JP2004273952A - Ｃｃｄ型カラー固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＣＤ型カラー固体撮像装置で高感度化と高画質化の両立を図る。
【解決手段】半導体基板表面に二次元アレー状に配列された複数の受光部から夫々入射光量に応じた蓄積電荷を電荷蓄積層から垂直転送路に読み出し転送して出力するＣＣＤ型カラー固体撮像装置において、３原色のうちの１色の入射光を阻止する補色フィルタ４１（４３）を受光部に積層すると共に、該受光部の深さ方向に分離した少なくとも２つの第１，第２の前記電荷蓄積層３２，３３（３４，３５）を設け、前記３原色のうちの残りの２色のうちの１色の入射光量に応じた電荷を前記第１の電荷蓄積層３２（３４）に蓄積させて垂直転送路２２に読み出し、前記２色のうちの残り１色の入射光量に応じた電荷を第２の電荷蓄積層３３（３５）に蓄積させて垂直転送路２２に第１の電荷蓄積層３２（３４）からの蓄積電荷の読み出しと区別して読み出す構成とする。
【選択図】 図１３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ型カラー固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ（電荷結合素子）型やＣＭＯＳ型等の半導体固体撮像装置では、例えば下記の特許文献１に記載されている様に、二次元アレー状に配列された多数のフォトダイオード上に異なる分光透過率を有するカラーフィルタを積層することにより、カラー画像を撮像することが可能になっている。
【０００３】
カラーフィルタとしては、レッド（Ｒ），グリーン（Ｇ），ブルー（Ｂ）の原色系カラーフィルタと、Ｒ，Ｇ，Ｂの夫々の補色関係にある光を透過する補色系カラーフィルタの２種類がある。
【０００４】
原色系カラーフィルタにおいては、例えばＢフィルタは主として４７０ｎｍ以下の短波長の光のみが透過するので、Ｂフィルタを積層した受光部のフォトダイオードは、Ｂの入射光に対して光感度を有するが、このＢフィルタは、それ以外の波長成分（Ｇ及びＲ）を遮光してしまうため、Ｂフィルタに入射したＧとＲの波長成分は光電変換されず、ＧとＲの入射光は無駄になってしまい、有効に利用されないという問題がある。
【０００５】
これに対し、各原色成分Ｒ，Ｇ，Ｂに対し補色の関係にある波長域の光を透過する分光フィルタである補色系カラーフィルタの場合は、Ｂの補色の関係にある色成分ＧとＲを透過するイエローフィルタ（Ｙｅ）と、Ｇの補色の関係にある色成分ＢとＲを透過するマゼンタフィルタ（Ｍｇ）と、Ｒの補色の関係にある色成分ＢとＧを透過するシアンフィルタ（Ｃｙ）で構成され、入射光のうち無駄になる光が原色系カラーフィルタを用いる場合より少なくなる。即ち、補色系フィルタを用いる固体撮像装置は、入射光の波長を広い範囲で利用できるため、感度が高くなるという特徴がある。このため、フラッシュなどの補助光源を利用しにくいビデオムービーカメラ（動画の撮像）では、補色系フィルタを用いた固体撮像装置が多く採用される。
【０００６】
しかし、その一方で、補色系カラーフィルタを用いた固体撮像装置では、Ｙｅフィルタが積層された画素から得られる信号がＧ＋Ｒの信号となり、Ｃｙフィルタが積層された画素から得られる信号がＧ＋Ｂとなり、Ｍｇフィルタが積層された画素から得られる信号がＲ＋Ｂの信号のため、固体撮像装置から信号Ｇ＋Ｒ，Ｇ＋Ｂ，Ｒ＋Ｂを読み出し後に、外部回路で色信号分離演算処理を行い、Ｒ，Ｇ，Ｂの各信号成分を取り出す必要がある。
【０００７】
即ち、補色系フィルタを用いる固体撮像装置では、色信号分離演算処理が必要となるため、直接、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分の信号を得ることができる原色系カラーフィルタを用いた固体撮像装置に比べ、色再現性やノイズの点で画質劣化が起きるという問題がある。従って、画質を重視するスチルカメラ（静止画の撮像）においては、原色系カラーフィルタを用いた固体撮像装置が多く採用されている。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許３９７１０６５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
近年のデジタルスチルカメラやビデオムービーカメラ等に搭載される固体撮像装置は、高画素化が一層進展し、固体撮像装置の一画素に占める受光部面積は逆に小さくなって来ており、これまでと同じ感度で画像を撮像することが困難になりつつある。このため、色信号分離演算処理を行わずに色再現性や低ノイズ性を達成すると同時に、感度も高くすることができるカラー固体撮像装置の開発が望まれている。
【００１０】
本発明の目的は、高感度化と高画質化の両方を図ることができるＣＣＤ型カラー固体撮像装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のＣＣＤ型カラー固体撮像装置は、半導体基板表面に二次元アレー状に配列された複数の受光部から夫々入射光量に応じた蓄積電荷を電荷蓄積層から垂直転送路に読み出し転送して出力するＣＣＤ型カラー固体撮像装置において、前記複数のうちの全部または一部の前記受光部の上部に積層され３原色のうちの１色の入射光を阻止し残り２色の入射光を透過する補色フィルタと、該補色フィルタが積層された前記受光部の深さ方向に分離して形成された少なくとも２つの第１，第２の前記電荷蓄積層であって、前記補色フィルタを透過した前記２色のうちの１色の入射光量に応じた蓄積電荷を前記垂直転送路に読み出す第１の電荷蓄積層と、前記補色フィルタを透過した前記２色のうちの残り１色の入射光量に応じた蓄積電荷を前記第１の電荷蓄積層の蓄積電荷と区別して前記垂直転送路に読み出す第２の電荷蓄積層とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
この構成により、補色フィルタを用いることで入射光成分を有効に利用できるため感度が向上し、且つ原色の色信号が直接得られるために色信号分離演算処理が不要となり、しかも、カラーフィルタを使用することで、各色信号の分光感度スペクトルにおけるオーバーラップが低減して忠実な色再現が更に可能となり、高画質化も達成可能となる。
【００１３】
本発明のＣＣＤ型カラー固体撮像装置は、ブルー（Ｂ）の光を阻止するイエローフィルタが積層された前記受光部とレッド（Ｒ）の光を阻止するシアンフィルタが積層された前記受光部とグリーン（Ｇ）の光を阻止するマゼンタフィルタが積層された前記受光部の３種類の受光部が前記半導体基板の表面に配列されたことを特徴とする。
【００１４】
この構成により、各受光部では、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色の内の２色の信号成分を直接得ることができ、残りの１色の信号成分は周りの受光部の信号成分を補間演算することで得ることができる。
【００１５】
本発明のＣＣＤ型カラー固体撮像装置は、イエローフィルタが積層された前記受光部とシアンフィルタが積層された前記受光部の２種類の受光部が前記半導体基板の表面に配列されたことを特徴とする。
【００１６】
この構成によっても、各受光部では、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色の内の２色の信号成分を直接得ることができ、残りの１色の信号成分は周りの受光部の信号成分を補間演算することで得ることができる。また、全ての受光部からグリーン（Ｇ）の信号成分が得られるため、このグリーン信号を輝度信号として画像処理することで、解像度の高い画像を得ることができる。
【００１７】
本発明のＣＣＤ型カラー固体撮像装置は、マゼンタフィルタが積層された前記受光部とグリーン（Ｇ）の光を透過するグリーンフィルタが積層された前記受光部の２種類の受光部が前記半導体基板の表面に配列されたことを特徴とする。
【００１８】
この構成によっても、各受光部位置においてＲ，Ｇ，Ｂの３原色の信号成分が得られる。しかも、マゼンダフィルタを透過するレッド（Ｒ）とブルー（Ｂ）の波長成分は離れているため、夫々の色信号を蓄積する電荷蓄積層を半導体基板の深さ方向に分離して形成するのが容易になると共に、レッドとブルーの分光感度およびグリーンフィルタを透過して得られるグリーンの分光感度のスペクトルにおけるオーバーラップを更に少なくでき、このため、更に忠実な色再現を図ることが可能となる。
【００１９】
本発明のＣＣＤ型カラー固体撮像装置は、マゼンタフィルタが積層された前記受光部とカラーフィルタの代わりに透明平坦化膜が積層された前記受光部の２種類の受光部が前記半導体基板の表面に配列されたことを特徴とする。
【００２０】
この構成により、カラーフィルタの代わりに透明平坦化膜が積層された受光部から輝度信号が得られ、撮像画像の一層の高感度化を図ることが可能となる。
【００２１】
本発明のＣＣＤ型カラー固体撮像装置は、グリーンフィルタが積層された前記受光部とイエローフィルタが積層された前記受光部とマゼンタフィルタが積層された前記受光部とシアンフィルタが積層された前記受光部とが前記半導体基板の表面に配列されたことを特徴とする。
【００２２】
この構成により、色差線順次に各受光部から信号電荷を読み出すことができ、信号処理の高速化などを図ることが可能となる。
【００２３】
本発明のＣＣＤ型カラー固体撮像装置は、前記電荷蓄積層のうち前記半導体基板の内部に設けられる電荷蓄積層には該半導体基板の表面まで該電荷蓄積層の蓄積電荷を移動させる高濃度不純物領域でなる電荷通路が設けられることを特徴とする。
【００２４】
この構成により、半導体基板の深い場所に設けた電荷蓄積層からの信号電荷の読み出しが容易となる。
【００２５】
本発明のＣＣＤ型カラー固体撮像装置は、高濃度不純物領域として形成される前記電荷蓄積層及び該電荷蓄積層に連続する前記電荷通路の不純物濃度が前記垂直転送路に近づくほど高濃度になるように濃度勾配が設けられたことを特徴とする。
【００２６】
この構成により、電荷蓄積層に蓄積された信号電荷の読み出しが更に容易となり、また、信号電荷の読み出し残りを防止することができる。
【００２７】
本発明のＣＣＤ型カラー固体撮像装置は、前記第１，第２の電荷蓄積層の夫々の深さが、前記補色フィルタを透過した前記２色のうちの夫々の色の波長に対応して設定されることを特徴とする。
【００２８】
この構成により、各電荷蓄積層の分光特性を設定通りにすることが可能となる。
【００２９】
本発明のＣＣＤ型カラー固体撮像装置は、ブルー（Ｂ）の入射光量に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積層の深さが０．２〜０．４μｍであり、グリーン（Ｇ）の入射光量に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積層の深さが０．４〜０．８μｍであり、レッド（Ｒ）の入射光量に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積層の深さが０．８〜２．５μｍであることを特徴とする。この構成により、各電荷蓄積層の深さが、Ｒ，Ｇ，Ｂの入射光量に応じた電荷を蓄積するのに最適化される。
【００３０】
本発明のＣＣＤ型カラー固体撮像装置は、前記の各受光部の上部に夫々オンチップ集光光学系が設けられ、前記の各受光部に夫々遮光膜の１つの開口が対応することを特徴とする。この構成により、更に入射光のロスが少なくなり、入射光の利用効率が更に向上する。
【００３１】
本発明のＣＣＤ型カラー固体撮像装置は、前記受光部が前記半導体基板の表面上に正方格子状に配列され、或いは、前記受光部が前記半導体基板の表面上にハニカム状に配列されることを特徴とする。本発明はいずれ画素配列に対しても適用可能である。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
【００３３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る単板式のＣＣＤ型カラー固体撮像装置の表面模式図である。このＣＣＤ型カラー固体撮像装置は、半導体基板１０の表面側に、詳細は後述する断面構造を持つ多数の受光部１がアレー状に形成されている。図示の例では、各受光部１が夫々菱形で表される。
【００３４】
本実施形態における画素配列は、特開平１０―１３６３９１号公報に記載されている画素配列、即ち、各受光部１が垂直方向，水平方向に夫々１／２ピッチづつずらしたいわゆるハニカム画素配列となっている。そして、隣接する受光部１間には垂直転送路（ＶＣＣＤ）２が形成され、各受光部１から垂直転送路２に読み出された信号電荷が、図面上、蛇行しながら下方向の水平転送路（ＨＣＣＤ）３まで転送される。
【００３５】
各受光部１には、表面に、補色系フィルタであるイエローフィルタ（Ｙｅ），シアンフィルタ（Ｃｙ），マゼンタフィルタ（Ｍｇ）のいずれかが積層されている。Ｙｅフィルタは、グリーン（Ｇ）とレッド（Ｒ）の波長成分の光を透過し、Ｃｙフィルタは、ブルー（Ｂ）とグリーン（Ｇ）の波長成分の光を透過し、Ｍｇフィルタは、レッド（Ｒ）とブルー（Ｂ）の波長成分の光を透過する。
【００３６】
本実施形態に係る各受光部１は、詳細は後述する断面構造を持つことにより、Ｙｅフィルタを透過したＧ＋Ｒの透過光からＧの光量に応じた信号電荷とＲの光量に応じた信号電荷とを同時に蓄積し且つ別々に垂直転送路２に読み出し、Ｃｙフィルタを透過したＢ＋Ｇの透過光からＢの光量に応じた信号電荷とＧの光量に応じた信号電荷とを同時に蓄積し且つ別々に垂直転送路２に読み出し、Ｍｇフィルタを透過したＲ＋Ｂの透過光からＲの光量に応じた信号電荷とＢの光量に応じた信号電荷とを同時に蓄積し且つ別々に垂直転送路２に読み出すことができる。
【００３７】
例えば、図２（ａ）に示す様に、１回目の読み出しにより、Ｙｅフィルタを持つ受光部１からＧ信号を、Ｃｙフィルタを持つ受光部１からＢ信号を、Ｍｇフィルタを持つ受光部１からＲ信号を読み出し、図２（ｂ）に示す様に、２回目の読み出しにより、Ｙｅフィルタを持つ受光部１からＲ信号を、Ｃｙフィルタを持つ受光部１からＧ信号を、Ｍｇフィルタを持つ受光部１からＢ信号を読み出す。
【００３８】
即ち、受光部からの信号電荷読出，ＶＣＣＤ転送，ＨＣＣＤ転送を受光領域全体にわたって２回行うことにより、１つの受光部から２つの原色信号成分が得られることになる。各受光部において不足する１色の信号については、周辺の画素信号の平均値として求める。即ち、図３に示す様に、例えば○印の位置における色再現には、１回目に読み出されたＢ信号と２回目に読み出されたＧ信号を用い、不足するＲ信号については、例えば周辺３画素分×２の計６つのＲ信号の平均値を用いる。このようにして得られた○印位置のＲ，Ｇ，Ｂ信号により○印位置の色再現を行う。
【００３９】
図４（ａ）は、図２のａ―ａ線断面図であり、図４（ｂ）は、図２のｂ―ｂ線断面図であり、図４（ｃ）は、図２のｃ―ｃ線断面図である。尚、これらの断面図において、補色フィルタ及びその上部に設けるマイクロレンズは図示を省略している。
【００４０】
本実施形態に係るＣＣＤ型カラー固体撮像装置は、シリコン基板の持つ光学的性質を利用してＲ，Ｇ，Ｂの色信号成分を分離するものである。即ち、シリコン基板の光吸収係数が長波長光（Ｒ）から短波長光（Ｂ）に至る可視域において異なるため、光吸収係数の大きい波長域の光はシリコン基板の浅い領域で吸収されシリコン基板の深部には到達しにくいが、逆に、光吸収係数の小さい波長域の光はシリコン基板の深い領域まで達するので、シリコン基板の深部においても光電変換が可能になるという性質を利用している。
【００４１】
シリコン基板の光学的性質に関し、ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＤＥＶＩＣＥＳ， ＶＯＬ．ＥＤ−１５，ＮＯ．１，ＪＡＮＵＡＲＹ １９６８ の”Ａ Ｐｌａｎａｒ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｏｒ ｗｉｔｈ ａｎ Ｏｐｔｉｍａｌ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ”ＰＡＵＬ Ａ．ＧＡＲＹ ａｎｄ ＪＯＨＮ Ｇ．ＬＩＮＶＩＬＬに、フォトダイオードの光電変換特性が入射光の波長およびシリコン基板の深さ方向の位置に依存することが開示されている。また、この原理を用いたＣＭＯＳ型イメージセンサとして、米国特許第５９６５８７５号公報記載のものがある。
【００４２】
図４（ａ）において、シアンフィルタ（Ｃｙ）が積層されブルー（Ｂ）とグリーン（Ｇ）の信号電荷を蓄積する受光部は、ｎ型半導体基板１０に形成される。この半導体基板１０の表面側にはＰウェル層１１が形成され、Ｐウェル層１１内に、２つのＮ^＋層１２，１３が深さ方向に分離して形成される。
【００４３】
主に短波長光（例えばＢ）の入射光成分によって発生した信号電荷は、半導体基板１０の厚さ方向に対して最も浅い位置に設けられたＮ^＋層１２に蓄積される。この信号電荷蓄積部を形成するＮ^＋層１２（不純物（リンまたは砒素（Ｐ又はＡｓ））濃度は約５×１０^１６〜^１７／ｃｍ^３、深さ０．２〜０．４μｍ：尚、この深さは、不純物濃度にも依存する。以下同様）が読み出しゲート電極６ａ下まで延在することで、主に短波長光によって発生した電荷のみが、ゲート部を通って垂直転送路２に読み出される。
【００４４】
Ｎ^＋層１２より若干深いところに設けられたＮ^＋層（ｎ２）１３は、端部において半導体基板１０の表面まで立ち上がるＮ^＋領域（電荷通路）１３ａを有し、この電荷通路１３ａが、転送電極の一部からなる読み出しゲート電極７ａの下まで延在される。このＮ^＋層１３には、中間的な波長光（例えばＧ）によって発生した信号電荷が蓄積される。この信号電荷蓄積部を形成するＮ^＋層１３（不純物濃度は約５×１０^１６〜^１７／ｃｍ^３、深さ０．４〜０．８μｍ）が読み出しゲート電極７ａ下まで延在することで、主に中間的な波長光（Ｇ）によって発生した電荷がゲート部を通って垂直転送路２に読み出される。
【００４５】
図４（ｂ）において、イエローフィルタ（Ｙｅ）が積層されグリーン（Ｇ）とレッド（Ｒ）の信号電荷を蓄積する受光部は、Ｐウェル層１１内に、２つのＮ^＋層１３’１４が深さ方向に分離して形成される。
【００４６】
Ｎ^＋層（ｎ２’）１３’は、端部において転送電極の一部からなる読み出しゲート電極７ａの下まで延在される。このＮ^＋層１３’には、中間的な波長光（例えばＧ）によって発生した信号電荷が蓄積される。この信号電荷蓄積部を形成するＮ^＋層１３’（不純物濃度は約５×１０^１６〜^１７／ｃｍ^３、深さ０．２〜０．８μｍ）が読み出しゲート電極７ａ下まで延在することで、主に中間的な波長光（Ｇ）によって発生した電荷がゲート部を通って垂直転送路２に読み出される。
【００４７】
尚、Ｎ^＋層１３’の代わりに、図４（ａ）に示すＮ^＋層１３の構造とすることでもよい。しかし、本実施形態の様に、電荷蓄積層１３’を、表面から深さ０．８μｍ程度までＮ^＋層としても、表面側にイエローフィルタ（Ｙｅ）が積層され入射光のうちＢの光はこのイエローフィルタで遮断されるため、電荷蓄積層１３’にＢの信号電荷が蓄積することはない。
【００４８】
深部に形成されたＮ^＋層（ｎ３）１４は、端部において半導体基板１０の表面まで立ち上がるＮ^＋領域（電荷通路）１４ａを有し、このＮ^＋領域１４ａが、転送電極の一部からなる読み出しゲート電極６ａ下まで延在される。このＮ^＋層１４には、長波長光（例えばＲ）によって発生した信号電荷が蓄積される。この信号電荷蓄積部を形成するＮ^＋層１４（不純物濃度は約５×１０^１６〜^１７／ｃｍ^３、深さ０．８μｍ〜２．５μｍ）が読み出しゲート電極６ａ下まで延在することで、主に長波長光（Ｒ）によって発生した電荷がゲート部を通って垂直転送路２に読み出される。
【００４９】
図４（ｃ）において、マゼンタフィルタ（Ｍｇ）が積層されブルー（Ｂ）とレッド（Ｒ）の信号電荷を蓄積する受光部は、Ｐウェル層１１内に、２つのＮ^＋層１２，１４が深さ方向に分離して形成される。
【００５０】
主に短波長光（例えばＢ）の入射光成分によって発生した信号電荷は、表面のＮ^＋層１２に蓄積され、ゲート部を通って垂直転送路２に読み出される。深部に形成されたＮ^＋層（ｎ３）１４には、長波長光（例えばＲ）によって発生した信号電荷が蓄積され、ゲート部を通って垂直転送路２に読み出される。
【００５１】
深さの異なる３種類の蓄積部１２，１３（１３’），１４が設けられた半導体基板１０の表面の一部には、浅いＰ^＋層１５が設けられており、更に最表面にはＳｉＯ_２膜１６が設けられている。Ｐ^＋層１５の不純物（ボロン）濃度は約１×１０^１８／ｃｍ^３、深さ約０．１〜０．２μｍ程度であり、受光部１の表面における酸化膜―半導体界面の欠陥準位の低減に寄与している。従って、半導体基板１０の深さ方向の最も浅い位置にある蓄積部１２は、Ｐ^＋Ｎ^＋Ｐ構造となっている。
【００５２】
このように、本実施形態に係るＣＣＤ型カラー固体撮像装置は、全体として、Ｐ^＋（Ｎ^＋Ｐ）（Ｎ^＋Ｐ）構造を持ち、深さの異なる２種類の蓄積部（Ｎ^＋層）が、基板深さ方向に電位障壁となるＰ領域を挟んで離間して形成されている。尚、Ｎ^＋層間のＰ領域のボロン濃度は、１×１０^１４〜^１６／ｃｍ^３に設定される。
【００５３】
好適には、Ｎ^＋層でなる蓄積部及び電荷通路の不純物濃度は、蓄積部の中心付近の光入射領域よりも読み出しゲート部に向かって濃度が高くなるように濃度勾配を持たせるのがよい。これにより、信号電荷の読み出しが容易になり、電荷の読み出し残りを防止できるからである。
【００５４】
尚、本実施形態では、いずれの受光部１においても基板深さ方向に２段の蓄積部を形成し、信号電荷蓄積対象外の波長光に対応するＮ^＋層は設けていない。しかし、各受光部１には補色フィルタが積層されているので、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色のうちの１色の信号は補色フィルタに阻止されてシリコン基板に到達しない。従って、各Ｎ^＋層を形成するマスクパターンの共通化を図って各受光部１に夫々３層構造のＮ^＋層１２，１３，１４を設けても、到達しない波長光（色）に対応するＮ^＋層に信号電荷が蓄積されることはない。しかし、各受光部を３層構造にする場合には、電荷読み出しを行わない蓄積部（Ｎ^＋層）については、蓄積部に不要な電荷が残留することが考えられるため、次の撮像を行う前に、予め基板に正電圧パルスを印加して、不要電荷の掃き出しを行うのがよい。
【００５５】
図５は、図１に示す受光部１の４画素分と受光部１間の垂直転送路２のパターンを示す平面図である。各受光部１は、菱形の素子分離帯４によって画成されており、菱形の４辺のうち、右側２辺に素子分離帯４が途切れたゲート部４ａ，４ｂが設けられている。各蓄積部１２，１３，１４の蓄積電荷のうち１回目に読み出される信号電荷（図２（ａ）参照）がゲート部４ａを通して垂直転送路２に読み出され、２回目に読み出される信号電荷（図２（ｂ）参照）がゲート部４ｂから垂直転送路２に読み出される。
【００５６】
図６は、図５に転送電極を重ねた図であり、図７は、図６の丸印ＶＩＩ内の詳細図である。２層ポリシリコン構造でなる転送電極は垂直転送路２を覆うように設けられ、１つの受光部１に対して４本の転送電極５，６，７，８が対応付けられている。これにより、いわゆる全画素読み出し（プログレッシブ動作）可能なＣＣＤとなっている。
【００５７】
図８（ａ）（ｂ）（ｃ）は、夫々、補色フィルタＣｙ，Ｙｅ，Ｍｇを透過した光信号が、その波長によってシリコン基板の深さ方向の進入距離が異なることを説明する概念図である。即ち、最も波長の短いＢ光は、シリコン基板の最も浅い領域で吸収されて光電荷を発生させ、最初の蓄積部ｎ１に蓄積される。中間の波長からなるＧ光はＢ光よりも深い位置まで到達するので、発生する電荷の多くが中間の深さにある蓄積部ｎ２（ｎ２’）に蓄積される。同様に、最も波長の長いＲ光によって発生する電荷は、シリコン基板の最も深部にある蓄積領域ｎ３に蓄積される。
【００５８】
信号電荷の蓄積部ｎ１とｎ２の間や、ｎ２（ｎ２’）とｎ３との間には電位障壁となるＰ領域があるため、このＰ領域において発生した信号電荷（電子）は、ポテンシャルプロファイルに沿って、隣接する電荷蓄積部（ｎ１，ｎ２（ｎ２’），ｎ３）のいずれかに振り分けられる。
【００５９】
図９（ａ）はシアンフィルタ（Ｃｙ）が積層された受光部で得られるＢ信号とＧ信号の分光感度スペクトルを示す図であり、図９（ｂ）はイエローフィルタ（Ｙｅ）が積層された受光部で得られるＧ信号とＲ信号の分光感度スペクトルを示す図であり、図９（ｃ）はマゼンタフィルタ（Ｍｇ）が積層された受光部で得られるＢ信号とＲ信号の分光感度スペクトルを示す図である。
【００６０】
本実施形態の受光部の構成によれば、各信号成分Ｂ，Ｇ，Ｒの分光感度スペクトルのオーバーラップが少なくなるため、これらの受光部から得られた信号成分を画像処理することで、更に忠実な色再現が実現でき、高画質化を図ることが可能となる。
【００６１】
また、本実施形態に係るＣＣＤ型カラー固体撮像装置では、補色系フィルタを用いることで、入射光の利用効率を上げて高感度化を図ることができ、しかも、各受光部において色信号を区別し原色信号を直接読み出すことができるため色信号分離演算処理が不要となる。
【００６２】
尚、本実施形態では、各受光部１をいわゆるハニカム配列とした固体撮像装置について説明したが、各受光部１を正方格子配列にした固体撮像装置にも適用できる。
【００６３】
（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態に係る単板式のＣＣＤ型カラー固体撮像装置の表面模式図である。尚、以下の実施形態において、特に説明が無い場合、Ｎ^＋層等の不純物濃度や蓄積層の深さについては第１実施形態と同様である。
【００６４】
図１０において、受光部２１は長方形で表され、多数の受光部２１がアレー状に配列されている。本実施形態では、受光部２１は正方格子状に配列されている。水平方向に隣接する受光部２１間には垂直転送路２２が形成され、受光部２１から垂直転送路２２に読み出された信号電荷は、下方の水平転送路２３まで転送される。
【００６５】
本実施形態に係る受光部２１には、垂直方向，水平方向共に交互に補色系フィルタのＹｅフィルタとＣｙフィルタが積層される。
【００６６】
Ｙｅフィルタが積層された受光部２１にはグリーン（Ｇ）の信号電荷とレッド（Ｒ）の信号電荷とが区別して蓄積され、これらのＧ信号とＲ信号とは別々に垂直転送路２３に読み出される。また、Ｃｙフィルタが積層された受光部２１にはグリーン（Ｇ）の信号電荷とブルー（Ｂ）の信号電荷とが区別して蓄積され、これらのＧ信号とＢ信号とは別々に垂直転送路２３に読み出される。
【００６７】
この様に、本実施形態では、全ての受光部２１からＧ信号が得られ、また、Ｒ信号とＢ信号については、垂直方向，水平方向に並ぶ各受光部２１で交互に得られる。即ち、各受光部において、Ｒ，Ｂのうちのどちらか１色の信号が不足することになるが、不足した１色の信号については、周辺の画素信号の平均値として求める。
【００６８】
即ち、図１１に示す様に、例えば○印の位置における色再現には、１回目に読み出されたＧ信号と２回目に読み出されたＲ信号を用い、不足するＢ信号については、隣接する周辺４画素分のＢ信号の平均値を用いる。
【００６９】
図１２は、本実施形態に係る受光部２１の２画素分及び水平方向に隣接する受光部間の垂直転送路を示す平面図である。各受光部は、「Ｃ」の字状の素子分離帯２４によって囲まれており、素子分離帯２４が存在しないゲート部２４ａから信号電荷が垂直転送路２２に読み出される構造になっている。
【００７０】
図１３は、本実施形態に係るカラー固体撮像装置の転送電極を示す図である。本実施形態では、転送電極２５，２６，２７は３層ポリシリコン構造となっており、全画素読み出し可能なインターラインＣＣＤを構成する。ここで、第２ポリシリコン電極２６または第３ポリシリコン電極２７の夫々が読み出しゲート電極を形成し、各読み出しゲート電極に読み出し電圧が印加されたとき、対応する信号電荷蓄積部から信号電荷が垂直転送路２２に読み出される。
【００７１】
図１４（ａ）は図１３のａ―ａ線断面図すなわちＣｙフィルタが積層された受光部の断面図であり、図１４（ｂ）は図１３のｂ―ｂ線断面図すなわちＹｅフィルタが積層された受光部の断面図である。
【００７２】
図１４（ａ）において、本実施形態に係るカラー固体撮像装置のｎ型の半導体基板３０の表面側にはＰウェル層３１が形成され、このＰウェル層３１内に、２段構造のＮ^＋層でなる信号電荷の蓄積層３２，３３が深さ方向に相互に分離して形成される。
【００７３】
表面部の蓄積層（ｎ１）３２は、転送電極の一部からなる上記読み出しゲート電極２６ａ下まで延在し、主に短波長光（例えばＢ）の入射光成分によって発生した信号電荷が、半導体基板３０の厚さ方向に対して最も浅い位置に設けられた蓄積層３２に蓄積される。この構造においては、蓄積層３２に蓄えられた電荷、即ち、主に短波長光によって発生した電荷のみが垂直転送路２２に読み出される。
【００７４】
２番目の蓄積層（ｎ２）３３は、端部において半導体基板３０の表面まで立ち上がるＮ^＋領域（電荷通路）３３ａを有し、このＮ^＋領域３３ａが、転送電極の一部からなる読み出しゲート電極２７ａ下まで延在される。この蓄積層３３には、中間的な波長光（例えばＧ）によって発生した信号電荷が蓄積される。この構造において、蓄積層３３に蓄えられた電荷、即ち、主に中間的な波長光（Ｇ）によって発生した電荷が垂直転送路２２に読み出される。
【００７５】
斯かる構成の蓄積層３２，３３が形成された受光部の上部には、この受光部の受光面に開口を持つ遮光膜４０が設けられ、その上に、Ｃｙフィルタ４１とマイクロレンズ４２とが積層され、マイクロレンズ４２によって集光され、Ｃｙフィルタ４１によって赤色（Ｒ）の波長の光が阻止された入射光が、遮光膜４０の開口４０ａを通って受光部に入射される。
【００７６】
尚、半導体基板３０の最表面に、Ｐ^＋層１５とＳｉＯ_２膜１６を設けるのは、第１実施形態と同様である。
【００７７】
図１４（ｂ）において、ｎ型の半導体基板３０の表面側に形成されたＰウェル層３１内に、２段構造のＮ^＋層でなる信号電荷の蓄積層３４，３５が深さ方向に相互に分離して形成される。
【００７８】
表面部の蓄積層（ｎ２’）３４は、図１４（ａ）の蓄積層３３と同程度の深さまで形成されると共に、その端部は転送電極２６の一部からなる上記読み出しゲート電極２６ａ下まで延在し、主に中間波長光（例えばＧ）の入射光成分によって発生した信号電荷が蓄積される。この構造においては、蓄積層３４に蓄えられた電荷、即ち、主に中間波長光によって発生した電荷のみが垂直転送路２２に読み出される。
【００７９】
Ｐウェル層３１の深部に形成された蓄積層（ｎ３）３５は、端部において半導体基板３０の表面まで立ち上がるＮ^＋領域（電荷通路）３５ａを有し、このＮ^＋領域３５ａが、転送電極２７の一部からなる読み出しゲート電極２７ａ下まで延在される。この蓄積層３５には、主に長波長光（例えばＲ）によって発生した信号電荷が蓄積される。この構造において、蓄積層３５に蓄えられた電荷のみが垂直転送路２２に読み出される。
【００８０】
斯かる構成の蓄積層３４，３５が形成された受光部の上部にも遮光膜４０の開口４０ｂが設けられ、更にその上には、Ｙｅフィルタ４３とマイクロレンズ４４とが積層される。マイクロレンズ４４によって集光され、Ｙｅフィルタ４３によって青色（Ｂ）の波長の光が阻止された入射光が、遮光膜４０の開口４０ｂを通って受光部に入射される。尚、半導体基板３０の最表面には、同様に、Ｐ^＋層１５とＳｉＯ_２膜１６が設けられる。
【００８１】
本実施形態に係る蓄積層３４は、基板表面近傍まで分布しているが、短波長のＢに対応する光はＹｅフィルタによって阻止されるので、Ｂの入射光に対しては感度を持っていない。従って、蓄積層３４の浅い方向の分布については特に制約はなく、図１４（ａ）における蓄積層３３と同じ構造（蓄積層を半導体基板表面近傍まで分布させない構造）としてもよい。
【００８２】
図１５（ａ）（ｂ）は、夫々、本実施形態に係る固体撮像装置においてＣｙフィルタ４１，Ｙｅフィルタ４３を透過した光信号が、その波長によってシリコン基板の深さ方向の進入距離が異なることを説明する概念図である。
【００８３】
レッド（Ｒ）の光を阻止するＣｙフィルタ４１が積層された受光部では、図１５（ａ）に示されるように、最も波長の短いブルー（Ｂ）の光はシリコン基板の最も浅い領域で吸収され、Ｂの光量に応じた電荷を発生して最初の蓄積層ｎ１に蓄積される。中間の波長からなるグリーン（Ｇ）の光は、ブルー（Ｂ）の光よりも深い位置まで到達するので、発生する電荷の多くが蓄積層ｎ２に蓄積される。
【００８４】
ブルー（Ｂ）の光を阻止するＹｅフィルタ４３が積層された受光部では、図１５（ｂ）に示されるように、中間の波長からなるグリーン（Ｇ）の光は、蓄積層ｎ２’に蓄積され、同様に、最も波長の長いＲ光によって発生する電荷は、シリコン基板の最も深部にある蓄積層ｎ３に蓄積される。
【００８５】
この様に、本実施形態に係るＣＣＤ型カラー固体撮像装置でも、補色系フィルタのうちＣｙフィルタとＹｅフィルタを用いることで、入射光の利用効率を上げて高感度化を図ることができ、しかも、各受光部において原色信号を区別して読み出すことができるため色信号分離演算処理が不要となり、このため忠実な色再現や高画質化を図ることが可能となる。また、全ての受光部からグリーンの信号を得ることができるため、このグリーン信号を輝度情報として使用し解像度の高い画像を得ることが可能となる。
【００８６】
尚、本実施形態では、各受光部２１を正方格子配列とした固体撮像装置について説明したが、各受光部２１をいわゆるハニカム配列にした固体撮像装置にも容易に適用可能である。
【００８７】
（第３実施形態）
図１６は、本発明の第３実施形態に係る単板式のＣＣＤ型カラー固体撮像装置の表面模式図である。図示において、受光部５１は長方形で表され、多数の受光部５１がアレー状に配列されている。本実施形態では、受光部５１は正方格子状に配列されている。水平方向に隣接する受光部５１間には垂直転送路５２が形成され、受光部５１から垂直転送路５２に読み出された信号電荷は、下方の水平転送路５３まで転送される。
【００８８】
本実施形態に係る受光部５１には、垂直方向，水平方向共に、交互に、原色系カラーフィルタの１つであるグリーン（Ｇ）と補色系カラーフィルタの１つであるマゼンタ（Ｍｇ）の２色のカラーフィルタが積層されている。本実施形態では、各カラーフィルタ（Ｇ，Ｍｇ）によって阻止されなかった入射光成分が原色系の信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）成分として独立に読み出される構成となっている。
【００８９】
即ち、Ｍｇフィルタが積層された受光部５１からは、Ｂ信号とＲ信号とが得られる。従って、受光部から、電荷読出、ＶＣＣＤ転送、ＨＣＣＤ転送を２回行うことにより、Ｇフィルタを持つ受光部５１から１色（Ｇ）の原色信号成分が得られ、Ｍｇフィルタを持つ受光部からは２色（Ｒ，Ｂ）の原色信号成分が得られることになる。
【００９０】
Ｇフィルタを積層した受光部５１からは、３原色のうちの１色（Ｇ）の成分しか得られないため、図１７に示す様に、この受光部位置については、２回の読み出しで読み出されたＧ信号（１回目をＧ１、２回目をＧ２と図示する。）を加算して用いる。残りのＲ色については、周りのＲ信号を平均して、更に、残りのＢ色については、周りのＢ信号を平均して用いる。
【００９１】
Ｍｇフィルタを積層した受光部からは、３原色のうちの２色（Ｒ，Ｂ）が得られるため、残りのＧ信号については、周りの４つのＧ１信号と４つのＧ２信号を用いて求める。
【００９２】
図１８は、本実施形態に係る受光部５１の２画素分及び水平方向に隣接する受光部間の垂直転送路を示す平面図である。各受光部は、「Ｃ」の字状の素子分離帯５４によって囲まれており、素子分離帯５４が存在しないゲート部５４ａから信号電荷が垂直転送路５２に読み出される構造になっている。
【００９３】
図１９は、本実施形態に係るカラー固体撮像装置の転送電極を示す図である。本実施形態では、転送電極５５，５６，５７は３層ポリシリコン構造となっており、全画素読み出し可能なインターラインＣＣＤを構成する。ここで、第２ポリシリコン電極５６または第３ポリシリコン電極５７の夫々が読み出しゲート電極を形成し、各読み出しゲート電極に読み出し電圧が印加されたとき、対応する信号電荷蓄積部から信号電荷が垂直転送路５２に読み出される。
【００９４】
図２０（ａ）は図１９のａ―ａ線断面図すなわちＭｇフィルタが積層された受光部の断面図であり、図２０（ｂ）は図１９のｂ―ｂ線断面図すなわちＧフィルタが積層された受光部の断面図である。
【００９５】
図２０（ａ）において、本実施形態に係るカラー固体撮像装置のｎ型半導体基板６０の表面側にはＰウェル層６１が形成され、このＰウェル層６１内に、２段構造のＮ^＋層でなる信号電荷の蓄積層６２，６３が深さ方向に相互に分離して形成される。
【００９６】
表面部の蓄積層（ｎ１）６２は、転送電極の一部からなる読み出しゲート電極５６ａ下まで延在し、主に短波長光（例えばＢ）の入射光成分によって発生した信号電荷が、半導体基板６０の厚さ方向に対して最も浅い位置に設けられた蓄積層６２に蓄積される。この構造においては、蓄積層６２に蓄えられた電荷、即ち、主に短波長光によって発生した電荷のみが垂直転送路５２に読み出される。
【００９７】
２番目の蓄積層（ｎ３）６３は深部に形成され、端部において半導体基板６０の表面まで立ち上がるＮ^＋領域（電荷通路）６３ａを有し、このＮ^＋領域６３ａが、転送電極の一部からなる読み出しゲート電極５７ａ下まで延在される。この蓄積層６３には、長波長光（例えばＲ）によって発生した信号電荷が蓄積される。この構造において、蓄積層６３に蓄えられた電荷、即ち、主に長波長光（Ｒ）によって発生した電荷が垂直転送路５２に読み出される。
【００９８】
斯かる構成の蓄積層６２，６３が形成された受光部の上部には、この受光部の受光面に開口を持つ遮光膜６６が設けられ、その上に、Ｍｇフィルタ６７とマイクロレンズ６８とが積層され、マイクロレンズ６８によって集光され、Ｍｇフィルタ６７によって緑色（Ｇ）の波長の光が阻止された入射光が、遮光膜６６の開口６６ａを通って受光部に入射される。
【００９９】
本実施形態では、短波長Ｂと長波長Ｒの波長の離れた各入射光成分によって発生した信号電荷を夫々蓄積層６２，６３に蓄積する構成のため、蓄積層６２と蓄積層６３とを半導体基板の深さ方向に離れた位置に形成でき、蓄積層６２，６３の分離形成が容易である。
【０１００】
尚、半導体基板６０の最表面に、Ｐ^＋層１５とＳｉＯ_２膜１６を設けるのは、第１実施形態，第２実施形態と同様である。
【０１０１】
図２０（ｂ）において、ｎ型半導体基板６０の表面側に形成されたＰウェル層６１内の表面部に、１段構造のＮ^＋層でなる信号電荷の蓄積層（ｎ２）６４が形成される。この蓄積層６４の深さは、図２０（ａ）の蓄積層６２，６３の中間的な深さとなっている。
【０１０２】
この蓄積層６４は、その端部において転送電極５６，５７の一部からなる上記読み出しゲート電極５６ａ，５７ａの下まで延在し、主に中間波長光（例えばＧ）の入射光成分によって発生した信号電荷が蓄積される。この構造においては、蓄積層６４に蓄えられた電荷、即ち、主に中間波長光によって発生した電荷のみが２回に分けて垂直転送路５２に読み出される。
【０１０３】
斯かる構成の蓄積層６４が形成された受光部の上部にも遮光膜６６の開口６６ｂが設けられ、更にその上に、Ｇフィルタ６５とマイクロレンズ６９とが積層される。マイクロレンズ６９によって集光され、Ｇフィルタ４１によって赤色（Ｒ）とブルー（Ｂ）の波長の光が阻止された入射光は、遮光膜６６の開口６６ｂを通って受光部に入射される。
【０１０４】
本実施形態に係るカラー固体撮像装置は、第１，第２実施形態と異なり、基板深さ方向に、一段または２段の蓄積層を有している。各蓄積層の深さは、浅いほうからｎ１（６２），ｎ２（６４），ｎ３（６３）となっており、浅い方から、Ｂ，Ｇ，Ｒ光の信号電荷を蓄積する様に各蓄積層の深さが設定されている。
【０１０５】
尚、蓄積層（ｎ２）６４については、蓄積層が基板表面近くまで分布しているが、Ｇフィルタが積層されているため蓄積層６４にはＢ信号は到達せず、このため、Ｂについて感度を有することはない。従って、特に混色等の問題は生じない。
【０１０６】
また、第１，第２の実施形態と同じく、各蓄積層の電荷を独立に垂直転送路に読み出すことが可能である。即ち、各蓄積層のＮ^＋領域の一端がそれぞれ異なる読み出しゲート部近傍まで延在し、読み出しパルス（Φｖ）の印加によって、蓄積層にある電荷が垂直転送路に読み出し可能な構造となっている。
【０１０７】
本実施形態では、Ｇ信号については同一の蓄積層６４から２回に分けて読み出す構成になっているが、最初の読み出しにおいて全ての蓄積電荷を蓄積層６４から読み出してもよい。
【０１０８】
図２１（ａ）（ｂ）は、夫々、本実施形態に係る固体撮像装置において、Ｍｇフィルタ６７，Ｇフィルタ６５を透過した光信号が、その波長によってシリコン基板の深さ方向の進入距離が異なることを説明する概念図である。
【０１０９】
即ち、最も波長の短いＢ光は、シリコン基板の最も浅い領域で吸収されて電荷を発生し、最初の蓄積層ｎ１に蓄積される。中間の波長からなるＧ光はＢ光よりも深い位置まで到達するので、発生する電荷の多くが蓄積層ｎ２に蓄積される。同様に、最も波長の長いＲ光によって発生する電荷は、シリコン基板の最も深部にある蓄積層ｎ３に蓄積される。
【０１１０】
図２２は、本実施形態に係るマゼンタフィルタを積層した受光部から得られるＢ信号及びＲ信号の分光感度スペクトルにグリーンフィルタを積層したＧ信号の分光感度スペクトルを重ねあわせた図である。
【０１１１】
補色系フィルタ及びグリーンフィルタを用いる固体撮像装置では、グリーンフィルタは、通常は、多種類のカラーフィルを使用したくないという製造上の理由により、シアンフィルタとイエローフィルタの２層のカラーフィルタを重ねることで実現しており、そのグリーンの信号スペクトルは理想的にはならない。
【０１１２】
しかし、本実施形態で使用する補色系フィルタはマゼンタだけであるため、グリーンフィルタを実現するためにシアンフィルタ及びイエローフィルタを重ねる必要はなく、原色系のグリーンフィルタ１層だけを設けることができる。また、マゼンタフィルタは、波長の離れたＢ信号とＲ信号とを透過するため、本実施形態で得られるＲ，Ｇ，Ｂ信号の分光感度スペクトルは、図２２に示されるように、オーバーラップが少なく色分離の優れた理想的な分光感度スペクトルに近くなる。このため、本実施形態に係る固体撮像装置から得られる色信号を画像処理することで、第１，２実施形態に比較して更に忠実な色再現が実現される。
【０１１３】
以上述べた様に、本実施形態によっても、補色系フィルタのうちＭｇフィルタを用いることで、入射光の利用効率を上げて高感度化を図ることができ、しかも、各受光部において色信号を区別して原色信号を直接読み出すことができるため、色信号分離演算処理が不要となり、忠実な色再現や高画質化を図ることが可能となる。
【０１１４】
尚、本実施形態でも、各受光部２１を正方格子配列とした固体撮像装置について説明したが、各受光部２１をいわゆるハニカム配列にした固体撮像装置にも適用可能である。
【０１１５】
（第４実施形態）
図２３は、本発明の第４実施形態に係る単板式のＣＣＤ型カラー固体撮像装置の表面模式図である。このＣＣＤ型カラー固体撮像装置は、半導体基板８０の表面側に、多数の受光部７１がアレー状に形成されている。図示の例では、各受光部７１が夫々菱形で表される。
【０１１６】
本実施形態における画素配列は第１実施形態と同じであり、各受光部７１が垂直方向，水平方向に夫々１／２ピッチづつずらしたいわゆるハニカム画素配列となっている。そして、隣接する受光部７１間には垂直転送路７２が形成され、各受光部７１から垂直転送路７２に読み出された信号電荷が、蛇行しながら下方向の水平転送路７３まで転送される。
【０１１７】
本実施形態では、偶数列の受光部７１にＭｇフィルタが積層され、奇数列の受光部７１にはカラーフィルタを積層せず、単に透明平坦化膜（以下、この透明平坦化膜を「ホワイト（Ｗ）フィルタ」ともいう。）を積層している。Ｍｇフィルタが積層された受光部７１では、Ｍｇフィルタによって阻止されなかった入射光成分Ｒ，ＢによるＲ信号電荷とＢ信号電荷とが区別して蓄積され独立に読み出され、Ｗフィルタが積層された受光部７１は、全ての可視光に対して感度を有する。
【０１１８】
即ち、Ｍｇフィルタを持つ受光部からはＲ信号とＢ信号とが得られ、Ｗフィルタを持つ受光部からは、Ｒ，Ｇ，Ｂの全ての信号成分が加算された信号が読み出される。尚、Ｗフィルタを持つ受光部から読み出されたＷ信号は、２回に分けて読み出されたＷ１信号，Ｗ２信号を加算して使用する。
【０１１９】
従って、各受光部から電荷読出、ＶＣＣＤ転送、ＨＣＣＤ転送を２回行うことにより、図２４に示すように、Ｍｇフィルタを積層した受光部からは、２色の原色信号成分Ｒ，Ｂが得られ、Ｗフィルタを積層した受光部からは、Ｒ，Ｇ，Ｂを混合した（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）信号が得られる。
【０１２０】
即ち、Ｍｇフィルタを持つ受光部位置の色情報としては、直接得られる上記の２色の原色信号Ｒ，Ｂと、周辺４個または８個のＷ信号の平均値（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）からＲ信号量とＢ信号量とを減算することでＧ信号を求める。
【０１２１】
Ｗフィルタを持つ受光部位置の色情報としては、周辺４個のＲ信号の平均値からＲ信号を求め、周辺４個のＢ信号の平均値からＢ信号を求め、直接得られるＷ信号量からＲ信号量とＢ信号量とを減算することで、Ｇ信号を求める。
【０１２２】
図２５は、図２３に示す受光部７１の４画素分と受光部７１間の垂直転送路７２のパターンを示す平面図である。各受光部７１は、菱形の素子分離帯７４によって画成されており、菱形の４辺のうち、右側２辺に素子分離帯４が途切れたゲート部７４ａ，７４ｂが設けられている。Ｍｇフィルタを持つ受光部７１からＢ信号を読み出すときはゲート部７４ａから読み出され、Ｒ信号を読み出すときはゲート部７４ｂから読み出される。Ｗフィルタを持つ受光部７１からは、ゲート部７４ａを介して１回目のＷ信号が読み出され、ゲート部７４ｂを介して２回目のＷ信号が読み出される。尚、１回のＷ信号読み出しによってその受光部７１のＷ信号全てを読み出す構成とすることでもよい。
【０１２３】
尚、垂直転送路７２上に設けられる転送電極構造は、第１実施形態と同じであり、２層ポリシリコンでなる。
【０１２４】
図２６（ａ）は図２５のａ―ａ線断面図すなわちＷフィルタを持つ受光部の断面図である。ｎ型半導体基板８０の表面側にはＰウェル層８１が形成され、その表面部には、深さ０．２〜２．５μｍの深いＮ^＋層でなる信号電荷の蓄積層（ｎ２）８２が形成されている。最表面には、第１〜第３実施形態と同様に、Ｐ^＋層１５とＳｉＯ_２膜１６とが設けられている。
【０１２５】
受光部の受光面には遮光膜８５の開口８５ａが設けられ、その上方に、Ｗフィルタすなわち透明な平坦化膜８６が設けられ、更にその上部にマイクロレンズ８７が設けられる。マイクロレンズ８７で集光された入射光は、透明な平坦化膜８６を通して、即ち、少ないロスで蓄積層８２内に入射する。
【０１２６】
図２６（ｂ）は図２５のｂ―ｂ線断面図すなわちＭｇフィルタを持つ受光部の断面図である。ｎ型半導体基板８０に形成されたＰウェル層８１に、２段構成のＮ^＋層でなる信号電荷の蓄積層８３，８４が分離して形成され、最表面には、上記と同様に、Ｐ^＋層１５とＳｉＯ_２膜１６とが設けられる。
【０１２７】
表面部の蓄積層（ｎ１）８３は、転送電極の一部からなる読み出しゲート電極下まで延在し、主に短波長光（例えばＢ）の入射光成分によって発生した信号電荷が、半導体基板８０の厚さ方向に対して最も浅い位置に設けられた蓄積層８３に蓄積される。この構造においては、蓄積層８３に蓄えられた電荷、即ち、主に短波長光によって発生した電荷のみが垂直転送路７２に読み出される。
【０１２８】
深部に形成された蓄積層（ｎ３）８４は、端部において半導体基板８０の表面まで立ち上がるＮ^＋領域（電荷通路）８４ａを有し、このＮ^＋領域８４ａが、転送電極の一部からなる読み出しゲート電極下まで延在される。この蓄積層８４には、長波長光（例えばＲ）によって発生した信号電荷が蓄積される。この構造において、蓄積層８４に蓄えられた電荷、即ち、主に長波長光（Ｒ）によって発生した電荷が垂直転送路７２に読み出される。
【０１２９】
斯かる構成の蓄積層８３，８４が形成された受光部の上部には、この受光部の受光面に合わせて遮光膜８５の開口８５ｂが設けられ、更にその上に、Ｍｇフィルタ８８とマイクロレンズ８９とが積層され、マイクロレンズ８９によって集光され、Ｍｇフィルタ８８によって緑色（Ｇ）の波長の光が阻止された入射光が、遮光膜８５の開口８５ｂを通って受光部に入射される。
【０１３０】
各蓄積層ｎ１（８２），ｎ２（８１），ｎ３（８３）について見ると、蓄積層ｎ１が最も浅く、蓄積層ｎ２と蓄積層ｎ３とが同程度の深さとなっている。但し、蓄積層ｎ３については、その上方にある蓄積層ｎ１と接触しないように離れた位置に局在している。言い換えると、蓄積層ｎ３は、Ｒ光の波長成分について最も感度が高くなるような深さに選定される。蓄積層ｎ２については、表面付近まで分布し、かつ蓄積層ｎ３と同じ深さまで分布している。これは、人間の目が知覚できる可視域の入射光波長成分を最も効率的に光電変換するためであり、無色（Ｗ）のフィルタが積層されているからである。
【０１３１】
図２７（ａ）（ｂ）は、ＭｇフィルタおよびＷフィルタを透過した光信号が、その波長によってシリコン基板の深さ方向の進入距離が異なることを説明する概念図である。即ち、最も波長の短いＢ光は、シリコン基板の最も浅い領域で吸収されて電荷を発生し、この電荷は最初の蓄積層ｎ１に蓄積される。同様に、最も波長の長いＲ光によって発生する電荷は、シリコン基板の最も深部にある蓄積層ｎ３に蓄積される。Ｗフィルタ８６を持つ受光部では、Ｒ，Ｇ，Ｂ全てについて光電変換をする必要があるので、蓄積層ｎ２は基板の浅い所から深い所まで広く分布している。
【０１３２】
図２８は、本実施形態に係るカラー固体撮像装置の分光感度スペクトルを示す図である。マゼンタフィルタＭｇを透過したＢ信号とＲ信号はオーバーラップ無く分離しており、Ｗフィルタを透過した光（Ｂ＋Ｇ＋Ｒ）の信号（Ｗ）は、全ての可視光波長域を含みＧ信号（波長５４０ｎｍ付近）にピークを持つスペクトルとなっている。
【０１３３】
本実施形態では、特にホワイト（Ｗ）に対応する受光部で、全ての可視域の波長成分を利用できるため、入射光成分のロスが殆どなく、第１実施形態の様に全受光部に補色フィルタを積層する場合に比べ、更に高感度化が図れる。また、特に複雑な信号処理をすることなく、直接、高感度の輝度信号（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）が得られるという特徴もある。また、カラーフィルタとしてＭｇフィルタのみを使用するため、カラーフィルタの積層工程が容易となる。
【０１３４】
尚、本実施形態では、各受光部７１をいわゆるハニカム配列とした固体撮像装置について説明したが、各受光部７１を正方格子配列にした固体撮像装置にも適用可能である。
【０１３５】
（第５の実施形態）
図２９は、本発明の第５実施形態に係るＣＣＤ型カラー固体撮像装置の表面模式図である。本実施形態では、半導体基板９０上に正方格子状に配列された各受光部９１に、図示するように、グリーンフィルタ（Ｇ）と、マゼンタフィルタ（Ｍｇ）と、イエローフィルタ（Ｙｅ）と、シアンフィルタ（Ｃｙ）とを積層している点のみが第２実施形態と異なり、各受光部９１から垂直転送路９２に読み出された各色信号電荷が、水平転送路９３まで転送される。各受光部９１の断面構造は、上述した実施形態における同一カラーフィルタが積層された受光部と同じである。
【０１３６】
本実施形態に係る固体撮像装置は、各受光部に積層するカラーフィルタのみが異なるが、本実施形態のカラーフィルタの配列により、ＣＣＤから出力される色差線順次信号はｎライン（ｎは１以上の整数）の信号がグリーン（Ｇ）とイエロー（Ｙｅ）及びシアン（Ｃｙ）とマゼンタ（Ｍｇ）からなり、ｎ＋１ラインの信号はマゼンタ（Ｍｇ）とイエロー（Ｙｅ）及びシアン（Ｃｙ）とグリーン（Ｇ）からなり、これが繰り返される。
【０１３７】
従って、インターレース読み出し（飛び越し走査）を行う場合においても、本実施形態によれば、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分が独立に読み出されるので、色分離回路を必要としない。そのため、低ノイズかつ色再現性に優れた高画質の撮像が可能になり、同時に高速信号処理と信号処理回路の簡略化が図られる。
【０１３８】
【発明の効果】
本発明によれば、下記の効果を得ることができる。
（１）一の受光部（画素）から、２色以上の色信号成分を検出するため、入射光を有効に電気信号に変換でき、高感度化が可能になる。
（２）補色カラーフィルタを使用した固体撮像装置から原色系の色信号を直接取り出すことができるので、忠実な色再現が可能になる。
（３）カラーフィルタを使用するため、基板深さ方向に対する分光特性を利用する場合において、各分光スペクトル（Ｒ，Ｇ，Ｂ）相互のオーバーラップ量が少なくなり、忠実な色再現が可能になり、高画質化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る単板式のＣＣＤ型カラー固体撮像装置の表面模式図である。
【図２】図１に示すＣＣＤ型カラー固体撮像装置の各受光部から信号を読み出す説明図である。
【図３】図１に示すＣＣＤ型カラー固体撮像装置から２回に分けて読み出した色信号により色再現を行う説明図である。
【図４】（ａ）は図２のａ―ａ線断面図である。
（ｂ）は図２のｂ―ｂ線断面図である。
（ｃ）は図２のｃ―ｃ線断面図である。
【図５】図１に示すＣＣＤ型カラー固体撮像装置の４受光部（４画素）分の平面図である。
【図６】図５に転送電極を重ねて示した図である。
【図７】図６に示す○印ＶＩＩ内の詳細図である。
【図８】（ａ）はシアンフィルタＣｙを通した光のシリコン基板内の進入距離と第１実施形態に係る蓄積層との関係を示す図である。
（ｂ）はイエローフィルタＹｅを通した光のシリコン基板内の進入距離と第１実施形態に係る蓄積層との関係を示す図である。
（ｃ）はマゼンタフィルタＭｇを通した光のシリコン基板内の進入距離と第１実施形態に係る蓄積層との関係を示す図である。
【図９】（ａ）はシアンフィルタが積層された受光部で得られるＢ信号とＧ信号の分光感度スペクトルを示す図である。
（ｂ）はイエローフィルタが積層された受光で得られるＧ信号とＲ信号の分光感度スペクトルを示す図である。
（ｃ）はマゼンタフィルタが積層された受光部で得られるＢ信号とＲ信号の分光感度スペクトルを示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る単板式のＣＣＤ型カラー固体撮像装置の表面模式図である。
【図１１】図１０に示すＣＣＤ型カラー固体撮像装置から２回に分けて読み出した色信号により色再現を行う説明図である。
【図１２】図１０に示すＣＣＤ型カラー固体撮像装置の水平方向に隣接する２受光部（２画素）分の素子分離帯のパターンを示す平面図である。
【図１３】図１０に示すＣＣＤ型カラー固体撮像装置の４受光部（４画素）分の平面図である。
【図１４】（ａ）は図１３に示すａ―ａ線断面図である。
（ｂ）は図１３に示すｂ―ｂ線断面図である。
【図１５】（ａ）はシアンフィルタＣｙを通した光のシリコン基板内への進入距離と第２実施形態に係る蓄積層との関係を示す図である。
（ｂ）はイエローフィルタＹｅを通した光のシリコン基板内への進入距離と第２実施形態に係る蓄積層との関係を示す図である。
【図１６】本発明の第３実施形態に係る単板式のＣＣＤ型カラー固体撮像装置の表面模式図である。
【図１７】図１６に示すＣＣＤ型カラー固体撮像装置から２回に分けて読み出した色信号により色再現を行う説明図である。
【図１８】図１６に示すＣＣＤ型カラー固体撮像装置の水平方向に隣接する２受光部（２画素）分の素子分離帯のパターンを示す平面図である。
【図１９】図１６に示すＣＣＤ型カラー固体撮像装置の４受光部（４画素）分の平面図である。
【図２０】（ａ）は図１９に示すａ―ａ線断面図である。
（ｂ）は図１９に示すｂ―ｂ線断面図である。
【図２１】（ａ）はマゼンタフィルタＭｇを通した光のシリコン基板内への進入距離と第３実施形態に係る蓄積層との関係を示す図である。
（ｂ）はグリーンフィルタＧを通した光のシリコン基板内への進入距離と第３実施形態に係る蓄積層との関係を示す図である。
【図２２】本発明の第３実施形態に係るカラー固体撮像装置で得られる原色信号の分光感度スペクトルを示す図である。
【図２３】本発明の第４実施形態に係る単板式のＣＣＤ型カラー固体撮像装置の表面模式図である。
【図２４】図２３に示すＣＣＤ型カラー固体撮像装置から２回に分けて読み出した色信号により色再現を行う説明図である。
【図２５】図２３に示すＣＣＤ型カラー固体撮像装置の４受光部（４画素）分の平面図である。
【図２６】（ａ）は図２５に示すａ―ａ線断面図である。
（ｂ）は図２５に示すｂ―ｂ線断面図である。
【図２７】（ａ）はマゼンタフィルタＭｇを通した光のシリコン基板内への進入距離と第４実施形態に係る蓄積層との関係を示す図である。
（ｂ）はホワイトフィルタＷを通した光のシリコン基板内への進入距離と第４実施形態に係る蓄積層との関係を示す図である。
【図２８】本発明の第４実施形態に係るカラー固体撮像装置で得られる分光感度スペクトルを示す図である。
【図２９】本発明の第５実施形態に係るＣＣＤ型カラー固体撮像装置の表面模式図である。
【符号の説明】
１，２１，５１，７１，９１ 受光部
２，２２，５２，７２，９２ 垂直転送路（ＶＣＣＤ）
３，２３，５３，７３，９３ 水平転送路（ＨＣＣＤ）
４，２４，５４，７４ 素子分離帯
４ａ，４ｂ，２４ａ，５４ａ，７４ａ，７４ｂ ゲート部
５，６，７，８，２５，２６，２７ 転送電極
１０，３０，６０，８０ 半導体基板
１１，３１，６１，８１ Ｐウェル層
１２，１３，１４，３２，３３，３４，３５，６２，６３，６４，８２，８３，８４ 信号電荷の蓄積層
１５ Ｐ^＋層
１６ ＳｉＯ_２膜
４０，６６，８５ 遮光膜
４０ａ，４０ｂ，６６ａ，６６ｂ，８５ａ，８５ｂ 開口
４１ シアンフィルタＣｙ
４２，４４，６８，６９，８７，８９ マイクロレンズ
４３ イエローフィルタＹｅ
６７，８８ マゼンタフィルタＭｇ
８６ ホワイトフィルタＷ（透明平坦化膜）

Claims (13)

1. 半導体基板表面に二次元アレー状に配列された複数の受光部から夫々入射光量に応じた蓄積電荷を電荷蓄積層から垂直転送路に読み出し転送して出力するＣＣＤ型カラー固体撮像装置において、前記複数のうちの全部または一部の前記受光部の上部に積層され３原色のうちの１色の入射光を阻止し残り２色の入射光を透過する補色フィルタと、該補色フィルタが積層された前記受光部の深さ方向に分離して形成された少なくとも２つの第１，第２の前記電荷蓄積層であって、前記補色フィルタを透過した前記２色のうちの１色の入射光量に応じた蓄積電荷を前記垂直転送路に読み出す第１の電荷蓄積層と、前記補色フィルタを透過した前記２色のうちの残り１色の入射光量に応じた蓄積電荷を前記第１の電荷蓄積層の蓄積電荷と区別して前記垂直転送路に読み出す第２の電荷蓄積層とを備えたことを特徴とするＣＣＤ型カラー固体撮像装置。
2. ブルー（Ｂ）の光を阻止するイエローフィルタが積層された前記受光部とレッド（Ｒ）の光を阻止するシアンフィルタが積層された前記受光部とグリーン（Ｇ）の光を阻止するマゼンタフィルタが積層された前記受光部の３種類の受光部が前記半導体基板の表面に配列されたことを特徴とする請求項１に記載のＣＣＤ型カラー固体撮像装置。
3. イエローフィルタが積層された前記受光部とシアンフィルタが積層された前記受光部の２種類の受光部が前記半導体基板の表面に配列されたことを特徴とする請求項１に記載のＣＣＤ型カラー固体撮像装置。
4. マゼンタフィルタが積層された前記受光部とグリーン（Ｇ）の光を透過するグリーンフィルタが積層された前記受光部の２種類の受光部が前記半導体基板の表面に配列されたことを特徴とする請求項１に記載のＣＣＤ型カラー固体撮像装置。
5. マゼンタフィルタが積層された前記受光部とカラーフィルタの代わりに透明平坦化膜が積層された前記受光部の２種類の受光部が前記半導体基板の表面に配列されたことを特徴とする請求項１に記載のＣＣＤ型カラー固体撮像装置。
6. グリーンフィルタが積層された前記受光部とイエローフィルタが積層された前記受光部とマゼンタフィルタが積層された前記受光部とシアンフィルタが積層された前記受光部とが前記半導体基板の表面に配列されたことを特徴とする請求項１に記載のＣＣＤ型カラー固体撮像装置。
7. 前記電荷蓄積層のうち前記半導体基板の内部に設けられる電荷蓄積層には該半導体基板の表面まで該電荷蓄積層の蓄積電荷を移動させる高濃度不純物領域でなる電荷通路が設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のＣＣＤ型カラー固体撮像装置。
8. 高濃度不純物領域として形成される前記電荷蓄積層及び該電荷蓄積層に連続する前記電荷通路の不純物濃度が前記垂直転送路に近づくほど高濃度になるように濃度勾配が設けられたことを特徴とする請求項７に記載のＣＣＤ型カラー固体撮像装置。
9. 前記第１，第２の電荷蓄積層の夫々の深さが、前記補色フィルタを透過した前記２色のうちの夫々の色の波長に対応して設定されることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のＣＣＤ型カラー固体撮像装置。
10. ブルー（Ｂ）の入射光量に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積層の深さが０．２〜０．４μｍであり、グリーン（Ｇ）の入射光量に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積層の深さが０．４〜０．８μｍであり、レッド（Ｒ）の入射光量に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積層の深さが０．８〜２．５μｍであることを特徴とする請求項９に記載のＣＣＤ型カラー固体撮像装置。
11. 前記の各受光部の上部には夫々オンチップ集光光学系が設けられ、前記の各受光部に夫々遮光膜の１つの開口が対応することを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載のＣＣＤ型カラー固体撮像装置。
    ラー固体撮像装置。
12. 前記受光部が前記半導体基板の表面上に正方格子状に配列されることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載のＣＣＤ型カラー固体撮像装置。
13. 前記受光部が前記半導体基板の表面上にハニカム状に配列されることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載のＣＣＤ型カラー固体撮像装置。

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