(57)【要約】【課題】  光電変換膜における光電変換特性の直線性が良好なＣＣＤ型の信号読出回路を持つハイブリッド型の光電変換膜積層型カラー固体撮像装置を提供する。【解決手段】  ３原色のうちの第１色入射光を受光して信号電荷を発生させる第１光電変換素子と第２色入射光を受光して信号電荷を発生させる第２光電変換素子と第３色入射光の光量に応じた信号電荷を蓄積する第３色信号電荷蓄積部１３１と各信号電荷を転送する垂直転送路１２４とが形成された半導体基板１２０と、半導体基板１２０の上に積層され第３色入射光を受光して信号電荷を発生させる光電変換膜１４０と、光電変換膜１４０に被着された画素電極膜１４１と第３色信号電荷蓄積部１３１とを接続する縦配線１４７と、縦配線１４７の半導体基板１２０へのコンタクト部１２８と第３色信号電荷蓄積部１３１との間に設けた電位障壁部１３０とを備える。【選択図】  図３
2006120922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３原色のうちの第１色入射光を受光して信号電荷を発生させる第１光電変換素子と第２色入射光を受光して信号電荷を発生させる第２光電変換素子と第３色入射光の光量に応じた信号電荷を蓄積する第３色信号電荷蓄積部と前記各信号電荷を転送する垂直転送路とが形成された半導体基板と、該半導体基板の上に積層され前記第３色入射光を受光して信号電荷を発生させる光電変換膜と、該光電変換膜に被着された画素電極膜と前記第３色信号電荷蓄積部とを接続する縦配線と、該縦配線の前記半導体基板へのコンタクト部と前記第３色信号電荷蓄積部との間に設けた電位障壁部とを備えることを特徴とする光電変換膜積層型カラー固体撮像装置。
【請求項２】
前記電位障壁部と前記第３色信号電荷蓄積部とは、導電型の第１の半導体層と、該第１の半導体層の上側に設けられ該第１の半導体層と反対導電型の第２の半導体層と、前記第１の半導体層の下側に設けられ該第１の半導体層と反対導電型の第３の半導体層との３層構造を備え、前記３層構造のうちの前記第１の半導体層の厚みまたは不純物密度が小さく形成された部分を前記電位障壁部にすると共に前記３層構造のうちの前記第１の半導体層の厚みまたは不純物密度が前記電位障壁部より大きく形成された部分を前記第３色信号電荷蓄積部としたことを特徴とする請求項１に記載の光電変換膜積層型カラー固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子は、前記半導体基板の深さ方向に積層して設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光電変換膜積層型カラー固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１光電変換素子で発生した信号電荷を蓄積する第１色信号電荷蓄積部を該第１光電変換素子に連設すると共に前記第２光電変換素子で発生した信号電荷を蓄積する第２色信号電荷蓄積部を該第２光電変換素子に連設し、前記第１色信号電荷蓄積部と前記第２色信号電荷蓄積部と前記第３色信号電荷蓄積部の各々に縦型オーバーフロードレインを設けたことを特徴とする請求項３に記載の光電変換膜積層型カラー固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とは前記半導体基板の表面部に市松状に配列形成され、前記第１光電変換素子の上には前記第１色の入射光を透過すると共に前記第２色の入射光を遮断するカラーフィルタが積層され、前記第２光電変換素子の上には前記第２色の入射光を透過すると共に前記第１色の入射光を遮断するカラーフィルタが積層されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光電変換膜積層型カラー固体撮像装置。
【請求項６】
前記第３色信号電荷蓄積部と、前記第１光電変換素子と、前記第２光電変換素子には前記半導体基板の深さ方向に縦型オーバーフロードレインが設けられたことを特徴とする請求項５に記載の光電変換膜積層型カラー固体撮像装置。
【請求項７】
前記半導体基板の表面側には前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子に入射光を導入する開口を持ち該第１光電変換素子及び第２光電変換素子以外の領域への光入射を遮蔽する光遮蔽膜が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の光電変換膜積層型カラー固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１色は青色であり、前記第２色は赤色であり、前記第３色は緑色であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の光電変換膜積層型カラー固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の上に積層した光電変換膜で３原色のうちの１色の入射光を受光し光電変換膜を透過した残り２色の入射光の各々を半導体基板に形成した光電変換素子で受光する光電変換膜積層型カラー固体撮像装置に係り、特に、光電変換膜で受光して得た色信号と光電変換素子で受光して得た色信号との色バランスをとるのが容易な光電変換膜積層型カラー固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ型やＣＭＯＳ型のイメージセンサに代表される単板式カラー固体撮像装置では、光電変換する画素の配列上に３種または４種の色フィルタをモザイク状に配置している。これにより、各画素から色フィルタに対応した色信号が出力され、これ等の色信号を信号処理することでカラー画像が生成される。
【０００３】
しかし、モザイク状に色フィルタを配列したカラー固体撮像装置は、原色の色フィルタの場合、およそ入射光の２／３が色フィルタで吸収されてしまうため、光利用効率が悪く、感度が低いという問題がある。また、各画素で１色の色信号しか得られないため、解像度も悪く、特に、偽色が目立つという問題もある。
【０００４】
そこで、斯かる問題を克服するために、信号読出回路が形成された半導体基板の上に３層の光電変換膜を積層する構造の撮像装置が研究・開発されている（例えば、下記の特許文献１，２）。この撮像装置は、例えば、光入射面から順次、青（Ｂ），緑（Ｇ），赤（Ｒ）の光に対して信号電荷（電子，正孔）を発生する光電変換膜を重ねた画素構造を備え、しかも各画素毎に、各光電変換膜で光発生した信号電荷を独立に読み出すことができる読出部が設けられる。
【０００５】
斯かる構造の撮像装置の場合、入射光が殆ど光電変換されて読み出され、可視光の利用効率は１００％に近く、しかも各画素でＲ，Ｇ，Ｂの３色の色信号が得られるため、高感度で、高解像度（偽色が目立たない）の良好な画像が生成できる。
【０００６】
また、下記特許文献３に記載された撮像装置では、シリコン基板内に光信号を検出する３重のウエル（フォトダイオード）を設け、シリコン基板の深さの違いにより、分光感度の異なる信号（表面からＢ（青）、Ｇ（緑）、Ｒ（赤）の波長にピークを持つ）を得るようになっている。これは、入射光のシリコン基板内への侵入距離が波長に依存することを利用している。この撮像装置も、特許文献１，２に記載された撮像装置と同様に、高感度で、高解像度（偽色が目立たない）の良好な画像を得ることができる。
【０００７】
しかし、特許文献１，２に記載された撮像装置は、３層の光電変換膜を半導体基板の上に順に積層し、且つ、各光電変換膜で発生したＲ，Ｇ，Ｂ毎の信号電荷を夫々半導体基板に形成した信号読出回路に接続する縦配線を形成する必要があるが、その製造は難しく、製造歩留まりが低いためコストが嵩んでしまうという問題がある。
【０００８】
一方、特許文献３に記載された撮像装置は、青色光は最浅部のフォトダイオード、赤色光は最深部のフォトダイオード、緑色光は中間部のフォトダイオードで検出する構造になっているが、例えば最浅部のフォトダイオードでは緑色光や赤色光によっても光電荷が発生してしまうため、Ｒ信号，Ｇ信号，Ｂ信号の分光感度特性の分離が十分でなく、色再現性が悪いという問題がある。しかも、真のＲ信号，Ｇ信号，Ｂ信号を得るために各フォトダイオードからの出力信号を加減算処理する必要があり、この加減算処理により画像信号のＳ／Ｎが劣化してしまうという問題もある。
【０００９】
前述した特許文献１，２，３記載の撮像装置の各問題点を改善するものとして、特許文献４記載の撮像装置が提案されている。この撮像装置は、特許文献１，２記載の撮像装置と特許文献３記載の撮像装置のハイブッリド型となっており、その構造は、緑（Ｇ）に感度を持つ光電変換膜を１層だけ半導体基板の上に積層し、光電変換膜を透過した青（Ｂ）と赤（Ｒ）の入射光は、従来のイメージセンサと同様に、半導体基板に形成されたフォトダイオードで受光する構造になっている。
【００１０】
光電変換膜が１層で済むため、製造工程が簡単になり、コストアップや歩留り低下を避けることができる。また、光電変換膜で緑色光が吸収されるため、半導体基板内の青色用と赤色用の各フォトダイオードの分光感度特性の分離は改善され、色再現性が良好になると共に、Ｓ／Ｎも改善されるという利点がある。
【００１１】
【特許文献１】特表２００２−５０２１２０号公報
【特許文献２】特開２００２−８３９４６号公報
【特許文献３】特表２００２−５１３１４５号公報
【特許文献４】特開２００３−３３２５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献４に記載されている様なハイブリッド型の撮像装置は、製造コストの低減や、色再現性の向上，Ｓ／Ｎの向上という利点があるが、次の様な別の問題が生じてしまう。
【００１３】
尚、ハイブリッド型の撮像装置の半導体基板に設けられる信号読出回路としては、ＣＣＤ型の信号読出回路（電荷転送路及び転送電極等）と、ＣＭＯＳ型の信号読出回路（ＭＯＳトランジスタ及び信号配線等）とがあるが、ここでは、ＣＣＤ型の信号読出回路に限定して説明する。
【００１４】
特許文献４記載の撮像装置にＣＣＤ型の信号読出回路を適用した場合、光電変換膜で成るＧ画素からの信号電荷と、シリコンの２層のフォトダイオードで成るＢ画素とＲ画素からの信号電荷を、先ず、それぞれ垂直ＣＣＤレジスタに読み出して転送し、次に、水平ＣＣＤレジスタで転送し、出力部から読み出すことになる。このＣＣＤ型の信号読出回路は、利得が高く、かつＳ／Ｎが良いという利点があるが、ＣＣＤ型の信号読出回路は、上記のハイブリッド型撮像装置に適用した場合、次の４つの問題を解決する必要が生じる。
【００１５】
（１）光電変換膜のＧ画素に関して、光電変換特性の直線性が悪いという問題がある。光電変換膜の光電変換特性は、膜内の電界（または、光電変換膜の端子間電圧）により大きく変化する。同じ光強度の光が光電変換膜に入射している場合、常に一定の割合で、信号電荷が蓄積することが望ましい。しかし、信号電荷が光電変換膜内に蓄積すると、膜の端子間電圧が下がり、蓄積される電荷量の割合が減少して行ってしまう。そのため、光強度と出力信号の関係が比例関係からズレ、光電変換特性の直線性が悪くなる。シリコン内のＢ画素，Ｒ画素では斯かる問題は生じないため、Ｂ信号，Ｒ信号に対してＧ信号の色バランスをとることが難しくなり、画質が低下してしまう。
【００１６】
（２）光電変換膜のＧ画素に関して、雑音が大きく、かつ、残像が目立つという問題がある。画素電極や縦配線等の部分に大量の電荷（電子等のキャリア）が存在するため、光発生した信号電荷を完全転送モードで垂直ＣＣＤに読み出すことが出来ず、不完全転送モードになってしまう。不完全転送モードは、常に固定の電荷が残留するため、ｋＴＣ雑音や読出パルスの変動による雑音等が信号電荷に重畳され、Ｓ／Ｎが悪くなる。さらに、熱励起効果により信号電荷が小さい状態の電荷転送が非常に遅くなるため、残像が目立つ。
【００１７】
（３）過剰な信号電荷の排出動作や電子シャッタ動作ができないという問題がある。半導体基板表面に近い側の青色を検出するフォトダイオードに対して、縦型オバーフロードレインを設けることが難しいためである。何故ならば、そのフォトダイオードの下側に赤色を検出するフォトダイオードがあるためである。従って、強い光で発生した過剰な電荷の排出動作や電子シャッタ動作のための不要電荷の排出等ができない。
【００１８】
（４）半導体基板側に深さ方向に設けた２層のフォトダイオードで夫々検出する青色信号と赤色信号の色分離が十分でないという問題がある。光電変換膜を通過した光は、Ｇ光が吸収されるためＲ光とＢ光のみとなり、２層構造のフォトダイオードに入射する。Ｂ光に対する半導体の吸収係数がＲ光に対する半導体の吸収係数より大きいため、半導体基板表面に近いフォトダイオードはＢ光に対して相対的に感度が高く、深部のフォトダイオードは相対的にＲ光に対する感度が高い。Ｇ光が無いことにより、特許文献３に比較してＲとＢの色分離は良くなるが、吸収係数の波長依存性を利用する限り、色分離の改善は十分でない。
【００１９】
本発明の第１の目的は、光電変換膜における光電変換特性の直線性が良好なＣＣＤ型信号読出回路を持つハイブリッド型の光電変換膜積層型カラー固体撮像装置を提供することにある。
【００２０】
本発明の第２の目的は、Ｓ／Ｎが良好で残像が目立たないＣＣＤ型信号読出回路を持つハイブリッド型の光電変換膜積層型カラー固体撮像装置を提供することにある。
【００２１】
本発明の第３の目的は、強い光で発生した過剰な電荷の排出動作や電子シャッタ動作のための不要電荷の排出などが可能なＣＣＤ型信号読出回路を持つハイブリッド型の光電変換膜積層型カラー固体撮像装置を提供することにある。
【００２２】
本発明の第４の目的は、赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）の色分離を改善し良好な色再現性が得られるＣＣＤ型信号読出回路を持つハイブリッド型の光電変換膜積層型カラー固体撮像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】
本発明の光電変換膜積層型カラー固体撮像装置は、３原色のうちの第１色入射光を受光して信号電荷を発生させる第１光電変換素子と第２色入射光を受光して信号電荷を発生させる第２光電変換素子と第３色入射光の光量に応じた信号電荷を蓄積する第３色信号電荷蓄積部と前記各信号電荷を転送する垂直転送路とが形成された半導体基板と、該半導体基板の上に積層され前記第３色入射光を受光して信号電荷を発生させる光電変換膜と、該光電変換膜に被着された画素電極膜と前記第３色信号電荷蓄積部とを接続する縦配線と、該縦配線の前記半導体基板へのコンタクト部と前記第３色信号電荷蓄積部との間に設けた電位障壁部とを備えることを特徴とする。
【００２４】
この構成により、光電変換膜で信号電荷が発生し第３色信号電荷蓄積部に信号電荷が蓄積されても、光電変換膜の膜電位は電位障壁部が存在するため一定となり、光電変換膜の光電変換特性の直線性は維持される。このため、第３色と第１色及び第２色との色バランスが崩れることがなくなり、また、膜内などに信号電荷が残留することがなくなるため、雑音などの影響を回避可能となる。
【００２５】
本発明の光電変換膜積層型カラー固体撮像装置の前記電位障壁部と前記第３色信号電荷蓄積部とは、導電型の第１の半導体層と、該第１の半導体層の上側に設けられ該第１の半導体層と反対導電型の第２の半導体層と、前記第１の半導体層の下側に設けられ該第１の半導体層と反対導電型の第３の半導体層との３層構造を備え、前記３層構造のうちの前記第１の半導体層の厚みまたは不純物密度が小さく形成された部分を前記電位障壁部にすると共に前記３層構造のうちの前記第１の半導体層の厚みまたは不純物密度が前記電位障壁部より大きく形成された部分を前記第３色信号電荷蓄積部としたことを特徴とする。
【００２６】
この構成によっても、第３色の入射光により光電変換膜で発生した光電荷が速やかに第３色信号電荷蓄積部に移動すると共に膜電位が一定に保たれ、光電変換特性の直線性の劣化や、残留電荷による影響が回避される。
【００２７】
本発明の光電変換膜積層型カラー固体撮像装置の前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子は、前記半導体基板の深さ方向に積層して設けられていることを特徴とする。
【００２８】
この構成により、１つ受光部で第１色，第２色，第３色の３原色の信号を得ることが可能となり、高感度で、偽色が目立たない高解像度の画像を得ることが可能となる。
【００２９】
本発明の光電変換膜積層型カラー固体撮像装置は、前記第１光電変換素子で発生した信号電荷を蓄積する第１色信号電荷蓄積部を該第１光電変換素子に連設すると共に前記第２光電変換素子で発生した信号電荷を蓄積する第２色信号電荷蓄積部を該第２光電変換素子に連設し、前記第１色信号電荷蓄積部と前記第２色信号電荷蓄積部と前記第３色信号電荷蓄積部の各々に縦型オーバーフロードレインを設けたことを特徴とする。
【００３０】
この構成により、信号電荷蓄積部を光電変換素子と別に設けて信号電荷を局所的に蓄積する構成としたため、オーバーフロードレインの製造が容易となり、不要電荷の排出が容易となり、電子シャッタ機能を搭載可能となる。
【００３１】
本発明の光電変換膜積層型カラー固体撮像装置の前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とは前記半導体基板の表面部に市松状に配列形成され、前記第１光電変換素子の上には前記第１色の入射光を透過すると共に前記第２色の入射光を遮断するカラーフィルタが積層され、前記第２光電変換素子の上には前記第２色の入射光を透過すると共に前記第１色の入射光を遮断するカラーフィルタが積層されていることを特徴とする。
【００３２】
この構成により、第１色と第２色の色分離性能が高くなり、画像の色再現性を高めることが可能となる。
【００３３】
本発明の光電変換膜積層型カラー固体撮像装置の前記第３色信号電荷蓄積部と、前記第１光電変換素子と、前記第２光電変換素子には前記半導体基板の深さ方向に縦型オーバーフロードレインが設けられたことを特徴とする。
【００３４】
この構成により、不要電荷の排出が容易となり、電子シャッタ機能を搭載可能となる。
【００３５】
本発明の光電変換膜積層型カラー固体撮像装置は、前記半導体基板の表面側には前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子に入射光を導入する開口を持ち該第１光電変換素子及び第２光電変換素子以外の領域への光入射を遮蔽する光遮蔽膜が設けられていることを特徴とする。
【００３６】
この構成により、第３信号電荷蓄積部などに光が入射することで起きる混色を回避することが可能となる。
【００３７】
本発明の光電変換膜積層型カラー固体撮像装置で、前記第１色は青色であり、前記第２色は赤色であり、前記第３色は緑色であることを特徴とする。
【００３８】
この構成により、輝度信号として使用できる緑色の画素数を多くとることができ、高感度、高解像度の画像を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、光電変換膜で構成される画素の信号電荷に対して電位障壁として振舞う電位障壁部を設けたため、蓄積された信号電荷量に関係なく光電変換膜の端子電圧を一定に保つことができ、光電変換特性の直線性の劣化が生じず、色バランスが崩れることがなくなる。また、カラーフィルタを用いて色分離を行うことで色再現性を高めることが可能となる。
【００４０】
更に、光電変換膜で発生した信号電荷が速やかに信号電荷蓄積部に流れるため、読み出した後の残留電荷が無くなり、Ｓ／Ｎが良好で残像が目立たなくなる。また、オーバーフロードレインが設けられるため、強い光で発生した過剰な電荷の排出動作や電子シャッタ動作のための不要電荷の排出などが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００４２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光電変換膜積層型カラー固体撮像装置の表面模式図である。光電変換膜積層型カラー固体撮像装置１００には、多数の画素セル１０１が、この例では正方格子状に配列されている。光電変換膜積層型カラー固体撮像装置１００の基本セル１０１の下層部分となる半導体基板の表面には、列方向に並ぶ垂直転送路（列方向ＣＣＤレジスタ）１０２が形成されており、該半導体基板の下辺部には水平転送路（行方向ＣＣレジスタ）１０３が形成されている。
【００４３】
水平転送路１０３の出口部分には増幅器１０４が設けられ、各画素セル１０１で検出された信号電荷は、先ず、垂直転送路１０２によって水平転送路１０３まで転送され、次に水平転送路１０３によって増幅器１０４まで転送され、増幅器１０４から出力信号１０５として出力される。
【００４４】
半導体基板の表面には、垂直転送路１０２に重ねて設けられた図示しない転送電極に接続された３相の電極端子１１１，１１２，１１３が設けられ、また、後述のオーバーフロードレインに接続されるＯＦＤ電極端子１１８が設けられ、更に、水平転送路１０３の転送用の２相の電極端子１１４，１１５が設けられている。
【００４５】
半導体基板の上層には、後述の光電変換膜が積層される。この光電変換膜は、各画素毎に区分けして形成された画素電極膜と、各画素共通に形成された対向電極膜（共通電極膜）１１６とに挟まれており、半導体基板には対向電極膜１１６に所定のバイアス電圧を印加する電極端子１１７が設けられている。
【００４６】
図１中に示す矩形枠１１０は、本実施形態における基本セル１個分を示す範囲を示し、１個の画素セル１０１と、垂直転送路１０２のうち画素セル１０１に隣接する部分とを含む領域を基本セル１１０としている。
【００４７】
図２は、基本セル１１０の１個分の範囲の半導体基板表面構造を示す模式図である。半導体基板には、青色光受光部（以下、Ｂ画素ともいう。）１３４と、赤色光受光部（以下、Ｒ画素ともいう。）１３５とが、後述するように、重ねて設けられ、各受光部１３４，１３５の上方（光入射光方向：図２の紙面手前側）に、光遮光膜の開口１３９が重ねて設けられる。
【００４８】
青色光受光部１３４と赤色光受光部１３５を構成するｎ型半導体層は、図１に示す垂直転送路１０２を構成する埋め込みチャネル１２４の方向に夫々若干延設され、ここに、青色用の信号電荷蓄積部１３２と赤色用の信号電荷蓄積部１３３とが設けられる。
【００４９】
受光部１３４，１３５の、垂直転送路１０２に沿う方向に隣接する位置には、緑色用の信号電荷蓄積部１３１が設けられる。この信号電荷蓄積部１３１は、半導体基板に積層された光電変換膜に光が入射することで発生する光電荷を蓄積する部分となる。光電変換膜に被着された画素電極膜には、後述する様に、縦配線の一端が接続され、この縦配線の他端側は、半導体基板に形成されたｎ型半導体領域１２９内のコンタクト用ｎ＋半導体領域１２８に接続される。ｎ型半導体領域１２９と信号電荷蓄積部１３１とは、ｎ型半導体層で接続されるが、その接続部分に、電位障壁部１３０が設けられる。
【００５０】
各信号電荷蓄積部１３１，１３２，１３３に対応する転送電極１２１，１２２，１２３が埋め込みチャネル１２４上に重ねて設けられ、各転送電極１２１，１２２，１２３は、読出電極を兼用するため、その端部は、各信号電荷蓄積部１３１，１３２，１３３の端部位置まで延出形成されている。
【００５１】
図３は、図２のIII―III線位置における光電変換膜積層型カラー固体撮像装置の断面模式図であり、半導体基板に設けられた緑色用の信号電荷蓄積部１３１や電位障壁部１３０等のほかその上層に設けられた光電変換膜等の断面を示している。同様に、図４は、図２のIV―IV線位置における光電変換膜積層型カラー固体撮像装置の断面模式図であり、光電変換膜の他に青色用の信号電荷蓄積部１３２や受光部１３４，１３５等の断面を示している。同様に、図５は、図２のＶ―Ｖ線位置における光電変換膜積層型カラー固体撮像装置の断面模式図であり、光電変換膜の他に赤色用の信号電荷蓄積部１３３や受光部１３４，１３５等の断面を示している。
【００５２】
ｎ型半導体基板１２０の表面部分にはｐウェル層１３８が形成され、ｐウェル層１３８内の深部には薄い或いは不純物密度が低いｎ型半導体層１３５（図５）が形成される。ｎ型半導体層１３５には半導体基板の表面に達するｎ型半導体層１３３が連設される。このｎ型半導体層１３３の層厚は厚く形成され、不純物密度もｎ型半導体層１３５より高く形成するのが好ましい。
【００５３】
ｎ型半導体層１３５とその上下のｐウェル層１３８との間に形成されるｐｎ接合が赤色光用のフォトダイオードを形成する。このフォトダイオードは、半導体基板の深部に在るため長波長（赤）の光に対して感度が高く、主に赤色光の受光量に応じた信号電荷が発生し、この信号電荷が、信号電荷蓄積部（ｎ型半導体層）１３３に蓄積される。
【００５４】
ｐウェル層１３８は、信号電荷蓄積部１３３の部分において薄く形成され、この薄い部分１３８ｒが、オーバーフロードレインの赤色（Ｒ）画素の電位障壁として機能する。
【００５５】
ｐウェル層１３８内のｎ型半導体層１３５に重なる位置の浅部には、ｎ型半導体層１３５と離間したｎ型半導体層１３４が形成される。ｎ型半導体層１３４は薄く或いは不純物密度が低く形成され、その端部において、層厚の厚いｎ型半導体層１３２が形成される。ｎ型半導体層１３２は、不純物密度もｎ型半導体層１３４より高く形成するのが好ましい。
【００５６】
ｎ型半導体層１３４とその下側のｐウェル層１３８との間に形成されるｐｎ接合が青色光用のフォトダイオードを形成する。このフォトダイオードは、半導体基板の浅部に在るため、短波長（青）の光に対して感度が高く、主に青色光の受光量に応じた信号電荷が発生し、この信号電荷が、信号電荷蓄積部（ｎ型半導体層）１３２に蓄積される。
【００５７】
ｐウェル層１３８は、信号電荷蓄積部１３２の部分において薄く形成され、この薄い部分１３８ｂが、オーバーフロードレインの青色（Ｂ）画素の電位障壁として機能する。
【００５８】
半導体基板の最表面部の適宜領域にはｐ＋層１５０が形成され、その上には、全表面に渡ってゲート絶縁膜１４６が形成される。
【００５９】
図３において、緑色用の信号電荷蓄積部１３１は、ｐウェル層１３８内に形成されたｎ型半導体層１３１で構成される。このｎ型半導体層１３１は、層厚が厚く形成され、或いは、不純物密度が高く形成され、深い電位井戸が形成される様になっている。
【００６０】
ｐウェル層１３８は、信号電荷蓄積部１３１の部分において薄く形成され、この薄い部分１３８ｇが、オーバーフロードレインの緑色（Ｇ）画素の電位障壁として機能する。
【００６１】
信号電荷蓄積部１３１の端部には薄い或いは不純物密度が低いｎ型半導体層１３０が連設され、このｎ型半導体層１３０の表面部とｎ型半導体層１３１の大部分の表面部とがｐ＋層１５０で覆われ、ｎ型半導体層１３０が電位障壁部として機能する。
【００６２】
ｎ型半導体層１３０の端部には、表面がｐ＋層１５０で覆われないｎ型半導体層１２９が連設され、このｎ型半導体層１２９内に、ｎ＋領域１２８が形成される。ｎ＋領域１２８には、ゲート絶縁膜１４６を通して縦配線１４７が接続される。
【００６３】
ｐウェル層１３８内に形成された垂直転送路を構成する埋め込みチャネル（ｎ型半導体層）１２４の上には、ゲート絶縁膜１４６を介して転送電極１２１（図３），１２２（図４），１２３（図５）が設けられる。各転送電極１２１，１２２，１２３は、その端部が、信号電荷蓄積部１３１，１３２，１３３の端部位置まで延出形成される。
【００６４】
ゲート絶縁膜１４６及び転送電極１２１，１２２，１２３の上には、透明の絶縁膜１４４が形成され、その絶縁膜１４４内に、光遮蔽膜１４５が形成される。この光遮蔽膜１４５には、縦配線１４７を非接触で通す開口１３７（図３）が設けられると共に、各受光部（前述したフォトダイオード）に光を入射させる開口１３９（図２，図４，図５）が設けられる。
【００６５】
透明の絶縁膜１４４の上には、透明の絶縁膜１４３が積層されるが、絶縁膜１４４，１４３間には、適宜のアルミ配線が形成されると共に、前記開口１３７に整合する位置に該開口１３７より若干広い不透明の金属膜１４８が形成される。これにより、入射光が開口１３７を通して半導体基板に達するのが阻止され、混色が避けられる。
【００６６】
透明の絶縁膜１４３の上には、画素毎に区分けされた画素電極膜１４１が形成され、各画素電極膜１４１の上に、光電変換膜１４０が形成され、その上に、対向電極膜１１６が形成され、その上に、透明の保護膜１４２が形成される。画素電極膜１４１とコンタクト用ｎ＋領域１２８とを接続する縦配線は、ｎ＋領域１２８と金属膜１４８とを接続する透明絶縁膜１４４中に埋設されたタングステンＷや銅Ｃｕ等の第１縦配線（プラグ）１４７と、金属膜１４８と画素電極膜１４１とを接続する透明絶縁膜１４３中に埋設されたタングステンＷや銅Ｃｕ等の第２縦配線（プラグ）１４９とで構成される。
【００６７】
画素電極膜１４１と対向電極膜１１６とは、光学的に透明または光吸収が少ない材料で形成される。例えば、ＩＴＯ等のような金属化合物や、非常に薄い金属膜等で形成される。
【００６８】
光電変換膜１４０は、主として緑色（Ｇ）の波長領域の光に感度を有し、入射光の内の緑色の入射光量に応じた光電荷を発生する。光電変換膜１４０の構造は、単層膜構造でも多層膜構造でもよく、主に緑に感度がある無機材料（シリコンや化合物半導体、それらのナノ粒子等）、有機半導体材料、有機色素を含む有機材料または無機材料等で形成される。
【００６９】
尚、上述した基本セルにおけるＧ画素の中心すなわち画素電極膜１４１の中心と、Ｂ画素の中心すなわちｎ型半導体層１３４の中心と、Ｒ画素の中心すなわちｎ型半導体層１３５の中心と、開口１３９の中心は、半導体基板１２０の垂直方向（光入射方向）から見て一致する様に製造するのが望ましい。
【００７０】
また、コンタクト用のｎ＋型半導体領域１２８と、電位障壁部１３０と、電荷蓄積部１３１とから成る半導体基板内の部分を総称して「読出部」と呼ぶと、この読出部は、画素中心から垂直方向（列方向）からずれた位置に設けられ、ほぼ、列方向に隣接する２つの開口１３９の中間位置の光遮蔽膜１４５に覆われる位置に設けるのが良い。
【００７１】
更にまた、対向電極膜１１６は、本実施形態では、一枚構成の膜状電極としたが、画素電極膜１４１と同様に、矩形の電極膜に区分けして設け、各電極膜を共通配線した構成としても良い。
【００７２】
以上の様にして構成された本実施形態に係る光電変換膜積層型カラー固体撮像装置に、被写体からの光が入射すると、先ず、入射光のうちの緑色光が光電変換膜１４０に吸収され、信号電荷が発生する。この信号電荷は、縦配線１４９，１４７を通してコンタクト用ｎ＋領域１２８に流れ、電位障壁部１３０を通って信号電荷蓄積部１３１に蓄積される。
【００７３】
入射光のうちの青色光と赤色光は光電変換膜１４０を透過し、開口１３９を通して半導体基板に達する。短波長の青色光は、半導体基板表面部分で吸収され、この部分に設けられたフォトダイオードにて信号電荷が発生する。この信号電荷は信号電荷蓄積部１３２に蓄積される。
【００７４】
赤色光は半導体基板の深部に達し、深部に設けられたフォトダイオードにより信号電荷が発生する。この信号電荷は、信号電荷蓄積部１３３に蓄積される。
【００７５】
各信号電荷蓄積部１３１，１３２，１３３に蓄積された信号電荷は、転送電極１２１，１２２，１２３に読出電位が印加されると、垂直転送路の埋め込みチャネル１２４に読み出され、転送電極に転送電位が印加されることで、垂直転送路に沿って図１の水平転送路１０３まで転送される。垂直転送路（列方向ＣＣＤ）は、本実施形態では３相駆動ＣＣＤであり、３フィールド読出しで、全画面の信号電荷を読み出すことができる。
【００７６】
本実施形態に係る光電変換膜積層型カラー固体撮像装置では、光電変換膜１４０で発生した信号電荷を信号電荷蓄積部１３１に流し蓄積する途中に、電位障壁部１３０を設けている。このため、従来の様に電荷が蓄積されるに従って光電変換膜１４０の膜電位（画素電極膜１４１の電位）が変化することはなく、膜電位は、蓄積する電荷量に関係なくほぼ電位障壁部の電圧Ｖ１に固定される。
【００７７】
従って、本実施形態に係る光電変換膜積層型カラー固体撮像装置では、光電変換膜１４０で良好な光電変換特性が得られる膜端子間電圧をＶ２とすれば、（Ｖ１＋Ｖ２）の電圧を共通電極膜１１６に印加することで、信号電荷蓄積部１３１に蓄積される電荷量に関係なく常に良好な光電変換が光電変換膜１４０で行われ、光電変換膜１４０への光入射強度と光電変換膜１４０からの出力信号強度との間の直線性は良くなる。これにより、半導体基板１２０側に設けたＲ画素，Ｂ画素で検出した赤色信号，青色信号と、光電変換膜１４０で検出した緑色信号との色バランスが崩れることがなくなり、良好な画像を得ることが可能となる。
【００７８】
また、本実施形態の光電変換膜積層型カラー固体撮像装置では、縦型オーバーフロードレインを設けているため、強い光で発生した過剰な電荷を信号電荷蓄積部１３１，１３２，１３３から基板１２０側に排出させる動作や、電子シャッタ動作のための不要電荷の基板１２０側へ排出が可能となる。このオーバーフロードレインの電圧をその電位障壁がほぼＶ１以上になるように調整すれば、過剰な光に対しても画素電極膜１４１の電圧は、ほぼ電圧Ｖ１に保持される。
【００７９】
また、本実施形態では、信号電荷蓄積部１３１，１３２，１３３の電位井戸の大きさは、信号電荷の列方向ＣＣＤの読出しが完全転送モードとなるように設計されている。つまり、信号電荷の列方向ＣＣＤへの読み出しの時、信号電荷蓄積部に固定の残留電荷が残らない様に信号電荷蓄積部に関わる半導体層の層厚や不純物密度が選ばれる。
【００８０】
従って、本実施形態では、不完全電荷転送で起きるｋＴＣ雑音や、読出パルスの電圧変動に起因する雑音や、低信号レベルの残像が無くなる。また、信号電荷蓄積部１３１，１３２，１３３を光遮蔽膜１４５と金属膜１４８とで光遮蔽される場所に設けているため、光が信号電荷蓄積部１３１，１３２，１３３に入射することで起きる混色を避けることが可能であり、高画質の画像信号を得ることができる。
【００８１】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る光電変換膜積層型カラー固体撮像装置の表面模式図である。前述した第１の実施形態では、半導体基板内に２層のｐｎ接合フォトダイオードを形成し、さらに、オーバーフロードレインを設けた構造とした。これは、２層のｐｎ接合フォトダイオードを形成する製造条件が難しく、製造歩留の低下が避けられず、製造コストが上がる虞がある。また、光吸収係数の波長依存性を利用して２層のｐｎ接合フォトダイオードで青色と赤色の色分離を行う構成のため、青色と赤色の色分離に限界があり、高精度の色再現性が難しいという問題がある。これらの問題の解決を図った実施形態がこの第２の実施形態である。
【００８２】
図６において、本実施形態に係る光電変換膜積層型カラー固体撮像装置２００は、半導体基板にＢ画素用の受光部２０１ｂとＲ画素用の受光部２０１ｒとが形成されると共に、半導体基板の上層にＧ画素を構成する光電変換膜が積層される点は第１の実施形態と同じであるが、本実施形態では、受光部２０１ｂ，２０１ｒを２層構造として半導体基板の深さ方向に積層するのではなく、半導体基板の表面層に市松配列した点が異なる。
【００８３】
また、光電変換膜でＧ画素毎に発生した緑色光の入射光量に応じた信号電荷を夫々蓄積するＧ信号電荷蓄積部２０１ｇを第１の実施形態と同様に半導体基板に形成するが、本実施形態では、Ｂ画素用受光部２０１ｂとＲ画素用受光部２０１ｒとが交互に一行に並び、その次の下段のＲ画素用受光部２０１ｒとＢ画素用受光部２０１ｂとが交互に一行に並ぶ各行間に、且つ、Ｂ画素用受光部２０１ｂ，Ｒ画素用受光部２０１ｒと１／２ピッチづつずれた位置にＧ信号電荷蓄積部２０１ｇを設ける様にしている。即ち、Ｂ画素用受光部２０１ｂ，Ｒ画素用受光部２０１ｒ，Ｇ信号電荷蓄積部２０１ｇは、半導体基板上に、所謂、ハニカム配列されている。
【００８４】
垂直転送路２０３は、垂直方向（列方向）にＢ画素用受光部２０１ｂ，Ｒ画素用受光部２０１ｒ，Ｇ信号電荷蓄積部２０１ｇを避けるように蛇行して水平転送路２０４まで形成される。垂直転送路２０３は、後述する埋め込みチャネル２４０（図８，図９）及び列方向ＣＣＤの第１相〜第４相転送電極２０７〜２１０，転送電極２１２，２１３で構成される。各転送電極２０７〜２１３には列方向ＣＣＤの第１相〜第４相電極端子２１４〜２１７が接続され、水平転送路２０４には第１相，第２相電極端子２１８，２１９が接続される。
【００８５】
水平転送路２０４の出口部分には出力用アンプ２０５が形成され、半導体基板にはオーバーフロードレイン電極端子２２２が設けられ、また、光電変換膜全面に被着される共通電極膜（対向電極膜）２２０には共通電極膜２２０に所定のバイアス電位を印加する電極端子２２１が接続される。
【００８６】
被写体からの光が入射することで発生し蓄積されたＢ信号電荷，Ｒ信号電荷，Ｇ信号電荷は、夫々、図中の矢印２１１（読出ゲートを示す）方向に垂直転送路２０３に読み出され、垂直転送路２０３を水平転送路２０４まで転送され、次に水平転送路２０４を転送され、最後にアンプ２０５で増幅された後、光電変換膜積層型カラー固体撮像装置２００から出力信号２０６として出力される。
【００８７】
図７は、図６に示す光電変換膜積層型カラー固体撮像装置の表面の要部拡大模式図である。光電変換膜に被着されＧ画素毎に区分けして形成された画素電極膜２２３は、図７で斜め右上にあるＲ画素用受光部２０１ｒまたはＢ画素用受光部２０１ｂの上方（紙面の手前側）且つＲ画素，Ｂ画素を中心として周囲の転送電極を含む広い範囲に設けられ、画素電極膜２２３の左下隅がＧ信号電荷蓄積部２０１ｇ位置まで延出され、この延出部に接続された縦配線が、Ｇ信号電荷蓄積部２０１ｇに設けられたコンタクト部２２５に接続される。即ち、本実施形態では、Ｇ信号電荷蓄積部２０１ｇは、隣接する４つの画素電極膜２２３の中間位置に設けられる。
【００８８】
Ｂ画素用受光部２０１ｂの上方（紙面の手前側）の画素電極膜２２３に重ねて青色光を透過し赤色光を遮断するカラーフィルタ２２４ｂが設けられ、Ｒ画素用受光部２０１ｒの上方（紙面の手前側）の画素電極膜２２３に重ねて赤色光を透過し青色光を遮断するカラーフィルタ２２４ｒが設けられる。カラーフィルタ２２４ｒ，２２４ｂが設けられる以外の領域には、入射光が半導体基板に達するのを阻止する光遮蔽膜などが設けられる。
【００８９】
図８は、Ｇ信号電荷蓄積部２０１ｇ位置（図７のVIII―VIII線位置）における光電変換膜積層型カラー固体撮像装置の断面模式図であり、図９は、Ｂ画素用受光部２０１ｂ位置（図７のIX―IX線位置）における光電変換膜積層型カラー固体撮像装置の断面模式図である。
【００９０】
図８において、ｎ型半導体基板２３０の表面部にはｐウェル層２３１が設けられ、ｐウェル層２３１の表面部には、層厚の厚い或いは不純物密度が高いｎ型半導体層２０１ｇと、これに連設され層厚の薄い或いは不純物密度が低いｎ型半導体層２３９と、これらと離間し垂直転送路を構成する埋め込みチャネルとしてのｎ型半導体層２４０とが設けられる。ｎ型半導体層２０１ｇが、図７に示すＧ信号電荷蓄積部として機能し、ｎ型半導体層２３９が電位障壁部として機能する。
【００９１】
ｎ型半導体層２０１ｇの表面の大部分とこれに連続するｎ型半導体層２３９の一部表面とにはｐ＋型半導体層２４３が設けられ、ｎ型半導体層２０１ｇの下側のｐウェル層２３１ｇは層厚が薄くされ、オーバーフロードレインの電位障壁として機能する様になっている。ｎ型半導体層２３９のｐ＋型半導体層２４３が形成されていない表面部にはコンタクト用のｎ＋型半導体領域２２５（図７，図８参照）が設けられる。
【００９２】
ｐウェル層２３１の最表面はゲート絶縁膜２３２で被覆され、埋め込みチャネル２４０を覆う位置のゲート絶縁膜２３２の上にはｎ型半導体層２０１ｇの端部位置まで延出する読出電極兼用の転送電極２０９が形成される。ゲート絶縁膜２３２及び転送電極２０９の上には透明の絶縁膜２３３が積層され、この絶縁膜２３３及びゲート絶縁膜２３２を貫通してｎ＋型半導体領域２２５に接続される第１縦配線（タングステンＷのプラグ等）２３５が埋設される。また、絶縁膜２３３内には、入射光が半導体基板表面に達するのを阻止する光遮蔽膜２３４が埋設される。この光遮蔽膜２３４には、第１縦配線２３５を非接触で貫通させる開口２４１が設けられる。
【００９３】
透明の絶縁膜２３３の上には透明の絶縁膜２２８が積層されるが、両者間の前記光遮蔽膜２３４の開口２４１の上には、この開口２４１から光が半導体基板側に入射しないように開口２４１より広い面積の不透明の金属膜２３６が介挿される。第１縦配線２３５の端部はこの金属膜２３６に電気的に接触する。また、絶縁膜２２８には、一端が金属膜２３６に接触する第２縦配線（タングステンＷのプラグ等）２３７が埋設され、この第２縦配線２３７の他端は絶縁膜２２８の端面で露出する。
【００９４】
絶縁膜２２８の上には、Ｇ画素毎に区分けされた画素電極膜２２３が設けられ、この画素電極膜２２３のＧ信号電荷蓄積部２０１ｇ上方位置まで延出する部分が第２縦配線２３７の他端面に電気的に接続される。
【００９５】
絶縁膜２２８及び画素電極膜２２３の上には、緑色光を受光して光電荷を発生させる光電変換膜２２６が製膜技術等を用いて積層され、その上に共通電極膜２２０が被着され、その上に透明の保護膜２２７が積層される。
【００９６】
図９において、ｎ型半導体基板２３０のｐウェル層２３１の表面部には、ｎ型半導体層（Ｂ画素用受光部）２０１ｂと、垂直転送路を構成する埋め込みチャネル（ｎ型半導体層）２４０とが形成され、ｎ型半導体層２０１ｂの表面部の大部分にはｐ＋型半導体層２４４が形成される。
【００９７】
ｎ型半導体層２０１ｂとその下のｐウェル層２３１との間に形成されるｐｎ接合が、青色光を受光して光電変換するフォトダイオードを構成する。このｎ型半導体層２０１ｂの下側のｐウェル層２３１ｂは層厚が薄くされ、オーバーフロードレインの電位障壁として機能する様になっている。
【００９８】
ｐウェル層２３１の最表面はゲート絶縁膜２３２で被覆され、埋め込みチャネル２４０を覆う位置のゲート絶縁膜２３２の上にはｎ型半導体層２０１ｂの端部位置まで延出する読出電極兼用の転送電極２０７が形成される。
【００９９】
ゲート絶縁膜２３２及び転送電極２０７の上には透明の絶縁膜２３３が積層され、この絶縁膜２３３内に、入射光が半導体基板表面に達するのを阻止する光遮蔽膜２３４が埋設される。この光遮蔽膜２３４には、Ｂ画素用受光部（ｎ型半導体層）２０１ｂに光を導入する開口２２９が設けられている。
【０１００】
透明の絶縁膜２３３の上には、青色光を透過し赤色光を遮断するカラーフィルタ２２４ｂが積層され、その上に、Ｇ画素用の画素電極膜２２３が積層され、その上に光電変換膜２２６が積層され、その上に、共通電極膜２２０が積層され、その上に、透明の保護膜２２７が積層される。
【０１０１】
本実施形態では、Ｇ画素を構成する画素電極膜２２３の中心位置と、Ｂ画素（またはＲ画素）の中心位置と、開口２２９の中心位置とが光入射方向にほぼ一致するように製造される。
【０１０２】
尚、上述した光電変換膜２２６や電極膜等の材料としては、前述した第１の実施形態と同様のものを用いる。また、Ｒ画素の断面模式図の図示は省略したが、Ｒ画素においては、図９のカラーフィルタ２２４ｂに変えて、赤色光を透過し青色光を遮断するカラーフィルタ２２４ｒ（図７参照）を用いる点のみがＢ画素の構造と異なるだけである。
【０１０３】
本実施形態に係る光電変換膜積層型カラー固体撮像装置２００に被写体からの光が入射すると、入射光のうちの緑色光が光電変換膜２２６で光電変換され、信号電荷が画素電極膜２２３から縦配線２３７，２３５，コンタクト部２２５，ｎ型半導体層（電位障壁部）２３９，ｎ型半導体層２０１ｇと流れ、このｎ型半導体層２０１ｇに緑色用の信号電荷が蓄積される。
【０１０４】
入射光のうちの赤色光と青色光は光電変換膜２２６を透過するが、光遮蔽膜２３４の開口２２９以外では遮光され、半導体基板の表面には達しない。Ｒ画素受光部２０１ｒの開口２２９を通る光は、その上に青色光を遮断するカラーフィルタが設けられているため、赤色光成分だけがＲ画素受光部（ｎ型半導体層）２０１ｒに入射して光電荷が発生する。この赤色光の受光量に応じた信号電荷がｎ型半導体層２０１ｒに蓄積される。
【０１０５】
Ｂ画素受光部２０１ｂの開口２２９を通る光は、その上に赤色光を遮断するカラーフィルタが設けられているため、青色光成分だけがＢ画素受光部（ｎ型半導体層）２０１ｂに入射して光電荷が発生する。この青色光の受光量に応じた信号電荷がｎ型半導体層２０１ｂに蓄積される。
【０１０６】
その後は、垂直転送路（列方向ＣＣＤ）の読出電極兼用の転送電極に読出パルス（高い正電圧パルス）が印加されて各画素の信号電荷が垂直転送路に読み出され、転送電極に転送パルスが印加されることで、垂直転送路に沿って信号電荷が転送され、水平転送路に沿って転送されることで、固体撮像装置２００から画像信号として出力される。
【０１０７】
本実施形態でも、光電変換膜２２６で発生した信号電荷は、電位障壁部２３９を通ってから信号電荷蓄積部（ｎ型半導体層）２０１ｇに蓄積されるため、光電変換膜２２６の膜電位すなわちＧ画素の画素電極膜２２３の電位は電位障壁部２３９の電位に保持される。これにより、信号電荷の蓄積に従って膜電位が低下することはなくなり、光電変換特性の直線性が維持され、赤色信号や青色信号との色バランスが崩れることがなくなる。
【０１０８】
また、本実施形態では、青色光がカラーフィルタ２２４ｒで遮断された後の赤色光のみがＲ画素用受光部２０１ｒに入射し、赤色光がカラーフィルタ２２４ｂで遮断された後の青色光のみがＢ画素用受光部２０１ｂに入射するため、色分離性能が高く、従って、色再現性が向上する。
【０１０９】
更に、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、雑音，電子シャッタ等の利点を得ることができると共に、半導体基板に設けるＲ画素用受光部とＢ画素用受光部とを深さ方向に２層構造で設けることはしていないため、第１の実施形態と比較して製造歩留まりが向上し、製造コストが低減される。
【０１１０】
尚、本実施形態では、垂直転送路（列方向ＣＣＤ）を４相駆動ＣＣＤとしたが、６相駆動などの他の方式のＣＣＤでもよいことはいうまでもない。また、集光効率を上げるために、マイクロレンズを開口２２９の上に設けても良く、これにより、感度（特にＢ画素とＲ画素）が高くなる。
【０１１１】
更にまた、本実施形態では、光学的なカラーフィルタを画素電極膜と半導体基板との間に設けたが、共通電極膜の上面に設けてもよい。この場合、光電変換膜２２６に緑色（Ｇ）光が届く必要があるため、Ｂ画素に対しては、青色（Ｂ）光と緑色（Ｇ）光を透過する光学フィルタを、Ｒ画素に対しては、赤色（Ｒ）光と緑色（Ｇ）光を透過するフィルタを設ける。
【０１１２】
更にまた、本実施形態では、Ｇ信号数がＲ信号数とＢ信号数の２倍になる。この方式は、高解像度の画像を得ることが可能になるが、信号処理が複雑となる。そこで、隣接するＢ画素とＲ画素の位置にある画素電極膜を共通に配線して、Ｇ画素信号を２画素分加算して読み出す方式としても良い。これにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの各信号が同数となり、信号処理が簡単になる。
【０１１３】
更にまた、本実施形態では、Ｇ画素電極膜の中心と開口２２９の中心とを一致させるようにＲ，Ｇ，Ｂ画素を配置したが、Ｇ画素電極膜の中心を隣接する開口２２９の中間位置に配列しＧ画素をＲ画素，Ｂ画素からずらすことで、サンプル点が増え、高解像度の画像を得ることが可能になる。
【０１１４】
以上述べた様に、上記の各実施形態によれば、画素電極と対向電極とによって挟まれた光電変換膜２２６で構成されるＧ画素において、画素電極側に、信号電荷に対して電位障壁として振舞う電位障壁部と、光発生した信号電荷を蓄積する信号電荷蓄積部を設けたため、蓄積される信号電荷量に関係なく光電変換膜には一定の端子電圧（膜内部として一定の平均電界）が保たれ、光電変換膜内で発生した信号電荷は膜内からＧ信号電荷蓄積部に速やかに移動する。そのため、光電変換特性の直線性の劣化がなくなる。更に、Ｇ信号電荷蓄積部の電位井戸の大きさは、信号電荷が完全転送できるように選ばれているため、ｋＴＣ雑音や読出しパルスの変動による雑音等が信号電荷に重畳されることは無く、低信号レベルの残像も目立たなくなる。
【０１１５】
また、半導体基板内に２層構造のＢ画素とＲ画素を形成した場合、夫々に設ける読出ゲートに近い位置に深い電位井戸となるＢ信号電荷蓄積部とＲ信号電荷蓄積部を設け、且つ、Ｒ，Ｇ，Ｂの各信号電荷蓄積部の下（半導体基板深さ方向）に縦型オーバーフロードレインを設けることにより、各画素の信号電荷はＲ，Ｇ，Ｂの各信号電荷蓄積部に蓄積され、縦型オーバーフロードレインにより各画素の信号電荷を排出することができるようになる。従って、強い光で発生した過剰な電荷の排出動作や電子シャッタ動作のための不要電荷の排出などが可能となる。
【０１１６】
更に、半導体基板内にＢ画素とＲ画素を１層のフォトダイオード構造（従来のオーバーフロードレイン付のフォトダイオードと同じ）で形成すると共に同一層にＧ信号電荷蓄積部を設け且つこの下（半導体基板深さ方向）にも縦型オーバーフロードレインを設けることより、強い光で発生した過剰な電荷の排出動作や電子シヤッタ動作のための不要電荷の排出などが可能となる。この場合、Ｂ画素とＲ画素の分光感度特性がそれぞれ所望特性となるように入射光路上に異なる特性の光学フィルタを市松状に配置することにより、ＲとＢの色分離が良くなり、色再現性が良好になる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明に係る光電変換膜積層型カラー固体撮像装置は、製造が容易で製造歩留まりが高くなるため、従来のＣＣＤ型やＣＭＯＳ型のイメージセンサに代わるカラー固体撮像装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光電変換膜積層型カラー固体撮像装置の表面模式図である。
【図２】図１に示す基本セル１１０部分の範囲の半導体基板表面構造を示す模式図である。
【図３】図２のIII―III線断面模式図である。
【図４】図２のIV―IV線断面模式図である。
【図５】図２のＶ―Ｖ線断面模式図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る光電変換膜積層型カラー固体撮像装置の表面模式図である。
【図７】図６に示す光電変換膜積層型カラー固体撮像装置の表面の要部拡大模式図である。
【図８】図７のVIII―VIII線断面模式図である。
【図９】図７のIX―IX線断面模式図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１００，２００  光電変換膜積層型カラー固体撮像装置
１０１  受光部
１０２，２０３  垂直転送路（列方向ＣＣＤ）
１０３，２０４  水平転送路（行方向ＣＣＤ）
１１０  基本セル
１１６，２２０  共通電極膜（対向電極膜）
１１８，２２２  オーバーフロードレイン（ＯＦＤ）電極端子
１２０  ｎ型半導体基板
１２１，１２２，１２３  転送電極
１２４  垂直転送路の埋め込みチャネル
１２５，１２６，１２７  読出ゲート
１２８  コンタクト用ｎ＋領域
１３０，２３９  電位障壁部
１３１，２０１ｇ  Ｇ信号電荷蓄積部
１３２  Ｂ信号電荷蓄積部
１３３  Ｒ信号電荷蓄積部
１３４  Ｂ画素用受光部（ｎ型半導体層）
１３５  Ｒ画素用受光部（ｎ型半導体層）
１３８  ｐウェル層
１３７，１３９，２２９，２４１  開口
１４０  光電変換膜
１４１，２２３  Ｇ画素用画素電極膜
１４５，２３４  光遮蔽膜
１４７，１４９，  縦配線
１４８，２３６  光遮蔽機能を持つ不透明電極膜
２０１ｒ  Ｒ画素用受光部
２０１ｂ  Ｂ画素用受光部
２２４ｒ，２２４ｂ  カラーフィルタ
２２５  コンタクト用ｎ＋領域
１３８ｒ，１３８ｇ，１３８ｂ，２３１ｇ，２３１ｂ  縦型オーバーフロードレイン用電位障壁
【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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