JP2021136352A - Solid-state imaging device and manufacturing method of same - Google Patents
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Description
本開示は、固体撮像装置およびその製造方法に関する。 The present disclosure relates to a solid-state image sensor and a method for manufacturing the same.
マルチ分光CIS(CMOSイメージセンサ)などの固体撮像装置では、フィルタ層として、ファブリペロ共振器や伝播型表面プラズモン共鳴フィルタを形成する際のプロセスのバラツキが問題となる。例えば、CISの面内やロット間において、多層膜の厚みなどのバラツキや、金属膜の孔径などのバラツキが問題となる。加えて、ファブリペロ共振器の多層膜を形成するのに長い時間がかかることも問題となる。さらには、伝播型表面プラズモン共鳴フィルタは表面での光反射が大きいため、太陽光など強い光を結像したときにフレアが出現することも問題となる。これらの問題があるために、ファブリペロ共振器や伝播型表面プラズモン共鳴フィルタを備えるCISの量産は困難なものとなる。 In a solid-state imaging device such as a multi-spectral CIS (CMOS image sensor), there is a problem of variation in the process when forming a fabric pero resonator or a propagation type surface plasmon resonance filter as a filter layer. For example, variations in the thickness of the multilayer film and variations in the pore size of the metal film become problems in the plane of the CIS and between lots. In addition, it takes a long time to form the multilayer film of the fabric pero resonator, which is also a problem. Furthermore, since the propagation type surface plasmon resonance filter has a large amount of light reflection on the surface, it is also a problem that flare appears when a strong light such as sunlight is imaged. Due to these problems, mass production of CIS including a fabric pero resonator and a propagation type surface plasmon resonance filter becomes difficult.
そのため、マルチ分光CISなどの固体撮像装置に関しては、フィルタ分光の半値幅を狭くすることや、プロセスによる分光特性のバラツキを小さくすることや、フィルタ層を容易に形成できるようにすることや、フィルタ層の表面での光反射を小さくしてフレアを小さくすることなどが求められる。 Therefore, for solid-state imaging devices such as multi-spectral CIS, the half-value width of filter spectroscopy can be narrowed, the variation in spectral characteristics due to the process can be reduced, the filter layer can be easily formed, and the filter can be used. It is required to reduce the light reflection on the surface of the layer to reduce the flare.
そこで、本開示は、好適なフィルタ層を実現することが可能な固体撮像装置およびその製造方法を提供する。 Therefore, the present disclosure provides a solid-state image sensor capable of realizing a suitable filter layer and a method for manufacturing the same.
本開示の第1の側面の固体撮像装置は、光電変換部と、前記光電変換部上に設けられ、複数の金属ナノ粒子を含むフィルタ層と、前記フィルタ層上に設けられたレンズとを備える。これにより、例えば性能の良いフィルタ層を容易に形成できるなど、好適なフィルタ層を実現することが可能となる。 The solid-state image sensor of the first aspect of the present disclosure includes a photoelectric conversion unit, a filter layer provided on the photoelectric conversion unit and containing a plurality of metal nanoparticles, and a lens provided on the filter layer. .. This makes it possible to realize a suitable filter layer, for example, a filter layer having good performance can be easily formed.
また、この第1の側面において、前記金属ナノ粒子は、板状の形状を有していてもよい。これにより、例えばフィルタ分光の半値幅を狭くすることが可能となる。 Further, on the first side surface, the metal nanoparticles may have a plate-like shape. This makes it possible to narrow the half width of filter spectroscopy, for example.
また、この第1の側面において、前記金属ナノ粒子は、銀、アルミニウム、金、銅、またはタンタルを含んでいてもよい。これにより、例えば局在型プラズモンフィルタを実現することが可能となる。 Also, in this first aspect, the metal nanoparticles may include silver, aluminum, gold, copper, or tantalum. This makes it possible to realize, for example, a localized plasmon filter.
また、この第1の側面において、前記金属ナノ粒子は、前記フィルタ層内にランダムに配置されていてもよい。これにより、例えばフィルタ層全体に金属ナノ粒子を均一に分布させることが可能となる。 Further, in the first aspect, the metal nanoparticles may be randomly arranged in the filter layer. This makes it possible to uniformly distribute the metal nanoparticles, for example, over the entire filter layer.
また、この第1の側面において、前記フィルタ層は、局在型プラズモンフィルタとして機能してもよい。これにより、伝播型プラズモンフィルタと異なる方式のプラズモンフィルタを実現することが可能となる。 Further, in this first aspect, the filter layer may function as a localized plasmon filter. This makes it possible to realize a plasmon filter having a method different from that of the propagation type plasmon filter.
また、この第1の側面の固体撮像装置は、前記フィルタ層として、第1波長の光を通過させるまたは遮断する第1波長フィルタ層と、前記第1波長と異なる第2波長の光を通過させるまたは遮断する第2波長フィルタ層とを備えていてもよい。これにより、例えばフィルタ層をカラーフィルタとして使用することが可能となる。 Further, the solid-state imaging device on the first side surface passes, as the filter layer, a first wavelength filter layer that passes or blocks light of the first wavelength and light of a second wavelength different from the first wavelength. Alternatively, it may be provided with a second wavelength filter layer for blocking. This makes it possible to use, for example, a filter layer as a color filter.
また、この第1の側面において、前記第2波長フィルタ層内の前記金属ナノ粒子の形状は、前記第1波長フィルタ層内の前記金属ナノ粒子の形状と異なっていてもよい。これにより例えば、金属ナノ粒子の形状の違いにより、異なる色のカラーフィルタを実現することが可能となる。 Further, in the first aspect, the shape of the metal nanoparticles in the second wavelength filter layer may be different from the shape of the metal nanoparticles in the first wavelength filter layer. This makes it possible to realize color filters of different colors, for example, depending on the shape of the metal nanoparticles.
また、この第1の側面において、前記第2波長フィルタ層内の前記金属ナノ粒子の径またはアスペクト比は、前記第1波長フィルタ層内の前記金属ナノ粒子の径またはアスペクト比と異なっていてもよい。これにより例えば、金属ナノ粒子の径やアスペクト比の違いにより、異なる色のカラーフィルタを実現することが可能となる。 Further, in the first aspect, even if the diameter or aspect ratio of the metal nanoparticles in the second wavelength filter layer is different from the diameter or aspect ratio of the metal nanoparticles in the first wavelength filter layer. good. This makes it possible to realize color filters of different colors, for example, depending on the difference in the diameter and aspect ratio of the metal nanoparticles.
また、この第1の側面の固体撮像装置は、前記フィルタ層を挟む第1および第2電極と、前記第1および第2電極により前記フィルタ層に電界を印加して、前記金属ナノ粒子の形状を変化させる電界印加部とをさらに備えていてもよい。これにより例えば、フィルタ層を通過するまたはフィルタ層により遮断される光の波長を、電界により変化させることが可能となる。 Further, the solid-state image sensor on the first side surface applies an electric field to the filter layer by the first and second electrodes sandwiching the filter layer and the first and second electrodes to form the metal nanoparticles. It may be further provided with an electric field application unit for changing the above. This makes it possible, for example, to change the wavelength of light that passes through the filter layer or is blocked by the filter layer by an electric field.
また、この第1の側面において、前記第1および第2電極は、前記フィルタ層の下面および上面に設けられた透明電極でもよい。これにより、第1電極、フィルタ層、および第2電極を積層して配置することが可能となる。 Further, on the first side surface, the first and second electrodes may be transparent electrodes provided on the lower surface and the upper surface of the filter layer. This makes it possible to stack and arrange the first electrode, the filter layer, and the second electrode.
また、この第1の側面において、前記フィルタ層は、前記金属ナノ粒子を含む電解質層でもよい。これにより例えば、金属ナノ粒子中の金属原子をイオン化することで、金属ナノ粒子の形状を変化させることが可能となる。 Further, in the first aspect, the filter layer may be an electrolyte layer containing the metal nanoparticles. This makes it possible to change the shape of the metal nanoparticles, for example, by ionizing the metal atoms in the metal nanoparticles.
また、この第1の側面において、前記電解質層は、ゲル層でもよい。これにより、電解質層を容易に取り扱うことが可能となる。 Further, in the first aspect, the electrolyte layer may be a gel layer. This makes it possible to easily handle the electrolyte layer.
また、この第1の側面において、前記固体撮像装置の画素アレイ領域は、n×n個(nは2以上の整数)の画素を単位とする周期配列を有していてもよい。これにより、マルチ分光に適した固体撮像装置を実現することが可能となる。 Further, in the first aspect, the pixel array region of the solid-state image sensor may have a periodic array in units of n × n (n is an integer of 2 or more) pixels. This makes it possible to realize a solid-state image sensor suitable for multi-spectroscopy.
また、この第1の側面において、前記フィルタ層は、補色フィルタとして機能してもよい。これにより、各画素で補色の信号値を得ることが可能となる。 Further, in this first aspect, the filter layer may function as a complementary color filter. This makes it possible to obtain complementary color signal values for each pixel.
また、この第1の側面の固体撮像装置は、第2光電変換部と、前記第2光電変換部上に設けられ、金属ナノ粒子を含まない第2フィルタ層と、前記第2フィルタ層上に設けられた第2レンズとをさらに備え、前記第2フィルタ層に対応する第2画素からの信号値と、前記補色フィルタとして機能する前記フィルタ層に対応する第1画素からの信号値との差を用いて、前記第1画素における原色の信号値を算出してもよい。これにより、各画素で原色の信号値を得ることが可能となる。 Further, the solid-state image sensor on the first side surface is provided on the second photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit, and is provided on the second filter layer containing no metal nanoparticles and on the second filter layer. The difference between the signal value from the second pixel corresponding to the second filter layer and the signal value from the first pixel corresponding to the filter layer functioning as the complementary color filter, which further includes the provided second lens. May be used to calculate the signal value of the primary color in the first pixel. This makes it possible to obtain the signal values of the primary colors in each pixel.
また、この第1の側面において、前記固体撮像装置は、カメラに設けられていてもよい。これにより、例えばマルチ分光カメラを実現することが可能となる。 Further, in the first aspect, the solid-state image sensor may be provided in the camera. This makes it possible to realize, for example, a multi-spectral camera.
本開示の第2の側面の固体撮像装置の製造方法は、光電変換部を形成し、前記光電変換部上に、複数の金属ナノ粒子を含むフィルタ層を形成し、前記フィルタ層上にレンズを形成することを含む。これにより、例えば性能の良いフィルタ層を容易に形成できるなど、好適なフィルタ層を実現することが可能となる。 In the method for manufacturing a solid-state image sensor according to the second aspect of the present disclosure, a photoelectric conversion unit is formed, a filter layer containing a plurality of metal nanoparticles is formed on the photoelectric conversion unit, and a lens is placed on the filter layer. Including forming. This makes it possible to realize a suitable filter layer, for example, a filter layer having good performance can be easily formed.
この第2の側面において、前記フィルタ層は、金属ナノ粒子を分散させた材料を塗布し、前記材料を加工して形成されて形成されてもよい。これにより、フィルタ層を塗布法により簡単に形成することが可能となる。 In this second aspect, the filter layer may be formed by applying a material in which metal nanoparticles are dispersed and processing the material. This makes it possible to easily form the filter layer by the coating method.
この第2の側面において、前記フィルタ層は、金属ナノ粒子を分散させた感光性樹脂材料を塗布し、前記感光性樹脂材料をリソグラフィにより加工して形成されてもよい。これにより、フィルタ層を半導体製造プロセスの一般的な手法により簡単に形成することが可能となる。 In the second aspect, the filter layer may be formed by applying a photosensitive resin material in which metal nanoparticles are dispersed and processing the photosensitive resin material by lithography. This makes it possible to easily form the filter layer by a general method of the semiconductor manufacturing process.
この第2の側面の固体撮像装置の製造方法は、前記フィルタ層として、第1波長の光を通過させる第1波長フィルタ層と、前記第1波長と異なる第2波長の光を通過させる第2波長フィルタ層とを順に形成することを含んでいてもよい。これにより、例えばフィルタ層をカラーフィルタとして使用することが可能となる。 In the method of manufacturing the solid-state imaging device on the second side surface, as the filter layer, a first wavelength filter layer that allows light of the first wavelength to pass through and a second wavelength filter layer that allows light of a second wavelength different from the first wavelength to pass through. It may include forming the wavelength filter layer in order. This makes it possible to use, for example, a filter layer as a color filter.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a solid-state image sensor according to the first embodiment.
図1の固体撮像装置は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型のイメージセンサであり、複数の画素1を有する画素アレイ領域2と、制御回路3と、垂直駆動回路4と、複数のカラム信号処理回路5と、水平駆動回路6と、出力回路7と、複数の垂直信号線8と、水平信号線9とを備えている。
The solid-state image sensor of FIG. 1 is a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type image sensor, which includes a
各画素1は、光電変換部として機能するフォトダイオードと、複数の画素トランジスタとを備えている。画素トランジスタの例は、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタ等のMOSトランジスタである。
Each
画素アレイ領域2は、2次元アレイ状に配置された複数の画素1を有している。画素アレイ領域2は、光を受光して光電変換を行い、光電変換により生成された信号電荷を増幅して出力する有効画素領域と、黒レベルの基準になる光学的黒を出力するための黒基準画素領域(図示せず)とを含んでいる。一般に、黒基準画素領域は有効画素領域の外周部に配置されている。
The
制御回路3は、垂直同期信号、水平同期信号、およびマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路4、カラム信号処理回路5、水平駆動回路6等の動作の基準となる種々の信号を生成する。制御回路3により生成される信号は、例えばクロック信号や制御信号であり、垂直駆動回路4、カラム信号処理回路5、水平駆動回路6等に入力される。
The
垂直駆動回路4は、例えばシフトレジスタを備えており、画素アレイ領域2内の各画素1を行単位で垂直方向に走査する。垂直駆動回路4はさらに、各画素1が生成した信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線8を通してカラム信号処理回路5に供給する。
The
カラム信号処理回路5は、例えば画素アレイ領域2内の画素1の列ごとに配置されており、1行分の画素1から出力された信号の信号処理を、黒基準画素領域からの信号に基づいて列ごとに行う。この信号処理の例は、ノイズ除去や信号増幅である。
The column
水平駆動回路6は、例えばシフトレジスタを備えており、各カラム信号処理回路5からの画素信号を水平信号線9に供給する。
The
出力回路7は、各カラム信号処理回路5から水平信号線9を通して供給される信号に対し信号処理を行い、この信号処理が行われた信号を出力する。
The
図2は、第1実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。図2は、図1の画素アレイ領域2の縦断面を示している。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the solid-state image sensor of the first embodiment. FIG. 2 shows a vertical cross section of the
本実施形態の固体撮像装置は、支持基板11と、複数の配線層12、13、14と、層間絶縁膜15と、各転送トランジスタTr1に含まれるゲート電極16およびゲート絶縁膜17とを備えている。
The solid-state image sensor of the present embodiment includes a
本実施形態の固体撮像装置はさらに、基板21と、基板21内の複数の光電変換部22と、各光電変換部22に含まれるp型半導体領域23、n型半導体領域24、およびp型半導体領域25と、基板21内の画素分離層26、pウェル層27、および複数の浮遊拡散部28とを備えている。
The solid-state imaging device of the present embodiment further includes a
本実施形態の固体撮像装置はさらに、溝31と、溝31内に設けられた素子分離部32と、素子分離部32に含まれる固定電荷膜(負の固定電荷を有する膜)33および絶縁膜34と、遮光膜35と、平坦化膜36と、複数のカラーフィルタ層37と、各カラーフィルタ層37に含まれる複数の金属ナノ粒子38と、複数のオンチップレンズ39とを備えている。
The solid-state imaging device of the present embodiment further includes a
図2は、互いに垂直なX軸、Y軸、およびZ軸を示している。X方向およびY方向は横方向(水平方向)に相当し、Z方向は縦方向(垂直方向)に相当する。また、+Z方向は上方向に相当し、−Z方向は下方向に相当する。−Z方向は、厳密に重力方向に一致していてもよいし、厳密には重力方向に一致していなくてもよい。 FIG. 2 shows the X-axis, Y-axis, and Z-axis that are perpendicular to each other. The X and Y directions correspond to the horizontal direction (horizontal direction), and the Z direction corresponds to the vertical direction (vertical direction). Further, the + Z direction corresponds to the upward direction, and the −Z direction corresponds to the downward direction. The −Z direction may or may not exactly coincide with the direction of gravity.
基板21は例えば、シリコン(Si)基板等の半導体基板である。図2において、基板21の−Z方向の面は、基板21の表側の面であり、基板21のZ方向の面は、基板21の裏側の面(裏面)である。本実施形態の固体撮像装置は裏面照射型であるため、カラーフィルタ層37やオンチップレンズ39は基板21の裏側に設けられており、図2では基板21の上方に位置している。基板21の裏面は、基板21の光入射面となる。一方、配線層12〜14は、基板21の表側に設けられており、図2では基板21の下方に位置している。
The
光電変換部22は、基板21内に画素1ごとに設けられている。図2は、3つの画素1用の3つの光電変換部22を例示している。各光電変換部22は、基板21の表側から裏側に向かって基板21内に順に形成されたp型半導体領域23、n型半導体領域24、およびp型半導体領域25を備えている。光電変換部22では、p型半導体領域23とn型半導体領域24との間のpn接合と、n型半導体領域24とp型半導体領域25との間のpn接合により、主なフォトダイオードが実現されており、フォトダイオードが光を電荷に変換する。光電変換部22は、オンチップレンズ39に入射した光をカラーフィルタ層37を介して受光し、受光した光の光量に応じた信号電荷を生成し、生成した信号電荷をn型半導体領域24に蓄積する。
The
画素分離層26は、互いに隣接する光電変換部22同士の間に設けられたp型半導体領域である。pウェル層27は、画素分離層26に対して基板21の表側に設けられたp型半導体領域である。浮遊拡散部28は、pウェル層27に対して基板21の表側に設けられたn+型半導体領域である。浮遊拡散部28は、pウェル層27内にn型不純物を高濃度に注入することで形成される。
The
溝31は、基板21の裏面から深さ方向(−Z方向)に延びる形状を有しており、画素分離層26と同様に、互いに隣接する光電変換部22同士の間に設けられている。溝31は、画素分離層26内にエッチングにより凹部を形成することで形成される。
The
素子分離部32は、溝31内に順に形成された固定電荷膜33および絶縁膜34を含んでいる。固定電荷膜33は、溝31の側面および底面に形成されている。絶縁膜34は、溝31内に固定電荷膜33を介して埋め込まれている。
The
固定電荷膜33は、負の固定電荷を有する膜であり、素子分離部32の材料となっている。一般に固体撮像装置では、入射光がなく信号電荷がない状態でも、基板21の界面に存在する微小欠陥から電荷が発生することがある。この電荷は、暗電流と呼ばれるノイズの原因となる。しかしながら、負の固定電荷を有する膜には、このような暗電流の発生を抑制する作用がある。よって、本実施形態によれば、固定電荷膜33により暗電流を低減することが可能となる。本実施形態の固定電荷膜33は、基板21の裏面全体に形成されており、素子分離部32内だけでなく光電変換部22上にも配置されている。固定電荷膜33は例えば、ハフニウム(Hf)、アルミニウム(Al)、ジルコニウム(Zr)、タンタル(Ta)、またはチタン(Ti)を含む酸化膜または窒化膜である。
The fixed
絶縁膜34は、固定電荷膜33と共に素子分離部32の材料となっている。絶縁膜34は、固定電荷膜33と異なる屈折率を有する材料で形成することが好ましい。このような絶縁膜34の例は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、樹脂膜等である。また、絶縁膜34は、正の固定電荷を持たない膜や、正の固定電荷が少ない膜としてもよい。本実施形態の絶縁膜34は、基板21の裏面全体に形成されており、素子分離部32内だけでなく光電変換部22上にも配置されている。
The insulating
遮光膜35は、基板21の裏面に形成された絶縁膜34上の所定の領域に形成されており、オンチップレンズ39からの光を遮光する作用を有する。画素アレイ領域2では、遮光膜35は、光電変換部22がオンチップレンズ39に対して開口するように網目状に形成されており、具体的には、素子分離部32上に形成されている。遮光膜35は、光を遮光する材料で形成された膜であり、例えばタングステン(W)、アルミニウム(Al)、または銅(Cu)を含む金属膜である。
The light-shielding
平坦化膜36は、遮光膜35を覆うように絶縁膜34の全面に形成されており、これにより基板21の裏面上の面が平坦となっている。平坦化膜36は例えば、樹脂膜等の有機膜である。
The flattening
カラーフィルタ層37は、平坦化膜36上に画素1ごとに形成されている。例えば、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)用のカラーフィルタ層37がそれぞれ、赤色、緑色、青色の画素1の光電変換部22の上方に配置されている。あるいは、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)用のカラーフィルタ層37がそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアンの画素1の光電変換部22の上方に配置されている。また、これらのカラーフィルタ層37は、赤外光(IR)の画素1の光電変換部22の上方に、赤外光用のカラーフィルタ層37を含んでいてもよい。各カラーフィルタ層37は、所定の波長の光が透過できるまたはできない性質を有しており、各カラーフィルタ層37を透過した光が、絶縁膜34や固定電荷膜33を介して光電変換部22に入射する。
The
金属ナノ粒子38は、カラーフィルタ層37に含まれている。金属ナノ粒子38は、ナノスケール(1μm未満)の寸法を有する金属微粒子である。例えば、金属ナノ粒子38の形状が球形の場合には、金属ナノ粒子38は1μm未満の直径を有している。図2は、一例として、イエロー用のカラーフィルタ層37に含まれる金属ナノ粒子38aと、マゼンタ用のカラーフィルタ層37に含まれる金属ナノ粒子38bと、シアン用のカラーフィルタ層37に含まれる金属ナノ粒子38cとを示している。本実施形態の金属ナノ粒子38aと、金属ナノ粒子38bと、金属ナノ粒子38cは、互いに異なる形状(サイズ)を有している。金属ナノ粒子38のさらなる詳細については、後述する。
The
オンチップレンズ39は、カラーフィルタ層37上に画素1ごとに形成されている。各オンチップレンズ39は、入射した光を集光する性質を有しており、各オンチップレンズ39により集光された光は、対応するカラーフィルタ層37等を介して光電変換部22に入射する。
The on-
支持基板11は、基板21の表側に層間絶縁膜15を介して設けられており、基板21の強度を確保するために設けられている。支持基板11は例えば、シリコン基板等の半導体基板である。
The
配線層12〜14は、基板21の表側に設けられた層間絶縁膜15内に設けられ、多層配線構造をなしている。本実施形態の多層配線構造は、3層の配線層12〜14を含んでいるが、4層以上の配線層を含んでいてもよい。配線層12〜14の各々は、種々の配線を含んでおり、転送トランジスタTr1等の画素トランジスタは、これらの配線を用いて駆動される。配線層12〜14は例えば、タングステン、アルミニウム、または銅を含む金属層である。層間絶縁膜15は例えば、酸化シリコン膜等を含む絶縁膜である。
The wiring layers 12 to 14 are provided in the
各転送トランジスタTr1のゲート電極16は、p型半導体領域23と浮遊拡散部28との間のpウェル層27の下に、ゲート絶縁膜17を介して設けられている。各転送トランジスタTr1は、光電変換部22内の信号電荷を浮遊拡散部28に転送することができる。ゲート電極16およびゲート絶縁膜17は、層間絶縁膜15内に設けられている。
The
本実施形態の固体撮像装置では、基板21の裏側から光が照射され、オンチップレンズ39に光が入射する。オンチップレンズ39に入射した光は、オンチップレンズ39により集光され、カラーフィルタ層37、平坦化膜36、絶縁膜34、および固定電荷膜33を介して光電変換部22に入射する。光電変換部22は、この光を光電変換により電荷に変換して、信号電荷を生成する。信号電荷は、基板21の表側に設けられた配線層12〜14内の垂直信号線8を介して、画素信号として出力される。
In the solid-state image sensor of the present embodiment, light is irradiated from the back side of the
次に、本実施形態の金属ナノ粒子38のさらなる詳細について説明する。
Next, further details of the
図3は、第1実施形態の金属ナノ粒子38の形状を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing the shape of the
本実施形態の金属ナノ粒子38は、三角柱の形状を有しており、より詳細には、三角形の板状の形状を有している。図3は、この三角形の一辺の長さLと、この板の厚さTとを示している。本実施形態では、厚さTが長さLより短く(T<L)、長さLが1μm未満となっている。例えば、厚さTは5nm〜20nmであり、長さLは10nm〜100nmである。
The
本実施形態の金属ナノ粒子38は、銀(Ag)粒子である。銀は、結晶化されると、三角形の板状の形状を有する金属ナノ粒子38を形成する性質を有している。よって、本実施形態では、銀を結晶化することで、三角形の板状の形状を有する金属ナノ粒子38を形成することができる。
The
なお、本実施形態の金属ナノ粒子38は、銀粒子以外の金属粒子でもよく、例えばアルミニウム(Al)粒子、金(Au)粒子、銅(Cu)粒子、またはタンタル(Ta)粒子でもよい。また、本実施形態の金属ナノ粒子38の形状は、三角柱以外でもよく、例えば四角柱、円柱、または球でもよい。
The
本実施形態のカラーフィルタ層37(図2)は、複数の金属ナノ粒子38を分散させた材料を基板21の全面に塗布し、当該材料をカラーフィルタ層37の形状に加工して形成される。これにより、金属ナノ粒子38を含むカラーフィルタ層37を、塗布法により簡単に形成することが可能となる。より詳細には、本実施形態のカラーフィルタ層37は、複数の金属ナノ粒子38を分散させた感光性樹脂材料を平坦化膜36の上面に塗布し、当該感光性樹脂材料をリソグラフィにより加工して形成される。これにより、金属ナノ粒子38を含むカラーフィルタ層37を、塗布法、リソグラフィ、エッチングなどの、半導体製造プロセスの一般的な手法により簡単に形成することが可能となる。金属ナノ粒子38を分散させる材料は、例えば透明材料とすることが望ましい。これにより例えば、オンチップレンズ39からの光が当該材料を透過することが可能となる。
The color filter layer 37 (FIG. 2) of the present embodiment is formed by applying a material in which a plurality of
このような手法でカラーフィルタ層37を形成する場合、金属ナノ粒子38は、カラーフィルタ層37内にランダムに配置されることになる。例えば、カラーフィルタ層37内の金属ナノ粒子38の密度は、カラーフィルタ層37内でほぼ均一となる。
When the
このように、本実施形態では、複数の金属ナノ粒子38を分散させた材料を塗布し、当該材料を加工することで、各画素1上にカラーフィルタ層37を選択的に形成する。これにより、局在型プラズモンフィルタとして機能するカラーフィルタ層37を実現することが可能となり、この局在型プラズモンフィルタによるマルチ分光が可能となる。
As described above, in the present embodiment, the
ここで、局在プラズモン共鳴とは、サブミクロンオーダーからナノオーダーの粒子径を有する金属粒子の表面で発生するプラズモン共鳴のことである。粒子径がほぼ均一な複数の金属粒子が存在する場合、これらの金属粒子は、局在プラズモン共鳴により、特定波長の光を選択的に吸収、反射、または散乱する。よって、本実施形態によれば、感光性樹脂材料などの材料内に複数の金属ナノ粒子38を分散させることで、この材料を、プラズモン共鳴を利用したカラーフィルタ層37として機能させることが可能となる。
Here, the localized plasmon resonance is a plasmon resonance that occurs on the surface of metal particles having a particle size of submicron order to nano order. When a plurality of metal particles having a substantially uniform particle size are present, these metal particles selectively absorb, reflect, or scatter light of a specific wavelength by localized plasmon resonance. Therefore, according to the present embodiment, by dispersing a plurality of
図4と図5は、第1実施形態のカラーフィルタ層37の特性を説明するための図およびグラフである。図4は、誘電体中に存在するAg粒子を示し、例えば、カラーフィルタ層37中に存在する金属ナノ粒子38を示している。図5は、この誘電体中に存在する複数のAg粒子の粒子径が均一な場合において、粒子径と吸光度のピーク波長との関係を示している。図5によれば、これらのAg粒子が、特定波長の光を吸収することや、この特定波長の値が、Ag粒子の粒子径に応じてA、B、C、D、E、Fの順で変化することが分かる。すなわち、これらのAg粒子は、粒子径に応じて、異なる分光を示す。なお、図5のピーク波長は、粒子径の変化に対してほぼリニアに変化する。
4 and 5 are diagrams and graphs for explaining the characteristics of the
このメカニズムは、次の通りである。特定波長の光が金属粒子に照射されると、光が金属粒子の表面で共鳴して、局在電磁場が発生する。これが、局在プラズモンとなる。共鳴しない光は、金属粒子を透過する。 This mechanism is as follows. When the metal particles are irradiated with light of a specific wavelength, the light resonates on the surface of the metal particles to generate a localized electromagnetic field. This is the localized plasmon. Light that does not resonate passes through the metal particles.
このときの光の透過スペクトルは、図6に示すように補色フィルタになりやすい。図6は、第1実施形態のカラーフィルタ層37の特性を説明するための別のグラフである。図6は、上述の誘電体を透過した光のスペクトルを示しており、例えば、カラーフィルタ層37を透過した光のスペクトルを示している。この光は、ある波長に極大点(山)を有する形ではなく、ある波長に極小点(谷)を有する形となっている。このことは、この誘電体が、赤色、緑色、または青色フィルタのような原色フィルタよりも、イエロー、マゼンタ、またはシアンフィルタのような補色フィルタに適していることを示している。本実施形態では、この分光からさらに、信号処理によりピークの半値幅が狭い分光を取得してもよい。
The light transmission spectrum at this time tends to be a complementary color filter as shown in FIG. FIG. 6 is another graph for explaining the characteristics of the
このような局在プラズモンが発生する金属材料は、例えば銀(Ag)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銅(Cu)、タンタル(Ta)などである。そのため、本実施形態の金属ナノ粒子38は、このような金属を用いて形成されている。本実施形態のカラーフィルタ層37は、金属を用いて形成されていることから、顔料や色素を用いた一般的な有機フィルタに比べて、耐光性に優れている。
Metallic materials in which such localized plasmons are generated are, for example, silver (Ag), aluminum (Al), gold (Au), copper (Cu), tantalum (Ta) and the like. Therefore, the
本実施形態によれば、伝播型プラズモンフィルタではなく局在型プラズモンフィルタとして機能するカラーフィルタ層37を実現することが可能となる。伝播型プラズモンフィルタは例えば、バルク金属内に複数の誘電体部分を設けることで形成されるのに対し、局在型プラズモンフィルタは例えば、バルク誘電体内に複数の金属部分を設けることで形成される。本実施形態では、これらの金属部分を、複数の金属ナノ粒子38により実現している。
According to this embodiment, it is possible to realize a
次に、図2および図3を再び参照し、本実施形態の金属ナノ粒子38のさらなる詳細について説明する。
Next, with reference to FIGS. 2 and 3, further details of the
本実施形態の金属ナノ粒子38は、三角柱の形状を有しており、より詳細には、三角形の板状の形状を有している(図3)。図3は、この三角形の一辺の長さLと、この板の厚さTとを示している。金属ナノ粒子38の形状を板状にすることには、例えば、カラーフィルタ層37の波長選択性を良好にすることや、フィルタ分光の半値幅を狭くすることができるという利点がある。
The
図2は、一例として、イエロー用のカラーフィルタ層37に含まれる金属ナノ粒子38aと、マゼンタ用のカラーフィルタ層37に含まれる金属ナノ粒子38bと、シアン用のカラーフィルタ層37に含まれる金属ナノ粒子38cとを示している。本実施形態の金属ナノ粒子38aの粒子径(サイズ)は、局在プラズモン共鳴を発生させるために、ほぼ均一に設定されている。同様に、本実施形態の金属ナノ粒子38bの粒子径もほぼ均一に設定され、本実施形態の金属ナノ粒子38cの粒子径もほぼ均一に設定されている。
FIG. 2 shows, as an example,
一方、本実施形態の金属ナノ粒子38aと、金属ナノ粒子38bと、金属ナノ粒子38cは、互いに異なる粒子径(サイズ)を有している。例えば、各金属ナノ粒子38のアスペクト比(長さLと厚さTとの比L/T)は、金属ナノ粒子38aでは小さい値、金属ナノ粒子38bでは中程度の値、金属ナノ粒子38cでは大きい値に設定されている。これにより、金属ナノ粒子38aを含むカラーフィルタ層37と、金属ナノ粒子38bを含むカラーフィルタ層37と、金属ナノ粒子38cを含むカラーフィルタ層37とで、異なる分光を得ることが可能となる。すなわち、これらのカラーフィルタ層37を、異なる色のカラーフィルタとして機能させることが可能となる。
On the other hand, the
本実施形態の各カラーフィルタ層37は、所定の波長の光を通過させるまたは遮断する性質を有し、より詳細には、所定の波長の光を吸収する性質を有している。よって、本実施形態では、各カラーフィルタ層37を、イエロー、マゼンタ、またはシアンフィルタのような補色フィルタとして機能させることができる。本実施形態の各カラーフィルタ層37は、所定の波長の光を、吸収するという形で遮断することができる。図2は、カラーフィルタ層37に入射する光と、カラーフィルタ層37を透過する光と、カラーフィルタ層37で吸収(または反射)される光を、矢印で示している。なお、各カラーフィルタ層37は、所定の波長の光を、反射するという形で遮断してもよいし、所定の波長の光を、遮断する代わりに通過させてもよい。所定の波長の光を通過させるカラーフィルタ層37は例えば、赤色、緑色、または青色フィルタのような原色フィルタとして機能させることができる。本実施形態の3種類のカラーフィルタ層37のうちの任意の2つは、本開示の第1波長フィルタと第2波長フィルタの例である。
Each
本実施形態の各カラーフィルタ層37が吸収する光の波長は、金属ナノ粒子38の長さLに依存する。そのため、本実施形態の金属ナノ粒子38aと、金属ナノ粒子38bと、金属ナノ粒子38cは、互いに異なる長さLを有している。一方、本実施形態の金属ナノ粒子38aと、金属ナノ粒子38bと、金属ナノ粒子38cは、ほぼ同じ厚さTを有している。よって、本実施形態の金属ナノ粒子38aと、金属ナノ粒子38bと、金属ナノ粒子38cは、互いに異なるアスペクト比L/Tを有している。
The wavelength of light absorbed by each
なお、各カラーフィルタ層37が吸収する光の波長は、一般的にいうと、金属ナノ粒子38の粒子径に依存する。この場合、金属ナノ粒子38aと、金属ナノ粒子38bと、金属ナノ粒子38cは、互いに異なる粒子径を有するように形成される。金属ナノ粒子38の形状が球の場合には、金属ナノ粒子38の粒子径は、金属ナノ粒子38の直径である。また、金属ナノ粒子38の形状が球以外の場合には、金属ナノ粒子38の粒子径は、金属ナノ粒子38の形状を球とみなした場合の金属ナノ粒子38の直径である。例えば、金属ナノ粒子38の形状が三角形の板状の場合には、金属ナノ粒子38の粒子径は、金属ナノ粒子38の長さLに近い値となる。
Generally speaking, the wavelength of light absorbed by each
図7から図10は、第1実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。 7 to 10 are cross-sectional views showing a method of manufacturing the solid-state image sensor of the first embodiment.
まず、図7のAに示すように、基板21内や基板21上に、p型半導体領域23、n型半導体領域24、p型半導体領域25、画素分離層26、pウェル層27、浮遊拡散部28、ゲート絶縁膜17、ゲート電極16等を形成する。このようにして、光電変換部22や、転送トランジスタTr1等の画素トランジスタが形成される。次に、図7のAに示すように、基板21の表側に、層間絶縁膜15と配線層12〜14とを交互に形成する。なお、図7のAの工程は、基板21の表側を上向きにし、基板21の裏側を下向きにした状態で実行される。
First, as shown in A of FIG. 7, the p-
次に、図7のBに示すように、基板21の表側に層間絶縁膜15を介して支持基板11を接着させた後、基板21の上下を反転させる。図7のBは、基板21の表側を下向きにし、基板21の裏側を上向きにした状態を示している。次に、図7のBに示すように、基板21を裏面から薄膜化した後、基板21内に所定の深さの溝31をエッチングにより形成する。溝31は、基板21の裏面から画素分離層26内に形成される。
Next, as shown in B of FIG. 7, the
次に、図8のAに示すように、基板21の裏面に固定電荷膜33と絶縁膜34とを順に形成する。その結果、固定電荷膜33が、溝31の側面および底面や、光電変換部22上に形成される。さらには、絶縁膜34が、溝31内に固定電荷膜33を介して埋め込まれると共に、光電変換部22上に固定電荷膜33を介して形成される。このようにして、溝31内に素子分離部32が形成される。
Next, as shown in A of FIG. 8, the fixed
次に、図8のBに示すように、基板21の裏面に形成された絶縁膜34上の所定の領域に遮光膜35を形成する。遮光膜35は例えば、絶縁膜34上に遮光膜35の材料層を形成し、この材料層を所定の形状にパターニングすることで形成される。本実施形態の遮光膜35は、素子分離部32上に形成される。次に、図8のBに示すように、絶縁膜34上に遮光膜35を介して平坦化膜36を形成し、平坦化膜36上に、複数の金属ナノ粒子38aを含むカラーフィルタ層37aを形成する。カラーフィルタ層37aは例えば、金属ナノ粒子38aを分散させた感光性有機材料(例えば樹脂)であり、当該感光性有機材料を平坦化膜36の上面に塗布することで形成される。カラーフィルタ層37aの厚さは、例えばスピンコートにより制御される。
Next, as shown in B of FIG. 8, a light-shielding
次に、図9のAに示すように、カラーフィルタ層37aをリソグラフィにより露光および現像して、カラーフィルタ層37aの形状をエッチング加工する。その結果、金属ナノ粒子38aを含むカラーフィルタ層37aが、イエローの画素1上のみに残存し、その他の領域から除去される。
Next, as shown in FIG. 9A, the
次に、図9のBに示すように、カラーフィルタ層37aと同様にカラーフィルタ層37bを形成および加工する。カラーフィルタ層37bは例えば、金属ナノ粒子38bを分散させた感光性有機材料(例えば樹脂)であり、当該感光性有機材料を平坦化膜36およびカラーフィルタ層37aの上面に塗布することで形成される。その後、カラーフィルタ層37bは、リソグラフィにより露光および現像されてエッチング加工される。その結果、金属ナノ粒子38bを含むカラーフィルタ層37bが、マゼンタの画素1上のみに残存し、その他の領域から除去される。
Next, as shown in B of FIG. 9, the
次に、図10のAに示すように、カラーフィルタ層37aと同様にカラーフィルタ層37cを形成および加工する。カラーフィルタ層37cは例えば、金属ナノ粒子38cを分散させた感光性有機材料(例えば樹脂)であり、当該感光性有機材料を平坦化膜36、カラーフィルタ層37a、およびカラーフィルタ層37bの上面に塗布することで形成される。その後、カラーフィルタ層37cは、リソグラフィにより露光および現像されてエッチング加工される。その結果、金属ナノ粒子38cを含むカラーフィルタ層37cが、シアンの画素1上のみに残存し、その他の領域から除去される。
Next, as shown in FIG. 10A, the
このようにして、カラーフィルタ層37a、37b、37cが順に形成され、図2に示す複数のカラーフィルタ層37が形成される。
In this way, the
次に、図10のBに示すように、これらのカラーフィルタ層37上に、エッチバックにより複数のオンチップレンズ39を形成する。このようにして、図2に示す固体撮像装置が製造される。
Next, as shown in B of FIG. 10, a plurality of on-
以上のように、本実施形態の各カラーフィルタ層37は、複数の金属ナノ粒子38を含んでいる。よって、本実施形態によれば、例えば性能の良いカラーフィルタ層37を容易に形成できるなど、好適なカラーフィルタ層37を実現することが可能となる。
As described above, each
例えば、金属ナノ粒子38の形状を板状にすることで、フィルタ分光の半値幅を狭くすることが可能となる。また、カラーフィルタ層37が、光の反射が少ないフィルタである補色フィルタとなることで、フレアを小さくすることが可能となる。また、図8のBから図10のAの工程でカラーフィルタ層37を製造することで、プロセスによる分光特性のバラツキを小さくすることや、カラーフィルタ層37を容易に形成できるようにすることが可能となる。本実施形態のカラーフィルタ層37をマルチ分光用のフィルタに適用することで、波長分離の良好な分光特性の固体撮像装置や、このような固体撮像装置を備えるカメラを実現することが可能となる。例えば、本実施形態の固体撮像装置は、植生状態を評価するために農業に適用することや、人肌などの生体部位を検知するために生体認知に適用することで、精度の高い情報を得ることができる。
For example, by making the shape of the
(第2実施形態)
図11は、第2実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the structure of the solid-state image sensor of the second embodiment.
図11の固体撮像装置は、図2に示す構成要素に加えて、下部電極41と、複数の上部電極42と、電界印加部43とを備えている。
The solid-state image sensor of FIG. 11 includes a
下部電極41は、複数のカラーフィルタ層37の下面に設けられており、これらのカラーフィルタ層37の共通電極として機能する。一方、各上部電極42は、対応するカラーフィルタ層37の上面に設けられており、このカラーフィルタ層37の個別電極として機能する。本実施形態の下部電極41と上部電極42は例えば、ITO(インジウム錫オキサイド)またはZnO(酸化亜鉛)により形成された透明電極である。よって、本実施形態では光が上部電極42と下部電極41とを通過できるため、平坦化膜36上に下部電極41、カラーフィルタ層37、および上部電極42を積層して配置することができる。下部電極41と上部電極42は、本開示の第1電極と第2電極の例である。
The
なお、下部電極41と上部電極42は、カラーフィルタ層37を挟むように配置されたその他の電極に置き換えてもよい。例えば、下部電極41と上部電極42は、カラーフィルタ層37の第1側面に設けられた第1側部電極と、カラーフィルタ層37の第2側面に設けられた第2側部電極とに置き換えてもよい。この場合、第1側部電極と第2側部電極は、透明でない電極でもよい。
The
電界印加部43は、下部電極41と各上部電極42との間に電界を印加することで、各カラーフィルタ層37に電界を印加する。これにより、各カラーフィルタ層37内の金属ナノ粒子38の形状を変化させることができる。金属ナノ粒子38の形状が変化する理由については、後述する。本実施形態によれば、カラーフィルタ層37に電界を印加することで、カラーフィルタ層37を通過するまたはカラーフィルタ層37により遮断される光の波長を電界により変化させることが可能となり、エレクトロクロミズムを実現することが可能となる。電界印加部43は、例えば電圧制御部である。
The electric
以下、本実施形態の金属ナノ粒子38のさらなる詳細について説明する。
Hereinafter, further details of the
本実施形態では、カラーフィルタ層37に電圧を印加することで、金属ナノ粒子(Ag粒子)38の粒子径を変化させることができ、カラーフィルタ層37の透過分光を変化させることができる。よって、各画素1で任意波長の分光を実現することが可能となる。
In the present embodiment, by applying a voltage to the
金属ナノ粒子38の粒子径は、金属ナノ粒子38からAg+イオンが溶解する過程や、金属ナノ粒子38にAg+イオンが電着する過程で変化する。例えば、下部電極41が負電位に設定されると、金属ナノ粒子38の粒子径が増大する。逆に、上部電極42が正電位に設定されると、金属ナノ粒子38の粒子径が減少する。これらの現象を利用することで、金属ナノ粒子38の粒子径を任意に変化させることができる。
The particle size of the
本実施形態のカラーフィルタ層37は、複数の金属ナノ粒子38を含む電解質層であるが、電解質層が液体であるとその取り扱いが難しい。そのため、この電解質はゲル化させることが望ましい。よって、本実施形態の上記電解質層はゲル層となっている。例えば、DMSO(dimethyl sulfoxide)の溶媒に硝酸銀(AgNO3)を溶かすことで、ベースとなる電解質を形成し、この電解質に支持電解質(例えばLiBrまたはCuCl2)を添加する。さらに、この電解質に、ゲル化剤として、PVB(poly vinyl butyral)を混入させる。このようにして、ゲル電解質層のカラーフィルタ層37が形成される。
The
なお、カラーフィルタ層37同士の間、すなわち、ゲル電解質層同士の間には、壁を設けることが望ましい。これにより、各フィルタに対する隣接フィルタの影響を小さくすることが可能となり、金属ナノ粒子38の粒子径の制御性を向上させることが可能となる。
It is desirable to provide a wall between the color filter layers 37, that is, between the gel electrolyte layers. As a result, the influence of the adjacent filter on each filter can be reduced, and the controllability of the particle size of the
以上のように、本実施形態の固体撮像装置は、カラーフィルタ層37に電界印加部43により電界を印加する。よって、本実施形態によれば、金属ナノ粒子38の粒子径を電界により変化させることが可能となり、カラーフィルタ層37の透過分光を変化させることが可能となる。
As described above, in the solid-state image sensor of the present embodiment, an electric field is applied to the
(第3実施形態)
図12は、第3実施形態の固体撮像装置の構造を示す模式図である。
(Third Embodiment)
FIG. 12 is a schematic view showing the structure of the solid-state image sensor of the third embodiment.
本実施形態の固体撮像装置は、第1実施形態の固体撮像装置と同様に、図1に示す構成や図2に示す構造を有している。加えて、本実施形態の固体撮像装置の画素アレイ領域2は、図12に示す構造を有している。
The solid-state image sensor of the present embodiment has the configuration shown in FIG. 1 and the structure shown in FIG. 2, similar to the solid-state image sensor of the first embodiment. In addition, the
図12において、各正方形は、1個の画素1を表し、符号Rは、16個の画素1を含む単位領域を表している。各単位領域R内の数字「1〜16」は、各単位領域Rが16種類の色に対応する16種類の画素1を含んでいることを表している。このように、本実施形態の画素アレイ領域2は、4×4個の画素1を単位とする周期配列を有している。
In FIG. 12, each square represents one
本実施形態では、16種類の画素1が、互いに異なる粒子径の金属ナノ粒子38を含んでいる。これにより、16分光の固体撮像装置を実現することができる。本実施形態の画素アレイ領域2は、複数の単位領域RがX方向およびY方向に繰り返し配置された構造を有している。
In this embodiment, 16 types of
なお、各単位領域Rに含まれる画素1の個数は、5×5個でもよいし、6×6個でもよいし、n×n個でもよい(nは2以上の整数)。これにより、マルチ分光に適した固体撮像装置を実現することが可能となり、複数の分光に信号処理を施すことよってマルチ分光の画像を得ることが可能となる。この信号処理により得られる画像は、農業や生体検知などの様々なアプリケーションに応用するのに適している。
The number of
なお、各単位領域Rに含まれる画素1の個数は、m×n個でもよい(mは、nと異なる2以上の整数)。ただし、2の累乗個の種類の画素1を取り扱うことが好ましい場合には、各単位領域Rに含まれる画素1の個数はn×n個とすることが好ましい。
The number of
(第4実施形態)
図13は、第4実施形態の固体撮像装置の動作を説明するためのグラフである。
(Fourth Embodiment)
FIG. 13 is a graph for explaining the operation of the solid-state image sensor of the fourth embodiment.
本実施形態の固体撮像装置は、第1実施形態の固体撮像装置と同様に、図1に示す構成や図2に示す構造を有している。加えて、本実施形態の固体撮像装置は、図13を参照して説明するような態様で動作する。 The solid-state image sensor of the present embodiment has the configuration shown in FIG. 1 and the structure shown in FIG. 2, similar to the solid-state image sensor of the first embodiment. In addition, the solid-state image sensor of the present embodiment operates in a manner as described with reference to FIG.
本実施形態の画素アレイ領域2は、画素1として、通常の画素と、W(ホワイト)画素とを含んでいる。通常の画素のカラーフィルタ層37は、複数の金属ナノ粒子38を含んでおり、特定波長の光を吸収する補色フィルタとして機能する。よって、通常の画素のカラーフィルタ層37を通過する光は、例えばイエロー光、マゼンタ光、またはシアン光となる。一方、W画素のカラーフィルタ層37は、金属ナノ粒子38を含んでおらず、カラーフィルタとして機能しない。よって、W画素を通過する光は、例えば白色光となる。通常の画素とW画素はそれぞれ、本開示の第1画素と第2画素の例である。また、W画素の光電変換部22、カラーフィルタ層37、およびオンチップレンズ39はそれぞれ、本開示の第2光電変換部、第2フィルタ層、および第2レンズの例である。
The
図13は、W画素の分光と、通常の画素(フィルタ画素)の分光の例を示している。本実施形態の固体撮像装置は、W画素の分光の信号値から、各通常の画素の分光の信号値を減算するマトリクス演算を行う。この減算により得られる分光は、図13に示すように、原色フィルタにより得られる分光と等価となる。例えば、本実施形態によれば、イエロー光、マゼンタ光、およびシアン光の検出結果から、赤色光、緑色光、および青色光の信号値を算出することが可能となる。本実施形態では、各通常の画素の分光の信号値は、補色の信号値となっているが、W画素の分光の信号値と、各通常の画素の分光の信号値との差を用いることで、各通常の画素における原色の信号値を得ることができる。なお、補色の信号値から原色の信号値を算出するマトリクス演算は、例えば、図1の出力回路7の後段に設けられた演算回路(不図示)により行われる。
FIG. 13 shows an example of the spectroscopy of W pixels and the spectroscopy of ordinary pixels (filter pixels). The solid-state imaging device of the present embodiment performs a matrix operation of subtracting the spectral signal value of each normal pixel from the spectral signal value of the W pixel. As shown in FIG. 13, the spectroscopy obtained by this subtraction is equivalent to the spectroscopy obtained by the primary color filter. For example, according to the present embodiment, it is possible to calculate the signal values of red light, green light, and blue light from the detection results of yellow light, magenta light, and cyan light. In the present embodiment, the spectral signal value of each normal pixel is a complementary color signal value, but the difference between the spectral value of the W pixel and the spectral signal value of each normal pixel is used. Therefore, the signal values of the primary colors in each normal pixel can be obtained. The matrix calculation for calculating the signal value of the primary color from the signal value of the complementary color is performed by, for example, an calculation circuit (not shown) provided after the
以上のように、本実施形態によれば、W画素の分光を用いることで、容易に精度良く原色フィルタの分光を得ることが可能となり、精度の高いマルチ分光を実現することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, by using the W pixel spectroscopy, it is possible to easily and accurately obtain the spectroscopy of the primary color filter, and it is possible to realize highly accurate multi-spectral spectroscopy.
(第5実施形態)
図14は、第5実施形態の固体撮像装置の動作を説明するためのグラフである。
(Fifth Embodiment)
FIG. 14 is a graph for explaining the operation of the solid-state image sensor of the fifth embodiment.
本実施形態の固体撮像装置は、第1実施形態の固体撮像装置と同様に、図1に示す構成や図2に示す構造を有している。加えて、本実施形態の固体撮像装置は、図14を参照して説明するような態様で使用される。 The solid-state image sensor of the present embodiment has the configuration shown in FIG. 1 and the structure shown in FIG. 2, similar to the solid-state image sensor of the first embodiment. In addition, the solid-state image sensor of this embodiment is used in a manner as described with reference to FIG.
図14は、本実施形態の固体撮像装置を、農業や植物の育成等のNDVI(Normalized Difference Vegetation Index)に応用した例を説明するためのグラフである。図14は、植物の反射率の分光特性を示す。 FIG. 14 is a graph for explaining an example in which the solid-state image sensor of the present embodiment is applied to an NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) such as agriculture and plant cultivation. FIG. 14 shows the spectral characteristics of the reflectance of plants.
図14から、植物の反射率は、波長600〜800nm(0.6〜0.8μm)の範囲において、植生状態によって大きく変化することが分かる。具体的には、健康な植物と、弱った植物と、枯れた植物で、植物の反射率が異なることが分かる。この反射率は、主に植物の葉に由来するものである。 From FIG. 14, it can be seen that the reflectance of the plant changes significantly depending on the vegetation state in the wavelength range of 600 to 800 nm (0.6 to 0.8 μm). Specifically, it can be seen that the reflectance of plants differs between healthy plants, weakened plants, and dead plants. This reflectance is mainly derived from the leaves of plants.
図14の結果によれば、600〜800nmの範囲内の2つ以上の波長において、植物からの反射光を取得できれば、植物の植生状態を感知できることになる。あるいは、600〜800nmよりも低波長域の1つ以上の波長と、600〜800nmよりも高波長域の1つ以上の波長において、植物からの反射光を取得できれば、植物の植生状態を感知できることになる。 According to the result of FIG. 14, if the reflected light from the plant can be acquired at two or more wavelengths in the range of 600 to 800 nm, the vegetation state of the plant can be sensed. Alternatively, if the reflected light from the plant can be acquired at one or more wavelengths in the wavelength range lower than 600 to 800 nm and one or more wavelengths in the wavelength region higher than 600 to 800 nm, the vegetation state of the plant can be detected. become.
例えば、600〜700nmの範囲内の波長の反射光を第1検出器で検出し、700〜800nmの範囲内の波長の反射光を第2検出器で検出し、これらの検出器の信号値の関係を分析すれば、植生状態を感知することができる。あるいは、400〜600nmの範囲内の波長の反射光を第1検出器で検出し、800〜1000nmの範囲内の波長の反射光を第2検出器で検出し、これらの検出器の信号値の関係を分析すれば、植生状態を感知することができる。 For example, the reflected light having a wavelength in the range of 600 to 700 nm is detected by the first detector, the reflected light having a wavelength in the range of 700 to 800 nm is detected by the second detector, and the signal values of these detectors are measured. Vegetation status can be detected by analyzing the relationship. Alternatively, the reflected light having a wavelength in the range of 400 to 600 nm is detected by the first detector, the reflected light having a wavelength in the range of 800 to 1000 nm is detected by the second detector, and the signal values of these detectors are measured. Vegetation status can be detected by analyzing the relationship.
本実施形態では、固体撮像装置の一部の画素1を第1検出器として使用し、固体撮像装置の別の一部の画素1を第2検出器として使用することで、固体撮像装置により植生状態を感知することが可能となる。あるいは、2台の固体撮像装置を第1および第2検出器として使用してもよい。
In the present embodiment, a part of the
なお、本実施形態では、反射光の検出精度を上げるために、3つ以上の波長において反射光を取得するようにしてもよい。また、本実施形態では、固体撮像装置をドローン(小型無人ヘリコプタ)に載せて、上空から農作物の育成状態を観測して、農作物の植生状態の感知結果を農作物の育成に活用してもよい。 In this embodiment, the reflected light may be acquired at three or more wavelengths in order to improve the detection accuracy of the reflected light. Further, in the present embodiment, a solid-state image sensor may be mounted on a drone (small unmanned helicopter) to observe the growing state of the crop from the sky, and the detection result of the vegetation state of the crop may be utilized for growing the crop.
(第6実施形態)
図15は、第6実施形態の固体撮像装置の動作を説明するためのグラフである。
(Sixth Embodiment)
FIG. 15 is a graph for explaining the operation of the solid-state image sensor of the sixth embodiment.
本実施形態の固体撮像装置は、第1実施形態の固体撮像装置と同様に、図1に示す構成や図2に示す構造を有している。加えて、本実施形態の固体撮像装置は、図15を参照して説明するような態様で使用される。 The solid-state image sensor of the present embodiment has the configuration shown in FIG. 1 and the structure shown in FIG. 2, similar to the solid-state image sensor of the first embodiment. In addition, the solid-state image sensor of this embodiment is used in a manner as described with reference to FIG.
図15は、本実施形態の固体撮像装置を、生体認証に応用した例を説明するためのグラフである。図15は、人肌の反射率の分光特性を示す。 FIG. 15 is a graph for explaining an example in which the solid-state image sensor of the present embodiment is applied to biometric authentication. FIG. 15 shows the spectral characteristics of the reflectance of human skin.
図15から、人肌の反射率は、モンゴロイド、コーカソイド、ネグロイドのいずれにおいても、波長450〜450nmの範囲において大きく変化することが分かる。このような変化を利用すれば、被写体が人肌かどうかの認証が可能となる。例えば、波長450nm、550nm、および650nmの反射光を検出することで、被写体が人肌かどうかを認証することができる。被写体が人肌でない別の材料の場合、その反射率の分光特性が人肌とは異なるため、人肌とその他の材料とを区別することができる。 From FIG. 15, it can be seen that the reflectance of human skin changes significantly in the wavelength range of 450 to 450 nm for all of Mongoloid, Caucasian, and Negroid. By using such a change, it is possible to authenticate whether or not the subject is human skin. For example, by detecting reflected light having wavelengths of 450 nm, 550 nm, and 650 nm, it is possible to authenticate whether or not the subject is human skin. When the subject is another material other than human skin, the spectral characteristics of its reflectance are different from those of human skin, so that human skin and other materials can be distinguished.
本実施形態では、固体撮像装置の一部の画素1を波長450nmの反射光の検出用に使用し、固体撮像装置の別の一部の画素1を波長550nmの反射光の検出用に使用し、固体撮像装置の別の一部の画素1を波長650nmの反射光の検出用に使用することで、固体撮像装置により人肌を感知することが可能となる。あるいは、2台以上の固体撮像装置を反射光検出に使用してもよい。
In the present embodiment, one
本実施形態によれば、人肌を検出することで、顔、指紋、虹彩などを用いた生体認証における偽造や不正行為を防止することが可能となる。例えば、ある者が、ゴムに刻印した指紋を指紋認証用に使用した場合、ゴムの反射率の分光特性は、人肌の反射率の分光特性と異なることから、その者の不正行為を発見することが可能となる。これにより、より精度の高い生体認証が可能となる。 According to the present embodiment, by detecting human skin, it is possible to prevent forgery and fraudulent acts in biometric authentication using faces, fingerprints, irises and the like. For example, when a person uses a fingerprint engraved on rubber for fingerprint authentication, the spectral characteristic of the reflectance of rubber is different from the spectral characteristic of the reflectance of human skin, so that the person's fraud is discovered. It becomes possible. This enables more accurate biometric authentication.
(応用例)
図16は、電子機器の構成例を示すブロック図である。図16に示す電気機器は、カメラ100である。
(Application example)
FIG. 16 is a block diagram showing a configuration example of an electronic device. The electrical device shown in FIG. 16 is a
カメラ100は、レンズ群などを含む光学部101と、第1から第6実施形態のいずれかの固体撮像装置である撮像装置102と、カメラ信号処理回路であるDSP(Digital Signal Processor)回路103と、フレームメモリ104と、表示部105と、記録部106と、操作部107と、電源部108とを備えている。また、DSP回路103、フレームメモリ104、表示部105、記録部106、操作部107、および電源部108は、バスライン109を介して相互に接続されている。
The
光学部101は、被写体からの入射光(像光)を取り込んで、撮像装置102の撮像面上に結像する。撮像装置102は、光学部101により撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して、画素信号として出力する。
The
DSP回路103は、撮像装置102により出力された画素信号について信号処理を行う。フレームメモリ104は、撮像装置102で撮像された動画または静止画の1画面を記憶しておくためのメモリである。
The
表示部105は、例えば液晶パネルや有機ELパネルなどのパネル型表示装置を含んでおり、撮像装置102で撮像された動画または静止画を表示する。記録部106は、撮像装置102で撮像された動画または静止画を、ハードディスクや半導体メモリなどの記録媒体に記録する。
The
操作部107は、ユーザによる操作の下に、カメラ100が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部108は、DSP回路103、フレームメモリ104、表示部105、記録部106、および操作部107の動作電源となる各種の電源を、これらの供給対象に対して適宜供給する。
The
撮像装置102として、第1から第6実施形態のいずれかの固体撮像装置を使用することで、良好な画像の取得が期待できる。
By using the solid-state image pickup device according to any one of the first to sixth embodiments as the
当該固体撮像装置は、その他の様々な製品に応用することができる。例えば、当該固体撮像装置は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボットなどの種々の移動体に搭載されてもよい。 The solid-state image sensor can be applied to various other products. For example, the solid-state imaging device may be mounted on various moving objects such as automobiles, electric vehicles, hybrid electric vehicles, motorcycles, bicycles, personal mobility, airplanes, drones, ships, and robots.
図17は、移動体制御システムの構成例を示すブロック図である。図17に示す移動体制御システムは、車両制御システム200である。
FIG. 17 is a block diagram showing a configuration example of a mobile control system. The mobile control system shown in FIG. 17 is a
車両制御システム200は、通信ネットワーク201を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図17に示した例では、車両制御システム200は、駆動系制御ユニット210と、ボディ系制御ユニット220と、車外情報検出ユニット230と、車内情報検出ユニット240と、統合制御ユニット250とを備えている。図17はさらに、統合制御ユニット250の構成部として、マイクロコンピュータ251と、音声画像出力部252と、車載ネットワークI/F(Interface)253とを示している。
The
駆動系制御ユニット210は、各種プログラムに従って、車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット210は、内燃機関や駆動用モータなどの車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置や、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構や、車両の舵角を調節するステアリング機構や、車両の制動力を発生させる制動装置などの制御装置として機能する。
The drive
ボディ系制御ユニット220は、各種プログラムに従って、車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット220は、スマートキーシステム、キーレスエントリシステム、パワーウィンドウ装置、各種ランプ(例えば、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー、フォグランプ)などの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット220には、鍵を代替する携帯機から発信される電波または各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット220は、このような電波または信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプなどを制御する。
The body
車外情報検出ユニット230は、車両制御システム200を搭載した車両の外部の情報を検出する。車外情報検出ユニット230には、例えば撮像部231が接続される。車外情報検出ユニット230は、撮像部231に車外の画像を撮像させると共に、撮像された画像を撮像部231から受信する。車外情報検出ユニット230は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識、路面上の文字などの物体検出処理または距離検出処理を行ってもよい。
The vehicle exterior
撮像部231は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部231は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。撮像部231が受光する光は、可視光であってもよいし、赤外線などの非可視光であってもよい。撮像部231は、第1から第6実施形態のいずれかの固体撮像装置を含んでいる。
The
車内情報検出ユニット240は、車両制御システム200を搭載した車両の内部の情報を検出する。車内情報検出ユニット240には例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部241が接続される。例えば、運転者状態検出部241は、運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット240は、運転者状態検出部241から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合いまたは集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。このカメラは、第1から第6実施形態のいずれかの固体撮像装置を含んでいてもよく、例えば、図16に示すカメラ100でもよい。
The vehicle interior
マイクロコンピュータ251は、車外情報検出ユニット230または車内情報検出ユニット240で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構、または制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット210に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ251は、車両の衝突回避、衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、衝突警告、レーン逸脱警告などのADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
The
また、マイクロコンピュータ251は、車外情報検出ユニット230または車内情報検出ユニット240で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構、または制動装置を制御することにより、運転者の操作によらずに自律的に走行する自動運転などを目的とした協調制御を行うことができる。
Further, the
また、マイクロコンピュータ251は、車外情報検出ユニット230で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット220に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ251は、車外情報検出ユニット230で検知した先行車または対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替えるなどの防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
Further, the
音声画像出力部252は、車両の搭乗者または車外に対して視覚的または聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置に、音声および画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図17の例では、このような出力装置として、オーディオスピーカ261、表示部262、およびインストルメントパネル263が示されている。表示部262は例えば、オンボードディスプレイまたはヘッドアップディスプレイを含んでいてもよい。
The audio-
図18は、図17の撮像部231の設定位置の具体例を示す平面図である。
FIG. 18 is a plan view showing a specific example of the set position of the
図18に示す車両300は、撮像部231として、撮像部301、302、303、304、305を備えている。撮像部301、302、303、304、305は例えば、車両300のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア、車室内のフロントガラスの上部などの位置に設けられる。
The
フロントノーズに備えられる撮像部301は、主として車両300の前方の画像を取得する。左のサイドミラーに備えられる撮像部302と、右のサイドミラーに備えられる撮像部303は、主として車両300の側方の画像を取得する。リアバンパまたはバックドアに備えられる撮像部304は、主として車両300の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部305は、主として車両300の前方の画像を取得する。撮像部305は例えば、先行車両、歩行者、障害物、信号機、交通標識、車線などの検出に用いられる。
The
図18は、撮像部301、302、303、304(以下「撮像部301〜304」と表記する)の撮像範囲の例を示している。撮像範囲311は、フロントノーズに設けられた撮像部301の撮像範囲を示す。撮像範囲312は、左のサイドミラーに設けられた撮像部302の撮像範囲を示す。撮像範囲313は、右のサイドミラーに設けられた撮像部303の撮像範囲を示す。撮像範囲314は、リアバンパまたはバックドアに設けられた撮像部304の撮像範囲を示す。例えば、撮像部301〜304で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両300を上方から見た俯瞰画像が得られる。以下、撮像範囲311、312、313、314を「撮像範囲311〜314」と表記する。
FIG. 18 shows an example of the imaging range of the
撮像部301〜304の少なくとも1つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部301〜304の少なくとも1つは、複数の撮像装置を含むステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像装置であってもよい。
At least one of the
例えば、マイクロコンピュータ251(図17)は、撮像部301〜304から得られた距離情報を基に、撮像範囲311〜314内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化(車両300に対する相対速度)を算出する。マイクロコンピュータ251は、これらの算出結果に基づいて、車両300の進行路上にある最も近い立体物で、車両300とほぼ同じ方向に所定の速度(例えば、0km/h以上)で走行する立体物を、先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ251は、先行車の手前にあらかじめ確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御(追従停止制御も含む)や自動加速制御(追従発進制御も含む)等を行うことができる。このように、この例によれば、運転者の操作によらずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
For example, the microcomputer 251 (FIG. 17) is based on the distance information obtained from the
例えば、マイクロコンピュータ251は、撮像部301〜304から得られた距離情報を基に、立体物に関する立体物データを、2輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ251は、車両300の周辺の障害物を、車両300のドライバが視認可能な障害物と、視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ251は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ261や表示部262を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット210を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
For example, the
撮像部301〜304の少なくとも1つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ251は、撮像部301〜304の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで、歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は例えば、赤外線カメラとしての撮像部301〜304の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順により行われる。マイクロコンピュータ251が、撮像部301〜304の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部252は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部262を制御する。また、音声画像出力部252は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部262を制御してもよい。
At least one of the
以上、本開示の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本開示の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の変更を加えて実施してもよい。例えば、2つ以上の実施形態を組み合わせて実施してもよい。 Although the embodiments of the present disclosure have been described above, these embodiments may be implemented with various modifications without departing from the gist of the present disclosure. For example, two or more embodiments may be combined and implemented.
なお、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。 The present disclosure may also have the following structure.
(1)
光電変換部と、
前記光電変換部上に設けられ、複数の金属ナノ粒子を含むフィルタ層と、
前記フィルタ層上に設けられたレンズと、
を備える固体撮像装置。
(1)
Photoelectric conversion unit and
A filter layer provided on the photoelectric conversion unit and containing a plurality of metal nanoparticles,
With the lens provided on the filter layer,
A solid-state image sensor.
(2)
前記金属ナノ粒子は、板状の形状を有する、(1)に記載の固体撮像装置。
(2)
The solid-state image sensor according to (1), wherein the metal nanoparticles have a plate-like shape.
(3)
前記金属ナノ粒子は、銀、アルミニウム、金、銅、またはタンタルを含む、(1)に記載の固体撮像装置。
(3)
The solid-state imaging device according to (1), wherein the metal nanoparticles include silver, aluminum, gold, copper, or tantalum.
(4)
前記金属ナノ粒子は、前記フィルタ層内にランダムに配置されている、(1)に記載の固体撮像装置。
(4)
The solid-state image sensor according to (1), wherein the metal nanoparticles are randomly arranged in the filter layer.
(5)
前記フィルタ層は、局在型プラズモンフィルタとして機能する、(1)に記載の固体撮像装置。
(5)
The solid-state image sensor according to (1), wherein the filter layer functions as a localized plasmon filter.
(6)
前記フィルタ層として、第1波長の光を通過させるまたは遮断する第1波長フィルタ層と、前記第1波長と異なる第2波長の光を通過させるまたは遮断する第2波長フィルタ層とを備える、(1)に記載の固体撮像装置。
(6)
The filter layer includes a first wavelength filter layer that allows or blocks light of the first wavelength, and a second wavelength filter layer that allows or blocks light of a second wavelength different from the first wavelength. The solid-state imaging device according to 1).
(7)
前記第2波長フィルタ層内の前記金属ナノ粒子の形状は、前記第1波長フィルタ層内の前記金属ナノ粒子の形状と異なる、(6)に記載の固体撮像装置。
(7)
The solid-state imaging device according to (6), wherein the shape of the metal nanoparticles in the second wavelength filter layer is different from the shape of the metal nanoparticles in the first wavelength filter layer.
(8)
前記第2波長フィルタ層内の前記金属ナノ粒子の径またはアスペクト比は、前記第1波長フィルタ層内の前記金属ナノ粒子の径またはアスペクト比と異なる、(7)に記載の固体撮像装置。
(8)
The solid-state imaging device according to (7), wherein the diameter or aspect ratio of the metal nanoparticles in the second wavelength filter layer is different from the diameter or aspect ratio of the metal nanoparticles in the first wavelength filter layer.
(9)
前記フィルタ層を挟む第1および第2電極と、
前記第1および第2電極により前記フィルタ層に電界を印加して、前記金属ナノ粒子の形状を変化させる電界印加部と、
をさらに備える(1)に記載の固体撮像装置。
(9)
The first and second electrodes sandwiching the filter layer,
An electric field application portion that changes the shape of the metal nanoparticles by applying an electric field to the filter layer by the first and second electrodes.
The solid-state image sensor according to (1).
(10)
前記第1および第2電極は、前記フィルタ層の下面および上面に設けられた透明電極である、(9)に記載の固体撮像装置。
(10)
The solid-state image sensor according to (9), wherein the first and second electrodes are transparent electrodes provided on the lower surface and the upper surface of the filter layer.
(11)
前記フィルタ層は、前記金属ナノ粒子を含む電解質層である、(9)に記載の固体撮像装置。
(11)
The solid-state image sensor according to (9), wherein the filter layer is an electrolyte layer containing the metal nanoparticles.
(12)
前記電解質層は、ゲル層である、(11)に記載の固体撮像装置。
(12)
The solid-state image sensor according to (11), wherein the electrolyte layer is a gel layer.
(13)
前記固体撮像装置の画素アレイ領域は、n×n個(nは2以上の整数)の画素を単位とする周期配列を有する、(1)に記載の固体撮像装置。
(13)
The solid-state image sensor according to (1), wherein the pixel array region of the solid-state image sensor has a periodic array in units of n × n (n is an integer of 2 or more) pixels.
(14)
前記フィルタ層は、補色フィルタとして機能する、(1)に記載の固体撮像装置。
(14)
The solid-state image sensor according to (1), wherein the filter layer functions as a complementary color filter.
(15)
第2光電変換部と、
前記第2光電変換部上に設けられ、金属ナノ粒子を含まない第2フィルタ層と、
前記第2フィルタ層上に設けられた第2レンズとをさらに備え、
前記第2フィルタ層に対応する第2画素からの信号値と、前記補色フィルタとして機能する前記フィルタ層に対応する第1画素からの信号値との差を用いて、前記第1画素における原色の信号値を算出する、(14)に記載の固体撮像装置。
(15)
The second photoelectric conversion unit and
A second filter layer provided on the second photoelectric conversion unit and containing no metal nanoparticles,
A second lens provided on the second filter layer is further provided.
Using the difference between the signal value from the second pixel corresponding to the second filter layer and the signal value from the first pixel corresponding to the filter layer functioning as the complementary color filter, the primary color in the first pixel is used. The solid-state imaging device according to (14), which calculates a signal value.
(16)
前記固体撮像装置は、カメラに設けられる、(1)に記載の固体撮像装置。
(16)
The solid-state image sensor according to (1), wherein the solid-state image sensor is provided in a camera.
(17)
光電変換部を形成し、
前記光電変換部上に、複数の金属ナノ粒子を含むフィルタ層を形成し、
前記フィルタ層上にレンズを形成する、
ことを含む固体撮像装置の製造方法。
(17)
Form a photoelectric conversion part,
A filter layer containing a plurality of metal nanoparticles is formed on the photoelectric conversion unit, and the filter layer is formed.
A lens is formed on the filter layer.
A method of manufacturing a solid-state image sensor including the above.
(18)
前記フィルタ層は、金属ナノ粒子を分散させた材料を塗布し、前記材料を加工して形成される、(17)に記載の固体撮像装置の製造方法。
(18)
The method for manufacturing a solid-state image sensor according to (17), wherein the filter layer is formed by applying a material in which metal nanoparticles are dispersed and processing the material.
(19)
前記フィルタ層は、金属ナノ粒子を分散させた感光性樹脂材料を塗布し、前記感光性樹脂材料をリソグラフィにより加工して形成される、(18)に記載の固体撮像装置の製造方法。
(19)
The method for manufacturing a solid-state image sensor according to (18), wherein the filter layer is formed by applying a photosensitive resin material in which metal nanoparticles are dispersed and processing the photosensitive resin material by lithography.
(20)
前記フィルタ層として、第1波長の光を通過させる第1波長フィルタ層と、前記第1波長と異なる第2波長の光を通過させる第2波長フィルタ層とを順に形成することを含む、(17)に記載の固体撮像装置の製造方法。
(20)
As the filter layer, a first wavelength filter layer that allows light of the first wavelength to pass through and a second wavelength filter layer that allows light of a second wavelength different from the first wavelength to pass through are sequentially formed (17). ). The method for manufacturing a solid-state imaging device.
1:画素、2:画素アレイ領域、3:制御回路、
4:垂直駆動回路、5:カラム信号処理回路、6:水平駆動回路、
7:出力回路、8:垂直信号線、9:水平信号線、
11:支持基板、12、13、14:配線層、
15:層間絶縁膜、16:ゲート電極、17:ゲート絶縁膜、
21:基板、22:光電変換部、23:p型半導体領域、24:n型半導体領域、
25:p型半導体領域、26:画素分離層、27:pウェル層、28:浮遊拡散部、
31:溝、32:素子分離部、33:固定電荷膜、34:絶縁膜、35:遮光膜、
36:平坦化膜、37、37a、37b、37c:カラーフィルタ層、
38、38a、38b、38c:金属ナノ粒子、39:オンチップレンズ、
41:下部電極、42:上部電極、43:電界印加部
1: Pixel, 2: Pixel array area, 3: Control circuit,
4: Vertical drive circuit, 5: Column signal processing circuit, 6: Horizontal drive circuit,
7: Output circuit, 8: Vertical signal line, 9: Horizontal signal line,
11: Support substrate, 12, 13, 14: Wiring layer,
15: interlayer insulating film, 16: gate electrode, 17: gate insulating film,
21: Substrate, 22: Photoelectric converter, 23: P-type semiconductor region, 24: n-type semiconductor region,
25: p-type semiconductor region, 26: pixel separation layer, 27: p-well layer, 28: floating diffusion part,
31: groove, 32: element separation part, 33: fixed charge film, 34: insulating film, 35: light-shielding film,
36: Flattening film, 37, 37a, 37b, 37c: Color filter layer,
38, 38a, 38b, 38c: metal nanoparticles, 39: on-chip lens,
41: Lower electrode, 42: Upper electrode, 43: Electric field application part
Claims (20)
前記光電変換部上に設けられ、複数の金属ナノ粒子を含むフィルタ層と、
前記フィルタ層上に設けられたレンズと、
を備える固体撮像装置。 Photoelectric conversion unit and
A filter layer provided on the photoelectric conversion unit and containing a plurality of metal nanoparticles,
With the lens provided on the filter layer,
A solid-state image sensor.
前記第1および第2電極により前記フィルタ層に電界を印加して、前記金属ナノ粒子の形状を変化させる電界印加部と、
をさらに備える請求項1に記載の固体撮像装置。 The first and second electrodes sandwiching the filter layer,
An electric field application portion that changes the shape of the metal nanoparticles by applying an electric field to the filter layer by the first and second electrodes.
The solid-state image sensor according to claim 1.
前記第2光電変換部上に設けられ、金属ナノ粒子を含まない第2フィルタ層と、
前記第2フィルタ層上に設けられた第2レンズとをさらに備え、
前記第2フィルタ層に対応する第2画素からの信号値と、前記補色フィルタとして機能する前記フィルタ層に対応する第1画素からの信号値との差を用いて、前記第1画素における原色の信号値を算出する、請求項14に記載の固体撮像装置。 The second photoelectric conversion unit and
A second filter layer provided on the second photoelectric conversion unit and containing no metal nanoparticles,
A second lens provided on the second filter layer is further provided.
Using the difference between the signal value from the second pixel corresponding to the second filter layer and the signal value from the first pixel corresponding to the filter layer functioning as the complementary color filter, the primary color in the first pixel is used. The solid-state imaging device according to claim 14, which calculates a signal value.
前記光電変換部上に、複数の金属ナノ粒子を含むフィルタ層を形成し、
前記フィルタ層上にレンズを形成する、
ことを含む固体撮像装置の製造方法。 Form a photoelectric conversion part,
A filter layer containing a plurality of metal nanoparticles is formed on the photoelectric conversion unit, and the filter layer is formed.
A lens is formed on the filter layer.
A method of manufacturing a solid-state image sensor including the above.
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