JP2011243851A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光電変換膜を有する固体撮像素子において、下部電極とその直下に配列された配線間に発生する寄生容量を小さくすることのできる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】基板５の上方に絶縁層７を介して形成された下部電極１５と、下部電極１５の上方に形成された上部電極１９と、下部電極１５と上部電極１９との間に形成された光電変換膜１７とを有し、上部電極１９の上方に形成されたカラーフィルタ１１を備え、下部電極１５の形状は、下部電極１５の直下に配列された絶縁層７内の配線層３９との対面面積が小さくなるように開口４５が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上方に配列された複数の光電変換部を有する固体撮像装置であって、前記光電変換部が、下部電極と、前記下部電極上に形成された光電変換膜と、前記光電変換膜上に形成された上部電極とを含んで構成された、積層型の固体撮像装置に関するものである。

デジタルスチルカメラなどに利用されているイメージセンサ（固体撮像装置）は、半導体基板上にフォトダイオードを含む画素セルを配列し、フォトダイオードに光を入射することにより生じた電荷を信号電荷として読み出すＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサがよく知られている。これらの固体撮像装置は、半導体基板上にフォトダイオードおよび駆動回路の配線などが形成されている。画素セル部の配線は、受光のためにフォトダイオード上を開口したレイアウトとなっている。

近年、デジタルスチルカメラなどの高画素数化に伴って、固体撮像装置の画素セルの微細化が進められている。このような固体撮像装置においては、光電変換素子であるフォトダイオードおよびＣＣＤやＭＯＳトランジスタや各種配線を半導体基板の上面に配置したものが一般的である。

しかし、この場合、光電変換素子の受光領域が画素信号読み出し回路を避けるように配置する必要があるので、半導体基板の面積を増加させることなく画素数を増大させると、受光領域の開口率が小さくなり、感度が悪化する等の課題が生じていた。

そこで、半導体基板上方に光を検出する光電変換膜を積層し、各膜に蓄積された信号電荷を半導体基板に形成された蓄積ダイオードに蓄積し、蓄積ダイオードに蓄積した信号電荷を、半導体基板に形成されているＣＣＤやＭＯＳトランジスタ等の信号読み出し回路で読み出して転送するという構成の固体撮像装置が検討されている。なお、この構成の固体撮像装置を従来の固体撮像装置という。

図１０は、従来の固体撮像装置を説明するための画素部断面模式図である。
従来の固体撮像装置９０１は、複数の画素を備えたｎ型Ｓｉ基板９０２に、画素ごとに電荷蓄積部９０３と信号読み出し部９０４が形成されている。さらに、ｎ型Ｓｉ基板９０２の上に絶縁膜９０５が形成され、絶縁膜９０５の上にはｎ型Ｓｉ基板９０２の画素ごとに対応した下部電極９０６が形成されている。この下部電極９０６と電荷蓄積部９０３とは画素ごとに絶縁膜９０５を貫通するプラグ９０７によって接続されている。
下部電極９０６の上には光電変換膜９０８、上部電極９０９、保護膜９１０，９１１，９１２が複数の画素にわたって形成されている。保護膜９１２の上には画素ごとにＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタ９１３とマイクロレンズ９１４が形成されている。
また、特許文献１の段落番号００４２には、絶縁膜９０５内に、信号読み出し回路を駆動するための配線などが埋設されていることが記載されている。

このように構成された固体撮像装置９０１では、入射光が光電変換膜９０８で吸収されて電荷に変換され、この電荷が下部電極９０６を介し電荷蓄積部９０３に蓄積された後、信号読み出し部９０４によって信号として出力される。

特開２００８−２５２００４号公報

しかしながら、従来の固体撮像装置においては、ｎ型Ｓｉ基板９０２内に、光電変換膜９０８で発生した電荷を蓄積するための電荷蓄積部９０３を設け、また、絶縁膜９０５内に、信号読み出し部９０４を駆動するための配線を設けている。

このため、下部電極９０６と、この下部電極９０６直下に配列されている配線との間に寄生容量が生じてしまう。その結果、出力信号が劣化してしまうという課題が生じる。
なお、この課題は、カラーフィルタを備えるカラー固体撮像装置だけでなく、カラーフィルタを備えない固体撮像装置にも生じる。

上記の課題に鑑みて、本発明は、高画素数増加に伴う受光領域の開口率の低下を抑制しつつ、効率よく信号電荷を読み出し、感度低下を抑制させることが可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の固体撮像装置は、画素単位で形成された下部電極と、前記下部電極上方に形成された上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に形成された光電変換膜とを有する光電変換部が絶縁層を介して基板上に配されてなる固体撮像装置において、前記絶縁層内には、平面視において前記下部電極と重なる部分を有する状態で配線用の導電膜が形成されており、前記下部電極は、金属膜により構成され、平面視において前記導電膜と重なる領域の金属膜の一部が除去された除去部を有することを特徴としている。

ここでいう「除去部」とは、金属膜の厚み方向の一部を除去した凹は含まず、厚み方向に完全に除去した、つまり貫通した状態にあるものをいい、例えば、開口、スリット、切り欠き等がある。

上記構成により、下部電極と、平面視において当該下部電極と重なる導電膜との間の対向面積を、除去部を有しない下部電極よりも小さくすることができ、結果的に寄生容量が小さくすることができる。

これにより、アンプゲインを大きくすることができるため信号電荷を効率よく読み出すことができ、また感度を向上させることが可能となる。

第１の実施の形態を説明するための固体撮像装置の概略構成を示す画素部断面模式図である。 第１の実施の形態の固体撮像装置のカラーフィルタの配列を説明するための平面模式図である。 １画素あたりの下部電極の平面図である。 下部電極と、下部電極の直下の配列された配線層とを平面視した際の模式図である。 第２の実施の形態を説明するための固体撮像装置の概略構成を示す断面模式図である。 下部電極の開口形状の変形例を示す図である。 下部電極の開口形状の変形例を示す図である。 下部電極と配線層との位置関係を説明する図である。 画素部形状の変形例を示す図である。 従来の固体撮像装置を説明するための画素部断面模式図である。

＜第１の実施の形態＞
１．全体構成
図１は、第１の実施の形態を説明するための固体撮像装置の概略構成を示す画素部断面模式図である。図２は、第１の実施の形態の固体撮像装置のカラーフィルタの配列を説明するための平面模式図である。

固体撮像装置１は、図１に示すように、複数の画素部（単に「画素」という場合もある。）３を有し、これら複数の画素部３は、図２に示すように、例えば、行列状（マトリクス状）に２次元配列されている。なお、図２で現れているのは、各画素部３を構成している後述のカラーフィルタ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂであり、本固体撮像装置１は、いわゆるカラー固体撮像装置である。

ここで、カラーフィルタ１１ｒは主として赤色（Ｒ）の波長域の光を透過し、カラーフィルタ１１ｇは主として緑色（Ｇ）の波長域の光を透過し、カラーフィルタ１１ｂは主として青色（Ｂ）の波長域の光を透過する。

また、平面視において、カラーフィルタ１１ｒと重なる部分を赤色画素部３ｒとし、カラーフィルタ１１ｇと重なる部分を緑色画素部３ｇとし、カラーフィルタ１１ｂと重なる部分を青色画素部３ｂとする。

各画素部３ｒ，３ｇ，３ｂは、図１に示すように、半導体基板５と、当該半導体基板５の上方に絶縁膜７を介して形成され且つ各画素部３ｒ，３ｇ，３ｂに対応した光電変換部９ｒ，９ｇ，９ｂと、当該光電変換部９ｒ，９ｇ，９ｂ上に形成された所定色のカラーフィルタ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂと、当該カラーフィルタ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ上に形成されたマイクロレンズ１３とを備える
これにより、固体撮像装置１は、光電変換部９において入射光に応じて変換された電荷を半導体基板５内に形成されている信号読み出し部（２９）等を介して取り出すことが可能となる。

なお、各色に関係なく、画素部を表す際には符号「３」を、光電変換部を表す際には符号「９」を、カラーフィルタを表す際には符号「１１」をそれぞれ用いる。
２．各部構成
（１）光電変換部９
光電変換部９は、画素単位で分割して形成された下部電極１５と、下部電極１５の上面に形成された光電変換膜１７と、光電変換膜１７の上面に形成された上部電極１９と、上部電極１９上に形成された保護膜２１とを備え、当該保護膜２１の上面に、カラーフィルタ１１及びマイクロレンズ１３が形成されている。

各光電変換部９は、下部電極１５と、下部電極１５と平面視において重なる部分の上部電極１９と、下部電極１５と平面視において重なる部分の光電変換膜１７とにより、各画素部３のカラーフィルタ１１を透過した光に応じた電荷を取り出すことが可能な光電変換領域が構成される。

上部電極１９は、カラーフィルタ１１を透過した光を光電変換膜１７に入射させる必要があるため、入射光に対して透明となる（透光性の高い）導電性材料で構成される。上部電極１９の材料としては、可視光に対する透過率が高く、抵抗値が小さい透明導電性酸化物（ＴＣＯ;Transparent Conducting Oxide）を用いることができる。なお、上部電極１９は、すべての画素部３で共通の一枚構成である。

下部電極１５は、画素部３毎に分割された薄膜であり、主として不透明の導電性材料である金属膜を用いる。半導体基板５上面には、下部電極１５に対してコンタクトプラグ３３を介して接続され光電変換部９で変換された電荷を蓄積する電荷蓄積部２７を有し、下部電極１５の除去部は、コンタクトプラグ３３と接続される領域以外に存することを特徴としている。これにより、下部電極１５に除去部が存しても、電荷蓄積部２７との電気的接続を確保することができる。

また、下部電極１５は、対応する画素部の平面視における外観形状と同じ外観形状を維持する状態で、除去部を有することを特徴としている。これにより、画素部内の光電変換膜１７で変換された電荷を効率よく下部電極１５に移動させることができる。ここでいう「外観形状」とは、概略的な形状であり、外周の形状そのものでない。具体的に説明すると、平面視において、外周の輪郭が凹凸を繰り返している場合、外周の形状そのものは凹凸を繰り返している形状をいい、「外観形状」は外周の凸の部分を仮想的に結んだ線分から表される形状をいう。
さらに、下部電極１５における除去部を挟んで対向する側面間の最小距離Ｌ１（図１参照）が、隣接する画素部の下部電極１５との距離Ｌ２の半分未満があることを特徴としている。これにより、画素部内の光電変換膜１７で変換された電荷を効率よく下部電極に移動させることができる。

なお、下部電極１５の構成、特に形状については後に詳細に説明する。
光電変換膜１７は、全ての画素部３で共通の一枚構成であり、特定の波長域の光を吸収してこの光に応じた電荷を発生する光電変換材料を含んで構成される。光電変換材料としては、分光特性や感度に優れる点から有機光電変換材料を用いることができる。

下部電極１５、光電変換膜１７、上部電極１９から構成される（正確には保護膜２１も含む）光電変換部９では、上部電極１９と下部電極１５の間に所定のバイアス電圧を印加することで、光電変換膜１７における下部電極１５と上部電極１９とで挟まれる部分（つまり、光電変換領域である。）で発生した電荷（正孔、電子）のうちの一方を上部電極１９に移動させ、他方を下部電極１５に移動させることができる。

一般的には、上部電極１９に配線が接続され、この配線を介して負のバイアス電圧が上部電極１９に印加され、光電変換膜１７で変換・発生した電荷を下部電極１５へと移動させる。
（２）半導体基板５
半導体基板５は、例えば、ｎ型シリコン基板２３と、当該シリコン基板２３上に形成されたｐウェル層２５とからなる。なお、半導体基板５としてｐ型シリコン基板を利用しても良い。

半導体基板５は、各光電変換部９の下部電極１５に対応させて、光電変換膜１７で光電変換されて下部電極１５に移動した電荷を蓄積するための電荷蓄積部２７と、電荷蓄積部２７に蓄積された電荷を電圧信号に変換して出力する信号読み出し部２９と、電荷蓄積部２７に蓄積された電荷を信号読み出し部２９へと転送するための転送ゲート３１とが形成されている。

電荷蓄積部２７は、ｎ型不純物領域からなり、絶縁膜７を貫通して形成された導電性材料のコンタクトプラグ３３によって下部電極１５と電気的に接続されている。これにより、各光電変換膜１７で変換され、下部電極１５で捕集された電荷を電荷蓄積部２７へと移動させることができる。

信号読み出し部２９は、公知のＣＭＯＳ回路や、ＣＣＤとアンプとを組み合わせた回路等によって構成されている。
転送ゲート３１は、例えばトランジスタにより構成され、上記の電荷蓄積部２７はトランジスタのソースにより、転送ゲート３１はトランジスタのゲートにより、信号読み出し部２９はトランジスタのドレインによりそれぞれ構成される。
（３）絶縁膜７
絶縁膜７は、半導体基板５と光電変換部９との間に配され（形成され）ており、当該絶縁膜７の内部には、下部電極１５と電荷蓄積部２７とを接続するコンタクトプラグ３３の他、信号読み出し部２９を駆動するための配線層３５，３７，３９や、配線層（例えば配線層３５である。）と信号読み出し部２９とを接続するコンタクト４１が埋設されている。
（４）カラーフィルタ１１
各カラーフィルタ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂは、各画素部３ｒ，３ｇ，３ｂに対応して、各光電変換部９ｒ，９ｇ，９ｂの保護膜２１の上面に形成されている。

カラーフィルタ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの配列、つまり、各画素部３ｒ，３ｇ，３ｂの配列は、公知の単板式固体撮像装置に用いられているカラーフィルタ配列（例えばベイヤー配列）を採用している。なお、ベイヤー配列以外に、例えば縦ストライプ、横ストライプ等も採用することができる。
（５）マイクロレンズ１３
マイクロレンズ１３は、各カラーフィルタ１１の上面に例えばドーム状に形成されており、マイクロレンズ１３に入射した光を各画素部３における光電変換部９の光電変換膜１７に集光させる。
３．下部電極１５について
下部電極１５は、薄肉の金属膜４３から構成され、金属膜４３の一部に平面視において除去部が形成されており、下部電極１５直下の配線層３９との対面面積が小さい構造となっている。

図３は、１画素あたりの下部電極１５の平面図である。
下部電極１５は、平面視において１画素部における平面視形状と同じ形状または略同じ形状を全体形状（ここでは、正方形状である。）とする金属膜４３の一部に開口４５が多数形成されている。

開口４５は、金属膜４３の中央部分４７を除いて、縦横（行列状）に所定の間隔をおいて形成されている。なお、金属膜４３の中央部分４７は、図１に示すように、電荷蓄積部２７に接続されているコンタクトプラグ３３との接続部となる。

図４は、下部電極１５と、下部電極１５の直下の配線層３９とを平面視した際の模式図である。
同図に示すように、平面視において、下部電極１５と配線層３９とが重なるように下部電極１５及び配線層３９が配されている。下部電極１５は、複数の開口４５を有しているため、金属膜４３の平面視の面積を小さくでき、結果的に下部電極１５直下の配線層３９との対面面積を小さくできる。これにより、下部電極１５、絶縁膜７及び配線層３９で発生する寄生容量を、下部電極に開口またはスリットが形成されていない場合の寄生容量よりも小さくできる。
４．動作
図１を用いて固体撮像装置１の動作を説明する。

まず、各マイクロレンズ１３側から光が入射され、その入射光のうち、所定の波長領域の光だけがマイクロレンズ１３下に配されているカラーフィルタ１１を透過した後、各カラーフィルタ１１下の光電変換部９に入射する。

この入射光に応じた電荷が光電変換膜１７で発生する。そして、下部電極１５と上部電極１９との間にバイアス電圧を印加することにより、光電変換膜１７中に電界がかかり、光電変換膜１７中に発生した電荷を下部電極１５へと移動させる。

下部電極１５に移動した電荷は、コンタクトプラグ３３を介して電荷蓄積部２７に移送して蓄積され、転送ゲート３１により信号読み出し部２９に転送された後、転送された電荷に応じた信号が信号読み出し部２９により外部に取り出される。

この際、下部電極１５と、当該下部電極１５直下の配線層３９と、下部電極１５と配線層３９との間に存する絶縁材料（絶縁膜（７））とでキャパシティが構成され、寄生容量が発生してしまうが、下部電極１５と配線層３９との対面面積を開口４５の存在により小さくできるため、開口を設けていない場合に比べて寄生容量を小さくできる。これにより、効率良く信号電荷が読み出せ、感度を向上することができる。
５．実施例
（１）下部電極１５
下部電極１５は、上述したように、画素部３毎に所定の形状に形成された金属膜４３により構成され、この金属膜４３の主の材料として不透明の導電性材料（Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｃｕ、Ｃｒ，Ｉｎ，Ａｇ等）が用いられる。

下部電極１５の膜厚は、５０［ｎｍ］〜２００［ｎｍ］の範囲内、例えば、１００［ｎｍ］で形成されている。金属膜４３に形成されている開口４５の形状は正方形状で、その大きさ（寸法）は、一辺が６０［ｎｍ］〜７０［ｎｍ］である。

開口の大きさ、つまり、下部電極１５における開口４５を挟んで対向する側面間の最小距離（図１の「Ｌ１」に相当する。）は、単位画素サイズにも依存するが、配線層（３９）との対面面積を最小限にするには、画素部３毎の下部電極１５間の距離（図１の「Ｌ２」に相当する。）の半分未満が望ましく、特に、６０［ｎｍ］〜７０［ｎｍ］で形成されるのが好ましい。これは、拡散ラインでのホール、スペースを空ける際の最小寸法を利用できるからである。

これは、各画素部３の光電変換膜１７において隣接する他の画素部３との境界付近に存在する電荷が、本来の画素部３の下部電極１５へ移動せずに、他の画素部３の下部電極１５に移動するようなことを防止するためである。

なお、例えば、画素セルサイズが１．７５［ｕｍ］〜１．４［ｕｍ］の場合、隣接する画素間の下部電極の間隔は、１５０［ｎｍ］〜３００［ｎｍ］である。
（２）光電変換膜１７
光電変換膜１７は、上述したように、有機光電変換材料を用いることが好ましく、例えば、キナクリドン、コンパウンド等を用いることができ、その膜厚は、５００［ｎｍ］〜７００［ｎｍ］である。
（３）上部電極１９
上部電極１９は、上述のように、抵抗値が小さい透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を用いることが好ましく、ＩＴＯを用いることができる。

しかしながら、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム、酸化錫、弗素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）、酸化亜鉛、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、酸化チタン等を用いることができる。なお、プロセス簡易性、低抵抗性、透明性の観点からもＩＴＯが好ましい。

透明電極（上部電極１９）の材料は、プラズマフリーである成膜装置、ＥＢ蒸着装置、及びパルスレーザ蒸着装置により成膜できるものが好ましく、特に好ましいのは、ＩＴＯ、ＩＺＯ、酸化錫、アンチモンドープ酸化錫（ＡＴＯ）、ＦＴＯ、酸化亜鉛、ＡＺＯ、ガリウムドープ酸化亜鉛（ＧＺＯ）、酸化チタンのいずれかの材料である。
＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、信号読み出し部２９が光電変換部９から最も離れた、換言すると、半導体基板５に最も近い配線層３５にコンタクト４１を介して接続されていたが、信号読み出し部は、絶縁膜７中の他の配線層に接続するようにしても良い。

図５に示すように、第２の実施の形態に係るカラー固体接続素子２０１では、半導体基板に含まれる信号読み出し部２９が光電変換部９に最も近い、換言すると、半導体基板５から最も遠い配線層２０９にコンタクト２１１を介して接続されている。これにより、下部電極１５と信号線との間が同電位になるため、更に寄生容量を小さくすることができる。

図５は、第２の実施の形態を説明するための固体撮像装置２０１の概略構成を示す断面模式図である。なお、第１の実施の形態に係る固体撮像装置１と同じ構成については、同じ符号を用いるものとする。

固体撮像装置２０１は、半導体基板５、絶縁膜２０３、光電変換部９、カラーフィルタ１１、マイクロレンズ１３を備える。
半導体基板５は、電荷蓄積部２７、信号読み出し部２９を、ｎ型シリコン基板２３上に形成されたｐウェル層２５の上部に備える。なお、ここでも、電荷蓄積部２７と信号読み出し部２９とは転送ゲート３１を介して接続されている。

光電変換部９は、下部電極１５、光電変換膜１７、上部電極１９、保護膜２１を備え、当該光電変換部９の上方にカラーフィルタ１１、及びマイクロレンズ１３が形成されている。

下部電極１５は、コンタクトプラグ３３を介して電荷蓄積部２７と電気的に接続されている。なお、下部電極１５は、金属膜４３からなり、その一部が開口している（除去部の一例である開口４５を有する。）。

絶縁膜２０３の内部には、配線層２０５，２０７，２０９が埋設されており、光電変換部９に最も近い位置に配されている最上層（最表層）の配線層２０９がコンタクト２１１に接続されている。

上記構成の固体撮像装置２０１は、第１の実施の形態に示す固体撮像装置１と比較して、信号読み出し部２９が、最上層の配線層２０９（信号線用である。）に繋がるように形成される。これにより、第１の実施の形態と比較して、下部電極１５と、下部電極１５の直下に配列された配線層２０９間が略同電位となり、寄生容量を更に減少することができ、更なる高感度化を実現することができる。
＜変形例＞
１．除去部
（１）形状
第１及び第２の実施の形態における下部電極１５の除去部は、金属膜４３の縦横方向に所定の間隔を置いて複数形成された正方形状の開口４５であったが、他の形状の開口であっても良い。以下、開口の形状についての変形例を説明する。

図６及び図７は、下部電極の開口形状の変形例を示す図である。なお、図６の（ａ）は、実施の形態で説明した下部電極１５であり、比較参考のために示す。
図６の（ｂ）に示す下部電極３０１は、平面視正方形状の金属膜３０３を備え、金属膜３０３における縦横方向の何れか一方（ここでは横方向である。）に延伸するスリット状の開口３０５が、他方の方向（ここでは縦方向である。）に所定の間隔をおいて複数（本）形成され、中央部分３０７がコンタクトプラグとの接続部となっている。

なお、ここでは、開口のうち、縦横方向の寸法の比が２より大きい場合に、開口形状をスリット状としている。
図６の（ｃ）に示す下部電極３１１は、平面視正方形状の金属膜３１３を備え、全体が正方形状をした金属膜３１３の一辺の半分の長さを一辺とする正方形状に金属膜３１３を４分割した領域（換言すると第一〜第四象限である。）において、金属膜３１３の対角線上に「Ｌ」字の角が位置し且つ「Ｌ」字の開口側が外側を向いた「Ｌ」字状のスリット３１５と、正方形状の金属膜３１３の４角に形成された開口３１６と、４分割された各境界に位置し且つ各辺に直交する方向に延伸するスリット３１７とが形成され、中央部分３１９がコンタクトプラグとの接続部となっている。

図６の（ｄ）に示す下部電極３２１は、平面視正方形状の金属膜３２３を備え、全体が正方形状をした金属膜３２３の一辺の半分の長さを一辺とする正方形状に金属膜３２３を４分割した領域（換言すると第一〜第四象限である。）において、金属膜３２３の対角線上に「Ｌ」字の角が位置し且つ「Ｌ」字の開口側が内側を向いた「Ｌ」字状のスリット３２５が形成され、中央部分３２７がコンタクトプラグとの接続部となっている。

図６の（ｅ）に示す下部電極３３１は、第１の実施の形態に係る下部電極１５の金属膜４３に対して、正方形状を構成する各辺に正方形状の切り欠き３３７を設けたような構成である。

つまり、平面視正方形状の金属膜３３３を備え、全体が正方形状をした金属膜３３４の中央部分３３９を除いて縦横方向に開口３３５が形成され、さらに全体形状が正方形状の各辺に開口３３５と同様な正方形状の切り欠き３３７が等間隔をおいて複数形成されている。なお、中央部分３３９はコンタクトプラグとの接続部となっている。

図６の（ｆ）に示す下部電極３４１は、（ｂ）の下部電極３０１の金属膜３０３に対して、正方形状を構成する各辺に正方形状の切り欠き３４７を設けたような構成である。
つまり、平面視正方形状の金属膜３４３を備え、全体が正方形状をした金属膜３４３の中央部分３４９を除いて横方向に延伸するスリット３４５，３４６が形成され、さらに全体形状が正方形状の各辺に正方形状の切り欠き３４７が等間隔をおいて複数形成されている。なお、中央部分３４９はコンタクトプラグとの接続部となっている。

図６の（ｇ）に示す下部電極３５１は、（ｃ）の下部電極３１１の金属膜３１３に対して、正方形状を構成する各辺に正方形状の切り欠き３５７を設けたような構成である。
つまり、平面視正方形状の金属膜３５３を備え、全体が正方形状をした金属膜３５３の中央部分３５９を除いて、縦横それぞれの方向に直線状に延伸するスリット３５４と、縦横方向に「Ｌ」字状に延伸するスリット３５５と、最外周に位置するスリット３５５の外側部分の開口３５６とが形成され、さらに全体形状が正方形状の各辺に正方形状の切り欠き３５７が等間隔をおいて複数形成されている。なお、中央部分３５９はコンタクトプラグとの接続部となっている。

図６の（ｈ）に示す下部電極３６１は、（ｄ）の下部電極３２１の金属膜３２３に対して、正方形状を構成する各辺に正方形状の切り欠き３６７を設けたような構成である。
つまり、平面視正方形状の金属膜３６３を備え、全体が正方形状をした金属膜３６３の中央部分３６９を除いて、縦横方向に「Ｌ」字状に延伸するスリット３６５が形成され、さらに全体形状が正方形状の各辺に正方形状の切り欠き３６７が等間隔をおいて複数形成されている。なお、中央部分３６９はコンタクトプラグとの接続部となっている。

図７の（ｉ）に示す下部電極３７１は、平面視正方形状の金属膜３７３を備え、全体が正方形状をした金属膜３７３の中央を通り縦横方向のいずれか一方（ここでは縦方向である。）に延伸する帯部３７７を除いた領域であって帯部３７７の両側の領域において、帯部３７７と直交する方向（ここでは横方向である。）に延伸するスリット３７５が形成され、帯部３７７の中央部分３７９がコンタクトプラグとの接続部となっている。

図７の（ｊ）に示す下部電極３８１は、図７の（ｉ）の下部電極３７１の金属膜３７３に対して、正方形状を構成する各辺に正方形状の切り欠き３８７を設けたような構成である。

つまり、平面視正方形状の金属膜３８３を備え、全体が正方形状をした金属膜３８３の中央の帯部３８６を除いて、縦横方向のいずれか一方（ここでは横方向である。）に延伸するスリット３８５が形成され、さらに全体形状が正方形状の各辺に正方形状の切り欠き３８７が等間隔をおいて複数形成されている。なお、帯部３８６の中央部分３８８はコンタクトプラグとの接続部となっている。

最後に、図示はしていないものの、除去部を構成する開口、スリット及び切り欠き等は、複数ある場合、すべて又は一部がその形状が異なるようにしても良いし、すべて又は一部がその大きさが異なるようにしても良い。また、図６及び図７では、除去部は規則性（点対称、線対称等である。）を持って形成されていたが、規則性なしに形成されていても良い。
（２）全体形状
下部電極の平面視における全体形状（外観形状である。）は、画素部の平面視形状と同じ形状が好ましい。さらに、下部電極の平面視における全体の大きさ（全体形状の大きさ）は、画素部の平面視における大きさになるべく近い方が好ましい。
これは、各画素部の光電変換膜内で発生した電荷を、電荷が発生している画素部内の下部電極に移動させるためである。

ここで、図７の（ｊ）の下部電極３８１を用いて説明する。
図７の（ｊ）の下部電極３８１を含む画素部を平面視したときの全体形状（外観形状）は、図２に示すように、正方形状をしている。一方、下部電極３８１は、平面視において、正方形状の各辺に切り欠き３８７を有するものの、図７の（ｊ）の破線３８９で示すように、外観形状が正方形状をし、画素部の平面視形状と同じ形状をしている。
（３）配線層との位置関係
図８は、下部電極と配線層との位置関係を示す図である。

同図の（ａ）に示す変形例では、下部電極４０１の平面視形状が正方形状をし、正方形状の金属膜４０３の一つの隅部４０７を除いた領域において、縦横方向に所定の間隔をおいて形成された開口４０５を複数有している。なお、隅部４０７はコンタクトプラグとの接続部分である。

一方、下部電極４０１の下方には、２本の配線層４１１ａ，４１１ｂが平行して延伸する状態で絶縁層（図示省略）に形成されている。
下部電極４０１は、配線層４１１ｂの幅全体に重なるように配され、且つ、隅部４０７が配線層４１１ａと配線層４１１ｂとの間に位置している。なお、ここでの下部電極４０１は、配線層４１１ａ，４１１ｂと平面視において重ならない領域にも開口４０５を有しているが、重ならない領域では開口４０５がなくても良い。

同図の（ｂ）に示す変形例では、下部電極３７１は、図７の（ｉ）に記載の下部電極である。
下部電極３７１の下方には、２本の配線層４２１ａ，４２１ｂが平行して延伸する状態で絶縁層（図示省略）に形成されている。

下部電極３７１は、その帯部３７７が、配線層４２１ａ，４２１ｂと平行に延伸する状態で配線層４２１ａと配線層４２１ｂとの間に位置するように、配されている。
なお、ここでは、コンタクトプラグは、帯部３７７の中央部分３７９と接続されるが、例えば、帯部３７７の両端（ここでは上下の端である。）側の２箇所で接続されても良い。
（４）下部電極のスリットと配線層との関係
上記の実施の形態等や変形例等では、下部電極のスリットの延伸方向と、配線の延伸する方向（配線方向）との関係について特に説明しなったが、下部電極のスリットの延伸方向は、配線の延伸する方向と交差したり、さらには直交したりする方向が好ましい。

これは、例えば、スリットの延伸方向と配線の延伸方向とが互いに平行な場合、下部電極と配線との対面面積が、スリットを配線に対して垂直するように設けた場合より大きくなることが懸念されるからである。
２．画素形状
上記実施の形態等や変形例等では、画素部の平面視形状が正方形状であったが、当然、他の形状であっても良い。

図９は、画素形状の変形例を示す図であり、（ａ）はマイクロレンズを除いた平面図であり、（ｂ）は下部電極の平面図である。
本変形例に係る固体撮像装置５０１は、複数の画素部を有し、各画素部のカラーフィルタ５０３ｒ，５０３ｇ，５０３ｂは、奇数行に緑色のカラーフィルタ５０３ｇが複数配列され、偶数行に赤色のカラーフィルタ５０３ｒと青色のカラーフィルタ５０３ｂとが交互に複数配列され、奇数行と偶数行とが行方向に配列ピッチの約１／２だけ互いにずらして配列されている。

なお、このような構成をした固体撮像装置５０１では、各画素部から出力される信号の空間位置がハニカム配置になるため、信号が得られていない虚画素位置の信号を、その位置の周囲の信号から求める信号補間処理を行うことで、解像度を２倍にすることができる。

この信号補間処理については、画素部がハニカム状に配列された従来からある固体撮像装置を搭載する撮像装置で行われている各種手法を用いることができる。
下部電極５０５は、同図の（ｂ）に示すように、平面視の画素形状と略同一の外観形状を有し、ここでは、正六角形状の金属膜５０７から構成される。この下部電極５０５は、金属膜５０７の中央部分５１３を除いた領域に、中心を通る外方へと延伸する方向であって、中央部分５１３から外周縁手前までの間に形成されたスリット５０９と中央部分５１３から外周縁までに形成された切り欠き５１１とからなる除去部を有する。

なお、第１の実施の形態で説明した、正方形の画素部が行列方向に正方格子状に配されている正方配列パターンを、例えば、４５［°］傾斜させたようなハニカム構造の場合は、下部電極の形状も、画素部に対応させて正方形状にして４５［°］傾斜させ、第１の実施の形態と同様に、除去部を設けることで実施できる。

本発明の光電変換膜を有する積層型固体撮像装置に用いると、発生した信号電荷を効率よく読み出し、高感度の固体撮像装置を提供することができ産業上の利用可能性がある。

１ 固体撮像装置
５ 半導体基板
７ 絶縁層
９ 光電変換部
１１ カラーフィルタ
１３ マイクロレンズ
１５ 下部電極
１７ 光電変換膜
１９ 上部電極
２７ 電荷蓄積部
２９ 信号読み出し部
３１ 転送ゲート
３３ コンタクトプラグ
４３ 金属膜
４５ 開口

Claims (5)

1. 画素単位で形成された下部電極と、前記下部電極上方に形成された上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に形成された光電変換膜とを有する光電変換部が絶縁層を介して基板上に配されてなる固体撮像装置において、
   前記絶縁層内には、平面視において前記下部電極と重なる部分を有する状態で配線用の導電膜が形成されており、
   前記下部電極は、金属膜により構成され、平面視において前記導電膜と重なる領域の金属膜の一部が除去された除去部を有する
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記基板上面には、前記下部電極に対してコンタクトプラグを介して接続され且つ前記光電変換部で変換された電荷を蓄積する電荷蓄積部を有し、
   前記除去部は、コンタクトプラグと接続される領域以外に存する
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記下部電極は、対応する画素部の平面視における外観形状と同じ外観形状を維持する状態で、前記除去部を有する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
4. 下部電極における前記除去部を挟んで対向する側面間の最小距離が、隣接する画素部の下部電極との距離の半分未満である
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の固体撮像装置。
5. 前記下部電極は、当該下部電極の直下に配列された配線用の導電膜にコンタクトプラグを介して接続され、
   当該下部電極が接続されている導電膜は信号線用である
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の固体撮像装置。

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