JP3417231B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、光を取り込んで光
電変換をなす有効画素領域と、黒レベルの基準を形成す
る光学的黒領域とを備えた固体撮像装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】一般に固体撮像装置（ＣＣＤ；Charge C
oupled Device ）では、例えば図３に示すＣＣＤイメー
ジセンサ１のように、光を取り込んで光電変換をなす受
光部を有した有効画素領域２と、光を取り込まずに黒レ
ベルの基準を形成する光学的黒領域３とが備えられてい
る。有効画素領域２には、受光部を有する有効画素（図
示略）が縦横に多数配置され、同様に光学的黒領域３に
は、光学的黒画素（図示略）が縦横に多数配置されてい
る。 【０００３】有効画素領域２における有効画素は、図４
（ａ）に示すようにシリコン基板１０の表層部に光電変
換をなす受光部１１を形成したもので、該受光部１１の
一方の側には読み出しゲート１２を介して転送レジスタ
１３が、また受光部１１の他方の側にはチャネルストッ
プ１４がそれぞれ形成されている。シリコン基板１０上
には、絶縁膜１５を介して転送レジスタ１３の直上を覆
い、かつ前記受光部１１の直上部を開口した状態で転送
電極１６が形成されている。ここで、転送電極１６が開
口した部分は、図５に示すように矩形状の電極開口部１
６ａとなっている。 【０００４】さらに、図４（ａ）に示すようにシリコン
基板１０上には、転送電極１６を覆って層間絶縁膜１７
が形成されており、該層間絶縁膜１７上にはアルミニウ
ム（Ａｌ）からなる遮光膜１８が形成されている。この
遮光膜１８は、図５に示すように受光部１１の直上部、
すなわち電極開口部１６ａの直上部の一部を開口する開
口部１９を有したもので、この開口部１９から光を取り
込み、取り込んだ光を受光部１１に入射させ、かつ、そ
れ以外の位置に入る光を遮断するものである。 【０００５】一方、光学的黒領域３における光学的黒画
素は、図４（ｂ）に示すように有効画素領域２における
有効画素とほぼ同一の構成からなり、遮光膜１８に開口
部１９を有していない点でのみ有効画素と異なっている
（図５参照）。したがって、有効画素と光学的黒画素と
は、図５に示す、転送電極１６で覆うことなく開口した
電極開口部１６ａ一つを基本とし、これに付随する転送
レジスタ１３やチャネルストップ１４などを含めた構成
単位の大きさ、すなわちユニットセルサイズが、同一の
ものとなっているのである。 【０００６】なお、光学的黒領域３にも電極開口部１６
ａを形成するのは、図３に示した有効画素領域１と光学
的黒領域３とからなる総画素領域４において、特に遮光
膜１８に開口部１９を形成するべくこれをパターニング
するまでは、有効画素領域２と光学的黒領域３とを分け
ることなく処理し、これによって製造処理を単純化する
ためである。すなわち、このように遮光膜１８のパター
ニングまでは有効画素領域２と光学的黒領域３とを同じ
に処理することから、転送電極１６を形成する際のパタ
ーニングにおいて、有効画素領域２と光学的黒領域３と
の違いに関係なく、それぞれに同一の大きさの電極開口
部１６ａが形成されるのである。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】ところで、近年ではＣ
ＣＤイメージセンサなどの固体撮像装置においても、高
感度、高集積化、小型化などの要求に応えるべく、様々
な改良が加えられている。しかしながら、近時、改良に
よる小型化などへの対応をさらに上回る要求がなされる
ようになってきており、これに応えるべく、新たな改良
の必要に迫られている。 【０００８】また、従来では、高集積化などの要求に応
える一つの技術として、遮光膜を薄くするといったこと
も提案され、一部に実施されている。しかしながら、こ
のように遮光膜を薄くすると、その膜厚が製造上のバラ
ツキに起因して光透過が起こる程度に薄くなってしまう
ことも考えられ、その場合に、光学的黒領域３において
は有効画素領域２と同じに電極開口部１６ａ、受光部１
１が形成されていることから、該受光部１１で光電変換
が起こり、これによって黒レベルの基準が変わり、ミス
クランプを起こす可能性が生じてしまう。 【０００９】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、高感度、高集積化、小型
化などを可能にし、かつ、黒レベルの基準を安定させる
ことのできる、固体撮像装置を提供することにある。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明における固体撮像
装置では、光を取り込んで光電変換をなす有効画素領域
と、光を取り込まずに黒レベルの基準を形成する光学的
黒領域とを備えており、光学的黒領域に受光部を有する
とともに、その受光部に対応する位置に形成された電極
開口部の面積が有効画素領域の受光部に対応する位置に
形成された電極開口部の面積より狭く設けられている。 【００１１】この固体撮像装置によれば、光学的黒領域
に形成する電極開口部の面積を、有効画素領域における
電極開口部の面積より狭くしたので、光学的黒画素のユ
ニットセルサイズが有効画素のユニットセルサイズより
小さくなり、したがって、例えばこの固体撮像装置を製
造する場合に、一枚のウエハから得られるチップの理論
収率（理収）が増え、また、光学的黒画素のユニットセ
ルサイズが小さくなったことにより狭くなった光学的黒
領域の面積に相当する分、有効画素領域の面積を増やせ
ば、高感度、高集積化が可能になる。 【００１２】さらに、光学的黒領域の電極開口部を狭く
形成したので、遮光膜の薄膜化等に伴って該遮光膜に光
透過が起こっても、電極開口部が狭いことからこれの中
の受光部に入射する光の量も少なくなり、したがって光
学的黒領域における光電変換の量を十分に低く抑えるこ
とが可能になる。 【００１３】また、光学的黒領域に電極開口部を形成し
ないようにすれば、光学的黒画素のユニットセルサイズ
が有効画素のユニットセルサイズより小さくなり、した
がって、例えばこの固体撮像装置を製造する場合に、一
枚のウエハから得られるチップの理論収率（理収）が増
え、また、光学的黒画素のユニットセルサイズが小さく
なったことにより狭くなった光学的黒領域の面積に相当
する分、有効画素領域の面積を増やせば、高感度、高集
積化が可能になる。さらに、光学的黒領域に電極開口部
を形成しないので、遮光膜の薄膜化等に伴って該遮光膜
に光透過が起こっても、電極開口部がないことからこれ
に対応する受光部もなく、したがって光学的黒領域にお
いて光電変換がなされるのが確実に防がれる。 【００１４】 【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１実施形態例
を示す図であり、図１中符号２０はＣＣＤイメージセン
サである。このＣＣＤイメージセンサ２０が図５に示し
たＣＣＤイメージセンサ１と異なるところは、光学的黒
領域３の光学的黒画素３ａにおける電極開口部２１を、
有効画素領域２の有効画素２ａにおける電極開口部１６
ａより幅を狭くした点である。すなわち、この例では、
光学的黒画素３ａにおける電極開口部２１の水平方向の
幅Ｗ１を、有効画素２ａの電極開口部１６ａの幅Ｗ２よ
り狭くしている。ここで、水平方向とは、転送電極１６
による信号電荷の転送方向を垂直方向とした場合に、こ
れに直交する方向を言う。 【００１５】なお、光学的黒領域３における光学的黒画
素３ａにおいて、電極開口部１２以外の構成について
は、従来と同様、すなわち有効画素領域２における有効
画素２ａと同様に、受光部１１、読み出しゲート１２、
転送レジスタ１３、チャネルストッパ１４が形成され、
さらに、シリコン基板１０上には絶縁膜１５、転送電極
１６、層間絶縁膜１７、遮光膜１８が形成されている。
ただし、光学的黒領域３の受光部１１については、これ
の形成を、通常電極開口部２１へのイオン注入によって
行うことから、電極開口部２１と同様にその水平方向の
幅が、有効画素２ａのものに比べ狭いものとなってい
る。 【００１６】このようなＣＣＤイメージセンサ２０を作
製するには、従来に比較し、転送電極１６となる導電性
材料、例えばポリシリコンをＣＶＤ法等によって堆積し
た後、これを公知のレジスト技術、リソグラフィ技術、
エッチング技術によってパターニングする際、有効画素
領域２と光学的黒領域３とでパターン形状が異なるよう
に、すなわちエッチングによって形成される光学的黒画
素３ａでの電極開口部２１の幅Ｗ１が、有効画素２ａで
の電極開口部１６ａの幅Ｗ２より狭くなるように行う。 【００１７】このようにして得られたＣＣＤイメージセ
ンサ２０にあっては、光学的黒領域３の電極開口部２１
を、有効画素領域２における電極開口部１６ａより狭く
形成したので、光学的黒画素３ａの水平方向におけるユ
ニットセルサイズを有効画素２ａの水平方向におけるユ
ニットセルサイズより小さくすることができ、したがっ
て、例えばこのイメージセンサ２０を製造する場合に、
一枚のウエハから得られるチップの理論収率（理収）を
増やすことができ、また、例えば光学的黒画素３ａのユ
ニットセルサイズが小さくなったことにより狭くなった
光学的黒領域３の面積に相当する分、有効画素領域２の
面積を増やすことにより、高感度、高集積化を図ること
ができる。 【００１８】さらに、光学的黒領域３の電極開口部１６
ａを狭く形成するので、遮光膜１８の薄膜化等に伴って
該遮光膜１８に光透過が起こっても、電極開口部１６ａ
が狭いことから、該電極開口部１６ａ内に形成される受
光部１１に入射する光の量も少なくなり、したがって、
光学的黒領域３における光電変換の量を十分に低く抑え
ることができ、これにより黒レベルの基準を安定に維持
することができる。 【００１９】図２は、本発明の第２実施形態例を示す図
であり、図１中符号３０はＣＣＤイメージセンサであ
る。このＣＣＤイメージセンサ３０が図１に示したイメ
ージセンサ２０と異なるところは、光学的黒領域３にお
いて、各光学的黒画素３ａに電極開口部が形成されてい
ない点である。すなわち、この例では、光学的黒画素３
ａにおいて電極開口部が形成されておらず、これに伴っ
て受光部も形成されていない他は、光学的黒画素３ａの
構成は従来と同様、すなわち有効画素領域２における有
効画素２ａと同様に、読み出しゲート１２、転送レジス
タ１３、チャネルストッパ１４が形成され、さらに、シ
リコン基板１０上には絶縁膜１５、転送電極１６、層間
絶縁膜１７、遮光膜１８が形成されている。 【００２０】このようなＣＣＤイメージセンサ３０を作
製するには、ポリシリコン等の導電性材料をＣＶＤ法等
によって堆積し、これをパターニングして転送電極１６
を形成する際、有効画素領域２においては従来と同様に
電極開口部１６ａを形成し、一方光学的黒領域３におい
ては電極開口部を形成しない形にパターニングする。ま
た、電極開口部以外の構成要素については、光学的黒領
域３においても有効画素領域２と同様に形成する。した
がって、得られるＣＣＤイメージセンサ３０では、光学
的黒領域３における光学的黒画素３ａの水平方向の幅
が、有効画素領域２における有効画素２ａの水平方向の
幅に比べ、電極開口部１６ａの幅Ｗ２分狭くなってい
る。 【００２１】よって、このようにして得られたＣＣＤイ
メージセンサ３０にあっては、光学的黒領域３に電極開
口部を形成していないことにより、光学的黒画素３ａの
ユニットセルサイズを有効画素２ａのユニットセルサイ
ズより十分小さくしたので、例えばこのイメージセンサ
３０を製造する場合に、一枚のウエハから得られるチッ
プの理論収率（理収）を大幅に増やすことができ、ま
た、光学的黒画素３ａのユニットセルサイズが小さくな
ったことにより狭くなった光学的黒領域３の面積に相当
する分、有効画素領域２の面積を増やすことにより、高
感度、高集積化を図ることができる。 【００２２】さらに、光学的黒領域３に電極開口部を形
成しないので、遮光膜１８の薄膜化等に伴って該遮光膜
１８に光透過が起こっても、電極開口部がないことから
これに対応する受光部もなく、したがって光学的黒領域
３において光電変換がなされるのを確実に防ぐことがで
き、これにより黒レベルの基準を一定に維持することが
できる。 【００２３】 【発明の効果】以上説明したように本発明における請求
項１記載の固体撮像装置は、光学的黒領域に形成する電
極開口部を、有効画素領域における電極開口部より狭く
し、これによって光学的黒画素のユニットセルサイズを
有効画素のユニットセルサイズより小さくしたものであ
るから、例えばこの固体撮像装置を製造する場合に、一
枚のウエハから得られるチップの理論収率（理収）を増
やすことができ、また、光学的黒画素のユニットセルサ
イズが小さくなったことにより狭くなった光学的黒領域
の面積に相当する分、有効画素領域の面積を増やせば、
高感度、高集積化を図ることができる。さらに、光学的
黒領域の電極開口部を狭く形成したので、遮光膜の薄膜
化等に伴って該遮光膜に光透過が起こっても、電極開口
部が狭いことからこれの中の受光部に入射する光の量も
少なくなり、したがって、光学的黒領域における光電変
換の量を十分に低く抑えることができ、これにより黒レ
ベルの基準を安定に維持することができる。 【００２４】また、光学的黒領域に電極開口部を形成し
ないことによって光学的黒画素のユニットセルサイズを
有効画素のユニットセルサイズより大幅に小さくしたも
のであるから、例えばこの固体撮像装置を製造する場合
に、一枚のウエハから得られるチップの理論収率（理
収）を大幅に増やすことができ、また、光学的黒画素の
ユニットセルサイズが小さくなったことにより狭くなっ
た光学的黒領域の面積に相当する分、有効画素領域の面
積を増やせば、高感度、高集積化を図ることができる。
さらに、光学的黒領域に電極開口部を形成しないので、
遮光膜の薄膜化等に伴って該遮光膜に光透過が起こって
も、電極開口部がないことからこれに対応する受光部も
なく、したがって光学的黒領域において光電変換がなさ
れるのを確実に防ぐことができ、これにより黒レベルの
基準を一定に維持することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の固体撮像素子をＣＣＤイメージセンサ
に適用した場合の、第１実施形態例の概略構成を示す要
部平面図である。 【図２】本発明の固体撮像素子をＣＣＤイメージセンサ
に適用した場合の、第２実施形態例の概略構成を示す要
部平面図である。 【図３】本発明に係るＣＣＤイメージセンサの、概略構
成を示す平面図である。 【図４】（ａ）は、従来のＣＣＤイメージセンサにおけ
る、有効画素の要部側断面図であり、（ｂ）は、従来の
ＣＣＤイメージセンサにおける、光学的黒画素の要部側
断面図である。 【図５】従来のＣＣＤイメージセンサの、概略構成を示
す要部平面図であり、図３中矢印Ａで示す部分の拡大図
である。 【符号の説明】 ２ 有効画素領域 ２ａ有効画素 ３ 光学的黒領
域 ３ａ 光学的黒画素 １１ 受光部 １６ 転送電
極 １６ａ 電極開口部 ２０、３０ ＣＣＤイメージセ
ンサ ２１ 電極開口部

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 光を取り込んで光電変換をなす有効画素
   領域と、光を取り込まずに黒レベルの基準を形成する光
   学的黒領域とを備えた固体撮像装置において、 前記光学的黒領域は受光部を有するとともに、その受光
   部に対応する位置に形成された電極開口部の面積が前記
   有効画素領域の受光部に対応する位置に形成された電極
   開口部の面積より狭く設けられている ことを特徴とする
   固体撮像装置。