KR102651628B1 - 고체 촬상 장치 및 전자 기기 - Google Patents

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유스케 오타케
토시후미 와카노
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소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
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Abstract

본 기술은, 감도를 높이면서, 고해상도화를 실현할 수 있는 고체 촬상 장치 및 전자 기기에 관한 것이다. 화소 어레이부에는, 제1의 광전 변환부에 의해, 제1의 색성분 광의 광전 변환을 행하고, 제2의 광전 변환부에 의해, 제2의 색성분 광을 투과시키는 제1의 컬러 필터 및 제1의 광전 변환부를 투과한 제3의 색성분 광의 광전 변환을 행하는 제1의 화소와, 제1의 광전 변환부에 의해, 제1의 색성분 광의 광전 변환을 행하고, 제2의 광전 변환부에 의해, 제4의 색성분 광을 투과시키는 제2의 컬러 필터 및 제1의 광전 변환부를 투과한 제5의 색성분 광의 광전 변환을 행하는 제2의 화소와, 제1의 광전 변환부에 의해, 제1의 색성분 광의 광전 변환을 행하고, 제2의 광전 변환부에 의해, 제1의 광전 변환부를 투과한 제6의 색성분 광의 광전 변환을 행하는 제3의 화소와의 조합으로 이루어지는 복수의 화소가 2차원형상으로 배열되어 있고, 제1의 색성분과 제6의 색성분을 혼합함으로써 흰색(W)이 얻어진다.

Description

고체 촬상 장치 및 전자 기기{SOLID-STATE IMAGE-CAPTURING DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE}
본 기술은, 고체 촬상 장치 및 전자 기기에 관한 것으로, 특히, 감도를 높이면서, 고해상도화를 실현할 수 있도록 한 고체 촬상 장치 및 전자 기기에 관한 것이다.
종래, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등의 고체 촬상 장치에서. 고해상도화를 도모하는 경우에는, 화소의 미세화로 대응하는 것이 일반적이지만, 화소 특성이나 감도의 열화가 생겨 버린다. 그 때문에, 고체 촬상 장치에서. 고해상도화를 도모하기 위한 구조로서, 유기 광전 변환막을, 포토 다이오드를 갖는 실리콘 기판에 적층시키는 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본 특개2007-311550호 공보
그렇지만, 특허문헌 1에 개시되어 있는 구조라면, 감도 향상을 위한 화소가 마련되어 있지 않기 때문에, 감도를 높이면서, 고해상도화를 실현하는 것이 곤란하였다.
본 기술은 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 감도를 높이면서, 고해상도화를 실현할 수 있도록 하는 것이다.
본 기술의 제1의 측면의 고체 촬상 장치는, 제1의 색성분 광을 흡수하여 신호 전하를 생성하는 제1의 광전 변환부와, 입사광의 광량에 응한 신호 전하를 생성하는 포토 다이오드로 이루어지는 제2의 광전 변환부를 갖는 복수의 화소가 2차원형상으로 배열된 화소 어레이부를 구비하고, 상기 화소 어레이부는, 상기 제1의 광전 변환부에 의해, 상기 제1의 색성분 광의 광전 변환을 행하고, 상기 제2의 광전 변환부에 의해, 제2의 색성분 광을 투과시키는 제1의 컬러 필터 및 상기 제1의 광전 변환부를 투과한 제3의 색성분 광의 광전 변환을 행하는 제1의 화소와, 상기 제1의 광전 변환부에 의해, 상기 제1의 색성분 광의 광전 변환을 행하고, 상기 제2의 광전 변환부에 의해, 제4의 색성분 광을 투과시키는 제2의 컬러 필터 및 상기 제1의 광전 변환부를 투과한 제5의 색성분 광의 광전 변환을 행하는 제2의 화소와, 상기 제1의 광전 변환부에 의해, 상기 제1의 색성분 광의 광전 변환을 행하고, 상기 제2의 광전 변환부에 의해, 상기 제1의 광전 변환부를 투과한 제6의 색성분 광의 광전 변환을 행하는 제3의 화소와의 조합으로 이루어지는 상기 복수의 화소가 2차원형상으로 배열되어 있고, 상기 제1의 색성분과 상기 제6의 색성분을 혼합함으로써 흰색(W)이 얻어지는 고체 촬상 장치이다.
본 기술의 제2의 측면의 전자 기기는, 제1의 색성분 광을 흡수하여 신호 전하를 생성하는 제1의 광전 변환부와, 입사광의 광량에 응한 신호 전하를 생성하는 포토 다이오드로 이루어지는 제2의 광전 변환부를 갖는 복수의 화소가 2차원형상으로 배열된 화소 어레이부를 가지며, 상기 화소 어레이부는, 상기 제1의 광전 변환부에 의해, 상기 제1의 색성분 광의 광전 변환을 행하고, 상기 제2의 광전 변환부에 의해, 제2의 색성분 광을 투과시키는 제1의 컬러 필터 및 상기 제1의 광전 변환부를 투과한 제3의 색성분 광의 광전 변환을 행하는 제1의 화소와, 상기 제1의 광전 변환부에 의해, 상기 제1의 색성분 광의 광전 변환을 행하고, 상기 제2의 광전 변환부에 의해, 제4의 색성분 광을 투과시키는 제2의 컬러 필터 및 상기 제1의 광전 변환부를 투과한 제5의 색성분 광의 광전 변환을 행하는 제2의 화소와, 상기 제1의 광전 변환부에 의해, 상기 제1의 색성분 광의 광전 변환을 행하고, 상기 제2의 광전 변환부에 의해, 상기 제1의 광전 변환부를 투과한 제6의 색성분 광의 광전 변환을 행하는 제3의 화소와의 조합으로 이루어지는 상기 복수의 화소가 2차원형상으로 배열되어 있고, 상기 제1의 색성분과 상기 제6의 색성분을 혼합함으로써 흰색(W)이 얻어지는 고체 촬상 장치를 구비한 전자 기기이다.
본 기술의 제1의 측면 및 제2의 측면에서는, 제1의 광전 변환부에 의해, 제1의 색성분 광의 광전 변환을 행하고, 제2의 광전 변환부에 의해, 제2의 색성분 광을 투과시키는 제1의 컬러 필터 및 제1의 광전 변환부를 투과한 제3의 색성분 광의 광전 변환을 행하는 제1의 화소와, 제1의 광전 변환부에 의해, 제1의 색성분 광의 광전 변환을 행하고, 제2의 광전 변환부에 의해, 제4의 색성분 광을 투과시키는 제2의 컬러 필터 및 제1의 광전 변환부를 투과한 제5의 색성분 광의 광전 변환을 행하는 제2의 화소와, 제1의 광전 변환부에 의해, 제1의 색성분 광의 광전 변환을 행하고, 제2의 광전 변환부에 의해, 제1의 광전 변환부를 투과한 제6의 색성분 광의 광전 변환을 행하는 제3의 화소와의 조합으로 이루어지는 복수의 화소가 2차원형상으로 배열된 화소 어레이부에서. 제1의 색성분과 제6의 색성분을 혼합함으로써 흰색(W)이 얻어진다.
본 기술의 제1의 측면 및 제2의 측면에 의하면, 감도를 높이면서, 고해상도화를 실현할 수 있다.
또한, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 개시 중에 기재된 어느 하나의 효과라도 좋다.
도 1은 고체 촬상 장치의 구성례를 도시하는 도면.
도 2는 G 유기 광전 변환막과 R, B 컬러 필터가 배치된 화소의 구조를 도시하는 단면도.
도 3은 각 화소에 배치된 G 유기 광전 변환막과 R, B 컬러 필터와의 관계를 도시하는 도면.
도 4는 G 유기 광전 변환막과 Ye, Cy 컬러 필터가 배치된 화소의 구조를 도시하는 단면도.
도 5는 각 화소에 배치되는 G 유기 광전 변환막과 Ye, Cy 컬러 필터와의 관계를 도시하는 도면.
도 6은 투명 전극이 분리된 화소의 구조를 도시하는 단면도.
도 7은 반도체 기판을 적층시킨 경우의 화소의 구조를 도시하는 단면도.
도 8은 고체 촬상 장치를 갖는 카메라 모듈의 구성례를 도시하는 도면.
도 9는 고체 촬상 장치를 갖는 전자 기기의 구성례를 도시하는 도면.
도 10은 고체 촬상 장치의 사용례를 도시하는 도면.
이하, 도면을 참조하면서 본 기술의 실시의 형태에 관해 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행하는 것으로 한다.
1. 고체 촬상 장치의 구성
2. 제1의 실시의 형태 : 기본 구조 1(G 유기 광전 변환막 + R, B 컬러 필터)
3. 제2의 실시의 형태 : 기본 구조 2(G 유기 광전 변환막 + Ye, Cy 컬러 필터)
4. 제3의 실시의 형태 : 매입 포토 다이오드 구조
5. 제4의 실시의 형태 : 투명 전극 분리 구조
6. 제5의 실시의 형태 : 반도체 기판 적층 구조
7. 카메라 모듈의 구성
8. 전자 기기의 구성
9. 고체 촬상 장치의 사용례
<1. 고체 촬상 장치의 구성>
(고체 촬상 장치의 구성)
도 1은, 고체 촬상 장치의 구성례를 도시하는 도면이다.
도 1의 고체 촬상 장치(10)는, 예를 들면, CMOS 이미지 센서 등의 이미지 센서이다. 고체 촬상 장치(10)는, 광학 렌즈계(부도시)를 통하여 피사체로부터의 입사광(상광(像光))을 받아들여, 촬상면상에 결상된 입사광의 광량을 화소 단위로 전기 신호로 변환하여 화소 신호로서 출력한다.
도 1에서. 고체 촬상 장치(10)는, 화소 어레이부(21), 수직 구동 회로(22), 칼럼 신호 처리 회로(23), 수평 구동 회로(24), 출력 회로(25), 제어 회로(26) 및 입출력 단자(27)를 포함하여 구성된다.
화소 어레이부(21)에는, 복수의 화소(31)가 2차원형상으로 배열된다. 화소(31)는, 광전 변환 소자로서의 포토 다이오드와, 복수의 화소 트랜지스터를 갖고서 구성된다.
수직 구동 회로(22)는, 예를 들면 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 소정의 화소 구동 배선(41)을 선택하여, 선택된 화소 구동 배선(41)에 화소(31)를 구동하기 위한 펄스를 공급하고, 행 단위로 화소(31)를 구동한다. 즉, 수직 구동 회로(22)는, 화소 어레이부(21)의 각 화소(31)를 행 단위로 순차적으로 수직 방향으로 선택 주사하고, 각 화소(31)의 포토 다이오드에서 수광량에 응하여 생성된 신호 전하에 의거한 화소 신호를, 수직 신호선(42)을 통하여 칼럼 신호 처리 회로(23)에 공급한다.
칼럼 신호 처리 회로(23)는, 화소(31)의 열마다 배치되어 있고, 1행분의 화소(31)로부터 출력되는 신호를 화소열마다 노이즈 제거 등의 신호 처리를 행한다. 예를 들면, 칼럼 신호 처리 회로(23)는, 화소 고유의 고정 패턴 노이즈를 제거하기 위한 CDS(Correlated Double Sampling : 상관 이중 샘플링) 및 A/D(Analog/Digital) 변환 등의 신호 처리를 행한다.
수평 구동 회로(24)는, 예를 들면 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 수평 주사 펄스를 순차적으로 출력함에 의해, 칼럼 신호 처리 회로(23)의 각각을 순번대로 선택하고, 칼럼 신호 처리 회로(23)의 각각으로부터 화소 신호를 수평 신호선(43)에 출력시킨다.
출력 회로(25)는, 칼럼 신호 처리 회로(23)의 각각으로부터 수평 신호선(43)을 통하여 순차적으로 공급되는 신호에 대해, 신호 처리를 행하여 출력한다. 또한, 출력 회로(25)는, 예를 들면, 버퍼링만 하는 경우도 있고, 흑레벨 조정, 열편차 보정, 각종 디지털 신호 처리 등이 행하여지는 경우도 있다.
제어 회로(26)는, 고체 촬상 장치(10)의 각 부분의 동작을 제어한다. 예를 들면, 제어 회로(26)는, 입력 클록 신호와, 동작 모드 등을 지령하는 데이터를 수취하고, 또한, 고체 촬상 장치(10)의 내부 정보 등의 데이터를 출력한다. 즉, 제어 회로(26)는, 수직 동기 신호, 수평 동기 신호 및 마스터 클록 신호에 의거하여, 수직 구동 회로(22), 칼럼 신호 처리 회로(23) 및 수평 구동 회로(24) 등의 동작의 기준이 되는 클록 신호나 제어 신호를 생성한다. 제어 회로(26)는, 생성한 클록 신호나 제어 신호를, 수직 구동 회로(22), 칼럼 신호 처리 회로(23) 및 수평 구동 회로(24) 등에 출력한다.
입출력 단자(27)는, 외부와 신호의 교환을 행한다.
이상과 같이 구성되는, 도 1의 고체 촬상 장치(10)는, CDS 처리와 A/D 변환 처리를 행하는 칼럼 신호 처리 회로(23)가 화소열마다 배치된 칼럼 AD 방식이라고 불리는 CMOS 이미지 센서가 된다. 또한, 도 1의 고체 촬상 장치(10)는, 이면 조사형의 CMOS 이미지 센서로 할 수 있다.
<2. 제1의 실시의 형태>
다음에, 제1의 실시의 형태에서의 고체 촬상 장치(10)의 상세 구조에 관해 설명한다. 도 2는, 도 1의 고체 촬상 장치(10)의 일부를 확대한 것으로, G 유기 광전 변환막과 R, B 컬러 필터가 배치된 화소(31)의 구조를 도시하는 단면도이다. 도 2에서는, 화소 어레이부(21)에 2차원형상으로 배열된 복수의 화소(31) 중, 임의의 행방향으로 배치된 4개의 화소(31-1 내지 31-4)가 예시되어 있다.
화소(31-1 내지 31-4)에서는, 반도체 기판(실리콘 기판)상에, 포토 다이오드(56-1 내지 56-4) 및 전하 유지부(57-1 내지 57-4)가 형성되고, 실리콘(Si)층(58-1 내지 58-4)에 매입되어 있다. 또한, 반도체 기판상에는, G 유기 광전 변환막(52)이 적층되고, 또한, 렌즈(51-1 내지 51-4)가 형성되어 있다. 또한, 화소(31-1 내지 31-4) 중, 화소(31-1)에는, 광이 입사하는 측에 대해, G 유기 광전 변환막(52)의 하측에 R 컬러 필터(55-1)가 형성되고, 화소(31-3)에는, 광이 입사하는 측에 대해, G 유기 광전 변환막(52)의 하측에 B 컬러 필터(55-3)가 형성되어 있지만, 화소(31-2)와 화소(31-4)에는, 컬러 필터가 형성되어 있지 않다.
화소(31-1)에서는, 렌즈(51-1)에 의해 집광된 광이, G 유기 광전 변환막(52)에 입사된다. G 유기 광전 변환막(52)은, 렌즈(51-1)로부터의 입사광 중, 녹색(G) 성분의 광을 흡수하여, 녹색(G) 성분의 광에 대응한 신호 전하를 생성한다. G 유기 광전 변환막(52)에 의해 생성된 신호 전하는, 화소 피치에 응하여 배치되어 있는 투명 전극(53-1)에 의해 취출되어, 전극(54-1)을 통하여 전하 유지부(57-1)에 유지된다.
또한, 렌즈(51-1)로부터의 입사광 중, G 유기 광전 변환막(52)을 투과한 광은, R 컬러 필터(55-1)에 입사된다. 여기서, G 유기 광전 변환막(52)을 투과한 광은, 적색(R) 성분의 광과, 청색(B) 성분의 광으로 되기 때문에, R 컬러 필터(55-1)에 의해, 적색(R) 성분의 광이 투과되어(청색(B) 성분의 광이 커트되어), 포토 다이오드(56-1)에 입사된다. 포토 다이오드(56-1)는, R 컬러 필터(55-1)로부터의 적색(R) 성분의 광에 대응한 신호 전하를 생성한다.
즉, 화소(31-1)에서는, 녹색(G) 성분의 광과, 적색(R) 성분의 광에 대응한 신호 전하가 생성된다.
화소(31-2)에서는, 렌즈(51-2)에 의해 집광된 광이, G 유기 광전 변환막(52)에 입사된다. G 유기 광전 변환막(52)은, 렌즈(51-2)로부터의 입사광 중, 녹색(G) 성분의 광을 흡수하여, 녹색(G) 성분의 광에 대응한 신호 전하를 생성한다. G 유기 광전 변환막(52)에 의해 생성된 신호 전하는, 화소 피치에 응하여 배치되어 있는 투명 전극(53-2)에 의해 취출되어, 전극(54-2)을 통하여 전하 유지부(57-2)에 유지된다.
여기서, 화소(31-2)에는, 컬러 필터가 형성되어 있지 않기 때문에, G 유기 광전 변환막(52)을 투과한 광은, 직접, 포토 다이오드(56-2)에 입사된다. 또한, G 유기 광전 변환막(52)을 투과한 광은, 적색(R) 성분의 광과, 청색(B) 성분의 광으로 되기 때문에, 포토 다이오드(56-2)에서는, 적색(R)과 청색(B)의 혼색인 마젠타(Mg) 성분의 광에 대응한 신호 전하가 생성된다.
즉, 화소(31-2)에서는, 녹색(G) 성분의 광과, 마젠타(Mg) 성분의 광에 대응한 신호 전하가 생성된다.
화소(31-3)에서는, 렌즈(51-3)에 의해 집광된 광이, G 유기 광전 변환막(52)에 입사된다. G 유기 광전 변환막(52)은, 렌즈(51-3)로부터의 입사광 중, 녹색(G) 성분의 광을 흡수하여, 녹색(G) 성분의 광에 대응한 신호 전하를 생성한다. G 유기 광전 변환막(52)에 의해 생성된 신호 전하는, 화소 피치에 응하여 배치되어 있는 투명 전극(53-3)에 의해 취출되어, 전극(54-3)을 통하여 전하 유지부(57-3)에 유지된다.
또한, 렌즈(51-3)로부터의 입사광 중, G 유기 광전 변환막(52)을 투과한 광은, B 컬러 필터(55-3)에 입사된다. 여기서, G 유기 광전 변환막(52)을 투과한 광은, 적색(R) 성분의 광과, 청색(B) 성분의 광으로 되기 때문에, B 컬러 필터(55-3)에 의해, 청색(B) 성분의 광이 투과되어(적색(R) 성분의 광이 커트되어), 포토 다이오드(56-3)에 입사된다. 포토 다이오드(56-3)는, B 컬러 필터(55-3)로부터의 청색(B) 성분의 광에 대응한 신호 전하를 생성한다.
즉, 화소(31-3)에서는, 녹색(G) 성분의 광과, 청색(B) 성분의 광에 대응한 신호 전하가 생성된다.
화소(31-4)에서는, 화소(31-2)와 마찬가지로, 컬러 필터가 형성되어 있지 않기 때문에, G 유기 광전 변환막(52)은, 렌즈(51-4)로부터의 입사광 중, 녹색(G) 성분의 광을 흡수하여, 녹색(G) 성분의 광에 대응한 신호 전하를 생성한다. 또한, 포토 다이오드(56-4)는, G 유기 광전 변환막(52)을 투과한 적색(R) 성분의 광과, 청색(B) 성분의 광과의 혼색인 마젠타(Mg) 성분의 광에 대응한 신호 전하를 생성한다.
즉, 화소(31-4)에서는, 녹색(G) 성분의 광과, 마젠타(Mg) 성분의 광에 대응한 신호 전하가 생성된다.
이상과 같이 하여, 화소(31-1 내지 31-4)에 의해 생성된 신호 전하는, 복수의 화소 트랜지스터로 이루어지는 판독부에 의해 판독되어, 후단의 신호 처리부에 의해 처리됨으로써, 화상 데이터로서 출력된다. 여기서, 후단의 신호 처리부에서는, 화소(31-1)로부터의 출력에 응한 녹색(G) 성분과 적색(R) 성분에 대응한 신호와, 화소(31-3)로부터의 출력에 응한 녹색(G) 성분과 청색(B) 성분에 대응한 신호에 의한 RGB 신호가 처리되게 된다.
또한, 후단의 신호 처리부에서는, 화소(31-2)로부터의 출력에 의해, 녹색(G) 성분과 마젠타(Mg) 성분에 대응한 신호가 얻어지기 때문에, 그들의 신호를 합성(가산)함으로써, 흰색(W) 성분에 대응한 W신호가 처리되게 된다. 마찬가지로, 화소(31-4)로부터의 출력에 의해, 녹색(G) 성분과 마젠타(Mg) 성분에 대응한 신호가 얻어지기 때문에, 그들의 신호를 합성(가산)함으로써, 흰색(W) 성분에 대응한 W신호가 처리되게 된다.
여기서, 도 3에 도시하는 바와 같이, 제1의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(21)에서는, 모든 화소(31)에 대해, G 유기 광전 변환막(52)이 형성된다. 또한, G 유기 광전 변환막(52)의 하측에, R 컬러 필터(55-1)와, B 컬러 필터(55-3)가 형성되지만, 모든 화소(31)에 대해, R 컬러 필터(55-1) 또는 B 컬러 필터(55-3)가 형성되는 것은 아니고, 컬러 필터가 형성되지 않은 화소가 존재하고 있다.
즉, 제1의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(21)에서. 복수의 화소(31)는, 2×2화소를 반복 단위로 하여 배치되고, 각 2×2화소에는, R 컬러 필터(55-1)가 형성된 화소(도 2의 화소(31-1))와, B 컬러 필터(55-3)가 형성된 화소(도 2의 화소(31-3))가 대각(對角)으로 배치됨과 함께, 나머지 대각에, 컬러 필터가 형성되지 않은 화소(도 2의 화소(31-2, 31-4))가 각각 배치된다.
그리고, 제1의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(21)에서. 이와 같은 화소의 배치로 이루어지는 2×2화소가 반복 배치됨으로써, G 유기 광전 변환막(52)과 R 컬러 필터(55-1)가 형성된 화소(도 2의 화소(31-1))로부터의 출력과, G 유기 광전 변환막(52)과 B 컬러 필터(55-3)가 형성된 화소(도 2의 화소(31-3))로부터의 출력에 대해 신호 처리를 시행함에 의해, RGB 신호가 얻어진다. 또한, 제1의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(21)에서. 컬러 필터가 형성되지 않은 2개의 화소(도 2의 화소(31-2, 31-4))로부터의 출력에 대해 신호 처리를 시행함에 의해, W신호가 얻어진다.
환언하면, 2×2화소에서. R 컬러 필터(55-1)와 B 컬러 필터(55-3)가 형성된 화소로부터 얻어지는 녹색(G) 성분에 대응한 신호는, 디모자이크 처리에 의해 화상 데이터로 사용되게 된다. 또한, 2×2화소에서. 컬러 필터가 형성되지 않은 화소로부터 얻어지는 녹색(G) 성분에 대응한 신호는, 신호 처리에 의해, 마젠타(Mg) 성분에 대응한 신호와 합성(가산)되어, 휘도 신호로서 사용되게 된다.
이와 같이, 제1의 실시의 형태에서는, 화소 어레이부(21)에 배치되는 화소(31)로서, 감도 향상을 위한 화소(도 2의 화소(31-2, 31-4))를 배치함으로써, RGB 신호 외에, W신호가 얻어진다. 그 때문에, 고체 촬상 장치(10)에서. G 유기 광전 변환막(52)을, 포토 다이오드(56)를 갖는 반도체 기판에 적층시키는 구조를 채용한 경우에, W신호에 의해 감도를 높이면서 고해상도화를 실현할 수 있다.
<3. 제2의 실시의 형태>
다음에, 제2의 실시의 형태에서의 고체 촬상 장치(10)의 상세 구조에 관해 설명한다. 도 4는, 도 1의 고체 촬상 장치(10)의 일부를 확대한 것으로, G 유기 광전 변환막과 Ye, Cy 컬러 필터가 배치된 화소(31)의 구조를 도시하는 단면도이다. 도 4에서는, 화소 어레이부(21)에 2차원형상으로 배열된 복수의 화소(31) 중, 임의의 행방향으로 배치된 4개의 화소(31-1 내지 31-4)가 예시되어 있다.
화소(31-1 내지 31-4)에서는, 반도체 기판(실리콘 기판)상에, 포토 다이오드(56-1 내지 56-4) 및 전하 유지부(57-1 내지 57-4)가 형성되고, 실리콘(Si)층(58-1 내지 58-4)에 매입되어 있다. 또한, 반도체 기판상에는, G 유기 광전 변환막(52)이 적층되고, 또한, 렌즈(51-1 내지 51-4)가 형성되어 있다. 또한, 화소(31-1 내지 31-4) 중, 화소(31-1)에는, 광이 입사하는 측에 대해, G 유기 광전 변환막(52)의 상측에 Ye 컬러 필터(61-1)가 형성되고, 화소(31-3)에는, 광이 입사하는 측에 대해, G 유기 광전 변환막(52)의 상측에 Cy 컬러 필터(61-3)가 형성되어 있지만, 화소(31-2)와 화소(31-4)에는, 컬러 필터가 형성되어 있지 않다.
화소(31-1)에서는, 렌즈(51-1)에 의해 집광된 광이, Ye 컬러 필터(61-1)에 입사된다. 여기서, Ye 컬러 필터(61-1)를 투과한 광은, 옐로(Ye) 성분의 광, 즉, 적색(R)과 녹색(G)이 혼합된 광으로 되기 때문에, Ye 컬러 필터(61-1)에 의해, 적색(R)과 녹색(G)이 혼합된 광이 투과되고, G 유기 광전 변환막(52)에 입사된다.
G 유기 광전 변환막(52)은, Ye 컬러 필터(61-1)로부터의 입사광 중, 녹색(G) 성분의 광을 흡수하여, 녹색(G) 성분의 광에 대응한 신호 전하를 생성한다. G 유기 광전 변환막(52)에 의해 생성된 신호 전하는, 화소 피치에 응하여 배치되어 있는 투명 전극(53-1)에 의해 취출되어, 전극(54-1)을 통하여 전하 유지부(57-1)에 유지된다.
또한, G 유기 광전 변환막(52)을 투과한 광은, 포토 다이오드(56-1)에 입사된다. 여기서, G 유기 광전 변환막(52)을 투과한 광은, 적색(R) 성분의 광으로 되기 때문에, 포토 다이오드(56-1)는, G 유기 광전 변환막(52)을 투과한 적색(R) 성분의 광에 대응한 신호 전하를 생성한다.
즉, 화소(31-1)에서는, 녹색(G) 성분의 광과, 적색(R) 성분의 광에 대응한 신호 전하가 생성된다.
화소(31-2)에서는, 렌즈(51-2)에 의해 집광된 광이, G 유기 광전 변환막(52)에 입사된다. G 유기 광전 변환막(52)은, 렌즈(51-2)로부터의 입사광 중, 녹색(G) 성분의 광을 흡수하여, 녹색(G) 성분의 광에 대응한 신호 전하를 생성한다. G 유기 광전 변환막(52)에 의해 생성된 신호 전하는, 화소 피치에 응하여 배치되어 있는 투명 전극(53-2)에 의해 취출되어, 전극(54-2)을 통하여 전하 유지부(57-2)에 유지된다.
여기서, 화소(31-2)에는, 컬러 필터가 형성되어 있지 않기 때문에, 렌즈(51-2)에 의해 집광된 광은, 직접, G 유기 광전 변환막(52)에 입사되고, 또한, G 유기 광전 변환막(52)을 투과한 광이, 포토 다이오드(56-2)에 입사된다. 또한, G 유기 광전 변환막(52)을 투과한 광은, 적색(R) 성분의 광과, 청색(B) 성분의 광으로 되기 때문에, 포토 다이오드(56-2)에서는, 적색(R)과 청색(B)의 혼색인 마젠타(Mg) 성분의 광에 대응한 신호 전하가 생성된다.
즉, 화소(31-2)에서는, 녹색(G) 성분의 광과, 마젠타(Mg) 성분의 광에 대응한 신호 전하가 생성된다.
화소(31-3)에서는, 렌즈(51-3)에 의해 집광된 광이, Cy 컬러 필터(61-3)에 입사된다. 여기서, Cy 컬러 필터(61-3)를 투과한 광은, 시안(Cy) 성분의 광, 즉, 녹색(G)과 청색(B)이 혼합된 광으로 되기 때문에, Cy 컬러 필터(61-3)에 의해, 녹색(G)과 청색(B)이 혼합된 광이 G 유기 광전 변환막(52)에 입사된다.
G 유기 광전 변환막(52)은, Cy 컬러 필터(61-3)로부터의 입사광 중, 녹색(G) 성분의 광을 흡수하여, 녹색(G) 성분의 광에 대응한 신호 전하를 생성한다. G 유기 광전 변환막(52)에 의해 생성된 신호 전하는, 화소 피치에 응하여 배치되어 있는 투명 전극(53-3)에 의해 취출되어, 전극(54-3)을 통하여 전하 유지부(57-3)에 유지된다.
또한, G 유기 광전 변환막(52)을 투과한 광은, 포토 다이오드(56-3)에 입사된다. 여기서, G 유기 광전 변환막(52)을 투과한 광은, 청색(B) 성분의 광으로 되기 때문에, 포토 다이오드(56-3)는, G 유기 광전 변환막(52)을 투과한 청색(B) 성분의 광에 대응한 신호 전하를 생성한다.
즉, 화소(31-3)에서는, 녹색(G) 성분의 광과, 청색(B) 성분의 광에 대응한 신호 전하가 생성된다.
화소(31-4)에서는, 화소(31-2)와 마찬가지로, 컬러 필터가 형성되어 있지 않기 때문에, G 유기 광전 변환막(52)은, 렌즈(51-4)로부터의 입사광 중, 녹색(G) 성분의 광을 흡수하여, 녹색(G) 성분의 광에 대응한 신호 전하를 생성한다. 또한, 포토 다이오드(56-4)는, G 유기 광전 변환막(52)을 투과한 적색(R) 성분의 광과, 청색(B) 성분의 광과의 혼색인 마젠타(Mg) 성분의 광에 대응한 신호 전하를 생성한다.
즉, 화소(31-4)에서는, 녹색(G) 성분의 광과, 마젠타(Mg) 성분의 광에 대응한 신호 전하가 생성된다.
이상과 같이 하여, 화소(31-1 내지 31-4)에 의해 생성된 신호 전하는, 복수의 화소 트랜지스터로 이루어지는 판독부에 의해 판독되어, 후단의 신호 처리부에 의해 처리됨으로써, 화상 데이터로서 출력된다. 여기서, 후단의 신호 처리부에서는, 화소(31-1)로부터의 출력에 응한 녹색(G) 성분과 적색(R) 성분에 대응한 신호와, 화소(31-3)로부터의 출력에 응한 녹색(G) 성분과 청색(B) 성분에 대응한 신호에 의한 RGB 신호가 처리되게 된다.
또한, 후단의 신호 처리부에서는, 화소(31-2)로부터의 출력에 의해, 녹색(G) 성분과 마젠타(Mg) 성분에 대응한 신호가 얻어지기 때문에, 그들의 신호를 합성(가산)함으로써, 흰색(W) 성분에 대응한 W신호가 처리되게 된다. 마찬가지로, 화소(31-4)로부터의 출력에 의해, 녹색(G) 성분과 마젠타(Mg) 성분에 대응한 신호가 얻어지기 때문에, 그들의 신호를 합성(가산)함으로써, 흰색(W) 성분에 대응한 W신호가 처리되게 된다.
여기서, 도 5에 도시하는 바와 같이, 제2의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(21)에서는, 모든 화소(31)에 대해, G 유기 광전 변환막(52)이 형성된다. 또한, G 유기 광전 변환막(52)의 상측에, Ye 컬러 필터(61-1)와, Cy 컬러 필터(61-3)가 형성되지만, 모든 화소(31)에 대해, Ye 컬러 필터(61-1) 또는 Cy 컬러 필터(61-3)가 형성되는 것은 아니고, 컬러 필터가 형성되지 않은 화소가 존재하고 있다.
즉, 제2의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(21)에서. 복수의 화소(31)는, 2×2화소를 반복 단위로 하여 배치되고, 각 2×2화소에는, Ye 컬러 필터(61-1)가 형성된 화소(도 4의 화소(31-1))와, Cy 컬러 필터(61-3)가 형성된 화소(도 4의 화소(31-3))가 대각으로 배치됨과 함께, 나머지 대각에, 컬러 필터가 형성되지 않은 화소(도 4의 화소(31-2, 31-4))가 각각 배치된다.
그리고, 제2의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(21)에서. 이와 같은 화소의 배치로 이루어지는 2×2화소가 반복 배치됨으로써, Ye 컬러 필터(61-1)와 G 유기 광전 변환막(52)이 형성된 화소(도 4의 화소(31-1))로부터의 출력과, Cy 컬러 필터(61-3)와 G 유기 광전 변환막(52)이 형성된 화소(도 4의 화소(31-3))로부터의 출력에 대해 신호 처리를 시행함에 의해, RGB 신호가 얻어진다. 또한, 제2의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(21)에서. 컬러 필터가 형성되지 않은 2개의 화소(도 4의 화소(31-2, 31-4))로부터의 출력에 대해 신호 처리를 시행함에 의해, W신호가 얻어진다.
환언하면, 2×2화소에서. Ye 컬러 필터(61-1)와 Cy 컬러 필터(61-3)가 형성된 화소로부터 얻어지는 녹색(G) 성분에 대응한 신호는, 디모자이크 처리에 의해 화상 데이터로 사용되게 된다. 또한, 2×2화소에서. 컬러 필터가 형성되지 않은 화소로부터 얻어지는 녹색(G) 성분에 대응한 신호는, 신호 처리에 의해, 마젠타(Mg) 성분에 대응한 신호와 합성(가산)되어, 휘도 신호로서 사용되게 된다.
이와 같이, 제2의 실시의 형태에서는, 화소 어레이부(21)에 배치되는 화소(31)로서, 감도 향상을 위한 화소(도 4의 화소(31-2, 31-4))를 배치함으로써, RGB 신호 외에, W신호가 얻어진다. 그 때문에, 고체 촬상 장치(10)에서. G 유기 광전 변환막(52)을, 포토 다이오드(56)를 갖는 반도체 기판에 적층시키는 구조를 채용한 경우에, W신호에 의해 감도를 높이면서, 고해상도화를 실현할 수 있다.
<4. 제3의 실시의 형태>
다음에, 제3의 실시의 형태에서의 고체 촬상 장치(10)의 상세 구조에 관해 설명한다. 상술한 제1의 실시의 형태와, 제2의 실시의 형태에서. 각 화소(31)에서는, 실리콘(Si)층(58)에, 포토 다이오드(56)가 매입되도록 형성되어 있다. 이면 조사형의 고체 촬상 장치(10)에서. 각 화소(31)에서는, 이와 같은 매입형의 포토 다이오드 구조를 갖기 때문에, 제어용의 화소 트랜지스터를 위한 영역을 확보하고, 포토 다이오드(56)에 대해, 배선층측에, 화소 트랜지스터를 적층하는 것이 가능해진다.
<5. 제4의 실시의 형태>
다음에, 제4의 실시의 형태에서의 고체 촬상 장치(10)의 상세 구조에 관해 설명한다. 도 6은, 도 1의 고체 촬상 장치(10)의 일부를 확대한 것으로, 투명 전극(53)이 분리된 화소(31)의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 6에서. 화소(31-1), 화소(31-3) 및 화소(31-4)는, 도 2의 화소(31-1), 화소(31-3) 및 화소(31-4)와 같은 구조를 갖고 있지만, 화소(31-2)의 구조가, 도 2의 화소(31-2)의 구조와 다르다.
즉, 도 6의 화소(31-2)에서는, 투명 전극(53-2)이, 투명 전극(53-2A)과 투명 전극(53-2B)으로 분리되어 있다. 투명 전극(53-2A)은, G 유기 광전 변환막(52)에 의해 생성된, 녹색(G) 성분의 광에 대응한 신호 전하를 취출하여, 전극(54-2A)을 통하여 전하 유지부(57-2A)에 유지시킨다. 투명 전극(53-2B)은, G 유기 광전 변환막(52)에 의해 생성된, 녹색(G) 성분의 광에 대응한 신호 전하를 취출하여, 전극(54-2B)을 통하여 전하 유지부(57-2B)에 유지시킨다.
여기서, 도 6의 화소(31-2)에는, 컬러 필터가 형성되어 있지 않기 때문에, G 유기 광전 변환막(52)을 투과한 광은, 직접, 포토 다이오드(56-2)에 입사된다. 또한, G 유기 광전 변환막(52)을 투과한 광은, 적색(R) 성분의 광과, 청색(B) 성분의 광으로 되기 때문에, 포토 다이오드(56-2)에서는, 적색(R)과 청색(B)의 혼색인 마젠타(Mg) 성분의 광에 대응한 신호 전하가 생성된다.
즉, 도 6의 화소(31-2)에서는, 녹색(G) 성분의 광과, 마젠타(Mg) 성분의 광에 대응한 신호 전하가 생성되지만, 한 쌍의 투명 전극(53-2A)과 투명 전극(53-2B)의 각각에 의해, G 유기 광전 변환막(52)에 의해 생성된 신호 전하가 취출되기 때문에, 후단의 신호 처리부에서는, 그것을 위상차 검출용 신호로서 이용함으로써, 상면(像面) 위상차 방식의 오토 포커스를 실현할 수 있다. 환언하면, 화소(31-2)는, 위상차의 검출기능을 갖는 위상차 검출용의 화소(위상차 검출용 화소)라고 말할 수 있다. 또한, 마찬가지로 하여, 화소(31-4)를, 위상차 검출용의 화소(위상차 검출용 화소)로서 이용하도록 하여도 좋다.
또한, 도 6에서는, 고체 촬상 장치(10)의 구조로서, 제1의 실시의 형태에 대응한 구조(기본 구조 1 : G 유기 광전 변환막 + R, B 컬러 필터)를 설명하였지만, 마찬가지로, 제2의 실시의 형태에 대응한 구조(기본 구조 2 : G 유기 광전 변환막 + Ye, Cy 컬러 필터)에 적용할 수도 있다.
<6. 제5의 실시의 형태>
다음에, 제5의 실시의 형태에서의 고체 촬상 장치(10)의 상세 구조에 관해 설명한다. 도 7은, 도 1의 고체 촬상 장치(10)의 일부를 확대한 것으로, 반도체 기판을 적층시킨 경우의 화소(31)의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 7에서는, 센서 회로를 갖는 제1의 반도체 기판(111)과, 로직 회로를 갖는 제2의 반도체 기판(112)과, 메모리 회로를 갖는 제3의 반도체 기판(113)이, 제1의 반도체 기판(111)을 최상층으로 하여, 제2의 반도체 기판(112), 제3의 반도체 기판(113)의 순서로 3층으로 적층되어 있다.
제1의 반도체 기판(111)의 센서 회로는, 제1의 실시의 형태에 대응한 구조를 갖고 있다. 제2의 반도체 기판(112)의 로직 회로는, 화소 어레이부(21)에 2차원으로 배열된 복수의 화소(31)의 제어나, 외부와의 통신의 제어를 행하는 신호 처리에 관한 신호 처리 회로를 포함하고 있다. 또한, 제3의 반도체 기판(113)의 메모리 회로는, 일시적으로 신호를 유지하는 회로이다.
이상과 같은 적층형 구조를 채용하여, 각 반도체 기판의 기능에 대응하도록, 각 회로를 적절하게 형성한 것이 가능하기 때문에, 고체 촬상 장치(10)를 고기능화하는 것을 용이하게 실현할 수 있다. 예를 들면, 제1의 반도체 기판(111)과, 제2의 반도체 기판(112)과, 제3의 반도체 기판(113)의 각 기능에 대응하도록, 센서 회로와, 로직 회로와, 메모리 회로를 적절하게 형성하여, 화소 어레이부(21)에 2차원으로 배열된 복수의 화소(31)를 공유 화소 구조로 함으로써, 처리를 고속화할 수 있다. 이 공유 화소 구조는, 예를 들면, 복수의 포토 다이오드(56)와, 복수의 전송 트랜지스터와, 공유하는 하나의 플로팅 디퓨전과, 공유하는 하나씩의 다른 화소 트랜지스터로 구성된다.
또한, 도 7에서는, 고체 촬상 장치(10)의 구조로서, 제1의 실시의 형태에 대응한 구조(기본 구조 1 : G 유기 광전 변환막 + R, B 컬러 필터)를 설명하였지만, 마찬가지로, 제2의 실시의 형태에 대응한 구조(기본 구조 2 : G 유기 광전 변환막 + Ye, Cy 컬러 필터)에 적용할 수도 있다.
이상과 같이, 제1의 실시의 형태 내지 제5의 실시의 형태에서는, 반도체 기판에 포토 다이오드(56)를 형성하면서, 그 입사광측에, G 유기 광전 변환막(52)을 적층함으로써, 녹색(G) 성분의 감도를 향상시킴과 함께, 화소 특성을 열화시키는 일 없이, 다화소화(多畵素化)를 도모할 수 있다.
제1의 실시의 형태의 경우에는, R 컬러 필터(55-1) 또는 B 컬러 필터(55-3)가 형성된 화소(화소(31-1), 31-3) 외에, 컬러 필터가 형성되지 않은 화소(화소(31-2, 31-4))를 마련함으로써, 녹색(G) 성분과 마젠타(Mg) 성분에 대응한 신호를 합성(가산)함에 의해, 흰색(W) 성분에 대응한 W신호를 생성하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 감도를 높이면서, 고해상도화를 실현할 수 있다. 또한, 입사광의 로스를 삭감할 수도 있다.
또한, 제2의 실시의 형태의 경우도 마찬가지로, Ye 컬러 필터(61-1) 또는 Cy 컬러 필터(61-3)가 형성된 화소(화소(31-1, 31-3) 외에, 컬러 필터가 형성되지 않은 화소(화소(31-2, 31-4))를 마련함으로써, 녹색(G) 성분과 마젠타(Mg) 성분에 대응한 신호를 합성(가산)함에 의해, 흰색(W) 성분에 대응한 W신호를 생성하는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 감도를 높이면서 고해상도화를 실현할 수 있다. 또한, 입사광의 로스를 삭감할 수도 있다.
<7. 카메라 모듈의 구성>
본 기술은, 고체 촬상 장치에의 적용으로 한정되는 것이 아니다. 즉, 본 기술은, 고체 촬상 장치 외에 광학 렌즈계 등을 갖는 카메라 모듈, 디지털 카메라나 비디오 카메라 등의 촬상 장치, 촬상 기능을 갖는 휴대 단말 장치(예를 들면 스마트 폰이나 태블릿형 단말), 또는 화상 판독부에 고체 촬상 장치를 이용하는 복사기 등, 고체 촬상 장치를 갖는 전자 기기 전반에 대해 적용 가능하다.
도 8은, 고체 촬상 장치를 갖는 카메라 모듈의 구성례를 도시하는 도면이다.
도 8에서. 카메라 모듈(200)은, 광학 렌즈계(211), 고체 촬상 장치(212), 입출력부(213), DSP(Digital Signal Processor) 회로(214) 및 CPU(215)를 하나로 조립하여, 모듈을 구성하고 있다.
고체 촬상 장치(212)는, 도 1의 고체 촬상 장치(10)에 대응하고 있고, 그 구조로서, 예를 들면, 도 2의 단면 구조가 채용되어 있다. 즉, 고체 촬상 장치(212)에서는, 감도 향상을 위한 화소(예를 들면, 도 2의 화소(31-2, 31-4))가 배치되어 있다. 고체 촬상 장치(212)는, 광학 렌즈계(211)를 통하여 피사체로부터의 입사광(상광)을 받아들여서, 촬상면상에 결상된 입사광의 광량을 화소 단위로 전기 신호로 변환하여 화소 신호로서 출력한다. 입출력부(213)는, 외부와의 입출력의 인터페이스로서의 기능을 갖는다.
DSP 회로(214)는, 고체 촬상 장치(212)로부터 공급되는 신호를 처리하는 신호 처리 회로이다. 예를 들면, 이 신호 처리 회로에서는, 화소(31-1)(도 2)로부터의 출력에 응한 녹색(G) 성분과 적색(R) 성분에 대응한 신호와, 화소(31-3)(도 2)로부터의 출력에 녹색(G) 성분과 청색(B) 성분에 대응한 신호에 의한 RGB 신호가 처리되게 된다.
또한, 신호 처리 회로에서는, 화소(31-2)(도 2)로부터의 출력에 의해, 녹색(G) 성분과 마젠타(Mg) 성분에 대응한 신호가 얻어지기 때문에, 그들의 신호를 합성함으로써, W신호가 얻어지게 된다. 마찬가지로, 화소(31-4)(도 2)로부터의 출력에 의해, 녹색(G) 성분과 마젠타(Mg) 성분에 대응한 신호가 얻어지기 때문에, 그들의 신호를 합성함으로써, W신호를 얻게 된다. 또한, 상술한 신호 처리 회로가 행하는 처리가, 고체 촬상 장치(212)에 의해 행하여지도록 하여도 좋다.
CPU(215)는, 광학 렌즈계(211)의 제어나, 입출력부(213)와의 사이에서 데이터의 교환 등을 행한다.
또한, 카메라 모듈(201)로서는, 예를 들면, 광학 렌즈계(211), 고체 촬상 장치(212) 및 입출력부(213)만으로 모듈이 구성되도록 하여도 좋다. 이 경우, 고체 촬상 장치(212)로부터의 화소 신호가 입출력부(213)를 통하여 출력된다. 또한, 카메라 모듈(202)로서는, 광학 렌즈계(211), 고체 촬상 장치(212), 입출력부(213) 및 DSP 회로(214)에 의해 모듈이 구성되도록 하여도 좋다. 이 경우, 고체 촬상 장치(212)로부터의 화소 신호는, DSP 회로(214)에 의해 처리되고, 입출력부(213)를 통하여 출력된다.
카메라 모듈(200, 201, 202)은, 이상과 같이 구성된다. 카메라 모듈(200, 201, 202)에서는, 감도 향상을 위한 화소(예를 들면, 도 2의 화소(31-2, 31-4))가 배치되어 있는 고체 촬상 장치(212)가 마련되어 있기 때문에, RGB 신호 외에, W신호가 얻어지기 때문에, 이 W신호에 의해 감도를 높이면서, 고해상도화를 실현할 수 있다.
<8. 전자 기기의 구성>
도 9는, 고체 촬상 장치를 갖는 전자 기기의 구성례를 도시하는 도면이다.
도 9의 전자 기기(300)는, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라나 비디오 카메라 등의 촬상 장치나, 스마트 폰이나 태블릿형 단말 등의 휴대 단말 장치 등의 전자 기기이다.
도 9에서. 전자 기기(300)는, 고체 촬상 장치(301), DSP 회로(302), 프레임 메모리(303), 표시부(304), 기록부(305), 조작부(306) 및 전원부(307)로 구성된다. 또한, 전자 기기(300)에서. DSP 회로(302), 프레임 메모리(303), 표시부(304), 기록부(305), 조작부(306) 및 전원부(307)는, 버스 라인(308)을 통하여 상호 접속되어 있다.
고체 촬상 장치(301)는, 도 1의 고체 촬상 장치(10)에 대응하고 있고, 그 구조로서, 예를 들면, 도 2의 단면 구조가 채용되고 있다. 즉, 고체 촬상 장치(212)에서는, 감도 향상을 위한 화소(예를 들면, 도 2의 화소(31-2, 31-4))가 배치되어 있다. 고체 촬상 장치(301)는, 광학 렌즈계(부도시)를 통하여 피사체로부터의 입사광(상광)을 받아들여, 촬상면상에 결상된 입사광의 광량을 화소 단위로 전기 신호로 변환하여 화소 신호로서 출력한다.
DSP 회로(302)는, 고체 촬상 장치(301)로부터 공급되는 신호를 처리하는 신호 처리 회로로서, 도 8의 DSP 회로(214)에 대응하고 있다. DSP 회로(302)는, 고체 촬상 장치(301)로부터의 신호를 처리하여 얻어지는 화상 데이터를 출력한다. 프레임 메모리(303)는, DSP 회로(302)에 의해 처리된 화상 데이터를, 프레임 단위로 일시적으로 유지한다.
표시부(304)는, 예를 들면, 액정 패널이나 유기 EL(Electro Luminescence) 패널 등의 패널형 표시 장치로 이루어지고, 고체 촬상 장치(301)에서 촬상된 동화 또는 정지화를 표시한다. 기록부(305)는, 고체 촬상 장치(301)에서 촬상된 동화 또는 정지화의 화상 데이터를, 반도체 메모리나 하드 디스크 등의 기록 매체에 기록한다.
조작부(306)는, 유저에 의한 조작에 따라, 전자 기기(300)가 갖는 각종의 기능에 관한 조작 지령을 출력한다. 전원부(307)는, DSP 회로(302), 프레임 메모리(303), 표시부(304), 기록부(305) 및 조작부(306)의 동작 전원이 되는 각종의 전원을, 이들 공급 대상에 대해 적절히 공급한다.
전자 기기(300)는, 이상과 같이 구성된다. 전자 기기(300)에서는, 감도 향상을 위한 화소(예를 들면, 도 2의 화소(31-2, 31-4))가 배치되어 있는 고체 촬상 장치(212)가 마련되어 있기 때문에, RGB 신호 외에, W신호가 얻어지기 때문에, 이 W신호에 의해 감도를 높이면서, 고해상도화를 실현할 수 있다.
<9. 고체 촬상 장치의 사용례>
도 10은, 이미지 센서로서의 고체 촬상 장치(10)의 사용례를 도시하는 도면이다.
상술한 고체 촬상 장치(10)는, 예를 들면, 이하와 같이, 가시광이나, 적외광, 자외광, X선 등의 광을 센싱하는 다양한 케이스에 사용할 수 있다. 즉, 도 10에 도시하는 바와 같이, 상술한, 감상용으로 제공되는 화상을 촬영하는 감상의 분야뿐만 아니라, 예를 들면, 교통의 분야, 가전의 분야, 의료·헬스케어의 분야, 시큐리티의 분야, 미용의 분야, 스포츠의 분야, 또는, 농업의 분야 등에서 사용되는 장치에서도, 고체 촬상 장치(10)를 사용할 수 있다.
구체적으로는, 상술한 바와 같이, 감상의 분야에서. 예를 들면, 디지털 카메라나 스마트 폰, 카메라 기능 부착의 휴대 전화기 등의, 감상용으로 제공되는 화상을 촬영하기 위한 장치(예를 들면 도 9의 전자 기기(300))에서, 고체 촬상 장치(10)를 사용할 수 있다.
교통의 분야에서. 예를 들면, 자동 정지 등의 안전운전이나, 운전자의 상태의 인식 등을 위해, 자동차의 전방이나 후방, 주위, 차내 등을 촬영하는 차량탑재용 센서, 주행 차량이나 도로를 감시하는 감시 카메라, 차량 사이 등의 거리측정(測距)을 행하는 거리측정 센서 등의, 교통용으로 제공되는 장치에서, 고체 촬상 장치(10)를 사용할 수 있다.
가전의 분야에서. 예를 들면, 유저의 제스처를 촬영하고, 그 제스처에 따른 기기 조작을 행하기 위해, 텔레비전 수상기나 냉장고, 에어 컨디셔너 등의 가전에 제공되는 장치에서, 고체 촬상 장치(10)를 사용할 수 있다. 또한, 의료·헬스케어의 분야에서. 예를 들면, 내시경이나, 적외광의 수광에 의한 혈관 촬영을 행하는 장치 등의, 의료나 헬스케어용으로 제공되는 장치에서, 고체 촬상 장치(10)를 사용할 수 있다.
시큐리티의 분야에서. 예를 들면, 방범 용도의 감시 카메라나, 인물 인증 용도의 카메라 등의, 시큐리티용으로 제공되는 장치에서, 고체 촬상 장치(10)를 사용할 수 있다. 또한, 미용의 분야에서. 예를 들면, 피부를 촬영하는 피부 측정기나, 두피를 촬영하는 마이크로스코프 등의, 미용용으로 제공되는 장치에서, 고체 촬상 장치(10)를 사용할 수 있다.
스포츠의 분야에서. 예를 들면, 스포츠 용도 등 용의 액션 카메라나 웨어러블 카메라 등의, 스포츠용으로 제공되는 장치에서, 고체 촬상 장치(10)를 사용할 수 있다. 또한, 농업의 분야에서. 예를 들면, 밭이나 작물의 상태를 감시하기 위한 카메라 등의, 농업용으로 제공되는 장치에서, 고체 촬상 장치(10)를 사용할 수 있다.
또한, 본 기술의 실시의 형태는, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지의 변경이 가능하다. 예를 들면, 상술한 복수의 실시의 형태의 전부 또는 일부를 조합시틴 형태를 채용할 수 있다.
또한, 본 기술은, 이하와 같은 구성을 취할 수 있다.
(1) 제1의 색성분 광을 흡수하여 신호 전하를 생성하는 제1의 광전 변환부와,
입사광의 광량에 응한 신호 전하를 생성하는 포토 다이오드로 이루어지는 제2의 광전 변환부를
갖는 복수의 화소가 2차원형상으로 배열된 화소 어레이부를 구비하고,
상기 화소 어레이부는,
상기 제1의 광전 변환부에 의해, 상기 제1의 색성분 광의 광전 변환을 행하고,
상기 제2의 광전 변환부에 의해, 제2의 색성분 광을 투과시키는 제1의 컬러 필터 및 상기 제1의 광전 변환부를 투과한 제3의 색성분 광의 광전 변환을 행하는
제1의 화소와,
상기 제1의 광전 변환부에 의해, 상기 제1의 색성분 광의 광전 변환을 행하고,
상기 제2의 광전 변환부에 의해, 제4의 색성분 광을 투과시키는 제2의 컬러 필터 및 상기 제1의 광전 변환부를 투과한 제5의 색성분 광의 광전 변환을 행하는
제2의 화소와,
상기 제1의 광전 변환부에 의해, 상기 제1의 색성분 광의 광전 변환을 행하고,
상기 제2의 광전 변환부에 의해, 상기 제1의 광전 변환부를 투과한 제6의 색성분 광의 광전 변환을 행하는 제3의 화소의 조합으로 이루어지는 상기 복수의 화소가 2차원형상으로 배열되어 있고,
상기 제1의 색성분과 상기 제6의 색성분을 혼합함으로써 흰색(W)이 얻어지는 고체 촬상 장치.
(2) 상기 제1의 컬러 필터 및 상기 제2의 컬러 필터는, 광이 입사하는 측에 대해, 상기 제1의 광전 변환부의 하측에 배치되어 있고,
상기 제1의 색성분은, 녹색(G)이고,
상기 제2의 색성분은, 적색(R)이고,
상기 제3의 색성분은, 적색(R)이고,
상기 제4의 색성분은, 청색(B)이고,
상기 제5의 색성분은, 청색(B)이고,
상기 제6의 색성분은, 마젠타(Mg)인 (1)에 기재된 고체 촬상 장치.
(3) 상기 화소 어레이부에서.
상기 복수의 화소는, 2×2화소를 반복 단위로 하여 배치되고,
상기 2×2화소에는, 상기 제1의 화소와 상기 제2의 화소가 대각으로 배치됨과 함께, 나머지 대각에 상기 제3의 화소가 각각 배치되는 (2)에 기재된 고체 촬상 장치.
(4) 상기 포토 다이오드는, 매입형의 포토 다이오드로서 형성되고,
상기 포토 다이오드에 대해, 배선층측에, 제어용의 화소 트랜지스터가 형성되는 (2) 또는 (3)에 기재된 고체 촬상 장치.
(5) 상기 제3의 화소는, 상기 제1의 광전 변환부에 의해 생성된 신호 전하를 취출하는 투명 전극이 분리된 구조로 이루어지는 위상차 검출용의 화소로서 구성되는 (2) 내지 (4)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(6) 상기 제1의 광전 변환부 및 상기 제2의 광전 변환부를 포함하는 센서 회로를 갖는 제1의 반도체 기판과,
로직 회로를 갖는 제2의 반도체 기판과,
메모리 회로를 갖는 제3의 반도체 기판이 상기 제1의 반도체 기판을 최상층으로 하여, 상기 제2의 반도체 기판, 상기 제3의 반도체 기판의 순서로 3층으로 적층되어 있는 (2) 내지 (5)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(7) 상기 제1의 컬러 필터 및 상기 제2의 컬러 필터는, 광이 입사하는 측에 대해, 상기 제1의 광전 변환부의 상측에 배치되어 있고,
상기 제1의 색성분은, 녹색(G)이고,
상기 제2의 색성분은, 옐로(Ye)이고,
상기 제3의 색성분은, 적색(R)이고,
상기 제4의 색성분은, 시안(Cy)이고,
상기 제5의 색성분은, 청색(B)이고,
상기 제6의 색성분은, 마젠타(Mg)인 (1)에 기재된 고체 촬상 장치.
(8) 상기 화소 어레이부에서.
상기 복수의 화소는, 2×2화소를 반복 단위로 하여 배치되고,
상기 2×2화소에는, 상기 제1의 화소와 상기 제2의 화소가 대각으로 배치됨과 함께, 나머지 대각에, 상기 제3의 화소가 각각 배치되는 (7)에 기재된 고체 촬상 장치.
(9) 상기 포토 다이오드는, 매입형의 포토 다이오드로서 형성되고,
상기 포토 다이오드에 대해, 배선층측에, 제어용의 화소 트랜지스터가 형성되는 (7) 또는 (8)에 기재된 고체 촬상 장치.
(10) 상기 제3의 화소는, 상기 제1의 광전 변환부에 의해 생성된 신호 전하를 취출하는 투명 전극이 분리된 구조로 이루어지는 위상차 검출용의 화소로서 구성되는 (7) 내지 (9)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(11) 상기 제1의 광전 변환부 및 상기 제2의 광전 변환부를 포함하는 센서 회로를 갖는 제1의 반도체 기판과,
로직 회로를 갖는 제2의 반도체 기판과,
메모리 회로를 갖는 제3의 반도체 기판이 상기 제1의 반도체 기판을 최상층으로 하여, 상기 제2의 반도체 기판, 상기 제3의 반도체 기판의 순서로 3층으로 적층되어 있는 (7) 내지 (10)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(12) 제1의 색성분 광을 흡수하여 신호 전하를 생성하는 제1의 광전 변환부와,
입사광의 광량에 응한 신호 전하를 생성하는 포토 다이오드로 이루어지는 제2의 광전 변환을 갖는 복수의 화소가 2차원형상으로 배열된 화소 어레이부를 가지며,
상기 화소 어레이부는,
상기 제1의 광전 변환부에 의해, 상기 제1의 색성분 광의 광전 변환을 행하고,
상기 제2의 광전 변환부에 의해, 제2의 색성분 광을 투과시키는 제1의 컬러 필터 및 상기 제1의 광전 변환부를 투과한 제3의 색성분 광의 광전 변환을 행하는
제1의 화소와,
상기 제1의 광전 변환부에 의해, 상기 제1의 색성분 광의 광전 변환을 행하고,
상기 제2의 광전 변환부에 의해, 제4의 색성분 광을 투과시키는 제2의 컬러 필터 및 상기 제1의 광전 변환부를 투과한 제5의 색성분 광의 광전 변환을 행하는
제2의 화소와,
상기 제1의 광전 변환부에 의해, 상기 제1의 색성분 광의 광전 변환을 행하고,
상기 제2의 광전 변환부에 의해, 상기 제1의 광전 변환부를 투과한 제6의 색성분 광의 광전 변환을 행하는 제3의 화소의 조합으로 이루어지는 상기 복수의 화소가 2차원형상으로 배열되어 있고,
상기 제1의 색성분과 상기 제6의 색성분을 혼합함으로써 흰색(W)이 얻어지는 고체 촬상 장치를 구비하는 전자 기기.
10 : 고체 촬상 장치 21 : 화소 어레이부
31 : 화소 23 : 칼럼 신호 처리 회로
26 : 제어 회로 51 : 렌즈
52 : G 유기 광전 변환막 53 : 투명 전극
54 : 전극 55-1 : R 컬러 필터
55-3 : B 컬러 필터 56 : 포토 다이오드
57 : 전하 유지부 58 : 실리콘층
61-1 : Ye 컬러 필터 61-3 : Cy 컬러 필터
111 : 제1의 반도체 기판 112 : 제2의 반도체 기판
113 : 제3의 반도체 기판 200, 201, 202 : 카메라 모듈
212 : 고체 촬상 장치 300 : 전자 기기
301 : 고체 촬상 장치

Claims (13)

  1. 복수의 화소를 포함하는 화소 어레이부를 구비하고,
    상기 복수의 화소의 각 화소는 흡수된 제1의 색성분의 광에 기초하여 신호 전하를 생성하는 광전 변환부를 포함하며,
    화소 트랜지스터는 상기 광전 변환부의 배선층 측에 마련되며,
    상기 복수의 화소는,
    상기 복수의 화소 중 어느 하나에 컬러 필터를 형성하지 않으며 제1 컬러 필터 영역 및 제2 컬러 필터 영역을 구비하고,
    제3의 색성분의 광을 광전 변환시키고,
    상기 제3의 색성분의 광은 상기 제1 컬러 필터 영역과 상기 광전 변환부를 통과하며,
    상기 제1 컬러 필터 영역은 제2의 색성분의 광을 통과시키도록 구성된 제1 화소와,
    제5의 색성분의 광을 광전 변환하고,
    상기 제5의 색성분의 광을 상기 제2의 컬러 필터 영역 및 상기 광전 변환부를 통과하며,
    상기 제2 컬러 필터 영역은 제4의 색성분의 광을 통과시키도록 구성된 제2 화소와,
    제6의 색성분의 광을 광전 변환하고,
    상기 제6의 색성분의 광을 상기 광전 변환부를 통과하도록 구성된 제3 화소를 포함하며,
    상기 제1 컬러 필터 영역 및 상기 제2 컬러 필터 영역은 상기 광전 변환부의 광 입사측 하측에 위치하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 색성분은 녹색(G)이고,
    상기 제2의 색성분은 적색(R)이고,
    상기 제3의 색성분은 적색(R)이고,
    상기 제4의 색성분은 청색(B)이고,
    상기 제5의 색성분은 청색(B)이고,
    상기 제6의 색성분은 마젠타(Mg)인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 화소는 상기 화소 어레이부에서 2차원적으로 배열되며,
    상기 화소 어레이부는 복수의 2×2화소 매트릭스를 포함하며,
    상기 복수의 2×2화소 매트릭스의 각 2×2화소 매트릭스에 있어서, 상기 제1 화소와 상기 제2 화소는 대각으로 배치됨과 함께 상기 제3 화소는 상기 제1 화소와 상기 제2 화소에 의해 차지하고 있지 않은 대각에 배치되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 화소는 위상차를 검출하도록 구성되며,
    상기 제3 화소는 복수의 투명 전극을 포함하며,
    상기 복수의 투명 전극의 각 투명 전극은, 상기 광전 변환부에 의해 생성된 신호 전하를 취출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    센서 회로를 갖는 제1의 반도체 기판을 더 포함하고,
    상기 제1의 반도체 기판은 상기 광전 변환부를 구비하고,
    로직 회로를 갖는 제2의 반도체 기판과,
    메모리 회로를 갖는 제3의 반도체 기판과,
    상기 제1의 반도체 기판, 상기 제2의 반도체 기판, 상기 제3의 반도체 기판의 순서로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  6. 복수의 화소를 포함하는 화소 어레이부를 구비하고,
    상기 복수의 화소의 각 화소는 흡수된 제1의 색성분의 광에 기초하여 신호 전하를 생성하는 광전 변환부를 포함하며,
    화소 트랜지스터는 상기 광전 변환부의 배선층 측에 마련되며,
    상기 복수의 화소는,
    상기 복수의 화소 중 어느 하나에 컬러 필터를 형성하지 않으며 제1 컬러 필터 영역 및 제2 컬러 필터 영역을 구비하고,
    제3의 색성분의 광을 광전 변환시키고,
    상기 제3의 색성분의 광은 상기 제1 컬러 필터 영역과 상기 광전 변환부를 통과하며,
    상기 제1 컬러 필터 영역은 제2의 색성분의 광을 통과시키도록 구성된 제1 화소와,
    제5의 색성분의 광을 광전 변환하고,
    상기 제5의 색성분의 광을 상기 제2의 컬러 필터 영역 및 상기 광전 변환부를 통과하며,
    상기 제2 컬러 필터 영역은 제4의 색성분의 광을 통과시키도록 구성된 제2 화소와,
    제6의 색성분의 광을 광전 변환하고,
    상기 제6의 색성분의 광을 상기 광전 변환부를 통과하도록 구성된 제3 화소를 포함하며,
    상기 제1 컬러 필터 영역 및 상기 제2 컬러 필터 영역은 상기 광전 변환부의 광 입사측 상측에 위치하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 화소는 상기 화소 어레이부에서 2차원적으로 배열되며,
    상기 화소 어레이부는 복수의 2×2화소 매트릭스를 포함하며,
    상기 복수의 2×2화소 매트릭스의 각 2×2화소 매트릭스에 있어서, 상기 제1 화소와 상기 제2 화소는 대각으로 배치됨과 함께 상기 제3 화소는 상기 제1 화소와 상기 제2 화소에 의해 차지하고 있지 않은 대각에 배치되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제3 화소는 위상차를 검출하도록 구성되며,
    상기 제3 화소는 복수의 투명 전극을 포함하며,
    상기 복수의 투명 전극의 각 투명 전극은, 상기 광전 변환부에 의해 생성된 신호 전하를 취출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    센서 회로를 갖는 제1 반도체 기판과,
    상기 제1 반도체 기판은 상기 광전 변환부를 포함하며,
    로직 회로를 포함하는 제2 반도체 기판과,
    메모리 회로를 포함하는 제3 반도체 기판과,
    상기 제1 반도체 기판, 상기 제2 반도체 기판 및 상기 제3 반도체 기판은 순서대로 적층되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  10. 복수의 화소를 포함하는 화소 어레이부를 구비하고,
    상기 복수의 화소의 각 화소는 흡수된 제1의 색성분의 광에 기초하여 신호 전하를 생성하는 광전 변환부를 포함하며,
    화소 트랜지스터는 상기 광전 변환부의 배선층 측에 마련되며,
    상기 복수의 화소는,
    상기 복수의 화소 중 어느 하나에 컬러 필터를 형성하지 않으며 제1 컬러 필터 영역 및 제2 컬러 필터 영역을 구비하고,
    제3의 색성분의 광을 광전 변환시키고,
    상기 제3의 색성분의 광은 상기 제1 컬러 필터 영역 및 상기 광전 변환부를 통과하며,
    상기 제1 컬러 필터 영역은 제2의 색성분의 광을 통과시키도록 구성된 제1 화소와,
    제5의 색성분의 광을 광전 변환하고,
    상기 제5의 색성분의 광을 상기 제2의 컬러 필터 영역 및 상기 광전 변환부를 통과하며,
    상기 제2 컬러 필터 영역은 제4의 색성분의 광을 통과시키도록 구성된 제2 화소와,
    제6의 색성분의 광을 광전 변환하고,
    상기 제6의 색성분의 광을 상기 광전 변환부를 통과하도록 구성된 제3 화소를 포함하며,
    상기 제1 컬러 필터 영역 및 상기 제2 컬러 필터 영역은 상기 광전 변환부의 광 입사측 하측에 위치하는 고체 촬상 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1의 색성분은 녹색(G)이고,
    상기 제2의 색성분은 적색(R)이고,
    상기 제3의 색성분은 적색(R)이고,
    상기 제4의 색성분은 청색(B)이고,
    상기 제5의 색성분은 청색(B)이고,
    상기 제6의 색성분은 마젠타(Mg)인 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  12. 복수의 화소를 포함하는 화소 어레이부를 구비하고,
    상기 복수의 화소의 각 화소는 흡수된 제1의 색성분의 광에 기초하여 신호 전하를 생성하는 광전 변환부를 포함하며,
    화소 트랜지스터는 상기 광전 변환부의 배선층 측에 마련되며,
    상기 복수의 화소는,
    상기 복수의 화소 중 어느 하나에 컬러 필터를 형성하지 않으며 제1 컬러 필터 영역 및 제2 컬러 필터 영역을 구비하고,
    제3의 색성분의 광을 광전 변환시키고,
    상기 제3의 색성분의 광은 상기 제1 컬러 필터 영역 및 상기 광전 변환부를 통과하며,
    상기 제1 컬러 필터 영역은 제2의 색성분의 광을 통과시키도록 구성된 제1 화소와,
    제5의 색성분의 광을 광전 변환하고,
    상기 제5의 색성분의 광을 상기 제2의 컬러 필터 영역 및 상기 광전 변환부를 통과하며,
    상기 제2 컬러 필터 영역은 제4의 색성분의 광을 통과시키도록 구성된 제2 화소와,
    제6의 색성분의 광을 광전 변환하고,
    상기 제6의 색성분의 광을 상기 광전 변환부를 통과하도록 구성된 제3 화소를 포함하며,
    상기 제1 컬러 필터 영역 및 상기 제2 컬러 필터 영역은 상기 광전 변환부의 광 입사측 상측에 위치하는 고체 촬상 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1의 색성분은 녹색(G)이고,
    상기 제2의 색성분은 적색(R)이고,
    상기 제3의 색성분은 적색(R)이고,
    상기 제4의 색성분은 시안(Cy)이고,
    상기 제5의 색성분은 청색(B)이고,
    상기 제6의 색성분은 마젠타(Mg)인 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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