(57)【要約】  【課題】従来よりもＯＢ段差を軽減することができ、またＯＢ段差を完全に解消することが可能なＭＯＳ型撮像装置を提供する。  【解決手段】受光素子を含む単位セルが複数個配列されているＭＯＳ型固体撮像装置であって、前記受光素子の受光面は、トランスファーゲートに隣接する一の導電型の第１領域と、トランスファーゲートから乖離し、第１領域に隣接し、且つ第１領域よりも不純物濃度が高い一の導電型の第２領域からなり、前記単位セルには、入射光が遮光層により遮られて受光面に当たらない遮光セルと、入射光が遮光層により遮られることなく受光面に当たり受光量に応じた輝度情報を蓄積する受光セルとがあり、前記トランスファーゲートと前記第２領域との間隔が前記遮光セルと前記受光セルとで異なる。【選択図】  図１
2007035993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光素子を含む単位セルが、複数個配列されているＭＯＳ型固体撮像装置であって、
前記受光素子の受光面は、トランスファーゲートに隣接する一の導電型の第１領域と、トランスファーゲートから乖離し、第１領域に隣接し、且つ第１領域よりも不純物濃度が高い一の導電型の第２領域からなり、
前記単位セルには、
入射光が遮光層により遮られて、受光面に当たらない遮光セルと、
入射光が遮光層により遮られることなく受光面に当たり、受光量に応じた輝度情報を蓄積する受光セルとがあり、
前記トランスファーゲートと前記第２領域との間隔が、前記遮光セルと前記受光セルとで異なること
を特徴とするＭＯＳ型固体撮像装置。
【請求項２】
前記受光セルにおける前記間隔は、配列された位置に関係なく一定であり、
前記遮光セルにおける間隔は、配列された位置に応じて異なること
を特徴とする請求項１に記載のＭＯＳ型固体撮像装置。
【請求項３】
前記遮光セルにおける前記間隔は、前記受光セルにおける前記間隔よりも狭いこと
を特徴とする請求項２に記載のＭＯＳ型固体撮像装置。
【請求項４】
前記遮光セルは、前記受光セルの外周に配列されているオプティカルブラック部に相当し、
前記遮光セルにおける前記間隔は、前記受光セルからの距離が遠くなるのにともない、徐々に狭くなること
を特徴とする請求項２に記載のＭＯＳ型固体撮像装置。
【請求項５】
前記遮光セルは、前記受光セルの外周に配列されているオプティカルブラック部に相当し、
前記遮光セルにおける前記間隔は、全単位セルの外周からの距離が遠くなるのにともない、徐々に狭くなること
を特徴とする請求項２に記載のＭＯＳ型固体撮像装置。
【請求項６】
受光素子を含む単位セルが、複数個配列されているＭＯＳ型固体撮像装置であって、
前記受光素子の受光面上に、ＳｉＮ膜を有し、
前記単位セルには、
入射光が遮光層により遮られて、受光面に当たらない遮光セルと、
入射光が遮光層により遮られることなく受光面に当たり、受光量に応じた輝度情報を蓄積する受光セルとがあり、
前記ＳｉＮ膜の面積が、前記遮光セルと前記受光セルとで異なること
を特徴とするＭＯＳ型固体撮像装置。
【請求項７】
前記受光セルにおける前記面積は、配列された位置に関係なく一定であり、
前記遮光セルにおける前記面積は、配列された位置に応じて異なること
を特徴とする請求項６に記載のＭＯＳ型固体撮像装置。
【請求項８】
前記遮光セルにおける前記面積は、前記受光セルにおける前記面積よりも狭いか、又は、
前記受光セルはＳｉＮ膜を有し、前記遮光セルは前記ＳｉＮ膜を有さないこと
を特徴とする請求項６に記載のＭＯＳ型固体撮像装置。
【請求項９】
前記遮光セルは、前記受光セルの外周に配列されているオプティカルブラック部に相当し、
前記遮光セルにおける前記面積は、前記受光セルからの距離が遠くなるのにともない、徐々に狭くなること
を特徴とする請求項７に記載のＭＯＳ型固体撮像装置。
【請求項１０】
前記遮光セルは、前記受光セルの外周に配列されているオプティカルブラック部に相当し、
前記遮光セルにおける前記面積は、全単位セルの外周からの距離が遠くなるのにともない、徐々に狭くなること
を特徴とする請求項７に記載のＭＯＳ型固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＭＯＳ型固体撮像素子に関し、特に有効画素とオプティカルブラック部画素との暗電流の違いによる出力差を軽減するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラ付き携帯電話等の撮像機器が一般に普及している。
これらの撮像機器は、軽量化及び連続使用時間を延ばす為に消費電力を抑えることが必須であるので、ＣＣＤ型撮像素子と比べ消費電力が著しく低いＭＯＳ型固体撮像素子を搭載しているものが多い。
従来のＭＯＳ型固体撮像装置には、界面のダングリングボンドに水素を結合させて水素終端し暗出力を低減させる工程において、遮光膜の有無の違いにより水素供給状態が異なるため、オプティカルブラック（以下「ＯＢ」という）部画素と有効画素との暗電流の違いによる出力差（以下「ＯＢ段差」という）が生じるという問題がある。
【０００３】
ＯＢ段差が生じると、その分だけ出力情報が不正確になり、画像再現性に影響を及ぼすので、ＯＢ段差はゼロに近い方が望ましい。
前記問題を解消するＭＯＳ型撮像装置が、特許文献１に開示されている。
特許文献１には、前記問題の理由が詳細に説明されており、また「ウェハーの画素がパターン化されている主面とは反対側の裏面に水素含有膜を形成する工程と、該工程の後に熱処理を施す工程とを備える」ことにより、「ＯＢ部画素と有効画素とにおいて同じ過程で水素が供給されるため、画素がパターン化されている主面側の膜構造のSi／SiＯ2 界面準位密度への影響を小さく抑えることができ、有効画素部と遮光画素部の暗時出力差を小さくすることができる」と記載され、「更に裏面に設けた水素含有膜よりSiウェハー全体に水素が拡散されるので、Siウェハー自体が水素含有膜状態となり、Si／SiＯ2 界面のすぐ近傍に多量の水素が存在するという状態になるため、経時的には、Si／SiＯ2 界面より水素が抜けるだけでなく、有効画素部と遮光画素部が共にSiウェハー側より水素が供給され、暗電流の経時変化が小さくなり、且つ有効画素部と遮光画素部の暗電流の経時変化の過程が揃うようになる」と記載されている。
【特許文献１】特開平６−３３４１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のＭＯＳ型撮像装置の構成では、ＯＢ部画素と有効画素とにおける水素供給状態が異なるので、ＯＢ段差を完全に解消することは困難である。
そこで本発明は、従来よりもＯＢ段差を軽減することができ、またＯＢ段差を完全に解消することが可能なＭＯＳ型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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明に係るＭＯＳ型撮像装置は、受光素子を含む単位セルが複数個配列されているＭＯＳ型固体撮像装置であって、前記受光素子の受光面はトランスファーゲートに隣接する一の導電型の第１領域とトランスファーゲートから乖離し第１領域に隣接し且つ第１領域よりも不純物濃度が高い一の導電型の第２領域からなり、前記単位セルには、入射光が遮光層により遮られて受光面に当たらない遮光セルと、入射光が遮光層により遮られることなく受光面に当たり受光量に応じた輝度情報を蓄積する受光セルとがあり、前記トランスファーゲートと前記第２領域との間隔が前記遮光セルと前記受光セルとで異なることを特徴とする。
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係るＭＯＳ型撮像装置は、受光素子を含む単位セルが複数個配列されているＭＯＳ型固体撮像装置であって、前記受光素子の受光面上にＳｉＮ膜を有し、前記単位セルには、入射光が遮光層により遮られて受光面に当たらない遮光セルと、入射光が遮光層により遮られることなく受光面に当たり受光量に応じた輝度情報を蓄積する受光セルとがあり、前記ＳｉＮ膜の面積が前記遮光セルと前記受光セルとで異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
課題を解決するための手段に記載した構成により、トランスファーゲートと第２領域との間隔、あるいは受光面上のＳｉＮ膜の面積を、遮光セルと受光セルとで変えることにより、遮光セルにおける暗電流による出力を調整することができるので、従来よりもＯＢ段差を軽減することが可能となり、また、これらを適切な間隔又は面積に調整することにより、ＯＢ段差をほぼ完全に解消することが可能となる。
【０００８】
ここで、ＭＯＳ型撮像装置において、前記受光セルにおける前記間隔は配列された位置に関係なく一定であり、前記遮光セルにおける間隔は配列された位置に応じて異なることを特徴とすることもできる。
これにより、遮光セルにおけるトランスファーゲートと第２領域との間隔が、受光セルにおける当該間隔と同等である従来のＭＯＳ型撮像装置において、遮光セルにおける出力が配列された位置に応じて異なる場合に、遮光セルにおける当該間隔を配列された位置に応じて変えることにより、遮光セルの全位置に渡ってＯＢ段差を軽減することができる。
【０００９】
ここで、ＭＯＳ型撮像装置において、  前記遮光セルにおける前記間隔は前記受光セルにおける前記間隔よりも狭いことを特徴とすることもできる。
これにより、遮光セルにおけるトランスファーゲートと第２領域との間隔が、受光セルにおける当該間隔と同等である従来のＭＯＳ型撮像装置に較べて、遮光セルにおける暗電流による出力が少なくなり、従来よりもＯＢ段差を軽減することができる。
【００１０】
ここで、ＭＯＳ型撮像装置において、  前記遮光セルは前記受光セルの外周に配列されているオプティカルブラック部に相当し、前記遮光セルにおける前記間隔は前記受光セルからの距離が遠くなるのにともない徐々に狭くなることを特徴とすることもできる。
これにより、遮光セルにおけるトランスファーゲートと第２領域との間隔が、受光セルにおける当該間隔と同等である従来のＭＯＳ型撮像装置において、遮光セルにおける出力が受光セルからの距離が遠くなるのにともない多くなる場合に、遮光セルにおける当該間隔を当該距離が遠くなるのにともない狭くすることにより、遮光セルにおける暗電流による出力が当該距離が遠くなるのにともない少なくなるので、遮光セルの全位置に渡ってＯＢ段差を軽減することができる。
【００１１】
ここで、ＭＯＳ型撮像装置において、前記遮光セルは前記受光セルの外周に配列されているオプティカルブラック部に相当し、前記遮光セルにおける前記間隔は全単位セルの外周からの距離が遠くなるのにともない徐々に狭くなることを特徴とすることもできる。
これにより、遮光セルにおけるトランスファーゲートと第２領域との間隔が、受光セルにおける当該間隔と同等である従来のＭＯＳ型撮像装置において、遮光セルにおける出力が全単位セルの外周からの距離が遠くなるのにともない多くなる場合に、遮光セルにおける当該間隔を当該距離が遠くなるのにともない狭くすることにより、遮光セルにおける暗電流による出力が当該距離が遠くなるのにともない少なくなるので、遮光セルの全位置に渡ってＯＢ段差を軽減することができる。
【００１２】
ここで、ＭＯＳ型撮像装置において、前記受光セルにおける前記面積は配列された位置に関係なく一定であり、前記遮光セルにおける前記面積は配列された位置に応じて異なることを特徴とすることもできる。
これにより、遮光セルにおける受光面上のＳｉＮ膜の面積が、受光セルにおける当該面積と同等である従来のＭＯＳ型撮像装置において、遮光セルにおける出力が配列された位置に応じて異なる場合に、遮光セルにおける当該面積を配列された位置に応じて変えることにより、遮光セルの全位置に渡ってＯＢ段差を軽減することができる。
【００１３】
ここで、ＭＯＳ型撮像装置において、前記遮光セルにおける前記面積は前記受光セルにおける前記面積よりも狭いか、又は、前記受光セルはＳｉＮ膜を有し前記遮光セルは前記ＳｉＮ膜を有さないことを特徴とすることもできる。
これにより、遮光セルにおける受光面上のＳｉＮ膜の面積が、受光セルにおける当該面積と同等である従来のＭＯＳ型撮像装置に較べて、遮光セルにおける暗電流による出力が少なくなり、従来よりもＯＢ段差を軽減することができる。
【００１４】
ここで、ＭＯＳ型撮像装置において、前記遮光セルは前記受光セルの外周に配列されているオプティカルブラック部に相当し、前記遮光セルにおける前記面積は前記受光セルからの距離が遠くなるのにともない徐々に狭くなることを特徴とすることもできる。
これにより、遮光セルにおける受光面上のＳｉＮ膜の面積が、受光セルにおける当該面積と同等である従来のＭＯＳ型撮像装置において、遮光セルにおける出力が受光セルからの距離が遠くなるのにともない多くなる場合に、遮光セルにおける当該面積を当該距離が遠くなるのにともない狭くすることにより、遮光セルにおける暗電流による出力が当該距離が遠くなるのにともない少なくなるので、遮光セルの全位置に渡ってＯＢ段差を軽減することができる。
【００１５】
ここで、ＭＯＳ型撮像装置において、前記遮光セルは前記受光セルの外周に配列されているオプティカルブラック部に相当し、前記遮光セルにおける前記面積は全単位セルの外周からの距離が遠くなるのにともない徐々に狭くなることを特徴とすることもできる。
これにより、遮光セルにおける受光面上のＳｉＮ膜の面積が、受光セルにおける当該面積と同等である従来のＭＯＳ型撮像装置において、遮光セルにおける出力が、全単位セルの外周からの距離が遠くなるのにともない多くなる場合に、遮光セルにおける当該面積を当該距離が遠くなるのにともない狭くすることにより、遮光セルにおける暗電流による出力が当該距離が遠くなるのにともない少なくなるので、遮光セルの全位置に渡ってＯＢ段差を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施の形態１）
＜概要＞
本発明の実施の形態１は、ＭＯＳ型固体撮像装置であって、単位セルの受光面上の不純物濃度が低い一の導電型の領域とトランスファーゲートとの間隔を、遮光セル（ＯＢ部画素に相当）の方が受光セル（有効画素に相当）よりも狭い構成とすることによって、ＯＢ段差を軽減するものである。
【００１７】
＜構成＞
本発明の実施の形態１のＭＯＳ型固体撮像装置には、受光素子を含む単位セルが複数個配列されており、単位セルには、入射光が遮光層により遮られて受光面に当たらない遮光セルと、入射光が遮光層により遮られることなく受光面に当たり、受光量に応じた輝度情報を蓄積する受光セルとがある。
【００１８】
図１（ａ）は本発明の実施の形態１のＭＯＳ型固体撮像装置における受光セルを受光面側から見た概略を示す図であり、図１（ｂ）は当該受光セルのＡ−Ａ’断面における概略を示す図であり、図１（ｃ）は、本発明の実施の形態１のＭＯＳ型固体撮像装置における遮光セルを受光面側から見た概略を示す図であり、図１（ｄ）は、当該遮光セルのＢ−Ｂ’断面における概略を示す図である。
【００１９】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、受光セル１０には、半導体基板１に、第２導電型拡散層１５が形成され、その上層に、第１導電型正孔蓄積層１３と第１導電型正孔蓄積層１４とが一定の割合で形成され、第１導電型正孔蓄積層１４に添って少し離れて第２導電型浮遊拡散層１２が形成されている。さらに受光セル１０には、半導体基板１の上部に光を透過するシリコン酸化膜２が形成され、シリコン酸化膜２内の第１導電型正孔蓄積層１３と第１導電型正孔蓄積層１４と真上の一部分に反射防止膜１６（ＳｉＮ膜：シリコン窒化膜）が形成され、シリコン酸化膜２内の第１導電型正孔蓄積層１４と第２導電型拡散層１５との間にトランスファーゲート１１が形成され、全体の上部に開口の有る遮光層１７が形成されている。
【００２０】
ここで第１導電型正孔蓄積層１３は第１導電型正孔蓄積層１４よりも不純物濃度が高い。例えば第１導電型がＰ型であればホール濃度が高く、Ｎ型であれば浮遊電子濃度が高いということになる。
受光セル１０において遮光層１７の開口部分から光が入射すると、入射した光と暗電流とにより第２導電型拡散層１５に電荷が蓄積され、第２導電型拡散層１５に蓄積された電荷は、トランスファーゲート１１を介して第２導電型浮遊拡散層１２に転送された後、外部へ出力される。
【００２１】
同様に、図１（ｃ）、（ｄ）に示すように、遮光セル２０には、半導体基板１に、第２導電型拡散層２５が形成され、その上層に、第１導電型正孔蓄積層２３と第１導電型正孔蓄積層２４とが一定の割合で形成され、第１導電型正孔蓄積層２４に添って少し離れて第２導電型浮遊拡散層２２が形成されている。さらに遮光セル２０には、半導体基板１の上部に光を透過するシリコン酸化膜２が形成され、シリコン酸化膜２内の第１導電型正孔蓄積層２３と第１導電型正孔蓄積層２４と真上の一部分に反射防止膜２６（ＳｉＮ膜：シリコン窒化膜）が形成され、シリコン酸化膜２内の第１導電型正孔蓄積層２４と第２導電型拡散層２５との間にトランスファーゲート２１が形成され、全体の上部に開口の無い遮光層２７が形成されている。
【００２２】
ここで第１導電型正孔蓄積層２３は第１導電型正孔蓄積層２４よりも不純物濃度が高い。
遮光セル２０において遮光層２７には開口部分がないので光が入射しないため、暗電流のみにより第２導電型拡散層２５に電荷が蓄積され、第２導電型拡散層２５に蓄積された電荷は、トランスファーゲート２１を介して第２導電型浮遊拡散層２２に転送された後、外部へ出力される。
【００２３】
遮光セル２０が受光セル１０と異なるのは、遮光層１７には開口が有るのに対し遮光層２７には開口が無い点と、第１導電型正孔蓄積層２３と第１導電型正孔蓄積層２４との割合が、第１導電型正孔蓄積層１３と第１導電型正孔蓄積層１４との割合と異なる点である。
ここで、受光セル１０における第１導電型正孔蓄積層１３と第１導電型正孔蓄積層１４との境界線からトランスファーゲート１１までの間隔を第１オフセット量と呼び、遮光セル２０における第１導電型正孔蓄積層２３と第１導電型正孔蓄積層２４との境界線からトランスファーゲート２１までの間隔を第２オフセット量と呼ぶことにする。
【００２４】
第１オフセット量、及び第２オフセット量は、広い方が電荷が転送されやすく、反対に狭い方が暗電流による出力が低減されるという特性を持つので、これらの特性のトレードオフにより決定されなければならない。
ＯＢ段差が生じる場合には、その発生量に応じて、第２オフセット量を変化させることによりＯＢ段差を軽減し、さらには、第２オフセット量を適切な間隔に調整することにより、ＯＢ段差をほぼ完全に解消することもできる。
【００２５】
但し、第２オフセット量の調整に際しては、第１導電型正孔蓄積層２３と第１導電型正孔蓄積層２４とを合計した面積と、第１導電型正孔蓄積層１３と第１導電型正孔蓄積層１４とを合計した面積とをほぼ等しくしたまま、面積比率を調整することにより行うものとする。
＜適用例１＞
受光セルにおけるオフセット量が遮光セルにおけるオフセット量と同等である従来のＭＯＳ型撮像装置において、遮光セルの出力が、光を入射しないときの受光セルの出力に対して、位置に依存しない一定量のＯＢ段差をもっている場合に、当該ＯＢ段差を解消する一例を以下に説明する。
【００２６】
図２は、イメージエリアの概略及び水平方向の任意の列における各画素のオフセット量の違いを示す図である。
図２に示すように、イメージエリアの中央部分の有効画素に割り当てられた受光セルのオフセット量をＤｍ、イメージエリアの外枠部分のＯＢ部画素に割り当てられた遮光セルのオフセット量をＤｎとすると、以下の関係式が成り立つ。
Ｄｎ＜Ｄｍ  ・・・・・式１
図３（ａ）は、上記従来のＭＯＳ型撮像装置における任意の列の暗出力信号の分布を示す図であり、図３（ｂ）は、本願の適用例１のＭＯＳ型撮像装置における任意の列の暗出力信号の分布を示す図である。
【００２７】
従来のＭＯＳ型撮像装置において、図３（ａ）に示すようなＯＢ段差が生じていた場合には、当該ＯＢ段差は、適用例１のＭＯＳ型撮像装置によって図３（ｂ）に示すように解消する。
＜適用例２＞
受光セルにおけるオフセット量が遮光セルにおけるオフセット量と同等である従来のＭＯＳ型撮像装置において、遮光セルの出力が、光を入射しないときの受光セルの出力に対して、位置に依存するＯＢ段差をもっている場合に、当該ＯＢ段差を解消する一例を以下に説明する。適用例２では、遮光セルにおける出力が受光セルからの距離が遠くなるのにともない多くなる場合を想定する。
【００２８】
図４は、イメージエリアの概略及び水平方向の任意の列における各画素のオフセット量の違いを示す図である。
図４に示すように、イメージエリアの中央部分の有効画素に割り当てられた受光セルのオフセット量をＤｍ、イメージエリアの外枠部分のＯＢ部画素に割り当てられた遮光セルのオフセット量を、受光セルからの距離が近い順にＤｉ、Ｄｏとすると、以下の関係式が成り立つ。
Ｄｏ＜Ｄｉ＜Ｄｍ・・・・・式２
図５（ａ）は、上記従来のＭＯＳ型撮像装置における任意の列の暗出力信号の分布を示す図であり、図５（ｂ）は、本願の適用例２のＭＯＳ型撮像装置における任意の列の暗出力信号の分布を示す図である。
【００２９】
従来のＭＯＳ型撮像装置において、図５（ａ）に示すようなＯＢ段差が生じていた場合には、当該ＯＢ段差は、適用例２のＭＯＳ型撮像装置によって図５（ｂ）に示すように解消する。
＜適用例３＞
受光セルにおけるオフセット量が遮光セルにおけるオフセット量と同等である従来のＭＯＳ型撮像装置において、遮光セルの出力が、光を入射しないときの受光セルの出力に対して、位置に依存するＯＢ段差をもっている場合に、当該ＯＢ段差を解消する一例を以下に説明する。適用例３では、遮光セルにおける出力が全単位セルの外周からの距離が遠くなるのにともない多くなる場合を想定する。
【００３０】
図６は、イメージエリアの概略及び水平方向の任意の列における各画素のオフセット量の違いを示す図である。
図６に示すように、イメージエリアの中央部分の有効画素に割り当てられた受光セルのオフセット量をＤｍ、イメージエリアの外枠部分のＯＢ部画素に割り当てられた遮光セルのオフセット量を、全単位セルの外周からの距離が近い順にＤｏ、Ｄｉとすると、以下の関係式が成り立つ。
Ｄｉ＜Ｄｏ＜Ｄｍ  ・・・・・式３
図７（ａ）は、上記従来のＭＯＳ型撮像装置における任意の列の暗出力信号の分布を示す図であり、図７（ｂ）は、本願の適用例３のＭＯＳ型撮像装置における任意の列の暗出力信号の分布を示す図である。
【００３１】
従来のＭＯＳ型撮像装置において、図７（ａ）に示すようなＯＢ段差が生じていた場合には、当該ＯＢ段差は、適用例３のＭＯＳ型撮像装置によって図７（ｂ）に示すように解消する。
＜まとめ＞
以上のように本願のＭＯＳ型固体撮像装置によれば、ＯＢ段差の発生量に応じてオフセット量を調整するので、ＯＢ段差を軽減することができる。
【００３２】
従来のＭＯＳ型固体撮像装置では、第１オフセット量が適切な間隔に決定され、その間隔がそのまま第２オフセット量として決定される。つまり遮光セルのオフセット量は受光セルのオフセット量によって決まり、ＯＢ段差の発生量に応じてオフセット量を調整するいう構成も発想もない。
よって、従来よりもＯＢ段差を軽減することができ、またＯＢ段差を完全に解消することが可能である。
（実施の形態２）
＜概要＞
本発明の実施の形態２は、ＭＯＳ型固体撮像装置であって、単位セルの受光面上の反射防止膜の面積を、遮光セル（ＯＢ部画素に相当）の方が受光セル（有効画素に相当）よりも狭い構成とすることによって、ＯＢ段差を軽減するものである。
【００３３】
＜構成＞
本発明の実施の形態２のＭＯＳ型固体撮像装置には、受光素子を含む単位セルが複数個配列されており、単位セルには、入射光が遮光層により遮られて受光面に当たらない遮光セルと、入射光が遮光層により遮られることなく受光面に当たり、受光量に応じた輝度情報を蓄積する受光セルとがある。
【００３４】
図８（ａ）は本発明の実施の形態２のＭＯＳ型固体撮像装置における受光セルを受光面側から見た概略を示す図であり、図８（ｂ）は当該受光セルのＣ−Ｃ’断面における概略を示す図であり、図８（ｃ）は、本発明の実施の形態２のＭＯＳ型固体撮像装置における遮光セルを受光面側から見た概略を示す図であり、図８（ｄ）は、当該遮光セルのＤ−Ｄ’断面における概略を示す図である。
【００３５】
なお、実施の形態１と同様の構成には、同一番号を付し、その説明を省略する。
図８（ａ）、（ｂ）に示す受光セル１０は、実施の形態１と同様である。
図８（ｃ）、（ｄ）に示すように、遮光セル３０には、半導体基板１に、第２導電型拡散層３５が形成され、その上層に、第１導電型正孔蓄積層３３と第１導電型正孔蓄積層３４とが一定の割合で形成され、第１導電型正孔蓄積層３４に添って少し離れて第２導電型浮遊拡散層３２が形成されている。さらに遮光セル３０には、半導体基板１の上部に光を透過するシリコン酸化膜２が形成され、シリコン酸化膜２内の第１導電型正孔蓄積層３３と第１導電型正孔蓄積層３４と真上の一部分に反射防止膜３６（ＳｉＮ膜：シリコン窒化膜）が形成され、シリコン酸化膜２内の第１導電型正孔蓄積層３４と第２導電型拡散層３５との間にトランスファーゲート３１が形成され、全体の上部に開口の無い遮光層３７が形成されている。
【００３６】
ここで第１導電型正孔蓄積層３３は第１導電型正孔蓄積層３４よりも不純物濃度が高い。
遮光セル３０において遮光層３７には開口部分がないので光が入射しないため、暗電流のみにより第２導電型拡散層３５に電荷が蓄積され、第２導電型拡散層３５に蓄積された電荷は、トランスファーゲート３１を介して第２導電型浮遊拡散層２２に転送された後、外部へ出力される。
【００３７】
遮光セル３０が受光セル１０と異なるのは、遮光層１７には開口が有るのに対し遮光層３７には開口が無い点と、反射防止膜３６の面積が反射防止膜１６の面積と異なる点である。
反射防止膜３６の面積、及び反射防止膜１６の面積は、広い方が受光効率が高くなり感度が向上し、反対に狭い方が、生成時にかかるストレスが少ないためにダングリングボンドの発生量が少なく、かつシリコン窒化膜はシリコン酸化膜と比べて密度が高く水素拡散のバリア層として働くためにダングリングボンドを水素終端し暗出力を低減させる効果が高いという特性を持つので、これらの特性のトレードオフにより決定されなければならない。但しシリコン窒化膜は、アルミ等の金属膜よりはバリア性が低い。
【００３８】
ＯＢ段差が生じる場合には、その発生量に応じて、反射防止膜３６の面積を変化させることによりＯＢ段差を軽減し、さらには、反射防止膜３６の面積を適切な広さに調整することにより、ＯＢ段差をほぼ完全に解消することもできる。
なお、反射防止膜３６の面積の調整に際しては、遮光セル３０は受光しないものなので、受光効率は関係ないためダングリングボンドの水素終端性のみに着目して行えばよい。よって反射防止膜３６を完全に無くしてしまってもよい。
【００３９】
＜適用例１＞
受光セルにおける反射防止膜の面積が遮光セルにおける反射防止膜の面積と同等である従来のＭＯＳ型撮像装置において、遮光セルの出力が、光を入射しないときの受光セルの出力に対して、位置に依存しない一定量のＯＢ段差をもっている場合に、当該ＯＢ段差を解消する一例を以下に説明する。
【００４０】
図９は、イメージエリアの概略及び水平方向の任意の列における各画素の反射防止膜の面積の違いを示す図である。
図９に示すように、イメージエリアの中央部分の有効画素に割り当てられた受光セルの反射防止膜の面積をＡｍ、イメージエリアの外枠部分のＯＢ部画素に割り当てられた遮光セルの反射防止膜の面積をＡｎとすると、以下の関係式が成り立つ。
Ａｎ＜Ａｍ  ・・・・・式４
図１０（ａ）は、上記従来のＭＯＳ型撮像装置における任意の列の暗出力信号の分布を示す図であり、図１０（ｂ）は、本願の適用例１のＭＯＳ型撮像装置における任意の列の暗出力信号の分布を示す図である。
【００４１】
従来のＭＯＳ型撮像装置において、図１０（ａ）に示すようなＯＢ段差が生じていた場合には、当該ＯＢ段差は、適用例１のＭＯＳ型撮像装置によって図１０（ｂ）に示すように解消する。
＜適用例２＞
受光セルにおける反射防止膜の面積が遮光セルにおける反射防止膜の面積と同等である従来のＭＯＳ型撮像装置において、遮光セルの出力が、光を入射しないときの受光セルの出力に対して、位置に依存するＯＢ段差をもっている場合に、当該ＯＢ段差を解消する一例を以下に説明する。適用例２では、遮光セルにおける出力が受光セルからの距離が遠くなるのにともない多くなる場合を想定する。
【００４２】
図１１は、イメージエリアの概略及び水平方向の任意の列における各画素の反射防止膜の面積の違いを示す図である。
図１１に示すように、イメージエリアの中央部分の有効画素に割り当てられた受光セルの反射防止膜の面積をＡｍ、イメージエリアの外枠部分のＯＢ部画素に割り当てられた遮光セルの反射防止膜の面積を、受光セルからの距離が近い順にＡｉ、Ａｏとすると、以下の関係式が成り立つ。
Ａｏ＜Ａｉ＜Ａｍ・・・・・式５
図１２（ａ）は、上記従来のＭＯＳ型撮像装置における任意の列の暗出力信号の分布を示す図であり、図１２（ｂ）は、本願の適用例２のＭＯＳ型撮像装置における任意の列の暗出力信号の分布を示す図である。
【００４３】
従来のＭＯＳ型撮像装置において、図１２（ａ）に示すようなＯＢ段差が生じていた場合には、当該ＯＢ段差は、適用例２のＭＯＳ型撮像装置によって図１２（ｂ）に示すように解消する。
＜適用例３＞
受光セルにおける反射防止膜の面積が遮光セルにおける反射防止膜の面積と同等である従来のＭＯＳ型撮像装置において、遮光セルの出力が、光を入射しないときの受光セルの出力に対して、位置に依存するＯＢ段差をもっている場合に、当該ＯＢ段差を解消する一例を以下に説明する。適用例３では、遮光セルにおける出力が全単位セルの外周からの距離が遠くなるのにともない多くなる場合を想定する。
【００４４】
図１３は、イメージエリアの概略及び水平方向の任意の列における各画素の反射防止膜の面積の違いを示す図である。
図１３に示すように、イメージエリアの中央部分の有効画素に割り当てられた受光セルの反射防止膜の面積をＡｍ、イメージエリアの外枠部分のＯＢ部画素に割り当てられた遮光セルの反射防止膜の面積を、全単位セルの外周からの距離が近い順にＡｏ、Ａｉとすると、以下の関係式が成り立つ。
Ａｉ＜Ａｏ＜Ａｍ  ・・・・・式６
図１４（ａ）は、上記従来のＭＯＳ型撮像装置における任意の列の暗出力信号の分布を示す図であり、図１４（ｂ）は、本願の適用例３のＭＯＳ型撮像装置における任意の列の暗出力信号の分布を示す図である。
【００４５】
従来のＭＯＳ型撮像装置において、図１４（ａ）に示すようなＯＢ段差が生じていた場合には、当該ＯＢ段差は、適用例３のＭＯＳ型撮像装置によって図１４（ｂ）に示すように解消する。
＜まとめ＞
以上のように本願のＭＯＳ型固体撮像装置によれば、ＯＢ段差の発生量に応じて反射防止膜の面積を調整するので、ＯＢ段差を軽減することができる。
【００４６】
従来のＭＯＳ型固体撮像装置では、受光セルの反射防止膜の面積が適切な広さに決定され、その広さがそのまま遮光セルの反射防止膜の面積として決定される。つまり遮光セルの反射防止膜の面積は受光セルの反射防止膜の面積によって決まり、ＯＢ段差の発生量に応じて反射防止膜の面積を調整するいう構成も発想もない。
よって、従来よりもＯＢ段差を軽減することができ、またＯＢ段差を完全に解消することが可能である。
【００４７】
なお、実施の形態１と２とを組み合わせてもよい。
具体的には、ＯＢ段差の発生量に応じて、遮光セルのオフセット量と遮光セルの反射防止膜の面積との両方を調整する。この構成によれば、よりＯＢ段差を軽減することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、ＭＯＳ型固体撮像装置を用いるデジタルカメラ付き携帯電話等の撮像機器に広く適用することができる。本発明によって、消費電力が著しく低く、かつ画質の優れたデジタルカメラを提供することができるので、利用者の利便性、及び購買意欲の増進等に寄与することができ、その産業的利用価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施の形態１のＭＯＳ型固体撮像装置における受光セルを受光面側から見た概略を示す図であり、図１（ｂ）は当該受光セルのＡ−Ａ’断面における概略を示す図であり、図１（ｃ）は、本発明の実施の形態１のＭＯＳ型固体撮像装置における遮光セルを受光面側から見た概略を示す図であり、図１（ｄ）は、当該遮光セルのＢ−Ｂ’断面における概略を示す図である。
【図２】イメージエリアの概略及び水平方向の任意の列における各画素のオフセット量の違いを示す図である。
【図３】図３（ａ）は、上記従来のＭＯＳ型撮像装置における任意の列の出力信号の分布を示す図であり、図３（ｂ）は、本願の適用例１のＭＯＳ型撮像装置における任意の列の出力信号の分布を示す図である。
【図４】イメージエリアの概略及び水平方向の任意の列における各画素のオフセット量の違いを示す図である。
【図５】図５（ａ）は、上記従来のＭＯＳ型撮像装置における任意の列の出力信号の分布を示す図であり、図５（ｂ）は、本願の適用例２のＭＯＳ型撮像装置における任意の列の出力信号の分布を示す図である。
【図６】イメージエリアの概略及び水平方向の任意の列における各画素のオフセット量の違いを示す図である。
【図７】図７（ａ）は、上記従来のＭＯＳ型撮像装置における任意の列の出力信号の分布を示す図であり、図７（ｂ）は、本願の適用例３のＭＯＳ型撮像装置における任意の列の出力信号の分布を示す図である。
【図８】図８（ａ）は本発明の実施の形態２のＭＯＳ型固体撮像装置における受光セルを受光面側から見た概略を示す図であり、図８（ｂ）は当該受光セルのＣ−Ｃ’断面における概略を示す図であり、図８（ｃ）は、本発明の実施の形態２のＭＯＳ型固体撮像装置における遮光セルを受光面側から見た概略を示す図であり、図８（ｄ）は、当該遮光セルのＤ−Ｄ’断面における概略を示す図である。
【図９】イメージエリアの概略及び水平方向の任意の列における各画素の反射防止膜の面積の違いを示す図である。
【図１０】図１０（ａ）は、上記従来のＭＯＳ型撮像装置における任意の列の出力信号の分布を示す図であり、図１０（ｂ）は、本願の適用例１のＭＯＳ型撮像装置における任意の列の出力信号の分布を示す図である。
【図１１】イメージエリアの概略及び水平方向の任意の列における各画素のオフセット量の違いを示す図である。
【図１２】図１２（ａ）は、上記従来のＭＯＳ型撮像装置における任意の列の出力信号の分布を示す図であり、図１２（ｂ）は、本願の適用例２のＭＯＳ型撮像装置における任意の列の出力信号の分布を示す図である。
【図１３】イメージエリアの概略及び水平方向の任意の列における各画素の反射防止膜の面積の違いを示す図である。
【図１４】図１４（ａ）は、上記従来のＭＯＳ型撮像装置における任意の列の出力信号の分布を示す図であり、図１４（ｂ）は、本願の適用例３のＭＯＳ型撮像装置における任意の列の出力信号の分布を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１    半導体基板
２    シリコン酸化膜
１０    受光セル
１１    トランスファーゲート
１２    導電型浮遊拡散層
１３    導電型正孔蓄積層
１４    導電型正孔蓄積層
１５    導電型拡散層
１６    反射防止膜
１７    遮光層
２０    遮光セル
２１    トランスファーゲート
２２    導電型浮遊拡散層
２３    導電型正孔蓄積層
２４    導電型正孔蓄積層
２５    導電型拡散層
２６    反射防止膜
２７    遮光層
３０    遮光セル
３１    トランスファーゲート
３２    導電型浮遊拡散層
３３    導電型正孔蓄積層
３４    導電型正孔蓄積層
３５    導電型拡散層
３６    反射防止膜
３７    遮光層
【図３】
2007035993.tif 000003
【図５】
2007035993.tif 000004
【図７】
2007035993.tif 000005
【図１０】
2007035993.tif 000006
【図１２】
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【図１４】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１３】
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