(57)【要約】【課題】複数の画素が増幅部等を共有することで高開口率を維持しつつ、画素間の感度ずれを低減する。【解決手段】各画素１は、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積するフォトダイオードＰＤ１又はＰＤ２の他、各種のトランジスタを有する。各画素ブロック２０は、フォトダイオードＰＤ１又はＰＤ２が列方向に順次並んだ２つの画素１からなる。各画素ブロック２０において、２つの画素１が所定のトランジスタ等を共有する。各画素ブロック２０について、当該画素ブロック２０に属する２つの画素１−１，１−２のうちの１つの画素１−１と他の１つの画素１−２との間で、自画素のフォトダイオードＰＤに対する自画素のマイクロレンズＭＬの位置関係が異なる。【選択図】図４
2010040997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向に順次並んだ複数の光電変換部、前記複数の光電変換部に対して共通に設けられ転送された電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、前記複数の光電変換部にそれぞれ対応して設けられ前記複数の光電変換部から前記電荷電圧変換部にそれぞれ電荷を転送する複数の転送部、及び、前記電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、をそれぞれが有する複数の画素ブロックと、
前記各画素ブロックの前記複数の光電変換部にそれぞれ対応して設けられ、前記各画素ブロックについて、前記複数の光電変換部のうちの少なくとも１つの光電変換部と他の少なくとも１つの光電変換部との間で異なる位置関係に配設されるマイクロレンズと、
を有することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記各画素ブロックについて、当該画素ブロックが有する前記複数の光電変換部のうちの少なくとも１つの光電変換部に対応する前記マイクロレンズの屈折力と他の少なくとも１つの光電変換部に対応する前記マイクロレンズの屈折力とが異なる、ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
所定方向に順次並んだ複数の光電変換部、前記複数の光電変換部に対して共通に設けられ転送された電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、前記複数の光電変換部にそれぞれ対応して設けられ前記複数の光電変換部から前記電荷電圧変換部にそれぞれ電荷を転送する複数の転送部、及び、前記電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、をそれぞれが有する複数の画素ブロックと、
前記複数の光電変換部にそれぞれ対応して設けられ、入射光を前記複数の光電変換部にそれぞれ集光させる複数のマイクロレンズと、
を備え、
前記各画素ブロックについて、当該画素ブロックが有する前記複数の光電変換部のうちの少なくとも１つの光電変換部に対応する前記マイクロレンズの屈折力と他の少なくとも１つの光電変換部に対応する前記マイクロレンズの屈折力とが異なる、
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項４】
前記各画素ブロックは、当該画素ブロックの前記電荷電圧変換部の電位をリセットするリセット部と、当該画素ブロックを選択するための選択部とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記各画素ブロック間において対応する光電変換部毎に、当該光電変換部の中心に対する対応マイクロレンズの中心の位置が、前記複数の光電変換部が配置されている有効画素領域の中心と当該光電変換部の中心との間の距離が大きくなるにつれて連続的又は段階的に前記有効画素領域の中心側にシフトすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１に開示された固体撮像素子では、列方向に順次並んだ所定数の画素毎に単位セルをなし、単位セル毎に、当該単位セルに属する前記所定数の画素が、１組の電荷電圧変換部、増幅トランジスタ、リセットトランジスタ及び選択トランジスタを共有している。このため、１画素当たりのトランジスタ数を削減することができ、開口率を大きくすることができる。開口率が大きいと、多くの電荷を扱うこととなり、ＳＮ比が良くなる。
【０００３】
そして、特許文献１に開示された固体撮像素子では、１組の電荷電圧変換部、増幅トランジスタ、リセットトランジスタ及び選択トランジスタを共有する複数の画素からなる単位セル内の、前記光電変換部と該光電変換部に対応して設けられた転送トランジスタとで構成される各々の組は、互いに並進対称とされている。このような並進対称の配置が採用されることによって、単位セル内における画素間の感度ずれを低減することができる。そのことにより、感度ずれに起因する固定パターンノイズの低減された良好な画像を得ることができる。
【特許文献１】特開２００６−７３７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された従来の固体撮像素子では、並進対称の配置が採用されているものの、単位セルごとに複数の画素が増幅トランジスタ等を共有するが故に、各画素における光電変換部に対するその周囲のトランジスタや配線パターン等の他の要素の位置関係（感度に関する光学的な位置関係）を、全ての画素について同一にすることができない。したがって、特許文献１に開示された従来の固体撮像素子では、画素間の感度ずれを必ずしも十分に低減することはできなかった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、複数の画素が増幅部等を共有することで高開口率を維持しつつ、画素間の感度ずれを低減することができる固体撮像素子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】
【０００６】
前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第１の態様による固体撮像素子は、所定方向に順次並んだ複数の光電変換部、前記複数の光電変換部に対して共通に設けられ転送された電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、前記複数の光電変換部にそれぞれ対応して設けられ前記複数の光電変換部から前記電荷電圧変換部にそれぞれ電荷を転送する複数の転送部、及び、前記電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、をそれぞれが有する複数の画素ブロックと、前記各画素ブロックの前記複数の光電変換部にそれぞれ対応して設けられ、前記各画素ブロックについて、前記複数の光電変換部のうちの少なくとも１つの光電変換部と他の少なくとも１つの光電変換部との間で異なる位置関係に配設されるマイクロレンズと、を有するものである。
【０００７】
この第１の態様において、前記各画素ブロックについて、当該画素ブロックに属する前記所定数の画素のうちの２つ以上の画素のうちの少なくとも１つの画素と当該２つ以上の画素のうちの他の少なくとも１つの画素との間で、自画素の前記光電変換部に対する自画素の前記マイクロレンズの位置関係が異なってもよい。この場合、前記各画素ブロックについて、当該画素ブロックに属する前記所定数の画素のうちの２つ以上の画素間の感度ずれが、当該２つ以上の画素の全ての画素について自画素の前記光電変換部に対する自画素の前記マイクロレンズの位置関係が同一である場合に比べて、低減されるように、当該２つ以上の画素のうちの少なくとも１つの画素と当該２つ以上の画素のうちの他の少なくとも１つの画素との間で、自画素の前記光電変換部に対する自画素の前記マイクロレンズの位置関係が異なってもよい。
【０００８】
なお、前述した画素間の感度ずれは、同じ条件の入射光に対する画素間の出力レベルのばらつきに相当するものとする。このとき、カラー画素の場合は、カラーフィルタの影響を除外するものとする。これらの点は、後述する画素間の感度ずれについても同様である。
【０００９】
第２の態様による固体撮像素子は、前記第１の態様において、前記各画素ブロックについて、当該画素ブロックが有する前記複数の光電変換部のうちの少なくとも１つの光電変換部に対応する前記マイクロレンズの屈折力と他の少なくとも１つの光電変換部に対応する前記マイクロレンズの屈折力とが異なるものである。
【００１０】
この第２の態様において、前記各画素ブロックについて、当該画素ブロックに属する前記所定数の画素のうちの２つ以上の画素間の感度ずれが、当該２つ以上の画素の全ての画素について自画素の前記光電変換部に対する自画素の前記マイクロレンズの位置関係が同一でありかつ当該２つ以上の画素の前記マイクロレンズの屈折力が同一である場合に比べて低減されるように、当該２つ以上の画素のうちの少なくとも１つの画素と当該２つ以上の画素のうちの他の少なくとも１つの画素との間で、自画素の前記光電変換部に対する自画素の前記マイクロレンズの位置関係が異なるとともに、当該２つ以上の画素のうちの少なくとも１つの画素の前記マイクロレンズの屈折力と当該２つ以上の画素のうちの他の少なくとも１つの前記マイクロレンズの屈折力とが異なってもよい。
【００１１】
第３の態様による固体撮像素子は、所定方向に順次並んだ複数の光電変換部、前記複数の光電変換部に対して共通に設けられ転送された電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、前記複数の光電変換部にそれぞれ対応して設けられ前記複数の光電変換部から前記電荷電圧変換部にそれぞれ電荷を転送する複数の転送部、及び、前記電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、をそれぞれが有する複数の画素ブロックと、前記複数の光電変換部にそれぞれ対応して設けられ、入射光を前記複数の光電変換部にそれぞれ集光させる複数のマイクロレンズと、を備え、前記各画素ブロックについて、当該画素ブロックが有する前記複数の光電変換部のうちの少なくとも１つの光電変換部に対応する前記マイクロレンズの屈折力と他の少なくとも１つの光電変換部に対応する前記マイクロレンズの屈折力とが異なるものである。
【００１２】
第４の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記各画素ブロックは、当該画素ブロックの前記電荷電圧変換部の電位をリセットするリセット部と、当該画素ブロックを選択するための選択部とを有するものである。
【００１３】
第５の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記各画素ブロック間において対応する光電変換部毎に、当該光電変換部の中心に対する対応マイクロレンズの中心の位置が、前記複数の光電変換部が配置されている有効画素領域の中心と当該光電変換部の中心との間の距離が大きくなるにつれて連続的又は段階的に前記有効画素領域の中心側にシフトするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数の画素が増幅部等を共有することで高開口率を維持しつつ、画素間の感度ずれを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明による固体撮像素子について、図面を参照して説明する。
【００１６】
［第１の実施の形態］
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施の形態による固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。図２は、図１に示す固体撮像素子の画素ブロック２０を示す回路図である。本実施の形態による固体撮像素子は、ＣＭＯＳ型固体撮像素子として形成されており、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラなどの電子カメラに搭載される。
【００１８】
本実施の形態による固体撮像素子は、図１に示すように、２次元状に配置された複数の画素１（図１では、４×４×２個の画素１（４×４個の画素ブロック２０）のみを示す。）と、垂直走査回路２と、水平走査回路３と、これらと接続されている駆動信号線１１〜１５と、画素１の各列ごとに設けられ各列ごとの画素１の出力が供給される垂直信号線４と、各垂直信号線４に接続された定電流源５及びカラムアンプ６と、トランジスタからなるスイッチ７と、カラムアンプ６から出力される信号をスイッチ７を介して受け取る水平信号線８と、出力アンプ９とを備えている。なお、画素１の数が限定されるものではないことは、言うまでもない。
【００１９】
なお、本実施の形態では、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回路）は、この固体撮像素子の外部に設けられ、信号が出力アンプ９を介して外部に出力された後に相関二重サンプリング処理が行われるようになっている。もっとも、ＣＤＳ回路を固体撮像素子に搭載してもよいことは、言うまでもない。この場合、当該ＣＤＳ回路をカラムアンプ６を用いた構成とすることも可能である。
【００２０】
本実施の形態では、各画素１は、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部としてのフォトダイオードＰＤと、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部としてのフローティングディフュージョンＦＤと、フローティングディフュージョンＦＤの電位に応じた信号を出力する増幅部としての増幅トランジスタＡＭＰと、フォトダイオードＰＤからフローティングディフュージョンＦＤに電荷を転送する転送部としての転送トランジスタＴＸと、フローティングディフュージョンＦＤの電位をリセットするリセット部としてのリセットトランジスタＲＥＳと、当該画素１を選択するための選択部としての選択トランジスタＳＥＬとを有し、図２に示すように接続されている。なお、本実施の形態では、画素１のトランジスタＡＭＰ，ＴＸ（ＴＸ１，ＴＸ２），ＲＥＳ，ＳＥＬは、全てｎＭＯＳトランジスタである。図２において、Ｖｄｄは電源電圧である。
【００２１】
なお、図面では、後述の画素ブロック２０のうち図１及び図２中上側の画素のの符号を１−１とし、図１及び図２中下側の画素の符号を１−２として、両者を区別しているが、両者を区別しないで説明するときには両者に符号１を付して説明する場合がある。また、図面では、画素１−１のフォトダイオードの符号をＰＤ１とし、画素１−２のフォトダイオードの符号をＰＤ２として、両者を区別しているが、両者を区別しないで説明するときには両者に符号ＰＤを付して説明する場合がある。同様に、画素１−１の転送トランジスタの符号をＴＸ１とし、画素１−２の転送トランジスタの符号をＴＸ２として、両者を区別しているが、両者を区別しないで説明するときには両者に符号ＴＸを付して説明する場合がある。
【００２２】
本実施の形態では、前記複数の画素１は、フォトダイオードＰＤが列方向に順次並んだ２個の画素１毎に画素ブロック２０をなしている。図２に示すように、各画素ブロック２０毎に、当該画素ブロック２０に属する２個の画素１（１−１，１−２）が、１組のフローティングディフュージョンＦＤ、増幅トランジスタＡＭＰ、リセットトランジスタＲＥＳ及び選択トランジスタＳＥＬを共有している。フォトダイオードＰＤ及び転送トランジスタＴＸは、２個の画素１（１−１，１−２）で共有されることなく、画素１毎に設けられている。図１及び図２では、ｎは画素ブロック２０の行を示している。例えば、１行目の画素１と２行目の画素１とにより１行目の画素ブロック２０が構成され、３行目の画素１と４行目の画素１とにより２行目の画素ブロック２０が構成されている。
【００２３】
転送トランジスタＴＸのゲートは、行毎に、垂直走査回路２からの転送トランジスタＴＸを制御する制御信号φＴＸを転送トランジスタＴＸに供給する制御線１２，１４に、接続されている。ただし、この制御信号φＴＸには、制御線１２を介して各画素ブロック行の上側の転送トランジスタＴＸ１に供給される制御信号φＴＸ１と、制御線１４を介して各画素ブロック行の下側の転送トランジスタＴＸ２に供給される制御信号φＴＸ２とがある。
【００２４】
リセットトランジスタＲＥＳのゲートは、画素ブロック行毎に、垂直走査回路２からのリセットトランジスタＲＥＳを制御する制御信号φＲＳＴをリセットトランジスタＲＥＳに供給する制御線１１に、接続されている。選択トランジスタＳＥＬのゲートは、画素ブロック行毎に、垂直走査回路２からの選択トランジスタＳＥＬを制御する制御信号φＳＥＬを選択トランジスタＳＥＬに供給する制御線１３に、接続されている。
【００２５】
フォトダイオードＰＤは、入射光の光量（被写体光）に応じて信号電荷を生成する。転送トランジスタＴＸは、転送パルス（制御信号）φＴＸのハイレベル期間にオンし、フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。リセットトランジスタＲＥＳは、リセットパルス（制御信号）φＲＳＴのハイレベル期間にオンし、フローティングディフュージョンＦＤをリセットする。
【００２６】
増幅トランジスタＡＭＰは、そのドレインが電源電圧Ｖｄｄに接続され、そのゲートがフローティングディフュージョンＦＤに接続され、そのソースが選択トランジスタＳＥＬのドレインに接続され、定電流源５を負荷とするフォースフォロア回路を構成している。増幅トランジスタＡＭＰは、フローティングディフュージョンＦＤの電圧値に応じて、選択トランジスタＳＥＬを介して垂直信号線４に読み出し電流を出力する。選択トランジスタＳＥＬは、選択パルス（制御信号）φＳＥＬのハイレベル期間にオンし、増幅トランジスタＡＭＰのソースを垂直信号線４に接続する。
【００２７】
垂直走査回路２は、画素ブロック２０の行毎に、選択パルスφＳＥＬ、リセットパルスφＲＳＴ及び転送パルスφＴＸ（φＴＸ１，φＴＸ２）をそれぞれ出力する。また、水平走査回路３は、スイッチ７を制御する制御信号φＨ１〜φＨ４を出力する。
【００２８】
以上のような回路構成を有する固体撮像素子の回路上の動作については、公知であるので、その説明は省略する。
【００２９】
ここで、図１に示す固体撮像素子の各画素ブロック２０の構造について、図３及び図４を参照して説明する。図３は、図１に示す固体撮像素子の２×２個の画素ブロック２０（４×２個の画素１）を模式的に示す概略平面図である。図３において、制御線１１〜１４及び電源Ｖｄｄの配線は、省略している。図４は、図３中のＡ−Ａ’に沿った概略断面図である。図４には、破線によって入射光の様子も示している。なお、説明の便宜上、図３及び図４に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義する。Ｙ軸方向が画素１の列方向であり、基板３１の面がＸＹ平面と平行となっている。
【００３０】
本実施の形態では、Ｎ型シリコン基板３１上にＰ型ウエル３２が設けられ、Ｐ型ウエル３２中にフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２などの画素部における各素子が配置されている。
【００３１】
図３及び図４において、符号４１〜４６は、前述した各トランジスタの一部となっているＮ型不純物拡散領域である。符号４７〜５１は、ポリシリコンによる各トランジスタのゲート電極である。なお、拡散領域４４は電源電圧Ｖｄｄが印加される電源拡散部であり、符号４１〜４３はフローティングディフュージョンＦＤを構成する拡散領域である。ゲート電極４７〜５１は、制御線１２，１４，１１，１３（図３では図示せず）とそれぞれ接続されており、垂直走査回路２から出力される制御信号φＴＸ１、φＴＸ２，φＲＳＴ、φＳＥＬがそれぞれ印加される。拡散領域４１〜４３及び増幅トランジスタＡＭＰのゲート電極５０間が、配線６０によって接続されている。
【００３２】
フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２は、Ｐ型ウエル３２中に設けられたＮ型の電荷蓄積層５５とその表面側に配置されたＰ型の空乏化防止層５６からなる埋め込み型フォトダイオードである。しかし、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２は、空乏化防止層の無いフォトダイオードにしても良い。フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２は、入射する光を光電変換し、生じた電荷を電荷蓄積層５５に蓄積する。フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の電荷蓄積層５５に蓄積された電荷は、転送トランジスタＴＸ１，ＴＸ２がそれぞれオン状態とされることによってそれぞれフローティングディフュージョンＦＤに転送される。
【００３３】
転送トランジスタＴＸ１は、フォトダイオードＰＤ１の電荷蓄積層５５をソース、フローティングディフュージョンＦＤの一部を構成する拡散領域４１をドレインとしたＭＯＳトランジスタである。転送トランジスタＴＸ１は、そのゲート電極４７に印加される制御信号φＴＸ１により駆動される。同様に、転送トランジスタＴＸ２は、フォトダイオードＰＤ２の電荷蓄積層５５をソース、フローティングディフュージョンＦＤの一部を構成する拡散領域４２をドレインとしたＭＯＳトランジスタである。転送トランジスタＴＸ２は、そのゲート電極４８に印加される制御信号φＴＸ２により駆動される。
【００３４】
フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２から転送トランジスタＴＸ１，ＴＸ２をそれぞれ介してフローティングディフュージョンＦＤに転送されてきた電荷は、フローティングディフュージョンＦＤで電圧に変換され、この電圧が増幅トランジスタＡＭＰのゲート電極５０に印加される。そして、増幅トランジスタＡＭＰは、そのゲート電極５０の電圧に応じた電気信号を出力する。したがって、増幅トランジスタＡＭＰは、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２で生成・蓄積された電荷の量に応じた電気信号（画素信号）を出力する。
【００３５】
選択トランジスタＳＥＬは、拡散領域４５をドレイン、拡散領域４６をソースとするＭＯＳトランジスタである。選択トランジスタＳＥＬは、オン状態にされることで、増幅トランジスタＡＭＰの出力を垂直信号線４に出力する。すなわち、増幅トランジスタＡＭＰと選択トランジスタＳＥＬによって、ソースフォロワによる読み出しが可能となっている。
【００３６】
リセットトランジスタＲＥＳは、電源拡散部４４をドレイン、フローティングディフュージョンＦＤの一部を構成する拡散領域４３をソースとするＭＯＳトランジスタである。リセットトランジスタＲＥＳは、オン状態にされることで、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積されている電荷をリセットする。
【００３７】
本実施の形態では、図３に示すように、転送トランジスタＴＸ１，ＴＸ２はフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の−Ｘ側にそれぞれ配置されている。そして、各画素ブロック２０において、画素１−１，１−２が共有する１組のリセットトランジスタＲＥＳ、増幅トランジスタＡＭＰ及び選択トランジスタＳＥＬが、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２間に行方向（Ｘ軸方向）に一列に配置されている。
【００３８】
図４に示すように、ゲート電極４７〜５１は、酸化膜（絶縁膜）３３上に形成されている。それらの上には層間絶縁膜３４が形成され、層間絶縁膜３４中にアルミニウム配線層が複数層に形成されている。図４では、それらのアルミニウム配線層のうちの１つの層である配線６０のみを示している。図面には示していないが、それらのアルミニウム配線層のうちのそれぞれ所定の層によって、前述した各配線が形成されている。
【００３９】
各画素１は、図３及び図４に示すように、入射光を自画素のフォトダイオードＰＤに集光させるマイクロレンズＭＬを有している。マイクロレンズＭＬは、層間絶縁膜３４上に、平坦化層３５、カラーフィルタ３６及び平坦化層３７を介して形成されている。図面では、各画素ブロック２０の＋Ｙ側の画素１−１のマイクロレンズに符号ＭＬ１を付し、−Ｙ側の画素１−２のマイクロレンズに符号ＭＬ２を付して、両者を区別しているが、両者を区別しないで説明するときには両者に符号ＭＬを付して説明する場合がある。カラーフィルタ３６は、各画素１毎に、例えばベイヤー配列に従って配列されている。もっとも、白黒用の固体撮像素子として構成する場合には、カラーフィルタ３６を設けなくてもよい。
【００４０】
本実施の形態では、各画素ブロック２０について、当該画素ブロック２０に属する２つの画素１−１，１−２間の感度ずれ（ここでは、カラーフィルタ３６の影響を除外した感度ずれ、具体的には、例えば、カラーフィルタ３６が分光特性を有しないと仮定した場合の感度ずれ）が、当該２つの画素１−１，１−２について自画素のフォトダイオードＰＤに対する自画素のマイクロレンズＭＬの位置関係が同一である場合に比べて、低減されるように、当該２つの画素１−１，１−２のうちの１つの画素１−１と当該２つの画素１−１，１−２のうちの他の１つの画素１−２との間で、自画素のフォトダイオードＰＤに対する自画素のマイクロレンズＭＬの位置関係が異なっている。本実施の形態では、マイクロレンズＭＬ１の屈折力とマイクロレンズＭＬ２の屈折力とは同一である。
【００４１】
図３及び図４に示す例では、各画素ブロック２０において、＋Ｙ側の画素１−１では、マイクロレンズＭＬ１の中心がフォトダイオードＰＤ１の中心から＋Ｙ方向へ所定距離だけシフトされ、−Ｙ側の画素１−２では、マイクロレンズＭＬ２の中心がフォトダイオードＰＤ２の中心から−Ｙ方向へ所定距離だけシフトされている。これにより、図３及び図４に示す例では、各画素ブロック２０において、マイクロレンズＭＬ１で集光された光もマイクロレンズＭＬ２で集光された光も配線６０によってけられることなくフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２にそれぞれ入射し、各画素ブロック２０において両画素１−１，１−２の感度が等しくなっている。なお、図４に示す入射光線の様子は、図４に示す画素１−１，１−２が、有効画素領域の中心付近（すなわち、被写体像を本実施の形態による固体撮像素子の撮像面に結像させる撮像レンズの光軸付近）の画素であるものとして示している。この点は、後述する図５及び図９についても同様である。
【００４２】
図５に示す比較例では、各画素ブロック２０において、マイクロレンズＭＬ２で集光された光は配線６０によってけられないものの、マイクロレンズＭＬ１で集光された光は配線６０によってその一部がけられてしまい、両画素１−１，１−２の感度が異なってしまう。図５は、本実施の形態による固体撮像素子と比較される比較例による固体撮像素子を示す概略断面図であり、図４に対応している。図５において、図４中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。この比較例が本実施の形態と異なる所は、各画素ブロック２０におけるマイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２の配置のみである。すなわち、この比較例では、各画素ブロック２０において、＋Ｙ側の画素１−１では、マイクロレンズＭＬ１の中心がフォトダイオードＰＤ１の中心と一致し、−Ｙ側の画素１−２では、マイクロレンズＭＬ２の中心がフォトダイオードＰＤ２の中心と一致している。これにより、各画素ブロック２０において、両画素１−１，１−２間で、自画素フォトダイオードＰＤに対する自画素のマイクロレンズＭＬの位置関係が同一となっている。
【００４３】
図３及び図４に示す例と図５に示す比較例は、理解を容易にするため、配線６０によって光がけられる状況の有無のみに着目したものであった。しかしながら、実際には、各画素ブロック２０において、各画素１−１，１−２におけるフォトダイオードＰＤに対するその周囲のトランジスタや配線パターン等の他の要素の位置関係（感度に関する光学的な位置関係）に応じて、画素１−１，１−２間でそれらの位置関係を同一にすることができないことによる感度ずれを低減するように、マイクロレンズＭＬ１のフォトダイオードＰＤ１に対する位置、及び、マイクロレンズＭＬ２のフォトダイオードＰＤ２に対する位置が設定される。
【００４４】
本実施の形態によれば、各画素ブロック２０において、２つの画素１−１，１−２が１組のフローティングディフュージョンＦＤ、増幅トランジスタＡＭＰ、リセットトランジスタＲＥＳ及び選択トランジスタＳＥＬを共有しているので、高開口率を維持することができる。そして、本実施の形態によれば、各画素ブロック２０における２つの画素１−１，１−２の画素のマイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２の配置が前述したように工夫されているので、各画素ブロック２０における２つの画素１−１，１−２間の感度ずれを低減することができる。
【００４５】
ところで、本実施の形態では、いずれの画素ブロック２０の画素１−１も、自画素のフォトダイオードＰＤ１に対する自画素のマイクロレンズＭＬ１の位置関係は、同一とされている。また、いずれの画素ブロック２０の画素１−２も、自画素のフォトダイオードＰＤ２に対する自画素のマイクロレンズＭＬ２の位置関係は、同一とされている。したがって、画素１が２次元状に配置されている有効画素領域の中心に比べて周辺部の入射光が斜めに入射することに起因して、シェーディングが生ずる。その様子を図６に示している。図６は、有効画素領域内の各位置の画素１−１の出力（ただし、カラーフィルタ３６が分光特性を有しないと仮定した場合の出力）を模式的に示す図である。図面には示していないが、有効画素領域内の各位置の画素１−２の出力も、図６と同様となる。
【００４６】
次に、このようなシェーディングを低減させることができるように、本実施の形態による固体撮像素子を変形した固体撮像素子を、以下の第２の実施の形態による固体撮像素子として説明する。
【００４７】
［第２の実施の形態］
【００４８】
図７は、本発明の第２の実施の形態による固体撮像素子を模式的に示す概略断面図である。図７において、図３及び図４中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、マイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２の配置のみである。
【００４９】
図面には示していないが、本実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様に、各画素ブロック２０について、当該画素ブロック２０に属する２つの画素１−１，１−２間の感度ずれ（ここでは、カラーフィルタ３６の影響を除外した感度ずれ）が、当該２つの画素１−１，１−２について自画素のフォトダイオードＰＤに対する自画素のマイクロレンズＭＬの位置関係が同一である場合に比べて、低減されるように、当該２つの画素１−１，１−２のうちの１つの画素１−１と当該２つの画素１−１，１−２のうちの他の１つの画素１−２との間で、自画素のフォトダイオードＰＤに対する自画素のマイクロレンズＭＬの位置関係が異なっている。
【００５０】
そして、本実施の形態では、前記第１の実施の形態とは異なり、画素ブロック２０間において対応する画素１毎に、当該画素１におけるフォトダイオードＰＤの中心に対するマイクロレンズＭＬの中心の位置が、有効画素領域の中心と当該画素１のフォトダイオードＰＤの中心との間の距離が大きくなるにつれて連続的（段階的でもよい。）に有効画素領域の中心側にシフトしている。すなわち、本実施の形態では、各画素１−１は、図７に示すように、当該画素１−１におけるフォトダイオードＰＤ１の中心に対するマイクロレンズＭＬ１の中心の位置が、有効画素領域の中心と当該画素１−１のフォトダイオードＰＤ１の中心との間の距離が大きくなるにつれて連続的（段階的でもよい。）に有効画素領域の中心側にシフトしている。図７は、有効画素領域の中心付近の画素１−１を含んで行方向（Ｘ軸方向）に並んだ１行の画素１−１をＸＺ平面と平行な面に沿った面で切断したものに相当している。また、図面には示していないが、本実施の形態では、各画素１−２は、各画素１−１と同様に、当該画素１−２におけるフォトダイオードＰＤ２の中心に対するマイクロレンズＭＬ２の中心の位置が、有効画素領域の中心と当該画素１−２のフォトダイオードＰＤ２の中心との間の距離が大きくなるにつれて連続的（段階的でもよい。）に有効画素領域の中心側にシフトしている。
【００５１】
したがって、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られると同時に、図８に示すように、有効画素領域の中心に比べて周辺部の入射光が斜めに入射することに起因したシェーディングを低減することができるという利点も得られる。図８は、有効画素領域内の各位置の画素１−１の出力（ただし、カラーフィルタ３６が分光特性を有しないと仮定した場合の出力）を模式的に示す図であり、図６に対応している。図面には示していないが、有効画素領域内の各位置の画素１−２の出力も、図８と同様となる。
【００５２】
［第３の実施の形態］
【００５３】
図９は、本発明の第３の実施の形態による固体撮像素子の画素ブロック２０を模式的に示す概略断面図であり、図４に対応している。図９において、図４中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００５４】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点のみである。本実施の形態では、前述した図５に示す比較例と同じく、各画素ブロック２０において、＋Ｙ側の画素１−１では、マイクロレンズＭＬ１の中心がフォトダイオードＰＤ１の中心と一致し、−Ｙ側の画素１−２では、マイクロレンズＭＬ２の中心がフォトダイオードＰＤ２の中心と一致している。そして、本実施の形態では、前記第１の実施の形態及び図５に示す比較例と異なり、マイクロレンズＭＬ１の屈折力とマイクロレンズＭＬ２の屈折力とが同一である場合（ここでは、図９中のマイクロレンズＭＬ１の屈折力を図９中のマイクロレンズＭＬ２と屈折力と同じく比較的低い屈折力にする場合）に比べて、低減されるように、当該２つの画素１−１，１−２のうちの１つの画素１−１の屈折力と当該２つの画素１−１，１−２のうちの他の１つの画素１−２の屈折力とが異なっている。
【００５５】
図９に示す例では、マイクロレンズＭＬ１の屈折力がマイクロレンズＭＬ２の屈折力よりも大きくなっている。マイクロレンズＭＬ１の屈折力もマイクロレンズＭＬ２の屈折力と同じく比較的小さい屈折力とすれば、図９中の２点鎖線で示すように、マイクロレンズＭＬ２で集光される光は配線６０によってけられないものの、マイクロレンズＭＬ１で集光される光は配線６０によってその一部がけられてしまい、両画素１−１，１−２の感度が異なってしまう。これに対し、図９に示す例では、マイクロレンズＭＬ１の屈折力がマイクロレンズＭＬ２の屈折力よりも大きくされているので、マイクロレンズＭＬ２で集光された光のみならず、マイクロレンズＭＬ１で集光された光も、配線６０によってけられることなくフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２にそれぞれ入射し、各画素ブロック２０において両画素１−１，１−２の感度が等しくなる。
【００５６】
なお、製造時に屈折力の異なるマイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２を形成する際には、例えば、熱リフロー法を採用する場合、マイクロレンズＭＬ１用のレジスト膜を塗布し、該レジスト膜をフォトリソグラフィ及び現像によりマイクロレンズＭＬ１に合わせた形状にパターニングし、次いで、マイクロレンズＭＬ２用のレジスト膜を塗布し、該レジスト膜をフォトリソグラフィ及び現像によりマイクロレンズＭＬ２に合わせた形状にパターニングし、その後、加熱溶融して各レジスト膜を半球状に整形し、マイクロレンズＭＬ１，Ｍ２を形成すればよい。
【００５７】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００５８】
ところで、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同様に、いずれの画素ブロック２０の画素１−１も、自画素のフォトダイオードＰＤ１に対する自画素のマイクロレンズＭＬ１の位置関係は、同一とされている。また、いずれの画素ブロック２０の画素１−２も、自画素のフォトダイオードＰＤ２に対する自画素のマイクロレンズＭＬ２の位置関係は、同一とされている。したがって、画素１が２次元状に配置されている有効画素領域の中心に比べて周辺部の入射光が斜めに入射することに起因したシェーディングが生ずる。その様子は図６と同様となる。また、有効画素領域内の各位置の画素１−２の出力も、図６と同様となる。
【００５９】
このシェーディングを低減するためには、前記第１の実施の形態を変形して前記第２の実施の形態を得たのと同様の変形を、本実施の形態に適用すればよい。
【００６０】
前記第１の実施の形態では、各画素ブロック２０において、マイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２の屈折力を同一にしてマイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２の位置のみを異ならせ、前記第２の実施の形態では、マイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２の位置を同一にしてマイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２の屈折力を異ならせている。これに対し、各画素ブロック２０において、マイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２の位置を異ならせるとともにマイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２の屈折力を異ならせてもよい。すなわち、本発明では、各画素ブロック２０について、当該画素ブロック２０に属する当該画素ブロック２０に属する２つの画素１−１，１−２間の感度ずれ（ここでは、カラーフィルタ３６の影響を除外した感度ずれ）が、当該２つの画素１−１，１−２について自画素のフォトダイオードＰＤに対する自画素のマイクロレンズＭＬの位置関係が同一でありかつ当該２つの画素１−１，１−２のマイクロレンズＭＬの屈折力が同一である場合に比べて低減されるように、当該２つの画素１−１，１−２のうちの１つの画素１−１と当該２つの画素１−１，１−２のうちの他の１つの画素１−２との間で、自画素のフォトダイオードＰＤに対する自画素のマイクロレンズＭＬの位置関係が異なっているとともに、当該２つ画素１−１，１−２のうちの１つの画素１−１のマイクロレンズＭＬ１の屈折力と当該２つの画素１−１，１−２のうちの他の１つのマイクロレンズＭＬ２の屈折力とが異なってもよい。これに対しても、前記第１の実施の形態を変形して前記第２の実施の形態を得たのと同様の変形を、適用してもよい。
【００６１】
以上、本発明の各実施の形態及びその変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６２】
例えば、前記各実施の形態及び変形例では、フォトダイオードＰＤが列方向に順次並んだ２個の画素１毎に画素ブロック２０をなす固体撮像素子に本発明を適用した例である。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、フォトダイオードＰＤが列方向に順次並んだ２以上の所定数（例えば、４個など）の画素１毎に画素ブロック２０をなす固体撮像素子にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１の実施の形態による固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。
【図２】図１に示す固体撮像素子の画素ブロックを示す回路図である。
【図３】図１に示す固体撮像素子の２×２個の画素ブロックを模式的に示す概略平面図である。
【図４】図３中のＡ−Ａ’に沿った概略断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態による固体撮像素子と比較される比較例による固体撮像素子を示す概略断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態による固体撮像素子の、有効画素領域内の各位置の画素の出力を模式的に示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態による固体撮像素子を模式的に示す概略断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態による固体撮像素子の、有効画素領域内の各位置の画素の出力を模式的に示す図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態による固体撮像素子の画素ブロックを模式的に示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１（１−１，１−２）  画素
２０  画素ブロック
ＰＤ１，ＰＤ２  フォトダイオード
ＭＬ１，ＭＬ２  マイクロレンズ
ＡＭＰ  増幅トランジスタ
ＲＥＳ  リセットトランジスタ
ＴＸ１，ＴＸ２  転送トランジスタ
ＳＥＬ  選択トランジスタ
ＦＤ  フローティングディフュージョン
【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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【図９】
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