KR102590054B1 - 고체 촬상 장치 및 전자 기기 - Google Patents

고체 촬상 장치 및 전자 기기 Download PDF

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Abstract

[과제]
암전류에 의한 영향이 저감된 고체 촬상 장치 및 전자 기기를 제공한다.
[해결 수단]
하나의 화소 및 상기 하나의 화소상에 마련된 하나의 온 칩 렌즈를 가지며, 매트릭스형상으로 배열된 복수의 제1 화소 유닛과, 2개의 화소 및 상기 2개의 화소상에 걸쳐서 마련된 하나의 온 칩 렌즈를 가지며, 상기 제1 화소 유닛의 매트릭스 내에 배치된 적어도 하나 이상의 제2 화소 유닛과, 상기 제1 화소 유닛 및 상기 제2 화소 유닛의 각각의 화소가 구비하는 광전변환층을 각각 이격하는 화소 분리층과, 상기 제2 화소 유닛의 각각의 영역 내에 존재하는 또는 그 영역과 인접하는 상기 화소 분리층의 아래에 마련되고, 상기 화소 분리층과 기준전위 배선을 접속하는 적어도 하나 이상의 콘택트를 구비하고, 상기 제2 화소 유닛은, 상기 제1 화소 유닛의 매트릭스의 제1 방향으로 연신하는 적어도 1열에서, 소정의 간격으로 배치되는, 고체 촬상 장치.

Description

고체 촬상 장치 및 전자 기기
본 개시는, 고체 촬상 장치 및 전자 기기에 관한 것이다.
근래, 고체 촬상 장치에서는, 더 한층의 소형화 및 고화질화가 요구되고 있다. 고체 촬상 장치는, 예를 들면, 평면형상의 반도체 기판상에, 포토다이오드 등의 광전변환 소자를 매트릭스형상으로 배치함으로써 구성된다.
여기서, 광전변환 소자는, p형 반도체 및 n형 반도체를 조합시킴으로써 구성되고, 각 화소의 광전변환 소자는, 기준전위에 고정된 화소 분리층에 의해 서로 이격(離隔)된다. 단, 이와 같은 고체 촬상 장치에서는, 화소 분리층을 기준전위의 전위선(예를 들면, 그라운드선)에 접속하는 콘택트 근방에서 암전류가 증대함으로써 암흑시 신호가 증대하여 버리는 일이 있다.
예를 들면, 하기한 특허 문헌 1에는, 촬상 대상부터의 광이 입사하는 유효 화소부와, 광이 차광된 차광 화소부를 마련하고, 유효 화소부의 신호로부터 차광 화소부의 신호를 공제함으로써, 암전류의 영향을 제거한 신호를 취득하는 고체 촬상 장치가 개시되어 있다.
특허 문헌 1 : 특개2008-236787호 공보
그러나, 상기한 특허 문헌 1에 개시된 고체 촬상 장치는, 발생하는 암전류의 절대적인 크기를 저감하는 것은 아니었다. 또한, 상기한 특허 문헌 1에 개시된 고체 촬상 장치는, 화소 분리층을 기준전위에 고정하는 콘택트에 인접하는 화소와, 그 콘택트에 인접하지 않는 화소와의 사이에서 암전류의 크기에 차가 생기기 때문에, 암흑시에 줄무늬형상의 화질 저하가 확인되어 버리는 일이 있다.
그러면, 고체 촬상 장치에서, 화소 분리층을 기준전위에 고정하는 콘택트에 기인하는 암전류의 크기 및 화소 사이 차분을 저감하는 것이 가능한 기술이 요구되어 있다.
본 개시에 의하면, 하나의 화소 및 상기 하나의 화소상에 마련된 하나의 온 칩 렌즈를 가지며, 매트릭스형상으로 배열된 복수의 제1 화소 유닛과, 2개의 화소 및 상기 2개의 화소상에 걸쳐서 마련된 하나의 온 칩 렌즈를 가지며, 상기 제1 화소 유닛의 매트릭스 내에 배치된 적어도 하나 이상의 제2 화소 유닛과, 상기 제1 화소 유닛 및 상기 제2 화소 유닛의 각각의 화소가 구비하는 광전변환층을 각각 이격하는 화소 분리층과, 상기 제2 화소 유닛의 각각의 영역 내에 존재하는 또는 그 영역과 인접하는 상기 화소 분리층의 아래에 마련되고, 상기 화소 분리층과 기준전위 배선을 접속하는 적어도 하나 이상의 콘택트를 구비하고, 상기 제2 화소 유닛은, 상기 제1 화소 유닛의 매트릭스의 제1 방향으로 연신하는 적어도 1열에서, 소정의 간격으로 배치되는, 고체 촬상 장치가 제공된다.
또한, 본 개시에 의하면, 촬상 대상을 전자적으로 촬영하는 고체 촬상 장치를 구비하고, 상기 고체 촬상 장치는, 하나의 화소 및 상기 하나의 화소상에 마련된 하나의 온 칩 렌즈를 가지며, 매트릭스형상으로 배열된 복수의 제1 화소 유닛과, 2개의 화소 및 상기 2개의 화소상에 걸쳐서 마련된 하나의 온 칩 렌즈를 가지며, 상기 제1 화소 유닛의 매트릭스 내에 배치된 적어도 하나 이상의 제2 화소 유닛과, 상기 제1 화소 유닛 및 상기 제2 화소 유닛의 각각의 화소가 구비하는 광전변환층을 각각 이격하는 화소 분리층과, 상기 제2 화소 유닛의 각각의 영역 내에 존재하는 또는 그 영역과 인접하는 상기 화소 분리층의 아래에 마련되고, 상기 화소 분리층과 기준전위 배선을 접속하는 적어도 하나 이상의 콘택트를 구비하고, 상기 제2 화소 유닛은, 상기 제1 화소 유닛의 매트릭스의 제1 방향으로 연신하는 적어도 1열에서, 소정의 간격으로 배치되는, 전자 기기가 제공된다.
본 개시에 의하면, 광전변환 소자의 각각을 이격하는 화소 분리층을 기준전위에 고정화하는 콘택트를 적절한 밀도로 배치할 수 있다. 또한, 콘택트의 주위에서 증대하는 암전류가 촬상 화상의 화질에 주는 영향을 저감할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 개시에 의하면, 화소 분리층을 기준전위에 고정하는 콘택트에 기인하는 암전류의 크기 및 화소 사이 차분이 저감된 고체 촬상 장치 및 전자 기기를 제공할 수 있다.
또한, 상기한 효과는 반드시 한정적인 것이 아니고, 상기한 효과와 함께, 또는 상기한 효과에 대신하여, 본 명세서에 나타난 어느 하나의 효과, 또는 본 명세서로부터 파악될 수 있는 다른 효과가 이루어져도 좋다.
도 1은 고체 촬상 장치가 사용되는 촬상 장치의 개략을 모식적으로 도시한 설명도.
도 2A는 화소 영역에 포함되는 각 화소와, 각 화소를 구획하는 화소 분리층을 기준전위에 고정하는 콘택트와의 위치 관계의 한 예를 모식적으로 도시하는 설명도.
도 2B는 화소 영역에 포함되는 각 화소와, 각 화소를 구획하는 화소 분리층을 기준전위에 고정하는 콘택트와의 위치 관계의 다른 예를 모식적으로 도시하는 설명도.
도 3은 본 개시의 한 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치가 구비하는 화소 영역의 평면 구성을 도시하는 모식적인 설명도.
도 4는 화소 영역의 각 단위화소에 대한 기준전위의 전위선의 배치를 설명하는 모식적인 평면도.
도 5는 도 3의 화소 영역보다 넓은 범위에서의 제2 화소 유닛의 배치를 설명하는 모식적인 평면도.
도 6A는 도 3에 도시하는 화소 영역을 A-AA면으로 절단한 모식적인 단면도.
도 6B는 도 3에 도시하는 화소 영역을 B-BB면으로 절단한 모식적인 단면도.
도 7은 제1의 변형례에 관한 고체 촬상 장치가 구비하는 화소 영역의 평면 구성의 한 예를 도시하는 모식적인 설명도.
도 8은 도 7의 화소 영역보다 넓은 범위에서의 제2 화소 유닛의 배치를 설명하는 모식적인 평면도.
도 9는 제1의 변형례에 관한 고체 촬상 장치가 구비하는 화소 영역의 평면 구성의 다른 예를 도시하는 모식적인 설명도.
도 10은 도 9의 화소 영역보다 넓은 범위에서의 제2 화소 유닛의 배치를 설명하는 모식적인 평면도.
도 11A는 콘택트가 마련된 위치의 베리에이션을 나타내기 위해, 화소 영역의 제2 화소 유닛이 마련된 근방을 확대하여 도시한 설명도.
도 11B는 콘택트가 마련된 위치의 베리에이션을 나타내기 위해, 화소 영역의 제2 화소 유닛이 마련된 근방을 확대하여 도시한 설명도.
도 11C는 콘택트가 마련된 위치의 베리에이션을 나타내기 위해, 화소 영역의 제2 화소 유닛이 마련된 근방을 확대하여 도시한 설명도.
도 12는 도 3에 도시하는 화소 영역을 A-AA면으로 절단한 단면 구조에서, 콘택트의 위치의 베리에이션을 도시하는 모식적인 단면도.
도 13A는 제3의 변형례에서, 도 3에 도시하는 화소 영역을 A-AA면으로 절단한 모식적인 단면도.
도 13B는 제3의 변형례에서, 도 3에 도시하는 화소 영역을 B-BB면으로 절단한 모식적인 단면도.
도 14A는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법의 한 공정을 설명하는 모식적인 단면도.
도 14B는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법의 한 공정을 설명하는 모식적인 단면도.
도 14C는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법의 한 공정을 설명하는 모식적인 단면도.
도 14D는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법의 한 공정을 설명하는 모식적인 단면도.
도 15A는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치가 적용될 수 있는 전자 기기의 한 예를 도시하는 외관도.
도 15B는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치가 적용될 수 있는 전자 기기의 다른 한 예를 도시하는 외관도.
도 15C는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치가 적용될 수 있는 전자 기기의 다른 한 예를 도시하는 외관도.
도 16A는 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 16B는 차외 정보 검출부 및 촬상부의 설치 위치의 한 예를 도시하는 설명도.
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 개시의 알맞은 실시의 형태에 관해 상세히 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 관해서는, 동일한 부호를 붙임에 의해 중복 설명을 생략한다.
또한, 설명은 이하의 순서로 행하는 것으로 한다.
0. 본 개시의 기술적 배경
1. 구성
1. 1. 평면 구성
1. 2. 단면 구성
2. 변형례
2. 1. 제1의 변형례
2. 2. 제2의 변형례
2. 3. 제3의 변형례
3. 제조 방법
4. 적용례
4. 1. 제1의 적용례
4. 2. 제2의 적용례
<0. 본 개시의 기술적 배경>
우선, 도 1을 참조하여, 본 개시에 관한 기술이 적용되는 촬상 장치의 개략 구성에 관해 설명한다. 도 1은, 고체 촬상 장치가 사용되는 촬상 장치의 개략을 모식적으로 도시한 설명도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 촬상 장치는, 고체 촬상 장치(1)와, 신호 처리 회로(2)와, 메모리(3)를 구비한다.
고체 촬상 장치(1)는, 화소 영역(10), 칼럼 영역(11) 및 출력 앰프(12)를 구비하고, 촬상 대상으로부터 출사되는 광을 전기 신호로 변환함으로써, 촬상 대상의 화상 신호를 생성한다. 구체적으로는, 화소 영역(10)은, 광전변환 소자를 포함하는 화소가 2차원 매트릭스형상으로 배치됨으로써 구성되고, 화소의 각각에 입사한 광을 광전변환 소자에 의해 신호 전하로 변환한다. 칼럼 영역(11)은, 트랜지스터 등에 의해 구성되고, 화소 영역(10)의 화소의 각각에서 생성된 신호 전하를 칼럼(즉, 화소열)마다 판독하여, 노이즈 제거, 증폭 및 A/D(Analog/Digital) 변환 등의 신호 처리를 행한다. 출력 앰프(12)는, 트랜지스터 등에 의해 구성되고, 칼럼 영역(11)부터 출력되는 화상 신호를 증폭한 후, 그 화상 신호를 고체 촬상 장치(1)의 외부에 마련된 신호 처리 회로(2)에 출력한다.
신호 처리 회로(2)는, 예를 들면, 고체 촬상 장치(1)부터 출력된 화상 신호에 대해 각종 보정 등을 시행하는 연산 처리 회로이다. 메모리(3)는, 예를 들면, 신호 처리 회로(2)에서 각종 보정 등이 시행된 화상 신호를 프레임 단위로 기억하는 휘발성 또는 불휘발성의 기억 장치이다.
이 구성에 의해, 촬상 장치에서는, 우선, 화소 영역(10)의 각 화소에 입사한 광이 광전변환 소자에서 전하 신호로 변환된다. 계속해서, 칼럼 영역(11)에서 화소 영역(10)의 각 화소로부터 판독된 전하 신호(아날로그 신호)의 증폭이 행하여진 후, 그 전하 신호가 A/D 변환에 의해 디지털 신호로 변환되고, 변환한 디지털 신호는, 출력 앰프(12)를 통하여 외부의 신호 처리 회로(2)에 출력된다.
이와 같은 고체 촬상 장치(1)에서는, 각 화소에서 발생하는 암전류에 의해, 화상 신호의 노이즈의 증대, 화소 사이의 암전류의 크기의 차에 의한 고정 패턴 잡음이 생기는 일이 있다.
여기서, 도 2A 및 도 2B를 참조하여, 화소 영역(10)에서의 암전류의 발생에 관해 설명한다. 도 2A는, 화소 영역에 포함되는 각 화소와, 각 화소를 구획하는 화소 분리층을 기준전위에 고정하는 콘택트와의 위치 관계의 한 예를 모식적으로 도시하는 설명도이고, 도 2B는, 화소 영역에 포함되는 각 화소와, 각 화소를 구획하는 화소 분리층을 기준전위에 고정하는 콘택트와의 위치 관계의 다른 예를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 2A에 도시하는 배치에서는, 고체 촬상 장치가 구비하는 화소 영역(20)에서는, 복수의 부화소(21A, 21B, 21C, 21D)에 의해 하나의 화소(21)가 형성된다. 복수의 부화소(21A, 21B, 21C, 21D)는, 각각 화소 분리층(도 2A에서는, 화소 이외의 영역)에 의해 서로 이격된다.
또한, 이하에서는, 화소(21)를 구성하는 부화소의 각각을 단위화소라고 호칭함으로써, 복수의 부화소(21A, 21B, 21C, 21D)에 의해 구성되는 화소(21)와 구별하는 것이라고 한다.
예를 들면, 복수의 부화소(21A, 21B, 21C, 21D)는, 각각 적색의 CF(Color Filter)가 마련되는 화소(적색 화소), 녹색의 CF가 마련되는 화소(녹색 화소), 청색의 CF가 마련되는 화소(청색 화소), 및 CF가 마련되지 않은 화소(백색 화소)라도 좋다. 복수의 부화소(21A, 21B, 21C, 21D)에서는, 각 색에 대응한 CF를 통과한 광이 화소 내부에 마련된 포토다이오드(Photo Diode:PD)에 입사하고, 광전변환됨으로써, 각 색에 대응한 신호 전하가 취득된다.
여기서, 부화소(21A, 21B, 21C, 21D) 등의 단위화소를 서로 이격하는 화소 분리층은, 화소(21)마다 마련된 콘택트(23)에 의해, 기준전위의 전위선(25)(예를 들면, 그라운드선)과 접속되어 있다. 예를 들면, 도 2A에 도시하는 배치에서는, 전위선(25)과 접속하는 콘택트(23)는, 화소(21)의 각각의 좌측(도 2A를 정대(正對)하여 본 경우)에 마련된다. 이 구성에 의하면, 화소 분리층을 기준전위에 고정함에 의해, 예를 들면, 단위화소의 각각으로부터 출력되는 신호가 셰이딩하여 버리는 것을 억제할 수 있다.
단, 콘택트(23)가 마련된 근방의 단위화소에서는, 콘택트(23)에 의해 암전류가 증가하여 버린다. 예를 들면, 도 2A에 도시하는 배치에서는, 콘택트(23)는, 화소(21)의 부화소(21A 및 21C), 및 그 화소(21)와 좌측에 인접하는 화소의 부화소로 둘러싸여진 위치에 마련된다. 따라서 도 2A에 도시하는 배치에서는, 부화소(21A, 21B, 21C, 21D)의 근방에 적어도 하나 이상의 콘택트(23)가 마련되기 때문에, 단위화소의 각각에 흐르는 암전류가 전체적으로 증대하여 버린다.
한편, 도 2B에 도시하는 배치에서는, 고체 촬상 장치가 구비하는 화소 영역(30)에서는, 복수의 부화소(31A, 31B, 31C, 31D)에 의해 화소(31)가 형성된다. 복수의 부화소(31A, 31B, 31C, 31D)는, 각각 화소 분리층(도 2B에서는, 화소 이외의 영역)에 의해 서로 이격된다.
예를 들면, 복수의 부화소(31A, 31B, 31C, 31D)는, 각각 적색의 CF가 마련되는 화소(적색 화소), 녹색의 CF가 마련되는 화소(녹색 화소), 청색의 CF가 마련되는 화소(청색 화소), 및 CF가 마련되지 않은 화소(백색 화소)라도 좋다. 복수의 부화소(31A, 31B, 31C, 31D)에서는, 각 색에 대응한 CF를 통과한 광이 화소 내부에 마련된 포토다이오드(PD)에 입사하고, 광전변환됨으로써, 각 색에 대응한 신호 전하가 취득된다.
여기서, 부화소(31A, 31B, 31C, 31D) 등의 단위화소를 서로 이격하는 화소 분리층은, 소정의 위치에 마련되는 콘택트(33)에 의해, 기준전위의 전위선(35)(예를 들면, 그라운드선)과 접속되어 있다. 예를 들면, 도 2B에 도시하는 배치에서는, 전위선(35)과 접속하는 콘택트(33)는, 화소(31)의 각각의 상측 또는 하측(도 2B를 정대하여 본 경우)에 마련된다. 즉, 도 2B에 도시하는 배치에서는, 콘택트(33)는, 화소(31)의 부화소(31A 및 31B), 및 그 화소(31)와 상측에 인접하는 화소의 부화소로 둘러싸여진 위치에 한 화소 마다 마련된다.
도 2B에 도시하는 배치에서는, 부화소(31A, 31B)의 근방에 적어도 하나 이상의 콘택트(33)가 마련되고, 부화소(31C, 31D)의 근방에는 콘택트(33)가 마련되지 않는다. 그때문에, 근방에 콘택트(33)가 마련되지 않은 부화소(31C, 31D)의 암전류는 증대하지 않지만, 근방에 적어도 하나 이상의 콘택트(33)가 마련되는 부화소(31A, 31B)의 암전류가 증대하여 버린다. 따라서 암전류가 증대하는 부화소(31A, 31B)를 포함하는 화소열에서는, 암전류에 의한 줄무늬형상의 화질 저하가 확인된 일이 있다.
본 발명자들은, 상기 사정을 감안하여, 본 개시에 관한 기술을 상도하는 데에 이르렀다. 본 개시에 관한 기술은, 단위화소의 각각을 이격하는 화소 분리층을 기준전위에 고정하는 콘택트를 소정의 화소에 마련함과 함께, 그 소정의 화소를 단위화소의 2차원 매트릭스 내에 소정의 간격으로 배치하는 것이다. 본 개시에 의하면, 고체 촬상 장치에서, 암전류의 크기 및 화소 사이 차분을 저감하는 것이 가능하다.
<1. 구성>
(1. 1. 평면 구성)
이하에서는, 도 3∼도 5를 참조하여, 본 개시의 한 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 평면 구성에 관해 설명한다. 도 3은, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치가 구비하는 화소 영역의 평면 구성을 도시하는 모식적인 설명도이다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치는, 화소 분리층(141)에 의해 영역이 구획된 복수의 제1 화소 유닛(110)을 2차원 매트릭스형상으로 배열한 화소 영역(100)을 구비한다. 화소 영역(100)에서는, 일부의 제1 화소 유닛(110)은 제2 화소 유닛(120)으로 치환되어 있다.
제1 화소 유닛(110)은, 하나의 광전변환 소자를 가지며, 그 하나의 광전변환 소자의 위의 광의 입사면에 마련된 하나의 온 칩 렌즈를 갖는다. 예를 들면, 제1 화소 유닛(110)은, 광전변환 소자로서, 제1 도전형(예를 들면, p형)의 웰(WELL) 중에 제2 도전형(예를 들면, n형)의 확산 영역이 형성된 포토다이오드를 가져도 좋다. 제1 도전형의 웰은, 제2 도전형의 확산 영역에 존재하는 전자에 대한 포텐셜 장벽으로서 기능한다. 이에 의해, 제1 도전형의 웰은, 제1 화소 유닛(110)이 구비하는 광전변환 소자의 각각을 이격하는 화소 분리층(141)로서 기능한다. 제1 화소 유닛(110)은, 온 칩 렌즈에 의해 입사광을 집광하고, 광전변환 소자에 입사하는 광량을 증가시킴으로써, 고체 촬상 장치의 감도를 향상시킬 수 있다.
제1 화소 유닛(110)은, 입사한 광을 광전변환함으로써, 화상 신호를 생성한다. 제1 화소 유닛(110)은, 규칙적으로 배열됨으로써, 화소 영역(100)을 구성하는 단위화소이고, 복수의 제1 화소 유닛(110)에 의해 고체 촬상 장치의 한 표시 단위(1픽셀)가 구성된다. 즉, 제1 화소 유닛(110)은, 화소(111)의 각 색(예를 들면, 광의 삼원색)에 대응하는 광을 검출하는 부화소로서 기능하고, 복수의 제1 화소 유닛(110)에 의해 화소(111)가 구성된다. 예를 들면, 화소(111)는, 제1 화소 유닛(110A, 110B, 110C, 110D)의 4개에 의해 구성되어도 좋다. 이때, 제1 화소 유닛(110A, 110B, 110C, 110D)은, 각각 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소 및 백색 화소로서 기능하여도 좋다.
제1 화소 유닛(110)은, 화소 영역(100)에 2차원 배열로 규칙적으로 배치된다. 구체적으로는, 제1 화소 유닛(110)은, 제1 방향과, 그 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 각각 등간격으로 배열되어도 좋다. 즉, 화소 영역(100)에서의 제1 화소 유닛(110)의 2차원 배열은, 정방형의 정점(頂点)에 대응하는 위치에 각각 제1 화소 유닛(110)이 배열된, 이른바 매트릭스형상 배열이라도 좋다. 단, 화소 영역(100)에서의 제1 화소 유닛(110)의 2차원 배열은, 상기로 한정되지 않고, 다른 배열이라도 좋다.
제2 화소 유닛(120)은, 2개의 광전변환 소자를 가지며, 그 2개의 광전변환 소자에 걸쳐서 광의 입사면에 마련된 하나의 온 칩 렌즈를 갖는다. 제2 화소 유닛(120)이 갖는 2개의 광전변환 소자는, 포토다이오드이고, 제1 화소 유닛(110)이 갖는 광전변환 소자와 같은 크기라도 좋다. 이와 같은 경우, 제2 화소 유닛(120)은, 2개의 제1 화소 유닛(110)을 치환하여, 제1 화소 유닛(110)의 2차원 배열의 내부에 마련될 수 있다.
단, 제2 화소 유닛(120)이 갖는 2개의 광전변환 소자는, 제1 화소 유닛(110)이 갖는 광전변환 소자보다도 작아도 좋다. 즉, 제2 화소 유닛(120)이 갖는 화소 하나의 평면 면적은, 제1 화소 유닛(110)이 갖는 화소 하나의 평면 면적보다도 작아도 좋다. 예를 들면, 제2 화소 유닛(120)의 전체의 평면 면적은, 제1 화소 유닛(110)의 평면 면적과 같아도 좋다.
제2 화소 유닛(120)은, 동분할(瞳分割) 위상차 오토 포커스를 이용한 거리측정 화소로서 기능한다. 구체적으로는, 제2 화소 유닛(120)에서는, 예를 들면, 온 칩 렌즈의 좌측부터 입사한 광속이 좌측의 화소에서 광전변환되고, 온 칩 렌즈의 우측부터 입사한 광속이 우측의 화소에서 광전변환된다. 이때, 제2 화소 유닛(120)의 좌측의 화소로부터의 출력과, 제2 화소 유닛(120)의 우측의 화소로부터의 출력은, 2개의 화소의 배열 방향에 따라 어긋남량(시프트량이라고도 한다)이 생긴다. 2개의 화소 출력의 시프트량은, 촬상면의 초점면에 대한 디포커스량의 함수이기 때문에, 제2 화소 유닛(120)은, 2개의 화소로부터의 출력을 비교함으로써, 디포커스량 또는 촬상면까지의 거리를 측정할 수 있다.
또한, 제2 화소 유닛(120)은, 온 칩 렌즈의 좌측부터 입사한 광속과, 온 칩 렌즈의 우측부터 입사한 광속을 보다 명확하게 분할하기 위해, 좌측 및 우측의 화소에 입사하는 광을 각 화소의 다른 영역에서 차폐하는 차폐막을 구비하고 있어도 좋다. 예를 들면, 제2 화소 유닛(120)은, 2개의 화소상에 걸쳐서 마련된 하나의 온 칩 렌즈, 및 차광막의 쌍방을 이용함으로써, 동분할하는 거리측정 화소라도 좋다.
제2 화소 유닛(120)에서 광전변환된 신호는, 거리측정 또는 오토 포커스에 이용된다. 그때문에, 제2 화소 유닛(120)이 갖는 2개의 화소가 구비하는 컬러 필터의 색은, 어느 것이라도 좋다. 즉, 제2 화소 유닛(120)이 갖는 2개의 화소는, 각각 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소 및 백색 화소의 어느 것이라도 좋다. 단, 제2 화소 유닛(120)은, 컬러 필터에 의해 생기는 광의 손실이 적고, 광전변환 소자에 입사하는 광이 보다 많은 녹색 화소 또는 백색 화소를 이용함으로써, 거리측정 또는 오토 포커스의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 제2 화소 유닛(120)부터 출력되는 신호의 크기는, 제1 화소 유닛(110)부터 출력되는 신호의 크기보다도 커도 좋다. 후술하는 바와 같이, 제2 화소 유닛(120)은, 거리측정 화소로서 기능하기 때문에, 제2 화소 유닛(120)부터 출력되는 신호를 보다 크게 함으로써, 보다 확실하게 거리측정을 행할 수가 있다.
상기 실시 형태에서는, 제2 화소 유닛(120)은, 2개의 광전변환 소자를 가지며, 그 2개의 광전변환 소자에 걸쳐서 광의 입사면에 마련된 하나의 온 칩 렌즈를 갖는다고 하여 설명하였지만, 본 개시에 관한 기술은, 상기로 한정되지 않는다. 예를 들면, 제2 화소 유닛(120)은, 차광막에 의한 동분할을 이용함으로써 디포커스량을 검출 가능한 거리측정용의 화소 유닛, 하나의 단위화소를 2개의 광전변환 소자로 구성함으로써 화상 신호의 생성 및 거리측정의 쌍방의 기능을 실행 가능한 유닛 등이라도 좋다.
또한, 제2 화소 유닛(120)은, 2개의 광전변환 소자와, 그 2개의 광전변환 소자에 걸쳐서 광의 입사면에 마련된 하나의 온 칩 렌즈와의 조합을 2개 이상 구비하고 있어도 좋다. 이 구성에 의하면, 제2 화소 유닛(120)은, 다양한 형상의 촬상 대상에 대해, 보다 정확하게 거리측정을 행하는 것이 가능하다.
제2 화소 유닛(120)은, 제1 화소 유닛(110)이 배열된 2차원 매트릭스형상 배열의 내부에, 2개의 제1 화소 유닛(110)을 치환하여 마련된다. 예를 들면, 제2 화소 유닛(120)은, 2개×4개의 합계 8개의 제1 화소 유닛(110)이 배열된 영역 내에, 적어도 하나 이상 마련되어 있어도 좋다. 또는, 제2 화소 유닛(120)은, 4개 사방의 합계 16개의 제1 화소 유닛(110)이 배열된 영역 내에, 적어도 하나 이상 마련되어 있어도 좋고, 8개 사방의 합계 64개의 제1 화소 유닛(110)이 배열된 영역 내에, 적어도 하나 이상 마련되어 있어도 좋다.
화소 분리층(141)은, 제1 화소 유닛(110) 및 제2 화소 유닛(120)이 갖는 광전변환 소자의 각각에서 생성되는 전자에 대한 포텐셜 장벽을 형성한다. 이에 의해, 화소 분리층(141)은, 광전변환 소자의 각각을 서로 이격할 수 있다. 구체적으로는, 화소 분리층(141)은, 광전변환 소자의 제2 도전형(예를 들면, n형)의 확산 영역의 사이에 마련된, 제1 도전형 불순물(예를 들면, p형)을 포함하는 반도체층이라도 좋다. 따라서 화소 분리층(141)은, 단위화소에서 수광부가 되는 제2 도전형의 확산 영역을 서로 이격함으로써, 단위화소끼리를 이격한다.
콘택트(123)는, 화소 분리층(141)을 기준전위의 전위선(예를 들면, 그라운드선)에 접속함으로써, 화소 분리층(141)의 전위를 기준전위에 고정한다. 콘택트(123)는, 예를 들면, 임의의 금속재료로 형성할 수 있다. 콘택트(123)는, 예를 들면, 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 등의 금속, 또는 이들 금속의 합금 또는 화합물로 형성되어도 좋다.
구체적으로는, 콘택트(123)는, 제2 화소 유닛(120)이 마련된 영역 내 또는 그 영역에 인접하는 화소 분리층(141)의 아래에 마련되고, 화소 분리층(141)을 그라운드선 등에 접속한다. 예를 들면, 콘택트(123)는, 제2 화소 유닛(120)이 마련된 사각형 영역의 어느 하나의 정점에 인접하는 화소 분리층(141)의 아래에 마련되어도 좋다. 도 3에서 도시하는 구성에서는, 콘택트(123)는, 제2 화소 유닛(120)이 마련된 사각형 영역의 장변(長邊)을 끼우는 정점에 인접하는 화소 분리층(141)의 아래에 각각 마련된다.
콘택트(123)는, 제2 화소 유닛(120)이 마련된 영역 내 또는 그 영역에 인접하는 화소 분리층(141)의 아래에 적어도 하나 이상 마련되어 있으면 좋다. 콘택트(123)의 수의 상한은 특히 한정되지 않는데, 3개∼4개 정도로 하여도 좋다.
본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치에서는, 콘택트(123)는, 거리측정에 사용되는 제2 화소 유닛(120)의 근방에 마련된다. 콘택트(123)의 주위에 마련된 단위화소에서는 암전류가 증가하여 버리지만, 제2 화소 유닛(120)으로부터의 출력은 촬상 화상의 화소 신호로서 사용되지 않기 때문에, 콘택트(123)를 마련함에 의한 촬상 화상에의 영향을 방지할 수 있다.
또한, 제2 화소 유닛(120)은, 상술한 바와 같이, 제1 화소 유닛(110)이 배열된 2차원 매트릭스 배열의 일부에 마련된다. 따라서 콘택트(123)를 제2 화소 유닛(120)의 내부 영역 또는 인접 영역에 마련함에 의해, 화소 영역(100) 내에 마련된 콘택트(123)의 총수를 저감하고, 화소 영역(100) 전체에서 흐르는 암전류의 총량을 저감할 수 있다.
여기서, 도 4를 참조하여, 화소 분리층(141)과 접속되는 기준전위의 전위선의 배치에 관해 설명한다. 도 4는, 화소 영역(100)의 각 단위화소에 대한 기준전위의 전위선의 배치를 설명하는 모식적인 평면도이다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 기준전위를 제공하는 그라운드선(125)은, 규칙적으로 배열된 제1 화소 유닛(110)의 사이에 연설(延設)되어도 좋다. 또한, 그라운드선(125)의 각각은, 동일 방향으로 연설되어도 좋다. 예를 들면, 그라운드선(125)은, 제2 화소 유닛(120)을 끼우도록, 제1 화소 유닛(110)의 사이를 하나 걸러서 연설되어도 좋다. 단, 그라운드선(125)은, 콘택트(123)가 마련된 위치에 맞추어서 연설된다. 따라서 그라운드선(125)의 배치는, 도 4에서 도시한 구성으로 한정되지 않는다. 그라운드선(125)의 연설 방향 및 연설 간격은, 콘택트(123)의 위치에 응하여 적절히 변경되어도 좋다.
계속해서, 도 5를 참조하여, 화소 영역(100)의 보다 넓은 범위에서의 제2 화소 유닛(120)의 배치에 관해 설명한다. 도 5는, 도 3의 화소 영역(100)의 보다 넓은 범위에서의 제2 화소 유닛(120)의 배치를 설명하는 모식적인 평면도이다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 주위에 콘택트(123)가 마련된 제2 화소 유닛(120)은, 제1 화소 유닛(110)이 배열되는 제1 방향의 적어도 일렬에서, 소정의 간격으로 배치될 수 있다. 구체적으로는, 제2 화소 유닛(120)은, 제1 화소 유닛(110)이 배열되는 제1 방향의 일렬에서, 소정 수의 제1 화소 유닛(110)을 사이에 두고 주기적으로 배치되어도 좋다. 예를 들면, 제2 화소 유닛(120)은, 제1 화소 유닛(110)의 2차원 매트릭스형상 배열에서, 매트릭스의 행방향으로 주기적으로 배치되어 있어도 좋다.
또한, 주위에 콘택트(123)가 마련된 제2 화소 유닛(120)은, 또한 제1 방향과 직교하는 제2 방향의 적어도 일렬에서, 소정의 간격으로 배치되어도 좋다. 구체적으로는, 제2 화소 유닛(120)은, 제1 방향과 직교하는 제2 방향의 일렬에서, 소정의 수의 제1 화소 유닛(110)을 사이에 두고 주기적으로 배치되어도 좋다. 예를 들면, 제2 화소 유닛(120)은, 제1 화소 유닛(110)의 2차원 매트릭스형상 배열에서, 매트릭스의 열방향으로 주기적으로 배치되어 있어도 좋다.
단, 제2 화소 유닛(120)의 배치는, 화소 영역(100) 전역(全域)에서 주기적이 아니라도 좋다. 제2 화소 유닛(120) 및 콘택트(123)의 배치는, 제1 방향 또는 제2 방향의 어느 하나로 연신하는 적어도 1렬의 일부 또는 전부에, 주기적이면 좋다. 또한, 제2 화소 유닛(120)의 배치의 주기성은, 화소 영역(100)의 영역마다 변경되어도 좋다. 예를 들면, 콘택트(123)를 포함하는 제2 화소 유닛(120)의 배치의 주기성은, 화소 영역(100)의 중앙부와, 화소 영역(100)의 주연부에서 변경되어도 좋다.
더하여, 주위에 콘택트(123)가 마련된 제2 화소 유닛(120)은, 제1 방향 또는 제2 방향 등의 소정의 방향이 아니라, 소정의 영역 내에서 주기적으로 배치되어 있어도 좋다. 예를 들면, 콘택트(123)를 포함하는 제2 화소 유닛(120)은, 소정의 영역 내에서, 소정의 제1 화소 유닛(110)을 중심점으로 하는 점대칭의 위치에 배치되어도 좋다.
이에 의하면, 콘택트(123) 및 제2 화소 유닛(120)은, 화소 영역(100) 전체에 같은 밀도(密度)로 배치될 수 있기 때문에, 고체 촬상 장치는, 화소 영역(100) 전체에 균일한 화상을 얻을 수 있다.
또한, 제1 화소 유닛(110)에서 생성되는 화소 신호에서, 콘택트(123)에 의한 암전류의 영향을 보정하기 위해서는, 차광막에 의해 촬상 대상부터의 광이 차폐된 제1 화소 유닛(110)을 포함하는 차광 영역을 화소 영역(100)의 일부 또는 외부에 형성하면 좋다.
예를 들면, 화소 영역(100)에는, 촬상 대상부터의 광이 입사하는 유효 영역과, 촬상 대상부터의 광이 차광막에 의해 차폐된 차폐 영역이 마련되고, 유효 영역 및 차광 영역의 각각에 제1 화소 유닛(110) 및 상기 제2 화소 유닛(120)이 마련되어도 좋다. 차광 영역에서는, 촬상 대상부터의 광이 차폐되어 있기 때문에, 차광 영역에 마련된 제1 화소 유닛(110) 또는 제2 화소 유닛(120)부터의 화소 신호는, 암전류에 의거한 신호가 된다. 따라서 유효 영역에 마련된 제1 화소 유닛(110) 및 제2 화소 유닛(120)의 신호 출력으로부터, 차폐 영역에 마련된 대응하는 제1 화소 유닛(110) 및 제2 화소 유닛(120)의 신호 출력을 공제함으로써, 암전류에 의한 영향을 제거한 화소 신호를 생성할 수 있다.
(1. 2. 단면(斷面) 구성)
다음에, 도 6A 및 도 6B를 참조하여, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 단면 구성에 관해 설명한다. 도 6A는, 도 3에 도시하는 화소 영역을 A-AA면으로 절단한 모식적인 단면도이고, 도 6B는, 도 3에 도시하는 화소 영역을 B-BB면으로 절단한 모식적인 단면도이다.
도 6A 및 도 6B에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 장치는, 제1 층간막(131)과, 화소 분리층(141)과, 광전변환 소자(143)와, 제2 층간막(133)과, 화소 사이 차광막(150)과, 청색 필터(151B) 및 녹색 필터(151G)와, 제3 층간막(135)과, 제1 온 칩 렌즈(161)와, 제2 온 칩 렌즈(162)를 구비한다.
제1 층간막(131)은, 내부에 각종 배선이 마련된 절연막이다. 예를 들면, 제1 층간막(131)에는, 기준전위에 접속된 그라운드선(125)과, 그라운드선(125)과 화소 분리층(141)을 접속하는 콘택트(123)가 마련된다. 또한, 제1 층간막(131)의 아래에는, 도시하지 않은 반도체 기판이 첩합(貼合)되고, 각종 배선은, 반도체 기판에 형성된 각종 트랜지스터의 단자에 접속되어도 좋다. 제1 층간막(131)은, 예를 들면, 실리콘산화물(SiOx), 실리콘질화물(SiNx) 또는 실리콘산질화물(SiON) 등의 무기산질화물로 형성되어도 좋다.
그라운드선(125)은, 예를 들면, 고체 촬상 장치가 구비되는 전자 기기의 몸체, 또는 어스선 등에 전기적으로 접속됨으로써, 기준전위를 제공하는 배선이다. 그라운드선(125)은, 예를 들면, 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 등의 금속, 또는 이들 금속의 합금 등으로 형성되어도 좋다.
콘택트(123)는, 화소 분리층(141)을 그라운드선(125)에 접속하는 비아이다. 화소 분리층(141)은, 콘택트(123)에 의해 기준전위에 고정화된다. 콘택트(123)는, 예를 들면, 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 등의 금속, 또는 이들 금속의 합금 등으로 형성되어도 좋다.
화소 분리층(141) 및 광전변환 소자(143)는, 제1 층간막(131)의 위에 마련된다. 광전변환 소자(143)는, 화소 분리층(141)에 의해 평면적으로 둘러싸임에 의해, 서로 이격된다. 광전변환 소자(143)는, 예를 들면, pn 접합을 갖는 포토다이오드이다. 광전변환 소자(143)의 제2 도전형(예를 들면, n형) 반도체에서 생성된 전자는, 전하 신호로서 취출되고, 광전변환 소자(143)의 제1 도전형(예를 들면, p형) 반도체에 생성된 정공은, 예를 들면, 그라운드선(125) 등에 배출된다. 화소 분리층(141)은, 예를 들면, 제1 도전형(예를 들면, p형)의 반도체층이고, 광전변환 소자(143)를 서로 이격한다. 구체적으로는, 화소 분리층(141)은, 제1 도전형(예를 들면, p형)의 반도체 기판이고, 광전변환 소자(143)는, 제1 도전형(예를 들면, p형)의 반도체 기판에 마련된 포토다이오드라도 좋다.
제2 층간막(133)은, 화소 분리층(141) 및 광전변환 소자(143)의 위에 마련되고, 청색 필터(151B) 및 녹색 필터(151G)가 마련되는 면을 평탄화한다. 제2 층간막(133)은, 투명한 무기산질화물로 형성되어도 좋고, 예를 들면, 산화실리콘(SiOx), 질화실리콘(SiNx), 산질화실리콘(SiON), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티탄(TiO2) 등으로 형성되어도 좋다.
청색 필터(151B) 및 녹색 필터(151G)는, 광전변환 소자(143)의 각각에 대응한 배열에서, 제2 층간막(133)의 위에 마련된다. 구체적으로는, 청색 필터(151B) 및 녹색 필터(151G)는, 하나의 광전변환 소자(143)의 위에, 하나의 청색 필터(151B) 또는 녹색 필터(151G)가 마련되는 배열로 마련된다. 청색 필터(151B) 및 녹색 필터(151G)는, 예를 들면, 녹색 또는 청색의 어느 하나의 색에 대응하는 파장대역의 광을 투과시키는 청색 화소용 또는 녹색 화소용의 컬러 필터이다. 또한, 청색 필터(151B) 및 녹색 필터(151G)는, 단위화소의 배치에 따라서는, 적색 화소용의 적색 필터, 또는 백색 화소용의 투명 필터일 수도 있을 수 있다. 청색 필터(151B) 및 녹색 필터(151G)를 통과한 광이 광전변환 소자(143)에 입사함으로써, 컬러 필터에 대응한 색의 화상 신호가 취득된다.
화소 사이 차광막(150)은, 화소 분리층(141)에 대응한 배치에서, 제2 층간막(133)의 위에 마련된다. 구체적으로는, 화소 사이 차광막(150)은, 광전변환 소자(143) 사이의 화소 분리층(141)의 위에 마련되고, 고체 촬상 장치의 내부에서 반사한 미광 등이 인접하는 광전변환 소자(143)에 입사하는 것을 억제한다. 이와 같은 화소 사이 차광막(150)은, 블랙 매트릭스라고도 칭하여진다. 화소 사이 차광막(150)은, 예를 들면, 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 크롬(Cr) 또는 그라파이트 등의 차광성을 갖는 재료로 형성할 수 있다.
제3 층간막(135)은, 청색 필터(151B) 및 녹색 필터(151G)의 위에 마련되고, 청색 필터(151B) 및 녹색 필터(151G) 등의 하층의 구성을 외부 환경부터 보호하는 보호막으로서 기능한다. 제3 층간막(135)은, 투명한 무기산질화물로 형성되어도 좋고, 예를 들면, 산화실리콘(SiOx), 질화실리콘(SiNx), 산질화실리콘(SiON), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티탄(TiO2) 등으로 형성되어도 좋다.
제1 온 칩 렌즈(161) 및 제2 온 칩 렌즈(162)는, 청색 필터(151B) 및 녹색 필터(151G)에 대응한 배치로, 제3 층간막(135)의 위에 마련된다. 구체적으로는, 제1 온 칩 렌즈(161)는, 하나의 청색 필터(151B) 또는 녹색 필터(151G)의 위에, 하나의 제1 온 칩 렌즈(161)가 마련되도록 배치된다. 즉, 제1 온 칩 렌즈(161)는, 하나의 단위화소의 위에 하나의 온 칩 렌즈가 마련되도록 배치되어, 제1 화소 유닛(110)을 구성한다. 한편, 제2 온 칩 렌즈(162)는, 2개의 청색 필터(151B) 또는 녹색 필터(151G)의 위에, 하나의 제2 온 칩 렌즈(162)가 마련되도록 배치된다. 즉, 제2 온 칩 렌즈(162)는, 2개의 단위화소의 위에 하나의 온 칩 렌즈가 마련되도록 배치되어, 제2 화소 유닛(120)을 구성한다. 제1 온 칩 렌즈(161) 및 제2 온 칩 렌즈(162)는, 청색 필터(151B) 및 녹색 필터(151G)를 통하여 광전변환 소자(143)에 입사하는 광을 집광하고, 광전변환 효율을 향상시킴으로써, 고체 촬상 장치의 감도를 향상시킬 수 있다.
이와 같은 고체 촬상 장치에서는, 화소 영역(100)에서, 광전변환 소자(143)의 각각을 이격하는 화소 분리층(141)을 기준전위에 고정화하는 콘택트(123)를 적절한 밀도로 배치하여, 암전류의 총량을 저감할 수 있다. 또한, 콘택트(123)의 주위에서 증대하는 암전류가 촬상 화상의 화질에 주는 영향을 저감할 수 있다.
<2. 변형례>
(2. 1. 제1의 변형례)
다음에, 도 7∼도 10을 참조하여, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제1의 변형례에 관해 설명한다. 제1의 변형례에 관한 고체 촬상 장치는, 제2 화소 유닛(120)의 내부 영역 또는 인접 영역의 화소 분리층(141)의 아래에 마련된 콘택트의 수가 하나인 경우의 변형례이다.
도 7은, 제1의 변형례에 관한 고체 촬상 장치가 구비하는 화소 영역의 평면 구성의 한 예를 도시하는 모식적인 설명도이고, 도 8은, 도 7의 화소 영역(100A)의 보다 넓은 범위에서의 제2 화소 유닛(120)의 배치를 설명하는 모식적인 평면도이다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 제1의 변형례의 한 예에 관한 화소 영역(100A)에서는, 화소 분리층(141)에 의해 영역이 구획된 복수의 제1 화소 유닛(110)이 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 있다. 예를 들면, 제1 화소 유닛(110A, 110B, 110C, 110D)이 부화소로서 기능함으로써, 하나의 화소(111)가 구성되어 있다. 또한, 화소 영역(100)에서는, 일부의 제1 화소 유닛(110)은 제2 화소 유닛(120)으로 치환되어 있다. 제1 화소 유닛(110), 제2 화소 유닛(120) 및 화소 분리층(141)의 구성은, 상기에서 설명한 구성과 실질적으로 같기 때문에, 여기서의 설명은 생략한다.
여기서, 제1의 변형례의 한 예에 관한 화소 영역(100A)에서는, 콘택트(123)는, 제2 화소 유닛(120)이 마련된 영역 내 또는 그 영역에 인접하는 화소 분리층(141)의 아래에 하나 마련되고, 화소 분리층(141)을 그라운드선 등에 접속한다. 구체적으로는, 콘택트(123)는, 제2 화소 유닛(120)이 마련된 사각형 영역의 장변을 구성하는 일방의 정점에 인접하는 화소 분리층(141)의 아래에 마련된다.
또한, 도 8에 도시하는 바와 같이, 주위에 콘택트(123)가하나개 마련된 제2 화소 유닛(120)은, 제1 화소 유닛(110)이 배열되는 제1 방향의 적어도 일렬에서, 소정의 간격으로 배치되어도 좋다. 예를 들면, 제2 화소 유닛(120)은, 제1 화소 유닛(110)의 2차원 매트릭스형상 배열에서, 매트릭스의 행방향으로 주기적으로 배치되어 있어도 좋다. 또한, 제2 화소 유닛(120)은, 또한 제1 방향과 직교하는 제2 방향의 적어도 일렬에서, 소정의 간격으로 배치되어도 좋다. 예를 들면, 제2 화소 유닛(120)은, 제1 화소 유닛(110)의 2차원 매트릭스형상 배열에서, 매트릭스의 열방향으로 주기적으로 배치되어 있어도 좋다.
단, 제2 화소 유닛(120) 및 콘택트(123)의 배치는, 화소 영역(100A) 전역에서 주기적이 아니라도 좋다. 제2 화소 유닛(120) 및 콘택트(123)의 배치는, 제1 방향 또는 제2 방향의 어느 하나로 연신하는 적어도 일렬의 일부 또는 전부에, 주기적이면 좋다. 또한, 제2 화소 유닛(120)의 배치의 주기성은, 화소 영역(100A)의 영역마다 변경되어도 좋다.
도 9는, 제1의 변형례에 관한 고체 촬상 장치가 구비하는 화소 영역의 평면 구성의 다른 예를 도시하는 모식적인 설명도이고, 도 10은, 도 9의 화소 영역(100B)의 보다 넓은 범위에서의 제2 화소 유닛(120)의 배치를 설명하는 모식적인 평면도이다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 제1의 변형례의 다른 예에 관한 화소 영역(100B)에서는, 화소 분리층(141)에 의해 영역이 구획된 복수의 제1 화소 유닛(110)이 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 있다. 예를 들면, 제1 화소 유닛(110A, 110B, 110C, 110D)이 부화소로서 기능함으로써, 하나의 화소(111)가 구성되어 있다. 또한, 화소 영역(100)에서는, 일부의 제1 화소 유닛(110)은 제2 화소 유닛(120)으로 치환되어 있다. 제1 화소 유닛(110), 제2 화소 유닛(120) 및 화소 분리층(141)의 구성은, 상기에서 설명한 구성과 실질적으로 같기 때문에, 여기서의 설명은 생략한다.
여기서, 제1의 변형례의 다른 예에 관한 화소 영역(100B)에서는, 콘택트(123)는, 제2 화소 유닛(120)이 마련된 영역 내 또는 그 영역에 인접하는 화소 분리층(141)의 아래에 하나 마련되고, 화소 분리층(141)을 그라운드선 등에 접속한다. 구체적으로는, 콘택트(123)는, 제2 화소 유닛(120)이 마련된 사각형 영역의 장변을 구성하는 일방의 정점에 인접하는 화소 분리층(141)의 아래에 마련된다.
또한, 도 10에 도시하는 바와 같이, 주위에 콘택트(123)가 하나 마련된 제2 화소 유닛(120)은, 제1 화소 유닛(110)이 배열되는 제1 방향의 적어도 일렬에서, 소정의 간격으로 배치되어도 좋다. 예를 들면, 제2 화소 유닛(120)은, 제1 화소 유닛(110)의 2차원 매트릭스형상 배열에서, 매트릭스의 행방향으로 주기적으로 배치되어 있어도 좋다. 또한, 제2 화소 유닛(120)은, 또한 제1 방향과 직교하는 제2 방향의 적어도 일렬에서, 소정의 간격으로 배치되어도 좋다. 예를 들면, 제2 화소 유닛(120)은, 제1 화소 유닛(110)의 2차원 매트릭스형상 배열에서, 매트릭스의 열방향으로 주기적으로 배치되어 있어도 좋다.
단, 제2 화소 유닛(120) 및 콘택트(123)의 배치는, 화소 영역(100B) 전역에서 주기적이 아니라도 좋다. 제2 화소 유닛(120) 및 콘택트(123)의 배치는, 제1 방향 또는 제2 방향의 어느 하나로 연신하는 적어도 일렬의 일부 또는 전부에, 주기적이면 좋다. 또한, 제2 화소 유닛(120)의 배치의 주기성은, 화소 영역(100B)의 영역마다 변경되어도 좋다.
제1의 변형례에 관한 고체 촬상 장치에 의하면, 광전변환 소자(143)의 각각을 이격하는 화소 분리층(141)을 기준전위에 고정화하는 콘택트(123)를 적절한 밀도로 배치하고, 암전류의 총량을 저감할 수 있다. 또한, 제1의 변형례에 관한 고체 촬상 장치에 의하면, 콘택트(123)의 주위에서 증대하는 암전류가 촬상 화상의 화질에 주는 영향을 보다 저감할 수 있다.
(2. 2. 제2의 변형례)
계속해서, 도 11A∼도 12를 참조하여, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제2의 변형례에 관해 설명한다. 제2의 변형례에 관한 고체 촬상 장치는, 제2 화소 유닛(120)의 내부 영역 또는 인접 영역의 화소 분리층(141)의 아래에 마련된 콘택트(123)의 위치의 베리에이션을 나타내는 변형례이다.
도 11A∼도 11C는, 콘택트가 마련된 위치의 베리에이션을 나타내기 위해, 화소 영역의 제2 화소 유닛이 마련된 근방을 확대하여 도시한 설명도이다.
도 11A에 도시하는 바와 같이, 화소 분리층(141)을 그라운드선 등에 접속하는 콘택트(123)는, 제2 화소 유닛(120)이 마련된 사각형 영역의 어느 하나의 정점에 인접하는 화소 분리층(141)의 아래에 마련되어도 좋다. 제2 화소 유닛(120)이 마련된 사각형 영역의 정점에 인접하는 영역은, 제1 화소 유닛(110)(제1 화소 유닛(110A, 110B, 110C, 110D)) 및 제2 화소 유닛(120)의 광전변환 소자를 서로 이격하는 화소 분리층(141)의 교점(交點)이 된다. 이에 의하면, 화소 분리층(141)의 교점에 콘택트(123)를 마련함에 의해, 콘택트(123)를 형성할 때의 화소 분리층(141)과의 위치맞춤 오차의 허용량을 확대할 수 있다. 따라서 화소 분리층(141)과 접속된 콘택트(123)를 보다 용이하게 형성하는 것이 가능해진다.
도 11B에 도시하는 바와 같이, 화소 분리층(141)을 그라운드선 등에 접속하는 콘택트(123)는, 제2 화소 유닛(120)이 마련된 사각형 영역의 장변에 인접하는 화소 분리층(141)의 아래에 마련되어도 좋다. 제2 화소 유닛(120)이 마련된 사각형 영역의 장변에 인접하는 화소 분리층(141)에 콘택트(123)가 마련된 경우, 제1 화소 유닛(110A, 110B, 110C, 110D)과, 콘택트(123)를 보다 떨어진 배치로 하는 것이 가능해진다. 따라서 제1 화소 유닛(110A, 110B, 110C, 110D)에서의 , 콘택트(123)의 형성에 의한 암전류의 증가량을 저감할 수 있다. 이에 의하면, 제1 화소 유닛(110A, 110B, 110C, 110D)에서 구성되고, 제2 화소 유닛(120)에 인접하는 화소(111)의 화상 신호의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 11C에 도시하는 바와 같이, 화소 분리층(141)을 그라운드선 등에 접속하는 콘택트(123)는, 제2 화소 유닛(120)이 마련된 사각형 영역의 단변에 인접하는 화소 분리층(141)의 아래에 마련되어도 좋다. 제2 화소 유닛(120)이 마련된 사각형 영역의 단변에 인접하는 화소 분리층(141)에 콘택트(123)가 마련된 경우, 제1 화소 유닛(110C, 110D)과, 콘택트(123)를 보다 떨어진 배치로 하는 것이 가능해진다. 따라서 제1 화소 유닛(110C, 110D)에서, 콘택트(123)의 형성에 의한 암전류의 증가량을 저감할 수 있다. 제1 화소 유닛(110C, 110D)이 암전류의 영향을 받기 쉬운 화소인 경우, 이와 같은 구성에 의해, 제1 화소 유닛(110C, 110D)의 화상 신호의 품질을 향상시켜도 좋다.
또한, 도 12를 참조하여 설명하는 바와 같이, 콘택트(123)는, 화소 분리층(141)의 폭방향에서 제2 화소 유닛(120)에 보다 가까운 위치에 형성되어도 좋다. 도 12는, 도 3에 도시하는 화소 영역을 A-AA면으로 절단한 단면 구조에서, 콘택트의 위치의 베리에이션을 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 12에 도시하는 바와 같이, 콘택트(123)는, 화소 분리층(141)의 폭방향에서, 보다 제2 화소 유닛(120)의 중심에 가까운 위치에 형성되어도 좋다. 이와 같은 경우, 콘택트(123)와, 주위의 제1 화소 유닛(110)의 거리를 보다 떨어뜨릴 수 있기 때문에, 콘택트(123)를 형성함에 의한 제1 화소 유닛(110)의 암전류의 증대를 억제할 수 있다. 또한, 도 12에 도시하는 구조에서는, 콘택트(123)는, 제2 화소 유닛(120)이 마련된 영역의 내부에 형성되게 된다.
여기서, 도 12에 도시하는 바와 같이, 광전변환 소자(143)는, 청색 필터(151B) 또는 녹색 필터(151G)가 마련된 영역 전부에 마련되지 않아도 좋다. 이것은, 청색 필터(151B) 또는 녹색 필터(151G)가 마련된 영역 전부에 걸쳐서 광전변환 소자(143)가 마련된 경우, 화소 분리층(141)에 의한 광전변환 소자(143)의 이격이 충분히 기능하지 않을 가능성이 있기 때문이다. 또한, 광전변환 소자(143)에 입사하는 광은, 제1 온 칩 렌즈(161) 또는 제2 온 칩 렌즈(162)에 의해 집광되기 때문에, 광전변환 소자(143)는 광전변환에 충분한 크기라면 좋다.
(2. 3. 제3의 변형례)
또한, 도 13A 및 도 13B를 참조하여, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제3의 변형례에 관해 설명한다. 제3의 변형례에 관한 고체 촬상 장치는, 화소 분리층(141)의 내부에 절연층이 마련됨으로써, 광전변환 소자의 각각의 전기적 절연성을 높인 변형례이다.
도 13A는, 제3의 변형례에서, 도 3에 도시하는 화소 영역을 A-AA면으로 절단한 모식적인 단면도이고, 도 13B는, 제3의 변형례에서, 도 3에 도시하는 화소 영역을 B-BB면으로 절단한 모식적인 단면도이다.
도 13A 및 도 13B에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 장치는, 제1 층간막(131)과, 화소 분리층(141)과, 화소 절연층(170)과, 광전변환 소자(143)와, 화소 사이 차광막(150)과, 청색 필터(151B) 및 녹색 필터(151G)와, 제3 층간막(135)과, 제1 온 칩 렌즈(161)와, 제2 온 칩 렌즈(162)를 구비한다. 화소 절연층(170) 이외의 다른 구성에 관해서는, 도 6A 및 도 6B를 참조하여 설명한 구성과 실질적으로 같기 때문에, 여기서의 설명은 생략한다.
화소 절연층(170)은, 화소 분리층(141) 및 광전변환 소자(143)의 위에 마련되고, 또한 화소 분리층(141)의 위로부터 고체 촬상 장치의 내부를 향하여 깊이 방향으로 마련된다. 구체적으로는, 화소 절연층(170)은, 화소 분리층(141)의 청색 필터(151B) 및 녹색 필터(151G)측부터 제1 층간막(131)측을 향하여 거의 수직하게 마련된 개구에 절연 재료를 매입함으로써 마련되어도 좋다. 화소 절연층(170)은, 절연 재료로 형성되기 때문에, 각 화소가 구비하는 광전변환 소자(143)의 각각을 전기적으로 절연함으로써, 광전변환 소자(143)의 각각을 보다 확실하게 분리할 수 있다.
화소 절연층(170)은, 예를 들면, 화소 분리층(141)의 소정의 영역을 에칭 등으로 제거한 후, 에칭에 형성된 개구를 절연 재료로 매입하고, 표면을 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 등으로 표면을 평탄화함으로써 형성할 수 있다. 화소 절연층(170)을 형성한 절연 재료로서는, 예를 들면, 산화실리콘(SiOx), 질화실리콘(SiNx) 또는 산질화실리콘(SiON) 등을 이용할 수 있다.
<3. 제조 방법>
여기서, 도 14A∼도 14D를 참조하여, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법에 관해 설명한다. 도 14A∼도 14D는, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법의 한 공정을 설명하는 모식적인 단면도이다.
우선, 도 14A에 도시하는 바와 같이, 실리콘 등으로 형성된 반도체 기판에 도전형 불순물을 도입함으로써, 화소 분리층(141) 및 광전변환 소자(143)를 형성한다. 예를 들면, 이온 주입 등을 이용하여, 실리콘 기판에 제1 도전형 불순물(예를 들면, 붕소 또는 알루미늄 등의 p형 불순물)을 도입함으로써, 화소 분리층(141)을 형성한다. 계속해서, 이온 주입 등을 이용하여, 실리콘 기판에 제2 도전형 불순물(예를 들면, 인 또는 비소 등의 n형 불순물)을 도입함으로써, 광전변환 소자(143)를 형성한다. 광전변환 소자(143) 및 화소 분리층(141)의 각각의 배치는, 각 화소의 배치를 고려함으로써 결정된다.
계속해서, 도 14B에 도시하는 바와 같이, 화소 분리층(141) 및 광전변환 소자(143)를 형성한 반도체 기판의 일면에, 콘택트(123) 및 그라운드선(125)을 포함하는 제1 층간막(131)을 형성한다. 구체적으로는, CVD(Chemical Vapor Deposition) 등에 의한 절연층의 성막, 및 스퍼터 등에 의한 배선의 형성을 반복함으로써, 화소 분리층(141) 및 광전변환 소자(143)를 형성한 반도체 기판의 위에 제1 층간막(131)을 형성한다. 또한, 소정의 위치에 화소 분리층(141)과 접속하는 콘택트(123), 및 콘택트(123)와 접속하는 그라운드선(125)을 제1 층간막(131)의 내부에 형성한다. 또한, 그라운드선(125)은, 예를 들면, 외부에 인출한 패드 등을 통하여, 기준전위와 접속된다. 이에 의해, 콘택트(123) 및 그라운드선(125)은, 화소 분리층(141)을 기준전위에 고정하는 것이 가능해진다. 또한, 콘택트(123)를 형성하는 위치에 관해서는, 상술한 바와 같기 때문에, 여기서의 상세한 설명은 생략한다. 또한, 제1 층간막(131), 콘택트(123) 및 그라운드선(125)을 형성하는 재료에 과해서도 상술한 바와 같기 때문에, 여기서의 상세한 설명은 생략한다.
다음에, 도 14C에 도시하는 바와 같이, 화소 분리층(141) 및 광전변환 소자(143)를 형성한 반도체 기판의 타면에 제2 층간막(133)을 형성한 후, 제2 층간막(133)의 위에 화소 사이 차광막(150), 청색 필터(151B) 및 녹색 필터(151G)를 형성한다. 구체적으로는, 우선, 제1 층간막(131)을 형성한 일면과 대향하는 반도체 기의 타면에, CVD 등을 이용하여 제2 층간막(133)을 형성한다. 그 후, 제2 층간막(133)의 위에, 스퍼터 등을 이용하여 화소 사이 차광막(150)을 형성하고, 청색 필터(151B) 및 녹색 필터(151G)를 형성한다. 여기서, 화소 사이 차광막(150), 청색 필터(151B) 및 녹색 필터(151G)의 각각의 배치는, 각 화소의 배치를 고려함으로써 결정된다.
또한, 도 14D에 도시하는 바와 같이, 청색 필터(151B) 및 녹색 필터(151G)의 위에 제3 층간막(135), 제1 온 칩 렌즈(161) 및 제2 온 칩 렌즈(162)를 형성한다. 구체적으로는, 우선, 청색 필터(151B) 및 녹색 필터(151G)의 위에 제3 층간막(135)을 형성한다. 그 후, 제3 층간막(135)의 위에 제1 화소 유닛(110) 및 제2 화소 유닛(120)의 각각의 배치에 대응하도록, 제1 온 칩 렌즈(161) 및 제2 온 칩 렌즈(162)를 형성한다. 또한, 제1 온 칩 렌즈(161) 및 제2 온 칩 렌즈(162)의 각각의 배치에 관해서는, 상술한 바와 같기 때문에, 여기서의 상세한 설명은 생략한다.
이상의 공정을 경유함으로써, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치를 제조할 수 있다. 또한, 상술(上述)되지 않은 구체적인 제조 조건 등에 관해서는, 당업자라면 이해 가능하기 때문에, 여기서의 설명은 생략한다. 또한, 상기한 청색 필터(151B) 및 녹색 필터(151G)는, 단위화소의 배치에 따라서는, 적색 화소용의 적색 필터, 또는 백색 화소용의 투명 필터라도 좋다.
<4. 적용례>
(4. 1. 제1의 적용례)
본 개시의 한 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치는, 제1의 적용례로서, 여러가지의 전자 기기에 탑재되는 촬상부에 적용할 수 있다. 계속해서, 도 15A∼도 15C를 참조하여, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치가 적용될 수 있는 전자 기기의 예에 관해 설명한다. 도 15A∼도 15C는, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치가 적용될 수 있는 전자 기기의 한 예를 도시하는 외관도이다.
예를 들면, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치는, 스마트 폰 등의 전자 기기에 탑재되는 촬상부에 적용할 수 있다. 구체적으로는, 도 15A에 도시하는 바와 같이, 스마트 폰(900)은, 각종 정보를 표시하는 표시부(901)와, 유저에 의한 조작 입력을 접수하는 버튼 등으로 구성되는 조작부(903)를 구비한다. 여기서, 스마트 폰(900)이 구비하는 촬상부에는, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치가 적용되어도 좋다.
예를 들면, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치는, 디지털 카메라 등의 전자 기기에 탑재되는 촬상부에 적용할 수 있다. 구체적으로는, 도 15B 및 도 15C에 도시하는 바와 같이, 디지털 카메라(910)는, 본체부(카메라 바디)(911)와, 교환식의 렌즈 유닛(913)과, 촬영시에 유저에 의해 파지되는 그립부(915)와, 각종 정보를 표시하는 모니터부(917)와, 촬영시에 유저에 의해 관찰되는 스루화를 표시하는 EVF(Electronic View Finder)(919)를 구비한다. 또한, 도 15B는, 디지털 카메라(910)를 전방(즉, 피사체측)에서 바라본 외관도이고, 도 15C는, 디지털 카메라(910)를 후방(즉, 촬영자측)에서 바라본 외관도이다. 여기서, 디지털 카메라(910)의 촬상부에는, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치가 적용되어도 좋다.
또한, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치가 적용되는 전자 기기는, 상기 예시로 한정되지 않는다. 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치는, 모든 분야의 전자 기기에 탑재되는 촬상부에 적용하는 것이 가능하다. 이와 같은 전자 기기로서는, 예를 들면, 안경형 웨어러블 디바이스, HMD(Head Mounted Display), 텔레비전 장치, 전자 북, PDA(Personal Digital Assistant), 노트형 퍼스널 컴퓨터, 비디오 카메라 또는 게임기기 등을 예시할 수 있다.
(4. 2. 제2의 적용례)
또한, 본 개시에 관한 기술은, 다른 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 제2의 적용례로서, 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 자동 이륜차, 자전거, 퍼스널모빌리티, 비행기, 드론, 선박, 로봇 등의 어느 한 종류의 이동체에 탑재되는 촬상 장치에 적용되어도 좋다.
도 16A는, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 이동체 제어 시스템의 한 예인 차량 제어 시스템의 개략적인 구성례를 도시하는 블록도이다.
차량 제어 시스템(12000)은, 통신 네트워크(12001)를 통하여 접속된 복수의 전자 제어 유닛을 구비한다. 도 16A에 도시한 예에서는, 차량 제어 시스템(12000)은, 구동계 제어 유닛(12010), 바디계 제어 유닛(12020), 차외 정보 검출 유닛(12030), 차내 정보 검출 유닛(12040), 및 통합 제어 유닛(12050)을 구비한다. 또한, 통합 제어 유닛(12050)의 기능 구성으로서, 마이크로 컴퓨터(12051), 음성 화상 출력부(12052), 및 차량탑재 네트워크 I/F(Interface)(12053)가 도시되어 있다.
구동계 제어 유닛(12010)은, 각종 프로그램에 따라 차량의 구동계에 관련되는 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 구동계 제어 유닛(12010)은, 내연 기관 또는 구동용 모터 등의 차량의 구동력을 발생시키기 위한 구동력 발생 장치, 구동력을 차륜에 전달하기 위한 구동력 전달 기구, 차량의 타각을 조절하는 스티어링 기구, 및, 차량의 제동력을 발생시키는 제동 장치 등의 제어 장치로서 기능한다.
바디계 제어 유닛(12020)은, 각종 프로그램에 따라 차체에 장비된 각종 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 바디계 제어 유닛(12020)은, 키레스 엔트리 시스템, 스마트 키 시스템, 파워 윈도우 장치, 또는, 헤드 램프, 백 램프, 브레이크 램프, 윙커 또는 포그 램프 등의 각종 램프의 제어 장치로서 기능한다. 이 경우, 바디계 제어 유닛(12020)에는, 키를 대체하는 휴대기로부터 발신되는 전파 또는 각종 스위치의 신호가 입력될 수 있는다. 바디계 제어 유닛(12020)은, 이들의 전파 또는 신호의 입력을 접수하여, 차량의 도어 로크 장치, 파워 윈도우 장치, 램프 등을 제어한다.
차외 정보 검출 유닛(12030)은, 차량 제어 시스템(12000)을 탑재한 차량의 외부의 정보를 검출한다. 예를 들면, 차외 정보 검출 유닛(12030)에는, 촬상부(12031)가 접속된다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 촬상부(12031)에 차외의 화상을 촬상시킴과 함께, 촬상된 화상을 수신한다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 수신한 화상에 의거하여, 사람, 차, 장애물, 표지 또는 노면상의 문자 등의 물체 검출 처리 또는 거리 검출 처리를 행하여도 좋다.
촬상부(12031)는, 광을 수광하고, 그 광의 수광량에 응한 전기 신호를 출력하는 광센서이다. 촬상부(12031)는, 전기 신호를 화상으로서 출력할 수도 있고, 거리측정의 정보로서 출력할 수도 있다. 또한, 촬상부(12031)가 수광하는 광은, 가시광이라도 좋고, 적외선 등의 비가시광이라도 좋다.
차내 정보 검출 유닛(12040)은, 차내의 정보를 검출한다. 차내 정보 검출 유닛(12040)에는, 예를 들면, 운전자의 상태를 검출하는 운전자 상태 검출부(12041)가 접속된다. 운전자 상태 검출부(12041)는, 예를 들면 운전자를 촬상하는 카메라를 포함하고, 차내 정보 검출 유닛(12040)은, 운전자 상태 검출부(12041)로부터 입력되는 검출 정보에 의거하여, 운전자의 피로 정도 또는 집중 정도를 산출하여도 좋고, 운전자가 앉아서 졸고 있지 않는지를 판별하여도 좋다.
마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득되는 차내외의 정보에 의거하여, 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치의 제어 목표치를 연산하고, 구동계 제어 유닛(12010)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량의 충돌 회피 또는 충격 완화, 차간 거리에 의거한 추종 주행, 차속 유지 주행, 차량의 충돌 경고, 또는 차량의 레인 일탈 경고 등을 포함하는 ADAS(Advanced Driver Assistance System)의 기능 실현을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득되는 차량 주위의 정보에 의거하여 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치 등을 제어함에 의해, 운전자의 조작에 근거하지 않고서 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 취득되는 차외의 정보에 의거하여, 바디계 제어 유닛(12020)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 검지한 선행차 또는 대향차의 위치에 응하여 헤드 램프를 제어하여, 하이 빔을 로우 빔으로 전환하는 등의 방현(防眩)을 도모하는 것을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
음성 화상 출력부(12052)는, 차량의 탑승자 또는 차외에 대해, 시각적 또는 청각적으로 정보를 통지하는 것이 가능한 출력 장치에 음성 및 화상중의 적어도 일방의 출력 신호를 송신한다. 도 16A의 예에서는, 출력 장치로서, 오디오 스피커(12061), 표시부(12062) 및 인스트루먼트 패널(12063)이 예시되어 있다. 표시부(12062)는, 예를 들면, 온 보드 디스플레이 및 헤드 업 디스플레이의 적어도 하나를 포함하고 있어도 좋다.
도 16B는, 촬상부(12031)의 설치 위치의 예를 도시하는 도면이다.
도 16B에서는, 촬상부(12031)로서, 촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)를 갖는다.
촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)는, 예를 들면, 차량(12100)의 프런트 노우즈, 사이드 미러, 리어 범퍼, 백 도어 및 차실내의 프론트글라스의 상부 등의 위치에 마련된다. 프런트 노우즈에 구비되는 촬상부(12101) 및 차실내의 프론트글라스의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 차량(12100)의 전방의 화상을 취득한다. 사이드 미러에 구비되는 촬상부(12102, 12103)는, 주로 차량(12100)의 측방의 화상을 취득한다. 리어 범퍼 또는 백 도어에 구비되는 촬상부(12104)는, 주로 차량(12100)의 후방의 화상을 취득한다. 차실내의 프론트글라스의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 선행 차량 또는, 보행자, 장애물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 사용된다.
또한, 도 16B에는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬영 범위의 한 예가 도시되어 있다. 촬상 범위(12111)는, 프런트 노우즈에 마련된 촬상부(12101)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위12112, 12113)는, 각각 사이드 미러에 마련된 촬상부(12102, 12103)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12114)는, 리어 범퍼 또는 백 도어에 마련된 촬상부(12104)의 촬상 범위를 나타낸다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)에서 촬상된 화상 데이터가 중합됨에 의해, 차량(12100)을 상방에서 본 부감(俯瞰) 화상을 얻을 수 있다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 거리 정보를 취득하는 기능을 갖고 있어도 좋다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 복수의 촬상 소자로 이루어지는 스테레오 카메라라도 좋고, 위상차 검출용의 화소를 갖는 촬상 소자라도 좋다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 촬상 범위(12111 내지 12114) 내에서의 각 입체물까지의 거리와, 이 거리의 시간적 변화(차량(12100)에 대한 상대 속도)를 구함에 의해, 특히 차량(12100)의 진행로상에 있는 가장 가까운 입체물로, 차량(12100)과 개략 같은 방향으로 소정의 속도(예를 들면, 0㎞/h 이상)로 주행하는 입체물을 선행차로서 추출할 수 있다. 또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 선행차와 내차와의 사이에 미리 확보하여야 할 차간 거리를 설정하고, 자동 브레이크 제어(추종 정지 제어도 포함한다)나 자동 가속 제어(추종 발진 제어도 포함한다) 등을 행할 수가 있다. 이와 같이 운전자의 조작에 근거하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초에, 입체물에 관한 입체물 데이터를, 2륜차, 보통 차량, 대형 차량, 보행자, 전신주 등 그 밖의 입체물로 분류하여 추출하고, 장애물의 자동 회피에 이용할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량(12100)의 주변의 장애물을, 차량(12100)의 드라이버가 시인 가능한 장애물과 시인 곤란한 장애물로 식별한다. 그리고, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 각 장애물과의 충돌의 위험도를 나타내는 충돌 리스크를 판단하고, 충돌 리스크가 설정치 이상으로 충돌 가능성이 있는 상황인 때에는, 오디오 스피커(12061)나 표시부(12062)를 통하여 드라이버에게 경보를 출력하는 것이나, 구동계 제어 유닛(12010)을 통하여 강제 감속이나 회피 조타를 행함으로써, 충돌 회피를 위한 운전 지원을 행할 수가 있다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 적외선을 검출하는 적외선 카메라라도 좋다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재한지의 여부를 판정함으로써 보행자를 인식할 수 있다. 이러한 보행자의 인식은, 예를 들면 적외선 카메라로서의 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상에서의 특징점을 추출하는 순서와, 물체의 윤곽을 나타내는 일련의 특징점에 패턴 매칭 처리를 행하여 보행자인지의 여부를 판별하는 순서에 의해 행하여진다. 마이크로 컴퓨터(12051)가, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재한다고 판정하고, 보행자를 인식하면, 음성 화상 출력부(12052)는, 당해 인식된 보행자에게 강조를 위한 사각형 윤곽선을 중첩 표시하도록, 표시부(12062)를 제어한다. 또한, 음성 화상 출력부(12052)는, 보행자를 나타내는 아이콘 등을 소망하는 위치에 표시하도록 표시부(12062)를 제어하여도 좋다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 차량 제어 시스템의 한 예에 관해 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성중, 촬상부(12031) 등에 적용될 수 있다. 예를 들면, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치는, 촬상부(12031)에 적용할 수 있다. 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치에 의하면, 보다 고화질의 화상을 취득할 수 있기 때문에, 차량을 보다 안정적으로 항해시키는 것이 가능하다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 개시의 알맞은 실시 형태에 관해 상세히 설명하였지만, 본 개시의 기술적 범위는 이러한 예로 한정되지 않는다. 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면, 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종의 변경례 또는 수정례에 상도할 수 있음은 분명하고, 이들에 대해 서도, 당연히 본 개시의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
또한, 본 명세서에 기재된 효과는, 어디까지나 설명적 또는 예시적인 것이고 한정적이 아니다. 즉, 본 개시에 관한 기술은, 상기한 효과와 함께, 또는 상기한 효과에 대신하여, 본 명세서의 기재로부터 당업자에게는 분명한 다른 효과를 이룰 수 있다.
또한, 이하와 같은 구성도 본 개시의 기술적 범위에 속한다.
(1)
하나의 화소 및 상기 하나의 화소상에 마련된 하나의 온 칩 렌즈를 가지며, 매트릭스형상으로 배열된 복수의 제1 화소 유닛과,
2개의 화소 및 상기 2개의 화소상에 걸쳐서 마련된 하나의 온 칩 렌즈를 가지며, 상기 제1 화소 유닛의 매트릭스 내에 배치된 적어도 하나 이상의 제2 화소 유닛과,
상기 제1 화소 유닛 및 상기 제2 화소 유닛의 각각의 화소가 구비하는 광전변환층을 각각 이격하는 화소 분리층과,
상기 제2 화소 유닛의 각각의 영역 내에 존재하는 또는 그 영역과 인접하는 상기 화소 분리층의 아래에 마련되고, 상기 화소 분리층과 기준전위 배선을 접속하는 적어도 하나 이상의 콘택트를
구비하고,
상기 제2 화소 유닛은, 상기 제1 화소 유닛의 매트릭스의 제1 방향으로 연신하는 적어도 1열에서, 소정의 간격으로 배치되는, 고체 촬상 장치.
(2)
상기 제2 화소 유닛은, 상기 제1 화소 유닛의 매트릭스의 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연신하는 적어도 1열에서, 또한 소정의 간격으로 배치되는, 상기 (1)에 기재된 고체 촬상 장치.
(3)
상기 제2 화소 유닛은, 상기 제1 화소 유닛이 2개×4개의 매트릭스형상으로 배치된 영역 내에 적어도 하나 이상 마련되는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고체 촬상 장치.
(4)
상기 콘택트는, 상기 제2 화소 유닛이 마련된 사각형 영역의 어느 하나의 정점에 인접하여 마련되는, 상기 (1)∼(3)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(5)
상기 콘택트는, 상기 제2 화소 유닛이 마련된 사각형 영역의 어느 하나의 변에 인접하여 마련되는, 상기 (1)∼(3)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(6)
상기 콘택트는, 상기 제2 화소 유닛이 마련된 영역 내에 마련되는, 상기 (1)∼(3)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(7)
상기 화소 분리층의 내부에는, 상기 화소 분리층의 두께 방향으로 형성된 절연층이 또한 마련되는, 상기 (1)∼(6)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(8)
상기 제2 화소 유닛은, 2개의 화소 및 상기 2개의 화소상에 걸쳐서 마련된 하나의 온 칩 렌즈의 조합을 2개 이상 갖는, 상기 (1)∼(7)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(9)
상기 제2 화소 유닛부터의 신호 출력은, 상기 제1 화소 유닛부터의 신호 출력보다도 큰, 상기 (1)∼(8)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(10)
상기 제2 화소 유닛이 갖는 화소 하나의 평면 면적은, 상기 제1 화소 유닛이 갖는 화소 하나의 평면 면적보다도 작은, 상기 (1)∼(9)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(11)
상기 제2 화소 유닛은, 거리측정용 화소인, 상기 (1)∼(10)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(12)
상기 제2 화소 유닛은, 상기 2개의 화소에 입사하는 광을 각 화소의 다른 영역에서 각각 차단하는 차광막을 또한 구비하는, 상기 (11)에 기재된 고체 촬상 장치.
(13)
상기 제2 화소 유닛은, 녹색 화소를 포함하는, 상기 (11)에 기재된 고체 촬상 장치.
(14)
상기 제1 화소 유닛은, 각각 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소 또는 백색 화소의 어느 하나를 갖는, 상기 (1)∼(13)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(15)
상기 제1 화소 유닛 및 상기 제2 화소 유닛은, 화소 영역중 촬상 대상부터의 광이 입사하는 유효 영역, 및 상기 촬상 대상부터의 광이 차폐된 차폐 영역에 각각 마련되고,
상기 유효 영역에 마련된 상기 제1 화소 유닛 및 상기 제2 화소 유닛의 신호 출력은, 상기 차폐 영역에 마련된, 대응한 상기 제1 화소 유닛 및 상기 제2 화소 유닛의 신호 출력을 공제함으로써, 각각 보정되는, 상기 (1)∼(14)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(16)
촬상 대상을 전자적으로 촬영하는 고체 촬상 장치를 구비하고,
상기 고체 촬상 장치는,
하나의 화소 및 상기 하나의 화소상에 마련된 하나의 온 칩 렌즈를 가지며, 매트릭스형상으로 배열된 복수의 제1 화소 유닛과,
2개의 화소 및 상기 2개의 화소상에 걸쳐서 마련된 하나의 온 칩 렌즈를 가지며, 상기 제1 화소 유닛의 매트릭스 내에 배치된 적어도 하나 이상의 제2 화소 유닛과,
상기 제1 화소 유닛 및 상기 제2 화소 유닛의 각각의 화소가 구비하는 광전변환층을 각각 이격하는 화소 분리층과,
상기 제2 화소 유닛의 각각의 영역 내에 존재하는 또는 그 영역과 인접하는 상기 화소 분리층의 아래에 마련되고, 상기 화소 분리층과 기준전위 배선을 접속하는 적어도 하나 이상의 콘택트를
구비하고,
상기 제2 화소 유닛은, 상기 제1 화소 유닛의 매트릭스의 제1 방향으로 연신하는 적어도 1열에서, 소정의 간격으로 배치되는, 전자 기기.
1 : 고체 촬상 장치
2 : 신호 처리 회로
3 : 메모리
10 : 화소 영역
11 : 칼럼 영역
12 : 출력 앰프
100 : 화소 영역
110 : 제1 화소 유닛
111 : 화소
120 : 제2 화소 유닛
123 : 콘택트
125 : 그라운드선
131 : 제1 층간막
133 : 제2 층간막
135 : 제3 층간막
141 : 화소 분리층
143 : 광전변환 소자
150 : 화소 사이 차광막
151B : 청색 필터
151G : 녹색 필터
161 : 제1 온 칩 렌즈
162 : 제2 온 칩 렌즈
170 : 화소 절연층

Claims (16)

  1. 하나의 화소 및 상기 하나의 화소상에 마련된 하나의 온 칩 렌즈를 가지며, 매트릭스형상으로 배열된 복수의 제1 화소 유닛과,
    2개의 화소 및 상기 2개의 화소상에 걸쳐서 마련된 하나의 온 칩 렌즈를 가지며, 상기 제1 화소 유닛의 매트릭스 내에 배치된 적어도 하나 이상의 제2 화소 유닛과,
    상기 제1 화소 유닛 및 상기 제2 화소 유닛의 각각의 화소가 구비하는 광전변환층을 각각 이격하는 화소 분리층과,
    상기 제2 화소 유닛의 각각의 영역 내에 존재하는 또는 그 영역과 인접하는 상기 화소 분리층의 아래에 마련되고, 상기 화소 분리층과 기준전위 배선을 접속하는 적어도 하나 이상의 콘택트를 구비하고,
    상기 제2 화소 유닛은 상기 제1 화소 유닛의 매트릭스의 제1 방향으로 연신하는 적어도 1열에서, 소정의 간격으로 배치되며,
    상기 광전 변환층 사이의 상기 화소 분리층의 위에 마련되는 화소 사이 차광막을 더 구비하며,
    상기 화소 사이 차광막은 제2 층간막 위에 마련되며,
    상기 콘택트는 상기 제2 화소 유닛 주위에 마련되며, 또한, 상기 제2 화소 유닛은 상기 제1 화소 유닛을 사이에 두고 주기적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 화소 유닛은, 상기 제1 화소 유닛의 매트릭스의 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연신하는 적어도 1열에서, 또한 소정의 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 화소 유닛은, 상기 제1 화소 유닛이 2개×4개의 매트릭스형상으로 배치된 영역 내에 적어도 하나 이상 마련되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 콘택트는, 상기 제2 화소 유닛이 마련된 사각형 영역의 어느 하나의 정점에 인접하여 마련되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 콘택트는, 상기 제2 화소 유닛이 마련된 사각형 영역의 어느 하나의 변에 인접하여 마련되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 콘택트는, 상기 제2 화소 유닛이 마련된 영역 내에 마련되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화소 분리층의 내부에는, 상기 화소 분리층의 두께 방향으로 형성된 절연층이 또한 마련되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 화소 유닛은, 2개의 화소 및 상기 2개의 화소상에 걸쳐서 마련된 하나의 온 칩 렌즈의 조합을 2개 이상 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 화소 유닛부터의 신호 출력은, 상기 제1 화소 유닛부터의 신호 출력보다도 큰 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 화소 유닛이 갖는 화소 하나의 평면 면적은, 상기 제1 화소 유닛이 갖는 화소 하나의 평면 면적보다도 작은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 화소 유닛은, 거리측정용 화소인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 화소 유닛은, 상기 2개의 화소에 입사하는 광을 각 화소의 다른 영역에서 각각 차단하는 차광막을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제2 화소 유닛은, 녹색 화소를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 화소 유닛은, 각각 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소 또는 백색 화소의 어느 하나를 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 화소 유닛 및 상기 제2 화소 유닛은, 화소 영역 중 촬상 대상부터의 광이 입사하는 유효 영역, 및 상기 촬상 대상부터의 광이 차폐된 차폐 영역에 각각 마련되고,
    상기 유효 영역에 마련된 상기 제1 화소 유닛 및 상기 제2 화소 유닛의 신호 출력은, 상기 차폐 영역에 마련된, 대응하는 상기 제1 화소 유닛 및 상기 제2 화소 유닛의 신호 출력을 공제함으로써, 각각 보정되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  16. 촬상 대상을 전자적으로 촬영하는 고체 촬상 장치를 구비하고,
    상기 고체 촬상 장치는,
    하나의 화소 및 상기 하나의 화소상에 마련된 하나의 온 칩 렌즈를 가지며, 매트릭스형상으로 배열된 복수의 제1 화소 유닛과,
    2개의 화소 및 상기 2개의 화소상에 걸쳐서 마련된 하나의 온 칩 렌즈를 가지며, 상기 제1 화소 유닛의 매트릭스 내에 배치된 적어도 하나 이상의 제2 화소 유닛과,
    상기 제1 화소 유닛 및 상기 제2 화소 유닛의 각각의 화소가 구비하는 광전변환층을 각각 이격하는 화소 분리층과,
    상기 제2 화소 유닛의 각각의 영역 내에 존재하는 또는 그 영역과 인접하는 상기 화소 분리층의 아래에 마련되고, 상기 화소 분리층과 기준전위 배선을 접속하는 적어도 하나 이상의 콘택트를 구비하고,
    상기 제2 화소 유닛은 상기 제1 화소 유닛의 매트릭스의 제1 방향으로 연신하는 적어도 1열에서, 소정의 간격으로 배치되며,
    상기 광전 변환층 사이의 상기 화소 분리층의 위에 마련되는 화소 사이 차광막을 더 구비하며,
    상기 화소 사이 차광막은 제2 층간막 위에 마련되며,
    상기 콘택트는 상기 제2 화소 유닛 주위에 마련되며, 또한, 상기 제2 화소 유닛은 상기 제1 화소 유닛을 사이에 두고 주기적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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