(57)【要約】【課題】  長波長の光に対する感度を向上させることが可能となる。【解決手段】  実施例の撮像装置は、第１導電型の第１、および、第２の第２の半導体領域を備える。第１、および、第２の半導体領域のそれぞれは、光電変換によって生じた電荷を収集、または、蓄積する。第１の半導体領域に対応して、第１の波長帯の光を透過させる第１のカラーフィルタが配される。第２の半導体領域に対応して、第２の波長帯の光を透過させる第２のカラーフィルタが配される。第２の波長帯は、第１の波長帯よりも短波長側の波長帯を含む。実施例の撮像装置では、第１のカラーフィルタを透過した光によって生じた電荷が、第１の半導体領域に収集される。そして、第２のカラーフィルタを透過した光のうち、短波長の光によって生じた電荷が第２の半導体領域に収集され、長波長の光によって生じた電荷の一部が、第１の半導体領域に収集される。【選択図】  図２
2015005699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板に配され、光電変換によって生じた電荷を収集、または、蓄積する第１導電型の第１の半導体領域と、
前記半導体基板に配され、光電変換によって生じた電荷を収集、または、蓄積する第１導電型の第２の半導体領域と、
前記第１の半導体領域に対して配され、第１の波長帯の光を透過させる第１のカラーフィルタと、
前記第２の半導体領域に対して配され、前記第１の波長帯に対して短波長側の波長帯を含む第２の波長帯の光を透過させる第２のカラーフィルタと、
前記第１の半導体領域の下に配された、第２導電型の第３の半導体領域と、
前記第２の半導体領域の下であって、前記第３の半導体領域よりも浅い位置に配され、光電変換によって生じる電荷に対するポテンシャルバリアとして機能する第２導電型の第４の半導体領域と、
前記第１の半導体領域と、前記第２の半導体領域との間であって、前記第４の半導体領域よりも浅い位置に配された分離部と、を備え、
前記分離部の下であって、前記第３の半導体領域よりも浅く、かつ、前記第４の半導体領域よりも深い領域の少なくとも一部における、光電変換によって生じる電荷にとってのポテンシャルは、前記分離部、および、前記第４の半導体領域よりも低いことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
半導体基板と、
前記半導体基板に配され、光電変換によって生じる電荷を収集、または、蓄積する第１導電型の第１の半導体領域と、
前記半導体基板に配され、光電変換によって生じる電荷を収集、または、蓄積する第１導電型の第２の半導体領域と、
前記第１の半導体領域に対して配され、第１の波長帯の光を透過させる第１のカラーフィルタと、
前記第２の半導体領域に対して配され、前記第１の波長帯に対して短波長側の波長帯を含む第２の波長帯の光を透過させる第２のカラーフィルタと、
前記第１の半導体領域の下に配された、第２導電型の第３の半導体領域と、
前記第２の半導体領域の下であって、前記第３の半導体領域よりも浅い位置に配された、第２導電型の第４の半導体領域と、
前記第１の半導体領域と、前記第２の半導体領域との間に配された分離部と、
前記第１の半導体領域と前記第３の半導体領域との間に配され、光電変換によって生じた電荷を前記第１の半導体領域へ収集する第１導電型の第５の半導体領域と、を備え、
前記第５の半導体領域は、前記第１の半導体領域から前記第４の半導体領域の下の領域にまで延在していることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
半導体基板と、
前記半導体基板に配され、光電変換によって生じる電荷を収集、または、蓄積する第１導電型の第１の半導体領域と、
前記半導体基板に配され、光電変換によって生じる電荷を収集、または、蓄積する第１導電型の第２の半導体領域と、
前記第１の半導体領域に対して配され、第１の波長帯の光を透過させる第１のカラーフィルタと、
前記第２の半導体領域に対して配され、前記第１の波長帯に対して短波長側の波長帯を含む第２の波長帯の光を透過させる第２のカラーフィルタと、
前記第１の半導体領域の下に配された、第２導電型の第３の半導体領域と、
前記第２の半導体領域の下であって、前記第３の半導体領域よりも浅い位置に配された、第２導電型の第４の半導体領域と、
前記第１の半導体領域と、前記第２の半導体領域との間に配された分離部と、
前記第１の半導体領域と前記第３の半導体領域との間に配され、光電変換によって生じた電荷を前記第１の半導体領域へ収集する第１導電型の第２導電型の第５の半導体領域と、を備え、
前記第５の半導体領域は、前記第１の半導体領域の下端から前記第４の半導体領域の下の領域にまで延在し、
前記第５の半導体領域の不純物濃度が、前記第３の半導体領域の不純物濃度、および、前記第４の半導体領域の不純物濃度のいずれよりも低いことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
半導体基板と、
前記半導体基板に配され、光電変換によって生じた電荷を収集、または、蓄積する第１導電型の第１の半導体領域と、
前記半導体基板に配され、光電変換によって生じた電荷を収集、または、蓄積する第１導電型の第２の半導体領域と、
前記第１の半導体領域に対して配され、第１の波長帯の光を透過させる第１のカラーフィルタと、
前記第２の半導体領域に対して配され、第２の波長帯の光を透過させる第２のカラーフィルタと、
前記第１の半導体領域の下に配された、第２導電型の第３の半導体領域と、
前記第２の半導体領域の下であって、前記第３の半導体領域よりも浅い位置に配され、光電変換によって生じる電荷に対するポテンシャルバリアとして機能する第２導電型の第４の半導体領域と、
前記第１の半導体領域と、前記第２の半導体領域との間であって、前記第４の半導体領域よりも浅い位置に配された分離部と、を備え、
前記第１の波長帯は、前記第２の波長帯に対して長波長側の波長帯を含み、
前記分離部の下であって、前記第３の半導体領域よりも浅く、かつ、前記第４の半導体領域よりも深い領域の少なくとも一部における、光電変換によって生じる電荷にとってのポテンシャルは、前記分離部、および、前記第４の半導体領域よりも低いことを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
半導体基板と、
前記半導体基板に配され、光電変換によって生じる電荷を収集、または、蓄積する第１導電型の第１の半導体領域と、
前記半導体基板に配され、光電変換によって生じる電荷を収集、または、蓄積する第１導電型の第２の半導体領域と、
前記第１の半導体領域に対して配され、第１の波長帯の光を透過させる第１のカラーフィルタと、
前記第２の半導体領域に対して配され、第２の波長帯の光を透過させる第２のカラーフィルタと、
前記第１の半導体領域の下に配された、第２導電型の第３の半導体領域と、
前記第２の半導体領域の下であって、前記第３の半導体領域よりも浅い位置に配された、第２導電型の第４の半導体領域と、
前記第１の半導体領域と、前記第２の半導体領域との間に配された分離部と、
前記第１の半導体領域と前記第３の半導体領域との間に配され、光電変換によって生じた電荷を前記第１の半導体領域へ収集する第１導電型の第５の半導体領域と、を備え、
前記第１の波長帯は、前記第２の波長帯に対して長波長側の波長帯を含み、
前記第５の半導体領域は、前記第１の半導体領域から前記第４の半導体領域の下の領域にまで延在していることを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
半導体基板と、
前記半導体基板に配され、光電変換によって生じる電荷を収集、または、蓄積する第１導電型の第１の半導体領域と、
前記半導体基板に配され、光電変換によって生じる電荷を収集、または、蓄積する第１導電型の第２の半導体領域と、
前記第１の半導体領域に対して配され、第１の波長帯の光を透過させる第１のカラーフィルタと、
前記第２の半導体領域に対して配され、第２の波長帯の光を透過させる第２のカラーフィルタと、
前記第１の半導体領域の下に配された、第２導電型の第３の半導体領域と、
前記第２の半導体領域の下であって、前記第３の半導体領域よりも浅い位置に配された、第２導電型の第４の半導体領域と、
前記第１の半導体領域と、前記第２の半導体領域との間に配された分離部と、
前記第１の半導体領域と前記第３の半導体領域との間に配され、光電変換によって生じた電荷を前記第１の半導体領域へ収集する第１導電型の第２導電型の第５の半導体領域と、を備え、
前記第１の波長帯は、前記第２の波長帯に対して長波長側の波長帯を含み、
前記第５の半導体領域は、前記第１の半導体領域の下端から前記第４の半導体領域の下の領域にまで延在し、
前記第５の半導体領域の不純物濃度が、前記第３の半導体領域の不純物濃度、および、前記第４の半導体領域の不純物濃度のいずれよりも低いことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
前記第１、および、前記第２の半導体領域のそれぞれに対応して、フローティングディフュージョン部と、前記フローティングディフュージョン部へ電荷を転送するための転送ゲート電極と、前記フローティングディフュージョン部の電位に基づく信号を出力する増幅部と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記分離部は、絶縁体領域と、第２導電型の第６の半導体領域と、前記第４の半導体領域の一部とを含み、
前記第６の半導体領域は、前記絶縁体領域と、前記第４の半導体領域の一部との間に配されたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記絶縁体領域、前記第６の半導体領域、および、前記第４の半導体領域が、前記第２の半導体領域を囲むように配されたことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記第３の半導体領域は、前記第２の半導体領域の下の領域にまで延在していることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記第２のカラーフィルタが、前記第１のカラーフィルタよりも薄いことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記第１の半導体領域に対して配された第１のレンズと、
前記第２の半導体領域に対して配された第２のレンズと、をさらに備え、
前記第２のレンズの面積が、前記第１のレンズの面積よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記第１のカラーフィルタは、可視光の波長帯の光をカットし、かつ、近赤外の波長帯の光を透過させ、
前記第２のカラーフィルタは、可視光の波長帯の光を透過させることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記第１の波長帯が赤色であって、かつ、前記第２の波長帯が緑色、青色、シアン、マゼンタ、もしくは、イエローのいずれかである、または、
前記第１の波長帯が緑色であって、かつ、前記第２の波長帯が青色、シアン、もしくは、マゼンタのいずれかである、または、
前記第１の波長帯がマゼンタであって、かつ、前記第２の波長帯が緑色、青色、もしくは、シアンのいずれかである、または、
前記第１の波長帯がシアンであって、かつ、前記第２の波長帯が青色であることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記分離部の下であって、前記第３の半導体領域よりも浅く、かつ、前記第４の半導体領域よりも深い領域は、前記第４の半導体領域よりも不純物濃度の低い第２導電型の半導体領域であることを特徴とする請求項１または請求項４に記載の撮像装置。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項１５のいずれか一項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置からの信号を処理する信号処理装置と、を備えた撮像システム。
【請求項１７】
半導体基板と、
前記半導体基板に配され、光電変換によって生じた電荷を収集、または、蓄積する第１導電型の第１の半導体領域と、
前記半導体基板に配され、光電変換によって生じた電荷を収集、または、蓄積する第１導電型の第２の半導体領域と、
前記第１の半導体領域に対して配され、第１の波長帯の光を透過させる第１のカラーフィルタと、
前記第２の半導体領域に対して配され、前記第１の波長帯に対して短波長側の波長帯を含む第２の波長帯の光を透過させる第２のカラーフィルタと、
第２の半導体領域の下に配された、第２導電型の埋め込み層と、
前記第１の半導体領域と、前記第２の半導体領域との間に配された分離部と、
前記第１の半導体領域の下端から前記埋め込み層の下の領域にまで延在して配され、発生した電荷を前記第１の半導体領域へ収集する光電変換領域と、を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１８】
半導体基板と、
前記半導体基板に配され、光電変換によって生じた電荷を収集、または、蓄積する第１導電型の第１の半導体領域と、
前記半導体基板に配され、光電変換によって生じた電荷を収集、または、蓄積する第１導電型の第２の半導体領域と、
前記第１の半導体領域に対して配され、第１の波長帯の光を透過させる第１のカラーフィルタと、
前記第２の半導体領域に対して配され、第２の波長帯の光を透過させる第２のカラーフィルタと、
第２の半導体領域の下に配された、第２導電型の埋め込み層と、
前記第１の半導体領域と、前記第２の半導体領域との間に配された分離部と、
前記第１の半導体領域の下端から前記埋め込み層の下の領域にまで延在して配され、発生した電荷を前記第１の半導体領域へ収集する光電変換領域と、を備え、
前記第１の波長帯は、前記第２の波長帯に対して長波長側の波長帯を含むことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置、および、撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示された撮像装置は、１つの画素が複数の色の光を検知できるように構成されている。詳細には、１つの画素において、複数の光電変換部が積層されている。このような構成によってカラーフィルタが不要となるため、カラーフィルタによる感度の低下を低減することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２９８０３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、波長の短い光による光電変換のほとんどは、半導体基板の比較的浅い領域で起こる。一方で、波長の長い光による光電変換は、半導体基板の表面に近い位置から、ある程度の深さにまで渡る広い領域で起こりうる。
【０００５】
特許文献１に記載された画素の構造においては、波長の短い光によって生じる電荷のほとんどが、対応する光電変換部に蓄積される。これに対して、波長の長い光によって生じる電荷の一部は、より浅い位置に配された、波長の短い光に対応する光電変換部に蓄積される可能性がある。したがって、波長の長い光の感度が、波長の短い光の感度に対して、相対的に低下する可能性がある。
【０００６】
このような課題に鑑み、本発明者は、撮像装置において波長の長い光に対する感度を向上させる技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの側面に係る実施例の撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に配され、光電変換によって生じた電荷を収集、または、蓄積する第１導電型の第１の半導体領域と、前記半導体基板に配され、光電変換によって生じた電荷を収集、または、蓄積する第１導電型の第２の半導体領域と、前記第１の半導体領域に対して配され、第１の波長帯の光を透過させる第１のカラーフィルタと、前記第２の半導体領域に対して配され、前記第１の波長帯に対して短波長側の波長帯を含む第２の波長帯の光を透過させる第２のカラーフィルタと、前記第１の半導体領域の下に配された、第２導電型の第３の半導体領域と、前記第２の半導体領域の下であって、前記第３の半導体領域よりも浅い位置に配され、光電変換によって生じる電荷に対するポテンシャルバリアとして機能する第２導電型の第４の半導体領域と、前記第１の半導体領域と、前記第２の半導体領域との間であって、前記第４の半導体領域よりも浅い位置に配された分離部と、を備え、前記分離部の下であって、前記第３の半導体領域よりも浅く、かつ、前記第４の半導体領域よりも深い領域の少なくとも一部における、光電変換によって生じる電荷にとってのポテンシャルは、前記分離部、および、前記第４の半導体領域よりも低いことを特徴とする。
【０００８】
本発明の別の側面に係る実施例の撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に配され、光電変換によって生じた電荷を収集、または、蓄積する第１導電型の第１の半導体領域と、前記半導体基板に配され、光電変換によって生じた電荷を収集、または、蓄積する第１導電型の第２の半導体領域と、前記第１の半導体領域に対して配され、第１の波長帯の光を透過させる第１のカラーフィルタと、前記第２の半導体領域に対して配され、第２の波長帯の光を透過させる第２のカラーフィルタと、前記第１の半導体領域の下に配された、第２導電型の第３の半導体領域と、前記第２の半導体領域の下であって、前記第３の半導体領域よりも浅い位置に配され、光電変換によって生じる電荷に対するポテンシャルバリアとして機能する第２導電型の第４の半導体領域と、前記第１の半導体領域と、前記第２の半導体領域との間であって、前記第４の半導体領域よりも浅い位置に配された分離部と、を備え、前記第１の波長帯は、前記第２の波長帯に対して長波長側の波長帯を含み、前記分離部の下であって、前記第３の半導体領域よりも浅く、かつ、前記第４の半導体領域よりも深い領域の少なくとも一部における、光電変換によって生じる電荷にとってのポテンシャルは、前記分離部、および、前記第４の半導体領域よりも低いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、波長の長い光に対する感度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】撮像装置の平面構造を模式的に示す図。
【図２】撮像装置の断面構造を模式的に示す図。
【図３】撮像装置の平面構造を模式的に示す図。
【図４】撮像装置の平面構造を模式的に示す図。
【図５】撮像装置の平面構造を模式的に示す図。
【図６】撮像装置の断面構造を模式的に示す図。
【図７】撮像装置の断面構造を模式的に示す図。
【図８】撮像システムの実施例のブロック図。
【図９】カラーフィルタの特性を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る１つの実施形態は、撮像装置である。撮像装置は、第１導電型の第１、および、第２の第２の半導体領域を備える。第１の半導体領域は、光電変換によって生じた電荷を収集、または、蓄積する。第２の半導体領域は、光電変換によって生じた電荷を収集、または、蓄積する。
【００１２】
第１の半導体領域に対応して、第１の波長帯の光を透過させる第１のカラーフィルタが配される。第２の半導体領域に対応して、第２の波長帯の光を透過させる第２のカラーフィルタが配される。
【００１３】
図９は、第１の波長帯と、第２の波長帯との関係を、模式的に示している。図９（ａ）〜（ｄ）のそれぞれにおいて、横軸が波長を示している。第１のカラーフィルタは、第１の波長帯９０１の光を透過させる。第２のカラーフィルタは第２の波長帯９０２の光を透過させる。
【００１４】
いくつかの実施例では、図９（ａ）、（ｂ）、（ｄ）が示すように、第２の波長帯９０２が、第１の波長帯９０１よりも短波長側の波長帯を含む。つまり、第２のカラーフィルタが、第１の波長帯９０１よりも短い波長の光を透過させる。あるいは、他のいくつかの実施例では、図９（ａ）、（ｃ）、（ｄ）が示すように、第１の波長帯９０１が、第２の波長帯９０２に対して長波長側の波長帯を含む。つまり、第１のカラーフィルタが、第２の波長帯９０２よりも長い波長の光を透過させる。
【００１５】
図９（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）が示すように、第１の波長帯９０１と第２の波長帯９０２とが、部分的に重なっていてもよい。つまり、第１のカラーフィルタが、ある波長帯の光を透過させる場合に、第２のカラーフィルタが同じ波長帯の光を透過させてもよい。
【００１６】
ここで、カラーフィルタが、ある波長の光を透過させるとは、カラーフィルタに入射した光のうち、所定の割合よりも多い量の光が、当該カラーフィルタを透過することを意味する。必ずしも、入射した光のすべてが透過する必要はない。所定の割合は、撮像装置の分光特性に応じて、適宜設定されうる。
【００１７】
撮像装置は、通常、それぞれが光電変換部を含む、複数の画素を備える。そして、第１、および、第２の半導体領域は、それぞれ、いずれかの光電変換部に含まれている。そこで、本明細書では、第１のカラーフィルタが配された第１の半導体領域を含む画素を便宜的に第１の画素と呼ぶ。また、第２のカラーフィルタが配された第２の半導体領域を含む画素を、便宜的に、第２の画素と呼ぶ。
【００１８】
本実施形態の撮像装置では、第１のカラーフィルタを透過した光によって生じた電荷が、第１の半導体領域に収集、または、蓄積される。そして、第２のカラーフィルタを透過した光のうち、波長の短い光によって生じた電荷を第２の半導体領域に収集、または、蓄積し、これに比べて波長の長い光によって生じた電荷の少なくとも一部を、第１の半導体領域に収集、または、蓄積する。したがって、第１の半導体領域には、第１のカラーフィルタを透過した光によって生じた電荷と、第２のカラーフィルタを透過した光によって生じた電荷との両方が、収集、または、蓄積される。このように、１つのカラーフィルタを透過した光によって生じた電荷を、２つ以上の半導体領域に振り分けることによって、波長の長い光に対する感度を向上させることが可能となる。
【００１９】
以下、図面を用いて、いくつかの実施例について説明する。以下の実施例では、信号電荷が電子である。そのため、第１導電型がＮ型であり、第２導電型がＰ型である。しかし、信号電荷はホールであってもよい。信号電荷がホールの場合には、第１導電型がＰ型であり、第２導電型がＮ型である。
【００２０】
また、本明細書において、半導体基板の表面からの、当該表面に垂直な方向に沿った距離について、２つの半導体領域の関係を言及する場合には、「深い」または「浅い」という表現を用いる。２つの半導体領域の、半導体基板の表面と平行な面への正射影が重なることを含意する場合には、「上」または「下」という表現を用いる。つまり、「第１の半導体領域が第２の半導体領域の上にある」という表現は、第１の半導体領域が第２の半導体領域よりも浅い位置にあって、かつ、第１、および、第２の半導体領域の、半導体基板の表面と平行な面への正射影が、互いに重なることを意味する。半導体基板の光が入射する側の表面に、より近い位置を、「浅い」または「上」と定義する。半導体基板の光が入射する側の表面は、光電変換部が配された位置における、半導体基板とその上に配された絶縁体との界面である。図２において、半導体基板の表面ＳＲが例示されている。
【実施例１】
【００２１】
実施例１の撮像装置について、図１、図２を用いて説明する。図１は、撮像装置の平面構造を模式的に示している。図１には、２行２列に配列した４つの画素１〜４が示される。実際には、撮像装置はさらに多くの画素を備える。図２は、図１におけるＡ−Ｂに沿った断面の構造を模式的に表している。図２において、図１と同じ部分には同じ番号を付している。本実施例では、図２に示された画素１、および、画素２が、それぞれ、第１の画素、および、第２の画素である。
【００２２】
図１に示されるように、各画素は、電荷蓄積領域５、フローティングディフュージョン部（以下、ＦＤ部）６、および、転送ゲート電極７、を含む。画素回路領域８には、画素の回路を構成するトランジスタが配される。また、画素回路領域８には、画素のウェルに所定の電圧を供給するためのコンタクト領域が配されてもよい。１つの画素の電荷蓄積領域５、および、ＦＤ部６は、分離部２０によって、他の画素の電荷蓄積領域５、あるいは、ＦＤ部６、または、画素回路領域と、電気的に分離されている。
【００２３】
なお、異なる画素に含まれる部材を区別するために、数字とアルファベットからなる符号が付されている。画素１には、電荷蓄積領域５ａ、ＦＤ部６ａ、転送ゲート電極７ａが含まれる。また、画素２には、電荷蓄積領域５ｂ、ＦＤ部６ｂ、転送ゲート電極７ｂが含まれる。これらの部材を画素ごとに区別する必要がない場合には、アルファベットを省略する。以降の図面でも同様である。
【００２４】
４つの画素１〜４には、それぞれ、所定の波長帯の光を透過させるカラーフィルタが配される。詳細には、画素１と画素４には、緑色の波長帯の光を透過させるカラーフィルタが配される。画素２には、青色の波長帯の光を透過させるカラーフィルタが配される。画素３には、赤色の波長帯の光を透過させるカラーフィルタが配される。
【００２５】
青色の波長帯は、緑色の波長帯および赤色の波長帯よりも、短波長側の波長帯を含む。つまり、青色のカラーフィルタは、赤色あるいは緑色の波長帯よりもさらに短波長側の波長帯の光を十分に透過させる。一方で、赤色および緑色のカラーフィルタは、そのような短波長側の波長帯の光をほとんど透過させない。
【００２６】
また、緑色の波長帯は、赤色の波長帯よりも、短波長側の波長帯を含む。つまり、緑色のカラーフィルタは、赤色の波長帯よりもさらに短波長側の波長帯の光を十分に透過させる。一方で、赤色のカラーフィルタは、そのような短波長側の波長帯の光をほとんど透過させない。
【００２７】
図２に示されるように、撮像装置は、Ｎ型の半導体基板９を備える。図２において、半導体基板の表面ＳＲが示されている。半導体基板９に、光電変換部、分離部、トランジスタなどを構成するための半導体領域が形成される。
【００２８】
第１の画素１に含まれる電荷蓄積領域５ａ、および、第２の画素２に含まれる電荷蓄積領域５ｂは、いずれも、Ｎ型の半導体領域である。電荷蓄積領域５ａが第１の光電変換部５０ａに含まれ、電荷蓄積領域５ｂが、第２の光電変換部５０ｂに含まれる。光電変換部５０は、例えば、フォトダイオードである。光電変換によって生じた電荷が、電荷蓄積領域５ａ、５ｂに収集、あるいは、蓄積される。
【００２９】
ＦＤ部６は、Ｎ型の半導体領域である。ＦＤ部６は、不図示のコンタクトプラグを介して、増幅部に接続される。あるいは、ＦＤ部６が増幅部の入力ノードを構成してもよい。増幅部は、ＦＤ部６の電位に応じた信号を出力する。電荷蓄積領域５とＦＤ部６との間の領域の上には、不図示の絶縁膜を介して、転送ゲート電極７が配される。転送ゲート電極７は、電荷蓄積領域５の電荷をＦＤ部６へ転送する。なお、図２に示されるように、電荷蓄積領域５の一部が、転送ゲート電極７の下に配されてもよい。それぞれの画素において、電荷蓄積領域５の上に、表面領域１０が配される。表面領域１０はＰ型の半導体領域である。表面領域１０は、電荷蓄積領域５とＰＮ接合を構成している。表面領域１０によって、半導体基板９の界面ＳＲで生じる暗電流を抑制することができる。
【００３０】
複数の電荷蓄積領域５の間には、分離部２０が配される。分離部２０は、複数の電荷蓄積領域５を互いに電気的に分離する。電荷蓄積領域５ａおよび５ｂの間に配された分離部２０は、絶縁体領域１１と、絶縁体領域１１の下に配されたＰ型の半導体領域１６とを含む。第１の画素１の電荷蓄積領域５ａと不図示の他の画素の電荷蓄積領域との間に配された分離部２０は、絶縁体領域１１と、絶縁体領域１１の下に配された複数のＰ型の半導体領域１６〜１８を含む。第２の画素２の電荷蓄積領域５ｂと不図示の他の画素の電荷蓄積領域との間に配された分離部２０は、絶縁体領域１１と、絶縁体領域１１の下に配された複数のＰ型の半導体領域１６、１８を含む。絶縁体領域１１は、ＬＯＣＯＳ（ＬＯＣａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）や、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）である。なお、絶縁体領域１１は必要に応じて配されるものであり、省略されてもよい。絶縁体領域１１が省略された場合は、分離部２０はＰＮ接合分離によって構成される。
【００３１】
第１の画素１の電荷蓄積領域５ａの上には、第１のカラーフィルタ３０ａが配される。第２の画素２の電荷蓄積領域５ｂの上には、第２のカラーフィルタ３０ｂが配される。第１のカラーフィルタ３０ａは第１の波長帯の光を透過させる。第２のカラーフィルタ３０ｂは、第１の波長帯よりも短波長側の波長帯を含む第２の波長帯の光を透過させる。本実施例では、第１のカラーフィルタ３０ａは緑色の波長帯の光を透過させる。そして、第２のカラーフィルタ３０ｂは青色の波長帯の光を透過させる。通常、青色の波長帯は、緑色の波長帯よりも短波長側である。もちろん、青色の波長帯の一部が、緑色の波長帯と重なっていてもよい。
【００３２】
第１の画素１の電荷蓄積領域５ａの下には、第１の埋め込み層１４が配される。第１の埋め込み層１４は、Ｐ型の半導体領域である。第１の埋め込み層１４は、光電変換によって生じた電荷に対するポテンシャルバリアとして機能してもよい。第１の埋め込み層１４は、第２の画素２の電荷蓄積領域５ｂの下にまで延在している。第１の埋め込み層１４の一部は、分離部２０に含まれてもよい。言い換えると、第１の埋め込み層１４が、分離部２０の絶縁体領域１１の下まで延在していてもよい。なお、他のいくつかの実施例では、第１の埋め込み層１４は、第２の画素２の電荷蓄積領域５ｂの下に延在していない。
【００３３】
第２の画素２の電荷蓄積領域５ｂの下には、第２の埋め込み層１５が配される。第２の埋め込み層１５は、Ｐ型の半導体領域である。第２の埋め込み層１５は、光電変換によって生じた電荷に対するポテンシャルバリアとして機能する。第２の埋め込み層１５は、第１の埋め込み層１４よりも浅い位置に配される。なお、第１の埋め込み層１４が、電荷蓄積領域５ｂの下にまで延在している場合には、第２の埋め込み層１５は、第１の埋め込み層１４の一部の上に配される。また、第２の埋め込み層１５の一部は、分離部２０に含まれてもよい。言い換えると、第２の埋め込み層１５が、分離部２０の絶縁体領域１１の下まで延在していてもよい。第２の埋め込み層１５は、電荷蓄積領域５ａの少なくとも一部の下には配されない。
【００３４】
なお、第２の埋め込み層１５は、分離部のＰ型の半導体領域１７と同じプロセスで形成されうる。例えば、第２の埋め込み層１５およびＰ型の半導体領域１７はイオン注入で形成されうる。このとき、第２の埋め込み層１５およびＰ型の半導体領域１７が配されるべき位置に対応する開口を有するマスクが用いられる。
【００３５】
第１の画素１の電荷蓄積領域５ａと、第１の埋め込み層１４との間には、第１の光電変換領域１２が配される。本実施例では、第１の光電変換領域１２は、Ｎ型の半導体領域である。この場合には、第１の光電変換領域１２と第１の埋め込み層１４とが、ＰＮ接合を構成する。また、連続して配されたＮ型の半導体領域の、不純物濃度が異なっている２つの部分が、電荷蓄積領域５ａ、および、第１の光電変換領域１２として区別される。例えば、第１の光電変換領域１２の不純物濃度は、電荷蓄積領域５ａの不純物濃度よりも低くてもよい。
【００３６】
あるいは、別のいくつかの実施例では、第１の光電変換領域１２は、Ｐ型の半導体領域であって、かつ、第１、および、第２の埋め込み層１４、１５のいずれよりも、不純物濃度が低い。この場合には、第１の光電変換領域１２と電荷蓄積領域５ａとが、ＰＮ接合を構成する。
【００３７】
第２の画素２の電荷蓄積領域５ｂと、第２の埋め込み層１５との間には、第２の光電変換領域１３が配される。本実施例では、第２の光電変換領域１３は、Ｎ型の半導体領域である。この場合には、第２の光電変換領域１３と第２の埋め込み層１５とが、ＰＮ接合を構成する。また、連続して配されたＮ型の半導体領域の、不純物濃度が異なっている２つの部分が、電荷蓄積領域５ｂ、および、第２の光電変換領域１３として区別される。例えば、第２の光電変換領域１３の不純物濃度は、電荷蓄積領域５ｂの不純物濃度よりも低くてもよい。
【００３８】
あるいは、別のいくつかの実施例では、第２の光電変換領域１３は、Ｐ型の半導体領域であって、かつ、第２の埋め込み層１５よりも、不純物濃度が低い。この場合には、第２の光電変換領域１３と電荷蓄積領域５ｂとが、ＰＮ接合を構成する。
【００３９】
第１および第２の光電変換領域１２、１３において生じた電荷は、それぞれ、電荷蓄積領域５ａ、５ｂに収集、または、蓄積される。したがって、第１および第２の光電変換領域１２、１３によって、基板の深い位置で生じた電荷を、信号成分として読み出すことができる。なお、第１の光電変換部５０ａは、第１の光電変換領域１２の一部を含む。第２の光電変換部５０ｂは、第２の光電変換領域の一部、および、第２の光電変換領域１３を含む。
【００４０】
電荷蓄積領域５ａと電荷蓄積領域５ｂとの間に配された分離部２０の構造について説明する。当該分離部２０は、第２の埋め込み層１５より浅い位置に配される。詳細には、絶縁体領域１１と、Ｐ型の半導体領域１６とが、第２の埋め込み層１５より浅い位置に配されている。
【００４１】
電荷蓄積領域５ａと電荷蓄積領域５ｂとの間に配された分離部２０の下であって、第１の埋め込み層１４より浅く、かつ、第２の埋め込み層１５よりも深い位置には、第１の光電変換領域１２が配されている。第１の光電変換領域１２は、Ｎ型の半導体領域であるか、あるいは、第２の埋め込み層１５の不純物濃度よりも低い不純物濃度のＰ型の半導体領域である。第１の光電変換領域１２がＰ型の半導体領域である場合には、Ｐ型の半導体領域１６の不純物濃度は、第１の光電変換領域１２の不純物濃度より高い。
【００４２】
そのため、第１の光電変換領域１２のポテンシャルは、Ｐ型の半導体領域１６のポテンシャル、および、第２の埋め込み層１５のポテンシャルよりも低い。ここでのポテンシャルは、信号電荷、つまり、電子にとっての静電エネルギーである。
【００４３】
このような構成により、第２のカラーフィルタ３０ｂを透過した光によって生じる電荷のうち、第２の埋め込み層１５よりも下の領域で生じた電荷が、第１の画素１の電荷蓄積領域５ａに収集、または、蓄積される。第２のカラーフィルタ３０ｂを透過した光のうち、相対的に波長の長い光が、第２の埋め込み層１５よりも下の領域で光電変換されやすい。したがって、相対的に波長の長い光によって生じる電荷を、電荷蓄積領域５ａに収集、または、蓄積することができる。結果として、波長の長い光に対する感度を向上させることができるのである。
【００４４】
上述のポテンシャルの関係がある場合は、第１の光電変換領域１２が、電荷蓄積領域５ｂの下まで延在していなくてもよい。例えば、第１の光電変換領域１２がＮ型の半導体領域であって、電荷蓄積領域５ａの下に配された部分と、電荷蓄積領域５ｂの下に配された部分との間に、Ｐ型の半導体領域が配されていてもよい。このＰ型の半導体領域の不純物濃度が、第２の埋め込み層１５の不純物濃度より低いことで、上述の感度向上の効果を得ることができる。
【００４５】
また、本実施例の別の観点として、第１の光電変換領域１２は、Ｐ型の半導体領域であって、かつ、電荷蓄積領域５ａの下端から、第２の埋め込み層１５の下の領域にまで延在している。この場合、電荷蓄積領域５ａの下端は、電荷蓄積領域５ａと第１の光電変換領域１２とのＰＮ接合面である。
【００４６】
さらに別の観点では、第１の光電変換領域１２がＮ型の半導体領域である。そして、電荷蓄積領域５ａから第２の埋め込み層１５の下の領域にまで、Ｎ型の半導体領域が連続している。この場合は、当該連続したＮ型の半導体領域の、不純物濃度が異なっている２つの部分が、電荷蓄積領域５ａ、および、第１の光電変換領域１２として区別される。
【００４７】
このような構成により、第２のカラーフィルタ３０ｂを透過した光によって生じる電荷のうち、第２の埋め込み層１５よりも下の領域で生じた電荷が、第１の画素１の電荷蓄積領域５ａに収集、または、蓄積される。第２のカラーフィルタ３０ｂを透過した光のうち、相対的に波長の長い光が、第２の埋め込み層１５よりも下の領域で光電変換されやすい。したがって、相対的に波長の長い光によって生じる電荷を、電荷蓄積領域５ａに収集、または、蓄積することができる。結果として、波長の長い光に対する感度を向上させることができるのである。
【００４８】
本実施例の効果について、具体的な数値例を挙げて説明する。第２の画素２の光電変換部５０ｂには、青色の波長帯の光とともに、緑色の波長帯の光も入射する。これは、例えば、第２の画素２に配置されるカラーフィルタ３０ｂが青色であっても、緑色の波長帯の光の一部がカラーフィルタ３０ｂを透過するからである。あるいは、第２の画素２のカラーフィルタ３０ｂが、シアン、すなわち青色および緑色の波長帯の光を透過させる色であってもよい。ここで、第２の埋め込み層１５の深さが１マイクロメートルと仮定する。第２の画素２に入射する青色の波長帯の光は、主として、第２の光電変換領域１３において光電変換され、発生した電荷は電荷蓄積領域５ｂに蓄積される。一方、緑色の波長帯の光の約半分が、第１の光電変換領域１２において光電変換される。第１の光電変換領域１２において発生した電荷は第２の埋め込み層１５によって形成されるポテンシャルバリアによって、電荷蓄積領域５ｂには行かず、第１の画素１の電荷蓄積領域５ａに蓄積される。このように、第２の画素２において緑色の波長帯の光によって生じた電荷が、第１の画素１の電荷蓄積領域５ａに蓄積される。そのため、緑色の波長帯の光に対する感度を高くすることができるのである。
【００４９】
特に、第２の画素２にシアンのカラーフィルタを配した場合、第２の画素２からの電荷の寄与がない場合に比べて、緑色の波長帯の光に対する感度を、約１．５倍にすることができる。この場合、第２の画素２の信号にも、緑色の波長帯の光によって生じる電荷の成分が含まれるため、信号処理により補正してもよい。
【００５０】
第２の画素２に青色のカラーフィルタが配される場合は、このような補正を行わなくても高い色分離特性を得ることができる。第２の画素２に青色のカラーフィルタを用いる場合には、緑色の波長帯の光に対する感度をより向上させるため、青色のカラーフィルタを他の色のカラーフィルタよりも薄くしてもよい。青色のカラーフィルタが薄くなれば、緑色の波長帯の光が透過しやすくなるからである。
【００５１】
なお、ここに挙げた数値はあくまでも一例である。カラーフィルタの分光特性と、第２の埋め込み層１５の深さに応じて、効果の程度は変化し得る。
【００５２】
また、本実施例では、第２の光電変換領域１３のポテンシャルが、第２の埋め込み層１５のポテンシャル、および、Ｐ型の半導体領域１６のポテンシャルより低い。このような構成によれば、第２のカラーフィルタ３０ｂを透過した光によって生じる電荷のうち、第２の埋め込み層１５よりも上の領域で生じた電荷を、効率的に電荷蓄積領域５ｂに収集、または、蓄積することができる。つまり、波長の短い光に対する感度を向上させることができる。さらに、図２が示すように、絶縁体領域１１と、Ｐ型の半導体領域１６と、第２の埋め込み層１５とが、第２の画素２の電荷蓄積領域５ｂを囲むように配されることで、波長の短い光に対する感度向上の効果はより顕著になる。もちろん、第２の光電変換領域１３のポテンシャルが、第２の埋め込み層１５のポテンシャル、および、Ｐ型の半導体領域１６のポテンシャルより高くても、効果を得ることができる。
【００５３】
なお、Ｐ型の半導体領域１６と第２の埋め込み層１５は連続していてもよい。あるいは、図２が示すように、Ｐ型の半導体領域１６と第２の埋め込み層１５とは離間してもよい。この場合には、Ｐ型の半導体領域１６と第２の埋め込み層１５との間の領域は空乏化しているとよい。
【００５４】
また、複数のＰ型の半導体領域１６〜１８は、半導体基板の深さ方向に沿って連続していてもよい。あるいは、図２が示すように、複数のＰ型の半導体領域１６〜１８は互いに離間していてもよい。もっとも深い位置に配されたＰ型の半導体領域１８は、第１の埋め込み層１４と連続していてもよい。
【００５５】
本実施例では、第１の画素１に緑色の波長帯の光を透過させるカラーフィルタが配され、第２の画素２に青色の波長帯の光を透過させるカラーフィルタが配される。しかし、第１の画素１および第２の画素２に配されるカラーフィルタの組み合わせは、上述の例に限定されない。第１の画素１のカラ―フィルタが主として透過させる波長帯に対して、短波長側の波長帯の光を透過させる特性を第２の画素２のカラ―フィルタが備えていればよい。あるいは、第１の画素１のカラ―フィルタが主として透過させる波長帯が、第２の画素２のカラ―フィルタが主として透過させる波長帯に対して、長波長側の波長帯を含んでいればよい。
【００５６】
その具体的な例を下記にいくつか示す。例えば、第１の画素１に赤色のカラーフィルタが配される場合には、第２の画素２には、緑色、青色、シアン、マゼンタ、イエロー等のカラーフィルタが配されうる。また、第１の画素１に緑色のカラーフィルタが配される場合には、第２の画素２には、青色、シアン、マゼンタ等のカラーフィルタが配されうる。また、第１の画素１にマゼンタのカラーフィルタが配される場合には、第２の画素２には、緑色、青色、シアン等のカラーフィルタが配されうる。また、第１の画素１にシアンのカラーフィルタが配される場合には、第２の画素２には、青色のカラーフィルタが配されうる。また、第１の画素１あるいは第２の画素２のいずれかに、ホワイトのカラーフィルタが用いられてもよい。カラーフィルタの分光特性に応じて、第２の埋め込み層１５の深さを設計することにより、より顕著に感度向上の効果を得ることができる。
【００５７】
また、本実施例では、第２のカラーフィルタ３０ｂを透過した光によって生じた電荷の一部が、第１の画素１の電荷蓄積領域５ａに収集、または、蓄積される。カラーフィルタがベイヤー配列される場合には、第２の画素２の周囲の４つの画素に、緑色のカラーフィルタが配される。これらの４つの画素のうち、２つ以上の画素に、第２のカラーフィルタ３０ｂを透過した光によって生じた電荷が収集、あるいは、蓄積される構造としてもよい。
【００５８】
本実施例は、ＡＰＳ（Ａｃｔｉｖｅ  Ｐｉｘｅｌ  Ｓｅｎｓｏｒ）型の撮像装置である。別のいくつかの実施例は、ＣＣＤ型の撮像装置であってもよい。その場合には、図２のＦＤ部６が垂直ＣＣＤの転送チャネルとして構成される。
【００５９】
本実施例では、第１の画素１の電荷蓄積領域５ａの下に第１の埋め込み層１４が配される。他のいくつかの実施例では、第１の埋め込み層１４が省略され、第１の光電変換領域１２が半導体基板の深部まで延在してもよい。波長の長い光は半導体基板の深い位置まで容易に進入する。そのため、このような構成により、波長の長い光に対する感度をさらに向上させることができる。一方で、第１の埋め込み層１４が配されることで、半導体基板の深部で発生した電荷が電荷蓄積領域５ａに混入することを低減することが可能である。つまり、クロストークを低減することができる。
【実施例２】
【００６０】
別の実施例を説明する。本実施例は、第１の画素、および、第２の画素の配置が、実施例１と異なる。そこで、実施例１と異なる点のみを説明し、実施例１と同様の部分についての説明は省略する。
【００６１】
図３は、撮像装置の平面構造を模式的に示している。図３においては、画素間の境界が点線で示されている。画素１、および、画素４には、緑色のカラーフィルタが配される。画素３には、赤色のカラーフィルタが配される。画素２には、マゼンタ、すなわち青色および赤色の波長帯の光を透過させるカラーフィルタが配される。この実施例では、画素３が第１の画素であり、画素２が第２の画素である。
【００６２】
本実施例において、第１の埋め込み層１４は全ての画素の電荷蓄積領域５の下に延在している。第２の埋め込み層１５は画素２の電荷蓄積領域５ｂの下に配されている。また、絶縁体領域１１、および、Ｐ型の半導体領域１６が、画素の境界線に沿って配されている。そのため、実施例１と同様に、画素２の電荷蓄積領域５ｂは、絶縁体領域１１、Ｐ型の半導体領域１６、および、第２の埋め込み層１５によって囲まれている。そのため、画素２に入射した、青色の波長帯の光によって生じた電荷は、電荷蓄積領域５ｂに収集、または、蓄積される。
【００６３】
図３において、ハッチングで示された領域に、分離部２０に含まれる、Ｐ型の半導体領域１８が配される。Ｐ型の半導体領域１８は、第２の埋め込み層１５よりも深い位置に配される。図３が示す通り、平面視した際に、画素１の電荷蓄積領域５ａを囲むようにＰ型の半導体領域１８は配される。また、平面視した際に、画素４の電荷蓄積領域５ｄを囲むようにＰ型の半導体領域１８は配される。
【００６４】
画素２と画素３の間には、Ｐ型の半導体領域１８が配されない。そして、画素３の電荷蓄積領域５ｃの下に配された第１の光電変換領域１２が、画素２の第２の埋め込み層１５の下の領域に延在している。したがって、画素２に入射した、赤色の波長帯の光によって生じた電荷は、電荷蓄積領域５ｂに収集、または、蓄積される。
【００６５】
図３のＡ’−Ｂ’に沿った断面の構造が、図２に模式的に示されている。ただし、図２において、画素１として示された部分は、本実施例では、画素３に含まれる部分である。したがって、本実施例について説明する限り、図２におけるアルファベットのａを、アルファベットのｃに読み替えるものとする。例えば、図２のカラーフィルタ３０ａは、本実施例の説明においては、赤色のカラーフィルタ３０ｃである。
【００６６】
このように、第２の埋め込み層１５よりも深い位置に配されるＰ型の半導体領域１８の配置を変更することによって、第１の画素（本実施例では画素３）と、第２の画素（本実施例では画素２）との組み合わせを変更することができる。
【実施例３】
【００６７】
別の実施例を説明する。実施例１および実施例２との相違は、画素ごとにサイズの異なるマイクロレンズが配されたことである。そこで、実施例１および実施例２と異なる点のみを説明し、実施例１または実施例２と同様の部分についての説明は省略する。
【００６８】
図４は、撮像装置の平面構造を模式的に示している。具体的には、画素と、マイクロレンズのレイアウトが示されている。図４においては、画素間の境界が点線で示されている。図４において、マイクロレンズ間の境界が実線で示される。ただし、画素間の境界は図３と同様であるため、画素間の境界と、マイクロレンズ間の境界が一致している部分は実線で示してある。
【００６９】
画素１、および、画素４には、緑色の波長帯の光を透過させるカラーフィルタが配される。画素３には、赤色の波長帯の光を透過させるカラーフィルタが配される。画素２には、マゼンタ、すなわち青色および赤色の波長帯の光を透過させるカラーフィルタが配される。この実施例では、画素３が第１の画素であり、画素２が第２の画素である。
【００７０】
画素１〜４には、それぞれ、マイクロレンズ４１〜４４が配される。マイクロレンズ４２の面積は、マイクロレンズ４３の面積より大きい。マイクロレンズ４１の面積、および、マイクロレンズ４４の面積は、マイクロレンズ４２の面積より大きい。ここで、マイクロレンズの面積は、当該マイクロレンズを半導体基板の表面ＳＲと平行な面へ正射影の面積である。マイクロレンズの面積が大きい分だけ、半導体基板に入射する光の量を多くすることができる。
【００７１】
本実施例では、実施例１の効果のほかに以下の効果を得られる。本実施例では、画素ごとにサイズの異なるマイクロレンズが配される。そのため、異なる画素ごとの感度の差を低減することができる。例えば、実施例２の構造において、画素３の電荷蓄積領域５ｃに、画素２からの電荷を収集することができる。そこで、画素３のマイクロレンズ４３よりも、画素４のマイクロレンズ４４を大きくしている。これにより、赤色の波長帯の光に対する感度と、緑色の波長帯の光に対する感度とを、互いに等しくする、あるいは、両者の差を低減することができる。これにより、光電変換装置の感度を向上させつつ、色バランスを保つことができる。
【００７２】
なお、実施例１および実施例２において、カラーフィルタの上にマイクロレンズが配されてもよい。
【実施例４】
【００７３】
別の実施例を説明する。本実施例では、可視光の波長帯の光と近赤外の波長帯の光との両方を検出する点が、実施例１〜３と異なる。そこで、実施例１〜３と異なる点のみを説明し、実施例１〜３と同様の部分についての説明は省略する。
【００７４】
図５は、撮像装置の平面構造を模式的に示している。図５においては、画素間の境界が点線で示されている。画素１には、緑色の波長帯の光を透過させるカラーフィルタが配される。画素２には、青色の波長帯の光を透過させるカラーフィルタが配される。画素４には、赤色の波長帯の光を透過させるカラーフィルタが配される。画素３には、可視光カットフィルタが配される。可視光カットフィルタは、カラーフィルタの１つの例であり、可視光の波長帯の光を遮断し、近赤外の波長帯の光を透過させる。この実施例では、画素３が第１の画素であり、画素１、２、および、４が、それぞれ、第２の画素である。
【００７５】
図５において、第２の埋め込み層１５が配される領域が、ハッチングで示されている。第２の埋め込み層１５は、画素１、２、４に含まれる電荷蓄積領域５ａ、５ｂ、５ｄの下に配される。一方で、画素３の電荷蓄積領域５ｃの下には配されていない。
【００７６】
図６、および、図７は、それぞれ、図５のＥ−Ｆに沿った断面の構造、および、図５のＧ−Ｈに沿った断面の構造を、模式的に示している。図６、および、図７において、図２と同様の部材には、同一の符号を付してある。
【００７７】
図６において、画素１の電荷蓄積領域５ａと第２の埋め込み層１５との間に、第２の光電変換領域１３ａが配される。画素２の電荷蓄積領域５ｂと第２の埋め込み層１５との間に、第２の光電変換領域１３ｂが配される。また、図７において、画素４の電荷蓄積領域５ｄと第２の埋め込み層１５との間に、第２の光電変換領域１３ｄが配される。電荷蓄積領域５ａ、５ｂ、５ｄのそれぞれは、絶縁体領域１１、Ｐ型の半導体領域１６、第２の埋め込み層１５によって、電気的に分離されている。この実施例では、赤色の波長帯の光に対して十分な感度を得られる程度の深さに、第２の埋め込み層１５が配される。例えば、赤色の波長帯の光の半分以上が、第２の埋め込み層１５より浅い位置で光電変換される。
【００７８】
図７が示すように、画素３の電荷蓄積領域５ｃの上には、可視光カットフィルタ７０が配される。また、画素３の電荷蓄積領域５ｃと、第１の埋め込み層１４の間に、第１の光電変換領域１２が配される。第１の光電変換領域１２は、電荷蓄積領域５ｃの下端から第２の埋め込み層１５の下の領域にまで延在している。
【００７９】
以上に述べた構成によれば、近赤外の波長帯の光に対する感度を向上させることが可能である。例えば、第２の埋め込み層１５が３マイクロメートル程度の深さに配されると、第２の埋め込み層１５よりも深い位置で生じる電荷は、ほとんどが近赤外の波長帯の光によるものである。また、可視光のカラーフィルタであっても、近赤外の波長帯の光の一部を透過させる。そのため、本実施例の構造によれば、画素１、２、４に入射した近赤外の波長帯の光によって生じた電荷が、画素３の電荷蓄積領域５ｃに収集、または、蓄積される。このように、近赤外の波長帯の光に対する感度を向上させることが可能である。
【００８０】
また、近赤外の波長帯の光は半導体基板の深い位置まで容易に進入する。そこで、第１の埋め込み層１４を省略し、第１の光電変換領域１２が半導体基板の深部まで延在してもよい。このような構成により、近赤外の波長帯の光に対する感度をさらに向上させることができる。一方で、第１の埋め込み層１４が配されることで、半導体基板の深部で発生した電荷が電荷蓄積領域５ｃに混入することを低減することが可能である。つまり、クロストークを低減することができる。
【実施例５】
【００８１】
本発明に係る撮像システムの実施例について説明する。撮像システムとして、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などがあげられる。図８に、撮像システムの例としてデジタルスチルカメラのブロック図を示す。
【００８２】
図８において、１００１はレンズの保護のためのバリア、１００２は被写体の光学像を撮像装置１００４に結像させるレンズ、１００３はレンズ１００２を通った光量を可変するための絞りである。１００４は上述の各実施例で説明した撮像装置であって、レンズ１００２により結像された光学像を画像データとして変換する。ここで、撮像装置１００４の半導体基板にはＡＤ変換部が形成されているものとする。１００７は撮像装置１００４より出力された撮像データに各種の補正やデータを圧縮する信号処理部である。そして、図８において、１００８は撮像装置１００４および信号処理部１００７に、各種タイミング信号を出力するタイミング発生部、１００９はデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御部である。１０１０は画像データを一時的に記憶する為のフレームメモリ部、１０１１は記録媒体に記録または読み出しを行うためのインターフェース部、１０１２は撮像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体である。そして、１０１３は外部コンピュータ等と通信する為のインターフェース部である。ここで、タイミング信号などは撮像システムの外部から入力されてもよく、撮像システムは少なくとも撮像装置１００４と、撮像装置１００４から出力された撮像信号を処理する信号処理部１００７とを有すればよい。
【００８３】
本実施例では、撮像装置１００４とＡＤ変換部とが別の半導体基板に設けられた構成を説明した。しかし、撮像装置１００４とＡＤ変換部とが同一の半導体基板に形成されていてもよい。また、撮像装置１００４と信号処理部１００７とが同一の半導体基板に形成されていてもよい。
【００８４】
撮像システムの実施例において、撮像装置１００４には、実施例１〜４のいずれかの撮像装置が用いられる。このように、撮像システムにおいて本発明に係る実施例を適用することにより、波長の長い光に対する感度を向上させることが可能となる。
【符号の説明】
【００８５】
５  電荷蓄積領域
１２  第１の光電変換領域
１３  第２の光電変換領域
１４  第１の埋め込み層
１５  第２の埋め込み層
２０  分離部
３０  カラーフィルタ
【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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