(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上方に、被写体からの入射光を光電変換して撮像する有効画素アレイ領域が中央部に設けられ、該有効画素アレイ領域の外周側に、該有効画素アレイ領域からの撮像信号に対して黒レベル補正を行うためのオプティカルブラック領域が設けられ、該オプティカルブラック領域の外周側に周辺回路領域が設けられた固体撮像素子において、
該オプティカルブラック領域と該周辺回路領域に入射光を遮光する遮光膜が設けられ、該オプティカルブラック領域と該周辺回路領域における該遮光膜の境界の全部または一部に、ストレスを開放するためのスリット部が設けられ、
該スリット部は、該有効画素アレイ領域およびその外周側の該オプティカルブラック領域の平面視４角形の左右または上下の対向する２辺に形成されている固体撮像素子。
【請求項２】
半導体基板の上方に、被写体からの入射光を光電変換して撮像する有効画素アレイ領域が中央部に設けられ、該有効画素アレイ領域の外周側に、該有効画素アレイ領域からの撮像信号に対して黒レベル補正を行うためのオプティカルブラック領域が設けられ、該オプティカルブラック領域の外周側に周辺回路領域が設けられた固体撮像素子において、
該オプティカルブラック領域と該周辺回路領域に入射光を遮光する遮光膜が設けられ、該オプティカルブラック領域と該周辺回路領域における該遮光膜の境界の全部または一部に、ストレスを開放するためのスリット部が設けられ、
該スリット部は、該有効画素アレイ領域およびその外周側の該オプティカルブラック領域の平面視４角形状から少なくとも外周１角部の正方形状または長方形状を除いた凹部形状を含む全形状の外周囲の全部または一部に渡って形成されている固体撮像素子。
【請求項３】
半導体基板の上方に、被写体からの入射光を光電変換して撮像する有効画素アレイ領域が中央部に設けられ、該有効画素アレイ領域の外周側に、該有効画素アレイ領域からの撮像信号に対して黒レベル補正を行うためのオプティカルブラック領域が設けられ、該オプティカルブラック領域の外周側に周辺回路領域が設けられた固体撮像素子であって、
該半導体基板の第１面側に、該有効画素アレイ領域および該オプティカルブラック領域において該半導体基板の半導体層内に複数の光電変換素子が形成されており、該オプティカルブラック領域と該周辺回路領域において該半導体基板の第２面側に遮光膜が形成され、該有効画素アレイ領域において該第２面側から画像光が入射して該複数の光電変換素子により画像を撮像する裏面照射型の固体撮像素子において、
該オプティカルブラック領域と該周辺回路領域に入射光を遮光する該遮光膜が設けられ、該オプティカルブラック領域と該周辺回路領域における該遮光膜の境界の全部または一部に、ストレスを開放するためのスリット部が設けられ、
該有効画素アレイ領域の平面視４角形の少なくとも１辺の外周側に該オプティカルブラック領域が設けられ、該スリット部は、該オプティカルブラック領域の外周囲に渡って形成されている固体撮像素子。
【請求項４】
半導体基板の上方に、被写体からの入射光を光電変換して撮像する有効画素アレイ領域が中央部に設けられ、該有効画素アレイ領域の外周側に、該有効画素アレイ領域からの撮像信号に対して黒レベル補正を行うためのオプティカルブラック領域が設けられ、該オプティカルブラック領域の外周側に周辺回路領域が設けられた固体撮像素子であって、
該半導体基板の第１面側に、該有効画素アレイ領域および該オプティカルブラック領域において該半導体基板の半導体層内に複数の光電変換素子が形成されており、該オプティカルブラック領域と該周辺回路領域において該半導体基板の第２面側に遮光膜が形成され、該有効画素アレイ領域において該第２面側から画像光が入射して該複数の光電変換素子により画像を撮像する裏面照射型の固体撮像素子において、
該オプティカルブラック領域と該周辺回路領域に入射光を遮光する該遮光膜が設けられ、該オプティカルブラック領域と該周辺回路領域における該遮光膜の境界の全部または一部に、ストレスを開放するためのスリット部が設けられ、
該スリット部下に対応した該半導体基板の半導体層は活性素子が配置されていない不活性領域とされている固体撮像素子。
【請求項５】
前記スリット部は、前記周辺回路領域の遮光膜のストレスが前記オプティカルブラック領域の遮光膜および当該遮光膜下の半導体層に伝わらないかまたは伝わり難くした緩衝領域である請求項１〜４のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記スリット部は、前記有効画素アレイ領域およびその外周側の前記オプティカルブラック領域の平面視４角形の少なくとも１辺の外周側に渡って形成されている請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記スリット部は、前記有効画素アレイ領域およびその外周側の前記オプティカルブラック領域の平面視４角形の外周囲に渡って形成されている請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記スリット部は、前記有効画素アレイ領域およびその外周側の前記オプティカルブラック領域の平面視４角形の左右または上下の対向する２辺に形成されている請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記スリット部は、前記有効画素アレイ領域およびその外周側の前記オプティカルブラック領域の平面視４角形状から少なくとも外周１角部の正方形状または長方形状を除いた凹部形状を含む全形状の外周囲の全部または一部に渡って形成されている請求項３または４に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記オプティカルブラック領域の平面視外形が４角形の少なくとも１角部分には該オプティカルブラック領域の遮光膜が設けられていない請求項９に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記周辺回路領域における４角リング状の遮光膜から、前記オプティカルブラック領域の平面視外形が４角形の少なくとも１角が凹んだ領域に突出して前記半導体基板上を覆うように、該周辺回路領域の遮光膜を内周４隅の少なくとも１隅側に増設している請求項９または１０に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
前記オプティカルブラック領域と前記周辺回路領域間に設けられたスリット部は、同一幅でリング状に該オプティカルブラック領域の外周側を囲むように形成されている請求項１１に記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
前記有効画素アレイ領域の平面視４角形の少なくとも１辺の外周側に前記オプティカルブラック領域が設けられ、前記スリット部は、該オプティカルブラック領域の外周囲に渡って形成されている請求項２または４に記載の固体撮像素子。
【請求項１４】
前記スリット部は、連続的に設けられるかまたは断続的に設けられている請求項１〜５のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項１５】
前記スリット部下に対応した前記半導体基板の半導体層は活性素子が配置されていない不活性領域とされている請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項１６】
前記遮光膜は、金属遮光膜であって、アルミニュウム材料（Ａｌ）、タングステン材料（Ｗ）およびチタン材料（ＴｉまたはＴｉＮ）のうちのいずれかにより構成されている請求項１〜４のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項１７】
前記半導体基板の第１面側に、前記有効画素アレイ領域および前記オプティカルブラック領域において該半導体基板の半導体層内に複数の光電変換素子が形成されており、該オプティカルブラック領域と前記周辺回路領域において該半導体基板の第２面側に前記遮光膜が形成され、該有効画素アレイ領域において該第２面側から画像光が入射して該複数の光電変換素子により画像を撮像する裏面照射型固体撮像素子である請求項１および２のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれかに記載の固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来の固体撮像素子として、特許文献１において、シリコン基板の表面側に回路素子や配線層などを形成し、シリコン基板の裏面側より光を入射させて撮像できるようにすることにより、裏面側に回路素子や配線層がない分、受光のための開口率を高くできて、入射光の吸収または反射を抑えるようにした所謂裏面照射型固体撮像素子が提案されている。
【０００３】
図６は、特許文献１に開示されている従来の裏面照射型固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。
【０００４】
図６において、従来の裏面照射型固体撮像素子としてのＣＭＯＳイメージセンサ１００において、ウェハをＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)によって研磨することにより、１０〜２０μｍ程度の厚さのシリコン（Ｓｉ）層（素子層）１０１が形成される。このシリコン層１０１の一方の面側にはＳｉＯ２膜１０２を挟んで遮光膜１０３が形成されている。
【０００５】
遮光膜１０３は配線と異なり、光学的な要素だけを考慮してレイアウトされる。この遮光膜１０３には開口部１０３ａが形成されている。遮光膜１０３の上には、パッシベーション膜としてシリコン窒化膜（ＳｉＮ）１０４が形成され、さらに、開口部１０３ａの上方に色フィルタ１０５およびその上にマイクロレンズ１０６が形成されている。
【０００６】
即ち、シリコン層１０１の一方の面側から入射する光は、マイクロレンズ１０６および色フィルタ１０５を経由して、シリコン層１０１に形成されるフォトダイオード１０７の受光面に導かれる。このシリコン層１０１の他方の面側（図６の下側）には、トランジスタや金属配線などが形成される配線層１０８が形成され、その下にはさらに基板支持材１０９が貼り付けられている。なお、１１０は画素領域であり、１１１は周辺回路領域である。
【０００７】
ここで、従来の表面受光型固体撮像素子としてのＣＭＯＳイメージセンサでは、配線層１０８側を表面側とし、この配線層１０８側から入射光を取り込む表面受光型画素構造を採っていたのに対して、このＣＭＯＳイメージセンサ１００では、配線層１０８と反対側の面（裏面；図６の上側）側から入射光を取り込んでいる。この裏面受光型画素構造から明らかなように、マイクロレンズ１０６からフォトダイオード１０７までの間には遮光層１０３が金属層として存在するだけであること、また、この遮光層１０３のフォトダイオード１０７からの高さがＳｉＯ２膜１０２の膜厚(例えば、約０．５μｍ)に比べて低いことから、金属層での「けられ」による集光の制限をなくすことができる。
【０００８】
図７は、従来の裏面受光型固体撮像素子としてのチップ状態のＣＭＯＳ型固体撮像素子において、中央部から有効画素アレイ、オプティカルブラック領域および周辺回路領域が設けられた要部構成例を模式的に示す平面図である。図８は、図７のＡＡ’線縦断面図である。
【０００９】
図７および図８において、従来の裏面受光型固体撮像素子としてのチップ状態のＣＭＯＳ型固体撮像素子２００では、複数の画素部がマトリクス状に配列された中央部の有効画素アレイ領域２０１と、この有効画素アレイ領域２０１の周囲側に形成された黒基準を得るためのオプティカルブラック領域２０２と、オプティカルブラック領域２０２の周囲側に形成された周辺回路領域２０３とを有している。
【００１０】
オプティカルブラック領域２０２は、暗電流などのノイズ補正用画素が有効画素アレイ２０１の周囲に配列された構成であり、シリコン基板２０４の裏面上に絶縁膜２０５を介して金属遮光膜２０６により覆われている。オプティカルブラック領域２０２から出力された黒信号を基準として、有効画素アレイ領域２０１から出力された撮像信号を補正することにより、暗電流などのノイズを除去する黒レベル補正が為されている。
【００１１】
有効画素アレイ領域２０１では、シリコン基板２０４内に形成された素子分離領域により区切られた単位画素領域内に、高濃度のＮ型半導体領域よりなる光電変換素子（受光部）が複数、マトリクス状に形成されている。シリコン基板２０４の第１面側、即ち表面側（図８中下側）には、各光電変換素子に蓄積された信号電荷を読み出す読出回路が画素毎にそれぞれ形成され、これらの各読出回路上にトランジスタのゲート２０７およびこれに接続された配線層２０８が形成されている。
【００１２】
また、シリコン基板２０４の第２面側、即ち裏面側（図８中上側）には、絶縁膜２０５（ＳｉＯ２膜やＳｉＮ膜など）を介して、有効画素アレイ領域２０１上に各単位画素領域に対応する位置に、異なる色のカラーフィルタ２０９が所定配列規則（例えばベイヤ配列）でそれぞれ形成されている。各カラーフィルタ２０９上の各光電変換素子に対応する位置には、それぞれオンチップレンズ２１０が形成されている。
【００１３】
さらに、金属遮光膜２０６は、オプティカルブラック領域２０２の光電変換素子および周辺回路領域２０３を連続的に覆うように形成されている。このような構成のＣＭＯＳ型固体撮像素子２００では、シリコン基板２０４の第２面側、即ち裏面側（図８中上側）から画像光が入射される。なお、シリコン基板２０４の第１面側、即ち表面側（図８中下側）の絶縁膜２１１上には、図示しないが、パッシベーション膜からなる平坦化膜が形成され、この平坦化膜上に支持基板（図示せず）が接着されている。
【００１４】
次に、従来の表面照射型固体撮像素子におけるストレス緩和領域について説明する。
【００１５】
図９は、特許文献２に開示されている従来の表面照射型固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。
【００１６】
図９において、従来の表面照射型固体撮像素子３００は、半導体基板３０１の上部に、複数の画素部のそれぞれに、入射光を光電変換する受光部３０２と、受光部３０２の信号電荷を転送する電荷転送トランジスタ３０３と、電荷転送トランジスタ３０３によって受光部３０２から信号電荷が転送されそれによって電圧変換されるフローティングディフュージョン３０４と、分離絶縁層を介して設けられた信号読み出回路を構成するトランジスタ３０５とが設けられている。電荷転送トランジスタ３０３のゲート、フローティングディフュージョン３０４およびトランジスタ３０５などに接続されるコンタクトプラグ３０６を介して多層の配線層３０７および３０７ａが設けられている。これらのコンタクトプラグ３０６および配線層３０７が３段に亘って各絶縁層３０８、３０８ａに設けられている。
【００１７】
オプティカルブラック画素領域３０９と周辺領域３１０との間にストレス緩和領域３１１が設けられている。ストレス緩和領域３１１は、空気層を含み、複数の金属配線３０７において、周辺領域３１０に設けられた金属配線３０７、３０７ａによって、オプティカルブラック画素領域３０９へ伝播するストレスを緩和する。このストレス緩和領域３１１のストレス緩和層３１１ａ〜３１１ｃは、空気層であって、絶縁膜３０８ａを貫通するように設けられている。受光部３０２、電荷転送トランジスタ３０３およびフローティングディフュージョン３０４により遮光画素部３１２が構成されており、トランジスタ３０５により周辺回路素子３１３が構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００３−３１７８５号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３２２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
特許文献１に開示されている従来の図６の裏面照射型固体撮像素子としてのＣＭＯＳイメージセンサ１００および、図７および図８の裏面照射型固体撮像素子としてのＣＭＯＳ型固体撮像素子２００の構成では、シリコン層の第２面側、即ち裏面側において、周辺回路領域およびその内側のオプティカルブラック領域は光によって不要電子の発生を避けるためにシリコン層の上方に遮光膜を１層多く設けて遮光している。この遮光膜として使用する金属膜を構成するメタル材料は、絶縁膜を構成する絶縁材料と比較して、ストレス（応力）が大きい。この金属膜が有するストレス（応力）によりシリコン層に歪を発生させてシリコン層に暗電流を発生させてしまう。これにより、オプティカルブラック領域の暗電流が増大し、オプティカルブラック領域と有効画素アレイ領域の画素部の暗時出力差が発生して黒レベル補正が困難になってしまうという問題があった。
【００２０】
特許文献２に開示されている従来の図９の表面照射型固体撮像素子３００では、配線密度が高い周辺領域３１０からのストレスが、配線密度が低いオプティカルブラック画素領域３０９側に伝播しないように、周辺領域３１０とオプティカルブラック画素領域３０９との間に、金属配線３０７が設けられたストレス緩和領域３１１の絶縁膜３０８ａに空気層が設けられている。これは、表面照射型固体撮像素子３００であって、裏面照射型固体撮像素子における周辺回路部とオプティカルブラック領域間の金属遮光膜によるストレスによってシリコン層に歪が発生し、これによってオプティカルブラック領域のシリコン層に暗電流が発生して黒レベル補正を困難にしているという問題とはその課題が全く異なっている。
【００２１】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、金属遮光膜のストレス（応力）に起因する暗電流を抑制して黒レベル補正をより正確に行うことができる固体撮像素子および、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器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】
【００２２】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板の上方に、被写体からの入射光を光電変換して撮像する有効画素アレイ領域が中央部に設けられ、該有効画素アレイ領域の外周側に、該有効画素アレイ領域からの撮像信号に対して黒レベル補正を行うためのオプティカルブラック領域が設けられ、該オプティカルブラック領域の外周側に周辺回路領域が設けられた固体撮像素子において、該オプティカルブラック領域と該周辺回路領域に入射光を遮光する遮光膜が設けられ、該オプティカルブラック領域と該周辺回路領域における遮光膜の境界の全部または一部に、ストレスを開放するためのスリット部が設けられたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２３】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるスリット部は、前記周辺回路領域の遮光膜のストレスが前記オプティカルブラック領域の遮光膜および当該遮光膜下の半導体層に伝わらないかまたは伝わり難くくした緩衝部である。
【００２４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるスリット部は、前記有効画素アレイ領域およびその外周側の前記オプティカルブラック領域の平面視４角形の少なくとも１辺の外周側に渡って形成されている。
【００２５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるスリット部は、前記有効画素アレイ領域およびその外周側の前記オプティカルブラック領域の平面視４角形の外周囲に渡って形成されている。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるスリット部は、前記有効画素アレイ領域およびその外周側の前記オプティカルブラック領域の平面視４角形の左右または上下の対向する２辺に形成されている。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるスリット部は、前記有効画素アレイ領域およびその外周側の前記オプティカルブラック領域の平面視４角形状から少なくとも外周１角部の正方形状または長方形状を除いた凹部形状を含む全形状の外周囲の全部または一部に渡って形成されている。
【００２８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるオプティカルブラック領域の平面視外形が４角形の少なくとも１角部分には該オプティカルブラック領域の遮光膜が設けられていない。
【００２９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における周辺回路領域における４角リング状の遮光膜から、前記オプティカルブラック領域の平面視外形が４角形の少なくとも１角が凹んだ領域に突出して前記半導体基板上を覆うように、該周辺回路領域の遮光膜を内周４隅の少なくとも１隅側に増設している。
【００３０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるオプティカルブラック領域と前記周辺回路領域間に設けられたスリット部は、同一幅でリング状に該オプティカルブラック領域の外周側を囲むように形成されている。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における有効画素アレイ領域の平面視４角形の少なくとも１辺の外周側に前記オプティカルブラック領域が設けられ、前記スリット部は、該オプティカルブラック領域の外周囲に渡って形成されている。
【００３２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるスリット部は、連続的に設けられるかまたは断続的に設けられている。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるスリット部下に対応した前記半導体基板の半導体層は活性素子が配置されていない不活性領域とされている。
【００３４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における遮光膜は、金属遮光膜であって、アルミニュウム材料（Ａｌ）、タングステン材料（Ｗ）およびチタン材料（ＴｉまたはＴｉＮ）のうちのいずれかにより構成されている。
【００３５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における半導体基板の第１面側に、前記有効画素アレイ領域および前記オプティカルブラック領域において該半導体基板の半導体層内に複数の光電変換素子が形成されており、該オプティカルブラック領域と前記周辺回路領域において該半導体基板の第２面側に前記遮光膜が形成され、該有効画素アレイ領域において該第２面側から画像光が入射して該複数の光電変換素子により画像を撮像する裏面照射型固体撮像素子である。
【００３６】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３７】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００３８】
本発明においては、半導体基板の上方に、被写体からの入射光を光電変換して撮像する有効画素アレイ領域が中央部に設けられ、有効画素アレイ領域の外周側に、有効画素アレイ領域からの撮像信号に対して黒レベル補正を行うためのオプティカルブラック領域が設けられ、オプティカルブラック領域の外周側に周辺回路領域が設けられた固体撮像素子において、オプティカルブラック領域と周辺回路領域に入射光を遮光する遮光膜が設けられ、オプティカルブラック領域と周辺回路領域における遮光膜の境界の全部または一部に、ストレスを開放するためのスリット部が設けられている。
【００３９】
これによって、遮光膜のストレスがスリット部で開放されるので、金属遮光膜のストレス（応力）に起因する暗電流を抑制して黒レベル補正をより正確に行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００４０】
以上により、本発明によれば、オプティカルブラック領域と周辺回路領域における遮光膜の境界の全部または一部に、ストレスを開放するためのスリット部が設けられているため、金属遮光膜のストレス（応力）に起因する暗電流を抑制して黒レベル補正をより正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態１におけるチップ状態のＣＭＯＳ型固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す平面図である。
【図２】図１のＢＢ’線縦断面図である。
【図３】本発明の実施形態２におけるチップ状態のＣＭＯＳ型固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す平面図である。
【図４】図３のＣＣ’線縦断面図である。
【図５】本発明の実施形態３として、本発明の実施形態１、２の固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【図６】特許文献１に開示されている従来の裏面照射型固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。
【図７】従来の裏面受光型固体撮像素子としてのチップ状態のＣＭＯＳ型固体撮像素子において、中央部から有効画素アレイ、オプティカルブラック領域および周辺回路領域が設けられた要部構成例を模式的に示す平面図である。
【図８】図７のＡＡ’線縦断面図である。
【図９】特許文献２に開示されている従来の表面照射型固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下に、本発明の固体撮像素子の実施形態１、２および、この固体撮像素子の実施形態１、２を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態３について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。
【００４３】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１におけるチップ状態のＣＭＯＳ型固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す平面図である。図２は、図１のＢＢ’線縦断面図である。
【００４４】
図１および図２において、本実施形態１のチップ状態のＣＭＯＳ型固体撮像素子１は、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部がマトリクス状に配列された中央部の有効画素アレイ領域２と、この有効画素アレイ２の周囲側に形成された黒基準を得るためのオプティカルブラック領域３と、オプティカルブラック領域３の周囲側に形成された周辺回路領域４と、オプティカルブラック領域３と周辺回路領域４間に設けられ、オプティカルブラック領域３の外周側全域に渡るスリット部５とを有している。
【００４５】
有効画素アレイ領域２では、シリコン基板６内に形成された素子分離領域により区切られた単位画素領域内に、高濃度のＮ型半導体領域よりなる光電変換素子（受光部）が複数、行列方向でマトリクス状に形成されている。シリコン基板６の第１面側、即ち表面側（図２中下側）には、各受光部に蓄積された信号電荷を読み出す読出回路が各画素部毎にそれぞれ形成され、これらの読出回路上にトランジスタのゲート９およびこれに接続された配線層１０が形成されている。
【００４６】
シリコン基板６の第２面側、即ち裏面側（図２中上側）には、絶縁膜７（ＳｉＯ２膜やＳｉＮ膜など）を介して、有効画素アレイ領域２上に各単位画素領域（受光部）に対応する位置に、異なる色のカラーフィルタ１１が所定配列規則（例えばベイヤ配列）でそれぞれ形成されている。各カラーフィルタ１１上の各受光部に対応する位置にはそれぞれオンチップレンズ１２が形成されている。
【００４７】
オプティカルブラック領域３では、シリコン基板６内に形成された素子分離領域により区切られた単位画素領域内に、高濃度のＮ型半導体領域よりなる光電変換素子（フォトダイオード）が複数列、例えば４、５列に形成されている。シリコン基板６の第１面側、即ち表面側（図２中下側）には、各光電変換素子に蓄積された信号電荷を読み出す読出回路が各画素部毎にそれぞれ形成され、これらの読出回路上にトランジスタのゲート９およびこれに接続された配線層１０が形成されている。
【００４８】
オプティカルブラック領域３では、暗電流などのノイズ補正用画素が有効画素アレイ領域２の平面視長方形または正方形の外周囲に数列〜数十列程度で配列された構成であり、シリコン基板６の裏面上に絶縁膜７を介してアルミニュウム材料（Ａｌ）やタングステン材料（Ｗ）の他、チタン材料（ＴｉまたはＴｉＮ）などの金属遮光膜８ａにより覆われている。オプティカルブラック領域３から出力された黒信号を基準として、有効画素アレイ領域２から出力された撮像信号を補正（差分）することにより、暗電流などのノイズを除去する黒レベル補正が為される。
【００４９】
周辺回路領域４では、有効画素アレイ領域２およびオプティカルブラック領域３の各光電変換素子からの信号電荷を読み出す各読出回路を駆動する読出駆動回路などが設けられている。周辺回路領域４におけるシリコン基板６の第１面側、即ち表面側（図２中下側）には、この読出駆動回路のトランジスタのゲート９およびソース・ドレイン領域、これらに接続された配線層１０が高密度に形成されている。
【００５０】
周辺回路領域４では、シリコン基板６の裏面上に絶縁膜７を介してアルミニュウム材料（Ａｌ）やタングステン材料（Ｗ）、チタン材料（ＴｉまたはＴｉＮ）などの金属遮光膜８ｂにより覆われている。この周辺回路領域４の金属遮光膜８ｂと、オプティカルブラック領域３の金属遮光膜８ａとの間の境界には、金属膜ストレスを開放するスリット５ａ（細長い隙間）がオプティカルブラック領域３の外周囲に渡って形成されている。このスリット５ａが形成されるスリット領域５はシリコン基板６の表面側にトランジスタなどの活性素子を配置せず不活性領域とする。
【００５１】
即ち、シリコン基板６の第２面側、即ち裏面側（図２中上側）において、オプティカルブラック領域３の光電変換素子上を覆う金属遮光膜８ａが形成され、周辺回路領域４上を覆う金属遮光膜８ｂが形成されている。オプティカルブラック領域３と周辺回路領域４の境界に金属膜ストレスを開放するスリットが設けられている。スリット５ａの幅は数μｍ程度、例えば３μｍ程度である。このスリット５ａの第１面側、即ち表面側（図２中下側）には周辺回路の活性素子は存在しないようにレイアウトされている。
【００５２】
なお、シリコン基板６の第１面側、即ち表面側（図２中下側）の絶縁膜１３上には、図示しないが、パッシベーション膜からなる平坦化膜が形成され、この平坦化膜上に支持基板（図示せず）が接着されている。
【００５３】
以上により、本実施形態１によれば、半導体基板６の上方に、被写体からの入射光を光電変換して撮像する有効画素アレイ領域２が中央部に設けられ、有効画素アレイ領域２の外周側に、有効画素アレイ領域２からの撮像信号に対して黒レベル補正を行うためのオプティカルブラック領域３が設けられ、オプティカルブラック領域３の外周側に周辺回路領域４が設けられた固体撮像素子１において、オプティカルブラック領域３と周辺回路領域４に入射光を遮光する金属遮光膜８ａ，８ｂが設けられ、オプティカルブラック領域３と周辺回路領域４における金属遮光膜８ａ，８ｂの境界の全部に、ストレスを開放するためのスリット部５が設けられている。スリット部５は、周辺回路領域４の金属遮光膜８ｂのストレスがオプティカルブラック領域３の金属遮光膜８ａおよびその下の半導体層に伝わらないかまたは伝わり難くくした緩衝領域であって、スリット部５のスリット５ａは、有効画素アレイ領域２およびその外周側のオプティカルブラック領域３の平面視４角形の外周囲に渡って形成されている。
【００５４】
このように、金属遮光膜８ｂのストレスがスリット５ａで開放されることにより、オプティカルブラック領域３の金属遮光膜８ａによるシリコン層の歪が減少し、オプティカルブラック領域３と有効画素アレイ領域２の暗時出力差が少なく、より正確な基準電圧を得る裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサであるＣＭＯＳ型固体撮像素子１を得ることができる。
【００５５】
なお、本実施形態１では、スリット５ａをオプティカルブラック領域３の金属遮光膜８ａとの間の境界に、オプティカルブラック領域３の外周囲の全部に渡って形成したが、これに限らず、オプティカルブラック領域３の外周囲の一部に形成してもよい。この場合、オプティカルブラック領域３の外周囲が平面視４角形の少なくとも１辺にスリット５ａが形成されていてもよいし、４辺全てにおいてまたは少なくとも１辺に断続的（ドット状）にスリット５ａが形成されていてもよい。スリット５ａを辺に設ける場合には、平面視４角形で左右辺または上下辺のように対称位置にスリット５ａを設ける方がよい。即ち、スリット部５は、有効画素アレイ領域２およびその外周側のオプティカルブラック領域３の平面視４角形の左右または上下の対向する２辺に形成されていればよい。
【００５６】
（実施形態２）
図３は、本発明の実施形態２におけるチップ状態のＣＭＯＳ型固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す平面図である。図４は、図３のＣＣ’線縦断面図である。なお、図３および図４では、図１および図２の構成部材と同一の作用効果を奏する構成部材には同一の符号を付して説明する。
【００５７】
図３および図４において、本実施形態１のチップ状態のＣＭＯＳ型固体撮像素子１Ａは、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部がマトリクス状に配列された中央部の有効画素アレイ領域２と、この有効画素アレイ２の平面視長方形領域の角部分以外の外周４辺側に形成された黒基準を得るためのオプティカルブラック領域３Ａと、オプティカルブラック領域３Ａの外周囲側にリング状に形成された周辺回路領域４と、オプティカルブラック領域３Ａと周辺回路領域４間に設けられ、オプティカルブラック領域３Ａの外周側全域に渡るスリット部５Ａとを有している。
【００５８】
有効画素アレイ領域２では、シリコン基板６内に形成された素子分離領域により区切られた単位画素領域内に、高濃度のＮ型半導体領域よりなる光電変換素子（受光部）が複数、行列方向でマトリクス状に形成されている。シリコン基板６の第１面側、即ち表面側（図４中下側）には、各受光部に蓄積された信号電荷を読み出す読出回路が各画素部毎にそれぞれ形成され、これらの読出回路上にトランジスタのゲート９およびこれに接続された配線層１０が形成されている。
【００５９】
シリコン基板６の第２面側、即ち裏面側（図２中上側）には、絶縁膜７（ＳｉＯ２膜やＳｉＮ膜など）を介して、有効画素アレイ領域２上に各単位画素領域（受光部）に対応する位置にそれぞれ、異なる色のカラーフィルタ１１が所定配列規則（例えばベイヤ配列）でそれぞれ形成されている。各カラーフィルタ１１上の各受光部に対応する位置にはそれぞれオンチップレンズ１２が形成されている。
【００６０】
オプティカルブラック領域３Ａでは、シリコン基板６内に形成された素子分離領域により区切られた単位画素領域内に、高濃度のＮ型半導体領域よりなる光電変換素子（フォトダイオード）が複数列、例えば４、５列に形成されている。シリコン基板６の第１面側、即ち表面側（図４中下側）には、各光電変換素子に蓄積された信号電荷を読み出す読出回路が各画素部毎にそれぞれ形成され、これらの読出回路上にトランジスタのゲート９およびこれに接続された配線層１０が形成されている。
【００６１】
オプティカルブラック領域３Ａでは、暗電流などのノイズ補正用画素が有効画素アレイ領域２の平面視４角形の外周囲に数列〜数十列程度で配列された構成であり、シリコン基板６の裏面上に絶縁膜７を介してアルミニュウム材料（Ａｌ）やタングステン材料（Ｗ）の他、チタン材料（ＴｉまたはＴｉＮ）などの金属遮光膜８ｃにより覆われている。オプティカルブラック領域３Ａから出力された黒信号を基準として、有効画素アレイ領域２から出力された撮像信号を補正（差分）することにより、暗電流などのノイズを除去する黒レベル補正が為される。
【００６２】
周辺回路領域４では、有効画素アレイ領域２およびオプティカルブラック領域３Ａの各光電変換素子からの信号電荷を読み出す各読出回路を駆動する読出駆動回路などが設けられている。周辺回路領域４におけるシリコン基板６の第１面側、即ち表面側（図４中下側）には、この読出駆動回路のトランジスタのゲート９およびソース・ドレイン領域、これらに接続された配線層１０が高密度に形成されている。
【００６３】
周辺回路領域４では、シリコン基板６の裏面上に絶縁膜７を介してアルミニュウム材料（Ａｌ）やタングステン材料（Ｗ）、チタン材料（ＴｉまたはＴｉＮ）などの金属遮光膜８ｂにより覆われている。この周辺回路領域４の金属遮光膜８ｂと、オプティカルブラック領域３Ａの金属遮光膜８ｃとの間の境界には、金属膜ストレスを開放するスリット５ｂがオプティカルブラック領域３Ａの外周囲に渡ってリング状に形成されている。このスリット５ｂが形成されるスリット領域５Ａはシリコン基板６の表面側にトランジスタなどの活性素子を配置せず不活性領域とする。
【００６４】
即ち、シリコン基板６の第２面側、即ち裏面側（図４中上側）において、オプティカルブラック領域３Ａの各光電変換素子上を覆う金属遮光膜８ｃが形成され、周辺回路領域４上を覆う金属遮光膜８ｂが形成されている。オプティカルブラック領域３Ａと周辺回路領域４の境界に金属膜ストレスを開放するスリット５ｂが切れ目として設けられている。スリット５ｂの幅は数μｍ程度、例えば３μｍ程度である。このスリット５ｂの第１面側、即ち表面側（図４中下側）には周辺回路の活性素子は存在しないようにレイアウトされている。
【００６５】
実際は、オプティカルブラック領域３Ａの平面視４角形リング状の４角部分には光電変換素子（フォトダイオード）が存在しないため、オプティカルブラック領域３Ａの平面視４角形リング状の４角正方形部分には金属遮光膜８ｃが設けられていない。要するに、スリット部５Ａは、有効画素アレイ領域２およびその外周側のオプティカルブラック領域３Ａの平面視４角形状から外周４角部の正方形状を除いた形状の外周囲の全部に渡って形成されている。
【００６６】
なお、シリコン基板６の第１面側、即ち表面側（図４中下側）の絶縁膜１３上には、図示しないが、パッシベーション膜からなる平坦化膜が形成され、この平坦化膜上に支持基板（図示せず）が接着されている。
【００６７】
以上により、本実施形態２によれば、周辺回路領域４の金属遮光膜８ｂのストレスが、切れ目であるスリット５ｂによって開放されて、オプティカルブラック領域３Ａの金属遮光膜８ｃおよびその下のシリコン基板６のシリコン層に伝わらないことにより、オプティカルブラック領域３Ａでのシリコン層の歪が減少し、オプティカルブラック領域３Ａと有効画素アレイ領域２の暗時出力差が少なく、より正確な基準電位を得る裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサであるＣＭＯＳ型固体撮像素子１Ａを得ることができる。特に、本実施形態２では、オプティカルブラック領域３Ａの平面視４角形リング状の４角正方形部分には金属遮光膜８ｃが設けられていないことによってその分だけ領域面積が少なくなるため、金属遮光膜８ｃによるストレスがシリコン層に及ぼす影響も少なくなり、上記実施形態１の場合と比べても、オプティカルブラック領域３Ａでのシリコン層の歪がより減少し、オプティカルブラック領域３Ａと有効画素アレイ領域２の暗時出力差が更に少なく、より正確な基準電位を得る裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサであるＣＭＯＳ型固体撮像素子１Ａを得ることができる。
【００６８】
なお、本実施形態２では、図３に示すように、オプティカルブラック領域３Ａの平面視４角形リング状の４角の正方形部分には光電変換素子（フォトダイオード）が存在しないため、オプティカルブラック領域３Ａの平面視４角形リング状の４角正方形部分には金属遮光膜８ｃを設けない場合について説明したが、これに限らず、周辺回路領域４における４角リング状の金属遮光膜８ｂの４角内周側から、オプティカルブラック領域３Ａの平面視４角形リング状の４角の正方形部分に突出して覆うように、周辺回路領域４の４角リング状の金属遮光膜８ｂの領域を内周４隅側に増設してもよい。この場合、周辺回路領域４における４角リング状の金属遮光膜８ｂから、オプティカルブラック領域３Ａの平面視外形４角形の４角が凹んだ４領域側に突出して半導体基板６上を覆うように、周辺回路領域４の金属遮光膜８ｂを内周４隅側に増設している。要するに、この場合、オプティカルブラック領域３Ａと周辺回路領域４間に設けられたスリット部５Ａは、同一幅でリング状にオプティカルブラック領域３Ａの外周側を囲むことになる。これによって、周辺回路領域４におけるトランジスタなどの活性素子の配置（レイアウト）がより容易になる。
【００６９】
なお、本実施形態２では、スリット部５Ａは、有効画素アレイ領域２およびその外周側のオプティカルブラック領域３Ａの平面視４角形状から外周４角部の正方形状を除いた形状の外周囲に渡って形成されている場合について説明したが、これに限らず、有効画素アレイ領域２およびその外周側のオプティカルブラック領域３Ａの平面視４角形状から少なくとも外周１角部の正方形状または長方形状を除いた形状の外周囲に渡って形成されていてもよい。さらに、有効画素アレイ領域２の平面視４角形の少なくとも１辺の外周側にオプティカルブラック領域が設けられ、スリット部は、オプティカルブラック領域の外周囲の全部または一部に渡って形成されていてもよい。以上の場合のスリット部は、連続的に設けられるかまたは断続的に設けられていればよい。
【００７０】
なお、本実施形態２では、スリット５ｂをオプティカルブラック領域３Ａの金属遮光膜８ｃとの間の境界に、オプティカルブラック領域３Ａの外周囲の全部に渡って形成したが、これに限らず、スリット５ｂをオプティカルブラック領域３Ａの外周囲の一部に形成してもよい。この場合、オプティカルブラック領域３Ａの外周囲が平面視４角形の少なくとも１辺にスリット５ｂが形成されていてもよいし、４辺および４角の凹部全てにおいてまたは、少なくとも１辺および／または４角の４つの凹部のうちの少なくとも一つに断続的（ドット状）にスリット５ｂが形成されていてもよい。スリット５ｂを辺や４角の凹部に設ける場合には、平面視４角形で左右辺または上下辺、さらに、４角の凹部のうちの対角側の凹部のように対称処位置にスリット５ｂを設ける方がよい。
【００７１】
（実施形態３）
図５は、本発明の実施形態３として、本発明の実施形態１、２の固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【００７２】
図５において、本実施形態３の電子情報機器９０は、上記実施形態１、２の固体撮像素子１または１Ａからの撮像信号に所定の信号処理をしてカラー画像信号を得る固体撮像装置９１と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部９２と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示部９３と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信部９４と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力部９５とを有している。なお、この電子情報機器９０として、これに限らず、固体撮像装置９１の他に、メモリ部９２と、表示部９３と、通信部９４と、プリンタなどの画像出力部９５とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。
【００７３】
この電子情報機器９０としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。
【００７４】
したがって、本実施形態３によれば、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力部９５により良好にプリントアウト（印刷）したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部９２に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。
【００７５】
なお、本実施形態１、２では、特に詳細には説明しなかったが、半導体基板の上方に、被写体からの入射光を光電変換して撮像する有効画素アレイ領域が中央部に設けられ、該有効画素アレイ領域の外周側に、該有効画素アレイ領域からの撮像信号に対して黒レベル補正を行うためのオプティカルブラック領域が設けられ、該オプティカルブラック領域の外周側に周辺回路領域が設けられた固体撮像素子において、該オプティカルブラック領域と該周辺回路領域に入射光を遮光する遮光膜が設けられ、該オプティカルブラック領域と該周辺回路領域における遮光膜の境界の全部または一部に、ストレスを開放するためのスリット部が設けられている。これだけでも、金属遮光膜のストレス（応力）に起因する暗電流を抑制して黒レベル補正をより正確に行うことができるという本発明の目的を達成することができる。
【００７６】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜３を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜３に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜３の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、できる。
【符号の説明】
【００７８】
１、１Ａ  ＣＭＯＳ型固体撮像素子
２  有効画素アレイ領域
３、３Ａ  オプティカルブラック領域
４  周辺回路領域
５、５Ａ  スリット部
５ａ、５ｂ  スリット（隙間）
６  シリコン基板
７、１３  絶縁膜
８ａ〜８ｃ  金属遮光膜
９  トランジスタのゲート
１０  配線層
１１  カラーフィルタ
１２  オンチップレンズ
９０  電子情報機器
９１  固体撮像装置
９２  メモリ部
９３  表示部
９４  通信部
９５  画像出力部
【図１】
0005735318.tif 000002
【図３】
0005735318.tif 000003
【図５】
0005735318.tif 000004
【図６】
0005735318.tif 000005
【図７】
0005735318.tif 000006
【図８】
0005735318.tif 000007
【図９】
0005735318.tif 000008
【図２】
0005735318.tif 000009
【図４】
0005735318.tif 000010