JP5787856B2

JP5787856B2 - 固体撮像装置

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Publication number: JP5787856B2
Application number: JP2012209122A
Authority: JP
Inventors: 基宏前田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2032-09-24
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Description

本発明の実施形態は、固体撮像装置に関する。

従来、固体撮像装置は、入射光を受光量に応じた量の電荷へ光電変換する複数の光電変換素子を備える。これら複数の光電変換素子は、光電変換する入射光の色として、３原色のうちのいずれか一色がそれぞれ規則的に対応付けられ、対応付けられた色の入射光を選択的に透過させるカラーフィルタが受光面側に設けられる。

かかる固体撮像装置は、近年、多画素化および小型化が進むにつれて画素ピッチが微細化する傾向にある。このように、画素ピッチが微細化した場合、固体撮像装置では、光電変換素子へ斜め方向から入射する入射光が隣設される光電変換素子まで到達することがある。

かかる場合、光電変換素子は、本来受光すべき色の入射光に加え、隣設する光電変換素子の受光面側に設けられるカラーフィルタを介して斜め方向から入射する本来受光すべきでない色の入射光まで光電変換する。これにより、従来の固体撮像装置では、撮像画像に混色が生じて撮像画像の画質が劣化するという問題が発生する。

特開２０００−０５０２９０号公報

本発明の一つの実施形態は、撮像画像の画質劣化を抑制することができる固体撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の一つの実施形態によれば、固体撮像装置が提供される。固体撮像装置は、複数の光電変換素子と、遮光部と、補正部とを備える。複数の光電変換素子は、入射光を受光量に応じた量の電荷へ光電変換する。遮光部は、前記複数の光電変換素子のうち、所定の光電変換素子における受光面側に配置され、該所定の光電変換素子へ受光面側から入射する入射光を遮光する。補正部は、前記所定の光電変換素子によって受光される入射光の受光量に基づいて、該所定の光電変換素子以外の光電変換素子によって受光される入射光の受光量を補正する。

第１の実施形態に係るＣＭＯＳセンサの上面視による説明図。第１の実施形態に係るピクセル部の一部を模式的に示す上面視による説明図。第１の実施形態に係るピクセル部の一部を示す断面視による説明図。第１の実施形態の変形例に係るピクセル部の一部を示す断面視による説明図。第１の実施形態に係る補正部が実行する処理の一例を示すフローチャート。第２の実施形態に係るピクセル部の一部を示す上面視による説明図。第２の実施形態に係るピクセル部の一部を示す上面視による説明図。第３の実施形態に係るピクセル部の一部を示す上面視による説明図。第３の実施形態に係るピクセル部の一部を示す上面視による説明図。第４の実施形態に係るピクセル部の一部を示す上面視による説明図。

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる固体撮像装置を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。以下に示す実施形態では、固体撮像装置の一例として、光電変換素子の受光面とは逆側の面側に配線層が形成された所謂裏面照射型ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサを例に挙げて説明する。

なお、本実施形態に係る固体撮像装置は、裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサに限定するものではなく、表面照射型ＣＭＯＳイメージセンサや、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ等といった任意のイメージセンサであってもよい。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサ（以下、「ＣＭＯＳセンサ１」と記載する）の上面視による説明図である。図１に示すように、ＣＭＯＳセンサ１は、半導体基板１００上に形成されるピクセル部２と、ロジック部３とを備える。

ピクセル部２は、マトリックス状に配置される複数の光電変換素子、読み出しトランジスタ、フローティングディフュージョン、増幅トランジスタ、リセットトランジスタ等を備える。

各光電変換素子は、入射光を受光量に応じた量の電荷へ変換して蓄積するフォトダイオードである。また、読み出しトランジスタは、各光電変換素子から蓄積された電荷を読み出すトランジスタである。また、フローティングディフュージョンは、読み出しトランジスタによって読み出された電荷を一時的に保持する領域である。

また、増幅トランジスタは、フローティングディフュージョンによって保持された電荷を増幅して出力するトランジスタである。また、リセットトランジスタは、フローティングディフュージョンによって保持された電荷をリセット（消去）するトランジスタである。

かかるピクセル部２が備える各光電変換素子には、光電変換する入射光の色として、例えば、赤、緑、青の３原色のうちのいずれか一色が規則的に対応付けられる。なお、各色が対応付けられる光電変換素子の配置の一例については図２を参照して後述し、光電変換素子近傍の断面構造の一例については図３および図４を参照して後述する。

ロジック部３は、タイミングジェネレータ３１、垂直選択部３２、水平選択部３３、サンプリング部３４、ゲインコントロール部３５、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部３６、増幅部３７、補正部３８等を備える。

タイミングジェネレータ３１は、ピクセル部２、垂直選択部３２、水平選択部３３、サンプリング部３４、ゲインコントロール部３５、Ａ／Ｄ変換部３６、増幅部３７、補正部３８等に対して動作タイミングの基準となるパルス信号を出力する処理部である。

垂直選択部３２は、マトリックス状に配置された複数の光電変換素子の中から電荷を読み出す光電変換素子を列単位で順次選択する処理部である。水平選択部３３は、電荷を読み出す光電変換素子を行単位で順次選択する処理部である。

また、サンプリング部３４は、垂直選択部３２および水平選択部３３によって選択された光電変換素子から、タイミングジェネレータ３１が出力するパルス信号に同期したタイミングで電荷をピクセル部２の外部へ読み出す処理部である。かかるサンプリング部３４は、読み出した電荷に応じた画像信号をゲインコントロール部３５へ出力する。

ゲインコントロール部３５は、サンプリング部３４から入力される画像信号のゲインを調整してＡ／Ｄ変換部３６へ出力する処理部である。Ａ／Ｄ変換部３６は、ゲインコントロール部３５から入力されるアナログの画像信号をデジタルの画像信号へ変換して増幅部３７へ出力する処理部である。増幅部３７は、Ａ／Ｄ変換部３６から入力されるデジタルの画像信号を増幅して補正部３８へ出力する処理部である。

補正部３８は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）であり、増幅部３７から入力されるデジタルの画像信号から、画像信号に含まれている混色の原因となる成分を除去する補正を行うことにより、撮像画像の画質劣化を抑制する処理部である。

次に、図２を参照し、かかる補正部３８が行う画像信号の補正の一例について説明する。図２は、第１の実施形態に係るピクセル部２の一部を模式的に示す上面視による説明図である。なお、ここでは、便宜上、図２に示す直交座標系におけるＹ軸の正方向を上、負方向を下、Ｘ軸の正方向を右、負方向を左として説明する。

図２に示すように、ピクセル部２は、上面視において受光面が格子状に区切られており、格子状に区切られた各領域内にそれぞれ光電変換素子２４が設けられる。各光電変換素子２４は、光電変換する入射光の色として、赤、緑、青のうちのいずれか一色が規則的に対応付けられ、対応付けられた色の入射光を選択的に透過させるカラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂがそれぞれ受光面側に設けられる。

ここで、カラーフィルタＲは、赤色の入射光を選択的に透過させる。また、カラーフィルタＧは、緑色の入射光を選択的に透過させる。また、カラーフィルタＢは、青色の入射光を選択的に透過させる。

本実施形態では、カラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂがベイヤ配列となるように配置される。かかるベイヤ配列では、カラーフィルタＧとカラーフィルタＲとが交互に配置される行と、カラーフィルタＢとカラーフィルタＧとが交互に配置される行とが、列方向に交互に配置される。

以下、上面視においてカラーフィルタＲが設けられる各領域を赤画素、カラーフィルタＧが設けられる各領域を緑画素、カラーフィルタＢが設けられる各領域を青画素と称する。また、これら赤画素、緑画素、青画素を総称する場合には、色画素と称する。

かかるピクセル部２では、例えば、図２に示す一つの赤画素Ｒ１の光電変換素子２４は、本来、受光面側に設けられるカラーフィルタＲを透過する赤色の入射光を光電変換し、受光量に応じた電荷を蓄積するべきものである。

しかし、ＣＭＯＳセンサ１の多画素化および小型化に伴って画素ピッチが微細化した場合、赤画素Ｒ１の光電変換素子２４には、白抜き矢印で示すように、周囲の色画素から本来受光すべきでない色の入射光が侵入することがある。

このとき、赤画素Ｒ１には、上面視上下左右の４方向から緑色の入射光が侵入し、左上、左下、右上、右下の４方向から青色の入射光が入射する場合がある。かかる場合、赤画素Ｒ１の光電変換素子２４は、受光面（上面）から入射する本来受光すべき赤色の入射光に加え、隣設される画素から受光面以外の面（側面）を介して入射される緑や青の入射光まで光電変換して蓄積してしまう。これにより、撮像画像では、赤画素Ｒ１に対応する画素の色が本来の色よりも明るく発色される所謂混色という現象が発生して画質が劣化する。

そこで、ＣＭＯＳセンサ１では、ピクセル部２が備える複数の光電変換素子２４のうち、所定の光電変換素子２４における受光面側に、受光面側から入射する入射光を遮光する遮光部Ｍが配置される画素（以下、「黒画素Ｍ１」と記載する）が設けられる。

そして、ＣＭＯＳセンサ１では、補正部３８（図１参照）が黒画素Ｍ１の光電変換素子２４によって受光される入射光の受光量に基づいて、黒画素Ｍ１以外の色画素の光電変換素子２４によって受光される入射光の受光量を補正する。

例えば、補正部３８は、赤画素Ｒ１の光電変換素子２４による受光量を補正する場合、まず、黒画素Ｍ１の光電変換素子２４から読み出された電荷量に応じたデジタルの画像信号に基づいて、黒画素Ｍ１の受光量ｍを算出する。

ここで、黒画素Ｍ１の光電変換素子２４は、受光面側に遮光部Ｍが設けられている。したがって、補正部３８は、黒画素Ｍ１の受光量ｍを算出することで、黒画素Ｍ１の光電変換素子２４へ隣設する色画素を介して斜め方向（受光面以外の方向）から侵入する白抜き矢印で示す入射光の受光量を算出することができる。

続いて、補正部３８は、赤画素Ｒ１の光電変換素子２４から読み出された電荷量に応じたデジタルの画像信号に基づいて、赤画素Ｒ１の受光量ｒを算出する。かかる赤画素Ｒ１の受光量ｒには、赤画素Ｒ１の光電変換素子２４へカラーフィルタＲを介して受光面から侵入した赤色の入射光の受光量と、隣設される色画素を介して斜め方向（受光面以外の方向）から侵入した入射光の受光量とが含まれる。

ここで、赤画素Ｒ１へ隣接する色画素から侵入する入射光の受光量と、黒画素Ｍ１へ隣接する色画素から入射する入射光の受光量とは、略同一と見なすことができる。そこで、補正部３８は、赤画素Ｒ１の受光量ｒから黒画素Ｍ１の受光量ｍを減算して、赤画素Ｒ１の受光量ｒを補正する。

これにより、補正部３８は、赤画素Ｒ１へ隣設される画素から侵入する入射光の成分が除外され、赤画素Ｒ１の光電変換素子２４へカラーフィルタＲを介して受光面から侵入した入射光の受光量に応じたデジタルの画像信号を生成して出力することができる。

また、補正部３８は、赤画素Ｒ１以外の色画素についても同様に、各色画素の受光量から黒画素Ｍ１の受光量ｍを減算する補正を行うことにより、各色画素へ隣設される色画素から侵入する入射光の成分が除去されたデジタルの画像信号を生成して出力する。

さらに、補正部３８は、黒画素Ｍ１に対応するデジタルの画像信号を出力する場合、黒画素Ｍ１近傍の色画素の受光量を用いて補間処理を行った画像信号を出力する。例えば、図２に示す例では、黒画素Ｍ１は、ベイヤ配列において本来赤画素が配置されるべき位置に配置されている。かかる場合、補正部３８は、黒画素Ｍ１近傍における赤画素Ｒ１の補正された受光量に対応した画像信号を黒画素Ｍ１のデジタルの画像信号として出力する。

このように、ＣＭＯＳセンサ１では、ピクセル部２に少なくとも１つの黒画素Ｍ１を設け、補正部３８が黒画素Ｍ１の光電変換素子２４によって受光される入射光の受光量に基づいて、黒画素Ｍ１以外の色画素の受光量を補正する。したがって、ＣＭＯＳセンサ１によれば、ピクセル部２における有効画素数を大きく低減することなく、各色画素の受光量から各色画素へ隣設される色画素から侵入する入射光の受光量成分を除去することで、撮像画像の劣化を抑制することができる。

また、ＣＭＯＳセンサ１では、黒画素Ｍ１近傍における色画素の補正された受光量を用いた補間処理によって、黒画素Ｍ１に対応した画像信号を生成して出力することができるので、黒画素Ｍ１を設けたことによる画素欠けを防止することができる。

なお、ここでは、補正部３８が、１つの黒画素Ｍ１の受光量ｒを用いて全ての色画素の受光量を同様に補正する場合について説明したが、赤画素、緑画素、青画素について、それぞれ異なる補正処理を行ってもよい。

例えば、補正部３８は、黒画素Ｍ１の光電変換素子２４によって受光される入射光の受光量ｍに基づいて、黒画素Ｍ１の光電変換素子２４に対応付けられた色以外の色が対応付けられた光電変換素子２４における受光量の補正量を算出する構成であってもよい。これにより、各色画素の受光量をより精度よく補正することが可能となる。

具体的には、各色画素がベイヤ配列される場合、赤画素には、青画素と緑画素とが隣設され、緑画素には、赤画素と緑画素と青画素とが隣設され、青画素には、赤画素と緑画素とが隣設される。このように、赤画素、緑画素、青画素では、隣設される色画素の配置および色がそれぞれ異なる。そして、赤色、緑色、青色の入射光は、それぞれ波長が異なり、その波長によって光電変換素子２４へ侵入する深さが異なる。

そこで、補正部３８は、例えば、本来赤画素が配置されるべき位置に黒画素Ｍ１が配置される場合、各赤画素については、前述したとおり各赤画素の受光量から黒画素Ｍ１の受光量ｍを減算して正確な赤画素の受光量を算出する。

一方、緑画素について、補正部３８は、黒画素Ｍ１の受光量ｍへ予め算出された緑画素用の係数を乗算することで補正量を算出し、算出した補正量を各緑画素の受光量から減算して、緑画素の正確な受光量を算出する。

また、青画素についても、補正部３８は、黒画素Ｍ１の受光量ｍへ予め算出された青画素用の係数を乗算することで補正量を算出し、算出した補正量を各青画素の受光量から減算して、青画素の正確な受光量を算出する。

なお、緑画素用の係数および青画素用の係数としては、例えば、入射光の色の波長や各カラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂの透光率等を考慮した試験またはシミュレーションに基づいて算出される適切な値が使用される。

これにより、補正部３８は、隣設される色画素の色や配置を考慮した正確な補正量を用いて各色画素の受光量を補正することができるので、各色画素の受光量をより精度よく補正することが可能となる。なお、ここでは、ピクセル部２に１つの黒画素Ｍ１を設ける場合について説明したが、黒画素Ｍ１は、ピクセル部２内に複数設けられてもよい。かかる点については、図６以降を参照して後述する。

次に、図３を参照し、ピクセル部２の断面構造について説明する。図３は、第１の実施形態に係るピクセル部２の一部を示す断面視による説明図である。なお、図３には、図２に示すＡ−Ａ´線によるピクセル部２の断面を模式的に示している。

図３に示すように、ピクセル部２は、例えば、シリコンウェハ等の半導体基板１００上に設けられる。かかるピクセル部２は、下層（受光面とは逆側の層）側から順に、多層配線２１が埋設された層間絶縁膜２２、素子分離領域２３によってそれぞれ電気的に分離される複数の光電変換素子２４、平坦化膜２５を備える。

また、複数の光電変換素子２４のうち、色画素の光電変換素子２４の受光面側には、平坦化膜２５を介してカラーフィルタＲ、Ｇが設けられる。一方、黒画素のＭ１の光電変換素子２４の受光面側には、平坦化膜２５を介して遮光部Ｍが設けられる。さらに、これら各カラーフィルタＲ、Ｇおよび遮光部Ｍの上面には、入射光を各光電変換素子２４へ集光するマイクロレンズＭＬが設けられる。

ここで、遮光部Ｍは、例えば、銅やアルミ等の遮光性を備えた金属膜によって形成される。なお、遮光部Ｍの材料は、銅やアルミに限定されるものではなく、遮光性を有するものであれば任意の材料であってもよく、入射光を反射する性質を備えた材料でもよい。

このように、遮光部Ｍは、黒画素Ｍ１における光電変換素子２４の受光面側で、色画素の光電変換素子２４の受光面側に設けられるカラーフィルタＲ、Ｇと同じ層に設けられる。これにより、黒画素Ｍ１の光電変換素子２４は、受光面から侵入してくる入射光が遮光部Ｍによって遮光され、隣設する色画素を介して斜めから侵入してくる入射光を選択的に受光することができる。

したがって、補正部３８は、色画素における光電変換素子２４の受光量から、黒画素Ｍ１における光電変換素子２４の受光量を減算することで、各色画素の光電変換素子２４により本来受光されるべき色の入射光の受光量を精度よく算出することができる。

なお、ピクセル部２の構成は、図３に示すものに限定されるものではない。ここで、図４を参照し、変形例に係るピクセル部２ａの構成について説明する。図４は、第１の実施形態の変形例に係るピクセル部２ａの一部を示す断面視による説明図である。なお、ここでは、図４に示す構成要素のうち、図３に示す構成要素と同様の機能を備える構成要素については、図３と同一の符号を付することにより、その説明を省略する。

図４に示すように、ピクセル部２ａは、光電変換素子２４よりも上層の構成が図３に示すものとは異なり、平坦化膜２５よりも下層の構成は、図３に示すものと同様である。このため、ここでは、ピクセル部２ａにおける光電変換素子２４よりも上層の構成について説明する。

ピクセル部２ａでは、色画素の光電変換素子２４の受光面上に平坦化膜２５が設けられ、黒画素Ｍ１の受光面上に遮光部Ｍが設けられる。つまり、遮光部Ｍは、黒画素Ｍ１における光電変換素子２４の受光面側で、色画素の光電変換素子２４の受光面に設けられる平坦化膜２５と同じ層に設けられる。

かかる遮光部Ｍにより、黒画素Ｍ１の光電変換素子２４は、受光面から侵入してくる入射光が遮光部Ｍによって遮光され、隣設する色画素を介して斜めから侵入してくる入射光を選択的に受光することができる。

また、ピクセル部２ａでは、平坦化膜２５が設けられる層のなかで、黒画素Ｍ１に対応する箇所に遮光部Ｍが設けられる。これにより、かかる遮光部Ｍは、平坦化膜２５よりも上層にカラーフィルタＲ、Ｇ、ＢやマイクロレンズＭＬ等を形成する際のアライメントマークとして使用することができる。

すなわち、かかるピクセル部２ａを形成する場合、光電変換素子２４上に平坦化膜２５および遮光部Ｍを形成した後、順次、カラーフィルタＲ、Ｇ、ＢとマイクロレンズＭＬとを形成する。このとき、カラーフィルタＲ、Ｇ、ＢおよびマイクロレンズＭＬは、対応する光電変換素子２４上へ正確に位置合わせをして形成する必要がある。

このため、一般に、ピクセル部を形成する場合、カラーフィルタおよびマイクロレンズの形成位置を合わせるためのアライメントマークが半導体基板上に形成される。

これに対し、ピクセル部２ａでは、例えば、光電変換素子２４上に平坦化膜２５を形成した後、平坦化膜２５の所定位置に開口を形成して黒画素Ｍ１における光電変換素子２４の受光面を露出させ、開口内に銅またはアルミを埋め込むことにより遮光部Ｍが形成される。

このように、ピクセル部２ａを形成する場合には、平坦化膜２５に開口を形成することで黒画素Ｍ１における光電変換素子２４の受光面が露出されるので、光電変換素子２４における受光面の正確な位置を取得することが可能である。そして、受光面上の正確な位置に遮光部Ｍが形成される。

したがって、ピクセル部２ａを形成する場合には、遮光部Ｍをアライメントマークとして用いることで、別途アライメントマークを形成することなく、カラーフィルタＲ、Ｇ、ＢおよびマイクロレンズＭＬを正確に位置合わせして形成することができる。

なお、遮光部Ｍは、平坦化膜２５と同じ層に形成される場合、図４に示す形状に限定されるものではない。例えば、遮光部Ｍは、下面形状が黒画素Ｍ１における光電変換素子２４の受光面形状と一致し、上面形状が黒画素Ｍ１におけるカラーフィルタＲ下面形状と一致するように、上面から下面へ向けて側面がテーパー状に形成されてもよい。

かかる形状とした場合、黒画素Ｍ１の光電変換素子２４は、遮光部Ｍの上面に設けられるカラーフィルタＲの側面下端スレスレの位置を経由して、隣設される色画素から侵入する入射光まで受光することができる。

これにより、黒画素Ｍ１における光電変換素子２４の受光量には、各色画素の光電変換素子２４へ隣設される色画素を介して斜め方向から侵入する入射光の受光量が、より正確に反映される。したがって、上記したように遮光部Ｍの側面がテーパー状に形成されることにより、補正部３８は、各色画素の受光量をより正確に補正することができるので、撮像画像の画質劣化をより一層抑制することができる。

次に、図５を参照し、補正部３８が実行する処理の一例について説明する。図５は、第１の実施形態に係る補正部３８が実行する処理の一例を示すフローチャートである。

図５に示すように、補正部３８は、各光電変換素子２４の受光量に応じたデジタルの画像信号を増幅部３７から取得する（ステップＳ１０１）。そして、補正部３８は、取得した画像信号から黒画素Ｍ１の画像信号を抽出し、黒画素Ｍ１の受光量を算出する（ステップＳ１０２）。

続いて、補正部３８は、各色画素の受光量を算出し、算出した各色画素の受光量から黒画素Ｍ１の受光量ｍを減算する補正を行う（ステップＳ１０３）。その後、補正部３８は、黒画素Ｍ１の受光量ｍを黒画素Ｍ１近傍における色画素の受光量で補間する処理を行う（ステップＳ１０４）。

このとき、補正部３８は、黒画素Ｍ１の光電変換素子２４に対応付けられている色と同色が対応付けられている周辺の光電変換素子２４の受光量を、黒画素Ｍ１の光電変換素子２４が受光した受光量とする補間処理を行う。

そして、補正部３８は、ステップＳ１０３で補正された各色画素の受光量に応じたデジタルの画像信号、および、ステップＳ１０４で補間された黒画素Ｍ１の受光量に応じたデジタルの画像信号を出力して（ステップＳ１０５）、処理を終了する。

上述したように、第１の実施形態に係る固体撮像装置は、複数の光電変換素子と、遮光部と、補正部とを備える。複数の光電変換素子は、入射光を受光量に応じた量の電荷へ光電変換する。遮光部は、複数の光電変換素子のうち、所定の光電変換素子における受光面側に配置され、所定の光電変換素子へ受光面側から入射する入射光を遮光する。補正部は、所定の光電変換素子によって受光される入射光の受光量に基づいて、所定の光電変換素子以外の光電変換素子によって受光される入射光の受光量を補正する。

かかる固体撮像装置によれば、所定の光電変換素子以外の光電変換素子による受光量から、受光面以外の面によって受光される入射光の受光量を差引くことができるので、撮像画像の画質劣化を抑制することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係るＣＭＯＳセンサについて説明する。第２の実施形態に係るＣＭＯＳセンサは、ピクセル部の構成が第１の実施形態に係るＣＭＯＳセンサ１と異なる。このため、ここでは、図６および図７を参照し、第２の実施形態に係るピクセル部２ｂについて説明する。

図６および図７は、第２の実施形態に係るピクセル部２ｂの一部を示す上面視による説明図である。なお、ここでは、便宜上、図６および図７に示す直交座標系におけるＹ軸の正方向を上、負方向を下、Ｘ軸の正方向を右、負方向を左として説明する。

第２の実施形態に係るＣＭＯＳセンサでは、遮光部Ｍが受光面側に配置される所定の光電変換素子２４は、対応付けられる色毎に、少なくとも１以上設けられる。つまり、ピクセル部２ｂは、本来赤画素が配置される位置に設けられる１以上の黒画素と、本来緑画素が配置される位置に設けられる１以上の黒画素と、本来青画素が配置される位置に設けられる１以上の黒画素とを備える。

具体的には、図６に示すように、ピクセル部２ｂでは、上下左右に緑画素が配置され、左上、右上、左下、右下に赤画素が配置されている本来青画素が配置されるべき位置に青用の黒画素Ｍ２が設けられる。また、ここでは、図示しないが、ピクセル部２ｂでは、図２に示す黒画素Ｍ１の位置、つまり、本来赤画素が配置されるべき位置に、赤用の黒画素Ｍ１が設けられる。

また、図７に示すように、本来緑画素が設けられる位置は、上下に赤画素が配置され且つ左右に青画素が配置される第１の緑画素位置と、上下に青画素が配置され且つ左右に赤画素が配置される第２の緑画素位置との２種類がある。

このため、ピクセル部２ｂでは、本来緑画素が配置される第１の緑画素位置に緑用の第１黒画素Ｍ３が設けられ、本来緑画素が配置される第２の緑画素位置に緑用の第２黒画素Ｍ４が設けられる。

このようにピクセル部２ｂが構成される場合、補正部３８は、赤画素Ｒ１（図２参照）の受光量から赤用の黒画素Ｍ１の受光量を差引くことで赤画素Ｒ１の受光量を補正する。また、補正部３８は、青画素Ｂ１の受光量から青用の黒画素Ｍ２の受光量を差引くことで青画素Ｂ１の受光量を補正する。

さらに、補正部３８は、第１の緑画素位置に位置する緑画素Ｇ１の受光量から緑用の第１黒画素Ｍ３の受光量を差引くことで第１の緑画素位置に位置する緑画素Ｇ１の受光量を補正する。また、補正部３８は、第２の緑画素位置に位置する緑画素Ｇ２の受光量から緑用の第２黒画素Ｍ４の受光量を差引くことで、第２の緑画素位置に位置する緑画素Ｇ２の受光量を補正する。

なお、補正部３８は、赤画素Ｒ１の補正された受光量に基づいて、赤用の黒画素Ｍ１の受光量を補間し、青画素Ｂ１の補正された受光量に基づいて、青用の黒画素Ｍ２の受光量を補間する。同様に、補正部３８は、緑画素Ｇ１、Ｇ２の補正された受光量に基づいて、緑用の第１黒画素Ｍ３および第２黒画素Ｍ４の受光量を補間する。

このように、第２の実施形態に係る固体撮像装置では、遮光部が受光面側に配置される所定の光電変換素子は、対応付けられる色毎に、少なくとも１以上設けられる。そして、補正部は、所定の光電変換素子によって受光される入射光の受光量に基づいて、所定の光電変換素子に対応付けられた色と同色が対応付けられた光電変換素子によって受光される入射光の受光量を補正する。

したがって、第２の実施形態に係る固体撮像装置は、各光電変換素子に隣設される光電変換素子に対応付けられる色の配置に応じて、各光電変換素子の受光量を補正することができるので、撮像画像の画質劣化をより一層抑制することが可能となる。

（第３の実施形態）
次に、図８および図９を参照し、第３の実施形態に係るＣＭＯＳセンサについて説明する。第３の実施形態に係るＣＭＯＳセンサのピクセル部２ｃは、第１の実施形態に係るピクセル部２ａ、２ｂと同じ黒画素Ｍ１に加え、黒画素Ｍ１に隣設される色画素の受光量を補正するための黒画素をさらに備える。

図８および図９は、第３の実施形態に係るピクセル部２ｃの一部を示す上面視による説明図である。なお、ここでは、便宜上、図８および図９に示す直交座標系におけるＹ軸の正方向を上、負方向を下、Ｘ軸の正方向を右、負方向を左として説明する。

図８に示すように、ピクセル部２ｃは、周囲が色画素１１〜１８によって囲まれた黒画素Ｍ１を備える。ここで、色画素１１は、右下以外の方向から本来受光すべきでない入射光が侵入するおそれがある。

また、色画素１２は下方向、色画素１３は左下方向、色画素１４は右方向、色画素１５は、左方向、色画素１６は右上方向、色画素１７は上方向、色画素１８は左上方向、以外の方向から本来受光すべきでない入射光が入射するおそれがある。

このため、黒画素Ｍ１の周囲に配置される色画素１１〜１８の受光量をより正確に補正するには、これらの色画素１１〜１８によって受光される本来受光すべきでない入射光の受光を取得する必要がある。

そこで、第３の実施形態に係るピクセル部２ｃは、図９に示すように、黒画素Ｍ１に加え、周縁部近傍に８個の黒画素Ｍ１１〜Ｍ１８が設けられる。さらに、黒画素Ｍ１１の右下、黒画素Ｍ１２の下、黒画素Ｍ１３の左下、黒画素Ｍ１４の右、黒画素Ｍ１５の左、黒画素Ｍ１６の右上、黒画素Ｍ１７の上、黒画素Ｍ１８の左上にも、それぞれ黒画素が設けられる。

これにより、黒画素Ｍ１１は右下、黒画素Ｍ１２は下、黒画素Ｍ１３は左下、黒画素Ｍ１４は右、黒画素Ｍ１５は左、黒画素Ｍ１６は右上、黒画素Ｍ１７は上、黒画素Ｍ１８は左上、以外の方向から侵入する入射光を受光する。つまり、黒画素Ｍ１１〜Ｍ１８は、図８に示す色画素１１〜１８が本来受光すべきでない入射光をそれぞれ受光する。

したがって、補正部３８は、色画素１１の受光量から黒画素Ｍ１１の受光量を差引くことで色画素１１の受光量を正確に補正することができる。同様に、補正部３８は、色画素１２〜１８の各受光量から、黒画素Ｍ１２〜Ｍ１８の各受光量をそれぞれ差引くことで、色画素１２〜１８の受光量を正確に補正することができる。

上述したように、第３の実施形態に係る固体撮像装置によれば、黒画素の周囲に配置される色画素の受光量についても正確に補正することができるので、撮像画像の画質劣化をさらに抑制することができる。

（第４の実施形態）
次に、図１０を参照し、第４の実施形態に係るＣＭＯＳセンサについて説明する。図１０は、第４の実施形態に係るピクセル部２ｄの一部を示す上面視による説明図である。なお、ここでは、便宜上、図１０に示す直交座標系におけるＹ軸の正方向を上、負方向を下、Ｘ軸の正方向を右、負方向を左として説明する。

図１０に示すように、ピクセル部２ｄは、周縁部に８個の黒画素Ｍ２１〜Ｍ２８が設けられる。具体的には、黒画素Ｍ２１はピクセル部２ｄの左上角、黒画素Ｍ２３はピクセル部２ｄの右上角、黒画素Ｍ２６はピクセル部２ｄの左下角、黒画素Ｍ２８はピクセル部２ｄの右下角にそれぞれ設けられる。さらに、黒画素Ｍ２１の右および下、黒画素Ｍ２３の左および下、黒画素Ｍ２６の上および右、黒画素Ｍ２８の上および左にも、それぞれ黒画素が設けられる。

また、黒画素Ｍ２２はピクセル部２ｄの上端、黒画素Ｍ２４はピクセル部２ｄの左端、黒画素Ｍ２５はピクセル部２ｄの右端、黒画素Ｍ２７はピクセル部２ｄの下端に、それぞれ設けられる。さらに、黒画素Ｍ２２の左右と左下と右下、黒画素Ｍ２４の上下と右上と右下、黒画素Ｍ２５の上下と左上と左下、黒画素Ｍ２７の左右と左上と右上にも、それぞれ黒画素が設けられる。

これにより、黒画素Ｍ２１へは右下から、黒画素Ｍ２２へは下から、黒画素Ｍ２３には左下から、黒画素Ｍ２４には右から、黒画素Ｍ２５には左から、黒画素Ｍ２６へは右上から、黒画素Ｍ２７へは上から、黒画素Ｍ２８へは左上から入射光が選択的に入射する。

したがって、補正部３８は、周囲に黒画素が存在しない色画素については、これら黒画素Ｍ２１〜Ｍ２８の受光量の合計を各色画素の受光量から差引くことで、各色画素の受光量を正確に補正することができる。

また、補正部３８は、周囲に黒画素が存在する色画素については、これら黒画素Ｍ２１〜Ｍ２８の受光量のうちいずれかを適切に組み合わせた合計を各色画素の受光量から差引くことで各色画素の受光量を正確に補正することができる。

なお、補正部３８は、図１０に示す各黒画素の受光量についても、黒画素の周囲に位置する色画素の補正された受光量に基づいて補間する。つまり、補正部３８は、各黒画素の光電変換素子２４と同色が対応付けられた色画素における光電変換素子２４の補正された受光量を用いて黒画素の受光量を補間する。

また、補正部３８は、補正対象の色画素に隣設される各色画素の色に応じた所定の係数（例えば、第１の実施形態に記載の係数）を、補正に使用する黒画素Ｍ２１〜Ｍ２８の受光量へ乗算して、補正対象の色画素の受光量から差引く補正を行うこともできる。

なお、図１０に示す黒画素は、第１〜第３の実施形態に記載のピクセル部２、２ａ、２ｂ、２ｃに設けられてもよい。これにより、補正部３８は、図１０に示す黒画素Ｍ２１〜Ｍ２８の受光量を適宜選択して補正に用いることにより、各黒画素に隣設される色画素の受光量をより正確に補正することができる。

上述したように、第４の実施形態に係る固体撮像装置によれば、黒画素に隣設される任意の色画素についても、各色画素の受光量を正確に補正することができるので、撮像画像の画質劣化をさらに抑制することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ＣＭＯＳセンサ、２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄピクセル部、１１〜１８色画素、２１多層配線、２２層間絶縁膜、２３素子分離領域、２４光電変換素子、２５平坦化膜、３１タイミングジェネレータ、３２垂直選択部、３３水平選択部、３４サンプリング部、３５ゲインコントロール部、３６Ａ／Ｄ変換部、３７増幅部、３８補正部、１００半導体基板、Ｒ、Ｇ、Ｂカラーフィルタ、Ｒ１赤画素、Ｂ１青画素、Ｇ１、Ｇ２緑画素、Ｍ遮光部、Ｍ１、Ｍ１１〜Ｍ１８、Ｍ２〜Ｍ４、Ｍ２１〜Ｍ２８黒画素、ＭＬマイクロレンズ

Claims

光電変換する入射光の色として、３原色のうちのいずれか一色がそれぞれ規則的に対応付けられ、入射光を受光量に応じた量の電荷へ光電変換する複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子のうち、所定の光電変換素子における受光面側に配置され、該所定の光電変換素子へ受光面側から入射する入射光を遮光する遮光部と、
前記所定の光電変換素子に対応付けられた色と異なる色が対応付けられた光電変換素子によって受光される入射光の受光量から、前記所定の光電変換素子によって受光される入射光の受光量に対して前記異なる色に応じた所定の係数を乗算した受光量を減算することで、前記異なる色が対応付けられた光電変換素子によって受光される入射光の受光量を補正する補正部と
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
前記遮光部は、
前記所定の光電変換素子以外の光電変換素子の受光面側に設けられるカラーフィルタと同じ層に設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
前記遮光部は、
前記所定の光電変換素子以外の光電変換素子の受光面上に設けられる平坦化膜と同じ層に設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
前記補正部は、
前記所定の光電変換素子に対応付けられた色と同色が対応付けられた光電変換素子によって受光される入射光の受光量から、前記所定の光電変換素子によって受光される入射光の受光量を減算することで、前記同色が対応付けられた光電変換素子の受光量を補正する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の固体撮像装置。
前記補正部は、
前記所定の光電変換素子に対応付けられた色と同色が対応付けられた光電変換素子の補正後の受光量に基づいて、該所定の光電変換素子によって受光される入射光の受光量を補間する
ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。