(57)【要約】【課題】スミアを抑えつつも、感度を向上させた固体撮像装置を提供する。【解決手段】固体撮像装置は、フォトダイオード（ＰＤ）１２、ＶＣＣＤ１３、素子分離領域１５、遮光膜４１、開口１８を備える。ＰＤ１２は、半導体基板の表面にハニカム配列で複数形成される。ＶＣＣＤ１３は、ＤＰ１２の列に沿って２列おきに設けられ、左右２列のＰＤ１２で蓄積された電荷を転送する。素子分離領域１５は、ＰＤ１２の列に沿って２列おきに、ＶＣＣＤ１３を介さずに隣接するＰＤ１２の列の間に設けられ、隣接するＰＤ１２を各々に分離し、ＰＤ１２間での電荷の移動を防ぐ。遮光膜４１は、ＶＣＣＤ１３への光の入射を妨げる。開口１８は、各々のＰＤ１２が露呈されるように遮光膜４１に設けられ、ＶＣＣＤ１３との間隔が所定値Ｐ以上になっているとともに、素子分離領域を介した最短の間隔Ｑが、ＶＣＣＤ１３を介した最短の間隔Ｒよりも小さい。【選択図】図３
2010153603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面に所定の配列で形成された複数の光電変換素子と、
前記光電変換素子の列に沿って２列おきに設けられ、左右２列の前記光電変換素子で蓄積された電荷を転送する電荷転送路と、
前記光電変換素子の列に沿って２列おきに、前記電荷転送路を介さずに隣接する前記光電変換素子の列の間に前記電荷転送路以下の幅で設けられ、隣接する前記光電変換素子を各々に分離し、前記光電変換素子間での電荷の移動を防ぐ素子分離領域と、
前記半導体基板上に設けられ、前記電荷転送路への光の入射を妨げる遮光膜と、
各々の前記光電変換素子が露呈されるように前記遮光膜に設けられ、前記電荷転送路との間隔が所定値以上となっているとともに、前記素子分離領域を介した最短の間隔が、前記電荷転送路を介した最短の間隔よりも小さく設けられた開口と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記開口は、前記素子分離領域を介して隣接する複数の前記光電変換素子を露呈させることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記開口は、前記素子分離領域を介して隣接する２つの前記光電変換素子が露呈されるように設けられていることを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記開口は、前記電荷転送路間の２列の前記光電変換素子を露呈させるように設けられ、前記遮光膜は、前記電荷転送路を覆う帯状に設けられることを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項５】
各々の前記光電変換素子に入射する光の色を定めるカラーフィルタが、隣接する２個の前記光電変換素子が同色となる配列で設けられていることを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
隣接する２個の前記光電変換素子に対応した同色のカラーフィルタを１単位のカラーフィルタとするときに、前記カラーフィルタがベイヤー配列となっていることを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記カラーフィルタは、前記素子分離領域を介して隣接する２つの前記光電変換素子について同色となるよう配列されていることを特徴とする請求項５または６記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記カラーフィルタは、前記電荷転送路を介して隣接する２つの前記光電変換素子について同色となるように配列されていることを特徴とする請求項５または６記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記光電変換素子の配列は、同列内の前記光電変換素子が一定のピッチで配置されるとともに、前記光電変換素子の位置が隣接する列の前記光電変換素子に対して前記ピッチの１／２ずつずらされて配列されたハニカム配列であることを特徴とする請求項１ないし８いずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記光電変換素子の配列が正方格子状の配列であることを特徴とする請求項１ないし８いずれかに記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトダイオードで蓄積される電荷の転送路にＣＣＤを用いた固体撮像装置に関し、さらに詳しくは、隣接する２列のフォトダイオードの間に１つのＶＣＣＤが設けられ、ＶＣＣＤを挟んで隣接する２列のフォトダイオードが蓄積電荷の転送に、間に設けられたＶＣＣＤを共用する固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板上に形成されたフォトダイオードで被写体からの光を光電変換することにより、被写体の画像を撮像するイメージセンサ（固体撮像装置）が普及している。イメージセンサとしては、フォトダイオードで蓄積した電荷からの信号取得方式に応じて、ＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサが知られている。
【０００３】
ＣＣＤ型イメージセンサは、ＣＣＤによって信号電荷そのものを直接的にフォトダイオードから転送し、画像信号を取得する。こうしたＣＣＤ型イメージセンサは、構造や転送方式の違いによりさらに数種類に分類されるが、例えば、フォトダイオードの列と、各フォトダイオードから信号電荷を読み出して転送する電荷転送路（いわゆるＶＣＣＤ）とが交互に配置されたインターライン転送方式のＣＣＤ型イメージセンサが知られている。
【０００４】
このインターライン転送方式のＣＣＤ型イメージセンサでは、フォトダイオードの配列された受光面の下方に、ＶＣＣＤによって転送された信号電荷を、ＶＣＣＤに垂直な方向に転送する電荷転送路（いわゆるＨＣＣＤ）がＶＣＣＤに連結して設けられている。また、ＨＣＣＤは、フレームレートを向上させるために、数十ＭＨｚ程度の高周波でパルス駆動される。このため、インターライン転送方式のＣＣＤ型イメージセンサでは、ＨＣＣＤの駆動による消費電力が極めて大きい。
【０００５】
一定のフレームレートで信号を読み出すときに、ＨＣＣＤの駆動パルスの周波数はＨＣＣＤに連結されたＶＣＣＤの数量に応じて定まる。このため、通常、フォトダイオードの列毎に設けられていたＶＣＣＤを間引き、２列のフォトダイオードで１つのＶＣＣＤを共用する構造とすることにより、ＨＣＣＤに連結されるＶＣＣＤの数を減らし、ＨＣＣＤにおける電力消費を低減させたイメージセンサが知られている（特許文献１，２）。
【０００６】
また、近年では、従来のイメージセンサの欠点を補う特殊な構造，撮像様態のイメージセンサが知られている。例えば、感度の異なる２種類の画素を設け、高感度画素を用いた高感度撮影と低感度画素を用いた低感度撮影を略同時に行うイメージセンサが知られている。ここで取得される高感度撮影画像と低感度撮影画像は合成され、イメージセンサの特性よりもダイナミックレンジが拡大された画像が取得される。このイメージセンサでは、高感度撮影と低感度撮影を略同時に行わなければならないため、ＨＣＣＤをさらに高周波のパルスで駆動する必要があり、ＨＣＣＤにおける電力消費の増大が著しい。こうしたことから、同じ列に含まれるフォトダイオードであっても信号電荷が左右２つのＶＣＣＤに交互に読み出されるようにするとともに、カラーフィルタの配列を併せて工夫することで、感度の異なる画素が配列されている場合にも、これらを効率良く利用することができるようにしたイメージセンサが知られている（特許文献３）。
【特許文献１】特開２００１−１６８３１５号公報
【特許文献２】特開昭５５−１６０４７７号公報
【特許文献３】特開２００４−５５７８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年では、より高画質の画像を得るために、イメージセンサにはさらなる高画素化が求められている。上述のように、２種類の画素を有し、１回の撮影に全てのフォトダイオードを同時に使用しないで撮影することがあるイメージセンサでは、特に高画素化が強く求められている。こうした要望に応え、一定サイズのイメージセンサを高画素化するには、当然に、個々のフォトダイオードのサイズが微細化されるが、フォトダイオードのサイズの微細化によって新たな問題が生じる。
【０００８】
ＣＣＤ型イメージセンサでは、ＶＣＣＤ等の電荷転送路に光が入射するとスミアが生じるので、ＶＣＣＤを含め不要な部分に光が入射しないように遮光膜が設けられ、また、遮光膜にはフォトダイオードを所定のサイズで露呈させる開口が設けられている。このため、イメージセンサを高画素化する際には、フォトダイオードの微細化に応じて、開口のサイズもまた微細化される。しかし、フォトダイオードの微細化と同時に開口のサイズをも微細化すると、単位時間当たりのフォトダイオードへの入射光量が減少することになり、感度が悪化してしまうという問題がある。特に、開口のサイズが可視光の波長程度（数百ｎｍ〜１μｍ程度）になると、フォトダイオードへの入射光量の減少は著しく、感度が極めて悪化してしまう。
【０００９】
また、フォトダイオードを微細化しつつも、感度を一定以上に保とうとすると、開口のサイズを従来の比率よりも拡大する必要がある。しかし、開口のサイズを拡大すると、開口のエッジからＶＣＣＤまでの距離が小さくなるために、開口からＶＣＣＤへ光が漏れ通り易くなり、スミアが生じ易くなってしまうという問題がある。
【００１０】
上述のような、感度とスミア特性とのトレードオフは、特許文献３等のインターライン転送方式のＣＣＤ型イメージセンサだけでなく、特許文献１及び２に記載されたイメージセンサの場合にも同様であり、改善が望まれている。
【００１１】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、高画素化するときに、スミアの発生を抑えつつも、感度を向上させた固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の固体撮像装置は、半導体基板の表面に所定の配列で形成された複数の光電変換素子と、前記光電変換素子の列に沿って２列おきに設けられ、左右２列の前記光電変換素子で蓄積された電荷を転送する電荷転送路と、前記光電変換素子の列に沿って２列おきに、前記電荷転送路を介さずに隣接する前記光電変換素子の列の間に前記電荷転送路以下の幅で設けられ、隣接する前記光電変換素子を各々に分離し、前記光電変換素子間での電荷の移動を防ぐ素子分離領域と、前記半導体基板上に設けられ、前記電荷転送路への光の入射を妨げる遮光膜と、各々の前記光電変換素子が露呈されるように前記遮光膜に設けられ、前記電荷転送路との間隔が所定値以上となっているとともに、前記素子分離領域を介した最短の間隔が、前記電荷転送路を介した最短の間隔よりも小さく設けられた開口と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、前記開口は、前記素子分離領域を介して隣接する複数の前記光電変換素子を露呈させることを特徴とする。
【００１４】
また、前記開口は、前記素子分離領域を介して隣接する２つの前記光電変換素子が露呈されるように設けられていることを特徴とする。
【００１５】
また、前記開口は、前記電荷転送路間の２列の前記光電変換素子を露呈させるように設けられ、前記遮光膜は、前記電荷転送路を覆う帯状に設けられることを特徴とする。
【００１６】
また、各々の前記光電変換素子に入射する光の色を定めるカラーフィルタが、隣接する２個の前記光電変換素子が同色となる配列で設けられていることを特徴とする。
【００１７】
また、隣接する２個の前記光電変換素子に対応した同色のカラーフィルタを１単位のカラーフィルタとするときに、前記カラーフィルタがベイヤー配列となっていることを特徴とする。
【００１８】
また、前記カラーフィルタは、前記素子分離領域を介して隣接する２つの前記光電変換素子について同色となるよう配列されていることを特徴とする。
【００１９】
また、前記カラーフィルタは、前記電荷転送路を介して隣接する２つの前記光電変換素子について同色となるように配列されていることを特徴とする。
【００２０】
また、前記光電変換素子の配列は、同列内の前記光電変換素子が一定のピッチで配置されるとともに、前記光電変換素子の位置が隣接する列の前記光電変換素子に対して前記ピッチの１／２ずつずらされて配列されたハニカム配列であることを特徴とする。
【００２１】
また、前記光電変換素子の配列が正方格子状の配列であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、高画素化するときに、スミアを抑えつつも、感度を向上させた固体撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
［第１実施形態］
図１に示すように、イメージセンサ１１（固体撮像装置）は、フォトダイオードで蓄積した信号電荷を直接的にバケツリレー式に転送して画像信号を取得するＣＣＤ型のイメージセンサであり、フォトダイオード（ＰＤ）１２、ＶＣＣＤ１３、素子分離領域１５、ＨＣＣＤ１６、フローティングディフュージョンアンプ（ＦＤＡ）１７、遮光膜（図２参照）、開口１８等から構成される。
【００２４】
ＰＤ１２は、入射した光を信号電荷に変換して蓄積する光電変換素子であり、半導体基板上に形成される。ＰＤ１２は、垂直方向（図１の縦方向）に一定のピッチで一列に複数形成されるとともに、水平方向（図１の横方向）に複数列形成される。このとき、ＰＤ１２は、隣接するＰＤ列の各ＰＤ１２に対して、垂直方向の配列ピッチの１／２だけ中心位置がずらされている。このため、ＰＤ１２は、正方格子を４５度回転させたハニカム配列となっている。また、後述するように、ＰＤ１２は、蛇行して設けられたＶＣＣＤ１３と素子分離領域１５との間に形成される領域に形成される。また、ＰＤ１２への光の入射は、遮光膜に設けられた開口１８に制限される。
【００２５】
また、各々のＰＤ１２上には、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）のうち何れかの色のカラーフィルタが積層されている。このため、各ＰＤ１２は、積層されたカラーフィルタの色に応じて、カラーフィルタを透過する色の光を選択的に光電変換し、これに基づく信号電荷を蓄積する。イメージセンサ１１においては、カラーフィルタの色の配分がＲ：Ｇ：Ｂ＝１：２：１となっており、いわゆるベイヤー配列のカラーフィルタを、ＰＤ１２のハニカム配列に合わせて４５度回転させたものとなっている。
【００２６】
ＶＣＣＤ１３は、ＰＤ１２で蓄積された信号電荷を垂直方向に転送する電荷転送路であり、半導体基板上に形成される。ＶＣＣＤ１３は、垂直方向にＰＤ１２の列に沿って複数設けられているとともに、ＰＤ１２の外周に沿って一定のピッチで水平方向に蛇行して設けられている。ＶＣＣＤ１３は読み出しゲート１４を介してＰＤ１２と接続されており、ＶＣＣＤ１３には読み出しゲート１４を介してＰＤ１２で蓄積された信号電荷が読み出される。そして、ＶＣＣＤ１３は、図示しない４相の転送電極により制御され、各ＰＤ１２から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する。また、各ＶＣＣＤ１３の末端はＨＣＣＤ１６に接続されており、ＶＣＣＤ１３によって垂直方向に転送された信号電荷は、ＨＣＣＤ１６に転送される。
【００２７】
また、ＶＣＣＤ１３は、ＰＤ１２の列に対して２列おきに設けられている。このため、ＰＤ１２の列とＶＣＣＤ１３だけを見れば、イメージセンサ１１の表面には、ＶＣＣＤ１３が２列のＰＤ１２を間に挟み、水平方向に（ＰＤ１２の列，ＶＣＣＤ１３，ＰＤ１２の列），（ＰＤ１２の列，ＶＣＣＤ１３，ＰＤ１２の列），・・・の順に並ぶように、ＰＤ１２及びＶＣＣＤ１３が配列されている。このため、各ＶＣＣＤ１３は左右２列のＰＤ１２に共用され、各ＶＣＣＤ１３には対応する左右のＰＤ１２で蓄積された信号電荷が左右交互に読み出される。
【００２８】
素子分離領域１５は、各々のＰＤ１２を分離し、隣接するＰＤ１２の間で信号電荷の移動が起こらないようにするために設けられたチャネルストップであり、半導体基板上に形成される。素子分離領域１５は、ＶＣＣＤ１３が設けられていないＰＤ１２の列と列の間に垂直方向に設けられている。このため、素子分離領域１５は、ＰＤ１２の列に対して２列おきに設けられている。また、イメージセンサ１１では、素子分離領域１５の幅はＶＣＣＤ１３と略同じ幅に設けられている。
【００２９】
また、素子分離領域１５は、ＰＤ１２の外周に沿って一定のピッチで水平方向に蛇行して設けられている。素子分離領域１５の蛇行のピッチは、ＶＣＣＤ１３の蛇行のピッチと１／２ピッチずれている。このため、素子分離領域１５とＶＣＣＤ１３とで囲まれる領域が複数形成され、この領域内にＰＤ１２が形成される。
【００３０】
ＨＣＣＤ１６は、各ＶＣＣＤ１３の末端に接続されており、各ＶＣＣＤ１３から転送された信号電荷を水平方向にＦＤＡ１７へ転送する。ＦＤＡ１７は、ＨＣＣＤ１６によって転送された信号電荷を電圧信号（撮像信号）に変換して出力する。
【００３１】
上述のイメージセンサ１１を構成する構造物の上には、ＶＣＣＤ１３に入射してスミアを引き起こす等、撮影画像に不具合を生じるような不要な光がＶＣＣＤ１３等に入射することを防ぐために、遮光膜（図２参照）が設けられている。また、遮光膜には、各々のＰＤ１２に対応して、所定の位置及び大きさの開口１８が設けられている。ＰＤ１２へは、この開口１８を通った光が入射される。
【００３２】
イメージセンサ１１のＸ−Ｙに沿う断面を図２に示す。イメージセンサ１１は、ｎ型半導体基板２６から形成される。ｎ型半導体基板２６の表面には、ｐウェル層２７が形成されており、さらに表層にはＰＤ１２を構成するｎ型層３１，ＶＣＣＤ１３を構成するｎ型層３２，素子分離領域１５となるｐ＋層３３，ＰＤ１２とＶＣＣＤ１３を分離するｐ＋層３４が形成される。
【００３３】
ＰＤ１２は、ｐウェル層２７とｎ型層３１との接合で構成され、これらの接合に光が入射すると、電子‐正孔対が生成され、ｎ型層３１に電子が蓄積される。また、ＰＤ１２を構成するｎ型層３１は、ｐ＋層３３によって隣接するＰＤ１２のｎ型層３１と離間されているとともに、ｐ＋層３４によってＶＣＣＤ１３を構成するｎ型層３２と離間されている。
【００３４】
ＶＣＣＤ１３は、ｎ型層３２と、ｎ型層３２の上方に設けられた転送電極３７とから構成される。ｎ型層３１に蓄積されたＰＤ１２の信号電荷は、ｎ型層３２に転送されると、転送電極３７へ所定のタイミングで印加される電圧に応じて、断面方向（紙面に垂直な方向）に転送される。転送電極３７は、ポリシリコンで形成される。
【００３５】
また、ＰＤ１２を構成するｎ型層３１とＶＣＣＤ１３を構成するｎ型層３２は、ｐウェル層２７で離間されている。読み出しゲート１４は、ｎ型層３１とｎ型層３２を離間するｐウェル層２７と、この部分の上方に設けられた転送電極３８とから構成される。したがって、ｎ型層３１とｎ型層３２の間のｐウェル層２７のポテンシャルは転送電極３８によって制御され、信号電荷の蓄積期間にはｎ型層３１とｎ型層３２を離間してｎ型層３１に電荷を蓄積させ、ＰＤ１２からの信号電荷の読み出し期間にはｎ型層３１からｎ型層３２へ蓄積された信号電荷を転送する。転送電極３８は、ポリシリコンで形成される。
【００３６】
素子分離領域１５は、隣接するｎ型層３１間に設けられたｐ＋層３３から構成されるポテンシャル障壁であり、隣接するＰＤ１２のｎ型層３１間で信号電荷が移動することを防ぐ。
【００３７】
このようにＰＤ１２，ＶＣＣＤ１３，素子分離領域１５が表層に形成されたｎ型半導体基板２６の表面には、前述の転送電極３７，３８が形成されるとともに、遮光膜４１、平坦化層４２ａ，４２ｂ、カラーフィルタ４３Ｒ，４３Ｇ、マイクロレンズ４４等が形成される。
【００３８】
遮光膜４１は、ｎ型半導体２６の表面を全体的に覆うように形成されている。また、遮光膜４１には、ｎ型層３１を露呈させる開口１８が設けられている。このため、遮光膜４１は、転送電極３７，３８とｐ＋層３３を覆う用に設けられている。また、遮光膜４１は、転送電極３７，３８を覆う部分からは所定量だけｎ型層３１の上方へ迫り出すように設けられているとともに、ｐ＋層３３側の端は、ｐ＋層３３とｎ型層３１の境界となっている。このため、開口１８は、ＶＣＣＤ１３と素子分離領域１５に囲まれた領域の中央に設けられているわけではなく、この領域の中央に開口を設ける場合と比較して、素子分離領域１５側に拡張された形状となっている。
【００３９】
カラーフィルタ４３Ｒ，４３Ｇは、ＢＰＳＧ等からなる平坦化層４２ａを介して各ＰＤ１２の上方に形成され、各ＰＤ１２へ入射する光の色を定める。カラーフィルタ４３Ｒは、対応する直下のＰＤ１２へ入射する光の色を赤色の光に制限するとともに、カラーフィルタ４３Ｇは、対応する直下のＰＤ１２へ入射する光の色を緑色に制限する。これらに加え、イメージセンサ１１には、ＰＤ１２へ入射する光の色を青色に制限するカラーフィルタ（図示しない）も、前述の配列で設けられている。これらのカラーフィルタ４３Ｒ，４３Ｇ及び図示しない青色のカラーフィルタは、各色のカラーフィルタが順に形成される。このとき、微細加工精度の制限から、先に形成されたカラーフィルタ（図２ではカラーフィルタ４３Ｒ）の端には、後に形成されたカラーフィルタ（図２ではカラーフィルタ４３Ｇ）の端が乗りあがるように設けられる。こうしたカラーフィルタ間の重なり部分は、ＰＤ１２への光の入射を妨げ、ＰＤ１２の感度の低下に繋がる。
【００４０】
また、マイクロレンズ４４は、各ＰＤ１２について設けられ、ＰＤ１２へ効率良く光を導くためのレンズであり、ＢＰＳＧ等からなる平坦化層４２ｂを介してイメージセンサ１１の最上面に形成される。
【００４１】
上述のように構成されるイメージセンサ１１では、ＰＤ１２を露呈させるために遮光膜４１に設けられた開口１８が、スミアが生じるのを防ぐ位置及び大きさであるとともに、ＰＤ１２への入射光量が十分に確保される大きさとなっている。
【００４２】
図３に示すように、開口１８の端とＶＣＣＤ１３との最短の間隔Ｐは、ＶＣＣＤ１３に光が入射してスミアが生じることを防ぐために必要な最小限の間隔である。このため、ＶＣＣＤ１３に隣接する側の開口１８の端は、何れの位置においても間隔Ｐよりも大きくなっている。また、素子分離領域１５を介して隣接する開口１８間の最小の間隔Ｑは、ＶＣＣＤ１３を介して隣接する開口１８間の最小の間隔Ｒよりも小さい。このため、開口１８は、ＶＣＣＤ１３と素子分離領域１５とで囲まれる領域内で、素子分離領域１５側に偏った位置に設けられている。
【００４３】
また、図３に破線で示すように、ＶＣＣＤ１３と素子分離領域１５とで囲まれる領域の中央に、ＶＣＣＤ１３と素子分離領域１５から等間隔に設けられる開口５１と比較して、イメージセンサ１１の開口１８の大きさは、素子分離領域１５側に拡張されている。
【００４４】
上述のように、イメージセンサ１１は、２列のＰＤ１２で一つのＶＣＣＤ１３を共用するようにＰＤ１２の列に対して２列おきにＶＣＣＤ１３を設けるとともに、ＰＤ１２を露呈させる開口１８を所定の間隔ＰでＶＣＣＤ１３から離間し、かつ、素子分離領域１５を介して隣接する開口１８間の最小間隔Ｑを、ＶＣＣＤ１３を介して隣接する開口１８間の最小間隔Ｒよりも小さくなるように開口１８を設ける。これにより、イメージセンサ１１は、スミアの発生を十分に防ぎつつ、開口５１を設ける場合と比較して、各ＰＤ１２への入射光量を増大させ、各ＰＤ１２の感度を向上させることができる。
【００４５】
［第２実施形態］
上述の第１実施形態では、遮光膜４１に各ＰＤ１２に対応して一つずつ開口１８を設ける例を説明した。しかし、一般にＰＤ１２を露呈させる開口の大きさが、光の波長（数百ｎｍ〜１μｍ）程度かこれ以下の大きさになる場合には、遮光膜及び開口を設けるだけで、開口における光の透過率は著しく減少し、ＰＤ１２への入射光量が不足してしまうことがある。このことは、上述の第１実施形態のように、スミアが生じない程度にＰＤ１２の略全面を露呈する開口１８であっても同様である。このため、ＰＤ１２を露呈させる開口の大きさを、透過する光の波長に対して十分な大きさとし、より多くの光をＰＤ１２に到達させることが好ましい。以下では、第２実施形態として、撮影に利用する光の波長に対して十分な大きさの開口を設ける例を説明する。なお、第１実施形態と同様の部分については説明等を省略する。
【００４６】
例えば、図４に示すイメージセンサ６１のように、開口６２を、素子分離領域１５を介して隣接する２つのＰＤ１２に共通して一つ設ける。開口６２は、素子分離領域１５を介して隣接する２つのＰＤ１２と、その間に設けられた素子分離領域１５の一部が露呈させる。このため、開口６２から露呈されるＰＤ１２の実質的な大きさは、図４に破線で示すように、開口６２から露呈された素子分離領域１５と開口６２とで囲まれる領域となっている。
【００４７】
この開口６２は、第１実施形態のイメージセンサ１１において、素子分離領域１５を介して隣接する開口１８を２つ連結した形状及び大きさとなっている。このため、第１実施形態と同様に、開口６２とＶＣＣＤ１３との最短の間隔Ｐは、第１実施形態における間隔Ｐに等しく、スミアの発生を防ぐために十分な間隔が確保されている。また、イメージセンサ６１においても、素子分離領域１５を介して隣接する開口６２間の最短距離Ｑは、ＶＣＣＤ１３を介した各開口６２間の最短距離Ｒよりも小さい。
【００４８】
このように、素子分離領域１５を介して隣接する２つのＰＤ１２に対して一つの開口６２を設けることで、開口６２の大きさは、これを透過する光の波長に対して十分な大きさとなる。このため、開口６２はＰＤ１２への光の入射を妨げず、ＰＤ１２への十分な入射光量が確保され、ＰＤ１２の感度が向上する。
【００４９】
なお、上述のイメージセンサ６１では、素子分離領域１５を介して隣接するＰＤ１２のうち、右上のＰＤ１２と左下のＰＤ１２の開口を連結して開口６２とする例を説明したが、これに限らず、左上のＰＤ１２と右下のＰＤ１２の開口を連結して開口６２を形成しても良い。この場合にも、上述と同様の効果が得られる。
【００５０】
また、例えば、図５に示すイメージセンサ６６のように、開口６７を、素子分離領域１５を介して隣接する全てのＰＤ１２に共通して設ける。開口６７は、各々異なるＶＣＣＤ１３に信号電荷を転送する２列のＰＤ１２にまたがって帯状に設けられ、２つのＶＣＣＤ１３に挟まれた２列分のＰＤ１２の全てと、これらのＰＤ１２の間に設けられた素子分離領域１５の一部が露呈させる。このため、遮光膜４１は、各ＶＣＣＤ１３を覆うように、水平方向に蛇行した帯状の形状になっている。また、開口６７から露呈されるＰＤ１２の実質的な大きさは、図５に破線で示すように、開口６７から露呈された素子分離領域１５と開口６７とで囲まれる領域となっている。
【００５１】
また、開口６７は、第１実施形態のイメージセンサ１１において、素子分離領域１５を介して隣接する開口１８を、垂直方向に全て連結した形状及び大きさとなっている。このため、第１実施形態と同様に、開口６７とＶＣＣＤ１３との最短の間隔Ｐは、第１実施形態における間隔Ｐに等しく、スミアの発生を防ぐために十分な間隔が確保されている。また、イメージセンサ６７では、素子分離領域１５を介して隣接する開口６７間の最短距離Ｑは０になった状態であり、ＶＣＣＤ１３を介した各開口６７間の最短距離Ｒよりも小さい。
【００５２】
こうして、垂直方向に２列分の開口を連結し、帯状の開口６７とすることで、光の波長に対して開口６７の大きさは十分な大きさとなる。このため、開口６７はＰＤ１２への光の入射を妨げず、ＰＤ１２への十分な入射光量が確保され、ＰＤ１２の感度がさらに向上する。
【００５３】
なお、上述の第２実施形態では、２個のＰＤ１２を露呈する開口６２を設ける例と、２列分のＰＤ１２を露呈する開口６８を設ける例を説明したが、こうして複数のＰＤ１２を露呈させる開口を設ける場合には、開口の大きさが光の透過を妨げない程度の大きさとなれば、一つの開口から露呈させるＰＤ１２の個数は２以上で任意に定めて良い。例えば、一つの開口から３個（，４個，・・・）のＰＤ１２が露呈されるような開口を設けても良い。
【００５４】
［第３実施形態］
上述の第２実施形態では、第１実施形態（及び第２実施形態）では、各ＰＤ１２に対応して設けられるカラーフィルタが、ベイヤー配列をＰＤ１２の配列に応じて４５度回転させたものとなっている例を説明したが、カラーフィルタの配列はこれに限らない。以下では、第３実施形態として、上述の第１，第２実施形態のイメージセンサ１１，６２，６７で、カラーフィルタの配列を特に好適な配列とした例を説明する。なお、第１実施形態のイメージセンサ１１と同様の部分については説明を省略する。
【００５５】
例えば、図６に示すイメージセンサ７１のように、素子分離領域１５を介して隣接する２つのＰＤ１２で同色となるようにカラーフィルタ７２を設けることが好ましい。このカラーフィルタ７２の配列は、図６で部分的に枠及びハッチングで示すように、隣接する同色のカラーフィルタを１単位としてみたときに、ベイヤー配列となる配列となっている。
【００５６】
このカラーフィルタ７２は、Ｒ，Ｇ，Ｂの色毎に各々１工程で設けられる。このため、素子分離領域１５を介して隣接し、同色のカラーフィルタが形成されるＰＤ１２間では、図２で説明したようなカラーフィルタ同士の重なり部分が無く、平坦な一つのカラーフィルタとなっている。特に、イメージセンサ７１のカラーフィルタ７２の配列では、Ｇで示す緑色のカラーフィルタが形成されるＰＤ１２は、イメージセンサ７１の斜め４５度方向に１列に連なっている。このため、緑色のカラーフィルタが形成されるＰＤ１２は斜め方向に全て連なり、重なり部分の無い平坦なカラーフィルタとなっている。したがって、図６では配列の様態を説明するために、緑色のカラーフィルタが形成されるＰＤ１２についても、２個のＰＤ１２を単位として枠を描いてあるが、緑色のカラーフィルタについてはこの枠の短辺方向に沿ったカラーフィルタ間の重なりは無い。
【００５７】
このように、素子分離領域１５を介して隣接する２つのＰＤ１２に設けられるカラーフィルタを同じ色にすることで、加工精度の点から避け難い異色のカラーフィルタ間の重なり部分の数を低減することができる。このため、イメージセンサ７１のようにカラーフィルタを配列することで、異色のカラーフィルタ間の重なりによるＰＤ１２の感度低下を抑え、他のカラーフィルタの配列と比較してさらにＰＤ１２の感度を向上させることができる。特に第１，第２実施形態のイメージセンサ１１，６２，６７のように、ＰＤ１２を露呈させる開口を拡張する場合には、異色のカラーフィルタ間の重なり部分が開口に近く、その影響を受け易い。このため、イメージセンサ７１のように、カラーフィルタ７２の配列を適用することで、さらにＰＤ１２の感度が向上される。
【００５８】
また、例えば、図７に示すイメージセンサ７６のように、ＶＣＣＤ１３を介して隣接する２つのＰＤ１２で同色となるようにカラーフィルタ７７を設けることが好ましい。このカラーフィルタ７７の配列は、図７で部分的に枠及びハッチングで示すように、隣接する同色のカラーフィルタを１単位としてみたときに、ベイヤー配列となる配列となっている。
【００５９】
このカラーフィルタ７７の配列によれば、前述のイメージセンサ７１のカラーフィルタ７２（図６）と同様に、異色のカラーフィルタ間の重なりによるＰＤ１２の感度低下を抑え、ＰＤ１２の感度をより一層向上させることができる。
【００６０】
さらに、カラーフィルタ７７の配列を適用したイメージセンサ７６は、全てのＰＤ１２から独立に信号電荷を読み出して撮像する場合と比べて感度を倍にする高感度駆動を容易に実現することができる。
【００６１】
さらに、カラーフィルタ７７の配列を適用したイメージセンサ７６は、ＶＣＣＤ１３を介して隣接し、同色のカラーフィルタが形成されたＰＤ１２からの信号電荷を、ＶＣＣＤ１３内で容易に加算することができる。このため、イメージセンサ７６は、全てのＰＤ１２から独立に信号電荷を読み出して撮像する場合と比べて、感度を２倍にする高感度駆動を容易に実現することができる。また、こうして高感度駆動する場合に、イメージセンサ７６は、各ＰＤ１２からの信号電荷の読み出し動作を利用して、２つのＰＤ１２からの信号電荷を加算することができるので、信号電荷の加算に要する時間が短い。これにより、イメージセンサ７６は、ＨＣＣＤ１６やラインメモリ等を用いて高感度駆動する場合と比較して、高感度駆動するときに、フレームレートを向上させることができ、ＶＣＣＤ１３内で発生する暗電流による影響を抑えることができる。
【００６２】
なお、上述の第１〜第３実施形態では、ＰＤ１２の配列がハニカム配列のイメージセンサを例に説明したが、ＰＤが正方格子状に配列されたイメージセンサにおいても、本発明を好適に用いることができる。
【００６３】
図８に示すように、ＰＤ１２が正方格子状に配列され、ＰＤ１２の列に対して２列おきにＶＣＣＤ１３が設けられたイメージセンサ９１では、ＶＣＣＤ１３までの最短の間隔Ｐをスミアが生じない程度の所定の間隔以上に保ちながら、各ＰＤ１２に対応して四角形の開口９２を設ける。このとき、開口９２を、素子分離領域１５を介して水平方向に隣接する開口９２間の最短の間隔Ｑが、ＶＣＣＤ１３を介して水平方向に隣接する開口９２間の間隔Ｒよりも小さくなるように設ける。ＰＤ１２の配列が正方格子状である場合にも、こうして開口９２を設けることにより、上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６４】
また、イメージセンサ９１で、隣接する複数の開口９２を連結することにより、上述の第２実施形態と同様の効果を得ることができる。こうしてイメージセンサ９１で隣接する複数の開口９２を連結させる場合には、ＶＣＣＤ１３が露呈されなければ、水平方向に開口９２を連結させて設けても良く、垂直方向に開口９２を連結させても良い。また、図５のイメージセンサ６８に対応して、遮光膜がＶＣＣＤ１３だけを帯状に覆うようにし、ＶＣＣＤ１３間の全てのＰＤ１２に対応する開口９２を連結した開口を設けても良い。
【００６５】
さらに、ＰＤ１２の配列が正方格子状のイメージセンサ９１においても、上述の第３実施形態と同様のカラーフィルタの配列とすることが好ましい。例えば、上述の第３実施形態と同様に、カラーフィルタの配列を、素子分離領域１５を介して隣接するＰＤ１２に設けるカラーフィルタを同色とする配列にすることが好ましい。また、イメージセンサ９１を高感度駆動させることがある場合には、カラーフィルタの配列を、ＶＣＣＤ１３を介して隣接するＰＤ１２に設けるカラーフィルタを同色とする配列にすることが好ましい。
【００６６】
なお、上述の第１〜第３実施形態では、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の３色の原色系カラーフィルタを用いる例を説明したが、これに限らず、シアン，マゼンタ，イエローからなる補色系のカラーフィルタや、ホワイトを併せて用いるカラーフィルタ等、他の周知のカラーフィルタを用いても良い。
【００６７】
なお、上述の第１〜第３実施形態では、素子分離領域１５の幅をＶＣＣＤ１３と略同等の幅に設ける例を説明したが、素子分離領域１５の幅は、ＰＤ１２が露呈される面積を広げるためにも、隣接するＰＤ１２を正確に分離できる範囲内でできるだけ小さくすることが好ましく、少なくともＶＣＣＤ１３の幅よりも小さいことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】イメージセンサの構成を概略的に示す説明図である。
【図２】イメージセンサの層構造を模式的に示す断面図である。
【図３】開口の様態を示す説明図である。
【図４】素子分離領域を介して隣接するＰＤの開口を連結する例を示す説明図である。
【図５】ＶＣＣＤを介して隣接するＰＤの開口を連結する例を示す説明図である。
【図６】素子分離領域を介して隣接するＰＤ上に、同色のカラーフィルタを設ける例を示す説明図である。
【図７】ＶＣＣＤを介して隣接するＰＤ上に、同色のカラーフィルタを設ける例を示す説明図である。
【図８】ＰＤが正方格子状に配列されたイメージセンサの例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
１１，６２，６７，７１，７６，９１  イメージセンサ（固体撮像装置）
１２  フォトダイオード（光電変換素子）
１３  ＶＣＣＤ
１４  読み出しゲート
１５  素子分離領域
１６  ＨＣＣＤ
１７  ＦＤＡ
１８，６２，６８，９２  開口
２６  ｎ型半導体基板
２７  ｐウェル層
３１，３２  ｎ型層
３３，３４  ｐ＋層
３７，３８  転送電極
４１  遮光膜
４２ａ，４２ｂ  平坦化層
４３Ｒ，４３Ｇ，７２，７７  カラーフィルタ
４４  マイクロレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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