JP4662966B2

JP4662966B2 - Imaging device

Info

Publication number: JP4662966B2
Application number: JP2007188322A
Authority: JP
Inventors: 佳津男河村
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2027-07-19
Also published as: JP2009026941A

Description

本発明は、色モアレ及び輝度モアレの発生を抑えることができる撮像素子及び撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging element and an imaging apparatus that can suppress the occurrence of color moire and luminance moire.

デジタルカメラなどの撮像装置には、ＣＣＤ型やＣＭＯＳ型の撮像素子が用いられている。特に、１つの撮像素子でカラー画像を撮像することができる、いわゆる単板（シングルセンサ）のカラー撮像装置が広く用いられている。このような撮像装置に用いられる撮像素子は、受光領域の表面にＲＧＢ３色（又は、ＲＧＢとさらに別の１色を加えた４色）の各色が所定のパターンに基づいて規則的に配列されている。こうすることで、撮像素子によって各画素毎に対応するカラーフィルタに応じて入射光を分光し、画素の受光部において色信号をそれぞれ生成することによって、撮像装置でカラーの画像を形成している。カラーフィルタの配列としては、例えば、ＲＧＢの各色を格子状に規則的に配置したベイヤー配列がある。カラーフィルタを備えた撮像素子としては、下記特許文献がある。 An imaging device such as a digital camera uses a CCD type or CMOS type imaging device. In particular, a so-called single-plate (single sensor) color image pickup device that can pick up a color image with one image pickup device is widely used. An image pickup device used in such an image pickup apparatus has three colors of RGB (or four colors obtained by adding one color other than RGB) regularly arranged on the surface of a light receiving region based on a predetermined pattern. Yes. By doing so, incident light is dispersed according to the color filter corresponding to each pixel by the image sensor, and a color image is generated in the light receiving unit of the pixel, thereby forming a color image by the imaging device. . As an arrangement of color filters, for example, there is a Bayer arrangement in which RGB colors are regularly arranged in a grid pattern. The following patent document is known as an image sensor provided with a color filter.

特開２０００−３０８０７０号公報JP 2000-308070 A 特開２０００−３０８０８０号公報JP 2000-308080 A

ところで、ベイヤー配列のように、ＲＧＢのフィルタを規則的に配列したパターンを有するカラーフィルタを備えた撮像素子は、細かい模様の被写体を撮像した場合に、本来被写体にない色が出力されてしまう色モアレ（偽色ともいう）や、縞模様状に輝度のムラが生じてしまう輝度モアレが生じてしまう。このような色モアレ及び輝度モアレは、電気的フィルタ処理でも取り除くことができないため、画質を向上させるうえで改良が望まれていた。 By the way, an image sensor including a color filter having a pattern in which RGB filters are regularly arranged, such as a Bayer array, outputs a color that originally does not exist in a subject when a subject with a fine pattern is imaged. Moire (also referred to as false color) or luminance moire that causes uneven luminance in a striped pattern occurs. Such color moiré and luminance moiré cannot be removed even by electrical filter processing, and therefore improvement has been desired to improve image quality.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、色モアレ及び輝度モアレの発生を抑えることができる撮像素子及び撮像装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an imaging element and an imaging apparatus capable of suppressing the occurrence of color moire and luminance moire.

本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）撮像素子の撮像領域に設けられた複数の画素ごとに入射光を光電変換することで信号電荷を生成して画像を形成する撮像装置であって、
前記撮像素子が、
半導体基板の表面に第１の直線方向及び該第１の直線方向に直交する第２の直線方向に配列された複数の光電変換部と、前記光電変換部における入射光が入射される受光領域とを備え、前記光電変換部の重心に対する前記受光領域の重心の位置を示すずれベクトルが、少なくとも前記第１の直線方向に隣接する受光領域のずれベクトル、及び、前記第２の直線方向に隣接する受光領域のずれベクトルのいずれかと異なり、
前記複数の画素それぞれの前記受光領域のずれ量を示す位置情報を記憶する記憶手段を備えていることを特徴とする撮像装置。
（２）前記光電変換部の上方が、該光電変換部のそれぞれの上部に開口部を有する遮光膜で覆われ、前記開口部の重心が少なくとも前記第１の直線方向に隣接する開口部の重心に対して前記第２の直線方向にずれている位置、及び、前記第２の直線方向に隣接する開口部の重心に対して前記第１の直線方向にずれている位置のいずれかに設けられていることを特徴とする（１）に記載の撮像装置。
（３）前記複数の光電変換部が、少なくとも前記第１の直線方向に隣接する前記光電変換部に対して前記第２の直線方向にずれている位置、及び、前記第２の直線方向に隣接する前記光電変換部に対して前記第１の直線方向にずれている位置のいずれかに設けられていることを特徴とする（２）に記載の撮像装置。
（４）前記位置情報が、前記撮像領域に設けられた第１の直線方向及び前記第１の直線方向に直交する第２の直線方向に対するずれ量を示す座標情報であることを特徴とする（１）から（３）のいずれか１つに記載の撮像装置。
（５）前記記憶手段が、マスクＲＯＭであることを特徴とする（１）から（４）のいずれか１つに記載の撮像装置。
（６）前記記憶手段が、ＥＥＰＲＯＭであることを特徴とする（１）から（４）のいずれか１つに記載の撮像装置。
（７）前記撮像素子は、前記撮像領域における前記入射光が照射する面にカラーフィルタが設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の撮像装置。
（８）前記撮像素子は、前記撮像領域における前記入射光が照射する面に規則的に配列されたマイクロレンズを備え、前記位置情報に基づいて数値計算を行うことによって画像を補正する（１）から（６）のいずれか１つに記載の撮像装置。 The above object of the present invention is achieved by the following configurations.
(1) An imaging device that forms an image by generating signal charges by photoelectrically converting incident light for each of a plurality of pixels provided in an imaging region of an imaging device,
The image sensor is
A plurality of photoelectric conversion units arranged on the surface of the semiconductor substrate in a first linear direction and a second linear direction orthogonal to the first linear direction; a light receiving region in which incident light in the photoelectric conversion unit is incident; It comprises a displacement vector indicating the position of the center of gravity of the light receiving area with respect to the center of gravity of the photoelectric conversion unit, displacement vector of the light-receiving region adjacent to at least the first linear direction, and, adjacent to said second linear direction Unlike one of the deviation vectors of the light receiving area,
An image pickup apparatus comprising storage means for storing position information indicating a shift amount of the light receiving area of each of the plurality of pixels.
(2) The upper part of the photoelectric conversion unit is covered with a light-shielding film having an opening on each upper part of the photoelectric conversion unit, and the center of gravity of the opening is at least the center of gravity of the opening adjacent to the first linear direction. With respect to the second linear direction and a position shifted in the first linear direction with respect to the center of gravity of the opening adjacent to the second linear direction. The imaging apparatus according to (1), characterized in that:
(3) A position where the plurality of photoelectric conversion units are at least shifted in the second linear direction with respect to the photoelectric conversion units adjacent in the first linear direction, and adjacent to the second linear direction The imaging apparatus according to (2), wherein the imaging apparatus is provided at any one of the positions shifted in the first linear direction with respect to the photoelectric conversion unit.
(4) The position information is coordinate information indicating a shift amount with respect to a first linear direction provided in the imaging region and a second linear direction orthogonal to the first linear direction. The imaging apparatus according to any one of 1) to (3).
(5) The imaging apparatus according to any one of (1) to (4), wherein the storage unit is a mask ROM.
(6) The imaging apparatus according to any one of (1) to (4), wherein the storage unit is an EEPROM.
(7) The image pickup device according to any one of claims 1 to 6, wherein the image pickup element is provided with a color filter on a surface of the image pickup region irradiated with the incident light.
(8) The imaging device includes microlenses regularly arranged on a surface irradiated with the incident light in the imaging region, and corrects an image by performing numerical calculation based on the position information (1) The imaging device according to any one of (6) to (6) .

本発明によれば、撮像領域においてそれぞれの画素の受光領域が、少なくとも第１の直線方向に隣接する受光領域に対して第２の直線方向にずれている位置、及び、第２の直線方向に隣接する受光領域に対して第１の直線方向にずれている位置のいずれかに設けられている。このとき、画素の全体の配列が第１の直線方向又は第２の直線方向に対して非直線に配列された構成、又は、第１の直線方向と第２の直線方向との規定される２次元上に不規則に配列された構成となる。画素を規則的に配列した場合において見られる色モアレや輝度モアレの発生を抑制することができる。 According to the present invention, the light receiving area of each pixel in the imaging area is at least shifted in the second linear direction with respect to the light receiving area adjacent in the first linear direction, and in the second linear direction. It is provided at one of the positions shifted in the first linear direction with respect to the adjacent light receiving region. At this time, the entire arrangement of the pixels is arranged in a non-linear manner with respect to the first linear direction or the second linear direction, or 2 defined by the first linear direction and the second linear direction. The configuration is irregularly arranged on the dimension. It is possible to suppress the occurrence of color moire and luminance moire that can be seen when pixels are regularly arranged.

また、撮像装置が複数の画素それぞれの受光領域のずれ量を示す位置情報を記憶する記憶手段を備える構成とすることが好ましい。撮像素子の入射光が照射する側の面にマイクロレンズを形成した場合に、マイクロレンズを受光領域のずれ量にあわせてずらした位置に配列することが困難である。そこで、マイクロレンズを規則的に配列することに起因するセンサ感度のランダムなばらつきを、前記ずれ量を示す位置情報に基づいて数値計算を行うことによって画像を補正することができる。 In addition, it is preferable that the imaging apparatus includes a storage unit that stores position information indicating the shift amount of the light receiving area of each of the plurality of pixels. When a microlens is formed on the surface of the image sensor that is irradiated with incident light, it is difficult to arrange the microlens at a position that is shifted in accordance with the shift amount of the light receiving region. Therefore, the image can be corrected by performing a numerical calculation based on the positional information indicating the deviation amount, based on random variations in sensor sensitivity caused by regularly arranging the microlenses.

本発明によれば、色モアレ及び輝度モアレの発生を抑えることができる撮像素子及び撮像装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the image pick-up element and imaging device which can suppress generation | occurrence | production of a color moire and a luminance moire can be provided.

以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる撮像素子を備えた撮像装置の構成図である。この実施形態ではデジタルスチルカメラを例に説明するが、デジタルビデオカメラや携帯電話機等の小型電子機器に搭載されたカメラ等の他の種類のデジタルカメラにも本発明を適用可能である。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of an image pickup apparatus including an image pickup device according to the present invention. In this embodiment, a digital still camera will be described as an example. However, the present invention can also be applied to other types of digital cameras such as a camera mounted on a small electronic device such as a digital video camera or a mobile phone.

図１に示すデジタルスチルカメラは、撮影レンズ１０と、ＣＣＤ型の撮像素子１１と、この両者の間に設けられた絞り１２と、赤外線カットフィルタ１３と、光学ローパスフィルタ１４とを備える。デジタルスチルカメラ全体を制御するＣＰＵ１５は、フラッシュ用の発光部１６及び受光部１７を制御し、また、レンズ駆動部１８を制御して撮影レンズ１０の位置をフォーカス位置に調整し、絞り駆動部１９を介し絞りの開口量を制御して露光量が適正露光量となるように調整する。 The digital still camera shown in FIG. 1 includes a photographic lens 10, a CCD type image sensor 11, a diaphragm 12 provided between the two, an infrared cut filter 13, and an optical low-pass filter 14. The CPU 15 that controls the entire digital still camera controls the light emitting unit 16 and the light receiving unit 17 for flash, controls the lens driving unit 18 to adjust the position of the photographing lens 10 to the focus position, and the diaphragm driving unit 19. Then, the aperture amount of the diaphragm is controlled to adjust the exposure amount to be an appropriate exposure amount.

撮像素子１１は、本実施形態では、赤色（Ｒ）の入射光量に応じた信号を検出するＲ画素と、緑色（Ｇ）の入射光量に応じた信号を検出するＧ画素と、青色（Ｂ）の入射光量に応じた信号を検出するＢ画素が設けられている。また、輝度検出信号（Ｗ）を検出する輝度検出画素とが設けられていてもよい。なお、撮像素子１１は、ＣＣＤ型でなくＣＭＯＳ型などの他の形式のものでもよい。 In this embodiment, the imaging device 11 includes an R pixel that detects a signal corresponding to a red (R) incident light amount, a G pixel that detects a signal corresponding to a green (G) incident light amount, and blue (B). B pixels for detecting a signal corresponding to the amount of incident light are provided. Further, a luminance detection pixel that detects the luminance detection signal (W) may be provided. Note that the image sensor 11 may be other types such as a CMOS type instead of the CCD type.

また、ＣＰＵ１５は、撮像素子駆動部２０を介して、撮像素子１１を詳細は後述するようにして駆動し、撮影レンズ１０を通して撮像した被写体画像を出力させる。ＣＰＵ１５には、操作部２１を通してユーザの指示信号が入力され、ＣＰＵ１５はこの指示に従って各種制御を行う。 Further, the CPU 15 drives the image sensor 11 through the image sensor driving unit 20 as described in detail later, and outputs a subject image captured through the photographing lens 10. A user instruction signal is input to the CPU 15 through the operation unit 21, and the CPU 15 performs various controls according to the instruction.

操作部２１はシャッタボタンを含み、シャッタボタンが半押し状態（スイッチＳ１）になったときにフォーカス調整が為され、シャッタボタンが全押し状態（スイッチＳ２）になると、撮像が行われる。 The operation unit 21 includes a shutter button, and focus adjustment is performed when the shutter button is in a half-pressed state (switch S1), and imaging is performed when the shutter button is in a fully-pressed state (switch S2).

デジタルスチルカメラの電気制御系は、撮像素子１１の出力に接続されたアナログ信号処理部２２と、このアナログ信号処理部２２から出力されたＲ，Ｇ，Ｂの各色信号をそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路２３とを備え、これらはＣＰＵ１５によって制御される。 The electric control system of the digital still camera converts an analog signal processing unit 22 connected to the output of the image sensor 11 and R, G, and B color signals output from the analog signal processing unit 22 into digital signals. And an A / D conversion circuit 23, which are controlled by the CPU 15.

さらに、このデジタルスチルカメラの電気制御系は、メインメモリ（フレームメモリ）２４に接続されたメモリ制御部２５と、信号処理を行うデジタル信号処理部２６と、撮像画像をＪＰＥＧ画像に圧縮したり圧縮画像を伸張したりする圧縮伸張処理部２７と、測光データを積算してホワイトバランスのゲインを調整させる積算部２８と、着脱自在の記録媒体２９が接続される外部メモリ制御部３０と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部３１が接続される表示制御部３２とを備え、これらは、制御バス３３及びデータバス３４によって相互に接続され、ＣＰＵ１５からの指令によって制御される。 Further, the electric control system of the digital still camera includes a memory control unit 25 connected to a main memory (frame memory) 24, a digital signal processing unit 26 that performs signal processing, and compresses or compresses a captured image into a JPEG image. A compression / expansion processing unit 27 that expands an image, an integration unit 28 that integrates photometric data to adjust the gain of white balance, an external memory control unit 30 to which a detachable recording medium 29 is connected, and the back of the camera And a display control unit 32 to which a liquid crystal display unit 31 mounted on the device is connected. These are connected to each other by a control bus 33 and a data bus 34 and controlled by a command from the CPU 15.

また、ＣＰＵには、記憶部３５が接続されている。記憶部３５は、後述する撮像素子の画素配列の位置情報などを予め記憶させておくための記憶手段として機能する。記憶部３５としては、例えば、マスクＲＯＭやＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）などを用いることができる。 In addition, a storage unit 35 is connected to the CPU. The storage unit 35 functions as storage means for storing in advance position information of a pixel array of an image sensor, which will be described later. As the storage unit 35, for example, a mask ROM or an EEPROM (Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory) can be used.

図２は、撮像素子１１の撮像領域における画素配列を簡略的に示した平面図である。図３は、図２の画素配列において矢印Ａ−Ａ方向にみた断面図である。 FIG. 2 is a plan view schematically showing the pixel arrangement in the imaging region of the imaging device 11. FIG. 3 is a cross-sectional view of the pixel array of FIG. 2 as viewed in the direction of arrow AA.

撮像素子１１は、シリコン等の半導体基板４１を有し、半導体基板４１の、入射光が照射される側の表面には、イオン注入などによって複数の不純物拡散層が形成されている。具体的には、半導体基板４１の表面には、高濃度のｐ型の不純物拡散層からなる正電荷蓄積領域４３ａと、該正電荷蓄積領域４３ａの下層にｎ型の不純物拡散層からなる電子蓄積領域４３ｂとが形成されている。正電荷蓄積領域４３ａと電子蓄積領域４３ｂが、受光した入射光を光電変換することで信号電荷を発生する光電変換部として機能する。 The imaging element 11 has a semiconductor substrate 41 such as silicon, and a plurality of impurity diffusion layers are formed on the surface of the semiconductor substrate 41 on the side irradiated with incident light by ion implantation or the like. Specifically, on the surface of the semiconductor substrate 41, a positive charge accumulation region 43a composed of a high-concentration p-type impurity diffusion layer and an electron accumulation composed of an n-type impurity diffusion layer under the positive charge accumulation region 43a. Region 43b is formed. The positive charge accumulation region 43a and the electron accumulation region 43b function as a photoelectric conversion unit that generates signal charges by photoelectrically converting the received incident light.

半導体基板４１の表面には、正電荷蓄積領域４３ａ及び電子蓄積領域４３ｂと隙間を隔てて（図３では右側）、高濃度のｎ型の不純物拡散層からなる電荷転送領域４２ａと、該電荷転送領域４２ａの下層に高濃度のｐ型の不純物拡散層４２ｂとが形成されている。電荷転送領域４２ａは、駆動時に撮像素子駆動部２０から入力される読み出しパルスに基づいて、右側に位置する画素の電子蓄積領域４３ｂで発生した信号電荷を読み出す。正電荷蓄積領域４３ａ及び電子蓄積領域４３ｂの左側には、高濃度のｐ型不純物拡散層からなる素子分離領域４４が形成され、該正電荷蓄積領域４３ａ及び電子蓄積領域４３ｂとは素子分離領域４４を介して、正電荷蓄積領域４３ａ及び電子蓄積領域４３ｂと隣り合う画素の光電変換部の信号電荷の読み出しを行うための電荷転送領域４５ａ及びｐ型の不純物拡散層４５ｂが同様に設けられている。 On the surface of the semiconductor substrate 41, a charge transfer region 42a made of a high-concentration n-type impurity diffusion layer is provided with a gap (right side in FIG. 3) from the positive charge storage region 43a and the electron storage region 43b, and the charge transfer A high-concentration p-type impurity diffusion layer 42b is formed below the region 42a. The charge transfer region 42a reads out the signal charge generated in the electron accumulation region 43b of the pixel located on the right side based on the readout pulse input from the image sensor driving unit 20 during driving. An element isolation region 44 made of a high-concentration p-type impurity diffusion layer is formed on the left side of the positive charge storage region 43a and the electron storage region 43b. The element isolation region 44 is separated from the positive charge storage region 43a and the electron storage region 43b. Similarly, a charge transfer region 45a and a p-type impurity diffusion layer 45b for reading the signal charge of the photoelectric conversion unit of the pixel adjacent to the positive charge storage region 43a and the electron storage region 43b are provided. .

半導体基板４１の表面側には、層間絶縁膜５１ｂを介してポリシリコンなどのからなる電荷転送電極５２が設けられている。本実施形態の撮像素子１１では、電荷転送電極５２は、駆動時に光電変換部から読み出した信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送電極として機能する。 On the surface side of the semiconductor substrate 41, a charge transfer electrode 52 made of polysilicon or the like is provided via an interlayer insulating film 51b. In the imaging device 11 of the present embodiment, the charge transfer electrode 52 functions as a vertical charge transfer electrode that transfers signal charges read from the photoelectric conversion unit in the vertical direction during driving.

電荷転送電極５２の上に、層間絶縁膜５１ａを介してタングステンやアルミニウムなどの遮光膜５３が形成されている。遮光膜５３における、正電荷蓄積領域４３ａ及び電子蓄積領域４３ｂの上方には、所定の開口面積を有する開口部５４が形成されている。開口部５４は、遮光膜５３を半導体基板４１の全面に形成した後、フォトリソグラフィ工程によって所定のパターンを形成し、遮光膜５３をエッチング除去することで形成することができる。 A light shielding film 53 such as tungsten or aluminum is formed on the charge transfer electrode 52 via an interlayer insulating film 51a. In the light shielding film 53, an opening 54 having a predetermined opening area is formed above the positive charge accumulation region 43a and the electron accumulation region 43b. The opening 54 can be formed by forming a light shielding film 53 on the entire surface of the semiconductor substrate 41, forming a predetermined pattern by a photolithography process, and removing the light shielding film 53 by etching.

遮光膜５３の上方には、透明な絶縁層５１を積層し、該絶縁層５１の上面にはカラーフィルタ６１が形成されている。カラーフィルタ６１は、赤色成分の光を透過するＲのフィルタと、緑色成分の光を透過するＧのフィルタと、青色成分の光を透過するＢのフィルタとを有している。さらに、カラーフィルタ６１は、全ての色成分を有する光を透過可能な輝度フィルタを有していてもよい。 A transparent insulating layer 51 is laminated above the light shielding film 53, and a color filter 61 is formed on the upper surface of the insulating layer 51. The color filter 61 includes an R filter that transmits red component light, a G filter that transmits green component light, and a B filter that transmits blue component light. Further, the color filter 61 may include a luminance filter that can transmit light having all color components.

輝度フィルタは、例えば、ＮＤフィルタ、透明フィルタ、白色フィルタ、グレーのフィルタなどを使用することができる。また、光電変換部の受光面の上方位置に何も設けずに、入射光が直接受光面に入射する構成とすることができ、本願発明では、このような構成においても、実質的に輝度フィルタを設けたということができる。 As the luminance filter, for example, an ND filter, a transparent filter, a white filter, a gray filter, or the like can be used. In addition, it is possible to adopt a configuration in which incident light is directly incident on the light receiving surface without providing anything above the light receiving surface of the photoelectric conversion unit. It can be said that it was provided.

カラーフィルタ６１の表面には、入射光が照射する側に突出した湾曲面を有する上凸型のマイクロレンズ６４が設けられている。 On the surface of the color filter 61, an upward convex microlens 64 having a curved surface protruding to the side irradiated with incident light is provided.

本実施形態の撮像素子１１は、撮像領域の画素がベイヤー配列によって配置されている。具体的には、図２に示すように、Ｒの色フィルタを有するＲ画素と、Ｇの色フィルタを有するＧ画素と、Ｂの色フィルタを有するＢ画素を撮像領域に対して２次元状に並べられているパターンである。具体的には、図２の縦方向に順に、Ｒ画素とＧ画素とが縦に交互に並べられた列と、Ｇ画素とＢ画素とが縦に交互に並べられた列と、を横方向に交互に配列している。ここで、同じ画素が縦方向及び横方向において隣り合わないように並べられている。 In the imaging device 11 of the present embodiment, pixels in the imaging region are arranged in a Bayer array. Specifically, as shown in FIG. 2, an R pixel having an R color filter, a G pixel having a G color filter, and a B pixel having a B color filter are two-dimensionally arranged with respect to the imaging region. It is a pattern that is arranged. Specifically, in the vertical direction of FIG. 2, a column in which R pixels and G pixels are alternately arranged vertically and a column in which G pixels and B pixels are alternately arranged vertically are arranged in the horizontal direction. Are arranged alternately. Here, the same pixels are arranged so as not to be adjacent in the vertical direction and the horizontal direction.

撮像時には、撮像素子１１は、Ｒ画素，Ｇ画素，Ｂ画素によって画素ごとに色情報を取得し、撮像装置でカラーの画像を形成することができる。 At the time of imaging, the imaging device 11 can acquire color information for each pixel using R pixels, G pixels, and B pixels, and can form a color image with the imaging device.

本実施形態の撮像素子１１は、配列された画素の列と列との間に、図２中矢印Ｖ方向に沿って垂直電荷転送部が延設されている。垂直電荷転送部それぞれの転送方向端部には、図示しない水平電荷転送部が接続され、水平電荷転送部に沿って転送された信号電荷は、出力アンプより出力される。 In the imaging device 11 of the present embodiment, a vertical charge transfer unit is extended along the direction of the arrow V in FIG. 2 between columns of arranged pixels. A horizontal charge transfer unit (not shown) is connected to the transfer direction end of each vertical charge transfer unit, and the signal charge transferred along the horizontal charge transfer unit is output from the output amplifier.

図４は、撮像素子１１の撮像領域の一部を模式的に示した平面図である。図４では、縦方向及び横方向に対して２画素分を含む部分の状態を示している。図４において、矢印Ｕで示した破線の矩形部分は、単位画素（ユニットセル）の光電変換部が形成されている領域を示している。単位画素に設けられた開口部５４から入射光が光電変換部に入射するため、本発明では、平面視において開口部５４の開口領域が受光領域に相当するものとする。 FIG. 4 is a plan view schematically showing a part of the imaging region of the imaging device 11. FIG. 4 shows a state of a portion including two pixels in the vertical direction and the horizontal direction. In FIG. 4, a broken-line rectangular portion indicated by an arrow U indicates a region where a photoelectric conversion unit of a unit pixel (unit cell) is formed. Since incident light enters the photoelectric conversion unit from the opening 54 provided in the unit pixel, in the present invention, the opening region of the opening 54 corresponds to the light receiving region in plan view.

本実施形態では、単位画素の領域Ｕに形成された遮光膜５３の開口部５４の重心の位置が画素ごとにランダムな位置に設けられ、全画素で見た状態で画素配列が不規則な配列になる。言い換えると、各画素の光電変換部における入射光が入射される受光領域の位置が、隣り合う画素に対してずれた位置に設けられている。 In the present embodiment, the position of the center of gravity of the opening 54 of the light shielding film 53 formed in the unit pixel region U is provided at a random position for each pixel, and the pixel arrangement is irregular when viewed from all pixels. become. In other words, the position of the light receiving region where the incident light is incident on the photoelectric conversion unit of each pixel is provided at a position shifted from the adjacent pixels.

図４に示すように、単位画素における開口部５４の重心の位置は、それぞれ位置情報として数値化され、撮像装置の記憶部３５に予め記憶させておくことができる。位置情報としては、例えば、ＸＹ平面の座標として数値化することができる。本実施形態では、図４に示すように、単位画素の左上の角部を基準とし、画素ごとに、この基準から開口部５４の中心のＸ座標（Ｘ１１，Ｘ１２，Ｘ２１，Ｘ２２）及びＹ座標（Ｙ１１，Ｙ１２，Ｙ２１，Ｙ２２）で定義される座標情報が設定され、記憶部３５に記憶されている。なお、ずれ量を数値化するための位置情報は、本実施形態の座標情報に限定されない。また、座標情報を定義する際の所定の基準となる位置や規準となる画素は、特に限定されない。 As shown in FIG. 4, the position of the center of gravity of the opening 54 in the unit pixel is digitized as position information, and can be stored in advance in the storage unit 35 of the imaging apparatus. The position information can be quantified as, for example, coordinates on the XY plane. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the upper left corner of the unit pixel is used as a reference, and the X coordinate (X11, X12, X21, X22) and Y coordinate of the center of the opening 54 from this reference are determined for each pixel. Coordinate information defined by (Y11, Y12, Y21, Y22) is set and stored in the storage unit 35. Note that the position information for digitizing the shift amount is not limited to the coordinate information of the present embodiment. Further, the position serving as a predetermined reference and the pixel serving as a reference when defining coordinate information are not particularly limited.

また、本発明にかかる撮像素子の構成は、光電変換部の重心ｇ０に対する受光領域（図４では開口部）の重心ｇ１の位置を示すずれベクトルＶを規定した場合に、ずれベクトルＶが、少なくとも縦方向に隣接する受光領域のずれベクトル、及び、横方向に隣接する受光領域のずれベクトルのいずかと異なる。これらずれベクトルＶの情報が画素ごとに記憶部３５に記憶されていてもよい。 Further, the configuration of the imaging device according to the present invention is such that when the deviation vector V indicating the position of the center of gravity g1 of the light receiving region (the opening in FIG. 4) with respect to the center of gravity g0 of the photoelectric conversion unit is defined, the deviation vector V is at least It differs from either the shift vector of the light receiving region adjacent in the vertical direction or the shift vector of the light receiving region adjacent in the horizontal direction. Information of these deviation vectors V may be stored in the storage unit 35 for each pixel.

図５は、画素ごとの開口部５４の位置のずれを説明するための図である。本実施形態では、図５（ａ）から図５（ｃ）に示すように、光電変換部４３は、半導体基板に複数等間隔に配列されており、遮光膜５３の開口部５４の位置を画素ごとにずらしている。本実施形態のように、隣り合う画素の受光領域をずらす場合には、例えば、所定の画素を図５（ａ）に示すように受光領域を形成した場合、その画素の縦方向及び横方向に隣り合う画素の受光領域を図５（ｂ）又は図５（ｃ）のように図５（ａ）に受光領域に対してずらした位置とするように構成する。なお、図５では、説明を簡略化するため、縦方向又は横方向のいずれかにおいて、受光領域をずらした状態を示して説明したが、本実施形態では、縦方向又は横方向に受光領域をずらしている。ここで、本発明では、「縦方向」及び「横方向」とは、２次元平面に規定される第１の直線方向と、該第１の直線方向に対して直交する第２の直線方向とすることができる。縦方向を第１の直線方向としたときには、横方向が第２の直線方向となり、縦方向を第２の直線方向としたときには、横方向が第１の直線方向となることを意味する。 FIG. 5 is a diagram for explaining the displacement of the position of the opening 54 for each pixel. In the present embodiment, as shown in FIGS. 5A to 5C, the photoelectric conversion units 43 are arranged on the semiconductor substrate at a plurality of equal intervals, and the positions of the openings 54 of the light shielding film 53 are defined as pixels. Everything is shifted. When shifting the light receiving area of adjacent pixels as in this embodiment, for example, when a light receiving area is formed for a predetermined pixel as shown in FIG. 5A, the vertical and horizontal directions of the pixel are set. The light receiving areas of adjacent pixels are configured to be shifted from the light receiving areas in FIG. 5A as shown in FIG. 5B or 5C. In FIG. 5, for the sake of simplification of description, the state in which the light receiving region is shifted in either the vertical direction or the horizontal direction has been described. However, in the present embodiment, the light receiving region is arranged in the vertical direction or the horizontal direction. It is shifted. Here, in the present invention, “vertical direction” and “lateral direction” are a first linear direction defined in a two-dimensional plane and a second linear direction orthogonal to the first linear direction. can do. When the vertical direction is the first linear direction, the horizontal direction is the second linear direction, and when the vertical direction is the second linear direction, it means that the horizontal direction is the first linear direction.

本実施形態の撮像素子１１を製造する際には、遮光膜５３を半導体基板上に光電変換部を覆うように一旦全面に形成した後、開口部５４の位置をそれぞれずらした配列となるマスクパターンを用いたフォトリソグラフィ工程によって露光、エッチング除去を行う。こうすることで、遮光膜５３の開口部５４の重心の位置が、少なくとも縦方向に隣接する受光領域に対して横方向にずれている位置、及び、横方向に隣接する受光領域に対して縦方向にずれている位置のいずれかに設けられた構成を得ることができる。 When manufacturing the image pickup device 11 of the present embodiment, the light shielding film 53 is once formed on the entire surface so as to cover the photoelectric conversion portion on the semiconductor substrate, and then the mask pattern having an array in which the positions of the openings 54 are shifted. Exposure and etching are removed by a photolithographic process using the. By doing so, the position of the center of gravity of the opening 54 of the light shielding film 53 is shifted at least in the horizontal direction with respect to the light receiving region adjacent in the vertical direction and vertically with respect to the light receiving region adjacent in the horizontal direction. It is possible to obtain a configuration provided at any position displaced in the direction.

本発明によれば、撮像領域においてそれぞれの画素の受光領域が、縦方向又は横方向、あるいは、縦方向と横方向との両方向に隣り合う画素の受光領域に対してずれた位置に設けられている。すると、画素の全体の配列が不規則的な配列となり、画素を規則的に配列した場合において見られる色モアレや輝度モアレの発生を抑制することができる。 According to the present invention, the light receiving area of each pixel in the imaging area is provided at a position shifted from the light receiving area of the adjacent pixels in the vertical direction, the horizontal direction, or both the vertical direction and the horizontal direction. Yes. Then, the entire arrangement of the pixels becomes an irregular arrangement, and it is possible to suppress the occurrence of color moire and luminance moire that can be seen when the pixels are regularly arranged.

また、撮像装置が複数の画素それぞれの受光領域のずれ量を示す位置情報を記憶する記憶手段を備える構成とすることが好ましい。撮像素子１１の入射光が照射する側の面にマイクロレンズ６４を形成する場合に、マイクロレンズ６４を受光領域のずれ量にあわせてずらした位置に配列することが困難である。そこで、マイクロレンズ６４を規則的に配列することに起因するセンサ感度のランダムなばらつきを、ずれ量を示す位置情報に基づいて数値計算を行うことによって画像を補正することができる。 In addition, it is preferable that the imaging apparatus includes a storage unit that stores position information indicating the shift amount of the light receiving area of each of the plurality of pixels. When the microlens 64 is formed on the surface of the image sensor 11 on which the incident light is irradiated, it is difficult to arrange the microlens 64 at a position shifted according to the shift amount of the light receiving region. Therefore, it is possible to correct the image by performing a numerical calculation based on the positional information indicating the amount of deviation for random variations in sensor sensitivity due to the regular arrangement of the microlenses 64.

本実施形態の撮像素子１１は、遮光膜５３の開口部５４を縦方向及び横方向の少なくとも一方に隣り合う画素に対してずれた位置に設けることで、各画素の受光領域の位置をずらした構成としたが、受光領域の位置をずらした構成としては、これに限定されない。図６に示すように、複数の光電変換部４３がそれぞれ、半導体基板の表面において、少なくとも縦方向及び横方向のうちいずれかに隣り合う画素の光電変換部４３の位置に対してずれた位置に設けることで、実質的に各画素の受光領域の位置をずらして構成できる。 In the imaging device 11 of the present embodiment, the position of the light receiving region of each pixel is shifted by providing the opening 54 of the light shielding film 53 at a position shifted from at least one of the adjacent pixels in the vertical direction and the horizontal direction. Although the configuration is adopted, the configuration in which the position of the light receiving region is shifted is not limited to this. As shown in FIG. 6, each of the plurality of photoelectric conversion units 43 is shifted from the position of the photoelectric conversion unit 43 of the pixel adjacent to either the vertical direction or the horizontal direction on the surface of the semiconductor substrate. By providing, the position of the light receiving region of each pixel can be substantially shifted.

次に、本発明にかかる第２実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の撮像装置の構成は、上記実施形態の図１の構成と基本的に同じであり、撮像素子の構成のみ相違する。以下の第２実施形態の説明では、撮像素子の構成について具体的に説明する。 Next, 2nd Embodiment concerning this invention is described based on drawing. The configuration of the imaging apparatus of this embodiment is basically the same as the configuration of FIG. 1 of the above embodiment, and only the configuration of the imaging device is different. In the following description of the second embodiment, the configuration of the imaging device will be specifically described.

図７は、第２実施形態の撮像素子の構成を示す断面図である。撮像素子は、積層された複数の不純物拡散層を有し、光電変換によって信号電荷を生成する光電変換層を備えている。図中において上方の面を「表面」とし、下方の面を「裏面」とする。本実施形態の撮像素子は、半導体基板の裏面側から光を照射し、表面側の光電変換領域によって入射光を光電変換して信号電荷を生成して出力する、いわゆる、裏面照射型の撮像素子である。 FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the image sensor of the second embodiment. The imaging device includes a plurality of stacked impurity diffusion layers and includes a photoelectric conversion layer that generates signal charges by photoelectric conversion. In the drawing, the upper surface is referred to as “front surface”, and the lower surface is referred to as “back surface”. The imaging device of this embodiment is a so-called back-illuminated imaging device that emits light from the back side of a semiconductor substrate, photoelectrically converts incident light by a photoelectric conversion region on the front side, and generates and outputs a signal charge. It is.

光電変換層は、その裏面側から表面側へ向かって、順に、酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２）１２６と、エピタキシャル成長させる際にシード層として機能するシリコン層１２２と、シリコン層１２２の表面で且つ隣接する画素同士の境界に設けられた遮光膜１２４と、シリコン層１２２の表面において遮光膜１２４が設けられていない領域に形成された高濃度ｐ＋型の不純物拡散層１２１と、該不純物拡散層１２１及び遮光膜１２４を覆うように形成された、不純物拡散層１２１よりも不純物濃度が低いｐ−型のシリコンからなるエピタキシャル層１１９とを有する。本実施形態では、遮光膜１２４同士の間が開口部として機能し、該開口部を光入射側から平面視した際の開口領域を受光領域とする。 The photoelectric conversion layer is adjacent to the silicon oxide film (SiO ₂ ) 126, the silicon layer 122 that functions as a seed layer during epitaxial growth, and the surface of the silicon layer 122 in order from the back surface side to the front surface side. A light shielding film 124 provided at the boundary between pixels, a high concentration p + type impurity diffusion layer 121 formed in a region where the light shielding film 124 is not provided on the surface of the silicon layer 122, the impurity diffusion layer 121, and the light shielding And an epitaxial layer 119 made of p-type silicon having an impurity concentration lower than that of the impurity diffusion layer 121 so as to cover the film 124. In this embodiment, the space between the light shielding films 124 functions as an opening, and the opening area when the opening is viewed in plan from the light incident side is defined as a light receiving area.

遮光膜１２４は、例えば、金属材料から構成されており、外側が絶縁性材料の絶縁膜１２３で覆われている。本実施形態では、遮光膜１２４に熱処理を行うことで絶縁膜１２３を形成してもよく、または、金属材料のシリサイド酸化膜であってもよい。 The light shielding film 124 is made of, for example, a metal material, and the outside is covered with an insulating film 123 made of an insulating material. In this embodiment, the insulating film 123 may be formed by performing heat treatment on the light shielding film 124, or a silicide oxide film of a metal material may be used.

本実施形態の撮像素子は、駆動時に遮光膜１２４に負電圧を印加し、また、遮光膜１２４に対して裏面側のシリコン層１２２を接地できるように配線回路が設けられ構成である。こうすれば、遮光膜１２４を金属材料等の導電性部材で構成した場合に、周囲の活性層との間で電荷が発生することを防止することができる。 The image pickup device of the present embodiment has a configuration in which a wiring circuit is provided so that a negative voltage is applied to the light shielding film 124 during driving, and the silicon layer 122 on the back surface side can be grounded with respect to the light shielding film 124. In this way, when the light shielding film 124 is made of a conductive material such as a metal material, it is possible to prevent the generation of electric charges with the surrounding active layer.

また、光電変換層において、エピタキシャル層１１９の表面には、画素ごとの領域に不純物濃度が低いｎ−型の不純物拡散層１１８がそれぞれ積層されている。ｎ−型の不純物拡散層１１８はそれぞれ、隣の画素のものとは高い不純物濃度を有するｐ＋型の不純物拡散層によって形成された素子分離領域１１７によって隔てられて設けられている。ｎ−型の不純物拡散層１１８の表面側には、画素領域の一部領域にｎ型の不純物拡散層１１４と高い不純物濃度を有するｐ＋型の不純物拡散層１１３とが積層され、また、画素領域の残りの領域に、ｐ＋型の不純物拡散層１１３よりも不純物濃度が低いｐ型の不純物拡散層１１６が形成されている。ｐ型の不純物拡散層１１６は、不純物拡散層１１４とｐ＋型の不純物拡散層１１３との積層部分に対して、同じ厚さで且つ水平方向（図５において左右方向）に隣接して形成されている。また、ｐ型の不純物拡散層１１６の表面に一部が露出する状態で、高濃度のｎ型の不純物拡散層１１５が形成されている。 In the photoelectric conversion layer, an n− type impurity diffusion layer 118 having a low impurity concentration is stacked on the surface of the epitaxial layer 119 in each pixel region. Each of the n − -type impurity diffusion layers 118 is provided to be separated from an adjacent pixel by an element isolation region 117 formed by a p + -type impurity diffusion layer having a high impurity concentration. On the surface side of the n − -type impurity diffusion layer 118, an n-type impurity diffusion layer 114 and a p + -type impurity diffusion layer 113 having a high impurity concentration are stacked in a partial region of the pixel region. A p-type impurity diffusion layer 116 having an impurity concentration lower than that of the p + -type impurity diffusion layer 113 is formed in the remaining region. The p-type impurity diffusion layer 116 is formed adjacent to the stacked portion of the impurity diffusion layer 114 and the p + -type impurity diffusion layer 113 with the same thickness and in the horizontal direction (left-right direction in FIG. 5). Yes. In addition, a high-concentration n-type impurity diffusion layer 115 is formed in a state where a part of the surface of the p-type impurity diffusion layer 116 is exposed.

ｐ＋型の不純物拡散層１１３、ｐ型の不純物拡散層１１６（ｐ型の不純物拡散層１１６の表面に露出した不純物拡散層１１５を含む。）の表面にゲート絶縁膜として機能する絶縁膜を介して、絶縁層１１１が形成されている。絶縁層１１１の裏面には垂直電荷転送部（ＶＣＣＤ）などの電荷転送領域１１２が形成されている。なお、本実施形態では、ＣＣＤイメージセンサ型の電荷を読み出す構造としたが、特にこれに限定されず、光電変換層に蓄積した信号電荷を読み出して転送することができれば、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサ型の電荷を読み出す構造としてもよい。ＣＭＯＳイメージセンサ型の場合、絶縁層１１１に多層の配線電極を形成する。 Through the insulating film functioning as the gate insulating film on the surface of the p + -type impurity diffusion layer 113 and the p-type impurity diffusion layer 116 (including the impurity diffusion layer 115 exposed on the surface of the p-type impurity diffusion layer 116). An insulating layer 111 is formed. On the back surface of the insulating layer 111, a charge transfer region 112 such as a vertical charge transfer portion (VCCD) is formed. In the present embodiment, the CCD image sensor type charge reading structure is used. However, the present invention is not particularly limited thereto. For example, if the signal charge accumulated in the photoelectric conversion layer can be read and transferred, for example, a CMOS image sensor type. It is also possible to have a structure for reading the charges. In the case of the CMOS image sensor type, multilayer wiring electrodes are formed on the insulating layer 111.

光電変換層の裏面側には、酸化シリコン膜１２６を介して反射防止膜１２７が形成されている。また、該反射防止膜１２７の裏面に、それぞれ異なる波長の光を透過する複数のカラーフィルタを裏面に対してマトリクス状に配列したカラーフィルタ１２８が形成されている。カラーフィルタ１２８の構成は、上記実施形態と同様とすることができる。また、カラーフィルタ１２８の裏面には、光が入射する側にレンズ面が突出するように湾曲した上凸型のマイクロレンズが形成されていてもよい。 An antireflection film 127 is formed on the back surface side of the photoelectric conversion layer with a silicon oxide film 126 interposed therebetween. Further, on the back surface of the antireflection film 127, a color filter 128 is formed in which a plurality of color filters that transmit light of different wavelengths are arranged in a matrix with respect to the back surface. The configuration of the color filter 128 can be the same as in the above embodiment. Further, on the back surface of the color filter 128, an upwardly convex microlens that is curved so that the lens surface protrudes on the light incident side may be formed.

撮像素子は、画素サイズＷに対する光電変換層の厚さＴの比率が４以上となることが好ましい。言い換えると、Ｔ／Ｗ≧４となるように構成することが好ましい。ここで、画素サイズＷとは、裏面側（又は表面側）から見た状態で、正方形状に区画される画素領域の一辺の長さ（図７において左右方向の長さ）に相当する。また、画素サイズが２μｍ角以下であることが好ましい。こうすることで、光電変換層の厚さを厚くして光学感度を向上させるとともに、画素の微細化を図ることが可能となる。 In the imaging element, the ratio of the thickness T of the photoelectric conversion layer to the pixel size W is preferably 4 or more. In other words, it is preferable that T / W ≧ 4. Here, the pixel size W corresponds to the length of one side of the pixel region partitioned in a square shape (the length in the left-right direction in FIG. 7) when viewed from the back side (or the front side). The pixel size is preferably 2 μm square or less. By doing so, it is possible to increase the thickness of the photoelectric conversion layer to improve the optical sensitivity and miniaturize the pixels.

駆動時には、撮像素子の光電変換層の裏面側から光が入射してカラーフィルタ１２８を透過し、光電変換層の内部に照射される。そして、光電変換層に入射光が進入すると、光電変換によって信号電荷が生成される。生成された信号電荷は、不純物拡散層１１４に一旦蓄積される。読み出し時に電極１１２に読み出しパルスが印加されると、蓄積された信号電荷が電荷転送部１１５に読み出され、転送される。このとき、光電変換層の、隣接する画素同士の境界に、埋め込み部材として遮光膜１２４が形成されているため、カラーフィルタ１２８を透過した光が、周囲の画素領域に入射することを防止することができる。 At the time of driving, light enters from the back side of the photoelectric conversion layer of the image sensor, passes through the color filter 128, and is irradiated to the inside of the photoelectric conversion layer. When incident light enters the photoelectric conversion layer, signal charges are generated by photoelectric conversion. The generated signal charge is temporarily stored in the impurity diffusion layer 114. When a readout pulse is applied to the electrode 112 during readout, the accumulated signal charge is read out and transferred to the charge transfer unit 115. At this time, since the light shielding film 124 is formed as an embedding member at the boundary between adjacent pixels in the photoelectric conversion layer, it is possible to prevent light transmitted through the color filter 128 from entering the surrounding pixel region. Can do.

図８は、本実施形態の撮像素子の変形例を示す断面図である。この撮像素子は、シリコン層１２６上に埋め込み部材として形成された遮光膜１３５の構造と、該遮光膜１３５の周囲のエピタキシャル層の構成が、図７に示す撮像素子と相違する。以下、相違する部分について説明する。 FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a modification of the image sensor according to the present embodiment. This imaging device is different from the imaging device shown in FIG. 7 in the structure of the light shielding film 135 formed as an embedded member on the silicon layer 126 and the structure of the epitaxial layer around the light shielding film 135. Hereinafter, the different parts will be described.

図８に示すように、酸化シリコン膜１２６の表面に、隣接する画素同士の境界に金属材料などからなる遮光膜１３５が形成されている。また、遮光膜１３５は、高い不純物濃度を有するｐ＋型のエピタキシャル層１３１によって覆われている。ここで、遮光膜１３５を覆う層は、エピタキシャル層１３１に限定されず、遮光膜１３５との界面において電荷を発生させない非空乏層であれば、他のエピタキシャル層や不純物拡散層を用いてもよい。遮光膜１３５は、駆動時に０Ｖに固定できるように接地回路に接続されている。こうすれば、遮光膜１３５を金属材料等の導電性部材で構成した場合に、図７に示す構成のように金属材料部の外側に絶縁膜を形成する必要がないうえ、遮光膜１３５の周囲の活性層との間で電荷が発生することを抑制することができる。なお、金属材料部の外側に絶縁膜を形成し、且つ、遮光膜１３５を非空乏層で覆う構成としてもよい。こうすれば、遮光膜１３５の周囲の活性層との間で電荷が発生することをより顕著に抑制することができる。 As shown in FIG. 8, a light shielding film 135 made of a metal material or the like is formed on the surface of the silicon oxide film 126 at the boundary between adjacent pixels. The light shielding film 135 is covered with a p + type epitaxial layer 131 having a high impurity concentration. Here, the layer covering the light shielding film 135 is not limited to the epitaxial layer 131, and any other epitaxial layer or impurity diffusion layer may be used as long as it is a non-depletion layer that does not generate charges at the interface with the light shielding film 135. . The light shielding film 135 is connected to a ground circuit so that it can be fixed at 0 V during driving. In this case, when the light shielding film 135 is made of a conductive member such as a metal material, it is not necessary to form an insulating film outside the metal material portion as in the structure shown in FIG. It is possible to suppress the generation of electric charges with the active layer. Note that an insulating film may be formed outside the metal material portion and the light shielding film 135 may be covered with a non-depletion layer. By so doing, it is possible to more significantly suppress the generation of electric charges with the active layer around the light shielding film 135.

遮光膜１３５同士の間が開口部として機能し、撮像領域を平面視した状態で、該開口部の開口領域が受光領域に相当する。 The area between the light shielding films 135 functions as an opening, and the opening area of the opening corresponds to the light receiving area in a state where the imaging area is viewed in plan.

図９は、画素ごとの開口部の位置のずれを説明するための簡略図である。図９は、撮像領域の所定の方向に対して並んだ３つ単位画素のみを示している。本実施形態では、単位画素Ｕが、撮像領域の２次元方向に複数等間隔に配列されており、遮光膜１２４の開口部Ｈの重心の位置を単位画素Ｕごとにずらしている。本実施形態のように、隣り合う画素の受光領域をずらす場合には、例えば、左側の単位画素を図９に示すように水平方向左端側にずらして受光領域を形成した場合、その画素と隣り合う図中の中央の単位画素Ｕは、水平方向に対して右側に受光領域をずらして設けられ、さらに、図中右側の単位画素Ｕは、中央の単位画素Ｕに比べて水平方向に対して右側に受光領域をずらして設けられている。なお、図９では、説明を簡略化するため、縦方向又は横方向のいずれか一方においてのみ受光領域をずらした状態を示して説明したが、本実施形態では、縦方向及び横方向に２次元に受光領域をずらしている。 FIG. 9 is a simplified diagram for explaining the displacement of the position of the opening for each pixel. FIG. 9 shows only three unit pixels arranged in a predetermined direction of the imaging region. In the present embodiment, a plurality of unit pixels U are arranged at equal intervals in the two-dimensional direction of the imaging region, and the position of the center of gravity of the opening H of the light shielding film 124 is shifted for each unit pixel U. In the case of shifting the light receiving area of adjacent pixels as in the present embodiment, for example, when the light receiving area is formed by shifting the left unit pixel to the left end in the horizontal direction as shown in FIG. The center unit pixel U in the figure is provided with the light receiving region shifted to the right side with respect to the horizontal direction, and the right side unit pixel U in the figure is further in the horizontal direction than the center unit pixel U. The light receiving area is shifted on the right side. In FIG. 9, for the sake of simplification of description, the state in which the light receiving region is shifted only in one of the vertical direction and the horizontal direction is shown and described. However, in the present embodiment, two-dimensionally in the vertical direction and the horizontal direction. The light receiving area is shifted.

本実施形態の撮像素子も、上記実施形態と同様に、撮像装置に複数の画素それぞれの受光領域のずれ量を示す位置情報を記憶する記憶手段が備えられている構成としてもよい。 Similarly to the above-described embodiment, the image sensor according to the present embodiment may be configured to include a storage unit that stores position information indicating the amount of shift of the light receiving area of each of the plurality of pixels.

次に、本実施形態の撮像素子の製造方法を図面に基づいて説明する。
図１０から図１３は、撮像素子の製造方法の手順を説明する図である。最初に、図１０（ａ）に示すように、シリコン基板Ｓと、該シリコン基板Ｓの表面に酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２）１５１を形成し、酸化シリコン膜１５１上にエピタキシャル用のシード層として機能するシリコン層１５２を形成する。なお、酸化シリコン膜１５１とシリコン層１５２とを備えたＳＯＩ（Silicon on Insulator）構造の半導体ウエハを予め準備してもよい。酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２）１５１は、他の絶縁膜を用いることもできる。 Next, the manufacturing method of the image sensor of this embodiment will be described based on the drawings.
10 to 13 are diagrams for explaining the procedure of the manufacturing method of the image sensor. First, as shown in FIG. 10A, a silicon substrate S and a silicon oxide film (SiO ₂ ) 151 are formed on the surface of the silicon substrate S, and function as an epitaxial seed layer on the silicon oxide film 151. A silicon layer 152 to be formed is formed. A semiconductor wafer having an SOI (Silicon on Insulator) structure including the silicon oxide film 151 and the silicon layer 152 may be prepared in advance. Another insulating film can be used for the silicon oxide film (SiO ₂ ) 151.

図１０（ｂ）に示すように、シリコン層５２の表面に遮光性の材料を用いて、位置合わせマーク１５４と、遮光膜１５６をパターン形成する。位置合わせマーク１５４と遮光膜１５６は、同一の遮光性の材料を用いて、同じマスクによって一括に同一層としてパターン形成することができる。また、位置合わせマーク１５４と、遮光膜１５６は、フォトリソグラフィ処理によってレジストパターンを形成後に遮光性の材料を蒸着した後、フォトレジストを剥離してリフトオフを行う方法によって形成してもよい。こうすれば、シリコン層１５２にエッチングダメージを与えることがない。 As shown in FIG. 10B, the alignment mark 154 and the light shielding film 156 are patterned on the surface of the silicon layer 52 using a light shielding material. The alignment mark 154 and the light shielding film 156 can be patterned as the same layer all together with the same mask using the same light shielding material. Further, the alignment mark 154 and the light shielding film 156 may be formed by a method in which a light shielding material is deposited after a resist pattern is formed by a photolithography process, and then the photoresist is peeled off and lifted off. In this way, the silicon layer 152 is not damaged by etching.

本実施形態では、遮光膜１５６をシリコン層１５２の表面の全面に形成した後、遮光膜１５６同士の間に区画される開口部の重心の位置を画素ごとにそれぞれずらした配列となるマスクパターンを用いたフォトリソグラフィ工程によって露光、エッチング除去をおこう。こうすることで、単位画素間で遮光膜１５６の開口部の位置がばらついた構成を得ることができる。 In the present embodiment, after the light shielding film 156 is formed on the entire surface of the silicon layer 152, a mask pattern having an array in which the positions of the centers of gravity of the openings partitioned between the light shielding films 156 are shifted for each pixel is formed. Let's remove exposure and etching by the photolithography process used. By doing so, it is possible to obtain a configuration in which the positions of the openings of the light shielding film 156 vary between unit pixels.

図１０（ｃ）に示すように、シリコン層１５２上に、エピタキシャル・ラテラル・オーバーグロース(Epitaxial Lateral Overgrowth=ＥＬＯ）法によってエピタキシャル成長を行いエピタキシャル層１５８を形成する。こうすることで、シリコン層１５２の表面に形成された位置合わせマーク１５４と遮光膜１５６とがエピタキシャル層１５８に埋め込むことができる。なお、本願では、位置合わせマーク１５４と遮光膜１５６とを総称して、埋め込み部材ともいう。 As shown in FIG. 10C, an epitaxial layer 158 is formed on the silicon layer 152 by performing epitaxial growth by an epitaxial lateral overgrowth (Epitaxial Lateral Overgrowth = ELO) method. By doing so, the alignment mark 154 and the light shielding film 156 formed on the surface of the silicon layer 152 can be embedded in the epitaxial layer 158. In the present application, the alignment mark 154 and the light shielding film 156 are collectively referred to as an embedded member.

図１１（ａ）に示すように、エピタキシャル層１５８の表面に第２の位置合わせマーク１６４を形成する。第２の位置合わせマーク１６４は、エピタキシャル層１５８の裏面側に形成された第１の位置合わせマーク１５４の位置を基準として、赤外光によるアライメント機能を有する露光装置を用いて、エピタキシャル層１５８の表面側から第１の位置合わせマーク１５４を検出し、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）法又はＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法によって形成される。第２の位置合わせマーク１６４は、第１の位置合わせマーク１５４と同じ遮光性の材料を用いて形成することができる。 As shown in FIG. 11A, the second alignment mark 164 is formed on the surface of the epitaxial layer 158. The second alignment mark 164 is formed on the epitaxial layer 158 using an exposure apparatus having an alignment function using infrared light with reference to the position of the first alignment mark 154 formed on the back surface side of the epitaxial layer 158. The first alignment mark 154 is detected from the surface side, and is formed by a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) method or an STI (Shallow Trench Isolation) method. The second alignment mark 164 can be formed using the same light-shielding material as the first alignment mark 154.

第２の位置合わせマーク１６４を形成した後、エピタキシャル層１５８の表面にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などによって絶縁膜１６１を形成する。 After forming the second alignment mark 164, an insulating film 161 is formed on the surface of the epitaxial layer 158 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like.

図１１（ｂ）に示すように、エピタキシャル層１５８の表面に形成された第２の位置合わせマーク１６４を基準として位置合わせされたセンサ領域１６６を形成する。本実施形態では、一例としてＣＣＤイメージセンサ型の電荷転送電極１６８を備えた構成としたがこれに限定されず、ＣＭＯＳイメージセンサ型の構成としてもよい。 As shown in FIG. 11B, a sensor region 166 is formed that is aligned with the second alignment mark 164 formed on the surface of the epitaxial layer 158 as a reference. In this embodiment, the CCD image sensor type charge transfer electrode 168 is provided as an example, but the present invention is not limited to this, and a CMOS image sensor type configuration may be used.

図１２（ａ）に示すように、エピタキシャル層１５８の表面側に絶縁膜１６１の表面に、透明な接着剤１７２を塗布し、支持基板１７４を貼り付ける。 As shown in FIG. 12A, a transparent adhesive 172 is applied to the surface of the insulating film 161 on the surface side of the epitaxial layer 158, and a support substrate 174 is attached.

また、エピタキシャル層１５８の裏面に積層されているＳＯＩのシリコン基板Ｓを、水酸化カリウム（ＫＯＨ）などでエッチングを行って除去し、酸化シリコン膜１５１を裏面に露出させる。 Further, the SOI silicon substrate S stacked on the back surface of the epitaxial layer 158 is removed by etching with potassium hydroxide (KOH) or the like to expose the silicon oxide film 151 on the back surface.

図１２（ｂ）に示すように、エピタキシャル層１５８の裏面側に露出した酸化シリコン膜１５１に反射防止膜１７５を形成する。そして、反射防止膜１７５上にそれぞれ異なる波長の光を透過する複数のカラーフィルタを有するカラーフィルタ１７６を形成する。カラーフィルタ１７６は、複数のカラーフィルタを裏面側から見た状態で、（赤）Ｒ，（緑）Ｇ，（青）Ｂの色がマトリクス状に設けられている。 As shown in FIG. 12B, an antireflection film 175 is formed on the silicon oxide film 151 exposed on the back surface side of the epitaxial layer 158. Then, a color filter 176 having a plurality of color filters that transmit light of different wavelengths is formed on the antireflection film 175. The color filter 176 is provided with (red) R, (green) G, and (blue) B colors in a matrix in a state where a plurality of color filters are viewed from the back side.

また、図１３に示すように、反射防止膜１７５上に、遮光膜１５６と同じ遮光性の材料を用いて遮光部１８２を形成してもよい。このとき、遮光部１８２は、カラーフィルタ１７６と反射防止膜１７５との界面において、隣接する画素同士の境界に設ける。 In addition, as illustrated in FIG. 13, the light shielding portion 182 may be formed on the antireflection film 175 using the same light shielding material as the light shielding film 156. At this time, the light shielding portion 182 is provided at the boundary between adjacent pixels at the interface between the color filter 176 and the antireflection film 175.

さらに、反射防止膜１７５に第３の位置合わせマーク１７８を形成してもよい。第３の位置合わせマークク１７８は、遮光部１８２と同じ遮光性の材料から構成された単一の層とし、一つのマスクによって同時にパターン形成してもよい。また、遮光部１８２と同時に、有効画素の信号と差分に基づいて暗電流の直流分を除去するためのオプティカル・ブラック部１８４を形成してもよい。遮光部１８２及び第３の位置合わせマーク１７８は、酸化シリコン膜１５１上に形成してもよい。 Further, a third alignment mark 178 may be formed on the antireflection film 175. The third alignment mark 178 may be a single layer made of the same light-shielding material as the light-shielding portion 182 and may be patterned simultaneously with one mask. Further, at the same time as the light shielding portion 182, an optical black portion 184 for removing a direct current component of dark current based on the signal of the effective pixel and the difference may be formed. The light shielding part 182 and the third alignment mark 178 may be formed on the silicon oxide film 151.

また、上記手順によって、ＳＯＩ基板に埋め込み部材を設けた、面側から光が照射され、前記光に応じて内部で発生した信号電荷を基板の表面側から読み出して撮像を行う撮像素子に好適な半導体基板を製造することができる。 In addition, according to the above procedure, an SOI substrate is provided with an embedded member, and light is irradiated from the surface side, which is suitable for an image pickup device that takes an image by reading out signal charges generated inside from the surface side from the surface side of the substrate. A semiconductor substrate can be manufactured.

本発明によれば、撮像領域においてそれぞれの画素の受光領域が、隣り合う画素の受光領域に対してずれた位置に設けられている。すると、画素の全体の配列が不規則的な配列となり、画素を規則的に配列した場合において見られる色モアレや輝度モアレの発生を抑制することができる。 According to the present invention, the light receiving area of each pixel in the imaging area is provided at a position shifted from the light receiving area of the adjacent pixel. Then, the entire arrangement of the pixels becomes an irregular arrangement, and it is possible to suppress the occurrence of color moire and luminance moire that can be seen when the pixels are regularly arranged.

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良などが可能である。
例えば、上記実施形態では、光電変換部を半導体基板の表面に対して縦方向及び横方向に対して所定のピッチで格子状に配置したが、図１４に示すように、ハニカム配置としてもよい。図１４に示すハニカム配置では、半導体基板の表面に、縦方向に相等する列と横方向に相等する行に光電変換部２４３が配置されており、列の光電変換部２４３が、隣り合う列の光電変換部２４３に対して、縦方向に１／２ピッチだけずれて配置されている。ここで、それぞれの光電変換部２４３上に形成される開口部２５４の重心の位置が少なくとも、縦方向に隣接する受光領域に対して横方向にずれている位置、及び、横方向に隣接する受光領域に対して縦方向にずれている位置のいずかに設けられている。こうすることで、光電変換部２４３の配置をハニカム配置として構成であっても、上記実施形態と同様に色モアレを抑制する効果を得ることができる。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A suitable deformation | transformation, improvement, etc. are possible.
For example, in the above-described embodiment, the photoelectric conversion units are arranged in a lattice shape at a predetermined pitch in the vertical direction and the horizontal direction with respect to the surface of the semiconductor substrate. However, as shown in FIG. In the honeycomb arrangement shown in FIG. 14, photoelectric conversion units 243 are arranged on the surface of a semiconductor substrate in columns that are equivalent in the vertical direction and in rows that are equivalent in the horizontal direction, and the photoelectric conversion units 243 of the columns are arranged in adjacent columns. With respect to the photoelectric conversion part 243, it is shifted by a 1/2 pitch in the vertical direction. Here, the position of the center of gravity of the opening 254 formed on each photoelectric conversion unit 243 is at least shifted laterally with respect to the light receiving region adjacent in the vertical direction, and light reception adjacent in the horizontal direction. It is provided at one of the positions shifted in the vertical direction with respect to the region. By doing so, even if the arrangement of the photoelectric conversion units 243 is a honeycomb arrangement, an effect of suppressing color moire can be obtained as in the above embodiment.

本発明にかかる撮像素子を備えた撮像装置の構成図である。It is a block diagram of an imaging device provided with the imaging device concerning this invention. 撮像素子の撮像領域における画素配列を簡略的に示した平面図である。It is the top view which showed simply the pixel arrangement | sequence in the imaging region of an image pick-up element. 図２の画素配列において矢印Ａ−Ａ方向にみた断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken in the direction of arrow AA in the pixel array of FIG. 2. 撮像素子の撮像領域の一部を模式的に示した平面図である。It is the top view which showed typically a part of imaging region of an image sensor. 画素ごとの開口部の位置のずれを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the shift | offset | difference of the position of the opening part for every pixel. 画素ごとの光電変換部の位置のずれを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the shift | offset | difference of the position of the photoelectric conversion part for every pixel. 第２実施形態の撮像素子の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the image pick-up element of 2nd Embodiment. 第２実施形態の撮像素子の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the image pick-up element of 2nd Embodiment. 画素ごとの開口部の位置のずれを説明するための簡略図である。It is a simplified diagram for explaining a shift in position of an opening for each pixel. 撮像素子の製造方法の手順を説明する図である。It is a figure explaining the procedure of the manufacturing method of an image pick-up element. 撮像素子の製造方法の手順を説明する図である。It is a figure explaining the procedure of the manufacturing method of an image pick-up element. 撮像素子の製造方法の手順を説明する図である。It is a figure explaining the procedure of the manufacturing method of an image pick-up element. 撮像素子の製造方法の手順を説明する図である。It is a figure explaining the procedure of the manufacturing method of an image pick-up element. 光電変換部のハニカム配置の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the honeycomb arrangement | positioning of a photoelectric conversion part.

符号の説明Explanation of symbols

１１撮像素子
５３，１５６遮光膜
５４開口部 11 Image sensor 53, 156 Light shielding film 54 Opening

Claims

撮像素子の撮像領域に設けられた複数の画素ごとに入射光を光電変換することで信号電荷を生成して画像を形成する撮像装置であって、
前記撮像素子が、
半導体基板の表面に第１の直線方向及び該第１の直線方向に直交する第２の直線方向に配列された複数の光電変換部と、前記光電変換部における入射光が入射される受光領域とを備え、前記光電変換部の重心に対する前記受光領域の重心の位置を示すずれベクトルが、少なくとも前記第１の直線方向に隣接する受光領域のずれベクトル、及び、前記第２の直線方向に隣接する受光領域のずれベクトルのいずれかと異なり、
前記複数の画素それぞれの前記受光領域のずれ量を示す位置情報を記憶する記憶手段を備えていることを特徴とする撮像装置。 An imaging device that forms an image by generating signal charges by photoelectrically converting incident light for each of a plurality of pixels provided in an imaging region of an imaging element,
The image sensor is
A plurality of photoelectric conversion units arranged on the surface of the semiconductor substrate in a first linear direction and a second linear direction orthogonal to the first linear direction; a light receiving region in which incident light in the photoelectric conversion unit is incident; It comprises a displacement vector indicating the position of the center of gravity of the light receiving area with respect to the center of gravity of the photoelectric conversion unit, displacement vector of the light-receiving region adjacent to at least the first linear direction, and, adjacent to said second linear direction Unlike one of the deviation vectors of the light receiving area,
An image pickup apparatus comprising storage means for storing position information indicating a shift amount of the light receiving area of each of the plurality of pixels.

前記光電変換部の上方が、該光電変換部のそれぞれの上部に開口部を有する遮光膜で覆われ、前記開口部の重心が少なくとも前記第１の直線方向に隣接する開口部の重心に対して前記第２の直線方向にずれている位置、及び、前記第２の直線方向に隣接する開口部の重心に対して前記第１の直線方向にずれている位置のいずれかに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。 The upper portion of the photoelectric conversion unit is covered with a light-shielding film having an opening on each of the photoelectric conversion units, and the center of gravity of the opening is at least relative to the center of gravity of the opening adjacent to the first linear direction. Provided either at a position shifted in the second linear direction or a position shifted in the first linear direction with respect to the center of gravity of the opening adjacent to the second linear direction. The imaging apparatus according to claim 1.

前記複数の光電変換部が、少なくとも前記第１の直線方向に隣接する前記光電変換部に対して前記第２の直線方向にずれている位置、及び、前記第２の直線方向に隣接する前記光電変換部に対して前記第１の直線方向にずれている位置のいずれかに設けられていることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。 The plurality of photoelectric conversion units are at least shifted in the second linear direction with respect to the photoelectric conversion units adjacent in the first linear direction, and the photoelectrics adjacent in the second linear direction. The imaging apparatus according to claim 2, wherein the imaging apparatus is provided at one of positions shifted in the first linear direction with respect to the conversion unit.

前記位置情報が、前記撮像領域に設けられた第１の直線方向及び前記第１の直線方向に直交する第２の直線方向に対するずれ量を示す座標情報であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。 The position information is coordinate information indicating a shift amount with respect to a first linear direction provided in the imaging region and a second linear direction orthogonal to the first linear direction. 4. The imaging device according to any one of 3.

前記記憶手段が、マスクＲＯＭであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 1, wherein the storage unit is a mask ROM.

前記記憶手段が、ＥＥＰＲＯＭであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 1, wherein the storage unit is an EEPROM.

前記撮像素子は、前記撮像領域における前記入射光が照射する面にカラーフィルタが設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。 The image pickup device according to claim 1, wherein the image pickup device is provided with a color filter on a surface of the image pickup region that is irradiated with the incident light.

前記撮像素子は、前記撮像領域における前記入射光が照射する面に規則的に配列されたマイクロレンズを備え、前記位置情報に基づいて数値計算を行うことによって画像を補正する請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。 The image pickup device includes microlenses regularly arranged on a surface irradiated with the incident light in the image pickup region, and corrects an image by performing numerical calculation based on the position information . The imaging device according to any one of the above .