(57)【要約】【課題】スミアの低減とともに、シェーディング特性の改善を図る。【解決手段】受光部１２が２次元配列された撮像領域３３を水平方向（Ｘ方向）に関して２分割し、境界線３４に関して対称な第１撮像領域３３ａと第２撮像領域３３ｂとを形成する。第１及び第２撮像領域３３ａ，３３ｂでは、読み出しゲート１４を境界線３４に関して対称に、受光部１２の外側に配置し、さらに受光部１２の外側に垂直転送路１５を配置する。垂直転送路１５及び読み出しゲート１４の略直上位置に転送電極が設けられており、この転送電極上を覆い、かつ受光部１２の直上位置の一部を開口するように遮光膜が設けられている。遮光膜は、開口端が受光部１２の直上位置にまで延び、チャネルストップ側（外側）の張り出し幅が読み出しゲート１４側（内側）の張り出し幅より大きく形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表層に２次元配列された光電変換を行う受光部と、
前記受光部の一方の側方に隣接して設けられた読み出しゲートと、
前記受光部の他方の側方に隣接して設けられたチャネルストップと、
前記読み出しゲート及び前記チャネルストップの前記受光部とは反対側の側方に隣接して設けられた垂直転送路と、
前記垂直転送路及び前記読み出しゲートの略直上位置に設けられた転送電極と、
前記転送電極上を覆い、前記受光部の直上位置の一部を開口するとともに、開口端が前記受光部の直上位置にまで延び、前記チャネルストップ側の張り出し幅が前記読み出しゲート側の張り出し幅より大きく形成された遮光膜と、
を備えた固体撮像装置において、
前記受光部が２次元配列された撮像領域を２分割し、この２分割した境界線に関して前記読み出しゲートを対称でかつ前記受光部の外側に配置してなる第１撮像領域及び第２撮像領域を設けたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１及び第２撮像領域は、前記垂直転送路に略直交する水平方向に関して撮像領域を分割した領域であ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】
前記受光部は、垂直方向及び水平方向に沿った正方格子配列にて配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記受光部は、垂直方向及び水平方向に関して正方格子配列を略４５°回転させたハニカム配列にて配置されていることを特徴とする請求項１または２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、光電変換により生成した信号電荷を電圧信号に変換して出力する固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等の電子式カメラには、光電変換により生成した信号電荷を電圧信号に変換して出力する固体撮像装置が組み込まれている。この固体撮像装置として、図６に示す構造のＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の固体撮像装置が知られている。この固体撮像装置は、ｎ型シリコンからなる半導体基板１０をベースとして形成されている。
【０００３】
半導体基板１０の表層にはｐ型ウェル層１１が形成され、ｐ型ウェル層１１内には、ｎ型層からなり光電変換により信号電荷（この場合は電子）を生成して蓄積する受光部１２が配列形成されている。受光部１２の上には、暗電流を防止するためのｐ＋型のホール蓄積層１３が形成されている。受光部１２の一方の側方には、ｐ型ウェル層１１の表層部からなる読み出しゲート１４を介して、ｎ型層からなる垂直転送路１５が形成されている。受光部１２の他方の側方には、ｐ＋型層からなるチャネルストップ１６を介して隣接画素に属する垂直転送路１５が形成されている。
【０００４】
半導体基板１０の表面には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等からなるゲート絶縁膜１７が形成され、このゲート絶縁膜１７上には、垂直転送路１５、読み出しゲート１４、及びチャネルストップ１６の略直上を覆うように、ポリシリコン等からなる転送電極１８が形成されている。なお、転送電極１８は、必ずしもチャネルストップ１６の直上を覆う必要はない。
【０００５】
この転送電極１８及びゲート絶縁膜１７の表面を覆うように、酸化シリコン等からなる層間絶縁膜１９が形成されている。この層間絶縁膜１９上には、転送電極１８上を覆い、かつ受光部１２の直上位置の一部を開口するように、タングステン等からなる遮光膜２０が形成されている。この遮光膜２０は、転送電極１８の上面及び側面を覆う層間絶縁膜１９の直上部分２０ａと、層間絶縁膜１９の段差部から受光部１２上にまで延びた張り出し部２０ｂとからなる。張り出し部２０ｂの端部には、受光部１２の直上に位置する開口２０ｃが形成されている。
【０００６】
遮光膜２０上及び開口２０ｃ上には、ＢＰＳＧ（Boron Phosphorous Silicate Glass）等の透明材料からなる保護層２１が形成されている。さらに、この保護層２１の上には、図示を省略しているが、平坦化層、カラーフィルタ、マイクロレンズ等が順に形成されている。
【０００７】
このように構成された固体撮像装置は、開口２０ｃから入射した光を受光部１２で受け、受光部１２は、光電変換により信号電荷を生成する。受光部１２に生成された信号電荷は、転送電極１８の駆動に応じて読み出しゲート１４を介して垂直転送路１５に送られる。垂直転送路１５に送られた信号電荷は、さらに転送電極１８の駆動に応じて垂直転送路１５中を移動し、水平転送路（図示せず）を経て出力アンプ（図示せず）に送られ、電圧信号に変換されて出力される。
【０００８】
ところで、電子式カメラに搭載される光学系の絞り値等の条件によっては、固体撮像装置の受光面（撮像領域）に対して斜めに光が入射することがある。特に、撮像領域の周辺部では、この斜め入射の度合いが大きい。この斜め入射光は、２点鎖線Ｌ１で示すように、半導体基板１０の表面と遮光膜２０の張り出し部２０ｂの下面との間に侵入し、半導体基板１０の表面と遮光膜２０との間での多重反射により、垂直転送路１５に直接入射する場合がある。このように垂直転送路１５に光が入射すると、光電変換によってノイズ電荷が生成され、いわゆるスミアを発生させる。２点鎖線Ｌ１は、読み出しゲート１４側でスミアが発生する光の入射経路を示しているが、他方のチャネルストップ１６側についても同様にスミアが発生する。
【０００９】
上記のスミアのうち、チャネルストップ１６側にて発生するスミア成分は、隣接画素に影響を及ぼすため、同一画素内の読み出しゲート１４側にて発生するスミア成分より好ましくない。このため、従来の固体撮像装置では、一般的に、遮光膜２０の張り出し部２０ｂについて、チャネルストップ１６側の張り出し幅Ｗ１を読み出しゲート１４側の張り出し幅Ｗ２より大きくすることで、チャネルストップ１６側のスミア成分の低減を図っている（例えば、特許文献１参照）。ただし、張り出し部２０ｂの張り出し幅Ｗ１，Ｗ２を大きくすると、開口２０ｃが小さくなり、入射光量（感度）の低下が生じるため、張り出し幅Ｗ１，Ｗ２は、スミアと感度とのトレードオフを考慮して適切に設定する必要がある。
【特許文献１】特開平９−６９６２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、Ｗ１＞Ｗ２とすることにより、２点鎖線Ｌ２で示すように、斜め入射光が張り出し部２０ｂにて反射される（いわゆるケラレ）量がチャネルストップ１６側で多くなり、斜め入射光の方向に応じて感度が変化するといった特性が生じる。従来の固体撮像装置では、図６に示す構造が水平方向（左右方向）に繰り返し形成されている。このため、水平方向に関して一様に、２点鎖線Ｌ１で示す角度方向（以下、プラス方向と呼ぶ）に比して、２点鎖線Ｌ２で示す角度方向（以下、マイナス方向と呼ぶ）の入射光に対する感度が低下する。
【００１１】
また、電子式カメラに搭載される光学系から固体撮像装置の受光面に入射する光は、図７（Ａ）に示すように、水平方向に関して右側では、２点鎖線Ｌ３で示すように、入射角度はプラス方向となり、他方の左側では、２点鎖線Ｌ４で示すように、入射角度はマイナス方向となる。このため、従来の固体撮像装置では、図７（Ｂ）に示すように、水平方向に関して非対称に、一方の側で光量の低下（周辺減光）が大きくなり、いわゆるシェーディング特性（輝度ムラ）が悪化するといった問題がある。
【００１２】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、スミアの低減とともに、シェーディング特性の改善を図ることができる固体撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、半導体基板の表層に２次元配列された光電変換を行う受光部と、前記受光部の一方の側方に隣接して設けられた読み出しゲートと、前記受光部の他方の側方に隣接して設けられたチャネルストップと、前記読み出しゲート及び前記チャネルストップの前記受光部とは反対側の側方に隣接して設けられた垂直転送路と、前記垂直転送路及び前記読み出しゲートの略直上位置に設けられた転送電極と、前記転送電極上を覆い、前記受光部の直上位置の一部を開口するとともに、開口端が前記受光部の直上位置にまで延び、前記チャネルストップ側の張り出し幅が前記読み出しゲート側の張り出し幅より大きく形成された遮光膜と、を備えた固体撮像装置において、前記受光部が２次元配列された撮像領域を２分割し、この２分割した境界線に関して前記読み出しゲートを対称でかつ前記受光部の外側に配置してなる第１撮像領域及び第２撮像領域を設けたことを特徴とする。
【００１４】
なお、前記第１及び第２撮像領域は、前記垂直転送路に略直交する水平方向に関して撮像領域を分割した領域であることが好ましい。
【００１５】
また、前記受光部は、垂直方向及び水平方向に沿った正方格子配列にて配置されていることが好ましい。
【００１６】
また、前記受光部は、垂直方向及び水平方向に関して正方格子配列を略４５°回転させたハニカム配列にて配置されていても良い。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の固体撮像装置では、チャネルストップ側の遮光膜の張り出し幅を読み出しゲート側の遮光膜の張り出し幅より大きく形成するとともに、撮像領域を２分割し、この２分割した境界線に関して読み出しゲートを対称でかつ受光部の外側に配置しているので、受光特性が境界線に関して対称となり、スミアの低減とともに、シェーディング特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】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図６に示した固体撮像装置と同一の構成要件については、同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００１９】
図１において、本発明の第１の実施形態に係わる固体撮像装置３０は、インターライン転送方式のＣＣＤ型イメージセンサとして構成され、受光部１２が水平方向（Ｘ方向）とこれに直交する垂直方向（Ｙ方向）に沿って２次元マトリクス状（正方格子状）に配列されている。各受光部１２には、読み出しゲート１４が接続されており、読み出しゲート１４には、垂直列ごとに垂直転送路１５が接続されている。また、各垂直転送路１５の終端には、水平転送路３１が共通に接続されている。さらに、水平転送路３１の終端には、出力アンプ３２が接続されている。なお、図１では、図示を省略しているが、各受光部１２の上方には、カラーフィルタ及びマイクロレンズが配設されている。
【００２０】
各受光部１２は、入射光量に応じた量の信号電荷を光電変換により生成し蓄積する。蓄積期間（露光期間）が終了すると、各受光部１２に蓄積された信号電荷は、読み出しゲート１４を介して一斉に垂直転送路１５に移送される。垂直転送路１５に移送された信号電荷は、順に水平転送路３１に向けて垂直転送され、一行ずつ水平転送路３１に移送される。水平転送路３１に移送された信号電荷は、順に出力アンプ３２に向けて水平転送され、画素単位ごとに出力アンプ３２に入力される。出力アンプ３２は、入力された信号電荷を順に電荷量に応じた電圧信号に変換し、撮像信号として外部に出力する。
【００２１】
固体撮像装置３０では、受光部１２が２次元配列された撮像領域３３をＸ方向に関して分割する境界線３４に関して、右側と左側とで受光部１２及び読み出しゲート１４の位置関係を変えている。具体的には、境界線３４の右側（水平転送の上流側）に位置する第１撮像領域３３ａでは、読み出しゲート１４は、受光部１２の右側に配置されており、さらにその右側に垂直転送路１５が配置されている。また、境界線３４の左側（水平転送の下流側）に位置する第２撮像領域３３ｂでは、読み出しゲート１４は、受光部１２の左側に配置されており、さらにその左側に垂直転送路１５が配置されている。つまり、読み出しゲート１４は、撮像領域３３をＸ方向に分割する境界線３４に関して対称でかつ受光部１２の外側に配置されている。
【００２２】
図２は、第１撮像領域３３ａ内に示すＩ−Ｉ線に沿う断面構造を示す。図３は、第２撮像領域３３ｂ内に示すII−II線に沿う断面構造を示す。これらの断面構造は、受光部１２に対する読み出しゲート１４及び垂直転送路１５の位置関係以外は、図６に示した従来の固体撮像装置の断面構造と同一である。すなわち、遮光膜２０の張り出し部２０ｂは、チャネルストップ１６側の張り出し幅Ｗ１が読み出しゲート１４側の張り出し幅Ｗ２より大きく、Ｗ１＞Ｗ２として形成されている。このため、図２に示すように、第１撮像領域３３ａでは、読み出しゲート１４が外側（右側）に位置し、角度方向が前述のプラス方向の斜め入射光に対して高感度となる。一方、図３に示すように、第２撮像領域３３ｂでは、読み出しゲート１４が外側（左側）に位置し、角度方向が前述のマイナス方向の斜め入射光に対して高感度となる。
【００２３】
このように、固体撮像装置３０では、読み出しゲート１４が第１撮像領域３３ａと第２撮像領域３３ｂとの境界線３４に関して対称でかつ受光部１２の外側に配置されており、また、遮光膜２０の張り出し部２０ｂは、境界線３４に関して対称でかつ、Ｗ１＞Ｗ２とされているため、図７（ａ）に示すように光が入射した場合に、図４に示すように、左右の両側で光量の低下（周辺減光）が抑制され、また、受光特性が水平方向に関して対称となり、スミアの低減とともに、シェーディング特性が改善される。
【００２４】
次に、図５は、本発明の第２の実施形態に係わる固体撮像装置４０を示す。本実施形態に係わる固体撮像装置４０は、受光部４１の配列及びそれに伴う垂直転送路４２の形状が上記実施形態に係わる固体撮像装置３０と異なる点である。
【００２５】
受光部４１は、正方格子配列をＸＹ方向に関して略４５°回転させた、いわゆるハニカム配列にて配置されている。垂直転送路４２は、隣接する受光部４１の間を蛇行しながら、Ｙ方向に延在している。この垂直転送路４２及び読み出しゲート４３は、撮像領域４４をＸ方向に関して分割する境界線４５に対して対称に配置され、読み出しゲート４３は、受光部４１に対して外側に位置している。つまり、読み出しゲート４３は、境界線４５の右側に位置する第１撮像領域４４ａでは受光部４１の右側に位置し、境界線４５の左側に位置する第２撮像領域４４ｂでは受光部４１の左側に位置している。
【００２６】
第１撮像領域４４ａ内のIII−III線に沿う断面構造は、図２に示した断面構造と同一である。また、第２撮像領域４４ｂ内のIV−IV線に沿う断面構造は、図３に示した断面構造と同一である。遮光膜２０の張り出し部２０ｂは、境界線４５に関して対称でかつ、Ｗ１＞Ｗ２とされている。このため、固体撮像装置４０は、上記実施形態と同様に、左右の両側で光量の低下（周辺減光）が抑制され、また、受光特性が水平方向に関して対称となり、スミアの低減とともに、シェーディング特性が改善されるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる固体撮像装置の構成を示す概略平面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線に沿う縦断面図である。
【図３】図１のII−II線に沿う縦断面図である。
【図４】水平方向に関する受光特性を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係わる固体撮像装置の構成を示す概略平面図である。
【図６】従来の固体撮像装置の構成を説明するための縦断面図である。
【図７】従来の固体撮像装置の問題点を説明するための図であり、（Ａ）は、光学系から入射する入射光と受光面との関係を示し、（Ｂ）は、水平方向に関する受光特性を示す。
【符号の説明】
【００２８】
１０  半導体基板
１２  受光部
１４  読み出しゲート
１５  垂直転送路
１６  チャネルストップ
１８  転送電極
２０  遮光膜
２０ａ  直上部分
２０ｂ  張り出し部
２０ｃ  開口
３０  固体撮像装置
３１  水平転送路
３３  撮像領域
３３ａ  第１撮像領域
３３ｂ  第２撮像領域
３４  境界線
４０  固体撮像装置
４１  受光部
４２  垂直転送路
４３  読み出しゲート
４４  撮像領域
４４ａ  第１撮像領域
４４ｂ  第２撮像領域
４５  境界線
【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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