WO2013080769A1 - 固体撮像素子 - Google Patents

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solid
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大輔 舩尾
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シャープ株式会社
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    • H01L31/103—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type

Definitions

  • the present invention relates to a solid-state imaging device typified by a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor or a CCD (Charge Coupled Device) image sensor.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • CCD Charge Coupled Device
  • solid-state imaging devices such as CCD image sensors and CMOS image sensors have been mounted on various electronic devices having imaging functions such as imaging devices such as digital video cameras and digital still cameras, and mobile phones with cameras.
  • the solid-state imaging device generates charges by photoelectrically converting irradiated light, and generates image data by amplifying a potential due to the charges.
  • noise reduction is one of the important issues.
  • reduction of dark current which is one of the causes of noise, has become a problem.
  • Dark current is generated when charges are supplied to the storage part due to defects in the substrate on which the light receiving part (photodiode) is formed.
  • Noise caused by dark current is caused by the charge of the solid-state imaging device. The longer the storage time is, the higher the temperature of the solid-state imaging device is increased.
  • the source of dark current is mainly the surface of the substrate.
  • Patent Document 1 proposes a solid-state imaging device in which a p-type region is provided around an n-type accumulation unit that accumulates electrons generated by photoelectric conversion.
  • an n-type impurity is implanted into a substrate to form a storage portion, and a p-type region is provided by further injecting a p-type impurity into the substrate, and the storage portion is separated from the surface of the substrate. It is configured as follows.
  • this solid-state imaging device when the p-type injection amount and the injection area are increased, the photoelectric conversion characteristics and the electric characteristics such as the saturation charge amount deteriorate. Further, when high-temperature heat treatment is performed to activate the p-type impurity, there is a concern that the element structure may be damaged or deteriorated by the heat treatment. Specifically, for example, due to this high-temperature heat treatment, dopants implanted into the substrate before the heat treatment are unintentionally diffused, so that the characteristics of photoelectric conversion, electrical characteristics such as the saturation charge amount, and the like can be deteriorated. Further, in the backside illumination type solid-state imaging device, when p-type implantation is performed on the back surface of the substrate, since elements and wirings are formed on the surface of the substrate, there are many restrictions in subsequent heat treatment.
  • Patent Documents 2 and 3 propose a solid-state imaging device in which a fixed charge layer having a negative fixed charge is provided on the surface of a substrate provided with a light receiving portion.
  • a fixed charge layer having a negative fixed charge is provided on the surface of a substrate provided with a light receiving portion.
  • this solid-state imaging device by providing a fixed charge layer, holes are accumulated on the surface of the substrate, and recombination of the holes and electrons forming a dark current prevents movement of the electrons to the storage unit. , Reduce dark current.
  • the lifetime of the charges in the substrate is long.
  • the substrate is made of silicon, a sufficient lifetime can be secured.
  • the lifetime of the charge forming the dark current is also increased.
  • the electrons reach the storage unit before the holes accumulated on the surface of the substrate and the electrons forming the dark current recombine. Can occur. That is, the dark current may not be sufficiently reduced.
  • an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that effectively reduces dark current.
  • the present invention comprises a substrate made of a semiconductor and having a plurality of pixel regions; A plurality of storage portions formed in the substrate for each pixel region, made of a semiconductor having a conductivity type opposite to that of the substrate and storing charges of a first polarity generated by photoelectric conversion; A fixed charge layer provided above the surface of at least one substrate and having a first fixed charge, The density of integrated charges having a polarity opposite to that of the first fixed charges on the surface of the substrate is changed corresponding to the arrangement of the pixel regions or the arrangement of the accumulation units with respect to a direction parallel to the substrate surface.
  • the present invention provides a solid-state imaging device.
  • an electric field corresponding to the distribution of the density of integrated charges is generated in the direction parallel to the substrate surface.
  • the charges constituting the dark current generated from the defects on the substrate surface not only move toward the accumulation part, but also move along the substrate surface, and the density of the integrated charge is uniform in the direction parallel to the substrate surface.
  • route and time until the said electric charge arrives at a storage part become long. Accordingly, it is possible to improve the probability that the charge disappears due to recombination before reaching the accumulation portion.
  • the conductivity type of the semiconductor forming the substrate is p-type or n-type.
  • the semiconductor forming the storage portion is n-type
  • the semiconductor forming the storage portion is p-type.
  • the “conductivity type of the semiconductor forming the substrate” indicates the conductivity type of the portion where the element structure of the substrate is formed, and is not limited to the conductivity type of the entire substrate, but indicates the conductivity type of the well. Of course, cases are also included.
  • the polarity of the first fixed charge is the first polarity and the polarity of the integrated charge is a second polarity opposite to the first polarity.
  • the first polarity charge forming the dark current moves in the second polarity integrated charge opposite to this. Therefore, it is possible to effectively eliminate the charge forming the dark current by recombination.
  • the charge accumulated in the accumulation part and the charge forming the dark current are electrons, and the integrated charge is holes. Further, when the first polarity is positive, the charge accumulated in the accumulation unit and the charge forming the dark current are holes, and the integrated charge is electrons.
  • the density of the integrated charge on the substrate surface is lower in a region closer to the storage unit and higher in a region away from the storage unit with respect to a direction parallel to the substrate surface. It may be made to become.
  • the density of the integrated charge on the substrate surface is lower in a region closer to the storage unit and higher in a region away from the storage unit with respect to a direction parallel to the substrate surface. It may be made to become.
  • this solid-state imaging device after a charge that forms a dark current is generated on the substrate surface, the charge is separated from the storage unit due to the influence of an electric field generated in a direction parallel to the substrate surface, or the storage unit The probability of moving toward the storage unit and then moving toward the storage unit increases. In other words, it is possible to lengthen the path and time until the charge forming the dark current reaches the storage unit.
  • the probability that the charge moves to the storage part where it should be stored can be improved. become. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of color mixing. Further, since only the fixed charge layer is formed above the substrate surface, the implantation of impurities having a conductivity type opposite to that of the accumulation portion can be suppressed, so that the heat treatment accompanying the implantation of the impurities can be suppressed. Therefore, it becomes possible to suppress the destruction of the structure and the deterioration of characteristics due to the heat treatment.
  • the density of the first fixed charge in a region near the storage unit of the fixed charge layer and the storage unit of the fixed charge layer in a direction parallel to the substrate surface may be different.
  • a heat treatment method applied to a region near the accumulation part of the fixed charge layer in a direction parallel to the substrate surface, and the accumulation part of the fixed charge layer It may be different from the heat treatment method applied to the region away from the region.
  • the addition state of the impurity in a region near the accumulation part of the fixed charge layer and the direction of the fixed charge layer in the direction parallel to the substrate surface An impurity addition state in a region away from the accumulation portion may be different.
  • the density of the integrated charge in a region near the storage part on the substrate surface and the density of the integrated charge in a region far from the storage part on the substrate surface with respect to a direction parallel to the substrate surface can be provided between them, and an electric field can be generated in the direction.
  • the film thickness of a region near the accumulation part of the fixed charge layer and the region away from the accumulation part of the fixed charge layer with respect to a direction parallel to the substrate surface may be different.
  • the density of the integrated charge in a region near the storage part on the substrate surface and the density of the integrated charge in a region far from the storage part on the substrate surface with respect to a direction parallel to the substrate surface can be provided between them, and an electric field can be generated in the direction.
  • the solid-state imaging device having the above characteristics, at least a part of the material constituting a region close to the storage part of the fixed charge layer with respect to a direction parallel to the substrate surface, and the storage part of the fixed charge layer
  • the material may be different from at least a part of the material constituting the region away from.
  • the density of the integrated charge in a region near the storage part on the substrate surface and the density of the integrated charge in a region far from the storage part on the substrate surface with respect to a direction parallel to the substrate surface.
  • a difference depending on the distribution of the material constituting the fixed charge layer can be provided between them, and an electric field can be generated in the direction.
  • a region close to the storage portion of the fixed charge layer or a region away from the storage portion of the fixed charge layer with respect to a direction parallel to the substrate surface is You may make it have the 2nd fixed electric charge of 2nd polarity.
  • the distance between the area away from the part and the substrate surface may be different.
  • an underlayer made of an insulator provided between the substrate surface and the fixed charge layer is further provided, and a region close to the accumulation portion of the underlayer with respect to a direction parallel to the substrate surface is provided.
  • the film thickness may be different from the film thickness of a region of the base layer that is away from the accumulation portion.
  • the density of the integrated charge in a region near the storage part on the substrate surface and the density of the integrated charge in a region far from the storage part on the substrate surface with respect to a direction parallel to the substrate surface.
  • a difference according to the distribution of the distance between the substrate surface and the fixed charge layer can be provided between them, and an electric field can be generated in the direction.
  • a barrier portion having a higher impurity concentration than the surroundings is formed in a region away from the accumulation portion of the substrate in a direction parallel to the substrate surface.
  • the potential barrier between adjacent storage units becomes clear, and it is possible to improve the probability that charges generated by photoelectric conversion move to the storage unit that should be stored. . Therefore, it is possible to suppress the occurrence of color mixing.
  • an attracting portion made of a semiconductor having a conductivity type opposite to that of the substrate may be formed on the substrate surface side of the barrier portion.
  • this solid-state imaging device it is possible to confine the charge forming the dark current on the substrate surface. Therefore, it is possible to further improve the probability that the charge forming the dark current disappears due to recombination before reaching the storage portion.
  • a region close to the accumulation unit above the fixed charge layer or a distance from the accumulation unit above the fixed charge layer with respect to a direction parallel to the substrate surface An electrode layer provided in the region, It is preferable that a voltage having the same polarity as the first fixed charge is applied to the electrode layer at least during a period in which the charge having the first polarity is accumulated in the accumulation unit.
  • this solid-state imaging device it is possible to increase the density difference of the integrated charges at least during the period in which charges are accumulated in the accumulation unit. Therefore, it is possible to increase the generated electric field with respect to the direction parallel to the substrate surface.
  • a separation portion having an impurity concentration higher than that of the surroundings is formed at the boundary of the pixel region in the substrate.
  • the potential barrier can be increased at the boundary of the pixel region in the substrate. For this reason, it is possible to efficiently move the charge generated by the photoelectric conversion in each pixel region to the storage unit in the pixel region and store it.
  • the pixel region can be defined as a region sandwiched between the separation portions. In this case, if the density of the integrated charge in the direction parallel to the substrate surface changes corresponding to the arrangement of the pixel regions, it can be said that the density changes corresponding to the arrangement of the separation portions.
  • the solid-state imaging device having the above characteristics further includes a wiring layer that is provided on the first substrate surface side of the substrate and controls the charge of the first polarity accumulated in the accumulation unit, The light is incident on the substrate from the second substrate surface opposite to the first substrate surface, and the storage unit accumulates the charge of the first polarity generated by photoelectric conversion of the light, It is preferable that the fixed charge layer is provided at least above the surface of the second substrate.
  • the dark current can be effectively reduced in the back-illuminated solid-state imaging device.
  • the fixed charge layer includes: It is preferable that at least one of hafnium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, titanium oxide, tungsten oxide, zinc oxide, yttrium oxide, lanthanoid oxide, silicon oxide, nickel oxide, cobalt oxide, and copper oxide is included.
  • the film thickness at the center of the region of the fixed charge layer immediately above the storage portion is 0.75 ⁇ ⁇ 500 / (4 ⁇ N) + K ⁇ 500 / (2 ⁇ N) ⁇ nm or more, and It is preferable to be 1.25 ⁇ ⁇ 560 / (4 ⁇ N) + K ⁇ 560 / (2 ⁇ N) ⁇ nm or less.
  • the solid-state imaging device having the above characteristics, it is possible to improve the probability that the charge forming the dark current disappears due to recombination before reaching the storage unit, and thus the dark current can be effectively reduced. become.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of the overall structure of a solid-state image sensor according to an embodiment of the present invention.
  • the principal part sectional view showing the 1st example of the structure for reducing dark current in the solid-state image sensing device concerning the embodiment of the present invention.
  • the principal part sectional drawing which shows the 2nd specific example of the structure for reducing a dark current in the solid-state image sensor which concerns on embodiment of this invention.
  • the principal part sectional drawing which shows the 3rd specific example of the structure for reducing a dark current in the solid-state image sensor which concerns on embodiment of this invention.
  • the principal part sectional drawing which shows the 4th specific example of the structure for reducing a dark current in the solid-state image sensor which concerns on embodiment of this invention.
  • the principal part sectional drawing which shows the 5th example of the structure for reducing a dark current in the solid-state image sensor which concerns on embodiment of this invention.
  • the principal part sectional drawing which shows the 6th specific example of the structure for reducing a dark current in the solid-state image sensor which concerns on embodiment of this invention.
  • the principal part sectional drawing which shows the 7th specific example of the structure for reducing a dark current in the solid-state image sensor which concerns on embodiment of this invention.
  • the principal part sectional drawing which shows an example of the structure of a solid-state image sensor in the case of providing the pixel which is not irradiated with light.
  • the principal part sectional drawing which shows another example of the structure for reducing a dark current in the solid-state image sensor which concerns on embodiment of this invention.
  • the principal part sectional drawing which shows another example of the structure for reducing a dark current in the solid-state image sensor which concerns on embodiment of this invention.
  • the principal part sectional drawing which shows another example of the structure for reducing a dark current in the solid-state image sensor which concerns on embodiment of this invention.
  • the principal part sectional drawing which shows another example of the structure for reducing a dark current in the solid-state image sensor which concerns on embodiment of this invention.
  • the solid-state imaging device to which the present invention can be applied is not limited to such a back-illuminated solid-state imaging device, and can also be applied to a front-illuminated solid-state imaging device.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the overall structure of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
  • hatching indicating a cross section is omitted for clarity of illustration.
  • the solid-state imaging device 1 includes a substrate 10, a storage unit 11 that is formed in the substrate 10 and accumulates electric charges generated by photoelectric conversion, and one surface of the substrate 10 (hereinafter referred to as a first substrate surface). 101) and a base layer provided on the other surface of the substrate 10 (the surface opposite to the first substrate surface 101, hereinafter referred to as the second substrate surface 102). 13, a fixed charge layer 14 provided on the base layer 13 and having a positive or negative fixed charge, an insulating layer 15 provided on the fixed charge layer 14 and made of an insulator, and a predetermined charge provided on the insulating layer 15.
  • a color filter 16 that selectively transmits light of a specific color (wavelength)
  • an on-chip lens 17 that is provided on the color filter 16 and collects incident light and communicates with the color filter 16, and a pixel region of the substrate 10 Comprising the separating portion 18 formed at the boundary, the.
  • the substrate 10 is made of a p-type or n-type semiconductor.
  • the storage unit 11 is made of a semiconductor having a conductivity type opposite to that of the substrate 10, and the substrate 10 and the storage unit 11 constitute a photodiode.
  • the storage unit 11 is formed in a central region of the pixel region A in the substrate 10 (in the middle of the adjacent separation unit 18) and in a direction parallel to the second substrate surface 102 (and the first substrate surface 101).
  • FIG. 1 illustrates a state in which the pixel region A and the storage unit 11 are arranged with a predetermined interval with respect to the horizontal direction of the paper surface, the pixel region A and the storage unit 11 are in the depth direction of the paper surface. Are arranged with a predetermined interval.
  • the color filter 16 and the on-chip lens 17 are also arranged in the same manner as the pixel area A and the storage unit 11. Specifically, for example, the pixel area A, the storage unit 11, the color filter 16, and the microchip lens 17 are arranged in a matrix form (in a Bayer arrangement when focusing on the color filter 16).
  • the isolation part 18 is made of a semiconductor having the same conductivity type as that of the substrate 10, and the impurity concentration thereof is higher than the impurity concentration of the surrounding substrate 10 (potential barrier is increased). Therefore, in each pixel area A, the charges generated by the photoelectric conversion efficiently move to the accumulation unit 11 in the pixel area A and are accumulated. Note that the pixel area A can also be defined as an area sandwiched between the separation portions 18.
  • the light incident on the solid-state imaging device 1 is collected by the on-chip lens 17 and passed through the color filter 16.
  • the color filter 16 selectively transmits light of a predetermined color (wavelength).
  • the light that has passed through the color filter 16 passes through the insulating layer 15, the fixed charge layer 14, and the base layer 13, and enters the substrate 10 from the second substrate surface 102.
  • electrons and holes are generated by photoelectric conversion of incident light, and one of them is stored in the storage unit 11.
  • the wiring layer 12 includes an insulator and a conductor such as a wiring or an electrode formed in the insulator in accordance with the charge processing method employed by the solid-state imaging device 1.
  • the conductor included in the wiring layer 12 includes a gate electrode for transferring charges accumulated in the accumulation unit 11 to another region in the substrate 10, and charges accumulated in the accumulation unit 11 in the substrate 10. Electrodes and wiring for reading out.
  • the underlayer 13 is provided between the second substrate surface 102 and the fixed charge layer 14, and the fixed charge layer 14 has positive or negative fixed charges on the second substrate surface 102 with the underlayer 13 interposed therebetween.
  • the density of the integrated charge on the second substrate surface 102 is changed in accordance with the periodicity of the arrangement of the storage units 11 with respect to the direction parallel to the second substrate surface 102.
  • Each part is configured (a specific example will be described later).
  • an electric field corresponding to the distribution of the density of integrated charges is generated in the direction parallel to the second substrate surface 102. Therefore, the charges forming the dark current resulting from the defects on the second substrate surface 102 not only move toward the storage unit 11 but also move along the second substrate surface 102 and are parallel to the second substrate surface 102. Compared to the case where the density of the integrated charge is uniform with respect to the direction, the path and time until the charge reaches the storage unit 11 becomes longer. Therefore, it is possible to improve the probability that the charge disappears due to recombination before reaching the storage unit 11, and it is possible to reduce the dark current.
  • the substrate 10 is made of a p-type (p) semiconductor
  • the storage unit 11 is made of an n-type (n ⁇ ) semiconductor, and stores electrons generated by photoelectric conversion.
  • p p-type
  • n ⁇ n-type
  • the integrated charge density on the second substrate surface 102 is a region close to the storage unit 11 in a direction parallel to the second substrate surface 102 (for example, a region immediately above the storage unit 11; hereinafter, particularly referred to. As long as there is no region, the same is true for the portion described as “region close to the storage unit 11”.
  • the region is higher from the storage unit 11 (for example, the region between the regions directly above and the boundary region of the pixel region A (separation (A region immediately above the portion 18)
  • the semiconductor constituting the substrate 10 is p-type indicates that the conductivity type of the portion of the substrate 10 where the element structure is formed is p-type, and the conductivity type of the entire substrate 10 is p-type.
  • the present invention is not limited to the case, and a case where the conductivity type of the well is p-type (for example, a case where a p-type well is formed on an n-type substrate as a whole) is also included.
  • the substrate 10 is made of, for example, silicon.
  • boron, boron fluoride, or the like can be used as the p-type impurity.
  • phosphorus, arsenic, or the like can be used as the n-type impurity.
  • these impurities are implanted into the substrate 10 or the like by applying a method such as ion implantation.
  • the storage unit 11 is formed by implanting n-type impurities into the substrate 10 from the first substrate surface 101.
  • the storage portion 11 may be provided at a position separated from the first substrate surface 101 by further injecting p-type impurities into the substrate 10 from the first substrate surface 101. (It may be an embedded photodiode).
  • the insulator provided in the insulating layer 15 and the wiring layer 12 is made of, for example, silicon oxide.
  • the fixed charge layer 14 in the specific example described below includes negative fixed charges.
  • hafnium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, titanium oxide, tungsten oxide, zinc oxide, yttrium oxide, lanthanoid oxide, and silicon oxide although depending on film forming conditions such as impurities, etc.
  • Has a negative fixed charge for example nickel oxide, cobalt oxide and copper oxide have a positive fixed charge.
  • the fixed charge layer 14 may be provided with at least one of these materials.
  • An impurity such as silicon or nitrogen may be added to the fixed charge layer 14.
  • the base layer 13 is made of an insulator such as silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride. This is preferable because the density of defects that cause dark current can be reduced on the second substrate surface 102 of the substrate 10 on which the underlayer 13 is formed.
  • each specific example of the structure for reducing dark current described below can be implemented by combining a part or all of them as long as there is no contradiction.
  • FIG. 2 A first specific example of a structure for reducing dark current will be described with reference to FIG. Note that the thick solid arrow shown in FIG. 2 indicates a path that is likely to follow when the charge d forming the dark current does not recombine when the structure of the first specific example is applied. . On the other hand, the broken-line arrows shown in FIG. 2 indicate paths that are likely to follow when the charge d forming the dark current does not recombine when the structure of the first specific example is not applied.
  • the density of the negative fixed charge E in the region near the storage portion 11 of the fixed charge layer 14a is high with respect to the direction parallel to the second substrate surface 102.
  • the density of the negative fixed charge E in the region away from the storage part 11 of the fixed charge layer 14a is lowered. Therefore, the density of the integrated charge h on the second substrate surface 102 is higher in the region closer to the storage unit 11 and lower in the region away from the storage unit 11 in the direction parallel to the second substrate surface 102, and the direction Produces an electric field.
  • the electric charge d forming the dark current is generated on the second substrate surface 102 and then the influence of the electric field generated in the direction parallel to the second substrate surface 102. And moves away from the storage unit 11, and then the probability of moving toward the storage unit 11 increases.
  • the structure of the first specific example is not applied (when the density of the integrated charge h is uniform with respect to the direction parallel to the second substrate surface 102), as shown by the broken line in FIG. After the charge d forming the second substrate surface 102 is generated, the probability of moving directly toward the storage unit 11 increases.
  • the path and time until the charge d forming the dark current reaches the storage unit 11 is increased, and the charge d reaches the storage unit 11 until the charge d reaches the storage unit 11.
  • the probability of disappearing due to recombination can be improved.
  • the charge d (electron) moves in the integrated charge h (hole), the charge d can be effectively extinguished by recombination.
  • the fixed charge layer 14a is formed by, for example, a heat treatment method applied to a region near the storage unit 11 of the fixed charge layer 14a in a direction parallel to the second substrate surface 102, and the storage unit 11 of the fixed charge layer 14a. It can be obtained by differentiating the heat treatment method applied to the region away from the region.
  • the fixed charge layer 14a is made of a material (hafnium oxide or the like) that can increase the negative fixed charge E by crystallization by heat treatment after film formation
  • the heat treatment temperature is changed according to the above region (negative The region where the fixed charge E density should be increased is heat-treated at a high temperature, and the region where the negative fixed charge E density should be decreased is heat-treated at a low temperature), whereby the fixed charge layer 14a can be obtained.
  • the fixed charge layer 14a includes, for example, an impurity addition state in a region near the storage unit 11 of the fixed charge layer 14a and a storage unit of the fixed charge layer 14a in a direction parallel to the second substrate surface 102. It can also be obtained by making the impurity addition state in a region away from 11 different. For example, an impurity that can reduce the density of the negative fixed charge E (or an impurity that can increase the density of the negative fixed charge E or both) can be selectively selected depending on the region.
  • the above-mentioned fixed charge layer 14a can be obtained by adding or changing the amount added to each region.
  • ⁇ Second specific example> A second specific example of a structure for reducing dark current will be described with reference to FIG.
  • the thick solid line arrow shown in FIG. 3 indicates a path that is likely to be followed when the charge d forming the dark current does not recombine when the structure of the second specific example is applied.
  • the broken-line arrow shown in FIG. 3 indicates a path that is likely to be followed when the charge d forming the dark current does not recombine when the structure of the second specific example is not applied.
  • the film thickness in the region near the storage portion 11 of the fixed charge layer 14b is large in the direction parallel to the second substrate surface 102, and the fixed charge layer 14b The film thickness in a region away from the storage unit 11 is reduced. Therefore, the density of the integrated charge h on the second substrate surface 102 is higher in the region closer to the storage unit 11 and lower in the region away from the storage unit 11 in the direction parallel to the second substrate surface 102, and the direction Produces an electric field.
  • the electric charge d forming the dark current is generated on the second substrate surface 102 and then the influence of the electric field generated in the direction parallel to the second substrate surface 102. And moves away from the storage unit 11, and then the probability of moving toward the storage unit 11 increases.
  • the structure of the second specific example is not applied (when the density of the integrated charge h is uniform with respect to the direction parallel to the second substrate surface 102), as shown by the broken line in FIG. After the charge d forming the second substrate surface 102 is generated, the probability of moving directly toward the storage unit 11 increases.
  • the path and time until the charge d forming the dark current reaches the storage unit 11 is increased, and the charge d reaches the storage unit 11 until the charge d reaches the storage unit 11.
  • the probability of disappearing due to recombination can be improved.
  • the charge d (electron) moves in the integrated charge h (hole), the charge d can be effectively extinguished by recombination.
  • the fixed charge layer 14b can be formed, for example, by etching a region where the film thickness is to be reduced after forming a film having a uniform film thickness, or a region where the film thickness is to be increased.
  • the film can be formed by selectively forming a film.
  • FIG. 4 A third specific example of a structure for reducing dark current will be described with reference to FIG. Note that the thick solid arrow shown in FIG. 4 indicates a path that is likely to follow when the charge d forming the dark current does not recombine when the structure of the third specific example is applied. . On the other hand, the broken-line arrows shown in FIG. 4 indicate paths that are likely to follow when the charge d forming the dark current does not recombine when the structure of the third specific example is not applied.
  • the region 141 near the accumulation unit 11 of the fixed charge layer 14 c is negative fixed charge E with respect to the direction parallel to the second substrate surface 102.
  • the fixed charge layer 14c at least a part of the region 142 away from the accumulation portion 11 is formed of a material having a low negative fixed charge E density. Therefore, the density of the integrated charge h on the second substrate surface 102 is higher in the region closer to the storage unit 11 and lower in the region away from the storage unit 11 in the direction parallel to the second substrate surface 102, and the direction Produces an electric field.
  • the electric charge d forming the dark current is generated on the second substrate surface 102 and then influenced by the electric field generated in the direction parallel to the second substrate surface 102. And moves away from the storage unit 11, and then the probability of moving toward the storage unit 11 increases.
  • the structure of the third specific example is not applied (when the density of the integrated charge h is uniform with respect to the direction parallel to the second substrate surface 102), as shown by the broken line in FIG. After the charge d forming the second substrate surface 102 is generated, the probability of moving directly toward the storage unit 11 increases.
  • the path and time until the charge d forming the dark current reaches the storage unit 11 is increased, and the charge d reaches the storage unit 11.
  • the probability of disappearing due to recombination can be improved.
  • the charge d (electron) moves in the integrated charge h (hole), the charge d can be effectively extinguished by recombination.
  • the fixed charge layer 14c can be formed, for example, by separately forming the regions 141 and 142. Further, the same effect can be obtained by forming at least a part of the region 141 and the region 142 with materials having different densities of the negative fixed charge E, or with materials having different work functions. . In this case, at least a part of the region 141 may be formed of a material having a large work function difference, and at least a part of the region 142 may be formed of a material having a small work function difference (similar to the work function of silicon).
  • FIG. 5 A fourth specific example of a structure for reducing dark current will be described with reference to FIG.
  • the thick solid line arrow shown in FIG. 5 indicates a path that is likely to be traced when the charge d forming the dark current does not recombine when the structure of the fourth specific example is applied.
  • the broken-line arrows shown in FIG. 5 indicate paths that are likely to be followed when the charge d forming the dark current does not recombine when the structure of the fourth specific example is not applied.
  • the region near the storage portion 11 of the fixed charge layer 14d has a negative fixed charge E with respect to the direction parallel to the second substrate surface 102, and is fixed.
  • a region of the charge layer 14d away from the storage unit 11 has a positive fixed charge H. Therefore, the density of the accumulated charges h (holes) on the second substrate surface 102 is higher in a region closer to the storage unit 11 and lower in a region away from the storage unit 11 in the direction parallel to the second substrate surface 102.
  • There is an integrated charge e (electron) and an electric field is generated in that direction. In particular, a larger electric field is generated than an electric field generated only by the density difference of the integrated charges h.
  • the electric charge d forming the dark current is generated on the second substrate surface 102 and then the influence of the electric field generated in the direction parallel to the second substrate surface 102. And moves away from the storage unit 11, and then the probability of moving toward the storage unit 11 increases.
  • the structure of the fourth specific example is not applied (when the density of the integrated charge h is uniform in the direction parallel to the second substrate surface 102), as shown by the broken line in FIG. After the charge d forming the second substrate surface 102 is generated, the probability of moving directly toward the storage unit 11 increases.
  • the path and time until the charge d forming the dark current reaches the storage unit 11 becomes longer, and the charge d reaches the storage unit 11 until the charge d reaches the storage unit 11.
  • the probability of disappearing due to recombination can be improved.
  • a larger electric field can be generated in the direction parallel to the second substrate surface 102. Therefore, the charge d disappears by recombination before reaching the storage unit 11. It is possible to further improve the probability of performing. Further, since the charge d (electron) moves in the integrated charge h (hole), the charge d can be effectively extinguished by recombination.
  • the fixed charge layer 14d is at least a part of the fixed charge layer 14d that is close to the storage unit 11 in the direction parallel to the second substrate surface 102, for example, as in the third specific example. It can be obtained by differentiating the material and at least a part of the material constituting the region away from the storage portion 11 of the fixed charge layer 14d.
  • silicon nitride or silicon oxynitride can be used as a material having a positive fixed charge.
  • the fixed charge layer 14d has an impurity addition state in a region near the storage portion 11 of the fixed charge layer 14d with respect to a direction parallel to the second substrate surface 102, as in the first specific example. It can also be obtained by making the impurity addition state in a region away from the storage portion 11 of the fixed charge layer 14d different.
  • FIG. 6 A fifth specific example of a structure for reducing dark current will be described with reference to FIG.
  • the thick solid line arrow shown in FIG. 6 indicates a path that is likely to be traced when the charge d forming the dark current does not recombine when the structure of the fifth specific example is applied.
  • the broken-line arrows shown in FIG. 6 indicate paths that are likely to be followed when the charge d forming the dark current does not recombine when the structure of the fifth specific example is not applied.
  • the film thickness in the region near the storage part 11 of the base layer 13e is small in the direction parallel to the second substrate surface 102, and the storage part of the base layer 13e
  • the film thickness in a region away from 11 increases.
  • the distance between the region near the accumulation part 11 of the fixed charge layer 14e and the second substrate surface 102 in the direction parallel to the second substrate surface 102 is small, and the distance from the accumulation part 11 of the fixed charge layer 14e is reduced.
  • the distance between the distant region and the second substrate surface 102 increases. Therefore, the density of the integrated charge h on the second substrate surface 102 is higher in the region closer to the storage unit 11 and lower in the region away from the storage unit 11 in the direction parallel to the second substrate surface 102, and the direction Produces an electric field.
  • the electric charge d forming the dark current is generated on the second substrate surface 102 and then the influence of the electric field generated in the direction parallel to the second substrate surface 102. And moves away from the storage unit 11, and then the probability of moving toward the storage unit 11 increases.
  • the structure of the fifth specific example is not applied (when the density of the integrated charge h is uniform in the direction parallel to the second substrate surface 102), as shown by the broken line in FIG. After the charge d forming the second substrate surface 102 is generated, the probability of moving directly toward the storage unit 11 increases.
  • the path and time until the charge d forming the dark current reaches the storage unit 11 is increased, and the charge d reaches the storage unit 11.
  • the probability of disappearing due to recombination can be improved.
  • the charge d (electron) moves in the integrated charge h (hole), the charge d can be effectively extinguished by recombination.
  • the underlayer 13e can be formed, for example, by etching a region where the film thickness should be reduced after forming a film having a uniform film thickness, or in a region where the film thickness should be increased. Alternatively, it can be formed by selectively forming a film. Furthermore, the above-described fixed charge layer 14e can be obtained by performing uniform film formation on the underlying layer 13e on which the unevenness is thus formed.
  • FIG. 7 A sixth specific example of a structure for reducing dark current will be described with reference to FIG. Note that the thick solid line arrow shown in FIG. 7 may be traced when the charge d forming the dark current and the charge c generated by photoelectric conversion do not recombine when the structure of the sixth specific example is applied. Indicates a high path. On the other hand, the dashed arrow shown in FIG. 7 may be traced when the charge d forming the dark current and the charge c generated by photoelectric conversion do not recombine when the structure of the sixth specific example is not applied. It shows a high route.
  • the structure of the sixth specific example includes a fixed charge layer 14f similar to the fixed charge layer 14a (see FIG. 2) shown in the first specific example, and is parallel to the second substrate surface 102.
  • An electric field is generated with respect to the direction.
  • a p-type (p + ) barrier having an impurity concentration higher than that of the surrounding area in a region away from the storage portion 11 of the substrate 10 with respect to a direction parallel to the second substrate surface 102. Part 19 is formed.
  • the electric charge d forming the dark current is generated on the second substrate surface 102 and then the influence of the electric field generated in the direction parallel to the second substrate surface 102. And moves away from the storage unit 11, and then the probability of moving toward the storage unit 11 increases.
  • the structure of the sixth specific example is not applied (when the density of the integrated charge h is uniform in the direction parallel to the second substrate surface 102), as shown by the broken line in FIG. After the charge d forming the second substrate surface 102 is generated, the probability of moving directly toward the storage unit 11 increases.
  • the electric charge c generated by the photoelectric conversion is generated in the substrate 10 and then the influence of the electric field generated in the direction parallel to the second substrate surface 102.
  • the movement is hindered by the barrier portion 19 and the probability of moving toward the lower accumulation portion 11 is increased.
  • the influence of the electric field generated in the direction parallel to the second substrate surface 102 as shown by the broken line in FIG. And moves away from the storage unit 11, and the probability of moving to the adjacent storage unit 11 instead of the storage unit 11 that should be stored is increased.
  • the path and time until the charge d forming the dark current reaches the storage unit 11 is increased, and the charge d reaches the storage unit 11.
  • the probability of disappearing due to recombination can be improved.
  • the charge d (electron) moves in the integrated charge h (hole), the charge d can be effectively extinguished by recombination.
  • the potential barrier between the adjacent storage units 11 becomes clear, so that the charge c generated by photoelectric conversion moves to the storage unit 11 that should be stored originally. Probability can be improved. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of color mixing.
  • the barrier portion 19 can be formed by implanting p-type impurities into the substrate 10, for example.
  • the p-type impurity may be implanted into the substrate 10 from the second substrate surface 102 side, or may be implanted into the substrate 10 from the first substrate surface 101 side, or both. Also good. Further, when the p-type impurity is implanted into the substrate 10 from the first substrate surface 101 side, the wiring layer 12 or the like is not yet formed at the time when the p-type impurity is implanted into the substrate 10. Heat treatment can be performed.
  • the fixed charge layer 14f in the sixth specific example is the same as the fixed charge layer 14a (see FIG. 2) in the first specific example, but the fixed charge layer in the other specific examples. It may be the same as or other than these.
  • a seventh specific example of the structure for reducing dark current will be described.
  • the thick solid arrow shown in FIG. 8 may be traced when the charge d forming the dark current and the charge c generated by photoelectric conversion do not recombine when the structure of the seventh specific example is applied. Indicates a high path.
  • the broken-line arrow shown in FIG. 8 may be traced when the charge d forming the dark current and the charge c generated by photoelectric conversion do not recombine when the structure of the seventh specific example is not applied. It shows a high route.
  • the structure of the seventh specific example includes a fixed charge layer 14 g similar to the fixed charge layer 14 a (see FIG. 2) shown in the first specific example, and is parallel to the second substrate surface 102. An electric field is generated with respect to the direction. Furthermore, in the structure of the seventh specific example, a barrier portion 19 similar to the barrier portion shown in the sixth specific example (see FIG. 7) is formed, and n-type (on the second substrate surface 102 side of the barrier portion 19). n) Attraction part 20 is formed
  • the electric charge d forming the dark current is generated on the second substrate surface 102 and then the influence of the electric field generated in the direction parallel to the second substrate surface 102. And moves away from the storage unit 11, and then the probability of moving toward the attracting unit 20 increases.
  • the structure of the seventh specific example is not applied (when the density of the integrated charge h is uniform with respect to the direction parallel to the second substrate surface 102), as shown by the broken line in FIG.
  • the charge d that forms the following is generated on the second substrate surface 102, and then increases in the probability of moving directly toward the storage unit 11.
  • the electric charge c generated by the photoelectric conversion is generated in the substrate 10 and then the influence of the electric field generated in the direction parallel to the second substrate surface 102.
  • the movement is hindered by the barrier portion 19 and the probability of moving toward the lower accumulation portion 11 is increased.
  • the structure of the seventh specific example is not applied (when the barrier portion 19 and the attracting portion 20 are not formed), as shown by the broken line in FIG. 8, it occurs in the direction parallel to the second substrate surface 102.
  • the probability of moving away from the storage unit 11 due to the influence of the electric field and moving to the adjacent storage unit 11 instead of the storage unit 11 that should be stored increases.
  • the charge d forming the dark current can be confined in the second substrate surface 102, and the charge d forming the dark current reaches the storage unit 11. Since the path and time until the charge is increased, the probability that the charge d disappears due to recombination before reaching the storage unit 11 can be further improved. Further, since the charge d (electron) moves in the integrated charge h (hole), the charge d can be effectively extinguished by recombination.
  • the potential barrier between adjacent storage units becomes clear, and thus the probability that the charge c generated by photoelectric conversion moves to the storage unit 11 that should be stored originally Can be improved. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of color mixing.
  • the attraction portion 20 can be formed, for example, by injecting an n-type impurity into the barrier portion 19 formed in the substrate 10 from the second substrate surface 102 side.
  • the fixed charge layer 14g in the seventh specific example is the same as the fixed charge layer 14a (see FIG. 2) in the first specific example. It may be the same as or other than these.
  • FIG. 9 is a top view of the substrate for explaining an example of a method for forming the barrier portion and the attracting portion.
  • FIG. 9 is a top view when the substrate 10 is viewed from the second substrate surface 102 side.
  • the resists R1 and R2 are disposed at least immediately above the storage portion 11 to implant impurities. Is to do.
  • the resist R1 shown in FIG. 9A is a quadrangle
  • the resist R2 shown in FIG. 9B is a circle.
  • the resists R1 and R2 are preferably polygons that are equal to or larger than a quadrangle, and are circular as shown in FIG. 9B. Further preferred.
  • a pixel (optical black) that is not irradiated with light may be provided at the end of the solid-state imaging device 1 in order to detect noise components such as dark current.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the main part showing an example of the structure of the solid-state imaging device in the case where pixels that are not irradiated with light are provided.
  • a structure in the case where pixels that are not irradiated with light are provided for the solid-state imaging device of the first specific example described above will be exemplified.
  • a light blocking layer 21 that blocks light incident on the substrate 10 is provided immediately above the storage portion 11 (left end in the figure) included in the pixel.
  • the light-shielding layer 21 is provided on the fixed charge layer 14a, it is possible to make the behavior of the charges forming the dark current uniform in the pixel and other normal pixels, and this occurs in the storage unit 11 of each pixel. This is preferable because the difference in dark current can be reduced.
  • the density of the integrated charge h on the second substrate surface 102 is higher in the region closer to the storage unit 11 and lower in the region farther from the storage unit 11 in the direction parallel to the second substrate surface 102.
  • the density distribution of the integrated charge h may be the reverse of the structure of each of the specific examples described above. That is, the density of the integrated charge h on the second substrate surface 102 may be lower in a region closer to the storage unit 11 and higher in a region away from the storage unit 11 in a direction parallel to the second substrate surface 102.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a main part showing another example of a structure for reducing dark current in the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.
  • the thick solid arrow shown in FIG. 11 indicates a path that is likely to follow when the charge d forming the dark current does not recombine when the structure of this example is applied.
  • the broken-line arrow shown in FIG. 11 indicates a path that is likely to be followed when the charge d forming the dark current does not recombine when the structure of this example is not applied.
  • FIG. 2 another structure corresponding to the structure of the first specific example described above (see FIG. 2) is illustrated.
  • the density of the negative fixed charge E in the region near the storage portion 11 of the fixed charge layer 14p is low in the direction parallel to the second substrate surface 102, and the fixed charge
  • the density of the negative fixed charge E in the region away from the accumulation part 11 of the layer 14p increases. Therefore, the density of the integrated charge h on the second substrate surface 102 is lower in the region closer to the storage unit 11 and higher in the region away from the storage unit 11 with respect to the direction parallel to the second substrate surface 102. Produces an electric field.
  • the electric charge d forming the dark current is generated on the second substrate surface 102 and then influenced by the electric field generated in the direction parallel to the second substrate surface 102. In response, the probability of moving closer to the storage unit 11 and then moving toward the storage unit 11 increases.
  • a dark current is generated as shown by the broken line in FIG. After the charge d is generated on the second substrate surface 102, the probability of moving directly toward the storage unit 11 increases.
  • the path and time until the charge d forming the dark current reaches the storage unit 11 is increased, and recombination is performed before the charge d reaches the storage unit 11.
  • the probability of disappearing can be improved.
  • the charge d (electron) moves in the integrated charge h (hole), the charge d can be effectively extinguished by recombination.
  • charges (electrons) generated by photoelectric conversion move in a direction parallel to the second substrate surface 102, not in a direction away from the storage unit 11, but in an approaching direction. Therefore, it is possible to improve the probability that charges generated by photoelectric conversion move to the storage unit 11 that should be stored. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of color mixing.
  • the color mixture can be suppressed by providing the barrier portion 19.
  • the barrier portion 19 it is necessary to inject impurities into the substrate 10 and perform heat treatment. Depending on the timing and temperature of the heat treatment, the structure formed so far may be destroyed, There is a possibility of deteriorating characteristics.
  • the structure of this example only the fixed charge layer 14p is formed above the second substrate surface 102, and the implantation of the p-type impurity having the conductivity type opposite to that of the storage portion 11 is suppressed. Therefore, the heat treatment accompanying the implantation of the p-type impurity can be suppressed. Therefore, it becomes possible to suppress the destruction of the structure and the deterioration of characteristics due to the heat treatment.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of a main part showing another example of a structure for reducing dark current in the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.
  • the thick solid arrow shown in FIG. 12 indicates a path that is likely to follow when the charge d forming the dark current does not recombine when the structure of this example is applied.
  • the broken-line arrows shown in FIG. 12 indicate paths that are likely to follow when the charge d forming the dark current does not recombine when the structure of this example is not applied.
  • FIG. 2 another structure corresponding to the structure of the first specific example described above (see FIG. 2) is illustrated.
  • the density of the positive fixed charge H in the region near the storage part 11 of the fixed charge layer 14q is high in the direction parallel to the second substrate surface 102, and the fixed charge The density of the positive fixed charge H in the region away from the storage portion 11 of the layer 14q is lowered. Therefore, the density of the integrated charge e on the second substrate surface 102 is higher in a region closer to the storage unit 11 and lower in a region away from the storage unit 11 in the direction parallel to the second substrate surface 102, Produces an electric field.
  • the electric charge d forming the dark current is generated on the second substrate surface 102 and then the influence of the electric field generated in the direction parallel to the second substrate surface 102. In response, the probability of moving closer to the storage unit 11 and then moving toward the storage unit 11 increases.
  • a dark current is generated as shown by the broken line in FIG. After the charge d is generated on the second substrate surface 102, the probability of moving directly toward the storage unit 11 increases.
  • the path and time until the charge d forming the dark current reaches the storage unit 11 is increased, and recombination is performed before the charge d reaches the storage unit 11.
  • the probability of disappearing can be improved.
  • the electric charge d generated by the photoelectric conversion moves in the approaching direction in the direction parallel to the second substrate surface 102, not in the direction away from the storage unit 11. Therefore, it is possible to improve the probability that charges generated by photoelectric conversion move to the storage unit 11 that should be stored. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of color mixing. Further, in the structure of this example, it is possible to suppress the occurrence of color mixing only by forming the fixed charge layer 14q above the second substrate surface 102.
  • the charge d (electron) moves in the integrated charge e (electron). Therefore, in the structure of this example, there is a possibility that the charge d is difficult to disappear by recombination as compared with the structures of the specific examples described above. However, even with the structure of this example, the charge d can be suitably eliminated by increasing the concentration of the p-type impurity in the substrate 10.
  • the density of the accumulated charge e on the second substrate surface 102 is higher in the region closer to the storage unit 11 in the direction parallel to the second substrate surface 102, and away from the storage unit 11.
  • the region has been described as being lower (see FIG. 12)
  • the density distribution of the integrated charge e may be the reverse of [4] above. That is, the density of the accumulated charge e on the second substrate surface 102 may be lower in a region closer to the storage unit 11 and higher in a region away from the storage unit 11 in a direction parallel to the second substrate surface 102.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a main part showing another example of a structure for reducing dark current in the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.
  • a thick solid line arrow shown in FIG. 13 indicates a path that is likely to follow when the charge d forming the dark current does not recombine when the structure of this example is applied.
  • the broken-line arrows shown in FIG. 13 indicate paths that are likely to be followed when the charge d forming the dark current does not recombine when the structure of this example is not applied.
  • FIG. 2 another example structure corresponding to the structure of the first example described above (see FIG. 2) will be illustrated.
  • the density of the positive fixed charge H in the region near the storage portion 11 of the fixed charge layer 14r is low in the direction parallel to the second substrate surface 102, and the fixed charge The density of the positive fixed charge H in the region away from the storage portion 11 of the layer 14r is increased. Therefore, the density of the integrated charge e on the second substrate surface 102 is lower in the region closer to the storage unit 11 and higher in the region away from the storage unit 11 with respect to the direction parallel to the second substrate surface 102. Produces an electric field.
  • the electric charge d forming the dark current is generated on the second substrate surface 102 and then the influence of the electric field generated in the direction parallel to the second substrate surface 102. And moves away from the storage unit 11, and then the probability of moving toward the storage unit 11 increases.
  • a dark current is generated as shown by the broken line in FIG. After the charge d is generated on the second substrate surface 102, the probability of moving directly toward the storage unit 11 increases.
  • the path and time until the charge d forming the dark current reaches the storage unit 13 is increased, and recombination is performed before the charge d reaches the storage unit 11.
  • the probability of disappearing can be improved.
  • the charge d can be suitably eliminated by increasing the concentration of the p-type impurity in the substrate 10.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a main part showing another example of the structure for reducing dark current in the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a top view of the substrate for explaining an example of the structure of the electrode layer.
  • the thick solid arrow shown in FIG. 14 indicates a path that is likely to follow when the charge d forming the dark current does not recombine when the structure of this example is applied.
  • the broken-line arrows shown in FIG. 14 indicate paths that are likely to follow when the charge d forming the dark current does not recombine when the structure of this example is not applied.
  • a structure in which the electrode layer 22 is provided with respect to the structure described in the above [3] is illustrated.
  • the region (the density of the negative fixed charge E is high) away from the accumulation portion 11 of the fixed charge layer 14 p in the direction parallel to the second substrate surface 102.
  • the electrode layer 22 is provided above the region. Further, a voltage having the same polarity (negative) as that of the fixed charge E is applied to the electrode layer 22 at least during a period in which the storage unit 11 stores charges (electrons) generated by photoelectric conversion. Therefore, compared with the structure described in the above [3] (see FIG. 11), the density of the accumulated charges h on the second substrate surface 102 is higher in the accumulation unit 11 than in the direction parallel to the second substrate surface 102. The closer the region, the lower the region, and the higher the region away from the storage unit 11, the higher the electric field can be generated in that direction.
  • the electric charge d forming the dark current is generated on the second substrate surface 102 and then the influence of the electric field generated in the direction parallel to the second substrate surface 102. In response, the probability of moving closer to the storage unit 11 and then moving toward the storage unit 11 increases.
  • a dark current is generated as shown by the broken line in FIG. After the charge d is generated on the second substrate surface 102, the probability of moving directly toward the storage unit 11 increases.
  • the path and time until the charge d forming the dark current reaches the storage unit 13 is increased, and recombination is performed before the charge d reaches the storage unit 11.
  • the probability of disappearing can be improved.
  • the electrode layer 22 is made of a material that does not transmit the light incident on the substrate 10, as described above, the electrode layer 22 is separated from the accumulation portion 11 of the fixed charge layer 14 p in the direction parallel to the second substrate surface 102. It is preferable to provide the electrode layer 22 above the region. However, when the electrode layer 22 is made of a material that can transmit light incident on the substrate 10, it may be disposed at any position on the fixed charge layer. That is, the structure of this example (the structure including the electrode layer 22 above the fixed charge layer) can be applied to the structure of each example described above.
  • the storage unit 11 is arranged in the center of the pixel region A has been described so far (see FIGS. 2 to 8 and 10 to 15).
  • the storage unit 11 is provided in the wiring layer 12, for example.
  • the pixel region A may be arranged at a location other than the center.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of the main part showing another example of the structure for reducing dark current in the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 another structure corresponding to the structure of the first specific example described above (see FIG. 2) is illustrated.
  • the storage unit 11 is arranged at a position close to the separation unit 18 from the center of the pixel region A. Specifically, for example, with respect to a certain direction parallel to the second substrate surface 102, a separation unit 18 where the adjacent storage units 11 are close together, and a separation unit 18 where the adjacent storage units 11 are separated from each other.
  • the storage units 11 are arranged with periodicity so as to be repeated alternately.
  • the density of the integrated charge h is higher toward the center of the pixel region A (away from the separation unit 18) in the direction parallel to the second substrate surface 102, and toward the end of the pixel region A ( It is lower as the separation unit 18 is approached, and is the same as the first specific example (see FIG. 2) described above. That is, in the structure of this example, the density of the integrated charge h changes corresponding to the arrangement of the pixel regions A (or the separation portions 18).
  • the density of the integrated charge h may be changed in correspondence with the arrangement of the storage unit 11 without changing in correspondence with the arrangement of the pixel region A (or the separation unit 18). Specifically, for example, in the structure shown in FIG. 16, the density of the integrated charge h is higher in a region closer to the storage unit 11 (a region immediately above the storage unit 11) with respect to a direction parallel to the second substrate surface 102. You may make it low as the area
  • the refractive index can be made larger than the material (for example, silicon oxide) constituting the other layers.
  • the fixed charge layer can be used as an inner lens, and color mixing can be reduced, which is preferable.
  • the refractive index difference between the fixed charge layer and another adjacent layer becomes large, there is a concern that the light that is about to enter the substrate 10 is reflected by the fixed charge layer, and the sensitivity of the solid-state imaging device is lowered.
  • the fixed charge layer film so that the reflection of the green light is suppressed with reference to the green light (for example, 500 nm or more and 560 nm or less) having an intermediate wavelength in the light transmitted through the color filter. It is preferable to adjust the thickness.
  • the film thickness at the center of the region of the fixed charge layer immediately above the storage portion 11 is adjusted so as to satisfy the following formula (1).
  • N is the refractive index of the fixed charge layer
  • K is an arbitrary integer that is 0 or more.
  • the thickness of the fixed charge layer is allowed to be a value within the range (for example, ⁇ 25%).
  • the light that passes through the color filter includes red and blue in addition to green. Therefore, it is more preferable to adjust the thickness of the fixed charge layer so that reflection of red and blue light is also suppressed. Further, when the thickness of the fixed charge layer is increased, light absorption in the fixed charge layer increases. Therefore, it is more preferable to make the fixed charge layer as thin as possible.
  • each example described so far is such that a fixed charge layer is provided only on the second substrate surface 102 of the substrate 10. May be provided only on the first substrate surface 101, or on both the first substrate surface 101 and the second substrate surface 102.
  • the conductivity type and charge polarity of the semiconductor constituting the solid-state imaging device 1 may be the reverse of the structure of each example described so far (see FIGS. 1 to 13).
  • the substrate 10 may be formed of an n-type semiconductor
  • the storage unit 11 may be formed of a p-type semiconductor, and may store holes generated by photoelectric conversion.
  • the solid-state imaging device according to the present invention can be suitably used for, for example, a CMOS image sensor or a CCD image sensor mounted on various electronic devices having an imaging function.
  • SYMBOLS 1 Solid-state image sensor 10: Board

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Abstract

　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。

Description

固体撮像素子
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
特開２０００－２９９４５３号公報 特開２００８－３０６１５４号公報 特開２０１０－２３９１５５号公報
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 電極層の構造の一例について説明する基板の上面図。 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。
　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。
＜＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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）。
　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。
＜＜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。
　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。
　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。
　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。
　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）。
　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。
　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。
　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。
＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
＜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。
　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
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
＜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。
　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。
［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。
　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。
［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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
［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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
［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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
［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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
［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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
［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。
　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。
　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。
　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）
　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。
［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。
［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。
　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。
　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

Claims (19)

  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
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