(57)【要約】【課題】半導体イメージセンサにおける色信号の演算式の簡略化、感度向上を図る。【解決手段】光電変換手段と該光電変換手段の信号電荷を選択読み出しするＭＯＳトランジスタとを含む複数の画素を備えた半導体イメージセンサであって、第１画素７３Ａと第２画素７３Ｂが水平方向に交互に且つ垂直方向に交互に配列され、第１画素７３Ａに補色フィルタが配置され、第２画素７３Ｂに原色フィルタが配置され、第１画素７３Ａは深さの異なる複数の光電変換領域からなり、斜めに連続する第１画素間を結ぶ直線と、斜めに連続する第２画素間を結ぶ交点領域を仮想画素７３ｉとし、互いに斜め方向に隣接する少なくとも、２つの第１画素７３Ａ及び２つの第２画素７３Ｂに蓄積された信号電荷から仮想画素７３ｉの３原色信号を生成する。【選択図】図４
2008072098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換手段と該光電変換手段の信号電荷を選択読み出しするＭＯＳトランジスタとを含む複数の画素を備えた半導体イメージセンサであって、
第１画素と第２画素が水平方向に交互に且つ垂直方向に交互に配列され、
前記第１画素に補色フィルタが配置され、前記第２画素に原色フィルタが配置され、
前記第１画素は深さの異なる複数の光電変換領域からなり、
前記斜めに連続する第１画素間を結ぶ直線と、前記斜めに連続する第２画素間を結ぶ交点領域を仮想画素とし、
互いに斜め方向に隣接する少なくとも、２つの第１画素及び２つの第２画素に蓄積された信号電荷から前記仮想画素の３原色信号を生成する
ことを特徴とする半導体イメージセンサ。
【請求項２】
光電変換手段と該光電変換手段の信号電荷を選択読み出しするＭＯＳトランジスタとを含む複数の画素を備えた半導体イメージセンサであって、
第１画素と第２画素が水平方向に交互に且つ垂直方向に交互に配列され、
前記第１画素は深さの異なる複数の光電変換領域からなり、
前記斜めに連続する第１画素間を結ぶ直線と、前記斜めに連続する第２画素間を結ぶ交点領域を仮想画素とし、
互いに斜め方向に隣接する少なくとも、２つの第１画素及び２つの第２画素に蓄積された信号電荷から前記仮想画素の３原色信号を生成する
ことを特徴とする半導体イメージセンサ。
【請求項３】
光電変換手段と該光電変換手段の信号電荷を選択読み出しするＭＯＳトランジスタとを含む複数の画素を備えた半導体イメージセンサであって、
第１画素と第２画素が水平方向に交互に且つ垂直方向に交互に配列され、
前記第１画素に補色フィルタが配置され、前記第２画素に原色フィルタが配置され、
前記第１画素は深さの異なる複数の光電変換領域からなり、
前記第２画素の上下及び／または左右の前記第１画素から、前記第２画素の位置の補色信号を生成する
ことを特徴とする半導体イメージセンサ。
【請求項４】
光電変換手段と該光電変換手段の信号電荷を選択読み出しするＭＯＳトランジスタとを含む複数の画素を備えた半導体イメージセンサであって、
第１画素と第２画素が水平方向に交互に且つ垂直方向に交互に配列され、
前記第１画素に補色フィルタが配置され、前記第２画素に原色フィルタが配置され、
前記第１画素は深さの異なる複数の光電変換領域からなり、
前記第１画素の上下及び／または左右の前記第２画素から、前記第１画素の位置の原色信号を生成する
ことを特徴とする半導体イメージセンサ。
【請求項５】
光電変換手段と該光電変換手段の信号電荷を選択読み出しするＭＯＳトランジスタとを含む複数の画素を備えた半導体イメージセンサであって、
第１画素と第２画素が水平方向に交互に且つ垂直方向に交互に配列され、
前記第１画素は深さの異なる複数の光電変換領域からなり、
前記第２画素の上下及び／または左右の前記第１画素から、前記第２画素の位置の仮想複数色信号を生成する
ことを特徴とする半導体イメージセンサ。
【請求項６】
光電変換手段と該光電変換手段の信号電荷を選択読み出しするＭＯＳトランジスタとを含む複数の画素を備えた半導体イメージセンサであって、
第１画素と第２画素が水平方向に交互に且つ垂直方向に交互に配列され、
前記第１画素は深さの異なる複数の光電変換領域からなり、
前記第１画素の上下及び／または左右の前記第２画素から、前記第１画素の位置の原色信号を生成する
ことを特徴とする半導体イメージセンサ。
【請求項７】
斜めに連続する隣合う第１画素がフローティング・ディフージョンを共有し、
斜めに連続する隣合う２つの第２画素を１組として該１組の第２画素がフローティング・ディフージョンを共有する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体イメージセンサ。
【請求項８】
斜めに連続する隣合う第１画素がフローティング・ディフージョンを共有し、
斜めに連続する隣合う２つの第２画素を１組として該１組の第２画素がフローティング・ディフージョンを共有する
ことを特徴とする請求項２記載の半導体イメージセンサ。
【請求項９】
斜めに連続する隣合う第１画素がフローティング・ディフージョンを共有し、
斜めに連続する隣合う２つの第２画素を１組として該１組の第２画素がフローティング・ディフージョンを共有する
ことを特徴とする請求項３記載の半導体イメージセンサ。
【請求項１０】
斜めに連続する隣合う第１画素がフローティング・ディフージョンを共有し、
斜めに連続する隣合う２つの第２画素を１組として該１組の第２画素がフローティング・ディフージョンを共有する
ことを特徴とする請求項４記載の半導体イメージセンサ。
【請求項１１】
斜めに連続する隣合う第１画素がフローティング・ディフージョンを共有し、
斜めに連続する隣合う２つの第２画素を１組として該１組の第２画素がフローティング・ディフージョンを共有する
ことを特徴とする請求項５記載の半導体イメージセンサ。
【請求項１２】
斜めに連続する隣合う第１画素がフローティング・ディフージョンを共有し、
斜めに連続する隣合う２つの第２画素を１組として各組の２つの第２画素がフローティング・ディフージョンを共有する
ことを特徴とする請求項６記載の半導体イメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等に使用される半導体イメージセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体イメージセンサは、光電変換手段とＭＯＳトランジスタとを含む複数の画素を備え、この画素の信号をＭＯＳトランジスタにより選択して読み出す半導体デバイスである。近年、この半導体イメージセンサ、特にＣＭＯＳ（相補型ＭＯＳ）プロセスで製造される所謂ＣＭＯＳイメージセンサは、低電圧・低消費電力、多機能であり、かつ周辺回路とワン・チップ化できるＳＯＣ（システムオンチップ）という利点を有している。従って、携帯電話用のカメラ、デジタルスチルカメラあるいはデジタルビデオカメラ等の撮像素子として注目され使用されている。
【０００３】
図２６に、半導体イメージセンサの構成（等価回路）の一例を示す。このＣＭＯＳイメージセンサ１は、同一の半導体基板上に、光電変換を行うフォトダイオード２と、このフォトダイオード２を選択読み出すための複数のＭＯＳトランジスタとからなる複数の画素３を二次元的に配列した撮像素子形成領域４を備えて成る。さらに同一の半導体基板上の撮像素子形成領域４の周辺に、画素の選択と信号出力のための周辺回路５、６を備えている。この画素選択のための回路５及び出力回路６を含む領域は、周辺回路形成領域という。撮像素子形成領域４においては、各画素３が１つのフォトダイオード２と、複数のＭＯＳトランジスタ、この例では転送用トランジスタ８、リセットトランジスタ９及び増幅トランジスタ１０の３個のＭＯＳトランジスタとで構成されている。また、周辺回路形成領域においては、画素選択のための回路（垂直走査回路）５と出力回路（水平走査・出力回路）６が、ＣＭＯＳトランジスタを用いて構成されている。
【０００４】
図２６において、フォトダイオード２は転送用トランジスタ８のソースに接続される。転送用トランジスタ８のゲートには転送用配線１１が接続される。転送用トランジスタ８のドレインは、リセットトランジスタ９のソースに接続されると共に、転送用トランジスタ８のドレインとリセットトランジスタ９のソース間のいわゆるフローティング・ディフージョンＦＤが増幅トランジスタ１０のゲートに接続される。リセットトランジスタ９のゲートはリセット配線１２に接続される。また、リセットトランジスタ９のドレインと増幅トランジスタ１０のドレインは電源供給するための電源配線１３に接続される。増幅トランジスタ１０のソースは垂直信号線１４に接続される。
【０００５】
このＣＭＯＳイメージセンサ１では、フォトダイオード２において光電変換される。フォトダイオードの光電子（信号電荷）は、転送用トランジスタ８により選択されて転送用トランジスタ８を通じてフローティング・ディフージョンＦＤに転送される。フローティング・ディフージョンＦＤは増幅トランジスタ１０に接続されているので、フローティング・ディフージョンＦＤの電位に対応した信号が増幅トランジスタ１０を通じて垂直信号線１４に出力される。
リセットトランジスタ９は、フローティング・ディフージョンＦＤの信号電荷を電源配線１３に捨てることによって、フローティング・ディフージョンＦＤの信号電荷をリセットする。横方向の配線１１、１２、１３は同一行の画素３について共通となっており、画素選択のための回路５によって制御される。
【０００６】
従来、一般のカラー用固体撮像装置は、各画素毎にカラーフィルタを載せ、そのカラーフィルタを透過した、特定波長の光信号を検知するものである。したがって、光電変換を行う半導体部に到達する光は、入射光の一部となり、カラーフィルタを載せない場合に比べて、信号出力が低下する。
【０００７】
また、特許文献１には、「三重ウェル構造利用のアクティブピクセル結像アレイでのカラー分離」として、カラーフィルタを用いないで３原色（赤、緑、青）の信号を検出するようにした、３層構造のｐｎフォトダイオードによる光検出装置が提案されている。この提案によれば、各フォトダイオードの端子が半導体界面部に形成され、各端子が増幅器として働くＭＯＳトランジスタのゲートに接続されて、各フォトダイオードの信号が増幅して読み出される。
【０００８】
図２５に、特許文献１における光センサの構成を示す。この光センサ１３１は、ｐ型半導体基板１３２にｎ型半導体層（ウェル領域）１３３、その上のｐ型半導体層（ウェル領域）１３４、その上の半導体界面のｎ型半導体層（ウェル領域）１３５が形成され、ｐ型半導体基板１３２とｎ型半導体層１３３との組み合わせ、ｎ型半導体層１３３とｐ型半導体層１３４との組み合わせ、ｐ型半導体層１３４とｎ型半導体層１３５との組み合わせで、３つのフォトダイオード、すなわち赤色フォトダイオード、緑色フォトダイオード及び青色フォトダイオードが形成される。そして、赤、緑、青の各フォトダイオードに、これに蓄積する信号電荷を読み出す検出するための電流メータ１４１、１４２、１４３が接続されて構成される。
【０００９】
上述したＣＭＯＳイメージセンサあるいは光センサは、どちらも色の分離に関して半導体の光吸収係数が光の波長に依存することを利用している。
特許文献１の光センサ１３１では、同一の半導体基板１３２において、短波長すなわち青色光の光電変換部（フォトダイオード）を最上層に、長波長すなわち赤色光の光電変換部（フォトダイオード）を最下層に、その中間波長すなわち緑色光の光電変換部（フォトダイオード）を中間層に設けることにより、色の分離を行っている。これによれば、入射光を無駄なく利用することができ、一般のカラーフィルタ方式に比べて、信号出力を上げることができる。また、二次元的には、同一の場所から３種の色信号を取り出すことができるため、一つの画素から１種の色信号を取出すカラーフィルタ方式に比べて、色解像度を上げることができる。しかし、各フォトダイオードの電極が深さ方向に隣接するフォトダイオードの電極と共通化されているため、一つのフォトダイオードの信号電圧が深さ方向に隣接する別のフォトダイオードの信号電圧によって影響を受け、各フォトダイオードの信号を独立に取り出すのが難しい。さらに、各フォトダイオードをリセットするときに、フォトダイオードの容量に起因するｋＴＣノイズが乗るため、Ｓ／Ｎが取れないという問題を含んでいる。
【００１０】
一方、特許文献２では、補色フィルタのマゼンタ（Ｍｇ）フィルタと原色フィルタの緑（Ｇ）フィルタとを垂直方向及び水平方向に交互に配列してなるカラーフィルタを用いて、マゼンタフィルタを積層した受光部の深さ方向に分離した第１、第２の半導体層で赤（Ｒ），青（Ｂ）の色信号を検出し、緑フィルタを積層した受光部で緑（Ｇ）の色信号を検出するようにしたＭＯＳ型カラー固体撮像装置も提案されている。これによれば、忠実な色再現性が可能になり、高画質化も達成可能となる。
【００１１】
【特許文献１】特表２００２−５１３１４５号公報
【特許文献２】特開２００４−２８１７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、上述のようなＭＯＳ型の半導体イメージセンサにおいては、混色、ノイズを抑え、高い色分離性を有しながら感度の向上が望まれている。また、信号処理の高速化、簡略化のためには、色信号を検出するための演算式の更なる簡略化が望まれている。
【００１３】
本発明は、上述の点に鑑み、色信号の演算式の簡略化を図り、感度の向上を図った半導体イメージセンサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る半導体イメージセンサは、光電変換手段と該光電変換手段の信号電荷を選択読み出しするＭＯＳトランジスタとを含む複数の画素を備えた半導体イメージセンサであって、第１画素と第２画素が水平方向に交互に且つ垂直方向に交互に配列され、第１画素に補色フィルタが配置され、第２画素に原色フィルタが配置され、第１画素は深さの異なる複数の光電変換領域からなり、斜めに連続する第１画素間を結ぶ直線と、斜めに連続する第２画素間を結ぶ交点領域を仮想画素とし、互いに斜め方向に隣接する少なくとも、２つの第１画素及び２つの第２画素に蓄積された信号電荷から仮想画素の３原色信号を生成することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る半導体イメージセンサは、光電変換手段と該光電変換手段の信号電荷を選択読み出しするＭＯＳトランジスタとを含む複数の画素を備えた半導体イメージセンサであって、第１画素と第２画素が水平方向に交互に且つ垂直方向に交互に配列され、第１画素は深さの異なる複数の光電変換領域からなり、斜めに連続する第１画素間を結ぶ直線と、斜めに連続する第２画素間を結ぶ交点領域を仮想画素とし、互いに斜め方向に隣接する少なくとも、２つの第１画素及び２つの第２画素に蓄積された信号電荷から仮想画素の３原色信号を生成することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る半導体イメージセンサは、光電変換手段と該光電変換手段の信号電荷を選択読み出しするＭＯＳトランジスタとを含む複数の画素を備えた半導体イメージセンサであって、第１画素と第２画素が水平方向に交互に且つ垂直方向に交互に配列され、第１画素に補色フィルタが配置され、第２画素に原色フィルタが配置され、第１画素は深さの異なる複数の光電変換領域からなり、第２画素の上下及び／または左右の第１画素から、第２画素の位置の補色信号を生成することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る半導体イメージセンサは、光電変換手段と該光電変換手段の信号電荷を選択読み出しするＭＯＳトランジスタとを含む複数の画素を備えた半導体イメージセンサであって、第１画素と第２画素が水平方向に交互に且つ垂直方向に交互に配列され、第１画素に補色フィルタが配置され、第２画素に原色フィルタが配置され、第１画素は深さの異なる複数の光電変換領域からなり、第１画素の上下及び／または左右の第２画素から、第１画素の位置の原色信号を生成することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る半導体イメージセンサは、光電変換手段と該光電変換手段の信号電荷を選択読み出しするＭＯＳトランジスタとを含む複数の画素を備えた半導体イメージセンサであって、第１画素と第２画素が水平方向に交互に且つ垂直方向に交互に配列され、第１画素は深さの異なる複数の光電変換領域からなり、第２画素の上下及び／または左右の第１画素から、第２画素の位置の複数色信号を生成することを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る半導体イメージセンサは、光電変換手段と該光電変換手段の信号電荷を選択読み出しするＭＯＳトランジスタとを含む複数の画素を備えた半導体イメージセンサであって、第１画素と第２画素が水平方向に交互に且つ垂直方向に交互に配列され、第１画素は深さの異なる複数の光電変換領域からなり、第１画素の上下及び／または左右の第２画素から、第１画素の位置の原色信号を生成することを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る半導体イメージセンサは、上述の各半導体イメージセンサにあって、斜めに連続する隣合う第１画素がフローティング・ディフージョンを共有し、斜めに連続する隣合う２つの第２画素を１組として各組の２つの第２画素がフローティング・ディフージョンを共有することを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る半導体イメージセンサでは、深さの異なる複数の光電変換領域からなる第１画素と、第２画素を水平方向に交互に且つ垂直方向に交互に配列し、斜めに連続する第１画素間を結ぶ直線と、斜めに連続する第２画素間を結ぶ直線との交点領域を仮想画素とする。そして、互いに斜め方向に隣接する少なくとも、２つの第１画素及び２つの第２画素に蓄積された信号電荷から仮想画素の３原色信号を生成するので、色信号を得るための演算式の簡略化が図られる。また、第１画素では深さの異なる複数の光電変換領域からなるので、画素１つ１つの受光面積が広くなり、感度の向上が図られる。
【００２２】
本発明に係る半導体イメージセンサでは、第２画素の上下及び／または左右の第１画素から、第２画素の位置の補色信号または複数色信号を生成している。また、第１画素の上下及び／または左右の第２画素から、第１画素の位置の原色信号を生成している。この構成により、画素の色信号を隣接する画素の色信号から非常に単純な演算式で色信号が算出できる。
【００２３】
更に、色毎の光電変換領域を異なる深さで形成し、かつ光電変換領域に対応したカラーフィルタを形成するときは、所望の色信号を確実に分離できる。
【００２４】
本発明に係る半導体イメージセンサでは、さらに斜めに連続する隣合う画素がフローティング・ディフージョンを共有することにより、さらに１つ１つの画素の受光面積が広くなり、更なる感度の向上が図れる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る半導体イメージセンサによれば、色信号の演算式を簡略化することができるので、後段の信号処理を高速化、簡略化し易くなる。
【００２６】
更に、第２画素の上下及び／または左右の第１画素から、第２画素の位置の補色信号または複数色信号を生成する構成、あるいは第１画素の上下及び／または左右の第２画素から、第１画素の位置の原色信号を生成する構成とするときは、画素の色信号を隣接する画素の色信号から非常に単純な演算式により色信号を算出することができるので、色解像度の高い仮想画素信号を高速な演算で算出することができる。
【００２７】
カラーフィルタを形成するときは、所望の色信号を確実に分離できるので、光電変換領域での混色を完全に防ぐことができる。したがって、被写体に対して優れた色再現性を実現できる。
【００２８】
また、画素において、フローティング・ディフージョンを共有するときは、さらに感度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
図１に、本発明の第１実施の形態に係る半導体イメージセンサ、いわゆるＣＭＯＳイメージセンサの概略構成を示す。本実施の形態の半導体イメージセンサは、オンチップカラーフィルタを用いないで色分離する例である。本実施の形態に係る半導体イメージセンサ３１は、同一半導体基板３２の表面上に形成した、複数の画素３３を２次元的に配列した受光領域となる撮像領域３４と、この撮像領域３４の外側に配置した画素３３の選択と信号出力のために周辺回路３５、３６とを備えて成る。一方の周辺回路３５は、撮像領域の側辺に位置する垂直走査回路（いわゆる垂直レジスタ回路）にて構成される。他方の周辺回路３６は、撮像領域３４の下側に位置する水平走査回路（いわゆる水平レジスタ回路）及び出力回路等（信号増幅回路、Ａ／Ｄ変換回路、同期信号発生回路等を含む）にて構成される。
【００３１】
撮像領域３４では、複数の画素３３が垂直及び水平方向に配列される。すなわち、複数の画素３３は、２次元的に水平方向、垂直方向それぞれに所定ピッチＷ１、Ｗ２で略格子状に配置され、同一画素から異なる原色の複数の色成分信号、本例では２つの色成分信号を分離して検出する第１画素３３Ａと、さらに異なる原色の色成分信号、本例で１つの色成分信号を検出する第２画素３３Ｂが水平方向に交互に且つ垂直方向にも交互に（いわゆる市松模様状に）配列される。
【００３２】
第１画素３３Ａは、１つの画素構造内に２つの原色光、本例では青色光と赤色光をそれぞれ分離して光電変換する２つのフォトダイオードが積層された構造を有する。この第１画素３３Ａは、いわゆる赤／青色（Ｒ／Ｂ）画素に相当する。第２画素３３Ｂは、１つの画素構造内に１つの色光、本例では緑色光を光電変換する１つのフォトダイオードが形成された構造を有する。この第２画素３３Ｂは、いわゆる緑色（Ｇ）画素に相当する。
【００３３】
本実施の形態における撮像領域３４では、上記市松模様状に配置されて斜めに連続する赤／青色画素（Ｒ／Ｂ）３３Ａ間を結ぶ直線と、市松模様状に配置されて上記斜め方向と交差する方向に斜めに連続する緑色画素（Ｇ）３３Ｂ間を結ぶ直線との交点に仮想画素３３ｉが形成される。
【００３４】
図３に、第１画素（Ｒ／Ｂ画素）３３Ａの半導体断面構造を示す。図３においては、第１導電型の半導体基板、本例ではｎ型のシリコン半導体基板４１に第２導電型の半導体ウェル領域、本例ではｐ型半導体ウェル領域４２が形成され、このｐ型半導体ウェル領域４２の表面に所要の深さ方向の幅にわたって青色光の光電変換領域となるｎ型半導体領域４３が形成される。本例では表面からの深さで表すと０．１μｍ〜０．３μｍの深さにわたってｎ型半導体領域４３が形成される。さらに、ｐ型半導体ウェル領域４２内の深部において、所要の深さ方向の幅にわたって赤色光の光電変換領域となるｎ型半導体領域４４が形成される。本例では表面からの深さで表すと０．８μｍ〜２．５μｍの深さにわたってｎ型半導体領域４４が形成される。さらに、ｎ型半導体領域４３の表面と、ｎ型半導体領域４４の一部基板表面側に延びる領域の表面とにわたるように、暗電流を抑制するためのｐ型アキュミュレーション領域５７が形成される。
【００３５】
ｎ型半導体領域４３とｐ型アキュミュレーション領域５７とｐ型半導体ウェル領域４２とにより青色光電変換手段であるフォトダイオードＰＤｂが形成され、ｎ型半導体領域４４とｐ型アキュミュレーション領域５７とｐ型半導体ウェル領域４２とにより赤色光電変換手段であるフォトダイオードＰＤｒが形成される。これらフォトダイオードＰＤｂ，ＰＤｒは、基板表面の界面にｐ型アキュミュレーション領域５７が形成された所謂ＨＡＤセンサ（Hole Accumulation Diode）として構成される。
【００３６】
ｐ型半導体ウェル領域４２のフォトダイオードＰＤｂ及びＰＤｒを挟む両側の領域には、即ちその基板表面側に、それぞれフローティング・ディフージョンＦＤとなるｎ型半導体領域４７及び４８が形成される。そして、基板表面において青色用フォトダイオードＰＤｂを構成するｎ型半導体領域４３と一方のフローティング・ディフージョン（ＦＤ）となるｎ型半導体領域４７との間、すなわち、ｎ型半導体領域４３に連続して基板表面に臨むチャネル領域４９上にゲート絶縁膜を介してゲート電極５０が形成されて転送用トランジスタＴｒ１ｂが形成される。
【００３７】
また、基板表面において赤色用フォトダイオードＰＤｒを構成するｎ型半導体領域４４と他方のフローティング・ディフージョン（ＦＤ）となるｎ型半導体領域４８との間、すなわち、ｎ型半導体領域４４に連続して基板表面に臨むチャネル領域５１上にゲート絶縁膜を介してゲート電極５２が形成されて、転送用トランジスタＴｒ１ｒが形成される。第１画素３３Ａは、ｐ型半導体ウェル領域４２に形成された例えば選択酸化層による絶縁分離領域、あるいはトレンチ分離領域等による素子分離領域５４により隣接画素と分離される。
【００３８】
このように、第１画素３３Ａは、１つの画素構造内に青色光と赤色光をそれぞれ分離して光電変換する２つのフォトダイオードＰＤｂ及びＰＤｒが積層された構造になっている。この第１画素３３Ａによれば、波長の短い青色光は浅い領域に形成したフォトダイオードＰＤｂで光電変換されて浅い領域のｎ型半導体領域４３に信号電荷が蓄積される。信号読出し時には転送用トランジスタＴｒ１ｂがオンして信号電荷が、一方のゲート電極５０下のチャネル領域４９を通して一方のフローティング・ディフージョン（ＦＤ）となるｎ型半導体領域４７に転送される。波長の長い赤色光は深い領域に形成されたフォトダイオードＰＤｒで光電変換され深い位置のｎ型半導体領域４４に信号電荷が蓄積される。信号読出しには転送用トランジスタＴｒ１ｒがオンして信号電荷が、他方のゲート電極５２下のチャネル領域５１を通して他方のフローティング・ディフージョン（ＦＤ）となるｎ型半導体領域４８に転送される。
【００３９】
図２に、第２画素（Ｇ画素）３３Ｂの半導体断面構造を示す。図２においては、前述と同様に、同一の第１導電型であるｎ型のシリコン半導体基板４１に第２導電型のｐ型半導体ウェル領域４２が形成される。このｐ型半導体ウェル領域４２の所要の深さ方向の幅にわたって緑色光の光電変換領域となるｎ型半導体領域５６が形成される。すなわち図３で説明したｎ型半導体領域４３とｎ型半導体領域４４との間の中間位置に対応して、本例では表面からの深さで表すと０．３μｍ〜０．８μｍの深さにわたってｎ型半導体領域５６が形成される。ｎ型半導体領域５６の表面（基板表面）には、暗電流を抑制するｐ型アキュミュレーション領域５７が形成される。
【００４０】
ｎ型半導体領域５６とｐ型アキュミュレーション領域５７とｐ型半導体ウェル領域４２とにより緑色光電変換手段であるフォトダイオードＰＤｇが形成される。このフォトダイオードＰＤｇは、基板表面の界面にｐ型アキュミュレーション領域５７が形成された所謂ＨＡＤセンサとして構成される。
【００４１】
ｐ型半導体ウェル領域４２には、フローティング・ディフージョンＦＤとなるｎ型半導体領域５８が形成される。そして、基板表面において緑色用フォトダイオードＰＤｇを構成するｎ型半導体領域５６とフローティング・ディフージョン（ＦＤ）となるｎ型半導体領域５８との間、すなわちｎ型半導体領域５８に連続して基板表面に臨むチャネル領域５９上に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極６０が形成されて転送用トランジスタＴｒ１ｇが形成される。第２画素３３Ｂは前述と同様の素子分離領域５４により隣接画素と分離される。
【００４２】
この第２画素３３Ｂによれば、緑色光は中間の深さ領域に形成したフォトダイオードＰＤｇで光電変換されてｎ型半導体領域５６に信号電荷が蓄積される。信号読出し時には転送用トランジスタＴｒ１ｇがオンして信号電荷が、ゲート電極６０下のチャネル領域５９を通してフローティング・ディフージョン（ＦＤ）となるｎ型半導体領域５８に転送される。
【００４３】
図４に、本発明の第２実施の形態に係る半導体イメージセンサ、いわゆるＣＭＯＳイメージセンサの概略構成を示す。本実施の形態の半導体イメージセンサは、補色と原色からなるオンチップカラーフィルタを用いて色分離する例である。本例のオンチップカラーフィルタは、補色フィルタであるマゼンタ（Ｍｇ）フィルタと、原色フィルタである緑色（Ｇ）フィルタの２色のオンチップカラーフィルタが用いられる。なお、第２実施の形態では、図１〜図３の第１実施の形態と対応する部分は同一符号を付して説明する。
【００４４】
本実施の形態に係る半導体イメージセンサ７０は、オンチップカラーフィルタを除いて、図１と同様に構成される。すなわち、同一の半導体基板３２の表面上に形成した複数の画素７３を２次元的に配列した受光領域となる撮像領域３４と、この撮像領域３４の外側に配置した画素７３の選択と信号出力のための周辺回路３５、３６を備えて成る。一方の周辺回路３５は、撮像領域３４の側辺に位置する垂直走査回路（いわゆる垂直レジスタ回路）にて構成される。他方の周辺回路３６は、撮像領域３４の下側に位置する水平走査回路（いわゆる水平レジスタ回路）及び出力回路等（信号増幅回路、Ａ／Ｄ変換回路、同期信号発生回路等を含む）にて構成される。
【００４５】
撮像領域３４では、複数の画素７３が垂直及び水平方向に配列される。すなわち、複数の画素７３は、２次元的に水平方向、垂直方向それぞれに所定ピッチＷ１、Ｗ２で略格子状に配置され、同一画素から異なる原色の複数の色成分信号、本例では２つの色成分信号を分離して検出する第１画素７３Ａと、さらに異なる原色の色成分信号、本例で１つの色成分信号を検出する第２画素７３Ｂが水平方向に交互に且つ垂直方向にも交互に（いわゆる市松模様状に）配列される。そして、撮像領域３４上には、第１画素７３Ａに補色フィルタである例えばマゼンタ（Ｍｇ）フィルタが対応し、第２画素７３Ｂに原色フィルタである例えば緑（Ｇ）フィルタが対応するように、ＭｇフィルタとＧフィルタの２色のオンチップカラーフィルタが配置される。
【００４６】
第１画素（いわゆる補色画素：以下Ｍｇ画素という）７３Ａは、１つの画素構造内に２つの原色光、本例では青色光と赤色光をそれぞれ分離して光電変換する２つのフォトダイオードが積層された構造を有する。第２画素（いわゆる原色画素：以下Ｇ画素という）７３Ｂは、１つの画素構造内に１つの色光、本例では緑色光を光電変換する１つのフォトダイオードが形成された構造を有する。撮像領域３４において、７３ｉは仮想画素を示す。
【００４７】
図６に、第１画素であるＭｇ画素７３Ａの半導体断面構造を示す。図６においては、前述と同様に、第１導電型の半導体基板、本例ではｎ型のシリコン半導体基板４１に第２導電型の半導体ウェル領域、本例ではｐ型半導体ウェル領域４２が形成され、このｐ型半導体ウェル領域４２の表面に所要の深さ方向の幅にわたって青色光の光電変換領域となるｎ型半導体領域４３が形成される。本例では表面からの深さで表すと０．１μｍ〜０．８μｍの深さにわたってｎ型半導体領域４３が形成される。さらに、ｐ型半導体ウェル領域４２内の深部において、所要の深さ方向の幅にわたって赤色光の光電変換領域となるｎ型半導体領域４４が形成される。本例では表面からの深さで表すと０．８μｍ〜２．５μｍの深さにわたってｎ型半導体領域４４が形成される。さらに、ｎ型半導体領域４３の表面と、ｎ型半導体領域４４の一部基板表面側に延びる領域の表面とにわたるように、暗電流を抑制するためのｐ型アキュミュレーション領域５７が形成される。
【００４８】
ｎ型半導体領域４３とｐ型アキュミュレーション領域５７とｐ型半導体ウェル領域４２とにより青色光電変換手段であるフォトダイオードＰＤｂが形成され、ｎ型半導体領域４４とｐ型アキュミュレーション領域５７とｐ型半導体ウェル領域４２とにより赤色光電変換手段であるフォトダイオードＰＤｒが形成される。これらフォトダイオードＰＤｂ，ＰＤｒは、基板表面の界面にｐ型アキュミュレーション領域５７が形成された所謂ＨＡＤセンサとして構成される。
【００４９】
基板表面側において、ｐ型半導体ウェル領域４２のフォトダイオードＰＤｂ及びＰＤｒを挟む両側の領域には、それぞれフローティング・ディフージョンＦＤとなるｎ型半導体領域４７及び４８が形成される。そして、基板表面において青色用フォトダイオードＰＤｂを構成するｎ型半導体領域４３と一方のフローティング・ディフージョン（ＦＤ）となるｎ型半導体領域４７との間、すなわち、ｎ型半導体領域４３に連続して基板表面に臨むチャネル領域４９上にゲート絶縁膜を介してゲート電極５０が形成されて転送用トランジスタＴｒ１ｂが形成される。
【００５０】
また、基板表面において赤色用フォトダイオードＰＤｒを構成するｎ型半導体領域４４と他方のフローティング・ディフージョン（ＦＤ）となるｎ型半導体領域４８との間、すなわち、ｎ型半導体領域４４に連続して基板表面に臨むチャネル領域５１上にゲート絶縁膜を介してゲート電極５２が形成されて、転送用トランジスタＴｒ１ｒが形成される。Ｍｇ画素７３Ａは、ｐ型半導体ウェル領域４２に形成された例えば選択酸化層による絶縁分離領域、あるいはトレンチ分離領域等による素子分離領域５４により隣接画素と分離される。そして、各Ｍｇ画素７３Ａ上に平坦化膜を介してオンチップカラーフィルタのうちの、マゼンタ（Ｍｇ）フィルタ７５が形成される。
【００５１】
このＭｇ画素７３Ａは、１つの画素構造内に、Ｍｇフィルタ７５を透過して入射された青色光と赤色光をそれぞれ分離して光電変換する２つのフォトダイオードＰＤｂ及びＰＤｒが積層された構成になっている。このＭｇ画素７３によれば、Ｍｇフィルタ７５を透過した波長の短い青色光は、浅い領域に形成したフォトダイオードＰＤｂで光電変換されて浅い位置のｎ型半導体領域４３に信号電荷が蓄積される。信号読出し時には転送用トランジスタＴｒ１ｂがオンして信号電荷が、一方のゲート電極５０下のチャネル領域４９を通して一方のフローティング・ディフージョン（ＦＤ）となるｎ型半導体領域４７に転送される。また、Ｍｇフィルタ７５を透過した波長の長い赤色光は、深い領域に形成されたフォトダイオードＰＤｒで光電変換され深い位置のｎ型半導体領域４４に信号電荷が蓄積される。信号読出し時には転送用トランジスタＴｒ１ｒがオンして信号電荷が、他方のゲート電極５２下のチャネル領域５１を通して他方のフローティング・ディフージョン（ＦＤ）となるｎ型半導体領域４８に転送される。
【００５２】
図５に、第２画素であるＧ画素７３Ｂの半導体断面構造を示す。図５においては、前述の図２の構成と同様に、同一の第１導電型であるｎ型のシリコン半導体基板４１に第２導電型のｐ型半導体ウェル領域４２が形成される。このｐ型半導体ウェル領域４２の所要の深さ方向の幅にわたって緑色光の光電変換領域となるｎ型半導体領域５６が形成される。すなわち、図２で説明したと同様に、ｎ型半導体領域４３とｎ型半導体領域４４との間の中間位置に対応して、本例では表面からの深さで表すと０．１μｍ〜２．５μｍの深さにわたってｎ型半導体領域５６が形成される。ｎ型半導体領域５６の表面（基板表面）には、暗電流を抑制するためのｐ型アキュミュレーション領域５７が形成される。
【００５３】
ｎ型半導体領域５６とｐ型アキュミュレーション領域５７とｐ型半導体ウェル領域４２とのより緑色光電変換手段となるフォトダイオードＰＤｇが形成される。このフォトダイオードＰＤｇは、基板表面の界面にｐ型アキュミュレーション領域５７が形成された所謂ＨＡＤセンサとして構成される。
【００５４】
ｐ型半導体ウェル領域４２には、フローティング・ディフージョン（ＦＤ）となるｎ型半導体領域５８が形成される。そして、基板表面において緑色用フォトダイオードＰＤｇを構成するｎ型半導体領域５６とフローティング・ディフージョン（ＦＤ）となるｎ型半導体領域５８との間、すなわちｎ型半導体領域５６に連続して基板表面に臨むチャネル領域５９上に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極６０が形成された、転送用トランジスタＴｒ１ｇが形成される。Ｇ画素７３Ｂは前述と同様に素子分離領域５４により隣接画素と分離される。
【００５５】
そして、各Ｇ画素７３Ｂ上に平坦化膜を介してオンチップカラーフィルタのうち、緑（Ｇ）フィルタ７６が形成される。
【００５６】
このＧ画素７３Ｂによれば、Ｇフィルタ７６を透過した緑色光は中間の深さ領域に形成したフォトダイオードＰＤｇで光電変換されてｎ型半導体領域５６に信号電荷が蓄積される。信号読出し時には転送用トランジスタＴｒ１ｇがオンして信号電荷がゲート電極６０下のチャネル領域５９を通してフローティング・ディフージョン（ＦＤ）となるｎ型半導体領域５８に転送される。
【００５７】
なお、上述の実施の形態及び後述の実施の形態では、図示しないが、画素を構成するＭＯＳトランジスタの上方に層間絶縁膜を介して多層配線が形成される。さらにオンチップレンズが形成される。
【００５８】
そして、上述の第１実施の形態、第２実施の形態に係る半導体イメージセンサは、同一画素からＲ信号とＢ信号を取出すことができるので、後述するように、Ｒ，Ｇ，Ｂの色信号を演算する演算式を簡略化することができ、後段の信号処理を高速化、簡略化し易い。
【００５９】
次に、図７を用いて、上述の第１実施の形態及び第２実施の形態に係る半導体イメージセンサに適用される、Ｒ，Ｇ，Ｂの色信号を演算する演算式について説明する。本演算式は、Ｍｇ画素とＧ画素を用いた第２実施の形態の半導体イメージセンサに適用したが、第１実施の形態についても同様に適用できる。
【００６０】
ここで、本発明に係る演算式の説明に先立ち、本発明の演算式の理解を容易にするために、従来から広く用いられているベイヤ配列の場合の演算式について図２４を用いて説明する。
図２４にベイヤ式カラーフィルタを用いた半導体イメージセンサの要部を示す。このベイヤ式カラーフィルタの原理を示す。カラーフィルタの基本的なレイアウトは、撮像素子の左上が赤のフィルタで始まる。色情報は、４つの画素１５１〔１５１Ｒ，１５１Ｇａ，１５１Ｇｂ，１５１Ｂ〕に囲まれた真ん中に仮想画素１５２を設ける。仮想画素１５２の周りの４つのフィルタ付き画素１５１は、緑（Ｇ）に画素（１５１Ｇａ，１５１Ｇｂ）２つと、赤（Ｒ）の画素（１５１Ｒ）、青（Ｂ）の画素（１５１Ｂ）それぞれ１つで構成される。緑の占める割合が多いことがわかる。これは人間に視感度が緑に対して効率が良いためフィルタも余分に光を与えてバランス取っているためである。
【００６１】
図２４の仮想画素１５２である中央の仮想画素Ｐｘに注目してみる。仮想画素Ｐｘの色情報ＰｘＧ，ＰｘＲ，ＰｘＢは、近傍の画素の色情報からマトリックス計算によって得られる。緑（Ｇ）は近傍の緑の画素Ｇ7 と画素Ｇ１０を足して２で割る。赤（Ｒ）は赤の画素Ｒ１１を優先してその周りの赤色情報も加味する。青（Ｂ）も赤と同様にする。このような形で任意のセルの色を特定して行く。演算式は次のようになる。
【００６２】
ＰｘＧ＝（Ｇ７ ＋Ｇ１０）／２
ＰｘＲ＝（９Ｒ１１＋３Ｒ３ ＋３Ｒ９ ＋Ｒ１）／１６
ＰｘＢ＝（９Ｂ６ ＋３Ｂ８ ＋３Ｂ１４＋Ｂ１６）／１６
【００６３】
ここで、ＰｘＲ，ＰｘＢの上記演算の詳細は次の通りである。
ＰｘＲについては、赤の画素Ｒ１１と、青の画素Ｂ６，緑の画素Ｇ７，Ｇ１０のそれぞれの周りの赤の画素との赤色情報を加味する。
Ｒ１１
Ｒａ（画素Ｂ6 の周りの赤色情報）＝（Ｒ１ ＋Ｒ３＋Ｒ９＋Ｒ１１）／４
Ｒｂ（画素Ｇ７ の周りの赤色情報）＝（Ｒ３＋Ｒ１１）／２
Ｒｃ（画素Ｇ１０の周りの赤色情報）＝（Ｒ９＋Ｒ１１）／２
∴ＰｘＲ＝（Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ＋Ｒ１１）／４
＝〔｛（Ｒ１ ＋Ｒ３ ＋Ｒ９ ＋Ｒ１１）／４｝
＋｛（Ｒ３ ＋Ｒ１１）／２｝
＋｛（Ｒ９ ＋Ｒ１１）／２｝
＋Ｒ１１〕／４
＝（Ｒ１ ＋Ｒ３ ＋Ｒ９ ＋Ｒ１１＋２Ｒ３＋２Ｒ１１＋２Ｒ９＋２Ｒ１１
＋４Ｒ１１）／１６
＝（９Ｒ１１＋３Ｒ３＋３Ｒ９ ＋Ｒ１）／１６
【００６４】
ＰｘＢについては、青の画素Ｂ６ と、緑の画素Ｇ７ ，Ｇ１０のそれぞれの周りの青の画素との青色情報を加味する。
Ｂ６
Ｂａ（画素Ｒ１１の周りの青色情報）＝（Ｂ６＋Ｂ８＋Ｂ１４＋Ｂ１６）／４
Ｂｂ（画素Ｇ７ の周りの青色情報）＝（Ｂ６ ＋Ｂ８）／２
Ｂｃ（画素Ｇ１０の周りの青色情報）＝（Ｂ６＋Ｂ１４）／２
∴ＰｘＢ＝（Ｂａ＋Ｂｂ＋Ｂｃ＋Ｂ６ ）／４
＝〔｛（Ｂ６ ＋Ｂ８ ＋Ｂ１４＋Ｂ１６）／４｝
＋｛（Ｂ６ ＋Ｂ８ ）／２｝
｛（Ｂ６ ＋Ｂ１４）／２｝
＋Ｂ６ 〕／４
＝（Ｂ６ ＋Ｂ８ ＋Ｂ１４＋Ｂ１６＋２Ｂ６＋２Ｂ８＋２Ｂ６＋２Ｂ１４
＋４Ｂ６ ）／１６
＝（９Ｂ６ ＋３Ｂ８ ＋３Ｂ１４＋Ｂ１６）／１６
この演算の手法は、簡単に彩色できるという画期的な方法ではある。
【００６５】
次に、本実施の形態の演算式を説明する。
まず、第２実施の形態（図４参照）の演算式について説明する。図７に示すように、水平、垂直の２×２の画素、すなわち２つのＧ画素と２つのＭｇ画素に跨がる領域（４つの画素の交点領域）を仮想画素Ｐ１〜Ｐ９とする。今、２つのＧ画素〔画素Ｇ１１とＧ２２〕と２つのＭｇ画素〔画素Ｍｇ１２とＭｇ２１〕に跨がる仮想画素Ｐ５の緑（Ｇ），赤（Ｒ），青（Ｂ）の色信号ＧＰ５，ＲＰ５，ＢＰ５を演算する。
Ｇ１１，Ｇ２２はそれぞれ画素Ｇ１１，Ｇ２２の緑色成分信号、Ｍｇ１２Ｂ，Ｍｇ２１Ｂはそれぞれ画素Ｍｇ１２，Ｍｇ２１の青色成分信号、Ｍｇ１２Ｒ，Ｍｇ２１Ｒ はそれぞれ画素Ｍｇ１２，Ｍｇ２１の赤色成分信号とする。
【００６６】
仮想画素Ｐ５の緑（Ｇ），赤（Ｒ），青（Ｂ）の色信号ＧＰ５，ＲＰ５，ＢＰ５は、次の数１で示す演算式で求まる。
【００６７】
〔数１〕
ＧＰ５＝（Ｇ１１＋Ｇ２２）／２
ＲＰ５＝（Ｍｇ２１Ｒ ＋Ｍｇ１２Ｒ ）／２
ＢＰ５＝（Ｍｇ２１Ｂ ＋Ｍｇ１２Ｂ ）／２
【００６８】
第１実施の形態（図１参照）の演算式について説明する。第１実施の形態では、図７におけるＭｇをＲ／Ｂに置き換える。すなわち、Ｇ１１，Ｇ１１，Ｍｇ１２，Ｍｇ２２を、Ｇ１１，Ｇ２２，Ｒ／Ｂ１２，Ｒ／Ｂ２２に置き換える。これによって、仮想画素Ｐ５の緑（Ｇ）、赤（Ｒ）、青（Ｂ）の色信号ＧＰ５，ＲＰ５，ＢＰ５は、次の数２で示す演算式で求まる。
【００６９】
〔数２〕
ＧＰ５＝（Ｇ１１＋Ｇ２２）／２
ＲＰ５＝（Ｒ／Ｂ２１Ｒ ＋Ｒ／Ｂ１２Ｒ ）／２
ＢＰ５＝（Ｒ／Ｂ２１Ｂ ＋Ｒ／Ｂ１２Ｂ ）／２
【００７０】
このように、本発明の第１、第２実施の形態では、同一画素からＲ信号、Ｂ信号を取出すことができるので、数２、数１に示すようにＲ，Ｇ，Ｂの色信号の演算式を簡略化することができる。これによって、後段の信号処理を高速化、簡略化し易くなる。
【００７１】
さらに、第１実施の形態に係る半導体イメージセンサ３１によれば、第１画素（Ｒ／Ｂ画素）と第２画素（Ｇ画素）の配列で撮像領域が形成されるので、画素１つ１つの受光面積を広くとることができ、感度を向上することができる。
第１画素３３Ａ及び第２画素３３Ｂを構成するフォトダイオードＰＤｂ，ＰＤｒ，ＰＤｇがＨＡＤ構造であるので、ノイズの発生を著しく抑えることができる。特に、Ｒ／Ｂ画素３３Ａにおいて、リセット動作を行っても、赤（Ｒ）、青（Ｂ）の電荷蓄積領域であるｎ型半導体領域４４、４３にノイズがのることはない。したがって、Ｓ／Ｎが向上する。
【００７２】
第１画素３３Ａ、第２画素３３Ｂにおいては、それぞれ波長を異にする各色光の光電変換に寄与するｎ型半導体領域４３、４４、５６の深さ方向の位置を波長に応じて異ならした構成であるので、混色が抑えられ、色分離性が高くなる。
【００７３】
また、第２実施の形態の半導体イメージセンサ７０によれば、Ｇ画素とＭｇ画素の配列で撮像領域が形成されるので、画素１つ１つの受光面積を広くとることができ、感度を向上することができる。
Ｍｇ画素７３Ａ及びＧ画素７３Ｂを構成するフォトダイオードＰＤｂ，ＰＤｒ，ＰＤｇがＨＡＤ構造であるので、ノイズの発生を著しく抑えることができる。特に、Ｍｇ画素７３Ａにおいて、リセット動作を行っても、赤（Ｒ）、青（Ｂ）の電荷蓄積領域であるｎ型半導体領域４４、４３にノイズがのることはない。したがって、Ｓ／Ｎが向上する。Ｍｇ画素７３Ａ、Ｇ画素７３Ｂにおいては、それぞれ波長を異にする各色光の光電変換に寄与するｎ型半導体領域４３、４４、５６の深さ方向の位置を波長に応じて異ならした構成であるので、混色が抑えられ、色分離性が高くなる。
【００７４】
補色フィルタであるマゼンタ（Ｍｇ）と原色フィルタである緑（Ｇ）の２色のオンチップカラーフィルタを用いることにより、原色フィルタを用いるフォトダイオードの場合よりも、光がフィルタに吸収されることを抑えることができるので、感度が低下しない。検出するセンサ、すなわちフォトダイオードの断面構造は、オンチップカラーフィルタ無しの第１実施の形態と概ね同じであるが、オンチップカラーフィルタを用いているので、ｎ型半導体領域の深さの幅をラフに設計できる。例えば前述したように、緑色光の光電変換領域となるｎ型半導体領域５６の深さの幅は０．１μｍ〜２．５μｍの幅で形成でき、青色光の光電変換領域となるｎ型半導体領域４３の深さの幅は０．１〜０．８μｍの幅で形成でき、赤色光の光電変換領域となるｎ型半導体領域４４の幅は０．８〜２．５μｍの幅で形成することができる。カラーフィルタを形成するときは、所望の色信号を確実に分離できる。
【００７５】
第１実施の形態及び第２実施の形態においては、斜めに連続する第１画素間を結ぶ直線と第２画素間を結ぶ交点領域を仮想画素３３ｉ，７３ｉとし、仮想画素３３ｉ，７３ｉの色信号を演算する演算式が数２、数１によって示された。
以下に、仮想画素を設定しないで、画素のＲ，Ｇ，Ｂの色信号を演算する演算式を用いた半導体イメージセンサについて説明する。
【００７６】
図８及び９を用いて、本発明の第３実施の形態に係る半導体イメージセンサについて説明する。
図８，９は、本実施形態の説明の為に、第１実施の形態における半導体イメージセンサ３１を構成する撮像領域３４を抜き出して示したものである。その他の構成は、図１と同様であるから重複説明を省略する。
本実施形態における半導体イメージセンサは第１実施の形態における半導体イメージセンサと同様の構成であるが、半導体イメージセンサに用いられる画素の色信号を演算する演算式が異なるものである。
【００７７】
まず、本実施の形態において、第１画素３３Ａの色信号を演算する演算式について説明する。
図８に示すように、第２画素３３Ｂを構成するＧ画素である画素Ｇ２３を中心とし、画素Ｇ２３に対して上下左右に位置するＲ／Ｂ画素を、画素Ｒ／Ｂ１３、画素Ｒ／Ｂ３３、画素Ｒ／Ｂ２２、画素Ｒ／Ｂ２４、斜めに隣接するＧ画素を画素Ｇ１２，画素Ｇ１４，画素Ｇ３２，画素Ｇ３４とする。
ここで、画素Ｇ１２，Ｇ１４，Ｇ２３，Ｇ３２，Ｇ３４の緑色成分信号をＧ１２，Ｇ１４，Ｇ２３，Ｇ３２，Ｇ３４とし、画素Ｒ／Ｂ１３，Ｒ／Ｂ２２，Ｒ／Ｂ２４，Ｒ／Ｂ３３の赤色成分信号をＲ／Ｂ１３Ｒ，Ｒ／Ｂ２２Ｒ，Ｒ／Ｂ２４Ｒ，Ｒ／Ｂ３３Ｒ、青色成分信号をＲ／Ｂ１３Ｂ，Ｒ／Ｂ２２Ｂ，Ｒ／Ｂ２４Ｂ，Ｒ／Ｂ３３Ｂとする。
【００７８】
画素Ｇ２３の、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）、青（Ｂ）の色信号Ｇｇ２３，Ｒｇ２３，Ｂｇ２３は、次の数３〜数５で示す演算式で求まる。
まず、画素Ｇ２３の上下の画素を演算式に用いた場合は、数２で示す演算式となる。
【００７９】
〔数３〕
Ｇｇ２３＝Ｇ２３
Ｒｇ２３＝（Ｒ／Ｂ１３Ｒ＋Ｒ／Ｂ３３Ｒ）／２
Ｂｇ２３＝（Ｒ／Ｂ１３Ｂ＋Ｒ／Ｂ３３Ｂ）／２
【００８０】
また、画素Ｇ２３の左右の画素を演算式に用いた場合は、数３で示す演算式となる。
【００８１】
〔数４〕
Ｇｇ２３＝Ｇ２３
Ｒｇ２３＝（Ｒ／Ｂ２２Ｒ＋Ｒ／Ｂ２４Ｒ）／２
Ｂｇ２３＝（Ｒ／Ｂ２２Ｂ＋Ｒ／Ｂ２４Ｂ）／２
【００８２】
また、画素Ｇ２３の上下左右の画素を演算式に用いた場合、数４で示す演算式となる。
【００８３】
〔数５〕
Ｇｇ２３＝Ｇ２３
Ｒｇ２３＝（Ｒ／Ｂ１３Ｒ＋Ｒ／Ｂ３３Ｒ＋Ｒ／Ｂ２２Ｒ＋Ｒ／Ｂ２４Ｒ）／４
Ｂｇ２３＝（Ｒ／Ｂ１３Ｂ＋Ｒ／Ｂ３３Ｂ＋Ｒ／Ｂ２４Ｂ＋Ｒ／Ｂ２４Ｂ）／４
【００８４】
次に、本実施の形態において、第１画素３３Ａの色信号を演算する演算式について説明する。図９に示すように、第１画素３３Ａを構成するＲ／Ｂ画素である画素Ｒ／Ｂ２２を中心とし、画素Ｒ／Ｂ２２に対して上下左右に位置する第１画素３３ＡであるＧ画素を、画素Ｇ１２、Ｇ３２、Ｇ２１、Ｇ２３、斜めに隣接する第２画素３３ＢであるＲ／Ｂ画素を画素Ｒ／Ｂ１１，Ｒ／Ｂ１３，Ｒ／Ｂ３１，Ｒ／Ｂ３３とする。
ここで、画素Ｇ１２，Ｇ２１，Ｇ２３，Ｇ３２の緑色成分信号をＧ１２，Ｇ２１，Ｇ２３，Ｇ３２とし、画素Ｒ／Ｂ１１，Ｒ／Ｂ１３，Ｒ／Ｂ２２，Ｒ／Ｂ３１，Ｒ／Ｂ３３の赤色成分信号をＲ／Ｂ１１Ｒ，Ｒ／Ｂ１３Ｒ，Ｒ／Ｂ２２Ｒ，Ｒ／Ｂ３１Ｒ，Ｒ／Ｂ３３Ｒ、青色成分信号をＲ／Ｂ１１Ｂ，Ｒ／Ｂ１３Ｂ，Ｒ／Ｂ２２Ｂ，Ｒ／Ｂ３１Ｂ，Ｒ／Ｂ３３Ｂとする。
【００８５】
画素Ｒ／Ｂ２２の、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）、青（Ｂ）の色信号Ｇｒｂ２２，Ｒｒｂ２２，Ｂｒｂ２２は、次の数６〜数８で示す演算式で求まる。
まず、画素Ｒ／Ｂ２２の上下の画素を演算式に用いた場合は、数６で示す演算式となる。
【００８６】
〔数６〕
Ｇｒｂ２２＝（Ｇ１２＋Ｇ３２）／２
Ｒｒｂ２２＝Ｒ／Ｂ２２Ｒ
Ｂｒｂ２２＝Ｒ／Ｂ２２Ｂ
【００８７】
また、画素Ｒ／Ｂ２２の左右の画素を演算式に用いた場合は、数７で示す演算式となる。
【００８８】
〔数７〕
Ｇｒｂ２２＝（Ｇ２１＋Ｇ２３）／２
Ｒｒｂ２２＝Ｒ／Ｂ２２Ｒ
Ｂｒｂ２２＝Ｒ／Ｂ２２Ｂ
【００８９】
また、画素Ｒ／Ｂ２２の上下左右の画素を演算式に用いた場合は、数８で示す演算式となる。
【００９０】
〔数８〕
Ｇｒｂ２２＝（Ｇ１２＋Ｇ３２＋Ｇ２１＋Ｇ２３）／４
Ｒｒｂ２２＝Ｒ／Ｂ２２Ｒ
Ｂｒｂ２２＝Ｒ／Ｂ２２Ｂ
【００９１】
このように、第３実施の形態では、信号を取り出す画素を上下又は／及び左右で選択することができ、最適な演算式によって画素を演算することができる。
また、第３実施の形態では、同一画素からＲ信号、Ｂ信号を取り出すことができるので、数３〜数８に示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂの色信号の演算式を簡略化することができる。これによって、後段の信号処理を高速化、簡略化し易くなる。
また、演算式が簡略化されるので、画素に欠陥がある場合でも、その欠陥画素におけるＲ，Ｇ，Ｂの色信号を補完する演算式も容易になる。
【００９２】
次に、図１０，１１を用いて、本発明の第４実施の形態に係る半導体イメージセンサについて説明する。
図１０，１１は、本実施形態の説明の為に、第２実施の形態における半導体イメージセンサを構成する撮像領域３４を抜き出して図示したものである。その他の構成は、図４と同様であるから重複説明を省略する。
本実施形態における半導体イメージセンサは第２実施の形態における半導体イメージセンサと同様の構成であるが、半導体イメージセンサに用いられる画素の色信号を演算する演算式が異なるものである。
【００９３】
まず、本実施の形態において、第１画素の色信号を演算する演算式について説明する。
図１０に示すように、第２画素を構成するＧ画素である画素Ｇ２３を中心とし、画素Ｇ２３に対して上下左右に位置するＭｇ画素を、画素Ｍｇ１３、画素Ｍｇ３３、画素Ｍｇ２２、画素Ｍｇ２４、斜めに隣接するＧ画素を画素Ｇ１２，画素Ｇ１４，画素Ｇ３２，画素Ｇ３４とする。
ここで、画素Ｇ１２，Ｇ１４，Ｇ２３，Ｇ３２，Ｇ３４の緑色成分信号をＧ１２，Ｇ１４，Ｇ２３，Ｇ３２，Ｇ３４とし、画素Ｍｇ１３，Ｍｇ２２，Ｍｇ２４，Ｍｇ３３の赤色成分信号をＭｇ１３Ｒ，Ｍｇ２２Ｒ，Ｍｇ２４Ｒ，Ｍｇ３３Ｒ、青色成分信号をＭｇ１３Ｂ，Ｍｇ２２Ｂ，Ｍｇ２４Ｂ，Ｍｇ３３Ｂとする。
【００９４】
画素Ｇ２３の、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）、青（Ｂ）の色信号Ｇｇ２３，Ｒｇ２３，Ｂｇ２３は、次の数９〜数１１で示す演算式で求まる。
まず、画素Ｇ２３の上下の画素を演算式に用いた場合は、数９で示す演算式となる。
【００９５】
〔数９〕
Ｇｇ２３＝Ｇ２３
Ｒｇ２３＝（Ｍｇ１３Ｒ＋Ｍｇ３３Ｒ）／２
Ｂｇ２３＝（Ｍｇ１３Ｂ＋Ｍｇ３３Ｂ）／２
【００９６】
また、画素Ｇ２３の左右の画素を演算式に用いた場合は、数１０で示す演算式となる。
【００９７】
〔数１０〕
Ｇｇ２３＝Ｇ２３
Ｒｇ２３＝（Ｍｇ２２Ｒ＋Ｍｇ２４Ｒ）／２
Ｂｇ２３＝（Ｍｇ２２Ｂ＋Ｍｇ２４Ｂ）／２
【００９８】
また、画素Ｇ２３の上下左右の画素を演算式に用いた場合、数１１で示す演算式となる。
【００９９】
〔数１１〕
Ｇｇ２３＝Ｇ２３
Ｒｇ２３＝（Ｍｇ１３Ｒ＋Ｍｇ３３Ｒ＋Ｍｇ２２Ｒ＋Ｍｇ２４Ｒ）／４
Ｂｇ２３＝（Ｍｇ１３Ｂ＋Ｍｇ３３Ｂ＋Ｍｇ２４Ｂ＋Ｍｇ２４Ｂ）／４
【０１００】
次に、本実施の形態において、第１画素の色信号を演算する演算式について説明する。図１１に示すように、第１画素を構成するＭｇ画素である画素Ｍｇ２２を中心とし、画素Ｍｇ２２に対して上下左右に位置する第１画素であるＧ画素を、画素Ｇ１２，Ｇ３２，Ｇ２１，Ｇ２３、斜めに隣接する第２画素であるＭｇ画素を画素Ｍｇ１１，Ｍｇ１３，Ｍｇ３１，Ｍｇ３３とする。
ここで、画素Ｇ１２，Ｇ２１，Ｇ２３，Ｇ３２の緑色成分信号をＧ１２，Ｇ２１，Ｇ２３，Ｇ３２とし、画素Ｍｇ１１，Ｍｇ１３，Ｍｇ２２，Ｍｇ３１，Ｍｇ３３の赤色成分信号をＭｇ１１Ｒ，Ｍｇ１３Ｒ，Ｍｇ１２Ｒ，Ｍｇ３１Ｒ，Ｍｇ３３Ｒ、青色成分信号をＭｇ１１Ｂ，Ｍｇ１３Ｂ，Ｍｇ２２Ｂ，Ｍｇ３１Ｂ，Ｍｇ３３Ｂとする。
【０１０１】
画素Ｍｇ２２の、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）、青（Ｂ）の色信号ＧＭｇ２２，ＲＭｇ２２，ＢＭｇ２２は、次の数１２〜数１４で示す演算式で求まる。
まず、画素Ｍｇ２２の上下の画素を演算式に用いた場合は、数１２で示す演算式となる。
【０１０２】
〔数１２〕
ＧＭｇ２２＝（Ｇ１２＋Ｇ３２）／２
ＲＭｇ２２＝Ｍｇ２２Ｒ
ＢＭｇ２２＝Ｍｇ２２Ｂ
【０１０３】
また、画素Ｍｇ２２の左右の画素を演算式に用いた場合は、数１３で示す演算式となる。
【０１０４】
〔数１３〕
ＧＭｇ２２＝（Ｇ２１＋Ｇ２３）／２
ＲＭｇ２２＝Ｍｇ２２Ｒ
ＢＭｇ２２＝Ｍｇ２２Ｂ
【０１０５】
また、画素Ｍｇ２２の上下左右の画素を演算式に用いた場合は、数１４で示す演算式なる。
【０１０６】
〔数１４〕
ＧＭｇ２２＝（Ｇ１２＋Ｇ３２＋Ｇ２１＋Ｇ２３）／４
ＲＭｇ２２＝Ｍｇ２２Ｒ
ＢＭｇ２２＝Ｍｇ２２Ｂ
【０１０７】
このように、第４実施の形態では、信号を取り出す画素を上下又は／及び左右で選択することができ、最適な演算式によって画素を演算することができる。
また、第４実施の形態では、同一画素からＲ信号、Ｂ信号を取り出すことができるので、数９〜数１４に示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂの色信号の演算式を簡略化することができる。これによって、後段の信号処理を高速化、簡略化し易くなる。
また、演算式が簡略化されるので、画素に欠陥がある場合でも、その欠陥画素におけるＲ，Ｇ，Ｂの色信号を補完する演算式も容易になる。
【０１０８】
図１２〜図１６に、本発明の第５実施の形態に係る半導体イメージセンサ、いわゆるＣＭＯＳイメージセンサの概略構成を示す。本実施の形態の半導体イメージセンサは、隣合う画素のフローティング・ディフージョン（ＦＤ）を共有し、且つオンチップカラーフィルタを用いないで色分離する例である。なお、同図において、図１〜図３に対応する部分には同一符号を付して示す。
【０１０９】
本実施の形態に係る半導体イメージセンサ８０は、図１２に示すように、前述の実施の形態と同様に、同一半導体基板３２の表面上に形成した、複数の画素８３を２次元的に配列した受光領域となる撮像領域３４と、この撮像領域３４の外側に配置した画素８３の選択と信号出力のために周辺回路３５、３６とを備えて成る。一方の周辺回路３５は、撮像領域の側辺に位置する垂直走査回路（いわゆる垂直レジスタ回路）にて構成される。他方の周辺回路３６は、撮像領域３４の下側に位置する水平走査回路（いわゆる水平レジスタ回路）及び出力回路等（信号増幅回路、Ａ／Ｄ変換回路、同期信号発生回路等を含む）にて構成される。
【０１１０】
撮像領域３４では、複数の画素８３が垂直及び水平方向に配列される。すなわち、複数の画素８３は、２次元的に水平方向、垂直方向それぞれに所定ピッチＷ１、Ｗ２で略格子状に配置され、同一画素から異なる原色の複数の色成分信号、本例では２つの色成分信号を分離して検出する第１画素８３Ａと、さらに異なる原色の色成分信号、本例で１つの色成分信号を検出する第２画素８３Ｂが水平方向に交互に且つ垂直方向にも交互に（いわゆる市松模様状に）配列される。
【０１１１】
第１画素８３Ａは、１つの画素構造内に２つの原色光、本例では青色光と赤色光をそれぞれ分離して光電変換する２つのフォトダイオードが積層された構造を有する。この第１画素８３Ａは、いわゆる赤／青色（Ｒ／Ｂ）画素に相当する。第２画素８３Ｂは、１つの画素構造内に１つの色光、本例では緑色光を光電変換する１つのフォトダイオードが形成された構造を有する。この第２画素８３Ｂは、いわゆる緑色（Ｇ）画素に相当する。
【０１１２】
そして、本実施の形態においては、上記市松模様状に配置されて斜めに連続する隣合う２つの第１画素８３Ａのフローティング・ディフージョン（ＦＤ）を共有して構成される。この場合は後述で明らかとなるように、一方の隣合う２つの第１画素は例えば赤の信号電荷の転送に用いられるフローティング・ディフージョンＦＤ２を共有し、他方の隣合う２つの第２画素は例えば青の信号電荷の転送に用いられるフローティング・ディフージョンＦＤ３を共有して構成される。
また、上記市松模様状に配置されて斜めに連続する２つ１組とする第２画素（Ｇ画素）８３Ｂのフローティング・ディフージョン（ＦＤ）を共有して構成される。すなわち、この場合は後述で明らかとなるように、斜めに連続する第２画素８３Ｂにおいて、隣合う第２画素が一つ置きにフローティング・ディフージョンＦＤ１を共有して構成される。
【０１１３】
この撮像領域３４では、第１及び第２実施の形態と同様に、図示しないが、上記市松模様状に配置されて斜めに連続する赤／青色画素（Ｒ／Ｂ）８３Ａ間を結ぶ直線と、市松模様状に配置されて上記斜め方向と交差する方向に斜めに連続する緑色画素（Ｇ）８３Ｂ間を結ぶ直線との交点に仮想画素が形成される。
【０１１４】
図１５は、図１２における斜めに連続する第１画素（Ｒ／Ｂ）８３Ａを拡大した要部の概略平面図である。図１６に、図１５のＢ−Ｂ線上における第１画素（Ｒ／Ｂ画素）８３Ａの半導体断面構造を示す。図１５においては、斜めに連続する隣り合う２つの画素が１つのフローティング・ディフージョンＦＤ２，ＦＤ３を共有している。すなわち、斜めに連続する隣り同志の第１画素である画素Ｒ／Ｂ１４と画素Ｒ／Ｂ２３，画素Ｒ／Ｂ２３と画素Ｒ／Ｂ３２，画素Ｒ／Ｂ３２と画素Ｒ／Ｂ４１がそれぞれ交互に共有するフローティング・ディフージョンＦＤ２，ＦＤ３を挟んで配置されると共に、それぞれのフォトダイオードとフローティング・ディフージョンＦＤ２，ＦＤ３との間にそれぞれ転送ゲート電極５０，５２が形成される。
【０１１５】
図１６において、１つの第１画素（Ｒ／Ｂ画素）８３Ａの構成については概ね前述の図３と同様であるので、対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【０１１６】
本実施の形態では、図１６に示すように、斜めに連続する隣り合う２つの第１画素である画素Ｒ／Ｂ１４及び画素Ｒ／Ｂ２３、画素Ｒ／Ｂ２３及び画素Ｒ／Ｂ３２、画素Ｒ／Ｂ３２及び画素Ｒ／Ｂ４１、すなわち夫々のフォトダイオードＰＤｒ及び転送ゲート電極５２同志、フォトダイオードＰＤｂ及び転送ゲート電極５０同志が共有するフローティング・ディフージョンＦＤ２、ＦＤ３を挟んで対称関係に形成される。
【０１１７】
この２つの隣り合う第１画素、例えば画素Ｒ／Ｂ１４及び画素Ｒ／Ｂ２３ではそれぞれフォトダイオードＰＤｒで光電変換されて蓄積された赤色の信号電荷が、所要のタイミグ差を置いて、それぞれ転送ゲート電極５２をオンして共有するフローティング・ディフージョンＦＤ２に転送される。また、例えば画素Ｒ／Ｂ２３及び画素Ｒ／Ｂ３２ではそれぞれフォトダイオードＰＤｂで光電変換されて蓄積された青色の信号電荷が、所要のタイミング差を置いて、それぞれ転送ゲート電極５０をオンして共有するフローティング・ディフージョンＦＤ３に転送される。以下同様である。
【０１１８】
図１３は、図１２における斜めに連続する第２画素（Ｇ画素）８３Ｂを拡大した要部の概略平面図である。図１４に、図１３のＡ−Ａ線上における第２画素（Ｇ画素）８３Ｂの半導体断面構造を示す。図１３においては、斜めに連続する隣合う２つの第２画素８３Ｂを１組として各組の２つの第２画素８３Ｂが１つのフローティング・ディフージョンＦＤ１を共有している。すなわち、フローティング・ディフージョンＦＤ１を挟んで２つの第２画素８３Ｂのフォトダイオードが配置されると共に、各フォトダイオードとフローティング・ディフージョンＦＤ１との間にそれぞれ転送トランジスタのゲート電極（いわゆる転送ゲート電極）６０が形成される。
【０１１９】
図１４において、１つの第２画素（Ｇ画素）８３Ｂの構成については概ね前述の図２と同様であるので、対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【０１２０】
本実施の形態では、図１４に示すように、斜めに連続する隣り合う２つの第２画素８３Ｂ（すなわち画素Ｇ２４）及び第２画素８３Ｂ（すなわち画素Ｇ３３）、すなわち夫々のフォトダイオードＰＤｇ及び転送ゲート電極６０が共有するフローティング・ディフージョンＦＤ１を挟んで対称関係に形成される。同様に、斜めに連続する隣り合う２つの第２画素８３Ｂ（すなわち画素Ｇ４２）及び第２画素８３Ｂ（すなわち画素Ｇ５１）が共有するフローティング・ディフージョンＦＤ１を挟んで対称関係に形成される。
【０１２１】
この２つ１組の第２画素８３Ｂ、例えば画素Ｇ２４及び画素Ｇ３３では、それぞれのフォトダイオードＰＤｇで光電変換されて蓄積された信号電荷が、所要にタイミング差を置いて、それぞれ転送ゲート電極６０をオンして共有するフローティング・ディフージョンＦＤ１に転送される。
【０１２２】
図１７〜図２１に、本発明の第６実施の形態に係る半導体イメージセンサ、いわゆるＣＭＯＳイメージセンサの概略構成を示す。本実施の形態の半導体イメージセンサは、補色と原色からなるオンチップカラーフィルタを用いて色分離する例である。本例のオンチップカラーフィルタは、補色フィルタであるマゼンタ（Ｍｇ）フィルタと、原色フィルタである緑色（Ｇ）フィルタの２色のオンチップカラーフィルタが用いられる。なお、第４実施の形態では、図４〜図６の第２実施の形態と対応する部分は同一符号を付して説明する。
【０１２３】
本実施の形態に係る半導体イメージセンサ９０は、オンチップカラーフィルタを除いて、図１２と同様に構成される。すなわち、本実施の形態に係る半導体イメージセンサ９０は、同一の半導体基板３２の表面上に形成した複数の画素９３を２次元的に配列した受光領域となる撮像領域３４と、この撮像領域３４の外側に配置した画素９３の選択と信号出力のための周辺回路３５、３６を備えて成る。一方の周辺回路３５は、撮像領域３４の側辺に位置する垂直走査回路（いわゆる垂直レジスタ回路）にて構成される。他方の周辺回路３６は、撮像領域３４の下側に位置する水平走査回路（いわゆる水平レジスタ回路）及び出力回路等（信号増幅回路、Ａ／Ｄ変換回路、同期信号発生回路等を含む）にて構成される。
【０１２４】
撮像領域３４では、複数の画素９３が垂直及び水平方向に配列される。すなわち、複数の画素９３は、２次元的に水平方向、垂直方向それぞれに所定ピッチＷ１、Ｗ２で略格子状に配置され、同一画素から異なる原色の複数の色成分信号、本例では２つの色成分信号を分離して検出する第１画素９３Ａと、さらに異なる原色の色成分信号、本例で１つの色成分信号を検出する第２画素９３Ｂが水平方向に交互に且つ垂直方向にも交互に（いわゆる市松模様状）配列される。そして、撮像領域３４上には、第１画素９３Ａに補色フィルタである例えばマゼンタ（Ｍｇ）フィルタが対応し、第２画素９３Ｂに原色フィルタである例えば緑（Ｇ）フィルタが対応するように、ＭｇフィルタとＧフィルタの２色のオンチップカラーフィルタが配置される。
【０１２５】
第１画素（いわゆる補色画素：以下Ｍｇ画素という）９３Ａは、１つの画素構造内に２つの原色光、本例では青色光と赤色光をそれぞれ分離して光電変換する２つのフォトダイオードが積層された構造を有する。第２画素（いわゆる原色画素：以下Ｇ画素という）９３Ｂは、１つの画素構造内に１つの色光、本例では緑色光を光電変換する１つのフォトダイオードが形成された構造を有する。
【０１２６】
そして、本実施の形態においては、上記市松模様状に配置されて斜めに連続する隣合う２つの第１画素９３Ａのフローティング・ディフージョン（ＦＤ）を共有して構成される。この場合は後述で明らかとなるように、一方の隣合う２つの第１画素は例えば赤の信号電荷の転送に用いられるフローティング・ディフージョンＦＤ２を共有し、他方の隣合う２つの第２画素は例えば青の信号電荷の転送に用いられるフローティング・ディフージョンＦＤ３を共有して構成される。
また、上記市松模様状に配置されて斜めに連続する２つ１組とする第２画素（Ｇ画素）９３Ｂのフローティング・ディフージョン（ＦＤ）を共有して構成される。すなわち、この場合は後述で明らかとなるように、斜めに連続する第２画素９３Ｂにおいて、隣合う第２画素が一つ置きにフローティング・ディフージョンＦＤ１を共有して構成される。
【０１２７】
この撮像領域３４では、前述と同様に図示しないが、上記市松模様状に配置されて斜めに連続する補色画素（Ｍｇ画素）８３Ａ間を結ぶ直線と、市松模様状に配置されて上記斜め方向と交差する方向に斜めに連続する緑色画素（Ｇ画素）９３Ｂ間を結ぶ直線との交点に仮想画素が形成される。
【０１２８】
図２０は、図１７における斜めに連続する第１画素（Ｍｇ画素）９３Ａを拡大した要部の概略平面図である。図２１に、図２０のＢ−Ｂ線上における第１画素（Ｍｇ画素）９３Ａの半導体断面構造を示す。図２０においては、斜めに連続する隣り合う２つの第１画素が１つのフローティング・ディフージョンＦＤ２，ＦＤ３を共有している。すなわち、斜めに連続する隣り同志の第１画素である画素Ｍｇ１４と画素Ｍｇ２３，画素Ｍｇ２３と画素Ｍｇ３２，画素Ｍｇ３２と画素Ｍｇ４１がそれぞれ交互に共有するフローティング・ディフージョンＦＤ２，ＦＤ３を挟んで配置されると共に、それぞれのフォトダイオードとフローティング・ディフージョンＦＤ２，ＦＤ３との間にそれぞれ転送ゲート電極５０、５２が形成される。
【０１２９】
図２１において、１つの第１画素（Ｍｇ画素）９３Ａの構成については概ね前述の図６と同様であるので、対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【０１３０】
本実施の形態では、図２１に示すように、斜めに連続する隣り合う２つの第１画素である画素Ｍｇ１４及び画素Ｍｇ２３、画素Ｍｇ２３及び画素Ｍｇ３２、画素Ｍｇ３２及び画素Ｍｇ４１、すなわち夫々のフォトダイオードＰＤｒ及び転送ゲート電極同志５２、フォトダイオードＰＤｂ及び転送ゲート電極５０同志が共有するフローティング・ディフージョンＦＤ２、ＦＤ３を挟んで対称関係に形成される。
【０１３１】
この２つの隣り合う第１画素、例えば画素Ｍｇ１４及び画素Ｍｇ２３ではそれぞれフォトダイオードＰＤｒで光電変換されて蓄積された赤色の信号電荷が、所要のタイミング差を置いて、それぞれ転送ゲート電極５２をオンして共有するフローティング・ディフージョンＦＤ２に転送される。また、例えば画素Ｍｇ２３及び画素Ｍｇ３２ではそれぞれフォトダイオードＰＤｂで光電変換されて蓄積された青色の信号電荷が、所要のタイミング差を置いて、それぞれ転送ゲート電極５０をオンして共有するフローティング・ディフージョンＦＤ３に転送される。以下同様である。
【０１３２】
図１８は、図１７における斜めに連続する第２画素（Ｇ画素）９３Ｂを拡大した要部の概略平面図である。図１９に、図１８のＡ−Ａ線上における第２画素（Ｇ画素）９３Ｂの半導体断面構造を示す。図１８においては、斜めに連続する隣合う２つの第２画素９３Ｂを１組として各組の２つの第２画素９３Ｂが１つのフローティング・ディフージョンＦＤ１を共有している。すなわち、フローティング・ディフージョンＦＤ１を挟んで２つの第２画素９３Ｂのフォトダイオードが配置されると共に、各フォトダイオードとフローティング・ディフージョンＦＤ１との間にそれぞれ転送トランジスタのゲート電極（いわゆる転送ゲート電極）６０が形成される。
【０１３３】
図１９において、１つの第２画素（Ｇ画素）９３Ｂの構成については概ね前述の図５と同様であるので、対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【０１３４】
本実施の形態では、図１９に示すように、斜めに連続する隣り合う２つの第２画素９３Ｂ（すなわち画素Ｇ２４）及び第２画素８３Ｂ（すなわち画素Ｇ３３）、すなわち夫々のフォトダイオードＰＤｇ及び転送ゲート電極が共有するフローティング・ディフージョンＦＤ１を挟んで対称関係に形成される。同様に、斜めに連続する隣り合う２つの第２画素９３Ｂ（すなわち画素Ｇ４２）及び第２画素９３Ｂ（すなわち画素Ｇ５１）が共有するフローティング・ディフージョンＦＤ１を挟んで対称関係に形成される。
【０１３５】
この２つ１組の第２画素９３Ｂ、例えば画素Ｇ２４及び画素Ｇ３３では、それぞれのフォトダイオードＰＤｇで光電変換されて蓄積された信号電荷が、所要にタイミング差を置いて、それぞれ転送ゲート電極６０をオンして共有するフローティング・ディフージョンＦＤ１に転送される。
【０１３６】
上述の第５実施の形態及び第６実施の形態での色信号は、前述の数１に示す演算式を用いて求めることができる。すなわち、例えば図１７においては、水平、垂直の２×２の画素となる２つのＧ画素と２つのＭｇ画素に跨がる領域（４つの画素の交点領域）を仮想画素とする。今、画素Ｇ１１とＧ２２とＭｇ１２とＭｇ２１に跨がる仮想画素Ｐ５の緑（Ｇ），赤（Ｒ），青（Ｂ）の色信号ＧＰ５，ＲＰ５，ＢＰ５を演算する。
【０１３７】
前述と同様に、
〔数１５〕
ＧＰ５＝（Ｇ１１＋Ｇ２２）／２
ＲＰ５＝（Ｍｇ２１Ｒ ＋Ｍｇ１２Ｒ ）／２
ＢＰ５＝（Ｍｇ２１Ｂ ＋Ｍｇ１２Ｂ ）／２
で求まる。
【０１３８】
図１２においては、前述の演算式のＧ１１，Ｇ２２，Ｍｇ１２，Ｍｇ２１を、Ｇ１１，Ｇ２２，Ｒ／Ｂ１２，Ｒ／Ｂ２１に置き換えて同様に、Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号の各色信号を求めることができる。
【０１３９】
このように、本発明の第５、第６実施の形態では、同一画素からＲ信号、Ｂ信号を取出すことができるので、前述したようにＲ，Ｇ，Ｂの色信号の演算式を簡略化することができる。これによって、後段の信号処理を高速化、簡略化し易くなる。
【０１４０】
さらに、第５実施の形態に係る半導体イメージセンサ８０によれば、第１画素（Ｒ／Ｂ画素）と第２画素（Ｇ画素）の配列で、しかも斜めに連続する隣り合う２つの同色の画素がフローティング・ディフージョン（ＦＤ）を共有しているので、画素１つ１つの受光面積をより広くとることができ、感度を向上することができる。
第１画素８３Ａ及び第２画素８３Ｂを構成するフォトダイオードＰＤｂ，ＰＤｒ，ＰＤｇがＨＡＤ構造であるので、ノイズの発生を著しく抑えることができる。特に、Ｒ／Ｂ画素８３Ａにおいて、リセット動作を行っても、赤（Ｒ）、青（Ｂ）の電荷蓄積領域であるｎ型半導体領域４４、４３にノイズがのることはない。したがって、Ｓ／Ｎが向上する。
【０１４１】
第１画素８３Ａ、第２画素８３Ｂにおいては、それぞれ波長を異にする各色光の光電変換に寄与するｎ型半導体領域４３、４４、５６の深さ方向の位置を波長に応じて異ならした構成であるので、混色が抑えられ、色分離性が高くなる。
【０１４２】
また、第６実施の形態に係る半導体イメージセンサ９０によれば、第１画素（Ｍｇ画素）と第２画素（Ｇ画素）の配列で、しかも斜めに連続する隣り合う２つの同色の画素がフローティング・ディフージョン（ＦＤ）を共有しているので、画素１つ１つの受光面積をより広くとることができ、感度を向上することができる。
第１画素９３Ａ及び第２画素９３Ｂを構成するフォトダイオードＰＤｂ，ＰＤｒ，ＰＤｇがＨＡＤ構造であるので、ノイズの発生を著しく抑えることができる。特に、Ｍｇ画素９３Ａにおいて、リセット動作を行っても、赤（Ｒ）、青（Ｂ）の電荷蓄積領域であるｎ型半導体領域４４、４３にノイズがのることはない。したがって、Ｓ／Ｎが向上する。
【０１４３】
第１画素９３Ａ、第２画素９３Ｂにおいては、それぞれ波長を異にする各色光の光電変換に寄与するｎ型半導体領域４３、４４、５６の深さ方向の位置を波長に応じて異ならした構成であるので、混色が抑えられ、色分離性が高くなる。カラーフィルタを形成するときは、所望の色信号を確実に分離できる。
【０１４４】
一方、本発明に係る半導体イメージセンサは、第１画素グループと第２画素グループの複数の画素において、画素を構成するＭＯＳトランジスタを共有することができる。すなわち、ＭＯＳトランジスタ４個の場合に、例えば選択トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタの夫々、あるいはこれらトランジスタの全てを共有するように構成することがでる。また、ＭＯＳトランジスタ３個の場合に、リセットトランジスタ、増幅トランジスタの夫々、あるいはこれらのトランジスタの全てを共有するように構成することができる。
【０１４５】
図２２及び図２３にその実施の形態を示す。図２２は、Ｍｇ画素とＧ画素の２画素で増幅トランジスタとリセットトランジスタと選択トランジスタを共有した実施の形態である。本実施の形態は、Ｇ画素による緑色用フォトダイオードＰＤｇと、Ｍｇ画素による赤色用フォトダイオードＰＤｒ及び青色用フォトダイオードＰＤｂとに対してそれぞれ対応する転送用トランジスタＴｒ１ｇ，Ｔｒ１ｒ，Ｔｒ１ｂのソースが接続される。各転送用トランジスタＴｒ１ｇ，Ｔｒ１ｒ，Ｔｒ１ｂの各ゲートには転送配線１１１（Ｇ），１１１（ＭｇＲ），１１１（ＭｇＢ）が接続される。各転送トランジスタＴｒ１ｇ，Ｔｒ１ｒ，Ｔｒ１ｂのドレインは、共通接続されて１つのリセットトランジスタＴｒＲＥＳに接続されると共に、転送用トランジスタのドレインとリセットトランジスタのソース間のいわゆるフローティング・ディフージョンＦＤが１つの増幅トランジスタＴｒＡＭＰのゲートに接続される。リセットトランジスタＴｒＲＥＳのドレインと増幅トランジスタＴｒＡＭＰのドレインは電源配線１１２（Ｖｃｃ）に接続される。リセットトランジスタＴｒＲＥＳのゲートはリセット配線１１３に接続される。さらに、増幅トランジスタＴｒＡＭＰのソースが１つの選択トランジスタＴｒＳＥＬのドレインに接続される。選択トランジスタＴｒＳＥＬのソースは垂直信号線１１５に接続され、そのゲートに選択配線１１４が接続される。
【０１４６】
このように、Ｍｇ画素とＧ画素の２つの画素に対してリセットトランジスタＴｒＲＥＳ、増幅トランジスタＴｒＡＭＰ及び選択トランジスタＴｒＳＥＬを共有することにより、前述のＭｇ画素及びＧ画素を斜めずらし配列したことによる効果に加えて、画素のＭＯＳトランジスタの面積を縮小することができる。従って、フォトダイオード面積（受光部の開口面積）を更に大きくすることができるので、飽和電荷量、感度をさらに向上することができる。
【０１４７】
図２３は、２つのＭｇ画素と２つのＧ画素の計４画素で増幅トランジスタとリセットトランジスタと選択トランジスタを共有した実施の形態である。本実施の形態は、２つのＧ画素による緑色用フォトダイオードＰＤｇ１，ＰＤｇ２と、２つのＭｇ画素による赤色用フォトダイオードＰＤｒ１，ＰＤｒ２及び青色用フォトダイオードＰＤｂ１，ＰＤｂ２とに対してそれぞれ対応する転送用トランジスタＴｒ１ｇ，Ｔｒ２ｇ，Ｔｒ１ｒ，Ｔｒ２ｒ，Ｔｒ１ｂ，Ｔｒ２ｂのソースが接続される。この場合転送用トランジスタは６個となる。各転送用トランジスタＴｒ１ｇ，Ｔｒ２ｇ，Ｔｒ１ｒ，Ｔｒ２ｒ，Ｔｒ１ｂ，Ｔｒ２ｂの各ゲートには転送配線１１１Ｇ１，１１１Ｇ２，１１１ＭｇＲ１，１１１ＭｇＲ２，１１１ＭｇＢ１，１１１ＭｇＢ２が接続される。各転送トランジスタＴｒ１ｇ，Ｔｒ２ｇ，Ｔｒ１ｒ，Ｔｒ２ｒ，Ｔｒ１ｂ，Ｔｒ２ｂのドレインは、共通接続されて１つのリセットトランジスタＴｒＳＥＬに接続されると共に、転送用トランジスタのドレインとリセットトランジスタＴｒＲＥＳのソース間のいわゆるフローティング・ディフージョンＦＤが１つの増幅トランジスタＴｒＡＭＰのゲートに接続される。リセットトランジスタＴｒＲＥＳのドレインと増幅トランジスタＴｒＡＭＰのドレインは電源配線１１２（Ｖｃｃ）に接続される。リセットトランジスタＴｒＲＥＳのゲートはリセット配線１１３に接続される。さらに、増幅トランジスタＴｒＡＭＰのソースが１つの選択トランジスタＴｒＳＥＬのドレインに接続される。選択トランジスタＴｒＳＥＬのソースは垂直信号線１１５に接続され、そのゲートに選択配線１１４が接続される。
【０１４８】
このように、２つのＭｇ画素と２つのＧ画素の計４つの画素に対してリセットトランジスタＴｒＲＥＳ、増幅トランジスタＴｒＡＭＰ及び選択トランジスタＴｒＳＥＬを共有することにより、前述のＭｇ画素及びＧ画素を斜めずらし配列したことによる効果に加えて、画素のＭＯＳトランジスタの面積をさらに縮小することができる。従って、フォトダイオード面積（受光部の開口面積）を更に大きくすることができるので、飽和電荷量、感度をさらに向上することができる。
【０１４９】
なお、図２２、図２３は画素トランジスタとして４つのＭＯＳトランジスタを有した場合であるが、前述の図２６に示す画素トランジスタとして３つのＭＯＳトランジスタを有した場合にも適用できえる。その場合には、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ等を共有した構成とすることができる。
【０１５０】
上述したように本実施の形態によれば、２×２の分光構造（すなわち、Ｇ検出センサと、Ｂ，Ｒ検出センサを分けて、Ｂ，Ｒは同一画素から検出できる構造）を用いて、かつＧ検出センサ（画素）とＢ，Ｒ検出センサ（画素）を水平、垂直方向に交互に配列した構成としたので、仮想画素のＲ，Ｇ，Ｂの各色信号を求める演算式を簡略化することができる。第１実施の形態のオンチップカラーフィルタを有しない構成としても、色分解が可能であり、低コスト化ができ、感度を向上することができる。さらに、フローティング・ディフージョンを共有することにより、更なる感度向上ができる。
【０１５１】
上例では、原色フィルタとして緑（Ｇ）フィルタを、補色フィルタとしてマゼンタ（Ｍｇ）フィルタを用いたが、その他の原色フィルタと補色フィルタの組み合わせにも本発明は適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１５２】
【図１】本発明に係る半導体イメージセンサの第１実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る半導体イメージセンサの第１実施の形態の第２画素（Ｇ画素）の半導体断面構造を示す断面図である。
【図３】本発明に係る半導体イメージセンサの第１実施の形態の第１画素（Ｒ／Ｂ画素）の半導体断面構造を示す断面図である。
【図４】本発明に係る半導体イメージセンサの第２実施の形態を示す概略構成図である。
【図５】本発明に係る半導体イメージセンサの第２実施の形態の第２画素（Ｇ画素）の半導体断面構造を示す断面図である。
【図６】本発明に係る半導体イメージセンサの第２実施の形態の第１画素（Ｍｇ画素）の半導体断面構造を示す断面図である。
【図７】本発明に係る半導体イメージセンサの色信号を演算する演算式の説明に供する説明図である。
【図８】本発明に係る半導体イメージセンサの第３実施の形態の撮像領域を抜き出した図（その１）である。
【図９】本発明に係る半導体イメージセンサの第３実施の形態の撮像領域を抜き出した図（その２）である。
【図１０】本発明に係る半導体イメージセンサの第４実施の形態の撮像領域を抜き出した図（その１）である。
【図１１】本発明に係る半導体イメージセンサの第４実施の形態の撮像領域を抜き出した図（その２）である。
【図１２】本発明に係る半導体イメージセンサの第５実施の形態を示す概略構成図である。
【図１３】第５実施の形態の第２画素における要部の概略平面図である。
【図１４】図１３のＡ−Ａ線上の断面図である。
【図１５】第５実施の形態の第１画素における要部の概略平面図である。
【図１６】図１５のＢ−Ｂ線上の断面図である。
【図１７】本発明に係る半導体イメージセンサの第６施の形態を示す概略構成図である。
【図１８】第６実施の形態の第２画素における要部の概略平面図である。
【図１９】図１８のＡ−Ａ線上の断面図である。
【図２０】第６実施の形態の第１画素における要部の概略平面図である。
【図２１】図２０のＢ−Ｂ線上の断面図である。
【図２２】本発明に係る半導体イメージセンサの他の実施の形態を示す等価回路図である。
【図２３】本発明に係る半導体イメージセンサの他の実施の形態を示す等価回路図である。
【図２４】ベイヤ式カラーフィルタを有する半導体イメージセンサの色信号の演算の説明に供するベイヤ式カラーフィルタの原理図である。
【図２５】従来のフィルタ無しのイメージセンサの概略構成図である。
【図２６】ＣＭＯＳイメージセンサの概略等価回路図である。
【符号の説明】
【０１５３】
３１，７０，８０，９０・・半導体イメージセンサ、３３〔３３Ａ，３３Ｂ〕、３３ｉ，７３ｉ・・仮想画素、７３〔７３Ａ，７３Ｂ〕、８３〔８３Ａ，８３Ｂ〕、９３〔９３Ａ，９３Ｂ〕、・・画素、３５，３６・・周辺回路、３２・・ｎ型半導体基板、４２・・ｐ型半導体ウェル領域、４３，４４，５６・・ｎ型半導体領域、ＰＤｂ・・青色用フォトダイオード、ＰＤｒ・・赤色用フォトダイオード、ＰＤｇ・・緑色用フォトダイオード、５７・・ｐ型アキュミュレーション領域、７５・・マゼンタ（Ｍｇ）フィルタ、７６・・緑（Ｇ）フィルタ、４７，４８，５８、ＦＤ１，ＦＤ２，ＦＤ３，・・フローティング・ディフージョン
【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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【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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