JPH04328866A - カラー固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラー固体撮像装置に
係わり、特に単板式のカラー固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、カラー画像を撮像する場合、以下
の２つの手法が採用されている。一つは、光学系を使用
して色分解し色信号を取り出す、例えば入射光をダイク
ロイックミラー等によりＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）
の３原色に分解し、各原色に対応して撮像素子を配列す
る所謂３板式の構成である。この方法は、光学系で３原
色に色分解しているため、光の損失がなく、カメラシス
テムとして高感度になること、色再現性に優れている利
点がある。しかし、光学系と撮像素子を３個使用するこ
とにより、カメラシステムが高価になることと、装置構
成が大型化することが問題である。

【０００３】もう一つの方法として、フォトダイオード
上に色分解フィルタを形成して色信号を取り出すものが
ある。この方法は、色分解する光学系が不要であること
、装置が１個で済むためカメラシステムが安価であるこ
と、小型であることが長所である。しかし、撮像素子上
に色分解フィルタを形成していることから、光利用効率
が１００％ではなく、カメラシステムとして感度が悪い
。さらに、光利用効率を改善するために補色系フィルタ
を用いて色分解し信号処理系で３原色に信号を作る場合
、色再現性が前述の手法に比べて悪いという問題がある
。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、３個
の撮像素子を用いてカラー画像を撮像する場合、カメラ
システムが高価で大型化するという問題がある。さらに
、１個の撮像素子でカラー画像を撮像する場合、フィル
タを用いることから光の利用効率が低下し、感度の低下
を招く問題があった。

【０００５】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、光の利用効率の低下を
招くことなく、１つの撮像素子を用いてカラー画像を撮
像することができ、装置構成の小型化及び製造コストの
低減化をはかり得るカラー固体撮像装置を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、３板式
の固体撮像装置の特徴であるダイクロイックミラー等に
よる色分解方式を単板式の固体撮像装置に適用したこと
にある。

【０００７】即ち本発明は、カラー画像を撮像するカラ
ー固体撮像装置において、２次元状に配置された複数の
光電変換素子と、これらの光電変換素子の少なくとも３
つを１組として各組内にそれぞれ設けられ、入射した光
を分光して同じ組内の光電変換素子に異なる波長成分の
光をそれぞれ導く色分解系と、各光電変換素子で検出さ
れた信号電荷を読出す信号読出し部とを設けたことを特
徴としている。

【０００８】また、本発明の望ましい実施態様としては
、色分解系を、波長選択性を有する複数のダイクロイッ
クミラーと複数の全反射型反射ミラーとを組み合わせて
構成すること、さらにダイクロイックミラーを青色反射
型と赤色反射型で構成すること、等があげられる。

【０００９】

【作用】本発明によれば、複数のダイロイックミラーと
複数の全反射型ミラー等からなる色分解系を使用して色
分解を行うため、３板式と同様に入射光の損失を招くこ
となく、入射光を例えば３原色に色分解することができ
る。さらに、用いる撮像素子は１個で済むため、装置構
成の簡略化をはかることが可能となる。

【００１０】なお、色分解系は、３板式とは異なり少な
くとも３つを１組とした光電変換素子の各組毎に必要と
なるが、この色分解系は後述するように素子形成の際に
該素子と一体に作成することができる。従って、色分解
系が複数個必要となっても構成の複雑化や大型化を招く
ことはない。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。

【００１２】図１は、本発明の一実施例に係わる固体撮
像装置の概略構成を示す断面図である。図２は、同装置
の要部構成を拡大して示す断面図であり、特に色分解系
の一つの単位であるフォトダイオード部構成を示してい
る。本実施例では、インターライン転送型のＣＣＤイメ
ージセンサであるが、これに限らず、ＭＯＳ型のイメー
ジセンサ或いは増幅型のイメージセンサに適用してもよ
い。

【００１３】図１において、１はｎ型Ｓｉ基板であり、
このＳｉ基板１上にｐ型ウェル２が形成されている。ｐ
型ウェル２の表面には、後述するフォトダイオード３が
マトリックス状に配列され、フォトダイオード３に隣接
して後述する垂直ＣＣＤレジスタ４が縦列方向に配列さ
れ、さらに各画素間には後述する素子分離領域５が設け
られている。また、ＣＣＤレジスタ４の上には転送電極
６が設けられており、これらの上に色分解系１０，透明
絶縁層２０及びマイクロレンズ３１が形成されている。

【００１４】本実施例では、隣接する３つのフォトダイ
オード３に対応する３つの画素を１組とし、各組毎に色
分解系１０が設けられ、この色分解系に対応してマイク
ロレンズ３１が設けられている。

【００１５】１つの組内の構成を、図２に示す。他の組
も全く同様の構成である。フォトダイオード３はＲ，Ｇ
，Ｂに対応して３−Ｂ，３−Ｇ，３−Ｒの３個が設けら
れ、それぞれに対応してＣＣＤレジスタ４−１，４−２
，４−３及び素子分離領域５−１，５−２，５−３が設
けられている。フォトダイオード３−Ｇの上方には青反
射型ダイクロイックミラー１１と赤反射型ダイクロイッ
クミラー１２が設置され、フォトダイオード３−Ｂの上
方には全反射ミラー１３が設置され、フォトダイオード
３−Ｒの上方には全反射ミラー１４が設置されている。 なお、ダイクロイックミラー１１，１２の分光透過特性
を、図３に示す。

【００１６】これらのミラー７〜１０の位置関係は、図
２に示すようになっており、入射光をＲ，Ｇ，Ｂの３原
色に分離する色分解系１０を構成している。即ち、ミラ
ー１１の反射光はミラー１３で反射されてフォトダイオ
ード３−Ｂに入射し、ミラー１１の透過光はミラー１２
に照射される。ミラー１２の反射光はミラー１４で反射
されてフォトダイオード３−Ｒに照射される。さらに、
ミラー１２の透過光はフォトダイオード３−Ｇに照射さ
れるものとなっている。

【００１７】このような構成であれば、マイクロレンズ
３１に入射した光は青反射型ダイクロイックミラー１１
に集光される。ダイクロイックミラー１１で反射された
青色光は全反射ミラー１３で反射され、フォトダイオー
ド３−Ｂに入射して、青信号に変換される。一方、ダイ
クロイックミラー１１を透過した光は、赤反射型ダイク
ロイックミラー１２で赤色光が反射される。このため、
ダイクロイックミラー１２を透過した光は緑色光となり
フォトダイオード３−Ｇに入射して、緑色信号に変換さ
れる。ダイクロイックミラー１２で反射された赤色光は
全反射ミラー１４で反射され、フォトダイオード３−Ｒ
に入射して、赤色信号に変換される。

【００１８】このようにして入射光は、ミラー１１〜１
４からなる色分解系１０によりＲ，Ｇ，Ｂの３原色に分
解され、それぞれの色に対応するフォトダイオード３−
Ｂ，３−Ｇ，３−Ｒで受光される。従って、３つのフォ
トダイオード３−Ｂ，３−Ｇ，３−Ｒの出力信号からカ
ラー信号を得ることができ、さらにマトリックス配置さ
れたフォトダイオード３の各出力からカラー画像信号を
得ることができる。

【００１９】そしてこの場合、色フィルタを用いて色分
解を行う場合と異なり、入射光をカットすることなくほ
ぼ１００％利用しているので、３板式と同様に感度が高
い。しかも、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色に分解できるため、高
感度で色再現性のよい撮像装置が実現できる。また、撮
像素子を１個用いた単板式であることから、小型ビデオ
カメラの実現が可能となり、その有用性は絶大である。 図４は、上記実施例装置の製造工程を示す断面図である
。

【００２０】まず、図４（ａ）に示すように、ｐウェル
２の表面に前述したフォトダイオード３，ＣＣＤレジス
タ４及び素子分離領域５を形成し、さらにｐウェル２上
に転送電極６を形成した基板上に、例えば低温で溶融す
る燐及びボロン添加ＳｉＯ２膜２１を形成して平坦化す
る。続いて、例えば３８度の傾斜を付けてＳｉＯ２　膜
２１をエッチングする。この傾斜エッチング後、例えば
ＺｎＳとＭｇＦ２　を交互に例えば９層を膜厚１８３ｎ
ｍで重ね合わせ形成し、赤色反射型ダイクロイックミラ
ー１２を作り、その後にフォトダイオード３−Ｇ上だけ
に残るようにパターニングする。

【００２１】次いで、図４（ｂ）に示すように、例えば
低温で溶融するＳｉＯ２　膜２２を形成して平坦化し、
これを例えば３８℃の傾斜エッチングする。続いて、全
反射ミラー１４を例えばタングステンで形成し、このミ
ラー１４がフォトダイオード３−Ｒ上に残るようにパタ
ーニングする。次いで、図４（ｃ）に示すように、同様
にＳｉＯ２　膜２３で平坦化・傾斜エッチングを行った
後、フォトダイオード３−Ｇ上にＺｎＳとＭｇＦ２　の
膜厚９６．５ｎｍの層を交互９層重ね合わせ青色反射型
ダイクロイックミラー１１を形成しパターニングする。

【００２２】次いで、図４（ｄ）に示すように、同様に
ＳｉＯ２　膜２４で平坦化・傾斜エッチングを行った後
、フォトダイオード３−Ｂ上に全反射ミラー１３をタン
グステンで形成しパターニングする。これ以降は、Ｓｉ
Ｏ２　膜を用いて同様に平坦化した後、マイクロレンズ
３１を形成することにより、前述した図２に示す構造が
実現されることになる。

【００２３】このようにして形成されるミラー１１〜１
４からなる色分解系１０は、３つのフォトダイオード毎
に１つ必要ではあるが、素子形成工程と同様にして作成
できるので、色分解系１０が多数個必要になっても構成
が複雑化，大型化することはない。

【００２４】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。実施例では、入射光をＲ，Ｇ，Ｂの３
色に分離したが、他の色信号に分離してもよい。また、
１組の光電変換素子は３個に限るものではなく、それ以
上の数としてもよい。この場合、色分解する数も３個に
限るものではなく、光電変換素子の数に合わせて定めれ
ばよい。さらに、フォトダイオードに蓄積された信号電
荷を読出す手段としては、必ずしもＣＣＤを用いた方式
に限るものではなく、ＭＯＳトランジスタ等のスイッチ
素子を利用してもよい。また、色分解系の製造方法は図
４に示す方法に何等限定されるものではなく、仕様に応
じて適宜変更可能である。その他、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で、種々変形して実施することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、３
板式の固体撮像装置の特徴であるダイクロイックミラー
等による色分解方式を単板式の固体撮像装置に適用して
いるので、光の利用効率の低下を招くことなく、１つの
撮像素子を用いてカラー画像を撮像することができ、装
置構成の小型化及び製造コストの低減化をはかり得るカ
ラー固体撮像装置を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる固体撮像装置の概略
構成を示す断面図、

【図２】実施例装置の要部構成を拡大して示す断面図、

【図３】ダイクロイックミラーの分光透過率を示す特性
図、

【図４】実施例装置の製造工程を示す断面図。

【符号の説明】

１…ｎ型Ｓｉ基板、 ２…ｐ型ウェル、 ３…フォトダイオード、 ４…垂直ＣＣＤレジスタ、 ５…素子分離領域、 ６…転送電極、 １０…色分解系、 １１…青反射型ダイクロイックミラー、１２…赤反射型
ダイクロイックミラー、１３，１４…全反射ミラー、 ２０…透明絶縁膜、 ３１…マイクロレンズ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２次元状に配置された複数の光電変換素子
   と、これらの光電変換素子の少なくとも３つを１組とし
   て各組内にそれぞれ設けられ、入射した光を分光して同
   じ組内の光電変換素子に異なる波長成分の光をそれぞれ
   導く色分解系と、前記各光電変換素子で検出された信号
   電荷を読出す信号読出し部とを具備してなることを特徴
   とするカラー固体撮像装置。