(57)【要約】【課題】シェーディングの補正を容易に行うことができるようにする。【解決手段】固体撮像素子１の有効画素領域４１には、複数の画素が２次元状に配置される。有効画素領域４１の面と垂直でかつ有効画素領域４１の中心Ｏを通る平面ＳＹに関して、有効画素領域４１における平面ＳＹに対する一方側の領域Ｒ１の配線構造と、有効画素領域４１における平面ＳＹに対する他方側の領域Ｒ２の配線構造とが、対称をなす。【選択図】図３
2010021450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が２次元状に配置された有効画素領域を備え、
前記有効画素領域の面と垂直でかつ前記有効画素領域の中心を通る第１の平面に関して、前記有効画素領域における前記第１の平面に対する一方側の領域の配線構造と、前記有効画素領域における前記第１の平面に対する他方側の領域の配線構造とが、対称をなすことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
複数の画素が２次元状に配置された有効画素領域を備え、
前記有効画素領域の面と垂直でかつ前記有効画素領域の中心を通る少なくとも１つの平面に関して、前記有効画素領域の一部の領域を除いて、前記有効画素領域における前記少なくとも１つの平面に対する一方側の領域の配線構造と、前記有効画素領域における前記少なくとも１つの平面に対する他方側の領域の配線構造とが、対称をなすことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項３】
前記一部の領域は、前記少なくとも１つの平面を跨がり前記有効画素領域の半分以下となる領域であることを特徴とする請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記各画素は、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、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、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、及び、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する転送部を有し、
前記少なくとも１つの平面は、前記転送部による電荷の転送方向と直交する平面を含む、
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】
前記有効画素領域の面と垂直でかつ前記有効画素領域の中心を通り前記第１の平面と直交する第２の平面に関して、前記有効画素領域における前記第２の平面に対する一方側の領域の配線構造と、前記有効画素領域における前記第２の平面に対する他方側の領域の配線構造とが、対称をなす、ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項６】
複数の画素が２次元状に配置された有効画素領域を備え、
前記有効画素領域の面と垂直でかつ前記有効画素領域の中心を通る第１の平面に関して、前記有効画素領域の一部の領域を除いて、前記有効画素領域における前記第１の平面に対する一方側の領域の配線構造と、前記有効画素領域における前記第１の平面に対する他方側の領域の配線構造とが、対称をなし、
前記有効画素領域の面と垂直でかつ前記有効画素領域の中心を通り前記第１の平面と直交する第２の平面に関して、前記有効画素領域の一部の領域を除いて、前記有効画素領域における前記第２の平面に対する一方側の領域の配線構造と、前記有効画素領域における前記第２の平面に対する他方側の領域の配線構造とが、対称をなす、
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項７】
前記複数の画素が行方向及び列方向にマトリクス状に配置され、前記第１の平面が前記行方向と直交し、前記第２の平面が前記列方向と直交したことを特徴とする請求項５又は６記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記各画素は、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、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、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、及び、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する転送部を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記複数の画素は、前記光電変換部が列方向に順次並んだ２以上の所定数の画素毎に画素ブロックをなし、
前記画素ブロック毎に、当該画素ブロックに属する前記所定数の画素が１組の前記電荷電圧変換部及び前記増幅部を共有した、
ことを特徴とする、請求項８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】
ＣＭＯＳ型などの固体撮像素子では、一般的に、１画素に、フローティングディフュージョンと、増幅トランジスタ、リセットトランジスタ、選択トランジスタ、転送トランジスタの４つのトランジスタとを持つ（下記特許文献１）。また、開口率を向上させるため、複数の画素が、１組のフローティングディフュージョン、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、固体撮像素子も提案されている（下記特許文献２）。
【特許文献１】特開平１１−１２２５３２号公報
【特許文献２】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】
【０００３】
前述したような固体撮像素子において、複数の画素でトランジスタ等を共有させるか否かに拘わらず、各画素のフォトダイオード等の光電変換部から見た配線構造を完全に対称に設計することは、困難である。例えば、転送トランジスタはフォトダイオードの１つの辺に沿って配置されるが、それにより非対称性が発生する。したがって、例えば、転送トランジスタがフォトダイオードの右側の辺に配置されていた場合、撮像面の右側と左側とで光の入射角度が逆になることから、撮像面の右側では転送トランジスタのゲートによる光のけられが発生し、左側ではそのようなけられが発生しないということが起こる。また、複数の画素でトランジスタ等を共有させる場合には、前述した非対称性に加えて、トランジスタ等を共有している画素間の非対称性も発生する。
【０００４】
したがって、前述したような固体撮像素子においては、撮像面の中心からの距離が同じ画素でも撮像面の一方側の画素と他方側の画素とで出力が異なり、撮像面内の出力分布、いわゆるシェーディングが、撮像面（有効画素領域）の中心に対して対称にならない。このため、出力信号に対する信号処理によってシェーディングを補正しようとしても、その補正を容易に行うことはできない。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、シェーディングの補正を容易に行う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、複数の画素が２次元状に配置された有効画素領域を備え、前記有効画素領域の面と垂直でかつ前記有効画素領域の中心を通る第１の平面に関して、前記有効画素領域における前記第１の平面に対する一方側の領域の配線構造と、前記有効画素領域における前記第１の平面に対する他方側の領域の配線構造とが、対称をなすものである。
【０００７】
第２の態様による固体撮像素子は、複数の画素が２次元状に配置された有効画素領域を備え、前記有効画素領域の面と垂直でかつ前記有効画素領域の中心を通る少なくとも１つの平面に関して、前記有効画素領域の一部の領域を除いて、前記有効画素領域における前記少なくとも１つの平面に対する一方側の領域の配線構造と、前記有効画素領域における前記少なくとも１つの平面に対する他方側の領域の配線構造とが、対称をなすものである。ここで、前記一部の領域は、前記有効画素領域の５０％以下の領域であることが好ましく、３０％以下の領域であることがより好ましく、１０％以下の領域であることがより一層好ましい。
【０００８】
第３の態様による固体撮像素子は、前記第２の態様において、前記一部の領域は、前記少なくとも１つの平面を跨がり前記有効画素領域の半分以下となる領域であるものである。
【０００９】
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、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、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、及び、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する転送部を有し、前記少なくとも１つの平面は、前記転送部による電荷の転送方向と直交する平面を含むものである。
【００１０】
第５の態様による固体撮像素子は、前記第１の態様において、前記有効画素領域の面と垂直でかつ前記有効画素領域の中心を通り前記第１の平面と直交する第２の平面に関して、前記有効画素領域における前記第２の平面に対する一方側の領域の配線構造と、前記有効画素領域における前記第２の平面に対する他方側の領域の配線構造とが、対称をなすものである。
【００１１】
第６の態様による固体撮像素子は、（i）複数の画素が２次元状に配置された有効画素領域を備え、（ii）前記有効画素領域の面と垂直でかつ前記有効画素領域の中心を通る第１の平面に関して、前記有効画素領域の一部の領域を除いて、前記有効画素領域における前記第１の平面に対する一方側の領域の配線構造と、前記有効画素領域における前記第１の平面に対する他方側の領域の配線構造とが、対称をなし、（iii）前記有効画素領域の面と垂直でかつ前記有効画素領域の中心を通り前記第１の平面と直交する第２の平面に関して、前記有効画素領域の一部の領域を除いて、前記有効画素領域における前記第２の平面に対する一方側の領域の配線構造と、前記有効画素領域における前記第２の平面に対する他方側の領域の配線構造とが、対称をなすものである。ここで、前記（ii）における前記一部の領域は、前記有効画素領域の５０％以下の領域であることが好ましく、３０％以下の領域であることがより好ましく、１０％以下の領域であることがより一層好ましい。また、前記（iii）における前記一部の領域は、前記有効画素領域の５０％以下の領域であることが好ましく、３０％以下の領域であることがより好ましく、１０％以下の領域であることがより一層好ましい。
【００１２】
第７の態様による固体撮像素子は、前記第５又は第６の態様において、前記複数の画素が行方向及び列方向にマトリクス状に配置され、前記第１の平面が前記行方向と直交し、前記第２の平面が前記列方向と直交したものである。
【００１３】
第８の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第７のいずれかの態様において、記各画素は、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、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、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、及び、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する転送部を有するものである。
【００１４】
第９の態様による固体撮像素子は、前記第８の態様において、前記複数の画素は、前記光電変換部が列方向に順次並んだ２以上の所定数の画素毎に画素ブロックをなし、前記画素ブロック毎に、当該画素ブロックに属する前記所定数の画素が１組の前記電荷電圧変換部及び前記増幅部を共有したものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、シェーディングの補正を容易に行うことができる固体撮像素子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】
【００１６】
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。
【００１７】
［第１の実施の形態］
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施の形態による固体撮像素子１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１の画素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１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。
【００１９】
本実施の形態による固体撮像素子１は、図１に示すように、有効画素領域４１（後述する図３参照）において２次元マトリクス状に配置された複数の画素２０と、画素２０から信号を出力するための周辺回路とを有している。図１において、横に４列縦に８行の３２個の画素を示しているが、画素数は特に限定されるものではない。本実施の形態では、いずれの画素２０にもベイヤー配列に従ってカラーフィルタが設けられている。図１では、当該画素に設けられたカラーフィルタの色を、符号Ｒ，Ｇ，Ｂとして示している。Ｒは赤色、Ｇは緑色、Ｂは青色である。もっとも、カラーフィルタは補色系でもよいし、白黒用の固体撮像素子として構成する場合には、カラーフィルタを設けなくてもよい。
【００２０】
周辺回路は、垂直走査回路２１、水平走査回路２２、これらと接続されている駆動信号線２３〜２６、画素２０からの信号を受け取る垂直信号線２８、垂直信号線２８に接続される定電流源２９及びカラムアンプ３０、トランジスタからなるスイッチ３１、カラムアンプ３０から出力される信号をスイッチ３１を介して受け取る水平信号線３３、出力アンプ３４等からなる。
【００２１】
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１の外部に設けられ、信号が出力アンプ３４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３０を用いた構成とすることも可能である。
【００２２】
本実施の形態では、各画素２０は、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子と同様に、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に電荷を転送する電荷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２０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２０のトランジスタＡＭＰ，ＴＸ，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。
【００２３】
転送トランジスタＴＸのゲートは、行毎に、垂直走査回路２１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２４に、接続されている。リセットトランジスタＲＥＳのゲートは、行毎に、垂直走査回路２１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２３に、接続されている。選択トランジスタＳＥＬのゲートは、行毎に、垂直走査回路２１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２５に、接続されている。
【００２４】
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。
【００２５】
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２９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２８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２８に接続する。
【００２６】
垂直走査回路２１は、画素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をそれぞれ出力する。また、水平走査回路２２は、制御信号φＨ１〜φＨ４を出力する。
【００２７】
以上のような回路構成を有する固体撮像素子１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。
【００２８】
図３は、図１に示す固体撮像素子１（特にその有効画素領域４１）を模式的に示す概略平面図である。なお、説明の便宜上、図３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。Ｘ軸方向が画素２０の行方向であり、Ｙ軸方向が画素２０の列方向であり、有効画素領域４１の面及び基板１１（図６参照）の面がＸＹ平面と平行となっている。図３において、Ｏは有効画素領域４１の中心であり、ＳＹは中心Ｏを通りＹＺ平面と平行な平面である。通常、有効画素領域４１に被写体像を結像させる撮像レンズ（図示せず）の光軸が、有効画素領域４１の中心Ｏを通るように配置される。
【００２９】
本実施の形態では、平面ＳＹに関して、有効画素領域４１における平面ＳＹに対する一方側（−Ｘ側）の領域Ｒ１の配線構造と、有効画素領域４１における平面ＳＹに対する他方側（＋Ｘ側）の領域Ｒ２の配線構造とが、対称をなしている。なお、図３において、点Ａは領域Ｒ１中の１つの位置を示し、点Ｂは平面ＳＹに関して点Ａと対称をなす領域Ｒ２中の位置を示している。
【００３０】
図４は、図３中の有効画素領域４１における平面ＳＹ付近の４×４個の画素２０を模式的に示す概略平面図である。図５は、平面ＳＹを挟んでＸ軸方向に隣り合う図４中の２個の画素２０を示す概略拡大平面図である。図６は、図３中のＸ１−Ｘ２線に沿った概略断面図であり、特に、図３中のＡ点及びＢ点にそれぞれ位置する２個の画素２０を示している。なお、図６には、各画素２０に対する入射光の様子も示している。実際には、フォトダイオードＰＤの上部にはカラーフィルタやマイクロレンズ等が配置されるが、ここでは省略する。
【００３１】
本実施の形態では、Ｎ型シリコン基板１１上にＰ型ウエル１２が設けられている。Ｐ型ウエル１２中に、フォトダイオードＰＤなどの画素部における各素子が配置されている。また、Ｐ型ウエル１２上に、基板１１側から順に、１層目、２層目及び３層目の金属配線層が、それぞれ層間絶縁膜（図示せず）を介して配置されている。後述するように、それらの配線層によって所定の配線が構成されている。
【００３２】
図５において、符号５１〜５５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５６は、Ｐ型ウエル１２を接地電位に接続するためのＰ型不純物拡散領域である。Ｐ型不純物拡散領域５６の不純物濃度は、Ｐ型ウエル１２の不純物濃度よりも高くなっている。Ｐ型不純物拡散領域５６は、接地電位を供給するための接地線２７に接続されている。接地線２７は、１層目の金属配線層からなる。符号６１〜６４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５３は電源電圧Ｖｄｄが印加される電源拡散部である。図面には示していないが、電源電圧Ｖｄｄを供給するための配線は、３層目の配線層からなり、拡散領域５３に接続されている。この配線は、フォトダイオードＰＤに対応する領域以外の領域を覆う遮光膜を兼ねている。符号５１，５２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。
【００３３】
ゲート電極６１，６２，６４は、制御線２４，２３，２５とそれぞれ接続されており、垂直走査回路２１から出力される制御信号φＴＸ、φＲＳＴ、φＳＥＬがそれぞれ印加される。制御線２３〜２５は、２層目の金属配線層からなる。拡散領域５１，５２及び増幅トランジスタＡＭＰのゲート電極６３間が、１層目の配線層からなる配線７０によって接続されている。拡散領域５５は、１層目の配線層からなる垂直信号線２８に接続されている。
【００３４】
フォトダイオードＰＤは、Ｐ型ウエル１２中に設けられたＮ型の電荷蓄積層１３とその表面側に配置されたＰ型の空乏化防止層１４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ＰＤは、空乏化防止層１４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ＰＤは、入射する光を光電変換し、生じた電荷を電荷蓄積層１３に蓄積する。フォトダイオードＰＤの電荷蓄積層１３に蓄積された電荷は、転送トランジスタＴＸがオン状態とされることによってフローティングディフュージョンＦＤに転送される。
【００３５】
転送トランジスタＴＸは、フォトダイオードＰＤの電荷蓄積層１３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５１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ＴＸは、そのゲート電極６１に印加される制御信号φＴＸにより駆動される。
【００３６】
フォトダイオードＰＤから転送トランジスタＴＸを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６３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６３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ＰＤ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。
【００３７】
選択トランジスタＳＥＬは、拡散領域５４をドレイン、拡散領域５５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２８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。
【００３８】
リセットトランジスタＲＥＳは、電源拡散部５３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５２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。
【００３９】
本実施の形態では、図５に示すように、平面ＳＹに対して−Ｘ側の画素２０と＋Ｘ側の画素２０とでは、配線構造が左右反転している。この配線構造を実現するために、図５に示すように、平面ＳＹに対して−Ｘ側の画素２０と＋Ｘ側の画素２０とでは、拡散領域５１〜５６及びゲート電極６１〜６４の構造も左右反転している。そして、図４に示すように、有効画素領域４１の−Ｘ側の領域Ｒ１の画素２０は全て、図５中の−Ｘ側の画素２０と同じ各部の配置構造を有している。また、有効画素領域４１の＋Ｘ側の領域Ｒ２の画素２０は全て、図５中の＋Ｘ側の画素２０と同じ各部の配置構造を有している。本実施の形態では、これにより、平面ＳＹに関して、有効画素領域４１における平面ＳＹに対する一方側（−Ｘ側）の領域Ｒ１の配線構造と、有効画素領域４１における平面ＳＹに対する他方側（＋Ｘ側）の領域Ｒ２の配線構造とが、対称をなしているのである。
【００４０】
固体撮像素子１の有効画素領域４１おける平面ＳＹに関して対称な２つの位置（例えば、Ａ点とＢ点）は、有効画素領域４１の中心ＯからのＸ軸方向の距離及びＹ軸方向の距離が等しくなるので、その２つの位置（例えば、Ａ点とＢ点）の画素２０に対しては、図６に示すように、光が同じ角度で対称的に入射する。したがって、本実施の形態では、前述したような対称構造が採用されているので、その２つの位置（例えば、Ａ点とＢ点）の画素２０では、フォトダイオードＰＤに対する配線やゲート電極等の要素の入射光に対する位置関係（感度に関する光学的な位置関係）が等しくなる。図６では、典型的な要素としての転送トランジスタＴＸのゲート電極６１の影響を示している。図６に示すように、Ａ点の画素２０とＢ点の画素２０とでは、光の入射角度に対するゲート電極６１の位置が同じように構成されているため、ゲート電極６１によりけられる量は同じになって、画素出力も等しくなる。その結果、図７に示すように、シェーディングが対称になる。図７は、本実施の形態による固体撮像素子１の、有効画素領域４１内の図３中のＸ１−Ｘ２線に沿った各位置の画素２０の出力（ただし、入射光強度が同一でかつカラーフィルタ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７において、「左端」は−Ｘ側の端部、「右端」は＋Ｘ側の端部である。なお、有効画素領域４１に被写体像を結像させる撮像レンズを開放側で使用するほど、有効画素領域４１の端ではより斜めに光が入射する。
【００４１】
図８は、本実施の形態による固体撮像素子１と比較される比較例による固体撮像素子の、有効画素領域４１内のＸ１−Ｘ２線に沿った各位置の画素２０の出力を模式的に示す図であり、図７に対応している。この比較例が本実施の形態と異なる所は、有効画素領域４１の全体（すなわち、領域Ｒ１，Ｒ２の両方）を、図５中の−Ｘ側の画素２０のみで構成した点のみである。この場合には、有効画素領域４１における平面ＳＹに関して対称な２つの位置（例えば、Ａ点とＢ点）の画素２０であっても、有効画素領域４１の＋Ｘ側の画素２０の方が転送トランジスタＴＸのゲート電極６１によりけられる光量が多くなるため、図８に示すように、シェーディングが非対称となる。
【００４２】
これに対し、本実施の形態による固体撮像素子１では、前述したように、図７に示すようにシェーディングが対称になる。したがって、本実施の形態によれば、出力信号に対する信号処理によってシェーディングを補正する際に、前記比較例に比べて、その補正を容易に行うことができる。
【００４３】
本実施の形態では、有効画素領域４１における平面ＳＹに対する一方側（−Ｘ側）の領域Ｒ１の全体の配線構造と、有効画素領域４１における平面ＳＹに対する他方側（＋Ｘ側）の領域Ｒ２の全体の配線構造とが、平面ＳＹに関して対称をなしている。したがって、本実施の形態によれば、有効画素領域４１の全体に渡ってシェーディングの対称性が得られるので、好ましい。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、有効画素領域４１の一部の領域を除いて、有効画素領域４１における平面ＳＹに対する一方側（−Ｘ側）の領域の配線構造と、有効画素領域４１における平面ＳＹに対する他方側（＋Ｘ側）の領域の配線構造とが、平面ＳＹに関して対称をなしていてもよい。その例を図９及び図１０に示す。なお、有効画素領域４１の前記一部の領域（すなわち、対称構造を採用しない領域）は、有効画素領域４１の５０％以下の領域であることが好ましく、３０％以下の領域であることがより好ましく、１０％以下の領域であることがより一層好ましい。
【００４４】
図９及び図１０はそれぞれ、本実施の形態による固体撮像素子１の変形例に係る固体撮像素子８１，９１を模式的に示す概略平面図であり、図３に対応している。図９及び図１０において、図３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。
【００４５】
図９に示す固体撮像素子８１では、有効画素領域４１のうち平面ＳＹを跨り平面ＳＹに沿った領域Ｒ１１を除く−Ｘ側の領域Ｒ１２の配線構造と、有効画素領域４１のうち領域Ｒ１１を除く＋Ｘ側の領域Ｒ１３の配線構造とが、平面ＳＹに関して対称をなしている。領域Ｒ１２の画素２０は全て、図５中の−Ｘ側の画素２０と同じ各部の配置構造を有している。領域Ｒ１３の画素２０は全て、図５中の＋Ｘ側の画素２０と同じ各部の配置構造を有している。領域Ｒ１１の画素２０は全て、例えば、図５中の−Ｘ側の画素２０と同じ各部の配置構造を有している。
【００４６】
図１０に示す固体撮像素子８１では、有効画素領域４１のうち平面ＳＹを跨り平面ＳＹに沿った領域Ｒ２１を除くとともに−Ｘ側の辺に沿った領域Ｒ２２を除く−Ｘ側の領域Ｒ２４の配線構造と、有効画素領域４１のうち領域Ｒ２１を除くとともに＋Ｘ側の辺に沿った領域Ｒ２３を除く＋Ｘ側の領域Ｒ２５の配線構造とが、平面ＳＹに関して対称をなしている。領域Ｒ２４の画素２０は全て、図５中の−Ｘ側の画素２０と同じ各部の配置構造を有している。領域Ｒ２５の画素２０は全て、図５中の＋Ｘ側の画素２０と同じ各部の配置構造を有している。領域Ｒ２１〜Ｒ２３の画素２０は、例えば、全て図５中の−Ｘ側の画素２０と同じ各部の配置構造を有している。
【００４７】
［第２の実施の形態］
【００４８】
図１１は、本発明の第２の実施の形態による固体撮像素子１０１（特にその有効画素領域４１）を模式的に示す概略平面図であり、図３に対応している。図１２は、図１１中の有効画素領域４１における平面ＳＸ付近の４×４個の画素２０を模式的に示す概略平面図であり、図４に対応している。図１１及び図１２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。図１１において、ＳＸは中心Ｏを通りＸＺ平面と平行な平面である。
【００４９】
本実施の形態による固体撮像素子１０１が前記第１の実施の形態による固体撮像素子１と異なる所は、前記第１の実施の形態では、対称面がＹＺ平面と平行な平面ＳＹであるのに対し、本実施の形態では、対称面がＸＺ平面と平行な平面ＳＸである点のみである。すなわち、本実施の形態では、有効画素領域４１における平面ＳＸに対する一方側（−Ｙ側）の領域Ｒ３１の配線構造と、有効画素領域４１における平面ＳＸに対する他方側（＋Ｙ側）の領域Ｒ３２の配線構造とが、平面ＳＸに関して対称をなしている。
【００５０】
本実施の形態では、図１２に示すように、平面ＳＸに対して−Ｙ側の画素２０と＋Ｙ側の画素２０とでは、配線構造も含めて各部の配置構造が上下反転している。そして、図４に示すように、有効画素領域４１の−Ｙ側の領域Ｒ３１の画素２０は全て、同じ各部の配置構造を有している。また、有効画素領域４１の＋Ｙ側の領域Ｒ３２の画素２０は全て、同じ各部の配置構造を有している。
【００５１】
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。なお、前記第１の実施の形態による固体撮像素子１を変形して前記各変形例による固体撮像素子８１，９１を得たのと同様の変形を、本実施の形態に適用してもよい。
【００５２】
［第３の実施の形態］
【００５３】
図１３は、本発明の第３の実施の形態による固体撮像素子１１１（特にその有効画素領域４１）を模式的に示す概略平面図であり、図３及び図１１に対応している。図１４は、図１３中の有効画素領域４１における平面ＳＸ，ＳＹ付近の４×４個の画素２０を模式的に示す概略平面図であり、図４及び図１２に対応している。図１３及び図１４において、図３、図４、図１１及び図１２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】
本実施の形態による固体撮像素子１０１が前記第１の実施の形態による固体撮像素子１と異なる所は、前記第１の実施の形態では、対称面がＹＺ平面と平行な平面ＳＹのみであるのに対し、本実施の形態では、平面ＳＹを対称面とするのみならずＸＺ平面と平行な平面ＳＸも対称面としている。すなわち、本実施の形態では、有効画素領域４１における平面ＳＹに対する一方側（−Ｘ側）の領域Ｒ５１，Ｒ５４の配線構造と、有効画素領域４１における平面ＳＹに対する他方側（＋Ｘ側）の領域Ｒ５２，Ｒ５３の配線構造とが、平面ＳＹに関して対称をなしている。また、本実施の形態では、有効画素領域４１における平面ＳＸに対する一方側（−Ｙ側）の領域Ｒ５１，Ｒ５２の配線構造と、有効画素領域４１における平面ＳＸに対する他方側（＋Ｙ側）の領域Ｒ５４，Ｒ５３の配線構造とが、平面ＳＸに関して対称をなしている。
【００５５】
本実施の形態では、図１４に示すように、平面ＳＹに対して−Ｘ側でかつ平面領域ＳＸに対して−Ｙ側の領域Ｒ５１の画素２０と、平面ＳＹに対して＋Ｘ側でかつ平面領域ＳＸに対して−Ｙ側の領域Ｒ５２の画素２０とでは、配線構造も含めて各部の配置構造が左右反転している。平面ＳＹに対して−Ｘ側でかつ平面領域ＳＸに対して＋Ｙ側の領域Ｒ５４の画素２０と、平面ＳＹに対して＋Ｘ側でかつ平面領域ＳＸに対して＋Ｙ側の領域Ｒ５３の画素２０とでは、配線構造も含めて各部の配置構造が左右反転している。平面ＳＹに対して−Ｘ側でかつ平面領域ＳＸに対して−Ｙ側の領域Ｒ５１の画素２０と、平面ＳＹに対して−Ｘ側でかつ平面領域ＳＸに対して＋Ｙ側の領域Ｒ５４の画素２０とでは、配線構造も含めて各部の配置構造が上下反転している。平面ＳＹに対して＋Ｘ側でかつ平面領域ＳＸに対して−Ｙ側の領域Ｒ５２の画素２０と、平面ＳＹに対して＋Ｘ側でかつ平面領域ＳＸに対して＋Ｙ側の領域Ｒ５３の画素２０とでは、配線構造も含めて各部の配置構造が上下反転している。そして、領域５１の画素２０は全て、同じ各部の配置構造を有している。領域５２の画素２０は全て、同じ各部の配置構造を有している。領域５３の画素２０は全て、同じ各部の配置構造を有している。領域５４の画素２０は全て、同じ各部の配置構造を有している。
【００５６】
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。
【００５７】
本実施の形態では、有効画素領域４１における平面ＳＹに対する一方側（−Ｘ側）の領域Ｒ５１，Ｒ５４の全体の配線構造と、有効画素領域４１における平面ＳＹに対する他方側（＋Ｘ側）の領域Ｒ５２，Ｒ５３の全体の配線構造とが、平面ＳＹに関して対称をなしている。また、本実施の形態では、有効画素領域４１における平面ＳＸに対する一方側（−Ｙ側）の領域Ｒ５１，Ｒ５２の全体の配線構造と、有効画素領域４１における平面ＳＸに対する他方側（＋Ｙ側）の領域Ｒ５４，Ｒ５３の全体の配線構造とが、平面ＳＸに関して対称をなしている。したがって、本実施の形態によれば、有効画素領域４１の全体に渡ってシェーディングの対称性が得られるので、好ましい。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、有効画素領域４１の一部の領域を除いて、有効画素領域４１における平面ＳＹに対する一方側（−Ｘ側）の領域の配線構造と、有効画素領域４１における平面ＳＹに対する他方側（＋Ｘ側）の領域の配線構造とが、平面ＳＹに関して対称をなしていてもよい。また、有効画素領域４１の一部の領域を除いて、有効画素領域４１における平面ＳＸに対する一方側（−Ｙ側）の領域の配線構造と、有効画素領域４１における平面ＳＸに対する他方側（＋Ｙ側）の領域の配線構造とが、平面ＳＸに関して対称をなしていてもよい。その例を図１５に示す。有効画素領域４１の前者の一部の領域（すなわち、平面ＳＹに関して対称構造を採用しない領域）や、有効画素領域４１の後者の一部の領域（すなわち、平面ＳＸに関して対称構造を採用しない領域）は、有効画素領域４１の５０％以下の領域であることが好ましく、３０％以下の領域であることがより好ましく、１０％以下の領域であることがより一層好ましい。
【００５８】
図１５は、本実施の形態による固体撮像素子１１１の変形例に係る固体撮像素子１２１を模式的に示す概略平面図であり、図１３に対応している。図１５において、図１３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。
【００５９】
図１５に示す固体撮像素子１２１では、領域Ｒ５１のうち平面ＳＹを跨り平面ＳＹに沿った領域Ｒ７１及び平面ＳＸを跨り平面ＳＸに沿った領域Ｒ７２を除く領域Ｒ６１の配線構造と、領域Ｒ５４のうち領域Ｒ７１，Ｒ７２を除く領域Ｒ６４の配線構造とが、平面ＳＸに関して対称をなしている。領域Ｒ５２のうち領域Ｒ７１，Ｒ７２を除く領域Ｒ６２の配線構造と、領域Ｒ５３のうち領域Ｒ７１，Ｒ７２を除く領域Ｒ６３の配線構造とが、平面ＳＸに関して対称をなしている。領域Ｒ６１の配線構造とＲ６２の配線構造とが平面ＳＹに関して対称をなしている。領域Ｒ６４の配線構造とＲ６３の配線構造とが平面ＳＹに関して対称をなしている。領域Ｒ６１の画素２０は全て、領域Ｒ５１の画素と同じ各部の配置構造を有している。領域Ｒ６２の画素２０は全て、領域Ｒ５２の画素と同じ各部の配置構造を有している。領域Ｒ６３の画素２０は全て、領域Ｒ５３の画素と同じ各部の配置構造を有している。領域Ｒ６４の画素２０は全て、領域Ｒ５４の画素と同じ各部の配置構造を有している。領域Ｒ７１，Ｒ７２の画素２０は、例えば、全て領域５１の画素と同じ各部の配置構造を有している。
【００６０】
［第４の実施の形態］
【００６１】
図１６は、本発明の第４の実施の形態による固体撮像素子１３１の概略構成を示す回路図であり、図１に対応している。図１６においても、図１と同様に、８×４個の画素２０（４×４個の画素ブロック１７０）を示している。図１７は、図１６に示す固体撮像素子１３１の画素ブロック１７０を示す回路図であり、図２に対応している。図１８は、図１６に示す固体撮像素子１３１（特にその有効画素領域４１）を模式的に示す概略平面図であり、図１１に対応している。図１９は、図１８中の有効画素領域４１における平面ＳＸ付近の４×４個の画素２０（２×４個の画素ブロック１７０）を模式的に示す概略平面図であり、図１２に対応している。図２０は、平面ＳＸを挟んでＹ軸方向に隣り合う図１９中の２個の画素ブロック１７０を示す概略拡大平面図であり、図５に対応している。図１６乃至図２０において、図１、図２、図１１、図１２及び図５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。
【００６２】
本実施の形態が前記第２の実施の形態と異なる所は、基本的に以下に説明する点のみである。本実施の形態による固体撮像素子１３１では、列方向に隣り合う２つの画素２０毎に、当該２つの画素２０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。図１６、図１７、図１９及び図２０では、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を共有する２つの画素２０を、画素ブロック１７０として示している。また、図１７、図１９及び図２０では、画素ブロック１７０内の一方の画素２０のフォトダイオードＰＤ及び転送トランジスタＴＸをそれぞれ符号ＰＤ１，ＴＸ１で示し、画素ブロック１７０内の他方の画素２０のフォトダイオードＰＤ及び転送トランジスタＴＸをそれぞれ符号ＰＤ２，ＴＸ２で示し、両者を区別している。同様に、拡散領域５１をそれぞれ符号５１−１，５１−２で示し、ゲート電極６１をそれぞれ符号６１−１，６１−２で示し、制御線２４をそれぞれ制御線２４−１，２４−２で示している。また、転送トランジスタＴＸ１のゲート電極６１−１に供給される制御信号をφＴＸ１とし、転送トランジスタＴＸ２のゲート電極６１−２に供給される制御信号をφＴＸ２とし、両者を区別している。なお、図１及び図２ではｎは画素行を示しているが、図１６及び図１７ではｎは画素ブロック１７０の行を示している。例えば、１行目の画素２０と２行目の画素２０とにより１行目の画素ブロック１７０が構成され、３行目の画素２０と４行目の画素２０とにより２行目の画素ブロック１７０が構成されている。
【００６３】
以上のような回路構成を有する固体撮像素子１３１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。
【００６４】
本実施の形態では、前記第２の実施の形態と同様に、有効画素領域４１における平面ＳＸに対する一方側（−Ｙ側）の領域Ｒ３１の配線構造と、有効画素領域４１における平面ＳＸに対する他方側（＋Ｙ側）の領域Ｒ３２の配線構造とが、平面ＳＸに関して対称をなしている。
【００６５】
本実施の形態では、図１９及び図２０に示すように、平面ＳＸに対して−Ｙ側の画素ブロック１７０と＋Ｙ側の画素ブロック１７０とでは、配線構造も含めて各部の配置構造が上下反転している。そして、図１９に示すように、有効画素領域４１の−Ｙ側の領域Ｒ３１の画素ブロック１７０は全て、同じ各部の配置構造を有している。また、有効画素領域４１の＋Ｙ側の領域Ｒ３２の画素ブロック１７０は全て、同じ各部の配置構造を有している。
【００６６】
図２１は、本実施の形態による固体撮像素子１３１の、有効画素領域４１内の図１８中のＹ１−Ｙ２線に沿った各位置の画素２０の出力（ただし、入射光強度が同一でかつカラーフィルタ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２１において、「上端」は＋Ｙ側の端部、「下端」は−Ｙ側の端部である。図２１において、実線は、各画素ブロック１７０の２つの画素２０のうちの一方の画素の画素出力を示し、破線は、各画素ブロック１７０の２つの画素２０のうちの他方の画素の画素出力を示している。両者が異なっているのは、同一画素ブロック１７０の２つの画素２０間で感度ずれが生ずるためである。その理由は、同一画素ブロック１７０の２つの画素２０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を共有するが故に、各画素２０におけるフォトダイオード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）が完全に同一になっていないからである。本実施の形態によれば、前記第１及び第２の実施の形態と同様の原理によって、図２１に示すように、シェーディングが対称となる。
【００６７】
図２２は、本実施の形態による固体撮像素子１３１と比較される比較例による固体撮像素子の、有効画素領域４１内のＹ１−Ｙ２線に沿った各位置の画素２０の出力を模式的に示す図であり、図２１に対応している。この比較例が本実施の形態と異なる所は、有効画素領域４１の全体（すなわち、領域Ｒ３１，Ｒ３２の両方）を、図２０中の＋Ｙ側の画素ブロック１７０のみで構成した点のみである。この場合には、図８に関連して説明した比較例と同様に、図２２に示すように、シェーディングが非対称となる。
【００６８】
これに対し、本実施の形態による固体撮像素子１３１では、前述したように、図２１に示すようにシェーディングが対称になる。したがって、本実施の形態によれば、出力信号に対する信号処理によってシェーディングを補正する際に、前記比較例に比べて、その補正を容易に行うことができる。
【００６９】
本実施の形態では、平面ＳＸに関する対称構造を採用しているが、前記第１の実施の形態や前記第３の実施の形態と同様に、平面ＳＹに関する対称構造や平面ＳＹ，ＳＸの両方に関する対称構造を採用するように、本実施の形態による固体撮像素子１３１を変形してもよい。また、先に説明した種々の変形例と同様の変形を、本実施の形態に適用してもよい。
【００７０】
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。
【００７１】
例えば、本発明は、フォトダイオードＰＤが列方向に順次並んだ３個以上（例えば、４個）の画素２０毎に画素ブロック１７０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】
【００７２】
【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を示す回路図である。
【図３】図１に示す固体撮像素子を模式的に示す概略平面図である。
【図４】図３中の有効画素領域における４×４個の画素を模式的に示す概略平面図である。
【図５】図５は、図４中の２個の画素を示す概略拡大平面図である。
【図６】図３中のＸ１−Ｘ２線に沿った概略断面図である。
【図７】図１に示す固体撮像素子のシェーディングの様子を示す図である。
【図８】図１に示す固体撮像素子と比較される比較例による固体撮像素子のシェーディングの様子を示す図である。
【図９】図１に示す固体撮像素子の変形例に係る固体撮像素子を示す概略平面図である。
【図１０】図１に示す固体撮像素子の他の変形例に係る固体撮像素子を示す概略平面図である。
【図１１】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平面図である。
【図１２】図１１中の有効画素領域における４×４個の画素を模式的に示す概略平面図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態による固体撮像素子を模式的に示す概略平面図である。
【図１４】図１３中の有効画素領域における４×４個の画素を模式的に示す概略平面図であ
【図１５】図１３に示す固体撮像素子の変形例に係る固体撮像素子を示す概略平面図である。
【図１６】本発明の第４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１７】図１６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１８】図１６に示す固体撮像素子を模式的に示す概略平面図である。
【図１９】図１８中の有効画素領域における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２０】図１９中の２個の画素ブロックを示す概略拡大平面図である。
【図２１】図１６に示す固体撮像素子のシェーディングの様子を示す図である。
【図２２】図１６に示す固体撮像素子と比較される比較例による固体撮像素子のシェーディングの様子を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
２０  画素
１７０  画素ブロック
ＰＤ，ＰＤ１，ＰＤ２  フォトダイオード
ＡＭＰ  増幅トランジスタ
ＲＥＳ  リセットトランジスタ
ＴＸ，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
２３〜２５，２７，２８，７０  配線
【図１】
2010021450.tif 000003
【図２】
2010021450.tif 000004
【図３】
2010021450.tif 000005
【図４】
2010021450.tif 000006
【図５】
2010021450.tif 000007
【図６】
2010021450.tif 000008
【図７】
2010021450.tif 000009
【図８】
2010021450.tif 000010
【図９】
2010021450.tif 000011
【図１０】
2010021450.tif 000012
【図１１】
2010021450.tif 000013
【図１２】
2010021450.tif 000014
【図１３】
2010021450.tif 000015
【図１４】
2010021450.tif 000016
【図１５】
2010021450.tif 000017
【図１６】
2010021450.tif 000018
【図１７】
2010021450.tif 000019
【図１８】
2010021450.tif 000020
【図１９】
2010021450.tif 000021
【図２０】
2010021450.tif 000022
【図２１】
2010021450.tif 000023
【図２２】
2010021450.tif 000024