(57)【要約】【課題】マイクロレンズを省略することができ、更に、画素サイズの微細化に伴う入射光の感度の低下を防止することができる固体撮像素子の提供。【解決手段】半導体基板上に絶縁層を備え、その絶縁層上に吸収される光の種類（Ｒ、Ｇ、Ｂ）が異なる複数の光電変換部を積層させ、積層させた光電変換部は上層に積層されるにつれて幅が大きくなり、かつ、第１光電変換部の下層、第２光電変換部の第１光電変換部が形成されていない下層、第３光電変換部の第１光電変換部及び第２光電変換部が形成されていない下層、及び第１から第３光電変換部が形成されていない下層のそれぞれに各光電変換部で発生した信号を検出する信号検出部及び信号検出部で検出した信号を伝導する伝導回路部を配置する。【選択図】図１
2008004684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素領域を備えた半導体基板と、
前記半導体基板の前記画素領域内の第１領域、前記第１領域に隣接する第２領域、前記第２領域に隣接する第３領域、及び前記第３領域に隣接する第４領域上に設けられた第１絶縁層と、
前記第１絶縁層を介して前記半導体基板の前記第１領域上に設けられた第１光電変換部と、前記第１絶縁層を介して前記半導体基板の前記第２領域、前記第３領域、及び前記第４領域上に設けられた第２絶縁層とを備えた第１光電変換層と、
前記第１絶縁層及び前記第１光電変換層を介して前記半導体基板の前記第１領域及び前記第２領域上に設けられた第２光電変換部と、前記第１絶縁層及び前記第１光電変換層を介して前記半導体基板の前記第３領域及び前記第４領域上に設けられた第３絶縁層とを備えた第２光電変換層と、
前記第１絶縁層、前記第１光電変換層、及び前記第２光電変換層を介して前記半導体基板の前記第１領域、前記第２領域、及び前記第３領域上に設けられた第３光電変換部と、前記第１絶縁層、前記第１光電変換層、及び前記第２光電変換層を介して前記半導体基板の前記第４領域上に設けられた第４絶縁層とを備えた第３光電変換層と、
前記第１絶縁層と前記第１光電変換部との間に設けられ、前記第１光電変換部で発生した信号を検出する第１信号検出部と、
前記第１光電変換層と前記第２光電変換部との間に設けられ、前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部で発生した信号を検出する第２信号検出部と、
前記第２光電変換層及び前記第３光電変換部との間に設けられ、前記第２光電変換部及び前記第３光電変換部で発生した信号を検出する第３信号検出部と、
前記第３光電変換層の前記第３信号検出部が設けられた面に対向する面に設けられ、前記第３光電変換部で発生した信号を検出する第４信号検出部と、
前記第１領域上の前記第１絶縁層内に設けられ、前記第１信号検出部で検出した信号を伝導する第１伝導回路部と、
前記第２領域上の前記第１絶縁層内及び前記第２絶縁層内に設けられ、前記第２信号検出部で検出した信号を伝導する第２伝導回路部と、
前記第３領域上の前記第１絶縁層内、前記第２絶縁層内、及び前記第３絶縁層内に設けられ、前記第３信号検出部で検出した信号を伝導する第３伝導回路部と、
前記第４領域上の前記第１絶縁層内、前記第２絶縁層内、前記第３絶縁層内、及び前記第４絶縁層内に設けられ、前記第４信号検出部で検出した信号を伝導する第４伝導回路部と、
を備えることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記第１伝導回路部に隣接して前記第１絶縁層内に設けられ、前記第１伝導回路部で伝導した信号を前記画素領域外に転送する第１転送回路部と、
前記第２伝導回路部に隣接して前記第１絶縁層内に設けられ、前記２伝導回路部で伝導した信号を前記画素領域外に転送する第２転送回路部と、
前記第３伝導回路部に隣接して前記第１絶縁層内に設けられ、前記第３伝導回路部で伝導した信号を前記画素領域外に転送する第３転送回路部と、
前記第４伝導回路部に隣接して前記第１絶縁層内に設けられ、前記第４伝導回路部で伝導した信号を前記画素領域外に転送する第４転送回路部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記第１光電変換部では赤色光を、前記第２光電変換部では緑色光を、前記第３光電変換部では青色光をそれぞれ吸収させることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
光入射面を備える第１半導体基板と、前記第１半導体基板の前記光入射面の下層に配置された第１光電変換部と、前記第１半導体基板内の前記第１光電変換部の下層から同層にかけて配置された第２光電変換部と、前記第１半導体基板内の前記第２光電変換部の下層から同層にかけて配置された第３光電変換部と、前記第１半導体基板の前記光入射面上に設けられ、前記第１光電変換部、前記第２光電変換部、及び前記第３光電変換部のそれぞれで発生した信号を検出する複数の信号検出部と、前記複数の信号検出部の各々に電気的に接続され、前記第１半導体基板を貫通し、前記第１光電変換部、前記第２光電変換部、及び前記第３光電変換部の各々で発生した信号を伝導する複数の信号伝導部と、を備えた光電変換部形成基板と、
第２半導体基板と、前記第２半導体基板上に設けられた複数の伝導回路部と、前記複数の伝導回路部に隣接して前記第２半導体基板上に設けられた複数の転送回路部と、を備えた回路部形成基板と、を有し、
前記第１半導体基板を貫通する前記複数の信号伝導部と、前記第２半導体基板上の前記複数の伝導回路部とを各々電気的に接続する複数の接続部とを備えていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項５】
前記第１光電変換部では青色光を、前記第２光電変換部では緑色光を、前記第３光電変換部では赤色光をそれぞれ吸収させることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子に関し、特に、光電変換層が積層された構造を備えている固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のデジタルカメラ、カメラ搭載型携帯電話等の普及によるデジタル化、及びストレージの大容量化に伴い、小型で高精細な固体撮像素子の需要が増加している。特に、一般的な半導体製造工程であるＣＭＯＳプロセスにより製造可能なＣＭＯＳ型固体撮像素子（以下、ＣＭＯＳセンサという）の需要が高まっている。このようなＣＭＯＳセンサは、近年において、更なる小型化、多画素化の要求が高まっている。これらの要求を達成するために、画素サイズの微細化が重要な課題となっており、現在では画素サイズ□２．０μｍまで狭ピッチ化が進んでいる。
【０００３】
このような固体撮像素子に用いられる画素は、主に、光電変換膜、光電変換部としてのフォトダイオード及び読み出し回路用のトランジスタから構成されている。なお、読み出し回路に用いられるトランジスタの占める面積は、デザインルールの縮小、隣接する画素の共有を進めても、その微細化には限界があり、現状、読み出し回路に用いられるトランジスタの光電変換部の画素中に占める割合（開口率）は、５０％程度と言われている。なお、このような微細化は、画素ピッチの狭小化につながり、光電変換部としてのフォトダイオードの占める面積の減少を加速させるため、固体撮像装置としての感度の低下が問題となる。
【０００４】
また、近年は、小型携帯端末に至るまで、カラー画像を出力する固体撮像装置が一般的となっている。このようなカラー撮像型固体撮像装置では、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の波長帯を投下するカラーフィルタを、それぞれ一つの画素上に一対一で配置させることにより、それぞれの波長の光量を別々の画素で測定して色情報を得ている。一般的に、このようなカラーフィルタは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の４組で１測定点を形成する。このため、カラー撮像型固体撮像装置では必要とされる画素数は白黒の場合の４倍となり、仮に、同じチップ面積で同じ解像度（画素数）を得るためには、カラー撮像型固体撮像装置の画素面積は１／４、すなわち、得られる開口率は１／４となる。さらに、カラーフィルタ自体の光の透過率が一般的に約８０％程度であることも考慮すると、カラー撮像型固体撮像装置での前述した画素ピッチの狭小化は、より大きい感度の低下につながるという問題が生じる。
【０００５】
この点に着目し、光電変換部としてシリコン基板内に３重のイオン注入層を形成し、波長によるシリコン基板内での光の吸収深さの違いを利用して、１画素でＲＧＢ信号の取得が可能で、カラーフィルタの必要ないカラーＣＭＯＳセンサが提案されている（例えば、非特許文献１）。
【０００６】
また、複数層のフォトダイオードからの信号読み出し時に、混色を抑えた、色分離性の高い信号を読み出すために、第１導電型の領域と、前記第１導電型と逆の導電型である第２導電型の領域を交互に複数積層してなり、第１導電型及び第２導電型の領域の各接合面を、それぞれ異なる複数の波長帯域の光を主に光電変換するために適した深さとなるように形成し、表面に最も近い接合面の表面側領域の表面を、当該領域と逆の導電型の領域で覆った光電変換素子が開示されている（例えば、特許文献１）。
【非特許文献１】Eyeing the Camera: into the Next Century, Richard F.Lyon, Foveon,Inc.HP
【特許文献１】特開２００３−２９８１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１に記載の技術は、読み出し回路用トランジスタ領域と光電変換部が同一基板上に存在する為、両者が占有する画素面積は、従来のＣＭＯＳセンサと同様である。その上、非特許文献１におけるＣＭＯＳセンサでは、１画素で取り扱う情報量が３倍となる事から、従来のＣＭＯＳセンサに比べ読み出し回路に用いられるトランジスタ数は増加してしまう。その為、かえって１画素中に占める光電変換部の面積率は低下し、カラーフィルタを不要とした感度の向上に対するメリットが相殺される恐れがある。
【０００８】
さらに、ＣＭＯＳセンサの場合、画素内のトランジスタ数を増加させて、回路機能を付加することにより、イメージセンサとしての高付加価値化が望める点が大きなメリットである。このメリットしては、例えば、画素内ＡＤＣによる、広ダイナミックレンジ化、高フレームレート化、及び高Ｓ／Ｎ化などが挙げられる。しかしながら、このような場合、更に画素内の光電変換部の面積が縮小し、感度の低下が生じてしまう。
【０００９】
このような場合、開口率の向上の為、画素毎にマイクロレンズを形成し、センサに入射した光をフォトダイオードに収束させる技術がある。しかしながら、この方法を用いても現状開口率はおよそ５０％に留まる上に、マイクロレンズ自体、及びマイクロレンズからフォトダイオードに至る経路での光吸収と光漏れにより、感度の低下が生じる。
【００１０】
そこで、本発明は、マイクロレンズを省略することができ、更に、画素サイズの微細化に伴う入射光の感度の低下を防止することができる固体撮像素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る固体撮像素子は、画素領域を備えた半導体基板と、前記半導体基板の前記画素領域内の第１領域、前記第１領域に隣接する第２領域、前記第２領域に隣接する第３領域、及び前記第３領域に隣接する第４領域上に設けられた第１絶縁層と、前記第１絶縁層を介して前記半導体基板の前記第１領域上に設けられた第１光電変換部と、前記第１絶縁層を介して前記半導体基板の前記第２領域、前記第３領域、及び前記第４領域上に設けられた第２絶縁層とを備えた第１光電変換層と、前記第１絶縁層及び前記第１光電変換層を介して前記半導体基板の前記第１領域及び前記第２領域上に設けられた第２光電変換部と、前記第１絶縁層及び前記第１光電変換層を介して前記半導体基板の前記第３領域及び前記第４領域上に設けられた第３絶縁層とを備えた第２光電変換層と、前記第１絶縁層、前記第１光電変換層、及び前記第２光電変換層を介して前記半導体基板の前記第１領域、前記第２領域、及び前記第３領域上に設けられた第３光電変換部と、前記第１絶縁層、前記第１光電変換層、及び前記第２光電変換層を介して前記半導体基板の前記第４領域上に設けられた第４絶縁層とを備えた第３光電変換層と、前記第１絶縁層と前記第１光電変換部との間に設けられ、前記第１光電変換部で発生した信号を検出する第１信号検出部と、前記第１光電変換層と前記第２光電変換部との間に設けられ、前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部で発生した信号を検出する第２信号検出部と、前記第２光電変換層及び前記第３光電変換部との間に設けられ、前記第２光電変換部及び前記第３光電変換部で発生した信号を検出する第３信号検出部と、前記第３光電変換層の前記第３信号検出部が設けられた面に対向する面に設けられ、前記第３光電変換部で発生した信号を検出する第４信号検出部と、前記第１領域上の前記第１絶縁層内に設けられ、前記第１信号検出部で検出した信号を伝導する第１伝導回路部と、前記第２領域上の前記第１絶縁層内及び前記第２絶縁層内に設けられ、前記第２信号検出部で検出した信号を伝導する第２伝導回路部と、前記第３領域上の前記第１絶縁層内、前記第２絶縁層内、及び前記第３絶縁層内に設けられ、前記第３信号検出部で検出した信号を伝導する第３伝導回路部と、前記第４領域上の前記第１絶縁層内、前記第２絶縁層内、前記第３絶縁層内、及び前記第４絶縁層内に設けられ、前記第４信号検出部で検出した信号を伝導する第４伝導回路部と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、画素サイズの微細化に伴う入射光の感度の低下を防止することができる固体撮像素子が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付し、重複する記載は省略する。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものと異なる。更に、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る固体撮像素子について図面を用いて説明する。図１は、第１の実施形態に係る固体撮像素子の画素領域の構成を説明するための断面模式図である。
【００１６】
本実施形態に係る固体撮像素子は、図１に示すように、半導体基板１０１上に、第１絶縁層１０、第１光電変換層２０、第２光電変換層３０、第３光電変換層４０の順で積層された構成を備えている。
【００１７】
第１絶縁層１０は、半導体基板１０１の第１領域５０、第１領域５０に隣接する第２領域６０、第２領域６０に隣接する第３領域７０、及び第３領域７０に隣接する第４領域８０上に設けられている。
【００１８】
第１光電変換層２０は、第１絶縁層１０を介して半導体基板１０１の第１領域５０上に設けられた第１光電変換部２００と、第１絶縁層１０を介して半導体基板１０１の第２領域６０、第３領域７０、及び第４領域８０上に設けられた第２絶縁層２５０とで構成されている。
【００１９】
第２光電変換層３０は、第１絶縁層１０及び第１光電変換層２０を介して半導体基板１０１の第１領域５０及び第２領域６０上に設けられた第２光電変換部３００と、第１絶縁層１０及び第１光電変換層２０を介して半導体基板１０１の第３領域７０及び第４領域８０上に設けられた第３絶縁層３５０とで構成されている。
【００２０】
第３光電変換層４０は、第１絶縁層１０、第１光電変換層２０、及び第２光電変換層３０を介して半導体基板１０１の第１領域５０、第２領域６０及び第３領域７０上に設けられた第３光電変換部４００と、第１絶縁層１０、第１光電変換層２０、及び第２光電変換層３０を介して半導体基板１０１の第４領域８０上に設けられた第４絶縁層４５０とで構成されている。
【００２１】
第１絶縁層１０と第１光電変換部２００との間には、第１光電変換部２００で発生した信号を検出する第１信号検出部２１０が、第１光電変換層２０と第２光電変換部３００との間には、第１光電変換部２００及び第２光電変換部３００で発生した信号を検出する第２信号検出部３１０が、第２光電変換層３０と第３光電変換部４００との間には、第２光電変換部３００及び第３光電変換部４００で発生した信号を検出する第３信号検出部４１０が、第３光電変換層４０の第３信号検出部４１０が設けられた面に対向する面に第３光電変換部４００で発生した信号を検出する第４信号検出部４２０がそれぞれ設けられている。
【００２２】
第１絶縁層１０内の半導体基板１０１の第１領域５０上には、第１信号検出部２１０で検出した信号を伝導する第１伝導回路部１１０が、第１絶縁層１０内及び第２絶縁層２５０内の半導体基板１０１の第２領域６０上には、第２信号検出部３１０で検出した信号を伝導する第２伝導回路部１３０が、第１絶縁層１０内、第２絶縁層２５０内、及び第３絶縁層３５０内の半導体基板１０１の第３領域７０上には、第３信号検出部４１０で検出した信号を伝導する第３伝導回路部１５０が、第１絶縁層１０内、第２絶縁層２５０内、第３絶縁層３５０内、及び第４絶縁層４５０内の半導体基板１０１の第４領域８０上には、第４信号検出部４２０で検出した信号を伝導する第４伝導回路部１７０がそれぞれ設けられている。
【００２３】
また、第１伝導回路部１１０に隣接して第１絶縁層１０内に第１伝導回路部１１０で伝導した信号を半導体基板１０１の画素領域外に転送する第１転送回路部１２０が、第２伝導回路部１３０に隣接して第１絶縁層１０内に第２伝導回路部１３０で伝導した信号を半導体基板１０１の画素領域外に転送する第２転送回路部１４０が、第３伝導回路部１５０に隣接して第１絶縁層１０内に第３伝導回路部１５０で伝導した信号を半導体基板１０１の画素領域外に転送する第３転送回路部１６０が、第４伝導回路部１７０に隣接して第１絶縁層１０内に第４伝導回路部１７０で伝導した信号を半導体基板１０１の画素領域外に転送する第４転送回路部１８０が、それぞれ設けられている。
【００２４】
第１光電変換部２００は、赤色光（Ｒ）を検知する。第１光電変換部２００は、この赤色光を検知するために適した膜厚（例えば、１．５μｍ）を有し、例えば、水素化真性アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）で構成されている。
【００２５】
第２光電変換部３００は、緑色光（Ｇ）を検知する。第２光電変換部３００は、この緑色光を検知するために適した膜厚（例えば、１．０μｍ）を有し、例えば、水素化真性アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）で構成されている。
【００２６】
第３光電変換部４００は、青色光（Ｂ）を検知する。第３光電変換部４００は、この青色光を検知するために適した膜厚（例えば、０．５μｍ）を有し、例えば、水素化真性アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）で構成されている。
【００２７】
図２は、第１の実施形態における固体撮像素子に入射した光が電荷に変換される際のバンド図である。図２に示すように、第４信号検出部４２０側に入射した光（ＲＧＢ）は、第３光電変換部４００ではＢを、第２光電変換部３００ではＧを、第１光電変換部２００ではＲをそれぞれ吸収し、それぞれの光電変換部において吸収光量に比例した数の電子（ｅ−）、ホール（ｈ＋）（本実施形態ではこれらを総称して信号という）を生成する。このとき、第４信号検出部４２０にはＢのｈ＋が取り出されＢ信号が検出され、第４伝導回路部１７０に伝導される。第３信号検出部４１０にはＢのｅ−とＧのｅ−が取り出されＧ＋Ｂ信号が検出され、第３伝導回路部１５０に伝導される。第２信号検出部３１０にはＧのｈ＋とＲのｈ＋が取り出されＧ＋Ｒ信号が検出され、第２伝導回路部１３０に伝導される。第１信号検出部２１０にはＲのｅ−が取り出されＲ信号が検出され、第１伝導回路部１１０に伝導される。これらの信号は、第１から第４伝導回路部１１０、１３０、１５０、１７０に隣接して設けられている第１から第４転送回路部１２０、１４０、１６０、１８０を通り半導体基板１０１の画素領域外の図示しない演算回路に出力される。この演算回路では、第４転送回路部１８０から転送されたＢ信号と第３転送回路部１６０から転送されたＧ＋Ｂ信号との信号和、又は、第２転送回路部１４０から転送されたＧ＋Ｒ信号と第１転送回路部１２０から転送されたＲ信号との信号和によりＧ信号が演算される。なお、ここでは、演算回路は、画素領域外に設けられている内容で説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、画素領域内の第１絶縁層１０内に設けられていてもよい。
【００２８】
前述した第１絶縁層１０、第２絶縁層２５０、第３絶縁層３５０、及び第３絶縁層４５０は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）で構成されている。
【００２９】
第１信号検出部２１０、第２信号検出部３１０、第３信号検出部４１０は、例えば、水素化真性ａ−ＳｉＣ層で構成されている。
【００３０】
第４信号検出部４２０は、例えば、透明電極で構成されている。
【００３１】
このように、本実施形態に係る固体撮像素子は、半導体基板上に第１絶縁層１０を備え、第１絶縁層１０上に吸収される光の種類（Ｒ、Ｇ、Ｂ）が異なる複数の第１から第３光電変換部を積層させ、積層させた第１から第３光電変換部は上層に積層されるにつれて半導体基板の表面方向と平行な方向で定義される幅が大きくなる構成を備え、第１光電変換部２００の下層、第２光電変換部３００の第１光電変換部２００が形成されていない下層、第３光電変換部４００の第１光電変換部２００及び第２光電変換部３００が形成されていない下層、及び第１から第３光電変換部が形成されていない層内のそれぞれに各光電変換部で発生した信号を検出する第１から第４信号検出部及び第１から第４信号検出部の下方に検出した信号を伝導する第１から第４伝導回路部を配置することで、固体撮像素子内に幅の広い光電変換部を備えることができるため、マイクロレンズを省略することができ、画素サイズの微細化に伴う入射光感度の低下が抑制された固体撮像素子を提供することができる。
【００３２】
また、第１から第４伝導回路部に隣接して、第１絶縁層１０内に第１から第４信号転送回路部が設けられているため、第１から第３光電変換部の幅に影響を及ぼすことが無い。
【００３３】
更に、積層された第１から第３光電変換部は、一番幅の小さい第１光電変換部２００には吸収しやすい赤色光を、一番幅の大きい第３光電変換部４００には吸収しにくい青色光を、その中間の幅を備える第２光電変換部３００には中間の吸収力をもつ緑色光を、それぞれ配置させているため、固体撮像素子の全体的な入射光の感度の調整を行うことができる。
【００３４】
すなわち、ａ−Ｓｉ積層構造により吸収、信号化されたＲＧＢ信号量の比を、第１から第３光電変換層の幅を微調整する事で所望の比にすることにより、後段でのＲＧＢ信号比割合を所望の比に変換する演算処理を省く事ができる。
【００３５】
更に、第１信号検出部２１０と第２伝導回路部１３０間、第２信号検出部３１０と第３伝導回路部１５０間、第３信号検出部４１０と第４伝導回路部１７０間には、絶縁層２５０、３５０、４５０が配置されているため、画素の微細化を行っても、それぞれの信号検出部で検出した信号が異なる伝導回路部に伝導することはない。
【００３６】
次に、本実施形態に係る固体撮像素子の具体的な構成を説明する。図３は、第１の実施形態に係る固体撮像素子の画素領域の具体的な構成の一例を説明するための断面模式図である。
【００３７】
図３に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子は、例えば、半導体基板１０１の表面上に、複数のトランジスタ１０２ａ、１０２ｂが設けられている。
【００３８】
トランジスタ１０２ａは、後述する光電変換部で発生した信号を検出する検出トランジスタであり、トランジスタ１０２ｂは、トランジスタ１０２ａで検出した信号を、画素領域外に転送する転送トランジスタである。本実施形態では、検出トランジスタ１０２ａと、転送トランジスタ１０２ｂとで一素子を形成しており、各素子間には、素子分離層１０５が設けられている。
【００３９】
複数のトランジスタ１０２ａ、１０２ｂ、素子分離層１０５を含む半導体基板１０１上には、第１層間絶縁層５が設けられている。第１層間絶縁層５内には、検出トランジスタ１０２ａと、転送トランジスタ１０２ｂとの間の電気的な接続をスイッチングするスイッチング素子１０６及びゲート絶縁膜１０７が設けられている。
【００４０】
第１層間絶縁層５上には第１配線層６を含む第２層間絶縁層７が設けられている。第１配線層６は、第１層間絶縁層５を貫通する第１コンタクト層１５を介して検出トランジスタ１０２ａ、転送トランジスタ１０２ｂに電気的に接続されている。
【００４１】
第２層間絶縁層７上には第２配線層８を含む第３層間絶縁層９が設けられている。第２配線層８は、第２層間絶縁層７を貫通する第２コンタクト層２５を介して、第１配線層６と電気的に接続されている。
【００４２】
第３層間絶縁層９上の半導体基板１０１の第１領域５０には第１信号検出部２１０が設けられ、第１信号検出部２１０上には第１光電変換部２００が設けられている。また、第３層間絶縁層９上の半導体基板１０１の第１領域５０以外の領域、すなわち、第２領域６０、第３領域７０、及び第４領域８０には、第４層間絶縁層１１及び第５層間絶縁層１３が積層されて設けられ、図１に示す第２絶縁層２５０を形成している。
【００４３】
第１信号検出部２１０は、例えば、水素化真性ａ−ＳｉＣ層で構成され、第１光電変換部２００は、例えば、水素化真性ａ−Ｓｉ層で構成されている。第１信号検出部２１０と第３層間絶縁層９との間の一部の界面には、第３配線層１２が設けられている。この第３配線層１２は、第３層間絶縁層９内に設けられた第３コンタクト層３５を介して第２配線層８に電気的に接続されている。なお、この第１光電変換部２００は、赤色光を検知するための光電変換部として使用され、赤色光を検知するために適した厚さ（例えば、１．５μｍ）を備えている。
【００４４】
なお、前述した第３配線層１２、第３コンタクト層３５、第２配線層８、第２コンタクト層２５、第１配線層６、第１コンタクト層１５、及び検出トランジスタ１０２ａとで、図１に示す第１伝導回路部１１０を形成している。また、第１伝導回路部１１０に隣接して設けられている転送トランジスタ１０２ｂ、第１コンタクト層１５、及び第１配線層６とで図１に示す第１信号転送回路部１２０を形成している。
【００４５】
また、第４層間絶縁層１１内には、前述した第３配線層１２以外のその他の第３配線層１２を備え、第３コンタクト層３５を介して、第３層間絶縁層９内の第２配線層８に電気的に接続されている。また、第４層間絶縁層１１上に設けられた第５層間絶縁層１３内には、第４配線層１４を備え、第４コンタクト層４５を介して、第４層間絶縁層１１内の第３配線層１２に電気的に接続されている。
【００４６】
第１光電変換部２００及び第５層間絶縁層１３上の第１領域５０及び第２領域６０には第２信号検出部３１０が設けられ、第２信号検出部３１０上には第２光電変換部３００が設けられている。また、第５層間絶縁層１３上の半導体基板１０１の第１領域５０及び第２領域６０以外の領域、すなわち、第３領域７０、及び第４領域８０には、第１分離膜９０を介して、第６層間絶縁層１５が設けられ、この第６層間絶縁層１５で図１に示す第３絶縁層３５０を形成している。
【００４７】
第２信号検出部３１０は、例えば、水素化真性ａ−ＳｉＣ層で構成され、第２光電変換部３００は、例えば、水素化真性ａ−Ｓｉ層で構成されている。第２信号検出部３１０と第５層間絶縁層１３との間には、第５配線層１６が設けられている。この第５配線層１６は、第５層間絶縁層１３及び第１分離膜９０を貫通する第５コンタクト層５５を介して第５配線層１４に電気的に接続されている。なお、前述したように、この第２光電変換部３００は、緑色光を検知するための光電変換層として使用され、緑色光を検知するために適した厚さ（例えば、１．０μｍ）を備えている。
【００４８】
なお、前述した第５配線層１６、第５コンタクト層５５、第４配線層１４、第４コンタクト層４５、第３配線層１２、第３コンタクト層３５、第２配線層８、第２コンタクト層２５、第１配線層６、第１コンタクト層１５、及び検出トランジスタ１０２ａとで、図１に示す第２伝導回路部１３０を形成している。また、第２伝導回路部１３０に隣接して設けられている転送トランジスタ１０２ｂ、第１コンタクト層１５、第１配線層６とで図１に示す第２信号転送回路部１４０を形成している。
【００４９】
第６層間絶縁層１５内には、第５配線層１６を備え、第５コンタクト層５５を介して、第５層間絶縁層１３内の第５配線層１４に電気的に接続されている。
【００５０】
第２光電変換部３００及び第６層間絶縁層１５上の第１領域５０、第２領域６０、及び第３領域７０には、第３信号検出部４１０が設けられ、第３信号検出部４１０上には第３光電変換部４００が設けられている。また、第６層間絶縁層１５上の第４領域８０には、第２分離膜９５を介して、第７層間絶縁層１７が設けられ、この第７層間絶縁層１７で図１に示す第４絶縁層４５０を形成している。
【００５１】
第３信号検出部４１０は、例えば、水素化真性ａ−ＳｉＣ層で構成され、第３光電変換部４００は、例えば、水素化真性ａ−Ｓｉ層で構成されている。第３信号検出部４１０と第６層間絶縁層１５との間には、第６配線層１８が設けられている。この第６配線層１８は、第２分離膜９５及び第６層間絶縁層１５を貫通する第６コンタクト層６５を介して第５配線層１６に電気的に接続されている。なお、前述したように、この第３光電変換部４００は、青色光を検知するための光電変換層として使用され、青色光を検知するために適した厚さ（例えば、０．５μｍ）を備えている。
【００５２】
なお、前述した第７配線層１８、第６コンタクト層６５、第６配線層１６、第５コンタクト層５５、第４配線層１４、第４コンタクト層４５、第３配線層１２、第３コンタクト層３５、第２配線層８、第２コンタクト層２５、第１配線層６、第１コンタクト層１５、及び検出トランジスタ１０２ａとで、図１に示す第３伝導回路部１５０を形成している。また、第３伝導回路部１５０に隣接して設けられている転送トランジスタ１０２ｂ、第１コンタクト層１５、第１配線層６とで図１に示す第３信号転送回路部１６０を形成している。
【００５３】
第７層間絶縁層１７内には、第７配線層１８を備え、第６コンタクト層６５を介して、第６層間絶縁層１５内の第６配線層１６に電気的に接続されている。
【００５４】
第３光電変換部４００及び第７層間絶縁層１７上の第１領域５０、第２領域６０、第３領域７０、及び第４領域８０には、第４信号検出部４２０が設けられている。この第４信号検出部４２０は、例えば、透明電極で構成されている。この第４信号検出部４２０は、半導体基板１０１の第４領域８０の第７層間絶縁層１７内に設けられた第６配線層１８と第７コンタクト層７５を介して電気的に接続されている。
【００５５】
なお、前述した第７コンタクト層７５、第６配線層１８、第６コンタクト層６５、第５配線層１６、第５コンタクト層５５、第４配線層１４、第４コンタクト層４５、第３配線層１２、第３コンタクト層３５、第２配線層８、第２コンタクト層２５、第１配線層６、第１コンタクト層１５、及び検出トランジスタ１０２ａとで、図１に示す第４伝導回路部１７０を形成している。また、第４伝導回路部１７０に隣接して設けられている転送トランジスタ１０２ｂ、第１コンタクト層１５、第１配線層６とで図１に示す第４信号転送回路部１８０を形成している。
【００５６】
第４信号検出部４２０上には、パッシベーション層５００が設けられている。
【００５７】
なお、本実施形態では、第１光電変換部２００と同層に用いられている第２絶縁層２５０は、第４層間絶縁層１１、第５層間絶縁層１３の２層で構成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、第１光電変換部２００と同じ厚さを備えた第４層間絶縁層１１が一層で構成されていてもよく、もう１層新たに層間絶縁層が積層されていてもよい。
【００５８】
同様に、第２光電変換部３００と同層に用いられている第３絶縁層３５０は、第６層間絶縁層１５の１層で構成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、もう１層新たに層間絶縁層が積層されてもよい。第４絶縁層４５０も同様である。これらの積層数は固体撮像素子としてのデバイス設計により適時変更することができる。
【００５９】
次に、図３に示す固体撮像素子の製造方法を、図面を用いて説明する。
【００６０】
最初に、半導体基板１０１上に、周知のＬＳＩ製造プロセスにより、複数のトランジスタ１０２ａ、１０２ｂ、素子分離層１０５、ゲート絶縁膜１０７及びスイッチング素子１０６をそれぞれ形成する（図４）。
【００６１】
次に、トランジスタ１０２ａ、１０２ｂ、素子分離層１０５、ゲート絶縁膜１０７及びスイッチング素子１０６を覆うように、半導体基板１０１上に第１層間絶縁層５を形成する。その後、複数のトランジスタ１０２ａ、１０２ｂと電気的な接続を行う第１コンタクト層１５を形成する。更に、第１コンタクト層１５に電気的に接続されるように第１配線層６を形成し、第１配線層６を覆うように、第１層間絶縁層５上に第２層間絶縁層７を形成する。その後、第１配線層６のうち、検出トランジスタ１０２ａに電気的に接続されている第１配線層６と電気的な接続を行う第２コンタクト層２５を形成する。更に、第２コンタクト層２５に電気的に接続されるように第２配線層８を形成し、第２配線層８を覆うように、第２層間絶縁層７上に第３層間絶縁層９を形成する。その後、第２配線層８と電気的な接続を行う第３コンタクト層３５を形成する（図５）。
【００６２】
次に、周知のＬＳＩ製造プロセスを用いて、第３コンタクト層３５に電気的に接続されるように第３配線層１２を形成し、第３配線層１２を覆うように、第３層間絶縁層９上に第４層間絶縁層１１を形成する。その後、第３配線層１２と電気的な接続を行う第４コンタクト層４５を形成する。更に、第４コンタクト層４５に電気的に接続されるように第４配線層１４を形成し、第４配線層１４を覆うように、第４層間絶縁層１１上に第５層間絶縁層１３を形成し、さらに、第５層間絶縁層１３上に第１分離層９０を形成する。その後、第４配線層１４と電気的な接続を行う第５コンタクト層５５を形成する。
【００６３】
その後、周知のＬＳＩ製造プロセスを用いて、半導体基板１０１の第１領域５０に設けられた第１分離層９０、第４層間絶縁層１１及び第５層間絶縁層１３を除去して、半導体基板１０１の第１領域５０内に形成されている第３配線層１２の表面を露出させる。その後、第４層間絶縁層１１及び第５層間絶縁層１３を除去した領域の第３層間絶縁層９及び露出した第３配線層１２上に第１信号検出部２１０として水素化真性ａ−ＳｉＣ層を、第１信号検出部２１０上に第１光電変換部２００として水素化真性ａ−Ｓｉ層を、それぞれＣＶＤ法により形成する（図６）。なお、この第１信号検出部２１０及び第１光電変換部２００をＣＶＤ法により形成する場合は、第１分離層９０上にも形成されるが、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により第１分離層９０の表面まで平坦化すればよい。この平坦化の際には、第１分離層９０がストッパとなるため、容易に、平坦化の終点を検知することができる。
【００６４】
次に、周知のＬＳＩ製造プロセスを用いて、第５コンタクト層５５に電気的に接続されるように第５配線層１６を形成し、第５配線層１６を覆うように、第１光電変換部２００及び第１分離層９０上に第６層間絶縁層１５を形成し、さらに、第６層間絶縁層１５上に第２分離層９５を形成する。その後、第５配線層１６と電気的な接続を行う第６コンタクト層６５を形成する。
【００６５】
次に、周知のＬＳＩ製造プロセスを用いて、半導体基板１０１の第１領域５０及び第２領域６０に設けられた第２分離層９５及び第６層間絶縁層１５を除去して、半導体基板１０１の第１領域５０及び第２領域６０内に形成されている第５配線層１６と、第１光電変換部２００の表面を露出させる。その後、第６層間絶縁層１５を除去した領域の第１光電変換部２００及び露出した第５配線層１６上に第２信号検出部３１０として水素化真性ａ−ＳｉＣ層を、第２信号検出部３１０上に第２光電変換部３００として水素化真性ａ−Ｓｉ層をそれぞれＣＶＤ法により形成する（図７）。なお、この第２信号検出部３１０及び第２光電変換層３００をＣＶＤ法により形成する場合は、第２分離層９５上にも形成されるが、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により第２分離層９５の表面まで平坦化すればよい。この平坦化の際には、第２分離層９５がストッパとなるため、容易に、平坦化の終点を検知することができる。
【００６６】
次に、周知のＬＳＩ製造プロセスを用いて、第６コンタクト層６５に電気的に接続されるように第６配線層１８を形成し、第６配線層１８を覆うように、第２光電変換部３００及び第２分離層９５上に第７層間絶縁膜１７を形成する。その後、第６配線層１８と電気的な接続を行う第７コンタクト層７５を形成する。
【００６７】
次に、周知のＬＳＩ製造プロセスを用いて、半導体基板１０１の第１領域５０、第２領域６０、及び第３領域７０に設けられた第７層間絶縁層１７を除去して、半導体基板１０１の第１領域５０、第２領域６０、及び第３領域７０内に形成されている第６配線層１８と、第２光電変換部３００の表面を露出させる。その後、第７層間絶縁層１７を除去した領域の第２光電変換層３００及び露出した第６配線層１８上に第３信号検出部４１０として水素化真性ａ−ＳｉＣ層を、第３信号検出部４１０上に第３光電変換部４００として水素化真性ａ−Ｓｉ層をそれぞれＣＶＤ法により形成する。なお、この第３信号検出部４１０及び第３光電変換層４００をＣＶＤ法により形成する場合は、第７層間絶縁層１７上にも形成されるが、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により第７層間絶縁層１７の表面まで平坦化すればよい。この平坦化の際には、第７層間絶縁層１７がストッパとなるため、容易に、平坦化の終点を検知することができる。
【００６８】
最後に、第３光電変換層４００及び第７層間絶縁層１７上に、第７コンタクト層７５に電気的に接続されるように、周知のＬＳＩ製造プロセスを用いて、ＩＴＯ（薄膜酸化インジウム）で構成された第４信号検出部４２０を形成し、更に、第４信号検出部４２０上にパッシベーション層５００を形成することで、図３に示す固体撮像素子が製造される。
【００６９】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る固体撮像素子について図面を用いて説明する。図８は、第２の実施形態に係る固体撮像素子の構成を示す断面模式図である。
【００７０】
本実施形態に係る固体撮像素子は、第１の実施形態で説明した固体撮像素子の画素領域に関する構成に加え、同一の半導体基板上に画素領域内から出力された信号を演算処理する演算回路等を備えた周辺回路領域が設けられている。なお、周辺回路領域が設けられている点、及び、周辺回路領域と画素領域との間に分離領域が設けられている点が第１の実施形態と異なる以外は、第１の実施形態と同様なため、重複する点については、説明を省略する。
【００７１】
本実施形態に係る固体撮像素子は、図８に示すように、画素領域５１０と、画素領域５１０に隣接し、同一の半導体基板上に混載される周辺回路領域５３０（以下、ＬＳＩ領域という）と、画素領域５１０と周辺領域５３０とを分離する分離領域５２０が設けられている。このＬＳＩ領域５３０としては、信号読み出しを行う図示しないアナログ回路、信号処理を行うロジック回路、あるいは出力データを保持するメモリなど、３層配線以上を有する他のデバイスが形成されている。
【００７２】
分離領域５２０は、画素領域５１０とＬＳＩ領域５３０とを完全に分離する領域であり、層間絶縁層の積層体で構成されている。ＬＳＩ領域５３０には、第６配線層１８、第６コンタクト層６５、第５配線層１６、第５コンタクト層５５、第４配線層１４、第４コンタクト層４５、第３配線層１２、第３コンタクト層３５、第２配線層８、第２コンタクト層２５、第１配線層６、第１コンタクト層１５、及び検出トランジスタ１０２ａとで第５伝導回路部を形成し、また、第５伝導回路部に隣接して設けられている転送トランジスタ１０２ｂ、第１コンタクト層１５、第１配線層６とで第５信号転送回路部を形成している。
【００７３】
このように、同一の半導体基板上にＬＳＩ領域５３０を設け、画素領域５１０と同様な積層構造を備えた積層配線を形成することで、画素領域形成の際に、同時に、ＬＳＩ領域５３０内の積層配線も形成することができるため、製造時において製造工程を簡略化することができる。
【００７４】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る固体撮像素子について図面を用いて説明する。図９は、第３の実施形態に係る固体撮像素子の構成を示す断面模式図である。
【００７５】
本実施形態に係る固体撮像素子は、光を吸収して電荷に変換する複数の光電変換部を備えた光電変換部形成基板５４０と、複数の光電変換部で発生した信号を転送する転送回路部等を備えた回路部形成基板５５０とを備え、光電変換部形成基板５４０と回路部形成基板５５０とが接続部５６０を介して電気的に接続されている。
【００７６】
光電変換部形成基板５４０は、光入射面αを備える第１半導体基板８００と、第１半導体基板８００の光入射面αの下層に配置された第１光電変換部８０３と、第１半導体基板８００内の第１光電変換部８０３の下層から同層にかけて配置された第２光電変換部８０４と、第１半導体基板８００内の第２光電変換部８０４の下層から同層にかけて配置された第３光電変換部８０５と、第１半導体基板８００の光入射面α上に設けられ、第１光電変換部８０３、第２光電変換部８０４、及び第３光電変換部８０５の各々で発生した信号を検出する第１信号検出部５７０ａ、第２信号検出部５７０ｂ、及び第３信号検出部５７０ｃと、第１から第３信号検出部５７０ａ、５７０ｂ、５７０ｃに接続され、第１半導体基板８００の光入射面αに対向する接続面βまで貫通し、第１光電変換部８０３、第２光電変換部８０４、及び第３光電変換部８０５の各々で発生した信号を伝導する第１信号伝導部５８０ａ、第２信号伝導部５８０ｂ、及び第３信号伝導部５８０ｃと備える。
【００７７】
回路部形成基板５５０は、第２半導体基板５９０と、第２半導体基板５９０の表面上に設けられた第１伝導回路部１１０ａ、第２伝導回路部１３０ａ、及び第３伝導回路部１５０ａと、第１から第３伝導回路部１１０ａ、１３０ａ、１５０ａに隣接して設けられた第１信号転送回路部１２０ａ、第２信号転送回路部１４０ａ、第３信号転送回路部１６０ａとを備えている。
【００７８】
接続部５６０は、回路部形成基板５５０上に設けられた第１から第３伝導回路部１１０ａ、１３０ａ、１５０ａと光電変換部形成基板５４０の接続面βまで貫通した第１から第３信号伝導部５８０ａ、５８０ｂ、５８０ｃとの各々を電気的に接続している。
【００７９】
第１光電変換部８０３は、第１半導体基板８００内に設けられた低濃度のｎ型の不純物拡散層（以下、ｎ−層という）で構成されており、例えば、青色光を検知するための光電変換層として使用され、青色光を検知するために適した厚さ（例えば、０．５μｍ）を備えている。
【００８０】
第２光電変換部８０４は、第１半導体基板８００内に設けられた低濃度のｐ型の不純物拡散層（以下、ｐ−層という）で構成されており、例えば、緑色光を検知するための光電変換層として使用され、緑色光を検知するために適した厚さ（例えば、１．０μｍ）を備えている。
【００８１】
第３光電変換部８０５は、第１半導体基板８００内に設けられたｎ−層で構成されており、例えば、赤色光を検知するための光電変換層として使用され、赤色光を検知するために適した厚さ（例えば、１．５μｍ）を備えている。
【００８２】
なお、第１光電変換部８０３内の光入射面αには、高濃度のｐ型の不純物拡散層が設けられている。
【００８３】
第１信号検出部５７０ａは、第１光電変換部８０３の領域内の第１半導体基板８００の光入射面側に設けられた高濃度のｎ型の不純物拡散層（以下、ｎ＋層という）８０６と、ｎ＋層８０６上に設けられたｎ型電極９０１とで構成され、第１光電変換部８０３で発生したＲ信号を検出する。
【００８４】
第２信号検出部５７０ｂは、第２光電変換部８０４の領域内の第１半導体基板８００の光入射面側に設けられた高濃度のｐ型の不純物拡散層（以下、ｐ＋層という）８０７と、ｐ＋層８０７上に設けられたｐ型電極９０２とで構成され、第２光電変換部８０４で発生したＧ信号を検出する。
【００８５】
第３信号検出部５７０ｃは、第３光電変換部８０５の領域内の第１半導体基板８００の光入射面側に設けられた高濃度のｎ＋層８０８と、ｎ＋層８０８上に設けられたｎ型電極９０３とで構成され、第３光電変換部８０５で発生したＢ信号を検出する。
【００８６】
第１信号伝導部５８０ａは、第１信号検出部５７０ａで検出したＲ信号を第１半導体基板８００の光入射面αから接続面βまで伝導するために設けられた第１半導体基板８００を貫通する第１貫通電極で構成されている。
【００８７】
第２信号伝導部５８０ｂは、第２信号検出部５７０ｂで検出したＧ信号を第１半導体基板８００の光入射面αから接続面βまで伝導するために設けられた第１半導体基板８００を貫通する第２貫通電極で構成されている。
【００８８】
第３信号伝導部５８０ｃは、第３信号検出部５７０ｃで検出したＢ信号を第１半導体基板８００の光入射面αから接続面βまで伝導するために設けられた第１半導体基板８００を貫通する第３貫通電極で構成されている。
【００８９】
第１伝導回路部１１０ａは、接続部５６０を介して、第１信号伝導部５８０ａに電気的に接続されており、例えば、第１信号伝導部５８０ａに伝導されたＲ信号を検出する。
【００９０】
第２伝導回路部１３０ａは、接続部５６０を介して、第２信号伝導部５８０ｂに電気的に接続されており、例えば、第２信号伝導部５８０ｂに伝導されたＧ信号を検出する。
【００９１】
第３伝導回路部１５０ａは、接続部５６０を介して、第３信号伝導部５８０ｃに電気的に接続されており、例えば、第３信号伝導部５８０ｃに伝導されたＢ信号を検出する。
【００９２】
第１伝導回路部１１０ａ、第２伝導回路部１３０ａ、第３伝導回路部１５０ａ、第１信号転送回路部１２０ａ、第２信号転送回路部１４０ａ、第３信号転送回路部１６０ａ、画素領域５１０ａ、分離領域５２０ａ、ＬＳＩ領域５３０ａは、それぞれ第１の実施形態、及び第２の実施形態で説明した第１伝導回路部１１０、第２伝導回路部１３０、第３伝導回路部１５０、第１信号転送回路部１２０、第２信号転送回路部１４０、第３信号転送回路部１６０、画素領域５１０、分離領域５２０、ＬＳＩ領域５３０と同様な構成、機能を示すためここでは説明を省略する。
【００９３】
このように、光を吸収して電荷に変換する光電変換部を備えた光電変換部形成基板５４０と、転送回路等を備えた転送回路部形成基板５５０とをそれぞれ別に設け、光電変換部形成基板５４０の光入射面側から検出する光の種類が異なる複数の光電変換部８０３、８０４、８０５を積層して設け、それぞれの光電変換部８０３、８０４、８０５で発生した信号を光電変換部形成基板５４０の光入射面α側で検出して、検出した信号を光入射面αと対向する接続面βまで伝導させて、回路部形成基板５５０の伝導回路部１１０ａ、１３０ａ、１５０ａと電気的に接続する構成を備えることで、固体撮像素子においてより広い光電変換部を備えることができるためマイクロレンズを省略することができ、画素サイズの微細化に伴う入射光の感度の低下が防止された固体撮像素子を提供することができる。
【００９４】
なお、光電変換部形成基板５４０の光入射面αに入射した光が第１から第３光電変換部８０３、８０４、８０５ですべて吸収されず、透過してしまう場合は、光電変換部形成基板５４０の接続面β、回路部形成基板５５０の表面、または、回路部形成基板５５０の内部の所望の位置に、透過した光を遮光する遮光膜を設けてもよい。
【００９５】
次に、本実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を、図面を用いて説明する。
【００９６】
最初に、第１の実施形態（図５）と同様に、第２半導体基板５９０上に、周知のＬＳＩ製造プロセスにより、複数のトランジスタ１０２ａ、１０２ｂ、素子分離層１０５、ゲート酸化膜１０７、スイッチング素子１０６をそれぞれ形成した後、これらを覆うように、第２半導体基板５９０上に第１層間絶縁層５を形成する。その後、複数のトランジスタ１０２ａ、１０２ｂと電気的な接続を行う第１コンタクト層１５を形成する。更に、第１コンタクト層１５に電気的に接続されるように第１配線層６を形成し、第１配線層６を覆うように、第１層間絶縁層５上に第２層間絶縁層７を形成する。その後、第１配線層６のうち、検出トランジスタ１０２ａに電気的に接続されている第１配線層６と電気的な接続を行う第２コンタクト層２５を形成する。更に、第２コンタクト層２５に電気的に接続されるように第２配線層８を形成し、第２配線層８を覆うように、第２層間絶縁層７上に第３層間絶縁層９を形成する。その後、第２配線層８と電気的な接続を行う第３コンタクト層３５を形成する（図１０）。
【００９７】
次に、周知のＬＳＩ製造プロセスを用いて、第３コンタクト層３５に電気的に接続されるように周知のフォトリソ工程とメッキプロセス等を用いて再配線層７０１を形成する。この時、必要に応じて、周辺回路領域５３０ａにおいても再配線層７０１を形成してもよい。次に、再配線層７０１を覆うように、感光性ポリイミド等の有機塗布膜７０２をスピンコート法で塗布した後、露光によるパターニングを行い、再配線層７０１上にコンタクトホールを形成し、露出した再配線層７０１上にハンダパンプ７０３を形成する（図１１）。
【００９８】
次に、ｐ型半導体基板（第１半導体基板）８００を準備し、ｐ型半導体基板８００の画素領域６００を分離するために、周知のＬＳＩ製造プロセスにより画素領域６００に隣接する分離領域６１０のｐ型半導体基板８００の表層に分離絶縁層８０１ａを形成すると共に、同様に、ｐ型半導体基板８００の表面に保護用酸化膜８０１ｂを形成する。その後、通常のリソグラフィー法によるパターン形成とイオン注入法を用いて、ｐ型半導体基板８００の表面からｐ＋層８０２、ｎ−層（第１光電変換部）８０３、ｐ−層（第２光電変換部）８０４、ｎ−層（第３光電変換部）８０５を形成し、アニールにより活性化させる。
【００９９】
このｐ＋層８０２、ｎ−層８０３、ｐ−層８０４、ｎ−層８０５の形成の際には、ＲＧＢ吸収長を考慮し、ＲＧＢそれぞれの光を検知するために適した膜厚として、例えば、そのピーク濃度位置が、ｐ＋層８０２は基板表面に、ｎ−層８０３、ｐ−層８０４、ｎ−層８０５は、それぞれｐ型半導体基板８００の表面より深さ０．５μｍ、１．５μｍ、３．７μｍの位置になるように形成する。
【０１００】
この後、通常のリソグラフィー法によるパターン形成とイオン注入法を用いて、ｎ−層８０３、ｐ−層８０４、ｎ−層８０５それぞれのｐ型半導体基板８００の表面にコンタクト層となるｎ＋層８０６、ｐ＋層８０７、ｎ＋層８０８を形成し、アニールにより活性化させる（図１２）。
【０１０１】
次に、保護酸化膜８０１ｂを除去し、周知のリソグラフィープロセスとエッチングプロセスを用いて、ｎ＋層８０６、ｐ＋層８０７、ｎ＋層８０８上にコンタクトメタルとして、ｎ型電極９０１、ｐ型電極９０２、ｎ型電極９０３を形成する、コンタクトメタルとしては、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ等のメタルシリサイド、Ａｌ等のメタルが好適に用いることができる。この後、ｎ型極９０１、ｐ型電極９０２、ｎ型電極９０３を覆うように、メタル保護酸化膜９０４をＣＶＤ法により形成する（図１３）。
【０１０２】
次に、周知のリソグラフィープロセスとディープエッチングプロセスを用いて、ｎ型電極９０１、ｐ型電極９０２、ｎ型電極９０３に隣接する位置に凹部１００１、１００２、１００３を形成し、この後、ＣＶＤ法により、第２保護酸化膜１００４を形成する（図１４）。
【０１０３】
次に、ｎ型電極９０１、ｐ型電極９０２、ｎ型電極９０３の表面が露出するように、メタル保護酸化膜９０４、及び第２保護酸化膜１００４をそれぞれエッチングし、ｎ型電極９０１、ｐ型電極９０２、ｎ型電極９０３上にシード層１１０１、１１０２、１１０３をスパッタ法と通常のフォトリソ工程を用いてパターン形成し、更に、凹部１００１、１００２、１００３内に、Ｃｕ電界メッキ法により貫通電極１１０４、１１０５、１１０６を形成し、これと同時に貫通電極１１０４、１１０５、１１０６とｎ型電極９０１、ｐ型電極９０２、ｎ型電極９０３との配線を行う（図１５）。
【０１０４】
次に、シード層１１０１、１１０２、１１０３を覆うように樹脂層１２０１をスピンコート法により形成し、更に、支持基板１２０２を樹脂層１２０１上に接着させた後、ｐ型半導体基板８００の裏面（接続面β）をＣＭＰにより研磨して貫通電極１１０４、１１０５、１１０６を露出させる（図１６）。
【０１０５】
最後に、図１１で示したハンダパンプ７０３と図１６の露出した貫通電極１１０４、１１０５、１１０６とをそれぞれ一致するように張り合わせ、３００℃程度のキュアを行いコンタクトし、形成した樹脂層１２０１をエッチングにより除去することで支持基板１２０２を剥離し、シード層１１０１、１１０２、１１０３を露出させることで、本実施形態に係る図９に示す固体撮像素子が製造される。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】第１の実施形態に係る固体撮像素子の画素領域の構成を説明するための断面模式図
【図２】第１の実施形態における固体撮像素子に入射した光が電荷に変換される際のバンド図
【図３】第１の実施形態に係る固体撮像素子の画素領域の具体的な構成の一例を説明するための断面模式図
【図４】図３に示す固体撮像素子の製造工程の第１工程を示すための断面模式図
【図５】図３に示す固体撮像素子の製造工程の第２工程を示すための断面模式図
【図６】図３に示す固体撮像素子の製造工程の第３工程を示すための断面模式図
【図７】図３に示す固体撮像素子の製造工程の第４工程を示すための断面模式図
【図８】第２の実施形態に係る固体撮像素子の構成を示す断面模式図
【図９】第３の実施形態に係る固体撮像素子の構成を示す断面模式図
【図１０】図９に示す固体撮像素子の製造工程の第１工程を示すための断面模式図
【図１１】図９に示す固体撮像素子の製造工程の第２工程を示すための断面模式図
【図１２】図９に示す固体撮像素子の製造工程の第３工程を示すための断面模式図
【図１３】図９に示す固体撮像素子の製造工程の第４工程を示すための断面模式図
【図１４】図９に示す固体撮像素子の製造工程の第５工程を示すための断面模式図
【図１５】図９に示す固体撮像素子の製造工程の第６工程を示すための断面模式図
【図１６】図９に示す固体撮像素子の製造工程の第７工程を示すための断面模式図
【符号の説明】
【０１０７】
１０  第１絶縁層
２０  第１光電変換層
３０  第２光電変換層
４０  第３光電変換層
５０  第１領域
６０  第２領域
７０  第３領域
８０  第４領域
１０１  半導体基板
１０２ａ  トランジスタ（検出トランジスタ）
１０２ｂ  トランジスタ（転送トランジスタ）
１０５  素子分離層
１０６  スイッチング素子
１０７  ゲート絶縁膜
１１０  第１伝導回路部
１１０ａ  第１伝導回路部
１２０  第１信号転送回路部
１２０ａ  第１信号転送回路部
１３０  第２伝導回路部
１３０ａ  第２伝導回路部
１４０  第２信号転送回路部
１４０ａ  第２信号転送回路部
１５０  第３伝導回路部
１５０ａ  第３伝導回路部
１６０  第３信号転送回路部
１６０ａ  第３信号転送回路部
１７０  第４伝導回路部
１８０  第４転送回路部
２００  第１光電変換部
２１０  第１信号検出部
２５０  第２絶縁層
３００  第２光電変換部
３１０  第２信号検出部
３５０  第３絶縁層
４００  第３光電変換部
４１０  第３信号検出部
４２０  第４信号検出部
４５０  第４絶縁層
５００  パッシベーション
５４０  光電変換部形成基板
５５０  回路部形成基板
５６０  接続部
５７０ａ  第１信号検出部
５７０ｂ  第２信号検出部
５７０ｃ  第３信号検出部
５８０ａ  第１信号伝導部
５８０ｂ  第２信号伝導部
５８０ｃ  第３信号伝導部
５９０  第２半導体基板
６００  画素領域
６１０  分離領域
７０１  再配線層
７０２  有機塗布膜
７０３  ハンダパンプ
８００  第１半導体基板（ｐ型半導体基板）
８０１ａ  分離絶縁層
８０１ｂ  保護用酸化膜
８０３  第１光電変換部
８０４  第２光電変換部
８０５  第３光電変換部
８０６  ｎ＋層
８０７  ｐ＋層
８０８  ｎ＋層
９０１  ｎ型電極
９０２  ｐ型電極
９０３  ｎ型電極
９０４  メタル保護酸化膜
１００１  凹部
１００２  凹部
１００３  凹部
１００４  第２保護酸化膜
１１０１  シード層
１１０２  シード層
１１０３  シード層
１１０４  貫通電極
１１０５  貫通電極
１１０６  貫通電極
１２０１  樹脂層
１２０２  支持基板
α  光入射面
β  接続面
【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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