(57)【要約】【課題】カラーフィルタとオンチップマイクロレンズが不要で、高感度、高解像度かつシェーディングが発生しない。【解決手段】半導体基板１０１の深さ方向に積層された二つの受光部１１１，１１２を有する固体撮像素子が基板平面方向に周期的に配置されており、入射される光の電磁波のうち、半導体基板材料における光吸収係数の波長依存性により各受光部の深さに対応した波長域の電磁波が各受光部１１１，１１２で検出されて信号電荷が生成されるため、各受光部１１１，１１２において波長が異なる電磁波を分離検出することができる。各受光部１１１，１１２から信号電荷を転送するための配線層１４１〜１４３および必要個数のトランジスタが、電磁波入射側とは反対側に設けられているため、これら配線層１４１〜１４３により光路上で光が蹴られず、オンチップマイクロレンズで光を受光部に集光させる必要がない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の深さ方向に積層された複数の受光部を有する複数の固体撮像素子が半導体基板の平面に沿った方向に周期的に配列され、入射される電磁波のうち、該半導体基板材料における光吸収係数の波長依存性により各受光部の深さに対応した波長域の電磁波が該各受光部でそれぞれ検出されて信号電荷がそれぞれ生成される固体撮像装置であって、
該各受光部からの信号電荷をそれぞれ転送するための各転送路が、該半導体基板の一方表面側に設けられ、該半導体基板の該各転送路が設けられている側とは反対側の他方表面側から該各受光部に電磁波が入射されるように構成されている固体撮像装置。
【請求項２】
前記半導体基板がエピタキシャル層を有するシリコン基板であり、前記各受光部が互いに異なる導電型の半導体接合により形成された各フォトダイオードからなっている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記固体撮像素子内にそれぞれ、前記複数の固体撮像素子からの特定の固体撮像素子の選択および当該固体撮像素子からの信号出力に係る回路が設けられ、該回路を構成するトランジスタが、前記半導体基板の光入射側とは反対側から形成されて設けられている請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記固体撮像素子内にそれぞれ、前記複数の固体撮像素子からの特定の固体撮像素子の選択および当該固体撮像素子からの信号出力に係る回路が設けられ、該回路を構成するトランジスタが、前記受光部を構成する不純物拡散層ウェルおよび該不純物拡散層ウェル上に設けられている請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記固体撮像素子内にそれぞれ、前記トランジスタにより、前記受光部から電荷検出部に転送された信号電圧に応じて増幅する増幅部が構成されている請求項３または４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記固体撮像素子内に、前記増幅部によって増幅された信号を読み出し制御することにより前記受光部を選択可能とする選択部と、前記電荷検出部の信号電圧を所定電圧にリセットするためのリセット部とがそれぞれ前記トランジスタによりそれぞれ構成されている請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記信号電荷の転送路は配線層で構成されている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記受光部と前記配線層の少なくとも一部とが、該受光部と該配線層との間の層間絶縁膜内に設けられたコンタクト部で電気的に接続されている請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記複数の受光部として、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部と、第Ｎ（Ｎは２以上の自然数）波長域の電磁波を検出する第Ｎ受光部とのＮ個の受光部を有する請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記複数の受光部として、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部と、第２波長域の電磁波を検出する第２受光部とを有する請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記複数の受光部として、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部と、第２波長域の電磁波を検出する第２受光部と、第３波長域の電磁波を検出する第３受光部とを有する請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記複数の受光部として、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部と、第２波長域の電磁波を検出する第２受光部と、第３波長域の電磁波を検出する第３受光部と、第４波長域の電磁波を検出する第４受光部とを有する請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記半導体基板の光入射側表面から前記第１受光部までの深さが、空乏層厚として０．２μｍ以上２．０μｍの範囲で白色光を検出し、前記半導体基板の光入射側表面から前記第２受光部までの深さが５．０μｍ±２．５μｍの範囲で赤外光を検出する請求項１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
前記半導体基板の光入射側表面から前記第１受光部までの深さが０.１μｍ以上０．２μｍ以下の範囲で紫外光を検出し、該半導体基板の光入射側表面から前記第２受光部までの深さが、空乏層厚として０．２μｍ以上２．０μｍの範囲で白色光を検出する請求項１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
前記半導体基板の光入射側表面から前記第１受光部までの深さは０．１μｍ以上０．４μｍ以下の範囲内であり、該半導体基板の光入射側表面から前記第２受光部までの深さは０．４μｍ以上０．８μｍ以下の範囲内であり、該半導体基板の光入射側表面から前記第３受光部までの深さは０．８μｍ以上２．５μｍ以下の範囲内で三原色光を検出する請求項１１に記載の固体撮像装置。
【請求項１６】
前記半導体基板の光入射側表面から前記第１受光部までの深さは０．１μｍ以上０．４μｍ以下の範囲内であり、該半導体基板の光入射側表面から前記第２受光部までの深さは０．３μｍ以上０．６μｍ以下の範囲内であり、該半導体基板の光入射側表面から前記第３受光部までの深さは０．４μｍ以上０．８μｍ以下の範囲内であり、該半導体基板の光入射側表面から前記第４受光部までの深さは０．８μｍ以上２．５μｍ以下の範囲内で三原色光とエメラルド色光を検出する請求項１２に記載の固体撮像装置。
【請求項１７】
前記半導体基板の光入射側表面から受光部までの深さとして、正確に表現したい色光に対応する受光部深さに設定した受光部を追加する請求項１３〜１６のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１８】
前記半導体基板の光入射側表面は研磨されて前記各受光部までの距離が最適化されている請求項１および１３〜１７のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１９】
前記半導体基板の光入射側表面に、隣接する固体撮像素子を互いに分離するための所定幅の素子分離層が平面視で格子状に設けられている請求項１または１７に記載の固体撮像装置。
【請求項２０】
前記半導体基板の光入射側表面に赤外線カットフィルタが設けられている請求項１、１７および１８のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項２１】
前記半導体基板の光入射側表面とは反対側表面に、強度を高めるための支持基板が設けられている請求項１または１８に記載の固体撮像装置。
【請求項２２】
前記支持基板は、シリコン基板またはガラス基板である請求項２１に記載の固体撮像装置。
【請求項２３】
前記固体撮像素子の一辺の大きさが１．０μｍ以上２０．０μｍ以下の範囲内である請求項１または１９に記載の固体撮像装置。
【請求項２４】
前記固体撮像素子の有効配置個数が１０万画素以上５０００万画素以下の範囲内である請求項１または２３に記載の固体撮像装置。
【請求項２５】
ＣＭＯＳ型イメージセンサまたはＣＣＤ型イメージセンサである請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項２６】
外部への引き出し電極が、チップ底面側または、前記半導体基板の光入射側表面側に設けられている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項２７】
前記半導体基板の光入射側表面は、最も浅い受光部までの距離まで研磨されている請求項１または１８に記載の固体撮像装置。
【請求項２８】
前記半導体基板の光入射側表面上には平坦化膜およびその上のオンチップマイクロレンズが設けられていない請求項１、１８および２７のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項２９】
前記受光部は平坦面で構成されている請求項１、１８および２７のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項３０】
請求項１〜２９のいずれかに記載の固体撮像装置が画像入力部として撮像部に設けられた電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＣＭＯＳ型イメージセンサやＣＣＤ型イメージセンサなどの固体撮像装置に関し、特に、半導体基板の深さ方向に積層された複数の受光部によって波長が異なる光（電磁波）を分離検出する方式の固体撮像装置および、この固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、各種画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＣＭＯＳ型イメージセンサやＣＣＤ型イメージセンサなどに代表される従来のカラー固体撮像装置では、入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の受光部（複数の画素部）がマトリックス状に配列された複数の固体撮像素子上に３種類または４種類のカラーフィルタが複数の受光部にそれぞれ対応するようにモザイク状に配置されている。これにより、各画素部からカラーフィルタに対応した色信号が出力されて、これらの色信号を演算処理することによってカラー画像データが生成されている。
【０００３】
しかしながら、モザイク状にカラーフィルタが配列された従来のカラー固体撮像装置では、例えば三原色のカラーフィルタを用いた場合、入射光の約２／３がカラーフィルタによって吸収されてしまう。よって、実際に色信号を出力するために利用される光としては、残りの約１／３しか用いられていないため、光の利用効率が低く、低感度になるという問題がある。また、各画素部において１色の色信号しか得られず、三原色のそれぞれの信号が異なる位置で検出されるために、解像度が低く、偽色の問題が発生しやすいという問題もある。
【０００４】
これらの問題を解決するために、例えば特許文献１には、各色に対応した複数の受光部を半導体基板の深さ方向に積層し、半導体基板を構成するシリコンにおける光吸収係数の波長依存性を利用して、各受光部においてその深さに対応した波長域の光を検出することにより色分離を行う方式の固体撮像装置が提案されている。
【０００５】
この方式の従来の固体撮像装置では、例えば、青色光、緑色光および赤色光に対する信号電荷を発生させるフォトダイオードが光入射側の表面から順に積層された画素部断面構造を有している。この従来の固体撮像装置によれば、各画素の色分離が、シリコンにおける光吸収係数の波長依存性を利用して行われるため、カラーフィルタを設ける必要がなく、入射光の殆どが光電変換されて信号電荷となる。よって、光利用効率が１００％に近く、かつ、各画素部の深さ位置において三原色のそれぞれの信号が得られることから、高感度、高解像度で、さらに偽色の問題がない、良好なカラー画像データを生成することができる。即ち、従来は、赤（Ｒ）、二つの緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色光に対応した四つの画素部（受光部）を平面状に配列していたが、Ｒ、Ｇ、Ｂの三原色に対応した受光部を縦積みにして一つの画素部として用いることができるため、４倍の解像度が得られる。また、この方式の従来の固体撮像装置によれば、カラーフィルタを設ける必要がないため、その分、製造工程を大幅に簡略化することができる。
【０００６】
次に、特許文献２には、Ｐウェル層にＭＯＳ回路部を設け、その上に有機半導体で三原色に対応した各光電変換膜を縦積みにし、その上から各光電変換膜に光照射する構成が開示されている。この場合、フォトダイオードの下方位置にそのＭＯＳ回路部が設けられている。また、特許文献３には、また、基板表面に沿った方向に配列された各フォトダイオード上に多層配線層が形成されており、その多層配線側とは反対側の裏面から各フォトダイオードに光照射する裏面照射型固体撮像素子が開示されている。
【特許文献１】米国特許第５９６５８７５号公報
【特許文献２】特開２００５−３０３２６６号公報
【特許文献３】特開２００５−１５０４６３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、上記特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置には、以下のような問題がある。
【０００８】
特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置では、各画素部から出力される信号電荷を転送するために必要とされる多層の配線層が、半導体基板面に対して光が入射される側と同じ側に設けられている。このため、画素アレイ内において、配線層が多層になればなるほど受光部が深い位置になって、特に、斜め方向から入ってくる光に対して、これら配線層により光路上で光がけられることを防ぐために、配線層上にオンチップマイクロレンズを形成して光を受光部上に効率よく集光させることが必要となる。したがって、特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置では、固体撮像装置特有の光学的特性に係わる製造プロセスとしてのカラーフィルタ形成工程とオンチップマイクロレンズ形成工程のうち、前者のカラーフィルタ形成工程は削減することが可能であるが、後者のオンチップマイクロレンズ形成工程は削減することができない。また、半導体製造装置は、他の半導体デバイスを製造するために転用可能であることが望ましく、固体撮像装置特有の形成プロセス（例えばオンチップマイクロレンズ形成プロセス）が残存していると、他の半導体デバイスと同じラインにより固体撮像装置を製造する上で効率が悪いという問題がある。また、他の半導体デバイスと固体撮像装置を同一チップモジュールセットに混載する場合に、例えばオンチップマイクロレンズ形成プロセスがあると、プロセスの整合性が悪く、開発の難易度が高くなるため、従来の固体撮像装置の高機能化を望めないという問題もある。
【０００９】
また、特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置では、オンチップマイクロレンズを備えていても、多層配線化が進むと、光路上で光の蹴られにより集光率が急激に低下するため、配線層の積層数には上限が存在する。現実的には、その上限は４層〜５層であるため、それ以上の多層配線が必要とされる回路を固体撮像装置に組み込むことができない。したがって、特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置では、チップサイズの増大を招くことなく高感度化と高解像度化を達成しても、高機能な画像演算処理回路などを混載することができないために、チップモジュールセット全体でのダウンスケーリングを実現することができない。
【００１０】
さらに、特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置では、各画素部から出力される信号電荷を転送するための配線層を各画素部間に備える必要があり、その配線幅や配線の配置に要する面積分だけ、固体撮像装置の解像度が低下する。特に、ＣＭＯＳ型イメージセンサでは、各画素部の信号電荷を増幅したり、電荷転送するために、複数種類のトランジスタを画素アレイ内にそれぞれ配置する必要があり、解像度の低下を招かないように、これらトランジスタのサイズに対しては可能な限り微細化されることが求められている。しかしながら、トランジスタの微細化に伴って、そのトランジスタ形成に係わる構造ばらつきが増加し、その結果、構造ばらつきに起因した信号電荷増幅特性も個々の画素部において変動するため、画質が低下するという問題がある。この特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置においても、この状況は同様であり、画素部内のトランジスタ特性の安定化が要求される程、解像度が低下するか、または画質自体が劣化するという問題が生じる。
【００１１】
次に、特許文献２では、光が照射される光電変換膜の下方位置にＭＯＳ回路部が設けられているものの、三原色に対応した有機半導体の光電変換膜の配置深さは、各光電変換膜が透明電極膜でそれぞれ挟み込まれており、本発明で用いる、深さ位置で各色光を検出するフォトダイオードよりも深く、撮像領域の周辺部分では入射光が斜め光となるため、これを曲げて良好に集光させる必要から、オンチップマイクロレンズが必要となる。よって、前述したような特許文献１による問題と同様の問題が生じる。
【００１２】
また、特許文献３では、光が照射されるフォトダイオードの下方位置に配線層が設けられているものの、この場合のフォトダイオードの配置深さは、カラーフィルタおよびオンチップマイクロレンズを形成するために平坦化膜を形成するので、本発明で用いる、深さ位置で各色光を検出するフォトダイオードよりも深いので、撮像領域の周辺部分では入射光が斜め光となるため、これを曲げて良好に集光させる必要から、オンチップマイクロレンズが必要となる。よって、前述したような特許文献１による問題と同様の問題が生じる。
【００１３】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、カラーフィルタとオンチップマイクロレンズが不要で、高感度、高解像度かつシェーディングが発生しない固体撮像装置および、この固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器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】
【００１４】
本発明の固体撮像装置は、半導体基板の深さ方向に積層された複数の受光部を有する複数の固体撮像素子が半導体基板の平面に沿った方向に周期的に配列され、入射される電磁波のうち、該半導体基板材料における光吸収係数の波長依存性により各受光部の深さに対応した波長域の電磁波が該各受光部でそれぞれ検出されて信号電荷がそれぞれ生成される固体撮像装置であって、該各受光部からの信号電荷をそれぞれ転送するための各転送路が、該半導体基板の一方表面側に設けられ、該半導体基板の該各転送路が設けられている側とは反対側の他方表面側から該各受光部に電磁波が入射されるように構成されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１５】
また、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記半導体基板がエピタキシャル層を有するシリコン基板であり、前記各受光部が互いに異なる導電型の半導体接合により形成された各フォトダイオードからなっている。
【００１６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記固体撮像素子内にそれぞれ、前記複数の固体撮像素子からの特定の固体撮像素子の選択および当該固体撮像素子からの信号出力に係る回路が設けられ、該回路を構成するトランジスタが、前記半導体基板の光入射側とは反対側から形成されて設けられている。
【００１７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記固体撮像素子内にそれぞれ、前記複数の固体撮像素子からの特定の固体撮像素子の選択および当該固体撮像素子からの信号出力に係る回路が設けられ、該回路を構成するトランジスタが、前記受光部を構成する不純物拡散層ウェルおよび該不純物拡散層ウェル上に設けられている。
【００１８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記固体撮像素子内にそれぞれ、前記トランジスタにより、前記受光部から電荷検出部に転送された信号電圧に応じて増幅する増幅部が構成されている。
【００１９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記固体撮像素子内に、前記増幅部によって増幅された信号を読み出し制御することにより前記受光部を選択可能とする選択部と、前記電荷検出部の信号電圧を所定電圧にリセットするためのリセット部とがそれぞれ前記トランジスタによりそれぞれ構成されている。
【００２０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記信号電荷の転送路は配線層で構成されている。
【００２１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記受光部と前記配線層の少なくとも一部とが、該受光部と該配線層との間の層間絶縁膜内に設けられたコンタクト部で電気的に接続されている。
【００２２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記複数の受光部として、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部と、・・・第Ｎ（Ｎは２以上の自然数）波長域の電磁波を検出する第Ｎ受光部とのＮ個の受光部を有する。
【００２３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記複数の受光部として、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部と、第２波長域の電磁波を検出する第２受光部とを有する。
【００２４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記複数の受光部として、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部と、第２波長域の電磁波を検出する第２受光部と、第３波長域の電磁波を検出する第３受光部とを有する。
【００２５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記複数の受光部として、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部と、第２波長域の電磁波を検出する第２受光部と、第３波長域の電磁波を検出する第３受光部と、第４波長域の電磁波を検出する第４受光部とを有する。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記半導体基板の光入射側表面から前記第１受光部までの深さが、空乏層厚として０．２μｍ以上２．０μｍの範囲で白色光を検出し、前記半導体基板の光入射側表面から前記第２受光部までの深さが５．０μｍ±２．５μｍの範囲で赤外光を検出する。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記半導体基板の光入射側表面から前記第１受光部までの深さが０.１μｍ以上０．２μｍ以下の範囲で紫外光を検出し、該半導体基板の光入射側表面から前記第２受光部までの深さが、空乏層厚として０．２μｍ以上２．０μｍの範囲で白色光を検出する。
【００２８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記半導体基板の光入射側表面から前記第１受光部までの深さは０．１μｍ以上０．４μｍ以下の範囲内であり、該半導体基板の光入射側表面から前記第２受光部までの深さは０．４μｍ以上０．８μｍ以下の範囲内であり、該半導体基板の光入射側表面から前記第３受光部までの深さは０．８μｍ以上２．５μｍ以下の範囲内で三原色光を検出する。
【００２９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記半導体基板の光入射側表面から前記第１受光部までの深さは０．１μｍ以上０．４μｍ以下の範囲内であり、該半導体基板の光入射側表面から前記第２受光部までの深さは０．３μｍ以上０．６μｍ以下の範囲内であり、該半導体基板の光入射側表面から前記第３受光部までの深さは０．４μｍ以上０．８μｍ以下の範囲内であり、該半導体基板の光入射側表面から前記第４受光部までの深さは０．８μｍ以上２．５μｍ以下の範囲内で三原色光とエメラルド色光を検出する。
【００３０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記半導体基板の光入射側表面から受光部までの深さとして、正確に表現したい色光に対応する受光部深さに設定した受光部を追加する。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記半導体基板の光入射側表面は研磨されて前記各受光部までの距離が最適化されている。
【００３２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記半導体基板の光入射側表面に、隣接する固体撮像素子を互いに分離するための所定幅の素子分離層が平面視で格子状に設けられている。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記半導体基板の光入射側表面に赤外線カットフィルタが設けられている。
【００３４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記半導体基板の光入射側表面とは反対側表面に、強度を高めるための支持基板が設けられている。
【００３５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における支持基板は、シリコン基板またはガラス基板である。この支持基板は、透明なシリコン基板または透明ガラス基板であってもよいが、支持基板は透明である必要はなく、むしろ不透明である方が画素内トランジスタの低ノイズ化が図られるので望ましい。
【００３６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記固体撮像素子の一辺の大きさが１．０μｍ以上２０．０μｍ以下の範囲内である。
【００３７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記固体撮像素子の有効配置個数が１０万画素以上５０００万画素以下の範囲内である。
【００３８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置は、ＣＭＯＳ型イメージセンサまたはＣＣＤ型イメージセンサである。
【００３９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、外部への引き出し電極が、チップ底面側または、前記半導体基板の光入射側表面側に設けられている。
【００４０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における半導体基板の光入射側表面は、最も浅い受光部までの距離まで研磨されている。
【００４１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記半導体基板の光入射側表面上には平坦化膜およびその上のオンチップマイクロレンズが設けられていない。
【００４２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における受光部は平坦面で構成されている。
【００４３】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像装置が画像入力部として撮像部に設けられたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４４】
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。
【００４５】
本発明の固体撮像装置は、半導体基板の深さ方向に積層された複数の受光部を有する固体撮像素子が基板平面方向に周期的に配置されており、入射される光（電磁波）のうち、半導体基板材料における光吸収係数の波長依存性により各受光部の深さに対応した波長域の電磁波が各受光部で検出されて信号電荷が生成されるため、カラーフィルタを設けなくても、各受光部において波長が異なる光成分（電磁波）が分離検出される。
【００４６】
また、受光部から信号電荷を転送するための転送路（配線層）および所定回路を組むための必要個数のトランジスタが、電磁波入射側とは反対側の表面に設けられているため、画素アレイ内において、これら配線層により光路上で光が蹴られることがなく、オンチップマイクロレンズを形成して光を受光部に集光させる必要もない。
【００４７】
したがって、本発明の固体撮像装置では、固体撮像装置特有の光学的特性に係わる製造プロセスとしてのカラーフィルタ形成工程とオンチップマイクロレンズ形成工程を削減して、他の半導体デバイスと同じラインにより製造することが可能となり、他の半導体デバイスと固体撮像装置を同一チップモジュールセットに混載する場合にも、プロセスの整合性を向上させることができる。また、本発明の固体撮像装置では、配線層が電磁波入射側とは反対側の表面に設けられており、光路上で光の蹴られにより集光率が低下しないため、多層配線化を図ることが可能となり、高機能な画像演算処理回路なども混載することが可能となる。さらに、本発明の固体撮像装置では、各画素部（各受光部）から出力される信号電荷を転送するための配線層を各画素部間に設ける必要がないため、配線層の配置面積によって固体撮像装置の解像度が低下することはない。各受光部への光入射側とは反対側に配線層やトランジスタがあると、配線層幅や、配線層およびトランジスタの配置の自由度も大幅に向上する。また、ＣＭＯＳ型イメージセンサにおいて、各画素の信号電荷を増幅したり、転送するためのトランジスタについても、電磁波入射側とは反対側の表面に設けることによって、トランジスタの配置面積によって解像度が低下することはなく、トランジスタの特性安定化を図るために十分なサイズを確保することができる。
【発明の効果】
【００４８】
以上により、本発明によれば、従来の固体撮像装置において必要とされていたカラーフィルタとオンチップマイクロレンズが共に不要で、高感度、高解像度かつシェーディングが発生しない固体撮像装置を実現することができる。特に、ＣＭＯＳ型イメージセンサに本発明を適用した場合、画素内に配置されるトランジスタにおいて高度な微細化が不要であり、信号電荷の転送特性を安定化させて、高解像度を保ったまま画質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下に、本発明の固体撮像装置の実施形態１〜６および、これらの固体撮像装置の実施形態１〜６のいずれかを画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器を実施形態７として、図面を参照しながら順次詳細に説明する。
（実施形態１）
本実施形態１では、複数の受光部として、第１波長域の光（電磁波）を検出する第１受光部と、第２波長域の光（電磁波）を検出する第２受光部とを有する場合について説明する。この場合の波長域が異なる２色とは、衛星写真などに用いるように、赤外線と可視光や、紫外線と可視光などの２色が考えられる。
【００５０】
図１は、本発明の実施形態１に係る固体撮像装置において、装置内部に備えられる固体撮像素子の概略構成例を示す断面図である。なお、本実施形態１の固体撮像装置では、複数の単位画素部が半導体基板の平面に沿った方向に２次元状でマトリクス状に周期的に配列されている。
【００５１】
図１において、本実施形態１に係る固体撮像装置１００は、単位画素部としての固体撮像素子として、半導体基板１０１に第１波長域の電磁波を検出する第１受光部１１１と、第２波長域の電磁波を検出する第２受光部１１２とが、半導体基板１０１の深さ方向に積層されて設けられている。
【００５２】
半導体基板１０１の下方部には、金属材料層からなる配線層１４１〜１４３が設けられており、これらの配線層１４１〜１４３によって互いに接続されて固体撮像素子の選択および信号出力に係る回路が構成されている。これらの回路と第１受光部１１１および第２受光部１１２とを電気的に繋ぐために、コンタクト部１２１および１２２が設けられて、配線層１４１の一部と第１受光部１１１および第２受光部１１２が電気的にそれぞれ接続されている。配線層１４１〜１４３とコンタクト部１２１および１２２とは、層間絶縁膜１３１〜１３４によって埋設されて、３層の多層配線層となっている。
【００５３】
上記構成により、この固体撮像装置１００において、撮像時には、半導体基板１０１の第１受光部１１１および第２受光部１１２が形成されている側から光が入射される。入射される電磁波（光）のうち、半導体基板材料における光吸収係数の波長依存性により各受光部の深さに対応した波長域の電磁波が各受光部でそれぞれ検出されて、各波長域に対応した各信号電荷がそれぞれ生成される。
【００５４】
配線層１４１〜１４３は、半導体基板１０１における光入射面とは反対側の表面、即ち、第１受光部１１１および第２受光部１１２の裏側に設けられているため、配線層１４１〜１４３による光路上の光の蹴られが全く発生せず、シェーディングの問題は起こらない。また、これによって、光路を変える必要がないため、オンチップマイクロレンズを形成する必要もない。
【００５５】
図２は、本実施形態１に係る変形例の固体撮像装置１００Ａにおいて、単位画素部としての固体撮像素子の第１受光部１１１Ａおよび第２受光部１１２Ａを互いに異なる導電型の半導体接合により形成されたフォトダイオードにより構成した一例を示す断面図である。
【００５６】
図２において、この固体撮像装置１００Ａは、単位画素部としての固体撮像素子として、第１導電型半導体基板１０１Ａの内部に、第２導電型の不純物拡散層ウェル１０２が設けられ、さらに不純物拡散層ウェル１０２の内部に第１導電型の不純物拡散層ウェル１０３が設けられている。半導体基板１０１Ａと不純物拡散層ウェル１０２との界面、および不純物拡散層ウェル１０２と不純物拡散層ウェル１０３との界面には、それぞれ空乏層が形成されて各ＰＮ接合によるフォトダイオードが構成されており、光が入射された際に、波長域の異なる光成分に対応した各信号電荷をそれぞれ生成する第１受光部１１１Ａおよび第２受光部１１２Ａとして機能するようになっている。
【００５７】
なお、半導体基板１０１Ａは、エピタキシャル層を一部または全部に有するシリコン基板であってもよく、フォトダイオードはそのエピタキシャル層内に形成してもよい。この場合には、信号電荷のノイズ成分を低減させて画質を向上させることができる。
【００５８】
図３は、本発明の実施形態１に係る他の変形例の固体撮像装置１００Ｂにおいて、固体撮像素子の選択および信号出力に係る回路を構成するトランジスタを、固体撮像素子内の不純物拡散層ウェル１０３に設けた構成例を示す断面図である。
【００５９】
図３において、この固体撮像装置１００Ｂは、単位画素部としての固体撮像素子毎に、ゲート電極１５１、ドレイン拡散領域１５２およびソース拡散領域１５３を有するトランジスタが、不純物拡散層ウェル１０３に設けられている。トランジスタのゲート電極１５１は、受光部１１１Ａおよび１１２Ａと配線層１４１〜１４３との間の層間絶縁膜１３１内に設けられ、トランジスタのドレイン拡散領域１５２およびソース拡散領域１５３は、不純物拡散層ウェル１０３内に設けられている。このトランジスタは、層間絶縁膜１３１内に設けられたドレインコンタクト部１２４およびソースコンタクト部１２５によって配線層１４１〜１４３と接続されている。
【００６０】
なお、図３では、不純物拡散層ウェル１０３上に設けられているトランジスタの個数が１個である場合を一例として示しているが、複数個のトランジスタが設けられている場合についても本発明は適用可能であり、複数個のトランジスタのそれぞれのサイズやチャネル注入条件などが異なっている場合についても本発明は適用可能である。また、複数個のトランジスタを配置する場合には、ドレインコンタクト部やソースコンタクト部を複数個のトランジスタによって共有させてもよい。さらに、隣接する複数の固体撮像素子において、それぞれの不純物拡散層ウェル１０３に設けられているトランジスタの種類や配線が異なっている場合についても本発明は適用可能である。
【００６１】
図４は、本発明の実施形態１に係る更に他の変形例の固体撮像装置１００Ｃにおいて、固体撮像素子内に設けられている、固体撮像素子の選択および信号出力に係る回路の具体的構成例を示す断面図である。
【００６２】
図４において、この固体撮像装置１００Ｃは、単位画素部としての固体撮像素子として設けられた画素アレイ内で、受光部からの信号電荷を検出する信号検出部ＦＤの電位をリセット可能とする（無効電荷を排出する）ためのリセット部としてのリセットトランジスタＲ１およびＲ２と、信号検出部ＦＤの電位に応じて増幅する増幅部としての増幅トランジスタＡ１およびＡ２と、増幅トランジスタＡ１およびＡ２からそれぞれ出力された各信号を各信号線にそれぞれ読み出し可能とする選択部としての選択トランジスタＳ１およびＳ２とをそれぞれ有する各回路が、第１受光部１１１Ａおよび第２受光部１１２Ａにそれぞれ接続されている。要するに、第１受光部１１１Ａに対応して、リセットトランジスタＲ１、増幅トランジスタＡ１および選択トランジスタＳ１からなる回路が設けられ、第１受光部１１１Ａから信号電荷を読み出して、固体撮像素子の選択および信号出力を行う。また、第２受光部１１２Ａに対応して、リセットトランジスタＲ２、増幅トランジスタＡ２および選択トランジスタＳ２からなる回路が設けられ、第２受光部１１２Ａから信号電荷を読み出して、固体撮像素子の選択および信号出力を行う。
【００６３】
上記構成により、第１受光部１１１Ａおよび第２受光部１１２Ａにおいて、各光の波長域に応じてそれぞれ発生した信号電荷は、それぞれ独立した２種類の信号として、各信号検出部ＦＤに読み出されて増幅トランジスタＡ１およびＡ２によって増幅され、選択トランジスタＡ１およびＡ２に印加される選択信号Ｖｓｅｌｅｃｔ１およびＶｓｅｌｅｃｔ２によって信号線Ｖｏｕｔ１およびＶｏｕｔ２に所定タイミングでそれぞれ読み出される。
【００６４】
増幅トランジスタＡ１およびＡ２の各ゲート電位（各信号検出部ＦＤの電位）は、次の第１受光部１１１Ａおよび第２受光部１１２Ａへの電荷蓄積前に、リセットトランジスタＲ１およびＲ２に印加されるリセット信号Ｖｒｅｓｅｔ１およびＶｒｅｓｅｔ２によって電源電位Ｖｄｄ１およびＶｄｄ２（Ｖｄｄ２はＶｄｄ１と同等でもよい）にそれぞれリセットされる。このリセットレベルを基準として、２つの異なる光の波長域に対応する第１受光部１１１Ａおよび第２受光部１１２Ａにおいてそれぞれ発生した信号電荷が、それぞれ独立した２種類の信号として増幅されて各ゲート電位（各信号検出部ＦＤの電位）にそれぞれ読み出される。
【００６５】
なお、図４に示す回路構成例は、これに限定されるものではなく、同等の機能を有するものであれば、様々な回路構成とすることが可能である。例えば選択トランジスタＳ１およびＳ２がない場合もあり得る。また、複数の固体撮像素子によって、固体撮像素子の選択および信号出力を行う回路が共用されるように、同等の機能を有する回路を構成してもよい。
【００６６】
また、ＣＭＯＳ型イメージセンサに限らず、ＣＣＤ型イメージセンサのように垂直転送部に信号電荷を読み出して垂直転送し、さらに、水平転送部を介して信号検出部で信号検出を行う場合にも、本発明が適用されて垂直転送部および水平転送部が受光面側とは反対側に設けられていればよい。
【００６７】
さらに、半導体基板１０１Ａの光入射側表面から第１受光部１１１Ａまでの深さが、空乏層厚として０．２μｍ以上２．０μｍの範囲で白色光を検出し、半導体基板１０１Ａの光入射側表面から第２受光部１１２Ａまでの深さが５．０μｍ±２.５μｍの範囲で赤外光を検出するようにしてもよい。また、半導体基板１０１Ａの光入射側表面から第１受光部１１１Ａまでの深さが０.１μｍ以上０．２μｍ以下の範囲で紫外光を検出し、半導体基板１０１Ａの光入射側表面から第２受光部１１２Ａまでの深さが、空乏層厚として０．２μｍ以上２．０μｍの範囲で白色光を検出するようにしてもよい。さらに、半導体基板１０１Ａの光入射側表面から第１受光部１１１Ａまでの深さが０.１μｍ以上０．２μｍ以下の範囲で紫外光を検出し、半導体基板１０１Ａの光入射側表面から第２受光部１１２Ａまでの深さが５．０μｍ±２.５μｍの範囲で赤外光を検出するようにしてもよい。この場合に、半導体基板１０１Ａの光入射側表面から各受光部までの深さとして、第１受光部１１１Ａまたは１１２Ａの代わりに、正確に表現したい色光に対応する受光部深さに設定した受光部を追加するようにしてもよい。
（実施形態２）
上記実施形態１では、複数の受光部として、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部と、第２波長域の電磁波を検出する第２受光部とを有する場合について説明したが、本実施形態２では、複数の受光部として、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部と、第２波長域の電磁波を検出する第２受光部と、第３波長域の電磁波を検出する第３受光部とを有する場合について説明する。この場合の光の波長域の異なる３色としては、例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）およびＢ（青）の三原色が考えられる。
【００６８】
図５は、本発明の実施形態２に係る固体撮像装置において、装置内部に備えられる固体撮像素子の概略構成例を示す断面図である。なお、本実施形態２の固体撮像装置では、複数の単位画素部が半導体基板の平面に沿った方向に２次元状でマトリクス状に周期的に配列されている。
【００６９】
図５において、本実施形態２に係る固体撮像装置２００は、単位画素部としての固体撮像素子として、半導体基板２０１に、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部１１１と、第２波長域の電磁波を検出する第２受光部１１２と、第３波長域の電磁波を検出する第３受光部１１３とが、半導体基板２０１の深さ方向に積層して設けられている。
【００７０】
半導体基板２０１の下方部には、金属材料層からなる配線層１４１〜１４３が設けられており、これらの配線層１４１〜１４３によって固体撮像素子の選択および信号出力に係る回路が構成されている。これらの回路と第１受光部１１１、第２受光部１１２および第３受光部１１３とを電気的に繋ぐために、コンタクト部１２１〜１２３が設けられて、配線層１４１の一部と第１受光部１１１、第２受光部１１２および第３受光部１１３が電気的に接続されている。配線層１４１〜１４３とコンタクト部１２１〜１２３とは、層間絶縁膜１３１〜１３４によって埋設されて、３層の多層配線層となっている。
【００７１】
上記構成により、この固体撮像装置２００において、撮像時に、半導体基板２０１の第１受光部１１１〜第３受光部１１３が形成されている側から光が入射される。入射される光の電磁波のうち、半導体基板材料における光吸収係数の波長依存性により各受光部の深さに対応した波長域の電磁波が各受光部１１１〜１１３で検出されて、信号電荷が生成される。例えば、第１受光部１１１では青色光が検出され、第２受光部１１２では緑色光が検出され、第３受光部１１３では赤色光が検出される。
【００７２】
配線層１４１〜１４３は、半導体基板２０１における光入射面とは反対側の表面に設けられているため、配線層１４１〜１４３による光路上の光の蹴られが全く発生せず、シェーディングの問題は起こらない。また、光路を変える必要がないため、オンチップマイクロレンズを形成する必要もない。
【００７３】
図６は、本発明の実施形態２に係る変形例の固体撮像装置２００Ａにおいて、固体撮像素子の第１受光部１１１Ａ、第２受光部１１２Ａおよび第３受光部１１３Ａを互いに異なる導電型の半導体接合（ＰＮ接合）により形成されたフォトダイオードにより構成した例を示す断面図である。
【００７４】
図６において、この固体撮像装置２００Ａは、単位画素部としての固体撮像素子として、第２導電型半導体基板２０１Ａの内部に、第１導電型の不純物拡散層ウェル２０２が設けられ、不純物拡散層ウェル２０２の内部に第２導電型の不純物拡散層ウェル２０３が設けられ、さらに不純物拡散層ウェル２０３の内部に第１導電型の不純物拡散層ウェル２０４が設けられている。半導体基板２０１Ａと不純物拡散層ウェル２０２との界面、不純物拡散層ウェル２０２と不純物拡散層ウェル２０３との界面、および不純物拡散層ウェル２０３と不純物拡散層ウェル２０４との界面には、それぞれ空乏層が形成されて各フォトダイオードがそれぞれ構成されており、光が入射された際に信号電荷を生成する第１受光部１１１Ａ、第２受光部１１２Ａおよび第３受光部１１３Ａとして機能する。
【００７５】
なお、この半導体基板２０１Ａは、エピタキシャル層を一部もしくは全部に有するシリコン基板であってもよく、フォトダイオードはそのエピタキシャル層内に形成してもよい。その場合には、信号電荷のノイズ成分を低減させて画質を向上させることができる。
【００７６】
また、第１受光部１１１Ａによって検出される波長域は青色光であり、第２受光部１１２Ａによって検出される波長域は緑色光であり、第３受光部１１３Ａによって検出される波長域は赤色光であり、光の三原色の色信号全てを１画素部内で、深さ方向に設けた各受光部１１１Ａ〜１１３Ａにより検出することができる。
【００７７】
図７は、本発明の実施形態２に係る上記変形例の固体撮像装置において、第１受光部１１１Ａ〜第３受光部１１３Ａによって光の三原色の色信号全てを１画素内で検出するために最も効果的な配置位置の具体例を説明するための断面図である。
【００７８】
図７において、この固体撮像装置２００Ａは、単位画素部としての固体撮像素子として、第２導電型半導体基板２０１Ａの内部に、青色光を検出する第１受光部１１１Ａが半導体基板２０１Ａの光入射側表面から０．１μｍ以上０．４μｍ以下の深さの位置に設けられ、緑色光を検出する第２受光部１１２Ａが半導体基板２０１の光入射側表面から０．４μｍ以上０．８μｍ以下の深さの位置に設けられ、赤色光を検出する第３受光部１１３Ａが半導体基板２０１Ａの光入射側表面から０．８μｍ以上２．５μｍ以下の深さの位置に設けられている。このように、第１受光部１１１Ａ〜第３受光部１１３Ａを配置することによって、光の三原色の色信号全てを１画素内でより正確に検出することが可能となる。
【００７９】
なお、各受光部の深さ位置は、検出される波長域および半導体基板材料の光吸収係数によって最適な深さ位置が設定されるので、上記深さ範囲は一般的な値であって、これに限定されるものではない。
【００８０】
図８は、本発明の実施形態２に係る他の変形例の固体撮像装置２００Ｂにおいて、固体撮像素子の選択および信号出力に係る回路を構成するトランジスタを、固体撮像素子内の不純物拡散層ウェル２０４に設けた構成例を示す断面図である。
【００８１】
図８において、この固体撮像装置２００Ｂは、単位画素部としての固体撮像素子毎に、ゲート電極１５１、ドレイン拡散領域１５２およびソース拡散領域１５３を有するトランジスタが、不純物拡散層ウェル２０４に設けられている。トランジスタのゲート電極１５１は、受光部１１１Ａ〜１１３Ａと配線層１４１〜１４３との間の層間絶縁膜１３１内に設けられ、トランジスタのドレイン拡散領域１５２およびソース拡散領域１５３は、不純物拡散層ウェル２０４内に設けられている。このトランジスタは、層間絶縁膜１３１内に設けられたドレインコンタクト部１２４およびソースコンタクト部１２５によって配線層１４１〜１４３と電気的に接続されている。
【００８２】
なお、図８では、不純物拡散層ウェル２０４に設けられているトランジスタの個数が１個である場合を一例として示しているが、複数個のトランジスタが設けられている場合についても本発明は適用可能であり、複数個のトランジスタのそれぞれのサイズやチャネル注入条件などが異なっている場合についても本発明は適用可能である。また、複数個のトランジスタを配置する場合には、ドレインコンタクト部やソースコンタクト部を複数個のトランジスタによって共有させてもよい。さらに、隣接する複数の固体撮像素子において、それぞれの不純物拡散層ウェル２０４に設けられているトランジスタの種類や配線が異なっている場合についても本発明は適用可能である。
【００８３】
図９は、本発明の実施形態２に係る更に他の変形例の固体撮像装置２００Ｃにおいて、固体撮像素子内に設けられている、固体撮像素子の選択および信号出力に係る回路の具体的構成例を示す断面図である。
【００８４】
図９において、この固体撮像装置２００Ｃは、単位画素部としての固体撮像素子として設けられた画素アレイ内で、受光部からの信号電荷を検出する信号検出部ＦＤの電位をリセット可能とする（無効電荷を排出する）ためのリセット部としてのリセットトランジスタＲ１，Ｒ２およびＲ３と、この信号検出部ＦＤの電位に応じて増幅する増幅部としての増幅トランジスタＡ１，Ａ２およびＡ３と、増幅トランジスタＡ１，Ａ２およびＡ３からそれぞれ出力された各信号を各信号線Ｖｏｕｔ１〜３にそれぞれ読み出し可能とする選択部としての選択トランジスタＳ１，Ｓ２およびＳ３とをそれぞれ有する各回路が、第１受光部１１１Ａ〜第３受光部１１３Ａにそれぞれ接続されている。要するに、第１受光部１１１Ａに対応して、リセットトランジスタＲ１、増幅トランジスタＡ１および選択トランジスタＳ１からなる回路が設けられ、第１受光部１１１Ａから信号電荷を読み出して、固体撮像素子の選択および信号出力を行う。また、第２受光部１１２Ａに対応して、リセットトランジスタＲ２、増幅トランジスタＡ２および選択トランジスタＳ２からなる回路が設けられ、第２受光部１１２Ａから信号電荷を読み出して、固体撮像素子の選択および信号出力を行う。さらに、第３受光部１１３Ａに対応して、リセットトランジスタＲ３、増幅トランジスタＡ３および選択トランジスタＳ３からなる回路が設けられ、第３受光部１１３Ａから信号電荷を読み出して、固体撮像素子の選択および信号出力を行う。
【００８５】
上記構成により、第１受光部１１１Ａ、第２受光部１１２Ａおよび第３受光部１１３Ａにおいて、各光の波長域に応じてそれぞれ発生した信号電荷は、それぞれ独立した３種類の信号として、増幅トランジスタＡ１、Ａ２およびＡ３によって増幅され、選択トランジスタＡ１、Ａ２およびＡ３に印加される選択信号Ｖｓｅｌｅｃｔ１、Ｖｓｅｌｅｃｔ２およびＶｓｅｌｅｃｔ３によって信号線Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２およびＶｏｕｔ３にそれぞれ読み出される。
【００８６】
増幅トランジスタＡ１、Ａ２およびＡ３の各ゲート電位（各信号検出部ＦＤの電位）は、次の第１受光部１１１Ａ〜１１３Ａへの電荷蓄積前にリセットトランジスタＲ１、Ｒ２およびＲ３に印加されるリセット信号Ｖｒｅｓｅｔ１、Ｖｒｅｓｅｔ２およびＶｒｅｓｅｔ３によって各信号検出部ＦＤの電位がそれぞれ電源電位Ｖｄｄ１、Ｖｄｄ２およびＶｄｄ３にそれぞれリセットされる。このリセットを基準にして、３つの異なる波長域に対応する第１受光部１１１Ａ、第２受光部１１２Ａおよび第３受光部１１３Ａにおいてそれぞれ発生した信号電荷が、それぞれ独立した３種類の信号として増幅されて信号線Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２およびＶｏｕｔ３にそれぞれ読み出される。
【００８７】
なお、図９に示す回路構成は、これに限定されるものではなく、同等の機能を有するものであれば、様々な回路構成とすることが可能である。例えば選択トランジスタＳ１〜Ｓ３がない場合もあり得る。また、複数の固体撮像素子によって、固体撮像素子の選択および信号出力を行う回路が共用されるように、同等の機能を有する回路を構成してもよい。
【００８８】
なお、半導体基板２０１Ａの光入射側表面から各受光部までの深さとして、三原色を検出する第１受光部１１１Ａ〜第３受光部１１３Ａに加えて、正確に表現したい色光に対応する受光部深さに設定した受光部を追加するようにしていもよい。
（実施形態３）
上記実施形態１では、縦積みされた複数の受光部として、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部と、第２波長域の電磁波を検出する第２受光部とを有する場合について説明したが、本実施形態３では、複数の受光部として、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部と、第２波長域の電磁波を検出する第２受光部と、第３波長域の電磁波を検出する第３受光部と、第４波長域の電磁波を検出する第４受光部とを有する場合について説明する。この場合の４色は、例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）およびＢ（青）の三原色に、Ｇ（緑）とＢ（青）間の色は人間の目に敏感であるためエメラルド色を加えてもよい。また、例えばＲ（赤）付近の色を正確に強調したい場合にはＲ（赤）付近の色を加えてもよい。さらに、肌色や空色、さらには水の色を正確に表現したい場合には、その付近の色を加えればよい、肌色を出すために、赤色と黄色間の色に対応した深さ位置にＰＮ接合部を設ければよい。要するに、半導体基板の光入射側表面から受光部までの深さとして、正確に表現したい色光に対応する受光部深さに設定した受光部を追加すればよい。これは一つの色の追加に限らず、複数色を追加してもよいが、ここでは、説明を簡略化するために一つの色としてエメラルド色を加える場合について説明する。
【００８９】
図１０は、本発明の実施形態３に係る固体撮像装置において、装置内部に備えられる固体撮像素子の概略構成例を示す断面図である。なお、本実施形態３の固体撮像装置では、複数の単位画素部が半導体基板の平面に沿った方向に２次元状でマトリクス状に周期的に配列されている。
【００９０】
図１０において、本実施形態３に係る固体撮像装置３００は、単位画素部としての固体撮像素子として、半導体基板３０１に、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部１１１と、第２波長域の電磁波を検出する第２受光部１１２と、第３波長域の電磁波を検出する第３受光部１１３と、第４波長域の電磁波を検出する第４受光部１１４とが、半導体基板３０１の深さ方向に積層して設けられている。
【００９１】
半導体基板３０１の下方部には、金属材料層からなる配線層１４１〜１４３が設けられており、これらの配線層１４１〜１４３によって固体撮像素子の選択および信号出力に係る回路が構成されている。これらの回路と第１受光部１１１、第２受光部１１２、第３受光部１１３および第４受光部１１４とを電気的に繋ぐために、コンタクト部１２１〜１２４が設けられて、配線層１４１の一部と第１受光部１１１、第２受光部１１２、第３受光部１１３および第４受光部１１４が電気的に接続されている。配線層１４１〜１４３とコンタクト部１２１〜１２４とは、層間絶縁膜１３１〜１３４によって埋設されて、３層の多層配線層となっている。
【００９２】
上記構成により、この固体撮像装置３００において、撮像時に、半導体基板３０１の第１受光部１１１〜第４受光部１１４が形成されている側から光が入射される。入射される光の電磁波のうち、半導体基板材料における光吸収係数の波長依存性により各受光部の深さに対応した波長域の電磁波が各受光部１１１〜１１４で検出されて、信号電荷が生成される。例えば、第１受光部１１１では青色光が検出され、第２受光部１１２ではエメラルド色光が検出され、第３受光部１１３では緑色光が検出され、第４受光部１１４では赤色光が検出される。
【００９３】
配線層１４１〜１４３は、半導体基板３０１における光入射面とは反対側の表面に設けられているため、配線層１４１〜１４３による光路上の光の蹴られが全く発生せず、シェーディングの問題は起こらない。また、光路を変える必要がないため、オンチップマイクロレンズを形成する必要もない。
【００９４】
図１１は、本発明の実施形態３に係る変形例の固体撮像装置３００Ａにおいて、固体撮像素子の第１受光部１１１Ａ、第２受光部１１２Ａ、第３受光部１１３Ａおよび第４受光部１１４Ａを互いに異なる導電型の半導体接合（ＰＮ接合）により形成された各フォトダイオードにより構成した例を示す断面図である。
【００９５】
図１１において、この固体撮像装置３００Ａは、単位画素部としての固体撮像素子として、第２導電型半導体基板３０１Ａの内部に、第１導電型の不純物拡散層ウェル３０２が設けられ、不純物拡散層ウェル３０２の内部に第２導電型の不純物拡散層ウェル３０３が設けられ、さらに不純物拡散層ウェル３０３の内部に第１導電型の不純物拡散層ウェル３０４が設けられ、不純物拡散層ウェル３０４の内部に第２導電型の不純物拡散層ウェル３０５が設けられている。半導体基板３０１Ａと不純物拡散層ウェル３０２との界面、不純物拡散層ウェル３０２と不純物拡散層ウェル３０３との界面、不純物拡散層ウェル３０３と不純物拡散層ウェル３０４との界面、および不純物拡散層ウェル３０４と不純物拡散層ウェル３０５との界面には、それぞれ空乏層が形成されて各フォトダイオードがそれぞれ構成されており、光が入射された際に信号電荷を生成する第１受光部１１１Ａ、第２受光部１１２Ａ、第３受光部１１３Ａおよび第４受光部１１４Ａとして機能する。
【００９６】
なお、この半導体基板２０１Ａは、エピタキシャル層を一部または全部に有するシリコン基板であってもよく、フォトダイオードはそのエピタキシャル層内に形成してもよい。その場合には、信号電荷のノイズ成分を低減させて画質を向上させることができる。
【００９７】
また、第１受光部１１１Ａによって検出される波長域は青色光であり、第２受光部１１２Ａによって検出される波長域はエメラルド色光であり、第３受光部１１３Ａによって検出される波長域は緑色光であり、第４受光部１１４Ａによって検出される波長域は赤色光であり、光の四色の色信号全てを１画素内で、深さ方向に設けた各受光部１１１Ａ〜１１４Ａにより検出することができる。
【００９８】
図１２は、本発明の実施形態３に係る他の変形例の固体撮像装置３００Ｂにおいて、固体撮像素子の選択および信号出力に係る回路を構成するトランジスタを、固体撮像素子内の不純物拡散層ウェル３０５に設けた構成例を示す断面図である。
【００９９】
図１２において、この固体撮像装置３００Ｂは、単位画素部としての固体撮像素子毎に、ゲート電極１５１、ドレイン拡散領域１５２およびソース拡散領域１５３を有するトランジスタが、不純物拡散層ウェル３０５に設けられている。トランジスタのゲート電極１５１は、受光部１１１Ａ〜１１４Ａと配線層１４１〜１４３との間の層間絶縁膜１３１内に設けられ、トランジスタのドレイン拡散領域１５２およびソース拡散領域１５３は、不純物拡散層ウェル３０５内に設けられている。このトランジスタは、層間絶縁膜１３１内に設けられたドレインコンタクト部１２４およびソースコンタクト部１２５によって配線層１４１〜１４３と電気的に接続されている。
【０１００】
なお、図１２では、不純物拡散層ウェル３０５に設けられているトランジスタの個数が１個である場合を一例として示しているが、複数個のトランジスタが設けられている場合についても本発明は適用可能であり、複数個のトランジスタのそれぞれのサイズやチャネル注入条件などが異なっている場合についても本発明は適用可能である。また、複数個のトランジスタを配置する場合には、ドレインコンタクト部やソースコンタクト部を複数個のトランジスタによって共有させてもよい。さらに、隣接する複数の固体撮像素子において、それぞれの不純物拡散層ウェル３０５に設けられているトランジスタの種類や配線が異なっている場合についても本発明は適用可能である。
【０１０１】
図１３は、本発明の実施形態３に係る更に他の変形例の固体撮像装置３００Ｃにおいて、固体撮像素子内に設けられている、固体撮像素子の選択および信号出力に係る回路の具体的構成例を示す断面図である。
【０１０２】
図１３において、この固体撮像装置３００Ｃは、単位画素部としての固体撮像素子として設けられた画素アレイ内で、受光部からの信号電荷を検出する信号検出部ＦＤの電位をリセット可能とする（無効電荷を排出する）ためのリセット部としてのリセットトランジスタＲ１，Ｒ２，Ｒ３およびＲ４と、この信号検出部ＦＤの電位に応じて増幅する増幅部としての増幅トランジスタＡ１，Ａ２，Ａ３およびＡ４と、増幅トランジスタＡ１，Ａ２，Ａ３およびＡ４からそれぞれ出力された各信号を各信号線Ｖｏｕｔ１〜４にそれぞれ読み出し可能とする選択部としての選択トランジスタＳ１，Ｓ２，Ｓ３およびＳ４とをそれぞれ有する各回路が、第１受光部１１１Ａ〜第３受光部１１３Ａにそれぞれ接続されている。要するに、第１受光部１１１Ａに対応して、リセットトランジスタＲ１、増幅トランジスタＡ１および選択トランジスタＳ１からなる回路が設けられ、第１受光部１１１Ａから信号電荷を読み出して、固体撮像素子の選択および信号出力を行う。また、第２受光部１１２Ａに対応して、リセットトランジスタＲ２、増幅トランジスタＡ２および選択トランジスタＳ２からなる回路が設けられ、第２受光部１１２Ａから信号電荷を読み出して、固体撮像素子の選択および信号出力を行う。さらに、第３受光部１１３Ａに対応して、リセットトランジスタＲ３、増幅トランジスタＡ３および選択トランジスタＳ３からなる回路が設けられ、第３受光部１１３Ａから信号電荷を読み出して、固体撮像素子の選択および信号出力を行う。さらに、第４受光部１１４Ａに対応して、リセットトランジスタＲ４、増幅トランジスタＡ４および選択トランジスタＳ４からなる回路が設けられ、第４受光部１１４Ａから信号電荷を読み出して、固体撮像素子の選択および信号出力を行う。
【０１０３】
上記構成により、第１受光部１１１Ａ、第２受光部１１２Ａ、第３受光部１１３Ａおよび第４受光部１１４Ａにおいてそれぞれ発生した信号電荷は、それぞれ独立した４種類の信号として、増幅トランジスタＡ１，Ａ２，Ａ３およびＡ４によって増幅され、選択トランジスタＡ１，Ａ２，Ａ３およびＡ４に印加される選択信号Ｖｓｅｌｅｃｔ１、Ｖｓｅｌｅｃｔ２、Ｖｓｅｌｅｃｔ３およびＶｓｅｌｅｃｔ４によって信号線Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２、Ｖｓｅｌｅｃｔ３およびＶｏｕｔ４にそれぞれ読み出される。
【０１０４】
増幅トランジスタＡ１，Ａ２，Ａ３およびＡ４の各ゲート電位（各信号検出部ＦＤの電位）は、次の第１受光部１１１Ａ〜第４受光部１１４Ａへの電荷蓄積前にリセットトランジスタＲ１，Ｒ２，Ｒ３およびＲ４に印加されるリセット信号Ｖｒｅｓｅｔ１、Ｖｒｅｓｅｔ２、Ｖｒｅｓｅｔ３およびＶｒｅｓｅｔ４によって各信号検出部ＦＤがそれぞれ電源電位Ｖｄｄ１、Ｖｄｄ２、Ｖｄｄ３およびＶｄｄ４にそれぞれリセットされる。これによって、４つの異なる波長域に対応する第１受光部１１１Ａ、第２受光部１１２Ａ、第３受光部１１３Ａおよび第４受光部１１４Ａにおいてそれぞれ発生した信号電荷が、それぞれ独立した４種類の信号として信号線Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２、Ｖｏｕｔ３およびＶｏｕｔ４にそれぞれ読み出される。
【０１０５】
なお、図１３に示す回路構成は、これに限定されるものではなく、同等の機能を有するものであれば、様々な回路構成とすることが可能である。例えば選択トランジスタＳ１〜Ｓ４がない場合もあり得る。また、複数の固体撮像素子によって、固体撮像素子の選択および信号出力を行う回路が共用されるように、同等の機能を有する回路を構成してもよい。
【０１０６】
また、半導体基板３０１Ａの光入射側表面から第１受光部１１１Ａまでの深さは０．１μｍ以上０．４μｍ以下の範囲内であり、半導体基板３０１Ａの光入射側表面から第２受光部１１２Ａまでの深さは０．３μｍ以上０．６μｍ以下の範囲内であり、半導体基板３０１の光入射側表面から第３受光部１１３Ａまでの深さは０．４μｍ以上０．８μｍ以下の範囲内であり、半導体基板３０１Ａの光入射側表面から第４受光部１１４Ａまでの深さは０．８μｍ以上２．５μｍ以下の範囲内で三原色光とエメラルド色光を検出する。この場合に、半導体基板３０１Ａの光入射側表面から各受光部までの深さとして、エメラルド色光を検出する第２受光部１１２Ａの代わりにまたは、第１受光部１１１Ａ〜第４受光部１１４に加えて、正確に表現したい色光に対応する受光部深さに設定した受光部を追加するようにしていもよい。
（実施形態４）
図１４は、本発明の実施形態４に係る固体撮像装置において、図６の半導体基板２０１Ａの光入射面側に、赤外線カットフィルタを設けた構成例を示す断面図である。
【０１０７】
図１４に示すように、本実施形態４の固体撮像装置４００Ａにおいて、半導体基板２０１Ａの光入射面側に赤外線カットフィルタ１６１を設けることにより、光の入射面から深い領域において発生するノイズが抑制されて、画質を向上させることができる。
【０１０８】
この場合に、半導体基板２０１Ａの光入射側表面は研磨されて各受光部１１１Ａ〜１１３Ａまでの距離（深さ位置）が最適化されている。この研磨された光入射側表面上に赤外線カットフィルタ１６１が設けられる。
【０１０９】
さらに、半導体基板２０１Ａの光入射側表面は研磨されて各受光部１１１Ａ〜１１３Ａまでの距離（深さ位置）が最適化され、この研磨された光入射側表面に、図１９に示すように隣接する固体撮像素子６０３を互いに分離するための所定幅の素子分離層６０６が平面視で格子状に設けられる。この表面上に、赤外線カットフィルタ１６１が設けられてもよい。
【０１１０】
なお、本実施形態４の固体撮像装置において、赤外光の入射に起因するノイズ発生を抑制する方法は、これに限定されるものでなく、同等の機能を有するものであれば、様々な方法で実現することが可能である。例えば、赤外光のみを反射する膜を半導体基板の光入射面に設けてもよい。
【０１１１】
また、本実施形態４では、図６の半導体基板２０１Ａの光入射面側に赤外線カットフィルタ１６１を設けたが、この赤外線カットフィルタ１６１は、上記実施形態１〜３のいずれの固体撮像装置に設けてもよい。
（実施形態５）
図１５は、本発明の実施形態５に係る固体撮像装置において、図１４の半導体基板２０１Ａの光入射面とは反対側の表面に、強度を高めるための支持基板を設けた構成例を示す断面図である。
【０１１２】
図１５に示すように、本実施形態５の固体撮像装置５００Ａにおいて、半導体基板２０１の光入射面とは反対側の表面に、強度を高めるための支持基板１６２を設けている。これにより、本実施形態５の固体撮像装置５００Ａを製造する際に、ハンドリングが容易になって製造プロセスの難易度を低下させることが可能となり、特に、製造ラインにおけるウェハの搬送が容易なものとなる。支持基板１６２の材質は、例えばシリコンや二酸化シリコンまたはガラス基板などであっても良く、極めて薄いウェハの強度を高める効果を有するものであれば、どのような材質を選んでもよい。この支持基板１６２は、透明なシリコン基板または透明ガラス基板であってもよいが、支持基板１６２は透明である必要はなく、むしろ不透明である方が画素内トランジスタの低ノイズ化が図られるので望ましい。
【０１１３】
なお、本実施形態５では、図１４の半導体基板２０１Ａの光入射面とは反対側の表面に、強度を高めるための支持基板１６２を設けたが、この支持基板１６２は、上記実施形態１〜３のいずれの固体撮像装置に設けてもよい。
（実施形態６）
図１６は、本発明の実施形態６に係る固体撮像装置において、感度と解像度を向上させる上で最も効果的な固体撮像素子の大きさの具体例を説明するための断面図である。なお、本実施形態６では図６の固体撮像装置を用いて説明するが、これに限らない。
【０１１４】
図１６において、本実施形態６の固体撮像装置６００Ａにおいて、単位画素部を構成する固体撮像素子の受光面形状が平面視で正方形の場合にその一辺の長さを、１．０μｍ以上２０．０μｍ以下の範囲内に設定する。素子サイズをこの範囲内に設定することにより、固体撮像素子の一辺の長さを設定することによって、固体撮像装置の感度と解像度を最も効果的に向上させることができる。
【０１１５】
図１７は、本発明の実施形態６に係る固体撮像装置の概略構成例を示す平面図である。
【０１１６】
図１７において、本実施形態６の固体撮像装置６００Ａは、行選択信号線およびリセット信号線６０１と列画像信号線６０２とが３本ずつを１組として互いに交差するように配線され、両信号線の交差部に固体撮像素子６０３が周期的に配置されて、行選択信号線およびリセット信号線６０１と列画像信号線６０２とが固体撮像素子６０３にそれぞれ接続されている。行選択信号線およびリセット信号線６０１は基板左端部に設けられた行選択走査部６０４に接続され、列画像信号線６０２は基板下端部に設けられた画像信号出力部６０５に接続されている。
【０１１７】
固体撮像素子６０３は、固体撮像装置６００Ａに１０万画素以上５０００万画素以下の範囲内で配置されている。このように固体撮像素子６０３の有効配置個数を設定することによって、固体撮像装置６００Ａの感度と解像度を最も効果的に向上させることができる。
【０１１８】
この場合に、図１９に示すように、撮像領域は、隣接する固体撮像素子６０３を互いに分離するための所定幅の素子分離層６０６が平面視で格子状に設けられているだけであり、固体撮像素子６０３の周囲には配線層がなく、撮像領域はほとんど全てが受光部領域になっており、究極的に効率のよい受光部領域になっている。
（実施形態７）
図１８は、本発明の実施形態７として、本発明の実施形態１〜６のいずれかの固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【０１１９】
図１８において、本実施形態７の電子情報機器７０は、上記実施形態１〜６のいずれかの例えば固体撮像装置２００Ａと、この固体撮像装置２００Ａからのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部４０と、この固体撮像装置２００Ａからのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示手段５０と、この固体撮像装置２００Ａからのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信手段６０とを有している。
【０１２０】
この電子情報機器７０としては、例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。
【０１２１】
したがって、本実施形態７によれば、固体撮像装置２００Ａからのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力装置により良好にプリントアウトしたり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部４０に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。
【０１２２】
以上により、上記実施形態１〜６によれば、半導体基板の深さ方向に積層された複数の受光部を有する固体撮像素子が基板平面方向に周期的に配置されており、入射される光の電磁波のうち、半導体基板材料における光吸収係数の波長依存性により各受光部の深さに対応した波長域の電磁波が各受光部で検出されて信号電荷が生成されるため、カラーフィルタを設けなくても、各受光部において波長が異なる電磁波を分離検出することができる。受光部から信号電荷を転送するための配線層および必要個数のトランジスタが、電磁波入射側とは反対側に設けられているため、画素アレイ内において、これら配線層により光路上で光が蹴られることがなく、オンチップマイクロレンズを形成して光を受光部に集光させる必要がない。これによって、カラーフィルタとオンチップマイクロレンズが不要で、高感度、高解像度かつシェーディングが発生しない固体撮像装置を得ることができる。
【０１２３】
なお、上記実施形態１〜３では、２色から４色を光の波長に合わせた半導体基板の所定深さ位置にＰＮ接合部を深さ方向に２つ〜４つ設けたが、これに鍵らず、複数色を光の波長に合わせた半導体基板の所定深さ位置にＰＮ接合部を深さ方向に複数設けてもよい。色の解像度の観点からは多数の色を検出する方がよいが、ＰＮ接合部の数が多いほど製造工数が多くなる。
【０１２４】
また、上記実施形態１〜６では、３層の金属配線１４１〜１４３が設けられた構成を一例として説明したが、３層以外の異なる層数の多層配線が設けられた構成についても本発明は適用可能であり、また、１層の金属配線が設けられた構成についても本発明は適用可能である。
【０１２５】
さらに、上記実施形態１〜６では、複数の配線層１４１〜１４３の間を繋ぐビアコンタクト部を示していないが、固体撮像素子の選択および信号出力に係る回路を形成するために、配線層１４１〜１４３のそれぞれの層間に、配線層の間を電気的に接続するためのビアコンタクト部が形成されていることは言うまでもないことである。
【０１２６】
さらに、上記実施形態１〜６では、受光部に蓄えられた信号電荷を配線層へ転送するための引き出し部（コンタクト部）が、固体撮像素子のある一辺に全て備えられている場合を一例として説明したが、異なる波長域毎に信号電荷の引き出し部の配置場所を変えた場合についても、本発明は適用可能である。
【０１２７】
さらに、上記実施形態１〜６では、特に説明しなかったが、外部への引き出し電極が、チップ底面側または、半導体基板の光入射側表面側に設けられるように構成することができる。
【０１２８】
さらに、上記実施形態１〜６では、特に説明しなかったが、半導体基板の光入射側表面は研磨されて各受光部までの距離が最適化されているが、この場合、本発明では、最も浅い受光部までの距離まで研磨されている。各受光部までの距離は、例えば、第１受光部１１１Ａで光入射側表面から０．１μｍ以上０．４μｍ以下の深さ、第２受光部１１２Ａで光入射側表面から０．４μｍ以上０．８μｍ以下の深さ、第３受光部１１２Ａで光入射側表面から０．８μｍ以上２．５μｍ以下の深さであり、これは、各受光部上に平坦化膜、その上のカラーフィルタおよびその上のオンチップマイクロレンズを設ける従来技術に比べて、各受光部の位置が浅い位置にある。これによっても、受光部上に平坦化膜およびその上のオンチップマイクロレンズを設ける必要がなくなる。よって、本発明では、半導体基板の光入射側表面上に平坦化膜およびその上のオンチップマイクロレンズが設けられていない構造である。言うまでもないが、各受光部は平坦面で構成されている。
【０１２９】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜７を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜７に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜７の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明は、ＣＭＯＳ型イメージセンサやＣＣＤ型イメージセンサなどの固体撮像装置に関し、特に、半導体基板の深さ方向に積層された複数の受光部によって波長が異なる電磁波を分離検出する方式の固体撮像装置および、この固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、各種画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、従来の固体撮像装置において必要とされていたカラーフィルタとオンチップマイクロレンズが共に不要で、高感度、高解像度かつシェーディングが発生しない固体撮像装置を実現することができる。特に、ＣＭＯＳ型イメージセンサに本発明を適用した場合、画素内に配置されるトランジスタにおいて高度な微細化が不要であり、信号電荷の転送特性を安定化させて、高解像度を保ったまま画質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の実施形態１に係る固体撮像装置において、装置内部に備えられる固体撮像素子の概略構成例を示す断面図である。
【図２】本実施形態１に係る変形例の固体撮像装置において、単位画素部としての固体撮像素子の第１受光部および第２受光部を互いに異なる導電型の半導体接合により形成されたフォトダイオードにより構成した一例を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る他の変形例の固体撮像装置において、固体撮像素子の選択および信号出力に係る回路を構成するトランジスタを、固体撮像素子内の不純物拡散層ウェルに設けた構成例を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る更に他の変形例の固体撮像装置において、固体撮像素子内に設けられている、固体撮像素子の選択および信号出力に係る回路の具体的構成例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る固体撮像装置において、装置内部に備えられる固体撮像素子の概略構成例を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る変形例の固体撮像装置において、固体撮像素子の第１受光部、第２受光部および第３受光部を互いに異なる導電型の半導体接合により形成されたフォトダイオードにより構成した例を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る上記変形例の固体撮像装置において、第１受光部〜第３受光部によって光の三原色の色信号全てを１画素内で検出するために最も効果的な配置位置の具体例を説明するための断面図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る他の変形例の固体撮像装置において、固体撮像素子の選択および信号出力に係る回路を構成するトランジスタを、固体撮像素子内の不純物拡散層ウェルに設けた構成例を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態２に係る更に他の変形例の固体撮像装置において、固体撮像素子内に設けられている、固体撮像素子の選択および信号出力に係る回路の具体的構成例を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施形態３に係る固体撮像装置において、装置内部に備えられる固体撮像素子の概略構成例を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施形態３に係る変形例の固体撮像装置において、固体撮像素子の第１受光部、第２受光部、第３受光部および第４受光部を互いに異なる導電型の半導体接合により形成されたフォトダイオードにより構成した例を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施形態３に係る他の変形例の固体撮像装置において、固体撮像素子の選択および信号出力に係る回路を構成するトランジスタを、固体撮像素子内の不純物拡散層ウェルに設けた構成例を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施形態３に係る更に他の変形例の固体撮像装置において、固体撮像素子内に設けられている、固体撮像素子の選択および信号出力に係る回路の具体的構成例を示す断面図である。
【図１４】本発明の実施形態４に係る固体撮像装置において、図６の半導体基板の光入射面側に、赤外線カットフィルタを設けた構成例を示す断面図である。
【図１５】本発明の実施形態５に係る固体撮像装置において、図１４の半導体基板の光入射面とは反対側の表面に、強度を高めるための支持基板を設けた構成例を示す断面図である。
【図１６】本発明の実施形態６に係る固体撮像装置において、感度と解像度を向上させる上で最も効果的な固体撮像素子の大きさの具体例を説明するための断面図である。
【図１７】本発明の実施形態６に係る固体撮像装置の概略構成例を示す平面図である。
【図１８】本発明の実施形態７として、本発明の実施形態１〜６のいずれかの固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【図１９】本発明の実施形態６に係る固体撮像装置の撮像領域の一部として光入射側から見た平面図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、２００、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、３００、３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、４００Ａ、５００Ａ、６００Ａ  固体撮像装置
１０１、１０１Ａ、２０１、２０１Ａ、３０１、３０１Ａ  半導体基板
１０２、１０３、１０４、２０２、２０３、２０４、３０２、３０３、３０４，３０５  不純物拡散層ウェル
１１１、１１１Ａ、１１２、１１２Ａ、１１３、１１３Ａ、１１４，１１４Ａ  受光部
１２１、１２２、１２３，１２４  受光部からの信号電荷を配線層へ転送するためのコンタクト部
１２４  コンタクト部（ドレインコンタクト）
１２５  コンタクト部（ソースコンタクト）
１３１、１３２、１３３、１３４  層間絶縁膜
１４１、１４２、１４３  金属配線層
１５１  トランジスタゲート電極
１５２  高濃度不純物拡散層（ドレイン領域）
１５３  高濃度不純物拡散層（ソース領域）
１６１  赤外線カットフィルタ
１６２  支持基板
６０１  行選択信号線およびリセット信号線
６０２  列画像信号線
６０３  固体撮像素子
６０４  行選択走査部
６０５  画像信号出力部
６０６  素子分離層
４０  メモリ部
５０  表示手段
６０  通信手段
７０  電子情報機器
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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