JP6274567B2 - 固体撮像装置及び撮像システム - Google Patents

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Description

本発明は固体撮像装置及びそれを用いた撮像システムに関する。
特許文献1には、光電変換部と、光導波路と、光電変換部から電荷が転送される電荷蓄積部とを備えた画素が配列された固体撮像装置が開示されている。光導波路は光電変換部への集光のために設けられている。光電変換部以外の領域は遮光膜で覆われている。電荷蓄積部は光電変換部からの電荷蓄積部への電荷の転送開始と終了を全ての画素に対して同時に行うことにより、面内同期型電子シャッタが実現される旨が特許文献1に記載されている。
特開2011−238949号公報
光が電荷蓄積部に入射されると、電荷蓄積部で電荷が生成され、ノイズの原因となり得る。特許文献1には、光導波路と遮光部との位置関係が具体的に開示されていない。光導波路と遮光部との位置関係によっては、入射された光が電荷蓄積部に入射され、ノイズが発生する場合がある。
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、ノイズの発生を抑制することを目的とする。
本発明の一態様に係る固体撮像装置は、半導体基板と、半導体基板に配され、入射された光を光電変換して信号電荷を生成する光電変換部と、光電変換部から転送される信号電荷を蓄積する電荷蓄積部と、光電変換部から電荷蓄積部に電荷を転送するための制御電極を有するトランジスタと、電荷蓄積部の信号電荷が転送されるフローティングディフュージョン部と、を含む複数の画素と、入射された光を光電変換部に導くための導波路と、少なくとも電荷蓄積部を覆うように設けられた遮光部と、を備え、遮光部は、制御電極を覆う第1の部分と、半導体基板の上に絶縁層を介して配され、かつ、光電変換部の一部を覆うように半導体基板の表面に沿って延びた第2の部分とを含み、導波路と半導体基板との間に絶縁層が配され、導波路と半導体基板との間隔が、遮光部の第2の部分と半導体基板との間隔よりも大きく、かつ、遮光部の第2の部分の上面と半導体基板との距離よりも小さいことを特徴とする。
本発明の固体撮像装置によれば、ノイズの発生を抑制することができる。
第1の実施形態に係る画素の回路構成を示す図である。 第1の実施形態に係る画素の平面図(a)及び断面図(b)である。 第1の実施形態に係る遮光膜と導波路の位置関係を説明する図である。 第1の実施形態に係る遮光膜と導波路の位置関係の変形例を説明する図である。 第2の実施形態に係る遮光膜と導波路の位置関係を説明する図である。 第3の実施形態に係る遮光膜と導波路の位置関係を説明する図である。 第4の実施形態に係る画素の平面図(a)及び断面図(b)である。 第5の実施形態に係る画素の平面図である。 第5の実施形態に係る画素の断面図である。 第6の実施形態に係る撮像システムのブロック図である。
以下、本発明に係る固体撮像装置の実施形態を詳細に説明する。各図面を通じて同一の構成要素には同一の参照符号を付し、重複する構成要素についてはその説明を省略することもある。また、以下に説明する実施形態は、本発明の一態様を例示的に示すものであって、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る画素の回路構成を示す図である。画素は入射された光を電気信号に変換して出力する素子である。画素を行列状に配置することにより固体撮像装置の受光部である画素アレイが構成される。画素はシリコン(Si)等の半導体基板上に形成される。
画素は、光電変換部1、電荷蓄積部2、フローティングディフュージョン部(FD部)3、垂直出力線8及びオーバーフロードレイン部(OFD部)15を備える。画素はこれらの各部の接続/非接続の切替え又は信号増幅のための、第1の転送トランジスタ4、第2の転送トランジスタ5、選択トランジスタ7、リセットトランジスタ9、ソースフォロアトランジスタ10及びOFDトランジスタ16をさらに備える。各トランジスタはMOSFET等により構成され、ドレイン−ソース間に制御電極として設けられたゲート電極を有する。
光電変換部1は入射された光量に応じた信号電荷を発生する素子である。電荷蓄積部2は、第1の転送トランジスタ4を介して光電変換部1に接続される。電荷蓄積部2は回路的には接地容量として機能し、電荷蓄積部2は光電変換部1から転送された電荷を一時的に蓄積する。
FD部3は電荷蓄積部2から転送された電荷を電圧信号に変換する。FD部3は第2の転送トランジスタ5を介して電荷蓄積部2と接続される。また、FD部3はリセットトランジスタ9のソース端子及びソースフォロアトランジスタ10のゲート端子とも接続される。リセットトランジスタ9のドレイン端子には電源電圧が供給される。リセットトランジスタ9をオンにすることでFD部3の電圧は電源電圧にリセットされる。このとき、リセット信号電圧がソースフォロアトランジスタ10のソース端子に出力される。
転送トランジスタ5がオンになり電荷蓄積部2からFD部3に電荷が転送されると、転送された電荷量に対応した画素信号電圧がソースフォロアトランジスタ10のソース端子に出力される。
ソースフォロアトランジスタ10のソース端子は選択トランジスタ7のドレイン端子に接続される。選択トランジスタ7のソース端子は垂直出力線8に接続される。選択トランジスタ7がオンになると、リセット信号又は画素信号が垂直出力線8に出力される。このようにして、画素からの信号の読み出しが行われる。
光電変換部1には、さらにOFDトランジスタ16を介してOFD部15が接続される。OFDトランジスタ16がオンになると、光電変換部1に蓄積されている電荷はOFD部15に排出される。全画素に対し同時にOFD部15へ電荷を排出し、その後蓄積された電荷を電荷蓄積部2に転送することにより、全画素に対し同時かつ一定の露光時間を設定する電子シャッタが実現される。これにより、各画素から順次電荷を読み出すために生じる露光タイミングのずれが抑制され、画像の歪みが低減される。
図2(a)は本発明の第1の実施形態に係る画素の平面図であり、図2(b)は図2(a)のX−X’における断面図である。図1の回路と対応する部分には同一の符号が付されており、既に説明した構成及び機能については説明を省略することもある。
画素は光電変換部1の直上に配置された光学系として、カラーフィルタ100、マイクロレンズ101、層内レンズ102及び導波路31をさらに備える。光電変換部1は埋め込み型のフォトダイオードである。光電変換部1の上方から入射した光はマイクロレンズ101、カラーフィルタ100、層内レンズ102、導波路31を順に通過して、光電変換部1に入射し、電子に変換される。なお、層内レンズ102、導波路31、配線41、42、43、光電変換部1等の各部材の間は、図面上空隙として図示されているが、これらの空隙部には層間絶縁層(不図示)が形成されている。
マイクロレンズ101及び層内レンズ102は、入射された光を光電変換部1に集中させることにより、感度を向上させるためのレンズである。カラーフィルタ100は特定の波長の光を選択的に透過させる薄膜であり、色情報を含む画像信号を得るために設けられる。
導波路31は、層内レンズ102側と対向し、光が入射される上開口部(入射部)と、光電変換部1と対向し、光が出射される下開口部(出射部)とを有する。図2(a)に示されるように、上開口部の端部31bと下開口部の端部31aは円形である。図2(b)に示されたX−X’断面において導波路31は、上開口部の幅が下開口部の幅に比べて広い台形形状となっている。なお、導波路31の上面形状は円形として図示されているが、正方形、長方形、楕円、多角形等の形状であってもよい。
導波路31は、入射された光を光電変換部1に集中させる機能を有する。導波路31により光電変換部1に入射される光量が増加するため、導波路31が無い場合に比べ感度が向上する。特に、光電変換部1の面積が小さい場合又はFナンバーが大きい場合、感度低下が問題となり得るが、導波路31を設けることによりこの影響を抑制することが可能となる。
配線部間の層間絶縁層の材料には屈折率約1.5のシリコン酸化膜(SiO)を用い、導波路31の材料には屈折率約1.8のシリコン酸窒化膜(SiON)を用いることができる。導波路31と層間絶縁層の界面に対し、所定の角度で斜めに入射された光は界面で全反射される。よって、光は層間絶縁層に漏出せず導波路31内を伝搬し、光電変換部1に導かれる。
層間絶縁層と導波路31の材料はシリコン酸化膜とシリコン酸窒化膜の組合せに限定されない。導波路31の屈折率が層間絶縁層の屈折率よりも高くなるように材料が組合せられていればよく、任意の材料を選択可能である。例えば、層間絶縁層がシリコン酸化膜であり、導波路31が屈折率約2.0のシリコン窒化膜(SiN)であってもよい。また、有機膜材料及び有機膜材料に酸化チタン等の粒子を混入した材料を用いてもよい。層間絶縁層が異なる材料からなる積層膜で形成されていてもよく、その場合は、導波路31の屈折率がその周りの層間絶縁層の屈折率の体積平均よりも高くなるように構成すればよい。
導波路31の側壁の傾斜角度はスネルの法則により決定できる。例えば導波路31の屈折率が1.9、層間絶縁層の屈折率が1.46の場合、導波路31の側壁の垂線に対して、50.2度以上の入射角で入射した光が全反射する。例えば、導波路31の側壁の角度を基板の垂直方向に対し39.8度以下とすれば、導波路31に垂直に入射した光の漏出は抑制され、光電変換部1に到達する。層間絶縁層に対する導波路31の屈折率の比率が大きいほど全反射し得る入射角の範囲が広くなり、側壁の角度の設計自由度が向上する。
導波路31の上開口部と層内レンズ102の間、下開口部と光電変換部1の間などの入射光の光路内に反射防止層が備えられていてもよい。反射による光量の損失が低減され、入射光の透過率が向上するため、感度を向上させることができる。
画素は信号の伝達等のための配線41、42、43をさらに有する。配線41、42、43は光を透過しにくいアルミニウムや銅等の材料で形成されるため、配線41、42、43は導波路31を避けてその周囲に配置される。
次に光電変換部1及び電荷蓄積部2の構造を説明する。光電変換部1は第1導電型の第1の半導体領域11、第2導電型の第2の半導体領域12を含む。第2の半導体領域12は基板表面に形成され、第1の半導体領域11はその直下に配置される。以下、第1導電型はn型、第2導電型はp型として説明するが、その逆であってもよい。第1の半導体領域11及び第2の半導体領域12の接合界面はPN接合を形成する。すなわち、光電変換部1はPN接合界面が基板内部にあり、基板表面に接しない埋め込み型の構造である。埋め込み型の構造では、PN接合界面が基板中に埋め込まれているため、基板表面のノイズの影響が抑制される。
第1の半導体領域11の直下にはさらにn型の第3の半導体領域13が形成されている。第3の半導体領域13の不純物濃度は第1の半導体領域11の不純物濃度よりも低い。これにより、第3の半導体領域13で光電変換された電子を第1の半導体領域11に集めることができる。なお、第3の半導体領域13はp型であってもよい。
第3の半導体領域13の下部には第4の半導体領域17が形成され、第4の半導体領域17は、電荷蓄積部2及びFD部3の領域に延在している。第4の半導体領域17はp型の半導体領域である。光電変換部1で発生する電子に対して、第4の半導体領域17はポテンシャルバリアとして働き、電子が基板に漏出することを抑制する機能を持つ。
電荷蓄積部2はn型の第5の半導体領域201及びp型の第6の半導体領域202を有する。第6の半導体領域202は基板表面に形成され、第5の半導体領域201はその直下に配置される。電荷蓄積部2も光電変換部1と同様に埋め込み型の構造であり、基板表面のノイズを抑制することができる。なお、第6の半導体領域202を省略し、第5の半導体領域201のみを配置して電荷蓄積部2とすることも可能である。その場合は第1の転送トランジスタ4のゲート電極を、電荷蓄積部2を覆うように延在させ、該電極には負電位を与えてホールを表面に誘起させることにより界面で発生するノイズを抑制することができる。
画素は、光電変換部1の直上以外を覆う遮光部として、遮光膜203をさらに備える。遮光膜203は、少なくとも電荷蓄積部2及び第1の転送トランジスタ4のゲート電極を覆うように配置される。光電変換部以外の部分は遮光され、光電変換部1には光が照射されるようにする必要があるため、遮光膜203の光電変換部1の直上は開口部となっている。ただし、遮光膜203は、光電変換部1の端部に部分的に延在していてもよい。
遮光膜203は電荷蓄積部2等への光の入射を抑制する。これにより、入射光によって電荷蓄積部2で電荷が生成され、ノイズが発生することが抑制される。遮光膜203は例えばタングステン、タングステンシリサイド、タングステン酸化膜、アルミニウム又はそれらの合金膜等の可視光を透過しにくい材料を用いて形成することができる。遮光膜203の膜厚は、例えば100〜200nm程度である。遮光膜203は、ゲート電極が配置されている部分と配置されていない部分とに一括で形成されるので、ゲート電極の膜厚に起因する凹凸を有する。
図3は本実施形態における遮光膜203と導波路31との位置関係を説明する図である。図3は図2(a)のX−X”の断面図であり、図2(b)の光電変換部1近傍の拡大図である。
図3の符号h2031、h2032、h2033、h311で示される点線は遮光膜203及び導波路31と基板面である光電変換部1との間隔(高さ)を示している。例えば、符号h311が付されている点線は、導波路31の底部(出射部)の位置が高さh311であることを意味する。以下の説明では、この符号を用いて、「導波路31の底部の高さはh311」等と表現することもある。
遮光膜203の下端の高さをh2031、ゲート電極が無い領域における遮光膜上端の高さをh2032、ゲート電極上に遮光膜203が形成されている領域の遮光膜上端の高さをh2033とする。導波路31の底部の高さh311は遮光膜203の下端の高さh2031より高い位置とすることが好適である。本実施形態では、導波路31の底部の高さh311は高さh2032と高さh2033の間にある。
導波路の底部の高さh311が遮光膜203の下端の高さh2031より低い場合、導波路31の底部から放射された光が回折により拡がり、光電変換部1だけでなく、電荷蓄積部2にも入射する。光が電荷蓄積部2に入射すると、電荷蓄積部2のPN接合部で電荷が発生し、この電荷がノイズの原因となり得る。これに対して本実施形態では、導波路の底部の高さh311が遮光膜203の下端の高さh2031より高い位置にある。よって、導波路31の底部から放射された光は回折により拡がったとしても、遮光膜203により遮られる。これにより、光が電荷蓄積部2に入射されることを軽減又は防止できるため、ノイズの発生を抑制できる。
図4(a)及び(b)は導波路31と遮光膜203の位置関係の変形例を説明する図である。図4も図2(a)のX−X”の断面図であり、図2(b)の光電変換部1付近を拡大して示すものである。図4(a)及び(b)では、図3に示した構成に対し導波路31の位置が異なっている。
図4(a)において、導波路31の底部の高さh311は、遮光膜203の下端の高さh2031とゲート電極が無い領域の膜上端の高さh2032の間となっている。この場合、導波路31の底部から放射され、回折した光は、遮光膜203の側面で反射される。したがって、上述の場合と同様に電荷蓄積部に入射されることを軽減又は防止できるため、ノイズの発生を抑制できる。遮光膜203の側面で反射された光は光電変換部1に入射され得る。遮光膜203の上面で反射される成分が減少し、遮光膜203の側面で反射されて光電変換部1に集光される光量が増加するため、より高い感度を得ることができる。
図4(b)において、導波路31の底部の高さh311は、ゲート電極上に遮光膜203が形成されている領域の遮光膜上端の高さh2033よりも高い。導波路31は画素に入射された光を、配線41、42、43及びそれらの間の層間絶縁層が形成された層を通過させるとともに、光電変換部1に集めるために設けられている。そのため、導波路31は回路の配線41、42、43、及び層間絶縁層が形成された少なくとも一層を貫通するように設けられていればよい。回路の配線41、42、43及び配線43上の層間絶縁層の上端面の高さをそれぞれh413、h423、h433及びh443とする。このとき、導波路31の底部の高さ311は、少なくとも高さh433よりも低い位置であれば上述の効果を得ることができる。導波路31の底部の高さh311が、配線42の上端面の高さh423より低い位置であればより好ましい。図4(b)ではさらに好適な例として、導波路31の底部の高さh311が、配線42の上端面の高さh423と配線41の上端面の高さh413の間である例が示されている。
(第2の実施形態)
図5は第2の実施形態における遮光膜203と導波路31との位置関係を説明する図である。図5は図2(a)のX−X”に相当する箇所の断面図であり、光電変換部1付近を拡大して示すものである。第2の実施形態では、第1の実施形態の構成に加えて、導波路31と光電変換部1の間に反射防止層52が配置されている。
第1の転送トランジスタ4及びOFDトランジスタ16のゲート電極と基板との間にはゲート絶縁膜51が形成されている。ゲート絶縁膜51には例えばシリコン酸化膜が用いられ、その膜厚は約10nmである。ゲート絶縁膜51の上には反射防止層52が形成されている。
反射防止層52には例えばシリコン窒化膜が用いられ、その膜厚は約50nmである。反射防止層52と遮光膜203との間にはバッファ膜53が形成されている。バッファ膜53には例えばシリコン酸化膜が用いられ、その膜厚は20〜100nm程度である。反射防止の効果を得るためには導波路31と反射防止層52を適正な距離にする必要がある。光の波長が550nmで、導波路31の屈折率が1.8とすると、導波路31と反射防止層52との距離は110nm程度が適切である。そのため、基板から導波路31の底部311までの距離は170nm程度、基板から遮光膜203の下端の高さh2031までの距離は80〜160nm程度となる。これらの距離の関係より、導波路31の底部の高さh311と遮光膜203の下端の高さh2031との距離は10〜90nmとなる。すなわち、導波路31の底部の高さh311は遮光膜203の下端の高さh2031より高い位置にすることが可能となる。
したがって、本実施形態においても第1の実施形態と同様に光が電荷蓄積部2に入射されることを軽減又は防止できるため、ノイズの発生を抑制できる。これに加え、反射防止層52の効果により、反射による光量の損失が低減され、入射光の透過率が向上するため、感度を向上させることができる。
(第3の実施形態)
図6は第3の実施形態における遮光膜203と導波路31との位置関係を説明する図である。図6は図2(a)のX−X”に相当する箇所の断面図であり、光電変換部1付近を拡大して示すものである。
図6における導波路31は、上述の台形形状に加え、上開口部が外側に延在した部分を有するT字型をなしている。また、図6における導波路31の底部には、導波路31を形成する際のエッチングストップ層(ESL)32が設けられている。ESL32は安定して所定の深さでエッチング工程を完了させるための層である。ESL32の膜厚は例えば50nmである。ESL32が導波路31と同等の屈折率の場合は、ESL32は導波路31と同様に集光の効果を有する。本実施形態の形状は、製造上の理由により採用される場合がある。
導波路31の底部の開口部の幅(導波路下開口幅)をw31a、導波路31の頂部の開口部の幅(導波路上開口幅)w31b、遮光膜203の開口幅(遮光開口幅)をw203aとする。第1の実施形態と同様に、導波路31の底部の高さ311は遮光膜203の下端の高さh2031よりも高い。この構成による効果は第1の実施形態において上述したとおりである。これに加え、本実施形態では、遮光膜203の遮光開口幅w203aが、導波路下開口幅w31aよりも長く、導波路上開口幅w31bよりも短い。このとき、遮光膜203の端部203aは、導波路31の光軸方向から見て導波路31の底部の端部31aと導波路31の頂部の端部31bの間に位置する。以下、この構成による効果について説明する。
遮光開口幅w203aが導波路下開口幅w31aよりも短い場合、導波路31の底部から出力された光の一部が遮光膜203で反射され、光電変換部1に流入する光が減少するため、感度が低下し得る。これに対し本実施形態では、遮光開口幅w203aが導波路下開口幅w31aよりも長くしているため、導波路31の底部から出力された光は遮光膜203で反射されにくくなり、感度が向上する。
一方、遮光開口幅w203aが導波路上開口幅w31bよりも長い場合、入射された光が十分に導波路31内に取り込めず、感度が低下し得る。また、遮光開口幅w203aが大きいことにより、電荷蓄積部2に回折光が入射されて、ノイズが発生する場合もある。これに対し本実施形態では、遮光開口幅w203aを導波路上開口幅w31bよりも短くしているため、感度が向上するとともに、電荷蓄積部2への光の流入を防ぎ、ノイズの発生が抑制される。
なお、配線41、42、43の位置は導波路31の底部の端部31aよりも外側であればよく、導波路31の頂部の端部31bよりも内側であってもよい。これは他の実施形態においても同様である。
(第4の実施形態)
図7(a)は、本発明の第4の実施形態に係る画素の平面図であり、図7(b)は、図7(a)のY−Y’における断面図である。対応する部材には同一の符号が付されている。
本実施形態と前述の各実施形態の差異点は、図7(a)、(b)に示されているように、遮光膜203の開口部がソースフォロアトランジスタ10、選択トランジスタ7、リセットトランジスタ9に部分的に重なっている点である。そのためソースフォロアトランジスタ10等のゲート電極の段差により、ESL32の形成時に段差が発生し、これにより導波路31の底部が段差を有する形状となっている。
上述した理由で、ノイズを防ぐためには電荷蓄積部2の遮光が必要である。これに対し、ソースフォロアトランジスタ10、選択トランジスタ7、リセットトランジスタ9への遮光は必ずしも必要ではない。
本実施形態においても第3の実施形態と同様に、光電変換部1から電荷蓄積部2への方向における、遮光開口部203の端部203aが、導波路下開口幅31aの端部と導波路上開口幅31bの端部の間に位置していればよい。すなわち、前述のソースフォロアトランジスタ10等のゲート電極は遮光膜203の開口部と重なっていてもよい。このように配置することにより、電荷蓄積部2の遮光を維持しながら素子面積の使用効率を向上することができる。したがって、第4の実施形態の導波路31の形状及び素子レイアウトを用いることにより画素の小型化と、ノイズの抑制が両立される。
(第5の実施形態)
第5の実施形態について、図8と図9を用いて説明する。図8と図9において、図2(a)、(b)と同じ機能を有する部分の符号は同一としている。図8は第5の実施形態に係る画素の平面図を示しており、図9は図8のZ−Z’における本発明の第5の実施形態に係る画素の断面図である。第5の実施形態に係る画素は固体撮像装置の画素アレイの周辺部に配置される画素として用いられる。画素アレイの周辺部では被写体から照射される光が画素に斜めに入射する場合がある。斜めに入射した光は部分的に遮光膜203に遮られ、光電変換部1に入射する光量が減少する場合がある。これにより、画素アレイの周辺部で光量が不足する。このような画素アレイを用いたカメラ等の撮影システムで撮影を行うと、画像の周辺部が光量不足により暗くなることがある。
斜め入射光に対しても集光性能を向上させるため、本実施形態ではマイクロレンズ501、カラーフィルタ500、層内レンズ502、導波路531が画素の中央を通る垂線Pからセンサチップの撮像エリアの中央の方向へずらして配置されている。図中の531aは導波路531の底部の開口を示している。これにより、図2(b)に示されるようにマイクロレンズ101、層内レンズ102、導波路31等の中心が垂線Pと一致している場合に比べて、斜め入射光が遮光膜203で遮られることによる光の損失が抑制される。よって、第5の実施形態に係る画素を画素アレイの周辺部に用いることにより画素アレイ周辺部の光量不足を改善することができる。なお、垂線Pの位置である「画素の中央」は、遮光膜の開口部の重心で定義されてもよく、光電変換部1を構成する第1及び第2導電型半導体領域の重心で定義されてもよい。
なお、マイクロレンズ501、層内レンズ502、導波路531等の光学部材のずらし量は、感度、光学特性及び電荷蓄積部2の遮光性能に基づいて適宜調整可能である。例えば、マイクロレンズ501、層内レンズ502、導波路531の各頂点が各画素の行又は列に対し一様に設定されていてもよい。画素アレイの中心からの距離に依存して、ずらし量が大きくなるようにしてもよい。図9に示した2つの画素においては、左側の画素の方が、右側の画素より撮像エリアの中心に近い。この場合に、図9に示されているように、撮像エリア(画素アレイ)の中心から遠い右側の画素の導波路のずらし量S2は、撮像エリアの中心に近い左側の画素の導波路のずらし量S1より大きくすることが好ましい。
画素の中心からずらす光学材料は適宜選択可能である。マイクロレンズ501、層内レンズ502、導波路531、カラーフィルタ500の1つだけをずらしてもよく、2つ以上をずらしてもよい。各光学部材において、ずらし量が異なっていてもよく、光電変換部1から離れた位置にある光学部材ほどずらし量を大きくすることが好ましい。
また、本実施形態の変形例として、上述の光学部材をずらす方向を、光電変換部1と電荷蓄積部2の並ぶ方向(図8の上下方向)としてもよい。電荷蓄積部2への光の入射をさらに軽減又は防止できるため、ノイズの発生をさらに抑制することができる。
(第6の実施形態)
図10は、本発明の第6の実施形態に係る固体撮像装置を用いた撮像システムの構成を示す図である。撮像システム800は、光学部810、固体撮像装置820、映像信号処理部830、記録・通信部840、タイミング制御部850、システム制御部860、及び再生・表示部870を備える。固体撮像装置820には、第1〜第5の実施形態として前述した固体撮像装置が用いられる。
レンズ等の光学系である光学部810は、被写体からの光を固体撮像装置820の、複数の画素が2次元状に配列された画素アレイに結像させ、被写体の像を形成する。固体撮像装置820は、タイミング制御部850からの信号に基づくタイミングで、画素に結像された光に応じた信号を出力する。固体撮像装置820から出力された信号は、映像信号処理部830に入力される。映像信号処理部830は、プログラム等によって定められた方法に従って、入力された信号の処理を行う。映像信号処理部830での処理によって得られた信号は画像データとして記録・通信部840に送られる。記録・通信部840は、画像を形成するための信号を再生・表示部870に送り、再生・表示部870に動画や静止画像を再生・表示させる。記録・通信部840は、また、映像信号処理部830からの信号を受けて、システム制御部860と通信を行うほか、不図示の記録媒体に、画像を形成するための信号を記録する動作も行う。
システム制御部860は、撮像システム800の動作を統括的に制御するものであり、光学部810、タイミング制御部850、記録・通信部840、及び再生・表示部870の駆動を制御する。また、システム制御部860は、例えば記録媒体である不図示の記憶装置を備え、ここに撮像システム800の動作を制御するのに必要なプログラム等が記録される。また、システム制御部860は、例えばユーザの操作に応じて駆動モードを切り替える信号を撮像システム800内に供給する。具体的には、読み出す行やリセットする行の変更、電子ズームに伴う画角の変更や、電子防振に伴う画角のずらし等の切り替えを行うための信号が供給される。タイミング制御部850は、システム制御部860による制御に基づいて固体撮像装置820及び映像信号処理部830の駆動タイミングを制御する。
本実施形態に係る固体撮像装置820を搭載することにより、ノイズの発生が抑制された撮像システム800を実現することができる。
1 光電変換部
2 電荷蓄積部
31 導波路
203 遮光部(遮光膜)

Claims (17)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板に配され、入射された光を光電変換して信号電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部から転送される信号電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記光電変換部から前記電荷蓄積部に電荷を転送するための制御電極を有するトランジスタと、前記電荷蓄積部の前記信号電荷が転送されるフローティングディフュージョン部と、を含む複数の画素と、
    入射された光を前記光電変換部に導くための導波路と、
    少なくとも前記電荷蓄積部を覆うように設けられた遮光部と、を備え、
    前記遮光部は、前記制御電極を覆う第1の部分と、前記半導体基板の上に絶縁層を介して配され、かつ、前記光電変換部の一部を覆うように前記半導体基板の表面に沿って延びた第2の部分とを含み、
    前記導波路と前記半導体基板との間に前記絶縁層が配され、
    前記導波路と前記半導体基板との間隔が、前記遮光部の前記第2の部分と前記半導体基板との間隔よりも大きく、かつ、前記遮光部の前記第2の部分の上面と前記半導体基板との距離よりも小さい
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 前記導波路は、光が入射される入射部と光を出射する出射部とを有し、
    前記遮光部は、前記導波路から出射された光を通過させる開口部を有する
    ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
  3. 前記遮光部の前記開口部の端部の少なくとも一部が、前記導波路の光軸方向から見て前記入射部と前記出射部の間に位置していることを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。
  4. 前記遮光部の開口部の幅が、前記出射部の幅よりも大きく、前記入射部の幅よりも小さいことを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。
  5. 少なくとも1つの画素において、前記導波路の光軸方向から見て、前記出射部の重心の位置が、前記遮光部の前記開口部の重心の位置に対し、前記複数の画素の中心の方向にずらされていることを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。
  6. 前記導波路の下面は、前記導波路とエッチングストップ層の界面を含むことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
  7. 前記導波路の下面は、前記導波路と層間絶縁層の界面を含むことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
  8. 前記導波路の下面は、段差を有する形状を有することを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
  9. 前記遮光部の上に配された複数の配線層をさらに備え、
    前記導波路は、前記複数の配線層を貫通することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
  10. 半導体基板と、
    前記半導体基板に配され、入射された光を光電変換して信号電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部から転送される信号電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記光電変換部から前記電荷蓄積部に電荷を転送するための制御電極を有するトランジスタと、前記電荷蓄積部の前記信号電荷が転送されるフローティングディフュージョン部と、を含む複数の画素と、
    入射された光を前記光電変換部に導くための導波路と、
    少なくとも前記制御電極および前記電荷蓄積部を覆う遮光部と、
    前記遮光部の上に配された複数の配線層と、を備え、
    前記導波路は、前記複数の配線層の少なくとも一部より前記半導体基板から遠い位置にある上端と、前記複数の配線層の前記少なくとも一部より前記半導体基板に近い位置にある下端と、を有し
    導波路の前記下端と前記半導体基板の間に絶縁層が配され、
    前記導波路の前記下端と前記半導体基板との間隔が、前記遮光部の上端と前記半導体基板との間隔よりも大きい
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  11. 前記遮光部の開口部の端部の少なくとも一部が、前記導波路の光軸方向から見て前記上端と前記下端の間に位置していることを特徴とする請求項10に記載の固体撮像装置。
  12. 前記遮光部の開口部の幅が、前記下端の幅よりも大きく、前記上端の幅よりも小さいことを特徴とする請求項10に記載の固体撮像装置。
  13. 前記導波路の前記下端は、前記導波路とエッチングストップ層の界面を含むことを特徴とする請求項10乃至12のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
  14. 前記導波路の前記下端は、前記導波路と層間絶縁層の界面を含むことを特徴とする請求項10乃至12のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
  15. 前記導波路の前記下端は、段差を有する形状を有することを特徴とする請求項10乃至13のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
  16. 半導体基板と、
    前記半導体基板に配され、入射された光を光電変換して信号電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部から転送される信号電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記光電変換部から前記電荷蓄積部に電荷を転送するための制御電極を有するトランジスタと、前記電荷蓄積部の前記信号電荷が転送されるフローティングディフュージョン部と、を含む複数の画素と、
    入射された光を前記光電変換部に導くための導波路と、
    少なくとも前記制御電極および前記電荷蓄積部を覆う遮光部と、
    前記遮光部の上に配された複数の配線層と、を備え、
    前記導波路は、前記複数の配線層に含まれる第1の層の配線と同じ高さに配された部分と、前記複数の配線層に含まれる前記第1の層と異なる第2の層の配線と同じ高さに配された部分とを有し
    導波路と前記半導体基板の間に絶縁層が配され、
    前記導波路と前記半導体基板との間隔が、前記遮光部の端と前記半導体基板との間隔よりも大きい
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  17. 請求項1乃至16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た信号を処理する映像信号処理部と、
    を備えることを特徴とする撮像システム。
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