(57)【要約】      （修正有）【課題】より良好な色再現性を有する固体撮像素子および電子機器を提供する。【解決手段】同一の半導体基板２２の内部における１画素ごとに、それぞれ異なる深さに、それぞれ異なる波長域の光を光電変換する複数の光電変換領域２３Ｂ、２３Ｇ、２３Ｒが積層され、複数の光電変換領域２３Ｂ、２３Ｇ、２３Ｒのうち、半導体基板の深さ方向に隣接する光電変換領域２３Ｂおよび２３Ｇ、または２３Ｇおよび２３Ｒの間に、その光電変換領域２３Ｂおよび２３Ｇ、または２３Ｇおよび２３Ｒの間の領域における光電変換で発生した電荷を排出する排出領域２４が形成される。【選択図】図３
2013016729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の半導体基板の内部における１画素ごとに、それぞれ異なる深さに積層され、それぞれ異なる波長域の光を光電変換する複数の光電変換領域と、
複数の前記光電変換領域のうちの、前記半導体基板の深さ方向に隣接する前記光電変換領域どうしの間に形成され、その間の領域における光電変換で発生した電荷を排出する排出領域と
を備える固体撮像素子。
【請求項２】
前記排出領域は、複数の前記光電変換領域のうちの、前記半導体基板の光入射面に最も近い位置に形成された前記光電変換領域と前記光入射面との間にも形成され、その領域における光電変換で発生した電荷を排出する
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記排出領域は、複数の前記光電変換領域のうちの、前記半導体基板の光入射面から最も深い位置に形成された前記光電変換領域より深い位置にも形成され、その領域における光電変換で発生した電荷を排出する
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記光電変換領域は、第１の導電型の半導体層からなり、
複数の前記光電変換領域を絶縁分離するための第２の導電型の半導体層が、複数の前記光電変換領域どうしの間に形成され、
前記排出領域は、前記第２の導電型の半導体層の間に狭持された第１の導電型の半導体層からなり、所定の電源電圧に接続されている
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
第１および第２の波長域の光をそれぞれ光電変換する２層の前記光電変換領域が前記半導体基板の内部に積層されており、
前記半導体基板の光入射面の上側に積層された、第３の波長域の光を光電変換する光電変換部
をさらに備える請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記半導体基板の内部に積層された２層の前記光電変換領域のうちの、前記半導体基板の光入射面側となる位置に形成された前記光電変換領域が青色の波長域の光を光電変換し、その光電変換領域よりも深い位置に形成された前記光電変換領域が赤色の波長域の光を光電変換し、前記半導体基板の光入射面の上側に積層された前記光電変換部が緑色の波長域の光を光電変換する
請求項５に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記半導体基板の内部に積層された２層の前記光電変換領域の間に形成された前記排出領域が、前記光電変換部からの信号を出力する出力部に接続されている
請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記半導体基板の内部に積層された２層の前記光電変換領域のうちの、前記半導体基板の光入射面側となる位置に形成された前記光電変換領域が緑色の波長域の光を光電変換し、その光電変換領域よりも深い位置に形成された前記光電変換領域が赤色の波長域の光を光電変換し、前記半導体基板の光入射面の上側に積層された前記光電変換部が青色の波長域の光を光電変換する
請求項５に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
複数の前記光電変換領域のうちの、前記半導体基板の光入射面に最も近い位置に形成された前記光電変換領域と前記基板表面との間に形成された前記排出領域が、前記光電変換部からの信号を出力する出力部に接続されている
請求項８に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記半導体基板の内部に積層された２層の前記光電変換領域のうちの、前記半導体基板の光入射面側となる位置に形成された前記光電変換領域が青色の波長域の光を光電変換し、その光電変換領域よりも深い位置に形成された前記光電変換領域が緑色の波長域の光を光電変換し、前記半導体基板の光入射面の上側に積層された前記光電変換部が赤色の波長域の光を光電変換する
請求項５に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
複数の前記光電変換領域のうちの、前記半導体基板の光入射面から最も深い位置に形成された前記光電変換領域より深い位置に形成された前記排出領域が、前記光電変換部からの信号を出力する出力部に接続されている
請求項１０に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
複数の前記光電変換領域のうちの、前記半導体基板の光入射面から最も深い位置に形成された前記光電変換領域が赤外線の波長域の光を光電変換する
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
前記半導体基板の光入射面の上側に形成された、少なくとも一色の補色カラーフィルタ
をさらに備える請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１４】
前記補色カラーフィルタは、マゼンタフィルタである
請求項１２に記載の固体撮像素子。
【請求項１５】
同一の半導体基板の内部における１画素ごとに、それぞれ異なる深さに積層され、それぞれ異なる波長域の光を光電変換する複数の光電変換領域と、
複数の前記光電変換領域のうちの、前記半導体基板の深さ方向に隣接する前記光電変換領域どうしの間に形成され、その間の領域における光電変換で発生した電荷を排出する排出領域と
を有する固体撮像素子
を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、固体撮像素子および電子機器に関し、特に、より良好な色再現性を有することができるようにした固体撮像素子および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルスチルカメラなどの電子機器で採用されている固体撮像素子は、光電変換領域の上に形成されたカラーフィルタにより、特定波長域の光のみが光電変換領域の画素ごとに入射されるように構成されている。これにより、固体撮像素子では、カラーフィルタの色に応じた色情報を、光電変換領域の画素ごとに取得することができる。
【０００３】
カラーフィルタの色の配置には、例えば、赤、青、および緑の三原色に対応する原色カラーフィルタを市松状に配置する、いわゆるベイヤ(Bayer)配列と呼ばれる配列がある。ところで、ある画素においては、その画素の上に配置された色以外の色情報は、周辺にある他の画素から補完することによって取得することになる。このような補完を行うための演算により求められた色情報は、本来の色情報とは異なることがあるため、実際の色が正しく再現されないことがあった。
【０００４】
そこで、周辺にある他の画素からの補完を必要としない固体撮像素子として、単一の画素から異なる波長域の画像信号を出力する構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図１を参照して、単一の画素から三色の画像信号を取得することができる固体撮像素子の構成例について説明する。
【０００６】
図１には、固体撮像素子１１の断面図が示されており、固体撮像素子１１は、１画素ごとに、シリコン基板１２の内部に、光電変換領域１３Ｂ、光電変換領域１３Ｇおよび光電変換領域１３Ｒが積層されて構成される。また、固体撮像素子１１では、それらの領域の間に挿入されるようにＰ型ウェル１４が形成されている。
【０００７】
光電変換領域１３Ｂは、青色波長域の光を光電変換してＢ信号出力部から出力し、光電変換領域１３Ｇは、緑色波長域の光を光電変換してＧ信号出力部から出力し、光電変換領域１３Ｒは、赤色波長域の光を光電変換してＲ信号出力部から出力する。
【０００８】
図２は、固体撮像素子１１の分光感度特性、即ち、光電変換領域１３Ｂからの出力である青出力、光電変換領域１３Ｇからの出力である緑出力、および光電変換領域１３Ｒからの出力である赤出力についての波長に対する相対感度を示す図である。
【０００９】
図２の分光特性では、青出力、緑出力、および赤出力それぞれの分光特性はブロード（広幅）であり、固体撮像素子１１は、色の分光性能が低いことが示されている。
【００１０】
つまり、図２の分光特性に示すように、積層された光電変換領域１３Ｂ、光電変換領域１３Ｇおよび光電変換領域１３Ｒからの出力（青出力、緑出力、および赤出力）それぞれに対する分光特性に重なりが大きくなっている。例えば、波長550ｎｍでの相対感度を見ると、緑出力を得るために基板の深さ方向で見たときに、三層に積層されたうちの中央の深さに形成された光電変換領域１３Ｇからの出力と、最も深く形成された光電変換領域１３Ｒからの出力とが略同一となっている。
【００１１】
つまり、波長550ｎｍの光を入射した場合には、本来、この波長の光は緑色であり、緑出力のみが出力されることが望ましい。しかしながら、赤出力が緑出力と同じ強度で出力されることになり、本来、緑色であるはずの色情報が緑色と赤色に分離されずに画像上に色再現を行った場合には、緑色と赤色との中間である橙色に再現されてしまい、本来の色を再現することが困難になる。また、この分光特性から、本来の色再現を行うためには、複雑な信号処理が必要となってしまい、入射光の色温度が変化した場合などには、正しく色の再現をすることが困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−３０３９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述したように、従来、単一の画素から三色の画像信号を取得することができる固体撮像素子は分光特性が低く、入射光の色温度が変化した場合などにおいて、色を正確に再現することが困難であった。
【００１４】
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より良好な色再現性を有することができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本開示の一側面の固体撮像素子は、同一の半導体基板の内部における１画素ごとに、それぞれ異なる深さに積層され、それぞれ異なる波長域の光を光電変換する複数の光電変換領域と、複数の前記光電変換領域のうちの、前記半導体基板の深さ方向に隣接する前記光電変換領域どうしの間に形成され、その間の領域における光電変換で発生した電荷を排出する排出領域とを備える。
【００１６】
本開示の一側面の電子機器は、同一の半導体基板の内部における１画素ごとに、それぞれ異なる深さに積層され、それぞれ異なる波長域の光を光電変換する複数の光電変換領域と、複数の前記光電変換領域のうちの、前記半導体基板の深さ方向に隣接する前記光電変換領域どうしの間に形成され、その間の領域における光電変換で発生した電荷を排出する排出領域とを有する固体撮像素子を備える。
【００１７】
本開示の一側面においては、同一の半導体基板の内部における１画素ごとに、それぞれ異なる深さに、それぞれ異なる波長域の光を光電変換する複数の光電変換領域が積層され、複数の光電変換領域のうちの、半導体基板の深さ方向に隣接する光電変換領域どうしの間に形成される排出領域により、その間の領域における光電変換で発生した電荷が排出される。
【発明の効果】
【００１８】
本開示の一側面によれば、より良好な色再現性を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】単一の画素から三色の画像信号を取得することができる従来の固体撮像素子の構成例を示す断面図である。
【図２】従来の固体撮像素子の相対感度を示す図である。
【図３】本技術を適用した固体撮像素子の第１の実施の形態の構成例を示す断面図である。
【図４】固体撮像素子の色分離特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】固体撮像素子の第１の実施の形態についての第１の変形例の構成例を示す断面図である。
【図６】固体撮像素子の第１の実施の形態についての第２の変形例の構成例を示す断面図である。
【図７】本技術を適用した固体撮像素子の第２の実施の形態の構成例を示す断面図である。
【図８】本技術を適用した固体撮像素子の第２の実施の形態についての変形例の構成例を示す断面図である。
【図９】本技術を適用した固体撮像素子の第３の実施の形態の構成例を示す断面図である。
【図１０】本技術を適用した固体撮像素子の第３の実施の形態についての変形例の構成例を示す断面図である。
【図１１】本技術を適用した固体撮像素子の第４の実施の形態の構成例を示す断面図である。
【図１２】本技術を適用した固体撮像素子の第４の実施の形態についての変形例の構成例を示す断面図である。
【図１３】本技術を適用した固体撮像素子の第５の実施の形態の構成例を示す断面図である。
【図１４】本技術を適用した固体撮像素子の第６の実施の形態の構成例を示す断面図である。
【図１５】電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
図３は、本技術を適用した固体撮像素子の第１の実施の形態の構成例を示す断面図であり、図３には、固体撮像素子が有する１画素の構造が示されている。
【００２２】
図３に示すように、固体撮像素子２１は、１画素ごとに、シリコン基板２２の内部において、光入射面（固体撮像素子２１に光が入射してくる側の面）側から近い順に、光電変換領域２３Ｂ、排出領域２４、光電変換領域２３Ｇ、排出領域２４、および光電変換領域２３Ｒが積層されて構成される。また、固体撮像素子２１では、それらの領域を絶縁分離するため、各領域の間に挿入されるようにＰ型ウェル２５が形成されている。
【００２３】
光電変換領域２３Ｂは、シリコン基板２２の内部において、波長４５０ｎｍ付近の青色波長域の光に対して最大感度を有する深さに形成されたｎ型の不純物領域であり、固体撮像素子２１に入射する光のうちの、青色波長域の光を光電変換する。また、光電変換領域２３Ｂには、図示しないＢ信号出力部が接続されており、光電変換領域２３Ｂは、光電変換により発生した電荷（電子）に応じた信号、即ち、青色波長域の光の強度に応じた信号（以下、適宜、Ｂ信号と称る）をＢ信号出力部から出力する。
【００２４】
光電変換領域２３Ｇは、シリコン基板２２の内部において、波長５５０ｎｍ付近の緑色波長域の光に対して最大感度を有する深さに形成されたｎ型の不純物領域であり、固体撮像素子２１に入射する光のうちの、緑色波長域の光を光電変換する。また、光電変換領域２３Ｇには、図示しないＧ信号出力部が接続されており、光電変換領域２３Ｇは、光電変換により発生した電荷に応じた信号、即ち、緑色波長域の光の強度に応じた信号（以下、適宜、Ｇ信号と称る）をＧ信号出力部から出力する。
【００２５】
光電変換領域２３Ｒは、シリコン基板２２の内部において、波長６５０ｎｍ付近の赤色波長域の光に対して最大感度を有する深さに形成されたｎ型の不純物領域であり、固体撮像素子２１に入射する光のうちの、赤色波長域の光を光電変換する。また、光電変換領域２３Ｒには、図示しないＲ信号出力部が接続されており、光電変換領域２３Ｒは、光電変換により発生した電荷に応じた信号、即ち、赤色波長域の光の強度に応じた信号（以下、適宜、Ｒ信号と称る）をＲ信号出力部から出力する。
【００２６】
排出領域２４は、光電変換領域２３Ｂ、光電変換領域２３Ｇ、および光電変換領域２３Ｒよりも濃度の濃いｎ型の不純物で形成された領域（Ｎ＋領域）であり、所定の電圧の電源端子ＶＤＤに接続されている。また、排出領域２４は、光電変換領域２３Ｂおよび光電変換領域２３Ｇの間に延在する部分、光電変換領域２３Ｇおよび光電変換領域２３Ｒの間に延在する部分、並びに、それらの２つの部分を連結する部分を有し、断面形状が略コ字となるように形成されている。また、排出領域２４の各部は、Ｐ型ウェル２５の間に挟持されている。
【００２７】
そして、排出領域２４は、光電変換領域２３Ｂおよび光電変換領域２３Ｇの間に延在する部分により、光電変換領域２３Ｂおよび光電変換領域２３Ｇの間の領域における光電変換で発生した電荷を取り込んで、電源端子ＶＤＤから排出する。また、排出領域２４は、光電変換領域２３Ｇおよび光電変換領域２３Ｒの間に延在する部分により、光電変換領域２３Ｇおよび光電変換領域２３Ｒの間の領域における光電変換で発生した電荷を取り込んで、電源端子ＶＤＤから排出する。
【００２８】
以上のように構成される固体撮像素子２１は、光電変換領域２３Ｂおよび光電変換領域２３Ｇの間の領域における光電変換で発生した電荷を、排出領域２４に取り込んで排出することができる。これにより、固体撮像素子２１では、光電変換領域２３Ｂおよび光電変換領域２３Ｇの間の領域における光電変換で発生した電荷が、光電変換領域２３Ｂまたは光電変換領域２３Ｇに取り込まれて、Ｂ信号またはＧ信号として出力されることが回避される。
【００２９】
従って、固体撮像素子２１は、Ｂ信号とＧ信号との間でクロストーク成分が発生することを防止することができる。つまり、光電変換領域２３Ｂおよび光電変換領域２３Ｇの間の領域における光電変換で発生した電荷が、光電変換領域２３Ｂまたは光電変換領域２３Ｇに取り込まれると、Ｂ信号とＧ信号との間でクロストーク成分が発生してしまうが、固体撮像素子２１では、そのようなクロストーク成分が発生することはない。
【００３０】
同様に、固体撮像素子２１は、光電変換領域２３Ｇおよび光電変換領域２３Ｒの間の領域における光電変換で発生した電荷を排出領域２４に取り込んで排出することができるので、Ｇ信号とＲ信号との間でクロストーク成分が発生することを防止することができる。
【００３１】
図４は、図３に示した固体撮像素子２１の色分離特性のシミュレーション結果を示す図である。
【００３２】
図４には、光電変換領域２３Ｂ、光電変換領域２３Ｇ、光電変換領域２３Ｒのうちの、光電変換領域２３Ｇを一定としたうえで、光電変換領域２３Ｂおよび光電変換領域２３Ｇの間に、光電変換領域２３Ｂを縮小するように排出領域２４を設けた場合と、光電変換領域２３Ｇおよび光電変換領域２３Ｒの間に、光電変換領域２３Ｒを縮小するように排出領域２４を設けた場合とにおいて、各色の分光形状の変化が示されている。
【００３３】
図４に示すように、排出領域２４を設けて、さらに排出領域２４を厚くすることにより、青色および赤色の分光曲線は、グラフの下方にシフトし、緑色の分光曲線との重なりが小さくなっていることが分かる。即ち、色分離性が改善され、色の再現性が向上していることが示されている。
【００３４】
具体的には、波長520ｎｍにおいて、排出領域２４を形成しない場合（０μｍの場合）、青色の信号出力は、緑色の信号出力の最も感度ピーク時を１とした場合に、0.8であった。これに対し、排出領域２４を形成することによって、青色の信号出力は低下し、排出領域２４を厚く形成した場合（0.1μｍから0.3μｍへと厚くした場合）、青色の信号出力はより低下する。即ち、排出領域２４が、0.3μｍである場合には、波長520ｎｍでの青色の信号出力は、0.6となり、緑色の信号出力との重なりが、より少ない分光曲線を得ることができる。
【００３５】
このように、固体撮像素子２１は、より良好に各色を分離することができ、従来よりも色の再現性を向上させることができる。従って、固体撮像素子２１は、より良好な色分離性能を有し、より色再現性の高い撮像画像を取得することができる。
【００３６】
なお、上述したように、排出領域２４は、断面形状が略コ字となるように、光電変換領域２３Ｂおよび光電変換領域２３Ｇの間に延在する部分と、光電変換領域２３Ｇおよび光電変換領域２３Ｒの間に延在する部分とがシリコン基板２２の内部で連結されている。これに対し、排出領域２４は、例えば、光電変換領域２３Ｂおよび光電変換領域２３Ｇの間に延在する部分と、光電変換領域２３Ｇおよび光電変換領域２３Ｒの間に延在する部分とが、それぞれ別々に（接続されずに）形成される構成としてもよい。この場合、排出領域２４を構成する各部分を、シリコン基板２２の外部において、異なる電源端子に接続したり、共通の電源端子に接続したりすることができる。
【００３７】
なお、光電変換領域２３Ｂ、光電変換領域２３Ｇ、および光電変換領域２３Ｒにおいて光電変換されて、それぞれの領域に蓄積されている電荷は、電荷を読み出す読出し部を介して外部に出力することができる。この読出し部は、シリコン基板２２の光入射面に設けてもよく、その反対側の面に設けてもよい。
【００３８】
例えば、図５には、シリコン基板２２の光入射面に読出し部が設けられた、所謂、表面照射型の固体撮像素子が示されており、図６には、シリコン基板２２の光入射面の反対側の面に読出し部が設けられた、所謂、裏面照射型の固体撮像素子が示されている。
【００３９】
図５は、本技術を適用した固体撮像素子の第１の実施の形態についての第１の変形例の構成例を示す断面図である。
【００４０】
図５に示すように、固体撮像素子２１−１では、光電変換領域２３Ｇ−１および光電変換領域２３Ｒ−１は、それぞれシリコン基板２２の光入射面まで延在するように形成されている。また、排出領域２４−１も、シリコン基板２２の光入射面まで延在するように形成されている。
【００４１】
光電変換領域２３Ｂ−１からの信号電荷の読み出しを制御する信号電荷読出し電極２６Ｂ−１が、光電変換領域２３Ｂ−１に隣接するように、シリコン基板２２の光入射面上に形成されている。また、光電変換領域２３Ｂ−１からの信号電荷を転送する拡散層領域２７Ｂ−１が、光電変換領域２３Ｂ−１から信号電荷読出し電極２６Ｂ−１を介して隣接するシリコン基板２２の光入射面の内部に形成されている。
【００４２】
光電変換領域２３Ｇ−１からの信号電荷の読み出しを制御する信号電荷読出し電極２６Ｇ−１が、光電変換領域２３Ｇ−１の光入射面まで延在する部分に隣接するように、シリコン基板２２の光入射面上に形成されている。また、光電変換領域２３Ｇ−１からの信号電荷を転送する拡散層領域２７Ｇ−１が、光電変換領域２３Ｇ−１から信号電荷読出し電極２６Ｇ−１を介して隣接するシリコン基板２２の光入射面の内部に形成されている。
【００４３】
光電変換領域２３Ｒ−１からの信号電荷の読み出しを制御する信号電荷読出し電極２６Ｒ−１が、光電変換領域２３Ｒ−１の光入射面まで延在する部分に隣接するように、シリコン基板２２の光入射面上に形成されている。また、光電変換領域２３Ｒ−１からの信号電荷を転送する拡散層領域２７Ｒ−１が、光電変換領域２３Ｒ−１から信号電荷読出し電極２６Ｒ−１を介して隣接するシリコン基板２２の光入射面の内部に形成されている。
【００４４】
このように構成されている固体撮像素子２１−１では、信号電荷読出し電極２６Ｂ−１に所定の読み出し電圧を印加すると、光電変換領域２３Ｂ−１の信号電荷が拡散層領域２７Ｂ−１に転送される。同様に、信号電荷読出し電極２６Ｇ−１に所定の読み出し電圧を印加すると、光電変換領域２３Ｇ−１の信号電荷が拡散層領域２７Ｇ−１に転送される。また、信号電荷読出し電極２６Ｒ−１に所定の読み出し電圧を印加すると、光電変換領域２３Ｒ−１の信号電荷が拡散層領域２７Ｒ−１に転送される。
【００４５】
なお、拡散層領域２７Ｂ−１、拡散層領域２７Ｇ−１、および拡散層領域２７Ｒ−１には、それぞれの領域を一定電位にリセットするリセット部（図示せず）が隣接して設けられている。また、拡散層領域２７Ｂ−１、拡散層領域２７Ｇ−１、および拡散層領域２７Ｒ−１は、この電位に従って、出力信号を得るためのアンプトランジスタのゲート電極（図示せず）などに接続されている。
【００４６】
また、図５では、固体撮像素子２１−１は、光電変換領域２３Ｂ−１、光電変換領域２３Ｇ−１、および光電変換領域２３Ｒ−１ごとに、拡散層領域２７Ｂ−１、拡散層領域２７Ｇ−１、および拡散層領域２７Ｒ−１が設けられた構成となっている。これに対し、固体撮像素子２１−１は、光電変換領域２３Ｂ−１、光電変換領域２３Ｇ−１、および光電変換領域２３Ｒ−１が、１つの拡散層領域を共有するように構成してもよく、同一の拡散層領域から信号が出力されるようにすることができる。
【００４７】
図６は、本技術を適用した固体撮像素子の第１の実施の形態についての第２の変形例の構成例を示す断面図である。
【００４８】
図６に示すように、固体撮像素子２１−２では、光電変換領域２３Ｂ−２、光電変換領域２３Ｇ−２、および光電変換領域２３Ｒ−２は、それぞれシリコン基板２２の光入射面の反対側の面（反対面）まで延在するように形成されている。また、排出領域２４−２も、シリコン基板２２の反対面まで延在するように形成されている。
【００４９】
光電変換領域２３Ｂ−２からの信号電荷の読み出しを制御する信号電荷読出し電極２６Ｂ−２が、光電変換領域２３Ｂ−２の反対面まで延在する部分に隣接するように、シリコン基板２２の反対面上に形成されている。また、光電変換領域２３Ｂ−２からの信号電荷を転送する拡散層領域２７Ｂ−２が、光電変換領域２３Ｂ−２から信号電荷読出し電極２６Ｂ−２を介して隣接するシリコン基板２２の反対面の内部に形成されている。
【００５０】
光電変換領域２３Ｇ−２からの信号電荷の読み出しを制御する信号電荷読出し電極２６Ｇ−２が、光電変換領域２３Ｇ−２の反対面まで延在する部分に隣接するように、シリコン基板２２の反対面上に形成されている。また、光電変換領域２３Ｇ−２からの信号電荷を転送する拡散層領域２７Ｇ−２が、光電変換領域２３Ｇ−２から信号電荷読出し電極２６Ｇ−２を介して隣接するシリコン基板２２の反対面の内部に形成されている。
【００５１】
光電変換領域２３Ｒ−２からの信号電荷の読み出しを制御する信号電荷読出し電極２６Ｒ−２が、光電変換領域２３Ｒ−２の反対面まで延在する部分に隣接するように、シリコン基板２２の反対面上に形成されている。また、光電変換領域２３Ｒ−２からの信号電荷を転送する拡散層領域２７Ｒ−２が、光電変換領域２３Ｒ−２から信号電荷読出し電極２６Ｒ−２を介して隣接するシリコン基板２２の反対面の内部に形成されている。
【００５２】
このように構成される固体撮像素子２１−２は、図５の固体撮像素子２１−１と同様に、所定の読み出し電圧に従って、光電変換領域２３Ｂ−２、光電変換領域２３Ｇ−２、光電変換領域２３Ｒ−２からの電荷が読み出される。
【００５３】
なお、固体撮像素子２１−２は、図５の固体撮像素子２１−１と同様に、リセット部やアンプトランジスタのゲート電極などの図示は省略されている。また、固体撮像素子２１−２は、光電変換領域２３Ｂ−２、光電変換領域２３Ｇ−２、および光電変換領域２３Ｒ−２が、１つの拡散層領域を共有するように構成してもよい。
【００５４】
さらに、図５または図６に示した構成の他、例えば、一部の光電変換領域の出力を光入射面側から行い、残りの一部の光電変換領域の出力を反対面側から行うような構成とすることができる。また、この構成においても、同じ面側から出力される電荷の転送に拡散層領域が共有されるようにしてもよい。
【００５５】
図７は、本技術を適用した固体撮像素子の第２の実施の形態の構成例を示す断面図であり、固体撮像素子が有する１画素の構造が示されている。
【００５６】
図７に示すように、固体撮像素子３１は、１画素ごとに、シリコン基板３２の内部において光入射面側から近い順に、光電変換領域３３Ｂ、排出領域３４、および光電変換領域３３Ｒが積層されて構成される。また、固体撮像素子３１では、それらの各領域を絶縁分離するため、各領域の間に挿入されるようにＰ型ウェル３５が形成されている。さらに、固体撮像素子３１の光入射面には、図示しない絶縁膜を介して、光電変換部３６が積層されている。
【００５７】
光電変換領域３３Ｂは、図３の光電変換領域２３Ｂと同様に、青色波長域の光を光電変換して、青色波長域の光の強度に応じたＢ信号をＢ信号出力部から出力する。また、光電変換領域３３Ｒは、図３の光電変換領域２３Ｒと同様に、赤色波長域の光を光電変換して、赤色波長域の光の強度に応じたＲ信号をＲ信号出力部から出力する。
【００５８】
排出領域３４は、光電変換領域３３Ｂおよび光電変換領域３３Ｒの間の領域に形成されたＮ＋領域であり、所定の電圧の電源端子ＶＤＤに接続されている。即ち、排出領域３４は、図３の固体撮像素子２１において光電変換領域２３Ｇが形成されていた領域を含むように形成されている点で、図３の排出領域２４と異なっている。従って、排出領域３４は、光電変換領域３３Ｂおよび光電変換領域３３Ｒの間の領域における光電変換で発生した電荷を取り込み、電源端子ＶＤＤから排出する。
【００５９】
光電変換部３６は、波長５５０ｎｍ付近に最大感度を有する緑色波長域の光を光電変換する光電変換膜３７が、上部電極３８および下部電極３９に挟持された状態で形成されている。また、下部電極３９には、図示しないＧ信号出力部が接続されており、上部電極３８および下部電極３９には、光電変換膜３７で光電変換された電荷が下部電極３９から出力されるように電圧が印加されている。従って、光電変換部３６は、光電変換膜３７における光電変換により発生した電荷に応じた信号、即ち、緑色波長域の光の強度に応じたＧ信号を、下部電極３９に接続されたＧ信号出力部から出力する。
【００６０】
以上のように構成される固体撮像素子３１では、固体撮像素子３１に入射される光のうちの緑色波長域の光が光電変換部３６において光電変換され、他の色の波長域の光が、光電変換部３６を透過してシリコン基板３２に入射する。即ち、固体撮像素子３１では、光電変換部３６が、緑色波長域の光を全て吸収して光電変換するため、緑色波長域の光がシリコン基板３２に入射することはない。従って、固体撮像素子３１は、光電変換領域３３Ｂおよび光電変換領域３３Ｒにおいて、緑色波長域の光によりクロストーク成分が発生することを防止することができる。また、固体撮像素子３１では、光電変換部３６において、青色波長域および赤色波長域の光によるクロストーク成分が発生することもない。
【００６１】
また、シリコン基板３２に入射される光（緑色波長域の光以外の光）のうち、青色波長域の光が光電変換領域３３Ｂにおいて光電変換され、赤色波長域の光が光電変換領域３３Ｒにおいて光電変換される。
【００６２】
そして、固体撮像素子３１では、光電変換領域３３Ｂおよび光電変換領域３３Ｒの間の領域における光電変換で発生した電荷を排出領域３４に取り込んで排出することができる。これにより、固体撮像素子３１では、その間の領域で光電変換された電荷が、光電変換領域３３Ｂまたは光電変換領域３３Ｒに取り込まれて、Ｂ信号またはＲ信号として出力されることが回避される。従って、固体撮像素子３１は、Ｂ信号とＲ信号との間でクロストーク成分が発生することを防止することができる。
【００６３】
このように、固体撮像素子３１は、各色の間でクロストーク成分が発生することを防止することができるので、より良好な色分離性能を備え、より色再現性の高い撮像画像を取得することができる。
【００６４】
図８は、本技術を適用した固体撮像素子の第２の実施の形態についての変形例の構成例を示す断面図である。
【００６５】
図８に示されている固体撮像素子３１’は、Ｐ型ウェル３５が形成されたシリコン基板３２の内部に、光電変換領域３３Ｂおよび光電変換領域３３Ｒが積層され、シリコン基板３２の光入射面に光電変換部３６が積層されている点で、図７の固体撮像素子３１と同様に構成されており、それらの各部についての説明は省略する。
【００６６】
即ち、固体撮像素子３１’は、排出領域３４に替えて、排出領域３４’を備える点で、図７の固体撮像素子３１と異なる構成となっている。
【００６７】
排出領域３４’は、光電変換領域３３Ｂおよび光電変換領域３３Ｒと同等の濃度の薄いｎ型の不純物で形成された領域（Ｎ−領域）であり、光電変換部３６の下部電極３９と共に、図示しないＧ信号出力部に接続されている。排出領域３４’は、光電変換領域３３Ｂおよび光電変換領域３３Ｒの間の領域における光電変換で発生した電荷を取り込み、Ｇ信号出力部に出力する。即ち、排出領域３４’が取り込んだ電荷は、光電変換部３６から出力されるＧ信号に加算される。
【００６８】
このように構成される固体撮像素子３１’は、各色の分光感度特性の重なりが少なく、色再現性に優れたものとなるのに加えて、排出領域３４’が取り込んだ電荷が、Ｇ信号に加算されるため、Ｇ信号の出力を増加させることができる。即ち、光電変換部３６が、例えば、緑色波長域の光を完全に光電変換することができず、緑色波長域の光が光電変換部３６を透過した場合に、その光が光電変換された電荷が排出領域３４’に取り込まれてＧ信号に加算される。従って、固体撮像素子３１’では、緑色波長域の光が光電変換部３６を透過することによるＧ信号の低下を、排出領域３４’から出力される電荷により回復することができる。
【００６９】
なお、光電変換部３６を用いる場合には、光電変換部３６からの信号電荷は、図示しない電荷蓄積部に一度蓄積した後に出力する構成が想定されるが、電荷蓄積部は、シリコン基板３２の内部に設ける構造としてもよいし、シリコン基板３２上に形成したキャパシタ部に信号電荷を蓄積してもよい。また、排出領域３４’の電荷を光電変換部３６からの信号電荷に加算する場合には、光電変換部３６からの信号電荷を蓄積するための電荷蓄積部に直接的に接続する構成とすることができる。また、図示しない電荷転送ゲートを介して、排出領域３４’からの電荷を、光電変換部３６からの信号電荷を蓄積する電荷蓄積部に転送する構成とすることができる。さらに、光電変換部３６からの出力信号と、排出領域３４’からの出力信号とを、固体撮像素子３１’の外部で加算する構成としてもよい。
【００７０】
図９は、本技術を適用した固体撮像素子の第３の実施の形態の構成例を示す断面図であり、図９には、固体撮像素子が有する１画素の構造が示されている。
【００７１】
図９に示すように、固体撮像素子４１は、１画素ごとに、シリコン基板４２の内部において光入射面側から近い順に、排出領域４４、光電変換領域４３Ｇ、排出領域４４、および光電変換領域４３Ｒが積層されて構成される。また、固体撮像素子４１では、それらの各領域を絶縁分離するため、各領域の間に挿入されるようにＰ型ウェル４５が形成されている。さらに、固体撮像素子４１の光入射面には、図示しない絶縁膜を介して、光電変換部４６が積層されている。
【００７２】
光電変換領域４３Ｇは、図３の光電変換領域２３Ｇと同様に、緑色波長域の光を光電変換して、緑色波長域の光の強度に応じたＧ信号をＧ信号出力部から出力する。また、光電変換領域４３Ｒは、図３の光電変換領域２３Ｒと同様に、赤色波長域の光を光電変換して、赤色波長域の光の強度に応じたＲ信号をＲ信号出力部から出力する。
【００７３】
排出領域４４は、所定の電圧の電源端子ＶＤＤに接続されたＮ＋領域である。また、排出領域４４は、シリコン基板４２の光入射面および光電変換領域４３Ｇの間に延在する部分、光電変換領域４３Ｇおよび光電変換領域４３Ｒの間に延在する部分、並びに、それらの２つの部分を連結する部分を有し、断面形状が略コ字となるように形成されている。なお、排出領域４４における、シリコン基板４２の光入射面および光電変換領域４３Ｇの間に延在する部分は、図３の光電変換領域２３Ｂに対応する領域を含むように形成される。
【００７４】
そして、排出領域４４は、シリコン基板４２の光入射面および光電変換領域４３Ｇの間に延在する部分により、シリコン基板４２の光入射面および光電変換領域４３Ｇの間の領域における光電変換で発生した電荷を取り込んで、電源端子ＶＤＤから排出する。また、排出領域４４は、光電変換領域４３Ｇおよび光電変換領域４３Ｒの間に延在する部分により、光電変換領域４３Ｇおよび光電変換領域４３Ｒの間の領域における光電変換で発生した電荷を取り込んで、電源端子ＶＤＤから排出する。
【００７５】
光電変換部４６は、波長４５０ｎｍ付近に最大感度を有する青色波長域の光を光電変換する光電変換膜４７が、上部電極４８および下部電極４９に挟持された状態で形成されている。また、下部電極４９には、図示しないＢ信号出力部が接続されており、上部電極４８および下部電極４９には、光電変換膜４７で光電変換された電荷が下部電極４９から出力されるように電圧が印加されている。従って、光電変換部４６は、光電変換膜４７で光電変換により発生した電荷に応じた信号、即ち、青色波長域の光の強度に応じたＢ信号を、下部電極４９に接続されたＢ信号出力部から出力する。
【００７６】
以上のように構成される固体撮像素子４１では、固体撮像素子４１に入射される光のうちの青色波長域の光が光電変換部４６において光電変換され、他の色の波長域の光が、光電変換部４６を透過してシリコン基板４２に入射する。即ち、固体撮像素子４１では、光電変換部４６が、青色波長域の光を全て吸収して光電変換するため、青色波長域の光がシリコン基板４２に入射することはない。従って、固体撮像素子４１は、光電変換領域４３Ｇおよび光電変換領域４３Ｒにおいて、青色波長域の光によりクロストーク成分が発生することを防止することができる。また、固体撮像素子４１では、光電変換部４６において、緑色波長域および赤色波長域の光によりクロストーク成分が発生することもない。
【００７７】
また、シリコン基板４２に入射される光（青色波長域の光以外の光）のうち、緑色波長域の光が光電変換領域４３Ｇにおいて光電変換され、赤色波長域の光が光電変換領域４３Ｒにおいて光電変換される。そして、固体撮像素子４１では、シリコン基板４２の光入射面および光電変換領域４３Ｇの間の領域における光電変換で発生した電荷を排出領域４４に取り込んで排出することができる。また、固体撮像素子４１では、光電変換領域４３Ｇおよび光電変換領域４３Ｒの間の領域における光電変換で発生した電荷を排出領域４４に取り込んで排出することができる。
【００７８】
これにより、固体撮像素子４１では、シリコン基板４２の光入射面および光電変換領域４３Ｇの間の領域における光電変換で発生した電荷が光電変換領域４３Ｇに取り込まれて、Ｇ信号として出力されることが回避される。従って、固体撮像素子４１は、シリコン基板４２の光入射面および光電変換領域４３Ｇの間の領域で光電変換された電荷により、クロストーク成分が発生することを防止することができる。
【００７９】
同様に、固体撮像素子４１では、光電変換領域４３Ｇおよび光電変換領域４３Ｒの間の領域における光電変換で発生した電荷が光電変換領域４３Ｇまたは光電変換領域４３Ｒに取り込まれて、Ｇ信号またはＲ信号として出力されることが回避される。従って、固体撮像素子４１は、Ｇ信号とＲ信号との間でクロストーク成分が発生することを防止することができる。
【００８０】
このように、固体撮像素子４１は、各色の間におけるクロストーク成分の発生を抑制することができるので、より良好な色分離性能を備え、より色再現性の高い撮像画像を取得することができる。
【００８１】
なお、排出領域４４は、例えば、シリコン基板４２の光入射面および光電変換領域４３Ｇの間に延在する部分と、光電変換領域４３Ｇおよび光電変換領域４３Ｒの間に延在する部分とが、それぞれ別々に（接続されずに）形成される構成としてもよい。この場合、排出領域４４を構成する各部分を、シリコン基板４２の外部において、異なる電源端子に接続したり、共通の電源端子に接続したりすることができる。
【００８２】
図１０は、本技術を適用した固体撮像素子の第３の実施の形態についての変形例の構成例を示す断面図である。
【００８３】
図１０に示されている固体撮像素子４１’は、Ｐ型ウェル４５が形成されたシリコン基板４２の内部に、光電変換領域４３Ｇおよび光電変換領域４３Ｒが積層され、シリコン基板４２の光入射面に光電変換部４６が積層されている点で、図９の固体撮像素子４１と同様に構成されており、それらの各部についての説明は省略する。
【００８４】
即ち、固体撮像素子４１’は、排出領域４４に替えて、第１の排出領域４４−１および第２の排出領域４４−２を備える点で、図９の固体撮像素子４１と異なる構成となっている。第１の排出領域４４−１は、シリコン基板４２の光入射面および光電変換領域４３Ｇの間に積層され、第２の排出領域４４−２は、光電変換領域４３Ｇおよび光電変換領域４３Ｒの間に積層されている。
【００８５】
第１の排出領域４４−１は、光電変換領域４３Ｇおよび光電変換領域４３Ｒと同等の濃度の薄いｎ型の不純物で形成された領域（Ｎ−領域）であり、光電変換部４６の下部電極４９と共に、図示しないＢ信号出力部に接続されている。第１の排出領域４４−１は、シリコン基板４２の光入射面および光電変換領域４３Ｇの間の領域における光電変換で発生した電荷を取り込み、Ｂ信号出力部に出力する。即ち、第１の排出領域４４−１が取り込んだ電荷は、光電変換部４６から出力されるＢ信号に加算される。
【００８６】
第２の排出領域４４−２は、図９の排出領域４４と同様に、Ｎ＋領域であり、所定の電圧の電源端子ＶＤＤに接続されている。第２の排出領域４４−２は、光電変換領域４３Ｇおよび光電変換領域４３Ｒの間の領域における光電変換で発生した電荷を取り込んで、電源端子ＶＤＤから排出する。
【００８７】
このように構成される固体撮像素子４１’は、各色の分光感度特性の重なりが少なく、色再現性に優れたものとなる。さらに、固体撮像素子４１’では、第１の排出領域４４−１が取り込んだ電荷が、Ｂ信号に加算されるため、図８の固体撮像素子３１’でＧ信号の出力を増加させるのと同様の原理により、Ｂ信号の出力を増加させることができる。
【００８８】
図１１は、本技術を適用した固体撮像素子の第４の実施の形態の構成例を示す断面図であり、図１１には、固体撮像素子が有する１画素の構造が示されている。
【００８９】
図１１に示すように、固体撮像素子５１は、１画素ごとに、シリコン基板５２の内部において光入射面側から近い順に、光電変換領域５３Ｂ、排出領域５４、光電変換領域５３Ｇ、および排出領域５４が積層されて構成される。また、固体撮像素子５１では、それらの各領域を絶縁分離するため、各領域の間に挿入されるようにＰ型ウェル５５が形成されている。さらに、固体撮像素子５１の光入射面には、図示しない絶縁膜を介して、光電変換部５６が積層されている。
【００９０】
光電変換領域５３Ｂは、図３の光電変換領域２３Ｂと同様に、青色波長域の光を光電変換して、青色波長域の光の強度に応じたＢ信号をＢ信号出力部から出力する。また、光電変換領域５３Ｇは、図３の光電変換領域２３Ｇと同様に、緑色波長域の光を光電変換して、緑色波長域の光の強度に応じたＧ信号をＧ信号出力部から出力する。
【００９１】
排出領域５４は、所定の電圧の電源端子ＶＤＤに接続されたＮ＋領域である。また、排出領域５４は、光電変換領域５３Ｂおよび光電変換領域５３Ｇの間に延在する部分、光電変換領域５３Ｇより深い領域に形成された部分、並びに、それらの２つの部分を連結する部分を有し、断面形状が略コ字となるように形成されている。なお、排出領域５４における、光電変換領域５３Ｇより深い領域に形成された部分は、図３の光電変換領域２３Ｒに対応する領域を含むように形成される。
【００９２】
そして、排出領域５４は、光電変換領域５３Ｂおよび光電変換領域５３Ｇの間に延在する部分により、光電変換領域５３Ｂおよび光電変換領域５３Ｇの間の領域における光電変換で発生した電荷を取り込んで、電源端子ＶＤＤから排出する。また、排出領域５４は、光電変換領域５３Ｇより深い領域に形成された部分により、光電変換領域５３Ｇより深い領域における光電変換で発生した電荷を取り込んで、電源端子ＶＤＤから排出する。
【００９３】
光電変換部５６は、波長６５０ｎｍ付近に最大感度を有する赤色波長域の光を光電変換する光電変換膜５７が、上部電極５８および下部電極５９に挟持された状態で形成されている。また、下部電極５９には、図示しないＲ信号出力部が接続されており、上部電極５８および下部電極５９には、光電変換膜５７で光電変換された電荷が下部電極５９から出力されるように電圧が印加されている。従って、光電変換部５６は、光電変換膜５７で光電変換により発生した電荷に応じた信号、即ち、赤色波長域の光の強度に応じたＲ信号を、下部電極５９に接続されたＲ信号出力部から出力する。
【００９４】
以上のように構成される固体撮像素子５１では、固体撮像素子５１に入射される光のうちの赤色波長域の光が光電変換部５６において光電変換され、他の色の波長域の光が、光電変換部５６を透過してシリコン基板５２に入射する。即ち、固体撮像素子５１では、光電変換部５６が、赤色波長域の光を全て吸収して光電変換するため、赤色波長域の光がシリコン基板５２に入射することはない。従って、固体撮像素子５１は、光電変換領域５３Ｂおよび光電変換領域５３Ｇにおいて、赤色波長域の光によりクロストーク成分が発生することを防止することができる。また、固体撮像素子５１では、光電変換部５６において、青色波長域および緑色波長域の光によりクロストーク成分が発生することもない。
【００９５】
また、シリコン基板５２に入射される光（赤色波長域の光以外の光）のうち、青色波長域の光が光電変換領域５３Ｂにおいて光電変換され、緑色波長域の光が光電変換領域５３Ｇにおいて光電変換される。そして、固体撮像素子５１では、光電変換領域５３Ｂおよび光電変換領域５３Ｇの間の領域における光電変換で発生した電荷、並びに、光電変換領域５３Ｇより深い領域における光電変換で発生した電荷を排出領域５４に取り込んで排出することができる。
【００９６】
これにより、固体撮像素子５１では、光電変換領域５３Ｂおよび光電変換領域５３Ｇの間の領域における光電変換で発生した電荷が光電変換領域５３Ｂまたは光電変換領域５３Ｇに取り込まれて、Ｂ信号またはＧ信号として出力されることが回避される。従って、固体撮像素子５１は、光電変換領域５３Ｂおよび光電変換領域５３Ｇの間の領域における光電変換で発生した電荷により、Ｂ信号とＧ信号との間でクロストーク成分が発生することを防止することができる。
【００９７】
同様に、固体撮像素子５１では、光電変換領域５３Ｇより深い領域における光電変換で発生した電荷が光電変換領域５３Ｇに取り込まれて、Ｇ信号として出力されることが回避される。従って、固体撮像素子５１は、光電変換領域５３Ｇより深い領域における光電変換で発生した電荷により、クロストーク成分が発生することを防止することができる。
【００９８】
このように、固体撮像素子５１は、各色の間におけるクロストーク成分の発生を抑制することができるので、より良好な色分離性能を備え、より色再現性の高い撮像画像を取得することができる。
【００９９】
なお、排出領域５４は、例えば、光電変換領域５３Ｂおよび光電変換領域５３Ｇの間に延在する部分と、光電変換領域５３Ｇより深い領域に形成された部分とが、それぞれ別々に（接続されずに）形成される構成としてもよい。この場合、排出領域５４を構成する各部分を、シリコン基板５２の外部において、異なる電源端子に接続したり、共通の電源端子に接続したりすることができる。
【０１００】
図１２は、本技術を適用した固体撮像素子の第４の実施の形態についての変形例の構成例を示す断面図である。
【０１０１】
図１２に示されている固体撮像素子５１’は、Ｐ型ウェル５５が形成されたシリコン基板５２の内部に、光電変換領域５３Ｂおよび光電変換領域５３Ｇが積層され、シリコン基板５２の光入射面に光電変換部５６が積層されている点で、図１１の固体撮像素子５１と同様に構成されており、それらの各部についての説明は省略する。
【０１０２】
即ち、固体撮像素子５１’は、排出領域５４に替えて、第１の排出領域５４−１および第２の排出領域５４−２を備える点で、図１１の固体撮像素子５１と異なる構成となっている。第１の排出領域５４−１は、光電変換領域５３Ｂおよび光電変換領域５３Ｇの間に積層され、第２の排出領域５４−２は、光電変換領域５３Ｇより深い領域に積層されている。
【０１０３】
第１の排出領域５４−１は、図１１の排出領域５４と同様に、Ｎ＋領域であり、所定の電圧の電源端子ＶＤＤに接続されている。第１の排出領域５４−１は、光電変換領域５３Ｂおよび光電変換領域５３Ｇの間の領域における光電変換で発生した電荷を取り込んで、電源端子ＶＤＤから排出する。
【０１０４】
第２の排出領域５４−２は、光電変換領域５３Ｂおよび光電変換領域５３Ｇと同等の濃度の薄いｎ型の不純物で形成された領域（Ｎ−領域）であり、光電変換部５６の下部電極５９と共に、図示しないＲ信号出力部に接続されている。第２の排出領域５４−２は、光電変換領域５３Ｇより深い領域における光電変換で発生した電荷を取り込み、Ｒ信号出力部に出力する。即ち、第２の排出領域５４−２が取り込んだ電荷は、光電変換部５６から出力されるＲ信号に加算される。
【０１０５】
このように構成される固体撮像素子５１’は、各色の分光感度特性の重なりが少なく、色再現性に優れたものとなる。さらに、固体撮像素子５１’では、第２の排出領域５４−２が取り込んだ電荷が、Ｒ信号に加算されるため、図８の固体撮像素子３１’ でＧ信号の出力を増加させるのと同様の原理により、Ｒ信号の出力を増加させることができる。
【０１０６】
図１３は、本技術を適用した固体撮像素子の第５の実施の形態の構成例を示す断面図であり、図１３には、固体撮像素子が有する１画素の構造が示されている。
【０１０７】
図１３に示すように、固体撮像素子６１は、１画素ごとに、シリコン基板６２の内部において光入射面側から近い順に、光電変換領域６３Ｂ、排出領域６４、光電変換領域６３Ｇ、排出領域６４、光電変換領域６３Ｒ、排出領域６４、および光電変換領域６３ＲＩが積層されて構成される。また、固体撮像素子６１では、それらの各領域を絶縁分離するため、各領域の間に挿入されるようにＰ型ウェル６５が形成されている。
【０１０８】
光電変換領域６３Ｂ、光電変換領域６３Ｇ、および光電変換領域６３Ｒは、図３の光電変換領域２３Ｂ、光電変換領域２３Ｇ、および光電変換領域２３Ｒとそれぞれ同様に、Ｂ信号、Ｇ信号、およびＲ信号を出力する。
【０１０９】
光電変換領域６３ＲＩは、シリコン基板６２の内部において、波長７００ｎｍ以上の赤外線波長域の光に対して最大感度を有する深さに形成されたｎ型の不純物領域であり、固体撮像素子６１に入射する光のうちの、赤外線波長域の光を光電変換する。また、光電変換領域６３ＲＩには、図示しないＲＩ信号出力部が接続されており、光電変換領域６３ＲＩは、光電変換により発生した電荷に応じた信号、即ち、赤外線波長域の光の強度に応じた信号（以下、適宜、ＲＩ信号と称る）をＲＩ信号出力部から出力する。
【０１１０】
排出領域６４は、所定の電圧の電源端子ＶＤＤに接続されたＮ＋領域である。また、排出領域６４は、光電変換領域６３Ｂおよび光電変換領域６３Ｇの間に延在する部分、光電変換領域６３Ｇおよび光電変換領域６３Ｒの間に延在する部分、光電変換領域６３Ｒおよび光電変換領域６３ＲＩの間に延在する部分、並びに、それらの３つの部分を連結する部分を有し、断面形状が略Ｅ字となるように形成されている。
【０１１１】
そして、排出領域６４は、光電変換領域６３Ｂおよび光電変換領域６３Ｇの間に延在する部分により、光電変換領域６３Ｂおよび光電変換領域６３Ｇの間の領域における光電変換で発生した電荷を取り込んで、電源端子ＶＤＤから排出する。また、排出領域６４は、光電変換領域６３Ｇおよび光電変換領域６３Ｒの間に延在する部分により、光電変換領域６３Ｇおよび光電変換領域６３Ｒの間の領域における光電変換で発生した電荷を取り込んで、電源端子ＶＤＤから排出する。また、排出領域６４は、光電変換領域６３Ｒおよび光電変換領域６３ＲＩの間に延在する部分により、光電変換領域６３Ｒおよび光電変換領域６３ＲＩの間の領域における光電変換で発生した電荷を取り込んで、電源端子ＶＤＤから排出する。
【０１１２】
以上のように、固体撮像素子６１は、青色波長域の光に対して感度を有する光電変換領域６３Ｂ、緑色波長域の光に対して感度を有する光電変換領域６３Ｇ、赤色波長域の光に対して感度を有する光電変換領域６３Ｒ、および赤外線波長域の光に対して感度を有する光電変換領域６３ＲＩが、単一の画素に積層されて構成されている。
【０１１３】
そして、固体撮像素子６１では、光電変換領域６３Ｂおよび光電変換領域６３Ｇの間の領域における光電変換で発生した電荷を、排出領域６４に取り込んで排出することができる。これにより、固体撮像素子６１では、光電変換領域６３Ｂおよび光電変換領域６３Ｇの間の領域における光電変換で発生した電荷が、光電変換領域６３Ｂまたは光電変換領域６３Ｇに取り込まれて、Ｂ信号またはＧ信号として出力されることが回避される。
【０１１４】
同様に、固体撮像素子６１では、光電変換領域６３Ｇおよび光電変換領域６３Ｒの間の領域における光電変換で発生した電荷が、光電変換領域６３Ｇまたは光電変換領域６３Ｒに取り込まれて、Ｇ信号またはＲ信号として出力されることが回避される。また、固体撮像素子６１では、光電変換領域６３Ｒおよび光電変換領域６３ＲＩの間の領域における光電変換で発生した電荷が、光電変換領域６３Ｒまたは光電変換領域６３ＲＩに取り込まれて、Ｒ信号またはＲＩ信号として出力されることが回避される。
【０１１５】
従って、固体撮像素子６１は、Ｂ信号とＧ信号との間のクロストーク成分、Ｇ信号とＲ信号との間のクロストーク成分、および、Ｒ信号とＲＩ信号との間のクロストーク成分が発生することを防止することができる。即ち、固体撮像素子６１では、シリコン基板６２の深さ方向に隣接する光電変換領域６３Ｂ、光電変換領域６３Ｇ、光電変換領域６３Ｒ、および光電変換領域６３ＲＩそれぞれの間の領域で光電変換された電荷を排出領域６４から排出することができるので、それぞれの間の領域で光電変換された電荷によってクロストーク成分が発生することが防止される。これにより、各色の分光特性の重なりが少ない分光形状を実現することができ、色の再現性に優れた固体撮像素子６１を実現することができる。
【０１１６】
なお、固体撮像素子６１の変形例として、例えば、光電変換領域６３Ｇが形成されている領域まで排出領域６４を形成するとともに、図７に示したような光電変換部３６が積層されるような構成を採用することができる。同様に、固体撮像素子６１の変形例として、光電変換領域６３Ｂまたは光電変換領域６３Ｒが形成されている領域まで排出領域６４を形成するとともに、光電変換部４６（図９）または光電変換部５６（図１１）が積層されるような構成を採用することができる。さらに、固体撮像素子６１の変形例として、例えば、光電変換領域６３ＲＩが形成されている領域まで排出領域６４を形成するとともに、赤外線領域の光を光電変換する光電変換部が積層されるような構成を採用することができる。
【０１１７】
即ち、光電変換領域６３Ｂ、光電変換領域６３Ｇ、光電変換領域６３Ｒ、または光電変換領域６３ＲＩのうちの、いずれか１つの領域に対応する光電変換部が、固体撮像素子６１の光入射面の上側に積層されるような構成を採用することができる。また、光電変換領域６３Ｂ、光電変換領域６３Ｇ、光電変換領域６３Ｒ、または光電変換領域６３ＲＩのうちの、いずれか２つの領域に対応する光電変換部が、固体撮像素子６１の光入射面の上側に積層されるような構成としてもよい。
【０１１８】
このように、光電変換部を用いた構成とすることで、有限の体積であるシリコン基板６２の内部に光電変換領域６３を形成することを考えると、最も高い出力を得たい色信号を出力するための光電変換領域６３を光電変換部に置き換えることで、より信号電荷量を増加させることができ、高感度化を図ることができる。例えば、人間の目に最も感度が高い緑色の光に感度を有する光電変換領域６３Ｇを光電変換部に置き換えることが想定される。
【０１１９】
また、排出領域６４を形成する領域を広く確保し、排出領域６４を容易に形成することを考えると、上下を他の光電変換領域６３で挟まれた光電変換領域６３を光電変換部に置き換えることが望ましい。そして、この観点からは、１つの光電変換領域６３を光電変換部に置き換える場合には、光電変換領域６３Ｇまたは光電変換領域６３Ｒを光電変換部に置き換えることが望ましい。また、２つの光電変換領域６３を光電変換部に置き換える場合には、光電変換領域６３Ｇおよび光電変換領域６３Ｒの組み合わせか、光電変換領域６３Ｂおよび光電変換領域６３Ｒの組み合わせを光電変換部に置き換えることが望ましい。
【０１２０】
さらに、最も深い位置に形成される光電変換領域６３ＲＩを光電変換部に置き換えることで、シリコン基板６２の薄膜化を図ることができ、固体撮像素子６１を小型化することができる。
【０１２１】
なお、排出領域６４は、例えば、光電変換領域６３Ｂ、光電変換領域６３Ｇ、光電変換領域６３Ｒ、および光電変換領域６３ＲＩそれぞれの間に形成された部分が、それぞれ別々に（接続されずに）形成される構成としてもよい。この場合、排出領域６４を構成する各部分を、シリコン基板６２の外部において、異なる電源端子に接続したり、共通の電源端子に接続したりすることができる。また、この構成は、上述の固体撮像素子６１の変形例にも適用することができる。
【０１２２】
図１４は、本技術を適用した固体撮像素子の第６の実施の形態の構成例を示す断面図である。
【０１２３】
図１４Ａには、固体撮像素子７１の上に形成されたカラーフィルタ７２の色の配置が示されている。カラーフィルタ７２は、青色波長域および赤色波長域の光を透過するマゼンタフィルタ７２ＭＧと、緑色波長域の光を透過するグリーンフィルタ７２Ｇとが市松状に配置されている。従って、固体撮像素子７１は、青色波長域および赤色波長域の光が光電変換された電荷に応じた信号を出力するマゼンタ画素、および、緑色波長域の光が光電変換された電荷に応じた信号を出力するグリーン画素を備えて構成される。
【０１２４】
図１４Ｂには、固体撮像素子７１のマゼンタ画素の構成例を示す断面図が示されており、図１４Ｃには、固体撮像素子７１のグリーン画素の構成例を示す断面図が示されている。
【０１２５】
図１４Ｂに示すように、固体撮像素子７１のマゼンタ画素７３ＭＧは、シリコン基板８２の内部において光入射面側から近い順に、光電変換領域８３Ｂ、排出領域８４、および光電変換領域８３Ｒが積層されて構成される。また、固体撮像素子７１では、それらの領域を絶縁分離するため、各領域の間に挿入されるようにＰ型ウェル８５が形成されている。
【０１２６】
光電変換領域８３Ｂは、図３の光電変換領域２３Ｂと同様に、青色波長域の光を光電変換して、青色波長域の光の強度に応じたＢ信号をＢ信号出力部から出力する。また、光電変換領域８３Ｒは、図３の光電変換領域２３Ｒと同様に、赤色波長域の光を光電変換して、赤色波長域の光の強度に応じたＲ信号をＲ信号出力部から出力する。排出領域８４は、所定の電圧の電源端子ＶＤＤに接続されたＮ＋領域であり、図３の光電変換領域２３Ｂに対応する領域を含むように形成される。
【０１２７】
図１４Ｃに示すように、固体撮像素子７１のグリーン画素７３Ｇは、シリコン基板８２の内部に、光電変換領域８３Ｇが積層されて構成され、光電変換領域８３Ｇは、図３の光電変換領域２３Ｂから光電変換領域２３Ｒまでに対応する領域を含むように形成される。また、固体撮像素子７１では、他の領域から光電変換領域８３Ｇを絶縁分離するようにＰ型ウェル８５が形成されている。
【０１２８】
マゼンタ画素７３ＭＧのシリコン基板８２には、マゼンタフィルタ７２ＭＧを透過した青色波長域および赤色波長域の光が入射し、青色波長域の光が光電変換領域８３Ｂにおいて光電変換され、赤色波長域の光が光電変換領域８３Ｒにおいて光電変換される。そして、マゼンタ画素７３ＭＧでは、光電変換領域８３Ｂおよび光電変換領域８３Ｒの間の領域における光電変換で発生した電荷を排出領域８４に取り込んで排出することができる。
【０１２９】
グリーン画素７３Ｇのシリコン基板８２には、グリーンフィルタ７２Ｇを透過した緑色波長域の光が入射し、緑色波長域の光が光電変換領域８３Ｇにおいて光電変換される。即ち、グリーンフィルタ７２Ｇを透過した全ての光は、光電変換領域８３Ｇにより光電変換される。
【０１３０】
以上のように構成される固体撮像素子７１では、赤色および青色の波長域の信号は、マゼンタ画素７３ＭＧにより出力されるが、マゼンタ画素７３ＭＧでは、光電変換領域８３Ｂおよび光電変換領域８３Ｒの間の領域における光電変換で発生した電荷が排出領域８４から排出される。そして、赤色および青色の波長域の光に対応した電荷のみが光電変換領域８３Ｂおよび光電変換領域８３Ｒに取り込まれるので、Ｂ信号およびＲ信号の分光特性の重なりが少ない分光形状を実現することができる。
【０１３１】
なお、固体撮像素子７１のグリーン画素７３Ｇでは、グリーンフィルタ７２Ｇを透過した緑色波長域の光のみがシリコン基板８２に取り込まれ、光電変換領域８３Ｇにおいて光電変換される構造としている。これに対し、グリーンフィルタ７２Ｇを使用せず、例えば、緑色波長域の光のみを光電変換する光電変換部（図７の光電変換部３６）を使用してもよい。また、シリコン基板８２の内部で緑色波長域の光のみが光電変換される深さに光電変換領域８３Ｇを形成し、その光電変換領域８３Ｇにより緑色波長域の光に応じた電荷のみが出力されるようにしてもよい。
【０１３２】
また、例えば、固体撮像素子２１（或いは、上述のいずれかの実施の形態の固体撮像素子）に強度が高い光が入射した場合には、各光電変換領域２３において蓄積容量を超える電荷が光電変換される場合がある。この場合、光電変換領域２３の蓄積容量を超えた電荷を光電変換領域２３それぞれの間に形成された排出領域２４から排出することができ、排出領域２４は、過剰電荷のオーバーフロードレインとして機能させることができる。
【０１３３】
なお、本実施の形態において、排出領域２４は、電源端子ＶＤＤにより一定の電位を与えてもよいし、パルス状の電位を印加してもよい。パルス状の電圧を印加する場合には、少なくとも電荷を蓄積する期間において、一定の電圧が印加されるように制御する。また、電荷蓄積期間以外の期間において、例えば、光電変換領域２３と排出領域２４との間に存在する電位障壁を消滅させて、光電変換領域２３を空乏化させることで、電荷蓄積期間を制御することができる。
【０１３４】
また、上述したような固体撮像素子は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像システム、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
【０１３５】
図１５は、電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【０１３６】
図１５に示すように、撮像装置１０１は、光学系１０２、シャッタ装置１０３、撮像素子１０４、駆動回路１０５、信号処理回路１０６、モニタ１０７、およびメモリ１０８を備えて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。
【０１３７】
光学系１０２は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を撮像素子１０４に導き、撮像素子１０４の受光面（センサ部）に結像させる。
【０１３８】
シャッタ装置１０３は、光学系１０２および撮像素子１０４の間に配置され、駆動回路１０５の制御に従って、撮像素子１０４への光照射期間および遮光期間を制御する。
【０１３９】
撮像素子１０４としては、上述したような実施の形態および変形例の固体撮像素子のいずれかが適用される。撮像素子１０４には、光学系１０２およびシャッタ装置１０３を介して受光面に結像される像に応じて、一定期間、信号電荷が蓄積される。そして、撮像素子１０４に蓄積された信号電荷は、駆動回路１０５から供給される駆動信号（タイミング信号）に従って転送される。
【０１４０】
駆動回路１０５は、撮像素子１０４の転送動作、および、シャッタ装置１０３のシャッタ動作を制御する駆動信号を出力して、撮像素子１０４およびシャッタ装置１０３を駆動する。
【０１４１】
信号処理回路１０６は、撮像素子１０４から出力された信号電荷に対して各種の信号処理を施す。信号処理回路１０６が信号処理を施すことにより得られた画像（画像データ）は、モニタ１０７に供給されて表示されたり、メモリ１０８に供給されて記憶（記録）されたりする。
【０１４２】
このように構成されている撮像装置１０１では、撮像素子１０４として、上述したような良好な色再現性を有する固体撮像素子を適用することにより、より色再現性の高い撮像画像を取得することができる。
【０１４３】
また、本技術における固体撮像素子の構成は、裏面照射型のCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型固体撮像素子や、表面照射型のCMOS型固体撮像素子、CCD（Charge Coupled Device）型固体撮像素子に採用することができる。
【０１４４】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
同一の半導体基板の内部における１画素ごとに、それぞれ異なる深さに積層され、それぞれ異なる波長域の光を光電変換する複数の光電変換領域と、
複数の前記光電変換領域のうちの、前記半導体基板の深さ方向に隣接する前記光電変換領域どうしの間に形成され、その間の領域における光電変換で発生した電荷を排出する排出領域と
を備える固体撮像素子。
（２）
前記排出領域は、複数の前記光電変換領域のうちの、前記半導体基板の光入射面に最も近い位置に形成された前記光電変換領域と前記光入射面との間にも形成され、その領域における光電変換で発生した電荷を排出する
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
前記排出領域は、複数の前記光電変換領域のうちの、前記半導体基板の光入射面から最も深い位置に形成された前記光電変換領域より深い位置にも形成され、その領域における光電変換で発生した電荷を排出する
前記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
前記光電変換領域は、第１の導電型の半導体層からなり、
複数の前記光電変換領域を絶縁分離するための第２の導電型の半導体層が、複数の前記光電変換領域どうしの間に形成され、
前記排出領域は、前記第２の導電型の半導体層の間に狭持された第１の導電型の半導体層からなり、所定の電源電圧に接続されている
前記（１）から（３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（５）
第１および第２の波長域の光をそれぞれ光電変換する２層の前記光電変換領域が前記半導体基板の内部に積層されており、
前記半導体基板の光入射面の上側に積層された、第３の波長域の光を光電変換する光電変換部
をさらに備える前記（１）から（４）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（６）
前記半導体基板の内部に積層された２層の前記光電変換領域のうちの、前記半導体基板の光入射面側となる位置に形成された前記光電変換領域が青色の波長域の光を光電変換し、その光電変換領域よりも深い位置に形成された前記光電変換領域が赤色の波長域の光を光電変換し、前記半導体基板の光入射面の上側に積層された前記光電変換部が緑色の波長域の光を光電変換する
前記（５）に記載の固体撮像素子。
（７）
前記半導体基板の内部に積層された２層の前記光電変換領域の間に形成された前記排出領域が、前記光電変換部からの信号を出力する出力部に接続されている
前記（６）に記載の固体撮像素子。
（８）
前記半導体基板の内部に積層された２層の前記光電変換領域のうちの、前記半導体基板の光入射面側となる位置に形成された前記光電変換領域が緑色の波長域の光を光電変換し、その光電変換領域よりも深い位置に形成された前記光電変換領域が赤色の波長域の光を光電変換し、前記半導体基板の光入射面の上側に積層された前記光電変換部が青色の波長域の光を光電変換する
前記（５）に記載の固体撮像素子。
（９）
複数の前記光電変換領域のうちの、前記半導体基板の光入射面に最も近い位置に形成された前記光電変換領域と前記基板表面との間に形成された前記排出領域が、前記光電変換部からの信号を出力する出力部に接続されている
前記（８）に記載の固体撮像素子。
（１０）
前記半導体基板の内部に積層された２層の前記光電変換領域のうちの、前記半導体基板の光入射面側となる位置に形成された前記光電変換領域が青色の波長域の光を光電変換し、その光電変換領域よりも深い位置に形成された前記光電変換領域が緑色の波長域の光を光電変換し、前記半導体基板の光入射面の上側に積層された前記光電変換部が赤色の波長域の光を光電変換する
前記（５）に記載の固体撮像素子。
（１１）
複数の前記光電変換領域のうちの、前記半導体基板の光入射面から最も深い位置に形成された前記光電変換領域より深い位置に形成された前記排出領域が、前記光電変換部からの信号を出力する出力部に接続されている
前記（１０）に記載の固体撮像素子。
（１２）
複数の前記光電変換領域のうちの、前記半導体基板の光入射面から最も深い位置に形成された前記光電変換領域が赤外線の波長域の光を光電変換する
前記（１）から（１１）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１３）
前記半導体基板の光入射面の上側に形成された、少なくとも一色の補色カラーフィルタ
をさらに備える前記（１）から（１２）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１４）
前記補色カラーフィルタは、マゼンタフィルタである
前記（１３）に記載の固体撮像素子。
【０１４５】
なお、本開示は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１４６】
２１  固体撮像素子，  ２２  シリコン基板，  ２３Ｂ，２３Ｇ，２３Ｒ  光電変換領域，  ２４  排出領域，  ２５  Ｐ型ウェル，  ２６Ｂ，２６Ｇ，２６Ｒ  信号電荷読出し電極，  ２７Ｂ，２７Ｇ，２７Ｒ  拡散層領域，  ３１  固体撮像素子，  ３２  シリコン基板，  ３３Ｂ，３３Ｒ  光電変換領域，  ３４  排出領域，  ３５  Ｐ型ウェル，  ３６  光電変換部，  ３７  光電変換膜，  ３８  上部電極，  ３９  下部電極，  ４１  固体撮像素子，  ４２  シリコン基板，  ４３Ｇ，４３Ｒ  光電変換領域，  ４４  排出領域，  ４５  Ｐ型ウェル，  ４６  光電変換部，  ４７  光電変換膜，  ４８  上部電極，  ４９  下部電極，  ５１  固体撮像素子，  ５２  シリコン基板，  ５３Ｂ，５３Ｇ  光電変換領域，  ５４  排出領域，  ５５  Ｐ型ウェル，  ５６  光電変換部，  ５７  光電変換膜，  ５８  上部電極，  ５９  下部電極，  ６１  固体撮像素子，  ６２  シリコン基板，  ６３Ｂ，６３Ｇ，６３Ｒ，６３ＲＩ  光電変換領域，  ６４  排出領域，  ６５  Ｐ型ウェル，  ７１  固体撮像素子，  ７２  カラーフィルタ，  ７２ＭＧ  マゼンタフィルタ，  ７２Ｇ  グリーンフィルタ，  ７３ＭＧ  マゼンタ画素，  ７３Ｇ  グリーン画素，  ８２  シリコン基板，  ８３Ｂ，８３Ｇ，８３Ｒ  光電変換領域，  ８４  排出領域，  ８５  Ｐ型ウェル
【図１】
2013016729.tif 000003
【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】
2013016729.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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