WO2012169127A1 - 固体撮像装置 - Google Patents

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WO2012169127A1
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complementary color
unit pixel
photoelectric conversion
solid
imaging device
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松長　誠之
基弘 小島
上田　哲也
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パナソニック株式会社
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    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof

Definitions

  • the present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a stacked solid-state imaging device.
  • a CCD or MOS type solid-state imaging device having a photodiode (pixel) provided inside a semiconductor substrate made of crystalline silicon and having a scanning circuit of a CCD (Charge-Coupled Device) or a MOS (Metal-Oxide-Semiconductor).
  • CCD Charge-Coupled Device
  • MOS Metal-Oxide-Semiconductor
  • color filters are formed in a mosaic shape above them to perform colorization.
  • the most commonly used color filter array is called a Bayer array, which consists of two green (G) filters and four red (R) and one blue (B) filters. This is an array of filters.
  • this image sensor performs quantum conversion by performing photoelectric conversion using both a photodiode 302 provided inside a semiconductor substrate 301 and a photoelectric conversion film 319 formed above the semiconductor substrate 301. It is improving. Specifically, the G light is extracted by the photoelectric conversion film 319 above the semiconductor substrate 301, the R light and B light passing through the photoelectric conversion film 319 are decomposed into R light and B light by the color filter 315, and the semiconductor R light and B light are taken out by a photodiode 302 inside the substrate 301. As a result, G light can extract up to 100% of light, and R light and B light can extract up to 50% of light. Therefore, a quantum efficiency twice that of the Bayer array can be obtained.
  • the structure of FIG. 33 has a manufacturing problem. That is, after the color filter 315 is formed above the photodiode 302 formed in the semiconductor substrate 301, the pixel electrode contact hole 318 is passed between the color filters 315 of adjacent pixels, and the pixel electrode 305 is formed above the pixel electrode contact hole 318. Further, a photoelectric conversion film 319 is formed thereabove.
  • the commonly used color filter 315 is an organic material and cannot withstand high temperature processes.
  • the formation process of the pixel electrode contact hole 318 and the pixel electrode 305 is an LSI process and is a high-temperature process, and the organic material color filter 315 is destroyed in the LSI process.
  • the manufacturing is performed in the order of the LSI high temperature process, the organic material low temperature process (organic color filter process), the LSI high temperature process, and the organic material low temperature process.
  • a method of making the manufacturing process of the pixel electrode contact hole 318 and the pixel electrode 305 into a low temperature process that can withstand organic materials is also conceivable, it cannot be realized in a general semiconductor manufacturing line, and it is enormous for construction of the manufacturing line, etc. It costs money.
  • the pixel electrode contact hole 318 requires enormous costs because it requires ultrafine processing. Further, since a gap is formed in the color filter 315 and the pixel electrode contact hole 318 is formed, there is a problem that the fill factor of the color filter 315 is reduced.
  • an object of the present invention is to provide a two-layer type solid-state imaging device capable of suppressing the destruction of the filter.
  • a solid-state imaging device includes a semiconductor substrate, a plurality of unit pixel cells arranged in a matrix on the semiconductor substrate, and a signal output from the unit pixel cell. And the unit pixel cell is formed between the semiconductor substrate and the complementary color filter, and incident light transmitted through the complementary color filter is formed between the semiconductor substrate and the complementary color filter.
  • a photoelectric conversion film for photoelectric conversion a transparent electrode formed between the photoelectric conversion film and the complementary color filter, a pixel electrode formed between the semiconductor substrate and the photoelectric conversion film, and the semiconductor substrate And a photoelectric conversion device for photoelectrically converting incident light transmitted through the photoelectric conversion film, and a signal charge generated by the photoelectric conversion film and the photodiode as a voltage signal.
  • the complementary color filter since the complementary color filter is located above the pixel electrode, the complementary color filter can be formed after the high-temperature process for forming the pixel electrode and its contact. As a result, even when the complementary color filter is made of an organic material and a two-layer solid-state imaging device is manufactured by a combination of a general LSI high-temperature process and an organic material low-temperature process, the destruction of the filter can be suppressed. Further, since it is not necessary to form contact holes for pixel electrodes in the filter, it is possible to suppress a decrease in the filter fill factor.
  • the plurality of unit pixel cells include a first unit pixel cell and a second unit pixel cell.
  • the first complementary color is yellow
  • the second unit pixel cell The first complementary color may be cyan
  • the second complementary color may be magenta in the first unit pixel cell and the second unit pixel cell.
  • the green light important for image formation can be photoelectrically converted by a photoelectric conversion film having a large area, and the sensitivity can be improved.
  • the center of gravity of the pixel electrode of the unit pixel cell in the adjacent column may be shifted in the column direction.
  • the monochrome resolution in the column direction can be improved.
  • one complementary color filter may be provided for one photodiode, and the center of gravity of the pixel electrode may be shifted from the center of gravity of the complementary color filter when the semiconductor substrate is viewed from above.
  • the complementary color filter is provided corresponding to the photodiode, and the position of the center of gravity is shifted between the pixel electrode and the complementary color filter, so that the monochrome resolution can be improved.
  • One unit pixel cell includes two photodiodes and one pixel circuit that outputs signal charges of the two photodiodes as voltage signals to the signal line, and the pixel electrode includes: One may be provided for the two photodiodes.
  • the pixel circuit is shared by two photodiodes, high integration of the photodiodes can be realized.
  • the one unit pixel cell may have two complementary color filters that selectively transmit light of two different complementary colors as the first complementary color in association with the two photodiodes.
  • the two complementary colors as the first complementary color may be yellow and cyan, and the second complementary color may be magenta.
  • the center of gravity of the pixel electrode of the unit pixel cell in the adjacent column may be shifted in the column direction.
  • the monochrome resolution in the column direction can be improved.
  • the center of gravity of the pixel electrode may be shifted from the center of gravity of the complementary color filter.
  • the complementary color filter is provided corresponding to the photodiode, and the position of the center of gravity is shifted between the pixel electrode and the complementary color filter, so that the monochrome resolution can be improved.
  • the center of gravity of the pixel electrode may coincide with the center of gravity of the complementary color filter.
  • the complementary color filter is provided corresponding to the photodiode, and the position of the center of gravity is matched between the pixel electrode and the complementary color filter, thereby facilitating signal processing of the output signal of the unit pixel cell. Can do.
  • a camera according to one embodiment of the present invention includes the solid-state imaging device.
  • a two-layer image sensor can be formed using a general LSI process and a low temperature organic material process while suppressing breakage of the filter, and a high-performance image sensor can be realized at low cost.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the unit pixel cell according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the arrangement of complementary color filters according to the embodiment and which color electrical signal can be obtained from the pixel electrode and the photodiode corresponding to each complementary color filter.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a planar layout diagram of the unit pixel cell according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing the arrangement of complementary color filters according to the embodiment and which color electrical signal can be obtained from the photodiode and pixel electrode corresponding to each complementary color filter.
  • FIG. 6 is a timing chart showing an example of drive timing at the time of moving image shooting of the solid-state imaging device according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a timing chart showing an example of drive timing at the time of still image shooting of the solid-state imaging device according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the unit pixel cell in the solid-state imaging device according to Modification 1 of the embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the unit pixel cell in the solid-state imaging device according to the second modification of the embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a planar layout diagram of the unit pixel cell according to the second modification of the embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing the arrangement of complementary color filters according to the second modification of the embodiment and which color electrical signal can be obtained from the photodiode and pixel electrode corresponding to each complementary color filter.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a planar layout diagram of a unit pixel cell according to Modification 3 of the embodiment.
  • FIG. 13A is a cross-sectional view of the unit pixel cell showing each manufacturing step of the solid-state imaging device according to Modification 4 of the embodiment.
  • FIG. 13B is a cross-sectional view of the unit pixel cell showing each manufacturing step of the solid-state imaging device according to Modification 4 of the embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a planar layout diagram of a unit pixel cell according to Modification 3 of the embodiment.
  • FIG. 13A is a cross-sectional view of the unit pixel cell showing each manufacturing step of the solid-state imaging device according to Modification 4 of the embodiment.
  • FIG. 13B is a cross-
  • FIG. 13C is a cross-sectional view of the unit pixel cell illustrating each manufacturing process of the solid-state imaging device according to Modification 4 of the embodiment.
  • FIG. 13D is a cross-sectional view of the unit pixel cell illustrating each manufacturing process of the solid-state imaging device according to Modification 4 of the embodiment.
  • FIG. 13E is a cross-sectional view of the unit pixel cell showing each manufacturing step of the solid-state imaging device according to Modification 4 of the embodiment.
  • FIG. 13F is a cross-sectional view of the unit pixel cell showing each manufacturing step of the solid-state imaging device according to Modification 4 of the embodiment.
  • FIG. 13G is a cross-sectional view of the unit pixel cell showing each manufacturing step of the solid-state imaging device according to Modification 4 of the embodiment.
  • FIG. 13G is a cross-sectional view of the unit pixel cell showing each manufacturing step of the solid-state imaging device according to Modification 4 of the embodiment.
  • FIG. 13H is a cross-sectional view of the unit pixel cell showing each manufacturing step of the solid-state imaging device according to Modification 4 of the embodiment.
  • FIG. 13I is a cross-sectional view of the unit pixel cell showing each manufacturing step of the solid-state imaging device according to Modification 4 of the embodiment.
  • FIG. 13J is a cross-sectional view of the unit pixel cell showing each manufacturing step of the solid-state imaging device according to Modification 4 of the embodiment.
  • FIG. 13K is a cross-sectional view of the unit pixel cell showing each manufacturing step of the solid-state imaging device according to Modification 4 of the embodiment.
  • FIG. 13L is a cross-sectional view of the unit pixel cell showing each manufacturing step of the solid-state imaging device according to Modification 4 of the embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a circuit diagram of a unit pixel cell according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a planar layout diagram of the unit pixel cell according to the embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram schematically showing an arrangement of complementary color filters according to the embodiment and which color electrical signal can be obtained from the photodiode and pixel electrode corresponding to each complementary color filter.
  • FIG. 17 is a diagram showing an example of a planar layout diagram of the unit pixel cell according to the embodiment.
  • FIG. 18 is a diagram schematically showing an arrangement of complementary color filters according to the embodiment and which color electrical signal can be obtained from the photodiode and pixel electrode corresponding to each complementary color filter.
  • FIG. 16 is a diagram schematically showing an arrangement of complementary color filters according to the embodiment and which color electrical signal can be obtained from the photodiode and pixel electrode corresponding to each complementary color filter.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating an example of a planar layout diagram of a unit pixel cell according to Modification 5 of the embodiment.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating an example of a planar layout diagram of a unit pixel cell according to Modification 5 of the embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram schematically illustrating an array of complementary color filters according to the fifth modification of the embodiment and which color electrical signal can be obtained from the photodiode and pixel electrode corresponding to each complementary color filter. .
  • FIG. 22 is a diagram illustrating an example of a planar layout diagram of a unit pixel cell according to Modification 6 of the embodiment.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating an example of a planar layout diagram of a unit pixel cell according to Modification 6 of the embodiment.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating an example of a planar layout diagram of a unit pixel cell according to Modification 5 of the embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram schematically illustrating an array of complementary color filters according
  • FIG. 24 is a diagram schematically showing an arrangement of complementary color filters according to the sixth modification of the embodiment and which color electrical signal can be obtained from the photodiode and pixel electrode corresponding to each complementary color filter.
  • FIG. 25 is a diagram illustrating an example of a planar layout diagram of a unit pixel cell according to Modification 7 of the embodiment.
  • FIG. 26 is a diagram schematically illustrating an array of complementary color filters according to a modification example 7 of the embodiment and which color electrical signal can be obtained from the photodiode and pixel electrode corresponding to each complementary color filter.
  • FIG. 27 is a diagram illustrating an example of spectral sensitivity characteristics of a magenta film according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 28A is a diagram schematically showing an arrangement of complementary color filters according to the embodiment and which color electrical signal can be obtained from the photodiode and pixel electrode corresponding to each complementary color filter.
  • FIG. 28B is a diagram schematically showing an arrangement of complementary color filters according to the embodiment and which color electrical signal can be obtained from the photodiode and pixel electrode corresponding to each complementary color filter.
  • FIG. 29 is a diagram showing an example of spectral sensitivity characteristics of cuprous oxide according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 30A is a diagram schematically showing an array of complementary color filters according to the embodiment and which color electrical signal can be obtained from the photodiode and pixel electrode corresponding to each complementary color filter.
  • FIG. 30B is a diagram schematically illustrating an arrangement of complementary color filters according to the embodiment and which color electrical signal can be obtained from the photodiode and pixel electrode corresponding to each complementary color filter.
  • FIG. 31 is a diagram schematically showing the arrangement of complementary color filters according to the fifth embodiment of the present invention and which color electrical signal can be obtained from the photodiode and pixel electrode corresponding to each complementary color filter. is there.
  • FIG. 32 is a diagram illustrating an example of the configuration of a camera according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 33 is a diagram illustrating a two-layer image sensor disclosed in Patent Document 1. In FIG.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a MOS type solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
  • This solid-state imaging device is a stacked solid-state imaging device that photoelectrically converts incident light using both a photodiode and a photoelectric conversion film, and includes a semiconductor substrate and a plurality of semiconductor substrates arranged in a matrix (two-dimensional shape).
  • a photosensitive region composed of the unit pixel cells 1 and a drive circuit unit that sequentially drives the unit pixel cells 1 and extracts signals.
  • the drive circuit section includes a load transistor 9, a differential amplifier (feedback amplifier) 10, a reset voltage changeover switch 11, a row selection circuit (vertical scanning section) 12, a column signal processing circuit 13, a column selection circuit (horizontal scanning section) 14, The vertical signal line 15, the feedback line 16, and the photoelectric conversion film control line 47 are configured.
  • the unit pixel cell 1 includes a photodiode 2 formed inside a semiconductor substrate, a stacked film photoelectric conversion unit 8 provided above the photodiode 2, and a signal photoelectrically converted by the photodiode 2 and the stacked film photoelectric conversion unit 8.
  • a charge detection unit (FD unit) 3 that temporarily accumulates charges, a transfer transistor 4 that transfers signal charges from the photodiode 2 to the charge detection unit 3, and a signal voltage that is voltage-converted by the charge detection unit 3
  • a reset transistor 6 that resets (initializes) the amplifying transistor 5 and the stacked film photoelectric conversion unit 8 and discharges a signal charge detected by the charge detecting unit 3 (resets the potential of the gate electrode of the amplifying transistor 5); Address pixel unit 1 and selectively output a signal voltage from unit pixel cell 1 in a predetermined row to vertical signal line 15 And a 7.
  • the photodiode 2 and the laminated film photoelectric conversion unit 8 photoelectrically convert incident light, and generate and accumulate signal charges corresponding to the amount of incident light.
  • the amplification transistor 5 and the load transistor 9 constitute a source follower circuit for taking out the signal voltage of the unit pixel cell 1 to the outside of the photosensitive region, and the amount of signal charge generated by the photodiode 2 and the stacked film photoelectric conversion unit 8 A signal voltage corresponding to is output.
  • the load transistor 9 is provided corresponding to each vertical signal line 15 and connected to the corresponding vertical signal line 15.
  • the differential amplifier 10 is provided corresponding to each vertical signal line 15, and when the signal of the stacked film photoelectric conversion unit 8 is reset, the input of the differential amplifier 10 (voltage of the vertical signal line 15) to the reset transistor 6. The inverted signal is fed back.
  • the output of the differential amplifier 10 is connected to the drain region of the reset transistor 6.
  • the address transistor 7 and the reset transistor 6 are in a conductive state (on state)
  • the output of the address transistor 7 is received and The feedback operation is performed so that the gate potential becomes a constant feedback voltage (the output voltage of the differential amplifier 10).
  • the output voltage of the differential amplifier 10 is 0V or a positive voltage near 0V.
  • the reset voltage changeover switch 11 is provided corresponding to each differential amplifier 10 and switches the connection destination of the switch between when reading the signal of the photodiode 2 and when reading the signal of the stacked film photoelectric conversion unit 8 to reset the reset transistor. 6 to switch the drain voltage.
  • the row selection circuit 12 scans the row of the unit pixel cells 1 in the photosensitive region in the column direction (vertical direction) by applying a row selection signal for controlling on / off of the address transistor 7 to the gate electrode of the address transistor 7, Unit pixel cells 1 for outputting a signal voltage to the vertical signal line 15 are selected row by row.
  • the column signal processing circuit 13 performs signal processing (noise suppression processing, AD conversion processing, etc.) of output signals (voltage signals) from each row of the unit pixel cells 1.
  • the column selection circuit 14 sequentially reads the output signals from the column signal processing circuit 13 to the output terminal 36.
  • the vertical signal line 15 is provided corresponding to the column of the unit pixel cell 1, connected to the source region of the address transistor 7 of the unit pixel cell 1 of the corresponding column, arranged in the column direction, and output from the unit pixel cell 1.
  • the transmitted signal voltage is transmitted in the column direction.
  • the feedback line 16 is provided corresponding to the column of the unit pixel cells 1, and feeds back the output of the differential amplifier 10 to the unit pixel cell 1 of the corresponding column.
  • the photoelectric conversion film control line 47 is commonly connected to all the unit pixel cells 1 and applies the same positive constant voltage to all the stacked film photoelectric conversion units 8.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the unit pixel cell 1 of FIG.
  • the unit pixel cell 1 includes a pixel circuit including four transistors formed in a p-type silicon substrate 17 as a semiconductor substrate, that is, a transfer transistor 4, an amplification transistor 5, a reset transistor 6, and an address transistor 7, a photodiode 2,
  • the interlayer insulating film 48, the pixel electrode 19, the photoelectric conversion film 20, and the transparent electrode 21 sequentially stacked on the silicon substrate 17, the protective film 22 that is sequentially stacked on the transparent electrode 21, and cyan (Cy) filter 23 or yellow (Ye) filter 24.
  • the pixel circuit outputs the signal charge generated by the photoelectric conversion film 20 and the photodiode 2 to the vertical signal line 15 as a voltage signal.
  • an amplification transistor 5 is formed from an n + -type impurity region 2A formed in the silicon substrate 17 and a gate electrode 3A formed on the silicon substrate 17.
  • a reset transistor 6 is formed from n + -type impurity regions 2B and 2C formed in the silicon substrate 17 and a gate electrode 3B formed on the silicon substrate 17.
  • a transfer transistor 4 is formed from n + -type impurity regions 2C and 2D formed in the silicon substrate 17 and a gate electrode 3C formed on the silicon substrate 17.
  • a buried photodiode 2 is formed from the n + -type impurity region 2D and the p + -type impurity region 2E.
  • the address transistor 7 is omitted.
  • the impurity region 2B functions as a drain region of the reset transistor 6, and the impurity region 2C functions as a source region of the reset transistor 6.
  • the impurity region 2A functions as a drain region or a source region of the amplification transistor 5.
  • the impurity region 2D functions as a source region of the transfer transistor 4, and the impurity region 2C functions as a drain region of the transfer transistor 4.
  • the photodiode 2 is formed inside the silicon substrate 17 and photoelectrically converts incident light transmitted through the cyan filter 23 or the yellow filter 24 and the photoelectric conversion film 20.
  • the photoelectric conversion film 20 is made of amorphous silicon or the like, is formed between the silicon substrate 17 and the cyan filter 23 or the yellow filter 24, and photoelectrically converts incident light transmitted through the cyan filter 23 or the yellow filter 24.
  • the pixel electrode 19 is formed between the silicon substrate 17 and the photoelectric conversion film 20 on the surface of the photoelectric conversion film 20 on the silicon substrate 17 side, that is, the lower surface of the photoelectric conversion film 20, and a signal generated in the photoelectric conversion film 20. Collect charge.
  • the transparent electrode 21 is in contact with the surface opposite to the surface of the photoelectric conversion film 20 on the silicon substrate 17 side, that is, the upper surface of the photoelectric conversion film 20, and is formed between the photoelectric conversion film 20 and the cyan filter 23 or the yellow filter 24.
  • a positive constant voltage is applied to the transparent electrode 21 via the photoelectric conversion film control line 47.
  • the amplification transistor 5 is a MOS transistor formed in the silicon substrate 17 and has a gate electrode 3A connected to the pixel electrode 19 and the photodiode 2, and outputs a signal voltage corresponding to the potential of the gate electrode 3A. .
  • the reset transistor 6 is a MOS transistor formed in the silicon substrate 17, has a gate electrode 3B, and resets the potential of the gate electrode 3B of the amplification transistor 5 to a reset voltage (feedback voltage).
  • the transfer transistor 4 is a MOS transistor formed in the silicon substrate 17 and is provided between the photodiode 2 and the gate electrode 3B of the amplification transistor 5, and from the photodiode 2 to the gate electrode 3B of the amplification transistor 5. Controls the transfer of signal charge.
  • the address transistor 7 is a MOS transistor formed in the silicon substrate 17 and is provided between the amplification transistor 5 and the vertical signal line 15 and outputs a signal voltage from the unit pixel cell 1 to the vertical signal line 15.
  • the address transistor 7 is inserted between the source region of the amplification transistor 5 and the vertical signal line 15, but may be inserted between the drain region of the amplification transistor 5 and the power supply wiring.
  • the pixel electrode 19 is connected to the gate electrode 3A of the amplification transistor 5 and the source region (impurity region 2C) of the reset transistor 6 through a contact (contact electrode) 18.
  • a pn junction between the impurity region 2 ⁇ / b> C connected to the pixel electrode 19 and the silicon substrate 17 forms a parasitic diode (storage diode) that stores signal charges, that is, a charge detection unit 3.
  • the local wiring 28 connecting the charge detection unit 3 and the gate electrode 3A of the amplification transistor 5 and the contact 18 embedded in the contact hole electrically connect the photodiode 2, the pixel electrode 19, and the charge detection unit 3 to each other. Connected.
  • the pixel electrode 19 Since the pixel electrode 19 needs to transmit light, it is configured using a transparent electrode material such as ITO (InSnO) or a thin SiN film of 20 nm or less.
  • the photoelectric conversion film 20 formed above the pixel electrode 19 exposes only green light and performs photoelectric conversion.
  • the cyan filter 23 or the yellow filter 24 is formed above the silicon substrate 17, that is, above the protective film 22, and is formed so as to correspond to the photodiode 2 and the pixel electrode 19 in a 1: 1 ratio.
  • the cyan filter 23 selectively transmits cyan (first complementary color) light in the incident light
  • the yellow filter 24 selectively transmits yellow (first complementary color) light in the incident light.
  • the photoelectric conversion film 20 selectively transmits magenta (second complementary color) light among the light transmitted through the cyan filter 23 or the yellow filter 24 and selectively absorbs green (G) light. To do.
  • one complementary color filter is provided for one photodiode 2.
  • the plurality of unit pixel cells 1 include two types of unit pixel cells 1 in which complementary filters of different complementary colors are formed.
  • the complementary color of the complementary color filter is cyan.
  • the complementary color of the complementary color filter is yellow, but the photoelectric conversion film 20 functions as a magenta complementary color filter in any unit pixel cell 1.
  • the silicon substrate 17 to the pixel electrode 19 can be manufactured by the LSI process, and the structure above the pixel electrode 19 can be manufactured outside the LSI clean room, a large investment in manufacturing is not required.
  • the light passing through the cyan filter 23 has green and blue (B) components.
  • the green component of the light that has passed through the cyan filter 23 is absorbed, and the absorbed light is photoelectrically converted to generate a signal of the stacked film photoelectric conversion unit 8.
  • the blue component of the light that has passed through the cyan filter 23 passes through the photoelectric conversion film 20 and is photoelectrically converted by the photodiode 2 of the silicon substrate 17.
  • the light that has passed through the yellow filter 24 has green and red (R) components.
  • the green component of the light that has passed through the yellow filter 24 is absorbed, and the absorbed light is photoelectrically converted to generate a signal of the stacked film photoelectric conversion unit 8.
  • the red component of the light that has passed through the yellow filter 24 passes through the photoelectric conversion film 20 and is photoelectrically converted by the photodiode 2 of the silicon substrate 17.
  • this photoelectric conversion film material is made up of an electron transport layer made of a material such as an aluminum quinolinol complex derivative (typically Alq 3), and a triphenyldiamine derivative (typical example is ⁇ -NPD). Or a film having a sandwich structure sandwiched between hole transport layers made of materials such as TPD). At this time, the electron transport layer and the hole transport layer serve as a blocking layer.
  • the solid-state imaging device of FIG. 33 is the most important G of the three primary colors of RGB by the photoelectric conversion film on the uppermost layer in order to realize the same spectrum as a conventional solid-state imaging device in which a filter for spectrally separating light is provided on the uppermost layer.
  • the light is first photoelectrically converted, and the R light and B light that have passed through the photoelectric conversion film are separated by a filter. Therefore, the solid-state imaging device of FIG. 33 has a structure that is very difficult to manufacture.
  • the stacked film photoelectric conversion unit 8 that transmits the R light and the B light is considered as a magenta (Mg) filter, and R is applied to the photodiode 2 below the stacked film photoelectric conversion unit 8.
  • Mg magenta
  • the solid-state imaging device of the present embodiment forms a primary color filter by superimposing a cyan filter 23 or a yellow filter 24 as a complementary color filter and a magenta filter (photoelectric conversion film 20).
  • G light is the most important light.
  • forming a spectral filter above a film that absorbs G light is unlikely to cause a decrease in quantum efficiency of G light.
  • the solid-state imaging device of the present embodiment is born from the idea that if it is a filter that transmits G light, it is less affected even if it is formed on a film that absorbs G light.
  • Solid-state imaging devices that have combined the magenta filter (photoelectric conversion film 20) and the yellow filter 24 to guide R light and the magenta filter (photoelectric conversion film 20) and cyan filter 23 to guide B light to the photodiode 2 have been used in the past. Not.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a planar layout diagram of the unit pixel cell 1.
  • FIG. 4 is a plan view of the four adjacent unit pixel cells 1 as viewed from above.
  • the photodiode 2 the charge detection unit 3, the transfer transistor 4, the amplification transistor 5, the reset transistor 6 and the address transistor 7 are formed in one active region 29.
  • the local wiring 28 that connects the charge detection unit 3 and the gate electrode of the amplification transistor 5 extends in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 4 and is electrically coupled to the pixel electrode 19.
  • the cyan filter 23 and the yellow filter 24 on the adjacent pixel are respectively arranged so as to cover the corresponding photodiodes 2. Since the pixel electrode 19 must not be electrically connected between the pixel electrodes 19 of the adjacent unit pixel cells 1, a gap is provided between the pixel electrodes 19 of the adjacent unit pixel cells 1.
  • the cyan filter 23 and the yellow filter 24 on the two unit pixel cells 1 are formed with almost no gap.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing an arrangement of complementary color filters (cyan filter 23 and yellow filter 24) and which color electrical signal can be obtained from the photodiode 2 and the pixel electrode 19 corresponding to each complementary color filter. It is.
  • (G) + red (R) yellow filters 24 are alternately arranged. Since both the cyan filter 23 and the yellow filter 24 pass green light, the photoelectric conversion film 20 can obtain a green electrical signal in all the four unit pixel cells 1.
  • the light passing through the photoelectric conversion film 20 is a blue component below the cyan filter 23 and a red component below the yellow filter 24, and the light is photoelectrically converted by the photodiode 2 into an electric signal. Thereby, RGB signals of the three primary colors can be obtained, and a color image can be reproduced using these signals.
  • an element isolation layer for electrically isolating the photodiode 2 and the impurity region constituting the pixel circuit and the adjacent unit pixel cell 1 is formed on the silicon substrate 17.
  • a gate insulating film and a gate electrode constituting each transistor of the pixel circuit are formed.
  • contact holes for wiring are formed, multilayer wiring is performed, and each pixel is connected to form a pixel circuit.
  • a contact hole electrically coupled to the local wiring 28 is formed in the insulating film, and a contact electrode is formed therein.
  • the pixel electrode 19 is formed.
  • the steps up to here are performed in a silicon LSI clean room.
  • the photoelectric conversion film 20 is laminated on the pixel electrode 19.
  • the lamination method varies depending on the material, but vacuum deposition or coating is effective for organic materials, and sputtering or CVD (Chemical Vapor Deposition) is effective for inorganic materials. In any method, it is necessary to form the film at a low temperature of 500 ° C. or lower so as not to damage the wiring below the photoelectric conversion film 20.
  • the photoelectric conversion film 20 often has a multilayer structure. This is because the film for photoelectric conversion is often sandwiched by a film called a blocking layer.
  • a transparent electrode an electrode made of ITO or ZnO
  • a protective film 22 that protects the photoelectric conversion film 20 is laminated on the photoelectric conversion film 20.
  • complementary color filters (cyan filter 23 and yellow filter 24) are formed on the protective film 22 in a mosaic pattern.
  • the signal photoelectrically converted by the laminated film photoelectric conversion unit 8 appears as a signal voltage in the charge detection unit 3.
  • the signal voltage is amplified by the amplification transistor 5 and is transmitted to the column signal processing circuit 13 through the vertical signal line 15 when the address transistor 7 is turned on. Thereby, the signal readout operation of the laminated film photoelectric conversion unit 8 is performed.
  • the output of the differential amplifier 10 is connected to the feedback line 16 by the reset voltage changeover switch 11 and reset by performing the feedback operation via the feedback line 16. Operation (feedback reset operation) is performed. This reset operation is performed in order to suppress the thermal noise generated in the reset transistor 6.
  • a signal (reset signal) corresponding to the reset electric potential of the charge detection unit 3 is taken into the column signal processing circuit 13 through the vertical signal line 15 and transmitted previously.
  • the difference between the signal voltage and the reset signal is taken.
  • AD conversion processing it is also possible to perform AD conversion processing simultaneously with obtaining the difference.
  • the leakage current noise is determined by the leakage current of the charge detection unit 3, and it is desirable to reset the voltage of the charge detection unit 3 to a low voltage in order to reduce this noise.
  • the transparent electrode 21 is biased so that the signal of the laminated film photoelectric conversion unit 8 appears on the positive voltage side.
  • the power supply voltage is connected to the feedback line 16 by the reset voltage changeover switch 11, and a high voltage (constant voltage) is applied to the drain of the reset transistor 6.
  • the reset transistor 6 is turned on and off, and the charge detector 3 is biased to a high voltage (constant voltage). In this state, noise due to the reset operation is amplified by the amplification transistor 5, read through the address transistor 7 through the vertical signal line 15, and taken into the column signal processing circuit 13. Thereby, a reset operation is performed.
  • the transfer transistor 4 is turned on to transfer the signal charge of the photodiode 2 to the charge detection unit 3, and the generated signal voltage passes through the amplification transistor 5, the address transistor 7, and the vertical signal line 15 to the column signal processing circuit. 13 is taken in. Thereby, the signal reading operation of the photodiode 2 is performed.
  • the difference between the signal acquired by the signal read operation and the noise generated by the reset operation previously acquired is taken.
  • the noise readout operation by the series of reset operations and the signal readout operation of the photodiode 2 are performed between the signal readout operation and the feedback reset operation of the laminated film photoelectric conversion unit 8 described above.
  • both the signal generated by photoelectric conversion of incident light by the laminated film photoelectric conversion unit 8 and the signal generated by photoelectric conversion by the photodiode 2 are converted into the circuit of FIG. It can be seen that can be read.
  • the embedded photodiode can completely transfer the signal charge to the level of one electron by complete transfer, but the laminated film photoelectric conversion unit 8 cannot transfer completely. Therefore, the signal readout of the photodiode 2 and the signal readout of the laminated film photoelectric conversion unit 8 have different circuit configurations and readout modes. Noise cannot be suppressed with the configuration in which the transfer transistor 4 is also provided in the laminated film photoelectric conversion unit 8.
  • FIG. 6 is a timing chart showing an example of drive timing at the time of moving image shooting (moving image shooting that continuously outputs image signals) of the solid-state imaging device of FIG.
  • the address control line 32-1 of the first row is set to a high level and the address transistor 7 of the unit pixel cell 1 of the first row is turned on, the signal charge generated by photoelectric conversion in the stacked film photoelectric conversion unit 8 is generated.
  • a voltage signal corresponding to this voltage appears as a voltage of the charge detection unit 3 and is output to the vertical signal line 15 as an output of the amplification transistor 5.
  • the output voltage signal is captured and held in the column signal processing circuit 13 (time t1).
  • the reset control line 33-1 in the first row is set to the high level to turn on the reset transistor 6 of the unit pixel cell 1 in the first row.
  • the charge detection unit 3 is reset to a high voltage (constant voltage) set by the changeover switch 11.
  • a reset signal corresponding to the voltage of the charge detection unit 3 at this time is output to the vertical signal line 15 as an output of the amplification transistor 5.
  • This reset signal includes reset noise generated when the reset transistor 6 is turned on and off, and is captured and held in the column signal processing circuit 13 via the amplification transistor 5 and the vertical signal line 15 (time t2).
  • the transfer control line 34-1 of the first row is set to the high level and the transfer transistor 4 of the unit pixel cell 1 of the first row is turned on, the signal charge accumulated in the photodiode 2 is transferred to the charge detection unit 3. Is done.
  • This signal charge appears as a voltage of the charge detector 3, and a voltage signal corresponding to this voltage is output to the vertical signal line 15 as an output of the amplification transistor 5.
  • the output voltage signal is taken into the column signal processing circuit 13 via the vertical signal line 15 (time t3).
  • the acquired voltage signal is subjected to noise removal processing that takes a difference from the held reset signal, and the voltage signal subjected to noise removal processing is held as a low noise signal.
  • the reset voltage changeover switch 11 is switched to the differential amplifier 10 side, the reset control line 33-1 of the first row is set to the high level, the reset transistor 6 of the unit pixel cell 1 of the first row is turned on, and charge detection is performed. Reset part 3. This reset operation is performed in order to suppress reset noise generated when the reset transistor 6 is turned on and off, and to make the stacked film photoelectric conversion unit 8 have no signal. Then, a reset signal corresponding to the voltage of the charge detection unit 3 at this time is output to the vertical signal line 15 as an output of the amplification transistor 5. This reset signal is taken into the column signal processing circuit 13 (time t4). Then, the voltage signal of the stacked film photoelectric conversion unit 8 previously captured is subjected to a process for taking a difference from the currently captured reset signal and is held.
  • the reset control line 33-2 and the transfer control line 34-2 in the second row are set to the high level to turn on the reset transistor 6 and the transfer transistor 4 in the unit pixel cell 1 in the second row, and the photodiode in the second row. 2 is discharged to the power supply voltage connected by the reset voltage changeover switch 11 (time t5).
  • the address control line 32-2 in the second row is set to the high level to turn on the address transistor 7 of the unit pixel cell 1 in the second row, and the reset voltage changeover switch 11 is switched to the differential amplifier 10 side.
  • the row reset control line 33-2 is set to the high level to turn on the reset transistor 6 of the unit pixel cell 1 in the second row, thereby resetting the charge detection unit 3 (time t6). Thereby, all the signal charges of the photodiode 2 and the laminated film photoelectric conversion unit 8 are reset.
  • the column address line 35-1 in the first column is set to the high level, and the photodiode 2 and the laminated film of the unit pixel cell 1 in the first row and the first column held in the column signal processing circuit 13 in the first column
  • Two signals of the photoelectric conversion unit 8 are output to the output terminal 36 (time t7).
  • the column address line 35-2 of the second column is similarly set to the high level, and the photodiode 2 and the stack of the unit pixel cells 1 of the first row and the second column held in the column signal processing circuit 13 of the second column are stacked.
  • Two signals of the film photoelectric conversion unit 8 are output to the output terminal 36 (time t8).
  • the output signal to the output terminal 36 is a digital signal.
  • the signal reading of the unit pixel cell 1 in the second row is performed, but the operation is the same as the operation in the unit pixel cell 1 in the first row, and the description is omitted.
  • the signal accumulation time 43 of the stacked film photoelectric conversion unit 8 of the unit pixel cell 1 in the second row is obtained.
  • a time t5 when the reset operation of the photodiode 2 in the electronic shutter operation of the unit pixel cell 1 of the second row is performed, and a time t10 when the signal read operation of the photodiode 2 of the unit pixel cell 1 of the second row is performed (second The transfer control line 34-2 of the row is set to the high level to turn on the transfer transistor 4 of the unit pixel cell 1 of the second row, and the signal charge of the unit pixel cell 1 of the second row is transferred from the photodiode 2 to the charge detection unit 3.
  • a period between the readout time t10) is a signal accumulation time 44 of the photodiode 2 of the unit pixel cell 1 in the second row.
  • FIG. 7 is a timing chart showing an example of drive timing at the time of still image shooting of the solid-state imaging device of FIG. 1 when a mechanical shutter is used. It is assumed that the mechanical shutter is provided in a camera set on which the solid-state imaging device of FIG. 1 is mounted.
  • the reset control lines 33-1 and 33-2 and the transfer control lines 34-1 and 34-2 of the first and second rows are set to the high level to set the first and second rows.
  • the reset transistor 6 and the transfer transistor 4 of the unit pixel cell 1 are turned on, and the signals of the photodiodes 2 of all the unit pixel cells 1 are reset (time t11).
  • the address control line 32-1 in the first row is set to the high level to turn on the address transistor 7 of the unit pixel cell 1 in the first row, and the reset voltage changeover switch 11 is switched to the differential amplifier 10 side,
  • the row reset control line 33-1 is set to the high level to turn on the reset transistor 6 of the unit pixel cell 1 in the first row, thereby resetting the charge detection unit 3 of the unit pixel cell 1 in the first row (time t12).
  • the signal charge of the stacked film photoelectric conversion unit 8 of the unit pixel cell 1 in the first row is reset.
  • the same operation is performed on the unit pixel cells 1 in the second row to reset the signal charges of the stacked film photoelectric conversion units 8 in the unit pixel cells 1 in the second row (time t13).
  • the mechanical shutter control line is set to the high level and the mechanical shutter is opened (time t14). Thereafter, after exposure for a certain period of time, the mechanical shutter control line is set to a low level and the mechanical shutter is closed (time t15).
  • the signal reading operation is performed after the mechanical shutter is closed, but the description is omitted because it is the same as that for moving image shooting. However, the electronic shutter operation is not performed.
  • the signal accumulation time 45 of the laminated film photoelectric conversion unit 8 and the photodiode 2 is determined by the time between the on and off of the mechanical shutter.
  • the complementary color filters (the cyan filter 23 and the yellow filter 24) are located above the pixel electrode 19, and therefore, a high temperature process for forming the pixel electrode 19 and its contact. After this, a complementary color filter can be formed.
  • the complementary color filter is made of an organic material and a two-layer solid-state imaging device is manufactured by a combination of a general LSI high-temperature process and an organic material low-temperature process, the destruction of the complementary color filter can be suppressed. Further, since it is not necessary to form a contact hole for the pixel electrode 19 in the complementary color filter, it is possible to suppress a decrease in the fill factor of the complementary color filter.
  • the photoelectric conversion film 20 can capture incident light efficiently with a fill factor of 100%, but the photodiode 2 has a poor fill factor because the photodiode 2 has a pixel circuit on the same plane. Therefore, a structure for efficiently collecting incident light in the photodiode 2 is necessary. Therefore, the solid-state imaging device of the present modification is different from the solid-state imaging device of the present embodiment in that a condensing structure is added. Hereinafter, differences from the solid-state imaging device of the present embodiment will be described.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the unit pixel cell 1 in the solid-state imaging device of the present modification.
  • a micro lens 25 is formed above the cyan filter 23 or the yellow filter 24, and further, in the interlayer insulating film 48 between the cyan filter 23 or the yellow filter 24 (pixel electrode 19) and the photodiode 2.
  • An in-layer microlens 26 and a light pipe 27 are formed.
  • the solid-state imaging device of the present modification does not need to include both the microlens 25 and the in-layer microlens 26, and each of them exhibits a sufficient effect of focusing light.
  • incident light that has passed through the photoelectric conversion film 20 can be efficiently guided to the photodiode 2 by the condensing characteristics of the microlens 25 and the in-layer microlens 26. it can.
  • the complementary color filter (cyan filter 23 or yellow filter 24), the pixel electrode 19 and the photodiode 2 which are sequentially provided downward are 1: 1 without any deviation for each unit pixel cell 1. It corresponds to.
  • the center of gravity (center in the column direction or row direction) of the pixel electrode 19 coincides with the center of gravity of the unit pixel cell 1 (complementary color filter).
  • one complementary color filter is provided for one photodiode 2
  • the center of gravity of the pixel electrode 19 is the unit pixel cell 1 (complementary color filter). It is shifted with respect to the center of gravity.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the unit pixel cell 1 in the solid-state imaging device of the present modification.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a planar layout of the unit pixel cell 1 of the present modification. 10 shows the position of the pixel electrode 19 in FIG. 4 in the column direction (vertical direction) and the row direction (horizontal direction) by a half (half pitch) of the pixel pitch (the column direction or the row direction pitch of the unit pixel cell 1). It corresponds to the shifted one.
  • FIG. 10 is a plan view of four adjacent unit pixel cells 1 as viewed from above.
  • the center of the pixel electrode 19 is shifted from the center of the unit pixel cell 1 by a half pitch in both the column direction and the row direction (the right direction in FIG. 9).
  • the cyan filter 23 or the yellow filter 24 and the pixel electrode 19 are displaced from each other.
  • both complementary color filters pass green light, the green signal is transmitted from the photoelectric conversion film 20 as in the solid-state imaging device of the present embodiment. Is obtained.
  • blue and red signals obtained by subtracting the green component from the cyan and yellow components can be obtained from the photodiode 2.
  • the difference from the solid-state imaging device of the present embodiment is that the center of gravity of the planar signal of the green signal obtained from the photoelectric conversion film 20 is shifted by a half pitch in the column direction and the row direction. Since the blue, red, and green signals each contain a black and white signal, the black and white resolution can be improved by signal processing. Since the human eye is more sensitive to black and white resolution than color signals, shifting the center of gravity of the signal is very effective in improving the sense of resolution.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing an array of complementary color filters and which color electrical signal can be obtained from the pixel electrode 19 and the photodiode 2 corresponding to each complementary color filter.
  • the center of gravity of the pixel electrode 19 is shifted by a half pitch in both the column direction and the row direction with respect to the center of gravity of the complementary color filter. That is, the center of gravity of the electrical signal obtained from the photoelectric conversion film 20 is shifted by a half pitch in both the column direction and the row direction with respect to the center of gravity of the blue and red electrical signals obtained from the photodiode 2.
  • the resulting black and white resolution pitch 30 in the row direction and the black and white resolution pitch 31 in the column direction are half the pixel pitch in the row direction and the column direction, respectively, and the black and white resolution in both the vertical and horizontal directions is doubled. I mean. Increasing the resolution means that a clear reproduced image that can reproduce a fine pattern can be obtained.
  • the complementary color filter is provided corresponding to the photodiode, and the center of gravity is shifted between the pixel electrode 19 and the complementary color filter.
  • the resolution can be increased.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of a planar layout of the unit pixel cell 1 of the present modification.
  • FIG. 12 corresponds to the pixel electrode 19 in FIG. 4 whose position is shifted by a half pitch only in the row direction.
  • FIG. 12 is a plan view of the four adjacent unit pixel cells 1 as viewed from above.
  • the cyan filter 23 and the yellow filter 24 are not shifted from the pixel electrode 19 as shown in FIG. 2 in the column direction, but their centers in the row direction are shown in FIG. Is shifted by a half pitch.
  • the black and white resolution increases only in the row direction. Since the human eye is more sensitive to the resolution in the horizontal direction than in the vertical direction, it is advantageous to shift it in the horizontal direction if only one of them can be shifted in the layout.
  • the pixel circuit (amplification transistor 5, reset transistor 6 and address transistor 7) is located beside the photodiode 2, it is difficult to make the pitch in the row direction narrower than the pitch in the column direction. . Even in this case, it is effective to shift the pixel electrodes 19 by a half pitch in the row direction.
  • the complementary color filter is provided corresponding to the photodiode 2, and the position of the center of gravity in the row direction is shifted between the pixel electrode 19 and the complementary color filter.
  • the monochrome resolution in the row direction can be increased.
  • the solid-state imaging device of the present modification is different from the solid-state imaging device of the present embodiment in that a condensing structure is added.
  • a condensing structure is added.
  • 13A to 13L are cross-sectional views of the unit pixel cell 1 showing respective manufacturing steps of the solid-state imaging device of the present modification.
  • n ⁇ type epitaxial layer 52 is grown on an n + type silicon substrate (semiconductor wafer) 17
  • boron ions are ionized in the epitaxial layer 52 at a high acceleration of about 3 MeV, for example.
  • the p ⁇ type flat well layer 53 is formed by implantation.
  • an STI that is an element isolation region for isolating the photodiode 2 and each transistor of the unit pixel cell 1 from the n ⁇ type epitaxial layer 52 ′, which is a portion of the epitaxial layer 52 located above the flat well layer 53. (Shallow Trench Isolation) 57, 58, 59 and 60 are formed.
  • the STIs 57, 58, 59, and 60 function as alignment marks in subsequent steps, and are preferably formed at an early step, and may be formed before the flat well layer 53 is formed. However, since the flat well layer 53 is formed by ion implantation over the entire surface of the epitaxial layer 52, it can be formed before the formation of the STIs 57, 58, 59 and 60.
  • a photodiode isolation injection layer 70 is formed in the flat well layer 53 and the epitaxial layer 52 '.
  • the photodiode isolation implantation layer 70 is formed by multi-stage boron ion implantation in which a plurality of acceleration voltages are changed.
  • the lower part of the photodiode isolation injection layer 70 is in contact with the flat well layer 53.
  • the photodiode isolation injection layer 70 can also be formed by changing the acceleration voltage continuously.
  • an n-type impurity region (photodiode layer) 2D and a p + -type impurity region (interface layer) 2E to be the buried photodiode 2 are formed in the epitaxial layer 52 ′ by ion implantation.
  • Arsenic and / or phosphorus can be used as an n-type impurity used for ion implantation for forming the impurity region 2D.
  • the impurity region 2D is connected to the above-described epitaxial layer 52 ′ and has a function of photoelectrically converting incident light and storing it.
  • Impurity region 2D is in contact with p-type impurity region 69 around STI 57.
  • Impurity region 69 is provided to suppress leakage current due to stress generated by formation of STI 57.
  • a p ⁇ type shallow well 56 is formed in a region of the epitaxial layer 52 ′ where the transistor of the pixel circuit is to be formed.
  • the lower portion of the shallow well 56 is in contact with the photodiode isolation injection layer 70.
  • an impurity diffusion region is mainly formed in the epitaxial layer 52. Therefore, since annealing for activating impurities is performed, the steps up to here are the steps requiring the highest temperature.
  • a gate insulating film 61 to be a gate film of the transistor is formed on the epitaxial layer 52.
  • the gate insulating film 61 is formed of a material having a wide band gap and a large insulating effect, for example, SiO and SiON.
  • a non-reflective coating film 62 is formed above the impurity region 2D where light is incident in order to suppress light reflected from the surface of the epitaxial layer 52.
  • a material of the non-reflective coating film 62 for example, a SiN film having a high refractive index is used.
  • the gate electrode 3 C of the transfer transistor 4, the gate electrode 3 B of the reset transistor 6, and the gate electrode 3 A of the amplification transistor 5 that form the pixel circuit are formed on the gate insulating film 61. Thereafter, impurity regions 2A, 2B, and 2C to be a source region or a drain region are formed on both sides of these gate electrodes to form transistors. In FIG. 13B, the address transistor 7 is not shown.
  • the first interlayer insulating film 48 a is mainly composed of SiO.
  • the first contact 18a is embedded in this contact hole.
  • the material of the first contact 18a is tungsten or copper.
  • a first wiring layer 66 in contact with the first contact 18a is formed, and the upper surface thereof is flattened.
  • the first wiring layer 66 connects the gate electrodes 3A, 3B and 3C of each transistor and the impurity regions 2A, 2B and 2C, and is mainly used as a lead electrode for wiring of the second wiring layer 67 thereon. It is done.
  • a second interlayer insulating film 48b is formed on the first interlayer insulating film 48a, a contact hole is formed in the second interlayer insulating film 48b, and then the contact hole is formed.
  • a second contact 18b is embedded therein, and a second wiring layer 67 is formed.
  • the impurity region 2C and the gate electrode formed between the gate electrode 3C and the gate electrode 3B by the first contact 18a, the second contact 18b, the first wiring layer 66, and the second wiring layer 67. 3A is electrically connected.
  • openings are formed in the second interlayer insulating film 48b and the first interlayer insulating film 48a above the photodiode 2, and a light pipe (light pipe of high refractive index material) is formed in the opening.
  • a confinement layer 27 is embedded.
  • an in-layer microlens 26 of the same high refractive index material as that of the light pipe 27 is formed on the light pipe 27. The light condensed by the in-layer microlens 26 is once confined in the light pipe 27 and then efficiently guided to the photodiode 2 inside the epitaxial layer 52 through the non-reflective coating film 62.
  • a third interlayer insulating film 48c is formed so as to cover the in-layer microlens 26, and the third interlayer insulating film 48c is planarized, and then the third interlayer insulating film is formed.
  • a contact hole is formed in 48c, and the third contact 18c is embedded in this contact hole.
  • the cyan filter 23 and the yellow filter 24, which are organic materials, cannot be formed. When formed, the organic material sublimes and disappears.
  • a pixel electrode 19 transparent to visible light is formed on the third interlayer insulating film 48c.
  • InSnO (ITO) is a powerful material for the pixel electrode 19, but thin TiN can also be used.
  • a photoelectric conversion film (organic photoelectric conversion film) 20 is formed on the pixel electrode 19.
  • thermal evaporation is effective, but it can also be formed by coating.
  • the photoelectric conversion film 20 has a three-layer structure in which a photoelectric conversion layer is sandwiched between blocking layers having a wide upper and lower band gap. Since the blocking layer has a wide band gap, it does not perform photoelectric conversion.
  • the intermediate photoelectric conversion layer is composed of a mixed crystal in which two or more types of photoelectric conversion materials are mixed in order to increase the photoelectric conversion efficiency.
  • the process after the process of FIG. 13H including the process of FIG. 13H is a low-temperature process (for example, about 300 ° C. or less) at which the organic material does not sublime.
  • a transparent electrode 21 is formed on the photoelectric conversion film 20.
  • InSnO ITO
  • ZnO or the like can also be used.
  • a first protective film 22 a and a second protective film 22 b that protect the photoelectric conversion film 20 are formed on the transparent electrode 21. Since the photoelectric conversion film 20 is vulnerable to oxygen and water, a protective film that does not allow oxygen and water to pass through is necessary on the surface of the photoelectric conversion film 20.
  • the protective film preferably has a structure of two or more layers.
  • the material of the first protective film 22a is, for example, SiN
  • the material of the second protective film 22b is, for example, AlO.
  • TiAlO can be used as the material of the second protective film 22b.
  • the transparent electrode 21, the first protective film 22a, and the second protective film 22b can all be laminated in a low temperature process.
  • a color filter separation partition wall 80 having a low refractive index is formed on the second protective film 22b.
  • the refractive index of the color filter separating partition 80 is preferably lower than the refractive indexes of the cyan filter 23 and the yellow filter 24.
  • the width of the color filter separation partition wall 80 is preferably equal to or greater than the pixel electrode gap length 86 that is the interval between adjacent pixel electrodes 19.
  • the cyan filter 23 or the yellow filter 24 is formed between the color filter separation partitions 80.
  • the refractive indexes of the cyan filter 23 and the yellow filter 24 are larger than the refractive index of the color filter separating partition 80, the incident light is confined by the color filter separating partition 80, and the light collected by the lower photodiode 2, the in-layer microlens 26, or the like. Incident light can be efficiently guided to the structure.
  • a filter protective film 83 is formed on the cyan filter 23, the yellow filter 24, and the color filter separation partition 80, and further, a microlens 25 is formed on the filter protective film 83.
  • the microlens 25 can efficiently collect incident light.
  • incident light that has passed through the photoelectric conversion film 20 can be efficiently guided to the photodiode 2 by the condensing characteristics of the microlens 25 and the in-layer microlens 26. it can.
  • the solid-state imaging device is different from the solid-state imaging device of the first embodiment in that one unit pixel cell 1 includes a plurality of photodiodes. That is, one unit pixel cell 1 has two photodiodes and one pixel circuit that outputs the signal charges of the two photodiodes to the vertical signal line 15 as voltage signals, and the pixel electrode 19 has two photodiodes. The difference is that one diode is provided.
  • one unit pixel cell 1 includes a plurality of photodiodes. That is, one unit pixel cell 1 has two photodiodes and one pixel circuit that outputs the signal charges of the two photodiodes to the vertical signal line 15 as voltage signals, and the pixel electrode 19 has two photodiodes.
  • one diode is provided.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of a circuit diagram of the unit pixel cell 1 of the present embodiment.
  • This unit pixel cell 1 shares the charge detection unit 3, the amplification transistor 5, the reset transistor 6 and the address transistor 7 with respect to the two photodiodes 2 and 2 'inside the silicon substrate 17, and has a configuration called a shared cell. Have.
  • the shared cell is advantageous for high integration of the photodiode.
  • the unit pixel cell 1 of FIG. 14 has a configuration in which a photoelectric conversion film 20 is stacked above the photodiodes 2 and 2 ′ of the shared cell.
  • the method of reading a signal from such a unit pixel cell 1 is almost the same as that in the first embodiment. However, when reading the signal of the photodiode 2, the corresponding transfer transistor 4 is turned on and the transfer transistor 4 'is turned off. When reading the signal of the photodiode 2', the corresponding transfer transistor 4 'is turned on and the transfer transistor is turned on. 4 is different from the first embodiment in that 4 is turned off.
  • the method of reading the signal of the laminated film photoelectric conversion unit 8 is exactly the same as in the first embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of a planar layout of the unit pixel cell 1 of the present embodiment.
  • FIG. 15 is a plan view when two adjacent unit pixel cells 1 are viewed from above.
  • each complementary color filter is provided corresponding to each photodiode 2 and 2 '.
  • 16 and 18 schematically show the arrangement of complementary color filters and which color electrical signals can be obtained from the pixel electrodes 19 and the photodiodes 2 and 2 'corresponding to the respective complementary color filters.
  • one unit pixel cell 1 includes two complementary color filters (cyan filter 23 and yellow filter 24) that selectively transmit light of two different complementary colors (yellow and cyan) and two photodiodes. 2 and 2 ′.
  • One pixel electrode 19 is associated with the two photodiodes 2 and 2 '. Therefore, as shown in FIG. 16, a green signal is obtained from the vertically long pixel electrode 19. Thereby, since the area of the pixel electrode 19 is increased, the sensitivity of green light is improved, but the resolution in the column direction is deteriorated.
  • the reason why the resolution of the green light in the column direction is deteriorated is that pixels corresponding to one photodiode are square.
  • the pixel electrode 19 corresponding to the green signal becomes a square.
  • blue and red signals are also obtained at the two photodiodes 2 and 2 'below the single pixel electrode 19 having a square shape corresponding to the green signal. That is, all the three primary colors of RGB are obtained for one square pixel electrode 19.
  • double integration is required in the column direction.
  • FIG. 17 shows a plan view of the four adjacent unit pixel cells 1 as viewed from above.
  • FIG. 19 is a diagram showing an example of a planar layout of the unit pixel cell 1 of the present modification.
  • FIG. 19 is a plan view of four adjacent unit pixel cells 1 as viewed from above.
  • the resolution of the green signal in the column direction will drop. Therefore, in order to increase the resolution of the green signal in the column direction as much as possible, it is effective to shift the position of the center of gravity of the green signal, that is, the position of the center of gravity of the pixel electrode 19 by one unit pixel cell in adjacent columns.
  • the pixel electrodes 19 are arranged so as to be shifted by a half pitch (half the pitch of the unit pixel cells 1 in the column direction) in adjacent columns.
  • FIG. 20 is a plan view of the four adjacent unit pixel cells 1 as viewed from above.
  • FIG. 21 schematically shows an arrangement of complementary color filters and which color electrical signal can be obtained from the pixel electrode 19 and the photodiodes 2 and 2 'corresponding to each complementary color filter.
  • the center of gravity of the pixel electrode 19 of the unit pixel cell 1 in the adjacent column is shifted in the column direction. That is, the centroids of green signals in adjacent rows are shifted.
  • the center of gravity of the pixel electrode 19 is shifted in the column direction with respect to the center of gravity of the complementary color filter. In other words, the centroid of the green signal is shifted from the centroid of the red and blue signals.
  • the center of gravity of the pixel electrode 19 is shifted in the column direction in the column of adjacent unit pixel cells 1, so that the green resolution in the column direction can be improved. it can.
  • the complementary color filter is provided corresponding to the photodiodes 2 and 2 ', and the position of the center of gravity is shifted in the column direction between the pixel electrode 19 and the complementary color filter, so that the monochrome resolution in the column direction can be improved.
  • FIG. 22 is a diagram showing an example of a planar layout of the unit pixel cell 1 of the present modification.
  • FIG. 22 is a plan view of the four adjacent unit pixel cells 1 as viewed from above.
  • the pixel electrodes 19 are arranged with a half-pitch shift in adjacent rows. Further, with respect to the solid-state imaging device of the present embodiment, the pixel electrode 19 is shifted in the column direction by 1 ⁇ 4 of the pitch in the column direction of the unit pixel cell 1 (a pitch for two pixels).
  • FIG. 23 shows a plan view of four adjacent unit pixel cells 1 as viewed from above.
  • FIG. 24 schematically shows the arrangement of complementary color filters and which color electrical signals can be obtained from the pixel electrodes 19 and the photodiodes 2 and 2 'corresponding to the respective complementary color filters.
  • the center of gravity of the pixel electrode 19 matches the column direction with respect to the center of gravity of the complementary color filter. That is, the centroid of the green signal and the centroid of the red and blue signals coincide. And the center of gravity of the green signal is shifted between adjacent rows.
  • the center of gravity of the pixel electrode 19 is shifted in the column direction in the column of adjacent unit pixel cells 1, so that the green resolution in the column direction can be improved. it can.
  • the complementary color filter is provided corresponding to the photodiodes 2 and 2 ′, and the position of the center of gravity coincides in the column direction between the pixel electrode 19 and the complementary color filter, so that the signal processing of the output signal of the unit pixel cell 1 Can be made easier.
  • the present embodiment is different in that two photodiodes 2 and 2 ′ are not separately provided in the unit pixel cell 1 but one photodiode 2 that is long in the column direction is provided. This is different from the solid-state imaging device.
  • differences from the solid-state imaging device of the present embodiment will be described.
  • FIG. 25 is a diagram showing an example of a planar layout of the unit pixel cell 1 of the present modification.
  • FIG. 25 shows a plan view of the four adjacent unit pixel cells 1 as viewed from above.
  • the pixel size is doubled in the column direction with respect to the solid-state imaging device of the present embodiment, and the sensitivity of the photodiode 2 is increased, so that the sensitivity of red and blue is increased.
  • One complementary color filter is provided for one photodiode 2.
  • the size of the photodiode 2 is increased, the size of the cyan filter 23 or the yellow filter 24 covering the photodiode 2 is also increased in the column direction.
  • the center of gravity of the pixel electrode 19 that determines the arrangement of green signals is shifted by a half pitch in the column direction with respect to the center of gravity of the complementary color filter.
  • FIG. 26 schematically shows an arrangement of complementary color filters and which color electrical signal can be obtained from the pixel electrode 19 and the photodiode 2 corresponding to each complementary color filter.
  • the cyan filter 23 and the yellow filter 24 are arranged in a stripe shape.
  • the centers of gravity of the pixel electrodes 19 of the unit pixel cells 1 in adjacent columns are arranged by a half pitch shift in the column direction. That is, the centers of gravity of the green signals in adjacent rows are shifted by a half pitch.
  • the center of gravity of the pixel electrode 19 is shifted by a half pitch in the column direction with respect to the center of gravity of the complementary color filter. That is, the center of gravity of the green signal and the center of gravity of the red and blue signals are shifted by a half pitch.
  • the center of gravity of the pixel electrode 19 is shifted in the column direction in the column of adjacent unit pixel cells 1, so that the green resolution in the column direction can be improved. it can.
  • the complementary color filter is provided corresponding to the photodiode 2, and the position of the center of gravity is shifted in the column direction between the pixel electrode 19 and the complementary color filter, so that the monochrome resolution in the column direction can be improved.
  • the sensitivity of the photodiode 2 is increased, the sensitivity of red and blue can be improved.
  • the photoelectric conversion film 20 is sensitive to magenta light and selectively transmits only green light of incident light. This is different from the solid-state imaging device of the second embodiment.
  • differences from the solid-state imaging devices of the first and second embodiments will be described.
  • the black and white resolution is determined by the luminance signal Y.
  • the ratio of the green signal is the largest in the luminance signal, it is important that the green resolution is the largest.
  • the green signal is the most important because the sensitivity is also determined by the green sensitivity. Therefore, in order to increase the resolution of green, it is effective to use a film having magenta sensitivity instead of green sensitivity, that is, a magenta film for the photoelectric conversion film 20 in the shared cell configuration of the second embodiment.
  • An example of the spectral sensitivity characteristic of the magenta film is shown in FIG. The magenta film exhibits a spectral sensitivity characteristic opposite to that of the green sensitivity film.
  • the magenta film may be formed by stacking multiple layers of blue sensitive material and red sensitive material, or by mixing blue sensitive material and red sensitive material. May I.
  • a material having blue sensitivity is Co-TPP, and a mixed material of C6 (coumarin6) and PHPP (poly (m-hexoxypheny) phenylsilane), and a material having red sensitivity is ZnPC (Zinc phthalocyanine).
  • FIG. 28A schematically shows the arrangement of complementary color filters in this case and which color of electrical signal can be obtained from the pixel electrode 19 and the photodiode 2 corresponding to each complementary color filter.
  • FIG. 28B schematically shows the arrangement of the complementary color filters in this case and which color electrical signal can be obtained from the pixel electrode 19 and the photodiode 2 corresponding to each complementary color filter.
  • the photoelectric conversion film 20 can obtain blue and red signals, and the photodiode 2 can obtain green signals.
  • the signal of the photoelectric conversion film and the signal of the photodiode are just interchanged.
  • the resolution of green can be increased.
  • the solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present invention is different from the solid-state imaging devices of the first and second embodiments in that the photoelectric conversion film 20 is made of cuprous oxide.
  • the photoelectric conversion film 20 is made of cuprous oxide.
  • cuprous oxide Cu 2 O
  • Cu cuprous oxide
  • FIG. 29 shows an example of the spectral sensitivity characteristics of cuprous oxide. Note that the spectral characteristics of the black and white film shown in FIG. 29 are ideal spectral sensitivity characteristics sensitive to all of blue, green, and red light.
  • the spectral sensitivity characteristics of cuprous oxide are insufficient on the long wavelength side (red) compared to the spectral sensitivity characteristics of black and white films.
  • the reason is that the band gap of cuprous oxide is about 2.1 eV, and there is no sensitivity on the long wavelength side, and long wavelength light is not absorbed and transmitted. Therefore, by forming the photoelectric conversion film 20 using cuprous oxide, blue and green signals can be obtained by the photoelectric conversion film 20, and red signals can be obtained by the photodiode 2.
  • FIG. 30A schematically shows the arrangement of complementary color filters in this case and which color electrical signal can be obtained from the pixel electrode 19 and the photodiode 2 corresponding to each complementary color filter.
  • FIG. 30B schematically shows the arrangement of the complementary color filters in this case and which color electrical signal can be obtained from the pixel electrode 19 and the photodiode 2 corresponding to each complementary color filter.
  • each unit pixel cell 1 is one set, three complementary color filters of one set of unit pixel cells are yellow filters, and the remaining one is a magenta filter. Is effective. In this case, in one set of unit pixel cells 1, three green signals and one blue signal are obtained by the photoelectric conversion film 20, and four red signals are obtained by the photodiode 2.
  • the photoelectric conversion film 20 can be formed in a silicon LSI manufacturing clean room. Can be simplified.
  • the solid-state imaging device according to the fifth embodiment of the present invention is different from the solid-state imaging devices of the first and second embodiments in that the photoelectric conversion film 20 is composed of the black and white film of FIG.
  • the photoelectric conversion film 20 is composed of the black and white film of FIG.
  • the black and white film in FIG. 29 transmits infrared light (IR) longer than red light. Therefore, the solid-state imaging device of the present embodiment uses a black and white film shown in FIG. 29 as the photoelectric conversion film 20.
  • FIG. 31 schematically shows the arrangement of the color filters in this case and which color electrical signal can be obtained from the pixel electrode 19 and the photodiode 2 corresponding to each color filter.
  • the Bayer-type filter array provides primary color Bayer array red, blue, and green signals from the photoelectric conversion film 20, and the photodiode 2 provides infrared signals. This is because all of the primary color filters, the red filter, the green filter, and the blue filter, transmit infrared rays, and silicon is sensitive to infrared rays up to 1100 nm.
  • the black and white film for example, a mixture of the above-mentioned cuprous oxide (Cu2O) with nickel (Ni) or cobalt (Co) can be used. This is because when nickel (Ni) or cobalt (Co) is mixed, the band gap is narrowed, the red signal sensitivity is increased, and the black and white film is approached.
  • Cu2O cuprous oxide
  • Ni nickel
  • Co cobalt
  • the solid-state imaging device of this embodiment since a black-and-white film is used for the photoelectric conversion film 20, a solid-state imaging device having sensitivity to infrared light can be realized.
  • This solid-state imaging device is effective when applied to a monitoring camera in which infrared sensitivity is important. As a result, a camera capable of obtaining a color signal during the day and monitoring with an infrared signal during the night can be realized.
  • the camera according to the sixth embodiment of the present invention uses the solid-state imaging device according to the first to fifth embodiments.
  • FIG. 32 is a diagram illustrating an example of the configuration of the camera of the present embodiment.
  • This camera includes a lens 38, the solid-state imaging device 39 of the first to fifth embodiments, a driver chip 40, a signal processing chip 41, a memory 42, and a mechanical shutter 46.
  • the light that has passed through the lens 38 and the mechanical shutter 46 is applied to the solid-state imaging device 39.
  • the solid-state imaging device 39 is driven and controlled by the driver chip 40.
  • the output of the solid-state imaging device 39 is transferred to the signal processing chip 41.
  • the signal processing chip 41 performs the above-described resolution improvement and color signal processing, and stores the processed signal in the memory.
  • the output signal of the signal processing chip 41 may be connected to an external monitor.
  • the first conductivity type is p-type
  • the second conductivity type is n-type
  • the conductivity type of the silicon substrate is p-type and each transistor of the pixel circuit is n-channel type.
  • the conductivity type of the silicon substrate is n-type and each transistor of the pixel circuit is p-channel type. But it doesn't matter. In this case, the sign of the voltage potential is reversed, and the signal charge read from the photoelectric conversion film also changes from holes to electrons.
  • each transistor constituting the pixel circuit is a MOS transistor.
  • the present invention is not limited to this as long as it is a field effect transistor (FET).
  • the p-type semiconductor substrate includes a p-type well formed in an n-type semiconductor substrate.
  • the present invention can be used for a solid-state imaging device, and in particular, for a two-layer MOS type solid-state imaging device.

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Abstract

　シリコン基板（１７）と複数の単位画素セル（１）と垂直信号線（１５）とを備え、単位画素セル（１）は、補色フィルタと、光電変換膜（２０）と、透明電極（２１）と、画素電極（１９）と、フォトダイオード（２）と、光電変換膜（２０）及びフォトダイオード（２）で生成された信号電荷を電圧信号として垂直信号線（１５）に出力する画素回路とを有し、補色フィルタは、入射光のうちの黄色及びシアンの光を選択的に透過させ、光電変換膜（２０）は、補色フィルタを透過した光のうちのマゼンダの光を選択的に透過させる。

Description

固体撮像装置
　本発明は、固体撮像装置に関し、特に積層型の固体撮像装置に関する。
　近年、結晶シリコンからなる半導体基板の内部にフォトダイオード（画素）が設けられた、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）又はＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）を走査回路とするＣＣＤ型又はＭＯＳ型の固体撮像装置（イメージセンサ）の単位画素セルの微細化が急速に進んでいる。２０００年ごろには３μｍであったセルサイズ（単位画素セルのサイズ）は、２００７年には２μｍ以下となった。２０１０年には１．４μｍのセルサイズのものが製品化され、このペースでセルの微細化が進むと、ここ数年で１μｍ以下のセルサイズが要求される勢いである。
　しかし、上述のイメージセンサでは、半導体基板の内部に光電変換するフォトダイオードを設け、その上方にカラーフィルタをモザイク状に形成しカラー化を行っている。最も用いられているカラーフィルタ配列はベイヤ配列といい、これは緑（Ｇ）のフィルタを２つと、赤（Ｒ）のフィルタ及び青（Ｂ）のフィルタのそれぞれ１つずつとを合わせて４つのフィルタを一組とする配列である。
　上記のベイヤ配列を用いると、Ｇの画素（Ｇのフィルタが配置された画素）で最大で５０％、Ｒの画素（Ｒのフィルタが配置された画素）及びＢの画素（Ｂのフィルタが配置された画素）で最大で２５％以下の量子効率しか得られない。画素の微細化で１画素あたりの画素面積が低下しているので、量子効率の向上が画素微細化には必要である。
　この対策として、特許文献１に示す２層型イメージセンサが提案されている。このイメージセンサは、図３３に示すように半導体基板３０１内部に設けられたフォトダイオード３０２と、半導体基板３０１の上方に形成された光電変換膜３１９との両方で光電変換することにより、量子効率を向上させている。具体的には半導体基板３０１上方の光電変換膜３１９でＧ光を取り出し、光電変換膜３１９を通過してくるＲ光とＢ光とをカラーフィルタ３１５によりＲ光とＢ光とに分解し、半導体基板３０１内部のフォトダイオード３０２でＲ光とＢ光とを取り出している。これにより、Ｇ光は最大で１００％の光を取り出すことができ、Ｒ光とＢ光も最大で５０％の光を取り出すことが可能である。従って、ベイヤ配列の２倍の量子効率が得られることになる。
特開２００６－１２０７７３号公報
　しかしながら、図３３の構造には、製造上の問題がある。つまり、半導体基板３０１内部に形成されたフォトダイオード３０２の上方にカラーフィルタ３１５を形成した後、隣接する画素のカラーフィルタ３１５の間に画素電極コンタクトホール３１８を通し、その上方に画素電極３０５を形成し、さらにその上方に光電変換膜３１９を形成する。一般に使われているカラーフィルタ３１５は有機材料であり、高温工程には耐えられない。これに対し、画素電極コンタクトホール３１８及び画素電極３０５の形成工程はＬＳＩの工程であり高温工程なので、ＬＳＩの工程で有機材料のカラーフィルタ３１５は破壊されてしまう。これは、ＬＳＩ高温工程、有機材料低温工程（有機カラーフィルタ工程）、ＬＳＩ高温工程及び有機材料低温工程の順で製造が行われるためである。画素電極コンタクトホール３１８や画素電極３０５の製造工程を有機材料が耐えられる低温工程にする方法も考えられるが、一般的な半導体製造ラインでは実現不可能であり、製造ラインの構築等には莫大な費用がかかる。特に画素電極コンタクトホール３１８は超微細加工を要するので莫大な費用がかかる。また、カラーフィルタ３１５に隙間を作り、画素電極コンタクトホール３１８を形成するため、カラーフィルタ３１５のフィルファクターが減少するという問題もある。
　そこで、本発明は、かかる問題に鑑み、フィルタの破壊を抑えることが可能な２層型の固体撮像装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に行列状に配置された複数の単位画素セルと、前記単位画素セルから出力される信号を伝達する信号線とを備え、前記単位画素セルは、前記半導体基板の上方に形成された補色フィルタと、前記半導体基板と前記補色フィルタとの間に形成され、前記補色フィルタを透過した入射光を光電変換する光電変換膜と、前記光電変換膜と前記補色フィルタとの間に形成された透明電極と、前記半導体基板と前記光電変換膜との間に形成された画素電極と、前記半導体基板の内部に形成され、前記光電変換膜を透過した入射光を光電変換するフォトダイオードと、前記光電変換膜及び前記フォトダイオードで生成された信号電荷を電圧信号として前記信号線に出力する画素回路とを有し、前記補色フィルタは、入射光のうちの第１補色の光を選択的に透過させ、前記光電変換膜は、前記補色フィルタを透過した光のうちの第２補色の光を選択的に透過させることを特徴とする。
　本態様によれば、補色フィルタは画素電極の上方に位置するため、画素電極やそのコンタクトを形成するための高温工程の後で補色フィルタを形成することができる。その結果、補色フィルタを有機材料で構成し、一般的なＬＳＩ高温工程と有機材料低温工程との組み合わせで２層型の固体撮像装置を製造した場合でも、フィルタの破壊を抑えることができる。また、フィルタに画素電極のコンタクトホールを形成する必要がないので、フィルタのフィルファクターの減少を抑えることができる。
　ここで、前記複数の単位画素セルは、第１単位画素セル及び第２単位画素セルを含み、前記第１単位画素セルにおいて、前記第１補色は黄色であり、前記第２単位画素セルにおいて、前記第１補色はシアンであり、前記第１単位画素セル及び前記第２単位画素セルにおいて、前記第２補色はマゼンダであってもよい。
　本態様によれば、光電変換膜で緑光を光電変換し、フォトダイオードで赤光及び青光を光電変換する固体撮像装置を実現できる。その結果、画像形成に重要な緑光について、広面積の光電変換膜で光電変換し、感度を向上させることができる。
　また、前記半導体基板を上方からみたとき、隣り合う列の前記単位画素セルの前記画素電極の重心は、列方向にずれていてもよい。
　本態様によれば、隣り合う単位画素セルの列で画素電極の重心が列方向にずれているため、列方向の白黒解像度を向上させることができる。
　また、前記補色フィルタは、１つの前記フォトダイオードに対して１つ設けられ、前記半導体基板を上方からみたとき、前記画素電極の重心は、前記補色フィルタの重心に対してずれていてもよい。
　本態様によれば、補色フィルタはフォトダイオードに対応して設けられ、さらに画素電極と補色フィルタとで重心の位置がずれているため、白黒解像度を向上させることができる。
　また、１つの前記単位画素セルは、２つの前記フォトダイオードと、前記２つのフォトダイオードの信号電荷を電圧信号として前記信号線に出力する１つの前記画素回路とを有し、前記画素電極は、前記２つのフォトダイオードに対して１つ設けられてもよい。
　本態様によれば、画素回路を２つのフォトダイオードで共有するため、フォトダイオードの高集積化を実現することができる。
　また、前記１つの単位画素セルは、前記第１補色としての異なる２つの補色の光を選択的に透過させる２つの前記補色フィルタを、前記２つのフォトダイオードに対応付けて有してもよい。
　本態様によれば、１つの単位画素セルからＲＧＢの３原色の信号を全て得ることができる。
　また、前記第１補色としての２つの補色は、黄色及びシアンであり、前記第２補色は、マゼンダであってもよい。
　本態様によれば、光電変換膜で緑光を光電変換し、フォトダイオードで赤光及び青光を光電変換する固体撮像装置を実現できる。その結果、画像形成に重要な緑光について、広面積の光電変換膜で光電変換し、緑の感度を向上させることができる。
　また、前記半導体基板を上方からみたとき、隣り合う列の前記単位画素セルの前記画素電極の重心は、列方向にずれていてもよい。
　本態様によれば、隣り合う単位画素セルの列で画素電極の重心が列方向にずれているため、列方向の白黒解像度を向上させることができる。
　また、前記半導体基板を上方からみたとき、前記画素電極の重心は、前記補色フィルタの重心に対してずれていてもよい。
　本態様によれば、補色フィルタはフォトダイオードに対応して設けられ、さらに画素電極と補色フィルタとで重心の位置がずれているため、白黒解像度を向上させることができる。
　また、前記半導体基板を上方からみたとき、前記画素電極の重心は、前記補色フィルタの重心と一致してもよい。
　本態様によれば、補色フィルタはフォトダイオードに対応して設けられ、さらに画素電極と補色フィルタとで重心の位置が一致しているため、単位画素セルの出力信号の信号処理を容易にすることができる。
　また、本発明の一態様に係るカメラは、上記固体撮像装置を備えることを特徴とする。
　本態様によれば、フィルタの破壊及びフィルファクターの減少を抑えることが可能なカメラを実現できる。
　本発明によれば、一般的なＬＳＩ工程と有機材料低温工程とを用いてフィルタの破壊を抑えつつ２層型イメージセンサが形成でき、低コストで高性能のイメージセンサが実現できる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の回路構成の一例を示す図である。 図２は、同実施形態に係る単位画素セルの断面図である。 図３は、同実施形態に係る補色フィルタの配列と、各補色フィルタに対応する画素電極及びフォトダイオードからいずれの色の電気信号が得られるかを模式的に示した図である。 図４は、同実施形態に係る単位画素セルの平面レイアウト図の一例を示す図である。 図５は、同実施形態に係る補色フィルタの配列と、各補色フィルタに対応するフォトダイオード及び画素電極からいずれの色の電気信号が得られるかを模式的に示した図である。 図６は、同実施形態に係る固体撮像装置の動画撮影時の駆動タイミングの一例を示すタイミングチャートである。 図７は、同実施形態に係る固体撮像装置の静止画撮影時の駆動タイミングの一例を示すタイミングチャートである。 図８は、同実施形態の変形例１に係る固体撮像装置における単位画素セルの断面図である。 図９は、同実施形態の変形例２に係る固体撮像装置における単位画素セルの断面図である。 図１０は、同実施形態の変形例２に係る単位画素セルの平面レイアウト図の一例を示す図である。 図１１は、同実施形態の変形例２に係る補色フィルタの配列と、各補色フィルタに対応するフォトダイオード及び画素電極からいずれの色の電気信号が得られるかを模式的に示した図である。 図１２は、同実施形態の変形例３に係る単位画素セルの平面レイアウト図の一例を示す図である。 図１３Ａは、同実施形態の変形例４に係る固体撮像装置の各製造工程を示す単位画素セルの断面図である。 図１３Ｂは、同実施形態の変形例４に係る固体撮像装置の各製造工程を示す単位画素セルの断面図である。 図１３Ｃは、同実施形態の変形例４に係る固体撮像装置の各製造工程を示す単位画素セルの断面図である。 図１３Ｄは、同実施形態の変形例４に係る固体撮像装置の各製造工程を示す単位画素セルの断面図である。 図１３Ｅは、同実施形態の変形例４に係る固体撮像装置の各製造工程を示す単位画素セルの断面図である。 図１３Ｆは、同実施形態の変形例４に係る固体撮像装置の各製造工程を示す単位画素セルの断面図である。 図１３Ｇは、同実施形態の変形例４に係る固体撮像装置の各製造工程を示す単位画素セルの断面図である。 図１３Ｈは、同実施形態の変形例４に係る固体撮像装置の各製造工程を示す単位画素セルの断面図である。 図１３Ｉは、同実施形態の変形例４に係る固体撮像装置の各製造工程を示す単位画素セルの断面図である。 図１３Ｊは、同実施形態の変形例４に係る固体撮像装置の各製造工程を示す単位画素セルの断面図である。 図１３Ｋは、同実施形態の変形例４に係る固体撮像装置の各製造工程を示す単位画素セルの断面図である。 図１３Ｌは、同実施形態の変形例４に係る固体撮像装置の各製造工程を示す単位画素セルの断面図である。 図１４は、本発明の第２の実施形態に係る単位画素セルの回路図の一例を示す図である。 図１５は、同実施形態に係る単位画素セルの平面レイアウト図の一例を示す図である。 図１６は、同実施形態に係る補色フィルタの配列と、各補色フィルタに対応するフォトダイオード及び画素電極からいずれの色の電気信号が得られるかを模式的に示した図である。 図１７は、同実施形態に係る単位画素セルの平面レイアウト図の一例を示す図である。 図１８は、同実施形態に係る補色フィルタの配列と、各補色フィルタに対応するフォトダイオード及び画素電極からいずれの色の電気信号が得られるかを模式的に示した図である。 図１９は、同実施形態の変形例５に係る単位画素セルの平面レイアウト図の一例を示す図である。 図２０は、同実施形態の変形例５に係る単位画素セルの平面レイアウト図の一例を示す図である。 図２１は、同実施形態の変形例５に係る補色フィルタの配列と、各補色フィルタに対応するフォトダイオード及び画素電極からいずれの色の電気信号が得られるかを模式的に示した図である。 図２２は、同実施形態の変形例６に係る単位画素セルの平面レイアウト図の一例を示す図である。 図２３は、同実施形態の変形例６に係る単位画素セルの平面レイアウト図の一例を示す図である。 図２４は、同実施形態の変形例６に係る補色フィルタの配列と、各補色フィルタに対応するフォトダイオード及び画素電極からいずれの色の電気信号が得られるかを模式的に示した図である。 図２５は、同実施形態の変形例７に係る単位画素セルの平面レイアウト図の一例を示す図である。 図２６は、同実施形態の変形例７に係る補色フィルタの配列と、各補色フィルタに対応するフォトダイオード及び画素電極からいずれの色の電気信号が得られるかを模式的に示した図である。 図２７は、本発明の第３の実施形態に係るマゼンダ膜の分光感度特性の一例を示す図である。 図２８Ａは、同実施形態に係る補色フィルタの配列と、各補色フィルタに対応するフォトダイオード及び画素電極からいずれの色の電気信号が得られるかを模式的に示した図である。 図２８Ｂは、同実施形態に係る補色フィルタの配列と、各補色フィルタに対応するフォトダイオード及び画素電極からいずれの色の電気信号が得られるかを模式的に示した図である。 図２９は、本発明の第４の実施形態に係る亜酸化銅の分光感度特性の一例を示す図である。 図３０Ａは、同実施形態に係る補色フィルタの配列と、各補色フィルタに対応するフォトダイオード及び画素電極からいずれの色の電気信号が得られるかを模式的に示した図である。 図３０Ｂは、同実施形態に係る補色フィルタの配列と、各補色フィルタに対応するフォトダイオード及び画素電極からいずれの色の電気信号が得られるかを模式的に示した図である。 図３１は、本発明の第５の実施形態に係る補色フィルタの配列と、各補色フィルタに対応するフォトダイオード及び画素電極からいずれの色の電気信号が得られるかを模式的に示した図である。 図３２は、本発明の第６の実施形態に係るカメラの構成の一例を示す図である。 図３３は、特許文献１に示す２層型イメージセンサを示す図である。
　以下、本発明の実施の形態における固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。
　なお、図面において、実質的に同一の構成、動作、および効果を表す要素については、同一の符号を付す。また、以下において記述される数値は、すべて本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数値に制限されない。さらに、構成要素間の接続関係は、本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明の機能を実現する接続関係はこれに限定されない。
　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態に係るＭＯＳ型の固体撮像装置の回路構成の一例を示す図である。
　この固体撮像装置は、フォトダイオード及び光電変換膜の両方で入射光を光電変換する積層型の固体撮像装置であって、半導体基板と、半導体基板に行列状（２次元状）に配置された複数の単位画素セル１から構成される感光領域と、単位画素セル１を順次駆動し信号を取り出す駆動回路部とを備える。
　駆動回路部は、負荷トランジスタ９、差動増幅器（フィードバックアンプ）１０、リセット電圧切り替えスイッチ１１、行選択回路（垂直走査部）１２、列信号処理回路１３、列選択回路（水平走査部）１４、垂直信号線１５、フィードバック線１６及び光電変換膜制御線４７から構成される。
　単位画素セル１は、半導体基板内部に形成されたフォトダイオード２と、フォトダイオード２上方に設けられた積層膜光電変換部８と、フォトダイオード２及び積層膜光電変換部８で光電変換された信号電荷を一時的に蓄積する電荷検出部（ＦＤ部）３と、フォトダイオード２から電荷検出部３に信号電荷を転送する転送トランジスタ４と、電荷検出部３で電圧変換された信号電圧を増幅する増幅トランジスタ５と、積層膜光電変換部８をリセット（初期化）すると共に、電荷検出部３の検出の終わった信号電荷を排出（増幅トランジスタ５のゲート電極の電位をリセット）させるリセットトランジスタ６と、単位画素セル１をアドレスし、所定行の単位画素セル１から垂直信号線１５に信号電圧を選択的に出力させるアドレストランジスタ７とを有する。
　フォトダイオード２及び積層膜光電変換部８は、入射光を光電変換し、入射光の光量に応じた信号電荷を生成及び蓄積する。増幅トランジスタ５は、負荷トランジスタ９と共に、単位画素セル１の信号電圧を感光領域の外部に取り出すためのソースフォロア回路を構成し、フォトダイオード２及び積層膜光電変換部８で生成された信号電荷量に応じた信号電圧を出力する。
　負荷トランジスタ９は、各垂直信号線１５に対応して設けられ、対応する垂直信号線１５に接続されている。
　差動増幅器１０は、各垂直信号線１５に対応して設けられ、積層膜光電変換部８の信号をリセットするときにリセットトランジスタ６に差動増幅器１０の入力（垂直信号線１５の電圧）の反転信号をフィードバックする。差動増幅器１０の出力はリセットトランジスタ６のドレイン領域に接続されており、アドレストランジスタ７とリセットトランジスタ６とが導通状態（オン状態）にある時、アドレストランジスタ７の出力を受け取り、増幅トランジスタ５のゲート電位が一定のフィードバック電圧（差動増幅器１０の出力電圧）になるように、フィードバック動作する。この時、差動増幅器１０の出力電圧は、０Ｖ又は０Ｖ近傍の正電圧となる。
　リセット電圧切り替えスイッチ１１は、各差動増幅器１０に対応して設けられ、フォトダイオード２の信号を読み出す時と積層膜光電変換部８の信号を読み出す時とでスイッチの接続先を切り替えてリセットトランジスタ６のドレイン電圧を切り替える。
　行選択回路１２は、アドレストランジスタ７のゲート電極にアドレストランジスタ７のオンオフを制御する行選択信号を印加することで、感光領域の単位画素セル１の行を列方向（垂直方向）に走査し、垂直信号線１５に信号電圧を出力させる単位画素セル１を１行ずつ選択する。
　列信号処理回路１３は、単位画素セル１の各行からの出力信号（電圧信号）の信号処理（雑音抑圧処理及びＡＤ変換処理等）を行う。
　列選択回路１４は、列信号処理回路１３からの出力信号を順次出力端子３６に読み出す。
　垂直信号線１５は、単位画素セル１の列に対応して設けられ、対応する列の単位画素セル１のアドレストランジスタ７のソース領域に接続され、列方向に配されて単位画素セル１から出力される信号電圧を列方向に伝達する。
　フィードバック線１６は、単位画素セル１の列に対応して設けられ、差動増幅器１０の出力を対応する列の単位画素セル１にフィードバックする。
　光電変換膜制御線４７は、全ての単位画素セル１に共通に接続され、全て積層膜光電変換部８に同じ正の定電圧を印加する。
　図２は、図１の単位画素セル１の断面図である。
　単位画素セル１は、半導体基板としてのｐ型シリコン基板１７内に形成された４つのトランジスタつまり転送トランジスタ４、増幅トランジスタ５、リセットトランジスタ６及びアドレストランジスタ７からなる画素回路と、フォトダイオード２と、シリコン基板１７上に順次積層された層間絶縁膜４８、画素電極１９、光電変換膜２０及び透明電極２１からなる積層膜光電変換部８と、透明電極２１上に順次積層された保護膜２２、シアン（Ｃｙ）フィルタ２３又は黄（Ｙｅ）フィルタ２４とを有する。
　画素回路は、光電変換膜２０及びフォトダイオード２で生成された信号電荷を電圧信号として垂直信号線１５に出力する。
　単位画素セル１では、シリコン基板１７内に形成されたｎ＋型不純物領域２Ａと、シリコン基板１７上に形成されたゲート電極３Ａとから増幅トランジスタ５が形成されている。同様に、シリコン基板１７内に形成されたｎ＋型不純物領域２Ｂ及び２Ｃと、シリコン基板１７上に形成されたゲート電極３Ｂとからリセットトランジスタ６が形成されている。また、シリコン基板１７内に形成されたｎ＋型不純物領域２Ｃ及び２Ｄと、シリコン基板１７上に形成されたゲート電極３Ｃとから転送トランジスタ４が形成されている。さらに、ｎ＋型不純物領域２Ｄ及びｐ＋型不純物領域２Ｅから埋め込み型のフォトダイオード２が形成されている。なお、図２において、アドレストランジスタ７は省略されている。
　不純物領域２Ｂはリセットトランジスタ６のドレイン領域として機能し、不純物領域２Ｃはリセットトランジスタ６のソース領域として機能している。不純物領域２Ａは増幅トランジスタ５のドレイン領域又はソース領域として機能している。不純物領域２Ｄは転送トランジスタ４のソース領域として機能し、不純物領域２Ｃは転送トランジスタ４のドレイン領域として機能している。
　フォトダイオード２は、シリコン基板１７の内部に形成され、シアンフィルタ２３又は黄フィルタ２４と光電変換膜２０とを透過した入射光を光電変換する。
　光電変換膜２０は、アモルファスシリコン等からなり、シリコン基板１７とシアンフィルタ２３又は黄フィルタ２４との間に形成され、シアンフィルタ２３又は黄フィルタ２４を透過した入射光を光電変換する。
　画素電極１９は、光電変換膜２０のシリコン基板１７側の面上つまり光電変換膜２０の下面と接し、シリコン基板１７と光電変換膜２０との間に形成され、光電変換膜２０で発生した信号電荷を収集する。
　透明電極２１は、光電変換膜２０のシリコン基板１７側の面と反対側の面上つまり光電変換膜２０の上面と接し、光電変換膜２０とシアンフィルタ２３又は黄フィルタ２４との間に形成される。光電変換膜２０の信号電荷を画素電極１９に読み出すために、透明電極２１には、光電変換膜制御線４７を介して正の定電圧が印加される。
　増幅トランジスタ５は、シリコン基板１７内に形成されたＭＯＳトランジスタであって、画素電極１９及びフォトダイオード２と接続されたゲート電極３Ａを有し、ゲート電極３Ａの電位に応じた信号電圧を出力する。
　リセットトランジスタ６は、シリコン基板１７内に形成されたＭＯＳトランジスタであって、ゲート電極３Ｂを有し、増幅トランジスタ５のゲート電極３Ｂの電位をリセット電圧（フィードバック電圧）にリセットする。
　転送トランジスタ４は、シリコン基板１７内に形成されたＭＯＳトランジスタであって、フォトダイオード２と増幅トランジスタ５のゲート電極３Ｂとの間に設けられ、フォトダイオード２から増幅トランジスタ５のゲート電極３Ｂへの信号電荷の転送を制御する。
　アドレストランジスタ７は、シリコン基板１７内に形成されたＭＯＳトランジスタであって、増幅トランジスタ５と垂直信号線１５との間に設けられ、単位画素セル１から垂直信号線１５に信号電圧を出力させる。なお、アドレストランジスタ７は、増幅トランジスタ５のソース領域と垂直信号線１５との間に挿入されているが、増幅トランジスタ５のドレイン領域と電源配線との間に挿入されてもよい。
　画素電極１９は、コンタクト（コンタクト電極）１８を介して増幅トランジスタ５のゲート電極３Ａとリセットトランジスタ６のソース領域（不純物領域２Ｃ）とに接続されている。画素電極１９と接続された不純物領域２Ｃとシリコン基板１７との間のｐｎ接合は信号電荷を蓄積する寄生ダイオード（蓄積ダイオード）、つまり電荷検出部３を形成する。
　電荷検出部３と増幅トランジスタ５のゲート電極３Ａとを結線するローカル配線２８とコンタクトホールに埋め込まれたコンタクト１８とで、フォトダイオード２と、画素電極１９と、電荷検出部３との間が電気的に接続されている。
　画素電極１９は光を通す必要があるため、例えばＩＴＯ（ＩｎＳｎＯ）のような透明電極材料、又は２０ｎｍ以下の薄いＳｉＮ膜を用いて構成される。画素電極１９の上方に形成された光電変換膜２０は、緑光のみ感光し光電変換する。
　シアンフィルタ２３又は黄フィルタ２４は、シリコン基板１７の上方つまり保護膜２２の上方に形成され、フォトダイオード２及び画素電極１９と１：１に対応するように形成されている。シアンフィルタ２３は入射光のうちのシアン（第１補色）の光を選択的に透過させ、黄フィルタ２４は入射光のうちの黄色（第１補色）の光を選択的に透過させる。これに対し、光電変換膜２０は、シアンフィルタ２３又は黄フィルタ２４を透過した光のうちのマゼンダ（第２補色）の光を選択的に透過させ、緑（Ｇ）の光を選択的に吸収する。
　複数の単位画素セル１では、補色フィルタが１つのフォトダイオード２に対して１つ設けられている。複数の単位画素セル１は、異なる補色の補色フィルタが形成された２種類の単位画素セル１を含み、一の単位画素セル１において補色フィルタの補色はシアンであり、他の単位画素セル１において補色フィルタの補色は黄色であるが、光電変換膜２０については、いずれの単位画素セル１でもマゼンダの補色フィルタとして機能する。
　図２の構造では、シリコン基板１７から画素電極１９までをＬＳＩの工程で製造し、画素電極１９の上方の構造をＬＳＩのクリーンルームから外に出して製造できるため、製造に大きな投資が必要ない。
　図２の構造では、シアンフィルタ２３を通過した光は緑及び青（Ｂ）の成分を持つ。光電変換膜２０では、シアンフィルタ２３を通過した光の緑の成分が吸収され、この吸収された光が光電変換されて積層膜光電変換部８の信号が生成される。一方、シアンフィルタ２３を通過した光の青の成分は光電変換膜２０を透過し、シリコン基板１７のフォトダイオード２で光電変換される。同様に、黄フィルタ２４を通過した光は緑及び赤（Ｒ）の成分を持つ。光電変換膜２０では、黄フィルタ２４を通過した光の緑の成分が吸収され、この吸収された光が光電変換されて積層膜光電変換部８の信号が生成される。一方、黄フィルタ２４を通過した光の赤の成分は光電変換膜２０を透過し、シリコン基板１７のフォトダイオード２で光電変換される。
　緑の光電変換膜材料としては、キナクリドンやメロシアニンがよく知られている。従って、光電変換膜２０としては、この光電変換膜材料を、アルミキノリノール錯体誘導体（代表例は、Ａｌｑ３）などの材料からなる電子輸送層と、例えばトリフェニルジアミン誘導体（代表例は、α－ＮＰＤやＴＰＤ）などの材料からなるホール輸送層とで挟んだサンドイッチ構造の膜で形成することもできる。このとき、電子輸送層やホール輸送層はブロッキング層の役割を果たす。
　図３３の固体撮像装置は、最上層に光を分光するフィルタを設ける従来の固体撮像装置と同様の分光を実現するために、最上層で光電変換膜によりＲＧＢの３原色のうち最も重要なＧ光をまず光電変換し、その光電変換膜を通過したＲ光及びＢ光をフィルタにより分光している。そのため、図３３の固体撮像装置は、製造が非常に難しい構造となる。
　これに対し、本実施形態の固体撮像装置は、Ｒ光及びＢ光を通過させる積層膜光電変換部８をマゼンダ（Ｍｇ）フィルタと考え、積層膜光電変換部８の下方のフォトダイオード２にＲ光及びＢ光が入射するような補色フィルタを積層膜光電変換部８の上方に形成するという新しい考え方から生まれている。図３を用いてその考え方を模式的に説明する。
　本実施形態の固体撮像装置は、図３に示されるように、補色フィルタとしてのシアンフィルタ２３又は黄フィルタ２４とマゼンダフィルタ（光電変換膜２０）とを重ね合わせて原色フィルタを形成している。原理的には２つのフィルタの上下順序によらず同様の結果が得られる。３原色のうちＧ光が最も重要な光であり、従来であれば、Ｇ光を吸収する膜の上方に分光フィルタを形成することはＧ光の量子効率を下げる原因にもなるので考えにくい。本実施形態の固体撮像装置はＧ光を通すフィルタならＧ光を吸収する膜の上に形成しても影響は少ないと言う考え方から生まれている。マゼンダフィルタ（光電変換膜２０）と黄フィルタ２４とを組み合わせてＲ光を、マゼンダフィルタ（光電変換膜２０）とシアンフィルタ２３とを組み合わせてＢ光をフォトダイオード２に導いた固体撮像装置は過去にない。
　図４は、単位画素セル１の平面レイアウト図の一例を示す図である。なお、図４は、隣り合う４つの単位画素セル１を上方からみたときの平面図を示している。
　１つの単位画素セル１では、１つの活性領域２９内にフォトダイオード２、電荷検出部３、転送トランジスタ４、増幅トランジスタ５、リセットトランジスタ６及びアドレストランジスタ７が形成されている。
　電荷検出部３と増幅トランジスタ５のゲート電極とを結線するローカル配線２８は、図４の紙面垂直方向に延びて画素電極１９と電気的に結合している。シアンフィルタ２３と隣接画素上の黄フィルタ２４とはそれぞれ対応するフォトダイオード２をカバーするように配置されている。画素電極１９は隣接する単位画素セル１の画素電極１９の間で電気的に接続してはならないので、隣り合う単位画素セル１の画素電極１９の間には隙間が設けられているが、隣接する２つの単位画素セル１上のシアンフィルタ２３と黄フィルタ２４とはほぼ隙間なく形成されている。
　図５は、補色フィルタ（シアンフィルタ２３及び黄フィルタ２４）の配列と、各補色フィルタに対応するフォトダイオード２及び画素電極１９からいずれの色の電気信号が得られるかを模式的に示した図である。
　図５では、隣接する２×２＝４画素（４つの単位画素セル１）を一単位として、シアン（Ｃｙ）＝緑（Ｇ）＋青（Ｂ）のシアンフィルタ２３と黄（Ｙｅ）＝緑（Ｇ）＋赤（Ｒ）の黄フィルタ２４とが交互に配列されている。シアンフィルタ２３も黄フィルタ２４も緑光を通過させるので、光電変換膜２０では、４つの単位画素セル１のすべてで緑の電気信号が得られる。光電変換膜２０を通過する光は、シアンフィルタ２３の下方では青の成分であり、黄フィルタ２４の下方では赤の成分であり、その光はフォトダイオード２で光電変換され電気信号となる。これにより、三原色のＲＧＢ信号が得られるのでこれらの信号を用いてカラー画像が再生できる。
　次に、上記構造を有する固体撮像装置の製造方法を説明する。
　まず、シリコン基板１７に、フォトダイオード２及び画素回路を構成する不純物領域、並びに隣接する単位画素セル１を電気的に分離する素子分離層を形成する。
　次に、画素回路の各トランジスタを構成するゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する。
　次に、配線用のコンタクトホールを形成し、多層配線し、各トランジスタを接続して画素回路を形成する。具体的には、ローカル配線２８を形成し、バッファ用の絶縁膜を形成した後、ローカル配線２８に電気的に結合するコンタクトホールを絶縁膜にあけ、コンタクト電極をその内部に形成する。
　次に、画素電極１９を形成する。ここまでの工程はシリコンＬＳＩのクリーンルーム内で行われる。
　次に、画素電極１９上に光電変換膜２０を積層する。積層方法は、材料により異なるが有機材料では真空蒸着法や塗布、無機材料ではスパッタ法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法が有効である。どの方法も光電変換膜２０より下層の配線にダメージ与えないために５００℃以下の低温で成膜する必要がある。なお、光電変換膜２０は多層構造である場合が多い。これは、光電変換する膜をブロッキング層という膜ではさむ場合が多いためである。
　次に、光電変換膜２０の上に光電変換膜２０に電圧を印加する透明電極（ＩＴＯ又はＺｎＯ等より構成される電極）を形成する。その後、光電変換膜２０の上に光電変換膜２０を保護する保護膜２２を積層する。
　最後に、保護膜２２の上にモザイク状に補色フィルタ（シアンフィルタ２３及び黄フィルタ２４）を形成する。
　次に、上記構造を有する固体撮像装置における積層膜光電変換部８の信号電荷の読み出し方を説明する。
　まず、積層膜光電変換部８で光電変換された信号は電荷検出部３に信号電圧として現れる。信号電圧は増幅トランジスタ５で増幅されアドレストランジスタ７がオンすると垂直信号線１５を介して列信号処理回路１３に伝達される。これにより、積層膜光電変換部８の信号読み出し動作が行われる。
　次に、積層膜光電変換部８の信号読み出し動作が終わると、リセット電圧切り替えスイッチ１１により差動増幅器１０の出力がフィードバック線１６に接続され、フィードバック線１６を介してフィードバック動作を行うことでリセット動作（フィードバックリセット動作）が行われる。このリセット動作はリセットトランジスタ６で発生する熱雑音を抑圧するために行われる。
　次に、フィードバックリセット動作が終了した後、リセットされた電荷検出部３の電位に対応する信号（リセット信号）を、垂直信号線１５を介して列信号処理回路１３に取り込み、先に伝達された信号電圧とリセット信号との差分がとられる。ここで、差分をとるのと同時にＡＤ変換処理を行うことも可能である。このときリーク電流雑音は電荷検出部３のリーク電流で決まっており、この雑音を小さくするために電荷検出部３の電圧は低い電圧にリセットすることが望ましい。透明電極２１は、積層膜光電変換部８の信号がプラス電圧側に現れるようにバイアスされている。
　ここで、積層膜光電変換部８の信号読み出し動作とフィードバックリセット動作との間に、下記のフォトダイオード２の信号読み出し動作が行われるため、積層膜光電変換部８の信号の読み出し動作とフィードバックリセット動作とは連続で行われない。
　次に、上記構造を有する固体撮像装置におけるフォトダイオード２の信号電荷の読み出し方を説明する。
　まず、リセット電圧切り替えスイッチ１１により電源電圧がフィードバック線１６に接続され、リセットトランジスタ６のドレインに高い電圧（定電圧）が印加される。
　次に、リセットトランジスタ６がオン及びオフされ、電荷検出部３が高い電圧（定電圧）にバイアスされる。この状態でリセット動作による雑音が増幅トランジスタ５で増幅されて、アドレストランジスタ７を通して垂直信号線１５を介して読み出され、列信号処理回路１３に取り込まれる。これにより、リセット動作が行われる。
　次に、転送トランジスタ４をオンしてフォトダイオード２の信号電荷を電荷検出部３に転送し、発生した信号電圧が増幅トランジスタ５、アドレストランジスタ７及び垂直信号線１５を介して、列信号処理回路１３に取り込まれる。これにより、フォトダイオード２の信号読み出し動作が行われる。
　次に、信号読み出し動作で取り込まれた信号と、先に取り込んだリセット動作による雑音との差分がとられる。ここで、差分をとるのと同時にＡＤ変換処理を行うことも可能である。リセット動作及び信号読み出し動作は瞬時に行われるため積層膜光電変換部８が感光していても問題にならない。
　この一連のリセット動作による雑音の読み出し動作とフォトダイオード２の信号読み出し動作とは、上記の積層膜光電変換部８の信号読み出し動作とフィードバックリセット動作との間に行われる。
　以上のような動作を行うことで、入射光を積層膜光電変換部８で光電変換して生成された信号と、フォトダイオード２で光電変換して生成された信号との両方を図１の回路で読み出せることがわかる。
　なお、埋め込みフォトダイオードは完全転送により信号電荷を電子１個レベルまで完全に転送できるが、積層膜光電変換部８は完全転送が出来ない。従って、フォトダイオード２の信号読み出しと積層膜光電変換部８の信号読み出しとでは、回路構成も読み出しモードも異なる。積層膜光電変換部８にも転送トランジスタ４を設ける構成では雑音は抑圧できない。
　図６は、図１の固体撮像装置の動画撮影（連続で画像信号を出力する動画撮影）時の駆動タイミングの一例を示すタイミングチャートである。
　まず、第１行のアドレス制御線３２－１をハイレベルにして第１行の単位画素セル１のアドレストランジスタ７をオンすると、積層膜光電変換部８で光電変換されて生成された信号電荷が電荷検出部３の電圧として現れ、この電圧に対応する電圧信号が増幅トランジスタ５の出力として垂直信号線１５に出力される。この出力された電圧信号は列信号処理回路１３に取り込まれて保持される（時刻ｔ１）。
　次に、リセット電圧切り替えスイッチ１１を電源電圧に接続した状態で、第１行のリセット制御線３３－１をハイレベルにして第１行の単位画素セル１のリセットトランジスタ６をオンすると、リセット電圧切り替えスイッチ１１で設定された高い電圧（定電圧）に電荷検出部３がリセットされる。そして、このときの電荷検出部３の電圧に対応するリセット信号が増幅トランジスタ５の出力として垂直信号線１５に出力される。このリセット信号は、リセットトランジスタ６のオン及びオフで発生したリセット雑音を含み、増幅トランジスタ５及び垂直信号線１５を介して列信号処理回路１３に取り込まれて保持される（時刻ｔ２）。
　次に、第１行の転送制御線３４－１をハイレベルにして第１行の単位画素セル１の転送トランジスタ４をオンすると、フォトダイオード２に蓄積された信号電荷が電荷検出部３に転送される。この信号電荷が電荷検出部３の電圧として現れ、この電圧に対応する電圧信号が増幅トランジスタ５の出力として垂直信号線１５に出力される。この出力された電圧信号は垂直信号線１５を介して列信号処理回路１３に取り込まれる（時刻ｔ３）。取り込まれた電圧信号は、保持されているリセット信号との差分を取る雑音除去処理がされ、雑音除去処理された電圧信号は低雑音信号として保持される。
　次に、リセット電圧切り替えスイッチ１１を差動増幅器１０側に切り替え、第１行のリセット制御線３３－１をハイレベルにして第１行の単位画素セル１のリセットトランジスタ６をオンし、電荷検出部３をリセットする。このリセット動作はリセットトランジスタ６をオン及びオフするときに発生するリセット雑音を抑圧するとともに、積層膜光電変換部８を信号のない状態にするために行われる。そして、このときの電荷検出部３の電圧に対応するリセット信号が増幅トランジスタ５の出力として垂直信号線１５に出力される。このリセット信号は、列信号処理回路１３に取り込まれる（時刻ｔ４）。そして、先に取り込んだ積層膜光電変換部８の電圧信号は、今取り込まれたリセット信号との差分をとる処理がされ、保持される。
　次に、第２行の単位画素セル１の電子シャッタ動作が行われる。
　まず、第２行のリセット制御線３３－２及び転送制御線３４－２をハイレベルにして第２行の単位画素セル１のリセットトランジスタ６及び転送トランジスタ４をオンし、第２行のフォトダイオード２の信号電荷をリセット電圧切り替えスイッチ１１で接続された電源電圧に排出させる（時刻ｔ５）。
　次に、第２行のアドレス制御線３２－２をハイレベルにして第２行の単位画素セル１のアドレストランジスタ７をオンし、リセット電圧切り替えスイッチ１１を差動増幅器１０側に切り替え、第２行のリセット制御線３３－２をハイレベルにして第２行の単位画素セル１のリセットトランジスタ６をオンし、電荷検出部３をリセットする（時刻ｔ６）。これでフォトダイオード２及び積層膜光電変換部８の信号電荷がすべてリセットされる。
　次に、第１列の列アドレス線３５－１がハイレベルにされ、第１列の列信号処理回路１３に保持された第１行第１列の単位画素セル１のフォトダイオード２及び積層膜光電変換部８の２つの信号が出力端子３６に出力される（時刻ｔ７）。その後、同様に第２列の列アドレス線３５－２がハイレベルにされ、第２列の列信号処理回路１３に保持された第１行第２列の単位画素セル１のフォトダイオード２及び積層膜光電変換部８の２つの信号が出力端子３６に出力される（時刻ｔ８）。このとき、列信号処理回路１３でＡＤ変換処理が行われている場合、出力端子３６への出力信号はデジタル信号となる。
　次に、第２行の単位画素セル１の信号読み出しが行われるが、第１行の単位画素セル１における動作と同じ動作なので説明を割愛する。
　なお、第２行の単位画素セル１の電子シャッタ動作におけるフィードバックリセット動作を行う時刻ｔ６と第２行の単位画素セル１の積層膜光電変換部８の信号読み出し動作を行う時刻ｔ９との間が第２行の単位画素セル１の積層膜光電変換部８の信号蓄積時間４３となる。
　また、第２行の単位画素セル１の電子シャッタ動作におけるフォトダイオード２のリセット動作を行う時刻ｔ５と、第２行の単位画素セル１のフォトダイオード２の信号読み出し動作を行う時刻ｔ１０（第２行の転送制御線３４－２をハイレベルにして第２行の単位画素セル１の転送トランジスタ４をオンし、第２行の単位画素セル１の信号電荷をフォトダイオード２から電荷検出部３に読み出す時刻ｔ１０）との間が、第２行の単位画素セル１のフォトダイオード２の信号蓄積時間４４となる。
　また、図６では、積層膜光電変換部８の信号蓄積時間４３とフォトダイオード２の信号蓄積時間４４との差が大きく見えるが実際は単位画素セル１の数が１０００×１０００個程度まで大きくなると問題ない。
　図７は、メカシャッタを用いた場合の図１の固体撮像装置の静止画撮影時の駆動タイミングの一例を示すタイミングチャートである。なお、メカシャッタは図１の固体撮像装置が搭載されるカメラセットに備えられているとする。
　まず、メカシャッタが閉じた状態で第１行及び第２行のリセット制御線３３－１及び３３－２並びに転送制御線３４－１及び３４－２をハイレベルにして第１行及び第２行の単位画素セル１のリセットトランジスタ６及び転送トランジスタ４をオンし、すべての単位画素セル１のフォトダイオード２の信号をリセットする（時刻ｔ１１）。
　次に、第１行のアドレス制御線３２－１をハイレベルにして第１行の単位画素セル１のアドレストランジスタ７をオンし、リセット電圧切り替えスイッチ１１を差動増幅器１０側に切り替え、第１行のリセット制御線３３－１をハイレベルにして第１行の単位画素セル１のリセットトランジスタ６をオンし、第１行の単位画素セル１の電荷検出部３をリセットする（時刻ｔ１２）。これで第１行の単位画素セル１の積層膜光電変換部８の信号電荷がリセットされる。その後、同様に第２行の単位画素セル１についても同じ動作を行うことにより第２行の単位画素セル１の積層膜光電変換部８の信号電荷がリセットされる（時刻ｔ１３）。
　次に、メカシャッタ制御線をハイレベルにしてメカシャッタが開かれる（時刻ｔ１４）。その後、一定時間感光した後、メカシャッタ制御線をローレベルにしてメカシャッタが閉じられる（時刻ｔ１５）。メカシャッタを閉じた後に信号の読み出し動作が行われるが、動画撮影時の動作と同じなので説明を割愛する。ただ、電子シャッタ動作は行われない。積層膜光電変換部８及びフォトダイオード２の信号蓄積時間４５はメカシャッタのオンとオフとの間の時間で決まるのは当然である。
　以上のように本実施形態の固体撮像装置によれば、補色フィルタ（シアンフィルタ２３及び黄フィルタ２４）は画素電極１９の上方に位置するため、画素電極１９やそのコンタクトを形成するための高温工程の後で補色フィルタを形成することができる。その結果、補色フィルタを有機材料で構成し、一般的なＬＳＩ高温工程と有機材料低温工程との組み合わせで２層型の固体撮像装置を製造した場合でも、補色フィルタの破壊を抑えることができる。また、補色フィルタに画素電極１９のコンタクトホールを形成する必要がないので、補色フィルタのフィルファクターの減少を抑えることができる。
　（変形例１）
　本実施形態の固体撮像装置において、光電変換膜２０は、フィルファクターが１００％で効率よく入射光を捉えることが出来るが、フォトダイオード２は同じ平面上に画素回路があるためフィルファクターが悪い。そのためフォトダイオード２に効率的に入射光を集める構造が必要である。従って、本変形例の固体撮像装置は、集光構造が付加されているという点で本実施形態の固体撮像装置と異なる。以下、本実施形態の固体撮像装置と異なる点について述べる。
　図８は、本変形例の固体撮像装置における単位画素セル１の断面図である。
　この固体撮像装置では、シアンフィルタ２３又は黄フィルタ２４の上方にマイクロレンズ２５が形成され、さらにシアンフィルタ２３又は黄フィルタ２４（画素電極１９）とフォトダイオード２との間の層間絶縁膜４８内に層内マイクロレンズ２６及びライトパイプ２７が形成されている。
　層内マイクロレンズ２６及びライトパイプ２７は層間絶縁膜４８より屈折率の高いＳｉＮ膜で形成することが有効である。
　なお、本変形例の固体撮像装置において、マイクロレンズ２５及び層内マイクロレンズ２６の両方を備えている必要はなく、それぞれ単独で十分な効果を集光発揮する。
　以上のように本変形例の固体撮像装置によれば、マイクロレンズ２５及び層内マイクロレンズ２６の集光特性により、光電変換膜２０を通過した入射光を効率的にフォトダイオード２に導くことができる。
　（変形例２）
　本実施形態の固体撮像装置において、下方に向けて順次設けられた、補色フィルタ（シアンフィルタ２３又は黄フィルタ２４）、画素電極１９及びフォトダイオード２は単位画素セル１ごとにずれることなく１：１に対応している。そして、単位画素セル１において、シリコン基板１７を上方からみたとき、画素電極１９の重心（列方向又は行方向の中心）は単位画素セル１（補色フィルタ）の重心と一致している。しかし、本変形例の固体撮像装置では、補色フィルタが１つのフォトダイオード２に対して１つ設けられ、シリコン基板１７を上方からみたとき、画素電極１９の重心が単位画素セル１（補色フィルタ）の重心に対してずれている。以下、本実施形態の固体撮像装置と異なる点について述べる。
　図９は、本変形例の固体撮像装置における単位画素セル１の断面図である。また、図１０は、本変形例の単位画素セル１の平面レイアウトの一例を示す図である。図１０は、図４において画素電極１９の位置を列方向（縦方向）及び行方向（横方向）に画素ピッチ（単位画素セル１の列方向又は行方向のピッチ）の半分（半ピッチ）だけずらしたものに相当する。なお、図１０は、隣り合う４つの単位画素セル１を上方からみたときの平面図を示している。
　本変形例の固体撮像装置では、画素電極１９の中心が単位画素セル１の中心から半ピッチだけ列方向及び行方向（図９では紙面の右方向）の両方向にずれている。
　この構成では、シアンフィルタ２３又は黄フィルタ２４と画素電極１９とがずれるが、どちらの補色フィルタも緑光を通過させるため、光電変換膜２０からは本実施形態の固体撮像装置と同様に緑の信号が得られる。
　また、フォトダイオード２からもシアン及び黄の成分から緑の成分を差し引いた青及び赤の信号が得られる。本実施形態の固体撮像装置と異なるのは光電変換膜２０から得られる緑の信号の平面的な信号の重心が列方向及び行方向に半ピッチずれることである。青、赤及び緑の信号にはそれぞれ白黒信号が含まれるため、信号処理により白黒の解像度を向上することが出来る。人間の目はカラー信号に比べ白黒の解像度に対して敏感なため、信号の重心をずらすことは、解像感を上げるためには非常に有効である。ちなみに、白黒の信号は、輝度信号Ｙで表され、Ｙ＝０．１１Ｂ＋０．５９Ｇ＋０．３Ｒである。
　図１１は、補色フィルタの配列と、各補色フィルタに対応する画素電極１９及びフォトダイオード２からいずれの色の電気信号が得られるかを模式的に示した図である。
　図１１に示されるように、シリコン基板１７を上方からみたとき、画素電極１９の重心は補色フィルタの重心に対して列方向及び行方向の両方向に半ピッチずれている。つまり、フォトダイオード２から得られる青及び赤の電気信号の重心に対して、光電変換膜２０から得られる電気信号の重心は列方向及び行方向の両方向に半ピッチずれている。これより得られる行方向の白黒解像ピッチ３０、および列方向の白黒解像ピッチ３１は、それぞれ行方向及び列方向の画素ピッチの半分になり、縦横両方向の白黒解像度が２倍になることを意味している。解像度は上がることは細かいパターンが再生できるすっきりした再生画像が得られることを意味する。
　以上のように、本変形例の固体撮像装置によれば、補色フィルタはフォトダイオードに対応して設けられ、さらに画素電極１９と補色フィルタとで重心の位置がずれているため、縦横両方向の白黒解像度を上げることができる。
　（変形例３）
　本実施形態の固体撮像装置において、シリコン基板１７を上方からみたとき、画素電極１９の重心が単位画素セル１（補色フィルタ）の重心に対してずれているという点で本実施形態の固体撮像装置と異なる。以下、本実施形態の固体撮像装置と異なる点について述べる。
　図１２は、本変形例の単位画素セル１の平面レイアウトの一例を示す図である。図１２は、図４において画素電極１９の位置を行方向にのみ半ピッチずらしたものに相当する。なお、図１２は、隣り合う４つの単位画素セル１を上方からみたときの平面図を示している。
　本変形例の固体撮像装置では、列方向についてシアンフィルタ２３及び黄フィルタ２４は図２に示したように画素電極１９とずれていないが、行方向については図９に示したようにそれらの中心が半ピッチだけずれている。この場合は行方向のみ白黒解像度が上がる。人間の目は横方向のほうが縦方向より解像感が敏感なのでレイアウト上どちらか一方しかずらせない場合は横方向にずらした方が有利である。
　また、図１２からわかるようにフォトダイオード２の横に画素回路（増幅トランジスタ５、リセットトランジスタ６及びアドレストランジスタ７）が位置するため、列方向のピッチに比べ行方向のピッチを狭くすることが難しい。この場合でも画素電極１９を行方向に半ピッチずらすことは有効である。
　以上のように、本変形例の固体撮像装置によれば、補色フィルタはフォトダイオード２に対応して設けられ、さらに画素電極１９と補色フィルタとで行方向の重心の位置がずれているため、行方向の白黒解像度を上げることができる。
　（変形例４）
　本変形例の固体撮像装置は、集光構造が付加されているという点で本実施形態の固体撮像装置と異なる。以下、本実施形態の固体撮像装置と異なる点について述べる。
　図１３Ａ～図１３Ｌは、本変形例の固体撮像装置の各製造工程を示す単位画素セル１の断面図である。
　まず、図１３Ａに示されるように、ｎ＋型のシリコン基板（半導体ウェハ）１７上にｎ－型のエピタキシャル層５２を成長させた後、エピタキシャル層５２に例えば３ＭｅＶ程度の高加速でボロンをイオン注入してｐ－型のフラットウェル層５３を形成する。
　次に、エピタキシャル層５２のフラットウェル層５３上方に位置する部分であるｎ－型のエピタキシャル層５２’に、単位画素セル１のフォトダイオード２及び各トランジスタを分離するための素子分離領域であるＳＴＩ（Shallow　Trench　Isolation）５７、５８、５９及び６０を形成する。
　なお、このＳＴＩ５７、５８、５９及び６０は後続の工程において位置合わせのマークとして機能するので早い工程で形成することが好ましく、フラットウェル層５３の形成前に形成されてもよい。しかし、フラットウェル層５３はエピタキシャル層５２全面にイオン注入することで形成されるのでＳＴＩ５７、５８、５９及び６０形成前に形成することも可能である。
　次に、フォトダイオード分離注入層７０をフラットウェル層５３及びエピタキシャル層５２’に形成する。フォトダイオード分離注入層７０は、加速電圧を複数変えた多段のボロンイオン注入により形成される。フォトダイオード分離注入層７０の下部はフラットウェル層５３と接している。フォトダイオード分離注入層７０は、加速電圧を連続的に可変にして形成することも可能である。
　次に、埋め込み型のフォトダイオード２となるｎ型の不純物領域（フォトダイオード層）２Ｄとｐ＋型の不純物領域（界面層）２Ｅとをイオン注入によりエピタキシャル層５２’に形成する。不純物領域２Ｄ形成のイオン注入に用いるｎ型不純物としてはヒ素又は燐、又はその両方を使うことができる。不純物領域２Ｄは前述のエピタキシャル層５２’とつながっており、入射光を光電変換し蓄積する機能を持つ。不純物領域２ＤはＳＴＩ５７周辺のｐ型の不純物領域６９と接する。不純物領域６９は、ＳＴＩ５７の形成により発生するストレスによるリーク電流を抑圧するために設けられる。
　次に、エピタキシャル層５２’における画素回路のトランジスタを形成する領域に、ｐ－型のシャローウェル５６を形成する。シャローウェル５６の下部はフォトダイオード分離注入層７０と接している。
　ここまでの工程では、主にエピタキシャル層５２内に不純物拡散領域が形成される。従って、不純物を活性化するためのアニール等が行われるため、ここまでの工程は最も高温が必要な工程である。
　次に、図１３Ｂに示されるように、エピタキシャル層５２上にトランジスタのゲート膜となるゲート絶縁膜６１を形成する。ゲート絶縁膜６１は、バンドギャップが広く絶縁効果が大きい材料、例えばＳｉＯ及びＳｉＯＮで形成される。光が入射する不純物領域２Ｄ上方にはエピタキシャル層５２表面で反射する光を抑圧するために無反射コート膜６２が形成される。無反射コート膜６２の材料としては例えば屈折率の高いＳｉＮ膜が使われる。
　次に、画素回路を構成する転送トランジスタ４のゲート電極３Ｃ、リセットトランジスタ６のゲート電極３Ｂ、及び増幅トランジスタ５のゲート電極３Ａをゲート絶縁膜６１上に形成する。その後、これらのゲート電極の両側にソース領域又はドレイン領域となる不純物領域２Ａ、２Ｂ及び２Ｃを形成し各トランジスタを形成する。なお、図１３Ｂでは、アドレストランジスタ７を図示していない。
　次に、第１の層間絶縁膜４８ａをゲート絶縁膜６１上に形成する。第１の層間絶縁膜４８ａはおもにＳｉＯにより構成される。
　次に、図１３Ｃに示されるように、ゲート電極３Ａ、３Ｂ及び３Ｃ並びに不純物領域２Ａ、２Ｂ及び２Ｃの上の第１の層間絶縁膜４８ａに微細加工技術でコンタクトホールを掘り込み形成した後、このコンタクトホール内に第１のコンタクト１８ａを埋め込む。第１のコンタクト１８ａの材料はタングステンや銅である。
　次に、第１のコンタクト１８ａと接する第１の配線層６６を形成し、その上面を平坦化する。第１の配線層６６は各トランジスタのゲート電極３Ａ、３Ｂ及び３Ｃや不純物領域２Ａ、２Ｂ及び２Ｃを結線するが、主にその上の第２の配線層６７の配線のための引き出し電極として用いられる。
　次に、図１３Ｄに示されるように、第１の層間絶縁膜４８ａの上に第２の層間絶縁膜４８ｂを形成し、第２の層間絶縁膜４８ｂにコンタクトホールを形成した後、このコンタクトホール内に第２のコンタクト１８ｂを埋め込み、さらに第２の配線層６７を形成する。図１３Ｄでは、第１のコンタクト１８ａ、第２のコンタクト１８ｂ、第１の配線層６６及び第２の配線層６７によりゲート電極３Ｃとゲート電極３Ｂとの間に形成された不純物領域２Ｃとゲート電極３Ａとが電気的に結線されている。
　次に、図１３Ｅに示されるように、フォトダイオード２上方の第２の層間絶縁膜４８ｂと第１の層間絶縁膜４８ａとに開口をあけ、この開口内に高屈折率材料のライトパイプ（光閉じ込め層）２７を埋め込む。その後、ライトパイプ２７の上にライトパイプ２７と同じ高屈折率材料の層内マイクロレンズ２６を形成する。層内マイクロレンズ２６で集光された光はライトパイプ２７にいったん閉じこめられ、しかる後無反射コート膜６２を通して効率よくエピタキシャル層５２内部のフォトダイオード２に導かれる。
　次に、図１３Ｆに示されるように、層内マイクロレンズ２６を覆うように第３の層間絶縁膜４８ｃを形成し、第３の層間絶縁膜４８ｃを平坦化した後、第３の層間絶縁膜４８ｃにコンタクトホールを形成し、このコンタクトホール内に第３のコンタクト１８ｃを埋め込む。
　ここまでの工程は、半導体微細技術の高温工程であるため、有機材料であるシアンフィルタ２３及び黄フィルタ２４を形成することは出来ない。形成した場合、有機材料は昇華し、なくなってしまう。
　次に、図１３Ｇに示されるように、可視光に対して透明な画素電極１９を第３の層間絶縁膜４８ｃ上に形成する。画素電極１９の材料としてＩｎＳｎＯ（ＩＴＯ）が有力であるが、薄いＴｉＮを用いることも出来る。このとき、画素電極１９の第３のコンタクト１８ｃとの接合部７５の表面に段差が出来るとその上に形成される光電変換膜２０に欠陥が生じる。従って、図１３Ｆの工程にて第３のコンタクト１８ｃを埋め込み形成した後、第３の層間絶縁膜４８ｃと一緒に第３のコンタクト１８ｃの表面を平坦化する工程を挿入することが有効である。
　次に、図１３Ｈに示されるように、画素電極１９の上に光電変換膜（有機光電変換膜）２０を形成する。光電変換膜２０の形成方法は熱蒸着法が有力であるが、塗布で形成することも出来る。光電変換膜２０は光電変換層をその上下のバンドギャップの広いブロッキング層で挟持した３層構造を有する。ブロッキング層はバンドギャップが広いので光電変換しない。中間の光電変換層は光電変換効率を上げるために２種類以上の光電変換材料を混ぜた混晶で構成される。
　図１３Ｈの工程を含む図１３Ｈの工程以降の工程は、有機材料が昇華しない低温（例えば約３００℃以下）の工程である。
　次に、図１３Ｉに示されるように、光電変換膜２０の上に透明電極２１を形成する。透明電極２１の材料はＩｎＳｎＯ（ＩＴＯ）が有力であるが、ＺｎＯ等を使用することもできる。その後、透明電極２１の上に光電変換膜２０を保護する第１の保護膜２２ａ及び第２の保護膜２２ｂを形成する。光電変換膜２０は酸素と水に弱いので光電変換膜２０の表面には酸素と水を通さない保護膜が必要である。保護膜は２層以上の構造であることが望ましく、第１の保護膜２２ａの材料は例えばＳｉＮであり、第２の保護膜２２ｂの材料は例えばＡｌＯである。第２の保護膜２２ｂの材料にＴｉＡｌＯを使うことも可能である。透明電極２１、第１の保護膜２２ａ及び第２の保護膜２２ｂはすべて低温工程で積層することができる。
　次に、図１３Ｊに示されるように、第２の保護膜２２ｂの上に低屈折率の色フィルタ分離隔壁８０を形成する。色フィルタ分離隔壁８０の屈折率はシアンフィルタ２３及び黄フィルタ２４の屈折率よりも低いことが望ましい。色フィルタ分離隔壁８０の幅は隣り合う画素電極１９の間隔である画素電極ギャップ長８６と同等またはそれ以上であることが望ましい。
　次に、図１３Ｋに示されるように、色フィルタ分離隔壁８０の間にシアンフィルタ２３又は黄フィルタ２４を形成する。シアンフィルタ２３及び黄フィルタ２４の屈折率が色フィルタ分離隔壁８０の屈折率よりも大きい場合、色フィルタ分離隔壁８０により入射光を閉じ込め、下のフォトダイオード２や層内マイクロレンズ２６等の集光構造に効率的に入射光を導くことが出来る。
　次に、図１３Ｌに示されるように、シアンフィルタ２３、黄フィルタ２４及び色フィルタ分離隔壁８０の上にフィルタ保護膜８３を形成し、さらにフィルタ保護膜８３の上にマイクロレンズ２５を形成する。このマイクロレンズ２５により効率的に入射光を集光できる。
　以上のように本変形例の固体撮像装置によれば、マイクロレンズ２５及び層内マイクロレンズ２６の集光特性により、光電変換膜２０を通過した入射光を効率的にフォトダイオード２に導くことができる。
　（第２の実施形態）
　本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置は、１つの単位画素セル１が複数のフォトダイオードを含むという点で第１の実施形態の固体撮像装置と異なる。つまり、１つの単位画素セル１が２つのフォトダイオードと、この２つのフォトダイオードの信号電荷を電圧信号として垂直信号線１５に出力する１つの画素回路とを有し、画素電極１９が２つのフォトダイオードに対して１つ設けられるという点で異なる。以下、第１の実施形態の固体撮像装置と異なる点について述べる。
　図１４は本実施形態の単位画素セル１の回路図の一例を示す図である。
　この単位画素セル１は、シリコン基板１７内部の２つのフォトダイオード２及び２’に対し、電荷検出部３、増幅トランジスタ５、リセットトランジスタ６及びアドレストランジスタ７を共用するものでシェアードセルと呼ばれる構成を有する。シェアードセルは、フォトダイオードの高集積化に有利な構成である。図１４の単位画素セル１は、シェアードセルのフォトダイオード２及び２’の上方に光電変換膜２０が積層された構成を持つ。
　このような単位画素セル１からの信号の読み出し方法は第１の実施形態とほぼ同じである。しかし、フォトダイオード２の信号を読み出すときは対応する転送トランジスタ４をオンして転送トランジスタ４’をオフし、フォトダイオード２’の信号を読み出す時は対応する転送トランジスタ４’をオンして転送トランジスタ４をオフする点で第１の実施形態と異なる。積層膜光電変換部８の信号を読み出す方法は第１の実施形態とまったく同じである。
　図１５は、本実施形態の単位画素セル１の平面レイアウトの一例を示す図である。なお、図１５は、隣り合う２つの単位画素セル１を上方からみたときの平面図を示している。
　図１５の構成は、上下２つのフォトダイオード２及び２’に対し、画素電極１９が一つしかない点で図４の構成と大きく異なる。これは上下２つのフォトダイオード２及び２’に対し電荷検出部３及び増幅トランジスタ５が一つしかないためである。図１５では、各補色フィルタが各フォトダイオード２及び２’に対応して設けられている。
　図１６及び図１８は、補色フィルタの配列と、各補色フィルタに対応する画素電極１９及びフォトダイオード２及び２’からいずれの色の電気信号が得られるかを模式的に示したものである。
　図１５の構成では、１つの単位画素セル１は、異なる２つの補色（黄色及びシアン）の光を選択的に透過させる２つの補色フィルタ（シアンフィルタ２３及び黄フィルタ２４）を、２つのフォトダイオード２及び２’に対応付けて有する。そして、２つのフォトダイオード２及び２’に対応付けて１つの画素電極１９を有する。従って、図１６に示されるように、緑の信号が縦長の形状の画素電極１９から得られる。これにより、画素電極１９の面積が大きくなるので緑光の感度が向上するが、列方向の解像度は劣化する。ここで緑光の列方向の解像度が劣化する理由は、フォトダイオード１個当たりに対応する画素が正方形であるからである。
　これに対し、図１７の単位画素セル１の平面レイアウトに示すように、フォトダイオード２及び２’の幅を列方向に１／２に圧縮したレイアウトを用いれば、図１８に示されるように、緑の信号に対応する画素電極１９が正方形になる。この場合は緑の信号に対応する正方形の１つの画素電極１９の下方の２つのフォトダイオード２及び２’において、青及び赤の信号も得られる。つまり、正方形の１つの画素電極１９に対してＲＧＢの３原色がすべて得られる。ただ、この場合には、列方向に２倍の集積度が必要となる。
　なお、図１７は、隣り合う４つの単位画素セル１を上方からみたときの平面図を示している。
　以上のように、本実施形態の固体撮像装置によれば、１つの単位画素セル１からＲＧＢの３原色の信号を全て得ることができる。
　（変形例５）
　本実施形態の固体撮像装置において、シリコン基板１７を上方からみたとき、隣り合う列の単位画素セル１の画素電極１９の重心が列方向にずれているという点で本実施形態の固体撮像装置と異なる。以下、本実施形態の固体撮像装置と異なる点について述べる。
　図１９は、本変形例の単位画素セル１の平面レイアウトの一例を示す図である。なお、図１９は、隣り合う４つの単位画素セル１を上方からみたときの平面図を示している。
　シェアードセルの場合は、緑の信号の列方向の解像度が落ちることになる。そこで緑の信号の列方向の解像度を少しでも上げるために、隣り合う列で緑の信号の重心の位置、すなわち画素電極１９の重心の位置を１単位画素セル分ずらすことが有効である。図１９の構成では、隣り合う列で画素電極１９が列方向に半ピッチ（単位画素セル１の列方向のピッチの半分）ずれて配置されている。
　なお、図２０の単位画素セル１の平面レイアウトに示されるように、画素電極１９のずれに対応して隣り合う列でフォトダイオード２及び２’並びに画素回路も半ピッチずらしてもよい。なお、図２０は、隣り合う４つの単位画素セル１を上方からみたときの平面図を示している。
　図２１は、補色フィルタの配列と、各補色フィルタに対応する画素電極１９及びフォトダイオード２及び２’からいずれの色の電気信号が得られるかを模式的に示したものである。
　図２１に示されるように、シリコン基板１７を上方からみたとき、隣り合う列の単位画素セル１の画素電極１９の重心は、列方向にずれている。つまり、隣り合う列の緑の信号の重心がずれている。また、シリコン基板１７を上方からみたとき、画素電極１９の重心は、補色フィルタの重心に対して列方向にずれている。つまり、緑の信号の重心と赤及び青の信号の重心とがずれている。
　以上のように、本変形例の固体撮像装置によれば、隣り合う単位画素セル１の列で画素電極１９の重心が列方向にずれているため、列方向の緑の解像度を向上させることができる。
　また、補色フィルタはフォトダイオード２及び２’に対応して設けられ、さらに画素電極１９と補色フィルタとで列方向に重心の位置がずれているため、列方向の白黒解像度を向上させることができる。
　（変形例６）
　本実施形態の固体撮像装置において、シリコン基板１７を上方からみたとき、隣り合う列の単位画素セル１の画素電極１９の重心は、列方向にずれているという点で本実施形態の固体撮像装置と異なる。以下、本実施形態の固体撮像装置と異なる点について述べる。
　図２２は、本変形例の単位画素セル１の平面レイアウトの一例を示す図である。なお、図２２は、隣り合う４つの単位画素セル１を上方からみたときの平面図を示している。
　図２２の構成では、隣り合う列で画素電極１９が半ピッチずれて配置されている。また、本実施形態の固体撮像装置に対して、画素電極１９が単位画素セル１の列方向のピッチ（画素２つ分のピッチ）の１／４だけ列方向にずれている。
　なお、図２３の単位画素セル１の平面レイアウトに示されるように、画素電極１９のずれに対応して隣り合う列でフォトダイオード２及び２’並びに画素回路も１単位画素セル分ずらしてもよい。図２３は、隣り合う４つの単位画素セル１を上方からみたときの平面図を示している。
　図２４は、補色フィルタの配列と、各補色フィルタに対応する画素電極１９及びフォトダイオード２及び２’からいずれの色の電気信号が得られるかを模式的に示したものである。
　図２４に示されるように、シリコン基板１７を上方からみたとき、画素電極１９の重心は、補色フィルタの重心に対して列方向に一致している。つまり、緑の信号の重心と赤及び青の信号の重心とが一致している。そして、緑の信号の重心が隣り合う列でずれている。
　以上のように、本変形例の固体撮像装置によれば、隣り合う単位画素セル１の列で画素電極１９の重心が列方向にずれているため、列方向の緑の解像度を向上させることができる。
　また、補色フィルタはフォトダイオード２及び２’に対応して設けられ、さらに画素電極１９と補色フィルタとで列方向に重心の位置が一致しているため、単位画素セル１の出力信号の信号処理を容易にすることができる。
　（変形例７）
　本実施形態の固体撮像装置において、単位画素セル１内に２つのフォトダイオード２及び２’が別々に設けられるのではなく、列方向に長い１つのフォトダイオード２が設けられるという点で本実施形態の固体撮像装置と異なる。以下、本実施形態の固体撮像装置と異なる点について述べる。
　図２５は、本変形例の単位画素セル１の平面レイアウトの一例を示す図である。なお、図２５は、隣り合う４つの単位画素セル１を上方からみたときの平面図を示している。
　図２５の構成では、本実施形態の固体撮像装置に対し、画素サイズが列方向に２倍にのびており、フォトダイオード２の感度が大きくなるため、赤及び青の感度が大きくなっている。また、補色フィルタは、１つのフォトダイオード２に対して１つ設けられている。
　フォトダイオード２のサイズが拡大しているため、フォトダイオード２を覆うシアンフィルタ２３又は黄フィルタ２４のサイズも列方向に拡大している。緑の信号の配列を決める画素電極１９の重心は、補色フィルタの重心に対して列方向に半ピッチずれている。
　図２６は、補色フィルタの配列と、各補色フィルタに対応する画素電極１９及びフォトダイオード２からいずれの色の電気信号が得られるかを模式的に示したものである。
　シアンフィルタ２３及び黄フィルタ２４はストライプ状に配置されている。シリコン基板１７を上方からみたとき、隣り合う列の単位画素セル１の画素電極１９の重心が列方向に半ピッチ分ずれて配置されている。つまり、隣り合う列の緑の信号の重心が半ピッチずれている。また、シリコン基板１７を上方からみたとき、画素電極１９の重心は、補色フィルタの重心に対して列方向に半ピッチずれている。つまり、緑の信号の重心と赤及び青の信号の重心とが半ピッチずれている。
　以上のように、本変形例の固体撮像装置によれば、隣り合う単位画素セル１の列で画素電極１９の重心が列方向にずれているため、列方向の緑の解像度を向上させることができる。
　また、補色フィルタはフォトダイオード２に対応して設けられ、さらに画素電極１９と補色フィルタとで列方向に重心の位置がずれているため、列方向の白黒解像度を向上させることができる。
　また、フォトダイオード２の感度が大きくなるため、赤及び青の感度を向上させることができる。
　（第３の実施形態）
　本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置は、光電変換膜２０がマゼンダの光に感度をもち、入射光のうちの緑の光のみを選択的に透過させるという点で第１及び第２の実施形態の固体撮像装置と異なる。以下、第１及び第２の実施形態の固体撮像装置と異なる点について述べる。
　白黒の解像度が輝度信号Ｙで決まることを上述したが、輝度信号には緑の信号の比率が一番大きいため緑の解像度が一番大きいことが重要である。カラーデバイスの場合には感度も緑の感度で決まるので、緑の信号が一番重要である。従って、緑の解像度を上げるために、第２の実施形態のシェアードセルの構成で緑の感度でなくマゼンダの感度をもつ膜つまりマゼンダ膜を光電変換膜２０に使うことが有効である。マゼンダ膜の分光感度特性の一例を図２７に示す。マゼンダ膜は、緑感度の膜と逆の分光感度特性を示す。
　マゼンダ膜は青の感度をもつ材料と赤の感度をもつ材料とを重ねて多層積層して形成してもいいし、青の感度を持つ材料と赤の感度を持つ材料とを混合して形成してもいい。青の感度をもつ材料としては、Ｃｏ－ＴＰＰ、並びにＣ６（coumarin6）及びＰＨＰＰ（poly(m-hexoxypheny)phenylsilane）の混合材料が、赤の感度をもつ材料としてはＺｎＰＣ（Zinc phthalocyanine）がある。
　光電変換膜２０にマゼンダ膜を用い、図１５のシェアードセルの構成を用い、さらに変形例７のように単位画素セル１内に列方向に長い１つのフォトダイオード２を設け、シアンフィルタ２３及び黄フィルタ２４を縦長で長方形のフィルタ形状で形成する場合を考える。この場合の補色フィルタの配列と、各補色フィルタに対応する画素電極１９及びフォトダイオード２からいずれの色の電気信号が得られるかを模式的に示したものが図２８Ａである。
　図２８Ａに示されるように、光電変換膜２０では青及び赤の電気信号が得られ、フォトダイオード２では緑の信号が得られるため、正方形の領域からＲＧＢの３原色の信号を含む４つの信号を取り出すことができる。緑の信号が重要であるが、シェアードセルにおいても十分な解像度が得られる。
　次に、光電変換膜２０にマゼンダ膜を用い、さらに画素回路をシェアしない図４の構成を用いた場合を考える。この場合の補色フィルタの配列と、各補色フィルタに対応する画素電極１９及びフォトダイオード２からいずれの色の電気信号が得られるかを模式的に示したものが図２８Ｂである。
　図２８Ｂに示されるように、光電変換膜２０では青及び赤の信号が得られ、フォトダイオード２では緑の信号が得られる。これは、図５に比べると、光電変換膜の信号とフォトダイオードの信号とがちょうど入れ替わったものとなる。
　以上のように、本実施形態の固体撮像装置によれば、緑の解像度を上げることができる。
　（第４の実施形態）
　本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置は、光電変換膜２０が亜酸化銅から構成されるという点で第１及び第２の実施形態の固体撮像装置と異なる。以下、第１及び第２の実施形態の固体撮像装置と異なる点について述べる。
　光電変換膜２０をシリコンＬＳＩの製造クリーンルーム内で作る方法として、光電変換膜２０の材料として亜酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）を用いる方法がある。シリコンＬＳＩの配線に銅（Ｃｕ）を用いており、それを酸化することで亜酸化銅を形成することができる。
　図２９に亜酸化銅の分光感度特性の一例を示す。なお、図２９で示している白黒膜の分光特性は青、緑及び赤の光のすべてに感度のある理想的な分光感度特性である。
　亜酸化銅の分光感度特性は、白黒膜の分光感度特性に比べ長波長側（赤）の感度が足りない。理由は亜酸化銅のバンドギャップが２．１ｅＶ程度で長波長側の感度がなく長波長の光は吸収せず透過してしまうためである。従って、亜酸化銅を用いて光電変換膜２０を形成することで青及び緑の信号を光電変換膜２０で得て、赤の信号をフォトダイオード２で得ることができる。
　光電変換膜２０に亜酸化銅膜を用い、画素回路をシェアしない図４の構成を用い、さらにモザイク状に配置したマゼンダフィルタ及び黄フィルタを補色フィルタに用いた場合を考える。この場合の補色フィルタの配列と、各補色フィルタに対応する画素電極１９及びフォトダイオード２からいずれの色の電気信号が得られるかを模式的に示したものが図３０Ａである。
　図３０Ａに示されるように、亜酸化銅の光電変換膜２０では緑及び青の信号が得られ、フォトダイオード２では４つとも赤の信号が得られる。
　次に、光電変換膜２０に亜酸化銅膜を用い、画素回路をシェアしない図４の構成を用い、さらにマゼンダフィルタ及び黄フィルタを補色フィルタに用いた場合を考える。この場合の補色フィルタの配列と、各補色フィルタに対応する画素電極１９及びフォトダイオード２からいずれの色の電気信号が得られるかを模式的に示したものが図３０Ｂである。
　緑の信号が重要なので、図３０Ｂに示されるように４つの単位画素セル１を１組とし、１組の単位画素セルのうちの３つの補色フィルタを黄フィルタとし、残りの１つをマゼンダフィルタとすることは有効である。この場合には、１組の単位画素セル１において、光電変換膜２０で３つの緑の信号と１つの青の信号が得られ、フォトダイオード２で４つの赤の信号が得られる。
　以上のように、本実施形態の固体撮像装置によれば、光電変換膜２０に亜酸化銅が用いられるため、シリコンＬＳＩの製造クリーンルーム内で光電変換膜２０を形成することができ、固体撮像装置の製造を簡素化することができる。
　（第５の実施形態）
　本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置は、光電変換膜２０が図２９の白黒膜から構成されるという点で第１及び第２の実施形態の固体撮像装置と異なる。以下、第１及び第２の実施形態の固体撮像装置と異なる点について述べる。
　図２９の白黒膜は赤光より長波長側の赤外線（ＩＲ）を透過させる。そこで本実施形態の固体撮像装置は、光電変換膜２０として図２９に示す白黒膜を用いる。
　光電変換膜２０に図２９に示す白黒膜を用い、画素回路をシェアしない図４の構成を用い、さらにベイヤ型の配列のＲＧＢのカラーフィルタをフィルタに用いた場合を考える。この場合のカラーフィルタの配列と、各カラーフィルタに対応する画素電極１９及びフォトダイオード２からいずれの色の電気信号が得られるかを模式的に示したものが図３１である。
　図３１に示されるように、ベイヤ型のフィルタ配列により、光電変換膜２０からは原色のベイヤ配列の赤、青及び緑の信号が得られ、フォトダイオード２からは赤外線の信号が得られる。これは原色のカラーフィルタである赤フィルタ、緑フィルタ及び青フィルタのいずれも赤外線は透過する特性を持っており、シリコンは１１００ｎｍまでの赤外線に感度があることに起因する。
　なお、白黒膜としては例えば前出の亜酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）にニッケル（Ｎｉ）やコバルト（Ｃｏ）を混ぜたものを使うことも出来る。ニッケル（Ｎｉ）やコバルト（Ｃｏ）を混ぜるとバンドギャップが狭くなり赤の信号感度が増加して白黒膜に近づいてくるためである。
　以上のように、本実施形態の固体撮像装置によれば、光電変換膜２０に白黒膜が用いられるため、赤外線に感度を持つ固体撮像装置を実現することができる。この固体撮像装置は、赤外線の感度が重要になる監視用のカメラに応用すれば有効である。これにより、昼間はカラー信号が得られ、夜は赤外線信号で監視することが可能なカメラを実現することができる。
　（第６の実施形態）
　本発明の第６の実施形態に係るカメラは、第１～第５の実施形態の固体撮像装置が用いられる。
　図３２は、本実施形態のカメラの構成の一例を示す図である。
　このカメラは、レンズ３８、第１～第５の実施形態の固体撮像装置３９、ドライバチップ４０、信号処理チップ４１、メモリ４２及びメカシャッタ４６を備える。
　このカメラでは、レンズ３８及びメカシャッタ４６を通過した光は固体撮像装置３９に照射される。固体撮像装置３９はドライバチップ４０により駆動制御される。固体撮像装置３９の出力は信号処理チップ４１に転送され、信号処理チップ４１は前出の解像度向上やカラー信号化の処理を行い、メモリ４２に処理後の信号を蓄積する。信号処理チップ４１の出力信号は外部のモニターに接続される場合もある。
　以上、本発明の固体撮像装置及びカメラについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、複数の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
　例えば、上記実施形態において、第１導電型はｐ型であり、第２導電型はｎ型であるとした。例えば、シリコン基板の導電型はｐ型であり、画素回路の各トランジスタはｎ－チャネル型であるとしたが、シリコン基板の導電型はｎ型であり、画素回路の各トランジスタはｐ－チャネル型でもかまわない。この場合は電圧電位の符号が逆になり、光電変換膜から読み出す信号電荷も正孔から電子に変わる。
　また、上記実施形態において、画素回路を構成する各トランジスタはＭＯＳトランジスタであるとしたが、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であればこれに限られない。
　また、上記実施形態において、ｐ型半導体基板とはｎ型半導体基板内に形成されたｐ型ウェルも含めて意味する。
　本発明は、固体撮像装置に利用でき、特に２層型でＭＯＳ型の固体撮像装置等に利用することができる。
　　１　　単位画素セル
　　２、２’、３０２　　フォトダイオード
　　２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ　　不純物領域
　　３　　電荷検出部
　　３Ａ、３Ｂ、３Ｃ　　ゲート電極
　　４、４’　　転送トランジスタ
　　５　　増幅トランジスタ
　　６　　リセットトランジスタ
　　７　　アドレストランジスタ
　　８　　積層膜光電変換部
　　９　　負荷トランジスタ
　　１０　　差動増幅器
　　１１　　リセット電圧切り替えスイッチ
　　１２　　行選択回路
　　１３　　列信号処理回路
　　１４　　列選択回路
　　１５　　垂直信号線
　　１６　　フィードバック線
　　１７　　シリコン基板
　　１８　　コンタクト
　　１８ａ　　第１のコンタクト
　　１８ｂ　　第２のコンタクト
　　１８ｃ　　第３のコンタクト
　　１９、３０５　　画素電極
　　２０、３１９　　光電変換膜
　　２１　　透明電極
　　２２　　保護膜
　　２２ａ　　第１の保護膜
　　２２ｂ　　第２の保護膜
　　２３　　シアンフィルタ
　　２４　　黄フィルタ
　　２５　　マイクロレンズ
　　２６　　層内マイクロレンズ
　　２７　　ライトパイプ
　　２８　　ローカル配線
　　２９　　活性領域
　　３０、３１　　白黒解像ピッチ
　　３２－１、３２－２　　アドレス制御線
　　３３－１、３３－２　　リセット制御線
　　３４－１、３４－２　　転送制御線
　　３５－１、３５－２　　列アドレス線
　　３６　　出力端子
　　３８　　レンズ
　　３９　　固体撮像装置
　　４０　　ドライバチップ
　　４１　　信号処理チップ
　　４２　　メモリ
　　４３、４４、４５　　信号蓄積時間
　　４６　　メカシャッタ
　　４７　　光電変換膜制御線
　　４８　　層間絶縁膜
　　４８ａ　　第１の層間絶縁膜
　　４８ｂ　　第２の層間絶縁膜
　　４８ｃ　　第３の層間絶縁膜
　　５２、５２’　　エピタキシャル層
　　５３　　フラットウェル層
　　５６　　シャローウェル
　　５７、５８、５９、６０　　ＳＴＩ
　　６１　　ゲート絶縁膜
　　６２　　無反射コート膜
　　６６　　第１の配線層
　　６７　　第２の配線層
　　６９　　不純物領域
　　７０　　フォトダイオード分離注入層
　　７５　　接合部
　　８０　　色フィルタ分離隔壁
　　８３　　フィルタ保護膜
　　８６　　画素電極ギャップ長
　　３０１　　半導体基板
　　３１５　　カラーフィルタ
　　３１８　　画素電極コンタクトホール

Claims (12)

  1. 　半導体基板と、
    　前記半導体基板に行列状に配置された複数の単位画素セルと、
    　前記単位画素セルから出力される信号を伝達する信号線とを備え、
    　前記単位画素セルは、
    　前記半導体基板の上方に形成された補色フィルタと、
    　前記半導体基板と前記補色フィルタとの間に形成され、前記補色フィルタを透過した入射光を光電変換する光電変換膜と、
    　前記光電変換膜と前記補色フィルタとの間に形成された透明電極と、
    　前記半導体基板と前記光電変換膜との間に形成された画素電極と、
    　前記半導体基板の内部に形成され、前記光電変換膜を透過した入射光を光電変換するフォトダイオードと、
    　前記光電変換膜及び前記フォトダイオードで生成された信号電荷を電圧信号として前記信号線に出力する画素回路とを有し、
    　前記補色フィルタは、入射光のうちの第１補色の光を選択的に透過させ、
    　前記光電変換膜は、前記補色フィルタを透過した光のうちの第２補色の光を選択的に透過させる
    　固体撮像装置。
  2. 　前記複数の単位画素セルは、第１単位画素セル及び第２単位画素セルを含み、
    　前記第１単位画素セルにおいて、前記第１補色は黄色であり、
    　前記第２単位画素セルにおいて、前記第１補色はシアンであり、
    　前記第１単位画素セル及び前記第２単位画素セルにおいて、前記第２補色はマゼンダである
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 　前記半導体基板を上方からみたとき、隣り合う列の前記単位画素セルの前記画素電極の重心は、列方向にずれている
    　請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
  4. 　前記補色フィルタは、１つの前記フォトダイオードに対して１つ設けられ、
    　前記半導体基板を上方からみたとき、前記画素電極の重心は、前記補色フィルタの重心に対してずれている
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  5. 　１つの前記単位画素セルは、２つの前記フォトダイオードと、前記２つのフォトダイオードの信号電荷を電圧信号として前記信号線に出力する１つの前記画素回路とを有し、
    　前記画素電極は、前記２つのフォトダイオードに対して１つ設けられる
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  6. 　前記１つの単位画素セルは、前記第１補色としての異なる２つの補色の光を選択的に透過させる２つの前記補色フィルタを、前記２つのフォトダイオードに対応付けて有する
    　請求項５に記載の固体撮像装置。
  7. 　前記第１補色としての２つの補色は、黄色及びシアンであり、
    　前記第２補色は、マゼンダである
    　請求項６に記載の固体撮像装置。
  8. 　前記半導体基板を上方からみたとき、隣り合う列の前記単位画素セルの前記画素電極の重心は、列方向にずれている
    　請求項５～７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  9. 　前記半導体基板を上方からみたとき、前記画素電極の重心は、前記補色フィルタの重心に対してずれている
    　請求項８に記載の固体撮像装置。
  10. 　前記半導体基板を上方からみたとき、前記画素電極の重心は、前記補色フィルタの重心と一致する
    　請求項８に記載の固体撮像装置。
  11. 　前記画素回路は、前記画素電極及び前記フォトダイオードと接続されたゲート電極を有し、前記ゲート電極の電位に応じた信号電圧を出力する増幅トランジスタと、前記ゲート電極の電位をリセットするリセットトランジスタと、前記ゲート電極と前記フォトダイオードとの間に設けられた転送トランジスタとを有する
    　請求項１～１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  12. 　請求項１～１１のいずれか１項に記載の固体撮像装置を備える
    　カメラ。
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