KR102383190B1 - 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법 및 전자 기기 - Google Patents

고체 촬상 장치 및 그 제조 방법 및 전자 기기 Download PDF

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Abstract

보다 간단한 구성으로, 위상차 화소에서 높은 위상차 검출 정밀도를 얻을 수 있도록 한다. 고체 촬상 장치는, 화상 생성용의 화소인 촬상 화소와 초점 검출용의 화소인 위상차 화소를 포함하는 복수의 화소가 행렬 형상으로 2차원 배치된 화소 어레이부를 구비한다. 여기서, 촬상 화소에 형성되어 있는 마이크로 렌즈와 차광층과의 사이의 소정 층은, 위상차 화소에 형성되어 있는 소정 층의 굴절률보다도 높은 굴절률을 갖는다. 본 개시의 기술은, 예를 들면, 이면 조사형의 고체 촬상 장치 등에 적용할 수 있다.

Description

고체 촬상 장치 및 그 제조 방법 및 전자 기기{SOLID-STATE IMAGE-CAPTURING DEVICE AND PRODUCTION METHOD THEREOF, AND ELECTRONIC APPLIANCE}
본 발명은 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법 및 전자 기기에 관한 것으로, 특히, 보다 간단한 구성으로, 위상차 화소에서 높은 위상차 검출 정밀도를 얻을 수 있도록 하는 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법 및 전자 기기에 관한 것이다.
<우선권 표시>
본 발명은, 2013년 7월 3일에, 일본에 출원된 일본국 특원2013-139832호에 의거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
복수의 화소를 행렬 형상으로 2차원 배치한 화소 어레이부에 있어서, 화상 생성용의 통상의 화소(이하, 촬상 화소라고 한다)에 더하여, 초점 검출용의 위상차 화소를 배치한 고체 촬상 장치가 있다.
위상차 화소에서 높은 위상차 검출 정밀도를 얻기 위해서는, 위상차 화소가 소망하는 각도의 입사광만을 수광하여 출력하도록, 감도의 각도 의존성을 높일 것이 필요하다. 그리고, 위상차 화소의 감도의 각도 의존성을 높이려면, 위상차 화소의 층간막을 증막(후막화)하는 것이 가장 유효하다.
그러나, 단순하게 층간막을 증막하면, 촬상 화소도 마찬가지로 증막하는 것으로 되기 때문에, 촬상 화소에서는, 사입사 특성(diagonal incidency property)이 악화하여 버린다. 즉, 촬상 화소에서는, 입사각도가 큰 비스듬한 광도 수광할 수 있는 것이 바람직하지만, 증막함으로써, 비스듬한 광을 수광할 수가 없게 되어, 감도가 떨어져 버린다.
그래서, 위상차 화소에 대해 촬상 화소의 구조와 다른 구조를 채용함으로써, 위상차 화소의 검출 정밀도를 향상시키는 고체 촬상 장치가 제안되어 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1에서는, 위상차 화소에 층내 렌즈를 형성하고, 층내 렌즈 아래에 고굴절률층을 매입함으로써, 위상차 화소의 구조를 촬상 화소와 다른 구조로 하는 기술이 개시되어 있다.
한편, 특허 문헌 2에서는, 촬상 화소의 구조를 변화시키는 것이 개시되어 있다. 구체적으로는, 촬상 화소에 층간 렌즈와 광도파로를 마련함으로써, 촬상 화소의 특성 열화를 억제하면서, 위상차 화소를 최적화함으로써, 위상차 화소의 검출 정밀도의 향상을 도모하는 것이 개시되어 있다.
또한, 위상차 화소에서 높은 위상차 검출 정밀도를 얻기 위해서는, 동분할(pupil-splitting)하는 차광층이 중요한 역할을 다한다. 그래서, 특허 문헌 3에는, 위상차 화소의 최상층의 배선층의 개구폭을 촬상 화소의 개구폭보다도 축소시킴으로써, 차광층을 보조하도록 한 고체 촬상 장치가 개시되어 있다.
특허 문헌 1 : JP 2012-151367A 특허 문헌 2 : JP 2008-71972A 특허 문헌 3 : JP 2012-173492A
그러나, 특허 문헌 1에 개시의 기술에서는, 파면(wave front)을 가파르게 구부리기 때문에, 수광부에서의 반사 손실이 증가하는 것이 우려된다. 또한, 특허 문헌 2에 개시의 기술에서는, 촬상 화소에 층간 렌즈와 광도파로를 마련하기 때문에, 공정수가 대폭적으로 증대한다. 마찬가지로, 특허 문헌 3에 개시의 기술을 실현하는 경우에는 최저 2층의 배선이 필요해지기 때문에, 특히 이면 조사형의 고체 촬상 장치에 적용한 경우에, 공정수가 대폭적으로 증대한다.
본 개시는, 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 보다 간단한 구성으로, 위상차 화소에서 높은 위상차 검출 정밀도를 얻을 수 있도록 하는 것이다.
본 개시의 제1의 측면의 고체 촬상 장치는, 화상 생성용의 화소인 촬상 화소와 초점 검출용의 화소인 위상차 화소를 포함하는 복수의 화소가 행렬 형상으로 2차원 배치된 화소 어레이부를 구비하고, 상기 촬상 화소에 형성되어 있는 마이크로 렌즈와 차광층과의 사이의 층은, 상기 위상차 화소에 형성되어 있는 상기 소정 층의 굴절률보다도 높은 굴절률을 갖는다.
본 개시의 제2의 측면의 고체 촬상 장치의 제조 방법은, 화상 생성용의 화소인 촬상 화소와 초점 검출용의 화소인 위상차 화소를 포함하는 복수의 화소를 형성할 때에, 상기 촬상 화소의 마이크로 렌즈와 차광층과의 사이의 소정 층을, 상기 위상차 화소의 상기 소정 층의 굴절률보다도 높은 굴절률을 갖는 재료로 형성한다.
본 개시의 제3의 측면의 전자 기기는, 화상 생성용의 화소인 촬상 화소와 초점 검출용의 화소인 위상차 화소를 포함하는 복수의 화소가 행렬 형상으로 2차원 배치된 화소 어레이부를 구비하고, 상기 촬상 화소에 형성되어 있는 마이크로 렌즈와 차광층과의 사이의 소정 층은, 상기 위상차 화소에 형성되어 있는 상기 소정 층의 굴절률보다도 높은 굴절률을 갖는 고체 촬상 장치를 구비한다.
본 개시의 제1 내지 제3의 측면에서는, 화상 생성용의 화소인 촬상 화소와 초점 검출용의 화소인 위상차 화소를 포함하는 복수의 화소가 행렬 형상으로 2차원 배치되어 있는 화소 어레이부에 있어서, 상기 촬상 화소에 형성되어 있는 마이크로 렌즈와 차광층과의 사이의 소정 층이, 상기 위상차 화소에 형성되어 있는 상기 소정 층의 굴절률보다도 높은 굴절률을 갖고 있다.
본 개시의 제4의 측면의 전자 기기는, 화상 생성용의 화소인 촬상 화소와 초점 검출용의 화소인 위상차 화소를 포함하는 복수의 화소가 행렬 형상으로 2차원 배치되어 있는 화소 어레이부를 구비하고, 상기 위상차 화소의 상기 차광층의 개구 형상이, 화소 영역의 네 모퉁이 부근의 영역을 차광하는 형상인 고체 촬상 장치를 구비한다.
본 개시의 제4의 측면에서는, 화상 생성용의 화소인 촬상 화소와 초점 검출용의 화소인 위상차 화소를 포함하는 복수의 화소가 행렬 형상으로 2차원 배치되어 있는 화소 어레이부에 있어서, 상기 위상차 화소의 상기 차광층의 개구 형상이, 화소 영역의 네 모퉁이 부근의 영역을 차광하는 형상으로 되어 있다.
고체 촬상 장치 및 전자 기기는, 독립한 장치라도 좋고, 다른 장치에 조립된 모듈이라도 좋다.
본 개시의 제1 내지 제4의 측면에 의하면, 보다 간단한 구성으로, 위상차 화소에서 높은 위상차 검출 정밀도를 얻을 수 있다.
도 1은 본 개시에 관한 고체 촬상 장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 2는 화소의 제1의 실시의 형태에 관한 단면 구성도.
도 3은 제1의 실시의 형태의 화소 구조의 사입사 특성을 설명하는 도면.
도 4a 내지 도 4f는 제1의 실시의 형태에 관한 화소의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 5는 화소의 제2의 실시의 형태에 관한 단면 구성도.
도 6은 화소의 제3의 실시의 형태에 관한 단면 구성도.
도 7a 내지 도 7f는 제3의 실시의 형태에 관한 화소의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 8은 화소의 제4의 실시의 형태에 관한 단면 구성도.
도 9a 내지 도 9e는 제4의 실시의 형태에 관한 화소의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 10은 화소의 제5의 실시의 형태에 관한 단면 구성도.
도 11a 내지 도 11d는 위상차 화소의 차광층의 평면도.
도 12a 및 도 12b는 위상차 화소의 차광층의 개구 형상을 설명하는 도면.
도 13은 본 개시의 화소 구조의 효과를 설명하는 도면.
도 14는 위상차 화소의 개구폭의 변형례를 도시하는 도면.
도 15는 위상차 화소의 개구 방향의 변형례를 도시하는 도면.
도 16a 내지 도 16c는 위상차 화소의 개구 형상의 변형례를 도시하는 도면.
도 17은 표면 조사형의 고체 촬상 장치의 경우의 화소의 단면 구성도.
도 18은 표면 조사형의 고체 촬상 장치의 경우의 사입사 특성을 설명하는 도면.
도 19는 본 개시에 관한 전자 기기로서의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도.
이하, 본 개시를 실시하기 위한 형태(이하, 실시의 형태라고 한다)에 관해 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 본 개시에 관한 고체 촬상 장치의 개략 구성례
2. 화소의 제1의 실시의 형태(고굴절률층과 저굴절률층이 컬러 필터층과 마이크로 렌즈의 사이에 있는 형태)
3. 화소의 제2의 실시의 형태(고굴절률층 및 저굴절률층과 마이크로 렌즈와의 사이에 평탄화막이 있는 형태)
4. 화소의 제3의 실시의 형태(고굴절률층과 저굴절률층이 컬러 필터층과 평탄화막의 사이에 있는 형태)
5. 화소의 제4의 실시의 형태(컬러 필터층이 고굴절률층이 되는 형태)
6. 화소의 제5의 실시의 형태(투명 컬러 필터층이 저굴절률층이 되는 형태)
7. 차광층의 개구 형상
8. 차광층의 개구폭의 변형례
9. 차광층의 개구 방향의 변형례
10. 차광층의 개구 형상의 변형례
11. 표면 조사형에의 적용례
12. 본 개시에 관한 전자 기기의 구성례
<1. 고체 촬상 장치의 개략 구성례>
도 1은, 본 개시에 관한 고체 촬상 장치의 개략 구성을 도시하고 있다.
도 1의 고체 촬상 장치(1)는, 반도체로서 예를 들면 실리콘(Si)을 사용한 반도체 기판(12)에, 화소(2)가 행렬 형상으로 2차원 배치되어 있는 화소 어레이부(3)와, 그 주변의 주변 회로부를 갖고서 구성된다. 주변 회로부에는, 수직 구동 회로(4), 칼럼 신호 처리 회로(5), 수평 구동 회로(6), 출력 회로(7), 제어 회로(8) 등이 포함된다.
화소 어레이부(3)에서, 행렬 형상으로 2차원 배치된 화소(2)에는, 화상 생성용의 신호를 생성하는 촬상 화소(2A)와, 초점 검출용의 신호를 생성하는 위상차 화소(2B)가 있다. 촬상 화소(2A)와 위상차 화소(2B)의 차이에 관해서는 후술한다.
화소(2)는, 광전 변환 소자로서의 포토 다이오드와, 복수의 화소 트랜지스터(이른바 MOS 트랜지스터)를 갖고서 이루어진다. 복수의 화소 트랜지스터는, 예를 들면, 전송 트랜지스터, 선택 트랜지스터, 리셋 트랜지스터 및 , 증폭 트랜지스터의 4개의 MOS 트랜지스터로 구성된다.
또한, 화소(2)는, 공유 화소 구조로 할 수도 있다. 이 화소 공유 구조는, 복수의 포토 다이오드와, 복수의 전송 트랜지스터와, 공유되는 하나의 플로팅디퓨전(부유 확산 영역)과, 공유되는 하나씩의 다른 화소 트랜지스터로 구성된다. 즉, 공유 화소에서는, 복수의 단위 화소를 구성하는 포토 다이오드 및 전송 트랜지스터가, 다른 하나씩의 화소 트랜지스터를 공유하여 구성된다.
제어 회로(8)는, 입력 클록과, 동작 모드 등을 지령하는 데이터를 수취하고, 또한 고체 촬상 장치(1)의 내부 정보 등의 데이터를 출력한다. 즉, 제어 회로(8)는, 수직 동기 신호, 수평 동기 신호 및 마스터 클록에 의거하여, 수직 구동 회로(4), 칼럼 신호 처리 회로(5) 및 수평 구동 회로(6) 등의 동작의 기준이 되는 클록 신호나 제어 신호를 생성한다. 그리고, 제어 회로(8)는, 생성한 클록 신호나 제어 신호를, 수직 구동 회로(4), 칼럼 신호 처리 회로(5) 및 수평 구동 회로(6) 등에 출력한다.
수직 구동 회로(4)는, 예를 들면 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 화소 구동 배선(10)을 선택하고, 선택된 화소 구동 배선(10)에 화소(2)를 구동하기 위한 펄스를 공급하고, 행 단위로 화소(2)를 구동한다. 즉, 수직 구동 회로(4)는, 화소 어레이부(3)의 각 화소(2)를 행 단위로 순차적으로 수직 방향으로 선택 주사하고, 각 화소(2)의 광전 변환부에서 수광량에 응하여 생성된 신호 전하에 의거한 화소 신호를, 수직 신호선(9)을 통하여 칼럼 신호 처리 회로(5)에 공급한다.
칼럼 신호 처리 회로(5)는, 화소(2)의 열마다 배치되어 있고, 1행분의 화소(2)로부터 출력된 신호를 화소열마다 노이즈 제거 등의 신호 처리를 행한다. 예를 들면, 칼럼 신호 처리 회로(5)는, 화소 고유의 고정 패턴 노이즈를 제거하기 위한 CDS(Correlated Double Sampling : 상관 2중 샘플링) 및 AD 변환 등의 신호 처리를 행한다.
수평 구동 회로(6)는, 예를 들면 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 수평 주사 펄스를 순차적으로 출력함에 의해, 칼럼 신호 처리 회로(5)의 각각을 순번대로 선택하고, 칼럼 신호 처리 회로(5)의 각각으로부터 화소 신호를 수평 신호선(11)에 출력시킨다.
출력 회로(7)는, 칼럼 신호 처리 회로(5)의 각각으로부터 수평 신호선(11)을 통하여 순차적으로 공급되는 신호에 대해, 신호 처리를 행하여 출력한다. 출력 회로(7)는, 예를 들면, 버퍼링만 하는 경우도 있고, 흑레벨 조정, 열 편차 보정, 각종 디지털 신호 처리 등이 행하여지는 경우도 있다. 입출력 단자(13)는, 외부와 신호의 교환을 한다.
이상과 같이 구성되는 고체 촬상 장치(1)는, CDS 처리와 AD 변환 처리를 행하는 칼럼 신호 처리 회로(5)가 화소열마다 배치된 칼럼 AD 방식이라고 불리는 CMOS 이미지 센서이다.
또한, 고체 촬상 장치(1)는, 화소 트랜지스터가 형성되는 반도체 기판(12)의 표면측과 반대측의 이면측에서 광이 입사되는 이면 조사형의 MOS형 고체 촬상 장치이다.
<2. 화소의 제1의 실시의 형태>
<화소의 단면 구성도>
도 2는, 화소(2)의 제1의 실시의 형태에 관한 단면 구성도이다. 도 2에서는, 화소 어레이부(3) 내의 인접하고 있는 촬상 화소(2A)와 위상차 화소(2B)의 단면 구성이 도시되어 있다.
도 2를 참조하여, 촬상 화소(2A)와 위상차 화소(2B)의 구조에 관해 설명한다.
고체 촬상 장치(1)는, 반도체 기판(12)의, 예를 들면, P형(제1 도전형)의 반도체 영역(41)에, N형(제2 도전형)의 반도체 영역(42)을 화소(2)마다 형성함에 의해, 포토 다이오드(PD)가, 화소 단위로 형성되어 있다. 반도체 기판(12)의 표리 양면에 임하는 P형의 반도체 영역(41)은, 암전류 억제를 위한 정공 전하 축적 영역을 겸하고 있다.
반도체 기판(12)의 표면측(도면 중 하측)에는, 포토 다이오드(PD)에 축적된 전하의 판독 등을 행하는 복수의 화소 트랜지스터(Tr)와, 복수의 배선층(43)과 층간 절연막(44)으로 이루어지는 다층 배선층(45)이 형성되어 있다.
반도체 기판(12)의 이면측(도면 중 상측)의 계면에는, 굴절률이 다른 복수층, 예를 들면, 하프늄산화(HfO2)막과 실리콘산화막의 2층의 막으로 이루어지는 반사 방지막(절연층)(46)이 형성되어 있다.
반사 방지막(46)의 상측의 일부에는, 차광층(47)이 형성된다. 보다 구체적으로는, 촬상 화소(2A)에서는, 포토 다이오드(PD) 전체면에 광이 입사되도록, 반사 방지막(46)상의 화소 경계만에 차광층(47)이 형성되어 있다. 한편, 위상차 화소(2B)에서는, 화소 경계에 더하여, 포토 다이오드(PD)의 수광면의 편측 반분(도 2에서는, 좌측 반분)도 차광되도록 차광층(47)이 형성되어 있다.
위상차 화소(2B)에는, 예를 들면, 포토 다이오드(PD)의 수광면의 좌측 반분이 개구된 타입 A와, 우측 반분이 개구된 타입 B의 2종류가 있고, 이들 2종류가 쌍이 되어 화소 어레이부(3)의 소정의 위치에 배치되어 있다. 타입 A로부터의 화소 신호와 타입 B의 화소 신호에서는, 개구부의 형성 위치의 차이에 의해, 상의 어긋남이 발생한다. 이 상의 어긋남으로부터, 위상 어긋남량을 산출하여 디포커스량을 산출하고, 촬영 렌즈를 조정(이동)함으로써, 오토 포커스를 달성할 수 있다.
차광층(47)은, 광을 차광하는 재료라면 좋지만, 차광성이 강하고, 또한 미세 가공, 예를 들면 에칭으로 정밀도 좋게 가공할 수 있는 재료가 바람직하다. 차광층(47)은, 예를 들면, 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티탄 (Ti), 몰리브덴 (Mo), 니켈 (Ni) 등의 금속막으로 형성할 수 있다.
차광층(47)을 포함하는 반사 방지막(46)의 위에는, 평탄화막(48)이 형성되어 있다. 평탄화막(48)은, 예를 들면, 수지 등의 유기 재료를 회전 도포함에 의해 형성된다. 또한, 평탄화막(48)은, 예를 들면 SiO2 등의 무기막을 성막하고, CMP (Chemical Mechanical Polishing)에 의해 평탄화함으로써 형성되어도 좋다.
평탄화막(48)상에는, 컬러 필터층(49)이 화소마다 형성된다. 컬러 필터층(49)은, 예를 들면 안료나 염료 등의 색소를 포함하는 감광성 수지를 회전 도포함에 의해 형성된다. 컬러 필터층(49)의 배열로서는, R(적), G(녹), B(청)의 각 색이, 예를 들면 베이어 배열에 의해 배치되는 것으로 하지만, 그 밖의 배열 방법으로 배치되어도 좋다. 도 2의 예에서는, 좌측의 촬상 화소(2A)에는, G(녹)의 컬러 필터층(49)이 형성되고, 우측의 위상차 화소(2B)에는, B(청)의 컬러 필터층(49)이 형성되어 있다. 또한, 위상차 화소(2B)가 B의 컬러 필터층(49)으로 한정되는 것은 아니다.
컬러 필터층(49)의 상측에는, 촬상 화소(2A)와 위상차 화소(2B)에서 굴절률이 다른 층이 형성되어 있다.
구체적으로는, 촬상 화소(2A)의 컬러 필터층(49)의 상측에는, 굴절률 na의 고굴절률층(50)이 형성되고, 위상차 화소(2B)의 컬러 필터층(49)의 상측에는, 굴절률 nb의 저굴절률층(51)이 형성되어 있다. 여기서, 고굴절률층(50)과 저굴절률층(51)의 굴절률차는 0.2 이상이다
(na-na≥0.2).
고굴절률층(50)과 저굴절률층(51)은, 위상차 화소(2B)에서 충분한 위상차 검출 정밀도를 얻을 수 있는 두께가 되도록, 예를 들면, 약 1㎛ 정도의 동일한 두께로 형성된다.
고굴절률층(50)은, 예를 들면, 질화막(SiN), 산질화막(SiON), 탄화규소(SiC) 등의 무기막으로 형성된다. 한편, 저굴절률층(51)은, 예를 들면, 산화막(SiO2)이나, 스티렌계 수지, 아크릴계 수지, 스티렌-아크릴 공중합계 수지, 또는 실록산계 수지 등의 수지계 재료로 형성된다.
컬러 필터층(49)의 위에는, 마이크로 렌즈(온 칩 렌즈)(52)가 화소마다 형성되어 있다. 마이크로 렌즈(52)에는, 저굴절률층(51)과 같은 정도의 굴절률이 되는 재료가 사용된다. 마이크로 렌즈(52)는, 예를 들면, 스티렌계 수지, 아크릴계 수지, 스티렌-아크릴 공중합계 수지, 또는 실록산계 수지 등의 수지계 재료로 형성된다.
고체 촬상 장치(1)의 화소 어레이부(3)의 촬상 화소(2A)와 위상차 화소(2B)는, 이상과 같이 구성되어 있다.
<화소의 사입사 특성(diagonal incidency property)>
도 3은, 제1의 실시의 형태의 화소 구조의 사입사 특성을 설명하기 위한, 사입사광의 전반(propagation)의 양상을 도시하는 도면이다.
일반적인 이면 조사형의 고체 촬상 장치의 구조는, 도 2에 도시한 제1의 실시의 형태의 구조로부터, 고굴절률층(50)과 저굴절률층(51)을 제거한 구조에 상당한다. 이 경우, 마이크로 렌즈(52)로부터 차광층(47)까지의 거리가 짧기 때문에, 감도의 각도 의존성이 충분히 얻어지지 않고, 위상차 검출 정밀도가 낮아진다.
본 실시의 형태의 구조에서는, 위상차 화소(2B)에 대해서는, 컬러 필터층(49)의 위에 저굴절률층(51)을 형성함으로써, 감도의 각도 의존성이 높아져 있다. 즉, 소망하는 각도 이외의 비스듬한 입사광은 차광층(47)의 개구부 이외로 벗어나도록, 저굴절률층(51)이 증막되어 있고, 디포커스량에 대한 출력의 변화가 커져서, 위상차 검출 정밀도를 향상시키고 있다.
이에 대해, 촬상 화소(2A)에서는, 저굴절률층(51)이 아니라, 저굴절률층(51)과의 굴절률차가 0.2 이상의 고굴절률층(50)이, 컬러 필터층(49)의 위에 형성되어 있다. 이에 의해, 촬상 화소(2A)에서는, 위상차 화소(2B)와 같은 디바이스 높이지만, 고굴절률층(50)에 의한 굴절의 효과에 의해, 각도 의존성을 작게 할 수 있다. 따라서, 제1의 실시의 형태의 화소 구조를 채용한 고체 촬상 장치(1)에 의하면, 위상차 화소(2B)에서는 높은 위상차 검출 정밀도를 실현하면서, 촬상 화소(2A)의 특성의 열화를 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
<제1의 실시의 형태에 관한 화소의 제조 방법>
다음에, 도 4를 참조하여, 상술한 제1의 실시의 형태에 관한 화소(2)의 제조 방법에 관해 설명한다.
또한, 제1의 실시의 형태의 화소(2)에서, 평탄화막(48)상에 컬러 필터층(49)이 형성될 때까지의 제조 공정은, 이면 조사형의 고체 촬상 장치의 종래의 제조 방법과 마찬가지이고, 도 4에서는, 포토 다이오드(PD)가 형성되어 있는 반도체 기판(12)과 그 표면측의 다층 배선층(45)의 도시가 간략화 또는 생략되어 있다.
우선, 도 4A에 도시되는 바와 같이, 반도체 기판(12)의 이면측에, 반사 방지막(46), 차광층(47), 평탄화막(48) 및 컬러 필터층(49)이 차례로 형성된다. 여기까지의 제조 방법은, 이면 조사형의 고체 촬상 장치의 종래의 제조 방법과 마찬가지이다.
다음에, 도 4B에 도시되는 바와 같이, 컬러 필터층(49)의 위에, 저굴절률층(51)이, 예를 들면, CVD법으로 퇴적 시간을 길게 설정함에 의해 증막(성막)된다.
다음에, 도 4C에 도시되는 바와 같이, 화소 어레이부(3)의 위상차 화소(2B)의 영역에만 레지스트(71)를 패터닝하여 에칭함에 의해, 도 4D에 도시되는 바와 같이, 촬상 화소(2A)의 영역의 저굴절률층(51)이 제거된다.
그리고, 도 4E에 도시되는 바와 같이, 저굴절률층(51)이 제거된 촬상 화소(2A)의 영역에, 고굴절률층(50)이, 예를 들면, CVD법에 의해 증막(성막)된다.
최후에, 도 4F에 도시되는 바와 같이, 마이크로 렌즈(52)가, 저굴절률층(51)과 같은 정도의 굴절률을 갖는 수지계 재료로 형성된다. 마이크로 렌즈(52)는, 예를 들면, 감광성의 수지 재료를 리소그래피 기술로 패턴 가공한 후에, 리플로 처리로 렌즈 형상으로 변형시킴으로써 형성할 수 있다.
<3. 화소의 제2의 실시의 형태>
<화소의 단면 구성도>
도 5는, 화소(2)의 제2의 실시의 형태에 관한 단면 구성도이다. 도 5에서는, 도 2에 도시한 제1의 실시의 형태와 대응하는 부분에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 부분의 설명은 적절히 생략한다.
도 5의 제2의 실시의 형태에서는, 고굴절률층(50) 및 저굴절률층(51)과, 마이크로 렌즈(52)와의 사이에, 평탄화막(81)이 형성되어 있는 점이, 도 2의 제1의 실시의 형태와 다르다.
평탄화막(81)은, 예를 들면, 아크릴계 수지에 의해 형성된다. 또한, 평탄화막(81)은, 예를 들면 SiO2 등의 무기막을 성막하고, CMP에 의해 평탄화함으로써 형성되어도 좋다. 평탄화막(81)의 막두께는, 예를 들면, 300㎚ 정도로 할 수 있다.
평탄화막(81)은, 저굴절률층(51)과 같은 정도의 굴절률을 갖는 것이면, 저굴절률층(51)과 같은 재료를 사용하여도 좋고, 다른 재료로 형성되어도 좋다. 따라서 제2의 실시의 형태에서는, 고굴절률층(50) 및 저굴절률층(51)과 마이크로 렌즈(52)와의 사이에, 고굴절률층(50)보다도 굴절률이 낮은 층이 형성되어 있다.
제2의 실시의 형태에서도, 저굴절률층(51)과 고굴절률층(50)의 굴절률차는 0.2 이상으로 설정되어 있다. 이에 의해, 촬상 화소(2A)에서는, 고굴절률층(50)에 의한 굴절의 효과에 의해 각도 의존성을 작게 하고, 위상차 화소(2B)에서는, 저굴절률층(51)에 의해 각도 의존성이 높아져 있다. 따라서 제2의 실시의 형태의 화소 구조를 채용한 고체 촬상 장치(1)에서도, 위상차 화소(2B)에서는 높은 위상차 검출 정밀도를 실현하면서, 촬상 화소(2A)의 특성의 열화를 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
제2의 실시의 형태의 화소(2)의 제조 방법에 관해 도 4를 이용하여 설명한다.
제2의 실시의 형태의 화소(2)는, 도 4E와 같이, 컬러 필터층(49)의 위에, 고굴절률층(50) 및 저굴절률층(51)이 형성된 후, 평탄화막(81)이 형성된다. 평탄화막(81)은, 예를 들면, 아크릴계의 수지 재료를 스핀 코트법에 의해 도포하고, 열경화 처리를 실시함으로써 형성할 수 있다. 그 후, 마이크로 렌즈(52)가, 저굴절률층(51)과 같은 정도의 굴절률을 갖는 수지계 재료로 형성된다.
<4. 화소의 제3의 실시의 형태>
<화소의 단면 구성도>
도 6은, 화소(2)의 제3의 실시의 형태에 관한 단면 구성도이다. 도 6에서도, 도 2에 도시한 제1의 실시의 형태와 대응하는 부분에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 부분의 설명은 적절히 생략한다.
도 6의 제3의 실시의 형태에서는, 고굴절률층(50) 및 저굴절률층(51)과 컬러 필터층(49)의 층이, 도 2의 제1의 실시의 형태와 반대인 점이 다르다.
즉, 제3의 실시의 형태에서는, 평탄화막(48)의 상측의 촬상 화소(2A)의 영역에는 고굴절률층(50)이 형성되어 있고, 평탄화막(48)의 상측의 위상차 화소(2B)의 영역에는 저굴절률층(51)이 형성되어 있다. 그리고, 고굴절률층(50)과 저굴절률층(51)의 상측에, 컬러 필터층(49)이 형성되어 있다.
제3의 실시의 형태에서도, 저굴절률층(51)과 고굴절률층(50)의 굴절률차는 0.2 이상으로 설정되어 있다. 이에 의해, 촬상 화소(2A)에서는, 고굴절률층(50)에 의한 굴절의 효과에 의해 각도 의존성을 작게 하고, 위상차 화소(2B)에서는, 저굴절률층(51)에 의해 각도 의존성이 높아져 있다. 따라서 제3의 실시의 형태의 화소 구조를 채용한 고체 촬상 장치(1)에서도, 위상차 화소(2B)에서는 높은 위상차 검출 정밀도를 실현하면서, 촬상 화소(2A)의 특성의 열화를 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
<제3의 실시의 형태에 관한 화소의 제조 방법>
도 7을 참조하여, 제3의 실시의 형태에 관한 화소(2)의 제조 방법에 관해 설명한다.
또한, 도 7에서, 반도체 기판(12)과 그 표면측의 다층 배선층(45)의 도시가 간략화 또는 생략되어 있는 점은, 도 4와 마찬가지이다.
우선, 도 7A에 도시되는 바와 같이, 반도체 기판(12)의 이면측에, 반사 방지막(46), 차광층(47) 및 평탄화막(48)이 차례로 형성된다. 여기까지의 제조 방법은, 이면 조사형의 고체 촬상 장치의 종래의 제조 방법과 마찬가지이다.
다음에, 도 7B에 도시되는 바와 같이, 평탄화막(48)의 위에, 저굴절률층(51)이, 예를 들면, CVD법에 의해 증막(성막)된다. 또한, 평탄화막(48)과 저굴절률층(51)은 동일한 재료로 형성할 수 있고, 그 경우, 평탄화막(48)과 저굴절률층(51)을 합친 막두께가 될 때까지, 동일 공정으로 형성할 수 있다.
다음에, 도 7C에 도시되는 바와 같이, 상술한 도 4D와 마찬가지로, 레지스트(71)를 패터닝하여 에칭함에 의해, 촬상 화소(2A)의 영역의 저굴절률층(51)이 제거된다.
그리고, 도 7D에 도시되는 바와 같이, 저굴절률층(51)이 제거된 촬상 화소(2A)의 영역에, 고굴절률층(50)이, 예를 들면, CVD법에 의해 증막(성막)된다.
다음에, 도 7E에 도시되는 바와 같이, 고굴절률층(50)과 저굴절률층(51)의 상측에, 예를 들면, 안료나 염료 등의 색소를 포함하는 감광성 수지를 도포하여 패턴 가공함에 의해, 컬러 필터층(49)이 형성된다.
최후에, 도 7F에 도시되는 바와 같이, 마이크로 렌즈(52)가, 저굴절률층(51)과 같은 정도의 굴절률을 갖는 수지계 재료로 형성된다.
<5. 화소의 제4의 실시의 형태>
<화소의 단면 구성도>
도 8은, 화소(2)의 제4의 실시의 형태에 관한 단면 구성도이다. 도 8에서도, 도 2에 도시한 제1의 실시의 형태와 대응하는 부분에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 부분의 설명은 적절히 생략한다.
도 8의 제4의 실시의 형태에서는, 저굴절률층(51)이, 촬상 화소(2A)와 위상차 화소(2B)의 평탄화막(48)의 상측에, 충분한 위상차 검출 정밀도를 얻을 수 있는 두께로 형성되어 있다. 저굴절률층(51)은, 그 하측의 평탄화막(48)과 같은 재료를 사용하여 형성되어도 좋고, 다른 재료로 형성되어도 좋다.
그리고, 저굴절률층(51)의 상측의 촬상 화소(2A)의 영역에는, 컬러 필터층(49)이 형성되어 있다. 컬러 필터층(49)은, 안료나 염료 등의 색소를 포함하는 감광성의 수지 재료를 이용하여 형성되고, 고굴절률층(50)과 동등의 굴절률을 갖는다.
한편, 고굴절률층(50)과 동일층이 되는 위상차 화소(2B)의 영역에는, 마이크로 렌즈(52)의 재료가 매입되고, 각 화소(2)의 최상부에 형성된 마이크로 렌즈(52)와 일체로 형성되어 있다.
제4의 실시의 형태에서는, 컬러 필터층(49)이 고굴절률층(50)과 동등한 높은 굴절률 na을 가지며, 마이크로 렌즈(52)가 저굴절률층(51)과 동등한 낮은 굴절률 nb을 갖기 때문에, 촬상 화소(2A)의 컬러 필터층(49)과, 동일 두께의 마이크로 렌즈(52)의 재료층으로, 굴절률차가 0.2 이상이 되도록 구성되어 있다. 이에 의해, 촬상 화소(2A)에서는, 컬러 필터층(49)에 의한 굴절의 효과에 의해 각도 의존성을 작게 하고, 위상차 화소(2B)에서는, 마이크로 렌즈(52)의 재료층에 의해 각도 의존성이 높아져 있다. 따라서 제4의 실시의 형태의 화소 구조를 채용한 고체 촬상 장치(1)에서도, 위상차 화소(2B)에서는 높은 위상차 검출 정밀도를 실현하면서, 촬상 화소(2A)의 특성의 열화를 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 제4의 실시의 형태에서는, 위상차 화소(2B)에 고굴절률의 컬러 필터층(49)이 형성되어 있는 경우에 비하여, 적은 증막량으로 충분한 각도 의존성을 얻을 수 있기 때문에, 촬상 화소(2A)의 특성 열화를 억제할 수 있다. 또한, 위상차 화소(2B)에서는, 컬러 필터층(49)에 의한 흡수가 없어지기 때문에, 감도가 향상한다. 따라서 위상차 화소(2B)에서는 높은 위상차 검출 정밀도를 얻을 수 있다.
<제4의 실시의 형태에 관한 화소의 제조 방법>
도 9를 참조하여, 제4의 실시의 형태에 관한 화소(2)의 제조 방법에 관해 설명한다.
도 9에서, 반도체 기판(12)과 그 표면측의 다층 배선층(45)의 도시가 간략화 또는 생략되어 있는 점은, 도 4와 마찬가지이다.
우선, 도 9A에 도시되는 바와 같이, 반도체 기판(12)의 이면측에, 반사 방지막(46), 차광층(47) 및 평탄화막(48)이 차례로 형성된다. 여기까지의 제조 방법은, 이면 조사형의 고체 촬상 장치의 종래의 제조 방법과 마찬가지이다.
다음에, 도 9B에 도시되는 바와 같이, 평탄화막(48)의 위에, 저굴절률층(51)이, 예를 들면, CVD법에 의해, 충분한 위상차 검출 정밀도를 얻을 수 있는 두께가 될 때까지 증막(성막)된다.
다음에, 도 9C에 도시되는 바와 같이, 평탄화막(48)상의 전면에, 예를 들면, 안료나 염료 등의 색소를 포함하는 감광성 수지를 스핀 코트법 등의 코팅 방법에 의해 도포하고, 열경화 처리를 시행함으로써, 컬러 필터층(49)이 형성된다.
그리고, 도 9D에 도시되는 바와 같이, 촬상 화소(2A)의 영역에만 레지스트(71)를 패터닝하여 에칭함에 의해, 위상차 화소(2B)의 영역의 컬러 필터층(49)이 제거된다.
그리고, 레지스트(71)가 박리된 후, 도 9E에 도시되는 바와 같이, 마이크로 렌즈(52)의 재료가 매입되고, 각 화소(2)의 최상부에 형성된 마이크로 렌즈(52)와 일체로 형성된다.
<6. 화소의 제5의 실시의 형태>
<화소의 단면 구성도>
도 10은, 화소(2)의 제5의 실시의 형태에 관한 단면 구성도이다.
도 8에 도시한 제4의 실시의 형태에서는, 촬상 화소(2A)에서 컬러 필터층(49)이 형성되어 있는 위상차 화소(2B)의 대응 부분에 마이크로 렌즈(52)의 재료가 매입되어 있다. 제5의 실시의 형태에서는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 굴절률이 저굴절률층(51)과 같은 정도(즉, nb)의 재료를 사용한 투명한(White의) 컬러 필터층(49B)이, 위상차 화소(2B)의 대응 부분에 형성되어 있다. 또한, 위상차 화소(2B)의 대응 부분에는, 저굴절률층(51) 그 자체를 매입하여도 좋다.
<7. 차광층의 개구 형상>
다음에, 고체 촬상 장치(1)의 위상차 화소(2B)의 차광층(47)의 개구 형상에 관해 설명한다.
도 11A 및 도 11B는, 종래의 차광층의 평면도이고, 도 11C 및 도 11D는, 위상차 화소(2B)의 차광층(47)의 평면도이다.
종래의 차광층의 개구 형상은, 도 11A 및 도 11B에 도시되는 바와 같이, 포토 다이오드(PD)의 수광면을, 좌측 반분과 우측 반분으로 동분할하는 사각형 형상으로 되어 있다.
이에 대해, 고체 촬상 장치(1)의 위상차 화소(2B)의 차광층(47)의 개구 형상은, 도 11C 및 도 11D에 도시되는 바와 같이, 좌측 반분과 우측 반분으로 동분할하는 종래의 개구 형상으로부터 또한, 사각형의 화소 영역의 네 모퉁이 부근의 영역을 차광하는 육각형 형상으로 되어 있다. 이와 같이, 사각형의 화소 영역의 네 모퉁이 부근의 영역을 좁힌 다각형 형상으로 함으로써, 종래, 화소 영역의 네 모퉁이 부근의 마이크로 렌즈(52)가 평탄부(Gap부)로부터 입사되는 불필요한 광을 차광할 수 있다.
도 12는, 우측 반분을 동분할하는 종래의 차광층과 위상차 화소(2B)의 차광층(47)에, 광의 통과 영역(81)을 중첩한 도면이다.
도 12A 및 도 12B에 도시되는 광의 통과 영역(81) 중, 파선으로 둘러싸여 있는 화소 영역의 네 모퉁이 부근의 영역(81a)은, 사각형의 화소 영역의 네 모퉁이 부근의 마이크로 렌즈(52)가 평탄부(Gap부)로부터 입사된 불필요한 광의 영역이다.
도 12B에 도시되는 바와 같이, 차광층(47)이 화소 영역의 네 모퉁이 부근의 영역을 좁힌 육각형 형상으로 되어 있음으로써, 위상차 화소(2B)에서는, 영역(81a)의 불필요한 광을 차광할 수 있다. 이에 의해, 화소 신호의 S/N비를 향상시키고, 위상차 화소(2B)의 각도 의존성을 향상시킬 수 있기 때문에, 높은 위상차 검출 정밀도를 실현할 수 있다.
<본 개시의 화소 구조에 의한 효과>
도 13을 참조하여, 본 개시의 화소 구조의 효과를 설명한다.
도 13은, 광이 입사될 때의 입사각도와 신호 출력과의 관계를 나타내는 입사각도 의존 특성을, 본 개시의 화소 구조와 종래의 화소 구조에서 비교한 도면이다.
여기서, 종래의 화소 구조란, 종래의 이면 조사형의 화소 구조에 대해 위상차 화소로 위상차 검출 정밀도를 높이기 위해, 촬상 화소도 포함하는 각 화소에 저굴절률층을 증막함과 함께, 차광층의 개구 형상을 도 11A 및 도 11B와 같이 사각형 형상으로 한 구조를 말한다. 환언하면, 종래의 화소 구조는, 고굴절률층(50)을 마련하지 않고, 저굴절률층(51)만을 전 화소에 증막하고, 또한, 차광층의 개구 형상을 도 11A 및 도 11B의 사각형 형상으로 한 구조이다.
도 13에서, 실선의 입사각도 의존 특성은, 촬상 화소(2A)와 위상차 화소(2B)의 입사각도 의존 특성을 나타내고, 파선의 입사각도 의존 특성은, 종래 구조의 촬상 화소와 위상차 화소의 입사각도 의존 특성을 나타내고 있다. 또한, 위상차 화소(2B)에 관해서는, 도 11D의 우측 반분을 광이 통과한 위상차 화소(2B)(우)와, 도 11C의 좌측 반분을 광이 통과한 위상차 화소(2B)(좌)의 2종류가 표시되어 있다. 종래의 위상차 화소에 대해서도 마찬가지이다.
도 13에 도시되는 입사각도 의존 특성에 의하면, 촬상 화소(2A)에서는, 고굴절률층(51)이 마련되어 있음에 의해, 종래의 화소 구조와 비교하여, 비스듬한 입사각도에서의 신호 출력이 증대하여 있고, 사입사 특성의 열화가 낮게 억제되어 있다.
또한, 위상차 화소(2B)에서는, 저굴절률층(51)의 증막과, 마이크로 렌즈(52)가 평탄부(Gap부)로부터 입사된 불필요한 광을 차광한 육각형 형상의 차광층(47)에 의해, 종래보다도, 감도의 각도 의존성이 높아져 있다. 즉, 종래의 화소 구조에서의 경우보다도, 위상차 화소(2B)(우)와 위상차 화소(2B)(좌)의 출력이 전환되는 0°의 입사각도 부근에서, 입사각도의 미소한 변화에 대해 출력이 크게 변화하고 있다.
따라서 본 개시의 화소 구조에 의하면, 위상차 화소(2B)에서는 높은 위상차 검출 정밀도를 실현하면서, 촬상 화소(2A)의 특성의 열화를 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
<8. 차광층의 개구폭의 변형례>
상술한 각 실시의 형태에서는, 위상차 화소(2B)의 차광층(47)의 개구부가, 도 11C 및 도 11D에 도시한 바와 같이, 이른바 상고(像高) 0할(割)로 불리는, 광축(수광 영역)의 중심을 경계로 하여, 우측 반분과, 좌측 반분으로 동분할되어 있는 예에 관해 설명하였다.
그러나, 도 14에 도시되는 바와 같이, 플러스측(+측)의 상고로 동분할하는 개구부의 차광층(47)을 갖는 위상차 화소(2B)의 쌍이나, 마이너스측(-측)의 상고로 동분할하는 개구부의 차광층(47)을 갖는 위상차 화소(2B)의 쌍을, 화소 어레이부(3)의 임의의 위치에 배치할 수 있다. 즉, 화소 어레이부(3)에는, 차광층(47)의 개구폭(동분할 방향의 폭)이 다른 복수의 위상차 화소(2B)의 쌍을 배치할 수 있다.
<9. 차광층의 개구 방향의 변형례>
또한, 도 14는, 좌우 방향으로 동분할하고, 위상차 화소(2B)의 개구부의 개구 방향을 좌우 방향으로 하는 예이지만, 개구부의 개구 방향은, 좌우 방향으로 한정되지 않고, 도 15에 도시되는 바와 같은 상하 방향이나, 경사 방향(부도시)으로 하여도 좋다.
나아가서는, 차광층(47)의 개구 방향이 상하 방향의 위상차 화소(2B)와 좌우 방향의 위상차 화소(2B)가 혼재하는 등, 화소 어레이부(3) 내에, 차광층(47)의 개구 방향이 다른 복수의 위상차 화소(2B)가 혼재하고 있어도 좋다.
<10. 차광층의 개구 형상의 변형례>
도 16은, 위상차 화소(2B)의 차광층(47)의 개구 형상의 그 밖의 예를 도시하고 있다.
위상차 화소(2B)의 차광층(47)의 개구 형상은, 사각형의 화소 영역의 네 모퉁이 부근의 영역을 좁힌 형상이라면, 도 11C 및 도 11D에 도시한 바와 같은 육각형 형상으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 위상차 화소(2B)의 차광층(47)의 개구 형상으로서, 도 16A 내지 도 16C와 같은 형상을 채용할 수 있다.
도 16A는, 위상차 화소(2B)의 차광층(47)의 개구 형상이, 정12각형 형상을 소정의 상고로 동분할한 형상인 8각형 형상의 예를 도시하고 있다.
도 16B는, 위상차 화소(2B)의 차광층(47)의 개구 형상이, 원형상을 소정의 상고로 동분할한 형상인 반원 형상의 예를 도시하고 있다.
도 16C는, 위상차 화소(2B)의 차광층(47)의 개구 형상이, 마름모를 소정의 상고로 동분할한 형상인 삼각형 형상의 예를 도시하고 있다.
<11. 표면 조사형으로의 적용례>
본 개시의 화소 구조는, 이면 조사형만으로 한하지 않고, 표면 조사형의 고체 촬상 장치에도 적용할 수 있다.
도 17은, 본 개시의 화소 구조를 표면 조사형의 고체 촬상 장치에 적용한 경우의 촬상 화소(2A)와 위상차 화소(2B)의 단면 구성을 도시하고 있다.
고체 촬상 장치(1)에서는, 반도체 기판(112)의, 예를 들면, P형의 반도체 영역(141)에, N형의 반도체 영역(142)이 화소(2)마다 형성됨에 의해, 포토 다이오드(PD)가, 화소 단위로 형성되어 있다.
반도체 기판(112)의 상측에는, 차광층(147), 복수의 배선층(143), 층간 절연막(144)으로 이루어지는 다층 배선층(145)이 형성되어 있다.
다층 배선층(145)의 상측에는, 촬상 화소(2A)의 영역에, 굴절률 na의 고굴절률층(150)이 형성되어 있고, 위상차 화소(2B)의 영역에, 굴절률 nb의 저굴절률층(151)이 형성되어 있다. 여기서, 고굴절률층(150)과 저굴절률층(151)의 굴절률차는 0.2 이상이다(na-na≥0.2).
그리고, 고굴절률층(150)과 저굴절률층(151)의 상측에는, 반사 방지막(152), 질화막(SiN) 등으로 형성되는 파시베이션막(153), 평탄화막(154)이, 순으로 형성되어 있다.
또한, 평탄화막(154)의 위에는, 컬러 필터층(155)과 마이크로 렌즈(156)가 형성되어 있다.
도 18은, 표면 조사형의 촬상 화소(2A)와 위상차 화소(2B)의 단면 구성도에, 사입사광의 전반의 양상을 도시한 도면이다.
표면 조사형의 고체 촬상 장치에서도, 촬상 화소(2A)에는 고굴절률층(150)이 증막되고, 위상차 화소(2B)에는 저굴절률층(151)이 증막되어 있다. 그리고, 촬상 화소(2A)의 고굴절률층(150)과 위상차 화소(2B)의 저굴절률층(151)의 굴절률차는 0.2 이상으로 설정되어 있다. 이에 의해, 촬상 화소(2A)에서는, 고굴절률층(150)에 의한 굴절의 효과에 의해 각도 의존성을 작게 하고, 위상차 화소(2B)에서는, 저굴절률층(151)에 의해 각도 의존성이 높아져 있다. 따라서 본 개시의 화소 구조를 채용한 표면 조사형의 고체 촬상 장치에서도, 위상차 화소(2B)에서는 높은 위상차 검출 정밀도를 실현하면서, 촬상 화소(2A)의 특성의 열화를 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 도 17 및 도 18의 예에서는, 다층 배선층(145)과 반사 방지막(152)과의 사이에, 고굴절률층(150)과 저굴절률층(151)이 증막되어 있지만, 고굴절률층(150)과 저굴절률층(151)을 배치하는 장소(층)는, 상술한 이면 조사형의 경우와 마찬가지로, 다층 배선층(145)과 마이크로 렌즈(156) 사이의 임의의 장소로 할 수 있다.
또한, 상술한 예에서는, 제1 도전형을 P형, 제2 도전형을 N형으로 하여, 전자를 신호 전하로 하는 고체 촬상 장치에 관해 설명하였지만, 본 개시의 기술은 정공을 신호 전하로 하는 고체 촬상 장치에도 적용할 수 있다.
<12. 본 개시에 관한 전자 기기의 구성례>
또한 본 개시의 기술은, 고체 촬상 장치에의 적용으로 한정되는 것이 아니다. 즉, 본 개시의 기술은, 디지털 스틸 카메라나 비디오 카메라 등의 촬상 장치나, 촬상 기능을 갖는 휴대 단말 장치나, 화상 판독부에 고체 촬상 장치를 이용한 복사기 등, 화상 취입부(광전 변환부)에 고체 촬상 장치를 이용하는 전자 기기 전반에 대해 적용 가능하다. 고체 촬상 장치는, 원칩으로서 형성된 형태라도 좋고, 촬상부와 신호 처리부 또는 광학계가 통합하여 팩키징된 촬상 기능을 갖는 모듈형상의 형태라도 좋다.
도 19는, 본 개시에 관한 전자 기기로서의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도이다.
도 19의 촬상 장치(100)는, 렌즈군 등으로 이루어지는 광학부(101), 도 1의 고체 촬상 장치(1)의 구성이 채용되는 고체 촬상 장치(촬상 디바이스)(102) 및 카메라 신호 처리 회로인 DSP(Digital Signal Processor) 회로(103)를 구비한다. 또한, 촬상 장치(100)는, 프레임 메모리(104), 표시부(105), 기록부(106), 조작부(107) 및 전원부(108)도 구비한다. DSP 회로(103), 프레임 메모리(104), 표시부(105), 기록부(106), 조작부(107) 및 전원부(108)는, 버스 라인(109)을 통하여 상호 접속되어 있다.
광학부(101)는, 피사체로부터의 입사광(상광)을 취입하여 고체 촬상 장치(102)의 촬상면상에 결상한다. 고체 촬상 장치(102)는, 광학부(101)에 의해 촬상면상에 결상된 입사광의 광량을 화소 단위로 전기 신호로 변환하여 화소 신호로서 출력한다. 이 고체 촬상 장치(102)로서, 도 1의 고체 촬상 장치(1), 즉, 위상차 화소에서는 높은 위상차 검출 정밀도를 실현하면서, 촬상 화소의 특성의 열화를 최소한으로 억제한 고체 촬상 장치를 이용할 수 있다.
표시부(105)는, 예를 들면, 액정 패널이나 유기 EL(Electro Luminescence) 패널 등의 패널형 표시 장치로 이루어지고, 고체 촬상 장치(102)에서 촬상된 동화 또는 정지화를 표시한다. 기록부(106)는, 고체 촬상 장치(102)에서 촬상된 동화 또는 정지화를, 하드 디스크나 반도체 메모리 등의 기록 매체에 기록한다.
조작부(107)는, 유저에 의한 조작하에, 촬상 장치(100)가 갖는 다양한 기능에 관해 조작 지령을 발한다. 전원부(108)는, DSP 회로(103), 프레임 메모리(104), 표시부(105), 기록부(106) 및 조작부(107)의 동작 전원이 되는 각종의 전원을, 이들 공급 대상에 대해 적절히 공급한다.
고체 촬상 장치(102)로서, 상술한 고체 촬상 장치(1)를 이용함으로써, 위상차 화소에서는 높은 위상차 검출 정밀도를 실현하면서, 촬상 화소의 특성의 열화를 최소한으로 억제할 수 있다. 따라서, 비디오 카메라나 디지털 스틸 카메라, 나아가서는 휴대 전화기 등의 모바일 기기용 카메라 모듈 등의 촬상 장치(100)에서도, 촬상 화상의 고화질화를 도모할 수 있다.
또한, 본 개시의 기술은, 가시광의 입사광량의 분포를 검지하여 화상으로서 촬상하는 고체 촬상 장치에의 적용으로 한하지 않고, 적외선이나 X선, 또는 입자 등의 입사량의 분포를 화상으로서 촬상하는 고체 촬상 장치나, 광의의 의미로서, 압력이나 정전용량 등, 다른 물리량의 분포를 검지하여 화상으로서 촬상하는 지문 검출 센서 등의 고체 촬상 장치(물리량 분포 검지 장치) 전반에 대해 적용 가능하다.
본 개시의 실시의 형태는, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 개시의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지의 변경이 가능하다.
또한, 본 개시는 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1) 화상 생성용의 화소인 촬상 화소와 초점 검출용의 화소인 위상차 화소를 포함하는 복수의 화소가 행렬 형상으로 2차원 배치된 화소 어레이부를 구비하고,
상기 촬상 화소에 형성되어 있는 마이크로 렌즈와 차광층과의 사이의 소정 층은, 상기 위상차 화소에 형성되어 있는 상기 소정 층의 굴절률보다도 높은 굴절률을 갖는 고체 촬상 장치.
(2) 상기 촬상 화소의 상기 소정 층과 상기 위상차 화소의 상기 소정 층의 굴절률차는 0.2 이상인 상기 (1)에 기재된 고체 촬상 장치.
(3) 상기 소정 층은, 상기 차광층의 상측의 컬러 필터층과, 상기 마이크로 렌즈와의 사이에 배치되어 있는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고체 촬상 장치.
(4) 상기 화소의 상기 소정 층과 상기 마이크로 렌즈와의 사이에는, 상기 촬상 화소의 상기 소정 층보다도 굴절률이 낮은 층이 또한 배치되어 있는 상기 (1) 내지 (3)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(5) 상기 소정 층은, 상기 마이크로 렌즈의 하측의 컬러 필터층과 상기 차광층과의 사이에 배치되어 있는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고체 촬상 장치.
(6) 상기 소정 층은, 컬러 필터층인 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고체 촬상 장치.
(7) 상기 위상차 화소의 상기 소정 층은, 투명한 컬러 필터층인 상기 (6)에 기재된 고체 촬상 장치.
(8) 상기 촬상 화소의 상기 소정 층은, 컬러 필터층이고, 상기 위상차 화소의 상기 소정 층은, 상기 마이크로 렌즈와 동일 재료로 형성되어 있는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고체 촬상 장치.
(9) 상기 위상차 화소의 상기 소정 층은, 상기 차광층의 상부를 평탄화하는 평탄화막과 동일 재료로 형성되어 있는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고체 촬상 장치.
(10) 상기 위상차 화소의 상기 차광층의 개구 형상은, 사각형의 화소 영역의 네 모퉁이 부근의 영역을 좁힌 형상인 상기 (1) 내지 (9)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(11) 상기 위상차 화소의 상기 차광층의 개구 형상은, 다각형 형상인 상기 (10)에 기재된 고체 촬상 장치.
(12) 상기 위상차 화소의 상기 차광층의 개구 형상은, 반원 형상인 상기 (10)에 기재된 고체 촬상 장치.
(13) 상기 차광층의 개구폭이 다른 복수의 상기 위상차 화소가 존재하는 상기 (1) 내지 (12)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(14) 상기 차광층의 개구 방향이 다른 복수의 상기 위상차 화소가 존재하는 상기 (1) 내지 (13)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(15) 화상 생성용의 화소인 촬상 화소와 초점 검출용의 화소인 위상차 화소를 포함하는 복수의 화소를 형성할 때에, 상기 촬상 화소의 마이크로 렌즈와 차광층과의 사이의 소정 층을, 상기 위상차 화소의 상기 소정 층의 굴절률보다도 높은 굴절률을 갖는 재료로 형성하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
(16) 화상 생성용의 화소인 촬상 화소와 초점 검출용의 화소인 위상차 화소를 포함하는 복수의 화소가 행렬 형상으로 2차원 배치된 화소 어레이부를 구비하고,
상기 촬상 화소에 형성되어 있는 마이크로 렌즈와 차광층과의 사이의 소정 층은, 상기 위상차 화소에 형성되어 있는 상기 소정 층의 굴절률보다도 높은 굴절률을 갖는 고체 촬상 장치를 구비하는 전자 기기.
(17) 화상 생성용의 화소인 촬상 화소와 초점 검출용의 화소인 위상차 화소를 포함하는 복수의 화소가 행렬 형상으로 2차원 배치된 화소 어레이부를 구비하고,
상기 위상차 화소의 상기 차광층의 개구 형상이, 사각형의 화소 영역의 네 모퉁이 부근의 영역을 차광하는 형상인 고체 촬상 장치를 구비하는 전자 기기.
(18) 촬상 화소와 위상차 화소를 포함하는 복수의 화소가 2차원 어레이 형상으로 배치된 화소 어레이부와,
상기 촬상 화소에 형성된 마이크로 렌즈와 차광층 사이의 층을 구비하고,
상기 촬상 화소에 형성된 상기 마이크로 렌즈와 상기 차광층 사이의 상기 층은, 상기 위상차 화소에 형성된 층의 굴절률보다도 높은 굴절률을 갖는 고체 촬상 장치.
(19) 상기 촬상 화소의 상기 마이크로 렌즈와 상기 차광층 사이의 상기 층의 굴절률과, 상기 위상차 화소의 상기 층의 굴절률차는 0.2 이상인 상기 (18)에 기재된 고체 촬상 장치.
(20) 상기 위상차 화소는 마이크로 렌즈와 차광층을 포함하고, 상기 촬상 화소의 상기 마이크로 렌즈와 상기 차광층 사이의 층과, 상기 위상차 화소의 상기 마이크로 렌즈와 상기 차광층 사이의 층 중 적어도 하나는 상기 차광층의 상측에서 컬러 필터와 상기 마이크로 렌즈 사이에 마련된 상기 (18) 또는 (19)에 기재된 고체 촬상 장치.
(21) 상기 촬상 화소의 상기 마이크로 렌즈와 상기 차광층 사이의 층의 굴절률 이하인 굴절률을 갖는 제2층이, 상기 촬상 화소의 상기 층과 상기 마이크로 렌즈 사이에 마련된 상기 (18) 내지 (20)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(22) 상기 위상차 화소는 마이크로 렌즈과 차광층을 포함하고, 상기 촬상 화소의 상기 마이크로 렌즈와 상기 차광층 사이의 층과, 상기 위상차 화소의 상기 마이크로 렌즈와 차광층 사이의 층 중 적어도 하나는, 상기 마이크로 렌즈의 하측에서 컬러 필터층과 차광층 사이에 마련된 상기 (18) 또는 (19)에 기재된 고체 촬상 장치.
(23) 상기 촬상 화소의 상기 마이크로 렌즈와 상기 차광층 사이의 층과, 상기 위상차 화소의 상기 마이크로 렌즈와 차광층 사이의 층 중 적어도 하나는, 컬러 필터층인 상기 (18) 또는 (19)에 기재된 고체 촬상 장치.
(24) 상기 위상차 화소의 상기 마이크로 렌즈와 상기 차광층 사이의 층은 투명한 컬러 필터층인 상기 (23)에 기재된 고체 촬상 장치.
(25) 상기 촬상 화소의 상기 마이크로 렌즈와 상기 차광층 사이의 층은 컬러 필러층이고, 상기 위상차 화소의 상기 마이크로 렌즈와 차광층 사이의 층안 상기 마이크로 렌즈와 동일한 재료로 형성되는 상기 (18) 또는 (19)에 기재된 고체 촬상 장치.
(26) 상기 위상차 화소의 상기 마이크로 렌즈와 차광층 사이의 층은, 상기 차광층의 상부를 평탄화하는 평탄화막과 동일한 재료로 형성되는 상기 (18) 또는 (19)에 기재된 고체 촬상 장치.
(27) 상기 위상차 화소의 상기 차광층에 입사하는 광은 적어도 두 모퉁이(corner) 영역을 형성하고, 상기 위상차 화소의 상기 차광층의 개구 형상은, 적어도 두 모퉁이 영역으로부터 적어도 두 가장자리(edge) 매립부(inset)를 갖는 형상인 상기 (18) 내지 (26)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(28) 상기 위상차 화소의 상기 차광층의 개구 형상은, 다각형 형상인 상기 (27)에 기재된 고체 촬상 장치.
(29) 상기 위상차 화소의 상기 차광층의 개구 형상은, 반원 형상인 상기 (18) 내지 (26)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(30) 상기 복수의 화소는, 상기 차광층의 개구폭이 다른 복수의 상기 위상차 화소를 포함하는 상기 (18) 내지 (29)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(31) 상기 복수의 화소는, 상기 차광층의 개구 방향이 다른 복수의 상기 위상차 화소를 포함하는 상기 (18) 내지 (30)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(32) 상기 위상차 화소는 화상 생성용이고, 상기 촬상 화소는 초점 검출용인 상기 (18) 내지 (31)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(33) 상기 위상차 화소에 형성된 층은 상기 위상차 화소의 마이크로 렌즈와 차광층 사이에 형성된 층인 상기 (18) 내지 (32)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(34) 촬상 화소와 위상차 화소를 포함하는 복수의 화소를 갖는 고체 촬상 장치의 제조 방법에 있어서,
적어도 상기 촬상 화소에 차광층을 형성하고,
상기 위상차 화소에서 제1의 층의 굴절률보다도 높은 굴절률을 갖는 재료로 제1의 층을 상기 촬상 화소에 형성하고,
상기 제1의 층상에 마이크로 렌즈를 형성하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
(35) 촬상 화소와, 위상차 화소를 포함하는, 복수의 화소가 2차원 어레이 형상으로 배치된 화소 어레이부와,
상기 촬상 화소에 형성된 마이크로 렌즈와 차광층 사이의 층을 구비하고,
상기 촬상 화소에 형성된 상기 마이크로 렌즈와 상기 차광층 사이의 상기 층은, 상기 위상차 화소에 형성된 층의 굴절률보다도 높은 굴절률을 갖는 고체 촬상 장치를 구비하는 전자 기기.
(36) 촬상 화소와, 위상차 화소를 포함하는, 복수의 화소가 2차원 어레이 형상으로 배치된 화소 어레이부를 구비하고,
상기 위상차 화소의 차광층의 개구 형상은, 사각형의 화소 영역의 네 모퉁이 부근의 영역을 차광하는 형상인 고체 촬상 장치를 구비하는 전자 기기.
1 : 고체 촬상 장치 2A : 촬상 화소
2B : 위상차 화소 3 : 화소 어레이부
47 : 차광층 48 : 평탄화막
49 : 컬러 필터층 50 : 고굴절률층
51 : 저굴절률층 52 : 마이크로 렌즈
81 : 평탄화막 100 : 촬상 장치
102 : 고체 촬상 장치

Claims (19)

  1. 이면 조사형 고체 촬상 장치에 있어서,
    촬상 화소와 위상차 화소를 포함하는 복수의 화소가 2차원 어레이 형상으로 배치된 화소 어레이부와,
    상기 촬상 화소에 형성된 마이크로 렌즈와 차광층 사이의 층을 구비하고,
    상기 촬상 화소에 형성된 상기 마이크로 렌즈와 상기 차광층 사이의 상기 층은, 상기 위상차 화소에 형성된 층의 굴절률보다도 높은 굴절률을 가지며,
    상기 촬상 화소의 차광층의 개구부는, 상기 위상차 화소의 차광층의 개구부보다도 면적이 크며,
    상기 차광층 아래에는 동일층에 굴절률이 다른 복수의 막으로 이루어진 반사 방지막이 이루어지며,
    상기 복수의 화소는, 상기 차광층의 개구폭이 다른 복수의 상기 위상차 화소를 포함하는 것을 특징으로 하는 이면 조사형 고체 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 촬상 화소의 상기 마이크로 렌즈와 상기 차광층 사이의 상기 층의 굴절률과, 상기 위상차 화소의 상기 층의 굴절률차는 0.2 이상인 것을 특징으로 하는 이면 조사형 고체 촬상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 화소는 마이크로 렌즈와 차광층을 포함하고, 상기 촬상 화소의 상기 마이크로 렌즈와 상기 차광층 사이의 층과, 상기 위상차 화소의 상기 마이크로 렌즈와 상기 차광층 사이의 층 중 적어도 하나는 상기 차광층의 상측에서 컬러 필터와 상기 마이크로 렌즈 사이에 마련된 것을 특징으로 하는 이면 조사형 고체 촬상 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 촬상 화소의 상기 마이크로 렌즈와 상기 차광층 사이의 층의 굴절률 이하인 굴절률을 갖는 제2층이, 상기 촬상 화소의 상기 층과 상기 마이크로 렌즈 사이에 마련된 것을 특징으로 하는 이면 조사형 고체 촬상 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 화소는 마이크로 렌즈과 차광층을 포함하고, 상기 촬상 화소의 상기 마이크로 렌즈와 상기 차광층 사이의 층과, 상기 위상차 화소의 상기 마이크로 렌즈와 차광층 사이의 층 중 적어도 하나는, 상기 마이크로 렌즈의 하측에서 컬러 필터층과 차광층 사이에 마련된 것을 특징으로 하는 이면 조사형 고체 촬상 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 촬상 화소의 상기 마이크로 렌즈와 상기 차광층 사이의 층과, 상기 위상차 화소의 상기 마이크로 렌즈와 차광층 사이의 층 중 적어도 하나는, 컬러 필터층인 것을 특징으로 하는 이면 조사형 고체 촬상 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 위상차 화소의 상기 마이크로 렌즈와 상기 차광층 사이의 층은 투명한 컬러 필터층인 것을 특징으로 하는 이면 조사형 고체 촬상 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 촬상 화소의 상기 마이크로 렌즈와 상기 차광층 사이의 층은 컬러 필터층이고, 상기 위상차 화소의 상기 마이크로 렌즈와 차광층 사이의 층은 상기 마이크로 렌즈와 동일한 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 이면 조사형 고체 촬상 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 화소의 상기 마이크로 렌즈와 차광층 사이의 층은, 상기 차광층의 상부를 평탄화하는 평탄화막과 동일한 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 이면 조사형 고체 촬상 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 화소의 상기 차광층에 입사하는 광은 적어도 두 모퉁이(corner) 영역을 형성하고, 상기 위상차 화소의 상기 차광층의 개구 형상은, 적어도 두 모퉁이 영역으로부터 적어도 두 가장자리(edge) 매립부(inset)를 갖는 형상인 것을 특징으로 하는 이면 조사형 고체 촬상 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 위상차 화소의 상기 차광층의 개구 형상은, 다각형 형상인 것을 특징으로 하는 이면 조사형 고체 촬상 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 화소의 상기 차광층의 개구 형상은, 반원 형상인 것을 특징으로 하는 이면 조사형 고체 촬상 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 화소는, 상기 차광층의 개구 방향이 다른 복수의 상기 위상차 화소를 포함하는 것을 특징으로 하는 이면 조사형 고체 촬상 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 화소는 화상 생성용이고, 상기 촬상 화소는 초점 검출용인 것을 특징으로 하는 이면 조사형 고체 촬상 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 화소에 형성된 층은 상기 위상차 화소의 마이크로 렌즈와 차광층 사이에 형성된 층인 것을 특징으로 하는 이면 조사형 고체 촬상 장치.
  16. 촬상 화소와 위상차 화소를 포함하는 복수의 화소를 갖는 이면 조사형 고체 촬상 장치의 제조 방법에 있어서,
    적어도 상기 촬상 화소에 차광층을 형성하고,
    상기 위상차 화소에서 하나의 층으로 이루어지는 제1의 층과,
    상기 제1의 층은 굴절율이 서로 다른 재료로 이루어지는 복수의 층으로 형성되고, 상기 제1의 층을 상기 촬상 화소에 형성하고,
    상기 제1의 층상에 마이크로 렌즈를 형성하며,
    상기 촬상 화소의 차광층의 개구부는, 상기 위상차 화소의 차광층의 개구부보다도 면적이 크며,
    상기 차광층 아래에는 동일층에 굴절률이 다른 복수의 막으로 이루어진 반사 방지막이 이루어진 것을 특징으로 하는 이면 조사형 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  17. 제1항 기재의 이면 조사형 고체 촬상 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 위상차 화소의 차광층의 개구 형상은, 사각형의 화소 영역의 네 모퉁이 부근의 영역을 차광하는 형상인 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  19. 삭제
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