JP2006344888A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＯＢ画素に不要な光が入射した場合の暗出力の基準値変動を低減することである。
【解決手段】 半導体基板１１４上に形成される有効画素領域１０２およびＯＢ画素領域１０３において、Ｎ型半導体領域１０９とＰ型半導体領域１０８および１１２とのＰＮ接合部を形成し、Ｐ型半導体領域１１２に比べ、半導体基板１１４の表面を基準として、その浅い位置にＰ型半導体領域１１１を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は撮像装置に関する発明であり、特にそのオプティカルブラック画素と有効画素との構造の関係に関する。

一般にデジタルカメラやカムコーダに用いられる撮像装置は、画像を形成する信号を出力する画素が形成された有効画素領域と、遮光膜にて遮光された画素、すなわちオプティカルブラック（以下ＯＢ）画素とを有する。このＯＢ画素の出力信号は、暗出力の基準となるため、ＯＢ画素は有効画素と同等の暗電流を持ち、撮像装置内に入射した光による出力信号の変動が起こらないことが好ましい。

このＯＢ画素の出力信号を安定化させるため、不要な電荷がＯＢ画素に入ることを抑制する技術がある。（特許文献１および２参照）しかし、不要な光が半導体基板裏面において反射、散乱してＯＢ画素に入射することによるＯＢ画素の出力信号の変動を抑制することは困難である。

ここで、この不要な光とは、半導体基板（例えばシリコン）中において吸収係数が小さい光、たとえば赤外光である。

赤外光が有効画素領域から入射し、大部分が吸収されずに半導体基板の裏面に到達したのち、反射、散乱し、ＯＢ画素領域へ入射する。この時、ＯＢ画素領域において光電荷の励起が起こって出力信号が変動し、暗出力の基準が崩れるため、例えば色バランスが崩れるなどの弊害が生じる。

この現象の影響を低減する手段の一つには、赤外光を除くフィルターの装着が挙げられる。しかし、フィルターの装着はコストアップにつながり、かつ、天体撮影の際には赤外光を必要とする場合もあるため、好ましくない。

そこで、ＯＢ画素の感度を下げることが有効である。例えば、ＯＢ画素の光電変換素子の面積を減らすことにより、ＯＢ画素の感度を下げることが提案されている。（特許文献３参照）
特開２００２−１１０９５５号公報 特開２００３−０３１７８８号公報 特開２００３−１３４４００号公報

しかしながら、特許文献３に記載されている構成の固体撮像素子では、光電変換素子の面積を減らすため、有効画素とＯＢ画素の暗電流に差異が生じ、これにより暗出力の基準となる値が変動してしまう場合がある。また、光電変換素子の構造に制約を受けるため、有効画素部、ＯＢ画素部の画素構造の設計の自由度が低いという問題があった。

本発明は、このような技術課題を鑑みて成されたものであり、ＯＢ画素に不要な光が入射した場合の暗出力の基準値変動を低減することが可能な撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の骨子は、半導体基板と、該半導体基板に形成された画像信号を形成するための有効画素と暗出力の基準信号を形成するためのオプティカルブラック画素とを有する撮像装置であって、前記有効画素は、第１導電型の半導体領域と該半導体領域の前記半導体基板表面側に形成された、信号電荷と同導電型の第２導電型の半導体領域と、により形成された光電変換素子を有し、前記オプティカルブラック画素は、第１導電型の半導体領域と該半導体領域の前記半導体基板表面側に形成された第２導電型の半導体領域と、により形成された光電変換素子を有しており、前記オプティカルブラック画素の光電変換素子を形成する第１導電型の半導体領域が、前記有効画素の光電変換素子を形成する第１導電型の半導体領域に比べて、前記半導体基板表面を基準に、前記半導体基板の浅い位置に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、ＯＢ画素に光が入射した場合においても、暗出力の基準値の変動を低減させることが可能となる。

本発明の撮像装置は、画像信号を形成するための有効画素が、第１導電型の半導体領域とその半導体領域の半導体基板表面側に形成された、信号電荷と同導電型の第２導電型の半導体領域と、により形成された光電変換素子を有している。更に、暗出力の基準を提供するためのＯＢ画素が、第１導電型の半導体領域とその半導体領域の半導体基板表面側に形成された第２導電型の半導体領域と、により形成された光電変換素子を有している。そして、このＯＢ画素の光電変換素子を形成する第１導電型の半導体領域が有効画素の光電変換素子を形成する第１導電型の半導体領域に比べて、半導体基板の浅い位置に形成されていることを特徴としている。

ここで、「半導体基板表面」は、画素が形成された側の半導体基板の主表面を表す。その「表面」は、半導体基板上に窒化物や酸化物などによって形成される層間膜や反射防止膜などと、半導体基板との界面を示す。その半導体基板表面を基準に半導体基板内部への距離を基板深さとする。

また、材料基板である半導体基板を「基板」と表現するが、以下のような材料基板が処理された場合も含む。例えば、１又は複数の半導体領域等が形成された状態の部材、又は、一連の製造工程を途中にある部材、又は、一連の製造工程を経た部材を基板と呼ぶこともできる。

また、各半導体領域の外縁は、その周囲の半導体領域が自身の導電型と同導電型である場合には、その不純物濃度が略一致する領域を外縁とする。更に、周囲の半導体領域が自身の導電型と逆導電型の場合には、それぞれのｎｅｔ不純物濃度が略ゼロとなる領域を外縁とする。

図１においてこの構成を説明すると、有効画素領域１０２の光電変換素子を形成するための第１導電型の半導体領域は１１２に、第２導電型の半導体領域は１０９に対応している。また、ＯＢ画素領域１０３の光電変換素子を形成するための第１導電型の半導体領域は１１１に、第２導電型の半導体領域は１０９に対応している。

更に、有効画素、ＯＢ画素の第１導電型の半導体領域が不純物濃度ピークを有している撮像装置にも本発明は適用可能である。この場合には、有効画素領域の第１導電型の半導体領域の不純物濃度ピークに比べて、ＯＢ画素の第１導電型半導体領域の不純物濃度ピークが半導体基板の浅い位置に配されていればよい。

また、それぞれの第１導電型の半導体領域の不純物濃度ピークが複数存在する場合にも、その最大のピークが、有効画素に比べＯＢ画素の方が半導体基板に浅くある構成であればよい。

以上述べたような構成によれば、有効画素領域１０２とＯＢ画素領域１０３の第１導電型半導体領域が同様の深さまで形成された場合に比べ、ＯＢ画素領域１０３の電荷蓄積領域となりうる１０９に電荷が集まりにくい。したがって、不要な光がＯＢ画素領域１０３へ入射したことによる暗出力の基準値の変動を低減させることが可能となる。また第１導電型の半導体領域の深さで感度を制御しているために、有効画素部、ＯＢ画素部のＰＮ接合部付近の設計自由度は上がる。

また、有効画素領域１０２においては、ＯＢ画素領域１０３に比べ、第１導電型半導体領域が半導体基板深くまで形成されているため、半導体基板深部にて光電変換する赤外光によって生じる電荷を第２導電型の半導体領域１０９に集めやすい。

図１においては、有効画素領域１０２とＯＢ画素領域１０３の第１導電型の半導体領域１１１とを別の領域として図示している。しかし、同一工程で共通領域を形成した後に、有効画素領域１０２のみ共通領域よりも深い位置に更に第１導電型の半導体領域を形成してもよい。この場合においては、共通領域とこれよりも深い位置に配された第１の半導体領域とを連続的に配置するのが好ましい。

ここで、半導体領域を連続的に配置するとは、同一導電型の半導体領域の間に他の導電型の半導体領域がない状態をいう。更に、同一導電型の半導体基板を用いていた場合には、その不純物濃度よりも濃い不純物濃度を有している状態をいう。

また、共通領域と深い位置に配された第１の半導体領域との間に、第２導電型の領域が存在してもよいが、信号蓄積時に空乏化するような厚さ、不純物濃度に設定する。

このようにして得られた有効画素領域１０２の出力信号には、固有のオフセット成分、いわゆる暗出力成分が重畳されている。ここで、同様にして得られたＯＢ画素領域１０３の出力信号は暗出力の基準値として用いられ、有効画素領域１０２の出力信号からそれが差分される。そこで、有効画素領域１０２の出力信号から、固有のオフセット成分が除去された良好な画像信号を得る。

（画素の回路構成）
図１４に有効画素およびＯＢ画素の回路構成の一例を示す。各画素は１４１０にて示される。

画素１４１０は、光電変換素子であるフォトダイオード１４００、転送トランジスタ１４０１、リセットトランジスタ１４０２、増幅トランジスタ１４０３、選択トランジスタ１４０４を含み構成される。ここで、電源線はＶｃｃ、出力線は１４０６にて示している。

フォトダイオード１４００は、そのアノードが接地線に接続され、そのカソードが転送トランジスタ１４０１のソースに接続されている。また、転送トランジスタのソースがフォトダイオードのカソードを兼ねることも可能である。

転送トランジスタ１４０１のドレインが転送領域であるフローティングディフュージョン（以下ＦＤ）を構成し、そのゲートが転送信号線に接続されている。更に、リセットトランジスタ１４０２は、そのドレインが電源線Ｖｃｃに接続され、そのソースがＦＤを構成し、そのゲートがリセット信号線に接続されている。

増幅トランジスタ１４０３は、そのドレインが電源線Ｖｃｃに接続され、そのソースが選択トランジスタ１４０４のドレインに接続され、そのゲートがＦＤに接続されている。選択トランジスタ１４０４は、そのドレインが増幅トランジスタ１４０３のソースに接続され、そのソースが出力線１４０６に接続され、そのゲートが垂直選択回路（不図示）によって駆動される垂直選択線に接続されている。

ここで示した回路構成は、本発明の全ての実施例に適用可能であるが、例えば、転送トランジスタがない構成、複数画素でトランジスタを共有するような他の回路構成にも適用可能である。

以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

（第１の実施例）
図１は第１の実施例の撮像装置の断面図である。１０１は周辺回路領域であり、１０２は有効画素領域、１０３はＯＢ画素領域である。１０４は素子分離であり、この図面においてはＬＯＣＯＳ酸化膜にて形成されている。周辺回路領域１０１には有効画素、ＯＢ画素から信号を読み出し、処理するためのＣＭＯＳ回路が形成されている。

有効画素領域１０２およびＯＢ画素領域１０３には、それぞれのＰ型半導体領域１１１および１１２、信号電荷と同導電型のＮ型半導体領域１０９とＰ型半導体領域１０８とによりなる埋め込み型のフォトダイオードが形成される。遮光層１１０は、有効画素領域１０２において開口が設けられており、ＯＢ画素１０３および周辺回路領域１０１においては開口がなく、遮光されている。

ＯＢ画素領域１０３に形成されたＰ型半導体領域１１１は、有効画素領域１０２に形成されたＰ型半導体領域１１２と比べ、半導体基板１１４に浅く形成されるため、その深部側で生じる電荷を取り込みにくい構造となっている。したがって、有効画素領域１０２から入射し半導体基板裏面１１３にて反射、散乱してＯＢ画素領域に入射するような不要な光によって生じる電荷の収集率を低下させることが可能となる。そして不要な光に対する感度を低下させることができる。

また、Ｐ型半導体領域１１２は、Ｐ型半導体領域１１１に比べ、半導体基板１１４深部まで形成される。よって、半導体基板１１４の深部において光電変換によって生じた電荷をＮ型半導体領域１０９に効率良く収集、蓄積することができる。

図２において、本実施例における不純物濃度プロファイルを詳細に説明する。

図２は、図１におけるＡ−ＢおよびＣ−Ｄに沿ったｎｅｔ不純物濃度プロファイル（以下、濃度プロファイル）を示した図面である。図１のＰ型半導体領域１０８およびＮ型半導体領域１０９の濃度プロファイルはＡ−ＢおよびＣ−Ｄにおいて等しく、それぞれ図２の２０８、２０９となる。ここで、本明細書内にて用いられているｎｅｔ不純物濃度は、Ｎ型不純物とＰ型不純物の濃度の差である。濃度プロファイルの図中には、いずれか優勢な不純物種類を示している。そして、この濃度プロファイルは、ピークを有する場合と緩やかな曲線を描く場合があるが、それは製造方法によるものであり、それら濃度プロファイルのピークは半導体領域と対応している。

２１１はＰ型半導体領域１１１の濃度プロファイル、すなわち図１のＡ−Ｂにおける濃度プロファイルを示す。また、２１２はＰ型半導体領域１１２の濃度プロファイル、つまり図１のＣ−Ｄにおける濃度プロファイルを示す。濃度プロファイル２１１、濃度プロファイル２１２を参照すると、濃度プロファイル２１１は濃度プロファイル２１２に比べて、半導体基板１１４の浅い部分までしか形成されていないことがわかる。

図３に、図１のＡ−Ｂ部を含むＯＢ画素領域１０３の分光感度を３０３にて、Ｃ−Ｄ部を含む有効画素領域１０２の分光感度を３０２にて示す。

図２のようなプロファイルをもつ構成によって、特に長波長側での３０２および３０３の分光感度に違いが生じる。有効画素領域１０２に比べＯＢ画素領域１０３の感度が低くなっていることが分かる。

本実施例の製造方法には、一般的なＣＭＯＳプロセスを応用することが可能である。具体的には、ＬＯＣＯＳ酸化膜１０４を形成する前に、半導体基板１１４の表面からイオン注入を行う製造方法である。またはＬＯＣＯＳ酸化膜１０４を突き抜ける加速エネルギーでイオン注入を行うことで所望の半導体領域を形成することができる。そのイオン注入後に熱拡散処理を行うことで、なだらかな濃度プロファイルを有する半導体領域を形成できる。

このような製造方法において、有効画素部とＯＢ画素部のＰＮ接合付近を同一工程にて形成する。すると、その接合付近における濃度プロファイル２１１および２１２はほぼ重なる曲線となり不純物濃度がほぼ等しくなる。よって、それら接合に印加される電界やその空乏層の広がりが同等となり、暗電流の大きさも実質的に等しくすることが可能となる。もちろん、同一工程でなくとも、その接合付近の濃度プロファイルがほぼ等しくなるように考慮して、半導体領域を形成すればよい。

また、半導体基板１１４の深部においては、Ｐ型半導体領域１１２の濃度プロファイルがＰ型半導体領域１１１に比べて大きく、そのピークが半導体基板１１４深部側に現れることが好ましい。それによって、半導体基板１１４深部での電荷を効率よくＮ型半導体領域１０９に収集することが可能となり、有効画素領域１０２の感度を向上させることが可能となる。

ここで、Ｐ型半導体領域とＮ型半導体領域の接合界面の濃度プロファイルが略等しい構成に関して説明したが、本実施例に限らず、以下いずれの実施例においても暗電流が問題にならない程度に異ならせることも可能である。

例えば、周辺画素領域１０１およびＯＢ画素領域１０３のＰ型半導体領域１０７および１１１を同一の工程で形成する場合である。すなわち、同一工程にてイオンの注入および熱拡散処理を行い、Ｐ型半導体領域１０７および１１１を形成する。このＰ型半導体領域は共通の領域でもよい。更に、有効画素領域１０２におけるＰ型半導体領域１１２を、それらと異なるマスクにてイオン注入を行い、熱拡散処理を行うことで図２に示すような濃度プロファイルを得ることができる。

この製造方法によると工数を削減することが可能となる。更に、有効画素領域１０２のＮ型半導体領域１０９から電荷があふれるような強い光が入射した際、あふれた電荷がＯＢ画素領域１０３に入り込むことを低減することができる。

ここで、以上の工程において、イオンの注入は複数回でもよく、また熱拡散処理を行わない製造方法でもよく、さらに、イオン注入ではなくエピタキシャル成長によってエピ層を形成することで半導体領域を形成してもよい。また、これらの製造方法は、本実施例に限らず以下の実施例においても適応可能である。

（第２の実施例）
本実施例の実施例１と異なる点は、半導体基板１１４にＰ型の半導体領域を形成した後に、別工程で、その深い位置にＰ型半導体領域を形成した点である。

図４および図５を用いて本実施例を説明する。いずれの図においても、第１の実施例と同様の機能を有する場合には同じ符号を付している。

図４において示す１１１および４１１は、有効画素領域１０２およびＯＢ画素領域１０３のそれぞれにおけるＰ型半導体領域であり、それらは概ね同一の濃度プロファイルを有する。また、図５におけるＰ型半導体領域５１１は、有効画素領域１０２およびＯＢ画素領域１０３において共通となっている。

いずれの場合においても、Ｐ型半導体領域１１１と４１１あるいは５１１は、Ｐ型半導体領域１０７と同一工程で形成することもでき、工数が削減できる。さらに、有効画素領域１０２とＯＢ画素領域１０３におけるＮ型半導体領域１０９との接合面近傍を同一条件にて形成することが容易となる。よって、有効画素領域１０２およびＯＢ画素領域１０３の濃度プロファイルが概ね等しくなり、暗電流も同等にすることが可能となる。

さらに、図４および図５において、有効画素領域１０２の半導体基板１１４深部にＰ型半導体領域４１２あるいは５１２が形成され、第１の実施例と同様の効果が得られる。

本実施例の撮像装置の製造方法は、第１の実施形態と同様のプロセスを用いることが可能である。ここで、図４および図５について詳細に説明する。

本実施例においては、Ｐ型半導体領域１０７と４１１と１１１、あるいは１０７と５１１とを同一の工程で形成することができる。具体的には、不純物イオン注入の後、熱拡散処理を行い均一な濃度プロファイルのＰ型半導体領域を形成する。その後、有効画素領域１０２に対応するその深部側のみイオン注入を行いＰ型半導体領域４１２あるいは５１２を形成する。

また、Ｐ型半導体領域４１１あるいは５１１をイオン注入によって形成したのち、Ｐ型半導体領域４１２あるいは５１２のイオン注入を行い、合わせて熱拡散処理を行うことも可能である。その際には熱拡散を考慮した設計を行えばよい。

図８のＰ型半導体領域８１２のように、複数回のイオン注入を行ってもよく、図９のＰ型半導体領域９１１のように、複数回のイオン注入によって形成した後に、半導体基板１１４深部にＰ型半導体領域９１２を形成してもよい。この場合の濃度プロファイルは図１０のようになる。やはり、濃度プロファイル１０１２に比べて濃度プロファイル１０１１のピークは、半導体基板１１４の浅くにある。この場合には、電荷の収集効率、フォトダイオードの空乏化に要する電圧等により、各不純物濃度を設定する。

次に、本実施例の濃度プロファイルについて説明する。図４、図５の構成において、主要部の濃度プロファイルの差はほぼないため以下、図５の場合について説明する。

図６に、Ｐ型半導体領域５１２に熱拡散処理を施さない製造方法にて、また図７にＰ型半導体領域５１１および５１２ともに熱拡散処理を行った製造方法にて得られた濃度プロファイルを示す。いずれも、図２と同様の機能を有する半導体領域の濃度プロファイルには符号を一致させている。

図６および図７において、６１２あるいは７１２は、図５のＣ−ＤにおけるＰ型半導体領域５１１および５１２の濃度プロファイルを示し、６１１あるいは７１１は図５のＡ−ＢにおけるＰ型半導体領域５１１の濃度プロファイルを示す。

第１の実施例にて述べたように、６１２あるいは７１２は、６１１あるいは７１１に比べて半導体基板１１４深くにＰ型半導体領域５１２のピークを有する。

ここで、図６にＰ型半導体領域５１２の熱拡散処理を行わない製造方法において得られた濃度プロファイルを示す。それは、半導体基板深さ方向への拡散広がりが小さく、シャープなピークを有し、深さ方向における濃度プロファイルが制御しやすい。つまり、熱拡散処理を行わない本製造方法を用いれば、Ｐ型半導体領域５１１と５１２あるいはＮ型半導体領域１０９との接合部分の位置決めが容易となる。

熱拡散処理を行う製造方法においては、不純物は半導体基板１１４深さ方向に加えその水平方向にも拡散する。その際、有効画素領域１０２から不純物が拡散し、ＯＢ画素領域１０３での濃度プロファイルが変化する場合がある。このため、一般的には、有効画素領域１０２に近接するＯＢ画素の出力信号は利用せず、有効画素領域１０２から数画素離れた画素からの出力信号を利用している。

しかし、熱拡散処理を行わない本製造方法であれば、Ｐ型半導体領域５１１の熱拡散処理の後にＰ型半導体領域５１２を形成するため、ＯＢ画素領域１０３への不純物拡散による影響を低減させることが可能となる。つまり、有効画素領域１０２に近接するＯＢ画素領域１０３におけるＯＢ画素全ての出力信号を用いることができ、ＯＢ画素数を減らすことが可能となる。よって、撮像装置のチップサイズを小さくすることが可能となり、また、読み出し画素数を減らせるため、高速化や消費電力の低減が可能となる。

ここで、Ｐ型半導体領域５１１の拡散範囲は厳密ではなく、ＯＢ画素領域１０３に拡散されていてもよい。その許容範囲としては、有効画素領域１０３に隣接するＯＢ画素領域１０２のＮ型半導体領域１０９の半導体基板１１４深部において、有効画素領域１０３のＰ型半導体領域５１１の濃度プロファイルが、半導体基板１１４と同等であればよい。従って、このような濃度プロファイルを留意すれば、熱拡散処理を行った場合においても、ＯＢ画素領域１０３への不純物拡散の影響を低減することが可能となる。

（第３の実施例）
本実施例の撮像装置の断面図を図１１に示す。本実施例は、Ｎ型半導体基板１１４に、電荷蓄積可能なＮ型半導体領域１１０３をエピ層として設け、これを画素ごとにポテンシャル障壁として機能するＰ型半導体領域１１０１によって分離し、各画素を形成している。更に、Ｎ型半導体基板１１４に信号電荷が拡散しないように、基板深部にポテンシャル障壁として機能するＰ型半導体領域１１０２を設けている。

このような構成においても本発明は適用可能である。この基板深部に設けられたＰ型半導体領域１１０２が、有効画素領域１０２に比べてＯＢ画素領域１０３において、半導体基板表面を基準に半導体基板の浅い位置に形成されていればよい。このような構造により、有効画素領域１０２に比べＯＢ画素領域１０３において、基板深部で発生した電荷を電荷蓄積領域１１０３へ拡散しないようにすることが可能となる。すなわち、ＯＢ画素領域の感度を下げることが可能となる。

（撮像モジュールへの応用）
図１２は、本発明の第１乃至第３の実施例にて説明した撮像装置を、携帯機器に用いられる撮像モジュールへ適用した場合の一例を示す構成図である。

セラミック等の基板１２０７上に撮像装置１２００を設置し、封止するカバー部材１２０４がある。この基板１２０７は撮像装置１２００と電気的な接続がされている。撮像装置１２００上には、光を取り込む光学部分１２０５と光学ローパスフフィルタ１２０６が設置されている。更に、撮像レンズ１２０２およびそれを固定する鏡筒部材１２０１がカバー部材１２０４を覆い基板１２０７とよく封しされている。

本応用において、基板１２０７上には、本発明の撮像装置のみならず、撮像信号処理回路、Ａ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）やモジュール制御部が搭載されていてもよい。また、それらが撮像装置と同一半導体基板（図１、１１４）上に、同一工程によって形成されていてもよい。

（デジタルカメラへの応用）
図１３は、本発明の第１乃至第３の実施例にて説明した撮像装置を撮像システムの一例であるデジタルカメラへ適用した場合のブロック図である。

撮像装置である固体撮像素子１３０４へ光を取り込むための構成として、シャッター１３０１、撮像レンズ１３０２、絞り１３０３がある。シャッター１３０１は固体撮像素子１３０４への露出を制御し、入射した光は、撮像レンズ１３０２によって固体撮像素子１３０４に結像される。このとき、絞り１３０３によって光量が制御される。

取り込まれた光に応じて固体撮像素子１３０４から出力された信号は、撮像信号処理回路１３０５にて処理され、Ａ／Ｄ変換器１３０６によってアナログ信号からデジタル信号へ変換される。出力されたデジタル信号は、更に信号処理部１３０７にて演算処理され撮像画像データが生成される。撮像画像データは、ユーザーの動作モードの設定に応じ、デジタルカメラに搭載されたメモリ１３１０への蓄積や、外部Ｉ／Ｆ部１３１３を通してコンピュータやプリンタなどの外部の機器への送信ができる。また、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部１３１１を通して、デジタルカメラに着脱可能な記録媒体１３１２に撮像画像データを記録することも可能である。

固体撮像素子１３０４、撮像信号処理回路１３０５、Ａ／Ｄ変換器１３０６、信号処理部１３０７はタイミング発生部１３０８により制御されるほか、システム全体は全体制御部・演算部１３０９にて制御される。また、これらのシステムは、固体撮像素子１３０４と同一の半導体基板（図１、１１４）上に、同一工程によって形成することも可能である。

なお、上述の各実施形態は限定されるものではなく、例えば、フォトダイオードはフォトゲートなど一般的な光電変換素子でよい。また、不純物の極性を全て反転し、ホール蓄積型の動作を行う場合においても本発明の効果は有効である。

本発明の第１の実施例の撮像装置の断面図である。 本発明の第１の実施例の撮像装置のｎｅｔ不純物濃度プロファイルである。 本発明の第１の実施例の撮像装置の分光感度である。 本発明の第２から第４の実施例の撮像装置の断面図である。 本発明の第２から第４の実施例の撮像装置の断面図である。 本発明の第２から第４の実施例のｎｅｔ不純物濃度プロファイルである。 本発明の第２から第４の実施例のｎｅｔ不純物濃度プロファイルである。 本発明の第２の実施例の撮像装置の断面図である。 本発明の第２実施例の撮像装置の断面図である。 本発明の第２の実施例のｎｅｔ不純物濃度プロファイルである。 本発明の第３の実施例の撮像装置の断面図である。 本発明の撮像装置を応用した一例の撮像モジュールの構成図である。 本発明の撮像装置を応用した一例のデジタルカメラの構成を示すブロック図である。 本発明の撮像装置の等価回路の一例である。

符号の説明

１０１ 周辺回路領域
１０２ 有効画素領域
１０３ ＯＢ画素領域
１０４ 画素分離領域
１０８ Ｐ型半導体領域
１０９ Ｎ型半導体領域
１１０ 遮光膜
１１１、１１２ Ｐ型半導体領域
１１３ 半導体基板裏面
１１４ 半導体基板
２０８ Ｐ型半導体領域のｎｅｔ不純物濃度プロファイル
２０９ Ｎ型半導体領域のｎｅｔ不純物濃度プロファイル
２１１ 撮像装置断面図のＡ−Ｂにおけるｎｅｔ不純物濃度プロファイル
２１２ 撮像装置断面図のＣ−Ｄにおけるｎｅｔ不純物濃度プロファイル
４０２ 有効画素領域における分光感度
４０３ ＯＢ画素領域における分光感度

Claims (10)

1. 半導体基板と、該半導体基板に形成された画像信号を形成するための有効画素と暗出力の基準信号を形成するためのオプティカルブラック画素とを有する撮像装置であって、
   前記有効画素は、第１導電型の半導体領域と
   該半導体領域の前記半導体基板表面側に形成された、信号電荷と同導電型の第２導電型の半導体領域と、により形成された光電変換素子を有し、
   前記オプティカルブラック画素は、第１導電型の半導体領域と
   該半導体領域の前記半導体基板表面側に形成された第２導電型の半導体領域と、により形成された光電変換素子を有しており、
   前記オプティカルブラック画素の光電変換素子を形成する第１導電型の半導体領域は、前記有効画素の光電変換素子を形成する第１導電型の半導体領域に比べて、前記半導体基板表面を基準に、前記半導体基板の浅い位置に形成されていることを特徴とする撮像装置。
2. 前記有効画素の光電変換素子を形成する第１導電型の半導体領域は、異なる深さに配された複数の半導体領域を有し、
   前記複数の半導体領域はそれぞれ不純物濃度ピークを有しており、
   前記複数の半導体領域のうち、前記半導体基板の最も深い位置に配された半導体領域の前記不純物濃度ピークが最大となることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記有効画素および前記オプティカルブラック画素から信号を読み出すための周辺回路を有し、
   該周辺回路は、第１導電型の半導体領域を有しており、
   前記オプティカルブラック画素の前記第１導電型の半導体領域と前記周辺回路の前記第１導電型の半導体領域とを同一工程にて形成したことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記有効画素の光電変換素子を形成する第１導電型の半導体領域と、前記オプティカルブラック画素の光電変換素子を形成する第１導電型の半導体領域とが、連続して形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 半導体基板と、該半導体基板に形成された画像信号を形成するための有効画素と暗出力の基準信号を形成するためのオプティカルブラック画素とを有する撮像装置であって、
   前記有効画素は、第１導電型の第１の半導体領域と
   該半導体領域の前記半導体基板表面側に形成された、信号電荷と同導電型の第２導電型の第２の半導体領域と、により形成された光電変換素子を有し、
   前記オプティカルブラック画素は、第１導電型の第３の半導体領域と
   該半導体領域の前記半導体基板表面側に形成された第２導電型の第４の半導体領域と、により形成された光電変換素子を有し、
   前記半導体基板表面を基準に、前記第１の半導体領域よりも深い位置に、前記第１の半導体領域に連続して第１導電型の第５の半導体領域が配されていることを特徴とする撮像装置。
6. 前記第５の半導体領域の不純物濃度は、前記第１および前記第３の半導体領域の不純物濃度よりも高いことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記第５の半導体領域は、異なる深さに配された複数の半導体領域を有し、
   前記複数の半導体領域はそれぞれ不純物濃度ピークを有しており、
   前記複数の半導体領域のうち、前記半導体基板の最も深い位置に配された半導体領域の不純物濃度ピークが最大となることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
8. 前記第１の半導体領域と、前記第３の半導体領域とが、連続して形成されていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置と、前記撮像装置へ光を結像するレンズ部材と、前記レンズ部材を保持する鏡筒部材と、を有することを特徴とする撮像モジュール。
10. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置と、前記撮像装置へ光を結像する光学系と、前記撮像装置からの出力信号を処理する信号処理回路と、を有することを特徴とする撮像システム。

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