JP2018006666A

JP2018006666A - 光電変換装置及び撮像システム

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Publication number: JP2018006666A
Application number: JP2016134910A
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Inventors: 宏政坪井; Hiromasa Tsuboi
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Filing date: 2016-07-07
Publication date: 2018-01-11
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Abstract

【課題】制御電極における入射光の屈折に起因するノイズが低減された光電変換装置を提供すること。【解決手段】基板と、基板に形成され、入射光を光電変換して電荷を生成する第１光電変換部と、基板の上に形成された第１制御電極を含み、第１光電変換部から電荷を転送する第１転送トランジスタと、第１制御電極よりも上に配された複数の配線層と、を有し、複数の配線層のうち最も基板に近い配線層である第１配線層は、第１配線を含み、第１配線の少なくとも一部が、平面視において、第１制御電極の少なくとも一部と重なるように配され、かつ、第１配線の端部の少なくとも一部が、平面視において、第１制御電極の第１光電変換部に面する側の端部に沿うように配されている。【選択図】図２

Description

本発明は、光電変換装置及び撮像システムに関する。

特許文献１には、光電変換素子及び光電変換素子からの信号の読み出しに用いるトランジスタを含む画素と、第１乃至第３配線層とを有する固体撮像装置が開示されている。第１配線層は最下層の配線層である。第２配線層は第１配線層よりも上に配されており、第３配線層は第２配線層よりも上に配されている。トランジスタの駆動配線は、第２配線層に配されている。

特開２０１５−１８５８２３号公報

上述の構成の画素において、ある画素のトランジスタの制御電極に光が入射すると、当該入射光が制御電極で屈折することにより、当該画素に隣接する画素の光電変換部に入射し得る。この場合、当該隣接する画素からの出力信号にノイズが生ずる場合がある。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、制御電極における入射光の屈折に起因するノイズが低減された光電変換装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る光電変換装置は、基板と、前記基板に形成され、入射光を光電変換して電荷を生成する第１光電変換部と、前記基板の上に形成された第１制御電極を含み、前記第１光電変換部から前記電荷を転送する第１転送トランジスタと、前記第１制御電極よりも上に配された複数の配線層と、を有し、前記複数の配線層のうち最も前記基板に近い配線層である第１配線層は、第１配線を含み、前記第１配線の少なくとも一部が、平面視において、前記第１制御電極の少なくとも一部と重なるように配され、かつ、前記第１配線の端部の少なくとも一部が、平面視において、前記第１制御電極の前記第１光電変換部に面する側の端部に沿うように配されていることを特徴とする。

制御電極における入射光の屈折に起因するノイズが低減された光電変換装置が提供される。

第１の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。第１の実施形態に係る画素の回路図である。第１の実施形態に係る画素の平面模式図である。第１の実施形態に係る画素の断面模式図である。第２の実施形態に係る画素の平面模式図である。第３の実施形態に係る画素の平面模式図である。第４の実施形態に係る画素の回路図である。第４の実施形態に係る画素の平面模式図である。第５の実施形態に係る画素の平面模式図である。第６の実施形態に係る画素の平面模式図である。第７の実施形態に係る画素の回路図である。第７の実施形態に係る画素の平面模式図である。第８の実施形態に係る画素の平面模式図である。第９の実施形態に係る撮像システムのブロック図である。

以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。各図面において、対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略又は簡略化することがある。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。固体撮像装置は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等とも呼ばれ得る。固体撮像装置は、本発明が適用され得る光電変換装置の１つの形態である。光電変換装置は、例えば、焦点検出センサ、光量センサ等をも包含し得る。

固体撮像装置は、画素アレイ２０、垂直走査回路３０、列増幅回路４０、水平走査回路５０、制御回路６０、出力回路７０を備える。これらの回路は１又は２以上の半導体基板上に形成され得る。画素アレイ２０は、複数の行及び複数の列をなすように配置された複数の画素１０を備える。垂直走査回路３０は、画素１０に含まれるトランジスタをオン（導通状態）又はオフ（非導通状態）に制御するための制御信号を画素１０の各行に設けられた制御信号線６を介して供給する走査回路である。ここで、各画素１０に供給される制御信号は複数の種類の制御信号を含み得るため、各行の制御信号線６は複数の駆動配線の組として構成され得る。画素１０の各列には列信号線５が設けられており、画素１０からの信号が列ごとに列信号線５に読み出される。

列増幅回路４０は列信号線５に出力された画素信号の増幅、相関二重サンプリング処理等の処理を行う。水平走査回路５０は、列増幅回路４０の増幅器に接続されたスイッチをオン又はオフに制御するための制御信号を供給する。出力回路７０はバッファアンプ、差動増幅器等から構成され、列増幅回路４０からの画素信号を撮像装置の外部の信号処理部に出力する。なお、固体撮像装置が、ＡＤ変換部を更に有することにより、デジタルの画像信号を出力し得る構成であってもよい。例えば、列増幅回路４０はＡＤ変換部を含み得る。制御回路６０は、垂直走査回路３０、列増幅回路４０、水平走査回路５０の動作タイミング等を制御する。

図２は、本実施形態に係る固体撮像装置における画素１０の回路図である。画素１０は、光電変換部１０１、フローティングディフュージョン（以下、ＦＤ）１０２、転送トランジスタ１０３、リセットトランジスタ１０４、ソースフォロアトランジスタ（以下、ＳＦトランジスタ）１０５、選択トランジスタ１０６を備える。これらのトランジスタは、制御電極としてゲート電極を有するＭＯＳトランジスタにより構成され得る。転送トランジスタ１０３、リセットトランジスタ１０４、選択トランジスタ１０６のゲートには、垂直走査回路３０から制御信号線６を介して、これらのトランジスタを制御するための制御信号が入力される。

光電変換部１０１（第１光電変換部）は、光電変換により入射光に応じた電荷を生成するとともに、当該電荷を蓄積する光電変換素子である。光電変換部１０１は半導体基板内に形成されたフォトダイオードにより構成され得る。転送トランジスタ１０３（第１転送トランジスタ）は、オンとなることにより光電変換部１０１の電荷をＦＤ１０２に転送する。ＦＤ１０２は、ＳＦトランジスタ１０５のゲート電極に接続される拡散領域である。図２中のＦＤ１０２に接続された容量は、ＦＤ１０２に生じる容量を示している。この容量により、ＦＤ１０２の電位は光電変換部１０１から転送された電荷に応じて変化する。ＳＦトランジスタ１０５のドレインは電源電圧線１０７に接続される。ＳＦトランジスタ１０５のソースは選択トランジスタ１０６を介して列信号線５に接続される。ＳＦトランジスタ１０５は、列信号線５に接続された不図示の定電流源とともにソースフォロア回路を構成する。このソースフォロア回路は、ＦＤ１０２の電圧に基づく信号を選択トランジスタ１０６を介して列信号線５に出力する。リセットトランジスタ１０４のドレインは電源電圧線１０７に接続され、リセットトランジスタ１０４のソースはＦＤ１０２に接続される。リセットトランジスタ１０４は、オンとなることによりＦＤ１０２の電位をリセットする。

次に、図３及び図４を参照して画素１０の構造を説明する。図３は、平面視による画素１０の模式図である。図３には画素アレイ２０のうち、２行×２列分の画素１０のみが図示されているが、実際にはより多くの行及び列をなす多数の画素１０を有し得る。図３において、転送トランジスタ１０３、リセットトランジスタ１０４、ＳＦトランジスタ１０５、選択トランジスタ１０６については、基板の上に形成されたゲート電極が図示されている。各ゲート電極には、各トランジスタに対応する符号が付されている。列信号線５、電源電圧線１０７については、これらの配線が接続されるコンタクト部が図示されている。各コンタクト部には、列信号線５又は電源電圧線１０７に対応する符号が付されている。ＦＤ１０２からＳＦトランジスタ１０５等への導通のための配線が接続される２つのコンタクト部には、ＦＤ１０２に対応する符号が付されている。

図３には、更に接続配線２０１と駆動配線２０２が図示されている。接続配線２０１（第１配線）は、転送トランジスタ１０３のゲート電極と駆動配線２０２とを接続する配線である。接続配線２０１は、ゲート電極よりも上に配された複数の配線層のうち、最も基板に近い第１配線層に形成されている。接続配線２０１は、少なくとも一部が、平面視において、転送トランジスタ１０３のゲート電極と重なるように配されている。更に、接続配線２０１の端部の少なくとも一部が、平面視において、転送トランジスタ１０３のゲート電極の端部であって光電変換部１０１に面する側の端部に沿うような形状となっている。駆動配線２０２は接続配線２０１が形成される第１配線層の上の第２配線層に形成される。駆動配線２０２は制御信号線６を構成する複数の駆動配線の１つであり、垂直走査回路３０から出力された制御信号を転送トランジスタ１０３のゲート電極に伝送させる配線である。

図４は、図３のＹ１−Ｙ１’に沿った断面の模式図である。シリコンなどを材料とする半導体基板３００のＰ⁻型のウェル層である半導体領域３０１内に、光電変換部１０１が形成されている。光電変換部１０１は、表面近傍に形成されたＰ^＋型の半導体領域３０２と、Ｐ^＋型の半導体領域３０２の直下に形成されたＮ型の半導体領域３０３を含む埋め込みフォトダイオード構造となっている。また、半導体基板３００には、素子分離領域３０７が形成されている。素子分離領域３０７には、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）分離、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）分離、Ｐ型拡散層分離等の構造が用いられ得る。

半導体基板３００の上には不図示のゲート絶縁膜を介して転送トランジスタ１０３のゲート電極３０４（第１制御電極）が形成され、更にその上に複数の配線層が形成される。ゲート電極３０４は、ポリシリコン等を材料とする。複数の配線層は、不図示の層間絶縁膜を間に介して形成される。複数の配線層のうち、最も基板に近い第１配線層に形成される接続配線２０１は、コンタクト部３０５を介して、ゲート電極３０４と接続される。第１配線層よりも上に配された第２配線層に形成される駆動配線２０２は、コンタクト部３０６を介して、接続配線２０１と接続される。すなわち、垂直走査回路３０から出力された制御信号は、駆動配線２０２、コンタクト部３０６、接続配線２０１、及びコンタクト部３０５をこの順に介してゲート電極３０４に伝送される。

図４に示されるように、本実施形態の構成によれば、転送トランジスタ１０３のゲート電極３０４の上に接続配線２０１が形成されている。接続配線２０１により入射光が遮られるため、入射光がゲート電極３０４に入射されにくくなる。また、接続配線２０１の端部の少なくとも一部が、平面視において、転送トランジスタ１０３のゲート電極３０４の端部であって光電変換部１０１に面する側の端部に沿うように配されており、入射光がよりゲート電極３０４に入射されにくくなっている。これらの構成により、ゲート電極３０４において入射光が屈折して他の画素１０に入射し、ノイズを生じさせる現象が起こりにくくなる。したがって、入射光のゲート電極３０４での屈折に起因するノイズが低減された光電変換装置が提供される。

本実施形態の構成は、ベイヤー配列のように異なる色のカラーフィルタを有する画素１０が隣接する画素配列により画素アレイ２０が構成されている場合により有効である。この場合、ある画素１０のカラーフィルタを通過した光が隣接する画素１０に入射すると、混色が生じ得る。本実施形態によれば、ゲート電極３０４において入射光が屈折して他の画素１０に入射する問題が生じにくい構成となっているため、上述の要因による混色の発生が低減された光電変換装置が提供され得る。

接続配線２０１、駆動配線２０２を含む複数の配線層の材料は限定されないが、可視光を透過しない材料とすることで、入射光を遮る効果が向上する。配線層の材料は、例えば、アルミニウム、銅等の金属を含み得る。

複数の配線層の層数は任意に選択可能であるが、例えば、第１配線層、第２配線層、第３配線層からなる３層で構成され得る。この場合、第２配線層の上に配される第３配線層は、電源電圧線１０７、列信号線５を含み得る。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る平面視による画素１０の模式図である。本実施形態においては、第１の実施形態の接続配線２０１に対応する接続配線４０１（第１配線）が、平面視において、光電変換部１０１の外周を囲うように配されている。接続配線４０１は、第１配線層に形成される。接続配線４０１以外の要素については、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。

この構成により、転送トランジスタ１０３のゲート電極３０４だけでなく、リセットトランジスタ１０４やＳＦトランジスタ１０５、選択トランジスタ１０６の各々のゲート電極への光の入射も接続配線４０１によって遮られる。したがって、本実施形態によれば、よりノイズが低減された光電変換装置が提供される。更に、本実施形態では、接続配線４０１が、平面視において、光電変換部１０１の外周を囲っていることにより、図中の第１方向、第２方向について対称的に遮光される配置となっている。よって、本実施形態の接続配線４０１は、第１の実施形態と比べて入射光の光学的対称性が良好となる配置である。

なお、図５では接続配線４０１が切れ目なく光電変換部１０１の外周を囲っているが、一部が途切れている場合であっても実質的に光電変換部１０１の外周を囲っていればよく、その場合も同様の効果が得られる。

（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態に係る平面視による画素１０の模式図である。本実施形態においては、第１配線層がダミー配線５０２（第２配線）を更に含む。そして、第１の実施形態の接続配線２０１に対応する接続配線５０１（第１配線）及びダミー配線５０２を含む第１配線層上の配線が、平面視において、光電変換部１０１の外周を囲うように配されている。これら以外の要素については、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。

第２の実施形態と同様に、接続配線５０１及びダミー配線５０２により、転送トランジスタ１０３のゲート電極３０４だけでなく、リセットトランジスタ１０４やＳＦトランジスタ１０５、選択トランジスタ１０６の各々のゲート電極への光の入射が遮られる。したがって、本実施形態によれば、第２の実施形態と同様の効果が得られる。更に、本実施形態によれば、接続配線５０１の面積が第２の実施形態の場合よりも小さいため、転送トランジスタ１０３に生じる寄生容量が低減される。そのため、信号の読み出し速度が第２の実施形態の場合よりも高速化される。この効果を得るためには、ダミー配線５０２は、接続配線５０１と接続されていない状態であればよい。例えば、ダミー配線５０２は、フローティング状態であってもよく、電源電位、グラウンド電位等の所定の電位が与えられている状態であってもよい。

なお、図６では接続配線５０１とダミー配線５０２により光電変換部１０１のほぼ全周が囲われているが、寄生容量を低減する効果を得るためにはほぼ全周が囲われていることは必須ではない。すなわち、ダミー配線５０２の端部の少なくとも一部が、平面視において、光電変換部１０１の端部の少なくとも一部に沿うように配されていればよい。例えば、接続配線５０１とダミー配線５０２を含む第１配線層上の配線が、光電変換部１０１の２辺又は３辺のみに配されていてもよい。ダミー配線５０２が平面視において、接続配線５０１に対して光電変換部１０１を間に挟んで対向する位置のみに配されている構成であってもよい。

（第４の実施形態）
図７は、第４の実施形態に係る画素１１の回路図であり、図８は、第４の実施形態に係る平面視による画素１１の模式図である。図７を参照して本実施形態の画素１１の回路構成を説明する。第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

画素１１は、光電変換部６０１Ａ、６０１Ｂ及び転送トランジスタ６０２Ａ、６０２Ｂを有する。光電変換部６０１Ａ、６０１Ｂは、光電変換により入射光に応じた電荷を生成するとともに、当該電荷を蓄積する光電変換素子である。光電変換部６０１Ａ、６０１Ｂは半導体基板内に形成されたフォトダイオードにより構成され得る。転送トランジスタ６０２Ａ（第１転送トランジスタ）は、オンとなることにより光電変換部６０１Ａ（第１光電変換部）の電荷をＦＤ１０２に転送する。転送トランジスタ６０２Ｂ（第２転送トランジスタ）は、オンとなることにより光電変換部６０１Ｂ（第２光電変換部）の電荷をＦＤ１０２に転送する。すなわち、２つの光電変換部６０１Ａ、６０１Ｂ及び２つの転送トランジスタ６０２Ａ、６０２Ｂが１つのＦＤ１０２を共有している。

本回路構成によれば、２つの光電変換部６０１Ａ、６０１Ｂを有することにより、第１の実施形態と同様に撮像用の信号が得られることに加えて、撮像以外の用途に用いられる信号を出力することができる。ここで、撮像以外の用途に用いられる信号とは、例えば、位相差検出方式による焦点検出用の信号、距離測定のための信号、撮像用の光とは異なる波長域の光を光電変換して得られた信号などである。

図８は、第４の実施形態に係る平面視による画素１１の模式図である。接続配線７０１Ａ（第１配線）は、転送トランジスタ６０２Ａのゲート電極（第１制御電極）と駆動配線７０２Ａとを接続する配線である。接続配線７０１Ｂ（第３配線）は、転送トランジスタ６０２Ｂのゲート電極（第２制御電極）と駆動配線７０２Ｂとを接続する配線である。接続配線７０１Ａ、７０１Ｂは、ゲート電極よりも上に配された複数の配線層のうち、最も基板に近い第１配線層に形成されている。接続配線７０１Ａは、少なくとも一部が、平面視において、転送トランジスタ６０２Ａのゲート電極と重なるように配されている。更に、接続配線７０１Ａの端部の少なくとも一部が、平面視において、転送トランジスタ６０２Ａのゲート電極の端部であって光電変換部６０１Ａに面する側の端部に沿うような形状となっている。接続配線７０１Ｂは、少なくとも一部が、平面視において、転送トランジスタ６０２Ｂのゲート電極と重なるように配されている。更に、接続配線７０１Ｂの端部の少なくとも一部が、平面視において、転送トランジスタ６０２Ｂのゲート電極の端部であって光電変換部６０１Ｂに面する側の端部に沿うような形状となっている。

駆動配線７０２Ａ、７０２Ｂは接続配線７０１Ａ、７０１Ｂが形成される第１配線層の上の第２配線層に形成される。駆動配線７０２Ａ、７０２Ｂは制御信号線６を構成する複数の駆動配線の１つである。駆動配線７０２Ａは、垂直走査回路３０から出力された制御信号を転送トランジスタ６０２Ａのゲート電極に伝送させる配線である。駆動配線７０２Ｂは、垂直走査回路３０から出力された制御信号を転送トランジスタ６０２Ｂのゲート電極に伝送させる配線である。

本実施形態の構成によれば、転送トランジスタ６０２Ａ、６０２Ｂのゲート電極の上に接続配線７０１Ａ、７０１Ｂがそれぞれ形成されている。接続配線７０１Ａ、７０１Ｂにより入射光が遮られるため、入射光がこれらのゲート電極に入射されにくくなる。また、接続配線７０１Ａ、７０１Ｂの端部の少なくとも一部が、平面視において、転送トランジスタ６０２Ａ、６０２Ｂのゲート電極のそれぞれの端部であって光電変換部６０１Ａ、６０１Ｂに面する側の端部に沿うように配されている。したがって、入射光がよりゲート電極に入射されにくくなっている。このように、２つの光電変換部６０１Ａ、６０１Ｂ及び２つの転送トランジスタ６０２Ａ、６０２Ｂが、１つのＦＤ１０２を共有する回路構成であっても、第１の実施形態と同様に、入射光のゲート電極での屈折に起因するノイズが低減される。

（第５の実施形態）
図９は、第５の実施形態に係る平面視による画素１１の模式図である。本実施形態の画素１１の回路図は第４の実施形態と同様である。同様の構成については説明を省略する。

本実施形態においては、第４の実施形態の接続配線７０１Ａ、７０１Ｂ、駆動配線７０２Ａ、７０２Ｂにそれぞれ対応する接続配線８０１Ａ、８０１Ｂ、駆動配線８０２Ａ、８０２Ｂの形状が第４の実施形態と異なっている。本実施形態では、図９に示されるように、接続配線８０１Ａ、８０１Ｂの両方が、平面視において、転送トランジスタ６０２Ａと６０２Ｂのゲート電極間の領域に配されている。本実施形態の構成によれば、接続配線８０１Ａ、８０１Ｂによりゲート電極の間を通過する光を遮ることができるため、入射光のゲート電極での屈折に起因するノイズをより低減することが可能となる。

なお、図９では接続配線８０１Ａ、８０１Ｂの両方が、ゲート電極間の領域に配されていることは必須ではない。接続配線８０１Ａ、８０１Ｂのうちの少なくとも一方の少なくとも一部がゲート電極間の領域の少なくとも一部に配されていればノイズを低減する効果が得られる。

（第６の実施形態）
図１０は、第６の実施形態に係る平面視による画素１１の模式図である。本実施形態の画素１１の回路図は第４又は第５の実施形態と同様である。同様の構成については説明を省略する。

本実施形態においては、第５の実施形態の接続配線８０１Ａ、８０１Ｂにそれぞれ対応する接続配線９０１Ａ、９０１Ｂの形状が第５の実施形態と異なっている。本実施形態では、図１０に示されるように、転送トランジスタ６０２Ａのゲート電極に接続される接続配線９０１Ａの面積が転送トランジスタ６０２Ｂのゲート電極に接続される９０１Ｂの面積よりも小さい。この構成によれば、ＦＤ１０２と転送トランジスタ６０２Ａとの間の寄生容量を、ＦＤ１０２と転送トランジスタ６０２Ｂと間の寄生容量よりも小さくすることができる。

この構成の利点を説明する。例えば、位相差検出方式による焦点検出に用いられる信号を読み出す際の駆動方法の１つとして、転送トランジスタ６０２Ａをオンにして第１の信号を読み出した後に、転送トランジスタ６０２Ａ、６０２Ｂの両方をオンにして第２の信号を読み出す方法がある。この駆動方法では、第１の信号を読み出す際に、ＦＤ１０２と転送トランジスタ６０２Ａとの間の容量カップリングによって、ＦＤ１０２の電位が変動し、ＦＤ１０２の電位が画素１１ごとにばらつく場合がある。この場合、第２の信号を読み出す際に、ＦＤ１０２の電位のばらつきによって、画像信号に相当する第２の信号も画素ごとにばらつき得る。本実施形態の構成によれば、ＦＤ１０２と転送トランジスタ６０２Ａとの間の寄生容量を低減することにより、画像信号の画素１１ごとのばらつきを低減することができる。

（第７の実施形態）
図１１は、第７の実施形態に係る画素１２の回路図であり、図１２は、第７の実施形態に係る平面視による画素１２の模式図である。図１１を参照して本実施形態の画素１２の回路構成を説明する。第１乃至第６の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

画素１２は、光電変換部１００１Ａ、１００１Ｂ、１００３Ａ、１００３Ｂ、転送トランジスタ１００２Ａ、１００２Ｂ、１００４Ａ、１００４Ｂを有する。光電変換部１００１Ａ、１００１Ｂ、１００３Ａ、１００３Ｂは、フォトダイオード等により構成され得る光電変換素子である。転送トランジスタ１００２Ａ、１００２Ｂ、１００４Ａ、１００４Ｂは、オンとなることにより、光電変換部１００１Ａ、１００１Ｂ、１００３Ａ、１００３Ｂの電荷をそれぞれＦＤ１０２に転送する。すなわち、４つの光電変換部１００１Ａ、１００１Ｂ、１００３Ａ、１００３Ｂ及び４つの転送トランジスタ１００２Ａ、１００２Ｂ、１００４Ａ、１００４Ｂが１つのＦＤ１０２を共有している。

図１２は、第４の実施形態に係る平面視による画素１１の模式図である。接続配線１１０１Ａ、１１０１Ｂ、１１０３Ａ、１１０３Ｂ、ダミー配線１１０５、１１０６は、ゲート電極よりも上に配された複数の配線層のうち、最も基板に近い第１配線層に形成されている。

接続配線１１０１Ａは、転送トランジスタ１００２Ａ（第１転送トランジスタ）のゲート電極（第１制御電極）と駆動配線１１０２Ａとを接続する配線である。接続配線１１０１Ｂは、転送トランジスタ１００２Ｂ（第２転送トランジスタ）のゲート電極（第２制御電極）と駆動配線１１０２Ｂとを接続する配線である。接続配線１１０３Ａは、転送トランジスタ１００４Ａ（第３転送トランジスタ）のゲート電極（第３制御電極）と駆動配線１１０４Ａとを接続する配線である。接続配線１１０３Ｂは、転送トランジスタ１００４Ｂ（第４転送トランジスタ）のゲート電極（第４制御電極）と駆動配線１１０４Ｂとを接続する配線である。

接続配線１１０１Ｂ及びダミー配線１１０５は、平面視において、光電変換部１００１Ａ（第１光電変換部）及び光電変換部１００１Ｂ（第２光電変換部）の外周を囲うように配されている。接続配線１１０３Ｂ及びダミー配線１１０６は、平面視において、光電変換部１００３Ａ（第３光電変換部）及び１００３Ｂ（第４光電変換部）の外周を囲うように配されている。

すなわち、４個の光電変換部１００１Ａ、１００１Ｂ、１００３Ａ、１００３Ｂは、平面視において、第１配線層上の配線により２個ずつ外周を囲われている。画素１２の第１部分１１０７は、光電変換部１００３Ａ、１００３Ｂを含み、第２部分１１０８は、光電変換部１００１Ａ、１００１Ｂを含む。

本実施形態においては、第１部分１１０７と第２部分１１０８が、画素１２の中心線に対して、線対称に配置されており、対称な構造となっている。このような線対称構造の場合、第１部分１１０７に含まれる光電変換部と第２部分１１０８に含まれる光電変換部との間で、出力に差が生じる場合がある。例えば、図１２中の第１方向の成分を含む光が画素１２に入射された場合、第２部分１１０８に入射された光は、転送トランジスタ１００２Ａ、１００２Ｂのゲート電極によって屈折し、第１部分１１０７内に入射し、ノイズを生じさせ得る。一方、第１部分１１０７に入射された光は、転送トランジスタ１００４Ａ、１００４Ｂによる屈折が生じたとしても第２部分１１０８には入射されない。このような現象により、第１部分１１０７に含まれる光電変換部の方が、第２部分１１０８に含まれる光電変換部よりも出力が大きくなり得る。

本実施形態の構成によれば、第１部分１１０７、第２部分１１０８ごとに４個の光電変換部を２個ずつ囲うように接続配線とダミー配線が配されている。これにより、ゲート電極への入射光が遮られ、上述の現象による光電変換部間の出力の差を低減することが可能となる。

なお、図１２では、光電変換部の外周である四辺のうち、接続配線１１０１Ｂが第１の辺と第２の辺を囲い、ダミー配線１１０５が第３の辺と第４の辺を囲っている。しかしながら、接続配線１１０１Ｂが第１の辺の全てと第２の辺の一部を囲い、ダミー配線１１０５が第３の辺の全てと第４の辺の一部を囲った上で、第１配線層に設けられた他の配線が残りの第２及び第４の辺を囲うように構成してもよい。この形態によれば、１つの配線で２つの辺の略全てを囲うように配する必要がなく、各配線のレイアウトの自由度を高めることができる。

また、図１２に示されるように、本実施形態の固体撮像装置は、第３乃至第６の実施形態と同様の特徴を有する構成となっている。したがって、第７の実施形態によれば、これらの実施形態と同様の効果をも得ることができる。

（第８の実施形態）
図１３は、第８の実施形態に係る平面視による画素の模式図である。本実施形態においては、接続配線４０１に加えて、第１の実施形態の駆動配線２０２に対応する駆動配線１３０２（第４配線）も、平面視において、光電変換部１０１の外周を囲うように配されている。駆動配線１３０２は、第２配線層に形成される。駆動配線１３０２以外の要素については、第２の実施形態と同様であるため説明を省略する。

この構成により、接続配線４０１だけでなく、駆動配線１３０２もゲート電極への光の入射を遮る効果を有する。したがって、本実施形態によれば、よりノイズが低減された光電変換装置が提供される。更に、本実施形態では、駆動配線１３０２も、平面視において、光電変換部１０１の外周を囲っていることにより、図中の第１方向、第２方向について対称的に遮光される配置となっている。よって、本実施形態の駆動配線１３０２は、第２の実施形態と比べて入射光の光学的対称性がより良好となる配置である。

ここで、接続配線４０１が転送トランジスタ１０３のゲート電極への光の入射を遮る効果を得るためには、光電変換部１０１の外周が全て囲われていなくてもよい。接続配線４０１の端部の少なくとも一部が、平面視において、転送トランジスタ１０３のゲート電極の端部であって光電変換部１０１に面する側の端部に沿うような形状となっていればよい。

なお、図１３では駆動配線１３０２が切れ目なく光電変換部１０１の外周を囲っているが、一部が途切れていても実質的に光電変換部１０１の外周を囲っていればよく、その場合も上述のノイズの低減及び入射光の光学的対称性の向上の効果が得られる。また、光電変換部１０１の外周を囲う第２配線層の配線は、駆動配線１３０２を含んでいればよく、例えば、第３の実施形態のように駆動配線１３０２以外にダミー配線を含んでもよい。

（第９の実施形態）
本発明の第９の実施形態による撮像システムについて、図１４を用いて説明する。図１４は、本実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。本実施形態の撮像システム１４００は、第１乃至第８の実施形態による光電変換装置の一例である固体撮像装置１４０１を有する。

本実施形態による撮像システム１４００は、特に限定されるものではないが、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、カメラヘッド、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星等に適用可能である。

撮像システム１４００は、図１４に示すように、固体撮像装置１４０１、レンズ１４０２、絞り１４０４、バリア１４０６、信号処理部１４０８、タイミング発生部１４１０、全体制御・演算部１４１２を有している。撮像システム１４００は、また、メモリ部１４１４、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部１４１６、外部Ｉ／Ｆ部１４１８を有している。

レンズ１４０２は、被写体の光学像を固体撮像装置１４０１の画素領域に結像するためのものである。絞り１４０４は、レンズ１４０２を通った光量を可変するためのものである。バリア１４０６は、レンズ１４０２の保護のためのものである。固体撮像装置１４０１は、第１乃至第８の実施形態で説明した光電変換装置であって、レンズ１４０２により結像された光学像に基づく信号を信号処理部１４０８に出力するものである。

信号処理部１４０８は、固体撮像装置１４０１より出力される信号に対して、所望の処理、補正、データ圧縮等を行うものである。信号処理部１４０８には、固体撮像装置１４０１から出力される信号をアナログデジタル変換するためのアナログデジタル変換器及びアナログデジタル変換器から出力されるデジタル信号を処理するデジタルシグナルプロセッサが含まれる。信号処理部１４０８は、固体撮像装置１４０１と同じ基板に搭載されていてもよいし、別の基板に搭載されていてもよい。また、信号処理部１４０８の一部の機能が固体撮像装置１４０１と同じ基板に搭載され、信号処理部１４０８の他の一部の機能が別の基板に搭載されていてもよい。

タイミング発生部１４１０は、固体撮像装置１４０１及び信号処理部１４０８に、各種タイミング信号を出力するためのものである。全体制御・演算部１４１２は、撮像システム１４００の全体の駆動や演算処理を司る制御部である。ここで、タイミング信号などは撮像システム１４００の外部から入力されてもよく、撮像システム１４００は、少なくとも固体撮像装置１４０１と、固体撮像装置１４０１から出力された信号を処理する信号処理部１４０８とを有していればよい。

メモリ部１４１４は、画像データを一時的に記憶するためのフレームメモリ部である。記録媒体制御Ｉ／Ｆ部１４１６は、記録媒体１４２０への記録、あるいは記録媒体１４２０からの読み出しを行うためのインターフェース部である。外部Ｉ／Ｆ部１４１８は、外部コンピュータ等と通信するためのインターフェース部である。記録媒体１４２０は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、あるいは撮像システム１４００に内蔵された記録媒体である。

このようにして、第１乃至第８の実施形態による光電変換装置の一例である固体撮像装置１４０１を適用して撮像システム１４００を構成することができる。第１乃至第８の実施形態による光電変換装置はノイズを低減する効果を有しているので、より良好な画質の映像を撮影可能な撮像システムを実現することができる。

（その他の実施形態）
なお、上述の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を、他の実施形態に追加した実施形態、あるいは他の実施形態の一部の構成と置換した実施形態も本発明を適用し得る実施形態であると理解されるべきである。

半導体基板内に形成されている不純物拡散領域の導電型は例示であり、上述の実施形態の導電型に限られるものではない。例えば、各不純物拡散領域のＰ型とＮ型を全て逆にしたものであってもよい。

また、第９の実施形態に示した撮像システムは、本発明の撮像装置を適用しうる撮像システムの一例を示したものであり、本発明の光電変換装置を適用可能な撮像システムは図１３に示した構成に限定されるものではない。例えば、第１乃至第８の実施形態の光電変換装置を焦点検出装置として用いて撮像システムを構成してもよい。

１０１光電変換部
１０３転送トランジスタ
２０１接続配線
２０２駆動配線
３００半導体基板

Claims

基板と、
前記基板に形成され、入射光を光電変換して電荷を生成する第１光電変換部と、
前記基板の上に形成された第１制御電極を含み、前記第１光電変換部から前記電荷を転送する第１転送トランジスタと、
前記第１制御電極よりも上に配された複数の配線層と、
を有し、
前記複数の配線層のうち最も前記基板に近い配線層である第１配線層は、第１配線を含み、
前記第１配線の少なくとも一部が、平面視において、前記第１制御電極の少なくとも一部と重なるように配され、かつ、前記第１配線の端部の少なくとも一部が、平面視において、前記第１制御電極の前記第１光電変換部に面する側の端部に沿うように配されている
ことを特徴とする光電変換装置。
前記第１配線の端部の少なくとも一部が、平面視において、前記第１光電変換部の端部の少なくとも一部に沿うように配されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
前記第１転送トランジスタを制御する制御信号を出力する走査回路を更に有し、
前記制御信号は前記第１配線を介して前記第１制御電極に伝送される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換装置。
前記第１配線は、可視光を透過しない材料で形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光電変換装置。
前記第１配線が、平面視において、前記第１光電変換部の外周を囲うように配されている
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
前記第１配線層は、第２配線を更に含み、
前記第２配線の端部の少なくとも一部が、平面視において、前記第１光電変換部の端部の少なくとも一部に沿うように配されている
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換装置。
前記第２配線は、平面視において、前記第１配線に対して前記第１光電変換部を間に挟んで対向する位置に配されている
ことを特徴とする請求項６に記載の光電変換装置。
前記第１配線と前記第２配線を含む前記第１配線層の配線が、平面視において、前記第１光電変換部の外周を囲うように配されている
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の光電変換装置。
前記第２配線は、フローティング状態であるか、又は所定の電位が与えられている、ダミー配線である
ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の光電変換装置。
前記基板に形成され、入射光を光電変換して電荷を生成する第２光電変換部と、
前記基板の上に形成された第２制御電極を含み、前記第２光電変換部から前記電荷を転送する第２転送トランジスタと、
前記第１転送トランジスタ及び前記第２転送トランジスタにより、前記電荷が転送されるフローティングディフュージョンと、
を更に有するし、
前記第１配線層は、第３配線を更に含み、
前記第３配線の少なくとも一部が、平面視において、前記第２制御電極と重なるように配されている
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光電変換装置。
前記第３配線の端部の少なくとも一部が、平面視において、前記第２制御電極の前記第２光電変換部に面する側の端部の少なくとも一部に沿うように配されている
ことを特徴とする請求項１０に記載の光電変換装置。
前記第１配線及び前記第３配線のうちの少なくとも一方の少なくとも一部が、平面視において、前記第１制御電極と前記第２制御電極の間の領域の少なくとも一部に配されている
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の光電変換装置。
前記第１配線は、前記第１制御電極に接続され、
前記第３配線は、前記第２制御電極に接続され、
前記第１配線の面積と前記第３配線の面積が異なる
ことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の光電変換装置。
前記基板に形成され、入射光を光電変換して電荷を生成する第２光電変換部と、
前記基板に形成され、入射光を光電変換して電荷を生成する第３光電変換部と、
前記基板に形成され、入射光を光電変換して電荷を生成する第４光電変換部と、
前記基板の上に形成された第２制御電極を含み、前記第２光電変換部から前記電荷を転送する第２転送トランジスタと、
前記基板の上に形成された第３制御電極を含み、前記第３光電変換部から前記電荷を転送する第３転送トランジスタと、
前記基板の上に形成された第４制御電極を含み、前記第４光電変換部から前記電荷を転送する第４転送トランジスタと、
前記第１転送トランジスタ、前記第２転送トランジスタ、前記第３転送トランジスタ及び前記第４転送トランジスタにより、前記電荷が転送されるフローティングディフュージョンと、
を更に有し、
前記第１光電変換部、前記第２光電変換部、前記第３光電変換部、前記第４光電変換部が、平面視において、前記第１配線層上の配線により２個ずつ外周を囲われている
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光電変換装置。
前記複数の配線層のうち前記第１配線層よりも上に配された第２配線層は、第４配線を含み、
前記第４配線の端部の少なくとも一部が、平面視において、前記第１制御電極の前記第１光電変換部に面する側の端部に沿うように配されている
ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
前記第４配線を含む前記第２配線層の配線が、平面視において、前記第１光電変換部の外周を囲うように配されている
ことを特徴とする請求項１５に記載の光電変換装置。
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置から出力される信号を処理する信号処理部と、
を備えることを特徴とする撮像システム。