(57)【要約】【課題】ノイズの低減を図る。【解決手段】シリコン基板１６は、第１半導体領域１４と、第２半導体領域１２と、を光入射側の第１面１８に沿って交互に連続して配列した基板である。第１半導体領域１４は、第１濃度の不純物がドープされた、ｐ型およびｎ型の一方の型の半導体領域である。第２半導体領域１２は、第１濃度より低い第２濃度の不純物がドープされた、他方の型の半導体領域である。光電変換層２０は、シリコン基板１６の第１面１８側に配置されている。終端層２２は、シリコン基板１６と光電変換層２０との間に配置されると共に、シリコン基板１６の第１面１８に接触配置され、シリコン基板１６のダングリングボンドを終端する層である。電極層２４は、光電変換層２０の光入射側に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１濃度の不純物がドープされた、ｐ型およびｎ型の一方の型の第１半導体領域と、前記第１濃度より低い第２濃度の不純物がドープされた、他方の型の第２半導体領域と、を光入射側の第１面に沿って交互に連続して配列したシリコン基板と、
前記シリコン基板の前記第１面側に配置された光電変換層と、
前記シリコン基板と前記光電変換層との間に配置されると共に、前記シリコン基板の前記第１面に接触配置され、前記シリコン基板のダングリングボンドを終端する終端層と、
前記光電変換層の光入射側に設けられた電極層と、
を備えた半導体装置。
【請求項２】
前記終端層は、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域とを表面に沿って交互に連続して配列したシリコン層の、表面のダングリングボンドを水素で終端した領域であり、
前記シリコン基板は、前記シリコン層における該終端層の、前記第１面の反対側の第２面側に連続する領域である、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記終端層は、シリコン酸化膜である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記終端層は、電荷が通過可能な厚みである、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記シリコン基板の前記第１面の反対側の第２面側に設けられた読出回路を備え、
前記読出回路は、
前記第２半導体領域に接続され、前記第２半導体領域に蓄積された電荷を転送する、縦型トランジスタである転送トランジスタと、
前記転送トランジスタに接続され、前記転送トランジスタから転送された電荷を電圧に変換する第３半導体領域と、
変換された前記電圧を信号として出力する配線層と、
を有する、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記終端層は、前記シリコン基板の前記第１面と、前記光電変換層の前記シリコン基板側の第３面と、の双方に接触配置された、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記光電変換層は、有機材料を主成分とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第２半導体領域は、電荷を蓄積する電荷蓄積領域として機能し、
前記第１半導体領域は、画素領域間を分離する画素分離領域として機能し、
前記光電変換層は、前記電荷蓄積領域の配列方向に沿って連続して設けられた連続膜である、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第１半導体領域の不純物の第１密度と、前記第２半導体領域の不純物の第２密度と、は、下記式（１）の関係を満たす、請求項１に記載の半導体装置。
Ｎａ＞Ｎｄ×Ａａ／Ａｄ    ・・・式（１）
〔式（１）中、Ｎａは、前記第１密度を表し、Ｎｄは、前記第２密度を表し、Ａａは、画素領域における前記第１半導体領域の占める面積を表し、Ａｄは、前記画素領域における前記第２半導体領域の占める面積を表す。〕
【請求項１０】
前記電極層に、前記終端層を電荷がダイレクトトンネリング可能な電圧値以上の電圧を印加する電圧印加部を備えた、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０の何れか１項に記載の半導体装置を備えた撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置、および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電変換膜で光電変換された電荷を読み出す半導体装置が知られている。例えば、光電変換膜を挟むように電極層を配置し、一方の電極層にｐ型の半導体領域とｎ型の半導体領域とを含むシリコン基板をオーミックコンタクトさせた構成が知られている。また、光電変換膜を、半導体領域および転送トランジスタを介して浮遊拡散領域に接続する技術も開示されている。
【０００３】
ここで、半導体装置から読み出した信号には、浮遊拡散領域の容量などに依存するノイズが含まれる場合がある。ノイズ除去する技術としては、Ｓｉ基板からなる光電変換膜に光電変換機能と電荷蓄積機能とを持たせ、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）と呼ばれるノイズ除去手法を用いた技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−４５３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来技術では、読み出し信号に含まれるノイズを除去することができない場合があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ノイズの低減を図ることができる、半導体装置、および撮像装置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】
実施形態の半導体装置は、シリコン基板と、光電変換層と、終端層と、電極層と、を備える。シリコン基板は、第１濃度の不純物がドープされた、ｐ型およびｎ型の一方の型の第１半導体領域と、前記第１濃度より低い第２濃度の不純物がドープされた、他方の型の第２半導体領域と、を光入射側の第１面に沿って交互に連続して配列してなる。光電変換層は、シリコン基板の第１面側に配置されている。終端層は、シリコン基板と光電変換層との間に配置されると共に、シリコン基板の第１面に接触配置され、シリコン基板のダングリングボンドを終端する。電極層は、光電変換層の光入射側に設けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】半導体装置の一例を示す図。
【図２】終端層の説明図。
【図３】電位と電界強度との関係を示す線図。
【図４】半導体装置の模式図。
【図５】信号の読み出しを示すタイミングチャートを示す図。
【図６】撮像装置の一例を示す模式図。
【図７】撮像装置の一例を示す模式図。
【図８】撮像装置の一例を示す模式図。
【図９】撮像装置の一例を示す模式図。
【図１０】撮像装置の一例を示す模式図。
【図１１】半導体チップの一例を示す図。
【図１２】携帯端末の一例を示す模式図。
【図１３】車両の一例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、本実施の形態の詳細を説明する。
【００１０】
（第１の実施の形態）
図１は、半導体装置１０の一例を示す図である。半導体装置１０は、被写体を撮影して画像データを得る撮像装置１００などに適用可能である。
【００１１】
半導体装置１０は、シリコン基板１６と、光電変換層２０と、終端層２２と、電極層２４と、読出回路２８と、電圧印加部４４と、を備える。
【００１２】
半導体装置１０は、読出回路２８、シリコン基板１６、終端層２２、光電変換層２０、および電極層２４を、この順に積層した積層体である。本実施の形態の半導体装置１０は、電極層２４側からシリコン基板１６側に向かって入射する光を受光し、光電変換層２０で光電変換を行う。そして、半導体装置１０は、変換された電荷による信号を、読出回路２８で読み出す。
【００１３】
すなわち、本実施の形態の半導体装置１０は、裏面照射型ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサに、光電変換層２０および電極層２４が積層された、積層型イメージセンサである。裏面照射型とは、シリコン基板１６における、光入射側とは反対側に読出回路２８が設けられた構成を示す。
【００１４】
シリコン基板１６は、第２半導体領域１２と、第１半導体領域１４と、を第１面１８に沿って交互に配列した構成である。第１面１８は、シリコン基板１６における、半導体装置１０への光入射側の面である。言い換えると、第１面１８は、シリコン基板１６における、光電変換層２０側の面である。
【００１５】
第１半導体領域１４は、第１濃度の不純物をドープした半導体領域である。第１半導体領域１４は、ｐ型およびｎ型の一方の型である。第２半導体領域１２は、第１濃度より低い第２濃度の不純物をドープした半導体領域である。第２半導体領域１２は、ｐ型およびｎ型の内、他方の型である。
【００１６】
例えば、光電変換層２０による光電変換によって得られる電荷が電子である場合、第２半導体領域１２はｎ−型の半導体領域であり、第１半導体領域１４はｐ＋型の半導体領域である。一方、光電変換層２０による光電変換によって得られる電荷がホールである場合、第２半導体領域１２はｐ−型の半導体領域であり、第１半導体領域１４はｎ＋型の半導体領域である。
【００１７】
第１半導体領域１４は、ＧＮＤに固定されている。このため、第１半導体領域１４に対する第２半導体領域１２の相対電位差は、固定である。
【００１８】
第１半導体領域１４がｐ＋型であり、第２半導体領域１２がｎ−型である場合、第１半導体領域１４は第２半導体領域１２より電位が低い。このため、第１半導体領域１４は、第２半導体領域１２内の電子に対する、ポテンシャル障壁として機能する。
【００１９】
同様に、第１半導体領域１４がｎ＋型であり、第２半導体領域１２がｐ−型である場合、第１半導体領域１４は第２半導体領域１２より電位が高い。この場合、第１半導体領域１４は、第２半導体領域１２内のホールに対する、ポテンシャル障壁として機能する。
【００２０】
ここで、第２半導体領域１２と、該第２半導体領域１２に隣接する第１半導体領域１４における一部の領域と、を含む領域を、１つの画素領域Ｂとする。
【００２１】
上述したように、第１半導体領域１４は、ポテンシャル障壁として機能する。このため、第１半導体領域１４は、隣接する他の画素領域Ｂにおける第２半導体領域１２からの電荷の混入を防止する、画素分離領域として機能する。また、第２半導体領域１２は、光電変換層２０で変換された電荷を蓄積する電荷蓄積領域として機能する。
【００２２】
以下では、特に説明の無い場合には、電荷が電子であるものとして説明する。また、以下では、第２半導体領域１２がｎ−型であり、第１半導体領域１４がｐ＋型である場合を説明する。
【００２３】
なお、本実施の形態の半導体装置１０では、電荷がホールであり、第２半導体領域１２がｐ−型であり、第１半導体領域１４がｎ＋型であってもよい。
【００２４】
上述したように、第１半導体領域１４は、第１濃度の不純物をドープした半導体領域である。第２半導体領域１２は、第１濃度より低い第２濃度の不純物をドープした半導体領域である。
【００２５】
第１濃度は、第２濃度より高い濃度であればよい。第１濃度は、具体的には、１．０×１０１４ｃｍ−３〜１．０×１０１７ｃｍ−３の範囲内であることが好ましく、１．３×１０１４ｃｍ−３〜３．６×１０１６ｃｍ−３の範囲内であることが更に好ましい。
【００２６】
これらの第１半導体領域１４および第２半導体領域１２は、シリコン層１７（図２参照、詳細後述）への不純物のドープにより形成される。このとき、ドープする不純物の濃度を、第１濃度および第２濃度の各々に調整することで、第１半導体領域１４および第２半導体領域１２が形成される。
【００２７】
第１半導体領域１４の不純物の第１密度と、第２半導体領域１２の不純物の第２密度と、は、下記式（１）の関係を満たすことが好ましい。
【００２８】
Ｎａ＞Ｎｄ×Ａａ／Ａｄ    ・・・式（１）
【００２９】
式（１）中、Ｎａは、第１半導体領域１４の不純物の第１密度を表す。Ｎｄは、第２半導体領域１２の不純物の第２密度を表す。Ａａは、１つの画素領域Ｂにおける、第１半導体領域１４の占める面積を表す。Ａｄは、１つの画素領域Ｂにおける、第２半導体領域１２の占める面積を表す。通常、Ａａは、Ａｄ未満である（Ａａ＜Ａｄ）。
【００３０】
なお、１つの画素領域Ｂにおける第１半導体領域１４の占める面積、および第２半導体領域１２の占める面積は、各々、シリコン基板１６の画素領域Ｂの、第１面１８に平行な断面における、第１半導体領域１４の面積および第２半導体領域１２の面積の各々に相当する。第１面１８に平行とは、半導体装置１０における、シリコン基板１６、終端層２２、光電変換層２０、および電極層２４の積層方向に対して直交する方向に相当する。
【００３１】
第１半導体領域１４の不純物の第１密度と、第２半導体領域１２の不純物の第２密度と、が上記式（１）に示す関係を満たすことで、第２半導体領域１２を完全に空乏化することができる。
【００３２】
第１半導体領域１４の不純物の第１密度Ｎａは、例えば、１×１０１7ｃｍ−３〜１×１０１8ｃｍ−３の範囲である。また、第２半導体領域１２の不純物の第２密度Ｎｄは、例えば、１×１０１６ｃｍ−３〜１×１０１７ｃｍ−３である。しかし、第１密度Ｎａおよび第２密度Ｎｄの値は、これらの範囲の値に限定されない。
【００３３】
第２半導体領域１２および第１半導体領域１４の厚みは限定されない。第２半導体領域１２および第１半導体領域１４の厚みは、例えば、５μｍである。
【００３４】
読出回路２８は、シリコン基板１６の第２面２６側に設けられている。第２面２６は、シリコン基板１６における光入射側である第１面１８の反対側の面である。読出回路２８は、第２半導体領域１２に蓄積された電荷を、信号として読み出す回路である。読出回路２８の詳細は後述する。
【００３５】
次に、光電変換層２０について説明する。光電変換層２０は、シリコン基板１６の第１面１８側に配置されている。
【００３６】
光電変換層２０は、電極層２４を介して入射した光を電荷に変換する層である。光電変換層２０は、例えば、可視全域を光電変換するアモルファスシリコンなどの無機材料や、ＣＩＧＳ（銅、インジウム、ガリウム、セレンの化合物）や、有機材料などを主成分とする。主成分とする、とは、７０％以上の含有率であること示す。また、光電変換層２０として、パンクロ感光性の有機光電変換膜を用いてもよい。
【００３７】
光電変換層２０の構成材料は限定されない。但し、光電変換層２０のシリコン基板１６側において、光電変換層２０とは異なる波長領域の光をさらに光電変換する場合には、光電変換層２０は、波長選択性を有する必要がある。波長選択性とは、光電変換対象の波長領域以外の波長の光を透過させることを示す。この場合、光電変換層２０は、キナクリドンや、サブフタロシアニン等を含む構成とすればよい。
【００３８】
なお、光電変換層２０は、有機材料を主成分とすることが好ましい。
【００３９】
有機材料を主成分とする光電変換層２０を用いると、有機材料を主成分としない場合に比べて、光電変換層２０の抵抗率を高くすることが出来る。光電変換層２０の抵抗率が高いほど、光電変換層２０で発生した電荷が、光電変換層２０における、他の画素領域Ｂに対応する領域へと広がることを抑制することができる。言い換えると、他の画素領域Ｂからの電荷が各画素領域Ｂに混入することを抑制することができる。
【００４０】
なお、光電変換層２０における、各画素領域Ｂに対応する領域とは、光電変換層２０における、各画素領域Ｂに対して終端層２２を介して厚み方向に隣接する領域である。厚み方向は、半導体装置１０の厚み方向であり、シリコン基板１６、終端層２２、および光電変換層２０の積層方向と一致する。
【００４１】
また、有機材料を主成分とする光電変換層２０を用いた場合、以下の効果も得られる。上述のように、有機材料を主成分とする光電変換層２０を用い、光電変換層２０とシリコン基板１６とを電極層（下部電極層）を介さずに積層することによって、下部電極層の微細加工が不要となる。また、シリコン層１７への不純物のドーピング濃度を調整することで、第２半導体領域１２と第１半導体領域１４とを含む画素領域Ｂを容易に形成することができる。
【００４２】
本実施の形態の半導体装置１０では、光電変換層２０は、電荷蓄積領域として機能する第２半導体領域１２の配列方向に沿って、連続して設けられた連続膜である。すなわち、光電変換層２０は、複数の画素領域Ｂに渡って連続して設けられている。
【００４３】
電極層２４は、光電変換層２０の光入射側に設けられている。電極層２４は、半導体装置１０で検出対象の波長領域の光を透過し、且つ導電性を有する材料で構成すればよい。電極層２４は、例えば、ＩＴＯ、グラフェン、ＺｎＯなどで構成する。
【００４４】
電極層２４の厚みは限定されない。電極層２４の厚みは、例えば、３５ｎｍである。
【００４５】
終端層２２は、シリコン基板１６と光電変換層２０との間に配置されている。終端層２２は、シリコン基板１６の第１面１８に少なくとも接触して配置されている。終端層２２は、光電変換層２０に対しては他の層を介して配置されていてもよい。すなわち終端層２２は、光電変換層２０に対しては非接触に配置されていてもよい。
【００４６】
なお、終端層２２は、シリコン基板１６と光電変換層２０の双方に接触して配置されていることが好ましい。すなわち、終端層２２は、シリコン基板１６の第１面１８と、光電変換層２０のシリコン基板１６側の第３面１９と、の双方に接触配置されていることが好ましい。
【００４７】
終端層２２は、シリコン基板１６の表面のダングリングボンドを終端する層である。
【００４８】
ここで、シリコン基板１６表面の未終端のダングリングボンド上に光電変換層２０を積層したと仮定する。シリコン基板１６表面の未終端のダングリングボンド上に光電変換層２０を積層すると、シリコン基板１６と光電変換層２０との界面で界面準位が形成される。界面準位は、光電変換層２０で変換された電荷のトラップとして作用する。
【００４９】
界面準位がトラップとして作用することで、読出回路２８で読み出された信号には、ノイズや残像が生じる。また、界面準位がトラップとして作用することで、シリコン基板１６と光電変換層２０との界面でバンド曲りが発生し、光電変換膜２０からシリコン基板１６への電荷の完全転送が妨げられる。
【００５０】
そこで、本実施の形態の半導体装置１０は、第１面１８と光電変換層２０との間に、終端層２２を備える。終端層２２は、シリコン基板１６の表面のダングリングボンドを終端する。
【００５１】
終端層２２は、シリコン基板１６の表面のダングリングボンドを終端する機能を有する層であればよい。終端層２２は、例えば、シリコン酸化膜である。
【００５２】
また、例えば、終端層２２は、シリコン層１７における、シリコン層１７の表面の全てのダングリングボンドを水素で終端した領域であってもよい。図２は、終端層２２の説明図である。
【００５３】
図２に示すように、シリコン層１７を用意する。シリコン層１７は、未終端のシリコン基板１６である。シリコン層１７は、第１半導体領域１４と、第２半導体領域１２と、を表面に沿って交互に連続して配列した層である。そして、シリコン層１７の表面を、例えばフッ酸で処理することにより、該表面のダングリングボンドを水素で終端する。
【００５４】
この場合、終端層２２は、シリコン層１７における、表面のダングリングボンドを水素で終端した領域である。すなわち、この場合、終端層２２は、シリコン層１７の表面における、結合に関与しない結合手を水素原子によって終端した、Ｓｉ−Ｈ層となる。また、この場合、シリコン基板１６は、シリコン層１７における、終端層２２の、第２面２６側に連続する領域である。
【００５５】
終端層２２の厚みは、光電変換層２０で生成された電荷がシリコン基板１６側に通過可能な厚みであればよい。例えば、終端層２２がシリコン酸化膜である場合、終端層２２の厚みは、２ｎｍ以下であることが好ましい。例えば、終端層２２の厚みは、１．５ｎｍであってもよい。
【００５６】
終端層２２がシリコン酸化膜である場合、膜内の電界強度が１〜２ＭＶ／ｃｍになると、ダイレクトトンネリング現象が発生する。ダイレクトトンネリングとは、光電変換層２０からシリコン基板１６側へドリフトしてきた電荷の略１００％が、終端層２２を介してシリコン基板１６側へ通過することを示す。この観点から、終端層２２がシリコン酸化膜である場合、２ｎｍ以下の厚みであることが好ましい。
【００５７】
図１に戻り、次に、本実施の形態の半導体装置１０における、電荷の流れを説明する。
【００５８】
上述のように構成された半導体装置１０に、電極層２４側から光電変換層２０へ向かって光が入射すると、光電変換層２０が入射した光を電荷に変換する。
【００５９】
光電変換層２０で生成された電荷は、半導体装置１０の厚み方向に形成される電界によって、光電変換層２０内をシリコン基板１６側に向かってドリフトし、終端層２２へ到る。半導体装置１０の厚み方向とは、半導体装置１０を構成する各層の積層方向に一致する。
【００６０】
このとき、上述したように、光電変換層２０が有機材料を主成分とする構成であると、光電変換層２０で生成された電荷が、積層方向に交差する方向へ移動して他の画素領域Ｂに向かってドリフトすることが抑制される。
【００６１】
ここで、上述したように、終端層２２が設けられていない構成の場合、シリコン基板１６と光電変換層２０との界面に形成された界面準位により電荷がトラップされ、ノイズなどの原因となる。一方、本実施の形態の半導体装置１０では、シリコン基板１６と光電変換層２０との間に終端層２２が設けられている。
【００６２】
このため、光電変換層２０内をシリコン基板１６側に向かってドリフトして、光電変換層２０の第３面１９に到った電荷は、終端層２２を介して完全に（略１００％）シリコン基板１６側へ通過する。
【００６３】
上述したように、シリコン基板１６内の第１半導体領域１４は、第２半導体領域１２内に到った電荷に対する、ポテンシャル障壁として機能する。このため、第２半導体領域１２と第１半導体領域１４との間には、第１半導体領域１４側から第２半導体領域１２側へ向かって電荷をドリフトさせるような電界が発生する。よって、光電変換層２０から終端層２２を介してシリコン基板１６に到った電荷は、第１半導体領域１４側から第２半導体領域１２側へ向かう電界によって、画素領域Ｂごとに、第２半導体領域１２に集められる。
【００６４】
ここで、第２半導体領域１２は空乏化されている。このため、光電変換層２０で生成された電荷は、シリコン基板１６に既に蓄積されている電荷と混じることなく第２半導体領域１２に蓄積される。そして、第２半導体領域１２に蓄積された電荷は、読出回路２８によって信号として読み出される。
【００６５】
なお、第１半導体領域１４が完全空乏化していない場合、第１半導体領域１４における、厚み方向に直交する方向の中央部付近の領域は、電界の発生のないフラットバンドとなる。このため、光電変換層２０から終端層２２を介してシリコン基板１６のこの領域に到った電荷は、第１半導体領域１４における多数キャリアである電荷（ホールまたは電子）と即座に再結合する。そして、第２半導体領域１２側へドリフトする。これにより、第１半導体領域１４に電荷が長時間滞在することが抑制され、残像の発生も抑制される。
【００６６】
半導体装置１０で光を電荷に変換するときには、電圧印加部４４が、電極層２４に電圧を印加する。
【００６７】
電圧印加部４４が電極層２４に印加する電圧は、終端層２２を電荷がダイレクトトンネリング可能な電圧値以上の電圧値であればよい。
【００６８】
電圧印加部４４が電極層２４に印加する電圧の具体的な電圧値は、上記条件を満たすように、半導体装置１０の構成に応じて適宜調整すればよい。
【００６９】
例えば、１つの画素領域Ｂのサイズが１μｍ×１μｍであるとする。画素領域Ｂのサイズは、画素領域Ｂにおける、二次元平面である第１面１８に対して平行な面のサイズである。また、シリコン基板１６の厚みを５μｍとする。また、１つの画素領域Ｂにおける第１半導体領域１４の幅を１２５ｎｍとする。１つの画素領域Ｂにおける第１半導体領域１４の幅は、隣接する二つの第２半導体領域１２間の間隔の１／２の長さに相当する。また、１つの画素領域Ｂにおける、第２半導体領域１２のサイズは、７５０ｎｍ×７５０ｎｍであるとする。そして、第１半導体領域１４の飽和電子数を１０００００電子とする。第２半導体領域１２の不純物の原子数は、該飽和電子数と等しくなる。
【００７０】
この場合、第２半導体領域１２の不純物の第２密度Ｎｄは、下記式（２）によって求められる。また、第１半導体領域１４の不純物の第１密度Ｎａの下限値（Ｎａｍｉｎ）は、下記式（３）によって求められる。
【００７１】
Ｎｄ［ｃｍ−３］＝１０００００／（７５０ｎｍ×７５０ｎｍ×５μｍ）・・式（２）
Ｎａｍｉｎ＝１０００００／｛（１μｍ×１μｍ−７５０ｍ×７５０ｎｍ）×５μｍ｝                                                                  ・・・式（３）
【００７２】
第１半導体領域１４の不純物の第１密度が、上記式（３）によって示されるＮａｍｉｎの値を示す場合、第１半導体領域１４内のフラットバンドエリアは消滅する。このため、式（３）の関係を満たす場合、第２半導体領域１２と同様に、第１半導体領域１４も完全空乏化される。
【００７３】
第２半導体領域１２と第１半導体領域１４の双方が完全空乏化すると、光電変換層２０から終端層２２を介してシリコン基板１６へ転送されてきた全ての電荷が、複数の画素領域Ｂの内の何れかの画素領域Ｂの第２半導体領域１２へドリフトする。このため、光電変換層２０からシリコン基板１６へ転送されてきた全ての電荷が、読出回路２８によって読み出されることとなる。このため、上記式（２）および式（３）を満たす場合、半導体装置１０をイメージセンサとして用いた場合の、実効的な開口率を最も高くすることができる。
【００７４】
第１半導体領域１４の不純物の第１密度ＮａがＮａｍｉｎの場合、第２半導体領域１２内の電位は、式（Ａ）で表される。式（Ａ）は、第２半導体領域１２と第１半導体領域１４との間（図１中のＡ−Ａ’領域参照）の電位プロファイルを一次元で近似し、ポアソン方程式を解くことにより得られる。
【００７５】
【数１】
2016167563.tif 000003
【００７６】
式（Ａ）中、Ｖｂｉは、第２半導体領域１２内の電位を示す。εＳｉは、シリコンの誘電率を示す。ε０は、真空の誘電率を示す。Ｘｐは、第２半導体領域１２と第１半導体領域１４との接合面からの距離（第１半導体領域１４側）を示す。Ｘｎは、第２半導体領域１２と第１半導体領域１４との接合面からの距離（第２半導体領域１２側）を示す。ｑは、電気素量を示す。Ｎａは、第１半導体領域１４の第１密度である。Ｎｄは、第２半導体領域１２の第２密度である。
【００７７】
上記式（Ａ）から、第２半導体領域１２における、積層方向に直交する方向の中央部の電位は、４．５３Ｖと見積もることができる。この場合、電極層２４への印加電圧の電位と終端層２２内の電界強度との関係は、図３に示すものとなる。
【００７８】
図３は、電極層２４への印加電圧の電位と、終端層２２内の電界強度と、の関係を示す線図である。
【００７９】
なお、図３では、光電変換層２０として、厚み１００ｎｍの有機光電変換膜を用いた。また、終端層２２として、１．５ｎｍ厚のシリコン酸化膜を用いた。そして、初期状態（線図５０参照）と、飽和電荷量蓄積時（線図５２）と、の各々における、終端層２２内の電界強度の計算結果を図３に示した。初期状態とは、第２半導体領域１２への蓄積電荷量が「０」であるときを示す。飽和電荷量蓄積時とは、第２半導体領域１２と第１半導体領域１４とのポテンシャル差が０Ｖであるときを示す。
【００８０】
ここで、上述のように、終端層２２がシリコン酸化膜である場合、膜内の電界強度が１〜２ＭＶ／ｃｍになると、ダイレクトトンネリング現象が発生する。このため、図３に示す結果から、第１半導体領域１４の不純物の第１密度がＮａｍｉｎであり、第２半導体領域１２の不純物の第２密度が上記式（２）を満たし、光電変換層２０として厚み１００ｎｍの有機光電変換膜を用い、終端層２２として１．５ｎｍ厚のシリコン酸化膜を用いた構成である場合、電極層２４に−４Ｖ以下の負のバイアスを印加することで、ダイレクトトンネリング現象が発生する。
【００８１】
このため、この構成の場合、電圧印加部４４は、電極層２４に−４Ｖ以下の負のバイアスを印加すればよい。
【００８２】
次に、読出回路２８について詳細を説明する。
【００８３】
図４は、読出回路２８の構成を示した、半導体装置１０の模式図である。読出回路２８は、第２半導体領域１２に蓄積された電荷を信号として読み出す。
【００８４】
読出回路２８は、転送トランジスタ３０と、第３半導体領域３２と、配線層３４と、を含む。
【００８５】
転送トランジスタ３０は、第２半導体領域１２に接続され、第２半導体領域１２に蓄積された電荷を第３半導体領域３２へ転送する。
【００８６】
転送トランジスタ３０は、横型トランジスタであってもよいし、縦型トランジスタであってもよい。但し、転送トランジスタ３０は、縦型トランジスタであることが好ましい。転送トランジスタ３０として縦型トランジスタを用いることで、半導体装置１０における画素領域Ｂを、より微細な領域とすることが可能となる。このため、半導体装置１０を撮像装置１００に適用した場合、より高画質の撮像装置１００を提供可能となる。
【００８７】
第３半導体領域３２は、転送トランジスタ３０に接続され、転送トランジスタ３０から転送された電荷を電圧に変換する。第３半導体領域３２は、微小容量を有し、フローティングディフュージョンと称される。第３半導体領域３２の変換ゲイン（電荷を電圧へ変換する際のゲイン）は、第３半導体領域３２の容量により定まる。第３半導体領域３２の容量が高いほど、変換ゲインも高い。第３半導体領域３２は、配線層３４に接続されている。
【００８８】
配線層３４は、第３半導体領域３２で変換された電圧を信号として出力する。本実施の形態では、配線層３４は、リセットトランジスタ３６と、アンプトランジスタ３８と、セレクタトランジスタ４０と、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ）４２と、を含む。すなわち、本実施の形態の半導体装置１０では、読出回路２８は４つのトランジスタ（転送トランジスタ３０、リセットトランジスタ３６、アンプトランジスタ３８、セレクタトランジスタ４０）を含む構成である。
【００８９】
第３半導体領域３２は、アンプトランジスタ３８のゲートに接続されている。第３半導体領域３２で変換された電圧は、アンプトランジスタ３８のソースからセレクタトランジスタ４０を介してＣＤＳ４２へ出力される。
【００９０】
リセットトランジスタ３６は、第３半導体領域３２をソースとして接続されており、リセットトランジスタ３６のドレインには、第３半導体領域３２のリセットレベルとなる電源電位（Ｖｒｓｔ）が接続されている。
【００９１】
ＣＤＳ４２は、相関二重サンプリングを行う回路であり、第３半導体領域３２からアンプトランジスタ３８およびセレクタトランジスタ４０を介して出力された信号から、相関二重サンプリングによりノイズを除去する。そして、ＣＤＳ４２は、ノイズを除去した信号を、第２半導体領域１２から読み出した信号として出力する。
【００９２】
図５は、読出回路２８による信号の読み出しを示すタイミングチャートの一例である。読出回路２８の制御は、図示を省略する制御部で行う。
【００９３】
図５中、線図６０は、リセットトランジスタ３６のオンオフを示す。線図６２は、転送トランジスタ３０のオンオフを示す。線図６４は、第３半導体領域３２のオンオフを示す。線図６６は、電荷の蓄積された第２半導体領域１２の電位を示す。線図６８は、アンプトランジスタ３８のオンオフを示す。
【００９４】
まず、タイミングｔ０の状態で、転送トランジスタ３０をオン６２Ａにすると共に、リセットトランジスタ３６をオン６０Ａにする。これにより、第２半導体領域１２と第３半導体領域３２のリセット動作を行う。このリセット動作により、第２半導体領域１２の電位が初期状態となる。なお、このリセット動作は必須ではない。その理由は、本実施の形態では、第２半導体領域１２から第３半導体領域３２への電荷の転送は、完全転送であるためである。
【００９５】
次に、タイミングｔ１において、転送トランジスタ３０をオフ６２Ｂにする。同様に、リセットトランジスタ３６をオフ６０Ｂにする。転送トランジスタ３０をオフ６２Ｂにすることによって、第２半導体領域１２への蓄積が開始される（図５中、蓄積期間Ｃ参照）。この蓄積期間では、光電変換層２０で生成された電荷が終端層２２を介してシリコン基板１６へ到り、第２半導体領域１２へ蓄積されていく。このため、第２半導体領域１２の電位は、電荷（電子）の蓄積に伴って低下していく（線図６６Ａ参照）。
【００９６】
この蓄積期間が終了すると、タイミングｔ２において、転送トランジスタ３０のオフ６２Ｂを維持したまま、リセットトランジスタ３６をオン６０Ｃとする。これにより、第３半導体領域３２のみがリセットされる。第３半導体領域３２のリセット後（タイミングｔ３参照）、アンプトランジスタ３８を、オフ６８Ａからオン６８Ｂとすることで、アンプトランジスタ３８が第３半導体領域３２のリセットレベルを読み出す。読出し後、アンプトランジスタ３８をオン６８Ｂからオフ６８Ｃとする。アンプトランジスタ３８で読み出されたリセットレベルは、ＣＤＳ４２でサンプルホールドされる。
【００９７】
続いて、タイミングｔ４において転送トランジスタ３０をオン６２Ｃとする。これにより、第２半導体領域１２に蓄積されていた電荷が第３半導体領域３２へ完全転送される。この後、タイミングｔ５においてアンプトランジスタ３８をオフ６８Ｃからオン６８Ｄとすることで、ＣＤＳ４２が信号レベルを読み出す。信号レベル読出し後、アンプトランジスタ３８をオフにする。
【００９８】
ＣＤＳ４２では、読み出した信号レベルを、サンプルホールドしたリセットレベルを用いて、ＣＤＳ処理することによって、信号を読み出す。
【００９９】
以上説明したように、本実施の形態の半導体装置１０は、シリコン基板１６と、光電変換層２０と、終端層２２と、電極層２４と、を備える。シリコン基板１６は、第１半導体領域１４と、第２半導体領域１２と、を光入射側の第１面１８に沿って交互に連続して配列した基板である。第１半導体領域１４は、第１濃度の不純物がドープされた、ｐ型およびｎ型の一方の型の半導体領域である。第２半導体領域１２は、第１濃度より低い第２濃度の不純物がドープされた、他方の型の半導体領域である。光電変換層２０は、シリコン基板１６の第１面１８側に配置されている。終端層２２は、シリコン基板１６と光電変換層２０との間に配置されると共に、シリコン基板１６の第１面１８に接触配置され、シリコン基板１６のダングリングボンドを終端する層である。電極層２４は、光電変換層２０の光入射側に設けられている。
【０１００】
このように、本実施の形態の半導体装置１０は、シリコン基板１６と光電変換層２０との間に、シリコン基板１６の第１面１８に接触配置された終端層２２を備える。終端層２２は、シリコン基板１６の表面のダングリングボンドを終端する。
【０１０１】
このため、光電変換層２０で光電変換された電荷は、シリコン基板１６と光電変換層２０との界面準位によってトラップされることなく、シリコン基板１６側へドリフトし、第２半導体領域１２に蓄積される。そして、本実施の形態の半導体装置１０では、第２半導体領域１２に蓄積された電荷を信号として読み出す。
【０１０２】
従って、本実施の形態の半導体装置１０では、読み出した信号に含まれるノイズの低減を図ることができる。
【０１０３】
また、半導体装置１０を撮像装置１００に適用した場合についても、同様の効果が得られる。
【０１０４】
また、本実施の形態の半導体装置１０では、光電変換層２０とシリコン基板１６との間に電極層（下部電極）を設けることなく、光電変換層２０とシリコン基板１６とを終端層２２を介して積層した構成である。
【０１０５】
このため、本実施の形態の半導体装置１０では、光電変換層２０とシリコン基板１６との間に設けた電極層（下部電極）を、画素領域Ｂに合わせて微細加工する必要が無い。すなわち、本実施の形態の半導体装置１０では、画素分離のための下部電極の微細加工が不要である。そして、本実施の形態の半導体装置１０では、シリコン基板１６に不純物をドープして、第２半導体領域１２と第１半導体領域１４とを形成することによって、容易に画素領域Ｂを形成することができる。
【０１０６】
従って、本実施の形態の半導体装置１０では、上記効果に加えて、画素分離のための下部電極層の微細加工を行わずに、画素領域Ｂを形成することもできる。
【０１０７】
（第２の実施の形態）
本実施の形態では、第１の実施の形態で説明した半導体装置１０に、カラーフィルタを設けた構成の撮像装置１００を説明する。
【０１０８】
図６は、撮像装置１００Ａの一例を示す模式図である。なお、第１の実施の形態で説明した半導体装置１０と同じ機能を有する部分には、同じ符号を付与して詳細な説明を省略する。
【０１０９】
撮像装置１００Ａは、読出回路２８と、シリコン基板１６と、終端層２２と、光電変換層２０と、電極層２４と、カラーフィルタ７６と、電圧印加部４４と、を備える。
【０１１０】
シリコン基板１６の第２半導体領域１２は、ソース端子７０を介して読出回路２８に接続されている。具体的には、第２半導体領域１２は、読出回路２８の転送トランジスタ３０に接続されている。読出回路２８の、シリコン基板１６とは反対側の面には、配線層７２を介して絶縁層７４が積層されている。
【０１１１】
カラーフィルタ７６は、電極層２４の光入射側に配置されている。カラーフィルタ７６は、画素領域Ｂごとに、赤色の波長領域の光を吸収するカラーフィルタ７６Ｒと、青色の波長領域の光を吸収するカラーフィルタ７６Ｂと、緑色の波長領域の光を吸収するカラーフィルタ７６Ｇと、を含む。これらのカラーフィルタ７６Ｒと、カラーフィルタ７６Ｂと、カラーフィルタ７６Ｇと、はバイヤー配列（Ｂａｙｅｒ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）であることが好ましい。
【０１１２】
カラーフィルタ７６の膜厚は、限定されない。カラーフィルタ７６の膜厚は、例えば、１００ｎｍである。
【０１１３】
図６に示すように、本実施の形態の撮像装置１００Ａは、電極層２４上に、カラーフィルタ７６を設けた構成である。カラーフィルタ７６は、各画素領域Ｂに対応する領域ごとに、赤色の波長領域の光を吸収するカラーフィルタ７６Ｒと、青色の波長領域の光を吸収するカラーフィルタ７６Ｂと、緑色の波長領域の光を吸収するカラーフィルタ７６Ｇと、を含む。
【０１１４】
このため、本実施の形態の撮像装置１００Ａでは、各画素領域Ｂごとに、Ｒ（赤色の波長領域の光）、Ｇ（緑色の波長領域の光）、Ｂ（青色の波長領域の光）の各々に対応する電荷による信号を読み出すことができる。
【０１１５】
以上説明したように、カラーフィルタ７６を設けた構成とした場合であっても、本実施の形態の撮像装置１００Ａは、終端層２２を備えることから、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【０１１６】
（第３の実施の形態）
本実施の形態では、第１の実施の形態で説明した半導体装置１０に、第２の実施の形態とは異なるカラーフィルタを設けた構成の撮像装置１００を説明する。
【０１１７】
図７は、撮像装置１００Ｂの一例を示す模式図である。なお、第１の実施の形態で説明した半導体装置１０と同じ機能を有する部分には、同じ符号を付与して詳細な説明を省略する。
【０１１８】
撮像装置１００Ｂは、読出回路２８と、シリコン基板１６２と、終端層２２と、光電変換層２０Ｂと、電極層２４と、カラーフィルタ７６Ｙと、電圧印加部４４（図７では図示省略）と、を備える。
【０１１９】
光電変換層２０Ｂは、光電変換層２０と同様に、入射した光を電荷に変換する。本実施の形態では、光電変換層２０Ｂは、青色の波長領域の光と、緑色の波長領域の光と、を光電変換する。赤色の波長領域の光は、光電変換層２０Ｂを透過する。
【０１２０】
カラーフィルタ７６Ｙは、青色の波長領域の光を吸収する、黄色のカラーフィルタである。カラーフィルタ７６Ｙは、電極層２４上の、画素領域Ｂ１に対応する領域に設けられている。なお、画素領域Ｂ１に隣接する画素領域Ｂである画素領域Ｂ２に対応する領域には、カラーフィルタ７６Ｙは設けられていない。
【０１２１】
シリコン基板１６２は、シリコン基板１６と同様に、第２半導体領域１２と第１半導体領域１４とを第１面１８に沿って交互に連続して配列した構成である。第２半導体領域１２は、ソース端子７０を介して読出回路２８に接続されている。
【０１２２】
各画素領域Ｂのサイズが１μｍ×１μｍであるとし、各画素領域Ｂの第２半導体領域１２のサイズが７５０ｎｍ×７５０ｎｍ、厚みが３００ｎｍとする。また、各画素領域Ｂの第１半導体領域１４の幅が１２５ｎｍであるとする。この場合、第２半導体領域１２の第２濃度Ｎｄは、１×１０１６［ｃｍ−３］〜１×１０１７［ｃｍ−３］であり、飽和電子数は１００００〜２００００電子と見積もられる。
【０１２３】
シリコン基板１６２は、更に、光電変換部７８Ｂを備える。光電変換部７８Ｂは、第１半導体領域１４を介して第２半導体領域１２の読出回路２８側に配置されている。光電変換部７８Ｂは、赤色の波長領域の光を光電変換する。光電変換部７８Ｂは、例えば、赤色の波長領域の光を光電変換するＳｉＰＤ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）である。光電変換部７８Ｂは、読出回路２８に接続されている。読出回路２８の、シリコン基板１６２の反対側の面には、配線層７２を介して、絶縁層７４が積層されている。
【０１２４】
光電変換部７８Ｂのｎ型領域は、該光電変換部７８Ｂの周囲を取り囲むｐ＋領域である第１半導体領域１４とのｐｎ接合により、完全空乏化している。シリコン基板１６２の第１面１８から光電変換部７８Ｂまでの総厚は、例えば、４μｍである。この総厚の構成のシリコン基板１６２に入射した赤色の波長領域の光の略１００％が、光電変換部７８Ｂで光電変換されることとなる。
【０１２５】
なお、第２半導体領域１２の厚みは、シリコン基板１６２の表面のごく薄い領域であることが好ましい。具体的には、第２半導体領域１２の厚みは、３００ｎｍ以下であることが好ましい。第２半導体領域１２の厚みが、シリコン基板１６２の表面のごく薄い領域であると、光電変換層２０Ｂを透過した赤色の波長領域の光の一部が、第２半導体領域１２と第１半導体領域１４とのｐｎ接合部分で光電変換されて混色信号となることを抑制することができる。
【０１２６】
このような構成の撮像装置１００Ｂに光が入射すると、電極層２４上の、画素領域Ｂ１に対応する領域に入射した光は、カラーフィルタ７６Ｙによって青色の波長領域の光が吸収される。このため、光電変換層２０Ｂにおける、画素領域Ｂ１に対応する領域では、緑色の波長領域の光を光電変換し、電荷を生成する。生成された、緑色の波長領域の光に対応する電荷は、終端層２２を介して、画素領域Ｂ１の第２半導体領域１２へ到り、該第２半導体領域１２に蓄積される。また、画素領域Ｂ１の第２半導体領域１２の、読出回路２８側に配置された光電変換部７８Ｂには、赤色の波長領域の光の電荷が蓄積される。
【０１２７】
このため、画素領域Ｂ１では、緑色の波長領域の光と、赤色の波長領域の光と、の各々の電荷に応じた信号を検出できる。
【０１２８】
一方、電極層２４上の、画素領域Ｂ２に対応する領域に入射した光は、カラーフィルタ７６Ｙを介さずに、光電変換層２０Ｂへ到る。このため、光電変換層２０Ｂにおける、画素領域Ｂ２に対応する領域では、緑色の波長領域の光と、青色の波長領域の光と、を光電変換し、電荷を生成する。生成された、緑色の波長領域の光および青色の波長領域の光に対応する電荷は、終端層２２を介して、画素領域Ｂ２の第２半導体領域１２へ到り、該第２半導体領域１２に蓄積される。すなわち、画素領域Ｂ２の第２半導体領域１２には、緑色の波長領域の光の電荷に応じた信号と、青色の波長領域の光の電荷に応じた信号と、の総和が蓄積される。
【０１２９】
また、画素領域Ｂ２の第２半導体領域１２の、読出回路２８側に配置された光電変換部７８Ｂには、赤色の波長領域の光の電荷が蓄積される。
【０１３０】
画素領域Ｂ２に対応する第２半導体領域１２および光電変換部７８Ｂの各々に蓄積された電荷を読み出す読出回路２８では、画素領域Ｂ２の第２半導体領域１２に蓄積された信号（青色と緑色の総和）から、隣接する画素領域Ｂ１で得られた緑色の信号を減算することで、青色の波長領域の光の電荷に応じた信号を算出する。
【０１３１】
このため、画素領域Ｂ２では、青色の波長領域の光と、緑色の波長領域の光と、赤色の波長領域の光と、の各々の電荷に応じた信号を検出することができる。
【０１３２】
このため、撮像装置１００Ｂでは、カラーフィルタ７６Ｙの設けられた画素領域Ｂ１と、該画素領域Ｂ１に隣接し、カラーフィルタ７６Ｙの設けられていない画素領域Ｂ２と、を含む領域を１つの画素として扱えばよい。これにより、撮像装置１００Ｂでは、各画素ごとに、青色の波長領域の光と、緑色の波長領域の光と、赤色の波長領域の光と、の各々の電荷に応じた信号を検出することができる。
【０１３３】
なお、青色の波長領域の光を吸収する黄色のカラーフィルタ７６Ｙに代えて、緑色の波長領域の光を吸収するマゼンタ色のカラーフィルタ７６を画素領域Ｂ１上に設置してもよい。しかし、緑色の波長領域の光は、輝度信号の主成分として用いられる。このため、緑色の波長領域の光は、全ての画素領域Ｂの各々で検出可能とすることが好ましい。この観点から、画素領域Ｂ１上に設置するカラーフィルタ７６には、カラーフィルタ７６Ｙを用いることが好ましい。
【０１３４】
また、シリコンの吸収係数は、長波長になるほど低下する。このため、第２半導体領域１２での混色を考慮すると、光電変換部７８Ｂで光電変換する波長の光（すなわち、第２半導体領域１２を透過させる波長の光）は、より長波長である赤色の波長領域の光であることが好ましい。
【０１３５】
以上説明したように、カラーフィルタ７６Ｙを設けた構成とした場合であっても、本実施の形態の撮像装置１００Ｂは、終端層２２を備えることから、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【０１３６】
（第４の実施の形態）
本実施の形態では、第１の実施の形態で説明した半導体装置１０に、第２の実施の形態とは異なるカラーフィルタを設けた構成の撮像装置１００を説明する。
【０１３７】
図８は、撮像装置１００Ｃの一例を示す模式図である。なお、第１の実施の形態で説明した半導体装置１０と同じ機能を有する部分には、同じ符号を付与して詳細な説明を省略する。
【０１３８】
撮像装置１００Ｃは、読出回路２８と、シリコン基板１６４と、終端層２２と、光電変換層２０Ｃと、電極層２４と、カラーフィルタ７６Ｃと、電圧印加部４４と、を備える。
【０１３９】
光電変換層２０Ｃは、光電変換層２０と同様に、入射した光を電荷に変換する。本実施の形態では、光電変換層２０Ｃは、赤色の波長領域の光と、緑色の波長領域の光と、を光電変換する。青色の波長領域の光は、光電変換層２０Ｃを透過する。
【０１４０】
カラーフィルタ７６Ｃは、赤色の波長領域の光を吸収する、シアン色のカラーフィルタである。カラーフィルタ７６Ｃは、電極層２４上の、画素領域Ｂ３に対応する領域に設けられている。なお、画素領域Ｂ３に隣接する画素領域Ｂである画素領域Ｂ４に対応する領域には、カラーフィルタ７６Ｃは設けられていない。
【０１４１】
シリコン基板１６４は、シリコン基板１６と同様に、第２半導体領域１２と第１半導体領域１４とを第１面１８に沿って交互に連続して配列した構成である。
【０１４２】
シリコン基板１６４は、更に、光電変換部７８Ｃを備える。光電変換部７８Ｃは、第１半導体領域１４を介して第２半導体領域１２の読出回路２８側に配置されている。光電変換部７８Ｃは、青色の波長領域の光を光電変換する。光電変換部７８Ｃは、例えば、青色の波長領域の光を光電変換するＳｉＰＤ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）である。光電変換部７８Ｃは、読出回路２８に接続されている。読出回路２８の、シリコン基板１６４の反対側の面には、配線層７２を介して、絶縁層７４が積層されている。
【０１４３】
光電変換部７８Ｃのｎ型領域は、該光電変換部７８Ｃの周囲を取り囲むｐ＋領域である第１半導体領域１４とのｐｎ接合により、完全空乏化している。シリコン基板１６４の第１面１８から光電変換部７８Ｃまでの総厚は、例えば、４μｍである。この総厚の構成のシリコン基板１６４に入射した青色の波長領域の光の略１００％が、光電変換部７８Ｃで光電変換されることとなる。
【０１４４】
このような構成の撮像装置１００Ｃに光が入射すると、電極層２４上の、画素領域Ｂ３に対応する領域に入射した光は、カラーフィルタ７６Ｃによって赤色の波長領域の光が吸収される。このため、光電変換層２０Ｃにおける、画素領域Ｂ３に対応する領域では、緑色の波長領域の光を光電変換し、電荷を生成する。生成された、緑色の波長領域の光に対応する電荷は、終端層２２を介して、画素領域Ｂ３の第２半導体領域１２へ到り、該第２半導体領域１２に蓄積される。また、画素領域Ｂ３の第２半導体領域１２の、読出回路２８側に配置された光電変換部７８Ｃには、青色の波長領域の光の電荷が蓄積される。
【０１４５】
このため、画素領域Ｂ３では、緑色の波長領域の光と、青色の波長領域の光と、の各々の電荷に応じた信号を検出できる。
【０１４６】
一方、電極層２４上の、画素領域Ｂ４に対応する領域に入射した光は、カラーフィルタ７６Ｃを介さずに、光電変換層２０Ｃへ到る。このため、光電変換層２０Ｃにおける、画素領域Ｂ４に対応する領域では、緑色の波長領域の光と、赤色の波長領域の光と、を光電変換し、電荷を生成する。生成された、緑色の波長領域の光および赤色の波長領域の光に対応する電荷は、終端層２２を介して、画素領域Ｂ４の第２半導体領域１２へ到り、該第２半導体領域１２に蓄積される。すなわち、画素領域Ｂ４の第２半導体領域１２には、緑色の波長領域の光の電荷に応じた信号と、赤色の波長領域の光の電荷に応じた信号と、の総和が蓄積される。
【０１４７】
また、画素領域Ｂ４の第２半導体領域１２の、読出回路２８側に配置された光電変換部７８Ｃには、青色の波長領域の光の電荷が蓄積される。
【０１４８】
画素領域Ｂ４に対応する第２半導体領域１２および光電変換部７８Ｃの各々に蓄積された電荷を読み出す読出回路２８では、画素領域Ｂ４の第２半導体領域１２に蓄積された信号（赤色と緑色の総和）から、隣接する画素領域Ｂ３で得られた緑色の信号を減算することで、赤色の波長領域の光の電荷に応じた信号を算出する。
【０１４９】
このため、画素領域Ｂ４では、青色の波長領域の光と、緑色の波長領域の光と、赤色の波長領域の光と、の各々の電荷に応じた信号を検出することができる。
【０１５０】
このため、撮像装置１００Ｃでは、カラーフィルタ７６Ｃの設けられた画素領域Ｂ３と、該画素領域Ｂ３に隣接し、カラーフィルタ７６Ｃの設けられていない画素領域Ｂ４と、を含む領域を１つの画素として扱えばよい。これにより、撮像装置１００Ｃでは、画素ごとに、青色の波長領域の光と、緑色の波長領域の光と、赤色の波長領域の光と、の各々の電荷に応じた信号を検出することができる。
【０１５１】
以上説明したように、カラーフィルタ７６Ｃを設けた構成とした場合であっても、本実施の形態の撮像装置１００Ｃは、終端層２２を備えることから、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【０１５２】
（第５の実施の形態）
本実施の形態では、第１の実施の形態で説明した半導体装置１０に、第２の実施の形態とは異なるカラーフィルタを設けた構成の撮像装置１００を説明する。
【０１５３】
図９は、撮像装置１００Ｄの一例を示す模式図である。なお、第１の実施の形態で説明した半導体装置１０と同じ機能を有する部分には、同じ符号を付与して詳細な説明を省略する。
【０１５４】
撮像装置１００Ｄは、読出回路２８と、シリコン基板１６６と、終端層２２と、光電変換層２０Ｄと、電極層２４と、カラーフィルタ７６Ｃと、電圧印加部４４（図９では図示省略）と、を備える。カラーフィルタ７６Ｃは、第４の実施の形態と同様である。
【０１５５】
光電変換層２０Ｄは、光電変換層２０と同様に、入射した光を電荷に変換する。本実施の形態では、光電変換層２０Ｄは、赤色の波長領域の光と、青色の波長領域の光と、を光電変換する。緑色の波長領域の光は、光電変換層２０Ｄを透過する。
【０１５６】
カラーフィルタ７６Ｃは、第４の実施の形態と同様である。カラーフィルタ７６Ｃは、電極層２４上の、画素領域Ｂ５に対応する領域に設けられている。なお、画素領域Ｂ５に隣接する画素領域Ｂである画素領域Ｂ６に対応する領域には、カラーフィルタ７６Ｃは設けられていない。
【０１５７】
シリコン基板１６６は、シリコン基板１６と同様に、第２半導体領域１２と第１半導体領域１４とを第１面１８に沿って交互に連続して配列した構成である。
【０１５８】
シリコン基板１６６は、更に、光電変換部７８Ｄを備える。光電変換部７８Ｄは、第１半導体領域１４を介して第２半導体領域１２の読出回路２８側に配置されている。光電変換部７８Ｄは、緑色の波長領域の光を光電変換する。光電変換部７８Ｄは、例えば、緑色の波長領域の光を光電変換するＳｉＰＤである。光電変換部７８Ｄは、読出回路２８に接続されている。読出回路２８の、シリコン基板１６６の反対側の面には、配線層７２を介して、絶縁層７４が積層されている。
【０１５９】
光電変換部７８Ｄのｎ型領域は、該光電変換部７８Ｄの周囲を取り囲むｐ＋領域である第１半導体領域１４とのｐｎ接合により、完全空乏化している。シリコン基板１６６の第１面１８から光電変換部７８Ｄまでの総厚は、例えば、４μｍである。この総厚の構成のシリコン基板１６６に入射した緑色の波長領域の光の略１００％が、光電変換部７８Ｄで光電変換されることとなる。
【０１６０】
このような構成の撮像装置１００Ｄに光が入射すると、電極層２４上の、画素領域Ｂ５に対応する領域に入射した光は、カラーフィルタ７６Ｃによって赤色の波長領域の光が吸収される。このため、光電変換層２０Ｄにおける、画素領域Ｂ５に対応する領域では、青色の波長領域の光を光電変換し、電荷を生成する。生成された、青色の波長領域の光に対応する電荷は、終端層２２を介して、画素領域Ｂ５の第２半導体領域１２へ到り、該第２半導体領域１２に蓄積される。また、画素領域Ｂ５の第２半導体領域１２の、読出回路２８側に配置された光電変換部７８Ｄには、緑色の波長領域の光の電荷が蓄積される。
【０１６１】
このため、画素領域Ｂ５では、緑色の波長領域の光と、青色の波長領域の光と、の各々の電荷に応じた信号を検出できる。
【０１６２】
一方、電極層２４上の、画素領域Ｂ６に対応する領域に入射した光は、カラーフィルタ７６Ｃを介さずに、光電変換層２０Ｄへ到る。このため、光電変換層２０Ｄにおける、画素領域Ｂ６に対応する領域では、青色の波長領域の光と、赤色の波長領域の光と、を光電変換し、電荷を生成する。生成された、青色の波長領域の光および赤色の波長領域の光に対応する電荷は、終端層２２を介して、画素領域Ｂ６の第２半導体領域１２へ到り、該第２半導体領域１２に蓄積される。すなわち、画素領域Ｂ６の第２半導体領域１２には、青色の波長領域の光の電荷に応じた信号と、赤色の波長領域の光の電荷に応じた信号と、の総和が蓄積される。
【０１６３】
また、画素領域Ｂ６の第２半導体領域１２の、読出回路２８側に配置された光電変換部７８Ｄには、緑色の波長領域の光の電荷が蓄積される。
【０１６４】
画素領域Ｂ６に対応する第２半導体領域１２および光電変換部７８Ｄの各々に蓄積された電荷を読み出す読出回路２８では、画素領域Ｂ６の第２半導体領域１２に蓄積された信号（青色と赤色の総和）から、隣接する画素領域Ｂ５で得られた青色の信号を減算することで、赤色の波長領域の光の電荷に応じた信号を算出する。
【０１６５】
このため、画素領域Ｂ６では、青色の波長領域の光と、緑色の波長領域の光と、赤色の波長領域の光と、の各々の電荷に応じた信号を検出することができる。
【０１６６】
このため、撮像装置１００Ｄでは、カラーフィルタ７６Ｃの設けられた画素領域Ｂ５と、該画素領域Ｂ５に隣接し、カラーフィルタ７６Ｃの設けられていない画素領域Ｂ６と、を含む領域を１つの画素として扱えばよい。これにより、撮像装置１００Ｄでは、各画素ごとに、青色の波長領域の光と、緑色の波長領域の光と、赤色の波長領域の光と、の各々の電荷に応じた信号を検出することができる。
【０１６７】
以上説明したように、カラーフィルタ７６Ｃを設けた構成とした場合であっても、本実施の形態の撮像装置１００Ｄは、終端層２２を備えることから、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【０１６８】
（第６の実施の形態）
本実施の形態では、第１の実施の形態で説明した半導体装置１０に、色可変層および光学系を設けた構成の、撮像装置１００を説明する。
【０１６９】
図１０は、撮像装置１００Ｅの一例を示す模式図である。なお、第１の実施の形態で説明した半導体装置１０と同じ機能を有する部分には、同じ符号を付与して詳細な説明を省略する。
【０１７０】
撮像装置１００Ｅは、読出回路２８と、シリコン基板１６と、終端層２２と、光電変換層２０と、電極層２４と、光学系８４と、色可変層８２と、電圧印加部４４と、を備える。
【０１７１】
シリコン基板１６の第２半導体領域１２は、ソース端子７０を介して読出回路２８に接続されている。具体的には、第２半導体領域１２は、読出回路２８の転送トランジスタ３０に接続されている。読出回路２８の、シリコン基板１６とは反対側の面には、配線層７２を介して絶縁層７４が積層されている。
【０１７２】
色可変層８２は、電極層２４の光入射側に配置されている。色可変層８２は、電圧印加により、反射波長を、赤色の波長領域、緑色の波長領域、青色の波長領域、と順次切り替えることができる。色可変層８２は、例えば、ブルー相の電歪効果を利用した層である。具体的には、色可変層８２は、ブルー相を、１対の電極層で挟持した構成である。そして、これらの１対の電極層を電圧印加部４４に接続する。そして、これらの１対の電極層間の電位差を制御することで、ブルー相における液晶の螺旋ピッチを変化させて、選択反射する波長を、赤色の波長領域、緑色の波長領域、青色の波長領域に順次制御する。
【０１７３】
このときの、液晶の螺旋ピッチの変化速度は、通常の動画（６０Ｈｚ）の３倍速（１８０Ｈｚ）よりも十分に速い。このため、電圧印加部４４は、色可変層８２と読出回路２８とを同期させて１８０Ｈｚで駆動する。そして、電圧印加部４４は、６０Ｈｚの１フレーム期間に、赤色の波長領域の光の信号、緑色の波長領域の光の信号、および青色の波長領域の光の信号、の３回の読出しを行うことで、実質的に６０Ｈｚのフルカラー撮像を行うことが好ましい。
【０１７４】
色可変層８２で選択的に反射した波長領域の光は、光学系８４を介して、電極層２４の各画素領域Ｂに到り、光電変換層２０で光電変換された後に、シリコン基板１６へ到る。シリコン基板１６における電荷の動き、および読出回路２８の動作は、第１の実施の形態と同様である。
【０１７５】
以上説明したように、色可変層８２を設けた構成とした場合であっても、本実施の形態の撮像装置１００Ｅは、終端層２２を備えることから、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【０１７６】
（第７の実施の形態）
上記実施の形態で説明した半導体装置１０の適用範囲について説明する。上記実施の形態の半導体装置１０は、半導体チップや、撮像装置１００を備えた携帯端末や、撮像装置１００を備えた車両などに適用可能である。
【０１７７】
図１１は、半導体チップ９０の一例を示す図である。半導体チップ９０は、基板９２に、半導体装置１０を搭載した構成である。半導体チップ９０は、上記実施の形態で説明した半導体装置１０を含む。
【０１７８】
このため、半導体チップ９０は、ノイズの抑制された信号を得ることが出来る。
【０１７９】
図１２は、携帯端末９４の一例を示す模式図である。携帯端末９４は、半導体チップ９０を、撮像装置１００として本体部９６に搭載している。半導体チップ９０は、上記実施の形態で説明した半導体装置１０を含む。
【０１８０】
このため、半導体チップ９０を搭載した携帯端末９４は、ノイズの抑制された撮影画像を得ることが出来る。
【０１８１】
図１３は、車両９９の一例を示す模式図である。車両９９は、半導体装置１０を備えた半導体チップ９０を、撮像装置１００として車体９８に搭載している。このため、半導体チップ９０を搭載した車両９９は、ノイズの抑制された撮影画像を得ることができる。
【０１８２】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、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。これら新規な実施の形態は、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。これら実施の形態は、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】
【０１８３】
１０  半導体装置
１６  シリコン基板
２０、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ  光電変換層
２２  終端層
２４  電極層
２８  読出回路
３０  転送トランジスタ
３２  第３半導体領域
３４  配線層
４４  電圧印加部
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ  撮像装置
【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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