JP2006269923A - 光電変換膜積層型カラー固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像素子周辺部における偽色発生を抑制する。
【解決手段】 シリコン基板２０１の表面に形成されたフォトダイオード（２０４，２０３）を青色光検出用の青画素とし、青画素の下に形成されたフォトダイオード（２０３，２０２）を赤色光検出用の赤画素とし、画素毎に区分けされた画素電極膜２０８と共通電極膜２１０とに挟まれシリコン基板２０１の上に積層された光電変換膜２０９を緑色光検出用の緑画素とし、シリコン基板２０１の表面に対して垂直方向に並ぶ青画素，赤画素，緑画素で構成される単位セルがシリコン基板表面に二次元的に配置形成される光電変換膜積層型カラー固体撮像素子において、緑画素の感度分布の重心Ｓｇ位置と赤画素の感度分布の重心Ｓｒ位置との距離Ｗと単位セルの配列ピッチＰとが、Ｐ≧Ｗであることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は１画素で赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の３色の信号を検出するカラー固体撮像素子に係り、特に、青色光と赤色光とを半導体基板に設けたフォトダイオードで検出し緑色光を半導体基板上に積層した光電変換膜で検出する光電変換膜積層型カラー固体撮像素子に関する。

従来のＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサに代表される単板式カラー固体撮像素子は、光電変換する画素（フォトダイオード）配列上にモザイク状にＲ，Ｇ，Ｂの各色フィルタを搭載している。そして、カラー固体撮像素子の各画素から出力される色フィルタに応じた色信号を信号処理することで、カラー画像を生成する様になっている。

しかし、色フィルタがモザイク状に配置されたカラー固体撮像素子は、原色の色フィルタ（Ｒ，Ｇ，Ｂの３色）の場合，入射光の２／３が各色フィルタで吸収されるため、光利用効率が悪く、感度が低いという欠点を持っている。また、各画素で１色の色信号しか得られないため解像度も悪く、特に、偽色が目立つという欠点もある。

そこで、斯かる欠点を克服するために、例えば、特許文献１，２に記載されている様に、３層の光電変換膜を積層した撮像素子が研究，開発されている。この撮像素子は、例えば、光入射面から順に、青色（Ｂ），緑色（Ｇ），赤色（Ｒ）の夫々の光に対して信号電荷（電子，正孔）を発生する光電変換膜を３層積層した画素構造を備え、しかも各画素毎に、各光電変換膜で光発生した信号電荷を独立に読み出す信号読出回路を備えている。この撮像素子の場合、入射光を殆ど光電変換するため、可視光の利用効率は１００％に近く、しかも１画素でＲ，Ｇ，Ｂの３色の色信号が得られる構造になっているため、高感度で、高解像度、偽色が目立たない良好な画像が得られるという利点がある。

また、特許文献３に記載された撮像素子は、シリコン基板内に光信号を検出する３層のウェル（フォトダイオード）を設け、シリコン基板の深さの違いにより、分光感度が異なる信号を取り出す様にしている。つまり、表面のｐｎ接合部からは青色（Ｂ）にピークを持つ信号を取り出し、中間のｐｎ接合部からは緑色（Ｇ）にピークを持つ信号を取り出し、深部のｐｎ接合部からは赤色（Ｒ）にピークを持つ信号を取り出す様にしている。この撮像素子も、特許文献１，２に記載の撮像素子と同様に、高感度で、高解像度（偽色が目立たない）の良好な画像を撮像することができる。

しかし、特許文献１，２の撮像素子は、３層の光電変換膜を基板上に積層しなければならず、また、各光電変換膜毎かつ画素毎に区分けして設けた画素電極膜と基板上に設けた信号読出回路とを接続する縦配線の形成が難しく、製造工程が複雑でコストが嵩み、また、製造歩留まりが低いという問題を抱えている。

一方、特許文献３の撮像素子は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色信号の分光感度特性の分離が十分でないため色再現性が悪く、かつ、真のＲ，Ｇ，Ｂ信号を得るために出力信号の加減算を行う必要があり、この加減算処理によってＳ／Ｎが劣化してしまうという問題がある。

そこで、特許文献１，２及び特許文献３の各問題を解決する撮像素子として、特許文献４に記載の撮像素子が提案されている。この撮像素子は、特許文献１，２の撮像素子と特許文献３の撮像素子のハイブリッド型となっている。即ち、シリコン基板の上層に緑色（Ｇ）光に感度を持つ光電変換膜を１層だけ積層し、シリコン基板内に２つのｐｎ接合（フォトダイオード）を設けて、浅部のｐｎ接合部で青色（Ｂ）光の信号を、深部のｐｎ接合部で赤色（Ｒ）光の信号を取り出す構造になっている。

この撮像素子は、光電変換膜が１層のため製造工程が簡単となり、製造コストの上昇が抑制されると共に、製造歩留まりの低下も殆どなくなるという利点を有する。また、光電変換膜で緑色（Ｇ）光が吸収されシリコン基板内には青色（Ｂ）光と赤色（Ｒ）光のみが入射する構成のため、シリコン基板内のＢ光用のｐｎ接合部とＲ光用のｐｎ接合部の分光感度特性の分離が改善されて色再現性が良くなり、かつ、Ｓ／Ｎも良い画像を撮像することが可能となる。

特表２００２―５０２１２０号公報 特開２００２―８３９４６号公報 特表２００２―５１３１４５号公報 特開２００３−３３２５５１号公報

しかしながら、特許文献４のハイブリッド型の撮像素子は、撮像素子の受光部周辺で偽色が目立つという問題がある。以下に、図４を用いてその理由を説明する。

図４は、ハイブリッド型の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子の断面模式図であり、図示の例では、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の３色の信号を検出する画素（単位セル）が一列に３個並んでいるところを示している。

ｎ型半導体基板１０１の表面部の深部にはｐ型半導体層１０２が形成され、その表面部にはｎ型半導体層１０３が形成される。半導体層１０３と半導体層１０２との間に形成されるｐｎ接合が青色（Ｂ）光を検出する第１のフォトダイオードを構成し、半導体層１０２と基板１０１との間に形成されるｐｎ接合が赤色（Ｒ）光を検出する第２のフォトダイオードを構成する。

半導体基板１０１の表面部には透明絶縁層１０４が積層され、その上に、画素毎に区分けされた透明な画素電極膜１０５が積層され、その上に、各画素共通に一枚構成でなる光電変換膜１０６が積層され、この光電変換膜１０６で緑色光を検出する。光電変換膜１０６の上には各画素共通の一枚構成でなる透明の共通電極膜１０７が積層され、その上に、透明な保護膜１０８が積層される。

この光電変換膜積層型カラー固体撮像素子は、小型，低価格，高解像が要求される携帯電話機搭載のカメラやデジタルスチルカメラ等の用途に使用されるものであり、画素ピッチは、例えば３ミクロンと小さい。

赤色を検出する画素部分をＲ画素、緑色を検出する画素部分をＧ画素は、青色を検出する画素部分をＢ画素とすると、１画素（単位セル）を構成するＲ画素，Ｇ画素，Ｂ画素のうちＧ画素に対して、Ｒ画素，Ｂ画素はその面積が小さくなる。何故ならば、Ｒ画素，Ｂ画素を設ける半導体基板１０１上には、信号読出回路（ＣＣＤ型であれば電荷転送路、ＣＭＯＳ型であればＭＯＳトランジスタ回路）も設ける必要があるためである。

また、Ｂ画素は半導体基板１０１の表面浅部に設けられ、Ｒ画素は、Ｂ画素より１．２ミクロン程度深い所に設けられる。これに対し、Ｇ画素は、絶縁層１０４の上に設けられるため、３ミクロン〜４ミクロン程度、半導体基板１０１の表面から離れることになる。 更に、Ｇ画素の厚み即ち光電変換膜１０６の厚みは、０．５ミクロン〜１ミクロン程度である。従って、１画素を構成するＲ画素，Ｇ画素，Ｂ画素のうちＧ画素とＲ画素が最も離れ、その距離は、４ミクロン〜５ミクロン以上となる。

撮像素子の受光部中央では、絞りの中心を通る主光線１１０は、半導体基板１０１の表面に対してほぼ垂直に入射する。この主光線１１０に対しては、Ｇ画素，Ｂ画素，Ｒ画素の出力信号と、光学像のＧ，Ｂ，Ｒの相対位置関係とは一致している。

これに対し受光部周辺では、主光線１１１は、半導体基板１０１の表面に対して１５度〜３０度の角度で斜めに入射する。この入射角は、撮像素子の受光部の大きさや使用する結像光学系の光学特性に依存するものであるが、携帯電話機やデジタルスチルカメラ等の様に、小型，薄型の要求が強い用途では、１５度〜３０度の角度になる場合が多い。従って、受光部周辺では、Ｇ画素における結像光学像と、Ｒ画素における結像光学像で、２．１ミクロン程度（入射角を２５度とし、Ｒ画素とＧ画素の距離が４．５ミクロン離れている場合）のずれが発生する。このずれは、入射光学像に対するＧ信号とＲ信号の位相差となる。

当然のことながら、位相差がゼロ（受光部中央付近がこれに相当）であれば、偽色発生は無い。しかし、位相差が大きくなる程、偽色が目立つようになる。特に、位相差が９０度を超えると、入射光学像に対するＧ信号とＲ信号の山と谷が逆転し、偽色が極端に目立つことになる。最も偽色が目立つ空間周波数は、最も周波数が高いナイキスト周波数である。

画素配列ピッチＰの受光部のナイキスト周波数の波長は２Ｐであり、３ミクロンの画素ピッチの場合、２．１ミクロンのずれは、およそ１２６度の位相差に相当する。これは９０度を超えるため、偽色が非常に目立つ。つまり、従来のハイブリッド型の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子は、受光部周辺に行くに従って偽色が目立ってしまうという問題がある。

本発明の目的は、受光部周辺における偽色を低減したハイブリッド型の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子を提供することにある。

本発明の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子は、シリコン基板の表面に形成されたフォトダイオードを青色光検出用の青画素とし、該青画素の下に形成されたフォトダイオードを赤色光検出用の赤画素とし、画素毎に区分けされた画素電極膜と共通電極膜とに挟まれ前記シリコン基板の上に積層された光電変換膜を緑色光検出用の緑画素とし、前記シリコン基板の表面に対して垂直方向に並ぶ前記青画素，赤画素，緑画素で構成される単位セルが前記シリコン基板表面に二次元的に配置形成される光電変換膜積層型カラー固体撮像素子において、前記緑画素の感度分布の重心位置と前記赤画素の感度分布の重心位置との距離Ｗと前記単位セルの配列ピッチＰとが、Ｐ≧Ｗであることを特徴とする。

本発明の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子は、前記の各緑画素の上部に夫々マイクロレンズを設けたことを特徴とする。

本発明の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子は、シリコン基板の表面に形成されたフォトダイオードを青色光検出用の青画素とし、該青画素の下に形成されたフォトダイオードを赤色光検出用の赤画素とし、画素毎に区分けされた画素電極膜と共通電極膜とに挟まれ前記シリコン基板の上に積層された光電変換膜を緑色光検出用の緑画素とし、前記青画素，赤画素，緑画素で構成される単位セルが前記シリコン基板表面に二次元的に配置形成される光電変換膜積層型カラー固体撮像素子において、前記二次元的に配置形成された単位セルの夫々の位置が撮像素子受光部中央から離れるほど、同一単位セル内の前記緑画素の形成位置を前記赤画素の形成位置に対して相対的に前記撮像素子受光部中央の方向に所要シフト量だけずらしたことを特徴とする。

本発明の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子は、前記単位セルに入射する主光線の傾きに対応して前記所要シフト量を決めたことを特徴とする。

本発明の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子は、前記の各青画素の上に開口を有する遮光膜が前記シリコン基板の上に形成されると共に、該遮光膜の前記各開口が前記主光線の傾きに対応して前記撮像素子受光部中央の方向にずらしてあることを特徴とする。

本発明の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子は、前記の各緑画素の上部に夫々マイクロレンズを設けたことを特徴とする。

本発明の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子の前記の各マイクロレンズは、前記主光線の傾きに対応して対応の緑画素に対してずらしてあることを特徴とする。

本発明の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子の前記シリコン基板の表面部には、前記緑画素によって検出された信号電荷を蓄積する領域と、該領域と前記青画素と前記赤画素とから夫々の信号を読み出す信号読出回路とが形成されていることを特徴とする。

本発明の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子の前記光電変換膜は有機半導体で成ることを特徴とする。

本発明によれば、撮像素子受光部周辺における偽色発生を抑制することができるため、高解像度，高品質のカラー画像を撮像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。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るハイブリッド型の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子の単位セル３個分の断面模式図である。本実施形態に係る光電変換膜積層型カラー固体撮像素子２００は、ｐ型シリコン基板２０１の表面にｐ型ウェル２０２が形成され、このｐ型ウェル２０２の表面深部にｎ型半導体層２０３が形成され、その上の表面浅部にｐ型半導体層２０４がｎ型半導体層２０３に接して形成されている。

半導体層２０３，２０４間に形成されるｐｎ接合が青色光を検出するフォトダイオード（Ｂ画素）を構成し、半導体層２０３とｐ型ウェル２０２との間に形成されるｐｎ接合が赤色光を検出するフォトダイオード（Ｒ画素）を構成する。尚、各半導体層２０３，２０４や、ウェル２０２、シリコン半導体２０１の導電型は、これらに限るものではなく、反対導電型でもよいことは言うまでもない。

半導体基板２０１の表面全面は透明絶縁膜２０５で覆われ、その上の所定箇所には、ある画素を構成するフォトダイオードの受光面とＸ方向に隣接する画素を構成するフォトダイオードの受光面との間を光遮蔽する遮光膜２０６が形成され、その上には透明な絶縁層２０７が形成される。

絶縁層２０７の上には、画素毎に区分けした透明な画素電極膜２０８が形成され、その上に、緑色光を吸収して光電変換する光電変換膜２０９が各画素共通に一枚構成で形成され、その上に、これも一枚構成の透明な共通電極膜２１０が形成され、最上層に、透明な保護膜２１１が形成される。共通電極膜２１０は、画素毎に区分けして形成してもよい。

画素電極膜２０８や共通電極膜２１０は、ＩＴＯ等の金属化合物や薄い金属膜で成る。 また、光電変換膜２０９は、単層膜構造でも多層膜構造でも良く、材料は、主に緑色に感度がある無機材料（シリコンや化合物半導体、それらのナノ粒子等）、有機半導体、有機色素を含む有機材料または無機材料等で形成される。共通電極膜２１０と各画素電極膜２０８とに挟まれた光電変換膜２０９がＧ画素を構成し、各Ｇ画素の大きさ（広さ）は、画素電極膜２０８の大きさとなる。

シリコン基板２０１の表面部の遮光膜２０６で遮蔽された位置には信号読出回路（ＣＣＤ型であれば電荷転送路、ＣＭＯＳ型であればＭＯＳトランジスタ回路）や緑色信号電荷蓄積領域が形成されるが、これらは図示を省略している。また、各画素電極膜２０８は縦配線により対応の緑色信号電荷蓄積領域に接続されるが、これも図示を省略している。

この光電変換膜積層型カラー固体撮像素子２００に被写体からの光２２０が入射すると、入射光の内の緑色光が光電変換膜２０９に吸収されて光電荷が発生し、この光電荷は、画素電極膜２０８から図示しない緑色信号電荷蓄積領域に流れ蓄積される。

光電変換膜２０９を透過した青色光と赤色光との混合光がシリコン基板２０１内に侵入する。波長の短い青色光は主として半導体基板２０１の浅部（半導体層２０３，２０４付近）で吸収され、発生した電荷がＢ画素のフォトダイオードに蓄積され、波長の長い赤色光は主として半導体基板２０１の深部（半導体層２０３とｐ型ウェル２０２付近）で吸収され、発生した電荷がＲ画素のフォトダイオードに蓄積される。

赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）に対応する信号電荷は、図示しない信号読出回路により、光電変換膜積層型カラー固体撮像素子２００から、従来のＣＣＤ型イメージセンサや、ＣＭＯＳ型イメージセンサと同様の方法により出力される。

以上は、入射光２２０が基板２０１の表面にほぼ垂直に入射したときの動作であるが、本実施形態の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子２００は、素子周辺部の画素に斜めに光２２１が入射した場合でも、偽色が抑制されるように、次のような寸法形状に製造される。

本実施形態の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子２００では、単位セル（１画素）が基板表面の垂直方向に並ぶＧ画素，Ｂ画素，Ｒ画素によって構成されるが、単位セルが設けられるＸ方向のピッチＰに対して、Ｇ画素の感度分布の重心ＳｇとＲ画素の感度分布の重心ＳｒのＺ方向（表面に対して垂直方向）の距離Ｗが、Ｐ以下となるように、即ち、Ｗ≦Ｐとなるように、製造されることを特徴とする。単位セルのピッチが、シリコン基板２０１の表面に沿うＸ方向（行方向）とＹ方向（列方向）とで異なる場合には、短い方のピッチを上記の「Ｐ」とする。

Ｇ画素の感度分布の重心Ｓｇは、画素電極膜２０８の形状が正方形や長方形の場合には、その中心がＸＹ面の感度分布の重心位置となる。Ｇ画素の厚み方向の重心位置Ｓｇは、光電変換膜２０９の厚みにより光吸収される状態が異なるので、厳密には光電変換膜２０９の厚みの１／２の位置ではないが、この１／２の位置を重心位置と見なしても誤差は小さい。

Ｒ画素の感度分布の重心Ｓｒは、半導体層２０３の形状が正方形や長方形の場合には、正方形や長方形の中心がＸＹ面の感度分布の重心位置となる。Ｒ画素の厚み方向の感度分布の重心位置は、フォトダイオードの構造により光吸収される状態が異なるので、厳密には半導体層２０３の厚みの１／２が感度分布の重心位置とはならないが、近似的に１／２の位置を感度分布の重心位置と見なしても誤差は小さい。

従って、光電変換膜２０９の厚さの中心と、半導体層２０３の厚さの中心との間の距離を、上記の「Ｗ」と見なすことができる。

斯かる構成で成る光電変換膜積層型カラー固体撮像素子２００の周辺部の単位セルにおける主光線２２１の傾きは、カラー固体撮像素子２００の大きさにも依存するが、大まかに、２５度以下である場合が多い。また、Ｐ＝Ｗの場合が最もＧ信号とＲ信号の位置ズレΔが大きい。従って、２５度の入射角度で且つＰ＝Ｗの場合が、Ｇ信号とＲ信号の位置ズレΔが最も大きく、そのズレ量Δは、およそＰ／２となる。ところで、ピッチＰの画素配列のナイキスト周波数の波長は２Ｐであり、Ｐ／２は９０度の位相に相当する。つまり、本実施形態の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子２００では、受光部周辺におけるＧ信号とＲ信号との位相差は、最悪ケースでも９０度以下となり、偽色は比較的目立たなくなる。

尚、図１に示す例では、斜めに入射する主光線２２１は、実際には各構成要素の屈折率の違いにより各界面で屈折するが、単純な直線で表している。また、受光部の反対側端部では、その入射方向の傾きは逆になることはいうまでもない。

図１に示す実施形態の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子２００では、Ｇ画素に対してＲ画素とＢ画素の面積は小さくなっている。これは、半導体基板２０１の表面部に、フォトダイオード（Ｒ画素，Ｂ画素）以外に信号読出回路等を製造しなければならないためである。従って、Ｇ画素に対してＲ画素，Ｂ画素の感度は低くなっている。これを改善するには、各単位セルを構成するＧ画素の上に、夫々マイクロレンズを積層するのが良い。これにより、Ｒ画素とＢ画素に入射する光の集光効率が上がり、Ｇ画素に対する感度低下を抑制することができる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る光電変換膜積層型カラー固体撮像素子の受光部の平面模式図であり、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は夫々図２のＡ点，Ｂ点，Ｃ点における単位セルの断面模式図である。本実施形態の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子３００の基本構成は図１に示す第１実施形態と同様であるので、同様部材には同一符号を付してその説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子３００は、単位セルを構成するＧ画素とＲ画素（及びＢ画素）とを、撮像素子３００の中央部分（図２のＢ点：図３（ｂ））では、基板２０１の表面垂直方向に整列して設けているが、撮像素子３００の周辺に行くに従って、Ｒ画素に対してＧ画素を中央Ｂ点方向にずらして形成している。即ち、画素電極膜２０８を、撮像素子３００の周辺に行くに従って、中央Ｂ点方向にずらして形成している。ずらす量は、中央Ｂ点からの距離に応じて単調に増加させる。

即ち、撮像素子３００の左端部付近のＡ点における単位セルでは、図３（ａ）に示す様に、主光線３２１は右上から左下方向に入射するため、Ｒ画素３０１と同一単位セルを構成するＧ画素３０２（画素電極膜２０８）を主光線３２１が入射する方向、図示の例では右方向にずらして形成している。

撮像素子３００の右端部付近のＣ点における単位セルでは、図３（ｃ）に示す様に、主光線３２２は左上から右下方向に入射するため、Ｒ画素３０１と同一単位セルを構成するＧ画素３０２（画素電極膜２０８）を主光線３２２が入射する方向、図示の例では左方向にずらして形成している。

上述した第１の実施形態では、Ｐ≧Ｗの条件が選択できることが必須条件である。しかし、多画素化を図って単位セルのピッチが小さくなると、この条件を満たすことができなくなる。また、Ｐ≧Ｗの条件が選択できる場合でも、偽色を更に低減することが望ましい。

そこで、本実施形態では、Ｇ画素３０２の位置を、撮像素子３００の受光部周辺に行くに従って、同一単位セルのＲ画素３０１に対して受光部中央（図２のＢ点）方向にシフトさせて形成し、偽色の発生をより一層低減している。Ｇ画素３０２をずらすシフト量は、主光線の傾き即ち光学系に依存するが、撮像素子３００の設計段階で、使用する光学系を予め想定して最適なシフト量を決めることができる。

このように、撮像素子３００の受光部の全面で、各単位セルにおけるＧ画素のシフト量を最適化すると、原理的に受光部全域でナイキスト周波数に対してＧ画素とＲ画素の位相差をほぼゼロにでき、偽色の発生を阻止することができる。また、Ｐ＜Ｗの場合でも、原理的にＧ画素とＲ画素の位相差をほぼゼロにできる。実際には、ピッチＰが小さくなると、位相差をゼロに合わせ込むことが難しくなるが、位相差を１０〜３０度以下に抑えることは容易となり、偽色を実質的に目立たなくすることができる。

尚、本実施形態の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子３００でも、Ｇ画素に対してＲ画素とＢ画素の面積は小さくなっている。このため、第１の実施形態と同様に、各単位セルを構成するＧ画素の上に夫々マイクロレンズを積層するのが良い。本実施形態の場合、マイクロレンズの中心を通過する主光線が同一単位セルのＧ画素の感度分布の重心付近とＲ画素の感度分布の重心付近とを通過するように、マイクロレンズのシフト量を選ぶことで、偽色低減と感度向上を同時に実現できる。

本実施形態では、上述した構成に加え、遮光膜２０６（の開口位置）も、Ｇ画素と同一方向に、Ｇ画素ほどではないが、ずらして形成している。遮光膜２０６の開口を同一単位セルのＢ画素の受光面と垂直方向同一位置にしておくと、遮光膜２０６が形成される絶縁膜２０５が厚くなるほど、また、ピッチＰが小さくなるほど、斜めに入射する主光線３２１，３２２のフォトダイオード受光面への入射を遮ることになり、シェーディングが顕著に発生してしまう。

そこで、本実施形態では、同一単位セルのＧ画素の感度分布の重心を通過した主光線が遮光膜２０６の開口中央付近とＲ画素の感度分布の重心付近とを通過するように開口のシフト量を調整する。これにより、遮光膜２０６でケラレる光量が減少し、撮像素子３００の周辺部の感度が向上する。

尚、本実施形態では、Ｒ画素に対してＧ画素すなわち画素電極膜の方をシフトさせたが、逆に、Ｒ画素（及びＢ画素）の形成位置をＧ画素に対してずらしても良いことはいうまでもない。

本発明に係る光電変換膜積層型カラー固体撮像素子は、受光部周辺における偽色の発生が抑制されるため、従来のＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサの代わりに用いると有用である。

本発明の第１の実施形態に係るハイブリッド型の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子の３単位セルの断面模式図である。 本発明の第２の実施形態に係るハイブリッド型の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子の平面模式図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ図２に示すＡ点，Ｂ点，Ｃ点における単位セルの断面模式図である。 従来のハイブリッド型の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子の断面模式図である。

符号の説明

２００，３００ ハイブリッド型の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子
２０１ シリコン基板
２０２ Ｐウェル
２０３ ｎ型半導体層
２０４ ｐ型半導体層
２０６ 遮光膜
２０７ 絶縁層
２０８ 画素電極膜
２０９ 光電変換膜
２１０ 共通電極膜
３０１ Ｒ画素
３０２ Ｇ画素
Ｐ 単位セルのピッチ
Ｗ Ｇ画素の感度分布の重心位置とＲ画素の感度分布の重心位置との距離

Claims (9)

1. シリコン基板の表面に形成されたフォトダイオードを青色光検出用の青画素とし、該青画素の下に形成されたフォトダイオードを赤色光検出用の赤画素とし、画素毎に区分けされた画素電極膜と共通電極膜とに挟まれ前記シリコン基板の上に積層された光電変換膜を緑色光検出用の緑画素とし、前記シリコン基板の表面に対して垂直方向に並ぶ前記青画素，赤画素，緑画素で構成される単位セルが前記シリコン基板表面に二次元的に配置形成される光電変換膜積層型カラー固体撮像素子において、前記緑画素の感度分布の重心位置と前記赤画素の感度分布の重心位置との距離Ｗと前記単位セルの配列ピッチＰとが、Ｐ≧Ｗであることを特徴とする光電変換膜積層型カラー固体撮像素子。
2. 前記の各緑画素の上部に夫々マイクロレンズを設け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カラー固体撮像素子。
3. シリコン基板の表面に形成されたフォトダイオードを青色光検出用の青画素とし、該青画素の下に形成されたフォトダイオードを赤色光検出用の赤画素とし、画素毎に区分けされた画素電極膜と共通電極膜とに挟まれ前記シリコン基板の上に積層された光電変換膜を緑色光検出用の緑画素とし、前記青画素，赤画素，緑画素で構成される単位セルが前記シリコン基板表面に二次元的に配置形成される光電変換膜積層型カラー固体撮像素子において、前記二次元的に配置形成された単位セルの夫々の位置が撮像素子受光部中央から離れるほど、同一単位セル内の前記緑画素の形成位置を前記赤画素の形成位置に対して相対的に前記撮像素子受光部中央の方向に所要シフト量だけずらしたことを特徴とする光電変換膜積層型カラー固体撮像素子。
4. 前記単位セルに入射する主光線の傾きに対応して前記所要シフト量を決めたことを特徴とする請求項３に記載の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子。
5. 前記の各青画素の上に開口を有する遮光膜が前記シリコン基板の上に形成されると共に、該遮光膜の前記各開口が前記主光線の傾きに対応して前記撮像素子受光部中央の方向にずらしてあることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子。
6. 前記の各緑画素の上部に夫々マイクロレンズを設けたことを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の光電変換膜積層型カラー固体撮像素子。
7. 前記の各マイクロレンズは、前記主光線の傾きに対応して対応の緑画素に対してずらしてあ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カラー固体撮像素子。
8. 前記シリコン基板の表面部には、前記緑画素によって検出された信号電荷を蓄積する領域と、該領域と前記青画素と前記赤画素とから夫々の信号を読み出す信号読出回路とが形成されてい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カラー固体撮像素子。
9. 前記光電変換膜は有機半導体で成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カラー固体撮像素子。

Images