３１との間に配されている。第２の配線層１３２は、開口領域におけるｙ方向（第２の方向）の２つの輪郭辺ＯＲＳ１０３，ＯＲＳ１０４を規定する。第２の配線層１３２は、例えば、アルミニウムを主成分とする金属で形成されている。第２の配線層１３２は、電源線１３２ａ及び列信号線１３２ｂを含む。電源線１３２ａは、所定のトランジスタへ電源Ｖｄｄを供給する。列信号線１３２ｂは、電荷電圧変換部の電圧に応じて出力された画素信号Ｏｕｔを伝達する。
層間絶縁膜２１は、光電変換部１１と第２の配線層１３２との間に配されている。層間絶縁膜２２は、第１の配線層１３１と第２の配線層１３２との間に配されている。層間絶縁膜２３は、第１の配線層１３１を覆うように配されている。層間絶縁膜２１、２２、２３は、例えば、シリコン酸化膜で形成され、屈折率が約１.４６である。
光導波路１４０は、光が開口領域ＯＲ１０１を通過して光電変換部１１へ到達するように導く。光導波路１４０は、層間絶縁膜２１、２２、２３より屈折率が高い物質で形成されている。光導波路１４０は、例えば、シリコン窒化膜で形成され、屈折率が約１.９である。
光導波路１４０は、光入射面側の幅が光電変換部側の幅より大きい形状をしている。これにより、導波路１４０は、上面１４０ａから光を取り込みやすくなっている（光の取り込み効率が向上している）。光導波路１４０は、受光面１１ａに垂直な方向から透視した場合に、第１の方向の２つの輪郭辺ＯＲＳ１０１，ＯＲＳ１０２の間に上面１４０ａが配されるとともに、上面１４０ａの内側であってゲート電極１３０と重ならない位置に下面１４０ｂが配されいる。法線ＰＬの方向から透視した場合における上面１４０ａ及び下面１４０ｂの形状は、例えば、矩形である。
また、光導波路１４０は、断面視における上面１４０ａの縁部から下面１４０ｂの縁部へ開口領域ＯＲ１０１の中心Ｃを通る法線ＰＬに近づくように傾斜した側面１４０ｃを有する。側面１４０ｃは、層間絶縁膜２１、２２、２３と接している。光導波路１４０に入射した光の一部は、光導波路１４０と層間絶縁膜２１、２２、２３との界面すなわち側面１４０ｃで全反射して光電変換部１１へ導かれる。側面１４０ｃの法線ＰＬに対する傾斜角は、入射光を効率よく全反射できる角度である。側面１４０ｃの法線ＰＬに対する傾斜角は、例えば、１０度近傍である。これにより、オンチップレンズ５３に入射する光の角度が大きい場合も、効率よく受光することが可能となっている。
光導波路１４０の光入射側には、層間絶縁膜２３を介して、平坦な表面を提供する平坦化層５０が配されている。平坦化層５０の上には、カラーフィルタ層５１が配されている。カラーフィルタ層５１の上には、平坦な表面を提供する平坦化層５２が配されている。平坦化層５２の上には、オンチップレンズ５３が配されている。オンチップレンズ５３は、後述の撮影レンズ９２（図６参照）の射出瞳と光導波路１４０の略中央とが結像関係になるように構成されている。
ここで、図２に示すｘ方向の断面図において、第２の配線層１３２は、１画素当たり２本（１３２ａ，１３２ｂ）で形成されている。２本の第２の配線層１３２ａ，１３２ｂは、光電変換部１１へ入射する光を遮光しないように、できるだけ大きな間隔ＯＲＬ１０１となるように形成される。また、光導波路１４０と２本の第２の配線層１３２ａ，１３２ｂとの間隔は、それぞれ、製造上の余裕を考慮して、所定の間隔ｓ１以上になるように形成される。光導波路１４０の上面１４０ａの幅Ｗ１０１は、２つの輪郭辺ＯＲＳ１０１，ＯＲＳ１０２の間隔ＯＲＬ１０１に対して、同等な大きさとなる。
すなわち、光導波路１４０の側面１４０ｃの傾斜角が所定の角度に決まっているとすると、２本の第２の配線層１３２ａ，１３２ｂにより形成されるデッドスペースＤＳ１０２が図３に示す斜線の領域になる。ｘ方向の断面に関して言えば、光導波路１４０は、デッドスペースＤＳ１０２の境界までその幅Ｗ１０１を大きくすることができる。
図４に示すｙ方向の断面図において、第１の配線層１３１は、１画素当たり２本（１３１ａ，１３１ｂ）形成されている。２本の第１の配線層１３１ａ，１３１ｂは、光電変換部１１へ入射する光を遮光しないように、できるだけ大きな間隔ＯＲＬ１０２となるように形成される。また、ゲート電極１３０は、可視光を一部吸収するポリシリコンで形成されるため、光導波路１４０の下面１４０ｂに重ならないように配される。転送トランジスタ１１２のゲート電極１３０は、光電変換部１１の受光面１１ａの一部に重なる位置に配されている。光電変換部１１で発生した電荷を電荷電圧変換部へ効率よく転送するためには、ゲート電極１３０と光電変換部１１の受光面１１ａとは、所定の面積以上だけ重なっている必要がある。
ここで、光電変換部１１から電荷電圧変換部へ電荷を転送する効率を向上するために、ｙ方向の断面図においてゲート電極１３０が光電変換部１１の受光面１１ａに所定の長さＯＬ１だけ重なるようにすることが要求されていると仮定する。この場合、光導波路１４０の下面１４０ｂの縁部を、製造上の余裕を取るために、ゲート電極１３０より所定の長さｓ１だけ法線ＰＬの近くに位置させる必要がある。
この場合でも、ゲート電極１３０は、長手方向が、最上の配線層が延びている方向、すなわち第１の方向（ｘ方向）に沿うように、配されている。ゲート電極１３０は、受光面１１ａに垂直な方向から透視した場合に、第１の配線層１３１に重なる位置に配されている。これにより、光導波路１４０の下面１４０ｂの縁部をゲート電極１３０より所定の長さｓ１だけ法線ＰＬの近くに位置させても、光導波路１４０の上面１４０ａの縁部を開口領域の端部から長さｓ１まで近づけることができる。光導波路１４０の上面１４０ａの幅Ｗ１０２は、２つの輪郭辺ＯＲＳ１０１，ＯＲＳ１０２の間隔ＯＲＬ１０２に対して、所定の間隔ｓ１の２倍を引いたものとなる。
すなわち、光導波路１４０の側面１４０ｃの傾斜角が所定の角度に決まっているとすると、２本の第１の配線層１３１ａ，１３１ｂにより形成されるデッドスペースＤＳ１０１が図１５に示す斜線の領域になる。また、ゲート電極１３０により形成されるデッドスペースＤＳ１０３も図５に示す斜線の領域になる。すなわち、２本の第１の配線層１３１ａ，１３１ｂにより形成されるデッドスペースＤＳ１０１と、ゲート電極１３０により形成されるデッドスペースＤＳ１０３とを一致させることにより、無駄なスペースを低減できる。光導波路１４０は、デッドスペースＤＳ１０１の境界までその幅Ｗ１０２を大きくすることができる。第２の方向の輪郭辺ＯＲＳ１０３，ＯＲＳ１０４と光導波路１４０の下面１４０ｂとの間隔は、受光面１１ａに垂直な方向から透視した場合に、第１の方向の輪郭辺ＯＲＳ１０１，ＯＲＳ１０２と光導波路１４０の下面１４０ｂとの間隔より小さくなっている。
このように、光導波路１４０の入口の開口（上面１４０ａの面積）を大きくできるので、光電変換部１１へ到達する光量が少なくなることを抑制できる。すなわち、光電変換部から電荷電圧変換部へ電荷を転送する効率の低下を抑制するとともに、入射した光が光電変換部の受光面へ到達する効率の低下を抑制することができる。
次に、本発明の撮像装置を適用した撮像装置の一例を図６に示す。
撮像装置９０は、図６に示すように、主として、光学系、撮像装置９０及び信号処理部を備える。光学系は、主として、シャッター９１、撮影レンズ９２及び絞り９３を備える。信号処理部は、主として、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６、画像信号処理部９７、メモリ部８７、外部Ｉ／Ｆ部８９、タイミング発生部９８、全体制御・演算部９９、記録媒体８８及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を備える。なお、信号処理部は、記録媒体８８を備えなくても良い。
シャッター９１は、光路上において撮影レンズ９２の手前に設けられ、露出を制御する。
撮影レンズ９２は、入射した光を屈折させて、撮像センサ１００の画素配列（撮像面）に被写体の像を形成する。
絞り９３は、光路上において撮影レンズ９２と撮像センサ１００との間に設けられ、撮影レンズ９２を通過後に撮像センサ１００へ導かれる光の量を調節する。
撮像センサ１００は、画素配列に形成された被写体の像を画像信号に変換する。撮像センサ１００は、その画像信号を画素配列から読み出して出力する。
撮像信号処理回路９５は、撮像センサ１００に接続されており、撮像センサ１００から出力された画像信号を処理する。
Ａ／Ｄ変換器９６は、撮像信号処理回路９５に接続されており、撮像信号処理回路９５から出力された処理後の画像信号（アナログ信号）をデジタル信号へ変換する。
画像信号処理部９７は、Ａ／Ｄ変換器９６に接続されており、Ａ／Ｄ変換器９６から出力された画像信号（デジタル信号）に各種の補正等の演算処理を行い、画像データを生成する。この画像データは、メモリ部８７、外部Ｉ／Ｆ部８９、全体制御・演算部９９及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４などへ供給される。
メモリ部８７は、画像信号処理部９７に接続されており、画像信号処理部９７から出力された画像データを記憶する。
外部Ｉ／Ｆ部８９は、画像信号処理部９７に接続されている。これにより、画像信号処理部９７から出力された画像データを、外部Ｉ／Ｆ部８９を介して外部の機器（パソコン等）へ転送する。
タイミング発生部９８は、撮像センサ１００、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７に接続されている。これにより、撮像センサ１００、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７へタイミング信号を供給する。そして、撮像センサ１００、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７がタイミング信号に同期して動作する。
全体制御・演算部９９は、タイミング発生部９８、画像信号処理部９７及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４に接続されており、タイミング発生部９８、画像信号処理部９７及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を全体的に制御する。
記録媒体８８は、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４に取り外し可能に接続されている。これにより、画像信号処理部９７から出力された画像データを、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を介して記録媒体８８へ記録する。
以上の構成により、撮像センサ１００において良好な画像信号が得られれば、良好な画像（画像データ）を得ることができる。
次に、本発明の第２実施形態に係る撮像センサ２００を、図７を用いて説明する。図７は、本発明の第２実施形態に係る撮像センサ２００のレイアウト構成を示す図である。以下では、第１実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様の部分の説明を省略する。
多層配線構造２３３は、第１の配線層１３１に代えて第２の配線層２３１を含み、第２の配線層１３２に代えて第１の配線層２３２を含む。
第１の配線層２３２は、最上の配線層であり、開口領域におけるｙ方向（第１の方向）の２つの輪郭辺ＯＲＳ２０３，ＯＲＳ２０４を規定する。第１の配線層２３２は、電源線２３２ａ及び列信号線２３２ｂを含む。
第２の配線層２３１は、法線ＰＬの方向におけるゲート電極２３０と第１の配線層２３２との間に配されている。第２の配線層２３１は、開口領域におけるｘ方向（第２の方向）の２つの輪郭辺ＯＲＳ２０１，ＯＲＳ２０２を規定する。第２の配線層２３１は、リセット制御線２３１ａ及び転送制御線２３１ｂを含む。
転送トランジスタ２１２のゲート電極２３０は、開口領域ＯＲ２０１の中心Ｃに対して＋ｘ方向に偏心して配されている。光電変換部１１で発生した電荷を電荷電圧変換部へ効率よく転送するためには、ゲート電極２３０と光電変換部１１の受光面１１ａとは、所定の面積以上だけ重なっている必要がある。
ここで、光電変換部１１から電荷電圧変換部へ電荷を転送する効率を向上するために、ｘ方向においてゲート電極２３０が光電変換部１１の受光面１１ａに所定の長さＯＬ２０１だけ重なるようにすることが要求されていると仮定する。この場合、光導波路２４０の下面２４０ｂの縁部を、製造上の余裕を取るために、ゲート電極２３０より所定の長さｓ１だけ法線ＰＬの近くに位置させる必要がある。
この場合でも、ゲート電極２３０は、長手方向が、最上の配線層が延びている方向、すなわち第１の方向（ｙ方向）に沿うように、配されている。ゲート電極２３０は、受光面１１ａに垂直な方向から透視した場合に、第１の配線層２３２に重なる位置に配されている。これにより、ｘ方向において、光導波路２４０の下面２４０ｂの縁部をゲート電極２３０より所定の長さｓ１だけ法線ＰＬの近くに位置させても、光導波路２４０の上面２４０ａの縁部を開口領域の端部から長さｓ１まで近づけることができる。光導波路２４０の上面２４０ａの幅Ｗ２０１は、２つの輪郭辺ＯＲＳ２０３，ＯＲＳ２０４の間隔ＯＲＬ２０１に対して、所定の間隔ｓ１の２倍を引いたものとなる。
すなわち、光導波路２４０の側面の傾斜角が所定の角度に決まっているとすると、２本の第１の配線層２３２ａ，２３２ｂにより形成されるデッドスペースが図５に示す斜線の領域と同様な領域になる。また、ゲート電極２３０により形成されるデッドスペースも図５に示す斜線の領域と同様な領域になる。すなわち、２本の第１の配線層２３２ａ，２３２ｂにより形成されるデッドスペースと、ゲート電極２３０により形成されるデッドスペースとを一致させることにより、無駄なスペースを低減できる。光導波路２４０は、デッドスペースの境界までその幅Ｗ２０１を大きくすることができる。
このように、光導波路２４０の入口の開口（上面２４０ａの面積）を大きくできるので、光電変換部１１へ到達する光量が少なくなることを抑制できる。すなわち、光電変換部から電荷電圧変換部へ電荷を転送する効率の低下を抑制するとともに、入射した光が光電変換部の受光面へ到達する効率の低下を抑制することができる。
１、１００、２００ 撮像センサ
９０ 撮像装置
９０ 撮像装置
Claims (6)
- 受光面を有する光電変換部と、
電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と、
ゲート電極を有し、前記光電変換部で発生した電荷を前記電荷電圧変換部へ転送するための転送トランジスタと、
前記光電変換部の上方における開口領域を規定する多層配線構造と、
光が前記開口領域を通過して前記光電変換部へ到達するように導く導波路と、
を備え、
前記多層配線構造は、
最上の配線層であり、前記開口領域における第１の方向の２つの輪郭辺を規定する第１の配線層と、
前記受光面に垂直な方向における前記ゲート電極と前記第１の配線層との間に配され、前記開口領域における第２の方向の２つの輪郭辺を規定する第２の配線層と、
を含み、
前記ゲート電極は、長手方向が前記第１の方向に沿うように、前記受光面の一部に重なる位置に配されている
ことを特徴とする撮像センサ。 - 前記導波路は、前記受光面に垂直な方向から透視した場合に、前記第１の方向の２つの輪郭辺の間に上面が配されるとともに、前記上面の内側であって前記ゲート電極と重ならない位置に下面が配されおり、
前記ゲート電極は、前記受光面に垂直な方向から透視した場合に、前記第１の配線層に重なる位置に配されている
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像センサ。 - 前記第１の配線層は、前記転送トランジスタに転送信号を供給するための転送制御線を含み、
前記ゲート電極は、前記受光面に垂直な方向から透視した場合に前記転送制御線に重なる位置において、前記転送制御線に接続されている
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像センサ。 - 前記第２の方向の輪郭辺と前記下面との間隔は、前記受光面に垂直な方向から透視した場合に、前記第１の方向の輪郭辺と前記下面との間隔より小さい
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の撮像センサ。 - 前記導波路は、
断面視における前記上面の縁部から前記下面の縁部へ前記開口領域の中心を通る法線へ近づくように傾斜した側面をさらに有している
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の撮像センサ。 - 請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像センサと、
前記撮像センサの撮像面へ像を形成する光学系と、
前記撮像センサから出力された信号を処理して画像データを生成する信号処理部と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
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