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JP2011258666A - 固体撮像装置 - Google Patents

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達也 大黒
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Toshiba Corp
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Abstract

【課題】光電変換膜の特性の劣化を抑制できる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】固体撮像装置は、第１の電極膜と、前記第１の電極膜の表面及び側面を覆う第１の光電変換膜と、前記第１の光電変換膜の受光面及び側面を覆う第１の導電膜と、前記第１の導電膜における前記第１の光電変換膜の側面に対応した部分を覆う絶縁膜と、前記第１の導電膜における前記第１の光電変換膜の受光面に対応した部分の主要部を覆う第２の光電変換膜と、前記第２の光電変換膜の受光面及び側面を覆う第２の導電膜とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施の形態は、固体撮像装置に関する。
トランジスタが形成された半導体基板の上方に、赤、緑、青用の有機膜が光電変換膜として順に積層された固体撮像装置が提案されている。この構造では、青、緑、及び赤用の光電変換膜が、それぞれ、受けた光のうち青色、緑色、及び赤色の波長帯域の光を選択的に吸収して光電変換しキャリアを発生させる。これにより、所定面積内に所定数の各色（青、緑、及び赤）用の画素（光電変換膜又は光電変換部）を設ける際に、画素あたりの受光面積を増大することが容易になる。
この構造では、青、緑、赤用の各光電変換膜の側面が露出されている。このように、光電変換膜が周辺雰囲気の湿気や酸素と触れていると、光電変換膜の特性が劣化する傾向にある。
特開２００６−３２７１５号公報 米国特許出願公開第２００５／０２３０７７５号明細書
「Organic LED full color passive-matrix display」、「Journal of Luminescence Vol. 87-89」、2000年、Hirofumi Kubota、Satoshi Miyaguchi、Shinchi Ishizuka、Takeo Wakimoto、Jun Funaki、Yoshinori Fukuda、Teruichi Watanabe、Hideo Ochi、Tsuyoshi Sakamoto、Takako Miyake、Masami Tsuchida、Isamu Ohshita、Teruo Tohma著、Elsevier Science B.V. 発行、56-60頁
本発明の実施の形態は、例えば、光電変換膜の特性の劣化を抑制できる固体撮像装置を提供することを目的とする。
実施の形態によれば、第１の電極膜と、前記第１の電極膜の表面及び側面を覆う第１の光電変換膜と、前記第１の光電変換膜の受光面及び側面を覆う第１の導電膜と、前記第１の導電膜における前記第１の光電変換膜の側面に対応した部分を覆う絶縁膜と、前記第１の導電膜における前記第１の光電変換膜の受光面に対応した部分の主要部を覆う第２の光電変換膜と、前記第２の光電変換膜の受光面及び側面を覆う第２の導電膜とを備えたことを特徴とする固体撮像装置が提供される。
第１の実施の形態にかかる固体撮像装置の構成を示す図。 第１の実施の形態にかかる固体撮像装置の製造方法を示す図。 第１の実施の形態にかかる固体撮像装置の製造方法を示す図。 第１の実施の形態にかかる固体撮像装置の製造方法を示す図。 第２の実施の形態にかかる固体撮像装置の製造方法を示す図。 第２の実施の形態にかかる固体撮像装置の製造方法を示す図。 第３の実施の形態にかかる固体撮像装置の構成を示す図。 第３の実施の形態にかかる固体撮像装置の製造方法を示す図。 第４の実施の形態にかかる固体撮像装置の動作を示す図。 比較例にかかる固体撮像装置の構成を示す図。 非特許文献１に記載されたＳｉＯＮの組成と透過率との関係を示す図。
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態にかかる固体撮像装置を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態にかかる固体撮像装置１の構成について図１を用いて説明する。図１（ａ）は、固体撮像装置１の断面構成を示す断面図である。図１（ｂ）は、固体撮像装置１のレイアウト構成を示す平面図である。
固体撮像装置１は、半導体基板１０、多層配線構造ＭＳＴ、光電変換膜（第１の光電変換膜）７０ｒ、導電膜（第１の導電膜）６１、絶縁膜３１、光電変換膜（第２の光電変換膜）７０ｇ、導電膜（第２の導電膜）６２、絶縁膜（第２の絶縁膜）３２、光電変換膜（第３の光電変換膜）７０ｂ、導電膜（第３の導電膜）６３、絶縁膜３３を備える。
半導体基板１０は、ウエル領域１３内に、例えば、半導体領域１１ｒ及び半導体領域１２ｒが配されている。ウエル領域１３は、第１導電型（例えば、Ｐ型）の不純物を低い濃度で含む半導体（例えば、シリコン）で形成されている。Ｐ型の不純物は、例えば、ボロンである。半導体領域１１ｒ、及び半導体領域１２ｒは、第１導電型と反対導電型である第２導電型（例えば、Ｎ型）の不純物を、ウエル領域１３における第１導電型の不純物の濃度よりも高い濃度で含む半導体（例えば、シリコン）で形成されている。Ｎ型の不純物は、例えば、リン又は砒素である。
多層配線構造ＭＳＴは、半導体基板１０の上に配されている。多層配線構造ＭＳＴは、配線層と絶縁層とが交互に複数回積層された構造を有している。多層配線構造ＭＳＴでは、例えば、配線層９０、絶縁層４１、配線層２０、絶縁層４２、及び配線層５０が順に積層されている。
配線層９０は、半導体基板１０の上に配されている。配線層９０は、例えば、ポリシリコンで形成されている。配線層９０は、例えば、ゲート電極ＴＧｒ及び他のゲート電極等を有する。ゲート電極ＴＧｒは、半導体基板１０の上における半導体領域１１ｒと半導体領域１２ｒとの間に配されている。これにより、トランジスタＴＲｒが構成されている。
絶縁層４１は、半導体基板１０及びゲート電極ＴＧｒ等を覆っている。絶縁層４１は、例えば、シリコン酸化物で形成されている。配線層２０は、絶縁層４１の上に配されている。配線層２０は、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、又はＣｕ等を主成分とする金属で形成されている。配線層２０は、例えば、電極膜２１及び電極膜２２を有する。電極膜２１は、コンタクトプラグ８１を介して半導体領域１１ｒに接続されている。コンタクトプラグ８１は、絶縁層４１を貫通して、電極膜２１と半導体領域１１ｒをと接続している。
絶縁層４２は、絶縁層４１及び配線層２０を覆っている。絶縁層４２は、多層配線構造ＭＳＴにおける最上の絶縁層である。絶縁層４２は、例えば、シリコン酸化物で形成されている。配線層５０は、絶縁層４２の上に配されている。配線層５０は、多層配線構造ＭＳＴにおける最上の配線層である。配線層５０は、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、又はＣｕ等を主成分とする金属で形成されている。配線層５０は、例えば、電極膜（第１の電極膜）５１、電極膜（第２の電極膜）５２、電極膜（第３の電極膜）５３、及び電極膜（第４の電極膜）５４を有する。電極膜５１、電極膜５２、電極膜５３、及び電極膜５４は、配線層５０において互いに分離されている。
電極膜５１は、絶縁層４２の表面の一部を覆っている。すなわち、電極膜５１は、電極膜５２、電極膜５３、及び電極膜５４に隣接した位置で絶縁層４２の表面を覆っている。それとともに、電極膜５１は、その表面５１１及び側面５１２が光電変換膜７０ｒにより覆われている。これにより、電極膜５１は、光電変換膜７０ｒにおける受光面７０ｒ１と反対側の面７０ｒ３に電気的に接続されている。また、電極膜５１は、その表面５１１に垂直な方向から透視した場合に光電変換膜７０ｒに含まれるパターンを有する（図１（ｂ）参照）。電極膜５１は、例えば、コンタクトプラグ８３を介して電極膜２２に接続されている。
電極膜５２は、電極膜５１、光電変換膜７０ｒ、及び電極膜５３に隣接した位置で絶縁層４２の表面を覆っている。電極膜５２は、例えば、電極膜５３を挟んで電極膜５４と反対側で絶縁層４２を覆っている。それとともに、電極膜５２は、その表面５２１及び側面５２２が導電膜６１により覆われている（図１（ｂ）参照）。これにより、電極膜５２は、導電膜６１を介して、光電変換膜７０ｒの受光面７０ｒ１と光電変換膜７０ｇの面７０ｇ３とに電気的に接続されている。また、電極膜５２は、その表面５２１に垂直な方向から透視した場合に導電膜６１に含まれるパターンを有する。電極膜５２は、例えば、コンタクトプラグ８２を介して電極膜２１に接続されている。
電極膜５３は、電極膜５１、光電変換膜７０ｒ、電極膜５２、及び電極膜５４に隣接した位置で絶縁層４２を覆っている。電極膜５３は、例えば、電極膜５２及び電極膜５４の間で絶縁層４２を覆っている。それとともに、電極膜５２は、その表面及び側面が導電膜６２により覆われている（図１（ｂ）参照）。これにより、電極膜５３は、導電膜６２を介して、光電変換膜７０ｇの受光面７０ｇ１と光電変換膜７０ｂの面７０ｂ３とに電気的に接続されている。また、電極膜５３は、その表面に垂直な方向から透視した場合に導電膜６２に含まれるパターンを有する。電極膜５３は、例えば、コンタクトプラグ（図示せず）を介して電極膜（図示せず）に接続されている。
電極膜５４は、電極膜５１、光電変換膜７０ｒ、及び電極膜５３に隣接した位置で絶縁層４２を覆っている。電極膜５４は、例えば、電極膜５３を挟んで電極膜５２と反対側で絶縁層４２を覆っている。それとともに、電極膜５４は、その表面及び側面が導電膜６３により覆われている（図１（ｂ）参照）。これにより、電極膜５４は、導電膜６３を介して光電変換膜７０ｂの受光面７０ｂ１に電気的に接続されている。また、電極膜５４は、その表面に垂直な方向から透視した場合に導電膜６３に含まれるパターンを有する。電極膜５４は、例えば、コンタクトプラグ（図示せず）を介して電極膜（図示せず）に接続されている。
光電変換膜７０ｒは、電極膜５１の表面５１１及び側面５１２を覆っており、さらに電極膜５１の周囲における絶縁層４２も覆っている。これにより、光電変換膜７０ｒにおける受光面７０ｒ１と反対側の面７０ｒ３は、電極膜５１に電気的に接続されている。光電変換膜７０ｒは、例えば、後述するメタルマスクを用いた蒸着により形成可能な下限値以上の寸法で、島状のパターンとして形成されている。光電変換膜７０ｒは、受けた光のうち赤色の波長領域の光を吸収し、その吸収した光に応じた電荷を発生させる。光電変換膜７０ｒは、例えば、有機光電変換膜であり、赤色の波長領域の光を吸収し他の波長領域の光を透過させる性質を有した有機物で形成されている。
導電膜６１は、光電変換膜７０ｒの受光面７０ｒ１及び側面７０ｒ２を覆っている。導電膜６１は、光電変換膜７０ｒから電極膜５２まで連続して延びており、電極膜５２の表面５２１及び側面５２２を覆っている。これにより、光電変換膜７０ｒにおける受光面７０ｒ１及び側面７０ｒ２は、電極膜５２に電気的に接続されている。導電膜６１は、例えば、ＩＴＯ、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、又はＺｎＯなどの透明導電物質で形成されている。
導電膜６１は、光電変換膜７０ｒの受光面７０ｒ１に対応した部分６１１と、光電変換膜７０ｒの側面７０ｒ２に対応した部分６１２とを有する。受光面７０ｒ１に対応した部分６１１は、受光面７０ｒ１に垂直な方向から透視した場合に光電変換膜７０ｒの内側に含まれる主要部６１１ａと、受光面７０ｒ１に垂直な方向から透視した場合に主要部６１１ａの周囲に位置する周囲部６１１ｂとを含む（図３（ｄ）参照）。主要部６１１ａは、光電変換膜７０ｇにより覆われている。これにより、光電変換膜７０ｇにおける受光面７０ｇ１と反対側の面７０ｇ３は、電極膜５２に電気的に接続されている。周囲部６１１ｂ及び部分６１２は、絶縁膜３１により覆われている。
絶縁膜３１は、主要部６１１ａを覆わずに、導電膜６１における周囲部６１１ｂ及び部分６１２を覆っている。これにより、導電膜６１と導電膜６２とが互いに絶縁されている。絶縁膜３１は、主要部６１１ａに対応した開口３１ａ（図３（ａ）参照）を有している。さらに、絶縁膜３１は、導電膜６１における電極膜５２に対応した部分６１３も覆っている。これにより、電極膜５２と電極膜５３とが互いに絶縁されている。絶縁膜３１は、例えば、ＳｉＯＮで形成する。このとき、絶縁膜３１（ＳｉＯＮ膜）による入射光の減衰を抑えるようにＳｉＯＮの組成を調整することができる。例えば、絶縁膜３１（ＳｉＯＮ膜）の透過率を９５％以上にするために、ＳｉＯＮのＯ／（Ｏ＋Ｎ）比が４０％以上になるように組成を調整する（図１１参照）。
光電変換膜７０ｇは、導電膜６１における部分６１１のうち、受光面７０ｒ１に垂直な方向から透視した場合に光電変換膜７０ｒの内側に含まれる主要部６１１ａを覆っている。これにより、光電変換膜７０ｇにおける受光面７０ｇ１と反対側の面７０ｇ３は、導電膜６１を介して電極膜５２に電気的に接続されている。光電変換膜７０ｇは、絶縁膜３１における導電膜６１の周囲部６１１ｂに対応した部分３１ｂをさらに覆っている。光電変換膜７０ｇは、例えば、後述するメタルマスクを用いた蒸着により形成可能な下限値以上の寸法で、島状のパターンとして形成されている。光電変換膜７０ｇは、受けた光のうち緑色の波長領域の光を吸収し、その吸収した光に応じた電荷を発生させる。光電変換膜７０ｇは、例えば、有機光電変換膜であり、緑色の波長領域の光を吸収し他の波長領域の光を透過させる性質を有した有機物で形成されている。
導電膜６２は、光電変換膜７０ｇの受光面７０ｇ１及び側面７０ｇ２を覆っている。導電膜６２は、光電変換膜７０ｇから電極膜５３まで連続して延びており、電極膜５３の表面及び側面を覆っている。これにより、光電変換膜７０ｇにおける受光面７０ｇ１及び側面７０ｇ２は、電極膜５３に電気的に接続されている。導電膜６２は、例えば、ＩＴＯ、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、又はＺｎＯなどの透明導電物質で形成されている。
導電膜６２は、光電変換膜７０ｇの受光面７０ｇ１に対応した部分６２１と、光電変換膜７０ｇの側面７０ｇ２に対応した部分６２２とを有する。受光面７０ｇ１に対応した部分６２１は、受光面７０ｇ１に垂直な方向から透視した場合に光電変換膜７０ｇの内側に含まれる主要部６２１ａと、受光面７０ｇ１に垂直な方向から透視した場合に主要部６２１ａの周囲に位置する周囲部６２１ｂとを含む（図４（ｄ）参照）。主要部６２１ａは、光電変換膜７０ｂにより覆われている。これにより、光電変換膜７０ｂにおける受光面７０ｂ１と反対側の面７０ｂ３は、電極膜５３に電気的に接続されている。周囲部６２１ｂ及び部分６２２は、絶縁膜３２により覆われている。
絶縁膜３２は、主要部６２１ａを覆わずに、導電膜６２における周囲部６２１ｂ及び部分６２２を覆っている。これにより、導電膜６２と導電膜６３とが互いに絶縁されている。絶縁膜３２は、主要部６２１ａに対応した開口を有している。さらに、絶縁膜３２は、導電膜６２における電極膜５３に対応した部分も覆っている。これにより、電極膜５３と電極膜５４とが互いに絶縁されている。絶縁膜３２は、例えば、ＳｉＯＮで形成する。このとき、絶縁膜３２（ＳｉＯＮ膜）による入射光の減衰を抑えるようにＳｉＯＮの組成を調整することができる。例えば、絶縁膜３２（ＳｉＯＮ膜）の透過率を９５％以上にするために、ＳｉＯＮのＯ／（Ｏ＋Ｎ）比が４０％以上になるように組成を調整する（図１１参照）。
光電変換膜７０ｂは、導電膜６２における部分６２１のうち、受光面７０ｇ１に垂直な方向から透視した場合に光電変換膜７０ｇの内側に含まれる主要部６２１ａを覆っている。これにより、光電変換膜７０ｂにおける受光面７０ｂ１と反対側の面７０ｂ３は、導電膜６２を介して電極膜５３に電気的に接続されている。光電変換膜７０ｂは、絶縁膜３２における導電膜６２の周囲部６２１ｂに対応した部分３２ｂをさらに覆っている。光電変換膜７０ｂは、例えば、後述するメタルマスクを用いた蒸着により形成可能な下限値以上の寸法で、島状のパターンとして形成されている。光電変換膜７０ｂは、受けた光のうち緑色の波長領域の光を吸収し、その吸収した光に応じた電荷を発生させる。光電変換膜７０ｂは、例えば、有機光電変換膜であり、青色の波長領域の光を吸収し他の波長領域の光を透過させる性質を有した有機物で形成されている。
導電膜６３は、光電変換膜７０ｂの受光面７０ｂ１及び側面７０ｂ２を覆っている。導電膜６３は、光電変換膜７０ｂから電極膜５４まで連続して延びており、電極膜５４の表面及び側面を覆っている。これにより、光電変換膜７０ｂにおける受光面７０ｂ１及び側面７０ｂ２は、電極膜５４に電気的に接続されている。導電膜６３は、例えば、ＩＴＯ、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、又はＺｎＯなどの透明導電物質で形成されている。
導電膜６３は、光電変換膜７０ｂの受光面７０ｂ１に対応した部分６３１と、光電変換膜７０ｂの側面７０ｂ２に対応した部分６３２とを有する。部分６３１及び部分６３２は、絶縁膜３３により覆われている。
絶縁膜３３は、導電膜６３における部分６３１及び部分６３２を覆っている。さらに、絶縁膜３３は、導電膜６３における電極膜５４に対応した部分も覆っている。絶縁膜３３は、例えば、ＳｉＯＮで形成する。このとき、絶縁膜３３（ＳｉＯＮ膜）による入射光の減衰を抑えるようにＳｉＯＮの組成を調整することができる。例えば、絶縁膜３３（ＳｉＯＮ膜）の透過率を９５％以上にするために、ＳｉＯＮのＯ／（Ｏ＋Ｎ）比が４０％以上になるように組成を調整する（図１１参照）。
ここで、光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｒは、いずれも、全ての面が所定の膜で覆われ露出しないようになっている。光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｒは、いずれも、コンタクトホールを有しない島状のパターンとして形成されている。
また、電極膜５１、電極膜５２、電極膜５３、及び電極膜５４は、いずれも多層配線構造ＭＳＴにおける最上の絶縁層４２を覆っており、半導体基板１０の表面１０ａからの高さが均等になっている。電極膜５２は、光電変換部７０ｒの受光面７０ｒ１側の電極と光電変換部７０ｇの面７０ｇ３側の電極とが共通化されたものとなっている。電極膜５３は、光電変換部７０ｇの受光面７０ｇ１側の電極と光電変換部７０ｂの面７０ｂ３側の電極とが共通化されたものとなっている。
次に、第１の実施の形態にかかる固体撮像装置１の動作について説明する。以下では、電極膜５１を介して光電変換膜７０ｒへバイアスが印加された場合の動作について例示的に説明する。
光電変換膜７０ｒで発生した電荷に応じた信号は、バイアスが印加された際に、導電膜６１を介して電極膜５２へ転送される。電極膜５２へ転送された信号は、コンタクトプラグ８２、電極膜２１、及びコンタクトプラグ８１を介して、半導体領域１１ｒへ転送される。半導体領域１１ｒは、転送された信号（電圧）を電荷に変換し蓄積する。トランジスタＴＲは、アクティブレベルの制御信号がゲート電極ＴＧｒへ供給された際にオンする。これにより、トランジスタＴＲｒは、半導体領域１１ｒの電荷を半導体領域１２ｒへ転送する。半導体領域１２ｒは、転送された電荷を電圧に変換する。図示しない増幅トランジスタは、その変換された電圧に応じた信号を信号線へ出力する。信号線へ出力された信号（アナログ信号）は、例えば、固体撮像装置１内又は固体撮像装置１の後段に設けられたＡ／Ｄ変換回路（図示せず）でデジタル信号へ変換され、例えば赤用の画像信号とされる。同様にして、半導体領域１１ｇ、１１ｂの信号も読み出されデジタル信号へ変換され、それぞれ、緑用、青用の画像信号とされる。そして、２次元的に配列された複数の画素のそれぞれから読み出され変換された各色の画像信号に対してさらに後段の画像処理回路（図示せず）で所定の画像処理が施されることにより、画像データが得られる。
次に、第１の実施の形態にかかる固体撮像装置１の製造方法について図２〜図４及び図１を用いて説明する。図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ）〜（ｃ）は、固体撮像装置１の製造方法を示す工程断面図である。図２（ｄ）〜（ｆ）、図３（ｄ）〜（ｆ）、図４（ｄ）〜（ｆ）は、それぞれ、図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ）〜（ｃ）に対応した平面図である。また、図１（ａ）及び（ｂ）を、それぞれ、工程断面図及びそれに対応した平面図として用いる。
図２（ａ）、（ｄ）に示す工程では、半導体基板１０のウエル領域１３内に、イオン注入法などにより、半導体領域１１ｒ、１２ｒ、及び他の半導体領域を形成する。ウエル領域１３は、第１導電型（例えば、Ｐ型）の不純物を低い濃度で含む半導体（例えば、シリコン）で形成されている。半導体領域１１ｒ、１２ｒは、例えば、第１導電型と反対導電型である第２導電型（例えば、Ｎ型）の不純物を、半導体基板１０のウエル領域１３内に、ウエル領域１３における第１導電型の不純物の濃度よりも高い濃度で注入することにより形成する。
そして、半導体基板１０の上に、多層配線構造ＭＳＴを形成する。
具体的には、ゲート電極ＴＧｒ、及び他のゲート電極等を有する配線層９０のパターンを例えばポリシリコンで形成する。そして、半導体基板１０及び配線層９０を覆う絶縁層４１ｉを例えばシリコン酸化物で形成する。さらに、例えば、絶縁層４１を貫通し半導体領域１１ｒに接続されたコンタクトプラグ８１を例えばタングステンなどの導電物質で形成する。
その後、絶縁層４１の上に、電極膜２１、電極膜２２等を有する配線層２０のパターンを例えばＡｌ、Ｔｉ、又はＣｕ等を主成分とする金属で形成する。そして、絶縁層４１及び配線層２０を覆う絶縁層４２ｉを例えばシリコン酸化物で形成する。さらに、例えば、絶縁層４２を貫通し電極膜２１、２２にそれぞれ接続されたコンタクトプラグ８２、８３を例えばタングステンなどの導電物質で形成する。
そして、絶縁層４２の上に、スパッタ法などにより、全面に金属層（図示せず）を形成する。金属層は、例えばＡｌ、Ｔｉ、又はＣｕ等を主成分とする金属（例えば、ＴｉＮ）で形成する。金属層は、例えば、５０ｎｍ以下程度の膜厚で形成する。リソグラフィー及びドライエッチングなどにより金属層をパターニングして、電極膜５１、電極膜５２、電極膜５３、及び電極膜５４を有する配線層５０を形成する。電極膜５１、電極膜５２、電極膜５３、及び電極膜５４は、互いに分離された島状のパターンとして形成する。電極膜５１は、形成されるべき光電変換膜７０ｒに対応したパターンで、すなわち電極膜５１の表面５１１に垂直な方向から透視した場合に光電変換膜７０ｒに含まれるべきパターンで形成される。電極膜５２、電極膜５３、及び電極膜５４は、いずれも、電極膜５１に隣接した位置に形成される。
図２（ｂ）、（ｅ）に示す工程では、電極膜５１の表面５１１及び側面５１２を覆うように光電変換膜７０ｒを形成する。具体的には、形成すべきパターンに対応した寸法（例えば、略同じ寸法）の開口が形成されたメタルマスクを用いて、メッキあるいは蒸着を行うことにより、光電変換膜７０ｒを形成する。光電変換膜７０ｒは、例えば、赤色の波長領域の光を吸収し他の波長領域の光を透過させる性質を有した有機物で形成する。光電変換膜７０ｒは、電極膜５１の表面５１１に垂直な方向から透視した場合に電極膜５１を含むようなパターンで形成する（図２（ｅ）参照）。これにより、光電変換膜７０ｒは、電極膜５１の表面５１１及び側面５１２を覆う。それとともに、光電変換膜７０ｒの受光面７０ｒ１と反対側の面７０ｒ３は、電極膜５１に電気的に接続される。メタルマスクにおける開口の縦横のサイズは、例えば所定値以上１．２μｍ以下である。堆積された光電変換膜７０ｒの膜厚は、例えば所定値以上１μｍ以下である。
図２（ｃ）、（ｆ）に示す工程では、光電変換膜７０ｒの受光面７０ｒ１及び側面７０ｒ２を覆うとともに、電極膜５２の表面５２１及び側面５２２を覆うように、導電膜６１を形成する。具体的には、スパッタ法などにより、全面に導電層（図示せず）を形成する。導電層は、例えば、ＩＴＯ、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、又はＺｎＯなどの透明導電物質で形成する。リソグラフィー及びエッチングにより導電層をパターニングして、導電膜６１を形成する。導電膜６１は、光電変換膜７０ｒの受光面７０ｒ１に垂直な方向から透視した場合に光電変換膜７０ｒ及び電極膜５２の両方を含み、かつ、電極膜５３及び電極膜５４のいずれにも重ならないようなパターンで形成する（図２（ｆ）参照）。これにより、導電膜６１は、光電変換膜７０ｒの受光面７０ｒ１及び側面７０ｒ２を覆う。また、導電膜６１は、光電変換膜７０ｒから電極膜５２まで連続したパターンとして形成する。これにより、光電変換膜７０ｒの受光面７０ｒ１は、電極膜５２に電気的に接続される。
図３（ａ）、（ｄ）に示す工程では、導電膜６１における主要部６１１ａを除く部分を覆うように、絶縁膜３１を形成する。具体的には、ＣＶＤ法などにより、全面に絶縁層（図示せず）を形成する。絶縁層は、例えば、Ｏ／（Ｏ＋Ｎ）比が４０％以上になるように組成が調整されたＳｉＯＮで形成する。リソグラフィー及びドライエッチングなどにより絶縁層をパターニングして、絶縁膜３１を形成する。絶縁膜３１は、光電変換膜７０ｒの受光面７０ｒ１に垂直な方向から透視した場合に導電膜６１を含むパターンから、主要部６１１ａを除いたパターンで形成する（図３（ｄ）参照）。
これにより、絶縁膜３１には、導電膜６１における主要部６１１ａを露出する開口３１ａが形成される。開口３１ａは、例えば、光電変換膜７０ｒの受光面７０ｒ１に垂直な方向から透視した場合に電極膜５１と均等な形状及び大きさのパターンとすることができる。また、絶縁膜３１は、導電膜６１における光電変換膜７０ｒの側面７０ｒ２に対応した部分６１２を覆い、導電膜６１における光電変換膜７０ｒの受光面７０ｒ１に対応した部分６１１のうち主要部６１１ａの周囲に位置する周囲部６１１ｂをさらに覆う。また、絶縁膜３１は、導電膜６１における電極膜５２に対応した部分６１３も覆う。
図３（ｂ）、（ｅ）に示す工程では、導電膜６１における露出された主要部６１１ａを覆うとともに、絶縁膜３１における導電膜６１の周囲部６１１ｂに対応した部分３１ｂを覆うように、光電変換膜７０ｇを形成する。具体的には、形成すべきパターンに対応した寸法（例えば、略同じ寸法）の開口が形成されたメタルマスクを用いて、メッキあるいは蒸着を行うことにより、光電変換膜７０ｇを形成する。光電変換膜７０ｇは、例えば、緑色の波長領域の光を吸収し他の波長領域の光を透過させる性質を有した有機物で形成する。光電変換膜７０ｇは、例えば、光電変換膜７０ｒの受光面７０ｒ１に垂直な方向から透視した場合に光電変換膜７０ｒと均等な形状及び大きさのパターンで形成する（図３（ｅ）参照）。これにより、光電変換膜７０ｇは、導電膜６１における露出された主要部６１１ａを覆い、絶縁膜３１における導電膜６１の周囲部６１１ｂに対応した部分３１ｂを覆う。それとともに、光電変換膜７０ｇの受光面７０ｇ１と反対側の面７０ｇ３は、導電膜６１を介して電極膜５２に電気的に接続される。メタルマスクにおける開口の縦横のサイズは、例えば所定値以上１．２μｍ以下である。堆積された光電変換膜７０ｒの膜厚は、例えば所定値以上１μｍ以下である。
図３（ｃ）、（ｆ）に示す工程では、光電変換膜７０ｇの受光面７０ｇ１及び側面７０ｇ２を覆うとともに、電極膜５３の表面及び側面を覆うように、導電膜６２を形成する。具体的には、スパッタ法などにより、全面に導電層（図示せず）を形成する。導電層は、例えば、ＩＴＯ、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、又はＺｎＯなどの透明導電物質で形成する。リソグラフィー及びエッチングにより導電層をパターニングして、導電膜６２を形成する。導電膜６２は、光電変換膜７０ｇの受光面７０ｇ１に垂直な方向から透視した場合に光電変換膜７０ｇ及び電極膜５３の両方を含み、かつ、電極膜５２及び電極膜５４のいずれにも重ならないようなパターンで形成する（図３（ｆ）参照）。これにより、導電膜６２は、光電変換膜７０ｇの受光面７０ｇ１及び側面７０ｇ２を覆う。また、導電膜６２は、光電変換膜７０ｇから電極膜５３まで連続したパターンとして形成する。これにより、光電変換膜７０ｇの受光面７０ｇ１は、導電膜６２を介して電極膜５３に電気的に接続される。
図４（ａ）、（ｄ）に示す工程では、導電膜６２における主要部６２１ａを除く部分を覆うように、絶縁膜３２を形成する。具体的には、ＣＶＤ法などにより、全面に絶縁層（図示せず）を形成する。絶縁層は、例えば、Ｏ／（Ｏ＋Ｎ）比が４０％以上になるように組成が調整されたＳｉＯＮで形成する。リソグラフィー及びドライエッチングなどにより絶縁層をパターニングして、絶縁膜３２を形成する。絶縁膜３２は、光電変換膜７０ｇの受光面７０ｇ１に垂直な方向から透視した場合に導電膜６２を含むパターンから、主要部６２１ａを除いたパターンで形成する（図４（ｄ）参照）。
これにより、絶縁膜３２には、導電膜６２における主要部６２１ａを露出する開口３２ａが形成される。開口３２ａは、例えば、光電変換膜７０ｇの受光面７０ｇ１に垂直な方向から透視した場合に電極膜５１と均等な形状及び大きさのパターンとすることができる。また、絶縁膜３２は、導電膜６２における光電変換膜７０ｇの側面７０ｇ２に対応した部分６２２を覆い、導電膜６２における光電変換膜７０ｇの受光面７０ｇ１に対応した部分６２１のうち主要部６２１ａの周囲に位置する周囲部６２１ｂをさらに覆う。また、絶縁膜３２は、導電膜６２における電極膜５３に対応した部分６２３も覆う（図４（ｄ）参照）。
図４（ｂ）、（ｅ）に示す工程では、導電膜６２における露出された主要部６２１ａを覆うとともに、絶縁膜３２における導電膜６２の周囲部６２１ｂに対応した部分３２ｂを覆うように、光電変換膜７０ｂを形成する。具体的には、形成すべきパターンに対応した寸法（例えば、略同じ寸法）の開口が形成されたメタルマスクを用いて、メッキあるいは蒸着を行うことにより、光電変換膜７０ｂを形成する。光電変換膜７０ｂは、例えば、青色の波長領域の光を吸収し他の波長領域の光を透過させる性質を有した有機物で形成する。光電変換膜７０ｂは、例えば、光電変換膜７０ｇの受光面７０ｇ１に垂直な方向から透視した場合に光電変換膜７０ｇと均等な形状及び大きさのパターンで形成する（図４（ｅ）参照）。これにより、光電変換膜７０ｂは、導電膜６２における露出された主要部６２１ａを覆い、絶縁膜３２における導電膜６２の周囲部６２１ｂに対応した部分３２ｂを覆う。それとともに、光電変換膜７０ｂの受光面７０ｂ１と反対側の面７０ｂ３は、導電膜６２を介して電極膜５３に電気的に接続される（図４（ｅ）参照）。メタルマスクにおける開口の縦横のサイズは、例えば所定値以上１．２μｍ以下である。堆積された光電変換膜７０ｒの膜厚は、例えば所定値以上１μｍ以下である。
図４（ｃ）、（ｆ）に示す工程では、光電変換膜７０ｂの受光面７０ｂ１及び側面７０ｂ２を覆うとともに、電極膜５４の表面及び側面を覆うように、導電膜６３を形成する。具体的には、スパッタ法などにより、全面に導電層（図示せず）を形成する。導電層は、例えば、ＩＴＯ、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、又はＺｎＯなどの透明導電物質で形成する。リソグラフィー及びエッチングにより導電層をパターニングして、導電膜６３を形成する。導電膜６３は、光電変換膜７０ｂの受光面７０ｂ１に垂直な方向から透視した場合に光電変換膜７０ｂ及び電極膜５４の両方を含み、かつ、電極膜５２及び電極膜５３のいずれにも重ならないようなパターンで形成する（図４（ｆ）参照）。これにより、導電膜６３は、光電変換膜７０ｂの受光面７０ｂ１及び側面７０ｂ２を覆う。また、導電膜６３は、光電変換膜７０ｂから電極膜５４まで連続したパターンとして形成する。これにより、光電変換膜７０ｂの受光面７０ｂ１は、導電膜６３を介して電極膜５４に電気的に接続される。
図１（ａ）、（ｂ）に示す工程では、導電膜６３を覆うように、絶縁膜３３を形成する。具体的には、ＣＶＤ法などにより、全面に絶縁層（図示せず）を形成する。絶縁層は、例えば、Ｏ／（Ｏ＋Ｎ）比が４０％以上になるように組成が調整されたＳｉＯＮで形成する。リソグラフィー及びドライエッチングなどにより絶縁層をパターニングして、絶縁膜３３を形成する。絶縁膜３３は、光電変換膜７０ｇの受光面７０ｇ１に垂直な方向から透視した場合に導電膜６２を含むパターンで形成する（図１（ｂ）参照）。
これにより、絶縁膜３３は、導電膜６３における光電変換膜７０ｂの側面７０ｂ２に対応した部分６３２を覆い、導電膜６３における光電変換膜７０ｂの受光面７０ｂ１に対応した部分６３１をさらに覆う。また、絶縁膜３３は、導電膜６３における電極膜５４に対応した部分も覆う（図１（ｂ）参照）。
ここで、仮に、図１０（ａ）に示すように、半導体基板７１０の上に３層の光電変換膜７７０ｒ、７７０ｇ、７７０ｂを単純に積層した固体撮像装置７００について考える。固体撮像装置７００では、各光電変換膜７７０ｒ、７７０ｇ、７７０ｂの側面７７０ｒ２、７７０ｇ２、７７０ｂ２が露出され周辺雰囲気に触れている。例えば、光電変換膜７７０ｒ、７７０ｇ、７７０ｂが有機物で形成されている場合、光電変換膜７７０ｒ、７７０ｇ、７７０ｂが周辺雰囲気の湿気や酸素と触れていると、光電変換膜７７０ｒ、７７０ｇ、７７０ｂの光電変換効率が劣化する傾向にある。また、光電変換膜７７０ｒ、７７０ｇ、７７０ｂが周辺雰囲気の湿気や酸素と触れていると、光電変換膜７７０ｒ、７７０ｇ、７７０ｂが膨張して上下の電極膜７６２ｒ、７６１ｒ、７６２ｇ、７６１ｇ、７６２ｂ、７６１ｂとの接触抵抗が増大する傾向にある。このように、光電変換膜７７０ｒ、７７０ｇ、７７０ｂが周辺雰囲気の湿気や酸素と触れていると、光電変換膜７７０ｒ、７７０ｇ、７７０ｂの特性が劣化する傾向にある。
それに対して、第１の実施の形態では、光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｂにおける受光面７０ｒ１、７０ｇ１、７０ｂ１、及び側面７０ｒ２、７０ｇ２、７０ｂ２が、それぞれ、導電膜６１、６２、６３により覆われている。これにより、各光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｂは、周辺雰囲気の湿気や酸素と触れにくくなっている。したがって、第１の実施の形態によれば、光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｂの特性の劣化を抑制できる。
特に、光電変換膜７０ｇは、導電膜６１における光電変換膜７０ｒの受光面７０ｒ１に対応した部分の主要部６１１ａを覆うことに加え、絶縁膜３１における導電膜６１の周囲部６１１ｂに対応した部分３１ｂを覆う。すなわち、光電変換膜７０ｒと光電変換膜７０ｇとの間における導電膜６１と電気的に接触しなくても良い周辺側では、導電膜６１及び絶縁膜３１が、光電変換膜７０ｒ及び光電変換膜７０ｇを周辺雰囲気から隔てている。これにより、光電変換膜７０ｒと光電変換膜７０ｇとの間から光電変換膜７０ｒ及び光電変換膜７０ｇへ周辺雰囲気の湿気や酸素が進入しにくくなっている。同様に、導電膜６２における光電変換膜７０ｇの受光面７０ｇ１に対応した部分の主要部６２１ａを覆うことに加え、絶縁膜３２における導電膜６２の周囲部６２１ｂに対応した部分３２ｂを覆う。これにより、光電変換膜７０ｇと光電変換膜７０ｂとの間から光電変換膜７０ｇ及び光電変換膜７０ｂへ周辺雰囲気の湿気や酸素が進入しにくくなっている。このように、複数の光電変換膜の間からの湿気や酸素の進入による光電変換膜の特性の劣化を容易に抑制できる。
また、図１０（ａ）に示す固体撮像装置７００では、光電変換膜７７０ｇ、７７０ｂの信号が電極膜７６２ｇ、７６２ｂからコンタクトプラグ７８０ｇ、７８０ｂを介して半導体領域７１１ｇ、７１１ｂへ転送されるような構造になっている。この場合、光電変換膜７７０ｒ、７７０ｇ及び電極膜７６１ｇ、７６２ｇ、７６１ｒ、７６２ｒが、コンタクトプラグ７８０ｇ、７８０ｂより貫通されている。このとき、例えば、コンタクトプラグ７８０ｂでは、図１０（ｅ）に示すように、導電部７８０ｂ１及び絶縁部７８０ｂ２を含んでいる必要がある。すなわち、コンタクトプラグ７８０ｂは、導電部７８０ｂ１が光電変換膜７７０ｒ、７７０ｇや電極膜７６１ｇ、７６２ｇ、７６１ｒ、７６２ｒと短絡することを防止させるために、柱状の導電部７８０ｂ１の側面が円筒状の絶縁部７８０ｂ２で覆われた構造を有している必要がある。これは、光電変換膜７７０ｒや７７０ｇを開口してコンタクトプラグ７８０ｂを形成する場合も、コンタクトプラグ７８０ｂを形成してから光電変換膜７７０ｒや７７０ｇを積層する場合も、同様である。この結果、転送すべき信号の減衰を避けるために、導電部７８０ｂ１の断面積を所定値以上にして導電部７８０ｂ１の抵抗値を低減する必要があるので、コンタクトプラグ７８０ｂの断面積が全体として大きくなる傾向にある。これにより、光電変換膜７７０ｒ、７７０ｇの受光面積が低減する傾向にある。
それに対して、第１の実施の形態では、３層の光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｂが多層配線構造ＭＳＴの上方に形成され、光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｂの信号が多層配線構造ＭＳＴの最上の配線層５０における電極膜５１、５２、５３、５４から多層配線構造ＭＳＴ内の配線を介して半導体領域へ転送され得る構造となっている。すなわち、電極膜５１は、光電変換膜７０ｒにより覆われており、光電変換膜７０ｒの信号が転送され得る。電極膜５２は、光電変換膜７０ｒ、７０ｇに接続された導電膜６１により表面及び側面が覆われている。電極膜５３は、光電変換膜７０ｇ、７０ｂに接続された導電膜６２により表面及び側面が覆われている。電極膜５４は、光電変換膜７０ｂに接続された導電膜６３により表面及び側面が覆われている。このとき、導電膜６１と導電膜６２とは、絶縁膜３１を介して絶縁されており、導電膜６２と導電膜６３とは、絶縁膜３２を介して絶縁されている。これにより、光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｂを貫通するコンタクトプラグを用いることなく、光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｂの信号を半導体領域へ転送することが容易である。また、電極膜５２、５３、５４の面積を小さくしても、導電膜６１、６２、６３との接触面積が確保されているので、転送すべき信号の減衰を避けることが容易である。この結果、光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｂの受光面積の低減を抑制できる。
あるいは、仮に、図１０（ａ）に示す固体撮像装置７００において、光電変換膜７７０ｒ、７７０ｇ、７７０ｂを有機物で形成する場合について考える。この場合、最上（３層目）の光電変換膜７７０ｂの電荷を集めるための電極膜７６２ｂと半導体領域７１１ｂとを電気的に接続するコンタクトプラグ７８０ｂを形成するために、１層目の光電変換膜７７０ｒと２層目の光電変換膜７７０ｇとを貫通し半導体領域７１１ｂの表面を露出するコンタクトホール（図１０（ｂ）参照）を形成する必要がある。このとき、１層目の光電変換膜７７０ｒと２層目の光電変換膜７７０ｇとのそれぞれが有機膜であるので微細加工が困難であり、貫通する穴の寸法を小さくすることが困難になる。また、例えば、ガスを用いて光電変換膜７７０ｒや光電変換膜７７０ｇのエッチング加工処理を行うと、光電変換膜７７０ｒや光電変換膜７７０ｇがエッチング用のガスに晒されるために光電変換膜７７０ｒや光電変換膜７７０ｇの特性が劣化する傾向にある。あるいは、パターニングのためのレジストを除去する際に薬液で洗浄処理を行うと、光電変換膜７７０ｒや光電変換膜７７０ｇが薬液に浸されるために、光電変換膜７７０ｒや光電変換膜７７０ｇの特性が劣化する傾向にある。
それに対して、第１の実施の形態では、上述のように、光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｂを貫通するコンタクトプラグを用いることなく、光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｂの信号を半導体領域へ転送する構成となっているので、光電変換膜７０ｒ、７０ｇを貫通するコンタクトホールを形成する必要がない。また、光電変換膜７０ｒ、７０ｇは、メタルマスクを用いた蒸着により形成可能な下限値以上の寸法のパターンなので、メタルマスクを用いてメッキや蒸着を用いてパターニングすることにより形成することができる。また、光電変換膜７７０ｒや光電変換膜７７０ｇのエッチング加工処理やレジストを除去するための洗浄処理も必要がないので、この観点からも、光電変換膜７０ｒ、７０ｇの特性の劣化を抑制できる。
あるいは、仮に、図１０（ａ）に示す固体撮像装置７００を製造する際において、絶縁膜などの膜を形成するたびに、レジストとドライエッチング法等によりその膜に穴を形成しその穴にタングステンを埋めてコンタクトプラグを上方に延ばす場合について考える。この場合、上下の穴のアライメントズレを考慮したプロセスマージンに応じた長さ分、各穴の幅を大きくする必要がある。これにより、例えばコンタクトプラグ７８０ｂの断面積が全体として大きくなるので、光電変換膜７７０ｒ、７７０ｇの受光面積が低減する傾向にある。
それに対して、第１の実施の形態では、上述のように、光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｂを貫通するコンタクトプラグを用いることなく、光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｂの信号を半導体領域へ転送することが容易である。また、電極膜５２、５３、５４の面積を小さくしても、導電膜６１、６２、６３との接触面積が確保されているので、転送すべき信号の減衰を避けることが容易である。この結果、光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｂの受光面積の低減を抑制できる。
なお、赤色、緑色、青色の波長領域の光を吸収して光電変換する光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｂの積層の順番は、図１（ａ）に示された順番に限定されず、他の順番であってもよい。
また、光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｂは、それぞれ、赤色、緑色、青色の波長領域の光を吸収して光電変換する性質を有した化合物半導体で形成されていても良い。例えば、光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｂは、それぞれ、赤色、緑色、青色の波長領域の光を吸収して光電変換するように、Ｇａ／Ｎの組成比が調整されたＧａＮで形成されていても良い。あるいは、例えば、光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｂは、それぞれ、赤色、緑色、青色の波長領域の光を吸収して光電変換するように、Ａｌ／Ｇａの組成比ｘが調整されたＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）で形成されていても良い。この場合、ＡｌｘＧａ１−ｘＮにおける組成比ｘを大きくすることにより、ＡｌｘＧａ１−ｘＮのバンドギャップエネルギーが大きくなるように調整でき、ＡｌｘＧａ１−ｘＮの吸収波長が短くなるように（赤色→緑色→青色となるように）調整できる。
さらに、電極膜５１、電極膜５２、電極膜５３、及び電極膜５４及びその上に形成された構造（図１（ａ）参照）は、多層配線構造ＭＳＴの上に形成される代わりに、半導体基板１０の裏面１０ｂ（図１参照）側に形成されてもよい。すなわち、固体撮像装置は裏面照射型とされてもよい。この場合の半導体基板は、例えば、ＳＯＩ基板を用意しＳＯＩ基板の裏面を埋め込み酸化層が露出されるまで研磨することで得ることができる。そして、例えば、半導体基板内の半導体領域の裏面を露出させるコンタクトホールを各電極膜に対応した位置に形成し導電物質を埋め込むことにより、各電極膜と半導体領域とを接続するコンタクトプラグを形成する。このようにして、裏面照射型の固体撮像装置を形成することができる。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態にかかる固体撮像装置１の製造方法について図５及び図６を用いて説明する。図５（ａ）〜（ｃ）、図６（ａ）、（ｂ）は、固体撮像装置１の製造方法を示す工程断面図である。以下では、第１の実施の形態と異なる部分を中心に説明する。
図５（ａ）に示す工程では、半導体基板ＳＢ１上にＣＶＤ法により又は熱工程により酸化膜ＯＦ１を形成する。そして、酸化膜ＯＦ１の上に、第１の実施の形態における電極膜５１、電極膜５２、電極膜５３、及び電極膜５４と同様のパターンを形成する。その後、第１の実施の形態と同様にして、光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｂが順に積層された構造を形成する。そして、絶縁膜３１、３２、３３の露出した面を覆うように、接着剤１９５を塗布し、その上に他の半導体基板ＳＢ２を接着させる。
図５（ｂ）に示す工程では、支持基板として使用されていた半導体基板ＳＢ１をドライエッチング又はウエットエッチングにより除去する。このとき、酸化膜ＯＦ１がエッチングストッパーとなる。
図５（ｃ）に示す工程では、酸化膜ＯＦ１をドライエッチング又はウエットエッチングにより除去する。このとき、電極膜５１、電極膜５２、電極膜５３、及び電極膜５４を露出させるが、光電変換膜７０ｒが露出することのないように、リソグラフィーを用いてパターニングする。
図６（ａ）に示す工程では、第１の実施の形態と同様にして半導体基板１０上に形成した多層配線構造ＭＳＴにおける電極膜５１、電極膜５２、電極膜５３、及び電極膜５４を、対応する電極膜５１、電極膜５２、電極膜５３、及び電極膜５４に接合させる。
図６（ｂ）に示す工程では、半導体基板ＳＢ２及び接着剤１９５をドライエッチング又はウエットエッチングにより除去する。
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態にかかる固体撮像装置２００について図７を用いて説明する。図７（ａ）は、固体撮像装置２００の断面構成を示す断面図である。図７（ｂ）は、固体撮像装置２００のレイアウト構成を示す平面図である。以下では、第１の実施の形態と異なる部分を中心に説明する。
固体撮像装置２００は、半導体基板２１０、多層配線構造ＭＳＴ２００、及び絶縁膜（第２の絶縁膜）２３２を備えている。
固体撮像装置２００では、２層の光電変換膜７０ｒ、７０ｇが多層配線構造ＭＳＴ２００の上に順に積層されており、残りの１層の光電変換膜７０ｂに代えて半導体基板２１０のウエル領域１３内に、光電変換部２１４ｂが配されている。光電変換部２１４ｂは、光電変換膜７０ｇ、７０ｒを通過した光が入射するように、半導体基板２１０に配されている。すなわち、光電変換部２１４ｂは、その受光面２１４ｂ１に垂直な方向から透視した場合に光電変換膜７０ｒ、７０ｇに含まれるパターンを有する（図７（ｂ）参照）。光電変換部２１４ｂは、入射した光に応じた電荷を発生させて蓄積する。
光電変換部２１４ｂは、例えば、フォトダイオードである。光電変換部２１４ｂは、例えば、電荷蓄積領域を有する。電荷蓄積領域は、第２導電型（例えば、Ｎ型）の不純物を、ウエル領域１３における第１導電型の不純物の濃度よりも高い濃度で含む半導体（例えば、シリコン）で形成されている。Ｎ型の不純物は、例えば、リン又は砒素である。
例えば、緑色の波長領域の光を吸収し他の波長領域の光を透過させる有機物で光電変換膜７０ｇが形成され、赤色の波長領域の光を吸収し他の波長領域の光を透過させる有機物で光電変換膜７０ｒが形成されている場合、光電変換部２１４ｂには、主として青色の波長領域の光が入射する。これにより、光電変換部２１４ｂで発生した電荷に応じた信号は、青色用の信号として用いることができる。すなわち、赤色と緑色との光電変換を光電変換膜で行い、青色の光電変換を光電変換部２１４ｂで行う。
なお、光電変換部２１４ｂには、例えば電極膜２５２、２５３が形成された領域等を通過した白色光が入射しうるが、青色用のフィルターが形成されていなくても、赤、緑の信号が得られているので、データ処理によって光電変換部２１４ｂで得られた信号から赤、緑の信号を除去することで青の信号を取り出すことは可能である。
多層配線構造ＭＳＴ２００における最上の配線層２５０は、例えば、電極膜（第１の電極膜）２５１、電極膜（第２の電極膜）２５２、及び電極膜（第３の電極膜）２５３を有する。電極膜２５１、電極膜２５２、及び電極膜２５３は、配線層２５０において互いに分離されている（図７（ｂ）参照）。電極膜２５１、電極膜２５２、及び電極膜２５３は、入射した光が光電変換部２１４ｂへ向けて透過するように、例えば、ＩＴＯ、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、又はＺｎＯなどの透明導電物質で形成されている。
絶縁膜２３２は、導電膜６２における光電変換膜７０ｇの受光面７０ｇ１に対応した部分６２１の全体を覆っている。
また、固体撮像装置２００の製造方法が次の点で第１の実施の形態と異なる。
図８（ａ）、（ｃ）に示す工程では、基本的に図２（ａ）、（ｄ）に示す工程と同様の処理が行われるが、次の点で図２（ａ）、（ｄ）に示す工程と異なる処理が行われる。
半導体基板２１０のウエル領域１３内に、イオン注入法などにより、光電変換部２１４ｂを形成する。光電変換部２１４ｂは、例えば、電荷蓄積領域を有する。電荷蓄積領域は、例えば、第２導電型（例えば、Ｎ型）の不純物を、半導体基板２１０のウエル領域１３内に、ウエル領域１３における第１導電型の不純物の濃度よりも高い濃度で注入することにより形成する。
また、スパッタ法などにより、全面に導電層（図示せず）を形成する。導電層は、例えば、ＩＴＯ、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、又はＺｎＯなどの透明導電物質で形成する。リソグラフィー及びエッチングにより導電層をパターニングして、電極膜２５１、電極膜２５２、及び電極膜２５３を有する配線層２５０を形成する。電極膜２５１は、その表面２５１１に垂直な方向から透視した場合に光電変換膜７０ｒに含まれるべきパターンであって光電変換部２１４ｂを含むパターンで形成される。
図８（ｂ）、（ｄ）に示す工程では、基本的に図２（ｂ）、（ｅ）に示す工程と同様の処理が行われるが、次の点で図２（ｂ）、（ｅ）に示す工程と異なる処理が行われる。
光電変換膜７０ｒは、電極膜２５１の表面２５１１に垂直な方向から透視した場合に電極膜２５１を含むとともに、光電変換部２１４ｂを含むようなパターンで形成する（図８（ｄ）参照）。
その後、図２（ｃ）、（ｆ）に示す工程〜図３（ｃ）、（ｆ）に示す工程と同様の処理が行われる。
図７（ａ）、（ｂ）に示す工程では、基本的に図４（ａ）、（ｄ）に示す工程と同様の処理が行われるが、次の点で図４（ａ）、（ｄ）に示す工程と異なる処理が行われる。
絶縁膜２３２は、光電変換膜７０ｇの受光面７０ｇ１に垂直な方向から透視した場合に導電膜６２を含むパターンで形成する（図１（ｂ）参照）。これにより、絶縁膜２３２は、導電膜６２における光電変換膜７０ｇの受光面７０ｇ１に対応した部分６３１の全体を覆う。
（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態にかかる固体撮像装置１の動作について、図９を用いて説明する。以下では、第１の実施の形態と異なる部分を中心に説明する。
固体撮像装置１では、図９（ａ）に示すように、光電変換膜７０ｒで発生した電荷に応じた信号は、電極膜５１及び電極膜５２の一方にバイアスが印加された際に、電極膜５１及び電極膜５２の他方から読み出される。光電変換膜７０ｇで発生した電荷に応じた信号は、電極膜５２及び電極膜５３の一方にバイアスが印加された際に、電極膜５２及び電極膜５３の他方から読み出される。光電変換膜７０ｂで発生した電荷に応じた信号は、電極膜５３及び電極膜５４の一方にバイアスが印加された際に、電極膜５３及び電極膜５４の他方から読み出される。
具体的には、例えば、読み出すべき電荷が電子である場合、バイアスとしてグランド電圧Ｇが固体撮像装置１の外部の電源回路から固体撮像装置１内のグランドラインを経由して電極膜５１に供給される。これにより、光電変換膜７０ｒの受光面と反対側の面にグランド電圧Ｇが供給される。一方、信号が読み出される側の電極膜５２は、多層配線構造ＭＳＴ内の配線（例えば、コンタクトプラグ８２、電極膜２１、コンタクトプラグ８１）を介して半導体基板１０内の半導体領域１１ｒに接続されている。転送トランジスタＴＲｒがオフされている際に半導体領域１１ｒと非道通状態である半導体領域１２ｒは、図示しないリセットトランジスタにより電源電圧Ｈへリセットされる。その後、リセットトランジスタがオフするとともに転送トランジスタＴＲｒがオンすると、この電源電圧Ｈが、半導体領域１１ｒ、コンタクトプラグ８１、電極膜２１、コンタクトプラグ８２、電極膜５２、導電膜６１を介して、光電変換膜７０ｒの受光面へ供給される。すなわち、光電変換膜７０ｒの両面にグランド電圧Ｇと電源電圧Ｈとの差に応じた電界が印加され、光電変換膜７０ｒで発生した電荷に応じた信号が、第１の実施の形態と同様にして読み出される。
ここで、電極膜５２は、光電変換部７０ｒの受光面７０ｒ１側の電極と光電変換部７０ｇの面７０ｇ３側の電極とが共通化されたものとなっている。電極膜５３は、光電変換部７０ｇの受光面７０ｇ１側の電極と光電変換部７０ｂの面７０ｂ３側の電極とが共通化されたものとなっている。そこで、各光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｂの信号を読み出す際に動作上の工夫が必要になる。例えば、図９（ｃ）〜（ｅ）に示すように、光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｂの信号の読み出しの期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を、互いに重ならないようにするとともに、所定の順番で設けることができる。
例えば、期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の順番で信号の読み出しを行い、かつ、高速に読み出しを行いたい場合（例えば、固体撮像装置１が高速動作モードで動作している場合）、光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｂの信号をそれぞれ読み出すために、電極膜５１、５２、５３、５４のうちの所定の電極膜へ印加する電圧を変更する際に、グランド電圧（第１の電圧）Ｇから電源電圧（第２の電圧）Ｈへ変更する動作を行なうことなく、電源電圧Ｈからグランド電圧Ｇへ変更する動作を行う。例えば、図９（ｅ）に示す読み出し動作を行う。例えば、各光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｂが有機物で形成されている場合、信号の読み出しには、固体撮像装置１内の他の動作用の電源電圧よりも高い（例えば、１０Ｖ以上の）電源電圧Ｈが必要な場合が多いので、昇圧回路が必要になる。この回路によると、例えばグランド電圧Ｇ（例えば、０Ｖ）から電源電圧Ｈへ昇圧する時間に比べて、電源電圧Ｈからグランド電圧Ｇに降圧する時間の方が短くなる。この点を考慮して、読み取る順番を考え、高速に読み取る方法として、図９（ｅ）に示す読み出し動作を提案する。
期間Ｔ１において、電極膜５１はグランド電圧Ｇ、電極膜５２〜５４は電源電圧Ｈにすると、（例えば、赤色用の）光電変換膜７０ｒの両面間（受光面とその反対側の面との間）に電位差が生じ、光電変換膜７０ｒの信号を読み取ることができる。次に、期間Ｔ２において、電極膜５２をグランド電圧Ｇにすると、（例えば、緑色用の）光電変換膜７０ｇの両面間に電位差が生じ、光電変換膜７０ｇの信号を読み取ることができる。さらに、期間Ｔ３において、電極膜５３をグランド電圧Ｇにすると、（例えば、青色用の）光電変換膜７０ｂの両面間に電位差が生じ、光電変換膜７０ｂの信号を読み取ることができる。このような図９（ｅ）に示す読み出し動作で信号を読み取る場合、期間Ｔ２及びＴ３において、電極膜の電圧について、グランド電圧Ｇから電源電圧Ｈへ昇圧する動作を行わずに、電源電圧Ｈからグランド電圧Ｇへ降圧する動作を行うので、期間Ｔ２及びＴ３の長さを短くすることができ、全体として読み出し動作を高速に行うことができる。
なお、期間Ｔ３、Ｔ２、Ｔ１の順番で信号の読み出しを行い、かつ、高速に読み出しを行いたい場合、図９（ｄ）に示す読み出し動作を行うことができる。
あるいは、例えば、期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の順番で信号の読み出しを行い、かつ、低消費電力で読み出しを行いたい場合（例えば、固体撮像装置１が低消費電力動作モードで動作している場合）、光電変換膜７０ｒ、７０ｇ、７０ｂの信号をそれぞれ読み出す際に、電極膜５１、５２、５３、５４のうちの２以上の電極膜にグランド電圧（第１の電圧）Ｇを印加しながら少なくとも１つの電極膜に電源電圧（第２の電圧）Ｈを印加した状態が維持されるようにする。例えば、図９（ｃ）に示す読み出し動作を行う。すなわち、消費電力という観点からは、昇圧状態が少ない方が良い。そこで、低消費電力で読み取る方法として、図９（ｃ）に示す読み出し動作を提案する。
期間Ｔ１において、電極膜５１は電源電圧Ｈ、電極膜５２〜５４はグランド電圧Ｇにすると、（例えば、赤色用の）光電変換膜７０ｒの両面間（受光面とその反対側の面との間）に電位差が生じ、光電変換膜７０ｒの信号を読み取ることができる。次に、期間Ｔ２において、電極膜５２を電源電圧Ｈにすると、（例えば、緑色用の）光電変換膜７０ｇの両面間に電位差が生じ、光電変換膜７０ｇの信号を読み取ることができる。さらに、期間Ｔ３において、電極膜５１、５２をグランド電圧Ｇにし、電極膜５４を電源電圧Ｈにすると、（例えば、青色用の）光電変換膜７０ｂの両面間に電位差が生じ、光電変換膜７０ｂの信号を読み取ることができる。このような図９（ｃ）に示す読み出し動作で信号を読み取る場合、期間Ｔ１及びＴ３において、１つの電極膜が高圧状態（電源電圧Ｈが印加された状態）で残りの電極膜が低圧状態（グランド電圧Ｇが印加された状態）となっており、期間Ｔ２において、２つの電極膜が高圧状態で残りの電極膜が低圧状態となっている。すなわち、どの期間においても、読み出し対象以外の光電変換膜の両面間に電界をかけずに読み出し対象の光電変換膜の両面間に電界をかけるために必要最低限の高圧状態が用いられているため、この読み出し動作によれば、読み出し動作に伴う消費電力を低減できる。
なお、期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の順番を入れ替えた順番（例えば、期間Ｔ３、Ｔ２、Ｔ１の順番や、期間Ｔ２、Ｔ１、Ｔ３の順番など）で信号の読み出しを行い、かつ、低消費電力で読み出しを行いたい場合でも、図９（ｄ）に示す読み出し動作を行うことができる。あるいは、期間Ｔ２において、電極膜５１、５２を電源電圧Ｈにし、電極膜５３、５４をグランド電圧Ｇにしてもよい。
１、２００ 固体撮像装置、 １０、２１０、ＳＢ１、ＳＢ２ 半導体基板、 １１ｒ、１２ｒ 半導体領域、 １３ ウエル領域、 ２０、５０、９０、２５０ 配線層、 ３１、３２、３３、２３２ 絶縁膜、 ３１ｂ、３２ｂ 周囲部に対応した部分、 ４１、４２ 絶縁層、 ５１、５２、５３、５４、２５１、２５２、２５３ 電極膜、 ６１、６２、６３ 導電膜、 ７０ｒ、７０ｇ、７０ｂ 光電変換膜、 ７０ｒ１、７０ｇ１、７０ｂ１ 受光面、 ７０ｒ２、７０ｇ２、７０ｂ２ 側面、 ７０ｒ３、７０ｇ３、７０ｂ３ 受光面と反対側の面、 ８１、８２、８３ コンタクトプラグ、 １９５ 接着剤、 ２１４ｂ 光電変換部、 ５１１、５２１、２５２１ 表面、 ５１２、５２２、２５２２ 側面、 ６１１、６２１、６３１ 受光面に対応した部分、 ６１１ａ、６２１ａ 主要部、 ６１１ｂ、６２１ｂ 周囲部、 ６１２、６２２、６３２ 側面に対応した部分、 ６１３ 電極膜に対応した部分、 ＭＳＴ、ＭＳＴ２００ 多層配線構造。

Claims (5)

  1. 第１の電極膜と、
    前記第１の電極膜の表面及び側面を覆う第１の光電変換膜と、
    前記第１の光電変換膜の受光面及び側面を覆う第１の導電膜と、
    前記第１の導電膜における前記第１の光電変換膜の側面に対応した部分を覆う絶縁膜と、
    前記第１の導電膜における前記第１の光電変換膜の受光面に対応した部分の主要部を覆う第２の光電変換膜と、
    前記第２の光電変換膜の受光面及び側面を覆う第２の導電膜と、
    を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 前記絶縁膜は、さらに、前記第１の導電膜における前記第１の光電変換膜の受光面に対応した部分のうち前記主要部の周囲に位置する周囲部を覆い、
    前記第２の光電変換膜は、さらに、前記絶縁膜における前記周囲部に対応した部分を覆う
    ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 表面の一部が前記第１の電極膜及び前記第１の光電変換膜により覆われた絶縁層と、
    前記第１の電極膜及び前記第１の光電変換膜に隣接した位置で前記絶縁層の表面を覆うとともに、前記第１の導電膜及び前記絶縁膜により覆われた第２の電極膜と、
    前記第１の電極膜、前記第１の光電変換膜、及び前記第２の電極膜に隣接した位置で前記絶縁層の表面を覆うとともに、前記第２の導電膜により覆われた第３の電極膜と、
    をさらに備え、
    前記第１の導電膜と前記第２の導電膜とは、前記絶縁膜を介して絶縁されている
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
  4. 前記第２の導電膜における前記第２の光電変換膜の側面に対応した部分を覆う第２の絶縁膜と、
    前記第２の導電膜における前記第２の光電変換膜の受光面に対応した部分の主要部を覆う第３の光電変換膜と、
    前記第３の光電変換膜の受光面及び側面を覆う第３の導電膜と、
    前記第１の電極膜、前記第１の光電変換膜、及び前記第３の電極膜に隣接した位置で前記絶縁層の表面を覆うとともに、前記第３の導電膜により覆われた第４の電極膜と、
    をさらに備え、
    前記第２の導電膜と前記第３の導電膜とは、前記第２の絶縁膜を介して絶縁されており、
    前記固体撮像装置では、前記第１の光電変換膜の信号、前記第２の光電変換膜の信号、及び前記第３の光電変換膜の信号をそれぞれ読み出すために、前記第１の電極膜、前記第２の電極膜、前記第３の電極膜、及び前記第４の電極膜のうちの所定の電極膜へ印加する電圧を変更する際に、第１の電圧から前記第１の電圧より高い第２の電圧へ変更する動作を行なうことなく、前記第２の電圧から前記第１の電圧へ変更する動作を行う
    ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
  5. 前記第２の導電膜における前記第２の光電変換膜の側面に対応した部分を覆う第２の絶縁膜と、
    前記第２の導電膜における前記第２の光電変換膜の受光面に対応した部分の主要部を覆う第３の光電変換膜と、
    前記第３の光電変換膜の受光面及び側面を覆う第３の導電膜と、
    前記第１の電極膜、前記第１の光電変換膜、及び前記第３の電極膜に隣接した位置で前記絶縁層の表面を覆うとともに、前記第３の導電膜により覆われた第４の電極膜と、
    をさらに備え、
    前記第２の導電膜と前記第３の導電膜とは、前記第２の絶縁膜を介して絶縁されており、
    前記固体撮像装置では、前記第１の光電変換膜の信号、前記第２の光電変換膜の信号、及び前記第３の光電変換膜の信号をそれぞれ読み出す際に、前記第１の電極膜、前記第２の電極膜、前記第３の電極膜、及び前記第４の電極膜のうちの２以上の電極膜に第１の電圧を印加しながら少なくとも１つの電極膜に前記第１の電圧より高い第２の電圧を印加した状態が維持されるようにする
    ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
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