(57)【要約】【課題】次の露光撮影のシャッターチャンスを逃すことなく、暗電流ノイズを十分に減算する補正を行うことができるようにする。【解決手段】固体撮像装置１００は、半導体基板６の上に複数の光電変換膜３Ａ、３Ｂが積層されて配置された光電変換部と、複数の光電変換膜３Ａ、３Ｂのうち、少なくとも半導体基板６の表面に近い光電変換膜３Ｂの上に配置された遮光膜４とを備えている。【選択図】図１
2016012642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に複数の光電変換膜が積層されて配置された光電変換部と、
前記複数の光電変換膜のうち、少なくとも前記基板の表面に近い光電変換膜の上に配置された遮光膜とを備えている固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像装置において、
前記遮光膜は、前記光電変換膜の一電極として機能する固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の固体撮像装置において、
前記光電変換部は、画素ごとに区切られた複数の光電変換部として２次元平面内に配置されており、
前記各光電変換部において、前記複数の光電変換膜のうち上層に配置された光電変換膜は、可視光の全域に吸収感度を持ち、
前記上層に形成された光電変換膜の上には、それぞれカラーフィルタが配置されており、
前記カラーフィルタは、それぞれ、原色のいずれか又は原色の補色のいずれかの波長の光を透過し、且つ、前記２次元平面内にモザイク状に配置されている固体撮像装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の固体撮像装置において、
前記光電変換部は、画素ごとに区切られた複数の光電変換部として２次元平面内に配置されており、
前記複数の光電変換膜は、原色のいずれか又は原色の補色のいずれかの波長の光を吸収し、且つ、前記基板の表面に近い光電変換膜は、その上層の光電変換膜のいずれかと同一の波長の光を吸収し、
前記複数の光電変換膜は、それぞれ画素ごとに区切られて前記２次元平面内にモザイク状に配置されている固体撮像装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の固体撮像装置において、
前記光電変換部は画素ごとに区切られた複数の光電変換部として２次元平面内に配置されており、
前記複数の光電変換膜は、原色のいずれかの波長の光を吸収する特性を有する全原色と対応した一群、又は原色の補色のいずれかの波長の光を吸収する特性を有する全補色と対応した一群からなり、
少なくとも前記基板の表面に近い光電変換膜は、その上層の光電変換膜のいずれかと同一の波長の光を吸収する固体撮像装置。
【請求項６】
請求項３〜５のうちのいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記原色は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）からなり、
前記原色の補色は、シアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｇ）、イエロー（Ｙｅ）及び緑色（Ｇ）からなる固体撮像装置。
【請求項７】
請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記基板は、半導体基板であって、その上部に電荷蓄積部が設けられており、
前記複数の光電変換膜には、該複数の光電変換膜のうちの上部に配置された光電変換膜に発生する光電荷を前記電荷蓄積部に移動するビアが設けられており、
前記遮光膜は、前記光電変換部における前記ビアが貫通する開口部を除く領域に形成されている固体撮像装置。
【請求項８】
請求項３〜６のうちのいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記基板は、半導体基板であって、その上部に電荷蓄積部が設けられており、
前記複数の光電変換膜には、該複数の光電変換膜のうちの上部に配置された光電変換膜に発生する光電荷を前記電荷蓄積部に移動するビアが設けられており、
前記複数の光電変換膜は、それぞれ、その上部と下部とに設けられた上部電極及び下部電極を有し、
前記下部電極は画素ごとに区切られて２次元平面内に配置され、
前記遮光膜には、前記ビアが貫通する第１開口部と、該遮光膜の下層に位置する光電変換膜の一部に光を入射する第２開口部とが設けられており、
前記遮光膜の前記第２開口部の上層に位置する少なくとも１つの下部電極には、前記第２開口部の上側部分と対応する領域に第３開口部が設けられている固体撮像装置。
【請求項９】
請求項３〜６のうちのいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記複数の光電変換膜は、それぞれ、その上部と下部とに設けられた上部電極及び下部電極を有し、
前記下部電極は画素ごとに区切られて２次元平面内に配置され、
前記遮光膜の下層に位置する光電変換膜は、該遮光膜の上層に位置する光電変換膜に対して、前記２次元平面内において前記画素のサイズの２分の１だけ第１の方向へずれて配置されており、
前記第１の方向に並ぶ画素のうちの互いに隣り合う２つの画素において、前記遮光膜の下層に位置する光電変換膜のうち、少なくとも１つの光電変換膜の上の遮光膜に開口部が設けられている固体撮像装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のうちのいずれか１項に記載の固体撮像装置の制御方法であって、
前記光電変換部に撮影光を入射し、前記複数の光電変換膜のうちの上層の光電変換膜を用いて本撮影を行うことにより、本撮影画像データを取得するステップ（ａ）と、
前記ステップ（ａ）と並行して、前記複数の光電変換膜のうち前記基板の表面に近い光電変換膜を用いて遮光撮影を行うことにより、遮光画像データを取得するステップ（ｂ）と、
前記ステップ（ａ）で得られた本撮影画像データから前記ステップ（ｂ）で得られた遮光画像データを減算処理することにより、暗電流ノイズを補正するステップ（ｃ）とを備えている固体撮像装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及びその制御方法に関し、特に、光電変換膜を有する受光素子を備えた固体撮像装置及びそれを用いて撮影する際の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラに用いられるＣＣＤ（charge coupled device）等の固体撮像装置では、通常、光を受光していない状態において暗電流が発生する。暗電流は、半導体の熱励起による電子−正孔対の発生に起因し、固体撮像装置から出力される画素値にノイズとして含まれる。この暗電流ノイズは、露光時間が長いほど大きくなる。
【０００３】
従来、暗電流ノイズを補正するための種々の手法が提案されている。
【０００４】
例えば、被写体を撮影する際に、固体撮像装置を遮光した状態で、撮影時における露光時間と同一の時間の撮影を行って遮光画像データを取得し、通常の開放状態での撮影により取得された露光画像データから遮光画像データを減算することにより補正を行うという手法が提案されている。
【０００５】
具体的には、露光画像データと遮光画像データとを取得する際に、まず、固体撮像装置を露光状態として、第１の画像データを取得する（第１の撮影）。続いて、固体撮像装置を遮光状態として、第２の画像データを取得する（第２の撮影）。続いて、第２の画像データにより第１の画像データを補正して、補正画像データを取得する。
【０００６】
しかしながら、上記の暗電流ノイズ補正方法では、第２の撮影中は、通常撮影である第１の撮影ができなくなる待ち時間が発生するため、シャッターチャンスを逃す可能性が高くなる。
【０００７】
そこで、特許文献１においては、上記のような撮影ステップにおいて、第２の撮影中に新たな第１の撮影を行う指示が出された場合には、新たな第１の撮影か先の第２の撮影かのいずれを優先させるかを制御するという追加機能が提案されている。
【０００８】
例えば、第２の撮影を優先するのであれば、第１の撮影と同一の露光時間で第２の撮影を行い、第１の画像データから第２の画像データの減算を行って暗電流ノイズを除去する。これに対し、新たな第１の撮影を優先するのであれば、第２の撮影を途中で中止し、中止までに得られた第２の画像データを取得して先の第１の画像データから第２の画像データの減算を行って暗電流ノイズを除去する。
【０００９】
このような機能を備えることにより、第２の撮影中に新たな第１の撮影を行う指示が出された場合には、新たな第１の撮影を優先させることができるので、シャッターチャンスを逃す可能性が低くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−１７２６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に提案された暗電流補正方法では、遮光画像撮影を中止する場合には、遮光画像データの取得時間が本来の取得時間よりも短くなる。このため、シャッターチャンスを逃す可能性は低くなるものの、遮光画像データを取得する時間が露光画像データを取得する時間よりも短くなることにより、遮光画像データの減算量が不十分となり、減算補正しても暗電流ノイズが十分に除去できないという問題がある。
【００１２】
そこで、本開示は、前記の問題に鑑み、次の露光撮影のシャッターチャンスを逃すことなく、暗電流ノイズを十分に減算する補正を行うことができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の目的を達成するため、本開示は、撮影光の受光用の光電変換膜と、遮光撮影用の光電変換膜とを積層して形成する構成とする。
【００１４】
具体的には、本開示に係る固体撮像装置は、基板の上に複数の光電変換膜が積層されて配置された光電変換部と、複数の光電変換膜のうち、少なくとも基板の表面に近い光電変換膜の上に配置された遮光膜とを備えている。
【００１５】
本開示において、遮光膜は光電変換膜の一電極として機能してもよい。
【００１６】
本開示において、光電変換部は、画素ごとに区切られた複数の光電変換部として２次元平面内に配置されており、各光電変換部において、複数の光電変換膜のうち上層に配置された光電変換膜は、可視光の全域に吸収感度を持ち、上層に形成された光電変換膜の上には、それぞれカラーフィルタが配置されており、カラーフィルタは、それぞれ、原色のいずれか又は原色の補色のいずれかの波長の光を透過し、且つ２次元平面内にモザイク状に配置されていてもよい。
【００１７】
本開示において、光電変換部は、画素ごとに区切られた複数の光電変換部として２次元平面内に配置されており、複数の光電変換膜は、原色のいずれか又は原色の補色のいずれかの波長の光を吸収し、且つ、基板の表面に近い光電変換膜は、その上層の光電変換膜のいずれかと同一の波長の光を吸収し、複数の光電変換膜は、それぞれ画素ごとに区切られて２次元平面内にモザイク状に配置されていてもよい。
【００１８】
本開示において、光電変換部は画素ごとに区切られた複数の光電変換部として２次元平面内に配置されており、複数の光電変換膜は、原色のいずれかの波長の光を吸収する特性を有する全原色と対応した一群、又は原色の補色のいずれかの波長の光を吸収する特性を有する全補色と対応した一群からなり、少なくとも基板の表面に近い光電変換膜は、その上層の光電変換膜のいずれかと同一の波長の光を吸収してもよい。
【００１９】
また、上層に形成された光電変換膜の上にそれぞれカラーフィルタが配置されている場合に、原色は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）からなり、原色の補色は、シアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｇ）、イエロー（Ｙｅ）及び緑色（Ｇ）からなっていてもよい。
【００２０】
本開示において、基板は半導体基板であって、その上部に電荷蓄積部が設けられており、複数の光電変換膜には、該複数の光電変換膜のうちの上部に配置された光電変換膜に発生する光電荷を電荷蓄積部に移動するビアが設けられており、遮光膜は、光電変換部におけるビアが貫通する開口部を除く領域に形成されていてもよい。
【００２１】
また、上層に形成された光電変換膜の上にそれぞれカラーフィルタが配置されている場合に、基板は半導体基板であって、その上部に電荷蓄積部が設けられており、複数の光電変換膜には、該複数の光電変換膜のうちの上部に配置された光電変換膜に発生する光電荷を電荷蓄積部に移動するビアが設けられており、複数の光電変換膜は、それぞれ、その上部と下部とに設けられた上部電極及び下部電極を有し、下部電極は画素ごとに区切られて２次元平面内に配置され、遮光膜には、ビアが貫通する第１開口部と、該遮光膜の下層に位置する光電変換膜の一部に光を入射する第２開口部とが設けられており、遮光膜の第２開口部の上層に位置する少なくとも１つの下部電極には、第２開口部の上側部分と対応する領域に第３開口部が設けられていてもよい。
【００２２】
また、上層に形成された光電変換膜の上にそれぞれカラーフィルタが配置されている場合に、複数の光電変換膜は、それぞれ、その上部と下部とに設けられた上部電極及び下部電極を有し、下部電極は画素ごとに区切られて２次元平面内に配置され、遮光膜の下層に位置する光電変換膜は、該遮光膜の上層に位置する光電変換膜に対して、２次元平面内において画素のサイズの２分の１だけ第１の方向へずれて配置されており、第１の方向に並ぶ画素のうちの互いに隣り合う２つの画素において、遮光膜の下層に位置する光電変換膜のうち、少なくとも１つの光電変換膜の上の遮光膜に開口部が設けられていてもよい。
【００２３】
本開示に係る固体撮像装置の制御方法は、光電変換部に撮影光を入射し、複数の光電変換膜のうちの上層の光電変換膜を用いて本撮影を行うことにより、本撮影画像データを取得するステップ（ａ）と、該ステップ（ａ）と並行して、複数の光電変換膜のうち基板の表面に近い光電変換膜を用いて遮光撮影を行うことにより、遮光画像データを取得するステップ（ｂ）と、ステップ（ａ）で得られた本撮影画像データからステップ（ｂ）で得られた遮光画像データを減算処理することにより、暗電流ノイズを補正するステップ（ｃ）とを備えている。
【発明の効果】
【００２４】
本開示に係る固体撮像装置及びその制御方法によれば、次の露光撮影のシャッターチャンスを逃すことなく、暗電流ノイズを十分に減算する補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は第１の実施形態に係る固体撮像装置の要部（部分）を示し、図２のＩ−Ｉ線における断面図である。
【図２】図２は第１の実施形態に係る固体撮像装置における画素の配列（ベイヤ配列）を示す模式的な平面図である。
【図３】図３は第１の実施形態に係る固体撮像装置の要部（部分）を示し、図２のIII−III線における断面図である。
【図４】図４は第１の実施形態に係る固体撮像装置の要部（部分）を示す平面図である。
【図５】図５は第１の実施形態に係る固体撮像装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図６】図６は第１の実施形態の一変形例に係る固体撮像装置の要部（部分）を示す断面図である。
【図７】図７は第１の実施形態の一変形例に係る固体撮像装置の要部（部分）を示す平面図である。
【図８】図８は第１の実施形態の一変形例に係る固体撮像装置におけるＡＦセンサの原理を示す説明図である。
【図９】図９は第２の実施形態に係る固体撮像装置の要部（部分）を示す断面図である。
【図１０】図１０は第２の実施形態の一変形例に係る固体撮像装置の要部（部分）を示す断面図である。
【図１１】図１１は第２の実施形態の一変形例に係る固体撮像装置の要部（部分）を示す平面図である。
【図１２】図１２は第３の実施形態に係る固体撮像装置の要部（部分）を示す断面図である。
【図１３】図１３は第３の実施形態に係る固体撮像装置の要部（部分）を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る固体撮像装置及びその制御方法について図１〜図５を参照しながら説明する。
【００２７】
図１は本実施形態に係る固体撮像装置１００を構成する３画素分に相当する領域の断面構成を示している。図１に示すように、固体撮像装置１００の上部には、光の３原色に対応する赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の複数のカラーフィルタ１が設けられている。従って、固体撮像装置１００の上方から入射した光は、赤色、緑色及び青色にそれぞれの画素で分光される。図１では、赤色及び緑色の画素の配列を示している。なお、カラーフィルタ１の上方には、それぞれの画素への集光力を上げるために、フィルタごとにマイクロレンズを設けてもよい。
【００２８】
カラーフィルタ１の下方には、絶縁性材料からなる第１の層間膜８Ａを介して、第１の上部透明電極２Ａ、第１の光電変換膜３Ａ及び第１の下部透明電極２Ｂが順次配置されている。さらに、第１の下部透明電極２Ｂの下方には、第２の層間膜８Ｂを介して、第２の光電変換膜３Ｂが配置されている。第２の層間膜８Ｂと第２の光電変換膜３Ｂとの間には、遮光性を有する膜状の電極、すなわち遮光膜からなる遮光電極４が設けられている。また、第２の光電変換膜３Ｂの下部には、第２の下部透明電極２Ｃが設けられている。なお、遮光電極４を構成する導電性の遮光膜は、単層構造に限られず、例えば第１の上部透明電極２Ａと同一の材料からなる上部電極の上に設けた積層構造としてもよい。また、遮光電極４の下側に透明電極と同一の材料からなる上部電極を積層する場合には、該遮光電極４を構成する遮光膜は、必ずしも導電性を有する膜である必要はなく、絶縁性の遮光膜であってもよい。
【００２９】
第２の下部透明電極２Ｃは、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板６の主面上に第３の層間膜８Ｃを介して配置されている。半導体基板６の上部には、複数の電荷蓄積部５が設けられている。なお、各電荷蓄積部５は、ビア７Ａ、７Ｂによって、第１の下部透明電極２Ｂ又は第２の下部透明電極２Ｃと電気的に接続されている。各部の寸法は、例えば、画素の周期は３μｍとし、光電変換部の開口幅は１μｍ角以内とし、ビア７Ａ、７Ｂの径は０．３μｍ角とし、電荷蓄積部５は１μｍ程度とすればよい。
【００３０】
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の動作原理について説明する。
【００３１】
まず、固体撮像装置１００の上方から入射した光は、カラーフィルタ１により、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３原色にそれぞれの画素で分光され、第１の上部透明電極２Ａを透過して、第１の光電変換膜３Ａに入射する。入射した光は第１の光電変換膜３Ａに吸収される。従って、該第１の光電変換膜３Ａを挟む第１の上部透明電極２Ａと第１の下部透明電極２Ｂとの間に電圧を印加することにより、各画素で吸収された光量に対応する光電荷が発生する。
【００３２】
第１の光電変換膜３Ａの構成材料には、可視光の全波長帯にわたって高い吸収効率を有する膜を用いることができる。このようにすると、各画素に設けられたカラーフィルタ１で分光された赤色、緑色及び青色の波長を有する光を、各画素を構成する第１の光電変換膜３Ａによって効率的に吸収することができる。
【００３３】
続いて、第１の光電変換膜３Ａで発生した電荷は、ビア７Ａを介して電荷蓄積部５まで搬送される。その後、電荷蓄積部５まで搬送された電荷は、例えば、半導体基板６に設けられた浮遊拡散層（図示せず）に転送され、増幅回路（図示せず）で増幅されることによって画素ごとの出力信号として読み出される。
【００３４】
ここで、第２の光電変換膜３Ｂの上には、直接に（又は第１の上部透明電極２Ａと同一の材料からなる上部電極を介して）遮光電極４を設けている。このため、入射した光は、遮光電極４によって遮られるので、第２の光電変換膜３Ｂには入らない。これにより、第２の光電変換膜３Ｂを挟む遮光電極４（及びその下側に積層された上部電極）と第２の下部透明電極２Ｃとの間に電圧を印加した場合に発生する電荷は、光が入射していない場合の電荷、すなわち暗電流となる。この暗電流を第２の光電変換膜３Ｂの第２の下部透明電極２Ｃと電気的に接続されたビア７Ｂを介して半導体基板６の上部に設けられた電荷蓄積部５に搬送する。さらに、搬送した電荷を、例えば浮遊拡散層に転送して読み出し、増幅回路で増幅することにより、画素ごとの遮光時の出力信号を得ることができる。
【００３５】
従って、第１の光電変換膜３Ａの構成材料と第２の光電変換膜３Ｂの構成材料とを同一とし、同一の製造条件で成膜し、各光電変換膜の上部電極及び下部電極に印加する電圧駆動条件も同一とすれば、各光電変換膜３Ａ、３Ｂで発生する暗電流はほぼ同量とみなすことができる。
【００３６】
これにより、固体撮像装置１００に光を入射して、第１の光電変換膜３Ａで生成された電荷から得られた出力信号からなる撮影画像を本画像とし、一方、第１の光電変換膜３Ａの上部電極及び下部電極に印加する電圧駆動条件と同一の駆動条件で第２の光電変換膜３Ｂに電圧を印加し、生成した電荷、すなわち暗電流成分として得られた出力信号からなる撮影画像を遮光画像とすれば、本画像データから遮光画像データを減算処理することにより、本画像データから暗電流ノイズを除去することができ、高画質の画像データを得ることができる。
【００３７】
このとき、第１の光電変換膜３Ａ及び第２の光電変換膜３Ｂの各上部電極及び各下部電極に印加する電圧駆動と、各光電変換膜３Ａ、３Ｂで生成された電荷を電荷蓄積部５へ搬送して出力信号として得るまでの制御とを同時に又は並行して行うことにより、暗電流ノイズを補正する場合においても、撮像時間の増大を避けることができる。
【００３８】
なお、カラーフィルタ１として、青（Ｂ）、緑（Ｇ）及び赤（Ｒ）の３原色のフィルタ特性を持つフィルタについて説明したが、これに限られず、カラーフィルタ１は、シアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｇ）、黄（Ｙｅ）及び緑（Ｇ）の補色のフィルタ特性を持つカラーフィルタに置き換えてもよい。
【００３９】
本実施形態においては、図２に示すように、複数の画素は、２次元平面内にモザイク状に配置されており、一例としてベイヤ配列を用いることができる。図１においては、図２に示すベイヤ配列における赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の画素のうち、赤（Ｒ）及び緑（Ｇ）が交互に配列される方向の３画素分の断面構成を用いて説明したが、この方向に直交する方向、すなわち青（Ｂ）及び緑（Ｇ）が交互に配列される方向の３画素分の断面を図３に示す。図３に示すように、青（Ｂ）及び緑（Ｇ）が交互に配列される方向の画素の断面においても、赤（Ｒ）及び緑（Ｇ）が交互に配列される方向の断面と同等の構成を採る。
【００４０】
次に、本実施形態に係る固体撮像装置１００における電荷蓄積部５及びビア７Ａ、７Ｂの平面配置について図４を参照しながら説明する。
【００４１】
図４は本実施形態に係る電荷蓄積部５、第２の光電変換膜３Ｂ及びビア７Ａ、７Ｂの配置を示している。第２の光電変換膜３Ｂは、画素同士が分離されない平坦な膜である。但し、第２の下部電極２Ｃは、画素同士が分離されて形成される。これにより、第２の光電変換膜３Ｂで生成された電荷は、ビア７Ｂを介して電荷蓄積部５に搬送され、画素ごとの信号として別々に出力することができる。
【００４２】
また、第２の光電変換膜３Ｂには、各画素の４隅のうちの１箇所に開口部３ｂが設けられ、該開口部３ｂには、第１の光電変換膜３Ａの第１の下部電極２Ｂと半導体基板６に形成された電荷蓄積部５とを電気的に接続するビア７Ａが設けられている。ここで、第２の光電変換膜３Ｂの開口部３ｂとビア７Ａとの間には第４の層間膜（図示せず）が設けられている。従って、第２の光電変換膜３Ｂとビア７Ａとが第４の層間膜により互いに絶縁されることにより、第１の光電変換膜３Ａで生成された電荷には、第２の光電変換膜３Ｂで生成された電荷が混入することがない。従って、第１の光電変換膜３Ａで生成された電荷は、ビア７Ａを介して光電変換膜５まで搬送することができる。
【００４３】
第２の光電変換膜３Ｂにおける開口部３ｂの配置場所は、必ずしも画素の隅部に限定される必要はない。但し、開口部３ｂに入射した光は、光電変換膜３Ａ、３Ｂで吸収されず、固体撮像装置１００の出力として寄与しないため、光の入射が困難な画素の周縁部に配置することが好ましい。
【００４４】
一方、第２の光電変換膜３Ｂにおける開口部３ｂの対角に位置する隅部には、第２の光電変換膜３Ｂの下部電極２Ｃと電荷蓄積部５とを接続するビア７Ｂが設けられている。このビア７Ｂの配置については、半導体基板６の表面付近において、電荷蓄積部５及び浮遊拡散層等の電荷読み出し構造の形成位置に対して空間的な余裕があればよく、第２の光電変換膜３Ｂの開口部３ｂの対角側の隅部に限定されない。
【００４５】
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の制御方法について図５を参照しながら説明する。なお、説明に際しては、あらかじめ撮影者は暗電流ノイズを補正するか否かの設定を行い、その結果が固体撮像装置の内部メモリに記憶されているとする。
【００４６】
まず、ステップＳＴ１において、固体撮像装置１００の本体各部を制御する中央処理装置（ＣＰＵ）は、該固体撮像装置１００のレリーズボタンが全押しされたか否かを判定する。判定が偽である場合には処理を終了する。一方、真の判定がなされた場合には、次のステップＳＴ２において、あらかじめ撮影者が設定した内容に基づいて、暗電流ノイズを補正するか否かを判定する。
【００４７】
ステップＳＴ２において、偽の判定がなされた場合には、次のステップＳＴ３において、本撮影を行い、後述するステップＳＴ７に進む。ここで、本撮影とは、第１の光電変換膜３Ａで生成された電荷によって得られた出力信号からなる本画像データを取得することを意味する。一方、ステップＳＴ２において、真の判定がなされた場合には、ステップＳＴ４において、本撮影を実施すると共に、ステップＳＴ５において、ステップＳＴ４と並行して、遮光撮影を実施する。その後、ステップＳＴ６に進む。ここで、遮光撮影とは、第２の光電変換膜３Ｂで生成された電荷によって得られた出力信号からなる遮光画像データを取得することを意味する  。
【００４８】
次に、ステップＳＴ６において、本撮影画像データから遮光撮影画像データを減算処理することにより、暗電流ノイズを補正する。
【００４９】
次に、ステップＳＴ７において、画像処理部により、ＲＡＷデータに画像処理を施す。
【００５０】
次に、ステップＳＴ８において、画像処理が施された画像データを記録メディアに記録して処理を終了する。
【００５１】
本実施形態によれば、本撮影と遮光撮影とが並行して行われるため、暗電流ノイズ補正を行う場合でも撮像時間が増大することはなく、且つ、従来のように本画像と遮光画像とを別々に取得する場合で起こっていたシャッターチャンスを逃すこともない。
【００５２】
（第１の実施形態の一変形例）
以下、第１の実施形態の一変形例に係る固体撮像装置について図６〜図８を参照しながら説明する。
【００５３】
図６は本変形例に係る固体撮像装置１００を構成する３画素分に相当する領域の断面構成を示している。図７は本変形例に係る電荷蓄積部５、第２の光電変換膜３Ｂ及びビア７Ａ、７Ｂを配置した平面構成を示している。
【００５４】
本変形例の基本的な構成は、第１の実施形態の構成と同等であるが、以下の点において相違している。
【００５５】
第１の実施形態においては、第２の光電変換膜３Ｂの上には、単層構造の遮光膜である遮光電極４が画素上の全面にわたって形成されている。これに対し、本変形例においては、第２の光電変換膜３Ｂの上には、例えば第１の上部透明電極２Ａと同一の材料からなる上部電極１０の上に遮光電極４が積層されて、遮光電極４は２層の膜構造として形成されている。さらに、一部の画素、例えば緑色（Ｇ）のカラーフィルタ１を有する画素においては、遮光電極４に、例えば１つの画素の約２分の１の大きさの開口部４ａが設けられている。また、開口部４ａを有する画素において、第１の下部透明電極２Ｂは、遮光電極４上における開口部４ａを除く領域の上に配置されて、開口部２ｂが形成されている。
【００５６】
次に、図６及び図８を用いて、本変形例に係る固体撮像装置の動作原理について説明する。
【００５７】
まず、図６に示すように、固体撮像装置１００の上方から、互いの入射光軸が異なる光１３Ａ、１３Ｂは、緑色（Ｇ）のカラーフィルタ１及び第１の上部透明電極２Ａを透過して、第１の光電変換膜３Ａに入射する。第１の光電変換膜３Ａに入射した光１３Ａ、１３Ｂは、第１の光電変換膜３Ａで吸収される。従って、該第１の光電変換膜３Ａを挟む第１の上部透明電極２Ａと第１の下部透明電極２Ｂとの間に電圧を印加することにより、各画素で吸収された光量に対応する光電荷が発生する。
【００５８】
さらに、遮光電極４により光１３Ｂは遮光される一方、遮光電極４の開口部４ａを透過した光１３Ａは、遮光電極４と積層して形成された上部電極１０を透過して、第２の光電変換膜３Ｂに入射する。ここで、第２の光電変換膜３Ｂの遮光電極４及び上部電極１０と第２の下部透明電極２Ｃとの間に電圧を印加することにより光電荷が発生する。
【００５９】
このように、本変形例においては、遮光電極４に開口部４ａを設けることにより、入射光軸が異なる光１３Ａ、１３Ｂに対して発生する光電荷量に差を生じさせることができる。例えば、図８の中央に示すように、撮像レンズ１５が固体撮像装置１００の入射面１７に合焦する位置にある場合は、光１３Ａによる光強度分布１６Ａと、光１３Ｂによる光強度分布１６Ｂとは等しく重なる。これに対し、図８の左側に示すように、撮像レンズ１５が入射面１７に近づいた場合は、光１３Ａによる光強度分布１６Ａは左に移動し、光１３Ｂによる光強度分布１６Ｂは右に移動する。また、図８の右側に示すように、撮像レンズ１５が入射面１７から遠ざかった場合は、光１３Ａによる光強度分布１６Ａは右に移動し、光１３Ｂによる光強度分布１６Ｂは左に移動する。このことから、光強度分布のずれ量とずれ方向とが分かれば、焦点位置からのずれが検出可能である。従って、第１の下部透明電極２Ｂと第２の下部透明電極２Ｃとの光電荷量の分布差を検出することにより、位相差オートフォーカス（ＡＦ）情報を得ることができる。なお、本変形例においては、遮光電極４に設ける開口部４ａを画素の左半分としているが、開口部４ａは必ずしも左右で分ける必要はなく、画素の一部に開口部があればよい。
【００６０】
このように、有効画素を犠牲にすることなく、位相差ＡＦの効果を得ることができる。
【００６１】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係る固体撮像装置について図９を参照しながら説明する。
【００６２】
図９は本実施形態に係る固体撮像装置１００を構成する３画素分に相当する領域の断面構成を示している。第２の実施形態においては、第１の実施形態と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより、その説明を省略する。
【００６３】
図９に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置１００は、光電変換部の上に画素ごとにカラーフィルタ１を設ける構成に代えて、光電変換膜自体に感光性を持たせる、すなわち特定の波長の光を吸収する特性を持たせる構成としている。
【００６４】
具体的には、上層から順に、第１の層間膜８Ａ、第１の上部透明電極２Ａ、感光性を有する第１の光電変換膜３０Ａ及び第１の下部透明電極２Ｂが配置されている。感光性を有する第１の光電変換膜３０Ａには、３原色に対応して、赤色感光層である３０Ａ（Ｒ）、緑色感光層である３０Ａ（Ｇ）及び青色感光層である３０Ａ（Ｂ）があり、複数のそれぞれが、図２に示すベイヤ配列により配列されている。図９においては、緑色（Ｇ）と赤色（Ｒ）方向での断面を示している。
【００６５】
さらに、第１の下部透明電極２Ｂの下方には、第２の層間膜８Ｂを介して、第２の光電変換膜３０Ａと対応する色の感光層である第２の光電変換膜３０Ｂが配置される。第２の層間膜８Ｂと第２の光電変換膜３０Ｂとの間には、遮光膜からなる遮光電極４が設けられている。また、第２の光電変換膜３０Ｂの下部には、第２の下部透明電極２Ｃが設けられている。なお、遮光電極４を構成する導電性の遮光膜は、単層構造に限られず、例えば第１の上部透明電極２Ａと同一の材料からなる上部電極の上に設けた積層構造としてもよい。また、遮光電極４の下側に透明電極と同一の材料からなる上部電極を積層する場合には、該遮光電極４を構成する遮光膜は、必ずしも導電性を有する膜である必要はなく、絶縁性の遮光膜であってもよい。
【００６６】
また、第１の上部透明電極２Ａの上方には、それぞれの画素への集光力を上げるために、画素ごとにマイクロレンズを設けてもよい。
【００６７】
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の動作原理について説明する。
【００６８】
まず、固体撮像装置１００の上方から入射した光は、第１の上部透明電極２Ａを透過し、第１の光電変換膜３０Ａに入射する。第１の光電変換膜３０Ａに入射した光は、上述した赤色感光層３０Ａ（Ｒ）、緑色感光層３０Ａ（Ｇ）及び青色感光層３０（Ｂ）において、それぞれの感光層に感度を持つ波長の光が吸収される。従って、第１の光電変換膜３０Ａを挟む第１の上部透明電極２Ａと第１の下部透明電極２Ｂとの間に電圧を印加することにより、各画素で吸収された光量に対応する光電荷が発生する。
【００６９】
続いて、第１の光電変換膜３０Ａで発生した電荷は、ビア７Ａを介して電荷蓄積部５まで搬送される。その後、電荷蓄積部５まで搬送された電荷は、例えば、半導体基板６の浮遊拡散層（図示せず）に転送され、増幅回路（図示せず）で増幅されることにより、画素ごとの出力信号として読み出される。
【００７０】
ここで、第２の光電変換膜３０Ｂの上には、直接に（又は第１の上部透明電極２Ａと同一の材料からなる上部電極を介して）遮光電極４を設けている。このため、入射した光は、遮光電極４によって遮られるので、第２の光電変換膜３０Ｂには入らない。これにより、第２の光電変換膜３０Ｂを挟む遮光電極４（及びその下側に積層された上部電極）と第２の下部透明電極２Ｃとの間に電圧を印加した場合に発生する電荷は、光が入射していない場合の電荷、すなわち暗電流となる。この暗電流を第２の光電変換膜３０Ｂの下部の第２の下部透明電極２Ｃに電気的に接続されているビア７Ｂを介して半導体基板６の上部に設けられた電荷蓄積部５に搬送する。さらに、搬送した電荷を、例えば浮遊拡散層に転送して読み出し、増幅回路で増幅することにより、画素ごとの遮光時の出力信号を得ることができる。
【００７１】
従って、第１の光電変換膜３０Ａの構成材料と第２の光電変換膜３０Ｂの構成材料とを同一とし、同一の製造条件で成膜し、各光電変換膜の上部電極及び下部電極に印加する電圧駆動条件も同一とすれば、各光電変換膜３０Ａ、３０Ｂで発生する暗電流はほぼ同量とみなすことができる。
【００７２】
これにより、固体撮像装置１００に光を入射して、第１の光電変換膜３０Ａで生成された電荷から得られた出力信号からなる撮影画像を本画像とし、一方、第１の光電変換膜３０Ａの上部電極及び下部電極に印加する電圧駆動条件と同一の駆動条件で第２の光電変換膜３０Ｂの上部電極及び下部電極に電圧を印加し、生成した電荷、すなわち暗電流成分として得られた出力信号からなる撮影画像を遮光画像とすれば、本画像データから遮光画像データを減算処理することにより、本画像データから暗電流ノイズを除去することができ、高画質の画像データを得ることができる。
【００７３】
このとき、第１の光電変換膜３０Ａ及び第２の光電変換膜３０Ｂの各上部電極及び各下部電極に印加する電圧駆動と、各光電変換膜３０Ａ、３０Ｂで生成された電荷を電荷蓄積部５へ搬送して出力信号として得るまでの制御とを同時に又は並行して行うことにより、暗電流ノイズを補正する場合においても、撮像時間の増大を避けることができる。
【００７４】
なお、光電変換膜３０Ａ、３０Ｂとして、青（Ｂ）、緑（Ｇ）及び赤（Ｒ）の３原色の光吸収特性を持つ光電変換膜について説明したが、これに限られず、光電変換膜３０Ａ、３０Ｂは、シアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｇ）、黄（Ｙｅ）及び緑（Ｇ）の補色の吸収特性を持つ４色の光電変換膜に置き換えてもよい。
【００７５】
また、本実施形態に係る電荷蓄積部５及びビア７Ａ、７Ｂの平面配置については、第１の実施形態に係る平面図である図４と実質的に同一であるため説明を省略する。
【００７６】
また、本実施形態に係る固体撮像装置の制御方法についても、第１の実施形態に係る固体撮像装置の制御方法と実質的に同一であるため説明を省略する。
【００７７】
（第２の実施形態の一変形例）
以下、第２の実施形態の一変形例に係る固体撮像装置について図１０及び図１１を参照しながら説明する。
【００７８】
図１０は本変形例に係る固体撮像装置１００を構成する４画素分に相当する領域の断面構成を示している。図１１は本変形例に係る電荷蓄積部５、第２の光電変換膜３０Ｂ及びビア７Ａ、７Ｂを配置した平面構成を示している。
【００７９】
本変形例の基本的な構成は、第２の実施形態の構成と同等であるが、以下の点において相違している。
【００８０】
第２の実施形態においては、第２の光電変換膜３０Ｂの上には、単層構造の遮光膜である遮光電極４が画素上の全面にわたって形成されている。これに対し、本変形例においては、第２の光電変換膜３０Ｂの上には、例えば第１の上部透明電極２Ａと同一の材料からなる上部電極の上に遮光電極４が積層されて、遮光電極は２層の膜構造として形成されている。さらに、一部の画素、例えば赤色感光層である光電変換膜３０Ａ（Ｒ）を有する画素及び緑色感光層である光電変換膜３０Ａ（Ｇ）を有する画素において、光電変換膜３０Ａ（Ｒ）を有する画素には、遮光電極４に画素の約２分の１の大きさの開口部４ａを設けている。また、該開口部４ａを設けた光電変換膜３０Ａ（Ｒ）に挟まれる光電変換膜３０Ａ（Ｇ）を有する画素には、遮光電極４に画素の全体にわたって開口部４ａを設ける。言い換えれば、第２の光電変換膜３０Ｂは、第１の光電変換膜３０Ａに対して、平面視で半ピッチ分だけずれるように配置されている。すなわち、下層の第２の光電変換膜３０Ｂにおいては、例えば、その上に第１の光電変換膜３０Ａ（Ｇ）を有し且つ遮光電極４の開口部４ａの下側に位置する画素は、その２画素分が互いに隣接して配置されている。
【００８１】
このため、図１０及び図１１に示すように、下層の第２の光電変換膜３０Ｂにおいて、遮光電極４の開口部４ａの下側に位置する緑色感光層である第２の光電変換膜３０Ｂ（Ｇ）は、上層の緑色感光層である第１の光電変換膜３０Ａ（Ｇ）に対して、光軸に対して対称に異なる方向に偏って配置されることになる。これにより、それぞれが以下に説明する位相差ＡＦ信号受信部１１、１２として機能する。
【００８２】
次に、本実施形態における固体撮像装置の動作原理について説明する。
【００８３】
まず、固体撮像装置１００の上方から入射した光１３のうち、緑色感光層である第１の光電変換膜３０Ａ（Ｇ）に入射する光１３Ａ、１３Ｃは、該光電変換膜３０Ａ（Ｇ）によって緑色光が吸収される。これに対し、入射した光１３のうち赤色感光層を通過して緑色感光層を通過しなかった光１３Ｂは、第２の光電変換膜３０Ｂ（Ｇ）からなる位相差ＡＦ信号受信部１１に入射され、該位相差ＡＦ信号受信部１１によって緑色光が吸収される。一方、光１３Ｃは通過した第１の光電変換膜３０Ａ（Ｇ）が緑色光を吸収してしまうため、該緑色光は位相差ＡＦ信号受信部１１には到達しない。このため、位相差ＡＦ信号受信部１１は、光１３Ｃ（のうちの緑色光）を吸収できない。同様に、第２の光電変換膜３０Ｂ（Ｇ）からなる位相差ＡＦ信号受信部１２において、入射した光１３のうち第１の光電変換膜３０Ａ（Ｇ）を通過しなかった光１３Ｄは、位相差ＡＦ信号受信部１２において緑色光が吸収される。これに対し、入射した光１３のうちの光１３Ａは第１の光電変換膜３０Ａ（Ｇ）が緑色光を吸収してしまうため、該緑色光は位相差ＡＦ信号受信部１２には到達しない。このため、位相差ＡＦ信号受信部１２は、光１３Ａ（のうちの緑色光）を吸収できない。
【００８４】
このように、位相差ＡＦ信号受信部１１、１２は、それぞれ瞳分割された光のうち異なる一方の光束を受光することになり、位相差オートフォーカス（ＡＦ）情報を得ることができる。従って、有効画素である第１の光電変換膜３０Ａを犠牲にすることなく、位相差ＡＦの効果を得ることができる。
【００８５】
また、第２の光電変換膜３０Ｂのうち、位相差ＡＦ信号受信部１１、１２を除く領域では、第２の光電変換膜３０Ｂの上に遮光電極４を設けることにより、第２の実施形態と同様に、暗電流ノイズを検出し且つ除去することができる。
【００８６】
ところで、有効画素の黒レベルを補正する方法として、一般に、光電変換部における有効画素領域の周囲を遮光電極によって遮光するＯＢ（オプティカルブラック）部を設け、設けたＯＢ部によって遮光時の黒レベルの基準値を取得し、有効画素全体の黒レベルをこの基準値を基にして補正するという方法がある。但し、実際は、有効画素の黒レベルが均一ではなく、ＯＢ部の黒レベルとは乖離する画素も存在するため、必ずしも、全ての有効画素領域にわたって黒レベルを正確に補正することはできない。
【００８７】
一方、本変形例によれば、全画素で遮光時の黒レベルを取得することが可能となるため、有効画素の黒レベルを個々の画素で補正することができるので、全有効画素領域にわたって黒レベルを正確に補正することが可能となり、画質が向上する。
【００８８】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態に係る固体撮像装置について図１２及び図１３を参照しながら説明する。
【００８９】
図１２は本実施形態に係る固体撮像装置１００を構成する３画素分に相当する領域の断面構成を示している。図１３は本実施形態に係る電荷蓄積部５、第４の光電変換膜３０Ｄ、ビア７Ａ〜７Ｄを配置した平面構成を示している。なお、図１２において、横方向に隣接する画素同士は連続して形成されておらず、説明の都合上、各色（各画素）は仮想的に配置されている。また、第３の実施形態においても、第１の実施形態と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより、その説明を省略する。
【００９０】
図１２に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置１００は、第２の実施形態のように３原色のいずれか１つに感光性を持つ光電変換膜を横方向に配列する構成に代えて、３原色分を一群として縦方向に積層する構成としている。
【００９１】
具体的には、上層から順に、第１の層間膜８Ａ、第１の上部透明電極２０Ａ、青色感光層である第１の光電変換膜３０Ａ（Ｂ）、第１の下部透明電極２０Ｂ、第２の層間膜８Ｂ、第２の上部透明電極２０Ｃ、緑色感光層である第２の光電変換膜３０Ｂ（Ｇ）、第２の下部透明電極２０Ｄ、第３の層間膜８Ｃ、第３の上部透明電極２０Ｅ、赤色感光層である第３の光電変換膜３０Ｃ（Ｒ）、第３の下部透明電極２０Ｆ、第４の層間膜８Ｄ、遮光膜である遮光電極４、緑色感光層である第４の光電変換膜３０Ｄ（Ｇ）、第４の下部透明電極２０Ｇ及び第５の層間膜８Ｅが配置されている。ここで、遮光電極４の下側に配置された第４の光電変換膜３０Ｄは、緑色感光層に限られず、青色感光層又は赤色感光層であってもよい。
【００９２】
なお、本実施形態においては、第１の光電変換膜３０Ａを青色感光層とし、第２の光電変換膜３０Ｂを緑色感光層とし、第３の光電変換膜３０Ｃを赤色感光層としたが、これに限られず、３層における積層の順序は任意である。
【００９３】
また、遮光電極４を構成する導電性の遮光膜は、単層構造に限られず、例えば上部透明電極２０Ａ、２０Ｃ及び２０Ｅのいずれかと同一の材料からなる上部電極の上に設けた積層構造としてもよい。また、遮光電極４の下側に透明電極と同一の材料からなる上部電極を積層する場合には、該遮光電極４を構成する遮光膜は、必ずしも導電性を有する膜である必要はなく、絶縁性の遮光膜であってもよい。
【００９４】
また、第１の上部透明電極２０Ａの上方には、それぞれの画素への集光力を上げるために、画素ごとにマイクロレンズを設けてもよい。
【００９５】
なお、図１２においては、第１の下部透明電極２０Ｂと電荷蓄積部５とを接続するビア７Ａ、第２の下部透明電極２０Ｄと電荷蓄積部５とを接続するビア７Ｂ、及び第３の下部透明電極２０Ｆと電荷蓄積部５とを接続するビア７Ｃは、図示の都合上、それぞれ画素ごとに１つずつ設けられているが、後述する図１３に示すように、ビア７Ａ〜７Ｃは各画素に設けられている。
【００９６】
次に、本実施形態に係る電荷蓄積部５及びビア７Ａ〜７Ｄの配置について図１３を参照しながら説明する。
【００９７】
図１３に示すように、各画素の４隅のうちの３箇所に開口部３０ｄが設けられている。各開口部３０ｄには、それぞれ、第１の下部透明電極２０Ｂ、第２の下部透明電極２０Ｄ及び第３の下部透明電極２０Ｆと、半導体基板６の上部に形成された電荷蓄積部５とを電気的に接続するビア７Ａ、７Ｂ及び７Ｃが設けられている。ここで、各光電変換膜３０Ｂ（Ｇ）、３０Ｃ（Ｒ）及び３０Ｄ（Ｇ）に設けられた開口部３０ｄと各ビア７Ａ〜７Ｃとの間には第６の層間膜（図示せず）を設けて互いに絶縁することにより、第４の光電変換膜３０Ｄ（Ｇ）で生成された電荷が混入することがない。従って、第１から第４の光電変換膜３０Ａ（Ｂ）、３０Ｂ（Ｇ）、３０Ｃ（Ｒ）及び３０Ｄ（Ｇ）のそれぞれの膜で生成された電荷は、互いに混入することなく、それぞれビア７Ａ〜７Ｄを介して光電変換膜５にまで搬送される。
【００９８】
次に、本実施形態における固体撮像装置の動作原理について説明する。
【００９９】
まず、固体撮像装置１００の上方から入射した光は、第１の上部透明電極２０Ａを透過して、青色感光層である第１の光電変換膜３０Ａ（Ｂ）に入射する。第１の光電変換膜３０Ａ（Ｂ）に入射した光は、青色の波長の光が吸収される。従って、第１の光電変換膜３０Ａ（Ｂ）を挟む第１の上部透明電極２０Ａと第１の下部透明電極２０Ｂとの間に電圧を印加することにより、各画素で吸収された光量に対応する光電荷が発生する。
【０１００】
続いて、第１の光電変換膜３０Ａ（Ｂ）で発生した電荷は、ビア７Ａを介して電荷蓄積部５まで搬送される。その後、電荷蓄積部５まで搬送された電荷は、例えば、半導体基板６の浮遊拡散層（図示せず）に転送され、増幅回路（図示せず）で増幅されることにより、画素ごとの出力信号として読み出される。
【０１０１】
続いて、入射光は、第２の上部透明電極２０Ｃを透過して、緑色感光層である第２の光電変換膜３０Ｂ（Ｇ）に入射する。第２の光電変換膜３０Ｂ（Ｇ）に入射した光は、緑色の波長の光が吸収される。従って、第２の光電変換膜３０Ｂ（Ｇ）を挟む第２の上部透明電極２０Ｃと第２の下部透明電極２０Ｄとの間に電圧を印加することにより、各画素で吸収された光量に対応する光電荷が発生する。
【０１０２】
続いて、第２の光電変換膜３０Ｂ（Ｇ）で発生した電荷は、ビア７Ｂを介して電荷蓄積部５まで搬送される。その後、電荷蓄積部５まで搬送された電荷は、例えば、半導体基板６の浮遊拡散層（図示せず）に転送され、増幅回路（図示せず）で増幅されることにより、画素ごとの出力信号として読み出される。
【０１０３】
続いて、入射光は、第３の上部透明電極２０Ｅを透過して、赤色感光層である第３の光電変換膜３０Ｃ（Ｒ）に入射する。第３の光電変換膜３０Ｃ（Ｒ）に入射した光は、赤色の波長の光が吸収される。従って、第３の光電変換膜３０Ｃ（Ｒ）を挟む第３の上部透明電極２０Ｅと第３の下部透明電極２０Ｆとの間に電圧を印加することにより、各画素で吸収された光量に対応する光電荷が発生する。
【０１０４】
続いて、第３の光電変換膜３０Ｃ（Ｒ）で発生した電荷は、ビア７Ｃを介して電荷蓄積部５まで搬送される。その後、電荷蓄積部５まで搬送された電荷は、例えば、半導体基板６の浮遊拡散層（図示せず）に転送され、増幅回路（図示せず）で増幅されることにより、画素ごとの出力信号として読み出される。
【０１０５】
ここで、第４の光電変換膜３０Ｄ（Ｇ）の上には、直接に（又は上部透明電極２０Ａ、２０Ｃ及び２０Ｅのいずれかと同一の材料からなる上部電極を介して）遮光電極４を設けている。このため、入射した光は、遮光電極４によって遮られるので、第４の光電変換膜３０Ｄ（Ｇ）には入らない。これにより、第４の光電変換膜３０Ｄ（Ｇ）を挟む遮光電極４（及びその下側に積層された上部電極）と第４の下部透明電極２０Ｇとの間に電圧を印加した場合に発生する電荷は、光が入射していない場合の電荷、すなわち暗電流となる。この暗電流を第４の光電変換膜３０Ｄ（Ｇ）の下部の第４の下部透明電極２０Ｇと電気的に接続されているビア７Ｄを介して半導体基板６の上部に設けられた電荷蓄積部５に搬送する。さらに、搬送した電荷を、例えば、浮遊拡散層に転送して読み出し、増幅回路で増幅することにより、画素ごとの遮光時の出力信号を得ることができる。
【０１０６】
従って、第４の光電変換膜３０Ｄ（Ｇ）の構成材料と、第１〜第３の各光電変換膜３０Ａ（Ｂ）、３０Ｂ（Ｇ）及び３０Ｃ（Ｒ）のいずれかの構成材料とを同一とし、同一の製造条件で成膜し、各光電変換膜の上部電極及び下部電極に印加する電圧駆動条件も同一とすれば、各光電変換膜３０Ａ〜３０Ｃで発生する暗電流はほぼ同量とみなすことができる。
【０１０７】
これにより、固体撮像装置１００に光を入射して、各光電変換膜３０Ａ（Ｂ）、３０Ｂ（Ｇ）及び３０Ｃ（Ｒ）で生成された電荷から得られた出力信号からなる撮影画像を本画像とし、一方、各光電変換膜３０Ａ（Ｂ）、３０Ｂ（Ｇ）及び３０Ｃ（Ｒ）の上部電極及び下部電極に印加する電圧駆動条件と同一の駆動条件で第４の光電変換膜３０Ｄ（Ｇ）に電圧を印加し、生成した電荷、すなわち暗電流成分として得られた出力信号からなる撮影画像を遮光画像とすれば、本画像データから遮光画像データを減算処理することにより、本画像から暗電流ノイズを除去することができ、高画質の画像データを得ることができる。
【０１０８】
このとき、各光電変換膜３０Ａ（Ｂ）、３０Ｂ（Ｇ）、３０Ｃ（Ｒ）及び３０Ｄ（Ｇ）の各上部電極及び各下部電極に印加する電圧駆動と、各光電変換膜３０Ａ（Ｂ）、３０Ｂ（Ｇ）、３０Ｃ（Ｒ）及び３０Ｄ（Ｇ）で生成された電荷を電荷蓄積部５へ搬送して出力信号として得るまでの制御とを同時に又は並行して行うことにより、暗電流ノイズを補正する場合においても、撮像時間の増大を避けることができる。
【０１０９】
なお、光電変換膜３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃとして、青（Ｂ）、緑（Ｇ）及び赤（Ｒ）の３原色の光吸収特性を有する３層の光電変換膜について説明したが、これに限られず、光電変換膜３０Ａ〜３０Ｃは、シアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｇ）、黄（Ｙｅ）及び緑（Ｇ）の補色の光吸収特性を有する４色の光電変換膜に置き換えてもよい。
【０１１０】
また、遮光電極４の下に配置する光電変換膜３０Ｄは、一例として緑色感光層として説明したが、これに限られず、青（Ｂ）若しくは赤（Ｒ）の原色、又はシアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｇ）若しくは黄（Ｙｅ）の補色の光吸収特性を有する光電変換膜に置き換えてもよい。
【０１１１】
さらに、光電変換膜は３０Ｄの１層ではなく、遮光電極４の上方に位置する複数の光電変換膜３０Ａ〜３０Ｃのそれぞれに対応して、複数の光電変換膜を遮光電極４の下側に設けた積層構造としてもよい。この場合、上記の説明と同様に、補正用の各光電変換膜の上部及び下部に電極を設け、各下部電極と電荷蓄積部とをビアを介して接続し、それぞれの光電変換膜で発生した遮光時の出力信号を個別に得る構成とすることにより、１色だけの暗電流成分の補正ではなく、全色に対応した暗電流成分の補正が可能となる。
【０１１２】
また、本実施形態に係る固体撮像装置の制御方法については、第１の実施形態に係る制御方法と実質的に同一であるため説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本開示に係る固体撮像装置及びその制御方法は、光電変換膜を有する受光素子を備えたイメージセンサを搭載したデジタルカメラ等において有用である。
【符号の説明】
【０１１４】
１００  固体撮像装置
１      カラーフィルタ
２Ａ    第１の上部透明電極
２Ｂ    第１の下部透明電極
２ｂ    開口部（第３開口部）
２Ｃ    第２の下部透明電極
２０Ａ  第１の上部透明電極
２０Ｂ  第１の下部透明電極
２０Ｃ  第２の上部透明電極
２０Ｄ  第２の下部透明電極
２０Ｅ  第３の上部透明電極
２０Ｆ  第３の下部透明電極
３Ａ    第１の光電変換膜
３Ｂ    第２の光電変換膜
３ｂ    開口部（第１開口部）
３０Ａ  第１の光電変換膜
３０Ｂ  第２の光電変換膜
３０ｂ  開口部
３０Ｃ  第３の光電変換膜
３０Ｄ  第４の光電変換膜
３０ｄ  開口部
４      遮光電極（遮光膜）
４ａ    開口部（第２開口部）
５      電荷蓄積部
６      半導体基板
７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ  ビア
８Ａ    第１の層間膜
８Ｂ    第２の層間膜
８Ｃ    第３の層間膜
８Ｄ    第４の層間膜
８Ｅ    第５の層間膜
１０    上部電極
１１    位相差ＡＦ信号受信部
１２    位相差ＡＦ信号受信部
１３、１３Ａ、１３Ｂ  光
１５    撮像レンズ
１６Ａ、１６Ｂ  光強度分布
１７    入射面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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