JP6392542B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
本発明は、複数の基板を有する固体撮像装置に関する。
複数の基板を有する固体撮像装置が開示されている。例えば、特許文献１には、撮像信号用の光電変換素子が配置された第１の基板と、オートフォーカス用の光電変換素子が配置された第２の基板とを有する固体撮像装置が開示されている。第２の基板に配置された光電変換素子で生成された信号電荷に基づく信号を処理することによってオートフォーカス動作が可能となる。
図１１は、複数の基板を有する固体撮像装置２０００の構成例を示している。図１１に示すように、固体撮像装置２０００は第１の基板８０と第２の基板９０とを有する。第１の基板８０と第２の基板９０とはそれぞれの基板の主面に垂直な方向に重なっている。主面は、基板の表面を構成する複数の面のうち最も広い面である。図１１では、第１の基板８０と第２の基板９０とをそれぞれの基板の主面に垂直な方向に見た状態が示されている。
第１の基板８０は複数の第１の画素Ｐ１１を有する。複数の第１の画素Ｐ１１は２次元の行列状に配置されている。複数のカラーフィルタが、各々の第１の画素Ｐ１１に対応して配置されている。Ｒフィルタと、Ｇフィルタと、Ｂフィルタとのいずれかが第１の画素Ｐ１１の表面に配置されている。Ｒフィルタは、Ｒすなわち赤に対応するフィルタであって、Ｒすなわち赤の帯域に透過率のピークを有する。Ｇフィルタは、Ｇすなわち緑に対応するフィルタであって、Ｇすなわち緑の帯域に透過率のピークを有する。Ｂフィルタは、Ｂすなわち青に対応するフィルタであって、Ｂすなわち青の帯域に透過率のピークを有する。
図１１において、「Ｒ」と記載された第１の画素Ｐ１１の表面にＲフィルタが配置されている。また、図１１において、「Ｇ」と記載された第１の画素Ｐ１１の表面にＧフィルタが配置されている。また、図１１において、「Ｂ」と記載された第１の画素Ｐ１１の表面にＢフィルタが配置されている。複数の第１の画素Ｐ１１に対応する複数のカラーフィルタの配列は、１個のＲフィルタと、２個のＧフィルタと、１個のＢフィルタとが単位配列であるベイヤ配列を構成する。また、第１の画素Ｐ１１は、入射した光の量に応じた信号電荷を生成する第１の光電変換部を有する。
第２の基板９０は複数の第２の画素Ｐ１２を有する。複数の第２の画素Ｐ１２は２次元の行列状に配置されている。図１１では、Ｒフィルタに対応する第１の画素Ｐ１１に対応して第２の画素Ｐ１２が配置されている。第２の画素Ｐ１２は、入射した光の量に応じた信号電荷を生成する第２の光電変換部を有する。Ｒフィルタに対応する第１の画素Ｐ１１を透過した光が第２の画素Ｐ１２に入射する。
第１の基板８０の表面に配置されているカラーフィルタの色ごとに、第２の基板９０に到達可能な光の量が異なる。波長が短くなるほど光が第２の基板９０に到達しにくくなる。これは、光の波長に応じて、第１の基板８０と第２の基板９０とを構成するシリコンに対する吸収係数が異なるためである。例えば、複数のカラーフィルタの配列がベイヤ配列である場合、より波長が長い光を透過するＲフィルタに対応する第１の画素Ｐ１１に対応する第２の画素Ｐ１２には光が到達しやすい。しかし、より波長が短い光を透過するＢフィルタに対応する第１の画素Ｐ１１に対応する第２の画素Ｐ１２には光が到達しにくい。
上記のように、カラーフィルタの色ごとに、第２の基板９０に対する光の到達のしやすさが異なる。このため、複数の第１の画素Ｐ１１に対応する全ての領域に第２の画素Ｐ１２が配置されている場合、均一な光が第１の基板８０に入射したときでも、第２の画素Ｐ１２ごとに、第２の画素Ｐ１２に入射する光の量が異なる。つまり、第２の画素Ｐ１２ごとに感度が異なり、生成される信号電荷にばらつきが生じる。このため、オートフォーカス動作の精度が低下しやすい。
固体撮像装置２０００では、第２の画素Ｐ１２の感度を統一するために、特定色のフィルタに対応した領域にのみ第２の画素Ｐ１２が配置されている。つまり、光が第２の基板９０に到達しやすいＲフィルタに対応した領域にのみ第２の画素Ｐ１２が配置されている。
しかし、Ｒフィルタに対応した領域にのみ第２の画素Ｐ１２が配置されるため、第２の画素Ｐ１２のレイアウトが制限される。また、第２の画素Ｐ１２の感度、すなわち第２の画素Ｐ１２で生成される信号電荷の量、がより増加することが望ましい。
本発明は、第２の基板に配置される第２の画素の感度を向上させると共に、第２の画素のレイアウトの自由度を向上させることができる固体撮像装置を提供する。
本発明は、第１の光電変換部を有する複数の第１の画素が２次元の行列状に配置されて構成された第１の基板と、第２の光電変換部を有する複数の第２の画素が２次元の行列状に配置されて構成された第２の基板と、各々の前記第１の画素に対応して配置された複数のカラーフィルタと、を有し、２色以上の前記カラーフィルタに対応する複数の前記第１の画素は画素群を構成し、各々の前記画素群が前記第２の画素に対応するように複数の前記画素群が配置され、前記カラーフィルタを透過した光が、前記カラーフィルタに対応する前記第１の画素の前記第１の光電変換部に入射し、前記画素群を透過した光が、前記画素群に対応する前記第２の画素の前記第２の光電変換部に入射し、前記画素群を構成する複数の前記第１の画素に対応する前記カラーフィルタの色の数と、各々の色に対応する前記第１の画素の数とが複数の前記画素群の間で等しく、前記カラーフィルタは、Ｒの帯域に透過率のピークを有するＲフィルタと、Ｇの帯域に透過率のピークを有するＧフィルタと、Ｂの帯域に透過率のピークを有するＢフィルタと、を有し、前記画素群は、前記Ｒフィルタに対応する２個以上の前記第１の画素を含み、互いに隣り合う前記画素群は、互いに隣り合う前記画素群の少なくとも一辺が前記第１の画素の画素ピッチ分離間するように配置されている固体撮像装置である。
また、本発明の固体撮像装置において、前記Ｒフィルタと、前記Ｇフィルタと、前記Ｂフィルタとが、ベイヤ配列を構成するように配置され、前記画素群は、前記Ｒフィルタに対応する２個の前記第１の画素と、前記Ｇフィルタに対応する１個の前記第１の画素とのみを含む。
また、本発明は、第１の光電変換部を有する複数の第１の画素が２次元の行列状に配置されて構成された第１の基板と、第２の光電変換部を有する複数の第２の画素が２次元の行列状に配置されて構成された第２の基板と、各々の前記第１の画素に対応して配置された複数のカラーフィルタと、を有し、２色以上の前記カラーフィルタに対応する複数の前記第１の画素は画素群を構成し、各々の前記画素群が前記第２の画素に対応するように複数の前記画素群が配置され、前記カラーフィルタを透過した光が、前記カラーフィルタに対応する前記第１の画素の前記第１の光電変換部に入射し、前記画素群を透過した光が、前記画素群に対応する前記第２の画素の前記第２の光電変換部に入射し、前記画素群を構成する複数の前記第１の画素に対応する前記カラーフィルタの色の数と、各々の色に対応する前記第１の画素の数とが複数の前記画素群の間で等しく、前記カラーフィルタは、Ｒの帯域に透過率のピークを有するＲフィルタと、Ｇの帯域に透過率のピークを有するＧフィルタと、Ｂの帯域に透過率のピークを有するＢフィルタと、を有し、前記Ｒフィルタと、前記Ｇフィルタと、前記Ｂフィルタとが、ベイヤ配列を構成するように配置され、前記画素群は、前記Ｒフィルタに対応する２個以上の前記第１の画素を含み、かつ前記Ｇフィルタに対応する前記第１の画素および前記Ｂフィルタに対応する前記第１の画素の少なくとも一方を含み、前記Ｇフィルタに対応する前記第１の画素の数は、前記Ｒフィルタに対応する前記第１の画素の数以下であり、前記Ｂフィルタに対応する前記第１の画素の数は、前記Ｒフィルタに対応する前記第１の画素の数以下である固体撮像装置である。
本発明によれば、２色以上のカラーフィルタに対応する複数の第１の画素によって構成される画素群を透過した光が、画素群に対応する第２の画素の第２の光電変換部に入射する。これによって、第２の画素の感度を向上させることができる。また、画素群を構成する第１の画素の組合せを変更することによって、第２の画素を配置する領域を変更することが可能となる。これによって、第２の画素のレイアウトの自由度を向上させることができる。
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本実施形態による固体撮像装置１０００の構成例を示している。図１に示すように、固体撮像装置１０００は第１の基板１０と第２の基板２０とを有する。第１の基板１０と第２の基板２０とはそれぞれの基板の主面に垂直な方向に重なっている。主面は、基板の表面を構成する複数の面のうち最も広い面である。図１では、第１の基板１０と第２の基板２０とをそれぞれの基板の主面に垂直な方向に見た状態が示されている。
まず、本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本実施形態による固体撮像装置１０００の構成例を示している。図１に示すように、固体撮像装置１０００は第１の基板１０と第２の基板２０とを有する。第１の基板１０と第２の基板２０とはそれぞれの基板の主面に垂直な方向に重なっている。主面は、基板の表面を構成する複数の面のうち最も広い面である。図１では、第１の基板１０と第２の基板２０とをそれぞれの基板の主面に垂直な方向に見た状態が示されている。
第１の基板１０は複数の第１の画素Ｐ１を有する。複数の第１の画素Ｐ１は２次元の行列状に配置されている。図１では、４行８列の３２個の第１の画素Ｐ１が配置されている。第１の画素Ｐ１の数は３２よりも多くてもよいし、少なくてもよい。複数のカラーフィルタが、各々の第１の画素Ｐ１に対応して配置されている。Ｒフィルタと、Ｇフィルタと、Ｂフィルタとのいずれかが第１の画素Ｐ１１の表面に配置されている。Ｒフィルタは、Ｒすなわち赤に対応するフィルタであって、Ｒすなわち赤の帯域に透過率のピークを有する。Ｇフィルタは、Ｇすなわち緑に対応するフィルタであって、Ｇすなわち緑の帯域に透過率のピークを有する。Ｂフィルタは、Ｂすなわち青に対応するフィルタであって、Ｂすなわち青の帯域に透過率のピークを有する。
図１において、「Ｒ」と記載された第１の画素Ｐ１の表面にＲフィルタが配置されている。また、図１において、「Ｇ」と記載された第１の画素Ｐ１の表面にＧフィルタが配置されている。また、図１において、「Ｂ」と記載された第１の画素Ｐ１の表面にＢフィルタが配置されている。複数の第１の画素Ｐ１に対応する複数のカラーフィルタの配列は、１個のＲフィルタと、２個のＧフィルタと、１個のＢフィルタとが単位配列であるベイヤ配列を構成する。つまり、第１の基板１０において、Ｒフィルタと、Ｇフィルタと、Ｂフィルタとが、ベイヤ配列を構成するように配置されている。
図１に示すように、複数の第１の画素Ｐ１の配列において、第１の列では、Ｒフィルタに対応する第１の画素Ｐ１と、Ｇフィルタに対応する第１の画素Ｐ１とが交互に周期的に配置されている。また、複数の第１の画素Ｐ１の配列において、第１の列に隣接する第２の列では、Ｇフィルタに対応する第１の画素Ｐ１と、Ｂフィルタに対応する第１の画素Ｐ１とが交互に周期的に配置されている。また、Ｒフィルタに対応する第１の画素Ｐ１に対して、行方向すなわち水平方向に、Ｇフィルタに対応する第１の画素Ｐ１が隣接している。また、Ｂフィルタに対応する第１の画素Ｐ１に対して、行方向すなわち水平方向に、Ｇフィルタに対応する第１の画素Ｐ１が隣接している。
第２の基板２０は複数の第２の画素Ｐ２を有する。複数の第２の画素Ｐ２は２次元の行列状に配置されている。図１では、１行４列の４個の第２の画素Ｐ２が配置されている。第２の画素Ｐ２の数は４よりも多くてもよいし、少なくてもよい。第２の基板２０において、破線が示す領域は、第１の基板１０において第１の画素Ｐ１が配置されている領域に対応する。
第１の基板１０に配置されている複数の第１の画素Ｐ１のうち、２色以上のカラーフィルタに対応する複数すなわち２個以上の第１の画素Ｐ１は画素群を構成する。１個の画素群を構成する全ての第１の画素Ｐ１は、同じ画素群に属する他の第１の画素Ｐ１のいずれかと隣接している。１個の画素群は、Ｒフィルタに対応する２個以上の第１の画素Ｐ１を含む。
固体撮像装置１０００では、列方向すなわち垂直方向に連続する３個の第１の画素Ｐ１が画素群を構成する。具体的には、Ｒフィルタに対応する２個の第１の画素Ｐ１と、Ｇフィルタに対応する１個の第１の画素Ｐ１とが画素群を構成する。言い換えると、画素群は、Ｒフィルタに対応する２個の第１の画素Ｐ１と、Ｇフィルタに対応する１個の第１の画素Ｐ１とのみを含む。
各々の画素群が第２の画素Ｐ２に対応するように複数の画素群が配置されている。図１では、４個の第２の画素Ｐ２に対応する４個の画素群が配置されている。画素群を構成する複数の第１の画素Ｐ１の組に対応して第２の画素Ｐ２が配置されている。
画素群を構成する複数の第１の画素Ｐ１に対応するカラーフィルタの色の数と、各々の色に対応する第１の画素Ｐ１の数とが複数の画素群の間で等しい。固体撮像装置１０００では、画素群を構成する複数の第１の画素Ｐ１に対応するカラーフィルタの色はＲすなわち赤とＧすなわち緑とである。つまり、どの画素群についても、画素群を構成する複数の第１の画素Ｐ１に対応するカラーフィルタの色の数は２個である。また、どの画素群についても、Ｒすなわち赤に対応する第１の画素Ｐ１の数は２個であり、Ｇすなわち緑に対応する第１の画素Ｐ１の数は２個である。
図２は、固体撮像装置１０００の断面の構成例を示している。図２に示すように、固体撮像装置１０００は、第１の基板１０と、第１の基板１０に積層された第２の基板２０と、第１の基板１０の表面に形成されたカラーフィルタ３０Ｒおよびカラーフィルタ３０Ｇと、カラーフィルタ３０Ｒおよびカラーフィルタ３０Ｇに対応して配置されたマイクロレンズ３１とを有する。固体撮像装置１０００を構成する部分の厚さと幅とは、図２に示す厚さと幅とに従うわけではない。固体撮像装置１０００を構成する部分の厚さと幅とは任意であってよい。
第１の基板１０は、第１の半導体層１００と第１の配線層１１０とを有する。第１の半導体層１００と第１の配線層１１０とは、第１の基板１０の主面に垂直な方向に重なっている。また、第１の半導体層１００と第１の配線層１１０とは互いに接触している。
第１の半導体層１００は、第１の光電変換部１０１を有する。図２では複数の第１の光電変換部１０１が存在するが、代表として１個の第１の光電変換部１０１の符号が示されている。第１の半導体層１００は、シリコン（Ｓｉ）等の半導体を含む材料で構成されている。第１の半導体層１００は、第１の配線層１１０と接触している第１の面と、カラーフィルタ３０Ｒおよびカラーフィルタ３０Ｇと接触している、第１の面とは反対側の第２の面とを有する。第１の半導体層１００の第２の面は第１の基板１０の主面の１つを構成する。第１の半導体層１００の第２の面に入射した光が、第１の半導体層１００内を進んで第１の光電変換部１０１に入射する。
第１の光電変換部１０１は、例えば第１の半導体層１００を構成する半導体材料とは不純物濃度が異なる半導体材料で構成されている。第１の光電変換部１０１は、入射した光の量に応じた信号電荷を生成する。第１の基板１０または第２の基板２０をそれぞれの主面に垂直な方向に見た場合、すなわち第１の基板１０または第２の基板２０を平面的に見た場合に、複数の第１の光電変換部１０１は２次元の行列状に配置されている。
第１の配線層１１０は、第１の配線１１１と、第１のビア１１２と、第１の層間絶縁膜１１３とを有する。図２では複数の第１の配線１１１が存在するが、代表として１個の第１の配線１１１の符号が示されている。また、図２では複数の第１のビア１１２が存在するが、代表として１個の第１のビア１１２の符号が示されている。
第１の配線１１１は、導電性を有する材料（例えば、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）等の金属）で構成されている。第１の配線層１１０は、第２の基板２０と接触している第１の面と、第１の半導体層１００と接触している、第１の面とは反対側の第２の面とを有する。第１の配線層１１０の第１の面は第１の基板１０の主面の１つを構成する。
第１の配線１１１は、配線パターンが形成された薄膜である。第１の配線１１１は、第１の光電変換部１０１で生成された撮像信号用の信号電荷と、その他の信号（電源電圧、グランド電圧等）とを伝送する。１層のみの第１の配線１１１が形成されていてもよいし、複数層の第１の配線１１１が形成されていてもよい。図２では、４層の第１の配線１１１が形成されている。
第１のビア１１２は、導電性を有する材料で構成されている。第１のビア１１２は、異なる層の第１の配線１１１を接続する。第１の配線層１１０において、第１の配線１１１および第１のビア１１２以外の部分は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）等で形成された第１の層間絶縁膜１１３で構成されている。
第２の基板２０は、第２の半導体層２００と、第２の配線層２１０とを有する。第２の半導体層２００と第２の配線層２１０とは、第２の基板２０の主面に垂直な方向に重なっている。また、第２の半導体層２００と第２の配線層２１０とは互いに接触している。
第２の半導体層２００は、第２の光電変換部２０１を有する。第２の半導体層２００は、シリコン（Ｓｉ）等の半導体を含む材料で構成されている。第２の光電変換部２０１は、例えば第２の半導体層２００を構成する半導体材料とは不純物濃度が異なる半導体材料で構成されている。第１の光電変換部１０１と対応する領域に第２の光電変換部２０１が形成されている。第２の半導体層２００は、第２の配線層２１０と接触している第１の面と、第１の面とは反対側の第２の面とを有する。第２の半導体層２００の第２の面は第２の基板２０の主面の１つを構成する。第２の半導体層２００の第１の面に入射した光が、第２の半導体層２００内を進んで第２の光電変換部２０１に入射する。第２の光電変換部２０１は、入射した光の量に応じた信号電荷を生成する。
固体撮像装置１０００は、複数の第２の光電変換部２０１を有する。図２では、代表として１個の第２の光電変換部２０１が示されている。第１の基板１０または第２の基板２０をそれぞれの主面に垂直な方向に見た場合、すなわち第１の基板１０または第２の基板２０を平面的に見た場合に、複数の第２の光電変換部２０１は２次元の行列状に配置されている。
第２の配線層２１０は、第２の配線２１１と、第２のビア２１２と、第２の層間絶縁膜２１３と、ＭＯＳトランジスタ２２０とを有する。図２では複数の第２の配線２１１が存在するが、代表として１個の第２の配線２１１の符号が示されている。また、図２では複数の第２のビア２１２が存在するが、代表として１個の第２のビア２１２の符号が示されている。また、図２では複数のＭＯＳトランジスタ２２０が存在するが、代表として１個のＭＯＳトランジスタ２２０の符号が示されている。
第２の配線２１１は、導電性を有する材料（例えば、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）等の金属）で構成されている。第２の配線層２１０は、第１の配線層１１０と接触している第１の面と、第２の半導体層２００と接触している、第１の面とは反対側の第２の面とを有する。第２の配線層２１０の第１の面は第２の基板２０の主面の１つを構成する。
第２の配線２１１は、配線パターンが形成された薄膜である。第２の配線２１１は、第１の光電変換部１０１で生成された撮像信号用の信号電荷と、第２の光電変換部２０１で生成されたオートフォーカス用の信号電荷と、その他の信号（電源電圧、グランド電圧等）とを伝送する。１層のみの第２の配線２１１が形成されていてもよいし、複数層の第２の配線２１１が形成されていてもよい。図２に示す例では、３層の第２の配線２１１が形成されている。
第２のビア２１２は、導電性を有する材料で構成されている。第２のビア２１２は、異なる層の第２の配線２１１を接続する。第２の配線層２１０において、第２の配線２１１および第２のビア２１２以外の部分は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）等で形成された第２の層間絶縁膜２１３で構成されている。
ＭＯＳトランジスタ２２０は、第２の半導体層２００に形成された拡散領域であるソース領域およびドレイン領域と、第２の配線層２１０に形成されたゲート電極とを有する。ソース領域およびドレイン領域は、第２のビア２１２と接続されている。ゲート電極は、ソース領域とドレイン領域との間に配置されている。ＭＯＳトランジスタ２２０は、第２の配線２１１および第２のビア２１２によって伝送された信号を処理する。
第１の基板１０と第２の基板２０とは、第１の基板１０の第１の配線層１１０と第２の基板２０の第２の配線層２１０とが向かい合った状態で接続されている。第１の配線層１１０の第１のビア１１２と、第２の配線層２１０の第２のビア２１２とは、第１の基板１０と第２の基板２０との界面で電気的に接続されている。
カラーフィルタ３０Ｒとカラーフィルタ３０Ｇとは第１の半導体層１００の第２の面に配置されている。カラーフィルタ３０ＲはＲフィルタである。また、カラーフィルタ３０ＧはＧフィルタである。カラーフィルタ３０Ｒとカラーフィルタ３０Ｇとに対応してマイクロレンズ３１が配置されている。図２では複数のマイクロレンズ３１が存在するが、代表として１個のマイクロレンズ３１の符号が示されている。
図２では、１個の画素群に対応する領域の構成が示されている。図２に示すように、第１の基板１０において、１個の画素群は、Ｒフィルタであるカラーフィルタ３０Ｒに対応する２個の第１の画素Ｐ１と、Ｇフィルタであるカラーフィルタ３０Ｇに対応する１個の第１の画素Ｐ１とを含む。それぞれの第１の画素Ｐ１に第１の光電変換部１０１が配置されている。
第２の基板２０において、１個の画素群に対応する領域に第２の画素Ｐ２が配置されている。第２の画素Ｐ２に第２の光電変換部２０１が配置されている。
カラーフィルタ３０Ｒとカラーフィルタ３０Ｇとを透過した光が、それぞれのカラーフィルタに対応する第１の画素Ｐ１の第１の光電変換部１０１に入射する。また、同じ画素群の第１の光電変換部１０１を透過した光が、その画素群に対応する第２の画素Ｐ２の第２の光電変換部２０１に入射する。図２では、２個のカラーフィルタ３０Ｒに対応する２個の第１の画素Ｐ１の第１の光電変換部１０１を透過した光と、１個のカラーフィルタ３０Ｇに対応する１個の第１の画素Ｐ１の第１の光電変換部１０１を透過した光とが同一の第２の光電変換部２０１に入射する。
１個の第１の画素Ｐ１に配置される第１の光電変換部１０１が複数に分割されていてもよい。１個の第１の画素Ｐ１内の複数の第１の光電変換部１０１で生成された信号電荷は最終的に１個の第１の画素Ｐ１に対応した信号として固体撮像装置１０００から出力される。同様に、１個の第２の画素Ｐ２に配置される第２の光電変換部２０１が複数に分割されていてもよい。１個の第２の画素Ｐ２内の複数の第２の光電変換部２０１で生成された信号電荷は最終的に１個の第２の画素Ｐ２に対応した信号として固体撮像装置１０００から出力される。
図２において、マイクロレンズ３１と、第１の基板１０において第１の光電変換部１０１以外の構成と、第２の基板２０において第２の光電変換部２０１以外の構成とは、固体撮像装置１０００の特徴的な効果を得るために必須の構成ではない。
本実施形態によれば、第１の光電変換部１０１を有する複数の第１の画素Ｐ１が２次元の行列状に配置されて構成された第１の基板１０と、第２の光電変換部２０１を有する複数の第２の画素Ｐ２が２次元の行列状に配置されて構成された第２の基板２０と、各々の第１の画素Ｐ１に対応して配置された複数のカラーフィルタ（カラーフィルタ３０Ｒ、カラーフィルタ３０Ｇ）と、を有し、２色以上のカラーフィルタに対応する複数の第１の画素Ｐ１は画素群を構成し、各々の画素群が第２の画素Ｐ２に対応するように複数の画素群が配置され、カラーフィルタを透過した光が、カラーフィルタに対応する第１の画素Ｐ１の第１の光電変換部１０１に入射し、画素群を透過した光が、画素群に対応する第２の画素Ｐ２の第２の光電変換部２０１に入射し、画素群を構成する複数の第１の画素Ｐ１に対応するカラーフィルタの色の数と、各々の色に対応する第１の画素Ｐ１の数とが複数の画素群の間で等しい固体撮像装置１０００が構成される。
本実施形態では、２色以上のカラーフィルタに対応する複数の第１の画素Ｐ１によって構成される画素群を透過した光が、画素群に対応する第２の画素Ｐ２の第２の光電変換部２０１に入射する。具体的には、２個のＲフィルタと１個のＧフィルタとに対応する３個の第１の画素Ｐ１によって構成される画素群を透過した光が１個の第２の画素Ｐ２の第２の光電変換部２０１に入射する。このため、図１１に示すように、１個のＲフィルタに対応する第１の画素Ｐ１１を透過した光が１個の第２の画素Ｐ１２の第２の光電変換部に入射する場合と比較して、第２の光電変換部２０１に入射する光の量が相対的に増加する。つまり、第２の光電変換部２０１が生成する信号電荷が相対的に増加するので、第２の画素Ｐ２の感度を向上させることができる。さらに、画素群が、Ｒフィルタに対応する第１の画素Ｐ１を２個以上含むことによって、第２の画素Ｐ２の感度をより向上させることができる。
また、画素群を構成する第１の画素Ｐ１の組合せを変更することによって、第２の画素Ｐ２を配置する領域を変更することが可能となる。これによって、第２の画素Ｐ２のレイアウトの自由度を向上させることができる。この具体的な例については、変形例において説明する。
また、画素群を構成する複数の第１の画素Ｐ１に対応するカラーフィルタの色の数と、各々の色に対応する第１の画素Ｐ１の数とが複数の画素群の間で等しい。つまり、どの画素群についても、カラーフィルタの色を考慮した第１の画素Ｐ１の組合せが等しい。これによって、複数の第２の画素Ｐ２間での感度のムラを低減することができる。
また、第２の基板２０において、第２の画素Ｐ２が配置されていない領域に配線等を配置することができる。図１に示すように、画素群が、Ｒフィルタに対応する２個の第１の画素Ｐ１と、Ｇフィルタに対応する１個の第１の画素Ｐ１とのみを含む場合、Ｂフィルタに対応する第１の画素Ｐ１に対応する領域には第２の画素Ｐ２が配置されない。この領域に配線等を配置することができるので、第２の基板２０における構成のレイアウトの自由度を向上させることができる。
（第１の変形例）
次に、本実施形態の変形例を説明する。図３は、第１の変形例による固体撮像装置１００１の構成例を示している。図３では、第１の基板１０と第２の基板２０とをそれぞれの基板の主面に垂直な方向に見た状態が示されている。
次に、本実施形態の変形例を説明する。図３は、第１の変形例による固体撮像装置１００１の構成例を示している。図３では、第１の基板１０と第２の基板２０とをそれぞれの基板の主面に垂直な方向に見た状態が示されている。
以下では、図１に示す固体撮像装置１０００と異なる点を説明する。固体撮像装置１００１では、行方向すなわち水平方向に連続する３個の第１の画素Ｐ１が画素群を構成する。具体的には、Ｒフィルタに対応する２個の第１の画素Ｐ１と、Ｇフィルタに対応する１個の第１の画素Ｐ１とが画素群を構成する。言い換えると、画素群は、Ｒフィルタに対応する２個の第１の画素Ｐ１と、Ｇフィルタに対応する１個の第１の画素Ｐ１とのみを含む。画素群を構成する複数の第１の画素Ｐ１の組に対応して第２の画素Ｐ２が配置されている。
（第２の変形例）
図４は、第２の変形例による固体撮像装置１００２の構成例を示している。図４では、第１の基板１０と第２の基板２０とをそれぞれの基板の主面に垂直な方向に見た状態が示されている。
図４は、第２の変形例による固体撮像装置１００２の構成例を示している。図４では、第１の基板１０と第２の基板２０とをそれぞれの基板の主面に垂直な方向に見た状態が示されている。
以下では、図１に示す固体撮像装置１０００と異なる点を説明する。固体撮像装置１００２では、行方向すなわち水平方向に連続する２個の第１の画素Ｐ１かつ列方向すなわち垂直方向に連続する３個の第１の画素Ｐ１を含む長方形の領域に配置された６個の第１の画素Ｐ１が画素群を構成する。具体的には、Ｒフィルタに対応する２個の第１の画素Ｐ１と、Ｇフィルタに対応する３個の第１の画素Ｐ１と、Ｂフィルタに対応する１個の第１の画素Ｐ１とが画素群を構成する。画素群を構成する複数の第１の画素Ｐ１の組に対応して第２の画素Ｐ２が配置されている。
（第３の変形例）
図５は、第３の変形例による固体撮像装置１００３の構成例を示している。図５では、第１の基板１０と第２の基板２０とをそれぞれの基板の主面に垂直な方向に見た状態が示されている。
図５は、第３の変形例による固体撮像装置１００３の構成例を示している。図５では、第１の基板１０と第２の基板２０とをそれぞれの基板の主面に垂直な方向に見た状態が示されている。
以下では、図１に示す固体撮像装置１０００と異なる点を説明する。固体撮像装置１００３では、行方向すなわち水平方向に連続する３個の第１の画素Ｐ１かつ列方向すなわち垂直方向に連続する２個の第１の画素Ｐ１を含む長方形の領域に配置された６個の第１の画素Ｐ１が画素群を構成する。具体的には、Ｒフィルタに対応する２個の第１の画素Ｐ１と、Ｇフィルタに対応する３個の第１の画素Ｐ１と、Ｂフィルタに対応する１個の第１の画素Ｐ１とが画素群を構成する。画素群を構成する複数の第１の画素Ｐ１の組に対応して第２の画素Ｐ２が配置されている。
（第４の変形例）
図６は、第４の変形例による固体撮像装置１００４の構成例を示している。図６では、第１の基板１０と第２の基板２０とをそれぞれの基板の主面に垂直な方向に見た状態が示されている。
図６は、第４の変形例による固体撮像装置１００４の構成例を示している。図６では、第１の基板１０と第２の基板２０とをそれぞれの基板の主面に垂直な方向に見た状態が示されている。
以下では、図１に示す固体撮像装置１０００と異なる点を説明する。固体撮像装置１００４では、５個の第１の画素Ｐ１が画素群を構成する。具体的には、Ｒフィルタに対応する３個の第１の画素Ｐ１と、Ｇフィルタに対応する２個の第１の画素Ｐ１とが画素群を構成する。画素群を構成する複数の第１の画素Ｐ１の組に対応して第２の画素Ｐ２が配置されている。
上記のいずれの変形例においても、２色以上のカラーフィルタに対応する複数の第１の画素Ｐ１によって構成される画素群を透過した光が、画素群に対応する第２の画素Ｐ２の第２の光電変換部２０１に入射する。したがって、第２の画素Ｐ２の感度を向上させることができる。
また、上記のように、画素群を構成する第１の画素Ｐ１の組合せを変更することによって、第２の画素Ｐ２を配置する領域を変更することが可能となる。したがって、第２の画素Ｐ２のレイアウトの自由度を向上させることができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図７は、本実施形態による固体撮像装置１０１０の構成例を示している。図７では、第１の基板１０と第２の基板２０とをそれぞれの基板の主面に垂直な方向に見た状態が示されている。
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図７は、本実施形態による固体撮像装置１０１０の構成例を示している。図７では、第１の基板１０と第２の基板２０とをそれぞれの基板の主面に垂直な方向に見た状態が示されている。
以下では、図１に示す固体撮像装置１０００と異なる点を説明する。固体撮像装置１０１０では、画素群は、ベイヤ配列の単位配列に含まれる４個の第１の画素Ｐ１の組のみを１個以上含む。具体的には、画素群は、１個のＲフィルタに対応する１個の第１の画素Ｐ１と、２個のＧフィルタに対応する２個の第１の画素Ｐ１と、１個のＢフィルタに対応する１個の第１の画素Ｐ１との組のみを１個以上含む。図７では、画素群は、ベイヤ配列の単位配列に含まれる４個の第１の画素Ｐ１の組を１個含む。つまり、画素群は２行２列の４個の第１の画素Ｐ１を含む。画素群を構成する複数の第１の画素Ｐ１の組に対応して第２の画素Ｐ２が配置されている。
本実施形態では、２色以上のカラーフィルタに対応する複数の第１の画素Ｐ１によって構成される画素群を透過した光が、画素群に対応する第２の画素Ｐ２の第２の光電変換部２０１に入射する。したがって、第２の画素Ｐ２の感度を向上させることができる。
また、画素群を構成する第１の画素Ｐ１の組合せを変更することによって、第２の画素Ｐ２を配置する領域を変更することが可能となる。したがって、第２の画素Ｐ２のレイアウトの自由度を向上させることができる。
また、ベイヤ配列の単位配列に対応する第１の画素Ｐ１の組を１個以上含むように画素群を構成することによって、画素群に対応する第２の画素Ｐ２を容易に配置することができる。
（第１の変形例）
次に、本実施形態の変形例を説明する。図８は、第１の変形例による固体撮像装置１０１１の構成例を示している。図８では、第１の基板１０と第２の基板２０とをそれぞれの基板の主面に垂直な方向に見た状態が示されている。
次に、本実施形態の変形例を説明する。図８は、第１の変形例による固体撮像装置１０１１の構成例を示している。図８では、第１の基板１０と第２の基板２０とをそれぞれの基板の主面に垂直な方向に見た状態が示されている。
以下では、図７に示す固体撮像装置１０１０と異なる点を説明する。固体撮像装置１０１１では、画素群は、ベイヤ配列の単位配列に含まれる４個の第１の画素Ｐ１の組を８個含む。つまり、画素群は４行８列の３２個の第１の画素Ｐ１を含む。画素群を構成する複数の第１の画素Ｐ１の組に対応して第２の画素Ｐ２が配置されている。
（第２の変形例）
図９は、第２の変形例による固体撮像装置１０１２の構成例を示している。図９では、第１の基板１０と第２の基板２０とをそれぞれの基板の主面に垂直な方向に見た状態が示されている。
図９は、第２の変形例による固体撮像装置１０１２の構成例を示している。図９では、第１の基板１０と第２の基板２０とをそれぞれの基板の主面に垂直な方向に見た状態が示されている。
以下では、図７に示す固体撮像装置１０１０と異なる点を説明する。固体撮像装置１０１２では、画素群は、ベイヤ配列の単位配列に含まれる４個の第１の画素Ｐ１の組を２個含む。つまり、画素群は４行２列の８個の第１の画素Ｐ１を含む。画素群を構成する複数の第１の画素Ｐ１の組に対応して第２の画素Ｐ２が配置されている。
（第３の変形例）
図１０は、第３の変形例による固体撮像装置１０１３の構成例を示している。図１０では、第１の基板１０と第２の基板２０とをそれぞれの基板の主面に垂直な方向に見た状態が示されている。
図１０は、第３の変形例による固体撮像装置１０１３の構成例を示している。図１０では、第１の基板１０と第２の基板２０とをそれぞれの基板の主面に垂直な方向に見た状態が示されている。
以下では、図７に示す固体撮像装置１０１０と異なる点を説明する。固体撮像装置１０１３では、画素群は、ベイヤ配列の単位配列に含まれる４個の第１の画素Ｐ１の組を４個含む。つまり、画素群は４行４列の１６個の第１の画素Ｐ１を含む。画素群を構成する複数の第１の画素Ｐ１の組に対応して第２の画素Ｐ２が配置されている。
上記のいずれの変形例においても、２色以上のカラーフィルタに対応する複数の第１の画素Ｐ１によって構成される画素群を透過した光が、画素群に対応する第２の画素Ｐ２の第２の光電変換部２０１に入射する。したがって、第２の画素Ｐ２の感度を向上させることができる。
また、上記のように、画素群を構成する第１の画素Ｐ１の組合せを変更することによって、第２の画素Ｐ２を配置する領域を変更することが可能となる。したがって、第２の画素Ｐ２のレイアウトの自由度を向上させることができる。
また、ベイヤ配列の単位配列に対応する４個の第１の画素Ｐ１の組を１個以上含むように画素群を構成することによって、画素群に対応する第２の画素Ｐ２を容易に配置することができる。
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
１０ 第１の基板
２０ 第２の基板
３０Ｒ，３０Ｇ カラーフィルタ
３１ マイクロレンズ
１００ 第１の半導体層
１０１ 第１の光電変換部
１１０ 第１の配線層
１１１ 第１の配線
１１２ 第１のビア
１１３ 第１の層間絶縁膜
２００ 第２の半導体層
２０１ 第２の光電変換部
２１０ 第２の配線層
２１１ 第２の配線
２１２ 第２のビア
２１３ 第２の層間絶縁膜
２２０ ＭＯＳトランジスタ
１０００，１００１，１００２，１００３，１００４，１０１０，１０１１，１０１２，１０１３ 固体撮像装置
Ｐ１ 第１の画素
Ｐ２ 第２の画素
２０ 第２の基板
３０Ｒ，３０Ｇ カラーフィルタ
３１ マイクロレンズ
１００ 第１の半導体層
１０１ 第１の光電変換部
１１０ 第１の配線層
１１１ 第１の配線
１１２ 第１のビア
１１３ 第１の層間絶縁膜
２００ 第２の半導体層
２０１ 第２の光電変換部
２１０ 第２の配線層
２１１ 第２の配線
２１２ 第２のビア
２１３ 第２の層間絶縁膜
２２０ ＭＯＳトランジスタ
１０００，１００１，１００２，１００３，１００４，１０１０，１０１１，１０１２，１０１３ 固体撮像装置
Ｐ１ 第１の画素
Ｐ２ 第２の画素
Claims (3)
- 第１の光電変換部を有する複数の第１の画素が２次元の行列状に配置されて構成された第１の基板と、
第２の光電変換部を有する複数の第２の画素が２次元の行列状に配置されて構成された第２の基板と、
各々の前記第１の画素に対応して配置された複数のカラーフィルタと、
を有し、
２色以上の前記カラーフィルタに対応する複数の前記第１の画素は画素群を構成し、
各々の前記画素群が前記第２の画素に対応するように複数の前記画素群が配置され、
前記カラーフィルタを透過した光が、前記カラーフィルタに対応する前記第１の画素の前記第１の光電変換部に入射し、
前記画素群を透過した光が、前記画素群に対応する前記第２の画素の前記第２の光電変換部に入射し、
前記画素群を構成する複数の前記第１の画素に対応する前記カラーフィルタの色の数と、各々の色に対応する前記第１の画素の数とが複数の前記画素群の間で等しく、
前記カラーフィルタは、
Ｒの帯域に透過率のピークを有するＲフィルタと、
Ｇの帯域に透過率のピークを有するＧフィルタと、
Ｂの帯域に透過率のピークを有するＢフィルタと、
を有し、
前記画素群は、前記Ｒフィルタに対応する２個以上の前記第１の画素を含み、
互いに隣り合う前記画素群は、互いに隣り合う前記画素群の少なくとも一辺が前記第１の画素の画素ピッチ分離間するように配置されている
固体撮像装置。 - 前記Ｒフィルタと、前記Ｇフィルタと、前記Ｂフィルタとが、ベイヤ配列を構成するように配置され、
前記画素群は、前記Ｒフィルタに対応する２個の前記第１の画素と、前記Ｇフィルタに対応する１個の前記第１の画素とのみを含む
請求項１に記載の固体撮像装置。 - 第１の光電変換部を有する複数の第１の画素が２次元の行列状に配置されて構成された第１の基板と、
第２の光電変換部を有する複数の第２の画素が２次元の行列状に配置されて構成された第２の基板と、
各々の前記第１の画素に対応して配置された複数のカラーフィルタと、
を有し、
２色以上の前記カラーフィルタに対応する複数の前記第１の画素は画素群を構成し、
各々の前記画素群が前記第２の画素に対応するように複数の前記画素群が配置され、
前記カラーフィルタを透過した光が、前記カラーフィルタに対応する前記第１の画素の前記第１の光電変換部に入射し、
前記画素群を透過した光が、前記画素群に対応する前記第２の画素の前記第２の光電変換部に入射し、
前記画素群を構成する複数の前記第１の画素に対応する前記カラーフィルタの色の数と、各々の色に対応する前記第１の画素の数とが複数の前記画素群の間で等しく、
前記カラーフィルタは、
Ｒの帯域に透過率のピークを有するＲフィルタと、
Ｇの帯域に透過率のピークを有するＧフィルタと、
Ｂの帯域に透過率のピークを有するＢフィルタと、
を有し、
前記Ｒフィルタと、前記Ｇフィルタと、前記Ｂフィルタとが、ベイヤ配列を構成するように配置され、
前記画素群は、前記Ｒフィルタに対応する２個以上の前記第１の画素を含み、かつ前記Ｇフィルタに対応する前記第１の画素および前記Ｂフィルタに対応する前記第１の画素の少なくとも一方を含み、
前記Ｇフィルタに対応する前記第１の画素の数は、前記Ｒフィルタに対応する前記第１の画素の数以下であり、
前記Ｂフィルタに対応する前記第１の画素の数は、前記Ｒフィルタに対応する前記第１の画素の数以下である
固体撮像装置。
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