(57)【要約】【課題】読み出し電圧やスミアの増加を抑制するとともに、ＯＢ画素領域から安定した基準信号を得ることができる固体撮像素子及び撮像装置を提供する。【解決手段】半導体基板５０に形成された複数の光電変換部５１と、被写体からの光に応じた撮像信号を得るための光電変換部が設けられた素子領域を有する有効画素領域５７と、光学的黒レベルの基準信号を得るため素子領域を有するＯＢ画素領域５６と、有効画素領域５７上に設けられ、光電変換部５１の上方に開口部６２が形成されたた第１遮光膜６１ａと、ＯＢ画素領域５６上に設けられた第２遮光膜６１ｂとを備え、第１遮光膜６１ａと第２遮光膜６１ｂとの間の分離領域Ｓ上に、遮光手段６６が形成されている。【選択図】図３
2010034512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光に応じた撮像信号を得るための光電変換部が設けられた有効画素領域と、
光学的黒レベルの基準信号を得るため素子領域を有するＯＢ画素領域と、
前記有効画素領域上に設けられ、前記光電変換部の上方に開口部が形成されたた第１遮光膜と、前記ＯＢ画素領域上に設けられた第２遮光膜とを備え、
前記第１遮光膜と前記第２遮光膜とが分離領域によって電気的に分離され、前記分離領域に光が入射することを遮るための遮光手段が形成されている固体撮像素子。
【請求項２】
前記第１遮光膜にのみ電圧が印加される請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記第１遮光膜に第１電圧を印加する端子が接続され、前記第２遮光膜に該第１電圧とは異なる第２電圧を印加する端子が接続されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記遮光手段が、前記分離領域の上方に形成された第３遮光膜である請求項１から３のうちいずれか１つに記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記第３遮光膜が、前記分離領域を覆い、かつ、該分離領域に比べて広い領域に形成されている請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記遮光手段が、前記分離領域の上方に形成された光学的にブラックの光学層である請求項１から３のうちいずれか１つに記載の固体撮像素子。
【請求項７】
被写体からの光に応じた撮像信号を得るための光電変換部が設けられた有効画素領域と、
光学的黒レベルの基準信号を得るため素子領域を有するＯＢ画素領域と、
前記有効画素領域上に設けられ、前記光電変換部の上方に開口部が形成されたた第１遮光膜と、前記ＯＢ画素領域上に設けられた第２遮光膜とを備え、
前記第１遮光膜と前記第２遮光膜とが分離領域によって電気的に分離され、前記第１遮光膜にのみ電圧が印加される固体撮像素子。
【請求項８】
被写体からの光に応じた撮像信号を得るための光電変換部が設けられた有効画素領域と、
光学的黒レベルの基準信号を得るため素子領域を有するＯＢ画素領域と、
前記有効画素領域上に設けられ、前記光電変換部の上方に開口部が形成されたた第１遮光膜と、前記ＯＢ画素領域上に設けられた第２遮光膜とを備え、
前記第１遮光膜に第１電圧を印加する端子が接続され、前記第２遮光膜に該第１電圧とは異なる第２電圧を印加する端子が接続されている固体撮像素子。
【請求項９】
前記分離領域に光が入射することを遮るための遮光手段が形成されている請求項７又は８に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記遮光手段が、前記分離領域の上方に形成された第３遮光膜である請求項７から９のうちいずれか１つに記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記第３遮光膜が、前記分離領域を覆い、かつ、該分離領域に比べて広い領域に形成されている請求項１０に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
前記遮光手段が、前記分離領域の上方に形成された光学的にブラックの光学層である請求項７から９のうちいずれか１つに記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
上記請求項１から１２のいずれか１つに記載の固体撮像素子を備えた撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光に応じて信号電荷を生成する光電変換部が配置された有効画素領域と、光学的に黒レベルの基準信号を得るためのオプティカルブラック部（ＯＢ部）が配置されたＯＢ画素領域とを有する固体撮像素子及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子は、半導体基板上に配列されたフォトダイオードなどからなる複数の光電変換部と、光電変換部から読み出された信号電荷を転送する電荷転送電極とを有し、光電変換部の上方が開口して入射光を通過させるとともに、電荷転送電極に入射する光を遮るための遮光膜が形成された画素領域を備えている。  
【０００３】
また、従来の固体撮像素子では、読み出し電圧の低減、及び、スミア特性の改善を目的として、遮光膜に電圧を印加する構成が提案されている。
【０００４】
下記特許文献１には、半導体基板内に光電変換領域と、転送チャネル領域と、転送チャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成された転送電極と、転送電極を被覆し、光電変換領域の上方に開口を有する導電性遮光膜を備えた固体撮像装置の構成が記載されている。
【０００５】
下記特許文献２には、受光センサ部と垂直転送レジスタとが形成された撮像領域において、受光センサ部を除く領域が遮光膜で覆われ、該遮光膜が受光センサ部に蓄積された信号電荷を垂直転送レジスタに読み出すための読み出し電極を兼ねた固体撮像素子の構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３７２６２号公報
【特許文献２】特開２００５−１０９０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、固体撮像素子の画素領域には、被写体からの入射光に応じて信号電荷を生成することで実際に撮像信号を得るための光電変換部が配置された領域である有効画素領域と、光学的黒レベルの基準信号を得るためのＯＢ画素領域とが形成されている。
有効画素領域上の遮光膜には、電圧が印加される。これは、有効画素領域の画素部の読み出し電圧を下げるためである。
上記特許文献１及び２の構成の場合には、有効画素領域とＯＢ画素領域との遮光膜が一体で形成されて電気的に接続されていると、有効画素領域に電圧を印加すると同時にＯＢ画素領域にも同じ電圧が印加される。すると、ＯＢ画素領域で得られる基準信号の精度が低下し、この結果、撮像信号を安定した基準レベルにクランプできなくなり、良好な画像を得ることができなくなることがある。
また、有効画素領域とＯＢ画素領域との遮光膜の両方に電圧を印加したところ、ＯＢ画素領域の暗電流が有効画素領域より大きく増加し、有効画素領域の画素部の出力が沈んでしまう現象、所謂、黒沈みが生じることがわかった。これは、有効画素領域上の遮光膜には開口が設けられているが、ＯＢ画素領域はその全面が遮光膜で覆われているため、ＯＢ画素領域においてバイアス効果が大きくなり、該ＯＢ画素領域に位置する垂直電荷転送チャネルの暗電流が有効画素領域よりも増加してしまうことに起因して正常なクランプ動作ができなくなるためである。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、読み出し電圧やスミアの増加を抑制するとともに、ＯＢ画素領域から安定した基準信号を得ることができる固体撮像素子及び撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）被写体からの光に応じた撮像信号を得るための光電変換部が設けられた有効画素領域と、
光学的黒レベルの基準信号を得るため素子領域を有するＯＢ画素領域と、
前記有効画素領域上に設けられ、前記光電変換部の上方に開口部が形成されたた第１遮光膜と、前記ＯＢ画素領域上に設けられた第２遮光膜とを備え、
前記第１遮光膜と前記第２遮光膜とが分離領域によって電気的に分離され、前記分離領域に光が入射することを遮るための遮光手段が形成されている固体撮像素子。
（２）前記第１遮光膜にのみ電圧が印加される上記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）前記第１遮光膜に第１電圧を印加する端子が接続され、前記第２遮光膜に該第１電圧とは異なる第２電圧を印加する端子が接続されている上記（１）に記載の固体撮像素子。
（４）前記遮光手段が、前記分離領域の上方に形成された第３遮光膜である上記（１）から（３）のうちいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（５）前記第３遮光膜が、前記分離領域を覆い、かつ、該分離領域に比べて広い領域に形成されている上記（４）に記載の固体撮像素子。
（６）前記遮光手段が、前記分離領域の上方に形成された光学的にブラックの光学層である上記（１）から（３）のうちいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（７）被写体からの光に応じた撮像信号を得るための光電変換部が設けられた有効画素領域と、
光学的黒レベルの基準信号を得るため素子領域を有するＯＢ画素領域と、
前記有効画素領域上に設けられ、前記光電変換部の上方に開口部が形成されたた第１遮光膜と、前記ＯＢ画素領域上に設けられた第２遮光膜とを備え、
前記第１遮光膜と前記第２遮光膜とが分離領域によって電気的に分離され、前記第１遮光膜にのみ電圧が印加される固体撮像素子。
（８）被写体からの光に応じた撮像信号を得るための光電変換部が設けられた有効画素領域と、
光学的黒レベルの基準信号を得るため素子領域を有するＯＢ画素領域と、
前記有効画素領域上に設けられ、前記光電変換部の上方に開口部が形成されたた第１遮光膜と、前記ＯＢ画素領域上に設けられた第２遮光膜とを備え、
前記第１遮光膜に第１電圧を印加する端子が接続され、前記第２遮光膜に該第１電圧とは異なる第２電圧を印加する端子が接続されている固体撮像素子。
（９）前記分離領域に光が入射することを遮るための遮光手段が形成されている上記（７）又は（８）に記載の固体撮像素子。
（１０）前記遮光手段が、前記分離領域の上方に形成された第３遮光膜である上記（７）から（９）のうちいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（１１）前記第３遮光膜が、前記分離領域を覆い、かつ、該分離領域に比べて広い領域に形成されている上記（１０）に記載の固体撮像素子。
（１２）前記遮光手段が、前記分離領域の上方に形成された光学的にブラックの光学層である上記（７）から（９）のうちいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（１３）上記（１）から（１２）のいずれか１つに記載の固体撮像素子を備えた撮像装置。
【００１０】
本発明にかかる固体撮像素子は、有効画素領域とＯＢ画素領域と備え、有効画素領域上に設けられた第１遮光膜と、ＯＢ画素領域上に設けられた第２遮光膜とを有し、第１遮光膜と第２遮光膜との間に分離領域が形成されることで電気的に分離されている構成であるため、有効画素領域に電圧を印加しても、ＯＢ画素領域には電圧が印可されない。こうすることで、ＯＢ画素領域に影響を与えることなく、有効画素領域のみに電圧を印加することができ、スミア及び読み出し電圧の上昇を抑制することができる。また、ＯＢ画素領域の画素部で生じる暗電流と有効画素領域の画素部で生じる暗電流とに差が生じることを防止でき、有効画素領域の画素部に黒沈みが生じることを防止できる。さらに、本発明にかかる固体撮像素子は、分離領域の上方に遮光手段が形成されている構成である。このため、第１遮光膜と第２遮光膜との間を通過して半導体基板表面に向かって入射しようとする光を遮光手段によって遮光することができ、ＯＢ画素領域に迷光が漏れ込むことを防止することができる。したがって、ＯＢ画素領域から安定した基準信号を得ることができる。
【００１１】
固体撮像素子は、遮光手段が第３遮光膜であって、第３遮光膜が、分離領域を覆い、かつ、該分離領域に比べて広い領域に形成されている構成とすることが好ましい。こうすれば、ＯＢ画素領域を素子領域全面に対して周端部に形成した場合に、半導体基板表面の垂直方向に対して傾斜して入射する光成分が多くなるが、第３遮光膜を分離領域に比べて広い領域に形成することで、ＯＢ画素領域に迷光が進入することをより確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、読み出し電圧やスミアの増加を抑制するとともに、ＯＢ画素領域から安定した基準信号を得ることができる固体撮像素子及び撮像装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明にかかる固体撮像素子を備えた撮像装置の概略構成を示す図である。
【図２】固体撮像素子を概略的に示す平面図である。
【図３】図２に示す固体撮像素子のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】第２実施形態の固体撮像素子の構成を示す断面図である。
【図５】光学層を形成する手順を示す図である。
【図６】光学層を形成する手順を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる固体撮像素子を備えた撮像装置の概略構成を示す図である。なお、固体撮像素子を備えた撮像装置としては、例えば、デジタルカメラやデジタルビデオカメラなどであり、本実施形態の説明では、デジタルカメラを例に説明する。
【００１５】
図１に示すように、撮像装置は、撮影レンズ１と、固体撮像素子５と、該撮影レンズ１と固体撮像素子５との間に設けられた絞り２と、赤外線カットフィルタ３と、光学ローパスフィルタ４とを備えている。
【００１６】
また、撮像装置は、電気制御系全体を統括制御するシステム制御部１１を備えている。システム制御部１１は、フラッシュの発光部１２及び受光部１３を制御し、レンズ駆動部８を制御して撮影レンズ１の位置をフォーカス位置に調整したりズーム調整を行ったりし、絞り駆動部９を介して絞り２の開口量を制御して露光量の調整を行う。また、システム制御部１１は、撮像素子駆動部１０を介して固体撮像素子５を駆動し、撮影レンズ１を通して撮像した被写体画像を色信号として出力させる。システム制御部１１には、操作部１４を通してユーザからの指示信号が入力される。
【００１７】
撮像装置には、固体撮像素子５に接続され、該固体撮像素子５から出力された信号をアナログ処理するアナログ信号処理部６と、該アナログ信号処理部６から出力されたＲＧＢの色信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路７とを備えている。アナログ信号処理部６と、Ａ／Ｄ変換回路７とはシステム制御部１１によって制御される。
【００１８】
さらに、撮像装置には、メインメモリ１６と、メインメモリ１６に接続されたメモリ制御部１５と、補間演算やガンマ補正演算、ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行って画像データ生成するデジタル信号処理部１７と、デジタル信号処理部１７で生成された画像データをＪＰＥＧ形式に圧縮したり圧縮画像データを伸張したりする圧縮伸張処理部１８と、測光データを積算しデジタル信号処理部１７が行うホワイトバランス補正のゲインを求める積算部１９と、着脱自在の記録媒体２１が接続される外部メモリ制御部２０と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部２３が接続される表示制御部２２とを備え、これらは、制御バス２４及びデータバス２５によって相互に接続され、システム制御部１１からの指令によって制御される。
【００１９】
次に、本発明にかかる固体撮像素子の第１実施形態の構成を説明する。図２は、固体撮像素子を概略的に示す平面図である。
図２に示すように、固体撮像素子５は、半導体基板の垂直方向と該垂直方向に対して直交する水平方向に正方格子状に配列された、フォトダイオードなどからなる光電変換部５１が複数配列されている。半導体基板には、複数の光電変換部５１において、垂直方向に並べられた光電変換部５１の各列の右側に、各光電変換部から読み出された信号電荷を垂直方向に転送するための垂直電荷転送路５２が設けられている。また、半導体基板には、各光電変換部５１に蓄積された信号電荷を垂直電荷転送路５２に読み出すための電荷読み出し部５３と、垂直電荷転送路５２を転送されてきた電荷を水平方向に転送するための水平電荷転送路５４と、水平電荷転送路５４を転送されてきた電荷を電圧信号に変換して出力する出力部５５とを備えている。なお、本実施形態では、光電変換部５１が半導体基板表面に略正方向子状に配置された、いわゆるベイヤー配列を例に説明するが、光電変換部の配列はこれに限定されず、光電変換部５１の各列が、隣り合う列に対して垂直方向に１／２ピッチずつずらして配置されていてもよい。
【００２０】
固体撮像素子は、被写体からの光に応じて光電変換作用により信号電荷を生成して実際に用いる画像信号を得るための光電変換部５１が設けられた有効画素領域５７と、光学的黒レベルの基準信号を得る光電変換部５１が設けられた素子領域であるＯＢ画素領域５６とを備えている。図２では、光学的黒レベルの基準信号を得るための光電変換部５１には、「ＯＢ」を付して示している。本実施形態の固体撮像素子５においては、被写体からの光に応じた撮像信号を得るための光電変換部５１が設けられた領域を有効画素領域５７とし、光学的黒レベルの基準信号を得るための光電変換部５１が設けられた領域をＯＢ画素領域５６とする。なお、本実施形態では、図２に示すように、有効画素領域５７の垂直方向の一方と、水平方向の一方とにＯＢ画素領域５６の光電変換部５１が設けられているが、ＯＢ画素領域５６の光電変換部５１の配置はこれに限定されず、有効画素領域５７の周囲の他の位置に設けられていてもよい。また、ＯＢ画素領域５６の素子領域は、光電変換部５１が設けられず、単に基準信号となる電荷を転送する電荷転送電極５８が形成された領域としてもよい。
【００２１】
図３は、図２に示す固体撮像素子のＡ−Ａ線断面図である。
固体撮像素子は、半導体基板５０を備えている。半導体基板５０は、ｎ型基板５０ａと、該ｎ型基板５０ａの光入射側表面に形成された、ｐウェル層５０ｂとで構成されている。半導体基板５０のｐウェル層５０ｂの表面に光電変換部５１を含む画素領域が形成されている。
【００２２】
光電変換部５１は、ｐウェル層５０ｂの光入射側表面に形成されたｐ型不純物層５１ａと、ｐ型不純物層５１ａの下に形成されたｎ型不純物層５１ｂとから構成されている。ｐ型不純物層５１ａは、光電変換部５１の表面電位を固定して暗電流を防ぐ機能を有している。光電変換部５１で発生した信号電荷は、ｎ型不純物層５１ｂに蓄積される。
【００２３】
半導体基板５０において光電変換部５１の左側には、少し離間してｎ型不純物層からなる垂直電荷転送路５２が形成されている。光電変換部５１と垂直電荷転送路５２との間には、光電変換部５１のｎ型不純物層５１ｂに蓄積された信号電荷を垂直電荷転送路５２に読み出すため、ｐ型不純物からなる電荷読み出し部５３が形成されている。
【００２４】
半導体基板５０において、光電変換部５１，垂直電荷転送路５２及び電荷読み出し部５３の上方には、シリコン酸化膜やＯＮＯ膜等からなる図示しないゲート絶縁膜が形成されている。半導体基板５０の上方には、ゲート絶縁膜を介して垂直電荷転送路５２に電圧を供給して電荷転送動作を制御するための、ポリシリコン等からなる電極５８が形成されている。
【００２５】
ゲート絶縁膜及び電極５８を覆うように絶縁膜５９が形成され、絶縁膜５９上に、アルミニウムやタングステンなどからなる第１遮光膜６１ａと第２遮光膜６１ｂとが形成されている。第１遮光膜６１ａは、有効画素領域５７上に形成され、光電変換部５１の上方に入射光を光電変換部５１へ入射させるための開口部６２を有している。また、第２遮光膜６１ｂは、ＯＢ画素領域５６上に形成されている。本実施形態において、第１遮光膜６１ａと第２遮光膜６１ｂとが電気的に分離された構成である。第１遮光膜６１ａ及び第２遮光膜６１ｂ上には、絶縁性を有する透明層６３が設けられ、透明層６３上には、カラーフィルタ層ＣＦが形成され、該カラーフィルタ層上にマイクロレンズ６４が形成されている。
【００２６】
第１遮光膜６１ａと第２遮光膜６１ｂとの間には、両者を電気的に分離する分離領域Ｓが設けられている。分離領域Ｓは、半導体基板５０に対して光が入射する側から平面視した状態で、第１遮光膜６１ａと第２遮光膜６１ｂの間に形成される領域で、第１遮光膜６１ａ及び第２遮光膜６１ｂのいずれとも通電しない状態の領域である。第１遮光膜６１ａと第２遮光膜６１ｂとには、それぞれ独立して電圧が印加可能であり、図３では、第１遮光膜６１ａには電圧Ｖａを印加可能な端子が接続されて、第２遮光膜６１ｂには電圧Ｖｂを印加可能な端子が接続されている。
なお、第１遮光膜６１ａにのみ電圧Ｖａを印加可能な端子が接続されていてもよい。こうすれば、固体撮像素子の駆動時には、有効画素領域５７上の第１遮光膜６１ａに所定の電圧Ｖａを印加することで、第１遮光膜６１ａにのみ電圧を印加し、第２遮光膜６１ｂには電圧が印可されない。
【００２７】
透明層６３中の、分離領域Ｓの上方には、遮光手段として機能する第３遮光膜６６が形成されている。第３遮光膜６６は、第１遮光膜６１ａ及び第２遮光膜６１ｂと同じ材料で構成することができ、例えば、アルミニウムやタングステンなどの導電性の遮光材料層を用いて形成することができる。透明層６３を形成する手順の一例としては、第１遮光膜６１ａ及び第２遮光膜６１ｂ上に透明層６３をある程度の厚さまで形成し、第３遮光膜６６を構成する導電性の遮光材料層を形成し、該遮光材料層のうち該分離領域Ｓの上方に存在する部分以外をマスクして、フォトリソグラフィ工程による露光、現像を行い、また、エッチング処理を行うことで、第３遮光膜６６を形成することができる。その後、第３遮光膜６６を覆うように、透明層６３を更に形成し、カラーフィルタ層ＣＦ及びマイクロレンズ６４を形成すれば、本実施形態の固体撮像素子を得ることができる。
【００２８】
本実施形態の構成において、第３遮光膜６６が、分離領域Ｓを覆い、かつ、該分離領域Ｓに比べて広い領域に形成されている構成とすることが好ましい。こうすれば、ＯＢ画素領域５６を素子領域全面に対して周端部に形成した場合に、半導体基板５０表面の垂直方向に対して傾斜する方向に入射する光成分が多くなるが、第３遮光膜６６を分離領域Ｓに比べて広い領域に形成することで、ＯＢ画素領域５６に迷光が進入することをより確実に防止することができる。
【００２９】
本発明にかかる固体撮像素子は、有効画素領域５７とＯＢ画素領域５６と備え、有効画素領域５７上に設けられた第１遮光膜６１ａと、ＯＢ画素領域５６上に設けられた第２遮光膜６１ｂとを有し、第１遮光膜６１ａと第２遮光膜６１ｂとの間に分離領域Ｓが形成されることで電気的に分離されている構成であるため、第１遮光膜６１ａに電圧を印加してもＯＢ画素領域５６側の第２遮光膜６１ｂに影響をおよぼすことがないうえ、スミア及び読み出し電圧の上昇を抑制することができる。また、ＯＢ画素領域で暗電流が生じることを防止でき、有効画素領域の画素部に黒沈みが生じることを防止できる。さらに、本実施形態によれば、分離領域Ｓの上方に遮光手段として機能する第３遮光膜６６が形成されている構成である。このため、第１遮光膜６１ａと第２遮光膜６１ｂとの間を通過して半導体基板５０表面に向かって入射しようとする光を第３遮光膜６６によって遮光することができ、ＯＢ画素領域５６に迷光が漏れ込むことを防止することができる。したがって、ＯＢ画素領域５６から安定した基準信号を得ることができる。
有効画素領域５７の第１遮光膜６１ａとＯＢ画素領域５６の第２遮光膜６１ｂのそれぞれに大きさの異なる電圧をそれぞれ印加してもよい。第１遮光膜６１ａに印加する電圧Ｖａを第１電圧とし、第２遮光膜６１ｂに印加する電圧Ｖｂを第２電圧としたとき、第２電圧Ｖｂを第１電圧Ｖａより小さくする。なお、第１電圧と第２電圧との大小関係はこれに限定されない。第１電圧と第２電圧とが異なっていればよい。こうすることで、ＯＢ画素領域５６におけるバイアスの効果が有効画素領域５７よりも小さくなり、有効画素領域５７の画素部に黒沈みが生じることをより一層確実に防止できる。
第１電圧及び第２電圧を印加するタイミングとしては、固体撮像素子を駆動している間、それぞれ一定の第１電圧及び第２電圧をバイアス電圧として印加してもよい。こうすれば読み出し電圧を低減することができる効果がある。
一方で、光電変換部から垂直電荷転送路へ電荷を読み出す際に、タイミングジェネレータから読み出しパルスを印加する期間を包括する期間において、第１電圧及び第２電圧をパルス印加してもよい。こうすれば、読み出し電圧を低減することができる。上記期間以外はグランド（ＧＮＤ）で基準電圧の０Ｖに設定するか又はマイナス電圧を印加してもよい。こうすれば、スミアを低減することができる。第１電圧及び第２電圧のパルス幅については特性に応じて調整することができる。第１電圧及び第２電圧をパルス印加する場合には、第２電圧が第１電圧より大きい値とすることができる。例えば、有効画素領域５７の画素部に印加する電圧を−７．０Ｖとし、ＯＢ画素領域５６の画素部に印加する電圧を−６．５Ｖとすることができる。
【００３０】
次に、本発明にかかる固体撮像素子の第２実施形態の構成について説明する。図４は、第２実施形態の固体撮像素子の構成を示す断面図である。図４は、図３と同様に図２に示される固体撮像素子のＡ−Ａ線断面図と同じ断面を見た状態を示している。なお、以下に説明する実施形態において、すでに説明した部材などと同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。
【００３１】
本実施形態の固体撮像素子は、基本的に、上記第１実施形態の固体撮像素子の構成と同じであり、第１遮光膜６１ａと第２遮光膜６１ｂとが、両者の間に設けられた分離領域Ｓによって電気的に分離され、第１遮光膜６１ａのみに電圧Ｖａが印加可能である。または、第１遮光膜６１ａと第２遮光膜６１ｂのそれぞれに大きさの異なる電圧Ｖａ，Ｖｂを印加可能である。このとき、第２電圧Ｖｂを第１電圧Ｖａより小さくする。上記第１実施形態の固体撮像素子が透明層６３内に遮光手段として機能する第３遮光膜６６を設けた構成であるのに対し、本実施形態の固体撮像素子は、カラーフィルタ層ＣＦにおける、分離領域Ｓ上の部位に、光学的にブラックである光学層７６が形成され、該光学層７６が遮光手段として機能する。光学層７６は、半導体基板表面側に入射する光を吸収又は反射することで、下方の分離領域Ｓに光が照射され、迷光がＯＢ画素領域５６に進入することを防止する。
【００３２】
光学的にブラックである光学層７６としては、例えば、新日鐵化学株式会社製のブラックレジストインキ、エスブラック（ＮＳＢＫシリーズ、ＢＫＩＳＫシリーズ）や、東京応化工業株式会社製のブラックレジスト、ＣＦＰＲ  ＢＫシリーズなどを用いることができる。
【００３３】
次に、図面に基づいて光学層を形成する手順の一例を説明する。図５及び図６は、光学層を形成する手順を示す図である。
図５（ａ）に示すように、上述したように、半導体基板上に透明層６３までを形成した後、カラーフィルタ層ＣＦを構成するためのカラーレジスト層を透明層６３上に形成する。そして、レジストを塗布し、パターニングする。その後、図５（ｂ）に示すように、レジストを露光し、現像する。例えば、ポジ型レジストを用いる場合には、露光された部分が可溶になり、現像工程によって除去される。次に、図５（ｃ）のように、透明層６３及びカラーフィルタ層ＣＦの上面全体を覆うようにブラックレジストを塗布する。
【００３４】
ブラックレジストを塗布した後、図６（ａ）に示すように、分離領域Ｓ上の部位にレジストをパターン形成する。そして、図６（ｂ）に示すように、レジストを露光し、現像することで、カラーフィルタ層ＣＦ上に残余するブラックレジストを除去する。こうすることで、分離領域Ｓ上にブラックレジストからなる光学的にブラックの光学層を形成することができる。
【００３５】
本実施形態の固体撮像素子によれば、第１遮光膜６１ａと第２遮光膜６１ｂとが電気的に分離され、有効画素領域５７上の第１遮光膜６１ａにのみ電圧を印加することが可能であるため、有効画素領域５７においてスミア及び読み出し電圧の上昇を抑制することができる。なお、第１遮光膜６１ａと第２遮光膜６１ｂのそれぞれに大きさの異なる電圧を印加してもよい。このとき、第２電圧Ｖｂを第１電圧Ｖａより小さくする。また、本実施形態によれば、分離領域Ｓの上方に遮光手段として機能する光学層７６が形成されている構成である。このため、第１遮光膜６１ａと第２遮光膜６１ｂとの間を通過して半導体基板５０表面に向かって入射しようとする光を光学層７６によって遮光することができ、ＯＢ画素領域５６に迷光が漏れ込むことを防止することができる。したがって、ＯＢ画素領域５６から安定した基準信号を得ることができる。
【００３６】
また、本実施形態の固体撮像素子は、上記第１実施形態のように、更に分離領域Ｓ上に第３遮光膜６６（図３参照）を備えた構成としてもよい。
【００３７】
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、固体撮像素子としてＣＣＤ型イメージセンサの構成を例に説明したが、本発明にかかる固体撮像素子はこれに限定されない。例えば、固体撮像素子としては、同様の課題を持つ、その他の構造の撮像素子であってもよい。
【符号の説明】
【００３８】
５      固体撮像素子
５１    光電変換部
５２    電荷転送路
５６    ＯＢ画素領域
５７    有効画素領域
６１ａ  第１遮光膜
６１ｂ  第２遮光膜
６２    開口部
６６    第３遮光膜（遮光手段）
７６    光学層（遮光手段）
Ｓ      分離領域
【図１】
2010034512.tif 000003
【図２】
2010034512.tif 000004
【図３】
2010034512.tif 000005
【図４】
2010034512.tif 000006
【図５】
2010034512.tif 000007
【図６】
2010034512.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成21年7月6日(2009.7.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
また、本実施形態の固体撮像素子は、ブラックレジストと第３遮光膜６６とを備えた構成としたが、第３遮光膜６６は設けなくてもよい。