(57)【要約】【課題】画素面積を増大させることなく感度を向上させることが可能な固体撮像装置を提供する。【解決手段】緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂは、赤色用光電変換層Ｒおよび青色用光電変換層Ｂと深さ方向に重ならないように配置し、青色用光電変換層Ｂは、赤色用光電変換層Ｒと少なくとも一部が深さ方向に重なるようにして配置し、マイクロレンズＺ１はマイクロレンズＺ２よりも集光面積を広くする。【選択図】      図５
2013239634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤色用光電変換層と、
前記赤色用光電変換層と深さ方向に重ならないようにして設けられた緑色用光電変換層と、
前記赤色用光電変換層と少なくとも一部が深さ方向に重なるようにして設けられた青色用光電変換層と、
前記赤色用光電変換層および前記青色用光電変換層に対して設けられたマゼンタフィルタと、
前記緑色用光電変換層に対して設けられ緑色フィルタと、
前記赤色用光電変換層および前記青色用光電変換層に入射する光を集光する第１のマイクロレンズと、
前記第１のマイクロレンズよりも集光面積が広く、前記緑色用光電変換層に入射する光を集光する第２のマイクロレンズとを備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
第１の波長帯に対して設けられた第１の光電変換層と、
前記第１の光電変換層と深さ方向に重ならないようにして第２の波長帯に対して設けられた第２の光電変換層と、
前記第１の光電変換層と少なくとも一部が深さ方向に重なるようにして第３の波長帯に対して設けられた第３の光電変換層と、
前記第１の光電変換層および前記第３の光電変換層に対して設けられ、第１の波長帯および前記第３の波長帯の光を透過させる第１の色フィルタと、
前記第２の光電変換層に対して設けられ、前記第２の波長帯の光を透過させる第２の色フィルタと、
前記第１の光電変換層および前記第３の光電変換層に入射する光を集光する第１の集光素子と、
前記第１の集光素子よりも集光面積が広く、前記第２の光電変換層に入射する光を集光する第２の集光素子とを備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１の色フィルタの透過率のピークは、前記第３の波長帯が前記第１の波長帯に対して４０〜８０％だけ低下していることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
第１の波長帯に対して設けられた第１の光電変換層と、
前記第１の光電変換層と深さ方向に重ならないようにして第２の波長帯に対して設けられた第２の光電変換層と、
前記第１の光電変換層と少なくとも一部が深さ方向に上方および下方の双方で重なるようにして第３の波長帯に対して設けられた第３の光電変換層とを備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
半導体層の表面側よりも裏面側の面積が大きくなるようにして第１の波長帯に対して設けられた第１の光電変換層と、
前記第１の光電変換層と深さ方向に重ならないようにして第２の波長帯に対して設けられた第２の光電変換層と、
前記第１の光電変換層と少なくとも一部が深さ方向に重なるようにして第３の波長帯に対して設けられた第３の光電変換層と、
前記半導体層の表面側に形成され、前記第１の光電変換層に蓄積された電荷を読み出す第１のゲート電極と、
前記半導体層の表面側に形成され、前記第２の光電変換層に蓄積された電荷を読み出す第２のゲート電極と、
前記半導体層の表面側に形成され、前記第３の光電変換層に蓄積された電荷を読み出す第３のゲート電極とを備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１の光電変換層が１個と、前記第２の光電変換層が２個と、前記第３の光電変換層が１個とで出力信号がベイヤ配列をなすことを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等に搭載されるカメラモジュールは、薄型化および高解像度化が要請されるようになっている。カメラモジュールの薄型化および高解像度化に対応して、イメージセンサは画素の微細化が進められている。イメージセンサは、画素面積が小さくなるほど、画素へ入射する光量が少なくなるため、信号量が低下し、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）が劣化する。このため、イメージセンサは、光利用効率の向上による高感度化の実現が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１１４３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一つの実施形態の目的は、画素面積を増大させることなく感度を向上させることが可能な固体撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の固体撮像装置によれば、第１の光電変換層、第２の光電変換層、第３の光電変換層、第１の色フィルタ、第２の色フィルタ、第１の集光素子および第２の集光素子が設けられている。第１の光電変換層は、第１の波長帯に対して設けられている。第２の光電変換層は、前記第１の光電変換層と深さ方向に重ならないようにして第２の波長帯に対して設けられている。第３の光電変換層は、前記第１の光電変換層と少なくとも一部が深さ方向に重なるようにして第３の波長帯に対して設けられている。第１の色フィルタは、前記第１の光電変換層および前記第３の光電変換層に対して設けられ、第１の波長帯および前記第３の波長帯の光を透過させる。第２の色フィルタは、前記第２の光電変換層に対して設けられ、前記第２の波長帯の光を透過させる。第１の集光素子は、前記第１の光電変換層および前記第３の光電変換層に入射する光を集光する。第２の集光素子は、前記第１の集光素子よりも集光面積が広く、前記第２の光電変換層に入射する光を集光する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、第１実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１の固体撮像装置のベイヤ配列における４画素分の構成例を示す回路図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る固体撮像装置の画素セルの構成例を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）は、図３のＡ１―Ａ２線に沿ったポテンシャル分布を示す図、図４（ｂ）は、図３のＢ１―Ｂ２線に沿ったポテンシャル分布を示す図、図４（ｃ）は、図３のＣ１―Ｃ２線に沿ったポテンシャル分布を示す図である。
【図５】図５（ａ）は、図３のマイクロレンズの構成例を示す平面図、図５（ｂ）は、図３のカラーフィルタの構成例を示す平面図、図５（ｃ）は、図３の第３の濃度分布層の構成例を示す平面図、図５（ｄ）は、図３の第１の濃度分布層の構成例を示す平面図である。
【図６】図６（ａ）は、第２実施形態に係る固体撮像装置のマイクロレンズの構成例を示す平面図、図６（ｂ）は、第２実施形態に係る固体撮像装置のカラーフィルタの構成例を示す平面図である。
【図７】図７は、第３実施形態に係る固体撮像装置の画素セルの構成例を示す断面図である。
【図８】図８（ａ）は、図７のマイクロレンズの構成例を示す平面図、図８（ｂ）は、図７のカラーフィルタの構成例を示す平面図、図８（ｃ）は、図７の第３の濃度分布層の構成例を示す平面図、図８（ｄ）は、図７の第１の濃度分布層の構成例を示す平面図である。
【図９】図９は、第４実施形態に係る固体撮像装置の画素セルの構成例を示す断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、図９のマイクロレンズの構成例を示す平面図、図１０（ｂ）は、図９のカラーフィルタの構成例を示す平面図、図１０（ｃ）は、図９の第３の濃度分布層の構成例を示す平面図、図１０（ｄ）は、図９の第１の濃度分布層の構成例を示す平面図である。
【図１１】図１１は、第５実施形態に係る固体撮像装置の画素セルの構成例を示す断面図である。
【図１２】図１２（ａ）は、図１１のマイクロレンズの構成例を示す平面図、図１２（ｂ）は、図１１の第１の濃度分布層の構成例を示す平面図、図１２（ｃ）は、図１１の第２の濃度分布層の構成例を示す平面図、図１２（ｄ）は、図１１の第４の濃度分布層の構成例を示す平面図である。
【図１３】図１３は、第６実施形態に係る固体撮像装置の画素セルの構成例を示す断面図である。
【図１４】図１４（ａ）は、図１３のＡ３―Ａ４線に沿ったポテンシャル分布を示す図、図１４（ｂ）は、図１３のＢ３―Ｂ４線に沿ったポテンシャル分布を示す図、図１４（ｃ）は、図１３のＣ３―Ｃ４線に沿ったポテンシャル分布を示す図、図１４（ｄ）は、図１３のＤ３―Ｄ４線に沿ったポテンシャル分布を示す図である。
【図１５】図１５（ａ）は、図１３のマイクロレンズの構成例を示す平面図、図１５（ｂ）は、図１３の第１の濃度分布層の構成例を示す平面図、図１５（ｃ）は、図１３の第３の濃度分布層の構成例を示す平面図、図１５（ｄ）は、図１３の第５の濃度分布層の構成例を示す平面図である。
【図１６】図１６は、第７実施形態に係る固体撮像装置の画素セルの構成例を示す断面図である。
【図１７】図１７（ａ）は、図１６の第１の濃度分布層の構成例を示す平面図、図１７（ｂ）は、図１６の第２の濃度分布層の構成例を示す平面図、図１７（ｃ）は、図１６の第４の濃度分布層の構成例を示す平面図、図１７（ｄ）は、図１６の第６の濃度分布層の構成例を示す平面図である。
【図１８】図１８は、第８実施形態に係る固体撮像装置の画素セルの構成例を示す断面図である。
【図１９】図１９（ａ）は、図１８のマイクロレンズの構成例を示す平面図、図１９（ｂ）は、図１８のカラーフィルタの構成例を示す平面図、図１９（ｃ）は、図１８の第３の濃度分布層の構成例を示す平面図、図１９（ｄ）は、図１８の第１の濃度分布層の構成例を示す平面図である。
【図２０】図２０（ａ）および図２０（ｂ）は、第９実施形態に係る固体撮像装置に適用されるマゼンタフィルタの分光特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態に係る固体撮像装置について図面を参照しながら説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
図１において、固体撮像装置には、光電変換した電荷を蓄積する画素ＰＣがロウ方向およびカラム方向にマトリックス状に配置された画素アレイ部１、読み出し対象となる画素ＰＣを垂直方向に走査する垂直走査回路２、各画素ＰＣの信号成分をＣＤＳにて検出するカラムＡＤＣ回路３、読み出し対象となる画素ＰＣを水平方向に走査する水平走査回路４、各画素ＰＣの読み出しや蓄積のタイミングを制御するタイミング制御回路５およびカラムＡＤＣ回路３に基準電圧ＶＲＥＦを出力する基準電圧発生回路６が設けられている。なお、タイミング制御回路５には、マスタークロックＭＣＫが入力されている。
【０００９】
ここで、画素アレイ部１において、ロウ方向には画素ＰＣの読み出し制御を行う水平制御線Ｈｌｉｎが設けられ、カラム方向には画素ＰＣから読み出された信号を伝送する垂直信号線Ｖｌｉｎが設けられている。
【００１０】
また、画素アレイ部１では４個の画素ＰＣを１組としたベイヤ配列ＨＰをなすことができる。このベイヤ配列ＨＰでは、一方の対角方向に２個の緑色用画素ｇが配置され、他方の対角方向に１個の赤色用画素ｒと１個の青色用画素ｂが配置される。
【００１１】
そして、垂直走査回路２にて画素ＰＣが垂直方向に走査されることで、ロウ方向の画素ＰＣが選択され、その画素ＰＣから読み出された信号は垂直信号線Ｖｌｉｎを介してカラムＡＤＣ回路３に送られる。そして、画素ＰＣから読み出された信号の信号レベルと基準レベルとに差分がとられることで各画素ＰＣの信号成分がＣＤＳにて検出され、出力信号Ｖｏｕｔとして出力される。この時、ベイヤ配列ＨＰでは、輝度信号ＹはＹ＝０．６９ｇ＋０．３ｒ＋０．１１ｂで与えることができる。
【００１２】
図２は、図１の固体撮像装置のベイヤ配列における４画素分の構成例を示す回路図である。
図２において、ベイヤ配列ＨＰでは、フォトダイオードＰＢ、ＰＲ、ＰＧｒ、ＰＧｂ、行選択トランジスタＴＤ１、ＴＤ２、増幅トランジスタＴＡ１、ＴＡ２、リセットトランジスタＴＳ１、ＴＳ２および読み出しトランジスタＴＢ、ＴＲ、ＴＧｒ、ＴＧｂが設けられている。ここで、行選択トランジスタＴＤ１、増幅トランジスタＴＡ１およびリセットトランジスタＴＳ１はフォトダイオードＰＢ、ＰＧｒにて共用され、行選択トランジスタＴＤ２、増幅トランジスタＴＡ２およびリセットトランジスタＴＳ２はフォトダイオードＰＲ、ＰＧｂにて共用されている。読み出しトランジスタＴＢ、ＴＲ、ＴＧｒ、ＴＧｂは、フォトダイオードＰＢ、ＰＲ、ＰＧｒ、ＰＧｂごとに設けられている。また、増幅トランジスタＴＡ１とリセットトランジスタＴＳ１と読み出しトランジスタＴＢ、ＴＧｒとの接続点には検出ノードとしてフローティングディフュージョンＦＤ１が形成されている。増幅トランジスタＴＡ２とリセットトランジスタＴＳ２と読み出しトランジスタＴＲ、ＴＧｂとの接続点には検出ノードとしてフローティングディフュージョンＦＤ２が形成されている。
【００１３】
そして、読み出しトランジスタＴＧｒのソースは、フォトダイオードＰＧｒに接続され、読み出しトランジスタＴＢのソースは、フォトダイオードＰＢに接続され、読み出しトランジスタＴＲのソースは、フォトダイオードＰＲに接続され、読み出しトランジスタＴＧｂのソースは、フォトダイオードＰＧｂに接続されている。また、リセットトランジスタＴＳ１のソースは、読み出しトランジスタＴＧｒ、ＴＢのドレインに接続され、リセットトランジスタＴＳ２のソースは、読み出しトランジスタＴＧｂ、ＴＲのドレインに接続され、リセットトランジスタＴＳ１、ＴＳ２および行選択トランジスタＴＤ１、ＴＤ２のドレインは、電源電位ＶＤＤに接続されている。また、増幅トランジスタＴＡ１のソースは、垂直信号線Ｖｌｉｎ１に接続され、増幅トランジスタＴＡ１のゲートは、読み出しトランジスタＴＧｒ、ＴＢのドレインに接続され、増幅トランジスタＴＡ１のドレインは、行選択トランジスタＴＤ１のソースに接続されている。増幅トランジスタＴＡ２のソースは、垂直信号線Ｖｌｉｎ２に接続され、増幅トランジスタＴＡ２のゲートは、読み出しトランジスタＴＧｂ、ＴＲのドレインに接続され、増幅トランジスタＴＡ２のドレインは、行選択トランジスタＴＤ２のソースに接続されている。
【００１４】
なお、図２の例では、画素に行選択トランジスタＴＤ１、ＴＤ２を設けた場合について説明したが、行選択トランジスタＴＤ１、ＴＤ２のない画素であってもよい。また、図２の例では、２画素１セル構成について説明したが、４画素１セル構成であってもよいし、８画素１セル構成であってもよいし、特に限定されない。
【００１５】
図３は、第１実施形態に係る固体撮像装置の画素セルの構成例を示す断面図である。図４（ａ）は、図３のＡ１―Ａ２線に沿ったポテンシャル分布を示す図、図４（ｂ）は、図３のＢ１―Ｂ２線に沿ったポテンシャル分布を示す図、図４（ｃ）は、図３のＣ１―Ｃ２線に沿ったポテンシャル分布を示す図である。図５（ａ）は、図３のマイクロレンズの構成例を示す平面図、図５（ｂ）は、図３のカラーフィルタの構成例を示す平面図、図５（ｃ）は、図３の第３の濃度分布層の構成例を示す平面図、図５（ｄ）は、図３の第１の濃度分布層の構成例を示す平面図である。なお、図３は、図５（ａ）〜図５（ｄ）のＤ１−Ｄ２線に沿って切断した断面図である。なお、この第１実施形態では、裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサを例にとった。
【００１６】
図３および図５（ａ）〜図５（ｄ）において、半導体層ＳＢ１には、表面側から裏面側に向かって第１の濃度分布層Ｌ１、第２の濃度分布層Ｌ２および第３の濃度分布層Ｌ３が順次形成されている。なお、半導体層ＳＢ１の材料は、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＳｎ、ＰｂＳ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＰ、ＧａＮおよびＺｎＳｅなどから選択することができる。また、半導体層ＳＢ１はｐ型に設定することができる。
【００１７】
そして、半導体層ＳＢ１には、赤色用光電変換層Ｒ、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂおよび青色用光電変換層Ｂが形成されている。なお、赤色用光電変換層Ｒは、図２のフォトダイオードＰＲを構成することができる。緑色用光電変換層Ｇｒは、図２のフォトダイオードＰＧｒを構成することができる。緑色用光電変換層Ｇｂは、図２のフォトダイオードＰＧｂを構成することができる。青色用光電変換層Ｂは、図２のフォトダイオードＰＢを構成することができる。
【００１８】
ここで、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂは、赤色用光電変換層Ｒおよび青色用光電変換層Ｂと深さ方向に重ならないように配置されている。青色用光電変換層Ｂは、赤色用光電変換層Ｒと少なくとも一部が深さ方向に重なるようにして配置されている。また、青色用光電変換層Ｂおよび緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂは、半導体層ＳＢ１の表面側よりも裏面側の面積が大きくなるように構成されている。なお、半導体層ＳＢ１がＳｉの場合、青色用光電変換層Ｂは半導体層ＳＢ１の裏面から０．１〜０．５μｍ程度の深さ、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂは半導体層ＳＢ１の裏面から０．５〜１．５μｍ程度の深さ、赤色用光電変換層Ｒは半導体層ＳＢ１の裏面から１．５〜３．０μｍ程度の深さで面積が大きくなるように設定することが好ましい。
【００１９】
具体的には、青色用光電変換層Ｂには、不純物拡散層ＨＢ１〜ＨＢ３が設けられている。そして、不純物拡散層ＨＢ１〜ＨＢ３は、第１の濃度分布層Ｌ１、第２の濃度分布層Ｌ２および第３の濃度分布層Ｌ３にそれぞれ配置されている。ここで、不純物拡散層ＨＢ３は、不純物拡散層ＨＢ１よりも面積が大きくなっている。なお、不純物拡散層ＨＢ２は、不純物拡散層ＨＢ１と面積が等しくなるようにすることができる。
【００２０】
緑色用光電変換層Ｇｒには、不純物拡散層ＨＧ１〜ＨＧ３が設けられている。そして、不純物拡散層ＨＧ１〜ＨＧ３は、第１の濃度分布層Ｌ１、第２の濃度分布層Ｌ２および第３の濃度分布層Ｌ３にそれぞれ配置されている。ここで、不純物拡散層ＨＧ３は、不純物拡散層ＨＧ１よりも面積が大きくなっている。なお、不純物拡散層ＨＧ２は、不純物拡散層ＨＧ３と面積が等しくなるようにすることができる。
【００２１】
赤色用光電変換層Ｒには、不純物拡散層ＨＲ１が設けられている。そして、不純物拡散層ＨＲ１は、第１の濃度分布層Ｌ１に配置されている。また、不純物拡散層ＨＲ１は、不純物拡散層ＨＢ３と少なくとも一部が深さ方向に重なるように配置されている。
【００２２】
また、不純物拡散層ＨＢ１、ＨＲ１、ＨＧ１上にはピンニング層ＨＢ０、ＨＲ０、ＨＧ０がそれぞれ形成されている。半導体層ＳＢ１の裏面にはピンニング層ＨＡ１が形成されている。なお、不純物拡散層ＨＢ１〜ＨＢ３、ＨＧ１〜ＨＧ３、ＨＲ１はｎ−型に設定することができる。ピンニング層ＨＢ０、ＨＲ０、ＨＧ０、ＨＡ１はｐ＋型に設定することができる。
【００２３】
ここで、図４（ａ）に示すように、不純物拡散層ＨＢ１〜ＨＢ３の積層部では、不純物拡散層ＨＢ３で発生した電荷ｅｂが不純物拡散層ＨＢ１に移動できるように、不純物拡散層ＨＢ３から不純物拡散層ＨＢ１に向かってポテンシャルの下り勾配を持たせることができる。また、図４（ｂ）に示すように、不純物拡散層ＨＲ１、ＨＢ３の積層部では、不純物拡散層ＨＲ１で発生した電荷ｅｒと不純物拡散層ＨＢ３で発生した電荷ｅｂが混ざらないようにするために、不純物拡散層ＨＲ１、ＨＢ３間にポテンシャルの山を持たせることができる。また、図４（ｃ）に示すように、不純物拡散層ＨＧ１〜ＨＧ３の積層部では、不純物拡散層ＨＧ２、ＨＧ３で発生した電荷ｅｇが不純物拡散層ＨＧ１に移動できるように、不純物拡散層ＨＧ３から不純物拡散層ＨＧ１に向かってポテンシャルの下り勾配を持たせることができる。
【００２４】
また、半導体層ＳＢ１の表面側において、赤色用光電変換層Ｒ、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂおよび青色用光電変換層Ｂの隙間には、フローティングディフュージョンＦＤ１１、ＦＤ１２、ＦＤ１３が形成されている。なお、フローティングディフュージョンＦＤ１１、ＦＤ１２、ＦＤ１３はｎ＋型に設定することができる。また、フローティングディフュージョンＦＤ１１、ＦＤ１３は、図２のフローティングディフュージョンＦＤ１を構成し、フローティングディフュージョンＦＤ１２は、図２のフローティングディフュージョンＦＤ２を構成することができる。
【００２５】
また、半導体層ＳＢ１上において、青色用光電変換層ＢとフローティングディフュージョンＦＤ１１との間にはゲート電極Ｇｂ１が配置され、赤色用光電変換層ＲとフローティングディフュージョンＦＤ１２との間にはゲート電極Ｇｒ１が配置され、緑色用光電変換層ＧｒとフローティングディフュージョンＦＤ１３との間にはゲート電極Ｇｇ１が配置されている。
【００２６】
半導体層ＳＢ１の裏面側には、グリーンフィルタＦ１およびマゼンタフィルタＦ２が形成されている。ここで、グリーンフィルタＦ１は、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂに対応して配置されている。マゼンタフィルタＦ２は、青色用光電変換層Ｂおよび赤色用光電変換層Ｒに対応して配置されている。
【００２７】
また、緑色用光電変換層ＧｂおよびグリーンフィルタＦ１上にはマイクロレンズＺ１が配置されている。緑色用光電変換層Ｇｒと同一行のマゼンタフィルタＦ２上にはマイクロレンズＺ２が配置されている。この時、マイクロレンズＺ１はマイクロレンズＺ２よりも集光面積を広くすることができる。
【００２８】
そして、マイクロレンズＺ１にて集光された光はグリーンフィルタＦ１に入射することで緑色光が抽出され、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂに入射する。そして、例えば、緑色用光電変換層Ｇｒにおいて緑色光が光電変換されることで電荷ｅｇが生成され、緑色用光電変換層Ｇｒに蓄積される。そして、読み出し電圧がゲート電極Ｇｇ１に印加されることで緑色用光電変換層Ｇｒに蓄積された電荷ｅｇがフローティングディフュージョンＦＤ１３に読み出される。
【００２９】
一方、マイクロレンズＺ２にて集光された光はマゼンタフィルタＦ２に入射することで青色光および赤色光が抽出され、青色用光電変換層Ｂおよび赤色用光電変換層Ｒに入射する。そして、青色用光電変換層Ｂにおいて青色光が光電変換されることで電荷ｅｂが生成され、青色用光電変換層Ｂに蓄積される。そして、読み出し電圧がゲート電極Ｇｂ１に印加されることで青色用光電変換層Ｂに蓄積された電荷ｅｂがフローティングディフュージョンＦＤ１１に読み出される。また、赤色用光電変換層Ｒにおいて赤色光が光電変換されることで電荷ｅｒが生成され、赤色用光電変換層Ｒに蓄積される。そして、読み出し電圧がゲート電極Ｇｒ１に印加されることで赤色用光電変換層Ｒに蓄積された電荷ｅｒがフローティングディフュージョンＦＤ１２に読み出される。
【００３０】
ここで、マイクロレンズＺ１はマイクロレンズＺ２よりも集光面積を広くすることにより、緑色用画素ｇの感度を向上させることができ、輝度信号ＹのＳ／Ｎ比を向上させることができる。例えば、図５（ａ）のマイクロレンズＺ１、マイクロレンズＺ２の配置方法では、緑色用光電変換層Ｇｂと同一行のマゼンタフィルタＦ２上にもマイクロレンズＺ１が配置されているので、緑色用光電変換層Ｇｂと同一行のマゼンタフィルタＦ２に入射する光を緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂに集光させることができ、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂでは光量を１．５倍に増大させることができる。
【００３１】
また、青色用光電変換層Ｂと赤色用光電変換層Ｒとを深さ方向に重ねるとともに、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂが青色用光電変換層Ｂおよび赤色用光電変換層Ｒと重ならないようにすることにより、青色用光電変換層Ｂおよび赤色用光電変換層Ｒの受光面積を増大させつつ、青色光、緑色光および赤色光の色分離性の低下を抑制することができる。このため、青色用画素ｂおよび赤色用画素ｒの感度および飽和電荷量を向上させつつ、色再現性の低下を抑制することができる。
【００３２】
（第２実施形態）
図６（ａ）は、第２実施形態に係る固体撮像装置のマイクロレンズの構成例を示す平面図、図６（ｂ）は、第２実施形態に係る固体撮像装置のカラーフィルタの構成例を示す平面図である。
図５（ａ）の例では、マイクロレンズＺ２はマゼンタフィルタＦ２と同一サイズに設定したが、図６（ａ）の例では、マイクロレンズＺ１２はマゼンタフィルタＦ２よりもサイズが小さくなっている。そして、マイクロレンズＺ１２が小さくなった分だけマイクロレンズＺ１１が大きくなっている。例えば、マイクロレンズＺ２に比べてマイクロレンズＺ１２のサイズを１／２にし、その分だけマイクロレンズＺ１１を大きくすることにより、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂでは光量を１．７５倍に増大させることができる。
【００３３】
また、図５（ｂ）の例では、緑色用光電変換層Ｇｂと同一行ではマイクロレンズＺ１下にマゼンタフィルタＦ２を配置する方法について説明したが、図６（ｂ）に示すように、緑色用光電変換層Ｇｂと同一行ではマイクロレンズＺ１下にグリーンフィルタＦ３を配置するようにしてもよい。
【００３４】
（第３実施形態）
図７は、第３実施形態に係る固体撮像装置の画素セルの構成例を示す断面図である。図８（ａ）は、図７のマイクロレンズの構成例を示す平面図、図８（ｂ）は、図７のカラーフィルタの構成例を示す平面図、図８（ｃ）は、図７の第３の濃度分布層の構成例を示す平面図、図８（ｄ）は、図７の第１の濃度分布層の構成例を示す平面図である。なお、この第３実施形態では、裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサを例にとった。
【００３５】
図７および図８（ａ）〜図８（ｄ）において、この構成では、図３および図５（ａ）〜図５（ｄ）の緑色用光電変換層Ｇｂと同一行のマゼンタフィルタＦ２の代わりにブルーフィルタＦ４が設けられている。また、図３および図５（ａ）〜図５（ｄ）のマイクロレンズＺ１、Ｚ２の代わりにマイクロレンズＺ２１〜Ｚ２３が設けられている。なお、マイクロレンズＺ２３はなくてもよい。
【００３６】
マイクロレンズＺ２１はグリーンフィルタＦ１上に配置され、マイクロレンズＺ２２はマゼンタフィルタＦ２上に配置され、マイクロレンズＺ２３はブルーフィルタＦ４上に配置されている。ここで、マイクロレンズＺ２２はマゼンタフィルタＦ２よりも小さなサイズに設定することができ、マイクロレンズＺ２３はブルーフィルタＦ４よりも小さなサイズに設定することができる。そして、マイクロレンズＺ２２、Ｚ２３のサイズが小さくされた分だけマイクロレンズＺ２１のサイズを大きくすることができる。すなわち、マイクロレンズＺ２１はマゼンタフィルタＦ２およびブルーフィルタＦ４上にはみ出していてもよい。
【００３７】
そして、マイクロレンズＺ２１にて集光された光はグリーンフィルタＦ１に入射することで緑色光が抽出され、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂに入射する。そして、例えば、緑色用光電変換層Ｇｒにおいて緑色光が光電変換されることで電荷ｅｇが生成される。
【００３８】
一方、マイクロレンズＺ２２にて集光された光はマゼンタフィルタＦ２に入射することで青色光および赤色光が抽出され、青色用光電変換層Ｂおよび赤色用光電変換層Ｒに入射する。また、マイクロレンズＺ２３にて集光された光はブルーフィルタＦ４に入射することで青色光が抽出され、青色用光電変換層Ｂに入射する。そして、青色用光電変換層Ｂにおいて青色光が光電変換されることで電荷ｅｂが生成され、青色用光電変換層Ｂに蓄積される。また、赤色用光電変換層Ｒにおいて赤色光が光電変換されることで電荷ｅｒが生成され、赤色用光電変換層Ｒに蓄積される。
【００３９】
ここで、青色用光電変換層Ｂ上にブルーフィルタＦ４を設けることにより、青色用光電変換層Ｂに入射する青色光の純度を向上させることができる。このため、青色信号のＳ／Ｎ比を改善しつつ、青色の色再現性を向上させることができる。
【００４０】
（第４実施形態）
図９は、第４実施形態に係る固体撮像装置の画素セルの構成例を示す断面図である。図１０（ａ）は、図９のマイクロレンズの構成例を示す平面図、図１０（ｂ）は、図９のカラーフィルタの構成例を示す平面図、図１０（ｃ）は、図９の第３の濃度分布層の構成例を示す平面図、図１０（ｄ）は、図９の第１の濃度分布層の構成例を示す平面図である。なお、この第４実施形態では、裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサを例にとった。
【００４１】
図９および図１０（ａ）〜図１０（ｄ）において、半導体層ＳＢ３には、表面側から裏面側に向かって第１の濃度分布層Ｌ１、第２の濃度分布層Ｌ２および第３の濃度分布層Ｌ３が順次形成されている。そして、半導体層ＳＢ３には、赤色用光電変換層Ｒ、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂおよび青色用光電変換層Ｂが形成されている。
【００４２】
ここで、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂは、赤色用光電変換層Ｒおよび青色用光電変換層Ｂと深さ方向に重ならないように配置されている。青色用光電変換層Ｂは、赤色用光電変換層Ｒと少なくとも一部が深さ方向に重なるようにして配置されている。また、青色用光電変換層Ｂおよび緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂは、半導体層ＳＢ３の表面側よりも裏面側の面積が大きくなるように構成されている。
【００４３】
具体的には、青色用光電変換層Ｂには、不純物拡散層ＨＢ３１〜ＨＢ３３が設けられている。そして、不純物拡散層ＨＢ３１〜ＨＢ３３は、第１の濃度分布層Ｌ１、第２の濃度分布層Ｌ２および第３の濃度分布層Ｌ３にそれぞれ配置されている。ここで、不純物拡散層ＨＢ３３は、不純物拡散層ＨＢ３１よりも面積が大きくなっている。なお、不純物拡散層ＨＢ３２は、不純物拡散層ＨＢ３１と面積が等しくなるようにすることができる。また、不純物拡散層ＨＢ３３は対角方向に隣接する２画素分に渡って一体的に配置することができる。
【００４４】
緑色用光電変換層Ｇｒには、不純物拡散層ＨＧ３１〜ＨＧ３３が設けられている。そして、不純物拡散層ＨＧ３１〜ＨＧ３３は、第１の濃度分布層Ｌ１、第２の濃度分布層Ｌ２および第３の濃度分布層Ｌ３にそれぞれ配置されている。ここで、不純物拡散層ＨＧ３３は、不純物拡散層ＨＧ３１よりも面積が大きくなっている。なお、不純物拡散層ＨＧ３２は、不純物拡散層ＨＧ３３と面積が等しくなるようにすることができる。
【００４５】
赤色用光電変換層Ｒには、不純物拡散層ＨＲ３１が設けられている。そして、不純物拡散層ＨＲ３１は、第１の濃度分布層Ｌ１に配置されている。また、不純物拡散層ＨＲ３１は、不純物拡散層ＨＢ３３と少なくとも一部が深さ方向に重なるように配置されている。また、不純物拡散層ＨＲ３１は対角方向に隣接する２画素分に渡って一体的に配置することができる。
【００４６】
また、不純物拡散層ＨＢ３１、ＨＲ３１、ＨＧ３１上にはピンニング層ＨＢ３０、ＨＲ３０、ＨＧ３０がそれぞれ積層されている。半導体層ＳＢ３の裏面にはピンニング層ＨＡ３が形成されている。
【００４７】
また、半導体層ＳＢ３の表面側において、赤色用光電変換層Ｒ、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂおよび青色用光電変換層Ｂの隙間には、フローティングディフュージョンＦＤ３１、ＦＤ３２、ＦＤ３３が形成されている。
【００４８】
また、半導体層ＳＢ３上において、青色用光電変換層ＢとフローティングディフュージョンＦＤ３１との間にはゲート電極Ｇｂ３が配置され、赤色用光電変換層ＲとフローティングディフュージョンＦＤ３２との間にはゲート電極Ｇｒ３が配置され、緑色用光電変換層ＧｒとフローティングディフュージョンＦＤ３３との間にはゲート電極Ｇｇ３が配置されている。
【００４９】
半導体層ＳＢ３の裏面側には、グリーンフィルタＦ３１およびマゼンタフィルタＦ３２が形成されている。ここで、グリーンフィルタＦ３１は、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂに対応して配置されている。マゼンタフィルタＦ３２は、青色用光電変換層Ｂおよび赤色用光電変換層Ｒに対応して配置されている。
【００５０】
また、グリーンフィルタＦ３１上にはマイクロレンズＺ３１が配置されている。マゼンタフィルタＦ３２上にはマイクロレンズＺ３２が配置されている。この時、マイクロレンズＺ３１はマイクロレンズＺ３２よりも集光面積を広くすることができる。例えば、マイクロレンズＺ３１はグリーンフィルタＦ３１よりも大きなサイズに設定し、マイクロレンズＺ３２はマゼンタフィルタＦ３２よりも小さなサイズに設定することができる。すなわち、マイクロレンズＺ３１はマイクロレンズＺ３２のサイズが小さくなった分だけマゼンタフィルタＦ３２上にはみ出すことができる。また、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂに対しマイクロレンズＺ３１のサイズを互いに等しくすることができる。各マゼンタフィルタＦ３２上にマイクロレンズＺ３２を個別に配置し、マイクロレンズＺ３２のサイズを互いに等しくすることができる。
【００５１】
また、マイクロレンズＺ３２のサイズが小さくなった分に対応して不純物拡散層ＨＲ３１を四角から長方形とすることで幅を小さくすることができる。ここで、不純物拡散層ＨＲ３１の幅を小さくすることにより、フローティングディフュージョンＦＤ３１〜ＦＤ３３およびゲート電極Ｇｂ３、Ｇｇ３、Ｇｒ３のレイアウト設計の自由度を向上させることができる。
【００５２】
そして、マイクロレンズＺ３１にて集光された光はグリーンフィルタＦ３１に入射することで緑色光が抽出され、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂに入射する。そして、例えば、緑色用光電変換層Ｇｒにおいて緑色光が光電変換されることで電荷ｅｇが生成される。
【００５３】
一方、マイクロレンズＺ３２にて集光された光はマゼンタフィルタＦ３２に入射することで青色光および赤色光が抽出され、青色用光電変換層Ｂおよび赤色用光電変換層Ｒに入射する。そして、青色用光電変換層Ｂにおいて青色光が光電変換されることで電荷ｅｂが生成され、青色用光電変換層Ｂに蓄積される。また、赤色用光電変換層Ｒにおいて赤色光が光電変換されることで電荷ｅｒが生成され、赤色用光電変換層Ｒに蓄積される。
【００５４】
ここで、マイクロレンズＺ３１はマイクロレンズＺ３２よりも集光面積を広くすることにより、緑色用画素ｇの感度を向上させることができる。また、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂに対しマイクロレンズＺ３１のサイズを互いに等しくすることにより、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂ間での感度差を低減することができる。
【００５５】
（第５実施形態）
図１１は、第５実施形態に係る固体撮像装置の画素セルの構成例を示す断面図である。図１２（ａ）は、図１１のマイクロレンズの構成例を示す平面図、図１２（ｂ）は、図１１の第１の濃度分布層の構成例を示す平面図、図１２（ｃ）は、図１１の第２の濃度分布層の構成例を示す平面図、図１２（ｄ）は、図１１の第４の濃度分布層の構成例を示す平面図である。なお、この第５実施形態では、裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサを例にとった。
【００５６】
図１１および図１２（ａ）〜図１２（ｄ）において、半導体層ＳＢ４には、表面側から裏面側に向かって第１の濃度分布層Ｌ１、第２の濃度分布層Ｌ２、第３の濃度分布層Ｌ３および第４の濃度分布層Ｌ４が順次形成されている。そして、半導体層ＳＢ４には、赤色用光電変換層Ｒ、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂおよび青色用光電変換層Ｂが形成されている。
【００５７】
ここで、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂは、赤色用光電変換層Ｒおよび青色用光電変換層Ｂと深さ方向に重ならないように配置されている。青色用光電変換層Ｂは、赤色用光電変換層Ｒと少なくとも一部が深さ方向に重なるようにして配置されている。また、青色用光電変換層Ｂ、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂおよび赤色用光電変換層Ｒは、半導体層ＳＢ４の表面側よりも裏面側の面積が大きくなるように構成されている。
【００５８】
具体的には、青色用光電変換層Ｂには、不純物拡散層ＨＢ４１〜ＨＢ４４が設けられている。そして、不純物拡散層ＨＢ４１〜ＨＢ４４は、第１の濃度分布層Ｌ１、第２の濃度分布層Ｌ２、第３の濃度分布層Ｌ３および第４の濃度分布層Ｌ４にそれぞれ配置されている。ここで、不純物拡散層ＨＢ４４は、不純物拡散層ＨＢ４１よりも面積が大きくなっている。なお、不純物拡散層ＨＢ４２、ＨＢ４３は、不純物拡散層ＨＢ４１と面積が等しくなるようにすることができる。また、不純物拡散層ＨＢ４４は対角方向に隣接する２画素分に渡って一体的に配置することができる。
【００５９】
緑色用光電変換層Ｇｒには、不純物拡散層ＨＧ４１〜ＨＧ４４が設けられている。そして、不純物拡散層ＨＧ４１〜ＨＧ４４は、第１の濃度分布層Ｌ１、第２の濃度分布層Ｌ２、第３の濃度分布層Ｌ３および第４の濃度分布層Ｌ４にそれぞれ配置されている。ここで、不純物拡散層ＨＧ４４は、不純物拡散層ＨＧ４１よりも面積が大きくなっている。なお、不純物拡散層ＨＧ４３は、不純物拡散層ＨＧ４４と面積が等しくなるようにすることができる。不純物拡散層ＨＧ４２は、不純物拡散層ＨＧ４１と面積が等しくなるようにすることができる。
【００６０】
赤色用光電変換層Ｒには、不純物拡散層ＨＲ４１、ＨＲ４２が設けられている。そして、不純物拡散層ＨＲ４１、ＨＲ４２は、第１の濃度分布層Ｌ１および第２の濃度分布層Ｌ２にそれぞれ配置されている。また、不純物拡散層ＨＲ４２は、不純物拡散層ＨＢ４４と少なくとも一部が深さ方向に重なるように配置されている。また、不純物拡散層ＨＲ４２は対角方向に隣接する２画素分に渡って一体的に配置することができる。
【００６１】
なお、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂ間のレイアウトの対称性を確保しつつ、第１の濃度分布層Ｌ１における不純物拡散層ＨＢ４１の面積を小さくするには、不純物拡散層ＨＢ４１は、図１２（ｂ）に示すように、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂの不純物拡散層ＨＧ４１間に配置するのが好ましく、不純物拡散層ＨＲ４１に対して偏って配置することができる。
【００６２】
また、不純物拡散層ＨＢ４１、ＨＲ４１、ＨＧ４１上にはピンニング層ＨＢ４０、ＨＲ４０、ＨＧ４０がそれぞれ積層されている。半導体層ＳＢ４の裏面にはピンニング層ＨＡ４が形成されている。
【００６３】
また、半導体層ＳＢ４の表面側において、赤色用光電変換層Ｒ、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂおよび青色用光電変換層Ｂの隙間には、フローティングディフュージョンＦＤ４１、ＦＤ４２、ＦＤ４３が形成されている。
【００６４】
また、半導体層ＳＢ４上において、青色用光電変換層ＢとフローティングディフュージョンＦＤ４１との間にはゲート電極Ｇｂ４が配置され、赤色用光電変換層ＲとフローティングディフュージョンＦＤ４２との間にはゲート電極Ｇｒ４が配置され、緑色用光電変換層ＧｒとフローティングディフュージョンＦＤ４３との間にはゲート電極Ｇｇ４が配置されている。
【００６５】
半導体層ＳＢ４の裏面側には、グリーンフィルタＦ４１およびマゼンタフィルタＦ４２が形成されている。ここで、グリーンフィルタＦ４１は、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂに対応して配置されている。マゼンタフィルタＦ４２は、青色用光電変換層Ｂおよび赤色用光電変換層Ｒに対応して配置されている。なお、グリーンフィルタＦ４１およびマゼンタフィルタＦ４２は、図１０（ｂ）のグリーンフィルタＦ３１およびマゼンタフィルタＦ３２と同様に構成することができる。
【００６６】
また、グリーンフィルタＦ４１上にはマイクロレンズＺ４１が配置されている。マゼンタフィルタＦ４２上にはマイクロレンズＺ４２が配置されている。この時、マイクロレンズＺ４１はマイクロレンズＺ４２よりも集光面積を広くすることができる。また、赤色用光電変換層Ｒには、不純物拡散層ＨＲ４１、ＨＲ４２の２層構造とすることで不純物拡散層ＨＲ４１の幅を小さくすることができる。なお、マイクロレンズＺ４１、Ｚ４２は、図１０（ａ）のマイクロレンズＺ３１、Ｚ３２と同様に構成することができる。
【００６７】
そして、マイクロレンズＺ４１にて集光された光はグリーンフィルタＦ４１に入射することで緑色光が抽出され、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂに入射する。そして、例えば、緑色用光電変換層Ｇｒにおいて緑色光が光電変換されることで電荷ｅｇが生成される。
【００６８】
一方、マイクロレンズＺ４２にて集光された光はマゼンタフィルタＦ４２に入射することで青色光および赤色光が抽出され、青色用光電変換層Ｂおよび赤色用光電変換層Ｒに入射する。そして、青色用光電変換層Ｂにおいて青色光が光電変換されることで電荷ｅｂが生成され、青色用光電変換層Ｂに蓄積される。また、赤色用光電変換層Ｒにおいて赤色光が光電変換されることで電荷ｅｒが生成され、赤色用光電変換層Ｒに蓄積される。
【００６９】
ここで、マイクロレンズＺ４１はマイクロレンズＺ４２よりも集光面積を広くすることにより、緑色用画素ｇの感度を向上させることができる。また、濃度分布層を４層構造とし、不純物拡散層ＨＲ４２を第２の濃度分布層Ｌ２に配置することにより、赤色用光電変換層Ｒの感度を低下させることなく、第１の濃度分布層Ｌ１の不純物拡散層ＨＲ４１のサイズを小さくすることができ、図２の行選択トランジスタＴＤ１、ＴＤ２、増幅トランジスタＴＡ１、ＴＡ２、リセットトランジスタＴＳ１、ＴＳ２および読み出しトランジスタＴＢ、ＴＲ、ＴＧｒ、ＴＧｂのレイアウト設計の自由度を向上させることができる。例えば、増幅トランジスタＴＡ１、ＴＡ２のサイズを増大させることにより、１／ｆ（ＲＴＳ）ノイズを小さくすることができる。また、フローティングディフュージョンＦＤ４１、ＦＤ４２、ＦＤ４３の面積を小さくすることにより、変換ゲインを高くすることができ、後段の回路で発生するノイズを小さくすることが可能となることから、高感度化を図ることができる。
【００７０】
（第６実施形態）
図１３は、第６実施形態に係る固体撮像装置の画素セルの構成例を示す断面図である。図１４（ａ）は、図１３のＡ３―Ａ４線に沿ったポテンシャル分布を示す図、図１４（ｂ）は、図１３のＢ３―Ｂ４線に沿ったポテンシャル分布を示す図、図１４（ｃ）は、図１３のＣ３―Ｃ４線に沿ったポテンシャル分布を示す図、図１４（ｄ）は、図１３のＤ３―Ｄ４線に沿ったポテンシャル分布を示す図である。図１５（ａ）は、図１３のマイクロレンズの構成例を示す平面図、図１５（ｂ）は、図１３の第１の濃度分布層の構成例を示す平面図、図１５（ｃ）は、図１３の第３の濃度分布層の構成例を示す平面図、図１５（ｄ）は、図１３の第５の濃度分布層の構成例を示す平面図である。なお、この第６実施形態では、裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサを例にとった。
【００７１】
図１３および図１５（ａ）〜図１５（ｄ）において、半導体層ＳＢ５には、表面側から裏面側に向かって第１の濃度分布層Ｌ１、第２の濃度分布層Ｌ２、第３の濃度分布層Ｌ３、第４の濃度分布層Ｌ４および第５の濃度分布層Ｌ５が順次形成されている。そして、半導体層ＳＢ５には、赤色用光電変換層Ｒ、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂおよび青色用光電変換層Ｂが形成されている。
【００７２】
ここで、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂは、赤色用光電変換層Ｒおよび青色用光電変換層Ｂと深さ方向に重ならないように配置されている。青色用光電変換層Ｂは、赤色用光電変換層Ｒと少なくとも一部が深さ方向に重なるようにして配置されている。また、青色用光電変換層Ｂ、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂおよび赤色用光電変換層Ｒは、半導体層ＳＢ５の表面側よりも裏面側の面積が大きくなるように構成されている。
【００７３】
具体的には、青色用光電変換層Ｂには、不純物拡散層ＨＢ５１〜ＨＢ５５が設けられている。そして、不純物拡散層ＨＢ５１〜ＨＢ５５は、第１の濃度分布層Ｌ１、第２の濃度分布層Ｌ２、第３の濃度分布層Ｌ３、第４の濃度分布層Ｌ４および第５の濃度分布層Ｌ５にそれぞれ配置されている。ここで、不純物拡散層ＨＢ５５は、不純物拡散層ＨＢ５１よりも面積が大きくなっている。なお、不純物拡散層ＨＢ５２、ＨＢ５３、ＨＢ５４は、不純物拡散層ＨＢ５１よりも面積を小さくすることができる。また、不純物拡散層ＨＢ５５は対角方向に隣接する２画素分に渡って一体的に配置することができる。
【００７４】
緑色用光電変換層Ｇｒには、不純物拡散層ＨＧ５１〜ＨＧ５５が設けられている。そして、不純物拡散層ＨＧ５１〜ＨＧ５５は、第１の濃度分布層Ｌ１、第２の濃度分布層Ｌ２、第３の濃度分布層Ｌ３、第４の濃度分布層Ｌ４および第５の濃度分布層Ｌ５にそれぞれ配置されている。ここで、不純物拡散層ＨＧ５４は、不純物拡散層ＨＧ５１よりも面積が大きくなっている。なお、不純物拡散層ＨＧ５３、ＨＧ５５は、不純物拡散層ＨＧ５４と面積が等しくなるようにすることができる。不純物拡散層ＨＧ５２は、不純物拡散層ＨＧ５１と面積が等しくなるようにすることができる。
【００７５】
赤色用光電変換層Ｒには、不純物拡散層ＨＲ５１〜ＨＲ５３が設けられている。そして、不純物拡散層ＨＲ５１〜ＨＲ５３は、第１の濃度分布層Ｌ１、第２の濃度分布層Ｌ２および第３の濃度分布層Ｌ３にそれぞれ配置されている。また、不純物拡散層ＨＲ５３は、不純物拡散層ＨＢ５１、ＨＢ５５と少なくとも一部が深さ方向に重なるように配置されている。また、不純物拡散層ＨＲ５３は対角方向に隣接する２画素分に渡って一体的に配置することができる。
【００７６】
ここで、図１５（ｂ）に示すように、不純物拡散層ＨＢ５１は、緑色用光電変換層Ｇｂの不純物拡散層ＨＧ５１間に配置することができ、図１２（ｂ）の不純物拡散層ＨＢ４１のレイアウト方法に比べて、不純物拡散層ＨＲ５１に対する配置の偏りを低減することができる。
【００７７】
また、不純物拡散層ＨＢ５１、ＨＲ５１、ＨＧ５１上にはピンニング層ＨＢ５０、ＨＲ５０、ＨＧ５０がそれぞれ積層されている。半導体層ＳＢ５の裏面にはピンニング層ＨＡ５が形成されている。
【００７８】
ここで、図１４（ａ）に示すように、不純物拡散層ＨＢ５１〜ＨＢ５５の積層部では、不純物拡散層ＨＢ５５で発生した電荷ｅｂが不純物拡散層ＨＢ５１に移動できるように、不純物拡散層ＨＢ５５から不純物拡散層ＨＢ５１に向かってポテンシャルの下り勾配を持たせることができる。また、図１４（ｂ）に示すように、不純物拡散層ＨＢ５１、ＨＲ５３、ＨＢ５５の積層部では、不純物拡散層ＨＲ５３で発生した電荷ｅｒと不純物拡散層ＨＢ５５で発生した電荷ｅｂが混ざらないようにするために、不純物拡散層ＨＲ５３、ＨＢ５５間および不純物拡散層ＨＲ５３、ＨＢ５１間にポテンシャルの山を持たせることができる。また、図１４（ｃ）に示すように、不純物拡散層ＨＲ５１〜ＨＲ５３、ＨＢ５５の積層部では、不純物拡散層ＨＲ５３で発生した電荷ｅｒと不純物拡散層ＨＢ５５で発生した電荷ｅｂが混ざらないようにするために、不純物拡散層ＨＲ５３、ＨＢ５５間にポテンシャルの山を持たせることができる。また、図１４（ｄ）に示すように、不純物拡散層ＨＧ５１〜ＨＧ５５の積層部では、不純物拡散層ＨＧ５３〜ＨＧ５５で発生した電荷ｅｇが不純物拡散層ＨＧ５１に移動できるように、不純物拡散層ＨＧ５５から不純物拡散層ＨＧ５１に向かってポテンシャルの下り勾配を持たせることができる。
【００７９】
また、半導体層ＳＢ５の表面側において、赤色用光電変換層Ｒ、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂおよび青色用光電変換層Ｂの隙間には、フローティングディフュージョンＦＤ５１、ＦＤ５２、ＦＤ５３が形成されている。
【００８０】
また、半導体層ＳＢ５上において、青色用光電変換層ＢとフローティングディフュージョンＦＤ５１との間にはゲート電極Ｇｂ５が配置され、赤色用光電変換層ＲとフローティングディフュージョンＦＤ５２との間にはゲート電極Ｇｒ５が配置され、緑色用光電変換層ＧｒとフローティングディフュージョンＦＤ５３との間にはゲート電極Ｇｇ５が配置されている。
【００８１】
半導体層ＳＢ５の裏面側には、グリーンフィルタＦ５１およびマゼンタフィルタＦ５２が形成されている。ここで、グリーンフィルタＦ５１は、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂに対応して配置されている。マゼンタフィルタＦ５２は、青色用光電変換層Ｂおよび赤色用光電変換層Ｒに対応して配置されている。なお、グリーンフィルタＦ５１およびマゼンタフィルタＦ５２は、図１０（ｂ）のグリーンフィルタＦ３１およびマゼンタフィルタＦ３２と同様に構成することができる。
【００８２】
また、グリーンフィルタＦ５１上にはマイクロレンズＺ５１が配置されている。マゼンタフィルタＦ５２上にはマイクロレンズＺ５２が配置されている。この時、マイクロレンズＺ５１はマイクロレンズＺ５２よりも集光面積を広くすることができる。また、マイクロレンズＺ５２の集光面積が小さくなった分に対応して不純物拡散層ＨＲ５１の幅を小さくすることができる。なお、マイクロレンズＺ５１、Ｚ５２は、図１０（ａ）のマイクロレンズＺ３１、Ｚ３２と同様に構成することができる。
【００８３】
そして、マイクロレンズＺ５１にて集光された光はグリーンフィルタＦ５１に入射することで緑色光が抽出され、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂに入射する。そして、例えば、緑色用光電変換層Ｇｒにおいて緑色光が光電変換されることで電荷ｅｇが生成される。
【００８４】
一方、マイクロレンズＺ５２にて集光された光はマゼンタフィルタＦ５２に入射することで青色光および赤色光が抽出され、青色用光電変換層Ｂおよび赤色用光電変換層Ｒに入射する。そして、青色用光電変換層Ｂにおいて青色光が光電変換されることで電荷ｅｂが生成され、青色用光電変換層Ｂに蓄積される。また、赤色用光電変換層Ｒにおいて赤色光が光電変換されることで電荷ｅｒが生成され、赤色用光電変換層Ｒに蓄積される。
【００８５】
ここで、マイクロレンズＺ５１はマイクロレンズＺ５２よりも集光面積を広くすることにより、緑色用画素ｇの感度を向上させることができる。また、濃度分布層を５層構造とし、不純物拡散層ＨＲ５３上下に不純物拡散層ＨＢ５１、ＨＢ５５をそれぞれ配置することにより、赤色用光電変換層Ｒの感度を低下させることなく、第１の濃度分布層Ｌ１の不純物拡散層ＨＲ５１のサイズを小さくすることが可能となるとともに、不純物拡散層ＨＢ５１の配置の偏りを低減させることができる。このため、図２の行選択トランジスタＴＤ１、ＴＤ２、増幅トランジスタＴＡ１、ＴＡ２、リセットトランジスタＴＳ１、ＴＳ２および読み出しトランジスタＴＢ、ＴＲ、ＴＧｒ、ＴＧｂのレイアウト面積を増大させつつ、配置の対称性を向上させることができ、レイアウト設計の自由度を向上させることができる。例えば、増幅トランジスタＴＡ１、ＴＡ２のサイズを増大させることにより、１／ｆ（ＲＴＳ）ノイズを小さくすることができる。また、ＦＤ５１、ＦＤ５２、ＦＤ５３の面積を小さくすることにより、変換ゲインを高くすることができ、後段の回路で発生するノイズを小さくすることが可能となることから、高感度化を図ることができる。
【００８６】
（第７実施形態）
図１６は、第７実施形態に係る固体撮像装置の画素セルの構成例を示す断面図である。図１７（ａ）は、図１６の第１の濃度分布層の構成例を示す平面図、図１７（ｂ）は、図１６の第２の濃度分布層の構成例を示す平面図、図１７（ｃ）は、図１６の第４の濃度分布層の構成例を示す平面図、図１７（ｄ）は、図１６の第６の濃度分布層の構成例を示す平面図である。なお、この第７実施形態では、裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサを例にとった。
【００８７】
図１６および図１７（ａ）〜図１７（ｄ）において、半導体層ＳＢ６には、表面側から裏面側に向かって第１の濃度分布層Ｌ１、第２の濃度分布層Ｌ２、第３の濃度分布層Ｌ３、第４の濃度分布層Ｌ４、第５の濃度分布層Ｌ５および第６の濃度分布層Ｌ６が順次形成されている。そして、半導体層ＳＢ６には、赤色用光電変換層Ｒ、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂおよび青色用光電変換層Ｂが形成されている。
【００８８】
ここで、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂは、赤色用光電変換層Ｒおよび青色用光電変換層Ｂと深さ方向に重ならないように配置されている。青色用光電変換層Ｂは、赤色用光電変換層Ｒと少なくとも一部が深さ方向に重なるようにして配置されている。また、青色用光電変換層Ｂ、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂおよび赤色用光電変換層Ｒは、半導体層ＳＢ６の表面側よりも裏面側の面積が大きくなるように構成されている。
【００８９】
具体的には、青色用光電変換層Ｂには、不純物拡散層ＨＢ６１〜ＨＢ６６が設けられている。そして、不純物拡散層ＨＢ６１〜ＨＢ６６は、第１の濃度分布層Ｌ１、第２の濃度分布層Ｌ２、第３の濃度分布層Ｌ３、第４の濃度分布層Ｌ４、第５の濃度分布層Ｌ５および第６の濃度分布層Ｌ６にそれぞれ配置されている。ここで、不純物拡散層ＨＢ６６は、不純物拡散層ＨＢ６１よりも面積が大きくなっている。なお、不純物拡散層ＨＢ６２〜ＨＢ６５は、不純物拡散層ＨＢ６６よりも面積を小さくすることができる。また、不純物拡散層ＨＢ６６は対角方向に隣接する２画素分に渡って一体的に配置することができる。
【００９０】
緑色用光電変換層Ｇｒには、不純物拡散層ＨＧ６１〜ＨＧ６６が設けられている。そして、不純物拡散層ＨＧ６１〜ＨＧ６６は、第１の濃度分布層Ｌ１、第２の濃度分布層Ｌ２、第３の濃度分布層Ｌ３、第４の濃度分布層Ｌ４、第５の濃度分布層Ｌ５および第６の濃度分布層Ｌ６にそれぞれ配置されている。ここで、不純物拡散層ＨＧ６５は、不純物拡散層ＨＧ６１よりも面積が大きくなっている。なお、不純物拡散層ＨＧ６６、ＨＧ６４は、不純物拡散層ＨＧ６５と面積が等しくなるようにすることができる。不純物拡散層ＨＧ６２、ＨＧ６３は、不純物拡散層ＨＧ６１と面積が等しくなるようにすることができる。
【００９１】
赤色用光電変換層Ｒには、不純物拡散層ＨＲ６１〜ＨＲ６４が設けられている。そして、不純物拡散層ＨＲ６１〜ＨＲ６４は、第１の濃度分布層Ｌ１、第２の濃度分布層Ｌ２、第３の濃度分布層Ｌ３および第４の濃度分布層Ｌ４にそれぞれ配置されている。また、不純物拡散層ＨＲ６４は、不純物拡散層ＨＢ６２、ＨＢ６６と少なくとも一部が深さ方向に重なるように配置されている。また、不純物拡散層ＨＲ６４は対角方向に隣接する２画素分に渡って一体的に配置することができる。
【００９２】
ここで、図１７（ａ）に示すように、不純物拡散層ＨＢ６１は、緑色用光電変換層Ｇｂの不純物拡散層ＨＧ６１間に配置することが可能となるとともに、不純物拡散層ＨＢ６１、ＨＧ６１、ＨＲ６１の形状および面積を等しくすることができる。このため、図１５（ｂ）の不純物拡散層ＨＢ５１、ＨＧ５１、ＨＲ５１のレイアウト方法に比べて、不純物拡散層ＨＢ６１、ＨＧ６１、ＨＲ６１のレイアウトの均等性を向上させることができる。
【００９３】
また、不純物拡散層ＨＢ６１、ＨＲ６１、ＨＧ６１上にはピンニング層ＨＢ６０、ＨＲ６０、ＨＧ６０がそれぞれ積層されている。半導体層ＳＢ６の裏面にはピンニング層ＨＡ６が形成されている。
【００９４】
また、半導体層ＳＢ６の表面側において、赤色用光電変換層Ｒ、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂおよび青色用光電変換層Ｂの隙間には、フローティングディフュージョンＦＤ６１、ＦＤ６２、ＦＤ６３が形成されている。
【００９５】
また、半導体層ＳＢ６上において、青色用光電変換層ＢとフローティングディフュージョンＦＤ６１との間にはゲート電極Ｇｂ６が配置され、赤色用光電変換層ＲとフローティングディフュージョンＦＤ６２との間にはゲート電極Ｇｒ６が配置され、緑色用光電変換層ＧｒとフローティングディフュージョンＦＤ６３との間にはゲート電極Ｇｇ６が配置されている。
【００９６】
半導体層ＳＢ６の裏面側には、グリーンフィルタＦ６１およびマゼンタフィルタＦ６２が形成されている。ここで、グリーンフィルタＦ６１は、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂに対応して配置されている。マゼンタフィルタＦ６２は、青色用光電変換層Ｂおよび赤色用光電変換層Ｒに対応して配置されている。なお、グリーンフィルタＦ６１およびマゼンタフィルタＦ６２は、図１０（ｂ）のグリーンフィルタＦ３１およびマゼンタフィルタＦ３２と同様に構成することができる。
【００９７】
また、グリーンフィルタＦ６１上にはマイクロレンズＺ６１が配置されている。マゼンタフィルタＦ６２上にはマイクロレンズＺ６２が配置されている。この時、マイクロレンズＺ６１はマイクロレンズＺ６２よりも集光面積を広くすることができる。また、マイクロレンズＺ６２の集光面積が小さくなった分に対応して不純物拡散層ＨＲ６１の幅を小さくすることができる。なお、マイクロレンズＺ６１、Ｚ６２は、図１０（ａ）のマイクロレンズＺ３１、Ｚ３２と同様に構成することができる。
【００９８】
そして、マイクロレンズＺ６１にて集光された光はグリーンフィルタＦ６１に入射することで緑色光が抽出され、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂに入射する。そして、例えば、緑色用光電変換層Ｇｒにおいて緑色光が光電変換されることで電荷ｅｇが生成される。
【００９９】
一方、マイクロレンズＺ６２にて集光された光はマゼンタフィルタＦ６２に入射することで青色光および赤色光が抽出され、青色用光電変換層Ｂおよび赤色用光電変換層Ｒに入射する。そして、青色用光電変換層Ｂにおいて青色光が光電変換されることで電荷ｅｂが生成され、青色用光電変換層Ｂに蓄積される。また、赤色用光電変換層Ｒにおいて赤色光が光電変換されることで電荷ｅｒが生成され、赤色用光電変換層Ｒに蓄積される。
【０１００】
ここで、マイクロレンズＺ６１はマイクロレンズＺ６２よりも集光面積を広くすることにより、緑色用画素ｇの感度を向上させることができる。また、濃度分布層を６構造とし、不純物拡散層ＨＲ６４上下に不純物拡散層ＨＢ６２、ＨＢ６６をそれぞれ配置することにより、赤色用光電変換層Ｒの感度を低下させることなく、第１の濃度分布層Ｌ１の不純物拡散層ＨＲ６１、ＨＢ６１のサイズを小さくすることが可能となるとともに、不純物拡散層ＨＢ６１の配置の偏りをなくすことができる。このため、図２の行選択トランジスタＴＤ１、ＴＤ２、増幅トランジスタＴＡ１、ＴＡ２、リセットトランジスタＴＳ１、ＴＳ２および読み出しトランジスタＴＢ、ＴＲ、ＴＧｒ、ＴＧｂのレイアウト面積を増大させつつ、配置の対称性を確保することができ、レイアウト設計の自由度を向上させることができる。例えば、増幅トランジスタＴＡ１、ＴＡ２のサイズを増大させることにより、１／ｆ（ＲＴＳ）ノイズを小さくすることができる。また、フローティングディフュージョンＦＤ６１、ＦＤ６２、ＦＤ６３の面積を小さくすることにより、変換ゲインを高くすることができ、後段の回路で発生するノイズを小さくすることが可能となることから、高感度化を図ることができる。
【０１０１】
なお、上述した第４実施形態から第７実施形態では、図１０（ａ）のマイクロレンズおよび図１０（ｂ）のフィルタ構造を用いる方法について説明したが、図５（ａ）のマイクロレンズＺ１、Ｚ２を用いるようにしてもよいし、図６（ａ）のマイクロレンズＺ１１、Ｚ１２を用いるようにしてもよいし、図６（ｂ）のフィルタ構造を用いるようにしてもよいし、図８（ｂ）のフィルタ構造を用いるようにしてもよい。
【０１０２】
（第８実施形態）
図１８は、第８実施形態に係る固体撮像装置の画素セルの構成例を示す断面図である。図１９（ａ）は、図１８のマイクロレンズの構成例を示す平面図、図１９（ｂ）は、図１８のカラーフィルタの構成例を示す平面図、図１９（ｃ）は、図１８の第３の濃度分布層の構成例を示す平面図、図１９（ｄ）は、図１８の第１の濃度分布層の構成例を示す平面図である。なお、この第８実施形態では、表面照射型ＣＭＯＳイメージセンサを例にとった。
【０１０３】
図１８および図１９（ａ）〜図１９（ｄ）において、半導体層ＳＢ７には、表面側から裏面側に向かって第１の濃度分布層Ｌ１、第２の濃度分布層Ｌ２および第３の濃度分布層Ｌ３が順次形成されている。そして、半導体層ＳＢ７には、赤色用光電変換層Ｒ、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂおよび青色用光電変換層Ｂが形成されている。
【０１０４】
ここで、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂは、赤色用光電変換層Ｒおよび青色用光電変換層Ｂと深さ方向に重ならないように配置されている。青色用光電変換層Ｂは、赤色用光電変換層Ｒと少なくとも一部が深さ方向に重なるようにして配置されている。また、青色用光電変換層Ｂおよび緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂは、半導体層ＳＢ７の表面側よりも裏面側の面積が大きくなるように構成されている。
【０１０５】
具体的には、青色用光電変換層Ｂには、不純物拡散層ＨＢ７１が設けられている。そして、不純物拡散層ＨＢ７１は、第１の濃度分布層Ｌ１に配置されている。
【０１０６】
緑色用光電変換層Ｇｒには、不純物拡散層ＨＧ７１〜ＨＧ７３が設けられている。そして、不純物拡散層ＨＧ７１〜ＨＧ７３は、第１の濃度分布層Ｌ１、第２の濃度分布層Ｌ２および第３の濃度分布層Ｌ３にそれぞれ配置されている。ここで、不純物拡散層ＨＧ７３は、不純物拡散層ＨＧ７１よりも面積が大きくなっている。なお、不純物拡散層ＨＧ７２は、不純物拡散層ＨＧ７３と面積が等しくなるようにすることができる。
【０１０７】
赤色用光電変換層Ｒには、不純物拡散層ＨＲ７１〜ＨＲ７３が設けられている。そして、不純物拡散層ＨＲ７１〜ＨＲ７３は、第１の濃度分布層Ｌ１、第２の濃度分布層Ｌ２および第３の濃度分布層Ｌ３にそれぞれ配置されている。また、不純物拡散層ＨＲ７３は、不純物拡散層ＨＢ７１と少なくとも一部が深さ方向に重なるように配置されている。ここで、不純物拡散層ＨＲ７３は、不純物拡散層ＨＲ７１よりも面積が大きくなっている。なお、不純物拡散層ＨＲ７２は、不純物拡散層ＨＲ７３より面積を小さくすることができる。
【０１０８】
また、不純物拡散層ＨＢ７１、ＨＲ７１、ＨＧ７１上にはピンニング層ＨＢ７０、ＨＲ７０、ＨＧ７０がそれぞれ積層されている。また、半導体層ＳＢ７の表面側において、赤色用光電変換層Ｒ、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂおよび青色用光電変換層Ｂの隙間には、フローティングディフュージョンＦＤ７１、ＦＤ７２、ＦＤ７３が形成されている。
【０１０９】
また、半導体層ＳＢ７上において、青色用光電変換層ＢとフローティングディフュージョンＦＤ７１との間にはゲート電極Ｇｂ７が配置され、赤色用光電変換層ＲとフローティングディフュージョンＦＤ７２との間にはゲート電極Ｇｒ７が配置され、緑色用光電変換層ＧｒとフローティングディフュージョンＦＤ７３との間にはゲート電極Ｇｇ７が配置されている。さらに、ゲート電極Ｇｂ７、Ｇｇ７、Ｇｒ７上には配線層Ｈ７が形成されている。なお、配線層Ｈ７には、図２の行選択トランジスタＴＤ１、ＴＤ２、増幅トランジスタＴＡ１、ＴＡ２、リセットトランジスタＴＳ１、ＴＳ２および読み出しトランジスタＴＢ、ＴＲ、ＴＧｒ、ＴＧｂに用いられる配線を形成することができる。
【０１１０】
配線層Ｈ７上には、グリーンフィルタＦ７１、Ｆ７３およびマゼンタフィルタＦ７２が形成されている。ここで、グリーンフィルタＦ７１、Ｆ７３は、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂに対応して配置されている。マゼンタフィルタＦ７２は、青色用光電変換層Ｂおよび赤色用光電変換層Ｒに対応して配置されている。
【０１１１】
また、グリーンフィルタＦ７１、Ｆ７３上にはマイクロレンズＺ７１が配置されている。マゼンタフィルタＦ７２上にはマイクロレンズＺ７２が配置されている。この時、マイクロレンズＺ７１はマイクロレンズＺ７２よりも集光面積を広くすることができる。
【０１１２】
そして、マイクロレンズＺ７１にて集光された光はグリーンフィルタＦ７１、Ｆ７３に入射することで緑色光が抽出され、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂに入射する。そして、例えば、緑色用光電変換層Ｇｒにおいて緑色光が光電変換されることで電荷ｅｇが生成される。
【０１１３】
一方、マイクロレンズＺ７２にて集光された光はマゼンタフィルタＦ７２に入射することで青色光および赤色光が抽出され、青色用光電変換層Ｂおよび赤色用光電変換層Ｒに入射する。そして、青色用光電変換層Ｂにおいて青色光が光電変換されることで電荷ｅｂが生成され、青色用光電変換層Ｂに蓄積される。また、赤色用光電変換層Ｒにおいて赤色光が光電変換されることで電荷ｅｒが生成され、赤色用光電変換層Ｒに蓄積される。
【０１１４】
ここで、マイクロレンズＺ７１はマイクロレンズＺ７２よりも集光面積を広くすることにより、緑色用画素ｇの感度を向上させることができ、輝度信号ＹのＳ／Ｎ比を向上させることができる。また、青色用光電変換層Ｂと赤色用光電変換層Ｒとを深さ方向に重ねるとともに、緑色用光電変換層Ｇｒ、Ｇｂが青色用光電変換層Ｂおよび赤色用光電変換層Ｒと重ならないようにすることにより、青色用光電変換層Ｂおよび赤色用光電変換層Ｒの受光面積を増大させつつ、青色光、緑色光および赤色光の色分離性の低下を抑制することができる。このため、青色用画素ｂおよび赤色用画素ｒの感度および飽和電荷量を向上させつつ、色再現性の低下を抑制することができる。
【０１１５】
（第９実施形態）
図２０（ａ）および図２０（ｂ）は、第９実施形態に係る固体撮像装置に適用されるマゼンタフィルタの分光特性を示す図である。
図２０（ａ）において、このマゼンタフィルタでは、青色光と赤色光がほぼ等しく透過するように分光特性が設定される。
一方、図２０（ｂ）において、このマゼンタフィルタでは、青色光に対して赤色光の透過率のピークが低下されている。なお、赤色光の透過率は、青色光の透過率に対してピークが４０％〜８０％に低下されることが好ましい。
【０１１６】
図１０（ｂ）のフィルタ構造を用いる場合、緑色用光電変換層Ｇｒと同一行のマゼンタフィルタＦ３２は、図２０（ａ）の分光特性を持たせ、緑色用光電変換層Ｇｂと同一行のマゼンタフィルタＦ３２は、図２０（ｂ）の分光特性を持たせるようにしてもよい。これにより、図８（ｂ）のブルーフィルタＦ４を用いることなく、青色用光電変換層Ｂに入射する青色光の純度を向上させることができ、青色信号のＳ／Ｎ比を改善しつつ、青色の色再現性を向上させることができる。
【０１１７】
本発明の実施形態では、色フィルタのサイズは単画素に対して全て同じサイズとしたが、マイクロレンズの大きさに合わせて色フィルタサイズを変更することができる。また、グリーンのマイクロレンズを大きくすることで、輝度信号のS/N比を向上させるようにしたが、グリーンとマゼンタのマイクロレンズの大きさを同じにすることで、輝度と色のS/N比ともに約1.3倍に改善することができる。さらに、マゼンタのマイクロレンズの大きさをグリーンより大きくすることで、色の赤と青のS/N比を向上させることができる。また、画素配列を45度回転させたハニカム配列にも適用することができる。
【０１１８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１１９】
１  画素アレイ部、２  垂直走査回路、３  カラムＡＤＣ回路、４  水平走査回路、５  タイミング制御回路、６  基準電圧発生回路、Ｖｌｉｎ  垂直信号線、Ｈｌｉｎ  水平制御線、ＰＣ  画素、ＨＰ  ベイヤ配列部、ＴＤ１、ＴＤ２  行選択トランジスタ、ＴＡ１、ＴＡ２  増幅トランジスタ、ＴＳ１、ＴＳ２  リセットトランジスタ、ＴＢ、ＴＲ、ＴＧｒ、ＴＧｂ  読み出しトランジスタ、ＰＢ、ＰＲ、ＰＧｒ、ＰＧｂ  フォトダイオード、ＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ１１、ＦＤ１２、ＦＤ１３、ＦＤ３１〜ＦＤ７１、ＦＤ３２〜ＦＤ７２、ＦＤ３３〜ＦＤ７３  フローティングディフュージョン、ＳＢ１、ＳＢ３〜ＳＢ７  半導体層、Ｒ  赤色用光電変換層、Ｇｒ、Ｇｂ  緑色用光電変換層、Ｂ  青色用光電変換層、Ｇｂ１、Ｇｂ３〜Ｇｂ７、Ｇｒ１、Ｇｒ３〜Ｇｒ７、Ｇｇ１、Ｇｇ３〜Ｇｇ７  ゲート電極、ＨＡ１、ＨＡ３〜ＨＡ７、ＨＢ０、ＨＢ３０〜ＨＢ７０、ＨＲ０、ＨＲ３０〜ＨＲ７０、ＨＧ０、ＨＧ３０〜ＨＧ７０  ピンニング層、ＨＢ１〜ＨＢ３、ＨＢ３１〜ＨＢ３３、ＨＢ４１〜ＨＢ４４、ＨＢ５１〜ＨＢ５５、ＨＢ６１〜ＨＢ６６、ＨＢ７１、ＨＲ１、ＨＲ３１、ＨＲ４１、ＨＲ４２、ＨＲ５１〜ＨＲ５３、ＨＲ６１〜ＨＲ６４、ＨＲ７１〜ＨＲ７３、ＨＧ１〜ＨＧ３、ＨＧ３１〜ＨＧ３３、ＨＧ４１〜ＨＧ４４、ＨＧ５１〜ＨＧ５５、ＨＧ６１〜ＨＧ６６、ＨＧ７１〜ＨＧ７３  不純物拡散層、Ｆ１、Ｆ３、Ｆ３１〜Ｆ７１、Ｆ７３  グリーンフィルタ、Ｆ２、Ｆ３２〜Ｆ７２  マゼンタフィルタ、Ｆ４  ブルーフィルタ、Ｚ１、Ｚ２、Ｚ２１〜Ｚ２３、Ｚ３１、Ｚ３２、Ｚ４１、Ｚ４２、Ｚ５１、Ｚ５２、Ｚ６１、Ｚ６２、Ｚ７１、Ｚ７２  マイクロレンズ
【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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【図２０】
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