JP2011061081A - イメージセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で容易に高画質な画像を検知するイメージセンサを提供すること。
【解決手段】基板に形成されて光を検知する光検知部１Ｂを備え、光検知部１Ｂには、複数のピクセルが配置されるとともに、ピクセルが配置される光検知部１Ｂ面の中心部であるピクセル位置Ｃ１０と、光検知部１Ｂ面内の外周部であるピクセル位置Ｅ１１〜Ｅ１３，Ｅ１４，Ｅ１５，Ｅ１６〜Ｅ１８とで、赤色を検知する赤色検知領域Ｒ１、緑色を検知する緑色検知領域Ｇ１および青色を検知する青色検知領域Ｂ１の各領域の形状が異なるピクセルが配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、イメージセンサに関する。

近年、シリコン基板などの半導体基板に形成されるＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＩＳ：CMOS Image Sensor）は、デジタルカメラや携帯電話などの種々の電子機器に使われており、年々高性能化されてきている。ＣＩＳに必要とされるのは、感度、低ノイズ、混色対策、偽色対策、ダイナミックレンジ、解像度など色々ある。この中でも感度と解像度とは、フィルムの場合と同様にトレードオフの関係にあり、同時に高性能化することは、ＣＩＳの構造上困難であった。

ＣＩＳは、フォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）に光が当たることによって変動する信号値をトランジスタ回路が読み出す構造になっており、カラー色分解処理を行うためにいくつかの方法が提案されている。その方式の１つは、Bayer方式と呼ばれ、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）（もしくはこれらの補色であるシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ））の３色のフィルタを所定の配列で装着した複数のＰＤによって、１つのピクセルを構成している（例えば、特許文献１参照）。また、Foveon方式では、光の色毎にＳｉ中への光の侵入深さが異なることを利用して、光の侵入深さに応じたＳｉ中の位置にｐｎ接合を配置し、色フィルタを用いることなくｐｎ接合によって色分解している（例えば、非特許文献１，２参照）。

また、特許文献２に記載の固体撮像装置では、複数画素の画素中心より周辺部に配置されている画素は、開口領域の重心が集光レンズの中心に対し周辺側に位置している。そして、複数画素の光軸が光電変換素子の受光部表面重心を通るように構成されている。

しかしながら、上記特許文献１，２に記載の従来技術では、レンズの色収差（倍率色収差）の影響が原因で、ＰＤアレイの周辺部では色のにじみが検出されてしまう。この色のにじみを防止するには、複数枚のレンズで構成したアクロマート、もしくはアポクロマートと呼ばれる高価なレンズを使用しなければならず、コストが高くなる原因の１つになっていた。

また、上記非特許文献１，２に記載の従来技術では、Ｒ、Ｇ、Ｂの光を吸収する各ｐｎ接合は、それぞれ面積が同じとなる。このため、人間の目の感度が高い緑の強度が不足する（他の色の光に対して十分な強度比をとれない）。また、完全に色分離しているわけではないので、計算機処理による色合成が困難であるという問題があった。

米国特許第３９７１０６５号明細書 特許第３５７１９８２号公報

‘Eyeing the Camera: into the Next Century’ Richard F. Lyon and Paul M. Hubel Foveon, Inc. Santa Clara, California, USA [online] <URL; http://www.dicklyon.com/tech/Photography/CIC10_Lyon_Hubel_FINAL.pdf> [retrieved on 24 August 2009] ‘Investigation of Color Aliasing of High Spatial Frequencies and Edges for Bayer-Pattern Sensors and Foveon X3 (R) Direct Image Sensors’ Rudolph J. Guttosch Foveon, Inc. Santa Clara, CA [online] <URL; http://www.foveon.com/files/Color_Alias_White_Paper_FinalHiRes.pdf] [retrieved on 24 August 2009]

本発明は、簡易な構成で容易に高画質な画像を検知するイメージセンサを提供することを目的とする。

本願発明の一態様によれば、基板に形成されて光を検知する光検知部を備え、前記光検知部には、複数のピクセルが配置されるとともに、前記複数のピクセルの中心と前記複数のピクセルの外周部とで、色毎の光検出領域の形状が異なるピクセルが配置されていることを特徴とするイメージセンサが提供される。

本発明によれば、簡易な構成で容易に高画質な画像を撮像することが可能になるという効果を奏する。

図１は、実施の形態に係る色分離の概念を説明するための説明図である。 図２は、実施の形態に係る撮像装置のＣＩＳ構造を示す図である。 図３は、実施の形態に係る撮像装置でＣＩＳがBayer型である場合のピクセルの構成を示す図である。 図４は、実施の形態に係る撮像装置でＣＩＳがFoveon型である場合のピクセルの構成を示す図である。 図５は、実施の形態に係る撮像装置でBayer型の光検知部に素子分離領域を設けた場合のピクセルの構成を示す図である。 図６は、実施の形態に係る撮像装置でFoveon型の光検知部に素子分離領域を設けた場合のピクセルの構成を示す図である。 図７は、実施の形態に係る撮像装置で各色検知領域を色毎の感光層を用いて構成した場合のピクセルの構成を示す図である。 図８は、実施の形態に係る撮像装置で感光層の重なりを無くしたピクセルの構成例を示す図である。 図９は、実施の形態に係るイメージセンサを備えた撮像装置の概略構成を示す図である。 図１０は、イメージセンサの回路を示す図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係るイメージセンサを詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
まず、実施の形態に係る色分離の概念について説明する。従来、例えばBayer型のＣＩＳは、４つ（赤１つ、青１つ、緑２つ）のＰＤによって１つのピクセルを構成している。ところが、このＰＤの大きさは有限であるので、感度と解像度とは、トレードオフの関係があり、また偽色などの問題を引き起こす。

また、従来のBayer型やFoveon型では、色収差によって画像周辺部に色のにじみが生じていた。色収差には大別して、（１）軸上色収差と（２）倍率色収差の２種類ある。色収差は、光の波長によって屈折の度合いが異なることから生じるものであり、青系の光（短波長）の方が赤系の光（長波長）よりも屈折されやすいことが原因となっている。

軸上色収差は、光軸上での焦点位置が、レンズに近い側から青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の順にずれてしまうことから発生する。これは、凸レンズと凹レンズを組み合わせたアクロマートレンズなどによって比較的良好に補正されることが知られている。一方、斜め方向から入射する光が光軸上から外れた位置に焦点をもつ場合、赤側の光が屈折しにくいので、赤色の光は、本来の焦点の位置よりも光軸に対して同心円状に外側方向にずれる。これがレンズ周辺部における色のにじみの原因になる。この課題を解決する１つの方法として、計算機処理によって赤色信号を補正する方法があるが、この方法のでは大容量（高精細）の写真になった場合に処理時間がかかることになる。

そこで、本実施の形態では、赤、青、緑の各光を検知するピクセルを、センサ中心部（光軸）（複数のピクセルの中心）とセンサ外周部（複数のピクセルの外周部）とで異なる構造にしておく。図１は、実施の形態に係る色分離の概念を説明するための説明図である。図１では、赤、青、緑の各光を検出する光検知部（撮像領域）１Ａの上面図を模式的に示している。光検知部１Ａには、複数のピクセルが配置され、各ピクセル内には赤色を検知する赤色検知領域Ｒ１、緑色を検知する緑色検知領域Ｇ１、青色を検知する青色検知領域Ｂ１が配置されている。

倍率色収差は、光検知部１Ａの周辺部（外周部）にいくほど赤色系の光が外側に逃げることによって生じる。したがって、光検知部１Ａの中心部以外では、１つのピクセルを構成する赤色検知領域Ｒ１を緑色検知領域Ｇ１、青色検知領域Ｂ１よりも外側に配置しておく。例えば、各色の検知領域の配置を、光検知部１Ａの中心からの距離と角度に応じた配置にしておく。具体的には、光検知部１Ａ面の外周部に近づくほどＰＤ上の赤色検知領域Ｒ１を、緑色検知領域Ｇ１や青色検知領域Ｂ１よりも外側に配置しておく。図１では、ピクセルの配置位置（ピクセル位置）Ｅ１１〜Ｅ１８，Ｃ１０に、それぞれの配置位置に応じた構造（形状）の赤色検知領域Ｒ１、緑色検知領域Ｇ１，青色検知領域Ｂ１を配置した場合を示している。本実施の形態では、例えば、ピクセル内の赤色検知領域Ｒ１、緑色検知領域Ｇ１，青色検知領域Ｂ１の配置を光検知部１Ａの中心部から同心円状に異なった形状となるよう配置する。各色の検知領域のピクセル内での配置位置のシフト量の絶対値は、レンズの特性に応じて設計される。

光検知部１Ａ面内の中心位置であるピクセル位置Ｃ１０には、センターピクセルとしてピクセルＰ０が配置される。また、光検知部１Ａ面内の左上側（最左上のピクセル位置Ｅ１１）、上側（最上部中心位置のピクセル位置Ｅ１２）、右上側（最右上のピクセル位置Ｅ１３）には、それぞれピクセルＰ１、ピクセルＰ２、ピクセルＰ３が配置される。

また、光検知部１Ａ面内の左側（最左部中心位置のピクセル位置Ｅ１４）、右側（最右部中心位置のピクセル位置Ｅ１５）には、それぞれピクセルＰ４、ピクセルＰ５が配置される。また、光検知部１Ａ面内の左下側（最左下のピクセル位置Ｅ１６）、下側（最下部中心位置のピクセル位置Ｅ１７）、右下側（最右下のピクセル位置Ｅ１８）には、それぞれピクセルＰ６、ピクセルＰ７、ピクセルＰ８が配置される。

図１では、ピクセルＰ０〜Ｐ８の青色検知領域Ｂ１が円状の領域であり、緑色検知領域Ｇ１が青色検知領域Ｂ１を囲む円環状の領域である場合を示している。また、ピクセルＰ１〜Ｐ８の赤色検知領域Ｒ１を緑色検知領域Ｇ１の半円部分を囲む半円環状の領域としておく。そして、例えば、エッジコーナーピクセルであるピクセルＰ１，Ｐ３，Ｐ６，Ｐ８には、半円環状の赤色検知領域Ｒ１を光検知部１Ａのコナー側にのみ配置しておく。また、エッジピクセルであるピクセルＰ２，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ７は、半円環状の赤色検知領域Ｒ１を光検知部１Ａのエッジ側にのみ配置しておく。これにより、光軸から離れるにしたがって大きくなるレンズ収差（倍率色収差）を各ピクセル内で補正することができ、色ずれを防止して赤、緑、青の各信号を容易に分離することができる。

つぎに、本実施の形態の撮像装置が備えるＣＩＳの構造（ＰＤレイアウトなど）について説明する。図２は、実施の形態に係る撮像装置の構造を示す図である。図２では、光検知部１Ｂの上面図を示している。なお、図２に示す構成要素のうち図１に示した構成要素と同様の機能を有する構成要素については、その説明を省略する。

光検知部１Ｂは、例えば矩形状の各ピクセル内の赤色検知領域Ｒ１と青色検知領域Ｂ１とが同じ面積となり、緑色検知領域Ｇ１が赤色検知領域Ｒ１の２倍の面積となるよう構成されている。

また、光検知部１Ｂでは、図１の光検知部１Ａと同様に、センターピクセル以外のピクセルには、ＰＤ上の赤色検知領域Ｒ１を緑色検知領域Ｇ１や青色検知領域Ｂ１よりも外側に配置しておく。具体的には、光検知部１Ｂの各ピクセルは、矩形状の青色検知領域Ｂ１、青色検知領域Ｂ１の２辺または３辺を囲むＬ字型またはコの字型の赤色検知領域Ｒ１、緑色検知領域Ｇ１の外周側の２辺または３辺を囲むＬ字型またはコの字型の赤色検知領域Ｒ１によって構成されている。

そして、各ピクセルに対し、ピクセルが光検知部１Ｂの中心から離れるに従って赤色検知領域Ｒ１、緑色検知領域Ｇ１が各ピクセル内の外側に配置されるよう構成しておく。また、各ピクセルは、ピクセルが光検知部１Ｂの中心から離れるに従って青色検知領域Ｂ１が各ピクセル内の内側に配置されるよう構成しておく。換言すると、ピクセルが光検知部１Ｂの中心から離れるに従って赤色検知領域Ｒ１の重心がピクセル内の外側に配置されるよう構成しておく。また、ピクセルが光検知部１Ｂの中心から離れるに従って青色検知領域Ｂ１の重心がピクセル内の内側に配置されるよう構成しておく。また、緑色検知領域Ｇ１の重心が赤色検知領域Ｒ１と青色検知領域Ｂ１との間になるよう各ピクセルを構成しておく。

具体的には、光検知部１Ｂ面内の中心位置であるピクセル位置Ｃ１０には、センターピクセルとしてピクセルＰ１０が配置される。また、光検知部１Ｂ面内のピクセル位置Ｅ１１〜Ｅ１８には、それぞれピクセルＰ１１〜Ｐ１８が配置される。

また、ピクセル位置Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ１４，Ｃ１０の中間位置であるピクセル位置Ｅ２１には、ピクセルＰ２１が配置され、ピクセル位置Ｅ１２，Ｅ１３，Ｅ１５，Ｃ１０の中間位置であるピクセル位置Ｅ２２には、ピクセルＰ２２が配置される。また、ピクセル位置Ｅ１４，Ｅ１６，Ｅ１７，Ｃ１０の中間位置であるピクセル位置Ｅ２３には、ピクセルＰ２３が配置され、ピクセル位置Ｅ１５，Ｅ１７，Ｅ１８，Ｃ１０の中間位置であるピクセル位置Ｅ２４には、ピクセルＰ２４が配置される。

ピクセルＰ２１での各色検知領域（赤色検知領域Ｒ１、緑色検知領域Ｇ１、青色検知領域Ｂ１）の配置は、ピクセル位置Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ１４，Ｃ１０での各色検知領域の配置の平均値である。同様に、ピクセルＰ２２〜Ｐ２４での各色検知領域の配置は、それぞれピクセル位置Ｅ１２，Ｅ１３，Ｅ１５，Ｃ１０での各色検知領域の配置の平均値、ピクセル位置Ｅ１４，Ｅ１６，Ｅ１７，Ｃ１０での各色検知領域の配置の平均値、ピクセル位置Ｅ１５，Ｅ１７，Ｅ１８，Ｃ１０での各色検知領域の配置の平均値である。

なお、以下ではピクセルＰ１１〜Ｐ１８，Ｐ２１〜Ｐ２４などのピクセルをピクセルＰｘという場合がある。また、ピクセル位置Ｅ１１〜Ｅ１８，Ｅ２１〜Ｅ２４などのピクセル位置をピクセル位置Ｅｘという場合がある。また、光検知部１Ａ，１Ｂなどの光検知部を光検知部１ｘという場合がある。

撮像装置のＣＩＳは、例えばBayer型やFoveon型で構成されている。図３は、ＣＩＳがBayer型である場合のピクセルの構成を示す図である。図３では、Bayer型の光検知部１Ｃの斜視図を示している。光検知部１Ｃの各色検知領域は、光検知部１Ｂと同様の位置に配置されている。ＣＩＳがBayer型である場合、光検知部１Ｃは、撮像素子２と、撮像素子２の上に形成されたカラーフィルタと、を含んで構成される。これにより、カラーフィルタがピクセルＰｘでの各色検知領域となる。

具体的には、光検知部１Ｃ面内の中心（ピクセル位置Ｃ１０）に配置されているピクセルＰ１０の赤色検知領域Ｒ１、緑色検知領域Ｇ１、青色検知領域Ｂ１には、それぞれ赤色カラーフィルタｆＲｂ、緑色カラーフィルタｆＧｂ、青色カラーフィルタｆＢｂが貼り付けられている。したがって、ピクセルＰ１０では、光検知部１Ｃの中心からコーナーエッジに向かう方向に、赤色カラーフィルタｆＲａ、緑色カラーフィルタｆＧａ、青色カラーフィルタｆＢａの順番でカラーフィルタが配置されている。ピクセルＰ１１の青色カラーフィルタｆＢａは矩形状であり、緑色カラーフィルタｆＧａは、青色カラーフィルタｆＢａの周囲を囲む円環状であり、赤色カラーフィルタｆＲａは緑色カラーフィルタｆＧａの周囲を囲む円環状である。

また、光検知部１Ｃ面内の左側（ピクセル位置Ｅ１１）に配置されているピクセルＰ１１の赤色検知領域Ｒ１、緑色検知領域Ｇ１、青色検知領域Ｂ１には、それぞれ赤色カラーフィルタｆＲａ、緑色カラーフィルタｆＧａ、青色カラーフィルタｆＢａが貼り付けられている。したがって、ピクセルＰ１１では、光検知部１Ｃの中心からコーナーエッジに向かう方向に、赤色カラーフィルタｆＲａ、緑色カラーフィルタｆＧａ、青色カラーフィルタｆＢａの順番でカラーフィルタが配置されている。ピクセルＰ１１の青色カラーフィルタｆＢａは、矩形状であり、緑色カラーフィルタｆＧａは、青色カラーフィルタｆＢａの２辺を囲むＬ字型であり、赤色カラーフィルタｆＲａは緑色カラーフィルタｆＧａの外周側の２辺を囲むコの字型である。

赤色カラーフィルタｆＲａ，ｆＲｂは、赤色の光のみを透過させて撮像素子側に送るカラーフィルタであり、緑色カラーフィルタｆＧａ，ｆＧｂは、緑色の光のみを透過させて撮像素子側に送るカラーフィルタであり、青色カラーフィルタｆＢａ，ｆＢｂは、青色の光のみを透過させて撮像素子側に送るカラーフィルタである。

各赤色カラーフィルタｆＲａ，ｆＲｂ、緑色カラーフィルタｆＧａ，ｆＧｂ、青色カラーフィルタｆＢａ，ｆＢｂの下層には、ｐｎ接合（ＰＤ）を有した撮像素子２が形成されている。この構成により、赤色カラーフィルタｆＲａ，ｆＲｂを透過した赤色光は、赤色カラーフィルタｆＲａ，ｆＲｂの下に形成されたｐｎ接合に到達する。同様に、緑色カラーフィルタｆＧａ，ｆＧｂを透過した緑色光は、緑色カラーフィルタｆＧａ，ｆＧｂの下に形成されたｐｎ接合に到達し、青色カラーフィルタｆＢａ，ｆＢｂを透過した青色光は、青色カラーフィルタｆＢａ，ｆＢｂの下に形成されたｐｎ接合に到達する。

１つのピクセルＰｘの大きさは赤色検知領域Ｒ１（赤色カラーフィルタｆＲａ，ｆＲｂ）の下に形成されたＰＤの大きさ（面積）で決まる。そして、１つのピクセルＰｘの中で緑色と青色のＰＤの配置を中心方向に配置変更しておくことによって、同心円状に外側に逃げる赤色の光の情報を中央方向に引き戻すことが可能となり、色ずれが少なくなる。

図４は、ＣＩＳがFoveon型である場合のピクセルの構成を示す図である。図４では、Foveon型の光検知部１Ｄのピクセル（ＰＤ）の断面形状を示している。光検知部１Ｄの各色検知領域は、光検知部１Ｂと同様の位置に配置されている。

図４の（ａ）は、ピクセル位置Ｃ１０に配置されるピクセルＰ３０ａをピクセルＰ３０ａの中心を通る線で切断した場合の断面構成を示している。また、図４の（ｂ）は、ピクセル位置Ｅ１１に配置されるピクセルＰ３０ｂをピクセルＰ３０ｂ面内の右端側の辺から見た場合の断面構成を示している。ピクセルＰ３０ａを上から見た場合、ピクセルＰ３０ａは、ピクセルＰ１０と同様の各色検知領域を有しており、ピクセルＰ３０ｂは、ピクセルＰ１１と同様の各色検知領域を有している。

ＣＩＳがFoveon型である場合、Ｓｉ基板などの半導体基板内に不純物拡散層を積層することによって光検知部１Ｄが形成される。Foveon型のピクセルＰ３０ａ，３０ｂには、青、緑、赤の光を吸収するよう、それぞれ深さを変えた３種類のｐｎ接合３１ａ〜３３ａと、３種類のｐｎ接合３１ｂ〜３３ｂが形成されている。ピクセルＰ３０ａのｐｎ接合３１ａ〜３３ａは、それぞれＳｉ基板表面に平行な面を有しており、それぞれＳｉ基板内の深い方からｐｎ接合３１ａ（赤色検知領域Ｒ１）、ｐｎ接合３２ａ（緑色検知領域Ｇ１）、ｐｎ接合３３ａ（青色検知領域Ｂ１）の順番で形成されている。同様に、ピクセルＰ３０ｂのｐｎ接合３１ｂ〜３３ｂは、それぞれＳｉ基板表面に平行な面を有しており、それぞれＳｉ基板内の深い方からｐｎ接合３１ｂ（赤色検知領域Ｒ１）、ｐｎ接合３２ｂ（緑色検知領域Ｇ１）、ｐｎ接合３３ｂ（青色検知領域Ｂ１）の順番で形成されている。これにより、ｐｎ接合３１ａ〜３３ａ、ｐｎ接合３１ｂ〜３３ｂがピクセルＰｘでの各色検知領域となる。

具体的には、光検知部１Ｄ面の中心部に位置するピクセルＰ３０ａとしては、第１のｐ層であるＳｉ基板内にピクセルＰ３０ａの大きさ（赤色検知領域Ｒ１の大きさ）に対応する領域分だけ第１のｎ層が形成される。これにより、第１のｐ層と第１のｎ層との接合位置（深さ方向の接合面）にｐｎ接合３１ａが形成される。

さらに、第１のｎ層内に緑色検知領域Ｇ１の大きさに対応する領域分だけ第２のｐ層が形成される。第２のｐ層の表面上の中心位置は、第１のｎ層の表面上の中心位置と同じである。そして、第２のｐ層は、Ｓｉ基板の表面から下層方向に広がる領域を有している。これにより、第１のｎ層と第２のｐ層との接合位置にｐｎ接合３２ａが形成される。

さらに、第２のｐ層内に青色検知領域Ｂ１の大きさに対応する領域分だけ第２のｎ層が形成される。第２のｎ層の表面上の中心位置は、第２のｐ層の表面上の中心位置と同じである。そして、第２のｎ層は、Ｓｉ基板の表面から下層方向に広がる領域を有している。これにより、第２のｐ層と第１のｎ層との接合位置にｐｎ接合３３ａが形成される。

また、光検知部１Ｄ面の左上部に位置するピクセルＰ３０ｂとしては、第１のｐ層であるＳｉ基板内に赤色検知領域Ｒ１の大きさに対応する領域分だけ第１のｎ層が形成される。これにより、第１のｐ層と第１のｎ層との接合位置（深さ方向の接合面）にｐｎ接合３１ｂが形成される。

さらに、第１のｎ層内に緑色検知領域Ｇ１の大きさに対応する領域分だけ第２のｐ層が形成される。第２のｐ層の表面上の中心位置は、第１のｎ層の表面上の中心位置よりも光検知部１Ｄ面の中心位置に近い位置である。そして、第２のｐ層は、Ｓｉ基板の表面から下層方向に広がる領域を有している。これにより、第１のｎ層と第２のｐ層との接合位置にｐｎ接合３２ｂが形成される。

さらに、第２のｐ層内に青色検知領域Ｂ１の大きさに対応する領域分だけ第２のｎ層が形成される。第２のｎ層の表面上の中心位置は、第２のｐ層の表面上の中心位置よりも光検知部１Ｄ面の中心位置に近い位置である。そして、第２のｎ層は、Ｓｉ基板の表面から下層方向に広がる領域を有している。これにより、第２のｐ層と第１のｎ層との接合位置にｐｎ接合３３ｂが形成される。

このように、光検知部１Ｄでは、各色の検出を行うｐｎ接合の位置を、ＣＩＳ面内のピクセル座標に応じてずらしている。このため、光検知部１Ｄ表面の周辺部では、各色の検出位置に応じた位置にｐｎ接合が形成されている。従来のように、３段のｐｎ接合が同じ位置に形成されていたＣＩＳと比べて、本実施の形態では、光検知部１Ｄ表面の外周部に近づくに従って赤色検知領域Ｒ１を外側に配置している。このため、各色検知領域間の重なりが少なくなり、その結果、光検知部１Ｄでは、イオン注入による欠陥発生などを抑制でき、且つ接合リーク電流を低減し、且つＣＩＳの雑音を低減することが可能になる。

なお、図３や図４に示した光検知部１Ｃ，１Ｄでは各ＰＤ間に素子分離領域を設けていないが、３色の分離を明確にするためには素子分離領域を設けてもよい。図５は、Bayer型の光検知部に素子分離領域を設けた場合のピクセルの構成を示す図である。図５では、光検知部１Ｃのピクセル（ＰＤ）の断面形状を示している。

図５の（ａ）は、ピクセル位置Ｃ１０に配置されるピクセルＰ３０ｃをピクセルＰ３０ｃの中心を通る線で切断した場合の断面構成を示している。また、図５の（ｂ）は、ピクセル位置Ｅ１１に配置されるピクセルＰ３０ｄをピクセルＰ３０ｄ面内の右端側の辺から見た場合の断面構成を示している。ピクセルＰ３０ｃは、ピクセルＰ１０と同様の各色検知領域を有しており、ピクセルＰ３０ｄは、ピクセルＰ１１と同様の各色検知領域を有している。

具体的には、光検知部１Ｃ面内の中心（ピクセル位置Ｃ１０）に配置されているピクセルＰ３０ｃの赤色検知領域Ｒ１、緑色検知領域Ｇ１、青色検知領域Ｂ１には、赤色カラーフィルタｆＲａ、緑色カラーフィルタｆＧａ、青色カラーフィルタｆＢａと略同様の形状を有した赤色カラーフィルタｆＲｃ、緑色カラーフィルタｆＧｃ、青色カラーフィルタｆＢｃが貼り付けられている。また、赤色カラーフィルタｆＲｃと緑色カラーフィルタｆＧｃとの間、緑色カラーフィルタｆＧｃと青色カラーフィルタｆＢｃとの間には、それぞれ素子分離領域Ｉが設けられている。

また、光検知部１Ｃ面内の左上側（ピクセル位置Ｅ１１）に配置されているピクセルＰ３０ｄの赤色検知領域Ｒ１、緑色検知領域Ｇ１、青色検知領域Ｂ１には、赤色カラーフィルタｆＲｂ、緑色カラーフィルタｆＧｂ、青色カラーフィルタｆＢｂと略同様の形状を有した赤色カラーフィルタｆＲｄ、緑色カラーフィルタｆＧｄ、青色カラーフィルタｆＢｄが貼り付けられている。また、赤色カラーフィルタｆＲｄと緑色カラーフィルタｆＧｄとの間、緑色カラーフィルタｆＧｄと青色カラーフィルタｆＢｄとの間には、それぞれ素子分離領域Ｉが設けられている。

図６は、Foveon型の光検知部に素子分離領域を設けた場合のピクセルの構成を示す図である。図６では、光検知部１ｘのピクセル（ＰＤ）の断面形状を示している。図６の（ａ）は、ピクセル位置Ｃ１０に配置されるピクセルＰ３０ｅをピクセルＰ３０ｅの中心を通る線で切断した場合の断面構成を示している。また、図６の（ｂ）は、ピクセル位置Ｅ１１に配置されるピクセルＰ３０ｆをピクセルＰ３０ｄ面内の右端側の辺から見た場合の断面構成を示している。ピクセルＰ３０ｅは、ピクセルＰ３０ａと同様の各色検知領域を有しており、ピクセルＰ３０ｆは、ピクセルＰ３０ｂと同様の各色検知領域を有している。

具体的には、光検知部１Ｄ面内の中心（ピクセル位置Ｃ１０）に配置されているピクセルＰ３０ｅには、ピクセルＰ３０ａのｐｎ接合３１ａ〜３３ａと同じ深さ位置のｐｎ接合３１ｅ〜３３ｅが、ｐｎ接合３１ａ〜３３ａと略同じ表面形状で形成されている。そして、ｐｎ接合３１ｅとｐｎ接合３２ｅとの間、ｐｎ接合３２ｅとｐｎ接合３３ｅとの間には、それぞれ素子分離領域Ｉが設けられている。

また、光検知部１Ｄ面内の左上側（ピクセル位置Ｅ１１）に配置されているピクセルＰ３０ｆには、ピクセルＰ３０ｂのｐｎ接合３１ｂ〜３３ｂと同じ深さ位置のｐｎ接合３１ｆ〜３３ｆが、ｐｎ接合３１ｂ〜３３ｂと略同じ表面形状で形成されている。そして、ｐｎ接合３１ｆとｐｎ接合３２ｆとの間、ｐｎ接合３２ｆとｐｎ接合３３ｆとの間には、それぞれ素子分離領域Ｉが設けられている。

なお、図３〜図６では、各色検知領域を色カラーフィルタや接合深さの異なるｐｎ接合によって構成したが、各色検知領域を色毎の感光層を用いて構成してもよい。図７は、各色検知領域を色毎の感光層を用いて構成した場合のピクセルの構成を示す図である。図７では、光検知部１Ｅのピクセルの断面形状を示している。ここでの光検知部１Ｅの各色検知領域は、上面から見た場合に光検知部１Ｄと同様の位置に配置されている。

ピクセルＰ３０ｇは、ピクセル位置Ｃ１０に配置されるピクセルであり、ピクセルＰ３０ｈは、ピクセル位置Ｅ１１に配置されるピクセルである。ピクセルＰ３０ｇ，３０ｈには、赤、緑、青の各光を検出する赤色検知領域Ｒ１、緑色検知領域Ｇ１、青色検知領域Ｂ１に感光層（有機膜）が形成されている。

ピクセルＰ３０ｇの各感光層は、赤色に対して感度を有した有機膜（赤色用有機膜５１Ｒ）、緑色に対して感度を有した有機膜（緑色用有機膜５１Ｇ）、青色に対して感度を有した有機膜（青色用有機膜５１Ｂ）を備えている。また、ピクセルＰ３０ｈの各感光層は、赤色に対して感度を有した有機膜（赤色用有機膜５２Ｒ）、緑色に対して感度を有した有機膜（緑色用有機膜５２Ｇ）、青色に対して感度を有した有機膜（青色用有機膜５２Ｂ）を備えている。

そして、各有機膜は、ＩＴＯ（酸化インジウム）などの上部側の透明電極（上部電極）とＩＴＯなどの下部側の透明電極（下部電極）とによって挟持されている。具体的には、赤色用有機膜５１Ｒ，５２Ｒは、上部電極ＵＥ３と下部電極ＬＥ３とに挟まれている。また、緑色用有機膜５１Ｇ，５２Ｇは、上部電極ＵＥ２と下部電極ＬＥ２とに挟まれ、青色用有機膜５１Ｂ，５２Ｂは、上部電極ＵＥ１と下部電極ＬＥ１とに挟まれている。

上部電極と下部電極に挟まれた各有機膜は、ガラス基板５上に積層されている。具体的には、ガラス基板５の上面側に赤色用感光部（上部電極ＵＥ３と下部電極ＬＥ３とに挟まれた赤色用有機膜５１Ｒ，５２Ｒ）が形成されている。そして、赤色用感光部の上面側に緑色用感光部（上部電極ＵＥ２と下部電極ＬＥ２とに挟まれた緑色用有機膜５１Ｇ，５２Ｇ）が形成され、緑色用感光部の上面側に青色用感光部（上部電極ＵＥ１と下部電極ＬＥ１とに挟まれた青色用有機膜５１Ｂ，５２Ｂ）が形成されている。また、ガラス基板５の下層には、Ｓｉ基板（図示せず）が設けられており、Ｓｉ基板内にはストレージ用のダイオード（キャパシタ）が形成されている。

赤色用有機膜５１Ｒを有した赤色用感光部を上面側から見た場合の形状、大きさは、図４の（ａ）に示したｐｎ接合３１ａを上面側から見た場合の形状と略同じ形状、大きさである。また、緑色用有機膜５１Ｇを有した緑色用感光部を上面側から見た場合の形状、大きさは、図４の（ａ）に示したｐｎ接合３２ａを上面側から見た場合の形状と略同じ形状、大きさである。また、青色用有機膜５１Ｂを有した赤色用感光部を上面側から見た場合の形状、大きさは、図４の（ａ）に示したｐｎ接合３３ａを上面側から見た場合の形状と略同じ形状、大きさである。

同様に、赤色用有機膜５２Ｒを有した赤色用感光部を上面側から見た場合の形状、大きさは、図４の（ｂ）に示したｐｎ接合３１ｂを上面側から見た場合の形状と略同じ形状、大きさである。また、緑色用有機膜５２Ｇを有した緑色用感光部を上面側から見た場合の形状、大きさは、図４の（ｂ）に示したｐｎ接合３２ｂを上面側から見た場合の形状と略同じ形状、大きさである。また、青色用有機膜５２Ｂを有した赤色用感光部を上面側から見た場合の形状、大きさは、図４の（ｂ）に示したｐｎ接合３３ｂを上面側から見た場合の形状と略同じ形状、大きさである。

なお、図７では、青色用感光部の直下にも緑色用感光部を配置した場合について説明したが、青色用感光部の直下には、緑色用感光部を配置しなくてもよい。また、緑色用感光部の直下にも青色用感光部の直下にも緑色用感光部配置した場合について説明したが、緑色用感光部の直下には赤色用感光部を配置しなくてもよい。換言すると、青色用感光部、緑色用感光部、赤色用感光部の各感光層の重なりが最小限となるよう、青色用感光部、緑色用感光部、赤色用感光部を形成してもよい。

図８は、感光層の重なりを無くしたピクセルの構成例を示す図である。図８では、光検知部１Ｆのピクセルの断面形状を示している。ここでの光検知部１Ｆの各色検知領域は、光検知部１Ｃと同様の位置に配置されている。なお、図８の各構成要素のうち図７に示したピクセルＰ３０ｇ，３０ｈと同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

ピクセルＰ３０ｉは、ピクセル位置Ｃ１０に配置されるピクセルであり、ピクセルＰ３０ｊは、ピクセル位置Ｅ１１に配置されるピクセルである。ピクセルＰ３０ｉ，３０ｊには、赤、緑、青の各光を検出する赤色検知領域Ｒ１、緑色検知領域Ｇ１、青色検知領域Ｂ１に感光層が形成されている。

ピクセルＰ３０ｉの各感光層は、赤色用有機膜５３Ｒ、緑色用有機膜５３Ｇ、青色用有機膜５１Ｂを備えている。また、ピクセルＰ３０ｊの各感光層は、赤色用有機膜５４Ｒ、緑色用有機膜５４Ｇ、青色用有機膜５２Ｂを備えている。

ピクセルＰ３０ｉでは、緑色用有機膜５１Ｇの代わりに緑色用有機膜５３Ｇが配置され、赤色用有機膜５１Ｒの代わりに赤色用有機膜５３Ｒが配置されている。緑色用有機膜５３Ｇは、緑色用有機膜５１Ｇから青色用有機膜５１Ｂと重なる部分を削除した形状を有している。また、赤色用有機膜５３Ｒは、赤色用有機膜５１Ｒから緑色用有機膜５１Ｇと重なる部分を削除した形状を有している。

また、ピクセルＰ３０ｊでは、緑色用有機膜５２Ｇの代わりに緑色用有機膜５４Ｇが配置され、赤色用有機膜５２Ｒの代わりに赤色用有機膜５４Ｒが配置されている。緑色用有機膜５４Ｇは、緑色用有機膜５２Ｇから青色用有機膜５２Ｂと重なる部分を削除した形状を有している。また、赤色用有機膜５４Ｒは、赤色用有機膜５２Ｒから緑色用有機膜５２Ｇと重なる部分を削除した形状を有している。

上述したＣＩＳなどのイメージセンサを用いてカメラモジュールが作製され、カメラモジュールを用いて撮像装置（カメラ）が作製される。図９は、実施の形態に係るイメージセンサを備えた撮像装置の概略構成を示す図である。図９では、撮像装置のＣＩＳがBayer型の光検知部１Ｂであり、光検知部１Ｂをピクセル位置Ｅ１４、Ｃ１０、Ｅ１５を通る線で切断した場合の断面構成を示している。

撮像装置は、光学系の撮影レンズ６１、各色領域への露光量を調整する露光量調整機構６２、イメージセンサ６０を備えて構成されている。イメージセンサ６０は、撮影レンズ６１と露光量調整機構６２を介して送られてくる光を受光して検知する機能を有しており、撮像素子２と受光面３とを有している。

受光面３は、露光量調整機構６２から送られてくる光を色毎に下層側へ透過させる機能を有している。受光面３は、例えば、光検知部１Ｃの赤色カラーフィルタｆＲａ，ｆＲｂ、緑色カラーフィルタｆＧａ，ｆＧｂ、青色カラーフィルタｆＢａ，ｆＢｂなどである。

撮像素子２は、受光面３の下層側に形成される配線部６３、配線部６３の下層側に形成されるフォトダイオード部６４を有している。フォトダイオード部６４は、シリコン基板内などに形成されて、各色の光を検知する。配線部６３は、例えば金属配線などの配線層６５が複数層積層されて形成されている。また、フォトダイオード部６４が形成されている基板内には、スイッチング用トランジスタ６６が配置されている。また、イメージセンサ６０は、フォトダイオード部６４やスイッチング用トランジスタ６６などを制御する制御回路（図示せず）を備えている。

図１０は、イメージセンサの回路を示す図である。同図に示すようにイメージセンサ６０は、受光面３、フォトダイオード部６４、ＲＳＴ、Ｖ_RST、Ｍ_rst、Ｖ_DD、Ｍ_sf、Ｍ_sel、ＲＯＷ（ＲＯＷ線）、ＣＯＬ（Ｃｏｌｕｍｎ線）によって構成されている。なお、ＣＩＳがFoveon型である場合も、イメージセンサ６０は同様の構成を有している。

なお、本実施の形態の図２では、緑色検知領域Ｇ１が赤色検知領域Ｒ１や青色検知領域Ｂ１の２倍の面積となるよう構成した場合について説明したが、図３〜図８に示した光検知部１Ａ，１Ｃ〜１Ｆでも緑色検知領域Ｇ１が赤色検知領域Ｒ１や青色検知領域Ｂ１の２倍以上の面積となるよう構成してもよい。

また、本実施の形態で説明したＣＩＳなどのイメージセンサは、裏面照射型であってもよいし、表面照射型であってもよい。例えば、ＣＩＳが裏面照射型である場合、ＰＤの下層側（カラーフィルタと逆側）に配線などが形成される。また、ＣＩＳが表面照射型である場合、カラーフィルタとＰＤの間の層に配線などが形成される。

このように実施の形態によれば、光検知部１ｘの周辺部に近づくほど赤色検知領域Ｒ１を緑色検知領域Ｇ１や青色検知領域Ｂ１よりも外側に配置するとともに緑色検知領域Ｇ１を青色検知領域Ｂ１よりも外側に配置しているので、倍率色収差を補正して受光感度を向上させることができる。これにより、レンズの色収差によって発生する画像の瑕疵（色のにじみなど）を改善でき、撮像する画像の画質を向上させることが可能となる。

また、Ｆ値の小さな高価格のレンズを用いる必要がないので、低価格で高画質な画像を撮像することが可能となる。また、倍率色収差を低減できるので、光検知部１ｘの周辺部での色情報の補正を簡易なソフトウェア処理で行うことができ、画像処理に要する時間を短縮できる。

また、各色検知領域の配置を変更するだけでよいので、ピクセルを微細化することが可能となる。これにより、イメージセンサの感度とピクセルの微細化（解像度）と間のトレードオフの関係を解消することが可能となる。したがって、簡易な構成で容易に高画質な画像を撮像することが可能となる。

また、ＣＩＳがFoveon型である場合、カラーフィルタを貼り付ける必要が無いので、容易にＣＩＳを形成することが可能となる。ＣＩＳがFoveon型であっても、青、緑、赤の光を吸収するｐｎ接合面の大きさを色毎に変えることができるので、緑の光を吸収するｐｎ接合面を赤や青の光を吸収するｐｎ接合面よりも広くすることが可能となる。したがって、人間の目の感度が高い緑の強度を赤や青よりも多く検出することが可能となる。また、光検知部１Ｃ，１Ｄの各ＰＤ間に素子分離領域を設けているので、各色を検知するpn接合でのリーク電流を低減でき、センサのノイズを低減することが可能となる。

１Ａ〜１Ｆ 光検知部、３１ａ〜３３ａ，３１ｂ〜３３ｂ，３１ｅ〜３３ｅ，３１ｆ〜３３ｆ ｐｎ接合、５１Ｂ，５２Ｂ 青色用有機膜、５１Ｇ〜５４Ｇ 緑色用有機膜、５１Ｒ〜５４Ｒ 赤色用有機膜、６０ イメージセンサ、Ｃ１０，Ｅ１１〜Ｅ１８，Ｅ２１〜Ｅ２４ ピクセル位置、ｆＢａ〜ｆＢｄ 青色カラーフィルタ、ｆＧａ〜ｆＧｄ 緑色カラーフィルタ、ｆＲａ〜ｆＲｄ 赤色カラーフィルタ、Ｂ１ 緑色検知領域、Ｇ１ 緑色検知領域、Ｒ１ 赤色検知領域、Ｉ 素子分離領域、Ｐ０〜Ｐ８，Ｐ１１〜Ｐ１８，Ｐ２１〜Ｐ２４，Ｐ３０ａ〜Ｐ３０ｊ ピクセル。

Claims (5)

1. 基板に形成されて光を検知する光検知部を備え、
   前記光検知部には、複数のピクセルが配置されるとともに、前記複数のピクセルの中心と前記複数のピクセルの外周部とで、色毎の光検出領域の形状が異なるピクセルが配置されていることを特徴とするイメージセンサ。
2. 前記各ピクセル内には、前記光の中から赤色を検知する赤色検知領域、前記光の中から緑色を検知する緑色検知領域および前記光の中から青色を検知する青色検知領域がそれぞれ配置され、且つ前記各ピクセル内での赤色検知領域の中心位置は前記ピクセル内での緑色検知領域の中心位置よりも前記複数のピクセルの中心から離れた位置に配置され且つ前記ピクセル内での赤色検知領域の中心位置は前記ピクセル内での緑色検知領域の中心位置よりも前記複数のピクセルの中心に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
3. 前記光検知部は、前記基板内に形成されるとともに、前記基板内の深い方向から前記赤色検知領域、前記緑色検知領域、前記青色検知領域の順番で形成され、
   前記光検知部面内では、前記ピクセルの位置が前記複数のピクセルの中心から離れた位置に配置されるに従って、前記ピクセル内での前記赤色検知領域の中心位置が前記緑色検知領域の中心位置よりも前記複数のピクセルの中心から離れた位置に配置され且つ前記ピクセル内での前記青色検知領域の中心位置が前記緑色検知領域の中心位置よりも前記複数のピクセルの中心に近い位置に配置されることを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。
4. 前記緑色検知領域は、前記青色検知領域の直下で前記青色検知領域と前記緑色検知領域の一部とが重ならないよう形成され、且つ前記赤色検知領域は、前記緑色検知領域の直下で前記緑検知部と前記赤色検知領域の一部とが重ならないよう形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載のイメージセンサ。
5. 前記赤色検知領域と前記緑色検知領域との間および前記緑色検知領域と前記青色検知領域との間は、それぞれ素子分離領域で分離されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載のイメージセンサ。

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