JP2008047608A - Single-plate solid-state image sensing element - Google Patents
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Description
本発明は、赤(R),緑(G),青(B)の各色光学像を一個の固体撮像素子で受光する単板式固体撮像素子に関する。 The present invention relates to a single-plate solid-state image sensor that receives red (R), green (G), and blue (B) optical images with a single solid-state image sensor.
単板式のカラー固体撮像装置は、色分解プリズムを用いずにR,G,Bの各色光学像を一個の固体撮像素子で受光する。
単板式の固体撮像素子の構成としては、色分解のためにカラーフィルタを使用するもの(特許文献1参照)と、カラーフィルタを使用せずに、光電変換素子の光電変換特性が入射光の波長および半導体基板の深さ方向の位置に依存する性質(つまり、光の波長に依存して、ウエハ内での光の吸収率が相違する特性)を利用して、各色を分離して検出するもの(特許文献2参照)とが存在する。後者の場合、半導体基板内に深さ方向に分離した高濃度不純物層が3層、設けられる。
A single-plate color solid-state imaging device receives R, G, and B color optical images with a single solid-state imaging device without using a color separation prism.
As a configuration of a single-plate solid-state imaging device, one that uses a color filter for color separation (see Patent Document 1) and a photoelectric conversion characteristic of a photoelectric conversion device without using a color filter is the wavelength of incident light. In addition, by using the property that depends on the position of the semiconductor substrate in the depth direction (that is, the characteristic that the light absorption rate in the wafer varies depending on the wavelength of light), each color is detected separately. (See Patent Document 2). In the latter case, three high-concentration impurity layers separated in the depth direction are provided in the semiconductor substrate.
図10は、ウエハ内での各色の光の吸収率が相違する特性を利用して各色の光を分離して検出する方式を採用した固体撮像素子における、赤(R),緑(G),青(B)の分光特性の一例を示す図である。図10において、横軸は波長(nm)であり、縦軸は感度を示している。図10からわかるように、カラーフィルタを用いなくても、赤色(R),緑色(G),青色(B)の各色を分離して検出することができるが、その一方、各色の分光特性が重なり合っているため、各色の分離が必ずしも十分ではない。
上述の3色のカラーフィルタを設ける構成の固体撮像素子では、各カラーフィルタを通過する光は、入射光の略1/3であるため、光電変換の効率が悪くなるのは否めない。
また、カラーフィルタを設けない構成(ウエハ内での各色の光の吸収率が相違する特性を利用する構成)の固体撮像素子では、よりハイレベルの各色の分光感度を得ようとすると、青(B)と緑(G)の分離(分光)が不十分となる場合があり得る。つまり、カラーフィルタを用いない方式では、光の波長に依存して、ウエハ内での吸収率が異なることを利用して分光感度を得ているが、その吸収特性は、青(B)と緑(G)でそれほど大きな差がある訳ではない。すなわち、シリコン単結晶中の光強度が半分になる距離を色毎に比較すると、青(B:波長460nm)は0.32μmであり、緑(G:波長530nm)は0.79μmであり、赤(R:波長700nm)は3.0μmであり、赤(R)は、他の2色とは特性上の大きな差があるが、青(B)と緑(G)は、それほど大きな差がないことがわかる。したがって、光の波長に依存したウエハ内での光の吸収率の違いを利用した分光検出方式の場合、青(B)と緑(G)の分光に限界があり、厳密にみた場合、ある程度の混色が発生することは否めない。
In the solid-state imaging device having the above-described three-color filter, the light passing through each color filter is approximately 1/3 of the incident light, so it cannot be denied that the efficiency of photoelectric conversion is deteriorated.
Further, in a solid-state imaging device having a configuration in which no color filter is provided (a configuration in which the absorption rate of light of each color in the wafer is different), when attempting to obtain a higher level of spectral sensitivity of each color, blue ( B) and green (G) may be insufficiently separated (spectral). In other words, in the method that does not use the color filter, the spectral sensitivity is obtained by utilizing the fact that the absorptance in the wafer is different depending on the wavelength of light, but the absorption characteristics are blue (B) and green. (G) is not so different. That is, when the distance at which the light intensity in the silicon single crystal is halved is compared for each color, blue (B: wavelength 460 nm) is 0.32 μm, green (G: wavelength 530 nm) is 0.79 μm, red (R: wavelength 700 nm) is 3.0 μm, and red (R) has a great difference in characteristics from the other two colors, but blue (B) and green (G) are not so different. I understand that. Therefore, in the case of a spectroscopic detection method using the difference in light absorption rate in the wafer depending on the wavelength of light, there is a limit to the spectrum of blue (B) and green (G). It cannot be denied that color mixing occurs.
本発明はこのような考察に基づいてなされたものであり、その目的は、固体撮像素子において、光の波長毎のウエハ内での光の吸収率の違いを利用した分光検出方式を採用しつつ、青(B)と緑(G)の分光特性を向上させることにある。 The present invention has been made on the basis of such considerations, and an object of the present invention is to adopt a spectroscopic detection method using a difference in light absorption rate in a wafer for each wavelength of light in a solid-state imaging device. The spectral characteristics of blue (B) and green (G) are improved.
本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
(1)赤(R),緑(G),青(B)の各色光学像を一個の固体撮像素子で受光する単板式固体撮像素子であって、緑(G)検出用の受光部に緑(G)用のカラーフィルタのみを設け、赤(R),青(B)検出用の受光部については、カラーフィルタを設けずに赤(R),青(B)の光を半導体基板内での各色の光の吸収率の違いを利用した分光検出法によりそれぞれ検出することを特徴とする単板式固体撮像素子。
The above object of the present invention is achieved by the following configurations.
(1) A single-plate solid-state image sensor that receives optical images of red (R), green (G), and blue (B) with a single solid-state image sensor, and the green light receiving unit for detecting green (G) Only the color filter for (G) is provided, and the red (R) and blue (B) detection light-receiving portions are provided within the semiconductor substrate without providing the color filter. A single-plate solid-state imaging device, wherein the solid-state imaging device is detected by a spectroscopic detection method using a difference in the absorption rate of light of each color.
この単板式固体撮像素子は、緑(G)と青(B)の分光感度を向上させるために、緑(G)のみにカラーフィルタを使用するものである。緑(G)についてカラーフィルタを用いるのは、3色の光の波長を比べた場合に、緑(G)が3色の中間に位置するからである。つまり、青(B:波長460nm),緑(G:波長530nm),赤(R:波長700nm)の順に波長が長くなるが、緑(G)を、カラーフィルタを用いて正確に検出することができれば、残るのは、赤(R)と青(B)であり、赤(R)と青(B)の波長は大きく異なるため、分光検出法によって精度よく分離して検出することができる。したがって、従来のカラーフィルタを全く使用しない構成の単板式の固体撮像素子に比べて、緑(G)と青(B)の分光感度が向上し、混色が低減される。また、3色のフィルタを用いる構成に比べると、赤(R),青(B)に関してはカラーフィルタがない分、入射光を有効利用でき、したがって感度が向上する。また、カラーフィルタを省略する部分は、例えば、平坦化膜等で埋め込めば何ら問題は生じない。また、カラーレジストの総量を削減できることから材料費の削減の効果も得られる。 This single-plate solid-state imaging device uses a color filter only for green (G) in order to improve the spectral sensitivity of green (G) and blue (B). The reason why the color filter is used for green (G) is that when the wavelengths of the three colors of light are compared, green (G) is located in the middle of the three colors. That is, the wavelengths increase in the order of blue (B: wavelength 460 nm), green (G: wavelength 530 nm), and red (R: wavelength 700 nm), but green (G) can be accurately detected using a color filter. If possible, what remains is red (R) and blue (B), and the wavelengths of red (R) and blue (B) are greatly different, so that they can be separated and detected with high accuracy by spectroscopic detection. Therefore, the spectral sensitivity of green (G) and blue (B) is improved and color mixing is reduced as compared with a single-plate type solid-state imaging device having no configuration of a conventional color filter. Further, compared to a configuration using three color filters, incident light can be effectively used for red (R) and blue (B) because there is no color filter, and thus sensitivity is improved. In addition, if the portion where the color filter is omitted is embedded with, for example, a flattening film, no problem occurs. In addition, since the total amount of color resist can be reduced, an effect of reducing material costs can be obtained.
(2)(1)記載の単板式固体撮像素子であって、同一の半導体基板内に、赤(R)用の高濃度不純物層と、緑(G)用の高濃度不純物層と、青(B)用の高濃度不純物層と、が設けられ、前記赤(R)および青(B)用の高濃度不純物層は、同一の検出位置で、かつ前記半導体基板の異なる深さ位置に形成され、前記緑(G)用の高濃度不純物層は、前記赤(R)および青(B)用の高濃度不純物層とは異なる検出位置に形成され、緑(G)用の高濃度不純物層の上方に、前記緑(G)用のカラーフィルタが配設されていることを特徴とする単板式固体撮像素子。 (2) The single-plate solid-state imaging device according to (1), wherein a high concentration impurity layer for red (R), a high concentration impurity layer for green (G), and a blue (G B) high-concentration impurity layers are provided, and the high-concentration impurity layers for red (R) and blue (B) are formed at the same detection position and at different depth positions of the semiconductor substrate. The high concentration impurity layer for green (G) is formed at a detection position different from the high concentration impurity layer for red (R) and blue (B), and the high concentration impurity layer for green (G) A single-plate solid-state imaging device, wherein the green (G) color filter is disposed above.
この単板式固体撮像素子は、緑(G)を担当する1画素と、赤(R)と青(B)の2色を担当する1画素(R/B画素と記載)とを、半導体基板上の異なる位置に配設すると共に、緑(G)画素の上方には緑(G)用のカラーフィルタを設け、一方、R/B画素においては、半導体基板の異なる深さに位置に、各色用の光電変換用の高濃度層を設けたものである。この構成によれば、カラー撮像のための画素をよりコンパクトに配置することができる。 This single-plate solid-state imaging device has one pixel in charge of green (G) and one pixel in charge of two colors of red (R) and blue (B) (described as R / B pixels) on a semiconductor substrate. In addition, a green (G) color filter is provided above the green (G) pixel. On the other hand, in the R / B pixel, for each color at a different depth of the semiconductor substrate. A high concentration layer for photoelectric conversion is provided. According to this configuration, pixels for color imaging can be arranged more compactly.
(3)(2)記載の単板式固体撮像素子であって、前記青(B)用の高濃度不純物層が前記半導体基板の表面部に形成され、前記赤(R)用の高濃度不純物層が前記青(B)用の高濃度不純物層より深層に形成されることを特徴とする単板式固体撮像素子。 (3) The single-plate solid-state imaging device according to (2), wherein the high concentration impurity layer for blue (B) is formed on a surface portion of the semiconductor substrate, and the high concentration impurity layer for red (R) Is formed in a deeper layer than the blue (B) high-concentration impurity layer.
この単板式固体撮像素子は、短波長の青(B)による信号電荷は半導体基板の表面に発生することから、R/B画素において、青(B)用の高濃度層は半導体基板の表面に設け、長波長の赤(R)用の高濃度層は、より深層に設けるものである。 In this single-plate solid-state imaging device, signal charges due to blue (B) having a short wavelength are generated on the surface of the semiconductor substrate. Therefore, in the R / B pixel, the high concentration layer for blue (B) is formed on the surface of the semiconductor substrate. The high concentration layer for long wavelength red (R) is provided in a deeper layer.
(4)(1)〜(3)のいずれか記載の単板式固体撮像素子であって、前記赤(R)および青(B)用のカラーフィルタが省かれた部分は、平坦化膜で埋め込まれていることを特徴とする単板式固体撮像素子。 (4) The single-plate solid-state imaging device according to any one of (1) to (3), wherein a portion where the color filters for red (R) and blue (B) are omitted is embedded with a planarizing film. A single-plate solid-state image pickup device.
この単板式固体撮像素子は、カラーフィルタが省略された部分は平坦化膜で埋め込め込まれることを明らかとしたものである。これによってデバイスの平坦性は確保され、何ら問題は生じない。また、製造工程が特に複雑化することもない。また、赤(R),青(B)用のカラーフィルタが省略されることから、カラーカラーレジストの総量を削減することができる。このことは、コストの低減に寄与する。 In this single-plate solid-state imaging device, it is clear that the portion where the color filter is omitted is embedded with a planarizing film. This ensures the flatness of the device and does not cause any problems. In addition, the manufacturing process is not particularly complicated. Further, since the color filters for red (R) and blue (B) are omitted, the total amount of color color resists can be reduced. This contributes to cost reduction.
本発明によれば、緑(G)にのみカラーフィルタを使用する構成を採用することによって、従来のカラーフィルタをまったく使用しない構成の単板式の固体撮像素子に比べて、緑(G)と青(B)の分光感度が向上し、混色が低減される。また、3色のフィルタを用いる構成に比べると、赤(R),青(B)に関してはカラーフィルタがない分、入射光を有効利用でき、したがって感度が向上する。そして、カラーフィルタを省略する部分は、例えば、平坦化膜等で埋め込めば何ら問題は生じない。さらに、カラーレジストの総量を削減できることから材料費の削減の効果も得られる。また、R/Bを1画素とする画素構成を採ることによって、カラー撮像のための画素をよりコンパクトに配置することができる。 According to the present invention, by adopting a configuration using a color filter only for green (G), green (G) and blue are compared with a single-plate solid-state imaging device having no conventional color filter. The spectral sensitivity of (B) is improved and color mixing is reduced. Compared to a configuration using three color filters, incident light can be effectively used for red (R) and blue (B) because there is no color filter, and thus sensitivity is improved. Then, if the portion where the color filter is omitted is embedded with, for example, a planarizing film, no problem occurs. Further, since the total amount of color resist can be reduced, the effect of reducing material costs can be obtained. Further, by adopting a pixel configuration in which R / B is one pixel, pixels for color imaging can be arranged more compactly.
次に、本発明の単板式固体撮像素子の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
(第1の実施形態)
Next, preferred embodiments of the single-plate solid-state imaging device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
図1は、本発明の固体撮像素子(CCD)のレイアウト構成を示す図である。
図1において、CCD36は、半導体基板43の表面部分に形成された多数の画素(受光部)44(R/B画素44a,G画素44b)と、垂直転送路45と、水平転送路(HCCD)46と、出力アンプ(AMP)と、を有する。
画素44(44a,44b)は、半導体基板43の表面において正方格子状に配置される。垂直転送路45は、画素44(44a,44b)の各列の右隣に配置される。水平転送路(HCCD)46は、各画素44から読み出され垂直転送路45を通して転送されてきた信号電荷を水平方向に転送する。
FIG. 1 is a diagram showing a layout configuration of a solid-state imaging device (CCD) of the present invention.
In FIG. 1, a
The pixels 44 (44 a and 44 b) are arranged in a square lattice pattern on the surface of the
図1において、画素44aには“R/B”と記しているが、これは、このCCD36の各画素44が、カラーフィルタ無しに赤色(R)と青色(B)とを別々に検出する分光検出機能を備えていることを示している(この点は、図4を用いて後述する)。
In FIG. 1, “R / B” is written in the
図2は、図1の固体撮像素子における、画素ならびに転送電極のレイアウト構成を説明するため図である。
本実施形態の転送電極47,48,49は3層ポリシリコン構造となっており、全画素読み出し可能なインターラインCCDを構成する。図示する例では、第3ポリシリコン電極49が緑色(G)と青色(B)の信号電荷を読み出す読出ゲート電極を兼用し、第2ポリシリコン電極48が赤色(R)の信号電荷を読み出す読出ゲート電極とされている。図2中、φ1,φ2,φ3は3相のクロックを示している。
FIG. 2 is a diagram for explaining a layout configuration of pixels and transfer electrodes in the solid-state imaging device of FIG.
The
図3は、図2のA−A線に沿う、緑(G)画素の断面図である。
図示されるように、n型半導体基板43上にP型不純物層50が形成され、このP型不純物層50内の表面部には、信号電荷の蓄積層(N+層)58が形成される。この蓄積層58は、その端部において転送電極49の一部からなる読出ゲート電極下まで延在し、緑(G)の入射光によって発生した信号電荷が蓄積される。N+層58の不純物濃度は、約5×1016〜17/cm3であり、その深さは、例えば、0.5〜1.5μm程度である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a green (G) pixel taken along line AA in FIG.
As shown in the figure, a P-
半導体基板の表面にはシリコン酸化膜54が形成され、このシリコン酸化膜54上には、読出し電極48,49が形成されている。電荷転送部45に光が入射しないように、遮光膜55が設けられている。
A
遮光膜55上には、第1の平坦化膜56aが設けられ、その平坦化膜56a上の、N+層58に対応する位置には、緑(G)用のカラーフィルタ8が設けられている。その上に、さらに第2の平坦化膜56bが形成されており、その平坦化膜56b上には、マイクロレンズ57が形成されている。
A
図4は、図2のB−B線に沿う、赤(R)/青(B)画素の断面図である。本実施形態に係るCCD36では、シリコン基板における各色の光の吸収率の違い(シリコン基板の持つ光学的性質)を利用して赤(R)と青(B)の色信号成分を分離する。図3と異なり、カラーフィルタは設けられない。
4 is a cross-sectional view of a red (R) / blue (B) pixel along the line BB in FIG. In the
すなわち、本構成においては、シリコン基板の光吸収係数が長波長光である赤(R)から短波長光である青(B)に至る可視域において異なるため、光吸収係数の大きい波長域の光はシリコン基板の浅い領域で吸収されシリコン基板の深部には到達しにくいが、逆に、光吸収係数の小さい波長域の光はシリコン基板の深い領域まで達するので、シリコン基板の深部においても光電変換が可能になるという性質を利用している。 That is, in this configuration, the light absorption coefficient of the silicon substrate is different in the visible range from red (R), which is long wavelength light, to blue (B), which is short wavelength light. Is absorbed in the shallow region of the silicon substrate and hardly reaches the deep portion of the silicon substrate, but conversely, light in the wavelength region with a small light absorption coefficient reaches the deep region of the silicon substrate, so photoelectric conversion is also performed in the deep portion of the silicon substrate. It makes use of the property that becomes possible.
図4において、n型半導体基板43には、表面側にP型不純物層50が形成されている。このP型不純物層50内の浅い部分には、N+層51が形成され、深い部分にはN+層52が形成されている。つまり、半導体基板内の、異なる深さ方向の位置において高濃度層が設けられているのであり、浅い部分に設けられたN+層51が、波長の短い青(B)用の高濃度不純物領域であり、深い部分に設けられたN+層52が、波長の長い赤(R)用の高濃度領域である。
In FIG. 4, a p-
青(B)の入射光によって発生した信号電荷は、半導体基板43の厚さ方向に対して最も浅い位置に設けられたN+層51に蓄積される。この信号電荷蓄積部を形成するN+層51(不純物(リンまたは砒素(P又はAs))濃度は約5×1016〜17/cm3、深さ0.2〜0.5μm:なお、この深さは、不純物濃度にも依存する。以下同様)が読出ゲート電極49下まで延在することで、青(B)の入射光によって発生した電荷のみが、ゲート部を通って垂直転送路45に読み出される。
The signal charges generated by the blue (B) incident light are accumulated in the N + layer 51 provided at the shallowest position in the thickness direction of the
深部に形成されたN+層52は、端部において半導体基板43の表面まで立ち上がるN+領域(電荷通路)52aを有し、このN+領域52aが、転送電極の一部からなる読出ゲート電極48下まで延在される。このN+層52には、赤(R)の入射光によって発生した信号電荷が蓄積される。この信号電荷蓄積部を形成するN+層52(不純物濃度は約5×1016〜17/cm3、深さ1.0μm〜2.5μm)が読み出しゲート電極48下まで延在することで、赤(R)の入射光によって発生した電荷がゲート部を通って垂直転送路45に読み出される。
The N + layer 52 formed in the deep part has an N + region (charge path) 52a that rises to the surface of the
蓄積部(N+層)52に対して電荷通路52aの不純物濃度が高くなるように濃度勾配を持たせるのがよい。これにより、深部にある蓄積部52からの信号電荷の読み出しが容易になり、電荷の読み出し残りを防止できる。
It is preferable to give a concentration gradient to the storage portion (N + layer) 52 so that the impurity concentration of the
深さの異なる2種類の蓄積部51,52が設けられた半導体基板43の表面の一部には、浅いP+層53が設けられており、さらに、最表面にはSiO2膜54が設けられている。P+層53の不純物(ボロン)濃度は約1×1018/cm3、深さ約0.1〜0.2μm程度であり、画素の表面における酸化膜―半導体界面の欠陥準位の低減に寄与している。従って、半導体基板43の深さ方向の最も浅い位置にある蓄積部51は、P+N+P構造となっている。なお、N+層51,52間のP領域のボロン濃度は、例えば1×1014〜16/cm3に設定され、このP領域が蓄積部51と蓄積部52との間の電位障壁となって蓄積部51と蓄積部52の電荷混合が阻止され、混色の確率が低減される。
A shallow P + layer 53 is provided on a part of the surface of the
SiO2膜54の上部表面には、受光領域を避けた位置に前述の読出し電極(転送電極)48,49が形成され、さらにその上部に、受光領域に開口部55aを持つ遮光膜55が設けられ、さらに、その上部に平坦化膜56(56a,56b)が形成され、さらにその上部にトップレンズ(マイクロレンズ)57が形成される。
On the upper surface of the SiO 2 film 54, the aforementioned read electrodes (transfer electrodes) 48 and 49 are formed at positions avoiding the light receiving region, and further, a
ここで、図5に、本発明の一実施形態に係るデジタルカメラ(この例ではデジタルスチルカメラ)のブロック構成図を示した。
このデジタルカメラは、本発明の固体撮像素子(CCD)36と、アナログ信号処理回路100と、A/D変換器102と、信号処理回路(信号圧縮・伸張回路)104と、表示装置106と、メモリ108と、各種の記録媒体110と、システムマイクロコンピュータ112と、システムバス(BUS)と、を有する。
Here, FIG. 5 shows a block diagram of a digital camera (in this example, a digital still camera) according to an embodiment of the present invention.
The digital camera includes a solid-state imaging device (CCD) 36 of the present invention, an analog
図5のデジタルカメラでは、小型で分光感度が高い固体撮像素子(CCD)36を搭載していることから、混色が低減された高精細な撮像が可能である。 Since the digital camera of FIG. 5 is equipped with a small solid-state imaging device (CCD) 36 having high spectral sensitivity, high-definition imaging with reduced color mixing is possible.
(第2の実施形態)
上述した実施形態では、各画素を正方格子状に配置したCCDを例に説明したが、例えば、CCDの各画素を各行毎に1/2ピッチずつ、ずらした、いわゆるハニカム画素配置のCCDにおいても本発明を実現できる。
(Second Embodiment)
In the above-described embodiment, a CCD in which each pixel is arranged in a square lattice has been described as an example. However, for example, in a CCD having a so-called honeycomb pixel arrangement in which each pixel of the CCD is shifted by ½ pitch for each row. The present invention can be realized.
図6は、ハニカム画素配置を採用した固体撮像素子60のレイアウト構成を示す図である。なお、図6において、図1と共通する部分には、同じ参照符号を付してある。
FIG. 6 is a diagram showing a layout configuration of the solid-
赤(R)/青(B)画素44aは、第1の実施形態と同様に、カラーフィルタ無しに赤色(R)と青色(B)の各色信号を同一画素で検出する。緑(G)画素44bは、カラーフィルタを通過した緑(R)の入射光を検出する。画素44a,44bは、各行毎に1/2ピッチずれており、水平方向に隣接する画素間に、垂直転送路が蛇行して配置される(図6では不図示)。
Similarly to the first embodiment, the red (R) / blue (B)
図7は、図6の固体撮像素子における画素部のレイアウト構成を示す図である。素子分離帯73により各画素71が菱形状に形成され、素子分離帯73の一部を切り欠いて設けられたゲート部74から、画素間に設けられた垂直転送路に信号電荷が読み出される。垂直転送路上には、2層ポリシリコン構造となる転送電極が重ねて設けられ、1つの画素に対して4本の転送電極81,82,83,84が対応付けられている。これにより、ハニカム画素配置のCCDは、2層ポリシリコン構造の転送電極で全画素読み出し(プログレッシブ動作可能なCCDとなっている。
FIG. 7 is a diagram illustrating a layout configuration of a pixel portion in the solid-state imaging device of FIG. Each pixel 71 is formed in a rhombus shape by the
(他の実施形態)
図8(a),(b)は、緑(G)用カラーフィルタの配置、および各色の画素の配置の変形例(バリエーション)を示す図である。
図8においても、前掲の実施形態と同様に、緑(G)用のカラーフィルタのみが設けられ、赤(R),青(B)の光は、R,Bそれぞれ異なる位置で、光の吸収率の違いを利用した分光検出方式にて検出される。
(Other embodiments)
FIGS. 8A and 8B are diagrams showing a variation (variation) of the arrangement of the green (G) color filter and the arrangement of the pixels of each color.
In FIG. 8 as well, as in the above-described embodiment, only the color filter for green (G) is provided, and red (R) and blue (B) light is absorbed at different positions in R and B, respectively. It is detected by the spectroscopic detection method using the difference in rate.
図9(a)〜(c)は、図8(a),(b)に示されるCCDにおける、各色(B,R,G)に対応した画素の構造を示す断面図である。
図9(a)に示されるように、青(B)を担当する画素位置には、P型不純物95の表面に高不純物濃度層(n+層)96が設けられる。図9(b)に示されるように、赤(R)を担当する画素位置には、P型不純物95の深い位置に、高不純物濃度層(n+層)97が設けられる。図9(c)に示すように、緑(G)を担当する画素位置の上方には、緑(G)用のカラーフィルタ8が設けられており、また、P型不純物95の表面には、高不純物濃度層(n+層)99が設けられる。
FIGS. 9A to 9C are cross-sectional views showing pixel structures corresponding to the respective colors (B, R, and G) in the CCD shown in FIGS. 8A and 8B.
As shown in FIG. 9A, a high impurity concentration layer (n + layer) 96 is provided on the surface of the P-
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で、種々、変形が可能である。上述した実施形態では、固体撮像素子としてCCDを用いた例を説明したが、CMOS型イメージセンサを用いることもできる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention. In the above-described embodiment, the example in which the CCD is used as the solid-state imaging device has been described. However, a CMOS image sensor can also be used.
以上説明したように、本発明によれば、緑(G)にのみカラーフィルタを使用する構成を採用することによって、従来のカラーフィルタをまったく使用しない構成の単板式の固体撮像素子に比べて、青(B)と緑(G)の分光感度が向上し、混色を低減することができ、また、カラーフィルタを省略できる分、入射光を有効利用でき、カラーレジストの総量を削減できることから材料費の削減の効果も得られる。また、R/Bを1画素とする画素構成を採ることによって、画素をよりコンパクトに配置することができる。 As described above, according to the present invention, by adopting a configuration that uses a color filter only for green (G), compared to a single-plate solid-state imaging device that does not use a conventional color filter at all, Spectral sensitivity of blue (B) and green (G) is improved, color mixing can be reduced, and since the color filter can be omitted, incident light can be used effectively and the total amount of color resist can be reduced. The effect of reduction can also be obtained. Further, by adopting a pixel configuration in which R / B is one pixel, the pixels can be arranged more compactly.
本発明は、固体撮像素子の分光感度の向上、入射光の有効利用、材料費の低減といった効果を奏し、したがって、単板式の固体撮像素子として有用である。 The present invention has the effects of improving the spectral sensitivity of the solid-state imaging device, effectively using incident light, and reducing the material cost, and is therefore useful as a single-plate solid-state imaging device.
8 緑(G)用カラーフィルタ
36 固体撮像素子
40 N型半導体基板
44(44a,44b) 画素
45 垂直転送路
46 水平転送路
48 読出し電極(転送電極)
50 P型不純物層
51,52,58 高濃度不純物層
54 酸化シリコン膜(絶縁膜)
55 遮光膜
56(56a,56b) 平坦化膜
57 マイクロレンズ
60 CCD
AMP 出力アンプ
8 Green (G)
50 P-
55 Light-shielding film 56 (56a, 56b) Flattening
AMP output amplifier
Claims (4)
緑(G)検出用の受光部に緑(G)用のカラーフィルタのみを設け、赤(R),青(B)検出用の受光部については、カラーフィルタを設けずに赤(R),青(B)の光を半導体基板内での各色の光の吸収率の違いを利用した分光検出法によりそれぞれ検出することを特徴とする単板式固体撮像素子。 A single-plate solid-state imaging device that receives optical images of red (R), green (G), and blue (B) with a single solid-state imaging device,
Only the green (G) color filter is provided in the light receiving part for detecting green (G), and the red (R), blue (B) detecting light receiving part is provided without a color filter. A single-plate solid-state imaging device, wherein blue (B) light is detected by a spectroscopic detection method using a difference in light absorptance of each color in a semiconductor substrate.
同一の半導体基板内に、赤(R)用の高濃度不純物層と、緑(G)用の高濃度不純物層と、青(B)用の高濃度不純物層と、が設けられ、
前記赤(R)および青(B)用の高濃度不純物層は、同一の検出位置で、かつ前記半導体基板の異なる深さ位置に形成され、
前記緑(G)用の高濃度不純物層は、前記赤(R)および青(B)用の高濃度不純物層とは異なる検出位置に形成され、かつ、前記緑(G)用の高濃度不純物層の上方に、前記緑(G)用のカラーフィルタが配設されていることを特徴とする単板式固体撮像素子。 The single-plate solid-state imaging device according to claim 1,
A high concentration impurity layer for red (R), a high concentration impurity layer for green (G), and a high concentration impurity layer for blue (B) are provided in the same semiconductor substrate,
The high concentration impurity layers for red (R) and blue (B) are formed at the same detection position and at different depth positions of the semiconductor substrate,
The high concentration impurity layer for green (G) is formed at a detection position different from the high concentration impurity layer for red (R) and blue (B), and the high concentration impurity for green (G) A single-plate solid-state imaging device, wherein the green (G) color filter is disposed above the layer.
前記青(B)用の高濃度不純物層が前記半導体基板の表面部に形成され、前記赤(R)用の高濃度不純物層が前記青(B)用の高濃度不純物層より深層に形成されることを特徴とする単板式固体撮像素子。 The single-plate solid-state imaging device according to claim 2,
The high concentration impurity layer for blue (B) is formed on the surface portion of the semiconductor substrate, and the high concentration impurity layer for red (R) is formed deeper than the high concentration impurity layer for blue (B). A single-plate solid-state imaging device.
前記赤(R)および青(B)用のカラーフィルタが省かれた部分は、平坦化膜で埋め込まれていることを特徴とする単板式固体撮像素子。 A single-plate solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3,
A single plate type solid-state image pickup device, wherein a portion where the color filters for red (R) and blue (B) are omitted is embedded with a planarizing film.
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