JP6053505B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、固体撮像装置に関する。
固体撮像装置は、例えば、複数の画素が行列状に配された画素部の読出速度を向上させる目的や、単位画素に含まれる２つの光電変換部の信号をそれぞれ個別に読み出す目的で、画素部の各列に複数の列信号線を備えうる。また、これらの列信号線の間には、該列信号線の間で互いに信号が干渉するいわゆるクロストークが生じないように、例えば、シールドパターンが設けられうる。
特開２００５−２１７３６６号公報
列信号線やシールドパターンの配線の数が増えると、これらの配線が、入射光を妨げることにより、固体撮像装置の各画素の開口率が低下しうる。
本発明の目的は、配線の数の増加による開口率の低下を抑制するために有利な技術を提供することにある。
本発明の一つの側面は固体撮像装置にかかり、前記固体撮像装置は、複数の画素が複数の行及び複数の列を有する行列状に配された画素部を有する固体撮像装置であって、前記複数の画素のうちの第１画素に配された第１光電変換部と、前記第１画素に配された第２光電変換部と、前記複数の画素のうちの第２画素であって前記第１画素が位置する行とは異なる行に位置する第２画素に配された第３光電変換部と、前記第２画素に配された第４光電変換部と、前記画素部の各列に配された少なくとも２本の列信号線を含む第１配線層と、前記第１配線層の上に配された第２配線層であって前記画素部の各列に配された少なくとも２本の列信号線を含む第２配線層と、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との双方に対して共通に設けられたマイクロレンズと、を備え、前記第１配線層の前記少なくとも２本の列信号線は、前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部からの信号をそれぞれ出力するように配され、前記第２配線層の前記少なくとも２本の列信号線は、前記第３光電変換部及び前記第４光電変換部からの信号をそれぞれ出力するように配されていることを特徴とする。
本発明によれば、固体撮像装置の各画素において、配線の数の増加による開口率の低下を抑制することができる。
第１実施形態の固体撮像装置の構成の一例を説明する図。 単位画素の構成の一例を説明する図。 第１実施形態の画素部のレイアウト例を説明する図。 固体撮像装置の構成の比較例を説明する図。 第１実施形態の固体撮像装置の構成例を説明する図。 画素部のベイヤ配列を説明する図。 第２実施形態の固体撮像装置の構成の一例を説明する図。 第２実施形態の画素部のレイアウト例を説明する図。 第３実施形態の固体撮像装置の構成の一例を説明する図。 第３実施形態の画素部のレイアウト例を説明する図。 固体撮像装置の構成の比較例を説明する図。 第３実施形態の固体撮像装置の構成例を説明する図。 第４実施形態の固体撮像装置の構成の一例を説明する図。 単位画素の構成の一例を説明する図。 第４実施形態の画素部のレイアウト例を説明する図。 位相差検出法による焦点検出処理の一例を説明する図。 位相差検出法を説明する図。 固体撮像装置の構成の他の例を説明する図。 固体撮像装置の構成の他の例を説明する図。 固体撮像装置の構成の他の例を説明する図。
（第１実施形態）
図１乃至５を参照しながら、第１実施形態の固体撮像装置１１を説明する。図１は、固体撮像装置１１の構成を説明するブロック図である。固体撮像装置１１は、複数の画素３が複数の行及び複数の列を有する行列状に配された画素部２を備えている。ここでは、説明の簡略化のため、４行×４列の画素３を備える画素部２を描いている。画素部２から読み出された画素信号のそれぞれを水平走査回路８Ａ及び８Ｂに伝達するため、それぞれ第１列信号線４Ａ及び第２列信号線４Ｂが配されている。ここでは、画素部２の奇数行目（第１行目及び第３行目）の画素３の画素信号は第１列信号線４Ａに出力されている。また、偶数行目（第２行目及び第４行目）の画素３の画素信号は第２列信号線４Ｂに出力されている。また、画素部２の各列には、電源配線５及び電源配線６が配されている。また、タイミング制御回路９Ａは、水平走査回路８Ａに制御信号を出力し、画素信号の処理のタイミングを制御しうる。同様にして、タイミング制御回路９Ｂは、水平走査回路８Ｂに制御信号を出力しうる。また、垂直走査回路７は、画素部２の画素３のそれぞれに、画素信号を読み出すための制御信号（ＲＥＳ１、ＴＸ１、ＳＥＬ１等）をそれぞれ出力しうる。ここで、制御信号（ＲＥＳ１、ＴＸ１、ＳＥＬ１等）についての画素部２への結線は省略しているが、後述のようにして、画素３を制御すればよい。水平走査回路８Ａ及び８Ｂのそれぞれは、例えば、雑音除去回路、増幅回路、アナログデジタル変換回路等を含みうる。この構成により、垂直走査回路７によって画素部２から出力された画素信号のそれぞれは、水平走査回路８Ａ又は８Ｂによって信号処理が為され、読み出されうる。
図２は、画素３（単位画素）の回路の構成例を示す。画素３は、光電変換部１０（例えば、フォトダイオード）、転送トランジスタ１１、フローティングディフュージョン容量１４、リセットトランジスタ１５、ソースフォロワトランジスタ１７、選択トランジスタ１８を含んでいる。画素３は、電源端子２１がＶＤＤ電源（電源配線５）と接続され、電源端子２２が接地電源（電源配線６）と接続されている。転送トランジスタ１１のゲート端子１２には、制御信号ＴＸ１が与えられる。制御信号ＴＸ１が活性化されると、光電変換部１０において受光によって発生し蓄積された電荷が、転送トランジスタ１１によって、フローティングディフュージョン容量１４に転送される。ソースフォロワトランジスタ１７に流れる電流量は、フローティングディフュージョン容量１４に転送された電荷によって生じたノード１３の電位の変動に応じて変化しうる。選択トランジスタ１８のゲート端子１９には、制御信号ＳＥＬ１が与えられる。制御信号ＳＥＬ１が活性化されると、選択トランジスタ１８は、ソースフォロワトランジスタ１７の電流量に応じた画素信号を画素信号出力部２０から出力しうる。画素信号出力部２０は、図１に例示されるように、第１又は第２列信号線４Ａ又は４Ｂに接続されている。また、リセットトランジスタ１５のゲート端子には、制御信号ＲＥＳ１が与えられる。制御信号ＲＥＳ１が活性化されると、リセットトランジスタ１５はノード１３の電位をリセットしうる。
図３には、固体撮像装置１１の画素部２のうち、２行×３列の画素３のレイアウト上面図を模式的に描いている。図３を見やすくするため、制御信号（ＲＥＳ１、ＴＸ１、ＳＥＬ１等）の配線の記載を省略している。また、第３列目の画素３については、第１及び第２列信号線４Ａ及び４Ｂ、並びに、電源配線５及び６の描写を省略している。
図４には、参考例として、図３におけるカットラインＡ−Ｂの断面構造について、第１及び第２列信号線４Ａ及び４Ｂが同一の配線層に配された典型的な構造を模式的に表している。また、図４のうち左側には、マイクロレンズ２５からカラーフィルタ２４を介して入射した光が光電変換部１０において受光されている様子を描いている。画素部２は、第１配線層Ｍ１、及び第１配線層Ｍ１の上に配される第２配線層Ｍ２を含んでいる。第１配線層Ｍ１は、例えば、複数の配線層のうち最下層のものでありうる。この参考例では、第１及び第２列信号線４Ａ及び４Ｂは、ともに、第１配線層Ｍ１に配されている。また、第１列信号線４Ａと第２列信号線４Ｂとの間には、導電性のシールドパターン（例えば、電源配線５）が配されている。これらは、配線間距離Ｗ１（例えば、製造プロセスで決定されうる最小加工寸法）だけ離れて、それぞれ配されている。また、第２配線層Ｍ２には、他のシールドパターン（例えば、電源配線６）が配されている（第２のシールドパターン）。これらのシールドパターンには、本実施形態のように、ＶＤＤ電源用の電源配線５及び接地用（ＧＮＤ）の電源配線６が用いられることができ、その他の基準電位が与えられる配線が用いられてもよい。実線Ｌ１は、マイクロレンズ２５に入射した光の光路が、第１及び第２列信号線４Ａ及び４Ｂによって妨げられない範囲を示している。
図５（ａ）は、本実施形態を適用した場合のカットラインＡ−Ｂの断面構造を模式的に表したものである。ここで、第１配線層Ｍ１は、画素部２の各列に配された第１列信号線４Ａを含んでいる。また、第２配線層Ｍ２は、画素部２の各列に配された第２列信号線４Ｂを含んでいる。このとき、第１配線層Ｍ１及び第２配線層Ｍ２のうち少なくとも第１配線層Ｍ１は、導電性のシールドパターンをさらに備えているとよい。シールドパターン（ここでは、電源配線５）は、第１配線層Ｍ１の第１列信号線４Ａに隣接するように配されている。また、第２列信号線４Ｂは、第１列信号線４Ａの直上からずれた位置に配されている。ここでは、第２配線層Ｍ２も他のシールドパターン（ここでは、電源配線６）を備えており、第２列信号線４Ｂに隣接するように配されている。図５（ａ）に示される実線Ｌ２は、マイクロレンズ２５に入射した光の光路が、第２列信号線４Ｂ及びシールドパターン（電源配線６）によって妨げられない範囲を示している。また、図５（ａ）に示される破線Ｌ１は、前述の参考例（図４）における実線Ｌ１と同じものを示す。ここで、Ｌ１とＬ２とを比較して分かるように、本実施形態の配線の配置によって、光電変換部１０は、より多くの光を受光しうる。この現象は、特に、画素部２の中央の領域より周辺の領域において顕著になりうる。
以上のように、本実施形態によると、複数の列信号線を異なる配線層に配することにより、光路を妨げる領域を小さくし、よって、固体撮像装置１１の開口率の低下を抑制することができる。また、本実施形態の他の効果として、第２配線層Ｍ２に配された第２列信号線４Ｂが、第１配線層Ｍ１に配された第１列信号線の直上からずれた位置に配されることにより、列信号線間のクロストークノイズを抑制することができる。また、さらに、クロストークノイズの防止方法として、列信号線の上下左右にシールドパターンを配することもできるが、本実施形態では、列信号線の一方の側、及び上若しくは下のみにシールドパターンが配されている。よって、本実施形態では、配線容量による画像信号の伝搬遅延を抑制することもできる。
また、図５（ｂ）は、図５（ａ）の構造から配線の位置を変更した応用例を模式的に表したものである。即ち、第１配線層Ｍ１における第１列信号線４Ａとシールドパターン（電源配線５）とを、図５（ａ）に示される光路の範囲（実線Ｌ２）を妨げないように、これらの距離をＷ２に広げて配している。この距離Ｗ２は、例えば、第１列信号線４Ａについての配線容量と第２列信号線４Ｂについての配線容量との容量値の差が許容される範囲内で決定すればよい。これよって、さらに、例えば、配線の形成工程における配線同士の短絡の発生を低減し、歩留まりの向上を図ることもできる。
（第２実施形態）
図６乃至８を参照しながら、第２実施形態の固体撮像装置１２を説明する。固体撮像装置１２は、第１実施形態の固体撮像装置１１に、図６に例示されるベイヤ配列のカラーフィルタを適用したものである。図６で示される記号について、ＲＤは赤色光を検知する画素（赤画素）を示し、ＢＬは青色光を検知する画素（青画素）を示し、ＧＲ及びＧＢは緑色光を検知する画素（緑画素）を示し、Ｈは列を示し、また、Ｌは行を示す。図７には、第１実施形態と同様にして、固体撮像装置１２の構成を説明するブロック図を示す。画素部２には、赤色光を検知する画素３ＲＤ、青色光を検知する画素３ＢＬ、緑色光を検知する画素３ＧＲ及び３ＧＢを描いている。ここでは、画素３ＧＲ及び３ＧＢの画素信号出力部２０が第１列信号線４Ａに接続されており、画素３ＲＤ及び３ＢＬの画素信号出力部２０が第１列信号線４Ｂに接続されている。図８には、第１実施形態と同様にして、固体撮像装置１２の画素部２のうち、２行×３列の画素（３ＲＤ、３ＢＬ、３ＧＲ及び３ＧＢ）のレイアウト上面図を模式的に描いている。
水平走査回路８Ａに含まれうる雑音除去回路では、画素（３ＲＤ、３ＢＬ、３ＧＲ及び３ＧＢ）のそれぞれの画素信号を読み出す際に、ノード１３の電位がリセットされたときの出力がノイズレベルとして予めクランプされうる。その後、読み出された信号とこのノイズレベルとの差分を読み出すことによりノイズが除去され、画素信号として処理されうる。また、画素３ＧＲ及び３ＧＢの出力は、同一の方向にある水平走査回路８Ａにおいて信号処理が為されるため、水平走査回路８Ａに起因するノイズレベルを揃えることができる。よって、本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果に加え、水平走査回路８Ａに起因するノイズレベルを切り分けることができる。
（第３実施形態）
図９乃至１２を参照しながら、第３実施形態の固体撮像装置１３を説明する。図９には、第１及び第２実施形態と同様にして、固体撮像装置１３の構成を説明するブロック図を示す。本実施形態は、画素部２の各列に列信号線が４本（４Ａ乃至４Ｄ）ずつ配されている点で、第１及び第２実施形態と異なり、また、第２実施形態と同様にして、ベイヤ配列のカラーフィルタを適用している。ここでは、第１行目、第１列目の画素３ＧＲ、及び第２行目、第２列目の画素３ＧＢのそれぞれの画素信号出力部２０は、列信号線４Ａに接続されている。第１行目、第２列目の画素３ＲＤ、及び第２行目、第１列目の画素３ＢＬのそれぞれの画素信号出力部２０は、列信号線４Ｂに接続されている。第３行目、第１列目の画素３ＧＲ、及び第４行目、第２列目の画素３ＧＢのそれぞれの画素信号出力部２０は、列信号線４Ｃに接続されている。また、第３行目、第２列目の画素３ＲＤ、及び第４行目、第１列目の画素３ＢＬのそれぞれの画素信号出力部２０は、列信号線４Ｄに接続されている。その他の画素についても、同様である。図１０には、第１及び第２実施形態と同様にして、固体撮像装置１３の画素部２のうち、４行×３列の画素（３ＲＤ、３ＢＬ、３ＧＲ及び３ＧＢ）のレイアウト上面図を模式的に描いている。
図１１は、図１０におけるカットラインＣ−Ｄの断面構造の参考例を模式的に表したものである。この参考例では、第１配線層Ｍ１は、列信号線４Ａ乃至４Ｄを含んでいる。また、第２配線層Ｍ２は、シールドパターン（例えば、電源配線５及び６）を含んでいる。また、図１１の右側には、互いに隣接する配線の間に生じうる寄生容量成分を模式的に示している。但し、水平方向、又は垂直方向に隣接する配線同士の容量成分（フリンジ容量成分を含む。）について描いており、これに対して、その他（例えば、斜め方向に位置する配線、２層以上離れている配線等）の容量成分は小さいので省略している。第１配線層Ｍ１において互いに隣り合う配線の間に生じうる容量成分をＣＬ１とする。また、第１配線層Ｍ１の配線層と、その直上の第２配線層Ｍ２の配線層との間に生じうる容量成分をＣＨ１とする。このとき、列信号線４Ａ及び４Ｄに生じうる容量成分は、共にＣＬ１であり、一方、列信号線４Ｂ及び４Ｃに生じうる容量成分は２×ＣＬ１＋ＣＨ１であり、列信号線の間で、容量値の差（ＣＬ１＋ＣＨ１）が生じうる。この差は、列信号線４Ａ乃至４Ｄに信号伝搬の遅延差をもたらし、その後の信号処理は、遅延の大きい列信号線に律束されることになる。また、この比較例の構造では、列信号線が隣接することによって、信号のクロストークを生じさせうる。
図１２（ａ）は、本実施形態を適用した場合のカットラインＣ−Ｄの断面構造を模式的に表したものである。ここで、第１配線層Ｍ１及び第２配線層Ｍ２のうち少なくとも第１配線層Ｍ１は、導電性のシールドパターン（ここでは、電源配線５）をさらに備えている。また、第１配線層Ｍ１の第１列信号線は、少なくとも２本の列信号線（ここでは、４Ａ及び４Ｃ）を有している。シールドパターン（電源配線５）は、これら２本の列信号線（４Ａ及び４Ｃ）の間に配されている。また、第２配線層Ｍ２も、２本の列信号線（ここでは、４Ｂ及び４Ｄ）と、これら２本の列信号線（４Ｂ及び４Ｄ）の間に配された他のシールドパターン（ここでは、電源配線６）とを有している。図１２（ａ）の右側には、図１１と同様に、互いに隣接する配線の間に生じうる寄生容量成分を模式的に示している。第１配線層Ｍ１において互いに隣り合う配線の間に生じうる容量成分をＣＬ２とし、第２配線層Ｍ２において互いに隣り合う配線の間に生じうる容量成分をＣＬ３とする。また、第１配線層Ｍ１の配線層と、その直上の第２配線層Ｍ２の配線層との間に生じうる容量成分をＣＨ２とする。このとき、列信号線４Ａ及び４Ｃに生じうる容量成分は、ＣＬ２＋ＣＨ２であり、一方で、列信号線４Ｂ及び４Ｄに生ずるに生じうる容量成分は、ＣＬ３＋ＣＨ２とであり、これらの容量値の差は｜ＣＬ２−ＣＬ３｜である。よって、前述の参考例に対して、列信号線４Ａ乃至４Ｄに信号伝搬の遅延差が抑制されうる。
その他、図１２（ａ）に例示されるように、同色の画素信号を伝搬させるための列信号線は、同一の配線層においてシールドパターンに対して対称になるように配置するとよい（例えば、４Ａと４Ｃ、又は４Ｂと４Ｄ）。また、この構造において、異なる配線層との間の容量成分ＣＨ２は、同一の配線層において隣接する配線同士の容量成分ＣＬ２及びＣＬ３よりも小さいと良い。また、直上又は直下の配線層にシールドパターンをさらに追加しても良い。
以上のように、本実施形態によると、複数の列信号線を異なる配線層に配することにより、光路を妨げる領域を小さくし、よって、固体撮像装置１１の開口率の低下を抑制することができる。また、一般的には、層間絶縁膜の厚さの方が、同一配線層において互いに隣接する配線間の距離（例えば、製造プロセスで決定されうる最小加工寸法）より大きい。よって、本実施形態の他の効果として、同一配線層において隣接する配線間容量よりも異なる配線層間の配線間容量が小さく、列信号線間のクロストークノイズを抑制することができる。また、さらに、クロストークノイズの防止方法として、列信号線の上下左右にシールドパターンを配することもできるが、本実施形態では、列信号線の一方の側、及び上若しくは下のみにシールドパターンが配されている。よって、本実施形態では、配線容量による画像信号の伝搬遅延を抑制することもできる。
また、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の構造について、配線の位置を変更した応用例を模式的に表したものである。即ち、第１配線層Ｍ１における列信号線４Ａ及び４Ｃ、並びにシールドパターン（電源配線５）について、第１実施形態と同様にして、例えば、これらの距離をＷ３からＷ４に広げて配している。これによって、光電変換部１０の受光量を確保しつつ、例えば、配線の形成工程における配線同士の短絡の発生を低減し、歩留まりの向上を図ることもできる。図１２（ｂ）の右側には、同様にして、互いに隣接する配線の間に生じうる寄生容量成分を模式的に示している。第１配線層Ｍ１において互いに隣り合う配線の間に生じうる容量成分をＣＬ４とし、第２配線層Ｍ２において互いに隣り合う配線の間に生じうる容量成分をＣＬ５とする。また、第１配線層Ｍ１の配線層と、その直上の第２配線層Ｍ２の配線層との間に生じうる容量成分をＣＨ３とする。この距離Ｗ４は、例えば、列信号線４Ａ乃至４Ｄに生じうる容量成分の差｜ＣＬ４−ＣＬ５｜が許容される範囲内で決定すればよい。
また、さらに、図１２（ｃ）は、シールドパターン（ここでは、電源配線６）を、第２配線層Ｍ２ではなく、他の配線層（例えば、第３配線層）に配している。図１２（ｃ）の右側には、同様にして、互いに隣接する配線の間に生じうる寄生容量成分を模式的に示している。第１配線層Ｍ１において互いに隣り合う配線の間に生じうる容量成分をＣＬ６とし、第２配線層Ｍ２において互いに隣り合う配線の間に生じうる容量成分をＣＬ７とする。また、第１配線層Ｍ１の配線層と、その直上の第２配線層Ｍ２の配線層との間に生じうる容量成分をＣＨ４とする。このとき、ＣＬ７がＣＨ４に対して十分小さければ、隣接する列信号線（４Ｂ及び４Ｄ）同士のクロストークは抑えられうる。これは、例えば、各列信号線（４Ａ〜４Ｄ）の配線容量のそれぞれについての容量値の差が許容される範囲内で為されればよい。このように、シールドパターン（電源配線６）を他の配線層（例えば、第３配線層）に配してもよい。
（第４実施形態）
図１３乃至１５を参照しながら、第４実施形態の固体撮像装置１４を説明する。図１３には、第３実施形態と同様にして、固体撮像装置１４の構成を説明するブロック図を示す。本実施形態は、単位画素３のそれぞれは、２つの光電変換部（フォトダイオード１０Ａ及び１０Ｂ）を備えている点で、第３実施形態と異なる。即ち、フォトダイオード１０Ａ及び１０Ｂには、これらに対して共通のマイクロレンズを通して、光が入射する。フォトダイオード１０Ａ及び１０Ｂのそれぞれから読み出された信号は、例えば、焦点検出用の信号を含み、その後、後述するような処理検出処理に用いられうる。フォトダイオード１０Ａ及び１０Ｂは、それぞれ、図１４に例示されるように、転送トランジスタ１１等、信号を読み出すための各種トランジスタに接続されている。以下では、これらをそれぞれ、分割画素（３ＲＤ−Ａ、３ＢＬ−Ａ、３ＧＲ−Ａ、３ＧＢ−Ａ、３ＲＤ−Ｂ、３ＢＬ−Ｂ、３ＧＲ−Ｂ、及び３ＧＢ−Ｂ）と呼ぶ。図１４では、選択トランジスタ１８を含まない回路構成を採用しているが、第１実施形態（図２）で述べたように選択トランジスタ１８を含む回路構成を採用してもよい。
ここでは、第１行目、第１列目の分割画素３ＧＲ−Ａ、及び第２行目、第２列目の分割画素３ＧＢ―Ａのそれぞれの画素信号出力部２０Ａは、列信号線４Ａに接続されている。第１行目、第２列目の分割画素３ＲＤ―Ａ、及び第２行目、第１列目の分割画素３ＢＬ―Ａのそれぞれの画素信号出力部２０Ａは、列信号線４Ｂに接続されている。第１行目、第１列目の分割画素３ＧＢ−Ｂ、及び第２行目、第２列目の分割画素３ＧＲ−Ｂのそれぞれの画素信号出力部２０Ｂは、列信号線４Ｃに接続されている。第１行目、第２列目の分割画素３ＲＤ−Ｂ、及び第２行目、第１列目の分割画素３ＢＬ−Ｂのそれぞれの画素信号出力部２０Ｂは、列信号線４Ｄに接続されている。その他の画素についても、同様である。図１５には、第１乃至第３実施形態と同様にして、固体撮像装置１４の画素部２のうち、２行×３列の画素３のレイアウト上面図を模式的に描いている。
このように、単位画素３が２つのフォトダイオード１０Ａ及び１０Ｂを有し、これらの信号のそれぞれを個別に読み出す場合において、本実施形態のように列信号線４Ａ乃至４Ｄを配するとよい。これにより、画素部２の画素信号の読出速度を維持しつつ、第１乃至第３実施形態と同様の効果が得られうる。
図１８に第４実施形態の変形例１を示す。図１３乃至１５と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し詳細な説明は省略する。図１８（ａ）は図１５と同様に固体撮像装置１４の画素部２のうち、２行×３列の画素３のレイアウト上面図を模式的に描いている。図１８（ｂ）は列信号線と電源配線の部分の断面構造を模式的に示している。本変形例では図１８（ｂ）に示すように、１列目においては、第１層目の配線層で分割画素３ＢＬ−Ａ、３ＢＬ−Ｂの信号を読出し、第２層目の配線層で分割画素３ＧＲ−Ａ、３ＧＲ−Ｂの信号を読み出している。２列目においては、第１層目の配線層で分割画素３ＲＤ−Ａ、３ＲＤ−Ｂの信号を読出し、第２層目の配線層で分割画素３ＧＢ−Ａ、３ＧＢ−Ｂの信号を読み出している。このようなレイアウトによれば列信号線における混色の影響を低減し得る。
図１９に、図１８と同様にして、変形例２を示す。本変形例の変形例１との違いは、列信号線のレイアウトである。列信号線を分割画素の間ではなく、隣接する画素の間に配している。更に、同色（同種の色）の信号を伝達する列信号線を異なる配線層に振り分け、近接して配置している。このようなレイアウトによれば、近接する列信号線が同色の信号を伝達するため、列信号線における混色の影響を低減し得る。
図２０に、図１８と同様にして、変形例３を示す。本変形例の変形例２との違いは、列信号線のレイアウトである。本変形例においては、３ＧＲ−Ａ、３ＧＲ−Ｂ、３ＧＢ−Ａ、３ＧＢ−Ｂの信号を伝達する列信号線を二つの層を用い、近接して配置させている。このようなレイアウトによれば、列信号線における緑画素の信号に対する混色の影響を低減し得る。
以下では、図１６乃至１７を参照しながら、焦点検出処理の一例を説明する。図１６は、撮影レンズ９００の射出瞳９０２から出た光束が固体撮像装置９０１に入射する様子を模式的に示した図である。固体撮像装置９０１は、単位画素ごとに、マイクロレンズ２０２、カラーフィルタ３０１、及び２つの光電変換部ＰＤ１及びＰＤ２を備えている。射出瞳９０２を通過した光は、光軸９０３を中心として固体撮像装置９０１に入射する。射出瞳９０２の一部の領域９０４を通過する光の最外周の光線を９０６及び９０７で示している。また、射出瞳９０２の他の一部の領域９０５を通過する光の最外周の光線を９０８及び９０９で示している。図１６において、射出瞳９０２を通過した光束のうち、光軸９０３より上側に描かれている光束は光電変換部ＰＤ１に入射し、下側に描かれている光束は光電変換部ＰＤ２に入射する。つまり、光電変換部ＰＤ１及びＰＤ２のそれぞれは、撮影レンズ９００の射出瞳９０２の互いに異なる領域を通過した光をそれぞれ受光する。
例えば、画素部のうちの１つの列における各画素に、光が入射することによって出力された光電変換部ＰＤ１の信号のそれぞれを第１ラインデータとする。同様にして、出力された光電変換部ＰＤ２の信号のそれぞれを第２ラインデータとする。例えば、焦点検出処理を行う処理部（不図示）は、第１ラインデータと第２ラインデータとの差（位相差）から、焦点が合っているかどうかの判断を行いうる。
図１７（ａ）は、点光源を結像したときの焦点が合っている状態のラインデータを示し、図１７（ｂ）は、焦点が合っていない状態のラインデータを示す。横軸は、各画素のそれぞれの位置を表し、縦軸は各画素のそれぞれの出力値を表している。焦点が合っている状態では、第１ラインデータと第２ラインデータとは重なっている。これに対して、焦点が合っていない状態では、第１ラインデータと第２ラインデータとは重なっていない。このとき、処理部は、これらの出力のずれ量１００１から焦点を合わせるためにレンズ位置をどれだけ移動させればよいかを算出しうる。焦点検出処理は前述の処理部によってなされてもよいし、焦点検出処理を実行する演算部が固体撮像装置に含まれてもよく、適宜変更が可能である。また、画素部の中央の領域よりも周辺領域の方が、各画素の光電変換部ＰＤ１とＰＤ２との間に入射光量の大きな差が生じうるため、焦点検出用の画素は、画素部の周辺領域に配するとよい。
次に、これらの画素配置における画像データ生成について述べる。前述のように、２つの光電変換部ＰＤ１及びＰＤ２から出力された信号のそれぞれは、別々に読み出され、焦点検出に用いられうる。また、各画素３に光が入射することによって出力された光電変換部ＰＤ１及びＰＤ２の信号のそれぞれを加算することにより、各画素３の画素信号が得られる。但し、ＰＤ１及びＰＤ２のうち、例えば、一方の光電変換部において発生し蓄積された電荷の電荷量が飽和状態となったときは、その信号の信頼性は低いと判断して位相検知を行わない、又は位相検知を停止するというシーケンスを採ることもできる。このように、光電変換部ＰＤ１及びＰＤ２の状態（電荷量や信号）に応じて、上記動作を制御してもよい。
以上の４つの実施形態を述べたが、本発明はこれらに限られるものではなく、目的、状態、用途、機能、およびその他の仕様の変更が適宜可能であり、他の実施形態によっても実施されうることは言うまでもない。例えば、列信号線４Ａ〜４Ｄのそれぞれの配置は、これらの各実施形態に限られず、列信号線４Ａ及び４Ｃが第２配線層Ｍ２に配され、列信号線４Ｂ及び４Ｄが第１配線層Ｍ１に配されてもよい。また、例えば、導電性のシールドパターンには、上記各実施形態においては、ＶＤＤ電源用の電源配線５及び接地用（ＧＮＤ）の電源配線６を用いているが、その他の用途のものを用いてもよい。また、例えば、上記各実施形態においては、ベイヤ配列のカラーフィルタを用いたが、その他のカラーフィルタを用いてもよいし、モノクロームのセンサとして実施してもよい。また、例えば、画素部２は、以上の実施形態においてはＣＭＯＳイメージセンサとして説明したが、その他の如何なるセンサでもよい。また、各実施形態で示された各機能ブロックの動作制御は、コンピュータ上で稼動しているＯＳ等が、コントローラと共に、または、コントローラに代わって、その一部または全部を行ってもよい。
以上では、カメラに含まれる固体撮像装置について述べたが、カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。カメラは、上記の実施形態として例示された本発明に係る固体撮像装置と、この固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部とを含みうる。この処理部は、例えば、Ａ／Ｄ変換器、および、このＡ／Ｄ変換器から出力されるデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。

Claims (10)

  1. 複数の画素が複数の行及び複数の列を有する行列状に配された画素部を有する固体撮像装置であって、
    前記複数の画素のうちの第１画素に配された第１光電変換部と、
    前記第１画素に配された第２光電変換部と、
    前記複数の画素のうちの第２画素であって前記第１画素が位置する行とは異なる行に位置する第２画素に配された第３光電変換部と、
    前記第２画素に配された第４光電変換部と、
    前記画素部の各列に配された少なくとも２本の列信号線を含む第１配線層と、
    前記第１配線層の上に配された第２配線層であって前記画素部の各列に配された少なくとも２本の列信号線を含む第２配線層と、
    前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との双方に対して共通に設けられたマイクロレンズと、を備え、
    前記第１配線層の前記少なくとも２本の列信号線は、前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部からの信号をそれぞれ出力するように配され、
    前記第２配線層の前記少なくとも２本の列信号線は、前記第３光電変換部及び前記第４光電変換部からの信号をそれぞれ出力するように配されている
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 複数の画素が複数の行及び複数の列を有する行列状に配された画素部を有する固体撮像装置であって、
    前記複数の画素のうちの第１画素に配された第１光電変換部と、
    前記第１画素に配された第２光電変換部と、
    前記複数の画素のうちの第２画素であって前記第１画素が位置する行とは異なる行に位置する第２画素に配された第３光電変換部と、
    前記第２画素に配された第４光電変換部と、
    前記画素部の各列に配された少なくとも２本の列信号線を含む第１配線層と、
    前記第１配線層の上に配された第２配線層であって前記画素部の各列に配された少なくとも２本の列信号線を含む第２配線層と、
    前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との双方に対して共通に設けられたマイクロレンズと、を備え、
    前記第１配線層の前記少なくとも２本の列信号線は、前記第１光電変換部及び前記第３光電変換部からの信号をそれぞれ出力するように配され、
    前記第２配線層の前記少なくとも２本の列信号線は、前記第２光電変換部及び前記第４光電変換部からの信号をそれぞれ出力するように配されている
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  3. 前記第１画素と前記第２画素とは互いに同じ列に位置している
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置。
  4. 前記第１配線層は、導電性のシールドパターンをさらに含み、
    前記シールドパターンは、前記第１配線層の前記少なくとも２本の列信号線に隣接するように配され、
    前記第２配線層の前記少なくとも２本の列信号線は、いずれも、前記第１配線層の前記少なくとも２本の列信号線の直上からずれた位置に配されている、
    ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  5. 前記第１配線層は、導電性のシールドパターンをさらに含み、
    前記シールドパターンは、前記第１配線層の前記少なくとも２本の列信号線の間に配されている、
    ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  6. 前記第２配線層は、導電性の第２のシールドパターンをさらに含み、
    前記第２のシールドパターンは、前記第２配線層の前記少なくとも２本の列信号線の間に配されている、
    ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  7. 前記複数の画素は、ベイヤ配列にしたがって配列されており、
    前記第１配線層の前記少なくとも２本の列信号線は、第１の色の画素信号を伝搬し、
    前記第２配線層の前記少なくとも２本の列信号線は、前記第１の色とは異なる第２の色の画素信号を伝搬する、
    ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  8. 前記複数の画素は、ベイヤ配列にしたがって配列されており、
    前記第１配線層の前記少なくとも２本の列信号線と、前記第２配線層の前記少なくとも２本の列信号線とは、第１の色の画素信号を伝搬する部分を含む、
    ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  9. 前記複数の画素は、ベイヤ配列にしたがって配列されており、
    前記第１配線層の前記少なくとも２本の列信号線のうちの１つと、前記第２配線層の前記少なくとも２本の列信号線のうちの１つとは、互いに同種の色の画素信号を伝搬する、
    ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部と、
    を備えることを特徴とするカメラ。
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