JP2011187589A - 固体撮像素子、撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光電変換部表面で発生する電荷による偽信号を低減することが可能な固体撮像素子を提供する。
【解決手段】列方向Ｙに並ぶ複数の光電変換部２からなる列には、その右側部に電荷転送路３が対応して配置されている。光電変換部２とこれに対応する電荷転送路３との間には電荷読み出し領域４が形成され、光電変換部２とこの側部にある電荷転送路３との間の領域のうち、電荷読み出し領域４を除く領域には、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５が形成されている。半導体基板上方には、電荷転送路３を遮光する遮光膜９が形成されており、この遮光膜９には電源端子が接続されている。更に、この遮光膜９は、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５と電気的に接続する接続部９ａを有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体撮像素子、撮像装置に関する。

ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型の固体撮像素子では、暗電流低減等のために、埋め込み型のフォトダイオードが一般的に用いられている。図１４は、一般的なＣＣＤ型の固体撮像素子の断面模式図である。

図１４に示す固体撮像素子は、ｎ型シリコン基板上に形成されたｐウェル層１０１を備える。図１４の説明では、ｎ型シリコン基板とｐウェル層１０１を併せて半導体基板と言う。

ｐウェル層１０１には、ｎ型不純物層で構成された電荷蓄積領域１０２ａが形成され、この電荷蓄積領域１０２ａとｐウェル層１０１とのｐｎ接合によりフォトダイオード１０２が構成されている。電荷蓄積領域１０２ａの表面にはｐ型不純物で構成された表面シールド領域１０２ｂが形成されており、このフォトダイオード１０２は、半導体基板表面から深い位置に電荷蓄積領域１０２ａが形成された、所謂埋め込み型フォトダイオードとなっている。

電荷蓄積領域１０２ａの図示する例では右隣には、この電荷蓄積領域１０２ａに対応する垂直電荷転送路１０３が形成されている。垂直電荷転送路１０３は、その上方の電荷転送電極Ｖと共に垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）を構成する。電荷蓄積領域１０２ａと、これに対応する垂直電荷転送路１０３との間には電荷読み出し領域１０４が形成されている。

垂直電荷転送路１０３の下にはｐ型不純物層からなるＰＤ−ＰＤ間素子分離領域１０６が形成されている。このＰＤ−ＰＤ間素子分離領域１０６によって電荷蓄積領域１０２ａ同士が分離されている。

垂直電荷転送路１０３と、これに対応しない図示した例では右隣の電荷蓄積領域１０２ａとの間には、ｐ型不純物層からなるＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域１０５が形成されている。このＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域１０５によって、垂直電荷転送路１０３と、これに対応しない電荷蓄積領域１０２ａとが分離されている。

図１４に示した固体撮像素子においては、垂直電荷転送路１０３は半導体基板表面にある一方、フォトダイオードの電荷蓄積領域１０２ａは半導体基板表面から深い位置に存在している。このため、半導体基板表面から深い位置で所望の濃度となるようにＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域１０５を形成する必要がある。この結果、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域１０５の濃度は、半導体基板表面に向かうほど薄くなっている。

また、図１４に示したような固体撮像素子では、表面シールド領域１０２ｂの表面で発生した電荷が、基板表面に沿って横方向に拡散し、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域１０５を越えて隣の電荷転送路１０３に漏れ込んでしまい、混色やスミア等の偽信号が発生することが知られている（特許文献１，２参照）。このような偽信号は、表面シールド領域１０２ｂと垂直電荷転送路１０３との間に電位勾配が発生し、この電位勾配によって電荷が垂直電荷転送路１０３まで拡散しやすくなっているために発生する。

なお、一般に、固体撮像素子では、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域１０５が、内部拡散層にてグラウンド電源（０Ｖを供給する電源（導体））と接続されている。このため、表面シールド領域１０２ｂの表面で発生した電荷が、基板表面に沿って横方向に拡散しても、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域１０５を越えてしまう心配は本来ないはずである。

一般に、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域１０５とグラウンド電源との接続は固体撮像素子のチップ周辺部にて行われる。このため、固体撮像素子のチップ中央付近にあるＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域１０５は、グラウンド電源との接続場所から離れることになり、内部拡散層と高抵抗でグラウンド電源と接続されることになる。したがって、チップ中央付近のＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域１０５の実効的電位はグラウンド電位から浮いた状態（ノーマリーオンの状態）になっており、この結果、基板表面に沿って電荷が垂直電荷転送路まで拡散しやすくなっている。

図１５は、図１４に示した固体撮像素子におけるＡ−Ａ線の断面ポテンシャルを示す図である。図１５に示すように、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域１０５の表面電位はグラウンド電位に張り付いておらず、ここから電荷（スミア電子）が電荷転送路に拡散してしまうことが分かる。

特に、近年の固体撮像素子は、微細化が進んでいるため、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域１０５の幅が小さくなる傾向にあり、表面シールド領域１０２ｂ表面で発生した電荷の拡散距離が短くなって、偽信号が発生しやすくなっている。

また、近年の固体撮像素子は、高感度化も進んでいるため、表面シールド領域１０２ｂ表面で発生して拡散したわずかな電荷でも、偽信号が目立ってしまう。このような事情から、上記電荷の拡散による偽信号を抑制することが画質向上を果たす上で重要な課題となってきている。

特許文献１には、表面シールド領域で発生し横方向に拡散した電荷を捕獲するゲッター部を、フォトダイオードとＶＣＣＤとの間の素子分離領域内に設けることで、偽信号を抑制する構成が開示されている。

また、特許文献２には、フォトダイオードとＶＣＣＤとの間の素子分離領域内に溝を形成し、表面シールド領域で発生した電荷の拡散距離を長くすることで、偽信号を抑制する構成が開示されている。

特許文献１，２の構成は、偽信号の発生を抑制することは可能な構成となっているが、半導体基板内に物理的な構造を追加する必要があるため、素子性能への影響を考慮したり、製造工程数を追加したりする必要があり、コストが嵩んでしまう。

特許文献３には、フォトダイオード同士を分離するチャネルストップ領域と、フォトダイオード以外を遮光する遮光膜とを電気的に接続した構成の固体撮像装置が開示されている。

しかし、この固体撮像装置は、隣接するフォトダイオード間に電荷転送路が存在しない構成であり、フォトダイオード表面で発生した電荷が、そのフォトダイオードから電荷が読み出されない電荷転送部に移動してしまうという課題が発生する構造にはなっていない。

特開２００４−３３５６７４号公報 特開２００１−１８９４４４号公報 特開２００６−８０３８１号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光電変換部表面で発生する電荷による偽信号を低減することが可能な固体撮像素子及びそれを備える撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の固体撮像素子は、半導体基板内に形成された複数の光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を転送する電荷転送部とを有する固体撮像素子であって、前記複数の光電変換部は、列方向に並ぶ複数の前記光電変換部からなる光電変換部列を前記列方向に直交する行方向に複数並べた配置となっており、前記各光電変換部列の同一方向の側部には、当該各光電変換部列に対応して１つの前記電荷転送部が設けられ、前記電荷転送部は、前記半導体基板内に形成された電荷転送路を含み、前記光電変換部の、前記光電変換部で発生した電荷を蓄積する第一導電型の第一の不純物領域から前記半導体基板表面までの領域には、前記第一導電型とは反対導電型である第二導電型の第二の不純物領域が形成され、前記光電変換部と当該光電変換部に対応する前記電荷転送路との間に形成された電荷読み出し領域と、前記光電変換部と当該光電変換部の側部の前記電荷転送路との間の領域のうち、前記電荷読み出し領域を除く領域に形成された素子分離領域と、前記半導体基板上方に設けられ、前記電荷転送部を遮光する遮光膜と、前記遮光膜に接続された電源端子とを備え、前記遮光膜が、前記素子分離領域と前記光電変換部との境界に沿って前記素子分離領域と電気的に接続する接続部を有するものである。

本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動する駆動部とを備え、前記駆動部は、複数種類の電位の中から選択した電位を前記電源端子に供給するものである。

本発明によれば、光電変換部表面で発生する電荷による偽信号を低減することが可能な固体撮像素子及びそれを備える撮像装置を提供することができる。

本発明の一実施形態を説明するためのＣＣＤ型の固体撮像素子の概略構成を部分的に示す平面模式図 図１に示す固体撮像素子のＩＩ−ＩＩ線断面模式図 図１に示した固体撮像素子の部分拡大図 図１に示した固体撮像素子の部分拡大図 図１に示した固体撮像素子の電源端子にグラウンド電位を供給したときのポテンシャル図 図１に示した固体撮像素子の電源端子にマイナス電位を供給したときのポテンシャル図 図１に示した固体撮像素子の第一の変形例を示す図であり、図３に対応する図 図１に示した固体撮像素子の第一の変形例を示す図であり、図２に対応する図 図１に示した固体撮像素子の第二の変形例を示す図であり、図３に対応する図 図１に示した固体撮像素子の第二の変形例を示す図であり、図２に対応する図 図４に示した構成において、遮光膜の開口の張り出し部をなくして当該開口を広げた例を示した図 図７に示した構成において、遮光膜の開口の張り出し部をなくして当該開口を広げた例を示した図 本発明の一実施形態を説明するためのデジタルカメラの概略構成を示すブロック図 一般的なＣＣＤ型の固体撮像素子の断面模式図 図１４に示した固体撮像素子におけるＡ−Ａ線の断面ポテンシャルを示す図

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態を説明するためのＣＣＤ型の固体撮像素子の概略構成を部分的に示す平面模式図である。図１に示す固体撮像素子１０は、複数の光電変換部２と、垂直電荷転送路３と、電荷読み出し領域４と、電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ８と、図示しない水平電荷転送部及び出力部とを備える。

光電変換部２は、例えばフォトダイオードである。複数の光電変換部２は、列方向Ｙに並ぶ複数の光電変換部２からなる光電変換部列を、列方向Ｙに直交する行方向Ｘに複数並べた配置となっている。

光電変換部列のうち、奇数列と偶数列とは、各列の光電変換部２の配列ピッチの１／２だけ列方向Ｙにずれて配置されているが、奇数列と偶数列が列方向Ｙにずれていない配置（光電変換部２を正方格子状に配置したもの）であってもよい。

垂直電荷転送路３は、電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ８と共に垂直電荷転送部（垂直ＣＣＤ）を構成し、光電変換部２に蓄積された電荷を列方向Ｙに転送する。垂直電荷転送路３は、各光電変換部列に対応して設けられている。光電変換部列とそれに対応する電荷転送路３との位置関係は、全ての光電変換部列で同一になっている。図１の例では、各光電変換部列の右側部に、それに対応する電荷転送路３が配置されている。なお、ここでは垂直電荷転送部が８相駆動されるものを例にしたが、これに限らない。例えば、１６相駆動されるものであってもよい。

電荷読み出し領域４は、垂直電荷転送路３とこれに対応する光電変換部列の各光電変換部２との間に設けられており、当該各光電変換部２に蓄積された電荷を当該垂直電荷転送路３に読み出すための領域である。図１では、電荷読み出し領域４を模式的に矢印で示している。

電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ８は、垂直電荷転送路３の上方で列方向Ｙに並べて配置されている。この電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ８に印加するパルスを制御することで、垂直電荷転送路３に読み出した電荷を列方向Ｙに転送することができるようになっている。

図２は、図１に示す固体撮像素子のＩＩ−ＩＩ線断面模式図である。

図２に示す固体撮像素子は、ｎ型シリコン基板１ａ上に形成されたｐウェル層１ｂを備える。図２の説明では、ｎ型シリコン基板１ａとｐウェル層１ｂを併せて半導体基板と言う。

ｐウェル層１ｂには、ｎ型不純物領域２ａと、高濃度ｐ型不純物領域２ｂと、垂直電荷転送路３と、電荷読み出し領域４と、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５と、ＰＤ−ＰＤ間素子分離領域６とが形成されている。

ｎ型不純物領域２ａは、ｐウェル層１ｂの表面に形成されたｎ型不純物層で構成されている。ｐウェル層１ｂとｎ型不純物領域２ａのｐｎ接合により、フォトダイオードである光電変換部２が構成されている。光電変換部２で発生した電荷は、このｎ型不純物領域２ａに蓄積される。

高濃度ｐ型不純物領域２ｂは、ｎ型不純物領域２ａから半導体基板の表面までの間の領域に形成されたｐ型不純物層で構成されている。

光電変換部２の右隣のｐウェル層１ｂ表面には、ｎ型不純物層で構成された垂直電荷転送路３が形成されている。光電変換部２と垂直電荷転送路３との間のｐウェル層１ｂ表面にはｐ型不純物層で構成された電荷読み出し領域（ＴＧ）４が形成されている。

垂直電荷転送路３の下にはｐ型不純物層で構成されたＰＤ−ＰＤ間素子分離領域６が形成されている。このＰＤ−ＰＤ間素子分離領域６によって光電変換部２同士が分離されている。

垂直電荷転送路３と、これに対応しない光電変換部２（この垂直電荷転送路３の右隣にある光電変換部２）との間には、ｐ型不純物層からなるＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５が形成されている。このＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５によって、垂直電荷転送路３と、これに対応しない隣の光電変換部２とが分離されている。

半導体基板上にはゲート絶縁膜７が形成され、この上に電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ８が形成されている。電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ８の周囲には絶縁膜８が形成されており、この絶縁膜８の上に遮光膜９が形成されている。

遮光膜９は、垂直電荷転送部（電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ８及び電荷転送路３）を遮光するものである。遮光膜９には、光電変換部２上方に開口Ｋが形成されており、この開口Ｋから光電変換部２に光が入射できるようになっている。

この固体撮像素子１０では、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５の不純物濃度が、上述したように、ｐウェル層１ｂ表面に向かうほど薄くなっている。また、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５の電位がグラウンド電位（０Ｖ）から浮いてしまっている。このため、光電変換部２上の基板表面（ｐ型不純物領域１ｂ表面、以下では単に光電変換部２の表面という）で発生した電荷が基板表面方向に拡散して、このＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５を超えてしまい、偽信号が発生する可能性がある。

そこで、この固体撮像素子１０では、遮光膜９に、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５と電気的に接続する接続部９ａを、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５と光電変換部２との境界に沿って設け、更に、遮光膜９に電源端子（不図示）を接続することで、偽信号の発生を抑制するものとしている。

遮光膜９が電源端子に接続されていることは、遮光膜９がフローティングではないことを意味する。つまり、遮光膜９には、この電源端子を介して所定の電位（グラウンド電位（０Ｖ）又はマイナス電位）を供給できるようになっている。

電源端子とは、固体撮像素子１０内部に設けられた電源、又は、固体撮像素子１０の外部に設けられた電源と接続される端子のことを言う。

ゲート絶縁膜７及び絶縁膜８には、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５上方に孔部が形成されており、この孔部に遮光膜９の一部が埋まることで、接続部９ａが形成されている。なお、この孔部に遮光膜９とは別材料の導電性材料を埋め込んで接続部９ａを形成し、この上に遮光膜９を成膜して接続部９ａと遮光膜９を直接接触させた構成としてもよい。つまり、遮光膜９と接続部９ａは構造上別物であってもよい。

図３は、図１に示した固体撮像素子の部分拡大図である。図３では、半導体基板上方の構成要素については図示を省略している。

図３に示すように、電荷読み出し領域４は、略６角形状の光電変換部２の右側３辺と、この光電変換部２に対応する電荷転送路３との間に形成されている。そして、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５は、光電変換部２と当該光電変換部２の側部にある電荷転送路３との間の領域のうち、当該電荷読み出し領域４を除く領域に形成されたものとなっている。

なお、電荷読み出し領域４の形成範囲は図３に示したものに限らず、例えば、光電変換部２の右下１辺と電荷転送路３との間にのみ形成してあってもよい。

遮光膜９の接続部９ａは、平面視において、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５内でかつＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５と光電変換部２との境界に沿って形成されている。なお、図３では、接続部９ａを光電変換部２の左下１辺に沿って形成しているが、例えば図４に示すように、光電変換部２の左３辺に沿って形成してもよい。また、図３，４では、接続部９ａの光電変換部２側の端部を、光電変換部２の端部と一致させているが、これに限らない。接続部９ａをＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５の光電変換部２側の端部から距離を空けて配置してもよい。

以上のように構成された固体撮像素子１０によれば、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５と遮光膜９とが接続部９ａで電気的に接続されているため、この接続部９ａとＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５との接触領域におけるポテンシャルを持ち上げることが可能となる。

例えば、遮光膜９に接続される電源端子をグラウンド電源に接続して、遮光膜９にグラウンド電位（ＧＮＤ電位）を供給することで、図５に示すように、接続部９ａとＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５との接触領域の電位をグラウンド電位まで持ち上げることができる。

この結果、光電変換部２表面で発生したスミア電子は、接続部９ａとＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５との接触領域に形成されたポテンシャル障壁を越えられなくなり、偽信号を低減することができる。

また、遮光膜９に接続される電源端子を、所定のマイナス電位を供給する電源に接続して、遮光膜９に所定のマイナス電位を供給することで、図６に示すように、接続部９ａとＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５との接触領域の電位を図５に示したときよりも更に持ち上げることができる。

この結果、光電変換部２表面で発生したスミア電子は、接続部９ａとＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５との接触領域に形成されたポテンシャル障壁を越えられなくなり、偽信号を低減することができる。

また、この場合は、接続部９ａとＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５との接触領域がホールを蓄積する状態になる。このため、この接触領域にスミア電子が移動したとしても、ホールとスミア電子が再結合を起こすため、スミア電子は電荷転送路３にほとんど移動しなくなり、偽信号をさらに低減することができる。

なお、光電変換部２で発生したホールを電荷転送路３に読み出して、該ホールの量に応じた信号を取り出す方式を採用したときには、図２に示した半導体基板内の各部のｐ型とｎ型を逆にし、遮光膜９に接続される電源端子を、グラウンド電源又はプラス電位を供給する電源に接続するようにすればよい。

また、固体撮像素子１０では、光電変換部２表面で発生する電荷が、この光電変換部２に対応する電荷読み出し領域４側にも拡散し、これも偽信号の原因となる。固体撮像素子１０では、光電変換部２の開口端から当該光電変換部２に対応する垂直電荷転送路３までの距離が、光電変換部２の開口端から当該光電変換部２に非対応の垂直電荷転送路３までの距離より長くなっている。これは、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５は微細化に伴い、その幅が非常に小さくなっているためである。

このため、光電変換部２の表面から電荷読み出し領域４側に拡散する電荷の量と、当該光電変換部２の表面からＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５側に拡散する電荷の量とは異なる。この電荷量の違いがシェーディングとして画質に現れてしまうことがある。

そこで、固体撮像素子１０では、電源端子に接続する電源として、光電変換部２の表面から電荷読み出し領域４側に拡散する電荷の量と、当該光電変換部２の表面からＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５側に拡散する電荷の量とが一致するような電位を供給する電源を用いることが好ましい。

光電変換部２の表面から電荷読み出し領域４側に拡散する電荷の量と、当該光電変換部２の表面からＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５側に拡散する電荷の量は、シミュレーションや、実際の素子を用いて測定することができる。このため、この測定値を基に、最適な電位を設定しておけばよい。

なお、双方の電荷量は完全に一致しなくてもよく、シェーディングが実用上問題にならない程度であれば、多少の差があってもよい。

以下では、図１に示した固体撮像素子１０の変形例について説明する。

（第一の変形例）
図７は、図１に示した固体撮像素子１０の第一の変形例を示す図であり、図３に対応する図である。図８は、図１に示した固体撮像素子１０の第一の変形例を示す図であり、図２に対応する図である。

図７，８に示した固体撮像素子は、接続部９ａを、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５と光電変換部２の境界を跨いで、光電変換部２上（ｐ型不純物領域２ｂ上）まで延ばした点が、図１に示した固体撮像素子１０とは異なる。

図７，８に示すように、この固体撮像素子では、接続部９ａが設けられた領域が、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５と光電変換部２とに跨っている。

このような構成にすることでも、接続部９ａが接触する半導体基板表面のポテンシャルを持ち上げることができる。

ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５は微細化に伴いその幅が狭くなる傾向にあるため、図７，８に示したように、接続部９ａを光電変換部２表面にまではみ出して形成することで、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５が狭くなった分のスペースを確保することができ、微細化が進んでも偽信号を効果的に低減することができる。

（第二の変形例）
図９は、図１に示した固体撮像素子１０の第二の変形例を示す図であり、図３に対応する図である。図１０は、図１に示した固体撮像素子１０の第二の変形例を示す図であり、図２に対応する図である。

図９に示した固体撮像素子は、平面視において、接続部９ａが形成された領域の開口Ｋ側の端部が、当該開口Ｋの端部の一部と一致している点が、図３に示した固体撮像素子１０とは異なる。言い換えると、開口Ｋを接続部９ａの端部まで広げた点が図３に示した固体撮像素子１０とは異なる。

一般的に、固体撮像素子では、電荷転送路への光侵入を防ぐために、平面視において、光電変換部の形成された領域よりも内側に遮光膜の開口を形成している。具体的には、半導体基板上に電荷転送電極を形成してこの周囲に絶縁膜を形成した後、この絶縁膜の上に遮光材料を成膜し、これをパターニングして遮光膜を形成する。このパターニングにおいて、電荷転送電極同士の間の窪み部分に成膜された遮光材料の膜は全てエッチング除去せず、図２に示したように、その窪み部分の端部に張り出し部Ｈが残るようにエッチング除去している。

図２に示した固体撮像素子１０の遮光膜９は、例えば次のようにして形成している。半導体基板上に電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ８を形成してその周囲に絶縁膜８を形成する。次に、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５上方のゲート絶縁膜７及び絶縁膜８に孔部を形成する。次に、遮光材料を成膜して孔部を遮光材料で埋める。次に、成膜した遮光材料の膜を、張り出し部Ｈが残るようにパターニングして遮光膜９を形成する。

しかし、この固体撮像素子１０では、半導体基板と遮光膜９との間に接続部９ａが存在している。このため、平面視において接続部９ａと重なる遮光膜９の部分については、張り出し部Ｈを設けなくても、光の侵入は抑えられる。そこで、第二の変形例では、この部分の張り出し部Ｈを図９，１０に示すようになくした構成としている。

この結果、接続部９ａの開口Ｋ側の端部と、開口Ｋの端部の一部とが平面視において一致する構成となり、開口Ｋを最大限広げられるようになっている。

以上のように、第二の変形例の固体撮像素子によれば、開口Ｋを広げて感度向上を図ることができる。

図１１は、図４に示した構成において、開口Ｋの張り出し部をなくして開口Ｋを広げた例を示した図である。図１１に示すように、接続部９ａの形成範囲が広いほど、開口Ｋをより大きくすることができる。

なお、開口Ｋの張り出し部をなくして開口Ｋを広げる構成は、図７に示した構成においても同様に適用することができる。

図１２は、図７に示した構成において、開口Ｋの張り出し部をなくして開口Ｋを広げた例を示した図である。図１２に示したように、接続部９ａが光電変換部２表面に一部重なっている構成であっても、接続部９ａの開口Ｋ側の端部までは開口Ｋを広げることができ、感度向上を図ることができる。

次に、本発明の撮像装置の実施形態について説明する。撮像装置としては、デジタルカメラ及びデジタルビデオカメラ等の撮像装置、電子内視鏡及びカメラ付携帯電話機等に搭載される撮像モジュール、等があり、ここではデジタルカメラを例にして説明する。

図１３は、本発明の一実施形態を説明するためのデジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。図１３に示すデジタルカメラ２０は、固体撮像素子２１と、駆動部２２と、制御部２３と、操作部２４とを備える。

固体撮像素子２１は、図１に示した固体撮像素子１０又はその変形例の固体撮像素子を用いることができる。

駆動部２２は、固体撮像素子２１を駆動するものである。駆動部２２は、固体撮像素子２１の遮光膜９に接続された電源端子に所定電位を供給する電位供給手段としても機能する。駆動部２２は、グラウンド電位と所定のマイナス電位を生成する電源を内蔵しており、グラウンド電位とマイナス電位のいずれかを自動で選択して、電源端子に供給する。

制御部２３は、操作部２４で指示されたモード（静止画撮像を行う静止画撮像モード、動画撮像を行う動画撮像モード）にしたがって、固体撮像素子２１の電源端子にグラウンド電位と所定のマイナス電位のどちらを供給すべきかを決定する。駆動部２２は、制御部２３が決定した側の電位を電源端子に供給する。

静止画撮像モードとは、デジタルカメラに搭載されたメカニカルシャッタと電子シャッタを併用して撮像を実施し、その撮像で得られた画像データをＪＰＥＧ等の静止画ファイル形式で保存するモードである。

動画撮像モードとは、デジタルカメラに搭載されたメカニカルシャッタは使用せずに、複数回の撮像を連続して実施し、各撮像で得られた画像データをＭＰＥＧ等の動画ファイルの形式で保存するモードである。

以上のように構成されたデジタルカメラの動作について説明する。

ユーザにより静止画撮像モードが設定されると、駆動部２２が固体撮像素子２１の電源端子にグラウンド電位を供給し、撮像待機状態となる。一方、ユーザにより動画撮像モードが設定されると、駆動部２２が固体撮像素子２１の電源端子に所定のマイナス電位を供給し、撮像待機状態となる。そして、撮像待機状態で撮像指示がなされると、撮像が実施され、静止画ファイル又は動画ファイルが記録媒体に保存される。

以上のように、このデジタルカメラによれば、撮像モードに応じて偽信号の低減度合いを変更することができる。静止画撮像モードではメカニカルシャッタを使用するため、スミアは発生しにくい。このため、このモードでは偽信号の低減効果が相対的に低いグラウンド電位を電源端子に供給することで、偽信号の低減を十分に行うことができる。

なお、静止画撮像モードでは撮像速度よりも画質が優先される。電源端子にグラウンド電位を供給した場合は、垂直電荷転送部での電荷転送効率にとってマイナス電位を供給した場合よりも有利になるため、画質を向上させることもできる。

一方、動画撮像モードではメカニカルシャッタを使用しないため、スミアが発生しやすい。このため、このモードでは偽信号の低減効果が相対的に高いマイナス電位を電源端子に供給することで、偽信号の低減を十分に行うことができる。なお、マイナス電位にしたことによる電荷転送効率の低下は動画撮像のため、問題にはならない。

なお、以上の説明では、電源端子に供給する電位を撮像モードに応じて変更するものとしたが、これに限らない。

例えば、動画撮像モードであっても、スミア量の判定を実施し、スミア量が閾値よりも多いときにはマイナス電位を供給し、スミア量が閾値よりも少ないときにはグラウンド電位を供給するといった具合に、撮影シーンに応じて供給電位を変更するようにしてもよい。

また、電源端子に供給する電位の種類は２つに限らず、３つ以上であってもよい。例えば、スミア量に応じて３つ以上の電位を段階的に切り替えるようにすればよい。

また、駆動部２２は、マイナス電位として、光電変換部２の表面から電荷読み出し領域４側に拡散する電荷の量と、当該光電変換部２の表面からＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５側に拡散する電荷の量とが一致するような電位（一致電位という）を、電源端子に供給するようにしてもよい。

また、ここでは、電位を切り替えることを前提としたが、駆動部２２を、グラウンド電位、所定のマイナス電位、又は上記一致電位を電源端子に供給する手段として機能させてもよい。つまり、固体撮像素子２１内部には電源端子に接続する電源を設けず、固体撮像素子２１を搭載するデジタルカメラ内に、電源端子に接続される電源を設けた構成としてもよい。

以上のように、本明細書には次の事項が開示されている。

開示された固体撮像素子は、半導体基板内に形成された複数の光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を転送する電荷転送部とを有する固体撮像素子であって、前記複数の光電変換部は、列方向に並ぶ複数の前記光電変換部からなる光電変換部列を前記列方向に直交する行方向に複数並べた配置となっており、前記各光電変換部列の同一方向の側部には、当該各光電変換部列に対応して１つの前記電荷転送部が設けられ、前記電荷転送部は、前記半導体基板内に形成された電荷転送路を含み、前記光電変換部の、前記光電変換部で発生した電荷を蓄積する第一導電型の第一の不純物領域から前記半導体基板表面までの領域には、前記第一導電型とは反対導電型である第二導電型の第二の不純物領域が形成され、前記光電変換部と当該光電変換部に対応する前記電荷転送路との間に形成された電荷読み出し領域と、前記光電変換部と当該光電変換部の側部の前記電荷転送路との間の領域のうち、前記電荷読み出し領域を除く領域に形成された素子分離領域と、前記半導体基板上方に設けられ、前記電荷転送部を遮光する遮光膜と、前記遮光膜に接続された電源端子とを備え、前記遮光膜が、前記素子分離領域と前記光電変換部との境界に沿って前記素子分離領域と電気的に接続する接続部を有するものである。

この構成により、電源端子に所定電位を供給することで、接続部下の素子分離領域の電位を所定電位に固定することができる。このため、光電変換部表面で発生した電荷が、この光電変換部に非対応の電荷転送路に、この素子分離領域を超えて移動してしまうのを防ぐことができる。この結果、偽信号を低減することができる。

開示された固体撮像素子は、前記接続部が、平面視において、前記素子分離領域と前記光電変換部との境界を跨いで前記光電変換部上まで延びているものである。

この構成により、微細化が進み、十分な大きさの接続部が確保できない場合でも、光電変換部と併せて接続部を広くとることができ、電位を固定できる範囲を十分に確保することができる。

開示された固体撮像素子は、前記遮光膜が前記光電変換部上方に開口を有し、平面視において、前記接続部が形成された領域の前記開口側の端部が、前記開口の端部の一部と一致しているものである。

この構成により、開口を広く取ることができ、感度向上を図ることができる。

開示された固体撮像素子は、前記電源端子が、グラウンド電源に接続されているものである。

この構成により、接続部下の素子分離領域の電位がグラウンドに固定されるため、偽信号を低減することができる。

開示された固体撮像素子は、前記電源端子が、前記電荷転送路に前記光電変換部から読み出される電荷の極性と同じ所定の電位を供給する電源に接続されているものである。

この構成により、接続部下の素子分離領域の電位が前記電荷転送路に前記光電変換部から読み出される電荷の極性と同じ所定の電位に固定されるため、偽信号を低減することができる。

開示された固体撮像素子は、前記光電変換部上の前記半導体基板表面から前記電荷読み出し領域側に拡散する電荷の量と、当該光電変換部上の前記半導体基板表面から前記素子分離領域側に拡散する電荷の量とが等しくなるような電位を供給する電源に接続されているものである。

開示された撮像装置は、前記固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動する駆動部とを備え、前記駆動部は、複数種類の電位の中から選択した電位を前記電源端子に供給するものである。

開示された撮像装置は、前記駆動部が、静止画撮像モード時にはグラウンド電位を前記電源端子に供給し、動画撮像モード時には前記電荷転送路に前記光電変換部から読み出される電荷の極性と同じ所定の電位を前記電源端子に供給するものである。

開示された撮像装置は、前記固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動する駆動部とを備え、前記駆動部は、前記電荷転送路に前記光電変換部から読み出される電荷の極性と同じ所定の電位を前記電源端子に供給するものである。

開示された撮像装置は、前記固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動する駆動部とを備え、前記駆動部は、前記光電変換部上の前記半導体基板表面から前記電荷読み出し領域側に拡散する電荷の量と、前記光電変換部上の前記半導体基板表面から前記素子分離領域側に拡散する電荷の量とが等しくなるような電位を前記電源端子に供給するものである。

２ 光電変換部
３ 電荷転送路
４ 電荷読み出し領域
５ ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域
９ 遮光膜
９ａ 接続部

Claims (10)

1. 半導体基板内に形成された複数の光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を転送する電荷転送部とを有する固体撮像素子であって、
   前記複数の光電変換部は、列方向に並ぶ複数の前記光電変換部からなる光電変換部列を前記列方向に直交する行方向に複数並べた配置となっており、
   前記各光電変換部列の同一方向の側部には、当該各光電変換部列に対応して１つの前記電荷転送部が設けられ、
   前記電荷転送部は、前記半導体基板内に形成された電荷転送路を含み、
   前記光電変換部の、前記光電変換部で発生した電荷を蓄積する第一導電型の第一の不純物領域から前記半導体基板表面までの領域には、前記第一導電型とは反対導電型である第二導電型の第二の不純物領域が形成され、
   前記光電変換部と当該光電変換部に対応する前記電荷転送路との間に形成された電荷読み出し領域と、
   前記光電変換部と当該光電変換部の側部の前記電荷転送路との間の領域のうち、前記電荷読み出し領域を除く領域に形成された素子分離領域と、
   前記半導体基板上方に設けられ、前記電荷転送部を遮光する遮光膜と、
   前記遮光膜に接続された電源端子とを備え、
   前記遮光膜が、前記素子分離領域と前記光電変換部との境界に沿って前記素子分離領域と電気的に接続する接続部を有する固体撮像素子。
2. 請求項１記載の固体撮像素子であって、
   前記接続部が、平面視において、前記素子分離領域と前記光電変換部との境界を跨いで前記光電変換部上まで延びている固体撮像素子。
3. 請求項１又は２記載の固体撮像素子であって、
   前記遮光膜が前記光電変換部上方に開口を有し、
   平面視において、前記接続部が形成された領域の前記開口側の端部が、前記開口の端部の一部と一致している固体撮像素子。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
   前記電源端子が、グラウンド電源に接続されている固体撮像素子。
5. 請求項１〜３のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
   前記電源端子が、前記電荷転送路に前記光電変換部から読み出される電荷の極性と同じ所定の電位を供給する電源に接続されている固体撮像素子。
6. 請求項１〜３のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
   前記電源端子が、前記光電変換部上の前記半導体基板表面から前記電荷読み出し領域側に拡散する電荷の量と、当該光電変換部上の前記半導体基板表面から前記素子分離領域側に拡散する電荷の量とが等しくなるような電位を供給する電源に接続されている固体撮像素子。
7. 請求項１〜３のいずれか１項記載の固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子を駆動する駆動部とを備え、
   前記駆動部は、複数種類の電位の中から選択した電位を前記電源端子に供給する撮像装置。
8. 請求項７記載の撮像装置であって、
   前記駆動部が、静止画撮像モード時にはグラウンド電位を前記電源端子に供給し、動画撮像モード時には前記電荷転送路に前記光電変換部から読み出される電荷の極性と同じ所定の電位を前記電源端子に供給する撮像装置。
9. 請求項１〜３のいずれか１項記載の固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子を駆動する駆動部とを備え、
   前記駆動部は、前記電荷転送路に前記光電変換部から読み出される電荷の極性と同じ所定の電位を前記電源端子に供給する撮像装置。
10. 請求項１〜３のいずれか１項記載の固体撮像素子と、
    前記固体撮像素子を駆動する駆動部とを備え、
    前記駆動部は、前記光電変換部上の前記半導体基板表面から前記電荷読み出し領域側に拡散する電荷の量と、前記光電変換部上の前記半導体基板表面から前記素子分離領域側に拡散する電荷の量とが等しくなるような電位を前記電源端子に供給する撮像装置。

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