JP2005340572A - 光電変換膜積層型固体撮像装置 - Google Patents

光電変換膜積層型固体撮像装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 高解像度且つダイナミックレンジの広い光電変換膜積層型固体撮像装置を提供する。
【解決手段】 半導体基板と、該半導体基板上に積層され入射光量に応じた信号電荷を発生する光電変換膜と、該光電変換膜に被着され行方向及び列方向に配列された複数の画素電極膜と、前記半導体基板表面部に形成された複数列の垂直転送路１０２ｒ，１０２ｇ，１０２ｂと、前記半導体基板表面部に形成され前記各画素電極膜から得られる前記信号電荷を蓄積すると共に蓄積された前記信号電荷を対応の前記垂直転送路に読み出す複数の電荷蓄積部１３８ｒ，１３８ｇ，１３８ｂとを備える光電変換膜積層型固体撮像装置において、隣接する垂直転送路の各列に設ける電荷蓄積部１３８ｒ，１３８ｇ，１３８ｂを各列毎に垂直転送路に沿う方向にずらして設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、受光量に応じた電荷を発生する光電変換膜を半導体基板上に積層した光電変換膜積層型固体撮像装置に係り、特に、光電変換膜で発生した信号電荷を半導体基板上の電荷転送路によって転送し外部に読み出す光電変換膜積層型固体撮像装置に関する。
デジタルカメラに搭載されているＣＣＤ型固体撮像装置やＣＭＯＳ型固体撮像装置では、半導体基板の表面に、受光部となる多数の光電変換素子（フォトダイオード）と、各光電変換素子で得られた光電変換信号を外部に読み出す信号読出回路が形成されている。信号読出回路は、ＣＣＤ型であれば電荷転送回路と転送電極、ＣＭＯＳ型であればＭＯＳトランジスタ回路と信号配線で構成される。
従って、従来の固体撮像装置は、多数の受光部と信号読出回路とを同じ半導体基板の表面に形成しなければならず、受光部の面積を広くとることができないという問題がある。
また、従来の単板式の固体撮像装置は、各受光部に、例えば赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）のカラーフィルタのうちの１つが積層され、各受光部が夫々１色の光信号を検出する構成になっている。このため、例えば赤色の光を検出する受光部位置における青色光の信号及び緑色光の信号は、周りの青色光，緑色光を検出する各受光部の検出信号を補間演算して求めており、これが偽色の原因となり、また、解像度を低下させている。しかも、赤色のカラーフィルタが形成された受光部に入射した青色光と緑色光は光電変換に寄与することなくカラーフィルタに熱として吸収されてしまい、このため、光利用効率が悪く、感度が低いという問題もある。
従来の固体撮像装置は、上述したように様々な問題を抱えている一方、多画素化が進展して、現在では、数百万画素という多数の受光部を１チップの半導体基板上に集積しており、１つ１つの受光部の開口寸法が波長オーダに近づいている。このため、上述した各問題を解決し画質や感度の点で今以上のイメージセンサをＣＣＤ型やＣＭＯＳ型で期待するのが困難になっている。
そこで、例えば下記特許文献１に記載されている固体撮像装置の構造が見直されている。この固体撮像装置は、信号読出回路を表面に形成した半導体基板上に、赤色検出用の感光層と、緑色検出用の感光層と、青色検出用の感光層を成膜技術によって積層し、これらの感光層を受光部とし、各感光層で得られた光電変換信号を、信号読出回路によって外部に取り出すという構造、即ち、光電変換膜積層型の構造になっている。
斯かる構造にすれば、半導体基板表面に受光部を設ける必要が無くなるため、信号読出回路の設計上の制約が大幅になくなり、また、入射光の光利用効率が向上して感度が向上する。更に、１画素で赤色，緑色，青色の３原色の光を検出できるため、解像度が向上し、偽色もなくなり、上述した従来のＣＣＤ型やＣＭＯＳ型の固体撮像装置が抱えていた問題を解決することが可能となる。
そこで、近年では、下記特許文献２，３，４，５に記載されている光電変換膜積層型固体撮像装置が提案されるようになってきており、上記の感光層として、有機半導体を使用したり、ナノ粒子を使用したりしている。
信号読出回路が電荷転送路で構成される光電変換膜積層型固体撮像装置では、半導体基板の上に積層された光電変換膜で発生した光電荷を電荷転送路に読み出し、転送する必要がある。図６は、例えば特許文献２の光電変換膜積層型固体撮像装置における垂直転送路の表面模式図である。
この光電変換膜積層型固体撮像装置は、点線矩形枠で示す１画素１０で赤色，緑色，青色の３色の光電荷を読み出し転送する構成のため、行（水平）方向に並ぶ各画素対応に３本の垂直転送路（ｎ型半導体層でなる垂直ＣＣＤレジスタ）１１ｒ，１１ｇ，１１ｂがチャネルストップ（ｐ＋領域）１２により区分けされて設けられている。
各垂直転送路１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの同一垂直位置（第１相転送電極）Φv1には、コの字状に形成されたチャネルストップ１２によって電荷蓄積部１３ｒ，１３ｇ，１３ｂが区画されており、各電荷蓄積部１３ｒ，１３ｇ，１３ｂの中央に設けられたｎ＋領域でなるコンタクト部１４ｒ，１４ｇ，１４ｂに縦配線が立設され、上層の各色用の光電変換膜に接続される。また、各電荷蓄積部１３ｒ，１３ｇ，１３ｂの脇（前記のコの字状の開放端側）には、信号読出ゲート領域１５ｒ，１５ｇ，１５ｂが設けられる。
垂直転送路１３ｒ，１３ｇ，１３ｒの垂直方向には、第１相転送電極Φv1の次に第２相転送電極Φv2，第３相転送電極Φv3，第４相転送電極Φv4が順に設けられ、次の第１相転送電極領域Φv1には、上記と同様に電荷蓄積部（図示せず）が設けられる。
上層の赤色光電変換膜で発生した赤色信号電荷は電荷蓄積部１３ｒに蓄積され、緑色光電変換膜で発生した緑色信号電荷は電荷蓄積部１３ｇに蓄積され、青色光電変換膜で発生した青色信号電荷は電荷蓄積部１３ｂに蓄積される。そして、各電荷蓄積部１３ｒ，１３ｇ，１３ｂの蓄積電荷は、読出ゲート領域１５ｒ，１５ｇ，１５ｂから各垂直転送路１１ｒ，１１ｇ，１１ｂに読み出され、４相駆動によって垂直方向に転送される。
特開昭５８―１０３１６５号公報 特開２００２―８３９４６号公報 特表２００２―５０２１２０号公報 特表２００３―５０２８４７号公報 特許第３４０５０９９号公報
図６に示す垂直転送路を持つ光電変換膜積層型固体撮像装置では、同一垂直位置に各色用の電荷蓄積部１３ｒ，１３ｇ，１３ｂが一列に並ぶため、垂直転送路１１ｒ，１１ｇ，１１ｂのうち第１相転送電極Φv1下の垂直転送路の幅が狭くなり、狭チャネル効果によって転送効率不良が起きるという不具合がある。このため、行（水平）方向の画素ピッチを小さくできず、高解像度の光電変換膜積層型固体撮像装置を実現することができない。
また、４相駆動される垂直転送路１３ｒ，１３ｇ，１３ｂによる転送電荷量の上限は、垂直方向に隣接する２つ転送電極の面積和が最も小さくなる部分で決まる。即ち、図６の構成では、第２相転送電極Φv2または第４相転送電極Φv4と、極端に狭い面積の第１相転送電極Φv1との面積和により、最大転送電荷量が決まってしまう。このため、図６の構成では、最大転送電荷量が第１相転送電極Φv1によって大きく制限され、飽和出力が小さくなってしまうという問題があり、ダイナミックレンジの広い光電変換膜積層型固体撮像装置を実現することが困難である。
本発明の目的は、高解像度且つダイナミックレンジの広い光電変換膜積層型固体撮像装置を提供することにある。
本発明の光電変換膜積層型固体撮像装置は、半導体基板と、該半導体基板上に積層され入射光量に応じた信号電荷を発生する光電変換膜と、該光電変換膜に被着され行方向及び列方向に配列された複数の画素電極膜と、前記半導体基板表面部に形成された複数列の垂直転送路と、前記半導体基板表面部に形成され前記各画素電極膜から得られる前記信号電荷を蓄積すると共に蓄積された前記信号電荷を対応の前記垂直転送路に読み出す複数の電荷蓄積部とを備える光電変換膜積層型固体撮像装置において、隣接する前記垂直転送路の各列に設ける前記電荷蓄積部を各列毎に前記垂直転送路に沿う方向にずらして設けたことを特徴とする。
この構成により、隣接する垂直転送路の信号読出部（及び電荷蓄積部）が同一垂直位置に並ぶことが無くなり、電荷蓄積部を設けることによって狭められる垂直転送路の幅の犠牲を小さくすることができる。このため、垂直転送路が狭チャネル効果によって転送効率不良となる虞が低減され、また、画素ピッチを水平方向に狭めることができるため高解像度化を図ることが可能となる。更に、転送電荷量を多く保つことができるためダイナミックレンジの広い画像データを得ることができる。
本発明の光電変換膜積層型固体撮像装置は、前記画素電極膜の前記行方向の配列ピッチと前記列方向の配列ピッチとを等しくしたことを特徴とする。
この構成により、画素電極膜を最密に正方格子配列することができ、画像データの記憶や表示が容易となる。
本発明の光電変換膜積層型固体撮像装置は、前記電荷蓄積部の前記半導体基板表面部における配列が最密となるように前記画素電極膜の前記行方向の配列ピッチと前記列方向の配列ピッチを決めることを特徴とする。
この構成により、画像データの高解像度化を図ることが可能となる。
本発明の光電変換膜積層型固体撮像装置は、前記光電変換膜として、赤色検出用光電変換膜と緑色検出用光電変換膜と青色検出用光電変換膜とが設けられることを特徴とする。
この構成により、カラー画像の撮像が可能となる。
本発明の光電変換膜積層型固体撮像装置は、前記赤色検出用光電変換膜に被着される赤色用の前記画素電極膜と、前記緑色検出用光電変換膜に被着される緑色用の前記画素電極膜と、前記青色検出用光電変換膜に被着される青色用の前記画素電極膜とが、入射光方向に整列して設けられることを特徴とする。
この構成により、１画素で３原色の各色画像データを得ることができ、品質の高いカラー画像データを得ることが可能となる。
本発明の光電変換膜積層型固体撮像装置は、前記赤色検出用光電変換膜に被着される赤色用の前記画素電極膜と、前記緑色検出用光電変換膜に被着される緑色用の前記画素電極膜と、前記青色検出用光電変換膜に被着される青色用の前記画素電極膜とが、該画素電極膜の配列ピッチの１／３ピッチづつ前記行方向にずらして形成されることを特徴とする。
この構成により、画素電極膜の行方向の寸法が列方向の寸法より大きくなっても行方向の解像度を上げることが可能となる。
本発明によれば、画素ピッチの微細化が可能となるため高解像度の画像信号を得ることができ、しかも、転送電荷量を大きくとることができるため広いダイナミックレンジの画像信号を得ることができる。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光電変換膜積層型固体撮像装置の表面模式図である。光電変換膜積層型固体撮像装置１００には、多数の受光部（画素）１０１が、この例では格子状に配列されている。各受光部１０１は、画素ピッチＰｘで水平方向（行方向）に配列され、画素ピッチＰｙで垂直方向（列方向）に配列される。
光電変換膜積層型固体撮像装置１００の受光部１０１の下側に設けられた半導体基板の表面には、列方向に並ぶ受光部１０１の各列の夫々に対応して３本の垂直転送路（列方向ＣＣＤレジスタ）１０２ｂ，１０２ｇ，１０２ｒ（添え字ｂ，ｇ，ｒは、以下も同様であるが、夫々、青色（Ｂ），緑色（Ｇ），赤色（Ｒ）に対応する。）が形成されており、該半導体基板の下辺部には水平転送路（行方向ＣＣＤレジスタ）１０３が形成されている。
水平転送路１０３の出口部分には増幅器１０４が設けられ、各受光部１０１で検出された信号電荷は、先ず、垂直転送路１０２によって水平転送路１０３に転送され、次に水平転送路１０３によって増幅器１０４まで転送され、増幅器１０４から出力信号１０５として出力される。
半導体基板の表面には、垂直転送路１０２ｂ，１０２ｇ，１０２ｒに重ねて設けられた図示しない４相の転送電極に接続され４相の転送パルスが印加される電極端子１０６，１０７，１０８，１０９と、後述の共通電極膜に接続される電極端子１１０と、水平転送路１０３の２相の転送用電極端子１１１，１１２とが設けられる。
図２は、本実施形態に係る垂直転送路の表面模式図であり、水平方向に隣接するほぼ２つの受光部１０１分すなわち２画素分（正確には、〔２画素＋１／３画素〕分）を示している。各画素下に設けられる３本の垂直転送路１０２ｒ，１０２ｇ，１０２ｂは、チャネルストップ（ｐ＋領域）１１５によって垂直方向に連続し水平方向に分離されている。この垂直転送路１０２ｒ，１０２ｇ，１０２ｂの上には、１画素で４つの転送電極すなわち第１相転送電極Φv1，第２相転送電極Φv2，第３相転送電極Φv3，第４相転送電極Φv4を垂直方向に順に設けており、各垂直転送路１０２ｒ，１０２ｇ，１０２ｂは、この例では４相駆動にて電荷転送を行う様になっている。
本実施形態の光電変換膜積層型固体撮像装置は、１画素で赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の３原色の光電荷（信号電荷）を区別して検出し、各色Ｒ，Ｇ，Ｂの光電荷を、対応する垂直転送路１０２ｒ，１０２ｇ，１０２ｂに読み出し転送する構成のため、１画素で３つの電荷蓄積部１３８ｒ，１３８ｇ，１３８ｂを対応の垂直転送路１０２ｒ，１０２ｇ，１０２ｂに設けるが、図６の従来技術とは異なり、３つの電荷蓄積部１３８ｒ，１３８ｇ，１３８ｂを同一垂直位置に並べてはいない。
即ち、本実施形態の光電変換膜積層型固体撮像装置では、全画素の各電荷蓄積部を、千鳥状に配列している。図２に示す例では、或る青色用電荷蓄積部１３８ｂが垂直転送路１０２ｂの第１相転送電極Φv1の部分に設けられた場合、左右に隣接する垂直転送路１０２ｒ，１０２ｇに設ける赤色用電荷蓄積部１３８ｒ，緑色用電荷蓄積部１３８ｇは、第３相転送電極Φv3の部分に設け、隣り合う垂直転送路の同一垂直位置に電荷蓄積部が並ばないようにしている。
各電荷蓄積部１３８ｒ，１３８ｇ，１３８ｂは、コの字状に形成された上記のチャネルストップ１１５によって画成され、各電荷蓄積部１３８ｒ，１３８ｇ，１３８ｂの中央にはｎ＋領域でなる縦配線接続部１３７ｒ，１３７ｇ，１３７ｂが設けられる。各電荷蓄積部１３８ｒ，１３８ｇ，１３８ｂの脇（前記のコの字状の開放端側）には、信号読出ゲート領域１４０ｒ，１４０ｇ，１４０ｂが設けられる。
図３は、図２のIII―III線断面模式図である。ｎ型半導体基板１３０の表面部分にはＰウェル層１３１が形成され、Ｐウェル層１３１の表面部分にはｎ型領域でなる上記の電荷蓄積部１３８ｒ，１３８ｇ，１３８ｂが形成されると共に、チャネルストップ１１５で画成された垂直転送路（ｎ型半導体層）１０２ｒ，１０２ｇ，１０２ｂが形成される。各電荷蓄積部１３８ｒ，１３８ｇ，１３８ｂの中央部にはｎ＋領域でなる縦配線接続部１３７ｒ，１３７ｇ，１３７ｂが形成される。
半導体基板１３０の表面には、ゲート絶縁膜１３２が形成され、その上に、ポリシリコンでなる転送電極１３９が形成され、その上部に絶縁膜１３４が形成される。この絶縁膜１３４中には光遮蔽膜１３３が形成され、入射光が垂直転送路に入射しないようになっている。
絶縁膜１３４の上には、導電膜が形成され、パターニングすることにより横配線１２４ｒ，１２４ｇ，１２４ｂが形成される。電荷蓄積部１３８ｒ，１３８ｇ，１３８ｂの縦配線接続部１３７ｒ，１３７ｇ，１３７ｂと横配線１２４ｒ，１２４ｇ，１２４ｂとは第１縦配線１２６ｒ，１２６ｇ，１２６ｂによって接続される。
横配線１２４ｒ，１２４ｇ，１２４ｂが設けられた層の上部には絶縁層１２５が形成され、その上に、受光部１０１毎に区分けされた画素電極膜１２０ｒが積層される。画素電極膜１２０ｒの上部には、赤色（Ｒ）を検出する光電変換膜１２１ｒが積層される。この光電変換膜１２１ｒは受光部毎に区分けして設ける必要はなく、各受光部１０１が集合する受光面全面に対し１枚構成で積層される。
光電変換膜１２１ｒの上には、赤色信号を検出する各受光部１０１に共通の共通電極膜１２２ｒがこれも一枚構成で積層され、その上部に、透明の絶縁膜１２７が積層される。
絶縁膜１２７の上部には、受光部１０１毎に区分けされた画素電極膜１２０ｇが積層され、その上に、緑色（Ｇ）を検出する光電変換膜１２１ｇが上記と同様に１枚構成で積層され、更にその上部に、共通電極膜１２２ｇが積層され、その上部に、透明の絶縁膜１２８が積層される。
この絶縁膜１２８の上部には、受光部１０１毎に区分けされた画素電極膜１２０ｂが積層され、その上に、青色（Ｂ）を検出する光電変換膜１２１ｂが上記と同様に１枚構成で積層され、更にその上部に、共通電極膜１２２ｂが積層され、最上層に透明の保護膜１２９が積層される。
各受光部毎の画素電極膜１２０ｂ，１２０ｇ，１２０ｒは、本実施形態では、入射光方向に整列して設けられる。即ち、本実施形態に係る光電変換膜積層型固体撮像装置１０１では、１つの受光部１０１で赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の３色を検出する構成になっている。
横配線１２４ｂと青色画素電極膜１２０ｂとは第２縦配線１２３ｂによって接続され、横配線１２４ｇと緑色画素電極膜１２０ｇとは第２縦配線１２３ｇによって接続され、横配線１２４ｒと赤色画素電極膜１２０ｒとは第２縦配線１２３ｒによって接続される。また、図１の電極端子１１０は、共通電極膜１２２ｂ，１２２ｇ，１２２ｒに接続され、所要バイアス電圧が印加される。尚、各縦配線１２３ｒ，１２３ｇ，１２３ｂ，１２６ｒ，１２６ｇ，１２６ｂは、対応の画素電極膜，横配線，縦配線接続部以外とは電気的に絶縁される。
均質な透明の電極膜１２２ｒ，１２２ｇ，１２２ｂ，１２０ｒ，１２０ｇ，１２０ｂとしては、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化インジウム（ＩｎＯ２）、酸化インジウム−錫（ＩＴＯ）薄膜を用いるが、これに限るものではない。
光電変換膜１２１ｒ，１２１，１２１ｂとしては、単層膜でも多層膜でもよく、膜材料としては、シリコンや化合物半導体等の無機材料，有機半導体，有機色素などを含む有機材料，ナノ粒子で構成した量子ドット堆積膜など種々の材料が使用できる。
斯かる構成の光電変換膜積層型固体撮像装置１００に被写体からの光が入射すると、入射光のうちの青色の光量に応じた光電荷が青色光電変換膜１２１ｂにて発生し、この光電荷が縦配線１２３ｂ，横配線１２４ｂ，縦配線１２６ｂを通って電荷蓄積部１３８ｂに蓄積される。同様に、緑色の入射光量に応じた光電荷が電荷蓄積部１３８ｇに蓄積され、赤色の入射光量に応じた光電荷が電荷蓄積部１３８ｒに蓄積される。
図２に示す第１相転送電極Φv1と第３相転送電極Φv3とに読み出しパルスが印加されると、第１相転送電極Φv1の箇所に設けられた１つ置きの電荷蓄積部１３８ｂ，１３８ｒ，１３８ｇから、各蓄積電荷が、第１相転送電極Φv1及び第２相転送電極Φv2下に形成された電位井戸内に読み出される。また、第３相転送電極Φv3の箇所に設けられた１つ置きの電荷蓄積部１３８ｒ，１３８ｇ，１３８ｂ，１３８ｒから、各蓄積電荷が、第３相転送電極Φv3及び第４相転送電極Φv4下に形成された電位井戸内に読み出される。読み出された電荷は、以後、４相駆動により、図１に示す水平転送路１０３まで転送される。
本実施形態では、図２に示す様に、電荷蓄積部を、各列毎に列方向にずらし全体的に千鳥状となるように配置したため、垂直転送路上に電荷蓄積部を設ける関係で狭くなる転送電極の面積（図示の例では、第１相と第３相の転送電極の面積）を広くとることが可能となる。このため、垂直転送路のチャネル幅を広くでき、狭チャネル効果による転送効率の不良を抑制可でき、また、画素の微細化すなわち高解像度化を図ることも可能となる。更に、最大電荷転送量を大きくすることができるので、広ダイナミックレンジの画像データを得ることが可能となる。
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る光電変換膜積層型固体撮像装置の６画素分の表面模式図である。
図１に示す第１の実施形態に係る光電変換膜積層型固体撮像装置では、水平方向の画素ピッチＰxと垂直方向の画素ピッチＰyとを等しくしている。また、１画素当たり、４行の転送電極と３列の垂直転送路を設けているため、例えば図２に示す電荷蓄積部１３８ｂに対する隣接の電荷蓄積部１３８ｇは、水平方向にＰx／３画素ピッチだけ、また、垂直方向にＰy／２画素ピッチだけオフセットした配置となっている。
各垂直転送路への信号読出部の設計上（本実施形態では、信号読出部が電荷蓄積部に隣接して設けられるため電荷蓄積部の設計上）、隣接する垂直転送路間における最短の電荷蓄積部間の行方向距離と列方向距離とが等しくなる様に最密に配列したとき、最も集積度が高くなる。この場合を図示した例が図４であり、図中の矩形黒点１３７は、各電荷蓄積部に設ける縦配線接続部である。この場合には、１つの受光部１０１に対して３本の垂直転送路と４本の転送電極を設ける関係で、各受光部（画素）１０１の形状は正方形とはならず、水平方向の画素ピッチＰxと、垂直方向の画素ピッチＰyとの関係は、Ｐx＝１．５Ｐyとなる。
この第２の実施形態は、画素１０１の数を最も多く集積でき、解像度が高くなるという利点がある。しかし、画像信号をメモリに記録したり表示したりする場合には、各画素が正方格子状に配列されているのが望ましく、図４に示す様に横長の画素１０１の形状になると、水平方向の画像データ数は、垂直方向の画像データ数に比べ２／３となり、不足する。そこで、図４に図示する画素形状を採用した場合には、垂直方向の画素ピッチＰyと同じピッチの水平方向の画像データを補間演算により求める。
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る光電変換膜積層型固体撮像装置の要部表面模式図である。
第１，第２の実施形態では、各画素１０１の各色の画素電極１２０ｒ，１２０ｇ，１２０ｂを入射光方向に整列して設けている。これに対し、本実施形態では、図４の構成すなわちＣＣＤの信号読出部の集積度を最も高くした構成に加え、画素電極膜１２０ｒ，１２０ｇ，１２０ｂを、水平方向にＰx／３づつずらして設けている点が異なる。この構成により、色は異なるが、Ｐx／３づつずれた画像データを得ることができ、水平方向の画像データの補間演算処理において解像度を高めることが可能となる。
尚、図５では、各画素電極膜１２０ｒ，１２０ｇ，１２０ｂを垂直方向にも若干ずらして図示しているが、これは図面を見易くするためであり、各画素電極膜１２０ｒ，１２０ｇ，１２０ｂの垂直方向の端部は一致させるのがよい。
また、上述した実施形態では、４相駆動を例に説明したが、４の倍数の相数で駆動する構成でも本発明を適用できる。例えば、８相駆動させると、２回の読み出し動作で全画素の信号を読み出すことができる。この場合、垂直転送路で転送できる電荷量がおよそ３倍となり、大きな飽和出力信号を得ることが可能となる。
本発明に係る光電変換膜積層型固体撮像装置は、従来のＣＣＤ型やＣＭＯＳ型のイメージセンサの代わりに高解像度且つ広ダイナミックレンジの固体撮像装置として使用でき、しかも、３層の光電変換膜を設けることで赤色，緑色，青色の３色の信号をカラーフィルタ無しに得ることができ、デジタルカメラ等に搭載すると有用である。
本発明の第１の実施形態に係る光電変換膜積層型固体撮像装置の表面模式図である。 図１に示すほぼ２画素分の信号読出回路（ＣＣＤ）の表面模式図である。 図２のIII―III線断面模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る光電変換膜積層型固体撮像装置の６画素分の表面模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る光電変換膜積層型固体撮像装置の要部表面模式図である。 従来の光電変換膜積層型固体撮像装置の信号読出回路（ＣＣＤ）の説明図である。
符号の説明
１０１ 受光部（画素）
１０２ｒ，１０２ｇ，１０２ｂ 垂直転送路
１０３ 水平転送路
１１５ チャネルストップ（Ｐ＋）
１２０ｒ，１２０ｇ，１２０ｂ 透明の画素電極膜
１２１ｒ，１２１ｇ，１２１ｂ 光電変換膜
１２２ｒ，１２２ｇ，１２２ｂ 透明の共通電極膜
１２３ｒ，１２３ｇ，１２３ｂ 第２縦配線
１２４ｒ，１２４ｇ，１２４ｂ 横配線
１２５ 絶縁膜
１２６ｒ，１２６ｇ，１２６ｂ 第１縦配線
１２７，１２８ 透明絶縁膜
１２９ 透明保護膜
１３０ ｎ型半導体基板
１３１ Ｐウェル層
１３２ 転送電極
１３３ 光遮蔽膜
１３７，１３７ｒ，１３７ｇ，１３７ｂ 縦配線接続部（ｎ＋）
１３８ｒ，１３８ｇ，１３８ｂ 電荷蓄積部
１４０ｒ，１４０ｇ，１４０ｂ 信号読出部

Claims (6)

  1. 半導体基板と、該半導体基板上に積層され入射光量に応じた信号電荷を発生する光電変換膜と、該光電変換膜に被着され行方向及び列方向に配列された複数の画素電極膜と、前記半導体基板表面部に形成された複数列の垂直転送路と、前記半導体基板表面部に形成され前記各画素電極膜から得られる前記信号電荷を蓄積すると共に蓄積された前記信号電荷を対応の前記垂直転送路に読み出す複数の電荷蓄積部とを備える光電変換膜積層型固体撮像装置において、隣接する前記垂直転送路の各列に設ける前記電荷蓄積部を、各列毎に、前記垂直転送路に沿う方向にずらして設けたことを特徴とする光電変換膜積層型固体撮像装置。
  2. 前記画素電極膜の前記行方向の配列ピッチと前記列方向の配列ピッチとを等しくしたことを特徴とする請求項１に記載の光電変換膜積層型固体撮像装置。
  3. 前記電荷蓄積部の前記半導体基板表面部における配列が最密となるように前記画素電極膜の前記行方向の配列ピッチと前記列方向の配列ピッチを決めることを特徴とする請求項１に記載の光電変換膜積層型固体撮像装置。
  4. 前記光電変換膜として、赤色検出用光電変換膜と緑色検出用光電変換膜と青色検出用光電変換膜とが設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光電変換膜積層型固体撮像装置。
  5. 前記赤色検出用光電変換膜に被着される赤色用の前記画素電極膜と、前記緑色検出用光電変換膜に被着される緑色用の前記画素電極膜と、前記青色検出用光電変換膜に被着される青色用の前記画素電極膜とが、入射光方向に整列して設けられることを特徴とする請求項４に記載の光電変換膜積層型固体撮像装置。
  6. 前記赤色検出用光電変換膜に被着される赤色用の前記画素電極膜と、前記緑色検出用光電変換膜に被着される緑色用の前記画素電極膜と、前記青色検出用光電変換膜に被着される青色用の前記画素電極膜とが、該画素電極膜の配列ピッチの１／３ピッチづつ前記行方向にずらして設けられることを特徴とする請求項４に記載の光電変換膜積層型固体撮像装置。
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