(57)【要約】【課題】  ＣＣＤ固体撮像素子全体におけるスミア成分信号の発生の均一化を図ることができる固体撮像装置を提供する。【解決手段】  マトリクス状に配列された受光部２と、各受光部に個々に対応し各受光部から電荷が転送される垂直電荷転送部を有する撮像領域が設けられた固体撮像素子と、固体撮像素子へと光を導く撮像光学系とを備える固体撮像素子において、撮像領域は第１の領域及び第２の領域からなり、第１の領域における受光部から垂直電荷転送部への電荷の転送方向のベクトルの水平成分の向きと、第２の領域における受光部から垂直電荷転送部への電荷の転送方向のベクトルの水平成分の向きを逆向きとする。【選択図】    図１
2005101087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状に配列された複数の受光部と、各受光部に個々に対応し各受光部から電荷が転送される垂直電荷転送部を有する撮像領域が設けられた固体撮像素子と、
該固体撮像素子へと光を導く撮像光学系とを備える固体撮像装置において、
前記撮像領域は第１の領域及び第２の領域からなり、
前記第１の領域における前記受光部から前記垂直電荷転送部への電荷の転送方向のベクトルの水平成分の向きと、前記第２の領域における前記受光部から前記垂直電荷転送部への電荷の転送方向のベクトルの水平成分の向きとが逆向きである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１の領域と前記第２の領域を区分する境界線は、前記撮像領域を左右に分割すると共に、前記撮像光学系の光学中心に対応する撮像領域の略中心を通過する
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１の領域における前記受光部から前記垂直電荷転送部への電荷の転送方向のベクトルの水平成分の向きと、前記第２の領域における前記受光部から前記垂直電荷転送部への電荷の転送方向のベクトルの水平成分の向きとが前記境界線方向である
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置
【請求項４】
前記第１の領域における前記受光部から前記垂直電荷転送部への電荷の転送方向のベクトルの水平成分の向きと、前記第２の領域における前記受光部から前記垂直電荷転送部への電荷の転送方向のベクトルの水平成分の向きとが前記境界線方向と反対方向である
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置
【請求項５】
前記境界線に最も近く位置する転送電極は、隣接して設けられた垂直電荷転送部によって共有されると共に、前記転送電極を共有する垂直電荷転送部同士はチャネルストップ領域によって分離された
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像装置に関する。詳しくは、デジタルスチールカメラ等に用いられる固体撮像装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
図３及び図４は従来のＣＣＤ（Charge Coupled Device）固体撮像素子を説明するための模式的な平面図及び断面図である。
従来のＣＣＤ固体撮像素子は、マトリクス状に配列された複数の受光部１０１、この受光部に隣接して設けられ受光部で取り込んだ電荷を読み出す読み出しゲート１０２、読み出しゲートに隣接して設けられ読み出しゲートによって読み出された電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部１０３、垂直電荷転送部により転送された電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部１０４、水平電荷転送部より転送された電荷を電圧として出力する出力部１０５を備え、更に、受光部の読み出しゲートと逆側には混色を防止するためのチャネルストップ領域１０６が形成されている。
また、垂直電荷転送部に転送パルスを印加したり、読み出しゲートに読み出しパルスを印加したりする転送電極１０７が垂直電荷転送部及び読み出しゲートの上層に形成され、転送電極の上層には受光部領域に開口部１０８が形成された遮光膜１０９が形成されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００３】
更に、遮光膜の上層には各画素の周囲に設けられた転送領域等に入射する光が全く無駄なものとなりＣＣＤ固体撮像素子の感度が非常に低くなるという問題を解決し、入射光の有効活用を図るべくオンチップレンズ１１０が形成されている。
【０００４】
なお、上記した様にオンチップレンズを取り付けて集光率を上げ入射光の有効活用を図っているものの、ＣＣＤ固体撮像素子の周辺部において受光部の入射光の量が減少する、いわゆる周辺減光が生じ、この周辺減光によりＣＣＤ固体撮像素子の周辺部の出力が減少し、いわゆるシェーディングが発生していた。
即ち、撮像光学系の光学中心と光学経路上一致する撮像領域の光学中心及びその近傍領域に位置する受光部において、撮像光学系によりＣＣＤ固体撮像素子へ導かれた入射光は、ＣＣＤ撮像素子の撮像面に対して比較的垂直に近い角度で入射でき、その多くがオンチップレンズで集光されて有効光として機能するものの、ＣＣＤ固体撮像素子の上記光学中心から離れた周辺領域に位置する受光部では、入射光は撮像光学系から斜めに入射するために、オンチップレンズで集光される入射光のうち一部は受光部から外れて無効光となってしまうことによって上記した様に周辺減光が生じ、無効光の存在により感度ムラであるシェーディングが発生していた。
【０００５】
上記したＣＣＤ固体撮像素子の撮像領域の光学中心近傍と周辺領域との光の入射角の違いによって生じる感度ムラを抑制するために、従来、図５で示す様な、ＣＣＤ固体撮像素子の周辺領域に位置するオンチップレンズが受光部に対してＣＣＤ固体撮像素子の中心方向にずれている固体撮像素子が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
なお、従来、図６で示す様な、受光部１０１を複数一定の配置ピッチで垂直方向に配置した受光部垂直列を複数列並設し、垂直電荷転送部１０３を各受光部垂直列間に配置し、各垂直電荷転送部に電荷を垂直方向へ転送させる水平方向に延びる複数の転送電極がゲート絶縁膜を介して受光部の開口を避ける様に形成されると共に、互いに隣接する受光部垂直列の受光部の位置を垂直方向にずらしたＣＣＤ固体撮像素子も提案されている（例えば、特許文献４参照。）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３４３９５６号公報
【０００８】
【特許文献２】特許第５０８６１１号明細書
【０００９】
【特許文献３】特許第２６００２５０号明細書
【００１０】
【特許文献４】特開平６−７７４５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ここで、高輝度の被写体を撮影した時に受光部だけでなく垂直電荷転送部にも信号電荷が入り込み、出力画面上で高輝度の被写体の周囲にいわゆるスミアが発生する。スミアの発生原因の１つは、遮光膜とシリコン基板の隙間から入射光が乱反射して垂直電荷転送部に直接飛び込み、垂直電荷転送部の中で光電変換してしまうことが原因に挙げられるが、ＣＣＤ固体撮像素子の水平方向における撮像領域の光学中心（以下、単に「撮像光学中心」と言う。）の左側と右側においてスミアの発生度合いが異なってしまうという不具合が生じている。
【００１２】
上記した撮像光学中心の左側と右側においてスミアの発生度合いが異なってしまう原因の一例として、ＣＣＤ固体撮像素子は、その上方に配置された撮像光学系により導かれた入射光を受光部で受光するのであるが、ＣＣＤ固体撮像素子の水平方向における外側領域に位置する受光部では、入射光がある傾きをもって入射するためにオンチップレンズによる集光位置が開口部の外側にずれることとなり、撮像領域中心よりも左側ではオンチップレンズによる入射光の集光位置が読み出しゲート側にずれ、撮像領域中心よりも右側ではオンチップレンズによる入射光の集光位置がチャネルストップ領域側にずれるという現象が生じ、読み出しゲートの幅と比べるとその幅が小さいチャネルストップ領域側に集光位置がずれている撮像領域中心よりも右側でスミアが増大してしまうことが挙げられる。
【００１３】
なお、読み出しゲートはブルーミングを生じない程度の幅が必要とされ、チャネルストップ領域は混色が発生しない程度の幅が必要とされるのであるが、ＣＣＤ固体撮像素子の特性の向上を図るべく、受光部の増大が求められており、できるだけ読み出しゲート幅及びチャネルストップ領域幅の縮小が要求されている実状のもと、読み出しゲートの幅と比較してチャネルストップ領域の幅が小さいのは、チャネルストップ領域は電荷の読み出しを行う必要がないためである。
【００１４】
ここで、図５で示す様な、オンチップレンズが受光部に対してＣＣＤ固体撮像素子の中心方向にずれているＣＣＤ固体撮像素子にあっては、オンチップレンズによる集光位置が開口部の内側にずれる場合も考えられ、この様な場合には、撮像領域中心よりも左側ではオンチップレンズによる入射光の集光位置がチャネルストップ領域側にずれ、撮像領域中心よりも右側ではオンチップレンズによる入射光の集光位置が読み出しゲート側にずれるという現象が生じ、チャネルストップ領域側に集光位置がずれている撮像領域中心よりも左側でスミアが増大してしまうこととなる。
【００１５】
なお、上記では、ＣＣＤ固体撮像素子の上方に配置された撮像光学系により導かれる入射光がある傾きをもって入射するためにオンチップレンズによる入射光の集光位置が開口部の外側にずれ、また、オンチップレンズが受光部に対してＣＣＤ固体撮像素子の中心方向にずれているＣＣＤ固体撮像素子にあっては、オンチップレンズの集光位置が開口部の内側にずれるという例を挙げてとして撮像光学中心の左側と右側においてスミアの発生度合いが異なることについて説明を行ったが、現実的には、撮像光学系により導かれた入射光の経路は複数の因子により決まる。例えば、撮像光学系のレンズ等を通過した入射光は、固体撮像素子の上層に形成されることの多いオンチップレンズにより個々の受光部に集光される。また、受光部でも表面反射や受光部を囲むシリコンや金属配線などによる反射、屈折等が起こる。更に、素子のサイズ、素子内部の設計値も様々である。
これらの理由から、読出しゲート側のスミアとチャンネルストップ側のスミア
のどちらがより悪いかは、素子の諸条件により一概には分からない場合が多いものの、撮像光学中心の左側と右側においてスミアの発生度合いが異なってしまうのである。
【００１６】
本発明は以上の点に鑑みて創案されたものであって、固体撮像素子全体におけるスミア成分信号の撮像領域内での不均一性の改善を図ることができる固体撮像装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、マトリクス状に配列された複数の受光部と、各受光部に個々に対応し各受光部から電荷が転送される垂直電荷転送部を有する撮像領域が設けられた固体撮像素子と、該固体撮像素子へと光を導く撮像光学系とを備える固体撮像装置において、前記撮像領域は第１の領域及び第２の領域からなり、前記第１の領域における前記受光部から前記垂直電荷転送部への電荷の転送方向のベクトルの水平成分の向きと、前記第２の領域における前記受光部から前記垂直電荷転送部への電荷の転送方向のベクトルの水平成分の向きとが逆向きである。
【００１８】
ここで、撮像領域が第１の領域及び第２の領域からなり、第１の領域における受光部から垂直電荷転送部への電荷の転送方向のベクトルの水平成分の向きと、第２の領域における受光部から垂直電荷転送部への電荷の転送方向のベクトルの水平成分の向きとが逆向きであることによって、第１の領域と第２の領域でスミア成分信号の均一化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の固体撮像装置では、固体撮像素子全体におけるスミア成分信号の撮像領域内での不均一性の改善を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
図１は本発明を適用した固体撮像装置の一例におけるＣＣＤ固体撮像素子を説明するための模式的な断面図であり、ここで示すＣＣＤ固体撮像素子１は、受光部２で蓄積された電荷が水平方向における撮像領域周辺（以下、単に「撮像領域周辺」と言う。）側に位置する垂直電荷転送部３に読み出され、転送される様に構成されている。
即ち、マトリクス状に配列された受光部、この受光部の撮像領域周辺側に隣接して設けられた受光部で取り込んだ電荷を読み出す読み出しゲート４、その読み出された電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部、垂直電荷転送部により転送された電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部（図示せず）、水平電荷転送部により転送された電荷を電圧として出力する出力部（図示せず）を備える。更に、受光部の読み出しゲートとは逆側には混色を防止するためのチャネルストップ領域５が形成されている。
【００２１】
また、上記した従来のＣＣＤ固体撮像素子と同様に、垂直電荷転送部に転送パルスを印加したり、読み出しゲートに読み出しパルスを印加したりする転送電極６が垂直電荷転送部及び読み出しゲートの上層に形成され、転送電極の上層には受光部領域に開口部７が設けられた遮光膜８が形成されている。
更に、遮光膜の上層には入射光の有効活用を図るべくオンチップレンズ９が形成されている。
【００２２】
なお、水平方向の撮像領域中心に位置する転送電極はパルスを印加する垂直電荷転送部や読み出しゲートが存在しないダミー電極となっている。
【００２３】
上記した本発明を適用した固体撮像装置の一例におけるＣＣＤ固体撮像素子では、受光部の撮像領域周辺側に読み出しゲートが形成され、この読み出しゲートとは反対側にチャネルストップ領域が形成された構造を採っているために、即ち、撮像領域中心の左右両側共に開口部の外側に読み出しゲートが形成され、開口部の内側にチャネルストップ領域が形成された構造を採っているために、ＣＣＤ固体撮像素子の上方に配置された撮像光学系（図示せず）により導かれ、オンチップレンズによって集光された入射光がＣＣＤ固体撮像素子の周辺部において開口部の外側にずれている場合に、撮像領域中心の左右両側共にオンチップレンズによる入射光の集光位置が読み出しゲート側にずれることとなり、撮像領域中心の左側と右側でスミア成分信号の発生の均一化を図ることができる。
【００２４】
また、上記した本発明を適用した固体撮像装置の一例におけるＣＣＤ固体撮像素子では、オンチップレンズによる入射光の集光側である開口部の外側に読み出しゲートが形成されているために、スミアの発生を抑制することができる。
即ち、上記したスミア成分信号の発生の均一化を図るためには、撮像領域中心を境界として受光部で蓄積した電荷が読み出される垂直電荷転送部の方向が逆であれば充分であり、後述する本発明を適用した固体撮像装置の他の一例におけるＣＣＤ固体撮像素子の様に、受光部で蓄積された電荷が撮像領域中心側に位置する垂直電荷転送部に読み出され、転送される様に構成されていても構わないが、受光部に読み出された電荷が撮像領域周辺側に位置する垂直電荷転送部に読み出され、転送される構成を採ることによってオンチップレンズによる入射光の集光側である開口部の外側にチャネルストップ領域の幅と比較してその幅が大きな読み出しゲートを形成することとなり、遮光膜とシリコン基板の隙間から入射光が乱反射して垂直電荷転送部に直接飛び込むことを抑制することができ、スミアの発生を抑制することができる。
【００２５】
図２は本発明を適用した固体撮像装置の他の一例におけるＣＣＤ固体撮像素子を説明するための模式的な断面図であり、ここで示すＣＣＤ固体撮像素子は、受光部２で蓄積された電荷が撮像領域中心側に位置する垂直電荷転送部３に読み出され、転送される様に構成されている。
即ち、マトリクス状に配列された受光部、この受光部の撮像領域中心側に隣接して設けられた受光部で採りこんだ電荷を読み出す読み出しゲート４、読み出しゲートに隣接して設けられ読み出しゲートによって読み出された電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部、垂直電荷転送部により転送された電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部（図示せず）、水平電荷転送部により転送された電荷を電圧として出力する出力部（図示せず）を備える。更に、受光部の読み出しゲートとは逆側には混色を防止するためのチャネルストップ領域５が形成されている。
【００２６】
また、上記した本発明を適用した固体撮像装置の一例におけるＣＣＤ固体撮像素子と同様に、垂直電荷転送部に転送パルスを印加したり、読み出しゲートに読み出しパルスを印加したりする転送電極６が垂直電荷転送部及び読み出しゲートの上層に形成され、転送電極の上層には受光部領域に開口部７が設けられた遮光膜８が形成されている。
更に、遮光膜の上層には入射光の有効活用を図るべくオンチップレンズ９が形成されており、ＣＣＤ固体撮像素子の周辺部に位置するオンチップレンズは受光部に対してＣＣＤ固体撮像素子の中心方向にずれて形成されている。
【００２７】
なお、水平方向の撮像領域中心に位置する転送電極は２画素分の垂直電荷転送部及び読み出しゲートによって共有される構成とされ、転送電極を共有する垂直電荷転送部同士はチャネルストップ領域によって分離されている。
【００２８】
上記した本発明を適用した固体撮像装置の他の一例におけるＣＣＤ固体撮像素子では、受光部の撮像領域中心側に読み出しゲートが形成され、この読み出しゲートとは反対側にチャネルストップ領域が形成された構造を採っているために、即ち、撮像領域中心の左右両側共に開口部の内側に読み出しゲートが形成され、開口部の外側にチャネルストップ領域が形成された構造を採っているために、ＣＣＤ固体撮像素子の上方に配置された撮像光学系（図示せず）により導かれ、受光部に対して撮像領域中心側にずれて形成されたオンチップレンズによって集光された入射光がＣＣＤ固体撮像素子の周辺部において開口部の内側にずれている場合に、撮像領域中心の左右両側共にオンチップレンズによる入射光の集光位置が読み出しゲート側にずれることとなり、撮像領域中心の左側と右側でスミア成分信号の発生の均一化を図ることができる。
【００２９】
また、上記した本発明を適用した固体撮像装置の他の一例におけるＣＣＤ固体撮像素子では、オンチップレンズによる入射光の集光側である開口部の内側に読み出しゲートが形成されているために、スミアの発生を抑制することができる。
即ち、上記したスミア成分信号の発生の均一化を図るためには、撮像領域中心を境界として受光部で蓄積した電荷が読み出される垂直電荷転送部の方向が逆であれば充分であり、上記した本発明を適用した固体撮像装置の一例におけるＣＣＤ固体撮像素子の様に、受光部で蓄積された電荷が撮像領域周辺側に位置する垂直電荷転送部に読み出され、転送される様に構成されていても構わないが、受光部に読み出された電荷が撮像領域中心側に位置する垂直電荷転送部に読み出され、転送される構成を採ることによってオンチップレンズによる入射光の集光側である開口部の内側にチャネルストップ領域の幅と比較してその幅が大きな読み出しゲートを形成することとなり、遮光膜とシリコン基板の隙間から入射光が乱反射して垂直電荷転送部に直接飛び込むことを抑制することができ、スミアの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明を適用した固体撮像装置の一例におけるＣＣＤ固体撮像素子を説明するための模式的な断面図である。
【図２】本発明を適用した固体撮像装置の他の一例におけるＣＣＤ固体撮像素子を説明するための模式的な断面図である。
【図３】従来のＣＣＤ固体撮像素子を説明するための模式的な平面図である。
【図４】従来のＣＣＤ固体撮像素子の一例を説明するための模式的な断面図である。
【図５】オンチップレンズが受光部に対してＣＣＤ固体撮像素子の中心方向にずれている従来のＣＣＤ固体撮像素子を説明するための模式的な断面図である。
【図６】従来のＣＣＤ固体撮像素子の他の一例を説明するための模式的な平面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    ＣＣＤ固体撮像素子
２    受光部
３    垂直電荷転送部
４    読み出しゲート
５    チャネルストップ領域
６    転送電極
７    開口部
８    遮光膜
９    オンチップレンズ
【図１】
2005101087.tif 000003
【図２】
2005101087.tif 000004
【図３】
2005101087.tif 000005
【図４】
2005101087.tif 000006
【図５】
2005101087.tif 000007
【図６】
2005101087.tif 000008