JPH09293849A

JPH09293849A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH09293849A
Application number: JP8178926A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Matsuda; 英明松田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1996-07-09
Publication date: 1997-11-11

Abstract

(57)【要約】【課題】製造工程を減少させるとともに、被写体を正
確に撮像することができるようにする。【解決手段】被写体からの光を受光する受光部（（Ｂ
ＰＤ１１３）と示す部分）においては、ｎ⁺型不純物領
域１０４の下部にｐ^-型不純物領域が形成されていな
い。すなわち、この受光部（ＢＰＤ１１３）は、被写体
の光を信号電荷に光電変換することができない。従っ
て、このＯＢ部画素２Ｂ−Ｘ１の信号の出力部であるＭ
ＩＳＳＩＴ１１４には、被写体の光に対応する信号電荷
が転送されず、ＭＩＳＳＩＴ１１４からは、所定のレベ
ルの基準信号が出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置に関
し、特に、オプティカル・ブラック部画素の上部に遮光
膜を形成することなく、画像信号を処理するために用い
られる基準信号を得ることができる固体撮像装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像装置は、例えば、マトリクス状
に配置されている複数の画素に入射した光を画像信号に
光電変換することによって、被写体の画像を撮像する装
置である。

【０００３】図１２は、従来の固体撮像装置の一構成例
を示す平面図である。同図に示す固体撮像装置の画素領
域１には、複数の画素２がマトリクス状に配置されてい
る。

【０００４】この画素領域１の中央部は受光部有効画素
領域３とされており、複数の有効画素２Ａによって形成
されている。一方、受光部有効画素領域３の外周部は、
オプティカル・ブラック部（以下、ＯＢ部という）領域
４とされている。このＯＢ部領域４に形成されているＯ
Ｂ部画素２Ｂは、有効画素２Ａと同一の構成を有してい
るが、その上部の全面に、ＯＢ部金属遮光膜５が形成さ
れており、ＯＢ部画素２Ｂへの光の入射が規制されてい
る。

【０００５】受光部有効画素領域３の内部に形成されて
いる有効画素２Ａは、被写体からの光を受光し、その光
を信号電荷に光電変換し、その信号電荷に対応した画像
信号を出力するようになされている。

【０００６】図１３は、図１２に示す有効画素２Ａの一
構成例を示す断面図である。この有効画素２Ａ−ａは、
被写体からの光を受光して画像信号に光電変換する埋め
込みフォトダイオード（以下、ＢＰＤという）１１３、
及び画像信号を増幅して出力するＭＩＳ型静電誘導トラ
ンジスタ（以下、ＭＩＳＳＩＴという）１１４によって
構成されている。

【０００７】ＢＰＤ１１３においては、ｐ型基板１０１
の上部に形成されているｎ型ウェル１０２の上部にｐ^-
型不純物領域１０３が形成され、さらにｐ^-型不純物領
域１０３の上部にｎ⁺型不純物領域１０４が形成されて
いる。

【０００８】ここで、各ポリシリコン層（１０８，１０
９）を形成後に、ＢＰＤ１１３の表面ｎ⁺型不純物領域
（１０４の表面部分）が形成されている。よって、第２
層ポリシリコンゲート１０８の下には、ｎ⁺型不純物領
域１０４が形成されていない。

【０００９】一方、ＭＩＳＳＩＴ１１４においては、ｎ
型ウェル１０２の上部にｎ⁺型不純物領域１０７が形成
されており、ｎ⁺型不純物領域１０７の上部を囲む形で
第１層ポリシリコンゲート１０９が形成されている。

【００１０】第２層ポリシリコンゲート１０８は、ＢＰ
Ｄ１１３のｐ^-型不純物領域１０３に蓄積されている、
入射光に対応する画像信号（信号電荷）をＭＩＳＳＩＴ
１１４の第１層ポリシリコンゲート１０９下に転送する
ようになされており、ｐ^-型不純物領域１０３の露出部
分及び第１層ポリシリコンゲート１０９の両方に、その
一部が重なる（上下方向において）ように形成されてい
る。

【００１１】さらに、ＭＩＳＳＩＴ１１４で増幅された
画像信号を垂直方向に伝達する垂直信号線１１０が形成
されている。なお、この垂直信号線１１０はアルミニウ
ムによってＭＩＳＳＩＴ１１４の上部の全面に形成され
ており、ＭＩＳＳＩＴ１１４への光の入射を規制するＭ
ＩＳＳＩＴ遮光用アルミも兼ねている。但し、この垂直
信号線１１０は、ＢＰＤ１１３の上部には形成されてお
らず、被写体からの光がＢＰＤ１１３に入射することが
できるようになされている。

【００１２】被写体からの光がＢＰＤ１１３に入射する
と、光電変換された画像信号（信号電荷）がｐ^-型不純
物領域１０３に蓄積される。またこのとき、第１層ポリ
シコンゲート１０９（ＭＩＳＳＩＴ１１４のゲート）に
は負電位が印加されており、ＭＩＳＳＩＴ１１４が遮断
状態であると同時に、第１層ポリシリコンゲート１０９
の下部は反転層が誘起され、ｐ型領域となっている（図
示せず）。

【００１３】次に、第２層ポリシリコンゲート１０８
（転送スイッチのゲート）に所定のレベルの負電位が印
加されると、ｐ^-型不純物領域１０３に蓄積されている
画像信号（信号電荷）が、第２層ポリシリコンゲート１
０８の下に誘起されるｐチャンネル（図示せず）を介し
て、ＭＩＳＳＩＴ１１４（第１層ポリシリコンゲート１
０９の下部に誘起されているｐ型反転層）に転送され
る。その後、第２層ポリシリコンゲート１０８の電位を
もとに戻して、転送スイッチを遮断状態にする。続けて
第１層ポリシリコンゲート１０９（ＭＩＳＳＩＴ１１４
のゲート）の電位を蓄積時よりも高い所定の電位にして
ＭＩＳＳＩＴ１１４をオンの状態にする。するとＭＩＳ
ＳＩＴ１１４に転送された画像信号（信号電荷）は増幅
され、垂直信号線１１０を介して読み出し回路６に供給
される。そして、ＭＩＳＳＩＴ１１４をリセットした
後、再び蓄積状態にする。

【００１４】一方、ＯＢ部領域４に形成されているＯＢ
部画素２Ｂは、上記有効画素２Ａとほぼ同一の構成を有
している。しかしながら、上述したように、ＯＢ部画素
２Ｂの上部には、ＯＢ部金属遮光膜５が形成されてい
る。

【００１５】図１４は、ＯＢ部画素２Ｂの一構成例を示
す断面図である。このＯＢ部画素２Ｂ−ａの構成は、図
１３に示す有効画素２Ａ−ａの構成と基本的に同様であ
るが、ＢＰＤ１１３への光の入射を規制するＯＢ部金属
遮光膜５が、垂直信号線１１０の上部に、画素部全体を
覆うように形成されている。

【００１６】従って、このＯＢ部画素２Ｂ−ａにおける
ＢＰＤ１１３は光感度を有しない。垂直信号線１１０か
らは、ＢＰＤ１１３の蓄積する信号電荷が０であるとき
の出力信号が出力される。すなわち、この信号は、被写
体の光に対応しない信号であり、有効画素２Ａから読み
出された画像信号を処理する基準信号として用いられ
る。

【００１７】読み出し回路６は、画素領域１のすべての
画素２（有効画素２Ａ及びＯＢ部画素２Ｂ）の蓄積して
いる信号（画像信号及び画像処理基準信号）を読み出
し、出力端子８から外部に出力する。画素領域１及び読
み出し回路６の周囲に配置されている周辺回路領域７に
は、この固体撮像装置の動作を制御する所定の回路（例
えば、読み出し回路６の制御回路等）が形成されてい
る。

【００１８】図１５は、図１２に示す有効画素２Ａの他
の構成例を示す断面図である。同図に示す有効画素２Ａ
−ｂは、被写体からの光を受光して信号電荷に光電変換
するＢＰＤ１２３、及びＢＰＤ１２３の蓄積する信号電
荷を画像信号として垂直方向に転送する垂直転送ＣＣＤ
１２４を備えている（すなわち、この有効画素２Ａ−ｂ
の用いられている固体撮像装置は、ＣＣＤ型の固体撮像
装置である）。

【００１９】ＢＰＤ１２３においては、ｎ型基板１３１
の上部に形成されているｐ型ウェル１３２の上部にｎ^-
型不純物領域１３３が形成され、さらにｎ^-型不純物領
域１３３の上部にｐ⁺型不純物領域１３４が形成されて
いる。ここで、画素分離領域（ｐ⁺型不純物領域１３４
の深い領域）は、各ポリシリコン（１３７，１３８）形
成前に形成している。一方、ＢＰＤ１２３の表面ｐ⁺型
不純物領域（ｐ⁺型不純物領域１３４の浅い領域）は、
各ポリシリコン（１３７，１３８）形成後に形成してい
る。そのため、第１層ポリシリコンゲート１３７の下で
は、ｐ⁺型不純物領域１３４の深い領域は形成される
が、浅い領域はポリシリコンがマスクとなるため、形成
されない。

【００２０】垂直転送ＣＣＤ１２４においては、ｐ型不
純物領域１３５がｐ型ウェル１３２中に形成され、ｐ型
不純物領域１３５の上部にはｎ型不純物領域１３６が形
成されている。但し、ｎ型不純物領域１３６は、ｐ型不
純物領域１３５の上部の全面に形成されているのではな
く、ｐ型不純物領域１３５及びｐ⁺型不純物領域１３４
で囲まれる形で形成されている。

【００２１】さらに、垂直転送ＣＣＤ１２４の上部に
は、第１層ポリシリコンゲート１３７及び第２層ポリシ
リコンゲート１３８が形成されている。第１層ポリシリ
コンゲート１３７は、その一端がＢＰＤ１２３のｎ^-型
不純物領域１３３の露出部（ｐ⁺型不純物領域１３４の
形成されていない部分）に重なるようになされている
（上下方向において）。つまり、第１層ポリシリコンゲ
ート１３７は、ｎ^-型不純物領域１３３に蓄積されてい
る信号電荷を垂直転送ＣＣＤ１２４のｎ型不純物領域１
３６に転送するようになされている。

【００２２】第１層ポリシリコンゲート１３７と第２層
ポリシリコンゲート１３８は、垂直転送ＣＣＤ１２４の
ｎ型不純物領域１３６に転送された信号電荷（画像信
号）を、垂直方向に転送するようになされている。すな
わち、第１層ポリシリコンゲート１３７は、ＢＰＤ１２
３から垂直転送ＣＣＤ１２４へ信号電荷を転送するため
の転送ゲートと、垂直転送ＣＣＤ１２４内で、信号電荷
を転送するための垂直転送ゲートを兼ねている。

【００２３】また、垂直転送ＣＣＤ１２４の最上部に
は、垂直転送ＣＣＤ１２４への光の入射を規制する遮光
アルミ１３９が形成されている。なお、この遮光アルミ
１３９は、ＢＰＤ１２３の上部には形成されておらず、
ＢＰＤ１２３が、被写体からの光を受光することができ
るようになされている。

【００２４】図１６は、図１５に示す有効画素２Ａ−ｂ
が有効画素２Ａとして用いられた場合におけるＯＢ部画
素２Ｂの構成例を示す断面図である。同図に示すＯＢ部
画素２Ｂ−ｂの構成は、図１５に示す有効画素２Ａ−ｂ
の構成とほぼ同一であるが、遮光アルミ１３９が、画素
部全面（ＢＰＤ１２３上及び垂直転送ＣＣＤ１２４上）
に形成されている（すなわち、遮光アルミ１３９がＯＢ
部金属遮光膜５とされている）。

【００２５】つまり、このＯＢ部画素２Ｂ−ｂにおいて
は、被写体からの光は遮光アルミ１３９によって遮ら
れ、ＢＰＤ１２３に入射しない。従って、このＯＢ部画
素２Ｂ−ｂから出力される信号は、被写体の光に対応し
ない信号電荷０に対応する信号（基準信号）とされる。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、固体
撮像装置においては、通常、有効画素２Ａの出力する画
像信号の処理に用いられる基準信号を得るために、有効
画素領域３の外周部にＯＢ部領域４を形成するようにし
ている。また、このＯＢ部領域４内のＯＢ部画素２Ｂ上
には、ＯＢ部金属遮光膜５が形成されている。

【００２７】特に、固体撮像装置が増幅型固体撮像装置
である場合（例えば、図１３及び図１４に各々示す、有
効画素２Ａ−ａ及びＯＢ部画素２Ｂ−ａが用いられてい
る固体撮像装置である場合）、図１４に示すように、Ｏ
Ｂ部金属遮光膜５を、垂直信号線１１０の上側に、垂直
信号線１１０とは別に設ける必要がある（垂直信号線１
１０をＢＰＤ１１３の上部に延長し、ＯＢ部金属遮光膜
５として用いると、垂直信号線が短絡してしまうた
め）。

【００２８】従って、従来の増幅型固体撮像装置におい
ては、ＯＢ部金属遮光膜５を形成する工程が必要とさ
れ、その分だけ煩雑さが増すという課題がある。さらに
製造工程の増加に伴って、パーティクルが発生しやす
く、歩留まりが悪化するという課題もある。

【００２９】また、増幅型固体撮像装置においては、Ｏ
Ｂ部領域４内では、ＯＢ部画素２Ｂの上部の全面にＯＢ
部金属遮光膜５が形成されているが、受光部有効画素領
域３内の有効画素２Ａの上部には、金属遮光膜は形成さ
れていない。このため、ＯＢ部画素２Ｂの層の厚さが、
有効画素２Ａの層の厚さよりも、ＯＢ部金属遮光膜５の
分だけ厚くなり、画素領域１の表面が平坦でなくなって
しまう。

【００３０】ところで、この固体撮像装置を用いて、被
写体をカラーで撮像する場合、カラーフィルタ、黒フィ
ルタ等を画素領域１の表面の全面に形成する。しかしな
がら、上記のように、画素領域１の表面が平坦でない場
合、カラーフィルタ等にも、受光部有効画素領域３とＯ
Ｂ部領域４の間で段差が生じてしまう。すると、特に受
光部有効画素領域３とＯＢ部領域４の境界における光学
的特性が、中央部における光学的特性と異なるものとな
り、均一なカラー画像を得ることが困難になる。そこ
で、このような問題を防止するため、画素領域１の表面
の全面に平坦化膜を形成して表面を平坦にし、その平坦
化膜の上面にカラーフィルタ等を形成するようにしてい
る。

【００３１】しかしながら、画素領域１の表面を充分に
平坦にするには、ＯＢ部金属遮光膜５がある分、さら
に、上記平坦化膜を厚く形成する必要がある。平坦化膜
が厚くなると、平坦化膜の上面に形成されるカラーフィ
ルタ等が各画素２から離れた位置（高い位置）に形成さ
れる。すると、１つの画素に、所望の光以外の光が斜め
方向から入射して混色が起きやすくなり、被写体を正確
に撮像することが困難になるという課題が生じる。

【００３２】同様に、複数のオンチップマイクロレンズ
を平坦化膜の上面の各画素２に対応する位置に設ける場
合においても、上記理由により混色が起きやすくなり、
さらに、斜め入射光の集光率も悪くなってしまう。

【００３３】また、ＯＢ部金属遮光膜５と他のアルミ配
線（例えば、垂直信号線１１０）とのショート等による
不良が発生し易くなるという課題もある。

【００３４】さらに、増幅型の固体撮像装置に限らず、
従来の固体撮像装置においては、ＯＢ部領域４に形成さ
れている各ＯＢ部画素２Ｂの有するＢＰＤの、各々の特
性のバラツキに対応して、ＯＢ部画素２Ｂから出力され
る基準信号にもバラツキが生じ、画像信号を正確に処理
することが困難になるという課題もある。

【００３５】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、製造工程を減少させるとともに、被写体を
正確に撮像することができるようにすることを目的とす
る。

【００３６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の固体撮
像装置は、第１の画素が、被写体の光を受光して信号電
荷に光電変換する第１の受光部と、第１の受光部の信号
電荷に対応する画像信号を出力する第１の出力部とを備
え、第２の画素が、被写体の光を受光するが、光感度を
有しない第２の受光部と、基準信号を出力する第２の出
力部とを備えることを特徴とする。

【００３７】請求項５に記載の固体撮像装置は、第１の
画素が、被写体の光を受光して信号電荷に光電変換する
第１の受光部と、第１の受光部の信号電荷に対応する画
像信号を出力する第１の出力部と、第１の受光部の光電
変換した信号電荷を第１の出力部に転送する第１の信号
転送部とを備え、第２の画素が、被写体の光を受光して
信号電荷に光電変換する第２の受光部と、基準信号を出
力する第２の出力部と、を備え、第２の受光部の光電変
換した信号電荷が第２の出力部に転送されないことを特
徴とする。

【００３８】請求項１に記載の固体撮像装置において
は、第１の画素が、被写体の光を受光して信号電荷に光
電変換する第１の受光部と、第１の受光部の信号電荷に
対応する画像信号を出力する第１の出力部とを備え、第
２の画素が、被写体の光を受光するが、光感度を有しな
い第２の受光部と、基準信号を出力する第２の出力部と
を備える。

【００３９】請求項５に記載の固体撮像装置において
は、第１の画素が、被写体の光を受光して信号電荷に光
電変換する第１の受光部と、第１の受光部の信号電荷に
対応する画像信号を出力する第１の出力部と、第１の受
光部の光電変換した信号電荷を第１の出力部に転送する
第１の信号転送部とを備え、第２の画素が、被写体の光
を受光して信号電荷に光電変換する第２の受光部と、基
準信号を出力する第２の出力部と、を備え、第２の受光
部の光電変換した信号電荷が第２の出力部に転送されな
い。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。なお、従来の場合と対応する部分には
同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

【００４１】図１は、本発明を適用した固体撮像装置の
一実施例の構成を示す平面図である。本実施例の固体撮
像装置の構成は、図１２に示す従来の固体撮像装置の構
成と基本的に同様であり、以下に示す構成が異なってい
る。すなわち、本実施例の固体撮像装置においては、Ｏ
Ｂ部画素２Ｂへの光の入射を規制するためのＯＢ部金属
遮光膜が形成されていない。また、ＯＢ部画素２Ｂの構
成が、有効画素２Ａの構成と異なっている。

【００４２】以下に、有効画素２Ａの構成とＯＢ部画素
２Ｂの構成の違いについて説明する。

【００４３】まず、図１に示す固体撮像装置の各々の画
素２（有効画素２Ａ及びＯＢ部画素２Ｂ）の出力部にＭ
ＩＳＳＩＴが用いられている場合の実施例について説明
する。

【００４４】本実施例における有効画素２Ａは、図１２
に示す場合と同様に、図１３に示す有効画素２Ａ−ａと
同一の構成を有している。一方、本実施例のＯＢ部画素
２Ｂは、例えば図２に示すような構成を有している。

【００４５】図２に示すＯＢ部画素２Ｂ−Ｘ１の構成
は、図１３に示す有効画素２Ａ−ａの構成と基本的に同
様であるが、図１３に示すｐ^-型不純物領域１０３が形
成されていない点が異なっている。すなわち、このＯＢ
部画素２Ｂ−Ｘ１の被写体の光を受光する部分（図２に
おいて、（ＢＰＤ１１３）と示す部分（以下、便宜上Ｂ
ＰＤ１１３という））は、有効画素２Ａ−ａのＢＰＤ１
１３と異なり、入射光を信号電荷に光電変換することが
できない（光感度を有しない）。

【００４６】つまり、このＯＢ部画素２Ｂ−Ｘ１におい
ては、ＢＰＤ１１３は、入射光に対応する信号電荷を生
成しない（光電変換をしない）ので、ＢＰＤ１１３から
ＭＩＳＳＩＴ１１４には信号電荷が転送されない。従っ
て、このＯＢ部画素２Ｂ−Ｘ１から出力される信号は、
被写体の光（入射光）に対応しない信号（信号電荷０に
対応する信号）（基準信号）である。

【００４７】すなわち、本実施例においては、光の入射
を規制するＯＢ部金属遮光膜を、ＯＢ部画素２Ｂ−Ｘ１
の上部に形成することなく、画像信号を処理するための
基準信号を得ることができる。また、ＢＰＤ１１３から
の信号電荷の転送がないので（ＢＰＤ１１３は光電変換
をしないため）、各ＯＢ部画素２Ｂ毎のＢＰＤの素子特
性によらず、どのＯＢ部画素２Ｂからも同一のレベルの
基準信号を得ることができる（基準信号のバラツキを抑
制することができる）。

【００４８】図３は、本実施例のＯＢ部画素２Ｂの第２
の構成例を示す断面図である。本図に示すＯＢ部画素２
Ｂ−Ｘ２の構成は、図１３に示す有効画素２Ａ−ａの構
成と基本的に同様であるが、第２層ポリシリコンゲート
１０８が、上面から見て、ＢＰＤ１１３に重ならないよ
うに形成されている。また、ＢＰＤ１１３の表面のｎ⁺
型不純物領域１０４が、ｐ^-型不純物領域１０３の上部
の全面に形成されている。

【００４９】従って、ＢＰＤ１１３のｐ^-型不純物領域
１０３に蓄積されている、入射光に対応する信号電荷
が、出力段であるＭＩＳＳＩＴ１１４に転送されない
（第２層ポリシリコンゲート１０８の下に誘起されるＰ
チャンネルとＢＰＤ１１３のｐ^-型不純物領域１０３が
接しないので、ｐ^-型不純物領域１０３に蓄積されてい
る電荷が転送スイッチを介して転送されないため）。従
って、ＯＢ部画素２Ｂ−Ｘ２が出力する信号は、入射光
に対応しない、所定のレベルの信号（信号電荷０の場合
のＭＩＳＳＩＴ１１４の出力信号）である。つまり、こ
のＯＢ部画素２Ｂ−Ｘ２の上部に、ＯＢ部金属遮光膜を
形成する必要がなくなる。

【００５０】以上のように、本実施例においても、光の
入射を規制するＯＢ部金属遮光膜をＯＢ部画素２Ｂ−Ｘ
２の上部に形成することなく、基準信号を得ることがで
きる。また、ＢＰＤ１１３からの信号電荷の転送がない
ので、各ＯＢ部画素２Ｂ毎のＢＰＤの素子特性によら
ず、どのＯＢ部画素２Ｂからも同一のレベルの基準信号
を得ることができる。

【００５１】図４は、本実施例のＯＢ部画素２Ｂの第３
の構成例を示す断面図である。本図に示すＯＢ部画素２
Ｂ−Ｘ３の構成は、図１３に示す有効画素２Ａ−ａの構
成と基本的に同様であるが、第２層ポリシリコン配線１
０８ａを、ＢＰＤ１１３の上部に配置している（すなわ
ち、第２層ポリシリコン配線１０８ａは、転送スイッチ
のゲートとして使用されない）。つまり、ＢＰＤ１１３
とＭＩＳＳＩＴ１１４の間に、転送スイッチそのものが
形成されていない。

【００５２】従って、本実施例においては、ＢＰＤ１１
３のｐ^-型不純物領域１０３に蓄積されている信号電荷
がＭＩＳＳＩＴ１１４に転送されない。従って、ＯＢ部
画素２Ｂ−Ｘ３が出力する信号は、入射光に対応しな
い、所定のレベルの信号（信号電荷が０の場合のＭＩＳ
ＳＩＴ１１４の出力信号）である。つまり、このＯＢ部
画素２Ｂ−Ｘ３の上部に、ＯＢ部金属遮光膜を形成する
必要がなくなる。

【００５３】すなわち、本実施例においては、ＯＢ部画
素２Ｂ−Ｘ３の上部に、光の入射を規制するＯＢ部金属
遮光膜を形成することなく、画像信号を処理するための
基準信号を得ることができる。また、ＢＰＤ１１３から
の信号電荷の転送がないので、各ＯＢ部画素２Ｂ毎のＢ
ＰＤの素子特性によらず、どのＯＢ部画素２Ｂからも同
一のレベルの基準信号を得ることができる。

【００５４】なお、図２乃至図４に示す実施例を組み合
わせてＯＢ部画素２Ｂを構成するようにしてもよいこと
はいうまでもない。例えば、図２に示すように、ＢＰＤ
１１３のｐ^-型不純物領域１０３を形成せずに、さら
に、図４に示すように、第２層ポリシリコン配線１０８
ａをｎ⁺型不純物領域１０４の中央部に形成するように
してもよい（その他の組み合わせも可能である）。

【００５５】以上の実施例においては、各画素の信号の
出力部にＭＩＳＳＩＴを用いた場合について説明した
が、これに限らず、信号出力部が他の構成とされている
場合においても、遮光膜を設けることなくＯＢ部画素を
形成することができる。

【００５６】そこで、次に、図１に示す有効画素２Ａが
図１５に示す有効画素２Ａ−ｂと同一の構成を有する場
合（すなわち、ＢＰＤの出力部に垂直転送ＣＣＤが用い
られている場合）のＯＢ部画素２Ｂの実施例について説
明する。

【００５７】図５は、図１に示す有効画素２Ａが図１５
に示す有効画素２Ａ−ｂと同一の構成を有する場合にお
けるＯＢ部画素２Ｂの第１の構成例を示す断面図であ
る。すなわち、本実施例のＯＢ部画素２Ｂ−Ｙ１の構成
は、図１５に示す有効画素２Ａ−ｂの構成とほぼ同様で
あるが、図１５に示すｎ^-型不純物領域１３３が形成さ
れていない。換言すれば、このＯＢ部画素２Ｂ−Ｙ１
の、光を受光する部分（図５において、（ＢＰＤ１２
３）と示す部分（以下、便宜上ＢＰＤ１２３という））
は、有効画素２Ａ−ｂのＢＰＤ１２３と異なり、入射光
を信号電荷に光電変換することができない（光感度を有
しない）。

【００５８】つまり、このＯＢ部画素２Ｂ−Ｙ１におけ
るＢＰＤ１２３は光電変換をしないので、ＢＰＤ１２３
からＭＩＳＳＩＴ１２４には信号電荷が転送されない。
従って、このＯＢ部画素２Ｂ−Ｙ１から出力される信号
は、被写体の光（入射光）に対応しない、信号電荷０に
対応する信号（基準信号）となる。

【００５９】すなわち、本実施例においては、遮光アル
ミ１３９をＢＰＤ１２３の上部に延長することなく、基
準信号を得ることができる。また、ＢＰＤ１２３からの
信号電荷の転送がないので（ＢＰＤ１２３では信号電荷
が生成されないため）、各ＯＢ部画素２Ｂ毎のＢＰＤの
素子特性によらず、どのＯＢ部画素２Ｂからも同一のレ
ベルの基準信号を得ることができる。

【００６０】図６は、図１に示す有効画素２Ａが図１５
に示す有効画素２Ａ−ｂと同一の構成を有する場合にお
けるＯＢ部画素２Ｂの第２の構成例を示す断面図であ
る。同図に示すＯＢ部画素２Ｂ−Ｙ２の構成は、図１５
に示す有効画素２Ａ−ｂの構成とほぼ同様であるが、以
下に示す点が異なっている。

【００６１】すなわち、同図に示すＯＢ部画素２Ｂ−Ｙ
２においては、第１層ポリシリコンゲート１３７が、上
面から見て、ＢＰＤ１２３に重ならないように形成され
ている。また、ＢＰＤ１２３の表面のｐ⁺型不純物領域
１３４が、ｎ^-型不純物領域１３３の上部の全面に形成
されている。

【００６２】本実施例のＯＢ部画素２Ｂ−Ｙ２において
は、ＢＰＤ１２３は、被写体の光を受光して信号電荷に
光電変換する。この信号電荷は、ｎ^-型不純物領域１３
３に蓄積される。しかしながら、ｎ^-型不純物領域１３
３の上部の全面にｐ⁺型不純物領域１３４が形成されて
いるので、転送スイッチがオンの状態になったときに、
第１層ポリシリコンゲート１３７の下に誘起されるｎチ
ャンネルと、ｎ^-型不純物領域１３３が接しないため、
ｎ^-型不純物領域１３３に蓄積されている信号電荷が、
転送スイッチを介して垂直転送ＣＣＤ１２４に転送され
ない。従って、このＯＢ部画素２Ｂ−Ｙ２から出力され
る信号は、入射光に対応しない、信号電荷０に対応する
信号（基準信号）とされる。

【００６３】すなわち、本実施例においては、遮光アル
ミ１３９をＢＰＤ１２３の上部に延長することなく、基
準信号を得ることができる。また、ＢＰＤ１２３からの
信号電荷の転送がないので、各ＯＢ部画素２Ｂ毎のＢＰ
Ｄの素子特性によらず、どのＯＢ部画素２Ｂからも同一
のレベルの基準信号を得ることができる。

【００６４】次に、各画素の出力部に接合型電界効果ト
ランジスタ（ジャンクションＦＥＴ）（以下、ＪＦＥＴ
という）を用いる場合の実施例について説明する。

【００６５】図７は、信号の出力部にＪＦＥＴを用いた
場合の有効画素２Ａの構成例を示す断面図である。同図
に示す有効画素２Ａ−Ｚは、被写体からの光を受光して
信号電荷に光電変換するＢＰＤ１４３と、ＢＰＤ１４３
の生成した信号電荷に対応する画像信号を出力するＪＦ
ＥＴ１４４を備えている。

【００６６】すなわち、本実施例の有効画素２Ａ−Ｚに
おいては、ｐ型基板１５１の上部にｎ型ウェル１５２が
形成されている。ＢＰＤ１４３においては、光電変換し
た信号電荷を蓄積するｐ^-型不純物領域１５３がｎ型ウ
ェル１５２の上部に形成され、さらに、ｎ⁺型不純物領
域１５４がｐ^-型不純物領域１５３の上部に形成されて
いる。ここで、ポリシリコン層（１５８，１５９）の形
成後に、ＢＰＤ１４３の表面のｎ⁺型不純物領域が形成
されているので、ポリシリコンゲート１５８の下では、
ｎ⁺型不純物領域１５４が形成されていない。

【００６７】また、このｎ⁺型不純物領域１５４の深い
部分は、当該画素とそれに隣接している画素との素子分
離のために用いられるとともに、その隣接している画素
のＪＦＥＴ１４４のドレイン領域としても用いられる。

【００６８】ＪＦＥＴ１４４においては、ｐ型不純物領
域１５５がｎ型ウェル１５２の上部に形成されている。
このｐ型不純物領域１５５の中間部（上下方向における
中間部）には、ｎ型不純物領域１５６が、ｐ型不純物領
域１５５に挟み込まれる形で形成されている。但し、上
部と下部のｐ型不純物領域１５５は、１箇所において、
ｎ型不純物領域１５６を貫通してつながっている。

【００６９】さらに、ｎ型不純物領域１５６の中央部の
上部には、ｎ⁺型不純物領域１５７が、上部のｐ型不純
物領域１５５を貫通して形成されている。また、ＪＦＥ
Ｔ１４４から出力される信号を垂直方向に転送する垂直
信号線１６０がｎ⁺型不純物領域１５７の上部に接続さ
れている。

【００７０】なお、ｐ型不純物領域１５５は、ＪＦＥＴ
１４４のゲート領域として用いられ、ｎ⁺型不純物領域
１５７は、ＪＦＥＴ１４４のソース領域として用いられ
る。また、ＪＦＥＴ１４４のドレイン領域であるｎ⁺型
不純物領域１５４は、ｎ型不純物領域１５６を介して、
ソース領域であるｎ⁺型不純物領域１５７に接続されて
いる。

【００７１】このＪＦＥＴ１４４の上部には、ＪＦＥＴ
１４４への光の入射を規制するＪＦＥＴ遮光用アルミと
しても用いられるリセット信号線１６１が形成されてい
る。また、ポリシリコン配線１５９は、図示せぬリセッ
トスイッチ（図８のリセットスイッチ１５９Ａ）のリセ
ットゲート用配線として使用される。

【００７２】ＢＰＤ１４３とＪＦＥＴ１４４の間には、
ＢＰＤ１４３のｐ^-型不純物領域１５３に蓄積されてい
る信号電荷をＪＦＥＴ１４４に転送するための転送スイ
ッチ（ＰＭＯＳ）が設けられている（図８の転送スイッ
チ１５８Ａ）。この転送スイッチのポリシリコンゲート
（転送ゲート）１５８に低レベルの電圧が印加される
と、ＢＰＤ１４３の蓄積している信号電荷がＪＦＥＴ１
４４に転送される。

【００７３】図８は、図７に示す有効画素２Ａ−Ｚの電
気的構成を説明する回路図であり、同図を参照して有効
画素２Ａ−Ｚの画像信号の出力動作を説明する。図８に
おいて、点線で囲まれている範囲は、図７の断面図に示
されている範囲である。

【００７４】高レベルの（例えば、＋５Ｖ程度の）正電
位がポリシリコンゲート１５８に印加されているとき、
ＢＰＤ１４３とＪＦＥＴ１４４とを接続する転送スイッ
チ１５８Ａ（図７におけるＢＰＤ１４３とＪＦＥＴ１４
４の間に形成されているスイッチ）がオフの状態とされ
ており、ＢＰＤ１４３とＪＦＥＴ１４４が電気的に分離
される。このとき、ＢＰＤ１４３のｐ^-型不純物領域１
５３には、被写体の光（画像）に対応する信号電荷が蓄
積される。

【００７５】一方、ポリシリコン配線１５９（リセット
ゲート）には、低レベルの（例えば、−８Ｖ程度の）負
電位が印加されており、リセットスイッチ１５９Ａ（但
し、図７においては図示せず）がオンの状態とされてい
る。このとき、リセット信号線１６１には低レベル（例
えば、−５Ｖ程度）の信号が印加されているので、ＪＦ
ＥＴ１４４のゲート（ｐ型不純物領域１５５）はリセッ
ト信号１６１の電位に設定され、ＪＦＥＴ１４４は、オ
フの状態（遮断状態）となっている。

【００７６】ＢＰＤ１４３の信号電荷の蓄積時間が終了
すると、リセット信号線１６１の電位を高レベルに設定
する、即ち、ＪＦＥＴ１４４のゲート（ｐ型不純物領域
１５５）の電位を高レベル（例えば、−２Ｖ程度）に設
定する。そして、ポリシリコン配線１５９（リセットゲ
ート）に高レベル（例えば、＋１Ｖ程度）の電圧を印加
してリセットスイッチ１５９Ａをオフの状態にし、ＪＦ
ＥＴ１４４のゲート（ｐ型不純物領域１５５）を、直前
の電圧（ここでは、−２Ｖ）を保持したままフローティ
ング状態にする。

【００７７】次に、ポリシリコンゲート１５８（転送ゲ
ート）を低レベル（例えば、−２Ｖ程度）にして転送ス
イッチ１５８Ａをオンの状態にすると、ＢＰＤ１４３の
ｐ^-型不純物領域１５３に蓄積されている信号電荷がＪ
ＦＥＴ１４４のゲート（ｐ型不純物領域１５５）に転送
される。

【００７８】ＢＰＤ１４３の蓄積している信号電荷が完
全にＪＦＥＴ１４４に転送された後、ポリシリコンゲー
ト１５８は高レベルとされ、転送スイッチ１５８Ａがオ
フの状態とされる。そして、ＪＦＥＴ１４４のゲート１
５５（ｐ型不純物領域１５５）に転送された信号電荷
（すなわち、ＢＰＤ１４３の出力した信号電荷）に対応
する信号が、ｎ⁺型不純物領域１５７、垂直信号線１６
０を介して、読み出し回路６に出力される。

【００７９】以上に説明した有効画素２Ａ−Ｚを用いる
場合においても、本発明は適用可能である。図９は、図
１に示す有効画素２Ａとして、図７に示す有効画素２Ａ
−Ｚを用いた場合の、ＯＢ部画素２Ｂの構成例を示す断
面図である。同図に示すＯＢ部画素２Ｂ−Ｚ１の構成
は、図７に示す有効画素２Ａ−Ｚの構成と基本的に同様
であるが、ＢＰＤ１４３のｐ^-型不純物領域１５３が形
成されていない点が異なっている。

【００８０】つまり、このＯＢ部画素２Ｂ−Ｚ１の（Ｂ
ＰＤ１４３）と示す部分（以下、便宜上ＢＰＤ１４３と
いう）は、被写体の光を信号電荷に光電変換しないの
で、ＪＦＥＴ１４４には、信号電荷が転送されない。従
って、ＪＦＥＴ１４４から垂直信号線１６０を介して、
読み出し回路６に出力される信号は、被写体の光に対応
しない、信号電荷０に対応する信号（すなわち、有効画
素２Ａの出力する画像信号を処理するための基準信号）
とされる。

【００８１】すなわち、本実施例においては、ＢＰＤ１
４３への光の入射を規制するＯＢ部金属遮光膜をリセッ
ト信号線１６１の上部にさらに形成することなく、基準
信号を得ることができる。また、ＢＰＤ１４３からの信
号電荷の転送がないので（ＢＰＤ１４３は光電変換をし
ないめ）、各ＯＢ部画素２Ｂ毎のＢＰＤの素子特性によ
らず、どのＯＢ部画素２Ｂからも同一のレベルの基準信
号を得ることができる。

【００８２】図１０は、図１に示す有効画素２Ａとし
て、図７に示す有効画素２Ａ−Ｚを用いた場合の、ＯＢ
部画素２Ｂの他の構成例を示す断面図である。本実施例
のＯＢ部画素２Ｂ−Ｚ２の構成は、図７に示す有効画素
２Ａ−Ｚの構成と基本的に同様であるが、以下に示す点
が異なっている。

【００８３】すなわち、本実施例のＯＢ部画素２Ｂ−Ｚ
２においては、ＢＰＤ１４３とＪＦＥＴ１４４の間に形
成されている、転送スイッチ（図８に示す転送スイッチ
１５８Ａ）のポリシリコンゲート１５８がＢＰＤ１４３
の上部に重なっていない。また、ＢＰＤ１４３における
ｎ⁺型不純物領域１５４が、ｐ^-型不純物領域１５３の上
部の全面に形成されている。従って、本実施例において
は、転送スイッチがオンの状態とされたときに、ポリシ
リコンゲート１５８の下に誘起されるＰチャンネルがｐ
^-型不純物領域１５３に接しないため、ＢＰＤ１４３の
ｐ^-型不純物領域１５３に蓄積されている信号電荷が、
転送スイッチを介してＪＦＥＴ１４４に転送されない。
よって、本実施例のＯＢ部画素２Ｂ−Ｚ２が出力する信
号は、入射光に対応しない、信号電荷０に対応する信号
（基準信号）とされる。

【００８４】以上のように、本実施例においても、ＢＰ
Ｄ１４３への光の入射を規制するＯＢ部金属遮光膜をリ
セット信号線１６１の上部に形成することなく、基準信
号を得ることができる。また、ＢＰＤ１４３からの信号
電荷の転送がないので、各ＯＢ部画素２Ｂ毎のＢＰＤの
素子特性によらず、どのＯＢ部画素２Ｂからも同一のレ
ベルの基準信号を得ることができる。

【００８５】図１１は、図１に示す有効画素２Ａとし
て、図７に示す有効画素２Ａ−Ｚを用いた場合の、ＯＢ
部画素２Ｂのさらに他の構成例を示す断面図である。本
実施例のＯＢ部画素２Ｂ−Ｚ３の構成は、図７に示す有
効画素２Ａ−Ｚの構成と基本的に同様であるが、以下に
示す点が異なっている。

【００８６】すなわち、本実施例のＯＢ部画素２Ｂ−Ｚ
３においては、ポリシリコン配線１５８ａを、ＢＰＤ１
４３とＪＦＥＴ１４４間の上部ではなく、ＢＰＤ１４３
の中央に配置している（すなわち、ポリシリコン配線１
５８ａは、ここでは、転送スイッチのゲートではなく、
単に配線として用いられている）。よって、この場合に
おいては、転送スイッチそのものが形成されていない。
また、ポリシリコン配線１５８ａがマスクになるため、
結果的に、その下側では、ｎ⁺型不純物領域１５４が形
成されていない。よって、本実施例においては、ＢＰＤ
１４３の蓄積している画像信号（信号電荷）が、ＪＦＥ
Ｔ１４４に転送されないので、本実施例のＯＢ部画素２
Ｂ−Ｚ３が出力する信号は、入射光に対応しない、所定
のレベルの信号（基準信号）とされる。

【００８７】以上のように、本実施例においても、ＢＰ
Ｄ１４３への光の入射を規制するＯＢ部金属遮光膜をリ
セット信号線１６１の上部に形成することなく基準信号
を得ることができる。また、ＢＰＤ１４３からの信号電
荷の転送がないので、各ＯＢ部画素２ＢのＢＰＤ毎の素
子特性によらず、どのＯＢ部画素２Ｂからも同一のレベ
ルの基準信号を得ることができる。

【００８８】

【発明の効果】以上のように、請求項１に記載の固体撮
像装置によれば、被写体の光を受光するが、光感度を有
しない第２の受光部を、基準信号を得る第２の画素に設
けるようにしたので、製造工程を減少させることができ
るとともに、被写体を正確に撮像することができる。

【００８９】請求項５に記載の固体撮像装置によれば、
第２の受光部の光電変換した信号電荷が第２の出力部に
転送されないようにしたので、製造工程を減少させるこ
とができるとともに、被写体を正確に撮像することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した固体撮像装置の一実施例の構
成を示す平面図である。

【図２】図１に示すＯＢ部画素２Ｂの一構成例を示す断
面図である。

【図３】図１に示すＯＢ部画素２Ｂの他の構成例を示す
断面図である。

【図４】図１に示すＯＢ部画素２Ｂのさらに他の構成例
を示す断面図である。

【図５】図１に示すＯＢ部画素２Ｂのさらに他の構成例
を示す断面図である。

【図６】図１に示すＯＢ部画素２Ｂのさらに他の構成例
を示す断面図である。

【図７】図１に示す有効画素２Ａの構成例を示す断面図
である。

【図８】図７に示す有効画素２Ａ−Ｚの電気的構成を示
す回路図である。

【図９】図１に示すＯＢ部画素２Ｂのさらに他の構成例
を示す断面図である。

【図１０】図１に示すＯＢ部画素２Ｂのさらに他の構成
例を示す断面図である。

【図１１】図１に示すＯＢ部画素２Ｂのさらに他の構成
例を示す断面図である。

【図１２】従来の固体撮像装置の一構成例を示す平面図
である。

【図１３】図１２に示す有効画素２Ａの構成例を示す断
面図である。

【図１４】図１２に示すＯＢ部画素２Ｂの構成例を示す
断面図である。

【図１５】図１２に示す有効画素２Ａの構成例を示す断
面図である。

【図１６】図１２に示すＯＢ部画素２Ｂの構成例を示す
断面図である。

【符号の説明】

１画素領域２画素２Ａ，２Ａ−ａ，２Ａ−ｂ，２Ａ−Ｚ有効画素２Ｂ，２Ｂ−ａ，２Ｂ−ｂ，２Ｂ−Ｘ１，２Ｂ−Ｘ２，
２Ｂ−Ｘ３，２Ｂ−Ｙ１，２Ｂ−Ｙ２，２Ｂ−Ｚ１，２
Ｂ−Ｚ２，２Ｂ−Ｚ３ＯＢ部画素３受光部有効画素領域４ＯＢ部領域５ＯＢ部金属遮光膜６読み出し回路１０１ｐ型基板１０２ｎ型ウェル１０３ｐ^-型不純物領域１０４ｎ⁺型不純物領域１０７ｎ⁺型不純物領域１０８第２層ポリシリコンゲート１０８ａ第２層ポリシリコン配線１０９第１層ポリシリコンゲート１１０垂直信号線１１３ＢＰＤ１１４ＭＩＳＳＩＴ１２３ＢＰＤ１２４垂直転送ＣＣＤ１３１ｎ型基板１３２ｐ型ウェル１３３ｎ^-型不純物領域１３４ｐ⁺型不純物領域１３５ｐ型不純物領域１３６ｎ型不純物領域１３７第１層ポリシリコンゲート１３８第２層ポリシリコンゲート１３９遮光アルミ１４３ＢＰＤ１４４ＪＦＥＴ１５１ｐ型基板１５２ｎ型ウェル１５３ｐ^-型不純物領域１５４ｎ⁺型不純物領域１５５ｐ型不純物領域１５６ｎ型不純物領域１５７ｎ⁺型不純物領域１５８ポリシリコンゲート（転送ゲート）１５８ａポリシリコンゲート配線１５８Ａ転送スイッチ（ＰＭＯＳ）１５９ポリシリコン配線（リセットゲート）１５９Ａリセットスイッチ１６０垂直信号線１６１リセット信号線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体の光を信号電荷に光電変換し、前
記信号電荷に対応する画像信号を出力する複数の第１の
画素と、前記画像信号の処理に用いられる、前記被写体の光に対
応しない所定のレベルの基準信号を出力する複数の第２
の画素とを備える固体撮像装置において、前記第１の画素は、前記被写体の光を受光して前記信号電荷に光電変換する
第１の受光部と、前記第１の受光部の前記信号電荷に対応する前記画像信
号を出力する第１の出力部とを備え、前記第２の画素は、前記被写体の光を受光するが、光感度を有しない第２の
受光部と、前記基準信号を出力する第２の出力部とを備えることを
特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】前記第２の受光部は所定の不純物領域を
有さず、前記被写体の光を光電変換しないことを特徴と
する請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】前記第１及び第２の出力部は、接合型電
界効果トランジスタであることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】前記第１及び第２の出力部は、ＭＩＳ型
静電誘導トランジスタまたはＣＣＤのいずれかであるこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装
置。
【請求項５】被写体の光を信号電荷に光電変換し、前
記信号電荷に対応する画像信号を出力する複数の第１の
画素と、前記画像信号の処理に用いられる、前記被写体の光に対
応しない所定のレベルの基準信号を出力する複数の第２
の画素とを備える固体撮像装置において、前記第１の画素は、前記被写体の光を受光して前記信号電荷に光電変換する
第１の受光部と、前記第１の受光部の信号電荷に対応する前記画像信号を
出力する第１の出力部と、前記第１の受光部の光電変換した前記信号電荷を前記第
１の出力部に転送する第１の信号転送部とを備え、前記第２の画素は、前記被写体の光を受光して前記信号電荷に光電変換する
第２の受光部と、前記基準信号を出力する第２の出力部とを備え、前記第
２の受光部の光電変換した前記信号電荷が前記第２の出
力部に転送されないことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】前記第２の画素は、前記第１の画素の有
する前記第１の信号転送部に対応する第２の信号転送部
を備え、前記第２の信号転送部は、前記第２の受光部の
光電変換した前記信号電荷を前記第２の出力部に転送し
ないことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】前記第２の受光部の光電変換した前記信
号電荷を前記第２の出力部に転送する第２の信号転送部
が存在しないことを特徴とする請求項５に記載の固体撮
像装置。
【請求項８】前記第１及び第２の出力部は、接合型電
界効果トランジスタであることを特徴とする請求項５，
６または７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】前記第１及び第２の出力部は、ＭＩＳ型
静電誘導トランジスタまたはＣＣＤのいずれかであるこ
とを特徴とする請求項５，６または７に記載の固体撮像
装置。