(57)【要約】【課題】黒レベルを精度良く検出することのできる固体撮像素子を提供する。【解決手段】Ｐウェル層２に形成され、被写体からの光を検出するための受光用の光電変換素子３ａを含む受光用セルと、Ｐウェル層２に形成され、黒レベルを検出するための黒レベル検出用セルと、受光用セル及び黒レベル検出用セルが形成される領域上方に設けられ、受光用の光電変換素子３ａの上方には開口を有し、黒レベル検出用セル上方には開口を有しない遮光膜９とを備え、遮光膜９が、Ｐウェル層２と接触する接触部１５を有し、接触部１５が、平面視において黒レベル検出用セルのみに設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成され、被写体からの光を検出するための受光用の光電変換素子を含む受光用セルと、
前記半導体基板に形成され、黒レベルを検出するための黒レベル検出用セルと、
前記受光用セル及び前記黒レベル検出用セルが形成される領域上方に設けられ、前記受光用セルの前記受光用の光電変換素子の上方には開口を有し、前記黒レベル検出用セル上方には開口を有しない遮光膜とを備え、
前記遮光膜が、前記半導体基板と接触する接触部を有し、
前記接触部が、平面視において前記黒レベル検出用セルの近傍にのみ設けられている固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
前記接触部が、平面視において前記黒レベル検出用セルが配置される範囲の外に設けられている固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
前記接触部が、平面視において前記黒レベル検出用セルに設けられている固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１又は２記載の固体撮像素子であって、
前記半導体基板に形成された前記半導体基板と反対導電型の第１のウェル層と、
前記半導体基板に形成された前記反対導電型の第２のウェル層とを備え、
前記受光用セル及び前記黒レベル検出用セルが前記第１のウェル層に形成され、
前記接触部が、前記第２のウェル層と接触している固体撮像素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記半導体基板と前記遮光膜との間に設けられる絶縁膜を備え、
前記絶縁膜が、酸化膜容量換算膜厚で２００ｎｍ以下である固体撮像素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の固体撮像素子を備える撮像装置。
【請求項７】
半導体基板に、被写体からの光を検出するための受光用の光電変換素子を含む受光用セルと、黒レベルを検出するための黒レベル検出用セルとを形成する第一の工程と、
前記第一の工程後に前記半導体基板を覆っている材料層のうち平面視において前記黒レベル検出用セルの近傍にのみ開口を形成する第二の工程と、
前記開口から露出する前記半導体基板に接触するように前記半導体基板上に遮光材料を成膜し、前記受光用の光電変換素子の上方に開口を形成して遮光膜を形成する第三の工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第二の工程では、前記開口を、平面視において前記黒レベル検出用セルが配置される範囲の外に形成する固体撮像素子の製造方法。
【請求項９】
請求項７記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第二の工程では、前記開口を、平面視において前記黒レベル検出用セルに形成する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項７又は８記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記半導体基板に前記半導体基板と反対導電型の第１のウェル層を形成する工程と、
前記半導体基板に前記反対導電型の第２のウェル層を形成する工程とを有し、
前記第一の工程では、前記受光用セルと前記黒レベル検出用セルを前記第１のウェル層に形成し、
前記第二の工程では、前記開口を、平面視において前記第２のウェル層内に形成する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか１項記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記遮光膜と前記半導体基板との間の絶縁膜を、酸化膜容量換算膜厚で２００ｎｍ以下にする固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子及びこれを備える撮像装置、この固体撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子には、被写体からの光を検出するための受光用の光電変換素子を含む受光用セルと、該受光用セルの黒レベルを検出するための黒レベル検出用の光電変換素子を含む黒レベル検出用セルとが設けられる。図７は、従来のＣＣＤイメージセンサの断面模式図である。図７（ａ）は受光用セルの断面を示し、図７（ｂ）は黒レベル検出用セルの断面を示している。
【０００３】
図７（ａ）に示すように、受光用セルには、受光用の光電変換素子１０１と、この光電変換素子１０１で発生した電荷を転送するための電荷転送部（電荷転送チャネルＣ及び転送電極１０４）とが含まれる。Ｎ型シリコン基板上のＰウェル層内に形成された受光用の光電変換素子１０１は、その上方に設けられるタングステン等からなる遮光膜Ｗに開口を設けて光が入射するようになっている。
【０００４】
図７（ｂ）に示すように、黒レベル検出用セルには、黒レベル検出用の光電変換素子１０２と、この光電変換素子１０２で発生した電荷を転送するための電荷転送部（電荷転送チャネルＣ及び転送電極１０４）とが含まれる。Ｎ型シリコン基板上のＰウェル層内に形成された黒レベル検出用の光電変換素子１０２は、その上方に設けられる遮光膜Ｗに開口が設けられておらず、光が入射しない構成になっている。
【０００５】
各光電変換素子１０１、１０２の表面には高濃度のＰ型不純物層が形成されており、このＰ型不純物層により表面準位の変動による暗電流が抑制されるようになっている。
【０００６】
ＣＣＤイメージセンサでは、特有のノイズであるスミアをできるだけ少なくするために、遮光膜とシリコン基板との距離はできる限り小さくなるように設計されている。例えば、最新の２μｍ□程度のサイズのセルでは、遮光膜とシリコン基板間の酸化膜の酸化膜容量換算膜厚は、ゲート絶縁膜の酸化膜容量換算膜厚の２倍程度の１００ｎｍ程度であり、とても薄くなっている。
【０００７】
図７の構成例では、Ｐウェル層内に素子を形成後、ポリシリコン等の転送電極１０４を形成し、この上に絶縁膜１０５を形成後、遮光膜Ｗを形成する。その後、遮光膜Ｗ上に絶縁膜１０６を形成し、この絶縁膜１０６にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールに、Ｐウェル層に接続されるアルミ配線を埋め込むことで、遮光膜Ｗをグランド電位に固定するのが一般的な製造工程である。
【０００８】
上記製造工程において、遮光膜を形成してから、遮光膜をＰウェル層に接続するまでの間には、層間絶縁膜の堆積やコンタクトホールを形成する工程等が存在し、この間、遮光膜はフローティング状態となっている。そのため、この間の工程による遮光膜のチャージアップ等により、遮光膜の電位とＰウェル層の電位とが別々になってしまう場合がある。
【０００９】
このように、微細化が進んだ固体撮像素子においては、遮光膜とＰウェル層間の距離の縮小や、遮光膜電位とＰウェル層電位が別々になってしまうこと等から、遮光膜とシリコン基板とこの間のゲート絶縁膜とにより、寄生ＭＯＳ電界効果が無視できないような構造になってしまっている。この寄生ＭＯＳ電界効果を利用した発明が特許文献１に開示されているが、この構造には問題点が多い。
【００１０】
特に問題となるのが、図７に示したような従来一般的に用いられてきた受光用セルと黒レベル検出用セルとで遮光膜の構成が異なる場合である。遮光膜Ｗに開口が設けられていない黒レベル検出用セルでは、遮光膜Ｗに開口が形成された受光用セルよりも寄生ＭＯＳ電界効果を受け易く、その効果の差によって、受光用セルと黒レベル検出用セルとで暗電流量に差が生じてしまうからである。
【００１１】
図８は、遮光膜の構成の違いによる寄生ＭＯＳ効果のイメージを示した図である。図中、ハッチングを示した部分が寄生ＭＯＳ効果により表面準位に影響が出る部分であり、この部分の長さが長い程、影響が大きいことを示している。
【００１２】
セルで発生する暗電流には、光電変換素子で発生するものと、電荷転送チャネルで発生するものとがある。図７、８に示したように、光電変換素子１０１，１０２の表面はＰ型不純物層でシールドされているため、寄生ＭＯＳ効果によって表面準位が変動しても、この変動による暗電流の増加は微量であり、あまり問題にはならない。つまり、光電変換素子１０１と光電変換素子１０２とでは、寄生ＭＯＳ効果による影響は異なるが、そこで発生する暗電流量にあまり差はない。
【００１３】
一方で、電荷転送チャネルＣは、その表面にＰ型不純物層がなく、表面が完全にシールドされていない。このため、電荷転送チャネルＣで発生する暗電流は、表面準位の変動による影響を大きく受けてしまう。つまり、受光用セルに含まれる電荷転送チャネルＣと、黒レベル検出用セルに含まれる電荷転送チャネルＣとでは、寄生ＭＯＳ効果による影響の違いにより、そこで発生する暗電流量に大きな差が出てしまう。
【００１４】
以上の理由から、セル全体に発生する暗電流量は、受光用セルよりも黒レベル検出用セルの方が大きくなってしまう。
【００１５】
このように黒レベル検出用セルの方が多く暗電流を発生してしまうと、黒レベル検出用セルから得られる信号を基準にして画像を生成したときに画像全体が黒く沈んでしまう黒沈みが発生し、画質が劣化してしまう。
【００１６】
従来、遮光膜とシリコン基板とを同電位にするために、様々な構成が提案されている（特許文献２〜６参照）。しかし、いずれの構成も、受光用セルと黒レベル検出用セルとの暗電流量の差を充分に小さくすることができない。また、いずれの文献にも、受光用セルと黒レベル検出用セルとの暗電流量の差を充分に小さくするという課題については触れられていない。
【００１７】
特許文献２，３は、受光用セルが配置される画素部で、基板と遮光膜とを接続する構成となっている。しかし、この構成だと、例えば転送劣化による画質劣化等が避けにくく、また安定な製造が難しい。
【００１８】
特許文献４〜６は、画素部の外側、ＨＣＣＤ近傍やＨＣＣＤとは反対側のスペースにおいて基板と遮光膜を接続する構成となっている。しかし、この構成では、基板と遮光膜との時定数の差により、画素部全体の特性の安定が得られない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００３−３７２６２号公報
【特許文献２】特開昭６３−１４２８５９号公報
【特許文献３】特開平７−９４６９９号公報
【特許文献４】特開平１１−１７７０７８号公報
【特許文献５】特開２００７−１８９０２２号公報
【特許文献６】特開２００２−１４１４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、黒レベルを精度良く検出することのできる固体撮像素子、これを備えた撮像装置、及びこの固体撮像素子の製造方法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】
【００２１】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板に形成され、被写体からの光を検出するための受光用の光電変換素子を含む受光用セルと、前記半導体基板に形成され、黒レベルを検出するための黒レベル検出用セルと、前記受光用セル及び前記黒レベル検出用セルが形成される領域上方に設けられ、前記受光用セルの前記受光用の光電変換素子の上方には開口を有し、前記黒レベル検出用セル上方には開口を有しない遮光膜とを備え、前記遮光膜が、前記半導体基板と接触する接触部を有し、前記接触部が、平面視において前記黒レベル検出用セルの近傍にのみ設けられている。
【００２２】
本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子を備える。
【００２３】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板に、被写体からの光を検出するための受光用の光電変換素子を含む受光用セルと、黒レベルを検出するための黒レベル検出用セルとを形成する第一の工程と、前記第一の工程後に前記半導体基板を覆っている材料層のうち平面視において前記黒レベル検出用セルの近傍にのみ開口を形成する第二の工程と、前記開口から露出する前記半導体基板に接触するように前記半導体基板上に遮光材料を成膜し、前記受光用の光電変換素子の上方に開口を形成して遮光膜を形成する第三の工程とを有する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、黒レベルを精度良く検出することのできる固体撮像素子、これを備えた撮像装置、及びこの固体撮像素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の平面模式図
【図２】図１に示すＡ−Ａ’線断面模式図
【図３】図１に示す固体撮像素子の製造方法を説明するための断面模式図
【図４】図１に示した固体撮像素子の第一の変形例を示す図
【図５】図１に示した固体撮像素子の第二の変形例を示す図
【図６】図５に示す固体撮像素子のＢ−Ｂ’線の断面模式図
【図７】従来のＣＣＤイメージセンサの断面模式図
【図８】受光用セルと黒レベル検出用セルとにおける寄生ＭＯＳ効果の影響の違いを示した図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２７】
図１は、本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の平面模式図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ’線断面模式図である。この固体撮像素子は、携帯電話機、電子内視鏡等に搭載される撮像装置や、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置に搭載して用いられる。
【００２８】
Ｎ型シリコン基板１にはその表面部にＰウェル層２が形成されている。Ｐウェル層２には、行方向とこれに直交する列方向に二次元状（図１の例では正方格子状）に配列された複数の光電変換素子が形成されている。複数の光電変換素子には、被写体からの光を検出するための受光用の光電変換素子３ａ（図１中実線で示してある）と、受光用の光電変換素子３ａの黒レベルを検出するための黒レベル検出用の光電変換素子３ｂ（図１中破線で示してある）とが含まれる。
【００２９】
各光電変換素子は、Ｐウェル層２の表面に形成されたＮ型不純物層で構成されている。このＮ型不純物層とＰウェル層２とのＰＮ接合により、光に応じて電荷を発生してこれを蓄積する光電変換素子であるフォトダイオードが構成されている。Ｎ型不純物層の表面部には暗電流抑制等のために高濃度のＰ型不純物層５が形成されている。
【００３０】
複数の光電変換素子の配置は、行方向に配列された複数の光電変換素子からなるラインを列方向に複数配列したものとなっている。このラインには、黒レベル検出用の光電変換素子３ｂと受光用の光電変換素子３ａとが含まれる。このラインは、その両端に例えば２つずつ黒レベル検出用の光電変換素子３ｂが配置され、その間に受光用の光電変換素子３ａが複数配置された構成となっている。
【００３１】
各光電変換素子で発生した電荷は、列方向に並ぶ複数の光電変換素子からなる列毎に設けられた垂直電荷転送部１１に読み出され、ここで列方向に転送される。垂直電荷転送部１１は、Ｐウェル層２内に形成されたＮ型不純物層からなる電荷転送チャネル４と、その上方にゲート絶縁膜６を介して形成された転送電極７とから構成されている。
【００３２】
複数の垂直電荷転送部１１の端部には水平電荷転送部１２が設けられている。水平電荷転送部１２は、垂直電荷転送部１１から転送されてきた電荷を行方向に転送する。水平電荷転送部１２の端部には浮遊拡散層１３が接続され、浮遊拡散層１３にはソースフォロアアンプ１４が接続されている。水平電荷転送部１２を転送されてきた電荷は浮遊拡散層１３とソースフォロアアンプ１４により、その電荷量に応じた電圧信号に変換されて出力される。
【００３３】
受光用の光電変換素子３ａ、黒レベル検出用の光電変換素子３ｂ、及び垂直電荷転送部１１が形成される領域の上方には、タングステン等からなる遮光膜９が形成されている。遮光膜９は、各受光用の光電変換素子３ａの上方にのみ開口が形成されており、受光用の光電変換素子３ａ以外を遮光して、黒レベル検出用の光電変換素子３ｂ及び垂直電荷転送部１１に光が入射するのを防止する。
【００３４】
遮光膜９は、Ｐウェル層２と接触する接触部１５を有している。接触部１５は、一部の黒レベル検出用の光電変換素子３ｂ（図１の例では、第二のラインの行方向の両端にある２つの黒レベル検出用の光電変換素子３ｂ）の表面のＰ型不純物層５に接触することで、Ｐウェル層２と接触している。なお、ここでは、一部の黒レベル検出用の光電変換素子３ｂに接触部１５を接触させているが、全ての黒レベル検出用の光電変換素子３ｂの表面に接触部１５を接触させる構成であっても良い。
【００３５】
図２に示すように、Ｐウェル層２上にはＯＮＯ膜やＳｉＯ２膜等のゲート絶縁膜６が形成され、この上にポリシリコン等からなる転送電極７が形成されている。転送電極７上には酸化膜や窒化膜等の絶縁膜８が形成され、この上に遮光膜９が形成されている。遮光膜９上にはＢＰＳＧ膜等の酸化膜１０が形成され、酸化膜１０上には、図示しない層内レンズやカラーフィルタやマイクロレンズが形成されている。
【００３６】
図２に示すように、一部の黒レベル検出用の光電変換素子３ｂの表面上の材料層（ゲート絶縁膜６及び絶縁膜８）には開口が形成されており、この開口を介してＰウェル層２と遮光膜９の接触部１５とが接触している。
【００３７】
図１に示した固体撮像素子は、図１及び図２に示す単位セルを複数備えた構成となっている。単位セルには受光用セルと黒レベル検出用セルとが含まれている。受光用セルは、光電変換素子３ａと、その光電変換素子３ａに隣接し、該光電変換素子３ａから電荷が読み出される垂直電荷転送部１１の一部とを含む領域である。黒レベル検出用セルは、光電変換素子３ｂと、その光電変換素子３ｂに隣接し、該光電変換素子３ｂから電荷が読み出される垂直電荷転送部１１の一部とを含む領域である。黒レベル検出用セルは、受光用セル全体の暗時に発生する暗電流（黒レベル）を検出するために設けられたセルである。
【００３８】
次に、このような構成の固体撮像素子の製造方法について説明する。
【００３９】
図３は、図１に示す固体撮像素子の製造方法を説明するための断面模式図である。まず、Ｎｅｐｉ層を成長させたＮ型シリコン基板１に、Ｐウェル層２、光電変換素子３ａ，３ｂ、電荷転送チャネル４、Ｐ型不純物層５、ゲート絶縁膜６としてＯＮＯ膜、転送電極７等の素子領域を作り込んで、受光用セル及び黒レベル検出用セルを形成したのち、熱ＣＶＤ（ＨＴＯ)または熱ＴＥＯＳ−ＣＶＤ等で絶縁膜８を堆積し、図３（ａ）の構造ができあがる。図３では、Ｐウェル層２に作りこんだ素子の図示を省略している。
【００４０】
次に、レジストパターニング、エッチングを行い、Ｐウェル層２を覆う材料層（ゲート絶縁膜６及び絶縁膜８）のうち、一部の黒レベル検出用セルの上方（例えば光電変換素子３ｂの上方）にのみコンタクトホールを形成してＰウェル層２を露出させる（図３（ｂ））。
【００４１】
次に、ＣＶＤ又はＰＶＤにてタングステンを成膜し、フォトリソ及びエッチングにより受光用の光電変換素子３ａの上方のみに開口を形成して遮光膜９を形成する。この工程により、遮光膜９はコンタクトホールを介してＰウェル層２と接触するため、この接触部分が接触部１５となる。また、遮光膜９は、その形成時にＰウェル層２と接触することになるため、以降の製造工程中も遮光膜９とＰウェル層２は同電位の状態が維持される。なお、遮光膜９は、タングステンと窒化チタンの積層構造や、タングステン、窒化チタン、チタンの積層構造としても良く、遮光性と導電性を満たせば、その他の膜構造でも良い。
【００４２】
次に、ＢＰＳＧ、熱ＴＥＯＳ、プラズマＴＥＯＳ、ＨＤＰ−ＳｉＯ、ＳＯＧ等の埋め込み性及び平坦性の良い酸化膜１０(層間絶縁膜)を堆積し、図３（ｃ）の構造ができあがる。なお、酸化膜１０は、単層であっても積層であっても、いくつかの堆積方法の組み合わせであってもよいし、絶縁膜であれば、酸化膜でなくても良い。
【００４３】
その後、コンタクトホール形成、メタルデポ、レジストパターニング、エッチングを行う。図３に示した断面領域では、メタルはデポされたのち、完全に除去されるので、図示していない。メタルデポは、通常、ＡｌまたはＡｌＳｉＣｕ等のＡｌ合金のスパッタにより成膜する。このメタル層は、単層でも積層でも良い。その他、ＴｉＮ／Ｔｉ等のバリアメタル構造や、ＴｉＮ／Ｔｉ／ＴｉＳｉ等のシリサイド構造や、ＴｉＮ等バリアメタルによるサンドイッチ構造等、一般的なメタル構造であれば特に構造は限定しない。
【００４４】
図示しないが、その後、下凸層内レンズ、上凸層内レンズ、平坦化層成膜、カラーフィルタ形成、マイクロレンズ形成等の一般的な光学系構造を形成してデバイスができあがる。これらの、光学系構造は、必要とするイメージセンサの用途・性能により決められる物であって、必須の構造ではない。
【００４５】
以上のように、図１に示した固体撮像素子によれば、遮光膜９の形成と同時に、遮光膜９とＰウェル層２とが同電位となるため、その後の製造工程によって生じる寄生ＭＯＳ電界効果を抑制することができる。また、寄生ＭＯＳ電界効果を受け易い黒レベル検出用セルの基板表面のみで遮光膜９とＰウェル層２とが接触するため、黒レベル検出用セルで寄生ＭＯＳ電界効果を相対的に受け難くすることができる。この結果、寄生ＭＯＳ電界効果の受け度合いを、受光用セルと黒レベル検出用セルとでほぼ同じにすることができる。したがって、黒レベルを精度良く検出して画質を向上させることができる。
【００４６】
なお、以上の説明では、固体撮像素子をＣＣＤ型として説明したが、これはＣＭＯＳ型であっても良い。また、光電変換素子の配列は正方格子配列に限らず、図１に示すラインのうちの奇数ラインを偶数ラインに対して光電変換素子配列ピッチの１／２だけ行方向にずらした所謂ハニカム配列であっても良い。また、以上の説明では電子をキャリアとする構造を示したが、正孔をキャリアとする場合には、図１〜図３及びその説明においてＮ型とＰ型を逆にすれば良い。
【００４７】
また、以上の説明では、黒レベル検出用の光電変換素子３ｂを、受光用の光電変換素子３ａと同じ構造とし、その受光面を遮光することで構成している。しかし、同一セル内において、高濃度のＰ型不純物層で表面をシールドされた光電変換素子と、表面がシールドされていない電荷転送チャネルとでは、一般に、電荷転送チャネルの方の暗電流がとても大きくなる。黒レベル検出用セルは、受光用セルの黒レベルを検出するためのものであるが、上記のようにセル内の暗電流量は電荷転送チャネルに依存する部分が大きい。このため、黒レベル検出用の光電変換素子３ｂを形成する必要は必ずしもない。例えば、黒レベル検出用の光電変換素子３ｂを形成すべき領域にＮ型不純物層を形成せず、Ｐ型不純物層５及びＰウェル層という構成としても良い。
【００４８】
なお、寄生ＭＯＳ電界効果が出始めるだろうと推測される遮光膜９とＮ型シリコン基板１との間にある絶縁膜の厚さは、酸化膜容量換算膜厚で２００ｎｍ以下となるときである。このため、この絶縁膜が酸化膜容量換算膜厚で２００ｎｍ以下となる固体撮像素子において、図１、２に示した構成は特に有効となる。
【００４９】
次に、図１に示した固体撮像素子の変形例を説明する。
【００５０】
（第一の変形例）
図４は、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る。図４に示した固体撮像素子では、図１に示した固体撮像素子において、遮光膜９の接触部１５を、黒レベル検出用の光電変換素子３ｂの表面上ではなく、黒レベル検出用セルが形成される領域の外にあるスペースに設けた構成となっている。この場合、接触部１５は、ゲート絶縁膜６及び絶縁膜８に設けられた開口を介してＰウェル層２と接触する。
【００５１】
図４に示した固体撮像素子の製造方法は、図１に示した固体撮像素子の製造方法とほぼ同じである。つまり、Ｎ型シリコン基板１に受光用セルと黒レベル検出用セルを形成後、上記スペース上方の絶縁膜８及びゲート絶縁膜６に開口を形成し、ここに遮光膜９を埋め込んで、遮光膜９とＰウェル層２とを接触させれば良い。
【００５２】
図４に示した構成であっても、黒レベル検出用セルの近傍で遮光膜９とＰウェル層２との接触がなされ、受光用セルの近傍では遮光膜９とＰウェル層２との接触がなされない構成となるため、黒レベル検出用セルと受光用セルとで寄生ＭＯＳ電界効果の受け度合いが均一化される。この結果、黒レベル検出用セルと受光用セルとで暗電流量に差が出難くなり、黒レベル検出を精度良く行うことができる。
【００５３】
図１、図４に示したように、接触部１５を設ける位置は黒レベル検出用セルの近傍であれば良い。なお、ここで言う“近傍”とは、接触部１５とそれに最も近い受光用セルとの距離が、該接触部１５とそれに最も近い黒レベル検出用セルとの距離よりも大きくなるような範囲のことである。
【００５４】
図４に示した構成によれば、光電変換素子が設けられる領域の繰り返し構造を乱すことなく、遮光膜９と半導体基板とを接触させることができるため、垂直電荷転送部１１での電荷転送劣化等を防いで、画質向上を図ることができる。一方、図１に示した構成では、図４に示した構成と比較してチップサイズを小さくすることができるという利点がある。
【００５５】
（第二の変形例）
図５は、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る。図５では、図１に示す遮光膜９の図示を省略している。図６は、図５に示す固体撮像素子のＢ−Ｂ’線断面模式図である。
【００５６】
図５に示した固体撮像素子は、図４に示した固体撮像素子において、黒レベル検出用セルが形成される領域の外にあるスペースにＰウェル層２とは別のＰウェル層１６を設け、このＰウェル層１６上に接続部１５を配置した構成となっている。図６に示すように、接触部１５は、ゲート絶縁膜６及び絶縁膜８に設けられた開口を介してＰウェル層１６と接触する。接触部１５を設ける位置は、上述したように、黒レベル検出用セルの近傍であれば良い。なお、Ｐウェル層１６と接触部１５とのオーミックコンタクトをとるため、Ｐウェル層１６表面に図６に示したようにＰ型不純物層を設け、ここに接触部１５を接触させることが好ましい。
【００５７】
図５に示した固体撮像素子の製造方法は、図１に示した固体撮像素子の製造方法とほぼ同じである。つまり、Ｎ型シリコン基板１にＰウェル層１６とＰウェル層２を隙間をあけて形成後、黒レベル検出用の光電変換素子３ｂ及び受光用の光電変換素子３ａとその周辺の要素をＰウェル層２内に形成する。転送電極７及び絶縁膜８を形成後、Ｐウェル層１６上方の絶縁膜８及びゲート絶縁膜６に開口を形成し、ここに遮光膜９を埋め込んで、遮光膜９とＰウェル層１６とを接触させれば良い。
【００５８】
図５に示す固体撮像素子では、Ｐウェル層１６とＰウェル層２との間にＮ型シリコン基板１が存在するため、寄生のＰＮＰバイポーラ構造が構成される。このため、Ｐウェル層１６とＰウェル層２は同電位となり、また、Ｐウェル層１６は遮光膜９と接触しているため、固体撮像素子の製造時に、Ｐウェル層２と遮光膜９を常に同電位にしておくことができる。この結果、寄生ＭＯＳ電界効果の出現を抑制することができる。
【００５９】
また、使用時には、遮光膜９とＰウェル層２の電位をそれぞれ独立に制御することができるため、特許文献１に開示されているような遮光膜９電位を可変制御する技術を採用することができ、寄生ＭＯＳ電界効果を利用した利点を活かすこともできる。
【００６０】
以上説明したように、本明細書には以下の事項が開示されている。
【００６１】
開示された固体撮像素子は、半導体基板に形成され、被写体からの光を検出するための受光用の光電変換素子を含む受光用セルと、前記半導体基板に形成され、黒レベルを検出するための黒レベル検出用セルと、前記受光用セル及び前記黒レベル検出用セルが形成される領域上方に設けられ、前記受光用セルの前記受光用の光電変換素子の上方には開口を有し、前記黒レベル検出用セル上方には開口を有しない遮光膜とを備え、前記遮光膜が、前記半導体基板と接触する接触部を有し、前記接触部が、平面視において前記黒レベル検出用セルの近傍にのみ設けられている。
【００６２】
この構成により、寄生ＭＯＳ電界効果を受け易い黒レベル検出用セルの近傍のみで遮光膜と半導体基板とが接触するため、黒レベル検出用セルで寄生ＭＯＳ電界効果を相対的に受け難くすることができる。この結果、寄生ＭＯＳ電界効果の受け度合いを、受光用セルと黒レベル検出用セルとでほぼ同じにすることができる。したがって、黒レベルを精度良く検出して画質を向上させることができる。
【００６３】
開示された固体撮像素子は、前記接触部が、平面視において前記黒レベル検出用セルが配置される範囲の外に設けられている。
【００６４】
この構成により、画素の繰り返し構造が崩れるのを防ぐことができ、電荷の転送劣化等に伴う画質劣化を防ぐことができる。
【００６５】
開示された固体撮像素子は、前記接触部が、平面視において前記黒レベル検出用セルに設けられている。
【００６６】
この構成により、チップサイズを大きくすることなく、画質向上を図ることができる。
【００６７】
開示された固体撮像素子は、前記半導体基板に形成された前記半導体基板と反対導電型の第１のウェル層と、前記半導体基板に形成された前記反対導電型の第２のウェル層とを備え、前記受光用セル及び前記黒レベル検出用セルが前記第１のウェル層に形成され、前記接触部が、前記第２のウェル層と接触している。
【００６８】
この構成により、固体撮像素子の駆動時に遮光膜の電位を可変制御することができる。また、固体撮像素子の製造時に、遮光膜と第１のウェル層を同電位又は別電位にすることが可能である。別電位にする場合には、例えば、製造中の遮光膜と第１のウェル層の電位差を半導体基板上のゲート絶縁膜の耐圧以下に設定しておくことで、プラズマ・サージ等による影響を抑えて、寄生ＭＯＳ電界効果を抑制することができ、黒レベルを精度良く検出して画質を向上させることができる。
【００６９】
開示された固体撮像素子は、前記半導体基板と前記遮光膜との間に設けられる絶縁膜を備え、前記絶縁膜が、酸化膜容量換算膜厚で２００ｎｍ以下である。
【００７０】
開示された撮像装置は前記固体撮像素子を備える。
【００７１】
開示された固体撮像素子の製造方法は、半導体基板に、被写体からの光を検出するための受光用の光電変換素子を含む受光用セルと、黒レベルを検出するための黒レベル検出用セルとを形成する第一の工程と、前記第一の工程後に前記半導体基板を覆っている材料層のうち平面視において前記黒レベル検出用セルの近傍にのみ開口を形成する第二の工程と、前記開口から露出する前記半導体基板に接触するように前記半導体基板上に遮光材料を成膜し、前記受光用の光電変換素子の上方に開口を形成して遮光膜を形成する第三の工程とを有する。
【００７２】
開示された固体撮像素子の製造方法は、前記第二の工程では、前記開口を、平面視において前記黒レベル検出用セルが配置される範囲の外に形成する。
【００７３】
開示された固体撮像素子の製造方法は、前記第二の工程では、前記開口を、平面視において前記黒レベル検出用セルに形成する。
【００７４】
開示された固体撮像素子の製造方法は、前記半導体基板に前記半導体基板と反対導電型の第１のウェル層を形成する工程と、前記半導体基板に前記反対導電型の第２のウェル層を形成する工程とを有し、前記第一の工程では、前記受光用セルと前記黒レベル検出用セルを前記第１のウェル層に形成し、前記第二の工程では、前記開口を、平面視において前記第２のウェル層内に形成する。
【００７５】
開示された固体撮像素子の製造方法は、前記遮光膜と前記半導体基板との間の絶縁膜を、酸化膜容量換算膜厚で２００ｎｍ以下にする。
【符号の説明】
【００７６】
１    Ｎ型シリコン基板
２    Ｐウェル層
３ａ  受光用の光電変換素子
３ｂ  黒レベル検出用の光電変換素子
９    遮光膜
１５  接触部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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