JP6194598B2 - Image pickup device and image pickup apparatus including image pickup device - Google Patents
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Description
本発明は、撮像素子および撮像素子を備えた撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging device and an imaging apparatus including the imaging device.
固体撮像素子において、光キャリアをフォトダイオードに効率よく導くために、基板中のある一定深さの面内において不純物濃度ピーク(光キャリアのポテンシャルバリア)が形成されたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。また、固体撮像素子において、隣接する画素を相互に分離するポテンシャルバリアが、全画素において同じ深さまで形成されたものが知られている(例えば、特許文献2参照)。
特許文献1 特開2005−347691号公報
特許文献2 特開2011−124451号公報
In a solid-state imaging device, in order to efficiently guide optical carriers to a photodiode, an impurity concentration peak (a potential barrier of optical carriers) is formed within a certain depth in a substrate (for example, known) , See Patent Document 1). In addition, in a solid-state imaging device, a device in which a potential barrier that separates adjacent pixels from each other is formed to the same depth in all pixels is known (for example, see Patent Document 2).
特許文献2に記載の固体撮像素子のように、隣接する画素を相互に分離するポテンシャルバリアを設けた場合、画素間のクロストークは抑えられ混色の程度の悪化を防ぐことができる。しかし、特許文献2に記載の固体撮像素子では、隣接する画素を相互に分離するポテンシャルバリアが深い位置まで一様に設けられており、隣接する画素の光キャリアを用いて各画素の分光感度を最大化することは困難である。
When a potential barrier that separates adjacent pixels from each other is provided as in the solid-state imaging device described in
本発明の第1の態様における撮像素子は、第1導電型の第1半導体層と、第1半導体層に対して入射光の入射側に設けられた第2導電型の第2半導体層と、第2半導体層に対して入射側に設けられた第1導電型の複数の半導体領域と、入射光を透過させるように複数の半導体領域の各々に対応して設けられるカラーフィルタと、複数の半導体領域を互いに分離するように第2半導体層において入射光が入射する深さ方向に設けられ、カラーフィルタの透過波長帯域に対応して深さの異なる、第2半導体層よりも不純物濃度の高い第2導電型の画素分離領域とを備える。 The imaging device according to the first aspect of the present invention includes a first conductive type first semiconductor layer, a second conductive type second semiconductor layer provided on an incident light incident side with respect to the first semiconductor layer, A plurality of semiconductor regions of the first conductivity type provided on the incident side with respect to the second semiconductor layer; a color filter provided corresponding to each of the plurality of semiconductor regions so as to transmit incident light; and a plurality of semiconductors The second semiconductor layer is provided in the depth direction in which incident light is incident so as to separate the regions from each other, and the depth of the impurity is higher than that of the second semiconductor layer, which has a different depth corresponding to the transmission wavelength band of the color filter. And a two-conductivity type pixel isolation region.
また、本発明の第2の態様における撮像装置は、上記の撮像素子を備える。 Moreover, the imaging device in the 2nd aspect of this invention is equipped with said imaging device.
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
図1は、本発明の第1の実施形態における撮像素子1を示す図である。また、図1においては、撮像素子1の部分を拡大したものを合わせて示す。撮像素子1は、行列状に形成された複数の画素を有する。本例において、複数の画素が配置された上面と垂直な方向から見た、それぞれの画素の形状は、正方形または長方形である。
FIG. 1 is a diagram showing an
本例の撮像素子1においては、複数の画素からなる単位グループ5が、行方向および列方向に連続して配列される。単位グループ5は、2つの緑色画素Gr、青色画素Blおよび赤色画素Reの4画素から成るいわゆるベイヤー配列を有する。つまり、青色画素Blは、四辺が緑色画素Grに隣接して設けられる。同様に、赤色画素Reは、四辺が緑色画素Grに隣接して設けられる。緑色画素Grは、対向する二辺が青色画素Blに隣接して設けられ、他の対向する二辺が赤色画素Reに隣接して設けられる。緑色画素Grは、グリーンカラーフィルタ202を有し、入射光のうち緑色波長帯域の光を主成分として透過させる。同様に、青色画素Blは、ブルーカラーフィルタ201を有し、青色波長帯域の光を主成分として透過させる。赤色画素Reは、レッドカラーフィルタ203を有し、赤色波長帯域の光を主成分として透過させる。
In the
図2は、図1のAA断面を示す図である。撮像素子1は、当該断面において、第1導電型の第1半導体層10、第2導電型の第2半導体層20、第2導電型の画素分離領域30、第2導電型の複数の平面分離領域80、第1導電型の複数の半導体領域100、およびカラーフィルタ200を備える。第1導電型および第2導電型は、互いに異なる極性の導電型である。例えば、第1導電型および第2導電型の一方はP型であり、他方はN型である。
FIG. 2 is a view showing a cross section AA of FIG. In the cross section, the
入射光は、カラーフィルタ200から撮像素子1に入射する。それゆえ、入射側とは、撮像素子1に対してカラーフィルタ200側を意味する。また、深さとは、最も入射側に位置する第2半導体層20の入射側の表面から光の入射方向への深さを意味する。
Incident light enters the
図2における深さD1は、青色画素Blで検出すべき波長の光が吸収される深さDbと、緑色画素Grで検出すべき波長の光が吸収される深さDgとの間の深さを示す。また、深さD1は、深さDbと深さDgとの中間であってよい。なお、深さDbは、深さDgよりも浅い。図2における深さD2は、緑色画素Grで検出すべき波長の光が吸収される深さDgと、赤色画素Reで検出すべき波長の光が吸収される深さDrとの間に設定される。また、深さD2は、深さDgと深さDrとの中間であってよい。なお、深さDgは、深さDrよりも浅い。 The depth D1 in FIG. 2 is a depth between a depth Db in which light having a wavelength to be detected by the blue pixel Bl is absorbed and a depth Dg in which light having a wavelength to be detected by the green pixel Gr is absorbed. Indicates. Further, the depth D1 may be intermediate between the depth Db and the depth Dg. The depth Db is shallower than the depth Dg. The depth D2 in FIG. 2 is set between a depth Dg at which light having a wavelength to be detected by the green pixel Gr is absorbed and a depth Dr at which light having a wavelength to be detected by the red pixel Re is absorbed. The The depth D2 may be intermediate between the depth Dg and the depth Dr. The depth Dg is shallower than the depth Dr.
本例の第1半導体層10は、N型の半導体層である。また、第1半導体層10は、P型の半導体層であってもよい。さらに、第1半導体層10は、N型またはP型の半導体基板であってよい。より具体的には、第1半導体層10は、N型またはP型のシリコン基板であってよい。第1半導体層10には、第2半導体層20、画素分離領域30、複数の平面分離領域80、および複数の半導体領域100が形成される。
The
第2半導体層20は、第1半導体層10に対して入射光の入射側に設けられる。第1半導体層10に対してカラーフィルタ200側を意味する。本例では、第2半導体層20は、P型の半導体層である。また、第2半導体層20は、P型のウェルであってもよい。第2半導体層20は、第1半導体層10と逆極性のドーパントを第1半導体層10の表面からDwの位置にまでドープすることにより形成される。なお、Dwは、D2よりも深い位置にある。第2半導体層20は、後述の複数の半導体領域100と共にPN接合を形成する。
The
複数の半導体領域100は、第2半導体層20に対して入射側に設けられる。複数の半導体領域100は、第1導電型のドーパントを第2半導体層20の表面からドープすることにより形成される。複数の半導体領域100は、第2半導体層20の表面と平行な平面方向において複数配列される。AA断面において、複数の半導体領域100は、半導体領域101および半導体領域102を有する。本例では、半導体領域101および半導体領域102は、それぞれN型半導体領域である。また、半導体領域101は青色画素Blに対応し、半導体領域102は緑色画素Grに対応する。
The plurality of
第2半導体層20中にN型のドーパントをドープした位置に、複数の半導体領域100が形成され、複数の半導体領域100と第2半導体層20との接合部分にPN接合が形成される。当該PN接合における空乏層において入射光を光電変換して生成された電荷は、当該空乏層の電界により複数の半導体領域100の方向に加速され、複数の半導体領域100に蓄積される。また、当該空乏層に対して画素分離領域30および複数の平面分離領域80で分離されていない第2半導体層20で生成された電荷のうち、当該空乏層まで到達した電荷は、当該空乏層により複数の半導体領域100の方向に加速され、複数の半導体領域100に蓄積される。
A plurality of
PN接合が形成される深さは、各画素が検出するべき光の波長に応じて定めてよい。例えば、第1半導体層10がシリコン基板の場合、深さ方向の浅い位置では短波長の吸収係数が高いので、青色の画素に対応する半導体領域101においては、入射光が入射する深さ方向の浅い位置付近にPN接合を設ける。逆に、深さ方向の深い位置では長波長の吸収係数が高いので、緑色の画素に対応する半導体領域102においては、半導体領域101よりも深い位置にPN接合を設ける。
The depth at which the PN junction is formed may be determined according to the wavelength of light to be detected by each pixel. For example, when the
AA断面において、カラーフィルタ200は、ブルーカラーフィルタ201およびグリーンカラーフィルタ202を有する。それぞれのカラーフィルタ200は、入射光のうちの所定の波長成分を透過させるように複数の半導体領域100の各々に対応して設けられる。例えば、青色の画素に対応するカラーフィルタ200は、青色の光の波長成分を透過させる。第2半導体層20は、それぞれのカラーフィルタ200が透過させた光に応じた電荷を、それぞれのカラーフィルタ200の下方の領域において生成する。
In the AA cross section, the
画素分離領域30は、複数の半導体領域100を互いに分離するように、第2半導体層20において入射光が入射する深さ方向に延伸して設けられる。また、画素分離領域30は、図1に示した各画素の境界に沿って設けられる。図2の例では、画素分離領域30は、半導体領域101と半導体領域102との間において、深さD1まで延伸して設けられる。
The
画素分離領域30は、半導体領域101を半導体領域102から分離するように設けられている。ここで、図1のように撮像素子1を上面視した場合、ブルーカラーフィルタ201は行方向および列方向においてグリーンカラーフィルタ202と隣り合っている。したがって、画素分離領域30は、深さ方向においてブルーカラーフィルタ201の下方に位置する第2半導体層20のうち、深さD1より上方の領域を囲むように設けられている。
The
画素分離領域30は、第2半導体層20よりも高い不純物濃度を有する。例えば、第2半導体層20の第2導電型がP型である場合、画素分離領域30をP+とする。第1導電型がN型であり、第2導電型がP型である場合、半導体領域101において光電変換により発生した電子にとって、画素分離領域30のP+領域は電位的に高いポテンシャル領域である。したがって、画素分離領域30は、画素分離領域30で囲まれた第2半導体層20の領域で発生した電子が、半導体領域102へ拡散して蓄積されることを妨げる。したがって、画素間のクロストークを防止することができる。
The
複数の平面分離領域80は、平面分離領域50(第1領域)と、深さ方向において平面分離領域50よりも深い位置に設けられる平面分離領域60(第2領域)とを有する。平面分離領域50は、複数の画素のうち、検出すべき光の波長が最も短い画素(本例では青色画素Bl)に対して設けられる。また、平面分離領域50は、第2半導体層20において、深さ方向と直交する平面方向において、対応するカラーフィルタ200の透過波長帯域に対応した深さD1に設けられる。当該深さは、画素分離領域30が設けられる深さと同一である。また、平面分離領域50は、深さD1における面内において、画素分離領域30で囲まれた領域に形成される。
The plurality of
平面分離領域50は、第2半導体層20よりも不純物濃度が高い。例えば、第2半導体層20がP型不純物を有する場合、画素分離領域30をP+領域とする。本例では、第1導電型がN型であり、第2導電型がP型である。第2半導体層20において光電変換により発生した電子にとって、平面分離領域50のP+領域は高電位ポテンシャル領域である。したがって、平面分離領域50のP+領域は、第2半導体層20の、ブルーカラーフィルタ201の下方であって、深さD1より浅い領域で発生した電子が平面分離領域50より下方へ拡散することを妨げる。加えて、平面分離領域50のP+領域は、深さD1より深い領域において発生した電子(即ち、青色以外の光により生成した電子)が半導体領域101へ拡散することを妨げる。したがって、半導体領域101は、ブルーカラーフィルタ201に対応した波長成分に対応する電荷だけを蓄積することができる。
The
平面分離領域60は、複数の画素のうち、検出すべき光の波長が最も短い画素(本例では青色画素Bl)と、検出すべき光の波長が次に短い画素(本例では緑色画素Gr)とに対して設けられる。平面分離領域60は、第2半導体層20において深さ方向に直交する平面方向において、対応する画素が検出すべき光の透過波長帯域のうち、長い方の波長帯域に対応した深さD2に設けられる。本例では、平面分離領域60は、緑色画素Grが検出すべき光の波長帯域に応じた位置に設けられる。
The
また、平面分離領域60は、第2半導体層20よりも不純物濃度が高い。本例では、画素分離領域30をP+領域とする。したがって、平面分離領域60のP+領域は、第2半導体層20の深さD1からD2の間の領域で発生した電子が第1半導体層10方向へ拡散することを妨げる。また、第2半導体層20の深さD2より深い領域で発生した電子が、半導体領域102に到達することを妨げる。
Further, the
以上の構成により、ブルーカラーフィルタ201を透過した青色の成分は、第2半導体層20において画素分離領域30および平面分離領域50に囲まれた領域で光電変換される。当該領域で生じた電子は、半導体領域101に蓄積される。また、当該領域の外で生じた電子は、半導体領域101には到達できないので、半導体領域101は、当該領域で生じた電子のみを蓄積する。
With the above configuration, the blue component transmitted through the
また、グリーンカラーフィルタ202を透過した緑色の成分は、第2半導体層20において深さD1からD2の間の領域で光電変換される。但し、ブルーカラーフィルタ201を透過する光の波長帯域は、青色の波長を中心にしてある程度広がりを持っている。それゆえ、ブルーカラーフィルタ201を透過した光のうち緑色の波長帯域に相当する光は、平面分離領域50および平面分離領域60で挟まれた領域において光電変換される。したがって、半導体領域102は、グリーンカラーフィルタ202の下方における当該領域だけでなく、ブルーカラーフィルタ201の下方における当該領域(すなわち、平面分離領域50および平面分離領域60で挟まれた領域)で生じた電子も蓄積することができる。このため、緑色画素Grの分光感度を向上させることができる。
Further, the green component transmitted through the
また、例えば、ブルーカラーフィルタ201が、青色の波長成分に加えて、緑色の波長成分も透過する透過波長帯域を有する場合には、半導体領域102は、平面分離領域50および平面分離領域60で挟まれた領域で生じた電子も蓄積することができ、緑色画素Grの実効的な受光領域を拡張することができる。この場合も、緑色画素Grの分光感度を向上させることができる。
For example, when the
図3は、図1のBB断面を示す図である。撮像素子1は、当該断面において、第1導電型の第1半導体層10、第2導電型の第2半導体層20、第2導電型の平面分離領域60、第1導電型の複数の半導体領域100、およびカラーフィルタ200を備える。
FIG. 3 is a view showing a BB cross section of FIG. In the cross section, the
BB断面において、複数の半導体領域100は、半導体領域102および半導体領域103を有する。本例では、半導体領域102および半導体領域103は、それぞれN型半導体領域である。また、半導体領域102は緑色画素Grに対応し、半導体領域103は赤色画素Reに対応する。
In the BB cross section, the plurality of
緑色光が入射する半導体領域102においては、青色光の場合よりも深い位置付近にPN接合を設けてよい。本例では、第2半導体層20の表面から深さD1から深さD2の間の位置にPN接合を設ける。また、赤色光が入射する半導体領域103においては、緑色光の場合よりも深い位置付近にPN接合を設けてよい。本例では、深さD2から深さDwの間の位置にPN接合を設ける。
In the
BB断面において、カラーフィルタ200は、グリーンカラーフィルタ202およびレッドカラーフィルタ203を有する。グリーンカラーフィルタ202は、半導体領域102に対応して設けられる。また、レッドカラーフィルタ203は、半導体領域103に対応して設けられる。
In the BB cross section, the
画素分離領域40は、複数の半導体領域100を互いに分離するように第2半導体層20において入射光が入射する深さ方向に延伸して設けられる。また、画素分離領域40は、図1に示した各画素の境界に沿って設けられる。本例では、画素分離領域40は、半導体領域102と半導体領域103との間において、深さD2まで延伸して設けられる。
The
図2および図3に示すように、画素分離領域30および40は、対応するカラーフィルタ200の透過波長帯域に対応して深さが異なる。例えば、カラーフィルタ200の透過波長帯域が短波長側であるほど、画素分離領域30および40の深さを浅くする。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
なお、画素分離領域30および40は、2つの画素の間に設けられるので、対応するカラーフィルタ200が2つ存在する。このため、画素分離領域30および40は、隣接する複数の半導体領域100のうち短波長側のカラーフィルタ200が割り当てられた複数の半導体領域100を基準として深さが定められる。図2および図3に示した例では、画素分離領域30の深さは、ブルーカラーフィルタ201の透過波長帯域に応じて定められる。また、画素分離領域40の深さは、グリーンカラーフィルタ202の透過波長帯域に応じて定められる。
Since the
画素分離領域40は、半導体領域102と半導体領域103とが隣接した場合、より短波長の波長帯域に対応した半導体領域102を囲むように設けられている。半導体領域101および半導体領域102の場合と同様に、図1のように撮像素子1を上面視した場合、グリーンカラーフィルタ202は行方向および列方向においてレッドカラーフィルタ203と隣り合っている。したがって、画素分離領域40は、グリーンカラーフィルタ202の下方に位置する第2半導体層20のうち、深さD1より上方の領域を囲むように設けられている。
The
画素分離領域40は、画素分離領域30と同様に、第2半導体層20よりも高い不純物濃度を有する。本例では、第1導電型がN型であり、第2導電型がP型であるので、半導体領域102において光電変換により発生した電子にとって、画素分離領域40のP+領域は電位的に高いポテンシャル領域である。したがって、画素分離領域40は、画素分離領域40で囲まれた第2半導体層20の領域で発生した電子が、半導体領域103へ拡散することを妨げる。したがって、画素間のクロストークを防止することができる。
Similar to the
平面分離領域60は、第2半導体層20において深さ方向に直交する平面方向において、対応するカラーフィルタ200の透過波長帯域に対応した深さD2に設けられる。当該深さは、画素分離領域40が設けられる深さと同一である。また、平面分離領域60は、深さD2における面内において、画素分離領域40で囲まれた領域に形成される。
The
上述したように、平面分離領域60は、複数の画素のうち、検出すべき光の波長が最も短い画素(本例では青色画素Bl)と、検出すべき光の波長が次に短い画素(本例では緑色画素Gr)とに対して設けられる。従って、平面分離領域60は、赤色画素Reに対しては設けられない。平面分離領域60は、半導体領域103に対応する領域以外のすべての領域において、深さD2の位置に設けられる。
As described above, the
平面分離領域60は、第2半導体層20よりも不純物濃度が高い。本例では、第2半導体層20がP層であり、画素分離領域40がP+領域である。また、本例では第1導電型がN型であり、第2導電型がP型であるので、第2半導体層20で発生した電子にとって、画素分離領域40および平面分離領域60のP+領域は電位的に高いポテンシャル領域である。したがって、第2半導体層20の、グリーンカラーフィルタ202の下方であって、深さD2より浅い領域で発生した電子が、平面分離領域60より下方へ拡散することを妨げられる。よって、半導体領域102は、深さD1より深くかつ深さD2よりも浅い位置において、グリーンカラーフィルタ202に対応した波長成分に対応する電荷だけを蓄積することができる。
The
以上の構成により、グリーンカラーフィルタ202を透過した緑色の成分は、第2半導体層20において画素分離領域40および平面分離領域60に囲まれた領域で光電変換される。当該領域で生じた電子は、半導体領域102に蓄積される。また、当該領域の外で生じた電子は、半導体領域102には到達できないので、半導体領域102は、当該領域で生じた電子のみを蓄積する。
With the above configuration, the green component transmitted through the
また、レッドカラーフィルタ203を透過した赤色の成分は、第2半導体層20において深さD2からDwの間の領域で光電変換される。但し、半導体領域103は、レッドカラーフィルタ203の下方における当該領域だけでなく、ブルーカラーフィルタ201およびグリーンカラーフィルタ202の下方における当該領域で生じた電子も蓄積することができる。例えば、ブルーカラーフィルタ201およびグリーンカラーフィルタ202が、赤色の波長成分を更に透過する透過波長帯域を有する場合、半導体領域103は、ブルーカラーフィルタ201およびグリーンカラーフィルタ202の下方における領域で、赤色の波長成分の光により生じた電子も蓄積することができ、赤色画素Reの実効的な受光領域を拡張することができる。このため、赤色画素Reの分光感度を向上させることができる。
The red component transmitted through the
図2および図3に示した撮像素子1によれば、各画素間のクロストークを防ぎつつ、緑色画素Grおよび赤色画素Reの受光感度を向上させることができる。また、画素を微細化しても、隣接する画素からの不要な電荷のクロストークが抑えられ、混色の発生を抑えられる。
According to the
図4は、図2のI‐I部分における基板深さと不純物濃度のプロファイルとの関係を示す図である。不純物濃度は、第1導電型(本例では、N型)および第2導電型(本例では、P型)の和である。入射光が入射する方向を横軸(深さ)とする。入射光がカラーフィルタ200を通過した後に、第2半導体層20に入射する位置を深さ0とする。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the substrate depth and the impurity concentration profile in the II portion of FIG. The impurity concentration is the sum of the first conductivity type (N-type in this example) and the second conductivity type (P-type in this example). The direction in which incident light is incident is defined as the horizontal axis (depth). The position where the incident light enters the
第2半導体層20では、P型不純物の濃度がN型不純物に比べて高い。当該P型不純物の濃度は、深さ方向において一定濃度である。ただし、P型不純物濃度は、基板深さ方向のD1の平面分離領域50において、最大値となる。また、P型不純物濃度は、基板深さ方向のD2の平面分離領域60において同様に、最大値となる。
In the
深さ方向の位置Dwにおいて、第2半導体層20は第1半導体層10と接合する。つまり、基板深さ方向のDw近傍において空乏層が形成される。P型およびN型不純物濃度は、基板深さ方向のDw近傍において最小値となる。なお、深さDwよりも深い領域は、第1半導体層10であるので、N型不純物の濃度がP型不純物に比べて高い。深さDwよりもさらに深い領域では、当該N型不純物の濃度は、一定濃度となる。
The
図5は、深さD1における平面分離領域50(第1領域)を示す図である。第1領域は、対応する複数の半導体領域100のそれぞれに対して離散的に設けられる。本例では、平面分離領域50は、第2半導体層20の深さD1の位置において、半導体領域101(ブルーカラーフィルタ201)に対応する領域にのみ設けられる。
FIG. 5 is a diagram showing the plane separation region 50 (first region) at the depth D1. The first region is provided discretely for each of the
図6は、深さD2における平面分離領域60(第2領域)を示す図である。第2領域は、対応する複数の半導体領域100のそれぞれに対して開口を有するように設けられてよい。例えば、平面分離領域60は、第2半導体層20の深さD2の位置において、半導体領域103(レッドカラーフィルタ203)に対応する領域以外の領域に設けられる。
FIG. 6 is a diagram illustrating the plane separation region 60 (second region) at the depth D2. The second region may be provided so as to have an opening for each of the
図7は、本発明の第1の実施形態における撮像素子1のグリーンカラーフィルタ202の実効画素領域301を示す図である。あるカラーフィルタに対応した半導体領域の感度領域が、そのカラーフィルタ直下の領域に加えて、他のカラーフィルタの直下の領域にまで拡張される場合、拡張された感度領域を実効画素領域とする。
FIG. 7 is a diagram illustrating the
グリーンカラーフィルタ202の直下にある半導体領域102は、グリーンカラーフィルタ202を透過した緑色の波長成分の光により生じた電子に加えて、グリーンカラーフィルタ202に隣接するブルーカラーフィルタ201を透過した緑色の波長成分の光により生じた電子も蓄積することができる。
The
一方、グリーンカラーフィルタ202の直下にある半導体領域102とレッドカラーフィルタ203の直下にある半導体領域103とは、画素分離領域40および平面分離領域60によって、分離されている。したがって、グリーンカラーフィルタ202の直下にある半導体領域102は、グリーンカラーフィルタ202に隣接するレッドカラーフィルタ203を透過した緑色の波長成分の光により生じた電子を蓄積することはできない。
On the other hand, the
したがって、グリーンカラーフィルタ202の感度領域は、ブルーカラーフィルタ201にまで拡張される。当該拡張された領域は、グリーンカラーフィルタ202に隣接するブルーカラーフィルタ201の一辺およびブルーカラーフィルタ201の中心から構成される三角形形状であってよい。しかしながら、拡張された領域の形状は、必ずしも三角形形状に限定されない。
Therefore, the sensitivity region of the
図8は、本発明の第1の実施形態における撮像素子1のレッドカラーフィルタ203の実効画素領域302を示す図である。レッドカラーフィルタ203の直下にある半導体領域103は、レッドカラーフィルタ203を透過した赤色の波長成分の光により生じた電子に加えて、レッドカラーフィルタ203に隣接するグリーンカラーフィルタ202を透過した赤色の波長成分の光により生じた電子も蓄積することができる。
FIG. 8 is a diagram illustrating the
なお、ブルーカラーフィルタ201は、赤色の波長帯域は通過させないので、赤色の波長成分の光により生じる電子はない。加えて、ブルーカラーフィルタ201は、画素分離領域30および平面分離領域50によって、レッドカラーフィルタ203とは分離されているので、レッドカラーフィルタ203の直下にある半導体領域103は、レッドカラーフィルタ203の対格に位置するブルーカラーフィルタ201を透過した赤色の波長成分の光により生じた電子を蓄積することはできない。
Since the
したがって、レッドカラーフィルタ203の感度領域は、レッドカラーフィルタ203の左右上下に隣接するグリーンカラーフィルタ202にまで拡張される。当該拡張された領域の一つは、レッドカラーフィルタ203に隣接するグリーンカラーフィルタ202の一辺およびグリーンカラーフィルタ202の中心から構成される三角形形状であってよい。しかしながら、拡張された領域の一つの形状は、必ずしも三角形形状に限定されない。
Therefore, the sensitivity region of the
図9は、本発明の第2の実施形態における撮像素子2のAA断面を示す図である。撮像素子2は、図1に示した撮像素子1と同様に複数の画素を有する。また、図9におけるAA断面の位置は、撮像素子1のAA断面と同様である。撮像素子2は、撮像素子1の構成に加え、平面分離領域70(第3領域)を更に備える。他の構成は、撮像素子1と同一である。
FIG. 9 is a diagram showing an AA cross section of the
平面分離領域70は、複数のカラーフィルタ200の透過波長帯域のうち、最も長波長側の透過波長帯域に対応する深さD3に設けられる。本例では、平面分離領域70が設けられる深さD3は、第2半導体層20が赤色の波長帯域の光を吸収する深さDrより深く、且つ、深さDwより浅い。平面分離領域70は、深さD3において一様面に設けられる。一様面とは、図6に示した平面分離領域60のように開口を有しておらず、複数の画素の全てに対して設けられることを指す。平面分離領域70は、第2半導体層20よりも不純物濃度が高い。本例では、第2半導体層20は、P型の半導体層である。それゆえ、平面分離領域70は、平面分離領域50および平面分離領域60と同様にP+領域とする。
The
図10は、本発明の第2の実施形態における撮像素子2のBB断面を示す図である。図10におけるBB断面の位置は、撮像素子1のBB断面と同様である。平面分離領域70は、深さD3において一様面に設けられている。赤色の波長帯域の光に応じて生成された電子にとって、平面分離領域70のP+領域は電位的に高いポテンシャル領域であるので、平面分離領域70は、第2半導体層20において深さD3より浅い領域で発生した電子が第1半導体層10へ拡散することを妨げる。それゆえ、赤色画素Reの分光感度特性が向上する。
FIG. 10 is a diagram showing a BB cross section of the
図11は、図9のII‐II部分における基板深さと不純物濃度のプロファイルとの関係を示す図である。第1実施例との相違点は、第2半導体層20の不純物濃度は、基板深さ方向のD3の平面分離領域70においても、最大値となる点である。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the substrate depth and the impurity concentration profile in the II-II portion of FIG. The difference from the first embodiment is that the impurity concentration of the
図12は、本発明の第3の実施形態における撮像素子3を示す図である。また、図12においては、および撮像素子3の部分を拡大したものを合わせて示す。撮像素子3は、複数の画素からなる単位グループ6が、行方向および列方向に連続して配列される。単位グループ6は、緑色画素Gr、黄色画素Ye、シアン色画素Cyおよびマゼンダ色画素Maの4画素から成るいわゆるベイヤー配列を有する。黄色画素Yeは、イエローカラーフィルタ214を有し、赤色波長帯域および緑色波長帯域の光を受光する。シアン色画素Cyは、シアンカラーフィルタ213を有し、緑色波長帯域および青色波長帯域の光を受光する。緑色画素Grは、グリーンカラーフィルタ212を有し、緑色波長帯域の光を受光する。さらに、マゼンダ色画素Maは、マゼンダカラーフィルタ211を有し、青色波長帯域および赤色波長帯域の光を受光する。
FIG. 12 is a diagram showing an image sensor 3 according to the third embodiment of the present invention. FIG. 12 also shows an enlarged view of the image pickup device 3. In the image pickup device 3, unit groups 6 composed of a plurality of pixels are continuously arranged in the row direction and the column direction. The unit group 6 has a so-called Bayer arrangement composed of four pixels of a green pixel Gr, a yellow pixel Ye, a cyan pixel Cy, and a magenta pixel Ma. The yellow pixel Ye has a
例えば、シアンカラーフィルタ213は、青色波長帯域および緑色波長帯域の光を透過させるので、シアンカラーフィルタ213を青色の画素として用いて、かつ、シアンカラーフィルタ213に隣接するイエローカラーフィルタ214に対してシアンカラーフィルタ213の緑色波長帯域を受光して発生した電荷を蓄積させることができる。それゆえ、イエローカラーフィルタ214の実効画素領域を拡張させることができる。
For example, since the
図13は、第4の実施形態における撮像素子1を備える一眼レフカメラ400の断面図である。一眼レフカメラ400は、レンズユニット500およびカメラボディ600を備える。カメラボディ600には、レンズユニット500が装着される。レンズユニット500は、その鏡筒内に、光軸410に沿って配列された光学系を備え、入射する被写体光束をカメラボディ600の撮像素子1へ導く。
FIG. 13 is a cross-sectional view of a single-
カメラボディ600は、レンズマウント550に結合されるボディマウント660の後方にメインミラー672およびサブミラー674を備える。メインミラー672は、レンズユニット500から入射した被写体光束に斜設される斜設位置と、被写体光束から退避する退避位置との間で回動可能に軸支される。サブミラー674は、メインミラー672に対して回動可能に軸支される。
The camera body 600 includes a
メインミラー672が斜設位置にある場合、レンズユニット500を通じて入射した被写体光束の多くはメインミラー672に反射されてピント板652に導かれる。ピント板652は、撮像素子1の受光面と共役な位置に配されて、レンズユニット500の光学系が形成した被写体像を可視化する。ピント板652に形成された被写体像は、ペンタプリズム654およびファインダ光学系656を通じてファインダ650から観察される。斜設位置にあるメインミラー672に入射した被写体光束の一部は、メインミラー672のハーフミラー領域を透過しサブミラー674に入射する。サブミラー674は、ハーフミラー領域から入射した光束の一部を、合焦光学系680に向かって反射する。合焦光学系680は、入射光束の一部を焦点検出センサ682に導く。
When the
ピント板652、ペンタプリズム654、メインミラー672、サブミラー674は、構造体としてのミラーボックス670に支持される。ミラーボックス670は、撮像素子1に取り付けられる。メインミラー672およびサブミラー674が退避位置に退避し、シャッタユニット640の先幕および後幕が開状態となれば、レンズユニット500を透過する被写体光束は、撮像素子1の受光面に到達する。
The
撮像素子1の後方には、ボディ基板620および背面表示部634が順次配置される。液晶パネル等が採用される背面表示部634は、カメラボディ600の背面に現れる。ボディ基板620には、CPU622、画像処理ASIC624等の電子回路が実装される。撮像素子1の出力は、フレキシブル基板を介して画像処理ASIC624へ引き渡される。
A
上述の実施形態においては、撮像装置として一眼レフカメラ400を例に説明したが、カメラボディ600を撮像装置と捉えても良い。また、撮像装置は、ミラーユニットを備えるレンズ交換式カメラに限らず、ミラーユニットを持たないレンズ交換式カメラ、ミラーユニットの有無に関わらずレンズ一体式カメラであっても良い。
In the above-described embodiment, the single-
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above embodiment. It is apparent from the description of the scope of claims that embodiments with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
1 撮像素子、2 撮像素子、3 撮像素子、5 単位グループ、6 単位グループ、10 第1半導体層、20 第2半導体層、30 画素分離領域、40 画素分離領域、50 平面分離領域、60 平面分離領域、70 平面分離領域、80 複数の平面分離領域、100 複数の半導体領域、101 半導体領域、102 半導体領域、103 半導体領域、200 カラーフィルタ、201 ブルーカラーフィルタ、202 グリーンカラーフィルタ、203 レッドカラーフィルタ、211 マゼンダカラーフィルタ、212 グリーンカラーフィルタ、213 シアンカラーフィルタ、214 イエローカラーフィルタ、400 一眼レフカメラ、410 光軸、500 レンズユニット、550 レンズマウント、600 カメラボディ、620 ボディ基板、622 CPU、624 画像処理ASIC、634 背面表示部、640 シャッタユニット、650 ファインダ、652 ピント板、654 ペンタプリズム、656 ファインダ光学系、660 ボディマウント、670 ミラーボックス、672 メインミラー、674 サブミラー、680 合焦光学系、682 焦点検出センサ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第1半導体層に対して入射光の入射側に設けられた第2導電型の第2半導体層と、
前記第2半導体層に対して前記入射側に設けられた前記第1導電型の複数の半導体領域と、
前記入射光を透過させるように前記複数の半導体領域の各々に対応して設けられるカラーフィルタと、
前記複数の半導体領域を互いに分離するように前記第2半導体層において前記入射光が入射する深さ方向に設けられ、前記カラーフィルタの透過波長帯域に対応して深さの異なる、前記第2半導体層よりも不純物濃度の高い前記第2導電型の画素分離領域と、
前記第2半導体層において前記深さ方向に直交する平面方向に前記透過波長帯域に対応して設けられた、前記第2半導体層よりも不純物濃度の高い前記第2導電型の平面分離領域と、を備え、
前記平面分離領域は、第1平面分離領域と、前記深さ方向において前記第1平面分離領域よりも深い位置に設けられる第2平面分離領域とを有し、
前記第1平面分離領域及び前記第2平面分離領域は、前記半導体領域を囲むように前記画素分離領域の端部と接して設けられ、
前記第1平面分離領域は、最も短波長側の透過波長帯域のカラーフィルタが設けられた半導体領域のそれぞれに対して離散的に設けられ、かつ、最も短波長側の透過波長帯域に対応した深さを有し、
前記第2平面分離領域は、最も長波長側の透過波長帯域のカラーフィルタが設けられた半導体領域のそれぞれに対して開口を有するように設けられ、かつ、最も短波長側の次に短波長の透過波長帯域に対応した深さを有し、
対応して設けられた前記カラーフィルタの前記透過波長帯域が短波長側であるほど、前記画素分離領域の深さが浅く、
前記画素分離領域は、隣接する前記複数の半導体領域のうち短波長側の前記カラーフィルタが割り当てられた半導体領域を基準として深さが定められている撮像素子。 A first semiconductor layer of a first conductivity type;
A second conductive type second semiconductor layer provided on the incident light incident side with respect to the first semiconductor layer;
A plurality of semiconductor regions of the first conductivity type provided on the incident side with respect to the second semiconductor layer;
A color filter provided corresponding to each of the plurality of semiconductor regions so as to transmit the incident light;
The second semiconductor provided in the depth direction in which the incident light is incident on the second semiconductor layer so as to separate the plurality of semiconductor regions from each other, and having different depths corresponding to a transmission wavelength band of the color filter A pixel isolation region of the second conductivity type having a higher impurity concentration than the layer;
It said provided corresponding to the transmission wavelength band in a planar direction orthogonal to the depth direction in the second semiconductor layer, and a flat surface separating regions of high the impurity concentration than the second semiconductor layer and the second conductivity type With
The plane separation region has a first plane separation region and a second plane separation region provided at a position deeper than the first plane separation region in the depth direction,
The first plane isolation region and the second plane isolation region are provided in contact with an end portion of the pixel isolation region so as to surround the semiconductor region ,
The first plane separation region is discretely provided for each of the semiconductor regions provided with a color filter having a transmission wavelength band on the shortest wavelength side, and has a depth corresponding to the transmission wavelength band on the shortest wavelength side. Have
The second plane separation region is provided so as to have an opening with respect to each of the semiconductor regions in which the color filter of the transmission wavelength band on the longest wavelength side is provided, and has the shortest wavelength next to the shortest wavelength side Has a depth corresponding to the transmission wavelength band,
The closer the transmission wavelength band of the color filter provided correspondingly is to the shorter wavelength side, the shallower the depth of the pixel separation region,
The pixel separation region is an image pickup device in which a depth is determined based on a semiconductor region to which the color filter on the short wavelength side is assigned among the plurality of adjacent semiconductor regions .
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