(57)【要約】【課題】光電変換膜の感度を低下させることなく、高い光電変換効率を得ることが可能な固体撮像装置及び当該固体撮像装置を有する電子機器を提供する。【解決手段】半導体基板の上部に設けられる光電変換膜を用いて、入射光を光電変換する固体撮像装置あるいは当該固体撮像装置を有する電子機器において、光電変換膜をその膜面が基板面に対して傾斜するようにレイアウトすることで、光電変換膜内における入射光の光路長を長くする。そして、光路長を長くできる分だけ光電変換膜の膜厚を薄くすることで、光電変換膜の感度の低下を招くことなく、高い光電変換効率を得る。【選択図】図１
2012209421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の外部に、２つの透明電極によって挟まれた光電変換膜を有し、
前記光電変換膜は、膜面が前記半導体基板の表面に対して傾斜して設けられている
固体撮像装置。
【請求項２】
前記光電変換膜は、所定の波長域の光について光電変換を行い、他の波長域の光を透過させる
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記光電変換膜は、前記半導体基板上の層間膜内に形成された凹部の内壁に沿って配され、入射光を集光する導波路を形成している
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記光電変換膜は、前記凹部の内壁の全面に亘って配されている
請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記光電変換膜は、前記他の波長域の光に対して７０％以上の透過率を示す材料からなる
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記半導体基板に内部に、前記光電変換膜を透過した前記他の波長域の光について光電変換を行う光電変換層を有する
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記光電変換層は、前記光電変換膜の中心線の延長線上に位置する
請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記半導体基板の内部に、前記光電変換膜で光電変換された電荷を蓄積する電荷蓄積部を有する
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記光電変換膜は、前記２つの透明電極と共に前記凹部内に埋め込まれている
請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記光電変換膜及び前記２つの透明電極は、２層以上に積層されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
２層以上の前記光電変換膜は共に、同じ波長域の光について光電変換を行う
請求項１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
２層以上の前記光電変換膜はそれぞれ、異なる波長域の光について光電変換を行う
請求項１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記２つの透明電極の内の前記層間膜側の透明電極の屈折率は、当該層間膜の屈折率よりも高い
請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
半導体基板の外部に画素単位で光電変換膜を有し、
前記光電変換膜は、膜面が前記半導体基板の表面に対して傾斜して設けられている
固体撮像装置を有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、固体撮像装置及び電子機器に関し、特に、光電変換膜を用いて入射光を光電変換する固体撮像装置及び当該固体撮像装置を有する電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、固体撮像装置は、半導体基板中に形成した光電変換部で入射光を光電変換し、当該光電変換によって得た電荷を光電変換部から読み出すことによって撮像を行う構成となっている。この種の固体撮像装置では、画素の高集積化に伴って光損失が生じたり、あるいは、Ｒ（赤色）Ｇ（緑色）Ｂ（青色）の三原色の光を異なる平面位置で検出するために色分離が起こり、偽色が発生したりすることがある。
【０００３】
このような色分離の問題を回避するために、緑色の光電変換膜を半導体基板の外部に設け、青色と赤色の光電変換層を半導体基板の内部に形成する、所謂、積層型の固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この積層型の固体撮像装置によれば、ＲＧＢの三原色の光を同一の平面位置で検出し、且つ、色分離できるため、受光位置の違いによる偽色の問題を解消できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３３２５５１号公報（特に、段落００７７〜００８１及び図５参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に記載の従来技術では、受光位置の違いによる偽色の問題を解消できる反面、より低いバイアス電圧で高い光電変換効率を得るためには、光電変換膜の膜厚を薄くする必要がある。しかし、光電変換膜の膜厚を薄くすると、光電変換膜内における光路長が短くなるため、光電変換膜の感度が低下してしまう。
【０００６】
そこで、本開示は、光電変換膜の感度を低下させることなく、高い光電変換効率を得ることが可能な固体撮像装置及び当該固体撮像装置を有する電子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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本開示に係る固体撮像装置は、
半導体基板の外部に画素単位で光電変換膜を有し、
前記光電変換膜は、膜面が前記半導体基板の表面に対して傾斜して設けられた
構成となっている。この固体撮像装置は、各種の電子機器においてその画像取込部（画像読取部）として用いられる。
【０００８】
上記構成の固体撮像装置、あるいは、当該固体撮像装置を画像取込部として有する電気機器において、光電変換膜がその膜面が半導体基板の表面、即ち、基板面に対して傾斜するように設けられていることで、入射光は光電変換膜の膜面の垂線に対して斜めに（傾斜して）入射することになる。ここで、入射光が光電変換膜の膜面に対して垂直に、即ち、膜面の垂線に対して平行に入射するときは、光電変換膜内における入射光の光路長は光電変換膜の膜厚に等しくなる。これに対して、入射光が光電変換膜の膜面の垂線に対して斜めに入射するときの光路長は、垂線に対して平行に入射するときの光路長（＝光電変換膜の膜厚）よりも長くなる。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、同じ膜厚でも光電変換膜内における入射光の光路長を、入射光が光電変換膜の膜面に垂直に入射するときよりも伸長できるために、光電変換膜の感度を低下させることなく、高い光電変換効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の実施形態に係る固体撮像装置における光電変換膜についての説明図である。
【図２】実施形態に係る固体撮像装置における光電変換膜の作用、効果についての説明図である。
【図３】実施例１に係る単位画素の画素構造の概略を示す断面図である。
【図４】Ｂ光用、Ｒ光用の読み出し回路の一例を示す回路図である。
【図５】Ｇ光用の光電変換膜で光電変換される入射光、あるいは、当該光電変換膜内を透過する入射光の振る舞いについての説明図である。
【図６】実施例２に係る単位画素の画素構造の概略を示す断面図である。
【図７】実施例３に係る単位画素の画素構造の概略を示す断面図である。
【図８】変形例に係る単位画素の画素構造の概略を示す断面図である。
【図９】本開示に係る電子機器、例えば撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示の技術を実施するための形態（以下、「実施形態」と記述する）について図面を用いて詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施形態の説明
１−１．実施例１
１−２．実施例２
１−３．実施例３
２．変形例
３．電子機器（撮像装置）
【００１２】
＜１．実施形態の説明＞
本開示の実施形態に係る固体撮像装置は、入射光を画素単位で光電変換するのに光電変換膜を用いる。光電変換膜は、半導体基板の外部において、２つの透明電極によって挟まれた状態で設けられる。そして、光電変換膜による光電変換によって得られる電荷は、２つの透明電極の他方によって取り出され、半導体基板の内部に設けられる電荷蓄積部に蓄積される。
【００１３】
電荷蓄積部に蓄積された電荷は、読み出し部によって読み出される。読み出し部は、例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device)プロセスを用いた電荷転送部であったり、例えばＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)プロセスを用いた読み出し回路であったりする。本実施形態にあっては、読み出し部がＣＭＯＳプロセスを用いた読み出し回路である場合を例に挙げて説明する。但し、これに限られるものではない。
【００１４】
図１は、本開示の実施形態に係る固体撮像装置における光電変換膜についての説明図である。ここでは、本開示の実施形態に係る固体撮像装置が、電荷の読み出し部として例えばＣＭＯＳプロセスを用いた読み出し回路を用いたＣＭＯＳイメージセンサの場合を例に挙げている。図１中、（Ａ）は光電変換膜及び当該光電変換膜を挟む２つの透明電極の等価回路と読み出し回路の構成の一例を示し、（Ｂ）は光電変換膜のレイアウト構造の概略を示している。
【００１５】
図１において、光電変換膜１１は、２つの透明電極、即ち、下部電極１２と上部電極１３によって挟まれた状態で半導体基板２０の外部、具体的には、基板面（基板の表面）の上方に設けられる。上部電極１３にはバイアス電圧Ｖbiasが印加されている。このバイアス電圧Ｖbiasが上部電極１３に印加された状態において、当該上部電極１３を通して光電変換膜１１に入射光が照射されると、光電変換膜１１は入射光に含まれる所定の波長域の光について光電変換を行う。
【００１６】
光電変換膜１１による光電変換によって得られる電荷は、下部電極１２を通して取り出され、半導体基板２０の内部に設けられる電荷蓄積部１４に蓄積される（その詳細なメカニズムについては後述する）。電荷蓄積部１４に蓄積された電荷は、読み出し回路３０によって所定の波長域の色光の信号として読み出される。
【００１７】
読み出し回路３０は、例えば、リセットトランジスタ２１、増幅トランジスタ３２、及び、選択トランジスタ３３を有し、電荷蓄積部１４に蓄積された電荷を、増幅トランジスタ３２によって選択トランジスタ３３を介して列信号線４０に電圧として読み出す構成となっている。
【００１８】
ここで、本実施形態においては、光電変換膜１１のレイアウト構造について特徴としている。具体的には、図１（Ｂ）に示すように、光電変換膜１１は、その主面である膜面が半導体基板２０の表面（基板面）に対して所定の角度θだけ傾斜した状態で設けられている。
【００１９】
このように、光電変換膜１１の膜面が基板面に対して傾斜していることで、入射光は光電変換膜１１の膜面の垂線に対して斜めに（傾斜して）入射することになる。その結果、次のような作用、効果を得ることができる。
【００２０】
先ず、図２（Ａ）に示すように、入射光が光電変換膜１１の膜面に対して垂直に、即ち、膜面の垂線に対して平行に入射するときは、光電変換膜１１内における入射光の光路が膜面に対して垂直になるため、入射光の光路長Ｌ１は光電変換膜１１の膜厚ｔに等しくなる。
【００２１】
一方、入射光が光電変換膜１１の膜面の法線に対して斜めに入射すると、光電変換膜１１内における入射光の光路が膜面に対して傾斜した状態になるため、入射光の光路長Ｌ２は、垂線に対して平行に入射するときの光路長Ｌ１（即ち、光電変換膜の膜厚ｔ）よりも長くなる。
【００２２】
前にも述べたように、光電変換膜１１において、より低いバイアス電圧Ｖbiasで高い光電変換効率を得るために光電変換膜１１の膜厚を薄くすると、光電変換膜１１内における光路長が短くなるため、光電変換膜１１の感度が低下してしまう。光電変換膜１１内における光路長を長くするために単純に光電変換膜１１の膜厚を厚くすると、光電変換して得た電荷を取り出すのが難しくなる。
【００２３】
これに対して、上述したように、光電変換膜１１をその膜面が基板面に対して傾斜するようにレイアウトすることで、光電変換膜１１内における入射光の光路長Ｌ２を、膜面に対して垂直に入射するときの光路長Ｌ１よりも長くできる。ここで、同じ光路長で良いとした場合、光路長を伸長できる分だけ光電変換膜１１の膜厚を薄くできる。従って、光電変換膜１１の膜厚を薄くすることによる光電変換膜１１の感度の低下を招くことなく、高い光電変換効率を得ることができる。
【００２４】
以下に、本開示の実施形態に係る固体撮像装置の具体的な実施例について、実施例１乃至実施例３として説明する。以下では、主に、実施形態の特徴となる、光電変換膜を含む単位画素（１つの画素部）の画素構造について説明するものとする。
【００２５】
［１−１．実施例１］
図３は、実施例１に係る単位画素５０Aの画素構造の概略を示す断面図である。実施例１に係る単位画素５０Aは、半導体基板、例えばシリコン基板５１の外部、具体的には、シリコン基板５１の基板面の上方に特定の色光用の光電変換膜を有し、基板５１の内部に他の色光用の光電変換層を有する積層構造を採っている。
【００２６】
より具体的には、シリコン基板５１の上には反射防止膜５２が形成され、当該反射防止膜５２の上にはシリコン酸化膜等からなる層間膜５３が形成されている。層間膜５３には、画素単位で凹部５４が形成されている。この凹部５４は、シリコン基板５１の基板面と反対側に位置する開口部側がその開口端に向かうにつれて開口面積が拡がる順テーパー形状をなしている。順テーパー形状は、ドライエッチング（ＲＩＥ）処理等によって形成可能である。
【００２７】
凹部５４の内壁には第１透明電極（以下、「下部電極」と記述する）５５が形成され、当該下部電極５５の上には光電変換膜５６が成膜され、当該光電変換膜５６の上には第２透明電極（以下、「上部電極」と記述する）５７が形成されている。ここで、下部電極５５、光電変換膜５６、及び、上部電極５７は、凹部５４の内壁の一部でもよいが、全面に亘って配されるのが好ましい。上部電極５７の上にはパシベーション膜５８が形成され、当該パシベーション膜５８の上には平坦化膜５９が形成されている。
【００２８】
ここで、光電変換膜５６が下部電極５５と上部電極５７によって挟まれ、順テーパー形状の凹部５４の内壁に沿って形成されていることで、光電変換膜５６の膜面はシリコン基板５１の表面（基板面）に対して傾斜した状態にある。この光電変換膜５６は、所定の波長域の色光について光電変換を行う一方、当該色光以外の波長域の色光については透過させる。
【００２９】
光電変換膜５６は、例えば、有機光電変換膜であってもよいし、アモルファスシリコンによる光電変換膜などの無機材料であってもよい。いずれにしても、光電変換膜５６で光電変換する色光以外の波長域の光に対しては、７０％以上の高い透過率を示す材料であることが望ましい。光電変換膜５６として有機材料（有機光電変換膜）を用いると、分子設計の自由度が高いため、所望の分光特性を得やすいという利点がある。
【００３０】
本実施例１にあっては、光電変換膜５６は、緑色（Ｇ）の光について光電変換を行うＧ光用の光電変換膜であるものとする。従って、本実施例１にあっては、光電変換膜５６の材料としては、Ｇ光以外の波長域の光に対して、７０％以上の高い透過率を示す材料であることが望ましい。
【００３１】
光電変換膜５６で光電変換を行うには、先述したように、上部電極５７に対してバイアス電圧を与える必要がある。このバイアス電圧をシリコン基板５１側から与えられるために、反射防止膜５２及び層間膜５３を通して第１の配線６０形成されている。また、光電変換膜５６による光電変換によって得られる電荷を下部電極５５で取り出し、シリコン基板５１側に導くために、反射防止膜５２及び層間膜５３を通して第２の配線６１が形成されている。
【００３２】
一方、シリコン基板５１の内部で、光電変換膜５６の中心線の延長線上、即ち、凹部５４の底部中心を通る中心線の延長線上の部位には、例えば２つの光電変換層６２，６３が形成されている。具体的には、凹部５４の中心線の延長線上におけるシリコン基板５１の表層部側に、例えば青色光について光電変換を行うＢ光用の光電変換部６２が形成されている。また、Ｂ光用の光電変換部６２よりも深い部位に、例えば赤色光について光電変換を行うＲ光用の光電変換部６３が形成されている。
【００３３】
シリコン基板５１の内部には更に、シリコン基板５１の表面に達する状態で電荷蓄積部６４が形成されている。この電荷蓄積部６４には、光電変換膜５６での光電変換によって得られ、下部電極５５によって取り出された電荷が第２の配線６１を通して供給される。すなわち、電荷蓄積部６４は、Ｇ光用の光電変換膜５６による光電変換によって得られた電荷を蓄積するＧ光用の電荷蓄積部である。
【００３４】
上述した画素構造の実施例１に係る単位画素５０Aは、シリコン基板５１の基板面の上方にＧ光用の光電変換膜５６を設け、シリコン基板５１の内部にＢ光用の光電変換層６２及びＲ光用の光電変換層６３を順に設けた積層構造となっている。そして、Ｇ光用の光電変換膜５６、Ｂ光用の光電変換層６２、及び、Ｒ光用の光電変換層６３は共に、凹部５４の底部の中心を通る中心線の延長線上、即ち、入射光の光軸上に位置している。これにより、ＲＧＢの三原色の光を同一の平面位置で検出できるとともに、基板深さ方向で色分離を行うことができるため、受光位置の違いによる偽色の問題を解消できる。
【００３５】
この積層構造を採る単位画素５０Aにおいて、本実施例１では、光電変換膜１１をその膜面が基板面に対して傾斜するようにレイアウトするに当たって、順テーパー形状の凹部５４を利用する点を特徴としている。ここで、順テーパー形状の凹部５４は、周知の導波路構造の単位画素を持つ固体撮像装置において、導波路を形成するための凹部と同じ機能を持っている。
【００３６】
これにより、光電変換膜５６は、順テーパー形状の凹部５４を利用して形成される、より具体的には、凹部５４の内壁に沿って設けられることで、単位画素５０Aへの入射光の集光効率の向上を図る導波路を形成することになる。すなわち、光電変換膜５６は、本来の光電変換機能に加えて、高集光化のための導波路の機能を持つことになる。
【００３７】
このように、光電変換膜５６が導波路構造となっていることで、集光特性の向上、特に、斜め入射光に対する感度の向上を図ることができる。そして、導波路構造の光電変換膜５６は、上部電極６７に対して第１の配線６０を通してバイアス電圧（図１のバイアス電圧Ｖbias）が印加されることで、入射光中のＧ光については吸収して光電変換を行う一方、Ｇ光以外の波長域の光については透過する。
【００３８】
光電変換膜５６による光電変換によって得られた電荷は、下部電極５５によって取り出され、第２の配線６１を通してシリコン基板５１内の電荷蓄積部６４に導かれ、当該電荷蓄積部６４に蓄積される。この電荷蓄積部６４は、図１の電荷蓄積部１４に相当する。そして、電荷蓄積部６４の蓄積電荷は、図１の読み出し回路３０によって読み出され、電圧として列信号線４０に出力される。
【００３９】
一方、光電変換膜５６を透過した波長域の光のうち、Ｂ光についてはＢ光用の光電変換層６２によって光電変換され、当該光電変換層６２に蓄積される。また、Ｒ光についてはＲ光用の光電変換層６３によって光電変換され、当該光電変換層６３に蓄積される。これら光電変換層６２，６３に蓄積された電荷を読み出す読み出し回路の一例を図４（Ａ），（Ｂ）に示す。
【００４０】
図４（Ａ），（Ｂ）に示すＢ光用、Ｒ光用の読み出し回路３０A，３０Bは共に、基本的に、図１に示すＧ光用の読み出し回路３０と同じ回路構成となっている。ここでは、Ｂ光用、Ｒ光用の光電変換層６２，６３が例えばフォトダイオードからなるものとして図示している。そして、光電変換層６２，６３の各蓄積電荷は、読み出し回路３０A，３０Bによって読み出され、電圧として列信号線４０に出力される。
【００４１】
ここで、Ｇ光用の光電変換膜５６で光電変換される入射光、あるいは、当該光電変換膜５６内を透過する入射光の振る舞いについて図５を用いて説明する。尚、図５では、入射光を太線の一点鎖線で示している。また、光電変換膜５６内における光路を明確にするために、光電変換膜５６については白抜きで図示している。
【００４２】
図５に示すように、単位画素５０Aに入射した光は、平坦化膜５９、パシベーション膜５８、及び、上部電極５７を通して光電変換膜５６に入射する。ここで、光電変換膜５６は、その膜面がシリコン基板５１の基板面に対して傾斜して、より具体的には、順テーパー形状の凹部５４の内壁面に沿って設けられている。従って、光電変換膜５６に入射した光は、一点鎖線で示すように、光電変換膜５６の内壁面（界面）で反射を繰り返して凹部５４の底面に向けて進む。
【００４３】
ここで、光電変換膜５６に入射した光のうちＧ光は、当該光電変換膜５６内において反射を繰り返す過程で吸収され、光電変換される。このとき、光電変換膜５６内における入射光の光路長は、光電変換膜５６の膜面に対して垂直に光が入射する場合に比べて遥かに長くなる。そして、同じ光路長で良いとした場合、光路長を長くできる分だけ光電変換膜５６の膜厚を薄くできる。従って、光電変換膜５６の膜厚を薄くすることによる光電変換膜５６の感度の低下を招くことなく、高い光電変換効率を得ることができる。
【００４４】
一方、Ｇ光以外の波長域の光については、一点鎖線で示すように、光電変換膜５６内において反射を繰り返した後、下部電極５５、層間膜５３、及び、反射防止膜５２を通してシリコン基板７１に入射する。そして、Ｂ光については、Ｂ光用の光電変換層６２で光電変換され、Ｒ光については、Ｒ光用の光電変換層６３で光電変換される。
【００４５】
尚、以上では、光電変換膜５６に入射した光が、光電変換膜５６の内壁面で反射を繰り返すとしたが、実際には、透明な下部電極５５と層間膜５３との界面でも反射することになる。ここで、入射光を下部電極５５と層間膜５３との界面で全反射させるためには、下部電極５５の屈折率は、例えばシリコン酸化膜からなる層間膜５３の屈折率（１．４６）よりも十分に高いことが望ましい。具体的には、下部電極５５の電極材料としては、酸化スズ（ＳｎＯ2、屈折率１．９程度）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ、屈折率２．１〜２．２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ、屈折率１．９〜２．０）などが好適である。
【００４６】
但し、下部電極５５の電極材料として、屈折率が層間膜５３に近い材料を用いる場合には、例えば、シリコン窒化膜（屈折率２．０）などを下部電極５５と層間膜５３との間に設けるようにすればよい。換言すれば、下部電極５５と層間膜５３との間にシリコン窒化膜などを設けることで、下部電極５５の電極材料として必ずしも上記の材料を用いる必要がなくなる、即ち、下部電極５５の電極材料として、上記の材料以外にも種々の材料を用いることができることになる。
【００４７】
一方、透明な上部電極５７については、光電変換膜５６に比べて屈折率の低い電極材料を選択することが好ましい。それが困難な場合には、上部電極５７の上に例えばシリコン酸化膜など屈折率の低い膜を配置することで、入射光の光電変換膜５６内における光路長を伸長することが可能となる。尚、順テーパー形状の凹部５４に下部電極５５、光電変換膜５６、及び、上部電極５７を積層してなる導波路の埋め込みには、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリイミド膜などを用いてもよい。
【００４８】
以上説明したように、積層構造を採る実施例１に係る単位画素５０Aによれば、順テーパー形状の凹部５４の内壁に沿って光電変換膜５６を設けることで、当該光電変換膜５６内における光路長を伸長できるため、光電変換効率を向上させることができる。加えて、光電変換膜５６が順テーパー形状の凹部５４の内壁に沿って設けられることによって導波路を形成しているため、導波路による集光特性の向上、特に、斜め入射光に対する感度の向上を図ることができる。
【００４９】
ここで、光電変換膜５６として特に有機光電変換膜を用いる場合、シリコン基板５１内に形成した光電変換層６２，６３に比べて光電変換効率そのもの低いことが問題となる。ところが、本実施例１によれば、光電変換膜５６内における光路長の伸長によって光電変換効率を向上できるため、光電変換膜５６として有機光電変換膜を用いるようにしても、光電変換膜５６内における光路長を伸長できることによって所望の光電変換効率を得ることができる。前にも述べたように、光電変換膜５６として有機光電変換膜を用いることにより、分子設計の自由度が高いため、所望の分光特性を得ることができる。
【００５０】
また、光電変換膜５６については凹部５４の内壁の一部に設ける構成でもよいが、凹部５４の内壁の全面に亘って光電変換膜５６を設ける構成を採ることで、光電変換膜５６の面積を大きく確保でき、光の利用効率を上げることができるため、光電変換効率をより向上できる。
【００５１】
［１−２．実施例２］
図６は、実施例２に係る単位画素５０Bの画素構造の概略を示す断面図であり、図中、図３と同等部位には同一符号を付して示している。
【００５２】
本実施例２に係る単位画素５０Bも、実施例１に係る単位画素５０Aと同様に、シリコン基板５１の上方にＧ光用の光電変換膜５６を設け、シリコン基板５１の内部にＢ光用の光電変換層６２及びＲ光用の光電変換層６３を順に設けた積層構造となっている。更に、光電変換膜５６が凹部５４の内壁に沿って設けられることで、高集光効率化のための導波路を形成している点でも、本実施例２に係る単位画素５０Bは、実施例１に係る単位画素５０Aと同じである。
【００５３】
そして、実施例１に係る単位画素５０Aとは次の点で異なっている。すなわち、本実施例２に係る単位画素５０Bは、実施例１に係る単位画素５０Aに比べて、光電変換膜５６の膜厚を厚く設定した構成を採っている。このように、光電変換膜５６の膜厚を厚くすることで、実施例１に係る単位画素５０Aの場合に比べて、光電変換膜５６内における光路長を長くとることができるため、光電変換膜５６の感度を上げることができる。
【００５４】
尚、光電変換膜５６の膜厚を厚くすると、導波路の径、即ち、凹部５４の径との関係によっては、図６に示すように、下部電極５５、光電変換膜５６、及び、上部電極５７を積層することによって導波路内が埋まってしまう場合がある。しかし、導波路内が埋まっていたとしても、光電変換膜５６による光電変換作用や、導波路による集光作用等に悪影響が及ぶことはない。すなわち、導波路内が埋まった画素構造の実施例２に係る単位画素５０Bの場合にも、実施例１に係る単位画素５０Aの場合と同様の作用、効果を得ることができる。
【００５５】
［１−３．実施例３］
図７は、実施例３に係る単位画素５０cの画素構造の概略を示す断面図であり、図中、図３と同等部位には同一符号を付して示している。
【００５６】
本実施例３に係る単位画素５０cも、実施例１に係る単位画素５０Aと同様に、シリコン基板５１の上方にＧ光用の光電変換膜５６を設け、シリコン基板５１の内部にＢ光用の光電変換層６２及びＲ光用の光電変換層６３を順に設けた積層構造となっている。更に、光電変換膜５６が凹部５４の内壁に沿って設けられることで、高集光効率化のための導波路を形成している点でも、本実施例３に係る単位画素５０cは、実施例１に係る単位画素５０Aと同じである。
【００５７】
そして、実施例１に係る単位画素５０Aとは次の点で異なっている。すなわち、実施例１に係る単位画素５０Aは、Ｇ光用の光電変換膜５６及びそれを挟む２つの電極５５，５７が１層の画素構造となっていた。これに対して、本実施例２に係る単位画素５０Bは、２層以上（本例では、２層）に積層された画素構造となっている。
【００５８】
具体的には、凹部５４の内壁に第１の下部電極５５Aが形成され、当該下部電極５５Aの上に第１の光電変換膜５６Aが成膜され、当該光電変換膜５６Aの上に第２の下部電極５５Bが形成されている。更に、第２の下部電極５５Bの上に第２の光電変換膜５６Bが成膜され、当該光電変換膜５６Bの上に上部電極５７が形成されている。
【００５９】
上記の画素構造の単位画素５０cにおいて、第１の光電変換膜５６Aによる光電変換によって得られる電荷は、第１の下部電極５５Aによって読み出され、第２の一方の配線６１Aを通して、半導体基板５１内に形成された電荷蓄積部６４Aに蓄積される。また、第２の光電変換膜５６Bによる光電変換によって得られる電荷は、第２の下部電極５５Bによって読み出され、第２の他方の配線６１Bを通して、半導体基板５１内に形成された電荷蓄積部６４Bに蓄積される。
【００６０】
このように、Ｇ光用の光電変換膜５６（５６A，５６B）を多層構造とする構成を採ることで、１層構造の場合に比べて、Ｇ光に対する光電変換効率を向上できるとともに、感度を上げることができる。
【００６１】
＜２．変形例＞
以上説明した実施例１乃至実施例３では、シリコン基板５１の上方にＧ光用の光電変換膜５６を設け、シリコン基板５１の内部にＢ光用の光電変換層６２及びＲ光用の光電変換層６３を順に設けた積層構造を前提としている。しかしながら、本開示の技術は、当該積層構造への適用に限られるものではない。
【００６２】
一例として、Ｇ光に限らず、Ｂ光及びＲ光についても、光電変換膜を用いて光電変換を行う構成の画素構造にも本開示の技術を用いることができる。具体的には、図８に示すように、シリコン基板５１の上部の順テーパー形状の凹部５４内に、例えば、Ｒ光用の光電変換膜５６R、Ｂ光用の光電変換膜５６B、及び、Ｇ光用の光電変換膜５６Gを順に積層した導波路構造の画素構造を持つ単位画素５０Dに対しても本開示の技術を用いることができる。
【００６３】
この画素構造の場合には、上部電極５７が光電変換膜５６R，５６B，５６Gに対して最上層に共通に設けられるのに対して、光電変換膜５６R，５６B，５６Gの下側に下部電極５５R，５５B，５５Gがそれぞれ独立に設けられることになる。そして、光電変換膜５６R，５６B，５６Gで光電変換された電荷は、下部電極５５R，５５B，５５Gによって取り出され、第２の配線６１R，６１B，６１Gによってシリコン基板５１内に形成された電荷蓄積部６４R，６４B，６４Gに導かれ、ここに蓄積される。
【００６４】
このように、Ｇ光に限らず、Ｂ光及びＲ光についても光電変換膜を用いるに当たり、順テーパー形状の凹部５４内に光電変換膜５６R，５６B，５６Gを積層した導波路構造とすることにより、光電変換膜５６R，５６B，５６G内における光路長を伸長することができる。その結果、光電変換膜５６R，５６B，５６Gの膜面に対して垂直に光が入射する場合に比べて、光電変換効率を向上できる。加えて、導波路による集光特性の向上、特に、斜め入射光に対する感度の向上を図ることができる。
【００６５】
尚、ここでは、Ｂ光及びＲ光の光電変換膜５６R，５６BについてＧ光の光電変換膜５６Gと同様に順テーパー形状の凹部５４内に設けるとしたが、光路長を伸長する必要がない場合は、シリコン基板５１の基板面に対して膜面を平行に配置する画素構造を採ることも可能である。
【００６６】
尚、本変形例に係る単位画素５０Dにおいても、実施例２の場合のように、特定の光電変換膜の膜厚を他の光電変換膜よりも厚くする構成を採ることが可能である。更に、実施例３の場合のように、特定の光電変換膜、例えば、Ｇ光用の光電変換膜５６Gについて多層構造とする構成を採ることも可能である。
【００６７】
また、上記実施形態では、光電変換層６２，６３及び電荷蓄積部６４に蓄積された電荷を読み出す読み出し部が、ＣＭＯＳプロセスを用いた読み出し回路である場合を例に挙げて説明したが、これに限られるものではない。すなわち、本開示では、読み出し部としてはその構成は問わなく、例えばＣＣＤプロセスを用いた電荷転送部を読み出し部として用いることも可能である。
【００６８】
また、本開示は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像装置への適用に限らず、赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像装置全般に対して適用可能である。
【００６９】
尚、固体撮像装置はワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
【００７０】
＜５．電子機器＞
本開示は、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、携帯電話機などの撮像機能を有する携帯端末装置など、画像取込部（光電変換部）に固体撮像装置を用いる電子機器全般に対して適用可能である。画像取込部に固体撮像装置を用いる電子機器には、画像読取部に固体撮像装置を用いる複写機も含まれる。尚、電子機器に搭載される上記モジュール状の形態、即ちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。
【００７１】
（撮像装置）
図９は、本開示に係る電子機器、例えば、撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。
【００７２】
図９に示すように、本開示に係る撮像装置１００は、レンズ群１０１等を含む光学系、撮像素子（撮像デバイス）１０２、ＤＳＰ回路１０３、フレームメモリ１０４、表示装置１０５、記録装置１０６、操作系１０７及び電源系１０８等を有する。そして、ＤＳＰ回路１０３、フレームメモリ１０４、表示装置１０５、記録装置１０６、操作系１０７及び電源系１０８がバスライン１０９を介して相互に接続されている。
【００７３】
レンズ群１０１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで撮像素子１０２の撮像面上に結像する。撮像素子１０２は、レンズ群１０１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。
【００７４】
表示装置１０５は、液晶表示装置や有機ＥＬ(electro luminescence)表示装置等のパネル型表示装置からなり、撮像素子１０２で撮像された動画または静止画を表示する。記録装置１０６は、撮像素子１０２で撮像された動画または静止画を、ビデオテープやＤＶＤ(Digital Versatile Disk)等の記録媒体に記録する。
【００７５】
操作系１０７は、ユーザによる操作の下に、本撮像装置が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源系１０８は、ＤＳＰ回路１０３、フレームメモリ１０４、表示装置１０５、記録装置１０６及び操作系１０７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
【００７６】
上記の構成の撮像装置は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには、携帯電話機等のモバイル機器向けのカメラモジュールなどの種々の撮像装置として用いることができる。そして、当該撮像装置において、その画像取込部、即ち、撮像素子１０２として、先述した実施形態に係る固体撮像装置を用いることで、次のような作用、効果を得ることができる。
【００７７】
すなわち、先述した実施形態に係る固体撮像装置は、光電変換膜内における入射光の光路長を伸長できるために、光電変換膜の感度を低下させることなく、高い光電変換効率を得ることができる。従って、当該固体撮像装置を種々の撮像装置においてその画像取込部として用いることで、高画質の撮像画像を得ることができる。
【符号の説明】
【００７８】
１１，５６，５６A，５６B，５６R，５６G，５６B…光電変換膜、１２，５５，５５A，５５B，５５R，５５G，５５B…下部電極、１３，５７…上部電極、１４…電荷蓄積部、５０A，５０B，５０C，５０D…単位画素、５１…シリコン基板、５２…反射防止膜、５３…層間膜、５４…順テーパー形状の凹部、６０…第１の配線、６１，６１A，６１B…第２の配線、６２…Ｂ光用の光電変換層、６３…Ｒ光用の光電変換層、６４，６４A，６４B，６４G…Ｇ光用の電荷蓄積部、６４R…Ｒ光用の電荷蓄積部、６４B…Ｂ光用の電荷蓄積部
【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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