JP2007288294A - Solid-state imaging apparatus and camera - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置およびカメラに関し、特に単板式固体撮像装置におけるカラーフィルタの配列に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a camera, and more particularly to an arrangement of color filters in a single-plate solid-state imaging device.
CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサなどの固体撮像装置は、ディジタルスチルカメラやディジタルムービーカメラなどの撮像デバイスとして広く用いられている。固体撮像装置としてのCMOSイメージセンサは、一枚の半導体基板に対し、光を受光しこれを光電変換する撮像領域と、撮像領域からの画像信号を取り出すための周辺回路領域とからなる。撮像領域には、半導体基板の面方向において、数百万のフォトダイオード(受光部)が配列され、その一つ一つを以って撮像画素が構成されている。また、各撮像画素には、フォトダイオードの他に、増幅用、選択用およびリセット用などのトランジスタ素子領域が形成され、また、複数の層にわたって配線層が形成されている(特許文献1を参照)。 Solid-state imaging devices such as CCD image sensors and CMOS image sensors are widely used as imaging devices such as digital still cameras and digital movie cameras. A CMOS image sensor as a solid-state imaging device is composed of an imaging region that receives light and photoelectrically converts it to a single semiconductor substrate, and a peripheral circuit region that extracts an image signal from the imaging region. In the imaging region, millions of photodiodes (light receiving portions) are arranged in the surface direction of the semiconductor substrate, and an imaging pixel is configured by each one. In addition to the photodiode, each imaging pixel is provided with transistor element regions for amplification, selection, and reset, and a wiring layer is formed over a plurality of layers (see Patent Document 1). ).
また、各撮像画素には、各フォトダイオードの上方、即ち、入射光の光路上流に、入射光の中から所要の波長成分(赤色成分、緑色成分、青色成分)だけを透過させるカラーフィルタが配されている。図5(a)に示すように、固体撮像装置では、赤色カラーフィルタ1000R、緑色カラーフィルタ1000G、青色カラーフィルタ1000Bが格子状に配されている(特許文献2を参照)。なお、図5(a)に示すような各色カラーフィルタ1000R、1000G、1000Bの配列をベイヤ配列という。
Each imaging pixel is provided with a color filter that transmits only the required wavelength components (red component, green component, blue component) from the incident light above each photodiode, that is, upstream of the optical path of the incident light. Has been. As shown in FIG. 5A, in the solid-state imaging device, a
また、各撮像画素には、最も光路上流に、入射光をフォトダイオードへと集光するオンチップレンズが形成されている。オンチップレンズは、集光効率などの観点から円形レンズが用いられるのが一般的である。このため、各撮像画素における有効領域は、図5(b)に示すような内接円1001R、1001G、1001Bの内方領域となり、比率で78.5[%]の面積を有する。
しかしながら、上記従来の固体撮像装置では、ダイナミックレンジなどの撮像品質を維持しながら撮像画素の微細化を図っていくことが困難である。即ち、固体撮像装置に対しては、より一層の高解像度化のため、単位撮像画素あたりの占める面積の縮小が求められており、これに伴いフォトダイオードのサイズも小さくならざるを得ず、ダイナミックレンジなどの画像品質を十分に保つことが困難となってきている。 However, in the conventional solid-state imaging device, it is difficult to miniaturize imaging pixels while maintaining imaging quality such as a dynamic range. That is, for solid-state imaging devices, the area occupied per unit imaging pixel is required to be reduced in order to achieve higher resolution, and accordingly, the size of the photodiode must be reduced and dynamic It has become difficult to maintain sufficient image quality such as range.
本発明は、上記問題を解決しようとなされたものであって、ダイナミックレンジなどの画像品質を維持しながら、撮像画素の微細化を図ることが可能な単板式の固体撮像装置およびこれを備えるカメラを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and is a single-plate solid-state imaging device capable of miniaturizing imaging pixels while maintaining image quality such as a dynamic range and a camera including the same The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、本発明は、半導体基板に対し、その面方向において、各々が光電変換機能を有する受光部を有する複数の撮像画素が二次元形成され、半導体基板の厚み方向において、受光部よりも入射光の光路上流に、赤色および緑色および青色の各カラーフィルタが撮像画素の各々に対応して配されてなる固体撮像装置であって、緑色のカラーフィルタの各々は、他の色(赤色および青色)のカラーフィルタの各々に比べて大きな面積を以って形成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor substrate in which two or more imaging pixels each having a light receiving portion having a photoelectric conversion function are two-dimensionally formed in the surface direction, and in the thickness direction of the semiconductor substrate, A solid-state imaging device in which red, green, and blue color filters are arranged corresponding to each of the imaging pixels upstream of the light path of the incident light from the light receiving unit, and each of the green color filters It is characterized by being formed with a larger area than each of the color (red and blue) color filters.
また、本発明に係るカメラは、上記本発明に係る固体撮像装置を撮像デバイスとして備えることを特徴とする。 A camera according to the present invention includes the solid-state imaging device according to the present invention as an imaging device.
上記のように、本発明に係る固体撮像装置およびこれを備えるカメラでは、緑色のカラーフィルタの各々の大きさが、赤色および青色のカラーフィルタの各々の大きさに比べて大きく設定されているので、撮像領域のサイズの縮小を図った場合にも高いダイナミックレンジを維持することができる。これは、人間の眼の分光特性が緑色付近をピークとしていることに着目したものであり、高いダイナミックレンジを得る上で緑色の撮像画素のサイズを大きくすることが有効であるという見地に基づくものである。即ち、本発明に係る固体撮像装置では、緑色のカラーフィルタを赤色および青色の各カラーフィルタと同一のサイズとするのではなく、赤色および青色の各カラーフィルタのサイズよりも大きく設定しているので、撮像領域全体のサイズを縮小していった場合にも人間の眼の分光特性という観点からダイナミックレンジを高く維持することができる。 As described above, in the solid-state imaging device and the camera including the same according to the present invention, the size of each of the green color filters is set larger than the size of each of the red and blue color filters. Even when the size of the imaging region is reduced, a high dynamic range can be maintained. This is based on the viewpoint that the spectral characteristics of the human eye have a peak near green, and it is effective to increase the size of the green imaging pixel in order to obtain a high dynamic range. It is. That is, in the solid-state imaging device according to the present invention, the green color filter is not set to the same size as the red and blue color filters, but is set larger than the size of the red and blue color filters. Even when the size of the entire imaging region is reduced, the dynamic range can be kept high from the viewpoint of the spectral characteristics of the human eye.
本発明に係る固体撮像装置では、次のようなバリエーションを採用することができる。
上記本発明に係る固体撮像装置では、赤色のカラーフィルタまたは青色のカラーフィルタに対する緑色のカラーフィルタの面積比率(撮像画素単位での面積比率)が、JPEG圧縮処理時におけるRGB色空間からYUV色空間への変換での輝度情報に対する緑色の輝度データが寄与する割合に基づき設定されている、という構成を採ることができる。
In the solid-state imaging device according to the present invention, the following variations can be employed.
In the solid-state imaging device according to the present invention, the area ratio of the green color filter to the red color filter or the blue color filter (area ratio in imaging pixel unit) is changed from the RGB color space to the YUV color space at the time of JPEG compression processing. It is possible to adopt a configuration in which the green luminance data is set based on a contribution ratio with respect to the luminance information in the conversion to.
また、上記本発明に係る固体撮像装置では、緑色のカラーフィルタの各々が、これを平面視するときに八角形状となっており、且つ、赤色および青色のカラーフィルタの各々が、これを平面視するときに四角形状となっている、という構成を採ることができる。
また、上記本発明に係る固体撮像装置では、各色のカラーフィルタの各々に内接する仮想円を描くとき、緑色のカラーフィルタに内接される仮想円の径が、赤色または青色のカラーフィルタに内接される仮想円の径に対し1.1倍以上2倍以下である、という構成を採ることができる。
In the solid-state imaging device according to the present invention, each of the green color filters has an octagonal shape when viewed in plan, and each of the red and blue color filters is viewed in plan. When it does, it can take the structure of becoming a square shape.
In the solid-state imaging device according to the present invention, when a virtual circle inscribed in each color filter is drawn, the diameter of the virtual circle inscribed in the green color filter is in the red or blue color filter. A configuration in which the diameter is 1.1 times or more and 2 times or less with respect to the diameter of the virtual circle to be in contact can be employed.
また、上記本発明に係る固体撮像装置およびこれを備えるカメラでは、緑色のカラーフィルタが配されてなる撮像画素の形成数が、赤色のカラーフィルタが配されてなる撮像画素の形成数と、青色のカラーフィルタが配されてなる撮像画素の形成数とを足し合わせた数に略等しい、という構成とすることができる。
また、上記本発明に係る固体撮像装置およびこれを備えるカメラでは、隣り合う撮像画素での各カラーフィルタが、互いの間に隙間を生じないように、突き合せまたはオーバーラップする状態で形成されている、という構成を採ることができる。
In the solid-state imaging device according to the present invention and the camera including the same, the number of imaging pixels formed with a green color filter is the same as the number of imaging pixels formed with a red color filter, and the blue The number of image pickup pixels formed with the color filter is substantially equal to the total number.
Further, in the solid-state imaging device and the camera including the same according to the present invention, each color filter in adjacent imaging pixels is formed in a state of abutting or overlapping so as not to generate a gap between each other. Can be adopted.
また、上記本発明に係る固体撮像装置では、各撮像画素における受光部が、当該撮像画素におけるカラーフィルタの面積に応じて、その面積が設定されている、という構成を採ることができる。
また、上記本発明に係る固体撮像装置およびこれを備えるカメラでは、各撮像画素において、カラーフィルタよりも光路上流に、集光機能を有するオンチップレンズが配されており、各撮像画素におけるオンチップレンズのサイズが、当該撮像画素におけるカラーフィルタの面積に応じて設定されている、という構成を採ることができる。
Moreover, in the solid-state imaging device according to the present invention, it is possible to adopt a configuration in which the area of the light receiving unit in each imaging pixel is set according to the area of the color filter in the imaging pixel.
In the solid-state imaging device and the camera including the same according to the present invention, an on-chip lens having a condensing function is disposed upstream of the color filter in each imaging pixel, and the on-chip in each imaging pixel. It is possible to adopt a configuration in which the lens size is set according to the area of the color filter in the imaging pixel.
なお、本発明に係るカメラは、ディジタルスチルカメラおよびディジタルムービーカメラを含むものである。 The camera according to the present invention includes a digital still camera and a digital movie camera.
以下では、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参酌しながら説明する。なお、以下で用いる各実施の形態は、本発明の構成およびそこから奏される作用・効果を分かり易く説明するためのあくまでも一例であって、本発明は、効果を奏するための本質的部分以外について、これらに何ら限定を受けるものではない。
1.固体撮像装置1の構成
実施の形態に係る固体撮像装置1の構成について、図1(a)を用い説明する。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that each embodiment used below is merely an example for easily explaining the configuration of the present invention and the operations / effects produced therefrom, and the present invention is other than essential parts for achieving the effects. There is no limitation to these.
1. Configuration of Solid-
先ず、本実施の形態に係る固体撮像装置1は、ディジタルスチルカメラあるいはディジタルムービーカメラにおける撮像デバイスとして用いられるものである。
図1(a)に示すように、固体撮像装置1は、半導体基板10をベースとして形成された撮像領域20と回路領域30とを有している。図示を省略しているが、撮像領域20には、半導体基板10の主面方向に、複数の撮像画素部200が二次元配置されている(図1(b)を参照)。
First, the solid-
As shown in FIG. 1A, the solid-
一方、回路領域30には、タイミング発生回路部31、垂直シフトレジスタ部32、画素選択回路部33および水平シフトレジスタ部34などが形成されている。このうち垂直シフトレジスタ部32および水平シフトレジスタ部34は、ともにダイナミック回路で構成されており、タイミング発生回路部31からの撮像領域20の各撮像画素部200あるいは画素選択回路部33に対し順次駆動(スイッチング)パルスを出力する。また、画素選択回路部33は、行単位の撮像画素部200ごとに対応して形成されたスイッチング素子部(図示を省略。)を備えており、水平シフトレジスタ部34からのパルスを受けて順次ON状態となる。
On the other hand, in the
撮像領域20における撮像画素部200は、各々が増幅部を備えた増幅型単位画素であって、光電変換された信号電荷は、垂直シフトレジスタ部32で選択された行と、画素選択回路部33がON状態となっている列との交差した撮像画素部200から読み出される構成を採っている。タイミング発生回路部31は、垂直シフトレジスタ部32および水平シフトレジスタ部34に対し電源電圧やタイミングパルスなどを印加する。
The
2.撮像領域20の構成
撮像領域20の構成について、図1(b)を用い説明する。なお、図1(b)では、撮像領域20の撮像画素部200の一部分について図示をしている。
図1(b)に示すように、撮像領域20における撮像画素部200の各々には、半導体基板10の表面からその厚み方向の内方に向けて光電変換機能を有するフォトダイオードPDが形成されている。また、半導体基板10の表面からその厚み方向内方に向けての領域には、上記フォトダイオードPDから間隔をあけて、且つ、互いの間にも間隔をあけて浮遊拡散層202、増幅トランジスタTRAのドレイン203、増幅トランジスタTRAのソースと選択トランジスタTRSのドレインとを兼ねる共用電極205、および選択トランジスタTRSのソース207が、X軸方向の左から右に向けて順に形成されている。また、隣り合う撮像画素部200の間には、画素分離層208が形成されている。
2. Configuration of
As shown in FIG. 1B, each of the
半導体基板10の表面上には、上記画素分離層208が形成された領域を除き、ゲート絶縁膜210が被覆形成されている。ゲート絶縁膜210の表面上には、フォトダイオードPDと浮遊拡散層208との間に相当する領域に転送ゲート201が形成され、ドレイン203と共用電極205との間に相当する領域に増幅トランジスタTRAのゲート204が形成されている。また、ゲート絶縁膜210の表面上には、共用電極205と選択トランジスタTRSのソース207との間に相当する領域に選択トランジスタTRSのゲート206が形成されている。
A
また、ゲート絶縁膜210の表面上には、配線層211、212が各々平坦化膜221、222を間に挟んだ状態で形成され、配線層212の上には、間に平坦化膜223を挟んだ状態で遮光膜213が形成されている。配線層211、212と転送ゲート201、ゲート204、206、浮遊拡散層202およびソース207などと、コンタクトプラグ231により接続されている。
Further, wiring layers 211 and 212 are formed on the surface of the
配線層211、212および遮光膜213の各々は、フォトダイオードPDのZ軸方向上方にかからない状態に形成されている。さらに、遮光膜213の上には、間に平坦化膜224を挟んだ状態でカラーフィルタ層240が形成され、その上に、平坦化膜225を挟んだ状態でマイクロレンズ250が形成されている。
カラーフィルタ層240は、撮像画素部200ごとに色分けされている。これについては、後述する。
Each of the wiring layers 211 and 212 and the
The
なお、撮像画素部200には、上記増幅トランジスタTRAおよび選択トランジスタTRSの他に、転送トランジスタおよびリセットトランジスタなどが構成として含まれているが、図1(b)では、その図示を省略する。
外方より固体撮像装置1における撮像領域20に入射した光は、マイクロレンズ250で集光され、カラーフィルタ層240で色選択(赤色、緑色、青色の内の選択された色の周波数成分だけを透過)がなされた後にフォトダイオードPDに入射する。撮像領域20における入射光の光路は、図1(b)におけるZ軸方向の上方から下方に向けての方向に設定される。
The
Light that has entered the
3.カラーフィルタ層240の構成
上記固体撮像装置1の構成の中で本実施の形態で最も特徴的な部分であるカラーフィルタ層240の構成について、図2を用い説明する。図2は、固体撮像装置1におけるカラーフィルタ層240の一部を平面的に見た(図1(b)におけるZ軸方向上方から下向きに見た)模式平面図である。
3. Configuration of
図2に示すように、固体撮像装置1においては、緑色カラーフィルタ層240Gが八角形に形成されており、赤色カラーフィルタ層240Rおよび青色カラーフィルタ層240Bが四角形に形成されている。また、緑色カラーフィルタ層240Gは、他の色のカラーフィルタ層240R、240Bに比べて大きな面積をもって設定されており、さらに、緑色カラーフィルタ層240Gが形成されてなる撮像画素部200の数は、固体撮像装置1の撮像領域20における総画素数Nに対し、N/2に設定されている。赤色カラーフィルタ層240Rおよび青色カラーフィルタ層240Bの各画素数は、互いに略同一であり、総画素数Nに対し、それぞれN/4に設定されている。
As shown in FIG. 2, in the solid-
さらに、図2に示すように、各カラーフィルタ層240R、240G、240Bの各間には、隙間が無く、実際には、各カラーフィルタ層240R、240G、240Bは、若干のオーバーラップを有する状態で形成されている。このようにカラーフィルタ層240R、240G、240Bを、各間に隙間を生じることなく効率的に配列することができるのは、緑色カラーフィルタ層240Gを八角形とし、且つ、赤色カラーフィルタ層240Rおよび青色カラーフィルタ層240Bを四角形とし、本実施の形態に係る固体撮像装置1では、上記各色カラーフィルタ層240R、240G、240Bの組み合わせを以って全体のカラーフィルタ層240を構成しているためである。
Further, as shown in FIG. 2, there is no gap between each of the color filter layers 240R, 240G, and 240B, and the color filter layers 240R, 240G, and 240B actually have a slight overlap. It is formed with. In this way, the color filter layers 240R, 240G, and 240B can be efficiently arranged without causing a gap between them. The green
4.各色カラーフィルタ層240R、240G、240Bのサイズ
上述のように、本実施の形態に係る固体撮像装置1では、緑色カラーフィルタ層240Gの面積を、他の色のカラーフィルタ層240R、240Bよりもそのサイズを大きく設定しているが、各カラーフィルタ層240R、240G、240Bのサイズの詳細について、図3を用い説明する。図3は、固体撮像装置1のカラーフィルタ層240から、緑色カラーフィルタ層240Gを2画素と、赤色カラーフィルタ層240Rおよび青色カラーフィルタ層240Bをそれぞれ1画素とを抜き出して模式的に描いた図である。
4). As described above, in the solid-
先ず、従来の固体撮像装置におけるベイヤ配列での各カラーフィルタ層1000R、1000G、1000Bの輪郭を、図3において、二点鎖線で示す。そして、上述のように、ベイヤ配列に係る各カラーフィルタ層1000R、1000G、1000Bの有効領域は、内接円1001R、1001G、1001Bの内方領域となる。そして、この各内接円1001R、1001G、1001Bの直径を”D1”とする。
First, the outlines of the
次に、図3に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置1における緑色カラーフィルタ層240Gの輪郭に対する内接円241Gを引き、その直径を”D2”とする。また、赤色カラーフィルタ層240Rおよび青色カラーフィルタ層240Bの輪郭に対する内接円241R、241Bを引き、その直径を”D3”とする。なお、本実施の形態においては、赤色カラーフィルタ層240Rと青色カラーフィルタ層240Bとは、同一サイズの四角形としている。
Next, as shown in FIG. 3, an inscribed
本実施の形態においては、従来のベイヤ配列における内接円1001R、1001G、1001Bの直径D1に対し、内接円241Gの直径D2および内接円241R、241Bの直径D3が、それぞれ次の関係を以って設定されている。
In the present embodiment, the inscribed
上記[数1]および[数2]より、内接円241Gの直径D2は、内接円241R、241Bの各直径D3に対し、(0.707/0.293)倍となっている。なお、固体撮像装置1における撮像領域20の全体に対し、撮像領域20内の全ての内接円241R、241G、241Bの占める合計面積の比率は、略92[%]となっている。
5.各色カラーフィルタ層240R、240G、240Bのサイズの設定
本実施の形態に係る固体撮像装置1においては、各色カラーフィルタ層240R、240G、240Bの各サイズが上記のように設定されているのであるが、その設定理由は次の通りである。
The [Number 1] and from [Expression 2], the diameter D 2 of the inscribed
5). Setting the sizes of the color filter layers 240R, 240G, 240B In the solid-
先ず、固体撮像装置1では、緑色カラーフィルタ層240Gを有する撮像画素部200からの輝度情報が主たる要素として取得される画像処理手順が採られるのが一般的である。そして、従来の固体撮像装置におけるベイヤ配列では、図5に示したような、縦横2行2列の単位を基として緑色カラーフィルタ層1000Gを千鳥格子状に配し、残りの2箇所の各々に赤色カラーフィルタ層1000Rおよび青色カラーフィルタ層1000Bが均等に配されている。このように、従来のベイヤ配列においては、対称性と緑色カラーフィルタ層1000Gを有する撮像画素部が多く配されていることで、緑色カラーフィルタ層1000Gの面積を2倍として、高い輝度再現性を得ている。
First, in the solid-
次に、固体撮像装置1が搭載されるディジタルカメラなどでは、JPEG等の画像フォーマットが主に用いられており、YUV色空間で表される情報が用いられる。このフォーマットにおいては、緑色の割り当てビットが全体の半分を占め、緑色の情報量を多くして全体としての情報量の増加が図られる。また、JPEGにおけるRGBの三原色の輝度データからYUV色空間における輝度・色差データへの変換では、次のような関係が成立する。
Next, in a digital camera or the like on which the solid-
上記[数3]〜[数5]に示す通り、輝度情報Yにおける緑色の輝度データGの寄与割合は、青色の輝度データBの約5倍であり、赤色の輝度データRの約2倍である。即ち、固体撮像造装置1においては、広いダイナミックレンジを確保するための方策として、緑色カラーフィルタ層240Gを有する撮像画素部200を優先的に大面積を占めるように設定し、赤色カラーフィルタ層240Rおよび青色カラーフィルタ層240Bを有する撮像画素部200の面積を小さく設定している。即ち、本実施の形態に係る固体撮像装置1では、緑色カラーフィルタ層240Gと赤色カラーフィルタ層240Rおよび青色カラーフィルタ層240Bとの関係が上記[数1]および[数2]で設定されている。
As shown in the above [Equation 3] to [Equation 5], the contribution ratio of the green luminance data G in the luminance information Y is about five times that of the blue luminance data B and about twice that of the red luminance data R. is there. That is, in the solid-
また、上記[数3]〜[数5]に対し逆向きとなる変換式を次に示す。 Moreover, the conversion formula which becomes reverse with respect to said [Formula 3]-[Formula 5] is shown next.
上記[数6]〜[数8]で示すように、輝度のデータを基準として各色の生成が可能であり、さらに輝度情報の主たる要素となるのが緑色カラーフィルタ層240Gを有する撮像画素部200からの情報であることから、緑色カラーフィルタ層240Gを有する撮像画素部200の分解能を高くすることによって輝度情報Yの分解能も高くすることができる。これより、画像の分解能を何れも高くすることが可能となる。
As shown in the above [Equation 6] to [Equation 8], each color can be generated on the basis of luminance data, and an
以上のような観点より、本実施の形態に係る固体撮像装置1においては、緑色カラーフィルタ層240Gの各々が占める面積を赤色カラーフィルタ層240Rおよび青色カラーフィルタ層240Bよりも大きいレイアウトを採用し、センサの分解能、とりわけ輝度に関する分解能を大きくできる。
また、本実施の形態に係る固体撮像装置1では、緑色カラーフィルタ層240Gの輪郭に対する内接円241Gの直径D2を、赤色カラーフィルタ層240Rおよび青色カラーフィルタ層240Bの各内接円241R、241Bの直径D3に対し、上記[数3]における各データに係る係数に基づいて設定しているのは次のような理由によるものである。
From the above viewpoint, the solid-
In addition, in the solid-
先ず、上記[数6]で表されるJPEG画像の輝度情報を成立させるためには、R:G:B=0.5:1:0.2の関係を満足する必要がある。そこで、赤色カラーフィルタ層240R並びに青色カラーフィルタ層240Bの各サイズを縮小させることを考えるとき、図4に示す各カラーフィルタ層の形状を仮定し、面積が次式[数9]〜[数11]で表される関係が成立することとなる。
First, in order to establish the luminance information of the JPEG image represented by the above [Equation 6], it is necessary to satisfy the relationship of R: G: B = 0.5: 1: 0.2. Therefore, when considering reducing the sizes of the red
ここで、上記[数9]〜[数11]の近似を行うことで、それぞれ次式の関係を有することとなる。 Here, by performing the approximation of the above [Equation 9] to [Equation 11], the relations of the following equations are obtained, respectively.
上記[数12]〜[数14]を解くと、2つの方程式の共通解となり、,結果として、赤色カラーフィルタ層240Rの一辺が5[%]減、青色カラーフィルタ層240Bの一辺が32[%]減という関係が成立することとなる。
上記関係を緑色カラーフィルタ層240Gの増加可能分を示す仮想円を基準に検討すると、赤色カラーフィルタ層240Rのサイズの減少分は、そのまま緑色カラーフィルタ層240Gの増加分となり、緑色カラーフィルタ層240Gと赤色カラーフィルタ層240Rとの各仮想円のサイズ比率は、1.1:1となる。同様の計算を実行し、緑色カラーフィルタ層240Gと青色カラーフィルタ層240Bとの仮想円のサイズ比率は、2:1となる。
Solving [Equation 12] to [Equation 14] provides a common solution of the two equations. As a result, one side of the red
When the above relationship is examined with reference to a virtual circle indicating an increase in the green
本実施の形態においては、以上のような理由を以って、直径D2を直径D3との関係で上記のように設定している。
6.その他の事項
上記では、直径D2と直径D3とを、上記[数3]の各係数に基づき設定することとしたが、本発明に係る固体撮像装置では、(D2/D3)の値を1.1〜2倍の範囲で設定することが可能である。
In the present embodiment, drives out the above reason, are set as described above the diameter D 2 in relation to the diameter D 3.
6). Other matters In the above description, the diameter D 2 and the diameter D 3 are set based on the coefficients of the above [Equation 3]. However, in the solid-state imaging device according to the present invention, (D 2 / D 3 ) It is possible to set the value in a range of 1.1 to 2 times.
また、上記実施の形態に係る固体撮像装置1では、緑色カラーフィルタ層240Gの形状を八角形とし、他の色のカラーフィルタ層240R、240Bの形状を四角形としているが、各撮像画素部200におけるフォトダイオードPDの形状・サイズについても、カラーフィルタ層240R、240G、240Bの形状・サイズに追従して設定されている。ただし、製造上の観点などを考慮し、また、マイクロレンズ250の集光性能などの観点から、必ずしも形状を同一または相似とする必要はない。
In the solid-
また、上記実施の形態に係る固体撮像装置1では、緑色カラーフィルタ層240Gの形状を正八角形とし、他の色のカラーフィルタ層240R、240Bの形状を正方形としているが、必ずしも正八角形と正方形とで構成する必要はなく、一方向に圧縮又は伸張されたような歪な八角形および四角形であってもよい。また、本発明に係る固体撮像装置では、緑色カラーフィルタ層240Gの面積が赤色カラーフィルタ層240Rおよび青色カラーフィルタ層240Bの面積よりも大きく設定されていることを主な特徴とするのであって、その形状については必ずしも上記実施の形態のものに限定を受けるものではない。
In the solid-
また、上記実施の形態に係る固体撮像装置1では、隣り合うカラーフィルタ層240R、240G、240Bが若干オーバーラップしている構成を採用したが、必ずしもオーバーラップする必要はなく、突き合せとしてもよい。
さらに、上記実施の形態では、MOS型固体撮像装置を一例に説明したが、CCD型固体撮像装置に対して適用することも可能である。
Further, in the solid-
Furthermore, although the MOS type solid-state imaging device has been described as an example in the above embodiment, the present invention can also be applied to a CCD type solid-state imaging device.
本発明は、高精細化に伴って撮像画素のサイズが縮小されてもダイナミックレンジ等の画像品質を高く維持することが求められるディジタルスチルカメラやディジタルムービーカメラなどを実現するのに有効である。 The present invention is effective for realizing a digital still camera, a digital movie camera, and the like that are required to maintain high image quality such as a dynamic range even when the size of an image pickup pixel is reduced as the definition is increased.
1.固体撮像装置
10.半導体基板
20.撮像領域
30.回路領域
31.タイミング発生回路部
32.垂直シフトレジスタ部
33.画素選択回路部
34.水平シフトレジスタ部
200.撮像画素部
201.転送ゲート
202.浮遊拡散層
203.ドレイン
204、206.ゲート
205.共用電極
207.ソース
208.画素分離層
210.ゲート絶縁膜
211、212.配線層
213.遮光膜
221、222、223、224、225.平坦化膜
231.コンタクトプラグ
240.カラーフィルタ層
240R.赤色カラーフィルタ層
240G.緑色カラーフィルタ層
240B.青色カラーフィルタ層
250.マイクロレンズ
PD.フォトダイオード
TRA.増幅トランジスタ
TRS.選択トランジスタ
1. Solid-
Claims (9)
前記半導体基板の厚み方向において、前記受光部よりも入射光の光路上流に、赤色および緑色および青色の各カラーフィルタが前記撮像画素の各々に対応して配されてなる固体撮像装置であって、
前記緑色のカラーフィルタの各々は、他の色のカラーフィルタの各々に比べて大きな面積を以って形成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。 A plurality of imaging pixels each having a light receiving portion having a photoelectric conversion function are two-dimensionally formed in the surface direction of the semiconductor substrate,
In the thickness direction of the semiconductor substrate, a solid-state imaging device in which red, green, and blue color filters are arranged corresponding to each of the imaging pixels upstream of the optical path of incident light from the light receiving unit,
Each of the green color filters is formed with a larger area than each of the other color filters.
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 In an imaging pixel unit, the area ratio of the green color filter to the red color filter or the blue color filter is the green luminance with respect to the luminance information in the conversion from the RGB color space to the YUV color space at the time of JPEG compression processing. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is set based on a ratio of data contribution.
前記赤色および青色のカラーフィルタの各々は、これを平面視するときに四角形状となっている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像装置。 Each of the green color filters has an octagonal shape when viewed in plan,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein each of the red and blue color filters has a quadrangular shape when viewed in plan.
前記緑色のカラーフィルタに内接される仮想円の径は、前記赤色または青色のカラーフィルタに内接される仮想円の径に対して、1.1倍以上2倍以下である
ことを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。 When drawing a virtual circle inscribed in each of the color filters of each color,
The diameter of the virtual circle inscribed in the green color filter is 1.1 to 2 times the diameter of the virtual circle inscribed in the red or blue color filter. The solid-state imaging device according to claim 3.
ことを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の固体撮像装置。 The number of imaging pixels formed with the green color filter is defined as the number of imaging pixels formed with the red color filter and the number of imaging pixels formed with the blue color filter. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is substantially equal to a number obtained by adding together.
ことを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の固体撮像装置。 6. Each color filter in an adjacent imaging pixel is formed in a state of butting or overlapping so as not to generate a gap between each other. Solid-state imaging device.
ことを特徴とする請求項1から6の何れかに記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 6, wherein an area of the light receiving unit in each imaging pixel is set according to an area of the color filter in the imaging pixel.
各撮像画素における前記オンチップレンズのサイズは、当該撮像画素における前記カラーフィルタの面積に応じて設定されている
ことを特徴とする請求項1から7の何れかに記載の固体撮像装置。 Each imaging pixel is provided with an on-chip lens having a condensing function upstream of the color filter in the optical path,
8. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the size of the on-chip lens in each imaging pixel is set according to an area of the color filter in the imaging pixel.
ことを特徴とするカメラ。 A camera comprising the solid-state imaging device according to claim 1 as an imaging device.
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