(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々の受光色が所定の一色に決められた複数の単位画素が所定の色配列で配置され、カラー画像を撮像する撮像領域を具備しており、
前記複数の単位画素は、
複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部のうち、対応する光電変換部に隣接して配置された遮光層からそれぞれが形成されており、共通の制御線に接続され、該制御線の印加電圧に応じて、それぞれが対応する光電変換部から信号電荷を同時に転送する複数の転送ゲートと、
前記複数の転送ゲートによって前記複数の光電変換部から前記信号電荷が同時に転送されるフローティングディフュージョンと、
を各色の前記単位画素ごとに有し、
前記各色の単位画素において、
前記複数の光電変換部は、同一色の光を受光して前記信号電荷を生成し、
前記複数の光電変換部から前記フローティングディフュージョンに転送された前記信号電荷が加算され、電気信号として出力される、
固体撮像装置。
【請求項２】
前記各色の単位画素は、前記撮像領域において、互いに直交する第１方向と第２方向の各方向に複数、配列されており、
前記各色の単位画素において、
前記複数の光電変換部が前記フローティングディフュージョンに近接して設けられており、
前記複数の光電変換部のそれぞれと前記フローティングディフュージョンとの間に、それぞれ、前記転送ゲートが設けられている、
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記各色の単位画素において、
２つの光電変換部が、１つのフローティングディフュージョンを挟んで第１方向に配置されており、
前記同一色の光を選択的に透過するフィルタ層と対応する領域内に、前記２つの光電変換部、同時に制御される２つの転送ゲート、及び、１つのフローティングディフュージョンの組が、少なくとも１組配置され、
前記フィルタ層と対応する領域に対し第１方向の外側に、前記電気信号を出力する増幅トランジスタが配置されている、
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記各色の単位画素内において、
前記フローティングディフュージョンが、前記第１方向と前記第２方向の各方向に対して傾斜した方向で２つの光電変換部に挟まれるように設けられており、
前記転送ゲートが、前記第１方向と前記第２方向の各方向に対して傾斜した方向で、前記２つの光電変換部のそれぞれと前記フローティングディフュージョンとの間に介在するように設けられている、
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記複数の光電変換部は、互いに直交する第１方向と第２方向の各方向に２つ配置された４つの光電変換部の第１方向に隣り合う２つの光電変換部であり、
前記各色の単位画素は、
前記同一色の光を選択的に透過するフィルタ層と対応する領域内に、前記４つの光電変換部、前記第１方向に隣り合う２つの光電変換部の転送ゲート同士が同時制御される４つの転送ゲート、及び、前記４つの光電変換部からの信号電荷を加算する１つフローティングディフュージョンからなる組が配置され、
前記フィルタ層と対応する領域に対し第１方向の外側に、前記加算後の電気信号を出力する増幅トランジスタが前記組ごとに配置されている、
請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記各色の単位画素内に前記増幅トランジスタが複数配置され、
第１方向に配線され前記電気信号を伝送する垂直信号線を備え、
前記複数の増幅トランジスタの出力が前記垂直信号線に電気的に並列に接続され、
前記複数の光電変換部の信号電荷が、対応するフローティングディフュージョンで加算され、加算後の複数の信号電荷が、複数の増幅トランジスタを介して前記垂直信号線に出力されることで、さらに加算される、
請求項３または５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記各色の単位画素は、
前記光電変換部へ光を集光するマイクロレンズ
を含み、
前記マイクロレンズは、前記複数の光電変換部のそれぞれに対応して複数が設けられている、
請求項１から６の何れか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記各色の単位画素は、
前記光電変換部へ光を導く光導波路
を含み、
前記光導波路は、前記複数の光電変換部のそれぞれに対応して複数が設けられている、
請求項１から７の何れか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
カラー画像を撮像する撮像領域に、各々の受光色が所定の一色に決められた複数の単位画素を所定の色配列で形成する工程を具備しており、
前記複数の単位画素を形成する工程は、
各色の前記単位画素において複数の光電変換部を形成する工程と、
各色の前記単位画素において、前記複数の光電変換部の間に位置するように、該複数の光電変換部からの信号電荷を加算するフローティングディフュージョンを形成する工程と、
各色の前記単位画素において、前記複数の光電変換部のそれぞれと前記フローティングディフュージョンとの間に、遮光層からなる転送ゲートを配置させて複数の転送トランジスタを形成するとともに、前記複数の光電変換部から離れた位置に増幅トランジスタを形成する工程と、
各色の前記単位画素において、前記フローティングディフュージョンと前記増幅トランジスタのゲートとを電気的に接続し、前記複数の転送トランジスタを同時に制御する共通の制御線を形成するとともに、前記複数の光電変換部からの全ての信号電荷の加算量に応じた電気信号が出力されるように、前記増幅トランジスタの出力に対し垂直信号線を接続する工程と、
前記複数の光電変換部に前記単位画素ごとに色が決められた同一色の光が入射するようにフィルタ層を配置する工程と、
を有する、
固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
固体撮像装置を有し、
前記固体撮像装置は、各々の受光色が所定の一色に決められた複数の単位画素が所定の色配列で配置され、カラー画像を撮像する撮像領域を具備しており、
前記複数の単位画素は、
複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部のうち、対応する光電変換部に隣接して配置された遮光層からそれぞれが形成されており、共通の制御線に接続され、該制御線の印加電圧に応じて、それぞれが対応する光電変換部から信号電荷を同時に転送する複数の転送ゲートと、
前記複数の転送ゲートによって前記複数の光電変換部から前記信号電荷が同時に転送されるフローティングディフュージョンと、
を各色の前記単位画素ごとに有し、
前記各色の単位画素において、
前記複数の光電変換部は、同一色の光を受光して前記信号電荷を生成し、
前記複数の光電変換部から前記フローティングディフュージョンに転送された前記信号電荷が加算され、電気信号として出力される、
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラなどの電子機器は、固体撮像装置を含む。たとえば、固体撮像装置として、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｃｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型イメージセンサ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型イメージセンサを含む。
【０００３】
固体撮像装置では、複数の単位画素がマトリクス状に配列された撮像領域が、半導体基板に設けられている。複数の単位画素のそれぞれにおいては、光電変換部が設けられている。光電変換部は、たとえば、フォトダイオードであり、外付けの光学系を介して入射する入射光を受光面で受光し光電変換することによって、信号電荷を生成する。
【０００４】
固体撮像装置のうち、ＣＭＯＳ型イメージセンサは、光電変換部のほかに、複数のトランジスタを含むように、単位画素が構成されている。複数のトランジスタは、光電変換部で生成された信号電荷を読み出して、信号線へ電気信号として出力するように構成されている。たとえば、転送トランジスタ，リセットトランジスタ，増幅トランジスタ，選択トランジスタの４つのトランジスタが、画素トランジスタとして、半導体基板の表面に設けられている。そして、これらの複数のトランジスタに電気的に接続する配線を、半導体基板の表面に設けている。
【０００５】
固体撮像装置においては、高感度化が要求されている。特に、内視鏡カメラ、監視カメラなどのように、低照度下で使用されるデジタルカメラでは、高感度化の実現が必要である。
【０００６】
このため、画素サイズを大きくすることによって、受光面の面積を拡大し、高感度化を実現することが考えられる。
【０００７】
また、複数の光電変換部が一組の画素トランジスタを共有するように構成することで、単位画素において受光面が占有する面積を拡大させて、高感度化を実現することが提案されている。たとえば、２つ、または、４つの光電変換部に、一組の画素トランジスタを共有させている（たとえば、特許文献１〜３参照）。
【０００８】
この他に、受光面に入射光を集光するマイクロレンズを単位画素ごとに設けることによって、高感度化を実現することが提案されている（たとえば、特許文献４参照）。
【０００９】
その他、層内レンズの形状の最適化、配線層の低層化、光導波路の導入などの方策によって、集光効率を向上させて、高感度化を実現することが提案されている（たとえば、特許文献５，６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−１７２９５０号公報
【特許文献２】特開２００６−１５７９５３号公報
【特許文献３】特開２００６−５４２７６号公報
【特許文献４】特許第２６００２５０号
【特許文献５】特開２００２−３１４０５８号公報
【特許文献６】特開２００３−３２４１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１８は、ＣＭＯＳ型イメージセンサにおいて、単位画素Ｐの配列を示す図である。図１８では、水平方向ｘと垂直方向ｙとのそれぞれにおいて２つの単位画素Ｐが隣接して並ぶ部分を示している。
【００１２】
図１８に示すように、４つの単位画素Ｐのそれぞれにおいては、フォトダイオード２１と、転送トランジスタ２２とが設けられている。そして、その４つの単位画素Ｐの下方に、増幅トランジスタ２３と選択トランジスタ２４とリセットトランジスタ２５とからなる１組のトランジスタ群が設けられている。つまり、フォトダイオード２１と転送トランジスタ２２とを含む４つの単位画素Ｐが、増幅トランジスタ２３と選択トランジスタ２４とリセットトランジスタ２５とからなる１組のトランジスタ群を共有するように構成されている。
【００１３】
具体的には、図１８に示すように、２つのフォトダイオード２１が垂直方向ｙに並んでいる。そして、この垂直方向ｙで並ぶ２つのフォトダイオード２１の間において、２つの転送トランジスタ２２の転送ゲート２２Ｇが垂直方向ｙに並ぶように設けられている。そして、この垂直方向ｙで並ぶ２つの転送ゲート２２Ｇの間に、フローティングディフュージョンＦＤが設けられている。
【００１４】
そして、図１８に示すように、垂直方向ｙで並ぶ、２つのフォトダイオード２１，２つの転送ゲート２２Ｇ，フローティングディフュージョンＦＤからなる組が、水平方向ｘで並ぶように配置されている。図示を省略しているが、水平方向ｘに並ぶフローティングディフュージョンＦＤのそれぞれは、互いに電気的に接続されていると共に、増幅トランジスタ２３のゲートに接続されている。
【００１５】
また、図１８に示すように、各単位画素Ｐにおいては、マイクロレンズＭＬと、カラーフィルタＣＦが設けられており、マイクロレンズＭＬとカラーフィルタＣＦとを、順次、介して入射した入射光を、フォトダイオード２１が受光する。
【００１６】
カラーフィルタＣＦは、レッドフィルタ層ＣＦＲと、グリーンフィルタ層ＣＦＧと、ブルーフィルタ層ＣＦＢとを含む。レッドフィルタ層ＣＦＲと、グリーンフィルタ層ＣＦＧと、ブルーフィルタ層ＣＦＢとのそれぞれは、隣接しており、いずれかが、複数の単位画素Ｐのそれぞれに対応して設けられている。
【００１７】
ここでは、図１８に示すように、レッドフィルタ層ＣＦＲと、グリーンフィルタ層ＣＦＧと、ブルーフィルタ層ＣＦＢとのそれぞれが、ベイヤー配列で並ぶように配置されている。
【００１８】
図１９は、ＣＭＯＳ型イメージセンサにおいて、単位画素Ｐ内のポテンシャルを示す概念図である。図１９においては、図１８のＹ１ａ−Ｙ２ａ部分のポテンシャルを示している。
【００１９】
図１９（ａ）に示すように、フォトダイオード２１における電界勾配が小さい場合には、信号電荷の転送時間が増加し、信号電荷が転送されずに残って残像が発生するなどの不具合が生ずる場合がある。
【００２０】
このため、図１９（ｂ）に示すように、信号電荷が転送トランジスタ２２の側へ移動するように、フォトダイオード２１における電界勾配を大きくすることで、上記の不具合の発生を抑制させている。この場合には、たとえば、イオン注入工程を追加することで、上記のポテンシャル図になるように、フォトダイオード２１を形成する。
【００２１】
図２０，図２１は、ＣＭＯＳ型イメージセンサにおいて、単位画素Ｐに入射光が入射する様子を示す図である。ここで、図２０は、複数の単位画素Ｐが配列された撮像領域において、上端部に位置する上部画素ＰＵに、主光線Ｈ２１が入射したときの様子を示している。また、図２１は、複数の単位画素Ｐが配列された撮像領域において、下端部に位置する下部画素ＰＬに、主光線Ｈ２２が入射したときの様子を示している。
【００２２】
図２０，図２１に示すように、フォトダイオード２１およびフローティングディフュージョンＦＤは、半導体基板１０１の上層部に設けられている。そして、転送トランジスタ２２を構成する転送ゲート２２Ｇは、半導体基板１０１において主光線Ｈ２１，Ｈ２２が入射する面上に、ゲート絶縁膜（図示なし）を介して設けられている。転送ゲート２２Ｇは、たとえば、ポリシリコンなどのように、導電性の遮光材料で形成されている。
【００２３】
図２０，図２１に示すように、撮像領域の上端部または下端部においては、主光線Ｈ２１，Ｈ２２は、半導体基板１０１の面に垂直な方向ｚに沿って入射せずに、その方向ｚに対して傾斜して入射する（図１，図２を参照、その他、特許文献４の図３などを参照）。ここでは、各単位画素Ｐにおいては、カラーフィルタを介して主光線Ｈ２１，Ｈ２２が入射するので、赤色光や緑色光などの着色光として、主光線Ｈ２１，Ｈ２２がフォトダイオード２１へ入射する。
【００２４】
このため、図２０に示すように、撮像領域において上端部に位置する上部画素ＰＵでは、主光線Ｈ２１のうち、緑色光の一部がフォトダイオード２１へ入射する前に、転送ゲート２２Ｇで遮られる。一方で、その隣の単位画素Ｐにおいては、主光線Ｈ２１のうち、赤色光がフォトダイオード２１へ入射する前に転送ゲート２２Ｇで遮られない。つまり、緑色光のケラレは、発生するが、赤色光のケラレは、発生しない。
【００２５】
これに対して、図２１に示すように、撮像領域において下端部に位置する下部画素ＰＬでは、主光線Ｈ２２のうち、赤色光の一部がフォトダイオード２１へ入射する前に、転送ゲート２２Ｇで遮られる。一方で、その隣の単位画素Ｐにおいては、主光線Ｈ２１のうち、緑色光がフォトダイオード２１へ入射する前に転送ゲート２２Ｇで遮られない。つまり、撮像領域の下端部では、撮像領域の上端部と異なり、緑色光のケラレは、発生しないが、赤色光のケラレは、発生する。
【００２６】
このように、撮像領域の端部においては、各色の間においてケラレの割合が異なるために、色シェーディングが発生し、カラー画像の画像品質が低下する場合がある。
【００２７】
特に、カプセル内視鏡や携帯用カメラのように、小型の電子機器においては、色シェーディングの発生が顕著になり、カラー画像の画像品質が低下する不具合が顕在化する場合がある。つまり、上記の小型の電子機器では、外付けのレンズモジュールの実装容積を小さくする必要があり、そのレンズの最大主光線角度を大きくして低背化する場合が多いので、色シェーディングの発生が顕著になる。
【００２８】
この他に、感度の向上のために画素サイズを大きくした場合は、フォトダイオード２１の中心と、転送トランジスタ２２との間の距離が長くなるため、電荷転送効率が低下して、残像が発生する等の不具合が生ずる場合がある。
【００２９】
上記のように、固体撮像装置では、色シェーディングや残像などの発生の防止と、感度の向上とを両立させることが困難な場合があり、その結果、撮像画像の画像品質を向上させることが容易でない。
【００３０】
したがって、本発明は、撮像画像の画像品質を向上可能な固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明の固体撮像装置は、各々の受光色が所定の一色に決められた複数の単位画素が所定の色配列で配置され、カラー画像を撮像する撮像領域を具備しており、前記複数の単位画素は、複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部のうち、対応する光電変換部に隣接して配置された遮光層からそれぞれが形成されており、共通の制御線に接続され、該制御線の印加電圧に応じて、それぞれが対応する光電変換部から信号電荷を同時に転送する複数の転送ゲートと、前記複数の転送ゲートによって前記複数の光電変換部から前記信号電荷が同時に転送されるフローティングディフュージョンと、を各色の前記単位画素ごとに有し、前記各色の単位画素において、前記複数の光電変換部は、同一色の光を受光して前記信号電荷を生成し、前記複数の光電変換部から前記フローティングディフュージョンに転送された前記信号電荷が加算され、電気信号として出力される。
【００３２】
好適には、前記各色の単位画素は、前記撮像領域において、互いに直交する第１方向と第２方向の各方向に複数、配列されており、前記各色の単位画素において、前記複数の光電変換部が前記フローティングディフュージョンに近接して設けられており、前記複数の光電変換部のそれぞれと前記フローティングディフュージョンとの間に、それぞれ、前記転送ゲートが設けられている。
【００３３】
好適には、前記各色の単位画素において、２つの光電変換部が、１つのフローティングディフュージョンを挟んで第１方向に配置されており、前記同一色の光を選択的に透過するフィルタ層と対応する領域内に、前記２つの光電変換部、同時に制御される２つの転送ゲート、及び、１つのフローティングディフュージョンの組が、少なくとも１組配置され、前記フィルタ層と対応する領域に対し第１方向の外側に、前記電気信号を出力する増幅トランジスタが配置されている。
【００３４】
好適には、前記各色の単位画素内において、前記フローティングディフュージョンが、前記第１方向と前記第２方向の各方向に対して傾斜した方向で２つの光電変換部に挟まれるように設けられており、前記転送ゲートが、前記第１方向と前記第２方向の各方向に対して傾斜した方向で、前記２つの光電変換部のそれぞれと前記フローティングディフュージョンとの間に介在するように設けられている。
【００３５】
好適には、前記複数の光電変換部は、互いに直交する第１方向と第２方向の各方向に２つ配置された４つの光電変換部の第１方向に隣り合う２つの光電変換部であり、前記各色の単位画素は、前記同一色の光を選択的に透過するフィルタ層と対応する領域内に、前記４つの光電変換部、前記第１方向に隣り合う２つの光電変換部の転送ゲート同士が同時制御される４つの転送ゲート、及び、前記４つの光電変換部からの信号電荷を加算する１つフローティングディフュージョンからなる組が配置され、前記フィルタ層と対応する領域に対し第１方向の外側に、前記加算後の電気信号を出力する増幅トランジスタが前記組ごとに配置されている。
【００３６】
好適には、前記各色の単位画素内に前記増幅トランジスタが複数配置され、第１方向に配線され前記電気信号を伝送する垂直信号線を備え、前記複数の増幅トランジスタの出力が前記垂直信号線に電気的に並列に接続され、前記複数の光電変換部の信号電荷が、対応するフローティングディフュージョンで加算され、加算後の複数の信号電荷が、複数の増幅トランジスタを介して前記垂直信号線に出力されることで、さらに加算される。
【００３８】
好適には、前記各色の単位画素は、前記光電変換部へ光を集光するマイクロレンズを含み、前記マイクロレンズは、前記複数の光電変換部のそれぞれに対応して複数が設けられている。
【００３９】
好適には、前記各色の単位画素は、前記光電変換部へ光を導く光導波路を含み、前記光導波路は、前記複数の光電変換部のそれぞれに対応して複数が設けられている。
【００４０】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、カラー画像を撮像する撮像領域に、各々の受光色が所定の一色に決められた複数の単位画素を所定の色配列で形成する工程を具備しており、前記複数の単位画素を形成する工程は、各色の前記単位画素において複数の光電変換部を形成する工程と、各色の前記単位画素において、前記複数の光電変換部の間に位置するように、該複数の光電変換部からの信号電荷を加算するフローティングディフュージョンを形成する工程と、各色の前記単位画素において、前記複数の光電変換部のそれぞれと前記フローティングディフュージョンとの間に、遮光層からなる転送ゲートを配置させて複数の転送トランジスタを形成するとともに、前記複数の光電変換部から離れた位置に増幅トランジスタを形成する工程と、各色の前記単位画素において、前記フローティングディフュージョンと前記増幅トランジスタのゲートとを電気的に接続し、前記複数の転送トランジスタを同時に制御する共通の制御線を形成するとともに、前記複数の光電変換部からの全ての信号電荷の加算量に応じた電気信号が出力されるように、前記増幅トランジスタの出力に対し垂直信号線を接続する工程と、前記複数の光電変換部に前記単位画素ごとに色が決められた同一色の光が入射するようにフィルタ層を配置する工程と、を有する。
【００４１】
本発明の電子機器は、固体撮像装置を有し、前記固体撮像装置は、各々の受光色が所定の一色に決められた複数の単位画素が所定の色配列で配置され、カラー画像を撮像する撮像領域を具備しており、前記複数の単位画素は、複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部のうち、対応する光電変換部に隣接して配置された遮光層からそれぞれが形成されており、共通の制御線に接続され、該制御線の印加電圧に応じて、それぞれが対応する光電変換部から信号電荷を同時に転送する複数の転送ゲートと、前記複数の転送ゲートによって前記複数の光電変換部から前記信号電荷が同時に転送されるフローティングディフュージョンと、を各色の前記単位画素ごとに有し、前記各色の単位画素において、前記複数の光電変換部は、同一色の光を受光して前記信号電荷を生成し、前記複数の光電変換部から前記フローティングディフュージョンに転送された前記信号電荷が加算され、電気信号として出力される。
【００４２】
本発明においては、撮像領域でカラー画像を撮像するように、複数の単位画素を配置する。ここでは、単位画素に、複数の光電変換部を設ける。また、単位画素に、複数の光電変換部のそれぞれから信号電荷を転送する複数の転送ゲートを設ける。そして、単位画素に、その複数の転送ゲートによって複数の光電変換部から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を設ける。本発明では、複数の光電変換部が、同一色の光を受光して信号電荷を生成するように形成する。また、その複数の光電変換部からフローティングディフュージョンに転送された信号電荷が加算され、電気信号として出力されるように設ける。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、撮像画像の画像品質を向上可能な、固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、本発明にかかる実施形態１において、カメラ４０の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１の全体構成を示す図である。
【図３】図３は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１の要部を示す図である。
【図４】図４は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１の要部を示す図である。
【図５】図５は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１の要部を示す図である。
【図６】図６は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１の要部を示す図である。
【図７】図７は、本発明にかかる実施形態１において、単位画素Ｐ内のポテンシャルを示す概念図である。
【図８】図８は、本発明にかかる実施形態１において、単位画素Ｐから信号を読み出す際に、各部へ供給するパルス信号を示すタイミングチャートである。
【図９】図９は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１を製造する方法の各工程にて設けられた要部を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１を製造する方法の各工程にて設けられた要部を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明にかかる実施形態１において、単位画素Ｐに入射光が入射する様子を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明にかかる実施形態１において、単位画素Ｐに入射光が入射する様子を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明にかかる実施形態２において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明にかかる実施形態３において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明にかかる実施形態３において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明にかかる実施形態３において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図１７】図１７は、本発明にかかる実施形態４において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図１８】図１８は、ＣＭＯＳ型イメージセンサにおいて、単位画素Ｐの配列を示す図である。
【図１９】図１９は、ＣＭＯＳ型イメージセンサにおいて、単位画素Ｐ内のポテンシャルを示す概念図である。
【図２０】図２０は、ＣＭＯＳ型イメージセンサにおいて、単位画素Ｐに入射光が入射する様子を示す図である。
【図２１】図２１は、ＣＭＯＳ型イメージセンサにおいて、単位画素Ｐに入射光が入射する様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００４６】
なお、説明は、下記の順序で行う。
１．実施形態１（単位画素が４個のＰＤを含む場合）
２．実施形態２（光導波路がある場合）
３．実施形態３（単位画素が１６個のＰＤを含む場合）
４．実施形態４（単位画素が１６個のＰＤを含む場合）
５．その他
【００４７】
＜１．実施形態１＞
（Ａ）装置構成
（Ａ−１）カメラの要部構成
図１は、本発明にかかる実施形態１において、カメラ４０の構成を示す構成図である。
【００４８】
図１に示すように、カメラ４０は、電子機器であって、固体撮像装置１と、光学系４２と、制御部４３と、信号処理回路４４とを有する。
【００４９】
固体撮像装置１は、光学系４２を介して被写体像として入射する入射光Ｈを、撮像面ＰＳで受光し光電変換することによって、信号電荷を生成する。また、固体撮像装置１は、制御部４３から出力される制御信号に基づいて駆動し、信号電荷を読み出して、ローデータとして出力する。
【００５０】
本実施形態では、図１に示すように、固体撮像装置１は、撮像面ＰＳの中心部分では、光学系４２から出射される主光線Ｈ１が、撮像面ＰＳに対して垂直な角度で入射する。一方で、撮像面ＰＳの周辺部分では、主光線Ｈ２１，Ｈ２２が、固体撮像装置１の撮像面ＰＳに対して垂直な方向に対して傾斜した角度で入射する。ここでは、撮像面ＰＳの中心から周囲へ向かって、主光線Ｈ２１，Ｈ２２が傾斜して撮像面ＰＳへ入射する。
【００５１】
光学系４２は、結像レンズや絞りなどの光学部材を含み、入射する被写体像による光を、固体撮像装置１の撮像面ＰＳへ集光するように配置されている。
【００５２】
本実施形態においては、光学系４２は、光軸が固体撮像装置１の撮像面ＰＳの中心に対応するように設けられている。このため、光学系４２は、図１に示すように、固体撮像装置１の撮像面ＰＳの中心部分に対しては、撮像面ＰＳに垂直な角度で主光線Ｈ１を出射する。一方で、撮像面ＰＳの周辺部分に対しては、撮像面ＰＳに垂直な方向に対して傾斜した角度で主光線Ｈ２１，Ｈ２２を出射する。これは、絞りによって形成される射出瞳距離が有限であること等に起因する。
【００５３】
制御部４３は、各種の制御信号を固体撮像装置１と信号処理回路４４とに出力し、固体撮像装置１と信号処理回路４４とを制御して駆動させる。
【００５４】
信号処理回路４４は、固体撮像装置１から出力されたローデータについて信号処理を実施することによって、被写体像についてデジタル画像を生成するように構成されている。
【００５５】
（Ａ−２）固体撮像装置の要部構成
固体撮像装置１の全体構成について説明する。
【００５６】
図２は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１の全体構成を示す図である。図２では、上面を示している。
【００５７】
本実施形態の固体撮像装置１は、ＣＭＯＳ型イメージセンサであり、図２に示すように、半導体基板１０１を含む。この半導体基板１０１は、たとえば、シリコンからなる半導体基板であり、図２に示すように、半導体基板１０１の面においては、撮像領域ＰＡと、周辺領域ＳＡとが設けられている。
【００５８】
撮像領域ＰＡは、図２に示すように、四角形状であり、複数の単位画素Ｐが水平方向ｘと垂直方向ｙとのそれぞれに、配置されている。つまり、単位画素Ｐがマトリクス状に並んでいる。そして、撮像領域ＰＡにおいては、その中心が、図１に示した光学系４２の光軸に対応するように配置されている。
【００５９】
この撮像領域ＰＡは、図１に示した撮像面ＰＳに相当する。このため、上述したように、撮像領域ＰＡにて中心部分に配置された単位画素Ｐにおいては、撮像領域ＰＡの面に対して垂直な角度で主光線（図１のＨ１）が入射する。一方で、撮像領域ＰＡにて周辺部分に配置された単位画素Ｐ（たとえば、上部画素ＰＵ，下部画素ＰＬ）においては、撮像領域ＰＡの面に対して垂直な方向に対して傾斜した角度で主光線（図１のＨ２１，Ｈ２２）が入射する。
【００６０】
周辺領域ＳＡは、図２に示すように、撮像領域ＰＡの周囲に位置している。そして、この周辺領域ＳＡにおいては、周辺回路が設けられている。
【００６１】
具体的には、図２に示すように、垂直駆動回路１３と、カラム回路１４と、水平駆動回路１５と、外部出力回路１７と、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１８とが、周辺回路として設けられている。
【００６２】
垂直駆動回路１３は、図２に示すように、周辺領域ＳＡにおいて、撮像領域ＰＡの側部に設けられており、撮像領域ＰＡの単位画素Ｐを行単位で選択して駆動させるように構成されている。
【００６３】
カラム回路１４は、図２に示すように、周辺領域ＳＡにおいて、撮像領域ＰＡの下端部に設けられており、列単位で単位画素Ｐから出力される信号について信号処理を実施する。ここでは、カラム回路１４は、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ；相関二重サンプリング）回路（図示なし）を含み、固定パターンノイズを除去する信号処理を実施する。
【００６４】
水平駆動回路１５は、図２に示すように、カラム回路１４に電気的に接続されている。水平駆動回路１５は、たとえば、シフトレジスタを含み、カラム回路１４にて単位画素Ｐの列ごとに保持されている信号を、順次、外部出力回路１７へ出力させる。
【００６５】
外部出力回路１７は、図２に示すように、カラム回路１４に電気的に接続されており、カラム回路１４から出力された信号について信号処理を実施後、外部へ出力する。外部出力回路１７は、ＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路１７ａとＡＤＣ回路１７ｂとを含む。外部出力回路１７においては、ＡＧＣ回路１７ａが信号にゲインをかけた後に、ＡＤＣ回路１７ｂがアナログ信号からデジタル信号へ変換して、外部へ出力する。
【００６６】
タイミングジェネレータ１８は、図２に示すように、垂直駆動回路１３、カラム回路１４、水平駆動回路１５，外部出力回路１７のそれぞれに電気的に接続されている。タイミングジェネレータ１８は、各種のタイミング信号を生成し、垂直駆動回路１３、カラム回路１４、水平駆動回路１５，外部出力回路１７に出力することで、各部について駆動制御を行う。
【００６７】
（Ａ−３）固体撮像装置の詳細構成
本実施形態にかかる固体撮像装置１の詳細内容について説明する。
【００６８】
図３〜図６は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１の要部を示す図である。
【００６９】
ここで、図３は、固体撮像装置１において、複数の単位画素Ｐが配列された撮像領域ＰＡの上面を示している。図３では、水平方向ｘと垂直方向ｙとのそれぞれにおいて２つの単位画素Ｐが隣接して並ぶ部分を例示している。
【００７０】
また、図４は、一の単位画素Ｐの上面を示している。図４では、図３において、レッドフィルタ層ＣＦＲが設けられた単位画素Ｐ（赤色画素）の上面を例示している。なお、図３において、グリーンフィルタ層ＣＦＧが設けられた単位画素Ｐ（緑色画素）、および、ブルーフィルタ層ＣＦＢが設けられた単位画素Ｐ（青色画素）についても、レッドフィルタ層ＣＦＲが設けられた単位画素Ｐ（赤色画素）と同様な構成である。
【００７１】
また、図５は、一の単位画素Ｐの回路構成を示している。図５では、図４と同様に、図３において、レッドフィルタ層ＣＦＲが設けられた単位画素Ｐ（赤色画素）の回路構成を例示している。なお、緑色画素、および、青色画素についても、赤色画素と同様な回路構成である。
【００７２】
また、図６は、一の単位画素Ｐの断面を示している。図６においては、図４に示すＹ１−Ｙ２部分の断面を示している。
【００７３】
（Ａ−３−１）単位画素の配列について
図３に示すように、固体撮像装置１においては、複数の単位画素Ｐが水平方向ｘと垂直方向ｙとのそれぞれに配置されている。
【００７４】
固体撮像装置１では、カラー画像を撮像するために、図３に示すように、複数の単位画素Ｐのそれぞれに、カラーフィルタＣＦが設けられている。カラーフィルタＣＦは、レッドフィルタ層ＣＦＲと、グリーンフィルタ層ＣＦＧと、ブルーフィルタ層ＣＦＢとを含む。レッドフィルタ層ＣＦＲと、グリーンフィルタ層ＣＦＧと、ブルーフィルタ層ＣＦＢとのそれぞれは、隣接しており、いずれかが、複数の単位画素Ｐのそれぞれに対応して設けられている。
【００７５】
ここでは、図３に示すように、レッドフィルタ層ＣＦＲと、グリーンフィルタ層ＣＦＧと、ブルーフィルタ層ＣＦＢとのそれぞれが、ベイヤー配列で並ぶように配置されている。すなわち、複数のグリーンフィルタ層ＣＦＧが市松状になるように、対角方向へ並んで配置されている。そして、レッドフィルタ層ＣＦＲとブルーフィルタ層ＣＦＢとが、複数のグリーンフィルタ層ＣＦＧにおいて、対角方向に並ぶように配置されている。
【００７６】
なお、図示を省略しているが、レッドフィルタ層ＣＦＲと、グリーンフィルタ層ＣＦＧと、ブルーフィルタ層ＣＦＢとのそれぞれの周囲においては、単位画素Ｐを区画するように、遮光部（図示なし）が設けられている。
【００７７】
本実施形態においては、各単位画素Ｐは、図３に示すように、複数の撮像部ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２を含む。本実施形態においては、４つの撮像部ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２を含むように、単位画素Ｐが構成されている。
【００７８】
（Ａ−３−２）各単位画素について
図４，図５に示すように、単位画素Ｐには、複数の撮像部ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２が撮像面（ｘｙ面）に配列されている。
【００７９】
複数の撮像部ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２は、撮像面（ｘｙ面）において、水平方向ｘと、この水平方向ｘに対して直交する垂直方向ｙとのそれぞれに並んでいる。
【００８０】
複数の撮像部ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２のそれぞれには、図４，図５に示すように、フォトダイオード２１と、転送トランジスタ２２とが設けられている。そして、複数の撮像部ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２の下方に、増幅トランジスタ２３と選択トランジスタ２４とリセットトランジスタ２５とからなる１組のトランジスタ群が設けられている。つまり、単位画素Ｐは、フォトダイオード２１と転送トランジスタ２２とを含む４つの撮像部ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２が、増幅トランジスタ２３と選択トランジスタ２４とリセットトランジスタ２５との組を共有するように構成されている。
【００８１】
具体的には、図４に示すように、垂直方向ｙに並ぶ２つの撮像部ＰＡ１，ＰＡ２で区画される領域においては、２つのフォトダイオード２１が、各撮像部ＰＡ１，ＰＡ２ごとに垂直方向ｙに並ぶように設けられている。そして、そのフォトダイオード２１の間に、２つの転送トランジスタ２２の転送ゲート２２Ｇが、各撮像部ＰＡ１，ＰＡ２ごとに垂直方向ｙに並ぶように設けられている。そして、この垂直方向ｙで並ぶ２つの転送ゲート２２Ｇの間に、フローティングディフュージョンＦＤが設けられている。
【００８２】
そして、図４に示すように、上記の２つの撮像部ＰＡ１，ＰＡ２と同じ構成で垂直方向ｙに並ぶ２つの撮像部ＰＢ１，ＰＢ２が設けられている。つまり、垂直方向ｙで並ぶ、２つのフォトダイオード２１，２つの転送ゲート２２Ｇ，フローティングディフュージョンＦＤからなる組が、水平方向ｘで並ぶように配置されている。
【００８３】
ここでは、図５に示すように、水平方向ｘに並ぶフローティングディフュージョンＦＤのそれぞれは、配線Ｈａｂで互いに電気的に接続されていると共に、増幅トランジスタ２３のゲートに接続されている。
【００８４】
この他に、図４，図６に示すように、単位画素Ｐにおいては、マイクロレンズＭＬが設けられている。
【００８５】
図６に示すように、単位画素Ｐにおいて、マイクロレンズＭＬとフォトダイオード２１との間には、配線層１１１とカラーフィルタＣＦが設けられており、各部を、順次、介して入射した入射光Ｈを、フォトダイオード２１が受光する。
【００８６】
そして、単位画素Ｐでは、図５に示すように、フォトダイオード２１で生成された信号電荷を転送トランジスタ２２がフローティングディフュージョンＦＤへ転送し、増幅トランジスタ２３などを介して、垂直信号線２７へ電気信号として出力する。
【００８７】
単位画素Ｐを構成する各部の詳細について、順次、説明する。
【００８８】
（ａ）フォトダイオードについて
単位画素Ｐにおいて、フォトダイオード２１は、図４に示すように、複数が撮像面（ｘｙ面）に配置されている。複数のフォトダイオード２１は、水平方向ｘと垂直方向ｙとのそれぞれにおいて偶数個が並ぶ、撮像部ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２の配列に対応するように設けられている。たとえば、サイズが１〜２μｍである撮像部ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２のそれぞれに、フォトダイオード２１が設けられている。つまり、フォトダイオード２１は、水平方向ｘと垂直方向ｙとのそれぞれにおいて、２個のフォトダイオード２１が等間隔で並ぶように設けられている。
【００８９】
フォトダイオード２１は、図６に示すように、半導体基板１０１に設けられている。
【００９０】
フォトダイオード２１は、被写体像として入射する入射光Ｈを受光面ＪＳで受光し、光電変換することによって、信号電荷を生成して蓄積するように構成されている。
【００９１】
たとえば、フォトダイオード２１は、ｎ型のシリコン半導体である半導体基板１０１内に設けられたｐウェル（図示なし）に、ｎ型の電荷蓄積領域（図示なし）が形成されることで構成される。また、さらに、暗電流抑制のために、半導体基板１０１の表面に、ｐ型のアキュミュレーション層（図示なし）を含むように構成される。つまり、フォトダイオード２１は、いわゆるＨＡＤ（Ｈａｌｌ  Ａｃｕｍｕｌａｔｅｄ  Ｄｉｏｄｅ）構造で形成されている。
【００９２】
そして、各フォトダイオード２１は、図５に示すように、その蓄積した信号電荷が、転送トランジスタ２２によってフローティングディフュージョンＦＤへ転送されるように構成されている。
【００９３】
本実施形態では、単位画素Ｐは、図４，図５に示すように、４つのフォトダイオード２１を含み、その４つのフォトダイオード２１のそれぞれに対応して、４つの転送トランジスタ２２が一対で設けられている。ここでは、垂直方向ｙに並ぶ２つのフォトダイオード２１の間に転送トランジスタ２２が設けられている。そして、その垂直方向ｙに並ぶ２つのフォトダイオード２１の間に設けられた２つの転送トランジスタ２２の間に、フローティングディフュージョンＦＤが設けられている。
【００９４】
これと共に、単位画素Ｐにおいては、図５に示すように、４つのフォトダイオード２１が、増幅トランジスタ２３と選択トランジスタ２４とリセットトランジスタ２５の１つの組を共有するように構成されている。つまり、４つのフォトダイオード２１に対して、増幅トランジスタ２３と選択トランジスタ２４とリセットトランジスタ２５とのそれぞれが１つずつ設けられている。
【００９５】
（ｂ）各トランジスタについて
単位画素Ｐにおいて、転送トランジスタ２２と、増幅トランジスタ２３と、選択トランジスタ２４と、リセットトランジスタ２５とのそれぞれは、図４に示すように、撮像面（ｘｙ面）に配置されている。転送トランジスタ２２と、増幅トランジスタ２３と、選択トランジスタ２４と、リセットトランジスタ２５とのそれぞれは、フォトダイオード２１にて生成された信号電荷を読み出してデータ信号として出力するように構成されている。
【００９６】
転送トランジスタ２２と増幅トランジスタ２３と選択トランジスタ２４とリセットトランジスタ２５とのそれぞれは、たとえば、ＮチャネルのＭＯＳトランジスタとして構成されている。
【００９７】
各トランジスタの詳細内容について、順次、説明する。
【００９８】
（ｂ−１）転送トランジスタ
単位画素Ｐにおいて、転送トランジスタ２２は、図４に示すように、複数の撮像部ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２に対応するように、水平方向ｘと垂直方向ｙとのそれぞれにおいて、複数が設けられている。
【００９９】
ここでは、図４に示すように、各転送トランジスタ２２は、撮像面（ｘｙ面）において垂直方向ｙに並ぶ複数のフォトダイオード２１の間に設けられたフローティングディフュージョンＦＤを、２つの転送トランジスタ２２が挟むように設けられている。
【０１００】
図４に示すように、転送トランジスタ２２のそれぞれは、転送ゲート２２Ｇを含み、転送ゲート２２Ｇは、水平方向ｘに延在している。また、転送ゲート２２Ｇは、単位画素Ｐにおいて垂直方向ｙに並ぶフォトダイオード２１の間に位置している。
【０１０１】
図６に示すように、転送ゲート２２Ｇは、半導体基板１０１の表面に設けられている。図示を省略しているが、転送ゲート２２Ｇは、半導体基板１０１の表面との間に、ゲート絶縁膜（図示なし）が介在している。また、転送ゲート２２Ｇは、半導体基板１０１の表層に設けられたフローティングディフュージョンＦＤに隣接しており、２つの転送ゲート２２Ｇが、１つのフローティングディフュージョンＦＤを挟むように設けられている。転送ゲート２２Ｇは、たとえば、ポリシリコンなどのように、導電性の遮光材料で形成されている。
【０１０２】
図５に示すように、転送トランジスタ２２は、転送線２６からゲートに転送信号が与えられることによって、フォトダイオード２１で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に出力信号として転送するように構成されている。
【０１０３】
ここでは、図５に示すように、転送トランジスタ２２は、フォトダイオード２１のカソードに一方の端子が電気的に接続されている。そして、転送トランジスタ２２は、他方の端子が、１つのフローティングディフュージョンＦＤに電気的に接続されている。
【０１０４】
本実施形態においては、垂直方向ｙに並ぶ一対の転送トランジスタ２２の組が、フローティングディフュージョンＦＤに信号電荷を転送するように構成されている。このため、垂直方向ｙに並ぶ一対の転送トランジスタ２２における信号電荷が、フローティングディフュージョンＦＤで加算された後に、増幅トランジスタ２３のゲートに出力される。
【０１０５】
（ｂ−２）増幅トランジスタ
単位画素Ｐにおいて、増幅トランジスタ２３は、図４に示すように、撮像面（ｘｙ面）において、複数の撮像部ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２の下方に設けられている。つまり、増幅トランジスタ２３は、撮像面（ｘｙ面）において水平方向ｘおよび垂直方向ｙに並ぶ複数のフォトダイオード２１の下方に設けられている。ここでは、増幅トランジスタ２３は、水平方向において一対のソース・ドレインがチャネルを挟むように設けられている。
【０１０６】
図５に示すように、増幅トランジスタ２３は、転送トランジスタ２２から出力された電気信号を増幅して出力するように構成されている。
【０１０７】
具体的には、増幅トランジスタ２３は、図５に示すように、ゲートが、フローティングディフュージョンＦＤに接続されている。また、増幅トランジスタ２３は、ドレインが電源電位Ｖｄｄに接続され、ソースが選択トランジスタ２４を介して垂直信号線２７に接続されている。増幅トランジスタ２３は、選択トランジスタ２４がオン状態になるように選択されたときには、定電流源Ｉから定電流が供給されて、ソースフォロアとして動作する。このため、増幅トランジスタ２３では、選択トランジスタ２４に選択信号が供給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から出力された出力信号が増幅される。
【０１０８】
（ｂ−３）選択トランジスタ
単位画素Ｐにおいて、選択トランジスタ２４は、図４に示すように、撮像面（ｘｙ面）において、複数の撮像部ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２の下方に設けられている。つまり、選択トランジスタ２４は、増幅トランジスタ２３と同様に、撮像面（ｘｙ面）において水平方向ｘおよび垂直方向ｙに並ぶ複数のフォトダイオード２１の下方に設けられている。ここでは、選択トランジスタ２４は、水平方向において一対のソース・ドレインがチャネルを挟むように設けられている。
【０１０９】
図５に示すように、選択トランジスタ２４は、選択信号が入力された際に、増幅トランジスタ２３によって出力された電気信号を、垂直信号線２７へ出力するように構成されている。
【０１１０】
具体的には、選択トランジスタ２４は、図５に示すように、選択信号が供給されるアドレス線２８にゲートが接続されている。選択トランジスタ２４は、選択信号が供給された際にはオン状態になり、上記のように増幅トランジスタ２３によって増幅された出力信号を、垂直信号線２７に出力する。
【０１１１】
（ｂ−４）リセットトランジスタ
単位画素Ｐにおいて、リセットトランジスタ２５は、図４に示すように、撮像面（ｘｙ面）において、複数の撮像部ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２の下方に設けられている。つまり、リセットトランジスタ２５は、増幅トランジスタ２３および選択トランジスタ２４と同様に、撮像面（ｘｙ面）において水平方向ｘおよび垂直方向ｙに並ぶ複数のフォトダイオード２１の下方に設けられている。ここでは、リセットトランジスタ２５は、水平方向において一対のソース・ドレインがチャネルを挟むように設けられている。
【０１１２】
図５に示すように、リセットトランジスタ２５は、増幅トランジスタ２３のゲート電位をリセットするように構成されている。
【０１１３】
具体的には、リセットトランジスタ２５は、図５に示すように、リセット信号が供給されるリセット線２９にゲートが接続されている。また、リセットトランジスタ２５は、ドレインが電源電位Ｖｄｄに接続され、ソースがフローティングディフュージョンＦＤに接続されている。そして、リセットトランジスタ２５は、リセット線２９からリセット信号がゲートに供給された際に、フローティングディフュージョンＦＤを介して、増幅トランジスタ２３のゲート電位を、電源電位Ｖｄｄにリセットする。
【０１１４】
（ｃ）配線層１１１について
配線層１１１は、図６に示すように、半導体基板１０１において、転送トランジスタ２２の転送ゲート２２Ｇが設けられた表面に設けられている。
【０１１５】
配線層１１１は、配線（図示なし）を含み、絶縁層において配線が各素子に電気的に接続するように形成されている。ここでは、各配線は、図５にて示した、転送線２６，アドレス線２８，垂直信号線２７，リセット線２９などの各配線として機能するように、絶縁層内に積層して形成されている。
【０１１６】
具体的には、配線層１１１では、単位画素Ｐの境界部分、または、単位画素Ｐを構成する複数の撮像部ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２が並ぶ境界部分に、各配線が設けられている。
【０１１７】
（ｅ）カラーフィルタＣＦについて
カラーフィルタＣＦは、図６に示すように、半導体基板１０１において、転送トランジスタ２２の転送ゲート２２Ｇが設けられた表面の側に設けられている。
【０１１８】
ここでは、図６に示すように、カラーフィルタＣＦは、配線層１１１の上面に設けられている。そして、カラーフィルタＣＦは、上面にマイクロレンズＭＬが設けられている。
【０１１９】
カラーフィルタＣＦは、図６に示すように、被写体像による入射光を着色して、半導体基板１０１の受光面ＪＳへ透過するように構成されている。
【０１２０】
カラーフィルタＣＦは、図３に示したように、レッドフィルタ層ＣＦＲと、グリーンフィルタ層ＣＦＧと、ブルーフィルタ層ＣＦＢとを含み、各単位画素Ｐに対応するように、ベイヤー配列で配置されている。
【０１２１】
具体的には、カラーフィルタＣＦにおいて、レッドフィルタ層ＣＦＲは、赤色に対応する波長帯域（たとえば、６２５〜７４０ｎｍ）において光透過率が高く、入射光が赤色に着色されて受光面へ透過するように構成されている。レッドフィルタ層ＣＦＲは、平面構造が、四角形状で形成されている。
【０１２２】
また、カラーフィルタＣＦにおいて、グリーンフィルタ層ＣＦＧは、緑色に対応する波長帯域（たとえば、５００〜５６５ｎｍ）において光透過率が高く、入射光が緑色に着色されて受光面へ透過するように構成されている。グリーンフィルタ層ＣＦＧは、平面構造が四角形状で形成されている。
【０１２３】
カラーフィルタＣＦにおいて、ブルーフィルタ層ＣＦＢは、青色に対応する波長帯域（たとえば、４５０〜４８５ｎｍ）において光透過率が高く、入射光が青色に着色されて受光面へ透過するように構成されている。ブルーフィルタ層ＣＦＢは、平面構造が四角形状で形成されている。
【０１２４】
そして、カラーフィルタＣＦは、図３に示すように、単位画素Ｐを構成する複数の撮像部ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２において、同じ色のフィルタ層ＣＦＲ，ＣＦＧ，ＣＦＢが設けられている。たとえば、図３に示すように、４つの単位画素Ｐのうち、左下に位置する単位画素Ｐについては、レッドフィルタ層ＣＦＲが、単位画素Ｐを構成する複数の撮像部ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２に設けられている。この撮像部ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２においては、図６に示すように、レッドフィルタ層ＣＦＲが一体で形成されている。
【０１２５】
たとえば、カラーフィルタＣＦは、着色顔料とフォトレジスト樹脂とを含む塗布液を、スピンコート法などのコーティング方法によって塗布して塗膜を形成後、リソグラフィ技術によって、その塗膜をパターン加工して形成される。
【０１２６】
（ｆ）マイクロレンズＭＬについて
マイクロレンズＭＬは、図６に示すように、半導体基板１０１において、転送トランジスタ２２の転送ゲート２２Ｇが設けられた表面の側に設けられている。
【０１２７】
ここでは、図６に示すように、マイクロレンズＭＬは、カラーフィルタＣＦの上面に設けられている。マイクロレンズＭＬは、単位画素Ｐを構成する複数の撮像部ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２のそれぞれに対応するように、複数が配置されている。
【０１２８】
マイクロレンズＭＬは、図６に示すように、受光面ＪＳの上方において、中心が縁よりも厚く形成された凸型レンズであり、入射光Ｈをフォトダイオード２１の受光面ＪＳへ集光するように構成されている。
【０１２９】
たとえば、マイクロレンズＭＬは、スチレン樹脂、アクリル樹脂、ノボラック樹脂などの透明な有機材料を用いて形成されている。この他に、ＳｉＯ２，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ，ＳｉＣＮ，ＨｆＯなどのように透明な無機材料を用いて形成しても良い。
【０１３０】
（ｇ）その他
図７は、本発明にかかる実施形態１において、単位画素Ｐ内のポテンシャルを示す概念図である。図７においては、図４のＹ１ａ−Ｙ２ａ部分のポテンシャルを示している。
【０１３１】
図７に示すように、本実施形態においては、図１９（ｂ）に示した場合と同様に、信号電荷が転送トランジスタ２２の側へ移動するように、フォトダイオード２１における電界勾配が大きくなるように形成されている。
【０１３２】
図８は、本発明にかかる実施形態１において、単位画素Ｐから信号を読み出す際に、各部へ供給するパルス信号を示すタイミングチャートである。図８においては、（ａ）が選択信号（ＳＥＬ）を示し、（ｂ）がリセット信号（ＲＳＴ）を示し、（ｃ）が転送信号（ＴＲＦ１，ＴＲＦ２）を示している（図５参照）。
【０１３３】
まず、図８に示すように、第１の時点ｔ１において、選択トランジスタ２４を導通状態にする。そして、第２の時点ｔ２において、リセットトランジスタ２５を導通状態にする。これにより、増幅トランジスタ２３のゲート電位をリセットする。
【０１３４】
つぎに、第３の時点ｔ３において、リセットトランジスタ２５を非導通状態にする。そして、この後、リセットレベルに対応した電圧を、出力信号として、カラム回路１４へ読み出す。
【０１３５】
つぎに、第４の時点ｔ４において、転送トランジスタ２２を導通状態にし、フォトダイオード２１において蓄積された信号電荷を増幅トランジスタ２３のゲートへ転送する。
【０１３６】
つぎに、第５の時点ｔ５において、転送トランジスタ２２を非導通状態にする。そして、この後、蓄積された信号電荷の量に応じた信号レベルの電圧を、出力信号として、カラム回路１４へ読み出す。
【０１３７】
カラム回路１４においては、先に読み出したリセットレベルと、後に読み出した信号レベルとを差分処理して、信号を蓄積する。これにより、単位画素Ｐごとに設けられた各トランジスタのＶｔｈのバラツキ等によって発生する固定的なパターンノイズが、キャンセルされる。
【０１３８】
上記のように単位画素Ｐを駆動する動作は、各トランジスタ２２，２４，２５の各ゲートが、水平方向ｘに並ぶ複数の単位画素Ｐからなる行単位で接続されていることから、その行単位にて並ぶ複数の単位画素Ｐについて同時に行われる。
【０１３９】
具体的には、上述した垂直駆動回路１３によって供給される選択信号によって、水平ライン（画素行）単位で垂直な方向に順次選択される。そして、タイミングジェネレータ１８から出力される各種タイミング信号によって各単位画素Ｐのトランジスタが制御される。これにより、各単位画素における出力信号が垂直信号線２７を通して単位画素Ｐの列毎にカラム回路１４に読み出される。
【０１４０】
そして、カラム回路１４にて蓄積された信号が、水平駆動回路１５によって選択されて、外部出力回路１７へ順次出力される。
【０１４１】
本実施形態においては、単位画素Ｐを構成する複数の撮像部ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２のそれぞれにて生成される信号電荷が加算され、出力信号として垂直信号線２７へ出力される。
【０１４２】
たとえば、図８に示したように、４つの撮像部ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２に設けられた各フォトダイオード２１の信号電荷を、各転送トランジスタ２２を介して、同じタイミングでフローティングディフュージョンＦＤに転送する。そして、そのフローティングディフュージョンＦＤにおいて加算された信号電荷の量に応じた信号レベルの電圧を、出力信号として読み出す。
なお、各フォトダイオード２１の信号電荷を異なるタイミングで、フローティングディフュージョンＦＤに順次転送し、そのフローティングディフュージョンＦＤにおいて加算された信号電荷に基づいて、出力信号を読み出すように駆動させても良い。
【０１４３】
（Ｂ）製造方法
以下より、上記の固体撮像装置１を製造する製造方法の要部について説明する。
【０１４４】
図９と図１０は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１を製造する方法の各工程にて設けられた要部を示す図である。ここでは、図９と図１０は、図６と同様に、撮像領域ＰＡの断面を示している。
【０１４５】
（Ｂ−１）フォトダイオード２１，転送トランジスタ２２，フローティングディフュージョンＦＤの形成
まず、図９に示すように、フォトダイオード２１と、転送トランジスタ２２と、フローティングディフュージョンＦＤとを形成する。
【０１４６】
フォトダイオード２１については、ｎ型のシリコン半導体である半導体基板１０１内に設けられたｐウェル（図示なし）に、ｎ型電荷蓄積領域を設けることで形成する。そして、さらに、ｎ型電荷蓄積領域の表面に、高濃度のｐ型アキュミュレーション層（図示なし）を形成する。具体的には、半導体基板１０１に、適宜、不純物をイオン注入することで、フォトダイオード２１を構成する各部を設ける。
【０１４７】
転送トランジスタ２２については、チャネル形成領域の上面にゲート絶縁膜（図示なし）を形成後、その上面に転送ゲート２２Ｇを設けることで形成する。具体的には、半導体基板１０１の表面について熱酸化処理を実施することで、シリコン酸化膜（図示なし）をゲート絶縁膜として成膜する。そして、たとえば、ポリシリコン膜（図示なし）をゲート絶縁膜上に成膜後、そのポリシリコン膜（図示なし）についてパターン加工することで、転送ゲート２２Ｇを形成する。
【０１４８】
転送トランジスタ２２の形成の際には、他の増幅トランジスタ２３と、選択トランジスタ２４と、リセットトランジスタ２５とについても、同様にして形成する。
【０１４９】
フローティングディフュージョンＦＤについては、半導体基板１０１の上層に、ｎ型不純物をイオン注入することで形成する。このフローティングディフュージョンＦＤの形成の際には、各トランジスタのソース・ドレイン領域についても、同様にして形成する。
【０１５０】
（Ｂ−２）配線層１１１の形成
つぎに、図１０に示すように、配線層１１１を形成する。
【０１５１】
ここでは、図１０に示すように、半導体基板１０１において、転送トランジスタ２２の転送ゲート２２Ｇが設けられた表面に、配線層１１１を設ける。
【０１５２】
たとえば、シリコン酸化膜などの絶縁材料で絶縁層を形成すると共に、アルミニウムなどの金属材料で配線（図示なし）を形成することで、配線層１１１を設ける。
【０１５３】
（Ｂ−３）カラーフィルタＣＦ，マイクロレンズＭＬの形成
つぎに、図６に示したように、カラーフィルタＣＦとマイクロレンズＭＬとを形成する。
【０１５４】
ここでは、図６に示したように、半導体基板１０１において配線層１１１が被覆された面に、カラーフィルタＣＦを設ける。そして、そのカラーフィルタＣＦ上に、マイクロレンズＭＬを設ける。
【０１５５】
このように各部を設けることで、ＣＭＯＳ型イメージセンサとして、固体撮像装置１を完成させる。
【０１５６】
（Ｃ）まとめ
以上のように、本実施形態の固体撮像装置１では、カラー画像を撮像する撮像領域ＰＡに、複数の単位画素Ｐが配置されている。単位画素Ｐは、撮像領域ＰＡにおいて水平方向ｘと垂直方向ｙとのそれぞれに複数が配列されている。この撮像領域ＰＡには、３原色の光のそれぞれを受光するように、単位画素Ｐがベイヤー配列で配置されている。つまり、この画素配列においては、赤色の単位画素Ｐと、垂直方向ｙにおいて、その赤色の単位画素Ｐに隣接して並んでいる緑色の単位画素Ｐとが、左側に配列されている。また、緑色の単位画素Ｐと、垂直方向ｙにおいて、その緑色の単位画素Ｐに隣接して並んでいる青色の単位画素Ｐとが、右側に配列されている（図３参照）。
【０１５７】
各単位画素Ｐにおいては、複数のフォトダイオード２１（光電変換部）が、同一色の光を受光して信号電荷を生成するように配列されている。また、そのフォトダイオード２１から信号電荷を転送する複数の転送ゲート２２Ｇが、光を遮光する遮光材料で形成されており、その複数のフォトダイオード２１のそれぞれに設けられている。そして、その複数の転送ゲート２２Ｇによって、その複数のフォトダイオード２１から信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤへ転送されて加算されるように構成されている（図４参照）。
【０１５８】
具体的には、各単位画素Ｐでは、水平方向ｘに並ぶ撮像部ＰＡ１，ＰＢ１（サブ画素）のそれぞれに、フォトダイオード２１が設けられている。そして、これと共に、この撮像部ＰＡ１，ＰＢ１と垂直方向ｙで並ぶ撮像部ＰＡ２，ＰＢ２のそれぞれに、フォトダイオード２１が設けられている。単位画素Ｐでは、フォトダイオード２１が、水平方向ｘと垂直方向ｙとのそれぞれにて、同じ数で並ぶように配列されている（図４参照）。
【０１５９】
また、各単位画素Ｐでは、水平方向ｘに並ぶ撮像部ＰＡ１，ＰＢ１に、フォトダイオード２１からフローティングディフュージョンＦＤへ信号電荷を転送する転送ゲート２２Ｇが設けられている。これと共に、撮像部ＰＡ１，ＰＢ１と垂直方向ｙで並ぶ撮像部ＰＡ２，ＰＢ２に、フォトダイオード２１からフローティングディフュージョンＦＤへ信号電荷を転送する転送ゲート２２Ｇが設けられている（図４参照）。
【０１６０】
この単位画素Ｐにおいては、撮像部ＰＡ１，ＰＢ１のフォトダイオード２１と、垂直方向ｙに並ぶ撮像部ＰＡ２，ＰＢ２のフォトダイオード２１との間に、フローティングディフュージョンＦＤが設けられている。これと共に、フローティングディフュージョンＦＤは、撮像部ＰＡ１，ＰＢ１の転送ゲート２２Ｇと、垂直方向ｙに並ぶ撮像部ＰＡ２，ＰＢ２の転送ゲート２２Ｇとの間に設けられている（図４参照）。
【０１６１】
このため、本実施形態の固体撮像装置では、色シェーディングの発生を防止し、カラー画像の画像品質を向上させることができる。
【０１６２】
以下より、この詳細内容について説明する。
【０１６３】
図１１，図１２は、本発明にかかる実施形態１において、単位画素Ｐに入射光が入射する様子を示す図である。
【０１６４】
ここで、図１１は、複数の単位画素Ｐが配列された撮像領域ＰＡにおいて、上端部に位置する上部画素ＰＵに、主光線Ｈ２１が入射したときの様子を示している。また、図１２は、複数の単位画素Ｐが配列された撮像領域ＰＡにおいて、下端部に位置する下部画素ＰＬに、主光線Ｈ２２が入射したときの様子を示している（図２参照）。なお、図１１，図１２では、説明の都合で、配線層１１１などの記載を省略している。
【０１６５】
図１１，図１２に示すように、撮像領域ＰＡの上部画素ＰＵまたは下部画素ＰＬでは、主光線Ｈ２１，Ｈ２２は、半導体基板１０１の撮像面（ｘｙ面）に垂直な方向ｚに沿って入射せずに、その方向ｚに対して傾斜して入射する（図１，図２などを参照）。
【０１６６】
ここでは、単位画素Ｐにおいて、各撮像部ＰＡ１，ＰＡ２の上方には、図６で示したように、レッドフィルタ層ＣＦＲ（図１１，図１２では図示なし）が設けられているので、主光線Ｈ２１，Ｈ２２が赤色光としてフォトダイオード２１へ入射する。
【０１６７】
このため、図１１に示すように、撮像領域ＰＡにて上端部に位置する上部画素ＰＵのうち、右側に示した撮像部ＰＡ２（図４では、上側部分）では、赤色光である主光線Ｈ２１の一部が、フォトダイオード２１への入射前に、転送ゲート２２Ｇで遮られる。一方で、左側に示した撮像部ＰＡ１では、赤色光である主光線Ｈ２１がフォトダイオード２１へ入射する前に転送ゲート２２Ｇで遮られない。
【０１６８】
これに対して、図１２に示すように、撮像領域ＰＡにて下端部に位置する下部画素ＰＬのうち、左側に示した撮像部ＰＡ１では、赤色光である主光線Ｈ２１の一部が、フォトダイオード２１へ入射する前に、転送ゲート２２Ｇで遮られる。一方で、右側に示した撮像部ＰＡ２では、赤色光である主光線Ｈ２１がフォトダイオード２１へ入射する前に転送ゲート２２Ｇで遮られない。
【０１６９】
このように、撮像領域ＰＡの上端部と下端部との間においては、赤色光のケラレの割合が同じである。つまり、単位画素Ｐにおいて、フォトダイオード２１と転送ゲート２２ＧとフローティングディフュージョンＦＤが設けられた部分が、水平方向ｘおよび垂直方向ｙを軸にして、対称になるように形成されている。このため、赤色光を受光するフォトダイオード２１に対して転送ゲート２２Ｇが設けられた位置が、撮像領域ＰＡの上部と下部との間においても、対称になるので、撮像領域ＰＡの上部と下部の間で、赤色光のケラレの割合が同じである。
【０１７０】
赤色光以外の緑色光および青色光についても、赤色光の場合と同様に、撮像領域ＰＡの上端部と下端部との間でケラレの割合が同じになるように、上部画素ＰＵと下部画素ＰＬとの転送ゲート２２Ｇが配置されている。
【０１７１】
よって、本実施形態では、上述したように、色シェーディングの発生を防止し、カラー画像の画像品質を向上させることができる。
【０１７２】
特に、カプセル内視鏡や携帯用カメラのような小型の電子機器に、固体撮像装置を用いた場合には、上述したように、色シェーディングの発生が顕著になるが、本実施形態の場合には、この不具合の発生を効果的に防止することができる。
【０１７３】
また、本実施形態では、複数の撮像部ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２で単位画素Ｐを構成している。このため、単位画素Ｐの面積を大きくしても、個別のフォトダイオード２１の面積が小さいので、各フォトダイオード２１の中心と、転送トランジスタ２２との間の距離を短くすることができる。よって、電荷転送効率を向上できるので、残像の発生を抑制可能である。
【０１７４】
また、本実施形態では、単位画素Ｐは、フォトダイオード２１へ光を集光するマイクロレンズＭＬを含む。マイクロレンズＭＬは、単位画素Ｐにおいて、複数のフォトダイオード２１のそれぞれに対応して複数が設けられている。このため、入射光Ｈが各フォトダイオード２１の受光面に集光され、受光量を向上させることができるので、感度を向上できる。
【０１７５】
また、本実施形態では、単位画素Ｐに複数のフローティングディフュージョンＦＤが設けられ、複数のフローティングディフュージョンＦＤの間を配線で電気的に接続させている。これにより、ＦＤ配線容量を調整し、フローティングディフュージョンＦＤが信号電荷を電圧に変換する効率を低下可能であるので、信号の検出を適切に実施することができる。
一般に、固体撮像装置の飽和信号量は、フォトダイオード２１に蓄積された信号電荷数（電子数またはホール数）や、フローティングディフュージョンＦＤのレンジ、後段の回路（例えば、Ａ／Ｄコンバータ）のレンジで決定される。
単位画素のサイズを大きくして、フォトダイオード２１で蓄積可能な信号電荷数を増加させても、フローティングディフュージョンＦＤのレンジを越えた場合には、検出困難だが、変換効率を低下させることで、検出可能とすることができる。また、フォトダイオード２１に蓄積可能な信号電荷数を増加できるので、光ショットノイズによる画質低下を防止できる。
電源電圧を上げてＦＤレンジやＡ／Ｄコンバータのレンジを増加させた場合には消費電力が増大するが、上記のようにすることで、電源電圧を上げる必要がなくなるので、消費電力を減少させることができる。カプセル内視鏡などの小型の電子機器では、内部に電池を設けないか、僅かな容量のものを設けるために、極めて低い消費電力が求められるので、上記のようにすることが、特に、好適である。また、電源電圧を上げるに伴ってゲート酸化膜を厚くする必要が生じ、ノイズの発生が増える場合があるが、上記のようにすることで、電源電圧を上げる必要がなくなるので、ノイズの発生を減少させることができる。
【０１７６】
したがって、本実施形態においては、撮像したカラー画像の画像品質などの各特定を向上させることができる。
【０１７７】
なお、上記においては、単位画素Ｐにおいて１つの増幅トランジスタ２３を設ける場合について説明したが、これに限定されない。複数の増幅トランジスタ２３を単位画素Ｐに設けても良い。
【０１７８】
＜２．実施形態２＞
（Ａ）装置構成など
図１３は、本発明にかかる実施形態２において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【０１７９】
また、図１３は、図６と同様に、一の単位画素Ｐの断面を示している。つまり、図１３においては、図４に示すＹ１−Ｙ２部分の断面を示している。
【０１８０】
図１３に示すように、本実施形態においては、光導波路１３１が設けられている。この点、および、これに関連する点を除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。このため、重複する部分については、一部の記載を省略する。
【０１８１】
光導波路１３１は、図１３に示すように、半導体基板１０１において、入射光Ｈが入射する面の側に設けられている。
【０１８２】
図１３に示すように、光導波路１３１は、マイクロレンズＭＬと、フォトダイオード２１の受光面ＪＳとの間に介在しており、マイクロレンズＭＬを介して入射した入射光Ｈを、フォトダイオード２１の受光面ＪＳへ導くように形成されている。
【０１８３】
具体的には、光導波路１３１は、光を導くコア部であって、周囲で配線層１１１を構成する絶縁層よりも高い屈折率の光学材料で形成されている。たとえば、コア部である光導波路１３１においては、クラッド部との界面において入射光を全反射させるように形成されている。
【０１８４】
（Ｂ）まとめ
以上のように、本実施形態は、各単位画素Ｐは、フォトダイオード２１へ光を導く光導波路１３１を含む。この光導波路は、各撮像部（ＰＡ１，ＰＡ２など）に設けられたフォトダイオード２１のそれぞれに対応して、複数が設けられている。
【０１８５】
このため、入射光Ｈが光導波路１３１によって高い効率で各フォトダイオード２１の受光面ＪＳに導かれ、受光量を向上させることができるので、感度を向上できる。
【０１８６】
したがって、本実施形態においては、撮像したカラー画像の画像品質を、さらに向上させることができる。
【０１８７】
＜３．実施形態３＞
（Ａ）装置構成など
【０１８８】
図１４〜図１６は、本発明にかかる実施形態３において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【０１８９】
ここで、図１４は、図３と同様に、固体撮像装置において、複数の単位画素Ｐが配列された撮像領域ＰＡの上面を示している。
【０１９０】
また、図１５は、図４と同様に、一の単位画素Ｐの上面を示している。つまり、図１５では、図１４において、レッドフィルタ層ＣＦＲが設けられた単位画素Ｐ（赤色画素）の上面を例示している。なお、図１４において、グリーンフィルタ層ＣＦＧが設けられた単位画素Ｐ（緑色画素）、および、ブルーフィルタ層ＣＦＢが設けられた単位画素Ｐ（青色画素）についても、レッドフィルタ層ＣＦＲが設けられた単位画素Ｐ（赤色画素）と同様な構成である。
【０１９１】
また、図１６は、図５と同様に、一の単位画素Ｐの回路構成を示している。図１６では、図１５と同様に、図１４において、レッドフィルタ層ＣＦＲが設けられた単位画素Ｐ（赤色画素）の回路構成を例示している。なお、緑色画素、および、青色画素についても、赤色画素と同様な回路構成である。
【０１９２】
図１４〜図１６に示すように、本実施形態においては、単位画素Ｐを構成する撮像部ＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４，ＰＣ１〜ＰＣ４，ＰＤ１〜ＰＤ４の数が、実施形態１と異なる。その他、単位画素Ｐの構成が異なる。これらの点、および、これに関連する点を除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。このため、重複する部分については、一部の記載を省略する。
【０１９３】
（Ａ−１）単位画素の配列について
図１４に示すように、固体撮像装置においては、実施形態１と同様に、複数の単位画素Ｐのそれぞれに、カラーフィルタＣＦが設けられている。カラーフィルタＣＦは、レッドフィルタ層ＣＦＲと、グリーンフィルタ層ＣＦＧと、ブルーフィルタ層ＣＦＢとを含み、ベイヤー配列で、単位画素Ｐのそれぞれに設けられている。
【０１９４】
各単位画素Ｐは、図１４に示すように、複数の撮像部ＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４，ＰＣ１〜ＰＣ４，ＰＤ１〜ＰＤ４で構成されている。本実施形態においては、合計で、１６個の撮像部ＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４，ＰＣ１〜ＰＣ４，ＰＤ１〜ＰＤ４が、単位画素Ｐを構成している。
【０１９５】
（Ａ−２）各単位画素について
図１５，図１６に示すように、単位画素Ｐにおいて、撮像部ＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４，ＰＣ１〜ＰＣ４，ＰＤ１〜ＰＤ４は、撮像面（ｘｙ面）にて、水平方向ｘと垂直方向ｙとのそれぞれに、４個ずつが並んで配列されている。
【０１９６】
この単位画素Ｐでは、水平方向ｘと垂直方向ｙとのそれぞれに２個が並び、合計で４つの撮像部（ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２など）を含むグループＧＡ１，ＧＡ２，ＧＢ１，ＧＢ２が、水平方向ｘと垂直方向ｙとに繰り返して配列されている。
【０１９７】
図１５，図１６に示すように、各グループＧＡ１，ＧＡ２，ＧＢ１，ＧＢ２のうち、各撮像部ＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４，ＰＣ１〜ＰＣ４，ＰＤ１〜ＰＤ４には、実施形態１と同様に、フォトダイオード２１と転送トランジスタ２２とが設けられている。そして、各グループＧＡ１，ＧＡ２，ＧＢ１，ＧＢ２において、４つの撮像部（ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２など）からなる組の下方には、増幅トランジスタ２３とリセットトランジスタ２５と選択トランジスタ２４との１組のトランジスタ群が設けられている。つまり、単位画素Ｐは、４つの撮像部（ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２など）が１組のトランジスタ群を共有するグループＧＡ１，ＧＡ２，ＧＢ１，ＧＢ２を、４つ含むように設けられている。
【０１９８】
しかし、単位画素Ｐにおいて、４つの撮像部（ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２など）を含む各グループＧＡ１，ＧＡ２，ＧＢ１，ＧＢ２は、図１５に示すように、一部が、実施形態１で示した単位画素Ｐと異なる態様で構成されている（図４参照）。
【０１９９】
具体的には、各グループＧＡ１，ＧＡ２，ＧＢ１，ＧＢ２は、実施形態１で示した単位画素Ｐに対して、フローティングディフュージョンＦＤの位置が異なる。また、転送ゲート２２Ｇの位置が異なる。これらの点、および、これに関連する点を除き、本実施形態の各グループＧＡ１，ＧＡ２，ＧＢ１，ＧＢ２は、実施形態１の単位画素Ｐと同様である。
【０２００】
図１５に示すように、フローティングディフュージョンＦＤは、各グループＧＡ１，ＧＡ２，ＧＢ１，ＧＢ２において、複数が設けられておらず、単数である。この１つのフローティングディフュージョンＦＤは、各撮像部（ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２など）に設けられた４つのフォトダイオード２１の全ての間に位置するように、設けられている。つまり、垂直方向ｙ、水平方向ｘ、および、これらに対して傾斜した方向で並ぶ複数の撮像部（ＰＡ１とＰＢ２の組、または、ＰＡ２とＰＢ１の組など）の間に、フローティングディフュージョンＦＤが設けられている。
【０２０１】
図１５に示すように、転送ゲート２２Ｇは、各グループＧＡ１，ＧＡ２，ＧＢ１，ＧＢ２において、複数が設けられている。この転送ゲート２２Ｇは、各撮像部（ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２など）に設けられた４つの転送ゲート２２Ｇが、フローティングディフュージョンＦＤを挟むように設けられている。つまり、垂直方向ｙ、水平方向ｘ、および、これらに対して傾斜した方向で並ぶ複数の撮像部（ＰＡ１とＰＢ２の組、または、ＰＡ２とＰＢ１の組など）の間で、転送ゲート２２Ｇが、フローティングディフュージョンＦＤを介して並ぶように設けられている。
【０２０２】
図１６に示すように、単位画素Ｐにおいては、４つの撮像部（ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２など）を含む各グループＧＡ１，ＧＡ２，ＧＢ１，ＧＢ２が互いに電気的に接続されており、各撮像部による信号を加算して出力するように設けられている。
【０２０３】
具体的には、図１６に示すように、単位画素Ｐにおいては、複数の垂直信号線２７が設けられており、各垂直信号線２７が、垂直方向ｙに並ぶグループ（ＧＡ１とＧＡ２との組、または、ＧＢ１とＧＢ２との組）の間を電気的に接続している。
【０２０４】
また、水平方向ｘに並ぶグループ（ＧＡ１とＧＢ１との組、または、ＧＡ２とＧＢ２との組）の間においては、配線Ｈａｂ，Ｈｃｄが、両グループを電気的に接続している。ここでは、各グループＧＡ１，ＧＡ２，ＧＢ１，ＧＢ２において、フローティングディフュージョンＦＤと、増幅トランジスタ２３のゲートとを電気的に接続する配線の間を電気的に接続するように、配線Ｈａｂ，Ｈｃｄが設けられている。
【０２０５】
そして、さらに、２つの垂直信号線２７は、単位画素Ｐから電気信号を出力する出力端部において、互いに電気的に接続するように、配線ＨＶが設けられている。
【０２０６】
本実施形態では、単位画素Ｐを構成する複数の撮像部ＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４，ＰＣ１〜ＰＣ４，ＰＤ１〜ＰＤ４のそれぞれにて生成される信号電荷が加算されて、出力信号として複数の垂直信号線２７のそれぞれへ出力される。その後、後段の平滑化回路（図示なし）で、各垂直信号線２７から出力された信号が平滑化される。
【０２０７】
（Ｂ）まとめ
以上のように、本実施形態は、実施形態１と同様に、単位画素Ｐにおいて、フォトダイオード２１と転送ゲート２２ＧとフローティングディフュージョンＦＤが設けられた部分が、水平方向ｘおよび垂直方向ｙを軸にして対称である。よって、実施形態１と同様に、撮像領域ＰＡの上部と下部との間において、各色の光のケラレの割合が同じになるので、色シェーディングの発生を防止できる。その他、実施形態１と同様に、残像などの発生を効果的に防止可能である。
【０２０８】
また、本実施形態では、単位画素Ｐは、複数の増幅トランジスタ２３が設けられていると共に、複数の垂直信号線２７が設けられている。そして、単位画素Ｐにおいては複数の垂直信号線２７のそれぞれが、互いに電気的に接続されている。このため、上述したように、複数の垂直信号線２７から出力された信号を平滑化することで、ランダムノイズの低減が可能である。
【０２０９】
したがって、本実施形態においては、撮像したカラー画像の画像品質を向上させることができる。
【０２１０】
＜４．実施形態４＞
（Ａ）装置構成
図１７は、本発明にかかる実施形態４において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【０２１１】
ここで、図１７は、図１６と同様に、一の単位画素Ｐの回路構成を示している。図１７では、図１６と同様に、図１４において、レッドフィルタ層ＣＦＲが設けられた単位画素Ｐ（赤色画素）の回路構成を例示している。なお、緑色画素、および、青色画素についても、赤色画素と同様な回路構成である。
【０２１２】
図１７に示すように、本実施形態においては、単位画素Ｐを構成する垂直信号線２７が、実施形態３と異なる。この点、および、これに関連する点を除き、本実施形態は、実施形態３と同様である。このため、重複する部分については、一部の記載を省略する。
【０２１３】
図１７に示すように、４つの撮像部（ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２など）を含む各グループＧＡ１，ＧＡ２，ＧＢ１，ＧＢ２は、互いに電気的に接続されており、各撮像部による信号を加算して出力するように設けられている。
【０２１４】
具体的には、図１７に示すように、単位画素Ｐにおいては、単位画素Ｐから電気信号を出力する垂直信号線２７が、１本設けられており、その１本の垂直信号線２７に、４つの各グループＧＡ１，ＧＡ２，ＧＢ１，ＧＢ２が、電気的に接続している。つまり、増幅トランジスタ２３は、単位画素Ｐにおいて、グループＧＡ１，ＧＡ２，ＧＢ１，ＧＢ２ごとに、複数が設けられており、その複数の増幅トランジスタ２３のソースが、共通の垂直信号線２７に電気的に接続されている。
【０２１５】
このため、本実施形態では、単位画素Ｐを構成する複数の撮像部ＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４，ＰＣ１〜ＰＣ４，ＰＤ１〜ＰＤ４のそれぞれにて生成される信号電荷が加算されて、出力信号として共通の垂直信号線２７へ出力される。
【０２１６】
（Ｂ）まとめ
以上のように、本実施形態は、実施形態３と同様に、単位画素Ｐにおいて、フォトダイオード２１と転送ゲート２２ＧとフローティングディフュージョンＦＤが設けられた部分が、水平方向ｘおよび垂直方向ｙを軸にして対称である。よって、実施形態３と同様に、撮像領域ＰＡの上部と下部との間において、各色の光のケラレの割合が同じになるので、色シェーディングの発生を防止できる。その他、実施形態１と同様に、残像などの発生を効果的に防止可能である。
【０２１７】
また、本実施形態では、複数の増幅トランジスタ２３が、単位画素Ｐに設けられており、その複数の増幅トランジスタ２３のソースが、共通の垂直信号線２７に電気的に接続されている。
【０２１８】
したがって、本実施形態においては、撮像したカラー画像の画像品質を向上させることができる。
【０２１９】
＜５．その他＞
本発明の実施に際しては、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例を採用することができる。
【０２２０】
たとえば、上記の実施形態においては、カメラに本発明を適用する場合について説明したが、これに限定されない。スキャナーやコピー機などのように、固体撮像装置を備える他の電子機器に、本発明を適用しても良い。
【０２２１】
上記では、単位画素Ｐに４個または１６個のフォトダイオードを設ける場合について説明したが、これに限定されない。適宜、複数個のフォトダイオードを、単位画素Ｐに設けても良い。
【０２２２】
また、画素トランジスタとして、転送トランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタの４種類を設ける場合について記載したが、これに限定されない。
【０２２３】
なお、上記の実施形態において、固体撮像装置１は、本発明の固体撮像装置に相当する。また、上記の実施形態において、単位画素Ｐは、本発明の単位画素に相当する。また、上記の実施形態において、撮像領域ＰＡは、本発明の撮像領域に相当する。また、上記の実施形態において、フォトダイオード２１は、本発明の光電変換部に相当する。また、上記の実施形態において、転送ゲート２２Ｇは、本発明の転送ゲートに相当する。また、上記の実施形態において、フローティングディフュージョンＦＤは、本発明のフローティングディフュージョンに相当する。また、上記の実施形態において、増幅トランジスタ２３は、本発明の増幅トランジスタに相当する。また、上記の実施形態において、垂直信号線２７は、本発明の垂直信号線に相当する。また、上記の実施形態において、マイクロレンズＭＬは、本発明のマイクロレンズに相当する。また、上記の実施形態において、光導波路１３１は、本発明の光導波路に相当する。また、上記の実施形態において、カメラ４０は、本発明の電子機器に相当する。
【符号の説明】
【０２２４】
１：固体撮像装置、１３：垂直駆動回路、１４：カラム回路、１５：水平駆動回路、１７：外部出力回路、１７ａ：ＡＧＣ回路、１７ｂ：ＡＤＣ回路、１８：タイミングジェネレータ、１９：シャッター駆動回路、２１：フォトダイオード、２２：転送トランジスタ、２２Ｇ：転送ゲート、２３：増幅トランジスタ、２４：選択トランジスタ、２５：リセットトランジスタ、２６：転送線、２７：垂直信号線、２８：アドレス線、２９：リセット線、４０：カメラ、４２：光学系、４３：制御部、４４：信号処理回路、１０１半導体基板、１１１：配線層、１３１：光導波路、ＣＦ：カラーフィルタ、ＣＦＢ：ブルーフィルタ層、ＣＦＧ：グリーンフィルタ層、ＣＦＲ：レッドフィルタ層、ＦＤ：フローティングディフュージョン、ＭＬ：マイクロレンズ、Ｐ：単位画素、ＰＡ：撮像領域、ＰＳ：撮像面、ＳＡ：周辺領域、ｘ：水平方向、ｙ：垂直方向
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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