JP5705462B2 - 固体撮像素子および電子情報機器 - Google Patents

Description

本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子および、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。

近年、ビデオカメラやデジタルカメラなどの電子式撮像装置が普及してきている。このような従来の電子式撮像装置は、被写体を撮影してデジタル映像データを記録媒体に記憶するものである。従来の電子式撮像装置には、固体撮像素子としてＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサなどが用いられている。

これらのイメージセンサでは、撮影対象が均一な明るさを有するとき、固体撮像素子からの出力信号は、固体撮像素子を構成する各受光素子の画面位置が中央部であるかその周辺部であるかにかかわらず、同一であることが望まれる。

しかしながら、撮影光学系を通って従来の固体撮像素子の複数の受光素子に入射する光は、固体撮像素子の周辺部では光が傾斜して受光素子に入射する。このため、受光面の中央部に比べると、固体撮像素子の周辺部において、受光素子の受光量が少なくなり、撮像領域全体にわたって受光量が均一であることはない。固体撮像素子から出力された画像信号の信号レベルは画像の周辺部において低くなり、最終的に得られる表示画像は、中央部よりも周辺部において暗くなる。この現象はシェーディングと呼ばれている。

これに加え、ＣＭＯＳイメージセンサでは、各画素内にトランジスタや多数の配線があるために、フォトセンサ形状や遮光膜開口形状に起因してレンズ中心から４象限方向に光量の落ち方が異なり、不自然なシェーディング（レンズ中心から４隅にかけて非対称）となる場合がある。

これに対して、特許文献１では、オンチップレンズおよびその下層に配置される層内レンズ、配線膜などのシュリンク率を水平方向および垂直方向で異なる値とし、また、シュリンクする中心を撮像領域の中心からずらすことにより、非対称構造の受光部に対してオンチップレンズなどの配置を最適化し、均一なシェーディング特性が得られるようにしている。

図９は、特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子の素子構造例を示す縦断面図である。

図９に示すように、従来の固体撮像素子１００は、１画素内に１つの受光部と１つのオンチップレンズとを含むＣＭＯＳイメージセンサとして構成されており、半導体基板１０１の上層部には、上からＰ＋層１０２、Ｎ層１０３、Ｎ−層１０４を含むフォトセンサ１０５が平面視で複数個、２次元状に配列されて設けられている。半導体基板１０１の上部に層間絶縁膜１０６を介して電極膜１０７、配線膜１０８、１０９、層内レンズ１１０、カラーフィルタ１１１、オンチップレンズ１１２などが配置されている。

この従来の固体撮像素子１００では、フォトセンサの集光に影響を与える各レイヤ、具体的には図９の各矢印ア〜オに示すように、フォトセンサ１０５のＮ−層１０４、配線膜１０９、層内レンズ１１０、カラーフィルタ１１１、およびオンチップレンズ１１２は、それぞれ個別に設定されるシュリンク率でシュリンクされ、フォトセンサ１０５の中心から所定のずれ量だけずれた状態で配置されている。

なお、各レイヤのずれ量（シュリンク率）は、フォトセンサ１０５から遠いレイヤになるにしたがって大きくなっているが、各レイヤ内においても、一律のずれ量を有するものではなく、各レイヤの垂直方向と水平方向で異なるずれ量で形成されている。また、シュリンクの中心も、撮像領域２００の中心とは異なる位置に配置されている。

図１０は、図９の撮像領域２００のシュリンク構造の具体例を示す平面図である。

図１０において、撮像領域２００にシュリンク中心２０１を通る垂直線２０２および水平線２０３を引き、これら垂直線２０２および水平線２０３で区切られた領域Ａ〜Ｄのシュリンク率およびシュリンク方向を矢印ａ〜ｄおよびａ´〜ｄ´で示している。

ここでは、各領域Ａ〜Ｄにおけるシュリンク率は、垂直線２０２および水平線２０３を挟んで水平方向および垂直方向にそれぞれ線対称であるが、水平方向と垂直方向で異なるシュリンク率を用いており、また、同じ水平方向でも矢印ａと矢印ａ´で示す部分では、異なるシュリンク率を用いている。

これは、例えば、図１１に示すように、垂直方向と水平方向とで同じシュリンク率を用いた場合には、各領域Ａ〜Ｄで一様なシュリンクをかけてしまうと、撮像領域２００の外周側に行くに従って、各画素間の継ぎ目のずれ量が大となり、画面上につなぎ目が見えてしまい、さらにそのシュリンク率の差が大きいときは、電気的な接続性も取れなくなってしまう。

そこで、図１０に示すように、各領域Ａ〜Ｄで異なるシュリンクをかけることにより、各画素のつなぎ目でのずれは発生しないため、画面上につなぎ目が見えることはない。

また、撮像領域２００の中心とシュリンクの中心とをずらすことにより、各レイヤにおいて最適な集光を得ることができる。

特開２００５−３１１４６９号公報

しかしながら、特許文献１に示されたシュリンク構造において、オンチップレンズ１１２や層内レンズ１１０および配線膜１０８、１０９などのシュリンク率を調整して均一なシェーディング特性が得られるとあるが、これは、シュリンク中心に向かって単調的なずれがあるものを想定している。しかしながら、図１２に示すように、実際の受光素子形状においては、配線の形状などにより、中心部から見て同色の受光素子の光量のケラレは中心から４象限方向において、均等ではないために、シュリンク中心に対するシュリンク量を調整するだけでは、均一なシェーディング特性を得ることができないという問題があった。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、配線や遮光膜などのケラレがあっても、同色受光素子で点対称または線対称となるようにレンズ中心から周囲にかけて受光素子を配置することにより、レンズ中心からのシェーディング特性をより容易かつ正確に均一にすることができる固体撮像素子および、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。

本発明の固体撮像素子は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部と、該複数の受光部上に、該受光部に対応して所定の色配列で配設されたカラーフィルタとを有する撮像領域が設けられた固体撮像素子において、方向性がある平面視非対称な該受光部の受光形状および該カラーフィルタの色配列が該撮像領域の中心または光学中心から周辺にかけて点対称または線対称になっており、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記撮像領域の中心または前記光学中心を横軸Ｘと縦軸Ｙの交点とし、第１象限のカラーフィルタアレイの色配列を、該交点を中心とした点対称となるようにＸ軸反転およびＹ軸反転させて第４象限のカラーフィルタアレイの色配列とし、該第１象限のカラーフィルタアレイの色配列をＹ軸反転させた第２象限のカラーフィルタアレイの色配列を、該交点を中心とした点対称となるようにＸ軸反転およびＹ軸反転させて第３象限のカラーフィルタアレイとして色配列する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記撮像領域の中心または前記光学中心を横軸Ｘと縦軸Ｙの交点とし、所定の色配列を基本に、該交点を起点に第１象限のカラーフィルタアレイの色配列をそれぞれＸ軸反転させてＸ軸に線対称のカラーフィルタアレイとして第３象限のカラーフィルタアレイの色配列とし、さらに、該第１象限のカラーフィルタアレイと該第３象限のカラーフィルタアレイとの色配列をそれぞれＹ軸反転させてＹ軸に線対称のカラーフィルタアレイとして第２象限のカラーフィルタアレイと第４象限のカラーフィルタアレイとの色配列とする。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記撮像領域の中心または前記光学中心を横軸Ｘと縦軸Ｙの交点とし、第１象限の受光部アレイの受光形状を、該交点を中心とした点対称となるようにＸ軸反転およびＹ軸反転させて第４象限の受光部アレイの受光形状とし、該第１象限の受光部アレイの受光形状をＹ軸反転させた第２象限の受光部アレイの受光形状を、該交点を中心とした点対称となるようにＸ軸反転およびＹ軸反転させて第３象限の受光部アレイの受光形状とする。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記撮像領域の中心または前記光学中心を横軸Ｘと縦軸Ｙの交点とし、前記受光部の所定の受光形状を基本に、該交点を起点に第１象限の受光部アレイの受光形状をそれぞれＸ軸反転させてＸ軸に線対称の受光部アレイとして第３象限の受光部アレイの受光形状の配列とし、さらに、該第１象限の受光部アレイと該第３象限の受光部アレイとの受光形状をそれぞれＹ軸反転させてＹ軸に線対称の受光部アレイとして第２象限の受光部アレイと第４象限の受光部アレイとの受光形状の配列とする。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記撮像領域の中心または前記光学中心を横軸Ｘと縦軸Ｙの交点とし、所定の色配列を基本に、該交点を起点に第１象限のカラーフィルタアレイおよび第３象限のカラーフィルタアレイの色配列をそれぞれＹ軸反転させてＹ軸に線対称のカラーフィルタアレイとして第２象限のカラーフィルタアレイおよび第４象限のカラーフィルタアレイの色配列とすると共に、前記受光部の所定の受光形状を基本に、該交点を起点に該第１象限の受光部アレイおよび該第３象限の受光部アレイの受光形状をそれぞれＹ軸反転させてＹ軸に線対称の受光部アレイとして該第２象限の受光部アレイおよび該第４象限の受光部アレイの受光形状とする。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記撮像領域の中心または前記光学中心を横軸Ｘと縦軸Ｙの交点とし、所定の色配列を基本に、該交点を起点に第１象限のカラーフィルタアレイおよび第２象限のカラーフィルタアレイの色配列をそれぞれＸ軸反転させてＸ軸に線対称のカラーフィルタアレイとして第３象限のカラーフィルタアレイおよび第４象限のカラーフィルタアレイの色配列とすると共に、前記受光部の所定の受光形状を基本に、該交点を起点に該第１象限の受光部アレイおよび該第２象限の受光部アレイの受光形状をそれぞれＸ軸反転させてＸ軸に線対称の受光部アレイとして該第３象限の受光部アレイおよび該第４象限の受光部アレイの受光形状とする。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、ホワイトバランスの信号処理でノイズ増大を抑圧するように、前記受光部の受光面積が前記カラーフィルタの各色によって異なっている。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における３原色のＲ（赤色）、Ｇ（緑色）およびＢ（青色）の各出力データの信号レベルが各色間で同一になるように前記受光部の受光面積が調整されている。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記受光部毎に設けられたカラーフィルタの上に、各受光部にそれぞれ対応するようにマイクロレンズが設けられ、前記撮像領域の上方に該撮像領域に前記画像光を集光させるレンズが設けられ、前記光学中心は該レンズの中心である。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記マイクロレンズ、前記カラーフィルタ、層内レンズ、配線膜、遮光膜の開口部および前記受光部のうちの少なくともいずれかのシュリンク率を水平方向の横軸Ｘおよび垂直方向の縦軸Ｙで異なる値としている。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記マイクロレンズ、前記カラーフィルタ、層内レンズ、配線膜、遮光膜の開口部および前記受光部はそれぞれ個別に設定されるシュリンク率でシュリンクされている。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における受光部の受光形状は、信号読み出しゲート領域を除いた該受光部自体の平面視受光形状の他に遮光膜および配線による開口形状によっている。

本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。

上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。

本発明においては、
これによって、配線や遮光膜などのケラレがあっても、同色受光素子で点対称または線対称となるようにレンズ中心から周囲にかけて受光素子を配置することにより、レンズ中心からのシェーディング特性をより容易かつ正確に均一にすることが可能となる。

以上により、本発明によれば、配線や遮光膜などのケラレがあっても、同色受光素子で点対称または線対称となるようにレンズ中心から周囲にかけて受光素子を配置することにより、レンズ中心から所定方向への各色のシェーディング特性を均一にするため、輝度シェーディングおよび色シェーディングの補正がより容易かつ正確になって、その結果として、感度ムラなどによる色付きを低減することができる。

本発明の実施形態１の固体撮像素子における要部構成例を示す縦断面図である。 図１の受光部の平面視受光面形状およびカラーフィルタのベイヤー色配列を示す平面図である。 図１の受光部の受光形状に方向性があるのを説明するための平面図である。 ３原色のＲＧＢの色データに対してホワイトバランス処理時の信号レベル調整を説明するための３原色信号レベル図である。 ホワイトバランス処理時に信号レベル調整を不要とした場合の３原色信号の信号レベル図である。 本発明の実施形態２の固体撮像素子における受光部の平面視受光形状およびカラーフィルタのベイヤー色配列を示す平面図である。 本発明の実施形態３の固体撮像素子における受光部の平面視受光面形状およびカラーフィルタのベイヤー色配列を示す平面図であって、（ａ）はＹ軸に線対称に反転した場合の平面図、（ｂ）はＸ軸に線対称に反転した場合の平面図である。 本発明の実施形態４として、本発明の実施形態１〜３の固体撮像素子のいずれかを撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。 特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子の素子構造例を示す縦断面図である。 図９の撮像領域のシュリンク構造の具体例を示す平面図である。 図９の撮像領域において、垂直方向と水平方向で異なるシュリンク率を用いた場合の平面図である。 従来の固体撮像素子の撮像領域におけるカラーフィルタのベイヤー色配列を示す平面図である。

以下に、本発明の固体撮像素子の実施形態１〜３および、この固体撮像素子の実施形態１〜３のいずれかを画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態４について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１の固体撮像素子における要部構成例を示す縦断面図である。

図１において、本実施形態１の固体撮像素子１（または１Ａ）の撮像領域１１には、半導体基板としてのシリコン基板２の上層部に、上層からＰ＋層３１、Ｎ層３２、Ｎ−層３３を含むフォトセンサで構成されて、被写体からの画像光を光電変換して撮像するフォトセンサである複数の受光部３が行列方向に２次元状でマトリクス状に配置されている。シリコン基板２の上部には、層間絶縁膜４を介して電極膜５、配線膜６、７、層内レンズ８、カラーフィルタ９、オンチップレンズ１０（マイクロレンズ）などが下層側からこの順に配置されている。所定の色配列で配設されたカラーフィルタ９は、複数の受光部３にそれぞれ対応した所定の色配列（ベイヤー色配列）で配設されている。また、層内レンズ８およびオンチップレンズ１０もそれぞれ、複数の受光部３にそれぞれ位置決めされて配設されている。

図２は、図１の受光部の平面視受光面形状およびカラーフィルタのベイヤー色配列を示す平面図である。

図２において、図１のカラーフィルタ９は、受光部３毎の所定の色配列（ベイヤー色配列）で配設されている。これらの受光部３の平面視受光形状の配列方向およびカラーフィルタ９の色配列が撮像領域１１の中心または光学中心（カメラレンズの中心）から周辺にかけて点対称（４象限で点対称）となっている。各受光部３の平面視形状は、図３に示すように、信号電荷の読み出しゲート３ａが矩形の受光面の一部（角部）に存在してそれによって、その受光面部分が欠けた受光形状になるために、受光部３の平面視形状には方向性が存在する。また、この受光部３の平面視受光面形状は、このような受光部３自体の形状の他に遮光膜および配線による開口形状にも起因している。

したがって、カラーフィルタ９の色配列は、所定の色配列、即ち、従来のベイヤー色配列を基本に、カメラレンズ（図失せず）の中心位置（光学的中心）を横軸Ｘと縦軸Ｙの交点Ｐとすると、そこを起点に第１象限ＡのカラーフィルタアレイをそれぞれＸ軸反転させてＸ軸に線対称のカラーフィルタアレイとして並べて第３象限Ｃのカラーフィルタアレイの色配列を得る。次に、第１象限Ａのカラーフィルタアレイと第３象限ＣのカラーフィルタアレイをそれぞれＹ軸反転させてＹ軸に線対称のカラーフィルタアレイとして並べて第２象限Ｂのカラーフィルタアレイと第４象限Ｄのカラーフィルタアレイとの色配列を得る。要するに、第１象限Ａのカラーフィルタアレイは、交点Ｐを中心とした点対称となるようにＸ軸反転およびＹ軸反転させて第４象限Ｄのカラーフィルタアレイとして並べることができる。また同様に、第１象限のカラーフィルタアレイとの色配列をＹ軸反転させた第２象限Ｂのカラーフィルタアレイの平面視受光形状の向きは、交点Ｐを中心とした点対称となるようにＸ軸反転およびＹ軸反転させて第３象限Ｃのカラーフィルタアレイの平面視形状の向きとして並べることができる。

また、受光部３の平面視受光面形状は、従来の受光部３の平面視形状の配列を基本に、カメラレンズ（図失せず）の中心位置（光学的中心）を横軸Ｘと縦軸Ｙの交点Ｐとすると、そこを起点に第１象限Ａの受光部アレイの平面視受光形状をそれぞれＸ軸反転させてＸ軸に線対称の受光部アレイの平面視受光形状として並べて第３象限Ｃの受光部アレイの平面視形状の配列を得る。次に、第１象限Ａの受光部アレイと第３象限Ｃの受光部アレイをそれぞれＹ軸反転させてＹ軸に線対称の受光部アレイとして並べて第２象限Ｂの受光部アレイと第４象限Ｄの受光部アレイとの配列を得る。要するに、図３にも示すように、第１象限Ａの受光部アレイは、交点Ｐを中心とした点対称となるようにＸ軸反転およびＹ軸反転させて第４象限Ｄの受光部アレイとして並べることができる。また同様に、第１象限の受光部アレイの受光形状をＹ軸反転させた第２象限Ｂの受光部アレイは、交点Ｐを中心とした点対称となるようにＸ軸反転およびＹ軸反転させて第３象限Ｃの受光部アレイとして並べることができる。

以上により、本実施形態によれば、光学中心を横軸Ｘと縦軸Ｙの交点として第１象限Ａ〜第４象限Ｄとする。受光部３の受光面に対して読み出しゲート３ａの位置や配線および遮光膜の位置などによって、受光部平面視形状の配列方向に差が生じるが、配列方向の差をレンズ中心（交点Ｐ）から４象限方向に点対象に均一に形成することができる。したがって、レンズ中心（交点Ｐ）からその周辺部にかけて、輝度シェーディングおよび色シェーディングがきれいな同心円状となることにより、シェーディング補正が容易で正確なものとなり、結果として感度ムラなどによる画面色つきを低減することができる。

即ち、レンズ中心から撮像領域の周辺に行くにしたがって、信号レベルが低下する現象について、画素周辺パターン（受光部アレイの平面視受光形状の配列方向）の僅かな差異が、４象限方向に変化してしまうため、色シェーディング調整が困難であったものを、容易かつ正確に色シェーディング調整を行うことができる。

なお、本実施形態１では、ホワイトバランス処理時に、図４に示すように、３原色のＲＧＢの色データに対して、Ｇ（緑色）のデータの信号レベルを基準にして、Ｒ（赤色）やＢ（青色）の各データに対してＧ（緑色）の信号レベルに一致するようにゲイン調整していた。これを次の実施形態２で説明する。

(実施形態２)
上記実施形態１では、受光部３の平面視受光形状の配列方向およびカラーフィルタ９の色配列が撮像領域１１の中心または光学中心（レンズ中心）から周辺にかけて点対称（４象限で点対称）としたが、本実施形態２では、これに加えて、図５に示すように、３原色のＲ（赤色）、Ｇ（緑色）およびＢ（青色）の各出力データの信号レベルが各色間で同一になるように受光部３の受光面積を調整する場合について説明する。

図６は、本発明の実施形態２の固体撮像素子における受光部の平面視受光形状およびカラーフィルタのベイヤー色配列を示す平面図である。

図６に示すように、本実施形態２の固体撮像素子１Ａにおける受光部３Ａまたはカラーフィルタ９Ａにおいて、上記実施形態１の固体撮像素子１の場合と同様に、受光部３Ａの平面視受光形状の配列方向およびカラーフィルタ９Ａの色配列が撮像領域１１Ａの中心または光学中心（レンズ中心）から周辺にかけて点対称（４象限で点対称）に構成したが、これに加えて、各色（ＲＧＢ）の信号レベルの大きさを均等にゲイン調整するのではなく、光への感応特性に合わせた比率で受光面サイズを変えている。これは、ＣＭＯＳイメージセンサによって入射光は青色、赤色、緑色に区分されて受光部３Ａの受光面で受光されるが、波長が短い青色または非常に長い赤色の感応度は緑色に比べて落ちるという短所があるために、緑色（Ｇ）に比べて赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）の受光部３Ａの受光面サイズ（受光面積）を大きくし、各色毎の感応力を同一にするためである。

以上により、本実施形態１によれば、緑色（Ｇ）に比べて赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）の受光部３Ａの受光面サイズ（面積）を所定比率（Ｒ＞Ｂ＞Ｇ)で大きくし、各色毎の感応力を同一にしたため、例えばホワイトバランス調整時の増幅処理が不要になって、その増幅処理による色ノイズの抑制を行うことができる。

なお、上記実施形態１，２では、撮像領域のシュリンク構造については考慮しなかったが、これに限らず、上記実施形態１の受光形状や色配列を４象限点対称とする特徴構成や、上記実施形態２の各色毎の受光面サイズを異ならせて各色毎の感応力を同一にする特徴構成に加えて、図９および図１０の撮像領域のシュリンク構造を当然適用することができる。例えばマイクロレンス１０、カラーフィルタ９、層内レンズ８、配線膜７、遮光膜の開口部（図１では図示せず）および受光部３のシュリンク率（ずれ率）を水平方向の横軸Ｘおよび垂直方向の縦軸Ｙで異なる値とする。要するに、例えばマイクロレンス１０、カラーフィルタ９、層内レンズ８、配線膜７、遮光膜の開口部（図１では図示せず）および受光部３ののうちの少なくともいずれかのシュリンク率を水平方向の横軸Ｘおよび垂直方向の縦軸Ｙで異なる値としてもよい。また、例えばマイクロレンス１０、カラーフィルタ９、層内レンズ８、配線膜７、遮光膜の開口部（図１では図示せず）および受光部３はそれぞれ個別に設定されるシュリンク率（ずれ率）でシュリンクされて、受光部３の中心（略矩形の場合に対角線の交点位置）から所定のずれ量だけずれた状態で配置されている。これらの撮像領域のシュリンク構造を適用した場合を次の実施形態３でさらに説明する。

（実施形態３）
上記実施形態１では、受光部３Ａの受光形状や色配列を４象限点対称とした場合について説明し、上記実施形態２では、これに加えて、各色毎の受光面サイズを異ならせて各色毎の感応力を同一にした場合について説明し、上記実施形態３では、上記撮像領域のシュリンク構造を、受光部３Ａの受光形状や色配列を４象限線対称とした場合に適用することについて説明する。

図７は、本発明の実施形態３の固体撮像素子における受光部の平面視受光形状およびカラーフィルタのベイヤー色配列を示す平面図であって、図７（ａ）はＹ軸に線対称に反転した場合の平面図、図７（ｂ）はＸ軸に線対称に反転した場合の平面図である。

図７（ａ）に示すように、本実施形態３の固体撮像素子１Ｂにおける受光部３Ｂおよびカラーフィルタ９Ｂにおいて、これらの受光部３Ｂの平面視受光形状の配列方向およびカラーフィルタ９Ｂの色配列が撮像領域１１Ｂの中心または光学中心（カメラレンズの中心）から周辺にかけて線対称（４象限で線対称）となっている。各受光部３Ｂの平面視形状は、図３に示すように、信号電荷の読み出しゲート３ａが矩形の受光面の一部（角部）に存在してそれによって、その受光面部分が欠けた受光形状になるために、受光部３Ｂの平面視形状には方向性が存在する。また、この受光部３Ｂの平面視受光面形状は、このような受光部３Ｂ自体の形状の他に遮光膜および配線による開口形状にも起因している。

したがって、カラーフィルタ９Ｂの色配列は、所定の色配列、即ち、従来のベイヤー色配列を基本に、カメラレンズ（図失せず）の中心位置（光学的中心）を横軸Ｘと縦軸Ｙの交点Ｐとして、そこを起点に第１象限Ａおよび第２象限ＢのカラーフィルタアレイをそれぞれＸ軸反転させてＸ軸に線対称のカラーフィルタアレイとして並べて第３象限Ｃおよび第４象限Ｄのカラーフィルタアレイの色配列を得る。

また、受光部３Ｂの平面視受光面形状は、従来の受光部３Ｂの平面視形状の配列を基本に、カメラレンズ（図示せず）の中心位置（光学的中心）を横軸Ｘと縦軸Ｙの交点Ｐとして、そこを起点に第１象限Ａおよび第２象限Ｂの受光部アレイの平面視受光形状をそれぞれＸ軸反転させてＸ軸に線対称の受光部アレイの平面視受光形状として並べて第３象限Ｃおよび第４象限Ｄの受光部アレイの配列を得る。

次に、図７（ｂ）に示すように、本実施形態３の固体撮像素子１Ｃにおける受光部３Ｃおよびカラーフィルタ９Ｃにおいて、これらの受光部３Ｃの平面視受光形状の配列方向およびカラーフィルタ９Ｃの色配列が撮像領域１１Ｃの中心または光学中心（カメラレンズの中心）から周辺にかけて線対称（４象限で線対称）となっている。各受光部３Ｃの平面視形状は、図３に示すように、信号電荷の読み出しゲート３ａが矩形の受光面の一部（角部）に存在してそれによって、その受光面部分が欠けた受光形状になるために、受光部３Ｃの平面視形状には方向性が存在する。また、この受光部３Ｃの平面視受光面形状は、このような受光部３Ｃ自体の受光面形状の他に遮光膜および配線による開口形状にも起因している。

したがって、カラーフィルタ９Ｃの色配列は、所定の色配列、即ち、従来のベイヤー色配列を基本に、カメラレンズ（図失せず）の中心位置（光学的中心）を横軸Ｘと縦軸Ｙの交点Ｐとして、そこを起点に第１象限Ａおよび第３象限ＣのカラーフィルタアレイをそれぞれＹ軸反転させてＹ軸に線対称のカラーフィルタアレイとして並べて第２象限Ｂおよび第４象限Ｄのカラーフィルタアレイの色配列を得る。

また、受光部３Ｃの平面視受光面形状は、従来の受光部３Ｃの平面視形状の配列を基本に、カメラレンズ（図示せず）の中心位置（光学的中心）を横軸Ｘと縦軸Ｙの交点Ｐとして、そこを起点に第１象限Ａおよび第３象限Ｃの受光部アレイの平面視受光形状をそれぞれＹ軸反転させてＹ軸に線対称の受光部アレイの平面視受光形状として並べて第２象限Ｂおよび第４象限Ｄの受光部アレイの配列を得る。

次に、撮像領域１１Ｂまたは１１Ｃのシュリンク構造について図１０および図１１を用いて説明する。

図１０に示すように、撮像領域２００（ここでは１１Ｂまたは１１Ｃ）にシュリンク中心２０１（ここでは交点Ｐ）を通る垂直線２０２（Ｙ軸）および水平線２０３（Ｘ軸）を引き、これら垂直線２０２（Ｙ軸）および水平線２０３（Ｘ軸）で区切られた領域Ａ〜Ｄのシュリンク率およびシュリンク方向を矢印ａ〜ｄおよびａ´〜ｄ´で示している。

ここでは、各領域Ａ〜Ｄにおけるシュリンク率は、垂直線２０２（Ｙ軸）および水平線２０３（Ｘ軸）を挟んで水平方向および垂直方向にそれぞれ線対称であるが、水平方向と垂直方向で異なるシュリンク率を用いており、また、同じ水平方向でも矢印ａと矢印ａ´で示す部分では、異なるシュリンク率を用いている。

これは、例えば、図１１に示すように、垂直方向と水平方向とで同じシュリンク率を用いた場合には、各領域Ａ〜Ｄで一様なシュリンクをかけてしまうと、撮像領域２００（ここでは１１Ｂまたは１１Ｃ）の外周側に行くに従って、各画素間の継ぎ目のずれ量が大となり、画面上につなぎ目が見えてしまい、さらにそのシュリンク率の差が大きいときは、電気的な接続性も取れなくなってしまう。

そこで、図１０に示すように、各領域Ａ〜Ｄで異なるシュリンクをかけることにより、各画素のつなぎ目でのずれは発生しないため、画面上につなぎ目が見えることはない。

以上により、本実施形態３によれば、画面中心からの距離に対して不均一なシェーディングをより容易でより正確に補正することができて、結果として感度ムラなどによる画面色つきを低減することができる。

（実施形態４）
図８は、本発明の実施形態４として、本発明の実施形態１〜３の固体撮像素子のいずれかを撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。

図８において、本実施形態４の電子情報機器９０は、上記実施形態１〜３の固体撮像素子１または１Ａ，１Ｂ，１Ｃからの撮像信号を所定の信号処理を行ってカラー画像信号を得る固体撮像装置９１と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部９２と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示部９３と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信部９４と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力部９５とを有している。なお、この電子情報機器９０として、これに限らず、固体撮像装置９１の他に、メモリ部９２と、表示部９３と、通信部９４と、プリンタなどの画像出力部９５とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。

この電子情報機器９０としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。

したがって、本実施形態４によれば、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力部９５により良好にプリントアウト（印刷）したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部９２に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。

なお、本実施形態１〜３では、特に説明しなかっがた、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部３と、複数の受光部３上に、受光部３に対応して所定の色配列で配設されたカラーフィルタ１０とを有する撮像領域１１または１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが設けられた固体撮像素子１または１Ａ、１Ｂ、１Ｃにおいて、受光部３の受光形状およびカラーフィルタ１０の色配列が撮像領域１１または１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの中心または光学中心（レンズ中心）から周辺にかけて点対称または線対称になっていることにより、配線や遮光膜などのケラレがあっても、レンズ中心からのシェーディング特性をより容易かつ正確に均一にすることができる本発明の目的を達成することができる。

以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜４を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜４に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜４の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子および、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、配線や遮光膜などのケラレがあっても、同色受光素子で点対称または線対称となるようにレンズ中心から周囲にかけて受光素子を配置することにより、レンズ中心から所定方向への各色のシェーディング特性を均一にするため、輝度シェーディングおよび色シェーディングの補正がより容易かつ正確になって、その結果として、感度ムラなどによる色付きを低減することができる。

１、１Ａ〜１Ｃ 固体撮像素子
２ シリコン基板
３、３Ａ〜３Ｃ 受光部
３１ Ｐ＋層
３２ Ｎ層
３３ Ｎ−層
４ 層間絶縁膜
５ 電極膜
６、７ 配線膜
８ 層内レンズ
９、９Ａ〜９Ｃ カラーフィルタ
１０ オンチップレンズ（マイクロレンズ）
１１、１１Ａ〜１１Ｃ 撮像領域
９０ 電子情報機器
９１ 固体撮像装置
９２ メモリ部
９３ 表示部
９４ 通信部
９５ 画像出力部

Claims (14)

1. 被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部と、該複数の受光部上に、該受光部に対応して所定の色配列で配設されたカラーフィルタとを有する撮像領域が設けられた固体撮像素子において、
   平面視矩形の受光面の１角部が欠けた方向性がある平面視非対称な該受光部の受光形状および該カラーフィルタの色配列が該撮像領域の中心または光学中心から周辺にかけて点対称または線対称になっている固体撮像素子。
2. 請求項１に記載の固体撮像素子において、前記撮像領域の中心または前記光学中心を横軸Ｘと縦軸Ｙの交点とし、第１象限のカラーフィルタアレイの色配列を、該交点を中心とした点対称となるようにＸ軸反転およびＹ軸反転させて第４象限のカラーフィルタアレイの色配列とし、該第１象限のカラーフィルタアレイの色配列をＹ軸反転させた第２象限のカラーフィルタアレイの色配列を、該交点を中心とした点対称となるようにＸ軸反転およびＹ軸反転させて第３象限のカラーフィルタアレイとして色配列する固体撮像素子。
3. 請求項１に記載の固体撮像素子において、前記撮像領域の中心または前記光学中心を横軸Ｘと縦軸Ｙの交点とし、所定の色配列を基本に、該交点を起点に第１象限のカラーフィルタアレイの色配列をそれぞれＸ軸反転させてＸ軸に線対称のカラーフィルタアレイとして第３象限のカラーフィルタアレイの色配列とし、さらに、該第１象限のカラーフィルタアレイと該第３象限のカラーフィルタアレイとの色配列をそれぞれＹ軸反転させてＹ軸に線対称のカラーフィルタアレイとして第２象限のカラーフィルタアレイと第４象限のカラーフィルタアレイとの色配列とする固体撮像素子。
4. 請求項１または２に記載の固体撮像素子において、前記撮像領域の中心または前記光学中心を横軸Ｘと縦軸Ｙの交点とし、第１象限の受光部アレイの受光形状を、該交点を中心とした点対称となるようにＸ軸反転およびＹ軸反転させて第４象限の受光部アレイの受光形状とし、該第１象限の受光部アレイの受光形状をＹ軸反転させた第２象限の受光部アレイの受光形状を、該交点を中心とした点対称となるようにＸ軸反転およびＹ軸反転させて第３象限の受光部アレイの受光形状とする固体撮像素子。
5. 請求項１または４に記載の固体撮像素子において、前記撮像領域の中心または前記光学中心を横軸Ｘと縦軸Ｙの交点とし、前記受光部の所定の受光形状を基本に、該交点を起点に第１象限の受光部アレイの受光形状をそれぞれＸ軸反転させてＸ軸に線対称の受光部アレイとして第３象限の受光部アレイの受光形状の配列とし、さらに、該第１象限の受光部アレイと該第３象限の受光部アレイとの受光形状をそれぞれＹ軸反転させてＹ軸に線対称の受光部アレイとして第２象限の受光部アレイと第４象限の受光部アレイとの受光形状の配列とする固体撮像素子。
6. 請求項１に記載の固体撮像素子において、前記撮像領域の中心または前記光学中心を横軸Ｘと縦軸Ｙの交点とし、所定の色配列を基本に、該交点を起点に第１象限のカラーフィルタアレイおよび第３象限のカラーフィルタアレイの色配列をそれぞれＹ軸反転させてＹ軸に線対称のカラーフィルタアレイとして第２象限のカラーフィルタアレイおよび第４象限のカラーフィルタアレイの色配列とすると共に、前記受光部の所定の受光形状を基本に、該交点を起点に該第１象限の受光部アレイおよび該第３象限の受光部アレイの受光形状をそれぞれＹ軸反転させてＹ軸に線対称の受光部アレイとして該第２象限の受光部アレイおよび該第４象限の受光部アレイの受光形状とする固体撮像素子。
7. 請求項１に記載の固体撮像素子において、前記撮像領域の中心または前記光学中心を横軸Ｘと縦軸Ｙの交点とし、所定の色配列を基本に、該交点を起点に第１象限のカラーフィルタアレイおよび第２象限のカラーフィルタアレイの色配列をそれぞれＸ軸反転させてＸ軸に線対称のカラーフィルタアレイとして第３象限のカラーフィルタアレイおよび第４象限のカラーフィルタアレイの色配列とすると共に、前記受光部の所定の受光形状を基本に、該交点を起点に該第１象限の受光部アレイおよび該第２象限の受光部アレイの受光形状をそれぞれＸ軸反転させてＸ軸に線対称の受光部アレイとして該第３象限の受光部アレイおよび該第４象限の受光部アレイの受光形状とする固体撮像素子。
8. 請求項１に記載の固体撮像素子において、ホワイトバランスの信号処理でノイズ増大を抑圧するように、前記受光部の受光面積が前記カラーフィルタの各色によって異なっている固体撮像素子。
9. 請求項１または８に記載の固体撮像素子において、３原色のＲ（赤色）、Ｇ（緑色）およびＢ（青色）の各出力データの信号レベルが各色間で同一になるように前記受光部の受光面積が調整されている固体撮像素子。
10. 請求項１に記載の固体撮像素子において、前記受光部毎に設けられたカラーフィルタの上に、各受光部にそれぞれ対応するようにマイクロレンズが設けられ、前記撮像領域の上方に該撮像領域に前記画像光を集光させるレンズが設けられ、前記光学中心は該レンズの中心である固体撮像素子。
11. 請求項１０に記載の固体撮像素子において、前記マイクロレンズ、前記カラーフィルタ、層内レンズ、配線膜、遮光膜の開口部および前記受光部のうちの少なくともいずれかのシュリンク率を水平方向の横軸Ｘおよび垂直方向の縦軸Ｙで異なる値とした固体撮像素子。
12. 請求項１０に記載の固体撮像素子において、前記マイクロレンズ、前記カラーフィルタ、層内レンズ、配線膜、遮光膜の開口部および前記受光部はそれぞれ個別に設定されるシュリンク率でシュリンクされている固体撮像素子。
13. 請求項１に記載の固体撮像素子において、前記受光部の受光形状は、信号読み出しゲート領域を除いた該受光部自体の平面視受光形状の他に遮光膜および配線による開口形状によっている固体撮像素子。
14. 請求項１〜１３のいずれかに記載の固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。