JP2006120773A

JP2006120773A - 光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置

Info

Publication number: JP2006120773A
Application number: JP2004305539A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Maehara; 佳紀前原; Tomoki Inoue; 知己井上
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2024-10-20
Also published as: JP4700947B2

Abstract

【課題】従来のＣＣＤ型やＣＭＯＳ型のイメージセンサで用いられている信号読出方式や信号処理方式を利用できしかも緑色の受光量を増やし緑色の感度を高めることができる光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置を提供する。
【解決手段】複数の赤色光光電変換素子２と青色光光電変換素子４とが配列形成された半導体基板１と、半導体基板１の上に積層され緑色光を受光して光電荷を発生する光電変換膜１９とを備える光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置において、光電変換膜１９に付設され画素毎に区分けされた各画素電極膜５の各々に接続される緑色信号電荷蓄積部３が半導体基板１の赤色光光電変換素子２及び青色光光電変換素子４の脇に形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ｒ（赤色），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の３色のカラー画像を撮像する単板式カラー固体撮像装置に係り、特に、半導体基板の上に積層した光電変換膜で緑色を検出し半導体基板表面部に形成した光電変換素子で赤色と青色を検出する構成とした光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置に関する。

デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等に搭載されるＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサ等の単板式カラー固体撮像装置は、数百万画素の光電変換素子と各画素から信号を読み出す信号読出回路とを同一の半導体基板上に製造する関係で、各光電変換素子の受光面の面積を広くとることができず、このため、受光面の寸法が入射光の波長オーダとなり、一画素で検出できる光量が少なくなって感度が低下してきていると共に、製造歩留まりが低下してコストが嵩むようになってきている。

そこで、例えば下記特許文献１，２に記載されている様に、半導体基板には信号読出回路だけを設け、半導体基板の上層部に赤色検出用の光電変換膜と緑色検出用の光電変換膜と青色検出用の光電変換膜を積層する光電変換膜積層型のカラー固体撮像装置が開発されるようになってきている。

しかし、光電変換膜をＲ用，Ｇ用，Ｂ用の３層も半導体基板の上に積層するのは困難であり、製造コストも嵩んでしまう。このため、下記特許文献３では、半導体基板表面上に、従来のＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサと同様に赤色検出用の光電変換素子と青色検出用の光電変換素子を製造し、この半導体基板の上部に、緑色検出用の光電変換膜を１層だけ積層したカラー固体撮像装置を提案している。

特開昭５８―１０３１６５号公報特開２００２―８３９４６号公報特開２００３―３３２５５１号公報の図５，図６（ｂ）

光電変換膜を１層だけ半導体基板の上に積層して３原色の内の１色を検出し、他の２色は半導体基板に設けたフォトダイオード（光電変換素子）で検出する構成にすると、光電変換膜の１画素の面積を広くとることができるため、緑色の受光量を増やすことができ、感度が向上する。

しかし、上記の特許文献３には、緑色検出用の光電変換膜に対して赤色検出用，青色検出用のフォトダイオードを下層側に設けるという記載しかなく、光電変換膜で検出した信号電荷を画素毎に蓄積する蓄積部を半導体基板のどの位置に設け、この位置と赤色，青色検出用のフォトダイオードとの配置関係については記載がない。

この配置関係は、カラー固体撮像装置で検出したＲ信号，Ｇ信号，Ｂ信号の全てを１回で読み出せるようにできるか、２回に分けて読まなければならないかに関わり、また、デジタルカメラ等に搭載する場合、新たに読出回路の配置位置を設計しなければならないかや、新たに信号処理回路を開発しなければならないかに関わってくる。

本発明の目的は、従来のＣＣＤ型やＣＭＯＳ型のイメージセンサで用いられている信号読出方式や信号処理方式を利用可能でしかも緑色の受光量を増やすことができる光電変換膜積層型単板式カラー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単板式カラー固体撮像装置は、複数の赤色光光電変換素子と青色光光電変換素子とが表面領域に配列形成された半導体基板と、該半導体基板の上に積層され緑色光を受光して光電荷を発生する光電変換膜とを備える光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置において、前記光電変換膜に付設され画素毎に区分けされた各画素電極膜の各々に接続される緑色信号電荷蓄積部が、前記表面領域の前記赤色光光電変換素子および前記青色光光電変換素子の少なくとも一方の隣に形成されたことを特徴とする。

本発明の光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置は、前記画素電極膜の各々が、当該画素電極膜に接続される前記緑色信号電荷蓄積部の上方及び隣接する前記赤色光光電変換素子及び青色光光電変換素子の少なくとも一方または双方の上方を覆うことを特徴とする。

本発明の光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置は、前記赤色光光電変換素子及び青色光光電変換素子の少なくとも一方または双方の上方を前記画素電極膜が覆うように該赤色光光電変換素子及び該青色光光電変換素子の面積を縮小して形成したことを特徴とする。

本発明の光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置は、前記画素電極膜に覆われる前記赤色光光電変換素子または前記青色光光電変換素子が複数存在するときは該画素電極膜に接続される前記緑色信号電荷蓄積部が該画素電極膜の重心位置に設けられることを特徴とする。

本発明の光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置は、前記赤色光光電変換素子及び前記青色光光電変換素子の各々が、隣接する複数の前記画素電極膜によって領域分割されて覆われることを特徴とする。

本発明の光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置は、前記緑色信号電荷蓄積部の面積が前記赤色光光電変換素子及び前記青色光光電変換素子の各面積より小さく形成されることを特徴とする。

本発明の光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置は、前記赤色光光電変換素子及び前記青色光光電変換素子の各面積が前記緑色信号電荷蓄積部の面積を縮小した分だけ広く形成されることを特徴とする。

本発明の光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置は、前記赤色光光電変換素子に赤色光を透過させる赤色フィルタと前記青色光光電変換素子に青色光を透過させる青色フィルタとが前記半導体基板に対してストライプ状に形成されることを特徴とする。

本発明の光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置は、前記半導体基板の前記赤色光光電変換素子及び前記青色光光電変換素子並びに前記緑色信号電荷蓄積部の脇に信号読出手段が形成されることを特徴とする。

本発明の光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置は、前記信号読出手段が、ＭＯＳトランジスタ及び該ＭＯＳトランジスタに接続された信号線で形成され、あるいは電荷転送路で形成されることを特徴とする。

本発明の光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置は、前記赤色光光電変換素子及び前記青色光光電変換素子並びに前記緑色信号電荷蓄積部が前記半導体基板上に正方格子配列されることを特徴とする。

本発明の光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置は、前記赤色光光電変換素子及び前記青色光光電変換素子並びに前記緑色信号電荷蓄積部が前記半導体基板上にベイヤー配列されることを特徴とする。

本発明の光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置は、前記赤色光光電変換素子及び前記青色光光電変換素子を交互に配置した行と、前記緑色信号電荷蓄積部を配置した行とが１／２ピッチづつずらして配列されることを特徴とする。

本発明によれば、従来のＣＣＤ型やＣＭＯＳ型のイメージセンサで用いられている信号読出方式や信号処理方式を利用できしかも緑色の受光量を増やし緑色の感度を高めることができる光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置を提供することが可能となる。

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。

図１は、本発明の一実施形態に係る光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置の表面模式図である。半導体基板１の表面部には、マトリクス状に多数の信号蓄積部２，３，…が正方格子状に設けられている。

例えばその奇数行には、赤色（Ｒ）を検出すると共に赤色の信号電荷を蓄積する信号蓄積部（フォトダイオード）２と、詳細は後述する緑色の信号電荷を蓄積する信号蓄積部３と、青色（Ｂ）を検出すると共に青色の信号電荷を蓄積する信号蓄積部（フォトダイオード）４と、緑色の信号電荷を蓄積する信号蓄積部３とが巡回的に設けられており、偶数行には、緑色の信号電荷を蓄積する信号蓄積部３と、青色（Ｂ）を検出すると共に青色の信号電荷を蓄積する信号蓄積部４と、緑色の信号電荷を蓄積する信号蓄積部３と、赤色（Ｒ）を検出すると共に赤色の信号電荷を蓄積する信号蓄積部２とが巡回的に設けられている。

半導体基板１の表面の上には、緑色の光を受光してその受光量に応じた電荷を発生する光電変換膜１９（図２参照）が積層されている。この光電変換膜に設けられた画素電極膜５は、緑色の信号電荷蓄積部３と、隣接の赤色用信号蓄積部２または青色用信号蓄積部４とを覆うように設けられている。

図１で水平方向に並ぶ信号蓄積部２，３間，３，４間，４，３間，３，２間には、垂直方向に延びる垂直転送路６が設けられており、半導体基板１の下辺部には水平転送路７が設けられている。そして、後述する様にして各信号蓄積部２，３，４に蓄積された信号電荷は、垂直転送路６に読み出されて垂直方向に水平転送路７まで転送され、その後に水平転送路７によって転送され、半導体基板１からＲ信号，Ｇ信号，Ｂ信号が読み出される。

図２は、図１のII―II線断面模式図である。ｎ型半導体基板１の表面部にはｐウェル層１１が形成され、ｐウェル層１１の表面部の赤色（Ｒ）画素領域にはｎ領域２が形成され、同様に、ｐウェル層１１の表面部の青色（Ｂ）画素領域にはｎ領域４が形成され、ｐウェル層１１とｎ領域２との間、ｐウェル層１１とｎ領域４との間に、夫々光電変換素子としてのフォトダイオードが形成され、発生した信号電荷は、ｎ領域２，４に蓄積される。

図示の例では、ｎ領域２とｎ領域４との間のｐウェル層１１の表面部にはｎ領域３が形成され、このｎ領域３が、緑色の信号電荷蓄積部となる。各ｎ領域２，３，４の右側には、夫々少し離間してｎ領域６が設けられ、夫々のｎ領域６が、図１に示す垂直転送路６を構成する。ｎ領域６の表面部には各信号蓄積部２，３，４まで達する読み出し電極１２を兼用する転送電極が形成され、各転送電極１２の上には、遮光膜１３が設けられている。

各ｎ領域２，３，４の左側面部及び表面部にはｐ＋領域１４が設けられ、隣接垂直転送路６との分離が図られると共に、表面部の欠陥準位低減が図られる。半導体基板１の最表面には、図示しない酸化シリコン膜が形成され、その上に、上記の転送電極１２が形成される。

ｎ領域２の上方の遮光膜１３の開口位置の上部には、赤色を透過するカラーフィルタ１５が設けられ、ｎ領域４の上方の遮光膜１３の開口位置の上部には、青色を透過するカラーフィルタ１６が設けられる。カラーフィルタ１５，１６及び遮光膜１３，転送電極１２は透明の絶縁層１７内に埋設される。

絶縁層１７の表面には、図１で説明した透明の画素電極膜５が区分けして形成され、各画素電極膜５とｎ領域３とは、縦配線１８によって接続される。この縦電極１８は、対応画素電極膜５及びｎ領域３以外とは電気的に絶縁される。各画素電極膜５の上には、半導体基板１全面にわたる光電変換膜１９が積層され、その上に、共通の透明対向電極膜２０が形成される。

斯かる構成の光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置に光が入射すると、入射光の内の緑色の波長領域の光は光電変換膜１９に吸収され、光電荷が光電変換膜１９内に発生するが、この光電荷は、縦配線１８を通ってｎ領域３に流れ込み、保持される。対向電極膜２０にバイアス電位を印加することで、光電荷のｎ領域３への流れが促進される。

入射光のうちの赤色（Ｒ）及び青色（Ｂ）の波長領域の光は光電変換膜１９を透過し、赤色光はカラーフィルタ１５を透過してｎ領域２に入射する。これにより、赤色光の光量に応じた信号電荷が発生しｎ領域２に蓄積される。同様に、青色光はカラーフィルタ１６を透過してｎ領域４に入射し、青色光の光量に応じた信号電荷がｎ領域４に蓄積される。

各ｎ領域２，３，４に蓄積された赤色，緑色，青色の各信号電荷は、垂直転送路６に読み出され、垂直転送路６を水平転送路７まで転送され、その後、水平転送路７を転送されて半導体基板１から出力される。

尚、上述した実施形態は、信号読出回路をＣＣＤセンサと同様に電荷転送路で構成したが、各ｎ領域２，３，４の脇に信号読出用のＭＯＳトランジスタを形成し、従来のＣＭＯＳセンサと同様に各ｎ領域２，３，４から信号を読み出すことも可能である。また、図２では図示を省略したが、画素電極膜２０の上部もしくは各画素電極膜５と各カラーフィルタ１５，１６との間にマイクロレンズを搭載し、赤色，青色の入射光を各ｎ領域２，４の遮光膜１３開口内側に集光するのが好ましいのはいうまでもない。

本実施形態では、図１に示す様に、ｎ領域２（Ｒ画素２）によって赤色信号が検出され、ｎ領域４（Ｂ画素４）によって青色信号が検出されると共に、ｎ領域２，３または３，４の上部の２画素分の面積によって緑色信号が検出されるため、輝度信号として使用することができる緑色の感度が向上する。

また、ｎ領域２，３，４の配列が正方格子配列のため、既存のＣＣＤセンサの信号読出方式や信号処理方式をそのまま適用可能となり、製造コストの低減を図ることができる。特に、図１では、各行にＲ画素２とＢ画素４とをＧ信号蓄積部３を挟んで交互に設け赤色フィルタと青色フィルタを斜めストライプ状としたが、例えば奇数行にはＲ画素２とＧ信号蓄積部３とを交互に設け、偶数行にはＧ信号蓄積部３とＢ画素４とを交互に設けると、カラーフィルタをベイヤー配列した既存のセンサと画素配置が全く同一となるため、ベイヤー配列用の信号読出や信号処理をそのまま利用可能となる。

更に、半導体基板１として、既存の単板式カラーＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサの設計をそのまま利用して半導体基板１を製造し、既存のセンサで設ける必要のある緑色のカラーフィルタの代わりに縦配線１８を形成し、上層部に画素電極膜５，光電変換膜１９，共通電極膜２０を形成するだけで製造できるため、製造コストの低減を図ることができる。

尚、ｎ領域３は、緑色の光自体をｎ領域３に入射させる必要はなく単に光電変換膜１９で発生した光電荷を蓄積するだけでいいため、図３に示す様に、その面積を小さくすることができ、代わりに、Ｒ画素用，Ｂ画素用のｎ領域３，４の受光面面積の増大を図ることができる。即ち、既存の単板式ＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサの各画素配置を変えずに面積比のみを変更するだけで、赤色，青色の感度アップを図ることも可能となる。

図４は、図１に示す光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置の変形例の要部（画素部）拡大表面模式図である。この変形例では、垂直方向に並ぶＢ画素４またはＲ画素２とＧ信号蓄積部３とを隣接形成し、両者の上部を覆うようにＧ信号用の画素電極膜５を設けている。この様に垂直方向の画素寸法を１／２に縮小すると、垂直方向の解像度がアップする。

図３，図４の例は、Ｒ画素２とＢ画素４とを市松配置しているが、同一列に同一色の画素を配置した例を図５，図６に示す。この様にすることで、カラーフィルタを縦ストライプとすることができ、カラーフィルタの形成が容易となる。尚、図６の構成で信号読出回路が電荷転送路の場合、Ｒ画素２やＢ画素４の信号電荷は左側の垂直転送路で読み出し、Ｇ信号電荷は右側の垂直転送路で読み出すようにしてもよい。この場合、Ｒ，Ｇ，Ｂの信号電荷は２回に分けて読み出すことになる。また、図６のように水平方向のピッチを縮小化することで、特に、動画の撮像において有利となる。

上述した実施形態では、緑色の光の受光面積を２画素分としたが、３画素分とすることも可能である。図７（ａ）は水平方向に並ぶ３画素分とした例であり、図７（ｂ）は、垂直方向に並ぶ３画素分とした例である。これらの場合、図示するように、Ｇ信号電荷蓄積部３をＲ画素２とＢ画素４の間に設けるのが良い。

図８（ａ）（ｂ）は、図７（ａ）の変形例である。図８（ａ）の実施形態では、図５と同様に、Ｒ感度，Ｂ感度を向上させるためにＲ画素２とＢ画素４の面積を増大させており、図８（ｂ）の実施形態では、図６と同様に、水平方向のピッチを縮小化して水平方向の解像度アップを図っている。

図９（ａ）（ｂ）は、図７（ｂ）の変形例である。図９（ａ）の実施形態では、図５と同様に、Ｒ感度，Ｂ感度を向上させるためにＲ画素２とＢ画素４の面積を増大させており、図９（ｂ）の実施形態では、図６と同様に、垂直方向のピッチを縮小化して垂直方向の解像度アップを図っている。

図１０（ａ）〜（ｄ）及び図１１（ａ）〜（ｄ）は、各画素（ｎ領域２，３，４）を半導体基板１に正方格子状に配列した場合において、各画素２，３，４とＧ画素電極膜５との配置例の各バリエーションを示す図である。

図１０（ａ）では、Ｇ画素用信号電荷蓄積部３と、これに水平方向左側に並ぶＲ画素２またはＢ画素４との上に２画素分の画素電極膜５を設けてこれをＧ画素受光領域５にすると共に、奇数行のＧ画素受光領域５と偶数行のＧ画素受光領域５とが水平方向に１画素分づつずれる様に配置している。

図１０（ｂ）では、Ｇ画素用信号電荷蓄積部３を中心に左方向，右方向の両方に１画素分づつ画素電極膜５を延ばし、画素電極膜５の左端または右端にＲ画素（ｎ領域２）またはＢ画素（ｎ領域４）の半分がかかる様にし、Ｇ画素受光領域（画素電極膜）５に覆われたＲ画素２とＢ画素４との重心位置にＧ画素受光領域５の中心が来るようにしている。

図１０（ｃ）では、図１０（ｂ）とは逆に、Ｇ画素用信号電荷蓄積部３とこれに水平方向右側に並ぶＲ画素２またはＢ画素４の上に２画素分の画素電極膜５を設けている。

図１０（ｄ）では、Ｇ画素用信号電荷蓄積部３と、これに垂直方向上側に並ぶＲ画素２またはＢ画素４との上に２画素分の画素電極膜５を設けてこれをＧ画素受光領域５にすると共に、奇数列のＧ画素受光領域５と偶数列のＧ画素受光領域５とが垂直方向に１画素分づつずれる様に配置している。

図１１（ａ）では、Ｇ画素用信号電荷蓄積部３と、これに垂直方向上側または下側に並ぶＲ画素２またはＢ画素４との上に２画素分の画素電極膜５を設けると共に、奇数列のＧ画素受光領域５と偶数列のＧ画素受光領域５とが水平方向にずれないように配置している。

図１１（ｂ）では、Ｇ画素用信号電荷蓄積部３と、これに垂直方向下に並ぶＲ画素２またはＢ画素４との上に２画素分の画素電極膜５を設けてこれをＧ画素受光領域５にすると共に、奇数列のＧ画素受光領域５と偶数列のＧ画素受光領域５とが垂直方向に１画素分づつずれる様に配置している。

図１１（ｃ）では、Ｇ画素用信号電荷蓄積部３を中心に上方向，下方向の両方に１画素分づつ画素電極膜５を延ばし、画素電極膜５の上端または下端にＲ画素２またはＢ画素４の半分がかかる様にし、Ｇ画素受光領域（画素電極膜）５に覆われたＲ画素２とＢ画素４との重心位置にＧ画素受光領域５の中心が来るようにしている。

図１１（ｄ）では、各Ｇ画素用信号電荷蓄積部３を中心として２画素分の面積となる正方形状の画素電極膜５を４隅が上下左右に配列される様にし、各隅が隣接Ｒ画素２またはＢ画素４の１／４画素分づつ覆うようにし、信号電荷蓄積部３の位置がＧ画素受光領域（画素電極膜）５の中心に来るようにしている。

画素を半導体基板１上に正方格子状に配列した場合、Ｇ画素受光領域５の配列の仕方には色々あり、図１０，図１１のいずれの配列でも良い。

例えば図１０（ａ）の１つの画素電極膜５で覆われた範囲を、画像処理するときに「１画素」として処理し、この「１画素」におけるＲ信号，Ｇ信号，Ｂ信号を求める場合には、図１０（ａ）の左上の「１画素」では、Ｒ信号とＧ信号は検出された信号を用い、Ｂ信号については周囲のＢ信号が検出される画素の信号を補完して用いることになる。これに対し、図１０（ｂ）や図１１（ｃ），（ｄ）では、１つの画素電極膜５で覆われた範囲からＲ信号，Ｇ信号，Ｂ信号が３信号共に得られるため、画像処理が容易になり色再現性が向上するという利点がある。

尚、図１０，図１１ではＧ画素電極膜５の面積を２画素分としているが、これらの配置例と図３〜図９の実施形態とを任意に組み合わせることでもよいのは勿論である。例えば、図１１（ｃ）において、Ｇ信号電荷蓄積部３の面積を小さくすると共にその上下のＲ画素２，Ｂ画素４の面積を増大させると共に、垂直方向のピッチを小さくして解像度を高めるのが良い。

以上述べた実施形態では、既存のＣＣＤやＣＭＯＳセンサのうち画素が正方格子配列されたセンサの設計思想を流用して光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置を製造したが、既存のＣＣＤやＣＭＯＳセンサには、例えば特開平１０―１３６３９１号公報に記載されている様に、画素（ここでの画素は、ｎ領域２，３，４をいう。）が各行毎に１／２ピッチづつずらして配置されたもの（所謂、ハニカム画素配置）がある。このハニカム画素配置されたものに対しても上記実施形態と同様の光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置を製造でき、その信号読出方式や信号処理方式を流用可能である。

図１２（ａ）〜（ｄ），図１３（ａ）〜（ｄ），図１４（ａ）〜（ｃ）はハニカム画素配置された光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置における各画素２，３，４とＧ画素電極膜５との配置例の各バリエーションを示す図である。

図１２（ａ）では、Ｇ画素用信号電荷蓄積部３とその斜め右下または斜め左上のＲ画素２またはＢ画素４とを覆う画素電極膜５を設けている。

図１２（ｂ）では、Ｇ画素用信号電荷蓄積部３とその斜め左上のＲ画素２またはＢ画素４とを覆う画素電極膜５を設け、斜め方向の画素電極膜５が右斜め上方向に並ぶ画素電極膜５が１画素分づつ斜め方向にずれる様にしている。

図１２（ｃ）では、図１２（ａ）と異なり、Ｂ画素４が必ずＧ画素用信号電荷蓄積部３に対して左斜め上となり、Ｒ画素２が必ずＧ信号電荷蓄積部３の右斜め下となる様に画素電極膜５を設けている。

図１２（ｄ）では、図１２（ｂ）と異なり、Ｒ画素２またはＢ画素４が必ずＧ画素用信号電荷蓄積部３に対して右斜め下となるように画素電極膜５を設けている。

図１３（ａ）では、Ｇ画素用信号電荷蓄積部３を中心に右斜め下方向と左斜め上方向に１画素分づつ画素電極膜５を延ばし、その両端部の夫々においてＲ画素２の半分またはＢ画素４の半分が画素電極膜５に覆われる様にしている。

図１３（ｂ）では、図１２（ａ）の２画素分の長手の画素電極膜５の方向が右斜め下方向であるのに対し、２画素分の長手の画素電極膜５の方向が右斜め上方向となっている。

図１３（ｃ）では、図１２（ｃ）の２画素分の長手の画素電極膜５の方向が右斜め下方向であるのに対し、２画素分の長手の画素電極膜５の方向が右斜め上方向となっている。

図１３（ｄ）では、図１２（ｄ）の２画素分の長手の画素電極膜５の方向が右斜め下方向であるのに対し、２画素分の長手の画素電極膜５の方向が右斜め上方向となっている。

図１４（ａ）では、図１２（ｂ）の２画素分の長手の画素電極膜５の方向が右斜め下方向であるのに対し、２画素分の長手の画素電極膜５の方向が右斜め上方向となっている。

図１４（ｂ）では、図１３（ａ）の２画素分の長手の画素電極膜５の方向が右斜め下方向であるのに対し、２画素分の長手の画素電極膜５の方向が右斜め上方向となっている。

図１４（ｃ）では、各Ｇ画素用信号電荷蓄積部３を中心として２画素分の面積となる正方形状の画素電極膜５を４隅が左右の斜め方向上下となるように配列し、各隅が隣接Ｒ画素２またはＢ画素４の１／４画素分づつ覆うようにし、信号電荷蓄積部３の位置がＧ画素受光領域（画素電極膜）５の中心に来るようにしている。

ハニカム画素配置の場合も、画素電極膜５の配置の仕方には色々あり、図１２〜図１４のいずれの配列でも良いが、正方格子配列に比べて、全画素読み出しが容易になるという利点がある。または、正方格子配列の場合と同様に、１つの画素電極膜５で覆われた範囲を画像処理するときに「１画素」として処理するに際して、この「１画素」でＲ信号，Ｇ信号，Ｂ信号の３つの信号が検出される図１４（ｃ）の構成が、信号処理や色再現性の点で好適であるのはいうまでもない。

尚、図１２〜図１４ではＧ画素電極膜５の面積を２画素分としているが、これらの配置例と図３〜図９の実施形態とを任意に組み合わせることでもよいのは正方格子配列の場合と同様である。

尚、上述した実施形態では、赤色光光電変換素子と青色光光電変換素子との間に緑色光信号電荷蓄積部を設け（図１〜図１０）、あるいは、赤色光光電変換素子と赤色光光電変換素子との間または青色光光電変換素子と青色光香典変換素子との間に緑色光信号電荷蓄積部を設け（図１２〜図１４）ているが、緑色光信号電荷蓄積部は、赤色光光電変換素子および青色光香典変換素子の少なくとも一方の隣に設ければ済む。

本発明に係る光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置は、緑色の入射光の受光面積を広げて緑色信号の感度を向上させることができるため、従来のＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等に代わる固体撮像素子として有用である。

本発明の一実施形態に係る光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置の平面模式図である。図１のII―II線断面模式図である。図１に示す実施形態の変形例を示す光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置の要部平面模式図である。図１に示す実施形態の別変形例を示す光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置の要部平面模式図である。図１に示す実施形態の更に別の変形例を示す光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置の要部平面模式図である。図１に示す実施形態の更に別の変形例を示す光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置の要部平面模式図である。図１に示す実施形態の更に別の変形例を示す光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置の要部平面模式図である。図１に示す実施形態の更に別の変形例を示す光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置の要部平面模式図である。図１に示す実施形態の更に別の変形例を示す光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置の要部平面模式図である。図１に示す実施形態の更に別の変形例を示す光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置の要部平面模式図である。図１に示す実施形態の更に別の変形例を示す光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置の要部平面模式図である。図１に示す実施形態の更に別の変形例を示す光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置の要部平面模式図である。図１に示す実施形態の更に別の変形例を示す光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置の要部平面模式図である。図１に示す実施形態の更に別の変形例を示す光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置の要部平面模式図である。

符号の説明

１半導体基板
２ｎ領域（Ｒ画素の信号蓄積部）
３ｎ領域（Ｇ画素用の信号蓄積部）
４ｎ領域（Ｂ画素の信号蓄積部）
５画素電極膜（Ｇ画素用の受光領域）
６垂直転送路
１３遮光膜
１５赤色フィルタ
１６青色フィルタ
１８縦配線
１９緑色信号検出用の光電変換膜

Claims

複数の赤色光光電変換素子と青色光光電変換素子とが表面領域に配列形成された半導体基板と、該半導体基板の上に積層され緑色光を受光して光電荷を発生する光電変換膜とを備える光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置において、前記光電変換膜に付設され画素毎に区分けされた各画素電極膜の各々に接続される緑色信号電荷蓄積部が、前記表面領域の前記赤色光光電変換素子および前記青色光光電変換素子の少なくとも一方の隣に形成されたことを特徴とする光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置。
前記画素電極膜の各々が、当該画素電極膜に接続される前記緑色信号電荷蓄積部の上方及び隣接する前記赤色光光電変換素子及び青色光光電変換素子の少なくとも一方または双方の上方を覆うことを特徴とする請求項１に記載の光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置。
前記赤色光光電変換素子及び青色光光電変換素子の少なくとも一方または双方の上方を前記画素電極膜が覆うように該赤色光光電変換素子及び該青色光光電変換素子の面積を縮小して形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置。
前記画素電極膜に覆われる前記赤色光光電変換素子または前記青色光光電変換素子が複数存在するときは該画素電極膜に接続される前記緑色信号電荷蓄積部が該画素電極膜の重心位置に設けられることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置。
前記赤色光光電変換素子及び前記青色光光電変換素子の各々が、隣接する複数の前記画素電極膜によって領域分割されて覆われることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置。
前記緑色信号電荷蓄積部の面積が前記赤色光光電変換素子及び前記青色光光電変換素子の各面積より小さく形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置。
前記赤色光光電変換素子及び前記青色光光電変換素子の各面積が前記緑色信号電荷蓄積部の面積を縮小した分だけ広く形成されることを特徴とする請求項６に記載の光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置。
前記赤色光光電変換素子に赤色光を透過させる赤色フィルタと前記青色光光電変換素子に青色光を透過させる青色フィルタとが前記半導体基板に対してストライプ状に形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置。
前記半導体基板の前記赤色光光電変換素子及び前記青色光光電変換素子並びに前記緑色信号電荷蓄積部の脇に信号読出手段が形成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光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置。
前記信号読出手段が、ＭＯＳトランジスタ及び該ＭＯＳトランジスタに接続された信号線で形成され、あるいは電荷転送路で形成されることを特徴とする請求項９に記載の光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置。
前記赤色光光電変換素子及び前記青色光光電変換素子並びに前記緑色信号電荷蓄積部が前記半導体基板上に正方格子配列され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光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置。
前記赤色光光電変換素子及び前記青色光光電変換素子並びに前記緑色信号電荷蓄積部が前記半導体基板上にベイヤー配列されることを特徴とする請求項１１に記載の光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置。
前記赤色光光電変換素子及び前記青色光光電変換素子を交互に配置した行と、前記緑色信号電荷蓄積部を配置した行とが１／２ピッチづつずらして配列され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光電変換膜積層型単板式カラー固体撮像装置。