JP4626188B2

JP4626188B2 - 固体撮像装置

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Publication number: JP4626188B2
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Inventors: 秀夫神戸
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Publication date: 2011-02-02
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Description

本発明は、単板式のカラーＣＣＤ固体撮像装置やカラーＣＭＯＳ固体撮像装置に関し、特には基板上に光電変換部となる光導電膜を積層してなる光導電膜積層型の固体撮像装置に関する。

単板式のカラー固体撮像装置としては、受光部が形成された各画素部にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）等のカラーフィルターを割り当てて配置した構成が一般的である（特許文献１参照）。しかしながら、このような構成の固体撮像装置では、各色のカラーフィルターが配置された複数の画素を１組としてカラー信号を得ているため、空間的な分解能の向上が制限されていた。そこで、近年、各色に対応する光電変換部を積層形成することで、単一画素でカラー信号を得ることができる固体撮像装置の構成が提案されている。

図６は、光電変換部となる光導電膜を基板上に積層してなる光導電膜積層型の固体撮像装置における受光部の構成を示す断面図である。

図６に示すように、光導電膜積層型の固体撮像装置の各受光部は、半導体基板１０１上に、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応するそれぞれの光導電膜１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂを積層し、これらの光導電膜１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂ上に透明電極１０５をそれぞれ積層した構成となっている。

上記構成において、最上層には、青色（Ｂ）用の光導電膜１０３Ｂが、青色の波長領域の光Ｈｂを十分に吸収できる程度の膜厚で設けられている。また、中間層には、緑色（Ｇ）用の光導電膜１０３Ｇが、緑色の波長領域の光Ｈｇを十分に吸収できる程度の膜厚で設けられている。そして最下層には、赤色（Ｒ）用の光導電膜１０３Ｒが、赤色の波長領域の光Ｈｒを十分に吸収できる程度の膜厚で設けられている。

上記の光導電膜１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂの上下に配置された透明電極１０５および半導体基板１０１に電圧を印加することで、各光導電膜１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂで吸収されて光電変換された電荷が順次読み出され、１画素でカラー信号が得られる構成となっている（以下、下記非特許文献１参照）。
特開２００３−３１７８５号公報ＤｉｅｔｍａｒＫｎｉｐｐｅｔａｌ "ＳｔａｃｋｅｄＡｍｏｒｐｈｏｕｓＳｉｌｉｃｏｎＣｏｌｏｒＳｅｎｓｏｒ"，ＩＥＥＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＯＮＥＬＥＣＴＲＯＮＤＥＶＩＣＥＳ，ＶＯＬ．４９，Ｎｏ．１，ＪＡＮＵＡＲＹ２００２，ｐ．１７０−１７６．

ところが、上述した光導電膜積層型の固体撮像装置においては、各波長領域の光を各光導電膜に完全に吸収させることが困難である。このため、図６に示すように、最上層の光導電膜で吸収しきれない青色の波長領域の光Ｈｂが、中間層や最下層の光導電膜１０３Ｇ，１０３Ｒに漏れ込み、また中間層の光導電膜１０３Ｇで吸収しきれない緑色の波長領域の光Ｈｇが、最下層の光導電膜１０３Ｒに漏れ込むことを完全に防止することはできない。

そして、このような光の漏れ込みが、色分解能を低下させ、結果として色再現性を低下させる要因となっている。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、色分解能を向上させることにより、色再現性の良好な光導電膜積層型の単板式カラー固体撮像装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、各画素に対応する基板上に、光の入射側から順に、電極により青色の波長領域の光を受光する第１の光導電膜を挟み込んだ積層膜と、電極により緑色の波長領域の光を受光する第２の光導電膜を挟み込んだ積層膜と、電極により赤色の波長領域の光を受光する第３の光導電膜を挟み込んだ積層膜と、を積み重ね、最下層の電極以外の前記電極を透明電極とした受光部を有する固体撮像装置であって、前記電極により青色の波長領域の光を受光する第１の光導電膜を挟み込んだ積層膜と、前記電極により緑色の波長領域の光を受光する第２の光導電膜を挟み込んだ積層膜との間に配置されたイエローの色フィルタと、前記電極により緑色の波長領域の光を受光する第２の光導電膜を挟み込んだ積層膜と、前記電極により赤色の波長領域の光を受光する第３の光導電膜を挟み込んだ積層膜との間に配置された赤色の色フィルタと、前記各光導電膜の光出射側に配置された各電極に接続され、各光導電膜で発生した電荷を蓄積する３個のキャパシタと、それぞれ対応するキャパシタに接続された第１の端子を有し、制御端子に転送信号が印加される第１〜第３のトランジスタと、を有し、前記第１〜第３のトランジスタの第２の端子が共通に接続されてフローティングディフュージョンを形成し、前記フローティングディフュージョンが増幅回路に接続され、前記フローティングディフュージョンがリセットトランジスタに接続されているものである。

上記の本発明の半導体装置では、複数の光導電膜を積層してなる受光部に入射した光は、短い波長領域の光から順に上層の光導電膜に色分離された状態で吸収され、光電変換される。
そして特に本発明の固体撮像装置においては、光導電膜間に、所定の波長領域の光を吸収し、これよりも長波長側の光を透過させる色フィルタが配置されているため、上層の光導電膜で吸収されなかった光のうちの所定の波長領域の光が色フィルタで吸収され、下層の光導電膜への入射が遮られる。
このため、各光導電膜で吸収される光の波長領域と、その下層の色フィルタで吸収される波長領域とを一致させることで、上層の光導電膜で吸収しきれなかった目的の波長領域の光が、色フィルタで吸収される。そして、目的の波長領域よりも長波長領域の光のみが、選択的に色フィルタを透過して下層の光導電膜に入射する。

以上説明したように本発明の固体撮像装置によれば、光導電膜積層型の単板式カラー固体撮像装置における光導電膜間に、所定の波長領域の光を吸収しこれよりも長波長側の光を透過させる色フィルタを設けたことにより、上層の光導電膜で吸収されなかった光のうちの特定の波長領域の光のみを色フィルタで吸収させることができる。これにより、下層の光導電膜への特定の波長領域の光の漏れ込みを防止して色分解能の向上を図り、結果として色再現性の向上を図ることが可能になる。

以下に、本発明の固体撮像装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明を適用した固体撮像装置の一例を示す１画素分の要部構成図である。図１に示す固体撮像装置は、例えば単結晶シリコンからなる基板１に複数の画素がマトリクス状に配列形成されたものであり、各画素部上に受光部３が設けられている。

各受光部３は、基板１側から順に積層された、赤色用の光導電膜５ｒ，緑色用の光導電膜５ｇ、および青色用の光導電膜５ｂを備えている。そして、これらの光導電膜５ｒ，５ｇ，５ｂの上下には透明電極７が設けられており、これらの透明電極７間に各光導電膜５ｒ，５ｇ，５ｂが狭持された状態となっている。ただし、最下層の光導電膜５ｒの下には、透明電極ではなく非透明電極１１が配置されている。これは、基板１への光の漏れ込みを防止するためである。

光導電膜５ｂと光導電膜５ｇの間、および光導電膜５ｇと光導電膜５ｒの間に配置された２つの透明電極７間には、特定波長領域の光を吸収し、当該特定波長領域よりも長波長側の光を透過する色フィルタ８，９が配置されている。

次に、以上の受光部３を構成する各層の詳細を説明する。

光導電膜５ｒ，５ｇ，５ｂは、ここでの図示は省略したが、光電変換膜を、当該光電変換膜に対する電子注入阻止層と正孔注入阻止層との間に挟み込んでなる積層膜からなる。光導電膜は、光を受けて光電効果により電子を発生する。このような積層構造の光導電膜５ｒ，５ｇ，５ｂは、一例として、ｉ型のアモルファスシリコンからなる光電変換膜を、ｉ型のアモルファス炭化シリコンからなる電子注入阻止層と、ｐ型のアモルファス炭化シリコンからなる正孔注入阻止層とで狭持してなる。

最上部に配置される光導電膜５ｂは、最上部の透明電極７側から入射した光Ｈのうち、青色の波長領域およびこれよりも短波長側の光Ｈｂを吸収し、青色の波長領域よりも長波長領域の光を透過する膜厚ｔｂで形成されている。

中間部に配置された光導電膜５ｇは、最上部の透明電極７側から入射して当該光導電膜５ｇに達した光Ｈのうち、緑色の波長領域の光Ｈｇを吸収し、これよりも長波長領域の光を透過する膜厚ｔｇで形成されている。

最下部に配置された光導電膜５ｒは、最上部の透明電極７側から入射して当該光導電膜５ｒに達した光、すなわち緑色の波長領域よりも長波長領域である赤色の波長領域の光Ｈｒを吸収する膜厚ｔｒで形成されている。

尚、以上の膜厚ｔｂ，ｔｇ，ｔｒは、各光導電膜５ｒ，５ｇ，５ｂの材質によって変化する光学膜厚である。

上記の光導電膜５ｒ，５ｇ，５ｂを狭持する状態で配置される各透明電極７は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）、ＴＯ（Tin Oxide：酸化スズ），ＰＥＴ（ポリエチレン酸化スズ）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide ）、ＩＸＯ（インジウムと亜鉛と酸素の化合物）等からなる。

光導電膜５ｂ，５ｇ間の２つの透明電極７に狭持された色フィルタ８、および光導電膜５ｇ，５ｒ間の２つの透明電極７に狭持された色フィルタ９は、所定の波長領域の光を反射させてこれよりも長波長側の光を透過させる。このような色フィルタ８，９として、例えば、レジスト中に所望の染料を混ぜたいわゆるカラーレジストを採用する。

上方に配置される色フィルタ８は、最上層に配置された透明電極７側から光導電膜５ｂに入射された光Ｈのうち、光導電膜５ｂで吸収されるべき青色の波長領域の光Ｈｂを吸収し、これよりも長波長領域の光Ｈを透過させる構成となっている。すなわち、色フィルタ８は、青色の波長領域（４９０ｎｍ〜５５０ｎｍ程度）の光Ｈｂの透過率が低くこの波長領域の光Ｈｂを吸収し、これよりも長波長領域の光の透過率Ｔが高いイエローフィルタにより構成される。

下方に配置される色フィルタ９は、最上層に配置された透明電極７側から入射されて光導電膜５ｇに達した光Ｈのうち、当該光導電膜５ｇで吸収されるべき緑色の波長領域の光Ｈｇおよび青色の波長領域の光Ｈｂを吸収し、それ以外の光を透過させる構成となっている。すなわち、色フィルタ９は、青色の波長領域の光Ｈｂおよび緑色の波長領域（波長４９０ｎｍ〜５８０ｎｍ）の光Ｈｇの透過率が低くこの波長領域の光を吸収し、これ以外の赤色の波長領域の光Ｈｒの透過率が高い赤色フィルタにより構成される。

基板１の直上、すなわち受光部３の最下層に配置された非透明電極１１は、最上層の透明電極７側から入射されて当該非透明電極１１に達した光を吸収あるいは反射して、基板１を遮光する材料からなる。

図１に示したように、以上のように構成された受光部３には、各光導電膜５ｒ，５ｇ，５ｂに対応させたキャパシタ１３が接続されている。各キャパシタ１３は、光導電膜５ｒ，５ｇ，５ｂを挟む２つの電極７，１１のうちの一方の電極（図面においては下方の電極７，１１）に接続されている。これらのキャパシタ１３の上部電極は、基板１の表面側に形成されたｐウェル拡散層１４の表面層にパターン形成された各Ｎ⁺ 拡散層１５に接続されている。

光導電膜５ｒ，５ｇ，５ｂを挟む他方の透明電極７（図面においては上方の透明電極７）は、共通の電源Ｖｐに接続された構成となっており、光導電膜５ｒ，５ｇ，５ｂを挟んだ上下の透明電極７間を流れる光電流が、各受光信号としてキャパシタ１３に取り出されて蓄積される構成となっている。

上記構成の固体撮像装置では、複数の光導電膜５ｒ，５ｇ，５ｂを積層してなる受光部３に、最上層の透明電極７側から光Ｈが入射すると、短波長領域の光から順に光導電膜５ｒ、５ｇ、５ｂに吸収されて光電変換されることになる。この場合、最上層の光導電膜５ｂは、青色の波長領域の光Ｈｂを吸収する膜厚ｔｂで形成されているため、最上層の透明電極７側から入射した光Ｈのうち、青色の波長領域の光Ｈｂは最上層の光導電膜５ｂで吸収される。しかも、この光導電膜５ｂの下部には、青色の波長領域の光Ｈｂを吸収する色フィルタ８が配置されているため、光導電膜５ｂで吸収しきれなかった青色の波長領域の光Ｈｂは、この色フィルタ８で吸収されて下方の光導電膜５ｇ，５ｒへの入射が阻止される。

このため、光導電膜５ｂで吸収しきれなかった青色の波長領域の光Ｈｂは、下層の光導電膜５ｇ，５ｒに漏れ込むことはないため、青色の波長領域の光Ｈｂを確実に色分離することができる。

そして、光導電膜５ｂの下層の光導電膜５ｇには、青色の波長領域の光Ｈｂを除いた光のみが入射する。この光導電膜５ｇは、緑色の波長領域の光Ｈｇを吸収する膜厚ｔｇで形成されているため、入射した光のうち、緑色の波長領域の光Ｈｇが光導電膜５ｇで吸収される。しかも、この光導電膜５ｇの下部には、青色の波長領域の光Ｈｂおよび緑色の波長領域の光Ｈｇを吸収する色フィルタ９が配置されているため、光導電膜５ｇで吸収しきれなかった緑色の波長領域の光Ｈｇは、この色フィルタ９で吸収されて下方の光導電膜５ｒへの入射が阻止される。

このため、色フィルタ９が設けられていない場合と比較して、光導電膜５ｇで吸収しきれなかった緑色の波長領域の光Ｈｇは、下層の光導電膜５ｒに漏れ込むことはないため、青色の波長領域の光Ｈｂが分離された光から、さらに緑色の光Ｈｇを確実に色分離することができる。

そしてこれにより、最下層の光導電膜５ｒには、青色および緑色の波長領域の光Ｈｂ，Ｈｇを確実に分離した光、すなわち赤色の波長領域の光Ｈｒおよびこれよりも長波長領域の光のみが入射する。そして、最下層の光導電膜５ｒは、赤色の波長領域の光Ｈｒを吸収する膜厚で形成されており、赤色の波長領域の光Ｈｒが光導電膜５ｒで吸収される。光導電膜５ｒの下部には非透明電極１１が設けられているため、光導電膜５ｇで吸収しきれなかった赤色の波長領域の光Ｈｒが、基板１へ漏れ込むことによる誤差動はない。

そして、上述したように各光導電膜５ｒ，５ｇ，５ｂ間での所定の波長領域の光の漏れ込みを阻止できるため、図２（ａ）の分光特性図に示すように、各光導電膜（Ｂｌｕｅ，Ｇｒｅｅｎ，Ｒｅｄ）から取り出される光電流の波長ピークの半値幅が狭くなり、各光導電膜における色分離特性が良好となる。このため、これらの各光電流を各色の受光信号とすることで、色再現性の良好な撮像が可能になる。

これに対して、色フィルタ８，９が設けられていない、図６に示した受光部を有する従来構成の固体撮像装置では、上層の光導電膜で吸収されるべき波長領域の光が下層の光導電膜に漏れ込むため、図２（ｂ）の分光特性図に示すように、光導電膜（Ｂｌｕｅ，Ｇｒｅｅｎ，Ｒｅｄ）から取り出される光電流の波長ピークがなだらかであり、各光導電膜における色分離特性が悪い。

また、各光導電膜５ｒ，５ｇ，５ｂが、それぞれに独立した透明電極あるいは非透明電極１１で狭持されているため、各光導電膜５ｒ，５ｇ，５ｂから同時に各キャパシタ１３に電荷を読み出すような駆動を行うことも可能である。

以下、図１を用いて説明した固体撮像装置における色分離特性の向上と感度の向上について、簡単なモデルを用いて説明する。

ここで、受光部３を構成する光導電膜５ｂ，５ｇ，５ｒが、全て同じ物質（光吸収係数α）でできていたとする。また、光導電膜５ｂは最上層表面（距離０）からＤ１の位置まで存在し、光導電膜５ｇはＤ１からＤ２の位置まで存在し、光導電膜５ｒはＤ２からＤ３の位置まで存在するとする。透明電極７では光吸収や反射はないものと近似する。そして、受光部３に入射した光Ｈの強度をＩｏとする。この場合において、受光部３の表面からｘの距離（深さ）においての光Ｈによる電荷ｅの発生割合generation：ｇ（ｘ）は下記式（１）で示される。尚、下記式（１）において、ｈはプランク定数、ｃは光速である。

〔数１〕
ｇ（ｘ）＝Ｉｏλ／ｈｃ・α・ｅｘｐ（−αｘ） …（１）

また、表面（距離０）から位置Ｄ１までの青色の光導電膜５ｂを流れる電流Ｊ１は、下記式（２）で示される。下記式（２）において、ＩＮＴは区間０からＤ１までの積分である。

〔数２〕
Ｊ１＝−ｑ・［ＩＮＴｇ（ｘ）］
＝−ｑＩｏλ／ｈｃ・（１−ｅｘｐ（−αＤ１））…（２）

緑色の光導電膜５ｇから得られる信号電流Ｊ２は、下記式（３）で示される。

〔数３〕
Ｊ２＝Ｋ・（−ｑ）・［ＩＮＴｇ（ｘ）］ …（３）

上記式（３）において、ＩＮＴは区画Ｄ１からＤ２までの積分である。ＫはＫ＝０（λ＜λＢＧ）、Ｋ＝１（λ＞λＢＧ）とする。λＢＧは、図２（ａ）に示すように青色光と緑色光の境界の波長であり、波長λＢＧを境に、短波長側を１００％吸収し、長波長側を１００％透過する色フィルタ（イエローフィルタ）８があると近似している。

上記式（３）からわかるように、第２層である緑色の光導電膜５ｇでの光電変換は、図６に示す従来構造では、青色光成分の混入が有り得るのに対し、本実施形態の構造では青色成分はカットされる。

赤色の光導電膜５ｒから得られる信号電流Ｊ３は、下記式（４）で示される。

〔数４〕
Ｊ３＝Ｋ・（−ｑ）・［ＩＮＴｇ（ｘ）］ …（４）

上記式（４）において、ＩＮＴは区画Ｄ２からＤ３までの積分である。ＫはＫ＝０（λ＜λＧＲ）、Ｋ＝１（λ＞λＧＲ）とする。λＧＲは、図２（ａ）に示すように緑色光と赤色光の境界の波長であり、波長λＧＲを境に、短波長側を１００％吸収し、長波長側を１００％透過する色フィルタ（赤色フィルタ）９があると近似している。

上記式（４）からわかるように、第３層である赤色の光導電膜５ｒでの光電変換において、図６に示す従来構造では、青色や緑色の光成分の混入が有り得るのに対し、本実施形態の構造では、青色や緑色の波長領域の光がカットされ、赤色およびこれより長波長側のの波長領域の光のみが光導電膜５ｒでの光電変換に寄与する。

上記の受光部の構成は、ＭＯＳ型のＣＭＯＳセンサの固体撮像装置にも、ＣＣＤ型の固体撮像装置にも適用可能である。

（ＣＭＯＳセンサへの適用例）
図３は、従来のＣＭＯＳセンサの構成を示す図であり、図４は、本発明を適用したＣＭＯＳセンサの構成を示す図である。

図３に示すように、従来のＣＭＯＳセンサでは、単位画素は、光電変換素子としてフォトダイオードＰＤを有し、１個のフォトダイオードＰＤに対して、転送トランジスタＴｒ１、リセットトランジスタＴｒ２、増幅トランジスタＴｒ３を能動素子として有する構成となっている。

上記のＣＭＯＳセンサでは、フォトダイオードＰＤと、フローティングディフュージョンＦＤとの間に、転送トランジスタＴｒ１が接続されている。リセットトランジスタＴｒ２は電源ＶｄｄとフローティングディフュージョンＦＤとの間に接続されている。フローティングディフュージョンＦＤには、増幅トランジスタＴｒ３のゲートが接続されており、増幅トランジスタＴｒ３は、電流源Ｖｄｄとソースフォロアを構成している。

上記のＣＭＯＳセンサの読み出し動作は、例えば、転送トランジスタＴｒ１のゲートに転送信号ＴＧ１が与えられることにより、フォトダイオードで光電変換された電荷がフローティングディフュージョンＦＤに転送される。
そして、増幅トランジスタＴｒ３により、フローティングディフュージョンＦＤの電位が増幅されて、その電位に応じた電圧が出力信号Ｖｏｕｔとして取り出される。
読み出し後、リセットトランジスタＴｒ２のゲートに、リセット信号ＲＳＴが与えられることにより、フローティングディフュージョンＦＤの電位が電源Ｖｄｄの電位にリセットされる。

上記の動作は、転送トランジスタＴｒ１、リセットトランジスタＴｒ２の各ゲートが接続される配線が行単位で接続されていることから、１行分の各画素について同時に行われる。

本発明は、上記のＣＭＯＳセンサで採用される回路構成を適用することができる。

図４に示すように、本実施形態では、図中ダイオードの記号で示す３つの光電変換素子を１画素に備える。図中ダイオードの記号で示す光電変換素子は、それぞれ図１に示す光導電膜５ｂとキャパシタ１３、光導電膜５ｇとキャパシタ１３、光導電膜５ｒとキャパシタ１３である。

光導電膜５ｂ，５ｇ，５ｒに接続されたキャパシタ１３と、フローティングディフュージョンＦＤとの間に、それぞれ転送トランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２，Ｔｒ１３が接続されている。

リセットトランジスタＴｒ２は電源ＶｄｄとフローティングディフュージョンＦＤとの間に接続されている。フローティングディフュージョンＦＤには、増幅トランジスタＴｒ３のゲートが接続されており、増幅トランジスタＴｒ３は、電流源Ｖｄｄとソースフォロアを構成している。

上記構成のＣＭＯＳセンサでは、各光導電膜５ｂ，５ｇ，５ｒで生成されキャパシタ１３で蓄積された電荷は、フローティングディフュージョンＦＤへと順に転送され、出力信号Ｖｏｕｔとして読み出され、リセットされるという動作を繰り返す。

例えば、転送トランジスタＴｒ１１のゲートに転送信号ＴＧ１が与えられることにより、光導電膜５ｂで光電変換され、キャパシタ１３に蓄積された電荷がフローティングディフュージョンＦＤに転送される。
そして、増幅トランジスタＴｒ３により、フローティングディフュージョンＦＤの電位が増幅されて、その電位に応じた電圧が出力信号Ｖｏｕｔとして取り出される。
読み出し後、転送トランジスタＴｒ１１とリセットトランジスタＴｒ２のゲートに、それぞれ転送信号ＴＧ１とリセット信号ＲＳＴが同時に与えられることにより、フローティングディフュージョンＦＤの電位と、キャパシタの電位が電源Ｖｄｄの電位にリセットされる。

上記の動作を繰り返すことにより、光導電膜５ｇで生成されキャパシタ１３で蓄積された電荷が読み出され、光導電膜５ｒで生成されキャパシタ１３で蓄積された電荷が読み出される。なお、読み出す順序には特に限定はない。

上記の動作は、転送トランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２，Ｔｒ１３、リセットトランジスタＴｒ２の各ゲートが接続される配線が行単位で接続されていることから、１行分の各画素について同時に行われる。

以上のようにして、本発明はＣＭＯＳセンサに適用することができる。
ＣＭＯＳセンサに適用する場合には、基板にトランジスタを形成し、基板上にトランジスタに接続される配線層を形成し、配線層上に光導電膜を積層した受光部を配置すればよい。本実施形態では、受光部を配線層の上層に配置することができることから、基板内に受光部を形成するＣＭＯＳセンサと異なり、受光部を配慮した配線の必要がなくなるため、配線の自由度が高くなる。また、受光部の面積が、配線の存在により大きく制限を受けることもない。

（ＣＣＤセンサへの適用例）
図５は、本発明をＣＣＤセンサへ適用した場合における、ＣＣＤセンサの概略構成図である。

図５に示すように、上記した本実施形態に係る受光部３には、各光導電膜５ｒ，５ｇ，５ｂに対応させたキャパシタ１３が接続されている。これらのキャパシタ１３は、例えば図示したように基板１の表面側に形成されたｐウェル拡散層１４の表面層にパターン形成された各Ｎ⁺ 拡散層１５からなる。そして、各Ｎ⁺ 拡散層１５に、光導電膜５ｒ，５ｇ，５ｂの上部または下部に設けられた一方の電極７，１１（図面においては下方の透明電極７と非透明電極１１）から引き出された取り出し電極１７が接続されている。

一方、光導電膜５ｒ，５ｇ，５ｂの上部または下部に接して設けられた他方の透明電極７（図面においては上方の透明電極７）は、共通の電源Ｖｐに接続された構成となっており、光導電膜５ｒ，５ｇ，５ｂを挟んだ上下の電極７，１１間を流れる光電流が、各受光信号としてキャパシタ１３に取り出されて蓄積される構成となっている。

また、基板１の表面層には、Ｎ⁺ 拡散層１５との間に、読み出しゲート１９となる間隔ｄを設けて電荷転送領域（図示省略）となる拡散層が配置されている。そして、基板１にの電荷転送領域上にはここでの図示を省略した絶縁膜を介して読み出しゲート１９に接続された転送電極２１が配置されて固体撮像装置が構成されている。

以上のようにして、光導電膜を積層させたＣＣＤ型の単板式カラー固体撮像装置が構成される。

本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。例えば、本実施形態では、３層の光導電膜を積層させて受光部３を構成する例について説明したが、光導電膜を２層あるいは４層以上積層させて受光部３を構成してもよい。また、ＣＣＤセンサに本発明を適用する場合の転送方式や、ＣＭＯＳセンサに本発明を適用する場合における回路構成には特に限定はない。

例えば、本実施形態では、赤色用の光導電膜５ｒの下層に非透明電極１１を設けた構成を説明した。非透明電極１１は、下層のシリコン基板１へ光が入射することを防止する目的で設けられている。従って、例えば、光導電膜５ｒをも透明電極７で挟持するようにして、その下層に遮光膜を配置する構成であってもよい。

光導電膜５ｒの下層に透明電極を配置する場合に、透明電極と遮光膜との間に、赤色の波長領域の光Ｈｒを吸収する吸収膜を配置しても良い。これにより、基板１への光の漏れ込みがさらに防止される。

また、光導電膜５ｒの下層に透明電極を配置する場合に、透明電極と遮光膜との間に、赤色の波長領域の光Ｈｒを反射する反射膜を配置しても良い。これにより、光導電膜５ｒで吸収されなかった赤色の波長領域の光Ｈｒを反射膜で反射させて、再び光導電膜５ｒで吸収させることもでき、感度特性を得易くなる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

本発明を適用した固体撮像装置の一例を示す１画素分の要部構成図である。固体撮像装置の分光特性を示す波長−光電流の関係を示す図である。従来のＣＭＯＳセンサの構成を示す図である。本発明を適用したＣＭＯＳセンサの構成を示す図である。本発明を適用したＣＣＤセンサの構成を示す図である。従来の光導電膜積層型の単板式カラー固体撮像装置における受光部の断面図である。

符号の説明

１…基板、３…受光部、５ｒ，５ｇ，５ｂ…光導電膜、７…透明電極、８…イエローフィルタ、９…赤色フィルタ、１１…非透明電極、１３…キャパシタ、Ｈ…光、Ｈｒ…赤色の波長領域の光、Ｈｇ…緑色の波長領域の光、Ｈｂ…青色の波長領域の光、ｔｒ…膜厚（光導電膜５ｒ）、ｔｇ…膜厚（光導電膜５ｇ）、ｔｂ……膜厚（光導電膜５ｂ）

Claims

各画素に対応する基板上に、光の入射側から順に、電極により青色の波長領域の光を受光する第１の光導電膜を挟み込んだ積層膜と、電極により緑色の波長領域の光を受光する第２の光導電膜を挟み込んだ積層膜と、電極により赤色の波長領域の光を受光する第３の光導電膜を挟み込んだ積層膜と、を積み重ね、最下層の電極以外の前記電極を透明電極とした受光部を有する固体撮像装置であって、
前記電極により青色の波長領域の光を受光する第１の光導電膜を挟み込んだ積層膜と、前記電極により緑色の波長領域の光を受光する第２の光導電膜を挟み込んだ積層膜との間に配置されたイエローの色フィルタと、
前記電極により緑色の波長領域の光を受光する第２の光導電膜を挟み込んだ積層膜と、前記電極により赤色の波長領域の光を受光する第３の光導電膜を挟み込んだ積層膜との間に配置された赤色の色フィルタと、
前記各光導電膜の光出射側に配置された各電極に接続され、各光導電膜で発生した電荷を蓄積する３個のキャパシタと、
それぞれ対応するキャパシタに接続された第１の端子を有し、制御端子に転送信号が印加される第１〜第３のトランジスタと、を有し、
前記第１〜第３のトランジスタの第２の端子が共通に接続されてフローティングディフュージョンを形成し、
前記フローティングディフュージョンが増幅回路に接続され、
前記フローティングディフュージョンがリセットトランジスタに接続されている
固体撮像装置。
前記基板に、各画素の前記受光部の電荷を転送する転送部が形成された
請求項１記載の固体撮像装置。