(57)【要約】【課題】オプティカルブラック部を遮光膜を用いないで実現することができ、これにより色ムラ等の撮像不良や黒ズレの画質異常を招くことがなく、さらには、チップサイズを小さくでき、製造プロセスにおける工程数を増加させることのない固体撮像素子を実現する。【解決手段】複数の画素をマトリクス状に配列してなる画素配列部１１０を有する固体撮像素子１００において、画素配列部１１０を、入射光の光電変換により得られた信号電荷を出力する有効画素部１１０ａと、該有効画素部１１０ａの周辺に位置し、該入射光量とは関係ない基準電荷を出力するオプティカルブラック部１１０ｂとに区分した構造とし、オプティカルブラック部１１０ｂでは、読出転送ゲート電極の平面パターンを、有効画素部１１０ａの読出転送ゲート電極の平面パターンの光電変換領域側の端部をｎ型光電変換領域に対して後退させた平面パターンとした。【選択図】図１
2013143555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の光電変換を行う光電変換領域を含む複数の画素と、該複数の画素の各列に沿って配置され、電荷を転送する電荷転送部とを有する撮像領域を備え、該撮像領域が、各画素で入射光量に応じて得られた信号電荷を出力する有効画素部と、該入射光量とは関係ない基準電荷を出力するオプティカルブラック部とを含む固体撮像素子であって、
該電荷転送部は、該電荷転送部を構成する転送チャネル領域に、対応する画素の光電変換領域で発生した電荷を読み出すための読み出しゲート電極を有し、
該オプティカルブラック部の読み出しゲート電極の平面形状は、
該有効画素部の読み出しゲート電極の平面形状を、該オプティカルブラック部の読み出しゲート電極が、該光電変換領域で発生した電荷が該転送チャネル領域に読み出されないよう該光電変換領域から離れて位置する平面形状に変更したものである、固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像素子において、
前記オプティカルブラック部に設けられている読み出しゲート電極の平面パターンは、該読み出しゲート電極から対応する光電変換領域までの距離が、前記有効画素部に設けられている読み出しゲート電極から対応する光電変換領域までの距離に比べて大きくなるよう、前記有効画素部における読み出しゲート電極の平面パターンの該光電変換領域側の端部を後退させたものである、固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１に記載の固体撮像素子において、
前記オプティカルブラック部に設けられている読み出しゲート電極の配置は、該読み出しゲート電極から対応する光電変換領域までの距離が、前記有効画素部における読み出しゲート電極から対応する光電変換領域までの距離に比べて大きくなるよう、前記有効画素部における読み出しゲート電極の配置を変更したものである、固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の固体撮像素子において、
前記オプティカルブラック部では、前記読み出しゲート電極と対応する前記光電変換領域との距離が０．１μｍ以上かつ１．０μｍ以下の範囲である固体撮像素子。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の固体撮像素子において、
前記オプティカルブラック部はその光電変換領域に前記有効画素部の光電変換領域と同様に入射光が入射するよう構成されている固体撮像素子。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の固体撮像素子において、
前記読み出しゲート電極は、前記電荷転送部における前記電荷の転送を行うための転送ゲート電極を兼ねる読出転送ゲート電極である、固体撮像素子。
【請求項７】
請求項６に記載の固体撮像素子において、
前記電荷転送部は、前記読出転送ゲート電極に加えて、前記電荷転送部における前記電荷の転送のみを行う転送専用ゲート電極を含む、固体撮像素子。
【請求項８】
請求項７に記載の固体撮像素子において、
前記電荷転送部では、
前記読出転送ゲート電極と前記転送専用ゲート電極とが画素毎に対をなすよう、前記転送チャネル領域に沿って交互に配置されている、固体撮像素子。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の固体撮像素子において、
前記読出転送ゲート電極および前記転送専用ゲート電極はそれぞれ、遮光膜により覆われている、固体撮像素子。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の固体撮像素子において、
前記オプティカルブラック部における転送チャネル領域は、
前記有効画素部における転送チャネル領域と同一の平面パターンを有する、固体撮像素子。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の固体撮像素子において、
前記オプティカルブラック部における画素を構成する光電変換領域は、
前記有効画素部における画素を構成する光電変換領域と同一の平面パターンを有する、固体撮像素子。
【請求項１２】
入射光の光電変換を行う光電変換領域を含む複数の画素と、該複数の画素の各列に沿って配置され、電荷を転送する電荷転送部とを有する撮像領域を備え、該撮像領域が、各画素で入射光量に応じて得られた信号電荷を出力する有効画素部と、該入射光量とは関係ない基準電荷を出力するオプティカルブラック部とを含む固体撮像素子を製造する方法であって、
該電荷転送部を構成する転送チャネル領域に該光電変換領域で発生した電荷を読み出すための読み出しゲート電極を形成するステップを含み、
該読み出しゲート電極を形成するステップでは、
該オプティカルブラック部における読み出しゲート電極のパターニングと、該有効画素部における読み出しゲート電極のパターニングとを同一のパターニングマスクを用いて同時に行い、該オプティカルブラック部の読み出しゲート電極として、該オプティカルブラック部では該光電変換領域で発生した電荷が該転送チャネル領域に読み出されないよう、該光電変換部から離れて位置する読み出しゲート電極を形成する、固体撮像素子の製造方法。
【請求項１３】
被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、
該撮像部は、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の固体撮像素子を含む電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子情報機器に関し、特に、固体撮像素子における遮光膜のないオプティカルブラック部の構成、およびこのようなオプティカルブラック部を形成する方法、並びに、遮光膜のないオプティカルブラック部を含む固体撮像素子を備えた電子情報機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から二次元イメージセンサーなどでは、ＣＣＤ型固体撮像素子やＣＭＯＳ型固体撮像素子が用いられている。
【０００３】
図１１は、従来のＣＣＤ型固体撮像素子を説明する図であり、図１１（ａ）はその全体構成を概略的に示し、図１１（ｂ）はその具体的な構成を示す平面図である。
【０００４】
図１１（ａ）に示すように、二次元イメージセンサーなどで用いられるＣＣＤ型固体撮像素子（以下、単に固体撮像素子ともいう。）２００では、画素Ｐを行列状に配列してなる画素配列部２１０を、入射光量に応じた信号電荷を生成する有効画素部２１０ａと、該入射光量とは関係ない基準電荷を出力するオプティカルブラック部２１０ｂとに区分し、オプティカルブラック部２１０ｂから出力される基準電荷に基づいて、有効画素部２１０ａで得られた信号電荷を処理するための基準レベル（黒レベル）を設定している。
【０００５】
オプティカルブラック部２１０ｂは、固体撮像素子２００の画素配列部２１０における有効画素部２１０ａの外側に配置されており、オプティカルブラック部２１０ｂでは、全体が例えばＡｌ等遮光性の高い金属からなる遮光膜で被覆され、各画素Ｐを構成する受光部（光電変換領域）２１３ｂ（図１２参照）には光が入射しない構造となっている。
【０００６】
また、画素配列部２１０では、行列状に配列された複数の画素Ｐの列毎に垂直転送部２０２が設けられ、垂直転送部２０２の転送終端側には水平転送部２０３が設けられている。さらに水平転送部２０３の転送終端側には、水平転送部２０３から転送されてきた電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部（以下、ＦＤ部という。）（図示せず）が設けられ、さらに、該ＦＤ部に蓄積された電荷量に応じた電圧信号を発生して撮像信号として出力する出力部２０４が設けられている。
【０００７】
なお、このＣＣＤ型固体撮像素子では、行列状に配列された複数の画素と、各画素列に対応して設けられた垂直転送部とにより、被写体の撮像を行うための撮像領域が構成されている。
【０００８】
図１２は、図１１（ｂ）におけるＣ−Ｃ’線部分の断面構造を示している。
【０００９】
図１２に示すように、固体撮像素子２００を構成するｎ型半導体基板（ｎ型シリコン基板）２０１上にはｐ型ウェル領域２０１ａが形成されている。
【００１０】
有効画素部２１０ａでは、このｐ型ウェル領域２０１ａの表面部分には、画素Ｐを構成する複数の受光部（光電変換領域）としてｎ型拡散領域２１３ａが形成され、画素列毎に、垂直転送部２０２を構成するｎ型垂直転送チャネル領域２１４が形成されている。また、ｎ型垂直転送チャネル領域２１４と、その一方側の受光部としてのｎ型拡散領域２１３ａとの間には、一方側のｎ型拡散領域２１３ａから電荷をｎ型チャネル領域２１４に読み出すためのｐ型読出チャネル領域２１８が形成されている。また、ｎ型垂直転送チャネル領域２１４と、その他方側の受光部としてのｎ型拡散領域２１３ａとの間には、他方側のｎ型拡散領域２１３ａから電荷がｎ型転送チャネル領域２１４に入り込まないようにチャネルストップとしての高濃度のｐ型拡散領域２１５が形成されている。
【００１１】
各垂直転送部２０２のｎ型垂直転送チャネル領域２１４上には、ゲート絶縁膜（図示せず）を介して読出転送ゲート電極２１２ａと転送専用ゲート電極（図示せず）とが垂直転送方向に沿って交互に配置されており、隣接する読出転送ゲート電極２１２ａと転送専用ゲート電極とが各画素に対応するよう配置されている。ここで、読出転送ゲート電極２１２ａは、ｎ型垂直転送チャネル領域２１４での電荷転送を行うためのゲート電極と、ｎ型拡散領域２１３ａからｎ型垂直転送チャネル領域２１４への電荷の読み出しを行うためのゲート電極とを兼ねている。転送専用ゲート電極（図示せず）は、ｎ型垂直転送チャネル領域２１４での電荷転送のみを行うためのゲート電極である。
【００１２】
また、オプティカルブラック部２１０ｂにおいても、ｐ型ウェル領域２０１ａの表面部分には、画素Ｐを構成する複数の受光部（光電変換領域）としてｎ型拡散領域２１３ｂが形成され、画素列毎に、垂直転送部２０２を構成するｎ型垂直転送チャネル領域２１４が形成されている。また、ｎ型垂直転送チャネル領域２１４と、その一方側の受光部としてのｎ型拡散領域２１３ｂとの間には、一方側のｎ型拡散領域２１３ｂから電荷をｎ型垂直転送チャネル領域２１４に読み出すためのｐ型読出チャネル領域２１８が形成されている。また、ｎ型垂直転送チャネル領域２１４と、その他方側の受光部としてのｎ型拡散領域２１３ｂとの間には、他方側のｎ型拡散領域２１３ｂから電荷がｎ型垂直転送チャネル領域２１４に入り込まないようにチャネルストップとしての高濃度のｐ型拡散領域２１５が形成されている。
【００１３】
さらに、オプティカルブラック部２１０ｂにおいても、各垂直転送部２０２のｎ型垂直転送チャネル領域２１４上には、ゲート絶縁膜（図示せず）を介して読出転送ゲート電極２１２ｂと転送専用ゲート電極（図示せず）とが垂直転送方向に沿って交互に配置されており、隣接する読出転送ゲート電極２１２ｂと転送専用ゲート電極とが各画素に対応するよう配置されている。ここで、読出転送ゲート電極２１２ｂは、ｎ型垂直転送チャネル領域２１４での電荷転送を行うためのゲート電極と、ｎ型拡散領域２１３ｂからｎ型垂直転送チャネル領域２１４への電荷の読み出しを行うためのゲート電極とを兼ねている。転送専用ゲート電極（図示せず）は、ｎ型垂直転送チャネル領域２１４での電荷転送のみを行うためのゲート電極である。
【００１４】
そして、読出転送ゲート電極２１２ａ、２１２ｂおよび転送専用ゲート電極の表面には絶縁膜２０５が形成され、さらにそれらの表面は電極遮光膜２１６により覆われており、これらのゲート電極上には層間埋め込み膜２１１が形成されている。
【００１５】
そして、この層間埋め込み膜２１１上には、アルミ膜からなる遮光膜２１７がオプティカルブラック部２１０ｂ上にのみ位置するよう選択的に形成され、その上をＳｉＮ膜などの保護膜（図示せず）で覆っている。
【００１６】
さらに、有効画素部２１０ａの層間埋め込み膜２１１およびオプティカルブラック部２１０ｂの遮光膜２１７の表面上に跨って平坦化膜２０６ａが形成され、この平坦化膜２０６ａ上にはインナーレンズ２０９ａが各受光部２１３上に位置するよう配置されている。
【００１７】
さらに、このインナーレンズ２０９ａ上には平坦化膜（アクリル膜）２０８が形成され、この平坦化膜２０８上には、受光部２１３ａ、２１３に対応するよう赤色カラーフィルタ２０７ａおよび青色カラーフィルタ２０７ｂが形成され、各カラーフィルタ上には保護膜（アクリル膜）２０６ｂを介して、各受光部２１３に対応するようマイクロレンズ２０９ｂが形成されている。
【００１８】
次に動作について説明する。
【００１９】
このような固体撮像素子２００では、オプティカルブラック部２１０ｂは遮光膜２１７で遮光されているので、オプティカルブラック部２１０ｂの受光部２１３ｂでは光電変換は行わない。一方、有効画素部２１０ａには遮光膜２１７は形成されていないので、有効画素部２１０ａの受光部２１３ａでは光電変換が行われ、電荷が蓄積される。
【００２０】
従って、有効画素部２１０ａでは、垂直転送部２０２の読出転送ゲート電極２１２ａに駆動電圧が印加されると、受光部２１３ａに蓄積されている電荷が垂直転送部２０２に読み出され、水平転送部２０３へ転送されることとなる。水平転送部２０３に転送された電荷はさらにＦＤ部（図示せず）に転送され、ＦＤ部で信号電圧に変換されて出力部２０４から光電変換信号として出力される。
【００２１】
一方、オプティカルブラック部２１０ｂでは、垂直転送部２０２の読出転送ゲート電極２１２ｂに駆動電圧が印加されても、受光部２１３ｂには電荷が蓄積されていないため、受光部２１３ｂから、光電変換により得られた電荷が垂直転送部２０２に読み出されることはない。ただし、オプティカルブラック部２１０ｂの垂直転送部２０２では、光が照射されていない状態で発生した基準電荷が水平転送部２０３へ転送されることとなる。水平転送部２０３に転送された基準電荷はさらにＦＤ部（図示せず）に転送され、ＦＤ部で電圧信号に変換されて出力部２０４から基準信号（黒レベル信号）として出力される。
【００２２】
そして、固体撮像素子の周辺回路部は、有効画素部２１０ａから読み出された光電変換信号と、オプティカルブラック部２１０ｂから読み出された基準信号とに基づいて、基準信号に相等する黒レベルに対して相対的に光電変換信号に相等する輝度レベルを検出し、検出した輝度レベルを示す信号を撮像信号として出力する。
【００２３】
このような輝度レベルとして黒レベルを示す、光電変換信号に対する基準信号は、オプティカルブラック部を有効画素部で用いていない遮光膜で覆うことにより、オプティカルブラック部で作り出される。
【００２４】
なお、特許文献１には、ＣＣＤ型固体撮像素子において、ｐ型読出チャネル領域２１８に代えてチャネルストップとしての高濃度のｐ型拡散領域２１５を用いたり、あるいは受光部を構成するｎ型拡散領域の縮小により受光部を垂直転送部から離したりして、垂直転送部に対応する画素からの電荷が読み出されないようにすることで、遮光膜を用いないで撮像領域のオプティカルブラック部を実現したものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特開平８−７８６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
以上説明したように、従来の固体撮像素子では、撮像領域のオプティカルブラック部には光を透過させない遮光膜が形成されている。この遮光膜は、撮像領域周辺に位置する周辺回路の配線を構成する導電性膜で構成されていることが多く、Ａｌ膜、Ｔｉ膜、およびＴｉＮ膜の積層構造の膜で構成されており、０．３μｍから１μｍ程度の膜厚を有する。
【００２７】
このため、遮光膜が無い有効画素部と遮光膜があるオプティカルブラック部の境界ＨＢ（図１２参照）で段差が発生し、遮光膜を形成した後にカラーフィルタやレンズを形成する工程で、カラーフィルタやレンズの膜厚や形状が不均一になり、色ムラ等の撮像不良を引き起こす問題が生じる。
【００２８】
また、撮像領域におけるオプティカルブラック部だけに、Ｔｉ膜やＴｉＮ膜といった水素を吸着しやすい膜が存在するため、最終的な工程として行われる、異種材料の界面での結晶欠陥を修復する水素アニール処理の効果が遮光膜により阻害され、有効画素部とオプティカルブラック部とで暗電流に差が生じ、有効画素部の黒レベルとオプティカルブラック部の黒レベルとのズレに起因して画質異常が発生する。
【００２９】
さらに、有効画素部の遮光膜近くを通過する光が遮光膜の側縁部で回折し、オプティカルブラック部の受光部に集光することがあるため、オプティカルブラック部の有効画素部に近い領域で得られる画素信号のレベルは、黒レベルとして使用することができない。そのため、オプティカルブラック部における画素の数を増やし、オプティカルブラック部の、遮光膜の側縁から十分はなれた中央部分の画素からの画素信号に基づいて黒レベルを設定する必要があり、チップサイズが大きくなってしまう。
【００３０】
さらに、特許文献１では、ＣＣＤ型固体撮像素子において、オプティカルブラック部ではｐ型読出チャネル領域２１８に代えてチャネルストップとしての高濃度のｐ型拡散領域２１５を配置したり、受光部を構成するｎ型拡散領域を縮小して受光部を垂直転送部から離したものが開示されているが、このような構成では、有効画素部とオプティカルブラック部とで、半導体基板に形成される拡散領域のレイアウトが異なるものとなり、有効画素部とオプティカルブラック部とでの暗電流の差により、有効画素部の黒レベルとオプティカルブラック部の黒レベルとのズレに起因した画質異常が発生するといった問題がある。
【００３１】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、有効画素部とオプティカルブラック部とで、半導体基板に形成される拡散領域のレイアウトを変えることなく、オプティカルブラック部における遮光膜を不要とすることができ、しかも色ムラ等の撮像不良や黒ズレの画質異常を招くことがなく、チップサイズが小さく、製造プロセスが簡単な固体撮像素子およびその製造方法、並びにこのような固体撮像素子を備えた電子情報機器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本発明に係る固体撮像素子は、入射光の光電変換を行う光電変換領域を含む複数の画素と、該複数の画素の各列に沿って配置され、電荷を転送する電荷転送部とを有する撮像領域を備え、該撮像領域が、各画素で入射光量に応じて得られた信号電荷を出力する有効画素部と、該入射光量とは関係ない基準電荷を出力するオプティカルブラック部とを含む固体撮像素子であって、該電荷転送部は、該電荷転送部を構成する転送チャネル領域に、対応する画素の光電変換領域で発生した電荷を読み出すための読み出しゲート電極を有し、該オプティカルブラック部の読み出しゲート電極の平面形状は、該有効画素部の読み出しゲート電極の平面形状を、該オプティカルブラック部の読み出しゲート電極が、該光電変換領域で発生した電荷が該転送チャネル領域に読み出されないよう該光電変換領域から離れて位置する平面形状に変更したものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３３】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記オプティカルブラック部に設けられている読み出しゲート電極の平面パターンは、該読み出しゲート電極から対応する光電変換領域までの距離が、前記有効画素部に設けられている読み出しゲート電極から対応する光電変換領域までの距離に比べて大きくなるよう、前記有効画素部における読み出しゲート電極の平面パターンの該光電変換領域側の端部を後退させたものであることが好ましい。
【００３４】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記オプティカルブラック部に設けられている読み出しゲート電極の配置は、該読み出しゲート電極から対応する光電変換領域までの距離が、前記有効画素部における読み出しゲート電極から対応する光電変換領域までの距離に比べて大きくなるよう、前記有効画素部における読み出しゲート電極の配置を変更したものであることが好ましい。
【００３５】
本発明は、固体撮像素子において、前記オプティカルブラック部では、前記読み出しゲート電極と対応する前記光電変換領域との距離が０．１μｍ以上かつ１．０μｍ以下の範囲であることが好ましい。
【００３６】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記オプティカルブラック部はその光電変換領域に前記有効画素部の光電変換領域と同様に入射光が入射するよう構成されていることが好ましい。
【００３７】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記読み出しゲート電極は、前記電荷転送部における前記電荷の転送を行うための転送ゲート電極を兼ねる読出転送ゲート電極であることが好ましい。
【００３８】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記電荷転送部は、前記読出転送ゲート電極に加えて、前記電荷転送部における前記電荷の転送のみを行う転送専用ゲート電極を含むことが好ましい。
【００３９】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記電荷転送部では、前記読出転送ゲート電極と前記転送専用ゲート電極とが画素毎に対をなすよう、前記転送チャネル領域に沿って交互に配置されていることが好ましい。
【００４０】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記読出転送ゲート電極および前記転送専用ゲート電極はそれぞれ、遮光膜により覆われていることが好ましい。
【００４１】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記オプティカルブラック部における転送チャネル領域は、前記有効画素部における転送チャネル領域と同一の平面パターンを有することが好ましい。
【００４２】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記オプティカルブラック部における画素を構成する光電変換領域は、前記有効画素部における画素を構成する光電変換領域と同一の平面パターンを有することが好ましい。
【００４３】
本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、入射光の光電変換を行う光電変換領域を含む複数の画素と、該複数の画素の各列に沿って配置され、電荷を転送する電荷転送部とを有する撮像領域を備え、該撮像領域が、各画素で入射光量に応じて得られた信号電荷を出力する有効画素部と、該入射光量とは関係ない基準電荷を出力するオプティカルブラック部とを含む固体撮像素子を製造する方法であって、該電荷転送部を構成する転送チャネル領域に該光電変換領域で発生した電荷を読み出すための読み出しゲート電極を形成するステップを含み、該読み出しゲート電極を形成するステップでは、該オプティカルブラック部における読み出しゲート電極のパターニングと、該有効画素部における読み出しゲート電極のパターニングとを同一のパターニングマスクを用いて同時に行い、該オプティカルブラック部の読み出しゲート電極として、該オプティカルブラック部では該光電変換領域で発生した電荷が該転送チャネル領域に読み出されないよう、該光電変換部から離れて位置する読み出しゲート電極を形成するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４４】
本発明に係る電子情報機器は、被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、該撮像部は、上述した本発明に係る固体撮像素子を含むものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４５】
次に作用について説明する。
【００４６】
本発明においては、電荷転送部を構成する転送チャネル領域に、対応する画素の光電変換領域で発生した電荷を読み出すための読み出しゲート電極を有する固体撮像素子において、オプティカルブラック部の読み出しゲート電極の平面形状は、有効画素部の読み出しゲート電極の平面形状を、該オプティカルブラック部の読み出しゲート電極が、該光電変換領域で発生した電荷が該転送チャネル領域に読み出されないよう該光電変換領域から離れて位置する平面形状に変更したものであるので、オプティカルブラック部を、遮光膜を用いることなく実現することができる。
【００４７】
つまり、オプティカルブラック部と有効画素部とをともに遮光膜のない断面構造とすることができ、オプティカルブラック部と有効画素部との境界部における段差起因による色ムラ等の不良を回避でき、また、異種材料の界面での結晶欠陥を修復する水素アニール処理の効果が遮光膜により阻害されることがなくなり、有効画素部とオプティカルブラック部との暗電流の差により、有効画素部の黒レベルとオプティカルブラック部の黒レベルとのズレに起因して画質異常が発生することもない。
【００４８】
さらに、有効画素部の遮光膜近くを通過する光が遮光膜の側縁部で回折する現象が生ずることはなく、オプティカルブラック部に配置する画素の数に、遮光膜の側縁部で入射光の回折を考慮して余裕を持たせる必要もなくなり、チップサイズを小さくできる。
【００４９】
さらには、遮光膜を形成する工程を削除して製造プロセスを簡略化することができる。
【００５０】
また、本発明では、読み出しゲート電極の平面パターンを、オプティカルブラック部と有効画素部とで変えているだけであるので、半導体基板内に形成される拡散領域のレイアウトをオプティカルブラック部と有効画素部とで同一にすることができ、これらの領域で拡散領域のレイアウトが異なることに起因する、有効画素部とオプティカルブラック部とでの暗電流の差により、有効画素部の黒レベルとオプティカルブラック部の黒レベルとのズレが生じて画質異常が発生するのを回避できる。
【発明の効果】
【００５１】
以上のように、本発明によれば、有効画素部とオプティカルブラック部とで、半導体基板に形成される拡散領域のレイアウトを変えることなく、オプティカルブラック部における遮光膜を不要とすることができ、これにより、有効画素部とオプティカルブラック部での暗電流の差が生ずるのを回避できる。
【００５２】
また、撮像領域の全体でカラーフィルタやレンズの膜厚や形状が均一になり、しかも水素アニール処理の効果が阻害されることがなく、この結果、色ムラ等の撮像不良や黒ズレの画質異常を招くことがない。
【００５３】
さらには、チップサイズを小さくでき、製造プロセスにおける工程数を増加させることのない。
【００５４】
このように、本発明によれば、有効画素部とオプティカルブラック部とで、半導体基板に形成される拡散領域のレイアウトを変えることなく、オプティカルブラック部における遮光膜を不要とすることができ、しかも色ムラ等の撮像不良や黒ズレの画質異常を招くことがなく、チップサイズが小さく、製造プロセスが簡単な固体撮像素子およびその製造方法、並びにこのような固体撮像素子を備えた電子情報機器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本発明の実施形態１によるＣＣＤ型固体撮像素子を説明する図であり、図１（ａ）は全体構成を概略的に示し、図１（ｂ）は、その具体的な構成を示す平面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態１によるＣＣＤ型固体撮像素子を説明する図であり、図１（ｂ）におけるＡ−Ａ’線部分の断面構造を示している。
【図３】図３は、本発明の実施形態１によるＣＣＤ型固体撮像素子を説明する図であり、図２に示す断面構造の一部を拡大して示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態１によるＣＣＤ型固体撮像素子を説明する図であり、有効画素部における読み出しチャネル領域でのポテンシャルレベルの変化（図４（ａ））およびオプティカルブラック部における読み出しチャネル領域でのポテンシャルレベルの変化（図４（ｂ））を示している。
【図５】図５は、本発明の実施形態１によるＣＣＤ型固体撮像素子を説明する図であり、図１（ｂ）におけるＡ１部分を拡大して示している。
【図６】図６は、本発明の実施形態１による固体撮像素子の製造方法を工程順（図６（ａ）〜図６（ｃ））に説明する図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態２によるＣＣＤ型固体撮像素子を説明する図であり、図７（ａ）はその全体構成を概略的に示し、図７（ｂ）は、その具体的な構成を示している。
【図８】図８は、本発明の実施形態２によるＣＣＤ型固体撮像素子を説明する図であり、図７（ｂ）におけるＢ−Ｂ’線部分における断面構造を示している。
【図９】図９は、本発明の実施形態２によるＣＣＤ型固体撮像素子を説明する図であり、図７（ｂ）におけるＢ１部分を拡大して示している。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態３として、実施形態１あるいは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１１】図１１は、従来のＣＣＤ型固体撮像素子を説明する図であり、図１１（ａ）はその全体構成を概略的に示し、図１１（ｂ）は、その具体的な構成を示している。
【図１２】図１２は、従来のＣＣＤ型固体撮像素子を説明する図であり、図１１（ｂ）におけるＣ−Ｃ’線部分の断面構造を示している。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００５７】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１によるＣＣＤ型固体撮像素子を説明する図であり、図１（ａ）は全体構成を概略的に示し、図１（ｂ）は、ＣＣＤ型固体撮像素子の構成を具体的に示す平面図である。図２は、図１（ｂ）におけるＡ−Ａ’線部分の断面構造を示す図である。図３は、図２に示す断面構造の一部を拡大して示す図である。
【００５８】
このＣＣＤ型固体撮像素子１００は、ｎ型シリコン基板などの半導体基板１０１上に複数の画素をマトリクス状に配列してなる画素配列部（撮像領域）１１０と、該半導体基板１０１上に画素配列部１１０の各画素列に沿って設けられ、電荷を垂直方向に転送する垂直転送部１２０と、この垂直転送部１２０から転送されてきた電荷を水平方向に転送する水平転送部１３０と、この水平転送部１３０により転送されてきた電荷を増幅して出力するアンプ部（出力部）１４０とを有している。なお、増幅部１４０は、水平転送部１３０の転送終端側に設けられたフローティングディフュージョン部（ＦＤ部）（図示せず）にて、このＦＤ部に蓄積された電荷量に応じて発生する電圧信号を増幅して出力するものである。
【００５９】
このような固体撮像素子１００では、画素配列部１１０は、入射光の光電変換により得られた信号電荷を出力する有効画素部１１０ａと、該有効画素部１１０ａの周辺に位置し、該入射光量とは関係ない基準電荷を出力するオプティカルブラック部１１０ｂとに区分されている。
【００６０】
以下、画素配列部１１０における有効画素部１１０ａとオプティカルブラック部１１０ｂとの境界部分の断面構造について、図２を用いて説明する。
【００６１】
この固体撮像素子１００を構成するｎ型シリコン基板などの半導体基板（不純物濃度：１０１２〜１０１６個／ｃｍ３）１０１の表面部にはｐ型ウェル領域（不純物濃度：１０１２〜１０１６個／ｃｍ３）１０２が形成されており、このｐ型ウェル領域１０２の表面領域には、所定の間隔（例えば、１μｍ〜１０μｍ程度）で、画素を構成する受光部（フォトダイオード）を構成するｎ型光電変換領域（不純物濃度：１０１５〜１０１９個／ｃｍ３）１１３ａが形成されており、隣接するｎ型光電変換領域１１３ａの列の間には、上記垂直転送部１２０を構成するｎ型垂直転送チャネル領域（不純物濃度：１０１５〜１０１９個／ｃｍ３）１１４が形成されている。ここで、ｎ型垂直転送チャネル領域１１４とその一方の側に位置するｎ型光電変換領域１１３との間には、ｎ型光電変換領域１１３に蓄積された電荷をｎ型垂直転送チャネル領域１１４に読み出すためのｐ型読み出しチャネル領域（不純物濃度：１０１５〜１０１９個／ｃｍ３）１１７が形成されており、ｎ型垂直転送チャネル領域１１４とその他方の側に位置するｎ型光電変換領域１１３との間には、この他方側のｎ型光電変換領域１１３に蓄積された電荷がｎ型垂直転送チャネル領域１１４に読み出されるのを阻止するようｐ型チャネルストップ領域（不純物濃度：１０１５〜１０１９個／ｃｍ３）１１５が形成されている。ここで、Ｐ型領域はボロン（Ｂ）あるいはフッ化ボロン（ＢＦ２）などのＰ型ドーパントを導入して形成されており、また、Ｎ型領域はＰ（リン）あるいは砒素（Ａｓ）などのＮ型ドーパントの導入により形成されている。
【００６２】
また、ｎ型垂直転送チャネル領域１１４上にはゲート絶縁膜（図示せず）を介して転送電極１１２、１２２、１３２、１４２が形成されている。
【００６３】
つまり、各画素列に対応するｎ型垂直転送チャネル領域１１４上には、図５に示すように、垂直転送方向に沿って、読み出し電極を兼ねる転送電極（以下、読出転送電極という。）１１２、１３２と、読み出し電極としての機能を持たない転送電極（以下、転送専用電極という。）１２２、１４２とが交互にかつ画素を構成するｎ型光電変換領域１１３ａ毎に対をなすよう配置されている。
【００６４】
そして、この実施形態１の固体撮像素子１００では、読出転送電極１１２、１３２の、オプティカルブラック部１１０ｂの垂直転送部１２０を構成する部分（以下、読出転送ゲート電極という。）１１２ｂ、１３２ｂは、読出転送電極１１２、１３２の、有効画素部１１０ａの垂直転送部１２０を構成する部分（以下、読出転送ゲート電極という。）１１２ａ、１３２ａとは異なる平面形状を有している。
【００６５】
つまり、オプティカルブラック部１１０ｂの読出転送ゲート電極１１２ｂ、１３２ｂの平面パターンは、該読出転送ゲート１１２ｂ、１３２ｂから対応するｎ型光電変換領域１１３ｂまでの距離が、有効画素部１１０ａの読出転送ゲート電極１１２ａ、１３２ａから対応するｎ型光電変換領域１１３ａまでの距離に比べて大きくなるよう、有効画素部１１０ａの読出転送ゲート電極の平面パターンのｎ型光電変換領域側の端部をｎ型光電変換領域に対して後退させたものである。ここで、オプティカルブラック部１１０ｂでは、読出転送ゲート電極１１２ｂ、１３２ｂと対応するｎ型光電変換領域１１３ｂとの距離は０．１μｍ以上かつ１．０μｍ以下の範囲であることが望ましい。この距離が短すぎると、オプティカルブラック部１１０ｂにて、ｎ型光電変換領域１１３ｂからｎ型垂直転送チャネル領域１１４への電荷の読み出しが行われることとなり、また、この距離が大きすぎると、固体撮像素子としての集積度が実用的な集積度以下に低下することとなる。
【００６６】
なお、転送専用電極１２２、１４２の、オプティカルブラック部１１０ｂの垂直転送部１２０を構成する部分（以下、転送専用ゲート電極という。）１２２ｂ、１４２ｂは、転送専用電極１２２、１４２の、有効画素部１１０ａの垂直転送部１２０を構成する部分（転送専用ゲート電極）１２２ａ、１４２ａと同一の平面形状を有している。
【００６７】
ここで、読出転送電極１１２、１３２および転送専用電極１２２、１４２は、ポリシリコン膜により構成されており、それぞれの表面はシリコン酸化膜１０５を介してタングステンなどからなる遮光膜１１６により覆われている。
【００６８】
また、この遮光膜１１６およびｎ型光電変換領域１１３ａ、１１３ｂ上には、層間埋め込み膜（ＢＰＳＧ膜：ボロン、リンを含むシリコンガラス）１１１がこれらを埋め込むよう形成され、さらに、この層間埋め込み膜１１１上には平坦化膜（例えば、アクリル膜）１０６ａを介してインナーレンズ１０９ａがｎ型光電変換領域１１３ａ、１１３ｂ上に位置するよう配置されている。
【００６９】
さらに、このインナーレンズ１０９ａを埋め込むよう平坦化膜（アクリル膜）１０８が形成され、この平坦化膜１０８上には、各ｎ型光電変換領域１１３ａ、１１３ｂに対応するよう赤色カラーフィルタ１０７ａおよび青色カラーフィルタ１０７ｂが形成されている。
【００７０】
各カラーフィルタ上には平坦化膜（アクリル膜）１０６ｂが形成され、この平坦化膜１０６ｂ上には、各ｎ型光電変換領域１１３ａ、１１３ｂに対応するようマイクロレンズ１０９ｂが形成されている。
【００７１】
なお、図１（ｂ）、図２、図３中、ＨＢは有効画素部１１０ａとオプティカルブラック部１１０ｂとの垂直方向に沿った境界、ＶＢは有効画素部１１０ａとオプティカルブラック部１１０ｂとの水平方向に沿った境界である。
【００７２】
次に動作について説明する。
【００７３】
このような構成の固体撮像素子１００では、画素配列部（撮像領域）１１０に入射した光（入射光）はマイクロレンズ１０９ｂ、カラーフィルタ１０７ａおよび１０７ｂ、インナーレンズ１０９ａを通り、ｎ型光電変換領域（フォトダイオード）１１３ａおよび１１３ｂに集光される。
【００７４】
ｎ型光電変換領域１１３ａおよび１１３ｂでは、これらの領域に集光した光の光電変換により、その光強度に応じて電荷が発生し、発生した電荷がｎ型光電変換領域１１３ａおよび１１３ｂ内に蓄積される。
【００７５】
このとき、読出転送電極１１２、１３２および転送専用電極１２２、１４２は、それぞれ駆動信号ΦＶ１、ΦＶ３、ΦＶ２、ΦＶ４により駆動されており、読出転送電極１１２、１３２を駆動する駆動信号ΦＶ１、ΦＶ３が読み出しレベル（Ｈｉｇｈ）になると、有効画素部１１０ａでは、ｎ型光電変換領域１１３ａから信号電荷がｐ型読み出しチャネル領域１１７を介してｎ型垂直転送チャネル領域１１４に読み出されるが、オプティカルブラック部１１０ｂでは、ｎ型光電変換領域１１３ｂからｎ型垂直転送チャネル領域１１４への電荷の読み出しは行われない。
【００７６】
なお、ここでは、ｎ型垂直転送チャネル領域は、オプティカルブラック部と有効画素部とで同一の平面パターンを有し、ｎ型光電変換領域は、オプティカルブラック部と有効画素部とで同一の平面パターンを有することは言うまでもない。
【００７７】
以下このような動作について図４を用いて説明する。
【００７８】
図４（ａ）は、有効画素部１１０ａの読出転送ゲート電極１１２ａに駆動信号ΦＶ１が印加され、ｎ型垂直転送チャネル領域１１４およびｐ型読み出しチャネル領域１１７で、電荷（電子）に対するポテンシャルレベルが変化する様子を示している。
【００７９】
有効画素部１１０ａでは、読み出し動作時に、読出転送ゲート電極１１２ａに印加される駆動信号ΦＶ１がハイレベルＨｉｇｈ（正の所定電位）となり、このときｎ型垂直転送チャネル領域１１４およびｐ型読み出しチャネル領域１１７でのポテンシャルレベルはｎ型光電変換領域１１３ａでのポテンシャルレベルＴＶｃより低いレベルＨＶｃとなり、これによりｎ型光電変換領域１１３ａに蓄積されている電荷Ｓｃがｎ型垂直転送チャネル領域１１４に転送される。
【００８０】
図４（ｂ）は、オプティカルブラック部１１０ｂの読出転送ゲート電極１１２ｂに駆動信号ΦＶ１が印加され、ｎ型垂直転送チャネル領域１１４およびｐ型読み出しチャネル領域１１７で、電荷（電子）に対するポテンシャルレベルが変化する様子を示している。
【００８１】
オプティカルブラック部１１０ｂでは、読み出し動作時に、読出転送ゲート電極１１２ｂに印加される駆動信号ΦＶ１がハイレベル（正の所定電位）となり、このときｎ型垂直転送チャネル領域１１４でのポテンシャルレベルはｐ型光電変換領域１１３ａでのポテンシャルレベルＴＶｃより低いレベルＨＶｃとなるが、読出転送ゲート電極１１２ｂは、有効画素部１１０ａでの読出転送ゲート電極１１２ａとは異なり、ｐ型光電変換領域１１３ｂ側端をこのｎ型光電変換領域１１３ｂに対して後退させた構造となっているので、ｐ型読み出しチャネル領域１１７でのポテンシャルレベルはｎ型光電変換領域１１３ａでのポテンシャルレベルＴＶｃより高いレベルＲＶｃのままである。このため、ｐ型光電変換領域１１３ａに蓄積されている電荷Ｓｃがｐ型読み出しチャネル領域１１７を介してｎ型垂直転送チャネル領域１１４に転送されることはない。
【００８２】
その後、読出転送電極１１２、１３２および転送専用電極１２２、１４２に対応する駆動信号ΦＶ１、ΦＶ３、ΦＶ２、ΦＶ４が、ローレベル（Ｌｏｗ）とミドルレベル（Ｍｉｄ）で交互に反転することにより、ｎ型垂直転送チャネル領域１１４に読み出された電荷が垂直方向に転送されることとなる。このとき、有効画素部１１０ａのｎ型垂直転送チャネル領域１１４の、読出転送ゲート電極１１２ａ、転送専用ゲート電極１２２ａ、読出転送ゲート電極１３２ａ、転送専用ゲート電極１４２ａが配置された領域では、その駆動信号ΦＶ１、ΦＶ２、ΦＶ３、ΦＶ４により、ポテンシャルレベルが浅いレベルＬＶｃと中間レベルＭＶｃとの間で切り換わることとなる。また、同様に、オプティカルブラック部１１０ｂのｎ型垂直転送チャネル領域１１４の、読出転送ゲート電極１１２ｂ、転送専用ゲート電極１２２ｂ、読出転送ゲート電極１３２ｂ、転送専用ゲート電極１４２ｂが配置された領域でも、その駆動信号ΦＶ１、ΦＶ２、ΦＶ３、ΦＶ４により、ポテンシャルレベルが浅いレベルＬＶｃと中間レベルＭＶｃとの間で切り換わることとなる。
【００８３】
これにより、画素配列部１１０の各垂直転送部１２０では、画素（光電変換領域）Ｐから読み出された電荷が垂直方向に転送されることとなる。
【００８４】
また、このとき水平転送部１３０も対応する駆動信号により駆動されており、水平転送部１３０では、垂直転送部１２０からの電荷が水平方向に転送され、水平転送部１３０の転送終端側の出力部１４０に供給される。この出力部１４０では、転送されてきた電荷が電圧信号に変換され、有効画素部１１０ａの各画素に対応する画素信号が入射光の光電変換信号として読み出される。
【００８５】
また、このとき、オプティカルブラック部１１０ｂで発生した電荷（電子）に対応する画素信号が、入射光とは関係ない基準信号として読み出される。
【００８６】
この固体撮像素子の信号処理回路では、有効画素部１１０ａから読み出された光電変換信号の信号レベルは基準信号の信号レベル（黒レベル）を基準として処理されて、被写体の画像信号が生成される。
【００８７】
次に、図６を用いてこの固体撮像素子の製造方法について説明する。
【００８８】
図６は、図１（ｂ）のＡ−Ａ’線断面部分の構造を工程順（図６（ａ）〜図６（ｃ））に示している。
【００８９】
まず、ｎ型シリコン基板などの半導体基板１０１上にｐ型ウェル領域１０２を形成した後、ｐ型ウェル領域１０２の表面領域にｎ型ドーパントのイオン注入により、ｎ型光電変換領域１１３ａおよび１１３ｂを形成するとともに、ｎ型垂直転送チャネル領域１１４を形成する。
【００９０】
その後、ｎ型垂直転送チャネル領域１１４とその一方側のｎ型光電変換領域１１３ａ、１１３ｂとの間にｐ型ドーパントのイオン注入によりｐ型読み出しチャネル領域１１７を形成し、ｎ型垂直転送チャネル領域１１４と他方側のｎ型光電変換領域１１３ａ、１１３ｂとの間にｐ型ドーパントのイオン注入によりｐ型チャネルストップ領域１１５を形成する。
【００９１】
その後、ｎ型垂直転送チャネル領域１１４上にゲート絶縁膜（図示せず）を形成した後、ポリシリコン膜のパターニングにより、読出転送ゲート電極１１２ａおよび１１２ｂを形成する。このとき、図６では示していないが、読出転送ゲート１３２ａおよび１３２ｂ、転送専用ゲート１２２ａおよび１２２ｂ、１４２ａおよび１４２ｂも形成される（図５参照）。
【００９２】
つまり、ゲート絶縁膜上にポリシリコン膜を形成した後、同一のパターニングマスクを用いた該ポリシリコン膜のパターニングにより、該オプティカルブラック部１１０ｂにおける読出転送ゲート電極および転送専用ゲート電極のパターニングと、該有効画素部１１０ａにおける読出転送ゲート電極および転送専用ゲート電極のパターニングとが行われる。
【００９３】
このとき、オプティカルブラック部１１０ｂでは、読出転送ゲート電極１１２ｂ、１３２ｂの平面パターンが、有効画素部の読出転送ゲート電極１１２ａ、１３２ａの平面パターンの光電変換領域側の端部をｎ型光電変換領域に対して後退させたパターンとなるようパターニングする。これにより、オプティカルブラック部１１０ｂでは、該読出転送ゲート電極１１２ｂ、１３２ｂからこれらに対応するｎ型光電変換領域１１３ｂまでの距離が、有効画素部１１０ａの読出転送ゲート電極１１２ａ、１３２ａから対応するｎ型光電変換領域１１３ａまでの距離に比べて大きくなる。
【００９４】
次に、これらのゲート電極を構成するポリシリコン膜を酸化して酸化膜１０５を形成した後、タングステンなどからなる遮光膜１１６をこれらのゲート電極を覆うよう形成する（図６（ａ））。
【００９５】
次に、全面にＢＰＳＧなどの層間埋め込み膜１１１を形成し、さらにその上にアクリル膜を平坦化膜１０６ａとして形成し、この平坦化膜１０６ａ上にインナーレンズ１０９を、各ｎ型光電変換領域１１３ａおよび１１３ｂに対応するよう形成する（図６（ｂ））。
【００９６】
続いて、アクリル膜などの平坦化膜１０８をインナーレンズ１０９ａが埋め込まれるよう形成し、この平坦化膜１０８上にカラーフィルタ１０７ａおよび１０７ｂを各ｎ型光電変換領域１１３ａ、１１３ｂに対応するよう形成する。その後、さらにこれらのカラーフィルタ上にアクリル膜などの平坦化膜１０６ｂを形成し、この平坦化膜１０６ｂ上にマイクロレンズ１０９ｂを各ｎ型光電変換領域１１３ａおよび１１３ｂに対応するよう形成する。
【００９７】
このように本実施形態１による固体撮像素子１００では、オプティカルブラック部１１０ｂでは、読出転送ゲート電極１１２ｂ、１３２ｂの平面パターンを、有効画素部の読出転送ゲート電極１１２ａ、１３２ａの平面パターンの光電変換領域側の端部をｎ型光電変換領域に対して後退させたパターンとしているので、オプティカルブラック部１１０ｂの読出転送ゲート電極１１２ｂ、１３２ｂがｎ型光電変換領域１１３ｂから離れることとなり、これらの読出転送ゲート電極が駆動されても、ｐ型読み出しチャネル領域１１７には必要な電圧が与えられず、オプティカルブラック部１１０ｂでは、ｎ型光電変換領域１１３ｂからのｎ型転送チャネル領域１１４に電荷が読み出されることがなく、このため、オプティカルブラック部１１０ｂでは、遮光膜を用いることなく、画素（受光部）で光電変換した電荷が垂直転送部１２０に読み出されないようにすることができる。
【００９８】
これにより、オプティカルブラック部１１０ｂでの積層構造が有効画素部１１０ａでの積層構造と同じになり、オプティカルブラック部１１０ｂと有効画素部１１０ａとの境界部ＨＢ、ＶＢにおける段差に起因する色ムラ等の不良が発生するのを回避することができ、また、遮光膜により、異種材料の界面での結晶欠陥を修復する水素アニール処理の効果が阻害されることもなくなり、暗電流のズレに伴う黒ズレも引き起こさなくなる。さらには、遮光膜が無いため、オプティカルブラック部と有効画素部との境界部での光の回折を考慮して、オプティカルブラック部の画素数にマージンを設ける必要がなく、オプティカルブラック部の画素数削減によりチップサイズの縮小が可能となる。
【００９９】
また、読出転送ゲート電極の平面パターンを、オプティカルブラック部１１０ｂと有効画素部１１０ａとで変えているだけであるので、半導体基板内に形成される拡散領域のレイアウトをオプティカルブラック部１１０ｂと有効画素部１１０ａとで同一にすることができ、これらの領域で拡散領域のレイアウトが異なることに起因する、有効画素部とオプティカルブラック部とでの暗電流の差により、有効画素部の黒レベルとオプティカルブラック部の黒レベルとのズレが生じて画質異常が発生するのを回避できる。
（実施形態２）
図７は、本発明の実施形態２によるＣＣＤ型固体撮像素子を説明する図であり、図７（ａ）は全体構成を概略的に示し、図７（ｂ）は、ＣＣＤ型固体撮像素子の構成を具体的に示す平面図である。図８は、図７（ｂ）におけるＢ−Ｂ’線部分の断面構造を示す図である。
【０１００】
この実施形態２によるＣＣＤ型固体撮像素子１５０は、実施形態１のＣＣＤ型固体撮像素子１００における読出転送電極１１２ａ、１３２ａに代えて、該読出転送電極とは平面パターンの異なる読出転送電極１５２ａ、１７２ａを備えたものであり、その他の構成は実施形態１における固体撮像素子１００と同一である。
【０１０１】
つまり、このＣＣＤ型固体撮像素子１５０は、ｎ型シリコン基板などの半導体基板１０１上に複数の画素をマトリクス状に配列してなる画素配列部（撮像領域）１６０と、該半導体基板１０１上に画素配列部１６０の各画素列に沿って設けられ、電荷を垂直方向に転送する垂直転送部１２０と、この垂直転送部１２０から転送されてきた電荷を水平方向に転送する水平転送部１３０と、この水平転送部１３０により転送されてきた電荷を増幅して出力するアンプ部（出力部）１４０とを有しており、垂直転送部１２０、水平転送部１３０、増幅部１４０は、実施形態１におけるものと同一のものである。
【０１０２】
そして、この実施形態２による固体撮像素子１６０においても、画素配列部１６０は、入射光の光電変換により得られた信号電荷を出力する有効画素部１６０ａと、該有効画素部１６０ａの周辺に位置し、該入射光量とは関係ない基準電荷を出力するオプティカルブラック部１６０ｂとに区分されている。
【０１０３】
以下、画素配列部１６０における有効画素部１６０ａとオプティカルブラック部１６０ｂとの境界部分の断面構造について、図８を用いて説明する。
【０１０４】
この固体撮像素子１５０を構成するｎ型シリコン基板などの半導体基板１０１の表面部にはｐ型ウェル領域１０２が形成されており、このｐ型ウェル領域１０２の表面領域には、所定の間隔で、画素を構成する受光部（フォトダイオード）としてのｎ型光電変換領域１１３ａ、１１３ｂが形成されており、隣接するｎ型光電変換領域１１３ａ、１１３ｂの列の間には、上記垂直転送部１２０を構成するｎ型垂直転送チャネル領域１１４が形成されている。ここで、ｎ型垂直転送チャネル領域１１４とその一方の側に位置するｎ型光電変換領域１１３ａ、１１３ｂとの間には、ｎ型光電変換領域１１３ａ、１１３ｂに蓄積された電荷をｎ型垂直転送チャネル領域１１４に読み出すためのｐ型読み出しチャネル領域１１７が形成されており、ｎ型垂直転送チャネル領域１１４とその他方の側に位置するｎ型光電変換領域１１３ａ、１１３ｂとの間には、この他方側のｎ型光電変換領域１１３ａ、１１３ｂに蓄積された電荷がｎ型チャネル領域１１４に読み出されるのを阻止するようｐ型チャネルストップ領域１１５が形成されている。
【０１０５】
また、ｎ型垂直転送チャネル領域１１４上にはゲート絶縁膜（図示せず）を介して転送電極１５２、１６２、１７２、１８２が形成されている。
【０１０６】
つまり、各画素列に対応するｎ型垂直転送チャネル領域１１４上には、図９に示すように、垂直転送方向に沿って、読み出し電極を兼ねる転送電極（以下、読出転送電極という。）１５２、１７２と、読み出し電極としての機能を持たない転送電極（以下、転送専用電極という。）１６２、１８２とが交互にかつ画素を構成するｎ型光電変換領域１１３ａ、１１３ｂ毎に対をなすよう配置されている。
【０１０７】
そして、この実施形態２の固体撮像素子１５０では、読出転送電極１５２、１７２の、オプティカルブラック部１６０ｂの垂直転送部１２０を構成する部分（以下、読出転送ゲート電極という。）１５２ｂ、１７２ｂは、読出転送電極１５２、１７２の、有効画素部１６０ａの垂直転送部１２０を構成する部分（転送専用ゲート電極）１５２ａ、１７２ａとは異なる平面形状を有している。
【０１０８】
つまり、オプティカルブラック部１６０ｂの読出転送ゲート電極１５２ｂ、１７２ｂの平面パターンは、該読出転送ゲート電極１５２ｂ、１７２ｂから対応するｎ型光電変換領域１１３ｂまでの距離が、有効画素部１６０ａの読出転送ゲート電極１５２ａ、１７２ａから対応するｎ型光電変換領域１１３ａまでの距離に比べて大きくなるよう、有効画素部１６０ａでのｎ型光電変換領域１１３ａに対する読出転送ゲート電極１５２ａ、１７２ａの配置をずらしたものである。ここで、オプティカルブラック部１６０ｂでは、読出転送ゲート電極１５２ｂ、１７２ｂと対応するｎ型光電変換領域１１３ｂとの距離は０．１μｍ以上かつ１．０μｍ以下の範囲であることが望ましい。この距離が短すぎると、オプティカルブラック部１６０ｂにて、ｎ型光電変換領域１１３ｂからｎ型垂直転送チャネル領域１１４への電荷の読み出しが行われることとなり、また、この距離が大きすぎると、固体撮像素子としての集積度が実用的な集積度以下に低下することとなる。
【０１０９】
なお、読出専用電極１６２、１８２の、オプティカルブラック部１６０ｂの垂直転送部１２０を構成する部分（以下、転送専用ゲートという。）１６２ｂ、１８２ｂは、転送専用電極１６２、１８２の、有効画素部１６０ａの垂直転送部１２０を構成する部分（転送専用ゲート）１６２ａ、１８２ａと同一の平面形状を有している。
【０１１０】
なお、図７（ｂ）、図８中、ＨＢは有効画素部１６０ａとオプティカルブラック部１６０ｂとの垂直方向に沿った境界、ＶＢは有効画素部１６０ａとオプティカルブラック部１６０ｂとの水平方向に沿った境界である。
【０１１１】
このような構成の実施形態２による固体撮像素子１５０においても、実施形態１の固体撮像素子１００と同様の効果が得られる。
【０１１２】
つまり、この実施形態２の固体撮像素子１５０では、オプティカルブラック部１６０ｂを遮光膜を用いることなく実現しているので、有効画素部１６０ａとオプティカルブラック部１６０ｂの境界ＨＢあるいはＶＢにて段差が発生せず、後のカラーフィルタやレンズを形成する工程で、これらの膜厚や形状を均一することができ、これにより色ムラ等の撮像不良の発生を回避することができる。
【０１１３】
また、オプティカルブラック部１６０ｂには、有効画素部１６０ａと同様に、遮光膜を構成する水素を吸着しやすいＴｉ膜やＴｉＮ膜が存在しないので、異種材料の界面での結晶欠陥を修復する水素アニール処理の効果が阻害されることもなくなり、暗電流のズレに伴う黒ズレも引き起こさなくなり、黒ズレの画質異常もなくなる。さらに、遮光膜が無いため、オプティカルブラック部と有効画素部との境界部での光の回折を考慮して、オプティカルブラック部の画素数にマージンを設ける必要がなく、オプティカルブラック部での画素数削減によりチップサイズの縮小が可能となる。
【０１１４】
また、読出転送ゲート電極の平面パターンを、オプティカルブラック部１６０ｂと有効画素部１６０ａとで変えているだけであるので、半導体基板内に形成される拡散領域のレイアウトをオプティカルブラック部１６０ｂと有効画素部１６０ａとで同一にすることができ、これらの領域で拡散領域のレイアウトが異なることに起因する、有効画素部とオプティカルブラック部とでの暗電流の差により、有効画素部の黒レベルとオプティカルブラック部の黒レベルとのズレが生じて画質異常が発生するのを回避できる。
【０１１５】
さらに、上記実施形態１および２では、特に説明しなかったが、上記実施形態１および２の固体撮像装置の少なくともいずれかを撮像部に用いた、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、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの、画像入力デバイスを有した電子情報機器について以下簡単に説明する。
（実施形態３）
図１０は、本発明の実施形態３として、実施形態１および実施形態２の少なくとも１つ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。
【０１１６】
図１０に示す本発明の実施形態３による電子情報機器９０は、本発明の上記実施形態１および２の固体撮像素子の少なくともいずれかを、被写体の撮影を行う撮像部９１として備えたものであり、このような撮像部による撮影により得られた高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部９２と、この画像データ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する液晶表示装置などの表示部９３と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信部９４と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力部９５とのうちの少なくともいずれかを有している。
【０１１７】
以上のように、本発明の好ましい実施形態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】
【０１１８】
本発明は、固体撮像装置およびその製造方法並びに電子情報機器の分野において、工程数を増加させることなく、色ムラ等の撮像不良が無く、黒ズレも発生しない固体撮像装置およびその製造方法並びに電子情報機器を実現することができる。
【符号の説明】
【０１１９】
９０  電子情報機器
９１  撮像部
９２  メモリ部
９３  表示部
９４  通信部
９５  画像出力部
１００、１５０  ＣＣＤ型固体撮像素子
１０１  半導体基板
１０２  ｐ型ウェル領域
１０５  シリコン酸化膜
１０６ａ  平坦化膜（アクリル膜）
１０６ｂ  平坦化膜（アクリル膜）
１０７ａ  赤色カラーフィルタ
１０７ｂ  青色カラーフィルタ
１０８  平坦化膜（アクリル膜）
１０９ａ  インナーレンズ
１０９ｂ  マイクロレンズ
１１０、１６０  画素配列部
１１０ａ、１６０ａ  有効画素部
１１０ｂ、１６０ｂ  オプティカルブラック部
１１１  層間埋め込み膜（ＢＰＳＧ膜）
１１２、１３２、１５２、１７２  読出転送電極
１１２ａ、１１２ｂ、１３２ａ、１３２ｂ、１５２ａ、１５２ｂ、１７２ａ、１７２ｂ  読出転送ゲート電極
１１３ａ、１１３ｂ  ｎ型光電変換領域
１１４  ｎ型垂直転送チャネル領域
１１５  ｐ型チャネルストップ領域
１１６  遮光膜
１１７  ｐ型読み出しチャネル領域
１２２、１４２、１６２、１８２  転送専用電極
１２２ａ、１２２ｂ、１４２ａ、１４２ｂ、１６２ａ、１６２ｂ、１８２ａ、１８２ｂ  転送専用ゲート電極
ＨＢ、ＶＢ  境界
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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