(57)【要約】  暗電流を効果的に低減する固体撮像素子を提供する。固体撮像素子は、半導体から成り複数の画素領域を有する基板１０と、画素領域毎に基板１０中に形成され基板１０とは逆の導電型の半導体から成るとともに光電変換によって生じた第１極性の電荷を蓄積する複数の蓄積部１１と、少なくとも一方の基板表面１０２の上方に設けられるとともに第１固定電荷Ｅを有する固定電荷層１４ａと、を備える。基板表面１０２における第１固定電荷Ｅとは逆極性となる集積電荷ｈの密度は、基板表面１０２に平行な方向に対して、画素領域の配列または蓄積部の配列に対応して変化する。
2013080769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体から成り、複数の画素領域を有する基板と、
前記画素領域毎に前記基板中に形成され、前記基板とは逆の導電型の半導体から成るとともに光電変換によって生じた第１極性の電荷を蓄積する蓄積部と、
少なくとも一方の基板表面の上方に設けられるとともに、第１固定電荷を有する固定電荷層と、を備え、
前記基板表面における前記第１固定電荷とは逆極性となる集積電荷の密度が、前記基板表面に平行な方向に対して、前記画素領域の配列または前記蓄積部の配列に対応して変化していることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記第１固定電荷の極性が前記第１極性であり、前記集積電荷の極性が前記第１極性とは逆の第２極性であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記基板表面における前記集積電荷の密度が、前記基板表面に平行な方向に対して、前記蓄積部に近い領域ほど高く、前記蓄積部から離れた領域ほど低いことを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記基板表面における前記集積電荷の密度が、前記基板表面に平行な方向に対して、前記蓄積部に近い領域ほど低く、前記蓄積部から離れた領域ほど高いことを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記基板表面に平行な方向に対して、前記固定電荷層の前記蓄積部に近い領域における前記第１固定電荷の密度と、前記固定電荷層の前記蓄積部から離れた領域における前記第１固定電荷の密度と、が異なることを特徴とする請求項３または４に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記基板表面に平行な方向に対して、前記固定電荷層の前記蓄積部に近い領域に施した熱処理方法と、前記固定電荷層の前記蓄積部から離れた領域に施した熱処理方法と、が異なることを特徴とする請求項５に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記基板表面に平行な方向に対して、前記固定電荷層の前記蓄積部に近い領域における不純物の添加状態と、前記固定電荷層の前記蓄積部から離れた領域における不純物の添加状態と、が異なることを特徴とする請求項５または６に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記基板表面に平行な方向に対して、前記固定電荷層の前記蓄積部に近い領域の膜厚と、前記固定電荷層の前記蓄積部から離れた領域の膜厚と、が異なることを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記基板表面に平行な方向に対して、前記固定電荷層の前記蓄積部に近い領域を構成する少なくとも一部の材料と、前記固定電荷層の前記蓄積部から離れた領域を構成する少なくとも一部の材料と、が異なることを特徴とする請求項３〜８のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記基板表面に平行な方向に対して、前記固定電荷層の前記蓄積部に近い領域、または、前記固定電荷層の前記蓄積部から離れた領域が、前記第２極性の第２固定電荷を有することを特徴とすることを特徴とする請求項３〜９のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記基板表面に平行な方向に対して、前記固定電荷層の前記蓄積部に近い領域と前記基板表面との間の距離と、前記固定電荷層の前記蓄積部から離れた領域と前記基板表面との間の距離と、が異なることを特徴とする請求項３〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
前記基板表面と前記固定電荷層との間に設けられる、絶縁体から成る下地層を、さらに備え、
前記基板表面に平行な方向に対して、前記下地層の前記蓄積部に近い領域の膜厚と、前記下地層の前記蓄積部から離れた領域の膜厚と、が異なることを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
前記基板表面に平行な方向に対して、前記基板の前記蓄積部から離れた領域に、不純物濃度が周囲よりも高い障壁部が形成されることを特徴とする請求項３〜１２のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１４】
前記障壁部の前記基板表面側に、前記基板とは逆の導電型の半導体から成る誘引部が形成されることを特徴とする請求項１３に記載の固体撮像素子。
【請求項１５】
前記基板表面に平行な方向に対して、前記固定電荷層の上方の前記蓄積部に近い領域、または、前記固定電荷層の上方の前記蓄積部から離れた領域に設けられる電極層を、さらに備え、
少なくとも前記第１極性の電荷を前記蓄積部に蓄積する期間中に、前記電極層に前記第１固定電荷と同じ極性の電圧が印加されることを特徴とする請求項３〜１４のいずれか１項に固体撮像素子。
【請求項１６】
前記基板中の前記画素領域の境界に、不純物濃度が周囲よりも高い分離部が形成されることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１７】
前記基板の第１基板表面側に設けられ、前記蓄積部に蓄積される前記第１極性の電荷を制御するための配線層を、さらに備え、
前記第１基板表面の反対側の第２基板表面から、前記基板内に光が入射するとともに、当該光の光電変換によって生じる前記第１極性の電荷を、前記蓄積部が蓄積するものであり、
少なくとも前記第２基板表面の上方に、前記固定電荷層が設けられることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１８】
前記固定電荷層が、
酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化イットリウム、ランタノイドの酸化物、酸化シリコン、酸化ニッケル、酸化コバルト及び酸化銅の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１９】
前記固定電荷層の屈折率をＮ、０以上である任意の１つの整数をＫとするとき、
前記固定電荷層の、前記蓄積部の直上となる領域の中心の膜厚が、
０．７５×｛５００／（４×Ｎ）＋Ｋ×５００／（２×Ｎ）｝ｎｍ以上、かつ、
１．２５×｛５６０／（４×Ｎ）＋Ｋ×５６０／（２×Ｎ）｝ｎｍ以下になることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサなどに代表される固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子が、デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの撮像装置や、カメラ付き携帯電話機などの撮像機能を備えた様々な電子機器に搭載されている。固体撮像素子は、照射される光を光電変換することで電荷を生成し、当該電荷による電位を増幅することで、画像データを生成する。【０００３】
このような固体撮像素子において、ノイズの低減が重要な課題の一つになっている。特に、ノイズの原因の一つである、暗電流の低減が課題になっている。暗電流は、受光部（フォトダイオード）が形成されている基板の欠陥から、蓄積部に電荷が供給されることで発生するものであり、暗電流に起因するノイズは、固体撮像素子の電荷の蓄積時間を長くするほど、固体撮像素子の温度が上昇するほど、増大する。【０００４】
暗電流を生じる欠陥として、例えば、結晶欠陥や未結合手などに由来する界面準位（表面準位）や、重金属類の汚染に由来するものなど、様々なものが存在するが、これらは主に基板の表面に形成される。即ち、暗電流の発生源は、主として基板の表面である。【０００５】
そこで、例えば特許文献１では、光電変換により生じた電子を蓄積するｎ型の蓄積部の周囲に、ｐ型の領域を設けた固体撮像素子が提案されている。この固体撮像素子では、基板にｎ型の不純物を注入して蓄積部を形成し、さらに基板にｐ型の不純物を注入することでｐ型の領域を設け、蓄積部が基板の表面から離間するように構成している。【０００６】
しかしながら、この固体撮像素子では、ｐ型の注入量や注入面積を増やすと光電変換の特性や飽和電荷量など電気特性などが劣化する。また、ｐ型の不純物を活性化するために高温の熱処理を行うと、当該熱処理によって素子構造がダメージを受けたり変質したりすることが懸念される。具体的に例えば、この高温の熱処理によって、当該熱処理までに基板に注入したドーパントが意図せず拡散することで、光電変換の特性や飽和電荷量など電気特性などが劣化し得る。また、裏面照射型の固体撮像素子では、基板の裏面にｐ型の注入を行った時点で、当該基板の表面に素子や配線が形成されているため、その後の熱処理における制約が多くなる。【０００７】
そこで、例えば特許文献２及び３では、受光部を設けた基板の表面に、負の固定電荷を有する固定電荷層を設けた固体撮像素子が提案されている。この固体撮像素子では、固定電荷層を設けることで基板の表面に正孔を集積させ、当該正孔と暗電流を成す電子とを再結合させることで、当該電子の蓄積部への移動を防ぎ、暗電流を低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２９９４５３号公報
【特許文献２】特開２００８−３０６１５４号公報
【特許文献３】特開２０１０−２３９１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
光電変換によって発生した電荷を効率的に蓄積部に移動、蓄積するためには、基板内における電荷のライフタイムは長い方が良い。例えば、基板をシリコンで成せば、十分なライフタイムを確保することができる。しかしながら、暗電流を成す電荷のライフタイムも長くなってしまう。すると、例えば特許文献２及び３で提案されている固体撮像素子であっても、基板の表面に集積した正孔と暗電流を成す電子とが再結合する前に、当該電子が蓄積部まで到達することが生じ得る。即ち、暗電流が十分に低減されないことが生じ得る。【００１０】
そこで、本発明は、暗電流を効果的に低減する固体撮像素子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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、半導体から成り、複数の画素領域を有する基板と、
前記画素領域毎に前記基板中に形成され、前記基板とは逆の導電型の半導体から成るとともに光電変換によって生じた第１極性の電荷を蓄積する複数の蓄積部と、
少なくとも一方の基板表面の上方に設けられるとともに、第１固定電荷を有する固定電荷層と、を備え、
前記基板表面における前記第１固定電荷とは逆極性となる集積電荷の密度が、前記基板表面に平行な方向に対して、前記画素領域の配列または前記蓄積部の配列に対応して変化していることを特徴とする固体撮像素子を提供する。【００１２】
この固体撮像素子によれば、基板表面に平行な方向に対して、集積電荷の密度の分布に応じた電界が生じる。そのため、基板表面の欠陥から生じる暗電流を成す電荷は、蓄積部に向かって動くだけでなく、基板表面に沿って動くようになり、基板表面に平行な方向に対して集積電荷の密度が一様である場合と比較して、当該電荷が蓄積部に到達するまでの経路及び時間が長くなる。したがって、当該電荷が蓄積部に到達するまでに再結合により消滅する確率を、向上させることが可能になる。【００１３】
なお、基板を成す半導体の導電型は、ｐ型またはｎ型である。また例えば、基板を成す半導体がｐ型であれば、蓄積部を成す半導体はｎ型であり、基板を成す半導体がｎ型であれば、蓄積部を成す半導体はｐ型である。また、「基板を成す半導体の導電型」とは、基板の素子構造が形成される部分の導電型を示すものであり、基板全体の導電型を示す場合に限られず、ウェルの導電型を示す場合も当然に含まれる。【００１４】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記第１固定電荷の極性が前記第１極性であり、前記集積電荷の極性が前記第１極性とは逆の第２極性であると、好ましい。【００１５】
この固体撮像素子によれば、暗電流を成す第１極性の電荷が、これとは逆の第２極性の集積電荷の中を移動することになる。そのため、暗電流を成す電荷を、効果的に再結合によって消滅させることが可能になる。【００１６】
なお、第１極性が負である場合、蓄積部に蓄積される電荷及び暗電流を成す電荷は電子となり、集積電荷は正孔となる。また、第１極性が正である場合、蓄積部に蓄積される電荷及び暗電流を成す電荷は正孔となり、集積電荷は電子となる。【００１７】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記基板表面における前記集積電荷の密度が、前記基板表面に平行な方向に対して、前記蓄積部に近い領域ほど低く、前記蓄積部から離れた領域ほど高くなるようにしてもよい。また、上記特徴の固体撮像素子において、前記基板表面における前記集積電荷の密度が、前記基板表面に平行な方向に対して、前記蓄積部に近い領域ほど低く、前記蓄積部から離れた領域ほど高くなるようにしてもよい。【００１８】
この固体撮像素子によれば、暗電流を成す電荷が、基板表面で発生した後、基板表面に平行な方向に対して生じている電界の影響を受けて、蓄積部から離れる、または、蓄積部に近づくように動き、その後に蓄積部に向かって動く確率が高くなる。即ち、暗電流を成す電荷が蓄積部に到達するまでの経路及び時間を、長くすることが可能になる。【００１９】
なお、光電変換により生じた電荷が、基板表面に平行な方向において、蓄積部に近づく方向に動くようにすると、当該電荷が本来蓄積されるべき蓄積部に移動する確率を、向上させることが可能になる。したがって、混色の発生を抑制することが可能になる。また、基板表面の上方に固定電荷層を形成するだけで、蓄積部とは逆の電導型となる不純物の注入を抑制することができるため、当該不純物の注入に伴う熱処理を抑えることができる。そのため、熱処理によって構造の破壊や特性の劣化が生じることを、抑制することが可能になる。【００２０】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記基板表面に平行な方向に対して、前記固定電荷層の前記蓄積部に近い領域における前記第１固定電荷の密度と、前記固定電荷層の前記蓄積部から離れた領域における前記第１固定電荷の密度と、が異なるようにしてもよい。例えば、固定電荷層の電荷密度は熱処理によって変わるため前記基板表面に平行な方向に対して、前記固定電荷層の前記蓄積部に近い領域に施した熱処理方法と、前記固定電荷層の前記蓄積部から離れた領域に施した熱処理方法と、を異ならせてもよい。また例えば、固定電荷層の電荷密度は添加する不純物によって変わるため前記基板表面に平行な方向に対して、前記固定電荷層の前記蓄積部に近い領域における不純物の添加状態と、前記固定電荷層の前記蓄積部から離れた領域における不純物の添加状態と、を異ならせてもよい。【００２１】
この固体撮像素子によれば、基板表面に平行な方向に対して、基板表面の蓄積部に近い領域の集積電荷の密度と、基板表面の蓄積部から離れた領域の集積電荷の密度と、の間に、固定電荷層が有する固定電荷の密度の分布に応じた差を設けることが可能となり、当該方向に対して電界を生じさせることができる。【００２２】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記基板表面に平行な方向に対して、前記固定電荷層の前記蓄積部に近い領域の膜厚と、前記固定電荷層の前記蓄積部から離れた領域の膜厚と、が異なるようにしてもよい。【００２３】
この固体撮像素子によれば、基板表面に平行な方向に対して、基板表面の蓄積部に近い領域の集積電荷の密度と、基板表面の蓄積部から離れた領域の集積電荷の密度と、の間に、固定電荷層の膜厚の分布に応じた差を設けることが可能となり、当該方向に対して電界を生じさせることができる。【００２４】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記基板表面に平行な方向に対して、前記固定電荷層の前記蓄積部に近い領域を構成する少なくとも一部の材料と、前記固定電荷層の前記蓄積部から離れた領域を構成する少なくとも一部の材料と、が異なるようにしてもよい。【００２５】
この固体撮像素子によれば、基板表面に平行な方向に対して、基板表面の蓄積部に近い領域の集積電荷の密度と、基板表面の蓄積部から離れた領域の集積電荷の密度と、の間に、固定電荷層を構成する材料の分布に応じた差を設けることが可能となり、当該方向に対して電界を生じさせることができる。【００２６】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記基板表面に平行な方向に対して、前記固定電荷層の前記蓄積部に近い領域、または、前記固定電荷層の前記蓄積部から離れた領域が、前記第２極性の第２固定電荷を有するようにしてもよい。【００２７】
この固体撮像素子によれば、基板表面に、第１極性の集積電荷だけでなく、第２極性の集積電荷も存在する。そのため、基板表面に平行な方向に対して、第１極性の集積電荷の密度差のみで生じる電界よりも、大きな電界を生じさせることができる。【００２８】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記基板表面に平行な方向に対して、前記固定電荷層の前記蓄積部に近い領域と前記基板表面との間の距離と、前記固定電荷層の前記蓄積部から離れた領域と前記基板表面との間の距離と、が異なるようにしてもよい。例えば、前記基板表面と前記固定電荷層との間に設けられる、絶縁体から成る下地層を、さらに備え、前記基板表面に平行な方向に対して、前記下地層の前記蓄積部に近い領域の膜厚と、前記下地層の前記蓄積部から離れた領域の膜厚と、が異なるようにしてもよい。【００２９】
この固体撮像素子によれば、基板表面に平行な方向に対して、基板表面の蓄積部に近い領域の集積電荷の密度と、基板表面の蓄積部から離れた領域の集積電荷の密度と、の間に、基板表面と固定電荷層との距離の分布に応じた差を設けることが可能となり、当該方向に対して電界を生じさせることができる。【００３０】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記基板表面に平行な方向に対して、前記基板の前記蓄積部から離れた領域に、不純物濃度が周囲よりも高い障壁部を形成すると、好ましい。【００３１】
この固体撮像素子によれば、隣接する蓄積部の間におけるポテンシャル障壁が鮮明になり、光電変換により生じた電荷が、本来蓄積されるべき蓄積部に移動する確率を、向上させることが可能になる。そのため、混色の発生を抑制することが可能になる。【００３２】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記障壁部の前記基板表面側に、前記基板とは逆の導電型の半導体から成る誘引部を形成してもよい。【００３３】
この固体撮像素子によれば、暗電流を成す電荷を、基板表面に閉じ込めることが可能になる。そのため、暗電流を成す電荷が蓄積部に到達するまでに再結合により消滅する確率を、さらに向上させることが可能になる。【００３４】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記基板表面に平行な方向に対して、前記固定電荷層の上方の前記蓄積部に近い領域、または、前記固定電荷層の上方の前記蓄積部から離れた領域に設けられる電極層を、さらに備え、
少なくとも前記第１極性の電荷を前記蓄積部に蓄積する期間中に、前記電極層に前記第１固定電荷と同じ極性の電圧が印加されると、好ましい。【００３５】
この固体撮像素子によれば、少なくとも蓄積部に電荷を蓄積する期間中に、集積電荷の密度差を大きくすることが可能になる。そのため、基板表面に平行な方向に対して、発生する電界を大きくすることが可能になる。【００３６】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記基板中の前記画素領域の境界に、不純物濃度が周囲よりも高い分離部を形成すると、好ましい。【００３７】
この固体撮像素子によれば、基板中の画素領域の境界において、ポテンシャル障壁を高くすることが可能になる。そのため、それぞれの画素領域内において光電変換によって発生した電荷を、効率よく当該画素領域内の蓄積部に移動させて蓄積することが可能になる。なお、画素領域は、分離部に挟まれた領域として定義することが可能である。この場合、基板表面に平行な方向に対する集積電荷の密度が、画素領域の配列に対応して変化しているならば、分離部の配列に対応して変化していると言うことができる。【００３８】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記基板の第１基板表面側に設けられ、前記蓄積部に蓄積される前記第１極性の電荷を制御するための配線層を、さらに備え、
前記第１基板表面の反対側の第２基板表面から、前記基板内に光が入射するとともに、当該光の光電変換によって生じる前記第１極性の電荷を、前記蓄積部が蓄積するものであり、
少なくとも前記第２基板表面の上方に、前記固定電荷層が設けられると、好ましい。【００３９】
この場合、裏面照射型の固体撮像素子において、暗電流を効果的に低減することが可能になる。【００４０】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記固定電荷層が、
酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化イットリウム、ランタノイドの酸化物、酸化シリコン、酸化ニッケル、酸化コバルト及び酸化銅の少なくとも一つを含むと、好ましい。【００４１】
不純物などの製膜条件に依存するが、一般的には、上に列記した「酸化ハフニウム」から「ランタノイドの酸化物」、「酸化シリコン」は負の固定電荷を有し、「酸化ニッケル」から「酸化銅」までは正の固定電荷を有する。【００４２】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記固定電荷層の屈折率をＮ、０以上である任意の１つの整数をＫとするとき、
前記固定電荷層の、前記蓄積部の直上となる領域の中心の膜厚が、
０．７５×｛５００／（４×Ｎ）＋Ｋ×５００／（２×Ｎ）｝ｎｍ以上、かつ、
１．２５×｛５６０／（４×Ｎ）＋Ｋ×５６０／（２×Ｎ）｝ｎｍ以下になるようにすると、好ましい。【００４３】
この固体撮像素子によれば、固定電荷層における光の反射を、抑制することが可能になる。そのため、固体撮像素子の感度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００４４】
上記特徴の固体撮像素子によれば、暗電流を成す電荷が蓄積部に到達する前に再結合によって消滅する確率を向上させることが可能になるため、暗電流を効果的に低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態に係る固体撮像素子の全体構造の一例を示す断面図。
【図２】本発明の実施形態に係る固体撮像素子における、暗電流を低減するための構造の第１具体例を示す要部断面図。
【図３】本発明の実施形態に係る固体撮像素子における、暗電流を低減するための構造の第２具体例を示す要部断面図。
【図４】本発明の実施形態に係る固体撮像素子における、暗電流を低減するための構造の第３具体例を示す要部断面図。
【図５】本発明の実施形態に係る固体撮像素子における、暗電流を低減するための構造の第４具体例を示す要部断面図。
【図６】本発明の実施形態に係る固体撮像素子における、暗電流を低減するための構造の第５具体例を示す要部断面図。
【図７】本発明の実施形態に係る固体撮像素子における、暗電流を低減するための構造の第６具体例を示す要部断面図。
【図８】本発明の実施形態に係る固体撮像素子における、暗電流を低減するための構造の第７具体例を示す要部断面図。
【図９】障壁部及び誘引部の形成方法の一例について説明する基板の上面図。
【図１０】光が照射されない画素を設ける場合における固体撮像素子の構造の一例を示す要部断面図。
【図１１】本発明の実施形態に係る固体撮像素子における、暗電流を低減するための構造の別例を示す要部断面図。
【図１２】本発明の実施形態に係る固体撮像素子における、暗電流を低減するための構造の別例を示す要部断面図。
【図１３】本発明の実施形態に係る固体撮像素子における、暗電流を低減するための構造の別例を示す要部断面図。
【図１４】本発明の実施形態に係る固体撮像素子における、暗電流を低減するための構造の別例を示す要部断面図。
【図１５】電極層の構造の一例について説明する基板の上面図。
【図１６】本発明の実施形態に係る固体撮像素子における、暗電流を低減するための構造の別例を示す要部断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、説明の具体化のために、本発明の実施形態に係る固体撮像素子として、裏面照射型の固体撮像素子に本発明を適用する場合について例示して説明する。ただし、本発明を適用可能な固体撮像素子は、このような裏面照射型の固体撮像素子に限られるものではなく、表面照射型の固体撮像素子にも適用可能である。
【００４７】
＜＜固体撮像素子の全体構造例＞＞
最初に、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の全体構造の一例について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の全体構造の一例を示す断面図である。なお、本願の図面は、図示の明確化のために、断面を示すハッチングを省略している。
【００４８】
図１に示すように、固体撮像素子１は、基板１０と、基板１０中に形成され光電変換によって生じた電荷を蓄積する蓄積部１１と、基板１０の一方の表面（以下、第１基板表面１０１とする）上に設けられる配線層１２と、基板１０の他方の表面（第１基板表面１０１に対して反対側となる表面、以下、第２基板表面１０２とする）上に設けられる下地層１３と、下地層１３上に設けられ正または負の固定電荷を有する固定電荷層１４と、固定電荷層１４上に設けられるとともに絶縁体から成る絶縁層１５と、絶縁層１５上に設けられ所定の色（波長）の光を選択的に透過するカラーフィルタ１６と、カラーフィルタ１６上に設けられ入射する光を集光してカラーフィルタ１６に通じるオンチップレンズ１７と、基板１０が有する画素領域Ａの境界に形成される分離部１８と、を備える。
【００４９】
基板１０は、ｐ型またはｎ型の半導体から成る。蓄積部１１は、基板１０とは逆の導電型の半導体から成り、基板１０と蓄積部１１とでフォトダイオードを構成する。また、蓄積部１１は、基板１０内の画素領域Ａの中央（隣接する分離部１８の中間）の領域に形成されるとともに、第２基板表面１０２（及び第１基板表面１０１）に平行な方向に対して、所定の周期性を有して配列する。具体的に例えば、蓄積部１１は、図１に示すように、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、所定の間隔を有して配列する。なお、図1では、画素領域Ａ及び蓄積部１１が紙面の左右方向に対して所定の間隔を有して配列する状態について例示しているが、画素領域Ａ及び蓄積部１１は紙面の奥行方向に対しても所定の間隔を有して配列する。
【００５０】
さらに、カラーフィルタ１６及びオンチップレンズ１７も、画素領域Ａ及び蓄積部１１と同様に配列する。具体的に例えば、画素領域Ａ及び蓄積部１１、カラーフィルタ１６及びマイクロチップレンズ１７は、それぞれマトリクス状に（カラーフィルタ１６に着目すればベイヤ配列で）配列する。
【００５１】
分離部１８は、基板１０と同じ導電型の半導体から成り、その不純物濃度は、周囲の基板１０の不純物濃度よりも高くなっている（ポテンシャル障壁が高くなっている）。そのため、それぞれの画素領域Ａ内において、光電変換によって発生した電荷は、効率よく当該画素領域Ａ内の蓄積部１１に移動し、蓄積される。なお、画素領域Ａは、分離部１８に挟まれた領域として定義することも可能である。
【００５２】
固体撮像素子１に入射する光は、オンチップレンズ１７で集光され、カラーフィルタ１６に通じられる。カラーフィルタ１６は、所定の色（波長）の光を選択的に通過させる。カラーフィルタ１６を通過した光は、絶縁層１５、固定電荷層１４及び下地層１３をそれぞれ通過して、第２基板表面１０２から基板１０内に入射する。そして、基板１０内で、入射した光の光電変換により電子及び正孔が生じ、その一方が蓄積部１１に蓄積される。
【００５３】
配線層１２は、絶縁体と、固体撮像素子１が採用している電荷の処理方法に応じて当該絶縁体内に形成される配線や電極などの導電体と、を備える。具体的に例えば、配線層１２が備える導電体は、蓄積部１１に蓄積された電荷を基板１０内の別の領域に転送するためのゲート電極や、蓄積部１１に蓄積された電荷を基板１０外に読み出すための電極及び配線などである。
【００５４】
下地層１３は、第２基板表面１０２と固定電荷層１４との間に設けられ、この下地層１３を挟んで、第２基板表面１０２に、固定電荷層１４が有する正または負の固定電荷とは逆極性となる（負または正となる）集積電荷が集積される。このとき、第２基板表面１０２における集積電荷の密度が、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、蓄積部１１の配列の周期性に対応して変化するように、固体撮像素子１の各部を構成する（具体例については後述する）。
【００５５】
本発明の実施形態に係る固体撮像素子１では、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、集積電荷の密度の分布に応じた電界が生じる。そのため、第２基板表面１０２の欠陥から生じる暗電流を成す電荷は、蓄積部１１に向かって動くだけでなく、第２基板表面１０２に沿って動くようになり、第２基板表面１０２に平行な方向に対して集積電荷の密度が一様である場合と比較して、当該電荷が蓄積部１１に到達するまでの経路及び時間が長くなる。したがって、当該電荷が蓄積部１１に到達する前に再結合によって消滅する確率を向上させることが可能になり、暗電流を低減することが可能になる。
【００５６】
＜＜暗電流を低減するための構造の具体例＞＞
以下、本発明の実施形態に係る固体撮像素子１において、上記のように集積電荷の密度の分布に応じた電界によって生じる暗電流を低減するための構造の具体例について、図面を参照して説明する。図２〜図８は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子における、暗電流を低減するための構造の第１〜第７具体例を示す要部断面図である。なお、図２〜図８では、説明の便宜上、画素領域Ａ及び分離部１８の図示を省略している。
【００５７】
ただし、以下では説明の具体化のため、基板１０がｐ型（ｐ）の半導体から成り、蓄積部１１がｎ型（ｎ−）の半導体から成るとともに光電変換によって生じた電子を蓄積するものであり、固定電荷層１４が負の固定電荷を有する場合について、例示する。
【００５８】
さらに、第２基板表面１０２における集積電荷の密度が、画素領域Ａ及び蓄積部１１の配列に応じて変化する場合について、例示する。具体的には、第２基板表面１０２における集積電荷の密度が、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、蓄積部１１に近い領域（例えば、蓄積部１１の直上領域。以下、特に言及がない限り「蓄積部１１に近い領域」と記載する部分について同じ。）ほど高く、蓄積部１１から離れた領域（例えば、当該直上領域の間の領域であり、画素領域Ａの境界領域（分離部１８の直上領域）。以下、特に言及がない限り「蓄積部１１から離れた領域」と記載する部分について同じ。）ほど低い場合を例示する。なお、これ以外の場合については、後述の＜＜変形等＞＞で説明する。
【００５９】
また、基板１０を成す半導体がｐ型であるとは、基板１０の素子構造が形成される部分の導電型がｐ型であることを示すものであり、基板１０全体の導電型がｐ型である場合に限られず、ウェルの導電型がｐ型である場合（例えば、全体がｎ型の基板にｐ型のウェルが形成される場合）も、当然に含まれる。
【００６０】
基板１０は、例えばシリコンから成る。この場合、ｐ型の不純物として、ホウ素やフッ化ホウ素などを用いることができる。またこの場合、ｎ型の不純物として、リンやヒ素などを用いることができる。さらに、これらの不純物は、例えばイオン注入などの方法を適用することで、基板１０などの内部に注入される。例えば、蓄積部１１は、第１基板表面１０１から、基板１０内にｎ型の不純物を注入することで形成される。なお、蓄積部１１を形成する際に、第１基板表面１０１からさらにｐ型の不純物を基板１０内に注入することで、蓄積部１１を第１基板表面１０１から離間した位置に設けてもよい（埋め込み型のフォトダイオードとしてもよい）。
【００６１】
絶縁層１５や配線層１２が備える絶縁体は、例えば酸化シリコンなどから成る。また、以下説明する具体例における固定電荷層１４は、負の固定電荷を備える。なお、不純物などの製膜条件に依存するが、一般的には、例えば酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化イットリウム、ランタノイドの酸化物及び酸化シリコンは負の固定電荷を有し、例えば酸化ニッケル、酸化コバルト及び酸化銅は正の固定電荷を有する。固定電荷層１４は、これらの材料の少なくとも一つを備えていればよい。なお、固定電荷層１４に、シリコンや窒素などの不純物を添加してもよい。
【００６２】
また、下地層１３は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンなどの絶縁体から成る。この場合、下地層１３が形成される基板１０の第２基板表面１０２において、暗電流が生じる欠陥の密度を低減することができるため、好ましい。
【００６３】
なお、以下において説明する、暗電流を低減するための構造の各具体例は、その一部または全部を、矛盾無き限り当然に組み合わせて実施することが可能である。
【００６４】
＜第１具体例＞
図２を参照して、暗電流を低減するための構造の第１具体例について説明する。なお、図２中に示す太い実線の矢印は、第１具体例の構造を適用した場合に、暗電流を成す電荷ｄが、再結合しない場合に辿る可能性が高い経路を示したものである。一方、図２中に示す破線の矢印は、第１具体例の構造を適用しない場合に、暗電流を成す電荷ｄが、再結合しない場合に辿る可能性が高い経路を示したものである。
【００６５】
図２に示すように、第１具体例の構造では、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、固定電荷層１４ａの蓄積部１１に近い領域における負の固定電荷Ｅの密度が高く、固定電荷層１４ａの蓄積部１１から離れた領域における負の固定電荷Ｅの密度が低くなる。そのため、第２基板表面１０２における集積電荷ｈの密度が、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、蓄積部１１に近い領域ほど高く、蓄積部１１から離れた領域ほど低くなり、当該方向に対して電界が生じる。
【００６６】
この場合、図２中の太い実線で示すように、暗電流を成す電荷ｄは、第２基板表面１０２で発生した後、第２基板表面１０２に平行な方向に対して生じている電界の影響を受けて蓄積部１１から離れるように動き、その後に蓄積部１１に向かって動く確率が高くなる。一方、第１具体例の構造を適用しない場合（第２基板表面１０２に平行な方向に対して集積電荷ｈの密度が一様になる場合）、図２中の破線で示すように、暗電流を成す電荷ｄは、第２基板表面１０２で発生した後、直接的に蓄積部１１に向かって動く確率が高くなる。
【００６７】
このように、第１具体例の構造を適用することで、暗電流を成す電荷ｄが蓄積部１１に到達するまでの経路及び時間が長くなり、当該電荷ｄが蓄積部１１に到達するまでに再結合により消滅する確率を、向上させることが可能になる。また、当該電荷ｄ（電子）は、集積電荷ｈ（正孔）の中を動くことになるため、当該電荷ｄを効果的に再結合によって消滅させることが可能になる。
【００６８】
なお、上記の固定電荷層１４ａは、例えば、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、固定電荷層１４ａの蓄積部１１に近い領域に施す熱処理方法と、固定電荷層１４ａの蓄積部１１から離れた領域に施す熱処理方法と、を異ならせることで得ることができる。例えば、固定電荷層１４ａが、成膜後の熱処理による結晶化によって負の固定電荷Ｅを増大させることができる材料（酸化ハフニウムなど）から成る場合、上記の領域に応じて熱処理温度を変える（負の固定電荷Ｅの密度を大きくすべき領域は高温で熱処理し、負の固定電荷Ｅの密度を小さくすべき領域は低温で熱処理する）ことで、上記の固定電荷層１４ａを得ることができる。
【００６９】
また、上記の固定電荷層１４ａは、例えば、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、固定電荷層１４ａの蓄積部１１に近い領域における不純物の添加状態と、固定電荷層１４ａの蓄積部１１から離れた領域における不純物の添加状態と、を異ならせることでも得ることができる。例えば、添加することで負の固定電荷Ｅの密度を下げることができる不純物（または負の固定電荷Ｅの密度を上げることができる不純物、もしくはその両方）を、上記の領域に応じて選択的に添加したり、それぞれの領域に対して添加する量を異ならせたりすることで、上記の固定電荷層１４ａを得ることができる。
【００７０】
＜第２具体例＞
図３を参照して、暗電流を低減するための構造の第２具体例について説明する。なお、図３中に示す太い実線の矢印は、第２具体例の構造を適用した場合に、暗電流を成す電荷ｄが、再結合しない場合に辿る可能性が高い経路を示したものである。一方、図３中に示す破線の矢印は、第２具体例の構造を適用しない場合に、暗電流を成す電荷ｄが、再結合しない場合に辿る可能性が高い経路を示したものである。
【００７１】
図３に示すように、第２具体例の構造では、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、固定電荷層１４ｂの蓄積部１１に近い領域における膜厚が大きく、固定電荷層１４ｂの蓄積部１１から離れた領域における膜厚が小さくなる。そのため、第２基板表面１０２における集積電荷ｈの密度が、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、蓄積部１１に近い領域ほど高く、蓄積部１１から離れた領域ほど低くなり、当該方向に対して電界が生じる。
【００７２】
この場合、図３中の太い実線で示すように、暗電流を成す電荷ｄは、第２基板表面１０２で発生した後、第２基板表面１０２に平行な方向に対して生じている電界の影響を受けて蓄積部１１から離れるように動き、その後に蓄積部１１に向かって動く確率が高くなる。一方、第２具体例の構造を適用しない場合（第２基板表面１０２に平行な方向に対して集積電荷ｈの密度が一様になる場合）、図３中の破線で示すように、暗電流を成す電荷ｄは、第２基板表面１０２で発生した後、直接的に蓄積部１１に向かって動く確率が高くなる。
【００７３】
このように、第２具体例の構造を適用することで、暗電流を成す電荷ｄが蓄積部１１に到達するまでの経路及び時間が長くなり、当該電荷ｄが蓄積部１１に到達するまでに再結合により消滅する確率を、向上させることが可能になる。また、当該電荷ｄ（電子）は、集積電荷ｈ（正孔）の中を動くことになるため、当該電荷ｄを効果的に再結合によって消滅させることが可能になる。
【００７４】
なお、上記の固定電荷層１４ｂは、例えば、一様な膜厚の膜を形成した後に、膜厚を小さくすべき領域をエッチングすることでも形成することができるし、膜厚を大きくすべき領域に対して選択的に成膜を行うことでも形成することができる。
【００７５】
＜第３具体例＞
図４を参照して、暗電流を低減するための構造の第３具体例について説明する。なお、図４中に示す太い実線の矢印は、第３具体例の構造を適用した場合に、暗電流を成す電荷ｄが、再結合しない場合に辿る可能性が高い経路を示したものである。一方、図４中に示す破線の矢印は、第３具体例の構造を適用しない場合に、暗電流を成す電荷ｄが、再結合しない場合に辿る可能性が高い経路を示したものである。
【００７６】
図４に示すように、第３具体例の構造では、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、固定電荷層１４ｃの蓄積部１１に近い領域１４１の少なくとも一部が負の固定電荷Ｅの密度が高い材料で構成され、固定電荷層１４ｃの蓄積部１１から離れた領域１４２の少なくとも一部が負の固定電荷Ｅの密度が低い材料で構成される。そのため、第２基板表面１０２における集積電荷ｈの密度が、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、蓄積部１１に近い領域ほど高く、蓄積部１１から離れた領域ほど低くなり、当該方向に対して電界が生じる。
【００７７】
この場合、図４中の太い実線で示すように、暗電流を成す電荷ｄは、第２基板表面１０２で発生した後、第２基板表面１０２に平行な方向に対して生じている電界の影響を受けて蓄積部１１から離れるように動き、その後に蓄積部１１に向かって動く確率が高くなる。一方、第３具体例の構造を適用しない場合（第２基板表面１０２に平行な方向に対して集積電荷ｈの密度が一様になる場合）、図４中の破線で示すように、暗電流を成す電荷ｄは、第２基板表面１０２で発生した後、直接的に蓄積部１１に向かって動く確率が高くなる。
【００７８】
このように、第３具体例の構造を適用することで、暗電流を成す電荷ｄが蓄積部１１に到達するまでの経路及び時間が長くなり、当該電荷ｄが蓄積部１１に到達するまでに再結合により消滅する確率を、向上させることが可能になる。また、当該電荷ｄ（電子）は、集積電荷ｈ（正孔）の中を動くことになるため、当該電荷ｄを効果的に再結合によって消滅させることが可能になる。
【００７９】
なお、上記の固定電荷層１４ｃは、例えば、領域１４１，１４２を別々に成膜することで形成することができる。また、領域１４１及び領域１４２の少なくとも一部を、負の固定電荷Ｅの密度が異なる材料でそれぞれ構成する他に、仕事関数が異なる材料でそれぞれ構成しても、同様の効果を得ることができる。この場合、領域１４１の少なくとも一部を仕事関数差が大きい材料で構成し、領域１４２の少なくとも一部を仕事関数差が小さい（シリコンの仕事関数に近い）材料で構成すればよい。
【００８０】
＜第４具体例＞
図５を参照して、暗電流を低減するための構造の第４具体例について説明する。なお、図５中に示す太い実線の矢印は、第４具体例の構造を適用した場合に、暗電流を成す電荷ｄが、再結合しない場合に辿る可能性が高い経路を示したものである。一方、図５中に示す破線の矢印は、第４具体例の構造を適用しない場合に、暗電流を成す電荷ｄが、再結合しない場合に辿る可能性が高い経路を示したものである。
【００８１】
図５に示すように、第４具体例の構造では、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、固定電荷層１４ｄの蓄積部１１に近い領域が負の固定電荷Ｅを有し、固定電荷層１４ｄの蓄積部１１から離れた領域が正の固定電荷Ｈを有する。そのため、第２基板表面１０２における集積電荷ｈ（正孔）の密度が、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、蓄積部１１に近い領域ほど高く、蓄積部１１から離れた領域ほど低くなり（集積電荷ｅ（電子）が存在し）、当該方向に対して電界が生じる。特に、集積電荷ｈの密度差のみで生じる電界よりも、大きな電界が生じる。
【００８２】
この場合、図５中の太い実線で示すように、暗電流を成す電荷ｄは、第２基板表面１０２で発生した後、第２基板表面１０２に平行な方向に対して生じている電界の影響を受けて蓄積部１１から離れるように動き、その後に蓄積部１１に向かって動く確率が高くなる。一方、第４具体例の構造を適用しない場合（第２基板表面１０２に平行な方向に対して集積電荷ｈの密度が一様になる場合）、図５中の破線で示すように、暗電流を成す電荷ｄは、第２基板表面１０２で発生した後、直接的に蓄積部１１に向かって動く確率が高くなる。
【００８３】
このように、第４具体例の構造を適用することで、暗電流を成す電荷ｄが蓄積部１１に到達するまでの経路及び時間が長くなり、当該電荷ｄが蓄積部１１に到達するまでに再結合により消滅する確率を、向上させることが可能になる。特に、第４具体例の構造では、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、より大きな電界を生じさせることができるため、当該電荷ｄが蓄積部１１に到達するまでに再結合により消滅する確率を、さらに向上させることが可能になる。また、当該電荷ｄ（電子）は、集積電荷ｈ（正孔）の中を動くことになるため、当該電荷ｄを効果的に再結合によって消滅させることが可能になる。
【００８４】
なお、上記の固定電荷層１４ｄは、例えば第３具体例と同様に、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、固定電荷層１４ｄの蓄積部１１に近い領域を構成する少なくとも一部の材料と、固定電荷層１４ｄの蓄積部１１から離れた領域を構成する少なくとも一部の材料と、を異ならせることで得ることができる。この場合、正の固定電荷を有する材料として、例えば窒化シリコンや酸窒化シリコンを用いることができる。また例えば、上記の固定電荷層１４ｄは、第１具体例と同様に、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、固定電荷層１４ｄの蓄積部１１に近い領域における不純物の添加状態と、固定電荷層１４ｄの蓄積部１１から離れた領域における不純物の添加状態と、を異ならせることでも得ることができる。
【００８５】
＜第５具体例＞
図６を参照して、暗電流を低減するための構造の第５具体例について説明する。なお、図６中に示す太い実線の矢印は、第５具体例の構造を適用した場合に、暗電流を成す電荷ｄが、再結合しない場合に辿る可能性が高い経路を示したものである。一方、図６中に示す破線の矢印は、第５具体例の構造を適用しない場合に、暗電流を成す電荷ｄが、再結合しない場合に辿る可能性が高い経路を示したものである。
【００８６】
図６に示すように、第５具体例の構造では、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、下地層１３ｅの蓄積部１１に近い領域の膜厚が小さく、下地層１３ｅの蓄積部１１から離れた領域の膜厚が大きくなる。これにより、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、固定電荷層１４ｅの蓄積部１１に近い領域と第２基板表面１０２との間の距離が小さく、固定電荷層１４ｅの蓄積部１１から離れた領域と第２基板表面１０２との間の距離が大きくなる。そのため、第２基板表面１０２における集積電荷ｈの密度が、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、蓄積部１１に近い領域ほど高く、蓄積部１１から離れた領域ほど低くなり、当該方向に対して電界が生じる。
【００８７】
この場合、図６中の太い実線で示すように、暗電流を成す電荷ｄは、第２基板表面１０２で発生した後、第２基板表面１０２に平行な方向に対して生じている電界の影響を受けて蓄積部１１から離れるように動き、その後に蓄積部１１に向かって動く確率が高くなる。一方、第５具体例の構造を適用しない場合（第２基板表面１０２に平行な方向に対して集積電荷ｈの密度が一様になる場合）、図６中の破線で示すように、暗電流を成す電荷ｄは、第２基板表面１０２で発生した後、直接的に蓄積部１１に向かって動く確率が高くなる。
【００８８】
このように、第５具体例の構造を適用することで、暗電流を成す電荷ｄが蓄積部１１に到達するまでの経路及び時間が長くなり、当該電荷ｄが蓄積部１１に到達するまでに再結合により消滅する確率を、向上させることが可能になる。また、当該電荷ｄ（電子）は、集積電荷ｈ（正孔）の中を動くことになるため、当該電荷ｄを効果的に再結合によって消滅させることが可能になる。
【００８９】
なお、上記の下地層１３ｅは、例えば、一様な膜厚の膜を形成した後に、膜厚を小さくすべき領域をエッチングすることでも形成することができるし、膜厚を大きくすべき領域に対して選択的に成膜を行うことでも形成することができる。さらに、上記の固定電荷層１４ｅは、このように凹凸を形成した下地層１３ｅ上に対して、一様な成膜を行うことで得ることができる。
【００９０】
＜第６具体例＞
図７を参照して、暗電流を低減するための構造の第６具体例について説明する。なお、図７中に示す太い実線の矢印は、第６具体例の構造を適用した場合に、暗電流を成す電荷ｄと光電変換により生じた電荷ｃとが、再結合しない場合に辿る可能性が高い経路を示したものである。一方、図７中に示す破線の矢印は、第６具体例の構造を適用しない場合に、暗電流を成す電荷ｄと光電変換により生じた電荷ｃとが、再結合しない場合に辿る可能性が高い経路を示したものである。
【００９１】
図７に示すように、第６具体例の構造では、第１具体例で示した固定電荷層１４ａ（図２参照）と同様の固定電荷層１４ｆが備えられ、第２基板表面１０２に平行な方向に対して電界が生じる。さらに、第６具体例の構造では、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、基板１０の蓄積部１１から離れた領域に、不純物濃度が周囲よりも高いｐ型（ｐ＋）の障壁部１９が形成される。
【００９２】
この場合、図７中の太い実線で示すように、暗電流を成す電荷ｄは、第２基板表面１０２で発生した後、第２基板表面１０２に平行な方向に対して生じている電界の影響を受けて蓄積部１１から離れるように動き、その後に蓄積部１１に向かって動く確率が高くなる。一方、第６具体例の構造を適用しない場合（第２基板表面１０２に平行な方向に対して集積電荷ｈの密度が一様になる場合）、図７中の破線で示すように、暗電流を成す電荷ｄは、第２基板表面１０２で発生した後、直接的に蓄積部１１に向かって動く確率が高くなる。
【００９３】
さらにこの場合、図７中の太い実線で示すように、光電変換により生じた電荷ｃは、基板１０内で発生した後、第２基板表面１０２に平行な方向に対して生じている電界の影響を受けて蓄積部１１から離れるように動こうとするが、障壁部１９によってその動きが妨げられ、下方の蓄積部１１に向かって動く確率が高くなる。一方、第６具体例の構造を適用しない場合（障壁部１９が形成されない場合）、図７中の破線で示すように、第２基板表面１０２に平行な方向に対して生じている電界の影響を受けて蓄積部１１から離れるように動き、本来蓄積されるべき蓄積部１１ではなく、その隣接する蓄積部１１に移動する確率が高くなる。
【００９４】
このように、第６具体例の構造を適用することで、暗電流を成す電荷ｄが蓄積部１１に到達するまでの経路及び時間が長くなり、当該電荷ｄが蓄積部１１に到達するまでに再結合により消滅する確率を、向上させることが可能になる。また、当該電荷ｄ（電子）は、集積電荷ｈ（正孔）の中を動くことになるため、当該電荷ｄを効果的に再結合によって消滅させることが可能になる。
【００９５】
さらに、第６具体例の構造を適用することで、隣接する蓄積部１１の間におけるポテンシャル障壁が鮮明になるため、光電変換により生じた電荷ｃが、本来蓄積されるべき蓄積部１１に移動する確率を、向上させることが可能になる。そのため、混色の発生を抑制することが可能になる。
【００９６】
なお、上記の障壁部１９は、例えば、基板１０内にｐ型の不純物を注入することで形成することができる。このとき、ｐ型の不純物を、第２基板表面１０２側から基板１０内に注入してもよいし、第１基板表面１０１側から基板１０内に注入してもよいし、その両方であってもよい。また、第１基板表面１０１側から基板１０内にｐ型の不純物を注入する場合、基板１０内にｐ型の不純物を注入した時点では、まだ配線層１２等が形成されていないため、十分な熱処理を行うことが可能である。
【００９７】
また、説明の具体化のため、第６具体例における固定電荷層１４ｆが、第１具体例における固定電荷層１４ａ（図２参照）と同様であるとしたが、他の具体例における固定電荷層と同様であってもよいし、これら以外のものであってもよい。
【００９８】
＜第７具体例＞
図８を参照して、暗電流を低減するための構造の第７具体例について説明する。なお、図８中に示す太い実線の矢印は、第７具体例の構造を適用した場合に、暗電流を成す電荷ｄと光電変換により生じた電荷ｃとが、再結合しない場合に辿る可能性が高い経路を示したものである。一方、図８中に示す破線の矢印は、第７具体例の構造を適用しない場合に、暗電流を成す電荷ｄと光電変換により生じた電荷ｃとが、再結合しない場合に辿る可能性が高い経路を示したものである。
【００９９】
図８に示すように、第７具体例の構造では、第１具体例で示した固定電荷層１４ａ（図２参照）と同様の固定電荷層１４ｇが備えられ、第２基板表面１０２に平行な方向に対して電界が生じる。さらに、第７具体例の構造では、第６具体例で示した障壁部（図７参照）と同様の障壁部１９が形成されるとともに、障壁部１９の第２基板表面１０２側にｎ型（ｎ）の誘引部２０が形成される
【０１００】
この場合、図８中の太い実線で示すように、暗電流を成す電荷ｄは、第２基板表面１０２で発生した後、第２基板表面１０２に平行な方向に対して生じている電界の影響を受けて蓄積部１１から離れるように動き、その後に誘引部２０に向かって動く確率が高くなる。一方、第７具体例の構造を適用しない場合（第２基板表面１０２に平行な方向に対して集積電荷ｈの密度が一様になる場合）、図８中の破線で示すように、暗電流を成す電荷ｄは、第２基板表面１０２で発生した後、直接的に蓄積部１１に向かって動く確率が高くなる。
【０１０１】
さらにこの場合、図８中の太い実線で示すように、光電変換により生じた電荷ｃは、基板１０内で発生した後、第２基板表面１０２に平行な方向に対して生じている電界の影響を受けて蓄積部１１から離れるように動こうとするが、障壁部１９によってその動きが妨げられ、下方の蓄積部１１に向かって動く確率が高くなる。一方、第７具体例の構造を適用しない場合（障壁部１９及び誘引部２０が形成されない場合）、図８中の破線で示すように、第２基板表面１０２に平行な方向に対して生じている電界の影響を受けて蓄積部１１から離れるように動き、本来蓄積されるべき蓄積部１１ではなく、その隣接する蓄積部１１に移動する確率が高くなる。
【０１０２】
このように、第７具体例の構造を適用することで、暗電流を成す電荷ｄを、第２基板表面１０２に閉じ込めることが可能になるとともに、暗電流を成す電荷ｄが蓄積部１１に到達するまでの経路及び時間が長くなるため、当該電荷ｄが蓄積部１１に到達するまでに再結合により消滅する確率を、さらに向上させることが可能になる。また、当該電荷ｄ（電子）は、集積電荷ｈ（正孔）の中を動くことになるため、当該電荷ｄを効果的に再結合によって消滅させることが可能になる。
【０１０３】
さらに、第７具体例の構造を適用することで、隣接する蓄積部の間におけるポテンシャル障壁が鮮明になるため、光電変換により生じた電荷ｃが、本来蓄積されるべき蓄積部１１に移動する確率を、向上させることが可能になる。そのため、混色の発生を抑制することが可能になる。
【０１０４】
なお、上記の誘引部２０は、例えば、基板１０内に形成した障壁部１９に対して、第２基板表面１０２側からｎ型の不純物を注入することで形成することができる。また、説明の具体化のため、第７具体例における固定電荷層１４ｇが、第１具体例における固定電荷層１４ａ（図２参照）と同様であるとしたが、他の具体例における固定電荷層と同様であってもよいし、これら以外のものであってもよい。
【０１０５】
＜変形等＞
［１］  第６及び第７具体例において説明した障壁部１９及び誘引部２０の形成方法の一例について、図面を参照して説明する。図９は、障壁部及び誘引部の形成方法の一例について説明する基板の上面図である。また、図９は、第２基板表面１０２側から基板１０を見た場合における上面図である。
【０１０６】
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、本例における障壁部１９及び誘引部２０の形成方法は、少なくとも蓄積部１１の直上にレジストＲ１，Ｒ２を配置して、不純物の注入を行うものである。ここで、図９（ａ）に示すレジストＲ１は四角形であり、図９（ｂ）に示すレジストＲ２は円形である。レジストＲ１，Ｒ２は、固体撮像素子１のシェーディング特性を良好なものにする（輝度ムラを小さくする）観点から、四角形以上の多角形とすると好ましく、図９（ｂ）に示すような円形にするとさらに好ましい。
【０１０７】
［２］  本発明の実施形態に係る固体撮像素子１において、暗電流などのノイズ成分を検出するべく、固体撮像素子１の端部に光が照射されない画素（オプティカルブラック）を設けてもよい。この場合における固体撮像素子１の構造の一例を、図１０を参照して説明する。図１０は、光が照射されない画素を設ける場合における固体撮像素子の構造の一例を示す要部断面図である。なお、ここでは説明の具体化のために、上述した第１具体例の固体撮像素子に対して光が照射されない画素を設けた場合の構造について、例示する。
【０１０８】
図１０に示すように、光が照射されない画素を設ける場合、当該画素に含まれる蓄積部１１（図中左端）の直上に、基板１０に入射する光を遮る遮光層２１を設ける。このとき、遮光層２１を固定電荷層１４ａ上に設けると、当該画素と他の通常の画素とにおいて、暗電流を成す電荷の挙動を揃えることが可能となり、それぞれの画素の蓄積部１１において生じる暗電流の差を小さくすることができるため、好ましい。
【０１０９】
［３］  これまで、第２基板表面１０２における集積電荷ｈの密度が、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、蓄積部１１に近い領域ほど高く、蓄積部１１から離れた領域ほど低くなる構造について説明してきたが（図２〜図８，図１０参照）、この集積電荷ｈの密度の分布は、上述した各具体例の構造の逆であってもよい。即ち、第２基板表面１０２における集積電荷ｈの密度が、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、蓄積部１１に近い領域ほど低く、蓄積部１１から離れた領域ほど高くてもよい。
【０１１０】
この場合における固体撮像素子１の構造の一例を、図１１を参照して説明する。図１１は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子における、暗電流を低減するための構造の別例を示す要部断面図である。なお、図１１中に示す太い実線の矢印は、本例の構造を適用した場合に、暗電流を成す電荷ｄが、再結合しない場合に辿る可能性が高い経路を示したものである。一方、図１１中に示す破線の矢印は、本例の構造を適用しない場合に、暗電流を成す電荷ｄが、再結合しない場合に辿る可能性が高い経路を示したものである。また、ここでは説明の具体化のために、上述した第１具体例の構造（図２参照）に対応する別例の構造について、例示する。
【０１１１】
図１１に示すように、本例の構造では、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、固定電荷層１４ｐの蓄積部１１に近い領域における負の固定電荷Ｅの密度が低く、固定電荷層１４ｐの蓄積部１１から離れた領域における負の固定電荷Ｅの密度が高くなる。そのため、第２基板表面１０２における集積電荷ｈの密度が、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、蓄積部１１に近い領域ほど低く、蓄積部１１から離れた領域ほど高くなり、当該方向に対して電界が生じる。
【０１１２】
この場合、図１１中の太い実線で示すように、暗電流を成す電荷ｄは、第２基板表面１０２で発生した後、第２基板表面１０２に平行な方向に対して生じている電界の影響を受けて蓄積部１１に近づくように動き、その後に蓄積部１１に向かって動く確率が高くなる。一方、本例の構造を適用しない場合（第２基板表面１０２に平行な方向に対して集積電荷ｈの密度が一様になる場合）、図１１中の破線で示すように、暗電流を成す電荷ｄは、第２基板表面１０２で発生した後、直接的に蓄積部１１に向かって動く確率が高くなる。
【０１１３】
このように、本例の構造を適用することで、暗電流を成す電荷ｄが蓄積部１１に到達するまでの経路及び時間が長くなり、当該電荷ｄが蓄積部１１に到達するまでに再結合により消滅する確率を、向上させることが可能になる。また、当該電荷ｄ（電子）は、集積電荷ｈ（正孔）の中を動くことになるため、当該電荷ｄを効果的に再結合によって消滅させることが可能になる。
【０１１４】
さらに、本例の構造では、光電変換により生じた電荷（電子）が、第２基板表面１０２に平行な方向において、蓄積部１１から離れる方向ではなく、近づく方向に動くようになる。そのため、光電変換により生じた電荷が、本来蓄積されるべき蓄積部１１に移動する確率を、向上させることが可能になる。したがって、混色の発生を抑制することが可能になる。
【０１１５】
なお、上述の第６及び第７具体例の構造について述べたように、障壁部１９を設けることでも、混色を抑制することができる。ただし、障壁部１９を形成するためには、基板１０に不純物を注入するとともに熱処理を行う必要があり、当該熱処理を行うタイミングや温度によっては、それまでに形成していた構造を破壊したり、特性を劣化させたりする可能性がある。これに対して、本例の構造では、第２基板表面１０２の上方に固定電荷層１４ｐを形成するだけで、蓄積部１１とは逆の電導型となるｐ型の不純物の注入を抑制することができるため、当該ｐ型の不純物の注入に伴う熱処理を抑えることができる。そのため、熱処理によって構造の破壊や特性の劣化が生じることを、抑制することが可能になる。
【０１１６】
［４］  これまで、固定電荷層が負の固定電荷を有し、第２基板表面１０２に正の集積電荷が集積される構造について説明してきたが（図２〜図８，図１０，図１１参照）、この固定電荷及び集積電荷の極性は、上述した各具体例の構造の逆であってもよい。即ち、固定電荷層が正の固定電荷を有し、第２基板表面１０２に負の集積電荷が集積されてもよい。
【０１１７】
この場合における固体撮像素子１の構造の一例を、図１２を参照して説明する。図１２は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子における、暗電流を低減するための構造の別例を示す要部断面図である。なお、図１２中に示す太い実線の矢印は、本例の構造を適用した場合に、暗電流を成す電荷ｄが、再結合しない場合に辿る可能性が高い経路を示したものである。一方、図１２中に示す破線の矢印は、本例の構造を適用しない場合に、暗電流を成す電荷ｄが、再結合しない場合に辿る可能性が高い経路を示したものである。また、ここでは説明の具体化のために、上述した第１具体例の構造（図２参照）に対応する別例の構造について、例示する。
【０１１８】
図１２に示すように、本例の構造では、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、固定電荷層１４ｑの蓄積部１１に近い領域における正の固定電荷Ｈの密度が高く、固定電荷層１４ｑの蓄積部１１から離れた領域における正の固定電荷Ｈの密度が低くなる。そのため、第２基板表面１０２における集積電荷ｅの密度が、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、蓄積部１１に近い領域ほど高く、蓄積部１１から離れた領域ほど低くなり、当該方向に対して電界が生じる。
【０１１９】
この場合、図１２中の太い実線で示すように、暗電流を成す電荷ｄは、第２基板表面１０２で発生した後、第２基板表面１０２に平行な方向に対して生じている電界の影響を受けて蓄積部１１に近づくように動き、その後に蓄積部１１に向かって動く確率が高くなる。一方、本例の構造を適用しない場合（第２基板表面１０２に平行な方向に対して集積電荷ｅの密度が一様になる場合）、図１２中の破線で示すように、暗電流を成す電荷ｄは、第２基板表面１０２で発生した後、直接的に蓄積部１１に向かって動く確率が高くなる。
【０１２０】
このように、本例の構造を適用することで、暗電流を成す電荷ｄが蓄積部１１に到達するまでの経路及び時間が長くなり、当該電荷ｄが蓄積部１１に到達するまでに再結合により消滅する確率を、向上させることが可能になる。さらに、本例の構造では、光電変換により生じた電荷ｄが、第２基板表面１０２に平行な方向において、蓄積部１１から離れる方向ではなく、近づく方向に動くようになる。そのため、光電変換により生じた電荷が、本来蓄積されるべき蓄積部１１に移動する確率を、向上させることが可能になる。したがって、混色の発生を抑制することが可能になる。また、本例の構造では、第２基板表面１０２の上方に固定電荷層１４ｑを形成するだけで、混色の発生を抑制することができる。
【０１２１】
なお、本例の構造では、当該電荷ｄ（電子）が、集積電荷ｅ（電子）の中を動くことになる。そのため、本例の構造では、上述の各具体例の構造と比較すると、当該電荷ｄを再結合によって消滅させ難くなる可能性がある。しかしながら、本例の構造であっても、基板１０のｐ型の不純物の濃度を高くすることによって、電荷ｄを好適に消滅させることが可能になる。
【０１２２】
［５］  上記［４］では、第２基板表面１０２における集積電荷ｅの密度が、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、蓄積部１１に近い領域ほど高く、蓄積部１１から離れた領域ほど低くなるものとして説明したが（図１２参照）、この集積電荷ｅの密度の分布は、上記［４］の逆であってもよい。即ち、第２基板表面１０２における集積電荷ｅの密度が、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、蓄積部１１に近い領域ほど低く、蓄積部１１から離れた領域ほど高くてもよい。
【０１２３】
この場合における固体撮像素子１の構造の一例を、図１３を参照して説明する。図１３は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子における、暗電流を低減するための構造の別例を示す要部断面図である。なお、図１３中に示す太い実線の矢印は、本例の構造を適用した場合に、暗電流を成す電荷ｄが、再結合しない場合に辿る可能性が高い経路を示したものである。一方、図１３中に示す破線の矢印は、本例の構造を適用しない場合に、暗電流を成す電荷ｄが、再結合しない場合に辿る可能性が高い経路を示したものである。また、ここでは説明の具体化のために、上述した第１具体例の構造（図２参照）に対応する別例の構造について、例示する。
【０１２４】
図１３に示すように、本例の構造では、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、固定電荷層１４ｒの蓄積部１１に近い領域における正の固定電荷Ｈの密度が低く、固定電荷層１４ｒの蓄積部１１から離れた領域における正の固定電荷Ｈの密度が高くなる。そのため、第２基板表面１０２における集積電荷ｅの密度が、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、蓄積部１１に近い領域ほど低く、蓄積部１１から離れた領域ほど高くなり、当該方向に対して電界が生じる。
【０１２５】
この場合、図１３中の太い実線で示すように、暗電流を成す電荷ｄは、第２基板表面１０２で発生した後、第２基板表面１０２に平行な方向に対して生じている電界の影響を受けて蓄積部１１から離れるように動き、その後に蓄積部１１に向かって動く確率が高くなる。一方、本例の構造を適用しない場合（第２基板表面１０２に平行な方向に対して集積電荷ｅの密度が一様になる場合）、図１３中の破線で示すように、暗電流を成す電荷ｄは、第２基板表面１０２で発生した後、直接的に蓄積部１１に向かって動く確率が高くなる。
【０１２６】
このように、本例の構造を適用することで、暗電流を成す電荷ｄが蓄積部１３に到達するまでの経路及び時間が長くなり、当該電荷ｄが蓄積部１１に到達するまでに再結合により消滅する確率を、向上させることが可能になる。
【０１２７】
なお、上記［４］と同様に、本例の構造であっても、基板１０のｐ型の不純物の濃度を高くすることによって、電荷ｄを好適に消滅させることが可能になる。
【０１２８】
［６］  これまで、主として固定電荷層が有する負の固定電荷により、第２基板表面１０２に正の集積電荷を集積する構造について説明してきたが（図２〜図８，図１０〜図１３参照）、これらの構造に加えて（または代えて）、固定電荷層の上方に電極層を設けて電圧を印加してもよい。
【０１２９】
この場合における固体撮像素子１の構造の一例を、図１４及び図１５を参照して説明する。図１４は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子における、暗電流を低減するための構造の別例を示す要部断面図である。また、図１５は、電極層の構造の一例について説明する基板の上面図である。なお、図１４中に示す太い実線の矢印は、本例の構造を適用した場合に、暗電流を成す電荷ｄが、再結合しない場合に辿る可能性が高い経路を示したものである。一方、図１４中に示す破線の矢印は、本例の構造を適用しない場合に、暗電流を成す電荷ｄが、再結合しない場合に辿る可能性が高い経路を示したものである。また、ここでは説明の具体化のために、上記［３］で説明した構造（図１１参照）に対して電極層２２を設けた構造について、例示する。
【０１３０】
図１４及び１５に示すように、本例の構造では、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、固定電荷層１４ｐの蓄積部１１から離れた領域（負の固定電荷Ｅの密度が高い領域）の上方に、電極層２２が設けられる。さらに、少なくとも蓄積部１１が光電変換で生じた電荷（電子）を蓄積する期間中に、電極層２２に固定電荷Ｅと同じ極性（負）の電圧を印加する。そのため、上記［３］で説明した構造（図１１参照）と比較して、第２基板表面１０２における集積電荷ｈの密度が、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、蓄積部１１に近い領域ほどより低く、蓄積部１１から離れた領域ほどより高くなり、当該方向に対してより大きな電界を生じさせることが可能になる。
【０１３１】
この場合、図１４中の太い実線で示すように、暗電流を成す電荷ｄは、第２基板表面１０２で発生した後、第２基板表面１０２に平行な方向に対して生じている電界の影響を受けて蓄積部１１に近づくように動き、その後に蓄積部１１に向かって動く確率が高くなる。一方、本例の構造を適用しない場合（第２基板表面１０２に平行な方向に対して集積電荷ｈの密度が一様になる場合）、図１４中の破線で示すように、暗電流を成す電荷ｄは、第２基板表面１０２で発生した後、直接的に蓄積部１１に向かって動く確率が高くなる。
【０１３２】
このように、本例の構造を適用することで、暗電流を成す電荷ｄが蓄積部１３に到達するまでの経路及び時間が長くなり、当該電荷ｄが蓄積部１１に到達するまでに再結合により消滅する確率を、向上させることが可能になる。
【０１３３】
なお、電極層２２が、基板１０に入射する光を透過させない材料から成る場合、上述のように、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、固定電荷層１４ｐの蓄積部１１から離れた領域の上方に電極層２２を設けると、好ましい。しかしながら、電極層２２が、基板１０に入射する光を透過可能な材料で成る場合は、固定電荷層上のどの位置に配置してもよくなる。即ち、本例の構造（固定電荷層の上方に電極層２２を備える構造）は、上述した各例の構造に対して適用可能である。
【０１３４】
［７］  これまで、蓄積部１１を画素領域Ａの中央に配置する構造について説明してきたが（図２〜図８，図１０〜図１５参照）、蓄積部１１を、例えば配線層１２に設けるトランジスタ等の素子との位置関係を考慮して、画素領域Ａの中央以外に配置してもよい。
【０１３５】
この場合における固体撮像素子１の構造の一例を、図１６を参照して説明する。図１６は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子における、暗電流を低減するための構造の別例を示す要部断面図である。また、ここでは説明の具体化のために、上述した第１具体例の構造（図２参照）に対応する別例の構造について、例示する。
【０１３６】
図１６に示すように、本例の構造では、蓄積部１１が、画素領域Ａの中央から分離部１８に寄った位置に配置される。具体的に例えば、第２基板表面１０２に平行なある方向に対して、隣接する蓄積部１１が共に寄っている分離部１８と、隣接する蓄積部１１が共に離れている分離部１８と、が交互に繰り返されるように、蓄積部１１が周期性を有して配置される。
【０１３７】
本例の構造において、集積電荷ｈの密度は、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、画素領域Ａの中央ほど（分離部１８から離れるほど）高く、画素領域Ａの端部ほど（分離部１８に近づくほど）低くなっており、上述した第１具体例（図２参照）と同様である。即ち、本例の構造では、集積電荷ｈの密度が、画素領域Ａ（または分離部１８）の配列に対応して変化している。
【０１３８】
このような構造であっても、第２基板表面１０２に平行な方向に対して集積電荷ｈの密度の分布に応じた電界が生じるため、暗電流を成す電荷が蓄積部１１に到達するまでの経路及び時間を長くすることが可能になる。したがって、当該電荷が蓄積部１１に到達する前に再結合によって消滅する確率を向上させることが可能になり、暗電流を低減することが可能になる。
【０１３９】
なお、集積電荷ｈの密度を、画素領域Ａ（または分離部１８）の配列に対応させて変化させず、蓄積部１１の配列に対応させて変化させてもよい。具体的に例えば、図１６に示した構造において、集積電荷ｈの密度を、第２基板表面１０２に平行な方向に対して、蓄積部１１に近い領域（蓄積部１１の直上領域）ほど高く、蓄積部１１から離れた領域（当該直上領域の間の領域）ほど低くしてもよい。
【０１４０】
［８］  固定電荷層を、例えば酸化ハフニウムなどで構成すると、他の層を構成する材料（例えば、酸化シリコン）よりも屈折率を大きくすることができる。この場合、固定電荷層を、インナーレンズとして利用することが可能となり、混色を低減することができるため、好ましい。ただし、固定電荷層と、隣接する他の層との屈折率差が大きくなると、基板１０内に入射しようとする光が固定電荷層で反射され、固体撮像素子の感度が低下することが懸念される。
【０１４１】
そこで、固定電荷層の膜厚を調整して、反射を抑制すると好ましい。例えば、カラーフィルタを透過する光の中で、波長が中間となる緑の光（例えば、５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下）を基準として、当該緑の光の反射が抑制されるように、固定電荷層の膜厚を調整すると好ましい。
【０１４２】
具体的に例えば、固定電荷層の、蓄積部１１の直上となる領域の中心の膜厚が、下記式（１）を満たすように調整すると好ましい。なお、下記式（１）中のＮは固定電荷層の屈折率であり、Ｋは０以上である任意の１つの整数である。また、固定電荷層の膜厚は、光の反射が最小となる膜厚から所定の範囲内であれば、十分に反射を抑制することができる。そのため、下記式（１）では、固定電荷層の膜厚が当該範囲（例えば±２５％）内の値となることを、許容したものとしている。
【０１４３】
０．７５×｛５００／（４×Ｎ）＋Ｋ×５００／（２×Ｎ）｝ｎｍ以上、かつ、
１．２５×｛５６０／（４×Ｎ）＋Ｋ×５６０／（２×Ｎ）｝ｎｍ以下    ・・・（１）
【０１４４】
カラーフィルタを透過する光には、緑の他に赤や青が含まれる。そのため、赤や青の光の反射も抑制されるように、固定電荷層の膜厚を調整すると、さらに好ましい。また、固定電荷層の膜厚を増大すると、固定電荷層における光の吸収が増大する。そのため、固定電荷層の膜厚を可能な限り薄くすると、さらに好ましい。
【０１４５】
［９］  これまでに説明してきた各例の構造（図１〜図１６参照）は、基板１０の第２基板表面１０２のみに固定電荷層を設けるものであるが、固定電荷層は、基板１０の第１基板表面１０１のみに設けてもよいし、第１基板表面１０１及び第２基板表面１０２の双方に設けてもよい。
【０１４６】
［１０］  固体撮像素子１を構成する半導体の導電型や電荷の極性は、これまでに述べた各例の構造（図１〜図１３参照）の逆であってもよい。具体的に例えば、基板１０がｎ型の半導体から成り、蓄積部１１がｐ型の半導体から成るとともに光電変換によって生じた正孔を蓄積するものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４７】
本発明に係る固体撮像素子は、例えば撮像機能を有する各種電子機器に搭載されるＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサ等に、好適に利用され得る。
【符号の説明】
【０１４８】
１      ：  固体撮像素子
１０    ：  基板
１０１  ：  第１基板表面
１０２  ；  第２基板表面
１１    ：  蓄積部
１２    ：  配線層
１３，１３ｅ  ：  下地層
１４，１４ａ〜１４ｇ，１４ｐ〜１４ｒ  ：  固定電荷層
１５    ：  絶縁層
１６    ：  カラーフィルタ
１７    ：  オンチップレンズ
１８    ：  分離部
１９    ：  障壁部
２０    ：  誘引部
２１    ：  遮光層
２２    ：  電極層
Ａ      ：  画素領域
Ｅ，Ｈ  ：  固定電荷
ｃ，ｄ，ｅ，ｈ  ：  電荷
Ｒ１，Ｒ２  ：  レジスト
【図１】
2013080769.tif 000003
【図２】
2013080769.tif 000004
【図３】
2013080769.tif 000005
【図４】
2013080769.tif 000006
【図５】
2013080769.tif 000007
【図６】
2013080769.tif 000008
【図７】
2013080769.tif 000009
【図８】
2013080769.tif 000010
【図９】
2013080769.tif 000011
【図１０】
2013080769.tif 000012
【図１１】
2013080769.tif 000013
【図１２】
2013080769.tif 000014
【図１３】
2013080769.tif 000015
【図１４】
2013080769.tif 000016
【図１５】
2013080769.tif 000017
【図１６】
2013080769.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月10日(2014.6.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体から成り、複数の画素領域を有する基板と、
前記画素領域毎に前記基板中に形成され、前記基板とは逆の導電型の半導体から成るとともに光電変換によって生じた第１極性の電荷を蓄積する蓄積部と、
少なくとも一方の基板表面の上方に設けられるとともに、第１固定電荷を有する固定電荷層と、を備え、
前記基板表面における前記第１固定電荷とは逆極性となる集積電荷の密度が、前記基板表面に平行な方向に対して、前記画素領域の配列または前記蓄積部の配列に対応して変化しており、
前記基板表面における前記集積電荷の密度が、前記基板表面に平行な方向に対して、前記蓄積部に近い領域ほど低く、前記蓄積部から離れた領域ほど高いことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記第１固定電荷の極性が前記第１極性であり、前記集積電荷の極性が前記第１極性とは逆の第２極性であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記基板表面に平行な方向に対して、前記固定電荷層の前記蓄積部に近い領域における前記第１固定電荷の密度と、前記固定電荷層の前記蓄積部から離れた領域における前記第１固定電荷の密度と、が異なることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記基板表面に平行な方向に対して、前記固定電荷層の前記蓄積部に近い領域に施した熱処理方法と、前記固定電荷層の前記蓄積部から離れた領域に施した熱処理方法と、が異なることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記基板表面に平行な方向に対して、前記固定電荷層の前記蓄積部に近い領域における不純物の添加状態と、前記固定電荷層の前記蓄積部から離れた領域における不純物の添加状態と、が異なることを特徴とする請求項３または４に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記基板表面に平行な方向に対して、前記固定電荷層の前記蓄積部に近い領域の膜厚と、前記固定電荷層の前記蓄積部から離れた領域の膜厚と、が異なることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記基板表面に平行な方向に対して、前記固定電荷層の前記蓄積部に近い領域を構成する少なくとも一部の材料と、前記固定電荷層の前記蓄積部から離れた領域を構成する少なくとも一部の材料と、が異なることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記基板表面に平行な方向に対して、前記固定電荷層の前記蓄積部に近い領域、または、前記固定電荷層の前記蓄積部から離れた領域が、前記第２極性の第２固定電荷を有することを特徴とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記基板表面に平行な方向に対して、前記固定電荷層の前記蓄積部に近い領域と前記基板表面との間の距離と、前記固定電荷層の前記蓄積部から離れた領域と前記基板表面との間の距離と、が異なることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記基板表面と前記固定電荷層との間に設けられる、絶縁体から成る下地層を、さらに備え、
前記基板表面に平行な方向に対して、前記下地層の前記蓄積部に近い領域の膜厚と、前記下地層の前記蓄積部から離れた領域の膜厚と、が異なることを特徴とする請求項９に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記基板表面に平行な方向に対して、前記基板の前記蓄積部から離れた領域に、不純物濃度が周囲よりも高い障壁部が形成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
前記障壁部の前記基板表面側に、前記基板とは逆の導電型の半導体から成る誘引部が形成されることを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
前記基板表面に平行な方向に対して、前記固定電荷層の上方の前記蓄積部に近い領域、または、前記固定電荷層の上方の前記蓄積部から離れた領域に設けられる電極層を、さらに備え、
少なくとも前記第１極性の電荷を前記蓄積部に蓄積する期間中に、前記電極層に前記第１固定電荷と同じ極性の電圧が印加されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に固体撮像素子。
【請求項１４】
前記基板中の前記画素領域の境界に、不純物濃度が周囲よりも高い分離部が形成されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１５】
前記基板の第１基板表面側に設けられ、前記蓄積部に蓄積される前記第１極性の電荷を制御するための配線層を、さらに備え、
前記第１基板表面の反対側の第２基板表面から、前記基板内に光が入射するとともに、当該光の光電変換によって生じる前記第１極性の電荷を、前記蓄積部が蓄積するものであり、
少なくとも前記第２基板表面の上方に、前記固定電荷層が設けられることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１６】
前記固定電荷層が、
酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化イットリウム、ランタノイドの酸化物、酸化シリコン、酸化ニッケル、酸化コバルト及び酸化銅の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１７】
前記固定電荷層の屈折率をＮ、０以上である任意の１つの整数をＫとするとき、
前記固定電荷層の、前記蓄積部の直上となる領域の中心の膜厚が、
０．７５×｛５００／（４×Ｎ）＋Ｋ×５００／（２×Ｎ）｝ｎｍ以上、かつ、
１．２５×｛５６０／（４×Ｎ）＋Ｋ×５６０／（２×Ｎ）｝ｎｍ以下になることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【国際調査報告】
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