JP2013179338A - Photoelectric conversion device and imaging system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that increase in capacitance of a floating diffusion part and increase in electrical crosstalk when reducing optical crosstalk occur.SOLUTION: A photoelectric conversion device comprises a plurality of basic cells each comprising: a photoelectric conversion element; a transfer transistor; and a floating diffusion part. The photoelectric conversion device comprises a light shielding part arranged at an upper part of the floating diffusion part. The light shielding parts are provided separately from each other, are not electrically conductive to the floating diffusion part, and also are floated.

Description

本発明は、光電変換装置、それを備える撮像システムに関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion device and an imaging system including the photoelectric conversion device.

デジタルカメラなどに用いられている光電変換装置の代表的な種類として、CCD型やMOS型光電変換装置が挙げられる。光電変換装置は、1つのフォトダイオード等の光電変換素子を含む画素が配置された画素部を有する。光電変換装置では多画素化がなされており、それよって生じうる隣接画素への光の漏れこみ(クロストーク)への対策が検討されている。例えば、角度の大きな斜め光が入射した場合の隣接画素への光の漏れこみに対して、MOS型光電変換装置においては、例えばフローティングディフュージョン部の上部を通過する光を遮光することが考えられる。   Representative types of photoelectric conversion devices used in digital cameras and the like include CCD type and MOS type photoelectric conversion devices. The photoelectric conversion device has a pixel portion in which pixels including photoelectric conversion elements such as one photodiode are arranged. In the photoelectric conversion device, the number of pixels is increased, and countermeasures against light leakage (crosstalk) to adjacent pixels that may be caused by the increase in the number of pixels are being studied. For example, with respect to leakage of light to adjacent pixels when oblique light having a large angle is incident, it is conceivable that, for example, in a MOS type photoelectric conversion device, light passing through the upper portion of the floating diffusion portion is shielded.

特許文献1には、画素の駆動のための配線に幅広部を設ける構成が開示されている。この幅広部によって、フローティングディフュージョン部(以下、FD部)の遮光を行っているものと考えられる。   Patent Document 1 discloses a configuration in which a wide portion is provided in a wiring for driving a pixel. This wide portion is considered to shield the floating diffusion portion (hereinafter referred to as FD portion).

特開2005−317581号公報JP 2005-317581 A

しかし、特許文献1の構成では、画素の駆動のための配線、即ち固定電位の配線がFD部の上部に配されている。従って、FD部と幅広部を有する配線層との間に生じる容量によってFD部の容量が増大してしまう。   However, in the configuration of Patent Document 1, a wiring for driving a pixel, that is, a wiring having a fixed potential is arranged on the upper part of the FD portion. Therefore, the capacitance of the FD portion increases due to the capacitance generated between the FD portion and the wiring layer having the wide portion.

ここで、FD部の容量の増大を抑制するために、特許文献1の幅広部を有する配線層を、電気的に固定しない方法も考えられる。しかし、電気的に固定されていない金属層を用いるため、金属層がFD部の電気的な変動の影響を受け変動し、他のFD部へ電気的な変動を伝播し電気的なクロストークが生じてしまう場合がある。   Here, in order to suppress an increase in the capacitance of the FD portion, a method in which the wiring layer having the wide portion of Patent Document 1 is not electrically fixed can be considered. However, since a metal layer that is not electrically fixed is used, the metal layer fluctuates due to the influence of electrical fluctuations in the FD part, and electrical fluctuations are propagated to other FD parts to cause electrical crosstalk. May occur.

そこで本発明においては、FD部の容量増加及びFD部の電気的なクロストークの増加を抑制しつつ、光学的なクロストークが低減可能な光電変換装置を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device that can reduce optical crosstalk while suppressing increase in capacitance of the FD portion and increase in electrical crosstalk in the FD portion.

本発明の光電変換装置は、光電変換素子と、前記光電変換素子にて生じた電荷を転送する転送用トランジスタと、前記転送用トランジスタによって前記電荷が転送される半導体領域を含むフローティングディフュージョン部と、を有する基本セルが複数配された光電変換装置において、前記複数の基本セルは、それぞれ前記フローティングディフュージョン部の上部に配置された遮光部を有し、前記複数の基本セルの遮光部は、互いに分離して設けられ、前記フローティングディフュージョン部と導通しておらず、フローティングであることを特徴とする。   The photoelectric conversion device of the present invention includes a photoelectric conversion element, a transfer transistor that transfers charges generated in the photoelectric conversion element, a floating diffusion portion including a semiconductor region to which the charges are transferred by the transfer transistor, In the photoelectric conversion device in which a plurality of basic cells are arranged, each of the plurality of basic cells has a light shielding portion disposed on the floating diffusion portion, and the light shielding portions of the plurality of basic cells are separated from each other. The floating diffusion portion is not electrically connected to the floating diffusion portion and is floating.

本発明においては、FD部の容量増加及び電気的なクロストークの増加を低減しつつ、光学的なクロストークの低減が可能となる。   In the present invention, it is possible to reduce optical crosstalk while reducing increase in capacity of the FD portion and increase in electrical crosstalk.

第1の実施形態を説明する光電変換装置の平面模式図と断面模式図Plane schematic diagram and cross-sectional schematic diagram of a photoelectric conversion device for explaining the first embodiment 光電変換装置の画素回路の一例Example of pixel circuit of photoelectric conversion device 第2の実施形態を説明する光電変換装置の平面模式図と断面模式図Plane schematic diagram and cross-sectional schematic diagram of a photoelectric conversion device for explaining a second embodiment 第3の実施形態を説明する光電変換装置の平面模式図Plane schematic diagram of a photoelectric conversion device for explaining a third embodiment 撮像システムを説明するブロック図Block diagram explaining the imaging system

電気的に固定されていない遮光部を、各FD部の上部にそれぞれ独立に配置する。このような構成によって、FD部の容量の増加を最小限に抑えつつFD部の上部を横切って隣接する画素等へ漏れこんでいた光を遮り光学的なクロストークを抑えることが可能となる。このような構成によって、電気的に固定された(固定電位の)遮光部があった場合に比べ、FD部の容量を減少させることが可能となる。また、電気的に固定されていない遮光部を複数の基本セルに渡って配置していた場合と比べ、電気的なクロストークを低減することも可能となる。   A light-shielding portion that is not electrically fixed is arranged independently on the top of each FD portion. With such a configuration, it is possible to suppress optical crosstalk by blocking light leaking into adjacent pixels or the like across the upper portion of the FD portion while minimizing an increase in the capacity of the FD portion. With such a configuration, it is possible to reduce the capacity of the FD portion as compared with the case where there is a light-shielding portion that is electrically fixed (fixed potential). In addition, it is possible to reduce electrical crosstalk as compared with the case where the light-shielding portions that are not electrically fixed are arranged over a plurality of basic cells.

以下、光電変換素子を1つ含む最小単位を画素とし、繰り返し単位を基本セルという。
また、あるノードが電気的に固定されていない状態をフローティング、あるいは電気的な浮遊状態などとも表現する。
Hereinafter, the minimum unit including one photoelectric conversion element is referred to as a pixel, and the repeating unit is referred to as a basic cell.
A state where a certain node is not electrically fixed is also expressed as a floating state or an electrically floating state.

本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
本実施形態の光電変換装置を、図1及び図2を用いて説明する。まず、図2を用いて光電変換装置の画素回路の一例を説明する。
(First embodiment)
The photoelectric conversion apparatus of this embodiment is demonstrated using FIG.1 and FIG.2. First, an example of a pixel circuit of a photoelectric conversion device will be described with reference to FIG.

図2では、基本セル20にフォトダイオード等の1つの光電変換素子21、転送用トランジスタ22、フローティングディフュージョン部(FD部)23、リセット用トランジスタ24、増幅用トランジスタ25、行の選択用トランジスタ26を有する。光電変換素子21にて生じた電荷は転送用トランジスタ22によってFD部23へ転送される。転送用トランジスタ22は光電変換素子21とFD部23とを電気的に接続するスイッチとも言える。FD部23と増幅用トランジスタ25のゲート電極とは同一のノードとなっており、行の選択用トランジスタ26がオンするとFD部23の電位に基づく信号が増幅用トランジスタ25を介して出力線27へと出力される。ここで、FD部は、半導体領域と増幅用トランジスタのゲート電極とそれらを接続する導電体とで構成されている。光電変換装置ではこのような基本セル20が複数配されている。   In FIG. 2, one photoelectric conversion element 21 such as a photodiode, a transfer transistor 22, a floating diffusion portion (FD portion) 23, a reset transistor 24, an amplification transistor 25, and a row selection transistor 26 are provided in a basic cell 20. Have. The charges generated in the photoelectric conversion element 21 are transferred to the FD unit 23 by the transfer transistor 22. It can be said that the transfer transistor 22 is a switch that electrically connects the photoelectric conversion element 21 and the FD unit 23. The FD portion 23 and the gate electrode of the amplifying transistor 25 are the same node. When the row selecting transistor 26 is turned on, a signal based on the potential of the FD portion 23 is sent to the output line 27 via the amplifying transistor 25. Is output. Here, the FD portion includes a semiconductor region, a gate electrode of the amplifying transistor, and a conductor connecting them. A plurality of such basic cells 20 are arranged in the photoelectric conversion device.

本実施形態では、基本セル20に1つの光電変換素子21と1つのFD部23とが含まれているが、基本セル20に2つの光電変換素子が含まれていてもよい。具体的には、2つの画素が増幅用トランジスタ25、リセット用トランジスタ24、選択用トランジスタ26とを共有していてもよい。更に2つの画素でFD部の半導体領域を共有していてもよい。また、選択用トランジスタ26を用いない構成など適宜変更可能である。なお、画素とは1つの光電変換素子を含むものである。   In the present embodiment, the basic cell 20 includes one photoelectric conversion element 21 and one FD unit 23, but the basic cell 20 may include two photoelectric conversion elements. Specifically, two pixels may share the amplification transistor 25, the reset transistor 24, and the selection transistor 26. Further, the semiconductor region of the FD portion may be shared by two pixels. In addition, a configuration in which the selection transistor 26 is not used can be changed as appropriate. Note that a pixel includes one photoelectric conversion element.

次に、図1を用いて本実施形態を詳細に説明する。図1(A)は、図2における光電変換素子21を含む主要部分の2画素分の平面模式図である。図1(B)は、図1(A)におけるAB線での断面模式図である。図1(A)及び図1(B)のいずれにおいても、図2における増幅用トランジスタやリセット用トランジスタ等は省略している。   Next, this embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1A is a schematic plan view of two pixels of a main part including the photoelectric conversion element 21 in FIG. FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along line AB in FIG. In both FIG. 1A and FIG. 1B, the amplification transistor, the reset transistor, and the like in FIG. 2 are omitted.

図1(A)及び図1(B)の各構成について説明する。11はP型半導体領域である。
P型半導体領域11は半導体基板でもよく、またN型であってもよい。1はフォトダイオードを構成するN型半導体領域、2はN型半導体領域1に蓄積された電荷を読み出す転送用トランジスタのゲート電極、4は電荷が転送されるN型の半導体領域であり、FD部を構成する。5は半導体領域4と増幅用トランジスタ(不図示)の入力ノードとを接続する配線であり、3は半導体領域4と配線5とを接続するコンタクトである。ここでは、半導体領域4と配線5とコンタクト3とは同一のノードとなっている。9は光電変換素子に対応して配されたマイクロレンズであり、12はカラーフィルタである。カラーフィルタ12は、本実施形態において、光電変換素子に対応して配されており、ベイヤー配列を有している。10は素子分離領域であり、LOCOSやSTIといった構成が適用される。図1(B)において、符号はないが配線等の周囲やカラーフィルタの下部には絶縁膜13、14、15が配されている。保護膜や平坦化膜などの細かい構成については省略する。また、増幅用トランジスタやリセット用のトランジスタは8の領域にあるものとして省略している。N型半導体領域1のマイクロレンズ9側を光電変換素子の受光面とする。
Each structure in FIGS. 1A and 1B will be described. Reference numeral 11 denotes a P-type semiconductor region.
The P-type semiconductor region 11 may be a semiconductor substrate or N-type. Reference numeral 1 denotes an N-type semiconductor region constituting the photodiode, 2 denotes a gate electrode of a transfer transistor for reading out charges accumulated in the N-type semiconductor region 1, and 4 denotes an N-type semiconductor region to which charges are transferred. Configure. Reference numeral 5 denotes a wiring that connects the semiconductor region 4 and an input node of an amplifying transistor (not shown), and reference numeral 3 denotes a contact that connects the semiconductor region 4 and the wiring 5. Here, the semiconductor region 4, the wiring 5, and the contact 3 are the same node. 9 is a microlens arranged corresponding to the photoelectric conversion element, and 12 is a color filter. In this embodiment, the color filter 12 is arranged corresponding to the photoelectric conversion element and has a Bayer array. Reference numeral 10 denotes an element isolation region, to which a configuration such as LOCOS or STI is applied. In FIG. 1B, although there are no symbols, insulating films 13, 14, and 15 are arranged around the wiring and under the color filter. Detailed configurations such as a protective film and a planarizing film are omitted. Further, the amplifying transistor and the resetting transistor are omitted in the region 8. The microlens 9 side of the N-type semiconductor region 1 is a light receiving surface of the photoelectric conversion element.

図1(A)及び図1(B)において、遮光部6が半導体領域4の上部に配置されている。複数の基本セル20の遮光部6はそれぞれ独立して設けられており、遮光部6と他の単位セル20の遮光部6との間には絶縁膜15が配されている。つまり、複数の遮光部6は互いに電気的に分離されている。遮光膜6はFD部とは導通していない。つまり、遮光部6はフローティングとなっている。また、本実施形態では遮光部6は基本セル20内に配され、遮光部6は他の単位セルの有する素子上には延在しない。遮光部6は配線と同一材料、例えばアルミニウムや銅などの金属によって形成することが可能である。7は遮光用の部材6と同一層に形成された配線であり、例えばトランジスタの駆動配線である。   In FIG. 1A and FIG. 1B, the light shielding portion 6 is disposed above the semiconductor region 4. The light shielding portions 6 of the plurality of basic cells 20 are provided independently, and an insulating film 15 is disposed between the light shielding portions 6 and the light shielding portions 6 of the other unit cells 20. That is, the plurality of light shielding parts 6 are electrically separated from each other. The light shielding film 6 is not electrically connected to the FD portion. That is, the light shielding part 6 is floating. In the present embodiment, the light shielding unit 6 is disposed in the basic cell 20, and the light shielding unit 6 does not extend on the elements of other unit cells. The light shielding portion 6 can be formed of the same material as the wiring, for example, a metal such as aluminum or copper. Reference numeral 7 denotes a wiring formed in the same layer as the light shielding member 6, for example, a transistor driving wiring.

このような構成によって、半導体領域4からなるFD部の容量の増大及びFD部の電気的なクロストークの増大を抑制しつつ、光学的なクロストークを低減させることが可能となる。この効果について以下に詳細に説明する。   With such a configuration, it is possible to reduce optical crosstalk while suppressing an increase in capacitance of the FD portion made of the semiconductor region 4 and an increase in electrical crosstalk in the FD portion. This effect will be described in detail below.

まず、図1(B)に101で示した様な入射光が光電変換素子へ入射する場合を考える。遮光部6を設ければ、入射光101は光103のように本来入射すべきではない隣接のN型半導体領域1、即ち光電変換素子に入射してしまう。そして、迷光となった光103は隣接画素の信号として出力されてしまい、形成される画像の色が実際の像とは異なる色となる混色が生じてしまう。一方、遮光部6をFD部の上部に設けた場合には、光102のように遮光部6によって入射光101を反射させ、隣接する光電変換素子への光の入射を抑制することが可能となる。受光面に対して入射角の大きな入射光が入射した場合、FD部は光電変換素子に隣接して設けられるためFD部の上部に光が入射しやすい。よって、FD部の上部を遮光することが入射角の大きな入射光に対して効果的である。よって、遮光部6をFD部の上部に配することで、光学的なクロストークを抑えることが可能となる。特に、遮光部6がFD部の直上部、水平投影面にて重なる位置に配されていることが好ましい。このような構成によって、遮光部6がFD部の遮光を行うことが可能となる。   First, consider a case where incident light as indicated by 101 in FIG. 1B is incident on a photoelectric conversion element. If the light shielding part 6 is provided, the incident light 101 enters the adjacent N-type semiconductor region 1 that should not be incident like the light 103, that is, the photoelectric conversion element. Then, the light 103 that has become stray light is output as a signal of an adjacent pixel, resulting in a color mixture in which the color of the formed image is different from the actual image. On the other hand, when the light shielding part 6 is provided on the upper part of the FD part, it is possible to reflect the incident light 101 by the light shielding part 6 like the light 102 and to suppress the incidence of light to the adjacent photoelectric conversion element. Become. When incident light having a large incident angle is incident on the light receiving surface, the FD portion is provided adjacent to the photoelectric conversion element, so that light is likely to enter the upper portion of the FD portion. Therefore, shielding the upper part of the FD portion is effective for incident light having a large incident angle. Therefore, the optical crosstalk can be suppressed by arranging the light shielding portion 6 on the upper portion of the FD portion. In particular, it is preferable that the light shielding portion 6 is arranged at a position directly above the FD portion and overlapping on the horizontal projection plane. With such a configuration, the light shielding unit 6 can shield the FD unit.

また、遮光部6はFD部と導通していない。このことによってFD部の容量が増大することを抑制する。さらに、遮光部6をフローティングにすることにより、遮光部6が固定電位の場合に比べてFD部とのカップリング容量を小さくすることが可能となる。このFD部の容量の増大を抑えることで、光電変換装置の出力信号のSN比の低下を抑えることが可能となる。   Further, the light shielding portion 6 is not electrically connected to the FD portion. This suppresses an increase in the capacity of the FD section. Furthermore, by making the light shielding part 6 floating, the coupling capacitance with the FD part can be reduced as compared with the case where the light shielding part 6 has a fixed potential. By suppressing the increase in the capacity of the FD unit, it is possible to suppress a decrease in the SN ratio of the output signal of the photoelectric conversion device.

更に、遮光部6が配されたある半導体領域4に隣接する半導体領域4の上部まで遮光部6が配されていないことで、電気的なクロストークを低減することが可能となる。それは、遮光部6が複数のFD部がカップリングしている場合には、電荷が転送された時にFD部の電位が変動するため、電荷の量やタイミングが異なるFD部の電位の変動が、遮光部6を介して伝達されてしまうためである。あるFD部と、それとは異なるFD部の上部に共通の遮光部6は配されていないことで、電気的なクロストークを低減することが可能となる。また、遮光部6は他の基本セル20まで延在していないとより好ましい。この構成によって、容量の増大を抑制し、他の基本セル20のトランジスタ等の影響を低減することが可能となる。   Furthermore, since the light shielding portion 6 is not disposed up to the upper portion of the semiconductor region 4 adjacent to a certain semiconductor region 4 where the light shielding portion 6 is disposed, it is possible to reduce electrical crosstalk. That is, when the light shielding unit 6 is coupled to a plurality of FD units, the potential of the FD unit varies when the charge is transferred. This is because the light is transmitted through the light shielding portion 6. Since the common light-shielding part 6 is not arranged on the upper part of a certain FD part and a different FD part, it is possible to reduce electrical crosstalk. Further, it is more preferable that the light shielding portion 6 does not extend to other basic cells 20. With this configuration, it is possible to suppress an increase in capacity and reduce the influence of the transistors and the like of other basic cells 20.

よって、本実施形態の構成によって、FD部の容量の増加及び電気的なクロストークを押さえつつ、光学的なクロストークを低減することが可能となる。ここで、FD部の容量が大きい場合にはSN比(シグナルノイズ比)が低下してしまう。よって、本願発明の構成によって、固定電位の遮光層がある場合と比べてSN比の向上が可能となる。   Therefore, according to the configuration of the present embodiment, it is possible to reduce optical crosstalk while suppressing increase in capacitance of the FD portion and electrical crosstalk. Here, when the capacity of the FD portion is large, the SN ratio (signal noise ratio) is lowered. Therefore, with the configuration of the present invention, the SN ratio can be improved as compared with the case where there is a light shielding layer with a fixed potential.

本実施形態のように隣接するカラーフィルタで異なる色のカラーフィルタ12を設けた構成の他に、カラーフィルタ12を設けない構成や同一色のカラーフィルタ12を設けた構成であってもよい。しかし、本実施形態のようなカラーフィルタ12の構成においては、例えば赤色を構成するべき光を緑色の光電変換素子が検出してしまう場合があるため、特に遮光部6の効果を得ることが可能となる。   In addition to the configuration in which the color filters 12 of different colors are provided in adjacent color filters as in the present embodiment, a configuration in which the color filter 12 is not provided or a configuration in which the color filter 12 of the same color is provided may be used. However, in the configuration of the color filter 12 as in the present embodiment, since the green photoelectric conversion element may detect, for example, light that should form red, the effect of the light shielding unit 6 can be obtained particularly. It becomes.

また、本実施形態のようにマイクロレンズ9を有する場合には、遮光部6が隣接するマイクロレンズ9の境界に対応して配されていると好ましい。マイクロレンズ9の境界に入射する光がFD部に入射することを抑制し、隣接画素への光学的なクロストークを低減することが可能となるためである。   Further, when the microlens 9 is provided as in the present embodiment, it is preferable that the light shielding portion 6 is arranged corresponding to the boundary between the adjacent microlenses 9. This is because it is possible to suppress the light incident on the boundary of the microlens 9 from entering the FD portion and reduce optical crosstalk to the adjacent pixels.

(第2の実施形態)
本実施形態について、図3を用いて説明する。図3(A)は光電変換装置の2画素分の平面模式図であり、図3(B)は図3(A)のCD線に対応した断面模式図である。図3(A)は図1(A)と、図3(B)は図1(B)と対応している。図3において図1と同様の構成については、同一の符号を付し説明を省略する。また、図3においても図1と同様に着目部分以外の構成については省略している。
(Second Embodiment)
This embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a schematic plan view of two pixels of the photoelectric conversion device, and FIG. 3B is a schematic cross-sectional view corresponding to the CD line in FIG. 3A corresponds to FIG. 1A, and FIG. 3B corresponds to FIG. 1B. In FIG. 3, the same components as those in FIG. In FIG. 3 as well, the configuration other than the part of interest is omitted as in FIG.

本実施形態において、第1の実施形態と異なる点は、半導体領域4の上部の遮光部が2層配されていることである。更に、本実施形態では半導体領域4から信号を読み出すためにシェアードコンタクトを用いていることが第1の実施形態と異なる。具体的には、半導体領域4の上部に第1の配線層と同一の高さに配された遮光部33と第2の配線層と同一の高さに配された遮光部34とを有する。そして半導体領域4からポリシリコン等からなる配線31に信号を読み出すためのシェアードコンタクト30とを有する。なお、配線31は増幅用トランジスタのゲート電極32と連続して形成されている。本実施形態では、半導体領域4とシェアードコンタクト30と増幅用トランジスタのゲート電極32とが同一ノードであり、FD部を構成している。   The present embodiment is different from the first embodiment in that two layers of light shielding portions on the upper side of the semiconductor region 4 are arranged. Further, the present embodiment is different from the first embodiment in that a shared contact is used to read a signal from the semiconductor region 4. Specifically, the light-shielding portion 33 disposed at the same height as the first wiring layer and the light-shielding portion 34 disposed at the same height as the second wiring layer are provided above the semiconductor region 4. And it has the shared contact 30 for reading a signal from the semiconductor region 4 to the wiring 31 made of polysilicon or the like. The wiring 31 is formed continuously with the gate electrode 32 of the amplification transistor. In the present embodiment, the semiconductor region 4, the shared contact 30, and the gate electrode 32 of the amplifying transistor are the same node, and constitute the FD portion.

本実施形態のように遮光部を2層設けることで、斜めに入射する光を遮光することが容易となるため、光学的なクロストークを低減することが可能となる。また、半導体領域4からの信号の引き出し部をコンタクトからシェアードコンタクトにすることで、第1の配線層と同一の高さの遮光部を設けることが可能となる。半導体領域11に近い、FD部に最も近接した第1の配線層と同一の高さに配されることで、角度のある入射光に対しても遮光性能が向上させることが可能となる。また、FD部に最も近接した配線層に遮光部を設けることで、積極的に遮光部とFD部との間で容量を形成することが可能となるため、他の固定電位の配線等とのカップリングを抑制することが可能となる。よって、FD部の容量の増大や電気的なクロストークの影響を小さくすることが可能となる。   By providing two light shielding portions as in the present embodiment, it is easy to shield light incident obliquely, so that optical crosstalk can be reduced. Further, by changing the signal lead-out portion from the semiconductor region 4 from the contact to the shared contact, it is possible to provide a light shielding portion having the same height as the first wiring layer. By being arranged at the same height as the first wiring layer closest to the FD portion, which is close to the semiconductor region 11, it is possible to improve the light shielding performance even for incident light with an angle. In addition, by providing a light shielding portion in the wiring layer closest to the FD portion, it becomes possible to positively form a capacitance between the light shielding portion and the FD portion. Coupling can be suppressed. Therefore, it is possible to reduce the influence of the increase in the capacity of the FD portion and electrical crosstalk.

また、遮光部33は第1の配線層の配線と同一工程で形成可能であり、遮光部34は第2の配線層の配線と同一工程で形成可能である。つまり、遮光部33と第1の配線層の配線は同一材料であり、遮光部34と第2の配線層の配線が同一材料であってもよい。更に、第3の配線層の高さに遮光部を設けてもよく、複数の遮光部の設け方は任意である。なお、この第1の配線層、第2の配線層、第3の配線層は半導体領域11からこの順に絶縁膜15、16を介して配されている。   Further, the light shielding part 33 can be formed in the same process as the wiring of the first wiring layer, and the light shielding part 34 can be formed in the same process as the wiring of the second wiring layer. That is, the light shielding part 33 and the wiring of the first wiring layer may be made of the same material, and the light shielding part 34 and the wiring of the second wiring layer may be made of the same material. Furthermore, a light shielding part may be provided at the height of the third wiring layer, and a method of providing a plurality of light shielding parts is arbitrary. The first wiring layer, the second wiring layer, and the third wiring layer are arranged in this order from the semiconductor region 11 via the insulating films 15 and 16.

(第3の実施形態)
本実施形態について、図4を用いて説明する。図4は光電変換装置の4画素分の平面模式図であり、図1(A)と対応している。図4において図1(A)と同様の構成については、同一の符号を付し説明を省略する。また、図4においても図1と同様に着目部分以外の構成については省略している。
(Third embodiment)
This embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic plan view of four pixels of the photoelectric conversion device, and corresponds to FIG. In FIG. 4, the same components as those in FIG. 1A are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In FIG. 4 as well, the configuration other than the target portion is omitted as in FIG.

本実施形態において、第1の実施形態と異なる点は、2つの光電変換素子によって1つの増幅用トランジスタが共有化されていることである。つまり図2にて示した基本セル20において、光電変換素子21と転送用トランジスタ22が追加されたことになる。本実施形態では、2つの半導体領域4が配線5によって接続され同一のノードになっている。
つまり、2つの半導体領域4とそれらを接続する配線5と増幅用トランジスタのゲート電極とが同一ノードであり、FD部を構成している。このFD部の上部に、複数の遮光部41、42、43とが配置されている。また、遮光部41、42、43は他の単位セル20が有する素子の上部には延在していない。
This embodiment is different from the first embodiment in that one amplifying transistor is shared by two photoelectric conversion elements. That is, the photoelectric conversion element 21 and the transfer transistor 22 are added to the basic cell 20 shown in FIG. In the present embodiment, the two semiconductor regions 4 are connected by the wiring 5 to be the same node.
That is, the two semiconductor regions 4, the wiring 5 connecting them, and the gate electrode of the amplifying transistor are the same node, and constitute the FD portion. A plurality of light shielding portions 41, 42, and 43 are disposed on the FD portion. Further, the light shielding portions 41, 42, 43 do not extend above the elements of the other unit cells 20.

このような形成によれば、1つの光電変換素子に対する読み出し用トランジスタの数を削減できるため、そのトランジスタの駆動配線も削減可能となり、配線レイアウトの自由度が向上し、光電変換素子の開口率を向上させることが可能となる。また、各遮光部41、42、43のように1つのFD部に対して複数の遮光部を設けてもよく、この構成によってより電気的なクロストークの発生を抑制することが可能となり、光学的なクロストークを低減することが可能となる。また、半導体領域4ではなく、配線5の上部に配されている遮光部42だけを設けてもよく、各遮光部を1つの部材から構成した場合でも本願発明は有効である。   According to such formation, the number of readout transistors for one photoelectric conversion element can be reduced, so that the drive wiring of the transistor can be reduced, the degree of freedom of wiring layout is improved, and the aperture ratio of the photoelectric conversion element is increased. It becomes possible to improve. In addition, a plurality of light shielding portions may be provided for one FD portion, such as the light shielding portions 41, 42, and 43. With this configuration, it is possible to suppress the occurrence of more electrical crosstalk, and the optical It is possible to reduce typical crosstalk. Further, instead of the semiconductor region 4, only the light shielding part 42 arranged on the upper part of the wiring 5 may be provided, and the present invention is effective even when each light shielding part is composed of one member.

また、本実施形態では半導体領域4は1つの光電変換素子に対して1つずつ配されているが、複数の光電変換素子に対して1つの半導体領域4が配されていてもよい。   In the present embodiment, one semiconductor region 4 is arranged for each photoelectric conversion element, but one semiconductor region 4 may be arranged for a plurality of photoelectric conversion elements.

(撮像システムへの応用)
本実施形態では、第1の実施形態及び第3の実施形態にて説明してきた光電変換装置を撮像システムに適用した場合について、図5を用いて説明する。撮像システムとは、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラや携帯電話用デジタルカメラ等である。
(Application to imaging system)
In this embodiment, the case where the photoelectric conversion device described in the first embodiment and the third embodiment is applied to an imaging system will be described with reference to FIG. The imaging system is a digital still camera, a digital video camera, a mobile phone digital camera, or the like.

図5はデジタルスチルカメラの構成図である。被写体の光学像は、レンズ802等を含む光学系によって光電変換装置804の撮像面に結像される。レンズ802の外側には、レンズ802のプロテクト機能とメインスイッチを兼ねるバリア801が設けられうる。
レンズ802には、それから出射される光の光量を調節するための絞り803が設けられうる。光電変換装置804から複数チャンネルで出力される撮像信号は、撮像信号処理回路805によって、各種の補正、クランプ等の処理が施される。撮像信号処理回路805から複数チャンネルで出力される撮像信号は、A/D変換器806でアナログ−ディジタル変換される。A/D変換器806から出力される画像データは、信号処理部(画像処理部)807によって各種の補正、データ圧縮などがなされる。光電変換装置804、撮像信号処理回路805、A/D変換器806及び信号処理部807は、タイミング発生部808が発生するタイミング信号にしたがって動作する。各ブロックは、全体制御・演算部809によって制御される。その他、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部810、記録媒体への画像の記録又は読み出しのための記録媒体制御インターフェース部811を備える。記録媒体812は、半導体メモリ等を含んで構成され、着脱が可能である。
FIG. 5 is a block diagram of a digital still camera. An optical image of the subject is formed on the imaging surface of the photoelectric conversion device 804 by an optical system including the lens 802 and the like. On the outside of the lens 802, a barrier 801 serving as a protection function of the lens 802 and a main switch can be provided.
The lens 802 can be provided with a stop 803 for adjusting the amount of light emitted therefrom. The imaging signal output from the photoelectric conversion device 804 through a plurality of channels is subjected to various corrections, clamping, and the like by the imaging signal processing circuit 805. Imaging signals output from the imaging signal processing circuit 805 through a plurality of channels are analog-digital converted by an A / D converter 806. The image data output from the A / D converter 806 is subjected to various corrections, data compression, and the like by a signal processing unit (image processing unit) 807. The photoelectric conversion device 804, the imaging signal processing circuit 805, the A / D converter 806, and the signal processing unit 807 operate in accordance with the timing signal generated by the timing generation unit 808. Each block is controlled by an overall control / arithmetic unit 809. In addition, a memory unit 810 for temporarily storing image data and a recording medium control interface unit 811 for recording or reading an image on a recording medium are provided. The recording medium 812 includes a semiconductor memory or the like and can be attached and detached.

さらに、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース(I/F)部813を備えてもよい。ここで、805から808は、光電変換装置804と同一チップ上に形成されてもよい。   Furthermore, an external interface (I / F) unit 813 for communicating with an external computer or the like may be provided. Here, 805 to 808 may be formed on the same chip as the photoelectric conversion device 804.

次に、図5の動作について説明する。バリア801のオープンに応じて、メイン電源、コントロール系の電源、A/D変換器806等の撮像系回路の電源が順にオンする。その後、露光量を制御するために、全体制御・演算部809が絞り803を開放にする。光電変換装置804から出力された信号は、撮像信号処理回路805をスルーしてA/D変換器806へ提供される。A/D変換器806は、その信号をA/D変換して信号処理部807に出力する。信号処理部807は、そのデータを処理して全体制御・演算部809に提供し、全体制御・演算部809において露出量を決定する演算を行う。全体制御・演算部809は、決定した露出量に基づいて絞りを制御する。次に、全体制御・演算部809は、光電変換装置804から出力され信号処理部807で処理された信号にから高周波成分を取り出して、高周波成分に基づいて被写体までの距離を演算する。その後、レンズ802を駆動して、合焦か否かを判断する。合焦していないと判断したときは、再びレンズ802を駆動し、距離を演算する。そして、合焦が確認された後に本露光が始まる。露光が終了すると、光電変換装置804から出力された撮像信号は、撮像信号処理回路805において補正等がされ、A/D変換器806でA/D変換され、信号処理部807で処理される。信号処理部807で処理された画像データは、全体制御・演算部809によりメモリ部810に蓄積される。その後、メモリ部810に蓄積された画像データは、全体制御・演算部809の制御により記録媒体制御I/F部を介して記録媒体812に記録される。また、画像データは、外部I/F部813を通してコンピュータ等に提供されて処理される。   Next, the operation of FIG. 5 will be described. When the barrier 801 is opened, the main power supply, the control system power supply, and the image pickup system circuit such as the A / D converter 806 are sequentially turned on. Thereafter, the overall control / arithmetic unit 809 opens the aperture 803 to control the exposure amount. A signal output from the photoelectric conversion device 804 passes through the imaging signal processing circuit 805 and is provided to the A / D converter 806. The A / D converter 806 A / D converts the signal and outputs it to the signal processing unit 807. The signal processing unit 807 processes the data and provides it to the overall control / calculation unit 809, and the overall control / calculation unit 809 performs computation to determine the exposure amount. The overall control / calculation unit 809 controls the aperture based on the determined exposure amount. Next, the overall control / calculation unit 809 extracts a high frequency component from the signal output from the photoelectric conversion device 804 and processed by the signal processing unit 807, and calculates the distance to the subject based on the high frequency component. Thereafter, the lens 802 is driven to determine whether or not it is in focus. If it is determined that the subject is not in focus, the lens 802 is driven again to calculate the distance. Then, after the in-focus state is confirmed, the main exposure starts. When the exposure is completed, the imaging signal output from the photoelectric conversion device 804 is corrected in the imaging signal processing circuit 805, A / D converted by the A / D converter 806, and processed by the signal processing unit 807. The image data processed by the signal processing unit 807 is accumulated in the memory unit 810 by the overall control / arithmetic unit 809. Thereafter, the image data stored in the memory unit 810 is recorded on the recording medium 812 via the recording medium control I / F unit under the control of the overall control / arithmetic unit 809. Further, the image data is provided to a computer or the like through the external I / F unit 813 and processed.

このようにして、本発明の光電変換装置は撮像システムに適用される。撮像システムの中でも特に、一眼レフカメラ用の光電変換装置においては、コンパクトカメラやビデオカメラとは異なり、絞り(F値)がF=1.2という値で使用される場合がある。その場合に入斜する光は光電変換装置の光電変換素子の受光面に対してかなり大きい角度からの光も多くなる。具体的には、光電変換素子の受光面に対する垂線方向から概略70度以上の角度を持った光線などである。よって、一眼レフカメラにおいて本発明の光電変換装置を適用することは、特に効果的である。   Thus, the photoelectric conversion device of the present invention is applied to an imaging system. In particular, in a photoelectric conversion device for a single-lens reflex camera, an aperture (F value) may be used with a value of F = 1.2, unlike a compact camera or a video camera. In that case, the incident light also increases from a considerably large angle with respect to the light receiving surface of the photoelectric conversion element of the photoelectric conversion device. Specifically, it is a light beam having an angle of approximately 70 degrees or more from the direction perpendicular to the light receiving surface of the photoelectric conversion element. Therefore, it is particularly effective to apply the photoelectric conversion device of the present invention to a single-lens reflex camera.

以上、説明してきた実施形態は本発明の一例を示したに過ぎず、半導体領域の導電型や回路構成は限定されない。例えば、4つの光電変換素子で増幅用トランジスタ等を共有化するような場合であっても本発明は有効である。また、各実施形態の構成、具体的には画素構成や配線の構成は、適宜組み合わせ可能である。   The embodiment described above is merely an example of the present invention, and the conductivity type and circuit configuration of the semiconductor region are not limited. For example, the present invention is effective even in the case where four photoelectric conversion elements share an amplifying transistor or the like. In addition, the configuration of each embodiment, specifically, the pixel configuration and the wiring configuration can be combined as appropriate.

1 N型半導体領域
2 転送用トランジスタのゲート電極
3 コンタクト
4 FD部
5 配線
6 遮光部
7 配線
8 トランジスタ等
9 マイクロレンズ
10 素子分離
11 P型半導体領域
12 カラーフィルタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 N-type semiconductor region 2 Transfer transistor gate electrode 3 Contact 4 FD portion 5 Wiring 6 Light-shielding portion 7 Wiring 8 Transistor etc. 9 Microlens 10 Element isolation 11 P-type semiconductor region 12 Color filter

Claims (9)

光電変換素子と、
前記光電変換素子にて生じた電荷を転送する転送用トランジスタと、
前記転送用トランジスタによって前記電荷が転送される半導体領域を含むフローティングディフュージョン部と、を有する基本セルが複数配された光電変換装置において、
前記複数の基本セルは、それぞれ前記フローティングディフュージョン部の上部に配置された遮光部を有し、
前記複数の基本セルの遮光部は、互いに分離して設けられ、前記フローティングディフュージョン部と導通しておらず、フローティングであることを特徴とした光電変換装置。
A photoelectric conversion element;
A transfer transistor for transferring charges generated in the photoelectric conversion element;
In a photoelectric conversion device in which a plurality of basic cells having a floating diffusion portion including a semiconductor region to which the charge is transferred by the transfer transistor are arranged,
Each of the plurality of basic cells has a light-shielding portion disposed on an upper portion of the floating diffusion portion,
The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the light shielding portions of the plurality of basic cells are provided separately from each other, are not electrically connected to the floating diffusion portion, and are floating.
複数の配線を有し、
前記遮光部は前記複数の配線と同一材料によって形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。
Have multiple wires,
The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the light shielding portion is formed of the same material as the plurality of wirings.
前記基本セルは、複数の光電変換素子を有することを特徴とする請求項1あるいは2に記載の光電変換装置。   The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the basic cell includes a plurality of photoelectric conversion elements. 前記フローティングディフュージョン部を構成する半導体領域は複数あり、前記複数の半導体領域は互いに電気的に接続されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光電変換装置。   4. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein there are a plurality of semiconductor regions constituting the floating diffusion portion, and the plurality of semiconductor regions are electrically connected to each other. 前記基本セルは、増幅用トランジスタを有し、
前記増幅用トランジスタのゲート電極が前記半導体領域と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光電変換装置。
The basic cell has an amplifying transistor,
5. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein a gate electrode of the amplifying transistor is electrically connected to the semiconductor region.
前記フローティングディフュージョン部は、前記半導体領域と前記増幅用トランジスタのゲート電極とを含むことを特徴とする請求項5に記載の光電変換装置。   6. The photoelectric conversion device according to claim 5, wherein the floating diffusion portion includes the semiconductor region and a gate electrode of the amplification transistor. 前記複数の光電変換素子のそれぞれに対応して、前記複数の光電変換素子の上部に配されたカラーフィルタを有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光電変換装置。   7. The photoelectric conversion device according to claim 1, further comprising a color filter disposed on an upper portion of the plurality of photoelectric conversion elements, corresponding to each of the plurality of photoelectric conversion elements. . 前記フローティングディフュージョン部の1つに対応して前記遮光部が複数配されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光電変換装置。   The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein a plurality of the light shielding portions are arranged corresponding to one of the floating diffusion portions. 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置から出力される信号を処理する信号処理回路とを有する撮像システム。
The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 8,
An imaging system comprising: a signal processing circuit that processes a signal output from the photoelectric conversion device.
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