(57)【要約】【課題】色分離を十分に行うことが可能な固体撮像素子を提供する。【解決手段】半導体基板１上方に積層された異なる波長域の光を吸収する複数の光電変換膜１５，１９，２３を有する固体撮像素子１００は、複数の光電変換膜１５，１９，２３同士の間に、特定の波長域の光の透過を防止する透過防止膜２６，２８を備え、特定の波長域とは、透過防止膜２６，２８の上方にある光電変換膜が吸収する波長域の光である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上方に積層されたそれぞれ異なる波長域の光を吸収する複数の光電変換膜を有する固体撮像素子であって、
前記複数の光電変換膜同士の間に、特定の波長域の光の透過を防止する透過防止膜を備え、
前記特定の波長域の光が、前記透過防止膜の上方の直近にある前記光電変換膜が吸収する波長域の光である固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
前記透過防止膜が、前記特定の波長域の光を吸収することで前記光の透過を防止する固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１又は２記載の固体撮像素子であって、
前記透過防止膜が、当該透過防止膜よりも下方にある前記光電変換膜で吸収される波長域の光を透過する機能を有する固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか記載の固体撮像素子であって、
前記半導体基板と前記半導体基板に最も近い前記光電変換膜との間に光を反射する反射膜を備える固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板上方に積層されたそれぞれ異なる波長域の光を吸収する複数の光電変換膜を有する固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を吸収してこれに応じた電荷を発生する光電変換膜と、この光電変換膜で発生した電荷のうち画像データの生成に用いる電荷を移動させる電極膜である画素電極膜と、該光電変換膜を介して該画素電極膜に対向する対向電極膜とを含む光電変換部が、半導体基板上方に複数積層された固体撮像素子が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１には、光電変換部として、赤色（Ｒ）を検出する光電変換膜を含むＲ光電変換部と、緑色（Ｇ）を検出する光電変換膜を含むＧ光電変換部と、青色（Ｂ）を検出する光電変換膜を含むＢ光電変換部とがこの順に積層された構成が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−８３９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１記載の固体撮像素子のように、光電変換膜が積層された構造では、上層の光電変換膜で吸収しきれなかった光が他の光電変換膜に入射することになり、色分離が不十分になってしまう懸念があった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、色分離を十分に行うことが可能な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】
【０００６】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板上方に積層されたそれぞれ異なる波長域の光を吸収する複数の光電変換膜を有する固体撮像素子であって、前記複数の光電変換膜同士の間に、特定の波長域の光の透過を防止する透過防止膜を備え、前記特定の波長域の光が、前記透過防止膜の上方の直近にある前記光電変換膜が吸収する波長域の光である。
【０００７】
本発明の固体撮像素子は、前記透過防止膜が、前記特定の波長域の光を吸収することで前記光の透過を防止する。
【０００８】
本発明の固体撮像素子は、前記透過防止膜が、当該透過防止膜よりも下方にある前記光電変換膜で吸収される波長域の光を透過する機能を有する。
【０００９】
本発明の固体撮像素子は、前記半導体基板と前記半導体基板に最も近い前記光電変換膜との間に光を反射する反射膜を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、色分離を十分に行うことが可能な固体撮像素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の平面模式図である。図２は、図１に示す固体撮像素子のＡ−Ａ線の断面模式図である。
【００１３】
図２に示すように、ｎ型の半導体基板１上方には、Ｒの波長域の光（以下、Ｒ光ともいう）を吸収すると共に、それに応じたＲ成分の信号電荷を発生するＲ光電変換膜１５と、Ｇの波長域の光（以下、Ｇ光ともいう）を吸収すると共に、それに応じたＧ成分の信号電荷を発生するＧ光電変換膜１９と、Ｂの波長域の光（以下、Ｂ光ともいう）を吸収すると共に、それに応じたＢ成分の信号電荷を発生するＢ光電変換膜２３とがこの順に積層されている。尚、各光電変換膜の積層順序はこれに限らない。又、各光電変換膜の材料としては有機材料を用いるのが好ましい。又、光電変換膜は３つである必要はなく、２つ以上積層されていれば良い。
【００１４】
図１に示すように、ｎ型半導体基板１の表面部には、Ｒ光電変換膜１５で発生した信号電荷を蓄積する高濃度のｎ型の不純物領域であるｎ＋領域３と、Ｇ光電変換膜１９で発生した信号電荷を蓄積する高濃度のｎ型の不純物領域であるｎ＋領域４と、Ｂ光電変換膜２３で発生した信号電荷を蓄積する高濃度のｎ型の不純物領域であるｎ＋領域５とが形成され、列方向（図１のＹ方向）に配列されたｎ＋領域３〜５が１つの画素部に対応し、画素部が行方向（図１のＸ方向）及び列方向に正方格子状に配列されている。１つの画素部からは、各光電変換膜の同一位置で検出されたＲ，Ｇ，Ｂの信号電荷に応じた信号を得ることができるため、この信号に基づいて１画素データを生成することが可能となる。
【００１５】
ｎ型半導体基板１には、ｎ＋領域３〜５の各々に蓄積された信号電荷を読み出して列方向に転送する垂直転送部２０と、垂直転送部２０から転送されてきた信号電荷を行方向に転送する水平転送部３０と、水平転送部３０から転送されてきた信号電荷に応じた信号を外部に出力する出力部４０とが形成されている。このように、固体撮像素子１００は、垂直転送部２０、水平転送部３０、及び出力部４０を含むＣＣＤ型の信号読出部によって信号を読み出す構成である。尚、信号読出部は、ＭＯＳ型のものであっても良い。
【００１６】
図２に示すように、Ｒ光電変換膜１５は、Ｒ光電変換膜１５で発生した電荷のうち、画像データの生成に用いる電荷（一般には電子）が移動する画素電極膜１４と、画素電極膜１４に対向する対向電極膜１６とに挟まれている。１つの画素部に含まれる画素電極膜１４、Ｒ光電変換膜１５、及び対向電極膜１６のまとまりを以下ではＲ光電変換部という。
【００１７】
Ｇ光電変換膜１９は、Ｇ光電変換膜１９で発生した電荷のうち、画像データの生成に用いる電荷が移動する画素電極膜１８と、画素電極膜１８に対向する対向電極膜２０とに挟まれている。１つの画素部に含まれる画素電極膜１８、Ｇ光電変換膜１９、及び対向電極膜２０のまとまりを以下ではＧ光電変換部という。
【００１８】
Ｂ光電変換膜２３は、Ｂ光電変換膜２３で発生した電荷のうち、画像データの生成に用いる電荷が移動する画素電極膜２２と、画素電極膜２２に対向する対向電極膜２４とに挟まれている。１つの画素部に含まれる画素電極膜２２、Ｂ光電変換膜２３、及び対向電極膜２４のまとまりを以下ではＢ光電変換部という。
【００１９】
画素電極膜１４，１８，２２は、画素部毎に区分けされている。対向電極膜１６，２０，２４は、全画素部で共通して用いることができるため、画素部毎に区分けされていないが、区分けしてあっても良い。又、各光電変換膜も同様、画素部毎に区分けしてあっても良い。
【００２０】
Ｇ光電変換膜１９とＲ光電変換膜１５の間には、透明絶縁膜１７及び透明絶縁膜２７で挟まれた透過防止膜２６が設けられている。透過防止膜２６は、透過防止膜２６の上方の直近にあるＧ光電変換膜１９が吸収するＧ光の透過を防止する。
【００２１】
Ｂ光電変換膜２３とＧ光電変換膜１９の間には、透明絶縁膜２１及び透明絶縁膜２９で挟まれた透過防止膜２８が設けられている。透過防止膜２８は、透過防止膜２８の上方の直近にあるＢ光電変換膜２３が吸収するＢ光の透過を防止する。
【００２２】
透過防止膜２８は、透過防止膜２８上方のＢ光電変換膜２３で吸収されるＢ光を吸収し、且つ、Ｂ光以外のＲ光，Ｇ光を透過する機能を有する。このような機能を有する膜として、Ｂ光をカットするシャープカットフィルタやイエローフィルタ等を用いることができる。
【００２３】
透過防止膜２６は、透過防止膜２６上方のＧ光電変換膜１９で吸収されるＧ光を吸収し、且つ、Ｇ光以外のＲ光，Ｂ光を透過する機能を有する。このような機能を有する膜として、Ｇ光をカットするシャープカットフィルタやマゼンタフィルタ等を用いることができる。
【００２４】
尚、透過防止膜２６は、Ｂ光を透過させることは必須ではないため、Ｇ光と共にＢ光もカットするＲカラーフィルタを用いることも可能である。即ち、透過防止膜２６は、Ｂ光電変換膜２３で吸収されるＢ光の透過を防止する機能を持っていても良い。透過防止膜２６として、Ｇ光をカットするシャープカットフィルタやマゼンタフィルタ等を用いた場合には、マゼンタフィルタを用いた場合に比べて、Ｒ光電変換膜１５に入射させる光量を多くすることができ、感度向上に繋がる。
【００２５】
ｎ型半導体基板１の表面部にはｐウェル層２が形成され、ｐウェル層２の表面部にはｎ＋領域３が形成されている。画素電極膜１４とｎ＋領域３は縦配線２６によって接続されており、これにより、Ｒ光電変換膜１５とｎ＋領域３は電気的に接続される。縦配線２６は、接続される画素電極膜１４及びｎ＋領域３以外とは電気的に絶縁される。ｎ＋領域３には、Ｒ光電変換膜１５で発生した信号電荷が、画素電極膜１４及び縦配線２６を伝って流れ込み、蓄積される。
【００２６】
尚、図２では、ｎ＋領域３の断面部を示したが、ｎ＋領域４，５の断面部は、図２に示したｎ＋領域３をｎ＋領域４又は５とし、縦配線２６の接続先を、ｎ＋領域４の場合は画素電極膜１８に、ｎ＋領域５の場合は画素電極膜２２にすること以外は図２と同様である。このため、ｎ＋領域４，５の断面部の説明は省略する。
【００２７】
図２に戻り、ｎ＋領域３の右側には、少し離間して、Ｙ方向に延びるｎ＋領域３よりも濃度の薄いｎ型の不純物領域であるｎ領域６が形成される。ｎ領域６の上にはｎ＋領域３の上まで達する読み出し電極を兼用するポリシリコンからなる転送電極１１が形成され、転送電極１１の上には、遮光膜１２が設けられる。ｎ領域６と転送電極１１が垂直転送部２０を構成する。この転送電極１１に高電位の読み出しパルスが印加されることにより、ｎ＋領域３とｎ領域６との間のｐウェル層２の転送電極１１と重なる領域ｇが、ｎ＋領域３に蓄積されている信号電荷を読み出すための信号電荷読み出し領域となり、ｎ＋領域３に蓄積されている信号電荷は、この信号読み出し領域を通ってｎ領域６に読み出される。
【００２８】
ｎ＋領域３の左側面部にはｐウェル層２よりも濃度の濃いｐ＋領域や酸化シリコン等からなる素子分離領域７が設けられ、隣接垂直転送部２０との分離が図られる。ｎ型半導体基板１の最表面には、酸化シリコン膜１０が形成され、その上に、上記の転送電極１１が形成される。
【００２９】
遮光膜１２，転送電極１１は透明の絶縁層１３内に埋設される。
【００３０】
斯かる構成の固体撮像素子に被写体からの光が入射すると、入射光の内のＢ光がＢ光電変換膜２３に吸収され、吸収された光量に応じた正孔電子対が発生する。この状態で、画素電極膜２２及び対向電極膜２４間に所定の電圧を印加して、Ｂ光電変換膜２３に電圧を加えると、Ｂ光電変換膜２３で発生した電子が画素電極膜２２から縦配線２６を通してｎ＋領域５に流れ込み、ここに蓄積される。
【００３１】
Ｂ光電変換膜２３を透過した光は透過防止膜２８に入射し、ここでＢ光電変換膜２３で吸収しきれなかったＢ光が吸収されＢ光の透過が防止される。そして、Ｒ光とＧ光だけが透過防止膜２８を透過してＧ光電変換膜１９に入射する。
【００３２】
Ｇ光電変換膜１９に入射した光の内のＧ光はＧ光電変換膜１９に吸収され、吸収された光量に応じた正孔電子対が発生する。この状態で、画素電極膜１８及び対向電極膜２０間に所定の電圧を印加して、Ｇ光電変換膜１９に電圧を加えると、Ｇ光電変換膜１９で発生した電子が画素電極膜１８から縦配線２６を通してｎ＋領域４に流れ込み、ここに蓄積される。
【００３３】
Ｇ光電変換膜１９を透過した光は透過防止膜２６に入射し、ここでＧ光電変換膜１９で吸収しきれなかったＧ光が吸収されＧ光の透過が防止される。そして、Ｒ光だけが透過防止膜２６を透過してＲ光電変換膜１５に入射する。
【００３４】
Ｒ光電変換膜１５に入射した光の内のＲ光はＲ光電変換膜１５に吸収され、吸収された光量に応じた正孔電子対が発生する。この状態で、画素電極膜１４及び対向電極膜１６間に所定の電圧を印加して、Ｒ光電変換膜１５に電圧を加えると、Ｒ光電変換膜１５で発生した電子が画素電極膜１４から縦配線２６を通してｎ＋領域３に流れ込み、ここに蓄積される。
【００３５】
ｎ＋領域３，４，５に蓄積された電子は、垂直転送部２０、水平転送部３０を転送された後、出力部４０にて信号に変換されて出力される。
【００３６】
以上のように、固体撮像素子１００によれば、Ｂ光電変換膜２３で吸収しきれなかったＢ光がＧ光電変換膜１９やＲ光電変換膜１５に入射することを防ぐことができる。又、Ｇ光電変換膜１９で吸収しきれなかったＧ光がＲ光電変換膜１５に入射することを防ぐことができる。このため、色分離を十分に行うことができ、高画質の撮像が可能となる。
【００３７】
以上の説明では、光電変換膜が３層積層された例を挙げたが、光電変換膜が２層又は４層以上であっても、各光電変換膜同士の間に、特定の波長域の光の透過を防止する透過防止膜を設けることで、色分離を十分に行うことが可能となる。この場合、特定の波長域の光とは、各透過防止膜の上方の直近にある光電変換膜が吸収する波長域の光を少なくとも含んでいれば良い。
【００３８】
又、最下層にあるＲ光電変換膜１５に入射する光は、Ｒ光電変換膜１５上方に積層された各種膜による光吸収によって光量が落ちており、Ｒの感度が他の色よりも低下する可能性がある。そこで、この感度の低下を防ぐため、図３に示すように、Ｒ光電変換膜１５と半導体基板１との間に、光を反射する反射膜３１を設けておくことが好ましい。反射膜３１は、絶縁膜１３上に形成される。反射膜３１上には透明な絶縁膜３２が形成され、その上に画素電極膜１４が形成されている。
【００３９】
図３に示すような構成にすることで、Ｒ光電変換膜１５で吸収しきれなかったＲ光は、反射膜３１で反射され、Ｒ光電変換膜１５に再度入射し、ここで吸収される。このため、Ｒの感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の平面模式図
【図２】図１に示す固体撮像素子のＡ−Ａ線の断面模式図
【図３】図１に示す固体撮像素子のＡ−Ａ線の変形例を示す断面模式図
【符号の説明】
【００４１】
１  半導体基板
３，４，５  ｎ＋領域
２０  垂直転送部
３０  水平転送部
４０  出力部
１５  Ｒ光電変換膜
１９  Ｇ光電変換膜
２３  Ｂ光電変換膜
１４，１８，２２  画素電極膜
１６，２０，２４  対向電極膜
２６，２８  透過防止膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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