KR20100109400A - 고체 촬상 장치와 그 제조 방법 및 촬상 장치 및 전자 기기 - Google Patents

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

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KR20100109400A
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마사시 나카타
신이치로 이자와
카즈요시 야마시타
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Abstract

본 발명의 고체 촬상 장치는 반도체 기판의 행방향 및 열방향으로 배치된 단위 화소에 의해 정의된 화소부를 포함하고, 상기 단위 화소 각각은, 반도체 기판상에 형성되고 입사광을 신호 전하로 변환하는 광전 변환부와, 상기 광전 변환부 상방에 형성되고 상기 광전 변환부에 상기 입사광을 유도하는 도파로와, 상기 도파로 상방에 형성되고 상기 도파로의 광 입사단에 상기 입사광을 유도하는 마이크로 렌즈를 포함하고, 상기 도파로는 광 입사단으로부터 사출단을 향해 단면적이 일정한 주상체를 포함하고, 상기 마이크로 렌즈로부터 상기 도파로의 광 입사단상에 입사되는 상기 입사광의 광속의 중심과, 상기 도파로의 중심축이 일치하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

고체 촬상 장치와 그 제조 방법 및 촬상 장치 및 전자 기기{SOLID STATE IMAGE PICKUP DEVICE, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, IMAGE PICKUP DEVICE, AND ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은 고체 촬상 장치와 그 제조 방법 및 촬상 장치 및 고체 촬상 장치를 구비한 카메라 등의 전자 기기에 관한 것이다.
고체 촬상 장치로서, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등의 MOS형 이미지 센서로 대표되는 증폭형 고체 촬상 장치가 알려져 있다. 또한, CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서로 대표되는 전하 전송형 고체 촬상 장치가 알려져 있다. 이들 고체 촬상 장치는 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라 등에 폭넓게 사용되고 있다. MOS 고체 촬상 장치는 전원 전압이 낮고, 저소비 전력 때문에, 카메라가 장착된 휴대 전화나 PDA 등(Personal Digital Assistant)의 모바일 기기에 많이 사용되어 있다.
일반적인 MOS 고체 촬상 장치는 1개의 광전 변환부인 포토 다이오드와 복수의 화소 트랜지스터를 군(group)으로 하는 단위 화소를 복수로 배열하여 구성된다. 근래, 화소 사이즈의 미세화가 진행되어 단위 화소 당 화소 트랜지스터의 갯수를 줄이고 포토 다이오드 면적을 넓히기 위해, 화소 트랜지스터를 복수의 화소로 공유시킨 단위 화소군을 배열하는 화소 공유의 MOS 고체 촬상 장치가 개발되고 있다(일본국 특개2006－54276호 공보 및 일본국 특개2009－135319호 공보 참조).
또한, 고체 촬상 장치로서, 입사광을 각각 대응하는 포토 다이오드에 유도하기 위한 도파로를 배치하여 감도 특성을 향상하도록 한 고체 촬상 장치도 알려져 있다(일본국 특개2008－166677호 공보 참조). 또한, 고체 촬상 장치로서, 셰이딩을 보정하기 위해, 온 칩 렌즈에 대한 퓨필 보정(pupil correction)을 행하는 고체 촬상 장치도 알려져 있다(일본국 특허 제2600250호 참조).
고체 촬상 장치는 입사광을 광전 변환하는 포토 다이오드 상방에 도파로가 형성되고, 상기 도파로에 입사광을 유도하기 위한 온 칩 렌즈가 마련되어 있다. 또한, 온 칩 렌즈와 도파로의 사이에 컬러 필터층이 형성되어 있고, 상기 컬러 필터층에 의해 입사광을 예를 들면 RGB의 각각의 색(적색광, 녹색광, 청색광)으로 분광하고 있다. 그리고, 색수차의 영향을 줄이기 위해 RGB 각각의 색에 대응한 온 칩 렌즈의 곡률을 조정하고 있다. 또한, 온 칩 렌즈와 컬러 필터의 고화상(high image) 고위치(height position)에서의 퓨필 보정량을 렌즈 CRA(Chief Ray angle : 주광선 입사 각도) 보다 적게 설정하고, 색수차의 영향을 줄이고 있다.
예를 들면, 주광선 입사각도가 높은(예를 들면, 25도) 온 칩 렌즈를 사용한 경우에, 고화상 고위치에서의 색수차에 의해 셰이딩(결상 위치(깊이)의 차이) 또는 혼색이 발생한다.
또한, 종래 기술과 같이 색마다 온 칩 렌즈의 곡률을 조정하는 방법이 사용되는 경우, 온 칩 렌즈의 제작 공정수가 많아진다. 또한, 화소가 미세화됨에 따라 온 칩 렌즈의 곡률이 높게 되기 때문에, 색마다의 조정은 곤란하게 된다.
고입사 각도부에서는 포토 다이오드(Photo Diode)의 중심으로 보다도 광학 중심 방향(예를 들면, 화소부의 중심 방향)으로 결상 중심이 치우치기(F광 포함) 때문에, 셰이딩이나 혼색이 발생한다. 이 때문에, 종래 기술의 경우, 예를 들면 색마다 온 칩 렌즈의 곡률을 조정하지 않는 경우, 색수차에 의해 도파로의 입사 단면에서의 입사광의 스폿 지름이 색마다 다르기 때문에, 화소가 미세화됨에 따라 모든 색에 대해 균형이 잡혔던 위치로 하는 보정을 행하는 것이 곤란해진다. 또한, 온 칩 렌즈나 컬러 필터를 색마다 퓨필 보정량을 다른 양으로 한다면 간극이나 중복 부분이 발생하고, 셰이딩이나 혼색이 발생하게 된다.에서는 경사광에 대해서도 효과적으로 집광할 수 있도록, 온 칩 렌즈나 컬러 필터에는 퓨필 보정이 추가되어 있다. 그러나, 그러한 구조에 있어서도, 화각 주변에서 감도가 떨어지는 휘도 셰이딩이나, 색깔마다 셰이딩 형상이 다른 것에 기인한 색 셰이딩이 큰 문제가 되어 있다.
입사광의 입사각이 큰 경우에도 광전 변환부에 입사광을 유도하는 도파로로서, 화각을 4상한으로 나누어, 위치에 따라 도파로의 테이퍼 위치를 바꾸고, 다른 입사각도의 입사광을 도파로에 유도하는 기술이 개시되어 있다(예를 들면, 일본국 특개2005－175234호 공보 참조).
그렇지만, 도파로의 일부를 테이퍼 형상으로 형성하더라도. 상기 도파로에 수직으로 입사한 광이 테이퍼 형상의 도파로내의 경사면에 의해 반사되기 때문에 감도가 저하된다는 것을 본 발명자들은 발견하였다. 이 때문에, 도파로의 예를 들어 일부라도 테이퍼 형상으로 형성하는 것은 감도의 저하를 초래하기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 도파로의 일부에 테이퍼 형상을 형성하는 것은 통상의 도파로를 형성하는 것 보다도 공정수 및 마스크의 수의 증가를 초래한다. 또한, 상기 기술은 화각을 4상한으로 나누어 도파로의 형상을 바꾸기만 하는 것이어서, 셰이딩 특성의 개선으로 연결되는 기술은 아니다.
도 1에, 종래의 2화소 공유의 MOS 고체 촬상 장치(1)의 예를 나타낸다. 고체 촬상 장치(1)는 2개의 포토 다이오드(PD1, PD2)와, 2개의 전송 트랜지스터(Tr11, Tr12)와, 1개의 플로팅 디퓨전부(FD), 리셋 트랜지스터(Tr2), 증폭 트랜지스터(Tr3)에 의해, 2화소 공유의 단위 화소군(2)이 구성된다. 상기 예에서는 베이어 패턴(Bayer pattern)의 컬러 필터가 사용되고 있기 때문에, 청색 화소(B)의 옆에 제1 녹색 화소(Gb)이 배열되고, 적색 화소(R)의 옆에 제2녹색 화소(Gr)이 배열되도록, 2화소 공유의 단위 화소군(2)이 배열된다. 도 1에서는 적색 화소(R)와 제1의 녹색 화소(Gb)에 의한 2화소 공유의 단위 화소군(2), 및 청색 화소(B)과 제2의 녹색 화소(Gr)에 의한 2화소 공유의 단위 화소군(2)이 반복 배열된다.
전송 트랜지스터(Tr11, Tr12)는 각각 폴리실리콘에 의한 전송 게이트 전극(3)과, 포토 다이오드(PD)(PD1, PD2)와, 플로팅 디퓨전부(FD)를 갖고 구성된다. 리셋 트랜지스터(Tr2)는 폴리실리콘에 의한 리셋 게이트 전극(4)와, 플로팅 디퓨전부(FD)와, 소스 영역(5)을 갖고 구성된다. 증폭 트랜지스터(Tr3)는 폴리실리콘에 의한 증폭 게이트 전극(6)과, 소스 영역(7) 및 드레인 영역(8)을 갖고 구성된다. 플로팅 디퓨전부(FD)와 증폭 게이트 전극(6)은 배선(9)에 의해 접속된다. 증폭 트랜지스터(Tr3)의 소스 영역은 수직 신호선(도시 생략)이 접속된다.
상기 고체 촬상 장치(1)에서는 제1의 녹색 화소(Gb)의 전송 게이트 전극(3)과, 제2의 녹색 화소(Gr)의 전송 게이트 전극(3)의 레이아웃이 비대칭이기 때문에, 상기 레이아웃에 영향을 주어, 제1 및 제2의 녹색 화소(Gb 및 Gr)의 감도에 차이가 생긴다. 예를 들면, 전송 게이트 전극(3)에 의한 하지의 레이아웃의 차이로, 경사 입사한 광의 일부가 한편의 녹색 화소의 전송 게이트 전극에 의해 가려지거나 하여, 양쪽 녹색 화소(Gb, Gr)의 입사 광량에 차이가 생긴다. MOS 고체 촬상 장치에서는 화소 사이즈의 미세화와 더불어 양 화소 사이의 감도차가 현저해지기 때문에, 상기 감도차가 미세화의 장애가 되어 있다.
한편, 도 2에 도시하는 바와 같이 2화소 공유의 단위 화소군(2)을 지그재그 배열한 고체 촬상 장치(11)가 제안되어 있다. 상기 고체 촬상 장치(11)에서는 2화소 공유의 단위 화소군(2)이 지그재그 배열된 것으로, 제1 및 제2의 녹색 화소(Gb 및 Gr)의 전송 게이트 전극의 레이아웃이 대칭이 되고, 녹색 화소(Gb 및 Gr) 사이의 감도차의 개선을 도모하고 있다.
제1 및 제2의 녹색 화소(Gb 및 Gr)의 감도차는 격자 노이즈 등의 노이즈의 원인도 되고, 색 셰이딩의 원인도 되기 때문에, 감도차가 없는 것이 바람직하다.
그런데, 도 2에 도시된 고체 촬상 장치(11)에서, 제1 및 제2의 녹색 화소(Gb 및 Gr)의 전송 게이트 전극의 레이아웃을 대칭으로 유지하기 때문에, 화소 트랜지스터의 레이아웃가 플로팅 디퓨전부(FD)의 레이아웃은 제약을 받는다. 상기 제약은 미세화의 장애가 된다. 예를 들면, 상기 단위 화소군(2)는 2화소 공유만을 할 수 있고, 따라서, 4화소 공유의 레이아웃과 비교하여 2배의 화소 트랜지스터나 플로팅 디퓨전부가 필요하게 되어, 광전 변환을 위한 포토 다이오드(PD)의 면적이 줄어들게 된다. 포토 다이오드(PD)의 면적 감소는 감도 손실의 원인이 된다. 또한, 고체 촬상 장치(11)에서는 녹색 화소(Gb, Gr)의 전송 게이트 전극(3)의 레이아웃에 대해, 적색 화소(R), 청색 화소(B)의 전송 게이트 전극(3)의 레이아웃이 비대칭이 되기 때문에, 색 셰이딩 발생을 방지하는 것이 용이하지 않다.
상술한 것처럼, 인접하는 화소 사이의 경계에 대해 비대칭 배열을 갖는 하지층에 기인하여, 화소들 사이에서 광학적 비대칭성이 생긴다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안하여, 전극, 배선 등을 포함하는 하지층의 비대칭성에 기인하는 화소에 대한 광학적 비대칭성을 개선하도록 한 고체 촬상 장치, 및 상기 고체 촬상 장치를 구비한 카메라 등의 전자 기기를 제공한 것이다.
본 발명에 관한 고체 촬상 장치는 화소가 배열된 화소부와, 복수 화소의 군내에서 상기 복수 화소의 군의 광입사면 보다 하방에 형성되고 전극 및 배선을 포함하는 레이아웃가 소요의 인접하는 화소의 경계선을 사이에 두고 비대칭의 하지층을 갖는다. 또한, 본 발명은 하지층에 기인하여 생기는 각 화소 사이의 광학적 비대칭성을 광학적 대칭성으로 하기 위한 조정 수단을 갖는다.
본 발명의 고체 촬상 장치의 바람직한 형태는 화소부가 복수의 화소를 1개의 소요의 화소 트랜지스터로 공유하는 단위 화소군이 복수 배열된 화소부로 하고, 비대칭의 하지층이 화소 트랜지스터의 게이트 전극 및 배선을 포함하는 하지층으로 한다.
본 발명의 고체 촬상 장치에서는 조정 수단의 위치 이탈의 조정 방향 및 조정량에 의해, 입사광에 대한 하지층의 영향이 줄어들거나 또는 없어져서, 각 화소의 광전 변환부에의 입사광의 입사 효율이 균일화된다.
본 발명의 화소의 바람직한 형태에서는 화소부가 이른바 화소 공유의 단위 화소군의 배열로 형성되기 때문에, 단위 화소군 내, 혹은 인접하는 복수의 단위 화소군 내에서의, 적어도 동색 화소의 광전 변환부에 대한 입사광의 입사 효율이 균일화된다.
본 발명에 관한 전자 기기는 고체 촬상 장치와, 고체 촬상 장치의 광전 변환부에 입사광을 유도하는 광학계와, 고체 촬상 장치의 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 구비한다. 고체 촬상 장치는 상기 본 발명에 의한 고체 촬상 장치로 구성된다.
본 발명의 전자 기기에서는 본 발명의 고체 촬상 장치가 사용됨에 의해, 입사광에 대한 하지층의 영향이 줄어들거나 혹은 없어져서, 각 화소의 광전 변환부에의 입사광의 입사 효율이 균일화된다.
또한, 해결하려고 하는 문제점은 색수차에 의해 도파로의 입사 단면에서의 입사광의 스폿 지름이 색마다 다르기 때문에, 화소가 미세화됨에 따라 모든 색에 대해 균형 잡힌 위치로 하는 보정하는 것이 곤란하다는 점이고, 온 칩 렌즈나 컬러 필터를 색마다 퓨필 보정량을 다른 양으로 하면 간극이나 중복 부분이 발생하고, 셰이딩이나 혼색이 발생하는 점이다.
본 발명은 온 칩 렌즈나 컬러 필터는 컬러 필터층을 투과한 입사광의 색마다 퓨필 보정을 행하지 않고, 입사광의 기준의 색으로의 퓨필 보정을 행하고, 색수차에 의해 입사광의 스폿 지름이 색마다 다르더라도, 입사광을 도파로의 입사 단면에 효율적으로 입사하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 고체 촬상 장치는 반도체 기판의 행방향 및 열방향으로 배치된 단위 화소에 의해 정의된 화소부를 포함하고, 상기 단위 화소 각각은 반도체 기판상에 형성되고 입사광을 신호 전하로 변환하는 광전 변환부와, 상기 광전 변환부 상방에 형성되고 상기 광전 변환부에 상기 입사광을 유도하는 도파로와, 상기 도파로 상방에 형성되고 상기 도파로의 광 입사단에 상기 입사광을 유도하는 마이크로 렌즈를 포함하고, 상기 도파로는 광 입사단으로부터 사출단을 향해 단면적이 일정한 주상체를 포함하고, 상기 마이크로 렌즈로부터 상기 도파로의 광 입사단상에 입사되는 상기 입사광의 광속의 중심과, 상기 도파로의 중심축이 일치하도록 배치되어 있다.
본 발명의 고체 촬상 장치에서는 도파로에서는 그 입사단으로부터 사출단을 향해 단면적이 일정의 주상체로 형성되어 있는 것으로, 도파로의 입사 단면에 수직으로 입사한 광은 도파로 측면을 반사하지 않고 도파로를 투과하기 때문에, 감도의 저하가 억제된다. 또한, 도파로의 입사 단면에 입사된 입사광의 광속의 중심과, 도파로의 중심축이 일치하여 배치되어 있어서,도파로에 대해 퓨필 보정이 이루어지고 있다. 따라서 마이크로 렌즈로부터 사출 된 입사광이 효율적으로 도파로내에 유도된다.
본 발명의 고체 촬상 장치의 제조 방법은 입사광을 신호 전하로 변환하는 광전 변환부가 형성된 반도체 기판상에 복수층의 배선을 갖는 층간 절연막으로 된 배선층에 상기 광전 변환부상에 입사광을 유도하는 도파로 홀을 형성한 공정과, 상기 도파로 홀의 내부에 상기 층간 절연막 보다도 굴절율이 높은 도파로 재료막을 매입하고 상기 도파로 홀의 내부에 도파로를 형성한 공정과, 상기 도파로 재료막상에 평탄화 절연막을 이용하여 상기 입사광을 분광하는 컬러 필터층을 형성한 공정과, 상기 컬러 필터층상에 상기 입사광을 상기 광전 변환부에 유도하는 마이크로 렌즈를 형성한 공정을 갖고, 상기 광전 변환부를 갖는 단위 화소가 상기 반도체 기판의 행방향 및 열방향으로 복수씩 배치되고 화소부가 구성되고 있고, 상기 광전 변환부에 대응하여 형성되어 있는 상기 도파로에서는 입사단으로부터 사출단을 향해 단면적이 일정한 주상체로 형성되고, 상기 도파로의 입사 단면에 입사되는 상기 입사광의 광속의 중심과, 상기 도파로의 중심축이 일치하여 배치되어 있다.
본 발명의 고체 촬상 장치의 제조 방법에서는 도파로에서는 그 입사단으로부터 사출단을 향해 단면적이 일정한 주상체로 형성된 것으로, 도파로의 입사 단면에 수직으로 입사한 광은 도파로 측면에서 반사하지 않고 도파로를 투과하기 때문에, 감도의 저하가 억제된다. 또한, 도파로의 입사 단면에 입사된 입사광의 광속의 중심과, 도파로의 중심축이 일치하여 배치되는 것으로, 도파로에 대해 퓨필 보정이 이루어진다. 따라서 마이크로 렌즈로부터 사출된 입사광이 효율적으로 도파로내에 유도된다.
본 발명의 촬상 장치는 입사광을 집광한 집광 광학부와, 상기 집광 광학부로 집광한 광을 수광하고 광전 변환한 고체 촬상 장치를 갖는 촬상부와, 상기 고체 촬상 장치로 광전 변환된 신호를 처리하는 신호 처리부를 갖고, 상기 고체 촬상 장치는 반도체 기판에 형성되고 입사광을 신호 전하로 변환하는 광전 변환부와, 상기 광전 변환부 상방에 형성되어 있고 상기 광 전 변환부에 상기 입사광을 유도하는 도파로와, 상기 도파로 상방에 형성되어 있고 상기 도파로의 광 입사단에 상기 입사광을 유도하는 마이크로 렌즈를 갖는 단위 화소가 상기 반도체 기판의 행방향 및 열방향으로 복수씩 배치되어 화소부가 구성되고 있고, 상기 도파로에서는 입사단을 향해 단면적이 일정한 주상체로 형성되어 있고, 상기 마이크로 렌즈로부터 상기 도파로의 입사 단면에 입사되는 상기 입사광의 광속의 중심과, 상기 도파로의 중심축이 일치하여 배치되어 있다.
본 발명의 촬상 장치에서는 본 발명의 고체 촬상 장치가 사용된 것으로, 감도의 저하가 억제되고, 마이크로 렌즈로부터 사출된 입사광이 효율적으로 도파로내에 유도된다.
본 발명의 고체 촬상 장치는 도파로에 퓨필 보정을 행하고 있기 때문에, 입사광의 각각의 색이 각각 빠짐없이 도파로에 집광되게 되고, 셰이딩의 파장 의존에 의한 색 셰이딩을 개선할 수 있다는 이점이 있다. 또한, 셰이딩을 개선할 수 있기 때문에, 감도를 화면 전체로의 출력 평균치로 정의하면, 감도를 높이는 것을 할 수 있고, 예를 들면 노광 시간을 절감하는 것, 암부로의 촬상을 할 수 있는 것 등이 가능하게 된다.
본 발명의 고체 촬상 장치의 제조 방법에서는 도파로에 퓨필 보정을 행하기 때문에, 입사광의 각각의 색이 각각 빠짐없이 도파로에 집광되게 되고, 셰이딩의 파장 의존에 의한 색불균일(색 셰이딩)을 개선할 수 있다는 이점이 있다. 또한, 셰이딩을 개선할 수 있기 때문에, 감도를 화면 전체로의 출력 평균치로 정의하면, 감도를 높인 것을 할 수 있고, 예를 들면 노광 시간을 절감하는 것, 암부로의 촬상을 할 수 있다는 것 등이 가능해진다. 따라서, 공정수를 늘리지 않고, 색수차의 영향을 경감할 수 있다. 또한, 미세 화소에 있어, 도파로에 들어가지 않았던 광은 색마다 퓨필 보정량을 조정한 것으로 감소하고, 셰이딩이나 혼색을 절감할 수 있다.
본 발명의 촬상 장치는 본 발명의 고체 촬상 장치가 사용된 것으로, 셰이딩의 파장 의존에 의한 색불균일(색 셰이딩)을 개선할 수 있다, 감도를 높인 것을 할 수 있기 때문에, 고품질의 화상을 얻을 수 있다는 이점이 있다.
본 발명에 관한 고체 촬상 장치에 의하면, 각 광전 변환부에의 입사광의 입사 효율이 균일화하기 때문에, 각 화소의 광전 변환부에 있어, 광학적 대칭성을 얻을 수 있다. 예를 들면 화소 공유의 고체 촬상 장치이라면, 비대칭의 하지층의 영향이 감소하고, 또는 없어지기 때문에, 같은 색 화소의 감도차가 개선된다. 또한, 색 셰이딩도 개선할 수 있다.
본 발명에 관한 전자 기기에 의하면, 고체 촬상 장치에 있어서 각 화소의 광전 변환부에 있어, 광학적 대칭성을 얻을 수 있기 때문에, 전자 기기의 고화질화, 고품질화를 도모할 수 있다.
도 1은 종래의 2화소 공유의 고체 촬상 장치의 하나의 예를 나타내는 주요 부분의 개략 구성도.
도 2는 종래의 2화소 공유의 고체 촬상 장치의 다른 예를 나타내는 주요 부분의 개략 구성도.
도 3은 본 발명의 제1 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 구성의 제1의 예를 나타낸 개략 구성 단면도 및 평면 레이아웃도.
도 4는 본 발명의 퓨필 보정량의 산출 방법의 하나의 예를 나타낸 개략 구성 단면도.
도 5는 종래의 고체 촬상 장치의 구성예를 나타낸 개략 구성 단면도.
도 6은 종래예의 퓨필 보정량의 산출 방법의 하나의 예를 나타낸 개략 구성 단면도.
도 7은 색마다의 도파로의 퓨필 보정을 나타낸 개략 구성 단면도.
도 8은 본 발명의 고체 촬상 장치의 구성의 제2의 예를 나타낸 평면 레이아웃도.
도 9는 본 발명의 고체 촬상 장치의 구성의 제2의 예를 나타낸 개략 구성 단면도.
도 10은 본 발명의 고체 촬상 장치의 구성의 제3의 예를 나타낸 개략 구성 단면도.
도 11은 본 발명의 고체 촬상 장치의 구성의 제3의 예를 나타낸 개략 구성 단면도.
도 12는 본 발명의 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제1의 예를 나타낸 제조 공정 단면도.
도 13은 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제1의 예를 나타낸 제조 공정 단면도.
도 14는 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제1의 예를 나타낸 제조 공정 단면도.
도 15는 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제1의 예를 나타낸 제조 공정 단면도.
도 16은 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제1의 예를 나타낸 제조 공정 단면도.
도 17은 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제1의 예를 나타낸 제조 공정 단면도.
도 18은 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제1의 예를 나타낸 제조 공정 단면도이다.
도 19는 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제1의 예를 나타낸 제조 공정 단면도.
도 20은 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제1의 예를 나타낸 제조 공정 단면도.
도 21은 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제1의 예를 나타낸 제조 공정 단면도.
도 22는 본 발명의 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제2의 예를 나타낸 제조 공정 단면도.
도 23은 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제2의 예를 나타낸 제조 공정 단면도.
도 24는 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제2의 예를 나타낸 제조 공정 단면도.
도 25는 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제2의 예를 나타낸 제조 공정 단면도.
도 26은 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제2의 예를 나타낸 제조 공정 단면도.
도 27은 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제2의 예를 나타낸 제조 공정 단면도.
도 28은 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제2의 예를 나타낸 제조 공정 단면도.
도 29는 본 발명의 제3 실시의 형태의 촬상 장치의 하나의 예를 나타낸 블록도.
도 30은 본 발명의 제 4 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 화소부를 나타내는 개략 구성부.
도 31은 본 발명의 제 4 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 주요 부분의 개략 구성도.
도 32는 도 31의 A－A 선상의 개략 단면도.
도 33은 도 31의 제 4 실시의 형태의 녹색 화소(Gb, Gr)의 파장대 출력의 그래프.
도 34는 본 발명의 제 5 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 주요 부분의 개략 구성도.
도 35는 본 발명의 제 6 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 최종적인 주요 부분의 개략 구성도.
도 36은 제 6 실시의 형태의 도파로의 이동의 설명에 제공하는 고체 촬상 장치의 주요 부분의 구성도.
도 37은 본 발명의 제 7 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 주요 부분의 개략 구성도.
도 38은 제 7 실시의 형태의 설명에 제공한 비교예의 고체 촬상 장치의 주요 부분의 개략 구성도.
도 39는 본 발명의 제 8 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 주요 부분의 개략 구성도.
도 40은 제 8 실시의 형태의 도파로 퓨필 보정의 설명에 제공한 고체 촬상 장치의 주요 부분의 단면도.
도 41의 A 및 B는 제 8 실시의 형태의 도파로 퓨필 보정의 설명에 제공한 고체 촬상 장치의 주요 부분의 단면도.
도 42의 A 및 B는 제 8 실시의 형태의 도파로 퓨필 보정의 설명에 제공한 고체 촬상 장치의 주요 부분의 평면도.
도 43은 제 8 실시의 형태의 도파로 퓨필 보정의 설명에 제공한 고체 촬상 장치의 화소부의 평면도.
도 44는 본 발명의 제 9 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 주요 부분의 개략 구성도.
도 45는 제 9 실시의 형태의 설명에 제공한 비교예의 고체 촬상 장치의 주요 부분의 개략 구성도.
도 46은 본 발명의 제10 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 주요 부분의 개략 구성도.
도 47은 도 46의 A－A 선상 및 B－B 선상의 개략 단면도.
도 48은 제10 실시의 형태의 설명에 제공한 비교예의 고체 촬상 장치의 주요 부분의 개략 구성도.
도 49는 도 48의 A－A 선상 및 B－B 선상의 개략 단면도.
도 50은 본 발명의 제11 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 주요 부분의 개략 구성도.
도 51은 도 50의 A－A 선상 및 B－B 선상의 개략 단면도.
도 52는 제11 실시의 형태의 설명에 제공한 비교예의 고체 촬상 장치의 주요 부분의 개략 구성도.
도 53은 도 52의 A－A 선상 및 B－B 선상의 개략 단면도.
도 54는 본 발명의 제12 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 주요 부분의 개략 구성도.
도 55의 A 및 B는 도 54의 A－A 선상의 개략 단면도, B－B 선상의 개략 단면도.
도 56은 제12 실시의 형태에 대한 비교예의 고체 촬상 장치의 주요 부분의 개략 구성도.
도 57의 A 및 B는 도 56의 A－A 선상의 개략 단면도, B－B 선상의 개략 단면도.
도 58은 본 발명의 제13 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 주요 부분의 개략 구성도.
도 59의 A 및 B는 도 58의 A－A 선상의 개략 단면도, B－B 선상의 개략 단면도.
도 60은 제13 실시의 형태에 대한 비교예의 고체 촬상 장치의 주요 부분의 개략 구성도.
도 61의 A 및 B는 도 60의 A－A 선상의 개략 단면도, B－B 선상의 개략 단면도.
도 62는 비교예에 관한 고체 촬상 장치의 주요 부분의 개략 구성도.
도 63은 도 62의 A－A 선상의 단면도.
도 64는 도 62의 비교예의 녹색 화소(Gb, Gr)의 파장대 출력의 그래프.
도 65는 비교예에 관한 고체 촬상 장치의 주요 부분의 개략 구성도이다.
도 66은 본 발명의 제14 실시의 형태에 관한 전자 기기의 개략 구성도.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태(이하, 실시의 형태라고 한다)에 관하여 설명한다.
1.제1의 실시의 형태
고체 촬상 장치의 구성의 제1의 예
본 발명의 제1 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 구성의 제1의 예를 도 3의 개략 구성 단면도 및 평면 레이아웃도에 의해 설명한다. 도 3의 A는 화각 중심의 단위 화소이고, 도 3의 B는 화각단의 단위 화소이고, 도 3의 C는 복수의 단위 화소로 된 화소부를 나타내고 있다.
이하, 1은 고체 촬상 장치, 11은 반도체 기판, 12는 광전 변환부, 14는 층간 절연막, 16은 도파로, 17은 컬러 필터층, 18은 마이크로 렌즈, 19는 도파로 홀, 20은 화소부, 21은 단위 화소, 53은 도파로 재료막, 200은 촬상 장치, 201은 촬상부, 202는 집광 광학부, 203은 신호 처리부, 210(1)은 고체 촬상 장치를 나타내고 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이 반도체 기판(11)의 표면측(입사광이 입사되는 측)에는 입사광을 신호 전하로 변환하는 광전 변환부(12)가 형성되어 있다. 상기 반도체 기판(11)에는 예를 들면 실리콘 기판이 사용되어 있다. 또는 SOI(Silicon on insulator) 기판이라도 좋다. 상기 경우, SOI 기판의 실리콘층에 상기 광전 변환부(12)가 형성된다. 상기 광전 변환부(12)의 상방에는 배선층(13)이 형성되어 있다. 상기 배선층(13)은 예를 들면 층간 절연막(14) 내에 복수층의 배선(15)이 형성된 것이다. 그리고, 상기 광전 변환부(12)의 상방에는 상기 배선(15)이 형성되지 않도록 한다. 또한, 상기 층간 절연막(14)의 표면은 평탄화되어 있다.
또한, 상기 배선층(13)의 상기 광전 변환부(12)의 상방 부분에는 상기 입사광을 상기 광전 변환부(12)에 유도하는 도파로(16)가 형성되어 있다. 상기 도파로(16)는 상기 광전 변환부(12) 상의 층간 절연막(14)에 도파로 홀을 형성하고, 그 도파로 홀에 상기 층간 절연막(14) 보다도 굴절율이 높은 투광성을 갖는 재료, 예를 들면 질화 실리콘막, 다이아몬드막 혹은 수지 재료를 매입하여 형성한 것이다.
상기 도파로(16) 상방의 상기 층간 절연막(14) 위에는 상기 입사광을 분광하는 컬러 필터층(17)을 이용하여 상기 컬러 필터층(17)으로부터 사출된 입사광을 상기 도파로(16)의 광 입사단에 유도하는 마이크로 렌즈(18)가 형성되어 있다. 상기 마이크로 렌즈(18) 및 상기 컬러 필터층(17)에는 경사광에 대해서도 효과적으로 집광할 수 있도록, 퓨필 보정이 추가된다. 그 퓨필 보정량은 상기 화각 중심(예를 들면, 화소부 중심)으로부터 화각단을 향함에 따라 커지고 있다. 상기 컬러 필터층(17)은 예를 들면 입사광을 적색광, 녹색광, 청색광으로 분광하는 것으로, 각각의 색의 컬러 필터가 마련되어 있다. 또한, 상기 마이크로 렌즈(18)는 온 칩 렌즈(on-chip lens)라고 불리는 것으로, 볼록 렌즈 형상을 하고, 최상층에 마련되어 있다.
상기 광전 변환부(12), 도파로(16), 컬러 필터층(17), 마이크로 렌즈(18), 전송 게이트(도시 생략) 등의 구성을 단위 화소(21)로서, 상기 단위 화소(21)가 상기 반도체 기판(11)의 행방향 및 열방향으로 복수씩 배치되어 화소부(20)가 구성된다. 또한, 1 단위 화소, 2 단위 화소 혹은 4 단위 화소에 1개의 화소 증폭부(화소 트랜지스터부라고도 함)(도시 생략)가 갖춰져 있다. 상기 화소 증폭부는 전송 게이트에 의해 판독된 신호 전하를 증폭하고 출력한다.
상기 화소부(20) 내의 각 광전 변환부(12)에 대응하여 형성되어 있는 상기 도파로(16)는 입사단으로부터 사출단을 향해 단면적이 일정한 주상체로 형성되어 있다. 예를 들면, 원주(cylinder), 달걀꼴 원주(oval cylinder)(타원주(elliptic cylinder)도 포함) 등이다. 또한, 상기 도파로(16)는 모서리부가 둥글게 형성된 각주라도 좋다. 그리고 상기 도파로(16) 입사 단면에 입사되는 상기 입사광의 광속의 중심(LC)과, 상기 도파로(16)의 중심축(C)이 일치하여 배치되어 있다.
이 경우, 화각 중심의 단위 화소(21)(도 3의 A 참조. )에서는 중심축 방향으로 마이크로 렌즈(18)상에 입사광이 입사되기 때문에, 마이크로 렌즈(18)에 의해 집광된 입사광은 컬러 필터층(17)을 투과하여 분광되고, 도파로(16)의 광입사측 단면상에 입사된다. 그리고, 도파로(16)의 중심축(C)에 따라 유도되어 도파로(16)의 광사출측 단면으로부터 사출되고, 광전 변환부(12)의 중심상에 조사된다. 즉, 마이크로 렌즈(18)의 중심을 투과한 입사광은 컬러 필터층(17)의 중심, 도파로(16)의 중심축(C)에 따라 투과되고, 광전 변환부(12)의 중심상에 조사된다. 따라서 도파로(16)의 퓨필 보정은 행하지 않는다.
화각 중심으로부터 벗어나는 단위 화소(21)(도 3의 B 참조. )에서는 상기한 것처럼, 상기 마이크로 렌즈(18) 및 상기 컬러 필터층(17)에는 경사광에 대해서도 효과적으로 집광할 수 있도록 퓨필 보정이 추가된다. 그와 함께, 상기 도파로(16)는 그 광입사측 단면상에 입사되는 상기 입사광의 광속의 중심(LC)과, 그 중심축(C)이 일치하도록 배치되어 있다. 즉, 도파로(16)에 대해 퓨필 보정을 행하고 있다.
또한, 상기 화소부(20) 안에서 동일한 파장의 입사광이 입사되는 상기 광전 변환부(12)에서는 상기 광전 변환부(12)의 중심에 대한 상기 도파로(16)의 중심축(C)의 어긋남 양은 상기 화소부(20)의 중심의 광전 변환부(12) 보다 외측 방향을 향해 커지고 있다. 즉, 화소부(20)의 중심으로부터 외측 방향으로 멀어짐에 따라, 마이크로 렌즈(18)에 의해 집광된 입사광의 입사각이 커지게 된다. 그 때, 마이크로 렌즈(18)에 대해서 퓨필 보정을 행하고 있지만, 그것으로는 불충분하다.에서는 입사광의 동일 파장의 광에 대해, 광전 변환부(12)의 중심에 대한 도파로(16)의 중심축의 어긋남 양이 크게 되는 것으로, 마이크로 렌즈(18)로부터 입사되는 광속의 중심이 도파로(16)의 중심축(C)에 일치하게 된다.
또한, 상기 도파로(16)는 그 지름이 도파로(16)의 사출단으로부터 사출되는 상기 입사광이 상기 광전 변환부(12)의 표면 내에 조사된 크기로 형성되고 있다. 따라서 종래 기술의 도파로와 같이 광전 변환부(12)의 표면의 크기와 동일한 크기로는 형성되지 않는다. 또한, 상기 도파로(16)의 지름은 상기 컬러 필터층(17)을 투과해 온 입사광의 상기 도파로(16)의 입사 단면에 있어서 스폿 지름 보다도 크게 형성되어 있는 것이 좋다. 또한, 스폿 지름은 입사광의 파장에 따라 다르고, 예를 들면 상기 컬러 필터층(17)에 의해 분광되는 색이 적색광, 녹색광, 청색광의 경우, 적색광의 스폿 지름이 가장 크고, 다음에 녹색광, 청색광의 순서가 된다. 따라서, 상기 도파로(16)의 지름은 각각의 색으로 바꾸어 형성하기 때문에, 레이아웃이 복잡하게 되고, 경우에 따라서는 배선층(13)의 배선(15)에 도파로(16)가 도달할 수도 있기 때문에, 예를 들면, 입사광의 중간의 파장 단계인 녹색광을 기준으로 결정된다. 또는 배선층(13)의 배선(15)과의 마진이 있는 경우에는 적색광을 기준으로 결정되어도 좋다.
상기 설명한 바와 같이 상기 도파로(16)의 지름을 종래의 도파로 보다도 작게 함에 의해 퓨필 보정의 마진을 확대할 수 있다. 그와 함께, 도파로(16)의 주위에 배치되어 있는 배선(15)의 폭을 축소함에 의해, 또한 도파로(16)의 퓨필 보정량의 마진을 확대할 수 있다. 예를 들면, 상기 배선(15)의 선폭은 선폭의 축소에 의한 배선(15)의 저항층에 의해 클록 지연이 일어나지 않는 범위에서, 또한 프로세스상 가능한 한 축소할 수 있다. 예를 들면, 배선(15)의 선폭을 10nm 축소한 것으로 퓨필 보정량의 마진을 10nm 확대하는 것이 가능해진다.
상기와 같이 고체 촬상 장치(1)(1A)는 구성된다.
퓨필 보정량의 산출예
다음에, 상기 고체 촬상 장치(1)의 퓨필 보정량의 산출 방법의 하나의 예를 도 4의 개략 구성 단면도에 의해, 이하에 설명한다. 도 4의 A는 화각 중심의 단위 화소이고, 도 4의 B는 화각단의 단위 화소를 나타내고 있다.
도 4의 A에 도시된 바와 같이 화각 중심의 단위 화소(21)에서는 중심축 방향으로 마이크로 렌즈(18)상에 입사광이 입사되기 때문에, 마이크로 렌즈(18)에 의해 집광된 입사광은 컬러 필터층(17)을 투과하여 분광되고, 도파로(16)의 광입사측 단면상에 입사된다. 그리고, 도파로(16)의 중심축(C)에 따라 유도되고 도파로(16)의 광사출측 단면으로부터 사출되고, 광전 변환부(12)의 중심상에 조사된다. 즉, 마이크로 렌즈(18)의 중심을 투과한 입사광은 컬러 필터층(17)의 중심, 도파로(16)의 중심축(C)에 따라 투과되고, 광전 변환부(12)의 중심상에 조사된다. 따라서 도파로(16)의 퓨필 보정은 행하여 지지 않는다.
한편, 화각단의 단위 화소(21)에서는 도 4의 B에 도시된 바와 같이 하나의 예로서, 마이크로 렌즈(18)에 입사한 입사광의 입사각(θ1)이 예를 들면 θ1＝25°의 위치의 퓨필 보정량의 산출을 행한다.
마이크로 렌즈(18)의 굴절율(n)은 n＝1.5라고 한다.
지금, 마이크로 렌즈(18)의 주상의 분위기의 굴절율(n0)을 n0＝1, 마이크로 렌즈(18)의 굴절율(n1)을 n1＝1.6이라고 하면,
sinθ2＝(n0／n1)＊sinθ1의 관계가 유도된다.
여기에서 θ1＝25°라고 하면,
θ2＝sin-1｛(n0／n1)＊sinθ1｝
＝sin-1｛(1／1.6)＊sin25｝
＝15.3°가 된다.
예를 들면, 도파로(16)의 입사 단면을 기준 위치(기준면)로서, 상기 기준 위치에서 마이크로 렌즈(18)의 형성면까지의 높이를 h1, 기준 위치에서 컬러 필터층(17)의 입사면까지의 높이를 h2라고 한다.
지금, 하나의 예로서, h1＝2μm, h2＝1.5μm라고 한다. 이 경우에, 도파로(16)의 중심축(C)과 마이크로 렌즈(18)의 중심축(LC)과의 차이 X＿OCL’는
X＿OCL’＝h1＊tanθ2＋X＿WG
＝2＊tan15.3°＋X＿WG
＝0.547μm＋X＿WG가 된다. 여기에서, X＿WG는 광전 변환부(12)의 중심과 도파로(16)의 중심축(C)과의 차이이다.
또한, 도파로(16)의 중심축(C)과 컬러 필터층의 중심축(FC)의 차이 X＿CF’는
X＿CF’＝h2＊tanθ2＋X＿WG
＝1.5＊tan15.3°＋X＿WG
＝0.411μm＋X＿WG가 된다.
여기에서, 도파로(16)의 사출 단면에서의 회절각(θ3)을 예를 들면 θ3＝13.0°라고 하면,
광전 변환부(12)의 표면까지의 확산폭(W)는 W＝h3＊tanθ3으로 된다.
지금, 광전 변환부(12)와 도파로(16)의 사출 단면과의 간격(h3)이 예를 들면 h3＝0.5μm의 경우,
W＝h3＊tanθ3＝0.5＊tan13.0°＝0.115μm로 된다.
여기에서, 광전 변환부(12)의 폭 PD를 예를 들면 PD＝1.1μm, 도파로(16)의 지름 WG’를 예를 들면 WG’＝0.6μm라고 하면,
회절광단으로부터 광전 변환부(12)에 인접하여 형성되는 전송 게이트의 반도체 기판(11)면으로의 투영 위치까지의 거리α는
(PD－WG’)／2＞W＋α가 되는 관계식에 의해 구할 수 있다.
상기 관계식에 의해, (1.1－0.6)／2＞0.11＋α로 된다.
따라서, α＜0.25－0.115＝0.135μm가 되는 점까지 퓨필 보정 X＿WG가 주어진다.
다음에, 상기 회절각(θ3)의 산출 방법을 이하에 설명한다.
영(Young)의 실험에 기초하여, d를 화소 피치×2배, n를 1(광의 1차 회절광), λ를 입사광 파장이라고 하면,
d＊sinθ＝nλ 로 된다. 따라서,
θ＝sin-1(nλ／d)를 얻을 수 있다.
하나의 예로서, d＝1.4μm×2＝2.80μm, n＝1이라고 하면,
적색광의 파장 λ＝630nm(적)의 경우,
적색광의 회절각θ＝sin-1(0.63／2.8)＝13.00°이 된다.
또한, 참고로서, 청색광의 파장 λblue＝450nm(청)의 경우, 청색광의 회절각θblue＝sin-1(0.45／2.8)＝9.25°로 된다. 또한, 녹색광의 파장 λgreen＝550nm(녹)의 경우, 녹색광의 회절각θgreen＝sin-1(0.(55)／2.8)＝11.33°로 된다.
다음에, 비교예로서 종래의 고체 촬상 장치의 구조를 도 5의 개략 구성 단면도 따라서 설명한다. 도 5의 A는 화각 중심의 단위 화소이고, 도 5의 B는 화각단의 단위 화소이다.
도 5에 도시하는 바와 같이 단위 화소(21)에서는 반도체 기판(11)의 표면측(입사광이 입사되는 측)에는 입사광을 신호 전하로 변환하는 광전 변환부(12)가 형성되어 있다. 상기 광전 변환부(12)의 상방에는 배선층(13)이 형성되어 있다. 상기 배선층(13)은 예를 들면 층간 절연막(14) 중에 복수층의 배선(15)이 형성된 것이다. 그리고, 상기 광전 변환부(12)의 상방에는 상기 배선(15)이 형성되지 않도록 해 둔다. 또한, 상기 층간 절연막(14)의 표면은 평탄화되어 있다.
또한, 상기 배선층(13)의 상기 광전 변환부(12)의 상방 부분에는 상기 입사광을 상기 광전 변환부(12)에 유도하는 도파로(16)가 형성되어 있다. 상기 도파로(16) 상방의 상기 층간 절연막(14) 위에는 상기 입사광을 분광하는 컬러 필터층(17)을 이용하여 상기 컬러 필터층(17)으로부터 사출된 입사광을 상기 도파로(16)의 광 입사단에 유도하는 마이크로 렌즈(18)가 형성되어 있다. 상기 컬러 필터층(17)은 예를 들면 입사광을 적색광, 녹색광, 청색광으로 분광하는 것으로, 각각의 색의 컬러 필터가 마련되어 있다. 또한, 상기 마이크로 렌즈(18)는 온 칩 렌즈라고도 불리는 것으로, 볼록 렌즈 형상을 하고, 최상층에 마련되어 있다.
그리고, 도 5의 A에 도시된 바와 같이 화각 중심의 단위 화소(21)에서는 중심축 방향으로 마이크로 렌즈(18)상에 입사광이 입사되기 때문에, 마이크로 렌즈(18)에 의해 집광된 입사광은 컬러 필터층(17)을 투과하여 분광되고, 도파로(16)의 광입사측 단면상에 입사된다. 그리고, 도파로(16)의 중심축(C)에 따라 유도되고 도파로(16)의 광사출측 단면으로부터 사출되고, 광전 변환부(12)의 중심상에 조사된다. 즉, 마이크로 렌즈(18)의 중심을 투과한 입사광은 컬러 필터층(17)의 중심, 도파로(16)의 중심축(C)에 따라 투과되고, 광전 변환부(12)의 중심상에 조사된다. 따라서 마이크로 렌즈(18), 컬러 필터층(17)의 퓨필 보정은 행해지고 있지 않다.
한편, 도 5의 B에 도시된 바와 같이 화각 중심으로부터 벗어나는 단위 화소(21)에서는 상기 마이크로 렌즈(18)와 상기 컬러 필터층(17)에는 경사광에 대해서도 효과적으로 집광할 수 있도록, 퓨필 보정이 추가되고 있다. 그 퓨필 보정량은 상기 화각 중심 보다 화각단을 향함에 따라 커지고 있다.
다음에, 상기 비교예의 퓨필 보정량의 산출 방법을 도 6의 개략 구성 단면도 따라서 설명한다. 도 6의 A는 화각 중심의 단위 화소이고, 도 6의 B는 화각단의 단위 화소를 나타내고 있다.
도 6의 A에 도시된 바와 같이 화각 중심의 단위 화소(21)에서는 중심축 방향으로 마이크로 렌즈(18)상에 입사광이 입사되기 때문에, 마이크로 렌즈(18)에 의해 집광된 입사광은 컬러 필터층(17)을 투과하여 분광되고, 도파로(16)의 광입사측 단면상에 입사된다. 그리고, 도파로(16)의 중심축(C)에 따라 유도되고 도파로(16)의 광사출측 단면으로부터 사출되고, 광전 변환부(12)의 중심상에 조사된다. 즉, 마이크로 렌즈(18)의 중심을 투과한 입사광은 컬러 필터층(17)의 중심, 도파로(16)의 중심축(C)에 따라 투과되고, 광전 변환부(12)의 중심상에 조사된다. 따라서 도파로(16)의 퓨필 보정은 행해지고 있지 않다.
한편, 도 6의 B에 도시된 바와 같이 종래의 고체 촬상 장치에서는 화각단의 단위 화소(21)에서도, 도파로(16)의 퓨필 보정은 행해지고 있지 않다. 여기에서는 마이크로 렌즈(18)에 입사한 입사광의 입사각(θ1)이
예를 들면 θ1＝25°의 위치의 마이크로 렌즈(18) 및 컬러 필터층(17)의 퓨필 보정량의 산출을 행한다.
마이크로 렌즈(18)의 F 값은 예를 들면 F＝2.8로 하여, 마이크로 렌즈(18)의 굴절율(n)은 n＝1.5로 한다.
또한 주연 광선 각도 θ3은 θ3＝6.8°로 한다.
지금, 마이크로 렌즈(18)의 주상의 분위기의 굴절율(n0)을 n0＝1, 마이크로 렌즈(18)의 굴절율(n1)을 n1＝1.6이라고 하면,
sinθ2＝(n0／n1)＊sinθ1의 관계가 유도된다.
여기에서 θ1＝25°로 하면,
θ2＝sin-1(n0／n1)＊sinθ1｝
＝sin-1｛(1／1.6)＊sin25｝
＝15.3°가 된다.
예를 들면, 도파로(16)의 입사 단면을 기준 위치(기준면)로서, 상기 기준 위치에서 마이크로 렌즈(18)의 형성면까지의 높이 h1, 기준 위치에서 컬러 필터층(17)의 입사면까지의 높이를 h2로 한다.
지금, 하나의 예로서, h1＝2μm, h2＝1.5μm라고 한다. 상기 경우, 도파로(16)의 중심축(C)(광전 변환부의 중심)과 마이크로 렌즈(18)의 중심축(LC)과의 차이 X＿OCL은
X＿OCL＝h1＊tanθ2＝2＊tan15.3°＝0.547μm로 된다.
또한, 도파로(16)의 중심축(C)과 컬러 필터층의 중심축(FC)과의 차이 X＿CF는
X＿CF＝h2＊tanθ2＝1.5＊tan15.3°＝0.411μm로 된다.
상기 예에서는 도파로(16)의 퓨필 보정은 행해지고 있지 않다. 그 때문에, 상기 도3에 의해 설명했다 문제가 생기는 것이다.
상기 고체 촬상 장치(1)에서는 상기 도파로(16)가 그 입사단으로부터 사출단을 향해 단면적이 일정한 주상체로 형성되어 있는 것으로, 도파로(16)의 입사 단면에 수직으로 입사한 광은 도파로(16) 측면에서 반사하는 일 없이 도파로(16) 안을 투과해 간다. 이 때문에, 도파로(16)의 측벽에서 반사되는 것은 없기 때문에, 감도의 저하가 억제된다. 또한, 도파로(16)의 입사 단면에 입사된 입사광의 광속의 중심과, 도파로(16)의 중심축이 일치하여 배치되어 있는 것으로, 입사광이 효율적으로 도파로(16) 안에 유도된다. 즉, 도파로(16)에 대해서도 퓨필 보정이 행해지고 있다.
따라서, 상기 고체 촬상 장치(1)에서는 도파로(16)에 대해 퓨필 보정을 행하고 있기 때문에, 입사광의 각각의 색이 각각 빠짐없이 도파로(16)에 집광되게 되고, 셰이딩의 파장 의존성에 의한 색불균일성(색 셰이딩)을 개선할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 상기 광전 변환부(12)의 표면과 도파로(16)의 사출 단면과의 거리는 화이트 스폿의 발생을 방지하기 위해 소정의 거리가 필요한다. 예를 들면, 광전 변환부(12)와 도파로(16)의 사출 단면과의 사이에 형성된 층간 절연막(14)이 산화 실리콘으로 형성되어 있는 경우, 광전 변환부(12)와 도파로(16)의 사출 단면과의 소정의 거리는 예를 들면 500nm 정도가 필요하다.
그리고, 상기 도파로(16)의 지름은 도파로(16)의 사출단부터 사출된 회절에 의한 확산을 갖는 입사광이 광전 변환부(12)의 표면 내에 조사되도록 결정되어 있다. 이 때문에, 도파로(16)로부터 사출된 광이 확산되는 부분도 광전 변환부(12)상에 조사되기 때문에, 감도가 향상된다.
또한, 셰이딩이 감소되기 때문에, 감도를 화면 전체로의 출력 평균치 로 정의하면, 감도를 높게 할 수 있고, 노광 시간을 절감한하는 것이 가능해진다. 실질적인 결과로서, 녹색광의 감도는 4％향상하고, 적색광의 감도는 3％향상하고, 청색광의 감도는 2％정도 향상된다.
또한, 종래 기술과 같이 배선(15)과의 마진의 범위내에서, 도파로(16)를 가능한 한 크게 하여 감도를 향상시키고 있다. 그렇게 하면, 도파로(16)의 사출 단면에서 사출된 입사광은 회절에 의해 확산되고 사출되기 때문에, 도파로(16)의 지름을 광전 변환부(12)의 표면의 크기와 거의 동등하게 형성하면, 사출광이 확산된 부분이 광전 변환부(12)에 조사되지 않게 된다. 상기 확산되는 부분이 감도의 저하를 초래하게 된다.
다음에, 도파로(16)의 지름의 축소에 관하여 설명한다. 상기 설명한 바와 같이 상기 도파로(16)는 그 지름이 도파로(16)의 사출단으로부터 사출되는 상기 입사광이 상기 광전 변환부(12)의 표면 내에 조사되는 크기로 형성되어 있다. 따라서 종래 기술의 도파로와 같이 광전 변환부(12)의 표면의 크기와 동일한 크기로는 형성되어 있지 않고, 지름이 축소되어 있다. 예를 들면, 배선(15)과 도파로(16) 사이가 실질적으로 오버레이 마진(overlay margin) 정도의 여유밖에 없는 종래 구조라도, 도파로(16)의 지름의 축소를 축소한 것으로, 도파로(16)에 퓨필 보정을 행하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 종래의 도파로(16)의 지름을 1.5μm라고 한다. 상기 도파로(16)의 지름을 1μm로 축소한 것으로, 한쪽에 대해 0.25μm 정도 축소되어, 0.25μm의 퓨필 보정을 실행하는 것이 가능해진다. 단, 상기 설명한 바와 같이 상기 도파로(16)의 지름은 상기 컬러 필터층(17)을 투과해 온 입사광의 상기 도파로(16)의 입사 단면에 있어서 스폿 지름 보다도 크게 형성되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 입사광의 중간의 파장 단계인 녹색광을 기준으로 결정된다. 또는 배선층(13)의 배선(15)과의 마진이 있는 경우에는 적색광을 기준으로 결정되어도 좋다.
상기와 같은 미세 화소의 경우, 도파로(16)와 배선(15)과의 거리에서 퓨필 보정량이 결정된다. 예를 들면, 도파로(16)의 지름은 도파로(16)에 조사된 입사광의 스폿 지름 보다도 커지도록 고려하여 매우 적합한 크기까지 축소된다. 그 축소분을 원하는 퓨필 보정량이 되도록 하지만, 그렇다면 불충분한 경우에는 상기 설명한 바와 같이 배선(15)의 선폭을 좁게 함에 의해 퓨필 보정량을 늘리는 것도 가능하다. 본 발명의 도파로(16)에 대한 퓨필 보정은 종래 구조의 도파로(16)에 대해 단순하게 퓨필 보정을 행한 것은 아니고, 도파로(16)의 퓨필 보정량을 예를 들면, 도파로(16)의 지름을 축소함에 의해, 또 배선의 선폭을 축소함에 의해 확보하는 것이다.. 이것에 따라, 충분한 퓨필 보정량이 확보할 수 있기 때문에, 색 셰이딩을 대폭적으로 개선할 수 있다. 또한, 도파로(16)에 대한 퓨필 보정량은 마이크로 렌즈(18)와 컬러 필터층(17)의 퓨필 보정량에 대해 일정한 비율로 한다. 예를 들면, 마이크로 렌즈(18)의 보정량에 대해 일률적으로 ×0.2 배 하는 것 생각할수 있다.
또한, 상기 제1의 예로 설명한 고체 촬상 장치(1)에서는 종래의 도파로(16)에 대한 사고방식을 대폭적으로 전환하고 있다. 즉, 종래에는 배선(15)에 대한 마진의 범위내에서, 도파로(16)의 지름을 가능한 한 크게 형성하고 감도를 증가시키고 있다. 한편, 상기 고체 촬상 장치(1)에서는 도파로(16)의 지름(입사 단면의 지름)은 상기 입사 단면에 입사된 입사광의 스폿 지름 보다도 크게 한 상태에서, 가능한 한 축소하고, 도파로(16)로부터 사출된 사출광의 전부가 광전 변환부(12)에 조사되도록 하고 있다. 상기한 점이 종래의 도파로와 크게 다른 점 중의 하나이다. 또한, 상기 설명한 바와 같이 도파로(16)에 대해 퓨필 보정을 행하고 있는 점도, 종래의 도파로와 크게 다른 점 중의 하나이다.
상기 고체 촬상 장치(1)는 컬러 필터층(17)에 의해 분광된 입사광의 색마다 도파로(16)의 퓨필 보정량을 바꾸는 것이 바람직하다. 상기에 관하여, 도 7의 개략 구성 단면도에 의해 설명한다. 도 7에서는 화각 중심(예를 들면, 화소부의 중심)으로부터 동일 거리에 있는 컬러 필터층(17)의 색이 다른 단위 화소를 나타내는 것으로, 도 7의 A는 청색의 단위 화소이고, 도 7의 B는 녹색의 단위 화소이고, 도 7의 C는 적색의 단위 화소이다.
도 7에 도시하는 바와 같이 상기 고체 촬상 장치(1)에 있어, 상기 화소부(20) 안에서 동일한 파장의 입사광이 입사되는 상기 광전 변환부(12)에서는 상기 광전 변환부(12)의 중심축(FC)에 대한 상기 도파로(16)의 중심축(C)의 어긋남 양은 상기 화소부(20)의 중심의 광전 변환부(12)부터 외측 방향을 향해 커지고 있는 것이다. 바꾸어 말하면, 상기 화소부(20)의 중심으로부터 동일한 거리에 있는 상기 광전 변환부(12)에서는 상기 컬러 필터층(17)에 의해 분광되고 상기 광전 변환부(12)에 입사된 파장의 길이가 길어짐에 따라, 상기 광전 변환부(12)의 중심축(FC)에 대한 상기 도파로(16)의 중심축(C)의 어긋남 양이 작아지고 있다.
구체적인 예로서는 1μm 내지 3μm 정도의 피치로 광전 변환부(12)가 형성되어 있는 고체 촬상 장치(1)에, 0.5μm 내지 2.5μm 정도의 지름의 도파로(16)를 갖는 구조에서는 도파로(16)의 퓨필 보정량을 "청색광(B)＜녹색광(G)＜적색광(R)"의 관계로 한다. 물론, 평면 레이아웃의 편리한 도시를 위해, 광전 변환부(12) 보다 도파로(16)는 작은 것으로 한다. 예를 들면, 청색광이 입사된 도파로(16)에는 20nm 내지 50nm 정도의 퓨필 보정을 행하고, 녹색광이 입사 된 도파로(16)에는 50nm 내지 80nm 정도의 퓨필 보정을 행하고, 적색광이 입사된 도파로(16)에는 80nm 내지 110nm 정도의 퓨필 보정을 행한다. 상기 결과, 각각의 도파로(16)의 각각에 대해 셰이딩은 최적화될 수 있다.
통상, 화소의 중심으로부터 외측 방향으로 이동함에 따라 마이크로 렌즈(18)에 의해 집광된 입사광의 입사각은 커지게 된다. 그 때, 마이크로 렌즈(18)에 대해 퓨필 보정을 행하고 있지만, 퓨필 보정량은 충분하지 않다.에서는 상기 설명한 바와 같이 입사광의 동일 파장의 광에 대해, 광전 변환부의 중심에 대한 도파로의 중심축의 어긋남 양이 커지게 함에 의해, 마이크로 렌즈(18)로부터 입사되는 광속의 중심을 도파로의 중심에 들어가게 된다.
통상, 마이크로 렌즈(18) 및 컬러 필터층(17)은 입사광이 광전 변환부(12)의 중심축 방향으로 입사되도록 퓨필 보정이 실행되고 있다. 예를 들면, 입사광의 기준의 파장의 광(예를 들면, 녹색광)에 대해, 마이크로 렌즈(18) 및 컬러 필터층(17)의 퓨필 보정이 이루어지고 있다. 상기 경우, 도 7의 A에 도시된 바와 같이 청색광은 마이크로 렌즈(18)에 의해 크게 구부러지기 때문에, 도파로(16)의 입사 단면에 입사한 입사각이 커진다. 따라서 마이크로 렌즈(18) 및 컬러 필터층(17)은 퓨필 보정에 의해 광전 변환부(12)의 중심축(FC) 보다 화소 중심 방향으로 크게 비켜 놓여져도, 컬러 필터층(17)을 사출한 광은 도파로(16)의 입사 단면에 있어서 광전 변환부(12)의 중심축(FC) 방향으로 가까운 위치에 입사된다. 따라서 도파로(16)의 입사 단면에 입사된 입사광은 대부분 도파로(16) 안에 유도된다. 상기 경우도, 도파로(16)의 입사 단면에 입사된 입사광의 광속의 중심축(LC)과 도파로(16)의 중심축(C)이 일치하도록, 도파로(16)의 위치가 보정되어 있다.
한편, 도 7의 C에 도시된 바와 같이 적색광은 상기 청색광에 비교하여 마이크로 렌즈에 의해 잘 구러지지지 않기 때문에, 도파로(16)의 입사 단면에 입사한 입사각이 청색광 보다도 작아진다. 또한, 마이크로 렌즈(18) 및 컬러 필터층(17)은 퓨필 보정에 의해 광전 변환부(12)의 중심축 보다 화각 중심 방향으로 크게 비켜 놓여지기 때문에, 컬러 필터층(17)을 사출한 광은 도파로(16)의 입사 단면에 있어서 광전 변환부(12)의 중심축(FC)으로부터 방출된 위치에 입사된다. 경우에 따라서는 도파로(16)의 입사 단면에서 대부분이 돌출한 상태에서 입사된다. 그렇지만, 본원 발명에서는 도파로(16)의 입사 단면에 입사된 입사광의 광속의 중심축(LC)과 도파로(16)의 중심축(C)이 일치하도록, 도파로(16)의 위치가 보정되어 있다. 따라서, 컬러 필터층(17)을 사출한 입사광은 대부분 도파로(16)의 입사 단면에 입사되고 도파로(16) 안에 유도된다.
또한, 도 7의 B에 도시된 바와 같이 녹색광은 상기 청색광에 비교하여 마이크로 렌즈(18)에 의해 잘 구부러지지 않고 적생광에 비해서는 쉽게 구부러지기 때문에, 도파로(16)의 입사 단면에 입사한 입사각이 청색광 보다도 작고, 적색광 보다도 커진다. 상기 마이크로 렌즈(18) 및 컬러 필터층(17)은 퓨필 보정에 의해 광전 변환부(12)의 중심축 보다 화각 중심 방향으로 비켜 놓여져 있기 때문에, 컬러 필터층(17)을 사출한 광은 도파로(16)의 입사 단면에서 광전 변환부(12)의 중심축(FC)으로부터 방출된 위치에 입사된다. 그렇지만, 본원 발명에서는 도파로(16)의 입사 단면에 입사된 입사광의 광속의 중심축(LC)과 도파로(16)의 중심축(C)이 일치하도록, 도파로(16)의 위치가 보정되어 있다. 이 때문에, 컬러 필터층(17)을 사출한 입사광의 대부분이 도파로(16)의 입사 단면에 입사되고 도파로(16) 안에 유도된다.
이와 같이 각 도파로(16)는 각 광전 변환부(12)의 중심에 대한 도파로(16)의 중심축(C)의 어긋남 양이 컬러 필터층(17)에 의해 분광된 파장이 짧아짐에 따라, 광전 변환부(12)의 중심에 대한 도파로(16)의 중심축(C)의 어긋남 양이 작아지고 있다. 따라서 각 도파로(16)의 입사 단면에의 입사광의 파장이 달라도, 그 파장에 대응하여 도파로(16)가 배치되고 있기 때문에, 단위 화소(21)마다 감도가 다르지 않고 또한 색 셰이딩을 발생시키지도 않는다.
고체 촬상 장치의 구성의 제2의 예
본 발명의 고체 촬상 장치의 구성의 제2의 예를 도 8의 평면 레이아웃도 및 도 9의 개략 구성 단면도에 의해 설명한다. 도 8 및 도 9에서는 예를 들면, 4개의 단위 화소를 1개의 화소 트랜지스터부로 공유한 구성을 나타낸 것으로, 그 4개의 단위 화소를 단위 화소군으로 하고 있다.
도 8, 도 9에 도시하는 바와 같이 단위 화소군(22)은 하나의 예로서, 2개의 제1 단위 화소(21)(21G)와 1개의 제1 단위 화소(21)(21B)와 1개의 제3 단위 화소(21)(21R)를 갖는다. 상기 제1 단위 화소(21G)는 컬러 필터층(17)(17G)에 의해 분광된 제1 파장의 광(예를 들면 녹색광：G)이 입사된 광전 변환부(12)(12G)를 갖는다. 상기 제2 단위 화소(21B)는 컬러 필터층(17B)에 의해 분광된 상기 제1 파장(녹색광) 보다 짧은 제2 파장의 광(청색광：B)이 입사된 광전 변환부(12B)를 갖는다. 상기 제3 단위 화소(21R)은 컬러 필터층(17R)에 의해 분광된 상기 제1 파장 보다 긴 제3 파장(적색광：R)의 광이 입사되는 상기 광전 변환부(12R)을 갖는다.
상기 단위 화소군(22)에 있어서 상기 각 광전 변환부(12)의 중심축(FC)에 대한 상기 도파로(16)의 중심축(C)의 어긋남 양은 상기 컬러 필터층(17)에 의해 분광되는 파장이 짧아짐에 따라, 상기 광전 변환부(12)의 중심에 대한 상기 도파로(16)의 중심축(C)의 어긋남 양이 작아지고 있다. 또한, 상기 각 광전 변환부(12)의 중심축(FC)에 대한 상기 도파로(16)의 중심축(C)의 어긋남 방향은 화소부(20)의 중심 방향을 향해 작아지고 있다. 바꾸어 말하면, 화각 중심(예를 들면 화소 중심)은 화각 중심으로부터 화각단을 향해 상기 차이량은 커지고, 각 광전 변환부(12)의 중심으로부터의 어긋남 방향은 화각 중심측을 향하고 있다.
상기와 같이 고체 촬상 장치(1)(1B)가 구성되어 있다. 또한, 각 제1 단위 화소(21G), 제2 단위 화소(21B), 제3 단위 화소(21R)의 기본 구성은 상기 고체 촬상 장치(1)의 제1의 예로 설명한 것과 마찬가지이다.
상기 고체 촬상 장치(1B)는 이른바 복수 화소 공유(4화소 공유)이고, 도파로(16)의 입사 단면에 입사된 입사광의 파장이 길어짐에 따라, 광전 변환부(12)의 중심에 대한 도파로(16)의 중심축의 어긋남 양이 작아지고 있다. 이와 같은 4화소 공유의 경우, 그 4화소(단위 화소(21))에 있어, 제1 단위 화소(21G) 보다도 제3 단위 화소(21R)의 도파로(16)의 어긋남 양(퓨필 보정량)이 크고, 제2 단위 화소(21B)의 도파로(16)의 어긋남 양(퓨필 보정량)이 작다.
통상, 마이크로 렌즈(18) 및 컬러 필터층(17)은 입사광이 광전 변환부(12)의 중심축 방향으로 입사되도록 퓨필 보정이 실행된다. 예를 들면, 입사광의 기준의 파장의 광(예를 들면, 녹색광)에 대해, 마이크로 렌즈(18) 및 컬러 필터층(17)의 퓨필 보정이 이루어지고 있다. 상기 경우, 청색광은 마이크로 렌즈(18)에 의해 크게 구부러지기 때문에, 도파로(16)의 입사 단면에 입사한 입사각이 커진다. 상기 마이크로 렌즈(18) 및 컬러 필터층(17)은 퓨필 보정에 의해 광전 변환부(12)의 중심축(FC) 보다 화각 중심(예를 들면 화소부의 중심)방향으로 비켜 놓여져 있어도, 컬러 필터층(17)을 사출한 광은 도파로(16)의 입사 단면에서는 광전 변환부(12)의 중심축(FC) 방향으로 가까운 위치에 입사된다. 상기 결과, 도파로(16)의 입사 단면에 입사된 입사광은 대부분 도파로(16) 안에 유도된다. 한편, 적색광은 상기 청색광에 비해 마이크로 렌즈(18)에 의해 잘 구부러지지 않기 때문에, 도파로(16)의 입사 단면에 입사한 입사각이 청색광 보다도 작아진다. 또한, 마이크로 렌즈(18) 및 마이크로 렌즈(18)는 퓨필 보정에 의해 광전 변환부(12)의 중심축(FC) 보다 화각 중심 방향으로 비켜 놓여져 있기 때문에, 컬러 필터층(17)을 사출한 광은 도파로(16)의 입사 단면에서는 광전 변환부(12)의 중심축(FC)으로부터 방출된 위치에 입사된다. 경우에 따라서는 도파로(16)의 광입사측의 단부로부터 대부분의 광이 튀어나오도록 입사된다. 그렇지만, 본원 발명에서는 도파로(16)의 입사 단면에 입사된 입사광의 광속의 중심과 도파로(16)의 중심축(C)이 일치하도록, 도파로(16)의 위치가 보정되어 있다. 이 때문에, 컬러 필터층(17)을 사출한 입사광은 도파로(16)의 입사 단면에 입사되고 도파로(16) 안에 유도된다. 또한, 녹색광은 상기 청색광에 비해 잘 구부러지 않고, 상기 적색광에 비해 구부러지기 쉽기 때문에, 도파로(16)의 입사 단면에 입사한 입사각이 청색광 보다도 작고, 적색광 보다도 커진다. 또한, 마이크로 렌즈(18) 및 마이크로 렌즈(18)는 퓨필 보정에 의해 광전 변환부의 중심축(FC) 보다 화각 중심 방향으로 비켜 놓여져 있기 때문에, 컬러 필터층(17)을 사출한 광은 도파로(16)의 입사 단면에 있어서 광전 변환부(12)의 중심축으로부터 방출된 위치에 입사된다. 그렇지만, 본원 발명에서는 도파로(16)의 입사 단면에 입사된 입사광의 광속의 중심과 도파로(16)의 중심축(C)이 일치하도록, 도파로(16)의 위치가 보정되고 있기 때문에, 컬러 필터층(17)을 사출한 입사광은 도파로(16)의 입사 단면에 입사되고 도파로(16) 안에 유도된다. 이와 같이 단위 화소군(22) 내의 각 도파로(16)에 있어서는 각 광전 변환부(12)의 중심축(FC)에 대한 도파로(16)의 중심축(C)의 어긋남 양이 컬러 필터층(17)에 의해 분광되는 파장이 짧아짐에 따라 작아지고 있다. 따라서, 각 도파로(16)의 입사 단면에의 입사광의 파장이 다르고도, 그 파장에 대응한 도파로(16)의 배치가 이루어지고 있기 때문에, 단위 화소군(22) 안에 있어서 단위 화소(21)마다 감도가 다르지 않고, 또 색 셰이딩을 발생하지도 않는다.
고체 촬상 장치의 구성의 제3의 예
본 발명의 고체 촬상 장치의 구성의 제3의 예를 도 10의 개략 구성 단면도에 의해 설명한다. 도 10에서는 상기 제1의 예의 고체 촬상 장치(1)에 있어, 도파로(16)의 구성이 다를 뿐 그 밖의 구성은 동일하다.
도 10의 A 및 도 10의 B에 도시된 바와 같이 단위 화소(21)에 있어서 도파로(16)는 상기 도파로(16)의 측주부(peripheral portion)를 형성한 제1 도파로(16A)와, 상기 제1 도파로(16A)의 내부에 형성되어 있고 상기 제1 도파로(16A) 보다도 굴절율이 낮은 제2 도파로(16B)를 포함한다. 상기 제1 도파로(16A)는 상기 제2 도파로(16B)의 바닥부측에도 형성되어 있어도 좋다. 도 10의 A는 화각 중심부의 단위 화소(21)를 나타내고 있고, 도 10의 B는 화각 중심으로부터 화각단 방향으로 있는 단위 화소(21)를 나타내고 있다. 그리고 상기 고체 촬상 장치(1)의 제1의 예와 마찬가지로, 화각단을 향해 보다 더 가까이 위치함에 따라, 도파로(16)에 대해 퓨필 보정을 행하고 있다.
지금, 하나의 예로서, 도 11에 도시하는 바와 같이 2μm 사이즈의 광전 변환부(12)(예를 들면 포토 다이오드)에 대해, 1μm의 지름의 도파로(16)를 갖는 구조를 생각한다. 화각의 가장 단의 부분에서 퓨필 보정량 0.45μm로 되도록 설계한다. 도파로(16) 내부의 측벽에, 굴절율 1.8 정도의 막(예를 들면, 질화계의 막)으로 제1 도파로(16A)를 형성한다. 상기 제2 도파로(16B)는 예를 들면 수지계의 굴절율이 n＝1.4 정도의 막으로 형성된다. 상기 제1 도파로(16A)의 측벽부분의 막두께는 예를 들면 100nm 정도라고 한다. 한다면 측벽은 양측을 합쳐서 200nm가 되기 때문에, 제2 도파로(16B)의 지름은 800nm로 된다. 또한, 제1 도파로(16A)의 막을 질화계의 막(예를 들면 질화 실리콘막 등)으로 한 것으로, 패시베이션(Passivation)막으로서의 효과를 주는 것도 가능해진다.
다음에, 도 10의 C 및 도 10의 D에 의해, 입사광의 광로를 설명한다. 도 10의 C는 화각 중심부의 단위 화소(21)를 나타내고 있고, 도 10의 D는 화각 중심으로부터 화각단 방향으로 있는 단위 화소(21)를 나타내고 있다. 도 10의 C에 도시된 바와 같이 마이크로 렌즈(18), 컬러 필터층(17)을 투과한 입사광은 화각 중심의 도파로(16)에서는 굴절율은 중심부의 제2 도파로(16B) 보다도 측벽부의 제1 도파로(16A)쪽이 높기 때문에, 광은 측벽의 제1 도파로(16A)에 주로 집중된다.
이에 비해, 도 10의 D에 도시된 바와 같이 도파로(16)에 퓨필 보정을 가하면, 화각의 단에 있어도, 마이크로 렌즈(18), 컬러 필터층(17)을 투과한 입사광의 광속을 광전 변환부(12)의 중심으로 하는 것이 가능해진다(굴절율은 도시와 같이 n1＞n2이다). 즉, 도파로(16)에 입사된 경사 입사광은 제2 도파로(16B)로부터 제1 도파로(16A)에 입사되고, 제2 도파로(16B) 보다 굴절율이 큰 제1 도파로(16A) 안을 반사하고 사출단에 유도되고, 광전 변환부(12)에 사출된다. 또한, 도파로(16)는 도파로(16)를 통해 광이 유도된 것이기 때문에, 도파로(16)(제1 도파로(16A))의 주상의 재료 보다 도파로(16)(제1 도파로(16A))을 구성한 재료의 굴절율이 큰 것은 당연한 일이다. 특히 화각단 방향의 도파로(16)는 도파로(16)의 입사 단면에서의 입사광의 광속의 중심축(LC)과 도파로(16)의 중심축(C)를 일치시키도록 도파로(16)가 퓨필 보정되고 있기 때문에, 광전 변환부(12)의 중심에 대해 도파로(16)의 중심축(C)이 화각 중앙측에 비켜 놓고 배치되어 있다. 이 때문에, 도파로(16)의 입사 단면에 입사된 입사광은 일단, 제2 도파로(16B)에 입사 되고, 제2 도파로(16B) 보다도 굴절율이 높은 제1 도파로(16A)에 입사되고, 상기 제1 도파로(16A) 안을 전파되고 사출 단면부터 광전 변환부(12) 방향으로 사출된다. 게다가 경사 입사광은 화각 중심 측에서 화각단측으로 향해 조사되기 때문에, 제2 도파로(16B) 안에 입사된 입사광은 화각단측에 경사 입사되기 때문에, 제1 도파로(16A)의 화각단측을 이용하여 전파된다. 즉, 제1 도파로(16A)의 화각단측은 광전 변환부(12)의 중심에 가까운 측이므로, 상기 제2 도파로(16B)에 입사된 입사광은 제1 도파로(16A)를 전파되어 효율 좋게 광전 변환부(12)에 사출된다.
상기 도파로(16)를 상기 제1 도파로(16A)와 상기 제2 도파로(16B)를 갖는 구조에 하는 것으로, 도파로(16) 바닥부로부터 광전 변환부(12)에 도달하기까지 누설되는 광이 최소가 된다.
또한, 광전 변환부(12) 부근에 폴리실리콘 전극(61) 등이 존재하고 있어도, 광이 광 전 변환부(12)의 중심 혹은 그 부근에 입사되기 때문에, 부근의 폴리실리콘 전극(61)에 있어서 가려지는 성분을 절감하는 것이 가능해진다. 또한, 이미 언급한 단일 재료의 도파로(16)의 구조의 경우는 그 지름을 작게 하면, 폴리실리콘 전극(61)으로 가려지는 광을 억제하는 것이 가능하다.
또한, 상기 광전 변환부(12)는 도시하고 있지 않지만, 화소 트랜지스터, 배선층(13)의 배선(15)에도 퓨필 보정을 실행한다. 이것에 의해, 화소 트랜지스터에 의한 광이 가려지는 것을 절감할 수 있고, 색 셰이딩 개선이 기대될 수 있다.
2.제2의 실시의 형태
고체 촬상 장치의 제조 방법의 제1의 예
다음에, 본 발명의 제2 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제1의 예를 도 12 내지 도 21의 제조 공정 단면도에 의해 설명한다.
도 12에 도시하는 바와 같이 반도체 기판(11)의 표면측(입사광이 입사된 측)에는 입사광을 신호 전하로 변환하는 광전 변환부(12)를 형성한다. 또한, 상기 반도체 기판(11)에는 상기 광전 변환부(12)로부터 광전 변환된 신호 전하를 판독한 전송 게이트(31)가 형성된다. 또한 도시하고 있지 않지만, 상기 반도체 기판(11)에는 상기 광전 변환부(12)로 광전 변환된 신호 전하를 증폭하고 출력하는 화소 트랜지스터, 증폭하여 출력된 신호를 처리하는 주변 회로부가 형성된다. 상기 반도체 기판(11)에는 예를 들면 실리콘 기판이 사용된다. 또는 SOI(Silicon on insulator)기판을 이용해도 좋다. 상기 경우, SOI 기판의 실리콘층에 상기 광전 변환부(12), 전송 게이트(31) 등이 형성된다.
이와 같이 상기 광전 변환부(12)를 갖는 단위 화소(21)가 상기 반도체 기판(11)의 행방향 및 열방향으로 복수씩 배치되고 화소부(20)가 구성된다.
상기 반도체 기판(11) 위에는 상기 광전 변환부(12), 상기 전송 게이트(31), 상기 화소 트랜지스터, 주변 회로부 등을 피복한 절연막이 형성되고, 배선층(13)이 형성되어 있다. 이 배선층(13)은 예를 들면 층간 절연막(14) 중에 복수층의 배선(15)을 형성한 것이다. 이 배선(15)의 주위에는 배리어 메탈층(41)이 형성되어 있다. 또한, 층간 절연막(14) 중에는 배선(15) 위에서의 금속 등의 확산을 방지하는 확산 방지막(42)으로서, 예를 들면 탄화실리콘(SiC)막을 형성한다. 상기 층간 절연막(14)에는 예를 들면 산화 실리콘(SiO2)막 등을 이용한다. 또한, 상기 층간 절연막(14)의 표면은 평탄화되어 있다. 그리고, 상기 광전 변환부(12)의 상방에는 상기 배선(15)이 형성되지 않도록 한다.
다음에, 도 13에 도시하는 바와 같이 통상의 레지스트 프로세스에 의해, 상기 배선층(13)의 최상층의 층간 절연막(14) 위에 레지스트막(51)을 형성한다. 그리고 리소그래피 기술에 의해, 도파로를 형성한 영역 상의 상기 레지스트막(51)에 개구부(52)를 형성한다. 이 때의 상기 개구부(52)의 레이아웃에, 상기 도3, 도 4 등에서 설명한 바와 같이 도파로에 행하는 퓨필 보정을 가한다. 즉, 상기 개구부(52)는 상기 개구부(52)의 하부에 형성된 도파로의 입사 단면에 입사된 입사광의 광속의 중심과, 도파로의 중심축이 일치하도록 형성되어 있다.
다음에, 도 14에 도시하는 바와 같이 상기 레지스트막(51)을 에칭 마스크로 이용한 드라이 에칭에 의해, 상기 배선층(13)의 층간 절연막(14)에 도파로를 형성하기 위한 도파로 홀(19)을 개구한다. 이때, 상기 도파로 홀(19)의 측벽이 수직이 되도록, 또한, 예를 들면 4μm 내지 5μm 정도의 깊이로 형성된다. 또한, 도파로 홀(19)은 개구부로부터 바닥부를 향해 단면적이 일정한 구멍으로 형성되어 있다. 그 개구부의 형상은 예를 들면, 원형, 타원형(타원(elliptic cylinder)도 포함) 등이다. 또한, 상기 도파로 홀(19)의 개구부의 형상은 모서리부가 둥글게 형성된방형 등의 사각형이라도 좋다.
다음에, 도 15에 도시하는 바와 같이 상기 레지스트막(51)(상기 도14 참조)을 박리하고, 상기 배선층(13)의 층간 절연막(14) 표면을 노출시킨다.
다음에, 도 16에 도시하는 바와 같이 상기 도파로 홀(19)의 내부에 도파로 재료막(53)을 매입한다. 상기 도파로 재료는 배선층(13)의 층간 절연막(14) 보다도 굴절율이 높은 재료가 선택된다. 예를 들면, 층간 절연막(14)의 굴절율이 1.4인 산화 실리콘계의 막의 경우, 도파로 재료막(53)은 굴절율 1.4 이상으로 한다. 예를 들면, 도파로 재료막(53)에는 굴절율이 1.8 정도의 질화계의 막, 예를 들면 질화 실리콘막을 이용한다. 그리고, 상기 도파로 재료막(53)은 상기 층간 절연막(14) 위에도 형성된다. 상기 도파로 재료막(53)의 성막 방법은 도포법, 화학 기상 성장법 등을 이용한다. 이와 같이 상기 도파로 홀(19)의 내부에 매입된 도파로 재료막(53)에 의해 도파로(16)가 형성된다.
다음에, 도 17에 도시하는 바와 같이 상기 도파로 재료막(53)의 표면을 평탄화하기 위해, 평탄화 절연막(54)을 형성한다. 상기 평탄화 절연막(54)은 예를 들면 수지층으로 형성한다.
다음에, 도 18에 도시하는 바와 같이 상기 평탄화 절연막(54) 위에 컬러 필터층(17)을 형성한다. 상기 컬러 필터층(17)은 컬러 필터 재료를 도포하여 형성한 후, 노광, 현상 등에 의해 패터닝하여 형성된다. 또 상기 컬러 필터층(17)은 각 광전 변환부(12)에 감지시키는 색에 따라, 예를 들면, 적색의 컬러 필터, 녹색의 컬러 필터, 청색의 컬러 필터 등을 이용한다. 그리고, 상기 컬러 필터층(17)의 레이아웃에도 퓨필 보정을 가한다.
다음에, 도 19에 도시하는 바와 같이 상기 컬러 필터층(17) 위에 마이크로 렌즈(온 칩 렌즈： On Chip Lens 라고도 함)의 재료로 된 렌즈 형성막(55)을 형성한다. 상기 렌즈 형성막(55)은 예를 들면 광투과성을 갖는 수지막으로 형성된다.
다음에, 도 20에 도시하는 바와 같이 상기 렌즈 형성막(55) 위에 마이크로 렌즈를 형성을 위한 레지스트 패턴(56)을 형성한다. 상기 레지스트 패턴(56)의 레이아웃에 대해 퓨필 보정을 가한다. 그 후, 도시하고 있지 않지만, 상기 레지스트 패턴(56)을 렌즈 형상으로 성형한다. 그리고, 예를 들면 에치 백에 의해, 상기 렌즈 형상으로 성형된 레지스트 패턴(56)의 형상을 상기 렌즈 형성막(55)에 전사한다.
그 결과, 도 21에 도시하는 바와 같이 상기 렌즈 형성막(55)에 마이크로 렌즈(18)가 형성된다.
상기 제조 방법에서는 도파로(16)는 그 입사단으로부터 사출단을 향해 단면적이 일정한 주상체에 형성된 것으로, 도파로(16)의 입사 단면에 수직으로 입사한 광은 도파로(16) 측면에 반사하지 않고 도파로(16)를 투과하기 때문에, 감도의 저하가 억제된다. 또한, 도파로(16)의 입사 단면에 입사된 입사광의 광속의 중심과, 도파로(16)의 중심축(C)이 일치하여 배치된 것으로, 입사광이 효율적으로 도파로(16) 안에 유도되다. 따라서, 상기 제1 실시의 형태의 고체 촬상 장치의 제1의 예로 설명한 고체 촬상 장치와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있는 고체 촬상 장치(1)(1A)를 제조할 수 있다.
고체 촬상 장치의 제조 방법의 제2의 예
다음에, 본 발명의 제2 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제2의 예를 도 22 내지 도 28의 제조 공정 단면도에 의해 설명한다.
상기 제조 방법의 제1의 예와 동일한 방법에 의해, 도 22에 도시하는 바와 같이 배선층(13)에 도파로 홀(19)을 형성한다. 그리고, 상기 도파로 홀(19)의 내면에 제1 도파로(16A)로 된 제1 도파로 재료막(57)을 형성한다. 그리고, 상기 제1 도파로 재료막(57)은 상기 층간 절연막(14) 위에도 형성된다. 상기 제1 도파로 재료막(57)에는 상기 층간 절연막(14) 보다도 굴절율이 높은 재료를 이용한다. 예를 들면, 질화계의 막을 이용한다. 질화계의 막으로서는 예를 들면, 질화 실리콘(SIN)막, 질화 산화 실리콘막등이 있다. 또한, 제1 도파로 재료막(57)에 질화 실리콘막을 이용하면 패시베이션막도 된다. 상기 제1 도파로 재료막(57)의 재료에는 질화계의 막에 구애받지 않지만, 굴절율이 높은막으로서, 예를 들면 n＝1.8의 질화 실리콘막을 이용한다. 막두께는 예를 들면 측벽부의 막두께가 100nm 정도로 되도록 한다. 제1 도파로 재료막(57)의 막두께는 그 후에 형성된 제2 도파로가 제1 도파로(16A)의 내측에 형성할 수 있는 막두께로 되어 있으면 좋다. 그 성막 방법은 예를 들면 도포법을 이용한다. 물론, 화학 기상 성장법 등의 성막 방법이라도 좋다.
다음에, 도 23에 도시하는 바와 같이 상기 제1 도파로 재료막(57)이 형성된 상기 도파로 홀(19)의 내부에 제2 도파로 재료막(58)을 매입하고, 제2 도파로(16B)를 형성한다. 상기 제2 도파로 재료막(58)은 제1 도파로 재료막(57) 보다도 굴절율이 낮은 재료가 선택된다. 예를 들면, 굴절율이 1.4 정도의 수지막(예를 들면, PMMA 등의 광투과성이 우수한 수지)이나 산화 실리콘계의 막이 선택된다. 그리고, 상기 도파로 재료막(53)은 상기 층간 절연막(14) 위에도 형성된다. 상기 각 도파로 재료막의 성막 방법은 도포법, 화학 기상 성장법 등을 이용한다. 이와 같이 하여, 상기 도파로 홀(19)의 내부에, 제1 도파로 재료막(57)으로 된 제1 도파로(16A)와, 그 중측에 제2 도파로 재료막(58)으로 된 제2 도파로(16B)로, 도파로(16)가 형성된다.
다음에, 도 24에 도시하는 바와 같이 상기 제2 도파로 재료막(58)의 표면을 평탄화하기 위해, 평탄화 절연막(54)을 형성한다. 상기 평탄화 절연막(54)은 예를 들면 수지층에서 형성한다.
다음에, 도 25에 도시하는 바와 같이 상기 평탄화 절연막(54) 위에 컬러 필터층(17)을 형성한다. 상기 컬러 필터층(17)은 컬러 필터 재료를 도포에 의해 형성한 후, 노광, 현상 등에 의해 패터닝하여 형성된다. 또 상기 컬러 필터층(17)은 각 광전 변환부(12)에 감지시키는 색에 따라, 예를 들면, 적색의 컬러 필터, 녹색의 컬러 필터, 청색의 컬러 필터 등을 이용한다. 그리고, 상기 컬러 필터층(17)의 레이아웃에도 퓨필 보정을 가한다.
다음에, 도 26에 도시하는 바와 같이 상기 컬러 필터층(17) 위에 마이크로 렌즈(온 칩 렌즈： On Chip Lens 라고도 함)의 재료로 된 렌즈 형성막(55)을 형성한다. 상기 렌즈 형성막(55)은 예를 들면 광투과성을 갖는 수지막으로 형성된다.
다음에, 도 27에 도시하는 바와 같이 상기 렌즈 형성막(55) 위에 마이크로 렌즈를 형성을 위한 레지스트 패턴(56)을 형성한다. 상기 레지스트 패턴(56)의 레이아웃에 대해 퓨필 보정을 가한다. 그 후, 도시하고 있지 않지만, 상기 레지스트 패턴(56)을 렌즈 형상으로 성형한다. 그리고, 예를 들면 에치 백에 의해, 상기 렌즈 형상으로 성형된 레지스트 패턴(56)의 형상을 상기 렌즈 형성막(55)에 전사한다.
그 결과, 도 28에 도시하는 바와 같이 상기 렌즈 형성막(55)에 마이크로 렌즈(18)가 형성된다. 여기에서, 하나의 예로서, 상기 제2 도파로 재료막(58)의 표면에서 상기 마이크로 렌즈(18)의 기부까지의 높이 h1은 예를 들면, 1μm 내지 3μm으로형성된다. 또한, 상기 제2 도파로 재료막(58)의 표면에서 상기 컬러 필터층(17)의 바닥면까지의 높이 h2는 예를 들면, 0.5μm 내지 2.5μm으로 형성된다. 또한, 상기 광전 변환부(12)의 표면에서 상기 도파로(16)의 입사광의 사출 단면까지의 높이 h3은 예를 들면, 0.3μm 내지 2μm으로 형성된다.
상기 제2의 제조 방법에서는 도파로(16)는 내측에 제2 도파로(16B)가 형성되고, 외측에 굴절율이 높은 제1 도파로(16A)가 형성되어 있는 것으로, 제2 도파로(16B)로부터 제1 도파로(16A) 측에 입사한 광은 제1 도파로(16A) 안을 전파되고 사출되게 된다. 따라서, 상기 제1 실시의 형태의 고체 촬상 장치의 제2의 예로 설명한 고체 촬상 장치와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있는 고체 촬상 장치(1)(1B)을 제조할 수 있다.
3.제3의 실시의 형태
촬상 장치의 구성의 하나의 예
다음에, 본 발명의 제3 실시의 형태에 관한 촬상 장치의 구성의 하나의 예를 도 29의 블록도에 의해 설명한다. 상기 촬상 장치는 본 발명의 고체 촬상 장치를 이용한 것이다.
도 29에 도시하는 바와 같이 촬상 장치(200)는 촬상부(201)에 고체 촬상 장치(210)를 구비하고 있다. 상기 촬상부(201)의 집광측에는 상을 결상시키는 집광 광학부(202)가 갖춰지고, 또한, 촬상부(201)에는 그것을 구동하는 구동 회로, 고체 촬상 장치(210)로 광전 변환된 신호를 화상으로 처리하는 신호 처리 회로 등을 갖는 신호 처리부(203)가 접속되어 있다. 또 상기 신호 처리부(203)에 의해 처리된 화상 신호는 화상 기억부(도시 생략)에 의해 기억시킬수 있다. 이와 같은 촬상 장치(200)에 있어, 상기 고체 촬상 장치(210)에는 상기 실시의 형태로 설명한 고체 촬상 장치(1)를 이용할 수 있다.
본 발명의 촬상 장치(200)에서는 본원 발명의 고체 촬상 장치(1)를 이용한 것으로, 고체 촬상 장치(1)의 셰이딩의 파장 의존에 의한 색불균일성(색 셰이딩)을 개선할 수 있고, 감도를 높일 수 있기 때문에, 고품질의 화상을 얻을 수 있다는 이점이 있다.
또한, 상기 촬상 장치(200)는 하나의 칩으로서 형성된 형태라도 좋고, 촬상부와, 신호 처리부 또는 광학계가 패키지화된 촬상 기능을 갖는 모듈상의 형태라도 좋다. 여기에서 말한 촬상 장치(200)는 예를 들면, 카메라나 촬상 기능을 갖는 휴대 기기에 관한 것을 말한다. 또한 "촬상"이란 통상의 카메라 촬영시에 있어서 상을 찍는 것만이 아니고, 광의의 의미로서, 지문 검출 등도 포함하는 것이다.
4. 제 4 실시의 형태
고체 촬상 장치의 구성예
도 30 내지 도 32에, 본 발명에 관한 고체 촬상 장치의 제 4 실시의 형태를 나타낸다. 본 실시의 형태의 고체 촬상 장치는 4화소 공유의 MOS 고체 촬상 장치에 적용하는 경우이다. 도 30은 4화소 공유의 단위 화소군이 복수 2차원으로 배열된 화소부의 평면도이고, 도 31의 A 및 B는 화소부의 화각 중심 및 화각단의 단위 화소군의 평면도이고, 도 32는 도 31의 A의 A－A 선상의 단면도이다.
이하, 40은 화소부, 41은 고체 촬상 장치, 42는 단위 화소군, PD［PD1 내지 PD4］는 광전 변환부, Tr11 내지 Tr14, Tr2, Tr3, Tr4는 화소 트랜지스터, 43은 전송 게이트 전극, 48은 리셋 게이트 전극, 49는 증폭 게이트 전극, 151은 선택 게이트 전극, 152는 도파로, 154는 층간 절연막, 155는 배선, 155a는 돌출 부분, 150은 배선층, 157은 컬러 필터층, 158은 온 칩 렌즈, L은 입사광을 나타낸다.
우선, 제 4 실시의 형태의 이해를 용이하게 하기 위해, 도 62 내지 도 63 을 이용하여 개선 이전의 비교예에 관하여 설명한다. 상기 비교예는 4화소 공유의 MOS 고체 촬상 장치이다. 비교예의 MOS 고체 촬상 장치(13)는 복수의 화소에 1개 화소 트랜지스터부를 공유하는 단위 화소군을 복수로 배열하여 화소부가 구성된다. 즉, MOS 고체 촬상 장치(13)는 4개의 광전 변환부로 이루어진 포토 다이오드(PD)를 1개의 화소 트랜지스터부로 공유한 4화소 공유의 단위 화소군(114)을 갖고 이루어진다. 단위 화소군(114)은 보다 상세하게는 4개의 포토 다이오드(PD(PD1 내지 PD4))와, 4개의 전송 트랜지스터(Tr1(Tr11 내지 Tr14))와, 1개의 플로팅 디퓨전부(FD)를 갖는다. 또한, 1개의 리셋 트랜지스터(Tr2), 증폭 트랜지스터(Tr3), 선택 트랜지스터(Tr4)를 갖고 구성된다. 단위 화소군(114)의 중앙의 플로팅 디퓨전부(FD)와 각 포토 다이오드(PD1 내지 PD4)와의 사이에 각각 폴리실리콘에 의한 전송 게이트 전극(15)이 배치되고, 4개의 포토 다이오드(PD)에 대한 4개의 전송 트랜지스터(Tr11 내지 Tr14)가 형성된다.
리셋 트랜지스터(Tr2), 증폭 트랜지스터(Tr3) 및 선택 트랜지스터(Tr4)는 포토 다이오드(PD1 내지 PD4)의 군의 하측에, 수평 방향에 따라 연속하여 배치된다. 리셋 트랜지스터(Tr2)는 확산 영역(16 및 17)과, 리셋 게이트 전극(20)을 갖고 구성된다. 증폭 트랜지스터(Tr3)는 확산 영역(17 및 18)과, 증폭 게이트 전극(21)을 갖고 구성된다. 선택 트랜지스터(Tr4)는 확산 영역(18 및 19)와, 선택 게이트 전극(22)을 갖고 구성된다. 단위 화소군(114) 안에서는 폴리실리콘의 게이트 전극에 의한 하지층이 인접하는 화소의 경계선을 사이에 두고 비대칭으로 레이아웃 되어 있다. 즉, 리셋 트랜지스터(Tr2), 증폭 트랜지스터(Tr3) 및 선택 트랜지스터(Tr4)의 화소 트랜지스터부가 화소(Gb 및 R)과, 화소(Gr 및 B)와의 경계선을 사이에 두고 비대칭으로 배치되어 있다. 또 각 화소 Gr, R, Gb 및 B의 전송 게이트 전극(15)이 인접한 서로의 화소 Gr, R, Gb 및 B의 경계선을 사이에 두고 비대칭으로 배치되어 있다.
각 포토 다이오드(PD1 내지 PD4)에 대응하여 도파로(23)가 형성된다. 상기 예에서는 베이어(Bayer) 배열의 컬러 필터가 사용되고, 적색 화소(R), 제1의 녹색 화소(Gb), 청색 화소(B) 및 제2의 녹색 화소(Gr)로 이루어진 4화소 공유의 단위 화소군(114)이 반복 배열된다.
도 63은 도 64의 제2의 녹색 화소(Gr)를 통과한 A－A 선상의 단면도이다. 도 63에 도시하는 바와 같이 반도체 기판(24)의 표면측에는 광전 변환부로 이루어진 포토 다이오드(PD4)가 형성되고, 반도체 기판(24)의 상방에, 층간 절연막(25)을 이용하여 복수층의 배선(26)이 형성된다. 포토 다이오드(PD4)의 상방에는 층간 절연막(25)에 매입되도록, 도파로(23)가 형성된다. 도파로(23)의 상방에는 칼라 필터층(28)이 형성되고, 그 위에 온 칩 렌즈(29)가 형성된다. 한편, 포토 다이오드(PD4)에 근접하여 게이트 절연막(27)을 이용하여 형성된 증폭 게이트 전극(21)이 형성된다.
비교예의 고체 촬상 장치(113)에서는 입사광(L)이 온 칩 렌즈(29), 도파로(23)를 투과하여 각 화소의 포토 다이오드(PD)에 입사된다. 이때, 제2의 녹색 화소(Gr)에서는 도 62 및 도 63의 원(c)로 도시한 바와 같이 도파로(23)를 투과한 입사광(L)의 일부는 근접 배치되어 있는 게이트 길이가 큰 증폭 게이트 전극(21)에 가려진다. 제1의 녹색 화소(Gb)에서는 도파로(23)를 투과한 입사광(L)이 리셋 게이트 전극(120), 증폭 게이트 전극(121)에 영향을 주지 않고 포토 다이오드(PD1)에 입사된다. 이 때문에, 도 64의 파장대 출력의 그래프에 나타난 바와 같이 제2의 녹색 화소(Gr)의 감도(곡선 r1 참조)가 제1의 녹색 화소(Gb)의 감도(곡선 b1 참조) 보다 내려가고, 녹색 화소(Gr 및 Gb) 사이에서 감도차가 생긴다.
이에 대해, 제 4 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치는 4화소 공유의 단위 화소군내로의 제1 및 제2의 녹색 화소(Gb 및 Gr)의 감도차가 동등하게 되도록, 감도 제어를 가능하게 한 경우이다.
제 4 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치(41)는 도 31에 도시하는 바와 같이 복수의 화소에 1개 화소 트랜지스터부를 공유하는 단위 화소군(41)을 복수로 배열하여 화소부가 구성된다. 즉, 고체 촬상 장치(41)는 4개의 광전 변환부로 이루어진 포토 다이오드(PD)를 1개의 화소 트랜지스터부로 공유한 4화소 공유의 단위 화소군(42)을 갖고 이루어진다. 단위 화소군(42)은 보다 자세하게는 4개의 포토 다이오드(PD(PD1 내지 PD4))와, 4개의 전송 트랜지스터(Tr1(Tr11 내지 Tr14))와, 1개의 플로팅 디퓨전부(FD)를 갖는다. 또한, 1개의 리셋 트랜지스터(Tr2), 증폭 트랜지스터(Tr3), 선택 트랜지스터(Tr4)를 갖고 구성된다. 플로팅 디퓨전부(FD)는 2×2 배열의 4개의 포토 다이오드(PD1 내지 PD4)에 둘러싸인 중앙에 배치된다. 상기 플로팅 디퓨전부(FD)와 각 포토 다이오드(PD1 내지 PD4)와의 사이에 각각 폴리실리콘에 의한 전송 게이트 전극(43)이 배치된다. 이것에 의해, 각 포토 다이오드(PD1 내지 PD4)에 대한 4개의 전송 트랜지스터(Tr11 내지 Tr14)가 형성된다.
리셋 트랜지스터(Tr2), 증폭 트랜지스터(Tr3), 선택 트랜지스터(Tr4)는 4개의 포토 다이오드(PD1 내지 PD4)의 군의 하측에, 수평 방향에 따라 연속하여 배치된다. 리셋 트랜지스터(Tr2)는 확산 영역(44 및 45)과, 리셋 게이트 전극(48)을 갖고 구성된다. 증폭 트랜지스터(Tr3)는 확산 영역(45 및 46)과, 증폭 게이트 전극(49)을 갖고 구성된다. 선택 트랜지스터(Tr4)는 확산 영역(46 및 47)과, 선택 게이트 전극(151)을 갖고 구성된다.
각 포토 다이오드(PD1 내지 PD4)에 대응하여 도파로(152)가 형성된다. 컬러 필터층(157)으로서, 본 실시에에서는 도 60에 도시된 베이어 배열의 컬러 필터(101)가 사용되고 있다. 따라서, 본 예에서는 도 30에 도시하는 바와 같이 적색 화소(R), 제1의 녹색 화소(Gb), 청색 화소(B) 및 제2의 녹색 화소(Gr)로 된 4화소 공유의 단위 화소군(42)이 반복 배열되고, 화소부(40)가 구성된다.
각 화소 R, Gb, B 및 Gr의 기본적인 구성은 도 32에 도시된 구성과 동일하다. 즉, 각 화소 R, Gb, B 및 Gr은 반도체 기판(153)의 표면측에 광전 변환부로 이루어진 포토 다이오드(PD)가 형성된다. 반도체 기판(153)의 상방에는 포토 다이오드(PD) 위를 제외하고, 층간 절연막(154)을 이용하여 복수층의 배선(155)이 배치되어 이루어진 배선층(150)이 형성된다. 포토 다이오드(PD)의 상방에는 층간 절연막(154)에 매입되도록, 입사광을 포토 다이오드(PD)에 유도하는 도파로(152)가 형성된다. 층간 절연막(154)의 표면은 평탄화되고, 평탄화한 표면상에, 도파로(152)에 대응하도록 입사광을 분광하는 컬러 필터층(157)이 형성되고, 그 위에 온 칩 렌즈(158)가 형성된다. 한편, 각 화소 트랜지스터의 폴리실리콘에 의한 게이트 전극(43, 48, 49 및 151)은 게이트 절연막(31)을 이용하여 형성된다. 도 32의 단면도에서는 포토 다이오드(PD4)에 근접하여 게이트 절연막(31)을 이용하여 형성된 증폭 게이트 전극(49)가 형성된다.
각 포토 다이오드(PD)에 대응하여 형성된 도파로(152)는 입사단으로부터 출사단을 향해 단면적이 일정한 주상체로 형성된다. 예를 들면, 원주, 각주, 타원형(타원주도 포함함)이라도 좋다. 도파로(152)는 그 지름(폭)이 포토 다이오드(PD)의 폭, 포토 다이오드(PD)에 대응하는 배선(155)의 개구폭 보다도 작게 설정되고, 후술하는 도파로(152)가 비켜 놓고 조정이 가능해지도록 형성된다. 또한, 도파로(152)는 입사단으로부터 출사단을 향해 단면적이 작아지는 테이퍼를 갖는 주상체라는 구성도 적용이 가능하다.
단위 화소군(42) 안에서는 광입사면의 하방의 하지층이 비대칭으로 배치된다. 본 예에서는 도파로(152)의 하방에 형성된 전송 게이트 전극(43)에 의한 하지층은 인접한 서로의 화소 Gr, R, Gb 및 B의 경계선을 사이에 두고 비대칭으로 배치된다. 즉, 각 화소 Gr, R, Gb 및 B의 전송 게이트 전극(43)은 단위 화소군(42) 안에서 비대칭으로 레이아웃 되어 있다. 또한, 단위 화소군(42) 안에서는 리셋 트랜지스터(Tr2), 증폭 트랜지스터(Tr3) 및 선택 트랜지스터(Tr4)의 화소 트랜지스터부가 화소(Gb 및 B)와, 화소(R 및 Gr)와의 경계선을 사이에 두고 비대칭으로 레이아웃 되어 있다.
후술하는 특정 화소의 도파로(152)를 비켜 놓고 조정하기 전의 상태(도 62의 비교예의 상태와 동일)에서는 도파로(152)가 화소부(40)의 전역에 동일 간격으로 배치되고, 각 포토 다이오드(PD)와 도파로(152)와의 위치 관계가 화소부(40)의 전역에 있어 동일하다. 예를 들면, 포토 다이오드(PD)의 중심과 도파로(152)의 중심축이 다소 빗나가게 배치된 경우, 또는 포토 다이오드(PD)의 중심과 도파로(152)의 중심축이 일치하도록 배치하는 경우가 있다. 모두 포토 다이오드(PD)의 중심과 도파로(152)의 위치 관계가 화소부(40)의 전역에서 동일한 위치 관계를 유지하고 있다.
각각의 색의 컬러 필터층(157) 및 온 칩 렌즈(158)는 퓨필 보정이 이루어진 구성, 혹은 퓨필 보정이 이루어지지 않는 구성으로 할 수 있다. 컬러 필터층(157) 및 온 칩 렌즈(158)에 대해 퓨필 보정이 이루어지는 경우는 화소부(40)의 중심으로부터 주변을 향해 포토 다이오드(PD)의 중심에 대한 컬러 필터층(157) 및 온 칩 렌즈(158)의 중심의 어긋남 양이 커지도록 이루어진다.
그리고, 본 실시의 형태에 있어서는 도파로(152)를 단위 화소군(42) 안에서 각 포토다이오(PD)에 대해 광학적 대칭성을 얻기 위한 조정 수단으로서 이용한다. 본 실시의 형태에서는 화소부(40)의 전역에서 각 화소의 도파로(152)가 동일 간격으로 배치된 상태를 기준으로 하고, 제2의 녹색 화소(Gr)의 도파로(152)를 증폭 게이트 전극(49) 보다 멀어지도록 비켜 놓고 배치한다. 상기 경우, 위치 이탈의 조정 방향 및 조정량은 제1의 녹색 화소(Gb)와 감도가 동등하게 되도록 설정된다. 본 예에서는 제2의 녹색 화소(Gr)의 도파로(52)를 기준 상태인 당초의 상태에서의 거리(d1)(도 62의 비교예 참조) 보다 큰 거리(d2)가 되도록, 화살표B로 나타난 바오 같이 도면에 있어, 경사 오른쪽 상 방향으로 비켜 놓는다(소위, 시프트한다). 상기 제2의 녹색 화소(Gr)의 도파로(152)의 위치 이탈의 조정 방향(빗나가는 방향) 및 조정량(차이량)은 화각 중심, 화각단을 포함한 화소부 전역에서 동일하다. 다른 적색 화소(R), 청색 화소(B), 제1의 녹색 화소(Gb)의 도파로(152)의 위치는 당초의 상태에서 변경하지 않는다.
이것에 의해, 4화소 공유의 단위 화소군(42) 안에서 제2의 녹색 화소(Gr)의 도파로(152)는 다른 제1의 녹색 화소(Gb), 적색 화소(R) 및 청색 화소(B)의 도파로(152)에 대해, 제1의 녹색 화소(Gr)와 다른 인접하는 화소 Gb, R 및 B와의 경계선을 사이에 두고 비대칭의 위치에 배치된다.
단위 화소군(42) 내의 도파로(152)의 전체의 레이아웃은 상기 제2의 녹색 화소의 도파로(152)의 시프트 위치를 기대하고, 도파로(152)를 형성한 때의 노광 마스크에 미리 형성되다. 따라서, 상기 노광 마스크를 이용함에 의해, 단위 화소군(42) 안에서 의도적으로 제2의 녹색 화소(Gr)의 도파로(152)만 다른 화소 Gb, R 및 B의 도파로(152)와 비교하여 필요한 거리 및 방향으로 시프트한 도파로 레이아웃이 형성된다.
제 4 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치(41)에 의하면, 제2의 녹색 화소(Gr)의 도파로(152)만을 의도적으로, 하지의 폴리실리콘에 의한 증폭 게이트 전극(49)으로부터 떨어지도록 시프트함에 의해, 입사광(L)의 증폭 게이트 전극(49)에서의 가려지는 것을 막을 수 있다. 이것에 의해, 제1 및 제2의 녹색 화소(Gb 및 Gr) 사이의 감도차를 줄이고, 또는 없앨수 있고, 그 결과, 양쪽 녹색 화소(Gb 및 Gr)에 대해 광학적 대칭성을 얻을 수 있다. 도 33의 파장대 출력의 그래프에 있어서 곡선 r2, b2로 도시된 바와 같이 제1 및 제2의 녹색 화소(Gb 및 Gr)의 감도를 동등하게 할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2의 녹색 화소(Gb 및 Gr)의 감도차의 개선에 의해, 격자 노이즈 등의 노이즈를 절감할 수 있고, 고화질의 고체 촬상 장치를 얻을 수 있다.
5. 제 5 실시의 형태
고체 촬상 장치의 구성예
도 34에, 본 발명에 관한 고체 촬상 장치의 제 5 실시의 형태를 나타낸다. 본 실시의 형태의 고체 촬상 장치는 4화소 공유의 MOS 고체 촬상 장치에 적용한 경우이다. 도 34의 A 및 도 34의 B는 화소부의 화각 중심 및 화각단의 단위 화소군의 평면도이다.
도파로(152)의 조정량으로서의 차이량, 이른바 시프트 양은 포토 다이오드(PD)에 대응한 배선(155)의 개구폭과의 마진으로부터 결정된다. 따라서, 시프트 양은 제한적이다. 상기 제한 가운데에서, 제2의 녹색 화소(Gr)의 도파로(152)만을 비켜 놓아도, 제1 및 제2의 녹색 화소(Gb 및 Gr)의 감도차를 완화할 수 없는 경우도 있다. 상기 점을 개선하는 것이 제 5 실시의 형태이다.
제 5 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치(61)은 제 4 실시의 형태와 마찬가지로, 제2의 녹색 화소(Gr)의 도파로(152)를 증폭 게이트 전극(49)으로부터 필요한 거리(d2)만큼 떨어지도록, 화살표B로 나타내는 경사 오른쪽 위 방향으로 시프트 한다. 동시에, 제1의 녹색 화소(Gb)의 도파로(152)를 리셋 게이트 전극(48)에 필요한 거리(d3)만 근접하도록, 화살표C로 나타내는 경사 오른쪽 위 방향으로 시프트하여 구성된다. 단위 화소군(42) 내의 도파로(152)의 전체의 레이아웃은 화소부(40)의 전역에서 동일하다. 본 예에서는 제1의 녹색 화소(Gb)의 도파로(152)를 화살표C로 도시하는 바와 같이 제2의 녹색 화소(Gr)의 도파로(152)의 시프트 방향과 같은 방향으로 시프트하고 있다. 또한, 제1 및 제2의 녹색 화소(Gb 및 Gr)의 시프트 방향은 이것에 한정하지 않고, 각각 화소 트랜지스터(Tr12 내지 Tr4)의 레이아웃에 따라, 최적인 방향을 선택할 수 있다.
그 밖의 구성은 제 4 실시의 형태로 설명한 것과 마찬가지이기 때문에, 도 31에 대응한 부분에 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.
제 5 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치(61)에 의하면, 제2의 녹색 화소(Gr)에서는 도파로(152)를 하지의 증폭 게이트 전극(49)으로부터 떼어 감도의 향상을 도모하고, 제1의 녹색 화소(Gb)에서는 그 도파로(152)를 하지의 리셋 게이트 전극(48)에 접근하여 의도적으로 감도를 떨어뜨리고 있다. 상기 결과, 제1 및 제2의 녹색 화소(Gb 및 Gr)에 대해 광학적 대칭성을 얻기가 쉽게 된다. 즉, 제1 및 제2의 녹색 화소(Gb 및 Gr)의 감도차를 더 감소시키거나 또는 없앨 수 있어, 양쪽 녹색 화소(Gb 및 Gr)의 감도의 균일화를 도모할 수 있다. 상기 제1 및 제2의 녹색 화소(Gb 및 Gr)의 감도차의 개선에 의해, 격자 노이즈 등의 노이즈를 절감할 수 있어 고화질의 고체 촬상 장치를 얻을 수 있다.
6. 제 6 실시의 형태
고체 촬상 장치의 구성예
도 35 내지 도 36에, 본 발명에 관한 고체 촬상 장치의 제 6 실시의 형태를 나타낸다. 본 실시의 형태의 고체 촬상 장치는 4화소 공유의 MOS 고체 촬상 장치에 적용한 경우이다. 도 35는 최종적인 제 6 실시의 형태의 단위 화소군의 개략 구성도이다. 도 36의 A 및 도 36의 B는 경사 입사광에 대한 개선책을 나타내는 화소부의 화각 중심 및 화각단의 단위 화소군의 개략 평면도이다.
제 6 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치는 양쪽 녹색 화소(Gb, Gr)의 감도차의 제어와 함께, 색 셰이딩의 제어를 가능하게 한 것이다.
우선, 제 6 실시의 형태의 이해를 용이하게 하기 위해, 도 65의 개선 이전의 비교예에 관하여 설명한다. 도 65의 비교예는 전술한 도 62의 비교예와 동일한 구성이기 때문에, 대응한 부분에 동일 부호를 붙이고 자세한 내용 설명을 생략한다. 도 65의 A에 도시된 바와 같이 화각 중심에서는 입사광(L)은 지면에 수직한 방향으로부터 입사된다(도면에서는 편의적으로 입사광(L)을 위에서 아래를 향한 것으로 나타낸다). 화소(R, Gr, Gb, B)의 각 도파로(23)는 전송 게이트 전극(15)에 근접하여 배치되고 있기 때문에, 원(f)으로 도시된 바와 같이 도파로(23)를 투과한 입사광(L)의 일부가 전송 게이트 전극(15)에 가려지기 쉽게 된다. 한편, 도 65의 B에 도시된 바와 같이 화각단(도면은 화소부의 좌단을 예로 들고 있다)에서는 입사광(L)은 위로부터 왼쪽을 향해 비스듬하게 입사된다. 제1의 녹색 화소(Gb)와 적색 화소(R)에의 입사광(L)은 포토 다이오드(PD1 및 PD2)가 전송 게이트 전극(15)의 그늘이 되기 때문에, 원(g)으로 도시된 바와 같이 일부가 전송 게이트 전극(15)에 가려진다. 제2의 녹색 화소(Gr) 및 청색 화소(B)에의 입사광(L)도 원(f)로 도시된 바와 같이 일부가 전송 게이트 전극(15)로 가려지기 쉽게 된다. 또한, 화각 중심 및 화각단에서는 제2의 녹색 화소(Gr) 및 청색 화소(B)의 도파로(23)가 함께 증폭 게이트 전극에 근접하고 있기 때문에, 원(e)로 도시된 바와 같이 입사광(L)의 일부가 증폭 게이트 전극(21)에 가려진다. 이것 때문에, 제1 및 제2의 녹색 화소(Gb 및 Gr)의 감도차가 생김과 동시에, 색 셰이딩도 생긴다.
제 6 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치(63)에서는 우선, 도 36의 A의 화각 중심 및 도 36의 B의 화각단으로 도시된 바와 같이 단위 화소군(42) 내의 각 화소(R, Gr, Gb, B)의 도파로(152)를 화살표(X)로 도시된 바와 같이 각각 전송 게이트 전극(43)으로부터 이동하도록 수평 방향으로 시프트한다. 이것에 의해, 각 화소(R, Gr, Gb, B)에 있어, 비스듬하게 입사한 광(L), 화각 중심에서는 수직 입사광(L)의 일부가 전송 게이트 전극(43)에 가려지기가 어렵게 된다. 따라서, 전송 게이트 전극(43)에 의한 입사광(L)의 가려짐이 줄어들거나 혹은 없어진다.
한편, 전술한 제 4 실시의 형태로 설명한 것과 마찬가지로, 제2의 녹색 화소(Gr)의 도파로(152)를 증폭 게이트 전극(49)으로부터 떼어내는 방향으로 시프트함과 동시에, 청색 화소(B)의 도파로(152)도 증폭 게이트 전극(15)9로부터 멀어지는 방향으로 시프트한다.
따라서 제 6 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치(63)는 종합적으로 도 35에 도시하는 바와 같이 화살표로 나타내는 방향으로 필요한 시프트 양으로써 시프트하여 배치된다. 즉, 제2의 녹색 화소(Gr)의 도파로(152)는 전송 게이트 전극(43)과 증폭 게이트 전극(49)으로부터 멀어지는 경사 오른쪽 위 방향으로 시프트(화살표(Y) 참조)한 위치에 배치된다. 상기 제2의 녹색 화소(Gr)의 도파로(152)와 선대칭으로 되도록, 청색 화소(B)의 도파로(152)는 경사 오른쪽 밑 방향으로 시프트(화살표(Z) 참조)한 위치에 배치된다. 제1의 녹색 화소(Gb) 및 적색 화소(R)의 도파로(152)는 전송 게이트 전극(43)으로부터 멀어지는 수평 왼쪽 방향으로 시프트(화살표(X) 참조)한 위치에 배치된다. 단위 화소군(42) 내의 전체의 도파로(152)의 레이아웃은 화소부(40)의 전역에서 동일하다.
그 밖의 구성은 제 4 실시의 형태로 설명한 것과 마찬가지이기 때문에, 도 35 및 도 36에 있어, 도 31과 대응한 부분에 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.
제 6 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치(63)에 의하면, 제1 및 제2의 녹색 화소(Gb 및 Gr) 사이의 감도차를 절감하고 혹은 없애는 등으로 하여 개선 할 수 있고, 격자 노이즈 등의 노이즈를 절감할 수 있다. 동시에, 적색 화소(R) 및 청색 화소(B)의 감도도 제어할 수 있고, 화소부(40) 내의 감도의 불규칙함을 줄이고, 또한, 색 셰이딩을 개선할 수 있다. 화소부(40) 내의 감도의 불규칙함이 줄어들기 때문에, 보정 회로를 줄일 수 있고, 회로 사이즈의 축소를 도모할 수 있다.
7. 제 7 실시의 형태
고체 촬상 장치의 구성예
도 37에, 본 발명에 관한 고체 촬상 장치의 제 7 실시의 형태를 나타낸다. 본 실시의 형태의 고체 촬상 장치는 4화소 공유의 MOS 고체 촬상 장치에 적용한 경우이다. 도 37은 단위 화소군내의 제2의 녹색 화소(Gr)의 단면도이다.
하지층의 비대칭성은 폴리실리콘에 의한 게이트 전극뿐만 아니라, 배선의 패턴에도 일어날 수 있다. 제 7 실시의 형태의 고체 촬상 장치는 배선(155)에 의한 하지층의 비대칭성에 대해서도 광학적 대칭성을 얻을 수 있도록 한 것이다.
우선, 제 7 실시의 형태의 이해를 용이하게 하기 위해, 도 38의 개선 이전의 비교예에 관하여 설명한다. 도 38은 4화소 공유의 단위 화소군내의 제2의 녹색 화소(Gr)의 단면도이다. 비교예의 고체 촬상 장치(33)에서는 도 38에 도시하는 바와 같이 반도체 기판(24)의 표면측에는 광전 변환부로 이루어진 포토 다이오드(PD4)가 형성되고, 반도체 기판(24)의 상방에, 층간 절연막(25)을 이용하여 복수층의 배선(26)이 형성된다. 포토 다이오드(PD4)의 상방에는 층간 절연막(25)에 매입되도록, 도파로(23)가 형성된다. 도파로(23)의 상방에는 칼라 필터층(28)이 형성되고, 그 위에 온 칩 렌즈(29)가 형성된다. 본 예에서는 도파로(23)가 최하층의 배선(26)의 상방에 설치되고, 최하층의 일부의 배선(26)이 일부 포토 다이오드(PD4) 위에 돌출하고, 단위 화소군내로 배선(26)에 의한 하지층이 비대칭으로 형성되어 있다. 도시하지 않지만, 다른 제1의 녹색 화소(Gb), 적색 화소(R) 및 청색 화소(B)에서는 도파로(23) 아래의 최하층의 배선(26)이 포토 다이오드(PD1, PD2 및 PD3) 위에 돌출하지 않는다.
비교예의 고체 촬상 장치(33)에서는 도 38의 원(h)으로 도시된 바와 같이 제2의 녹색 화소(Gr)에의 입사광(L)의 일부가 최하층의 배선(26)에 가려져서 감도를 떨어뜨린다. 이에 따라, 제1 및 제2의 녹색 화소(Gb, Gr)의 감도차가 생긴다. 다른색 화소의 포토 다이오드(PD) 위에 최하층의 배선(26)의 일부가 연장하고, 배선(26)에 의한 하지층의 레이아웃이 비대칭의 경우에는 색 셰이딩이 생길 수 있다.
제 7 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치(65)는 도 38에 도시하는 바와 같이 반도체 기판(153)의 표면측에는 광전 변환부로 이루어진 포토 다이오드(PD4)가 형성되고, 반도체 기판(153)의 상방에, 층간 절연막(154)을 이용하여 복수층의 배선(155)이 형성된다. 배선(155)은 기본적으로 포토 다이오드(PD4)에 대응한 부분이 개구되어 있다. 포토 다이오드(PD4)의 상방에는 층간 절연막(154)에 매입되도록, 입사광을 포토 다이오드(PD)에 유도하는 도파로(152)가 형성된다. 층간 절연막(154)의 표면은 평탄화되고, 상기 층간 절연막의 표면상에, 칼라 필터층(157)이 형성되고, 그 위에 온 칩 렌즈(158)가 형성된다. 본 예에서는 도파로(152)가 최하층의 배선(155)의 상방에 설치되고, 최하층의 일부의 배선(155)이 일부 포토 다이오드(PD4) 위에 돌출하고 있다. 또한, 도시하지 않지만, 다른 제1의 녹색 화소(Gb), 적색 화소(R) 및 청색 화소(B)에서는 도파로(152) 아래의 최하층의 배선(155)이 포토 다이오드(PD1, PD2 및 PD3) 위에 돌출하지 않는다. 따라서, 단위 화소군(42) 안에서 배선(155)에 의한 하지층의 레이아웃은 비대칭으로 형성되어 있다.
그리고, 본 실시의 형태에 있어서는 제2의 녹색 화소(Gr)의 도파로(152)가 포토 다이오드(PD4) 위에 돌출한 배선(155)으로부터 떨어지도록 시프트하여 형성된다. 다른 화소 R, Gb, B의 도파로(152)는 포토 다이오드(PD)에 대해 동일한 위치에 배치된다. 제2의 녹색 화소(Gr)의 도파로(152)만이 당초의 상태에서 시프트되기 때문에, 단위 화소군(42) 안에서 제2의 녹색 화소(Gr)의 도파로(152)는 다른 화소 Gb, R, B의 도파로(152)에 대해, 제2의 녹색 화소(Gr)와 다른 인접하는 화소 Gb, R, B와의 경계선을 사이에 두고 비대칭으로 배치된다. 단위 화소군(42) 내의 전체의 도파로(152)의 레이아웃은 화소부(40)의 전역에서 동일하게 한다.
그 밖의 4화소 공유의 구성은 제 4 실시의 형태로 설명한 것과 마찬가지이기 때문에, 중복 설명을 생략한다.
제 4 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치(65)에 의하면, 제2의 녹색 화소(Gr)의 도파로(152)를 포토 다이오드(PD4) 위에 돌출한 배선(155)으로부터 떨어지도록 시프트하기 때문에, 입사광(L)은 배선(155)에 가려지는 일 없이 포토 다이오드(PD4)에 입사되고, 감도가 향상된다. 따라서, 제1 및 제2의 녹색 화소(Gb, Gr)의 감도차를 줄이거나 없앨 수 있고, 양쪽 녹색 화소(Gb 및 Gr)의 감도의 균일화를 도모할 수 있다. 상기 제1 및 제2의 녹색 화소(Gb 및 Gr)의 감도차의 개선에 의해, 격자 노이즈 등의 노이즈를 절감할 수 있고, 고화질의 고체 촬상 장치를 얻을 수 있다.
또한, 다른색 화소의 포토 다이오드(PD) 위에 최하층의 배선(155)의 일부가 돌출하는 경우에는 그 화소의 도파로를 시프트시킨다. 상기 구성에 의해, 입사광이 배선(55)에 의해 가려짐이 없이 색 셰이딩을 억제할 수 있다.
8. 제 8 실시의 형태
고체 촬상 장치의 구성예
도 39에, 본 발명에 관한 고체 촬상 장치의 제 8 실시의 형태를 나타낸다. 본 실시의 형태의 고체 촬상 장치는 4화소 공유의 MOS 고체 촬상 장치에 적용한 경우이다. 도 39의 A 및 도 39의 B는 최종적인 제 8 실시의 형태의 화각 중심의 단위 화소군, 화각단의 단위 화소군의 개략 구성도이다.
본 실시의 형태의 고체 촬상 장치는 제 4 내지 제 7 실시의 형태로 설명한 도파로의 시프트와, 도파로 퓨필 보정을 조합시키고, 녹색 화소(Gr 및 Gb) 사이의 감도차의 개선과 함께, 색 셰이딩의 개선을 도모한 것이다.
우선, 도 40 내지 도 43을 이용하여 도파로 퓨필 보정에 관하여 설명한다.
도 40, 도 43의 단면도에서는 설명을 용이하게 하기 위해, 화소 트랜지스터는 생략한다. 도 40의 A는 화각 중심의 화소, 도 40의 B는 화각단의 화소를 나타낸다. 고체 촬상 장치의 화소는 도 40에 도시하는 바와 같이 반도체 기판(153)의 표면측에 광전 변환부로 이루어진 포토 다이오드(PD)가 형성되고, 반도체 기판(153)의 상방에 포토 다이오드(PD) 위를 제외하고, 층간 절연막(154)을 이용하여 복수층의 배선(155)이 형성된다. 포토 다이오드(PD)의 상방에는 층간 절연막(154)에 매입되도록, 입사광을 포토 다이오드(PD)에 유도하는 도파로(152)가 형성된다. 층간 절연막(154)의 표면은 평탄화되고, 평탄화한 표면상에, 도파로(152)에 대응하도록 칼라 필터층(157)이 형성되고, 그 위에 온 칩 렌즈(158)가 형성된다.
도파로(152)는 포토 다이오드(PD) 상의 층간 절연막(154)에 도파로 홀을 형성하고, 그 도파로 홀에 층간 절연막(154) 보다도 굴절율이 높은 투광성을 갖는 재료, 예를 들면 질화 실리콘막, 다이아몬드막 혹은 수지 재료를 매입하고 형성된다. 마이크로 렌즈(158) 및 컬러 필터층(157)에는 경사광에 대해서도 효과적으로 집광할 수 있도록, 퓨필 보정이 추가된다. 그 퓨필 보정량은 화각 중심(예를 들면 화소부 중심) 보다 화각단을 향함에 따라 커진다.
화소부(40) 내의 각 포토 다이오드(PD)에 대응하여 형성된 도파로(152)는 전술한 바와 같이 입사단으로부터 사출단을 향해 단면적이 일정한 주상체로 형성된다. 예를 들면, 원주(cylinder), 각주(prism), 타원주(oval cylinder)(타원주(elliptic cylinder)도 포함함) 등이다. 그리고 도파로(152)는 그 입사 단면에 입사된 입사광의 광속의 중심(LC)과, 도파로(152)의 중심축(C)이 일치하여 배치된다.
이 경우, 도 40의 A의 화각 중심의 화소에서는 마이크로 렌즈(158)의 중심축 방향으로부터 입사광이 입사되기 때문에, 마이크로 렌즈(158)에 의해 집광된 입사광은 컬러 필터층(157)을 투과하여 분광되고, 도파로(152)의 광입사측 단면상에 입사된다. 그리고, 도파로(152)의 중심축(C)에 따라 유도되고 도파로(16)의 광사출측 단면으로부터 사출되고, 포토 다이오드(PD)의 중심에 조사된다. 즉, 마이크로 렌즈(158)의 중심을 투과한 입사광은 컬러 필터층(157)의 중심, 도파로(152)의 중심축(C)에 따라 투과되고, 포토 다이오드(PD)의 중심에 조사된다. 따라서 도파로(152)의 퓨필 보정은 행해지고 있지 않다.
도 40의 B의 화각 중심으로부터 벗어나는 화소, 도면에서는 화각단의 화소에서는 상기한 것처럼, 마이크로 렌즈(58)와 컬러 필터층(157)에는 경사광에 대해서도 효과적으로 집광할 수 있도록, 퓨필 보정이 추가된다. 그와 함께, 도파로(152)는 그 입사 단면에 입사된 입사광의 광속의 중심(LC)과, 그 중심축(C)이 일치하도록 배치된다. 즉, 도파로(152)에 대해 퓨필 보정이 실행된다.
또한, 화소부(40) 안에서 동일한 파장의 입사광이 입사되는 포토 다이오드(PD)에서는 포토 다이오드(PD)의 중심에 대한 도파로(152)의 중심축(C)의 어긋남 양은 화소부(40)의 중심의 포토 다이오드(PD) 보다 외측 방향을 향해 커지고 있다. 즉, 화소부(40)의 중심으로부터 외측 방향으로 멀어짐에 따라, 마이크로 렌즈(158)에 대한 퓨필 보정을 행하고 있지만, 퓨필 보정이 충분하지 않다. 그래서, 입사광이 동일한 파장의 광에 대해, 포토 다이오드(PD)의 중심에 대해 도파로(152)의 중심축의 어긋남 양이 커지게 하는 것으로, 마이크로 렌즈(158)로부터 입사되는 광속의 중심이 도파로(152)의 중심축(C)에 일치하게 된다.
도파로(152)는 그 지름이 도파로(152)의 사출단부터 사출된 입사광이 포토 다이오드(PD)의 표면 내에 조사되는 크기로 형성되어 있다. 따라서 종래 기술의 도파로와 같이 포토 다이오드(PD)의 표면의 크기와 동일한 크기로는 형성되어 있지 않다. 또한, 도파로(152)의 지름은 컬러 필터층(157)을 투과해 온 입사광의 도파로(152)의 입사 단면에 있어서 스폿 지름 보다도 크게 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 스폿 지름은 입사광의 파장에 따라 다르고, 예를 들면 컬러 필터층(157)에 의해 분광되는 색이 적색광, 녹색광, 청색광인 경우, 적색광의 스폿 지름이 가장 크고, 다음에 녹색광, 청색광의 순서가 되다. 따라서, 도파로(152)의 지름은 각각의 색으로 바꾸어 형성한 것으로는 레이아웃이 복잡하게 되기 때문에, 예를 들면, 입사광의 중간의 파장 단계인 녹색광을 기준으로 결정된다. 또는 배선층(150)의 배선(155)과의 마진이 있는 경우에는 적색광을 기준으로 결정되어도 좋다.
도파로(152)의 지름을 종래의 도파로 보다도 작게 함에 의해 퓨필 보정의 마진을 확대할 수 있다. 그와 함께, 도파로(152)의 주위에 배치되어 있는 배선(155)의 폭을 축소함에 의해, 또한 도파로(152)의 퓨필 보정량의 마진을 확대할 수 있다.
한편, 도 41에 도시하는 바와 같이 화소부(40) 안에서 동일한 파장의 입사광이 입사된 포토 다이오드(PD)에서는 포토 다이오드(PD)의 중심축(FC)에 대한 도파로(152)의 중심축(C)의 어긋남 양이 화소부(40)의 중심으로부터 외측 방향을 향해 커지고 있다. 바꾸어 말하면, 화소부(40)의 중심으로부터 동일한 거리에 있는 포토 다이오드(PD)에서는 포토 다이오드(PD)에 입사된 광의 파장이 커짐에 따라, 포토 다이오드(PD)의 중심축(FC)에 대한 도파로(152)의 중심축(C)의 어긋남 양이 커진다. 도파로(152)의 퓨필 보정량은 "청색광(B)＜녹색광(G)＜적색광(R)"의 관계를 만족시킨다. 물론, 평면 레이아웃의 편리한 도시를 위해, 포토 다이오드(PD) 보다) 도파로(152)는 작은 것으로 한다. 상기 결과, 각각의 도파로(152)로 셰이딩을 최적화할 수 있다.
통상, 화소의 중심으로부터 외측 방향으로 멀어짐에 따라, 마이크로 렌즈(158)에 의해 집광된 입사광의 입사각은 커진다. 그 때, 마이크로 렌즈(158)에 대해 퓨필 보정을 행하고 있지만, 퓨필 보정은 충분하지 않다. 이에 따라, 상기 설명한 바와 같이 입사광의 동일 파장의 광에 대해, 포토 다이오드의 중심에 대한 도파로의 중심축의 어긋남 양을 크게 하는 것으로, 마이크로 렌즈(158)로부터 입사되는 광속의 중심을 도파로의 중심에 입사하게 한다.
통상, 마이크로 렌즈(158) 및 컬러 필터층(157)은 입사광이 포토 다이오드(PD)의 중심축 방향으로 입사되도록 퓨필 보정이 실행된다. 예를 들면, 입사광의 기준의 파장의 광(예를 들면, 녹색광)에 대해, 마이크로 렌즈(158) 및 컬러 필터층(157)의 퓨필 보정이 이루어지고 있다. 상기 경우, 도 41의A에 도시된 바와 같이 청색광은 마이크로 렌즈(158)에 의해 크게 구부러지기 때문에, 도파로(152)의 입사 단면에 입사한 입사각이 커지다. 따라서, 마이크로 렌즈(158) 및 컬러 필터층(157)은 퓨필 보정에 의해 포토 다이오드(PD)의 중심축(FC) 보다 화소 중심 방향으로 크게 비켜 놓여진다. 그러나, 크게 비켜 놓여져 있어도, 컬러 필터층(157)을 사출한 광은 도파로(152)의 입사 단면에 있어서 포토 다이오드(PD)의 중심축(FC) 방향으로 가까운 위치에 입사되다. 따라서, 도파로(152)의 입사 단면에 입사된 입사광은 대부분 도파로(152) 안에 유도된다. 상기 경우에도, 도파로(152)의 입사 단면에 입사된 입사광의 광속의 중심축(LC)과 도파로(152)의 중심축(C)이 일치하도록, 도파로(152)의 위치가 보정된다.
도 41의 C에 도시된 바와 같이 적색광은 청색광 보다 마이크로 렌즈에 의해 구부러지지 않으므로, 도파로(152)의 입사 단면에 입사한 입사각이 청색광 보다도 작아진다. 또한, 마이크로 렌즈(158) 및 컬러 필터층(157)은 퓨필 보정에 의해 포토 다이오드(PD)의 중심축 보다 화각 중심 방향으로 크게 비켜 놓여져 있다. 이 때문에, 컬러 필터층(157)을 사출한 광은 도파로(152)의 입사 단면에 있어서 포토 다이오드(PD)의 중심축(FC)로부터 방출된 위치에 입사된다. 경우에 따라서는 도파로(152)의 입사 단면에서 대부분이 돌출한 상태에서 입사된다. 그렇지만, 본 예에서는 도파로(152)의 입사 단면에 입사된 입사광의 광속의 중심축(LC)과 도파로(152)의 중심축(C)이 일치하도록, 도파로(152)의 위치가 보정된다. 이 때문에, 컬러 필터층(157)을 사출한 입사광은 대부분 도파로(152)의 입사 단면에 입사되고 도파로(152) 안에 유도된다.
또한, 도 41의 B에 도시된 바와 같이 녹색광은 청색광 보다는 마이크로 렌즈(158)에 의해 구부러지지 않지만 적색광 보다 구부러지기 쉽기 때문에, 도파로(152)의 입사 단면에 입사한 입사각이 청색광 보다도 작고, 적색광 보다도 커진다. 마이크로 렌즈(158) 및 컬러 필터층(158)은 퓨필 보정에 의해 포토 다이오드(PD)의 중심축 보다 화각 중심 방향으로 비켜 놓여지기 때문에, 컬러 필터층(157)을 사출한 광은 도파로(152)의 입사 단면에서 포토 다이오드(PD)의 중심축(FC)로부터 방출된 위치에 입사된다. 그렇지만, 본 예에서는 도파로(152)의 입사 단면에 입사된 입사광의 광속의 중심축(LC)과 도파로(152)의 중심축(C)이 일치하도록 도파로(152)의 위치가 보정되어 있다. 이 때문에, 컬러 필터층(157)을 사출한 입사광의 대부분이 도파로(152)의 입사 단면에 입사되고 도파로(152) 안에 유도된다.
이와 같이 각 도파로(152)는 각 포토 다이오드(PD)의 중심에 대한 도파로(152)의 중심축(C)의 어긋남 양이 컬러 필터층(157)에 의해 분광된 파장이 짧아짐에 따라, 포토 다이오드(PD)의 중심에 대한 도파로(152)의 중심축(C)의 어긋남 양이 작아진다. 따라서, 각 도파로(152)의 입사 단면에의 입사광의 파장이 따라 그 파장에 대응하여 도파로(152)가 배치되고 있기 때문에, 화소마다 감도가 다르지 않고 또한 색 셰이딩이 발생하지 않는다.
도 42 및 도 43에, 상술한 도파로에 퓨필 보정을 행한 4화소 공유에 적용한 고체 촬상 장치를 나타낸다. 도 42의 A는 도 43에 도시된 화소부(40)의 화각 중심의 4화소 공유의 단위 화소군(42)의 도파로(152)의 레이아웃을 나타낸다. 도 42의 B는 도 43에 도시된 화소부(40)의 오른쪽 상의 화각단의 4화소 공유의 단위 화소군(42)의 도파로(152)의 레이아웃을 나타낸다. 화소부(40)의 오른쪽 밑, 왼쪽 위, 좌하의 화각단의 4화소 공유의 단위 화소군(42)의 도파로(152)의 레이아웃은 화각 중심을 중심으로 각각 도 13B의 도파로(152)의 레이아웃과 대칭의 레이아웃이 된다.
제 8 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치(67)은 도 40 내지 도 43에 나타난 퓨필 보정된 도파로(152)의 레이아웃에, 또한 제 4 실시의 형태에서 도시된 제2의 녹색 화소(Gr)의 도파로(52)만을 시프트시켰던 레이아웃을 추가하여 구성된다.
제 8 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치(67)에 의하면, 도파로(152)에 퓨필 보정을 행한 구성을 갖기 때문에, 색 셰이딩이 개선된다. 동시에 제1 및 제2의 녹색 화소(Gb, Gr) 사이의 감도차를 개선한 것을 할 수 있고, 고화질의 고체 촬상 장치를 얻을 수 있다.
제 8 실시의 형태에서는 상례외, 제 5 실시의 형태 내지 제 7 실시의 형태의 어느 한쪽과, 도 40 내지 도 43에 설명한 도파로 퓨필 보정을 조합시킨 구성으로 한 것도 가능하고, 동일한 효과를 달성한다.
9. 제 9 실시의 형태
고체 촬상 장치의 구성예
도 44에, 본 발명에 관한 고체 촬상 장치의 제 9 실시의 형태를 나타낸다. 본 실시의 형태의 고체 촬상 장치는 2화소 공유의 MOS 고체 촬상 장치에 적용한 경우이다.
우선, 제 9 실시의 형태의 이해를 용이하게 하기 위해, 도 45를 이용하여 개선 이전의 2화소 공유의 고체 촬상 장치(34)의 비교예에 관하여 설명한다. 고체 촬상 장치(34)는 도파로(11)를 갖는 구성 예이다. 고체 촬상 장치(34)는 전술한 도 67의 고체 촬상 장치(1)의 각 화소에 도파로(11)를 추가하여 구성된다. 다른 구성은 도 67에 설명한 것과 마찬가지이기 때문에, 도 45에 있어 도 67과 대응한 부분에 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다. 상기 고체 촬상 장치(34)에서는 2화소 공유의 단위 화소군(114) 안에서 전송 게이트 전극(3)이 인접하는 화소의 경계선에 대해 비대칭으로 레이아웃 되어 있다. 즉, 화소B 및 Gr의 전송 게이트 전극(3)이 양 화소B 및 Gr의 경계선에 대해 비대칭으로 배치되고, 화소(Gb 및 R)의 전송 게이트 전극(3)이 양 화소(Gb 및 R)의 경계선에 대해 비대칭으로 배치된다. 베이어 배열의 적색 화소(R), 제1 및 제2의 녹색 화소(Gb, Gr) 및 청색 화소(Gb)의 4개의 화소의 쌍을 보면, 전송 게이트 전극(3)에 의한 바탕 레이아웃이 비대칭이기 때문에, 녹색 화소(Gb, Gr)의 감도차나, 색 셰이딩이 발생한다.
제 9 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치(69)는 도 44에 도시하는 바와 같이 2화소 공유의 단위 화소군(71)을 반복2 차원 배열하여 화소부가 구성된다. 2화소 공유의 단위 화소군(71)은 2개의 포토 다이오드(PD1, PD2)와, 2개의 전송 트랜지스터(Tr11, Tr12)와, 1개의 플로팅 디퓨전부(FD), 리셋 트랜지스터(Tr2), 증폭 트랜지스터(Tr3)에 의해 구성된다. 각 포토 다이오드(PD1, PD2)에 대응하여 도파로(78)는 배치된다. 본 예에서는 베이어 배열의 컬러 필터가 사용되고 있기 때문에, 적색 화소(R)와 제1의 녹색 화소(Gb)에 의한 2화소 공유의 단위 화소군(71), 및 청색 화소(B)와 제2의 녹색 화소(Gr)에 의한 2화소 공유의 단위 화소군(71)이 반복 배열된다. 인접한2 쌍의 2화소 공유의 단위 화소군(71)에, 1 쌍의 4화소 Gr, R, Gb, B가 구성된다.
전송 트랜지스터(Tr11, Tr12)는 각각 폴리실리콘에 의한 전송 게이트 전극(70)과, 포토 다이오드(PD)(PD1, PD2)와, 플로팅 디퓨전부(FD)를 갖고 구성된다. 리셋 트랜지스터(Tr2)는 폴리실리콘에 의한 리셋 게이트 전극(72)과, 플로팅 디퓨전부(FD)와, 소스 영역(73)을 갖고 구성된다. 증폭 트랜지스터(Tr3)는 폴리실리콘에 의한 증폭 게이트 전극(74)과, 소스 영역(75) 및 드레인 영역(76)을 갖고 구성된다. 플로팅 디퓨전부(FD)와 증폭 게이트 전극(74)는 배선(77)에 의해 접속된다. 증폭 트랜지스터(Tr3)의 소스 영역은 수직 신호선(도시 생략)이 접속된다.
본 실시의 형태에 있어서는 레이아웃이 비대칭의 하지층, 상기 예에서는 폴리실리콘의 전송 게이트 전극(70)에 의한 하지층의 영향을 받기 어려운 방향으로, 각 화소(R, Gb, Gr 및 B)의 도파로(78)를 시프트시켜 구성된다. 본 예에서는 제1의 녹색 화소(Gb) 및 청색 화소(B)의 도파로(78)가 도면에서 수평 오른쪽 방향으로 시프트하고, 제2의 녹색 화소(Gr) 및 적색 화소(R)의 도파로(78)가 도면에서 수직 아래 방향으로 시프트된다. 본 예의 시프트 방향은 하나의 예에 지나지 않고, 하지층의 비대칭성에 따라 복수 가지의 시프트 방향이 선택된다. 제 4 내지 제 8 실시의 형태의 구성도 선택할 수 있다. 4개의 화소(R, Gb, Gr 및 B)를 쌍으로서 보았을 때, 각 쌍 내의 전체의 도파로(78)의 레이아웃은 화소부의 전역에서 동일하다.
제 9 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치(69)에 의하면, 2화소 공유에 있어, 각 화소의 도파로(78)를 입사광이 영향을 받는 전송 게이트 전극(70)으로부터 떼어 배치하기 때문에, 양쪽 녹색 화소(Gb, Gr) 사이의 감도차나 색 셰이딩을 개선할 수 있다. 각 화소에 대해 광학적 대칭성을 얻을 수 있고, 고화질화 된 고체 촬상 장치를 제공할 수 있다.
10.제10 실시의 형태
고체 촬상 장치의 구성예
도 46 내지 도 47에, 본 발명에 관한 고체 촬상 장치의 제10 실시의 형태를 나타낸다. 본 실시의 형태의 고체 촬상 장치는 4화소 공유의 MOS 고체 촬상 장치에 적용한 경우이다. 도 47의 A는 도 46의 XLVIIA-XLVIIA 선상의 개략 단면도, 도 47의 B는 도 46의 XLVIIB-XLVIIB 선상의 개략 단면도이다.
본 실시의 형태는 조정 수단으로서 도파로를 이용하지 않고, 배선을 이용하여 광학적 대칭성을 얻기 위한 광량 조정을 행한 구성으로 한 경우이다.
우선, 제10 실시의 형태를 이해하기 위해, 도 48 내지 도 49를 이용하여 개선 이전의 4화소 공유의 고체 촬상 장치(35)의 비교예에 관하여 설명한다. 비교예의 고체 촬상 장치(35)는 단위 화소군(114)에 있어, 포토 다이오드(PD(PD1 내지 PD4))의 상방에 도파로를 갖고 있지 않고, 도파로를 제외한 이외는 전술한 도 62의 구성과 동일하다. 도 48의 평면도에서는 배선(26)을 부가하고 있고, 상기 배선(26)은 포토 다이오드(PD) 위에 겹쳐지는 일 없이 배치된다. 도 48 및 도 49에 있어, 도 62 및 도 63과 대응한 부분에는 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.
비교예의 고체 촬상 장치(35)의 단위 화소군(114)에서는 도 48의 XLIXA-XLIXA선에 따른 도 49의 A의 단면도에 도시된 바와 같이 제2의 녹색 화소(Gr)에 입사한 입사광의 일부가 포토 다이오드(PD4)에 근접 배치된 하지층으로 된 증폭 게이트 전극(21)에 가려진다. 한편, 도 49의 B의 단면도에 도시된 바와 같이 제1의 녹색 화소(Gb)에 입사한 입사광은 하지층으로 된 게이트 전극에 가려지지 않고 포토 다이오드(PD1)에 입사된다. 청색 화소(B)에 입사된 입사광도 마찬가지로 증폭 게이트 전극(21)에 가려지고, 제1의 녹색 화소(Gb)에 입사된 입사광은 게이트 전극에 가려지지 않는다. 따라서, 양 녹색 화소(Gr 및 Gb)에서는 입사 광량에 차이가 생기고, 감도차가 생긴다. 또한, 각 화소(Gr, B)와, 화소 Gb, R과의 입사 광량에 차이가 생기고, 광학적 비대칭성이 생긴다.
제10 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치(81)는 도 46 및 도 47에 도시하는 바와 같이 4화소 공유의 단위 화소군(42)에 있어, 도파로 및 배선을 제외한 다른 구성이 전술한 제 4 실시의 형태의 도 31 및 도 32와 마찬가지로 구성된다. 즉, 제10 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치(81)는 도 46에 도시하는 바와 같이 화소로서, 4개의 광전 변환부로 이루어진 포토 다이오드(PD)를 1개의 화소 트랜지스터부로 공유하는 4화소 공유의 단위 화소군(42)을 갖고 이루어진다. 단위 화소군(42)은 보다 자세한 것은 4개의 포토 다이오드(PD(PD1 내지 PD4))와, 4개의 전송 트랜지스터(Tr1(Tr11 내지 Tr14))와, 1개의 플로팅 디퓨전부(FD)를 갖는다. 또한, 1개의 리셋 트랜지스터(Tr2), 증폭 트랜지스터(Tr3), 선택 트랜지스터(Tr4)를 갖고 구성된다. 각 화소의 포토 다이오드(PD)의 상방에는 도파로를 형성하지 않는다.
플로팅 디퓨전부(FD)는 2×2 배열의 4개의 포토 다이오드(PD1 내지 PD4)에 둘러싸인 중앙에 배치된다. 상기 플로팅 디퓨전부(FD)와 각 포토 다이오드(PD1 내지 PD4)와의 사이에 각각 폴리실리콘에 의한 전송 게이트 전극(43)이 배치된다. 이에 의해, 각 포토 다이오드(PD1 내지 PD4)에 대한 4개의 전송 트랜지스터(Tr11 내지 Tr14)가 형성된다. 리셋 트랜지스터(Tr2), 증폭 트랜지스터(Tr3), 선택 트랜지스터(Tr4)는 4개의 포토 다이오드(PD1 내지 PD4)의 군의 하측에, 수평 방향에 따라 연속하여 배치된다.
각 화소(R, Gr, Gb 및 B)는 도 47에 도시된 바와 같이 반도체 기판(153)의 표면에 광전 변환부로 이루어진 포토 다이오드(PD)가 형성되고, 반도체 기판(153) 위에 층간 절연막(154)을 이용하여 복수층의 배선(155)을 형성한 배선층(150)이 형성된다. 또한 배선층(150) 위에 컬러 필터층(157) 및 온 칩 렌즈(158)가 적층 형성된다.
본 실시의 형태는 광학적 대칭성을 얻기 위한 조정 수단에 배선(155)을 이용하고 있다. 본 실시의 형태에서는 하지층인 증폭 게이트 전극의 영향을 받지 않는 제1의 녹색 화소(Gb) 및 적색 화소(R)의 포토 다이오드(PD1 및 PD2)의 일부를 상층의 배선(155)로부터 일부 돌출한 돌출 부분(155a)에서 차광한다. 돌출 부분(155a)에 의한 입사 광량의 조정량, 즉 돌출 부분(155a)이 포토 다이오드(PD1 및 PD2)의 각각과 겹쳐지는 돌출량(protruding amount)은 포토 다이오드(PD1 및 PD2)에의 입사 광량이 다른 포토 다이오드(PD3 및 PD4)에의 입사 광량과 동등하게 되도록 설정된다. 상기 배선(155)의 돌출 부분(155a)의 레이아웃은 화소부(40)의 전역의 단위 화소군(42)에 있어 동일하다.
그 밖의 구성에 관해서는 도 31 및 도 32에 설명한 것과 마찬가지이다. 도 46 및 도 47에 있어, 도 31 및 도 32와 대응한 부분에는 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.
제10 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치(81)에 의하면, 증폭 게이트 전극(49)의 영향을 받지 않는 화소, 상기 예에서는 제1의 녹색 화소(Gb) 및 적색 화소(R)에 대해, 배선(155)의 돌출 부분(155a)이 돌출하는 양을 조정함에 의해, 입사 광량을 조정할 수 있다. 이것에 의해, 제1 및 제2의 녹색 화소(Gb 및 Gr) 사이의 감도차를 줄이거나 또는 없앨 수 있다. 또한, 각 화소(R, Gr, Gb 및 B)에 대한 입사 광량을 동등하게 할 수 있다. 색 셰이딩의 개선도 도모할 수 있다. 따라서, 광학적 대칭성을 얻을 수 있고, 고화질화 된 고체 촬상 장치를 제공할 수 있다.
11.제11 실시의 형태
고체 촬상 장치의 구성예
도 50 내지 도 51에, 본 발명에 관한 고체 촬상 장치의 제11 실시의 형태를 나타낸다. 본 실시의 형태의 고체 촬상 장치는 4화소 공유의 MOS 고체 촬상 장치에 적용한 경우이다. 본 실시의 형태는 도파로가 없는 구성이고, 조정 수단으로서 폴리실리콘에 의한 더미 전극을 이용하여 광량 조정을 행하고, 광학적 대칭성을 얻도록 한 경우이다.
우선, 제11 실시의 형태를 이해하기 위해, 도 52 내지 도 53을 이용하여 개선 이전의 4화소 공유이고, 도파로를 갖지 않는 고체 촬상 장치(36)의 비교예에 관하여 설명한다. 비교예에 관한 고체 촬상 장치(36)는 단위 화소군(114)에 있어서, 포토 다이오드(PD)(PD1 내지 PD4)의 상방에 도파로를 갖지 않고, 도파로 및 배선의 레이아웃을 제외한 것 이외에는 전술한 도 48 및 도 49의 구성과 동일하다. 상기 고체 촬상 장치(36)에서는 배선(26)의 레이아웃이 비대칭이다. 본 예에서는 단위 화소군(114)에 있어, 배선(26)이 청색 화소(B) 및 제2의 녹색 화소(Gr)의 일부에 겹쳐지도록 형성된다. 도 52 및 도 53에 있어, 도 48 및 도 49와 대응한 부분에는 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.
비교예의 고체 촬상 장치(36)에 도시된 바와 같이 배선(26)의 비대칭성이 피할 수 없는 경우, 청색 화소(B) 및 제2의 녹색 화소(Gr)에 입사된 입사광의 일부가 배선(26)에 가려지게 되어, 화소 사이에 있어 입사 광량에 차이가 생기고, 광학적 대칭성을 얻을 수 없게 된다.
제11 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치(83)는 전술한 제10 실시의 형태에서 설명한 바와 같이 포토 다이오드(PD)의 상방에 도파로를 갖지 않는 4화소 공유의 단위 화소군(42)을 배열하여 화소부(42)가 구성된다. 배선(155)은 도 52 및 도 53의 비교예와 마찬가지로, 레이아웃이 비대칭으로 이루어지도록 형성된다. 즉, 배선(155)이 청색 화소(B) 및 제2의 녹색 화소(Gr)의 일부에 겹쳐지도록 형성된다.
본 실시의 형태는 광학적 대칭성을 얻기 위한 조정 수단으로서 화소 트랜지스터의 게이트 전극과 동시에 형성된 폴리실리콘에 의한 더미 전극(84)를 이용하고 있다. 즉, 본 실시의 형태에서는 배선(155)의 영향을 받지 않는 제1의 녹색 화소(Gb) 및 적색 화소(R)의 포토 다이오드(PD1 및 PD2)에 근접하여 더미 전극(84)이 형성된다. 더미 전극(84)는 입사광의 일부가 더미 전극(84)에 의해 가려지는 위치에 형성되도록 배치된다. 더미 전극(84)에 의한 입사 광량의 조정량, 즉 포토 다이오드(PD1 및 PD2)에 따른 길이는 포토 다이오드(PD1, PD2)에의 입사 광량이 다른 배선(155)에 의해 가려진 이후의 포토 다이오드(PD3, PD4)에의 입사 광량과 동등하게 되도록 설정된다. 상기 더미 전극(84)의 레이아웃은 화소부(40)의 전역의 단위 화소군(42)에 있어 동일하다.
그 밖의 구성에 관해서는 도 46 및 도 47에 설명한 것과 마찬가지이다. 도 50 및 도 51에 있어, 도 46 및 도 47과 대응한 부분에는 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.
제11 실시의 형태의 고체 촬상 장치(83)에서는 도 51의 A에 도시된 바와 같이 제2의 녹색 화소(Gr)에 입사된 입사광(L)의 일부가 돌출한 배선(155)에 의해 가려지고, 제2의 녹색 화소(Gr)에의 입사 광량이 감소한다. 청색 화소(B)에 있어도 마찬가지로, 입사된 입사광(L)의 일부가 돌출한 배선(155)에 의해 가려지고, 청색 화소(B)에의 입사 광량이 감소한다. 한편, 배선(155)의 영향을 받지 않는 제1의 녹색 화소(Gb)에서는 도 51의 B에 도시된 바와 같이 입사한 입사광(L)의 일부가 더미 전극(84)에 가려지고, 제1의 녹색 화소(Gb)에의 입사 광량이 감소한다. 이 입사 광량이 감소한 양은 더미 전극(84)의 크기를 제어함에 의해, 각 화소 함께 동등하게할 수 있다.
제11 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치(83)에 의하면, 단위 화소군(42) 안에 있어, 배선(55)의 레이아웃의 비대칭성을 피할 수 없는 경우에, 배선(155)의 영향을 받지 않는 화소에 근접하여, 하지층에 더미 전극(84)을 배치함에 의해, 광학적 대칭성을 얻을 수 있다. 즉, 제1 및 제2의 녹색 화소(Gb 및 Gr) 사이의 감도차를 줄이거나 또는 없앨 수 있다. 또한, 각 화소(R, Gr, Gb 및 B)에 대해 동일한 입사 광량을 얻을 수 있다. 색 셰이딩의 개선도 도모할 수 있다.
12.제12 실시의 형태
고체 촬상 장치의 구성예
도 54 내지 도 55에, 본 발명에 관한 고체 촬상 장치의 제12 실시의 형태를 나타낸다. 본 실시의 형태의 고체 촬상 장치는 4화소 공유의 MOS 고체 촬상 장치에 적용한 경우이다. 본 실시의 형태는 도파로가 없는 구성이고, 조정 수단으로서 온 칩 렌즈를 이용하여 광량 조정을 행하고, 광학적 대칭성을 얻도록 한 것이다.
우선, 제12 실시의 형태를 이해하기 위해, 도 56 내지 도 57을 이용하여 개선 이전의 4화소 공유이고, 도파로를 갖지 않는 고체 촬상 장치(37)의 비교예에 관하여 설명한다. 비교예의 고체 촬상 장치(37)는 단위 화소군(114)에 있어, 포토 다이오드(PD(PD1 내지 PD4))의 상방에 도파로를 갖지 않고, 도파로를 제외한 이외의 것은 전술한 도 19의 구성과 동일하다. 도 56 및 도 57에 있어, 도 48 및 도 49와 대응한 부분에는 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.
비교예의 고체 촬상 장치(37)의 단위 화소군(114)에서는 도 57의 A의 단면도에 도시된 바와 같이 제2의 녹색 화소(Gr)에 입사한 입사광의 일부가 포토 다이오드(PD4)에 근접 배치된 하지층으로 된 증폭 게이트 전극(21)에 가려진다. 한편, 도 57의 B의 단면도에 도시된 바와 같이 제1의 녹색 화소(Gb)에 입사한 입사광은 하지층으로 된 게이트 전극에 가려지지 않고, 포토 다이오드(PD1)에 입사된다. 청색 화소(B)에 입사된 입사광도 마찬가지로 증폭 게이트 전극(21)에 가려지고, 제1의 녹색 화소(Gb)에 입사된 입사광은 게이트 전극에 가려지지 않는다. 따라서, 양 녹색 화소(Gr 및 Gb)에서는 입사 광량에 차이가 생기고, 감도차가 생긴다. 또한, 각 화소(Gr 및 B)와, 화소(Gb 및 R)과의 입사 광량에 차이가 생기고, 광학적 비대칭성이 생긴다.
제12 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치(85)는 도 54 및 도 55에 도시한 바와 같이 포토 다이오드(PD)의 상방에 도파로를 갖지 않는 4화소 공유의 단위 화소군(42)이 구성된다. 이 4화소 공유의 단위 화소군(42)을 복수로 배열하여 화소부(40)가 구성된다. 단위 화소군(42)은 전술한 바와 같이 4개의 포토 다이오드(PD(PD1 내지 PD4))와, 4개의 전송 트랜지스터(Tr1(Tr11 내지 Tr14))와, 1개의 플로팅 디퓨전부(FD)를 갖는다. 또한, 1개의 리셋 트랜지스터(Tr2), 증폭 트랜지스터(Tr3), 선택 트랜지스터(Tr4)를 갖고 구성된다.
각 화소(R, Gr, Gb 및 B)는 도 55에 도시된 바와 같이 반도체 기판(153)의 표면에 광전 변환부로 이루어진 포토 다이오드(PD)가 형성되고, 반도체 기판(153) 위에 층간 절연막(154)을 이용하여 복수층의 배선(155)을 형성한 배선층(150)이 형성된다. 또한 배선층(150) 위에 컬러 필터층(157) 및 온 칩 렌즈(158)가 적층 형성된다.
본 실시의 형태의 고체 촬상 장치(85)는 광학적 대칭성을 얻기 위한 조정 수단으로서 온 칩 렌즈(158)을 이용한다. 본 실시의 형태에서는 하지층으로 된 증폭 게이트 전극(49)의 영향을 받는 제2의 녹색 화소(Gr) 및 청색 화소(B)의 온 칩 렌즈(158)만이 온 칩 렌즈(158)을 투과한 입사광(L)이 증폭 게이트 전극에 가려지지 는 위치에 시프트된다. 즉, 제2의 녹색 화소(Gr) 및 청색 화소(B)의 온 칩 렌즈(158)는 집광 포인트가 증폭 게이트 전극(49)으로부터 떨어지는 방향으로 시프트된다. 단위 화소군(42)에 있어서 온 칩 렌즈(158)의 레이아웃은 화소부(40)의 전역의 단위 화소군(42)에 있어 동일하게 한다.
제12 실시의 형태에서는 도 55의 A에 도시된 바와 같이 제2의 녹색 화소(Gr)에 있어 온 칩 렌즈(158)가 증폭 게이트 전극으로부터 떨어지는 방향으로 시프트되기 때문에, 입사된 입사광(L)이 증폭 게이트 전극(49)에 가려지지 않고 포토 다이오드(PD4)에 입사된다. 청색 화소(B)에 있어도 온 칩 렌즈(158)가 시프트되기 때문에, 제2의 녹색 화소(Gr)와 마찬가지이다. 제1의 녹색 화소(Gb)에서는 온 칩 렌즈(158)가 시프트되지 않고, 입사광이 하지층인 게이트 전극에 의한 영향이 없이 포토 다이오드(PD1)에 입사된다. 적색 화소(R)에 있어도 입사광이 하지층인 게이트 전극에 의한 영향을이 없이 입사되기 때문에, 제1의 녹색 화소(Gb)와 마찬가지이다.
제 12 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치(85)에 의하면, 화소(Gr, B)의 온 칩 렌즈(58)를 시프트시키는 것에 의해 광량 조정이 이루어지기 때문에, 전술한 바와 같이 제1 및 제2의 녹색 화소(Gb 및 Gr)의 감도차를 동등하게 할 수 있다. 또한, 각 화소(R, Gr, Gb 및 B)에 대해 동일한 입사 광량을 얻을 수 있다. 색 셰이딩의 개선도 도모할 수 있다. 따라서, 광학적 대칭성을 얻을 수 있다.
13.제13 실시의 형태
고체 촬상 장치의 구성예
도 58 내지 도 59에, 본 발명에 관한 고체 촬상 장치의 제13 실시의 형태를 나타낸다. 본 실시의 형태의 고체 촬상 장치는 4화소 공유의 MOS 고체 촬상 장치에 적용한 경우이다. 본 실시의 형태는 제12 실시의 형태에 나타내는 광량 조정이라도 감도차가 충분히 나오지 않는 경우의 새로운 개선 계략이다.
제13 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치(87)는 4화소 공유의 단위 화소군(42)에 있어, 제2의 녹색 화소(Gr) 및 청색 화소(B)의 온 칩 렌즈(158)을 하지층의 증폭 게이트 전극(49)으로부터 떨어지는 방향으로 시프트시킨다. 동시에, 제1의 녹색 화소(Gb) 및 적색 화소(R)의 온 칩 렌즈(158)을 하지층의 배선(155)에 접근한 방향으로 시프트시킨다.
제13 실시의 형태에 관한 고체 촬상 소자(87)에 의하면, 제2의 녹색 화소(Gr) 및 청색 화소(B)에서는 온 칩 렌즈(158)을 증폭 게이트 전극(49)으로부터 떼어내고, 집광 포인트를 이동하기 때문에, 입사 광량의 손실이 회피되고 감도가 향상한다. 한편, 제1의 녹색 화소(Gb) 및 적색 화소(R)에서는 온 칩 렌즈(158)을 배선(155)에 접근하여, 배선(155)에 의해 입사 광량을 줄이도록 조정하기 때문에, 감도가 절감한다. 결과로서 종합적으로 제1 및 제2의 녹색 화소(Gb 및 Gr)의 감도차를 동등하게 할 수 있다. 또한, 각 화소(R, Gr, Gb 및 B)에 대해 동일한 입사 광량을 얻을 수 있다. 색 셰이딩의 개선도 도모할 수 있다. 따라서, 광학적 대칭성을 얻을 수 있다.
14. 제14 실시의 형태
고체 촬상 장치의 구성예
본 발명에 관한 고체 촬상 장치는 도시하지 않지만, 전술한 제 4 내지 제13의 실시의 형태로 설명된 광학적 대칭성을 얻기 위한 구성을 CCD 고체 촬상 장치에 적용한 것도 가능하다. CCD 고체 촬상 장치에 적용한 경우에도, 전술과 동일한 광량 조정을 할 수 있고, 각 화소에 대해 광학적 대칭성을 얻을 수 있는 것이다.
상술한 예에서는 본 발명을 하나의 트랜지스터 또는 하나의 증폭 트랜지스터를 공유하는 2화소 공유, 4화소 공유의 고체 촬상 장치에 적용했지만, 상기 구성은 그 밖의 복수 화소 공유의 고체 촬상 장치에도 적용할 수 있다.
상술한 예에서는 도 60의 베이어 배열의 컬러 필터(101)을 구비한 고체 촬상 장치에 적용했지만, 그 밖에, 도 61의 경사 배열으로 하는 허니컴(honeycomb) 배열의 컬러 필터(102)를 구비한 고체 촬상 장치에 적용한 것도 가능하다.
상술한 예에서는 본 발명을 컬러 고체 촬상 장치에 적용한 경우이지만, 그 밖에, 감시 카메라 등에 사용된 흑백 등의 단색 고체 촬상 장치에 적용한 것도 가능하다. 상기 경우에도 도파로, 배선, 더미 전극, 온 칩 렌즈 등을 보정 수단으로서 이용할 수 있다.
15. 제15 실시의 형태
전자 기기의 구성예
상술한 본 발명에 관한 고체 촬상 장치는 예를 들면 디지털 카메라나 비디오 카메라 등의 카메라 시스템이나, 촬상 기능을 갖는 휴대 전화, 또는 촬상 기능을 구비한 다른 기기, 등의 전 수화기기에 적용할 수 있다.
도 66에, 본 발명에 관한 전자 기기의 하나의 예로서 카메라에 적용한 제15 실시의 형태를 도시한다. 본 실시의 형태에 관한 카메라는 정지 화상 또는 동화 촬영 가능한 비디오 카메라를 예로 든 것. 본 실시도 형태의 카메라(91)는 고체 촬상 장치(92)와, 고체 촬상 장치(92)의 수광 센서부에 입사광을 유도하는 광학계 (93)와, 셔터 장치(94)를 갖는다. 또한, 카메라(91)은 고체 촬상 장치(92)를 구동하는 구동 회로(95)와, 고체 촬상 장치(92)의 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로(96)를 갖는다.
고체 촬상 장치(92)는 상술한 각 실시의 형태의 고체 촬상 장치의 어느 한쪽에 적용된다. 광학계(광학 렌즈)(93)는 피사체로부터의 화상광(입사광)을 고체 촬상 장치(92)의 촬상 면 위에 결상시킨다. 이것에 의해, 고체 촬상 장치(92) 안에, 일정 기간 신호 전하가 축적된다. 광학계(93)는 복수의 광학 렌즈로부터 구성된 광학 렌즈계로 하여도 좋다. 셔터 장치(94)는 고체 촬상 장치(92)에의 광조사 기간 및 차광 기간을 제어한다. 구동 회로(95)는 고체 촬상 장치(92)의 전송 동작 및 셔터 장치(94)의 셔터 동작을 제어하는 구동 신호를 공급한다. 구동 회로(95)로부터 공급된 구동 신호(타이밍 신호)에 의해, 고체 촬상 장치(92)의 신호 전송을 행한다. 신호 처리 회로(96)는 각종의 신호 처리를 행한다. 신호 처리가 행해진 영상 신호는 메모리 등의 기억 매체에 기억되고, 또는 모니터에 출력된다.
제15 실시의 형태에 관한 카메라 등의 전자 기기에 의하면, 고체 촬상 장치(92)에 있어 녹색 화소(Gb, Gr)의 감도를 동등하게 한 등, 광학적 대칭성을 얻을 수 있고, 고화질화가 도모되고, 신뢰성이 높은 전자 기기를 제공할 수 있다. 각 실시의 형태는 서로 행하는 것도 가능하고, 각각의 광학적 대칭성을 얻을 수 있다.
본 발명은 JP2009-081100호(2009년 3월 30일 출원) 및 JP2009-240774호(2009년 10월 19일 출원)이 우선권주장 출원이다.
이상 본 발명을 상기 실시예에 입각하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예의 구성에만 한정되는 것이 아니고, 특허청구의 범위의 각 청구항의 발명의 범위 내에서 당업자라면 행할 수 있는 각종 변형, 수정을 포함하는 것은 물론이다.

Claims (20)

  1. 고체 촬상 장치에 있어서,
    반도체 기판의 행방향 및 열방향으로 배치된 단위 화소에 의해 정의된 화소부를 포함하고,
    상기 단위 화소 각각은,
    반도체 기판상에 형성되고 입사광을 신호 전하로 변환하는 광전 변환부와,
    상기 광전 변환부 상방에 형성되고 상기 광전 변환부에 상기 입사광을 유도하는 도파로와,
    상기 도파로 상방에 형성되고 상기 도파로의 광 입사단에 상기 입사광을 유도하는 마이크로 렌즈를 포함하고,
    상기 도파로는 광 입사단으로부터 사출단을 향해 단면적이 일정한 주상체를 포함하고, 상기 마이크로 렌즈로부터 상기 도파로의 광 입사단상에 입사되는 상기 입사광의 광속의 중심과, 상기 도파로의 중심축이 일치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도파로와 상기 마이크로 렌즈 사이에 형성되고 상기 입사광을 분광하는 컬러 필터층을 더 포함하고,
    상기 퓨필 보정은 상기 입사광의 기준 색에 기초하여 상기 마이크로 렌즈 및 상기 컬러 필터층에 대해 실행되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화소부내에서 동일한 파장을 갖는 입사광이 입사되는 상기 광전 변환부에서는 상기 대응하는 광전 변환부의 중심에 대한 상기 도파로 각각의 중심축의 어긋남 양은 상기 화소부의 중심의 외측을 향하여 커지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화소부의 중심으로부터 동일한 거리에 있는 상기 광전 변환부에서는 상기 컬러 필터층에 의해 분광되고 상기 광전 변환부에 입사된 파장의 길이가 길어짐에 따라, 상기 광전 변환부의 중심에 대한 상기 도파로의 중심축의 어긋남 양이 작아지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 도파로의 지름은 상기 도파로의 사출단으로부터 사출되는 상기 입사광이 상기 광전 변환부 표면 내에 조사되는 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    단위 화소군을 더 포함하고,
    상기 단위 화소군은,
    상기 컬러 필터층에 의해 분광된 제1 파장의 광이 입사되는 상기 광전 변환부를 갖는 제1 단위 화소와,
    상기 컬러 필터층에 의해 분광된 상기 제1 파장 보다 짧은 제2 파장의 광이 입사되는 상기 광전 변환부를 갖는 제2 단위 화소와,
    상기 컬러 필터층에 의해 분광된 상기 제1 파장 보다 긴 제3 파장의 광이 입사되는 상기 광전 변환부를 갖는 제3 단위 화소를 포함하고,
    상기 단위 화소군에 있어서 상기 각 광전 변환부의 중심에 대한 상기 도파로의 중심축의 어긋남 양은 상기 컬러 필터층에 의해 분광되는 파장이 짧아짐에 따라, 상기 광전 변환부의 중심에 대한 상기 도파로의 중심축의 어긋남 양이 작아지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 도파로는,
    상기 도파로의 측주부(preipheral portion)를 형성하는 제1 도파로와,
    상기 제1 도파로의 내부에 형성되고 상기 제1 도파로 보다도 굴절율이 낮은 제2 도파로를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  8. 고체 촬상 장치의 제조 방법에 있어서,
    입사광을 신호 전하로 변환하는 광전 변환부가 형성된 반도체 기판상에 복수층의 배선을 갖는 층간 절연막으로 된 배선층에 상기 광전 변환부상에 입사광을 유도하는 도파로 홀을 형성하는 공정과,
    상기 도파로 홀의 내부에 상기 층간 절연막 보다도 굴절율이 높은 도파로 재료막을 매입하고 상기 도파로 홀의 내부에 도파로를 형성하는 공정과,
    상기 도파로 재료막상에 평탄화 절연막을 이용하여 상기 입사광을 분광하는 컬러 필터층을 형성하는 공정과,
    상기 컬러 필터층상에 상기 입사광을 상기 광전 변환부에 유도하는 마이크로 렌즈를 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 광전 변환부를 포함하는 단위 화소가 상기 반도체 기판의 행방향 및 열방향으로 복수로 배치되어 화소부가 구성되고, 상기 광전 변환부에 대응하여 형성되어 있는 상기 도파로에서는 입사단으로부터 사출단을 향해 단면적이 일정한 주상체로 형성되고, 상기 도파로의 입사 단면에 입사되는 상기 입사광의 광속의 중심과, 상기 도파로의 중심축이 일치하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 도파로를 형성하는 공정은 상기 도파로 홀의 내면에 제1 도파로를 형성한 공정과, 상기 제1 도파로가 형성된 상기 도파로 홀을 매입한 제2 도파로를 상기 제1 도파로 보다도 굴절율이 낮은 재료로 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  10. 고체 촬상 장치에 있어서,
    입사광을 집광하는 집광 광학부와,
    상기 집광 광학부에 의해 집광한 광을 수광하고 광전 변환하는 고체 촬상 장치를 갖는 촬상부와,
    상기 고체 촬상 장치로 광전 변환된 신호를 처리하는 신호 처리부를 포함하고,
    상기 고체 촬상 장치는,
    반도체 기판에 형성되고 입사광을 신호 전하로 변환하는 광전 변환부와,
    상기 광전 변환부 상방에 형성되고 상기 광전 변환부에 상기 입사광을 유도하는 도파로와,
    상기 도파로 상방에 형성되고 상기 도파로의 광 입사단에 상기 입사광을 유도하는 마이크로 렌즈를 포하하는 단위 화소가 상기 반도체 기판의 행방향 및 열방향으로 배치되어 화소부가 구성되고,
    상기 도파로에서는 입사단으로부터 사출단을 향해 단면적이 일정한 주상체로 형성되고, 상기 마이크로 렌즈로부터 상기 도파로의 입사 단면에 입사되는 상기 입사광의 광속의 중심과, 상기 도파로의 중심축이 일치하여 배치되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  11. 고체 촬상 장치에 있어서,
    화소가 배열된 화소부와,
    복수 화소의 군으로 상기 복수 화소의 군의 광입사면 보다 하방에 형성되고 전극 및 배선을 포함하는 레이아웃이 소요의 인접하는 화소의 경계선을 사이에 두고 비대칭의 하지층과,
    상기 하지층에 기인하여 생기는 각 화소 사이의 광학적 비대칭성을 광학적 대칭성으로 하기 위한 조정 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 조정 수단의 위치 이탈의 조정 방향 및 조정량이 상기 화소부의 전역에서 동일한 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 화소의 광전 변환부의 상방에 형성되고 입사광을 분광하는 컬러 필터층과,
    상기 컬러 필터층상의 온 칩 렌즈와,
    상기 컬러 필터층 보다 하방에 형성된 상기 하지층을 더 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 화소부가 복수의 화소를 1개의 소요의 화소 트랜지스터로 공유하는 단위 화소군이 복수 배열된 화소부이고,
    상기 비대칭의 하지층이 화소 트랜지스터의 게이트 전극 및 배선을 포함하는 하지층인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 조정 수단이 각 화소에 대응한 도파로에서 구성되고,
    상기 도파로의 상방에 상기 컬러 필터층이 형성되고,
    상기 하지층이 상기 도파로 보다 하방의 게이트 전극 및 배선을 포함하는 하지층이고,
    기준 상태로서 상기 화소부 전역에서 상기 도파로가 동일 간격으로 배치된 상태에서, 상기 단위 화소군의 내로, 또는 인접한 복수의 단위 화소군 내로 적어도 특정 화소의 상기 도파로가 상기 기준의 위치에서 빗나가게 배치되는 것을 특징으로 하는 기재된 고체 촬상 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 단위 화소군 내의, 또는 인접한 복수의 단위 화소군 내의 같은 색 화소의 감도차가 동등하게 되도록, 상기 같은 색 화소의 도파로 중, 적어도 제1의 같은 색 화소의 도파로가 상기 도파로에 근접하는 공유의 화소 트랜지스터의 게이트 전극으로부터 떨어지는 방향으로 빗나가게 배치되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 단위 화소군 내의, 또는 인접한 복수의 단위 화소군내의 같은 색 화소의 감도차가 동등하게 되도록, 상기 같은 색 화소의 도파로 중, 제2의 같은 색 화소의 도파로가 공유의 화소 트랜지스터의 게이트 전극에 근접한 방향으로 빗나가게 배치되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 화소부의 중심으로부터 동일한 거리에 있는 광전 변환부에서는 컬러 필터층에 의해 분광되고 상기 광전 변환부에 입사된 파장의 길이가 길어짐에 따라, 상기 광전 변환부의 중심에 대한 상기 도파로의 중심축의 어긋남 양이 커지는 도파로 퓨필 보정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 조정 수단이 상기 배선의 돌출 부분이고,
    단위 화소군 내, 또은 인접한 복수의 단위 화소군으로 상기 배선의 돌출 부분이 상기 바탕층에 영향을 주지 않는 광전 변환부상에 돌출하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  20. 전자 기기에 있어서,
    고체 촬상 장치와,
    상기 고체 촬상 장치의 광전 변환부에 입사광을 유도하는 광학계와,
    상기 고체 촬상 장치의 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 구비하고,
    상기 고체 촬상 장치는 상기 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나에 따른 고체 촬상 장치인 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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