(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一方の側に形成された受光面と、
前記半導体基板の前記受光面とは反対側に形成された回路形成面と、
同一の画素内で前記受光面側から深さ方向に積層されてカラーフィルタを介さずに光が入射される、ｐｎ接合を有する無機光電変換部及び有機光電変換膜を有する有機光電変換部と、
前記半導体基板を貫通して形成された、１対の導電性プラグと
を有し、
前記無機光電変換部及び有機光電変換部の信号が前記回路形成面に読み出され、前記有機光電変換部の信号は前記導電性プラグを通じて前記回路形成面に読み出される
固体撮像装置。
【請求項２】
縦方向に積層された第１色用の有機光電変換部と、第２色用の無機光電変換部と、第３色用の無機光電変換部とを有する
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記半導体基板に形成された前記無機光電変換部と、
前記半導体基板の受光面側の裏面上層に形成された電極で挟まれた有機膜により構成された前記有機光電変換部と
を有し、
前記有機膜を挟む電極のうち、前記半導体基板に近い側の電極の電位が、前記半導体基板から遠い側の電極の電位より低く設定される
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記半導体基板の裏面と前記半導体基板に近い側の電極との間にハフニウム酸化膜を含む絶縁膜を有する
請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記半導体基板の受光面側の裏面に、前記有機光電変換部の信号を読み出す薄膜トランジスタを有する
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記導電性プラグが複数の画素で共有される
請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第１色用の有機光電変換部、前記第２色用の無機光電変換部及び前記第３色用の無機光電変換部に対応して、３つのフローティングディフージョン部を有する
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項８】
半導体基板の各画素となる領域に、ｐｎ接合を有する無機光電変換部と、前記半導体基板を貫通する１対の導電性プラグを形成する工程と、
前記半導体基板の回路形成面となる表面側に画素トランジスタを形成し、半導体基板の表面上に多層配線層を形成する工程と、
前記半導体基板の受光面となる裏面側に絶縁膜を介して前記１対の導電性プラグに接続される１対の透明の下部電極を形成する工程と、
無機光電変換部上に対応する一方の下部電極上に有機光電変換膜を形成し、該有機光電変換膜上に、前記他方の下部電極に接続される上部電極を形成して第１色用の有機光電変換部を形成する工程
を有する固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記有機光電変換膜及び前記上部電極を選択除去した後の端面を保護する保護用絶縁膜を形成し、別の導電膜を介して、前記上部電極を前記他方の下部電極に接続する工程を有する
請求項８記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
半導体基板の各画素となる領域に、ｐｎ接合を有する無機光電変換部と、前記半導体基板を貫通する導電性プラグを形成する工程と、
前記半導体基板の回路形成面となる表面側に画素トランジスタを形成し、半導体基板の表面上に多層配線層を形成する工程と、
前記半導体基板の受光面となる裏面側に絶縁膜を介して、一方のソース／ドレインが第１の前記導電性プラグに接続されるボトムゲート型の薄膜トランジスタを形成する工程と、
第２の前記導電性プラグに接続される下部電極を形成する工程と、
前記下部電極上に有機光電変換膜を形成し、前記有機光電変換膜上に、一端が前記薄膜トランジスタの他方のソース／ドレインに接続される上部電極を形成して有機光電変換部を形成する工程
を有する固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
光学系と、
固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備え、
前記固体撮像装置は、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の固体撮像装置の構成である
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置とその製造方法、及びこの固体撮像装置を備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサと、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサとに代表される２種類の固体撮像装置に大別される。近年、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサでは、画素サイズの縮小と共に単位画素に入射するフォトン数の減少にために感度が低下し、Ｓ／Ｎの低下が生じてくる。また、現在広く用いられている、赤、緑及び青の画素を平面上に並べた画素配列、例えば原色カラーフィルタを用いたベイヤー配列の場合、赤画素では、緑と青の光がカラーフィルタを透過せず光電変換に用いられないために、感度の面で損失している。また、画素間の補間処理を行い色信号を作ることに伴う、偽色という問題が生じる。
【０００３】
それらの問題を解決する方法として、特許文献１では、同一の画素の深さ方向に緑、青、赤の光電変換部を積層した固体撮像装置が提案されている。この固体撮像装置では、シリコン基板内の深さ方向に青のフォトダイオード（光電変換部）と赤のフォトダイオード（光電変換部）が形成され、シリコン基板の受光面側の表面上層に配線層を介して緑の有機光電変換膜を電極で挟んだ有機光電変換部とを有して成る。特許文献１の構造を用いれば、上述したカラーフィルタでの光の損失を生じないために感度を向上すると共に、画素間の補間処理を行わないために偽色が発生しないという効果が期待できる。
【０００４】
また、特許文献２には、裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサにおいて、カラーフィルタと、深さ方向に積層したフォトダイオードによる光電変換部と有機光電変換膜とを有した構成が開示されている。この特許文献２の固体撮像素子は、イエローとシアンを市松模様に配置したカラーフィルタを有し、それぞれのイエロー及びシアンフィルタに対応して赤、青のフォトダイオードによる光電変換部が配置される。さらに、各フォトダイオードの上層に有機光電変換部が配置される。この固体撮像装置では、有機光電変換部から緑の信号を取り出し、イエローフィルタ下のフォトダイオードから赤の信号を取り出し、シアンフィルタ下から青の信号を取り出すようになされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１２７９６号公報
【特許文献２】特開２００８−２５８４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に示すように、有機と無機のハイブリッド光電変換部では、光電変換を行うＳｉのフォトダイオードと、上層の有機光電変換部との間に配線層が介在しており、フォトダイオードと有機光電変換部との間の距離が大きくなっている。このような構造の固体撮像装置では、カメラレンズのＦ値を変化させた場合に、オンチップレンズからの距離が近い有機光電変換部については斜め光の影響が小さく、感度の変動が小さい。しかし、オンチップレンズからの距離が遠く、斜め光の影響が大きいＳｉのフォトダイオードによる光電変換部では、感度の変動が大きくなってしまう。つまり、有機と無機のハイブリッド光電変換部を有する構造を用いる場合には、Ｆ値に伴い各色の分光のバランスが変動してしまうことになる。このため、Ｆ値のメカニカルな制御と同期したリニアマトリクス処理を行わない限り、色が光学ズームの倍率毎に色が変化してしまう。そのような制御をすることは原理的に不可能ではないが、レンズの制御と同期した信号処理を行うようなデジタル信号処理（ＤＳＰ）等を搭載することは、高コスト化につながり、一般的なＤＳＰ等への適用は現実的でない。
【０００７】
本発明は、上述の点に鑑み、有機と無機のハイブリッド光電変換部を有する構成において、各色のＦ値依存を抑制して各色間の感度の変動を抑制できる、固体撮像装置とその製造方法を提供するものである。
また、本発明は、係る固体撮像装置を備えたカメラ等の電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板の一方の側に形成された受光面と、半導体基板の受光面とは反対側に形成された回路形成面と、同一の画素内で受光面側から深さ方向に積層された無機光電変換部と有機光電変換部を有する。すなわち、本発明の固体撮像装置は、同一の画素内で受光面側から深さ方向に積層されてカラーフィルタを介さずに光が入射される、ｐｎ接合を有する無機光電変換部及び有機光電変換膜を有する有機光電変換部と、半導体基板を貫通して形成された、１対の導電性プラグとを有する。無機光電変換部及び有機光電変換部の信号は回路形成面に読み出され、有機光電変換部の信号は導電性プラグを通じて回路形成面に読み出される。
【０００９】
本発明の固体撮像装置では、回路形成面が受光面とは反対側に形成された裏面照射型に構成され、無機光電変換部と有機光電変換部がその間に回路、配線等が形成されないので、同一画素内の無機光電変換部と有機光電変換を互いに距離を近づけることができる。
【００１０】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の各画素となる領域に、ｐｎ接合を有する無機光電変換部と、半導体基板を貫通する１対の導電性プラグを形成する工程を有する。次に、半導体基板の回路形成面となる表面側に画素トランジスタを形成し、半導体基板の表面上に多層配線層を形成する工程を有する。次に、半導体基板の受光面となる裏面側に絶縁膜を介して前記１対の導電性プラグに接続される１対の透明の下部電極を形成する工程を有する。次に、無機光電変換部上に対応する一方の下部電極上に有機光電変換膜を形成し、この有機光電変換膜上に、他方の下部電極に接続される上部電極を形成して有機光電変換部を形成する工程を有する。
【００１１】
本発明の固体撮像装置の製造方法では、半導体基板に無機光電変換部を形成し、半導体基板の表面側に多層配線層を形成し、裏面側に絶縁膜を介して有機光電変換部を形成するので、有機光電変換部が無機光電変換部に対して距離を近づけて形成することができる。
【００１２】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の各画素となる領域に、ｐｎ接合を有する無機光電変換部と、半導体基板を貫通する導電性プラグを形成する工程を有する。次に、半導体基板の回路形成面となる表面側に画素トランジスタを形成し、半導体基板の表面上に多層配線層を形成する工程を有する。次に、半導体基板の受光面となる裏面側に絶縁膜を介して、一方のソース／ドレインが第１の前記導電性プラグに接続されるボトムゲート型の薄膜トランジスタを形成する工程と、第２の前記導電性プラグに接続される下部電極を形成する工程を有する。さらに、下部電極上に有機光電変換膜を形成し、有機光電変換膜上に、一端が薄膜トランジスタの他方のソース／ドレインに接続される上部電極を形成して有機光電変換部を形成する工程を有する。
【００１３】
本発明の固体撮像装置の製造方法では、半導体基板に無機光電変換部を形成し、半導体基板の表面側に多層配線層を形成し、裏面側に絶縁膜を介して有機光電変換部を形成するので、有機光電変換部が無機光電変換部に対して距離を近づけて形成することができる。
【００１４】
本発明に係る電子機器は、光学系と、固体撮像装置と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備える。固体撮像装置は、本発明に係る固体撮像装置の構成である。
【００１５】
本発明の電子機器では、固体撮像装置において、裏面照射型に構成され、無機光電変換部と有機光電変換部がその間に回路、配線等が形成されないので、同一画素内の無機光電変換部と有機光電変換を互いに距離を近づけることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る固体撮像装置によれば、無機光電変換部と有機光電変換とを互いに距離を近づけることができるので、各色のＦ値依存を抑制することができ、各色間の感度の変動を抑制することができる。
【００１７】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法によれば、有機光電変換部が無機光電変換部に対して距離を近づけて形成することができるので、各色のＦ値依存を抑制し、各色間の感度の変動を抑制した固体撮像装置を製造することができる。
【００１８】
本発明に係る電子機器によれば、裏面照射型として同一の画素内で無機光電変換部と有機光電変換を互いに距離を近づけて構成した固体撮像装置を備えるので、各色のＦ値依存を抑制し、各色間の感度の変動を抑制でき、高品質の電子機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る固体撮像装置の第１実施の形態を示す要部の構成図である。
【図２】第１実施の形態に係る固体撮像装置の要部の断面図である。
【図３】第１実施の形態におえる転送トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３を示す断面図である。
【図４】第１実施の形態におえる転送トランジスタＴｒ１１を示す断面図である。
【図５】第１実施の形態の駆動の説明に供する概略断面図である。
【図６】第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その１）である。
【図７】第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その２）である。
【図８】第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その３）である。
【図９】第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その４）である。
【図１０】第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その５）である。
【図１１】第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その６）である。
【図１２】第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その７）である。
【図１３】第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その８）である。
【図１４】第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その９）である。
【図１５】第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その１０）である。
【図１６】第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その１１）である。
【図１７】第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その１２）である。
【図１８】本発明に係る固体撮像装置の第２実施の形態を示す要部の構成図である。
【図１９】第２実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その１）である。
【図２０】第２１実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その２）である。
【図２１】第２実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その３）である。
【図２２】第２実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その４）である。
【図２３】第２実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その５）である。
【図２４】第２実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その６）である。
【図２５】第２実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その７）である。
【図２６】第２実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その８）である。
【図２７】第２実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その９）である。
【図２８】第２実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その１０）である。
【図２９】第２実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その１１）である。
【図３０】本発明に係る固体撮像装置の第３実施の形態を示す要部の構成図である。
【図３１】第３実施の形態におえる転送トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３を示す断面図である。
【図３２】第３実施の形態におえる転送トランジスタＴｒ１１を示す断面図である。
【図３３】本発明に係る固体撮像装置の第４実施の形態を示す要部の構成図である。
【図３４】本発明に係る固体撮像装置の第５実施の形態を示す要部の構成図である。
【図３５】本発明に係る固体撮像装置の第６実施の形態を示す要部の構成図である。
【図３６】第６実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その１）である。
【図３７】第６実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その２）である。
【図３８】第６実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その３）である。
【図３９】第６実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その４）である。
【図４０】第６実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その５）である。
【図４１】第６実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その６）である。
【図４２】第６実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その７）である。
【図４３】第６実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その８）である。
【図４４】第６実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その９）である。
【図４５】第６実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図（その１０）である。
【図４６】本発明に係る固体撮像装置の第７実施の形態を示す要部の構成図である。
【図４７】第７実施の形態の要部の回路構成図である。
【図４８】本発明に係る固体撮像装置の第８実施の形態を示す要部の模式的構成図である。
【図４９】図４４の模式的断面図である。
【図５０】第６実施の形態に係る固体撮像装置の転送トランジスタの変形例を示す模式的断面図である。
【図５１】ＣＭＯＳ固体撮像装置の概略構成図である。
【図５２】本発明に係る電子機器の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、発明を実施するための形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．ＣＭＯＳ固体撮像装置の概略構成例
２．第１実施の形態（固体撮像装置の構成例、及びその製造方法の例）
３．第２実施の形態（固体撮像装置の構成例、及びその製造方法の例）
４．第３実施の形態（固体撮像装置の構成例）
５．第４実施の形態（固体撮像装置の構成例）
６．第５実施の形態（固体撮像装置の構成例）
７．第６実施の形態（固体撮像装置の構成例、及びその製造方法）
８．第７実施の形態（固体撮像装置の構成例）
９．第８実施の形態（固体撮像装置の構成例）
１０．第９実施の形態（電子機器の構成例）
【００２１】
＜１．ＣＭＯＳ固体撮像装置の概略構成例＞
図５１に、本発明の各実施の形態に適用されるＣＭＯＳ固体撮像装置の一例の概略構成を示す。本例の固体撮像装置１は、図５１に示すように、半導体基板１１例えばシリコン基板に光電変換部を含む複数の画素２が規則的に２次元的に配列された画素部（いわゆる撮像領域）３と、周辺回路部とを有して構成される。画素２は、光電変換部と、複数の画素トランジスタ（いわゆるＭＯＳトランジスタ）を有して成る。複数の画素トランジスタは、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ及び増幅トランジスタの３つのトランジスタで構成することができる。その他、選択トランジスタ追加して４つのトランジスタで構成することもできる。単位画素の等価回路は通常と同様であるので、詳細説明は省略する。また、画素としては、複数の光電変換部が転送トランジスタを除く他の画素トランジスタを共有し、且つフローティングディフージョンを共有する、いわゆる画素共有構造を適用することもできる。
【００２２】
周辺回路部は、垂直駆動回路４と、カラム信号処理回路５と、水平駆動回路６と、出力回路７と、制御回路８などを有して構成される。
【００２３】
制御回路８は、入力クロックと、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また固体撮像装置の内部情報などのデータを出力する。すなわち、制御回路８では、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基いて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、これらの信号を垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６等に入力する。
【００２４】
垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素駆動配線を選択し、選択された画素駆動配線に画素を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素を駆動する。すなわち、垂直駆動回路４は、画素領域３の各画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線９を通して各画素２の光電変換素子となる例えばフォトダイオードにおいて受光量に応じて生成した信号電荷に基く画素信号をカラム信号処理回路５に供給する。
【００２５】
カラム信号処理回路５は、画素２の例えば列ごとに配置されており、１行分の画素２から出力される信号を画素列ごとにノイズ除去などの信号処理を行う。すなわちカラム信号処理回路５は、画素２固有の固定パターンノイズを除去するためのＣＤＳや、信号増幅、ＡＤ変換等の信号処理を行う。カラム信号処理回路５の出力段には水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線１０との間に接続されて設けられる。
【００２６】
水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を水平信号線１０に出力させる。
【００２７】
出力回路７は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１０を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。例えば、バファリングだけする場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理などが行われる場合もある。入出力端子１２は、外部と信号のやりとりをする。
【００２８】
＜２．第１実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１に、本発明に係る固体撮像装置の第１実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、ＣＭＯＳ固体撮像装置である。同図は、ＣＭＯＳ固体撮像装置の画素部における１つの画素２０の断面図である。
【００２９】
第１実施の形態に係る固体撮像装置２１は、同一の画素、すなわち１つの画素内に、深さ方向に積層した、１つの有機光電変換部３９と、２つのｐｎ接合を有する無機光電変換部ＰＤ１及びＰＤ２とを有して構成される。より詳しくは、固体撮像装置２１は、後述の無機光電変換部が形成される半導体基板（シリコン基板）２２を有し、基板２２の裏面２３側に光が入射される受光面が形成され、基板２２の表面２４側にいわゆる読み出し回路等を含む回路が形成される。すなわち固体撮像装置２１では、基板２２の裏面２３側の受光面２５と、受光面２５とは反対側の基板表面２４側に形成された回路形成面２６とを有する。半導体基板２２は、第１導電型、例えばn型の半導体基板で構成される。
【００３０】
半導体基板２２内には、裏面２３側から深さ方向に積層されるように、２つのｐｎ接合を有する無機光電変換部、すなわち第１フォトダイオードＰＤ１と第２フォトダイオードＰＤ２が形成される。半導体基板２２内では、裏面２３側から深さ方向に向かって、ホール蓄積層となるｐ型半導体領域２８と、電荷蓄積層となるｎ半導体領域２９と、ｐ型半導体領域３１と、電荷蓄積層となるｎ型半導体領域３２と、ｐ型半導体領域３３が形成される。ｎ型半導体領域２９を電荷蓄積層とする第１フォトダイオードＰＤ１が形成され、ｎ型半導体領域３２を電荷蓄積層とする第２フォトダイオードＰＤ２が形成される。
【００３１】
本例では、第１フォトダイオードＰＤ１が青色用となり、第２フォトダイオードＰＤ２が赤色用となる。それぞれのｎ型半導体領域２９及び３２は、その一部が基板２２の表面２４に達するように延長して形成される。それぞれの延長部２９ａ及び３２ａは、それぞれのｎ型半導体領域２９及び３２の互いに反対側の端部から延長される。また、ホール蓄積層となるｐ型半導体領域２８は、表面側のｐ型半導体ウェル領域に接続される。さらに少なくとも、第１フォトダイオードＰＤ１のｎ型半導体領域２９、及び第２フォトダイオードＰＤ２のｎ型半導体領域３２のそれぞれ基板表面２４に臨む絶縁膜との界面に、ホール蓄積層となるｐ型半導体領域が形成される。
【００３２】
一方、第１及び第２のフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２が形成された領域の基板裏面の上層に、絶縁膜３４を介して有機光電変換膜３６がその上下両面を上部電極３７と下部電極３８ａで挟まれて構成された第１色用の有機光電変換部３９が積層される。本例では有機光電変換部３９が緑色用となる。上部電極３７及び下部電極３８ａは、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜、酸化インジウム亜鉛膜等の透明導電膜で形成される。
【００３３】
上例では、色の組合せとして、有機光電変換部３９を緑色、第１フォトダイオードＰＤ１を青色、第２フォトダイオードＰＤ２を赤色としたが、その他の色の組合せも可能である。例えば、有機光電変換部３９を赤色、あるいは青色とし、第１フォトダイオードＰＤ１及び第２フォトダイオードＰＤ２を、その他の対応する色に設定することができる。この場合、色に応じて第１、第２フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２の深さ方向の位置が設定される。
【００３４】
緑の波長光で光電変換する有機光電変換膜としては、例えばローダーミン系色素、メラシアニン系色素、キナクリドン等を含む有機光電変換材料を用いることができる。赤の波長光で光電変換する有機光電変換膜としては、フタロシアニン系色素を含む有機光電変換材料を用いることができる。青の波長光で光電変換する有機光電変換膜としては、クマリン系色素、トリス−８−ヒドリキシキノリンＡｌ（Ａｌｑ３）、メラシアニン系色素等を含む有機光電変換材料を用いることができる。
【００３５】
有機光電変換部３９では、絶縁膜３４上に、２分割された透明の下部電極３８ａ及び３８ｂが形成され、両下部電極３８ａ及び３８ｂ間を絶縁分離するための絶縁膜４１が形成される。そして、一方の下部電極３８ａ上に有機光電変換膜３６とその上の透明の上部電極３７が形成される。パターニングされた上部電極３７と有機光電変換膜３６の端面、エッチングによりパターニンされた端面を保護する絶縁膜４２が形成され、その状態で、別の導電膜によるコンタクトメタル層４３を介して上部電極３７が他方の下部電極３８ｂに接続される。
【００３６】
保護用絶縁膜を形成することにより、有機光電変換膜の端面が保護され、有機光電変換膜と電極との接触を抑制できる。上部電極３７は仕事関数を考慮して電極材料が選ばれるので、有機光電変換膜の端面、すなわち側壁で異なる電極材料が接触すると有機光電変換膜側壁での暗電流の発生の可能性がある。また、有機光電変換膜３６と上部電極３７は、一貫して成膜されるので、きれいな界面が形成される。しかし、ドライエッチングなどでパターニンした後の有機光電変換膜３６の側壁はきれいな面でなく、しかも異なる電極材料が接触すると、界面が悪くなり暗電流が増加する可能性がある。
【００３７】
１つの画素２０内における半導体基板２２には、半導体基板２２を貫通する１対の導電性プラグ４５及び４６が形成される。有機光電変換部３９の下部電極３８ａは、一方の導電性プラグ４５に接続され、上部電極３７に接続した下部電極３８ｂは、他方の導電性プラグ４６に接続される。導電性プラグ４５は下部電極に対し１つ存在すればよいので、画素ごとに上部電極を分離しなければ、画素領域全体で少なくとも１つの導電性プラグが存在すればよい。
【００３８】
導電性プラグ４５及び４６としては、例えば、Ｓｉとの短絡を抑制するために、ＳｉＯ２もしくは、ＳｉＮ絶縁層を周辺に有するＷプラグ、あるいは、イオン注入による半導体層等により形成することができる。本例では信号電荷を電子としているので、導電性プラグ４５は、イオン注入による半導体層で形成する場合、ｎ型半導体層となる。上部電極はホールを引き抜くのでｐ型が好ましい。
【００３９】
本例では、有機光電変換部３９で光電変換された電子・ホール対のうち、信号電荷となる電子を上部電極３７及び導電性プラグを通じて蓄積するために、基板２２の表面側に電荷蓄積用のｎ型領域４７が形成される。
【００４０】
半導体基板２２の裏面２３上の絶縁膜３４としては、負の固定電荷を有する膜を用いるのが好ましい。負の固定電荷を有する膜としては、例えば、図２に示すように、ハフニウム酸化膜３４２を用いるのが好ましい。すなわち、この絶縁膜３４は、裏面２３より順次シリコン酸化膜３４１、ハフニウム酸化膜３４２及びシリコン酸化膜３４３を成膜した３層構造にて形成する。ハフニウム酸化膜３４２は、負の固定電荷を有しているので、後述するように、ｐ型半導体領域（シリコン）２８のシリコンと絶縁膜３４との界面のホール蓄積状態が強化されるので、暗電流の発生を抑制する上で有利となる。
【００４１】
基板２２の表面側の回路形成面２６では、有機光電変換部３９、第１フォトダイオードＰＤ１、第２フォトダイオードＰＤ２のそれぞれに対応する複数の画素トランジスタが形成される。複数の画素トランジスタとしては、前述の４トランジスタ構成、３トランジスタ構成を適用できる。また、前述した画素トランジスタを共有した構成も適用できる。図１の断面とは異なる断面で示す図３及び図４に、画素トランジスタを模式的に示す。図３及び図４では、各複数の画素トランジスタのうち、それぞれ転送トランジスタを代表して示している。すなわち、有機光電変換部３９では、図４に示すように、電荷蓄積用のｎ型半導体領域４７が、フローティングディフージョン部となるｎ型半導体領域４８と、転送ゲート電極４９を有した転送トランジスタＴｒ１１に接続される。第１フォトダイオードＰＤ１では、図３に示すように、電荷蓄積層となるｎ型半導体領域２９の延長部２９ａが、フローティングディフージョン部となるｎ型半導体領域５１と、転送ゲート電極５２を有した転送トランジスタＴｒ１２に接続される。第２フォトダイオードＰＤ２では、図３に示すように、電荷蓄積層となるｎ型半導体領域３２の延長部３２ａが、フローティングディフージョン部となるｎ型半導体領域５３と、転送ゲート電極５４を有した転送トランジスタＴｒ１３に接続される。
【００４２】
なお、図１に、配置場所が異なるも、便宜的に図３及び図４で示す転送トランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１３をゲート電極４９、５２、５４で示す。以下の各実施の形態においても同様とする。
【００４３】
そして、少なくとも、第１及び第２のフォトダイオードダイードＰＤ１及びＰＤ２を構成するｎ型半導体領域２９ａ，３２ａの基板表面２４に臨む、絶縁膜との界面にホール蓄積層となるｐ型半導体領域５０が形成される。図３では、ホール蓄積層となるｐ型半導体領域５０がｐ型半導体領域３３と絶縁膜との界面を含んで形成される。また、有機光電変換部３９における電荷蓄積用のｎ型半導体領域４７の基板表面２４に臨む、絶縁膜との界面にホール蓄積層となるｐ型半導体領域５０が形成される。上記転送トランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１３を含む画素トランジスタは、基板表面側のｐ型半導体ウェル領域に形成される。
【００４４】
なお、図示しないが、半導体基板２２の表面側では、画素部の画素トランジスタが形成されると共に、周辺回路部において、ロジック回路等の周辺回路が形成される。
【００４５】
半導体基板２２の表面上には、層間絶縁膜５６を介して複数層の配線５７を配置した多層配線層５８が形成される。この多層配線層５８に支持基板５９が貼り合わされる。
【００４６】
半導体基板２２の裏面側、より詳しくは、有機光電変換部３９の上部電極３７の面が受光面２５となる。そして、有機光電変換部３９上に平坦化膜６１を介して、オンチップレンズ６２が形成される。本例ではカラーフィルタが形成されない。
【００４７】
第１実施の形態に係る固体撮像装置２１の動作（駆動方法）を説明する。この固体撮像装置２１は、基板裏面側から光が照射される、いわゆる裏面照射型の固体撮像装置として構成される。本例においては、有機光電変換部３９の下部電極３８ａに、多層配線層５８の所要の配線５７を通じて、固定の負電圧ＶＬ（＜０Ｖ）が印加され、電荷蓄積時の上部電極３７に下部電極３８ａの電圧ＶＬより高い電圧ＶＵ（＞ＶＬ）、例えば電源電圧が印加される。つまり、半導体基板２２に近い側の下部電極３８ａに負電圧ＶＬが印加される。ホール蓄積層となるｐ型半導体領域２８には延長部２８ａを通じて、所要の配線５７から０Ｖが印加される。
【００４８】
電荷蓄積時に上部電極３７に高い電圧ＶＨが印加される状態となることについて、図５を参照して説明する。なお、図５は、有機光電変換部３９を模式的に示している。リセット時、リセットトランジスタＴｒ２及び転送トランジスタＴｒ１１がオンして、フローティングディフージョン部（ＦＤ）であるｎ型半導体領域４８と電荷蓄積用のｎ型半導体領域４７とが電源電圧ＶＤＤにリセットされる。その後、リセットトランジスタＴｒ２及び転送トランジスタＴＲ１１がオフして電荷蓄積状態になると、ｎ型半導体領域４７及びこれに通じる上部電極３７の電位は、蓄積された電荷に応じて変動し、それが信号電位となる。
【００４９】
電荷蓄積時、１つの画素２０にカラーフィルタを介さずに光が入射されると、緑の波長光は、緑の波長光に吸収特性を有する有機光電変換膜３６において光電変換される。この光電変換により生成された電子・ホール対のうち、信号電荷となる電子が、高い電位ＶＵの上部電極３７に引かれ、導電性プラグ４６を通じてｎ型半導体領域４７に蓄積される。光電変換されたうちのホール（正孔）は、負電極にＶＬの下部電極３８ａに引かれ、導電性プラグ４５及び所要の配線５７を通じて排出される。青の波長光は、半導体基板２２の裏面に近い浅いところに形成された第１フォトダイオードＰＤ１に吸収され、光電変換されて、青色に対応する信号電荷がｎ型半導体領域２９に蓄積される。赤の波長光は、半導体基板２２の裏面から深いところに形成された第２フォトダイオードＰＤ２に吸収され、光電変換されて、赤色に対応する信号電荷がｎ型半導体領域３２に蓄積される。
【００５０】
電荷読み出し時、転送トランジスタＴｒ１１、Ｔｒ１２、Ｔｒ１３がオンする。各転送トランジスタがオンすることにより、蓄積された有機光電変換部３９、第１フォトダイオードＰＤ１及び第２フォトダイオードＰＤ２の各信号電荷（電子）は、それぞれ対応するフローティングディフージョン部（ＦＤ）４８、５１，５４に転送される。そして、これより、赤、緑及び青の各画素信号は、他の画素トランジスタを通じて垂直信号線に読み出され、出力される。
【００５１】
第１実施の形態に係る固体撮像装置２１によれば、裏面照射型として、有機光電変換部３９と、第１フォトダイオードＰＤ１及び第２フォトダイオードＰＤ２とが、深さ方向に積層して形成される。この構成により、第１フォトダイオードＰＤ１と有機光電変換部３９との距離を近づけることができる。すなわち、第１フォトダイオードＰＤ１と有機光電変換部３９との間には多層配線層５８が存在しないので、第１フォトダイオードＰＤ１と有機光電変換部３９との間の距離は近くなる。勿論、第１フォトダイオードＰＤ１と第２フォトダイオードＰＤ２との距離は極めて近い。従って、赤、緑、青の各色のＦ値依存が抑制され、Ｆ値を変化させた場合でも、色毎の分光のバランスを変動させることがない。すなわち、各色間の感度の変動を抑制することができる。
【００５２】
電荷蓄積時、有機光電変換部３９の下部電極３８ａには、負電圧ＶＬが印加されるので、この負電圧ＶＬにより第１フォトダイオードＰＤ１のホール蓄積層であるｐ型半導体領域２８の正孔濃度が増える傾向になる。このため、ｐ型半導体領域２８の絶縁膜３４との界面の、暗電流の発生を抑制することができる。
【００５３】
因みに、下部電極の電圧ＶＬを０Ｖより高い電圧（ＶＬ＞０Ｖ）とし、上部電極の電圧ＶＵを下部電極の電圧ＶＬより低い電圧（ＶＵ＞ＶＬ）として電荷蓄積を行った場合には、第１フォトダイオードＰＤ１のホール蓄積層のホール濃度が減る傾向になる。従って、ホール蓄積層におけるホール蓄積状態が弱くなり、暗電流が悪化し易くなる。なお、この場合は、有機光電変換膜で光電変換した電子・ホール対のうち、信号電荷となる電子が下部電極に流れて電荷蓄積層に蓄積されることになる。この際には、下部電極が接続された導電性プラグの先に電荷蓄積層を形成する必要がある。
【００５４】
さらに、本実施の形態では、第１フォトダイオードＰＤ１上の絶縁膜３４として、例えば、図２に示す負の固定電荷を有するハフニウム酸化（ＨｆＯ２）膜を用いているので、ホール蓄積層であるｐ型半導体領域２８において、ホール蓄積状態が強化される。上記の有機光電変換部３９の下部電極３８ａを負電位とすることと相俟って、よりホール蓄積状態を強化することができ、シリコンと絶縁膜との界面からの暗電流を更に抑制することができる。
【００５５】
本実施の形態においても、１つの画素内に赤、緑及び青の光電変換部を積層して有するので、カラーフィルタを不要とし、入射光の損失がなく、感度の向上が図れる。また、同一の画素から赤、緑及び青の色信号が取り出せるので、画素間の補間処理が不要となり、偽色が発生しない。
【００５６】
表面照射型において、多層配線層上に有機光電変換部を形成し、半導体基板中に２色分の光電変換部となるフォトダイオードを形成した場合には、有機光電変換部の開口率のみが大きくなり、他の２色のフォトダイオードの開口率が小さくなってしまう。これに対して、本実施の形態では、裏面照射型とすることで、有機光電変換部のみならず、半導体基板中の２つのフォトダイオードの開口率も向上する。これにより、本実施の形態の固体撮像装置は、単純に３色分のフォトダイオードを積層する場合よりも感度を最大原に高めることができる。
なお、上例では、上部電極３７の電位を正の電位にし、下部電極３８ａの電位を負の電位としたが、下部電極３８ａの電位を上部電極の電位よりは低い正の弱い電位とすることができる。この場合も、上部電極３７から信号電荷である電子を引き出し、転送トランジスタＴｒ１１を通じて読み出すことができる。
【００５７】
［固体撮像装置の製造方法の例］
図６〜図１７に、第１実施の形態に係る固体撮像装置２１の製造方法の実施の形態を示す。同図は、１つの画素に対応する要部のみを示す。
先ず、図６に示すように、シリコン基体６４上にシリコン酸化膜６５を介してシリコン層２２が形成されたいわゆるＳＯＩ基板６６を用意する。なお、このシリコン層２２は、前述の半導体基板２２に相当するものである。このシリコン層２２はｎ型のシリコン層で形成される。
【００５８】
次に、図７に示すように、各１つの画素に対応するシリコン層２２に、シリコン層２２を貫通する１対の導電性プラグ４５及び４６を形成する。導電性プラグ４５及び４６は、例えば、イオン注入による導電性不純物半導体層、または絶縁膜ＳｉＯ２または、ＳｉＮとバリアメタルＴｉＮとタングステン（Ｗ）を埋め込む貫通ビア構造等により形成することができる。
【００５９】
次に、シリコン層２２内の深さの異なる位置に、互いに積層するように第２色用の第１フォトダイオードＰＤ１、及び第３色用の第２フォトダイオードＰＤ２を形成する。本例では、第１フォトダイオードＰＤ１を青の波長光を吸収するフォトダイオードとして形成する。第２フォトダイオードＰＤ２は、赤の波長光を吸収するフォトダイオードとして形成する。
【００６０】
また、図示しないが、転送トランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１３を含む複数の画素トランジスタ、さらに周辺回路部となる領域に、ロジック回路などの周辺回路を形成する。第１フォトダイオードＰＤ１は、シリコン層２２の裏面２３側に、ｐｎ接合が形成されるようにホール蓄積層となるｐ型半導体領域３４と電荷蓄積層となるｎ型半導体領域２９とをイオン注入で形成して構成される。ｐ型半導体領域２８及びｎ型半導体領域２９は、それぞれの一端から延長し、表面２４に達する延長部２８ａ及び２９ａを有して形成される。第２フォトダイオードＰＤ２は、シリコン層２２の表面２４側に、ｐｎ接合が形成されるように電荷蓄積層となるｎ型半導体領域３２をイオン注入で形成し、このｎ型半導体領域３２と下層の型半導体領域３１とにより構成される。ｎ型半導体領域３２は、その一端から延長し、表面２４に達する延長部３２ａを有して形成される。
【００６１】
転送トランジスタＴｒ１１は、フローティングディフージョン部（ＦＤ）となるｎ型半導体領域４８とゲート絶縁膜を介して形成した転送ゲート電極４９を有して形成される（図４参照）。転送トランジスタＴｒ１２は、フローティングディフージョン部（ＦＤ）となるｎ型半導体領域５１とゲート絶縁膜を介して形成した転送ゲート電極５２を有して形成される（図３参照）。転送トランジスタＴｒ１３は、フローティングディフージョン部（ＦＤ）となるｎ型半導体領域５３とゲート絶縁膜を介して形成した転送ゲート電極５４を有して形成される（図３参照）。
【００６２】
また、シリコン層２２の表面２４側に一方の導電性プラグ４６に接続する電荷蓄積層となるｎ型半導体領域４７を形成する（図４参照）。この場合、導電性プラグ４６はシリコン層２２を完全に貫通せず、ｎ型半導体領域４７に達するように形成される。ｎ型半導体領域４７、４８、５１，５３は、同じイオン注入工程で同時に形成することができる。さらに、ホール蓄積層となるｐ型半導体領域５０を形成する（図３、図４参照）。
【００６３】
次に、図８に示すように、シリコン層２２の表面２４上に、層間絶縁膜５６を介して複数層の配線５７を配置した多層配線層５８を形成する。
【００６４】
本例では、第１、第２のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２として、青と赤の波長光を吸収するフォトダイオードで示したが、前述したように、必ずしも組み合わせは青と赤の２色に限定されるものではない。
【００６５】
次に、図９に示すように、多層配線層５８上に、支持基板５９を貼り付ける。支持基板５９としては、例えばシリコン基板を用いることができる。
【００６６】
次に、図１０に示すように、当初のＳＯＩ基板６６のシリコン基体６４及びシリコン酸化膜６５を除去し、薄いシリコン層２２の裏面２３を露出させる。
【００６７】
次に、図１１に示すように、シリコン層２２の裏面２３上に絶縁膜３４を形成する。この絶縁膜３４は、シリコン層２２との界面準位を低減させ、またシリコン層２２と絶縁膜３４との界面からの暗電流の発生を抑制するために、界面準位が小さいことが望ましい。このような絶縁膜３４としては、前述の図２で示したような、例えば、ＡＬＤ（原子層堆積）法で成膜したハフニウム酸化（ＨｆＯ２）膜と、プラズマＣＶＤ（化学気相成長）法で成膜したシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜との積層構造膜を用いることができる。
【００６８】
次に、図１２に示すように、絶縁膜３４に対して、導電性プラグ４５及び４６が臨むコンタクト孔６７及び６８を形成する。次いで、コンタクト孔６７及び６８に臨む導電性プラグ４５及び４６に接続するように、絶縁膜３４上に下部電極３８を形成する。下部電極３８は、光が透過することが求められるため、例えばＩＴＯ等の透明導電膜で形成する。その後、下部電極３８を選択エッチングにより画素毎に分離すると共に、１つの画素内で２分割する。すなわち、下部電極３８ａ及び下部電極３８ｂに２分割する。なお、少なくとも、信号電荷を取り出す電極を画素ごとに分離すればよく、信号で無い電荷を引き抜く電極は画素領域全体で繋がっていても良い。一方の導電性プラグ４５が接続されている下部電極３８ａは、下層のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２に対向するように広く形成される。ＩＴＯ膜は、ドライエッチング゛、ウェットエッチング等でパターニングすることができる。ドライエッチングは、例えばＣｌ２とＢＣｌ３とＡｒとの混合エッチングガスを用いることができる。ウェットエッチングは、リン酸溶液、またはシュウ酸及びリン酸を含んだ混合溶液、などのエッチング液を用いることができる。
【００６９】
次に、図１３に示すように、下部電極３８ａと下部電極３８ｂとの間の段差を緩和するために、絶縁膜４１を形成する。この絶縁膜４１のボトムのテーパー角θ１は、好ましくは３０°以下とする。具体的には、感光性の絶縁膜でテーパーを形成したり、ＣＶＤ法で成膜したシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜を、テーパー形状のレジストマスクを用いてエッチバックすることで、所望のテーパー角を得ることができる。
【００７０】
次に、図１４に示すように、絶縁膜３４を含む全面に有機光電変換膜３６を形成する。さらに有機光電変換膜３６上に上部電極３７を形成する。本例では緑の波長光に対して光電変換する有機光電変換膜３６を形成する。緑の波長光に対して光電変換する有機膜としては、例えば前述したキナクリドンを用いることができる。キナクリドンは真空蒸着により形成できる。上部電極３７も透明であることが求められ、例えばスパッタ法で成膜できるＩＴＯ膜を用いることができる。
【００７１】
次に、図１５に示すように、上部電極３７及び有機光電変換膜３６の積層膜が画素毎に残るように、上部電極３７と有機光電変換膜３６をパターニングする。このパターニングは、上部電極３７に所要の電位を与えるべく、導電性プラグ４６と上部電極３７を接続することを目的とするものであり、絶縁膜４１上で終端するようにドライエッチングにより行う。
【００７２】
次に、図１６に示すように、有機光電変換膜３６のエッチング除去された側壁面を保護するために、有機光電変換膜３６と上部電極３７の側壁面を覆うように、保護用絶縁膜４２を形成する。
【００７３】
次に、図１７に示すように、保護用絶縁膜４２を被覆するように、上部電極３７と導電性プラグ４６が接続されている下部電極３８ｂとを接続するコンタクトメタル層４３を形成する。上部電極３７と下部電極３８ａとには、それぞれ導電性プラグ４６及び４５を通じて各々別系統の電位を与えることができる。
【００７４】
次に、有機光電変換部３９を含む表面上に平坦化膜６１を介してオンチップレンズ６２を形成し、図１に示す目的の固体撮像装置２１を得る。
【００７５】
本実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法によれば、裏面照射型であって、積層する１色の有機光電変換部３９と２色のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２とが近い距離に配置された固体撮像装置を製造することができる。すなわち、多層配線層５８を介することなく、フォトダイオードＰＤ１ＰＤ２の上層に、有機光電変換部３９を形成することができる。従って、赤、緑、青の各色のＦ値依存を抑制し、Ｆ値が変化させた場合でも、色毎の分光のバランスを変動させることがなく、各色間の感度の変動を抑制することができる固体撮像装置を製造することができる。
【００７６】
＜３．第２実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１８に、本発明に係る固体撮像装置の第２実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、ＣＭＯＳ固体撮像装置である。同図は、ＣＭＯＳ固体撮像装置の画素部における１つの画素２０の断面図である。
【００７７】
第２実施の形態に係る固体撮像装置７１は、第１実施の形態の変形例であり、有機光電変換膜３６の側壁面を保護する絶縁膜４２を省略し、有機光電変換部３９の上部電極３７を延長して直接他方の下部電極３８ｂに接続して構成される。その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００７８】
第２実施の形態の固体撮像装置７１の動作（駆動方法）は、第１実施の形態で説明したと同様である。
【００７９】
第２実施の形態に係る固体撮像装置７１によれば、上述の第１実施の形態と同様に、有機光電変換部３９と、２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２との距離が近づけられる。従って、各色のＦ値依存が抑制され、Ｆ値を変化させた場合でも、色毎の分光のバランスを変動させることがなく、各色間の感度の変動を抑制することができる。また、電荷蓄積時に下部電極３８ａに負の電圧が印加されるので、シリコンの絶縁膜３４との界面がホール蓄積状態となる。絶縁膜３４が負の固定電荷を有する場合には、さらにホール蓄積状態が強化され、暗電流の発生を抑制することがでる。その他、第１実施の形態で説明した効果を奏する。
【００８０】
さらに、第１実施の形態で形成した保護用の絶縁膜４２を省略し、直接上部電極３７を他方の下部電極３８ｂに接続した構成とすることにより、製造工程を簡素化することができる。
【００８１】
［固体撮像装置の製造方法の例］
図１９〜図２９に、第２実施の形態に係る固体撮像装置７１の製造方法の実施の形態を示す。同図は、１つの画素に対応する要部のみを示す。図１９〜図２６までの工程は、第１実施の形態の図６〜図１３の工程と同じである。
【００８２】
すなわち、図１９に示すように、シリコン基体６４上にシリコン酸化膜６５を介してシリコン層２２が形成されたいわゆるＳＯＩ基板６６を用意する。なお、このシリコン層２２は、前述の半導体基板２２に相当するものである。このシリコン層２２はｎ型のシリコン層で形成される。
【００８３】
次に、図２０に示すように、各１つの画素に対応するシリコン層２２に、シリコン層２２を貫通する１対の導電性プラグ４５及び４６を形成する。導電性プラグ４５及び４６は、例えば、イオン注入による導電性不純物半導体層、または絶縁膜ＳｉＯ２または、ＳｉＮとバリアメタルＴｉＮとタングステン（Ｗ）を埋め込む貫通ビア構造等により形成することができる。
【００８４】
次に、シリコン層２２内の深さの異なる位置に、互いに積層するように第２色用の第１フォトダイオードＰＤ１、及び第３色用の第２フォトダイオードＰＤ２を形成する。本例では、第１フォトダイオードＰＤ１を青の波長光を吸収するフォトダイオードとして形成する。第２フォトダイオードＰＤ２は、赤の波長光を吸収するフォトダイオードとして形成する。
【００８５】
また、転送トランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１３を含む複数の画素トランジスタ、さらに図示しないが、周辺回路部となる領域に、ロジック回路などの周辺回路を形成する。第１フォトダイオードＰＤ１は、シリコン層２２の裏面２３側に、ｐｎ接合が形成されるようにホール蓄積層となるｐ型半導体領域３４と電荷蓄積層となるｎ型半導体領域２９とをイオン注入で形成して構成される。ｐ型半導体領域２８及びｎ型半導体領域２９は、それぞれの一端から延長し、表面２４に達する延長部２８ａ及び２９ａを有して形成される。第２フォトダイオードＰＤ２は、シリコン層２２の表面２４側に、ｐｎ接合が形成されるように電荷蓄積層となるｎ型半導体領域３２をイオン注入で形成し、このｎ型半導体領域３２と下層の型半導体領域３１とにより構成される。ｎ型半導体領域３２は、その一端から延長し、表面２４に達する延長部３２ａを有して形成される。
【００８６】
転送トランジスタＴｒ１１は、フローティングディフージョン部（ＦＤ）となるｎ型半導体領域４８とゲート絶縁膜を介して形成した転送ゲート電極４９を有して形成される。転送トランジスタＴｒ１２は、フローティングディフージョン部（ＦＤ）となるｎ型半導体領域５１とゲート絶縁膜を介して形成した転送ゲート電極５２を有して形成される。転送トランジスタＴｒ１３は、フローティングディフージョン部（ＦＤ）となるｎ型半導体領域５３とゲート絶縁膜を介して形成した転送ゲート電極５４を有して形成される。
【００８７】
また、シリコン層２２の表面２４側に一方の導電性プラグ４６に接続する電荷蓄積層となるｎ型半導体領域４７を形成する。この場合、導電性プラグ４６はシリコン層２２を完全に貫通せず、ｎ型半導体領域４７に達するように形成される。ｎ型半導体領域４７、４８、５１，５３は、同じイオン注入工程で同時に形成することができる。
【００８８】
次に、図２１に示すように、シリコン層２２の表面２４上に、層間絶縁膜５６を介して複数層の配線５７を配置した多層配線層５８を形成する。
【００８９】
本例では、第１、第２のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２として、青と赤の波長光を吸収するフォトダイオードで示したが、前述したように、必ずしも組み合わせは青と赤の２色に限定されるものではない。
【００９０】
次に、図２２に示すように、多層配線層５８上に、支持基板５９を貼り付ける。従って上記基板５９としては、例えばシリコン基板を用いることができる。
【００９１】
次に、図２３に示すように、当初のＳＯＩ基板６６のシリコン基体６４及びシリコン酸化膜６５を除去し、薄いシリコン層２２の裏面２３を露出させる。
【００９２】
次に、図２４に示すように、シリコン層２２の裏面２３上に絶縁膜３４を形成する。この絶縁膜３４は、シリコン層２２との界面準位を低減させ、またシリコン層２２と絶縁膜３４との界面からの暗電流の発生を抑制するために、界面準位が小さいことが望ましい。このような絶縁膜３４としては、前述の図２で示したような、例えば、ＡＬＤ（原子層堆積）法で成膜したハフニウム酸化（ＨｆＯ２）膜と、プラズマＣＶＤ（化学気相成長）法で成膜したシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜との積層構造膜を用いることができる。
【００９３】
次に、図２５に示すように、絶縁膜３４に対して、導電性プラグ４５及び４６が臨むコンタクト孔６７及び６８を形成する。次いで、コンタクト孔６７及び６８に臨む導電性プラグ４５及び４６に接続するように、絶縁膜３４上に下部電極３８を形成する。下部電極３８は、光が透過することが求められるため、例えばＩＴＯ等の透明導電膜で形成する。その後、下部電極３８を画素毎に分離すると共に、１つの画素内で２分割する。すなわち、下部電極３８ａ及び下部電極３８ｂに２分割する。一方の導電性プラグ４５が接続されている下部電極３８ａは、下層のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２に対向するように広く形成される。
【００９４】
次に、図２６に示すように、下部電極３８ａと下部電極３８ｂとの間の段差を緩和するために、絶縁膜４１を形成する。この絶縁膜４１のボトムのテーパー角θ１は、好ましくは３０°以下とする。具体的には、感光性の絶縁膜でテーパーを形成したり、ＣＶＤ法で成膜したシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜を、テーパー形状のレジストマスクを用いてエッチバックすることで、所望のテーパー角を得ることができる。
【００９５】
以上は、第１実施の形態の製造工程と同じである。本実施の形態では、次に、図２７に示すように、下部電極２８［２８ａ，２８ｂ］及び絶縁膜４１を含む全面上に有機光電変換膜３６を形成する。本例では緑の波長光に対して光電変換する有機光電変換膜３６を形成する。緑の波長光に対して光電変換する有機膜としては、例えば前述したキナクリドンを用いることができる。キナクリドンは真空蒸着により形成できる。上部電極３７も透明であることが求められ、例えばスパッタ法で成膜できるＩＴＯ膜を用いることができる。
【００９６】
次に図２８に示すように、画素毎に有機光電変換膜３６が残るように、有機光電変換膜３６をパターニングする。このパターニングは、絶縁膜４１上で終端するように行う。このパターニングは、第１実施の形態と同様にドライエッチングで行う。
【００９７】
次に図２９に示すように、有機光電変換膜３６を含む全面上に、一部が下部電極３８ｂに直接接続するように、上部電極３７を形成し、この上部電極３７を各画素毎に分割されるようにパターニングする。上部電極３７は、透明であることが求められ、例えばスパッタ法で成膜できるＩＴＯ膜を用いることができる。上部電極３７と下部電極３８ａとには、それぞれ導電性プラグ４６及び４５を通じて各々別系統の電位を与えることができる。
【００９８】
次に、有機光電変換部３９を含む表面上に平坦化膜６１を介してオンチップレンズ６２を形成し、図１８に示す目的の固体撮像装置７１を得る。
【００９９】
本実施の形態に係る固体撮像装置７１の製造方法によれば、裏面照射型であって、積層する１色の有機光電変換部３９と２色のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２とが近い距離に配置された固体撮像装置を製造することができる。すなわち、多層配線層５８を介することなく、フォトダイオードＰＤ１ＰＤ２の上層に、有機光電変換部３９を形成することができる。従って、赤、緑、青の各色のＦ値依存を抑制し、Ｆ値が変化させた場合でも、色毎の分光のバランスを変動させることがなく、各色間の感度の変動を抑制することができる固体撮像装置を製造することができる。また、上部電極３７を直接他方の下部電極３８ｂに接続するようにしたので、第１実施の形態の製造方法に比べて製造工程数を削減することができる。
【０１００】
＜４．第３実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図３０に、本発明に係る固体撮像装置の第３実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、ＣＭＯＳ固体撮像装置である。同図は、ＣＭＯＳ固体撮像装置の画素部における１つの画素２０の断面図である。
【０１０１】
第３実施の形態に係る固体撮像装置７３は、第１実施の形態と略同様の構成をとるも、有機光電変換部３９からの信号電荷をホールとし、２つの第１、第２のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２からの信号電荷を電子として読み出すように構成される。有機光電変換部３９における信号電荷のホールは、上部電極３７から読み出すように成される。すなわち、本実施の形態に係る固体撮像装置７３は、前述と同様に、裏面照射型であり、１つの画素内において、有機光電変換部３９と、第１のフォトダイオードＰＤ１と、第２フォトダイオードＰＤ２が深さ方向に積層して形成される。第２色用の第１フォトダイオードＰＤ１と第３色用の第２フォトダイオードＰＤ２は、半導体基板２２内の深さが異なる位置に形成される。第１色用の有機光電変換部３９は、絶縁膜３４を介して半導体基板２２の上層に、フォトダイオードＰＤ２に近接するように積層形成される。本例では、緑の波長光で光電変換する有機光電変換部３９、青の波長光で光電変換する第１フォトダイオードＰＤ１、赤の波長光で光電変換する第２フォトダイオードＰＤ２を有して構成される。
【０１０２】
有機光電変換部３９は、有機光電変換膜３６と、これを上下面から挟むように形成した下部電極３８ａ及び上部電極３７とから構成される。下部電極３８ａは、一方の導電性プラグ４５に接続され、上部電極３７は、コンタクトメタル層４３及び他方の下部電極３８ｂを介して他方の導電性プラグ４６に接続される。
【０１０３】
本実施の形態においては、有機光電変換部３９で光電変換により生成された電子・ホール対のうち、信号電荷となるホールを基板表面３４側に導き蓄積するため、基板表面２４側に蓄積層となるｐ型半導体領域７４が形成される。ｐ型半導体領域７４の信号電荷（ホール）が転送トランジスタＴｒ１１を介して転送されるフローティングディフージョン部（ＦＤ）は、ｐ型半導体領域７５により形成される。上部電極３７に接続される他方の導電性プラグ４６は、電荷蓄積層となるｐ型半導体領域７４に達するように形成される。導電性プラグ４５及び４６は、イオン注入による不純物半導体層で形成する場合、ｐ型半導体層で形成される。
【０１０４】
第１、第２のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２では、光電変換により生成された電子・ホールのうち、電子を信号電荷として用いる。このため、第１、第２のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２の信号電荷（電子）がそれぞれ転送トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３を介して転送されるフローティングディフージョン部（ＦＤ）は、ｎ型半導体領域５１，５３により形成される。
【０１０５】
第１実施の形態と同様に、図３０の断面とは異なる断面で示す図３１及び図３２に、画素トランジスタを模式的に示す。図３１及び図３２では、各複数の画素トランジスタのうち、それぞれ転送トランジスタを代表して示している。すなわち、有機光電変換部３９のでは、図３２に示すように、電荷蓄積用のｐ型半導体領域７４が、フローティングディフージョン部となるｎ型半導体領域７５と、転送ゲート電極４９を有した転送トランジスタＴｒ１１に接続される。第１フォトダイオードＰＤ１では、図３１に示すように、電荷蓄積層となるｎ型半導体領域２９の延長部２９ａが、フローティングディフージョン部となるｎ型半導体領域５１と、転送ゲート電極５２を有した転送トランジスタＴｒ１２に接続される。第２フォトダイオードＰＤ２では、図３１に示すように、電荷蓄積層となるｎ型半導体領域３２の延長部３２ａが、フローティングディフージョン部となるｎ型半導体領域５３と、転送ゲート電極５４を有した転送トランジスタＴｒ１３に接続される。
【０１０６】
そして、少なくとも、第１及び第２のフォトダイオードダイードＰＤ１及びＰＤ２を構成するｎ型半導体領域２９ａ、３２ａの基板表面２４に臨む、絶縁膜との界面にホール蓄積層となるｐ型半導体領域５０が形成される。図３１では、ホール蓄積層となるｐ型半導体領域５０がｐ型半導体領域３３と絶縁膜との界面を含んで形成される。また、有機光電変換部３９における電荷蓄積用のｐ型半導体領域７４の基板表面２４に臨む、絶縁膜との界面に電子蓄積層となるｎ型半導体領域７０が形成される。
【０１０７】
その他の構成は、第１実施の形態と同様であるので、図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【０１０８】
第３実施の形態に係る固体撮像装置７３の動作（駆動方法）を説明する。この固体撮像装置７３は、基板裏面側から光が照射される裏面照射型の固体撮像装置として構成される。本実施の形態においては、有機光電変換部３９の下部電極３８ａに負電圧ＶＬ（＜０Ｖ）が印加され、上部電極３７に下部電圧ＶＬより低い上部電圧ＶＵ（＜ＶＬ）が印加される。信号を読み出す上部電極３７への上部電圧ＶＵは、導電性プラグ４６を通じて所要の敗戦５７からから与えられる。有機光電変換部３９の下部電極３８ａへの負電圧ＶＬは、リセット時のマイナス電圧が与えられる。ホール蓄積層となるｐ型半導体領域２８には延長部２８ａを通じて、所要の配線５７から０Ｖが印加される。
【０１０９】
電荷蓄積時、１つの画素２０にカラーフィルタを介さずに光が入射されると、緑の波長光は有機光電変換部３９において光電変換される。この光電変換により生成された電子・ホール対のうち、信号電荷となるホールは、下部電圧ＶＬよりも低い電位ＶＵ（＜ＶＬ）の上部電極３７に引かれ、導電性プラグ４６を介して電荷蓄積層であるｐ型半導体領域７４に蓄積される。光電変換されたうちの電子は、上部電位ＶＵよりも高い電位ＶＬ（＜０Ｖ）の下部電極３８ａに引かれ、導電性プラグ４５及び所要の配線５７を通じて排出される。また、青の波長光は、半導体基板２２の裏面に近い浅いところに形成された第１フォトダイオードＰＤ１に吸収され、光電変換されて、青色に対応する信号電荷がｎ型半導体領域２９に蓄積される。さらに、赤の波長光は、半導体基板２２の裏面から深いところに形成された第２フォトダイオードＰＤ２に吸収され、光電変換されて、赤色に対応する信号電荷がｎ型半導体領域３２に蓄積される。
【０１１０】
信号読み出し時、ｐ型半導体領域７４に蓄積された緑の信号電荷（ホール）は、転送トランジスタＴｒ１１がオンすることでフローティングディフージョン部（ＦＤ）であるｐ型半導体領域７５に転送される。ｎ型半導体領域２９に蓄積された青の信号電荷（電子）は、転送トランジスタＴｒ１２がオンすることでフローティングディフージョン部（ＦＤ）であるｎ型半導体領域５１に転送される。ｎ型半導体領域３２に蓄積された赤の信号電荷（電子）は、転送トランジスタＴｒ１３がオンすることでフローティングディフージョン部（ＦＤ）であるｎ型半導体領域５３に転送される。そして、これより、赤、緑及び青の各画素信号は、他の画素トランジスタを通じて垂直信号線に読み出され、出力される。
【０１１１】
第３実施の形態に係る固体撮像装置７３によれば、上述の実施の形態と同様に、有機光電変換部３９と、２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２との距離が近づけられる。従って、各色のＦ値依存が抑制され、Ｆ値を変化させた場合でも、色毎の分光のバランスを変動させることがなく、各色間の感度の変動を抑制することができる。また、電荷蓄積時に下部電極３８ａに負の電圧ＶＬ（＜０Ｖ）が印加されるので、シリコンの絶縁膜３４との界面がホール蓄積状態となる。絶縁膜３４が負の固定電荷を有する場合には、さらにホール蓄積状態が強化され、暗電流の発生を抑制することができる。
【０１１２】
第３実施の形態は、有機光電変換部３９の上部電極３７をコンタクト用メタル層４３を介して他方の下部電極３８ｂに接続した第１実施の形態を適用したが、その他、第２実施の形態の上部電極３７を直接他方の下部電極３８ｂに接続した構成にも適用可能である。
【０１１３】
＜５．第４実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図３３に、本発明に係る固体撮像装置の第４実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、ＣＭＯＳ固体撮像装置である。同図は、ＣＭＯＳ固体撮像装置の画素部における１つの画素２０の断面図である。
【０１１４】
第４実施の形態に係る固体撮像装置７５は、第１実施の形態と同様の構成をとるも、有機光電変換部３９からの信号電荷（電子）を下部電極３８ａから読み出すように構成される。２つの第１、第２のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２からの信号電荷（電子）は、第１実施の形態と同様にして読み出される。すなわち、本実施の形態に係る固体撮像装置７５は、前述と同様に、裏面照射型であり、１つの画素内において、有機光電変換部３９と、第１のフォトダイオードＰＤ１と、第２フォトダイオードＰＤ２が深さ方向に積層して形成される。第２色用の第１フォトダイオードＰＤ１と第３色用の第２フォトダイオードＰＤ２は、半導体基板２２内の深さが異なる位置に形成される。第１色用の有機光電変換部３９は、絶縁膜３４を介して半導体基板２２の上層に、フォトダイオードＰＤ２に近接するように積層形成される。本例では、緑の波長光で光電変換する有機光電変換部３９、青の波長光で光電変換する第１フォトダイオードＰＤ１、赤の波長光で光電変換する第２フォトダイオードＰＤ２を有して構成される。
【０１１５】
有機光電変換部３９は、有機光電変換膜３６と、これを上下面から挟むように形成した下部電極３８ａ及び上部電極３７とから構成される。下部電極３８ａは、一方の導電性プラグ４５に接続され、上部電極３７は、コンタクトメタル層４３及び他方の下部電極３８ｂを介して他方の導電性プラグ４６に接続される。
【０１１６】
本実施の形態においては、有機光電変換部３９で光電変換により生成された信号電荷となる電子を下部電極３８ａを通じて読み出すため、下部電極３８ａに接続される導電性プラグ４５側の基板表面２４側に蓄積層となるｎ型半導体領域４７が形成される。このｎ型半導体領域４７に近接して基板表面２４側に、フローティングディフージョン部（ＦＤ）となるｎ型半導体領域４８が形成される。
【０１１７】
その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。なお、転送トランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１３は、図３３と異なる断面において現れるが、図３３に便宜的、模式的にゲート電極４９、５２、５４を付して示す。
【０１１８】
第４実施の形態に係る固体撮像装置７５の動作（駆動方法）を説明する。この固体撮像装置７５は、基板裏面側から光が照射される裏面照射型の固体撮像装置として構成される。本実施の形態においては、有機光電変換部３９の下部電極３８ａに負電圧ＶＬ（＜０Ｖ）が印加され、上部電極３７に下部電圧ＶＬより低い上部電圧ＶＵ（＜ＶＬ）が印加される。上部電圧ＶＵは、導電性プラグ４５を通じて基板表面側の所要の配線５７から与えられる。ホール蓄積層となるｐ型半導体領域２８には延長部２８ａを通じて、所要の配線５７から０Ｖが印加される。
【０１１９】
電荷蓄積時、１つの画素２０にカラーフィルタを介さずに光が入射されると、緑の波長光は有機光電変換部３９において光電変換される。この光電変換により生成された電子・ホール対のうち、信号電荷となる電子は、上部電位ＶＵよりも高い位ＶＬ（＞ＶＵ）の下部電極３８ａに引かれ、導電性プラグ４５を介して電荷蓄積層であるｎ型半導体領域４７に蓄積される。光電変換されたうちのホールは、下部電位ＶＬよりも低い電位ＶＵ（＜ＶＬ）の上部電極３７に引かれ、導電性プラグ４６及び所要の配線５７を通じて排出される。青の波長光は、半導体基板２２の裏面に近い浅いところに形成された第１フォトダイオードＰＤ１に吸収され、光電変換されて、青色に対応する信号電荷がｎ型半導体領域２９に蓄積される。赤の波長光は、半導体基板２２の裏面から深いところに形成された第２フォトダイオードＰＤ２に吸収され、光電変換されて、赤色に対応する信号電荷がｎ型半導体領域３２に蓄積される。
【０１２０】
電荷読み出し時、転送トランジスタＴｒ１１、Ｔｒ１２、Ｔｒ１３がオンする。各転送トランジスタがオンすることにより、蓄積された有機光電変換部３９、第１フォトダイオードＰＤ１及び第２フォトダイオードＰＤ２の各信号電荷（電子）は、それぞれ対応するフローティングディフージョン部（ＦＤ）４８、５１，５４に転送される。そして、これより、赤、緑及び青の各画素信号は、他の画素トランジスタを通じて垂直信号線に読み出され、出力される。
【０１２１】
第４実施の形態に係る固体撮像装置７５によれば、上述の実施の形態と同様に、有機光電変換部３９と、２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２との距離が近づけられる。従って、各色のＦ値依存が抑制され、Ｆ値を変化させた場合でも、色毎の分光のバランスを変動させることがなく、各色間の感度の変動を抑制することができる。また、電荷蓄積時に下部電極３８ａに負の電圧ＶＬ（＜０Ｖ）が印加されるので、シリコンの絶縁膜３４との界面がホール蓄積状態となる。絶縁膜３４が負の固定電荷を有する場合には、さらにホール蓄積状態が強化され、暗電流の発生を抑制することができる。
【０１２２】
＜６．第５実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図３４に、本発明に係る固体撮像装置の第５実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、ＣＭＯＳ固体撮像装置である。同図は、ＣＭＯＳ固体撮像装置の画素部における１つの画素２０の断面図である。
【０１２３】
第５実施の形態に係る固体撮像装置７７は、第１実施の形態と略同様の構成をとるも、有機光電変換部３９からの信号電荷（ホール）を下部電極３８ａから読み出すように構成される。２つの第１、第２のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２からの信号電荷（電子）は、第１実施の形態と同様にして読み出される。すなわち、本実施の形態に係る固体撮像装置７７は、前述と同様に、裏面照射型であり、１つの画素内において、有機光電変換部３９と、第１のフォトダイオードＰＤ１と、第２フォトダイオードＰＤ２が深さ方向に積層して形成される。第２色用の第１フォトダイオードＰＤ１と第３色用の第２フォトダイオードＰＤ２は、半導体基板２２内の深さが異なる位置に形成される。第１色用の有機光電変換部３９は、絶縁膜３４を介して半導体基板２２の上層に、フォトダイオードＰＤ２に近接するように積層形成される。本例では、緑の波長光で光電変換する有機光電変換部３９、青の波長光で光電変換する第１フォトダイオードＰＤ１、赤の波長光で光電変換する第２フォトダイオードＰＤ２を有して構成される。
【０１２４】
有機光電変換部３９は、有機光電変換膜３６と、これを上下面から挟むように形成した下部電極３８ａ及び上部電極３７とから構成される。下部電極３８ａは、一方の導電性プラグ４５に接続され、上部電極３７は、コンタクト用メタル層４３及び他方の下部電極３８ｂを介して他方の導電性プラグ４６に接続される。
【０１２５】
本実施の形態においては、有機光電変換部３９で光電変換により生成された電子・ホール対のうち、信号電荷となるホールを基板表面３４側に導き蓄積するため、基板表面２４側に蓄積層となるｐ型半導体領域７４が形成される。ｐ型半導体領域７４の信号電荷（ホール）が転送トランジスタＴｒ１１を介して転送されるフローティングディフージョン部（ＦＤ）は、ｐ型半導体領域７５により形成される。下部電極３８ａに接続される一方の導電性プラグ４５は、電荷蓄積層となるｐ型半導体領域７４に達するように形成される。導電性プラグ４５及び４６は、イオン注入による不純物半導体層で形成する場合、ｐ型半導体層で形成される。
【０１２６】
第１、第２のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２では、光電変換により生成された電子・ホールのうち、電子を信号電荷として用いる。このため、第１、第２のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２の信号電荷（電子）がそれぞれ転送トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３を介して転送されるフローティングディフージョン部（ＦＤ）は、ｎ型半導体領域５１，５３により形成される。
【０１２７】
その他の構成は、第１実施の形態、第３実施の形態と同様であるので、図１、図３０と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【０１２８】
第５実施の形態に係る固体撮像装置７７の動作（駆動方法）を説明する。この固体撮像装置７７は、基板裏面側から光が照射される裏面照射型の固体撮像装置として構成される。本実施の形態においては、有機光電変換部３９の下部電極３８ａに負電圧ＶＬ（＜０Ｖ）が印加され、上部電極３７に下部電圧ＶＬより高い上部電圧ＶＵ（＞ＶＬ）が印加される。ホール蓄積層となるｐ型半導体領域２８の延長部２８ａには、所要の配線５７から０Ｖが印加される。
【０１２９】
電荷蓄積時、１つの画素２０にカラーフィルタを介さずに光が入射されると、緑の波長光は有機光電変換部３９において光電変換される。この光電変換により生成された電子・ホール対のうち、信号電荷となるホールは、負電位ＶＬの下部電極３８ａに引かれ、導電性プラグ４５を介して電荷蓄積層であるｐ型半導体領域７４に蓄積される。光電変換されたうちの電子は、下部電位ＶＬよりも高い電位ＶＵ（＞ＶＬ）の上部電極３７に引かれ、導電性プラグ４６及び所要の配線５７を通じて排出される。青の波長光は、半導体基板２２の裏面に近い浅いところに形成された第１フォトダイオードＰＤ１に吸収され、光電変換されて、青色に対応する信号電荷がｎ型半導体領域２９に蓄積される。赤の波長光は、半導体基板２２の裏面から深いところに形成された第２フォトダイオードＰＤ２に吸収され、光電変換されて、赤色に対応する信号電荷がｎ型半導体領域３２に蓄積される。
【０１３０】
電荷読み出し時、転送トランジスタＴｒ１１、Ｔｒ１２、Ｔｒ１３がオンする。各転送トランジスタがオンすることで、蓄積された有機光電変換部３９の信号電荷（ホール）、第１フォトダイオードＰＤ１及び第２フォトダイオードＰＤ２の各信号電荷（電子）は、対応するフローティングディフージョン部（ＦＤ）７５、５１，５４に転送される。そして、これより、赤、緑及び青の各画素信号は、他の画素トランジスタを通じて垂直信号線に読み出され、出力される。
【０１３１】
第５実施の形態に係る固体撮像装置７７によれば、上述の実施の形態と同様に、有機光電変換部３９と、２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２との距離が近づけられる。従って、各色のＦ値依存が抑制され、Ｆ値を変化させた場合でも、色毎の分光のバランスを変動させることがなく、各色間の感度の変動を抑制することができる。また、電荷蓄積時に下部電極３８ａに負の電圧ＶＬ（＜０Ｖ）が印加されるので、シリコンの絶縁膜３４との界面がホール蓄積状態となる。絶縁膜３４が負の固定電荷を有する場合には、さらにホール蓄積状態が強化され、暗電流の発生を抑制することがでる。
【０１３２】
第４、第５の実施の形態は、有機光電変換部３９の上部電極３７をコンタクト用メタル層４３を介して下部電極３８ｂに接続した第１実施の形態を適用したが、その他、第２実施の形態の上部電極３７を直接下部電極３８ｂに接続した構成にも適用可能である。
【０１３３】
＜７．第６実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図３５に、本発明に係る固体撮像装置の第６実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、ＣＭＯＳ固体撮像装置である。同図は、ＣＭＯＳ固体撮像装置の画素部における１つの画素２０の断面図である。
【０１３４】
第６実施の形態に係る固体撮像装置７９は、有機光電変換部３９の信号を薄膜トランジスタによる転送トランジスタを介して読み出すように構成される。すなわち、第６実施の形態に係る固体撮像装置は、前述と同様に、裏面照射型であり、１つの画素内において、有機光電変換部３９と、第１のフォトダイオードＰＤ１と、第２フォトダイオードＰＤ２が深さ方向に積層して形成される。第２色用の第１フォトダイオードＰＤ１と第３色用の第２フォトダイオードＰＤ２は、半導体基板２２内の深さが異なる位置に形成される。第１色用の有機光電変換部３９は、絶縁膜３４を介して半導体基板２２の上層に、フォトダイオードＰＤ２に近接するように積層形成される。本例では、緑の波長光で光電変換する有機光電変換部３９、青の波長光で光電変換する第１フォトダイオードＰＤ１、赤の波長光で光電変換する第２フォトダイオードＰＤ２を有して構成される。
【０１３５】
有機光電変換部３９は、有機光電変換膜３６と、これを上下面から挟むように形成した下部電極３８及び上部電極３７とから構成される。
【０１３６】
本実施の形態においては、基板裏面２３側の第１フォトダイオードＰＤ１と、有機光電変換部３９との間に形成された絶縁膜３４上に、有機光電変換部３９の信号電荷を読み出すための薄膜トランジスタＴｒ１４が形成される。この薄膜トランジスタＴｒ１４は、複数の画素トランジスタのうちの、転送トランジスタに相当する。従って、薄膜トランジスタＴｒ１４のドレインが、フローティングディフージョン部（ＦＤ）に相当する。
【０１３７】
薄膜トランジスタＴｒ１４は、１対のソース／ドレイン及びゲートを有する、いわゆるボトムゲート型の薄膜トランジスタ構造を有する。薄膜トランジスタＴｒ１４は、絶縁膜３４上にゲート電極８４を形成し、ゲート電極８４上にゲート絶縁膜８５を形成し、さらにゲート絶縁膜８５上に、チャネル領域Ｃ、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄを有する半導体薄膜（活性層）８６を形成して構成される。有機光電変換部３９の上部電極３７は、絶縁層８８のコンタクト孔を通してソース領域Ｓに接続される。
【０１３８】
半導体基板２２には、基板２２を貫通する導電性プラグ８１、８２，８３が形成される。これら導電性プラグ８１，８２，８３は、前述したように、例えばイオン注入による不純物半導体層、あるいはメタル層などで形成することができる。有機光電変換部３９の下部電極３８は、導電性プラグ８１に接続される。薄膜トランジスタＴｒ１４のドレイン領域Ｄは、導電性プラグ８２に接続される。薄膜トランジスタＴｒ１４のゲート電極８４は、導電膜８９を通じて導電性プラグ８３に接続される。
【０１３９】
その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図１と対応する部分には同一符号を付して、重複説明を省略する。なお、転送トランジスタＴｒ１２〜Ｔｒ１３は、図３５と異なる断面において現れるが、図３５に便宜的、模式的にゲート電極５２、５４を付して示す。
【０１４０】
第６実施の形態に係る固体撮像装置７９の動作（駆動方法）を説明する。本例では、有機光電変換部３９の下部電極３８に、所要の配線５７及び導電性プラグ８１を通じて固定の負電圧ＶＬ（＜０Ｖ）が印加され、電荷蓄積時の上部電極３７に下部電極３８の電圧ＶＬより高い電圧ＶＵ（＞ＶＬ）、例えば電源電圧ＶＤＤが印加される。薄膜トランジスタＴｒ１４のドレイン領域Ｄは、所要の配線５７を介してリセットトランジスタ（図示せず）のソース、増幅トランジスタ（図示せず）のゲートに接続される。ホール蓄積層となるｐ型半導体領域２８の延長部２８ａには、所要の配線５７から０Ｖが印加される。
【０１４１】
電荷蓄積時の上部電極３７の電位は、薄膜トランジスタＴｒ１４のソース電位により高い電位になる。
ソース電位が例えば電源電位になるのは、第１実施の形態で説明した同様である。リセットトランジスタ及び転送トランジスタである薄膜トランジスタＴｒ１４をオンし、リセットした後、両トランジスタをオフすることにより、上記ソース電位はリセットレベルになり、蓄積された電荷に応じて電位が変動する。
【０１４２】
電荷蓄積時、１つの画素２０にカラーフィルタを介さずに光が入射されると、緑の波長光は、有機光電変換膜３６において光電変換される。この光電変換により生成された電子・ホール対のうち、信号電荷となる電子が、上部電極３７を通じて薄膜トランジスタＴｒ１４のソース領域Ｓに蓄積される。光電変換されたうちのホールは、ＶＬの下部電極３８に引かれ、導電性プラグ８１及び所要の配線５７を通じて排出される。青の波長光は、半導体基板２２の裏面に近い浅いところに形成された第１フォトダイオードＰＤ１において光電変換され、信号電荷（電子）がｎ型半導体領域２９に蓄積される。赤の波長光は、半導体基板２２の裏面から深いところに形成された第２フォトダイオードＰＤ２において光電変換され、信号電荷（電子）がｎ型半導体領域３２に蓄積される。
【０１４３】
電荷読み出し時、薄膜トランジスタＴｒ１４、転送トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３がオンする。薄膜トランジスタＴｒ１４がオンすることにより、ソース領域Ｓに蓄積されていた緑の信号電荷は、フローティングディフージョン部（ＦＤ）となるドレイン領域Ｄに転送される。他の転送トランジスタＴｒ１2、Ｔｒ１３がオンすることにより、夫々の第１、第２のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２に蓄積されていた、青、赤の信号電荷が、夫々のフローティングディフージョン部（ＦＤ）であるｎ型半導体領域５１、５３に転送される。これより、赤、緑及び青の各画素信号は、他の画素トランジスタを通じて垂直信号線に読み出され、出力される。
【０１４４】
第６実施の形態に係る固体撮像装置７９によれば、前述の実施の形態と同様に、有機光電変換部３９と、２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２との距離が近づけられる。従って、各色のＦ値依存が抑制され、Ｆ値を変化させた場合でも、色毎の分光のバランスを変動させることがなく、各色間の感度の変動を抑制することができる。また、電荷蓄積時に下部電極３８ａに負の電圧ＶＬ（＜０Ｖ）が印加されるので、シリコンの絶縁膜３４との界面がホール蓄積状態となる。絶縁膜３４が負の固定電荷を有する場合には、さらにホール蓄積状態が強化され、暗電流の発生を抑制することができる。薄膜トランジスタＴｒ１４を設けたことにより、後述の第７実施の形態（図４２）で説明すると同様に、導電性プラグの共有を可能にする。
【０１４５】
［固体撮像装置の製造方法の例］
図３６〜図４５に、第６実施の形態に係る固体撮像装置７９の製造方法の実施の形態を示す。同図は、１つの画素に対応する要部のみを示す。図３６の工程は、３つの導電性プラグ８１〜８３、転送トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３の形成を除いて、第１実施の形態の図１１の工程と同じである。つまり、図６〜図１１の工程を経て図３６の構成が得られる。
【０１４６】
すなわち、図３６においては、半導体基板２２の表面側に、転送トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３を含む画素トランジスタ、周辺回路部ではロジック回路などの周辺回路が形成される。半導体基板２２の表面側の上部に層間絶縁膜５６を介して複数層の配線５７を配置した多層配線層５８が形成され、さらに支持基板５９が貼り合わされる。半導体基板２２内には、基板２２を貫通する導電性プラグ８１、８２、８３が形成され、第１フォトダイオードＰＤ１、第２フォトダイオードＰＤ２が深さ方向に積層するように形成される。そして、半導体基板２２の裏面２３上に絶縁膜３４が形成される。絶縁膜３４は、前述したと同様に、負の固定電荷を有する膜で形成することができる。
【０１４７】
次に、図３７に示すように、絶縁膜３４に導電性プラグ８１，８２，８３が露出するようにコンタクト孔９１，９２，９３を形成する。その後、導電性材料膜を成膜し、パターニングする工程により、絶縁膜３４の所要の位置上にゲート電極８４を形成すると共に、コンタクト孔９３を通じて導電性プラグ８３に接続する導電膜８９を形成する。ゲート電極８４、導電膜８９は同じ電極材料で形成され、他部において連続して接続されている。この電極材料として、Ａｌ、Ｗなどの低抵抗の金属を用いることが望ましい。なお、ゲート電極８６に接続される導電性プラグ８３は、周辺回路部に形成されるものである。
【０１４８】
次に、図３８に示すように、ゲート電極８４上を覆うように全面にゲート絶縁膜８５を形成する。
【０１４９】
次に、図３９に示すように、ゲート絶縁膜８５をパターニングし、ゲート絶縁膜８５として、不要部分を選択除去し、ゲート電極８４の上面から一部絶縁膜３４上に延長する部分のみを残す。ゲート絶縁膜８５は、少なくともゲート電極の側壁まで残せば良く、積極的に絶縁膜８４の上まで広く残さなくてもよい。
【０１５０】
次に、図４０に示すように、ゲート絶縁膜８５上を含む全面に、半導体薄膜８６を形成する。半導体薄膜８６としては、アモルファスシリコン膜、微結晶シリコン膜などを用いることができる。また、半導体薄膜８６として、透明な半導体であるＺｎＯ、ＴｎＯ、ＳｎＯ、ＣｄＯ等の膜を用いれば、光電変換部の開口率が向上し、更に好ましい。
【０１５１】
次に、図４１に示すように、半導体薄膜８６をパターニングしてソース領域Ｓ、チャネル領域Ｃ及びドレイン領域Ｄの活性層となる領域を残す。ドレイン領域Ｄは、コンタクト孔９２を介して導電性プラグ８２に接続される。ソース領域Ｓ、ドレイン領域Ｄは、本例ではｎ型不純物領域として形成される。
【０１５２】
次に、図４２に示すように、絶縁膜３４上に、コンタクト孔９１を介して導電性プラグ８１に接続する透明導電膜による下部電極３８を形成する。次いで、全面上に絶縁膜８８を形成した後、この絶縁膜８８を、有機光電変換部を形成すべき領域及び半導体薄膜（活性層）８６のソース領域Ｓが臨むようにパターニングし、テーパーを有する開口部９４，９５を形成する。
【０１５３】
次に、図４３に示すように、開口部９４に臨む下部電極３８上に接するように、全面に有機光電変換膜３６を形成する。有機光電変換膜３６は、例えば真空蒸着法で形成することができる。
【０１５４】
次に、図４４に示すように、有機光電変換膜３６を、下部電極３８上から一部延長して絶縁膜８８上に残るようにパターニングする。
【０１５５】
次に、図４５示すように、有機光電変換膜３６上及び半導体薄膜８６のソース領域Ｓに開口部９５を通じて接続するように、透明導電膜による上部電極３７を形成する。
【０１５６】
次いで、平坦化膜６１及びオンチップレンズ６２を形成して、図３５に示す目的の固体撮像装置７９を得る。
【０１５７】
本実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法によれば、裏面照射型であって、積層する１色の有機光電変換部３９と２色のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２とが近い距離に配置された固体撮像装置を製造することができる。すなわち、多層配線層５８を介することなく、フォトダイオードＰＤ１ＰＤ２の上層に、有機光電変換部３９を形成することができる。従って、赤、緑、青の各色のＦ値依存を抑制し、Ｆ値が変化させた場合でも、色毎の分光のバランスを変動させることがなく、各色間の感度の変動を抑制することができる固体撮像装置を製造することができる。
【０１５８】
＜８．第７実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図４６及び図４７に、本発明に係る固体撮像装置の第７実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置である。第７実施の形態に係る固体撮像装置９８は、同一の画素内に、薄膜トランジスタＴｒ１４を転送トランジスタとした第１色用の有機光電変換部３９、第２色用の第１フォトダイオードＰＤ１及び第３色用の第２フォトダイオードＰＤ２とが深さ方向に積層されて成る。第６実施の形態と同様に、第１、第２のフォトダイオードＰＤ１ＰＤ２は、半導体基板２２内に形成され、第１、第２のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２の転送トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３が半導体基板２２の表面側に形成される。また、有機光電変換部３９及び薄膜トランジスタＴｒ１４は、半導体基板２２の裏面上層に絶縁膜３４を介して形成される。
【０１５９】
本例では、前述と同様に、緑の波長光で光電変換する有機光電変換部３９、青の波長光で光電変換する第１フォトダイオードＰＤ１、赤の波長光で光電変換する第２フォトダイオードＰＤ２を有して構成される。
【０１６０】
図４６は、画素部（撮像領域）の垂直方向の断面構造を示す。本実施の形態においては、垂直ラインに配列された各画素の薄膜トランジスタＴｒ１４のドレイン領域Ｄを共通接続し、ドレイン領域Ｄに接続される導電性プラグを、１つの導電性プラグ１０１で共用するように構成される。このため、各垂直ラインに配列された画素行ごとに各薄膜とトランジスタＴｒ１４のドレイン領域Ｄが、共通配線９９に接続され、この各共通配線９９が、それぞれ１つの導電性プラグ１０１に接続される。
【０１６１】
また、水平ラインに配列された各画素の薄膜トランジスタＴｒ１４のゲート電極８６を共通接続し、ゲート電極８６に接続される導電性プラグを、１つの導電性プラグ８３（図４３参照）で共用するように構成される。
【０１６２】
図４７の回路図で示すように、各画素の有機光電変換部３９は、その上部電極３７が薄膜トランジスタＴｒ１４のドレインＤに接続される。そして、垂直方向に配列された各列の薄膜トランジスタＴｒ１４のドレインは、共通接続されて夫々の導電性プラグ１０１に接続される。一方、水平方向の配列された各行の薄膜トランジスタＴｒ１４のゲートは、共通接続されて導電性プラグ８３に接続される。
【０１６３】
共通配線９９は、各画素の受光開口部を避けるように形成することが望ましいが、透明導電膜で形成するときは受光開口部を横切るように形成することもできる。共通配線９９は、絶縁膜３４中に形成することができる。導電性プラグ１０１，８３は、画素内に配置するとノイズ悪化の可能性があることや、画素サイズ縮小のために、周辺回路側に形成される。
【０１６４】
その他の構成は、第６実施の形態で説明したと同様であるので、図４６において図３５と対応する部分には同一符号を付して、重複説明を省略する。
【０１６５】
第７実施の形態に係る固体撮像装置９８によれば、半導体基板２２を貫通する導電性プラグ１０１を各画素に１つずつ形成する必要がないので、導電性プラグの本数を削減することができる。これに伴い光電変換部の受光開口面積を広げることができる。また、導電性プラグを削減するので、導電性プラグに起因して青（Ｂ）や赤（Ｒの画素にノイズが発生するリスクを低減することができる。
【０１６６】
第７実施の形態では、上述の実施の形態と同様に、有機光電変換部３９と、２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２との距離が近づけられる。従って、各色のＦ値依存が抑制され、Ｆ値を変化させた場合でも、色毎の分光のバランスを変動させることがなく、各色間の感度の変動を抑制することができる。また、電荷蓄積時に下部電極３８に負の電圧ＶＬ（＜０Ｖ）が印加されるので、シリコンの絶縁膜３４との界面がホール蓄積状態となる。絶縁膜３４が負の固定電荷を有する場合には、さらにホール蓄積状態が強化され、暗電流の発生を抑制することができる。
【０１６７】
＜９．第８実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図４８〜図４９（模式図）に、本発明に係る固体撮像装置の第８実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置である。第８実施の形態に係る固体撮像装置１０３は、前述の実施の形態と同様に、それぞれ同一の画素内に第１色用の有機光電変換部３９と、第２色用の第１フォトダイオードＰＤ１と、第３色用の第２フォトダイオードＰＤ２とが深さ方向に積層して形成して成る。
【０１６８】
本例では、前述と同様に、緑の波長光で光電変換する有機光電変換部３９、青の波長光で光電変換する第１フォトダイオードＰＤ１、赤の波長光で光電変換する第２フォトダイオードＰＤ２を有して構成される。
【０１６９】
本実施の形態では、図４８及び図４９に示すように、画素が行列状に配列され、斜め方向に隣り合う２つの画素２０［２０１，２０２］のフォトダイオードＰＤ［ＰＤ１、ＰＤ２］が１つのフローティングディフージョン部（ＦＤ）１０４を共用して構成される。すなわち、固体撮像装置１０３は、図４９（模式的断面図）に示すように、半導体基板２２の各同一の画素２０内に第１フォトダイオードＰＤ１、第２フォトダイオードＰＤ２が形成され、基板裏面２３側に絶縁膜３４を介して有機光電変換膜部３９が形成される。有機光電変換部３９は、有機光電変換膜３６と、これを挟む上部電極３７及び下部電極３８とから構成される。
【０１７０】
基板表面２４側には、斜め方向に隣り合う２つの画素２０１及び２０２のフォトダイオードＰＤ［ＰＤ１，ＰＤ２］の間に１つのフローティングディフージョン部（ＦＤ）１０４が形成される。そして、フローティングディフージョン部（ＦＤ）１０４と一方の画素２０１の第１フォトダイオードＰＤ１のｎ型半導体領域（電荷蓄積層）２９との間に、転送トランジスタＴｒ２１のゲート電極１０５が形成される。また、フローティングディフージョン部（ＦＤ）１０４と他方の画素２０２の第２フォトダイオードＰＤ２のｎ型半導体領域（電荷蓄積層）３２との間に、転送トランジスタＴｒ２２のゲート電極１０６が形成される。
【０１７１】
図示しないが、各画素２０［２０１，２０２］の有機光電変換部３９に対しては、それぞれ画素毎に１つずつフローティングディフージョン部（ＦＤ）が形成される。また、基板表面２４側には、複数層の配線５７を配置した多層配線層５８が形成され、多層配線層５８に支持基板５９が貼り合わされている。さらに、基板裏面２３側の有機光電変換部３９の上部側には、平坦化膜６１を介してオンチップレン図１と対応する部分に同一符号を付して重複説明を省略する。
【０１７２】
第８実施の形態に係る固体撮像装置１０３の動作（駆動方法）を説明する。第１実施の形態で説明したと同様に、電荷蓄積時に基板２２の裏面２３側から光が入射すると、有機光電変換部３９では緑の波長光により光電変換して信号電荷（電子）が生成され、図示しない電荷蓄積層に蓄積される。第１フォトダイオードＰＤ１では、青の波長光により光電変換して信号電荷（電子）が生成され、ｎ型半導体領域２９に蓄積される。第２フォトダイオードＰＤ２では、赤の波長光により光電変換して信号電荷（電子）が生成され、ｎ型半導体領域３２に蓄積される。
【０１７３】
電荷読み出し時には、時間差を付けて転送トランジスタＴｒ２１、Ｔｒ２２のゲート電極１０５及び１０６に転送パルスが印加される。例えば、先に転送トランジスタＴｒ２１がオンすると、画素２０１の青の信号電荷ｅＢが転送トランジスタＴｒ２１を通じて、一方の側のフローティングディフージョン部（ＦＤ）１０４に転送され、画素信号に変換されて出力される。次に、転送トランジスタＴｒ２２がオンすると、画素２０２の赤の信号電荷ｅＲが転送トランジスタＴｒ２２を通じて、他方の側のフローティングディフージョン部（ＦＤ）１０４に転送され、画素信号に変換されて出力される。
【０１７４】
有機光電変換部３９での緑の信号電荷は、夫々の画素に設けられたフローティングディフージョン部（ＦＤ）に転送され、画素信号に変換されて出力される。
【０１７５】
第８実施の形態に係る固体撮像装置１０３によれば、隣り合う２つの画素のフォトダイオードＰＤに対して１つのフローティングディフージョン部（ＦＤ）１０４を共用する構成とすることにより、画素が微細化されても光電変換部の面積を広くすることが可能になる。これによって、画素が微細化されても感度の向上を図ることができる。
【０１７６】
第８実施の形態では、上述の実施の形態と同様に、有機光電変換部３９と、２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２との距離が近づけられる。従って、各色のＦ値依存が抑制され、Ｆ値を変化させた場合でも、色毎の分光のバランスを変動させることがなく、各色間の感度の変動を抑制することができる。また、電荷蓄積時に下部電極３８に負の電圧ＶＬ（＜０Ｖ）が印加されるので、シリコンの絶縁膜３４との界面がホール蓄積状態となる。絶縁膜３４が負の固定電荷を有する場合には、さらにホール蓄積状態が強化され、暗電流の発生を抑制することができる。
【０１７７】
図４９では、フォトダイオードＰＤ［ＰＤ１，ＰＤ２］に接続する転送トランジスタをゲート電極が平面型とした平型トランジスタで構成したが、図４８の構成において、縦型トランジスタで構成することもできる。
【０１７８】
図５０（模式図）に、フォトダイオードＰＤの転送トランジスタを縦型トランジスタで構成した実施の形態を示す。本実施の形態では、半導体基板２２の各同一の画素２０内に第１フォトダイオードＰＤ１、第２フォトダイオードＰＤ２が形成され、基板裏面２３側に絶縁膜３４を介して有機光電変換膜部３９が形成される。有機光電変換部３９は、有機光電変換膜３６と、これを挟む上部電極３７及び下部電極３８とから構成される。
【０１７９】
第１フォトダイオードＰＤ１を構成するホール蓄積層となるｐ型半導体領域２８及びｎ型半導体領域２９、第２フォトダイオードＰＤ２を構成するｐ型半導体領域３１及びｎ型半導体領域３２は、それぞれ深さ方向に平行に積層して形成される。そして、半導体基板２２の表面２４側において、図４８で示す斜め方向に隣り合う２つの画素２０１及び２０２間に１つのフローティングディフージョン部（ＦＤ）１０４が形成される。また、各画素のフォトダイオードＰＤ［ＰＤ１，ＰＤ２］を挟んで、縦型転送トランジスタＴｒ３１、ＴＲ３２を構成する基板２の深さ方向にゲート絶縁膜１１１を介して埋め込まれた縦型ゲート電極１１２、１１３が形成される。第１フォトダイオードＰＤ１のｎ型半導体領域２９のゲート電極１１３側の面は、高濃度のｐ型半導体領域１１５で被覆される。第２フォトダイオードＰＤ２のｎ型半導体領域３２のゲート電極１１２側の面は、高濃度のｐ型半導体領域１１４で被覆される。
【０１８０】
電荷読み出し時には、転送トランジスタＴｒ３１がオンすると、第１フォトダイオードＰＤ１のｎ型半導体領域２９に蓄積された青の信号電荷ｅＢが、チャネル領域１１６を通じて一方の側のフローティングディフージョン部（ＦＤ）１０４に転送される。次に、転送トランジスタＴｒ３２がオンすると、第２フォトダイオードＰＤ２のｎ型半導体領域３２に蓄積された赤の信号電荷ｅＲが、チャネル領域１１７を通じて他方の側のフローティングディフージョン部（ＦＤ）１０４に転送される。
【０１８１】
このように、転送トランジスタを縦型トランジスタで構成するときば、平型トランジスタで構成する場合に比較して画素の光電変換部の面積を広げることができ、画素を微細化した場合に有利となる。
【０１８２】
＜１０．第９実施の形態＞
［電子機器の構成例］
上述の本発明に係る固体撮像装置は、例えばデジタルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話、あるいは撮像機能を備えた他の機器、などの電子機器に適用することができる。
【０１８３】
図５２に、本発明に係る電子機器の一例としてカメラに適用した第１０実施の形態を示す。本実施形態例に係るカメラは、静止画像又は動画撮影可能なビデオカメラを例としたものである。本実施形態例のカメラ１２１は、固体撮像装置１２２と、固体撮像装置１２２の受光センサ部に入射光を導く光学系１２３と、シャッタ装置１２４を有する。さらに、カメラ１２１は、固体撮像装置１２２を駆動する駆動回路１２５と、固体撮像装置１２２の出力信号を処理する信号処理回路１２６を有する。
【０１８４】
固体撮像装置１２２は、上述した各実施の形態の固体撮像装置のいずれかが適用される。光学系（光学レンズ）１２３は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１２２の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置１２２内に、一定期間信号電荷が蓄積される。光学系１２３は、複数の光学レンズから構成された光学レンズ系としてもよい。シャッタ装置１２４は、固体撮像装置１２２への光照射期間及び遮光期間を制御する。駆動回路１２５は、固体撮像装置１２２の転送動作及びシャッタ装置１２４のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路１２５から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置１２２の信号転送を行う。信号処理回路１２６は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、或いは、モニタに出力される。
【０１８５】
第１０実施の形態に係る電子機器によれば、固体撮像装置において、有機光電変換部と、２つのフォトダイオードとの距離が近づけられるので、赤、緑、青の各色のＦ値依存が抑制される。従って、Ｆ値を変化させた場合でも、色毎の分光のバランスを変動させることがなく、各色間の感度の変動を抑制することができる。また、フォトダイオードにおいて、シリコンの絶縁膜との界面をホール蓄積状態とすることができ、暗電流の発生を抑制することがでる。従って、高画質、高品質の電子機器を提供することがでる。例えば、画質を向上したカメラなどを提供することができる。
【符号の説明】
【０１８６】
２１・・固体撮像装置、２２・・半導体基板、ＰＤ１、ＰＤ２・・フォトダイオード、２５・・受光面、２６・・回路形成面、３４・・絶縁膜、３６・・有機光電変換膜、３７・・上部電極、３８、３８ａ・・下部電極、４３・・コンタクト用メタル層、４５、４６・・導電性プラグ、４８、５１、５３・・フローティングディフージョン部（ＦＤ）、Ｔｒ１１、Ｔｒ１２、Ｔｒ１３・・転送トランジスタ、４９、５２、５４・・ゲート電極、５６・・層間絶縁膜、５７・・配線、５８・・多層配線層、５９・・支持基板、６１・・平坦化膜、６２・・オンチップレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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