JP3164069B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光電変換部がマ
トリックス状の配置された受光面を備え、その受光面に
結像された被写体の光学像を取り込む固体撮像装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】固体撮像装置は、光電変換と蓄積の機能
を持つマトリクス状に配列された画素群と、各画素に蓄
積された信号電荷を時系列で順次取り出す走査機能を持
つ回路とを、一体構造として形成されたものである。こ
のような固体撮像装置の中で、ＣＭＯＳ構造のＭＯＳ型
撮像装置（ＣＭＯＳイメージセンサ）がある。このＣＭ
ＯＳイメージセンサは、消費電力が低く、周辺回路をモ
ノリシックに集積できるという利点がある。
【０００３】このようなＣＭＯＳイメージセンサは、図
３の平面図に示すように、光電変換と電荷蓄積を行う複
数の光電変換部３０１がマトリクス状に配置されてい
る。そして、その光電変換部３０１毎に、信号電荷を取
り出すための回路領域３０２が配置されている。また、
各光電変換部３０１および回路領域３０２の隣り合う間
のＹ方向配線領域３０３には、それらに電源などを供給
するための電源配線が配置される。また、各光電変換部
３０１および回路領域３０２の上下の間のＸ方向配線領
域３０４には、それらにリセット信号を送るためのリセ
ット信号線や選択信号線などが配置される。なお、回路
領域３０２は、コンタクト３０３ａにおいて電源配線と
接続している。そして、各光電変換部３０１中央部の上
部に開口３１１を備えた遮光部３１０が、各光電変換部
３０１および回路領域３０２それぞれの上部に配置され
ている。
【０００４】次に、このＣＭＯＳイメージセンサの回路
構成について図４の回路図を用いて説明する。まず、光
電変換部３０１としてフォトダイオード４０１がある。
このフォトダイオード４０１は、たとえば、シリコン基
板上に設けられたｐ型のウエルとそのウエル内にシリコ
ン基板表面より形成されたｎ形の不純物領域とから構成
されている。そして、光が入射すると、そのｎ形の不純
物領域内で電子と正孔の対が発生する。ここで、ｎ形不
純物領域内では、正孔がｐ型のウエルに流出して電子だ
けが残る。すなわち、光の入射により、フォトダイオー
ド４０１のｎ形不純物領域に電荷が蓄えられることにな
る。この蓄えられる電荷の量は、入射する光の強弱に応
じて異なり、これが信号電荷となる。
【０００５】その信号電荷による１画素の映像信号は、
電源線４１１を介して電源ＶDDが与えられたトランジス
タ４０２により増幅される。ここで、それぞれのトラン
ジスタ４０２は、この電源線４１１にコンタクト４１１
ａにより接続しており、これは、図３のコンタクト３０
３ａに対応している。そして、１画素の映像信号は、垂
直走査シフトレジスタ４２１からの信号によりトランジ
スタ４０３が選択され、かつ水平走査シフトレジスタ４
２２からの信号によりトランジスタ４０４が選択される
ことにより、信号出力端子４３１より出力される。ま
た、リセット信号がトランジスタ４０５に入力すること
で、電源ＶDDがフォトダイオード４０１に入力し、残っ
ている電荷が消去される。
【０００６】すなわち、図３の回路領域３０２に、トラ
ンジスタ４０２，４０３，４０５からなる回路が構成さ
れている。そして、これらの領域に光が入射すると、ト
ランジスタが誤動作するので、前述したように、遮光部
３１０（図３）が備えられている。そして、マトリクス
状に配置された各フォトダイオード４０１から出力され
トランジスタ４０２により増幅された各画素の映像信号
は、垂直走査シフトレジスタ４２１と水平走査シフトレ
ジスタ４２２とにより、順次取り出されて画像信号とな
る。
【０００７】ところで、図３に示した光電変換部３０１
の大きさや開口３１１の広さは、光を受光するという観
点から、あまり小さくすることはできない。たとえば、
開口３１１は、受光する光の波長よりあまり小さくする
ことができない。このため、上述したＣＭＯＳイメージ
センサにおいては、光電変換部３０１のフォトダイオー
ドや開口３１１を小さくすることで集積度を向上させる
と、特性に劣化が生じる。ここで、前述した電源ＶDDを
供給する電源線は、図３，４に示したように、隣り合う
回路領域３０２それぞれに用意する必要はない。
【０００８】すなわち、図５の回路図に示すように、１
つの電源線４１１を隣り合う回路領域３０２に共通に用
いるようにすれば、電源線４１１の数は約半分に減らす
ことができる。この結果、図６に示すように、電源線を
配置するＹ方向配線領域３０３領域を１つおきに配置す
ればよくなるので、集積度を向上させることができる。
ここで、図５に示すように、隣り合う回路領域３０２に
おいて、コンタクト４１１ｂを共通として電源線４１１
に接続している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように集積度を向上させると、各受光部の開口部の水
平方向のピッチが等間隔でなくなってしまい、再生画像
において被写体との光学的位置が部分的にずれてしまう
という問題があった。すなわち、図６に示すように、Ｙ
方向配線領域３０３を挾んで隣り合う開口３１１の間の
距離ｄ１と、Ｙ方向配線領域３０３がなく直接となり合
う開口３１１の間の距離ｄ２とが、上述した構成では異
なってしまう。一方で、画像の再生では、画素のピッチ
は等間隔としているので、正確な画像が再生できない。
【００１０】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、ＣＭＯＳイメージセンサ
などの固体撮像装置において、集積度を向上させた上
で、より正確な画像再生状態が得られるように画像取り
込みができるようにすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明の固体撮像装置
は、光信号を光電変換してその変換した電荷を蓄積する
複数の光電変換部がマトリクス状に配置された受光面
と、光電変換部の領域内に光信号を取り込むための開口
部を光電変換部毎に備えてその開口部下の領域以外は遮
光する受光面上に配置された遮光層とを少なくとも備え
た固体撮像装置において、光電変換部は、水平方向に左
に隣り合う光電変換部との第１の間隔と右に隣り合う光
電変換部との第２の間隔とが異なって配置され、開口部
は、水平方向に等間隔に配置され、第１の間隔は第２の
間隔より幅広に形成され、第１の間隔に形成された隣り
合う光電変換部の垂直方向の列の間には、共通の配線領
域が配置されているようにした。従って、隣り合う光電
変換部において、その上に配置される開口部は光電変換
部に対して異なって配置される。また、この発明の固体
撮像装置は、光信号を光電変換してその変換した電荷を
蓄積する光電変換部，および，光電変換部毎に設けられ
て光電変換部で変換された信号電荷を増幅する回路部か
ら構成された複数の受光部がマトリクス状に配列された
受光面と、水平方向に隣り合う２列の光電変換部に共通
に設けられ、水平方向に光電変換部２列毎に１つ配置さ
れて回路部に電源を供給するための電源線と、光電変換
部の領域内に光信号を取り込むための開口部を光電変換
部毎に備えてその開口部下の領域以外は遮光する受光面
上に配置された遮光層とを少なくとも備えた固体撮像装
置において、光電変換部は水平方向に電源線を間に挟ん
で隣り合う光電変換部との第１の間隔と、電源線を間に
挟まないで隣り合う光電変換部との第２の間隔とが異な
って配置され、開口部は、水平方向に等間隔に配置され
ているようにした。従って、隣り合う光電変換部におい
て、その上に配置される開口部は光電変換部に対して異
なって配置される。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１は、この発明の実施の形態にお
ける固体撮像装置の構成を示す平面図である。ここで
は、ＣＭＯＳイメージセンサを例にとり説明する。この
ＣＭＯＳイメージセンサは、光電変換と電荷蓄積を行う
複数の光電変換部１０１をマトリクス状に配置して受光
面を構成している。そして、その受光面において、光電
変換部１０１毎に、信号電荷を取り出すための回路領域
１０２を配置している。また、各光電変換部１０１およ
び回路領域１０２の隣り合う間のＹ方向配線領域１０３
に、それらに電源などを供給するための電源配線を配置
している。そして、そのＹ方向配線領域１０３を、２列
毎に設けるようにした。この結果、集積度が向上したレ
イアウトとなっている。
【００１３】ここで、回路領域１０２は、コンタクト１
０３ａにおいて電源配線と接続しており、そのコンタク
ト１０３ａは、隣り合う回路領域１０２で共通としてい
る。また、各光電変換部１０１および回路領域１０２の
上下の間のＸ方向配線領域１０４には、それらにリセッ
ト信号を送るためのリセット信号線や選択信号線などが
配置される。そして、各光電変換部１０１の上部に開口
１１１を備えた遮光部１１０が、各光電変換部１０１お
よび回路領域１０２それぞれの上部に配置されている。
そして、この実施の形態では、水平方向および垂直方向
それぞれにおいて、その開口１１１が等間隔で配置され
ているようにした。
【００１４】ここで、Ｙ方向配線領域１０３を２列毎に
設けるようにしたので、図１から明らかなように、光電
変換部１０１の水平方向のピッチは、等間隔となってい
ない。ここで、従来では、開口を光電変換部の中央部に
設けるようにしたが、この実施の形態では、開口１１１
を光電変換部１０１の中央部に設けるのではなく、開口
１１１が等間隔で配置するようにした。ただし、開口１
１１は、光電変換部１０１上の領域内に配置する。以上
のことにより、この実施の形態によれば、Ｙ方向配線領
域１０３を挾んで隣り合う開口１１１の間の距離と、Ｙ
方向配線領域１０３がなく直接となり合う開口１１１の
間の距離とが、一致した間隔ｘｄとなっている。そし
て、画像の再生では、画素のピッチは等間隔としている
ので、この実施の形態によれば、正確な画像が再生でき
るようになる。
【００１５】なお、上述では、Ｙ方向配線領域１０３を
隣り合う光電変換部１０１および回路領域１０２で共通
とし、水平方向の集積度を向上させるようにしたが、こ
れに限るものではない。図２に示すように、Ｙ方向配線
領域１０３だけでなく、Ｘ方向配線領域１０４も、図２
おいて上下に隣り合う光電変換部１０１および回路領域
１０２で共通とし、垂直方向の集積度を向上させるよう
にしてもよい。そして、この場合においても、開口１１
１を、垂直方向に等ピッチｙｄとなるように配置すれば
よい。なお、この場合においてもやはり、開口１１１
は、光電変換部１０１上の領域内に配置されるようにす
る。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、この発明では、光
信号を光電変換してその変換した電荷を蓄積する複数の
光電変換部がマトリクス状に配置された受光面と、光電
変換部の領域内に光信号を取り込むための開口部を光電
変換部毎に備えてその開口部下の領域以外は遮光する受
光面上に配置された遮光層とを少なくとも備えた固体撮
像装置において、光電変換部は、水平方向に左に隣り合
う光電変換部との第１の間隔と右に隣り合う光電変換部
との第２の間隔とが異なって配置され、開口部は、水平
方向に等間隔に配置され、第１の間隔は第２の間隔より
幅広に形成され、第１の間隔に形成された隣り合う光電
変換部の垂直方向の列の間には、共通の配線領域が配置
されているようにした。また、この発明では、光信号を
光電変換してその変換した電荷を蓄積する光電変換部，
および，光電変換部毎に設けられて光電変換部で変換さ
れた信号電荷を増幅する回路部から構成された複数の受
光部がマトリクス状に配列された受光面と、水平方向に
隣り合う２列の光電変換部に共通に設けられ、水平方向
に光電変換部２列毎に１つ配置されて回路部に電源を供
給するための電源線と、光電変換部の領域内に光信号を
取り込むための開口部を光電変換部毎に備えてその開口
部下の領域以外は遮光する受光面上に配置された遮光層
とを少なくとも備えた固体撮像装置において、光電変換
部は水平方向に電源線を間に挟んで隣り合う光電変換部
との第１の間隔と、電源線を間に挟まないで隣り合う光
電変換部との第２の間隔とが異なって配置され、開口部
は、水平方向に等間隔に配置されているようにした。こ
の結果、光電変換部の集積度を向上させることができる
とともに、画像再生状態が現画像により一致した状態で
画像取り込みができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態における固体撮像装置
の構成を示す平面図である。
【図２】 この発明の他の実施の形態における固体撮像
装置の構成を示す平面図である。
【図３】 従来よりあるＣＭＯＳイメージセンサの構成
を示す平面図である。
【図４】 図３のＣＭＯＳイメージセンサの概略的な回
路図である。
【図５】 集積度を向上させたＣＭＯＳイメージセンサ
の概略的な回路図である。
【図６】 集積度を向上させたＣＭＯＳイメージセンサ
の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１０１…光電変換部、１０２…回路領域、１０３…Ｙ方
向配線領域、１０３ａ…コンタクト、１０４…Ｘ方向配
線領域、１１０…遮光部、１１１…開口。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−204450（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−283694（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−46596（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−331713（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 27/146 H04N 5/335

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光信号を光電変換してその変換した電荷
    を蓄積する複数の光電変換部がマトリクス状に配置され
    た受光面と、 前記光電変換部の領域内に光信号を取り込むための開口
    部を前記光電変換部毎に備えてその開口部下の領域以外
    は遮光する前記受光面上に配置された遮光層とを少なく
    とも備えた固体撮像装置において、 前記光電変換部は水平方向に左に隣り合う光電変換部と
    の第１の間隔と右に隣り合う光電変換部との第２の間隔
    とが異なって配置され、 前記開口部は、水平方向に等間隔に配置され、 前記第１の間隔は前記第２の間隔より幅広に形成され、 前記第１の間隔に形成された隣り合う前記光電変換部の
    垂直方向の列の間には、共通の配線領域が配置され たこ
    とを特徴とする固体撮像装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の固体撮像装置において、 前記光電変換部は、垂直方向に上に隣り合う光電変換部
    との第３の間隔と下に隣り合う光電変換部との第４の間
    隔とが異なって配置され、 前記開口部は、垂直方向に等間隔に配置され、 前記第３の間隔は前記第４の間隔より幅広に形成され、 前記第３の間隔に形成された隣り合う前記光電変換部の
    水平方向の行の間には、共通の配線領域が配置され た こ
    とを特徴とする固体撮像装置。
  3. 【請求項３】 光信号を光電変換してその変換した電荷
    を蓄積する光電変換部，および，前記光電変換部毎に設
    けられて前記光電変換部で変換された信号電荷を増幅す
    る回路部から構成された複数の受光部がマトリクス状に
    配列された受光面と、 水平方向に隣り合う２列の光電変換部に共通に設けら
    れ、水平方向に前記光電変換部２列毎に１つ配置されて
    前記回路部に電源を供給するための電源線と、 前記光電変換部の領域内に光信号を取り込むための開口
    部を前記光電変換部毎に備えてその開口部下の領域以外
    は遮光する前記受光面上に配置された遮光層とを少なく
    とも備えた固体撮像装置において、 前記光電変換部は水平方向に前記電源線を間に挟んで隣
    り合う光電変換部との第１の間隔と、前記電源線を間に
    挟まないで隣り合う光電変換部との第２の間隔とが異な
    って配置され、 前記開口部は、水平方向に等間隔に配置されたことを特
    徴とする固体撮像装置。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の固体撮像装置において、 前記光電変換部は、垂直方向に上に隣り合う光電変換部
    との第３の間隔と下に隣り合う光電変換部との第４の間
    隔とが異なって配置され、前記開口部は、垂直方向に等間隔に配置され ていること
    を特徴とする固体撮像装置。
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