DE112018006551T5 - Festkörper-bildaufnahmevorrichtung und elektronische vorrichtung - Google Patents

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Mikinori Ito
Yuta Nakamoto
Tomomi Okano
Yuya Kitabayashi
Takashi Tanaka
Tomoyuki Arai
Natsuko Ootani
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Sony Semiconductor Solutions Corp
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Abstract

Eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß einer Ausführungsform umfasst: ein Halbleitersubstrat mit einem photoelektrischen Wandlerelement; eine Linse, die über einer ersten Lichteinfallsfläche des photoelektrischen Wandlerelements angeordnet ist; und eine Vielzahl von säulenförmigen Strukturen, die auf einer Oberfläche parallel zur ersten Lichteinfallsfläche angeordnet sind, die zwischen einer zweiten Lichteinfallsfläche der Linse und der ersten Lichteinfallsfläche des photoelektrischen Wandlerelements angeordnet ist. Die säulenförmige Struktur umfasst mindestens eines der Elemente Silizium, Germanium, Galliumphosphid, Aluminiumoxid, Ceroxid, Hafniumoxid, Indiumoxid, Zinnoxid, Niobpentoxid, Magnesiumoxid, Tantalpentoxid, Titanpentoxid, Titanoxid, Wolframoxid, Yttriumoxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Cerfluorid, Gadoliniumfluorid, Lanthanfluorid und Neodymfluorid.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung und eine elektronische Vorrichtung.
  • Hintergrund
  • Konventionell werden in elektronischen Vorrichtungen mit einer Abbildungsfunktion, wie z.B. digitalen Standbildkameras und digitalen Videokameras, Festkörper-Bildaufnahmeelemente wie CCD (Charge Coupled Device) und CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) Bildsensoren verwendet.
  • Zum Beispiel wird Licht, das in einen CMOS-Bildsensor eintritt, durch eine Photodiode als photoelektrisches Wandlerelement in einem Pixel photoelektrisch umgewandelt. Die von der Photodiode erzeugten Ladungen werden über einen Transfer-Transistor auf eine floatende bzw. potentialfreie Diffusionsschicht übertragen und in eine Spannung umgewandelt. Die Spannung wird an das Gate eines Verstärkertransistors angelegt. Als Ergebnis erscheint am Drain des Verstärkertransistors ein Pixelsignal mit einem Spannungspegel, der den in der floatenden bzw. potentialfreien Diffusionsschicht angesammelten Ladungen entspricht.
  • Zitatliste
  • Patentliteratur
  • Patentliteratur 1: Offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2009-238942
  • Zusammenfassung
  • Technisches Problem
  • Bei herkömmlichen Festkörper-Bildaufnahmeelementen ist auf jedem Pixel ein Farbfilter angeordnet, der selektiv Licht mit einer bestimmten Wellenlänge durchlässt, um Farbbilder und Infrarotbilder (im Folgenden als „IR-Bilder“ bezeichnet) zu erfassen. Jedoch tritt beispielsweise in einem Bereich, in dem die Bildhöhe hoch ist, das Licht schräg in die Pixel ein, so dass die Möglichkeit besteht, dass Licht, das durch einen Farbfilter in einem Pixel durchgelassen wurde, in ein benachbartes Pixel eintritt (Leckagen). Es besteht eine weitere Möglichkeit, dass Licht, das durch den Farbfilter durchgelassen wurde, durch eine Verdrahtung im Inneren des Elements reflektiert wird, um in ein benachbartes Pixel einzutreten. Wenn das oben beschriebene Eindringen (Leckage) von Licht in ein benachbartes Pixel erfolgt, werden die Farben zwischen den Pixeln gemischt, und als Folge davon besteht das Problem, dass die Farbwiedergabe der vom Bildsensor erfassten Bilder abnimmt.
  • In Anbetracht des oben Gesagten schlägt die vorliegende Offenbarung eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung und eine elektronische Vorrichtung vor, die in der Lage sind, die Farbreproduzierbarkeit zu verbessern.
  • Lösung des Problems
  • Zur Lösung des oben beschriebenen Problems hat eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ein Halbleitersubstrat mit einem photoelektrischen Wandlerelement, eine über einer ersten Lichteinfallsfläche des photoelektrischen Wandlerelements angeordnete Linse und eine Vielzahl von säulenförmigen Strukturen, die auf einer zur ersten Lichteinfallsfläche parallelen Fläche angeordnet sind, die sich zwischen einer zweiten Lichteinfallsfläche der Linse und der ersten Lichteinfallsfläche des photoelektrischen Wandlerelements befindet, wobei die säulenförmige Struktur mindestens eines von Silizium, Germanium, Galliumphosphid, Aluminiumoxid, Ceroxid, Hafniumoxid, Indiumoxid, Zinnoxid, Niobpentoxid, Magnesiumoxid, Tantalpentoxid, Titanpentoxid, Titanoxid, Wolframoxid, Yttriumoxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Cerfluorid, Gadoliniumfluorid, Lanthanfluorid und Neodymfluorid enthält.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines Bildsensors zeigt, der für ein System mit strukturiertem Licht verwendet wird.
    • 2 ist ein Blockdiagramm, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel einer elektronischen Vorrichtung mit einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß einer ersten darauf montierten Ausführungsform illustriert.
    • 3 ist ein Blockdiagramm, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel eines CMOS-Bildsensors entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 4 ist ein Schaltplan, der ein schematisches Konfigurationsbeispiel eines Einheitspixels gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 5 ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel für Farbfilter nach der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Stapelstruktur des CMOS-Bildsensors gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 7 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Querschnittsstruktur des CMOS-Bildsensors gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 8 ist eine schematische Darstellung der Positionen, an denen die Säulen der ersten Ausführungsform gebildet werden.
    • 9 ist ein Anordnungsdiagramm, das ein Beispiel für die Anordnung der Säulen nach der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 10 ist ein Anordnungsdiagramm, das ein weiteres Anordnungsbeispiel der Säulen nach der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 11 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Wellenlängenauswahlfunktion einer Säulenanordnung entsprechend der ersten Ausführungsform.
    • 12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Lichttransmissionsspektrum zeigt, das durch die Säulenanordnung entsprechend der ersten Ausführungsform realisiert werden kann.
    • 13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Beziehung zwischen dem Durchmesser der Säule und der Wellenlänge des von der Säulenanordnung absorbierten/durchgelassenen Lichts gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
    • 14 ist ein Diagramm, das eine Herstellungsmethode für die Säulen nach der ersten Ausführungsform (Nr. 1) veranschaulicht.
    • 15 ist ein Diagramm, das die Herstellungsmethode der Säulen nach der ersten Ausführung (Nr. 2) veranschaulicht.
    • 16 ist ein Schema, das die Herstellungsmethode der Säulen nach der ersten Ausführungsform (Nr. 3) veranschaulicht.
    • 17 ist ein Schema, das die Herstellungsmethode der Säulen nach der ersten Ausführungsform (Nr. 4) veranschaulicht.
    • 18 ist ein Diagramm, das die Herstellungsmethode der Säulen nach der ersten Ausführung (Nr. 5) veranschaulicht.
    • 19 ist ein Diagramm, das die Herstellungsmethode der Säulen nach der ersten Ausführung (Nr. 6) veranschaulicht.
    • 20 ist eine Querschnittsansicht, die eine Querschnittsstruktur am Beispiel eines CMOS-Bildsensors nach einer zweiten Ausführungsform zeigt.
    • 21 ist ein Anordnungsdiagramm, das ein Beispiel für die Anordnung der Säulen nach der zweiten Ausführungsform zeigt.
    • 22 ist eine Querschnittsansicht, die ein Formbeispiel von Säulen nach einer dritten Ausführungsform zeigt.
    • 23 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
    • 24 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors nach einer fünften Ausführungsform zeigt.
    • 25 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors gemäß einer sechsten Ausführungsform zeigt.
    • 26 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors gemäß einer siebten Ausführungsform zeigt.
    • 27 ist ein Anordnungsdiagramm, das ein Anordnungsbeispiel einer Säulenanordnung gemäß der siebten Ausführungsform zeigt, das Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Rot durchlässt.
    • 28 ist ein Anordnungsdiagramm, das ein Beispiel für die Anordnung einer Säulenanordnung gemäß der siebten Ausführungsform zeigt, die Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Grün durchlässt.
    • 29 ist ein Anordnungsdiagramm, das ein Beispiel für die Anordnung einer Säulenanordnung gemäß der siebten Ausführungsform zeigt, die Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Blau durchlässt.
    • 30 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Lichtdurchlässigkeitsspektrums zeigt, wenn eine aus Säulen mit unterschiedlichen Durchmessern konfigurierte Säulenanordnung mit dem Farbfilter gemäß der siebten Ausführungsform kombiniert wird, der selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Rot (Nr. 1) durchlässt.
    • 31 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Lichtdurchlässigkeitsspektrums zeigt, wenn eine aus Säulen mit unterschiedlichen Durchmessern konfigurierte Säulenanordnung mit dem Farbfilter gemäß der siebten Ausführungsform kombiniert wird, der selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Rot durchlässt (Nr. 2).
    • 32 ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel für Farbfilter nach einer achten Ausführungsform zeigt.
    • 33 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors gemäß der achten Ausführungsform zeigt.
    • 34 ist ein Diagramm zur Erläuterung der spektroskopischen Eigenschaften kombinierter Filter entsprechend der achten Ausführungsform.
    • 35 ist ein Anordnungs-Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel der Säulen für jedes Einheitspixel entsprechend der achten Ausführungsform zeigt.
    • 36 ist eine Querschnittsansicht, die ein Konfigurationsbeispiel für eine Säulenanordnung gemäß der achten Ausführungsform darstellt, das selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Grün durchlässt.
    • 37 ist ein Diagramm zur Erläuterung der spektroskopischen Eigenschaften kombinierter Filter nach einer neunten Ausführungsform.
    • 38 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors gemäß der neunten Ausführungsform zeigt.
    • 39 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Anordnung von Säulen nach der neunten Ausführungsform zeigt.
    • 40 ist ein Diagramm zur Erläuterung der spektroskopischen Eigenschaften kombinierter Filter nach einer zehnten Ausführungsform.
    • 41 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors gemäß der zehnten Ausführungsform zeigt.
    • 42 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Anordnung von Säulen nach der zehnten Ausführungsform zeigt.
    • 43 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors gemäß einer elften Ausführungsform zeigt.
    • 44 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Anordnung von Säulen nach der elften Ausführungsform zeigt.
    • 45 ist ein Diagramm zur Erläuterung der spektroskopischen Eigenschaften kombinierter Filter nach der elften Ausführungsform.
    • 46 ist eine Draufsicht, die ein Anordnungsbeispiel für eine Pixelanordnung gemäß einer zwölften Ausführungsform zeigt.
    • 47 ist ein Diagramm, das eine planare Anordnung des Einheitsmusters illustriert, das zu einem zentralen Bereich in 46 gehört.
    • 48 ist eine Querschnittsansicht, die die Querschnittsstruktur einer Fläche A-A in 47 veranschaulicht.
    • 49 ist eine Querschnittsansicht, die die Querschnittsstruktur einer Fläche B-B in 47 veranschaulicht.
    • 50 ist eine Draufsicht, die eine Anordnung von Einheitsmustern illustriert, die zu einem Randbereich in 46 gehören.
    • 51 ist eine Querschnittsansicht, die die Querschnittsstruktur einer Fläche C-C in 50 veranschaulicht.
    • 52 ist eine Querschnittsansicht, die die Querschnittsstruktur einer Fläche D-D in 50 veranschaulicht.
    • 53 ist eine Draufsicht, die ein Anordnungsbeispiel einer Pixelanordnung gemäß einer dreizehnten Ausführungsform illustriert.
    • 54 ist ein Diagramm, das eine planare Anordnung der Einheitsmuster illustriert, die zu einem Zwischenbereich in 53 gehören.
    • 55 ist eine Querschnittsansicht, die die Querschnittsstruktur einer Fläche E-E in 54 veranschaulicht.
    • 56 ist eine Querschnittsansicht, die die Querschnittsstruktur einer Fläche F-F in 54 veranschaulicht.
    • 57 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors gemäß einer vierzehnten Ausführungsform zeigt.
    • 58 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die planare Anordnung von Säulen nach der vierzehnten Ausführungsform zeigt.
    • 59 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die spektroskopischen Eigenschaften einer Säulenanordnung in einem Einheitspixel gemäß der vierzehnten Ausführungsform zeigt.
    • 60 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Ausbreitung des Lichts, das schräg in einen peripheren Teil eines Farbfilters gemäß der vierzehnten Ausführungsform eingedrungen ist.
    • 61 ist eine Querschnittsansicht, die eine Querschnittsstruktur am Beispiel eines CMOS-Bildsensors gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform zeigt.
    • 62 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die planare Anordnung von Säulen gemäß der fünfzehnten Ausführungsform zeigt.
    • 63 ist eine Querschnittsansicht, die eine Querschnittsstruktur am Beispiel eines CMOS-Bildsensors gemäß einer sechzehnten Ausführungsform zeigt.
    • 64 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors gemäß einer siebzehnten Ausführungsform zeigt.
    • 65 ist eine Querschnittsansicht, die eine Querschnittsstruktur am Beispiel eines CMOS-Bildsensors gemäß einer achtzehnten Ausführungsform zeigt.
    • 66 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die planare Anordnung für Farbfilter und Photodioden gemäß der achtzehnten Ausführungsform zeigt.
    • 67 ist eine Querschnittsansicht, die eine Querschnittsstruktur am Beispiel eines allgemeinen CMOS-Bildsensors zeigt.
    • 68 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die planare Anordnung eines Lichtempfänger-Chips gemäß einer neunzehnten Ausführungsform zeigt.
    • 69 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors gemäß der neunzehnten Ausführungsform zeigt.
    • 70 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors gemäß einer zwanzigsten Ausführungsform zeigt.
    • 71 ist eine Querschnittsansicht zur Erläuterung der spektroskopischen Eigenschaften einer Säulenanordnung entsprechend der zwanzigsten Ausführungsform.
    • 72 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors gemäß einer einundzwanzigsten Ausführungsform zeigt.
    • 73 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors gemäß einer zweiundzwanzigsten Ausführungsform zeigt.
    • 74 ist eine Querschnittsansicht, die eine Querschnittsstruktur am Beispiel eines CMOS-Bildsensors gemäß einer dreiundzwanzigsten Ausführungsform zeigt.
    • 75 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Querschnittsstruktur einer Abschirmfolie in einem CMOS-Bildsensor gemäß einer vierundzwanzigsten Ausführungsform zeigt.
    • 76 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors gemäß einer fünfundzwanzigsten Ausführungsform zeigt.
    • 77 ist ein Diagramm, das ein Herstellungsverfahren für eine On-Chip-Linse gemäß der fünfundzwanzigsten Ausführungsform (Nr. 1) veranschaulicht.
    • 78 ist ein Diagramm, das die Herstellungsmethode für eine On-Chip-Linse gemäß der fünfundzwanzigsten Ausführungsform (Nr. 2) veranschaulicht.
    • 79 ist ein Diagramm, das die Herstellungsmethode für die On-Chip-Linse entsprechend der fünfundzwanzigsten Ausführungsform (Nr. 3) veranschaulicht.
    • 80 ist ein Diagramm, das die Herstellungsmethode für die On-Chip-Linse nach der fünfundzwanzigsten Ausführungsform (Nr. 4) veranschaulicht.
    • 81 ist ein Diagramm, das die Herstellungsmethode für die On-Chip-Linse gemäß der fünfundzwanzigsten Ausführungsform (Nr. 5) veranschaulicht.
    • 82 ist ein Diagramm, das die Herstellungsmethode für die On-Chip-Linse gemäß der fünfundzwanzigsten Ausführungsform (Nr. 6) veranschaulicht.
    • 83 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors gemäß einer sechsundzwanzigsten Ausführungsform zeigt.
    • 84 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors gemäß einer siebenundzwanzigsten Ausführungsform zeigt.
    • 85 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors gemäß einer achtundzwanzigsten Ausführungsform zeigt.
    • 86 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine schematische Konfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems zeigt.
    • 87 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel für die Installationspositionen einer Einheit zur Informationserfassung von außerhalb des Fahrzeugs und der Bildgebungseinheiten.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden im Folgenden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung detailliert beschrieben. In den folgenden Ausführungsformen werden die gleichen Teile durch die gleichen Referenzsymbole gekennzeichnet, um überlappende Beschreibungen auszulassen.
  • Die vorliegende Offenbarung wird in der Reihenfolge der folgenden Punkte beschrieben:
    1. 1. Erste Ausführungsform
      • 1.1 Konfigurationsbeispiel für eine elektronische Vorrichtung
      • 1.2 Konfigurationsbeispiel für eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
      • 1.3 Konfigurationsbeispiel des Einheitspixels
      • 1.4 Grundlegendes Funktionsbeispiel des Einheitspixels
      • 1.5 Anordnungsbeispiel für Farbfilter
      • 1.6 Beispiel einer gestapelten Struktur einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
      • 1.7 Beispiel für die Querschnittsstruktur eines Einheitspixels
      • 1.8 Form der Säulen
      • 1.9 Anordnung der Säulen
      • 1.10 Wellenlängen-Auswahlfunktion nach Säulen
      • 1.11 Säulenreihe in der ersten Ausführungsform
      • 1.12 Position der Säulenanordnung
      • 1.13 Material der Säulen
      • 1.14 Durchmesser und Abstand der Säulen
      • 1.15 Herstellungsverfahren für Säule
      • 1.16 Wirkungen und Effekte
    2. 2. Zweite Ausführungsform
    3. 3. Dritte Ausführungsform
    4. 4. Vierte Ausführungsform
    5. 5. Fünfte Ausführungsform
    6. 6. Sechste Ausführungsform
    7. 7. Siebte Ausführungsform
    8. 8. Achte Ausführungsform
      • 8.1 Anordnungsbeispiel für Farbfilter
      • 8.2 Beispiel für die Querschnittsstruktur eines Einheitspixels
      • 8.3 Spektroskopische Eigenschaften von kombinierten Filtern
      • 8.4 Wirkungen und Effekte
    9. 9. Neunte Ausführungsform
      • 9.1 Spektroskopische Eigenschaften von kombinierten Filtern
      • 9.2 Beispiel für die Querschnittsstruktur eines Einheitspixels
      • 9.3 Planares Anordnungsbeispiel für die Säulen
      • 9.4 Durchmesser und Abstand der Säulen
      • 9.5 Wirkungen und Effekte
    10. 10. Zehnte Ausführungsform
    11. 11. Elfte Ausführungsform
    12. 12. Zwölfte Ausführungsform
      • 12.1 Anordnung der Pixelanordnung
      • 12.2 Zentraler Bereich
        • 12.2.1 Anordnung des Einheitsmusters
        • 12.2.2 Querschnittsstruktur des Einheitspixels
      • 12.3 Randbereich
        • 12.3.1 Anordnung des Einheitsmusters
        • 12.3.2 Querschnittsstruktur des Einheitspixels
      • 12.4 Spektroskopische Eigenschaften der Säulenanordnung
      • 12.5 Wirkungen und Effekte
    13. 13. Dreizehnte Ausführungsform
      • 13.1 Zwischenbereich
        • 13.1.1 Anordnung des Einheitsmusters
        • 13.1.2 Querschnittsstruktur des Einheitspixels
      • 13.2 Spektroskopische Eigenschaften der Säulenanordnung
      • 13.3 Wirkungen und Effekte
    14. 14. Vierzehnte Ausführungsform
      • 14.1 Beispiel für die Querschnittsstruktur eines Einheitspixels
      • 14.2 Beispiel für die planare Anordnung der Säulen
      • 14.3 Spektroskopische Eigenschaften der Säulenanordnung
      • 14.4 Funktion der Säule als Lichtwellenleiter
      • 14.5 Wirkungen und Effekte
    15. 15. Fünfzehnte Ausführungsform
    16. 16. Sechzehnte Ausführungsform
    17. 17. Siebzehnte Ausführungsform
    18. 18. Achtzehnte Ausführungsform
    19. 19. Neunzehnte Ausführungsform
      • 19.1 Planare Anordnung des Lichtempfänger-Chips
      • 19.2 Beispiel für die Querschnittsstruktur eines Abschirmbereichs
      • 19.3 Durchmesser, Neigung und Höhe der Säulen
      • 19.4 Wirkungen und Effekte
    20. 20. Zwanzigste Ausführungsform
    21. 21. Einundzwanzigste Ausführungsform
      • 21.1 Beispiel für die Querschnittsstruktur eines Abschirmbereichs
      • 21.2 Wirkungen und Effekte
    22. 22. Zweiundzwanzigste Ausführungsform
    23. 23. Dreiundzwanzigste Ausführungsform
    24. 24. Vierundzwanzigste Ausführungsform
    25. 25. Fünfundzwanzigste Ausführungsform
      • 25.1 Beispiel für die Querschnittsstruktur eines Einheitspixels
      • 25.2 Herstellungsverfahren für On-Chip-Linse
      • 25.3 Wirkungen und Effekte
    26. 26. Sechsundzwanzigste Ausführungsform
    27. 27. Siebenundzwanzigste Ausführungsform
    28. 28. Achtundzwanzigste Ausführungsform
    29. 29. Anwendungen auf den mobilen Körper
  • Erste Ausführungsform
  • Zunächst wird eine erste Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
  • Eine Ursache für das Leck von Licht, das durch einen Farbfilter in einem Bereich mit hoher Bildhöhe zu einem benachbarten Pixel durchgelassen wird, ist beispielsweise ein großer Abstand zwischen der Lichteinfallsfläche des Farbfilters und der Lichteinfallsfläche eines photoelektrischen Wandlerelements.
  • Beispielsweise kann in Bildsensoren, die Bilder von Licht mit einer bestimmten Wellenlänge außerhalb eines sichtbaren Lichtbereichs, wie z.B. Infrarotbilder, zusätzlich zu Farbbildern erfassen, wie es bei Bildsensoren für ein strukturiertes Lichtsystem der Fall ist, eine Struktur vorgesehen werden, in der eine Vielzahl von Farbfiltern vertikal gestapelt sind, um den Eintritt von Licht mit einer bestimmten Wellenlänge in Pixel, die Farbbilder erfassen, zu unterdrücken. In einer solchen Struktur wird jedoch der Abstand von einer Lichteinfallsfläche eines Farbfilters oben zu einer Lichteinfallsfläche eines photoelektrischen Wandlerelements redundant. Folglich besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass Licht, das schräg in ein angrenzendes Pixel eingetreten ist, in ein angrenzendes Pixel austritt.
  • Als spezifisches Beispiel, umfasst ein Bildsensor 900, der ein Infrarotbild (im Folgenden als „IR-Bild“ bezeichnet) durch Infrarotlicht (im Folgenden als „IR-Licht“ bezeichnet) zusätzlich zu einem Farbbild von drei RGB-Primärfarben, wie in 1 dargestellt, aufnimmt, als Pixel, die ein Farbbild mit drei RGB-Primärfarben aufnehmen: eine Photodiode PD mit einem Farbfilter 907R, der Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Rot (R) durchlässt, wobei der Farbfilter 907R auf der Seite der Lichteinfallsfläche angeordnet ist; eine Photodiode PD mit einem Farbfilter 907G, der Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Grün (G) durchlässt, wobei der Farbfilter 907G auf der Seite der Lichteinfallsfläche angeordnet ist; und eine Photodiode PD mit einem Farbfilter 907B, der Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Blau (B) durchlässt, wobei der Farbfilter 907B auf der Seite der Lichteinfallsfläche angeordnet ist.
  • Zwischen den Farbfiltern 907R, 907G und 907B und den Photodioden PD befindet sich ein IR-Filter 917IR, der IR-Licht blockiert. Mit anderen Worten, ein Farbfilter in jedem der Pixel, die ein Farbbild mit drei RGB-Primärfarben aufnehmen, hat eine Struktur, in der der Farbfilter 907R, 907G oder 907B und der IR-Filter 917IR gestapelt sind. Auf diese Weise wird der Einfall von IR-Licht auf die Photodioden PD in den Pixeln, die ein Farbbild mit drei RGB-Primärfarben aufnehmen, reduziert.
  • Der Bildsensor 900 enthält als ein Pixel, das ein IR-Bild aufnimmt, eine Photodiode PD mit einem Farbfilter, der selektiv IR-Licht durchlässt, wobei der Farbfilter auf einer Lichteinfallsfläche der Photodiode PD angeordnet ist. Wie in 1 dargestellt, kann dieser Farbfilter 907IR, der IR-Licht durchlässt, eine Struktur haben, bei der ein Farbfilter 907R, der Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Rot (R) durchlässt, und ein Farbfilter 907B, der Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Blau (B) durchlässt, übereinander angeordnet sind.
  • Wie oben beschrieben, erhöht sich bei einem Farbfilter mit Stapelstruktur der Abstand von der Lichteinfallsfläche eines oben liegenden Farbfilters zur Lichteinfallsfläche der Photodiode PD (Zunahme der Höhe). Dadurch wird das Leck von Licht L1 bis L3, das durch die Farbfilter zu benachbarten Pixeln durchgelassen wird, redundant. Folglich besteht das Problem, dass die Farbreproduzierbarkeit in den erfassten Bildern abnimmt. Die Farbreproduzierbarkeit kann so groß sein, dass die Farben in der Realität wirklich reproduziert werden.
  • In Anbetracht des oben Gesagten werden in der vorliegenden Ausführungsform eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung und eine elektronische Vorrichtung, in der säulenförmige Strukturen (im Folgenden als „Säule“ bezeichnet) als IR-Filter verwendet werden, der IR-Licht blockiert, so dass das Austreten von Licht zu einem benachbarten Pixel aufgrund der erhöhten Höhe unterdrückt werden kann, während der Einfall von IR-Licht auf Pixel, die Farbbilder aufnehmen, unterdrückt wird, anhand von Beispielen ausführlich beschrieben.
  • Konfigurationsbeispiel für eine elektronische Vorrichtung
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel einer elektronischen Vorrichtung mit einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung entsprechend der ersten darauf angebrachten Ausführungsform zeigt. Wie in 2 dargestellt, enthält eine elektronische Vorrichtung 1 beispielsweise eine abbildende Linse 20, eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 10, einen Speicher 30 und einen Prozessor 40.
  • Die abbildende Linse 20 ist ein Beispiel für ein optisches System, das einfallendes Licht kondensiert und ein Bild des Lichts auf einer Lichtempfangsfläche der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 10 bildet. Die Lichtempfangsfläche kann eine Oberfläche der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 10 sein, auf der photoelektrische Wandlerelemente angeordnet sind. Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 10 wandelt das einfallende Licht photoelektrisch um, um Bilddaten zu erzeugen. Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 10 führt eine vorgegebene Signalverarbeitung, wie z.B. Rauschreduzierung und Weißabgleichsanpassung, an den erzeugten Bilddaten aus.
  • Der Speicher 30 wird beispielsweise durch einen Flash-Speicher, einen dynamischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) oder einen statischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (SRAM) konfiguriert und speichert darin Bilddaten, die von der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 10 eingegeben werden.
  • Der Prozessor 40 wird zum Beispiel durch eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) konfiguriert und kann einen Anwendungsprozessor, der ein Betriebssystem und verschiedene Arten von Anwendungssoftware ausführt, eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU) und einen Baseband-Prozessor umfassen. Der Prozessor 40 führt je nach Bedarf verschiedene Arten der Verarbeitung von Bilddaten aus, die von der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 10 eingegeben werden, und von Bilddaten, die aus dem Speicher 30 gelesen werden, führt die Anzeige der Bilddaten für Benutzer aus und überträgt die Bilddaten über ein vorbestimmtes Netzwerk nach außen.
  • Konfigurationsbeispiel für eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
  • 3 ist ein Blockdiagramm, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel einer komplementären Metall-Oxid-Halbleiter-(CMOS)-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung (im Folgenden einfach „CMOS-Bildsensor“ genannt) entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt. Der CMOS-Bildsensor ist ein Bildsensor, der durch Anwendung oder teilweise Verwendung eines CMOS-Prozesses hergestellt wird. Zum Beispiel wird ein CMOS-Bildsensor 10 gemäß der ersten Ausführungsform durch einen rückseitig beleuchteten CMOS-Bildsensor konfiguriert.
  • Der CMOS-Bildsensor 10 nach der ersten Ausführungsform hat zum Beispiel eine Stapelstruktur, bei der ein Halbleiterchip, in dem eine Pixelanordnung 11 gebildet wird, und ein Halbleiterchip, in dem Peripherieschaltungen gebildet werden, gestapelt sind. Beispiele für die Peripherieschaltungen können ein Zeilen-Treiber bzw. eine Zeilen-Ansteuerung 12, eine Spalten-Verarbeitungsschaltung 13, ein Spalten-Treiber bzw. eine Spalten-Ansteuerung 14 und eine System-Steuerung 15 sein.
  • Der CMOS-Bildsensor 10 enthält außerdem einen Signalprozessor 18 und einen Datenspeicher 19. Der Signalprozessor 18 und der Datenspeicher 19 können im gleichen Halbleiterchip wie die Peripherieschaltungen oder in einem anderen Halbleiterchip untergebracht sein.
  • Die Pixelanordnung 11 hat eine Konfiguration, in der Einheitspixel (im Folgenden manchmal einfach „Pixel“ genannt) 50 mit photoelektrischen Wandlerelementen, die Ladungen entsprechend der empfangenen Lichtmenge erzeugen und akkumulieren, in einem zweidimensionalen Gittermuster in einer Zeilen- und einer Spaltenrichtung, d.h. in einem Matrixmuster, angeordnet sind. Die Zeilenrichtung ist eine Anordnungsrichtung von Pixeln in einer Pixelzeile (horizontale Richtung in den Figuren), und die Spaltenrichtung ist eine Anordnungsrichtung von Pixeln in einer Pixelspalte (vertikale Richtung in den Figuren). Die spezifische Schaltungskonfiguration und Details der Pixelstruktur des Einheitspixels werden später beschrieben.
  • In der Pixelanordnung des Matrixmusters ist in der Pixelanordnung 11 für jede Pixelzeile eine Pixel-Treiberleitung LD entlang der Zeilenrichtung und für jede Pixelspalte eine vertikale Signalleitung VSL entlang der Spaltenrichtung verdrahtet. Die Pixel-Treiberleitung LD überträgt ein Treibersignal zum Ansteuern von Pixeln, um Signale von den Pixeln zu lesen. In 3 sind die Pixel-Treiberleitungen LD als Einzelverdrahtung dargestellt, sind aber nicht auf die Einzelverdrahtung beschränkt. Ein Ende der Pixel-Treiberleitung LD ist mit einem Ausgangsende des Zeilen-Treibers bzw. der Zeilen-Ansteuerung 12 verbunden, der bzw. die jeder Zeile entspricht.
  • Der Zeilen-Treiber bzw. die Zeilen-Ansteuerung 12 wird durch ein Schieberegister oder einen Adressdecoder konfiguriert und treibt alle Pixel in der Pixelanordnung 11 gleichzeitig oder die Pixel in Einheiten von Zeilen an. Mit anderen Worten, der Zeilen-Treiber bzw. die Zeilen-Ansteuerung 12 stellt eine Treibereinheit dar, die den Betrieb jedes Pixels in der Pixelanordnung 11 zusammen mit der System-Steuerung 15 steuert, die den Zeilen-Treiber bzw. die Zeilen-Ansteuerung 12 steuert. Die Darstellung einer spezifischen Konfiguration des Zeilen-Treibers bzw. der Zeilen-Ansteuerung 12 entfällt. Im Allgemeinen umfasst der Zeilen-Treiber bzw. die Zeilen-Ansteuerung 12 zwei Abtastsysteme, d.h. ein Lese-Abtastsystem und ein Sweep-Abtastsystem.
  • Das Lese-Abtastsystem tastet die Einheitspixel in der Pixelanordnung 11 in Einheiten von Zeilen sequentiell und selektiv ab, um Signale von den Einheitspixeln zu lesen. Das von den Einheitspixeln gelesene Signal ist ein analoges Signal. Das Sweep-Abtastsystem führt eine Sweep-Abtastung auf einer Lesezeile durch, für die die Leseabtastung durch das Leseabtastsystem vor der Leseabtastung um eine Belichtungszeit durchgeführt werden soll.
  • Durch die Abtastung mit dem Abtastsystem werden unnötige Ladungen von photoelektrischen Wandlerelementen in Einheitspixeln in einer Lesezeile abgetastet und die photoelektrischen Wandlerelemente zurückgesetzt. Durch das Abtasten der unnötigen Ladungen durch das Abtastsystem (Reset) wird der so genannte elektronische Verschlussvorgang durchgeführt. Der elektronische Verschlussvorgang bezieht sich auf eine Operation zum Verwerfen von Ladungen in einem photoelektrischen Wandlerelement und zum Starten einer neuen Belichtung (Starten der Ladungsakkumulation).
  • Ein durch den Lesevorgang des lesenden Abtastsystems gelesenes Signal entspricht der Lichtmenge, die nach dem vorherigen Lesevorgang oder dem elektronischen Verschlussvorgang empfangen wurde. Ein Zeitraum von einer Lesezeit durch den vorherigen Lesevorgang oder eine Abtastzeit durch den elektronischen Verschluss bis zu einer Lesezeit durch den aktuellen Lesevorgang ist eine Akkumulationsperiode (auch als „Belichtungsperiode“ bezeichnet) von Ladungen in einem Einheitspixel.
  • Signale, die von Einheitspixeln in einer von dem Zeilen-Treiber bzw. der Zeilen-Ansteuerung 12 ausgewählten und abgetasteten Pixelzeile ausgegeben werden, werden über die vertikalen Signalleitungen VSL für jede Pixelspalte in die Spalten-Verarbeitungsschaltung 13 eingegeben. Die Spalten-Verarbeitungsschaltung 13 führt für jede Pixelspalte in der Pixelanordnung 11 eine vorbestimmte Signalverarbeitung von Signalen durch, die von Pixeln in einer ausgewählten Zeile über die vertikalen Signalleitungen VSL ausgegeben werden, und speichert darin nach der Signalverarbeitung Pixelsignale vorübergehend.
  • Im Einzelnen führt die Spalten-Verarbeitungsschaltung 13 als Signalverarbeitung zumindest eine Rauschunterdrückungsverarbeitung wie die korrelierte Doppelabtastung (CDS) und die doppelte Datenabtastung (DDS) durch. Zum Beispiel wird das den Pixeln innewohnende Rauschen mit festem Muster, wie z.B. Reset-Rauschen und Schwellenwertschwankungen in den Verstärkertransistoren in Pixeln, durch die CDS entfernt. Darüber hinaus verfügt beispielsweise die Spalten-Verarbeitungsschaltung 13 über eine Analog-Digital-Wandlungsfunktion (AD) und wandelt ein analoges Pixelsignal, das von einem photoelektrischen Wandlerelement gelesen wird, in ein digitales Signal um und gibt das digitale Signal aus.
  • Der Spalten-Treiber bzw. die Spalten-Ansteuerung 14 wird durch ein Schieberegister oder einen Adressdecoder konfiguriert und wählt nacheinander Leseschaltungen (im Folgenden als „Pixelschaltungen“ bezeichnet) aus, die einer Pixelspalte in der Spalten-Verarbeitungsschaltung 13 entsprechen. Durch die Auswahlabtastung durch den Spalten-Treiber bzw. die Spalten-Ansteuerung 14 werden die Pixelsignale, die für jede Pixelschaltung durch die Spalten-Verarbeitungsschaltung 13 einer Signalverarbeitung unterzogen wurden, sequentiell ausgegeben.
  • Die System-Steuerung 15 enthält einen Timing-Generator, der verschiedene Arten von Timing-Signalen und andere Komponenten erzeugt. Die System-Steuerung 15 steuert die Ansteuerung des Zeilentreibers 12, der Spalten-Verarbeitungsschaltung 13 und des Spalten-Treibers bzw. der Spalten-Ansteuerung 14 auf der Grundlage verschiedener Arten von Zeitsteuerungssignalen, die vom Zeitsteuerungsgenerator erzeugt werden.
  • Der Signalprozessor 18 hat mindestens eine arithmetische Verarbeitungsfunktion und führt verschiedene Arten der Signalverarbeitung durch, wie z.B. die arithmetische Verarbeitung von Pixelsignalen, die von der Spalten-Verarbeitungsschaltung 13 ausgegeben werden. Der Datenspeicher 19 speichert darin vorübergehend Daten, die für die Signalverarbeitung im Signalprozessor 18 erforderlich sind.
  • Beispielsweise können die vom Signalprozessor 18 ausgegebenen Bilddaten einer vorgegebenen Verarbeitung durch den Prozessor 40 in der elektronischen Vorrichtung 1 mit dem darauf montierten CMOS-Bildsensor 10 unterzogen oder über ein vorgegebenes Netzwerk nach außen übertragen werden.
  • Konfigurationsbeispiel des Einheitspixels
  • 4 ist ein Schaltplan, der ein schematisches Konfigurationsbeispiel eines Einheitspixels gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Wie in 4 dargestellt, enthält ein Einheitspixel 50 eine Photodiode PD, einen Transfer-Transistor 51, einen Rückstell-Transistor 52, einen Verstärker-Transistor 53, einen Auswahl-Transistor 54 und eine floatende bzw. potentialfreie Diffusionsschicht FD.
  • Der Auswahl-Transistor 54 hat das Gate mit einer Auswahl-Transistor-Treiberleitung LD54 verbunden, die in den Pixel-Treiberleitungen LD enthalten ist. Der Rückstell-Transistor 52 ist mit seinem Gate an eine Rückstell-Transistor-Treiberleitung LD52 angeschlossen, die in den Pixel-Treiberleitungen LD enthalten ist. Beim Transfer-Transistor 51 ist das Gate mit einer Transfer-Transistor-Treiberleitung LD51 verbunden, die in den Pixel-Treiberleitungen LD enthalten ist. Der Verstärker-Transistor 53 ist mit dem Drain über den Auswahl-Transistor 54 an eine vertikale Signalleitung VSL angeschlossen, deren eines Ende mit der Spalten-Verarbeitungsschaltung 13 verbunden ist.
  • In der folgenden Beschreibung werden der Rückstell-Transistor 52, der Verstärker-Transistor 53 und der Auswahl-Transistor 54 manchmal gemeinsam als „Pixelschaltung“ bezeichnet. Die Pixelschaltungen können die floatende bzw. potentialfreie Diffusionsschicht FD und/oder den Transfer-Transistor 51 umfassen.
  • Die Photodiode PD wandelt einfallendes Licht photoelektrisch um. Der Transfer-Transistor 51 überträgt die in der Photodiode PD erzeugten Ladungen. Die floatende bzw. potentialfreie Diffusionsschicht FD sammelt darin die vom Transfer-Transistor 51 übertragenen Ladungen. Der Verstärker-Transistor 53 bewirkt, dass ein Pixelsignal mit einem Spannungswert, der den in der floatenden bzw. potentialfreien Diffusionsschicht FD akkumulierten Ladungen entspricht, in der vertikalen Signalleitung VSL erscheint. Der Rückstell-Transistor 52 entlädt die in der floatenden bzw. potentialfreien Diffusionsschicht FD angesammelten Ladungen. Der Auswahl-Transistor 54 wählt ein Einheitspixel 50 aus, das ein zu lesendes Objekt ist.
  • Die Photodiode PD hat eine geerdete Anode und eine mit der Quelle des Transfer-Transistors 51 verbundene Kathode. Der Transfer-Transistor 51 hat den Drain mit der Source des Rückstell-Transistors 52 und dem Gate des Verstärker-Transistors 53 verbunden. Ein Knoten als Verbindungspunkt davon bildet die floatende bzw. potentialfreie Diffusionsschicht FD. Der Drain des Rückstell-Transistors 52 ist mit einer vertikalen Rückstell-Eingangsleitung verbunden (nicht abgebildet).
  • Die Quelle des Verstärker-Transistors 53 ist an eine vertikale Stromversorgungsleitung angeschlossen (nicht abgebildet). Der Drain des Verstärker-Transistors 53 ist mit der Source des Auswahl-Transistors 54 verbunden. Der Drain des Auswahl-Transistors 54 ist mit der vertikalen Signalleitung VSL verbunden.
  • Die floatende bzw. potentialfreie Diffusionsschicht FD wandelt die angesammelten Ladungen in eine Spannung um, deren Spannungswert der Menge der Ladungen entspricht. Die floatende bzw. potentialfreie Diffusionsschicht FD kann z.B. die Kapazität zur Masse sein. Die floatende bzw. potentialfreie Diffusionsschicht FD ist nicht darauf beschränkt und kann eine Kapazität sein, die durch absichtliches Verbinden eines Kondensators mit einem Knotenpunkt hinzugefügt wird, an dem der Drain des Transfer-Transistors 51, die Source des Rückstell-Transistors 52 und das Gate des Verstärker-Transistors 53 angeschlossen sind.
  • Grundlegendes Funktionsbeispiel des Einheitspixels
  • Als nächstes wird die Grundfunktion der Einheitspixel 50 unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Der Rückstell-Transistor 52 steuert die Entladung (Rückstellung) der in der floatenden bzw. potentialfreien Diffusionsschicht FD angesammelten Ladungen in Abhängigkeit von einem Rückstell-Signal RST, das von dem Zeilen-Treiber bzw. der Zeilen-Ansteuerung 12 über die Rückstell-Transistor-Treiberleitung LD52 geliefert wird. Durch Einschalten des Transfer-Transistors 51, wenn der Rückstell-Transistor 52 eingeschaltet ist, können zusätzlich zu den in der floatenden bzw. potentialfreien Diffusionsschicht FD angesammelten Ladungen die in der Photodiode PD angesammelten Ladungen entladen (zurückgesetzt) werden.
  • Wenn ein Rückstell-Signal RST mit hohem Pegel in das Gate des Rückstell-Transistors 52 eingegeben wird, wird die floatende bzw. potentialfreie Diffusionsschicht FD an eine über die vertikale Rückstell-Eingangsleitung angelegte Spannung geklemmt. Auf diese Weise werden die in der floatenden bzw. potentialfreien Diffusionsschicht FD angesammelten Ladungen entladen (zurückgesetzt).
  • Wenn ein Rückstell-Signal RST mit niedrigem Pegel in das Gate des Rückstell-Transistors 52 eingegeben wird, wird die floatende bzw. potentialfreie Diffusionsschicht FD elektrisch von der vertikalen Rückstell-Eingangsleitung getrennt und in einen schwebenden Zustand versetzt.
  • Die Photodiode PD wandelt einfallendes Licht photoelektrisch um und erzeugt Ladungen, die der Lichtmenge entsprechen. Die erzeugten Ladungen werden auf der Kathodenseite der Photodiode PD akkumuliert. Der Transfer-Transistor 51 steuert den Ladungstransfer von der Photodiode PD zur floatenden bzw. potentialfreien Diffusionsschicht FD in Übereinstimmung mit einem Transfersteuersignal TRG, das von dem Zeilen-Treiber bzw. der Zeilen-Ansteuerung 12 über die Transfer-Transistor-Treiberleitung LD51 geliefert wird.
  • Wenn beispielsweise ein Transfer-Steuersignal TRG mit hohem Pegel in das Gate des Transfer-Transistors 51 eingegeben wird, werden die in der Photodiode PD angesammelten Ladungen in die floatende bzw. potentialfreie Diffusionsschicht FD übertragen. Wenn andererseits ein Transfer-Steuersignal TRG mit niedrigem Pegel an das Gate des Transfer-Transistors 51 angelegt wird, wird die Übertragung von Ladungen aus der Photodiode PD gestoppt.
  • Wie oben beschrieben, hat die floatende bzw. potentialfreie Diffusionsschicht FD die Funktion, Ladungen, die von der Photodiode PD durch den Transfer-Transistor 51 übertragen werden, in eine Spannung mit einem Spannungswert umzuwandeln, der der Menge der Ladungen entspricht. In dem schwebenden Zustand, in dem der Rückstell-Transistor 52 ausgeschaltet ist, wird das Potential der floatenden bzw. potentialfreien Diffusionsschicht FD also in Abhängigkeit von der Menge der angesammelten Ladungen moduliert.
  • Der Verstärker-Transistor 53 funktioniert als Verstärker, bei dem ein Eingangssignal eine Potentialschwankung in der mit dem Gate verbundenen floatenden bzw. potentialfreien Diffusionsschicht FD ist. Ein Ausgangsspannungssignal davon erscheint in der vertikalen Signalleitung VSL durch den Auswahl-Transistor 54 als ein Pixelsignal.
  • Der Auswahl-Transistor 54 steuert das Erscheinen des Pixelsignals in der vertikalen Signalleitung VSL, die vom Verstärker-Transistor 53 entsprechend einem Auswahlsteuersignal SEL, das von dem Zeilen-Treiber bzw. der Zeilen-Ansteuerung 12 über die Auswahl-Transistor-Treiberleitung LD54 geliefert wird, durchgeführt wird. Wenn z.B. ein Auswahl-Steuersignal SEL mit hohem Pegel in das Gate des Auswahl-Transistors 54 eingegeben wird, erscheint ein vom Verstärker-Transistor 53 verursachtes Pixelsignal in der vertikalen Signalleitung VSL. Wenn andererseits ein Auswahl-Steuersignal SEL mit niedrigem Pegel in das Gate des Auswahl-Transistors 54 eingegeben wird, wird das Erscheinen des Pixelsignals in der vertikalen Signalleitung VSL gestoppt. Auf diese Weise kann nur der Ausgang eines ausgewählten Einheitspixels 50 aus der vertikalen Signalleitung VSL extrahiert werden, an die mehrere der Einheitspixel 50 angeschlossen sind.
  • Anordnungsbeispiel eines Farbfilters
  • Wie oben beschrieben, ist auf der Photodiode PD in jedem Einheitspixel 50 ein Farbfilter angeordnet, der selektiv Licht mit einer bestimmten Wellenlänge durchlässt. 5 ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel des Farbfilters entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt. 5 illustriert ein Anordnungsbeispiel einer Farbfilteranordnung, die zusätzlich zu einem Farbbild mit drei RGB-Primärfarben ein IR-Bild aufnimmt.
  • Wie in 5 dargestellt, hat beispielsweise eine Farbfilteranordnung 60 eine Konfiguration, bei der Muster von 2x2 Pixeln als Wiederholungseinheiten in Farbfilter-Anordnung (im Folgenden als „Einheitsmuster“ bezeichnet) 61 in einem zweidimensionalen Gittermuster angeordnet sind.
  • Zum Beispiel enthält jedes Einheitsmuster 61 insgesamt vier Farbfilter, d.h. einen Farbfilter 107R, der selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Rot (R) durchlässt, einen Farbfilter 107G, der selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Grün (G) durchlässt, einen Farbfilter 107B, der selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Blau (B) durchlässt, und einen Farbfilter 107IR, der selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von IR-Licht durchlässt.
  • 5 zeigt beispielhaft eine Anordnung des Einheitsmusters 61, bei dem der Farbfilter 107G oben links, der Farbfilter 107R oben rechts, der Farbfilter 107B unten links und der Farbfilter 107IR unten rechts angeordnet ist, wobei die Anordnung jedoch nicht auf eine solche Anordnung beschränkt ist.
  • In 5 und in der folgenden Beschreibung wird die Farbfilteranordnung 60 einschließlich des Farbfilters 107IR auf der Grundlage der Bayer-Anordnung veranschaulicht, aber die grundlegende Farbfilteranordnung ist nicht auf die Bayer-Anordnung beschränkt. Zum Beispiel kann die Farbfilteranordnung auf verschiedenen Arten von Farbfilteranordnungen basieren, wie z.B. X-Trans (eingetragenes Warenzeichen) Farbfilteranordnung mit einem Einheitsmuster von 3×3 Pixeln, vierfache Bayer-Anordnung mit einem Einheitsmuster von 4x4 Pixeln und weiße RGB-Farbfilteranordnung, bei der ein Einheitsmuster 4x4 Pixel beträgt, einschließlich eines Farbfilters mit breiten Lichtdurchlässigkeitseigenschaften für einen Bereich des sichtbaren Lichts (im Folgenden auch als „klar“ oder „weiß“ bezeichnet) zusätzlich zu Farbfiltern für drei RGB-Primärfarben. Dasselbe gilt für andere, später beschriebene Ausführungsformen.
  • Beispiel einer gestapelten Struktur einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
  • 6 ist ein Diagramm, das eine Stapelstruktur eines CMOS-Bildsensors entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt. Wie in 6 dargestellt, hat ein CMOS-Bildsensor 10 eine Struktur, in der ein Lichtempfänger-Chip 71 und ein Schaltungschip 72 vertikal gestapelt sind. Der Lichtempfänger-Chip 201 ist z.B. ein Halbleiterchip mit der Pixelanordnung 11, in der die Photodioden PD angeordnet sind. Der Schaltungschip 72 ist z.B. ein Halbleiterchip, in dem die in 5 dargestellten Pixelschaltungen angeordnet sind.
  • Für das Bonden des Lichtempfänger-Chips 71 und des Schaltungschip 72 kann z.B. das so genannte „Direktbonden“ verwendet werden, bei dem die Bondflächen der Chips planarisiert und die Chips durch interelektronische Kraft gebondet werden. Das Bondverfahren ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es kann z.B. das so genannte Cu-Cu-Bonden eingesetzt werden, bei dem auf den Bondflächen gebildete Elektrodenpads aus Kupfer (Cu) gebondet werden und andere Arten des Bondens, wie z.B. das Bump-Bonden, verwendet werden können.
  • Zum Beispiel sind der Lichtempfänger-Chip 71 und der Schaltungschip 72 durch einen Verbindungsabschnitt, wie z.B. ein durch das Halbleitersubstrat verlaufendes Through-Silicon-Via (TSV), elektrisch miteinander verbunden. Beispiele für Verfahren, die für eine Verbindung unter Verwendung des TSV verwendet werden können, sind das sogenannte Twin-TSV-Verfahren, bei dem zwei TSVs eines TSV, das im Lichtempfänger-Chip 71 bereitgestellt wird, und eines TSV, das in einem Bereich vom Lichtempfänger-Chip 71 zum Schaltungschip 72 bereitgestellt wird, auf der Außenfläche des Chips verbunden werden, und das sogenannte Shared-TSV-Verfahren, bei dem der Lichtempfänger-Chip 71 und der Schaltungschip 72 durch ein TSV verbunden werden, das durch den Lichtempfänger-Chip 71 und den Schaltungschip 72 verläuft.
  • Wenn Cu-Cu-Bonden oder Bump-Bonden für das Bonden des Lichtempfänger-Chips 71 und des Schaltungschips 72 verwendet wird, sind der Lichtempfänger-Chip 71 und der Schaltungschip 72 durch einen Cu-Cu-Bonding-Abschnitt oder einen Bump-Bonding-Abschnitt elektrisch miteinander verbunden.
  • Beispiel für die Querschnittsstruktur eines Einheitspixels
  • Als nächstes wird ein Beispiel für die Querschnittsstruktur des Einheitspixels gemäß der ersten Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. 7 ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Querschnittsstrukturbeispiel eines CMOS-Bildsensors gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 7 zeigt zur einfachen Beschreibung ein Querschnittsstrukturbeispiel des Lichtempfänger-Chips 71 in 6 und lässt ein Querschnittsstrukturbeispiel des Schaltungschips 72 weg. In 7 entfallen auch die Verdrahtungsebenen, die die elektrische Verbindung vom Transfer-Transistor 51 und dem Lichtempfänger-Chip 71 zum Schaltungschip 72 bilden. 7 veranschaulicht einen Fall, in dem vier Einheitspixel 50G, 50B, 50R und 50IR, die das Einheitsmuster 61 bilden, in einer Reihe entlang des Querschnitts angeordnet sind.
  • In der folgenden Beschreibung werden letztere Indizes (Alphabete oder Alphabete und Zahlen) wie ‚R‘, ‚G‘, ‚G1‘, ‚G2‘, ‚B‘ oder ‚IR‘, die bei Referenzsymbolen zur ersten Zahl hinzugefügt werden, weggelassen und nur die Zahlen in der ersten Hälfte verwendet, es sei denn, die Konfigurationen werden unterschieden. Wenn zum Beispiel die Einheitspixel 50G, 50B, 50R und 50IR nicht unterschieden werden, sind die entsprechenden Referenzsymbole ‚50‘. Wenn die Farbfilter 107G, 107B, 107R und 107IR nicht unterschieden werden, sind die entsprechenden Referenzsymbole ‚107‘.
  • 7 zeigt ein Beispiel für die Querschnittsstruktur der Einheitspixel 50 im hintergrundbeleuchteten CMOS-Bildsensor 10. Wie in 7 dargestellt, enthält jedes Einheitspixel 50 ein Halbleitersubstrat 100, einen Isolierfilm 103, der auf der Rückseite (obere Oberfläche in 7) des Halbleitersubstrats 100 vorgesehen ist, einen Antireflexionsfilm 104, der auf dem Isolierfilm 103 vorgesehen ist, einen Isolierfilm 105, der auf dem Antireflexionsfilm 104 vorgesehen ist, einen Farbfilter 107, der auf dem Isolierfilm 105 vorgesehen ist, eine On-Chip-Linse 108, die auf dem Farbfilter 107 vorgesehen ist, und einen Passivierungsfilm 109, der die Oberfläche der On-Chip-Linse 108 schützt.
  • Für den Isolierfilm 103 kann zum Beispiel ein isolierendes Material wie Aluminiumoxid (Al2O3) verwendet werden. Für den Antireflexionsfilm 104 kann z.B. hochbrechendes Material wie Tantalpentoxid (Ta2O5) verwendet werden. Für den Isolierfilm 105 kann zum Beispiel isolierendes Material wie Siliziumoxid (SiO2) verwendet werden.
  • Im Halbleitersubstrat 100 sind beispielsweise N-Typ-Halbleiterbereiche 101, die durch Diffusion von N-Typ-Dotierstoffen in rechteckige Bereiche gebildet werden, die in der Rückfläche in einem zweidimensionalen Gittermuster angeordnet sind, und ein P-Typ-Halbleiterbereich 102, der die N-Typ-Halbleiterbereiche 101 umgibt, vorgesehen. Die N-Typ-Halbleiterbereiche 101 und der P-Typ-Halbleiterbereich 102 bilden eine Photodiode PD als photoelektrisches Wandlerelement.
  • Auf dem Isolierfilm 105 zwischen den Einheitspixeln 50 ist ein Abschirmfilm 106 vorgesehen, der das Austreten von Licht, das schräg in ein Einheitspixel 50 eingetreten ist, in eine Photodiode PD in einem anderen Einheitspixel (im Folgenden auch als „Nachbarpixel“ bezeichnet) 50 neben dem Einheitspixel 50 reduziert. Für den Abschirmfilm 106 kann z.B. Wolfram (W) verwendet werden.
  • Außerdem wird zwischen den Einheitspixeln 50 im Halbleitersubstrat 100 ein Graben gebildet, um benachbarte Photodioden PD zu trennen. Das Innere des Grabens kann beispielsweise mit dem Isolierfilm 105 gefüllt werden. In diesem Fall kann in einem mittleren Teil des Isolierfilms 105 im Graben eine Lücke verbleiben. In der folgenden Beschreibung wird der Isolierfilm 105 im Graben als „Pixeltrennungsteil“ bezeichnet.
  • Der Graben kann von der Rückseite des Halbleitersubstrats 100 bis zur Vorderseite des Substrats 100 reichen und kann von der Rückseite des Halbleitersubstrats 100 zur Mitte hin gebildet werden. In der folgenden Beschreibung wird die Konfiguration, in der der Graben die Vorderseite des Halbleitersubstrats 100 von der Rückseite aus erreicht, als „Front Full Trench Isolation (FFTI)“ bezeichnet, und die Konfiguration, in der der Graben in der Mitte von der Rückseite des Halbleitersubstrats 100 aus gebildet wird, wird als „Reverse Deep Trench Isolation (RDTI)“ bezeichnet.
  • Auf der Oberseite des Isolierfilms 105 ist für jedes Einheitspixel 50 ein Farbfilter 107 vorgesehen. Insbesondere ist ein Einheitspixel 50R, das ein Pixelsignal erzeugt, das sich auf eine Wellenlängenkomponente von Rot (R) bezieht, mit einem Farbfilter 107R versehen, das selektiv Licht mit der Wellenlängenkomponente von Rot durchlässt. Ein Einheitspixel 50G, das ein auf eine Wellenlängenkomponente von Grün bezogenes Pixelsignal erzeugt, ist mit einem Farbfilter 107G versehen, das selektiv Licht mit der Wellenlängenkomponente von Grün (G) durchlässt. Ein Einheitspixel 50B, das ein auf eine Wellenlängenkomponente von Blau bezogenes Pixelsignal erzeugt, ist mit einem Farbfilter 107G versehen, das selektiv Licht mit der Wellenlängenkomponente von Blau (B) durchlässt. Ein Einheitspixel 50IR, das ein auf IR-Licht bezogenes Pixelsignal erzeugt, ist mit einem Farbfilter 107IR versehen, das selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von IR-Licht durchlässt.
  • Auf dem Farbfilter 107 ist für jedes Einheitspixel 50 eine On-Chip-Linse 108 vorgesehen. Zum Beispiel ist der Krümmungsradius jeder On-Chip-Linse 108 so eingestellt, dass das einfallende Licht im Wesentlichen in der Mitte einer Lichteinfallsfläche der Photodiode PD konzentriert wird. Die Oberfläche der On-Chip-Linse 108 ist beispielsweise mit dem Passivierungsfilm 109, z.B. einem TEOS-Film, bedeckt.
  • In der oben beschriebenen Konfiguration ist eine Vielzahl von säulenförmigen Strukturen (im Folgenden einfach „Säulen“ genannt) 110 auf der Oberseite des Isolierfilms 105 so vorgesehen, dass sie in das Innere des Farbfilters 107 hineinragen. Zum Beispiel sind, wie in 8 veranschaulicht, die Säulen 110 auf dem Isolierfilm 105 der Einheitspixel 50R, 50G und 50B vorgesehen, die ein Farbbild von drei RGB-Primärfarben erzeugen. In 8 wurde die Darstellung von Strukturen der Schichten oberhalb des Farbfilters 107 ausgelassen.
  • Form der Säule
  • Zum Beispiel kann jede Säule 110 eine säulenförmige Struktur sein. Die Säule 110 ist nicht auf eine Säule beschränkt und kann auf verschiedene Weise modifiziert werden, z.B. zu einer elliptischen Säule, polygonalen Säulen mit einem dreieckigen Prisma oder höher (einschließlich eines rechteckigen Parallelepipeds), kreisförmigen Kegelstümpfen (einschließlich eines elliptischen Kegelstumpfes), polygonalen Kegelstümpfen mit einem dreieckigen Kegelstumpf oder höher, Kegeln (einschließlich eines elliptischen Kegels) und polygonalen Kegeln mit einem dreieckigen Kegel oder höher.
  • Anordnung der Säulen
  • Die Säulen 110 können in quadratischer Anordnung auf der Oberfläche des Isolierfilms 105 angeordnet werden, wie z.B. in 9, und können z.B. in sechseckiger, dicht gepackter Anordnung angeordnet werden, wie in 10 dargestellt. Die Anordnung ist nicht auf eine quadratische Anordnung und eine sechseckige, dicht gepackte Anordnung beschränkt und kann auf verschiedene Weise modifiziert werden, z.B. durch eine zufällige Anordnung, bei der die Abstände (Zwischenräume) zwischen den Säulen 110 unregelmäßig sind.
  • Wellenlängen-Auswahlfunktion nach Säulen
  • Durch geeignete Wahl des Durchmessers, des Abstandes und des Materials der Säulen 110 mit der oben beschriebenen Konfiguration und Anordnung können die Säulen 110 als Wellenlängenauswahlelement (Wellenlängenfilter) fungieren, das es ermöglicht, Licht in einem bestimmten Wellenlängenband zu absorbieren oder zu übertragen. Der Durchmesser kann der Durchmesser der Oberseite oder der Unterseite einer säulenförmigen oder konischen Struktur sein. Der Abstand kann ein Abstand zwischen den Mittelachsen benachbarter Säulen 110 sein. In der folgenden Beschreibung werden die als Wellenlängenfilter fungierenden Säulen als „Säulenanordnung“ bezeichnet.
  • 11 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Wellenlängenauswahlfunktion der Säulenanordnung gemäß der ersten Ausführungsform. Wie in 11 dargestellt, ist der Lichtabsorptionsgrad der Säulenanordnung tendenziell höher, wenn der Abstand zwischen den Säulen 110 kleiner wird, und höher, wenn der Durchmesser jeder Säule größer wird.
  • Andererseits ist die Wellenlänge des von der Säulenanordnung absorbierten Lichts tendenziell kürzer, wenn der Abstand zwischen den Säulen 110 kleiner wird, und kürzer, wenn der Durchmesser jeder Säule 110 kleiner wird. Die hier verwendete „Wellenlänge des von der Säulenanordnung absorbierten Lichts“ kann eine Wellenlänge sein, bei der die Absorption in einem Lichtabsorptionsspektrum der Säulenanordnung ihren Höhepunkt erreicht, mit anderen Worten, eine Wellenlänge, bei der der Transmissionsgrad im Lichttransmissionsspektrum der Säulenanordnung am geringsten ist.
  • Als Beispiele zeigt FIG. 12 einige
  • Lichttransmissionsspektren der Säulenanordnung. Die in 12 dargestellten Lichttransmissionsspektren SP1 bis SP8 sind Lichttransmissionsspektren, die gemessen werden, wenn Säulen 110 mit einheitlichen Durchmessern und Abständen verwendet werden. Zum Beispiel sind die Durchmesser und die Teilungen der Säulenanordnung so ausgelegt, dass sie sich in 11 von unten rechts nach oben links in der Reihenfolge der Lichttransmissionsspektren SP1 bis SP8 verschieben.
  • Wie in 12 dargestellt, kann die durch die Säulen 110 konfigurierte Säulenanordnung als Wellenlängenfilter mit einem Lichtdurchlässigkeitsspektrum fungieren, um Licht in einem bestimmten Wellenlängenband selektiv zu absorbieren. So kann durch geeignete Einstellung des Durchmessers und/oder der Teilung der Säulen 110, die die Säulenanordnung bilden, ein Wellenlängenfilter implementiert werden, der selektiv Licht in einem vorgesehenen Wellenlängenband dämpft.
  • Wie bereits erwähnt, kann die Säulenanordnung nicht nur als Wellenlängenfilter fungieren, der selektiv Licht in einem bestimmten Wellenlängenband absorbiert (im Folgenden als „Absorptionsfilter für bestimmte Wellenlängen“ bezeichnet), sondern auch als Wellenlängenfilter, der selektiv Licht in einem bestimmten Wellenlängenband durchlässt (im Folgenden als „Transmissionsfilter für bestimmte Wellenlängen“ bezeichnet).
  • 13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der Säulen und der Wellenlänge des von der Säulenanordnung absorbierten/durchgelassenen Lichts gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 13 veranschaulicht einen Fall, in dem der Abstand zwischen den Säulen 110 in der Säulenanordnung das Vierfache des Durchmessers der Säulen 110 beträgt (Abstand/Durchmesser=4). In der folgenden Beschreibung wird eine Wellenlänge des Lichts, bei der der Absorptionsgrad der Säulenanordnung einen Peak bildet, als „AbsorptionspeakWellenlänge“ und eine Wellenlänge des Lichts, bei der der Transmissionsgrad der Säulenanordnung einen Peak bildet, als „Transmissionspeak-Wellenlänge“ bezeichnet.
  • In 13 zeigt eine Linie WV eine Wellenlänge des Absorptionsmaximums an, wenn die Säulenanordnung als ein bestimmter Wellenlängen-Absorptionsfilter ausgelegt ist, und eine Zeile WT zeigt eine Wellenlänge des Transmissionsmaximums an, wenn die Säulenanordnung als ein bestimmter Wellenlängen-Transmissionsfilter ausgelegt ist. In 13 zeigt eine gestrichelte Linie R die zentrale Wellenlänge des roten Lichts (R), eine gestrichelte Linie G die zentrale Wellenlänge des grünen Lichts (G) und eine gestrichelte Linie B die zentrale Wellenlänge des blauen Lichts (B) an.
  • Wie in 13 veranschaulicht, ist in beiden Fällen, in denen die Säulenanordnung als ein bestimmter Wellenlängen-Absorptionsfilter und die Säulenanordnung als ein bestimmter Wellenlängen-Transmissionsfilter ausgelegt ist, die Wellenlänge des Absorptionsmaximums oder des Transmissionsmaximums tendenziell länger, wenn der Durchmesser der Säulen 110 größer wird.
  • Aus 13 geht beispielsweise hervor, dass der Durchmesser jeder Säule 110 wünschenswert etwa 120 Nanometer (nm) beträgt, wenn die Säulenanordnung als ein bestimmter Wellenlängen-Transmissionsfilter funktioniert, der selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Rot (R) durchlässt, und wünschenswert etwa 100 nm, wenn die Säulenanordnung als ein bestimmter Wellenlängen-Absorptionsfilter funktioniert, der selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Rot (R) absorbiert. In ähnlicher Weise ist zum Beispiel klar, dass der Durchmesser jeder Säule 110 wünschenswert etwa 100 nm beträgt, wenn die Säulenanordnung als ein besonderer Wellenlängen-Transmissionsfilter funktioniert, der selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Grün (G) durchlässt, und wünschenswert etwa 80 nm, wenn die Säulenanordnung als ein besonderer Wellenlängen-Absorptionsfilter funktioniert, der selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Grün (G) absorbiert. Darüber hinaus ist zum Beispiel klar, dass der Durchmesser jeder Säule 110 wünschenswert etwa 80 nm beträgt, wenn die Säulenanordnung als ein besonderer Wellenlängen-Transmissionsfilter funktioniert, der selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Blau (B) durchlässt, und wünschenswert etwa 60 nm, wenn die Säulenanordnung als ein besonderer Wellenlängen-Absorptionsfilter funktioniert, der selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Blau (B) absorbiert.
  • Die in 13 dargestellten spezifischen Zahlen sind lediglich Beispiele und können Werte sein, die sich in Abhängigkeit von verschiedenen Bedingungen wie dem Material der Säulen 110 und den Materialien des Farbfilters 107 und anderer Filme ändern.
  • Säulenanordnung in der ersten Ausführungsform
  • In der ersten Ausführungsform sind zum Beispiel, um IR-Licht mit einer bestimmten Wellenlänge zu dämpfen, das in die Photodioden PD in den Einheitspixeln 50R, 50G und 50B eintritt, die ein Farbbild von drei RGB-Primärfarben erfassen, die Säulen 110, die eine Säulenanordnung bilden, so ausgelegt, dass sie selektiv IR-Licht mit der bestimmten Wellenlänge absorbieren.
    Auf diese Weise kann durch Bereitstellung der Säulenanordnung, die IR-Licht mit der bestimmten Wellenlänge absorbiert, für die Einheitspixel 50R, 50G und 50B die durch den Einfall von IR-Licht auf die Einheitspixel 50R, 50G und 50B verursachte Farbmischung reduziert werden, um ein Farbbild mit hoher Farbwiedergabe zu erhalten.
  • Position der Säulenanordnung
  • Die Positionen der Säulen 110, die die Säulenanordnung bilden, können auf verschiedene Weise modifiziert werden, z.B. um näher an einer Photodiode PD im Farbfilter 107 zu liegen (siehe z.B. 7), solange die Positionen in einem Bereich von der Vorderseite (Lichteinfallsfläche) der On-Chip-Linse 108, die die oberste Schicht ist, bis zur Lichteinfallsfläche der Photodiode PD liegen.
  • Zum Beispiel kann die Höhe jeder Säule 110 auf etwa 300 nm eingestellt werden. Die Höhe ist nicht darauf beschränkt und kann größer oder kleiner als die Dicke des Farbfilters 107 sein.
  • Material der Säule
  • Für das Material der Säule 110 nach der ersten Ausführungsform kann beispielsweise Material mit einem Brechungsindex von 1,5 oder mehr verwendet werden. Beispiele für Materialien, die die Bedingung erfüllen, sind Silizium (Si), Germanium (Ge), Galliumphosphid (GaP), Aluminiumoxid (Al2O3) , Ceroxid (CeO2) , Hafniumoxid (HfO2) , Indiumoxid (In2O3), Zinnoxid (SnO2), Niobpentoxid (Nb2O5), Magnesiumoxid (MgO) , Tantalpentoxid (Ta2O5), Titanpentoxid (Ti3O5), andere Arten von Titanoxid (wie TiO und TiO2), Wolframoxid (WO3), Yttriumoxid (Y2O3) , Zinkoxid (ZnO), Zirkoniumdioxid (ZrO2), Cerfluorid (CeF3), Gadoliniumfluorid (GdF3), Lanthanfluorid (LaF3) und Neodymfluorid (NdF3).
  • Die Kristallstruktur der Säule 110 kann ein Einkristall oder ein Polykristall aus den oben genannten Materialien sein. Alternativ kann die Säule 110 eine amorphe Struktur ohne vollständige oder unvollständige Kristallstruktur aufweisen.
  • Durchmesser und Abstand der Säulen
  • Als nächstes werden der Durchmesser und der Abstand der Säulen 110 beispielhaft beschrieben. In dieser Beschreibung wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die Form jeder Säule 110 säulenförmig und ihre Anordnung eine sechseckige, dicht gepackte Anordnung ist. Die folgende Beschreibung kann zum Beispiel auch auf eine quadratische Anordnung und andere Arten der Anordnung angewendet werden.
  • Zum Beispiel kann der Durchmesser jeder Säule 110 im Bereich von 30 bis 200 nm so eingestellt werden, dass die Wellenlänge des Absorptionsmaximums der Säulenanordnung im Wesentlichen mit einer bestimmten Wellenlänge des IR-Lichts übereinstimmt. Zum Beispiel kann der Abstand zwischen den Säulen 110 im Bereich von 200 bis 1000 nm so eingestellt werden, dass die Absorption von IR-Licht mit einer bestimmten Wellenlänge ausreichend ist. Im Falle der Absorption und Abschwächung von IR-Licht mit einer Wellenlänge von 940 nm kann beispielsweise der Durchmesser der Säule 110 im Bereich von 180 bis 220 nm und der Abstand zwischen den Säulen 110 auf 632 nm eingestellt werden.
  • Vergleicht man den Fall, dass Galliumphosphid (GaP) mit einem Brechungsindex von 3,18 für Licht mit einer Wellenlänge von 800 nm als Material der Säulen 110 verwendet wird, und den Fall, dass Silizium (Si) mit einem Brechungsindex von 3,69 für Licht mit einer Wellenlänge von 800 nm als Material der Säulen 110 verwendet wird, so ist der Brechungsindex von Silizium (Si) etwa das 0,86-fache des Brechungsindex von Galliumphosphid (GaP). Durch die Einstellung des Durchmessers und des Abstandes, die unter der Annahme entworfen wurden, dass Galliumphosphid (GaP) verwendet wird, auf das etwa 0,86-fache, kann also der Durchmesser und der Abstand bei Verwendung von Silizium (Si) bestimmt werden.
  • Ebenso können der Durchmesser und der Abstand bei Verwendung eines anderen Materials aus dem oben genannten Durchmesser und dem Abstand bei Verwendung von Galliumphosphid (GaP) und/oder dem oben genannten Durchmesser und des Abstandes bei Verwendung von Silizium (Si) auf der Grundlage des Brechungsindex des Materials berechnet werden.
  • Im vorliegenden Beispiel wurde der Fall, dass die Säule 110 eine säulenförmige Form hat, veranschaulicht. Wenn die Form der Säule 110 jedoch beispielsweise ein rechteckiger Parallelepiped ist, dessen obere Basis quadratisch ist, kann der Wert des oben beschriebenen Durchmessers auf die Länge einer Seite der oberen Basis oder auf die Länge einer Diagonale, die durch den Mittelpunkt der oberen Basis verläuft, angewandt werden. Wenn die Säule 110 z.B. eine polygonale Säule ist, kann der Wert des oben beschriebenen Durchmessers auf die Länge einer Diagonale, die durch den Mittelpunkt der oberen Basis verläuft, angewendet werden. Wenn die Säule 110 beispielsweise eine elliptische Säule ist, kann der Wert des oben beschriebenen Durchmessers auf die Länge der Hauptachse, die Länge der Nebenachse oder die durchschnittliche Länge der Hauptachse und der Nebenachse der oberen Basis angewendet werden.
  • Herstellungsverfahren für Säule
  • Als nächstes wird beispielhaft eine Herstellungsmethode für die Säule 110 nach der ersten Ausführungsform beschrieben. 14 bis 19 sind Diagramme, die das Herstellungsverfahren für die Säule nach der ersten Ausführungsform veranschaulichen. In dieser Beschreibung sind die Photodiode PD, die aus dem N-Typ-Halbleiterbereich 101 und dem P-Typ-Halbleiterbereich 102 gebildet wird, und der Isolierfilm 103, auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 100, der Antireflexionsfilm 104 und der Isolierfilm 105 (einschließlich der Innenseite des Grabens) bereits auf dem Halbleitersubstrat 100 gebildet worden. Die Reihenfolge der Bildung des Abschirmfilms 106 kann vor oder nach der Bildung der Säule 110 sein.
  • Bei diesem Herstellungsverfahren wird zunächst, wie in 14 dargestellt, ein Materialfilm 110A aus dem Material der Säule 110 auf dem auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 100 gebildeten Isolierfilm 105 gebildet. Für die Bildung des Materialfilms 110A können beispielsweise verschiedene Arten von Filmbildungsverfahren wie chemische Gasphasenabscheidung (CVD), Plasma-CVD und Sputtern verwendet werden. Die Dicke des Materialfilms 110A kann beispielsweise im Wesentlichen gleich oder größer als die Höhe der Säule 110 sein.
  • Als nächstes wird eine Resistlösung wie verdünnter hochauflösender Elektronenstrahlresist (ZEP), der leitfähige Polymere enthält, auf den Materialfilm 110A schleuderbeschichtet. Anschließend wird, wie in 15 dargestellt, ein Anordnungsmuster der Säule 110 auf die beschichtete Resistlösung übertragen, indem mittels Elektronenstrahl-Lithographie oder Photolithographie Resistschichten R1 mit dem gleichen Anordnungsmuster wie die Säulen 110 gebildet werden.
  • Als nächstes werden, wie in 16 dargestellt, die auf dem Materialfilm 110A gebildeten Resistfilme R1 einem Descum-Prozess unterzogen, so dass Rückstände und Tailing nach der Lithographie entfernt werden.
  • Als nächstes wird, wie in 17 dargestellt, der Materialfilm 110A geätzt, wobei die Resistschichten R1 als Maske verwendet werden, um den Materialfilm 110A zu bearbeiten, so dass die Säulen 110 entstehen. Für das Ätzen des Materialfilms 110A kann die Tiefätztechnik wie z.B. das Deep Reactive Ion Etching (DRIE) wie z.B. der Bosch-Prozess verwendet werden. Danach werden, wie in 18 dargestellt, die auf den Säulen 110 verbliebenen Resistschichten R1 durch Veraschung entfernt.
  • Auf diese Weise können die Säulen 110 im gleichen Schritt gebildet werden, indem die im gleichen Schritt gebildeten Resistschichten R1 als Maske verwendet werden. Dasselbe gilt für den Fall, dass wie bei einer später beschriebenen Ausführung Säulen mit unterschiedlichen Durchmessern und Abständen gemischt werden und somit der Herstellungsprozess erleichtert werden kann.
  • Als nächstes wird, wie in 19 dargestellt, Material wie Spin-on-Glas (SOG) auf den Isolierfilm 105, auf der die Säulen 110 gebildet werden, aufgeschleudert und das Material zu einem Farbfilter 107 ausgehärtet. Der Farbfilter 107 kann durch die Verwendung von CVD oder Plasma-CVD anstelle von Spin-Coating gebildet werden.
  • Durch die oben beschriebenen Schritte werden die im Farbfilter 107 eingebetteten Säulen 110 auf dem auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 100 gebildeten Isolierfilm 105 gebildet.
  • Wirkungen und Effekte
  • Wie oben beschrieben, wird gemäß der ersten Ausführungsform die Säulenanordnung, die IR-Licht mit einer bestimmten Wellenlänge absorbiert, bei den Einheitspixeln 50R, 50G und 50B vorgesehen, die ein Farbbild aufnehmen, und somit kann die durch den Einfall von IR-Licht verursachte Farbmischung reduziert werden, um Bilddaten mit hoher Farbwiedergabe zu erhalten.
  • In der ersten Ausführung sind die Säulen 110, die die Säulenanordnung bilden, die IR-Licht mit einer bestimmten Wellenlänge absorbiert, in den Farbfiltern 107R, 107G und 107B eingebettet. Dadurch kann die Höhenvergrößerung der Farbfilter im Vergleich zu der Struktur, in der die Farbfilter gestapelt sind, unterdrückt werden. Folglich kann das Austreten von Licht, das in ein Einheitspixel 50 eingedrungen ist, zu einem benachbarten Pixel reduziert werden, um Bilddaten mit höherer Farbwiedergabe zu erhalten.
  • Zweite Ausführungsform
  • In der oben erwähnten ersten Ausführungsform wurde der Fall veranschaulicht, dass die Säulen 110, die die IR-Licht absorbierende Säulenanordnung bilden, den gleichen Durchmesser haben und die Säulen 110 mit gleichmäßigen Abständen angeordnet sind. Die Säulenanordnung, die IR-Licht absorbiert, ist nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt.
  • Zum Beispiel können, wie bei einem CMOS-Bildsensor 10-2 in 20, mehrere Arten (zwei Arten in 20) von Säulen 211 und 212 mit zufällig unterschiedlichen Durchmessern gemischt werden.
  • Die gemischten Arten der Säulen 211 und 212 können beispielsweise eine Anordnung sein, bei der die Abstände zwischen den Säulen unregelmäßig zufällig sind, wie in 21 dargestellt.
  • In der folgenden Beschreibung bezieht sich der Zustand, in dem die Durchmesser der Säulen „zufällig“ sind, auf einen Zustand, in dem zwei oder mehr Arten von unterschiedlichen Durchmessern in einer Vielzahl von Säulen gemischt sind, und der Zustand, in dem die Abstände zwischen den Säulen „zufällig“ sind, bezieht sich auf einen Zustand, in dem zwei oder mehr Arten von unterschiedlichen Abständen zwischen einer Vielzahl von Säulen gemischt sind.
  • Auf diese Weise kann durch die zufällige Anordnung einer Vielzahl von Säulenarten (z.B. die Säulen 211 und 212) mit unterschiedlichen Durchmessern eine Säulenanordnung mit breiten Lichtabsorptionseigenschaften bzw. Lichtdurchlässigkeitseigenschaften für einfallendes Licht realisiert werden.
  • Folglich kann nicht nur IR-Licht mit einer bestimmten Wellenlänge, sondern auch IR-Licht in einem breiten Wellenlängenbereich gedämpft werden, und somit kann die durch den Einfall von IR-Licht verursachte Farbmischung weiter reduziert werden, um Bilddaten mit weiter verbesserter Farbreproduzierbarkeit zu erhalten.
  • Andere Konfigurationen, Operationen und Effekte können die gleichen sein wie die in der oben erwähnten Ausführungsform, und daher werden die detaillierten Beschreibungen davon hier ausgelassen.
  • Dritte Ausführungsform
  • Wie in der ersten Ausführungsform erwähnt, ist die Form jeder Säule 110 nicht auf eine Säule beschränkt und kann auf verschiedene Weise modifiziert werden, z.B. zu einer elliptischen Säule, polygonalen Säulen mit einem dreieckigen Prisma oder höher (einschließlich eines rechteckigen Parallelepipeds), kreisförmigen Kegelstümpfen (einschließlich eines elliptischen Kegelstumpfes), polygonalen Kegelstümpfen mit einem dreieckigen Kegelstumpf oder höher, Kegeln (einschließlich eines elliptischen Kegels) und polygonalen Kegeln mit einem dreieckigen Kegel oder höher.
  • Zum Beispiel kann durch die Formgebung der Säulen, wie bei den in 22 beispielhaft gezeigten Säulen 310, die Wellenlänge des zu absorbierenden oder zu übertragenden Lichts für jede Höhe verändert werden, indem der Durchmesser von der Unterseite (Seite des Isolierfilms 105) zur Oberseite oder zum Scheitelpunkt hin allmählich verändert wird (diese Form wird auch als „konische Form“ bezeichnet). Auf diese Weise kann eine Säulenanordnung mit breiten Lichtabsorptions- oder Lichttransmissionseigenschaften für einfallendes Licht realisiert werden.
  • Folglich kann, ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform, nicht nur IR-Licht mit einer bestimmten Wellenlänge, sondern auch IR-Licht in einem breiten Wellenlängenbereich gedämpft werden, und somit kann die durch den Einfall von IR-Licht verursachte Farbmischung weiter reduziert werden, um Bilddaten mit einer weiter verbesserten Farbreproduzierbarkeit zu erhalten.
  • Wenn die Säule 310 eine sich verjüngende Form hat, bei der der Durchmesser zur Oberseite hin abnimmt, kann der Winkel (Höhenwinkel) der geneigten Fläche in dem Fall, dass die Oberseite des Isolierfilms 105 eine horizontale Fläche ist, im Bereich von 45 Grad oder mehr und weniger als 90 Grad eingestellt werden. Wenn andererseits die Säule 310 eine konische Form hat, bei der der Durchmesser z.B. zur Oberseite hin zunimmt, kann der Winkel (Höhenwinkel) der geneigten Fläche in dem Fall, dass die Oberseite des Isolierfilms 105 eine horizontale Fläche ist, im Bereich von mehr als 90 Grad und 135 Grad oder weniger eingestellt werden.
  • Für die Form, bei der sich der Durchmesser allmählich von der Unterseite (Seite des Isolierfilms 105) zur Oberseite oder zum Scheitelpunkt hin verändert, wie oben in der ersten Ausführung erwähnt, können z.B. verschiedene Arten von Formen wie kreisförmige Kegelstümpfe (einschließlich elliptischer Kegelstümpfe), polygonale Kegelstümpfe eines dreieckigen Kegelstumpfes oder höher, Kegel (einschließlich elliptischer Kegel) und polygonale Kegel eines dreieckigen Kegels oder höher verwendet werden.
  • Die Form von der Unterseite (Seite des Isolierfilms 105) zur Oberseite oder zum Scheitelpunkt ist nicht auf die Form (konische Form) beschränkt, bei der sich der Durchmesser allmählich ändert, sondern kann auf verschiedene Weise verändert werden, z.B. in eine Form, bei der sich der Durchmesser schrittweise in einer Treppenstufenform ändert.
  • Die oben beschriebene Form, bei der sich der Durchmesser allmählich oder schrittweise von der Unterseite (Seite des Isolierfilms 105) zur Oberseite oder zum Scheitelpunkt hin verändert, ist nicht auf die dritte Ausführungsform beschränkt und kann in ähnlicher Weise auf eine andere oben beschriebene oder später beschriebene Ausführungsform angewandt werden.
  • Andere Konfigurationen, Operationen und Effekte können die gleichen sein wie die in den oben genannten Ausführungsformen, und daher werden die detaillierten Beschreibungen davon hier ausgelassen.
  • Vierte Ausführungsform
  • In den oben erwähnten ersten bis dritten Ausführungsformen wurde der Fall, dass die Säulen 110, 211 und 212 oder 310 im Inneren des Farbfilters 107 und auf dem auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 100 gebildeten Isolierfilms 105 gebildet werden, beispielhaft dargestellt. Wie oben beschrieben, können die Positionen der Säulen 211 und 212 oder 310, die eine Säulenanordnung bilden, jedoch auf verschiedene Weise verändert werden, solange die Positionen in einem Bereich von der Lichteinfallsfläche (Oberseite) des Farbfilters 107 bis zur Lichteinfallsfläche der Photodiode PD eingeschlossen sind.
  • Zum Beispiel kann, wie bei einem CMOS-Bildsensor 10-4, wie in 23 dargestellt, zumindest ein Teil der Säulen 410 zwischen dem Isolierfilm 105 und der Photodiode PD vorgesehen werden.
  • Zum Beispiel kann die Säule 410 zwischen dem Isolierfilm 105 und der Photodiode PD gebildet werden, indem ein Graben mit einer vorbestimmten Form gebildet wird, der die Rückseite des Halbleitersubstrats 100 von der Oberseite des Antireflexionsfilms 104 durch den Isolierfilm 103 erreicht und das Innere des Grabens mit vorbestimmtem Material füllt.
  • Die Form des Grabens, in dem die Säule 410 gebildet wird, kann zum Beispiel die gleiche Form wie die Säulen 110, 211 und 212 oder 310 haben, wie in den oben genannten ersten bis dritten Ausführungsformen.
  • Das in den Graben eingefüllte Material, d.h. das Material der Säule 410, kann das gleiche oder ein anderes sein als das Material des Isolierfilms 105. Zum Beispiel können der Isolierfilm 105 und die Säule 410 aus isolierendem Material wie Siliziumoxid (SiO2) oder der Isolierfilm 105 aus isolierendem Material wie Siliziumoxid (SiO2) und die Säule 410 aus Silizium (Si) oder Galliumphosphid (GaP) bestehen.
  • Wenn die Säule 410 aus dem gleichen Material wie der Isolierfilm 105 hergestellt wird, können die Säule 410 und der Isolierfilm 105 im gleichen Schritt hergestellt werden.
  • Außerdem wird für die Säule 410 vorzugsweise Isoliermaterial verwendet. Wenn jedoch die Innenfläche des Grabens mit einem Isolierfilm bedeckt ist, ist das für die Säule 410 verwendete Material nicht auf Isoliermaterial beschränkt. In diesem Fall kann für die Säule 410 das gleiche Material wie das in der ersten Ausführungsform beispielhaft dargestellte Material der Säule 110 verwendet werden.
  • Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform das Ausströmen von Licht auf ein benachbartes Pixel aufgrund der erhöhten Höhe unterdrückt werden, während der Einfall von IR-Licht auf die Einheitspixel 50R, 50G und 50B, die Farbbilder aufnehmen, unterdrückt wird und somit Bilddaten mit hoher Farbreproduzierbarkeit erfasst werden können.
  • Andere Konfigurationen, Operationen und Effekte können die gleichen sein wie die in den oben genannten Ausführungsformen, und daher werden die detaillierten Beschreibungen davon hier ausgelassen.
  • Fünfte Ausführungsform
  • In den oben erwähnten ersten bis vierten Ausführungsformen wurde der Fall veranschaulicht, dass die Farbfilter 107R, 107G und 107B für die Einheitspixel 50R, 50G und 50B, die Farbbilder von drei RGB-Primärfarben erfassen, jeweils so gebildet werden, dass sie die Oberseite des auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 100 gebildeten Isolierfilms 105 kontaktieren. Die Farbfilter sind jedoch nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt.
  • So kann z.B. wie bei einem CMOS-Bildsensor 10-5 am Beispiel von 24 auf der Oberseite des auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 100 gebildeten Isolierfilms 105 ein Planarisierungsfilm 501 aus isolierendem Material wie Siliziumnitrid (SiN) vorgesehen werden, und auf dem Planarisierungsfilm 501 können die Farbfilter 107R, 107G und 107B angeordnet werden.
  • In diesem Fall ist es gewünscht, dass die Höhen der Lichteinfallsflächen (Oberseiten) der Farbfilter 107R, 107G und 107B im Wesentlichen mit der Höhe der Lichteinfallsfläche (Oberseite) des Farbfilters 107R auf der oberen Schichtseite im Farbfilter 107IR übereinstimmen. Auf diese Weise kann die Oberfläche, auf der die On-Chip-Linse 108 gebildet wird, planarisiert und damit die Fertigungspräzision der On-Chip-Linse 108 verbessert werden.
  • Bei der fünften Ausführungsform beispielsweise, wenn die erste bis dritte Ausführungsform zugrunde liegt ( 24 illustriert einen Fall, der auf der ersten Ausführungsform basiert), können die Säulen 110, 211 und 212 oder 310 innerhalb des Planarisierungsfilms 501 und auf dem Isolierfilm 105, der auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 100 gebildet wird, gebildet werden.
  • Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, der Einfall von IR-Licht auf die Einheitspixel 50R, 50G und 50B, die Farbbilder aufnehmen, unterdrückt und damit Bilddaten mit hoher Farbreproduzierbarkeit erfasst werden.
  • Andere Konfigurationen, Operationen und Effekte können die gleichen sein wie die in den oben genannten Ausführungsformen, und daher werden die detaillierten Beschreibungen davon hier ausgelassen.
  • Sechste Ausführungsform
  • In den oben erwähnten ersten bis fünften Ausführungsformen wurde der Fall veranschaulicht, dass der Farbfilter 107IR mit der Struktur, in der zwei Farbfilter 107R und 107B gestapelt sind, als ein Farbfilter verwendet wird, der selektiv IR-Licht durchlässt. Der Farbfilter ist jedoch nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt.
  • Zum Beispiel kann, wie bei einem CMOS-Bildsensor 10-6, wie in 25 dargestellt, in dem Einheitspixel 50IR, eine Vielzahl von Säulen 610, die eine Säulenanordnung bilden, die so konfiguriert ist, dass sie selektiv IR-Licht durchlässt, d.h. Licht in einem Bereich des sichtbaren Lichts als Ganzes breit absorbiert, auf dem Isolierfilm 105 anstelle des Farbfilters 107IR vorgesehen werden, das die Struktur hat, in der zwei Farbfilter 107R und 107B gestapelt sind.
  • Mit einer solchen Konfiguration kann die Höhe des gesamten Farbfilters 107 verringert werden, und somit kann der Verlust von Licht, das in ein Einheitspixel 50 eingedrungen ist, an ein benachbartes Pixel 50 weiter reduziert werden. Dadurch kann die Farbreproduzierbarkeit der erfassten Bilddaten weiter verbessert werden.
  • In FIG. 25 wurde der Fall anhand der
  • Querschnittsstruktur des CMOS-Bildsensors 10 nach der ersten Ausführungsform beispielhaft dargestellt. Die sechste Ausführungsform ist jedoch nicht auf die erste Ausführungsform beschränkt, sondern kann auf einer anderen Ausführungsform basieren.
  • Andere Konfigurationen, Operationen und Effekte können die gleichen sein wie die in den oben genannten Ausführungsformen, und daher werden die detaillierten Beschreibungen davon hier ausgelassen.
  • Siebte Ausführungsform
  • In den oben erwähnten ersten bis sechsten Ausführungsformen wurde der Fall veranschaulicht, dass die Säulenanordnung, die selektiv IR-Licht absorbiert, in den Einheitspixeln 50R, 50G und 50B angeordnet ist, die Farbbilder von drei RGB-Primärfarben erfassen. Andererseits wird in einer siebten Ausführungsform beispielhaft ein Fall beschrieben, in dem der Farbfilter 107 und die Säulenanordnung kombiniert werden, um das Wellenlängenspektrum des in die Photodioden PD in den Einheitspixeln 50R, 50G und 50B eintretenden Lichts zu formen. In der folgenden Beschreibung wird ein Fall, der auf der ersten Ausführungsform basiert, veranschaulicht, wobei die grundlegende Ausführungsform nicht auf die erste Ausführungsform beschränkt ist und eine andere, oben beschriebene oder später beschriebene Ausführungsform sein kann.
  • Wie oben beschrieben, kann die durch die Säulen 110 konfigurierte Säulenanordnung als ein bestimmter Wellenlängen-Absorptionsfilter fungieren, der selektiv Licht mit einer bestimmten Wellenlänge absorbiert, indem der Durchmesser jeder Säule 110 und der Abstand zwischen den Säulen 110 geändert wird.
  • In Anbetracht des oben Gesagten sind in der siebten Ausführungsform, wie in einem CMOS-Bildsensor 10-7, wie in 26 dargestellt, die Säulen 110R in dem Einheitspixel 50R angeordnet, das Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Rot (R) empfängt, die Säulen 110G sind in dem Einheitspixel 50G angeordnet, das Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Grün (G) empfängt, und die Säulen 110B sind in dem Einheitspixel 50B angeordnet, das Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Blau (B) empfängt.
  • Wie in 27 dargestellt, sind in einer Säulenanordnung 700R, die durch die Säulen 110R konfiguriert ist, der Durchmesser jeder Säule 110R und der Abstand zwischen den Säulen 110R so eingestellt, dass Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Rot (R) selektiv durchgelassen wird. Wie in 28 dargestellt, sind in einer Säulenanordnung 700G, das durch die Säulen 110G konfiguriert ist, der Durchmesser jeder Säule 110G und der Abstand zwischen den Säulen 110G so eingestellt, dass Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Grün (G) selektiv übertragen wird. Außerdem sind, wie in 29 dargestellt, in einer Säulenanordnung 700B, das durch die Säulen 110B konfiguriert ist, der Durchmesser jeder Säule 110B und der Abstand zwischen den Säulen 110B so eingestellt, dass Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Blau (B) selektiv übertragen wird.
  • Wie aus dem Vergleich von 27 mit 29 hervorgeht, ist der Durchmesser der Säule 110R am größten und der Durchmesser der Säule 110B am kleinsten unter den Säulen 110R, 110G und 110B. Dies liegt daran, dass, wie oben in der ersten Ausführungsform mit Bezug auf 11 bis 13 beschrieben, bei einer Vergrößerung des Durchmessers der Säule 110 die Wellenlänge des Transmissionsmaximums oder die Wellenlänge des Absorptionsmaximums der Säulenanordnung zur Seite der langen Wellenlänge verschoben wird, und bei einer Verringerung des Durchmessers der Säule 110 die Wellenlänge des Transmissionsmaximums oder die Wellenlänge des Absorptionsmaximums der Säulenanordnung zur Seite der kurzen Wellenlänge verschoben wird.
  • 27 bis 29 zeigen beispielhaft den Fall, dass der Abstand in der Säulenanordnung, die durch die Säulen 110R konfiguriert ist, der Abstand in der Säulenanordnung, die durch die Säulen 110G konfiguriert ist, und der Abstand in der Säulenanordnung, die durch die Säulen 110B konfiguriert ist, gleich sind. Die Abstände sind jedoch nicht auf den gleichen Abstand beschränkt und können unterschiedlich geändert werden.
  • 30 und 31 sind Diagramme, die Beispiele von Lichtdurchlässigkeitsspektren zeigen, wenn der Farbfilter 107R, der selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Rot (R) durchlässt, mit der Säulenanordnung 700R kombiniert wird, die aus den Säulen 110R mit unterschiedlichen Durchmessern besteht.
  • Erstens, wie in 30 dargestellt, wird, wenn der Farbfilter 107R mit einer Säulenanordnung 700R kombiniert wird, die so konstruiert ist, dass die Absorptionspeakwellenlänge auf der kürzeren Wellenlängenseite vorhanden ist als die Transmissionspeakwellenlänge eines Lichtdurchlässigkeitsspektrums SP107R des Farbfilters 107R, ein Lichtdurchlässigkeitsspektrum SP_R1 eines Wellenlängenfilters, das durch den Farbfilter 107R und die Säulenanordnung 700R konfiguriert ist, insgesamt auf die längere Wellenlängenseite verschoben als das Lichtdurchlässigkeitsspektrum SP107R des Farbfilters 107R allein.
  • Andererseits, wie in 31 dargestellt, wird, wenn der Farbfilter 107R mit einer Säulenanordnung 700R kombiniert wird, die so konstruiert ist, dass die Absorptionspeakwellenlänge auf der längeren Wellenlängenseite als die Transmissionspeakwellenlänge des Lichtdurchlässigkeitsspektrums SP107R des Farbfilters 107R vorhanden ist, ein Lichtdurchlässigkeitsspektrum SP R2 eines Wellenlängenfilters, das durch den Farbfilter 107R und die Säulenanordnung 700R konfiguriert ist, insgesamt auf die kürzere Wellenlängenseite verschoben als das Lichtdurchlässigkeitsspektrum SP107R des Farbfilters 107R allein.
  • Auf diese Weise kann durch die Kombination des Farbfilters 107 und der Säulenanordnung das Wellenlängenspektrum des Lichts, das durch das Farbfilter 107 und die Säulenanordnung durchgelassen wird, um in die Photodiode PD einzutreten, geformt werden.
  • In Anbetracht dessen können beispielsweise durch Kombination der Farbfilter 107, die selektiv Licht mit Wellenlängenkomponenten der gleichen Farbe durchlassen, mit einer Säulenanordnung, die selektiv eine andere Wellenlängenkomponente absorbiert, Bilddaten auf der Grundlage von Lichtstrahlen erzeugt werden, die zwar vom gleichen Farbtyp sind, deren Wellenlängenkomponenten sich aber zumindest teilweise nicht überlappen (Multispektrum). Durch Bereitstellung eines Einheitspixels 50R, bei dem das Farbfilter 107R mit einer Säulenanordnung 700R mit einem Lichtdurchlässigkeitsspektrum SP110R1, das in 30 dargestellt ist, und eines Einheitspixels 50R, bei dem das Farbfilter 107R mit einer Säulenanordnung 700R mit einem Lichtdurchlässigkeitsspektrum SP110R2, das in 31 dargestellt ist, kombiniert ist, können beispielsweise zwei Bilddaten auf der Grundlage von Lichtstrahlen erzeugt werden, die eine Farbe im gleichen Rotbereich haben, von denen sich aber zumindest ein Teil der Wellenlängenkomponenten nicht überlappen.
  • Die oben mit Bezug auf 30 und 31 beschriebene Formung des Wellenlängenspektrums kann nicht nur auf den Wellenlängenanteil von Rot (R), sondern auch auf andere Wellenlängenanteile von Grün (G) und Blau (B) in ähnlicher Weise angewendet werden.
  • Wie oben beschrieben, kann in der siebten Ausführungsform durch die Kombination des Farbfilters 107 und der Säulenanordnung das Wellenlängenspektrum des Lichts, das durch das Farbfilter 107 und die Säulenanordnung durchgelassen wird, um in die Photodiode PD einzutreten, geformt werden. Folglich kann ein Multispektrum von Bilddaten gewonnen werden, und somit können Bilddaten mit einer höheren Farbwiedergabegenauigkeit erfasst werden.
  • Wie in der siebten Ausführungsform kann durch die Kombination einer Säulenanordnung, die selektiv Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich absorbiert, mit dem Farbfilter 107 Licht, das von einem benachbarten Pixel 50 ausgetreten ist, ähnlich wie in den oben genannten Ausführungsformen gedämpft werden, und somit können Bilddaten mit höherer Farbwiedergabe gewonnen werden.
  • Andere Konfigurationen, Operationen und Effekte können die gleichen sein wie die in den oben genannten Ausführungsformen, und daher werden die detaillierten Beschreibungen davon hier ausgelassen.
  • Achte Ausführungsform
  • Als nächstes wird eine achte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
  • Wie in den oben genannten Ausführungsformen, z.B. als Konfiguration zur Erfassung von Farbbildern von drei RGB-Primärfarben, veranschaulicht, kann die Konfiguration, in der die Einheitspixel 50R, 50G und 50B, die die Farbbilder erfassen, mit den Farbfiltern 107R, 107G und 107B versehen sind, die jeweils selektiv Wellenlängenkomponenten der zugeordneten Farben durchlassen, verwendet werden.
  • Bei einem allgemeinen lichtabsorbierenden Farbfilter weisen seine spektroskopischen Eigenschaften (Lichtabsorptionsspektrum) jedoch eine sanfte Kurve auf. So wird Licht mit Wellenlängenanteilen aus einem zu übertragenden Wellenlängenband, insbesondere Licht mit einem Wellenlängenanteil, der einem Grenzanteil davon entspricht, nicht ausreichend gedämpft, und Farben werden zwischen den für unterschiedliche Wellenlängenanteile verantwortlichen Pixeln gemischt. Infolgedessen kann sich die Farbreproduzierbarkeit verringern.
  • In Anbetracht des oben Gesagten werden in der achten Ausführung ein Farbfilter und eine Säulenanordnung so kombiniert, dass die spektroskopischen Eigenschaften eines Wellenlängenfilters (im Folgenden als „kombiniertes Filter“ bezeichnet), das durch eine Kombination aus dem Farbfilter und der Säulenanordnung konfiguriert ist, eingestellt werden und dadurch die Farbwiedergabe verbessert wird.
  • In der folgenden Beschreibung wird der Fall anhand der ersten Ausführungsform beispielhaft dargestellt. Die grundlegende Ausführungsform ist nicht auf die erste Ausführungsform beschränkt und kann eine andere, oben oder unten beschriebene Ausführungsform sein. In der folgenden Beschreibung werden überlappende Beschreibungen derselben Konfigurationen, Operationen und Effekte wie die Konfigurationen, Operationen und Effekte gemäß den oben genannten Ausführungsformen durch Verweis weggelassen.
  • Anordnungsbeispiel für Farbfilter
  • 32 ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel für Farbfilter nach der achten Ausführungsform zeigt. Wie in 32 dargestellt, wird z.B. die Bayer-Anordnung als Farbfilteranordnung eines Farbfilterarrays 860 entsprechend der achten Ausführungsform verwendet. So enthält z.B. dieses Einheitsmuster 861 insgesamt vier Farbfilter, d.h. einen Farbfilter 107R, der selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Rot (R) durchlässt, zwei Farbfilter 107G, die selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Grün (G) durchlassen, und einen Farbfilter 107B, der selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Blau (B) durchlässt.
  • Die Farbfilteranordnung, die auf die Farbfilteranordnung 860 gemäß der achten Ausführungsform angewendet werden kann, ist jedoch nicht auf die Bayer-Anordnung beschränkt. Ähnlich wie bei der oben erwähnten ersten Ausführungsform können beispielsweise verschiedene Arten von Farbfilteranordnungen wie X-Trans (eingetragene Marke) Farbfilteranordnung, vierfache Bayer-Anordnung und weiße RGB-Farbfilteranordnung angewendet werden.
  • Beispiel für die Querschnittsstruktur eines Einheitspixels
  • 33 ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors gemäß der achten Ausführungsform zeigt. Ähnlich wie 7 in der ersten Ausführungsform zeigt 33 beispielsweise ein Querschnittsstrukturbeispiel des Lichtempfänger-Chips 71 in 6 und lässt ein Querschnittsstrukturbeispiel des Schaltungschips 72 weg. In 33 entfallen auch die Verdrahtungsebenen, die die elektrische Verbindung vom Transfer-Transistor 51 und dem Lichtempfänger-Chip 71 zum Schaltungschip 72 bilden. Zum Zwecke der Beschreibung wird in 33 ein Fall veranschaulicht, in dem vier Einheitspixel 50B, 50R, 50G1 und 50G2, die ein Einheitsmuster 861 in Bayer-Anordnung bilden, in einer Reihe entlang des Querschnitts angeordnet sind.
  • Wie in 33 dargestellt, wird in einem CMOS-Bildsensor 10-8 gemäß der achten Ausführungsform ein Farbfilter 107R in dem Einheitspixel 50R, der ein Pixelsignal auf der Grundlage von Licht mit einer Wellenlängenkomponente entsprechend Rot erzeugt, mit einer Säulenanordnung kombiniert, die aus mehreren Säulen 810R besteht. In ähnlicher Weise werden die Farbfilter 107G in den Einheitspixeln 50G1 und 50G2, die Pixelsignale auf der Grundlage von Licht mit einer Wellenlängenkomponente entsprechend Grün erzeugen, jeweils mit einer Säulenanordnung kombiniert, die durch eine Vielzahl von Säulen 810G konfiguriert ist, und ein Farbfilter 107B in dem Einheitspixel 50B, das ein Pixelsignal auf der Grundlage von Licht mit einer Wellenlängenkomponente entsprechend Blau erzeugt, wird mit einer Säulenanordnung kombiniert, die durch eine Vielzahl von Säulen 810B konfiguriert ist.
  • Zum Beispiel, ähnlich wie die Säulen 110 in der ersten Ausführung, können die Positionen der Säulen 810 auf der Oberseite des auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 100 gebildeten Isolierfilms 105 und im Inneren des Farbfilters 107 liegen. Zum Beispiel können die anderen Konfigurationen die gleichen sein wie die im Beispiel der Querschnittsstruktur der oben beschriebenen Einheitspixel 50 in der ersten Ausführungsform mit Bezug auf 7.
  • Spektroskopische Eigenschaften von kombinierten Filtern
  • 34 ist ein Diagramm zur Erläuterung der spektroskopischen Eigenschaften (Lichttransmissionsspektren) der kombinierten Filter nach der achten Ausführungsform. Wie in 34 dargestellt, ist z.B. sowohl in einem Lichttransmissionsspektrum SP107B des Farbfilters 107B als auch in einem Lichttransmissionsspektrum SP107G des Farbfilters 107G die Lichtdurchlässigkeit in der Nähe eines Grenzteils R BG nicht ausreichend reduziert, und die Lichtfarben werden gemischt. In ähnlicher Weise ist z.B. sowohl im Lichtdurchlässigkeitsspektrum SP107G des Farbfilters 107G als auch im Lichtdurchlässigkeitsspektrum SP107R des Farbfilters 107R die Lichtdurchlässigkeit in der Nähe eines Grenzteils R GR nicht ausreichend reduziert, und die Farben des Lichts werden gemischt. Der Bereich in der Nähe des Grenzteils kann ein Wellenlängenbereich sein, der ein Band des Grenzteils und sein Nachbarband einschließt.
  • In Anbetracht dessen wird in der achten Ausführungsform, wie in 35 dargestellt, der Farbfilter 107B mit einer Säulenanordnung 800B (entsprechend den Säulen 810B) kombiniert, das selektiv Licht in einem Wellenlängenband absorbiert, das der Nähe des Grenzteils R_BG entspricht. Das Farbfilter 107R ist mit einer Säulenanordnung 800R (entsprechend den Säulen 810R) kombiniert, das selektiv Licht in einem Wellenlängenband absorbiert, das der Nähe des Grenzteils R_GR entspricht.
  • Andererseits wird das Farbfilter 107G mit einer Säulenanordnung 800G (entsprechend den Säulen 810G) kombiniert, in dem eine Säulenanordnung, das selektiv Licht in einem Wellenlängenband absorbiert, das der Nähe des Grenzteils R BG entspricht, und eine Säulenanordnung, das selektiv Licht in einem Wellenlängenband absorbiert, das der Nähe des Grenzteils R_GR entspricht, kombiniert sind.
  • Auf diese Weise werden Licht, das durch den kombinierten Filter übertragen wird und eine Wellenlängenkomponente aufweist, die der Nähe des Grenzteils R_BG entspricht, und Licht, das durch den kombinierten Filter übertragen wird und eine Wellenlängenkomponente aufweist, die der Nähe des Grenzteils R_GR entspricht, gedämpft, und somit kann die Farbmischung zwischen den Pixeln reduziert werden, um die Farbwiedergabe zu verbessern.
  • Die Säulenanordnung 800G kann eine Konfiguration haben, in der die Säulenanordnung 800B und die Säulenanordnung 800R auf derselben Ebene (Oberseite des Isolierfilms 105) angeordnet sind, wie in 35 dargestellt, und eine Konfiguration, in der die Säulenanordnung 800B und die Säulenanordnung 800R vertikal gestapelt sind, wie in 36 dargestellt. Wenn die Säulenanordnung 800B und die Säulenanordnung 800R vertikal gestapelt sind, können der Abstand zwischen den Säulen 810B, die die Säulenanordnung 800B bilden, und der Abstand zwischen den Säulen 810R, die die Säulenanordnung 800R bilden, im Wesentlichen gleich sein. Von der Säulenanordnung 800B und der Säulenanordnung 800R ist eine Säulenanordnung mit einem größeren Durchmesser der Säule 810 (z.B. Säule 810R) in der unteren Stufe erwünscht.
  • Wirkungen und Effekte
  • Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann nach der achten Ausführungsform Licht mit Wellenlängenanteilen, die der Nähe eines Grenzteils von Lichttransmissionsspektren verschiedener Farbfilter 107 entsprechen, ausreichend gedämpft werden. Folglich kann die Farbmischung zwischen den Pixeln, die für unterschiedliche Wellenlängenkomponenten verantwortlich sind, reduziert werden, um die Farbreproduzierbarkeit der erfassten Bilddaten zu verbessern.
  • Andere Konfigurationen, Operationen und Effekte können die gleichen sein wie die in den oben genannten Ausführungsformen, und daher werden die detaillierten Beschreibungen davon hier ausgelassen.
  • Neunte Ausführungsform
  • In der oben erwähnten achten Ausführungsform wurde beispielhaft der Fall beschrieben, dass die Säulenanordnungen, die so konfiguriert sind, dass sie Licht mit Wellenlängenanteilen, die der Nähe eines Grenzteils in den Lichttransmissionsspektren verschiedener Farbfilter 107 entsprechen, absorbieren, mit dem Farbfilter 107 kombiniert werden. In einer neunten Ausführungsform wird ein Fall, in dem eine Säulenanordnung, die so konfiguriert ist, dass sie Licht mit einer Wellenlängenkomponente absorbiert, die dem Endteil eines Lichttransmissionsspektrums eines Farbfilters 107 entspricht, mit dem Farbfilter 107 kombiniert wird, beispielhaft beschrieben.
  • In der folgenden Beschreibung wird der Fall anhand der achten Ausführungsform beispielhaft dargestellt. Die Grundausführung ist nicht auf die achte Ausführungsform beschränkt und kann eine andere oben oder unten beschriebene Ausführungsform sein. In der folgenden Beschreibung werden sich überschneidende Beschreibungen derselben Konfigurationen, Operationen und Wirkungen wie die Konfigurationen, Operationen und Wirkungen gemäß den oben genannten Ausführungsformen durch Verweis weggelassen.
  • Spektroskopische Eigenschaften des kombinierten Filters
  • 37 ist ein Diagramm zur Erläuterung der spektroskopischen Eigenschaften (Lichttransmissionsspektren) von kombinierten Filtern nach der neunten Ausführungsform. Wie bereits in der achten Ausführungsform erwähnt, kann nicht gesagt werden, dass die Durchlässigkeit in der Nähe eines Grenzteils der Lichtdurchlässigkeitsspektren von Farbfiltern 107, die selektiv Licht mit unterschiedlichen Wellenlängenanteilen durchlassen, ausreichend reduziert ist. Die Durchlässigkeit eines Endteils des Lichtdurchlässigkeitsspektrums des Farbfilters 107 kann jedoch durch die Kombination des Farbfilters 107 mit einer Säulenanordnung reduziert werden.
  • In Anbetracht dessen wird in der neunten Ausführungsform, wie in 37 dargestellt, beispielsweise Licht mit einer Wellenlängenkomponente an einem Endteil P_BG auf der längeren Wellenlängenseite im Lichttransmissionsspektrum des Farbfilters 107B, das selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Blau (B), also auf der grünen Seite, durchlässt, durch Verwendung einer Säulenanordnung gedämpft. In ähnlicher Weise wird Licht mit einer Wellenlängenkomponente an einem Endteil P RG auf der kürzeren Wellenlängenseite im Lichtdurchlässigkeitsspektrum des Farbfilters 107R, das selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Rot (R), d.h. auf der grünen Seite, durch Verwendung einer Säulenanordnung gedämpft.
  • Auf diese Weise kann Licht mit einer Wellenlängenkomponente am Endteil P_BG im Licht, das in die Einheitspixel 50B eintritt, gedämpft und damit die Farbreproduzierbarkeit eines durch die Einheitspixel 50G erzeugten Pixelsignals verbessert werden. In ähnlicher Weise kann Licht mit einer Wellenlängenkomponente am Endteil P_RG in Licht, das in das Einheitspixel 50R eintritt, gedämpft und damit die Farbreproduzierbarkeit eines von dem Einheitspixel 50B erzeugten Pixelsignals verbessert werden.
  • Beispiel für die Querschnittsstruktur eines Einheitspixels
  • 38 ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors gemäß der neunten Ausführungsform zeigt. Beispielsweise zeigt 38 einen Querschnitt, der dem Querschnitt des CMOS-Bildsensors 10-8 gemäß 33 in der achten Ausführungsform entspricht.
  • In einem CMOS-Bildsensor 10-9, der in 38 beispielhaft dargestellt ist, werden beispielsweise in der gleichen Konfiguration wie in dem CMOS-Bildsensor 10-8, der in 33 beispielhaft dargestellt ist, die Säulen 810G in den Einheitspixeln 50G1 und 50G2 weggelassen und die Säulen 810R und 810B in den Einheitspixeln 50R und 50B durch die Säulen 910R und 910B ersetzt. Die anderen Konfigurationen können die gleichen sein wie beim CMOS-Bildsensor 10-8, der in 33 dargestellt ist.
  • Planares Anordnungsbeispiel für die Säulen
  • 39 ist ein Diagramm, das ein planares Anordnungsbeispiel für die Säulen 910 in den Farbfiltern 107 in der Einheitspixel 50 zeigt, die ein Einheitsmuster in Bayer-Anordnung bilden. Wie in 39 dargestellt, ist in der neunten Ausführungsform eine Säulenanordnung 900B (entsprechend den Säulen 910B), das selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente im Endteil P_BG absorbiert, auf dem Farbfilter 107B in der Einheitspixel 50B angeordnet. Eine Säulenanordnung 900R (entsprechend den Säulen 910R), das selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente am Endteil P_RG absorbiert, ist auf dem Farbfilter 107R in der Pixeleinheit 50R angeordnet. In den Farbfiltern 107G in den Einheitspixeln 50G1 und 50G2 müssen die Säulenanordnungen nicht unbedingt angeordnet werden.
  • Durchmesser und Abstand der Säulen
  • Zum Beispiel kann der Durchmesser jeder Säule 910B, die die Säulenanordnung 900B in Kombination mit dem Farbfilter 107B bildet, im Bereich von 80 bis 120 nm eingestellt werden. Zum Beispiel kann der Abstand zwischen den Säulen 910B in der Säulenanordnung 900B auf 320 nm eingestellt werden.
  • Andererseits kann z.B. der Durchmesser jeder Säule 910R, die die Säulenanordnung 900R in Kombination mit dem Farbfilter 107R bildet, im Bereich von 60 bis 80 nm eingestellt werden. Zum Beispiel kann der Abstand zwischen den Säulen 910R in der Säulenanordnung 900R auf 320 nm eingestellt werden.
  • Die Durchmesser der Säulen 910B und 910R und die Abstände zwischen den Säulen 910B oder 910R sind jedoch nicht auf die oben genannten Werte beschränkt und können je nach den Materialien der Säulen 910B und 910R gegebenenfalls geändert werden.
  • Wirkungen und Effekte
  • Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann nach der neunten Ausführungsform Licht mit Wellenlängenanteilen, die den Endteilen von Lichttransmissionsspektren verschiedener Farbfilter 107 entsprechen, ausreichend gedämpft werden. Folglich kann die Farbmischung zwischen den Pixeln, die für unterschiedliche Wellenlängenanteile verantwortlich sind, reduziert werden, um die Farbreproduzierbarkeit der erfassten Bilddaten zu verbessern.
  • Andere Konfigurationen, Operationen und Effekte können die gleichen sein wie die in den oben genannten Ausführungsformen, und daher werden die detaillierten Beschreibungen davon hier ausgelassen.
  • Zehnte Ausführungsform
  • In der oben erwähnten neunten Ausführungsform, wurde der Fall beispielhaft beschrieben, in dem Licht mit einer Wellenlängenkomponente am Endteil P_BG auf der grünen Seite des Lichtdurchlässigkeitsspektrums des Farbfilters 107B, das selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Blau (B) durchlässt, gedämpft wird, und Licht mit einer Wellenlängenkomponente am Endteil P_GR auf der grünen Seite des Lichtdurchlässigkeitsspektrums des Farbfilters 107R, das selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Rot (R) durchlässt, gedämpft wird, um die Farbmischung zwischen Pixeln, die für verschiedene Wellenlängenkomponenten verantwortlich sind, zu reduzieren und die Farbreproduzierbarkeit von Bilddaten zu verbessern.
  • Das Verfahren zur Reduzierung der Farbmischung zwischen Pixeln, die für unterschiedliche Wellenlängenanteile verantwortlich sind, um die Farbreproduzierbarkeit von Bilddaten zu verbessern, ist jedoch nicht auf das in der neunten Ausführungsform beispielhaft dargestellte Verfahren beschränkt. So kann z.B., wie in 40 dargestellt, ein Verfahren zur Dämpfung von Licht mit einer Wellenlängenkomponente an einem Endteil P_GB auf der blauen Seite und Licht mit einer Wellenlängenkomponente an einem Endteil P_GR auf der roten Seite des Lichtdurchlässigkeitsspektrums des Farbfilters 107B, das selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Grün (G) durchlässt, verwendet werden.
  • In diesem Fall werden beispielsweise, wie bei einem CMOS-Bildsensor 10-10, wie in 41 dargestellt, die Einheitspixel 50G1 und 50G2, die Pixelsignale auf der Grundlage von Licht mit einer Wellenlängenkomponente erzeugen, die Grün entspricht, mit einer Säulenanordnung kombiniert, das aus einer Vielzahl von Säulen 1010G besteht.
  • Zum Beispiel, ähnlich wie die Säulen 110 in der ersten Ausführung, können die Positionen der Säulen 1010G auf der Oberseite des auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 100 gebildeten Isolierfilms 105 und im Inneren des Farbfilters 107 liegen.
  • Im Farbfilter 107 kann mit anderen Worten die Anordnung einer Säulenanordnung 1000G, die durch die Säulen 1010G auf dem Isolierfilm 105 konfiguriert ist, beispielsweise ähnlich der Anordnung der Säulenanordnung 800G sein, die oben in der achten Ausführungsform mit Bezug auf 35 beschrieben wurde, eine Anordnung, bei der eine Vielzahl von Säulen 1010GB, die eine Säulenanordnung bilden, die selektiv Licht in einem Wellenlängenband absorbiert, das einem Endteil P_GB entspricht, und eine Vielzahl von Säulen 1010GR, die eine Säulenanordnung bilden, die selektiv Licht in einem Wellenlängenband absorbiert, das einem Endteil P_GR entspricht, kombiniert sind. Die Säulen 1010GR und 1010GB entsprechen den Säulen 1010G in 41.
  • Auf diese Weise wird Licht, das durch den kombinierten Filter übertragen wird und eine Wellenlängenkomponente hat, die dem Endteil P_GB entspricht, und Licht, das durch den kombinierten Filter übertragen wird und eine Wellenlängenkomponente hat, die dem Endteil P_GR entspricht, gedämpft. Auf diese Weise kann die Farbmischung zwischen den Pixeln reduziert werden, um die Farbreproduzierbarkeit zu verbessern.
  • Die Säulenanordnung 1000G ist nicht auf die Konfiguration beschränkt, in der die Säule 1010GR und die Säule 1010GB in derselben Ebene (Oberseite des Isolierfilms 105) angeordnet sind, wie in 42 dargestellt, sondern kann z.B. die Konfiguration sein, in der die Säulenanordnung 1010GR und die Säulen 1010GB vertikal gestapelt sind, wie oben in der achten Ausführung mit Bezug auf 36 beschrieben.
  • Zum Beispiel kann der Durchmesser jeder Säule 1010GB im Bereich von 60 bis 80 nm eingestellt werden. Zum Beispiel kann der Abstand zwischen den Säulen 1010GB auf 280 nm eingestellt werden.
  • Andererseits kann z.B. der Durchmesser jeder Säule 1010GR im Bereich von 100 bis 130 nm eingestellt werden, und der Abstand zwischen den Säulen 1010GR kann z.B. auf 400 nm eingestellt werden.
  • Die Durchmesser der Säulen 1010GB und 1010GR und der Abstand zwischen den Säulen 1010GB oder 1010GR sind jedoch nicht auf die oben genannten Werte beschränkt und können je nach den Materialien der Säulen 1010GB und 1010GR gegebenenfalls geändert werden.
  • Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann nach der zehnten Ausführungsform Licht mit Wellenlängenanteilen, die der Nähe eines Endteils von Lichttransmissionsspektren verschiedener Farbfilter 107 entsprechen, ausreichend gedämpft werden. Folglich kann die Farbmischung zwischen den Pixeln, die für unterschiedliche Wellenlängenkomponenten verantwortlich sind, reduziert werden, um die Farbreproduzierbarkeit der erfassten Bilddaten zu verbessern.
  • Andere Konfigurationen, Operationen und Effekte können die gleichen sein wie die in den oben genannten Ausführungsformen, und daher werden die detaillierten Beschreibungen davon hier ausgelassen.
  • Elfte Ausführungsform
  • Die Konfiguration nach der neunten Ausführungsform und die Konfiguration nach der oben beschriebenen zehnten Ausführungsform können kombiniert werden.
  • In diesem Fall, zum Beispiel, wie in einem CMOS-Bildsensor 10-11, der in 43 beispielhaft dargestellt ist, ist eine durch eine Vielzahl von Säulen 910R konfigurierte Säulenanordnung in dem Einheitspixel 50R angeordnet, eine durch eine Vielzahl von Säulen 910B konfigurierte Säulenanordnung ist in dem Einheitspixel 50B angeordnet, und durch eine Vielzahl von Säulen 1010G (entsprechend 1010GR und 1010GB) konfigurierte Säulenanordnungen sind in den Einheitspixeln 50G1 und 50G2 angeordnet.
  • Zum Beispiel kann die planare Anordnung der Säulenanordnungen, die in den Farbfiltern 107R, 107G und 107B in der Einheitspixel 50R, 50G1, 50G2 und 50B angeordnet sind, wie in 44 veranschaulicht, eine Anordnung sein, in der die planare Anordnung der Säulenanordnungen 900R und 900B, wie oben in der neunten Ausführung mit Bezug auf 39 veranschaulicht, und die planare Anordnung der Säulenanordnung 1000G, wie oben in der zehnten Ausführung mit Bezug auf 42 veranschaulicht, kombiniert sind. Die Säulenanordnung 1000G ist jedoch nicht auf die Konfiguration beschränkt, bei der die Säulen 1010GR und die Säulen 1010GB in derselben Ebene angeordnet sind (Oberseite des Isolierfilms 105), sondern kann z.B. die Konfiguration sein, bei der die Säulenanordnung 1010GR und die Säulen 1010GB vertikal gestapelt sind, wie oben in der achten Ausführungsform mit Bezug auf 36 beschrieben.
  • Mit der oben beschriebenen Konfiguration, wie in 45 dargestellt, kann Licht mit einer Wellenlängenkomponente am Endteil P_BG im Licht, das in das Einheitspixel 50B eintritt, und Licht mit einer Wellenlängenkomponente am Endteil P_RG im Licht, das in das Einheitspixel 50R eintritt, gedämpft werden, und Licht mit Wellenlängenkomponenten an den Endteilen P_GR und P_GB im Licht, das in die Einheitspixel 50G1 und 50G2 eintritt, kann gedämpft werden. Infolgedessen kann die Farbmischung zwischen den Pixeln, die für unterschiedliche Wellenlängenkomponenten verantwortlich sind, weiter reduziert werden, um die Farbreproduzierbarkeit der erfassten Bilddaten weiter zu verbessern.
  • Andere Konfigurationen, Operationen und Effekte können die gleichen sein wie die in den oben genannten Ausführungsformen, und daher werden die detaillierten Beschreibungen davon hier ausgelassen.
  • Zwölfte Ausführungsform
  • Als nächstes wird eine zwölfte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
  • Wenn eine Farbfilteranordnung wie eine vierfache Bayer-Anordnung verwendet wird, bei der Farbfilter 107, die Licht mit derselben Wellenlängenkomponente durchlassen, benachbart sind, kann es als intrinsisches Problem einen Fall geben, in dem ein Unterschied in der Empfindlichkeit zwischen dem Einheitspixel 50R oder 50B, zu dem das Einheitspixel 50G einschließlich des Farbfilters 107G auf der Seite, auf der die Bildhöhe höher ist, benachbart ist, und dem Einheitspixel 50R oder 50B, zu dem das Einheitspixel 50R oder 50B einschließlich des Farbfilters 107R oder 106B, das selektiv Licht mit derselben Wellenlängenkomponente auf der Seite, auf der die Bildhöhe höher ist, durchlässt, benachbart ist, auftritt. Mit anderen Worten: Es kann ein Fall vorliegen, in dem der Empfindlichkeitsunterschied zwischen benachbarten Pixeln 50 auftritt, die Pixelsignale auf der Grundlage von Licht mit der gleichen Wellenlängenkomponente erzeugen (im Folgenden als „benachbarte Pixel 50 derselben Farbe“ bezeichnet).
  • Es wird angenommen, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass ein Teil des Lichts, das in eine Photodiode PD in der Einheitspixel 50R oder 50B eintritt, die sich auf der Seite mit der höheren Bildhöhe unter den benachbarten Pixeln 50 derselben Farbe befindet, von dem Farbfilter 107G, das auf der Seite mit der höheren Bildhöhe benachbart ist, absorbiert und gedämpft wird.
  • Ein solches Problem wird in einem Bereich, in dem das Licht schräg einfällt und die Bildhöhe hoch ist, schwerwiegend.
  • In Anbetracht dessen kann in der zwölften Ausführungsform bei Verwendung einer Farbfilteranordnung wie der vierfachen Bayer-Anordnung, bei der Farbfilter 107, die Licht mit der gleichen Wellenlängenkomponente durchlassen, nebeneinander liegen, der zwischen benachbarten Pixeln 50, die mit den Farbfiltern 107 versehen sind, die Licht mit der gleichen Wellenlängenkomponente durchlassen, verursachte Empfindlichkeitsunterschied verringert werden.
  • In der folgenden Beschreibung wird ein Fall, in dem eine Vierfach-Bayer-Anordnung als Farbfilteranordnung verwendet wird, beispielhaft dargestellt. In der folgenden Beschreibung wird der Fall anhand der achten Ausführungsform veranschaulicht. Die Grundausführung ist nicht auf die achte Ausführungsform beschränkt und kann eine andere oben oder unten beschriebene Ausführungsform sein. In der folgenden Beschreibung werden sich überschneidende Beschreibungen derselben Konfigurationen, Operationen und Wirkungen wie die Konfigurationen, Operationen und Wirkungen gemäß den oben genannten Ausführungsformen durch Verweis weggelassen.
  • Anordnung der Pixelanordnung
  • 46 ist eine Draufsicht, die ein Anordnungsbeispiel für eine Pixelanordnung gemäß der zwölften Ausführungsform zeigt. Wie in 46 dargestellt, ist in der zwölften Ausführungsform ein effektiver Pixelbereich 1201 in einer Pixelanordnung 11, in der eine Vielzahl von Einheitspixeln 50 gemäß der vierfachen Bayer-Anordnung angeordnet sind, in einen mittleren Bereich 1202 und einen peripheren Bereich 1203 auf der Grundlage der Bildhöhe unterteilt. Der effektive Pixelbereich 1201 kann ein Bereich sein, in dem Einheitspixel 50, die Ziele sein können, aus denen Pixelsignale, die Bilddaten bilden, gelesen werden, angeordnet sind. Der mittlere Bereich 1202 kann beispielsweise ein Bereich sein, in dem die Bildhöhe 80% oder weniger beträgt, und der Randbereich 1203 kann ein Bereich sein, in dem die Bildhöhe höher als 80% ist. Diese Zahlen sind jedoch nur spezifische Beispiele und können auf verschiedene Weise geändert werden.
  • Zentraler Bereich
  • Anordnung des Einheitsmusters
  • 47 ist ein Diagramm, das eine planare Anordnung eines Einheitsmusters 1261 illustriert, das zum mittleren Bereich 1202 in 46 gehört. Wie in 47 dargestellt, wenn die Farbfilteranordnung eine Vierfach-Bayer-Anordnung ist, z.B. im Einheitsmuster 1261 in Vierfach-Bayer-Anordnung, sind die Einheitspixel 50G11 bis 50G14 einschließlich eines Farbfilters 107G an vier Pixeln von insgesamt 2×2 Pixeln angeordnet, die sich oben links befinden, die Einheitspixel 50R11 bis 50R14 einschließlich eines Farbfilters 107R sind an vier Pixeln von insgesamt 2×2 Pixeln angeordnet, die sich oben rechts befinden, die Einheitspixel 50B11 bis 50B14 einschließlich eines Farbfilters 107B sind an vier Pixeln von insgesamt 2×2 Pixeln angeordnet, die sich unten links befinden, und die Einheitspixel 50G15 bis 50G18 einschließlich eines Farbfilters 107G sind an vier Pixeln von insgesamt 2×2 Pixeln angeordnet, die sich unten rechts befinden.
  • Querschnittsstruktur des Einheitspixels
  • 48 ist ein Querschnittsdiagramm, das die Querschnittsstruktur einer Fläche A-A in 47 veranschaulicht. 49 ist ein Querschnittsdiagramm, das die Querschnittsstruktur einer Fläche B-B in 47 zeigt. Ähnlich wie 7 in der ersten Ausführungsform, z.B. 48 und 49 zeigen ein Beispiel für die Querschnittsstruktur des Lichtempfänger-Chips 71 in 6 und lassen ein Beispiel für die Querschnittsstruktur des Schaltungschips 72 weg. In 48 und 49 entfallen auch die Verdrahtungsebenen, die die elektrische Verbindung vom Transfer-Transistor 51 und dem Lichtempfänger-Chip 71 zum Schaltungschip 72 bilden.
  • Zunächst werden, wie in 48 dargestellt, in der Fläche A-A die Einheitspixel 50G11 und 50G12 und die Einheitspixel 50R11 und 50R12 angeordnet. Zum anderen sind, wie in 49 dargestellt, in der Fläche B-B die Einheitspixel 50B11 und 50B12 und die Einheitspixel 50G15 und 50G16 angeordnet.
  • Zum Beispiel können die Querschnittsstrukturen der Einheitspixel 50G11 und 50G12, 50R11 und 50R12, 50B11 und 50B12 sowie 50G15 und 50G16 mit einer Konfiguration übereinstimmen, die durch Weglassen der Säulen 110 aus dem oben in der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 7 beispielhaft dargestellten Einheitspixel 50 erhalten wird.
  • Eine solche Querschnittsstruktur kann in ähnlicher Weise auf die Einheitspixel 50R13 und 50R14, die Einheitspixel 50B13 und 50B14 und die Einheitspixel 50G13, 50G14, 50G17 und 50G18 (nicht abgebildet) angewendet werden.
  • Auf diese Weise werden im Farbfilter 107 in dem Einheitspixel 50, der zum Mittelbereich 1202 gehört, keine Säulen bereitgestellt. Es ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, dass die Säulen fehlen, und bei Bedarf können die Säulen im Farbfilter 107 vorgesehen werden.
  • Randbereich
  • Anordnung des Einheitsmusters
  • 50 ist ein Diagramm, das eine planare Anordnung eines Einheitsmusters 1262 illustriert, das zu dem Randbereich 1203 in 46 gehört. Wie in 50 dargestellt, wenn die Farbfilteranordnung eine Vierfach-Bayer-Anordnung ist, z.B. im Einheitsmuster 1262 in Vierfach-Bayer-Anordnung, sind die Einheitspixel 50G21 bis 50G24 einschließlich eines Farbfilters 107G an vier Pixeln von insgesamt 2×2 Pixeln angeordnet, die sich oben links befinden, die Einheitspixel 50R21 bis 50R24 einschließlich eines Farbfilters 107R sind an vier Pixeln von insgesamt 2×2 Pixeln angeordnet, die sich oben rechts befinden, Die Einheitspixel 50B21 bis 50B24 einschließlich eines Farbfilters 107B sind an vier Pixeln von insgesamt 2×2 Pixeln angeordnet, die sich unten links befinden, und die Einheitspixel 50G25 bis 50G28 einschließlich eines Farbfilters 107G sind an vier Pixeln von insgesamt 2×2 Pixeln angeordnet, die sich unten rechts befinden.
  • Von den Einheitspixeln 50R21 bis 50R24 ist in jedem der Einheitspixel 50R22 und 50R24, die sich auf der Seite befinden, auf der die Bildhöhe höher ist, d.h. an die die Einheitspixel 50G einschließlich des Farbfilters 107G auf der Seite angrenzen, auf der die Bildhöhe höher ist, eine Säulenanordnung vorgesehen, die aus einer Vielzahl von Säulen 1210R besteht.
  • In ähnlicher Weise ist von den Einheitspixeln 50B21 bis 50B24 in jedem der Einheitspixel 50B22 und 50B24, die sich auf der Seite befinden, auf der die Bildhöhe höher ist, eine Säulenanordnung vorgesehen, die aus mehreren Säulen 1210B besteht.
  • Querschnittsstruktur des Einheitspixels
  • 51 ist ein Querschnittsdiagramm, das die Querschnittsstruktur einer Fläche C-C in 50 veranschaulicht. 52 ist ein Querschnittsdiagramm, das die Querschnittsstruktur einer Fläche D-D in 50 zeigt. Ähnlich wie z.B. 48 und 49 zeigen 51 und 52 ein Beispiel für die Querschnittsstruktur des Lichtempfänger-Chips 71 in 6 und lassen ein Beispiel für die Querschnittsstruktur des Schaltungschips 72 weg. In 51 und 52 entfallen auch die Verdrahtungsebenen, die die elektrische Verbindung vom Transfer-Transistor 51 und dem Lichtempfänger-Chip 71 zum Schaltungschip 72 darstellen.
  • Zunächst sind, wie in einer Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors 10-12, die in 51 beispielhaft dargestellt ist, in der Fläche C-C die Einheitspixel 50G21 und 50G22 und die Einheitspixel 50R21 und 50R22 angeordnet. Andererseits sind, wie in einer Querschnittsstruktur des CMOS-Bildsensors 10-12, die in 52 dargestellt ist, in der Fläche D-D die Einheitspixel 50B21 und 50B22 und die Einheitspixel 50G25 und 50G26 angeordnet.
  • Zum Beispiel können die Querschnittsstrukturen der Einheitspixel 50G21 und 50G22, 50R21, 50B21 und 50G25 und 50G26 mit einer Konfiguration übereinstimmen, die durch Weglassen der Säulen 110 aus dem oben in der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 7 beispielhaft dargestellten Einheitspixel 50 erhalten wird.
  • Eine solche Querschnittsstruktur kann in ähnlicher Weise auf die Einheitspixel 50R23, die Einheitspixel 50B23 und die Einheitspixel 50G23, 50G24, 50G27 und 50G28 (nicht abgebildet) angewendet werden.
  • Andererseits ist in dem Einheitspixel 50R22 und dem Einheitspixel 50R24 (nicht abgebildet), wie oben beschrieben, eine Säulenanordnung aus mehreren Säulen 1210R vorgesehen. In ähnlicher Weise wird in dem Einheitspixel 50B22 und dem Einheitspixel 50B24 (nicht gezeigt) eine Säulenanordnung bereitgestellt, das durch eine Vielzahl von Säulen 1210B konfiguriert ist. Beispielsweise können sich die Positionen der Säulen 1210R und 1210B ähnlich wie bei der ersten Ausführung im Farbfilter 107 und auf dem auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 100 gebildeten Isolierfilm 105 befinden.
  • Spektroskopische Eigenschaften der Säulenanordnung
  • Die durch die Säulen 1210R konfigurierten Säulenanordnungen, die in den Einheitspixeln 50R22 und 50R24 vorgesehen sind, sind so ausgelegt, dass sie als ein besonderer Wellenlängen-Absorptionsfilter fungieren, der Licht absorbiert, das von einem Einheitspixel 50G, das auf der Seite mit einer höheren Bildhöhe benachbart ist, austritt, z.B. Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Grün (G). In Anbetracht dessen kann beispielsweise für die Säulenanordnung, die durch die Säulen 1210R konfiguriert ist, die Säulenanordnung 900R verwendet werden, die durch die Säulen 910R konfiguriert ist, wie in der neunten Ausführung dargestellt.
  • Andererseits sind die Säulenanordnungen, die durch die in den Einheitspixeln 50B22 und 50B24 vorgesehenen Säulen 1210B konfiguriert sind, so ausgelegt, dass sie als ein besonderer Wellenlängen-Absorptionsfilter funktionieren, der Licht absorbiert, das von einem Einheitspixel 50G, das auf der Seite angrenzt, auf der die Bildhöhe höher ist, austritt, z.B. Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Grün (G). In Anbetracht dessen kann beispielsweise für die Säulenanordnung, die durch die Säulen 1210B konfiguriert ist, die Säulenanordnung 900B verwendet werden, die durch die Säulen 910B konfiguriert ist, wie in der neunten Ausführung dargestellt.
  • Wirkungen und Effekte
  • Wie oben beschrieben, kann gemäß der zwölften Ausführungsform das Ausströmen von Licht auf ein Einheitspixel 50R oder 50B, auf das ein Einheitspixel 50G einschließlich eines Farbfilters 107G auf der Seite, auf der die Bildhöhe höher ist, von dem Einheitspixel 50G reduziert werden. Folglich kann der Unterschied in der Empfindlichkeit, der zwischen benachbarten Pixeln 50, die mit Farbfiltern 107 versehen sind, die Licht mit der gleichen Wellenlängenkomponente durchlassen, verringert werden, um Farbbilder mit hoher Farbwiedergabe zu erhalten.
  • Andere Konfigurationen, Operationen und Effekte können die gleichen sein wie die in den oben genannten Ausführungsformen, und daher werden die detaillierten Beschreibungen davon hier ausgelassen.
  • Dreizehnte Ausführungsform
  • In der oben erwähnten zwölften Ausführungsform wurde der Fall veranschaulicht, dass der effektive Pixelbereich 1201 in der Pixelanordnung 11 in den zentralen Bereich 1202 und den Randbereich 1203 auf der Grundlage der Bildhöhe unterteilt ist. Der effektive Pixelbereich 1201 kann jedoch in eine größere Anzahl von Bereichen auf der Grundlage der Bildhöhe unterteilt werden.
  • Wie in 53 dargestellt, kann beispielsweise der effektive Pixelbereich 1201 in drei Bereiche unterteilt werden, d.h. den zentralen Bereich 1202 und den Randbereich 1203 sowie einen Zwischenbereich 1304, der zwischen dem zentralen Bereich 1202 und dem Randbereich 1203 liegt. In diesem Fall ist der Zwischenbereich 1304 ein Bereich, der den zentralen Bereich 1202 umgibt, und der Randbereich 1203 ist ein Bereich, der den Zwischenbereich 1304 umgibt.
  • Zwischenbereich
  • Anordnung des Einheitsmusters
  • 54 ist ein Diagramm, das eine planare Anordnung eines Einheitsmusters 1363 illustriert, das zum Zwischenbereich 1304 in 53 gehört. Wie in 54 dargestellt, wenn die Farbfilteranordnung eine Vierfach-Bayer-Anordnung ist, z.B. im Einheitsmuster 1363 der Vierfach-Bayer-Anordnung, sind die mit einem Farbfilter 107G versehenen Einheitspixel 50G31 bis 50G34 bei vier Pixeln von insgesamt 2×2 Pixeln oben links angeordnet, die mit einem Farbfilter 107R versehenen Einheitspixel 50R31 bis 50R34 bei vier Pixeln von insgesamt 2×2 Pixeln oben rechts, Die mit einem Farbfilter 107B ausgestatteten Einheitspixel 50B31 bis 50B34 sind bei vier Pixeln von insgesamt 2×2 Pixeln unten links angeordnet, und die mit einem Farbfilter 107G ausgestatteten Einheitspixel 50G35 bis 50G38 sind bei vier Pixeln von insgesamt 2×2 Pixeln unten rechts angeordnet.
  • Von den Einheitspixeln 50R31 bis 50R34 ist in jedem der Einheitspixel 50R32 und 50R34, die sich auf der Seite befinden, auf der die Bildhöhe höher ist, d.h. an die die Einheitspixel 50G einschließlich des Farbfilters 107G auf der Seite angrenzen, auf der die Bildhöhe höher ist, eine Säulenanordnung vorgesehen, die aus einer Vielzahl von Säulen 1310R besteht.
  • In ähnlicher Weise ist von den Einheitspixeln 50B31 bis 50B34 in jedem der Einheitspixel 50B32 und 50B34, die sich auf der Seite befinden, auf der die Bildhöhe höher ist, eine Säulenanordnung vorgesehen, die aus mehreren Säulen 1310B besteht.
  • Querschnittsstruktur des Einheitspixels
  • 55 ist ein Querschnittsdiagramm, das die Querschnittsstruktur einer Fläche E-E in 54 veranschaulicht. 56 ist ein Querschnittsdiagramm, das die Querschnittsstruktur einer Fläche F-F in 54 zeigt. Ähnlich wie z.B. 48 und 49 zeigen 55 und 56 ein Beispiel für die Querschnittsstruktur des Lichtempfänger-Chips 71 in 6 und lassen ein Beispiel für die Querschnittsstruktur des Schaltungschips 72 weg. In 55 und 56 entfallen auch die Verdrahtungsebenen, die die elektrische Verbindung vom Transfer-Transistor 51 und dem Lichtempfänger-Chip 71 zum Schaltungschip 72 bilden.
  • Erstens sind, wie in der Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors 10-13 in 55 beispielhaft dargestellt, die Einheitspixel 50G31 und 50G32 und die Einheitspixel 50R31 und 50R32 in der Fläche E-E angeordnet. Andererseits sind, wie in der Querschnittsstruktur des CMOS-Bildsensors 10-13 in 56 dargestellt, die Einheitspixel 50B31 und 50B32 und die Einheitspixel 50G35 und 50G36 in der Fläche F-F angeordnet.
  • Zum Beispiel können die Querschnittsstrukturen der Einheitspixel 50G31 und 50G32, 50R31, 50B31 und 50G35 und 50G36 mit einer Konfiguration übereinstimmen, die durch Weglassen der Säulen 110 aus dem oben in der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 7 beispielhaft dargestellten Einheitspixel 50 erhalten wird.
  • Eine solche Querschnittsstruktur kann in ähnlicher Weise auf die Einheitspixel 50R33, die Einheitspixel 50B33 und die Einheitspixel 50G33, 50G34, 50G37 und 50G38 (nicht abgebildet) angewendet werden.
  • Andererseits ist in dem Einheitspixel 50R32 und dem Einheitspixel 50R34 (nicht abgebildet), wie oben beschrieben, eine Säulenanordnung aus mehreren Säulen 1310R vorgesehen. In ähnlicher Weise wird in der Einheitspixelgruppe 50B32 und der Einheitspixelgruppe 50B34 (nicht abgebildet) eine Säulenanordnung bereitgestellt, das aus einer Vielzahl von Säulen 1310B besteht. Beispielsweise können sich die Positionen der Säulen 1310R und 1310B ähnlich wie bei der ersten Ausführung im Farbfilter 107 und auf dem auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 100 gebildeten Isolierfilms 105 befinden.
  • Spektroskopische Eigenschaften der Säulenanordnung
  • Die durch die Säulen 1310R konfigurierten Säulenanordnungen, die in den Einheitspixeln 50R32 und 50R34 vorgesehen sind, sind so ausgelegt, dass sie als ein besonderer Wellenlängen-Absorptionsfilter funktionieren, der Licht absorbiert, das von einem Einheitspixel 50G, das auf der Seite mit der höheren Bildhöhe angrenzt, austritt, z.B. Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Grün (G). In Anbetracht dessen kann beispielsweise für die Säulenanordnung, die durch die Säulen 1210R konfiguriert ist, die Säulenanordnung 900R verwendet werden, die durch die Säulen 910R konfiguriert ist, wie in der neunten Ausführung dargestellt.
  • Andererseits sind die durch die Säulen 1310B konfigurierten Säulenanordnungen, die in den Einheitspixeln 50B32 und 50B34 vorgesehen sind, so ausgelegt, dass sie als ein besonderer Wellenlängen-Absorptionsfilter funktionieren, der Licht absorbiert, das von einem Einheitspixel 50G austritt, das auf der Seite angrenzt, auf der die Bildhöhe höher ist, z.B. Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Grün (G). In Anbetracht dessen kann beispielsweise für die Säulenanordnung, die durch die Säulen 1310B konfiguriert ist, die Säulenanordnung 900B verwendet werden, die durch die Säulen 910B konfiguriert ist, wie in der neunten Ausführung dargestellt.
  • Allerdings kann die Lichtmenge, die durch die von den Säulen 1310R und 1310B konfigurierten Säulenanordnungen gedämpft wird, geringer sein als die Lichtmenge, die durch die von den Säulen 1210R und 1210B konfigurierten Säulenanordnungen gedämpft wird, entsprechend der zwölften Ausführungsform. In Anbetracht dessen werden in der dreizehnten Ausführung die Säulen 1310R oder die Säulen 1310B in einem Bereich gebildet, der schmaler ist als die Bereiche, in denen die Säulen 1210R und die Säulen 1210B in jedem Einheitspixel 50 gemäß der zwölften Ausführung gebildet werden.
  • Wirkungen und Effekte
  • Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann die Lichtmenge, die durch die von den Säulen 1310R und 1310B konfigurierten Säulenanordnungen gedämpft wird, schrittweise von einem Bereich mit niedriger Bildhöhe (mittlerer Bereich 1202) zu einem Bereich mit hoher Bildhöhe (Randbereich 1203) erhöht werden. Folglich kann eine Säulenanordnung mit einem Lichtabsorptionsvermögen, das dem Grad des Lichtlecks aus dem Einheitspixel 50G entspricht, in jedem Einheitspixel 50 angeordnet werden, und somit können Farbbilder mit einer höheren Farbwiedergabegenauigkeit erfasst werden.
  • In der obigen Beschreibung wurde der Fall veranschaulicht, dass der effektive Pixelbereich 1201 in zwei oder drei Bereiche, basierend auf der Bildhöhe, unterteilt ist. Der effektive Pixelbereich 1201 ist nicht auf die Beispiele beschränkt und kann in eine größere Anzahl von Bereichen unterteilt werden, z.B. in vier oder mehr Bereiche.
  • Andere Konfigurationen, Operationen und Effekte können die gleichen sein wie die in den oben genannten Ausführungsformen, und daher werden die detaillierten Beschreibungen davon hier ausgelassen.
  • Vierzehnte Ausführungsform
  • Als nächstes wird eine vierzehnte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
  • In den oben genannten Ausführungsformen wurde der Fall, in dem der Abschirmfilm 106 verwendet wird, als Konfiguration zur Reduzierung des Leckens von Licht, das in ein Einheitspixel 50 eingedrungen ist, auf eine Photodiode PD in einem benachbarten Pixel 50 veranschaulicht. In der vierzehnten Ausführungsform wird dagegen beispielhaft ein Fall beschrieben, bei dem statt des Abschirmfilms 106 eine Säulenanordnung verwendet wird.
  • In der folgenden Beschreibung wird der Fall anhand der achten Ausführungsform exemplarisch dargestellt. Die Grundausführung ist nicht auf die achte Ausführungsform beschränkt und kann eine andere oben oder unten beschriebene Ausführungsform sein. In der folgenden Beschreibung werden sich überschneidende Beschreibungen derselben Konfigurationen, Operationen und Effekte wie die Konfigurationen, Operationen und Effekte gemäß den oben genannten Ausführungsformen durch Verweis weggelassen.
  • Beispiel für die Querschnittsstruktur eines Einheitspixels
  • 57 ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors gemäß der vierzehnten Ausführungsform zeigt. Ähnlich wie 33 in der achten Ausführungsform zeigt beispielsweise 57 ein Querschnittsstrukturbeispiel des Lichtempfänger-Chips 71 in 6 und lässt ein Querschnittsstrukturbeispiel des Schaltungschips 72 weg. In 57 entfallen auch die Verdrahtungsebenen, die die elektrische Verbindung vom Transfer-Transistor 51 und dem Lichtempfänger-Chip 71 zum Schaltungschip 72 bilden. Zum Zwecke der Beschreibung wird in 57 ein Fall veranschaulicht, in dem vier Einheitspixel 50B, 50R, 50G1 und 50G2, die ein Einheitsmuster 861 in Bayer-Anordnung bilden, in einer Reihe entlang des Querschnitts angeordnet sind.
  • Wie in 57 dargestellt, haben in einem CMOS-Bildsensor 10-14 gemäß der vierzehnten Ausführungsform die Einheitspixel 50R, 50G1, 50G2 und 50B eine Konfiguration, die z.B. durch Weglassen der Säulen 110 aus dem oben in der achten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 33 dargestellten Einheitspixel 50 und Ersetzen des zwischen den Einheitspixeln 50 angeordneten Abschirmfilms 106 durch die Säulen 1410R, 1410G oder 1410B erhalten wird.
  • Planare Anordnung der Säulen
  • 58 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die planare Anordnung von Säulen 1410 illustriert, die in den Farbfiltern 107 in den Einheitspixeln 50 angeordnet sind, die ein Einheitsmuster der Bayer-Anordnung bilden. Wie in 58 dargestellt, sind die Säulen 1410 in jedem Einheitspixel 50 beispielsweise auf dem auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 100 gebildeten Isolierfilm 105 in mindestens zwei Reihen an einem peripheren Teil jedes Farbfilters 107 angeordnet, wodurch eine Säulenanordnung gebildet wird, die als Abschirmteil fungiert.
  • Zum Beispiel sind an einem peripheren Teil eines Farbfilters 107R die Säulen 1410R in zwei oder mehr Reihen angeordnet, so dass sie einen mittleren Teil des Farbfilters 107R umgeben und dadurch eine Säulenanordnung 1400R bilden. In ähnlicher Weise sind an einem Randteil eines Farbfilters 107G die Säulen 1410G in zwei oder mehr Reihen so angeordnet, dass sie einen Mittelteil des Farbfilters 107G umgeben, wodurch eine Säulenanordnung 1400G gebildet wird. An einem Umfangsteil eines Farbfilters 107B sind die Säulen 1410B in zwei oder mehr Reihen so angeordnet, dass sie einen Mittelteil des Farbfilters 107B umgeben, wodurch eine Säulenanordnung 1400B gebildet wird.
  • Im Mittelteil jedes Farbfilters 107 kann eine Säulenanordnung zur Dämpfung des Lichts, das von einem benachbarten Pixel 50 austritt, entsprechend den oben genannten Ausführungsformen vorgesehen werden.
  • Spektroskopische Eigenschaften der Säulenanordnung
  • 59 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die spektroskopischen Eigenschaften der Säulenanordnung 1400R in der Einheitspixel 50R zeigt. Als Referenz zeigt 59 auch die spektroskopischen Eigenschaften des Farbfilters 107R (Lichttransmissionsspektrum SP107R).
  • Wie in 59 dargestellt, hat beispielsweise in der vierzehnten Ausführungsform die Säulenanordnung 1400R mindestens eines der folgenden Spektren: ein Lichttransmissionsspektrum SP1410B, das selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Blau (B) absorbiert, ein Lichttransmissionsspektrum SP1410G, das selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Grün (G) absorbiert, und ein Lichttransmissionsspektrum SP1410IR, das selektiv Licht mit einer Wellenlängenkomponente absorbiert, die IR-Licht entspricht. Mit anderen Worten, die Säulenanordnung 1400R ist durch die Verwendung der Säulen 1410R konfiguriert, die kein Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Rot (R) absorbieren, und funktioniert somit als ein Wellenleiter, der Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Rot (R) überträgt.
  • Die oben erwähnte Konfiguration kann in ähnlicher Weise auf die anderen Säulenanordnungen 1400G und 1400B angewendet werden. Mit anderen Worten, die Säulenanordnung 1400G wird durch die Verwendung der Säulen 1410G konfiguriert, die kein Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Grün (G) absorbieren, und fungiert somit als Wellenleiter, der Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Grün (G) überträgt. Die Säulenanordnung 1400B wird unter Verwendung der Säulen 1410B konfiguriert, die kein Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Blau (B) absorbieren, und funktioniert somit als Wellenleiter, der Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Blau (B) überträgt.
  • Funktion der Säule als optischer Wellenleiter
  • 60 ist ein Diagramm zur Erklärung der Ausbreitung des Lichts, das schräg in einen peripheren Teil des Farbfilters 107 eingedrungen ist. In 60 bezieht sich die Beschreibung auf den Farbfilter 107R, aber das gleiche kann auch für die anderen Farbfilter 107G und 107B gelten. In 60 ist Licht L10, das in das Farbfilter 107R eintritt, beispielsweise Licht mit einem breiten Wellenlängenspektrum für einen Bereich des sichtbaren Lichts.
  • Wie in 60 dargestellt, breitet sich das Licht L10, das schräg in den peripheren Teil des Farbfilters 107R eingetreten ist, durch das Farbfilter 107R aus, und, wie in 60(a) dargestellt, wird dessen Wellenlängenspektrum entsprechend den spektroskopischen Eigenschaften (siehe Lichttransmissionsspektrum SP107R in 59) des Farbfilters 107R geformt. Als Ergebnis wird das Licht L10 in Licht L11 mit einer Wellenlängenkomponente von Rot umgewandelt. Danach tritt das Licht L11 in die Säule 1410R ein, die sich am peripheren Teil des Farbfilters 107R befindet.
  • Die Säule 1410R hat beispielsweise einen niedrigeren Brechungsindex als der umgebende Farbfilter 107R. Daher wird das in die Säule 1410R eingetretene Licht L11 wiederholt von einer Grenzfläche der Säule 1410R und dem Farbfilter 107R reflektiert oder total reflektiert und tritt dann an der Unterseite der Säule 1410R in Richtung einer Photodiode PD (nicht abgebildet) aus. Auf diese Weise fungiert die Säule 1410R als optischer Wellenleiter, der das Licht, nachdem es in den peripheren Teil des Farbfilters 107R eingetreten ist, zur Rückseite (eine Fläche auf der einer Lichteinfallsfläche gegenüberliegenden Seite) des Farbfilters 107R leitet.
  • Das Licht L11, das in die Säule 1410R eingetreten ist, breitet sich durch die Säule 1410 aus, und, wie in 60(b) dargestellt, wird deren Wellenlängenspektrum entsprechend den spektroskopischen Eigenschaften (siehe Lichttransmissionsspektren SP1410R, SP1410G und SP1401B in 59) der Säulenanordnung 1400R geformt. Als Ergebnis wird das Licht L11 in Licht L12 mit dem in 60(c) dargestellten Wellenlängenspektrum umgewandelt. Danach tritt das Licht L12 aus der Unterseite der Säule 1410R, d.h. der Rückseite des Farbfilters 107R, in Richtung der Photodiode PD aus.
  • Die oben erwähnte Konfiguration kann in ähnlicher Weise auf die anderen Farbfilter 107G und 107B angewendet werden.
  • Wirkungen und Effekte
  • Wie oben beschrieben, ist in der vierzehnten Ausführungsform am Rand jedes Farbfilters 107 die Säulenanordnung 1400 nicht nur ein schirmender Teil, der Licht mit anderen Wellenlängenkomponenten als der durch das Farbfilter 107 zu übertragenden Wellenlängenkomponente blockiert, sondern auch ein optischer Wellenleiter vorgesehen, der Licht mit der durch das Farbfilter 107 zu übertragenden Wellenlängenkomponente zur Rückseite des Farbfilters 107 leitet. Folglich kann von Licht, das schräg in den peripheren Teil jedes Farbfilters 107 eingetreten ist, Licht mit anderen Wellenlängenkomponenten als einer durch das Farbfilter 107 zu übertragenden Wellenlängenkomponente gedämpft werden, und der Austritt von Licht mit der durch das Farbfilter 107 zu übertragenden Wellenlängenkomponente zu einem benachbarten Pixel 50 kann unterdrückt werden. Als Ergebnis kann der Austritt von Licht, das schräg in ein Einheitspixel 50 eingetreten ist, zu einer Photodiode PD in einem benachbarten Pixel 50 unterdrückt werden, um die Farbreproduzierbarkeit der erfassten Farbbilder zu verbessern.
  • Andere Konfigurationen, Operationen und Effekte können die gleichen sein wie die in den oben genannten Ausführungsformen, und daher werden die detaillierten Beschreibungen davon hier ausgelassen.
  • Fünfzehnte Ausführungsform
  • In den oben genannten Ausführungsformen wurde der Fall, dass die spektroskopischen Eigenschaften der anstelle des Abschirmfilms 106 vorgesehenen Säulenanordnung 1400 spektroskopische Eigenschaften sind, die Licht mit einer Wellenlängenkomponente, die durch ein Farbfilter 107, in dem die Säulenanordnung 1400 vorgesehen ist, durchgelassen wird, und Licht mit anderen Wellenlängenkomponenten absorbiert wird, beispielhaft dargestellt. Die spektroskopischen Eigenschaften des anstelle des Abschirmfilms 106 vorgesehenen Säulenanordnung sind jedoch nicht auf solche spektroskopischen Eigenschaften beschränkt, sondern können beispielsweise spektroskopische Eigenschaften mit breiten Lichtabsorptionseigenschaften (Lichtabsorptionsspektrum) sein, die in der Lage sind, zumindest einen Bereich des sichtbaren Lichts (einschließlich IR-Lichtbereich) insgesamt zu absorbieren.
  • 61 ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform zeigt. Ähnlich wie 57 in der vierzehnten Ausführungsform zeigt beispielsweise 61 ein Querschnittsstrukturbeispiel des Lichtempfänger-Chips 71 in 6 und lässt ein Querschnittsstrukturbeispiel des Schaltungschips 72 weg. In 61 entfallen auch die Verdrahtungsebenen, die die elektrische Verbindung vom Transfer-Transistor 51 und dem Lichtempfänger-Chip 71 zum Schaltungschip 72 bilden. Zum Zwecke der Beschreibung wird in 61 ein Fall veranschaulicht, in dem vier Einheitspixel 50B, 50R, 50G1 und 50G2, die ein Einheitsmuster 861 in Bayer-Anordnung bilden, in einer Reihe entlang des Querschnitts angeordnet sind.
  • Wie in 61 veranschaulicht, hat ein CMOS-Bildsensor 10-15 gemäß der fünfzehnten Ausführung eine Konfiguration, die durch Ersetzen der Säulen 1410R, 1410G und 1410B, die am peripheren Teil des Farbfilters 107 vorgesehen sind, durch die Säulen 1510R, 1510G bzw. 1510B in der gleichen Konfiguration wie beim CMOS-Bildsensor 10-14, der oben in der vierzehnten Ausführung mit Bezug auf 57 beschrieben wurde, erhalten wurde.
  • Wie in 62 veranschaulicht, umfasst eine Vielzahl von Säulen 1510 eine Vielzahl von Arten von Säulen 1510 mit zufällig unterschiedlichen Durchmessern, und die Säulen 1510 sind zufällig angeordnet, um eine Säulenanordnung 1500 mit breiten Lichtabsorptionseigenschaften (Lichtabsorptionsspektrum) zu bilden, die in der Lage ist, mindestens einen Bereich des sichtbaren Lichts (kann einen Bereich des IR-Lichts einschließen) als Ganzes zu absorbieren.
  • Durch die Anordnung der Säulenanordnung 1500, die aus den Säulen 1510 mit der oben beschriebenen Konfiguration gebildet wird, an einem peripheren Teil des Farbfilters 107 anstelle des Abschirmfilms 106 kann Licht, das schräg in den peripheren Teil des Farbfilters 107 eingetreten ist, insgesamt gedämpft werden. Als Ergebnis kann die Leckage von Licht, das schräg in ein Einheitspixel 50 eingedrungen ist, zu einer Photodiode PD in einem benachbarten Pixel 50 unterdrückt werden, um die Farbwiedergabe der erfassten Farbbilder zu verbessern.
  • Andere Konfigurationen, Operationen und Effekte können die gleichen sein wie die in den oben genannten Ausführungsformen, und daher werden die detaillierten Beschreibungen davon hier ausgelassen.
  • Sechzehnte Ausführungsform
  • In den oben erwähnten Ausführungen wurde der Fall veranschaulicht, dass die Höhe der Säulen (wie die Säule 110) von der Oberseite des Isolierfilms 105 geringer ist als die Höhe des Farbfilters 107 von der Oberseite des Isolierfilms 105, mit anderen Worten, der Fall, in dem die Säulen im Farbfilter 107 eingebettet sind. Die Ausführungsformen sind jedoch nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt.
  • Zum Beispiel kann, wie bei einem CMOS-Bildsensor 10-16, wie in 63 dargestellt, die Höhe einer Säule 1610 von der Oberseite des Isolierfilms 105 höher sein als die Höhe des Farbfilters 107 von der Oberseite des Isolierfilms 105. 63 zeigt einen Fall, der auf der vierzehnten Ausführung basiert, aber die Grundausführung ist nicht auf die vierzehnte Ausführung beschränkt und kann eine andere, oben beschriebene oder später beschriebene Ausführung sein.
  • Siebzehnte Ausführungsform
  • In den oben genannten Ausführungsformen wurde der Fall veranschaulicht, in dem ein FFTI-Pixeltrennungsteil zwischen den Einheitspixeln 50 vorgesehen ist. Der Pixeltrennungsteil ist nicht auf den FFTI-Typ beschränkt und kann z.B. vom Typ RDTI sein, wie bei einem CMOS-Bildsensor 10-17 (siehe 64). 64 veranschaulicht einen Fall, der auf der vierzehnten Ausführungsform basiert, aber die grundlegende Ausführungsform ist nicht auf die vierzehnte Ausführungsform beschränkt und kann eine andere, oben beschriebene oder später beschriebene Ausführungsform sein.
  • Achtzehnte Ausführungsform
  • Die Pupillenkorrektur kann auf die oben genannten Ausführungsformen angewendet werden. In diesem Fall kann, wie bei einem CMOS-Bildsensor 10-18 (65) und einem planaren Anordnungsbeispiel für Farbfilter 107 und Photodioden PD ( 66), zusätzlich zur Positionsbeziehung zwischen der On-Chip-Linse 108 und dem Farbfilter 107 auch die Positionsbeziehung zwischen jedem Farbfilter 107 und der Photodiode PD korrigiert werden (Pupillenkorrektur).
  • In diesem Fall kann, ähnlich wie z.B. der Verschiebungsbetrag (Korrekturbetrag) der On-Chip-Linse 108 in Bezug auf das Farbfilter 107, der Verschiebungsbetrag (Korrekturbetrag) des Farbfilters 107 in Bezug auf die Photodiode PD auf der Grundlage der Bildhöhe der Einheitspixel 50 oder der Hauptstrahlwinkel (CRA)-Charakteristik der abbildenden Linse 20 berechnet werden (siehe 2).
  • FIG. 65 zeigt ein Beispiel für den
  • Querschnittsaufbau eines CMOS-Bildsensors 10-18, wenn eine optische Achse der abbildenden Linse 20 (z.B. entsprechend der Mitte im effektiven Pixelbereich der Pixelanordnung 11) in der richtigen Richtung in der Abbildung vorhanden ist. 66 ist ein planares Anordnungsdiagramm der Farbfilter 107 und der Photodioden PD aus der Lichteinfallsrichtung gesehen. Es zeigt ein Beispiel für die Positionsbeziehung zwischen dem Farbfilter 107 und der Photodiode PD, wenn die optische Achse der abbildenden Linse 20 in der Abbildung in der oberen rechten Richtung vorhanden ist.
  • 65 und 66 zeigen einen Fall, der auf der vierzehnten Ausführungsform basiert, aber die grundlegende Ausführungsform ist nicht auf die vierzehnte Ausführungsform beschränkt und kann eine andere, oben beschriebene oder später beschriebene Ausführungsform sein.
  • Neunzehnte Ausführungsform
  • Als nächstes wird eine neunzehnte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
  • Wie in 67 veranschaulicht, wird bei einem allgemeinen CMOS-Bildsensor ein Bereich (im Folgenden als „Abschirmbereich“ bezeichnet) 9002 um einen effektiven Pixelbereich 9001 in einer Pixelanordnung mit einem Abschirmfilm (im Folgenden als „optisch schwarzer (OPB) Festfilm“ bezeichnet) 916 bedeckt, der das in einen peripheren Teil der Pixelanordnung eintretende Licht blockiert.
  • Auf dem OPB-Festfilm 916 wird ein Farbfilter 907 kontinuierlich aus dem effektiven Pixelbereich 9001 gebildet, um die Herstellungspräzision (wie z.B. die Formgenauigkeit) des Farbfilters 907 am Rand des effektiven Pixelbereichs 9001 zu erhalten.
  • Auf dem Farbfilter 907 im Abschirmbereich 9002 ist ein Film (im Folgenden als „Blendschutzfilm“ bezeichnet) 926 mit einem breiten Lichtabsorptionsspektrum für mindestens einen Bereich des sichtbaren Lichts vorgesehen, um die Erzeugung von Streulicht zu reduzieren, das durch diffuse Reflexion von in den Abschirmbereich 9002 eintretendem Licht verursacht wird.
  • An mindestens einem Grenzteil zwischen dem effektiven Pixelbereich 9001 und dem Abschirmbereich 9002 auf dem Anti-Blendungsfilm 926 ist eine On-Chip-Linse 918 vorgesehen, die kontinuierlich aus der On-Chip-Linse 908 im effektiven Pixelbereich 9001 gebildet wird, um die Herstellungspräzision (wie z.B. die Formgenauigkeit) der On-Chip-Linse 908 am peripheren Teil des effektiven Pixelbereichs 9001 beizubehalten.
  • Im Fall der oben beschriebenen Konfiguration wird die Oberfläche im Abschirmbereich 9002, auf der die On-Chip-Linse 918 gebildet wird (z.B. die Oberseite des Blendschutzfilms 926), höher als die Oberfläche im effektiven Pixelbereich 9001, auf der die On-Chip-Linse 908 gebildet wird (z.B., die obere Fläche des Farbfilters 907) um eine Dicke h0, die durch Addition der Dicke des OPB-Festfilms 916 und der Dicke des Antireflexionsfilms 926 bestimmt wird, und eine Stufe mit der Dicke h0 wird am Grenzteil zwischen dem effektiven Pixelbereich 9001 und dem Abschirmbereich 9002 gebildet.
  • Wenn ein solcher Schritt erfolgt, ist es schwierig, die Herstellungspräzision (wie z.B. die Formgenauigkeit) der On-Chip-Linse 908 am peripheren Teil in dem effektiven Pixelbereich 9001 aufrechtzuerhalten. Dementsprechend ist es schwierig, genaue Farbinformationen (Pixelsignal) von Licht zu erhalten, das in ein Einheitspixel am Rand des effektiven Pixelbereichs 9001 eingedrungen ist, und ein Einheitspixel, das im Wesentlichen unwirksam sein sollte, entsteht am Rand des effektiven Pixelbereichs 9001. Es besteht also das Problem, dass der effektive Pixelbereich reduziert wird.
  • In Anbetracht dessen kann in der neunzehnten Ausführung durch die Reduzierung einer Stufe der Oberfläche, auf der die On-Chip-Linse an einem Grenzteil zwischen dem effektiven Pixelbereich und dem Abschirmbereich gebildet wird, die Herstellungspräzision der On-Chip-Linse, die am Rand des effektiven Pixelbereichs gebildet wird, beibehalten werden, um die Reduzierung des effektiven Pixelbereichs zu reduzieren.
  • In der folgenden Beschreibung wird der Fall anhand der achten Ausführungsform beispielhaft dargestellt. Die Grundausführung ist nicht auf die achte Ausführungsform beschränkt und kann eine andere oben oder unten beschriebene Ausführungsform sein. In der folgenden Beschreibung werden sich überschneidende Beschreibungen derselben Konfigurationen, Operationen und Wirkungen wie die Konfigurationen, Operationen und Wirkungen gemäß den oben genannten Ausführungsformen durch Verweis weggelassen.
  • Planare Anordnung des Lichtempfänger-Chips
  • 68 ist ein Diagramm, das ein Plan-Anordnungsbeispiel für den Lichtempfänger-Chip gemäß der neunzehnten Ausführungsform zeigt. Wie in 68 dargestellt, ist die im Lichtempfänger-Chip 71 gebildete Pixelanordnung 11 (siehe 3) in einen effektiven Pixelbereich 1901 und einen Abschirmbereich 1902 unterteilt. Der effektive Pixelbereich 1901 kann z.B. ein Bereich sein, in dem die Einheitspixel 50, die Ziele sind, aus denen die Pixelsignale, die die Bilddaten bilden, ausgelesen werden, in einem zweidimensionalen Gittermuster angeordnet sind. Zum Beispiel kann der Abschirmbereich 1902 ein Bereich sein, in dem Einheitspixel 50 angeordnet sind, aber die Lichteinfallsflächen der Photodioden PD mit einem OPB-Festfilm 1916 bedeckt sind, der später beschrieben wird.
  • Im Abschirmbereich 1902 ist eine Säulenanordnung 1900 vorgesehen, das aus einer Vielzahl von Säulen 1910 besteht, die mit einem kürzeren Abstand als der Abstand der Photodioden PD im effektiven Pixelbereich 1901 angeordnet sind. Die Säulenanordnung 1900 fungiert beispielsweise als Ersatz für einen Anti-Blend-Film, der die Erzeugung von Streulicht reduziert, das durch diffuse Reflexion von in den Abschirmbereich 1902 einfallendem Licht verursacht wird. In Anbetracht des oben Gesagten ist die Säulenanordnung 1900 in der neunzehnten Ausführung so konfiguriert, dass sie ein breites Lichtabsorptionsspektrum für mindestens einen Bereich des sichtbaren Lichts aufweist.
  • Zum Beispiel kann die Säulenanordnung 1900 mit einem solchen Lichtabsorptionsspektrum durch eine Vielzahl von Säulenarten 1910 konfiguriert werden, deren Durchmesser und Abstände (zufällig) unterschiedlich sind, wie bei den Säulenfeldern, die durch die Säulen 211 und 212 konfiguriert werden, die oben in der zweiten Ausführungsform mit Bezug auf 21 beschrieben wurden. Alternativ kann die Säulenanordnung 1900 durch Säulen 1910 konfiguriert werden, deren Durchmesser sich allmählich oder schrittweise von der Unterseite (Seite des Isolierfilms 105) zur Oberseite oder zum Scheitelpunkt hin verändern, wie bei den Säulen 310, die oben in der dritten Ausführung mit Bezug auf 22 beschrieben wurden. Die Säulenanordnung ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann in verschiedener Weise modifiziert werden, solange die Säulenanordnung ein breites Lichtabsorptionsspektrum für mindestens einen Bereich des sichtbaren Lichts aufweist.
  • Beispiel für die Querschnittsstruktur eines Abschirmbereichs
  • 69 ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors gemäß der neunzehnten Ausführungsform zeigt. Zur einfachen Beschreibung zeigt 69 ein Querschnittsstrukturbeispiel der Schichten oberhalb des Isolierfilms 105 in den oben genannten Ausführungsformen und lässt die Querschnittsstrukturen der unteren Schichten weg. Beispielsweise können die Querschnittsstrukturen der Schichten unterhalb des Isolierfilms 105 im effektiven Pixelbereich 1901 die gleichen sein wie in den oben genannten Ausführungsformen (siehe z.B. 33). Im Abschirmbereich 1902 kann die Nähe einer Grenze mit dem effektiven Pixelbereich 1901 die gleiche sein wie in den oben genannten Ausführungsformen, und in einem Bereich außerhalb der Grenze mit dem effektiven Pixelbereich 1901 kann die Photodiode PD (z.B. N-Typ-Halbleiterbereich 101) weggelassen werden.
  • Wie bei einem CMOS-Bildsensor 10-19 in 69 wird im Abschirmbereich 1902 die Oberseite des auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 100 gebildeten Isolierfilms 105 mit einem OPB-Festfilm 1916 bedeckt. Für den OPB-Festfilm 1916 kann z.B. Material wie Wolfram (W) ähnlich wie der Abschirmfilm 106 in den oben genannten Ausführungsformen verwendet werden.
  • Auf dem OPB-Festfilm 1916 ist eine Säulenanordnung 1900 vorgesehen, das aus einer Vielzahl von Säulen 1910 besteht.
  • Darüber hinaus ist auf dem OPB-Festfilm 1916, auf dem die Säulenanordnung 1900 vorgesehen ist, eine On-Chip-Linse 1918 vorgesehen, die kontinuierlich aus der On-Chip-Linse 108 im effektiven Pixelbereich 1901 gebildet wird.
  • Durchmesser, Abstand und Höhe der Säulen
  • Zum Beispiel kann eine Vielzahl von Durchmessern der Säulen 1910 im Bereich von 80 bis 130 nm regelmäßig oder zufällig eingestellt werden.
  • Zum Beispiel kann eine Vielzahl von Abständen zwischen den Säulen 1910 im Bereich von 200 bis 480 nm regelmäßig oder zufällig eingestellt werden.
  • Außerdem kann z.B. die Höhe der Säulen 1910 auf etwa 300 nm eingestellt werden.
  • Der Durchmesser, der Abstand und die Höhe der Säulen 1910 sind jedoch gemäß der neunzehnten Ausführungsform nicht auf die oben genannten Zahlen beschränkt und können auf verschiedene Weise verändert werden, solange die Säulenanordnung ein breites Lichtabsorptionsspektrum für mindestens einen Bereich des sichtbaren Lichts aufweist.
  • Wirkungen und Effekte
  • Wie oben beschrieben, ist in der neunzehnten Ausführung die in der Ein-Chip-Linse 1918 eingebettete Säulenanordnung 1900 anstelle eines Blendschutzfilms vorgesehen. Auf diese Weise kann eine Stufe zwischen der Oberfläche im effektiven Pixelbereich 1901, auf der die On-Chip-Linse 108 gebildet wird, und der Oberfläche im Abschirmbereich 1902, auf der die On-Chip-Linse 1918 gebildet wird, um die Höhe des Blendschutzfilms reduziert und somit die Herstellungspräzision (wie z.B. die Formgenauigkeit) der On-Chip-Linse 108 am Rand des effektiven Pixelbereichs 1901 beibehalten werden.
  • In der neunzehnten Ausführungsform ist die Säulenanordnung 1900 so konfiguriert, dass sie ein breites Lichtabsorptionsspektrum für mindestens einen Bereich des sichtbaren Lichts aufweist, und daher kann das Farbfilter 107 im Abschirmbereich 1902 weggelassen werden. Folglich kann die Stufe zwischen der Oberfläche im effektiven Pixelbereich 1901, auf dem die On-Chip-Linse 108 gebildet wird, und der Oberfläche im Abschirmbereich 1902, auf dem die On-Chip-Linse 1918 gebildet wird, weiter reduziert werden, um eine Differenz h1 zwischen der Höhe der On-Chip-Linse 108 im effektiven Pixelbereich 1901 und der Höhe der On-Chip-Linse 1918 im Abschirmbereich 1902 nach der Herstellung weiter zu verringern. Dadurch kann die Herstellungspräzision (wie z.B. die Formgenauigkeit) der On-Chip-Linse 108 am Rand des effektiven Pixelbereichs 1901 weiter beibehalten werden.
  • Andere Konfigurationen, Operationen und Effekte können die gleichen sein wie die in den oben genannten Ausführungsformen, und daher werden die detaillierten Beschreibungen davon hier ausgelassen.
  • Zwanzigste Ausführungsform
  • In der oben erwähnten neunzehnten Ausführung wird das Farbfilter 107 im Abschirmbereich 1902 weggelassen, um die Stufe zwischen der Formationsfläche der On-Chip-Linse 108 im effektiven Pixelbereich 1901 und der Formationsfläche der On-Chip-Linse 1918 im Abschirmbereich 1902 weiter zu reduzieren. Der Farbfilter 107 im Abschirmbereich 1902 muss jedoch nicht unbedingt weggelassen werden.
  • In diesem Fall, wie z.B. bei einem CMOS-Bildsensor 10-20 in 70, bildet sich eine Säule 2010 auf dem OPB-Festfilm 1916 und im Farbfilter 107.
  • Wie in 71 veranschaulicht, können spektroskopische Merkmale einer Säulenanordnung, die durch Säulen 2010R konfiguriert ist, die in einem Farbfilter 107R im Abschirmbereich 1902 gebildet werden, spektroskopische Merkmale sein, die Licht mit einem Wellenlängenbereich R_R absorbieren, das hauptsächlich durch mindestens das Farbfilter 107R (Lichttransmissionsspektrum SP107R) durchgelassen wird. Auf diese Weise wird ein kombiniertes Filter mit einem breiten Lichtabsorptionsspektrum in mindestens einem Bereich des sichtbaren Lichts durch das Farbfilter 107R und die durch die Säulen 2010R konfigurierte Säulenanordnung gebildet, und somit kann die Erzeugung von Streulicht, das durch in das Farbfilter 107R im Abschirmbereich 1902 eintretendes Licht verursacht wird, unterdrückt werden.
  • In ähnlicher Weise können die spektroskopischen Eigenschaften einer Säulenanordnung, das durch Säulen 2010G konfiguriert ist, die in einem Farbfilter 107G im Abschirmbereich 1902 gebildet werden, spektroskopische Eigenschaften sein, die Licht mit einem Wellenlängenbereich R_G (siehe 71) absorbieren, das zumindest durch das Farbfilter 107G (Lichttransmissionsspektrum SP107G) hauptsächlich durchgelassen wird. Auf diese Weise wird ein kombiniertes Filter mit einem breiten Lichtabsorptionsspektrum in mindestens einem Bereich des sichtbaren Lichts durch das Farbfilter 107G und die durch die Säulen 2010G konfigurierte Säulenanordnung gebildet, und somit kann die Erzeugung von Streulicht, das durch in das Farbfilter 107G im Abschirmbereich 1902 eintretendes Licht verursacht wird, unterdrückt werden.
  • In 70 ist das Farbfilter 107B im Abschirmbereich 1902 nicht vorgesehen. Ohne darauf beschränkt zu sein, kann das Farbfilter 107B im Abschirmbereich 1902 vorgesehen werden. In diesem Fall können die spektroskopischen Eigenschaften einer Säulenanordnung, das durch die im Farbfilter 107B im Abschirmbereich 1902 gebildeten Säulen 2010B konfiguriert ist, spektroskopische Eigenschaften sein, die Licht in einem Wellenlängenbereich R_B (siehe 71) absorbieren, das zumindest durch das Farbfilter 107B (Lichttransmissionsspektrum SP107B) hauptsächlich durchgelassen wird. Auf diese Weise wird ein kombiniertes Filter mit einem breiten Lichtabsorptionsspektrum in mindestens einem Bereich des sichtbaren Lichts durch das Farbfilter 107B und die durch die Säulen 2010B konfigurierte Säulenanordnung gebildet, und somit kann die Erzeugung von Streulicht, das durch in das Farbfilter 107B im Abschirmbereich 1902 eintretendes Licht verursacht wird, unterdrückt werden.
  • Zum Beispiel kann der Durchmesser der Säulen 2010R, die im Farbfilter 107R im Abschirmbereich 1902 gebildet werden, im Bereich von 80 bis 120 nm eingestellt werden. Zum Beispiel kann der Abstand zwischen den Säulen 2010R auf 400 nm eingestellt werden. Die Höhe der Säulen 2010R kann zum Beispiel auf 300 nm eingestellt werden.
  • Zum Beispiel kann der Durchmesser der Säulen 2010G, die im Farbfilter 107G im Abschirmbereich 1902 gebildet werden, im Bereich von 80 bis 130 nm eingestellt werden. Zum Beispiel kann der Abstand zwischen den Säulen 2010R auf 320 nm eingestellt werden. Die Höhe der Säulen 2010R kann zum Beispiel auf 300 nm eingestellt werden.
  • Im Fall, dass z.B. das Farbfilter 107B im Abschirmbereich 1902 vorgesehen ist, kann der Durchmesser der im Farbfilter 107B im Abschirmbereich 1902 gebildeten Säulen 2010B im Bereich von 60 bis 80 nm eingestellt werden. Zum Beispiel kann der Abstand zwischen den Säulen 2010B auf 280 nm eingestellt werden. Zum Beispiel kann die Höhe der Säulen 2010B auf 300 nm eingestellt werden. Zum Beispiel kann die Säule 2010G, ähnlich wie die Säulen, die die oben in der achten Ausführungsform mit Bezug auf 36 beschriebene Säulenanordnung 800G bilden, eine Struktur haben, in der die Säule 2010R und die Säule 2010B gestapelt sind.
  • Diese Zahlen und Strukturen sind lediglich Beispiele und können je nach dem für die Säule 2010 verwendeten Material unterschiedlich modifiziert werden.
  • Wie oben beschrieben, kann das kombinierte Filter, das durch das Farbfilter 107 und die Säulenanordnung konfiguriert ist, anstelle eines Antireflexionsfilms verwendet werden. Folglich kann eine Stufe h2 zwischen der Oberfläche im effektiven Pixelbereich 1901, auf der die On-Chip-Linse 108 gebildet wird, und der Oberfläche im Abschirmbereich 1902, auf der die On-Chip-Linse 1918 gebildet wird, um die Höhe des Antireflexionsfilms reduziert werden, und somit kann die Herstellungspräzision (wie z.B. die Formgenauigkeit) der On-Chip-Linse 108 am Rand des effektiven Pixelbereichs 1901 beibehalten werden.
  • Andere Konfigurationen, Operationen und Effekte können die gleichen sein wie die in den oben genannten Ausführungsformen, und daher werden die detaillierten Beschreibungen davon hier ausgelassen.
  • Einundzwanzigste Ausführungsform
  • Als nächstes wird eine einundzwanzigste Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
  • In der oben erwähnten neunzehnten Ausführungsform wird durch die Bereitstellung der Säulenanordnung 1900 mit einem breiten Lichtabsorptionsspektrum für mindestens einen Bereich des sichtbaren Lichts anstelle eines Blendschutzfilms die Erzeugung von Streulicht, das durch diffuse Reflexion des in den Abschirmbereich 1902 eintretenden Lichts verursacht wird, unterdrückt.
  • In der einundzwanzigsten Ausführungsform wird dagegen beispielhaft ein Fall beschrieben, bei dem zusätzlich zum Blendschutzfilm im Abschirmbereich eine Säulenanordnung vorgesehen ist, um die Erzeugung von Lichtreflexen durch diffuse Reflexion des in den Abschirmbereich eintretenden Lichts weiter zu unterdrücken.
  • In den oben genannten Ausführungsformen wurde der CMOS-Bildsensor 10, der in der Lage ist, ein Farbbild zu erfassen, das zumindest im effektiven Pixelbereich das Farbfilter 107 enthält, beispielhaft dargestellt. Der grundlegende Bildsensor ist nicht auf einen Bildsensor beschränkt, der Farbbilder aufnimmt. So kann zum Beispiel ein Bildsensor vorgesehen werden, der monochrome Pixelsignale zum Zweck der Entfernungsbestimmung und Abtastung erzeugt. In Anbetracht dessen wird in der einundzwanzigsten Ausführungsform ein Fall, der auf einem Bildsensor basiert, der monochrome Pixelsignale erzeugt, als Beispiel genommen.
  • Beispiel für die Querschnittsstruktur eines Abschirmbereichs
  • 72 ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors gemäß der einundzwanzigsten Ausführungsform zeigt. Zur einfachen Beschreibung zeigt 72 ein Querschnittsstrukturbeispiel der Schichten oberhalb des Isolierfilms 105 in den oben genannten Ausführungsformen und lässt die Querschnittsstruktur der unteren Schichten weg. Allerdings können z.B. die Querschnittsstrukturen der Schichten unterhalb des Isolierfilms 105 in einem effektiven Pixelbereich 2101 die gleichen sein wie in den oben genannten Ausführungsformen (siehe z.B. 33). In einem Abschirmbereich 2102 kann die Nähe einer Grenze mit dem effektiven Pixelbereich 2101 die gleiche sein wie in den oben genannten Ausführungsformen, und in einem Bereich außerhalb der Grenze mit dem effektiven Pixelbereich 2101 kann die Photodiode PD (z.B. N-Typ-Halbleiterbereich 101) weggelassen werden.
  • Wie in 72 dargestellt, sind beispielsweise im effektiven Pixelbereich 2101 im CMOS-Bildsensor 10-21 auf der Oberseite des auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 100 gebildeten Isolierfilms 105 On-Chip-Linsen 2108 mit rechteckigem Querschnitt vorgesehen. Die Formen der Ober- und Unterseite jeder On-Chip-Linse 2108 können verschiedene Formen sein, z.B. ein Kreis, ein Oval und Polygone wie ein Dreieck oder höher. Anstelle der On-Chip-Linse 2108 mit rechteckigem Querschnitt kann die On-Chip-Linse 108 verwendet werden, deren Oberseite einen Krümmungsradius hat, wie er in den oben genannten Ausführungsformen veranschaulicht wird.
  • Zwischen den On-Chip-Linsen 2108 ist ein Abschirmfilm 106 vorgesehen, der die Leckage von Licht, das schräg in ein Einheitspixel 50 eingetreten ist, zu einer Photodiode PD in einem benachbarten Pixel 50 reduziert.
  • Im Abschirmbereich 2102 hingegen wird auf der Oberseite des Isolierfilms 105 ein OPB-Festfilm 2116 gebildet. Zum Beispiel kann der Entstehungsbereich des OPB-Festfilms 2116 der gesamte Abschirmbereich 2102 sein oder ein Bereich, der sich von einer Position, die von einer Grenze zwischen dem effektiven Pixelbereich 2101 und dem Abschirmbereich 2102 um einen vorbestimmten Abstand (z.B. ein Einheitspixel 50) entfernt ist, bis zum äußeren Rand des Abschirmbereichs 2102 befindet.
  • 72 veranschaulicht die Struktur, bei der der Isolierfilm 105, auf dem der Abschirmfilm 106 und der OPB-Festfilm 2116 gebildet werden, von einer Passivierungsschicht 2109 bedeckt ist, wobei die Passivierungsschicht 2109 weggelassen oder so gebildet werden kann, dass sie die Oberflächen der On-Chip-Linsen 2108 und 2118 bedeckt. In der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass der Passivierungsfilm 2109 aus Gründen der Klarheit weggelassen wird.
  • Eine Säulenanordnung 2100, die aus mehreren Säulen 2110 besteht, ist auf der Oberseite des OPB-Festfilms 2116 vorgesehen. Ähnlich wie die Säulenanordnung 1900 in der neunzehnten Ausführung kann die Säulenanordnung 2100 beispielsweise so gestaltet sein, dass es ein breites Lichtabsorptionsspektrum in mindestens einem Bereich des sichtbaren Lichts aufweist.
  • Auf der Oberfläche des OPB-Festfilms 2116, auf der die Säulen 2110 angebracht sind, ist ein Blendschutzfilm 2126 angebracht, so dass die Säulen 2110 eingebettet sind.
  • Die Oberfläche des Blendschutzfilms 2126 ist mit einer On-Chip-Linse 2118 bedeckt, die kontinuierlich aus der On-Chip-Linse 2108 im effektiven Pixelbereich 2101 gebildet wird, um die Herstellungspräzision (wie z.B. die Formgenauigkeit) der On-Chip-Linse 2108 im peripheren Teil des effektiven Pixelbereichs 2101 beizubehalten.
  • Andere Konfigurationen können z.B. die gleichen sein wie die in der neunzehnten Ausführungsform, und daher werden die detaillierten Beschreibungen davon hier ausgelassen.
  • Wirkungen und Effekte
  • Wie oben beschrieben, kann durch die Verwendung des Blendschutzfilms 2126 und der Säulenanordnung 2100 in Kombination und das Einbetten der Säulenanordnung 2100 in den Blendschutzfilm 2126 die Dicke des Blendschutzfilms 2126 reduziert werden, ohne die Fähigkeit zur Reduzierung der Blendwirkung zu verschlechtern. Folglich kann die Stufe zwischen der Oberfläche im effektiven Pixelbereich 2101, auf der die On-Chip-Linse 2108 gebildet wird, und der Oberfläche im Abschirmbereich 2102, auf der die On-Chip-Linse 2118 gebildet wird, durch die verringerte Dicke reduziert werden, und somit kann die Herstellungspräzision (wie z.B. die Formgenauigkeit) der On-Chip-Linse 2108 am peripheren Teil des effektiven Pixelbereichs 2101 beibehalten werden.
  • Andere Konfigurationen, Operationen und Effekte können die gleichen sein wie die in den oben genannten Ausführungsformen, und daher werden die detaillierten Beschreibungen davon hier ausgelassen.
  • Zweiundzwanzigste Ausführungsform
  • Obwohl in der einundzwanzigsten Ausführungsform der Fall, dass die Säulenanordnung 2100 und der Blendschutzfilm 2126 auf dem OPB-Festfilm 2116 gebildet werden, beispielhaft dargestellt wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel kann der OPB-Festfilm 2116 weggelassen werden, wie bei einem CMOS-Bildsensor 10-22, der in 73 beispielhaft dargestellt ist.
  • Auf diese Weise kann durch Weglassen des OPB-Festfilms 2116 eine Stufe zwischen einer Oberfläche im effektiven Pixelbereich 2101, auf der die On-Chip-Linse 2108 gebildet wird, und einer Oberfläche im Abschirmbereich 2102, auf der die On-Chip-Linse 2118 gebildet wird, um die Dicke des OPB-Festfilms 2116 reduziert werden. Dadurch kann die Herstellungspräzision (wie z.B. die Formgenauigkeit) der On-Chip-Linse 108 am Rand des effektiven Pixelbereichs 1901 weiter beibehalten werden.
  • Andere Konfigurationen, Operationen und Effekte können die gleichen sein wie die in den oben genannten Ausführungsformen, und daher werden die detaillierten Beschreibungen davon hier ausgelassen.
  • Dreiundzwanzigste Ausführungsform
  • Obwohl in der oben erwähnten zweiundzwanzigsten Ausführungsform der Fall, in dem der OPB-Festfilm 2116 weggelassen wird, beispielhaft dargestellt wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel kann der Blendschutzfilm 2126 weiter weggelassen werden, wie bei einem CMOS-Bildsensor 10-23, der in 74 beispielhaft dargestellt ist.
  • Auf diese Weise kann durch Weglassen des Blendschutzfilms 2126 die Stufe zwischen der Oberfläche im effektiven Pixelbereich 2101, auf der die On-Chip-Linse 2108 gebildet wird, und der Oberfläche im Abschirmbereich 2102, auf der die On-Chip-Linse 2118 gebildet wird, durch eine Differenz zwischen der Höhe des Blendschutzfilms 2126 und der Höhe der Säule 2110 verringert und somit die Herstellungspräzision (wie z.B. die Formgenauigkeit) der On-Chip-Linse 108 am Rand des effektiven Pixelbereichs 1901 weiter beibehalten werden.
  • Andere Konfigurationen, Operationen und Effekte können die gleichen sein wie die in den oben genannten Ausführungsformen, und daher werden die detaillierten Beschreibungen davon hier ausgelassen.
  • Vierundzwanzigste Ausführungsform
  • In den oben erwähnten neunzehnten bis dreiundzwanzigsten Ausführungsformen wurde der Fall, dass die Säule 1910, 2010 oder 2110 in dem Abschirmbereich 1902 oder 2102 vorgesehen ist, beispielhaft dargestellt. Der Standort für die Entsorgung der Säule 1910, 2010 oder 2110 ist nicht auf den Abschirmbereich 1902 oder 2102 beschränkt. Zum Beispiel kann, wie in 75 dargestellt, die Säule 1910, 2010 oder 2110 auf dem Abschirmfilm 106 vorgesehen sein, die an einem Grenzteil von Einheitspixeln 50 vorgesehen ist. Der Abschirmfilm 106 kann bei der in 75 dargestellten Konfiguration weggelassen werden.
  • Eine solche Konfiguration kann die Dicke des Abschirmfilms 106 verringern oder den Abschirmfilm 106 weglassen.
  • 75 illustriert einen Fall, der auf der einundzwanzigsten Ausführungsform basiert, aber die grundlegende Ausführungsform ist nicht auf die einundzwanzigste Ausführungsform beschränkt und kann eine andere Ausführungsform sein, die oben beschrieben oder später beschrieben wird.
  • Andere Konfigurationen, Operationen und Effekte können die gleichen sein wie die in den oben genannten Ausführungsformen, und daher werden die detaillierten Beschreibungen davon hier ausgelassen.
  • Fünfundzwanzigste Ausführungsform
  • Als nächstes wird eine einundzwanzigste Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
  • In den oben erwähnten ersten bis achtzehnten Ausführungsformen wurde der Fall, dass die Säulen im Farbfilter 107 angeordnet sind, beispielhaft dargestellt. Die Anordnung der Säulen ist nicht auf das Innere des Farbfilters 107 beschränkt und kann auf verschiedene Weise verändert werden. In der fünfundzwanzigsten Ausführungsform wird beispielhaft ein Fall beschrieben, bei dem die Säulen in einer On-Chip-Linse angeordnet sind.
  • Beispiel für die Querschnittsstruktur eines Einheitspixels
  • 76 ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines CMOS-Bildsensors gemäß der fünfundzwanzigsten Ausführungsform zeigt. Ähnlich wie 33 in der achten Ausführungsform zeigt 76 beispielsweise ein Querschnittsstrukturbeispiel des Lichtempfänger-Chips 71 in 6 und lässt ein Querschnittsstrukturbeispiel des Schaltungschips 72 weg. In 76 entfallen auch die Verdrahtungsebenen, die die elektrische Verbindung vom Transfer-Transistor 51 und dem Lichtempfänger-Chip 71 zum Schaltungschip 72 bilden. Zur Beschreibung wird in 76 ein Fall dargestellt, in dem drei Einheitspixel 50R, 50G und 50B, die Wellenlängenanteile der drei RGB-Primärfarben empfangen, in einer Reihe entlang des Querschnitts angeordnet sind.
  • Wie in 76 veranschaulicht, hat ein CMOS-Bildsensor 10-25 nach der fünfundzwanzigsten Ausführungsform z.B. die gleiche Querschnittsstruktur wie der CMOS-Bildsensor 10-18 nach der achten Ausführungsform, die in 33 veranschaulicht ist, aber der Farbfilter 107 entfällt, die Säulen 110 werden durch die Säulen 2510 ersetzt, und die Säulen 2510 sind in einer On-Chip-Linse 2508 angeordnet.
  • Mit anderen Worten, der CMOS-Bildsensor 10-25 gemäß der fünfundzwanzigsten Ausführung hat eine Konfiguration, bei der die On-Chip-Linse 2508 einschließlich der Säulen 2510 im Inneren auf der Oberseite des auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 100 gebildeten Isolierfilms 105 vorgesehen ist.
  • 76 zeigt beispielhaft die On-Chip-Linsen 2508 getrennt für jede Einheitspixel 50. Ohne darauf beschränkt zu sein, können beispielsweise die On-Chip-Linsen 2508 einstückig so geformt sein, dass sie über benachbarte Pixel 50 hinweg durchgehend sind, wie die On-Chip-Linsen 108, die in der achten Ausführungsform dargestellt sind. In 76 wird der Passivierungsfilm 109 weggelassen, aber der Passivierungsfilm 109 kann vorgesehen werden.
  • Um die in 76 dargestellte Konfiguration genauer zu beschreiben, ist eine Säulenanordnung, das aus einer Vielzahl von Säulen 2510R besteht, in einer On-Chip-Linse 2508R in einem Einheitspixel 50R vorgesehen, das ein Pixelsignal auf der Grundlage von Licht mit einer Wellenlängenkomponente erzeugt, die dem Rot entspricht. Ähnlich wie die Säulenanordnung 1400R, das in der vierzehnten Ausführung dargestellt ist, hat die durch die Säulen 2510R konfigurierte Säulenanordnung beispielsweise ein Lichttransmissionsspektrum SP1410B, das Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Blau (B) selektiv absorbiert, ein Lichttransmissionsspektrum SP1410G, das Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Grün (G) selektiv absorbiert, und ein Lichttransmissionsspektrum SP1410IR, das Licht mit einer Wellenlängenkomponente, die IR-Licht entspricht, selektiv absorbiert (siehe z.B. 59). Mit anderen Worten, die durch die Säulen 2510R konfigurierte Säulenanordnung hat spektroskopische Eigenschaften, die Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Rot (R) durchlassen und Licht mit anderen Wellenlängenkomponenten absorbieren.
  • In ähnlicher Weise wird eine aus mehreren Säulen 2510G bestehende Säulenanordnung in einer On-Chip-Linse 2508G in einer Pixel-Einheit 50G bereitgestellt, die ein Pixelsignal auf der Grundlage von Licht mit einer Wellenlängenkomponente erzeugt, die Grün entspricht. Ähnlich wie die Säulenanordnung 1400G, das in der vierzehnten Ausführungsform dargestellt ist, hat die durch die Säulen 2510G konfigurierte Säulenanordnung beispielsweise ein Lichtdurchlässigkeitsspektrum SP1410B, das Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Blau (B) selektiv absorbiert, ein Lichtdurchlässigkeitsspektrum SP1410R, das Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Rot (R) selektiv absorbiert, und ein Lichtdurchlässigkeitsspektrum SP1410IR, das Licht mit einer Wellenlängenkomponente, die IR-Licht entspricht, selektiv absorbiert (siehe z.B. 59). Mit anderen Worten, die durch die Säulen 2510G konfigurierte Säulenanordnung hat spektroskopische Eigenschaften, die Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Grün (G) durchlassen und Licht mit anderen Wellenlängenkomponenten absorbieren.
  • In ähnlicher Weise wird eine aus mehreren Säulen 2510B bestehende Säulenanordnung in einer On-Chip-Linse 2508B in einer Einheitspixel 50B bereitgestellt, das ein Pixelsignal auf der Grundlage von Licht mit einer Wellenlängenkomponente erzeugt, die dem Blau entspricht. Ähnlich wie die Säulenanordnung 1400B in der vierzehnten Ausführung hat die durch die Säulen 2510B konfigurierte Säulenanordnung beispielsweise ein Lichtdurchlässigkeitsspektrum SP1410G, das Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Grün (G) selektiv absorbiert, ein Lichtdurchlässigkeitsspektrum SP1410R, das Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Rot (R) selektiv absorbiert, und ein Lichtdurchlässigkeitsspektrum SP1410IR, das Licht mit einer Wellenlängenkomponente, die IR-Licht entspricht, selektiv absorbiert (siehe z.B. 59). Mit anderen Worten, die durch die Säulen 2510B konfigurierte Säulenanordnung hat spektroskopische Eigenschaften, die Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Blau (B) durchlassen und Licht mit anderen Wellenlängenkomponenten absorbieren.
  • In der fünfundzwanzigsten Ausführungsform sind die Säulen 2510R jedoch zumindest an einem Mittelteil der On-Chip-Linse 2508R vorgesehen. Andere Konfigurationen können die gleichen sein wie z.B. das oben beschriebene Beispiel der Querschnittsstruktur der Einheitspixel 50 in der achten Ausführung mit Bezug auf 33.
  • Herstellungsverfahren für On-Chip-Linse
  • Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren für eine On-Chip-Linse mit darin enthaltenen Säulen gemäß der fünfundzwanzigsten Ausführungsform anhand eines konkreten Beispiels beschrieben. In der folgenden Beschreibung ist der Isolierfilm 105 bereits auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 100 und der Abschirmfilm 106 bereits auf dem Isolierfilm 105 gebildet worden.
  • Bei diesem Herstellungsverfahren werden zunächst, wie in 77 dargestellt, die Säulen 2510A aus dem gleichen Material wie die Säulen 2510 auf dem Isolierfilm 105 gebildet, der auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 100 gebildet wird. Das Material der Säule 2510A und ihr Kristallzustand können das gleiche sein wie in den oben genannten Ausführungsformen. Für die Bildung der Säule 2510A kann z.B. die Photolithographie und die Ätztechnik verwendet werden. Konkret wird z.B. ein Materialfilm aus dem gleichen Material wie die Säule 2510 auf dem Isolierfilm 105 gebildet und eine Resistlösung auf der Oberseite des Materialfilms schleuderbeschichtet. Ein Anordnungsmuster der Säulen 2510 wird auf die schleuderbeschichtete Resistlösung übertragen, um einen Resistfilm mit dem gleichen Muster wie das Anordnungsmuster der Säulen 2510 zu bilden. Die Materialschicht wird z.B. durch DRIE geätzt, wobei der Resistfilm als Maske verwendet wird, um die Säulen 2510A zu bilden. Die Höhe der gefertigten Säule 2510A kann z.B. gleich oder höher sein als die Höhe der höchsten Säule 2510 unter den Säulen 2510 nach der Verarbeitung.
  • Als nächstes wird, wie in 78 dargestellt, auf dem Isolierfilm 105, auf der die Säulen 2510A gebildet werden, ein Materialfilm 2508A aus dem gleichen Material wie die On-Chip-Linse 2508 gebildet, so dass die Säulen 2510A eingebettet sind. Für das Material des Materialfilms 2508A kann z.B. Siliziumoxid (Si02) verwendet werden. Für die Bildung des Materialfilms 2508A kann z.B. Sputtern oder CVD (einschließlich Plasma-CVD) verwendet werden.
  • Als nächstes wird, wie in 79 dargestellt, die Oberseite des Materialfilms 2508A z.B. durch chemischmechanisches Polieren (CMP) geglättet. In diesem Fall kann die Oberseite der Säule 2510A von der Oberseite des Materialfilms 2508A freigelegt werden.
  • Als nächstes wird, wie in 80 dargestellt, ein Resistfilm R25 für jedes Einheitspixel 50 auf der Oberseite des Materialfilms 2508A gebildet. Zum Beispiel kann die Bildungsposition des Resistfilms R25 ein Mittelteil in einem Bereich sein, in dem jedes Einheitspixel 50 gebildet wird. Für die Bildung des Resistfilms R25 kann gewöhnliche Photolithografie verwendet werden.
  • Als nächstes wird der Resistfilm R25 auf dem Materialfilm 2508A erhitzt und geschmolzen, so dass, wie in 81 dargestellt, die Oberfläche des aufgeweichten Resistfilms R25 einen Krümmungsradius aufweist. Für die Erwärmung des Resistfilms R25 kann das Einbrennen und Glühen verwendet werden.
  • Als nächstes werden der Resistfilm R25, der Materialfilm 2508A und die Säulen 2510A von oberhalb des Resistfilms R25 geätzt, wobei eine Oberfläche des Resistfilms R25 einen Krümmungsradius aufweist, wodurch der Krümmungsradius der Oberfläche des Resistfilms R25 auf die Oberfläche einer Struktur des Materialfilms 2508A und der Säulen 2510A übertragen wird. Auf diese Weise wird, wie in 82 dargestellt, die On-Chip-Linse 2508 einschließlich der Säulen 2510 im Inneren gebildet. Bei der Ätzung wird in diesem Fall bevorzugt, dass die Auswahlverhältnisse für den Resistfilm R25, den Materialfilm 2508A und die Säulen 2510A gleich sind. Der Krümmungsradius der Oberfläche des Resistfilms R25 muss jedoch nicht auf den Materialfilm 2508A und die Säulen 2510A übertragen werden, so wie er ist. Der Krümmungsradius der Oberfläche des Resistfilms R25 kann sich von dem Krümmungsradius der Oberfläche der On-Chip-Linse 2508 nach der Bearbeitung unterscheiden.
  • Wirkungen und Effekte
  • Wie oben beschrieben, kann durch die Anordnung der Säulenanordnung, die durch die Säulen 2510 konfiguriert ist und als Wellenlängenfilter in der On-Chip-Linse 2508 funktioniert, der Farbfilter 107 weggelassen werden. Folglich kann die Dicke des Lichtempfänger-Chips 71 verringert werden, und eine elektronische Vorrichtung kann aufgrund des verkleinerten CMOS-Bildsensors 10-25 verkleinert werden.
  • Andere Konfigurationen, Operationen und Effekte können die gleichen sein wie die in den oben genannten Ausführungsformen, und daher werden die detaillierten Beschreibungen davon hier ausgelassen.
  • Sechsundzwanzigste Ausführungsform
  • In der oben erwähnten fünfundzwanzigsten Ausführungsform können die Durchmesser und die Teilungen der Säulen 2510, die in jeder On-Chip-Linse 2508 vorgesehen sind, ähnlich wie in den oben erwähnten Ausführungsformen unterschiedlich verändert werden.
  • Zum Beispiel können, wie bei einem CMOS-Bildsensor 10-26 in 83, die Durchmesser und die Abstände der Säulen 2610, die in jeder On-Chip-Linse 2608 vorgesehen sind, zufällig geändert werden (siehe z.B. 21), so dass eine Säulenanordnung als Wellenlängenfilter für die breite Absorption von Licht in einem Bereich des sichtbaren Lichts als Ganzes gebildet wird, wodurch ein Einheitspixel 50IR gebildet wird, das ein Pixelsignal auf der Basis von IR-Licht erzeugt.
  • Die Säulenanordnung zur breiten Absorption von Licht im gesamten sichtbaren Lichtbereich ist nicht auf die in 21 dargestellte zufällige Konfiguration beschränkt, sondern kann durch verschiedene Konfigurationen, wie in 22 und 35 dargestellt, implementiert werden, bei denen sich der Durchmesser von der Unterseite (Seite des Isolierfilms 105) zur Oberseite oder zum Scheitelpunkt hin allmählich oder schrittweise ändert.
  • Siebenundzwanzigste Ausführungsform
  • Die oben genannten Ausführungsformen sind nicht auf die Struktur beschränkt, bei der eine On-Chip-Linse 108 oder 2508 in einem Einheitspixel angeordnet ist, und können in ähnlicher Weise auf eine Struktur angewendet werden, bei der eine On-Chip-Linse in zwei oder mehr Einheitspixeln 50 angeordnet ist.
  • Wie bei einem CMOS-Bildsensor 10-27 in 84 kann die in der fünfundzwanzigsten Ausführungsform dargestellte Struktur beispielsweise in ähnlicher Weise auf eine Struktur angewendet werden, bei der eine On-Chip-Linse 2708 in zwei Einheitspixeln 50 angeordnet ist.
  • 84 veranschaulicht den Fall anhand der fünfundzwanzigsten Ausführungsform. Die grundlegende Ausführungsform ist jedoch nicht auf die fünfundzwanzigste Ausführungsform beschränkt und kann die oben beschriebenen oder später beschriebenen Ausführungsformen sein.
  • Achtundzwanzigste Ausführungsform
  • Darüber hinaus wurde in den oben genannten Ausführungsformen der Fall veranschaulicht, dass die Einheitspixel 50 durch den Pixeltrennungsteil FFTI oder RDTI getrennt ist. Die oben genannten Ausführungsformen sind nicht auf diese Konfigurationen beschränkt.
  • Zum Beispiel müssen, wie bei einem CMOS-Bildsensor 10-28 in 85, die Einheitspixel 50 nicht unbedingt durch einen Pixeltrennteil getrennt werden.
  • 85 veranschaulicht den Fall anhand der fünfundzwanzigsten Ausführungsform. Die grundlegende Ausführungsform ist nicht auf die fünfundzwanzigste Ausführungsform beschränkt und kann jede der oben genannten Ausführungsformen sein.
  • Anwendungen auf mobile Körper
  • Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung (derzeitige Technologie) kann auf verschiedene Produkte angewendet werden. Zum Beispiel kann die Technologie gemäß dieser Offenbarung als Vorrichtungen auf jede Art von mobilen Körpern angewendet werden, einschließlich Autos, Elektrofahrzeuge, Hybrid-Elektrofahrzeuge, Motorräder, Fahrräder, persönliche Mobilitäten, Flugzeuge, Drohnen, Schiffe und Roboter.
  • 86 ist ein Blockdiagramm, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel eines Fahrzeugsteuersystems als Beispiel für ein mobiles Steuersystem darstellt, auf das die Technologie gemäß dieser Offenbarung angewandt werden kann.
  • Ein Fahrzeugsteuerungssystem 12000 enthält eine Vielzahl von elektronischen Steuereinheiten, die über ein Kommunikationsnetzwerk 12001 verbunden sind. In dem in 86 dargestellten Beispiel umfasst das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 eine Antriebssystem-Steuereinheit 12010, eine Karosseriesystem-Steuereinheit 12020, eine Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs, Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug und eine integrierte Steuereinheit 12050. Als funktionale Konfiguration der integrierten Steuereinheit 12050 sind ein Mikrocomputer 12051, eine Sprach- und Bildausgabeeinheit 12052 und eine fahrzeugeigene Netzwerkschnittstelle (I/F) 12053 dargestellt.
  • Die Antriebssystem-Steuereinheit 12010 steuert den Betrieb von Geräten, die mit einem Antriebssystem eines Fahrzeugs in Verbindung stehen, in Übereinstimmung mit verschiedenen Arten von Computerprogrammen. Zum Beispiel funktioniert die Antriebssystem-Steuereinheit 12010 als ein Steuergerät, wie z.B. ein Gerät zur Erzeugung von Antriebsenergie, das so konfiguriert ist, dass es Antriebsenergie für ein Fahrzeug erzeugt, wie z.B. ein Verbrennungsmotor und ein Antriebsmotor, ein Mechanismus zur Übertragung von Antriebsenergie, der so konfiguriert ist, dass er Antriebsenergie an ein Rad überträgt, ein Lenkmechanismus, der so konfiguriert ist, dass er einen Lenkwinkel eines Fahrzeugs einstellt, und ein Bremsgerät, das so konfiguriert ist, dass es Bremskraft für ein Fahrzeug erzeugt.
  • Die Karosseriesystem-Steuereinheit 12020 steuert den Betrieb verschiedener Arten von Geräten, die an der Fahrzeugkarosserie montiert sind, in Übereinstimmung mit verschiedenen Arten von Computerprogrammen. Die Karosseriesystem-Steuereinheit 12020 fungiert beispielsweise als Steuergerät für ein Keyless-Entry-System, ein Smart Key-System, eine elektrische Fensterhebervorrichtung oder verschiedene Arten von Lampen wie ein Scheinwerfer, eine Rückleuchte, eine Bremsleuchte, ein Blinker und ein Nebelscheinwerfer. In diesem Fall können Funkwellen, die von einem mobilen Endgerät, das einen Schlüssel ersetzt, oder Signale von verschiedenen Arten von Schaltern übertragen werden, in die Karosseriesystem-Steuereinheit 12020 eingegeben werden. Die Karosseriesystem-Steuereinheit 12020 empfängt die Eingabe der Funkwellen oder die Signale zur Steuerung einer Türverriegelungsvorrichtung, einer elektrischen Fensterhebervorrichtung und einer Lampe des Fahrzeugs.
  • Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs erfasst Informationen außerhalb eines Fahrzeugs, auf dem das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 montiert ist. Zum Beispiel ist eine Bildgebungseinheit 12031 mit der Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs verbunden. Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs veranlasst die Bildgebungseinheit 12031, ein Bild außerhalb des Fahrzeugs aufzunehmen, und empfängt das aufgenommene Bild. Auf der Grundlage des empfangenen Bildes kann die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs die Verarbeitung der Objekterkennung für Personen, Autos, Hindernisse, Zeichen oder Zeichen auf einer Straßenoberfläche oder die Verarbeitung der Entfernungserkennung durchführen. Die Bildgebungseinheit 12031 ist ein optischer Sensor, der so konfiguriert ist, dass er Licht empfängt und ein der empfangenen Lichtmenge entsprechendes elektrisches Signal ausgibt. Die Bildgebungseinheit 12031 kann das elektrische Signal als FIG. und das elektrische Signal als Entfernungsinformation ausgeben. Das von der Bildgebungseinheit 12031 empfangene Licht kann sichtbares oder unsichtbares Licht, wie z.B. Infrarotstrahlen, sein.
  • Die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug erfasst Informationen im Fahrzeuginneren. Beispielsweise ist eine Fahrerzustands-Erfassungseinheit 12041, die zur Erkennung des Fahrerzustands konfiguriert ist, an die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug angeschlossen. Die Fahrerzustands-Erfassungseinheit 12041 enthält beispielsweise eine Kamera, die so konfiguriert ist, dass sie ein Bild des Fahrers aufnimmt, und die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug kann den Grad der Ermüdung oder den Konzentrationsgrad des Fahrers berechnen oder auf der Grundlage der von der Fahrerzustands-Erfassungseinheit 12041 eingegebenen Erfassungsinformationen feststellen, ob der Fahrer schläft.
  • Der Mikrocomputer 12051 kann einen Steuerzielwert für eine Antriebsenergieerzeugungsvorrichtung, einen Lenkmechanismus oder eine Bremsvorrichtung auf der Grundlage von Informationen innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs berechnen, die von der Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs oder der Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug erfasst werden, und einen Steuerbefehl an die Antriebssystem-Steuereinheit 12010 ausgeben. Zum Beispiel kann der Mikrocomputer 12051 eine kollaborative Steuerung zum Zweck der Implementierung von Funktionen eines fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystems (ADAS) durchführen, einschließlich der Vermeidung oder Minderung von Fahrzeugkollisionen, der Verfolgung von Fahrten, der Beibehaltung der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Warnung vor Fahrzeugkollisionen auf der Grundlage des Abstands zwischen den Fahrzeugen oder der Warnung vor Fahrbahnabweichungen.
  • Der Mikrocomputer 12051 kann eine kollaborative Steuerung zum Zweck des automatischen Fahrens durchführen, um unabhängig von der Bedienung des Fahrers autonom zu fahren, indem er die Antriebsenergieerzeugungsvorrichtung, den Lenkmechanismus oder die Bremsvorrichtung auf der Grundlage von Informationen um das Fahrzeug herum steuert, die von der Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs oder der Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug erfasst werden.
  • Der Mikrocomputer 12051 kann einen Steuerbefehl an die Karosseriesystem-Steuereinheit 12020 auf der Grundlage von Informationen außerhalb des Fahrzeugs ausgeben, die von der Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs erfasst werden. Zum Beispiel kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung zum Zweck der Blendschutzsteuerung durchführen, um einen Scheinwerfer in Übereinstimmung mit der Position eines vorausfahrenden Fahrzeugs oder eines entgegenkommenden Fahrzeugs, die von der Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs 12030 erfasst werden, zu steuern und von Fernlicht auf Abblendlicht umzuschalten.
  • Die Sprach- und Bildausgabeeinheit 12052 überträgt ein Ausgangssignal von Sprache und/oder Bild an eine Ausgabevorrichtung, die in der Lage ist, einem Fahrzeuginsassen oder der Außenseite des Fahrzeugs Informationen visuell oder akustisch mitzuteilen. 86 zeigt als Ausgabevorrichtungen einen Lautsprecher 12061, eine Anzeigeeinheit 12062 und ein Armaturenbrett 12063. Die Anzeigeeinheit 12062 kann zum Beispiel mindestens ein On-Board-Display oder ein Head-Up-Display enthalten.
  • 87 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Einbauposition der Bildgebungseinheit 12031 zeigt.
  • In 87 sind als Bildgebungseinheit 12031 die Bildgebungseinheiten 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 vorgesehen.
  • Die Bildgebungseinheiten 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 sind beispielsweise an den Positionen der Frontpartie, der Seitenspiegel, der hinteren Stoßstange und der Hecktür eines Fahrzeugs 12100 sowie am oberen Teil der Frontscheibe im Fahrzeuginnenraum vorgesehen. Die Bildgebungseinheit 12101, die an der Frontpartie vorgesehen ist, und die Bildgebungseinheit 12105, die am oberen Teil der Frontscheibe im Fahrzeuginnenraum vorgesehen ist, erfassen hauptsächlich Bilder vor dem Fahrzeug 12100. Die Bildgebungseinheiten 12102 und 12103, die an den Seitenspiegeln angebracht sind, erfassen hauptsächlich Bilder an den Seiten des Fahrzeugs 12100. Die Bildgebungseinheit 12104, die an der hinteren Stoßstange oder an der Hecktür angebracht ist, erfasst hauptsächlich Bilder hinter dem Fahrzeug 12100. Die Bildgebungseinheit 12105, die am oberen Teil der Frontscheibe im Fahrzeuginnenraum angebracht ist,
    wird hauptsächlich zur Erkennung von vorausfahrenden Fahrzeugen, Fußgängern, Hindernissen, Ampeln, Verkehrsschildern oder Fahrspuren verwendet.
  • 87 zeigt ein Beispiel für die Abbildungsbereiche der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104. Ein Abbildungsbereich 12111 gibt einen Abbildungsbereich der Bildgebungseinheit 12101 an, der an der Frontpartie vorgesehen ist. Die Abbildungsbereiche 12112 und 12113 geben die Abbildungsbereiche der Bildgebungseinheiten 12102 und 12103 an, die an den Seitenspiegeln angebracht sind. Ein Abbildungsbereich 12114 gibt einen Abbildungsbereich der Bildgebungseinheit 12104 an, die an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür angebracht ist. Beispielsweise werden die von den Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 aufgenommenen Bilddaten überlagert, um ein von oben gesehenes Bild über dem Fahrzeug 12100 zu erhalten.
  • Mindestens eine der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 kann eine Funktion zur Erfassung von Abstandsinformationen haben. Zum Beispiel kann mindestens eine der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 eine Stereokamera mit einer Vielzahl von Abbildungselementen sein oder ein Abbildungselement mit Pixeln zur Erkennung von Phasenunterschieden.
  • Der Mikrocomputer 12051 kann beispielsweise einen Abstand zu jedem dreidimensionalen Objekt in den Abbildungsbereichen 12111 bis 12114 und eine zeitliche Änderung des Abstands (Relativgeschwindigkeit zum Fahrzeug 12100) auf der Grundlage der von den Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 erhaltenen Abstandsinformation bestimmen, wodurch insbesondere ein dreidimensionales Objekt als vorausfahrendes Fahrzeug extrahiert wird, das sich am nächsten auf einer Fahrstraße des Fahrzeugs 12100 befindet und sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (z.B. 0 km/h oder mehr) im Wesentlichen in derselben Richtung wie das Fahrzeug 12100 bewegt. Darüber hinaus kann der Mikrocomputer 12051 einen Abstand zwischen den Fahrzeugen einstellen, der im Voraus hinter einem vorausfahrenden Fahrzeug zu sichern ist, um eine automatische Bremssteuerung (einschließlich der folgenden Stoppsteuerung) und eine automatische Beschleunigungssteuerung (einschließlich der folgenden Startsteuerung) durchzuführen. Auf diese Weise kann die kollaborative Steuerung zum Zwecke des automatischen Fahrens zum autonomen Fahren unabhängig von der Bedienung des Fahrers durchgeführt werden.
  • Der Mikrocomputer 12051 kann beispielsweise dreidimensionale Objektdaten von dreidimensionalen Objekten in Zweiradfahrzeugen, Fahrzeugen mit Standardgröße, großen Fahrzeugen, Fußgängern und anderen dreidimensionalen Objekten wie Telefonmasten auf der Grundlage der von den Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 erhaltenen Abstandsinformationen klassifizieren und die dreidimensionalen Objektdaten extrahieren und die dreidimensionalen Objektdaten zur automatischen Hindernisumgehung verwenden. Zum Beispiel unterscheidet der Mikrocomputer 12051 Hindernisse um das Fahrzeug 12100 herum von Hindernissen, die von einem Fahrer des Fahrzeugs 12100 visuell erkannt werden können, und von Hindernissen, die schwer visuell zu erkennen sind. Der Mikrocomputer 12051 ermittelt ein Kollisionsrisiko, das den Grad der Kollisionsgefahr mit jedem Hindernis angibt, und in einer Situation, in der das Kollisionsrisiko gleich oder höher als ein eingestellter Wert ist und das Fahrzeug möglicherweise kollidieren kann, kann der Mikrocomputer 12051 das Fahren zur Kollisionsvermeidung unterstützen, indem er über den Lautsprecher 12061 oder die Anzeigeeinheit 12062 eine Warnung an den Fahrer ausgibt und über die Fahrsystemkontrolleinheit 12010 eine Zwangsverzögerung und eine Ausweichlenkung durchführt.
  • Mindestens eine der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 kann eine Infrarotkamera sein, die für die Erkennung von Infrarotstrahlen konfiguriert ist. Zum Beispiel kann der Mikrocomputer 12051 feststellen, ob ein Fußgänger in den Bildern, die von den Bildeinheiten 12101 bis 12104 aufgenommen wurden, vorhanden ist, um den Fußgänger zu erkennen. Zum Beispiel wird der Fußgänger durch ein Verfahren zum Extrahieren von Merkmalspunkten in Bildern erkannt, die von den Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 als Infrarotkameras aufgenommen wurden, und durch ein Verfahren zum Bestimmen, ob ein Objekt ein Fußgänger ist, indem ein Mustervergleich an einer Reihe von Merkmalspunkten durchgeführt wird, die die Kontur des Objekts anzeigen. Wenn der Mikrocomputer 12051 feststellt, dass ein Fußgänger in den von den Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 aufgenommenen Bildern vorhanden ist und den Fußgänger erkennt, steuert die Sprach- und Bildausgabeeinheit 12052 die Anzeigeeinheit 12062 so, dass die rechteckige Konturlinie zur Hervorhebung des erkannten Fußgängers überlagert dargestellt wird. Die Sprach- und Bildausgabeeinheit 12052 kann die Anzeigeeinheit 12062 so steuern, dass sie ein Symbol anzeigt, das einen Fußgänger an einer gewünschten Position anzeigt.
  • Während die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurden, ist der technische Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht auf die oben genannten Ausführungsformen in ihrer jetzigen Form beschränkt und kann innerhalb des Bereichs, der nicht vom Kern der vorliegenden Offenbarung abweicht, auf verschiedene Weise geändert werden. Die Bestandteile in verschiedenen Ausführungsformen und Modifikationen können gegebenenfalls kombiniert werden.
  • Die Wirkungen in jeder hier beschriebenen Ausführungsform sind lediglich demonstrativ und nicht begrenzt, und es können auch andere Wirkungen erzielt werden.
  • Die gegenwärtige Technologie kann auch die folgenden Konfigurationen verwenden.
    1. (1) Eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, aufweisend:
      • ein Halbleitersubstrat mit einem photoelektrischen Wandlerelement;
      • eine Linse, die über einer ersten Lichteinfallsfläche des photoelektrischen Wandlerelements angeordnet ist; und
      • eine Vielzahl von säulenförmigen Strukturen, die auf einer Fläche parallel zur ersten Lichteinfallsfläche angeordnet sind, die zwischen einer zweiten Lichteinfallsfläche der Linse und der ersten Lichteinfallsfläche des photoelektrischen Wandlerelements angeordnet ist, wobei
      • die säulenförmige Struktur mindestens eines der folgenden Elemente enthält: Silizium, Germanium, Galliumphosphid, Aluminiumoxid, Ceroxid, Hafniumoxid, Indiumoxid, Zinnoxid, Niobpentoxid, Magnesiumoxid, Tantalpentoxid, Titanpentoxid, Titanoxid, Wolframoxid, Yttriumoxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Cerfluorid, Gadoliniumfluorid, Lanthanfluorid und Neodymfluorid.
    2. (2) Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß (1), wobei ein Kristallzustand der säulenförmigen Struktur ein Einkristall, ein Polykristall oder amorph ist.
    3. (3) Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß (1) oder (2), wobei der Brechungsindex der säulenförmigen Struktur 1,5 oder mehr beträgt.
    4. (4) Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß einem der Punkte (1) bis (3), wobei die säulenförmigen Strukturen auf der Oberfläche parallel zur ersten Lichteinfallsfläche gemäß einer quadratischen Anordnung, einer hexagonalen, dicht gepackten Anordnung oder einer zufälligen Anordnung angeordnet sind.
    5. (5) Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß einem der (1) bis (4), wobei
      • ein Durchmesser der säulenförmigen Struktur 30 Nanometer (nm) oder mehr und 200 nm oder weniger beträgt und
      • ein Abstand zwischen den säulenförmigen Strukturen 200 Nanometer (nm) oder mehr und 1000 nm oder weniger beträgt.
    6. (6) Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß einem der Punkte (1) bis (5), wobei die säulenförmige Struktur eine konische Form aufweist, deren Durchmesser von der Oberfläche parallel zur ersten Lichteinfallsfläche zur zweiten Lichteinfallsfläche der Linse hin abnimmt oder zunimmt.
    7. (7) Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß (6), wobei ein Höhenwinkel einer Seitenfläche der säulenförmigen Struktur in Bezug auf die Oberfläche parallel zur ersten Lichteinfallsfläche 45 Grad oder mehr und weniger als 90 Grad oder mehr als 90 Grad und 135 Grad oder weniger beträgt.
    8. (8) Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß einem der Punkte (1) bis (5), wobei sich ein Durchmesser der säulenförmigen Struktur schrittweise von der Oberfläche parallel zur ersten Lichteinfallsfläche zur zweiten Lichteinfallsfläche der Linse hin verändert.
    9. (9) Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß einem der Punkte (1) bis (8), wobei die säulenförmigen Strukturen zwei oder mehr Arten von säulenförmigen Strukturen mit unterschiedlichen Durchmessern umfassen.
    10. (10) Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß (1), die ferner einen Farbfilter umfasst, der selektiv Licht mit einer bestimmten Wellenlänge durchlässt, wobei der Farbfilter zwischen der zweiten Lichteinfallsfläche der Linse und der ersten Lichteinfallsfläche des photoelektrischen Wandlerelements angeordnet ist.
    11. (11) Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß (10), wobei die säulenförmige Struktur innerhalb des Farbfilters angeordnet ist.
    12. (12) Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß einer der (1) bis (10), wobei mindestens ein Teil jeder der säulenförmigen Strukturen in einem Graben angeordnet ist, der sich von einer Oberfläche des Halbleitersubstrats auf einer der Linse gegenüberliegenden Seite zu dem photoelektrischen Wandlerelement in dem Halbleitersubstrat erstreckt.
    13. (13) Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß (10), die ferner einen Planarisierungsfilm umfasst, der zwischen dem Farbfilter und dem Halbleitersubstrat angeordnet ist, wobei eine Oberfläche des Planarisierungsfilms gegenüber dem Farbfilter planarisiert ist, wobei
      • die säulenförmigen Strukturen im Inneren des Planarisierungsfilms angeordnet sind.
    14. (14) Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß (10), wobei
      • das Halbleitersubstrat ein erstes photoelektrisches Wandlerelement und ein zweites photoelektrisches Wandlerelement umfasst,
      • die Linse eine erste Linse umfasst, die über einer ersten Lichteinfallsfläche des ersten photoelektrischen Wandlerelements angeordnet ist, und eine zweite Linse, die über einer ersten Lichteinfallsfläche des zweiten photoelektrischen Wandlerelements angeordnet ist,
      • der Farbfilter zwischen dem ersten photoelektrischen Wandlerelement und der ersten Linse angeordnet ist und nicht zwischen dem zweiten photoelektrischen Wandlerelement und der zweiten Linse, und
      • unter den säulenförmigen Strukturen,
        • eine Vielzahl von ersten säulenförmigen Strukturen, die zwischen der ersten Lichteinfallsfläche des ersten photoelektrischen Wandlerelements und der zweiten Lichteinfallsfläche der ersten Linse angeordnet sind, spektroskopische Eigenschaften aufweisen, die Infrarotlicht absorbieren, und
        • eine Vielzahl von zweiten säulenförmigen Strukturen, die zwischen der ersten Lichteinfallsfläche des zweiten photoelektrischen Wandlerelements und der zweiten Lichteinfallsfläche der zweiten Linse angeordnet sind, spektroskopische Eigenschaften aufweisen, die Infrarotlicht durchlassen.
    15. (15) Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß einem der Punkte (1) bis (13), wobei
      • das Halbleitersubstrat ein erstes photoelektrisches Wandlerelement und ein zweites photoelektrisches Wandlerelement umfasst,
      • die Linse eine erste Linse umfasst, die über der ersten Lichteinfallsfläche des ersten photoelektrischen Wandlerelements angeordnet ist, und eine zweite Linse, die über der ersten Lichteinfallsfläche des zweiten photoelektrischen Wandlerelements angeordnet ist, und
      • hinsichtlich der säulenförmigen Strukturen,
        • ein Durchmesser von jeder einer Vielzahl von ersten säulenförmigen Strukturen, die zwischen der ersten Lichteinfallsfläche des ersten photoelektrischen Wandlerelements und der zweiten Lichteinfallsfläche der ersten Linse angeordnet sind, und ein Durchmesser von jeder einer Vielzahl von zweiten säulenförmigen Strukturen, die zwischen der ersten Lichteinfallsfläche des zweiten photoelektrischen Wandlerelements und der zweiten Lichteinfallsfläche der zweiten Linse angeordnet sind, voneinander verschieden sind.
    16. (16) Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß (10) oder (11), wobei
      • der Farbfilter einen ersten Farbfilter, der selektiv Licht mit einer ersten bestimmten Wellenlänge durchlässt, und einen zweiten Farbfilter, der selektiv Licht mit der ersten bestimmten Wellenlänge durchlässt, umfasst,
      • das Halbleitersubstrat ein erstes photoelektrisches Wandlerelement und ein zweites photoelektrisches Wandlerelement enthält,
      • die Linse eine erste Linse umfasst, die über der ersten Lichteinfallsfläche des ersten photoelektrischen Wandlerelements angeordnet ist, und eine zweite Linse, die über der ersten Lichteinfallsfläche des zweiten photoelektrischen Wandlerelements angeordnet ist,
      • der erste Farbfilter zwischen dem ersten photoelektrischen Wandlerelement und der ersten Linse angeordnet ist,
      • der zweite Farbfilter zwischen dem zweiten photoelektrischen Wandlerelement und der zweiten Linse angeordnet ist und
      • hinsichtlich der säulenförmigen Strukturen, ein Durchmesser jeder einer Vielzahl von ersten säulenförmigen Strukturen, die zwischen der ersten Lichteinfallsfläche des ersten photoelektrischen Wandlerelements und der zweiten Lichteinfallsfläche der ersten Linse angeordnet sind, und ein Durchmesser jeder einer Vielzahl von zweiten säulenförmigen Strukturen, die zwischen der ersten Lichteinfallsfläche des zweiten photoelektrischen Wandlerelements und der zweiten Lichteinfallsfläche der zweiten Linse angeordnet sind, voneinander verschieden sind.
    17. (17) Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß einem der Punkte (1) bis (16), wobei die säulenförmigen Strukturen spektroskopische Eigenschaften haben, die selektiv ein Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Rot, Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Grün, Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Blau und Infrarotlicht durchlassen.
    18. (18) Eine elektronische Vorrichtung, aufweisend:
      • eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung;
      • ein optisches System, das ein Bild von auf eine Lichtempfangsfläche der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung einfallendem Licht erzeugt; und
      • eine Steuereinheit, die die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung steuert, wobei
      • die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung umfasst:
        • ein Halbleitersubstrat mit einem photoelektrischen Wandlerelement;
        • eine Linse, die über einer ersten Lichteinfallsfläche des photoelektrischen Wandlerelements angeordnet ist; und
        • eine Vielzahl von säulenförmigen Strukturen, die auf einer Oberfläche parallel zur ersten Lichteinfallsfläche angeordnet sind, die sich zwischen einer zweiten Lichteinfallsfläche der Linse und der ersten Lichteinfallsfläche des photoelektrischen Wandlerelements befindet, und
      • die säulenförmige Struktur mindestens eines der folgenden Elemente enthält: Silizium, Germanium, Galliumphosphid, Aluminiumoxid, Ceroxid, Hafniumoxid, Indiumoxid, Zinnoxid, Niobpentoxid, Magnesiumoxid, Tantalpentoxid, Titanpentoxid, Titanoxid, Wolframoxid, Yttriumoxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Cerfluorid, Gadoliniumfluorid, Lanthanfluorid und Neodymfluorid.
    19. (19) Eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, umfassend
      • ein Halbleitersubstrat mit einer Vielzahl von photoelektrischen Wandlerelementen;
      • eine Linse, die über einer ersten Lichteinfallsfläche jedes der photoelektrischen Wandlerelemente angeordnet ist;
      • eine Vielzahl von Farbfiltern, die jeweils zwischen dem Halbleitersubstrat und der Linse zu jedem der photoelektrischen Wandlerelemente angeordnet sind und Licht mit einer bestimmten Wellenlänge durchlassen; und
      • eine Vielzahl von säulenförmigen Strukturen, die auf einer Oberfläche parallel zur ersten Lichteinfallsfläche angeordnet sind, die sich zwischen einer zweiten Lichteinfallsfläche der Linse und der ersten Lichteinfallsfläche des photoelektrischen Wandlerelements befindet, wobei
      • die Farbfilter einen ersten Farbfilter enthalten, der selektiv Licht in einem ersten Wellenlängenbereich durchlässt, und einen zweiten Farbfilter, der selektiv Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich durchlässt, der sich vom ersten Wellenlängenbereich unterscheidet, und
      • unter den säulenförmigen Strukturen eine Vielzahl von säulenförmigen Strukturen, die zwischen einem photoelektrischen Wandlerelement und einer Linse angeordnet sind und an einander gegenüberliegenden Positionen über den ersten Farbfilter angeordnet sind, spektroskopische Eigenschaften aufweisen, die zumindest Licht in einem Wellenlängenbereich zwischen dem ersten Wellenlängenbereich und dem zweiten Wellenlängenbereich absorbieren.
    20. (20) Eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, umfassend
      • ein Halbleitersubstrat mit einer Vielzahl von photoelektrischen Wandlerelementen, die in einem zweidimensionalen Gittermuster angeordnet sind;
      • eine Linse, die über einer ersten Lichteinfallsfläche jedes der photoelektrischen Wandlerelemente angeordnet ist; und
      • eine Vielzahl von säulenförmigen Strukturen, die auf einer Oberfläche parallel zur ersten Lichteinfallsfläche angeordnet sind, die sich zwischen einer zweiten Lichteinfallsfläche der Linse und der ersten Lichteinfallsfläche des photoelektrischen Wandlerelements befindet, wobei
      • die säulenförmigen Strukturen sind für das photoelektrische Wandlerelement vorgesehen, das sich an einer peripheren Position in der zweidimensionalen Gittermusteranordnung befindet.
    21. (21) Eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, umfassend
      • ein Halbleitersubstrat mit einem photoelektrischen Wandlerelement;
      • eine Linse, die über einer ersten Lichteinfallsfläche des photoelektrischen Wandlerelements angeordnet ist; und
      • eine Vielzahl von säulenförmigen Strukturen, die auf einer Fläche parallel zur ersten Lichteinfallsfläche angeordnet sind, die sich zwischen einer zweiten Lichteinfallsfläche der Linse und der ersten Lichteinfallsfläche des photoelektrischen Wandlerelements befindet, wobei
      • die Spaltenstrukturen in zwei oder mehr Reihen an Positionen angeordnet sind, die einem peripheren Teil des photoelektrischen Wandlerelements entsprechen.
    22. (22) Eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, einschließlich
      • ein Halbleitersubstrat mit einem effektiven Pixelbereich, in dem eine Vielzahl von photoelektrischen Wandlerelementen in einem zweidimensionalen Gittermuster angeordnet sind, und einem Abschirmbereich, der um den effektiven Pixelbereich herum angeordnet ist; und
      • eine Vielzahl von säulenförmigen Strukturen, die sich im Abschirmbereich befinden und mit einem Abstand angeordnet sind, der kürzer ist als der Abstand der photoelektrischen Wandlerelemente.
    23. (23) Eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, umfassend
      • ein Halbleitersubstrat mit einer Vielzahl von photoelektrischen Wandlerelementen, die in einem zweidimensionalen Gittermuster angeordnet sind; und
      • eine Vielzahl von säulenförmigen Strukturen, die auf der Seite der Lichteinfallsfläche des Halbleitersubstrats und in zwei oder mehr Reihen zwischen den photoelektrischen Wandlerelementen angeordnet sind.
    24. (24) Eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, umfassend
      • ein Halbleitersubstrat mit einem photoelektrischen Wandlerelement;
      • eine Linse, die über einer Lichteinfallsfläche des photoelektrischen Wandlerelements angeordnet ist; und
      • eine Vielzahl von säulenförmigen Strukturen, die innerhalb der Linse und auf einer Oberfläche parallel zur Lichteinfallsfläche des photoelektrischen Wandlerelements angeordnet sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    elektronisches Gerät
    10, 10-2 bis 10-28
    Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung (CMOS-Bildsensor)
    11
    Pixelanordnung
    12
    Zeilen-Treiber bzw. Zeilen-Ansteuerung
    13
    Spalten-Verarbeitungsschaltung
    14
    Spalten-Treiber bzw. Spalten-Ansteuerung
    15
    System-Steuerung
    18
    Signalprozessor
    19
    Datenspeicher
    20
    abbildende Linse
    30
    Speicher
    40
    Prozessor
    50, 50B, 50B11 bis 50B14, 50B21 bis 50B24, 50B31 bis 50B34, 50G, 50G1, 50G2, 50G11 bis 50G18, 50G21 bis 50G28, 50G31 bis 50G38, 50IR, 50R, 50R11 bis 50R14, 50R21 bis 50R24, 50R31 bis 50R34
    Einheitspixel
    51
    Transfer-Transistor
    52
    Rückstell-Transistor
    53
    Verstärker-Transistor
    54
    Auswahl-Transistor
    60, 860
    Farbfilteranordnung
    61, 861, 1261, 1261, 1262
    Einheitsmuster
    71
    Lichtempfänger-Chip
    72
    Schaltungschip
    100
    Halbleitersubstrat
    101
    N-Typ Halbleiterbereich
    102
    P-Typ Halbleiterbereich
    103,105
    Isolierfilm
    104
    Antireflexionsfilm
    106
    Abschirmfilm
    107, 107B, 107G, 107IR, 107R
    Farbfilter
    108, 1918, 2108, 2118, 2508B, 2508G, 2508R, 2608, 2708
    On-Chip-Linse
    109, 2109
    Passivierungsfilm
    110, 110B, 110G, 110R, 211, 212, 310, 410, 610, 810B, 810G, 810R, 910B, 910R, 1010G, 1010GB,1010GR, 1210B, 1210R, 1310B, 1310R, 1410B, 1410G, 1410R, 1510, 1610B, 1610G, 1610R, 1910, 2010G, 2010R, 2110, 2510A, 2510B, 2510G, 2510R, 2610
    Säule
    110A, 2508A
    Materialfilm
    501
    Planarisierungsfilm
    700B, 700G, 700R, 800B, 800G, 800R, 900B, 900R, 1000G 1400B, 1400G, 1400R, 1500, 1900, 2100 ,
    Säulenanordnung
    1201, 1901, 2101
    effektiver Pixelbereich
    1202
    Zentraler Bereich
    1203
    Randbereich
    1304
    Zwischenbereich
    1902, 2102
    Abschirmbereich
    1916, 2116
    OPB-Festfilm
    2126
    Blendschutzfilm
    L10, L11, L12
    Licht
    LD
    Pixel-Treiberleitung
    LD51
    Transfer-Transistor-Treiberleitung
    LD52
    Rückstell-Transistor-Treiberleitung
    LD54
    Auswahl-Transistor-Treiberleitung
    PD
    Photodiode
    R1, R25
    Resistfilm bzw. Photolackfilm
    VSL
    vertikale Signalleitung

Claims (18)

  1. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, aufweisend: ein Halbleitersubstrat mit einem photoelektrischen Wandlerelement; eine Linse, die über einer ersten Lichteinfallsfläche des photoelektrischen Wandlerelements angeordnet ist; und eine Vielzahl von säulenförmigen Strukturen, die auf einer Oberfläche parallel zur ersten Lichteinfallsfläche angeordnet sind, die sich zwischen einer zweiten Lichteinfallsfläche der Linse und der ersten Lichteinfallsfläche des photoelektrischen Wandlerelements befindet, wobei die säulenförmige Struktur mindestens eines der folgenden Elemente enthält: Silizium, Germanium, Galliumphosphid, Aluminiumoxid, Ceroxid, Hafniumoxid, Indiumoxid, Zinnoxid, Niobpentoxid, Magnesiumoxid, Tantalpentoxid, Titanpentoxid, Titanoxid, Wolframoxid, Yttriumoxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Cerfluorid, Gadoliniumfluorid, Lanthanfluorid und Neodymfluorid.
  2. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Kristallzustand der säulenförmigen Struktur ein Einkristall, ein Polykristall oder amorph ist.
  3. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Brechungsindex der säulenförmigen Struktur 1,5 oder mehr beträgt.
  4. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, bei der die säulenförmigen Strukturen auf der Oberfläche parallel zur ersten Lichteinfallsfläche in quadratischer Anordnung, hexagonal dicht gepackter Anordnung oder zufälliger Anordnung angeordnet sind.
  5. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Durchmesser der säulenförmigen Struktur 30 Nanometer (nm) oder mehr und 200 nm oder weniger beträgt und ein Abstand zwischen den säulenförmigen Strukturen 200 Nanometer (nm) oder mehr und 1000 nm oder weniger beträgt.
  6. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die säulenförmige Struktur eine sich verjüngende Form aufweist, deren Durchmesser von der Oberfläche parallel zur ersten Lichteinfallsfläche zur zweiten Lichteinfallsfläche der Linse hin abnimmt oder zunimmt.
  7. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 6, wobei ein Höhenwinkel einer Seitenfläche der säulenförmigen Struktur in Bezug auf die Oberfläche parallel zur ersten Lichteinfallsfläche 45 Grad oder mehr und weniger als 90 Grad, oder mehr als 90 Grad und 135 Grad oder weniger beträgt.
  8. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich der Durchmesser der säulenförmigen Struktur schrittweise von der Oberfläche parallel zur ersten Lichteinfallsfläche zur zweiten Lichteinfallsfläche der Linse hin verändert.
  9. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die säulenförmigen Strukturen zwei oder mehr Arten von säulenförmigen Strukturen mit unterschiedlichen Durchmessern umfassen.
  10. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen Farbfilter umfasst, der selektiv Licht mit einer bestimmten Wellenlänge durchlässt, wobei der Farbfilter zwischen der zweiten Lichteinfallsfläche der Linse und der ersten Lichteinfallsfläche des photoelektrischen Wandlerelements angeordnet ist.
  11. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 10, wobei die säulenförmige Struktur innerhalb des Farbfilters angeordnet ist.
  12. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Teil jeder der säulenförmigen Strukturen in einem Graben angeordnet ist, der sich von einer Oberfläche des Halbleitersubstrats auf einer der Linse gegenüberliegenden Seite in Richtung des photoelektrischen Wandlerelements im Halbleitersubstrat erstreckt.
  13. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 10, die ferner einen Planarisierungsfilm aufweist, der zwischen dem Farbfilter und dem Halbleitersubstrat angeordnet ist, wobei eine dem Farbfilter gegenüberliegende Oberfläche des Planarisierungsfilms planarisiert ist, wobei die säulenförmigen Strukturen im Inneren des Planarisierungsfilms angeordnet sind.
  14. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Halbleitersubstrat ein erstes photoelektrisches Wandlerelement und ein zweites photoelektrisches Wandlerelement umfasst, die Linse eine erste Linse umfasst, die über einer ersten Lichteinfallsfläche des ersten photoelektrischen Wandlerelements angeordnet ist, und eine zweite Linse, die über einer ersten Lichteinfallsfläche des zweiten photoelektrischen Wandlerelements angeordnet ist, der Farbfilter zwischen dem ersten photoelektrischen Wandlerelement und der ersten Linse angeordnet ist und nicht zwischen dem zweiten photoelektrischen Wandlerelement und der zweiten Linse, und unter den säulenförmigen Strukturen, eine Vielzahl von ersten säulenförmigen Strukturen, die zwischen der ersten Lichteinfallsfläche des ersten photoelektrischen Wandlerelements und der zweiten Lichteinfallsfläche der ersten Linse angeordnet sind, spektroskopische Eigenschaften aufweisen, die Infrarotlicht absorbieren, und eine Vielzahl von zweiten säulenförmigen Strukturen, die zwischen der ersten Lichteinfallsfläche des zweiten photoelektrischen Wandlerelements und der zweiten Lichteinfallsfläche der zweiten Linse angeordnet sind, spektroskopische Eigenschaften aufweisen, die Infrarotlicht durchlassen.
  15. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Halbleitersubstrat ein erstes photoelektrisches Wandlerelement und ein zweites photoelektrisches Wandlerelement umfasst, die Linse eine erste Linse umfasst, die über der ersten Lichteinfallsfläche des ersten photoelektrischen Wandlerelements angeordnet ist, und eine zweite Linse, die über der ersten Lichteinfallsfläche des zweiten photoelektrischen Wandlerelements angeordnet ist, und hinsichtlich der säulenförmigen Strukturen, ein Durchmesser von jeder einer Vielzahl von ersten säulenförmigen Strukturen, die zwischen der ersten Lichteinfallsfläche des ersten photoelektrischen Wandlerelements und der zweiten Lichteinfallsfläche der ersten Linse angeordnet sind, und ein Durchmesser von jeder einer Vielzahl von zweiten säulenförmigen Strukturen, die zwischen der ersten Lichteinfallsfläche des zweiten photoelektrischen Wandlerelements und der zweiten Lichteinfallsfläche der zweiten Linse angeordnet sind, voneinander verschieden sind.
  16. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Farbfilter einen ersten Farbfilter, der selektiv Licht mit einer ersten bestimmten Wellenlänge durchlässt, und einen zweiten Farbfilter, der selektiv Licht mit der ersten bestimmten Wellenlänge durchlässt, umfasst, das Halbleitersubstrat ein erstes photoelektrisches Wandlerelement und ein zweites photoelektrisches Wandlerelement umfasst, die Linse eine erste Linse umfasst, die über der ersten Lichteinfallsfläche des ersten photoelektrischen Wandlerelements angeordnet ist, und eine zweite Linse, die über der ersten Lichteinfallsfläche des zweiten photoelektrischen Wandlerelements angeordnet ist, der erste Farbfilter zwischen dem ersten photoelektrischen Wandlerelement und der ersten Linse angeordnet ist, der zweite Farbfilter zwischen dem zweiten photoelektrischen Wandlerelement und der zweiten Linse angeordnet ist und hinsichtlich der säulenförmigen Strukturen ein Durchmesser jeder einer Vielzahl von ersten säulenförmigen Strukturen, die zwischen der ersten Lichteinfallsfläche des ersten photoelektrischen Wandlerelements und der zweiten Lichteinfallsfläche der ersten Linse angeordnet sind, und ein Durchmesser jeder einer Vielzahl von zweiten säulenförmigen Strukturen, die zwischen der ersten Lichteinfallsfläche des zweiten photoelektrischen Wandlerelements und der zweiten Lichteinfallsfläche der zweiten Linse angeordnet sind, voneinander verschieden sind.
  17. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die säulenförmigen Strukturen spektroskopische Eigenschaften haben, die selektiv irgendeines von Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Rot, Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Grün, Licht mit einer Wellenlängenkomponente von Blau und Infrarotlicht durchlassen.
  18. Elektronisches Gerät, aufweisend: eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung; ein optisches System, das ein FIG. von auf eine Lichtempfangsfläche der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung einfallendem Licht erzeugt; und eine Steuereinheit, die die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung steuert, wobei die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung umfasst: ein Halbleitersubstrat mit einem photoelektrischen Wandlerelement; eine Linse, die über einer ersten Lichteinfallsfläche des photoelektrischen Wandlerelements angeordnet ist; und eine Vielzahl von säulenförmigen Strukturen, die auf einer Oberfläche parallel zur ersten Lichteinfallsfläche angeordnet sind, die sich zwischen einer zweiten Lichteinfallsfläche der Linse und der ersten Lichteinfallsfläche des photoelektrischen Wandlerelements befindet, und die säulenförmige Struktur mindestens eines der folgenden Elemente enthält: Silizium, Germanium, Galliumphosphid, Aluminiumoxid, Ceroxid, Hafniumoxid, Indiumoxid, Zinnoxid, Niobpentoxid, Magnesiumoxid, Tantalpentoxid, Titanpentoxid, Titanoxid, Wolframoxid, Yttriumoxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Cerfluorid, Gadoliniumfluorid, Lanthanfluorid und Neodymfluorid.
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