JP2018092976A - 撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】偽信号による画質の劣化がより低減された撮像装置を提供する。
【解決手段】基板と、入射光により生じた電荷の蓄積を行う光電変換部と、前記光電変換部から転送された前記電荷を保持する電荷保持部と、前記電荷保持部から転送された前記電荷を受ける入力ノードを含む増幅部と、を各々が有する複数の画素が前記基板に二次元状に配された画素アレイと、少なくとも前記電荷保持部を覆うように配された遮光部と、を有し、前記基板に対し垂直な方向からの上面視において、１つの前記画素に含まれる前記光電変換部及び前記電荷保持部が第１の方向に並び、前記上面視において、隣接する複数の前記画素の前記電荷保持部が前記第１の方向と交差する第２の方向に並び、複数の前記電荷保持部の間の領域を覆うように、前記遮光部が前記第２の方向に沿って前記複数の前記電荷保持部に渡って延在している。
【選択図】図３

Description

本発明は、撮像装置に関する。
近年、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像システムには、撮像装置として、消費電力が小さく、高速な読み出しが可能なＣＭＯＳイメージセンサが広く用いられている。撮像装置の読み出し方法として、電荷の蓄積の開始及び終了の時刻を全画素で共通とするグローバル電子シャッタが提案されている。
特許文献１に記載された撮像装置の画素内には、グローバル電子シャッタの機能を実現するため、光電変換を行う光電変換部に加えて、光電変換部で生じた電荷を所定の期間だけ保持しておく電荷保持部が設けられている。電荷保持部に光が入射すると、電荷保持部で光電変換された電荷が偽信号となり、画質の劣化が生じる場合がある。そのため、特許文献１の撮像装置には、電荷保持部を覆う遮光部が設けられている。
特開２００９−２７２３７４号公報
特許文献１では、上面視において、遮光部の開口端の複数の辺が電荷保持部の端部の近傍に配されており、遮光が十分でない場合がある。そのため、電荷保持部に入射した光によって偽信号が発生し、画質の劣化が生じることがある。
そこで、本発明は、偽信号による画質の劣化がより低減された撮像装置を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態によれば、基板と、入射光により生じた電荷の蓄積を行う光電変換部と、前記光電変換部から転送された前記電荷を保持する電荷保持部と、前記電荷保持部から転送された前記電荷を受ける入力ノードを含む増幅部と、を各々が有する複数の画素が前記基板に二次元状に配された画素アレイと、少なくとも前記電荷保持部を覆うように配された遮光部と、を有し、前記基板に対し垂直な方向からの上面視において、１つの前記画素に含まれる前記光電変換部及び前記電荷保持部が第１の方向に並び、前記上面視において、隣接する複数の前記画素の前記電荷保持部が前記第１の方向と交差する第２の方向に並び、複数の前記電荷保持部の間の領域を覆うように、前記遮光部が前記第２の方向に沿って前記複数の前記電荷保持部に渡って延在していることを特徴とする撮像装置が提供される。
本発明によれば、偽信号による画質の劣化がより低減された撮像装置を提供することができる。
本発明の第１実施形態に係る撮像装置のブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る撮像装置における画素の等価回路図である。 本発明の第１実施形態に係る撮像装置における画素の平面図である。 本発明の第１実施形態に係る撮像装置における画素の平面図である。 本発明の第１実施形態に係る撮像装置における画素の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る撮像装置における画素の平面図である。 本発明の第３実施形態に係る撮像装置における画素の平面図である。 本発明の第４実施形態に係る撮像装置における画素の平面図である。 本発明の第５実施形態に係る撮像システムのブロック図である。 本発明の第６実施形態に係る撮像システム及び移動体のブロック図である。
本発明の例示的な実施形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。複数の図面を通じて同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化することもある。
［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係る撮像装置１００の概略構成を表すブロック図である。撮像装置１００は、画素アレイ１０１、垂直走査回路１０２、列増幅回路１０３、水平走査回路１０４、出力回路１０５及び制御回路１０６を備える。撮像装置１００は、シリコン基板等の半導体基板上に形成される半導体装置であり、本実施形態においてはＣＭＯＳイメージセンサである。画素アレイ１０１は、半導体基板に複数の行及び複数の列を含む二次元状に配置された複数の画素１０７を備える。垂直走査回路１０２は、画素１０７に含まれる複数のトランジスタをオン（導通状態）又はオフ（非導通状態）に制御するための複数の制御信号を供給する。画素１０７の各列には列信号線１０８が設けられており、画素１０７からの信号が列ごとに列信号線１０８に読み出される。列増幅回路１０３は、列信号線１０８に出力された画素信号を増幅し、画素１０７のリセット時の信号及び光電変換時の信号に基づく相関二重サンプリング処理等の処理を行う。水平走査回路１０４は、列増幅回路１０３の増幅器に接続されたスイッチと、該スイッチをオン又はオフに制御するための制御信号を供給する。制御回路１０６は、垂直走査回路１０２、列増幅回路１０３及び水平走査回路１０４を制御する。出力回路１０５は、バッファアンプ、差動増幅器等を含み、列増幅回路１０３からの画素信号を撮像装置１００の外部の信号処理部に出力する。また、ＡＤ変換部を更に撮像装置１００に設けることにより、撮像装置１００がデジタルの画素信号を出力する構成であってもよい。
図２は、本実施形態に係る撮像装置１００の画素１０７の等価回路を示す図である。図２には、行方向及び列方向に２次元配列された複数の画素１０７のうち、３行×３列の９個の画素１０７が示されている。しかしながら、これは複数の画素１０７の一部を示す例示であり、撮像装置１００は更に多くの画素を有し得る。各画素１０７は、光電変換部２０１、電荷保持部２０２、第１転送トランジスタ２０４、第２転送トランジスタ２０５及びオーバーフロートランジスタ２０６を含む。更に、各画素１０７は、リセットトランジスタ２０９、増幅トランジスタ２１０及び選択トランジスタ２０７を含む。第１転送トランジスタ２０４、第２転送トランジスタ２０５、オーバーフロートランジスタ２０６、選択トランジスタ２０７、リセットトランジスタ２０９及び増幅トランジスタ２１０は、ＭＯＳトランジスタで構成され得る。これらの各トランジスタを制御する制御信号は、垂直走査回路１０２から、各トランジスタのゲートに制御線を介して入力される。以下、（ｍ＋１）行（ｐ＋１）列目の画素１０７に着目して説明するが、他の画素１０７も同様の構成を有し得る。
光電変換部２０１は、入射光を光電変換するとともに、光電変換により生成された信号電荷を蓄積する。第１転送トランジスタ２０４は、ゲートに入力される制御信号ｐＴＸ１（ｍ＋１）により制御され、オンとなることにより光電変換部２０１の電荷を電荷保持部２０２に転送する。電荷保持部２０２は、光電変換部２０１から転送された電荷を保持する。第２転送トランジスタ２０５は、ゲートに入力される制御信号ｐＴＸ２（ｍ＋１）により制御され、オンとなることにより電荷保持部２０２の電荷を増幅トランジスタ２１０の入力ノードであるフローティングディフュージョン部２０３に転送する。すなわち、増幅部として機能する増幅トランジスタ２１０は、電荷保持部から転送された電荷を受ける入力ノードとして機能するフローティングディフュージョン部２０３を含む。
増幅トランジスタ２１０のドレインは電源電圧線２１２に接続され、増幅トランジスタ２１０のソースは選択トランジスタ２０７のドレインに接続されている。選択トランジスタ２０７のソースは列信号線１０８に接続されている。列信号線１０８には不図示の定電流源が接続されている。選択トランジスタ２０７は、ゲートに入力される制御信号ｐＳＥＬ（ｍ＋１）により制御され、オンとなることにより増幅トランジスタ２１０のソースと列信号線１０８を接続状態にしてソースフォロワとして機能させる。このとき、フローティングディフュージョン部２０３の電圧に基づく出力信号Ｖｏｕｔ（ｐ＋１）は、各列の列信号線１０８を介して列増幅回路１０３に出力される。
リセットトランジスタ２０９は、ゲートに入力される制御信号ｐＲＥＳ（ｍ＋１）により制御され、オンとなることによりフローティングディフュージョン部２０３の電圧をリセットする。オーバーフロートランジスタ２０６のソースは光電変換部２０１に接続されている。オーバーフロートランジスタ２０６のドレインはオーバーフロードレイン等の電源電圧を有するノードに接続されており、図２には、等価的に電源電圧線２１２に接続されているものとして図示されている。オーバーフロートランジスタ２０６は、ゲートに入力される制御信号ｐＯＦＧ（ｍ＋１）により制御され、オンとなることにより光電変換部２０１に蓄積された電荷を電源電圧線２１２等に排出させる。
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本実施形態に係る撮像装置１００の画素１０７の平面図である。図３（ａ）は、半導体基板に垂直な方向からの上面視により、半導体基板表面付近のパターンを模式的に示す平面図であり、図３（ｂ）は、主に半導体基板の上方に形成された遮光部３０３のパターンを模式的に示す平面図である。図３（ａ）において、図１及び図２と同じ機能を有する部分には同様の符号が付されており、その機能の説明は省略する。図３（ａ）における読み出し回路部３０１は、選択トランジスタ２０７、リセットトランジスタ２０９、増幅トランジスタ２１０をまとめて１つのブロックとして示すものである。すなわち、読み出し回路部３０１は、光電変換部２０１で生じた電荷を電気信号として読み出すための一群の回路である。また、読み出し回路部３０１は、オーバーフロードレインを構成する半導体領域、及び、フローティングディフュージョン部２０３を構成する半導体領域を含む。オーバーフロードレインを構成する半導体領域は、オーバーフロートランジスタ２０６のゲート電極に隣接して配される。フローティングディフュージョン部２０３を構成する半導体領域は、第２転送トランジスタ２０５のゲート電極に隣接して配される。また、画素１０７は、半導体基板に設けられた不純物拡散層、ゲート電極等の電極と、半導体基板の上方に形成された配線層とを接続する複数のコンタクト３０２を有する。
図３（ａ）に示される各画素１０７において、光電変換部２０１と読み出し回路部３０１は、オーバーフロートランジスタ２０６のゲート電極を間に挟んでＸ方向（第２の方向）に並ぶように配されている。また、光電変換部２０１と電荷保持部２０２は、第１転送トランジスタ２０４のゲート電極を間に挟んでＸ方向と交差するＹ方向（第１の方向）に並ぶように配されている。本実施形態ではＸ方向とＹ方向は互いに直交している。また、電荷保持部２０２と読み出し回路部３０１は、第２転送トランジスタ２０５のゲート電極を間に挟んでＹ方向に並ぶように配されている。隣接する画素１０７においても同様の配置がなされているため、隣接する画素１０７の電荷保持部２０２は、Ｘ方向に並ぶように配されている。複数のコンタクト３０２は、読み出し回路部３０１の配置された領域及びこれの近傍に配されている。より具体的には、複数のコンタクト３０２は、Ｘ方向に並ぶ複数の電荷保持部２０２の間を除く領域に形成されている。
図３（ｂ）には、少なくとも電荷保持部２０２を覆うように配された遮光部３０３のパターンが示されている。遮光部３０３は、上面視において、光電変換部２０１が形成された領域に形成された開口部３０４（第１の開口部）を有する。更に、遮光部３０３は、隣接する複数の画素１０７の光電変換部２０１の間であって、読み出し回路部３０１が設けられた領域に形成された開口部３０５（第２の開口部）を有する。すなわち、本実施形態では、遮光部３０３は、開口部３０４と開口部３０５とを除いて画素１０７の全面を覆うように配されている。図３（ｂ）においては、２列３行の行列状に配された６つの画素が示されている。好適には、同様の配列が画素アレイ全体に渡って繰り返される。その場合、Ｘ方向に沿った１つの列を成す複数の電荷保持部２０２を覆うように、画素アレイの一方の端から他方の端まで連続していることが好ましい。遮光部３０３は、不図示の絶縁層を間に介して半導体基板の上方に形成された層であり、光を透過しにくい材料で構成されている。遮光部３０３には、タングステンが用いられる。他にも、遮光部３０３には、アルミニウム、銅等の金属が用いられ得る。
読み出し回路部３０１の上が開口部３０５となっている理由は、コンタクト３０２と遮光部３０３が導通しないようにするためである。そのため、開口部３０５の形状はコンタクト３０２と導通しない形状であればよく、読み出し回路部３０１との位置関係は限定されない。例えば、上面視において、開口部３０５は読み出し回路部３０１においてコンタクト３０２が無い箇所の少なくとも一部を覆うように配されていてもよい。また、開口部３０５は読み出し回路部３０１の近傍を含めて開口させるように配されていてもよい。
読み出し回路部３０１の光電変換部２０１の上が開口部３０４となっている理由は、光電変換部２０１に光を入射させるためである。なお、電荷保持部２０２の上には偽信号の発生を低減するために遮光部３０３が設けられており、電荷保持部２０２は遮光されている。また電荷保持部２０２の近傍の上も、斜めから入射した光等が電荷保持部２０２に漏れた場合に生じる偽信号による影響を低減するため、可能な限り遮光することが望ましい。そのため、遮光部３０３の開口部３０４の端部は、電荷保持部２０２からできる限り離す配置とすることが望ましい。
以上のように、本実施形態では、電荷保持部２０２をＹ方向に平行移動した位置には、光電変換部２０１及び読み出し回路部３０１が配されている。しかしながら、電荷保持部２０２をＸ方向に平行移動した位置には隣接画素の電荷保持部２０２が配されており、光電変換部２０１、読み出し回路部３０１及びコンタクト３０２は配されていない。したがって、遮光部３０３の複数の開口部３０４、３０５は、電荷保持部２０２をＹ方向に平行移動した位置には配されているが、Ｘ方向に平行移動した位置には配されていない。言い換えると、上面視において、Ｘ方向に並ぶ複数の電荷保持部２０２の間の領域を覆うように、遮光部３０３がＸ方向に沿って複数の電荷保持部２０２に渡って延在している。
特許文献１では、遮光部の開口端が上面視において電荷保持部の端部の近傍に配されている。この構造では、斜め方向等からの入射光に対しては開口部の端部から電荷保持部に光が漏れることがあり、遮光が十分でない場合がある。これに対し、本実施形態では、Ｘ方向に並ぶ複数の電荷保持部２０２の間の領域は遮光部３０３で覆われており、遮光部３０３の複数の開口部３０４、３０５は、電荷保持部２０２をＹ方向に平行移動した位置に配されている。これにより、遮光部３０３の開口部３０４、３０５の端部を電荷保持部２０２の端部からより離れた位置とすることができるため、電荷保持部２０２の遮光性をより向上させることができる。したがって、電荷保持部２０２に入射した光によって生じる偽信号による画質の劣化がより低減された撮像装置１００を提供することができる。
なお、本実施形態では、１つの画素１０７に含まれる複数のコンタクト３０２が１つの開口部３０５に集約されている。図３（ｂ）に示されるように、画素１０７内の複数のコンタクト３０２は、コンタクト３０２の相互間の間隔をなるべく小さくし、上面視において１つの開口部３０５の内側に配されるようにすることが望ましい。複数のコンタクト３０２を画素１０７内にばらばらに配置すると、開口部の個数又は面積の増大を招くためである。開口部３０５は、上面視において、複数のコンタクト３０２が形成された領域に形成されるようにすることで、開口部の個数又は面積を最小化し、電荷保持部２０２の遮光性をより向上させることができる。これにより、偽信号による画質の劣化がより低減された撮像装置１００を提供することができる。
図４は、主に半導体基板の上方に形成された第１配線層３０７、第２配線層３０８及びビア３０９のパターンを模式的に示す平面図である。電荷保持部２０２の上方には不図示の層間絶縁層を間に介して第１配線層３０７が配されている。更に、第１配線層３０７の上方には不図示の層間絶縁層を間に介して第２配線層３０８が配されている。第１配線層３０７と第２配線層３０８の間には、これらを電気的に接続する複数のビア３０９が市松模様状に配されている。第１配線層３０７、第２配線層３０８及びビア３０９は、導電性を有し、かつ、光を透過しにくい金属等の部材により構成され得る。
図５は、図３及び図４に示されたＡ−Ａ´線における断面の構造を模式的に示す図である。図５に示された半導体基板には、光電変換部２０１を構成する半導体領域と、電荷保持部２０２を構成する半導体領域と、光電変換部２０１と電荷保持部２０２とを電気的に分離する素子分離領域２１３とが図示されている。また、図５において、半導体基板上には、第１転送トランジスタ２０４を構成するゲート電極と、遮光部３０３と、第１配線層３０７と、第２配線層３０８と、ビア３０９とが図示されている。このように、電荷保持部２０２の上方にこれを覆うように第１配線層３０７、第２配線層３０８及びビア３０９を配置してもよい。この場合、第１配線層３０７、第２配線層３０８及びビア３０９が光を遮り、電荷保持部２０２への光の入射を更に低減することができる。したがって、偽信号による画質の劣化がより低減された撮像装置１００を提供することができる。
電荷保持部２０２の周囲に配された素子分離領域２１３の具体的な構造としては、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）分離、ＰＮ接合分離等を用いることができる。ここで、素子分離領域２１３に用いる材料は電荷保持部２０２に入射する光を制限する材料であることが望ましい。具体的には、素子分離領域２１３に用いる材料は、可視光に対する透過率が低い材料であることが望ましい。シリコン等の半導体は可視光に対する透過率が低いため、例えば、素子分離領域２１３にはＰＮ接合分離を形成する不純物拡散領域、すなわちシリコン等の半導体を配することが望ましい。この場合、素子分離領域２１３に入射した光は電荷保持部２０２に到達するまでに減衰するため、電荷保持部２０２に入射する光の量が低減される。したがって、酸化シリコン等の可視光に対して透明な材料を用いたＳＴＩ分離等の素子分離構造を採用した場合に比べ、電荷保持部２０２への光の入射量が低減されるので、偽信号による画質の劣化がより低減された撮像装置１００を提供することができる。
また、画素アレイ１０１の形状は、短辺及び長辺を有する長方形であってもよい。例えば、画素アレイ１０１に含まれる画素１０７の行数Ｎと列数Ｍが異なる場合に画素アレイ１０１の形状が長方形となり得る。また、画素１０７が長方形の場合にも画素アレイ１０１の形状は長方形となり得る。この場合において、図３（ａ）に示す複数の電荷保持部２０２が並ぶＸ方向と、画素アレイ１０１の長辺の方向とが平行な方向であることが望ましい。被写体から射出された入射光は、カメラ等の撮像システムの光学系に含まれるレンズを介して撮像装置１００の画素アレイ１０１に入射する。ここで、画素アレイ１０１の長辺の端部はレンズの中心軸から最も遠い位置であるため、長辺の端部において入射光の画素アレイ１０１への入射角が最も大きくなる。遮光部３０３の開口部３０４、３０５に斜めに光が入射する際、入射光が通過する箇所の近傍に電荷保持部２０２が配されていると、偽信号による画質の劣化が生じ得る。入射角が大きいほど、この状況が生じやすくなる。そのため、入射角が最も大きくなる長辺方向の端部付近では、遮光部３０３の開口部３０４、３０５から斜めに入射した光線の延長線上に電荷保持部２０２が配置されていないことが好ましい。この配置を実現するためには、電荷保持部２０２が並ぶＸ方向と、画素アレイ１０１の長辺の方向が平行であればよい。以上の理由により、画素アレイ１０１の長辺方向と複数の電荷保持部２０２が並ぶＸ方向とを平行にすることにより、画素アレイ１０１の端部付近での電荷保持部２０２への光の入射が低減される。したがって、偽信号による画質の劣化がより低減された撮像装置１００を提供することができる。
［第２実施形態］
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第２実施形態に係る撮像装置１００の画素１０７の平面図である。図６（ａ）は、半導体基板に垂直な方向からの上面視により、半導体基板表面付近のパターンを模式的に示す平面図であり、図６（ｂ）は、主に半導体基板の上方に形成された遮光部３０３のパターンを模式的に示す平面図である。本実施形態の説明において、第１実施形態と共通する部分については詳細な説明を省略することがある。また、図６（ａ）及び図６（ｂ）において、図３（ａ）及び図３（ｂ）等と同じ機能を有する部分には同様の符号が付されており、その機能の説明は省略することもある。
図６（ａ）に示されるように、本実施形態では、画素１０７内に第１転送トランジスタ２０４と、第２転送トランジスタ２０５と、電荷保持部２０２とがそれぞれ２つずつ設けられている点が第１実施形態と異なる。光電変換部２０１と読み出し回路部３０１は、オーバーフロートランジスタ２０６のゲート電極を間に挟んでＸ方向に並ぶように配されている。また、光電変換部２０１と２つの電荷保持部２０２は、２つの異なる第１転送トランジスタ２０４のゲート電極を間に挟んでＸ方向と交差するＹ方向に並ぶように配されている。また、２つの電荷保持部２０２は、光電変換部２０１、読み出し回路部３０１等を間に挟んでＹ方向に並ぶように配されている。また、２つの電荷保持部２０２は、Ｘ方向に並ぶように配されている。隣接する画素１０７においても同様の配置がなされているため、隣接する画素１０７を含む複数の電荷保持部２０２を含めても、Ｘ方向に並ぶように配されている。また、２つの電荷保持部２０２は、２つの異なる第２転送トランジスタ２０５を介して異なる読み出し回路部３０１に接続されている。読み出し回路部３０１は２つの画素１０７の境界付近に配されており、２つの画素１０７に共有されている。複数のコンタクト３０２は、読み出し回路部３０１の配置された領域及びこれの近傍に配されている。より具体的には、複数のコンタクト３０２は、Ｘ方向に並ぶ複数の電荷保持部２０２の間を除く領域に形成されている。
図６（ｂ）において、遮光部３０３は、光電変換部２０１の上に設けられた開口部３０４と、読み出し回路部３０１の上に設けられた開口部３０５とを除いて、画素１０７の全面を覆うように配されている。したがって、本実施形態においても、遮光部３０３の複数の開口部３０４、３０５は、電荷保持部２０２をＹ方向に平行移動した位置には配されているが、Ｘ方向に平行移動した位置には配されていない。言い換えると、上面視において、Ｘ方向に並ぶ複数の電荷保持部２０２の間に領域は遮光部３０３で覆われている。
以上のように、本実施形態では、第１実施形態に対し、画素１０７内に含まれる電荷保持部２０２等の素子の個数を増加させる変形がなされている。このような構成においても、遮光部３０３の開口部３０４、３０５の端部を電荷保持部２０２の端部からより離れた位置とすることができるため、電荷保持部２０２の遮光性をより向上させることができる。したがって、第１実施形態と同様に、本実施形態においても電荷保持部２０２に入射した光によって生じる偽信号による画質の劣化がより低減された撮像装置１００を提供することができる。
［第３実施形態］
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第３実施形態に係る撮像装置１００の画素１０７の平面図である。図７（ａ）は、半導体基板に垂直な方向からの上面視により、半導体基板表面付近のパターンを模式的に示す平面図であり、図７（ｂ）は、主に半導体基板の上方に形成された遮光部３０３のパターンを模式的に示す平面図である。本実施形態の説明において、第１実施形態又は第２実施形態と共通する部分については詳細な説明を省略することがある。また、図７（ａ）及び図７（ｂ）において、図３（ａ）及び図３（ｂ）等と同じ機能を有する部分には同様の符号が付されており、その機能の説明は省略することもある。
図７（ａ）に示されるように、本実施形態では、第２実施形態と同様に画素１０７内に第１転送トランジスタ２０４と、第２転送トランジスタ２０５と、電荷保持部２０２とがそれぞれ２つずつ設けられている。しかしながら、本実施形態では、２つの電荷保持部２０２が光電変換部２０１と読み出し回路部３０１とを間に挟むようにＹ方向に並んで配されている点が第２実施形態と異なる。更に、２つの電荷保持部２０２が２つの異なる第２転送トランジスタ２０５を介して同一の読み出し回路部３０１に接続されている点も第２実施形態と異なる。
光電変換部２０１と読み出し回路部３０１は、オーバーフロートランジスタ２０６のゲート電極を間に挟んでＸ方向に並ぶように配されている。また、光電変換部２０１と２つの電荷保持部２０２は、２つの異なる第１転送トランジスタ２０４のゲート電極を間に挟んでＸ方向と交差するＹ方向に並ぶように配されている。図７では、２つの第１転送トランジスタ２０４のゲート電極は互いに連続して形成されている。しかし、２つの第１転送トランジスタ２０４のゲート電極が、互いに電気的に分離されて形成されてもよい。また、２つの電荷保持部２０２は、光電変換部２０１と読み出し回路部３０１とを間に挟むようにＹ方向に並んで配されている。また、２つの電荷保持部２０２は、２つの異なる第２転送トランジスタ２０５を介して同一の読み出し回路部３０１に接続されている。複数のコンタクト３０２は、読み出し回路部３０１の配置された領域及びこれの近傍に配されている。より具体的には、複数のコンタクト３０２は、Ｘ方向に並ぶ複数の電荷保持部２０２の間を除く領域に形成されている。
図７（ｂ）において、遮光部３０３は、光電変換部２０１の上に設けられた開口部３０４と、読み出し回路部３０１の上に設けられた開口部３０５とを除いて、画素１０７の全面を覆うように配されている。したがって、本実施形態においても、遮光部３０３の複数の開口部３０４、３０５は、電荷保持部２０２をＹ方向に平行移動した位置には配されているが、Ｘ方向に平行移動した位置には配されていない。言い換えると、上面視において、Ｘ方向に並ぶ複数の電荷保持部２０２の各々の間には遮光部３０３が配されている。
以上のように、本実施形態では、第２実施形態とは別の方法により、第１実施形態に対し、画素１０７内に含まれる電荷保持部２０２等の素子の個数を増加させる変形がなされている。このような構成においても、遮光部３０３の開口部３０４、３０５の端部を電荷保持部２０２の端部からより離れた位置とすることができるため、電荷保持部２０２の遮光性をより向上させることができる。したがって、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、本実施形態においても電荷保持部２０２に入射した光によって生じる偽信号による画質の劣化がより低減された撮像装置１００を提供することができる。
［第４実施形態］
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第４実施形態に係る撮像装置１００の画素１０７の平面図である。図８（ａ）は、半導体基板に垂直な方向からの上面視により、半導体基板表面付近のパターンを模式的に示す平面図であり、図８（ｂ）は、主に半導体基板の上方に形成された遮光部３０３のパターンを模式的に示す平面図である。本実施形態の説明において、第１乃至第３実施形態と共通する部分については詳細な説明を省略することがある。また、図８（ａ）及び図８（ｂ）において、図３（ａ）及び図３（ｂ）等と同じ機能を有する部分には同様の符号が付されており、その機能の説明は省略することもある。
図８（ａ）に示されるように、本実施形態では、電荷保持部２０２、第２転送トランジスタ２０５及び読み出し回路部３０１等の配置が第１実施形態と異なる。光電変換部２０１と読み出し回路部３０１は、オーバーフロートランジスタ２０６のゲート電極を間に挟んでＸ方向に並ぶように配されている。また、光電変換部２０１と電荷保持部２０２は、第１転送トランジスタ２０４のゲート電極を間に挟んでＹ方向に並ぶように配されている。また、電荷保持部２０２と読み出し回路部３０１は、第２転送トランジスタ２０５のゲート電極を間に挟んでＸ方向に並ぶように配されている。複数のコンタクト３０２は、読み出し回路部３０１の配置された領域及びこれの近傍に配されている。より具体的には、複数のコンタクト３０２は、Ｘ方向に並ぶ複数の電荷保持部２０２の間を除く領域に形成されている。
図８（ｂ）において、遮光部３０３は、光電変換部２０１の上に設けられた開口部３０４と、読み出し回路部３０１の上に設けられた開口部３０５とを除いて、画素１０７の全面を覆うように配されている。したがって、本実施形態においても、遮光部３０３の複数の開口部３０４、３０５は、電荷保持部２０２をＹ方向に平行移動した位置には配されているが、Ｘ方向に平行移動した位置には配されていない。言い換えると、上面視において、Ｘ方向に並ぶ複数の電荷保持部２０２の各々の間には遮光部３０３が配されている。
以上のように、本実施形態では、第１実施形態に対し、電荷保持部２０２、第２転送トランジスタ２０５及び読み出し回路部３０１等の配置を変更する変形がなされている。具体的には、Ｘ方向に並ぶ隣接画素の電荷保持部２０２の間の領域に第２転送トランジスタ２０５のゲート電極と読み出し回路部３０１とが配されている。しかしながら、電荷保持部２０２間に開口部３０４、３０５は設けられていないので、第１実施形態と同様の理由により電荷保持部２０２の遮光性を向上させることができる。したがって、第１実施形態と同様に、本実施形態においても電荷保持部２０２に入射した光によって生じる偽信号による画質の劣化がより低減された撮像装置１００を提供することができる。
［第５実施形態］
図９は、本実施形態による撮像システム５００の構成を示すブロック図である。上述の第１乃至第４実施形態で述べた撮像装置１００は、撮像システム５００に適用可能である。撮像装置１００が適用可能な撮像システム５００としては、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダー、監視カメラなどが挙げられる。図９に、上述の実施形態に記載の撮像装置１００を適用したデジタルスチルカメラの構成例を示す。
図９に例示した撮像システム５００は、撮像装置１００、被写体の光学像を撮像装置１００に結像させるレンズ５０２、レンズ５０２を通過する光量を可変にするための絞り５０４、レンズ５０２の保護のためのバリア５０６を有する。レンズ５０２及び絞り５０４は、撮像装置１００に光を集光する光学系である。撮像装置１００は、第１乃至第４実施形態で説明した撮像装置１００である。
撮像システム５００は、また、撮像装置１００から出力される出力信号の処理を行う信号処理部５０８を有する。信号処理部５０８は、必要に応じて入力信号に対して各種の補正、圧縮を行って出力する信号処理の動作を行う。信号処理部５０８は、撮像装置１００より出力される出力信号に対してＡＤ変換処理を実施する機能を備えていてもよい。この場合、撮像装置１００の内部には、必ずしもＡＤ変換回路を有する必要はない。
撮像システム５００は、更に、画像データを一時的に記憶するためのバッファメモリ部５１０、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部（外部Ｉ／Ｆ部）５１２を有する。更に撮像システム５００は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体５１４、記録媒体５１４に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）５１６を有する。なお、記録媒体５１４は、撮像システム５００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。
更に撮像システム５００は、各種演算を行うとともにデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部５１８、撮像装置１００と信号処理部５０８に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部５２０を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システム５００は、少なくとも撮像装置１００と、撮像装置１００から出力された出力信号を処理する信号処理部５０８とを有すればよい。全体制御・演算部５１８及びタイミング発生部５２０は、撮像装置１００の制御回路１０６等の機能の一部又は全部を実施するように構成してもよい。
撮像装置１００は、画像用信号を信号処理部５０８に出力する。信号処理部５０８は、撮像装置１００から出力される画像用信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。また、信号処理部５０８は、画像用信号を用いて、画像を生成する。
第１乃至第４実施形態による撮像装置１００を用いて撮像システムを構成することにより、より良質の画像が取得可能な撮像システムを実現することができる。
［第６実施形態］
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、本実施形態による撮像システム６００及び移動体の構成を示す図である。図１０（ａ）は、車戴カメラに関する撮像システム６００の一例を示したものである。撮像システム６００は、撮像装置１００を有する。撮像装置１００は、上述の第１乃至第４実施形態のいずれかに記載の撮像装置１００である。撮像システム６００は、撮像装置１００により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部６１２と、撮像システム６００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差算出部６１４を有する。また、撮像システム６００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離計測部６１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部６１８と、を有する。ここで、視差算出部６１４や距離計測部６１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部６１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated circuit）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
撮像システム６００は、車両情報取得装置６２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム６００には、衝突判定部６１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ６３０が接続されている。すなわち、制御ＥＣＵ６３０は、距離情報に基づいて移動体を制御する移動体制御手段の一例である。また、撮像システム６００は、衝突判定部６１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置６４０とも接続されている。例えば、衝突判定部６１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ６３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置６４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム６００で撮像する。図１０（ｂ）に、車両前方（撮像範囲６５０）を撮像する場合の撮像システム６００を示した。車両情報取得装置６２０は、撮像システム６００を動作させ撮像を実行させるように指示を送る。第１乃至第４実施形態による撮像装置１００を用いることにより、本実施形態の撮像システム６００は、測距の精度をより向上させることができる。
以上の説明では、他の車両と衝突しないように制御する例を述べたが、他の車両に追従して自動運転する制御、車線からはみ出さないように自動運転する制御等にも適用可能である。更に、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
［その他の実施形態］
なお、上述の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を、他の実施形態に追加した実施形態、あるいは他の実施形態の一部の構成と置換した実施形態も本発明を適用し得る実施形態であると理解されるべきである。
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読み出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
１００ 撮像装置
１０１ 画素アレイ
１０７ 画素
２０１ 光電変換部
２０２ 電荷保持部
３０３ 遮光部

Claims (14)

  1. 基板と、
    入射光により生じた電荷の蓄積を行う光電変換部と、前記光電変換部から転送された前記電荷を保持する電荷保持部と、前記電荷保持部から転送された前記電荷を受ける入力ノードを含む増幅部と、を各々が有する複数の画素が前記基板に二次元状に配された画素アレイと、
    少なくとも前記電荷保持部を覆うように配された遮光部と、
    を有し、
    前記基板に対し垂直な方向からの上面視において、１つの前記画素に含まれる前記光電変換部及び前記電荷保持部が第１の方向に並び、
    前記上面視において、隣接する複数の前記画素の前記電荷保持部が前記第１の方向と交差する第２の方向に並び、
    複数の前記電荷保持部の間の領域を覆うように、前記遮光部が前記第２の方向に沿って前記複数の前記電荷保持部に渡って延在している
    ことを特徴とする撮像装置。
  2. 前記画素の各々は、前記基板に設けられた電極と前記基板の上方に形成された配線層とを接続する複数のコンタクトを更に有し、
    前記上面視において、前記複数のコンタクトは、前記第２の方向に並ぶ前記複数の前記電荷保持部の間を除く領域に形成されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
  3. 前記配線層は、前記電荷保持部を覆うように配されていることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
  4. 前記遮光部は、前記上面視において、前記光電変換部が形成された領域に形成された第１の開口部と、前記複数のコンタクトが形成された領域に形成された第２の開口部とを有することを特徴とする請求項２又は３に記載の撮像装置。
  5. １つの前記画素に含まれる前記複数のコンタクトが、１つの前記第２の開口部に集約されている
    ことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
  6. 前記画素アレイには、前記光電変換部と前記電荷保持部とを電気的に分離する素子分離領域が配されており、
    前記素子分離領域は、前記電荷保持部に入射する光を制限する材料で形成されている
    ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
  7. 前記素子分離領域は、ＰＮ接合分離を形成する不純物拡散領域であることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
  8. 前記画素アレイは長辺及び短辺を有する長方形をなしており、
    前記第２の方向は前記長辺と平行な方向である
    ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
  9. 前記画素の各々は、複数の前記電荷保持部を有し、
    前記上面視において、前記複数の前記電荷保持部は前記第２の方向に並ぶように配されている
    ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
  10. 前記画素の各々は、複数の前記電荷保持部を有し、
    前記上面視において、前記複数の前記電荷保持部は、前記光電変換部を間に挟んで前記第１の方向に並ぶように配されている
    ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
  11. 前記上面視において、前記第２の方向に並ぶ前記複数の前記電荷保持部の間の領域には、前記光電変換部で生じた前記電荷を電気信号として読み出すための読み出し回路部が配されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
  12. 前記遮光部は、前記第２の方向に沿った１つの列を成す複数の前記電荷保持部を覆うように、前記画素アレイの一方の端から他方の端まで連続している
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
  13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置の前記画素から出力される信号を処理する信号処理部と
    を有することを特徴とする撮像システム。
  14. 移動体であって、
    請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置からの信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
    前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する移動体制御手段と
    を有することを特徴とする移動体。
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