JP2015115344A - 固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】混色を抑制しつつ感度を向上させることが可能な固体撮像装置を提供する。
【解決手段】画素アレイ部1には、カラム方向CDに対して斜めに配置された2画素の第1および第2の緑色用光電変換層と、第1および第2の緑色用光電変換層に隣接して配置された2画素分の青色用光電変換層と、青色用光電変換層と深さ方向に重なるようにして設けられた赤色用光電変換層とがマトリックス状に配置され、第1および第2の緑色用光電変換層の上部には、2画素分に連続してグリーンフィルタが設けられ、前記青色用光電変換層の上部には、2画素分に連続してマゼンタフィルタもしくはホワイトフィルタが設けられている。
【選択図】図3
【解決手段】画素アレイ部1には、カラム方向CDに対して斜めに配置された2画素の第1および第2の緑色用光電変換層と、第1および第2の緑色用光電変換層に隣接して配置された2画素分の青色用光電変換層と、青色用光電変換層と深さ方向に重なるようにして設けられた赤色用光電変換層とがマトリックス状に配置され、第1および第2の緑色用光電変換層の上部には、2画素分に連続してグリーンフィルタが設けられ、前記青色用光電変換層の上部には、2画素分に連続してマゼンタフィルタもしくはホワイトフィルタが設けられている。
【選択図】図3
Description
本発明の実施形態は、固体撮像装置に関する。
近年、携帯電話等に搭載されるカメラモジュールは、薄型化および高解像度化が要請されるようになっている。カメラモジュールの薄型化および高解像度化に対応して、イメージセンサは画素の微細化が進められている。イメージセンサは、画素面積が小さくなるほど、画素へ入射する光量が少なくなるため、信号量が低下し、信号対ノイズ比(SNR)が劣化する。このため、イメージセンサは、光利用効率の向上による高感度化の実現が望まれている。
本発明の一つの実施形態は、混色を抑制しつつ感度を向上させることが可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。
本発明の一つの実施形態によれば、画素アレイ部と、グリーンフィルタと、マゼンタフィルタもしくはホワイトフィルタとが設けられている。画素アレイ部は、カラム方向に対して斜めに配置された2画素の第1および第2の緑色用光電変換層と、前記第1および第2の緑色用光電変換層に隣接して配置された2画素分の青色用光電変換層と、前記青色用光電変換層と深さ方向に重なるようにして設けられた赤色用光電変換層とがマトリックス状に配置されている。グリーンフィルタは、前記第1および第2の緑色用光電変換層の上部に2画素分に連続して設けられている。マゼンタフィルタもしくはホワイトフィルタは、前記青色用光電変換層の上部に2画素分に連続して設けられている。
以下に添付図面を参照して、実施形態に係る固体撮像装置を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
図1において、固体撮像装置には、光電変換した電荷を蓄積する画素PCがロウ方向およびカラム方向にマトリックス状に配置された画素アレイ部1、読み出し対象となる画素PCを垂直方向に走査する垂直走査回路2、各画素PCの信号成分をCDSにて検出するカラムADC回路3、読み出し対象となる画素PCを水平方向に走査する水平走査回路4、各画素PCの読み出しや蓄積のタイミングを制御するタイミング制御回路5およびカラムADC回路3に基準電圧VREFを出力する基準電圧発生回路6が設けられている。なお、タイミング制御回路5には、マスタークロックMCKが入力されている。
図1は、第1実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
図1において、固体撮像装置には、光電変換した電荷を蓄積する画素PCがロウ方向およびカラム方向にマトリックス状に配置された画素アレイ部1、読み出し対象となる画素PCを垂直方向に走査する垂直走査回路2、各画素PCの信号成分をCDSにて検出するカラムADC回路3、読み出し対象となる画素PCを水平方向に走査する水平走査回路4、各画素PCの読み出しや蓄積のタイミングを制御するタイミング制御回路5およびカラムADC回路3に基準電圧VREFを出力する基準電圧発生回路6が設けられている。なお、タイミング制御回路5には、マスタークロックMCKが入力されている。
ここで、画素アレイ部1において、ロウ方向RDには画素PCの読み出し制御を行う水平制御線Hlinが設けられ、カラム方向CDには画素PCから読み出された信号を伝送する垂直信号線Vlinが設けられている。
また、画素アレイ部1のベイヤ配列HPでは、一方の対角方向に2個の緑色用画素gが配置され、他方の対角方向の画素位置から1個の赤色用画素rと1個の青色用画素bの信号が得られるように赤色用画素rと青色用画素bが配置される。この時、画素アレイ部1には、カラム方向CDに対して斜めに配置された2画素の第1および第2の緑色用光電変換層と、第1および第2の緑色用光電変換層に隣接して配置された2画素分の青色用光電変換層と、青色用光電変換層と深さ方向に重なるようにして設けられた赤色用光電変換層とをマトリックス状に配置することができる。第1および第2の緑色用光電変換層の上部には、2画素分に連続してグリーンフィルタを設けることができる。前記青色用光電変換層の上部には、2画素分に連続してマゼンタフィルタもしくはホワイトフィルタを設けることができる。
そして、垂直走査回路2にて画素PCが垂直方向に走査されることで、ロウ方向の画素PCが選択され、その画素PCから読み出された信号は垂直信号線Vlinを介してカラムADC回路3に送られる。そして、画素PCから読み出された信号の信号レベルと基準レベルとに差分がとられることで各画素PCの信号成分がCDSにてカラムごとに検出され、AD変換したデジタル出力信号Voutとして出力される。
図2は、図1の固体撮像装置のベイヤ配列における2画素1セル構成を示す回路図である。
図2において、このベイヤ配列HPには、フォトダイオードPD−B、PD−R、PD−Gr、PD−Gb、行選択トランジスタTRadr1、TRadr2、増幅トランジスタTRamp1、TRamp2、リセットトランジスタTRrst1、TRrst2および読み出しトランジスタTGb、TGr、TGgr、TGgbが設けられている。また、増幅トランジスタTRamp1とリセットトランジスタTRrst1と読み出しトランジスタTGgr、TGgbとの接続点には検出ノードとしてフローティングディフュージョンFD1が形成されている。増幅トランジスタTRamp2とリセットトランジスタTRrst2と読み出しトランジスタTGb、TGrとの接続点には検出ノードとしてフローティングディフュージョンFD2が形成されている。ここで、フローティングディフュージョンFD1、行選択トランジスタTRadr1、増幅トランジスタTRamp1およびリセットトランジスタTRrst1はフォトダイオードPD−Gr、PD−Gbにて共用され、フローティングディフュージョンFD2、行選択トランジスタTRadr2、増幅トランジスタTRamp2およびリセットトランジスタTRrst2はフォトダイオードPD−B、PD−Rにて共用されている。読み出しトランジスタTGb、TGr、TGgr、TGgbは、フォトダイオードPD−B、PD−R、PD−Gr、PD−Gbごとに設けられている。
図2において、このベイヤ配列HPには、フォトダイオードPD−B、PD−R、PD−Gr、PD−Gb、行選択トランジスタTRadr1、TRadr2、増幅トランジスタTRamp1、TRamp2、リセットトランジスタTRrst1、TRrst2および読み出しトランジスタTGb、TGr、TGgr、TGgbが設けられている。また、増幅トランジスタTRamp1とリセットトランジスタTRrst1と読み出しトランジスタTGgr、TGgbとの接続点には検出ノードとしてフローティングディフュージョンFD1が形成されている。増幅トランジスタTRamp2とリセットトランジスタTRrst2と読み出しトランジスタTGb、TGrとの接続点には検出ノードとしてフローティングディフュージョンFD2が形成されている。ここで、フローティングディフュージョンFD1、行選択トランジスタTRadr1、増幅トランジスタTRamp1およびリセットトランジスタTRrst1はフォトダイオードPD−Gr、PD−Gbにて共用され、フローティングディフュージョンFD2、行選択トランジスタTRadr2、増幅トランジスタTRamp2およびリセットトランジスタTRrst2はフォトダイオードPD−B、PD−Rにて共用されている。読み出しトランジスタTGb、TGr、TGgr、TGgbは、フォトダイオードPD−B、PD−R、PD−Gr、PD−Gbごとに設けられている。
そして、読み出しトランジスタTGgrのソースは、フォトダイオードPD−Grに接続され、読み出しトランジスタTGbのソースは、フォトダイオードPD−Bに接続され、読み出しトランジスタTGrのソースは、フォトダイオードPD−Rに接続され、読み出しトランジスタTGgbのソースは、フォトダイオードPD−Gbに接続されている。また、リセットトランジスタTRrst1のソースは、読み出しトランジスタTGgr、TGgbのドレインに接続され、リセットトランジスタTRrst2のソースは、読み出しトランジスタTGb、TGrのドレインに接続され、リセットトランジスタTRrst1、TRrst2および行選択トランジスタTRadr1、TRadr2のドレインは、電源電位VDDに接続されている。また、増幅トランジスタTRamp1のソースは、垂直信号線Vlin1に接続され、増幅トランジスタTRamp1のゲートは、読み出しトランジスタTGgr、TGgbのドレインに接続され、増幅トランジスタTRamp1のドレインは、行選択トランジスタTRadr1のソースに接続されている。増幅トランジスタTRamp2のソースは、垂直信号線Vlin2に接続され、増幅トランジスタTRamp2のゲートは、読み出しトランジスタTGb、TGrのドレインに接続され、増幅トランジスタTRamp2のドレインは、行選択トランジスタTRadr2のソースに接続されている。
図3は、第1実施形態に係る固体撮像装置のカラーフィルタのレイアウト例を示す平面図である。
図3において、図1の緑色用画素gとして緑色用画素Gr、Gbが設けられ、赤色用画素rおよび青色用画素bとして赤色用画素Rおよび青色用画素Bが設けられている。青色用画素Bは赤色用画素R上に重なるように配置されている。また、赤色用画素Rおよび青色用画素Bは長手方向がカラム方向CDに対して斜めになるように配置されている。例えば、緑色用画素Gr、Gb、赤色用画素Rおよび青色用画素Bの長手方向はカラム方向CDに対して45度に設定することができる。緑色用画素Gr、Gbは赤色用画素Rおよび青色用画素Bの短手方向に配置されている。また、緑色用画素Gr、Gbは同一ライン上に交互に配置することができる。赤色用画素Rおよび青色用画素Bは同一ライン上に配置することができる。緑色用画素Gr、Gbが配置されるラインと、赤色用画素Rおよび青色用画素Bが配置されるラインとは交互に配置することができる。緑色用画素Gr、Gbはそれぞれ1個分の画素PCの面積を割り当てることができ、赤色用画素Rおよび青色用画素Bはそれぞれ2個分の画素PCの面積を割り当てることができる。赤色用画素Rおよび青色用画素B上にはマゼンタフィルタMgが配置され、緑色用画素Gr、Gb上にはグリーンフィルタGが配置されている。
ここで、赤色用画素Rおよび青色用画素Bは長手方向がカラム方向CDに対して斜めになるように配置するとともに、緑色用画素Gr、Gbは赤色用画素Rおよび青色用画素Bの短手方向に配置することにより、緑色用画素Gr、Gbの面積を縮小することなく、赤色用画素Rおよび青色用画素Bの面積を2画素分に渡って拡大することができ、混色を抑制しつつ感度を向上させることができる。
図3において、図1の緑色用画素gとして緑色用画素Gr、Gbが設けられ、赤色用画素rおよび青色用画素bとして赤色用画素Rおよび青色用画素Bが設けられている。青色用画素Bは赤色用画素R上に重なるように配置されている。また、赤色用画素Rおよび青色用画素Bは長手方向がカラム方向CDに対して斜めになるように配置されている。例えば、緑色用画素Gr、Gb、赤色用画素Rおよび青色用画素Bの長手方向はカラム方向CDに対して45度に設定することができる。緑色用画素Gr、Gbは赤色用画素Rおよび青色用画素Bの短手方向に配置されている。また、緑色用画素Gr、Gbは同一ライン上に交互に配置することができる。赤色用画素Rおよび青色用画素Bは同一ライン上に配置することができる。緑色用画素Gr、Gbが配置されるラインと、赤色用画素Rおよび青色用画素Bが配置されるラインとは交互に配置することができる。緑色用画素Gr、Gbはそれぞれ1個分の画素PCの面積を割り当てることができ、赤色用画素Rおよび青色用画素Bはそれぞれ2個分の画素PCの面積を割り当てることができる。赤色用画素Rおよび青色用画素B上にはマゼンタフィルタMgが配置され、緑色用画素Gr、Gb上にはグリーンフィルタGが配置されている。
ここで、赤色用画素Rおよび青色用画素Bは長手方向がカラム方向CDに対して斜めになるように配置するとともに、緑色用画素Gr、Gbは赤色用画素Rおよび青色用画素Bの短手方向に配置することにより、緑色用画素Gr、Gbの面積を縮小することなく、赤色用画素Rおよび青色用画素Bの面積を2画素分に渡って拡大することができ、混色を抑制しつつ感度を向上させることができる。
図4(a)は、第1実施形態に係る固体撮像装置のマイクロレンズのレイアウト例を示す平面図、図4(b)は、第1実施形態に係る固体撮像装置のマイクロレンズのその他のレイアウト例を示す平面図である。
図4(a)において、緑色用画素Gr、GbではマイクロレンズZ1が1個ずつ設けられ、赤色用画素Rおよび青色用画素Bでは2個のマイクロレンズZ1が共通に設けられている。これにより、緑色用画素Gr、Gb、赤色用画素Rおよび青色用画素Bに対して、マイクロレンズZ1のサイズおよび形状を等しくすることができ、緑色用画素Gr、Gb、赤色用画素Rおよび青色用画素Bに対してマイクロレンズZ1の歪による感度むらを低減することが可能となることから、画質を向上させることができる。
なお、図4(b)に示すように、赤色用画素Rおよび青色用画素Bでは1個のマイクロレンズZ2を共通に設けるようにしてもよい。
図4(a)において、緑色用画素Gr、GbではマイクロレンズZ1が1個ずつ設けられ、赤色用画素Rおよび青色用画素Bでは2個のマイクロレンズZ1が共通に設けられている。これにより、緑色用画素Gr、Gb、赤色用画素Rおよび青色用画素Bに対して、マイクロレンズZ1のサイズおよび形状を等しくすることができ、緑色用画素Gr、Gb、赤色用画素Rおよび青色用画素Bに対してマイクロレンズZ1の歪による感度むらを低減することが可能となることから、画質を向上させることができる。
なお、図4(b)に示すように、赤色用画素Rおよび青色用画素Bでは1個のマイクロレンズZ2を共通に設けるようにしてもよい。
図5は、第1実施形態に係る固体撮像装置の光電変換層としてフォトダイオードPD、フローティングディフュージョンFDおよびゲート電極TGのレイアウト例を示す平面図である。
図5において、赤色用画素Rには赤色用光電変換層PD−Rが設けられ、青色用画素Bには青色用光電変換層PD−Bが設けられ、緑色用画素Grには緑色用光電変換層PD−Grが設けられ、緑色用画素Gbには緑色用光電変換層PD−Gbが設けられている。青色用光電変換層PD−Bは赤色用光電変換層PD−R上に重なるように配置されている。また、赤色用光電変換層PD−Rおよび青色用光電変換層PD−Bは長手方向がカラム方向CDに対して斜めになるように配置されている。緑色用光電変換層PD−Gr、PD−Gbは赤色用光電変換層PD−Rおよび青色用光電変換層PD−Bの短手方向に配置されている。なお、緑色用光電変換層PD−Gr、PD−Gbは赤色用光電変換層PD−Rおよび青色用光電変換層PD−Bを間にして対向するように配置することができる。
図5において、赤色用画素Rには赤色用光電変換層PD−Rが設けられ、青色用画素Bには青色用光電変換層PD−Bが設けられ、緑色用画素Grには緑色用光電変換層PD−Grが設けられ、緑色用画素Gbには緑色用光電変換層PD−Gbが設けられている。青色用光電変換層PD−Bは赤色用光電変換層PD−R上に重なるように配置されている。また、赤色用光電変換層PD−Rおよび青色用光電変換層PD−Bは長手方向がカラム方向CDに対して斜めになるように配置されている。緑色用光電変換層PD−Gr、PD−Gbは赤色用光電変換層PD−Rおよび青色用光電変換層PD−Bの短手方向に配置されている。なお、緑色用光電変換層PD−Gr、PD−Gbは赤色用光電変換層PD−Rおよび青色用光電変換層PD−Bを間にして対向するように配置することができる。
ここで、各ベイヤ配列HPには、ゲート電極TGr、TGb、TGgr、TGgbおよび第1から第4のフローティングディフュージョンFDが設けられている。ここで、フローティングディフュージョンFDは、赤色用光電変換層PD−Rおよび青色用光電変換層PD−Bの長手方向の両端に配置されるとともに、緑色用光電変換層PD−Gr、PD−Gb間にも配置されている。そして、各ベイヤ配列HPにおいて、青色用光電変換層PD−Bの電荷はゲート電極TGbを介して第1のフローティングディフュージョンFDに転送され、赤色用光電変換層PD−Rの電荷はゲート電極TGrを介して第2のフローティングディフュージョンFDに転送され、緑色用光電変換層PD−Grの電荷はゲート電極TGgrを介して第3のフローティングディフュージョンFDに転送され、緑色用光電変換層PD−Gbの電荷はゲート電極TGgbを介して第4のフローティングディフュージョンFDに転送される。ここで、第1のベイヤ配列HPの第1のフローティングディフュージョンFDは、第1のベイヤ配列HPの青色用光電変換層PD−Bと、第1のベイヤ配列HPに斜め方向に隣接する第2のベイヤ配列HPの赤色用光電変換層PD−Rとで共有されている。第1のベイヤ配列HPの第2のフローティングディフュージョンFDは、第1のベイヤ配列HPの赤色用光電変換層PD−Rと、第1のベイヤ配列HPに斜め方向に隣接する第3のベイヤ配列HPの青色用光電変換層PD−Bとで共有されている。第1のベイヤ配列HPの第3のフローティングディフュージョンFDは、第1のベイヤ配列HPの緑色用光電変換層PD−Grと、第1のベイヤ配列HPにロウ方向RDに隣接する第4のベイヤ配列HPの緑色用光電変換層PD−Gbとで共有されている。第1のベイヤ配列HPの第4のフローティングディフュージョンFDは、第1のベイヤ配列HPの緑色用光電変換層PD−Gbと、第1のベイヤ配列HPにロウ方向RDに隣接する第5のベイヤ配列HPの緑色用光電変換層PD−Grとで共有されている。
ここで、図1のベイヤ配列HPを2画素1セルで構成するには、図1の赤色用画素rと青色用画素bとを共通のフローティングディフュージョンFDに接続する必要がある。この時、赤色用画素r、青色用画素bおよび緑色用画素gの辺がカラム方向CDに平行な状態で、緑色用画素gの面積を大きくとると、赤色用画素rと青色用画素bとの接続部が狭くなる。これに対して、赤色用光電変換層PD−R、青色用光電変換層PD−Bおよび緑色用光電変換層PD−Gr、PD−Gbの長手方向をカラム方向CDに対して傾けることにより、緑色用光電変換層PD−Gr、PD−Gbの面積を確保しつつ、赤色用光電変換層PD−Rおよび青色用光電変換層PD−Bの幅を均一化することができ、電荷転送を円滑化することができる。
また、赤色用光電変換層PD−Rおよび青色用光電変換層PD−Bの幅を均一化することにより、緑色用光電変換層PD−Gr、PD−Gbとの隣接部の境界の長さを短くすることができ、混色を低減することができる。
また、赤色用光電変換層PD−Rおよび青色用光電変換層PD−Bの幅を均一化することにより、緑色用光電変換層PD−Gr、PD−Gbとの隣接部の境界の長さを短くすることができ、混色を低減することができる。
図6は、第1実施形態に係る固体撮像装置のフォトダイオード、フローティングディフュージョンおよびゲート電極のその他のレイアウト例を示す平面図である。
図6において、赤色用光電変換層PD−Rおよび青色用光電変換層PD−Bは、長手方向の中間部が両端部に比べて狭くなるように構成され、その中間部に緑色用光電変換層PD−Gr、PD−Gbが嵌め込まれるように配置されている。また、フローティングディフュージョンFDは、赤色用光電変換層PD−Rおよび青色用光電変換層PD−Bの長手方向の両端の側部に配置されるとともに、緑色用光電変換層PD−Gr、PD−Gb間にも配置されている。ここで、第1のベイヤ配列HPの第1のフローティングディフュージョンFDは、第1のベイヤ配列HPの青色用光電変換層PD−Bと、第1のベイヤ配列HPにロウ方向RDに隣接する第2のベイヤ配列HPの赤色用光電変換層PD−Rとで共有されている。第1のベイヤ配列HPの第2のフローティングディフュージョンFDは、第1のベイヤ配列HPの赤色用光電変換層PD−Rと、第1のベイヤ配列HPにロウ方向RDに隣接する第3のベイヤ配列HPの青色用光電変換層PD−Bとで共有されている。第1のベイヤ配列HPの第3のフローティングディフュージョンFDは、第1のベイヤ配列HPの緑色用光電変換層PD−Grと、第1のベイヤ配列HPにカラム方向CDに隣接する第4のベイヤ配列HPの緑色用光電変換層PD−Gbとで共有されている。第1のベイヤ配列HPの第4のフローティングディフュージョンFDは、第1のベイヤ配列HPの緑色用光電変換層PD−Gbと、第1のベイヤ配列HPにカラム方向CDに隣接する第5のベイヤ配列HPの緑色用光電変換層PD−Grとで共有されている。
図6において、赤色用光電変換層PD−Rおよび青色用光電変換層PD−Bは、長手方向の中間部が両端部に比べて狭くなるように構成され、その中間部に緑色用光電変換層PD−Gr、PD−Gbが嵌め込まれるように配置されている。また、フローティングディフュージョンFDは、赤色用光電変換層PD−Rおよび青色用光電変換層PD−Bの長手方向の両端の側部に配置されるとともに、緑色用光電変換層PD−Gr、PD−Gb間にも配置されている。ここで、第1のベイヤ配列HPの第1のフローティングディフュージョンFDは、第1のベイヤ配列HPの青色用光電変換層PD−Bと、第1のベイヤ配列HPにロウ方向RDに隣接する第2のベイヤ配列HPの赤色用光電変換層PD−Rとで共有されている。第1のベイヤ配列HPの第2のフローティングディフュージョンFDは、第1のベイヤ配列HPの赤色用光電変換層PD−Rと、第1のベイヤ配列HPにロウ方向RDに隣接する第3のベイヤ配列HPの青色用光電変換層PD−Bとで共有されている。第1のベイヤ配列HPの第3のフローティングディフュージョンFDは、第1のベイヤ配列HPの緑色用光電変換層PD−Grと、第1のベイヤ配列HPにカラム方向CDに隣接する第4のベイヤ配列HPの緑色用光電変換層PD−Gbとで共有されている。第1のベイヤ配列HPの第4のフローティングディフュージョンFDは、第1のベイヤ配列HPの緑色用光電変換層PD−Gbと、第1のベイヤ配列HPにカラム方向CDに隣接する第5のベイヤ配列HPの緑色用光電変換層PD−Grとで共有されている。
図7は、図3のグリーンフィルタに沿って切断した固体撮像装置の概略構成例を示す断面図である。なお、図7は、図4(b)および図5に対応した構成を示した。
図7において、半導体層SB1には不純物拡散層H1が形成され、不純物拡散層H1の裏面側には不純物拡散層H0が形成されている。また、緑色用画素Grにおいて、半導体層SB1には不純物拡散層H2が形成され、不純物拡散層H2の表面側には不純物拡散層H4が形成されている。また、緑色用画素Gbにおいて、半導体層SB1には不純物拡散層H3が形成され、不純物拡散層H3の表面側には不純物拡散層H5が形成されている。また、半導体層SB1の表面側において、不純物拡散層H4、H5間に不純物拡散層H6が形成されることで、フローティングディフュージョンFDが形成されている。なお、不純物拡散層H1はp型に設定することができる。不純物拡散層H2、H3はn型に設定することができる。不純物拡散層H0、H4、H5はp+型に設定することができる。不純物拡散層H6はn+型に設定することができる。
図7において、半導体層SB1には不純物拡散層H1が形成され、不純物拡散層H1の裏面側には不純物拡散層H0が形成されている。また、緑色用画素Grにおいて、半導体層SB1には不純物拡散層H2が形成され、不純物拡散層H2の表面側には不純物拡散層H4が形成されている。また、緑色用画素Gbにおいて、半導体層SB1には不純物拡散層H3が形成され、不純物拡散層H3の表面側には不純物拡散層H5が形成されている。また、半導体層SB1の表面側において、不純物拡散層H4、H5間に不純物拡散層H6が形成されることで、フローティングディフュージョンFDが形成されている。なお、不純物拡散層H1はp型に設定することができる。不純物拡散層H2、H3はn型に設定することができる。不純物拡散層H0、H4、H5はp+型に設定することができる。不純物拡散層H6はn+型に設定することができる。
また、半導体層SB1上において、不純物拡散層H4、H6間の不純物拡散層H1上にはゲート電極TGgrが配置され、不純物拡散層H5、H6間の不純物拡散層H1上にはゲート電極TGgbが配置されている。半導体層SB1の裏面側には、緑色用画素Gr、GbごとにグリーンフィルタGが形成されている。グリーンフィルタG上には緑色用画素Gr、GbごとにマイクロレンズZ1が配置されている。
そして、マイクロレンズZ1にて集光された光はグリーンフィルタGに入射することで緑色光が抽出され、緑色用画素Gr、Gbに入射する。そして、各緑色用画素Gr、Gbにおいて緑色光が光電変換されることで電荷が生成され、緑色用画素Gr、Gbにそれぞれ蓄積される。そして、読み出し電圧がゲート電極TGgr、TGgbに印加されることで、緑色用画素Gr、Gbにそれぞれ蓄積された電荷がフローティングディフュージョンFDに読み出される。
図8は、図3のマゼンタフィルタに沿って切断した固体撮像装置の概略構成例を示す断面図である。なお、図8は、図4(b)および図5に対応した構成を示した。
図8において、半導体層SB1には不純物拡散層H1が形成され、不純物拡散層H1の裏面側には不純物拡散層H0が形成されている。また、青色用画素Bにおいて、半導体層SB1には不純物拡散層H7が形成されている。また、赤色用画素Rにおいて、半導体層SB1には不純物拡散層H9が形成され、不純物拡散層H9の表面側には不純物拡散層H11が形成されている。ここで、不純物拡散層H7は、不純物拡散層H9下に配置され、不純物拡散層H9の横を通って半導体層SB1の表面側に引き出されている。そして、不純物拡散層H9の引き出し部上には不純物拡散層H10が形成されている。また、不純物拡散層H7、H9間には不純物拡散層H8が配置されている。また、半導体層SB1の表面側において、不純物拡散層H10、H11の両側に不純物拡散層H12、H13が形成されることで、フローティングディフュージョンFDが形成されている。なお、不純物拡散層H7、H8、H9はn型に設定することができる。不純物拡散層H10、H11はp+型に設定することができる。不純物拡散層H12、H13はn+型に設定することができる。
図8において、半導体層SB1には不純物拡散層H1が形成され、不純物拡散層H1の裏面側には不純物拡散層H0が形成されている。また、青色用画素Bにおいて、半導体層SB1には不純物拡散層H7が形成されている。また、赤色用画素Rにおいて、半導体層SB1には不純物拡散層H9が形成され、不純物拡散層H9の表面側には不純物拡散層H11が形成されている。ここで、不純物拡散層H7は、不純物拡散層H9下に配置され、不純物拡散層H9の横を通って半導体層SB1の表面側に引き出されている。そして、不純物拡散層H9の引き出し部上には不純物拡散層H10が形成されている。また、不純物拡散層H7、H9間には不純物拡散層H8が配置されている。また、半導体層SB1の表面側において、不純物拡散層H10、H11の両側に不純物拡散層H12、H13が形成されることで、フローティングディフュージョンFDが形成されている。なお、不純物拡散層H7、H8、H9はn型に設定することができる。不純物拡散層H10、H11はp+型に設定することができる。不純物拡散層H12、H13はn+型に設定することができる。
また、半導体層SB1上において、不純物拡散層H10、H12間の不純物拡散層H1上にはゲート電極TGbが配置され、不純物拡散層H11、H13間の不純物拡散層H1上にはゲート電極TGrが配置されている。半導体層SB1の裏面側には、青色用画素Bおよび赤色用画素Rに共通にマゼンタフィルタMgが形成されている。マゼンタフィルタMg上には青色用画素Bおよび赤色用画素Rに共通にマイクロレンズZ2が配置されている。
そして、マイクロレンズZ2にて集光された光はマゼンタフィルタMgに入射することで赤色光および青色光が抽出され、青色光は青色用画素Bに入射するとともに、赤色光は赤色用画素Rに入射する。そして、青色用画素Bにおいて青色光が光電変換されることで電荷が生成され、青色用画素Bに蓄積される。そして、読み出し電圧がゲート電極TGbに印加されることで、青色用画素Bに蓄積された電荷がフローティングディフュージョンFDに読み出される。また、赤色用画素Rにおいて赤色光が光電変換されることで電荷が生成され、赤色用画素Rに蓄積される。そして、読み出し電圧がゲート電極TGrに印加されることで、赤色用画素Rに蓄積された電荷がフローティングディフュージョンFDに読み出される。
ここで、不純物拡散層H7、H9間に不純物拡散層H8を配置することにより、赤色光と青色光の色分離性を改善することができる。
ここで、不純物拡散層H7、H9間に不純物拡散層H8を配置することにより、赤色光と青色光の色分離性を改善することができる。
図9は、図3のマゼンタフィルタに沿って切断した固体撮像装置のその他の概略構成例を示す断面図である。なお、図9は、図4(a)および図5に対応した構成を示した。
図9において、図8のマイクロレンズZ2の代わりにマイクロレンズZ1が青色用画素Bおよび赤色用画素Rに共通に配置されている。それ以外は図8の構成と同様である。
図9において、図8のマイクロレンズZ2の代わりにマイクロレンズZ1が青色用画素Bおよび赤色用画素Rに共通に配置されている。それ以外は図8の構成と同様である。
(第2実施形態)
図10(a)は、第2実施形態に係る固体撮像装置のカラーフィルタのレイアウト例を示す平面図、図10(b)は、第2実施形態に係る固体撮像装置のマイクロレンズのレイアウト例を示す平面図である。
図10(a)において、この固体撮像装置では、図3の構成に遮光膜SHが追加されている。なお、遮光膜SHの材料は、カーボンなどが含有された樹脂であってもよいし、Alまたはタングステンなどの金属であってもよい。ここで、遮光膜SHは、赤色用画素R下に配置された青色用画素Bを表現側に引き出す引き出し部を覆うように配置することができる。これにより、裏面照射型CMOSセンサにおいて、青色用画素Bに赤色光が入射するのを抑制することができ、混色を低減することができる。
また、図10(b)において、マゼンタフィルタMgおよび遮光膜SH上には青色用画素Bおよび赤色用画素Rに共通にマイクロレンズZ3が配置されている。ここで、マイクロレンズZ3の長手方向の両端は遮光膜SH上に配置されている。これにより、青色光および赤色光を青色用画素Bおよび赤色用画素Rにそれぞれ効率よく入射させることができる。
図10(a)は、第2実施形態に係る固体撮像装置のカラーフィルタのレイアウト例を示す平面図、図10(b)は、第2実施形態に係る固体撮像装置のマイクロレンズのレイアウト例を示す平面図である。
図10(a)において、この固体撮像装置では、図3の構成に遮光膜SHが追加されている。なお、遮光膜SHの材料は、カーボンなどが含有された樹脂であってもよいし、Alまたはタングステンなどの金属であってもよい。ここで、遮光膜SHは、赤色用画素R下に配置された青色用画素Bを表現側に引き出す引き出し部を覆うように配置することができる。これにより、裏面照射型CMOSセンサにおいて、青色用画素Bに赤色光が入射するのを抑制することができ、混色を低減することができる。
また、図10(b)において、マゼンタフィルタMgおよび遮光膜SH上には青色用画素Bおよび赤色用画素Rに共通にマイクロレンズZ3が配置されている。ここで、マイクロレンズZ3の長手方向の両端は遮光膜SH上に配置されている。これにより、青色光および赤色光を青色用画素Bおよび赤色用画素Rにそれぞれ効率よく入射させることができる。
図11は、図10(a)のマゼンタフィルタに沿って切断した固体撮像装置の概略構成例を示す断面図である。
図11において、この固体撮像装置では、図8の構成に遮光膜SHが追加されている。ここで、遮光膜SHは、マゼンタフィルタMgと半導体層SB1との間に配置することができる。また、遮光膜SHは、不純物拡散層H7の引き出し部および不純物拡散層H12、H13を覆うように配置することができる。
図11において、この固体撮像装置では、図8の構成に遮光膜SHが追加されている。ここで、遮光膜SHは、マゼンタフィルタMgと半導体層SB1との間に配置することができる。また、遮光膜SHは、不純物拡散層H7の引き出し部および不純物拡散層H12、H13を覆うように配置することができる。
(第3実施形態)
図12(a)は、第3実施形態に係る固体撮像装置のカラーフィルタのレイアウト例を示す平面図、図12(b)は、第3実施形態に係る固体撮像装置のカラーフィルタのその他のレイアウト例を示す平面図である。
図12(a)において、この固体撮像装置では、図3のマゼンタフィルタMgの代わりにホワイトフィルタWが赤色用画素Rおよび青色用画素B上に配置されている。これにより、マゼンタフィルタMgによる光の損失を低減することができ、高感度化を図ることができる。
また、図12(b)において、この固体撮像装置では、図12(a)の構成に遮光膜SHが追加されている。図12(a)の遮光膜SHは、図10(a)の遮光膜SHと同様に配置することができる。
図12(a)は、第3実施形態に係る固体撮像装置のカラーフィルタのレイアウト例を示す平面図、図12(b)は、第3実施形態に係る固体撮像装置のカラーフィルタのその他のレイアウト例を示す平面図である。
図12(a)において、この固体撮像装置では、図3のマゼンタフィルタMgの代わりにホワイトフィルタWが赤色用画素Rおよび青色用画素B上に配置されている。これにより、マゼンタフィルタMgによる光の損失を低減することができ、高感度化を図ることができる。
また、図12(b)において、この固体撮像装置では、図12(a)の構成に遮光膜SHが追加されている。図12(a)の遮光膜SHは、図10(a)の遮光膜SHと同様に配置することができる。
図13は、図12(a)のホワイトフィルタとグリーンフィルタに沿って切断した固体撮像装置のその他の概略構成例を示す断面図である。
図13において、半導体層SB2には不純物拡散層H21が形成され、不純物拡散層H21の裏面側には不純物拡散層H20が形成されている。また、緑色用画素Gr(Gb)において、半導体層SB2には不純物拡散層H22が形成され、不純物拡散層H22の表面側には不純物拡散層H23が形成されている。また、青色用画素Bにおいて、半導体層SB2には不純物拡散層H24が形成されている。また、赤色用画素Rにおいて、半導体層SB2には不純物拡散層H26が形成され、不純物拡散層H26の表面側には不純物拡散層H27が形成されている。ここで、不純物拡散層H24は、不純物拡散層H26下に配置されている。また、不純物拡散層H24、H26間には不純物拡散層H25が配置されている。ここで、不純物拡散層H25は、不純物拡散層H26の横を通って半導体層SB2の表面側に引き出されている。そして、不純物拡散層H25の引き出し部上には不純物拡散層H28が形成されている。不純物拡散層H28は電源電位VDDに接続されている。なお、不純物拡散層H21はp型に設定することができる。不純物拡散層H22、H24、H25、H26はn型に設定することができる。不純物拡散層H20、H23、H27はp+型に設定することができる。不純物拡散層H28はn+型に設定することができる。
図13において、半導体層SB2には不純物拡散層H21が形成され、不純物拡散層H21の裏面側には不純物拡散層H20が形成されている。また、緑色用画素Gr(Gb)において、半導体層SB2には不純物拡散層H22が形成され、不純物拡散層H22の表面側には不純物拡散層H23が形成されている。また、青色用画素Bにおいて、半導体層SB2には不純物拡散層H24が形成されている。また、赤色用画素Rにおいて、半導体層SB2には不純物拡散層H26が形成され、不純物拡散層H26の表面側には不純物拡散層H27が形成されている。ここで、不純物拡散層H24は、不純物拡散層H26下に配置されている。また、不純物拡散層H24、H26間には不純物拡散層H25が配置されている。ここで、不純物拡散層H25は、不純物拡散層H26の横を通って半導体層SB2の表面側に引き出されている。そして、不純物拡散層H25の引き出し部上には不純物拡散層H28が形成されている。不純物拡散層H28は電源電位VDDに接続されている。なお、不純物拡散層H21はp型に設定することができる。不純物拡散層H22、H24、H25、H26はn型に設定することができる。不純物拡散層H20、H23、H27はp+型に設定することができる。不純物拡散層H28はn+型に設定することができる。
また、半導体層SB2の裏面側には、緑色用画素Gr(Gb)ごとにグリーンフィルタGが形成されるとともに、青色用画素Bおよび赤色用画素Rに共通にホワイトフィルタWが形成されている。グリーンフィルタG上には、マイクロレンズZ1が配置されている。また、ホワイトフィルタW上には、マイクロレンズZ2が配置されている。
そして、マイクロレンズZ1にて集光された光はグリーンフィルタGに入射することで緑色光が抽出され、緑色用画素Gr(Gb)に入射する。そして、各緑色用画素Gr(Gb)において緑色光が光電変換されることで電荷が生成され、緑色用画素Gr(Gb)に蓄積される。
また、マイクロレンズZ2にて集光された光はホワイトフィルタWを通過する。そして、青色光は青色用画素Bに入射するとともに、赤色光は赤色用画素Rに入射する。そして、青色用画素Bにおいて青色光が光電変換されることで電荷が生成され、青色用画素Bに蓄積されるとともに、赤色用画素Rにおいて赤色光が光電変換されることで電荷が生成され、赤色用画素Rに蓄積される。また、ホワイトフィルタWを通過した緑色光は不純物拡散層H25に入射する。そして、不純物拡散層H25において緑色光が光電変換されることで電荷が生成され、電源電位VDDに排出される。なお、電源電位VDDはDC電位であってもよいし、パルス駆動してもよい。
ここで、不純物拡散層H25にて生成された電荷を電源電位VDDに排出することにより、青色用画素Bおよび赤色用画素RにホワイトフィルタWを用いた場合においても、混色を低減することができる。
また、マイクロレンズZ2にて集光された光はホワイトフィルタWを通過する。そして、青色光は青色用画素Bに入射するとともに、赤色光は赤色用画素Rに入射する。そして、青色用画素Bにおいて青色光が光電変換されることで電荷が生成され、青色用画素Bに蓄積されるとともに、赤色用画素Rにおいて赤色光が光電変換されることで電荷が生成され、赤色用画素Rに蓄積される。また、ホワイトフィルタWを通過した緑色光は不純物拡散層H25に入射する。そして、不純物拡散層H25において緑色光が光電変換されることで電荷が生成され、電源電位VDDに排出される。なお、電源電位VDDはDC電位であってもよいし、パルス駆動してもよい。
ここで、不純物拡散層H25にて生成された電荷を電源電位VDDに排出することにより、青色用画素Bおよび赤色用画素RにホワイトフィルタWを用いた場合においても、混色を低減することができる。
図14は、図12(a)のホワイトフィルタとグリーンフィルタに沿って切断した固体撮像装置のその他の概略構成例を示す断面図である。
図14において、半導体層SB3には不純物拡散層H31が形成され、不純物拡散層H31の裏面側には不純物拡散層H30が形成されている。また、緑色用画素Gr(Gb)において、半導体層SB3には不純物拡散層H32が形成され、不純物拡散層H32の表面側には不純物拡散層H33が形成されている。また、青色用画素Bにおいて、半導体層SB3には不純物拡散層H34が形成されている。また、赤色用画素Rにおいて、半導体層SB3には不純物拡散層H36が形成され、不純物拡散層H36の表面側には不純物拡散層H37が形成されている。ここで、不純物拡散層H34は、不純物拡散層H36下に配置されている。また、不純物拡散層H34、H36間には、不純物拡散層H32が横方向に引き出されて配置されている。なお、不純物拡散層H31はp型に設定することができる。不純物拡散層H32、H34、H36はn型に設定することができる。不純物拡散層H30、H33、H37はp+型に設定することができる。
図14において、半導体層SB3には不純物拡散層H31が形成され、不純物拡散層H31の裏面側には不純物拡散層H30が形成されている。また、緑色用画素Gr(Gb)において、半導体層SB3には不純物拡散層H32が形成され、不純物拡散層H32の表面側には不純物拡散層H33が形成されている。また、青色用画素Bにおいて、半導体層SB3には不純物拡散層H34が形成されている。また、赤色用画素Rにおいて、半導体層SB3には不純物拡散層H36が形成され、不純物拡散層H36の表面側には不純物拡散層H37が形成されている。ここで、不純物拡散層H34は、不純物拡散層H36下に配置されている。また、不純物拡散層H34、H36間には、不純物拡散層H32が横方向に引き出されて配置されている。なお、不純物拡散層H31はp型に設定することができる。不純物拡散層H32、H34、H36はn型に設定することができる。不純物拡散層H30、H33、H37はp+型に設定することができる。
また、半導体層SB3の裏面側には、緑色用画素Gr(Gb)ごとにグリーンフィルタGが形成されるとともに、青色用画素Bおよび赤色用画素Rに共通にホワイトフィルタWが形成されている。グリーンフィルタG上には、マイクロレンズZ1が配置されている。また、ホワイトフィルタW上には、マイクロレンズZ2が配置されている。
そして、マイクロレンズZ1にて集光された光はグリーンフィルタGに入射することで緑色光が抽出され、緑色用画素Gr(Gb)に入射する。そして、各緑色用画素Gr(Gb)において緑色光が光電変換されることで電荷が生成され、緑色用画素Gr(Gb)に蓄積される。
また、マイクロレンズZ2にて集光された光はホワイトフィルタWを通過する。そして、青色光は青色用画素Bに入射するとともに、赤色光は赤色用画素Rに入射する。そして、青色用画素Bにおいて青色光が光電変換されることで電荷が生成され、青色用画素Bに蓄積されるとともに、赤色用画素Rにおいて赤色光が光電変換されることで電荷が生成され、赤色用画素Rに蓄積される。また、ホワイトフィルタWを通過した緑色光は不純物拡散層H32の引き出し部に入射する。そして、不純物拡散層H32の引き出し部において緑色光が光電変換されることで電荷が生成され、緑色用画素Gr(Gb)に蓄積される。 ここで、不純物拡散層H32の引き出し部にて生成された電荷を緑色用画素Gr(Gb)に蓄積させることにより、色分離性を改善しつつ、緑色光に対する感度を向上させることができる。
また、マイクロレンズZ2にて集光された光はホワイトフィルタWを通過する。そして、青色光は青色用画素Bに入射するとともに、赤色光は赤色用画素Rに入射する。そして、青色用画素Bにおいて青色光が光電変換されることで電荷が生成され、青色用画素Bに蓄積されるとともに、赤色用画素Rにおいて赤色光が光電変換されることで電荷が生成され、赤色用画素Rに蓄積される。また、ホワイトフィルタWを通過した緑色光は不純物拡散層H32の引き出し部に入射する。そして、不純物拡散層H32の引き出し部において緑色光が光電変換されることで電荷が生成され、緑色用画素Gr(Gb)に蓄積される。 ここで、不純物拡散層H32の引き出し部にて生成された電荷を緑色用画素Gr(Gb)に蓄積させることにより、色分離性を改善しつつ、緑色光に対する感度を向上させることができる。
(第4実施形態)
図15(a)は、第4実施形態に係る固体撮像装置のカラーフィルタのレイアウト例を示す平面図である。
図3の構成では、正方配列に配置した画素PCに対して色フィルタを斜めに配置することで、緑色用画素Gr、Gbの境界が赤色用画素Rおよび青色用画素Bの境界に対しずらされている。これに対して、図15(a)の構成では、正方配列に配置した画素PCを45度回転していることで、緑色用画素Gr、Gbの境界が赤色用画素Rおよび青色用画素Bの境界に一致している。この構成により、図3の長方形のカラーフィルタに対して、正方形を45度傾けた形成し易い形状にすることができる。図15(a)の構成では、左斜め方向の解像度が、右斜め方向の解像度の1/2になる。ただし、図15(a)の構成では、正方配置の画素配列に変換する補間信号処理で、緑色用の信号は水平方向および垂直方向でそれぞれ√2倍の解像度に向上することが出来る。緑色の画素数が同じ正方配列のベイヤ配列に対して実効的に2倍に向上させることができる。
図15(a)は、第4実施形態に係る固体撮像装置のカラーフィルタのレイアウト例を示す平面図である。
図3の構成では、正方配列に配置した画素PCに対して色フィルタを斜めに配置することで、緑色用画素Gr、Gbの境界が赤色用画素Rおよび青色用画素Bの境界に対しずらされている。これに対して、図15(a)の構成では、正方配列に配置した画素PCを45度回転していることで、緑色用画素Gr、Gbの境界が赤色用画素Rおよび青色用画素Bの境界に一致している。この構成により、図3の長方形のカラーフィルタに対して、正方形を45度傾けた形成し易い形状にすることができる。図15(a)の構成では、左斜め方向の解像度が、右斜め方向の解像度の1/2になる。ただし、図15(a)の構成では、正方配置の画素配列に変換する補間信号処理で、緑色用の信号は水平方向および垂直方向でそれぞれ√2倍の解像度に向上することが出来る。緑色の画素数が同じ正方配列のベイヤ配列に対して実効的に2倍に向上させることができる。
(第5実施形態)
図15(b)は、第5実施形態に係る固体撮像装置のカラーフィルタのレイアウト例を示す平面図である。
図15(b)において、1組の緑色用画素Gr、Gbの辺が、左斜め方向および右斜め方向に対して赤色用画素Rおよび青色用画素Bの辺に隣接するように配置されている。この構成では、左斜め方向の解像度と右斜め方向の解像度とを等しくすることができる。また、この構成では、正方配置の画素配列に変換する補間信号処理で、緑色用の信号は水平方向および垂直方向でそれぞれ√2倍の解像度に向上することが出来る。緑色の画素数が同じ正方配列のベイヤ配列に対して実効的に2倍に向上させることができる。
図15(b)は、第5実施形態に係る固体撮像装置のカラーフィルタのレイアウト例を示す平面図である。
図15(b)において、1組の緑色用画素Gr、Gbの辺が、左斜め方向および右斜め方向に対して赤色用画素Rおよび青色用画素Bの辺に隣接するように配置されている。この構成では、左斜め方向の解像度と右斜め方向の解像度とを等しくすることができる。また、この構成では、正方配置の画素配列に変換する補間信号処理で、緑色用の信号は水平方向および垂直方向でそれぞれ√2倍の解像度に向上することが出来る。緑色の画素数が同じ正方配列のベイヤ配列に対して実効的に2倍に向上させることができる。
図16は、図15(b)のカラーフィルタのレイアウトに対応したフォトダイオード、フローティングディフュージョンおよびゲート電極のレイアウト例を示す平面図である。
図16において、この構成では、図5の構成に対して画素PCが45°だけ傾けて配置されている。そして、緑色用光電変換層PD−Gr、PD−Gbは、1個分の画素PCにそれぞれ収まるように配置され、赤色用光電変換層PD−Rおよび青色用光電変換層PD−Bは、2個分の画素PCに収まるように配置されている。青色用光電変換層PD−Bは赤色用光電変換層PD−R上に重なるように配置されている。
図16において、この構成では、図5の構成に対して画素PCが45°だけ傾けて配置されている。そして、緑色用光電変換層PD−Gr、PD−Gbは、1個分の画素PCにそれぞれ収まるように配置され、赤色用光電変換層PD−Rおよび青色用光電変換層PD−Bは、2個分の画素PCに収まるように配置されている。青色用光電変換層PD−Bは赤色用光電変換層PD−R上に重なるように配置されている。
図17(a)は、図15(a)または図15(b)のカラーフィルタ配列に対するマイクロレンズのレイアウト例を示す平面図、図17(b)は、図15(a)のカラーフィルタ配列に対するマイクロレンズのその他のレイアウト例を示す平面図、図17(c)は、図15(b)のカラーフィルタ配列に対するマイクロレンズのその他のレイアウト例を示す平面図である。
図17(a)において、このレイアウトでは、1画素分のサイズのマイクロレンズZ4が設けられている。このマイクロレンズZ4のレイアウトは、図15(a)または図15(b)の構成に用いることができる。この構成では、緑色用画素Gr、Gb、赤色用画素Rおよび青色用画素Bに対して、マイクロレンズZ4のサイズおよび形状を等しくすることができ、マイクロレンズZ4の歪による画質の低下を抑制することができる。
図17(b)および図17(c)において、このレイアウトでは、1画素分のサイズのマイクロレンズZ4および2画素分のサイズのマイクロレンズZ5が設けられている。図17(b)のマイクロレンズZ4、Z5のレイアウトは、図15(a)の構成に用いることができる。図17(c)のマイクロレンズZ4、Z5のレイアウトは、図15(b)の構成に用いることができる。
図3と図4の構成では、1画素分のカラーフィルタとマイクロレンズが長方形なのに対して、図15(a)、図15(b)および図17(a)〜図17(c)の1画素分のカラーフィルタとマイクロレンズは正方形を45度傾けた形成し易い形状にすることができる。このため、微細画素への適用を容易化したり、製造バラツキをより小さくしたりすることができる。
図17(a)において、このレイアウトでは、1画素分のサイズのマイクロレンズZ4が設けられている。このマイクロレンズZ4のレイアウトは、図15(a)または図15(b)の構成に用いることができる。この構成では、緑色用画素Gr、Gb、赤色用画素Rおよび青色用画素Bに対して、マイクロレンズZ4のサイズおよび形状を等しくすることができ、マイクロレンズZ4の歪による画質の低下を抑制することができる。
図17(b)および図17(c)において、このレイアウトでは、1画素分のサイズのマイクロレンズZ4および2画素分のサイズのマイクロレンズZ5が設けられている。図17(b)のマイクロレンズZ4、Z5のレイアウトは、図15(a)の構成に用いることができる。図17(c)のマイクロレンズZ4、Z5のレイアウトは、図15(b)の構成に用いることができる。
図3と図4の構成では、1画素分のカラーフィルタとマイクロレンズが長方形なのに対して、図15(a)、図15(b)および図17(a)〜図17(c)の1画素分のカラーフィルタとマイクロレンズは正方形を45度傾けた形成し易い形状にすることができる。このため、微細画素への適用を容易化したり、製造バラツキをより小さくしたりすることができる。
(第6実施形態)
図18(a)は、第6実施形態に係る固体撮像装置のカラーフィルタのレイアウト例を示す平面図、図18(b)は、第6実施形態に係る固体撮像装置のマイクロレンズのレイアウト例を示す平面図である。
図18(a)において、この固体撮像装置では、図15(a)の構成に遮光膜SHが追加されている。ここで、遮光膜SHは、赤色用画素R下に配置された青色用画素Bを表現側に引き出す引き出し部を覆うように配置することができる。
また、図18(b)において、マゼンタフィルタMgおよび遮光膜SH上には青色用画素Bおよび赤色用画素Rに共通にマイクロレンズZ6が配置されている。ここで、マイクロレンズZ6の長手方向の両端は遮光膜SH上に配置されている。
図18(a)は、第6実施形態に係る固体撮像装置のカラーフィルタのレイアウト例を示す平面図、図18(b)は、第6実施形態に係る固体撮像装置のマイクロレンズのレイアウト例を示す平面図である。
図18(a)において、この固体撮像装置では、図15(a)の構成に遮光膜SHが追加されている。ここで、遮光膜SHは、赤色用画素R下に配置された青色用画素Bを表現側に引き出す引き出し部を覆うように配置することができる。
また、図18(b)において、マゼンタフィルタMgおよび遮光膜SH上には青色用画素Bおよび赤色用画素Rに共通にマイクロレンズZ6が配置されている。ここで、マイクロレンズZ6の長手方向の両端は遮光膜SH上に配置されている。
(第7実施形態)
図19は、第7実施形態に係る固体撮像装置のベイヤ配列における4画素1セル構成例を示す回路図である。
図19において、このベイヤ配列HPには、フォトダイオードPD−B、PD−R、PD−Gr、PD−Gb、行選択トランジスタTRadr、増幅トランジスタTRamp、リセットトランジスタTRrstおよび読み出しトランジスタTGb、TGr、TGgr、TGgbが設けられている。また、増幅トランジスタTRampとリセットトランジスタTRrstと読み出しトランジスタTGb、TGr、TGgr、TGgbとの接続点には検出ノードとしてフローティングディフュージョンFDが形成されている。ここで、フローティングディフュージョンFD、行選択トランジスタTRadr、増幅トランジスタTRampおよびリセットトランジスタTRrstはフォトダイオードPD−B、PD−R、PD−Gr、PD−Gbにて共用されている。
図19は、第7実施形態に係る固体撮像装置のベイヤ配列における4画素1セル構成例を示す回路図である。
図19において、このベイヤ配列HPには、フォトダイオードPD−B、PD−R、PD−Gr、PD−Gb、行選択トランジスタTRadr、増幅トランジスタTRamp、リセットトランジスタTRrstおよび読み出しトランジスタTGb、TGr、TGgr、TGgbが設けられている。また、増幅トランジスタTRampとリセットトランジスタTRrstと読み出しトランジスタTGb、TGr、TGgr、TGgbとの接続点には検出ノードとしてフローティングディフュージョンFDが形成されている。ここで、フローティングディフュージョンFD、行選択トランジスタTRadr、増幅トランジスタTRampおよびリセットトランジスタTRrstはフォトダイオードPD−B、PD−R、PD−Gr、PD−Gbにて共用されている。
そして、読み出しトランジスタTGgrのソースは、フォトダイオードPD−Grに接続され、読み出しトランジスタTGbのソースは、フォトダイオードPD−Bに接続され、読み出しトランジスタTGrのソースは、フォトダイオードPD−Rに接続され、読み出しトランジスタTGgbのソースは、フォトダイオードPD−Gbに接続されている。また、リセットトランジスタTRrstのソースは、読み出しトランジスタTGb、TGr、TGgr、TGgbのドレインに接続され、リセットトランジスタTRrstおよび行選択トランジスタTRadrのドレインは、電源電位VDDに接続されている。また、増幅トランジスタTRampのソースは、垂直信号線Vlin1に接続され、増幅トランジスタTRampのゲートは、読み出しトランジスタTGb、TGr、TGgr、TGgbのドレインに接続され、増幅トランジスタTRampのドレインは、行選択トランジスタTRadrのソースに接続されている。
図20は、第7実施形態に係る固体撮像装置のベイヤ配列におけるその他の4画素1セル構成例を示す回路図である。
図19の構成では、フォトダイオードPD−B、PD−R、PD−Gr、PD−Gbがカラム方向CDに一列に並んでいる。これに対して、図20の構成では、フォトダイオードPD−B、PD−R、PD−Gr、PD−Gbがカラム方向CDおよびロウ方向RDに2行2列に並んでいる。
図19の構成では、フォトダイオードPD−B、PD−R、PD−Gr、PD−Gbがカラム方向CDに一列に並んでいる。これに対して、図20の構成では、フォトダイオードPD−B、PD−R、PD−Gr、PD−Gbがカラム方向CDおよびロウ方向RDに2行2列に並んでいる。
図21は、第7実施形態に係る固体撮像装置のフォトダイオード、フローティングディフュージョンおよびゲート電極のレイアウト例を示す平面図である。なお、図21の構成は、図20の回路に対応する。
図21において、赤色用光電変換層PD−R、青色用光電変換層PD−Bおよび緑色用光電変換層PD−Gr、PD−Gbは、図6の構成と同様に配置されている。ただし、図6の構成では、1個のベイヤ配列HPに4個のフローティングディフュージョンFDが設けられているのに対し、図21の構成では、1個のベイヤ配列HPに2個のフローティングディフュージョンFDが設けられている。ここで、第1のベイヤ配列HPの第1のフローティングディフュージョンFDは、第1のベイヤ配列HPの青色用光電変換層PD−Bおよび緑色用光電変換層PD−Gbと、第1のベイヤ配列HPにカラム方向CDに隣接する第2のベイヤ配列HPの赤色用光電変換層PD−Rおよび緑色用光電変換層PD−Grとで共有されている。第1のベイヤ配列HPの第2のフローティングディフュージョンFDは、第1のベイヤ配列HPの赤色用光電変換層PD−Rおよび緑色用光電変換層PD−Grと、第1のベイヤ配列HPにカラム方向CDに隣接する第3のベイヤ配列HPの青色用光電変換層PD−Bおよび緑色用光電変換層PD−Gbとで共有されている。
ここで、4画素1セル構成を用いることにより、図6の2画素1セル構成に比べてフローティングディフュージョンFD、行選択トランジスタTRadr、増幅トランジスタTRampおよびリセットトランジスタTRrstの個数を半減させることができ、その分だけ赤色用光電変換層PD−R、青色用光電変換層PD−Bおよび緑色用光電変換層PD−Gr、PD−Gbの面積を拡大することが可能となることから、感度と飽和信号量を向上させることができる。
図21において、赤色用光電変換層PD−R、青色用光電変換層PD−Bおよび緑色用光電変換層PD−Gr、PD−Gbは、図6の構成と同様に配置されている。ただし、図6の構成では、1個のベイヤ配列HPに4個のフローティングディフュージョンFDが設けられているのに対し、図21の構成では、1個のベイヤ配列HPに2個のフローティングディフュージョンFDが設けられている。ここで、第1のベイヤ配列HPの第1のフローティングディフュージョンFDは、第1のベイヤ配列HPの青色用光電変換層PD−Bおよび緑色用光電変換層PD−Gbと、第1のベイヤ配列HPにカラム方向CDに隣接する第2のベイヤ配列HPの赤色用光電変換層PD−Rおよび緑色用光電変換層PD−Grとで共有されている。第1のベイヤ配列HPの第2のフローティングディフュージョンFDは、第1のベイヤ配列HPの赤色用光電変換層PD−Rおよび緑色用光電変換層PD−Grと、第1のベイヤ配列HPにカラム方向CDに隣接する第3のベイヤ配列HPの青色用光電変換層PD−Bおよび緑色用光電変換層PD−Gbとで共有されている。
ここで、4画素1セル構成を用いることにより、図6の2画素1セル構成に比べてフローティングディフュージョンFD、行選択トランジスタTRadr、増幅トランジスタTRampおよびリセットトランジスタTRrstの個数を半減させることができ、その分だけ赤色用光電変換層PD−R、青色用光電変換層PD−Bおよび緑色用光電変換層PD−Gr、PD−Gbの面積を拡大することが可能となることから、感度と飽和信号量を向上させることができる。
(第8実施形態)
図22は、第8実施形態に係る固体撮像装置のフォトダイオード、フローティングディフュージョンおよびゲート電極のレイアウト例を示す平面図である。
図22において、この構成では、緑色用光電変換層PD−Gr、PD−Gbに引き出し部PD−G1、PD−G2がそれぞれ設けられている。ここで、引き出し部PD−G1、PD−G2はカラム方向CDに引き出し、深さ方向において赤色用光電変換層PD−Rと青色用光電変換層PD−Bとの間に配置されている。なお、引き出し部PD−G1、PD−G2は、図14の不純物拡散層H32の引き出し部と同様に構成することができる。
図22は、第8実施形態に係る固体撮像装置のフォトダイオード、フローティングディフュージョンおよびゲート電極のレイアウト例を示す平面図である。
図22において、この構成では、緑色用光電変換層PD−Gr、PD−Gbに引き出し部PD−G1、PD−G2がそれぞれ設けられている。ここで、引き出し部PD−G1、PD−G2はカラム方向CDに引き出し、深さ方向において赤色用光電変換層PD−Rと青色用光電変換層PD−Bとの間に配置されている。なお、引き出し部PD−G1、PD−G2は、図14の不純物拡散層H32の引き出し部と同様に構成することができる。
(第9実施形態)
図23は、第9実施形態に係る固体撮像装置のフォトダイオード、フローティングディフュージョンおよびゲート電極のレイアウト例を示す平面図である。
図22の構成では、引き出し部PD−G1、PD−G2はカラム方向CDに引き出されていた。これに対して、図23の構成では、引き出し部PD−G1、PD−G2はロウ方向RDに引き出されている。
ここで、緑色用光電変換層PD−Gr、PD−Gbに引き出し部PD−G1、PD−G2をそれぞれ設けることにより、緑色光に対する感度を向上させることができる。
図23は、第9実施形態に係る固体撮像装置のフォトダイオード、フローティングディフュージョンおよびゲート電極のレイアウト例を示す平面図である。
図22の構成では、引き出し部PD−G1、PD−G2はカラム方向CDに引き出されていた。これに対して、図23の構成では、引き出し部PD−G1、PD−G2はロウ方向RDに引き出されている。
ここで、緑色用光電変換層PD−Gr、PD−Gbに引き出し部PD−G1、PD−G2をそれぞれ設けることにより、緑色光に対する感度を向上させることができる。
(第10実施形態)
図24は、第10実施形態に係る固体撮像装置が適用されたデジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。
図24において、デジタルカメラ11は、カメラモジュール12および後段処理部13を有する。カメラモジュール12は、撮像光学系14および固体撮像装置15を有する。後段処理部13は、イメージシグナルプロセッサ(ISP)16、記憶部17及び表示部18を有する。なお、ISP16の少なくとも一部の構成は固体撮像装置15とともに1チップ化するようにしてもよい。
図24は、第10実施形態に係る固体撮像装置が適用されたデジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。
図24において、デジタルカメラ11は、カメラモジュール12および後段処理部13を有する。カメラモジュール12は、撮像光学系14および固体撮像装置15を有する。後段処理部13は、イメージシグナルプロセッサ(ISP)16、記憶部17及び表示部18を有する。なお、ISP16の少なくとも一部の構成は固体撮像装置15とともに1チップ化するようにしてもよい。
撮像光学系14は、被写体からの光を取り込み、被写体像を結像させる。固体撮像装置15は、被写体像を撮像する。ISP16は、固体撮像装置15での撮像により得られた画像信号を信号処理する。記憶部17は、ISP16での信号処理を経た画像を格納する。記憶部17は、ユーザの操作等に応じて、表示部18へ画像信号を出力する。表示部18は、ISP16あるいは記憶部17から入力される画像信号に応じて、画像を表示する。表示部18は、例えば、液晶ディスプレイである。なお、カメラモジュール12は、デジタルカメラ11以外にも、例えばカメラ付き携帯端末等の電子機器に適用するようにしてもよい。
(第11実施形態)
図25は、第11実施形態に係る固体撮像装置が適用されたカメラモジュールの概略構成を示す断面図である。
図25において、被写体からカメラモジュール21のレンズ22へ入射した光は、メインミラー23、サブミラー24およびメカシャッタ28を経て固体撮像装置29に入射する。
サブミラー24で反射した光は、オートフォーカス(AF)センサ25に入射する。カメラモジュール21では、AFセンサ25での検出結果に基づいてフォーカス調整が行われる。メインミラー23で反射した光は、レンズ26およびプリズム27を経てファインダ30に入射する。
図25は、第11実施形態に係る固体撮像装置が適用されたカメラモジュールの概略構成を示す断面図である。
図25において、被写体からカメラモジュール21のレンズ22へ入射した光は、メインミラー23、サブミラー24およびメカシャッタ28を経て固体撮像装置29に入射する。
サブミラー24で反射した光は、オートフォーカス(AF)センサ25に入射する。カメラモジュール21では、AFセンサ25での検出結果に基づいてフォーカス調整が行われる。メインミラー23で反射した光は、レンズ26およびプリズム27を経てファインダ30に入射する。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1 画素アレイ部、2 垂直走査回路、3 カラムADC回路、4 水平走査回路、5 タイミング制御回路、6 基準電圧発生回路、Vlin 垂直信号線、Hlin 水平制御線、PC 画素、HP ベイヤ配列部
Claims (5)
- カラム方向に対して斜めに配置された2画素の第1および第2の緑色用光電変換層と、前記第1および第2の緑色用光電変換層に隣接して配置された2画素分の青色用光電変換層と、前記青色用光電変換層と深さ方向に重なるようにして設けられた赤色用光電変換層とがマトリックス状に配置された画素アレイ部と、
前記第1および第2の緑色用光電変換層の上部に2画素分に連続して設けたグリーンフィルタと、
前記青色用光電変換層の上部に2画素分に連続して設けたグリーンフィルタと異なるフィルタとを備えることを特徴とする固体撮像装置。 - 前記グリーンフィルタと異なるフィルタはマゼンタフィルタもしくはホワイトフィルタであり、前記グリーンフィルタと前記マゼンタフィルタもしくはホワイトフィルタが2画素毎に交互に配置されたことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記画素アレイ部からの出力信号の画素配列が正方配列で出力することを特徴とする請求項1もしくは2に記載の固体撮像装置。
- 前記画素アレイ部からの出力信号の画素配列が正方配列を45度傾けた配列で出力することを特徴とする請求項1もしくは2に記載の固体撮像装置。
- 前記第1の緑色用光電変換層の上部に光を集光する長方形のマイクロレンズを45度傾けて形成したことを特徴とする請求項1もしくは2に記載の固体撮像装置。
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