WO2017163559A1 - 固体撮像素子及び電子機器 - Google Patents

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conversion film
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菜々子 加藤
壽史 若野
悠介 大竹
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ソニー株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a solid-state imaging device and an electronic device.
  • a photoelectric conversion film that performs photoelectric conversion on light in a predetermined wavelength range is provided outside the semiconductor substrate, while photoelectric conversion is performed on light in a wavelength range other than the predetermined wavelength range that has passed through the photoelectric conversion film inside the semiconductor substrate.
  • There is a solid-state imaging device having a so-called stacked pixel structure provided with a photoelectric conversion region see, for example, Patent Document 1).
  • a photoelectric conversion unit (photoelectric conversion film or photoelectric conversion region) having sensitivity of two colors or more can be arranged in a region of one pixel, and thus photoelectric having sensitivity of two colors or more.
  • the chip area of the solid-state imaging device can be reduced as compared with the case where the conversion unit is arranged in a plane.
  • an object of the present disclosure is to provide a solid-state imaging device capable of improving sensitivity and an electronic device having the solid-state imaging device in a stacked pixel structure including a photoelectric conversion film.
  • a solid-state imaging device of the present disclosure includes the solid-state imaging device having the above configuration.
  • a photoelectric conversion film is provided outside the semiconductor substrate, a photoelectric conversion region is provided inside the semiconductor substrate, and the photoelectric conversion film that is a photoelectric conversion unit and the photoelectric conversion region are connected to the incident light. It is a structure laminated in the optical axis direction (a structure in which photoelectric conversion parts are arranged three-dimensionally).
  • the photoelectric conversion film is made of a film having an avalanche function, the number of electrons generated by photoelectric conversion per pixel can be increased by the avalanche effect (avalanche effect).
  • the pixel size can be made smaller than the non-existing pixel.
  • the chip area can be further reduced in the solid-state imaging device having a stacked pixel structure.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the solid-state imaging element according to the third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the solid-state imaging element according to the fifth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a solid-state imaging element according to Example 6 of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a solid-state imaging element according to Example 7 of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the solid-state imaging device according to the eighth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the solid-state imaging device according to the ninth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus that is an example of the electronic apparatus of the present disclosure.
  • Example 3 (Example in which a photoelectric conversion film is formed of a charge storage film with a laminated structure for three colors) 2-4.
  • Example 4 (example in which a photoelectric conversion film is composed of two layers of organic films with a laminated structure for three colors) 2-5.
  • Example 5 (Example in which a photoelectric conversion film is composed of two layers of inorganic films in a laminated structure for three colors) 2-6.
  • Example 6 Example in which a photoelectric conversion film is an organic film having a laminated structure for two colors) 2-7.
  • Example 7 (Example in which the photoelectric conversion film is an inorganic film with a laminated structure for two colors) 2-8.
  • Example 8 (Example in which a silicon substrate is used as an avalanche photodiode) 2-9.
  • Example 9 (Other examples of Example 6 and Example 7 adopting a laminated structure for two colors) 3.
  • Modification 4 Electronic equipment (example of imaging device)
  • the photoelectric conversion film may be an organic film made of an organic material or may be an inorganic film made of an inorganic material.
  • a photoelectric conversion film made of an organic material or an inorganic material can be configured to have a function of accumulating charges.
  • the photoelectric conversion films are stacked for two colors, and the photoelectric conversion films for the two colors both have an avalanche function. It can be set as the structure which consists of. Further, the photoelectric conversion films for the two colors can both be an organic film made of an organic material or an inorganic film made of an inorganic material. Of the photoelectric conversion films for two colors, the photoelectric conversion film on the incident light side performs photoelectric conversion on blue light, and the photoelectric conversion film on the semiconductor substrate side performs photoelectric conversion on green light.
  • the photoelectric conversion region provided inside can be configured to perform photoelectric conversion on red light.
  • the photoelectric conversion region is provided for at least one color inside the semiconductor substrate, and the photoelectric conversion film outside the semiconductor substrate
  • the color filter is mounted on the incident light side.
  • the color filter may be composed of a complementary color filter.
  • the solid-state imaging device is, for example, a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type image sensor which is a kind of XY address type solid-state imaging device.
  • the CMOS type image sensor is an image sensor created by applying or partially using a CMOS process.
  • a pixel (unit pixel) including a photoelectric conversion unit (photoelectric conversion device) that photoelectrically converts incident light includes a photoelectric conversion film that is a photoelectric conversion unit and a photoelectric conversion region of the incident light.
  • the laminated structure is laminated in the optical axis direction.
  • the photoelectric conversion film is provided in units of pixels outside the semiconductor substrate, performs photoelectric conversion on light in the green (G) wavelength region, and emits light in a wavelength region other than the green wavelength region. Make it transparent.
  • the photoelectric conversion region is provided in the semiconductor substrate in a state of being stacked in units of pixels, for example, for two colors.
  • the photoelectric conversion region located on the surface side of the semiconductor substrate is light in the blue (B) wavelength region among the light in the wavelength region that has passed through the green light photoelectric conversion film. Is subjected to photoelectric conversion to transmit light in a wavelength region other than the blue wavelength region.
  • the photoelectric conversion region located on the deep side of the semiconductor substrate performs photoelectric conversion on light in the red (R) wavelength region among light in the wavelength region that has passed through the blue light photoelectric conversion region.
  • the green light photoelectric conversion film is formed of a film having an avalanche function.
  • the photoelectric conversion film having an avalanche function include an avalanche film such as Se (selenium), CIGS (a thin-film substance made of a compound of copper and indium, gallium, and selenium), and InGaAs (indium gallium arsenide). it can.
  • a silicon avalanche photodiode when a large reverse bias voltage (several tens to 200 V) is applied to a semiconductor pn junction, carriers are generated one after another by slight carrier movement, and the current increases at an accelerated rate. It uses the avalanche effect (avalanche effect).
  • An avalanche film made of Se, CIGS, InGaAs, or the like also uses an avalanche effect, like a silicon avalanche photodiode.
  • the photoelectric conversion film has an avalanche function, so that even if the amount of incident light is small, the photoelectric conversion film performs photoelectric conversion compared to a general photoelectric conversion film without an avalanche function. Since the obtained pixel signal level can be increased, an image with less noise can be obtained.
  • the pixel structure according to the present embodiment is from the back surface side.
  • a back-illuminated pixel structure that is irradiated with incident light is desirable. Since the back-illuminated pixel structure has no wiring layer between the semiconductor substrate and the green photoelectric conversion film, the front-illuminated pixel structure in which incident light is irradiated from the surface side where the wiring layer is interposed As compared with the above, light can be efficiently taken into the blue light photoelectric conversion region and the red light photoelectric conversion region existing inside the semiconductor substrate.
  • the technology of the present disclosure is not limited to the application to the back-illuminated pixel structure, and does not exclude application to the front-illuminated pixel structure.
  • the technology of the present disclosure can be applied to a surface irradiation type pixel structure.
  • Example 1 is an example in which a photoelectric conversion film is formed of an organic film in a stacked structure in which photoelectric conversion units are stacked for three colors in the optical axis direction of incident light.
  • a cross-sectional view of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present disclosure is illustrated in FIG. FIG. 1 shows a cross-sectional structure for two pixels. The same applies to Examples 2 to 5 below.
  • the solid-state imaging device has sensitivity mainly in a green wavelength region as a green light photoelectric conversion film 12 provided outside a silicon substrate 11 which is an example of a semiconductor substrate. It is characterized by using an organic film made of an organic material. And the high wavelength selectivity can be given to the photoelectric converting film 12 by selecting an organic material.
  • the green light photoelectric conversion film 12 made of an organic film is provided in common to all the pixels on the silicon substrate 11 via an insulating film 13.
  • a lower electrode 14 made of a transparent electrode is provided for each pixel.
  • an upper electrode 15 made of a transparent electrode is provided in common for all pixels. A bias voltage is applied to the upper electrode 15 through a wiring (not shown). Since the lower electrode 14 is provided in units of pixels, the green light photoelectric conversion film 12 functions in units of pixels and performs photoelectric conversion.
  • the green light photoelectric conversion film 12 functions as a general photoelectric conversion film
  • a bias voltage of about several volts is applied to the green light photoelectric conversion film 12.
  • a green light photoelectric conversion film 12 is applied with a bias voltage of about several tens of volts (a voltage that becomes a reverse bias).
  • the green photoelectric conversion film 12 may be described as a film having an avalanche function (hereinafter, referred to as an “avalanche film”) in which carriers are generated one after another due to slight carrier movement and the current increases at an accelerated rate. )
  • the tens of volts exemplified as the bias voltage applied to give the green light photoelectric conversion film 12 the avalanche function is an example, and is not limited thereto. Since the avalanche breakdown voltage differs depending on the organic material forming the green light photoelectric conversion film 12, the bias voltage applied to the green light photoelectric conversion film 12 is also determined by the material of the photoelectric conversion film 12.
  • the photoelectric conversion film 12 for green light mainly has sensitivity in the green wavelength range, absorbs light in the green wavelength range, performs photoelectric conversion, and transmits light in wavelength ranges other than the green wavelength range. .
  • the electric charge obtained by the photoelectric conversion by the photoelectric conversion film 12 of green light passes from the lower electrode 14 through the wiring 18 to the surface (surface) side opposite to the incident light side of the silicon substrate 11 under the control of the gate portion 19.
  • the floating diffusion 20 is a charge-voltage converter that converts charge into voltage.
  • a wiring layer (not shown) including the gate portion 19 is formed on the surface of the silicon substrate 11.
  • a lens (on-chip lens) 17 is provided for each pixel through a transparent insulating film 16.
  • the lens 17 is not an essential component. That is, the lens 17 is not necessarily arranged. Further, the shape of the lens 17 is not particularly limited and is arbitrary.
  • a blue light photoelectric conversion region 21 and a red light photoelectric conversion region 22 are formed as photoelectric conversion regions for two colors. Specifically, the blue light photoelectric conversion region 21 is provided on the substrate surface side of the silicon substrate 11 on the incident light side, and the red light photoelectric conversion region 22 is provided on the deep side of the silicon substrate 11.
  • the blue light photoelectric conversion region 21 and the red light photoelectric conversion region 22 perform photoelectric conversion on the light of each color by utilizing the difference (wavelength dependence) of the light absorption coefficient of silicon (semiconductor).
  • the blue light photoelectric conversion region 21 formed on the substrate surface side of the silicon substrate 11 transmits the green light photoelectric conversion film 12, and has a relatively short blue wavelength among the light incident on the silicon substrate 11.
  • the light in the region is absorbed and photoelectric conversion is performed.
  • the charge obtained by the photoelectric conversion by the blue light photoelectric conversion region 21 passes through, for example, the vertical transistor 23 to a floating diffusion (not shown) formed on the substrate surface side opposite to the incident light side of the silicon substrate 11. Accumulated.
  • the vertical transistor 23 is used when transferring the charge obtained in the photoelectric conversion region 21 of blue light to the wiring layer side (substrate surface side), but this is not restrictive.
  • the red light photoelectric conversion region 22 formed on the deep side of the silicon substrate 11 absorbs light in the red wavelength region having a relatively long wavelength out of the light transmitted through the blue light photoelectric conversion region 21.
  • the electric charge obtained by the photoelectric conversion by the photoelectric conversion region 22 of red light is accumulated in a floating diffusion (not shown) formed in the photoelectric conversion region 22 or on the surface side opposite to the incident light side of the silicon substrate 11. Is done.
  • the solid-state imaging device includes the green light photoelectric conversion film 12 outside the silicon substrate 11, the blue light photoelectric conversion region 21 and the red light photoelectric conversion region inside the silicon substrate 11. 22 has a laminated structure for three colors laminated in the optical axis direction of incident light.
  • the green photoelectric conversion film 12 as an avalanche film is composed of one film layer, but the present invention can also be applied to a case where it is composed of a plurality of film layers. The same applies to the following embodiments.
  • the second embodiment is a modification of the first embodiment.
  • the three colors are obtained by laminating a photoelectric conversion film 12 for green light, a photoelectric conversion region 21, and a photoelectric conversion region 22 for red light in the optical axis direction of incident light.
  • the photoelectric conversion film is made of an inorganic film.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present disclosure.
  • the solid-state imaging device is an inorganic material made of an inorganic material having sensitivity mainly in the green wavelength region as a green light photoelectric conversion film 12 provided outside the silicon substrate 11. It is characterized by using a film.
  • the inorganic material of the green photoelectric conversion film 12 include Se and CIGS, but are not limited thereto.
  • Inorganic materials are superior to organic materials in terms of durability and heat resistance. Depending on the materials, inorganic materials are superior to organic materials in terms of physical properties such as mobility and breakdown voltage.
  • a bias voltage is also applied to the green photoelectric conversion film 12 made of an inorganic film in order to provide an avalanche function.
  • the bias voltage is also determined by the material of the photoelectric conversion film 12 because the avalanche breakdown voltage differs depending on the inorganic material, as in the case of the green photoelectric conversion film 12 made of the organic film of Example 1.
  • Example 3 is a three-color stacked structure in which a green light photoelectric conversion film 12, a photoelectric conversion region 21, and a red light photoelectric conversion region 22 are stacked in the optical axis direction of incident light. Is an example of a charge storage film.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of the solid-state imaging device according to the third embodiment of the present disclosure.
  • the solid-state imaging device according to Example 3 is a charge made of an organic material having sensitivity mainly in the green wavelength region as a green light photoelectric conversion film 12 provided outside the silicon substrate 11. It is characterized by using a storage film.
  • the organic material of the charge storage film capable of storing charge is not particularly limited as long as it has sensitivity in the green wavelength region and can store charge.
  • a bias voltage is also applied to the green light photoelectric conversion film 12 formed of a charge storage film in order to provide an avalanche function. Then, the photoelectric conversion is performed by the green light photoelectric conversion film 12 formed of the charge storage film, and the charges accumulated therein are passed through the wiring 18 under the control of the gate portion 19 formed adjacent to the photoelectric conversion film 12. It is transferred to the floating diffusion 20.
  • the green floating diffusion 20 can be shared as floating diffusions of other colors. There are benefits that can be reduced. Incidentally, in the case where the green photoelectric conversion film 12 is formed of an ordinary laminated film, the electric charge photoelectrically converted by the green light photoelectric conversion film 12 is accumulated in the floating diffusion 20, and therefore the green floating diffusion 20. Cannot be shared as floating diffusions of other colors.
  • the photoelectric conversion film 12 of green light has a charge made of an inorganic material having sensitivity mainly in the green wavelength region.
  • a structure using a storage film can also be used.
  • Example 4 is an example in which a photoelectric conversion film is formed of two organic films in a stacked structure in which photoelectric conversion units are stacked for three colors in the optical axis direction of incident light.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • the solid-state imaging device has a two-layer structure in which the photoelectric conversion film provided outside the silicon substrate 11 is made of an organic film and is stacked in the optical axis direction of incident light. It is characterized by. Specifically, a blue light photoelectric conversion film 24 is provided on the lens 17 side, a green light photoelectric conversion film 12 is provided on the silicon substrate 11 side, and the spectrum is determined by the difference in depth position in the optical axis direction of incident light. It has a structure to do.
  • the photoelectric conversion film 24 and the photoelectric conversion film 12 can have high wavelength selectivity. In this way, by providing wavelength selectivity to the film quality of the organic film used as the blue light photoelectric conversion film 24 and the green light photoelectric conversion film 12, the blue light photoelectric conversion film 24 and the green light photoelectric conversion film are provided. Each of the 12 organic films absorbs light of different wavelengths.
  • the photoelectric conversion film 24 for blue light absorbs light in the blue wavelength region out of light incident through the lens 17 and performs photoelectric conversion. For light in a wavelength region other than the blue wavelength region, Make it transparent.
  • the green light photoelectric conversion film 12 absorbs light in the green wavelength region out of the light transmitted through the blue light photoelectric conversion film 24 and performs photoelectric conversion. For light in a wavelength region other than the green wavelength region, Make it transparent.
  • the incident light incident surface side has a short wavelength and the silicon substrate 11 side has a long wavelength.
  • the film quality of the organic film used as the blue light photoelectric conversion film 24 and the green light photoelectric conversion film 12 is changed, the correspondence between the colors and the films is not necessarily in the order, and is arbitrary.
  • the organic materials of the blue light photoelectric conversion film 24 and the green light photoelectric conversion film 12 are not particularly limited. Similarly to the first embodiment, by applying a predetermined bias voltage to the blue light photoelectric conversion film 24 and the green light photoelectric conversion film 12, an avalanche function can be applied to the photoelectric conversion film 24 and the photoelectric conversion film 12. Give it. Each bias voltage is determined by each material of the photoelectric conversion film 24 and the photoelectric conversion film 12.
  • a lower electrode 14 made of a transparent electrode is provided for each pixel.
  • an upper electrode 15 made of a transparent electrode is provided in common for all pixels.
  • a lower electrode 25 made of a transparent electrode is provided on the lower surface side of the blue light photoelectric conversion film 24 in units of pixels.
  • an upper electrode 26 made of a transparent electrode is provided in common for all pixels.
  • the electric charge obtained by photoelectric conversion by the photoelectric conversion film 24 of blue light is accumulated in the floating diffusion 29 formed on the surface side of the silicon substrate 11 through the wiring 27 from the lower electrode 25 and under the control of the gate portion 28.
  • the electric charge obtained by the photoelectric conversion by the green light photoelectric conversion film 12 passes through the wiring 30 from the lower electrode 14 and is controlled by a gate unit (not shown) to form a floating diffusion (see FIG. (Not shown).
  • a red light photoelectric conversion region 22 is formed as a photoelectric conversion region for one color.
  • the red light photoelectric conversion region 22 transmits the green light photoelectric conversion film 12 and absorbs light in the red wavelength region out of the light incident on the silicon substrate 11 to perform photoelectric conversion.
  • the charge obtained by the photoelectric conversion by the photoelectric conversion region 21 of blue light was formed in the photoelectric conversion region 21 or on the surface side opposite to the incident light side of the silicon substrate 11 as in the case of Example 1. Accumulated in a floating diffusion (not shown).
  • the blue light photoelectric conversion film 24 and the green light photoelectric film which are provided outside the silicon substrate 11 and are formed of an organic film having an avalanche function.
  • the conversion film 12 performs photoelectric conversion by two-color spectroscopy. Further, photoelectric conversion by absorption of light of one color is performed by the photoelectric conversion region 22 of red light provided inside the silicon substrate 11.
  • the photoelectric conversion film has an avalanche function for two colors of blue and green compared to the pixel structure of the solid-state imaging device according to the first embodiment. Since the pixel signal level can be increased even if the amount of incident light is small, an image with less noise can be obtained.
  • the photoelectric conversion area is provided for one color inside the silicon substrate 11, but the present invention is not limited to this, and any structure having a photoelectric conversion area for at least one color may be used.
  • Example 5 The same applies to Example 5 below.
  • Example 5 is a modification of Example 4, and is an example in which the photoelectric conversion film is composed of two inorganic films in a stacked structure in which photoelectric conversion units are stacked for three colors in the optical axis direction of incident light.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of the solid-state imaging device according to the fifth embodiment of the present disclosure.
  • the solid-state imaging device uses an inorganic film made of an inorganic material having sensitivity mainly in the green wavelength region as the green light photoelectric conversion film 12.
  • an inorganic film made of an inorganic material having sensitivity mainly in a blue wavelength region is used.
  • the inorganic materials of the blue light photoelectric conversion film 24 and the green light photoelectric conversion film 12 are not particularly limited. Similarly to the second embodiment, by applying a predetermined bias voltage to the blue light photoelectric conversion film 24 and the green light photoelectric conversion film 12, an avalanche function is applied to the photoelectric conversion film 24 and the photoelectric conversion film 12. You can have it. Each bias voltage is determined by each material of the photoelectric conversion film 24 and the photoelectric conversion film 12.
  • Example 6 is an example in which a photoelectric conversion film is formed of an organic film in a stacked structure in which photoelectric conversion portions are stacked for two colors in the optical axis direction of incident light.
  • FIG. 6 illustrates a cross-sectional view of the solid-state imaging device according to the sixth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional structure for four pixels. For convenience, the four pixels are referred to as pixel 1, pixel 2, pixel 3, and pixel 4. The same applies to Example 7 below.
  • the pixels 1 to 4 have a green light (G) photoelectric conversion film 12 provided outside the silicon substrate 11 and the silicon substrate 11.
  • a photoelectric conversion region for one color provided in the inside has a stacked structure for two colors stacked in the optical axis direction of incident light.
  • the green photoelectric conversion film 12 is provided in common for all of the pixels 1 to 4.
  • a predetermined bias voltage is applied to the green photoelectric conversion film 12 in order to provide an avalanche function.
  • the photoelectric conversion film 12 for green light an organic film made of an organic material having sensitivity mainly in the green wavelength region is used.
  • a green light photoelectric conversion film 12 provided outside the silicon substrate 11 and a red light (R) photoelectric conversion region 22 provided inside the silicon substrate 11 include an optical axis direction of incident light. It has a laminated structure.
  • the pixel 1 includes a complementary color filter 31 that transmits yellow light (Ye) between the green photoelectric conversion film 12 and the lens 17.
  • the pixel 2 includes a green light photoelectric conversion film 12 provided outside the silicon substrate 11 and a magenta light (Mg) photoelectric conversion region 32 provided inside the silicon substrate 11 in the optical axis direction of incident light. It is the structure laminated
  • Mg magenta light
  • the pixel 3 includes a photoelectric conversion film 12 for green light provided outside the silicon substrate 11 and a photoelectric conversion region 21 for blue light (B) provided inside the silicon substrate 11 in the optical axis direction of incident light. It is the structure laminated
  • a complementary color filter 33 that transmits cyan light (Cy) is mounted on the pixel 3 between the photoelectric conversion film 12 for green light and the lens 17.
  • the pixels 1 to 4 are separated from each other by a separation wall 34 provided between them.
  • a green light photoelectric conversion film 12 On the surface of the silicon substrate 11 opposite to the incident light side, there are a green light photoelectric conversion film 12, a blue light photoelectric conversion region 21, a red light photoelectric conversion region 22, and a magenta light photoelectric conversion region 32.
  • a floating diffusion that converts photoelectrically converted charges into a voltage and a wiring layer including various wirings are formed.
  • yellow light passes through the color filter 31 and enters the photoelectric conversion film 12 for green light.
  • yellow light is a mixture of green light and red light. Therefore, the photoelectric conversion film 12 for green light absorbs green light contained in yellow light and performs photoelectric conversion.
  • the red light transmitted through the green light photoelectric conversion film 12 enters the red light photoelectric conversion region 22, and is absorbed and photoelectrically converted by the photoelectric conversion region 22. In this way, in the pixel 1, photoelectric conversion is performed for green light and red light.
  • the green light photoelectric conversion film 12 provided outside the silicon substrate 11 absorbs light in the green wavelength range, performs photoelectric conversion, and transmits light in a wavelength range other than the green wavelength range.
  • the magenta light photoelectric conversion region 32 transmits the green light photoelectric conversion film 12 and absorbs magenta light out of the light incident on the silicon substrate 11 to perform photoelectric conversion.
  • magenta light is a mixture of red light and blue light. The same applies to the pixel 4 having the same stacked structure of the green photoelectric conversion film 12 and the magenta photoelectric conversion region 32 as the pixel 2.
  • cyan light out of the light incident through the lens 17 passes through the color filter 33 and enters the photoelectric conversion film 12 for green light.
  • the cyan light is a mixture of green light and blue light.
  • the green light photoelectric conversion film 12 absorbs the green light contained in the cyan light and performs photoelectric conversion.
  • transmitted the photoelectric conversion film 12 of green light injects into the photoelectric conversion area
  • photoelectric conversion is performed for green light and blue light.
  • yellow is obtained by adding a green signal obtained by photoelectric conversion in the green light photoelectric conversion film 12 and a red signal obtained by photoelectric conversion in the red light photoelectric conversion region 22. Can be obtained.
  • the green signal obtained by the photoelectric conversion in the green light photoelectric conversion film 12 and the blue signal obtained by the photoelectric conversion in the blue light photoelectric conversion region 21 are added to add cyan. A signal can be obtained.
  • primary pixel signals of red, green, and blue can be obtained as pixel signals by using three pixels 1 to 3 as a unit.
  • Yellow, cyan, magenta, yellow and green complementary color signals can be obtained.
  • the photoelectric conversion area is provided for one color inside the silicon substrate 11, but the present invention is not limited to this, and any structure having a photoelectric conversion area for at least one color may be used.
  • Example 7 The same applies to Example 7 below.
  • Example 7 is a modification of Example 6, and is an example in which the photoelectric conversion film is made of an inorganic film in a stacked structure in which two photoelectric conversion portions are stacked in the optical axis direction of incident light.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a solid-state imaging element according to Example 7 of the present disclosure.
  • the solid-state imaging device is an inorganic material made of an inorganic material having sensitivity mainly in the green wavelength region as a green light photoelectric conversion film 12 provided outside the silicon substrate 11. It is characterized by using a film.
  • the inorganic material of the green photoelectric conversion film 12 include Se and CIGS, but are not limited thereto.
  • a predetermined bias voltage is also applied to the green photoelectric conversion film 12 made of an inorganic film in order to provide an avalanche function.
  • Example 8 is a solid-state imaging device according to Example 4 in which three photoelectric conversion portions are stacked in the optical axis direction of incident light, and the photoelectric conversion film is composed of two layers of organic films.
  • the silicon substrate 11 is an avalanche photodiode. It is an example used as (Avalanche Photo Diode: APD).
  • FIG. 8 shows a cross-sectional view of the solid-state imaging device according to the eighth embodiment of the present disclosure.
  • a common electrode 35 is provided on the upper surface of the silicon substrate 11 for all pixels, and a lower surface of the silicon substrate 11 is provided for each pixel.
  • a pixel electrode 36 is provided.
  • An insulating film 37 is interposed between the lower electrode 14 of the green light photoelectric conversion film 12 and the common electrode 35.
  • the silicon substrate 11 is used as an avalanche photodiode. Can be used.
  • the photoelectric conversion film is not limited to the solid-state imaging device according to the fourth embodiment in which the photoelectric conversion film is formed of two layers of organic films, but the solid-state imaging device according to the fifth embodiment in which the photoelectric conversion film is formed of two layers of inorganic films. It is also possible to use the substrate 11 as an avalanche photodiode.
  • Example 9 is another example of Example 6 and Example 7 that adopts a laminated structure for two colors.
  • FIG. 9 shows a cross-sectional view of the solid-state imaging device according to the ninth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 shows a cross-sectional structure for four pixels.
  • the four pixels are referred to as pixel 1, pixel 2, pixel 3, and pixel 4.
  • all of the pixels 1 to 4 have green light (G) avalanche films 41 provided outside the silicon substrate 11 and the silicon substrate 11.
  • a photoelectric conversion region for one color provided inside has a stacked structure for two colors stacked in the optical axis direction of incident light.
  • the green light avalanche film 41 is provided in common for all of the pixels 1 to 4.
  • the green light avalanche film 41 may be composed of an organic film as in the sixth embodiment, or may be composed of an inorganic film as in the seventh embodiment.
  • a lower electrode 42 made of a transparent electrode is provided for each pixel.
  • an upper electrode 43 made of a transparent electrode is provided in common for all pixels.
  • the pixel 1 includes a green light (G) avalanche film 41 provided outside the silicon substrate 11 and a red light (R) photoelectric conversion region 22 provided inside the silicon substrate 11.
  • the structure is laminated in the axial direction.
  • the pixel 1 is provided with a color filter 44 that transmits red light between the green light avalanche film 41 and the silicon substrate 11.
  • a green light avalanche film 41 provided outside the silicon substrate 11 and a magenta (Mg) photoelectric conversion region 32 provided inside the silicon substrate 11 are arranged in the optical axis direction of incident light. It has a laminated structure.
  • the pixel 4 has a laminated structure of a green light avalanche film 41 and a magenta light photoelectric conversion region 32.
  • a green light avalanche film 41 provided outside the silicon substrate 11 and a blue light (B) photoelectric conversion region 21 provided inside the silicon substrate 11 are arranged in the optical axis direction of incident light. It has a laminated structure.
  • the pixel 3 includes a color filter 45 that transmits blue light between the green light avalanche film 41 and the silicon substrate 11.
  • the green light avalanche film 41 provided in common to all the pixels 1 to 4 is the green light included in the light incident through the lens 17. Is absorbed, photoelectric conversion is performed, and light in a wavelength region other than the green wavelength region is transmitted. As a result, a green light signal is obtained in all of the pixels 1 to 4. Then, the following photoelectric conversion is performed in each of the pixels 1 to 4.
  • red light that has passed through the red color filter 44 is incident on the silicon substrate 11.
  • the red light incident on the silicon substrate 11 enters the photoelectric conversion region 22 of red light, and is absorbed and photoelectrically converted by the photoelectric conversion region 22. In this way, in the pixel 1, photoelectric conversion is performed for green light and red light.
  • the magenta light that is transmitted through the green light avalanche film 41 and included in the light incident on the silicon substrate 11 is subjected to photoelectric conversion in the magenta light photoelectric conversion region 32.
  • photoelectric conversion is performed for green light and magenta light.
  • the pixel 4 having the same structure as that of the pixel 2 in which the green light avalanche film 41 and the magenta light photoelectric conversion region 32 are stacked, photoelectric conversion is performed on the green light and the magenta light.
  • the pixel 1 since the pixel 1 performs photoelectric conversion on the green light and the red light, the pixel 1 outputs green and red signals. Since the pixel 2 and the pixel 4 perform photoelectric conversion on the green light and the magenta light, the green and magenta signals are output from the pixel 2 and the pixel 4, respectively. As will be described later, a white (W) signal can be obtained by adding a green signal and a magenta signal. Since the pixel 3 performs photoelectric conversion on the green light and the blue light, the pixel 3 outputs green and blue signals.
  • W white
  • CMOS image sensor which is a kind of XY address type solid-state imaging device, as an example.
  • CCD Charge Coupled Device
  • the solid-state imaging device uses an imaging device such as a digital still camera or a video camera, a portable terminal device having an imaging function such as a mobile phone, or a solid-state imaging device for an image reading unit. It can be used as an imaging unit (image capturing unit) in electronic devices such as copying machines.
  • the solid-state imaging device may be formed as a single chip, or may be in a modular form having an imaging function in which an imaging unit and a signal processing unit or an optical system are packaged together. Good.
  • a camera module is used as an imaging device.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus that is an example of the electronic apparatus of the present disclosure.
  • an imaging apparatus 100 includes an optical system 101 including a lens group and the like, an imaging unit 102, a DSP circuit 103, a frame memory 104, a display device 105, a recording device 106, an operation system 107, and And a power supply system 108 and the like.
  • the DSP circuit 103, the frame memory 104, the display device 105, the recording device 106, the operation system 107, and the power supply system 108 are connected to each other via a bus line 109.
  • the optical system 101 takes in incident light (image light) from a subject and forms an image on the imaging surface of the imaging unit 102.
  • the imaging unit 102 converts the amount of incident light imaged on the imaging surface by the optical system 101 into an electrical signal for each pixel and outputs the electrical signal as a pixel signal.
  • the DSP circuit 103 performs general camera signal processing, such as white balance processing, demosaic processing, and gamma correction processing.
  • the frame memory 104 is used for storing data as appropriate during the signal processing in the DSP circuit 103.
  • the display device 105 includes a panel type display device such as a liquid crystal display device or an organic EL (electroluminescence) display device, and displays a moving image or a still image captured by the imaging unit 102.
  • the recording device 106 records the moving image or still image captured by the imaging unit 102 on a recording medium such as a portable semiconductor memory, an optical disk, or an HDD (Hard Disk Disk Drive).
  • the operation system 107 issues operation commands for various functions of the imaging apparatus 100 under the operation of the user.
  • the power supply system 108 appropriately supplies various power supplies serving as operation power for the DSP circuit 103, the frame memory 104, the display device 105, the recording device 106, and the operation system 107 to these supply targets.
  • the solid-state imaging device according to the first to ninth embodiments described above can be used as the imaging unit 102.
  • the solid-state imaging devices according to the first to ninth embodiments can improve the sensitivity by using a film having an avalanche function as a photoelectric conversion film, thereby further reducing the chip area in the solid-state imaging device having a stacked pixel structure. Can be realized. Therefore, by using the solid-state imaging device according to the first to ninth embodiments as the imaging unit 102, it is possible to contribute to the downsizing of the imaging unit 102 and the downsizing of the imaging device.
  • a photoelectric conversion film that is provided outside the semiconductor substrate in units of pixels, photoelectrically converts light in a predetermined wavelength range, and transmits light in a wavelength range other than the predetermined wavelength range; and Provided inside the semiconductor substrate in units of pixels, comprising a photoelectric conversion region that performs photoelectric conversion on light in the wavelength range that has passed through the photoelectric conversion film,
  • the photoelectric conversion film consists of a film having an avalanche function, Solid-state image sensor.
  • the photoelectric conversion film is an organic film made of an organic material.
  • the photoelectric conversion film is an inorganic film made of an inorganic material.
  • the solid-state imaging device has a function of accumulating photoelectrically converted charges.
  • the solid-state imaging device according to the above [1] or [2].
  • the photoelectric conversion film is laminated for two colors, The photoelectric conversion films for the two colors are both composed of a film having an avalanche function.
  • the solid-state imaging device according to [1] above.
  • the photoelectric conversion films for two colors are both organic films made of organic materials.
  • the photoelectric conversion films for two colors are both inorganic films made of an inorganic material.
  • the solid-state imaging device according to [5] above.
  • the photoelectric conversion film on the incident light side performs photoelectric conversion on blue light
  • the photoelectric conversion film on the semiconductor substrate side performs photoelectric conversion on green light
  • the photoelectric conversion region provided inside the semiconductor substrate performs photoelectric conversion for red light.
  • the solid-state imaging device according to any one of [5] to [7].
  • the photoelectric conversion region is provided for at least one color inside the semiconductor substrate
  • a color filter is mounted on the incident light side of the photoelectric conversion film outside the semiconductor substrate.
  • the color filter is a complementary color filter.
  • a photoelectric conversion film that is provided in units of pixels outside the semiconductor substrate, performs photoelectric conversion on light in a predetermined wavelength range, and transmits light in a wavelength range other than the predetermined wavelength range; and A photoelectric conversion region that is provided in units of pixels inside the semiconductor substrate and performs photoelectric conversion on light in a wavelength range that has passed through the photoelectric conversion film,
  • the photoelectric conversion film consists of a film having an avalanche function, An electronic device having a solid-state image sensor.
  • the photoelectric conversion film is an organic film made of an organic material.
  • the photoelectric conversion film is an inorganic film made of an inorganic material.
  • the photoelectric conversion film has a function of storing photoelectrically converted charges.
  • the photoelectric conversion film is laminated for two colors, The photoelectric conversion films for the two colors are both composed of a film having an avalanche function.
  • the photoelectric conversion films for two colors are both organic films made of organic materials.
  • the photoelectric conversion films for two colors are both inorganic films made of an inorganic material.
  • the photoelectric conversion film on the incident light side performs photoelectric conversion on blue light
  • the photoelectric conversion film on the semiconductor substrate side performs photoelectric conversion on green light
  • the photoelectric conversion region provided inside the semiconductor substrate performs photoelectric conversion for red light.
  • the photoelectric conversion region is provided for at least one color inside the semiconductor substrate
  • a color filter is mounted on the incident light side of the photoelectric conversion film outside the semiconductor substrate.
  • the color filter is composed of a complementary color filter.

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Abstract

本開示の固体撮像素子は、半導体基板の外部に画素単位で設けられ、所定の波長域の光について光電変換を行い、所定の波長域以外の波長域の光を透過させる光電変換膜、及び、半導体基板の内部に画素単位で設けられ、光電変換膜を透過した波長域の光について光電変換を行う光電変換領域を備えている。そして、光電変換膜は、アバランシェ機能を持つ膜から成る。

Description

固体撮像素子及び電子機器
　本開示は、固体撮像素子及び電子機器に関する。
　半導体基板の外部に、所定の波長域の光について光電変換を行う光電変換膜を設ける一方、半導体基板の内部に、光電変換膜を透過した所定の波長域以外の波長域の光について光電変換を行う光電変換領域を設けた、所謂、積層型の画素構造を有する固体撮像素子がある（例えば、特許文献１参照）。
　積層型の画素構造によれば、１画素の領域内に２色以上の感度を持つ光電変換部（光電変換膜や光電変換領域）を配置することができるため、２色以上の感度を持つ光電変換部を平面的に配置する場合に比べて、固体撮像素子のチップ面積の縮小化を図ることができる利点がある。
特開２０１２－２３８６４８号公報
　ところで、固体撮像素子において、撮影した画像の高精細化、高画質化を図るべく多画素化が進み、それに伴って画素サイズが小さくなると、１画素当たりの取扱い最大電荷量や感度が低下するため画質が損なわれる。この多画素化に伴う感度低下の問題は、積層型の画素構造を有する固体撮像素子でも同様である。
　そこで、本開示は、光電変換膜を含む積層型の画素構造において、感度の向上を可能にした固体撮像素子及び当該固体撮像素子を有する電子機器を提供することを目的とする。
　上記の目的を達成するための本開示の固体撮像素子は、
　半導体基板の外部に画素単位で設けられ、所定の波長域の光について光電変換を行い、所定の波長域以外の波長域の光を透過させる光電変換膜、及び、
　半導体基板の内部に画素単位で設けられ、光電変換膜を透過した波長域の光について光電変換を行う光電変換領域を備え、
　光電変換膜は、アバランシェ機能を持つ膜から成る。また、上記の目的を達成するための本開示の電子機器は、上記の構成の固体撮像素子を有する。
　本開示の固体撮像素子における画素構造は、半導体基板の外部に光電変換膜を設け、半導体基板の内部に光電変換領域を設け、光電変換部である光電変換膜と光電変換領域とを入射光の光軸方向において積層した構造（光電変換部を立体的に配置した構造）である。この積層型の画素構造において、光電変換膜がアバランシェ機能を持つ膜から成ることで、そのアバランシェ効果（なだれ効果）により、１画素当たりの光電変換によって発生する電子数を増大できる。そして、光電変換膜として、アバランシェ機能を持つ膜を用いる画素と用いない画素とで、同じ入射光量の下で同じ出力レベルを得るとした場合、アバランシェ機能を持つ膜を用いる画素の方を、用いない画素よりも画素サイズを小さくできる。
　本開示によれば、光電変換膜として、アバランシェ機能を持つ膜を用いることで、感度を向上できるため、積層型の画素構造の固体撮像素子において、チップ面積のより縮小化が可能となる。
　尚、ここに記載された効果に必ずしも限定されるものではなく、本明細書中に記載されたいずれかの効果であってもよい。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって、これに限定されるものではなく、また付加的な効果があってもよい。
図１は、本開示の実施例１に係る固体撮像素子の断面図である。 図２は、本開示の実施例２に係る固体撮像素子の断面図である。 図３は、本開示の実施例３に係る固体撮像素子の断面図である。 図４は、本開示の実施例４に係る固体撮像素子の断面図である。 図５は、本開示の実施例５に係る固体撮像素子の断面図である。 図６は、本開示の実施例６に係る固体撮像素子の断面図である。 図７は、本開示の実施例７に係る固体撮像素子の断面図である。 図８は、本開示の実施例８に係る固体撮像素子の断面図である。 図９は、本開示の実施例９に係る固体撮像素子の断面図である。 図１０は、本開示の電子機器の一例である撮像装置の構成を示すブロック図である。
　以下、本開示の技術を実施するための実施例について図面を用いて詳細に説明する。本開示の技術は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料などは例示である。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。尚、説明は以下の順序で行う。
１．本開示の固体撮像素子及び電子機器、全般に関する説明
２．本開示の一実施形態に係る固体撮像素子
　２－１．実施例１（３色分の積層構造で、光電変換膜が有機膜から成る例）
　２－２．実施例２（３色分の積層構造で、光電変換膜が無機膜から成る例）
　２－３．実施例３（３色分の積層構造で、光電変換膜が電荷蓄積膜から成る例）
　２－４．実施例４（３色分の積層構造で、光電変換膜が２層の有機膜から成る例）
　２－５．実施例５（３色分の積層構造で、光電変換膜が２層の無機膜から成る例）
　２－６．実施例６（２色分の積層構造で、光電変換膜が有機膜から成る例）
　２－７．実施例７（２色分の積層構造で、光電変換膜が無機膜から成る例）
　２－８．実施例８（シリコン基板をアバランシェフォトダイオードとして使用する例）
　２－９．実施例９（２色分の積層構造を採る実施例６及び実施例７の他の例）
３．変形例
４．電子機器（撮像装置の例）
＜本開示の固体撮像素子及び電子機器、全般に関する説明＞
　本開示の固体撮像素子及び電子機器にあっては、光電変換膜が有機材料から成る有機膜である、あるいは又、無機材料から成る無機膜である構成とすることができる。また、有機材料あるいは無機材料から成る光電変換膜については、電荷を蓄積する機能を有する構成とすることができる。
　あるいは又、上述した好ましい構成を含む本開示の固体撮像素子及び電子機器にあっては、光電変換膜が２色分積層されており、２色分の光電変換膜は共に、アバランシェ機能を持つ膜から成る構成とすることができる。また、２色分の光電変換膜が共に、有機材料から成る有機膜である、あるいは、無機材料から成る無機膜である構成とすることができる。また、２色分の光電変換膜のうち、入射光側の光電変換膜は、青色の光について光電変換を行う、半導体基板側の光電変換膜は、緑色の光について光電変換を行う、半導体基板の内部に設けられた光電変換領域は、赤色の光について光電変換を行う構成とすることができる。
　あるいは又、上述した好ましい構成を含む本開示の固体撮像素子及び電子機器にあっては、光電変換領域について、半導体基板の内部に少なくとも１色分設けられており、半導体基板の外部の光電変換膜の入射光側にカラーフィルタが搭載されている構成とすることができる。このとき、カラーフィルタについて、補色系のカラーフィルタから成る構成とすることができる。
＜本開示の一実施形態に係る固体撮像素子＞
　本開示の一実施形態に係る固体撮像素子は、例えば、Ｘ－Ｙアドレス方式固体撮像素子の一種であるＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型イメージセンサである。ここで、ＣＭＯＳ型イメージセンサとは、ＣＭＯＳプロセスを応用して、または、部分的に使用して作成されたイメージセンサである。本実施形態に係る固体撮像素子において、入射光を光電変換する光電変換部（光電変換素子）を含む画素（単位画素）は、光電変換部である光電変換膜と光電変換領域とが入射光の光軸方向において積層された積層構造となっている。
　この積層構造の画素において、光電変換膜は、半導体基板の外部に画素単位で設けられて、緑色（Ｇ）の波長域の光について光電変換を行い、緑色の波長域以外の波長域の光を透過させる。光電変換領域は、半導体基板の内部に画素単位で、例えば２色分積層された状態で設けられている。そして、２色分の光電変換領域のうち、半導体基板の表面側に位置する光電変換領域は、緑色光の光電変換膜を透過した波長域の光のうち、青色（Ｂ）の波長域の光について光電変換を行い、青色の波長域以外の波長域の光を透過させる。また、半導体基板の深部側に位置する光電変換領域は、青色光の光電変換領域を透過した波長域の光のうち、赤色（Ｒ）の波長域の光について光電変換を行う。
　本実施形態では、上述した積層構造の画素が２次元マトリクス状に配列されて成る固体撮像素子において、緑色光の光電変換膜は、アバランシェ機能を持つ膜から成ることを特徴とする。アバランシェ機能を持つ光電変換膜として、Ｓｅ（セレン）、ＣＩＧＳ（銅とインジウム、ガリウム、セレンの化合物を材料とする薄膜状態の物質）、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素）などのアバランシェ膜を例示することができる。
　因みに、シリコンのアバランシェフォトダイオードは、半導体のｐ-ｎ接合に大きな逆バイアス電圧（数十～２００Ｖ）を印加すると、僅かなキャリアの移動によって次々にキャリアが生成され、加速度的に電流が増大するアバランシェ効果（なだれ効果）を利用したものである。Ｓｅ、ＣＩＧＳ、ＩｎＧａＡｓなどのアバランシェ膜も、シリコンのアバランシェフォトダイオードと同様に、アバランシェ効果を利用したものである。
　積層構造の画素において、光電変換膜がアバランシェ機能を持つことにより、アバランシェ機能を持たない一般的な光電変換膜の場合に比べて、入射光の光量が僅かでも、光電変換膜で光電変換して得られる画素信号レベルを大きくすることができるため、ノイズ感の少ない画像を得ることができる。
　ここで、積層構造の画素が形成される半導体基板において、配線層が形成される基板面を表面とし、その反対側の面を裏面とするとき、本実施形態に係る画素構造は、裏面側から入射光が照射される裏面照射型の画素構造であることが望ましい。裏面照射型の画素構造であると、半導体基板と緑色光の光電変換膜との間に配線層が介在しないため、配線層が介在する表面側から入射光が照射される表面照射型の画素構造に比べて、半導体基板の内部に存在する青色光の光電変換領域及び赤色光の光電変換領域に対して光を効率良く取り込むことができる。
　但し、本開示の技術は、裏面照射型の画素構造への適用に限られるものではなく、表面照射型の画素構造への適用を排除するものではない。すなわち、本開示の技術は、表面照射型の画素構造に対しても適用可能である。
　以下に、本開示の一実施形態に係る固体撮像素子、特に、積層構造の画素の具体的な実施例について説明する。
［実施例１］
　実施例１は、入射光の光軸方向に光電変換部が３色分積層された積層構造において、光電変換膜が有機膜から成る例である。本開示の実施例１に係る固体撮像素子の断面図を図１に示す。図１には、２画素分の断面構造を示している。以下の実施例２～実施例５においても同様である。
　図１に示すように、実施例１に係る固体撮像素子は、半導体基板の一例であるシリコン基板１１の外部に設けられる緑色光の光電変換膜１２として、主に緑色の波長域に感度を持つ、有機材料から成る有機膜を用いることを特徴としている。そして、有機材料を選択することにより、光電変換膜１２に高い波長選択性を持たせることができる。有機膜から成る緑色光の光電変換膜１２は、シリコン基板１１上に絶縁膜１３を介して全画素共通に設けられている。
　緑色光の光電変換膜１２の下面側には、透明な電極から成る下部電極１４が画素単位で設けられている。緑色光の光電変換膜１２の上面側には、透明な電極から成る上部電極１５が全画素共通に設けられている。上部電極１５には、図示せぬ配線を通してバイアス電圧が印加される。下部電極１４が画素単位で設けられていることで、緑色光の光電変換膜１２は、画素単位で機能し、光電変換を行うことになる。
　ここで、緑色光の光電変換膜１２を、一般的な光電変換膜として機能させる場合には、数Ｖ程度のバイアス電圧を緑色光の光電変換膜１２に印加することになる。これに対し、実施例１に係る固体撮像素子では、数十Ｖ程度のバイアス電圧（逆バイアスとなる電圧）を緑色光の光電変換膜１２を印加するようにする。これによって、緑色光の光電変換膜１２は、僅かなキャリアの移動によって次々にキャリアが生成され、加速度的に電流が増大するアバランシェ機能を持つ膜（以下、「アバランシェ膜」と記述する場合がある）となる。
　尚、緑色光の光電変換膜１２にアバランシェ機能を持たせるために印加するバイアス電圧として例示した数十Ｖは一例であって、その限りではない。緑色光の光電変換膜１２を形成する有機材料によってアバランシェ降伏する電圧が異なるため、緑色光の光電変換膜１２に印加するバイアス電圧も光電変換膜１２の材料によって決まることになる。
　緑色光の光電変換膜１２は、主に緑色の波長域に感度を持つことで、緑色の波長域の光を吸収して光電変換を行い、緑色の波長域以外の波長域の光を透過させる。緑色光の光電変換膜１２による光電変換によって得られた電荷は、下部電極１４から配線１８を通して、ゲート部１９による制御の下に、シリコン基板１１の入射光側と反対の面（表面）側に形成されたフローティングディフュージョン（ＦＤ）２０に蓄積される。フローティングディフュージョン２０は、電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部である。シリコン基板１１の表面には、ゲート部１９を含む配線層（図示せず）が形成されることになる。
　緑色光の光電変換膜１２の上部電極１５の上には、透明絶縁膜１６を介してレンズ（オンチップレンズ）１７が画素単位で設けられている。但し、レンズ１７は、必須の構成要素ではない。すなわち、レンズ１７は、必ずしも配置されていなくてもよい。また、レンズ１７の形状については、特に限定するものではなく、任意である。
　シリコン基板１１の内部には、２色分の光電変換領域として、青色光の光電変換領域２１と、赤色光の光電変換領域２２とが形成されている。具体的には、青色光の光電変換領域２１は、シリコン基板１１の入射光側の基板面側に設けられ、赤色光の光電変換領域２２は、シリコン基板１１の深部側に設けられている。青色光の光電変換領域２１及び赤色光の光電変換領域２２は、シリコン（半導体）の光の吸収係数の違い（波長依存性）を利用して各色の光について光電変換を行う。
　シリコン基板１１の基板面側に形成された青色光の光電変換領域２１は、緑色光の光電変換膜１２を透過し、シリコン基板１１に入射した光のうち、相対的に波長の短い青色の波長域の光を吸収して光電変換を行う。青色光の光電変換領域２１による光電変換によって得られた電荷は、例えば縦型トランジスタ２３を通して、シリコン基板１１の入射光側と反対側の基板面側に形成されたフローティングディフュージョン（図示せず）に蓄積される。ここでは、青色光の光電変換領域２１で得られた電荷を配線層側（基板表面側）に転送する際に、縦型トランジスタ２３を用いるとしたが、その限りではない。
　また、シリコン基板１１の深部側に形成された赤色光の光電変換領域２２は、青色光の光電変換領域２１を透過した光のうち、相対的に波長の長い赤色の波長域の光を吸収して光電変換を行う。赤色光の光電変換領域２２による光電変換によって得られた電荷は、当該光電変換領域２２内又はシリコン基板１１の入射光側と反対側の面側に形成されたフローティングディフュージョン（図示せず）に蓄積される。
　上述したように、実施例１に係る固体撮像素子は、シリコン基板１１の外部の緑色光の光電変換膜１２と、シリコン基板１１の内部の青色光の光電変換領域２１及び赤色光の光電変換領域２２とが、入射光の光軸方向において積層された３色分の積層構造となっている。
　尚、本実施例では、アバランシェ膜としての緑色光の光電変換膜１２が１つの膜層から成る場合を例示しているが、複数の膜層から成る場合にも適用可能である。以下の各実施例においても同様である。
［実施例２］
　実施例２は、実施例１の変形例であり、緑色光の光電変換膜１２、光電変換領域２１、及び、赤色光の光電変換領域２２が、入射光の光軸方向に積層された３色分の積層構造において、光電変換膜が無機膜から成る例である。本開示の実施例２に係る固体撮像素子の断面図を図２に示す。
　図２に示すように、実施例２に係る固体撮像素子は、シリコン基板１１の外部に設けられる緑色光の光電変換膜１２として、主に緑色の波長域に感度を持つ、無機材料から成る無機膜を用いることを特徴としている。緑色光の光電変換膜１２の無機材料としては、ＳｅやＣＩＧＳなどを例示することができるが、その限りではない。無機材料は、有機材料に比べて耐久性や耐熱性に優れており、材料次第では移動度や降伏電圧など、物性値的に有機材料よりも勝っている。
　無機膜から成る緑色光の光電変換膜１２に対しても、アバランシェ機能を持たせるためにバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧についても、実施例１の有機膜から成る緑色光の光電変換膜１２の場合と同様に、無機材料によってアバランシェ降伏する電圧が異なるため、光電変換膜１２の材料によって決まる。
［実施例３］
　実施例３は、緑色光の光電変換膜１２、光電変換領域２１、及び、赤色光の光電変換領域２２が、入射光の光軸方向に積層された３色分の積層構造において、光電変換膜が電荷蓄積膜から成る例である。本開示の実施例３に係る固体撮像素子の断面図を図３に示す。
　図３に示すように、実施例３に係る固体撮像素子は、シリコン基板１１の外部に設けられる緑色光の光電変換膜１２として、主に緑色の波長域に感度を持つ、有機材料から成る電荷蓄積膜を用いることを特徴としている。電荷を蓄積可能な電荷蓄積膜の有機材料としては、緑色の波長域に感度を持ち、電荷を蓄積できるものであればよく、その材料を特に限定するものではない。
　電荷蓄積膜から成る緑色光の光電変換膜１２に対しても、アバランシェ機能を持たせるためにバイアス電圧が印加される。そして、電荷蓄積膜から成る緑色光の光電変換膜１２で光電変換され、ここに蓄積された電荷は、光電変換膜１２に隣接して形成されたゲート部１９による制御の下に、配線１８を通してフローティングディフュージョン２０に転送される。
　このように、緑色光の光電変換膜１２で光電変換された電荷を当該光電変換膜１２に蓄積できることで、緑色のフローティングディフュージョン２０を他の色のフローティングディフュージョンとして共有できるため、画素の回路領域を減らすことができる利点がある。因みに、緑色光の光電変換膜１２が普通の積層膜から成る構造の場合、緑色光の光電変換膜１２で光電変換された電荷をフローティングディフュージョン２０に蓄積することになるため、緑色のフローティングディフュージョン２０を他の色のフローティングディフュージョンとして共有することができない。
　尚、本実施例は、実施例１の変形例であるが、実施例２の変形例として、緑色光の光電変換膜１２に、主に緑色の波長域に感度を持つ、無機材料から成る電荷蓄積膜を用いる構造とすることも可能である。
［実施例４］
　実施例４は、入射光の光軸方向に光電変換部が３色分積層された積層構造において、光電変換膜が２層の有機膜から成る例である。本開示の実施例４に係る固体撮像素子の断面図を図４に示す。
　図４に示すように、実施例４に係る固体撮像素子は、シリコン基板１１の外部に設けられる光電変換膜が有機膜から成り、入射光の光軸方向において積層された２層構造であることを特徴としている。具体的には、レンズ１７側に青色光の光電変換膜２４が設けられ、シリコン基板１１側に緑色光の光電変換膜１２が設けられ、入射光の光軸方向における深さ位置の違いによって分光する構造となっている。
　また、青色光の光電変換膜２４及び緑色光の光電変換膜１２の各有機材料を選択することによって、光電変換膜２４及び光電変換膜１２に高い波長選択性を持たせることができる。このように、青色光の光電変換膜２４及び緑色光の光電変換膜１２として用いられる有機膜の膜質に波長選択性を持たせることで、青色光の光電変換膜２４及び緑色光の光電変換膜１２の各有機膜で異なる波長の光が吸収される。
　具体的には、青色光の光電変換膜２４は、レンズ１７を通して入射する光のうち、青色の波長域の光を吸収して光電変換を行い、青色の波長域以外の波長域の光については透過させる。緑色光の光電変換膜１２は、青色光の光電変換膜２４を透過した光のうち、緑色の波長域の光を吸収して光電変換を行い、緑色の波長域以外の波長域の光については透過させる。
　このような縦方向（入射光の光軸方向）の分光の場合、入射光の入射面側が短波長となり、シリコン基板１１側が長波長となる。但し、青色光の光電変換膜２４及び緑色光の光電変換膜１２として用いる有機膜の膜質を変える場合は、色と膜の対応に順番の必然性はなく、任意となる。
　青色光の光電変換膜２４及び緑色光の光電変換膜１２の有機材料については、特に限定するものではない。また、実施例１の場合と同様に、青色光の光電変換膜２４及び緑色光の光電変換膜１２に所定のバイアス電圧を印加することにより、光電変換膜２４及び光電変換膜１２にアバランシェ機能を持たせる。各バイアス電圧は、光電変換膜２４及び光電変換膜１２の各材料によって決まることになる。
　緑色光の光電変換膜１２の下面側には、透明な電極から成る下部電極１４が画素単位で設けられている。緑色光の光電変換膜１２の上面側には、透明な電極から成る上部電極１５が全画素共通に設けられている。同様に、青色光の光電変換膜２４の下面側には、透明な電極から成る下部電極２５が画素単位で設けられている。青色光の光電変換膜２４の上面側には、透明な電極から成る上部電極２６が全画素共通に設けられている。
　青色光の光電変換膜２４による光電変換によって得られた電荷は、下部電極２５から配線２７を通して、ゲート部２８による制御の下に、シリコン基板１１の表面側に形成されたフローティングディフュージョン２９に蓄積される。緑色光の光電変換膜１２による光電変換によって得られた電荷は、下部電極１４から配線３０を通して、図示せぬゲート部による制御の下に、シリコン基板１１の表面側に形成されたフローティングディフュージョン（図示せず）に蓄積される。
　シリコン基板１１の内部には、１色分の光電変換領域として、赤色光の光電変換領域２２が形成されている。赤色光の光電変換領域２２は、緑色光の光電変換膜１２を透過し、シリコン基板１１に入射した光のうち、赤色の波長域の光を吸収して光電変換を行う。青色光の光電変換領域２１による光電変換によって得られた電荷は、実施例１の場合と同様に、当該光電変換領域２１内又はシリコン基板１１の入射光側と反対側の面側に形成されたフローティングディフュージョン（図示せず）に蓄積される。
　上述したように、実施例４に係る固体撮像素子の画素構造によれば、シリコン基板１１の外部に設けられた、アバランシェ機能を持つ有機膜から成る青色光の光電変換膜２４及び緑色光の光電変換膜１２によって２色の分光による光電変換が行われる。また、シリコン基板１１の内部に設けられた赤色光の光電変換領域２２によって１色の光の吸収による光電変換が行われる。
　特に、実施例４に係る固体撮像素子の画素構造では、実施例１に係る固体撮像素子の画素構造に比べて、青色及び緑色の２色分について、光電変換膜がアバランシェ機能を持つことで、入射光の光量が僅かでも画素信号レベルを大きくすることができるため、ノイズ感の少ない画像を得ることができる。
　尚、実施例４では、シリコン基板１１の内部に光電変換領域を１色分設けるとしたが、これに限られるものではなく、少なくとも１色分の光電変換領域を有する構成であればよい。以下の実施例５においても同様である。
［実施例５］
　実施例５は、実施例４の変形例であり、入射光の光軸方向に光電変換部が３色分積層された積層構造において、光電変換膜が２層の無機膜から成る例である。本開示の実施例５に係る固体撮像素子の断面図を図５に示す。
　図５に示すように、実施例５に係る固体撮像素子は、緑色光の光電変換膜１２として、主に緑色の波長域に感度を持つ、無機材料から成る無機膜を用い、青色光の光電変換膜２４として、主に青色の波長域に感度を持つ、無機材料から成る無機膜を用いることを特徴としている。
　青色光の光電変換膜２４及び緑色光の光電変換膜１２の無機材料については、特に限定するものではない。また、実施例２の場合と同様に、青色光の光電変換膜２４及び緑色光の光電変換膜１２に所定のバイアス電圧を印加することにより、光電変換膜２４及び光電変換膜１２にアバランシェ機能を持たせることができる。各バイアス電圧は、光電変換膜２４及び光電変換膜１２の各材料によって決まる。
［実施例６］
　実施例６は、入射光の光軸方向に光電変換部が２色分積層された積層構造において、光電変換膜が有機膜から成る例である。本開示の実施例６に係る固体撮像素子の断面図を図６に示す。図６には、４画素分の断面構造を示し、便宜上、４画素を画素１、画素２、画素３、画素４とする。以下の実施例７においても同様である。
　図６に示すように、実施例６に係る固体撮像素子は、画素１～画素４の全てが、シリコン基板１１の外部に設けられた緑色光（Ｇ）の光電変換膜１２と、シリコン基板１１の内部に設けられた１色分の光電変換領域とが、入射光の光軸方向に積層された２色分の積層構造となっている。緑色光の光電変換膜１２は、画素１～画素４の全てに対して共通に設けられている。緑色光の光電変換膜１２には、アバランシェ機能を持たせるために所定のバイアス電圧が印加される。緑色光の光電変換膜１２としては、主に緑色の波長域に感度を持つ、有機材料から成る有機膜が用いられている。
　画素１は、シリコン基板１１の外部に設けられた緑色光の光電変換膜１２と、シリコン基板１１の内部に設けられた赤色光（Ｒ）の光電変換領域２２とが、入射光の光軸方向において積層された構造となっている。また、画素１には、緑色光の光電変換膜１２とレンズ１７との間に、イエロー光（Ｙｅ）を透過する補色系のカラーフィルタ３１が搭載されている。
　画素２は、シリコン基板１１の外部に設けられた緑色光の光電変換膜１２と、シリコン基板１１の内部に設けられたマゼンタ光（Ｍｇ）の光電変換領域３２とが、入射光の光軸方向に積層された構造となっている。画素４も画素２と同様に、緑色光の光電変換膜１２とマゼンタ光の光電変換領域３２との積層構造となっている。
　画素３は、シリコン基板１１の外部に設けられた緑色光の光電変換膜１２と、シリコン基板１１の内部に設けられた青色光（Ｂ）の光電変換領域２１とが、入射光の光軸方向に積層された構造となっている。また、画素３には、緑色光の光電変換膜１２とレンズ１７との間に、シアン光（Ｃｙ）を透過する補色系のカラーフィルタ３３が搭載されている。
　画素１～画素４は、それぞれの間に設けられた分離壁３４によって画素間分離が図られている。シリコン基板１１の入射光側と反対側の面側には、緑色光の光電変換膜１２、青色光の光電変換領域２１、赤色光の光電変換領域２２、及び、マゼンタ光の光電変換領域３２で光電変換された電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョンや、各種の配線などを含む配線層が形成されている。
　上記の構成の実施例６に係る固体撮像素子において、画素１では、レンズ１７を透して入射した光のうち、イエロー光がカラーフィルタ３１を通過して緑色光の光電変換膜１２に入射する。ここで、イエロー光は、緑色光と赤色光とを混合したものである。したがって、緑色光の光電変換膜１２では、イエロー光に含まれる緑色光を吸収して光電変換が行われる。そして、緑色光の光電変換膜１２を透過した赤色光は、赤色光の光電変換領域２２に入射し、当該光電変換領域２２で吸収されて光電変換される。このようにして、画素１では、緑色光及び赤色光について光電変換が行われる。
　画素２では、シリコン基板１１の外部に設けられた緑色光の光電変換膜１２が、緑色の波長域の光を吸収して光電変換を行い、緑色の波長域以外の波長域の光を透過させる。そして、シリコン基板１１の内部において、マゼンタ光の光電変換領域３２は、緑色光の光電変換膜１２を透過し、シリコン基板１１に入射した光のうち、マゼンタ光を吸収して光電変換を行う。因みに、マゼンタ光は、赤色光と青色光とを混合したものである。画素２と同じ、緑色光の光電変換膜１２とマゼンタ光の光電変換領域３２との積層構造の画素４においても同様である。
　画素３では、レンズ１７を透して入射した光のうち、シアン光がカラーフィルタ３３を通過して緑色光の光電変換膜１２に入射する。ここで、シアン光は、緑色光と青色光とを混合したものである。したがって、緑色光の光電変換膜１２では、シアン光に含まれる緑色光を吸収して光電変換が行われる。そして、緑色光の光電変換膜１２を透過した青色光は、青色光の光電変換領域２１に入射し、当該光電変換領域２１で吸収されて光電変換される。このようにして、画素３では、緑色光及び青色光について光電変換が行われる。
　ここで、画素１において、緑色光の光電変換膜１２での光電変換によって得られる緑色の信号と、赤色光の光電変換領域２２での光電変換によって得られる赤色の信号とを加算することによってイエローの信号を得ることができる。また、画素３において、緑色光の光電変換膜１２での光電変換によって得られる緑色の信号と、青色光の光電変換領域２１での光電変換によって得られる青色の信号とを加算することによってシアンの信号を得ることができる。
　したがって、実施例６に係る固体撮像素子によれば、画素１～画素３の３つの画素を単位とすることで、画素信号として、赤色、緑色、青色の原色系の信号を得ることができる他、イエロー、シアン、マゼンタ、イエロー、グリーンの補色系の信号を得ることができる。
　尚、実施例６では、シリコン基板１１の内部に光電変換領域を１色分設けるとしたが、これに限られるものではなく、少なくとも１色分の光電変換領域を有する構成であればよい。以下の実施例７においても同様である。
［実施例７］
　実施例７は、実施例６の変形例であり、入射光の光軸方向に光電変換部が２色分積層された積層構造において、光電変換膜が無機膜から成る例である。本開示の実施例７に係る固体撮像素子の断面図を図７に示す。
　図７に示すように、実施例７に係る固体撮像素子は、シリコン基板１１の外部に設けられる緑色光の光電変換膜１２として、主に緑色の波長域に感度を持つ、無機材料から成る無機膜を用いることを特徴としている。緑色光の光電変換膜１２の無機材料としては、ＳｅやＣＩＧＳなどを例示することができるが、その限りではない。無機膜から成る緑色光の光電変換膜１２に対しても、アバランシェ機能を持たせるために所定のバイアス電圧が印加される。
［実施例８］
　実施例８は、入射光の光軸方向に光電変換部が３色分積層され、光電変換膜が２層の有機膜から成る実施例４に係る固体撮像素子において、シリコン基板１１をアバランシェフォトダイオード（Avalanche Photo Diode：ＡＰＤ）として使用する例である。本開示の実施例８に係る固体撮像素子の断面図を図８に示す。
　図８に示すように、シリコン基板１１をアバランシェフォトダイオードとして使用するために、シリコン基板１１の上面には、全画素共通に共通電極３５が設けられ、シリコン基板１１の下面には、画素毎に画素電極３６が設けられている。また、緑色光の光電変換膜１２の下部電極１４と共通電極３５との間には絶縁膜３７が介在している。
　上記の構成の実施例８に係る固体撮像素子において、共通電極３５と画素電極３６との間に所定の電圧（例えば、数十～２００Ｖ）を印加することで、シリコン基板１１をアバランシェフォトダイオードとして使用することができる。
　尚、ここでは、光電変換膜が２層の有機膜から成る実施例４に係る固体撮像素子に限らず、光電変換膜が２層の無機膜から成る実施例５に係る固体撮像素子において、シリコン基板１１をアバランシェフォトダイオードとして使用することも可能である。
［実施例９］
　実施例９は、２色分の積層構造を採る実施例６及び実施例７の他の例である。本開示の実施例９に係る固体撮像素子の断面図を図９に示す。図９には、４画素分の断面構造を示し、便宜上、４画素を画素１、画素２、画素３、画素４とする。
　図９に示すように、実施例９に係る固体撮像素子は、画素１～画素４の全てが、シリコン基板１１の外部に設けられた緑色光（Ｇ）のアバランシェ膜４１と、シリコン基板１１の内部に設けられた１色分の光電変換領域とが、入射光の光軸方向に積層された２色分の積層構造となっている。緑色光のアバランシェ膜４１は、画素１～画素４の全てに対して共通に設けられている。
　緑色光のアバランシェ膜４１は、実施例６の場合のように有機膜から成る構成であってもよい、実施例７の場合のように無機膜から成る構成であってもよい。緑色光のアバランシェ膜４１の下面側には、透明な電極から成る下部電極４２が画素単位で設けられている。緑色光のアバランシェ膜４１の上面側には、透明な電極から成る上部電極４３が全画素共通に設けられている。
　画素１は、シリコン基板１１の外部に設けられた緑色光（Ｇ）のアバランシェ膜４１と、シリコン基板１１の内部に設けられた赤色光（Ｒ）の光電変換領域２２とが、入射光の光軸方向において積層された構造となっている。また、画素１には、緑色光のアバランシェ膜４１とシリコン基板１１との間に、赤色光を透過するカラーフィルタ４４が搭載されている。
　画素２は、シリコン基板１１の外部に設けられた緑色光のアバランシェ膜４１と、シリコン基板１１の内部に設けられたマゼンタ光（Ｍｇ）の光電変換領域３２とが、入射光の光軸方向に積層された構造となっている。画素４も画素２と同様に、緑色光のアバランシェ膜４１とマゼンタ光の光電変換領域３２との積層構造となっている。
　画素３は、シリコン基板１１の外部に設けられた緑色光のアバランシェ膜４１と、シリコン基板１１の内部に設けられた青色光（Ｂ）の光電変換領域２１とが、入射光の光軸方向に積層された構造となっている。また、画素３には、緑色光のアバランシェ膜４１とシリコン基板１１との間に、青色光を透過するカラーフィルタ４５が搭載されている。
　上記の構成の実施例９に係る固体撮像素子において、画素１～画素４の全画素に共通に設けられた緑色光のアバランシェ膜４１は、レンズ１７を透して入射した光に含まれる緑色光を吸収して光電変換を行い、緑色の波長域以外の波長域の光を透過させる。これにより、画素１～画素４の全画素において緑色光の信号が得られる。そして、画素１～画素４の各画素において、次のような光電変換が行われる。
　画素１では、緑色光のアバランシェ膜４１を透過した光のうち、赤色光のカラーフィルタ４４を通過した赤色光がシリコン基板１１に入射する。そして、シリコン基板１１に入射した赤色光は、赤色光の光電変換領域２２に入射し、当該光電変換領域２２で吸収されて光電変換される。このようにして、画素１では、緑色光及び赤色光について光電変換が行われる。
　画素２では、緑色光のアバランシェ膜４１を透過し、シリコン基板１１に入射した光に含まれるマゼンタ光について、マゼンタ光の光電変換領域３２において、光電変換が行われる。このようにして、画素２では、緑色光及びマゼンタ光について光電変換が行われる。画素２と同じ、緑色光のアバランシェ膜４１とマゼンタ光の光電変換領域３２との積層構造の画素４においても、緑色光及びマゼンタ光について光電変換が行われる。
　画素３では、緑色光のアバランシェ膜４１を透過した光のうち、青色光のカラーフィルタ４５を通過した青色光がシリコン基板１１に入射する。そして、シリコン基板１１に入射した青色光は、青色光の光電変換領域２１に入射し、当該光電変換領域２１で吸収されて光電変換される。このようにして、画素３では、緑色光及び青色光について光電変換が行われる。
　上述したように、画素１では、緑色光及び赤色光について光電変換が行われるため、画素１からは、緑色及び赤色の各信号が出力される。画素２及び画素４では、緑色光及びマゼンタ光について光電変換が行われるため、画素２及び画素４からは、緑色及びマゼンタの各信号が出力される。後述するように、緑色の信号とマゼンタの信号とを加算することによって白（Ｗ）の信号を得ることができる。画素３では、緑色光及び青色光について光電変換が行われるため、画素３からは、緑色及び青色の各信号が出力される。
＜変形例＞
　以上、本開示を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示はこれらの実施例に限定されるものではない。上記の各実施例において説明した固体撮像素子の構成、構造は例示であり、適宜、変更することができる。例えば、上記の各実施例では、Ｘ－Ｙアドレス方式固体撮像素子の一種であるＣＭＯＳ型イメージセンサを例に挙げて本開示の技術について説明したが、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)型イメージセンサに対しても同様に適用可能である。
＜本開示の電子機器＞
　上述した実施例１～実施例７に係る固体撮像素子は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、携帯電話機などの撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に固体撮像素子を用いる複写機などの電子機器全般において、その撮像部（画像取込部）として用いることができる。尚、固体撮像素子はワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。電子機器に搭載される上記モジュール状の形態、即ち、カメラモジュールを撮像装置とする場合もある。
［撮像装置］
　図１０は、本開示の電子機器の一例である撮像装置の構成を示すブロック図である。図１０に示すように、本例に係る撮像装置１００は、レンズ群等を含む光学系１０１、撮像部１０２、ＤＳＰ回路１０３、フレームメモリ１０４、表示装置１０５、記録装置１０６、操作系１０７、及び、電源系１０８等を有している。そして、ＤＳＰ回路１０３、フレームメモリ１０４、表示装置１０５、記録装置１０６、操作系１０７、及び、電源系１０８がバスライン１０９を介して相互に接続された構成となっている。
　光学系１０１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで撮像部１０２の撮像面上に結像する。撮像部１０２は、光学系１０１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。ＤＳＰ回路１０３は、一般的なカメラ信号処理、例えば、ホワイトバランス処理、デモザイク処理、ガンマ補正処理などを行う。
　フレームメモリ１０４は、ＤＳＰ回路１０３での信号処理の過程で適宜データの格納に用いられる。表示装置１０５は、液晶表示装置や有機ＥＬ(electro luminescence)表示装置等のパネル型表示装置から成り、撮像部１０２で撮像された動画または静止画を表示する。記録装置１０６は、撮像部１０２で撮像された動画または静止画を、可搬型の半導体メモリや、光ディスク、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)等の記録媒体に記録する。
　操作系１０７は、ユーザによる操作の下に、本撮像装置１００が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源系１０８は、ＤＳＰ回路１０３、フレームメモリ１０４、表示装置１０５、記録装置１０６、及び、操作系１０７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
　上記の構成の撮像装置１００において、撮像部１０２として、先述した実施例１～実施例９に係る固体撮像素子を用いることができる。実施例１～実施例９に係る固体撮像素子は、光電変換膜としてアバランシェ機能を持つ膜を用いることで感度を向上でき、これにより、積層型の画素構造の固体撮像素子においてチップ面積のより縮小化が可能となる。従って、撮像部１０２として実施例１～実施例９に係る固体撮像素子を用いることで、撮像部１０２の小型化、ひいては撮像装置の小型化に寄与できる。
　また、撮像部１０２として、実施例６又は実施例９に係る固体撮像素子を用いる場合には、ＤＳＰ回路１０３での信号処理において、当該固体撮像素子から出力されるマゼンタの信号とグリーンの信号とを加算することにより、白（Ｗ）に対応したＷの出力信号を得ることができる。
　尚、本開示は、以下のような構成をとることもできる。
［１］半導体基板の外部に画素単位で設けられ、所定の波長域の光について光電変換を行い、所定の波長域以外の波長域の光を透過させる光電変換膜、及び、
　半導体基板の内部に画素単位で設けられ、光電変換膜を透過した波長域の光について光電変換を行う光電変換領域を備え、
　光電変換膜は、アバランシェ機能を持つ膜から成る、
　固体撮像素子。
［２］光電変換膜は、有機材料から成る有機膜である、
　上記［１］に記載の固体撮像素子。
［３］光電変換膜は、無機材料から成る無機膜である、
　上記［１］に記載の固体撮像素子。
［４］光電変換膜は、光電変換した電荷を蓄積する機能を有する、
　上記［１］又は［２］に記載の固体撮像素子。
［５］光電変換膜は、２色分積層されており、
　２色分の光電変換膜は共に、アバランシェ機能を持つ膜から成る、
　上記［１］に記載の固体撮像素子。
［６］２色分の光電変換膜は共に、有機材料から成る有機膜である、
　上記［５］に記載の固体撮像素子。
［７］２色分の光電変換膜は共に、無機材料から成る無機膜である、
　上記［５］に記載の固体撮像素子。
［８］２色分の光電変換膜のうち、入射光側の光電変換膜は、青色の光について光電変換を行い、半導体基板側の光電変換膜は、緑色の光について光電変換を行い、
　半導体基板の内部に設けられた光電変換領域は、赤色の光について光電変換を行う、
　上記［５］乃至［７］のいずれかに記載の固体撮像素子。
［９］光電変換領域は、半導体基板の内部に少なくとも１色分設けられており、
　半導体基板の外部の光電変換膜の入射光側にカラーフィルタが搭載されている、
　上記［１］乃至［４］のいずれかに記載の固体撮像素子。
［１０］カラーフィルタは、補色系のカラーフィルタから成る、
　上記［９］に記載の固体撮像素子。
［１１］半導体基板の外部に画素単位で設けられ、所定の波長域の光について光電変換を行い、所定の波長域以外の波長域の光を透過させる光電変換膜、及び、
　半導体基板の内部に画素単位で設けられ、光電変換膜を透過した波長域の光について光電変換を行う光電変換領域を備え、
　光電変換膜は、アバランシェ機能を持つ膜から成る、
　固体撮像素子を有する電子機器。
［１２］光電変換膜は、有機材料から成る有機膜である、
　上記［１１］に記載の電子機器。
［１３］光電変換膜は、無機材料から成る無機膜である、
　上記［１１］に記載の電子機器。
［１４］光電変換膜は、光電変換した電荷を蓄積する機能を有する、
　上記［１１］又は［１２］に記載の電子機器。
［１５］光電変換膜は、２色分積層されており、
　２色分の光電変換膜は共に、アバランシェ機能を持つ膜から成る、
　上記［１１］に記載の電子機器。
［１６］２色分の光電変換膜は共に、有機材料から成る有機膜である、
　上記［１５］に記載の電子機器。
［１７］２色分の光電変換膜は共に、無機材料から成る無機膜である、
　上記［１５］に記載の電子機器。
［１８］２色分の光電変換膜のうち、入射光側の光電変換膜は、青色の光について光電変換を行い、半導体基板側の光電変換膜は、緑色の光について光電変換を行い、
　半導体基板の内部に設けられた光電変換領域は、赤色の光について光電変換を行う、
　上記［１５］乃至［１７］のいずれかに記載の電子機器。
［１９］光電変換領域は、半導体基板の内部に少なくとも１色分設けられており、
　半導体基板の外部の光電変換膜の入射光側にカラーフィルタが搭載されている、
　上記［１１］乃至［１４］のいずれかに記載の電子機器。
［２０］カラーフィルタは、補色系のカラーフィルタから成る、
　上記［１９］に記載の電子機器。
　１１・・・シリコン基板、１２・・・緑色光の光電変換膜、１３，３７，４２・・・絶縁膜、１４，２５，４３・・・下部電極、１５，２６・・・上部電極、１６・・・透明絶縁膜、１７・・・レンズ（オンチップレンズ）、１８・・・配線、１９・・・ゲート部、２０，２９・・・フローティングディフュージョン、２１・・・青色光の光電変換領域、２２・・・赤色光の光電変換領域、２３・・・縦型トランジスタ、２４・・・青色光の光電変換膜、３１・・・イエローのカラーフィルタ、３２・・・マゼンタ光の光電変換領域、３３・・・シアンのカラーフィルタ、３４・・・分離壁、３５・・・共通電極、３６・・・画素電極、４１・・・緑色光のアバランシェ膜、４４・・・赤色光のカラーフィルタ、４５・・・青色光のカラーフィルタ

Claims (20)

  1. 　半導体基板の外部に画素単位で設けられ、所定の波長域の光について光電変換を行い、所定の波長域以外の波長域の光を透過させる光電変換膜、及び、
    　半導体基板の内部に画素単位で設けられ、光電変換膜を透過した波長域の光について光電変換を行う光電変換領域を備え、
    　光電変換膜は、アバランシェ機能を持つ膜から成る、
    　固体撮像素子。
  2. 　光電変換膜は、有機材料から成る有機膜である、
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  3. 　光電変換膜は、無機材料から成る無機膜である、
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  4. 　光電変換膜は、光電変換した電荷を蓄積する機能を有する、
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  5. 　光電変換膜は、２色分積層されており、
    　２色分の光電変換膜は共に、アバランシェ機能を持つ膜から成る、
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  6. 　２色分の光電変換膜は共に、有機材料から成る有機膜である、
    　請求項５に記載の固体撮像素子。
  7. 　２色分の光電変換膜は共に、無機材料から成る無機膜である、
    　請求項５に記載の固体撮像素子。
  8. 　２色分の光電変換膜のうち、入射光側の光電変換膜は、青色の光について光電変換を行い、半導体基板側の光電変換膜は、緑色の光について光電変換を行い、
    　半導体基板の内部に設けられた光電変換領域は、赤色の光について光電変換を行う、
    　請求項５に記載の固体撮像素子。
  9. 　光電変換領域は、半導体基板の内部に少なくとも１色分設けられており、
    　半導体基板の外部の光電変換膜の入射光側にカラーフィルタが搭載されている、
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  10. 　カラーフィルタは、補色系のカラーフィルタから成る、
    　請求項９に記載の固体撮像素子。
  11. 　半導体基板の外部に画素単位で設けられ、所定の波長域の光について光電変換を行い、所定の波長域以外の波長域の光を透過させる光電変換膜、及び、
    　半導体基板の内部に画素単位で設けられ、光電変換膜を透過した波長域の光について光電変換を行う光電変換領域を備え、
    　光電変換膜は、アバランシェ機能を持つ膜から成る、
    　固体撮像素子を有する電子機器。
  12. 　光電変換膜は、有機材料から成る有機膜である、
    　請求項１１に記載の電子機器。
  13. 　光電変換膜は、無機材料から成る無機膜である、
    　請求項１１に記載の電子機器。
  14. 　光電変換膜は、光電変換した電荷を蓄積する機能を有する、
    　請求項１１に記載の電子機器。
  15. 　光電変換膜は、２色分積層されており、
    　２色分の光電変換膜は共に、アバランシェ機能を持つ膜から成る、
    　請求項１１に記載の電子機器。
  16. 　２色分の光電変換膜は共に、有機材料から成る有機膜である、
    　請求項１５に記載の電子機器。
  17. 　２色分の光電変換膜は共に、無機材料から成る無機膜である、
    　請求項１５に記載の電子機器。
  18. 　２色分の光電変換膜のうち、入射光側の光電変換膜は、青色の光について光電変換を行い、半導体基板側の光電変換膜は、緑色の光について光電変換を行い、
    　半導体基板の内部に設けられた光電変換領域は、赤色の光について光電変換を行う、
    　請求項１５に記載の電子機器。
  19. 　光電変換領域は、半導体基板の内部に少なくとも１色分設けられており、
    　半導体基板の外部の光電変換膜の入射光側にカラーフィルタが搭載されている、
    　請求項１１に記載の電子機器。
  20. 　カラーフィルタは、補色系のカラーフィルタから成る、
    　請求項１９に記載の電子機器。
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