(57)【要約】【課題】  スミアやブルーミングの発生を簡易な構造で抑制することができる光電変換素子及び光電変換装置を提供すること。【解決手段】  光センサ部６への入射光を光電変換する電荷転送型固体撮像素子１２ａにおいて、光センサ部６の光入射側、即ち平坦化保護膜９とカラーフィルタ２との間に、光照射パワーと光透過率とが非線形の相関性を有する（光照射パワーが高い時には光透過率が非線形に低下し、光照射パワーが低いときには光透過率が線形に変化する）逆可飽和吸収体層７が配置されていることを特徴とする電荷転送型固体撮像素子１２ａからなる光電変換素子、及びこの素子からなる光電変換装置２６。【選択図】          図１
2006156511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光感知部への入射光を光電変換する光電変換素子において、前記光感知部の光入射側に、光照射パワーに対して光透過率が非線形に変化する特性を有する逆可飽和吸収体が配置されていることを特徴とする光電変換素子。
【請求項２】
前記逆可飽和吸収体によって、光照射パワーが高いときには光透過率が低くなるように光透過率が非線形に抑制され、光照射パワーが低いときには光照射パワーに対して光透過率が線形に変化する、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記逆可飽和吸収体の単独層が前記光感知部の光入射側に配置されている、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項４】
前記逆可飽和吸収体が、前記光感知部の光入射側に配置された光フィルタに含有されている、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項５】
前記逆可飽和吸収体が、前記光感知部への入射光の集光レンズに含有されている、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項６】
前記逆可飽和吸収体が、フラーレン及びフェニルアセチレンからなる群より選ばれた少なくとも一種の化合物からなる、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項７】
前記化合物が重合体を形成している、請求項６に記載の光電変換素子。
【請求項８】
前記光感知部が、半導体基板に形成されたｐｎ接合からなる電荷発生部と電荷蓄積部とからなる、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項９】
前記光感知部に隣接して電荷転送路が形成されている、請求項８に記載の光電変換素子。
【請求項１０】
前記光感知部が画素となる電荷転送型固体撮像素子を構成する、請求項９に記載の光電変換素子。
【請求項１１】
光感知部への入射光を光電変換する光電変換素子の複数個が配列されている光電変換装置において、前記光感知部の光入射側に、光照射パワーに対して光透過率が非線形に変化する特性を有する逆可飽和吸収体が配置されていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項１２】
前記逆可飽和吸収体によって、光照射パワーが高いときに光透過率が低くなるように光透過パワーが非線形に抑制され、光照射パワーが低いときは光照射パワーに対して光透過率が線形に変化する、請求項１１に記載の光電変換装置。
【請求項１３】
前記逆可飽和吸収体の単独層が前記光感知部の光入射側に配置されている、請求項１１に記載の光電変換装置。
【請求項１４】
前記逆可飽和吸収体が、前記光感知部の光入射側に配置された光フィルタに含有されている、請求項１１に記載の光電変換装置。
【請求項１５】
前記逆可飽和吸収体が、前記光感知部への入射光の集光レンズに含有されている、請求項１１に記載の光電変換装置。
【請求項１６】
前記逆可飽和吸収体が、フラーレン及びフェニルアセチレンからなる群より選ばれた少なくとも一種の化合物からなる、請求項１１に記載の光電変換装置。
【請求項１７】
前記化合物が重合体を形成している、請求項１６に記載の光電変換装置。
【請求項１８】
前記光感知部が、半導体基板に形成されたｐｎ接合からなる電荷発生部と電荷蓄積部とからなる、請求項１１に記載の光電変換装置。
【請求項１９】
前記光感知部の複数個がアレイ状に配列され、このアレイに隣接して電荷転送路が形成されている、請求項１８に記載の光電変換装置。
【請求項２０】
前記光感知部が画素となる電荷転送型固体撮像素子を構成する、請求項１９に記載の光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電荷転送型固体撮像素子に好適な光電変換素子及び光電変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７に示す従来の電荷転送型（ＣＣＤ：Charge Coupled Device）固体撮像素子６２においては、光センサ部５６における光の感度を向上させる手段（集光手段）として、各画素部６６上にオンチップレンズ５１を形成している（後述の特許文献１を参照）。
【０００３】
半導体基板７０のイメージエリアには複数の画素部６６がアレイ状に形成されているが、ここでは、代表して１つの画素部６６付近の構造を説明する。
【０００４】
この画素部６６では、ＳｉからなるＮ-型の半導体基板７０に、Ｎ+型の導電領域である電荷転送路領域７２と光センサ部５６とが形成されており、この光センサ部５６ではＮ+型電荷蓄積部５８とＰ+型領域６３とのｐｎ接合によって電荷発生部６０（フォトダイオード）が形成されている。光センサ部５６の上に形成されたゲート絶縁膜７１上には光センサ部５６に隣接して電荷転送電極５５が形成され、電荷転送路領域７２との組によって垂直レジスタ部（ＶＣＣＤ：Vertical Charge Coupled Devise：以下、同様とする。）５５が垂直転送ゲートとして構成されている。なお、チャネルストッパなどの図示は省略する。
【０００５】
また、垂直レジスタ部５５上には、電荷転送路領域７２へ光を入射させないための遮光膜５４が絶縁膜６４を介して設けられ、更にその上に、平坦化絶縁膜である透明絶縁層７３、保護膜５９、例えばグリーン（Ｇ）のカラーフィルタ部とこれに隣接したレッド（Ｒ）及びブルー（Ｂ）のカラーフィルタ部からなるカラーフィルタ５２、及び入射光の集光率向上のための凸レンズ部６１からなるオンチップレンズ５１が形成されている。
【０００６】
このカラーフィルタ５２は、例えば、顔料分散型フォトレジストを各色毎にスピンコートし、露光、現像処理をすることによって形成する。
【０００７】
こうした構造において、外部から電荷転送型固体撮像素子６２内に入射する入射光６５は、図中で矢印で示すように、オンチップレンズ５１の凸レンズ部６１によって集光されて光センサ部５６に到達し、ここで光電変換される。
【０００８】
図７に示した電荷転送型固体撮像素子６２はインターライン型に構成されているが、入射光６５が高輝度である場合、その光照射によりフォトダイオード６０で発生して光センサ部５６の電荷蓄積部５８に蓄積されるべき光電子が電荷転送路７２へ直接混入し、画像情報に変換した際に、筋状のノイズとなって現れるスミアという現象が生じることがある。
【０００９】
このようなスミアは、固体撮像素子の構造に大きく依存するものであって、光入力の垂直方向の大きさに比例すること、飽和照度以下でも発生し、入射する光の強さに比例すること、入射する光の波長が長いほど大きく現れること、といった特徴を有する。
【００１０】
また、スミアは、例えば、強い光が入射した領域の基板深部で多量の電荷が発生し、その一部が拡散によって垂直レジスタ部に達することによって発生するが、垂直レジスタ部に侵入した光が電荷に変換されて電荷転送時に他の画素からの信号電荷に混入して生じることもある。
【００１１】
他方、高輝度の光照射により、フォトダイオード（光センサ部）から溢れた電子が電荷転送路領域へ漏れ、画像情報に変換した際に、高輝度光源の周辺も白く明るく見えるブルーミングというノイズが発生することもある。
【００１２】
このようなスミアやブルーミングを発生させないためには、例えば１〜２Ｌｕｘの安定照度で光照射することが必要であるが、特に２００〜３００Ｌｕｘ以上と高輝度の光照射では、その発生を防止することができない。
【００１３】
そこで、スミアを抑制するには、図８に示すように、遮光膜５４の開口端と電荷転送路領域７２との距離ｄ１を拡げることや、遮光膜５４とＳｉ基板７０との間のゲート絶縁膜７１の厚さｄ２を薄くし、可能な限りフォトダイオードの表面（ｐｎ接合）と遮光膜５４との距離を近づけることといった方策が取られてきている。
【００１４】
このように、遮光膜５４の開口端と電荷転送路領域７２との距離ｄ１を拡げる構造としては、例えば、半導体領域（基板）内に光センサ部を構成する不純物拡散領域を形成する際に、この不純物拡散領域の幅を、通常の幅よりも大に形成した構造がある（後述の特許文献２を参照）。
【００１５】
また、ブルーミングを抑制するには、図８に示すように、フォトダイオードと電荷転送路領域７２との距離ｄ３を離すことや、余剰電荷を掃き捨てるためのオーバーフロードレイン（図示せず）へ電荷が流れ易くすることが行われている。
【００１６】
このように、余剰電荷を掃き捨てるためのオーバーフロードレインを設けた構造としては、例えば、メカニカルシャッタを用いて露光時間を制御するデジタルスチルカメラにおいて、光センサ部から垂直レジスタ部に信号電荷を読み出すのに先立って、光センサ部から垂直レジスタ部に読み出された信号電荷を転送するときの転送スピードよりも高速に、垂直レジスタ部中の電荷を水平レジスタ部に転送して隣接したオーバーフロードレインから掃き出すことによって、第１フィールド側の掃き出し転送期間を第２フィールド側の掃き出し転送期間よりも長くすることが知られている（後述の特許文献３を参照）。
【００１７】
こうしたオーバーフロードレインを設けずに、光センサ部に入射する光量自体を抑制して最適化する構造も提案されている（後述の特許文献４を参照）。
【００１８】
この構造では、光センサ部上に集光レンズとなる液晶レンズを設けたオンチップレンズ構造とし、各液晶レンズに印加する電圧値を決定し、その電圧を各液晶レンズに印加して屈折率を可変し、入射光量を抑制したものである。
【００１９】
【特許文献１】特開２００３−３３２５４６号公報（第１欄４５行目〜第２欄３５行目、図７、図８）
【特許文献２】特開平１０−２０９４２３号公報（第４欄１６〜２８行目、図２、図３）
【特許文献３】特開２００１−１４８８０９号公報（第６欄２９行目〜第８欄２４行目、図１）
【特許文献４】特開平５−３２６９０３号公報（第２欄５０行目〜第３欄２５行目、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、電荷転送型固体撮像素子の小型化及び多画素化に伴い、１画素当りのサイズが縮小してきたために、上記した特許文献２、３に示された構造では、それを実現するための充分なマージンがなく、逆にスミア及びブルーミングを減らす効果が悪化している状況にある。
【００２１】
また、上記の特許文献４に示すオンチップレンズ構造では、液晶レンズに入射する光量の変化（特に高輝度領域）に対応して印加電圧を変化させる必要があるので、実際上、入射光量が予め判別している時にのみ適用可能である。しかも、液晶レンズ中において光の減衰や乱反射が発生し易くなり、また、液晶レンズを基板上に設ける必要があって、その組み込みが難しい。
【００２２】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、スミアやブルーミング等のノイズの発生を効果的に抑制すると共に、その抑制手段を簡易に組み込むことができる、光電変換素子及び光電変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
即ち、本発明は、光感知部への入射光を光電変換する光電変換素子において、前記光感知部の光入射側に、光照射パワーに対して光透過率が非線形に変化する特性を有する逆可飽和吸収体が配置されていることを特徴とする光電変換素子に係わるものである。
【００２４】
本発明は又、光感知部への入射光を光電変換する光電変換素子の複数個が配列されている光電変換装置において、前記光感知部の光入射側に、光照射パワーに対して光透過率が非線形に変化する特性を有する逆可飽和吸収体が配置されていることを特徴とする光電変換装置に係わるものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の光電変換素子及び光電変換装置によれば、前記光感知部の光入射側に、光照射パワーに対して光透過率が非線形に変化する特性を有する逆可飽和吸収体が配置されているので、この逆可飽和吸収体が、光照射パワーが高いときには光透過率が低くなるように光透過率を非線形に抑制することができる。この結果、光照射パワーの高い光が光感知部へ必要以上に透過するのを抑制することができるので、常に適切な量で光キャリアを発生させることができ、光電変換特性を良好に維持できることによって、スミアやブルーミングの発生を抑制することができる。しかも、これを前記逆可飽和吸収体を配置するだけで容易かつ簡易に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明においては、本発明の目的を実現する上で、前記逆可飽和吸収体が、光照射パワーが高いときには光透過率が低くなるように光透過パワーを非線形に抑制すると同時に、光照射パワーが低いときには光照射パワーに対して光透過率が線形に変化するのが望ましい。
【００２７】
また、構造の簡易化のためには、前記逆可飽和吸収体の単独層が前記光感知部の光入射側に配置されているのがよい。
【００２８】
或いは、前記逆可飽和吸収体が、前記光感知部の光入射側に配置された光フィルタに含有されていてもよいし、前記光感知部への入射光の集光レンズに含有されていてもよい。
【００２９】
本発明に使用可能な前記逆可飽和吸収体は、フラーレン及びフェニルアセチレン等からなる群より選ばれた少なくとも一種の化合物からなるのが望ましく、この化合物が重合体を形成しているのが望ましい。
【００３０】
また、前記光感知部が、半導体基板に形成されたｐｎ接合からなる電荷発生部と電荷蓄積部とからなり、またこの場合に、前記光感知部に隣接して電荷転送路が形成されているのが望ましく、前記光感知部が画素となる電荷転送型（ＣＣＤ）固体撮像素子を構成するのがよい。
【００３１】
また、前記光感知部の複数個がアレイ状に配列され、このアレイに隣接して電荷転送路が形成されているのがよい。
【００３２】
なお、本発明においては、光電変換素子の集合体が光電変換装置を構成するものであるが、特に撮像用の光電変換装置については電荷転送型固体撮像素子と称することがある。
【００３３】
次に、本発明の好ましい実施の形態を、図面参照下に具体的かつ詳細に説明する。
【００３４】
第１の実施の形態
図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態を示すものである。
【００３５】
図１（Ａ）は、本実施の形態による電荷転送型固体撮像素子１２ａ（光電変換素子）の構造を示すが、光センサ部６（光感知部）における光の感度を向上させるために、各画素部１６上にオンチップレンズ１（集光レンズ）が形成されている。
【００３６】
ここで、半導体基板２０上には、イメージエリアを構成する複数個の画素部１６がアレイ状に配列されているが、図１（Ａ）においては、代表して１つの画素部１６（光電変換素子）の付近の構造を説明する。
【００３７】
この画素部１６においては、ＳｉからなるＮ-型の半導体基板２０に、Ｎ+型の導電領域である電荷転送路領域２２と光センサ部６とが形成されており、この光センサ部６においてｐｎ接合からなる電荷発生部１０がＮ+型電荷蓄積部８とＰ+型領域１３とによって形成されている。光センサ部６の上にゲート絶縁膜２１が形成され、この光センサ部６に隣接して垂直レジスタ部（ＶＣＣＤ）５の電荷転送領域２２と転送ゲート電極５とが形成されている。
【００３８】
また、垂直レジスタ部５上には、電荷転送路領域２２（電荷転送路）へ光を入射させないための遮光膜４が絶縁膜１４を介して設けられ、更にその上に、平坦化絶縁膜である透明絶縁層２３、プラズマＣＶＤ（化学的気相成長）によるＳｉＮ保護膜９、グリーン（Ｇ）のフィルタ部とレッド（Ｒ）及びブルー（Ｂ）のフィルタ部とからなるカラーフィルタ２（光フィルタ）、及び凸レンズ部１１の集合体であって入射光の集光率を向上させるためのオンチップレンズ１が形成されている。
【００３９】
なお、チャンネルストッパ等は図示省略するが、光センサ部６と電荷転送路領域２２との間の表面域には不純物をドープしてＰ型化しておくこと（図示せず）により、非転送時に光センサ部６から電荷転送路領域２２へ電荷が移動するのを防止している。
【００４０】
カラーフィルタ２は、例えば、顔料分散型フォトレジストを各色毎にスピンコートした後、露光、現像処理を行うことによって形成する。
【００４１】
また、図中に一点鎖線で示すように、凸部及び凹部の組み合わせからなる層内レンズ３を透明絶縁層２３内に形成すれば、入射光の集光特性を更に向上することができる。
【００４２】
このように、光センサ部６（フォトダイオード）、電荷転送路領域２２、垂直レジスタ部５（電荷転送電極）、遮光膜４及び透明絶縁膜２３（平坦化絶縁膜）等は、図７に示した従来の電荷転送型（ＣＣＤ）固体撮像素子と同様の構成からなる。
【００４３】
本実施の形態において、注目すべきことは、電荷転送型固体撮像素子１２ａの平坦化透明絶縁膜２３上の保護膜９上に、カラーフィルタ２との間に、例えば、スピン塗布等により平坦層を兼ねる逆可飽和吸収体の単独層７が形成されていることである。
【００４４】
この逆可飽和吸収体層７の材質としては、例えば、フラーレン（Ｃ60）及びフェニルアセチレン等からなる群より選ばれた少なくとも一種の化合物又はその重合体、例えばフラーレン重合体、ポリフェニルアセチレンを用いることができる。また、その結晶の微粉体をポリイミドやＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）のような有機樹脂に分散させて使用することも可能である。
【００４５】
この逆可飽和吸収体層７を形成した後に、カラーフィルタ２、オンチップマイクロレンズ１を公知の露光技術等により形成することができる。
【００４６】
また、この逆可飽和吸収体層７は、図１（Ｂ）に示すように、カラーフィルタ２の上層に挿入することも可能である。或いは、遮光膜４上の平坦化透明絶縁層２３の下層として設けることもできる。
【００４７】
こうした逆可飽和吸収体層７は、光照射パワーＰA（光照射強度）と光透過パワーＰB（光透過率）との間に図２に示す如き相関特性を有している。
【００４８】
即ち、光照射パワーＰAが低いときには、光照射パワーＰAと光透過率ＰBとの間に線形性をもち、光照射パワーＰAがある値ＰA1を超えて高くなると、光透過率が非線形に低下する、という特徴を持つ。
【００４９】
具体的には、逆可飽和吸収体層７を形成しない時には、図中の直線Ａから破線Ｂに連続した直線で示すように、光照射パワーＰAが増加するのに伴って光透過パワーＰBも線形的に増加するので、光照射パワーＰAがある値ＰA1を超えて高くなると、光センサ部６へ透過する光透過パワーＰBが過度になり、過度な入射光量によって上述したスミアやブルーミングを抑制することができない。
【００５０】
しかし、本実施の形態において逆可飽和吸収体層７を設けていることによって、図中の曲線Ｃに示すように、光照射パワーＰAがＰA1（例えば１００lux）を超えると、その後は光透過パワーＰBが非線形的に徐々に低下するようになり、光透過パワーＰBとしてスミア等を発生しないＰB1（例えば５０lux）以下に保持される。これによって、照射パワーＰAが高くなっても、光感知部への透過光の光透過パワーＰBを抑え、スミアやブルーミングが生じない適度な入射光量に抑制でき、適切な光電変換特性を維持することができる。従って、この固体撮像素子の動作中に、入射光量（又は強度）が変動しても、常に良好な光電変換特性を得ることができる。
【００５１】
また、こうした効果は、逆可飽和吸収体層７を挿入するのみで実現できるので、スミアなどの抑制手段を構造簡略にして容易に組み込むことができる。
【００５２】
しかも、この構造によって、光センサ部６をはじめとする素子構成部分を高集積化、小型化することもできる。
【００５３】
図３は、固体撮像素子１２ａ又は１２ｂを組み込んだ電荷転送型固体撮像装置２６（光電変換装置）の構造と、その電荷転送過程を示す。
【００５４】
即ち、電荷転送型固体撮像装置２６のイメージエリア中心部１７ａ及びイメージエリア周辺部１７ｂ等を成すようにアレイ状に配列された光センサ部６（画素部１６）に入射した入射光によって、光センサ部６内に電荷が生じ、この電荷が光センサ部６から垂直レジスタ部（ＶＣＣＤ）５へと転送され、更にこの電荷は垂直レジスタ部５から水平レジスタ部（ＨＣＣＤ：Horizontal Charge Coupled Device：以下、同様とする。）１８へと転送される。
【００５５】
次に、この水平レジスタ部１８によって電荷が増幅器出力端子１５及び補正回路１９に向かって転送され、出力される。この補正回路１９によって、逆可飽和吸収体層７によって高輝度の入射光の光量が非線形に低下するが、この低下量相当分の電荷を補うことができる。
【００５６】
このように本実施の形態によれば、光センサ部６の光入射側に、光照射強度が高いときには光透過率が低くなるように光透過強度を非線形に抑制することができる特性を有する逆可飽和吸収体層７が配置されているために、光照射強度の高い光が光センサ部６へ透過する光量を簡易な構造によって効果的に抑制することができ、適切な光電変換特性を維持してスミアやブルーミングの発生を抑制することができる。
【００５７】
この場合、高輝度の光源又は入射光が照射されている画素部１６に対してのみスミア及びブルーミングの抑制が可能である。
【００５８】
また、光照射強度の高い高輝度での入射光が制限されることにより、高輝度側の線形性は保たれないが、光照射パワーＰAの上限を拡大してそのダイナミックレンジを改善することができる。この場合に、外部の調整回路（例えば、補正回路１９）により、非線形部分によって低下した電圧を逆可飽和吸収体層７の特性に合わせて補正することが可能となる。
【００５９】
また、逆可飽和吸収体層７も含めて、通常の半導体製造技術を用いて作製可能であると共に、材料費のみが付加されるだけであって安価に作製することができる。
【００６０】
第２の実施の形態
図４は、本発明の第２の実施の形態を示すものである。
【００６１】
本実施の形態によれば、上述した逆可飽和吸収体層７を設ける代わりに、この層７に用いた逆可飽和吸収体を混入したカラーフィルタ２ａを設けた電荷転送型固体撮像素子１２ｃとしたこと以外は、上述の第１の実施の形態と同様である。
【００６２】
即ち、カラーフィルタは、通常、染料又は顔料、感光剤及びベース材料等の混合物で形成されるが、逆可飽和吸収体７Ａをカラーフィルタ特性を保持できる粒度や量（例えば２０質量％）でベース材料に分散させることにより、通常の半導体露光プロセスを用いて、逆可飽和吸収体７Ａを混入したカラーフィルタ２ａを保護膜９上に形成している。逆可飽和吸収体７Ａの混入量は１０〜４０質量％の範囲とするのがよく、また結晶微粉体を分散する場合、その粒径は〜０．１μｍとするのがよい。
【００６３】
このように、逆可飽和吸収体７Ａをカラーフィルタ２ａに混入することによって、図２に示したと同様の入射光特性が得られるので、上述した第１の実施の形態と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００６４】
第３の実施の形態
図５は、本発明の第３の実施の形態を示すものである。
【００６５】
本実施の形態によれば、上述した逆可飽和吸収体層７を設ける代りに、この層７に用いた逆可飽和吸収体７Ａを混入したオンチップマイクロレンズ１ａを設けた電荷転送型固体撮像素子１２ｄとしたこと以外は、上述の第１の実施の形態と同様である。
【００６６】
即ち、カラーフィルタ２の形成後に、逆可飽和吸収体７Ａをマイクロレンズ１ａの特性を保持できる粒度や量（例えば５０質量％）で混入したレンズ材料をスピン塗布等でコーティングした後、露光技術やエッチング技術を用いてオンチップマイクロレンズ１ａを形成する。逆可飽和吸収体７Ａの混入量は１０〜６０質量％とするのがよく、また結晶微粉体を分散する場合、その粒径は〜０．１μｍとするのがよい。
【００６７】
このように、逆可飽和吸収体７Ａをマイクロレンズ１ａに混入することによって、図２に示したと同様の入射光特性が得られるので、上述した第１の実施の形態と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００６８】
第４の実施の形態
図６は、本発明の第４の実施の形態を示すものである。
【００６９】
本実施の形態は、上述した実施の形態のようにＣＣＤ構造で転送部を構成せずに、光センサ部４１（フォトダイオード）で発生した電荷をトランジスタ動作によって出力するイメージセンサ２４としたことが、上述の第１の実施の形態と異なっている。
【００７０】
即ち、光センサ部４１においては、Ｎ型シリコン基板３６の表面部に形成されたＮ型シリコン層３７と、その下部のＰ-型化したシリコン層３４との界面でのｐｎ接合により、光センサ部（フォトダイオード）４１が形成されている。以下、素子分離構造３１で囲まれた部分を受光領域３０と呼び、その内、ｐｎ接合が形成されている部分を光センサ部４１の開口部４０と呼んで両者を区別することにする。
【００７１】
そして、開口部４０に入射した光は、ｐｎ接合部に達すると、そこで正孔と電子に変換され、入射光の光量に応じた信号電荷（電子）がＮ型シリコン層３７、更にはＰ-型シリコン層３４に蓄積される。なお、最表面のＰ+型シリコン層３８は、表面からの電荷の漏洩を防止するためのものである。
【００７２】
Ｎ型シリコン層３７等からなる信号電荷蓄積領域は、素子分離構造３１の下部とその周囲に形成されたＰ型表面側ウェル３２、基板の深い位置に形成されたＰ型ディープウェル３５、及びＰ型表面側ウェル３２とＰ型ディープウェル３５とを電気的に接続するように素子分離構造３１の下方に上下方向に長く形成されたＰ型プラグ（Plug）ウェル３３によって、側面と底面とから取り囲まれている。これによって、信号電荷蓄積領域は基板内においても周辺素子から電気的に分離され、信号電荷が漏洩することがない。
【００７３】
更に、素子分離構造３１上に、平坦化絶縁膜である透明絶縁層２３、保護膜９、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）及びブルー（Ｂ）からなるカラーフィルタ２（光フィルタ）、及び凸レンズ部１１の集合体であって入射光の集光率向上のためのオンチップレンズ１が積層されている。但し、この積層構造は適宜変更してよい。
【００７４】
本実施の形態においては、逆可飽和吸収体層７を設けたイメージセンサ２４としているが、この逆可飽和吸収体層７によって上述した第１の実施の形態と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００７５】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。
【００７６】
例えば、逆可飽和吸収体７の形成方法、形成位置及び材質等や、オンチップレンズ等に逆可飽和吸収体７Ａを含有させる場合の混合率及び形成方法等は、変更することができる。この場合、上述した第１〜第３の実施の形態を組み合わせて、逆可飽和吸収体の配置を複数箇所としてもよい（これは、上述した第４の実施の形態でも同様）。
【００７７】
また、遮光膜４を、遮光性に加えて光吸収性を有するものとしてよいし、光吸収性のみを有するものとしてもよい。また、過剰な電荷の処理のためにオーバーフロードレインを設けてもよい。
【００７８】
また、カラーフィルタに替えてＮＤフィルタを形成した光電変換素子としてもよいし、オンチップレンズやカラーフィルタ自体を形成しなくてもよい。
【００７９】
また、電荷転送型固体撮像素子の構造やレイアウトは上述したものに限定されることはなく、種々に変更してよい。
【００８０】
なお、本発明は、上述した例以外の光電変換素子にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の光電変換素子及び光電変換装置は、とりわけスミアやブルーミングが抑制された固体撮像素子及び固体撮像装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１の実施の形態による光電変換素子の断面図（Ａ）及び別の光電変換素子の断面図（Ｂ）である。
【図２】同、逆可飽和吸収体の光照射パワーと光透過パワーとの相関特性を示すグラフである。
【図３】同、光電変換装置の部分平面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による光電変換素子の断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態による光電変換素子の断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態による光電変換素子の断面図である。
【図７】従来例による光電変換素子の断面図である。
【図８】同、各部の配置関係を示す光電変換素子の断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
１、１ａ…オンチップ（マイクロ）レンズ、２、２ａ…カラーフィルタ、
３…層内レンズ、４…遮光膜、５…電荷転送電極（垂直レジスタ部）、６…光センサ部、
７…逆可飽和吸収体層、７Ａ…逆可飽和吸収体、８…電荷蓄積部、９…保護膜、
１０…電荷発生部、１１…凸レンズ部、
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ…電荷転送型固体撮像素子、１３…水平レジスタ部、
１６…画素部、２０…基板、２１…ゲート絶縁膜、２２…電荷転送路領域、
２３…透明絶縁層、２４…イメージセンサ、２６…電荷転送型固体撮像装置、
３０…受光領域、３１…素子分離構造、３２…Ｐ型表面側ウェル、
３３…Ｐ型プラグウェル、３４…Ｐ-型シリコン層、３５…Ｐ型ディープウェル、
３６…Ｎ型シリコン基板、３７…Ｎ型シリコン層、３８…Ｐ+型シリコン層、
４０…開口部、４１…光センサ部
【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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