CN101814517B - 固体摄像装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固体摄像装置和电子设备，该固体摄像装置包括多个像素单位，被配置为以将对应于不同颜色的多个像素作为一个单位的方式置于摄像区域中，其中，设置所述像素单位中的各个像素的位置偏移量，使得根据从所述摄像区域的中心到所述像素单位的距离和颜色而不同。

Description

固体摄像装置和电子设备
相关申请的引用
本申请包含与2009年2月23日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-038943中所披露的有关的主题，将其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及固体摄像装置(solid-state imaging device)和电子设备。具体地，本发明涉及一种这样的固体摄像装置和电子设备，其中对应于不同颜色的多个像素包括在一个像素单位中，并且将像素单位以矩阵形式设置在摄像区域中。
背景技术
期望以互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器为代表的半导体图像传感器包括更多的像素，即，实现像素尺寸的减小并增加相同图像区域中像素的数量。日本专利公开第2001-160973号公开了一种具有微透镜、滤光片和遮光膜的开口的固体摄像装置，所述微透镜、滤光片和遮光膜的开口以基于利用像高(图像高度)和出瞳距离(exit pupil distance)定义的输出角以及从微透镜到光接收部分的膜厚度计算的偏移量进行设置。日本专利公开第2008-78258号公开了一种固体摄像装置，其中敏感度设定基于每一种颜色进行变化。日本专利公开第Sho 62-42449号公开了一种固体摄像装置，其中遮光膜的开口区域根据颜色而有所不同。日本专利公开第2007-288107号公开了一种固体摄像装置，其中滤光片偏移设置，从而防止色差(color shading)的发生。
发明内容
然而，随着像素数量的增加，信号量变小，并且变得难以确保相同的S/N比(信号/噪声比)。特别是，引起色平衡的扰动归因于透镜视角较大时，信号量的劣化显著，并且信号量的劣化根据颜色而变化。
本发明需要抑制由于透镜视角引起的对色平衡的扰动。
根据本发明的一种模式，提供了一种包括多个像素单位的固体摄像装置，其中所述多个像素单位被配置为以将对应于不同颜色的多个像素视为一个单位的方式设置在摄像区域中。在该固体摄像装置中，设置像素单位中的各个像素的位置的偏移量，使得根据从摄像区域的中心到像素单位的距离和颜色而不同。
在本发明的该模式中，由于为在从摄像区域的中心到其周边的区域上的像素单位中的像素所设置的设置偏移量根据从摄像区域的中心到其周边的区域的距离以及颜色而不同，所以能够在从摄像区域的中心到其周边的区域上抑制像素单位中的颜色偏移。
根据本发明的另一个模式，提供了一种包括多个像素单位的固体摄像装置，其中所述多个像素单位被配置为将对应于不同颜色的多个像素作为一个单位以矩阵形成设置在摄像区域中，并且遮光部分被配置为对应于所述多个像素单位而设置，并且具有对应于像素单位中像素的开口。在该固体摄像装置中，设置像素单位中各个像素的遮光部分的开口位置的偏移量，使得该偏移量根据从摄像区域的中心到像素单位的距离和颜色而不同。
在本发明的该模式中，由于为在从摄像区域的中心到其周边的区域上的像素单位中的像素的遮光部分的开口设置的位置偏移量根据从摄像区域的中心到像素单位的距离和颜色而不同，所以能够在从摄像区域的中心到其周边的区域上抑制像素单位中的颜色偏移。
根据本发明的另一个模式，提供了一种包括上面描述的固体摄像装置的电子设备。在该电子设备中，对固体摄像装置中的像素获得的信号进行处理的电路可以由CMOS晶体管形成。此外，像素可以被配置为捕获光，所述光来自基板的形成有互连层的表面的相对侧的表面。此外，还可以提供转移部分，该部分通过顺序施加具有不同相位的电位来转移被捕获在像素中的电荷。
在本发明的模式中的像素是指进行光电转换的区域，并且不仅包括结构上通过元件隔离分开的区域，而且还包括根据输出电信号分开的区域。此外，像素单位不仅包括作为多个像素的组并结构上被分开的单位，而且还包括在每一个由多个像素构成的组的重复边界处方便地分开的单位。
根据本发明的模式，使得可以抑制由于透镜的视角引起的色平衡的扰动，并且在从摄像区域的中心到其周边的区域内可以获得没有颜色串扰的信号。
附图说明
图1是用于说明背照式CMOS传感器的示意性截面图；
图2是用于说明具有遮光部分的背照式CMOS传感器的示意性截面图；
图3是用于说明前照式CMOS传感器的示意性截面图；
图4是用于说明CMOS传感器的整个构成的示图；
图5是示出了单位像素的电路构成的一个实例的电路图；
图6A和图6B是用于说明CCD传感器的示意图；
图7是用于说明摄像区域中的布局的示意性平面图；
图8是示出了像素单位中的能线图(energy profile)的实例的示图；
图9A和图9B是用于说明能线图根据像高变化的(第一)示图；
图10A和图10B是用于说明能线图根据像高变化的(第二)示图；
图11是示出了遮光部分的开口的平面图的示意图；
图12是用于说明本发明的第一实施方式的示意图；
图13是用于说明本发明的第二实施方式的示意图；
图14是用于说明本发明的第三实施方式的示意图；
图15是用于说明本发明的第四实施方式的示意图；
图16是用于说明颜色之间的偏移量的差别的示意图；
图17A和图17B是示出了实施方式的效果的示意图；以及
图18是示出了作为基于该实施方式的电子设备的一个实例的摄像设备的构成例的框图。
具体实施方式
下面将描述用于实施本发明的模式(在下文中，称为“实施方式”)。将以下面的顺序进行描述。
1.固体摄像装置的构成例(背照式CMOS传感器、前照式CMOS传感器、CMOS图像传感器的构成和CCD传感器)
2.能线图(像素单位中的分布(profile)和基于像高的变化)
3.第一实施方式(像素位置的设定)
4.第二实施方式(像素的光接收面积的设定)
5.第三实施方式(遮光部分的开口位置的设定)
6.第四实施方式(遮光部分的开口尺寸的设定)
7.电子设备(摄像设备的实例)
<1.固体摄像装置的构成例>
下面将描述根据实施方式的固体摄像装置的构成例。
[背照式CMOS传感器]
图1是用于说明背照式CMOS传感器的示意性截面图。在该固体摄像装置1中，在硅基板2的一个表面上设置滤光片60，在硅基板2中设置有作为像素10的光接收区域，并且在硅基板2的另一表面上设置用于在光接收区域中通过光电转换获得的信号的互连层40。由于该特性，该固体摄像装置1具有这样的构成，其中光从与其上设置有互连层40的表面的相对侧的表面入射到光接收区域中，并且在接收区域中进行光电转换。
在固体摄像装置1中，在硅基板2中形成的各颜色的光接收区域被元件隔离部分20相互隔开。在光接收区域上方，通过中间的抗反射膜21和层间绝缘膜30形成滤光片60。滤光片60基于例如拜耳(Bayer)阵列，该拜耳阵列与对应于红色(R)、绿色(R)和蓝色(B)中各颜色的光接收区域的布置相匹配。微透镜70设置在各颜色的滤光片60上。
为了制造所谓的背照式CMOS传感器，通过注入P型杂质离子，在硅基板2的表面(在图1中的下侧)附近形成用于将对应于各颜色的光接收区域相互隔开的元件隔离部分20。随后，通过注入N型和P型杂质离子，在元件隔离部分20之间形成对应于各颜色的光接收区域。此外，在光接收区域上形成用于像素驱动等的晶体管Tr和互连层40。
晶体管Tr的实例包括各种类型的晶体管，例如用于读出在光接收区域中捕获的电荷的读出晶体管、用于对光电二极管的输出进行放大的放大晶体管、用于选择光电二极管的选择晶体管以及用于释放电荷的复位晶体管。
在该状态中，将支持基板附接至硅基板2的互连层40侧，并且在由支持基板支持硅基板2的情况下，通过化学机械抛光(CMP)对硅基板2的背表面(在图1中的上侧)进行抛光。执行该抛光直到暴露光接收区域。
随后，在暴露光接收区域的情况下，在硅基板2的背表面侧上形成抗反射膜21(例如，具有64nm厚度的HfO膜)和层间绝缘膜30(例如，具有500nm厚度的SiO2膜)。
此外，在层间绝缘膜30上，形成对应于光接收区域的滤光片60(例如，具有500nm厚度)，并对应于滤光片60形成微透镜70(例如，厚度为350nm的透镜部分)。
这些步骤完成了固体摄像装置1，其中从硅基板2的背表面(在图1中的上侧)入射的光被微透镜70聚集，并且各颜色的光束通过滤光片60被光接收区域接收。在该结构中，由于在光接收区域的光入射侧不存在互连层40，因此可以增强各光接收区域的开口率。
图2是用于说明具有遮光部分的背照式CMOS传感器的示意性截面图。该具有遮光部分的背照式CMOS传感器的构成基本上与图1所示的构成相同。具体地，在硅基板2的一个表面上设置滤光片60，其中在硅基板2中设置有用作像素10的光接收区域，并且在硅基板2的另一表面上设置用于在光接收区域中由光电转换获得的信号的互连层40。因此，光从与其上设置有互连层40的表面相对侧的表面入射到光接收区域中，并且在光接收区域中进行光电转换。
在具有图2所示的构成的CMOS传感器中，在抗反射膜21上形成的层间绝缘膜30中形成遮光部分W。设置遮光部分W，使得防止通过各颜色的滤光片60的光进入除了相应像素10的光接收区域之外的区域。例如，遮光部分W由钨构成，并且具有对应于各颜色的光接收区域的开口。
[前照式CMOS传感器]
图3是用于说明前照式CMOS传感器的示意性截面图。在该固体摄像装置1中，在硅基板2中形成由光电二极管形成的光接收区域，并且对应于光接收区域形成晶体管Tr。
晶体管Tr的实例包括各种类型的晶体管，例如用于读出在光接收区域中捕获的电荷的读出晶体管、用于对光电二极管的输出进行放大的放大晶体管、用于选择光电二极管的选择晶体管以及用于释放电荷的复位晶体管。
在晶体管Tr上形成抗反射膜21，并通过中间的层间绝缘膜形成多个互连层40。根据需要，可以将由有机膜形成的光波导埋置在互连层40中。
在互连层40上，针对每个预定区域以预定的排列顺序形成RGB滤光片60。此外，对应于各颜色的滤光片60形成微透镜70。在本实例中，用于一个光接收区域的开口具有2.5平方微米的尺寸。
该固体摄像装置1具有这样的结构，其中互连层40和滤光片60设置在硅基板2的一个表面上，在硅基板2中设置有像素部分的光接收区域。也就是说，在该构成中，在光接收区域的光入射侧上设置微透镜70、滤光片60和互连层40。此外，光从硅基板2的其上设置有互连层40的表面入射，并且在光接收区域中进行光电转换。
在该固体摄像装置1中，环境光通过微透镜70进行聚集，并通过RGB的各滤光片60将其分为均具有对应于预定颜色的波长的光束。RGB的光束通过互连层40到达设置在硅基板2中的光接收区域。随后，在光接收区域中进行光电转换，使得通过驱动晶体管Tr来获得取决于RGB的光束的量的电信号。
在由前照式CMOS传感器形成的固体摄像装置1中，互连层40中最上层的互连也可被用作遮光部分W。具体地，通过将该互连的位置和宽度设置为预定值，可以防止通过各颜色的滤光片60的光进入除了相应像素10的光接收区域之外的区域。
[CMOS图像传感器的构成]
图4是用于说明由CMOS图像传感器形成的固体摄像装置的全部构成的示图。如图4所示，CMOS图像传感器50具有在半导体基板(芯片)(未示出)上形成的像素阵列单元51以及设置在与像素阵列单元51相同的半导体基板上的外围电路。作为像素阵列单元51的外围电路，使用了垂直驱动电路52、作为信号处理电路的列电路53、水平驱动电路54、输出电路55、定时发生器(TG)56等。
在像素阵列单元51中，单位像素(在下文中，单位像素常常被简称为“像素”)6以矩阵的形式被两维设置。单位像素6包括光电转换元件，其根据光的量将入射的可见光光电转换成电荷量。稍后将描述单位像素6的具体构成。
此外，在像素阵列单元51中，对于单位像素6的矩阵布置，沿着图中的水平方向(在像素行上像素的布置方向)为每个像素行形成像素驱动线57，并沿着图中的垂直方向(在像素列上像素的布置方向)为每个像素列形成垂直信号线58。在图4中，作为每一像素驱动线57示出了一条线。然而，每一行的像素驱动线57的数量并不限于一条。像素驱动线57的一端连接至垂直驱动电路52的输出端。
垂直驱动电路52由移位寄存器、地址解码器等构成。虽然在图中没有示出其具体构成，但是垂直驱动电路52具有读出扫描系统，用于基于逐列对读出信号的像素6顺序进行选择性扫描。此外，垂直驱动电路52具有用于对读出行(其用于由读出扫描系统进行读出扫描)进行清除扫描的清除扫描系统(sweep scanning system)清除扫描是在比该读出扫描早与快门速度相对应的时间，从该读出行上的像素6中的光电转换元件中清除(复位)不必要电荷。
所谓的电子快门操作是通过清除扫描系统对不必要的电荷进行扫描(复位)来执行。电子快门操作是指释放光电转换元件中的光电荷并重新开始曝光(开始积累光电荷)的操作。
通过读出扫描系统进行的读出操作读出的信号对应于在前面的读出操作或电子快门操作之后的入射光量。此外，从通过前面的读出操作进行的读出定时或通过电子快门操作进行的扫描定时到通过当前的读出操作进行的读出定时的时间等于在单位像素6中的光电荷积累的时间(曝光时间)。
由垂直驱动电路52通过扫描选择的像素行上的各单位像素6输出的信号通过各垂直信号线58供应给列电路53。列电路53接收为像素阵列单元51的每个像素列从所选择的行上的各像素6中输出的信号，并且每个对信号执行用于除去像素特有的固定图案噪声的诸如相关二重采样(CDS)、信号放大和AD转换的信号处理。
在该实例中，设置列电路53，使得相对于像素列具有一对一的对应关系。然而，电路构成并不限于此。例如，还可以采用这样的构成，其中每多个像素列(垂直信号线58)设置一个列电路53，并且每个列电路53以时间分割方式被多个像素列共享。
水平驱动电路54由移位寄存器、地址解码器等构成，并且顺序输出水平扫描脉冲，从而依次选择列电路53。对于列电路53的每个输出级(output stage)，提供水平选择开关使得连接在输出级与水平信号线59之间，虽然在该图中没有示出。从水平驱动电路54顺序输出的水平扫描脉冲依次打开为列电路53提供的各输出级的水平选择开关。这些水平选择开关又响应于水平扫描脉冲而被打开，从而将列电路53以每个像素列为基础处理的像素信号依次输出至水平信号线59。
输出电路55依次对由列电路53通过水平信号线59供应的像素信号进行各种信号处理，并输出所得的信号。作为由输出电路55进行的具体信号处理，例如，在一些情况下仅仅执行缓冲。可替换地，在其他情况下，在缓冲之前，可以进行黑色电平调整、各列间偏差的校正、信号放大、与颜色有关的处理等。
定时发生器56产生各种定时信号，并基于这些各种定时信号来控制垂直驱动电路52、列电路53以及水平驱动电路54的驱动。
[单位像素的电路构成]
图5是示出了单位像素的电路构成的一个实例的电路图。除了用作光接收部分的光电转换元件之外，与本电路实例有关的单位像素6还具有诸如光电二极管61，例如转移晶体管62、复位晶体管63、放大晶体管64和选择晶体管65的四个晶体管。
在该实例中，例如，使用N沟道MOS晶体管作为这些晶体管62～65。然而，在该实例中，转移晶体管62、复位晶体管63、放大晶体管64和选择晶体管65的导电类型的组合仅仅是一个实例，并且导电类型的组合并不限于此。
对于该单位像素6，作为像素驱动线57，例如，将转移线571、复位线572和选择线573的3个驱动互连共同提供给相同像素行上的各像素。基于每个像素行，转移线571、复位线572和选择线573中的每一个的一端连接至对应于像素行的垂直驱动电路52的输出端。
光电二极管61的阳极连接至诸如接地的负侧电源，并将所接收的光光电转换成具有取决于所接收光的量的电荷量的光电荷(在该实例中为光电子)。光电二极管61的阴电极通过转移晶体管62而电连接至放大晶体管64的栅电极。电连接至放大晶体管64的栅电极的节点(node)称为浮动扩散(FD)部分(电荷电压转换器)66。
转移晶体管62连接在光电二极管61的阴电极与FD部分66之间。转移晶体管62响应于通过转移线571将转移脉冲
Figure GSA00000028957300121
供应给栅电极而转为导通状态，其中转移脉冲
Figure GSA00000028957300122
的高电平(例如，Vdd电平)对应于激活状态(在下文中，这样的脉冲将表示为“高激活脉冲”)。因此，转移晶体管62将由光电二极管61进行的光电转换产生的光电荷转移至FD部分66。
复位晶体管63的漏电极连接至像素电源Vdd，而其源电极连接至FD部分66。复位晶体管63响应于通过复位线572将高激活复位脉冲供应至栅电极而转为导通状态。因此，在将信号电荷从光电二极管61转移到FD部分66之前，复位晶体管63朝向像素电源Vdd释放FD部分66的电荷，从而对FD部分66进行复位。
放大晶体管64的栅电极连接至FD部分66，而其漏电极连接至像素电源Vdd。放大晶体管64输出在通过复位晶体管63进行复位之后获得的FD部分66的电位作为复位电平。此外，放大晶体管64输出在通过转移晶体管62转移信号电荷之后获得的FD部分66的电位作为信号电平。
例如，选择晶体管65的漏电极连接至放大晶体管64的源极，并且其源电极连接至垂直信号线58。选择晶体管65响应于通过选择线573将高激活选择脉冲
Figure GSA00000028957300131
供应至栅极而转为导通状态。因此，选择晶体管65将单位像素6设置为选择状态，并将从放大晶体管64输出的信号传送至垂直信号线58。
还可以采用这样的电路构成，其中选择晶体管65连接在像素电源Vdd与放大晶体管64的漏极之间。
此外，单位像素6并不限于具有由有上述构成的四个晶体管形成的像素构成的那些，并且还可以是具有由三个晶体管形成的像素构成的那些，其中一个晶体管同时用作放大晶体管64和选择晶体管65。其像素电路的构成可以是任意的。
[CCD传感器]
图6A和图6B是用于说明电荷耦合器件(CCD)传感器的示意图：图6A是整体平面图，而图6B是沿图6A中的线A-A的截面图。如图6A所示，该固体摄像装置1包括以矩阵形式布置在摄像区域S中的多个像素10，以及对应于像素10的列并具有CCD结构的多个垂直移位寄存器VT。此外，该固体摄像装置1包括水平移位寄存器HT和与水平移位寄存器HT的末级连接的输出单元OP，其中该水平移位寄存器HT具有CCD结构并将由垂直移位寄存器VT转移的信号电荷转移至输出单元。
在该固体摄像装置1中，根据由像素10接收的光来积累电荷，并在预定的定时将该电荷读到垂直移位寄存器VT中，并且顺序通过具有从垂直移位寄存器VT上的电极施加的多个相位的电压进行转移。此外，将到达水平移位寄存器HT的电荷顺序转移至输出单元OP，并且作为预定的电压从输出单元OP输出。
如图6B所示，为垂直移位寄存器VT提供电极D。电极D形成在多个层中，虽然在图中没有示出。设置电极D，使得相邻的电极D彼此部分地重叠。将具有不同相位的电压顺序施加至这多个电极D。因此，沿垂直方向读出并转移在像素10中积累的电荷。为设置在像素10之间的垂直移位寄存器VT的电极10形成遮光部分W，从而抑制不必要光的入射。
[摄像区域中的布局]
图7是用于说明在摄像区域中布局的示意性平面图。在任何上面描述的构成例中，将多个像素10以矩阵形式设置在摄像区域S中。每个像素10接收用于获得由于滤光片引起的彩色图像所必须的颜色的光。作为颜色，例如，可使用红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的组合或者黄色(Y)、青色(C)、品红(M)和绿色(G)的组合。在该实施方式中，使用红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的组合作为一个实例。
摄像区域S中的各像素10以预定的布置进行设置，从而均捕获任何红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的光。作为对应的颜色布置，存在各种类型的布置。在实施方式中，采用拜耳阵列作为一个实例，其中红色(R)、蓝色(B)、第一绿色(Gr)和第二绿色(Gb)以2×2的矩阵垂直和水平地设置。在该阵列中，一个像素单位100由总共四个像素10，即，红色(R)、蓝色(B)、第一绿色(Gr)和第二绿色(Gb)的2×2个像素构成。虽然第一绿色(Gr)和第二绿色(Gb)被分配给不同的像素，但是像素处理相同的颜色。在摄像区域S中，以矩阵形式布置多个像素单位100。
<2.能线图>
[像素单位中的分布]
图8是示出了像素单位中的能线图的一个实例的示图。该图示出了在B、R、Gr和Gb的各颜色(波长)的硅基板表面上的照射能量的强度和扩展。根据该图，蓝色(B)光具有最高的强度以及最小的照射能量的扩展度。另一方面，红色(R)光具有最低的强度以及最大的照射能量的扩展度。
[基于像高的变化]
图9A至图10B是用于说明根据像高在能线图中变化的示图。图9A和图9B示出了蓝色(B)像素和绿色(Gb)像素的能线图。图10A和图10B示出了红色(R)像素和绿色(Gr)像素的能线图。在图9A至图10B中，图9A和图10A示出了当像高为0％(在摄像区域的中心)时的状态，而图9B和图10B示出了当像高为100％(在摄像区域的边缘)时的状态。
该能线图是由图2所示的具有遮光部分W的背照式CMOS传感器获得的。具体地，该背照式CMOS传感器具有在硅基板2(在硅基板2中形成由光电二极管形成的光接收区域)上包括以下成分的层构造：作为抗反射膜21的HfO膜(64nm厚)、作为遮光部分W的钨膜(150nm厚)、作为层间绝缘膜30的SiO2膜(550nm厚)、滤光片60(500nm厚)以及微透镜70(750nm厚(透镜部分的厚度为350nm))。
遮光部分W的开口的平面图如图11所示。为了基于图8所示的能线图来调节输出平衡，使开口尺寸对于每个RGB颜色进行变化。例如，对应于红色(R)的开口具有800平方纳米的尺寸。对应于绿色(Gr、Gb)的开口具有700平方纳米的尺寸。对应于蓝色(B)的开口具有600平方纳米的尺寸。此外，在平面图(光接收区域)中的像素尺寸为0.9平方微米，并且滤光片布置是基于拜耳阵列。
在对应于图9A至图10B的该像素结构中，在遮光部分上直接制作能线图的截面图。图9A和图9B示出了具有450纳米(蓝色)波长的单色光的仿真(stimulation)结果，而图10A和图10B示出了具有650纳米(红色)波长的单色光的仿真结果。在每个仿真中，用准直光照射像素。
图9A和图10A示出了当像高为0％(在摄像区域的中心)时的能线图。图10A所示的红色(R)像素的能量扩展大于图9A所示的蓝色(B)像素的能量扩展。
图9B和图10B示出了当像高为100％(在摄像区域的边缘)时的能线图。该能线图基于这样的假设，即，使用当像高为100％时，主光束的入射角为20°的透镜。在红色(R)和蓝色(B)中，光能在像素中心并不集中，而是处于偏移状态。
例如，根据图9B所示的分布，应当被蓝色(B)像素接收的光进入邻近的第二绿色(Gb)像素中。此外，根据图10B所示的分布，应当被红色(R)像素接收的光进入邻近的第一绿色(Gr)像素中。以这种方式，能线图根据像高进行变化，并且中心发生偏移，这会导致敏感度劣化以及颜色串扰。
下面将描述本发明的具体实施方式。上面描述的任何构成例均可以应用于根据各实施方式的固体摄像装置。将采用均使用背照式CMOS传感器的固体摄像装置作为实例来进行下面的描述。
<3.第一实施方式>
图12是用于说明第一实施方式的示意图。在根据第一实施方式的固体摄像装置中，根据离摄像区域S的中心的距离，即像高来设置像素单位100中各颜色的像素10的位置的偏移量。设置该偏移量使得各颜色间彼此不同。
在图12中，示出了对应于像高为0％的位置的像素单位100以及对应于像高不为0％的位置的像素单位100的放大图。在每个像素单位100中，基于像素单位100的中心O以预定的位置设置像素单位100中的四个像素10。
对于对应于像高为0％位置的像素单位100中的四个像素10，在原点为像素单位100的中心O的xy坐标系上的各像素10的中心位置如下所示。
R像素10的中心位置...(Xr，Yr)
Gr像素10的中心位置...(Xgr，Ygr)
B像素10的中心位置...(Xb，Yb)
Gb像素10的中心位置...(Xgb，Ygb)
对于对应于像高为100％的位置的像素单位100中的四个像素10，在原点为像素单位100的中心O的xy坐标系上的各像素10的中心位置如下所示。
R像素10的中心位置...(Xr’，Yr’)
Gr像素10的中心位置...(Xgr’，Ygr’)
B像素10的中心位置...(Xb’，Yb’)
Gb像素10的中心位置...(Xgb’，Ygb’)
在固体摄像装置1中，根据像高来设置像素单位100中相应颜色的像素10的位置的偏移量。如图9A至图10B所示，该特征对应于能线图的中心位置根据像高进行偏移的特点。
各颜色的像素10取决于像高在像素单位100中的偏移量如下。
(R像素的偏移量ΔR)
ΔR＝√(Xr’-Xr)2+(Yr’-Yr)2
(Gr像素的偏移量ΔGr)
ΔGr＝√(Xgr’-Xgr)2+(Ygr’-Ygr)2
(B像素的偏移量ΔB)
ΔB＝√(Xb’-Xb)2+(Yb’-Yb)2
(Gb像素的偏移量ΔGb)
ΔGb＝√(Xgb’-Xgb)2+(Ygb’-Ygb)2
在第一实施方式的固体摄像装置中，设置R像素的偏移量ΔR、Gr像素的偏移量ΔGr、B像素的偏移量ΔB以及Gb像素的偏移量ΔGb使得相应于各颜色而不同。具体地，对于每个红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)，预先获得取决于像高的能线图的中心位置的偏移量。在与这些偏移量相匹配时，以颜色为基础设置ΔR、ΔGr、ΔB和ΔGb的值。
具体地，以取决于像高与红色(R)中的能线图的中心位置的偏移量相匹配地设置ΔR的值。以取决于像高与绿色(G)中的能线图的中心位置的偏移量相匹配地设置ΔGr和ΔGb的值。以取决于像高与蓝色(B)中的能线图的中心位置的偏移量相匹配地设置ΔB的值。从而，在从摄像区域S的中心到其周边的区域上能够抑止每个像素单位100中的颜色偏移。
基于ΔR、ΔGr、ΔB和ΔGb的各像素10的移动方向是朝向像高为0％的位置的方向。由包括像高作为变量的函数或者由列表数据可以获得ΔR、ΔGr、ΔB和ΔGb的值。
<4.第二实施方式>
图13是用于说明第二实施方式的示意图。在根据第二实施方式的固体摄像装置中，除了第一实施方式的构成之外，取决于像高来设置像素单位100中各颜色的像素10的光接收区域的大小的差别，并且该大小的差别被设置成颜色间彼此不同。
在图13中，示出了对应于像高为0％的位置的各像素单位100以及对应于像高不为0％的位置的像素单位100的放大图。在每个像素单位100中，像素单位100中的四个像素10设置有各自的光接收区域。
对于对应于像高为0％的位置的像素单位100中的四个像素10，各像素10的光接收区域表示如下。
R像素10的光接收区域...Qr
Gr像素10的光接收区域...Qgr
B像素10的光接收区域...Qb
Gb像素10的光接收区域...Qgb
对于对应于像高为100％的位置的像素单位100中的四个像素10，各像素10的光接收区域表示如下。
R像素10的光接收区域...Qr’
Gr像素10的光接收区域...Qgr’
B像素10的光接收区域...Qb’
Gb像素10的光接收区域...Qgb’
在固体摄像装置1中，根据像高来设置像素单位100中相应颜色的像素10的光接收区域的大小的差别。该特征对应于取决于如图9A至图10B所示的能线图的扩展根据像高而变化的特点。
根据像高像素单位100中各颜色的像素10的光接收区域大小的差别如下。
(R像素的光接收区域大小的差别ΔQR)
ΔQR＝Qr’-Qr
(Gr像素的光接收区域大小的差别ΔQGr)
ΔQGr＝Qgr’-Qgr
(B像素的光接收区域大小的差别ΔQB)
ΔQB＝Qb’-Qb
(Gb像素的光接收区域大小的差别ΔQGb)
ΔQGb＝Qgb’-Qgb
在第二实施方式的固体摄像装置中，设置ΔQR、ΔQGr、ΔQB和ΔQGb的值使得相应于各颜色而不同。具体地，对于各红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)，预先获得根据像高能线图扩展的变化。在与这些变化相匹配时，以颜色为基础来设置ΔQR、ΔQGr、ΔQB和ΔQGb的值。
具体地，以与红色(R)中的能线图的扩展随像高变化相匹配地来设置ΔQR的值。以与绿色(G)中能线图的扩展随像高变化相匹配地来设置ΔQGr和ΔQGb的值。以与蓝色(B)中能线图的扩展中随像高变化相匹配地来设置ΔQB的值。从而，在从摄像区域S的中心到其周边的区域上能够抑止每个像素单位100中的颜色偏移。
由包括像高作为变量的函数或者从列表数据可以获得ΔQR、ΔQGr、ΔQB和ΔQGb的值。
<5.第三实施方式>
图14是用于说明第三实施方式的示意图。在根据第三实施方式的固体摄像装置中，设置用于每个像素单位100中的对应像素的遮光部分W的开口位置的偏移量。设置该偏移量使得各颜色间彼此不同。
在图14中，示出了对应于像高为0％的位置的像素单位100以及对应于像高不为0％的位置的像素单位100的放大图。在每个像素单位100中，基于像素单位100的中心O以预定的位置来设置对应于像素单位100中的四个像素10的遮光部分W的开口。
对于对应于像高为0％的位置的像素单位100中的四个像素10，在原点为像素单位100的中心O的xy坐标系中的各像素10的遮光部分W的开口的中心位置如下所示。
用于R像素10的遮光部分W的开口Wr...(Xwr，Ywr)
用于Gr像素10的遮光部分W的开口Wgr...(Xwgr，Ywgr)
用于B像素10的遮光部分W的开口Wb...(Xwb，Ywb)
用于Gb像素10的遮光部分W的开口Wgb...(Xwgb，Ywgb)
对于对应于像高为100％的位置的像素单位100中的四个像素10，在原点是像素单位100的中心O的xy坐标系中的各像素10的遮光部分W的开口的中心位置如下所示。
用于R像素10的遮光部分W的开口Wr...(Xwr’，Ywr’)
用于Gr像素10的遮光部分W的开口Wgr...(Xwgr’，Ywgr’)
用于B像素10的遮光部分W的开口Wb...(Xwb’，Ywb’)
用于Gb像素10的遮光部分W的开口Wgb...(Xwgb’，Ywgb’)
在固体摄像装置1中，根据像高来设置像素单位100中对应颜色的像素10的遮光部分W的开口位置的偏移量。该特征对应于如图9A-图10B所示的能线图的中心位置根据像高进行偏移的特点。
像素单位100中根据像高各颜色的像素10的偏移量如下。
(R像素的开口Wr的偏移量ΔWR)
ΔWR＝√(Xwr’-Xwr)2+(Ywr’-Ywr)2
(Gr像素的开口Wgr的偏移量ΔWGr)
ΔWGr＝√(Xwgr’-Xwgr)2+(Ywgr’-Ywgr)2
(B像素的开口Wb的偏移量ΔWB)
ΔWB＝√(Xwb’-Xwb)2+(Ywb’-Ywb)2
(Gb像素的开口Wgb的偏移量ΔWGb)
ΔWGb＝√(Xwgb’-Xwgb)2+(Ywgb’-Ywgb)2
在第三实施方式的固体摄像装置中，设置上面描述的ΔWR、ΔWGr、ΔWB和ΔWGb使得对应于各颜色而不同。具体地，对于每个红色(R)、绿色(R)和蓝色(B)可以预先获得根据像高的能线图中心位置的偏移量。在与这些偏移量相匹配时，以颜色为基础来设置ΔWR、ΔWGr、ΔWB和ΔWGb的值。
具体地，根据像高以与红色(R)中的能线图的中心位置的偏移相匹配地设置ΔWR的值。根据像高以与绿色(G)中的能线图的中心位置的偏移相匹配地来设置ΔWGr和ΔWGb的值。根据像高以与蓝色(B)中的能线图的中心位置的偏移相匹配地来设置ΔWB的值。从而，在从摄像区域S的中心到其周边的区域上能够抑止每个像素单位100中的颜色偏移。
基于ΔWR、ΔWGr、ΔWB和ΔWGb的各开口的移动方向是朝向像高为0％的位置的方向。由包括像高作为变量的函数或由列表数据可以获得ΔWR、ΔWGr、ΔWB和ΔWGb的值。
<6.第四实施方式>
图15是用于说明第四实施方式的示意图。在根据第四实施方式的固体摄像装置中，除了第三实施方式的构成之外，根据像高来设置像素单位100中各颜色的像素10的遮光部分W的开口尺寸的差别，并且设置该尺寸的差别使得各颜色间彼此不同。
在图15中，示出了对应于像高为0％的位置的各像素单位100以及对应于像高不为0％的位置的像素单位100的放大图。在每个像素单位100中，像素单位100中的四个像素10的遮光部分W的开口设置有各自尺寸。
对于对应于像高为0％的位置的像素单位100中的四个像素10，用于各像素10的遮光部分W的开口尺寸如下所示。
用于R像素10的遮光部分W的开口Wr的尺寸...Qwr
用于Gr像素10的遮光部分W的开口Wgr的尺寸...Qwgr
用于B像素10的遮光部分W的开口Wb的尺寸...Qwb
用于Gb像素10的遮光部分W的开口Wgb的尺寸...Qwgb
对于对应于像高为100％的位置的像素单位100中的四个像素10，用于各像素10的遮光部分W的开口尺寸如下所示。
用于R像素10的遮光部分W的开口Wr的尺寸...Qwr’
用于Gr像素10的遮光部分W的开口Wgr的尺寸...Qwgr’
用于B像素10的遮光部分W的开口Wb的尺寸...Qwb’
用于Gb像素10的遮光部分W的开口Wgb的尺寸...Qwgb’
在固体摄像装置1中，根据像高来设置像素单位100中对应颜色的像素10的遮光部分W的开口尺寸的差别，该特征对应于如图9A至图10B所示的能线图的扩展根据像高进行变化的特点。
根据像高，像素单位100中各颜色的像素10的遮光部分W的开口尺寸的差别如下。
(用于R像素的开口Wr的尺寸差别ΔQWR)
ΔQWR＝Qwr’-Qwr
(用于Gr像素的开口Wgr的尺寸差别ΔQWGr)
ΔQWGr＝Qwgr’-Qwgr
(用于B像素的开口Wb的尺寸差别ΔQWB)
ΔQWB＝Qwb’-Qwb
(用于Gb像素的开口Wgb的尺寸差别ΔQWGb)
ΔQWGb＝Qwgb’-Qwgb
在第四实施方式的固体摄像装置中，设置ΔQWR、ΔQWGr、ΔQWB和ΔQWGb的值，使得对应于各颜色而不同。具体地，对于每个红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)预先获得基于像高的能线图扩展的变化。在与这些变化相匹配时，以颜色为基础来设置ΔQWR、ΔQWGr、ΔQWB和ΔQWGb的值。
具体地，根据像高与在红色(R)中的能线图的扩展中的变化相匹配地来设置ΔQWR的值。根据像高以与在绿色(G)中的能线图的扩展中的变化相匹配地来设置ΔQWGr和ΔQWGb的值。根据像高以与在蓝色(B)中的能线图的扩展的变化相匹配地来设置ΔQWB的值。因此，在从摄像区域S的中心到其周边的区域上能够抑止每个像素单位100中的颜色偏移。
由包括像高作为变量的函数或由列表数据可以获得ΔQWR、ΔQWGr、ΔQWB和ΔQWGb的值。
上面描述的第一至第四实施方式均可以独立采用，并且可以以适当的组合来采用。具体地，根据第一实施方式的像素位置的设置可以与用于根据第三实施方式的像素的遮光部分的开口位置的设置相结合。此外，根据第一实施方式的像素位置的设置可以与用于根据第四实施方式的像素的遮光部分的开口尺寸的设置相结合。另外，根据第二实施方式的像素的光接收区域的设置可以与用于根据第三实施方式的像素的遮光部分的开口位置的设置相结合。
图16是用于说明偏移量引起颜色之间不同的示图。在该图中，像高在横坐标上示出，而像素单位中的像素位置和遮光部分的开口位置的偏移量在纵坐标上示出。偏移量以红色(R)、绿色(R)和蓝色(B)的顺序增大，并且当像高为100％时差别达到约0.1μm。在这些实施方式中，在与各RGB颜色之间引起差别的偏移量相匹配时，以颜色为基础来设置像素单位中的像素位置和遮光部分的开口位置的偏移量。
图17A和图17B是示出了实施方式的效果的示图。图17A示出了没有采用实施方式的情况的实例，而图17B示出了采用实施方式(像素的位置的设置和遮光部分的开口的位置的设置)的情况的实例。在每个图中，横坐标表示像高，而纵坐标表示光接收敏感度。
如图17A所示，在没有使用实施方式的情况下，虽然当像高为0％时光接收敏感度的值在各RGB颜色之间是相同的，但是像高的增加使各RGB颜色之间的光接收敏感度产生较大的偏差，这会导致高度的色差。另一方面，如图17B所示，在采用实施方式的情况下，即使当像高从0％开始增大时，也不能引起各RGB颜色之间的光接收敏感度的较大偏差，由此可以抑制色差的发生。
<7.电子设备>
图18是示出了作为基于实施方式的电子设备的一个实例的摄像设备的构成例的框图。如图18所示，摄像设备90具有包括透镜组91的光学系统、固体摄像装置92、作为摄像信号处理电路的DSP电路93、帧存储器94、显示装置95、记录装置96、操作系统97、电源系统98等。在这些部件中，DSP电路93、帧存储器94、显示装置95、记录装置96、操作系统97和电源系统98通过总线99相互连接。
透镜组91从目标捕获入射光(图像光)，并在固体摄像装置92的成像平面上形成图像。固体摄像装置92以像素为基础将来自由透镜组91在成像平面上形成的图像的入射光的光量转换为电信号，并将电信号作为像素信号输出。作为该固体摄像装置92，可以使用上述实施方式中的任何固体摄像装置。
显示装置95由平板显示装置，诸如液晶显示装置或有机电发光(EL)显示装置形成，并显示由固体摄像装置92通过成像获得的运动图像或静止图像。记录装置96将由固体摄像装置92通过成像获得的运动图像或静止图像记录在诸如非易失性存储器、录像带或数字多用途光盘(DVD)的记录介质中。
在通过用户进行操作时，操作系统97发布有关本摄像设备的各种功能的操作指令。电源系统98为这些供给对象适当地供应用作用于DSP电路93、帧存储器94、显示装置95、记录装置96和操作系统97的工作电源的各种电源。
将这样的摄像设备90应用于诸如视频摄像机、数字照相机和便携式电话的移动设备的摄像模块。通过使用根据上面描述的实施方式的固体摄像装置作为该固体摄像装置92，可以提供色平衡优异的摄像设备。
本领域的普通技术人员应当理解，可以根据设计要求和其它因素进行各种变更、组合、子组合、以及改变，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内。

Claims (12)

1.一种固体摄像装置，包括：
多个像素单位，被配置为以将对应于不同颜色的多个像素作为一个单位的方式布置在摄像区域中，其中，
设置所述像素单位中的各个像素的位置偏移量，使得所述位置偏移量根据从所述摄像区域的中心到所述像素单位的距离和所述各个像素的颜色而不同。
2.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
设置所述像素单位中的各个像素的光接收面积，使得所述光接收面积根据从所述摄像区域的中心到所述像素单位的距离和所述各个像素的颜色而不同。
3.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
对通过所述像素获得的信号进行处理的电路由互补金属氧化物半导体晶体管形成。
4.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
所述像素被配置为捕获来自基板的形成互连层的表面的相对侧的表面的光。
5.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
在所述多个像素单位之间设置转移部分，所述转移部分通过顺序施加具有不同相位的电位而转移被捕获在所述像素中的电荷。
6.一种固体摄像装置，包括：
多个像素单位，被配置为以将对应于不同颜色的多个像素作为一个单位的方式以矩阵形式布置在摄像区域中；以及
遮光部分，被配置为与所述多个像素单位相对应地设置，并具有对应于所述像素单位中的像素的开口，其中，
设置所述像素单位中的各个像素的所述遮光部分的开口位置的偏移量，使得所述偏移量根据从所述摄像区域的中心到所述像素单位的距离和所述各个像素的颜色而不同。
7.根据权利要求6所述的固体摄像装置，其中，
设置所述像素单位中的各个像素的所述遮光部分的开口的面积，使得该面积根据从所述摄像区域的中心到所述像素单位的距离和所述各个像素的颜色而不同。
8.根据权利要求6所述的固体摄像装置，其中，
对通过所述像素获得的信号进行处理的电路由互补金属氧化物半导体晶体管形成。
9.根据权利要求6所述的固体摄像装置，其中，
所述像素被配置为捕获来自基板的形成互连层的表面的相对侧的表面的光。
10.根据权利要求6所述的固体摄像装置，其中，
在所述多个像素单位之间设置转移部分，所述转移部分通过顺序施加具有不同相位的电位而转移被捕获在所述像素中的电荷。
11.一种电子设备，包括：
固体摄像装置，被配置为根据接收的光量来输出电信号；以及
信号处理装置，被配置为处理从所述固体摄像装置输出的电信号，其中，
固体摄像装置包括多个像素单位，以将对应于不同颜色的多个像素作为一个单位的方式设置在摄像区域中，并且
设置所述像素单位中的各个像素的位置偏移量，使得所述位置偏移量根据从所述摄像区域的中心到所述像素单位的距离和所述各个像素的颜色而不同。
12.一种电子设备，包括：
固体摄像装置，被配置为根据接收的光量来输出电信号；以及
信号处理装置，被配置为处理从所述固体摄像装置输出的电信号，其中
所述固体摄像装置包括：
多个像素单位，以将对应于不同颜色的多个像素作为一个单位的方式以矩阵形式设置在摄像区域中；以及
遮光部分，与所述多个像素单位相对应地设置，并具有对应于所述像素单位中的像素的开口，并且
设置所述像素单位中的各个像素的所述遮光部分的开口位置的偏移量，使得所述偏移量根据从所述摄像区域的中心到所述像素单位的距离和所述各个像素的颜色而不同。
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