(57)【要約】【課題】故障検出用の信号を出力し、画質を劣化させず、かつ製造コストを引き上げない固体撮像装置およびカメラを提供する。【解決手段】第１種の画素部と第２種の画素部とを含む固体撮像装置であって、各第２種の画素部は、一定の基準信号を生成する生成部（第１の第２導電型領域１、第２導電型領域４）と、転送信号ＴＸに従って生成部から基準信号を取り出す信号転送部（転送トランジスタ２）と、浮遊拡散層３と、リセットトランジスタ７と、出力トランジスタ１０とを備え、前記生成部は、反転回路２７からの反転信号の電位により前記基準信号としての信号電荷を生成する。【選択図】図２
2008099003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列状に配置された複数の画素部を有する固体撮像装置であって、
前記複数の画素部は、第１種の画素部と第２種の画素部とを含み、
各第１種の画素部は、
光電変換により信号を生成する光電変換部と、
転送信号に従って光電変換部から信号を取り出す第１信号転送部を有し、
各第２種の画素部は、
一定の基準信号としての信号電荷を生成する生成部と、
前記転送信号に従って生成部から基準信号を取り出す第２信号転送部を有し、
前記固体撮像装置は、前記転送信号を反転する反転回路を有し、
前記生成部は、前記反転回路からの反転信号の電位により前記基準信号としての信号電荷を生成する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記各光電変換部は、
半導体基板に設けられた第１の第１導電型半導体領域と、
前記第１の第１導電型半導体領域内に形成された第１の第２導電型領域と
前記第１の第２導電型領域の表面に形成された第２の第１導電型領域を有し、
前記各生成部は、
半導体基板に設けられた第１の第１導電型半導体領域と、
前記第１の第１導電型半導体領域内に形成された第２の第２導電型領域と
前記第２の第２導電型領域の表面に形成された第３の第２導電型領域を有し、
前記第３の第２導電型領域は前記反転信号を伝達する金属配線層に接続される
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記反転回路は、前記転送信号の振幅よりも小さい振幅を有する反転信号を出力することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記反転回路は、前記転送信号がローレベルのとき、前記光電変換部の黒画素レベルに相当する電位レベルを出力することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記反転回路は、前記転送信号がハイレベルのとき、前記光電変換部の飽和信号レベルに相当する電位レベルを出力することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記反転回路は、前記転送信号がハイレベルのとき、前記光電変換部の飽和信号レベルに相当する電位レベルよりも高いレベルを出力することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記反転回路は、遅延素子を有し、前記転送信号の入力から前記反転信号の出力までの時間を遅延させることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載の固体撮像装置と、
固体撮像装置からの前記基準信号の出力に基づいて故障を判定する判定手段と
を有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、故障検出用基準信号を発生する機能を有した固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像装置の車載化など安全部品としての需要が増加し、信頼性向上についても要望が増えている実態がある。
【０００３】
この一つの改善策として、固体撮像装置から故障判断が可能となる一定の基準信号を内部で発生し、基準信号の外部への出力をモニタすることで故障の検知をすることができる。
【０００４】
例えば、固体撮像装置自体の故障、および２次実装（固体撮像装置とプリント基板の半田付けによる実装）の破綻を検出し、故障箇所を明確化するとともにシステムとして警告発砲、もしくはフェイルセーフ（安全状態での停止）を実現することができる。
【０００５】
このような固体撮像装置で故障検出用の信号を得るための方法としては、例えば特許文献１に示される方法がある。
【０００６】
次に、図１０Ａ、図１０Ｂを用いて、従来技術における故障検出用の信号を生成する機能を有する固体撮像装置について説明する。
【０００７】
図１０Ａは、通常の画素部の回路図である。図１０Ａの回路において、通常の画素部６０は、光電変換素子ＰＤと、転送トランジスタＴｒ１と、転送トランジスタ浮遊拡散層ＦＤと、出力トランジスタＴｒ２と、リセットトランジスタＴｒ３とを備える。リセットトランジスタは、リセットトランジスタＴｒ２は、浮遊拡散層ＦＤの信号電荷をリセットする。このリセットトランジスタＴｒ２はリセットパルス信号ＲＳＴにより制御される。光電変換素子ＰＤで発生した信号電荷は、転送トランジスタＴｒ１を介して浮遊拡散層ＦＤに転送される。この転送トランジスタＴｒ１は転送パルス信号ＴＸにより制御される。出力トランジスタＴｒ２は、浮遊拡散層ＦＤの信号電荷に応じた電圧を出力する。これにより、入射光量に応じた電圧が出力トランジスＴｒ３から出力される。
【０００８】
図１０Ｂは、基準信号生成用画素部６１の回路図である。この基準信号生成用画素部６１は、全画素部中の所望の位置に配置される。同図の回路において、基準信号生成用画素部６１は、通常の画素部６０に対して、基準信号電荷入力部６２が付加されている。基準信号電荷入力部６２は、基準信号となる基準信号電荷を光電変換素子ＰＤに発生させる。この基準信号電荷は、転送トランジスタＴｒ１を介して浮遊拡散層ＦＤに転送される。浮遊拡散層ＦＤに転送された基準信号電荷は、出力トランジスタＴｒ２から一定電圧の基準信号として出力される。この基準信号は、さらに固体撮像装置内部の回路を経由して外部に出力される。固体撮像装置外部でこの信号をモニタすることにより、故障の検出を可能にしている。
【特許文献１】特願２００５−３０７８３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来技術に示された固体撮像装置は以下の課題を有している。
第１に、固体撮像装置の小型化を実現することが出来ないという問題がある。この問題について図１１Ａ、図１１Ｂを用いて説明する。
【００１０】
図１１Ａ、図１１Ｂは、図１０Ａ、図１０Ｂに示した通常の画素部６０、１つの基準信号生成用画素部６１の平面レイアウト例をそれぞれ示す図である。図１１Ａのように通常の画素部６０のレイアウトでは、光電変換部ＰＤが配置されるＰＤレイアウト領域６３の２辺を囲むように、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３用のトランジスタレイアウト領域６４が配置されている。一方、図１１Ｂのように基準信号生成用画素部６１のレイアウトでは、基準信号電荷発生用の光電変換部レイアウト領域６５と、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３用のトランジスタレイアウト領域６６と、基準信号電荷入力部６２用のトランジスタレイアウト領域６７とを含む。このように、基準信号生成用画素部６１のレイアウトでは、基準信号電荷入力部６２用のトランジスタレイアウト領域６７を追加しなければならない。そのため、固体撮像装置の小型化を実現することが出来ないという第１の課題を有している。すなわち、第１の課題は、基準信号を生成するための画素には、画素に対して、トランジスタを一つ追加しなければならず、全画素に適用した場合、追加したトランジスタ面積分開口率が減少する、ということである。
【００１１】
第２に、全画素に基準信号生成用画素部６１を展開した場合に、感度、飽和特性が劣化するという問題がある。すなわち、従来技術の固体撮像装置の基準信号生成用画素部６１のレイアウトでは、全画素に基準信号生成用画素部６１を展開した場合に、開口率（光を取り入れる光電変換部の１画素に占める割合）が低下し、感度、飽和特性が劣化する。
【００１２】
第３に、全画素中の一部を基準信号生成用画素部６１にした場合でも、画素が多数配列された通常の画素部６０と基準信号生成用画素部６１の製造条件を両立させる必要があり、基準信号生成用画素部６１を形成することによって、画素の製造を最良の条件で実現することができないという問題を有している。すなわち、基準信号生成用画素部６１にだけトランジスタを一つ追加しなければならず、一部の画素に適用した場合でも、均一な製造条件確立のための最適化を疎外する要素となる。
【００１３】
第４に、基準信号生成用画素部６１の周りの画素が白っぽくなり、画質が劣化することがあるという問題がある。図１２、図１３Ａ、図１３Ｂを用いて、この課題について説明する。
【００１４】
図１２は、隣接する基準信号生成用画素部６１と通常の画素部６０のそれぞれの光電変換部５１および５０断面概略と、Ａ−Ａ’線における基板深さ方向の電位分布とを示す図である。同図において、基準信号生成用画素部６１の光電変換部５１には、信号を一定にするため、基準信号電荷入力部６２の電位により電子（信号電荷）が次々と注入され、これを止めることはない。従って、電子が溢れかえった状態となる。一方、隣接する通常の画素部６０の光電変換部５０は暗状態である場合、空乏化（電子が不足した状態）となり基準信号生成用画素部６１の光電変換部５１と通常の画素部６０の光電変換部５０との電位差が大きな状態となる。これによって基準信号生成用画素部６１の光電変換部５１から信号電荷が通常の画素部６０の光電変換部５０に漏れこむ現象が発生する。
【００１５】
図１３Ｂは、図１２に示した信号電荷の漏れこみが発生した場合の、暗い状態での画像を示す。図１３Ｂの画像は縦横５画素からなり、中心の画素が基準信号生成用画素部６１であり、その周囲が通常の画素部６０としている。これに対して、図１３Ａは、図１２に示した信号電荷の漏れこみが存在しない場合の理想的な画像を示している。
【００１６】
図１３Ｂのように、隣接する通常の画素部６０に漏れこんだ信号電荷によって、周囲の通常の画素部６０は、通常の黒画素よりもレベルが上がってしまい、白く浮いたような画像になり、画質が劣化してしまう。
【００１７】
第５に、この現象により、従来技術に示された固体撮像装置は、故障検出用の基準信号による検出率が下がるという問題も有している。
【００１８】
第６に、従来技術に示された固体撮像装置は、基準信号生成用画素部６１の隣接画素を他の目的、例えば通常撮像領域の黒基準信号などに使用する場合、漏れこんだ信号電荷が黒レベルの誤判断の原因となり、例えば黒レベルが白く浮くことによって相対的に通常撮像領域の信号が下がってしまい、横引きのような黒いノイズが発生するなど、通常の撮像画質を劣化させるという問題も有している。
【００１９】
上記の第４〜第６の問題は、基準信号生成用画素部６１から隣接する画素に信号電荷が漏れこみ、故障検出用の信号としての認識率を低下させるのみならず、隣接画素を例えば通常撮像に使用される黒基準信号に使用する場合、画質劣化の要因となる、ということである。
【００２０】
上記課題を解決するため本発明は、故障検出用の信号を出力する固体撮像装置であって、画質を劣化させず、かつ製造コストを引き上げない固体撮像装置およびカメラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の固体撮像装置は、行列状に配置された複数の画素部を有する固体撮像装置であって、前記複数の画素部は、複数の第１種の画素部と第２種の画素部とを含み、各第１種の画素部は、光電変換により信号を生成する光電変換部と、転送信号に従って光電変換部から信号を取り出す第１信号転送部を有し、各第２種の画素部は、一定の基準信号を生成する生成部と、前記転送信号に従って生成部から基準信号を取り出す第２信号転送部を有し、前記固体撮像装置は、前記転送信号を反転する反転回路を有し、前記生成部は、前記反転回路からの反転信号の電位により前記基準信号としての信号電荷を生成する。
【００２２】
この構成によれば、第２種の画素部は、反転信号の電位により前記基準信号としての信号電荷を生成するので、従来必要であった信号電荷生成用のトランジスタを設ける必要がない。それゆえ、第１種の画素部と第２種の画素部は同じレイアウトにすることができ、均一な画素部の製造を容易にし、第２種の画素の形成に起因する製造コストアップを生じさせないという効果がある。また、基準信号となる信号電荷は、転送信号を反転した反転信号のタイミングで生成されるので、生成部から転送されるタイミングに合わせて生成することができる。それゆえ、第２種の画素部から隣接する画素部に信号電荷が漏れ出すことがなく、画質の劣化を防止するという効果がある。
【００２３】
ここで、前記各光電変換部は、半導体基板に設けられた第１の第１導電型半導体領域と、前記第１の第１導電型半導体領域内に形成された第１の第２導電型領域と前記第１の第２導電型領域の表面に形成された第２の第１導電型領域を有し、前記各生成部は、半導体基板に設けられた第１の第１導電型半導体領域と、前記第１の第１導電型半導体領域内に形成された第２の第２導電型領域と、前記第１の第２導電型領域の表面に形成された第３の第２導電型領域を有し、前記第３の第２導電型領域は前記反転信号を伝達する金属配線層に接続されるようにしてもよい。
【００２４】
この構成によれば、転送信号がハイレベルつまり信号電荷を読み出す期間のみ、前記生成部にローレベルつまり光電変換部（第２の第２導電型領域および第３の第２導電型領域）の電位を飽和電位（最大に信号電荷が存在する状態）に設定することができる。さらに、転送信号がローレベルの期間つまり待機状態の期間では、生成部をハイレベルすなわち光電変換部の電位を暗時電位（信号電荷が存在しない状態）に設定することができる。そのため、隣接の画素部への電荷漏れ出しが発生しない。
【００２５】
ここで、前記反転回路は、前記転送信号の振幅よりも小さい振幅を有する反転信号を出力してもよい。
【００２６】
ここで、前記反転回路は、前記転送信号がローレベルのとき、前記光電変換部の黒画素レベルに相当する電位レベルを出力してもよい。
【００２７】
ここで、前記反転回路は、前記転送信号がハイレベルのとき、前記光電変換部の飽和信号レベルに相当する電位レベルを出力してもよい。
【００２８】
ここで、前記反転回路は、前記転送信号がハイレベルのとき、前記光電変換部の飽和信号レベルに相当する電位レベルよりも高いレベルを出力してもよい。
【００２９】
ここで、前記反転回路は、遅延素子を有し、前記転送信号の入力から前記反転信号の出力までの時間を遅延させてもよい。
【００３０】
また、本発明の撮像装置は、上記の記載の固体撮像装置と、前記固体撮像装置からの前記基準信号の出力に基づいて故障を判定する判定手段とを有する。
【００３１】
この構成によれば、判定手段の判定により、異常なレベルの信号が検出された場合、当該第２種の画素部から固体撮像装置の出力端子を介して判定手段の入力までに至る経路において、どの箇所に故障が発生したかを検出することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の固体撮像装置によれば、故障検出用の基準信号を出力する機能を有しながらも、製造コストアップを生じさせることなく、画質の劣化を防止するという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本実施の形態における固体撮像装置は、故障検出用の一定の基準信号を生成する画素部（以下第２種の画素部と呼ぶ。）として、転送信号を反転した信号（以下反転信号と呼ぶ。）の電位により信号電荷を発生する生成部を光電変換部の代わりに備える。ここで、転送信号は、通常の画素部の光電変換部からまたは第２種の画素部の生成部から、浮遊拡散層に信号電荷を転送する転送トランジスタのゲートに供給されるパルス信号である。上記の生成部は、反転信号を伝達する金属配線に接続され、反転信号の電位により基準信号となる信号電荷を生成する。そのため、第２種の画素部は、従来のような基準信号発生用のトランジスタを設ける必要がない。また。生成部から浮遊拡散層に信号電荷を転送するタイミングに合わせて信号電荷を生成するので、第２種の画素部から隣接する画素部に信号電荷が漏れ出すことがなく、画質の劣化を防止することができる。
【００３４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。
図１は、本発明の実施の形態における固体撮像装置の主要部の構成を示す図である。この固体撮像装置は、半導体基板上に行列状に配置された複数の画素部からなる領域２０と、複数のＡＮＤ回路２４と、垂直シフトレジスタ２６と、反転回路２７とを備える。
【００３５】
領域２０は、光が入射される領域である撮像領域２０ａと光が遮光される領域である遮光領域２０ｂとに分けられる。撮像領域２０ａ内の画素部を開口画素部２１、遮光領域２０ｂ内の画素部を遮光画素部２２または２３と呼ぶ。言い換えれば、撮像領域２０ａ内の画素部は第１種の画素部であり、遮光領域２０ｂ内の遮光された複数の画素は第１種の画素部２２と第２種の画素部２３とを含む。第１種の画素部は、通常の光電変換部を有する。第２種の画素部は、故障検出用の一定の基準信号を生成する。
【００３６】
各ＡＮＤ回路２４は、行列状に配置された複数の画素部の行に対応し、上記の転送信号ＴＸと垂直シフトレジスタ２６からの行選択信号との論理積を、対応する行に含まれる画素部に出力する。転送信号ＴＸは、第１種の画素部の光電変換部から、または第２種の画素部の生成部から浮遊拡散層に信号電荷を転送する転送トランジスタのゲートに供給されるパルス信号である。
【００３７】
垂直シフトレジスタ２６は、行列状に配置された複数の画素部の行を順次選択する行選択信号を出力する。
【００３８】
反転回路２７は、転送信号ＴＸを反転し、反転信号を第２種の画素部に金属配線を介して供給する。
【００３９】
図１のように、第２種の画素部２３には、反転回路２７の反転信号が接続されている。一方、転送信号ＴＸは垂直シフトレジスタ２６の出力とＡＮＤ回路２４を介して接続されているため、垂直シフトレジスタ２６の選択行に応じて、各行に出力される。
【００４０】
なお、図１に示された本発明の実施形態に係る固体撮像装置は、遮光領域２０ｂの画素部の一部を故障検出用の第２種の画素部として形成しているが、一部の開口画素部２１の代わりに形成してもよい。また、図１では、撮像領域の右端の２列を使用して千鳥格子状に配列したが、上２行でも、また、１列１行のみでもよく、その配列パターン、個数については任意形成することができる。
【００４１】
図２は、基準信号生成用の第２種の画素部２３の構成を示す図である。第２種の画素部２３の一部を断面図として、残部を回路図として示している。第２種の画素部は、一定の基準信号を生成する生成部（第１の第２導電型領域１、第２導電型領域４）と、転送信号に従って生成部から基準信号を取り出す信号転送部（転送トランジスタ２）と、浮遊拡散層３と、リセットトランジスタ７と、出力トランジスタ１０とを備える。
【００４２】
図２のように、第１導電型半導体基板０上に、反不純物である第１の第２導電型領域１が形成され、第１の第２導電型領域１の表面側に反転信号接続用第２導電型領域４を形成される。第２導電型領域４には金属配線層１２を介して反転信号が接続される。
【００４３】
さらに生成部に隣接して転送トランジスタ２が形成され、転送トランジスタ２のゲートには、端子６を介して転送信号ＴＸが入力される。転送トランジスタ２は、転送信号ＴＸがハイレベルのときに生成部から浮遊拡散層３に基準信号となる信号電荷を転送する。
【００４４】
生成部には反転回路２７からの反転信号が金属配線層１２を介して接続されている。生成部は、反転信号がローレベルのとき信号電荷を生成し（つまり第２導電型領域４が飽和状態になる）、反転信号がハイレベルのとき信号電荷を生成しない（つまり第２導電型領域４が空乏状態になる）。
【００４５】
さらに、転送トランジスタ２に隣接して第２導電型領域として浮遊拡散層３が形成される。浮遊拡散層３には電源電圧９との間にリセットトランジスタ７が接続される。リセットトランジスタ７のゲートに端子８を介してリセット信号が入力される。さらに浮遊拡散層３には出力トランジスタ１０のゲートが接続され、増幅トランジスタの一端子は電源電圧９に接続され、もう一端子は増幅信号出力１１に接続される。
【００４６】
図３は、第１種の画素部２２の構成を示す図である。第１種の画素部２３の一部を断面図として、残部を回路図として示している。第１種の画素部は、光電変換部（第１の第２導電型領域３１、第１導電型正孔蓄積層３４）と、転送信号に従って光電変換部から信号電荷を取り出す信号転送部（転送トランジスタ３２）と、浮遊拡散層３３と、リセットトランジスタ３７と、出力トランジスタ４０とを備える。
【００４７】
図３のように、第１導電型半導体基板３０上に、反不純物である第１の第２導電型領域３１が形成され、第１の第２導電型領域３１の表面側に第１導電型正孔蓄積層３４が形成される。この構造によって光電変換部を成す。これに隣接して転送トランジスタ３２が形成され、転送トランジスタ３２のゲートには端子３６を介して転送信号ＴＸが入力される。
【００４８】
転送トランジスタ３２は、転送信号ＴＸがハイレベルのときに光電変換部から浮遊拡散層３３に信号電荷を転送する。さらに転送トランジスタ３２に隣接して第２導電型領域として浮遊拡散層３３が形成される。浮遊拡散層３３には電源電圧３９との間にリセットトランジスタ３７が接続される。リセットトランジスタ３７のゲートには端子３８を介してリセット信号が入力される。さらに浮遊拡散層３３には出力トランジスタ４０のゲートが接続され、増幅トランジスタの一端子は電源電圧３９に接続され、もう一端子は増幅信号出力４１に接続される。
【００４９】
この第１種の画素部の基本動作について説明する。第１の第２導電型領域３１と第１導電型正孔蓄積層３４によって構成された光電変換部に光を入射することによって、光は電子として蓄積され、信号電荷となる。この信号電荷は、転送トランジスタ３２のゲートにハイレベルを加えることによって、浮遊拡散層３３へ転送される。浮遊拡散層３３に転送された信号電荷は、電圧に変換され、出力トランジスタ４０のゲートを駆動することで、電源電圧３９と増幅信号出力４１間のインピーダンスを調整し、増幅信号出力４１に増幅信号電圧として出力する。
【００５０】
一方、浮遊拡散層３３に蓄積された信号電荷は端子３８を介してリセットトランジスタのゲートにハイレベル電圧を加えることによって、リセットトランジスタ３７のゲートを駆動し、信号電荷を電源電圧３９に放電する。これによって、浮遊拡散層３３はリセットされる。
【００５１】
次に、第２種の画素部の動作について説明する。生成部を構成する第１の第２導電型領域１および第２導電型領域４には金属配線層１２が接続され、金属配線層１２は反転回路２７の出力に接続されている。
【００５２】
従って、基本的には転送信号ＴＸがローレベルのとき、生成部にはハイレベルが入力され、転送信号ＴＸがハイレベルのとき、生成部にはローレベルが入力される。
【００５３】
転送信号がローレベル、すなわち待機状態の場合、生成部にはハイレベル、すなわち生成部には信号電荷がない状態となる。また、転送信号がハイレベル、すなわち信号読み出し状態の場合、生成部にはローレベル、すなわち生成部には信号電荷が飽和の状態となり、画素の飽和信号が出力されることになる。
【００５４】
このように、転送トランジスタ２のゲートを駆動し、基準信号となる信号電荷を浮遊拡散層３へ転送する。浮遊拡散層３に転送された信号電荷は、電圧に変換され、出力トランジスタ１０のゲートを駆動することで、電源電圧９と増幅信号出力１１間のインピーダンスを調整し、増幅信号出力１１に基準信号として出力する。
【００５５】
一方、浮遊拡散層３３に蓄積された信号電荷は端子３８を介してリセットトランジスタのゲートにハイレベル電圧を加えることによって、リセットトランジスタ３７のゲートを駆動し、信号電荷を電源電圧３９に放電する。これによって、浮遊拡散層３３はリセットされる。
【００５６】
以上、説明したように、本発明の実施形態に係る固体撮像装置では、第２種の画素部における第１の第２導電型領域１と第２導電型領域４からなる生成部は、金属配線層１２を介して直接その電位を制御可能となっている。この構造により、基準信号に対応する信号電荷を生成する生成部を実現している。
【００５７】
また、この構造は、第１種の画素部の光電変換部における第１導電型正孔蓄積層をなくし、電位調整用の金属配線層１２に接続される第２導電型領域を追加した構造であり、生成部を実現する上で、トランジスタ追加を必要としないので、全体レイアウト、特に開口率の減少を伴うことはない。
【００５８】
従って、製造条件としても第１種の画素部と同じ加工技術によって形成することができ、画素の特性と故障検出信号生成画素の両立を図るといった製造上の難易度、コストは低く抑えることが可能である。
【００５９】
次に、図４は、互いに隣接する第２種の画素部および第１種の画素部の断面図と各動作状態における電位図を示している。なお、図４左側は、第２種の画素部と隣接する第１種の画素の断面図を示している。また、図４左側中のＢ−Ｂ'線、Ｃ−Ｃ'線の電位分布を示しているのが図４右側である。図４右図の（１）第２種の画素部における待機状態のときの電位分布と、（２）第２種の画素部における基準信号の転送時での電位分布とを示している。
【００６０】
第２種の画素部が待機状態のとき、すなわち転送トランジスタ２のゲートがローレベル、反転信号がハイレベルのとき、第２種の画素部の生成部および隣接する第１種の画素においても光電変換部はともに空乏化電位として高い状態にあり、暗時電圧となる。
【００６１】
また、第２種の画素部が転送時の状態のとき、すなわち転送トランジスタ２がハイレベル、反転信号がローレベルのとき、第２種の画素部の生成部は反転回路２７の出力すなわちローレベル電圧が入力されるため、電子が注入され、飽和状態の信号電圧が信号転送ゲートから浮遊拡散層に読み出される。一方、第１種の画素部の光電変換部は空乏化電位として高い状態のまま、暗時電圧である。
【００６２】
したがって、従来技術では基準信号生成用の画素部から隣接する通常の画素部に信号電荷が漏れこみやすい状態であるが、本発明の実施形態に係る固体撮像装置では生成部に注入された信号電荷は、信号注入と同時に信号転送ゲートが開く（ハイレベル電圧になる）ため、隣接画素に漏れこむ前に遊拡散層へ転送が完了することによって、隣接画素への電荷漏れこみを防ぐことが出来る。
【００６３】
続いて、反転回路２７の構成について説明する。
図５は標準的なＥＤ型インバータの例であり、反転回路入力５０１に対して電源５０２、ＧＮＤ５０３に対してデプレッショントランジスタ、Ｎｃｈトランジスタからなる反転動作部５０４を接続されている。反転回路出力５０５は、ほぼ電源５０２とＧＮＤ間の出力となり、これが生成部に伝達されることとなる。
【００６４】
なお、図５に示した反転回路を用いた場合、隣接画素の黒電圧（電位レベルがもっとも高い時）が電源５０２と同程度の場合に有効である。また、図５に示した反転回路は、あらゆるＮｃｈトランジスタ、Ｐｃｈトランジスタ、閾値を変化させたトランジスタ、抵抗などを用いることが出来る。
【００６５】
次に、図６を用いて、反転回路２７の第１の変形例について説明する。この反転回路は、出力のハイレベル電圧を入力のハイレベル電圧以下に抑えるように構成されている。
【００６６】
図６のように、反転回路入力５１１に対して、電源５１２、ＧＮＤ５１３、反転動作部５１４の接続は図５の構成と同様である。
【００６７】
また、反転動作部５１４の出力をＮｃｈトランジスタのゲートを介することによって、バイアス発生回路５１５の出力を出力する、もしくは出力しないという切り替えを実施する。
【００６８】
また、反転回路入力５１１がハイレベル電圧の時、反転回路出力がＧＮＤ固定されるようＮｃｈトランジスタのゲートを介して反転回路２７１１とＧＮＤ５１３を接続している。
【００６９】
以上、図６を用いて説明したように、本発明の実施形態に係る固体撮像装置において、反転回路出力のハイレベル電圧を入力のハイレベル電圧以下に抑えるための回路は、この構成により、反転回路入力がローレベル電圧、すなわち待機状態の反転回路出力のハイレベル電圧が電源５１２以下となる。
【００７０】
なお、図６に示した回路では、隣接画素の黒電圧（電位レベルがもっとも高い時）が電源５１２より低くすることが好ましく、さらに、接画素の黒電圧（電位レベルがもっとも高い時）が電源５１２より低い場合に生成部に電源５１２と同程度の電圧を入力しないことがより好ましい。そのことにより、生成部の電位が高くなりすぎ、逆に隣接画素から信号が流入し、故障検出信号の振幅が高くなりすぎてしまうという不具合を防ぐことが出来る。
【００７１】
次に、図７を用いて、反転回路２７の第３の変形例について説明する。この反転回路は、反転回路出力のハイレベル電圧を入力のハイレベル電圧以下に抑え、かつ反転回路出力のローレベル電圧を入力のローレベル電圧以上にするように構成されている。
【００７２】
なお、図７では反転回路入力５２１に対して、電源５２２、ＧＮＤ５２３、反転動作部５２４、ハイレベル電圧抑制のためのハイレベル側バイアス発生回路５２５の接続は図６の構成と同様であり、追加しているのは、ローレベル側バイアス発生回路５２７を図５のＧＮＤ固定用トランジスタのＧＮＤ側に接続している。
【００７３】
図７において、反転回路入力５２１がハイレベル電圧の時、反転回路出力がローレベル側バイアス発生回路５２７に固定されるようＮｃｈトランジスタのゲートを介して反転回路入力５２１とローレベル側バイアス発生回路５２７を接続させることが出来る。
【００７４】
したがって、反転回路入力がローレベル電圧、すなわち待機状態の反転回路出力のハイレベル電圧が電源５２２以下となり、さらに、反転回路入力がハイレベル電圧、すなわち故障検出信号読み出し時に、反転回路出力のローレベル電圧がＧＮＤより高くなる。
【００７５】
これにより、本発明の実施形態に係る固体撮像装置は、隣接画素との分離強度が弱いとき、生成部を一瞬でもＧＮＤにしてしまうとその瞬間に周辺画素に電荷が漏れこむなどの特性劣化を防ぐことが出来る。
【００７６】
さらに、図８を用いて、反転回路２７の第４の変形例について説明する。この反転回路は、反転回路出力のハイレベル電圧を入力のハイレベル電圧以下に抑えるための回路に遅延素子を備える。
【００７７】
図８において、反転回路入力５１１に対して、途中に設置された遅延素子５１７によって、反転回路出力５１６の立ち上がり、立下りが時間的に遅くなる。
【００７８】
特に立ち上がりを遅くさせることが出来、すなわち、反転回路入力＝信号転送ゲートが立ち上がってから、遅れて生成部を立ち下げることによって、生成部から隣接画素への電荷漏れこみを防止することができる。
【００７９】
また、本発明の固体撮像装置を使用したカメラについても、発明の効果を共通して得られるため、付加価値の高いカメラとして実現することが可能である。
【００８０】
以下、図面を使用して本発明の固体撮像装置を使用したカメラについて説明する。
図９は、本発明の固体撮像装置を使用したカメラの構成外略図である。
【００８１】
本カメラ１００は、本発明の固体撮像装置１０１と、この駆動を実施する駆動部１０２、固体撮像装置の信号出力が入力され、実際の画像に信号処理するための信号処理部１０３、そして、固体撮像装置の信号出力、および故障検出信号をモニタする判定部１０４で構成される。
【００８２】
さらに、カメラ１００を実際に動作させるための周辺構成を説明する。カメラ１００には、固体撮像装置１０１、駆動部１０２、信号処理部１０３、判定部１０４へ電源を供給、もしくは判定部１０４の判定信号を受け、電源供給を中止するための電源部１０５、判定部１０４の信号を受け、表示、表示する文字を変化させる表示制御部１０６、そして、信号処理部１０３からの画像情報を実際に表示する、もしくは表示制御部１０６の信号によって、実際の表示を行うための表示部１０７を備える。
【００８３】
本カメラにおける故障検出信号の使用とその全体効果について説明する。
まず、固体撮像装置１０１より発生する故障検出信号は判定部１０４でモニタされている。もし、故障検出信号が固体撮像装置の故障を示す信号となった場合、判定部１０４によって、故障と判定し、故障信号が出力される。通常、その故障と判断するかどうかは、同時に固体撮像装置１０１からの信号出力自身もモニタしているため、故障検出信号が故障を示し、かつ固体撮像装置１０１の信号出力が出ていないなどの複合検証にて判断される。判定部１０４から出力された故障信号は、表示制御部１０６と電源部１０５へ伝達され、表示制御部１０６においては、“故障です。カメラを交換してください”などの警告発砲を表示部１０７へ指示する。電源部１０５においては、カメラへの電源を遮断することによって、故障後の被害拡大を防止する、もしくは異常な画像表示の防止を行う。
【００８４】
本カメラ１００において、本発明の固体撮像装置を搭載することにより、故障検出信号を判定部１０４で誤認識することが皆無となるため、正確な故障判定が可能となり、正確に故障であることを使用者に対して伝達することできる。
【００８５】
従って、他の固体撮像装置を搭載したカメラと比較し、本発明の固体撮像装置を搭載したカメラは、大きな信頼性向上を実現できるものである。
【００８６】
以上、説明してきたように、本発明の実施形態に係る固体撮像装置は、転送部にハイレベル電圧、すなわち信号電荷を読み出す期間のみ、生成手段にローレベル電圧、すなわち光電変換部の電位で表すところの飽和電位（最大に信号電荷が存在する状態）に設定することができ、かつ信号転送部にローレベル電圧が印加されている状態すなわち待機状態には、生成手段にハイレベル電圧、すなわち光電変換部の電位で表すところの暗時電位（信号電荷が存在しない状態）に設定することができるため、隣接の画素への電荷漏れ込みを防ぐことが出来る。
【００８７】
さらに、本発明の実施形態に係る固体撮像装置は、２次元レイアウト上、トランジスタを増加することなく、光電変換部の電位を直接外部から設定することで、故障検出用信号の制御が実現できる。
【００８８】
言い換えると、本発明の実施形態に係る固体撮像装置は、転送信号と生成部の間に反転回路２７を接続するという装置構成、および第２種の画素部の第１の第２導電型領域１と第２導電型領域４を介して、金属層により反転回路２７に接続することによって、故障検出信号生成用のトランジスタを追加する必要がないという効果を生み出し、第１および第２、第３の課題を解決することができる。
【００８９】
さらに、本発明の実施形態に係る固体撮像装置は転送信号と生成部の間に反転回路２７を接続するという装置構成および反転回路入力がローレベル電圧、すなわち待機状態の反転回路出力のハイレベル電圧が電源５１２以下とし、さらに、反転回路入力がハイレベル電圧、すなわち故障検出信号読み出し時に、反転回路出力のローレベル電圧をＧＮＤより高くすることによって、生成部と周辺画素の暗状態の電位レベルを一致させる、もしくは生成部と周辺画素の飽和状態の電位レベルを一致させ、周辺画素への信号の漏れ出しによる故障検出信号の判定率低下、および画質劣化を防止するという効果を生み出すことによって、第４および第５、６の課題を解決することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、画像を撮像する固体撮像装置、カメラに適しており、特に永続的な使用を前提とする車載用カメラ、監視用カメラ、監視システム等に適している。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の実施の形態における固体撮像装置の主要部の構成を示す図である。
【図２】基準信号生成用の第２種の画素部の構成を示す図である。本発明の実施形態における固体撮像装置の断面および回路図である。
【図３】第１種の画素部の構成を示す図である。
【図４】互いに隣接する第２種の画素部および第１種の画素部の断面図と各動作状態における電位を示す図である。
【図５】反転回路の構成を示す回路図である。
【図６】反転回路の第１の変形例を示す図である。
【図７】反転回路の第２の変形例を示す図である。
【図８】反転回路の第３の変形例を示す図である。
【図９】本発明の固体撮像装置を使用したカメラの構成外略図である。
【図１０Ａ】従来技術における通常の画素部の回路図である。
【図１０Ｂ】従来技術における基準信号生成用の画素部の回路図である。
【図１１Ａ】従来技術における通常の画素部の平面レイアウトを示す図である。
【図１１Ｂ】従来技術における通基準信号生成用の画素部の平面レイアウトを示す図である。
【図１２】基準信号生成用の画素部と通常の画素部のそれぞれの電位分布を示す図である。従来の故障検出信号生成画素の課題を示す断面図および電位外略図である。
【図１３Ａ】信号電荷の漏れこみ存在しない場合の理想的な画像を示す図である。
【図１３Ｂ】信号電荷の漏れこみが発生した場合の暗い状態での画像を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
０  導電型半導体基板
１  導電型領域
２  転送トランジスタ
３  浮遊拡散層
４  第２導電型領域
７  リセットトランジスタ
９  電源電圧
１０  出力トランジスタ
１１  増幅信号出力
１２  金属配線層
２０  撮像領域
２０ａ  撮像領域
２０ｂ  遮光領域
２１  開口画素部
２２  第１種の画素部
２３  第２種の画素部
２４  ＡＮＤ回路
２６  垂直シフトレジスタ
２７  反転回路
３０  第１導電型半導体基板
３１  第１の第２導電型領域
３２  転送トランジスタ
３３  浮遊拡散層
３４  第１導電型正孔蓄積層
３７  リセットトランジスタ
３９  電源電圧
４０  出力トランジスタ
４１  増幅信号出力
１００  カメラ
１０１  固体撮像装置
１０２  駆動部
１０３  信号処理部
１０４ 判定部
１０５  電源部
１０６  表示制御部
１０７  表示部
【図１】
2008099003.tif 000003
【図２】
2008099003.tif 000004
【図３】
2008099003.tif 000005
【図４】
2008099003.tif 000006
【図５】
2008099003.tif 000007
【図６】
2008099003.tif 000008
【図７】
2008099003.tif 000009
【図８】
2008099003.tif 000010
【図９】
2008099003.tif 000011
【図１０Ａ】
2008099003.tif 000012
【図１０Ｂ】
2008099003.tif 000013
【図１１Ａ】
2008099003.tif 000014
【図１１Ｂ】
2008099003.tif 000015
【図１２】
2008099003.tif 000016
【図１３Ａ】
2008099003.tif 000017
【図１３Ｂ】
2008099003.tif 000018