KR101196926B1 - 고체 촬상 장치 - Google Patents

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가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

반도체 기판 내에 복수의 촬상 영역이 서로 이격되어 배치되어 있다. 각 촬상 영역에는, 광전 변환부 및 신호 주사 회로부를 포함하는 복수의 단위 화소가 행렬 형상으로 배치되어 있다. 반도체 기판의 배선층 형성면과는 반대면인 복수의 각 촬상 영역 상에는, 피사체상을 형성하는 결상 광학 렌즈가 배치되어 있다. 또한, 반도체 기판 상의 복수의 촬상 영역의 상호간에는, 신호 주사 회로부를 구동하는 구동 회로가 형성된 구동 회로 영역이 배치되어 있다.
촬상 소자 칩, 결상 광학 렌즈, 분광 필터, 광전 변환 회로, 신호 주사 회로부

Description

고체 촬상 장치{SOLID STATE IMAGING DEVICE}
본 출원은 일본 특허 출원 제2008-260796호(2008년 10월 7일)에 기초한 것으로서, 그 우선권을 주장하며, 그 전체 내용이 본 명세서에서 참조로서 인용된다.
본 발명은 고체 촬상 장치에 관한 것으로, 특히 복수의 화소 어레이를 사용하여 복수의 색 정보를 취득하는 고체 촬상 장치에 관한 것이다.
CMOS 센서를 비롯한 고체 촬상 소자는, 현재에는, 디지털 스틸 카메라, 비디오 무비, 감시 카메라 등, 다양한 용도로 사용되고 있다. 그중에서도 단일 화소 어레이를 이용하여 복수의 색 정보를 취득하는 단판식 고체 촬상 소자가 그 주류로 되어 있다.
최근 다화소화나 촬상 광학계 사이즈의 축소 등의 요청에 의해 화소 사이즈가 축소되는 경향이 있다. 화소 사이즈가 축소되면 촬상 영역의 면적이 작아지고, 이에 수반하여 촬상 광학계의 면적이 작아져, 초점 거리를 짧게 할 수 있으므로, 촬상 광학계의 높이를 축소할 수 있다. 예를 들어, 최근, 디지털 카메라 등에 많이 사용되고 있는 CMOS 센서의 화소 사이즈는 1.4㎛ 내지 2.8㎛ 정도이다. 그러나, 이와 같은 미세 화소는, 이하와 같은 문제점을 발생시킨다.
첫째로, 화소 사이즈가 축소되면, 단위 화소에서 수광할 수 있는 포톤의 수가 단위 화소의 면적에 비례하여 감소하므로, 광 샷 노이즈에 대한 S/N비가 저하된다. S/N비를 유지할 수 없으면, 재생 화면에 있어서의 화질이 열화되어 재생 화상의 품질이 저하된다.
둘째로, 화소 사이즈가 축소되면, 인접 화소간에 크로스 토크가 증대한다. 그러면, 각 화소는 각각 고유한 파장 영역에만 감도가 있어야 하는 것을, 본래 감도를 가지면 안 되는 파장 영역에서 감도를 갖게 된다. 이로 인해, 혼색이 발생하여, 재생 화면 상에서의 색 재현성이 현저하게 열화된다.
따라서, 화소 사이즈를 축소해도 높은 S/N비를 유지하기 위해, 가능한 한 감도가 떨어지지 않도록 하여 S/N비의 저하를 방지할 필요가 있다. 또한, 화소 사이즈를 축소해도 색 재현성이 열화되지 않도록 하기 위해, 가능한 한 혼색이 발생하지 않도록 연구할 필요가 있다. 이와 같은 촬상 소자의 특성상의 과제가 있으므로, 화소 사이즈를 작게 하는 것이 곤란해지고, 따라서 충분히 촬상 광학계의 축소가 도모되지 않는다는 문제가 발생한다.
이와 같은 문제, 특히 촬상 광학계의 두께를 저감시키기 위해, 종래에는, 예를 들어 일본 특허 공개 제2001-78212호 공보, 일본 특허 공개 제2006-246193호 공보 등에 개시되어 있는 기술이 개발되어 있다. 이 기술에서는, 촬상 소자를 복수의 촬상 영역으로 나누어, 각각의 촬상 영역에 대응하여 결상 광학계를 설치하고, 각각의 촬상 영역에서 다른 스펙트럼 분포의 입사광을 수광하도록 분광 필터를 결상 광학계에 설치하고 있다. 이 경우, 복수의 촬상 영역은 서로 접하여 배치되어 있다. 이와 같이 촬상 영역을 복수로 분할하면, 개개의 촬상 영역의 면적을 축소할 수 있으므로, 결상 광학계의 광축 방향의 높이를 낮게 할 수 있어, 높이가 낮은 카메라 모듈을 실현할 수 있다.
그러나, 복수의 촬상 영역을 접하여 배치하면, 이하와 같은 문제가 발생한다. 즉, 결합 광학계에 의해 형성되는 이미지 서클의 크기가 하나의 촬상 영역의 면적보다도 커지고, 각 촬상 영역에 대응하여 배치된 결상 광학계로부터의 광이 이웃의 촬상 영역으로 비어져 나오고, 따라서 그것이 위신호(僞信號)가 되어, 재생 화면의 화질을 현저하게 열화시킨다. 그로 인해, 앞의 양 공보에 개시되어 있는 촬상 장치에서는, 각각의 결상 광학계 사이에 차광 효과를 갖게 하는 구조를 채용하고 있다.
그러나, 이와 같은 방법에서는, 인접하는 촬상 영역에 대한 위신호의 혼입 방지 효과가 불충분하거나, 혹은 차광벽에서 광 반사가 일어남으로써 차광벽에서 반사된 광에 의한 흐려짐에 의한 플레어가 일어나, 재생 화상의 화질이 현저하게 열화된다.
본 발명은, 촬상 영역에 대한 위신호의 혼입 방지 효과가 불충분하거나, 차광벽에서 광 반사가 일어남에 따른 재생 화상의 화질이 열화되는 문제점을 해결하여, 높은 광 이용 효율을 얻고, 위신호가 없는 양호한 재생 화상을 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 형태에 따르면, 광전 변환부 및 신호 주사 회로부를 포함하는 복수의 단위 화소가 반도체 기판 내에 행렬 형상으로 배치되어 형성되고, 또한 상기 반도체 기판 내에서 서로 이격되어 배치되어 있는 복수의 촬상 영역과, 상기 반도체 기판의 배선층 형성면과는 반대면인 상기 복수의 각 촬상 영역 상에 피사체상을 결상하는 촬상 광학계와, 상기 반도체 기판 내에서 상기 복수의 촬상 영역의 상호간에 배치되어 있고, 상기 신호 주사 회로부를 구동하는 구동 회로가 형성되어 있는 구동 회로 영역을 포함하는 고체 촬상 장치가 제공되고 있다.
본 발명의 제2 형태에 따르면, 광전 변환부 및 신호 주사 회로부를 포함하는 복수의 단위 화소가 반도체 기판 내에 행렬 형상으로 배치하여 형성된 복수의 촬상 영역과, 상기 반도체 기판의 배선층 형성면과는 반대면인 상기 복수의 촬상 영역 상에 각각 피사체상을 결상하는 촬상 광학계를 포함하고, 상기 복수의 촬상 영역은, 상기 촬상 광학계에 의해 결상되는 상기 복수의 피사체상이 서로 겹치지 않는 거리만큼 서로 이격되어 상기 반도체 기판 내에 형성되어 있는, 고체 촬상 장치가 제공되고 있다.
본 발명에 따르면, 높은 광 이용 효율을 얻을 수 있고, 위신호가 없는 양호한 재생 화상을 얻을 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 실시예에 의해 상세하게 설명한다. 또한, 전체 도면에 걸쳐서 대응하는 부분에는 동일 부호를 부여하여 중복되는 설명은 피한다.
(제1 실시예)
도 1은 제1 실시예에 관한 고체 촬상 장치의 단면도이다. 이 고체 촬상 장치는, Si 반도체 기판을 사용하여 1칩화된 촬상 소자 칩(1)과, 촬상 소자 칩(1)의 상방에 설치되어 있는 결상 광학 렌즈(2)와, 촬상 소자 칩(1)과 결상 광학 렌즈(2) 사이에 배치되어 있는 분광 필터(컬러 필터)(3)를 갖는다. 또한, 후술하지만, 분광 필터(3)는, 실제는 촬상 소자 칩(1) 상에 형성되어 있다.
도 2는 도 1 중의 촬상 소자 칩(1)의 일례를 도시하는 평면도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 촬상 소자 칩(1)은, 복수의 촬상 영역(화소 어레이), 본 예에서는 4개의 촬상 영역(11 내지 14)을 갖는다. 이들 4개의 촬상 영역(11 내지 14)은, Si 반도체 기판 상에서 2행×2열의 행렬 형상으로 배열되고, 또한 서로 이격되어 배치되어 있다. 후술하지만, 이들 4개의 촬상 영역(11 내지 14)의 각각에는, 광전 변환부 및 신호 주사 회로부를 포함하는 복수의 단위 화소(단위 셀)가 행렬 형상으로 배치하여 형성되어 있다.
상기 4개의 촬상 영역(11 내지 14)의 각각에 인접하여, 복수의 A/D 변환기가 형성되어 있는 A/D 변환 회로 영역(15 내지 18)이 배치되어 있다. 각 A/D 변환 회로 영역(15 내지 18) 내에 형성되어 있는 복수의 A/D 변환기는, 각 촬상 영역 내의 단위 화소에서 광전 변환된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 또한, A/D 변환 회로 영역(15 내지 18)의 각각에 인접하여, 대응하는 A/D 변환 회로 영역 내 의 복수의 A/D 변환기에서 변환된 디지털 신호를 받아 신호 처리를 행하는 디지털 신호 처리 회로(DSP)가 형성되어 있는 디지털 신호 처리 회로 영역(19 내지 22)이 배치되어 있다.
또한, 상기 4개의 촬상 영역(11 내지 14)의 상호간에는, 4개의 촬상 영역(11 내지 14) 내의 신호 주사 회로부를 구동하는 구동 회로가 형성되어 있는 구동 회로 영역(23)이 배치되어 있다. 본 예에서는, 구동 회로 영역(23)은, 도면 중 상하 방향으로 배열된 각각 2개의 촬상 영역(11, 12) 및 촬상 영역(13, 14)의 상호간에, 종방향으로 신장하도록 배치되어 있다.
또한, 도 2에 있어서, 도면 중 좌우 방향으로 배열된 각각 2개의 촬상 영역(11, 13)과 촬상 영역(12, 14)의 상호간에는, 도면 중의 횡방향으로 연속되도록, 복수의 전극 패드(24)가 배치되어 있다. 이들 복수의 전극 패드(24)는, 4개의 촬상 영역(11 내지 14)에서 얻어지는 신호를 출력하고, 또한 4개의 촬상 영역(11 내지 14)에 공급하기 위한 전원 전압 및 또는 구동 펄스 신호를 입력하기 위해 사용된다. 이들 복수의 전극 패드(24) 상에는, 도 3의 단면도에 도시한 바와 같이 땜납에 의한 볼 전극(25)을 형성하도록 해도 되고, 혹은 도 4의 단면도에 도시한 바와 같이 본딩 와이어(26)를 전기적으로 접속해도 된다.
결상 광학 렌즈(2)는, 예를 들어 유리, 합성수지 등에 의해 구성되고, 촬상 소자 칩(1)을 구성하는 반도체 기판의 배선층 형성면과는 반대면의 복수의 촬상 영역(11 내지 14) 상에 피사체상을 각각 결상한다.
분광 필터(3)는 복수의 촬상 영역(11 내지 14)에 대응하여 4개 형성되어 있 고, 도 1에 도시한 바와 같이, 결상 광학 렌즈(2)와 촬상 소자 칩(1) 사이에 배치되어 있다. 여기서, 예를 들어 촬상 영역(11)에 대응하는 분광 필터(3)는, 도 2 중에 R로 나타낸 바와 같이, 주로 적색의 파장 영역의 광을 투과시킨다. 도 2 중, 대각선 상에 배치되어 있는 2개의 촬상 영역(12, 13)에 대응하는 2개의 분광 필터(3)는, 도 2 중에 G로 나타낸 바와 같이, 주로 녹색의 파장 영역의 광을 투과시킨다. 또한, 도 2 중, 촬상 영역(11)에 대해 대각선 상에 배치되어 있는 촬상 영역(14)에 대응하는 분광 필터(3)는, 도 2 중에 B로 나타낸 바와 같이, 주로 청색의 파장 영역의 광을 투과시킨다.
도 5는, 도 2 중에 도시하는 촬상 소자 칩(1)의 회로 기능의 일례를 개략적으로 나타내고 있다. 화소 어레이(촬상 영역)(31)는 도 2 중의 4개의 촬상 영역(11 내지 14)에 해당하는 것이며, 결상 광학 렌즈(2) 및 분광 필터(3)를 통해 4개의 촬상 영역(11 내지 14) 상에 결상된 피사체상을 촬상하고, 복수의 단위 화소에 의해 광전 변환하여 B, G, R로 이루어지는 색 신호를 취득한다. 구동 회로(32)는, 도 2 중의 구동 회로 영역(23)에 배치되어 있고, 화소 어레이(31) 내의 신호 주사 회로부를 구동하고, 화소 어레이(31) 내의 복수의 단위 화소를 순차 선택하여 화소 어레이(31)로부터 색 신호를 순차 취출한다. A/D 변환 회로(33)는, 도 2 중의 A/D 변환 회로 영역(15 내지 18)에 분산하여 배치되어 있고, 화소 어레이(31)로 취득된 색 신호를 디지털 신호로 변환한다. 디지털 신호 처리 회로(DSP)(34)는, 도 2 중의 디지털 신호 처리 회로 영역(19 내지 22)에 분산하여 배치되어 있고, A/D 변환 회로(33)로 변환된 디지털 신호를 받아, 화소 어레이(31)로 촬상된 화상 의 패턴 매칭을 행하여 화상의 합성 등의 신호 처리를 행한다. 제어 회로(35)는 구동 회로(32), A/D 변환 회로(33) 및 디지털 신호 처리 회로(34)의 동작을 제어한다. 이 제어 회로(35)는, 예를 들어 도 2 중의 구동 회로 영역(23) 내에 배치 형성해도 된다.
도 6은, 도 2에 도시하는 4개의 촬상 영역(11 내지 14) 중 1개의 등가 회로의 일례를, 구동 회로(32) 및 A/D 변환 회로의 일부와 함께 도시하고 있다. 또한, 4개의 촬상 영역(11 내지 14)은 모두 같은 구성을 갖는다. 촬상 영역에는, 복수의 단위 화소(단위 셀)(40)가 행렬 형상으로 배열되어 있다. 또한, 도 6에서는, 설명 간략화를 위해, 2행×2열분의 합계 4개의 단위 셀(40)만이 도시되어 있다. 그러나, 단위 셀의 수는 이 수에 한정되지 않는다. 촬상 영역에는, 또한 각각 복수의 수평 어드레스 선(41), 리셋 선(42), 및 수직 신호선(43)이 설치되어 있다.
구동 회로(32)(도 5에 도시) 내에는, 행 선택 회로로서의 수직 시프트 레지스터 회로(44), 열 선택 회로로서의 수평 시프트 레지스터 회로(45), 각각 복수의 부하 트랜지스터(46), 수평 선택 트랜지스터(47), 및 1개의 수평 신호선(48)이 설치되어 있다.
단위 셀(40)은, 포토다이오드(51), 포토다이오드(51)의 출력 신호(광전 변환 신호)를 판독하는 판독 트랜지스터(52), 판독 트랜지스터(52)의 출력 신호를 증폭하는 증폭 트랜지스터(53), 증폭 트랜지스터(53)의 출력 신호를 판독하는 수직 라인을 선택하는 수직 선택 트랜지스터(54), 및 포토다이오드(51)의 출력을 리셋하는 리셋 트랜지스터(55)를 갖는다. 수직 선택 트랜지스터(54) 및 리셋 트랜지스 터(55)의 드레인 또는 소스는 공통으로 접속되어 있고, 이 공통 접속 노드에는 전원 전압 또는 구동 펄스 신호 발생 회로로부터 출력되는 전원 전압 또는 구동 펄스 신호가 공급된다. 여기서, 각 단위 셀(40) 내에 있어서, 포토다이오드(51)는 광전 변환부를 구성하고, 판독 트랜지스터(52), 증폭 트랜지스터(53), 수직 선택 트랜지스터(54), 및 리셋 트랜지스터(55)는 신호 주사 회로부를 구성하고 있다.
수평 어드레스 선(41)은, 수직 시프트 레지스터 회로(44)로부터 수평 방향으로 연장되어 배선되고, 신호를 판독하는 행을 지정한다. 이 수평 어드레스 선(41)은, 1행분의 단위 셀(40) 내의 수직 선택 트랜지스터(54)의 각 게이트에 공통으로 접속되어 있다.
리셋 선(42)은, 수직 시프트 레지스터 회로(44)로부터 수평 방향으로 연장되어 배선되고, 신호를 리셋하는 행을 지정한다. 리셋 선(42)은 1행분의 단위 셀(40) 내의 리셋 트랜지스터(55)의 각 게이트에 공통적으로 접속되어 있다.
수직 신호선(43)은, 1열분의 단위 셀(40) 내의 증폭 트랜지스터(53)의 각 소스에 공통으로 접속되어 있다. 수직 신호선(43)의 일단부에는 부하 트랜지스터(46)의 각각이 접속되어 있다. 수직 신호선(43)의 타단부에는, A/D 변환 회로(33) 내에 설치되어 있는 복수의 A/D 변환기(49)의 각 일단부가 접속되어 있다. 복수의 A/D 변환기(49)의 각 타단부는, 수평 선택 트랜지스터(47) 각각을 통해 수평 신호선(48)에 공통으로 접속되어 있다. 수평 선택 트랜지스터(47)는 수평 시프트 레지스터 회로(45)로부터 출력되는 선택 펄스에 의해 선택 구동된다.
여기서, 도 6의 회로의 동작을 간단하게 설명한다. 우선, 수직 시프트 레지 스터 회로(44)로부터 수평 어드레스 선(41)에 "H" 레벨의 어드레스 펄스 신호가 인가되고, 1행분의 단위 셀(40) 내의 수직 선택 트랜지스터(54)가 온 상태로 된다. 그러면, 선택된 행의 각 단위 셀(40) 내의 증폭 트랜지스터(53)와 부하 트랜지스터(46)로 이루어지는 소스 폴로워 회로에 의해, 증폭 트랜지스터(53)의 게이트 전압, 즉 포토다이오드(51)의 전압과 대략 동등한 전압이 수직 신호선(43)에 출력된다. 수직 신호선(43)에 나타난 전압은 복수의 각 A/D 변환기(49)에 의해 A/D 변환된다.
다음에, 수평 시프트 레지스터 회로(45)로부터 "H" 레벨의 수평 선택 펄스 신호가 수평 선택 트랜지스터(47)에 순차 인가되고, 수평 신호선(48)에 1행분의 신호가 순차 출력된다. 이 동작이, 다음 행, 또한 다음 행과, 순차 이어짐으로써, 이차원 형상의 단위 셀 모든 신호를 판독할 수 있다.
도 7은, 도 2에 도시하는 촬상 소자 칩(1)에 있어서의 촬상 영역의 상세한 단면 구조를 분광 필터(3)와 함께 도시하고 있다. Si 반도체 기판(61) 내에는 복수의 단위 셀(62)이 형성되어 있다. 반도체 기판(61)의 표면 상의 절연막 중에는, 예를 들어 알루미늄, 구리 등으로 이루어지는 복수의 배선층(63)이 형성되어 있다. 또한, 반도체 기판(61)의 이면 상에는, 입사광의 반사율을 낮게 하여, 보다 많은 광을 입사시키기 위한 반사 방지막(64)을 통해 복수의 마이크로 렌즈(65)가 복수의 단위 셀(62)에 대응하여 배치 형성되어 있다. 그리고, 마이크로 렌즈(65)의 상방에는, 적색, 녹색, 청색 중 어느 하나의 파장 영역의 광을 투과시키는 분광 필터(3)가 배치되어 있다. 분광 필터(3), 반사 방지막(64) 및 복수의 마이크로 렌 즈(65)는, 결상 광학 렌즈(2)와 함께 촬상 광학계를 구성한다.
여기서, 도 7 중 화살표로 나타낸 바와 같이, 도 1 중에 도시하는 결상 광학 렌즈(2)는, 반도체 기판(61)의 배선층(63)의 형성면과는 반대면인 촬상 영역 상에 피사체상을 결상한다.
제1 실시예의 고체 촬상 장치에서는, 복수의 각 촬상 영역(11 내지 14)에 대해 독립되어 결상 광학 렌즈(2)에 의해 결상되고, 또한 독립되어 분광 필터(3)가 배치되어 있다. 이와 같이 색마다 촬상 영역을 배치하는 구성으로 하면, 동일 색의 단위 셀만이 서로 인접한다. 따라서, 단위 셀간의 크로스토크의 발생이 없고, 혼색이 없는 양호한 분광 특성을 얻을 수 있다. 이 결과, 재생 화면에 있어서 우수한 색 재현성을 얻을 수 있다.
도 8은, 도 2에 도시하는 촬상 소자 칩(1) 및 결상 광학 렌즈(2)에 의해 촬상 소자 칩(1)의 4개의 촬상 영역(11 내지 14) 상에 형성되는 피사체상을 도시하는 평면도이다. 또한, 도 8에 있어서, 촬상 영역(11 내지 14) 상의 각 피사체상은 이미지 서클(70)로서 나타내어져 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 제1 실시예의 고체 촬상 장치에서는, 촬상 영역(11 내지 14) 각각에 형성되는 이미지 서클(70)이 다른 촬상 영역 상으로 비어져 나오는 것을 방지하기에 충분한 거리만큼 각 촬상 영역을 이격하여 형성할 수 있다. 이 결과, 본래, 피사체상을 맺으면 안 되는 촬상 영역에까지 피사체상이 찍혀 들어가는 문제를 회피할 수 있다. 또한, 본래, 고체 촬상 장치에 필요해지는 구동 회로(32), A/D 변환 회로(33), 디지털 신호 처리 회로(34), 제어 회로(35), 전극 패드(24) 등은, 촬상 영역(11 내지 14)의 상호간에 배치되어 있고, 촬상 영역(11 내지 14)의 외주부에는 이들 회로는 배치되어 있지 않다. 이에 의해, 단위 셀의 사이즈를 종래와 동등하게 축소할 수 있다.
게다가, 제1 실시예의 고체 촬상 장치에서는, 결상 광학 렌즈(2)에 의해, 반도체 기판의 배선층(53)의 형성면과는 반대면의 각 촬상 영역(11 내지 14) 상에 피사체상이 결상된다. 이와 같이 하면, 배선층(53)에 차단되지 않고, Si 반도체 기판에 입사광을 입사시킬 수 있다. 이 결과, 높은 광 이용 효율을 얻을 수 있다.
또한, 광 조사면과는 반대면에 본딩 와이어가 배치되므로, 가령 촬상 영역의 상호간에 전극 패드가 배치되어 있어도, 본딩 와이어를 어느 위치로부터 전극 패드에 접속해도 입사광을 저해시키는 일이 없다.
(제2 실시예)
도 9는 제2 실시예에 관한 고체 촬상 장치에서 사용되는 촬상 소자 칩(1) 및 촬상 소자 칩(1) 내의 4개의 촬상 영역(11 내지 14) 상에 형성되는 피사체상을 도시하는 평면도이다. 이 경우에도, 촬상 영역(11 내지 14) 상의 각 피사체상은 이미지 서클(70)로서 나타내어져 있다.
이 실시예에 관한 고체 촬상 장치에서는, 도 2에 도시하는 촬상 소자 칩(1)의 구동 회로 영역(23)을 도면 중 좌우 방향(횡방향)에서 2개로 분할하고, 그 사이의 영역에도 복수의 전극 패드(24)를 종방향으로 연속해서 배치하고 있다.
즉, 이 실시예에 관한 고체 촬상 장치에서는, 촬상 영역(11 내지 14)에서 얻어지는 신호를 출력하고, 또한 촬상 영역(11 내지 14)에 공급하기 위한 전원 전압 및 또는 구동 펄스 신호를 입력하기 위해 사용되는 전극 패드(24)가 칩 상의 일방향 뿐만 아니라, 그와 교차하는 방향으로도 배열되어 있다.
또한, 이 경우에도, 제1 실시예와 마찬가지로, 복수의 전극 패드(24) 상에 볼 전극(25)을 형성하도록 해도 되고, 혹은 본딩 와이어(26)를 전기적으로 접속해도 된다.
이 실시예에 있어서도, 제1 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.
(제3 실시예)
도 10은 제3 실시예에 관한 고체 촬상 장치에서 사용되는 촬상 소자 칩(1) 및 촬상 소자 칩(1)의 4개의 촬상 영역(11 내지 14) 상에 형성되는 피사체상을 도시하는 평면도이다. 이 경우에도, 촬상 영역(11 내지 14) 상의 각 피사체상은 이미지 서클(70)로서 나타내어져 있다.
이 실시예의 촬상 소자 칩(1)에서는, 도 2 중에 도시되어 있는 디지털 신호 처리 회로 영역(19 내지 22)이 형성되어 있지 않다. 따라서, 도 5 중에 도시되어 있는 디지털 신호 처리 회로(34)도 생략되어 있다. 본 예의 경우, 칩 외부에서 화상의 합성 등의 신호 처리가 행해진다.
이 실시예에 있어서도, 제1 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 각 실시예에서는, 분광 필터(3)를 결상 광학 렌즈(2)와 촬상 소자 칩(1) 사이에 배치하는 경우를 설명하였지만, 결상 광학 렌즈(2)와 피사체 사이, 또는 촬상 소자 칩(1)인 반도체 기판 상에 배치하도록 변형해도 된다. 또한, 도 7에 도시하는 분광 필터(3)는, 마이크로 렌즈(65)와 반사 방지막(64) 사이에 형 성되어 있어도 된다. 혹은, 복수의 마이크로 렌즈(65)의 상부와, 복수의 마이크로 렌즈(65)와 반사 방지막(64) 사이의 양방에 배치되어 있어도 된다.
또한, 상기 각 실시예에서는, A/D 변환 회로 영역(15 내지 18)을 촬상 영역(31)에 접하여 배치하는 경우를 설명하였지만, 다른 영역, 예를 들어 구동 회로 영역(23) 내에 또는 칩 주변 영역에 배치해도 된다.
본 발명의 고체 촬상 장치에서는, 촬상 영역의 광 조사면이, 배선층이 형성되어 있는 기판 표면과는 반대측의 기판 표면이므로, 배선층에 의해 입사광이 방해되는 일이 없다. 이로 인해, 화소 사이즈를 축소해도 높은 양자 효율을 유지할 수 있고, 따라서 SIN이 좋은 높은 화질의 재생 화상을 얻을 수 있다.
또한, 복수의 각 촬상 영역 내의 복수의 단위 화소의 각각이 같은 분광 필터를 투과한 입사광을 수광하므로, 화소 사이즈를 축소해도 혼색이 발생하지 않고, 재생 화면에 있어서의 색 재현성이 현저하게 향상된다. 또한, 복수의 촬상 영역의 상호간에는, 촬상 영역을 구동하기 위한 구동 회로, 촬상 소자에 공급하기 위한 전원 전압 및 또는 구동 펄스 신호의 공급, 및 촬상 소자로부터의 신호 출력을 위해 설치되는 전극 패드, 나아가 촬상 영역으로부터의 출력 신호의 처리를 행하는 디지털 신호 처리 회로가 배치되어 있고, 각각의 촬상 영역은 충분한 간격을 갖고 이격된 위치에 배치되어 있다. 이로 인해, 다른 결합 광학계로부터의 입사광이 서로 교차하지 않고, 따라서 위신호가 없는 양호한 재생 화상을 얻을 수 있다.
또한, 촬상 영역에의 전원 전압 및 또는 구동 펄스 신호의 공급, 및 촬상 영역으로부터의 신호 출력을 위해 설치되는 전극 패드는, 광 조사면과는 반대측에 설 치할 수 있다. 이로 인해, 전극 패드로부터 인출되는 본딩 와이어가 결상 광학계와 촬상 영역 사이에 인입하지 않고, 따라서 위신호가 없는 양호한 재생 화상을 얻을 수 있다.
당업자라면 부가적인 장점 및 변경들을 용이하게 생각해 낼 것이다. 따라서, 광의의 관점에서의 본 발명은 본 명세서에 예시되고 기술된 상세한 설명 및 대표 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 첨부된 청구 범위들 및 그 등가물들에 의해 정의된 바와 같은 일반적인 발명적 개념의 사상 또는 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 변경이 가능하다.
도 1은 제1 실시예에 관한 고체 촬상 장치의 단면도.
도 2는 도 1 중의 촬상 소자 칩의 일례를 도시하는 평면도.
도 3은 전극 패드 상에 볼 전극이 형성된 도 1의 고체 촬상 장치의 단면도.
도 4는 전극 패드 상에 본딩 와이어가 전기적으로 접속된 도 1의 고체 촬상 장치의 단면도.
도 5는 도 2에 도시하는 촬상 소자 칩의 회로 기능의 일례를 개략적으로 나타내는 블록도.
도 6은 도 2에 도시하는 촬상 영역의 등가 회로의 일례를 구동 회로 및 A/D 변환기와 함께 도시하는 회로도.
도 7은 도 2에 도시하는 촬상 소자 칩에 있어서의 촬상 영역의 상세한 단면을 분광 필터와 함께 도시하는 단면도.
도 8은 도 2에 도시하는 촬상 소자 칩 및 결상 광학 렌즈에 의해 촬상 소자 칩의 4개의 촬상 영역 상에 형성되는 피사체상을 도시하는 평면도.
도 9는 제2 실시예에 관한 고체 촬상 장치에서 사용되는 촬상 소자 칩 및 촬상 소자 칩의 4개의 촬상 영역 상에 형성되는 피사체상을 도시하는 평면도.
도 10은 제3 실시예에 관한 고체 촬상 장치에서 사용되는 촬상 소자 칩 및 촬상 소자 칩의 4개의 촬상 영역 상에 형성되는 피사체상을 도시하는 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 촬상 소자 칩
2 : 결상 광학 렌즈
3 : 분광 필터
11 내지 14 : 촬상 영역
33 : A/D 변환 회로

Claims (10)

  1. 제1 주표면 및 제2 주표면을 갖는 반도체 기판과,
    상기 반도체 기판 내에 제1 행렬 형상으로 배치하여 형성되고, 또한 서로 이격되어 배치되어 각각이 광전 변환부 및 신호 주사 회로부를 포함하는 제2 행렬 형상의 단위 화소를 포함하는 복수의 촬상 영역과,
    상기 반도체 기판의 상기 제1 주표면에서 상기 복수의 각 촬상 영역 상에 피사체상을 결상하는 촬상 광학계와,
    상기 반도체 기판 내에서 행 방향에 있어서 인접한 상기 복수의 촬상 영역의 상호간에 배치되어 있고, 상기 신호 주사 회로부를 구동하는 구동 회로가 형성되어 있는 구동 회로 영역과,
    열 방향에 있어서 상기 인접한 복수의 촬상 영역의 상호간에 배치되어 있고, 상기 복수의 촬상 영역에서 얻어지는 신호를 A/D 변환하는 복수의 A/D 변환기가 배치되어 있는 복수의 A/D 변환 회로 영역과,
    상기 열 방향에 있어서 상기 인접한 복수의 촬상 영역의 상호간에 배치되어 있고, 상기 복수의 A/D 변환 회로 영역 내의 A/D 변환기에서 변환된 디지털 신호를 받아 신호 처리를 행하는 복수의 신호 처리 회로가 배치되어 있는 복수의 디지털 신호 처리 회로 영역과,
    상기 촬상 광학계가 형성되는 측과 반대측에서 상기 반도체 기판의 상기 제2 주표면 상에 형성되는 배선층과,
    상기 제2 주표면 상에서 상기 열 방향에 있어서 상기 인접한 복수의 촬상 영역의 상호간에 배치되어 있고, 상기 복수의 디지털 신호 처리 회로 영역에서 처리된 신호를 출력하고, 또한 상기 복수의 촬상 영역에 공급하기 위한 전원 전압 및 구동 펄스 신호 중 적어도 하나가 입력되는 복수의 전극 패드를 포함하고,
    상기 복수의 촬상 영역은 상기 촬상 광학계에 의해 결상되는 복수의 피사체상이 서로 겹치지 않는 거리만큼 서로 이격되어 상기 반도체 기판 내에 형성되어 있고,
    상기 복수의 전극 패드는, 상기 반도체 기판의 상기 배선층 형성면과 같은 측의 표면 상에 형성되어 있고,
    입사광은, 상기 배선층이 형성되어 있는 상기 반도체 기판의 상기 제2 주표면과는 반대측에 있는 상기 반도체 기판의 제1 주표면에 형성된 상기 촬상 영역에 조사되는, 고체 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동 회로 영역에 형성되어 있는 상기 구동 회로는, 상기 복수의 각 촬상 영역에 배치되어 있는 복수의 단위 화소의 행을 선택하는 행 선택 회로 및 열을 선택하는 열 선택 회로를 포함하는 고체 촬상 장치.
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