JP5088341B2 - Solid-state imaging device - Google Patents
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本発明は、固体撮像装置、特に光電変換部、及び光電変換部により生成された電荷を画素信号に変換する変換部を画素内に含む固体撮像装置、例えばCMOSイメージセンサ等に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device, in particular, a photoelectric conversion unit and a solid-state imaging device including a conversion unit that converts a charge generated by the photoelectric conversion unit into a pixel signal, such as a CMOS image sensor.
CMOSイメージセンサは、光電変換部と複数のMOSトランジスタからなる画素が複数、2次元アレイ状に配列され、光電変換素子により生成された電荷を画素信号に変換して読み出す固体撮像装置である。近年、このCMOSイメージセンサは、携帯電話用のカメラ、デジタルスチルカメラ、あるいはデジタルビデオカメラ等の撮像素子として注目されている。 The CMOS image sensor is a solid-state imaging device in which a plurality of pixels each including a photoelectric conversion unit and a plurality of MOS transistors are arranged in a two-dimensional array, and charges generated by the photoelectric conversion elements are converted into pixel signals and read. In recent years, this CMOS image sensor has attracted attention as an image pickup device such as a camera for a mobile phone, a digital still camera, or a digital video camera.
イメージセンサにおいては、光電変換部である、例えばフォトダイオードの中での光による光電変換により、電荷が発生するが、これ以外にも、熱的に発生する電子/正孔がある。これを暗電流と呼ぶ。暗電流は、イメージセンサにおいて、ノイズの支配的要因のひとつであり、画質を左右する重要な要因である。また、暗電流は、フォトダイオードのみならず、フローティング・ディフュージョン部でも発生する。通常のイメージセンサの暗電流は、温度、蓄積時間によって変わる。そのために、暗電流が発生することで、光学的に黒である状態、つまり露光が無い状態の信号出力値が、温度、蓄積時間によって変わってしまい、基準の光学的黒レベルが変化し、画像のコントラストに影響を与えてしまうことがある。このように、暗電流はイメージセンサのノイズの支配的要因の一つとなる。 In the image sensor, charges are generated by photoelectric conversion by light in a photodiode, for example, a photodiode, but there are other electrons / holes that are thermally generated. This is called dark current. Dark current is one of the dominant factors of noise in image sensors and is an important factor that affects image quality. Further, the dark current is generated not only in the photodiode but also in the floating diffusion portion. The dark current of a normal image sensor varies with temperature and storage time. For this reason, when dark current is generated, the signal output value in the optically black state, that is, in the state without exposure, changes depending on the temperature and the accumulation time, the reference optical black level changes, and the image May affect the contrast. Thus, the dark current is one of the dominant factors of the image sensor noise.
例えば、A/D変換の基準としてある固定した信号レベルを使っていた場合、暗電流により、光学的黒レベルのデジタル値が温度によって変わってしまうことになり、画像処理後に得られる画像の黒い部分が温度によって白く浮いたり、真っ黒に沈み込んだりして、コントラストが安定しない画像になってしまう。 For example, when a fixed signal level is used as a reference for A / D conversion, the digital value of the optical black level changes with temperature due to dark current, and the black portion of the image obtained after image processing. Depending on the temperature, the image may float white or sink black, resulting in an unstable contrast image.
このような問題を回避するために、多くのイメージセンサでは、有効画素領域における有効画素(以下開口画素という)と、光学的黒レベルを出力する黒基準画素(以下OB画素(Optical Black画素)という)を一つのデバイス上に形成している。OB画素は、開口画素と同じ構造を持つが、配線上に遮光膜が形成されて遮光が施されているので、このOB画素を読み出すことにより、フレーム毎に光学的な黒レベルを出力することができる。このため、温度が変化して、暗電流が変化した場合でも、OB画素の黒レベルを基に、開口画素で、コントラストの基準レベルを推定できるようになる。 In order to avoid such a problem, in many image sensors, an effective pixel (hereinafter referred to as an aperture pixel) in an effective pixel region and a black reference pixel (hereinafter referred to as an OB pixel (Optical Black pixel)) that outputs an optical black level are used. ) On a single device. The OB pixel has the same structure as the aperture pixel, but a light-shielding film is formed on the wiring so as to be shielded from light. By reading out this OB pixel, an optical black level is output for each frame. Can do. For this reason, even when the temperature changes and the dark current changes, the reference level of contrast can be estimated at the aperture pixel based on the black level of the OB pixel.
図5に、従来のCMOSイメージセンサの概略構成図を示す。固体撮像装置1は、撮像領域2と、撮像領域2の周辺に配置した垂直選択回路部3及び読み出し回路部4とを備えて構成される。撮像領域2は、被写体画像を撮像する開口画素(有効画素)6が配列された有効画素領域5と、有効画素領域5の周囲に形成され、遮光が施されたOB画素8が配列された光学的黒領域(Optical Black領域)7とから構成される。開口画素6及びOB画素8を含む画素は、規則的に2次元アレイ状に配列される。
FIG. 5 shows a schematic configuration diagram of a conventional CMOS image sensor. The solid-
開口画素6及びOB画素8は、光電変換部を構成する例えばフォトダイオードと、複数のMOSトランジスタ、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ及び選択トランジスタを有してなる。
The
垂直選択回路部3は、例えばシフトレジスタによって構成され、撮像領域2の各開口画素6及びOB画素8を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線(図示せず)を通して各画素の光電変換部(フォトダイオード)において受光量に応じて生成した信号電荷を読み出し回路部4に供給する。
The vertical
読み出し回路部4は、図示しないが、水平信号線、水平選択回路、カラム信号処理回路、出力回路等を有して構成される。さらに、同じチップ上に垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基いて、垂直選択回路部3及び読み出し回路部4等の動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成し、垂直選択回路部3及び読み出し回路部4等に入力する制御回路が形成される。
Although not shown, the
図7に、図5における開口画素6及びOB画素8を通るD−D′線上の断面構造を示す。半導体基板(例えばシリコン基板)11の有効画素領域5に、素子分離領域12で区画された開口画素6が形成され、光学的黒領域7に同じく素子分離領域12で区画されたOB画素8が形成される。開口画素6は、光電変換部であるフォトダイオード(PD)13と複数のMOSトランジスタ(図7では転送トランジスタTr1のみ示す)とから成る。転送トランジスタTr1は、フローティング・ディフージョン(FD)部14となる半導体領域とフォトダイオード13とゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極15とにより構成される。OB画素8は、光電変換部であるフォトダイオード(PD)23と複数のMOSトランジスタ(図7では転送トランジスタTr2のみ示す)とから成る。転送トランジスタTr2は、フローティング・ディフージョン(FD)部24となる半導体領域とフォトダイオード23とゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極25とにより構成される。
FIG. 7 shows a cross-sectional structure on the line DD ′ passing through the
半導体基板11の上部には、層間絶縁膜17を介して多層配線18が形成される。さらに光学的黒領域7では、多層配線18の上部に金属膜、例えばAl膜による遮光膜19が形成される。なお、図示しないが、さらに平坦化膜を介して、カラーフィルタ及びオンチップレンズ等が形成される。
A
図8A,Bに、夫々OB画素8のフォトダイオード(PD)23及びフローティング・ディフージョン(FD)部24の模式的な平面構造、及び開口画素6のフォトダイオード(PD)13及びフローティング・ディフージョン(FD)部14の模式的な平面構造を示す。OB画素8及び開口画素6では、共に同じ大きさでフォトダイオード13,23、フローティング・ディフージョン部14,24が形成される。
8A and 8B show a schematic plan structure of the photodiode (PD) 23 and the floating diffusion (FD)
以上の構成によって、画像が読み出されるが、その読み出し走査の詳細について説明する。まず、垂直選択回路部3による水平同期信号に合わせて、OB画素8、開口画素6が順々に選択され読み出しが行われる。図6に、読み出し信号出力の一例を示す。同図は、図5の前OB画素行m1を3行分(m1=3)とし、後OB画素行m2を2行分(m2=2)とした。信号出力ではOB画素行及び開口画素行共に、水平同期信号(XHS)間の1水平走査期間の信号出力を拡大して示す。
With the above configuration, an image is read out, and details of the reading scan will be described. First, the
1フレームの画像は、垂直同期信号(XVS)をトリガーとして、次の垂直同期信号までに出力される。垂直同期信号の間には水平同期信号(XHS)をトリガーとして1行分の信号が出力される。1行分の信号出力に注目すると、OB画素行の信号出力は光学的黒(OB)出力レベルの出力のみが行われるが、開口画素行の信号出力cでは前後に光学的黒(OB)出力レベルの出力a,bが出力される。 An image of one frame is output before the next vertical synchronization signal with a vertical synchronization signal (XVS) as a trigger. A signal for one row is output between the vertical synchronization signals with a horizontal synchronization signal (XHS) as a trigger. Paying attention to the signal output for one row, the signal output of the OB pixel row is only output at the optical black (OB) output level, but the signal output c of the aperture pixel row outputs optical black (OB) before and after. Level outputs a and b are output.
一般的に、1フレームの最初に読み出されたOB画素8の出力値をサンプリングし、その結果を待って、そのフレーム内の開口画素6の黒レベルに適応するので、温度が急に変わった場合でも1フレーム以内の温度変化に関しては暗電流量がキャンセルされることになる。
Generally, the output value of the
以上のような構成により、開口画素6において、温度や蓄積時間で変化する暗電流が発生したとしても、OB画素8においても同じ条件での暗電流量が測られ、そしてそのOB画素8の黒レベルを基準のレベルとして、開口画素6のコントラストが決まるので、暗電流による画像コントラストの乱れの低減が図られる。
With the above configuration, even if a dark current that varies with temperature and accumulation time is generated in the
しかしながら、OB画素8の上部に遮光膜19を形成した場合、表面準位の違いなどにより、OB画素8と開口画素6の暗電流量を厳密に一致させることが難しいことが分かっている。OB画素8の光学的黒レベルを基準とするのは、OB画素8と開口画素6の暗電流量が同じであることが前提にある。そのため、OB画素8と開口画素6の暗電流量が異なると、OB画素8による光学的な黒レベルの基準は、開口画素6に適用できない。そうすると、1フレーム内において温度変化が無い場合でも開口画素6の画像コントラストに影響を与える事態と成りうる。例え、OB画素8と開口画素6との暗電流の差が微小であったとしても、暗い画像を取ろうとした場合など、蓄積時間を延ばしたときに問題となってくる。
However, it has been found that when the
また、特許文献1には、OB画素での暗電流を抑えるために、OB画素のフォトダイオードを取り除く方法が開示されている。
暗電流は、画素が、フォトダイオードとフローティング・ディフュージョン部とで構成されている場合、フォトダイオードから発生するものと、フローティング・ディフュージョン部から発生するものとに分けることができる。暗電流を信号として読み出す場合には、その和として読み出すことになる。図7、図8の従来技術のように、画素の形状が開口画素とOB画素で同じ場合は、OB画素の上部にAlによる遮光膜が形成されている関係で、両者の暗電流量をそろえることは難しい。逆に言えば、OB画素と開口画素のフローティング・ディフュージョン部及びフォトダイオードをそれぞれ同じ大きさで同じように作っても、暗電流の差が出ることがある。 When the pixel is composed of a photodiode and a floating diffusion portion, the dark current can be divided into those generated from the photodiode and those generated from the floating diffusion portion. When the dark current is read as a signal, it is read as the sum thereof. When the shape of the pixel is the same between the aperture pixel and the OB pixel as in the prior art of FIG. 7 and FIG. 8, the dark current amount of both is equalized because the light shielding film of Al is formed on the OB pixel. It ’s difficult. In other words, even if the floating diffusion portions and the photodiodes of the OB pixel and the aperture pixel are made in the same size and in the same manner, there may be a difference in dark current.
また、開口画素とOB画素の暗電流量が異なってしまう原因は、フォトダイオード起因によるものと、フローティング・ディフュージョン起因によるものの、両方が挙げられる。ただし、フォトダイオードとフローティング・ディフュージョンでは製造工程が異なるため、暗電流量の差も異なる。通常は、フォトダイオードの面積のほうが、フローティング・ディフュージョンよりも大きいので、暗電流量差もフォトダイオード起因のものが大きい場合が多い。 Also, the cause of the difference in the amount of dark current between the aperture pixel and the OB pixel can be attributed to either a photodiode or a floating diffusion. However, since the manufacturing process is different between the photodiode and the floating diffusion, the difference in the amount of dark current is also different. Usually, since the area of the photodiode is larger than that of the floating diffusion, the dark current difference is often caused by the photodiode.
上述の特許文献1のように、OB画素のフォトダイオードを取り除くことによって暗電流を抑える方法も提案されているが、OB画素の暗電流が開口画素に比べ、極端に少なくなるので、結局、温度、蓄積時間によっては黒レベルのズレが生じてしまうことになる。
A method of suppressing dark current by removing the photodiode of the OB pixel as described in
本発明は、上述の点に鑑み、開口画素とOB画素で発生する暗電流量差を調整することによって、温度、蓄積時間によって変動しない光学的な黒レベルを出力することができ、画像コントラストへの影響を低減することのできる固体撮像装置を提供するものである。 In view of the above-described points, the present invention can output an optical black level that does not vary depending on temperature and accumulation time by adjusting the difference in the amount of dark current generated between the aperture pixel and the OB pixel. The solid-state imaging device which can reduce the influence of this is provided.
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、光電変換部とフローティング・ディフュージョン部を有して構成される有効画素及び黒基準画素が、それぞれ複数配列された撮像領域を有し、有効画素の暗電流量と、黒基準画素の暗電流量とが一致するように、有効画素の光電変換部及び黒基準画素の光電変換部を同一形状で構成し、黒基準画素のフローティング・ディフュージョン部の表面積又は周辺長は、有効画素のフローティング・ディフュージョン部の表面積又は周辺長よりも小さく形成されている。 In order to solve the above problems and achieve the object of the present invention, the solid-state imaging device of the present invention includes a plurality of effective pixels and black reference pixels each having a photoelectric conversion unit and a floating diffusion unit. The effective pixel photoelectric conversion unit and the black reference pixel photoelectric conversion unit are configured in the same shape so that the dark current amount of the effective pixel and the dark current amount of the black reference pixel match. The surface area or peripheral length of the floating diffusion portion of the black reference pixel is formed smaller than the surface area or peripheral length of the floating diffusion portion of the effective pixel.
本発明の固体撮像装置では、黒基準画素と、有効画素とのそれぞれフローティング・ディフュージョン部の形状を異ならすことで、両画素の暗電流の和を一致させることができる。 In the solid-state imaging device of the present invention, the sum of the dark currents of both pixels can be matched by making the shapes of the floating diffusion portions of the black reference pixel and the effective pixel different.
本発明に係る固体撮像装置によれば、固体撮像装置そのものの特性を落とすことなく、黒基準画素と有効画素との暗電流量を揃えることができ、安定した黒レベルを出力することができるので、画像コントラストの向上を図ることができる。 According to the solid-state imaging device according to the present invention, the dark current amount of the black reference pixel and the effective pixel can be made uniform without degrading the characteristics of the solid-state imaging device itself, and a stable black level can be output. The image contrast can be improved.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施の形態に係る固体撮像装置は、光電変換部とこの光電変換部により生成された電荷を画素信号に変換する変換部を有する単位画素としたCMOSイメージセンサである。 The solid-state imaging device according to the present embodiment is a CMOS image sensor that is a unit pixel having a photoelectric conversion unit and a conversion unit that converts charges generated by the photoelectric conversion unit into pixel signals.
図1に、本実施の形態に係るCMOSイメージセンサの概略構成図を示す。本実施の形態に係る固体撮像装置31は、図1に示すように、撮像領域32と、撮像領域32の周辺に配置した垂直選択回路部33及び読み出し回路部34とを備えて構成される。撮像領域32は、被写体画像を撮像する有効画素(以下、開口画素という)36が配列された有効画素領域35と、有効画素領域35の周囲に形成され、遮光が施された黒基準画素(以下、OB画素という)38が配列された光学的黒領域(Optical Black領域)37とから構成される。開口画素36及びOB画素38を含む画素は、規則的に2次元アレイ状に配列される。
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a CMOS image sensor according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the solid-
開口画素36及びOB画素38は、光電変換部を構成する例えばフォトダイオードと、複数のMOSトランジスタ、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ及び選択トランジスタを有してなる。
The
垂直選択回路部33は、例えばシフトレジスタによって構成され、撮像領域32の各開口画素36及びOB画素38を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線(図示せず)を通して各画素の光電変換部(フォトダイオード)において受光量に応じて生成した信号電荷を読み出し回路部34に供給する。
The vertical
読み出し回路部34は、図示しないが、水平信号線、水平選択回路、カラム信号処理回路、出力回路等を有して構成される。さらに、同じチップ上に垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基いて、垂直選択回路部33及び読み出し回路部34等の動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成し、垂直選択回路部33及び読み出し回路部34等に入力する制御回路が形成される。
Although not shown, the
図2に、図1における開口画素36及びOB画素38を通るA−A′線上の断面構造を示す。半導体基板(例えばシリコン基板)41の有効画素領域35に、素子分離領域42で区画された開口画素36が形成され、光学的黒領域37に同じく素子分離領域42で区画されたOB画素38が形成される。開口画素36は、光電変換素子であるフォトダイオード(PD)43と複数のMOSトランジスタ(図2では転送トランジスタTr1のみ示す)とから成る。転送トランジスタTr1は、フローティング・ディフュージョン(FD)部44となる半導体領域とフォトダイオード43とゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極45とにより構成される。OB画素38は、光電変換部であるフォトダイオード(PD)53と複数のMOSトランジスタ(図2では転送トランジスタTr1のみ示す)とから成る。転送トランジスタTr2は、フローティング・ディフュージョン(FD)部54となる半導体領域とフォトダイオード53とゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極55とにより構成される。
FIG. 2 shows a cross-sectional structure on the line AA ′ passing through the
半導体基板41の上部には、層間絶縁膜47を介して多層配線48が形成される。さらに光学的黒領域37では、多層配線48の上部に金属膜、例えばAl膜による遮光膜49が形成される。なお、図示しないが、さらに平坦化膜を介して、カラーフィルタ及びオンチップレンズ等が形成される。
A
そして、本実施の形態においては、詳細は後述するが、開口画素36とOB画素38の暗電流量を一致させるために、開口画素36とOB画素38における夫々のフローティング・ディフュージョン(FD)部44及び54の形状を異ならして構成する。
本実施の形態の固体撮像装置31の信号読み出しは、前述の従来例で説明したと同様であるので、重複説明を省略する。
In the present embodiment, although details will be described later, in order to make the dark current amounts of the
Since the signal readout of the solid-
下記の表1に、開口画素36、及びOB画素38の、フォトダイオード43,53による夫々の暗電流成分とフローティング・ディフュージョン部44,54による夫々の暗電流成分を示す。OB画素38でのフォトダイオード53による暗電流成分をP1、フローティング・ディフュージョン部54による暗電流成分をF1とし、開口画素36でのフォトダイオード43による暗電流成分をP2、フローティング・ディフュージョン部44による暗電流成分をF2とする。
Table 1 below shows the dark current components caused by the
暗電流は、信号として読み出される場合、フォトダイオード43,53から発生するものとフローティング・ディフュージョン部44,54から発生するものの和として読み出される。よって、開口画素とOB画素の暗電流量を一致させるということは、表より、F1+P1=F2+P2であるということである。
When the dark current is read out as a signal, the dark current is read out as the sum of those generated from the
次に、本実施の形態を、その暗電流量をF1+P1=F2+P2とするための調整方法と共に詳述する。デバイスとしての性能の劣化が無く、開口画素36とOB画素38の暗電流を一致させるために、本実施の形態においては、開口画素36を撮像特性が最適になるように設計し、OB画素38を暗電流調整のために調整する。そして、F1+P1=F2+P2とするために、F1のみを調整する。暗電流成分は、フォトダイオード及び、フローティング・ディフュージョンの表面積、又は周囲長が大きければ大きいほど、それに伴って大きくなる。また、通常、OB画素38の暗電流の方が、開口画素36での暗電流よりも大きいことが知られている。
よって、本実施の形態では、F1をF2よりも小さくすることで、F1+P1=F2+P2が達成されることになる。
Next, the present embodiment will be described in detail together with an adjustment method for setting the dark current amount to F1 + P1 = F2 + P2. In the present embodiment, the
Therefore, in the present embodiment, F1 + P1 = F2 + P2 is achieved by making F1 smaller than F2.
本発明による第1実施の形態は、図2に示すように、開口画素36のフローティング・ディフュージョン部44の表面積を、OB画素38のフローティング・ディフュージョン部54の表面積と異なるように構成される。本例ではOB画素38のフローティング・ディフュージョン部54の表面積を開口画素36のフローティング・ディフュージョン部44の表面積よりも小さくして構成される。
As shown in FIG. 2, the first embodiment of the present invention is configured such that the surface area of the floating
第1実施の形態によれば、OB画素38におけるフローティング・ディフュージョン部54の形状、すなわち表面積を、開口画素36におけるフローティング・ディフュージョン部44よりも小さく形成することで、暗電流量を、F1+P1=F2+P2となるように調整することができる。
According to the first embodiment, the dark current amount is set to F1 + P1 = F2 + P2 by forming the shape of the floating
図3に、本発明の第2実施の形態を示す。本実施の形態は、開口画素36とOB画素38のフローティング・ディフュージョン部44及び54の周辺長、及び表面積が互いに異なるように構成される。図3はそのレイアウト例である。本例では、OB画素38のフローティング・ディフュージョン部54の周辺長、及び表面積が、開口画素36のフローティング・ディフュージョン部44の周辺長、及び表面積より小さくして構成される。暗電流量は、フローティング・ディフュージョン30の表面積、又は周囲長に比例する。
よって、第2実施の形態によれば、図3のレイアウトのように暗電流量がF1+P1=F2+P2となるように、開口画素36及び、OB画素38のフローティング・ディフュージョン部44,54の周辺長及び表面積を適当に調節することにより、暗電流量を調整することができる。
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the peripheral lengths and surface areas of the floating
Therefore, according to the second embodiment, the peripheral lengths of the floating
以上のような構成により、F1+P1=F2+P2が達成され、開口画素36、及びOB画素38におけるそれぞれの暗電流量が等しくなる。これによって、OB画素38で得られる黒レベルの基準を、常に開口画素36に適用することができ、1フレームの間で、従来よりもコントラストの良い画像を出力することができる。
With the above configuration, F1 + P1 = F2 + P2 is achieved, and the respective dark current amounts in the
図4に、参考例に係る固体撮像装置を示す。フローティング・ディフュージョン部54の形状を変化させることによって暗電流量を変化させることができるので、OB画素38のフォトダイオード53を取り除いても良い。つまり本実施の形態は、開口画素36では通常のように、フォトダイオード43とフローティング・ディフュージョン部44を備えるも、OB画素38ではフォトダイオード53を省略し、フローティング・ディフュージョン部54だけを備えるようになし、F1=F2+P2となるように、OB画素38のフローティング・ディフュージョン部54の表面積あるいは周辺長を、開口画素36のフローティング・ディフュージョン部44よりも小さく形成して構成する。
FIG. 4 shows a solid-state imaging device according to a reference example. Since the amount of dark current can be changed by changing the shape of the floating
このように、参考例によれば、第1、第2実施の形態と同様に暗電流量の調整を行うことができる。また、OB画素38にフォトダイオード53を形成しないので、OB画素38の、フォトダイオード53の電荷を読み出す必要が無い。
このとき、P1=0であるから、暗電流量は、F1=F2+P2となるように調整される。
Thus, according to the reference example, the dark current amount can be adjusted in the same manner as in the first and second embodiments. In addition, since the
At this time, since P1 = 0, the dark current amount is adjusted to satisfy F1 = F2 + P2.
さらに、OB画素38にフォトダイオード53を形成しないことによって、OB画素領域37内の1画素当たりの面積を小さくでき、OB画素領域37を縮小することが可能となり、チップ面積の縮小、コストダウンに寄与する。
Further, by not forming the
ところで、OB画素38では、基板41から遮光膜49までの高さが高くなるので、斜めに入射した光がフォトダイオードに漏れこむ恐れがあるが、上述のように、OB画素38にフォトダイオード53を形成しないことによって、光電変換を行う領域がなくなるために、OB画素38に大光量を照射したときの光漏れの影響を無くすことができる。
By the way, in the
次に、本発明の第3実施の形態を示す。本実施の形態は、図示しないが、開口画素36及びOB画素38共に、フォトダイオードとフローティング・ディフージョン部を備えるも、フォトダイオードの電荷のフローティング・ディフュージョン部への転送の際に、OB画素38ではフォトダイオード53の電荷をフローティング・ディフュージョン部へ転送しないように構成する。このとき、暗電流量は、F1=F2+P2となるようにOB画素38のフローティング・ディフュージョン部の形状が調整される。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, although not shown, both the
第3実施の形態によれば、第1実施、第2実施の形態における効果に加えて、次のような効果を奏する。画素の感度は、開口画素36とOB画素38の形状の連続性に強く依存する。したがって、開口画素36及びOB画素38を作るときに、プロセスにバラツキがあると、安定したものが得られない。よって、撮像領域32上の画素のレイアウトの連続性、均一性が望まれる。そこで、開口画素36、OB画素38が、ともにフォトダイオードとフローティング・ディフュージョンを有する構成で、OB画素38のフォトダイオード53の電荷の読み出しを行わないようにすれば、開口画素36とOB画素38とで、レイアウトの連続性が得られる。同時に、画素のレイアウトをそれほど変えることなく暗電流量を調整できるうえに、OB画素38に大光量を照射したときの光漏れを防止することができる。
According to 3rd Embodiment, in addition to the effect in 1st Embodiment and 2nd Embodiment, there exist the following effects. The sensitivity of the pixel strongly depends on the continuity of the shape of the
また、レイアウト上の制約が大きい場合は、OB画素38のフローティング・ディフュージョン部54の形状のみならず、フォトダイオード53の形状を変えて、F1+P1=F2+P2となるように調整しても良い。このように、調整の自由度をあげることによって、製造条件や製造工程に適した調整方法を選ぶことができる。
Further, when layout restrictions are large, not only the shape of the floating
さらに、他の実施の形態としては、開口画素とOB画素のフォトダイオードの形状を異なるように構成することができる。例えば、開口画素におけるフォトダイオードとフローティング・ディフュージョン部の暗電流の和と、OB画素のフォトダイオードとフローティング・ディフュージョン部の暗電流の和が等しくなるように、OB画素のフォトダイオードの表面積と、開口画素のフォトダイオードの表面積に差を持たせて構成することができる。 Furthermore, as another embodiment, the shape of the photodiodes of the aperture pixel and the OB pixel can be different. For example, the surface area of the photodiode of the OB pixel and the opening so that the sum of the dark current of the photodiode and the floating diffusion portion in the aperture pixel is equal to the sum of the dark current of the photodiode of the OB pixel and the floating diffusion portion. The pixel photodiodes can be configured with a difference in surface area.
上述した本発明の実施の形態によれば、開口画素とOB画素の暗電流量が等しくなるように、フローティング・ディフュージョンの形状を変化させることによって、温度や蓄積時間によって暗電流量が変化したとしても、OB画素から安定した光学的黒レベルを出力することができる。これにより、暗電流による画像のコントラストの低下を防ぐことができる。また、OB画素領域におけるOB画素のフォトダイオードを省略するときは、OB画素の縮小が可能になり、チップ面積の小型化が図られ、かつ固体撮像装置のコストダウンを実現することができる。また、OB画素のフォトダイオードの省略、あるいはOB画素でのフォトダイオードの電荷読み出しを行わないときは、大光量照射時にOB画素領域への光の漏れ込みによる悪影響を防止することができる。 According to the above-described embodiment of the present invention, it is assumed that the amount of dark current changes with temperature and accumulation time by changing the shape of the floating diffusion so that the amount of dark current of the aperture pixel and the OB pixel becomes equal. In addition, a stable optical black level can be output from the OB pixel. As a result, it is possible to prevent a decrease in image contrast due to dark current. Further, when the photodiode of the OB pixel in the OB pixel region is omitted, the OB pixel can be reduced, the chip area can be reduced, and the cost of the solid-state imaging device can be reduced. Further, when the photodiode of the OB pixel is omitted or the photodiode charge is not read out of the OB pixel, it is possible to prevent an adverse effect due to light leaking into the OB pixel region when a large amount of light is irradiated.
1、31・・固体撮像装置、2、32・・撮像領域、3、33・・垂直選択回路、4、34・・読み出し回路部、5、35・・有効画素領域、6、36・・有効(開口)画素、7、37・・光学的黒領域、8、38・・OB画素、11、41・・基板、12、42・・素子分離領域、13、23、43、53・・フォトダイオード、14、24、44,54・・フローティング・ディフュージョン部、15、25、45、55・・転送ゲート電極、17、47・・層間絶縁膜、18、48・・多層配線、19、49・・遮光膜
1, 31... Solid-
Claims (2)
前記有効画素の暗電流量と、前記黒基準画素の暗電流量とが一致するように、前記有効画素の光電変換部及び前記黒基準画素の光電変換部を同一形状で構成し、
前記黒基準画素のフローティング・ディフュージョン部の表面積又は周辺長は、前記有効画素のフローティング・ディフュージョン部の表面積又は周辺長よりも小さい
固体撮像装置。 The effective pixel and the black reference pixel configured to have a photoelectric conversion unit and a floating diffusion unit each have an imaging region in which a plurality of pixels are arranged,
The effective pixel photoelectric conversion unit and the black reference pixel photoelectric conversion unit are configured in the same shape so that the dark current amount of the effective pixel and the dark current amount of the black reference pixel match.
The solid-state imaging device, wherein a surface area or a peripheral length of a floating diffusion portion of the black reference pixel is smaller than a surface area or a peripheral length of the floating diffusion portion of the effective pixel.
固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the black reference pixel is configured not to transfer the charge of the photoelectric conversion unit to the floating diffusion unit.
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