JP4193874B2 - 固体撮像装置とその製造方法、及びカメラモジュール - Google Patents

固体撮像装置とその製造方法、及びカメラモジュール Download PDF

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Description

本発明は、固体撮像装置とその製造方法、特に、光電変換部により生成された電荷を画素信号に変換する変換部を画素内に含む固体撮像装置、例えばCMOSイメージセンサとその製造方法に関する。ここで、CMOSイメージセンサとは、CMOSプロセスを応用して、又は部分的に使用して作製されたイメージセンサである。
さらに本発明は、上記固体撮像装置を組み込んだカメラモジュールに関する。
CMOSイメージセンサは、光電変換素子と複数のMOSトランジスタからなる画素が複数、2次元アレイ状に配列され、光電変換素子により生成された電荷を画素信号に変換して読み出す固体撮像装置である。近年、このCMOSイメージセンサは、携帯電話用のカメラ、デジタルスチルカメラあるいはデジタルビデオカメラ等の撮像素子として注目されている。
図10に、一般的なCMOSイメージセンサ(いわゆるイメージセンサチップ)の概略構成を示す。このCMOSイメージセンサ1は、半導体基板(半導体チップ)11内に、画素アレイブロック(いわゆる撮像領域)2と、周辺回路部となる垂直駆動回路3、シャッタ駆動回路4、CDS(Correlated Double Sampling:相関二重サンプリング)回路5、水平駆動回路6、AGC回路(Auto Gain Controller:自動利得制御)7、A/Dコンバータ(アナログ/デジタル変換回路)8、タイミングジェネレータ9等とが形成されて成る。
画素アレイブロック2は、1つ又は複数の光電変換素子とMOSトランジスタを含む画素が複数、2次元状に配列され、更に各画素からの出力信号線や、各画素を駆動するための複数の信号配線が形成されて構成されている。垂直駆動回路3は、画素からの読み出し行を選択するための信号を画素アレイに供給する。シャッタ駆動回路4は、垂直駆動回路3と同じ様に画素を行選択するもので、垂直駆動回路3との時間間隔を調節することにより、光電変換素子への露光時間(蓄積時間)を調節することができる。
垂直駆動回路3で選択された行から読み出された信号は、1列または複数列毎に配置されたCDS回路5に入力される。CDS回路5は、各画素からリセットレベルと信号レベルを受け取り、両者の差を取ることにより、画素毎の固定パターンノイズを除去する回路である。水平駆動回路6は、CDS処理され、各列に保存されている信号を順番に選択するものである。選択された列の信号は、後段のAGC回路7に受け渡され、適当なゲインをかけた後、A/Dコンバータ8でデジタル信号に変換され、イメージセンサチップ外へ出力される。また、各回路ブロック(垂直駆動回路3、シャッタ駆動回路4、CDS回路5、水平駆動回路6、AGC回路7、A/Dコンバータ8等)は、タイミングジェネレータ9内部で発生された信号により、駆動される。
以上の図10のブロック構成はCMOSイメージセンサの一例である。その他CMOSイメージセンサとしては、例えば、A/Dコンバータをチップ内部に持たないもの、A/Dコンバータを各列に持つものや、CDS回路を一つだけ持つもの、CDS回路、AGC回路等、出力系統が多数存在するもの等がある。画素からCDS回路5への読み出しは、列毎に設けられた画素出力線10を介して行われる。
図11に、上記CMOSイメージセンサの画素及び周辺回路部の一例を示す。このCMOSイメージセンサ21では、例えばフォトダイオードからなる1つの光電変換素子22と複数のMOSトランジスタからなる画素(単位セル)23を複数個、2次元アレイ状に配列してなる画素アレイブロック(いわゆる撮像領域)24と、周辺回路部とから構成される。
光電変換素子22では光を受けて光電変換により生成された信号電荷が蓄積される。複数のMOSトランジスタは、この例では転送用トランジスタ26と、リセット用トランジスタ27と、増幅用トランジスタ28と、選択用トランジスタ29の4つのトランジスタで構成される。転送用トランジスタ26は、光電変換素子22に蓄積された信号電荷をフローティング・ディフージョン(FD)、したがって増幅用トランジスタ28のゲートに転送するためのトランジスタである。リセット用トランジスタ27は、増幅用トランジスタ28のゲ−ト電位をリセットするためのトランジスタである。増幅用トランジスタ28は、信号電荷を増幅するためのトランジスタである。選択用トランジスタ29は、出力画素を選択するためのトランジスタである。
画素23においては、転送用トランジスタ26のソースが光電変換素子22に接続され、そのドレインがリセット用トランジスタ27のソースに接続される。転送用トランジスタ26のゲートには、そのゲート電位を制御するための転送信号線31が接続される。リセット用トランジスタ27は、そのドレインが電源電位供給線30に接続され、そのゲートがゲート電位を制御するためのリセット信号配線32に接続される。増幅用トランジスタ28は、そのドレインが電源電位供給線30に接続され、そのソースが選択用トランジスタ29のドレインに接続され、そのゲートが転送用トランジスタ26とリセット用トランジスタ27間のフローティング・ディフージョン(FD)に接続される。選択用トランジスタ29は、そのソースが画素出力線34に接続され、そのゲートがゲート電位を制御するための選択信号線33に接続される。
画素出力線34には定電流を供給するためのトランジスタ36が接続され、選択された増幅用トランジスタ28に定電流を供給し、増幅用トランジスタ28をソースフォロアとして動作させ、増幅用トランジスタ28のゲート電位と、ある一定の電圧差をもつ電位が画素出力線34に表れるようになされる。トランジスタ36のゲートには、トランジスタ36がある一定の電流を供給するような飽和領域動作をするよう、一定の電位を供給するための定電位供給線37が接続される。
一方、周辺回路として、垂直選択手段41、列選択手段42及びCDS(相関二重サンプリング)回路43が配置される。さらに、画素23の各行毎に、出力端が転送信号線31に接続された行選択用AND素子45、出力端がリッセト信号線32に接続された行選択用AND素子46、及び出力端が選択信号線33に接続された行選択用AND素子47がそれぞれ配置される。
各行の行選択用AND素子45の一方に入力端には、転送信号線31に転送パルスを供給するためのパスル端子48が接続され、他方の入力端には、垂直選択手段41からの出力が接続される。各行の行選択用AND素子46の一方の入力端には、リセット信号配線32にリセットパルスを供給するためのパルス端子49が接続され、他方の入力端には垂直選択手段41からの出力が接続される。各行の行選択用AND素子47の一方の入力端には、選択信号線33に選択パルスを供給するためのパルス端子50が接続され、他方の入力端には、垂直選択手段41からの出力が接続される。
このような構成により、垂直選択手段41によって選択された行の各信号線にのみ、各制御パルスが供給される。各画素23からの読み出し動作は、図12に示す駆動信号を加えて次のようにして行われる。
図12の転送信号(パルス)S1は転送信号線31に供給され、リセット信号(パルス)S2はリセット信号配線32に供給され、選択信号(パルス)S3は選択信号線33に供給される。
先ず、選択パルスS3及びリセットパルスS2を供給して、読み出しを行う行の選択用トランジスタ29と、リセット用ランジスタ27を導通状態にして、増幅用トランジスタ28のゲート(いわゆるフローティング・ディフージョンFD)の電位をリセットする。リセット用トランジスタ27を非導通にした後、各画素23のリセットレベルに対応した電圧を後段のCDS回路43に読み出しておく。次に、転送パルスS1を供給して転送用トランジスタ26を導通状態にし、光電変換素子22に蓄積された電荷をフローティング・ディフージョン(FD)、したがって増幅用トランジスタ28のゲートに転送する。転送終了後、転送用トランジスタ26を非導通状態にした後、蓄積されていた電荷量に応じた信号レベルの電圧を後段の回路43に読み出す。
CDS回路43では、先に読み出しておいたリセットレベルと信号レベルとの差を取り、画素毎の増幅トランジスタ28の閾値電圧Vthのばらつき等により発生する固定的なパターンノイズを相殺する。CDS回路43に蓄積された信号は列選択手段42によって選択されると、水平信号線24を通ってAGC(自動利得制御)等の後段の回路へ読み出されて処理される。
図13に、図10の画素アレイブロック2の概略断面構造を示す。画素アレイ部は、半導体基板51に各画素に対応した複数の光電変換素子22が形成される。図13では光電変換素子22のみ示すが、その他各画素に上述したMOSトランジスタ26、27、28、29が形成される。この半導体基板51上に層間絶縁膜52を介して複数の配線層、本例では3層の配線層53、54、55が形成される。この配線層は垂直信号線34、リセット信号線32、転送信号線31、選択信号線33、電源線30、さらにこれらの各線とは独立の接続電極(各信号線とMOSトランジスタとの接続)に相当する。
本例において、水平及び垂直方向への信号配線(34、32、31、33、接続電極)は、光電変換素子22を取り囲んで開口部が形成されるようにレイアウトされている。一方、電源線30は3層目の配線層55に相当し、最上層に形成される。この電源線30となる配線層55は、図14に示すように、光電変換素子22〔220、221、22・・〕に対応して開口61を有するように形成される。これら配線層53〜55は、遮光層も兼ねることができる。最上層の層間絶縁膜、いわゆる平坦化膜62上には、カラーフィルタ63が形成され、さらにその上にオンチップマイクロレンズ64が形成される。
現在多くの固体撮像装置では、集光率を向上させるために、上記のようにオンチップマイクロレンズを備えているが、しかし、斜めからの入射光が多くなる撮像領域の周辺部においては、オンチップマイクロレンズによる集光中心が光電変換素子の中心からずれ、光電変換素子への集光率が低下する。このため、感度が低下する。この感度低下は撮像領域中心から周辺分に向って大きくなり、シェーディングの原因となる。このようなシェーディングを抑制するために、オンチップマイクロレンズずらしを行っている。
また、CMOS型固体撮像装置においては、配線層が複数層形成されているため、配線層での入射光の蹴られがシェーディングの原因となる。CCD型固体撮像装置では、CMOS型固体撮像装置と構造が違うので、このような配線層での入射光の蹴られに起因したシェーディングは起こらない。これに対して、特許文献1、2には、配線層もずらすことでシェーディングを抑制することが提案されている。
特開2004−253568号公報 特開2003−273342号公報
ところで、CMOSイメージセンサにおいて、配線層でのずらしは、電気的接続を保ったまま行う必要がある。このため、図14の電源配線となる配線層55のような全面配線の場合は配線ずらしが比較的容易に行えるが、上記配線層53、54のような水平及び垂直方向に延びる配線に関しては、周辺回路と接続されているために、ずらすことができず、この配線層53、54で入射光が蹴られ、シェーディングが発生する虞れがあった。
すなわち、図15に示すように、撮像領域61側には、各光電変換素子22〔220、221、222〕を有する画素に接続される配線63(配線層53、54に相当)が形成され、周辺回路62側には例えば垂直駆動回路、ここでは垂直ドライバーを構成するMOSトランジスタ65が形成される。このMOSトランジスタ65は、対のソース・ドレイン領域66、67とゲート電極を68有し、それぞれのソース・ドレイン領域66、67に電極(配線)69、70が接続されて構成される。そして、この垂直ドライバーを構成するMOSトランジスタ65はその電極66、67及びコンタクト部71の位置が所要の位置に固定されように形成される。従って、撮像領域61側の配線63が一方のソース・ドレイン領域66の電極69と接続するには、図では配線63を延長してコンタクト部71に接続するには、配線63の位置は所要の位置に形成せざるを得ず、撮像領域61側の瞳補正量に基いてずらすことができなかった。
つまり、周辺回路62での配線位置は決められているため、斜め入射光が蹴られないように上記配線層53、54をずらして形成した場合、周辺回路62の配線69との接続ができなくなる。このため、配線層53、54をずらして形成することができない。
一方、特許文献2(図8参照)には、信号線の位置と周辺回路の位置がずれて、周辺回路のつなぎ部分が接続できないことを改善するために、図16に示すように、各周辺回路84側に配線素片86を設け各周辺回路84内の配線84Aと、画素アレイ80側の瞳補正量に基づいて位置をずらした各信号線82とを接続する手法が提案されている。しかし、このような信号線82と周辺回路の配線84Aを、配線素片86を介して一体化した配線パターンを形成する際、瞳補正量により各配線パターン毎に異なるレイアウトになるので、配線レイアウト用のマスク設計が難しくなる。
本発明は、上述の点に鑑み、撮像領域の配線のずらしを可能にして、よりシェーディングを抑制でき、しかも配線レイアウト用のマスク設計が容易になる固体撮像装置とその製造方法を提供するものである。
また、本発明は、かかる固体撮像装置を備えたカメラモジュールを提供するものである。
本発明に係る固体撮像装置は、光電変換部とトランジスタ素子を含む画素が配列された撮像領域と、周辺回路を有し、撮像領域側の瞳補正に基いてずらした配線と、周辺回路のずらしを行わない配線とが、いずれか一方または双方の配線と一体の接続用拡幅部を介して接続され、一方の配線に一体の接続用拡幅部が、該配線の片側から撮像領域の中心を通る水平軸に向かって伸び、かつ水平軸を挟んで対称形状に形成されて成ることを特徴とする。
本発明の固体撮像装置では、撮像領域側のずらし配線と周辺回路のずらしを行わない配線のいずれか一方、または双方に接続用拡幅部を形成することにより、接続用拡幅部の範囲内で撮像領域側の配線のずらしが可能になり、ずらし配線と周辺回路の配線との接続ができる。一方の配線に一体の接続用拡幅部が、配線の片側から撮像領域の中心を通る水平軸に向かって伸び、かつ水平軸を挟んで対称形状に形成されるので、接続用拡幅部として無駄な部分がなくなる。
本発明に係る固体撮像装置は、光電変換部とトランジスタ素子を含む画素が配列された撮像領域と、周辺回路を有し、撮像領域側の瞳補正に基いてずらした配線が、この配線と一体の接続用拡幅部を介して周辺回路側の素子のコンタクト領域に接続されて成ることを特徴とする。
本発明の固体撮像装置では、ずらし配線に一体の接続用拡幅部を形成し、この接続用拡幅部の範囲内で接続用拡幅部と周辺回路側の素子のコンタクト領域とを接続することにより、撮像領域側の配線のずらしが可能になる。
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、光電変換部とトランジスタ素子を含む画素が配列された撮像領域と、周辺回路を有し、撮像領域側の瞳補正に基いてずらした配線と、周辺回路のずらしを行わない配線とが接続される固体撮像装置の製造方法であって、撮像領域側の配線と周辺回路側の配線を異なる層で形成し、いずれか一方または双方の配線と一体の接続用拡幅部を形成し、一方の配線の接続用拡幅部を該配線の片側から撮像領域の中心を通る水平軸に向かって伸び、かつ水平軸を挟んで対称形状に形成し、接続用拡幅部を介して双方の配線を接続する工程を有することを特徴とする。
本発明の固体撮像装置の製造方法では、接続用拡幅部を介して撮像領域側の配線と周辺回路側の配線を接続するので、周辺回路側の配線を動かさずに撮像領域の配線のみをずらすことができる。一方の配線の接続用拡幅部を該配線の片側から撮像領域の中心を通る水平軸に向かって伸び、かつ水平軸を挟んで対称形状に形成するので、接続用拡幅部の無駄な部分がなくなる。
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、光電変換部とトランジスタ素子を含む画素が配列された撮像領域と、周辺回路を有し、前記撮像領域側の瞳補正に基いてずらした配線と、前記周辺回路のずらしを行わない配線とが接続される固体撮像装置の製造方法であって、1層の配線層により、いずれかの配線から見て、該配線の片側から撮像領域の中心を通る水平軸に向かって伸び、かつ水平軸を挟んで対称形状に形成された接続用拡幅部を介して互いに接続された撮像領域側の配線と周辺回路側の配線を形成する工程を有することを特徴とする。
本発明の固体撮像装置の製造方法では、接続用拡幅部を介して撮像領域側の配線と周辺回路側の配線を接続するので、周辺回路側の配線を動かさずに撮像領域の配線のみをずらすことができる。1層の配線層で互いに接続された周辺回路及び撮像領域の配線を形成するので、製造工程数が削減される。いずれかの配線から見て、接続用拡幅部を配線の片側から撮像領域の中心を通る水平軸に向かって伸び、かつ水平軸を挟んで対称形状に形成するので、接続用拡幅部として無駄な部分がなくなる。
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、光電変換部とトランジスタ素子を含む画素が配列された撮像領域と、周辺回路を有し、撮像領域側の瞳補正に基いてずらした配線と、前記周辺回路のずらしを行わない素子とが接続される固体撮像装置の製造方法であって、1層の配線層により撮像領域側の配線と該配線の延長端部の接続用拡幅部を形成し、接続用拡幅部と前記素子のコンタクト領域を接続する工程を有することを特徴とする。
本発明の固体撮像装置の製造方法では、1層の配線層で撮像領域の配線とその延長端部の接続用拡幅部を形成し、この接続用拡幅部を介して撮像領域側の配線と周辺回路側の素子のコンタクト領域を接続するので、周辺回路側の素子のコンタクト領域を動かさずに、撮像領域の配線のみをずらすことができる。
本発明に係るカメラモジュールは、 固体撮像装置と光学レンズ系を備え、固体撮像装置は、光電変換部とトランジスタ素子を含む画素が配列された撮像領域と、周辺回路を有し、撮像領域側の瞳補正に基いてずらした配線と、周辺回路のずらしを行わない配線とが、いずれか一方または双方の配線と一体の接続用拡幅部を介して接続され、一方の配線に一体の接続用拡幅部が、該配線の片側から撮像領域の中心を通る水平軸に向かって伸び、かつ水平軸を挟んで対称形状に形成されて成ることを特徴とする。
本発明に係るカメラモジュールは、固体撮像装置と光学レンズ系を備え、固体撮像装置が、光電変換部とトランジスタ素子を含む画素が配列された撮像領域と、周辺回路を有し、撮像領域側の瞳補正に基いてずらした配線が、この配線と一体の接続用拡幅部を介して周辺回路側の素子のコンタクト領域に接続されて成ることを特徴とする。
本発明に係る固体撮像装置によれば、周辺回路側の配線あるいは素子のコンタクト領域を動かさずに、撮像領域の配線のみをずらして形成できるので、多層配線に起因したシェーディングをより抑制することができる。また、配線レイアウト用のマスク設計では、接続用拡幅部を一体の配線のパターンデータを一定にし、接続位置を瞳補正量に基いて異ならしてマスク設計ができるので、容易に設計することができる。
本発明に係る固体撮像装置の製造方法によれば、周辺回路側の配線あるいは素子のコンタクト領域を動かさずに、撮像領域の配線のみをずらして形成できるので、多層配線に起因したシェーディングがより抑制された固体撮像装置を製造することができる。
本発明に係るカメラモジュールによれば、上記のシェーディングが抑制された固体撮像装置を備えることにより、高画質化を図ることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1〜図4に、本発明に係る固体撮像装置の第1実施の形態を示す。本実施の形態に係る固体撮像装置101は、光電変換素子とこの光電変換素子の信号を読み出す複数のMOSトランジスタからなる単位セルが複数2次元アレイ状に配列してなる撮像領域と、周辺回路とを備えて構成される。単位セルとしては、1つの光電変換素子と複数のMOSトランジスタで形成した1画素を単位セルとした構成、あるいは複数のMOSトランジスタを複数の光電変換素子で共有した複数画素を単位セルとして構成することができる。
本実施の形態の固体撮像装置101は、例えば前述の図10及び図11に示すCMOSイメージセンサ、一部変更したCMOSイメージセンサを適用することができる。
なお、例えば図11における画素出力線34と、転送信号線31、リセット信号線32及び選択信号線33とは、最上層を除く異なる層の配線層で形成され、電源電位供給線(いわゆる電源線)30は最上層の配線層で形成される。リセット信号線32及び選択信号線33は、同一の層の配線層で形成される。
そして、本実施の形態においては、図1に示すように、撮像領域102側の光電変換素子110、111、112を含む各画素に接続され、瞳補正量に基いて配線ずらしを行う信号線となる配線106、107、108と、周辺回路103側のずらしを行わない配線125とを、配線125と一体の接続用拡幅部130を介して接続して構成される。図1は、前述の図10の画素アレイブロックすなわち撮像領域2と垂直駆動回路3の接続部分を示ししている。
本実施の形態では、垂直駆動回路、ここではMOSトランジスタ121からなる垂直ドライバー127、128、129からの配線125の先端に瞳補正に基く配線のずらし方向に所要の幅を有した接続用拡幅部130を設ける。すなわち、この接続用拡幅部130は、少なくとも撮像領域102の中心からの距離に対して最大ずらし幅に対応した幅を有する。この垂直ドライバー127〜129側の配線125は、ずらしを行わず所定位置に固定して形成される。
一方、撮像領域102の配線106〜108は、撮像領域102の中心から周辺に行くに従って、瞳補正量に応じて位置をずらして形成され、その接続端が垂直ドライバー127〜129の配線125の接続用拡幅部130に接続される。接続用拡幅部130は、撮像領域102と周辺回路103の境界付近に形成される。配線106〜108は、撮像領域102の中心から周辺に向って漸次ずらし量が多くなるように形成される。
ここで、垂直ドライバー127〜129のMOSトランジスタ121は、一対のソース・ドレイン領域122、123と、ゲート絶縁膜を介して形成したゲート電極124とからなり、それぞれのソース・ドレイン領域122、123にコンタクト部120を介して配線(いわゆる電極)125、126が形成されて成る。一方のソース・ドレイン領域122の配線125に接続用拡幅部130が形成される。
信号線となる配線106〜108は、垂直ドライバー127〜129側の配線125に設けられた接続用拡幅部130に対して、順次位置をずらして接続される。第1実施の形態では、撮像領域102の配線106〜108、垂直ドライバー127〜129の配線125及び接続用拡幅部130を共に1層目の配線層で一体に形成される。
接続用拡幅部130を有する配線125のパターン形状は、撮像領域102の垂直方向の全画素に対応して形成される全垂直ドライバーの配線125に関して同一にすることができる。つまり配線パターンとしては、一種類となる。この場合には、図2に示すように、接続用拡幅部130の中心から配線125が延びるようなパターン形状になり、接続用拡幅部130の全幅W3が撮像領域102の中心からの距離に対して最大ずらし幅の2倍に対応し且つコンタクト可能な幅を有する。
図2のパターン形状の場合、撮像領域102の中心を通る水平軸を挟む上領域と下領域では、信号線となる配線(106〜108)のずらしが逆方向となるため、それぞれ接続用拡幅部130の略半分の領域が接続に寄与しないことになる。
そこで、図3A,Bに示すように、接続用拡幅部130の無駄な部分を削除し、接続用拡幅部130を有する配線125のパターン形状としては、撮像領域102の中心を通る水平軸を挟む上領域と下領域で互いに対称形状の接続用拡幅部130、すなわち瞳補正量に応じた最大ずらし量W2に相応し、且つコンタクト可能な幅W1の接続用拡幅部130〔130A,130B〕をそれぞれ有するパターン形状することができる。図3Aは上領域の配線パターン、図3Bは下領域の配線パターンである。すなわち、この場合、周辺回路103側の配線パターンとしては、2種類の配線パターンで形成される。なお、図3の配線パターンは、前述した図15に示す従来のずらしを行わない撮像領域側の配線63の状態を基準にしている。
配線ずらしを行う画素出力線34(図11参照)と、周辺回路の配線ずらしを行わない配線との接続も、図示しないが上述の接続用拡幅部130を周辺回路103の配線に設けて、この接続用拡幅部130を介して接続することができる。この場合、画素出力線34は1層目以外の層の配線層で形成し、周辺回路103の配線及び接続用拡幅部130は1層目の配線層で形成し、接続用拡幅部130と画素出力線34とは埋め込み導電層を介して接続するようになす。
また、前述したように、最上層の配線層で形成される電源線30は、その光電変換素子に対応する開口位置が瞳補正量に基いて中心から周辺に向ってずれるように形成され、同様にオンチップマイクロレンズ、カラーフィルタも中心から周辺に向ってずれ量が多くなるように形成される。
図4に、本実施の形態の撮像領域の概略断面構造を示す。撮像領域は、半導体基板91に各画素に対応した複数の光電変換素子22が形成される。同図では光電変換素子のみ示すが、その他各画素には前述した複数のMOSトランジスタが形成される。この半導体基板91上に層間絶縁膜92を介して複数の配線層、本例では3層の配線層93、94、95が形成される。そして、これら3層の配線層93、94、95は、そのそれぞれの開口中心が瞳補正量に基いて光電変換素子22の中心からずれて、すなわち撮像領域の中心から周辺に向ってずれるように形成される。最上層の層間絶縁膜、いわゆる平坦化膜96上にカラーフィルタ97及びオンチップマイクロレンズ98が形成される。このカラーフィルタ97及びオンチップマイクロレンズ98も、同様にそれぞれの中心が光電変換素子22の中心からずれるように形成される。
第1実施の形態の固体撮像装置の製造は、次のように行う。半導体基板の撮像領域の形成領域に光電変換素子及びトランジスタからなる画素を2次元アレイ状に形成し、周辺回路形成領域に各回路を形成する。次に、層間絶縁膜を介して1層目の配線層を形成し、1層目の配線層に対する1回のパターニングにより、互いに接続された撮像領域側の配線106〜108、接続用拡幅部130及び周辺回路側の配線125を形成する。また1層目の配線層で例えば画素出力線と接続される周辺回路側の配線を接続用拡幅部を有するように形成する。次に、層間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜に上記接続用拡幅部に接続した埋め込み導電層を形成する。次に、2層目の配線層により埋め込み導電層に接続する画素出力線を形成する。その後、層間絶縁膜を介して3層目の配線層による電源線を形成し、さらに平坦化膜を介してカラーフィルタ及びオンチップマイクロレンズを形成する。
第1実施の形態に係る固体撮像装置101によれば、周辺回路103側の配線、例えば垂直駆動回路の配線125に瞳補正量に基づく少なくとも最大ずらし幅あるいはそれ以上の幅に対応した所要幅の接続用拡幅部130を設けて、この接続用拡幅部130を介して撮像領域102側のずらし配線106〜108を接続した構成とすることにより、垂直駆動回路の配線125を動かさずに、撮像領域102の配線106〜108のみをすらして形成することができる。従って、よりシェーディングを抑制した固体撮像装置を提供することができる。また、配線レイアウト用のマスク設計に際しては、周辺回路の配線125とその先端の接続用拡幅部130の配線パターンのデータを一定にして、撮像領域のずらし配線106〜108との接続位置を瞳補正量に基いて異にしたデータを用いてマスクを設計することができる。従って、前述の特許文献2のように各配線ごとにデータを違えて設計する場合と比べて、容易に設計することができる。
第1実施の形態においては、周辺回路103である垂直駆動回路側のずらしを行わない配線125に接続用拡幅部130を一体に設けた構成としたが、撮像領域102のずらしを行う配線106〜108に接続用拡幅部130を一体に設けた構成とすることもできる。
図5に、本発明に係る固体撮像装置の第2実施の形態を示す。本実施の形態に係る固体撮像装置138は、光電変換素子とこの光電変換素子の信号を読み出す複数のMOSトランジスタからなる単位セルが複数2次元アレイ状に配列してなる撮像領域と、周辺回路とを備えて構成される。単位セルの構成は第1実施の形態で説明したと同様である。
本実施の形態においても、第1実施の形態で説明したと同様に、前述の図10及び図11に示すCMOSイメージセンサを適用することができる。各信号線と多層配線層の関係も第1実施の形態と同様とすることができる。
そして、本実施の形態においては、図5に示すように、撮像領域102側の光電変換素子110、111、112を含む各画素に接続され、瞳補正量に基いて配線ずらしを行う信号線となる配線106、107、108と、周辺回路103側の配線ずらしを行わない配線125とを、接続用拡幅部140及び141を介して互いに接続して構成される。図5は、前述の図10の画素アレイブロックすなわち撮像領域2と周辺回路を構成する垂直駆動回路3の接続部分を示している。
本実施の形態では、撮像領域102の各配線106〜108の先端に瞳補正に基づく配線のずらし方向に所要の幅を有した接続用拡幅部140が設けられる。一方、垂直駆動回路、ここではMOSトランジスタ121からなる垂直ドライバー127、128、129からの配線125の先端に、瞳補正に基づく配線のずらし方向に所要の幅を有した接続用拡幅部141が設けられる。すなわち、この接続用拡幅部140、141は、少なくとも撮像領域中心からの距離に対して最大ずらし幅に対応した幅を有する。
垂直ドライバー127〜129側の配線125は、配線ずらしを行わず所定位置に固定して形成される。撮像領域側の配線106〜108は、撮像領域の中心から周辺に行くに従って、瞳補正量に応じて位置をずらして形成される。配線106〜108は、撮像領域102の中心から周辺に向って漸次ずらし量が多くなるように形成される。接続用拡幅部140、141は、撮像領域102と周辺回路103の境界付近に形成される。
本実施の形態では、垂直ドライバー127〜129側の配線125及びその先端に一体の接続用拡幅部141が所要の層、本例では1層目の配線層で形成され、信号線となる配線106〜108及びその各先端に一体の接続用拡幅部140が所要の層、本例では2層目の配線層で形成され、対応する接続用拡幅部140と141とが層間絶縁膜に形成した埋め込み導電層を介して接続される。すなわち、信号線となる配線106〜108の接続用拡幅部140は、垂直ドライバー127〜129側の配線125に設けられた接続用拡幅部141に対して、瞳補正に基いて順次位置をずらして接続される。
垂直ドライバー127〜129のMOSトランジスタ121の構成は第1実施の形態で説明したと同様であるので、詳細説明を省略する。
先端のそれぞれ接続用拡幅部140、141を有する配線106〜108、125のパターン形状は、各々前述と同様に、撮像領域102の垂直方向の全画素に対応して形成される全垂直ドライバーの配線125に関して同一にすることができる(図6参照)。つまり配線パターンとしては、一種類となる。
また、図6のパターン形状の場合も、撮像領域102の中心を通る水平軸を挟む上領域と下領域では、信号線となる配線(106〜108)のずらしが逆方向となため、それぞれの接続用拡幅部140、141の略半分の領域が接続に寄与しないことになる。
そこで、図7A,Bに示すように、接続用拡幅部140、141の無駄な部分を削除し、接続用拡幅部140、141を有する配線106〜108、125のパターン形状としては、撮像領域102の中心を通る水平軸を挟む上領域と下領域で互いに対称形状の接続用拡幅部140、すなわち瞳補正量に応じた最大ずらし量W2に相応し、且つコンタクト可能な幅W1の接続用拡幅部140〔140A,140B〕、141〔141A,141B〕をそれぞれ有するパターン形状することができる。図7Aは上領域の配線パターン、図7Bは下領域の配線パターンである。すなわち、この場合、撮像領域102側の配線パターン及び周辺回路103側の配線パターンとしては、それぞれ2種類の配線パターンで形成される。なお、図7の配線パターンは、前述した図15に示す従来のずらしを行わない撮像領域側の配線63の状態を基準にしている。
さらに、配線のずらしを行わない配線125側の接続用拡幅部141は、コンタクトが行えるに十分な幅にして、配線のずらしを行う配線106〜108側の接続用拡幅部140のみを、図6、図7に示す構成とすることもできる。また、接続用拡幅部141、140の関係をこの逆にした構成とすることもできる。
配線ずらしを行う画素出力線34(図11参照)と、周辺回路の配線ずらしを行わない配線との接続も、図示しないが上述と同様にそれぞれの配線に接続用拡幅部を設け、両接続用拡幅部を層間絶縁膜内に形成した埋め込み導電層を介して接続することができる。あるいは、画素出力線34及びこれに接続される周辺回路の配線を第1実施の形態と同様に1層目の配線層で形成することもできる。さらに、最上層の配線層で形成される電源線は、その光電変換素子に対応する開口位置が瞳補正量に基いて中心から周辺に向ってずれるように形成され、同様にオンチップマイクロレンズ、カラーフィルタも中心から周辺に向ってずれるように形成される。この第2実施の形態の撮像領域の概略断面構造は、図4と同様になる。
第2実施の形態の固体撮像装置の製造は、次のように行う。半導体基板の撮像領域の形成領域に光電変換素子及びトランジスタからなる画素を2次元アレイ状に形成し、周辺回路形成領域に各回路を形成する。次に、層間絶縁膜を介して1層目の配線層をパターニングして周辺回路側、例えば垂直駆動回路の接続用拡幅部141を一体に有する配線を形成する。この1層目の配線層で同時に例えば画素出力線とこれに接続する周辺回路の配線を形成する。次に、層間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜に接続用拡幅部141と接続した埋め込み導電層を形成する。次に、2層目の配線層を形成し、この2層目配線層をパターニングにして撮像領域側の接続用拡幅部140を一体に有した配線を形成する。このとき、接続用拡幅部140が埋め込み導電層と接続されるように形成する。その後、層間絶縁膜を介して3層目の配線層による電源線を形成し、さらに平坦化膜を介してカラーフィルタ及びオンチップマイクロレンズを形成する。
第2実施の形態に係る固体撮像装置138によれば、周辺回路103側の配線、例えば垂直駆動回路側の配線125、及び撮像領域102側の配線106〜108のいずれか一方、もしくは双方に瞳補正量に基づく少なくとも最大ずらし幅あるいはそれ以上に幅に対応した所要幅の接続用拡幅部141、140を設けて、両接続用拡幅部141、140を接続した構成とすることにより、垂直駆動回路の配線125を動かさずに、撮像領域の配線106〜108のみをすらして形成することができる。従って、よりシェーディングを抑制した固体撮像装置を提供することができる。また、配線レイアウト用のマスク設計に際しては、配線125とその先端の接続用拡幅部141を有する配線パターンのデータを一定にして、配線106〜108の先端の接続用拡幅部140と接続用拡幅部141の接続位置を瞳補正量に基いて異ならしたデータを用いてマスクを設計することができる。従って、前述の特許文献2のように各配線毎にデータを違えて設計する場合と比べて、容易に設計することができる。
図8に、本発明に係る固体撮像装置の第3実施の形態を示す。本実施の形態に係る固体撮像装置151は、光電変換素子とこの光電変換素子の信号を読み出す複数のMOSトランジスタからなる単位セルが複数2次元アレイ状に配列してなる撮像領域と、周辺回路とを備えて構成される。単位セルの構成は第1実施の形態で説明したと同様である。
本実施の形態においても、第1実施の形態で説明したと同様に、前述の図10及び図11に示すCMOSイメージセンサを適用することができる。各信号線と多層配線層の関係も第1実施の形態と同様とすることができる。
そして、本実施の形態においては、図8に示すように、撮像領域102側の光電変換素子110、111、112を含む各画素に接続され、瞳補正量に基いて配線ずらしを行う信号線となる配線106〜108を、この配線106〜108の周辺回路103側に延長する延長端部153、154、155に、それぞれ接続用拡幅部156を形成する。そして、本実施の形態では、この接続用拡幅部156を介して、周辺回路103側の素子、本例では垂直駆動回路の各垂直ドライバー127〜129を構成するMOSトランジスタ121のコンタクト領域120に接続して構成される。図8は、前述の図10の画素アレイブロックすなわち撮像領域2と周辺回路を構成する垂直駆動回路3の接続部分を示している。
本実施の形態では、撮像領域102側の配線106〜108の延長端部153〜155に、瞳補正に基づく配線のずらし方向に所要の幅を有した接続用拡幅部156が設けられる。この接続用拡幅部156は、瞳補正量に基づく少なくとも最大ずらし幅あるいはそれ以上の幅に対応した所要幅を有する。この接続用拡幅部156が、垂直ドライバー127〜129を構成するMOSトランジスタ121の一方のソース・ドレイン領域122のコンタクト領域120に接続される。コンタクト領域の位置は固定である。
各配線106〜108は、瞳補正に基いてずらし配線となるので、その延長端部153〜155に一体に形成された接続用拡幅部156は、MOSトランジスタ121のソース・ドレイン領域122のコンタクト領域120に対して、順次位置をずらして接続される。第3実施の形態では、配線106〜108及びその延長端部153〜155の接続用拡幅部156とを同じ層の配線層、例えば1層目の配線層で形成し、接続用拡幅部156とソース・ドレイン領域122のコンタクト領域120とは、層間絶縁膜に形成した埋め込み導電層を介して接続される。
接続用拡幅部156のパターン形状は、前述と同様に、撮像領域102の垂直方向の全画素に対応して形成される全垂直ドライバーの配線125に関して同一にすることができる。つまり配線パターンとしては、一種類となる。接続用拡幅部156の構成は、第1実施の形態で説明したと同様である。
また、撮像領域102の中心を通る水平軸を挟む上領域と下領域では、信号線となる配線(106〜108)のずらしが逆方向となるため、接続用拡幅部156のパターン形状としては、撮像領域102の中心を通る水平軸を挟む上領域と下領域で互いに対称形状に形成することができる。すなわち、接続用拡幅部156は、瞳補正量に応じた最大ずらし量に相応し、且つコンタクト可能な幅を有するパターン形状することができる。
配線ずらしを行う画素出力線(配線)と、周辺回路の配線ずらしを行わない素子のコンタクト領域との接続も、図示しないが、上述と同様にして行うことができる。さらに、最上層の配線層で形成される電源線は、その光電変換素子に対応する開口位置が瞳補正量に基いて中心から周辺に向ってずれるように形成され、同様にオンチップマイクロレンズ、カラーフィルタも中心から周辺に向ってずれるように形成される。この第3実施の形態の撮像領域の概略断面構造は、図2と同様になる。
第3実施の形態に係る固体撮像装置151によれば、撮像領域102側の配線106〜108の延長端部153〜155に瞳補正量に基づく所要幅の接続用拡幅部156を設けて、この接続用拡幅部156と周辺回路の素子のコンタクト領域、本例では垂直駆動回路を構成するMOSトランジスタ121のソース・ドレイン領域122のコンタクト領域120とを接続した構成とすることにより、垂直駆動回路のコンタクト領域120を動かさずに、撮像領域102の配線106〜108のみをすらして形成することができる。従って、よりシェーディングを抑制した固体撮像装置を提供することができる。また、配線レイアウト用のマスク設計に際しては、接続用拡幅部156のパターンデータを一定にして、接続用拡幅部156と配線106〜108との接続位置を瞳補正量に基いて異にしたデータを用いてマスクを設計することができる。従って、前述の特許文献2のように各配線ごとにデータを違えて設計する場合と比べて、容易に設計することができる。
本実施の形態の固体撮像装置は、電子機器モジュール、カメラモジュールに適用することができる。図9に電子機器モジュール、カメラモジュールの実施の形態の概略構成を示す。図9のモジュール構成は、電子機器モジュール、カメラモジュールの双方に適用可能である。このモジュール160は、上述の実施の形態のいずれかの固体撮像装置、すなわちCMOSイメージセンサ101、138または151、光学レンズ系161、入出力部162、信号処理装置(Digital Signal Processors)163、光学レンズ系制御用の中央演算装置(CPU)164を1つに組み込んでモジュールを形成する。また、電子機器モジュール、あるいはカメラモジュール165としては、CMOSイメージセンサ101、138または151、光学レンズ系161及び入出力部162のみでモジュールを形成することもできる。また、CMOSイメージセンサ101、138または151、光学レンズ系161、入出力部162及び信号処理装置163を備えたモジュールを構成することもできる。
この電子機器モジュール、カメラモジュールによれば、CMOSイメージセンサにおけるシェーディングを、より抑制することができ、高画質化を図ることができる。
本発明に係る固体撮像装置の第1実施の形態を示す要部の概略構成図である。 第1実施の形態の接続用拡幅部の一例を示す構成図である。 A,B 第1実施の形態の接続用拡幅部の他の例を示す構成図である。 第1実施の形態の撮像領域の断面構造を示す断面図である。 本発明に係る固体撮像装置の第2実施の形態を示す要部の概略構成図である。 第2実施の形態の接続用拡幅部の一例を示す構成図である。 A,B 第2実施の形態の接続用拡幅部の他の例を示す構成図である。 本発明に係る固体撮像装置の第3実施の形態を示す要部の概略構成図である。 本発明に係るモジュールの実施の形態を示す概略構成図である。 CMOSイメージセンサの一例を示すブロック構成図である。 CMOSイメージセンサの画素及び周辺回路部の一例を示す構成図である。 図11CMOSイメージセンサに用いられる駆動信号を示す波形図である。 従来の撮像領域の断面構造を示す断面図である。 撮像領域における全面配線の配線ずらしの例を示す平面図である。 従来の撮像領域の配線と周辺回路の配線の接続に一例を示す平面図である。 従来の撮像領域の配線と周辺回路の配線の接続の他の例を示す平面図である。
符号の説明
1・・CMOSイメージセンサ、2・・画素アレイブロック(撮像領域)、3・・垂直駆動回路、4・・シャッタ駆動回路、5・・CDS回路、6・・水平駆動回路、7・・AGC回路、8・・A/D変換回路、9・・タイミングジェネレータ、22・・光電変換素子、23・・画素、24・・撮像領域、26、27、28、29・・CMOSトランジスタ、30・・電源線、31・・転送信号線、32・・リセット信号線、33・・選択信号線、34・・画素出力線、91・・半導体基板、92・・層間絶縁膜、93〜95・・配線層、96・・平坦化膜、97・・カラーフィルタ、98・・オンチップマイクロレンズ、101、138、151・・固体撮像装置、102・・撮像領域、103・・周辺回路、106〜108・・配線、110〜112・・光電変換素子、120・・コンタクト領域、121・・MOSトランジスタ、122,123・・ソース・ドレイン領域、124,140,141、156・・接続用拡幅部、160・・モジュール

Claims (14)

  1. 光電変換部とトランジスタ素子を含む画素が配列された撮像領域と、周辺回路を有し、
    前記撮像領域側の瞳補正に基いてずらした配線と、周辺回路のずらしを行わない配線とが、いずれか一方または双方の配線と一体の接続用拡幅部を介して接続され、
    一方の配線に一体の前記接続用拡幅部が、該配線の片側から前記撮像領域の中心を通る水平軸に向かって伸び、かつ前記水平軸を挟んで対称形状に形成されて成る
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 前記接続用拡幅部は、撮像領域中心からの距離に対して最大ずらし幅あるいはそれ以上の幅に対応した幅を有して成る
    ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
  3. 前記接続用拡幅部は、前記撮像領域と前記周辺回路の境界付近に形成されて成る
    ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
  4. 前記撮像領域側の配線と前記周辺回路の配線が、共に1層目の配線層で形成されて成る
    ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
  5. 前記撮像領域側の配線と前記周辺回路側の配線が、互いに異なる層の配線層で形成されて成る
    ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
  6. 光電変換部とトランジスタ素子を含む画素が配列された撮像領域と、周辺回路を有し、
    前記撮像領域側の瞳補正に基いてずらした配線が、該配線と一体の接続用拡幅部を介して前記周辺回路側の素子のコンタクト領域に接続されて成る
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  7. 前記接続用拡幅部は、撮像領域中心からの距離に対して最大ずらし幅あるいはそれ以上の幅に対応した幅を有して成る
    ことを特徴とする請求項6記載の固体撮像装置。
  8. 前記配線と接続用拡幅部が、同じ層の配線層で形成されて成る
    ことを特徴とする請求項6記載の固体撮像装置。
  9. 前記コンタクト領域が、MOSトランジスタのソース・ドレイン領域である
    ことを特徴とする請求項6記載の固体撮像装置。
  10. 光電変換部とトランジスタ素子を含む画素が配列された撮像領域と、周辺回路を有し、前記撮像領域側の瞳補正に基いてずらした配線と、前記周辺回路のずらしを行わない配線とが接続される固体撮像装置の製造方法であって、
    前記撮像領域側の配線と前記周辺回路側の配線を異なる層で形成し、前記いずれか一方または双方の配線と一体の接続用拡幅部を形成し、一方の配線の接続用拡幅部を該配線の片側から前記撮像領域の中心を通る水平軸に向かって伸び、かつ前記水平軸を挟んで対称形状に形成し、前記接続用拡幅部を介して前記双方の配線を接続する工程を有する
    ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
  11. 光電変換部とトランジスタ素子を含む画素が配列された撮像領域と、周辺回路を有し、前記撮像領域側の瞳補正に基いてずらした配線と、前記周辺回路のずらしを行わない配線とが接続される固体撮像装置の製造方法であって、
    1層の配線層により、前記いずれかの配線から見て、該配線の片側から前記撮像領域の中心を通る水平軸に向かって伸び、かつ前記水平軸を挟んで対称形状に形成された接続用拡幅部を介して互いに接続された前記撮像領域側の配線と前記周辺回路側の配線を形成する工程を有する
    ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
  12. 光電変換部とトランジスタ素子を含む画素が配列された撮像領域と、周辺回路を有し、前記撮像領域側の瞳補正に基いてずらした配線と、前記周辺回路のずらしを行わない素子とが接続される固体撮像装置の製造方法であって、
    1層の配線層により前記撮像領域側の配線と該配線の延長端部の接続用拡幅部を形成し、前記接続用拡幅部と前記素子のコンタクト領域を接続する工程を有する
    ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
  13. 固体撮像装置と光学レンズ系を備え、
    前記固体撮像装置は、
    光電変換部とトランジスタ素子を含む画素が配列された撮像領域と、周辺回路を有し、
    前記撮像領域側の瞳補正に基いてずらした配線と、周辺回路のずらしを行わない配線とが、いずれか一方または双方の配線と一体の接続用拡幅部を介して接続され、
    一方の配線に一体の前記接続用拡幅部が、該配線の片側から前記撮像領域の中心を通る水平軸に向かって伸び、かつ前記水平軸を挟んで対称形状に形成されて成る
    ことを特徴とするカメラモジュール。
  14. 固体撮像装置と光学レンズ系を備え、
    前記固体撮像装置は、光電変換部とトランジスタ素子を含む画素が配列された撮像領域と、周辺回路を有し、前記撮像領域側の瞳補正に基いてずらした配線が、該配線と一体の接続用拡幅部を介して前記周辺回路側の素子のコンタクト領域に接続されて成る
    ことを特徴とするカメラモジュール。
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