特許 7193907 固体撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-13

(45)【発行日】2022-12-21

(54)【発明の名称】固体撮像装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/146 20060101AFI20221214BHJP

   H04N 5/369 20110101ALI20221214BHJP

   H04N 5/374 20110101ALI20221214BHJP

【ＦＩ】

H01L27/146 A

H04N5/369

H04N5/374

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2017009174

(22)【出願日】2017-01-23

(65)【公開番号】P2018120884

(43)【公開日】2018-08-02

【審査請求日】2020-01-08

【審判番号】

【審判請求日】2021-11-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094112

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 讓

(74)【代理人】

【識別番号】100101498

【弁理士】

【氏名又は名称】越智 隆夫

(74)【代理人】

【識別番号】100106183

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 弘司

(74)【代理人】

【識別番号】100136799

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 亜希

(72)【発明者】

【氏名】大貫 裕介

(72)【発明者】

【氏名】松野 靖司

(72)【発明者】

【氏名】三木 崇史

【合議体】

【審判長】恩田 春香

【審判官】松永 稔

【審判官】小田 浩

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２４８６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０４５０８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０７６５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１９２３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１７０９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２１６９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２２６２５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１９４６５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－０５６４３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１８２７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３８６４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H01L27/146, H04N5/369, H04N5/374

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入射光により生じた電荷の蓄積を行う光電変換部と、前記光電変換部から転送された前記電荷を保持する電荷保持部と、前記電荷保持部から転送された前記電荷を受ける入力ノードを含む増幅部と、を各々が有する複数の画素が配された画素領域を含む半導体基板と、
少なくとも前記電荷保持部を覆うように配され、少なくとも複数の前記画素に渡って延在する遮光部と、
前記遮光部に接続されたコンタクトプラグと、
前記コンタクトプラグに接続され、前記コンタクトプラグを介して前記遮光部に固定電位を供給する配線と、
を有し、
前記半導体基板は、前記画素領域の外側に配された境界領域を含み、
前記遮光部は、前記画素領域から、前記境界領域に至るように延在し、
前記コンタクトプラグは、前記画素領域の各画素に対応して配され、
前記境界領域に配され、前記画素が形成される第１ウェルと接続された第１半導体領域を更に有し、
前記第１半導体領域は、前記遮光部と前記コンタクトプラグを介さずに接続されていることを特徴とする固体撮像装置。

【請求項2】

前記電荷保持部は、前記半導体基板に配され、電荷を蓄積する第１導電型の蓄積領域と、前記蓄積領域と前記半導体基板の表面との間に配された第２導電型の半導体領域とを含む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】

前記コンタクトプラグは、前記遮光部に対して、前記半導体基板とは反対側に配され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】

前記遮光部は、
前記電荷保持部を覆うように配され、複数の前記画素に渡って第１の方向に延在する第１の遮光部と、
前記電荷保持部を覆うように配され、複数の前記画素に渡って前記第１の方向に延在する第２の遮光部とを備え、
前記第１の遮光部および前記第２の遮光部は、前記第１の方向と交差する第２の方向に並んで配されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。

【請求項5】

前記第１の遮光部および前記第２の遮光部は、前記画素領域から前記境界領域に至るように、前記第１の方向に延在していることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。

【請求項6】

前記第１の遮光部および前記第２の遮光部の間には、前記コンタクトプラグとは異なる他のコンタクトプラグが配されることを特徴とする請求項４または５に記載の固体撮像装置。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部と
を有することを特徴とする撮像システム。

【請求項8】

移動体であって、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置からの信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する移動体制御手段と
を有することを特徴とする移動体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、固体撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、デジタルビデオカメラ、デジタルカメラ等の撮像システムに用いられる固体撮像装置として、消費電力が小さく、高速な読み出しが可能なＣＭＯＳイメージセンサを使用したものが普及している。画像を高速に読み出す一手段として、全ての画素で同時に露光を開始し、同時に終了するよう電子スイッチの駆動タイミングを制御するグローバル電子シャッタの機能を有するＣＭＯＳイメージセンサが提案されている。

【0003】

グローバル電子シャッタの機能を有する固体撮像装置において、受光部であるフォトダイオードを除く領域を遮光する遮光部が設けられているものがある。特許文献１には、遮光部を有する固体撮像装置において、遮光部に制御パルスを印加することにより、フォトダイオードに蓄積されている電荷を排出する構成が開示されている。特許文献２には、遮光部及び遮光部に接続されるコンタクトプラグの形成方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－２１６９７０号公報

【文献】特開２０１４－１７０９６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１及び特許文献２のような固体撮像装置において、遮光部は、寄生容量を生じさせる。そのため、転送、リセット等の動作を一括して行う際に、この寄生容量を介して電源電位及びグラウンド電位の変動が生じることがある。この電位変動は出力信号に対するノイズとなり得る。
そこで本発明は、遮光部の寄生容量に起因するノイズが低減された固体撮像装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の１つの観点によれば、入射光により生じた電荷の蓄積を行う光電変換部と、前記光電変換部から転送された前記電荷を保持する電荷保持部と、前記電荷保持部から転送された前記電荷を受ける入力ノードを含む増幅部と、を各々が有する複数の画素が配された画素領域を含む半導体基板と、少なくとも前記電荷保持部を覆うように配され、少なくとも複数の前記画素に渡って延在する遮光部と、前記遮光部に接続されたコンタクトプラグと、前記コンタクトプラグに接続され、前記コンタクトプラグを介して前記遮光部に固定電位を供給する配線と、を有し、前記半導体基板は、前記画素領域の外側に配された境界領域を含み、前記遮光部は、前記画素領域から、前記境界領域に至るように延在し、前記コンタクトプラグは、前記画素領域の各画素に対応して配され、前記境界領域に配され、前記画素が形成される第１ウェルと接続された第１半導体領域を更に有し、前記第１半導体領域は、前記遮光部と前記コンタクトプラグを介さずに接続されていることを特徴とする固体撮像装置が提供される。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、遮光部の寄生容量に起因するノイズが低減された固体撮像装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係る固体撮像装置のブロック図である。

【図2】第１実施形態に係る固体撮像装置に含まれる画素の等価回路図である。

【図3】第１実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す模式図である。

【図4】第１実施形態に係る固体撮像装置のタイミングチャート及び帯状ノイズを示す図である。

【図5】第２実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す模式図である。

【図6】第３実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す模式図である。

【図7】第４実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す模式図である。

【図8】第５実施形態に係る撮像システムのブロック図である。

【図9】第６実施形態に係る撮像システム及び移動体のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の例示的な実施形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。複数の図面を通じて同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化することもある。

【0010】

［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を表すブロック図である。固体撮像装置は、画素アレイ１００、垂直走査回路１０１、列増幅回路１０２、水平走査回路１０３、出力回路１０４及び制御回路１０５を備える。固体撮像装置は、シリコン基板等の半導体基板上に形成される半導体装置であり、本実施形態においてはＣＭＯＳイメージセンサである。画素アレイ１００は、半導体基板に複数の行及び複数の列を含む二次元状に配置された複数の画素２０を備えている。垂直走査回路１０１は、画素２０に含まれる複数のトランジスタをオン（導通状態）又はオフ（非導通状態）に制御するための複数の制御信号を供給する。なお、この制御信号を供給する制御線は図面上では１行につき１本図示されているが、実際には制御信号の個数に応じて複数本の制御線が配され得る。垂直走査回路１０１には、シフトレジスタ、アドレスデコーダ等の論理回路が用いられ得る。

【0011】

画素２０の各列には垂直出力線１０が設けられており、画素２０からの信号が列ごとに垂直出力線１０に読み出される。列増幅回路１０２は、垂直出力線１０に出力された画素信号を増幅し、画素２０のリセット時の信号及び光電変換時の信号に基づく相関二重サンプリング処理等の処理を行う。水平走査回路１０３は、列増幅回路１０２の増幅器に接続されたスイッチと、該スイッチをオン又はオフに制御するための制御信号を供給する。制御回路１０５は、垂直走査回路１０１、列増幅回路１０２及び水平走査回路１０３を制御する。出力回路１０４は、バッファアンプ、差動増幅器等を含み、列増幅回路１０２からの画素信号を固体撮像装置の外部の信号処理部に出力する。また、ＡＤ変換部を更に固体撮像装置に設けることにより、固体撮像装置がデジタルの画像信号を出力する構成であってもよい。

【0012】

図２は、本実施形態に係る撮像装置における画素２０の等価回路を示す図である。図２には、行方向及び列方向に２次元配列された複数の画素２０のうち、３行×３列の９個の画素２０が示されている。しかしながら、これは複数の画素２０の一部を示す例示であり、撮像装置は更に多くの画素２０を有し得る。

【0013】

複数の画素２０の各々は、光電変換部２１、電荷保持部２３、フローティングディフュージョン２５、第１転送トランジスタ２２、第２転送トランジスタ２４及び電荷排出トランジスタ２９を備える。更に、複数の画素２０の各々は、リセットトランジスタ２６、増幅トランジスタ２７及び選択トランジスタ２８を含む。第１転送トランジスタ２２、第２転送トランジスタ２４、リセットトランジスタ２６、増幅トランジスタ２７、選択トランジスタ２８及び電荷排出トランジスタ２９は、ＭＯＳトランジスタで構成される。これらの各トランジスタを制御する制御信号は、垂直走査回路１０１から、各トランジスタのゲートに制御線を介して入力される。以下、（ｍ＋１）行（ｐ＋１）列目の画素２０に着目して説明するが、他の画素２０も同様の構成を有し得る。

【0014】

光電変換部２１は、入射光を光電変換するとともに、光電変換により生成された信号電荷を蓄積するフォトダイオード等の光電変換素子を含む。第１転送トランジスタ２２は、ゲートに入力される制御信号ｐＴＸ１（ｍ＋１）により制御され、オンとなることにより光電変換部２１の電荷を電荷保持部２３に転送する。電荷保持部２３は、光電変換部２１から転送された電荷を保持する。第２転送トランジスタ２４は、ゲートに入力される制御信号ｐＴＸ２（ｍ＋１）により制御され、オンとなることにより電荷保持部２３の電荷を増幅トランジスタ２７の入力ノードであるフローティングディフュージョン２５に転送する。すなわち、増幅トランジスタ２７は、増幅部として機能し、フローティングディフュージョン２５は、電荷保持部２３から転送された電荷を受ける、増幅部の入力ノードとして機能する。

【0015】

増幅トランジスタ２７のドレインは電源電圧線１１に接続され、増幅トランジスタ２７のソースは選択トランジスタ２８のドレインに接続されている。選択トランジスタ２８のソースは垂直出力線１０に接続されている。垂直出力線１０には不図示の定電流源が接続されている。選択トランジスタ２８は、ゲートに入力される制御信号ｐＳＥＬ（ｍ＋１）により制御され、オンとなることにより増幅トランジスタ２７のソースと垂直出力線１０とを接続状態にしてソースフォロワとして機能させる。このとき、フローティングディフュージョン２５の電圧に基づく出力電圧Ｖｏｕｔ（ｐ＋１）は、各列の垂直出力線１０を介して列増幅回路１０２に出力される。

【0016】

リセットトランジスタ２６は、ゲートに入力される制御信号ｐＲＥＳ（ｍ＋１）により制御され、オンとなることによりフローティングディフュージョン２５の電圧をリセットする。電荷排出トランジスタ２９のソースは光電変換部２１に接続されている。電荷排出トランジスタ２９のドレインは電源電圧を有するノードに接続されており、図２では、等価的に電源電圧線１１に接続されているものとして図示されている。電荷排出トランジスタ２９は、ゲートに入力される制御信号ｐＯＦＧ（ｍ＋１）により制御され、オンとなることにより光電変換部２１に蓄積された電荷を電源電圧線１１等に排出させる。

【0017】

垂直走査回路１０１は、同一行に配された画素２０に対し共通の制御信号を供給する。すなわち、第ｍ＋１行の画素２０の第１転送トランジスタ２２、第２転送トランジスタ２４、電荷排出トランジスタ２９には、制御信号ｐＴＸ１（ｍ＋１）、ｐＴＸ２（ｍ＋１）、ｐＯＦＧ（ｍ＋１）がそれぞれ供給される。また、第ｍ＋１行の画素２０の選択トランジスタ２８、リセットトランジスタ２６には、制御信号ｐＳＥＬ（ｍ＋１）、ｐＲＥＳ（ｍ＋１）がそれぞれ供給される。これらのトランジスタはゲートに入力される制御信号がハイレベルのときにオン状態になり、ローレベルのときにオフ状態になる。

【0018】

電荷排出トランジスタ２９は、全画素で一括してオフとなり、光電変換部２１に蓄積された電荷を排出することにより、グローバル電子シャッタにおける露光の開始時刻の制御を行う機能を有する。第１転送トランジスタ２２は、全画素で一括してオンとなることにより、光電変換部２１に蓄積された電荷を電荷保持部２３に転送し、グローバル電子シャッタにおける露光の終了時刻の制御を行う機能を有する。

【0019】

なお、トランジスタのソースとドレインの呼称は、トランジスタの導電型や着目する機能等に応じて異なることがあり、上述のソースとドレインとは逆の名称で呼ばれることもある。

【0020】

次に、第１実施形態の固体撮像装置の構造について、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）を用いて説明する。図３（ａ）は、固体撮像装置の平面模式図であり、半導体基板上の素子配置を示すために、電荷保持部２３等を覆う遮光部を不図示とした図である。図３（ｂ）は、固体撮像装置の平面模式図であり、遮光部の配置を示す図である。図３（ｃ）は、固体撮像装置のＡ－Ａ’線における断面図である。

【0021】

まず、図３（ａ）を参照して、固体撮像装置の素子配置を説明する。図３（ａ）には、画素アレイ１００を構成する複数の画素２０のうち、４個が抜き出されて示されている。また、図３（ａ）には、半導体基板上の画素２０が形成される画素領域１２０とその外側の境界領域１４０が示されている。図１に示した垂直走査回路１０１、列増幅回路１０２、水平走査回路１０３等の周辺回路（図３（ａ）において不図示）は、画素領域１２０の外側の周辺回路領域（不図示）に形成される。境界領域１４０は周辺回路領域と画素領域１２０の境界の領域であり、画素２０は配されていない。

【0022】

画素２０内に設けられた各素子について説明する。光電変換部２１及び電荷保持部２３については、これらを構成する半導体領域が図３（ａ）に示されている。第１転送トランジスタ２２、第２転送トランジスタ２４、リセットトランジスタ２６、増幅トランジスタ２７、選択トランジスタ２８及び電荷排出トランジスタ２９については、これらのゲート電極が図３（ａ）に示されている。図中の小円は、基板上のゲート電極、アクティブ領域の半導体領域等と、半導体基板の上方の配線層の配線とを電気的に接続するコンタクトプラグを示している。各コンタクトプラグは、タングステン等の金属で形成される。コンタクトプラグ１０ａは、垂直出力線１０に接続される。コンタクトプラグ１１ａは、電源電圧線１１に接続される。フローティングディフュージョン２５を構成する半導体領域は、コンタクトプラグ２５ａ及び不図示の配線を介して増幅トランジスタ２７のゲートに接続される。コンタクトプラグ１２ａは、半導体領域１２と、グラウンド電位を有するグラウンド線とを接続する。

【0023】

境界領域１４０には、半導体領域１５及びコンタクトプラグ１７ａが設けられている。これらの機能については後述する。画素領域１２０及び境界領域１４０において、素子間には素子分離領域１３が形成される。素子分離領域１３の構造としては、例えば、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）等が用いられ得る。

【0024】

図３（ｂ）を参照して、遮光部１４の構成について説明する。遮光部１４は、タングステン等の光を透過しにくい材料で形成される。遮光部１４は少なくとも電荷保持部２３を覆い、遮光するように配置されている。遮光部１４は、図３（ｂ）に示されるように、画素領域１２０から境界領域１４０に至るように、途切れることなく延在している。光電変換部２１の上方においては、光電変換部２１に光を入射させるため、遮光部１４は開口されている。また、コンタクトプラグ１０ａ、１１ａ等が配された部分においては、これらのコンタクトプラグと遮光部１４が短絡しないように、遮光部１４は開口されている。

【0025】

図３（ｃ）を参照して、固体撮像装置の断面構造を説明する。半導体基板の上方には、不図示の層間絶縁層を間に介して配線層を構成する配線１８が形成されている。配線１８は、アルミニウム、銅等の金属で形成される。半導体領域１２は、コンタクトプラグ１２ａを介してグラウンド電位を有する配線１８と接続される。フローティングディフュージョン２５を形成する半導体領域は、コンタクトプラグ２５ａを介して、増幅トランジスタ２７のゲートに接続された配線１８と接続される。

【0026】

また、遮光部１４は、境界領域１４０に配されたコンタクトプラグ１７ａを介して配線１８と接続される。遮光部１４には、配線からコンタクトプラグ１７ａを介して固定電位が供給される。固定電位は、グラウンド電位、正電位又は負電位であり得る。図３（ｃ）に示されるように、コンタクトプラグ１７ａは、遮光部１４に対して半導体基板とは反対側に配されている。この構成により、コンタクトプラグ１７ａと遮光部１４は低いインピーダンスで接続されている。また、境界領域１４０には、半導体領域１５が設けられている。半導体領域１５はウェル１９に接続されており、画素領域１２０のウェル電位を供給する。電荷保持部２３は、図３（ｃ）には明示されていないが、半導体基板に配された、第１導電型の蓄積領域と、第２導電型の半導体領域とを含む構成であり得る。第１導電型の蓄積領域は、転送された電荷を蓄積する。第２導電型の半導体領域は、蓄積領域と半導体基板の表面との間に配される。

【0027】

図４は、固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャート及び、画像に生じる帯状ノイズを示す図である。図４を参照しつつ第１実施形態の効果について説明する。図４には、制御信号ｐＯＦＧ、ｐＴＸ１と、各列の画素２０からの読み出し（ｒｅａｄｏｕｔ）のタイミングが示されている。ここで、図４の制御信号ｐＯＦＧ、ｐＴＸ１は全ての行の画素２０に供給される信号を意味するものであり、すなわち、全ての行に対して同じタイミングで図示されたパルスが出力される。

【0028】

制御信号ｐＯＦＧがハイレベルとなることにより、全ての画素２０の光電変換部２１から電荷が排出される。制御信号ｐＯＦＧがローレベルとなることにより、光電変換部２１は電荷の蓄積を開始する。その後、制御信号ｐＴＸ１がハイレベルとなることにより、全ての画素２０の光電変換部２１から電荷保持部２３に蓄積された電荷が転送される。このようにして、すべての画素２０が同じ露光期間となるグローバルシャッタの機能が実現される。その後、「ｒｅａｄｏｕｔ」に示されるように、電荷保持部２３に蓄積された電荷は行ごとに順次、列増幅回路１０２に読み出される。

【0029】

図４には、更に、電源電位（Ｖｄｄ）及びグラウンド電位（Ｇｎｄ）の変化と、第ｎフレーム及び第（ｎ＋１）フレームの画像（ｉｍａｇｅ）の例が示されている。まず、図示されたタイミングで電源電位（Ｖｄｄ）及びグラウンド電位（Ｇｎｄ）の変化が生じる理由とその影響について説明する。

【0030】

第１転送トランジスタ２２と遮光部１４の間には、大きな寄生容量が生じる。当該寄生容量は、典型的には、数万ｐＦとなり得る。同様に、電荷排出トランジスタ２９と遮光部１４の間、及び制御信号を伝達する配線１８と遮光部１４の間にも大きな寄生容量が生じる。遮光部１４が、フローティング状態である場合は、上述のグローバル電子シャッタの駆動のための排出動作及び転送動作を行う際にこれらの寄生容量を介して遮光部１４の電位が変動する。

【0031】

更に、遮光部１４の電位の変動は、電源電位及びグラウンド電位の変動を生じさせる。図４には、制御信号ｐＯＦＧのレベルの変動に起因する電源電位及びグラウンド電位の変化の例が示されている。制御信号ｐＯＦＧのパルスが入力される期間を水平ブランキング期間（数μｓ又はそれ以下）内とすることは困難であるため、図４に示されるように電源電位及びグラウンド電位が変動する期間が、読み出しと重複する場合がある。そのため、電源電位及びグラウンド電位が変動すると、読み出される信号に影響を与えることがある。図４に示されたフレームの画像（ｉｍａｇｅ）は、制御信号ｐＯＦＧのパルスが入力されるタイミングが、ｍ－１行からｍ＋１行の読み出しタイミングと一致した場合に、出力画像に生じる帯状ノイズの例を示している。このように、遮光部１４が、フローティング状態である場合には、遮光部１４の寄生容量に起因して帯状ノイズ等のノイズが生じる場合がある。

【0032】

これに対し、本実施形態では、遮光部１４に、コンタクトプラグ１７ａを介して固定電位が供給されている。そのため、グローバル電子シャッタの駆動の際に生じる、遮光部１４の電位の変動が低減される。したがって、電源電位及びグラウンド電位の変動も低減され、ノイズを低減することができる。

【0033】

なお、遮光部１４に所定の電位が供給されている場合であってもその供給経路が高インピーダンスである場合には、遮光部１４の電位の変動を抑える効果が弱くなるため、電源電位及びグラウンド電位の変動によるノイズの問題が生じうる。そのため、遮光部１４への電位の供給経路のインピーダンスは低いことが望ましい。本実施形態では、コンタクトプラグ１７ａにより遮光部１４に固定電位を供給する構成となっており、十分に低いインピーダンスでの供給経路が確保されている。そのため、本実施形態の構成は遮光部１４の寄生容量に起因するノイズの低減に好適である。

【0034】

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る固体撮像装置の構造について、図５（ａ）、図５（ｂ）、及び図５（ｃ）を用いて説明する。図５（ａ）は、固体撮像装置の平面模式図であり、半導体基板上の素子配置を示すために、電荷保持部２３等を覆う遮光部を不図示とした図である。図５（ｂ）は、固体撮像装置の平面模式図であり、遮光部の配置を示す図である。図５（ｃ）は、固体撮像装置のＢ－Ｂ’線における断面図である。以下の説明では、主として第１実施形態と異なる点について説明する。

【0035】

図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）を参照すると、コンタクトプラグ１７ａに代えて、コンタクトプラグ１７ｂが、画素領域１２０において遮光部１４と接続されている点が第１実施形態との相違点である。本実施形態では、画素領域１２０内においてコンタクトプラグ１７ｂを介して遮光部１４に固定電位が供給されているため、画素領域１２０での遮光部１４の電位を均一に近づけることができる。これにより、第１実施形態と同様の効果が得られることに加え、画素アレイ１００の外周に配された画素２０と内部に配された画素２０とで遮光部１４の電位変動量が異なることに起因するシェーディングを低減させる効果を得ることができる。

【0036】

また、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように、コンタクトプラグ１７ｂを、画素２０のそれぞれに対応して画素領域１２０内に配置することにより、遮光部１４の電位を更に均一にすることができる。これにより、シェーディングを低減する効果がより向上する。

【0037】

コンタクトプラグ１７ｂ、１２ａ等は、エッチングによりコンタクトホールを形成し、その後タングステン等の金属をコンタクトホール内に埋め込むことにより形成される。ここで、遮光部１４上に形成されるコンタクトプラグ１７ｂのコンタクトホール形成は、他のコンタクトプラグのコンタクトホール形成と別の工程とすることが望ましい。遮光部１４上のコンタクトホールと、ゲート電極又は半導体基板のアクティブ領域のコンタクトホールとを同時に形成すると、遮光部１４がエッチングされた際にタングステン等の金属が飛散し、アクティブ領域等に付着することがある。この飛散した金属は、白点等のノイズを画像に生じさせる原因となり得る。遮光部１４上に形成されるコンタクトプラグ１７ｂのコンタクトホール形成は、他のコンタクトプラグのコンタクトホール形成と別の工程とすることによりこの金属の飛散による問題が抑制される。なお、本実施形態の構成に加え、第１実施形態と同様に、境界領域１４０に更にコンタクトプラグ１７ａが設けられていてもよい。

【0038】

［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係る固体撮像装置の構造について、図６（ａ）、図６（ｂ）、及び図６（ｃ）を用いて説明する。図６（ａ）は、固体撮像装置の平面模式図であり、半導体基板上の素子配置を示すために、電荷保持部２３等を覆う遮光部を不図示とした図である。図６（ｂ）は、固体撮像装置の平面模式図であり、遮光部の配置を示す図である。図６（ｃ）は、固体撮像装置のＣ－Ｃ’線における断面図である。以下の説明では、主として第１実施形態又は第２実施形態と異なる点について説明する。

【0039】

図６（ａ）、図６（ｂ）及び図６（ｃ）を参照すると、コンタクトプラグ１７ａが、境界領域１４０において遮光部１４と接続され、かつ、コンタクトプラグ１７ｂが、画素領域１２０において遮光部１４と接続されている。更に、遮光部１４は、境界領域１４０において、画素２０が形成されるウェル１９（第１ウェル）にウェル電位を供給するための半導体領域１５（第１半導体領域）と接続されている。これらの点が、第１実施形態又は第２実施形態との相異点である。

【0040】

ここで遮光部１４は、図６（ｂ）に示されるように、画素領域１２０から境界領域１４０に至るように、途切れることなく延在しており、面積が大きい。そのため、遮光部１４をスパッタリング等による成膜を行うプロセス及びエッチング等により加工するプロセスにおいて、チャージングによる異常放電が発生することがある。

【0041】

これに対し本実施形態では、遮光部１４は、半導体領域１５と接続されているため、上述のプロセスにより生じた電荷を基板に逃がすことができ、異常放電の発生を低減することができる。

【0042】

配線１８ｂは、コンタクトプラグ１７ａ、１７ｂを介して遮光部１４にグラウンド電位（固定電位）を供給する。また、遮光部１４に接続された半導体領域１５を介してウェル１９にもグラウンド電位が供給される。これらにより、遮光部１４の電位の変動が低減され、第１実施形態と同様の効果が得られる。なお、半導体領域１２にグラウンド電位を供給する配線１８ａと、遮光部１４にグラウンド電位を供給する配線１８ｂは、配線層内において相互に接続されていてもよい。

【0043】

なお、半導体領域１５の表層付近は、接触抵抗を下げるために、ＣｏＳｉ等の合金を形成する合金化処理がなされていることが望ましい。これにより、上述のプロセスにより生じた電荷を基板により逃がしやすくすることができ、異常放電の発生をより低減することができる。

【0044】

［第４実施形態］
次に、第４実施形態に係る固体撮像装置の構造について、図７（ａ）、図７（ｂ）、及び図７（ｃ）を用いて説明する。図７（ａ）は、固体撮像装置の平面模式図であり、半導体基板上の素子配置を示すために、電荷保持部２３等を覆う遮光部を不図示とした図である。図７（ｂ）は、固体撮像装置の平面模式図であり、遮光部の配置を示す図である。図７（ｃ）は、固体撮像装置のＤ－Ｄ’線における断面図である。以下の説明では、主として第１実施形態乃至第３実施形態と異なる点について説明する。

【0045】

図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）を参照すると、本実施形態では、遮光部１４が、ウェル１９（第１ウェル）にウェル電位を供給するための半導体領域１５（第１半導体領域）とは別の半導体領域１５ａ（第２半導体領域）に接続されている。半導体領域１５ａが接続されるウェル１９ａ（第２ウェル）は、ウェル１９とは接続されていない別のウェルである。本実施形態は、これらの点が、第３実施形態と異なる。この構成により、第３実施形態の場合と同様に、遮光部１４は、半導体領域１５ａと接続されているため、成膜、加工等のプロセスで生じた電荷を基板に逃がすことができ、異常放電の発生を低減させることができる。なお、半導体領域１５ａの表層付近は、第３実施形態で述べたものと同様の理由により、ＣｏＳｉ等の合金を形成する合金化処理がなされていることが望ましい。

【0046】

更に、本実施形態では、遮光部１４が半導体領域１５を介して接続されるウェル１９ａと、画素２０のウェル電位を供給するウェル１９とが分離されている。そのため、遮光部１４の電位の変動に伴いウェル１９ａの電位が変動する場合においても、ウェル１９の電位の変動を低減することができる。これにより、電源電位及びグラウンド電位の変動がより低減され、ノイズ低減の効果をより向上させることができる。

【0047】

また、遮光部１４が半導体領域１５を介して接続されるウェル１９ａと、画素２０のウェル電位を供給するウェル１９とが分離されているため、遮光部１４に供給される電位は、ウェル１９に供給されるグラウンド電位とは異なる固定電位とすることができる。例えば、電荷保持部２３がＰＩＮ型のダイオードで形成されている場合において、遮光部１４に負の固定電位を供給することができる。この場合、電荷保持部２３を構成する半導体の界面にホールが励起されることで、電荷保持部２３が電荷を保持する期間に生じる暗電流を低減することができ、暗電流に起因するノイズを低減することができる。

【0048】

［第５実施形態］
次に、上述の実施形態による固体撮像装置を適用した装置の例を説明する。図８は、本実施形態による撮像システム５００の構成を示すブロック図である。図８に示す固体撮像装置３００は、上述の第１乃至第４実施形態で述べた固体撮像装置のいずれかである。固体撮像装置３００が適用可能な撮像システム５００としては、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダー、監視カメラなどが挙げられる。図８に、上述の実施形態に記載の固体撮像装置３００を適用したデジタルスチルカメラの構成例を示す。

【0049】

図８に例示した撮像システム５００は、固体撮像装置３００、被写体の光学像を固体撮像装置３００に結像させるレンズ５０２、レンズ５０２を通過する光量を可変にするための絞り５０４、レンズ５０２の保護のためのバリア５０６を有する。レンズ５０２及び絞り５０４は、固体撮像装置３００に光を集光する光学系である。

【0050】

撮像システム５００は、また、固体撮像装置３００から出力される出力信号の処理を行う信号処理部５０８を有する。信号処理部５０８は、必要に応じて入力信号に対して各種の補正、圧縮を行って出力する信号処理の動作を行う。信号処理部５０８は、固体撮像装置３００より出力される出力信号に対してＡＤ変換処理を実施する機能を備えていてもよい。この場合、固体撮像装置３００の内部には、必ずしもＡＤ変換回路を有する必要はない。

【0051】

撮像システム５００は、更に、画像データを一時的に記憶するためのバッファメモリ部５１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）５１２を有する。更に撮像システム５００は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体５１４、記録媒体５１４に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）５１６を有する。なお、記録媒体５１４は、撮像システム５００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。

【0052】

更に撮像システム５００は、各種演算を行うとともにデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部５１８、固体撮像装置３００と信号処理部５０８に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部５２０を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システム５００は、少なくとも固体撮像装置３００と、固体撮像装置３００から出力された出力信号を処理する信号処理部５０８とを有すればよい。全体制御・演算部５１８及びタイミング発生部５２０は、固体撮像装置３００の制御回路１０５等の機能の一部又は全部を実施するように構成してもよい。

【0053】

固体撮像装置３００は、画像用信号を信号処理部５０８に出力する。信号処理部５０８は、固体撮像装置３００から出力される画像用信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。また、信号処理部５０８は、画像用信号を用いて、画像を生成する。

【0054】

第１乃至第４実施形態による固体撮像装置３００を用いて撮像システムを構成することにより、より良質の画像が取得可能な撮像システムを実現することができる。

【0055】

［第６実施形態］
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、本実施形態による撮像システム６００及び移動体の構成を示す図である。図９（ａ）は、車戴カメラに関する撮像システム６００の一例を示したものである。撮像システム６００は、固体撮像装置３００を有する。固体撮像装置３００は、上述の第１乃至第４実施形態のいずれかに記載の固体撮像装置３００である。撮像システム６００は、固体撮像装置３００により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部６１２と、撮像システム６００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差算出部６１４を有する。また、撮像システム６００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離計測部６１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部６１８と、を有する。ここで、視差算出部６１４や距離計測部６１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部６１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。

【0056】

撮像システム６００は、車両情報取得装置６２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム６００には、衝突判定部６１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ６３０が接続されている。すなわち、制御ＥＣＵ６３０は、距離情報に基づいて移動体を制御する移動体制御手段の一例である。また、撮像システム６００は、衝突判定部６１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置６４０とも接続されている。例えば、衝突判定部６１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ６３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置６４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。

【0057】

本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム６００で撮像する。図９（ｂ）に、車両前方（撮像範囲６５０）を撮像する場合の撮像システム６００を示した。車両情報取得装置６２０は、撮像システム６００を動作させ撮像を実行させるように指示を送る。第１乃至第４実施形態による固体撮像装置３００を用いることにより、本実施形態の撮像システム６００は、測距の精度をより向上させることができる。

【0058】

以上の説明では、他の車両と衝突しないように制御する例を述べたが、他の車両に追従して自動運転する制御、車線からはみ出さないように自動運転する制御等にも適用可能である。更に、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。

【0059】

［その他の実施形態］
なお、上述の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を、他の実施形態に追加した実施形態、あるいは他の実施形態の一部の構成と置換した実施形態も本発明を適用し得る実施形態であると理解されるべきである。

【0060】

本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読み出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

【符号の説明】

【0061】

１１ａ、１２ａ、１７ａ コンタクトプラグ
１４ 遮光部
１８ 配線
２０ 画素
２１ 光電変換部
２２ 第１転送トランジスタ
２３ 電荷保持部
２４ 第２転送トランジスタ
２５ フローティングディフュージョン
２７ 増幅トランジスタ
１２０ 画素領域
１４０ 境界領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】