JP2003243640A - 固体撮像素子 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 色フィルタアレイとマイクロレンズアレイと
を備えた従来の固体撮像素子において個々の光電変換素
子に入射することができる光は、迷光を除けば、その光
電変換素子の上方に配置されているマイクロレンズによ
って集光されて色フィルタに入射した光のうちで当該色
フィルタを透過し得た所定波長域の光のみであり、個々
の光電変換素子への入射光量が比較的少ない。 【解決手段】 各々が複数個の光電変換素子に対応する
分光領域を複数有し、これらの分光領域の各々が、当該
分光領域への入射光中に含まれるカラー撮像に必要な複
数色の光をそれぞれ別個の方向に分光して、当該分光さ
れた光の各々を前記分光領域が対応する前記複数個の光
電変換素子中の異なる光電変換素子に入射させることが
できる分光素子を、多数個の光電変換素子が形成された
半導体基板の上方に配置する。
を備えた従来の固体撮像素子において個々の光電変換素
子に入射することができる光は、迷光を除けば、その光
電変換素子の上方に配置されているマイクロレンズによ
って集光されて色フィルタに入射した光のうちで当該色
フィルタを透過し得た所定波長域の光のみであり、個々
の光電変換素子への入射光量が比較的少ない。 【解決手段】 各々が複数個の光電変換素子に対応する
分光領域を複数有し、これらの分光領域の各々が、当該
分光領域への入射光中に含まれるカラー撮像に必要な複
数色の光をそれぞれ別個の方向に分光して、当該分光さ
れた光の各々を前記分光領域が対応する前記複数個の光
電変換素子中の異なる光電変換素子に入射させることが
できる分光素子を、多数個の光電変換素子が形成された
半導体基板の上方に配置する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像素子に係
り、特に、単板式撮像装置に利用される固体撮像素子に
関する。
り、特に、単板式撮像装置に利用される固体撮像素子に
関する。
【０００２】
【従来の技術】今日では、ビデオカメラ、デジタルスチ
ルカメラ等の多くの撮像装置において、ＣＣＤ（電荷結
合素子）型の固体撮像素子やＭＯＳ（金属−酸化物−半
導体）型の固体撮像素子がエリア・イメージセンサとし
て利用されている。
ルカメラ等の多くの撮像装置において、ＣＣＤ（電荷結
合素子）型の固体撮像素子やＭＯＳ（金属−酸化物−半
導体）型の固体撮像素子がエリア・イメージセンサとし
て利用されている。
【０００３】ＣＣＤ型およびＭＯＳ型のいずれの固体撮
像素子も、半導体基板の一表面に複数行、複数列に亘っ
て行列状に配置された多数個の光電変換素子を有し、光
の入射によってこれらの光電変換素子に蓄積された電荷
に基づいて出力信号（画素信号）を生成する。多くの固
体撮像素子では、画素信号を生成するための出力信号生
成部が、光電変換素子と一緒に１つの半導体基板に集積
される。
像素子も、半導体基板の一表面に複数行、複数列に亘っ
て行列状に配置された多数個の光電変換素子を有し、光
の入射によってこれらの光電変換素子に蓄積された電荷
に基づいて出力信号（画素信号）を生成する。多くの固
体撮像素子では、画素信号を生成するための出力信号生
成部が、光電変換素子と一緒に１つの半導体基板に集積
される。
【０００４】出力信号生成部は、その構成によって２つ
のタイプに大別することができる。１つは、ＣＣＤ型の
固体撮像素子での出力信号生成部のように、ＣＣＤによ
って構成された１種または２種の電荷転送素子を用い
て、光電変換素子に蓄積された電荷を電荷検出回路まで
転送し、ここで出力信号を生成するタイプの出力信号生
成部である。
のタイプに大別することができる。１つは、ＣＣＤ型の
固体撮像素子での出力信号生成部のように、ＣＣＤによ
って構成された１種または２種の電荷転送素子を用い
て、光電変換素子に蓄積された電荷を電荷検出回路まで
転送し、ここで出力信号を生成するタイプの出力信号生
成部である。
【０００５】エリア・イメージとして利用されるＣＣＤ
型の固体撮像素子は、通常、１つの光電変換素子列に１
つずつ対応して配置される第１電荷転送素子（以下、
「垂直電荷転送素子」という。）と、これらの垂直電荷
転送素子に電気的に接続される１つの第２電荷転送素子
（以下、「水平電荷転送素子」という。）とを有する。
ＣＣＤは、半導体基板の一表面にチャネルを設け、この
チャネル上に電気的絶縁膜を介して複数の電極（転送電
極）を配置することによって構成される。
型の固体撮像素子は、通常、１つの光電変換素子列に１
つずつ対応して配置される第１電荷転送素子（以下、
「垂直電荷転送素子」という。）と、これらの垂直電荷
転送素子に電気的に接続される１つの第２電荷転送素子
（以下、「水平電荷転送素子」という。）とを有する。
ＣＣＤは、半導体基板の一表面にチャネルを設け、この
チャネル上に電気的絶縁膜を介して複数の電極（転送電
極）を配置することによって構成される。
【０００６】他の１つは、ＭＯＳ型の固体撮像素子での
出力信号生成部のように、トランジスタを介して光電変
換素子と出力信号線とを接続し、光電変換素子に蓄積さ
れた電荷に応じて前記の出力信号線に発生する電圧信号
または電流信号を検出して出力信号を生成するタイプの
出力信号生成部である。前記のトランジスタは、光電変
換素子と信号線とを所望の時期に電気的に接続するため
のスイッチング素子として利用される。
出力信号生成部のように、トランジスタを介して光電変
換素子と出力信号線とを接続し、光電変換素子に蓄積さ
れた電荷に応じて前記の出力信号線に発生する電圧信号
または電流信号を検出して出力信号を生成するタイプの
出力信号生成部である。前記のトランジスタは、光電変
換素子と信号線とを所望の時期に電気的に接続するため
のスイッチング素子として利用される。
【０００７】ＣＣＤ型およびＭＯＳ型のいずれであるか
に拘わらず、カラー撮像用の単板式撮像装置に利用され
る固体撮像素子は、一般に、光電変換素子の上方に配置
された色フィルタアレイを有する。この色フィルタアレ
イでは、カラー撮像に必要な複数色の色フィルタが一定
のパターンで配列されており、１個の光電変換素子に１
つの色フィルタが対応する。原色系の色フィルタアレイ
と補色系の色フィルタアレイとがある。
に拘わらず、カラー撮像用の単板式撮像装置に利用され
る固体撮像素子は、一般に、光電変換素子の上方に配置
された色フィルタアレイを有する。この色フィルタアレ
イでは、カラー撮像に必要な複数色の色フィルタが一定
のパターンで配列されており、１個の光電変換素子に１
つの色フィルタが対応する。原色系の色フィルタアレイ
と補色系の色フィルタアレイとがある。
【０００８】また、個々の光電変換素子への入射光量を
増大させるために、多くの場合、色フィルタアレイの上
方にマイクロレンズアレイが配置される。このマイクロ
レンズアレイは、１個の光電変換素子に１個ずつ対応し
て配置された多数個のマイクロレンズによって構成され
る。
増大させるために、多くの場合、色フィルタアレイの上
方にマイクロレンズアレイが配置される。このマイクロ
レンズアレイは、１個の光電変換素子に１個ずつ対応し
て配置された多数個のマイクロレンズによって構成され
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】色フィルタアレイおよ
びマイクロレンズアレイを備えた従来の固体撮像素子で
は、マイクロレンズによって分光された種々の波長の光
が、その下の色フィルタに入射する。しかしながら、個
々の光電変換素子に入射することができる光は、迷光を
除けば、その光電変換素子の上方に配置されている色フ
ィルタを透過し得た所定波長域の光のみである。
びマイクロレンズアレイを備えた従来の固体撮像素子で
は、マイクロレンズによって分光された種々の波長の光
が、その下の色フィルタに入射する。しかしながら、個
々の光電変換素子に入射することができる光は、迷光を
除けば、その光電変換素子の上方に配置されている色フ
ィルタを透過し得た所定波長域の光のみである。
【００１０】例えば、固体撮像素子が赤色フィルタ、緑
色フィルタ、および青色フィルタによって構成された原
色系の色フィルタアレイを有する場合、赤色フィルタの
下方に位置する光電変換素子に入射することができる光
は、迷光を除けば、この赤色フィルタを透過し得た所定
波長域の赤色光のみである。赤色フィルタに入射した緑
色光や青色光等は、基本的に、当該赤色フィルタの下方
に位置する光電変換素子へ入射できない。
色フィルタ、および青色フィルタによって構成された原
色系の色フィルタアレイを有する場合、赤色フィルタの
下方に位置する光電変換素子に入射することができる光
は、迷光を除けば、この赤色フィルタを透過し得た所定
波長域の赤色光のみである。赤色フィルタに入射した緑
色光や青色光等は、基本的に、当該赤色フィルタの下方
に位置する光電変換素子へ入射できない。
【００１１】個々の光電変換素子は、入射した光量に応
じた電荷を生成する。入射光量が少なければ、光電変換
素子に蓄積される電荷も少なくなる。今日、固体撮像素
子では高解像度が進められており、光電変換素子の集積
度が高まっている。それに伴って、個々の光電変換素子
は小型化している。マイクロレンズアレイを利用したと
しても、光電変換素子が小型化すると個々の光電変換素
子への入射光量が低減し、固体撮像素子の感度の低下が
起きやすくなる。
じた電荷を生成する。入射光量が少なければ、光電変換
素子に蓄積される電荷も少なくなる。今日、固体撮像素
子では高解像度が進められており、光電変換素子の集積
度が高まっている。それに伴って、個々の光電変換素子
は小型化している。マイクロレンズアレイを利用したと
しても、光電変換素子が小型化すると個々の光電変換素
子への入射光量が低減し、固体撮像素子の感度の低下が
起きやすくなる。
【００１２】本発明の目的は、個々の光電変換素子への
入射光量を増大させることが可能な固体撮像素子を提供
することである。
入射光量を増大させることが可能な固体撮像素子を提供
することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、(i) 半導体基板と、(ii)前記半導体基板の一表面に
複数行、複数列に亘って行列状に配置された多数個の光
電変換素子と、(iii) 前記光電変換素子の各々に蓄積さ
れた電荷に基づいて出力信号を生成することができる出
力信号生成部と、(iv)前記半導体基板の上方に配置され
て前記多数個の光電変換素子を平面視上覆う分光素子で
あって、各々が複数個の光電変換素子に対応する複数の
分光領域を有し、前記分光領域の各々が、入射光中に含
まれるカラー撮像に必要な複数色の光をそれぞれ別個の
方向に分光して、該分光領域が対応する前記複数個の光
電変換素子のうちの所定の光電変換素子に入射させるこ
とができる分光素子とを有する固体撮像素子が提供され
る。
ば、(i) 半導体基板と、(ii)前記半導体基板の一表面に
複数行、複数列に亘って行列状に配置された多数個の光
電変換素子と、(iii) 前記光電変換素子の各々に蓄積さ
れた電荷に基づいて出力信号を生成することができる出
力信号生成部と、(iv)前記半導体基板の上方に配置され
て前記多数個の光電変換素子を平面視上覆う分光素子で
あって、各々が複数個の光電変換素子に対応する複数の
分光領域を有し、前記分光領域の各々が、入射光中に含
まれるカラー撮像に必要な複数色の光をそれぞれ別個の
方向に分光して、該分光領域が対応する前記複数個の光
電変換素子のうちの所定の光電変換素子に入射させるこ
とができる分光素子とを有する固体撮像素子が提供され
る。
【００１４】この固体撮像素子では、複数個の光電変換
素子に対応している上記の分光領域に入射した光に含ま
れているカラー撮像に必要な複数色の光、例えば赤色
光、緑色光、および青色光が、この分光領域に対応する
複数個の光電変換素子中の異なる光電変換素子に入射す
る。
素子に対応している上記の分光領域に入射した光に含ま
れているカラー撮像に必要な複数色の光、例えば赤色
光、緑色光、および青色光が、この分光領域に対応する
複数個の光電変換素子中の異なる光電変換素子に入射す
る。
【００１５】従来の固体撮像素子に比べて、個々の光電
変換素子への入射光量を増大させることが可能である。
変換素子への入射光量を増大させることが可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は、第１の実施例による固体
撮像素子１００での光電変換素子１０、第１電荷転送素
子（垂直電荷転送素子）２０、第２電荷転送素子（水平
電荷転送素子）４０、および電荷検出回路５０の平面配
置を概略的に示す。
撮像素子１００での光電変換素子１０、第１電荷転送素
子（垂直電荷転送素子）２０、第２電荷転送素子（水平
電荷転送素子）４０、および電荷検出回路５０の平面配
置を概略的に示す。
【００１７】図示の固体撮像素子１００は、エリア・イ
メージセンサとして利用される固体撮像素子であり、半
導体基板１の一表面に多数個の光電変換素子１０が複数
行、複数列に亘って正方行列状（行数と列数とが異なる
場合を含む。）に配置されている。エリア・イメージセ
ンサとして利用される実際の固体撮像素子での光電変換
素子１０の総数は、例えば数１０万個〜数１００万個で
ある。
メージセンサとして利用される固体撮像素子であり、半
導体基板１の一表面に多数個の光電変換素子１０が複数
行、複数列に亘って正方行列状（行数と列数とが異なる
場合を含む。）に配置されている。エリア・イメージセ
ンサとして利用される実際の固体撮像素子での光電変換
素子１０の総数は、例えば数１０万個〜数１００万個で
ある。
【００１８】光電変換素子１０の各々は例えば埋込み型
のｐｎフォトダイオードによって構成され、平面視上、
例えば矩形を呈す。光電変換素子１０に光が入射する
と、この光電変換素子１０に電荷が蓄積される。
のｐｎフォトダイオードによって構成され、平面視上、
例えば矩形を呈す。光電変換素子１０に光が入射する
と、この光電変換素子１０に電荷が蓄積される。
【００１９】個々の光電変換素子１０に蓄積された電荷
を電荷検出回路５０へ転送するために、１つの光電変換
素子列に１つずつ、この光電変換素子列に沿って垂直電
荷転送素子２０が配置される。個々の垂直電荷転送素子
２０は、例えば４相駆動型のＣＣＤによって構成され
る。
を電荷検出回路５０へ転送するために、１つの光電変換
素子列に１つずつ、この光電変換素子列に沿って垂直電
荷転送素子２０が配置される。個々の垂直電荷転送素子
２０は、例えば４相駆動型のＣＣＤによって構成され
る。
【００２０】光電変換素子１０からの電荷の読み出しを
制御するために、各垂直電荷転送素子２０は、対応する
光電変換素子１０それぞれに１つずつ、読出しゲート３
０を有する。図１においては、読出しゲート３０の位置
を判りやすくするために、各読出しゲート３０にハッチ
ングを付してある。
制御するために、各垂直電荷転送素子２０は、対応する
光電変換素子１０それぞれに１つずつ、読出しゲート３
０を有する。図１においては、読出しゲート３０の位置
を判りやすくするために、各読出しゲート３０にハッチ
ングを付してある。
【００２１】読出しゲート３０に読出しパルス（電位は
例えば１５Ｖ程度）を供給すると、この読出しゲート３
０に対応する光電変換素子１０から垂直電荷転送素子２
０へ電荷が読み出される。光電変換素子１０から垂直電
荷転送素子２０への電荷の読出しは、光電変換素子行単
位で行われる。
例えば１５Ｖ程度）を供給すると、この読出しゲート３
０に対応する光電変換素子１０から垂直電荷転送素子２
０へ電荷が読み出される。光電変換素子１０から垂直電
荷転送素子２０への電荷の読出しは、光電変換素子行単
位で行われる。
【００２２】各垂直電荷転送素子２０は、所定の駆動信
号によって駆動されて、対応する光電変換素子１０から
読み出した電荷を水平電荷転送素子４０へ転送する。水
平電荷転送素子４０は、例えば２相駆動型のＣＣＤによ
って構成される。この水平電荷転送素子４０は、所定の
駆動信号によって駆動されて、各垂直電荷転送素子２０
から受け取った電荷を電荷検出回路５０へ転送する。
号によって駆動されて、対応する光電変換素子１０から
読み出した電荷を水平電荷転送素子４０へ転送する。水
平電荷転送素子４０は、例えば２相駆動型のＣＣＤによ
って構成される。この水平電荷転送素子４０は、所定の
駆動信号によって駆動されて、各垂直電荷転送素子２０
から受け取った電荷を電荷検出回路５０へ転送する。
【００２３】電荷検出回路５０は、水平電荷転送素子４
０から転送されてくる電荷を順次検出して信号電圧を生
成すると共に増幅して、画素信号を順次生成する。この
電荷検出回路５０は、例えば、水平電荷転送素子４０の
出力端に電気的に接続された出力ゲートと、出力ゲート
に隣接して半導体基板１に形成されたフローティングデ
ィフュージョン領域（以下、「ＦＤ領域」と略記す
る。）と、このＦＤ領域に電気的に接続されたフローテ
ィングディフュージョンアンプ（以下、「ＦＤＡ」と略
記する。）とを用いて構成することができる。
０から転送されてくる電荷を順次検出して信号電圧を生
成すると共に増幅して、画素信号を順次生成する。この
電荷検出回路５０は、例えば、水平電荷転送素子４０の
出力端に電気的に接続された出力ゲートと、出力ゲート
に隣接して半導体基板１に形成されたフローティングデ
ィフュージョン領域（以下、「ＦＤ領域」と略記す
る。）と、このＦＤ領域に電気的に接続されたフローテ
ィングディフュージョンアンプ（以下、「ＦＤＡ」と略
記する。）とを用いて構成することができる。
【００２４】出力ゲートは、水平電荷転送素子４０から
ＦＤ領域への電荷転送を制御する。ＦＤ領域の電位は、
当該ＦＤ領域内の電荷量に応じて変化する。ＦＤＡは、
ＦＤ領域の電位変動を増幅して画素信号を生成する。こ
の画素信号が、固体撮像素子１００からの出力信号とな
る。
ＦＤ領域への電荷転送を制御する。ＦＤ領域の電位は、
当該ＦＤ領域内の電荷量に応じて変化する。ＦＤＡは、
ＦＤ領域の電位変動を増幅して画素信号を生成する。こ
の画素信号が、固体撮像素子１００からの出力信号とな
る。
【００２５】ＦＤ領域に隣接してリセットゲートが配置
され、このリセットゲートに隣接して、リセットドレイ
ン領域が半導体基板１に形成される。ＦＤ領域と、リセ
ットゲートと、リセットドレイン領域とは、リセットト
ランジスタを構成する。
され、このリセットゲートに隣接して、リセットドレイ
ン領域が半導体基板１に形成される。ＦＤ領域と、リセ
ットゲートと、リセットドレイン領域とは、リセットト
ランジスタを構成する。
【００２６】ＦＤＡによって検出された後の電荷、ある
いは、ＦＤＡによって検出する必要のない電荷は、ＦＤ
領域からリセットゲートを介してリセットドレイン領域
へ掃き出され、例えば電源電圧に吸収される。
いは、ＦＤＡによって検出する必要のない電荷は、ＦＤ
領域からリセットゲートを介してリセットドレイン領域
へ掃き出され、例えば電源電圧に吸収される。
【００２７】上述した構成を有する固体撮像素子１００
では、各垂直電荷転送素子２０、水平電荷転送素子４
０、および電荷検出回路５０によって出力信号生成部が
構成される。
では、各垂直電荷転送素子２０、水平電荷転送素子４
０、および電荷検出回路５０によって出力信号生成部が
構成される。
【００２８】この固体撮像素子１００の特徴の１つは、
その最上層として特定の分光素子が配置されている点に
ある。図２は、固体撮像素子１００を概略的に示す上面
図である。固体撮像素子１００の最上層である分光素子
９０は、３つの分光領域９０Ａ、９０Ｂ、および９０Ｃ
を有する。１つの分光領域に３列の光電変換素子列が対
応する。
その最上層として特定の分光素子が配置されている点に
ある。図２は、固体撮像素子１００を概略的に示す上面
図である。固体撮像素子１００の最上層である分光素子
９０は、３つの分光領域９０Ａ、９０Ｂ、および９０Ｃ
を有する。１つの分光領域に３列の光電変換素子列が対
応する。
【００２９】図３は、図２に示した分光領域９０Ａの分
光特性を概略的に示す。同図に示すように、分光領域９
０Ａは、入射光Ｌ中に含まれる赤色光ＬR 、緑色光Ｌ
G 、および青色光ＬB を、それぞれ別個の方向に分光す
る。分光領域９０Ａと半導体基板１との間の屈折率が均
一であると仮定すると、赤色光ＬR は半導体基板１表面
の領域ＲR 上に分光され、緑色光ＬG は半導体基板１表
面の領域ＲG 上に分光され、青色光ＬB は半導体基板１
表面の領域ＲB 上に分光される。分光領域９０Ｂ、９０
Ｃそれぞれの分光特性も同様である。
光特性を概略的に示す。同図に示すように、分光領域９
０Ａは、入射光Ｌ中に含まれる赤色光ＬR 、緑色光Ｌ
G 、および青色光ＬB を、それぞれ別個の方向に分光す
る。分光領域９０Ａと半導体基板１との間の屈折率が均
一であると仮定すると、赤色光ＬR は半導体基板１表面
の領域ＲR 上に分光され、緑色光ＬG は半導体基板１表
面の領域ＲG 上に分光され、青色光ＬB は半導体基板１
表面の領域ＲB 上に分光される。分光領域９０Ｂ、９０
Ｃそれぞれの分光特性も同様である。
【００３０】固体撮像素子１００は、分光領域９０Ａに
よって分光された赤色光ＬR が、この分光領域９０Ａに
対応する３列の光電変換素子列の１つ（例えば図２に示
した向きで見たときの左端の光電変換素子列）に含まれ
る各光電変換素子１０の受光面に入射し、緑色光ＬG が
３列の光電変換素子列の中央の列に含まれる各光電変換
素子１０の受光面に入射し、青色光ＬB が残りの１列に
含まれる各光電変換素子１０の受光面に入射するように
構成される。また、分光領域９０Ａ以外の分光領域とそ
れに対応する３列の光電変換素子列との位置関係が、分
光領域９０Ａとこれに対応する３列の光電変換素子列と
の位置関係と同様になるように構成される。
よって分光された赤色光ＬR が、この分光領域９０Ａに
対応する３列の光電変換素子列の１つ（例えば図２に示
した向きで見たときの左端の光電変換素子列）に含まれ
る各光電変換素子１０の受光面に入射し、緑色光ＬG が
３列の光電変換素子列の中央の列に含まれる各光電変換
素子１０の受光面に入射し、青色光ＬB が残りの１列に
含まれる各光電変換素子１０の受光面に入射するように
構成される。また、分光領域９０Ａ以外の分光領域とそ
れに対応する３列の光電変換素子列との位置関係が、分
光領域９０Ａとこれに対応する３列の光電変換素子列と
の位置関係と同様になるように構成される。
【００３１】このようにして構成された固体撮像素子１
００では、集光素子９０中の個々の分光領域９０Ａ、９
０Ｂ、９０Ｃそれぞれの平面視上の面積が、３列の光電
変換素子列を覆い得る大きさであることから、従来の固
体撮像素子に比べて、個々の光電変換素子１０への赤色
光、緑色光、または青色光の入射量を増大させることが
可能である。固体撮像素子としての感度を高めやすい。
００では、集光素子９０中の個々の分光領域９０Ａ、９
０Ｂ、９０Ｃそれぞれの平面視上の面積が、３列の光電
変換素子列を覆い得る大きさであることから、従来の固
体撮像素子に比べて、個々の光電変換素子１０への赤色
光、緑色光、または青色光の入射量を増大させることが
可能である。固体撮像素子としての感度を高めやすい。
【００３２】この固体撮像素子１００の特徴の１つであ
る分光素子９０は、例えば回折光学素子（ホログラフィ
ック素子を含むものとする。）によって構成される。図
４（Ａ）は、回折格子パターン９３を有する回折光学素
子９０ａによって構成された分光素子（以下、「分光素
子９０ａ」という。）の一部を概略的に示す。回折格子
パターン９３は、例えば透明樹脂等によって形成された
透明材料層９５に矩形断面の環状溝９３ａを同心円状に
多数設けることによって形成されている。分光素子９０
ａは、個々の分光領域にそれぞれ同一形状の回折格子パ
ターン９３を有する。
る分光素子９０は、例えば回折光学素子（ホログラフィ
ック素子を含むものとする。）によって構成される。図
４（Ａ）は、回折格子パターン９３を有する回折光学素
子９０ａによって構成された分光素子（以下、「分光素
子９０ａ」という。）の一部を概略的に示す。回折格子
パターン９３は、例えば透明樹脂等によって形成された
透明材料層９５に矩形断面の環状溝９３ａを同心円状に
多数設けることによって形成されている。分光素子９０
ａは、個々の分光領域にそれぞれ同一形状の回折格子パ
ターン９３を有する。
【００３３】回折格子パターン９３は、例えば、フォト
リソグラフィ、電子線リソグラフィ等のリソグラフィ技
術によって形成された微細パターンをマスクとして用い
て、透明樹脂層９５の片面をパターニングすることによ
って形成可能である。
リソグラフィ、電子線リソグラフィ等のリソグラフィ技
術によって形成された微細パターンをマスクとして用い
て、透明樹脂層９５の片面をパターニングすることによ
って形成可能である。
【００３４】図４（Ｂ）は、他の回折格子パターン９７
を有する回折光学素子９０ｂによって構成された分光素
子（以下、「分光素子９０ｂ」という。）の一部を概略
的に示す。回折格子パターン９７は、内壁が階段状に成
形された溝９７ａを透明樹脂層９５に例えば同心円状に
多数設けることによって形成されている。分光素子９０
ａは、個々の分光領域にそれぞれ同一形状の回折格子パ
ターン９７を有する。
を有する回折光学素子９０ｂによって構成された分光素
子（以下、「分光素子９０ｂ」という。）の一部を概略
的に示す。回折格子パターン９７は、内壁が階段状に成
形された溝９７ａを透明樹脂層９５に例えば同心円状に
多数設けることによって形成されている。分光素子９０
ａは、個々の分光領域にそれぞれ同一形状の回折格子パ
ターン９７を有する。
【００３５】溝９７ａの内壁を階段状に成形することに
より、互いに波長が異なる複数の赤色光、互いに波長が
異なる複数の緑色光、および互いに波長が異なる複数の
青色光のそれぞれを所望方向に回折させることが可能に
なる。
より、互いに波長が異なる複数の赤色光、互いに波長が
異なる複数の緑色光、および互いに波長が異なる複数の
青色光のそれぞれを所望方向に回折させることが可能に
なる。
【００３６】個々の回折格子パターン９７は、図４
（Ａ）に示した回折格子パターン９３を形成する際の方
法と同様の方法によって形成可能である。ただし、透明
樹脂層のパターニングは、複数回に亘って行われる。パ
ターニングのたび毎に、異なる形状のマスクが使用され
る。
（Ａ）に示した回折格子パターン９３を形成する際の方
法と同様の方法によって形成可能である。ただし、透明
樹脂層のパターニングは、複数回に亘って行われる。パ
ターニングのたび毎に、異なる形状のマスクが使用され
る。
【００３７】分光素子９０ａおよび分光素子９０ｂは、
いずれも、回折格子パターンが受光面となる向きで配置
される。また、分光素子９０は、前述のようにホログラ
フィック素子によって構成することもできる。ホログラ
フィック素子によって分光素子９０を構成する場合、こ
の分光素子（以下、「分光素子９０ｃ」という。）は、
例えば、有機フォトリフラクティブ材料によって形成し
た透明材料層の面内方向および厚さ方向の屈折率を所定
のパターンで変化させることによって形成可能である。
いずれも、回折格子パターンが受光面となる向きで配置
される。また、分光素子９０は、前述のようにホログラ
フィック素子によって構成することもできる。ホログラ
フィック素子によって分光素子９０を構成する場合、こ
の分光素子（以下、「分光素子９０ｃ」という。）は、
例えば、有機フォトリフラクティブ材料によって形成し
た透明材料層の面内方向および厚さ方向の屈折率を所定
のパターンで変化させることによって形成可能である。
【００３８】図５（Ａ）、図５（Ｂ）、および図５
（Ｃ）は、それぞれ、分光素子９０ｃの製造工程を示
す。以下の説明は、図３に示した分光領域９０Ａを形成
する場合を例にとって、図３で用いた参照符号を引用し
つつ行う。
（Ｃ）は、それぞれ、分光素子９０ｃの製造工程を示
す。以下の説明は、図３に示した分光領域９０Ａを形成
する場合を例にとって、図３で用いた参照符号を引用し
つつ行う。
【００３９】まず、図５（Ａ）に示すように、有機フォ
トリフラクティブ材料によって形成した透明材料層９８
の一主表面９８ａに所望波長を有する赤色光ＬR1を照射
する一方で、透明材料層９８の他の主表面９８ｂに、ス
リットＳ１を有するマスク部材Ｍ１の外側から所望波長
を有する赤色光ＬR2を照射する。
トリフラクティブ材料によって形成した透明材料層９８
の一主表面９８ａに所望波長を有する赤色光ＬR1を照射
する一方で、透明材料層９８の他の主表面９８ｂに、ス
リットＳ１を有するマスク部材Ｍ１の外側から所望波長
を有する赤色光ＬR2を照射する。
【００４０】赤色光ＬR1、ＬR2は互いに同じ波長を有す
る単色のコヒーレント光であり、透明材料層９８に入射
する赤色光ＬR1は平行光線束または収束光線束、透明材
料層９８に入射する赤色光ＬR2は拡散光線束である。
る単色のコヒーレント光であり、透明材料層９８に入射
する赤色光ＬR1は平行光線束または収束光線束、透明材
料層９８に入射する赤色光ＬR2は拡散光線束である。
【００４１】次いで、図５（Ｂ）に示すように、透明材
料層９８の一主表面９８ａに所望波長を有する緑色光Ｌ
G1を照射する一方で、透明材料層９８の他の主表面９８
ｂに、スリットＳ２を有するマスク部材Ｍ２の外側から
所望波長を有する緑色光ＬG2を照射する。
料層９８の一主表面９８ａに所望波長を有する緑色光Ｌ
G1を照射する一方で、透明材料層９８の他の主表面９８
ｂに、スリットＳ２を有するマスク部材Ｍ２の外側から
所望波長を有する緑色光ＬG2を照射する。
【００４２】緑色光ＬG1、ＬG2は互いに同じ波長を有す
る単色のコヒーレント光であり、透明材料層９８に入射
する緑色光ＬG1は平行光線束または収束光線束、透明材
料層９８に入射する緑色光ＬG2は拡散光線束である。
る単色のコヒーレント光であり、透明材料層９８に入射
する緑色光ＬG1は平行光線束または収束光線束、透明材
料層９８に入射する緑色光ＬG2は拡散光線束である。
【００４３】この後、図５（Ｃ）に示すように、透明材
料層９８の一主表面９８ａに所望波長を有する青色光Ｌ
B1を照射する一方で、透明材料層９８の他の主表面９８
ｂに、スリットＳ３を有するマスク部材Ｍ３の外側から
所望波長を有する青色光ＬB2を照射する。
料層９８の一主表面９８ａに所望波長を有する青色光Ｌ
B1を照射する一方で、透明材料層９８の他の主表面９８
ｂに、スリットＳ３を有するマスク部材Ｍ３の外側から
所望波長を有する青色光ＬB2を照射する。
【００４４】青色光ＬB1、ＬB2は互いに同じ波長を有す
る単色のコヒーレント光であり、透明材料層９８に入射
する青色光ＬB1は平行光線束または収束光線束、透明材
料層９８に入射する青色光ＬB2は拡散光線束である。
る単色のコヒーレント光であり、透明材料層９８に入射
する青色光ＬB1は平行光線束または収束光線束、透明材
料層９８に入射する青色光ＬB2は拡散光線束である。
【００４５】このようにして赤色光ＬR1、ＬR2、緑色光
ＬG1、ＬG2、および青色光ＬB1、Ｌ B2を透明材料層９８
に順次照射すると、照射した同色の光同士が互いに干渉
しつつ透明材料層９８の面内方向および厚さ方向の屈折
率を変化させる。透明材料層９８に分光領域９０Ａが形
成される。
ＬG1、ＬG2、および青色光ＬB1、Ｌ B2を透明材料層９８
に順次照射すると、照射した同色の光同士が互いに干渉
しつつ透明材料層９８の面内方向および厚さ方向の屈折
率を変化させる。透明材料層９８に分光領域９０Ａが形
成される。
【００４６】分光素子９０ｃに形成すべき他の分光領域
も、上記と同様にして形成することができる。勿論、図
５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示した各工程の実施順は、順不
同で適宜入れ替え可能である。
も、上記と同様にして形成することができる。勿論、図
５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示した各工程の実施順は、順不
同で適宜入れ替え可能である。
【００４７】このようにして製造された分光素子９０ｃ
は、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示した主表面９８ａが受
光面となる向きで配置される。分光素子９０ｃに入射し
た光に含まれる所定波長の赤色光、すなわち、分光素子
９０ｃの製造時に使用した赤色光ＬR と同じ波長を有す
る赤色光、および赤色光ＬR の波長に近い波長を有する
赤色光は、分光素子９０ｃの下方が空気層であると仮定
すれば、分光素子９０ｃを製造するために用いたスリッ
トＳ１と平面視上の形状および大きさがほぼ同じ領域を
通過するように分光される。この領域と分光素子９０ｃ
との相対的な位置関係は、分光素子９０ｃの製造時にお
けるスリットＳ１と透明材料層９８との相対的な位置関
係とほぼ同じになる。分光素子９０ｃに入射した光に含
まれる緑色光および青色光についても同様である。
は、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示した主表面９８ａが受
光面となる向きで配置される。分光素子９０ｃに入射し
た光に含まれる所定波長の赤色光、すなわち、分光素子
９０ｃの製造時に使用した赤色光ＬR と同じ波長を有す
る赤色光、および赤色光ＬR の波長に近い波長を有する
赤色光は、分光素子９０ｃの下方が空気層であると仮定
すれば、分光素子９０ｃを製造するために用いたスリッ
トＳ１と平面視上の形状および大きさがほぼ同じ領域を
通過するように分光される。この領域と分光素子９０ｃ
との相対的な位置関係は、分光素子９０ｃの製造時にお
けるスリットＳ１と透明材料層９８との相対的な位置関
係とほぼ同じになる。分光素子９０ｃに入射した光に含
まれる緑色光および青色光についても同様である。
【００４８】実際には、分光素子９０ｃと半導体基板１
との間に複数の層が介在する。したがって、分光素子９
０ｃを製造するにあたっては、製造しようとする固体撮
像素子の層構成および各層での赤色光ＬR 、緑色光Ｌ
G 、および青色光ＬB それぞれの屈折率に応じて、スリ
ットＳ１、Ｓ２、Ｓ３それぞれの平面視上の形状および
大きさ、ならびに、分光素子９０ｃの製造時におけるス
リットＳ１〜Ｓ３と透明材料層９８との相対的な位置関
係が適宜選定される。
との間に複数の層が介在する。したがって、分光素子９
０ｃを製造するにあたっては、製造しようとする固体撮
像素子の層構成および各層での赤色光ＬR 、緑色光Ｌ
G 、および青色光ＬB それぞれの屈折率に応じて、スリ
ットＳ１、Ｓ２、Ｓ３それぞれの平面視上の形状および
大きさ、ならびに、分光素子９０ｃの製造時におけるス
リットＳ１〜Ｓ３と透明材料層９８との相対的な位置関
係が適宜選定される。
【００４９】分光素子９０ｃの製造時に使用する赤色
光、緑色光、および青色光として、それぞれ、波長が異
なる複数の単色光を用いることによって、分光素子９０
ｃ中の各分光領域の分光効率を高めることができる。
光、緑色光、および青色光として、それぞれ、波長が異
なる複数の単色光を用いることによって、分光素子９０
ｃ中の各分光領域の分光効率を高めることができる。
【００５０】上述のように、図２または図３に示した分
光素子９０と半導体基板１との間には、実際には、複数
の層が介在する。このため、固体撮像素子１００内での
赤色光ＬR 、緑色光ＬG 、および青色光ＬB それぞれの
光路は、図３に示した光路とは異なる。集光素子９０の
分光特性は、製造しようとする固体撮像素子の層構成お
よび各層での赤色光ＬR 、緑色光ＬG 、および青色光Ｌ
B それぞれの屈折率に応じて、適宜選定される。
光素子９０と半導体基板１との間には、実際には、複数
の層が介在する。このため、固体撮像素子１００内での
赤色光ＬR 、緑色光ＬG 、および青色光ＬB それぞれの
光路は、図３に示した光路とは異なる。集光素子９０の
分光特性は、製造しようとする固体撮像素子の層構成お
よび各層での赤色光ＬR 、緑色光ＬG 、および青色光Ｌ
B それぞれの屈折率に応じて、適宜選定される。
【００５１】以下、固体撮像素子１００の具体的な層構
成について、図６を参照しつつ詳述する。図６は、図２
に示すVI−VI線に沿った固体撮像素子１００の断面構造
を概略的に示す。
成について、図６を参照しつつ詳述する。図６は、図２
に示すVI−VI線に沿った固体撮像素子１００の断面構造
を概略的に示す。
【００５２】同図に示すように、半導体基板１は、例え
ばｎ型シリコン基板１ａと、その一表面に形成されたｐ
- 型不純物添加領域１ｂとを有する。ｐ- 型不純物添加
領域１ｂは、ｎ型シリコン基板１ａの一表面にｐ型不純
物をイオン注入した後に熱処理を施すことによって、あ
るいは、ｐ型不純物を含有したシリコンをｎ型シリコン
基板１ａの一表面上にエピタキシャル成長させることに
よって形成される。
ばｎ型シリコン基板１ａと、その一表面に形成されたｐ
- 型不純物添加領域１ｂとを有する。ｐ- 型不純物添加
領域１ｂは、ｎ型シリコン基板１ａの一表面にｐ型不純
物をイオン注入した後に熱処理を施すことによって、あ
るいは、ｐ型不純物を含有したシリコンをｎ型シリコン
基板１ａの一表面上にエピタキシャル成長させることに
よって形成される。
【００５３】以下の説明においては、同じ導電型を有す
る不純物添加領域間での不純物濃度の大小を区別するた
めに、不純物濃度が相対的に低いものから順番に、ｐ-
型不純物添加領域、ｐ型不純物添加領域、ｐ+ 型不純物
添加領域、あるいはｎ- 型不純物添加領域、ｎ型不純物
添加領域、ｎ+ 型不純物添加領域と表記する。ｐ- 型不
純物添加領域１ｂをエピタキシャル成長法によって形成
する場合以外、全ての不純物添加領域は、イオン注入と
その後の熱処理とによって形成することが好ましい。
る不純物添加領域間での不純物濃度の大小を区別するた
めに、不純物濃度が相対的に低いものから順番に、ｐ-
型不純物添加領域、ｐ型不純物添加領域、ｐ+ 型不純物
添加領域、あるいはｎ- 型不純物添加領域、ｎ型不純物
添加領域、ｎ+ 型不純物添加領域と表記する。ｐ- 型不
純物添加領域１ｂをエピタキシャル成長法によって形成
する場合以外、全ての不純物添加領域は、イオン注入と
その後の熱処理とによって形成することが好ましい。
【００５４】光電変換素子１０は、例えば、ｐ- 型不純
物添加領域１ｂの所定箇所をｎ型不純物添加領域１０ａ
に転換し、更に、このｎ型不純物添加領域１０ａの表層
部をｐ+ 型不純物添加領域１０ｂに転換することによっ
て形成された埋込み型のフォトダイオードによって構成
される。ｎ型不純物添加領域１０ａは、電荷蓄積領域と
して機能する。
物添加領域１ｂの所定箇所をｎ型不純物添加領域１０ａ
に転換し、更に、このｎ型不純物添加領域１０ａの表層
部をｐ+ 型不純物添加領域１０ｂに転換することによっ
て形成された埋込み型のフォトダイオードによって構成
される。ｎ型不純物添加領域１０ａは、電荷蓄積領域と
して機能する。
【００５５】１列の光電変換素子列に１本ずつ対応し
て、ｐ- 型不純物添加領域１ｂにｎ型チャネル２３が形
成される。個々のｎ型チャネル２３は、その全長に亘っ
てほぼ均一な不純物濃度を有し、対応する光電変換素子
列に沿って延在する。これらのｎ型チャネル２３は、そ
れぞれ、垂直電荷転送素子２０での電荷転送チャネル
（以下、「垂直電荷転送チャネル」という。）として機
能する。
て、ｐ- 型不純物添加領域１ｂにｎ型チャネル２３が形
成される。個々のｎ型チャネル２３は、その全長に亘っ
てほぼ均一な不純物濃度を有し、対応する光電変換素子
列に沿って延在する。これらのｎ型チャネル２３は、そ
れぞれ、垂直電荷転送素子２０での電荷転送チャネル
（以下、「垂直電荷転送チャネル」という。）として機
能する。
【００５６】各光電変換素子１０（ｎ型不純物添加領域
１０ａ）における図１または図６での右側縁部に沿っ
て、ｐ型不純物添加領域３０ａが１つずつ配置される。
ｐ型不純物添加領域３０ａの列方向の長さは、対応する
光電変換素子１０の列方向の長さの例えば半分程度であ
る。各ｐ型不純物添加領域３０ａは、読出しゲート３０
用チャネル領域３０ａとして利用される。
１０ａ）における図１または図６での右側縁部に沿っ
て、ｐ型不純物添加領域３０ａが１つずつ配置される。
ｐ型不純物添加領域３０ａの列方向の長さは、対応する
光電変換素子１０の列方向の長さの例えば半分程度であ
る。各ｐ型不純物添加領域３０ａは、読出しゲート３０
用チャネル領域３０ａとして利用される。
【００５７】必要に応じて、個々の垂直電荷転送チャネ
ル２３の下方にも、ｐ型不純物添加領域が配置される。
チャネルストップ領域ＣＳが、読出しゲート用チャネル
領域３０ａの形成箇所を除いた光電変換素子１０および
垂直電荷転送チャネル２３の平面視上の周囲、および水
平電荷転送素子４０（図１参照）を構成する電荷転送チ
ャネル（以下、「水平電荷転送チャネル」という。）の
平面視上の周囲に形成される。チャネルストップ領域Ｃ
Ｓは、例えばｐ+ 型不純物添加領域によって構成され
る。
ル２３の下方にも、ｐ型不純物添加領域が配置される。
チャネルストップ領域ＣＳが、読出しゲート用チャネル
領域３０ａの形成箇所を除いた光電変換素子１０および
垂直電荷転送チャネル２３の平面視上の周囲、および水
平電荷転送素子４０（図１参照）を構成する電荷転送チ
ャネル（以下、「水平電荷転送チャネル」という。）の
平面視上の周囲に形成される。チャネルストップ領域Ｃ
Ｓは、例えばｐ+ 型不純物添加領域によって構成され
る。
【００５８】なお、水平電荷転送素子４０を２相駆動型
のＣＣＤによって構成する場合、その水平電荷転送チャ
ネルは、例えば、ｎ型不純物添加領域とｎ- 型不純物添
加領域とが下流側から上流側に向かってこの順番で繰り
返し配置することによって構成することができる。
のＣＣＤによって構成する場合、その水平電荷転送チャ
ネルは、例えば、ｎ型不純物添加領域とｎ- 型不純物添
加領域とが下流側から上流側に向かってこの順番で繰り
返し配置することによって構成することができる。
【００５９】本明細書では、光電変換素子１０から電荷
検出回路５０へ転送される電荷の移動を１つの流れとみ
なして、個々の部材等の相対的な位置を、必要に応じて
「何々の上流」、「何々の下流」等と称して特定する。
検出回路５０へ転送される電荷の移動を１つの流れとみ
なして、個々の部材等の相対的な位置を、必要に応じて
「何々の上流」、「何々の下流」等と称して特定する。
【００６０】第１の電気的絶縁層５が、半導体基板１上
に配置される。各光電変換素子１０上には、第１の電気
的絶縁層５として例えば熱酸化膜が配置され、光電変換
素子１０上の領域を除いた他の領域上には、第１の電気
的絶縁層５として例えばＯＮＯ膜が配置される。
に配置される。各光電変換素子１０上には、第１の電気
的絶縁層５として例えば熱酸化膜が配置され、光電変換
素子１０上の領域を除いた他の領域上には、第１の電気
的絶縁層５として例えばＯＮＯ膜が配置される。
【００６１】上記のＯＮＯ膜は、例えば、膜厚が２０〜
７０ｎｍ程度のシリコン酸化膜（熱酸化膜）と、膜厚が
３０〜８０ｎｍ程度のシリコン窒化膜と、膜厚が１０〜
５０ｎｍ程度のシリコン酸化膜とを、半導体基板１上に
この順番で堆積させた積層膜によって構成される。図６
においては、便宜上、１つの層で第１の電気的絶縁層５
を表している。
７０ｎｍ程度のシリコン酸化膜（熱酸化膜）と、膜厚が
３０〜８０ｎｍ程度のシリコン窒化膜と、膜厚が１０〜
５０ｎｍ程度のシリコン酸化膜とを、半導体基板１上に
この順番で堆積させた積層膜によって構成される。図６
においては、便宜上、１つの層で第１の電気的絶縁層５
を表している。
【００６２】第１の電気的絶縁層５上に、垂直電荷転送
素子２０を構成する転送電極（以下、「垂直転送電極」
という。）、水平電荷転送素子４０を構成する転送電極
（以下、「水平転送電極」という。）、および電荷検出
回路５０（図１参照）を構成する各種の電極が配置され
る。図６においては、１本の垂直転送電極２５中の２つ
の領域が見えている。
素子２０を構成する転送電極（以下、「垂直転送電極」
という。）、水平電荷転送素子４０を構成する転送電極
（以下、「水平転送電極」という。）、および電荷検出
回路５０（図１参照）を構成する各種の電極が配置され
る。図６においては、１本の垂直転送電極２５中の２つ
の領域が見えている。
【００６３】これらの電極は、例えば第１ポリシリコン
層と、第１ポリシリコン層を所定の電極にパターニング
した後に形成されて、その後に所定の電極にパターニン
グされる第２ポリシリコン層とを用いて形成される。個
々の電極は、例えば熱酸化膜等の電気的絶縁膜ＩＦによ
って覆われる。
層と、第１ポリシリコン層を所定の電極にパターニング
した後に形成されて、その後に所定の電極にパターニン
グされる第２ポリシリコン層とを用いて形成される。個
々の電極は、例えば熱酸化膜等の電気的絶縁膜ＩＦによ
って覆われる。
【００６４】第２の電気的絶縁層６０が、各光電変換素
子１０、各垂直転送電極、水平電荷転送素子４０、およ
び電荷検出回路５０を覆って、後述する光遮蔽膜６５と
その下の各種の電極との電気的な分離を十分なものとす
る。第２の電気的絶縁層６０は、物理的気相蒸着法（以
下、「ＰＶＤ」と略記する。）または化学的気相蒸着法
（以下、「ＣＶＤ」と略記する。）によって例えばシリ
コン酸化物を堆積させることで形成される。
子１０、各垂直転送電極、水平電荷転送素子４０、およ
び電荷検出回路５０を覆って、後述する光遮蔽膜６５と
その下の各種の電極との電気的な分離を十分なものとす
る。第２の電気的絶縁層６０は、物理的気相蒸着法（以
下、「ＰＶＤ」と略記する。）または化学的気相蒸着法
（以下、「ＣＶＤ」と略記する。）によって例えばシリ
コン酸化物を堆積させることで形成される。
【００６５】光遮蔽膜６５が、各垂直転送電極、水平電
荷転送素子４０、および電荷検出回路５０を平面視上覆
って、光電変換素子１０以外の領域で無用の光電変換が
行われるのを防止する。この光遮蔽膜６５は、タングス
テン、アルミニウム、クロム、チタン、モリブデン等の
金属や、これらの金属の２種以上からなる合金等をＰＶ
ＤまたはＣＶＤによって堆積させることで形成される。
荷転送素子４０、および電荷検出回路５０を平面視上覆
って、光電変換素子１０以外の領域で無用の光電変換が
行われるのを防止する。この光遮蔽膜６５は、タングス
テン、アルミニウム、クロム、チタン、モリブデン等の
金属や、これらの金属の２種以上からなる合金等をＰＶ
ＤまたはＣＶＤによって堆積させることで形成される。
【００６６】各光電変換素子１０へ光が入射できるよう
に、光遮蔽膜６５は、個々の光電変換素子１０の上方に
開口部６５ａを１つずつ有する。個々の開口部６５ａの
平面視上の面積は、この開口部６５ａが対応している光
電変換素子１０の平面視上の面積の例えば２０％程度な
いしはそれより小さい。光電変換素子１０表面において
上記の開口部６５ａ内に平面視上位置する領域が、この
光電変換素子１０における受光面となる。
に、光遮蔽膜６５は、個々の光電変換素子１０の上方に
開口部６５ａを１つずつ有する。個々の開口部６５ａの
平面視上の面積は、この開口部６５ａが対応している光
電変換素子１０の平面視上の面積の例えば２０％程度な
いしはそれより小さい。光電変換素子１０表面において
上記の開口部６５ａ内に平面視上位置する領域が、この
光電変換素子１０における受光面となる。
【００６７】垂直電荷転送素子２０用の駆動信号が供給
される配線（図示せず。）や水平電荷転送素子４０用の
駆動信号が供給される配線（図示せず。）を、光遮蔽膜
６５の材料とは異なる材料によって形成する場合には、
図６に示すように、光遮蔽膜６５上に層間絶縁膜７０を
形成することが好ましい。
される配線（図示せず。）や水平電荷転送素子４０用の
駆動信号が供給される配線（図示せず。）を、光遮蔽膜
６５の材料とは異なる材料によって形成する場合には、
図６に示すように、光遮蔽膜６５上に層間絶縁膜７０を
形成することが好ましい。
【００６８】この層間絶縁膜７０は、例えばＰＶＤまた
はＣＶＤによってシリコン酸化物等を堆積させることに
よって形成され、各垂直転送電極と配線との短絡、およ
び水平転送電極と前記の配線との短絡を防止する。前記
の配線を光遮蔽膜６５の材料と同じ材料によって形成す
る場合には、層間絶縁膜７０を省略する代わりに第２の
電気的絶縁層６０を厚膜化して、この第２の電気的絶縁
層を層間絶縁膜として利用することも可能である。
はＣＶＤによってシリコン酸化物等を堆積させることに
よって形成され、各垂直転送電極と配線との短絡、およ
び水平転送電極と前記の配線との短絡を防止する。前記
の配線を光遮蔽膜６５の材料と同じ材料によって形成す
る場合には、層間絶縁膜７０を省略する代わりに第２の
電気的絶縁層６０を厚膜化して、この第２の電気的絶縁
層を層間絶縁膜として利用することも可能である。
【００６９】パッシベーション膜７５が層間絶縁膜７０
上に形成されて、その下の部材を保護する。このパッシ
ベーション膜７５は、例えばＰＶＤまたはＣＶＤによっ
てシリコン窒化物等を堆積させることによって形成され
る。
上に形成されて、その下の部材を保護する。このパッシ
ベーション膜７５は、例えばＰＶＤまたはＣＶＤによっ
てシリコン窒化物等を堆積させることによって形成され
る。
【００７０】第１の平坦化膜８０が、例えばフォトレジ
スト等の光透過性有機材料をパッシベーション膜７５上
にスピンコートすることによって形成されて、分光素子
９０を配置するための平坦面を提供する。
スト等の光透過性有機材料をパッシベーション膜７５上
にスピンコートすることによって形成されて、分光素子
９０を配置するための平坦面を提供する。
【００７１】前述した集光素子９０は、第１の平坦化膜
８０上に配置される。集光素子９０が有する分光領域９
０Ａ、９０Ｂ、または９０Ｃ（図１参照）の平面視上の
内縁部に入射した赤色光、緑色光、および青色光は、第
１の平坦化膜８０の膜厚が薄い程、所望の光電変換素子
１０に入射しにくくなる。分光素子９０によって分光さ
れた赤色光ＬR 、緑色光ＬG 、青色光ＬB （図３参照）
が、それぞれ所定の光電変換素子１０の受光面にできる
だけ多く入射するように、第１の平坦化膜８０の膜厚が
適宜選定される。
８０上に配置される。集光素子９０が有する分光領域９
０Ａ、９０Ｂ、または９０Ｃ（図１参照）の平面視上の
内縁部に入射した赤色光、緑色光、および青色光は、第
１の平坦化膜８０の膜厚が薄い程、所望の光電変換素子
１０に入射しにくくなる。分光素子９０によって分光さ
れた赤色光ＬR 、緑色光ＬG 、青色光ＬB （図３参照）
が、それぞれ所定の光電変換素子１０の受光面にできる
だけ多く入射するように、第１の平坦化膜８０の膜厚が
適宜選定される。
【００７２】次に、第２の実施例による固体撮像素子に
ついて説明する。図７は、第２の実施例による固体撮像
素子１２０の断面構造を概略的に示す。同図に示した構
成要素のうちで図６に示した構成要素と共通するものに
ついては、図６で用いた参照符号と同じ参照符号を付し
てその説明を要略する。
ついて説明する。図７は、第２の実施例による固体撮像
素子１２０の断面構造を概略的に示す。同図に示した構
成要素のうちで図６に示した構成要素と共通するものに
ついては、図６で用いた参照符号と同じ参照符号を付し
てその説明を要略する。
【００７３】図示の固体撮像素子１２０は、第１の平坦
化膜８０上に色フィルタアレイ１１０および第２の平坦
化膜１１５がこの順番で積層され、第２の平坦化膜１１
５上に分光素子９０が配置されている点で、第１の実施
による固体撮像素子１００と構成上異なる。他の構成は
固体撮像素子１００と同様である。ただし、第１の平坦
化膜８０の膜厚は、できるだけ薄くすることが好まし
い。
化膜８０上に色フィルタアレイ１１０および第２の平坦
化膜１１５がこの順番で積層され、第２の平坦化膜１１
５上に分光素子９０が配置されている点で、第１の実施
による固体撮像素子１００と構成上異なる。他の構成は
固体撮像素子１００と同様である。ただし、第１の平坦
化膜８０の膜厚は、できるだけ薄くすることが好まし
い。
【００７４】色フィルタアレイ１１０は、個々の光電変
換素子１０へ所望色の光以外の光が入射するのを抑制す
るためのものである。分光素子９０によって分光された
赤色光を入射させようとする光電変換素子１０の上方に
は赤色フィルタ１１０Ｒが配置され、緑色光を入射させ
ようとする光電変換素子１０の上方には緑色フィルタ１
１０Ｇが配置され、青色光を入射させようとする光電変
換素子１０の上方には青色フィルタ１１０Ｂが配置され
る。
換素子１０へ所望色の光以外の光が入射するのを抑制す
るためのものである。分光素子９０によって分光された
赤色光を入射させようとする光電変換素子１０の上方に
は赤色フィルタ１１０Ｒが配置され、緑色光を入射させ
ようとする光電変換素子１０の上方には緑色フィルタ１
１０Ｇが配置され、青色光を入射させようとする光電変
換素子１０の上方には青色フィルタ１１０Ｂが配置され
る。
【００７５】これらの色フィルタ１１０Ｒ、１１０Ｇ、
および１１０Ｂは、それぞれ、所定の光電変換素子の上
方に１つずつ配置することもできるし、光電変換素子列
単位でストライプ状に配置することもできる。
および１１０Ｂは、それぞれ、所定の光電変換素子の上
方に１つずつ配置することもできるし、光電変換素子列
単位でストライプ状に配置することもできる。
【００７６】第２の平坦化膜１１５は、第１の平坦化膜
８０と同様に、例えばフォトレジスト等の光透過性有機
材料をスピンコートすることによって形成される。第２
の平坦化膜１１５の膜厚は、分光素子９０によって分光
された赤色光、緑色光、青色光が、それぞれ所定の光電
変換素子１０の受光面にできるだけ多く入射するように
適宜選定される。
８０と同様に、例えばフォトレジスト等の光透過性有機
材料をスピンコートすることによって形成される。第２
の平坦化膜１１５の膜厚は、分光素子９０によって分光
された赤色光、緑色光、青色光が、それぞれ所定の光電
変換素子１０の受光面にできるだけ多く入射するように
適宜選定される。
【００７７】上記の構成を有する固体撮像素子１２０
は、第１の実施による固体撮像素子１００と同様の効果
を奏する。さらに、分光素子９０の他に色フィルタアレ
イ１１０を有しているので、その出力信号（画素信号）
に基づいて画質の高い再生画像を得やすい。
は、第１の実施による固体撮像素子１００と同様の効果
を奏する。さらに、分光素子９０の他に色フィルタアレ
イ１１０を有しているので、その出力信号（画素信号）
に基づいて画質の高い再生画像を得やすい。
【００７８】次に、第３の実施例による固体撮像素子に
ついて説明する。図８は、第３の実施例による固体撮像
素子１４０の断面構造を概略的に示す。同図に示した構
成要素のうちで図７に示した構成要素と共通するものに
ついては、図７で用いた参照符号と同じ参照符号を付し
てその説明を要略する。
ついて説明する。図８は、第３の実施例による固体撮像
素子１４０の断面構造を概略的に示す。同図に示した構
成要素のうちで図７に示した構成要素と共通するものに
ついては、図７で用いた参照符号と同じ参照符号を付し
てその説明を要略する。
【００７９】図示の固体撮像素子１４０は、パッシベー
ション膜７５Ａの所定領域、すなわち、光電変換素子１
０の上方に位置する領域の各々が、それぞれ１つのマイ
クロレンズ７５ａとして機能するという点で、第２の実
施による固体撮像素子１２０と構成上異なる。他の構成
は固体撮像素子１２０と同様である。
ション膜７５Ａの所定領域、すなわち、光電変換素子１
０の上方に位置する領域の各々が、それぞれ１つのマイ
クロレンズ７５ａとして機能するという点で、第２の実
施による固体撮像素子１２０と構成上異なる。他の構成
は固体撮像素子１２０と同様である。
【００８０】図示のパッシベーション膜７５Ａは、例え
ば次の方法によって形成することができる。まず、パッ
シベーション膜の材料として利用することができ、か
つ、マイクロレンズ７５ａを形成するに十分な膜厚を有
する透明材料層、例えばシリコン窒化物層を形成し、そ
の上に、所定形状のマイクロレンズアレイを形成する。
このマイクロレンズアレイは、例えば、透明樹脂（フォ
トレジストを含む。）層をフォトリソグラフィ法等によ
って所定形状に区画した後、熱処理によって各区画の透
明樹脂層を溶融させ、表面張力によって角部を丸め込ま
せた後に冷却することによって得られる。１つの区画が
１つのマイクロレンズに成形される。
ば次の方法によって形成することができる。まず、パッ
シベーション膜の材料として利用することができ、か
つ、マイクロレンズ７５ａを形成するに十分な膜厚を有
する透明材料層、例えばシリコン窒化物層を形成し、そ
の上に、所定形状のマイクロレンズアレイを形成する。
このマイクロレンズアレイは、例えば、透明樹脂（フォ
トレジストを含む。）層をフォトリソグラフィ法等によ
って所定形状に区画した後、熱処理によって各区画の透
明樹脂層を溶融させ、表面張力によって角部を丸め込ま
せた後に冷却することによって得られる。１つの区画が
１つのマイクロレンズに成形される。
【００８１】この後、マイクロレンズアレイとその下の
透明材料層とをエッチングすることにより、マイクロレ
ンズアレイの立体形状を透明材料層に転写する。所定箇
所がマイクロレンズ７５ａとして機能するパッシベーシ
ョン膜７５Ａが得られる。
透明材料層とをエッチングすることにより、マイクロレ
ンズアレイの立体形状を透明材料層に転写する。所定箇
所がマイクロレンズ７５ａとして機能するパッシベーシ
ョン膜７５Ａが得られる。
【００８２】上記の構成を有する固体撮像素子１２０
は、第２の実施による固体撮像素子１２０と同様の効果
を奏する。さらに、個々の光電変換素子１０の上方にマ
イクロレンズ７５ａが１つずつ配置されているので、各
光電変換素子１０への所定色の光の入射量を増加させる
ことができる。固体撮像素子としての感度を更に高めや
すい。
は、第２の実施による固体撮像素子１２０と同様の効果
を奏する。さらに、個々の光電変換素子１０の上方にマ
イクロレンズ７５ａが１つずつ配置されているので、各
光電変換素子１０への所定色の光の入射量を増加させる
ことができる。固体撮像素子としての感度を更に高めや
すい。
【００８３】次に、第４の実施例による固体撮像素子に
ついて説明する。図９は、第４の実施例による固体撮像
素子１６０での光電変換素子１０、第１電荷転送素子
（垂直電荷転送素子）２０、第２電荷転送素子（水平電
荷転送素子）４０、および電荷検出回路５０の平面配置
を概略的に示す。
ついて説明する。図９は、第４の実施例による固体撮像
素子１６０での光電変換素子１０、第１電荷転送素子
（垂直電荷転送素子）２０、第２電荷転送素子（水平電
荷転送素子）４０、および電荷検出回路５０の平面配置
を概略的に示す。
【００８４】この固体撮像素子１６０は、(i) 多数個の
光電変換素子１０が画素ずらし配置されている点、(ii)
個々の垂直電荷転送素子２０が蛇行形状を有する点、お
よび(iii) 後述する分光素子の分光特性を除き、前述し
た第１の実施例による固体撮像素子１００と同様の構成
を有する。
光電変換素子１０が画素ずらし配置されている点、(ii)
個々の垂直電荷転送素子２０が蛇行形状を有する点、お
よび(iii) 後述する分光素子の分光特性を除き、前述し
た第１の実施例による固体撮像素子１００と同様の構成
を有する。
【００８５】ここで、本明細書でいう「画素ずらし配
置」とは、奇数番目に当たる光電変換素子列中の各光電
変換素子に対し、偶数番目に当たる光電変換素子列中の
光電変換素子の各々が、光電変換素子列内での光電変換
素子のピッチの約１／２、列方向にずれ、奇数番目に当
たる光電変換素子行中の各光電変換素子に対し、偶数番
目に当たる光電変換素子行中の光電変換素子の各々が、
光電変換素子行内での光電変換素子のピッチの約１／
２、行方向にずれ、光電変換素子列の各々が奇数行また
は偶数行の光電変換素子のみを含むような、多数個の光
電変換素子の配置を意味する。「画素ずらし配置」は、
多数個の光電変換素子を複数行、複数列に亘って行列状
に配置する際の一形態である。
置」とは、奇数番目に当たる光電変換素子列中の各光電
変換素子に対し、偶数番目に当たる光電変換素子列中の
光電変換素子の各々が、光電変換素子列内での光電変換
素子のピッチの約１／２、列方向にずれ、奇数番目に当
たる光電変換素子行中の各光電変換素子に対し、偶数番
目に当たる光電変換素子行中の光電変換素子の各々が、
光電変換素子行内での光電変換素子のピッチの約１／
２、行方向にずれ、光電変換素子列の各々が奇数行また
は偶数行の光電変換素子のみを含むような、多数個の光
電変換素子の配置を意味する。「画素ずらし配置」は、
多数個の光電変換素子を複数行、複数列に亘って行列状
に配置する際の一形態である。
【００８６】上記の「光電変換素子列内での光電変換素
子のピッチの約１／２」とは、１／２を含む他に、製造
誤差、設計上もしくはマスク製作上起こる画素位置の丸
め誤差等の要因によって１／２から外れてはいるもの
の、得られる固体撮像素子の性能およびその画像の画質
からみて実質的に１／２と同等とみなすことができる値
をも含むものとする。上記の「光電変換素子行内での光
電変換素子のピッチの約１／２」についても同様であ
る。
子のピッチの約１／２」とは、１／２を含む他に、製造
誤差、設計上もしくはマスク製作上起こる画素位置の丸
め誤差等の要因によって１／２から外れてはいるもの
の、得られる固体撮像素子の性能およびその画像の画質
からみて実質的に１／２と同等とみなすことができる値
をも含むものとする。上記の「光電変換素子行内での光
電変換素子のピッチの約１／２」についても同様であ
る。
【００８７】図９に示した構成要素と機能上共通する構
成要素が全て図１に示されている。図１に示した構成要
素と機能上共通する構成要素には図１で用いた参照符号
と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
成要素が全て図１に示されている。図１に示した構成要
素と機能上共通する構成要素には図１で用いた参照符号
と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００８８】多数個の光電変換素子１０を画素ずらし配
置した場合には、垂直電荷転送素子２０の各々を図９に
示すような蛇行形状にすることによって、光電変換素子
１０の集積度を高めやすくなる。
置した場合には、垂直電荷転送素子２０の各々を図９に
示すような蛇行形状にすることによって、光電変換素子
１０の集積度を高めやすくなる。
【００８９】図１０は、固体撮像素子１６０を概略的に
示す上面図である。固体撮像素子１６０では、最上層と
して分光素子１９０が配置されている。分光素子１９０
は、同図に示す例では、５つの分光領域１９０Ａ〜１９
０Ｅを有する。これらの分光領域１９０Ａ〜１９０Ｅの
平面形状は、光電変換素子行方向に延在する対角線と光
電変換素子列方向に延在する対角線とを有する矩形であ
る。１つの分光領域に、互いに近接する４個の光電変換
素子１０が対応する。
示す上面図である。固体撮像素子１６０では、最上層と
して分光素子１９０が配置されている。分光素子１９０
は、同図に示す例では、５つの分光領域１９０Ａ〜１９
０Ｅを有する。これらの分光領域１９０Ａ〜１９０Ｅの
平面形状は、光電変換素子行方向に延在する対角線と光
電変換素子列方向に延在する対角線とを有する矩形であ
る。１つの分光領域に、互いに近接する４個の光電変換
素子１０が対応する。
【００９０】１つの分光領域に対応する４個の光電変換
素子１０は、補間処理で必要となる最小単位の信号（４
種類の画素信号）に対応する電荷を蓄積する。補完処理
は、固体撮像素子１６０からの出力信号（画素信号）を
用いて再生画像用の画素信号を生成する際に行われる。
素子１０は、補間処理で必要となる最小単位の信号（４
種類の画素信号）に対応する電荷を蓄積する。補完処理
は、固体撮像素子１６０からの出力信号（画素信号）を
用いて再生画像用の画素信号を生成する際に行われる。
【００９１】分光領域１９０Ｃに対応する４個の光電変
換素子を例にとって、１つの分光領域に対応する４個の
光電変換素子１０相互の位置関係を説明する。図示の例
では、１列の光電変換素子列Ｃ１において互いに隣り合
う２個の光電変換素子１０Ａ、１０Ｂと、これらの光電
変換素子１０Ａ、１０Ｂが属している２つの光電変換素
子行の間の光電変換素子行Ｒ１において互いに隣り合う
２個の光電変換素子１０Ｃ、１０Ｄとが、分光領域１９
０Ｃに対応する。光電変換素子１０Ｃは、光電変換素子
列Ｃ１の左隣の光電変換素子列に属し、光電変換素子１
０Ｄは、光電変換素子列Ｃ１の右隣の光電変換素子列に
属する。
換素子を例にとって、１つの分光領域に対応する４個の
光電変換素子１０相互の位置関係を説明する。図示の例
では、１列の光電変換素子列Ｃ１において互いに隣り合
う２個の光電変換素子１０Ａ、１０Ｂと、これらの光電
変換素子１０Ａ、１０Ｂが属している２つの光電変換素
子行の間の光電変換素子行Ｒ１において互いに隣り合う
２個の光電変換素子１０Ｃ、１０Ｄとが、分光領域１９
０Ｃに対応する。光電変換素子１０Ｃは、光電変換素子
列Ｃ１の左隣の光電変換素子列に属し、光電変換素子１
０Ｄは、光電変換素子列Ｃ１の右隣の光電変換素子列に
属する。
【００９２】図１１は、図１０に示した分光領域１９０
Ｃの分光特性を概略的に示す。同図に示すように、分光
領域１９０Ｃは、入射光Ｌ中に含まれる赤色光ＬR 、緑
色光ＬG 、および青色光ＬB を、それぞれ別個の方向に
分光する。分光領域１９０Ｃと半導体基板１との間の屈
折率が均一であると仮定すると、赤色光ＬR は半導体基
板１表面の領域Ｒr 上に分光され、緑色光ＬG は半導体
基板１表面の２つの領域Ｒg1、Ｒg2上に分光され、青色
光ＬB は半導体基板１表面の領域Ｒb 上に分光される。
Ｃの分光特性を概略的に示す。同図に示すように、分光
領域１９０Ｃは、入射光Ｌ中に含まれる赤色光ＬR 、緑
色光ＬG 、および青色光ＬB を、それぞれ別個の方向に
分光する。分光領域１９０Ｃと半導体基板１との間の屈
折率が均一であると仮定すると、赤色光ＬR は半導体基
板１表面の領域Ｒr 上に分光され、緑色光ＬG は半導体
基板１表面の２つの領域Ｒg1、Ｒg2上に分光され、青色
光ＬB は半導体基板１表面の領域Ｒb 上に分光される。
【００９３】分光領域１９０Ｃ以外の分光領域１９０
Ａ、１９０Ｂ、１９０Ｄ、１９０Ｅそれぞれの分光特性
は、上述した分光領域１９０Ｃの分光特性と同様であ
る。実際には、分光素子１９０と半導体基板１との間に
複数の層が介在する。固体撮像素子１６０は、分光領域
１９０Ｃに対応する光電変換素子１０Ａの受光面が領域
Ｒg1内に、光電変換素子１０Ｂの受光面が領域Ｒg2内
に、光電変換素子１０Ｃの受光面が領域Ｒb 内に、光電
変換素子１０Ｄの受光面が領域Ｒr 内に位置するように
構成される。また、分光領域１９０Ｃ以外の分光領域と
それに対応する４個の光電変換素子１０との位置関係
が、分光領域１９０Ｃとこれに対応する光電変換素子１
０Ａ〜１０Ｄとの位置関係と同様になるように構成され
る。
Ａ、１９０Ｂ、１９０Ｄ、１９０Ｅそれぞれの分光特性
は、上述した分光領域１９０Ｃの分光特性と同様であ
る。実際には、分光素子１９０と半導体基板１との間に
複数の層が介在する。固体撮像素子１６０は、分光領域
１９０Ｃに対応する光電変換素子１０Ａの受光面が領域
Ｒg1内に、光電変換素子１０Ｂの受光面が領域Ｒg2内
に、光電変換素子１０Ｃの受光面が領域Ｒb 内に、光電
変換素子１０Ｄの受光面が領域Ｒr 内に位置するように
構成される。また、分光領域１９０Ｃ以外の分光領域と
それに対応する４個の光電変換素子１０との位置関係
が、分光領域１９０Ｃとこれに対応する光電変換素子１
０Ａ〜１０Ｄとの位置関係と同様になるように構成され
る。
【００９４】分光素子１９０は、ホログラフィック素子
によって構成することが好ましい。ホログラフィック素
子によって構成された分光素子１９０は、図５を用いて
既に説明した方法に準じて製造することができる。ただ
し、透明材料層に緑色光を照射する際には、図１１に示
したように２つの領域に緑色光を分光することができる
分光素子が得られるように、２つのスリットを使用す
る。
によって構成することが好ましい。ホログラフィック素
子によって構成された分光素子１９０は、図５を用いて
既に説明した方法に準じて製造することができる。ただ
し、透明材料層に緑色光を照射する際には、図１１に示
したように２つの領域に緑色光を分光することができる
分光素子が得られるように、２つのスリットを使用す
る。
【００９５】上述した固体撮像素子１６０は、前述した
第１の実施例による固体撮像素子１００と同様の効果を
奏する。なお、多数個の光電変換素子を画素ずらし配置
した固体撮像素子においても、前述した第２の実施例に
よる固体撮像素子１２０と同様に、分光素子の下方に色
フィルタアレイを設けることができる。また、前述した
第３の実施例による固体撮像素子１４０と同様に、光電
変換素子の上方に位置する領域が１つのマイクロレンズ
として機能するパッシベーション膜を設けることができ
る。
第１の実施例による固体撮像素子１００と同様の効果を
奏する。なお、多数個の光電変換素子を画素ずらし配置
した固体撮像素子においても、前述した第２の実施例に
よる固体撮像素子１２０と同様に、分光素子の下方に色
フィルタアレイを設けることができる。また、前述した
第３の実施例による固体撮像素子１４０と同様に、光電
変換素子の上方に位置する領域が１つのマイクロレンズ
として機能するパッシベーション膜を設けることができ
る。
【００９６】以上、実施例によるマイクロレンズアレイ
の製造方法、固体撮像素子およびその製造方法について
説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではない。
の製造方法、固体撮像素子およびその製造方法について
説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではない。
【００９７】特に、固体撮像素子における分光素子以外
の構成は、目的とする固体撮像素子の用途や性能等に応
じて種々変更可能である。例えば、多数個の光電変換素
子を正方行列状に配置した場合、垂直電荷転送素子の構
成は、１行の光電変換素子行あたり例えば２〜３本の垂
直転送電極を備えた構成にすることができる。
の構成は、目的とする固体撮像素子の用途や性能等に応
じて種々変更可能である。例えば、多数個の光電変換素
子を正方行列状に配置した場合、垂直電荷転送素子の構
成は、１行の光電変換素子行あたり例えば２〜３本の垂
直転送電極を備えた構成にすることができる。
【００９８】図１２は、多数個の光電変換素子１０が正
方行列状に配置され、各垂直電荷転送素子２０が１行の
光電変換素子行あたり２本の垂直転送電極２５ａ、２５
ｂを備えた固体撮像素子１００Ａを概略的に示す。
方行列状に配置され、各垂直電荷転送素子２０が１行の
光電変換素子行あたり２本の垂直転送電極２５ａ、２５
ｂを備えた固体撮像素子１００Ａを概略的に示す。
【００９９】同図に示す垂直電荷転送素子２０の各々
は、配線ＷＬV1〜ＷＬV4を介して供給される４相の駆動
信号φＶ１〜φＶ４によって駆動される４相駆動型のＣ
ＣＤによって構成され、それぞれの垂直電荷転送チャネ
ル２３は、対応する光電変換素子列に沿って直線的に延
在する。
は、配線ＷＬV1〜ＷＬV4を介して供給される４相の駆動
信号φＶ１〜φＶ４によって駆動される４相駆動型のＣ
ＣＤによって構成され、それぞれの垂直電荷転送チャネ
ル２３は、対応する光電変換素子列に沿って直線的に延
在する。
【０１００】これらの垂直電荷転送チャネル２３を平面
視上横切るようにして、各光電変換素子行の上流側に第
１垂直転送電極２５ａが１本ずつ配置され、各光電変換
素子行の下流側に第２垂直転送電極２５ｂが１本ずつ配
置されている。これら第１〜第２垂直転送電極２５ａ〜
２５ｂは対応する光電変換素子行に沿って延在し、各垂
直電荷転送チャネル２３上において、第２垂直転送電極
２５ｂの一端が第１垂直転送電極２５ａの一端に平面視
上重なっている。
視上横切るようにして、各光電変換素子行の上流側に第
１垂直転送電極２５ａが１本ずつ配置され、各光電変換
素子行の下流側に第２垂直転送電極２５ｂが１本ずつ配
置されている。これら第１〜第２垂直転送電極２５ａ〜
２５ｂは対応する光電変換素子行に沿って延在し、各垂
直電荷転送チャネル２３上において、第２垂直転送電極
２５ｂの一端が第１垂直転送電極２５ａの一端に平面視
上重なっている。
【０１０１】必要に応じて、最も下流の第２垂直転送電
極２５ｂの下流側に、更に複数本の垂直転送電極、例え
ば３本の垂直転送電極が配置される。垂直転送電極の各
々は、全ての垂直電荷転送素子２０について、その一部
を構成する。
極２５ｂの下流側に、更に複数本の垂直転送電極、例え
ば３本の垂直転送電極が配置される。垂直転送電極の各
々は、全ての垂直電荷転送素子２０について、その一部
を構成する。
【０１０２】図１２においては図示を省略しているが、
固体撮像素子１００Ａにおいても、前述した固体撮像素
子１００と同様に、半導体基板１の上方に第２の電気的
絶縁層、光遮蔽膜、層間絶縁膜、パッシベーション膜、
第１の平坦化膜を順次配置し、更に、第１の平坦化膜上
に分光素子を配置することができる。また、前述した第
２の実施例による固体撮像素子１２０と同様に、分光素
子の下方に色フィルタアレイを設けることもできるし、
前述した第３の実施例による固体撮像素子１４０と同様
に、光電変換素子の上方に位置する領域が１つのマイク
ロレンズとして機能するパッシベーション膜を設けるこ
ともできる。
固体撮像素子１００Ａにおいても、前述した固体撮像素
子１００と同様に、半導体基板１の上方に第２の電気的
絶縁層、光遮蔽膜、層間絶縁膜、パッシベーション膜、
第１の平坦化膜を順次配置し、更に、第１の平坦化膜上
に分光素子を配置することができる。また、前述した第
２の実施例による固体撮像素子１２０と同様に、分光素
子の下方に色フィルタアレイを設けることもできるし、
前述した第３の実施例による固体撮像素子１４０と同様
に、光電変換素子の上方に位置する領域が１つのマイク
ロレンズとして機能するパッシベーション膜を設けるこ
ともできる。
【０１０３】図１３は、多数個の光電変換素子が画素ず
らし配置され、各垂直電荷転送素子２０が１行の光電変
換素子行あたり２本の垂直転送電極２５ａ、２５ｂを備
えた固体撮像素子１６０Ａを概略的に示す。
らし配置され、各垂直電荷転送素子２０が１行の光電変
換素子行あたり２本の垂直転送電極２５ａ、２５ｂを備
えた固体撮像素子１６０Ａを概略的に示す。
【０１０４】図１３に示した構成要素と機能上共通する
構成要素が全て図１２に示されている。図１２に示した
構成要素と機能上共通する構成要素には図１２で用いた
参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
構成要素が全て図１２に示されている。図１２に示した
構成要素と機能上共通する構成要素には図１２で用いた
参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【０１０５】多数個の光電変換素子１０を画素ずらし配
置した場合には、図示のように、垂直電荷転送チャネル
２３の各々を、対応する光電変換素子列に沿って蛇行さ
せ、第１垂直転送電極２５ａおよび第２垂直転送電極２
５ｂの各々を、対応する光電変換素子行に沿って蛇行さ
せることが好ましい。
置した場合には、図示のように、垂直電荷転送チャネル
２３の各々を、対応する光電変換素子列に沿って蛇行さ
せ、第１垂直転送電極２５ａおよび第２垂直転送電極２
５ｂの各々を、対応する光電変換素子行に沿って蛇行さ
せることが好ましい。
【０１０６】図１３においては図示を省略しているが、
固体撮像素子１６０Ａにおいても、前述した固体撮像素
子１００と同様に、半導体基板１の上方に第２の電気的
絶縁層、光遮蔽膜、層間絶縁膜、パッシベーション膜、
第１の平坦化膜を順次配置し、更に、第１の平坦化膜上
に分光素子を配置することができる。また、前述した第
２の実施例による固体撮像素子１２０と同様に、分光素
子の下方に色フィルタアレイを設けることもできるし、
前述した第３の実施例による固体撮像素子１４０と同様
に、光電変換素子の上方に位置する領域が１つのマイク
ロレンズとして機能するパッシベーション膜を設けるこ
ともできる。
固体撮像素子１６０Ａにおいても、前述した固体撮像素
子１００と同様に、半導体基板１の上方に第２の電気的
絶縁層、光遮蔽膜、層間絶縁膜、パッシベーション膜、
第１の平坦化膜を順次配置し、更に、第１の平坦化膜上
に分光素子を配置することができる。また、前述した第
２の実施例による固体撮像素子１２０と同様に、分光素
子の下方に色フィルタアレイを設けることもできるし、
前述した第３の実施例による固体撮像素子１４０と同様
に、光電変換素子の上方に位置する領域が１つのマイク
ロレンズとして機能するパッシベーション膜を設けるこ
ともできる。
【０１０７】多数個の光電変換素子を正方行列状に配置
する場合および画素ずらし配置する場合のいずれにおい
ても、垂直電荷転送素子や水平電荷転送素子を何相の駆
動信号で駆動するかは、１行の光電変換素子行に対応す
る垂直転送電極の数、または１つの垂直電荷転送素子に
対応する水平転送電極の数、あるいは、垂直電荷転送素
子または水平電荷転送素子の駆動方法等に応じて、適宜
選定可能である。水平電荷転送素子は、１つの垂直電荷
転送素子あたり２本以上の水平転送電極を配置すること
によって構成可能である。
する場合および画素ずらし配置する場合のいずれにおい
ても、垂直電荷転送素子や水平電荷転送素子を何相の駆
動信号で駆動するかは、１行の光電変換素子行に対応す
る垂直転送電極の数、または１つの垂直電荷転送素子に
対応する水平転送電極の数、あるいは、垂直電荷転送素
子または水平電荷転送素子の駆動方法等に応じて、適宜
選定可能である。水平電荷転送素子は、１つの垂直電荷
転送素子あたり２本以上の水平転送電極を配置すること
によって構成可能である。
【０１０８】図２〜図３を用いて説明した分光素子９０
や、図１０〜図１１を用いて説明した分光素子１９０
は、ＭＯＳ型の固体撮像素子に適用することもできる。
図１４（Ａ）は、エリア・イメージセンサとして利用さ
れるＭＯＳ型の固体撮像素子での光電変換素子および出
力信号生成部の配置を概略的に示す。
や、図１０〜図１１を用いて説明した分光素子１９０
は、ＭＯＳ型の固体撮像素子に適用することもできる。
図１４（Ａ）は、エリア・イメージセンサとして利用さ
れるＭＯＳ型の固体撮像素子での光電変換素子および出
力信号生成部の配置を概略的に示す。
【０１０９】図示の固体撮像素子３００では、半導体基
板２０１の一表面に複数行、複数列に亘って多数個の光
電変換素子２１０が正方行列状に配置される。１個の光
電変換素子２１０に１つずつ、図示を省略したスイッチ
ング回路が接続される。
板２０１の一表面に複数行、複数列に亘って多数個の光
電変換素子２１０が正方行列状に配置される。１個の光
電変換素子２１０に１つずつ、図示を省略したスイッチ
ング回路が接続される。
【０１１０】１つの光電変換素子列に１本ずつ、この光
電変換素子列に沿って出力信号線２３０が配置され、こ
れらの出力信号線２３０に１つずつ、負荷トランジスタ
２４０が接続される。各出力信号線２３０は、信号生成
部２５０に接続される。
電変換素子列に沿って出力信号線２３０が配置され、こ
れらの出力信号線２３０に１つずつ、負荷トランジスタ
２４０が接続される。各出力信号線２３０は、信号生成
部２５０に接続される。
【０１１１】光電変換素子２１０に光が入射すると、こ
の光電変換素子２１０に電荷が蓄積される。図示を省略
したスイッチング回路の動作を適宜制御することによ
り、光電変換素子２１０に蓄積された電荷に応じた大き
さの電気信号を、対応する出力信号線２３０に発生させ
ることができる。この電気信号は信号生成部２５０によ
って検出されると共に、所定の出力信号（画素信号）に
変換されて出力される。この出力が、固体撮像素子３０
０の出力となる。
の光電変換素子２１０に電荷が蓄積される。図示を省略
したスイッチング回路の動作を適宜制御することによ
り、光電変換素子２１０に蓄積された電荷に応じた大き
さの電気信号を、対応する出力信号線２３０に発生させ
ることができる。この電気信号は信号生成部２５０によ
って検出されると共に、所定の出力信号（画素信号）に
変換されて出力される。この出力が、固体撮像素子３０
０の出力となる。
【０１１２】個々の光電変換素子２１０に接続されたス
イッチング回路の動作を光電変換素子行単位で制御する
ために、行読出し走査部２６０と行リセット走査部２６
５とが半導体基板２０１に配置される。
イッチング回路の動作を光電変換素子行単位で制御する
ために、行読出し走査部２６０と行リセット走査部２６
５とが半導体基板２０１に配置される。
【０１１３】行読出し走査部２６０は、各スイッチング
回路の動作を制御して、光電変換素子２１０とこれに対
応する出力信号線２３０との電気的な接続を制御する。
行リセット走査部２６５は、各スイッチング回路の動作
を制御して、光電変換素子２１０に蓄積された電荷の掃
き出し動作を制御する。
回路の動作を制御して、光電変換素子２１０とこれに対
応する出力信号線２３０との電気的な接続を制御する。
行リセット走査部２６５は、各スイッチング回路の動作
を制御して、光電変換素子２１０に蓄積された電荷の掃
き出し動作を制御する。
【０１１４】これらの制御に必要な信号を伝達するため
に、行選択信号線２２４およびリセット信号線２２７
が、それぞれ、１行の光電変換素子行に１本ずつ対応し
て配置される。また、１行の光電変換素子行もしくは１
列の光電変換素子列に１本ずつ対応して、電源電圧供給
線２２５が配置される。各スイッチング回路は、これら
の信号線および供給線にも電気的に接続可能である。
に、行選択信号線２２４およびリセット信号線２２７
が、それぞれ、１行の光電変換素子行に１本ずつ対応し
て配置される。また、１行の光電変換素子行もしくは１
列の光電変換素子列に１本ずつ対応して、電源電圧供給
線２２５が配置される。各スイッチング回路は、これら
の信号線および供給線にも電気的に接続可能である。
【０１１５】制御部２７０が半導体基板２０１上に配置
されて、信号生成部２５０、行読出し走査部２６０、お
よび行リセット走査部２６５の動作を制御する。図１４
（Ｂ）は、スイッチング回路の一例を示す。同図に示す
スイッチング回路２２０は、出力用トランジスタ２２
１、行選択用トランジスタ２２２、およびリセット用ト
ランジスタ２２３を含む。これらのトランジスタは、例
えばＭＯＳ型トランジスタである。
されて、信号生成部２５０、行読出し走査部２６０、お
よび行リセット走査部２６５の動作を制御する。図１４
（Ｂ）は、スイッチング回路の一例を示す。同図に示す
スイッチング回路２２０は、出力用トランジスタ２２
１、行選択用トランジスタ２２２、およびリセット用ト
ランジスタ２２３を含む。これらのトランジスタは、例
えばＭＯＳ型トランジスタである。
【０１１６】出力用トランジスタ２２１と行選択用トラ
ンジスタ２２２とが直列に接続され、出力用トランジス
タ２２２のゲートに光電変換素子２１０が、行選択用ト
ランジスタ２２２のゲートに行選択信号線２２４が接続
される。出力用トランジスタの残りの一端が電源電圧供
給線２２５に接続され、行選択用トランジスタ２２２の
残りの一端が出力信号線２３０に接続される。
ンジスタ２２２とが直列に接続され、出力用トランジス
タ２２２のゲートに光電変換素子２１０が、行選択用ト
ランジスタ２２２のゲートに行選択信号線２２４が接続
される。出力用トランジスタの残りの一端が電源電圧供
給線２２５に接続され、行選択用トランジスタ２２２の
残りの一端が出力信号線２３０に接続される。
【０１１７】リセット用トランジスタ２２３は、出力用
トランジスタ２２２と光電変換素子２１０とを接続する
配線２２６に接続されると共に、電源電圧供給線２２５
にも接続され、そのゲートにはリセット信号線２２７が
接続される。
トランジスタ２２２と光電変換素子２１０とを接続する
配線２２６に接続されると共に、電源電圧供給線２２５
にも接続され、そのゲートにはリセット信号線２２７が
接続される。
【０１１８】各スイッチング回路２２０、各出力信号線
２３０、各負荷トランジスタ２４０、信号生成部２５
０、行読出し走査部２６０、および行リセット走査部２
６５は、出力信号生成部を構成する。
２３０、各負荷トランジスタ２４０、信号生成部２５
０、行読出し走査部２６０、および行リセット走査部２
６５は、出力信号生成部を構成する。
【０１１９】行読出し走査部２６０から行選択信号線２
２４に読出し信号が供給されると、この行選択信号線２
２４に接続されている行選択用トランジスタ２２２がオ
ンになる。出力用トランジスタ２２１と、これに対応す
る出力信号線２３０とが電気的に接続される。
２４に読出し信号が供給されると、この行選択信号線２
２４に接続されている行選択用トランジスタ２２２がオ
ンになる。出力用トランジスタ２２１と、これに対応す
る出力信号線２３０とが電気的に接続される。
【０１２０】出力用トランジスタ２２１のゲートに印加
される電圧の値は、この出力用トランジスタ２２１に接
続されている光電変換素子１０に蓄積された電荷に応じ
て変化する。したがって、出力用トランジスタ２２１に
流れるドレイン電流の大きさも、光電変換素子２１０に
蓄積された電荷に応じて変化する。結果的に、行選択用
トランジスタ２２２がオンになると、光電変換素子２１
０に蓄積された電荷に応じた電気信号が出力用信号線２
３０に発生する。
される電圧の値は、この出力用トランジスタ２２１に接
続されている光電変換素子１０に蓄積された電荷に応じ
て変化する。したがって、出力用トランジスタ２２１に
流れるドレイン電流の大きさも、光電変換素子２１０に
蓄積された電荷に応じて変化する。結果的に、行選択用
トランジスタ２２２がオンになると、光電変換素子２１
０に蓄積された電荷に応じた電気信号が出力用信号線２
３０に発生する。
【０１２１】行リセット走査部２６５からリセット信号
線２２７にリセット信号が供給されると、このリセット
信号線２２７に接続されているリセット用トランジスタ
２２３がオンになる。このリセット用トランジスタ２２
３に対応する光電変換素子２１０が電源電圧供給線２２
５に接続され、光電変換素子２１０に蓄積されていた電
荷が電源電圧供給線２２５に排出される。
線２２７にリセット信号が供給されると、このリセット
信号線２２７に接続されているリセット用トランジスタ
２２３がオンになる。このリセット用トランジスタ２２
３に対応する光電変換素子２１０が電源電圧供給線２２
５に接続され、光電変換素子２１０に蓄積されていた電
荷が電源電圧供給線２２５に排出される。
【０１２２】ＭＯＳ型の固体撮像素子３００において
も、前述した固体撮像素子１００と同様に、半導体基板
２０１の上方に第２の電気的絶縁層、光遮蔽膜、層間絶
縁膜、パッシベーション膜、第１の平坦化膜を順次配置
し、更に、第１の平坦化膜上に分光素子を配置すること
ができる。また、前述した第２の実施例による固体撮像
素子１２０と同様に、分光素子の下方に色フィルタアレ
イを設けることもできるし、前述した第３の実施例によ
る固体撮像素子１４０と同様に、光電変換素子の上方に
位置する領域が１つのマイクロレンズとして機能するパ
ッシベーション膜を設けることもできる。
も、前述した固体撮像素子１００と同様に、半導体基板
２０１の上方に第２の電気的絶縁層、光遮蔽膜、層間絶
縁膜、パッシベーション膜、第１の平坦化膜を順次配置
し、更に、第１の平坦化膜上に分光素子を配置すること
ができる。また、前述した第２の実施例による固体撮像
素子１２０と同様に、分光素子の下方に色フィルタアレ
イを設けることもできるし、前述した第３の実施例によ
る固体撮像素子１４０と同様に、光電変換素子の上方に
位置する領域が１つのマイクロレンズとして機能するパ
ッシベーション膜を設けることもできる。
【０１２３】分光素子における分光領域の数およびその
配置は、半導体基板に形成されている光電変換素子の数
およびそれらの配置形態、垂直電荷転送素子の駆動方
法、固体撮像素子を用いた撮像装置での信号処理方法等
に応じて適宜選定可能である。
配置は、半導体基板に形成されている光電変換素子の数
およびそれらの配置形態、垂直電荷転送素子の駆動方
法、固体撮像素子を用いた撮像装置での信号処理方法等
に応じて適宜選定可能である。
【０１２４】個々の分光領域の平面視上の面積は、２個
の光電変換素子の平面視上の面積の和よりも広くするこ
とが好ましい。ただし、個々の光電変換素子上に分光さ
れる光が、この光電変換素子からあまりにも遠い箇所に
おいて分光素子に入射した光であると、固体撮像素子か
らの出力信号（画素信号）に基づいて再生される画像の
画質が低下する。
の光電変換素子の平面視上の面積の和よりも広くするこ
とが好ましい。ただし、個々の光電変換素子上に分光さ
れる光が、この光電変換素子からあまりにも遠い箇所に
おいて分光素子に入射した光であると、固体撮像素子か
らの出力信号（画素信号）に基づいて再生される画像の
画質が低下する。
【０１２５】分光素子における個々の分光領域は、その
分光領域に対応している個々の光電変換素子上へ分光さ
れる光が、この光電変換素子から概ね２行、３列以内に
ある光電変換素子の上方において分光素子に入射した光
となるように形成することが好ましい。
分光領域に対応している個々の光電変換素子上へ分光さ
れる光が、この光電変換素子から概ね２行、３列以内に
ある光電変換素子の上方において分光素子に入射した光
となるように形成することが好ましい。
【０１２６】回折格子パターンを有する回折光学素子に
よって分光素子を構成する場合、個々の分光領域に形成
する回折格子パターンの形状は、目的とする分光特性に
応じて適宜選定可能である。
よって分光素子を構成する場合、個々の分光領域に形成
する回折格子パターンの形状は、目的とする分光特性に
応じて適宜選定可能である。
【０１２７】また、分光素子の製造方法も、目的とする
分光特性や生産性等を勘案して、適宜選定可能である。
固体撮像素子は、分光素子と、分光素子を除いた各構成
部材とが互いに分離された構造にすることもできる。こ
の場合には、分光素子を他の構成部材と一体化させる場
合に分光素子の下地層として利用する層を省略すること
が可能である。ただし、分光素子を所定の位置に保持す
るための部材が別途必要になる。
分光特性や生産性等を勘案して、適宜選定可能である。
固体撮像素子は、分光素子と、分光素子を除いた各構成
部材とが互いに分離された構造にすることもできる。こ
の場合には、分光素子を他の構成部材と一体化させる場
合に分光素子の下地層として利用する層を省略すること
が可能である。ただし、分光素子を所定の位置に保持す
るための部材が別途必要になる。
【０１２８】また、固体撮像素子の構造を、分光素子が
所定の下地層上に貼り合わされた貼合わせ構造にするこ
とも可能である。固体撮像素子の構造を、分光素子と、
分光素子を除いた各構成部材とが互いに分離された構
造、または、上記の貼合わせ構造にした場合には、分光
素子の材料の選択の自由度が高くなる。
所定の下地層上に貼り合わされた貼合わせ構造にするこ
とも可能である。固体撮像素子の構造を、分光素子と、
分光素子を除いた各構成部材とが互いに分離された構
造、または、上記の貼合わせ構造にした場合には、分光
素子の材料の選択の自由度が高くなる。
【０１２９】その他、種々の変更、改良、組み合わせ等
が可能であることは、当業者に自明であろう。
が可能であることは、当業者に自明であろう。
【０１３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
個々の光電変換素子への入射光量を増大させることが可
能な固体撮像素子が提供される。感度の高い固体撮像素
子を提供することが可能になる。
個々の光電変換素子への入射光量を増大させることが可
能な固体撮像素子が提供される。感度の高い固体撮像素
子を提供することが可能になる。
【図１】第１の実施例による固体撮像素子での光電変換
素子、第１電荷転送素子（垂直電荷転送素子）、第２電
荷転送素子（水平電荷転送素子）、および電荷検出回路
の平面配置を示す概略図である。
素子、第１電荷転送素子（垂直電荷転送素子）、第２電
荷転送素子（水平電荷転送素子）、および電荷検出回路
の平面配置を示す概略図である。
【図２】図１に示した固体撮像素子を概略的に示す上面
図である。
図である。
【図３】図２に示した分光領域の分光特性を概略的に示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図４】図４（Ａ）は、回折格子パターンを有する回折
光学素子によって構成された分光素子の一部を概略的に
示す斜視図であり、図４（Ｂ）は、他の回折格子パター
ンを有する回折光学素子によって構成された分光素子の
一部を概略的に示す断面図である。
光学素子によって構成された分光素子の一部を概略的に
示す斜視図であり、図４（Ｂ）は、他の回折格子パター
ンを有する回折光学素子によって構成された分光素子の
一部を概略的に示す断面図である。
【図５】図５（Ａ）、図５（Ｂ）、および図５（Ｃ）
は、それぞれ、ホログラフィック素子によって構成され
た分光素子の製造工程を示す側面図である。
は、それぞれ、ホログラフィック素子によって構成され
た分光素子の製造工程を示す側面図である。
【図６】図２に示すVI−VI線に沿った固体撮像素子の断
面構造を示す概略図である。
面構造を示す概略図である。
【図７】第２の実施例による固体撮像素子の断面構造を
示す概略図である。
示す概略図である。
【図８】第３の実施例による固体撮像素子の断面構造を
示す概略図である。
示す概略図である。
【図９】第４の実施例による固体撮像素子での光電変換
素子、第１電荷転送素子（垂直電荷転送素子）、第２電
荷転送素子（水平電荷転送素子）、および電荷検出回路
の平面配置を示す概略図である。
素子、第１電荷転送素子（垂直電荷転送素子）、第２電
荷転送素子（水平電荷転送素子）、および電荷検出回路
の平面配置を示す概略図である。
【図１０】図９に示した固体撮像素子を概略的に示す上
面図である。
面図である。
【図１１】図１０に示した分光領域の分光特性を概略的
に示す斜視図である。
に示す斜視図である。
【図１２】多数個の光電変換素子が正方行列状に配置さ
れ、各垂直電荷転送素子が１行の光電変換素子行あたり
２本の垂直転送電極を備えた固体撮像素子を示す概略図
である。
れ、各垂直電荷転送素子が１行の光電変換素子行あたり
２本の垂直転送電極を備えた固体撮像素子を示す概略図
である。
【図１３】多数個の光電変換素子が画素ずらし配置さ
れ、各垂直電荷転送素子が１行の光電変換素子行あたり
２本の垂直転送電極を備えた固体撮像素子を示す概略図
である。
れ、各垂直電荷転送素子が１行の光電変換素子行あたり
２本の垂直転送電極を備えた固体撮像素子を示す概略図
である。
【図１４】図１４（Ａ）は、エリア・イメージセンサと
して利用されるＭＯＳ型固体撮像素子での光電変換素子
および出力信号生成部の配置を示す概略図であり、図１
４（Ｂ）は、図１４（Ａ）に示した光電変換素子に接続
されるスイッチング回路の一例を示す回路図である。
して利用されるＭＯＳ型固体撮像素子での光電変換素子
および出力信号生成部の配置を示す概略図であり、図１
４（Ｂ）は、図１４（Ａ）に示した光電変換素子に接続
されるスイッチング回路の一例を示す回路図である。
１、２０１…半導体基板、 １０、２１０…光電変換素
子、 ２０…第１電荷転送素子（垂直電荷転送素子）、
２３…垂直電荷転送チャネル、 ２５…垂直転送電
極、２５ａ…第１垂直転送電極、 ２５ｂ…第２垂直転
送電極、 ３０…読出しゲート、 ４０…第２電荷転送
素子（水平電荷転送素子）、 ５０…電荷検出回路、
６０…第２の電気的絶縁層、 ６５…光遮蔽膜、 ７０
…層間絶縁膜、 ７５…パッシベーション膜、 ８０…
第１の平坦化膜、 ９０…分光素子、 ９０Ａ〜９０
Ｃ、１９０Ａ〜１９０Ｅ…分光領域、 １００、１２
０、１４０、１６０、３００…固体撮像素子。
子、 ２０…第１電荷転送素子（垂直電荷転送素子）、
２３…垂直電荷転送チャネル、 ２５…垂直転送電
極、２５ａ…第１垂直転送電極、 ２５ｂ…第２垂直転
送電極、 ３０…読出しゲート、 ４０…第２電荷転送
素子（水平電荷転送素子）、 ５０…電荷検出回路、
６０…第２の電気的絶縁層、 ６５…光遮蔽膜、 ７０
…層間絶縁膜、 ７５…パッシベーション膜、 ８０…
第１の平坦化膜、 ９０…分光素子、 ９０Ａ〜９０
Ｃ、１９０Ａ〜１９０Ｅ…分光領域、 １００、１２
０、１４０、１６０、３００…固体撮像素子。
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｌ 31/0232 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ａ
Ｈ０４Ｎ 5/335 31/02 Ｄ
(72)発明者 宇家 眞司
宮城県黒川郡大和町松坂平１丁目６番地
富士フイルムマイクロデバイス株式会社内
Ｆターム(参考） 2H049 AA04 AA14 AA26 AA34 AA55
AA62 AA64 AA66 CA05 CA09
CA15 CA17
4M118 AA01 AB01 BA10 BA14 CA04
CA20 CA34 CA40 CB14 DA03
DA28 DB06 DB08 FA01 FA06
FA26 FA35 GB11 GC08 GC20
GD04
5C024 AX01 CX41 CY31 DX01 EX43
EX52 GX02 GY01 GY31
5F088 BB03 EA04 JA11 JA20 LA03
Claims (10)
- 【請求項１】 半導体基板と、 前記半導体基板の一表面に複数行、複数列に亘って行列
状に配置された多数個の光電変換素子と、 前記光電変換素子の各々に蓄積された電荷に基づいて出
力信号を生成することができる出力信号生成部と、 前記半導体基板の上方に配置されて前記多数個の光電変
換素子を平面視上覆う分光素子であって、各々が複数個
の光電変換素子に対応する複数の分光領域を有し、前記
分光領域の各々が、入射光中に含まれるカラー撮像に必
要な複数色の光をそれぞれ別個の方向に分光して、該分
光された光の各々を該分光領域が対応する前記複数個の
光電変換素子中の異なる光電変換素子に入射させること
ができる分光素子とを有する固体撮像素子。 - 【請求項２】 前記多数個の光電変換素子が正方行列状
に配置され、 前記複数の分光素子領域が、１つの分光領域に３列の光
電変換素子が対応するように対置されると共に、該複数
の分光領域の各々が、入射光中に含まれる第１色光を前
記対応する３列の光電変換素子列の１つに、第２色光を
前記対応する３列の光電変換素子列の他の１つに、第３
色光を前記対応する３列の光電変換素子列の残りの１つ
に入射させることができる請求項１に記載の固体撮像素
子。 - 【請求項３】 前記多数個の光電変換素子が画素ずらし
配置され、 前記複数の分光領域が、１つの分光領域に４個の光電変
換素子が対応するように配置されると共に、該複数の分
光領域の各々が、入射光中に含まれる第１色光を前記対
応する４個の光電変換素子の１個に、第２色光を前記対
応する４個の光電変換素子の他の１個に、第３色光を前
記対応する４個の光電変換素子列の残りの２個に入射さ
せることができる請求項１に記載の固体撮像素子。 - 【請求項４】 前記第１色光が赤色光であり、前記第２
色光が青色光であり、前記第３色光が緑色光である請求
項２または請求項３に記載の固体撮像素子。 - 【請求項５】 前記分光素子と前記多数個の光電変換素
子との間に色フィルタアレイが介在する請求項１〜請求
項４のいずれか１項に記載の固体撮像素子。 - 【請求項６】 前記分光素子と前記多数個の光電変換素
子との間にマイクロレンズアレイが介在する請求項１〜
請求項５のいずれか１項に記載の固体撮像素子。 - 【請求項７】 前記分光素子が回折光学素子である請求
項１〜請求項６のいずれか１項に記載の固体撮像素子。 - 【請求項８】 前記分光素子がホログラフィック素子で
ある請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の固体撮
像素子。 - 【請求項９】 ＣＣＤ型の固体撮像素子である請求項１
〜請求項８のいずれか１項に記載の固体撮像素子。 - 【請求項１０】 ＭＯＳ型の固体撮像素子である請求項
１〜請求項８のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP2002045011A JP3742775B2 (ja) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | 固体撮像素子 |
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| EP03003101A EP1339237A3 (en) | 2002-02-21 | 2003-02-12 | Solid state image pickup device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002045011A JP3742775B2 (ja) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | 固体撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP3742775B2 JP3742775B2 (ja) | 2006-02-08 |
Family
ID=27655317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002045011A Expired - Fee Related JP3742775B2 (ja) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | 固体撮像素子 |
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|---|---|
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| EP (1) | EP1339237A3 (ja) |
| JP (1) | JP3742775B2 (ja) |
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| JP2007013188A (ja) * | 2005-06-30 | 2007-01-18 | Csem Centre Suisse D'electronique & De Microtechnique Sa | カラー・イメージ・センサ |
| JP2012075179A (ja) * | 2005-07-21 | 2012-04-12 | Sony Corp | 物理情報取得方法および物理情報取得装置 |
| US8384818B2 (en) | 2008-06-18 | 2013-02-26 | Panasonic Corporation | Solid-state imaging device including arrays of optical elements and photosensitive cells |
| JPWO2021070305A1 (ja) * | 2019-10-09 | 2021-04-15 | ||
| WO2021100294A1 (ja) * | 2019-11-18 | 2021-05-27 | 株式会社ジャパンディスプレイ | 検出装置及び表示装置 |
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| WO2022168907A1 (ja) * | 2021-02-05 | 2022-08-11 | ブリルニクスジャパン株式会社 | 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、および電子機器 |
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|---|---|---|---|---|
| EP1533651A4 (en) * | 2003-03-28 | 2007-03-07 | Seiko Epson Corp | SPACE LIGHT MODULATOR, PROJECTOR USING SAME, METHOD FOR MANUFACTURING FINE STRUCTURE ELEMENT USED IN THE MODULATOR, AND FINE STRUCTURE ELEMENT MADE THEREBY |
| JP2005286115A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Fuji Film Microdevices Co Ltd | 光電変換膜積層型固体撮像装置及びその駆動方法並びにデジタルカメラ |
| JP4838501B2 (ja) * | 2004-06-15 | 2011-12-14 | 富士通セミコンダクター株式会社 | 撮像装置及びその製造方法 |
| JP4667143B2 (ja) * | 2005-07-07 | 2011-04-06 | 富士フイルム株式会社 | 固体撮像素子 |
| DE102006009593B4 (de) * | 2005-10-01 | 2008-12-18 | Vistec Semiconductor Systems Gmbh | Vorrichtung zur Aufnahme von mehreren Bildern von scheibenförmigen Objekten |
| JP2007220832A (ja) * | 2006-02-15 | 2007-08-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体撮像装置及びカメラ |
| KR20100047862A (ko) * | 2007-08-06 | 2010-05-10 | 파나소닉 주식회사 | 촬상용 광 검출 장치 |
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| WO2010016195A1 (ja) * | 2008-08-05 | 2010-02-11 | パナソニック株式会社 | 撮像用光検出装置 |
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