(57)【要約】【課題】  良好な撮像画像を得ることのできる固体撮像素子を提供する。【解決手段】  受光領域の画定された半導体基板と、半導体基板内に形成されたウエルと、受光領域のウエル内に行列状に配置された電荷蓄積領域と、行列状に配置された電荷蓄積領域の列に沿って、受光領域のウエル内に形成された垂直転送チャネルと、受光領域を含む範囲の半導体基板表面上方に形成された遮光膜と、ウエル内に形成され、垂直転送チャネルの端部に結合された水平転送チャネルとを有し、受光領域は、電荷蓄積領域上方の遮光膜に開口部が形成されている第１の領域と、上方の遮光膜に開口部が形成されていない第２の領域と、第１の領域と第２の領域との間に、電荷蓄積領域の列方向に沿って画定され、ウエルが少なくとも部分的に形成されておらず、上方の遮光膜に開口部が形成されていない第３の領域とを含む固体撮像素子を提供する。【選択図】          図１
2007184467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光領域の画定された第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板内に形成された、前記第１導電型とは逆導電型の第２導電型のウエルと、
前記受光領域の前記ウエル内に行列状に配置され、入射光の光量に応じて生成された信号電荷を蓄積する複数の前記第１導電型の電荷蓄積領域と、
前記行列状に配置された電荷蓄積領域の列に沿って、前記受光領域の前記ウエル内に形成され、前記電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷が読み出され、読み出された前記信号電荷が前記列方向に転送される前記第１導電型の垂直転送チャネルと、
前記受光領域を含む範囲の前記半導体基板表面上方に形成された遮光膜と、
前記ウエル内に形成され、前記垂直転送チャネルの端部に結合され、前記垂直転送チャネルから転送された前記信号電荷が行方向に転送される前記第１導電型の水平転送チャネルと
を有し、
前記受光領域は、
前記電荷蓄積領域上方の前記遮光膜に開口部が形成されている第１の領域と、
上方の前記遮光膜に開口部が形成されていない第２の領域と、
前記第１の領域と前記第２の領域との間に、前記電荷蓄積領域の列方向に沿って画定され、前記ウエルが少なくとも部分的に形成されておらず、上方の前記遮光膜に開口部が形成されていない第３の領域と
を含む固体撮像素子。
【請求項２】
前記受光領域は、更に、前記第１の領域と前記第３の領域との間に、前記電荷蓄積領域の列方向に沿って画定され、少なくとも１列の前記垂直転送チャネルを含み、上方の前記遮光膜に開口部が形成されていない第４の領域を含む請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記第３の領域には、前記電荷蓄積領域及び前記垂直転送チャネルが形成されていない請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記第１導電型がｎ型である請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
受光領域の画定された第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板内に形成された、前記第１導電型とは逆導電型の第２導電型のウエルと、
前記受光領域の前記ウエル内に行列状に配置され、入射光の光量に応じて生成された信号電荷を蓄積する複数の前記第１導電型の電荷蓄積領域と、
前記行列状に配置された電荷蓄積領域の列に沿って、前記受光領域の前記ウエル内に形成され、前記電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷が読み出され、読み出された前記信号電荷が前記列方向に転送される前記第１導電型の垂直転送チャネルと、
前記受光領域を含む範囲の前記半導体基板表面上方に形成された遮光膜と、
前記ウエル内に形成され、前記垂直転送チャネルの端部に結合され、前記垂直転送チャネルから転送された前記信号電荷が行方向に転送される前記第１導電型の水平転送チャネルと
を有し、
前記受光領域は、
前記電荷蓄積領域上方の前記遮光膜に開口部が形成されている第１の領域と、
上方の前記遮光膜に開口部が形成されていない第２の領域と、
前記第１の領域と前記第２の領域との間に、前記列方向に沿って画定され、前記電荷蓄積領域及び前記垂直転送チャネルが形成されておらず、上方の前記遮光膜に開口部が形成されていない第３の領域と
を含む固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子、殊にオプティカルブラック領域を備える固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３（Ａ）〜（Ｅ）を用いて、ＣＣＤ型固体撮像素子の構成について説明する。図３（Ａ）及び（Ｂ）は、ＣＣＤ型固体撮像素子の構成を示す概略的な平面図であり、図３（Ｃ）は、画素ずらし配列されたＣＣＤ型固体撮像素子の受光領域の一部の概略的な平面図である。また、図３（Ｄ）は、ＣＣＤ型固体撮像素子の受光領域の一部の概略を示す断面図である。更に、図３（Ｅ）は、ＣＣＤ型固体撮像素子の水平転送チャネル及び電荷検出部の一部の概略を示す断面図である。
【０００３】
図３（Ａ）を参照する。ＣＣＤ型固体撮像素子は、たとえば正方行列状に配置された複数の感光領域６２、複数の感光領域６２の列に沿って形成された複数の垂直転送チャネル（垂直ＣＣＤ）６４、隣接する垂直転送チャネル６４の列間に形成されたチャネルストップ領域７６、受光領域（画素配列領域）６１外で複数の垂直転送チャネル６４に電気的に結合された水平転送チャネル（水平ＣＣＤ）６６、及び水平転送チャネル６６の端部に結合された電荷検出部６７を含んで構成される。なお、受光領域６１は感光領域６２及び垂直転送チャネル６４を含んで構成される。
【０００４】
感光領域６２は、感光素子、たとえばフォトダイオード及びトランスファーゲートを含んで構成される。フォトダイオードは、入射した光量に応じて信号電荷を発生、蓄積する。蓄積された信号電荷は、トランスファーゲートから垂直転送チャネル６４に読み出され、垂直転送チャネル６４内を、全体として水平転送チャネル６６に向かう方向（垂直方向、列方向）に転送される。垂直転送チャネル６４の端部まで転送された信号電荷は、水平転送チャネル６６内に転送される。
【０００５】
水平転送チャネル６６に転送された信号電荷は、水平転送チャネル６６内を、全体として垂直方向と交差する方向、たとえば水平方向（垂直方向と直交する方向、行方向）に転送された後、電荷検出部６７に転送される。電荷検出部６７においては、水平転送チャネル６６から転送された信号電荷を基に、電荷−電圧変換、及び信号の増幅が行われる。増幅された画像信号は、外部に取り出される。
【０００６】
なお、感光領域６２の配列は、図３（Ａ）に示したような行方向及び列方向にそれぞれ一定ピッチで正方行列的に配列されるテトラゴナル配列の他、行方向及び列方向に１つおきにたとえば１／２ピッチずつ位置をずらして配列される画素ずらし配列(pixel interleaved array; PIA)がある。
【０００７】
図３（Ｂ）は、画素ずらし配列されたＣＣＤ型固体撮像素子の概略的な平面図である。画素ずらし配列とは、第１の正方行列的に配列された感光領域と、その格子間位置に第２の正方行列的に配列された感光領域とからなる感光領域の配列のことをいう。垂直転送チャネル６４は、感光領域６２の間を蛇行するように形成される。この場合も、信号電荷は垂直転送チャネル６４内を全体として水平転送チャネル６６に向かう方向（垂直方向）に転送される。
【０００８】
図３（Ｃ）は、画素ずらし配列されたＣＣＤ型固体撮像素子の受光領域の一部の概略的な平面図である。
画素ずらし配列されたフォトダイオード６０の列に沿い、フォトダイオード６０の間を蛇行するように、垂直転送チャネル６４が形成されている。隣接する垂直転送チャネル６４の列間には、チャネルストップ領域７６が形成されている。チャネルストップ領域７６は、隣り合うフォトダイオード６０の列間を分離する素子分離領域でもある。垂直転送チャネル６４上方を覆うように、垂直転送電極（第１層垂直転送電極７５ａ、第２層垂直転送電極７５ｂ）が形成されている。フォトダイオード６０に入射した光が光電変換されて生じた信号電荷は、第１層垂直転送電極７５ａに読み出し電圧が印加されることによって、フォトダイオード６０から隣接する垂直転送チャネル６４に読み出される。図には、信号電荷が読み出される方向を矢印で示した。垂直転送チャネル６４に読み出された信号電荷は、垂直転送チャネル６４内を全体として水平転送チャネルに向かう方向（図においては下方向）に転送される。
【０００９】
図３（Ｄ）に、ＣＣＤ型固体撮像素子の受光領域の一部の概略的な断面を示す。たとえば、高抵抗率エピタキシャル層を形成したｎ型のシリコン基板である半導体基板８１に形成されたウエル層８２（たとえば、下層のウエル層ｐ領域８２ａ及び上層のウエル層ｐ−領域８２ｂを含んで構成される。）に、ｎ型の不純物添加領域で構成される電荷蓄積領域７１、及びその隣にｐ型のトランスファーゲート７２を介して、複数の電荷蓄積領域７１に近接したｎ型領域の垂直転送チャネル６４が形成されている。トランスファーゲート７２及び垂直転送チャネル６４上方には絶縁膜７４を介して、垂直転送電極７５が形成されている。隣り合う電荷蓄積領域７１間及び垂直転送チャネル６４下方にはｐ型またはｐ＋型のチャネルストップ領域７６が形成されている。
【００１０】
チャネルストップ領域７６は、電荷蓄積領域７１、垂直転送チャネル６４等の電気的な分離を行うための領域である。絶縁膜７４は、たとえば半導体基板８１表面上に形成された、酸化膜、窒化膜、酸化膜の積層構造（ＯＮＯ膜）である。垂直転送電極７５は、たとえばポリシリコンで形成される第１層垂直転送電極及び第２層垂直転送電極を含む。これらはアモルファスシリコンで形成することも可能である。垂直転送電極７５は、垂直転送チャネル６４及びトランスファーゲート７２のポテンシャルを制御することによって、電荷蓄積領域７１に蓄積された電荷を垂直転送チャネル６４に読み出し、読み出された電荷を垂直転送チャネル６４の列方向に転送する。
【００１１】
垂直転送電極７５上には、たとえばポリシリコンの熱酸化により得られる絶縁性の酸化シリコン膜７７が形成されている。
垂直転送電極７５上方には、絶縁性の酸化シリコン膜７７、基板全面上にＣＶＤ等で形成された酸化シリコン、窒化シリコン等の絶縁層を介して、たとえばタングステン（Ｗ）により遮光膜７９が形成されている。遮光膜７９には、電荷蓄積領域７１の上方に開口部７９ａが形成されている。遮光膜７９は、受光領域６１に入射する光が電荷蓄積領域７１以外の領域に入射するのを防止する。遮光膜７９上には、窒化シリコン膜７８が形成されている。なお、窒化シリコン膜７８は必ずしも必要ではない。
【００１２】
遮光膜７９上方には、たとえばＢＰＳＧ(boro-phospho silicateglass)でつくられた平坦化層８３ａが形成され、その平坦な表面上に、たとえば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色のカラーフィルタ層８４が形成される。その上を平坦化するために、更に平坦化層８４Ｂが形成される。平坦な表面を有する平坦化層８４Ｂ上には、たとえばフォトレジストパタンを溶融、固化してマイクロレンズ８５が形成される。マイクロレンズ８５は、各電荷蓄積領域７１の上方に、たとえば微小な半球状の凸レンズが配列されたものである。マイクロレンズ８５は入射光を電荷蓄積領域７１に集光する。１つのマイクロレンズ８５で集束される光は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のいずれかの色のカラーフィルタ層８４を通して１つの電荷蓄積領域７１（フォトダイオード）に入射する。したがって、複数のフォトダイオードは、それぞれ上方に形成された赤（Ｒ）のカラーフィルタ層８４を透過した光が入射するフォトダイオード、緑（Ｇ）のカラーフィルタ層８４を透過した光が入射するフォトダイオード、青（Ｂ）のカラーフィルタ層８４を透過した光が入射するフォトダイオードの３種類のフォトダイオードを含む。
【００１３】
入射光量に応じて電荷蓄積領域７１に蓄積された信号電荷は、トランスファーゲート７２上方の垂直転送電極７５に印加される駆動信号（読み出し電圧）により垂直転送チャネル６４に読み出され、垂直転送電極７５へ印加される駆動信号（転送電圧）により、垂直転送チャネル６４内を転送される。
【００１４】
なお、半導体基板８１には、基板引き抜き電圧として正の電圧が印加される。チャネルストップ領域７６の存在により、電荷蓄積領域７１と半導体基板８１との間のポテンシャルバリアは、垂直転送チャネル６４と半導体基板８１との間のそれよりも低い。このため、たとえばフォトダイオード（電荷蓄積領域７１）に過大な光が入射した場合、電荷蓄積領域７１から溢れる電荷（電子）は、ｐバリアを越えてｎ型の半導体基板８１に流れる。この機能を縦型オーバーフロードレイン（基板抜きシャッタ）という。
【００１５】
図３（Ｅ）は、ＣＣＤ型固体撮像素子の水平転送チャネル及び電荷検出部の一部の概略を示す断面図である。
ｎ型の水平転送チャネル６６は、たとえばｎ型半導体基板８１の表面部に形成されたｐ型のウエル層８２内に形成され、水平転送チャネル６６の上方には、絶縁膜７４を介して、第１層水平転送電極８７及び第２層水平転送電極８８が、水平転送チャネル６６の長さ方向に沿って交互に形成されている。
【００１６】
隣り合う第１層水平転送電極８７間の下方に形成された低濃度不純物領域（ｎ-型の領域）が逆流防止用ポテンシャルバリアを形成し、ｎ-型領域間のｎ型領域がポテンシャルウエルを形成している。ポテンシャルウエルと上流側（右側）のポテンシャルバリアが、１つの転送段を構成する。また、前述のように、水平転送チャネル６６の端部には、電荷検出部６７が形成されている。
【００１７】
第１層水平転送電極８７と第２層水平転送電極８８とは、転送段ごとに共通結線されている。信号電荷は、第１層水平転送電極８７及び第２層水平転送電極８８に印加される駆動信号（転送電圧）によって、水平転送チャネル６６内を水平方向左向きに転送される。第１層水平転送電極８７、及び第２層水平転送電極８８は、それぞれたとえば多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンで形成される。
【００１８】
最終段の転送段における水平転送チャネル６６は、出力ゲート電圧ＶＯＧを印加される転送部を介して、電荷検出部６７のフローティングディフージョン９０に接続されている。水平転送チャネル６６内を転送された信号電荷は、電荷検出部６７（フローティングディフージョン９０）に転送される。
【００１９】
電荷検出部６７は、ｎ++型のフローティングディフージョン９０、ｎ型のリセットゲート(resetgate; RS)９１、ｎ++型のリセットドレイン(reset drain; RD)９３、リセットゲート９１上方に、絶縁膜７４を介して形成されたリセットゲート電極９２、及びフローティングディフージョン９０と電気的に接続されたゲートを有するＭＯＳトランジスタを含むアンプ９４を含む。リセットゲート電極９２は、たとえば多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンで形成される。
【００２０】
信号電荷は、水平転送チャネル６６よりフローティングディフージョン９０に転送されて、フローティングディフージョン９０が電気的に分離された状態になったとき、転送された電荷とフローティングディフージョン９０の容量とにより、電荷−電圧変換される。変換された電圧信号はアンプ９４で増幅され、画像信号が出力される。
【００２１】
フローティングディフージョン９０に転送された信号電荷は電荷−電圧変換後、次画素の信号電荷が電荷検出部６７に送られる前に、リセットゲート９１を経てリセットドレイン９３に放出される。放出の際には、リセットゲート電極９２に一定の電圧ΦＲＧが印加される。
【００２２】
図４（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、受光領域（画素配列領域）をより詳細に説明する。
図４（Ａ）は、図３（Ａ）及び（Ｂ）に対応して、ＣＣＤ型固体撮像素子の構成を示す概略的な平面図である。なお、図４（Ａ）には、図３（Ａ）及び（Ｂ）には示した感光領域６２、垂直転送チャネル（垂直ＣＣＤ）６４、及びチャネルストップ領域７６を図示していない。
【００２３】
図４（Ａ）に示すように、受光領域（画素配列領域）６１は、有効画素領域５８及びオプティカルブラック領域５９を含んで構成される。有効画素領域５８は、受光領域（画素配列領域）６１の非周辺領域（中央部）に、たとえば矩形状に画定され、オプティカルブラック領域５９は有効画素領域５８を囲むように、受光領域（画素配列領域）６１の周辺領域に画定される。
【００２４】
図４（Ｂ）は、図４（Ａ）が図３（Ａ）に示したようなインターライン転送方式の固体撮像素子を示す平面図であったとしたときの、図４（Ａ）の４Ｂ−４Ｂ線に沿った断面図である。図３（Ｄ）に示す断面図に比べて、一部を簡略化して示した。
【００２５】
前述したように、受光領域（画素配列領域）６１は、有効画素領域５８及びオプティカルブラック領域５９を含む。両領域ともに、半導体基板８１に形成されたウエル層８２に、電荷蓄積領域７１、垂直転送チャネル６４、チャネルストップ領域７６が形成され、また、表面に絶縁膜７４の形成された半導体基板８１上方には、垂直転送電極７５、酸化シリコン膜７７、遮光膜７９が形成されている。
【００２６】
有効画素領域５８においては、電荷蓄積領域７１上方の遮光膜７９に開口部７９ａが形成されているのに対し、オプティカルブラック領域５９においては、遮光膜７９に開口部７９ａが形成されていない。（遮光膜７９が電荷蓄積領域７１上方を覆っている。）
図４（Ｃ）は、図４（Ａ）が図３（Ｂ）に示したような画素ずらし配列の固体撮像素子を示す平面図であったとしたときの、図４（Ａ）の４Ｂ−４Ｂ線に沿った断面図である。
【００２７】
図４（Ｂ）に示した断面図と比較した場合、垂直転送電極７５下方の垂直転送チャネル６４が、チャネルストップ領域７６によって２つに分けられて描かれている点において異なる。画素ずらし配列の固体撮像素子においても、有効画素領域５８とオプティカルブラック領域５９とは、電荷蓄積領域７１上方の遮光膜７９に開口部７９ａが形成されているか否かにおいて異なる。
【００２８】
オプティカルブラック領域５９においては、入射光が遮光膜７９で遮られるため、通常、オプティカルブラック領域５９では、フォトダイオードまたは垂直転送チャネル６４で生成される暗時ノイズのみが発生し、これがオプティカルブラック領域５９の信号となる。有効画素領域５８の正規の信号出力としては、オプティカルブラック領域５９の信号を黒基準信号とし、有効画素領域５８において得られた信号から黒基準信号（すなわち暗時ノイズ）を減じた値を採用することが多い。
【００２９】
通常、オプティカルブラック領域５９には、有効画素領域５８から信号電荷が侵入することはない。これは、前述の縦型オーバーフロードレイン機能のためである。
しかしながら、オプティカルブラック領域５９近傍の有効画素領域５８に、非常に強い光が入射した場合、光電変換で生じたウエル層８２内の電子は、ｎ型半導体基板８１に排出されずに拡散し、オプティカルブラック領域５９の垂直転送チャネル６４に漏れ込むことがある。殊に、電荷蓄積領域７１から垂直転送チャネル６４に信号電荷を読み出すため、トランスファーゲートに読み出しパルス電圧を印加しているときには、縦型オーバーフロードレイン構造のポテンシャルよりも、読み出し電圧を印加された電極下のポテンシャルが低くなる。このため、縦型オーバーフロードレインが十分には機能せず、オプティカルブラック領域５９への電荷の漏れ込みが、より生じやすくなると考えられる（たとえば、特許文献１参照）。
【００３０】
オプティカルブラック領域５９へ電荷が漏れ込むと、有効画素領域５８の正規の信号出力を算出する際、暗時ノイズに加えて漏れ込んだ成分をも黒基準信号として減じてしまうため、有効画素領域５８の信号が沈んでしまい、撮像画像が破綻する場合がある。
【００３１】
近年画素の微細化が進んでいるが、シリコン中への光の進入深さは変わらない。深い位置で発生したキャリアの移動を制御することは容易ではない。このため、上記不具合は、固体撮像素子が小型化されるにつれ発生しやすくなる。
【００３２】
【特許文献１】特開２００３−２２４２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
本発明の目的は、良好な撮像画像を得ることのできる固体撮像素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明の一観点によれば、受光領域の画定された第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板内に形成された、前記第１導電型とは逆導電型の第２導電型のウエルと、前記受光領域の前記ウエル内に行列状に配置され、入射光の光量に応じて生成された信号電荷を蓄積する複数の前記第１導電型の電荷蓄積領域と、前記行列状に配置された電荷蓄積領域の列に沿って、前記受光領域の前記ウエル内に形成され、前記電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷が読み出され、読み出された前記信号電荷が前記列方向に転送される前記第１導電型の垂直転送チャネルと、前記受光領域を含む範囲の前記半導体基板表面上方に形成された遮光膜と、前記ウエル内に形成され、前記垂直転送チャネルの端部に結合され、前記垂直転送チャネルから転送された前記信号電荷が行方向に転送される前記第１導電型の水平転送チャネルとを有し、前記受光領域は、前記電荷蓄積領域上方の前記遮光膜に開口部が形成されている第１の領域と、上方の前記遮光膜に開口部が形成されていない第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間に、前記電荷蓄積領域の列方向に沿って画定され、前記ウエルが少なくとも部分的に形成されておらず、上方の前記遮光膜に開口部が形成されていない第３の領域とを含む固体撮像素子が提供される。
【００３５】
また、本発明の他の観点によれば、受光領域の画定された第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板内に形成された、前記第１導電型とは逆導電型の第２導電型のウエルと、前記受光領域の前記ウエル内に行列状に配置され、入射光の光量に応じて生成された信号電荷を蓄積する複数の前記第１導電型の電荷蓄積領域と、前記行列状に配置された電荷蓄積領域の列に沿って、前記受光領域の前記ウエル内に形成され、前記電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷が読み出され、読み出された前記信号電荷が前記列方向に転送される前記第１導電型の垂直転送チャネルと、前記受光領域を含む範囲の前記半導体基板表面上方に形成された遮光膜と、前記ウエル内に形成され、前記垂直転送チャネルの端部に結合され、前記垂直転送チャネルから転送された前記信号電荷が行方向に転送される前記第１導電型の水平転送チャネルとを有し、前記受光領域は、前記電荷蓄積領域上方の前記遮光膜に開口部が形成されている第１の領域と、上方の前記遮光膜に開口部が形成されていない第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間に、前記列方向に沿って画定され、前記電荷蓄積領域及び前記垂直転送チャネルが形成されておらず、上方の前記遮光膜に開口部が形成されていない第３の領域とを含む固体撮像素子が提供される。
【発明の効果】
【００３６】
良好な撮像画像を得ることの可能な固体撮像素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
図１（Ａ）は、実施例によるＣＣＤ型固体撮像素子の構成を示す概略的な平面図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、図１（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線に沿う断面図である。
実施例によるＣＣＤ型固体撮像素子は、図４（Ａ）〜（Ｃ）にオプティカルブラック領域として示した領域における構造に特徴を有し、その他の部分の構造には、たとえば図３（Ａ）〜（Ｅ）を参照して説明した構造と同様の構造が採用される。
【００３８】
図１（Ａ）を参照する。図１（Ａ）は、図３（Ａ）及び（Ｂ）に対応する平面図である。図３（Ａ）及び（Ｂ）には示した感光領域６２、垂直転送チャネル（垂直ＣＣＤ）６４、及びチャネルストップ領域７６を図示していない。なお、本図においては、図の上下（縦）方向が垂直方向（列方向）であり、感光領域は、図の上下方向及び左右方向（横方向、行方向）に沿って形成されている。垂直転送チャネルは、テトラゴナル配列の場合は、図の上下方向に沿って、画素ずらし配列の場合は、図の上下方向に沿って蛇行するように、形成されている。
【００３９】
感光領域、垂直転送チャネル（垂直ＣＣＤ）等から構成される矩形状の受光領域（画素配列領域）６１は、有効画素領域５８、オプティカルブラック領域５９、及びウエルなし領域９５を含む。受光領域（画素配列領域）６１のサイズは、セルピッチ、画素数によって異なるが、たとえば縦４１００μｍ、横５５００μｍである。
【００４０】
有効画素領域５８は、受光領域（画素配列領域）６１の非周辺領域（中央部）に、たとえば矩形状に画定される。有効画素領域５８においては、電荷蓄積領域上方の遮光膜に開口部が形成されている。有効画素領域５８のサイズは、たとえば縦４０８０μｍ、横５４００μｍである。
【００４１】
オプティカルブラック領域５９は、洩れ光等の評価のために用いられる評価領域５９ａ、及び黒基準信号を測定するために用いられる黒基準信号測定領域５９ｂを含み、たとえば、有効画素領域５８を囲むように形成される。オプティカルブラック領域５９においては、電荷蓄積領域上方の遮光膜に開口部が形成されていない（遮光膜が電荷蓄積領域上方を覆っている）。なお、後述するように、オプティカルブラック領域５９は、必ずしも有効画素領域５８を囲むように形成されることを要しない。
【００４２】
実施例による固体撮像素子においては、評価領域５９ａが、有効画素領域５８に隣接する位置に、垂直方向に沿って形成されている。また、黒基準信号測定領域５９ｃが、受光領域（画素配列領域）６１の右側（電荷検出部６７の形成されている側とは反対側、水平方向の上流側）の端に、垂直方向に沿って形成されている。
【００４３】
ウエルなし領域９５は、評価領域５９ａと黒基準信号測定領域５９ｃとの間に、垂直方向に沿って形成される。また、上方には、開口部のない遮光膜が形成されている。
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）が図３（Ａ）に示したようなインターライン転送方式の固体撮像素子を示す平面図であったとしたときの、図１（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線に沿った断面図である。図３（Ｄ）に示す断面図に比べて、一部を簡略化して示した。
【００４４】
受光領域（画素配列領域）６１は、有効画素領域５８、オプティカルブラック領域５９、及びウエルなし領域９５を含む。有効画素領域５８及びオプティカルブラック領域５９においては、半導体基板８１に形成されたウエル層８２に、電荷蓄積領域７１、垂直転送チャネル６４、チャネルストップ領域７６が形成され、また、表面に絶縁膜７４の形成された半導体基板８１上方には、垂直転送電極７５、酸化シリコン膜７７、遮光膜７９が形成されている。
【００４５】
オプティカルブラック領域５９のうち、評価領域５９ａは、有効画素領域５８に隣接して形成され、少なくとも１列のフォトダイオード（電荷蓄積領域７１）を含んで構成される。
【００４６】
ウエルなし領域９５は、評価領域５９ａに隣接して、たとえば３〜１５μｍの幅に形成される。ウエルなし領域９５においては、半導体基板８１内部に、ウエル層８２が形成されない。また、電荷蓄積領域７１、垂直転送チャネル６４、チャネルストップ領域７６等の不純物添加領域も形成されない。
【００４７】
オプティカルブラック領域５９のうち、黒基準信号測定領域５９ｂは、ウエルなし領域９５に隣接して水平方向上流側に画定される領域である。
図１（Ｃ）は、図１（Ａ）が図３（Ｂ）に示したような画素ずらし配列の固体撮像素子を示す平面図であったとしたときの、図１（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線に沿った断面図である。
【００４８】
図１（Ｂ）に示した断面図と比較した場合、垂直転送電極７５下方の垂直転送チャネル６４が、チャネルストップ領域７６によって２つに分けられて描かれている点において異なる。
【００４９】
図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、評価領域５９ａ、黒基準信号測定領域５９ｂ、及びウエルなし領域９５を形成することにより、以下の効果を奏することができる。
まず、ウエルなし領域９５においては、半導体基板８１方向へのポテンシャルバリアを形成するｐ型のウエル層８２が形成されていない。すなわち、ウエルなし領域９５においては、半導体基板８１厚さ方向のバリアがないか、極めて低く、電子にとってポテンシャルの低い領域が、半導体基板８１の厚さ方向を貫通して形成されている。このため、ウエルなし領域９５に進入した電荷を、容易に半導体基板８１側に排出することができる。したがって、評価領域５９ａ近傍の有効画素領域５８に強い光が入射し、電荷が拡散した場合であっても、拡散した電荷は、ウエルなし領域９５において、半導体基板８１に排出され、電荷がウエルなし領域９５より水平方向上流側のオプティカルブラック領域５９（黒基準信号測定領域５９ｂ）に進入することを防止することができる。よって、黒基準信号測定領域５９ｂにおいて、正確な黒基準信号を測定することができる。これは、縦型オーバーフロードレインが十分に機能しない場合（電荷蓄積領域から垂直転送チャネルに信号電荷を読み出すため、トランスファーゲートに読み出しパルス電圧を印加している場合）であっても同様である。
【００５０】
評価領域５９ａは、有効画素領域５８からの影響量の評価に用いられる領域である。黒基準信号測定領域５９ｂで測定される電荷量と、評価領域５９ａで測定される電荷量とを比較することにより、スミア、ブルーミング等の有効画素領域５８からの電荷漏れ込み量の検出、評価が可能となる。また、水平転送チャネルにおける電荷転送効率を評価することも可能である。
【００５１】
本願発明者らは、実施例によるＣＣＤ型固体撮像素子（画素ずらし配列の固体撮像素子）を作製し、実験を行った。その結果、太陽等の高輝度被写体を撮影した場合であっても、有効画素領域５８の信号沈みが抑制され、良好な撮像画像が得られた。なお、抑制効果は、ウエルなし領域９５の幅に依存し、幅が広いほど抑制効果が大きいこともわかった。
【００５２】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図２（Ａ）〜（Ｄ）は、実施例の変形例を示す概略的な平面図である。
【００５３】
たとえば図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、オプティカルブラック領域５９は、有効画素領域５８を囲むように形成されている必要はない。
また、図２（Ｃ）に示すように、評価領域５９ａを形成せず、有効画素領域５８に隣接する位置に、ウエルなし領域９５を形成することもできる。
【００５４】
更に、図２（Ｄ）に示すように、ウエルなし領域９５の一部に、ウエルが形成されていてもかまわない。図２（Ｄ）には、ウエルが形成されている領域を、ウエル形成領域９５ａとして斜線を付して示した。
【００５５】
なお、本明細書においては、オプティカルブラック領域５９と、ウエルなし領域９５とを分けて記載したが、ウエルなし領域９５を、オプティカルブラック領域５９の一部と考えてもよい。
【００５６】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
ＣＣＤ型の固体撮像素子に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】（Ａ）は、実施例によるＣＣＤ型固体撮像素子の構成を示す概略的な平面図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線に沿う断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）は、実施例の変形例を示す概略的な平面図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、ＣＣＤ型固体撮像素子の構成を示す概略的な平面図であり、（Ｃ）は、画素ずらし配列されたＣＣＤ型固体撮像素子の受光領域の一部の概略的な平面図であり、（Ｄ）は、ＣＣＤ型固体撮像素子の受光領域の一部の概略を示す断面図であり、（Ｅ）は、ＣＣＤ型固体撮像素子の水平転送チャネル及び電荷検出部の一部の概略を示す断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、受光領域（画素配列領域）をより詳細に説明するための図である。
【符号の説明】
【００５９】
５８  有効画素領域
５９  オプティカルブラック領域
５９ａ  評価領域
５９ｂ  黒基準信号測定領域
６０  フォトダイオード
６１  受光領域
６２  感光領域
６４  垂直転送チャネル
６６  水平転送チャネル
６７  電荷検出部
７１  電荷蓄積領域
７２  トランスファーゲート
７４  絶縁膜
７５  垂直転送電極
７５ａ  第１層垂直転送電極
７５ｂ  第２層垂直転送電極
７６  チャネルストップ領域
７７  シリコン酸化膜
７８  窒化シリコン膜
７９  遮光膜
７９ａ  開口部
８１  半導体基板
８２  ウエル層
８３ａ、ｂ  平坦化層
８４  カラーフィルタ層
８５  マイクロレンズ
８７  第１層水平転送電極
８８  第２層水平転送電極
９０  フローティングディフージョン
９１  リセットゲート
９２  リセットゲート電極
９３  リセットドレイン
９４  アンプ
９５  ウエルなし領域
９５ａ  ウエル形成領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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