(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が配置された固体撮像素子において、
各画素が、
第１の波長の入射光に応じて光電変換を行う第１の光電変換部を
有し、
隣接する画素間の境界には、隣接する画素における前記第１の光電変換部の電極どうしを接続する第１の部分、及び、前記第１の部分に接続され、画素の上下方向に延びる第２の部分を有する電極配線を備える
固体撮像素子。
【請求項２】
各画素が、
第２の波長の入射光に応じて光電変換を行う第２の光電変換部を
さらに有し、
前記電極配線は、隣接する画素における前記第２の光電変換部の電極どうしを接続する第３の部分をさらに有し、
前記電極配線の前記第２の部分は、前記電極配線の前記第１の部分と前記第３の部分を接続する
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記第１の光電変換部は、第１の光電変換膜と前記第１の光電変換膜を挟む下部電極および上部電極から構成され、
前記第２の光電変換部は、第２の光電変換膜と前記第２の光電変換膜を挟む下部電極および上部電極から構成され、
前記電極配線の前記第１の部分は、隣接する画素における前記第１の光電変換部の前記上部電極どうしを接続し、
前記電極配線の前記第３の部分は、隣接する画素における前記第２の光電変換部の前記上部電極どうしを接続する
請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
各画素が、
第３の波長の入射光に応じて光電変換を行う第３の光電変換部を
さらに有し、
前記電極配線は、隣接する画素における前記第３の光電変換部の電極どうしを接続する第４の部分をさらに有し、
前記電極配線の前記第２の部分は、前記電極配線の前記第１の部分、前記第３の部分、及び、前記第４の部分を接続する
請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記第１乃至前記第３の波長は、光の３原色の波長に対応する
請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記電極配線の前記第２の部分は、前記電極配線の前記第１の部分と半導体層とを接続する
請求項１乃至５のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記半導体層は、
電源供給部と、
FDと
を備える請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記電極配線の前記第２の部分は、遮光壁として作用する
請求項１乃至７のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記第１の光電変換部は、光電変換膜と前記光電変換膜を挟む下部電極および上部電極から構成され、
前記電極配線の前記第１の部分は、隣接する画素における前記第１の光電変換部の前記上部電極どうしを接続する
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
半導体層の中に形成された光電変換層である第２の光電変換部を
さらに備える請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記第１の光電変換部の下層側に入射光を反射する反射膜層を
さらに備える請求項１乃至９のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
前記電極配線は、Optical Black領域を遮光する
請求項１乃至１１のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
前記電極配線は、金属材料から成る
請求項１乃至１２のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項１４】
前記固体撮像素子は、裏面照射型である
請求項１乃至１３のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項１５】
前記固体撮像素子は、表面照射型である
請求項１乃至１３のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項１６】
前記固体撮像素子は、複数画素共有型である
請求項１乃至１５のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項１７】
前記固体撮像素子は、積層型である
請求項１乃至１６のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項１８】
複数の画素が配置されている固体撮像素子が搭載された電子装置において、
前記固体撮像素子の各画素が、
所定の波長の入射光に応じて光電変換を行う光電変換部を
有し、
隣接する画素間の境界には、隣接する画素における前記光電変換部の電極どうしを接続する第１の部分、及び、前記第１の部分に接続され、画素の上下方向に延びる第２の部分を有する電極配線を備える
電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、固体撮像素子、および電子装置に関し、特に、１画素にて、３原色R,G,Bの各波長にそれぞれ応じたＲ成分信号、Ｇ成分信号、およびＢ成分信号を得られるようにした固体撮像素子、および電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、CMOSイメージセンサに代表される固体撮像素子は、画素数を増加させる目的などにより各画素のサイズが縮小される傾向にあり、この場合、各画素に入射するフォトン数が減少するので、感度の低下と、S／Nの低下が問題となっている。【０００３】
また、固体撮像素子の多くは、各画素がR,G,Bのいずれかのカラーフィルタで上面が覆われた状態であり、例えば、Ｒのカラーフィルタで覆われた画素（以下、Ｒ画素と称する。Ｇ画素、Ｂ画素も同様である）では、入射光のうちのＲ成分のみが光電変換に用いられ、入射光のＧ成分およびＢ成分は光電変換に用いられないので、その分だけ感度に損失が生じていた。さらに、例えば、Ｒ画素はＲ成分信号を生成できるが、Ｇ成分信号とＢ成分信号を生成できないので、これらは近傍のＧ画素またはＢ画素の出力を用いて補間しており、この補間により偽色が生じ得た。【０００４】
そこで、これらの問題を解決する方法として、１画素にR,G,Bの各波長にそれぞれ対応する光電変換層を縦方向に３層積層し、１画素にてＲ成分信号、Ｇ成分信号、およびＢ成分信号を生成できる固体撮像素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３３２５５１号公報
【特許文献２】特開２００５−３４０５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した、１画素にR,G,Bの各波長にそれぞれ対応する光電変換層を縦方向に３層積層する構成では、隣接する画素間と分離が考慮されていないので、斜めからの入射光が隣の画素に入り込んでしまい、混色、解像度の低下、感度の低下が起こり得る。【０００７】
本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、隣接画素からの入射光の入り込みを防ぎ、混色、解像度の低下、感度の低下を抑止できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の第１の側面である固体撮像素子は、複数の画素が配置された固体撮像素子において、各画素が、第１の波長の入射光に応じて光電変換を行う第１の光電変換部を有し、隣接する画素間の境界には、隣接する画素における前記第１の光電変換部の電極どうしを接続する第１の部分、及び、前記第１の部分に接続され、画素の上下方向に延びる第２の部分を有する電極配線を備える。
各画素が、第２の波長の入射光に応じて光電変換を行う第２の光電変換部をさらに有することができ、前記電極配線は、隣接する画素における前記第２の光電変換部の電極どうしを接続する第３の部分をさらに有することができ、前記電極配線の前記第２の部分は、前記電極配線の前記第１の部分と前記第３の部分を接続することができる。
前記第１の光電変換部は、第１の光電変換膜と前記第１の光電変換膜を挟む下部電極および上部電極から構成することができ、前記第２の光電変換部は、第２の光電変換膜と前記第２の光電変換膜を挟む下部電極および上部電極から構成することができ、前記電極配線の前記第１の部分は、隣接する画素における前記上部電極どうしを接続することができ、前記電極配線の前記第３の部分は、隣接する画素における前記上部電極どうしを接続することができる。
各画素が、第３の波長の入射光に応じて光電変換を行う第３の光電変換部をさらに有することができ、前記電極配線は、隣接する画素における前記第３の光電変換部の電極どうしを接続する第４の部分をさらに有することができ、前記電極配線の前記第２の部分は、前記電極配線の前記第１の部分、前記第３の部分、及び、前記第４の部分を接続することができる。
前記第１乃至前記第３の波長は、光の３原色の波長に対応することができる。
前記電極配線の前記第２の部分は、前記電極配線の前記第１の部分と半導体層とを接続することができる。
前記半導体層は、電源供給部と、FDとを備えることができる。
前記電極配線の前記第２の部分は、遮光壁として作用することができる。
【０００９】
前記第１の光電変換部は、光電変換膜と前記光電変換膜を挟む下部電極および上部電極から構成することができ、前記電極配線の前記第１の部分は、隣接する画素における前記第１の光電変換部の前記上部電極どうしを接続することができる。
【００１２】
半導体層の中に形成された光電変換層である第２の光電変換部をさらに備えることができる。
【００１３】
前記第１の光電変換部の下層側に入射光を反射する反射膜層をさらに備えることができる。
【００１４】
前記電極配線は、Optical Black領域を遮光することができる。【００１５】
前記電極配線は、金属材料から成るようにできる。【００１６】
前記固体撮像素子は、裏面照射型とすることができる。【００１７】
前記固体撮像素子は、表面照射型とすることができる。【００１８】
前記固体撮像素子は、複数画素共有型とすることができる。【００１９】
前記固体撮像素子は、積層型とすることができる。【００２０】
本開示の第２の側面である電子装置は、複数の画素が配置されている固体撮像素子が搭載された電子装置において、前記固体撮像素子の各画素が、所定の波長の入射光に応じて光電変換を行う光電変換部を有し、隣接する画素間の境界には、隣接する画素における前記光電変換部の電極どうしを接続する第１の部分、及び、前記第１の部分に接続され、画素の上下方向に延びる第２の部分を有する電極配線を備える。
【発明の効果】
【００２１】
本開示の第１および第２の側面によれば、隣接画素からの入射光の入り込みを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本開示を適用した固体撮像素子の断面図である。
【図２】本開示を適用した固体撮像素子の上面図である。
【図３】本開示を適用した固体撮像素子の製造工程を説明する図である。
【図４】本開示を適用した固体撮像素子の製造工程を説明する図である。
【図５】本開示を適用した固体撮像素子の変形例１を示す断面図である。
【図６】本開示を適用した固体撮像素子の変形例１−２を示す断面図である。
【図７】本開示を適用した固体撮像素子の変形例１−３を示す断面図である。
【図８】本開示を適用した固体撮像素子の変形例２を示す断面図である。
【図９】本開示を適用した固体撮像素子の変形例３を示す断面図である。
【図１０】本開示を適用した固体撮像素子の変形例４を示す断面図である。
【図１１】４画素共有型CMOSイメージセンサの構成例を示す回路図である。
【図１２】積層型CMOSイメージセンサの構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本開示を実施するための最良の形態（以下、実施の形態と称する）について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２４】
＜本実施の形態である固体撮像素子の構成例＞
図１は、本開示の実施の形態である固体撮像素子の２画素分の断面図を示している。図２は、該固体撮像素子の４画素分の上面図を示している。
【００２５】
図１に示されるように、該固体撮像素子１０は、図示せぬSi基板上に、下層側から、配線層１１、Si層１２、光電変換膜１５Ｒ、光電変換膜１５Ｇ、光電変換膜１５Ｂ、およびオンチップレンズ１９が積層されている。Si層１２に中には電源供給部１３、FDなどが形成される。光電変換膜１５Ｒ、光電変換膜１５Ｇ、および光電変換膜１５Ｂの間には、SiNなどからなる絶縁膜が形成されている。
【００２６】
光電変換膜１５Ｒは、入射光のＲ成分に応じて光電変換によりＲ成分信号を発生するものであり、その下層面には下部電極１４Ｒが、上層面には上部電極１６Ｒが成膜されている。下部電極１４Ｒは、下部電極配線１７Ｒを介して、電源供給部１３に接続されている。上部電極１６Ｒは、上部電極配線１８を介してSi層１２に接続されている。
【００２７】
同様に、光電変換膜１５Ｇは、入射光のＧ成分に応じて光電変換によりＧ成分信号を発生するものであり、その下層面には下部電極１４Ｇが、上層面には上部電極１６Ｇが成膜されている。下部電極１４Ｇは、下部電極配線１７Ｇを介して、電源供給部１３に接続されている。上部電極１６Ｇは、上部電極配線１８を介してSi層１２に接続されている。
【００２８】
光電変換膜１５Ｂは、入射光のＢ成分に応じて光電変換によりＢ成分信号を発生するものであり、その下層面には下部電極１４Ｂが、上層面には上部電極１６Ｂが成膜されている。下部電極１４Ｂは、下部電極配線１７Ｂを介して、電源供給部１３に接続されている。上部電極１６Ｂは、上部電極配線１８を介してSi層１２に接続されている。
【００２９】
上部電極配線１８は、金属材料から形成されて、図１および図２に示されるように、隣接する画素どうしの境界に設けられている。上部電極配線１８は、上述したように、上部電極１６Ｒ，１６Ｇ，１６ＢとSi層１２を接続させる他、隣接する画素それぞれの上部電極１６Ｒどうし、上部電極１６Ｇどうし、および上部電極１６Ｂどうしを接続する。
【００３０】
このように形成されている上部電極配線１８は、各画素周囲の遮光壁として作用し、各画素に対する入射光を当該画素に集光するとともに、各画素に対する入射光が隣接する画素に漏れ出すことを抑止する。また、光電変換膜１５Ｒ，１５Ｂ、１５Ｂの間の遮光層としても作用する。したがって、該固体撮像素子１０では、隣接画素からの入射光の入り込みに起因する混色、解像度の低下、感度の低下を抑止できる。
【００３１】
＜固体撮像素子１０の製造方法＞
次に、図３および図４は、固体撮像素子１０の製造工程のうち、入射光のＲ成分に対応する１層分（下部電極１４Ｒ、光電変換膜１５Ｒ、および上部電極１６Ｒ）の工程を示す断面図である。この工程を３層分繰り返すことにより、固体撮像素子１０が製造される。
【００３２】
まず、図３のＡ乃至図３のＣに示されるように、ベースとなるSi基板（不図示）に必要な構造を作り込んだ後、Si基板上に配線層１１を形成し、その上層に絶縁膜としてのSO2を製膜する。次に、その絶縁膜に対してリソグラフィによりパターニングを行い、ドライエッチングなどによって配線層１１を加工して、下部電極配線１７ＲとなるTi，TiN，Ｗ，Cu等の金属を埋め込む。
【００３３】
次に、図３のＤ乃至図３のＧに示されるように、下部電極１４Ｒとして、例えばITOを成膜し、レジストを形成してから、リソグラフィによりパターニングを行い、ドライエッチングなどで加工した後、絶縁膜を成膜した上で、CMP等の手法で平坦化する。
【００３４】
続いて、図３のＨに示されるように、光電変換膜１５Ｒとなる有機膜、ITOなどからなる上部電極１６Ｒ、SiNなどの絶縁膜を成膜する。
【００３５】
さらに、図４のＩ乃至図４のＫに示されるように、絶縁膜上にレジストを形成してから、リソグラフィによりパターニングを行い、ドライエッチングで加工し、SiNなどの絶縁膜を成膜する。またさらに、図４のＬおよび図４のＭに示されるように、上部電極配線１８となる箇所をリソグラフィでパターニングした後、ドライエッチング等で加工し、Cu等の金属を上部電極配線１８として埋め込む。
【００３６】
以上に説明した工程をあと２回繰り返す事で、光電変換層を３層に積層した固体撮像素子１０を製造することができる。
【００３７】
＜本実施の形態である固体撮像素子の他の構成例＞
図５は、本開示の実施の形態である固体撮像素子１０の他の構成例（変形例１）を示している。
【００３８】
変形例１は、固体撮像素子１０の端部に設けられているOptical Black領域に位置する画素における、上部電極１６Ｒ，１６Ｇ、および１６Ｂと接続される上部電極配線１８を水平方向に延長して当該画素の光電変換領域１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂを遮光するように形成したものである。これにより、当該画素の光電変換領域１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂに対する光の入射を防ぐことができる。すなわち、上部電極配線１８にOptical Black領域に対する遮光を兼ねさせることができる。
【００３９】
図６は、図５に示された変形例１をさらに変形した構成例（変形例１−２）を示している。
【００４０】
変形例１−２は、固体撮像素子１０の端部に設けられているOptical Black領域に位置する画素における、上部電極１６Ｂと接続される上部電極配線１８のみを水平方向に延長して当該画素の光電変換領域１５Ｒの全体を覆うように形成したものである。これにより、当該画素の光電変換領域１５Ｒのみならず、光電変換領域１５Ｇ，１５Ｂに対する光の入射も防ぐことができるので、上部電極１６Ｒおよび１６Ｇと接続される上部電極配線１８は水平方向に延長していない。
【００４１】
図７は、図５に示された変形例１をまたさらに変形した構成例（変形例１−３）を示している。
【００４２】
変形例１−２は、固体撮像素子１０の端部に設けられているOptical Black領域に位置する画素における、上部電極１６Ｂと接続される上部電極配線１８を水平方向に延長して当該画素の光電変換領域１５Ｒの全体を覆うように形成し、上部電極１６Ｇおよび１６Ｒと接続される上部電極配線１８は当該画素の光電変換領域１５Ｇ，１５Ｒを部分的に覆うように形成したものである。これにより、当該画素の光電変換領域１５Ｒに対する光の入射を防ぐことができる。また、上部電極配線１８によって光電変換領域１５Ｇ，１５Ｒを覆う面積を適宜調整することにより、Optical Black領域における暗電流を調整することができる。
【００４３】
図８は、本開示の実施の形態である固体撮像素子１０のさらに他の構成例（変形例２）を示している。
【００４４】
変形例２は、図１の構成例に比較して、Si層１２と下部電極１４Ｒの間に、高反射膜層２１を追加形成したものである。なお、高反射膜層２１は、下部電極配線１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂを兼ねてもよい。高反射膜層２１を追加したことにより、入射光を上方向に反射することができるので、感度をより上げることができる。
【００４５】
図９は、本開示の実施の形態である固体撮像素子１０のさらに他の構成例（変形例３）を示している。
【００４６】
変形例３は、図１の構成例における光電変換膜１５Ｒの代わりに、Si層１２の内部に、入射光のＲ成分に応じてＲ成分信号を生成する光電変換層３１Ｒを設けたものである。なお、光電変換膜１５Ｇの代わりに、Si層１２の内部に、入射光のＲ成分に応じてＧ成分信号を生成する光電変換層を設けたり、または、光電変換膜１５Ｂの代わりに、Si層１２の内部に、入射光のＢ成分に応じてＢ成分信号を生成する光電変換層を設けたりしてもよい。
【００４７】
図１０は、本開示の実施の形態である固体撮像素子１０のさらに他の構成例（変形例４）を示している。
【００４８】
変形例４は、図１の構成例における光電変換膜１５Ｒと光電変換膜１５Ｂの代わりに、Si層１２の内部に、入射光のＲ成分に応じてＲ成分信号を生成する光電変換層４１Ｒと入射光のＢ成分に応じてＢ成分信号を生成する光電変換層４１Ｂを設けたものである。
【００４９】
変形例３および４のように、Si層１２の内部に光電変換層を設けることにより、それに代わられた、光電変換膜１５の下層側に下部電極１４と上層側に設けられていた上部電極１６を省略することができる。
【００５０】
＜本実施の形態である固体撮像素子１０の適用例＞
本実施の形態である固体撮像素子１０は裏面照射型であるが、本開示は、表面照射型の固体撮像素子に対しても適用できる。
【００５１】
また、本開示は、３トランジスタ型または４トランジスタ型のどちらの固体撮像素子に対しても適用できる。
【００５２】
さらに、本開示は、例えば、図１１に示される４画素共有型CMOSイメージセンサ５０のように、複数の画素でFDなどを共有するような固体撮像素子に対しても適用できる。
【００５３】
またさらに、本開示は、例えば、図１２に示されような、センサ回路６２が形成された基板６１と、論理回路６３が形成された基板６４が積層されている積層型CMOSイメージセンサ６０に対しても適用できる。
【００５４】
なお、本実施の形態である固体撮像素子１０は、撮像装置だけでなく、撮像機能を有するあらゆる種類の電子装置に適用できる。
【００５５】
本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【００５６】
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）
複数の画素が縦横に配置された固体撮像素子において、
各画素が、
光の３原色のうちの第１の波長の入射光に応じて光電変換を行う第１の光電変換部と、
光の３原色のうちの第２の波長の入射光に応じて光電変換を行う第２の光電変換部と、
光の３原色のうちの第３の波長の入射光に応じて光電変換を行う第３の光電変換部と
を有し、
隣接する画素間の境界には、隣接する画素における前記第１乃至第３の光電変換部のうちの少なくとも一つの電極どうしを横方向に接続するとともに、各画素における前記第１乃至第３の光電変換部のうちの少なくとも一つの電極と縦方向に接続する電極配線を備える
固体撮像素子。
（２）
前記第１乃至第３の光電変換部のうちの少なくとも一つは、光電変換膜と前記光電変換膜を挟む下部電極および上部電極から構成され、
前記電極配線は、隣接する画素における前記第１乃至第３の光電変換部のうちの少なくとも一つの前記上部電極どうしを横方向に接続する
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
前記電極配線は、隣接する画素における前記第１乃至第３の光電変換部のそれぞれの前記上部電極どうしを横方向に接続する
前記（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
前記電極配線は、各画素における前記第１乃至第３の光電変換部のそれぞれの前記上部電極を縦方向に接続する
前記（２）または（３）に記載の固体撮像素子。
（５）
前記第１乃至第３の光電変換部のうちの少なくとも一つは、Si層の中に形成された光電変換層である
前記（１）から（４）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（６）
前記第１乃至第３の光電変換部の下層側に入射光を反射する反射膜層を
さらに備える前記（１）から（５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（７）
前記電極配線は、Optical Black領域を遮光する
前記（１）から（６）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（８）
前記電極配線は、金属材料から成る
前記（１）から（７）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（９）
前記固体撮像素子は、裏面照射型である
前記（１）から（８）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１０）
前記固体撮像素子は、表面照射型である
前記（１）から（８）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１１）
前記固体撮像素子は、複数画素共有型である
前記（１）から（１０）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１２）
前記固体撮像素子は、積層型である
前記（１）から（１１）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１３）
複数の画素が縦横に配置されている固体撮像素子が搭載された電子装置において、
前記固体撮像素子の各画素が、
光の３原色のうちの第１の波長の入射光に応じて光電変換を行う第１の光電変換部と、
光の３原色のうちの第２の波長の入射光に応じて光電変換を行う第２の光電変換部と、
光の３原色のうちの第３の波長の入射光に応じて光電変換を行う第３の光電変換部と
を有し、
隣接する画素間の境界には、隣接する画素における前記第１乃至第３の光電変換部のうちの少なくとも一つの電極どうしを横方向に接続するとともに、各画素における前記第１乃至第３の光電変換部のうちの少なくとも一つの電極と縦方向に接続する電極配線を備える
電子装置。
【符号の説明】
【００５７】
１０  固体撮像素子，  １１  配線層，  １２  Si層，  １３  電源供給部，  １４  下部電極，  １５  光電変換層，  １６  上部電極，  １７  下部電極配線，  １８  上部電極配線，  １９  オンチップレンズ，  ２１  高反射膜層，  ３１，４１  光電変換層
【図１】
0006546590.tif 000002
【図２】
0006546590.tif 000003
【図３】
0006546590.tif 000004
【図４】
0006546590.tif 000005
【図５】
0006546590.tif 000006
【図６】
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【図７】
0006546590.tif 000008
【図８】
0006546590.tif 000009
【図９】
0006546590.tif 000010
【図１０】
0006546590.tif 000011
【図１１】
0006546590.tif 000012
【図１２】
0006546590.tif 000013