JP2006024741A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 厚みが薄く、高感度の撮像が可能であり、且つ製造が容易な固体撮像素子を提供する。
【解決手段】 固体撮像素子１００は、半導体基板１３上方の同一平面上に配列される複数の光電変換膜１，２，３と、半導体基板１３上に配設され、複数の光電変換膜１，２，３の各々に蓄積される信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積領域４，５，６と、半導体基板１３上に形成され、電荷蓄積領域４，５，６に蓄積されている信号電荷に応じた信号を外部に読み出す信号読出回路（垂直転送チャネル１０，ポリシリコン電極１４）とを備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、平面上に配列される複数の画素を含む固体撮像素子に関する。

近年、半導体基板表面部に多数のフォトダイオード（ＰＤ）と信号読出回路とを集積すると共に各ＰＤ上に赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の各色カラーフィルタを積層したＣＣＤ型固体撮像素子やＣＭＯＳ型固体撮像素子が著しく進歩し、現在では、数百万ものＰＤを１チップ上に集積した固体撮像素子がデジタルカメラに搭載されるようになっている。

上記固体撮像素子では、カラーフィルタを用いる構成のため、光利用効率が悪い、偽色が発生する等の欠点が生じてしまう。又、ＰＤと信号読出回路とを半導体基板上に形成しているため、フォトダイオードの開口率が小さくなり、感度が悪い等の欠点が生じてしまう。そこで、これらの欠点を無くす固体撮像素子として、例えば特許文献１記載のものが提案されている。この固体撮像素子は、半導体基板上方に赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の光を検出する３つの光電変換膜を積層し、各膜に蓄積された信号電荷を半導体基板に形成された蓄積ダイオードに蓄積し、蓄積ダイオードに蓄積した信号電荷を、半導体基板表面に形成されている垂直ＣＣＤ及び水平ＣＣＤ等の信号読出回路で読み出して転送するという構成になっている。

特開２００２−８３９４６号公報

特許文献１記載の固体撮像素子は、半導体基板上方に３つの光電変換膜を積層する構造のため、厚みが増してしまうと共に、その製造工程が複雑になり、製造が容易ではない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、厚みが薄く、高感度の撮像が可能であり、且つ製造が容易な固体撮像素子を提供することを目的とする。

本発明の固体撮像素子は、半導体基板上方の同一平面上に配列される複数の光電変換膜と、前記半導体基板上に配設され、前記複数の光電変換膜の各々に蓄積される信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積領域と、前記半導体基板上に形成され、前記電荷蓄積領域に蓄積されている信号電荷に応じた信号を外部に読み出す信号読出回路とを備える。

この構成により、開口率を大きくすることができ、感度を向上させることができる。又、半導体基板上方に複数の光電変換膜を積層する固体撮像素子に比べ、厚みを薄くできると共に、その製造を容易に行うことができる。

又、本発明の固体撮像素子は、前記複数の光電変換膜と前記複数の電荷蓄積領域とを接続するコンタクト部を備え、前記コンタクト部は、前記光電変換膜と電気的に接続されており前記半導体基板の存在する方向に延びる第１のコンタクト部と、前記電荷蓄積領域と電気的に接続されており前記光電変換膜の存在する方向に延びる第２のコンタクト部と、前記第１のコンタクト部と前記第２のコンタクト部とを中継接続する第３のコンタクト部とを含み、前記第３のコンタクト部は、前記第１のコンタクト部と前記第２のコンタクト部とが前記半導体基板表面に対して垂直な方向で直線状に接続されないように、前記第１のコンタクト部と前記第２のコンタクト部とを中継接続する。

この構成により、第１のコンタクト部と第２のコンタクト部とが半導体基板表面に対して垂直な方向で直線状に接続されることがないため、光電変換膜で光電変換されなかった光が電荷蓄積領域に入射してしまうのを防ぐことができる。

又、本発明の固体撮像素子は、前記複数の電荷蓄積領域が、前記半導体基板上に正方格子状に配設されている。

この構成により、光電変換素子が半導体基板上に正方格子状に配設されている従来型の固体撮像素子の製造技術を利用することができる。又、この従来型の固体撮像素子を搭載している撮像装置の信号処理をそのまま利用することができる。

又、本発明の固体撮像素子は、前記複数の電荷蓄積領域が、前記半導体基板上にハニカム状に配設されている。

この構成により、光電変換素子が半導体基板上にハニカム状に配設されている従来型の固体撮像素子の製造技術を利用することができる。又、従来型の固体撮像素子を搭載している撮像装置の信号処理をそのまま利用することができる。この信号処理を利用することで、解像度向上等の効果を得ることができる。

又、本発明の固体撮像素子は、前記複数の光電変換膜が、赤色検出用の光電変換膜と、緑色検出用の光電変換膜と、青色検出用の光電変換膜とを含む。

又、本発明の固体撮像素子は、前記複数の光電変換膜が、赤色検出用の光電変換膜と、緑色検出用の光電変換膜と、青色検出用の光電変換膜と、エメラルド色検出用の光電変換膜とを含む。

この構成により、赤色の色再現性を向上させることができる。

本発明によれば、厚みが薄く、高感度の撮像が可能であり、且つ製造が容易な固体撮像素子を提供することができる。

本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子は、信号読出回路が形成される半導体基板上方に光電変換膜が積層された構造となっている。
図１は、本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の最上層の部分平面図である。図２は、本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の半導体基板の部分平面図である。
図１，２に示す固体撮像素子１００の半導体基板には、半導体基板上の行方向（図１，２のＸ方向）とこれに直交する列方向（図１，２のＹ方向）に正方格子状に配列された複数の電荷蓄積領域４，５，６と、これら電荷蓄積領域４，５，６から列毎に読み出された信号電荷をＹ方向に転送するＹ方向に延在する垂直転送路７と、垂直転送路７の出力に接続され、垂直転送路７から移された信号電荷を各々Ｘ方向に転送する水平転送路８と、水平転送路８の出力に接続され、転送されてきた信号電荷に応じた電圧信号を出力する出力部９とを備える。

垂直転送路７、水平転送路８、及び出力部９は、信号読出回路を構成する。この信号読出回路は、従来からあるＣＣＤ型固体撮像素子の信号読出回路と同様の構成をとることができる。又、この信号読出回路は、従来のＣＭＯＳ型固体撮像素子と同様に、電荷蓄積領域４，５，６の各々に蓄積されている信号電荷に応じた信号を、ＭＯＳ回路によって読み出し、これを半導体基板に形成された読み出し電極によって外部に取り出す構成とすることもできる。

複数の電荷蓄積領域４，５，６のうち奇数行には電荷蓄積領域４，５が交互に配列され、偶数行には電荷蓄積領域５，６が交互に配列されている。電荷蓄積領域４の上方には、赤色の光を検出する光電変換膜１（以下、Ｒ膜という）が積層され、電荷蓄積領域５の上方には、緑色の光を検出する光電変換膜２（以下、Ｇ膜という）が積層され、電荷蓄積領域６の上方には、青色の光を検出する光電変換膜３（以下、Ｂ膜という）が積層されている。Ｒ膜１、Ｇ膜２、及びＢ膜３は、半導体基板上の同一平面上に正方格子状に隙間なく配列されている。

Ｒ膜１の材料としては、無機材料でも有機材料でも良い。無機材料の場合は、例えば、ＧａＡｌＡｓ，Ｓｉを用いる。有機材料の場合は、例えば、ＺｎＰｃ（亜鉛フタロシアニン）／Ａｌｑ３（キノリノールアルミ錯体）を用いる。

Ｇ膜２の材料としては、無機材料でも有機材料でも良い。無機材料の場合は、例えば、ＩｎＧａＡｌＰやＧａＰＡｓを用いる。有機材料の場合は、例えば、Ｒ６Ｇ／ＰＭＰＳ（rhodamine 6G (R6G)-doped polymethylphenylsilane）を用いる。

Ｂ膜３の材料としては、無機材料でも有機材料でも良い。無機材料の場合は、例えば、ＩｎＡｌＰを用いる。有機材料の場合は、例えば、Ｃ６／ＰＨＰＰＳ（coumarin 6 (C6)-doped poly(m-hexoxyphenyl)phenylsilane）を用いる。

電荷蓄積領域４は、Ｒ膜１に蓄積された信号電荷を蓄積するものであり、例えば高濃度不純物がドープされた領域である。電荷蓄積領域５は、Ｇ膜２に蓄積された信号電荷を蓄積するものであり、例えば高濃度不純物がドープされた領域である。電荷蓄積領域６は、Ｂ膜３に蓄積された信号電荷を蓄積するものであり、例えば高濃度不純物がドープされた領域である。

固体撮像素子１００では、電荷蓄積領域４とＲ膜１とによって赤画素が構成され、電荷蓄積領域５とＧ膜２とによって緑画素が構成され、電荷蓄積領域６とＢ膜３とによって緑画素が構成される。したがって、固体撮像素子１００は、赤画素、緑画素、及び青画素からなる複数の画素が同一平面上に配列された構成となっている。

図３（ａ）は、図１に示す固体撮像素子のＡ−Ａ線断面図、図３（ｂ）は、図１に示す固体撮像素子のＡ’−Ａ’断面図である。
図３に示すように、固体撮像素子１００のｎ型シリコン基板に形成されたＰウェル層１３の表面部には、電荷蓄積領域４，５，６と、垂直転送チャネル１０と、電荷蓄積領域４，５，６に蓄積されている信号電荷の読出し及び転送を行うためのポリシリコン電極１４と、ポリシリコン電極１４を遮光する遮光膜１１と、チャネルストップ１２とが形成されている。垂直転送チャネル１０とポリシリコン電極１４とによって垂直転送路７が構成される。

図３（ａ）に示すように、電荷蓄積領域４の上には透明電極１５ｒが形成され、透明電極１５ｒの上には透明電極１６ｒが形成され、透明電極１６ｒの上には透明電極１７ｒが形成され、透明電極１７ｒの上には透明電極膜１８ｒが形成されている。透明電極１５ｒと透明電極１７ｒとは、平面視上重ならないように透明電極１６ｒに接続されている。透明電極膜１８ｒは、透明電極１５ｒ，１６ｒ，１７ｒによって電荷蓄積領域４に導通される。透明電極１５ｒ，１６ｒ，１７ｒは、透明電極膜１８ｒ及び電荷蓄積領域４以外とは電気的に絶縁される。透明電極１５ｒと透明電極１７ｒとは、半導体基板に対して垂直な方向（図３の上下方向）で直線状に接続されないように、透明電極１６ｒによって中継接続されている。つまり、透明電極１７ｒに入射した光が透明電極１５ｒに入射しないように、透明電極１７ｒと透明電極１５ｒとは、図中の左右方向に互いにずらして透明電極１６ｒに接続されている。このようにすることで、Ｒ膜１で光電変換されなかった光が、透明電極１７ｒ、透明電極１６ｒ、透明電極１５ｒの順に通って電荷蓄積領域４に入射してしまうのを防ぐことができる。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、電荷蓄積領域５の上には透明電極１５ｇが形成され、透明電極１５ｇの上には透明電極１６ｇが形成され、透明電極１６ｇの上には透明電極１７ｇが形成され、透明電極１７ｇの上には透明電極膜１８ｇが形成されている。透明電極１５ｇと透明電極１７ｇとは、平面視上重ならないように透明電極１６ｇに接続されている。透明電極膜１８ｇは、透明電極１５ｇ，１６ｇ，１７ｇによって電荷蓄積領域５に導通される。透明電極１５ｇ，１６ｇ，１７ｇは、透明電極膜１８ｇ及び電荷蓄積領域５以外とは電気的に絶縁される。透明電極１５ｇと透明電極１７ｇとは、半導体基板に対して垂直な方向（図３の上下方向）で直線状に接続されないように、透明電極１６ｇによって中継接続されている。つまり、透明電極１７ｇに入射した光が透明電極１５ｇに入射しないように、透明電極１７ｒと透明電極１５ｒとは、図中の左右方向に互いにずらして透明電極１６ｇに接続されている。このようにすることで、Ｇ膜２で光電変換されなかった光が、透明電極１７ｇ、透明電極１６ｇ、透明電極１５ｇの順に通って電荷蓄積領域５に入射してしまうのを防ぐことができる。

図３（ｂ）に示すように、電荷蓄積領域６の上には透明電極１５ｂが形成され、透明電極１５ｂの上には透明電極１６ｂが形成され、透明電極１６ｂの上には透明電極１７ｂが形成され、透明電極１７ｂの上には透明電極膜１８ｂが形成されている。透明電極１５ｂと透明電極１７ｂとは、平面視上重ならないように透明電極１６ｂに接続されている。透明電極膜１８ｂは、透明電極１５ｂ，１６ｂ，１７ｂによって電荷蓄積領域６に導通される。透明電極１５ｂ，１６ｂ，１７ｂは、透明電極膜１８ｂ及び電荷蓄積領域６以外とは電気的に絶縁される。透明電極１５ｂと透明電極１７ｂとは、半導体基板に対して垂直な方向（図３の上下方向）で直線状に接続されないように、透明電極１６ｂによって中継接続されている。つまり、透明電極１７ｂに入射した光が透明電極１５ｂに入射しないように、透明電極１７ｂと透明電極１５ｂとは、図中の左右方向に互いにずらして透明電極１６ｂに接続されている。このようにすることで、Ｂ膜３で光電変換されなかった光が、透明電極１７ｂ、透明電極１６ｂ、透明電極１５ｂの順に通って電荷蓄積領域６に入射してしまうのを防ぐことができる。

透明電極膜１８ｒの上にはＲ膜１が形成され、透明電極膜１８ｇの上にはＧ膜２が形成され、透明電極膜１８ｂの上にはＢ膜３が形成され、Ｒ膜１，Ｇ膜２，Ｂ膜３の上には透明電極膜１９が形成される。そして、最上層には、透明絶縁膜２８が形成される。透明電極１５ｒ，１６ｒ，１７ｒ，１５ｇ，１６ｇ，１７ｇ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂと透明電極膜１８ｒ，１８ｇ，１８ｂの周りは、入射光を透過しない不透明な絶縁物質で充たされている。

次に、固体撮像素子１００の動作を説明する。
固体撮像素子１００に被写体からの光が入射すると、入射光のうちの赤色の光がＲ膜１で吸収され、Ｒ膜１に赤色信号電荷が蓄積される。この状態で、透明電極膜１９及び透明電極膜１８ｒ間に電圧を印加すると、赤色信号電荷が透明電極１７ｒ、透明電極１６ｒ、透明電極１５ｒをこの順に通って電荷蓄積領域４に流れ、ここで蓄積される。入射光のうちの緑色の光はＧ膜２で吸収され、Ｇ膜２に緑色信号電荷が蓄積される。この状態で、透明電極膜１９及び透明電極膜１８ｇ間に電圧を印加すると、緑色信号電荷が透明電極１７ｇ、透明電極１６ｇ、透明電極１５ｇをこの順に通って電荷蓄積領域５に流れ、ここで蓄積される。入射光のうちの青色の光はＢ膜３で吸収され、Ｂ膜３に緑色信号電荷が蓄積される。この状態で、透明電極膜１９及び透明電極膜１８ｂ間に電圧を印加すると、緑色信号電荷が透明電極１７ｂ、透明電極１６ｂ、透明電極１５ｂをこの順に通って電荷蓄積領域６に流れ、ここで蓄積される。そして、電荷蓄積領域４，５，６に蓄積された信号電荷は、垂直転送路７に設けられた読出しゲートから垂直転送路７に読み出されて列方向に順次転送され、信号電荷に応じた信号が出力部９から出力される。そして、複数の画素毎から出力される赤色信号電荷に応じた信号、緑色信号電荷に応じた信号、及び青色信号電荷に応じた信号を用いて、従来から行われている信号処理（同時化処理等）を行うことで、カラー画像データを生成することが可能になる。

以上のように固体撮像素子１００によれば、信号読出回路を半導体基板上に形成し、光電変換膜を半導体基板上方に形成しているため、光電変換領域を大きくすることができる。又、光電変換膜を隙間なく配列することも可能になるため、光を効率良く利用することができる。したがって、信号読出回路とフォトダイオードとを同一平面上に形成した従来の固体撮像素子に比べ、感度を向上させることができる。

又、固体撮像素子１００によれば、半導体基板上方に光電変換膜を１層設ける構成であるため、半導体基板上方に光電変換膜を３層設ける固体撮像素子に比べ、その厚み（図３の上下方向の長さ）を薄くすることができる。又、製造工程の数も大幅に減らすことができる。

又、固体撮像素子１００によれば、従来からある固体撮像素子の信号読出回路の製造技術や、デジタルカメラ等で従来から行われている信号処理をそのまま利用することができる。

又、固体撮像素子１００によれば、例えば、Ｇ膜２に入射した光のうち光電変換されなかった光がＧ膜２を透過することになるが、この光は、透明電極１７ｇと透明電極１７ｇに接触する透明電極１６ｇの一部とに入射するのみで、透明電極１５ｇには入射されない。このため、Ｇ膜２を透過した光が電荷蓄積領域５に入射してしまうことはない。これは、Ｒ膜１を透過した光及びＢ膜３を透過した光についても同様のことが言える。したがって、高画質のカラー画像データを得ることができる。

次に、図４〜図１６を参照して、図３（ａ）に示す固体撮像素子１００の製造手順を説明する。図３（ｂ）に示す固体撮像素子１００の製造手順は、以下に説明するものとほぼ同様であるため、説明を省略する。
図４〜図１６の各図（ａ）は、半導体基板のＰウェル層１３及びその上の積層物の配線部分の断面図であり、各図（ｂ）は、その製造工程における最上層の上面図である、各図（ａ）は、各図（ｂ）のＢ−Ｂ線断面に相当する。尚、図４〜図１６において図３と同様の構成には同一符号を付してある。

まず、図４に示すように半導体基板１３を用意する。この半導体基板１３には、図３で説明した電荷蓄積領域４，５，６と、垂直転送チャネル１０と、ポリシリコン電極１４と、遮光膜１１と、チャネルストップ１２とが既に形成されている。

そして、図５に示すように、図４に示す半導体基板１３の上に不透明な絶縁膜２０を積層する。例えばＳｉＯ_２膜を低温ＣＶＤ等で積層して平坦化する。

次に、レジスト及びエッチングを行って、図６に示すように、電荷蓄積領域４，５の上に透明電極１５ｇ及び透明電極１５ｒを積層する。

次に、図７に示すように、絶縁膜２０、透明電極１５ｇ、及び透明電極１５ｒの上に、絶縁膜２０と同様の方法で不透明な絶縁膜２１を積層し、平坦化する。

次に、レジスト及びエッチングを行って、図８に示すように、透明電極１５ｇ及び透明電極１５ｒの上に透明電極１６ｇ及び透明電極１６ｒを積層する。

次に、図９に示すように、絶縁膜２１、透明電極１６ｇ、及び透明電極１６ｒの上に、絶縁膜２０と同様の方法で不透明な絶縁膜２２を積層し、平坦化する。

次に、レジスト及びエッチングを行って、図１０に示すように、透明電極１６ｇ及び透明電極１６ｒの上の、透明電極１５ｇ及び透明電極１５ｒと平面視上重ならない位置に、透明電極１７ｇ及び透明電極１７ｒを積層する。

次に、図１１に示すように、絶縁膜２２、透明電極１７ｇ、及び透明電極１７ｒの上に、絶縁膜２０と同様の方法で不透明な絶縁膜２３を積層し、平坦化する。

次に、レジスト及びエッチングを行って、図１２に示すように、透明電極１７ｇ及び透明電極１７ｒの上に透明電極膜１８ｇ及び透明電極膜１８ｒを積層する。

次に、スピンコート又は蒸着を行って絶縁膜２３、透明電極１８ｇ、及び透明電極１８ｒの上にＧ膜２を積層し、レジスト及びエッチングを行って、図１３に示すように、透明電極膜１８ｇの上にのみＧ膜２を積層する。

次に、スピンコート又は蒸着を行ってＲ膜１をベタ塗りし、ポリッシングを行って、図１４に示すように、透明電極膜１８ｒの上にのみＲ膜１を積層する。尚、この工程は、スピンコート又は蒸着を行ってＲ膜１をベタ塗りし、レジスト及びエッチングを行って、Ｒ膜１を積層するようにしても良い。ポリッシングを行ってＲ膜１を積層する場合は、Ｒ膜１とＧ膜２との間に隙間を作る必要がなくなる。

次に、スピンコート又は蒸着を行って、図１５に示すように、Ｒ膜１及びＧ膜２の上に透明電極膜１９を積層する。

最後に、図１６に示すように、透明電極膜１９の上に、絶縁膜２０と同様の方法で透明な絶縁膜２８を積層し、平坦化して、固体撮像素子１００の製造を終了する。

尚、本実施形態では電荷蓄積領域４とＲ膜１とを、図３に示したような３つの透明電極１５ｒ，１６ｒ，１７ｒで電気的に接続する構成としているが、これは、透明電極１８ｒを介してＲ膜１と電気的に接続され、半導体基板１３の存在する方向（図３中の下方向）に延びる第１の透明電極（特許請求の範囲の第１のコンタクト部に該当）と、電荷蓄積領域４と電気的に接続され、Ｒ膜１の存在する方向（図３中の上方向）に延びる第２の透明電極（特許請求の範囲の第２のコンタクト部に該当）と、第１の透明電極と第２の透明電極とが図３の上下方向で直線状に接続されないように第１の透明電極と第２の透明電極とを中継接続する第３の透明電極（特許請求の範囲の第３のコンタクト部に該当）とを有する構成であれば、上記効果を得ることができる。例えば、図１７に示すような構成としても良い。図３では、透明電極１７ｒ，１７ｇ，１７ｂが第１の透明電極に相当し、透明電極１５ｒ，１５ｇ，１５ｂが第２の透明電極に相当し、透明電極１６ｒ，１６ｇ，１６ｂが第３の透明電極に相当する。

図１７は、図３に示した固体撮像素子の変形例を示す図である。図３と同様の構成には同一符号を付してある。
図１７に示す固体撮像素子は、電荷蓄積領域４の上に透明電極２４ｒが形成され、透明電極２４ｒの上に透明電極２５ｒが形成され、透明電極２５ｒの上に透明電極２６ｒが形成され、透明電極２６ｒの上に透明電極２７ｒが形成され、透明電極２７ｒの上にＲ膜１が形成されている。透明電極２４ｒ，透明電極２５ｒ，透明電極２６ｒ，透明電極２７ｒは、それぞれ図１７中の左右方向の幅の半分ずつ、図１７中の左方向にずらして階段状に形成されている。この結果、Ｒ膜１と電気的に接続されている透明電極２７ｒと、電荷蓄積領域４と電気的に接続されている透明電極２４ｒとは、透明電極２５ｒ，２６ｒとによって中継接続され、図１７中の上下方向で直線状に接続されなくなる。したがって、Ｒ膜１を透過した光が電荷蓄積領域４に入射するのを防ぐことができる。

同様に、図１７に示す固体撮像素子は、電荷蓄積領域５の上に透明電極２４ｇが形成され、透明電極２４ｇの上に透明電極２５ｇが形成され、透明電極２５ｇの上に透明電極２６ｇが形成され、透明電極２６ｇの上に透明電極２７ｇが形成され、透明電極２７ｇの上にＧ膜２が形成されている。透明電極２４ｇ，透明電極２５ｇ，透明電極２６ｇ，透明電極２７ｇは、それぞれ図１７中の左右方向の幅の半分ずつ、図１７中の左方向にずらして階段状に形成されている。この結果、Ｇ膜２と電気的に接続されている透明電極２７ｇと、電荷蓄積領域５と電気的に接続されている透明電極２４ｇとは、透明電極２５ｇ，２６ｇによって中継接続され、図１７中の上下方向で直線状に接続されなくなる。したがって、Ｇ膜２を透過した光が電荷蓄積領域５に入射するのを防ぐことができる。

尚、図１７では、透明電極２７ｒ，２７ｇが第１の透明電極（第１のコンタクト部）に相当し、透明電極２４ｒ，２４ｇが第２の透明電極（第２のコンタクト部）に相当し、透明電極２５ｒ，２５ｇ，２６ｒ，２６ｇが第３の透明電極（第３のコンタクト部）に相当する。

又、上記では、Ｒ膜１、Ｇ膜２、Ｂ膜３の３種類の光電変換膜によって３つの色を検出する構成としているが、光電変換膜として青色と緑色の中間色であるエメラルド色の光（波長４８０〜５２０ｎｍ）を検出するエメラルド膜を更に設ける構成としても良い。この場合は、図２に示す電荷蓄積領域４，５，６のうち、奇数行又は偶数行に配設されている電荷蓄積領域５を、エメラルド膜に蓄積される信号電荷を蓄積するエメラルド色用の電荷蓄積領域とし、このエメラルド色用の電荷蓄積領域の上方にエメラルド膜を積層する構成とすれば良い。この場合、互いに近接する電荷蓄積領域４，５，６及びエメラルド色用の電荷蓄積領域と、その上方に積層されるＲ膜１、Ｇ膜２、Ｂ膜３、及びエメラルド膜とにより１画素が構成される。尚、エメラルド膜の材料としては、無機材料でも有機材料でも良い。

波長４８０〜５２０ｎｍのエメラルド色の光を検出する利点は、人間の視感度に応じて赤色を補正するためである。人間の視感度は、固体撮像素子１００でＲ，Ｇ，Ｂの正の感度のみ検出して色再現を行っても、人間の見た画像を再現することはできない。そこで、負感度の一番大きい赤の負感度をエメラルド膜によって検出し、Ｒ膜１で検出した赤の感度から、この負感度分を差し引く信号処理を、特許第２８７２７５９号公報記載の信号処理と同様に行うことで、人間の赤色に対する感度を再現することができ、色再現性を向上させることができる。

又、上記では、半導体基板上に電荷蓄積領域４，５，６を正方格子状に配設する構成としたが、電荷蓄積領域４，５，６をハニカム状に配設する図１８に示すような構成としても良い。この場合は、図１８に示すように、半導体基板上のＸ方向に電荷蓄積領域５を複数配設した電荷蓄積領域行を奇数行とし、半導体基板上のＸ方向に電荷蓄積領域４，６を交互に複数配設した電荷蓄積領域行を偶数行とし、奇数行と偶数行とを、各行のＸ方向配設ピッチの約１／２だけＸ方向に互いにずらして配設する。又、図１８に示すように、垂直転送路７は、Ｙ方向に延在する直線形状ではなく蛇行形状とする。
そして、図１８に示すような構成にした場合には、Ｒ膜１，Ｇ膜２，Ｂ膜３の配列は、図１９に示すように、奇数行にＧ膜２が複数配列され、偶数行にＲ膜１とＢ膜３とが交互に複数配列され、奇数行と偶数行とが各行のＸ方向配列ピッチの約１／２だけＸ方向に互いにずらして配列された構成になる。図１９では光電変換膜の形状を六角形としているが、これに限らず、例えば正方形等でも良い。

固体撮像素子１００を図１８及び図１９のような構成にした場合には、各画素から出力される信号の空間位置がハニカム配置になるため、信号が得られていない虚画素位置の信号を、その位置の周囲の信号から求める信号補間処理を行うことで、解像度を２倍にすることができる。この信号補間処理については、フォトダイオードがハニカム状に配列された従来からある固体撮像素子を搭載する撮像装置で行われている各種手法を用いることができる。

本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の最上層の部分平面図 本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の半導体基板の部分平面図 （ａ）は図１に示す固体撮像素子のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図１に示す固体撮像素子のＡ’−Ａ’断面図 図３に示す固体撮像素子の製造手順を説明するための図 図３に示す固体撮像素子の製造手順のうち図４の次の手順を説明するための図 図３に示す固体撮像素子の製造手順のうち図５の次の手順を説明するための図 図３に示す固体撮像素子の製造手順のうち図６の次の手順を説明するための図 図３に示す固体撮像素子の製造手順のうち図７の次の手順を説明するための図 図３に示す固体撮像素子の製造手順のうち図８の次の手順を説明するための図 図３に示す固体撮像素子の製造手順のうち図９の次の手順を説明するための図 図３に示す固体撮像素子の製造手順のうち図１０の次の手順を説明するための図 図３に示す固体撮像素子の製造手順のうち図１１の次の手順を説明するための図 図３に示す固体撮像素子の製造手順のうち図１２の次の手順を説明するための図 図３に示す固体撮像素子の製造手順のうち図１３の次の手順を説明するための図 図３に示す固体撮像素子の製造手順のうち図１４の次の手順を説明するための図 図３に示す固体撮像素子の製造手順のうち図１５の次の手順を説明するための図 図３に示す固体撮像素子の変形例を示す図 図１，２に示す固体撮像素子の変形例を示す図 図１８に示す固体撮像素子の最上層の平面図

符号の説明

１００ 固体撮像素子
１，２，３ 光電変換膜
４，５，６ 電荷蓄積領域
１０ 垂直転送チャネル
１４ ポリシリコン電極

Claims (6)

1. 半導体基板上方の同一平面上に配列される複数の光電変換膜と、
   前記半導体基板上に配設され、前記複数の光電変換膜の各々に蓄積される信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積領域と、
   前記半導体基板上に形成され、前記電荷蓄積領域に蓄積されている信号電荷に応じた信号を外部に読み出す信号読出回路とを備える固体撮像素子。
2. 請求項１記載の固体撮像素子であって、
   前記複数の光電変換膜と前記複数の電荷蓄積領域とを接続するコンタクト部を備え、
   前記コンタクト部は、前記光電変換膜と電気的に接続されており前記半導体基板の存在する方向に延びる第１のコンタクト部と、前記電荷蓄積領域と電気的に接続されており前記光電変換膜の存在する方向に延びる第２のコンタクト部と、前記第１のコンタクト部と前記第２のコンタクト部とを中継接続する第３のコンタクト部とを含み、
   前記第３のコンタクト部は、前記第１のコンタクト部と前記第２のコンタクト部とが前記半導体基板表面に対して垂直な方向で直線状に接続されないように、前記第１のコンタクト部と前記第２のコンタクト部とを中継接続する固体撮像素子。
3. 請求項１又は２記載の固体撮像素子であって、
   前記複数の電荷蓄積領域は、前記半導体基板上に正方格子状に配設されている固体撮像素子。
4. 請求項１又は２記載の固体撮像素子であって、
   前記複数の電荷蓄積領域は、前記半導体基板上にハニカム状に配設されている固体撮像素子。
5. 請求項１〜４のいずれか記載の固体撮像素子であって、
   前記複数の光電変換膜は、赤色検出用の光電変換膜と、緑色検出用の光電変換膜と、青色検出用の光電変換膜とを含む固体撮像素子。
6. 請求項１〜４のいずれか記載の固体撮像素子であって、
   前記複数の光電変換膜は、赤色検出用の光電変換膜と、緑色検出用の光電変換膜と、青色検出用の光電変換膜と、エメラルド色検出用の光電変換膜とを含む固体撮像素子。

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