(57)【要約】【課題】オプティカルブラック領域において、遮光膜を透過した光によって生じる余分な信号電荷の垂直転送レジスタへの流入を抑制し、黒基準信号の変動による黒レベルのずれを防止することができる固体撮像装置を提供する。【解決手段】オプティカルブラック領域の水平方向の単位画素寸法を、有効撮像領域の水平方向の単位画素寸法よりも大きくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有効撮像領域とオプティカルブラック領域を有する固体撮像装置において、オプティカルブラック領域の単位画素の水平方向の寸法が、有効撮像領域の単位画素の水平方向の寸法よりも大きいことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
オプティカルブラック領域の各単位画素におけるオンチップレンズの中心から垂直転送レジスタの端部までの間隔が、有効撮像領域の各単位画素におけるオンチップレンズの中心から垂直転送レジスタの端部までの間隔よりも長い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】
オプティカルブラック領域の垂直転送レジスタの幅と有効撮像領域の垂直転送レジスタの幅が同一に形成されていることを特徴とする請求項１もしくは２のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項４】
オプティカルブラック領域の受光部の幅と有効撮像領域の受光部の幅が同一に形成されていることを特徴とする請求項１もしくは２のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
有効撮像領域とオプティカルブラック領域を有し、垂直転送レジスタから水平転送レジスタへの信号電荷の読み出しを制御する配線が遮光膜に設けられた開口部を介して垂直転送電極と接続されている固体撮像装置において、オプティカルブラック領域の単位画素の水平方向の寸法が、有効撮像領域の単位画素の水平方向の寸法よりも大きいことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
オプティカルブラック領域の各単位画素におけるオンチップレンズの中心から垂直転送レジスタの端部までの間隔が、有効撮像領域の各単位画素におけるオンチップレンズの中心から垂直転送レジスタの端部までの間隔よりも長いことを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項７】
オプティカルブラック領域の垂直転送レジスタの幅と有効撮像領域の垂直転送レジスタの幅が同一に形成されていることを特徴とする請求項５もしくは６のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
オプティカルブラック領域の受光部の幅と有効撮像領域の受光部の幅が同一に形成されていることを特徴とする請求項５もしくは６のいずれかに記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有効撮像領域とオプティカルブラック領域を有する固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、固体撮像装置は、有効撮像領域とオプティカルブラック領域を有し、オプティカルブラック領域から得られる信号を、有効撮像領域の黒レベルを規定する黒基準信号として使用している。図５に、従来の固体撮像装置の一例として、従来のＣＣＤ固体撮像装置の概略平面図を示す。
【０００３】
このＣＣＤ固体撮像装置５０は、単位画素ごとに受光部５３が設けられ、受光部５３の列の一方の側にＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ５２が設けられた撮像部５１と、撮像部５１の一方の側に配置された水平転送レジスタ５４と、水平転送レジスタ５４の出力側に接続された出力回路５５とを備える。
【０００４】
撮像部５１は、有効撮像領域５６とオプティカルブラック領域５７からなり、オプティカルブラック領域５７の全面には、光を遮蔽する遮光膜が斜線で示すように設けられている。
【０００５】
受光部５３は、受光した光を光電変換して信号電荷を生成し、その信号電荷を蓄積する。垂直転送レジスタ５２は、受光部５３から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送する。水平転送レジスタ５４は、垂直転送レジスタ５２によって転送された信号電荷を水平方向へ転送する。
【０００６】
しかしながら、遮光膜を設けただけでは、オプティカルブラック領域５７に数百ルクス以上の大光量の光が入射した場合に、一部の光が透過し、光電変換された信号電荷が垂直転送レジスタ５２に流入して黒基準信号が変動し、黒レベルにずれが発生して画質が乱れるという問題が発生する。
【０００７】
そこで、従来より、オプティカルブラック領域５７の垂直転送電極の幅を、有効撮像領域５６の垂直転送電極の幅よりも広く形成することで、オプティカルブラック領域５７における入射光の影響を低減させる固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
図６に、オプティカルブラック領域の垂直転送電極の幅を有効撮像領域の垂直転送電極の幅よりも広く形成した従来の固体撮像装置の構造断面図を示す。図６（ａ）は有効撮像領域の水平方向の断面を示し、図６（ｂ）はオプティカルブラック領域の水平方向の断面を示す。
【０００９】
このＣＣＤ固体撮像装置６１は、半導体基板６２内に、光電変換を行う受光部６３、受光部６３から信号電荷を読み出す読み出しゲート部６４、読み出した信号電荷を転送する垂直転送レジスタ６５、素子分離部となるチャネルストップ領域６６が形成されている。半導体基板６２上には垂直転送電極６８が、ゲート絶縁膜６７を介して、読み出しゲート部６４、垂直転送レジスタ６５、チャネルストップ領域６６上に形成され、この垂直転送電極６８を覆って層間絶縁膜６９が形成され、この層間絶縁膜６９を介して、アルミニウム等の遮光性の高い金属等からなる遮光膜７０が形成されている。遮光膜７０は、有効撮像領域では、受光部６３上に開口部が形成されており、オプティカルブラック領域では受光部６３上も覆って受光部６３に光が入射されないようにしている。遮光膜７０上には、パッシベーション膜７１が形成され、このパッシベーション膜７１の上に平坦化膜７２が形成されている。さらに、その平坦化膜７２の上にカラーフィルタ７３が配置され、このカラーフィルタ７３の上にオンチップレンズ７４が配置されている。
【００１０】
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、従来のＣＣＤ固体撮像装置は、オプティカルブラック領域の垂直転送電極６８の幅Ｗ２を、有効撮像領域の垂直転送電極６８の幅Ｗ１よりも広く形成している。このようにすれば、オプティカルブラック領域において、垂直転送レジスタ６５から垂直転送電極６８の端部までの距離が遠くなるため、垂直転送電極６８の端部付近の遮光膜７０の浅い部分を通過した入射光が垂直転送レジスタ６５へ到達し難くなり、入射光の漏れ込みによる黒基準信号の変動を抑制することができる。
【００１１】
一方、従来より、撮像部と水平転送レジスタの間に振り分け転送部を設け、垂直転送レジスタから水平転送レジスタへの信号電荷の読み出しを列ごとに独立に制御することで、水平転送レジスタにおける水平画素混合を実現し多画素化と高フレームレートを両立した固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。すなわち、振り分け転送部は、撮像部の各垂直転送レジスタの最終段に接続する垂直転送レジスタと、それらを独立して駆動制御するための垂直転送電極と金属配線を備え、金属配線と垂直転送電極は、振り分け転送部の全面を覆う遮光膜の一部に設けられたコンタクト窓（開口部）を介して接続されている。
【特許文献１】特開平１０−２０９４２４号公報
【特許文献２】特開２００５−１６６８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、近年、固体撮像装置の小型化と高画素化が進み、単位画素寸法が縮小して、垂直転送電極や垂直転送レジスタの幅が微細となってきており、オプティカルブラック領域の垂直転送電極の幅を有効撮像領域の垂直転送電極の幅より広く形成することが困難となってきた。また、水平画素混合を実現するためにコンタクト窓を設けた従来の固体撮像装置においても、オプティカルブラック領域の垂直転送電極の幅を有効撮像領域の垂直転送電極の幅より広く形成することが困難となり、オプティカルブラック領域側に形成されたコンタクト窓から入射した光が光電変換されて垂直転送レジスタに到達し、黒基準信号が変動するという問題があった。
【００１３】
本発明は、上記問題点に鑑み、オプティカルブラック領域の垂直転送レジスタに流入する余分な信号電荷を抑制し、黒基準信号の変動による黒レベルのずれを防止することができる固体撮像装置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】
【００１４】
本発明の請求項１記載の固体撮像装置は、有効撮像領域とオプティカルブラック領域を有する固体撮像装置において、オプティカルブラック領域の単位画素の水平方向の寸法が、有効撮像領域の単位画素の水平方向の寸法よりも大きいことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項２記載の固体撮像装置は、請求項１記載の固体撮像装置であって、オプティカルブラック領域の各単位画素におけるオンチップレンズの中心から垂直転送レジスタの端部までの間隔が、有効撮像領域の各単位画素におけるオンチップレンズの中心から垂直転送レジスタの端部までの間隔よりも長いことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項３記載の固体撮像装置は、請求項１もしくは２のいずれかに記載の固体撮像装置であって、オプティカルブラック領域の垂直転送レジスタの幅と有効撮像領域の垂直転送レジスタの幅が同一に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項４記載の固体撮像装置は、請求項１もしくは２のいずれかに記載の固体撮像装置であって、オプティカルブラック領域の受光部の幅と有効撮像領域の受光部の幅が同一に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項５記載の固体撮像装置は、有効撮像領域とオプティカルブラック領域を有し、垂直転送レジスタから水平転送レジスタへの信号電荷の読み出しを制御する配線が遮光膜に設けられた開口部を介して垂直転送電極と接続されている固体撮像装置において、オプティカルブラック領域の単位画素の水平方向の寸法が、有効撮像領域の単位画素の水平方向の寸法よりも大きいことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項６記載の固体撮像装置は、請求項５記載の固体撮像装置であって、オプティカルブラック領域の各単位画素におけるオンチップレンズの中心から垂直転送レジスタの端部までの間隔が、有効撮像領域の各単位画素におけるオンチップレンズの中心から垂直転送レジスタの端部までの間隔よりも長いことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項７記載の固体撮像装置は、請求項５もしくは６のいずれかに記載の固体撮像装置であって、オプティカルブラック領域の垂直転送レジスタの幅と有効撮像領域の垂直転送レジスタの幅が同一に形成されていることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の請求項８記載の固体撮像装置は、請求項５もしくは６のいずれかに記載の固体撮像装置であって、オプティカルブラック領域の受光部の幅と有効撮像領域の受光部の幅が同一に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、オプティカルブラック領域側において、オンチップレンズにより集光された光が遮光膜を透過しても、光電変換された信号電荷が垂直転送レジスタへ到達し難くなるので、オプティカルブラック領域の垂直転送レジスタに流入する余分な信号電荷を抑制し、黒基準信号の変動による黒レベルのずれを防止することができる。また、遮光膜の一部に開口部を設けた構成の固体撮像素装置においても同様に、オプティカルブラック領域側において、開口部から入射した光が光電変換されて生じた信号電荷が垂直転送レジスタへ到達し難くなる。
【００２３】
更に、固体撮像装置を製造するにあたっては、オプティカルブラック領域側の垂直転送レジスタ間の距離を広げるだけで済み、従来の固体撮像装置と同様に、容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照して説明する。
図１に、本発明の実施の形態１における固体撮像装置の一例として、ＣＣＤ固体撮像装置の概略平面図を示す。さらに、図２に、図１に示すＣＣＤ固体撮像装置の概略断面図を示す。図２（ａ）は図１中のＡ−Ａ´線に沿った有効撮像領域の水平方向の断面を示し、図２（ｂ）は図１中のＢ−Ｂ´線に沿ったオプティカルブラック領域の水平方向の断面を示す。
【００２５】
図１に示すＣＣＤ固体撮像装置において、１は単位画素内の受光部であり、受光部１はマトリックス状に配列されている。２はＣＣＤ構造の垂直転送レジスタであり、垂直転送レジスタ２は各受光部列の一方の側に設けられている。３は水平転送レジスタであり、水平転送レジスタ３は垂直転送レジスタ２の最終段側に配置されている。なお、撮像部の一方の側に水平転送レジスタを配置する構成に限らず、両側に配置した構成の固体撮像装置においても本実施の形態１と同様に実施できる。
【００２６】
受光部１は、受光した光を光電変換して信号電荷を生成し、その信号電荷を蓄積する。垂直転送レジスタ２は、受光部１から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送する。水平転送レジスタ３は、垂直転送レジスタ２によって転送された信号電荷を水平方向へ転送する。
【００２７】
また、図１に示すＣＣＤ固体撮像装置において、４は有効撮像領域、５はオプティカルブラック領域であり、オプティカルブラック領域５の全面には、光を遮蔽する遮光膜が斜線で示すように設けられている。当該ＣＣＤ固体撮像装置は、オプティカルブラック領域５から得られる信号を、有効撮像領域４の黒レベルを規定する黒基準信号として使用する。なお、オプティカルブラック領域に受光部を含まない構成の固体撮像装置においても本実施の形態１と同様に実施できる。
【００２８】
一方、図２において、６は垂直転送電極、７は遮光膜、８はオンチップレンズである。遮光膜７は、図２（ａ）に示すように有効撮像領域４では受光部１上に開口部が形成されており、図２（ｂ）に示すようにオプティカルブラック領域５では受光部１上も覆って受光部１に光が入射されないようにしている。
【００２９】
本実施の形態１におけるＣＣＤ固体撮像装置は、図２に示すように、オプティカルブラック領域５の水平方向の単位画素寸法ａａが、有効撮像領域４の水平方向の単位画素寸法ａよりも大きくなるように構成されている点に特徴がある。
【００３０】
上述の構成によれば、オプティカルブラック領域５の垂直転送レジスタ２間の距離が有効撮像領域４よりも広くなり、オプティカルブラック領域５の各単位画素におけるオンチップレンズ８の中心から垂直転送レジスタ２の端部までの間隔ｂｂを、有効撮像領域４の各単位画素におけるオンチップレンズ８の中心から垂直転送レジスタ２の端部までの間隔ｂよりも長くすることができ、オプティカルブラック領域５において、オンチップレンズ８の中心から垂直転送レジスタ２の端部までの距離を遠くすることができる。したがって、オプティカルブラック領域５において、オンチップレンズ８により集光された光が遮光膜７を透過しても、光電変換された信号電荷が垂直転送レジスタ２へ到達しにくくなる。これにより、オプティカルブラック領域５において発生する黒基準信号の変動を改善し、黒レベルのずれを防止することができる。
【００３１】
また、上述の固体撮像装置を製造するにあたっては、オプティカルブラック領域５の垂直転送レジスタ２間の距離を広げるだけで済み、従来の固体撮像装置と同様に、容易に製造することができる。
【００３２】
なお、垂直転送レジスタ２の幅はオプティカルブラック領域５と有効撮像領域４で同一としてもよい。これにより、垂直転送レジスタ２で発生する暗電流がオプティカルブラック領域５と有効撮像領域４間で等しくなるため、温度が変化しても両者間で黒レベルのずれが生じることを抑制できる。
【００３３】
更に、受光部１の幅はオプティカルブラック領域５と有効撮像領域４で同一としてもよい。これにより、受光部で発生する暗電流がオプティカルブラック領域５と有効撮像領域４間で等しくなるため、温度または蓄積時間が変化しても両者間で黒レベルのずれが生じることを抑制できる。
【００３４】
以上のように、本実施の形態１によれば、固体撮像装置の高画素化に伴う垂直転送電極、垂直転送レジスタの微細化が進むなかにあって、垂直転送電極や垂直転送レジスタの寸法を既存の寸法から変更することなく、遮光膜を透過した光による黒基準信号の変動を改善し、黒レベルのずれを防止することができる。また、垂直転送電極や垂直転送レジスタの寸法を既存の寸法から変更することなく製造できるので、製造の容易性を確保できる。さらに、オプティカルブラック領域と有効撮像領域で垂直転送レジスタあるいは受光部の幅が同一であるという構造上の特徴から、暗電流による黒レベルのずれを抑えることができる。
【００３５】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図面を参照して説明する。
図３に、本発明の実施の形態２における固体撮像装置の一例として、ＣＣＤ固体撮像装置の概略平面図を示す。さらに、図４に、図３に示すＣＣＤ固体撮像装置の概略断面図を示す。図４（ａ）は図３中のＣ−Ｃ´線に沿った有効撮像領域側の振り分け転送部の水平方向の断面を示し、図４（ｂ）は図３中のＤ−Ｄ´線に沿ったオプティカルブラック領域側の振り分け転送部の水平方向の断面を示す。但し、前述の実施の形態１で説明した部材と同一の部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００３６】
図３に示すＣＣＤ固体撮像装置において、９は振り分け転送部、１０はコンタクト窓（開口部）である。本実施の形態２におけるＣＣＤ固体撮像装置は、有効撮像領域４およびオプティカルブラック領域５と水平転送レジスタ３との間に、垂直転送レジスタ２から水平転送レジスタ３への信号電荷の読み出しを列ごとに独立に制御する振り分け転送部９を備えることで、水平転送レジスタ３における水平画素混合を実現し多画素化と高フレームレートを両立している。
【００３７】
一方、図４において、１１は垂直転送レジスタ、１２は垂直転送電極、１３は金属配線、１４はコンタクトである。図４に示すように、振り分け転送部９は、有効撮像領域４とオプティカルブラック領域５の各垂直転送レジスタ２の最終段に接続する垂直転送レジスタ１１と、それらを独立して駆動制御するための垂直転送電極１２とアルミニウム等の金属配線１３を備え、金属配線１３と垂直転送電極１２は、振り分け転送部９の全面を覆う遮光膜７の一部に設けられたコンタクト窓１０を介して、コンタクト１４により接続されており、コンタクト１４と遮光膜７がショートしない構造となっている。また、金属配線１３は、コンタクト窓１０に対する遮光の役割も兼ねる。
【００３８】
本実施の形態２におけるＣＣＤ固体撮像装置は、前述の実施の形態１と同様に、オプティカルブラック領域５の水平方向の単位画素寸法が、有効撮像領域４の水平方向の単位画素寸法よりも大きくなるように構成されている点に特徴がある。すなわち、図３中のＡ−Ａ´線に沿った有効撮像領域の水平方向の断面とＢ−Ｂ´線に沿ったオプティカルブラック領域５の水平方向の断面は、前述の図２に示す断面と同様である。
【００３９】
上述の構成によれば、図４に示すように、オプティカルブラック領域５側の振り分け転送部９におけるコンタクト窓１０から垂直転送レジスタ１１までの間隔ｃｃを、有効撮像領域４側の振り分け転送部９におけるコンタクト窓１０から垂直転送レジスタ１１までの間隔ｃよりも長くすることができ、オプティカルブラック領域５側の振り分け転送部９において、コンタクト窓１０から垂直転送レジスタ１１までの距離を遠くすることができる。したがって、オプティカルブラック領域５側において、コンタクト窓１０から入射した光が光電変換されて生じた信号電荷が垂直転送レジスタ１１へ到達し難くなる。これにより、オプティカルブラック領域５において発生する黒基準信号の変動を改善し、黒レベルのずれを防止することができる。
【００４０】
さらに、固体撮像装置を製造するにあたっては、前述した実施の形態１と同様に、オプティカルブラック領域５側の垂直転送レジスタ２、１１間の距離を広げるだけで済み、従来の固体撮像装置と同様に、容易に製造することができる。
【００４１】
また、前述の実施の形態１と同様に、垂直転送レジスタ２、１１の幅はオプティカルブラック領域５側と有効撮像領域４側で同一としてもよい。これにより、垂直転送レジスタ２、１１で発生する暗電流がオプティカルブラック領域５と有効撮像領域４間で等しくなるため、温度が変化しても黒基準信号の変動を抑えることができる。さらに、前述の実施の形態１と同様に、受光部１の幅はオプティカルブラック領域５と有効撮像領域４で同一としてもよい。これにより、受光部で発生する暗電流がオプティカルブラック領域５と有効撮像領域４間で等しくなるため、温度または蓄積時間が変化しても黒基準信号の変動を抑えることができる。
【００４２】
以上のように、本実施の形態２によれば、オプティカルブラック領域側において、コンタクト窓から入射した光が光電変換されて生じた信号電荷が垂直転送レジスタへ到達し難くなるので、遮光膜の一部に開口部を設けた構成の固体撮像素装置においても、実施の形態１と同様に、黒基準信号の変動を改善し、黒レベルのずれを防止することができる。また、垂直転送電極や垂直転送レジスタの寸法を既存の寸法から変更することなく製造できるので、製造の容易性を確保できる。さらに、オプティカルブラック領域側と有効撮像領域側で垂直転送レジスタあるいは受光部の幅が同一であるという構造上の特徴から、暗電流による黒基準信号のずれを抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明にかかる固体撮像装置は、オプティカルブラック領域から得られる黒基準信号の変動を低減して黒レベルのずれを防止することができ、有効撮像領域の黒レベルを規定するためにオプティカルブラック領域を有する固体撮像装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の概略平面図
【図２】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の概略断面図
【図３】本発明の実施の形態２における固体撮像装置の概略平面図
【図４】本発明の実施の形態２における固体撮像装置の概略断面図
【図５】従来の固体撮像装置の概略平面図
【図６】従来の固体撮像装置の有効撮像領域およびオプティカルブラック領域の水平方向断面図
【符号の説明】
【００４５】
１、５３、６３      受光部
２、１１、５２、６５      垂直転送レジスタ
３、５４      水平転送レジスタ
４、５６      有効撮像領域
５、５７      オプティカルブラック領域
６、１２、６８      垂直転送電極
７、７０      遮光膜
８、７４      オンチップレンズ
９      振り分け転送部
１０      コンタクト窓
１３      金属配線
１４      コンタクト
５０、６１      ＣＣＤ固体撮像装置
５１      撮像部
５５      出力回路
６２      半導体基板
６４      読み出しゲート部
６６      チャネルストップ領域
６７      ゲート絶縁膜
６９      層間絶縁膜
７１      パッシベーション膜
７２      平坦化膜
７３      カラーフィルタ
【図１】
2007329291.tif 000003
【図２】
2007329291.tif 000004
【図３】
2007329291.tif 000005
【図４】
2007329291.tif 000006
【図５】
2007329291.tif 000007
【図６】
2007329291.tif 000008