(57)【要約】      （修正有）【課題】解像度を落さず単位画素ごとに入射される光量のばらつきを抑制した固体撮像装置を提供する。【解決手段】半導体基板上に、光を信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオード（以下、ＰＤという）２が行列状（ｉ，ｊ）に配置され、ＰＤ２に蓄積された信号電荷を読み出すための電荷転送ゲート３と、電荷転送ゲート３を介して読み出したＰＤ２で光電変換された信号電荷を電位に変換するフローティングディフュージョン４ａ，４ｂとが設けられ、信号電荷をリセットするリセットトランジスタ７及び読出した信号電荷を増幅する増幅用トランジスタ５を複数のＰＤ２で共有している。加えて、リセットトランジスタ７と増幅用トランジスタ５とを共有する共有領域内の第１ＰＤ（ｉ，ｊ）と第２ＰＤ（ｉ，ｊ＋１）の間に配置されたリセットトランジスタ７が、第３ＰＤ（ｉ＋１，ｊ＋ｎ）と第４ＰＤ（ｉ＋１，ｊ＋ｎ＋１）の間に配置される。【選択図】図８
2010063120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、光を信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオードが行列状（ｉ，ｊ）に複数配置され、前記フォトダイオードに蓄積された前記信号電荷を読み出すための電荷転送ゲートと、前記電荷転送ゲートを介して読み出した前記フォトダイオードで光電変換された前記信号電荷を電位に変換するフローティングディフュージョンとが設けられ、前記信号電荷をリセットするリセットトランジスタ及び読出した信号電荷を増幅する増幅用トランジスタを複数の前記フォトダイオードで共有する固体撮像装置において、
前記リセットトランジスタと前記増幅用トランジスタとを共有する共有領域内の第１フォトダイオード（ｉ，ｊ）と第２フォトダイオード（ｉ，ｊ＋１）の間に配置された前記リセットトランジスタ又は前記増幅用トランジスタの一方を備え、
前記第１フォトダイオード（ｉ，ｊ）と第２フォトダイオード（ｉ，ｊ＋１）の間に配置されていない他方の前記リセットトランジスタ又は前記増幅用トランジスタが、第３フォトダイオード（ｉ＋１，ｊ＋ｎ）と第４フォトダイオード（ｉ＋１，ｊ＋ｎ＋１）の間に配置され、かつ
前記ｎが−１又は＋１であることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
半導体基板上に、光を信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオードが行列状（ｉ，ｊ）に複数配置され、前記フォトダイオードに蓄積された前記信号電荷を読み出すための電荷転送ゲートと、前記電荷転送ゲートを介して読み出した前記フォトダイオードで光電変換された前記信号電荷を電位に変換するフローティングディフュージョンとが設けられ、前記信号電荷をリセットするリセットトランジスタ及び読出した信号電荷を増幅する増幅用トランジスタを複数のフォトダイオードで共有する固体撮像装置において、
前記リセットトランジスタ、前記増幅用トランジスタを共有する共有領域内の第１フォトダイオード（ｉ，ｊ）と第２フォトダイオード（ｉ＋１，ｊ）の間に配置された前記リセットトランジスタ又は前記増幅用トランジスタの一方を備え、
前記第１フォトダイオード（ｉ，ｊ）と第２フォトダイオード（ｉ＋１，ｊ）の間に配置されていない他方の前記リセットトランジスタ又は前記増幅用トランジスタが、第３フォトダイオード（ｉ＋ｎ，ｊ＋１）と第４フォトダイオード（ｉ＋ｎ＋１，ｊ＋１）の間に配置され、かつ
前記ｎが−１又は＋１であることを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に係わり、特に複数の画素が増幅用トランジスタとリセットトランジスタを共有する固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラや電子カメラが広く普及している。これらのカメラには、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）や、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサなどの固体撮像素子が用いられている。固体撮像素子の撮像部には、フォトダイオードからなる光電変換部が複数個２次元アレイ状に配置され、各フォトダイオードを中心的機能部として単位領域（単位画素）が形成されている。
【０００３】
ＣＣＤは、各単位画素に入射した光をフォトダイオードによって光電変換し、生じた信号電荷を、垂直ＣＣＤ転送レジスタ及び水平ＣＣＤ転送レジスタを介して、出力部に設けたフローティングディフュージョン（ＦＤ）部に転送する。その後、ＣＣＤは、このＦＤ部の電位変動をＭＯＳトランジスタによって検出し、それを増幅することにより、撮像信号として出力する。
【０００４】
一方、ＣＭＯＳイメージセンサは、各単位画素内にＦＤ部や転送、増幅などのための各種ＭＯＳトランジスタを有することから、電荷転送が不要である。従って、ＣＭＯＳイメージセンサは、ＣＣＤ型固体撮像素子よりも低電圧で動作可能であり、省電力化に適している。また、ＣＭＯＳイメージセンサは、複雑な信号処理機能を容易にワンチップ化できるため、撮像素子の小型化に適している。
【０００５】
図１２は、従来のＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の構成と単位画素１個分の等価回路の一例を示す説明図である。図１２に示すＣＭＯＳイメージセンサでは、各単位画素１００は、フォトダイオード１０２からなる光電変換部と、信号電荷を電圧信号に変換して出力するための４つのＭＯＳトランジスタ１０３及び１０５〜１０７とを備えている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００６】
受光動作時には、フォトダイオード１０２に蓄積された信号電荷（電子）は、読み出し信号線１０９から電荷転送ゲート１０３のゲート電極に印加される読み出しパルスに基づいて、電荷転送ゲート１０３を介してフローティングディフュージョン（ＦＤ）部１０４に転送される。ＦＤ部１０４は、増幅用トランジスタ１０５のゲート電極に接続されており、信号電荷（電子）によるＦＤ部１０４の電位変化が、増幅用トランジスタ１０５によってインピーダンス変換された後、垂直信号線１５に出力される。垂直選択用トランジスタ１０６は、垂直選択線１３からゲート電極に印加される垂直選択パルスに基づいてＯＮ、ＯＦＦし、所定の期間だけ増幅用トランジスタ１０５を駆動する働きをする。リセットトランジスタ１０７は、垂直リセット線１４からゲート電極に印加される垂直リセットパルスに基づいて、ＦＤ部１０４の電位を電源線１０８の電位にリセットする働きをする。
【０００７】
各単位画素１００は、垂直シフトレジスタ１１及び水平シフトレジスタ１２によって１サイクルの間に１度ずつ、次のように走査される。すなわち、１サイクルの間の一定期間、垂直シフトレジスタ１１から１つの垂直選択線１３に垂直選択パルスが出力されると、この垂直選択線１３に対応する行の画素が選択されると、各画素の出力信号がそれぞれの垂直信号線１５に出力される。そして、この一定期間の間に水平シフトレジスタ１２から各水平選択線１７に水平選択パルスが順次出力され、対応する各垂直信号線１５の出力信号が、水平選択用トランジスタ１６を介して、水平信号線１８に順次取り出される。１つの行の全画素の走査が終了すると、次の行の垂直選択線１３に垂直選択パルスが出力され、上記と同様にしてこの新しい行の各画素が走査される。以上の動作を繰り返して、１サイクルの間に全ての行の全画素が１度ずつ走査され、その出力信号が時系列的に水平信号線１８に取り出される。
【０００８】
図１３は、従来のＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の構造を示す断面図である。図１４は、図１３の断面図だけでは表しきれないＦＤ部１０４と周辺の不純物層の接続関係を概念的に示す説明図である。
【０００９】
図１３に示すように、シリコン基板１０１表面層には埋め込みフォトダイオードからなるフォトダイオード部１０２が形成されている。また、その周囲には電荷転送ゲート１０３などのＭＯＳトランジスタを構成するｎ型不純物層が形成されている。図１４に示すように、埋め込みフォトダイオード１０２、ＦＤ部１０４、及びリセットトランジスタ１０７を形成するｎ型不純物層は、ゲート電極下部のチャネル領域によって連結されるように設けられており、効率的な信号電荷の転送と消去ができるようになっている。
【００１０】
ＭＯＳトランジスタからなる回路部に光が漏れ入ると、光電変換が起こり、その結果生じた電子によって発生した偽信号がノイズとなる。
【００１１】
シリコン基板１０１の上部には、酸化シリコンなどからなる絶縁層１２４を介して、例えばアルミニウムなどからなる多層配線が形成されている。この多層配線において、例えば、１層目の配線１２１は画素トランジスタ間などを接続する局所的な配線であり、２層目の配線１２２及び３層目の配線１２３は、上記トランジスタを駆動する垂直選択線１３などの制御信号線や、増幅用トランジスタ１０５によって増幅された電気信号を伝達する垂直信号線１５などの信号線や、電源線などの大域的な配線である。
【００１２】
さらにその上部には、窒化シリコンなどからなるパッシベーション膜１２５や平坦化膜などが形成され、その上に画素色フィルタ１２６及びオンチップレンズ１２７が配置されている。オンチップレンズ１２７は、フォトダイオード１０２に入射光を集光するために用いられる。通常、これらのオンチップレンズ１２７は、一定のピッチで等間隔に形成される。
【００１３】
上記のＣＭＯＳイメージセンサでは、単位画素１００における、フォトダイオード１０２、ＭＯＳトランジスタ１０３、１０５〜１０７や画素内配線、及びオンチップレンズ１２７の相対的な位置関係は、各単位画素１００で共通である。すなわち、各部材は同じ並進対称性をもつように同じピッチで等間隔に配列されている。この結果、入射光は、各単位画素１００でフォトダイオード１０２に同じように入射することになり、単位画素１００ごとのばらつきの小さい良質な画像を得ることができる。
【００１４】
ところで、ＣＭＯＳイメージセンサなどの増幅型固体撮像素子では、上記のように少なくとも２層、望ましくは３層以上の多層配線が必要であり、フォトダイオード１０２の上部に厚く形成される。例えば、フォトダイオード１０２の表面から最上部の３層目配線までの高さは２〜５μｍになり、これは画素サイズと同程度である。このため、被写体をレンズにより結像して撮像する固体撮像装置においては、撮像領域の周辺部寄りの領域でシェーディングが大きいという問題、すなわち、斜めに入射する光が遮光膜や配線によって遮られ、フォトダイオードに集光される光量が減少し、画質劣化が顕著になるという問題がある。
【００１５】
そこで、撮像領域の周辺部寄りの領域においては、斜めに入射する光もフォトダイオードに集光されるように、瞳補正と称してオンチップレンズや遮光膜の開口部の位置を補正し、シェーディングを軽減することがある。具体的には、フォトダイオードから見て光が入射して来る方向にオンチップレンズ及び遮光膜開口部を配置する。また、後述の特許文献２では、撮像領域の中心部から周辺部に行くに従って各単位画素に対する信号線（配線）の相対位置が撮像領域の中心に近づく方向にずれていることを特徴とする固体撮像素子が提案されている。
【００１６】
なお、本出願でいう単位領域（単位画素）とは、１つのフォトダイオード部を中心的機能部として、その機能を実現するための部分が配置された基板上の領域を指すものとする。また、単位領域の配列の並進対称性とは、同じ大きさの単位領域中の一定位置（例えば中心の位置）を占める点の集合によって形成される配列の規則性を指すものとする。
【００１７】
さて、近年、携帯電話などのモバイル機器へのカメラ機能搭載の目的から、固体撮像素子の小型化に対する要求が強まっている。この固体撮像素子の小型化と高画素数化による単位画素の縮小化にともない、単位画素あたりの受光領域が減少し、飽和信号量や感度などの固体撮像素子の特性が低下するという問題が生じている。
【００１８】
従来、この特性低下を防止するために、単位画素内のトランジスタの面積を減少させることで、フォトダイオードの面積の減少を抑える方法などが用いられてきた。しかし、そのような方法によって固体撮像素子の特性を良好に保つことは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００６−３０３４６８
【特許文献２】特開２００３−２７３３４２
【特許文献３】特開２００５−１９８００１
【特許文献４】ＵＳＰ６，０４３，４７８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
特許文献３及び４では、次世代へのブレークスルーとして、各画素に必須であるフォトダイオード及び電荷転送ゲート以外の、従来すべての画素に設けられていたＦＤ部、増幅用トランジスタ、垂直選択用トランジスタ、及びリセットトランジスタを複数の隣接単位画素間で共有するＣＭＯＳイメージセンサが提案されている。
【００２１】
このＣＭＯＳイメージセンサでは、単位画素当りのトランジスタ数及び配線数を減らすことができ、その結果として、十分なフォトダイオードの面積が確保される。また、配線によるケラレ（以降、ケラレとは、光の入射光路内に障害物があって光を遮られる現象を意味する。）を減少させることができるので、単位画素の縮小化に有効な場合がある。
【００２２】
しかしながら、この場合、単位画素内に、画素固有のフォトダイオードと、複数の単位画素に共有される共有領域とが混在することになる。共有領域が単位画素内で占める相対位置は、隣接単位画素間では必ず異なるから、フォトダイオードが単位画素内で占める相対位置も、自ずと隣接単位画素間で異なることになる。すなわち、共有領域を有するＣＭＯＳイメージセンサでは、従来の通常のＣＭＯＳイメージセンサ（図１３参照）と違って、フォトダイオードを単位画素と同じ並進対称性をもつように同じピッチで配置することはできない。以下、前述の問題点、及びそのような基板に従来と同様のオンチップレンズを形成した場合の問題点について図を用いて説明する。
【００２３】
図１５は、上記のフォトダイオード２やトランジスタが形成されたシリコン基板１の上に、従来と同様のオンチップレンズ２７が形成されたＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の構造を示す断面図である。図１５は、主として３個の単位画素を示しており、左側の単位画素１０と中央の単位画素２０とは境界位置２８において互いにＦＤ部４を共有しているが、右側の単位画素３０と中央の単位画素２０とはＦＤ部４を共有していない。
【００２４】
上述の通り、フォトダイオード２のｎ型領域及びＦＤ部４のｎ型領域は、効率的な信号電荷の転送を行うことができるように、電荷転送ゲート３のチャネル領域を介して連結されている。従って、フォトダイオード２は、ＦＤ部４の中心から離れ、境界位置２９に近づく方向に偏位して設けられている。
【００２５】
この結果、図１５の横方向において各単位画素のフォトダイオード２の配列には、（ＦＤ部４を共有し合う単位画素間における）ピッチが大きい区間と、（ＦＤ部４を共有しない単位画素間における）ピッチが小さい区間とが交互に現れる。すなわち、図１３を用いて先述した、通常のＣＭＯＳイメージセンサにおける並進対称性をもった等間隔の配列とは異なる。
【００２６】
一方、図１５に示すように、シリコン基板１の上部には酸化シリコンなどからなる絶縁層２４が形成され、これを介して、多層配線（１層目配線２１、２層目配線２２、３層目配線２３）が形成されている。多層配線は、フォトダイオード２にできるだけ多くの光を導入できるように、フォトダイオード２の上方を避けるようにレイアウトする。
【００２７】
さらにその上部には、窒化シリコンなどからなるパッシベーション膜２５や平坦化膜などが形成され、その上に画素色フィルタ２６及びオンチップレンズ２７が配置されている。
【００２８】
一方、前述したように、フォトダイオード２は、単位画素の中心位置より、ＦＤ部４の中心から離れ、境界位置２９に近づく方向に偏位して設けられている。また、多層配線もフォトダイオード２の上部を避けるように単位画素の中心位置から偏位して形成されている。
【００２９】
以上の結果、オンチップレンズ２７によって集光された光の一部が、フォトダイオード２をはずれてトランジスタが形成されているシリコン基板１の共有領域に入射してしまう。また、多層配線によってケラレるという問題も生じる。この際、共有領域におけるトランジスタの配置や多層配線の配置は、隣接単位画素間で一様ではないから、この問題はフォトダイオード２に入射する入射光量が減少する原因になるばかりでなく、入射光量が各単位画素間でばらつく原因にもなる。各単位画素間でフォトダイオード２に入射する入射光量がばらつくと、各単位画素で感度が一定にならないため、撮像特性として好ましくない。
【００３０】
図１６は、２個の単位画素１０に共通のＦＤ部４を設け、増幅用トランジスタ５、垂直選択用トランジスタ６、及びリセットトランジスタ７を隣接する４画素が共有した場合の、一般的な平面配置図である。フォトダイオード２に書かれている、Ｒ、Ｂ、Ｇｒ、Ｇｂは、ベイヤ配列の色を示している。ここで、Ｒは赤色、Ｂは青色、Ｇｒ、Ｇｂは緑色の信号を出力するフォトダイオード２を備え、図１５の画素色フィルタ２６がＲ，Ｂ、Ｇｒ、Ｇｂの色を分ける。なお、Ｇｒは赤色Ｒの横に配置された緑色画素を示し、Ｇｂは青色Ｂの横に配置された緑色画素を示す。
【００３１】
図１５の断面は、図１６の破線Ａ−Ａ′に相当する２つのフォトダイオード２とそれぞれに対応する電荷転送ゲート３の間にフローティングディフュージョン（ＦＤ）部４が配置され、上下画素の間に、共有化されたＦＤ部４が配置されている。リセットトランジスタ、垂直選択用トランジスタ、及び増幅用トランジスタを共有する４画素が点線５１で示されている。共有画素５１の中央部には、４画素が共有する、リセットトランジスタ７、垂直選択用トランジスタ６、及び増幅用トランジスタ５が備えられている。
【００３２】
図５は、４画素で増幅用トランジスタ、垂直選択用トランジスタ、リセットトランジスタを共有した場合の従来のＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の構成と共有画素４個分の等価回路の一例を示した説明図である。
【００３３】
図１２は、共有しないタイプの回路図であり、図５との動作原理の違いは、次の（１）〜（２）のみである。すなわち、（１）フォトダイオード２が４つあること、（２）共有画素５１には電荷転送ゲート３が４つあることが相違点である。
【００３４】
前述した各単位画素で感度が一定にならない問題について述べると、図１６の画素ピッチＡ６１と画素ピッチＢ６２の関係が、画素ピッチＡ＞画素ピッチＢである。従って、一定ピッチで配置されていないため、Ｇｒ行及びＲ行のグループと、Ｂ行及びＧｂ行のグループの入射光量が異なるため、入射信号を画像化した場合に縞状の横線が発生し得る。
【００３５】
上記の問題点の対策として、一般的には信号処理による補正が行われている。Ｇｒ、Ｒ行に対して、Ｂ、Ｇｂ行の感度が低い場合は、Ｂ、Ｇｂ行にある係数をかけてＧｒ、Ｒ行の感度にそろえるように補正を行う方法が行われる。
【００３６】
ただし、同色であるＧｒ、Ｇｂに関しては、ＧｂがＧｒと少しでも差があると縞状の横線になってしまうため、Ｇｂに対するＧｒの補正は単純な係数をかけるだけでは補正しきれない。従って、周辺のＧｒを参考にしながらＧｂを補正するような方法も採用されている。最も簡単な補正方法は、Ｇｒの入射光量に相当する信号量を決める際に、例えばその右下のＧｂとの平均値（Ｇｒ＋Ｇｂ）／２を算出し、Ｇｂの入射光量に相当する信号量を決めるのに、例えばその左下のＧｒとの平均を用いる。しかしながら、このような平均化を行うことは、解像度を落とすことになる。高画素数化による単位画素の縮小化（これは結果的に解像度の向上となる）を目的に複数画素の共有を行っても、平均化で解像度を落とすことは、その目的と相反することになる。
【００３７】
以上に述べたように、ＣＭＯＳイメージセンサの隣接単位画素間で増幅用トランジスタ、垂直選択用トランジスタ、及びリセットトランジスタを共有する画素共有技術では、単位画素当りのトランジスタ数を減らすことにより、フォトダイオードの受光面積を十分に確保することができる。しかし、この方法では、フォトダイオード部は単位画素の中心位置から偏位した位置に設けられるので、その光軸が単位画素の中心位置に配置されているオンチップレンズで集光すると、入射光を効果的にフォトダイオード部に集光することができない。その結果、各フォトダイオード部に単位画素ごとに光量が大きくばらつくことになる。
【００３８】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的は、フォトダイオード部が並進対称性配列の位置から外れて配置されても、信号処理による解像度低下を伴う補正を行うことなく画像化できる固体撮像素子、及びその固体撮像素子を用いた撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３９】
本発明の第１の固体撮像装置は、半導体基板上に、光を信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオードが行列状（ｉ，ｊ）に複数配置され、前記フォトダイオードに蓄積された前記信号電荷を読み出すための電荷転送ゲートと、前記電荷転送ゲートを介して読み出した前記フォトダイオードで光電変換された前記信号電荷を電位に変換するフローティングディフュージョンとが設けられ、前記信号電荷をリセットするリセットトランジスタ及び読出した信号電荷を増幅する増幅用トランジスタを複数の前記フォトダイオードで共有する固体撮像装置において、前記リセットトランジスタと前記増幅用トランジスタとを共有する共有領域内の第１フォトダイオード（ｉ，ｊ）と第２フォトダイオード（ｉ，ｊ＋１）の間に配置された前記リセットトランジスタ又は前記増幅用トランジスタの一方を備え、前記第１フォトダイオード（ｉ，ｊ）と第２フォトダイオード（ｉ，ｊ＋１）の間に配置されていない他方の前記リセットトランジスタ又は前記増幅用トランジスタが、第３フォトダイオード（ｉ＋１，ｊ＋ｎ）と第４フォトダイオード（ｉ＋１，ｊ＋ｎ＋１）の間に配置され、かつ前記ｎが−１又は＋１であることを特徴とする。
【００４０】
なお、本発明の第１の固体撮像装置の変形例としての固体撮像装置は、半導体基板上に、光を信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオードが行列状（ｉ，ｊ）に複数配置され、前記フォトダイオードに蓄積された前記信号電荷を読み出すための電荷転送ゲートと、前記電荷転送ゲートを介して読み出した前記フォトダイオードで光電変換された前記信号電荷を電位に変換するフローティングディフュージョンとが設けられ、複数の前記フォトダイオードが前記信号電荷をリセットするリセットトランジスタ及び読出した信号電荷を増幅する増幅用トランジスタを共有する固体撮像装置において、前記リセットトランジスタと前記増幅用トランジスタを共有する複数の前記フォトダイオードの間の間隙部に、前記リセットトランジスタと前記増幅用トランジスタのうち少なくとも一方が配置され、前記複数のフォトダイオードのうちの第１フォトダイオード（ｉ，ｊ）の光を感知している領域の重心と前記複数のフォトダイオードのうちの第２フォトダイオード（ｉ，ｊ＋１）の光を感知している領域の重心との距離と、前記複数のフォトダイオードのうちのフォトダイオード（ｉ＋１，ｊ）の光を感知している領域の重心と前記複数のフォトダイオードのうちのフォトダイオード（ｉ＋１，ｊ＋１）の光を感知している領域の重心との距離が異なり、前記リセットトランジスタと前記増幅用トランジスタとを共有する共有領域内の前記第１フォトダイオード（ｉ，ｊ）と前記第２フォトダイオード（ｉ，ｊ＋１）の間に配置された前記リセットトランジスタ又は前記増幅用トランジスタの一方を備え、前記第１フォトダイオード（ｉ，ｊ）と前記第２フォトダイオード（ｉ，ｊ＋１）の間に配置されていない他方の前記リセットトランジスタ又は前記増幅用トランジスタが、第３フォトダイオード（ｉ＋１，ｊ＋ｎ）と第４フォトダイオード（ｉ＋１，ｊ＋ｎ＋１）の間に配置され、かつ前記ｎが−１又は＋１であることを特徴とする。
【００４１】
また、本発明の第２の固体撮像装置は、半導体基板上に、光を信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオードが行列状（ｉ，ｊ）に複数配置され、前記フォトダイオードに蓄積された前記信号電荷を読み出すための電荷転送ゲートと、前記電荷転送ゲートを介して読み出した前記フォトダイオードで光電変換された前記信号電荷を電位に変換するフローティングディフュージョンとが設けられ、前記信号電荷をリセットするリセットトランジスタ及び読出した信号電荷を増幅する増幅用トランジスタを複数のフォトダイオードで共有する固体撮像装置において、前記リセットトランジスタ、前記増幅用トランジスタを共有する共有領域内の第１フォトダイオード（ｉ，ｊ）と第２フォトダイオード（ｉ＋１，ｊ）の間に配置された前記リセットトランジスタ又は前記増幅用トランジスタの一方を備え、前記第１フォトダイオード（ｉ，ｊ）と第２フォトダイオード（ｉ＋１，ｊ）の間に配置されていない他方の前記リセットトランジスタ又は前記増幅用トランジスタが、第３フォトダイオード（ｉ＋ｎ，ｊ＋１）と第４フォトダイオード（ｉ＋ｎ＋１，ｊ＋１）の間に配置され、かつ前記ｎが−１又は＋１であることを特徴とする。
【００４２】
なお、本発明の第２の固体撮像装置の変形例としての固体撮像装置は、半導体基板上に、光を信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオードが行列状（ｉ，ｊ）に複数配置され、前記フォトダイオードに蓄積された前記信号電荷を読み出すための電荷転送ゲートと、前記電荷転送ゲートを介して読み出した前記フォトダイオードで光電変換された前記信号電荷を電位に変換するフローティングディフュージョンとが設けられ、複数の前記フォトダイオードが前記信号電荷をリセットするリセットトランジスタ及び読出した信号電荷を増幅する増幅用トランジスタを共有する固体撮像装置において、前記リセットトランジスタと前記増幅用トランジスタを共有する複数の前記フォトダイオードの間の間隙部に、前記リセットトランジスタと前記増幅用トランジスタのうち少なくとも一方が配置され、前記複数のフォトダイオードのうちの第１フォトダイオード（ｉ，ｊ）の光を感知している領域の重心と前記複数のフォトダイオードのうちの第２フォトダイオード（ｉ＋１，ｊ）の光を感知している領域の重心との距離と、前記複数のフォトダイオードのうちのフォトダイオード（ｉ，ｊ＋１）の光を感知している領域の重心と前記複数のフォトダイオードのうちのフォトダイオード（ｉ＋１，ｊ＋１）の光を感知している領域の重心との距離が異なり、前記リセットトランジスタ、前記増幅用トランジスタを共有する共有領域内の前記第１フォトダイオード（ｉ，ｊ）と前記第２フォトダイオード（ｉ＋１，ｊ）の間に配置された前記リセットトランジスタ又は前記増幅用トランジスタの一方を備え、前記第１フォトダイオード（ｉ，ｊ）と前記第２フォトダイオード（ｉ＋１，ｊ）の間に配置されていない他方の前記リセットトランジスタ又は前記増幅用トランジスタが、第３フォトダイオード（ｉ＋ｎ，ｊ＋１）と第４フォトダイオード（ｉ＋ｎ＋１，ｊ＋１）の間に配置され、かつ前記ｎが−１又は＋１であることを特徴とする。
【００４３】
また、本発明の第３の固体撮像装置は、半導体基板上に、光を信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオードが行列状（ｉ，ｊ）に複数配置され、前記フォトダイオードに蓄積された前記信号電荷を読み出すための電荷転送ゲートと、前記電荷転送ゲートを介して読み出した前記フォトダイオードで光電変換された前記信号電荷を電位に変換するフローティングディフュージョンとが設けられ、複数の前記フォトダイオードが前記信号電荷をリセットするリセットトランジスタ及び読出した信号電荷を増幅する増幅用トランジスタを共有する固体撮像装置において、前記リセットトランジスタと前記増幅用トランジスタを共有する複数の前記フォトダイオードの間の間隙部に、前記リセットトランジスタと前記増幅用トランジスタのうち少なくとも一方が配置され、前記複数のフォトダイオードのうちのフォトダイオード（ｉ，ｊ）の光を感知している領域の重心と前記複数のフォトダイオードのうちのフォトダイオード（ｉ，ｊ＋１）の光を感知している領域の重心との距離と、前記複数のフォトダイオードのうちのフォトダイオード（ｉ＋１，ｊ）の光を感知している領域の重心と前記複数のフォトダイオードのうちのフォトダイオード（ｉ＋１，ｊ＋１）の光を感知している領域の重心との距離が異なり、あるいは、前記複数のフォトダイオードのうちのフォトダイオード（ｉ，ｊ）の光を感知している領域の重心と前記複数のフォトダイオードのうちのフォトダイオード（ｉ＋１，ｊ）の光を感知している領域の重心との距離と、前記複数のフォトダイオードのうちのフォトダイオード（ｉ，ｊ＋１）の光を感知している領域の重心と前記複数のフォトダイオードのうちのフォトダイオード（ｉ＋１，ｊ＋１）の光を感知している領域の重心との距離が異なり、隣接する２つの前記フォトダイオードがペアを組んで前記フローティングディフュージョンを共有し、かつ共有された前記フローティングディフュージョンが、行方向に１行置き且つ列方向に１列置きに市松状に配置されたことを特徴とする。
【００４４】
また、本発明の第４の固体撮像装置は、半導体基板上に、光を信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオードが行列状（ｉ，ｊ）に複数配置され、前記フォトダイオードに蓄積された前記信号電荷を読み出すための電荷転送ゲートと、前記電荷転送ゲートを介して読み出した前記フォトダイオードで光電変換された前記信号電荷を電位に変換するフローティングディフュージョンとが設けられ、複数の前記フォトダイオードが前記信号電荷をリセットするリセットトランジスタ及び読出した信号電荷を増幅する増幅用トランジスタを共有する固体撮像装置において、前記リセットトランジスタと前記増幅用トランジスタを共有する複数の前記フォトダイオードの間の間隙部に、前記リセットトランジスタと前記増幅用トランジスタのうち少なくとも一方が配置され、前記複数のフォトダイオードのうちのフォトダイオード（ｉ，ｊ）の光を感知している領域の重心と前記複数のフォトダイオードのうちのフォトダイオード（ｉ，ｊ＋１）の光を感知している領域の重心との距離と、前記複数のフォトダイオードのうちのフォトダイオード（ｉ＋１，ｊ）の光を感知している領域の重心と前記複数のフォトダイオードのうちのフォトダイオード（ｉ＋１，ｊ＋１）の光を感知している領域の重心との距離が異なり、あるいは、前記複数のフォトダイオードのうちのフォトダイオード（ｉ，ｊ）の光を感知している領域の重心と前記複数のフォトダイオードのうちのフォトダイオード（ｉ＋１，ｊ）の光を感知している領域の重心との距離と、前記複数のフォトダイオードのうちのフォトダイオード（ｉ，ｊ＋１）の光を感知している領域の重心と前記複数のフォトダイオードのうちのフォトダイオード（ｉ＋１，ｊ＋１）の光を感知している領域の重心との距離が異なり、前記フォトダイオード（ｉ，ｊ）が第１の色の光を、前記フォトダイオード（ｉ，ｊ＋１）が第２の色の光を、前記フォトダイオード（ｉ＋１，ｊ）が第３の色の光を、前記フォトダイオード（ｉ＋１，ｊ＋１）が第１の色の光をそれぞれ光電変換する色フィルタが配置され、前記第１の色の光を光電変換するフォトダイオードの光を感知している領域の重心は、行方向及び列方向に沿って略等しいピッチで配置され、前記第２の色の光又は前記第３の色の光を光電変換するフォトダイオードの光を感知している領域の重心は、行方向及び列方向に沿って略等しいピッチで配置されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、例えば、ベイヤ配列状に配置された色フィルタにより緑色、青色、赤色に対応して光電変換するフォトダイオードの緑色フォトダイオードの重心と赤色、青色フォトダイオードの重心との距離は異なるが、各色同士のフォトダイオードの重心間の距離は等しく配置されているため、解像度を落とすことなく高画素数化による単位画素の縮小化を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施例１に係わるＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の配置図。
【図２】実施例１に係わるＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の緑色フォトダイオードの配置図。
【図３】実施例１に係わるＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の赤色、青色フォトダイオードの配置図。
【図４】実施例１に係わるＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の配置図。
【図５】実施例２に係わるＣＭＯＳイメージセンサの構成と単位画素１個分の等価回路の一例を示す説明図。
【図６】実施例２に係わる４つのフォトダイオードでリセットトランジスタ、垂直選択用トランジスタ、増幅用トランジスタを共有するＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の配置図。
【図７】実施例２に係わる４つのフォトダイオードでリセットトランジスタ、垂直選択用トランジスタ、増幅用トランジスタを共有するＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の配置図。
【図８】実施例２に係わる４つのフォトダイオードでリセットトランジスタ、増幅用トランジスタを共有するＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の配置を示す図。
【図９】実施例２に係わる２つのフォトダイオードでリセットトランジスタ、垂直選択用トランジスタ、増幅用トランジスタを共有するＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の配置図。
【図１０】実施例２に係わる２つのフォトダイオードでリセットトランジスタ、増幅用トランジスタを共有するＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の配置図。
【図１１】実施例２に係わる４つのフォトダイオードでリセットトランジスタ、垂直選択用トランジスタ、増幅用トランジスタを共有するＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の配置図。
【図１２】従来のＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の構成と単位画素１個分の等価回路の一例を示す説明図。
【図１３】従来のＣＭＯＳイメージセンサの単位画素の構成を示す断面図。
【図１４】従来のＣＭＯＳイメージセンサの単位画素の構造を示す断面図。
【図１５】従来の共有領域を有するＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の構造の一例を示す断面図。
【図１６】従来の共有領域を有するＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の配置図。
【図１７】実施例１に係わるＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の配置図。
【図１８】実施例１に係わるＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の配置図。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
＜実施例１＞
【００４８】
図１は、第１の実施例の特徴をもっとも良く表す図面であり、画素配列とフォトダイオードの配置を示した概略的構成図である。
【００４９】
図１に示すように、光電変換を行うフォトダイオード２は、行方向にｉ、ｉ＋１、ｉ＋２、ｉ＋３の４画素及び列方向にｊ、ｊ＋１、ｊ＋２、ｊ＋３の４画素からなる計１６画素が配置された単位画素１０が示されている。ここで、単位画素１０は、１つのフォトダイオード部を中心的機能部として、その機能を実現するための部分が配置された基板上の領域を指すものとする。各フォトダイオード２には、Ｂ、Ｒ、Ｇｒ、Ｇｂのいずれかが示されている。具体的には、Ｂは青色を光電変換するように青色用の色フィルタが配置されたフォトダイオードである。同様に、Ｒは赤色、また、Ｇｒ及びＧｂは緑色を光電変換するフォトダイオードである。また、ＧｒはＲの横に配置され、ＧｂはＢの横に配置されていることを示す。また、各フォトダイオード２の重心３０は、四角形フォトダイオードの対角線の交点を意味し、本出願において定義づけされたものである。また、一般的には、重心間の距離（以下、重心距離ともいう）とは点と点を結ぶ対角距離を意味するが、本実施形態を示す図１では行方向が等しいピッチであるため、列方向の距離が重心間の距離となる。
【００５０】
図１５で説明したとおり、ｉ列において、ｊ行Ｇｒのフォトダイオードとｊ＋１行Ｂのフォトダイオードとの重心距離３１と、ｊ＋１行Ｂのフォトダイオードとｊ＋２行Ｇｒのフォトダイオードとの重心距離３５の大きさが異なるため、ｊ行Ｇｒとｊ＋１行Ｂの光の入射光量の感度が異なる。
【００５１】
また、ｉ＋１列も同様な配置になっている。従って、ｊ行Ｒのフォトダイオードとｊ＋１行Ｇｂのフォトダイオードの重心距離３２と、ｊ＋１行Ｇｂのフォトダイオードとｊ＋２行Ｒのフォトダイオードの重心距離３６の大きさが異なるため、ｊ行のＲとｊ＋１行のＧｂの光の入射光量の感度が異なる。
【００５２】
次に、緑色を光電変換するよう色フィルタが配置されたフォトダイオードの重心について説明する。図１は、ｊ行Ｇｒのフォトダイオードとｊ＋１行Ｇｂのフォトダイオードの重心距離３３と、ｊ＋１行Ｇｂのフォトダイオードとｊ＋２行Ｇｒのフォトダイオードの重心距離３４を示している。
【００５３】
便宜上、図２には、緑色を光電変換するよう色フィルタが配置されたフォトダイオードのみが示されている。図１との違いは、赤色及び青色に対応するフォトダイオードが削除されている点のみである。
【００５４】
図２で示すとおり、ｊ行Ｇｒのフォトダイオードとｊ＋１行Ｇｂのフォトダイオードの重心距離３３、及びｊ＋１行Ｇｂのフォトダイオードとｊ＋２行Ｇｒのフォトダイオードの重心距離３４が等しいピッチで配置されている。従って  、緑色を光電変換するように色フィルタが配置されたフォトダイオードでは、前述した課題のような光学的なずれが生じないため、光が等しく入射する。その結果、入射信号を画像化させても、縞状の横線は発生しない。このように、後段の信号で緑色を作るときには、Ｇｒ及びＧｂの信号をもとに作るため、Ｇｒ及びＧｂが等しいピッチで配置される必要がある。また、同様に、赤色はＲが等しいピッチ、青色はＢが等しいピッチで配置される必要がある。
【００５５】
同様に、図３に、赤色、青色を光電変換するよう色フィルタが配置されたフォトダイオードのみが示されている。
【００５６】
図３で示すとおり、ｊ行Ｒのフォトダイオードとｊ＋１行Ｂのフォトダイオードの重心距離３７、及びｊ＋１行Ｂのフォトダイオードとｊ＋２行Ｒのフォトダイオードの重心距離３８が等しいピッチで配置されている。従って、赤色及び青色を光電変換するよう色フィルタが配置されたフォトダイオードでは、前述した課題のような光学的なずれが生じないため、光が等しく入射する。その結果、入射信号を画像化させても、縞状の横線は発生しない。
【００５７】
このように、ベイヤ配列状に配置された色フィルタに対応するフォトダイオードの各色が、各色同士では等しいピッチで配置される一方、緑色に対応するフォトダイオードと、赤色又は青色に対応するフォトダイオードのピッチが異なる。
【００５８】
これまで、図１を用いて、緑色に対応するフォトダイオードの重心と、赤色又は青色に対応するフォトダイオードの重心との距離が列方向に異なるピッチで配置されている点について説明した。ここで、行方向に異なるピッチで配置されている場合について、図４に基づいて説明する。
【００５９】
光電変換を行うフォトダイオード２は、行方向にｉ、ｉ＋１、ｉ＋２、ｉ＋３の４画素及び列方向にｊ、ｊ＋１、ｊ＋２、ｊ＋３の４画素からなる計１６画素が配置された単位画素１０が示されている。各フォトダイオード２には、Ｂ、Ｒ、Ｇｒ、Ｇｂのいずれかが示されている。具体的には、Ｂは青色を光電変換するように青色用の色フィルタが配置されたフォトダイオードである。同様に、Ｒは赤色、Ｇｒ及びＧｂは緑色を光電変換するフォトダイオードである。また、ＧｒはＲの横に配置され、ＧｂはＢの横に配置されていることを示す。また、図４には、各フォトダイオード２の重心３０が示されている。
【００６０】
図１５で説明したとおり、ｊ行において、ｉ列Ｇｒのフォトダイオードとｉ＋１列Ｒのフォトダイオードの重心距離４１と、ｉ＋１列Ｒのフォトダイオードとｉ＋２列Ｇｒのフォトダイオードの重心距離４５の大きさが異なるため、ｉ列Ｇｒとｉ＋１列Ｒの光の入射光量の感度が異なる。
【００６１】
また、ｊ＋１行も同様な配置になっている。従って、ｉ列Ｂのフォトダイオードとｉ＋１列Ｇｂのフォトダイオードの重心距離４２と、ｉ＋１列Ｇｂのフォトダイオードとｉ＋２列Ｂのフォトダイオードの重心距離４６の大きさが異なるため、ｉ列Ｂとｉ＋１列Ｇｂの光の入射光量の感度が異なる。
【００６２】
次に、緑色を光電変換するよう色フィルタを配置されたフォトダイオードの重心について説明する。図４は、ｉ列Ｇｒのフォトダイオードとｉ＋１列Ｇｒのフォトダイオードの重心距離４３、及びｉ＋１列Ｇｂのフォトダイオードとｉ＋２列Ｇｒのフォトダイオードの重心距離４４が示している。
【００６３】
図１の説明と同様に、図４でも、ｉ列Ｇｒのフォトダイオードとｉ＋１列Ｇｒのフォトダイオードの重心距離４３、及びｉ＋１列Ｇｂのフォトダイオードとｉ＋２列Ｇｒのフォトダイオードの重心距離４４は等しい。従って、等しいピッチで緑色に対応するフォトダイオードが配置されているため、前述した課題のような光学的なずれが生じないため、光が等しく入射する。その結果、入射信号を画像化させても、縞状の横線は発生しない。
【００６４】
赤色、青色についても同様に、前述した課題のような光学的なずれが生じないため、光が等しく入射する。その結果、入射信号を画像化させても、縞状の横線は発生しない。
【００６５】
図１及び図４は（ｉ，ｉ）にＧｒのフォトダイオードが配置し、起点がＧｒとしてベイヤ配列状に色フィルタが配置されているが、起点がＢ、Ｒ、Ｇｒ、Ｇｂのいずれでも実質的に本発明の効果が奏される。
【００６６】
図１のｊ行Ｇｒのフォトダイオードとｊ＋１行Ｂのフォトダイオードの重心距離３１と、ｊ＋１行Ｂのフォトダイオードとｊ＋２行Ｇｒのフォトダイオードの重心距離３５とを比べると、ｊ行Ｇｒのフォトダイオードとｊ＋１行Ｂのフォトダイオードの重心距離３１の方が距離は長い。このため、イメージセンサを構成するのに必要な、リセットトランジスタ、増幅用トランジスタ、及び垂直選択用トランジスタを、前述の長いピッチに相当するフォトダイオード間に設けることにより、より効率的なイメージセンサとなる。
【００６７】
ところで、ベイヤ配列のような原色（緑色、赤色、青色）フィルタを配置する方法以外にも、補色（シアン色、黄色、マゼンダ色）を使用する固体撮像装置も本発明に適用され得る。
【００６８】
補色を使用した場合の例が、図１７及び図１８に示されている。図１７は、原色の緑色と補色の黄色及びシアン色を用いた場合であり、黄色（Ｙｅ）の横に配置された緑色は（Ｇｙ）、シアン色の横に配置された緑色は（Ｇｃ）で示されている。図１８は、補色の黄色、シアン色、及びマゼンダ色を用いた場合である。この図では、黄色（Ｙｅ）の横に配置されたマゼンダ色は（Ｍｇｙ）、シアン色の横に配置されたマゼンダ色は（Ｍｇｃ）で示されている。その技術的効果については、ベイヤ配列と同様である。
【００６９】
＜実施例２＞
次に、第２の実施例について説明する。
【００７０】
第１の実施例では、ベイヤ配列状に色フィルタが配置された、緑色、赤色、及び青色に相当するフォトダイオードの配置が、各色同士では等しいピッチで配置される一方、緑色と赤色の間隔と緑色と青色の間隔が異なることを示した。第２の実施例では、複数のフォトダイオードがリセットトランジスタ、増幅用トランジスタ、及び垂直選択用トランジスタを共有する場合の、各トランジスタの配置及びそれらの共有方法について説明する。
【００７１】
図５は、第２の実施例に基づくＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の、トランジスタを共有する４個の単位画素の等価回路を示す説明図である。このＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の構成は、図１２を用いて既述した、従来のＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の構成と基本的には同様である。しかし、４個のフォトダイオード部２に共通のＦＤ部４を設け、増幅用トランジスタ５、垂直選択用トランジスタ６、及びリセットトランジスタ７をこれらの４個のフォトダイオード部２で共有するように構成されている点が異なっている。図１２を用いて説明したように、各フォトダイオード部２は、電荷転送ゲート３を介してＦＤ部４に接続されている。
【００７２】
受光動作時には、共有画素５１は、垂直シフトレジスタ及び水平シフトレジスタによって１サイクルの間に１度ずつ、次のように走査される。すなわち、１サイクルの間の一定期間、垂直シフトレジスタから１つの垂直選択線１３に垂直選択パルスが出力された後、この垂直選択線１３に対応する４個で１組の共有画素５１が選択される。この際、フォトダイオード部２に蓄積された信号電荷（電子）は、読み出し信号線９から電荷転送ゲート３のゲート電極に印加される読み出しパルスに基づいて、順次、電荷転送ゲート３を介してフローティングディフュージョン（ＦＤ）部４に転送される。その後、信号電荷（電子）によるＦＤ部４の電位変化が、増幅用トランジスタ５によって電圧信号に変換され、垂直信号線１５に出力される。
【００７３】
上述の一定期間の間に、水平シフトレジスタから各水平選択線１７に水平選択パルスが順次出力された後、対応する各垂直信号線１５の出力信号が、水平選択用トランジスタ１６を介して、水平信号線１８に順次取り出される。１つの行の全画素の走査が終了すると、次の行の垂直選択線１３に垂直選択パルスが出力される。その結果、上述と同様に、この新しい行の各画素が走査される。以上の動作を繰り返すことにより、１サイクルの間に全ての行の全画素が１度ずつ走査される結果、その出力信号が時系列的に水平信号線１８に取り出される。
【００７４】
垂直選択用トランジスタ６が、垂直選択線１３からゲート電極に印加される垂直選択パルスに基づいてＯＮ、ＯＦＦし、所定の期間だけ増幅用トランジスタ５を駆動する働きをする。リセットトランジスタ７は、垂直リセット線１４からゲート電極に印加される垂直リセットパルスに基づいて、ＦＤ部４の電位を電源線８の電位にリセットする働きをする。
【００７５】
以上に説明したように、第２の実施例に基づく固体撮像素子であるＣＭＯＳイメージセンサにおいては、増幅用トランジスタ５、垂直選択用トランジスタ６、及びリセットトランジスタ７が４個のフォトダイオード部２間で共有されるので、共有画素５１当りのトランジスタ数を減らすことができる。従って、出力に要する基板上の面積を縮小することができる。その結果、ＣＭＯＳイメージセンサを小型化あるいは高画素数化することができる。また、ＣＭＯＳイメージセンサの小型化あるいは高画素数化に伴う各画素における受光面積の減少を防止することができる。
【００７６】
図６は、ベイヤ配列状に配置された色フィルタに対応するフォトダイオード２、リセットトランジスタ７、垂直選択用トランジスタ６、増幅用トランジスタ５、電荷転送ゲート３、及びフローティングディフュージョン（ＦＤ）４の配置図を示す。
【００７７】
第１の実施例で説明したとおり、緑色に対応するＧｒ及びＧｂは等しいピッチで配置されるとともに、赤色及び青色に対応するＲ，Ｂも等しいピッチで配置されている。また、緑色に対応するＧｒ及びＧｂと、赤色及び青色に対応するＲ、Ｂが異なるピッチで配置されている。
【００７８】
図６の破線５１で示された本実施例の共有された４つのフォトダイオードの単位セルでは、４つのフォトダイオード２がそれぞれベイヤ配列のＧｒ、Ｇｂ、Ｒ、Ｂで構成される。フォトダイオード（ｉ，ｊ）のＧｒとフォトダイオード（ｉ、ｊ＋１）のＢの間には、それぞれのフォトダイオードで光電変換された電荷を転送する電荷転送ゲート３が配置され、フローティングディフュージョン４ａに対して対称に配置されている。
【００７９】
また、フォトダイオード（ｉ＋１，ｊ＋１）のＧｂとフォトダイオード（ｉ＋１、ｊ＋２）のＲの間には、それぞれのフォトダイオードで光電変換された電荷を転送する電荷転送ゲート３が配置され、フローティングディフュージョン４ｂに対して対称に配置されている。それぞれのフローティングディフュージョン４ａ，４ｂは、メタル配線等で接続されている。
【００８０】
本実施例は、緑色に対応するＧｒ及びＧｂは等しいピッチで配置され、赤色及び青色に対応するＲ，Ｂも等しいピッチで配置される一方、緑色に対応するＧｒ及びＧｂと、赤色及び青色に対応するＲ、Ｂとの間が異なるピッチで配置されている構造を採用する。この構造において、４画素を共有する場合は、各フォトダイオード２に対応する電荷転送ゲート３とフローティングディフュージョンは、異なるピッチの内でより長いピッチの間に配置され、そのフローティングディフュージョンが市松状に配置されている。また、市松状に配置されたフローティングディフュージョンのため、リセットトランジスタ等を共有するフォトダイオードは、（ｉ、ｊ）、（ｉ、ｊ＋１）、（ｉ＋１、ｊ＋１）、（ｉ＋１、ｊ＋２）のように、奇数列と偶数列で１行ずれた配置になっている。
【００８１】
上述の配置により、前述した課題のような光学的なずれが生じないため、光が等しく入射する。その結果、入射信号を画像化させても、縞状の横線は発生じることなく、フォトダイオード、電荷転送ゲート、フローティングディフュージョン、リセットトランジスタ、垂直選択用トランジスタ、及び増幅用トランジスタの非常に効率的な配置が実現できる。
【００８２】
図６では、フローティングディフュージョン４ｂの横に、増幅用トランジスタ５が配置される場合を図示したが、図７のようにフローティングディフュージョン４ｂの横に増幅用トランジスタ５と垂直選択用トランジスタ６が配置されている場合も同様の効果を得ることができる。
【００８３】
また、また、前述の選択用トランジスタを除外した構成においては、図８のようにフローティングディフュージョン４ａの横に増幅用トランジスタ５が配置されるとともに、フローティングディフュージョン４ｂの横にリセットトランジスタ７が配置される構成でも同様の効果を得ることができる。
【００８４】
第２の実施例では、主に４つのフォトダイオードがリセットトランジスタ、増幅用トランジスタを共有する場合について説明してきたが、２つのフォトダイオードがそれらを共有する場合でも同様である。図９は、２つのフォトダイオードがリセットトランジスタ、増幅用トランジスタ、及び垂直選択用トランジスタを共有した場合の配置を示す。
【００８５】
２つのフォトダイオードがリセットトランジスタ、増幅用トランジスタ、垂直選択用トランジスタを共有した場合、フローティングディフュージョン４の隣には、リセットトランジスタ、増幅用トランジスタ、及び垂直選択用トランジスタが配置され得る。
【００８６】
図１０は、２つのフォトダイオードがリセットトランジスタ及び増幅用トランジスタを共有した場合の配置を示す。
【００８７】
行方向に、緑色に対応したフォトダイオードと、赤及び青色に対応したフォトダイオードが異なるピッチで配置された場合について図６〜１０で説明したが、列方向に異なるピッチの場合でも同様である。代表して、図１１に、４つのフォトダイオードがリセットトランジスタ、増幅用トランジスタ、及び垂直選択用トランジスタを共有した場合の配置が示される。
【００８８】
図６〜図１１は、（ｉ，ｊ）にＧｒのフォトダイオードが配置し、起点がＧｒとしてベイヤ配列状に色フィルタが配置されている。しかし、その起点はＢ、Ｒ、Ｇｒ、Ｇｂのいずれでも、実質的に本発明の効果と同様の効果が奏される。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明の固体撮像素子及びその製造方法、並びに撮像装置は、ＣＭＯＳイメージセンサ並びに電子カメラなどに応用され、ＣＭＯＳイメージセンサの小型化、高画素数化、及び飽和信号量や感度の低下などの撮像特性の低下の防止に寄与することができる。また、本発明の固体撮像装置は、高画質を重視するカメラ又はカメラシステム、例えばデジタルスチルカメラ、携帯カメラ、医療用カメラ、車載カメラ、ビデオカメラ、監視カメラ、又はセキュリティーカメラなどのシステムに広く利用され得る。
【符号の説明】
【００９０】
１，１０１    シリコン基板
２，１０２    フォトダイオード部
３，１０３    電荷転送ゲート
４，４ａ，４ｂ，１０４  フローティングディフュージョン部
５，１０５    増幅用トランジスタ
６，１０６    垂直選択用トランジスタ
７，１０７    リセットトランジスタ
８，１０８    電源線
９，１０９    読み出し信号線
１０，２０，３０，１００    単位画素
１１  垂直シフトレジスタ
１２  水平シフトレジスタ
１３  垂直選択線
１４  垂直リセット線
１５  垂直信号線
１６  水平選択用トランジスタ
１７  水平選択線
１８  水平信号線
２４，１２４    絶縁層
２５，１２５    パッシベーション膜
２６  画素色フィルタ層
２７  オンチップレンズ
２８  ＦＤ部を共有し合う単位画素間の境界位置
２９  ＦＤ部を共有しない単位画素間の境界位置
３１  ｊ行Ｇｒとｊ＋１行Ｂのフォトダイオード重心距離
３２  ｊ行Ｒとｊ＋１行Ｇｂのフォトダイオード重心距離
３３  ｊ行Ｇｒとｊ＋１行Ｇｂのフォトダイオード重心距離
３４  ｊ＋１行Ｇｂとｊ＋２行Ｇｒのフォトダイオード重心距離
３５  ｊ＋１行Ｂとｊ＋２行Ｇｒのフォトダイオード重心距離
３６  ｊ＋１行Ｇｂとｊ＋２行Ｒのフォトダイオード重心距離
３７  ｊ行Ｒとｊ＋１行Ｂのフォトダイオード重心距離
３８  ｊ＋１行Ｂとｊ＋２行Ｒのフォトダイオード重心距離
４１  ｉ列Ｇｒとｉ＋１列Ｒのフォトダイオード重心距離
４２  ｉ列Ｂとｉ＋１列Ｇｂのフォトダイオード重心距離
４３  ｉ列Ｇｒとｉ＋１列Ｇｂのフォトダイオード重心距離
４４  ｉ＋１列Ｇｂとｉ＋２列Ｇｒのフォトダイオード重心距離
４５  ｉ＋１列Ｒとｉ＋２列Ｇｒのフォトダイオード重心距離
４６  ｊ＋１列Ｇｂとｊ＋２列Ｒのフォトダイオード重心距離
５１  共有画素
６１  画素ピッチＡ
６２  画素ピッチＢ
１２１    １層目の配線
１２２    ２層目の配線
１２３    ３層目の配線
１２６    画素色フィルタ層
１２７    オンチップレンズ
【図１】
2010063120.tif 000003
【図２】
2010063120.tif 000004
【図３】
2010063120.tif 000005
【図４】
2010063120.tif 000006
【図５】
2010063120.tif 000007
【図６】
2010063120.tif 000008
【図７】
2010063120.tif 000009
【図８】
2010063120.tif 000010
【図９】
2010063120.tif 000011
【図１０】
2010063120.tif 000012
【図１１】
2010063120.tif 000013
【図１２】
2010063120.tif 000014
【図１３】
2010063120.tif 000015
【図１４】
2010063120.tif 000016
【図１５】
2010063120.tif 000017
【図１６】
2010063120.tif 000018
【図１７】
2010063120.tif 000019
【図１８】
2010063120.tif 000020