JP4404561B2

JP4404561B2 - Ｍｏｓ型カラー固体撮像装置

Info

Publication number: JP4404561B2
Application number: JP2003072102A
Authority: JP
Inventors: 誠雫石
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2023-03-17
Also published as: JP2004281773A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単板式のカラー固体撮像装置に係り、特に、ＭＯＳ型カラー固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置においては、半導体基板表面に多数の受光部を二次元アレー状に配列し、更に各受光部上に、ストライプ状あるいはモザイク状に異なる分光特性を有するカラーフィルタを積層することで、カラー画像を撮像することができるようにしている。
【０００３】
カラーフィルタとしては、原色系カラーフィルタと補色系カラーフィルタがある。原色系カラーフィルタの場合、例えば、Ｂ（青色）のカラーフィルタを積層した画素では、主としてＢの波長域（約４８０ｎｍよりも短波長の入射光成分）の光のみが受光部に到達し、それ以外の波長成分（例えばＧ（緑）およびＲ（赤））については、受光部に入射しない様になっている。このため、Ｂ以外の波長成分（ＧとＲ）を含む入射光については、Ｂ以外の光信号成分（ＧとＲ）を有効に光電変換に利用できず、感度を低下させる原因となっている。
【０００４】
これに対し、補色系カラーフィルタは、Ｂの補色関係にある色成分ＧとＲを透過するイエロー（Ｙｅ）フィルタと、Ｇの補色関係にある色成分ＢとＲを透過するマゼンタ（Ｍｇ）フィルタと、Ｒの補色関係にある色成分ＢとＧを透過するシアン（Ｃｙ）フィルタで構成され、入射光の波長を原色系カラーフィルタに比べて広い範囲で利用でき、感度を高くすることができる。
【０００５】
このため、フラッシュなどの補助光源を利用しにくいビデオムービーカメラ（動画の撮像）においては、補色系カラーフィルタを搭載したカラー固体撮像装置が多く採用されている。しかし、一の画素から得られる信号は、Ｇ＋Ｒ，Ｇ＋Ｂ，Ｒ＋Ｂに対応する信号であるため、これらの信号を読み出し後に、外部回路において、Ｒ，Ｇ，Ｂの各原色信号成分に分離する色信号分離演算処理を行う必要が生じる。
【０００６】
従って、補色系カラーフィルタを用いるカラー固体撮像装置は、各色成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を直接読み出すことができる原色系カラーフィルタを用いたカラー固体撮像装置に比べ、忠実な色再現性やノイズの点で劣るという問題がある。このため、スチルカメラ（静止画の撮像）においては、色再現性に優れている原色系カラーフィルタを搭載した固体撮像装置が多く採用され、感度に関しては補助光源でカバーするようになっている。
【０００７】
一方、フォトダイオードの光電変換特性が入射光の波長及びシリコン基板の深さ方向の位置に依存することが下記の非特許文献１に開示されており、このシリコン基板の光学的性質を利用することでカラーフィルタを搭載せずに各色信号を分離して読み出すことができるＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置が下記の特許文献１に開示されている。以下、この従来のＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置を説明する。
【０００８】
図２６（ａ）は、下記の非特許文献２に記載されている一般的なＣＭＯＳ型固体撮像装置の等価回路図である。ＣＭＯＳ型固体撮像装置では、受光部フォトダイオード（ＰＮ接合部Ｄ）の容量成分（Ｃ）に予めリセットトランジスタ（Ｍ３）をオンにすることによって蓄えられた電荷が入射光によってフォトダイオード部近傍で発生したフォトキャリアにより放電し、その後、この容量Ｃの電荷量変化をソースフォロアアンプ（Ｍ１，Ｍ２）によって読み出す構造になっている。
【０００９】
図２６（ｂ）は、図２６（ａ）に示す一般的構造に非特許文献１で開示された原理を応用して構成された特許文献１記載のＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置の構成図である。このカラー固体撮像装置においては、Ｐ型半導体基板１０１の表面側にＮウェル層１０２が形成され、このＮウェル層１０２の表面側にＰウェル層１０３が形成され、このＰウェル層１０３の表面側にＮ層１０４が形成される断面構造を持っている。
【００１０】
そして、Ｐウェル層１０３とＮ層１０４との間に形成されるＰＮ接合でブルー（Ｂ）の色信号を検出し、Ｐウェル層１０３とＮウェル層１０２との間に形成されるＰＮ接合でグリーン（Ｇ）の色信号を検出し、Ｐ型基板１０１とＮウェル層１０２との間に形成されるＰＮ接合でレッド（Ｒ）の色信号を検出する様になっている。
【００１１】
更に詳しく見ると、青（Ｂ）の色信号検出には、表面のＮ⁺層１０４に電気的接点（オーミックコンタクト）を設け、ＰＮ接合部における電子（マジョリティキャリア）の充放電を周辺回路部のソースフォロアアンプで読み出している。緑（Ｇ）の色信号検出には、Ｐウェル層１０３に対して素子表面に同様の電気的接点を設け、ＰＮ接合部における正孔（マジョリティキャリア）の充放電を周辺回路部のソースフォロアアンプで読み出している。赤（Ｒ）の色信号検出には、青（Ｂ）と同様に、深部のＮウェル層１０２に対して、素子表面に同様の電気的な接点を設け、ＰＮ接合部における電子の充放電を周辺回路部のソースフォロアアンプで読み出している。
【００１２】
【特許文献１】
米国特許第５９６５８７５号公報
【非特許文献１】
IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL.ED-15,NO.1,JANUARY 1968 の"A Planar Silicon Photosensor with an Optimal Spectral Response for Detecting Printed Material"PAUL A.GARY and JOHN G.LINVILL
【非特許文献２】
ＰＳＩＥ Vol.3019.pp115-124"An 800K-Pixel Color CMOS Senser For Consumer Still Cameras."J.E.D.Hurwitz.et.al(1997)
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した図２６（ｂ）に示す従来のＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置は、一画素単位で見ると、青（Ｂ），緑（Ｇ），赤（Ｒ）の３信号を読み出すことができるが、素子表面に設ける必要のある上記オーミックコンタクトに要する面積や、リセットトランジスタやソースフォロアアンプ等の周辺回路に要する面積、即ち、受光部以外の面積が３倍になるため、半導体基板表面の受光部面積が圧迫されてしまうという問題がある。
【００１４】
更に、素子駆動や信号読み出しのために配線数が増加してしまい、受光部表面とその上に設けるマイクロレンズとの間に積層される多層配線層が複雑になり、製造が困難になると共に、マイクロレンズと受光部表面との間の入射光の通路が狭くなってしまうという問題がある。この問題は、小型のデジタルスチルカメラや携帯電話機等の小型電子機器に搭載するカラー固体撮像装置ほど、即ち、小面積の半導体基板に形成されるカラー固体撮像装置ほど顕著になる。
【００１５】
更にまた、カラーフィルタを搭載しないために、各色成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ）出力信号の分光スペクトルが互いに大きくオーバーラップしてしまい、忠実な色再現が困難で高画質化を図ることが難しいという問題もある。
【００１６】
本発明の目的は、製造が容易で半導体基板表面の受光部面積を広くとることができ、色信号分離演算処理が不要で、しかも撮像画像の高画質化を容易に図ることが可能なＭＯＳ型カラー固体撮像装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明のＭＯＳ型カラー固体撮像装置は、複数の受光部が半導体基板の表面に二次元アレー状に配列されたＭＯＳ型カラー固体撮像装置において、
前記複数のうちの一部の受光部の上部に積層され３原色のうちのレッド（Ｒ）の入射光を阻止し残り２色のブルー（Ｂ），グリーン（Ｇ）の入射光を透過するシアンフィルタ及び３原色のうちのグリーン（Ｇ）の入射光を阻止し残り２色のレッド（Ｒ），ブルー（Ｂ）の入射光を透過するマゼンタフィルタの少なくとも１方の補色フィルタと、
該補色フィルタが積層された受光部に形成され、該補色フィルタを透過した前記２色のうちの１色の色信号を検出するための第１の高濃度不純物層と、
該補色フィルタが積層された受光部に前記第１の高濃度不純物層と深さ方向に分離して形成され、該補色フィルタを透過した前記２色のうちの残り１色の色信号を検出するための第２の高濃度不純物層と、
前記各高濃度不純物層に接続され前記各色信号を区別して読み出す信号配線とを備え、
前記第１の高濃度不純物層と前記第２の高濃度不純物層は、３原色のうちの１色の入射光の光電変換をそれぞれ行なう前記半導体基板の深さ方向に異なる３領域のうちの１つの領域を除いた残り２つの領域にそれぞれ形成されることを特徴とする。この構成によっても、感度が向上し、且つ原色の色信号が直接得られるために色信号分離演算処理が不要となり、しかも、カラーフィルタを使用することで、各色信号の分光感度スペクトルにおけるオーバーラップが低減して忠実な色再現が更に可能となり、高画質化も達成可能となる。
【００１８】
この構成により、補色フィルタを用いることで入射光成分を有効に利用できるため感度が向上し、且つ原色の色信号が直接得られるために色信号分離演算処理が不要となり、しかも、カラーフィルタを使用することで、各色信号の分光感度スペクトルにおけるオーバーラップが低減して忠実な色再現が更に可能となり、高画質化も達成可能となる。
【００１９】
本発明のＭＯＳ型カラー固体撮像装置の前記受光部は、半導体基板に前記第１，第２の高濃度不純物層を設けることで形成されたＰＮ接合部に電荷を蓄積し、該電荷を入射光によって発生したフォトキャリアで放電させ、該放電により変化する電荷変化量を色信号として読み出すものであることを特徴とする。
【００２０】
本発明のＭＯＳ型カラー固体撮像装置は、３原色のうち前記シアンフィルタまたは前記マゼンタフィルタが積層された受光部で検出される前記２色の残り１色の色信号については、該受光部の周りに設けられ該受光部と異なる色信号を検出する受光部の検出信号を補間演算して求めることを特徴とする。この構成により、各受光部位置において３原色信号が得られ、色情報を再現することが可能となる。
【００２１】
本発明のＭＯＳ型カラー固体撮像装置は、ブルー（Ｂ）の光を阻止し残り２色のグリーン（Ｇ），レッド（Ｒ）の入射光を透過するイエローフィルタが積層された受光部であって該グリーンの入射光を検出する第３の高濃度不純物層と該レッドの入射光を検出する第４の高濃度不純物層とが前記半導体基板の深さ方向に分離して形成された受光部と、前記シアンフィルタが積層された受光部と、前記マゼンタフィルタが積層された受光部の３種類の受光部が前記半導体基板の表面に配列されたことを特徴とする。
【００２２】
この構成により、各受光部では、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色の内の２色の信号成分を直接得ることができ、残りの１色の信号成分を周りの受光部の信号成分から補間演算で求めることができる。
【００２３】
本発明のＭＯＳ型カラー固体撮像装置は、ブルー（Ｂ）の光を阻止し残り２色のグリーン（Ｇ），レッド（Ｒ）の入射光を透過するイエローフィルタが積層された受光部であって該グリーンの入射光を検出する第３の高濃度不純物層と該レッドの入射光を検出する第４の高濃度不純物層とが前記半導体基板の深さ方向に分離して形成された受光部と、前記シアンフィルタが積層された受光部の２種類の受光部が前記半導体基板の表面に配列されたことを特徴とする。
【００２４】
この構成によっても、各受光部では、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色の内の２色の信号成分を直接得ることができ、残りの１色の信号成分は周りの受光部の信号成分を補間演算することで得ることができる。また、全ての受光部からグリーン（Ｇ）の信号成分が得られるため、このグリーン信号を輝度信号として画像処理することで、解像度の高い画像を得ることができる。
【００２５】
本発明のＭＯＳ型カラー固体撮像装置は、グリーン（Ｇ）の光を阻止するマゼンタフィルタが積層された受光部とグリーン（Ｇ）の光を透過するグリーンフィルタが積層された受光部の２種類の受光部が前記半導体基板の表面に配列されたことを特徴とする。
【００２６】
この構成によっても、各受光部位置においてＲ，Ｇ，Ｂの３原色の信号成分が得られる。しかも、マゼンダフィルタを透過するレッド（Ｒ）とブルー（Ｂ）の波長成分は離れているため、夫々の色信号を蓄積する高濃度不純物層を半導体基板の深さ方向に分離して形成するのが容易になると共に、レッドとブルーの分光感度およびグリーンフィルタを透過して得られるグリーンの分光感度のスペクトルにおけるオーバーラップを更に少なくでき、このため、更に忠実な色再現を図ることが可能となる。
【００２７】
本発明のＭＯＳ型カラー固体撮像装置は、グリーン（Ｇ）の光を阻止するマゼンタフィルタが積層された受光部と前記３原色の全ての光を透過する透明なフィルタが積層された受光部の２種類の受光部が前記半導体基板の表面に配列されたことを特徴とする。
【００２８】
この構成により、カラーフィルタの代わりに透明平坦化膜が積層された受光部から白色信号すなわち輝度信号が得られ、撮像画像の一層の高感度化を図ることが可能となる。
【００２９】
本発明のＭＯＳ型カラー固体撮像装置は、グリーン（Ｇ）の光を透過するグリーンフィルタが積層された受光部と、ブルー（Ｂ）の光を阻止し残り２色のグリーン（Ｇ），レッド（Ｒ）の入射光を透過するイエローフィルタが積層された受光部であって該グリーンの入射光を検出する第３の高濃度不純物層と該レッドの入射光を検出する第４の高濃度不純物層とが前記半導体基板の深さ方向に分離して形成された受光部と、前記マゼンタフィルタが積層された受光部と、前記シアンフィルタが積層された受光部の４種類の受光部が前記半導体基板の表面に配列されたことを特徴とする。
【００３０】
この構成により、色差線順次に各受光部から信号電荷を読み出すことができ、信号処理の高速化などを図ることが可能となる。
【００３１】
本発明のＭＯＳ型カラー固体撮像装置は、前記３領域のうちの前記半導体基板の内部側の領域に設けられる前記第２の高濃度不純物層には該半導体基板の表面まで連続する、該第２の高濃度不純物層と同一不純物型の高濃度不純物領域でなる電荷通路が設けられることを特徴とする。
【００３２】
この構成により、半導体基板の深い場所に設けた高濃度不純物層からの色信号の読み出しが容易となる。
【００３５】
本発明のＭＯＳ型カラー固体撮像装置は、ブルー（Ｂ）の色信号を検出する高濃度不純物層の深さが０．１〜０．３μｍであり、グリーン（Ｇ）の色信号を検出する高濃度不純物層の深さが０．３〜０．８μｍであり、レッド（Ｒ）の色信号を検出する高濃度不純物層の深さが０．８〜２．５μｍであることを特徴とする。
【００３６】
この構成により、各高濃度不純物層の深さが、Ｒ，Ｇ，Ｂの入射光量に応じた電荷を蓄積するのに最適化される。
【００３７】
本発明のＭＯＳ型カラー固体撮像装置は、前記の各受光部の上部には夫々オンチップ集光光学系が設けられ、前記の各受光部に夫々遮光膜の１つの開口が対応することを特徴とする。
【００３８】
この構成により、更に入射光のロスが少なくなり、入射光の利用効率が更に向上する。
【００３９】
本発明のＭＯＳ型カラー固体撮像装置は、前記ブルー（Ｂ）の色信号を検出する前記第１の高濃度不純物層に前記信号配線をオーミックコンタクトするとき、該オーミックコンタクトする箇所に設けられる第５の高濃度不純物層であって前記第１の高濃度不純物層に重ねて設けられる第５の高濃度不純物層の深さを該第１の高濃度不純物層の深さより深く形成されることを特徴とする。
【００４０】
この構成により、オーミックコンタクト部分における電気接続が良好に行われ、装置の信頼性が向上する。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
【００４２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置の表面模式図である。このＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置は、ｎ型半導体基板１０の表面上に形成され、受光領域１１と、受光領域１１脇に形成された垂直走査回路１２と、半導体基板１０の底辺側に形成された水平走査回路等（信号増幅回路，Ａ／Ｄ変換回路，同期信号発生回路等）１３とを備える。
【００４３】
受光領域１１には、多数の後述する受光部が二次元アレー状に、この例では正方格子状に配列形成されており、各受光部の上面に夫々一色のカラーフィルタが積層されている。カラーフィルタとしては、補色系カラーフィルタであるシアン（Ｃｙ）、イエロー（Ｙｅ）、マゼンタ（Ｍｇ）、グリーン（Ｇ）の４色のカラーフィルタが用いられ、奇数行にはＧフィルタとＭｇフィルタが交互に、偶数行にはＹｅフィルタとＣｙフィルタが交互に配列されている。これは、一般に、色差順次配列と呼ばれるカラーフィルタ配列であるが、Ｇフィルタを含まないＹｅ，Ｃｙ，Ｍｇ（３色）のカラーフィルタの組み合わせも可能である。以下、上記４色の場合について説明する。
【００４４】
図２（ａ）は図１のIIa―IIa線断面模式図すなわちＣｙフィルタ５１を積層した受光部の断面模式図であり、図２（ｂ）は図１のIIb―IIb線断面模式図すなわちＭｇフィルタ５２を積層した受光部の断面模式図である。同様に、図３（ａ）は図１のIIIa―IIIa線断面模式図すなわちＹｅフィルタ５３を積層した受光部の断面模式図であり、図３（ｂ）は図１のIIIb―IIIb線断模式面図すなわちＧフィルタ５４を積層した受光部の断面模式図である。
【００４５】
図２（ａ）に示す様に、Ｃｙ（シアン）フィルタ５１を積層した受光部では、入射光のうちＲ（赤）のみが阻止され、Ｂ（青）とＧ（緑）が受光部に達する。この受光部では、ｎ型半導体基板１０の表面側にＰウェル層１５が形成され、Ｐウェル層１５内の表面に深さ０．１〜０．３μｍのＮ⁺層（ｎ１）１６が形成され、更にＰウェル層１５内の少し深部に深さ０．３〜０．８μｍのＮ⁺層（ｎ２）１７がＮ⁺層１６と分離して形成されている。Ｎ⁺層１７は、端部において表面まで立ち上がる電荷通路１７ａが設けられている。
【００４６】
Ｎ⁺層１６，１７，１７ａは、この例では、不純物（リンまたは砒素（Ｐ又はＡｓ））濃度を、約５×１０¹⁶〜¹⁷／ｃｍ³としている。尚、各Ｎ⁺層１６，１７の深さは、この不純物濃度にも依存する。
【００４７】
Ｎ⁺層１６とＮ⁺層１７との間にはポテンシャル障壁となるＰ領域があり、このＰ領域はＰウェル層１５と同電位に保たれている。このポテンシャル障壁の高さを変えるために、Ｎ⁺層１６とＮ⁺層１７との間におけるＰ領域の不純物（ボロン）濃度（１×１０¹⁵〜¹⁶／ｃｍ³）を、Ｐウェル層１５の不純物濃度（７×１０¹⁴〜¹⁵／ｃｍ³）と異なるようにしてもよい。
【００４８】
Ｎ⁺層１６はオーミックコンタクト２１によりＢ信号検出用アンプ２２に接続され、Ｎ⁺層１７の電荷通路１７ａがオーミックコンタクト２３によりＧ信号検出用アンプ２４に接続される。このオーミックコンタクト２１，２３を良好に行うために、Ｎ⁺層１６，１７ａのうちこのコンタクト部分の不純物濃度を、この例では１×１０¹⁹／ｃｍ³以上としている。
【００４９】
斯かる受光部の断面構造により、カラー画像撮像前にリセットトランジスタがＯＮされて各Ｎ⁺層１６，１７の夫々のＰＮ接合部に所定量の電荷が蓄積される。そして、Ｎ⁺層１６のＰＮ接合部における蓄積電荷は、受光部に達した入射光のうち、Ｂ（青）の入射光量に応じて発生したフォトキャリア分だけ放電し、Ｎ⁺層１７のＰＮ接合部における蓄積電荷は、Ｇ（緑）の入射光量に応じて発生したフォトキャリア分だけ放電し、各Ｎ⁺層１６，１７の各ＰＮ接合部における電荷変化量が、Ｂ信号，Ｇ信号としてアンプ２２，２３によって独立に読み出される。
【００５０】
図２（ｂ）に示す様に、Ｍｇ（マゼンタ）フィルタ５２を積層した受光部では、入射光のうちＧ（緑）のみが阻止され、Ｂ（青）とＲ（赤）が受光部に達する。この受光部では、ｎ型半導体基板１０の表面側に形成されたＰウェル層１５内に、図２（ａ）で説明したのと同様のＮ⁺層（ｎ１）１６が形成され、更に深部に、深さ０．８〜２．５μｍのＮ⁺層（ｎ３）１８がＮ⁺層１６と分離して形成されている。Ｎ⁺層１８は、端部において表面まで立ち上がる電荷通路１８ａが設けられている。
【００５１】
Ｎ⁺層１６はオーミックコンタクト２１によりアンプ２２に接続され、電荷通路１８ａはオーミックコンタクト２５によりＲ信号検出用アンプ２６に接続される。Ｎ⁺層１６，１８間のＰ領域の不純物濃度をＰウェル層１５の不純物濃度と変えても良いことは図２（ａ）の説明と同様であり、また、Ｎ⁺層１６，１８，１８ａの不純物濃度やオーミックコンタクト部分の不純物濃度についても図２（ａ）の説明と同様である。尚、不純物濃度については以下の説明でも同様である。
【００５２】
斯かる受光部の断面構造により、カラー画像撮像前にリセットトランジスタがＯＮされて各Ｎ⁺層１６，１８の夫々のＰＮ接合部に所定量の電荷が蓄積される。そして、Ｎ⁺層１６のＰＮ接合部における蓄積電荷は、受光部に達した入射光のうち、Ｂ（青）の入射光量に応じて発生したフォトキャリア分だけ放電し、Ｎ⁺層１８のＰＮ接合部における蓄積電荷は、Ｒ（赤）の入射光量に応じて発生したフォトキャリア分だけ放電し、これらの電荷変化量が、Ｂ信号，Ｒ信号としてアンプ２２，２６によって独立に読み出される。
【００５３】
図３（ａ）に示す様に、Ｙｅ（イエロー）フィルタ５３を積層した受光部では、入射光のうちＢ（青）のみが阻止され、Ｇ（緑）とＲ（赤）が受光部に達する。この受光部では、ｎ型半導体基板１０の表面側に形成されたＰウェル層１５内に、図２（ｂ）で説明したのと同様のＮ⁺層（ｎ３）１８が形成され、表面には、深さ０．１〜０．８μｍのＮ⁺層（ｎ２’）１９がＮ⁺層１８と分離して形成されている。このＮ⁺層１９には、オーミックコンタクト２７によってＧ信号検出用アンプ２８が接続される。
【００５４】
斯かる受光部の断面構造により、カラー画像撮像前にリセットトランジスタがＯＮされて各Ｎ⁺層１９，１８の夫々のＰＮ接合部に所定量の電荷が蓄積される。そして、Ｎ⁺層１９の蓄積電荷は、受光部に達した入射光のうち、Ｇ（緑）の入射光量に応じて発生したフォトキャリア分だけ放電し、Ｎ⁺層１８に蓄積された電荷は、Ｒ（赤）の入射光量に応じて発生したフォトキャリア分だけ放電し、各Ｎ⁺層１９，１８の電荷量変化が、Ｇ信号，Ｒ信号としてアンプ２８，２６によって独立に読み出される。
【００５５】
尚、本実施形態では、Ｇ信号検出用のＮ⁺層１９を表面から０．１〜０．８μｍの深さとしたが、図２（ａ）に示すＮ⁺層１７と同じ様に、深さ０．３〜０．８μｍの範囲に形成してもよい。しかし、Ｎ⁺層１９の構造でも、入射光のうちＢ（青）光はＹｅフィルタによって阻止されるため、Ｎ⁺層１９ではＧ（緑）の入射光量に応じた電荷量変化が生じ、ＢとＧの混色が生じることはない。
【００５６】
図３（ｂ）に示す様に、Ｇ（グリーン）フィルタ５４を積層した受光部では、入射光のうちＧ（緑）のみが透過し、Ｂ（青）とＲ（赤）は阻止されて受光部に到達しない。この受光部では、ｎ型半導体基板１０に形成されたＰウェル層１５の表面に、図３（ａ）で説明したと同様の深さ０．１〜０．８μｍのＮ⁺層（ｎ２’）１９が形成され、このＮ⁺層１９に、オーミックコンタクト２７によってＧ信号検出用アンプ２８が接続される。
【００５７】
斯かる受光部の断面構造により、カラー画像撮像前にリセットトランジスタがＯＮされて各Ｎ⁺層１９のＰＮ接合部に所定量の電荷が蓄積される。この蓄積電荷は、Ｇフィルタを透過したＧの光量に応じて発生したフォトキャリア分だけ放電し、この電荷変化量に応じた信号がＧ信号とてしアンプ２８によって読み出される。
【００５８】
この受光部では、Ｇ信号のみを読み出せばよいため、Ｎ⁺層１９に対するオーミックコンタクトと周辺回路はいずれも一系統だけ設ければ良く、構成が簡略化される。尚、Ｇフィルタの形成法には、原色フィルタとしてもよく、また、補色系フィルタであるイエローフィルタとシアンフィルタを重ねることでＧのみが透過するフィルタ特性としてもよい。
【００５９】
尚、上述し各アンプ２２，２４，２６，２８の構成は、図４に等価回路を示す様に、図２６に示す従来例と同じである。また、図２，図３では図示を省略したが、半導体基板の最表面のうちコンタクト部分以外は、保護用のＳｉＯ₂膜で覆われている。
【００６０】
図５（ａ）（ｂ）及び図６（ａ）（ｂ）の夫々は、本実施形態に係るカラー固体撮像装置におけるＣｙフィルタ，Ｍｇフィルタ，Ｙｅフィルタ，Ｇフィルタが積層された受光部における基板深さ方向のポテンシャルプロファイルと入射光の侵入深さの関係を示す図である。補色系フィルタが積層された本実施形態の受光部は、従来のＣＭＯＳセンサと異なり、基板深さ方向に２段のＮ⁺領域と、両Ｎ⁺領域間を隔てるＰ領域を有していることが特徴であり、各Ｎ⁺領域（ｎ１，ｎ２，ｎ３）は、積層されている補色系フィルタによって、その深さが異なっている。
【００６１】
即ち、補色系フィルタによって阻止されなかった入射光波長について光電変換された信号をそれぞれ独立に読み出す必要があるので、この入射光を最も効率的に光電変換するように、それぞれの不純物層の深さが決定され、読み出し回路が接続される。最も波長の短いＢ光は、シリコン基板の最も浅い領域で吸収されるので、ｎ１層（Ｎ⁺層１６）の近傍にフォトキャリアを発生させる。中間の波長からなるＧ光はＢ光よりも深い位置まで到達するので、中間の深さにあるｎ２層（Ｎ⁺層１７）の近傍においてフォトキャリアを発生させる。同様に、シリコン基板の最も深部にあるｎ３層（Ｎ⁺層１８）の近傍において、最も波長の長いＲ光によるフォトキャリアを発生させる。
【００６２】
Ｇ光の場合は、Ｂ光がＧフィルタやＹｅフィルタで阻止されるため、ｎ１層とｎ２層に分ける必要がなく、ｎ２層の深さに略等しいｎ２’層で示すＮ⁺領域１９が設定される。本実施形態では、浅い方からｎ１層、ｎ２層（ｎ２’層）、ｎ３層となっており、浅い方から、Ｂ光，Ｇ光，Ｒ光について最も光電変換効率が高くなるように各Ｎ⁺層の深さが設定される。
【００６３】
図７（ａ）（ｂ）及び図８（ａ）（ｂ）は、夫々、Ｃｙフィルタ，Ｍｇフィルタ，Ｙｅフィルタ，Ｇフィルタが積層された受光部で得られる信号の分光感度スペクトルを示す図である。横軸は入射光波長（ｎｍ）、縦軸は出力信号の相対感度（％）である。
【００６４】
各受光部は、積層されたカラーフィルタの分光透過率によって出力信号の波長依存性が支配されるが、更に本実施形態に係るカラー固体撮像装置の補色系フィルタが積層された受光部では、Ｎ⁺層間を隔てるポテンシャル障壁、即ち、Ｎ⁺層に挟まれたＰ領域が存在するため、このＰ領域において発生した電荷（電子）はこのポテンシャルバリアによって隣接するＮ⁺層に振り分けられ、分光スペクトル相互間にオーバーラップが少ないという利点がある。
【００６５】
即ち、従来の特許文献１記載のＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置の様に、Ｐ領域で発生した電荷（正孔）をＰ領域表面から直接読み出す場合に比べ、本実施形態のカラー固体撮像装置では、二つのＮ⁺層のみから得られる信号だけを使用するため、色信号の分離性能が高くなると利点がある。
【００６６】
シアン（Ｃｙ）フィルタを積層した受光部では、Ｒに相当する波長の光が殆どＣｙフィルタによって遮断されるので、受光部からの出力信号の波長依存性は、この波長領域においてシャープに減衰している。従って、Ｂ出力信号とＧ出力信号はＲの波長域の光の影響を受けないことがわかる。
【００６７】
マゼンタ（Ｍｇ）フィルタを積層した受光部では、Ｇに相当する波長の光が殆どＭｇフィルタによって遮断されるので、受光部からの出力信号の波長依存性は、この波長領域においてシャープに減衰している。従って、Ｂ出力信号とＲ出力信号は互いにオーバーラップが殆どない分光スペクトルを示している。
【００６８】
イエロー（Ｙｅ）フィルタを積層した受光部では、Ｂに相当する波長の光が殆どＹｅフィルタによって遮断されるので、受光部からの出力信号の波長依存性は、この波長領域においてシャープに減衰している。従って、Ｇ出力信号とＲ出力信号はＢの波長域の光の影響を受けないことがわかる。
【００６９】
グリーン（Ｇ）フィルタを積層した受光部では、ＢとＲに相当する波長の光の殆どがＧフィルタによって遮断されるので、受光部からの出力信号の波長依存性は、この波長領域においてシャープに減衰している。従って、Ｇ出力信号はＢとＲの波長域の光の影響を受けず理想的な分光特性であることがわかる。
【００７０】
即ち、Ｃｙフィルタを積層した受光部からは混色の少ない分離されたＢ信号とＧ信号が得られ、Ｍｇフィルタを積層した受光部からは混色の少ない分離されたＢ信号とＲ信号が得られ、Ｙｅフィルタを積層した受光部からは混色の少ない分離されたＧ信号とＲ信号が得られ、Ｇフィルタを積層した受光部からはＧ信号のみが得られる。
【００７１】
図９は、各受光部位置で、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色の信号を得て色情報の再現を行う説明図である。上述した様に、本実施形態に係る各受光部は、原色の２色あるいは１色の信号を一の受光部から直接読み出す構成になっている。即ち、Ｇフィルタを積層した受光部位置では、Ｒ信号成分とＢ信号成分が不足し、Ｙｅフィルタを積層した受光部位置ではＢ信号成分が不足し、Ｃｙフィルタを積層した受光部位置ではＲ信号成分が不足し、Ｍｇフィルタを積層した受光部位置ではＧ信号成分が不足する。
【００７２】
このため、本実施形態に係るカラー固体撮像装置では、図９に示す様に、不足する信号成分を、隣接する周りの受光部で得られた信号成分から補間演算により求める。Ｃｙフィルタを積層した受光部位置で不足するＲ信号成分は、この受光部の上下左右の受光部で得られた４つのＲ信号成分を加算平均した値を用いる。
【００７３】
同様に、Ｍｇフィルタを積層した受光部位置で不足するＧ信号成分は、この受光部の上下左右の受光部で得られた４つのＧ信号成分を加算平均した値を用い、Ｙｅフィルタを積層した受光部位置で不足するＢ信号成分は、この受光部の左右または斜め方向に隣接する受光部で得られたＢ信号成分を加算平均した値を用いる。Ｇフィルタを積層した受光部位置で不足するＲ信号成分，Ｂ信号成分も、この受光部の上下左右，斜め方向に隣接する受光部で得られたＲ信号成分を加算平均した値とＢ信号成分を加算平均した値を用いる。
【００７４】
このようにして得られる各受光部位置におけるＲ，Ｇ，Ｂの３原色信号を外部色信号処理回路で処理することで、本実施形態に係るカラー固体撮像装置では忠実な色再現が可能となる。
【００７５】
図１０は、本実施形態に係るカラー固体撮像装置の４画素分（Ｍｇ，Ｃｙ，Ｙｅ，Ｇ）に対応する二次元平面図である。半導体基板の表面は、縦横に延びるＬＯＣＯＳによる素子分離帯３０によって碁盤の目の様に各受光部が素子分離されており、図示する例では、各受光部はほぼ正方形をなしている。
【００７６】
各受光部面積のうち、大部分に上述した各Ｎ⁺層１６，１７，１８，１９が形成され、補色系フィルタＭｇ，Ｙｅ，Ｃｙが積層される受光部では、右端に短冊状の周辺回路部３１が設けられ、原色系フィルタＧが積層される受光部では、右端の上部側にのみ周辺回路部３１’が設けられる。この周辺回路部３１，３１’に、上述したアンプ（ソースフォロアアンプ）２２〜２８等が設けられ、夫々、各受光部に設けたコンタクトホール３７を介して接続されたＮ⁺層から色信号が読み出される。
【００７７】
図面上、縦方向に設けられた素子分離帯３０の上に、信号出力線３３と電源線３４とリセット線３５が敷設され、横方向に設けられた素子分離帯３０の上に、選択信号線３６が設けられる。信号出力線３３は各アンプ２２〜２８の出力に接続され、電源線３４には電源電圧が印加され、リセット線３３にはリセット信号が印加される。
【００７８】
これらの選択信号やリセット信号は、図１に示す垂直走査回路１２や水平走査回路等１３等によって制御される。尚、各受光部上に記載した点線矩形枠３８は、遮光膜の開口部位置を示しており、この内側のみに光が通過し、その外側すなわち周辺回路部３１，３１’やコンタクトホール３７は遮光されている。この図に示されるように、一の受光部に設ける必要のある信号配線数や周辺回路数は、図２６（ｂ）に示す従来のカラー固体撮像装置より少なくて済むため、本実施形態のカラー固体撮像装置では、受光部面積を広くすることができ、明るい画像が撮像可能となる。
【００７９】
図１１（ａ）（ｂ）及び図１２（ａ）（ｂ）は、夫々対応する図２（ａ）（ｂ）及び図１２（ａ）（ｂ）に示す断面模式図に、更に、マイクロレンズ４０、遮光膜４１、コンタクトホール３７に設けたコンタクト部４２、コンタクト部４２に接続する金属配線層４３を加えた断面図である。
【００８０】
各カラーフィルタ５１，５２，５３，５４上には透明平坦化膜４５を介してマイクロレンズ４０が形成されている。カラーフィルタ５１〜５４と遮光膜４１との間には透明平坦化膜層４６が設けられ、この透明平坦化膜層４６は信号配線層でもあり、層間絶縁膜を介して信号線３３，３４，３５，３６が互いに接触しない様に例えば３層構造に設けられている（図示せず）。
【００８１】
遮光膜４１の開口３８は、光電変換部であるＰＮ接合領域のほぼ中央部に位置し、アンプ２２〜２８等の周辺回路部は、この遮光膜４１の下に配置されている。最も浅いＮ⁺層（ｎ１層）１６に対するコンタクト部４２の下部のみ、そのＮ⁺層１６の深さを深く形成してある。これは、コンタクト部４２における金属電極と基板シリコンとの間で金属の突き抜けまたは合金形成により、ＰＮ接合が破壊されることを防止するためである。この部分は遮光膜４１に覆われるため、光電変換特性の波長依存性（分光特性）には影響を与えない。
【００８２】
（第２実施形態）
図１３は、本発明の第２実施形態に係るＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置の表面模式図である。第１実施形態と異なる点は、受光部上に積層する補色系フィルタの配列だけである。本実施形態では、シアン（Ｃｙ）フィルタとイエロー（Ｙｅ）フィルタのみを使用し、ＣｙフィルタとＹｅフィルタを垂直方向及び水平方向に交互に配列している。
【００８３】
Ｃｙフィルタが積層された受光部の断面構造は図２（ａ）（図１１（ａ））と同じであり、そのポテンシャルプロファイルは図５（ａ）と同じであり、分光スペクトルは図７（ａ）と同じである。即ち、Ｃｙフィルタが積層された受光部からは、入射光のうち、Ｂ信号成分とＧ信号成分が出力される。
【００８４】
Ｙｅフィルタが積層された受光部の断面は図３（ａ）（図１２（ａ））と同じであり、そのポテンシャルプロファイルは図６（ａ）と同じであり、分光スペクトルは図８（ａ）と同じである。即ち、Ｙｅフィルタが積層された受光部からは、入射光のうち、Ｇ信号成分とＲ信号成分が出力される。
【００８５】
従って、本実施形態のＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置では、全ての受光部からＧ信号成分が出力され、Ｃｙフィルタが積層された受光部位置ではＲ信号成分が不足し、Ｙｅフィルタが積層された受光部位置ではＢ信号成分が不足することになる。
【００８６】
そこで、各受光部から色信号の読み出しを２回行って一の受光部から夫々２色の原色信号成分を独立に得た後、図１４に示す様に、不足する１色の信号成分を、上下左右に隣接する周りの４つの信号成分を加算平均して求める。これにより、外部色信号処理回路によって忠実な色再現が可能になる。
【００８７】
図１５は、図１０と同様の、第２実施形態に係るＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置の４画素分（Ｙｅ×２，Ｃｙ×２）に対応する二次元平面図である。補色系フィルタＹｅまたはＣｙを夫々積層した全ての画素（受光部）から２色の原色信号を読み出すことができるので、夫々２系統の読み出し信号増幅回路（２２，２４または２６，２８）が設けられている。
【００８８】
本実施形態によれば、カラーフィルタの種類が２種類で済み、従来の３種類または４種類のカラーフィルタを用いる場合に比べて少なくて済み、製造が容易によるという利点がある。また、全ての受光部からＧ信号が直接得られるので、このＧ信号を輝度信号として信号処理することで、撮像画像の解像度を高めることが可能となる。
【００８９】
（第３実施形態）
図１６は、本発明の第３実施形態に係るＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置の表面模式図である。第１，第２実施形態と異なる点は、受光部上に積層するカラーフィルタの配列だけである。本実施形態では、補色系のマゼンタ（Ｍｇ）フィルタと原色系のグリーン（Ｇ）フィルタのみを使用し、ＭｇフィルタとＧフィルタとを垂直方向及び水平方向に交互に配列している。
【００９０】
Ｍｇフィルタが積層された受光部の断面は図２（ｂ）（図１１（ｂ））と同じであり、そのポテンシャルプロファイルは図５（ｂ）と同じであり、分光スペクトルは図７（ｂ）と同じである。即ち、Ｍｇフィルタが積層された受光部からは、入射光のうち、Ｂ信号成分とＲ信号成分が出力される。
【００９１】
Ｇフィルタが積層された受光部の断面構造は図３（ｂ）（図１２（ｂ））と同じであり、そのポテンシャルプロファイルは図６（ｂ）と同じであり、分光スペクトルは図８（ｂ）と同じである。即ち、Ｇフィルタが積層された受光部からは、入射光のうち、Ｇ信号成分のみが出力される。本実施形態では、原色系のＧフィルタを使用することにより、Ｂ光とＲ光の影響を受けない理想に近いＧ信号成分が得られる
即ち、本実施形態のＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置では、Ｍｇフィルタが積層された受光部ではＧ信号成分が不足し、Ｇフィルタが積層された受光部では、Ｂ信号成分とＲ信号成分とが不足することになる。
【００９２】
そこで、図１７に示す様に、Ｇフィルタが積層された受光部位置では、１回目の色信号読み出しで直接得られたＧ信号成分と、１回目の色信号読み出しで上下左右に隣接する受光部から得られたＲ信号成分を加算平均した値と、２回目の色信号読み出しで上下左右に隣接する受光部から得られたＢ信号成分を加算平均した値とを用いて色情報の再現を行う。Ｍｇフィルタが積層された受光部位置では、直接得られたＢ信号成分及びＲ信号成分と、上下左右に隣接する受光部で得られたＧ信号成分を加算平均した値とを用いて色情報の再現を行う。
【００９３】
図１８は、図１０，図１５と同様の、第３実施形態に係るＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置の４画素分（Ｇ×２，Ｍｇ×２）に対応する二次元平面図である。受光部内の構成は、図１０に示す対応するカラーフィルタを持つ受光部と同一である。
【００９４】
図１９は、本実施形態に係るＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置の分光スペクトルである。基本的には、図７（ｂ）の分光スペクトルと図８（ｂ）の分光スペクトルを組み合わせたものになり、原色系フィルタのみを用いた従来のイメージセンサの分光特性とほぼ同様の特性すなわち忠実な色再現が実現可能である。
【００９５】
（第４実施形態）
図２０は、本発明の第４実施形態に係るＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置の表面模式図である。第１，第２，第３実施形態と異なる点は、受光部上に積層するカラーフィルタの配列だけである。本実施形態では、補色系のマゼンタ（Ｍｇ）フィルタを積層した受光部と、単に透明平坦化膜（以下、ホワイトフィルタ（Ｗ）ともいう。）を積層しカラーフィルタを用いない受光部とを、垂直方向及び水平方向に交互に配列している。
【００９６】
Ｍｇフィルタが積層された受光部の断面は図２（ｂ）（図１１（ｂ））と同じであり、そのポテンシャルプロファイルは図５（ｂ）と同じであり、分光スペクトルは図７（ｂ）と同じである。即ち、Ｍｇフィルタが積層された受光部からは、入射光のうち、Ｂ信号成分とＲ信号成分が出力される。
【００９７】
カラーフィルタを用いない受光部からは、入射光のＢ信号成分，Ｇ信号成分，Ｒ信号成分の全て含む信号すなわち輝度信号（Ｙ）が出力される。
【００９８】
即ち、本実施形態のＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置では、Ｍｇフィルタが積層された受光部ではＧ信号成分が不足し、ホワイトフィルタ（透明平坦化膜）が積層された受光部では、輝度信号のみが得られる。
【００９９】
そこで、図２１に示す様に、Ｍｇフィルタが積層された受光部位置では、１回目の信号読み出しで直接得られたＲ信号成分と、２回目の信号読み出しで直接得られたＢ信号成分と、１回目の信号読み出しで上下左右に隣接する周りの受光部から得られた輝度信号（Ｂ＋Ｇ＋Ｒ）を加算平均した値から、上記直接得られたＲ信号成分とＢ信号成分とを減算することでＧ信号成分を得て、色情報の再現を行う。
【０１００】
ホワイトフィルタが積層された受光部位置では、上下左右に隣接する周りの受光部で得られたＢ信号成分の加算平均値及びＲ信号成分の加算平均値と、直接得られた輝度信号からこれらのＢ信号成分とＲ信号成分とを減算して得たＧ信号成分とを用いて色情報の再現を行う。
【０１０１】
図２２は、図２０のXXII―XXII線の断面模式図であり、図２３は、マイクロレンズ及び遮光膜，透明平坦化膜を積層した状態の断面図である。第１実施形態と同じ部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【０１０２】
透明平坦化膜（Ｗ）５５を透過したＲ光，Ｇ光，Ｂ光の全ての入射光量に応じた信号電荷を蓄積するＮ⁺層（ｎ３’）５６は、半導体基板１０の表面側に設けられたＰウェル層１５の表面側に、０．５〜１．５μｍの深さに形成される。
【０１０３】
図２４は、カラーフィルタを設けない受光部のポテンシャルプロファイルを示す図である。Ｎ⁺層（ｎ３’）５６より深い箇所まで侵入した赤色光により発生する電荷は、ポテンシャルプロファイルに沿って井戸内に落ち込むため、Ｎ⁺層（ｎ３’）５６の深さを０．５μｍと浅く設定しても、Ｒ信号成分まで含んだ輝度信号を得ることができる。しかし、Ｎ⁺層（ｎ３’）５６の深さは、Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれの波長域において人間の視感度に近い分光感度を呈するように設定するのがよい。
【０１０４】
図２５は、本実施形態に係るＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置の分光感度スペクトルを示す図である。マゼンタフィルタＭｇを透過したＢ信号とＲ信号はオーバーラップ無く分離しており、ホワイトフィルタを透過した光（Ｂ＋Ｇ＋Ｒ）の信号（Ｗ）は、全ての可視光波長域を含みＧ信号（波長５４０ｎｍ付近）にピークを持つスペクトルとなっている。
【０１０５】
本実施形態では、特にホワイト（Ｗ）に対応する受光部で、全ての可視域の波長成分を利用できるため、入射光成分のロスが殆どなく、第１実施形態の様に全受光部に補色フィルタを積層する場合に比べ、更に高感度化が図れる。また、特に複雑な信号処理をすることなく、直接、高感度の輝度信号（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）が得られるという特徴もある。更に、カラーフィルタとしてＭｇフィルタのみを使用するため、カラーフィルタの積層工程が容易となる。
【０１０６】
尚、以上の各実施形態では、ＭＯＳ型カラー固体撮像装置としてＣＭＯＳ型を例に説明したが、他の種類のＮＭＯＳ型やＰＭＯＳ型にも本発明を適用可能である。
【０１０７】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
（１）補色系カラーフィルタを積層した一の受光部（画素）から２色の色信号成分を独立に検出できるため、入射光を有効に電気信号に変換でき、高感度化を達成することが可能となる。
（２）補色系カラーフィルタを使用した固体撮像素子から原色系色信号を直接取り出すことができるので、忠実な色再現が可能になり、さらに色信号処理回路が簡略化できる。
（３）基板深さ方向に対する分光特性を利用すると共に補色系カラーフィルタを使用したため、各分光スペクトル（Ｒ，Ｇ，Ｂ）相互のオーバーラップ量が少なくなり、忠実な色再現が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置の表面模式図である。
【図２】（ａ）は図１のIIa―IIa線断面模式図である。
（ｂ）は図１のIIb―IIb線断面模式図である。
【図３】（ａ）は図１のIIIa―IIIa線断面模式図である。
（ｂ）は図１のIIIb―IIIb線断面模式図である。
【図４】図２（ａ）（ｂ），図３（ａ）（ｂ）に示すアンプ（増幅回路（ソースフォロアアンプ））の等価回路図である。
【図５】（ａ）は図１のＣｙフィルタ積層受光部におけるポテンシャルプロファイルを示す図である。
（ｂ）は図１のＭｇフィルタ積層受光部におけるポテンシャルプロファイルを示す図である。
【図６】（ａ）は図１のＹｅフィルタ積層受光部におけるポテンシャルプロファイルを示す図である。
（ｂ）は図１のＧフィルタ積層受光部におけるポテンシャルプロファイルを示す図である。
【図７】（ａ）は図１におけるＣｙフィルタ積層受光部の分光特性を示すグラフである。
（ｂ）は図１におけるＭｇフィルタ積層受光部の分光特性を示すグラフである。
【図８】（ａ）は図１におけるＹｅフィルタ積層受光部の分光特性を示すグラフである。
（ｂ）は図１におけるＧフィルタ積層受光部の分光特性を示すグラフである。
【図９】図１に示す各カラーフィルタ（Ｃｙ，Ｍｇ，Ｙｅ，Ｇ）積層受光部位置でＲ，Ｇ，Ｂの３色信号を得て色情報の再現を行う説明図である。
【図１０】図１に示すカラー固体撮像装置のＣｙ，Ｍｇ，Ｙｅ，Ｇフィルタ積層受光部４画素分に対応する二次元平面図である。
【図１１】（ａ）は図２（ａ）にマイクロレンズ，遮光膜等を積層した断面図である。
（ｂ）は図２（ｂ）にマイクロレンズ，遮光膜等を積層した断面図である。
【図１２】（ａ）は図３（ａ）にマイクロレンズ，遮光膜等を積層した断面図である。
（ｂ）は図３（ｂ）にマイクロレンズ，遮光膜等を積層した断面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係るＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置の表面模式図である。
【図１４】図１３に示す各カラーフィルタ（Ｃｙ，Ｙｅ）積層受光部位置でＲ，Ｇ，Ｂの３色信号を得て色情報の再現を行う説明図である。
【図１５】図１３に示すカラー固体撮像装置のＣｙ，Ｙｅフィルタ積層受光部４画素分に対応する二次元平面図である。
【図１６】本発明の第３実施形態に係るＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置の表面模式図である。
【図１７】図１６に示す各カラーフィルタ（Ｍｇ，Ｇ）積層受光部位置でＲ，Ｇ，Ｂの３色信号を得て色情報の再現を行う説明図である。
【図１８】図１６に示すカラー固体撮像装置のＭｇ，Ｇフィルタ積層受光部４画素分に対応する二次元平面図である。
【図１９】図１６に示すカラー固体撮像装置の分光感度を示すグラフである。
【図２０】本発明の第４実施形態に係るＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置の表面模式図である。
【図２１】図２０に示すフィルタ（Ｍｇ，Ｗ）積層受光部位置でＲ，Ｇ，Ｂの３色信号を得て色情報の再現を行う説明図である。
【図２２】図２０のXXII―XXII線断面模式図である。
【図２３】図２２にマイクロレンズ，遮光膜等を積層した状態の断面図である。
【図２４】図２０に示すＷフィルタ積層受光部のポテンシャルプロファイルを示す図である。
【図２５】図２０に示すＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置の分光特性を示すグラフである。
【図２６】従来のＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置の説明図である。
【符号の説明】
１０半導体基板
１５Ｐウェル層
１６，１７，１８，１９Ｎ⁺層（高濃度不純物層）
２１，２３，２５，２７オーミックコンタクト部
２２，２４，２６，２８ソースフォロアアンプ
３１，３１’ 周辺回路部
３３色信号出力線
３５リセット線
３６選択信号線
３７コンタクトホール
３８遮光膜開口
４０マイクロレンズ
４１遮光膜
４６透明平坦化膜（信号配線層）
５１，Ｃｙシアンフィルタ（補色系フィルタ）
５２，Ｍｇマゼンタフィルタ（補色系フィルタ）
５３，Ｙｅイエローフィルタ（補色系フィルタ）
５４，Ｇグリーンフィルタ（原色系フィルタ）

Claims

複数の受光部が半導体基板の表面に二次元アレー状に配列されたＭＯＳ型カラー固体撮像装置において、
前記複数のうちの一部の受光部の上部に積層され３原色のうちのレッド（Ｒ）の入射光を阻止し残り２色のブルー（Ｂ），グリーン（Ｇ）の入射光を透過するシアンフィルタ及び３原色のうちのグリーン（Ｇ）の入射光を阻止し残り２色のレッド（Ｒ），ブルー（Ｂ）の入射光を透過するマゼンタフィルタの少なくとも１方の補色フィルタと、
該補色フィルタが積層された受光部に形成され、該補色フィルタを透過した前記２色のうちの１色の色信号を検出するための第１の高濃度不純物層と、
該補色フィルタが積層された受光部に前記第１の高濃度不純物層と深さ方向に分離して形成され、該補色フィルタを透過した前記２色のうちの残り１色の色信号を検出するための第２の高濃度不純物層と、
前記各高濃度不純物層に接続され前記各色信号を区別して読み出す信号配線とを備え、
前記第１の高濃度不純物層と前記第２の高濃度不純物層は、３原色のうちの１色の入射光の光電変換をそれぞれ行なう前記半導体基板の深さ方向に異なる３領域のうちの１つの領域を除いた残り２つの領域にそれぞれ形成されることを特徴とするＭＯＳ型カラー固体撮像装置。
前記受光部は、半導体基板に前記第１，第２の高濃度不純物層を設けることで形成されたＰＮ接合部に電荷を蓄積し、該電荷を入射光によって発生したフォトキャリアで放電させ、該放電により変化する電荷変化量を色信号として読み出すものであることを特徴とする請求項１に記載のＭＯＳ型カラー固体撮像装置。
３原色のうち前記シアンフィルタまたは前記マゼンタフィルタが積層された受光部で検出される前記２色の残り１色の色信号については、該受光部の周りに設けられ該受光部と異なる色信号を検出する受光部の検出信号を補間演算して求めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＭＯＳ型カラー固体撮像装置。
ブルー（Ｂ）の光を阻止し残り２色のグリーン（Ｇ），レッド（Ｒ）の入射光を透過するイエローフィルタが積層された受光部であって該グリーンの入射光を検出する第３の高濃度不純物層と該レッドの入射光を検出する第４の高濃度不純物層とが前記半導体基板の深さ方向に分離して形成された受光部と、前記シアンフィルタが積層された受光部と、前記マゼンタフィルタが積層された受光部の３種類の受光部が前記半導体基板の表面に配列されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＭＯＳ型カラー固体撮像装置。
ブルー（Ｂ）の光を阻止し残り２色のグリーン（Ｇ），レッド（Ｒ）の入射光を透過するイエローフィルタが積層された受光部であって該グリーンの入射光を検出する第３の高濃度不純物層と該レッドの入射光を検出する第４の高濃度不純物層とが前記半導体基板の深さ方向に分離して形成された受光部と、前記シアンフィルタが積層された受光部の２種類の受光部が前記半導体基板の表面に配列されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＭＯＳ型カラー固体撮像装置。
前記マゼンタフィルタが積層された受光部と、グリーン（Ｇ）の光を透過するグリーンフィルタが積層された受光部の２種類の受光部が前記半導体基板の表面に配列されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＭＯＳ型カラー固体撮像装置。
前記マゼンタフィルタが積層された受光部と、前記３原色の全ての光を透過する透明なフィルタが積層された受光部の２種類の受光部が前記半導体基板の表面に配列されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＭＯＳ型カラー固体撮像装置。
グリーン（Ｇ）の光を透過するグリーンフィルタが積層された受光部と、ブルー（Ｂ）の光を阻止し残り２色のグリーン（Ｇ），レッド（Ｒ）の入射光を透過するイエローフィルタが積層された受光部であって該グリーンの入射光を検出する第３の高濃度不純物層と該レッドの入射光を検出する第４の高濃度不純物層とが前記半導体基板の深さ方向に分離して形成された受光部と、前記マゼンタフィルタが積層された受光部と、前記シアンフィルタが積層された受光部の４種類の受光部が前記半導体基板の表面に配列されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＭＯＳ型カラー固体撮像装置。
前記３領域のうちの前記半導体基板の内部側の領域に設けられる前記第２の高濃度不純物層には該半導体基板の表面まで連続する、該第２の高濃度不純物層と同一不純物型の高濃度不純物領域でなる電荷通路が設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＭＯＳ型カラー固体撮像装置。
前記３領域のうち、ブルー（Ｂ）の色信号を検出するための領域の深さが０．１〜０．３μｍであり、グリーン（Ｇ）の色信号を検出するための領域の深さが０．３〜０．８μｍであり、レッド（Ｒ）の色信号を検出するための領域の深さが０．８〜２．５μｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＭＯＳ型カラー固体撮像装置。
前記受光部の上部には夫々オンチップ集光光学系が設けられ、前記受光部に夫々遮光膜の１つの開口が対応することを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載のＭＯＳ型カラー固体撮像装置。
前記ブルー（Ｂ）の色信号を検出する前記第１の高濃度不純物層に前記信号配線をオーミックコンタクトするとき、該オーミックコンタクトする箇所に設けられる第５の高濃度不純物層であって前記第１の高濃度不純物層に重ねて設けられる第５の高濃度不純物層の深さを該第１の高濃度不純物層の深さより深く形成されることを特徴とする請求項１０に記載のＭＯＳ型カラー固体撮像装置。