KR20140113331A - 고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
일 실시 형태의 고체 촬상 장치는, 반도체 기판의 표면에 설치된 전하 축적층 및 상기 반도체 기판의 이면측에 설치된 필터층을 각각이 갖는 복수의 화소가 배열된 고체 촬상 장치로서, 상기 복수의 화소가 각각 갖는 상기 필터층의 투과 파장 영역은 서로 다르고, 상기 복수의 화소에 각각 포함되는 상기 반도체 기판의 두께는 서로 다르다.
Description
본 출원은, 2013년 3월 14일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2013-051598호의 우선권의 이익을 향수하고, 그 일본 특허 출원의 전체 내용은 본 출원에 있어서 원용된다.
본 실시 형태는, 일반적으로, 고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
실리콘 기판의 표면 위에 배선층을 갖고, 실리콘 기판의 이면측으로부터 광을 수광하는 이면 조사형 고체 촬상 장치에 있어서, 통상, 실리콘 기판은 박형화되어 있다. 따라서, 특히 실리콘에 대한 흡수 계수가 작은 적색 성분의 광(이하, R광이라고 칭함)은, 얇은 실리콘 기판에 충분히 흡수되지 않고, 실리콘 기판을 투과한다. 이로 인해, 종래의 이면 조사형 고체 촬상 장치는 R광에 대한 감도가 나쁘고, 이것이 고체 촬상 장치의 감도를 저하시켰다.
고체 촬상 장치의 감도의 저하를 억제하기 위해서, R광이 충분히 흡수될 정도로 실리콘 기판을 두껍게 하면, 혼색이 발생한다고 하는 문제가 발생한다. 즉, 실리콘에 대한 흡수 계수가 큰 청색 성분의 광(이하, B광이라고 칭함)이 실리콘 기판에 입사되면, 그 대부분은 실리콘 기판의 이면 근방에서 흡수되어, 전하가 발생한다. 한편, 이면 조사형 고체 촬상 장치에 있어서, 전하 축적층은, 실리콘 기판의 표면에 설치된다. 따라서, 종래의 이면 조사형 고체 촬상 장치에 있어서, 감도를 향상시키기 위해서 실리콘 기판을 두껍게 하면, 전하가 주로 발생하는 장소와 전하 축적층의 거리가 길어져서, 발생한 전하의 이동 거리가 길어진다. 이로 인해, 발생한 전하가 인접 화소의 전하 축적층으로 이동하기 쉬워져서, 혼색이 발생한다.
이와 같이, 종래의 이면 조사형 고체 촬상 장치에 있어서는, 감도의 향상과 혼색의 저감을 동시에 실현하는 것은 곤란했다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 감도의 향상과 혼색의 저감을 동시에 실현하는 것이 가능한 고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
실시 형태는, 반도체 기판의 표면에 설치된 전하 축적층 및 상기 반도체 기판의 이면측에 설치된 필터층을 각각이 갖는 복수의 화소가 배열된 고체 촬상 장치로서, 상기 복수의 화소가 각각 갖는 상기 필터층의 투과 파장 영역은 서로 다르고, 상기 복수의 화소에 각각 포함되는 상기 반도체 기판의 두께는 서로 다른 것을 특징으로 한다.
다른 실시 형태는, 반도체 기판의 표면에 구비되는 전하 축적층 및 상기 반도체 기판의 이면측에 구비되는 필터층을 각각이 갖는 복수의 화소가 배열되고, 상기 복수의 화소가 각각 갖는 상기 필터층의 투과 파장 영역이 서로 다른 고체 촬상 장치의 제조 방법으로서, 복수의 상기 전하 축적층이 표면에 형성된 상기 반도체 기판을, 상기 반도체 기판이 소정의 두께가 될 때까지 이면측으로부터 깎아내고, 상기 복수의 화소에 각각 포함되는 상기 반도체 기판의 두께가 서로 다르도록, 상기 반도체 기판의 이면에 요철을 형성하고, 상기 요철이 형성된 상기 반도체 기판의 이면측에, 상기 투과 파장 영역이 서로 다른 복수의 상기 필터층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성의 고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 제조 방법에 의하면, 감도의 향상과 혼색의 저감을 동시에 실현하는 것이 가능하다.
도 1은 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 주요부를 도시하는 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 고체 촬상 장치의 부분 단면도로서, (a)는 도 1의 일점쇄선 X-X'를 따른 단면도이고, (b)는 도 1의 일점쇄선 Y-Y'를 따른 단면도이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 도 2의 (a)에 대응하는 단면도이고, (b)는 도 2의 (b)에 대응하는 단면도이다.
도 4는 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 도 2의 (a)에 대응하는 단면도이고, (b)는 도 2의 (b)에 대응하는 단면도이다.
도 5는 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 도 2의 (a)에 대응하는 단면도이고, (b)는 도 2의 (b)에 대응하는 단면도이다.
도 6은 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 도 2의 (a)에 대응하는 단면도이고, (b)는 도 2의 (b)에 대응하는 단면도이다.
도 7은 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법의 변형예를 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 도 2의 (a)에 대응하는 단면도이고, (b)는 도 2의 (b)에 대응하는 단면도이다.
도 8은 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법의 변형예를 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 도 2의 (a)에 대응하는 단면도이고, (b)는 도 2의 (b)에 대응하는 단면도이다.
도 9는 제2 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 주요부를 간략화하여 도시하는 상면도이다.
도 10은 도 9에 나타내는 고체 촬상 장치의 부분 단면도로서, (a)는 도 9의 일점쇄선 A-A'를 따른 단면도이고, (b)는 도 9의 일점쇄선 B-B'를 따른 단면도이다.
도 11은 제2 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 도 10의 (a)에 대응하는 단면도이고, (b)는 도 10의 (b)에 대응하는 단면도이다.
도 12는 제2 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 도 10의 (a)에 대응하는 단면도이고, (b)는 도 10의 (b)에 대응하는 단면도이다.
도 13의 (a), (b)는 각각, 주변부의 화소군 내의 화소의 감도를 향상시킬 수 있는 이유를 설명하기 위한 도면으로서, 중앙부의 화소군 내의 임의의 1 화소에 포함되는 반도체 기판 및 주변부의 화소군 내의 임의의 1 화소에 포함되는 반도체 기판을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 14는 제3 실시예에 따른 고체 촬상 장치를 도시하는 부분 단면도로서, (a)는 도 9의 일점쇄선 A-A'를 따른 단면도이고, (b)는 도 9의 일점쇄선 B-B'를 따른 단면도이다.
도 15는 제3 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 도 14의 (a)에 대응하는 단면도이고, (b)는 도 14의 (b)에 대응하는 단면도이다.
도 16은 제3 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 도 14의 (a)에 대응하는 단면도이고, (b)는 도 14의 (b)에 대응하는 단면도이다.
도 17의 (a), (b)는 각각, 주변부의 화소군에 포함되는 각 화소에서 발생하는 혼색을 억제할 수 있는 이유를 설명하기 위한 도면으로서, 중앙부의 화소군 내의 임의의 1 화소에 포함되는 반도체 기판 및 주변부의 화소군 내의 임의의 1 화소에 포함되는 반도체 기판을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 18은 제1 내지 제3 실시예에 따른 고체 촬상 장치를 화소 어레이에 적용한 고체 촬상 장치의 전체의 개략 구성을 도시하는 블록도이다.
도 19는 도 18에 나타내는 고체 촬상 장치를 구비하는 디지털 카메라의 개략 구성을 도시하는 블록도이다.
도 20은 도 19에 나타내는 디지털 카메라의 개략 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시하는 고체 촬상 장치의 부분 단면도로서, (a)는 도 1의 일점쇄선 X-X'를 따른 단면도이고, (b)는 도 1의 일점쇄선 Y-Y'를 따른 단면도이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 도 2의 (a)에 대응하는 단면도이고, (b)는 도 2의 (b)에 대응하는 단면도이다.
도 4는 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 도 2의 (a)에 대응하는 단면도이고, (b)는 도 2의 (b)에 대응하는 단면도이다.
도 5는 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 도 2의 (a)에 대응하는 단면도이고, (b)는 도 2의 (b)에 대응하는 단면도이다.
도 6은 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 도 2의 (a)에 대응하는 단면도이고, (b)는 도 2의 (b)에 대응하는 단면도이다.
도 7은 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법의 변형예를 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 도 2의 (a)에 대응하는 단면도이고, (b)는 도 2의 (b)에 대응하는 단면도이다.
도 8은 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법의 변형예를 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 도 2의 (a)에 대응하는 단면도이고, (b)는 도 2의 (b)에 대응하는 단면도이다.
도 9는 제2 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 주요부를 간략화하여 도시하는 상면도이다.
도 10은 도 9에 나타내는 고체 촬상 장치의 부분 단면도로서, (a)는 도 9의 일점쇄선 A-A'를 따른 단면도이고, (b)는 도 9의 일점쇄선 B-B'를 따른 단면도이다.
도 11은 제2 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 도 10의 (a)에 대응하는 단면도이고, (b)는 도 10의 (b)에 대응하는 단면도이다.
도 12는 제2 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 도 10의 (a)에 대응하는 단면도이고, (b)는 도 10의 (b)에 대응하는 단면도이다.
도 13의 (a), (b)는 각각, 주변부의 화소군 내의 화소의 감도를 향상시킬 수 있는 이유를 설명하기 위한 도면으로서, 중앙부의 화소군 내의 임의의 1 화소에 포함되는 반도체 기판 및 주변부의 화소군 내의 임의의 1 화소에 포함되는 반도체 기판을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 14는 제3 실시예에 따른 고체 촬상 장치를 도시하는 부분 단면도로서, (a)는 도 9의 일점쇄선 A-A'를 따른 단면도이고, (b)는 도 9의 일점쇄선 B-B'를 따른 단면도이다.
도 15는 제3 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 도 14의 (a)에 대응하는 단면도이고, (b)는 도 14의 (b)에 대응하는 단면도이다.
도 16은 제3 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 도 14의 (a)에 대응하는 단면도이고, (b)는 도 14의 (b)에 대응하는 단면도이다.
도 17의 (a), (b)는 각각, 주변부의 화소군에 포함되는 각 화소에서 발생하는 혼색을 억제할 수 있는 이유를 설명하기 위한 도면으로서, 중앙부의 화소군 내의 임의의 1 화소에 포함되는 반도체 기판 및 주변부의 화소군 내의 임의의 1 화소에 포함되는 반도체 기판을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 18은 제1 내지 제3 실시예에 따른 고체 촬상 장치를 화소 어레이에 적용한 고체 촬상 장치의 전체의 개략 구성을 도시하는 블록도이다.
도 19는 도 18에 나타내는 고체 촬상 장치를 구비하는 디지털 카메라의 개략 구성을 도시하는 블록도이다.
도 20은 도 19에 나타내는 디지털 카메라의 개략 구성을 도시하는 도면이다.
일 실시 형태의 고체 촬상 장치는, 반도체 기판의 표면에 설치된 전하 축적층 및 상기 반도체 기판의 이면측에 설치된 필터층을 각각이 갖는 복수의 화소가 배열된 고체 촬상 장치로서, 상기 복수의 화소가 각각 갖는 상기 필터층의 투과 파장 영역은 서로 다르고, 상기 복수의 화소에 각각 포함되는 상기 반도체 기판의 두께는 서로 다르다.
다른 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법은, 반도체 기판의 표면에 구비되는 전하 축적층 및 상기 반도체 기판의 이면측에 구비되는 필터층을 각각이 갖는 복수의 화소가 배열되고, 상기 복수의 화소가 각각 갖는 상기 필터층의 투과 파장 영역이 서로 다른 고체 촬상 장치의 제조 방법으로서, 복수의 상기 전하 축적층이 표면에 형성된 상기 반도체 기판을, 상기 반도체 기판이 소정의 두께가 될 때까지 이면측으로부터 깎아내고, 상기 복수의 화소에 각각 포함되는 상기 반도체 기판의 두께가 서로 다르도록, 상기 반도체 기판의 이면에 요철을 형성하고, 상기 요철이 형성된 상기 반도체 기판의 이면측에, 상기 투과 파장 영역이 서로 다른 복수의 상기 필터층을 형성한다.
이하에, 본 실시예에 따른 고체 촬상 장치에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.
(제1 실시예)
도 1은 본 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 주요부를 간략화하여 도시하는 상면도이다. 도 2는 도 1에 도시하는 고체 촬상 장치의 부분 단면도로서, (a)는 도 1의 일점쇄선 X-X'를 따른 단면도, (b)는 도 1의 일점쇄선 Y-Y'를 따른 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 고체 촬상 장치에 있어서, 복수의 화소는, 격자 형상으로 배열되어 있다. 복수의 화소는, 적색 화소(10R), 녹색 화소(10G) 및 청색 화소(10B)로 이루어지고, 이들은 베이어 배열되어 있다.
적색 화소(10R)는 적색 성분의 광(이하, R광이라고 칭함)을 투과시키는 투과 파장 영역을 갖는 적색 필터층(11R)을 포함한다. 녹색 화소(10G)는 녹색 성분의 광(이하, G광이라고 칭함)을 투과시키는 투과 파장 영역을 갖는 녹색 필터층(11G)을 포함한다. 그리고, 청색 화소(10B)는 청색 성분의 광(이하, B광이라고 칭함)을 투과시키는 투과 파장 영역을 갖는 청색 필터층(11B)을 포함한다.
또한, 이하의 설명에 있어서, 적색 화소(10R), 녹색 화소(10G) 및 청색 화소(10B)를 포함하는 복수 화소를 화소군(12)이라고 칭한다. 본 실시예에 있어서는, 상술한 바와 같이 배열된 4 화소, 즉, 베이어 배열된 1개의 적색 화소(10R), 2개의 녹색 화소(10G) 및 1개의 청색 화소(10B)를, 화소군(12)이라고 칭한다. 실제의 고체 촬상 장치는, 이 화소군(12)을 복수 갖고, 복수의 화소군(12)이 2차원 배열된 것이다.
또한, 후술하는 바와 같이, 실제로는 적색 화소(10R), 녹색 화소(10G) 및 청색 화소(10B)는 각각 마이크로 렌즈를 갖지만, 도 1에서, 마이크로 렌즈는 생략되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 적색 필터층(11R), 녹색 필터층(11G) 및 청색 필터층(11B)은 각각, 반도체 기판(13)의 이면측(도면 중 상면측)에 설치되어 있다. 즉, 본 실시예에 따른 고체 촬상 장치에 있어서, 입사광은, 반도체 기판(13)의 이면측으로부터 입사된다. 반도체 기판(13)은, 예를 들어 p형 실리콘 기판이다.
반도체 기판(13)은, 평탄한 표면(도면 중 하면) 및 요철을 갖는 이면(도면 중 상면)을 갖는다. 즉, 반도체 기판(13)은 적색 화소(10R)에 포함되는 영역(13R)의 두께, 녹색 화소(10G)에 포함되는 영역(13G)의 두께 및 청색 화소(10B)에 포함되는 영역(13B)의 두께가 서로 다른 것이다. 바꾸어 말하면, 반도체 기판(13)은, 반도체 기판(13)의 표면으로부터 후술하는 이면측의 평탄화층(17)까지의 두께가, 색이 다른 화소마다, 서로 다른 것이다.
또한, 각 영역(13R, 13G, 13B)의 두께는, 이 영역(13R, 13G, 13B)에 입사되는 광(R광, G광, B광)의 반도체 기판(13)에 대한 흡수 계수에 의존하고 있다. 흡수 계수가 작을수록, 각 영역(13R, 13G, 13B)의 두께는 두껍게 형성된다.
R광, G광, B광의 실리콘에 대한 흡수 계수는, B광, G광, R광의 순으로 낮아진다. 따라서, 복수의 화소가, 적색 화소(10R), 녹색 화소(10G) 및 청색 화소(10B)로 이루어지고, 반도체 기판(13)이 실리콘 기판인 경우, 적색 화소(10R)에 포함되는 영역(13R)의 두께 LR은 가장 두껍게(도 2의 (a)), 청색 화소(10B)에 포함되는 영역(13B)의 두께 LB는 가장 얇게 되어 있다(도 2의 (a)). 그리고, 녹색 화소(10G)에 포함되는 영역(13G)의 두께 LG는 영역(13R)보다 얇게, 또한 영역(13B)보다 두껍게 되어 있다(도 2의 (a), (b)).
각 영역(13R, 13G, 13B)의 두께 LR, LG, LB는, 상술한 바와 같이, 각 영역(13R, 13G, 13B)에 입사되는 광(R광, G광, B광)의 반도체 기판(13)에 대한 흡수 계수에 의존하여, 각 영역(13R, 13G, 13B)에 입사되는 광(R광, G광, B광)을 충분히 흡수할 수 있을 정도의 두께로 되어 있다. 또한, 영역(13R, 13G, 13B)의 두께 LR, LG, LB는, 적색 화소(10R), 녹색 화소(10G) 및 청색 화소(10B)에서의 혼색을 충분히 억제할 수 있을 정도의 두께로 되어 있다. 예를 들어, 영역(13R)의 두께 LR은 2㎛, 영역(13G)의 두께 LG는 1㎛, 영역(13B)의 두께 LB는 0.5㎛로 되어 있다.
영역(13R, 13G, 13B)마다 두께가 다른 반도체 기판(13)의 표면에는, 복수의 전하 축적층(14)이 화소(10R, 10G, 10B)마다 설치되어 있다. 전하 축적층(14)은 입사광을 흡수함으로써 발생한 전하(광전 변환에 의해 발생한 전하)를 축적한다. 전하 축적층(14)은, 예를 들어 n+형 불순물층이다.
또한, 반도체 기판(13)에는, 화소(10R, 10G, 10B)마다, 제1 도전형 반도체층(15A)이 설치되어 있다. 제1 도전형 반도체층(15A)은, 예를 들어 n형 불순물층이며, 반도체 기판(13)의 이면으로부터 전하 축적층(14)에 접하는 위치에 이르는 영역에 설치되어 있다. 또한, 제1 도전형 반도체층(15A)은 n형 반도체 기판을 이용하여 설치된 것이어도 되고, n형 이온을 반도체 기판(13)에 주입함으로써 형성한 것이어도 된다.
또한 반도체 기판(13)에는, 화소(10R, 10G, 10B)마다, 제2 도전형 반도체층(15B)이 설치되어 있다. 제2 도전형 반도체층(15B)은 각 화소(10R, 10G, 10B)에 포함되는 반도체층(15A)과, 각 화소(10R, 10G, 10B)에 인접하는 다른 화소(10R, 10G, 10B)에 포함되는 반도체층(15A)을 분리하도록 설치되어 있다. 즉, 반도체층(15B)은 복수의 반도체층(15A) 사이의 반도체 기판(13)에 설치되어 있다.
또한, 적어도 전하 축적층(14)을 갖는 반도체 기판(13)의 표면 위에는, 배선층(16)이 설치되어 있다. 배선층(16)은 층 형상으로 겹쳐진 복수의 배선(16a) 및 배선(16a) 사이에 설치된 층간 절연막(16b)을 갖는다. 도시는 생략하지만, 배선층(16)에 포함되는 배선(16a) 중, 최하층 배선(16a)(반도체 기판(13)의 표면에 가장 가까운 배선(16a))의 일부는, 각 전하 축적층(14)에 접속되어 있다. 전하 축적층(14)에 전하가 축적됨으로써 발생하는 전압은, 배선(16a)을 통해서 취출된다.
또한, 적어도 전하 축적층(14)을 갖는 반도체 기판(13)의 이면 위에는, 예를 들어 실리콘 산화막으로 이루어지는 투명층인 평탄화층(17)이 설치되어 있다. 평탄화층(17)의 두께는, 화소(10R, 10G, 10B)마다 다르다. 그러나, 각 화소(10R, 10G, 10B)에 각각 포함되는 반도체 기판(13)의 두께와, 평탄화층(17)의 두께의 합은, 다른 화소(10R, 10G, 10B)에 포함되는 반도체 기판(13)의 두께와 평탄화층(17)의 두께의 합과, 실질적으로 똑같아지고 있다. 즉, 평탄화층(17)의 표면은 평탄화되어 있다.
이 평탄화층(17) 위에는, 상술한 적색 필터층(11R), 녹색 필터층(11G) 및 청색 필터층(11B)이 베이어 배열되어 있다. 또한, 적색 필터층(11R), 녹색 필터층(11G) 및 청색 필터층(11B) 위에는 각각 마이크로 렌즈(18)가 설치되어 있다.
이어서, 상술한 고체 촬상 장치의 제조 방법에 대해서, 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한다. 도 3 내지 도 6은 각각, 도 1 및 도 2에 도시하는 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 각 도의 (a)는 도 2의 (a)에 대응하는 단면도, 각 도의 (b)는 도 2의 (b)에 대응하는 단면도이다.
우선, 도 3의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 전하 축적층(14) 및 필요에 따라 제1 도전형 반도체층(15A)이 형성된 반도체 기판(13)의 표면 위에, 배선층(16)을 형성한다. 또한, 배선층(16)이 형성된 반도체 기판(13)에, 지지 기판(19)을, 반도체 기판(13)과 지지 기판(19) 사이에 배선층(16)이 개재되도록 부착한다.
이어서, 도 4의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(13) 전체를, 반도체 기판(13)이 소정의 두께가 될 때까지, 이면으로부터 박형화한다. 소정의 두께란, 예를 들어 제조 후의 반도체 기판(13) 중, 가장 두꺼운 영역에서 필요한 두께이다. 본 실시예에 있어서는, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(13) 중, 적색 화소(10R)에 포함되는 영역(13R)의 두께 LR이 가장 두껍기 때문에, 적색 화소(10R)에서 필요한 두께 LR로 되도록, 반도체 기판(13) 전체가 박형화된다.
이어서, 도 5의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 박형화된 반도체 기판(13)의 이면에 요철을 형성한다. 요철은, 예를 들어 에칭 등에 의해, 반도체 기판(13)을 부분적으로 얇게 함으로써 설치한다.
구체적으로는, 제조 후의 고체 촬상 장치의 복수의 화소(10R, 10G, 10B)에 각각 포함되는 반도체 기판(13)의 영역(13R, 13G, 13B)의 두께가 서로 다르도록, 반도체 기판(13)을 부분적으로 얇게 한다. 본 실시예에 있어서는, 예를 들어 제조 후의 녹색 화소(10G)에 포함되는 반도체 기판(13)의 영역(13G)의 두께가 LG(<LR), 제조 후의 청색 화소(10B)에 포함되는 반도체 기판(13)의 영역(13B)의 두께가 LB(<LG)로 되도록, 반도체 기판(13)을 부분적으로 얇게 한다. 이 공정에 의해, 영역(13R), 영역(13G), 영역(13B)의 순으로 두께가 얇아지는 반도체 기판(13)이 형성된다.
또한, 이러한 반도체 기판(13)을 부분적인 박형화에 의해, 제1 도전형 반도체층(15A)도 동시에 박형화된다. 따라서, 반도체층(15A)은 각각 전하 축적층(14)에 접하고, 또한 반도체 기판(13)의 이면으로부터 노출되도록 형성된다. 반도체 기판(13)의 두께는, 영역(13R, 13G, 13B)마다 다르기 때문에, 반도체층(15A)의 두께도 각각, 영역(13R, 13G, 13B)마다 다르다.
이와 같이 반도체 기판(13)의 이면에 요철을 형성한 후에, 도 6의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(13)의 이면 위에 평탄화층(17)을 형성하고, 계속해서 평탄화층(17) 위의 소정 위치에, 적색 필터층(11R), 녹색 필터층(11G) 및 청색 필터층(11B)을 형성한다. 적색 필터층(11R)은 제조 후의 고체 촬상 장치의 적색 화소(10R)에 포함되는 위치(예를 들어 반도체 기판(13)의 영역(13R)의 이면 상방)에 형성하고, 녹색 필터층(11G)은 제조 후의 고체 촬상 장치의 녹색 화소(10G)에 포함되는 위치(예를 들어 반도체 기판(13)의 영역(13G)의 이면 상방)에 형성하고, 청색 필터층(11B)은 제조 후의 고체 촬상 장치의 청색 화소(10B)에 포함되는 위치(예를 들어 반도체 기판(13)의 영역(13B)의 이면 상방)에 형성한다.
마지막으로, 적색 필터층(11R), 녹색 필터층(11G) 및 청색 필터층(11B) 위에 각각 마이크로 렌즈(18)를 형성하여, 도 1 및 도 2에 도시하는 고체 촬상 장치가 제조된다.
또한, 이 고체 촬상 장치의 제조 방법은, 상술한 제조 방법에 한정되지 않는다. 이하에, 도 7 및 도 8을 참조하여, 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법의 변형예에 대하여 설명한다. 도 7 및 도 8은 각각, 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법의 변형예를 설명하기 위한 도면으로서, 각 도의 (a)는 도 2의 (a)에 대응하는 단면도, 각 도의 (b)는 도 2의 (b)에 대응하는 단면도이다.
도 3의 (a), (b)에 나타내는 공정을 거친 후, 도 7의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(13) 전체를, 반도체 기판(13)이 소정의 두께가 될 때까지 이면으로부터 박형화한다. 변형예에 따른 제조 방법에 있어서, 소정의 두께는, 예를 들어 제조 후의 반도체 기판(13) 중, 가장 얇은 영역에서 필요한 두께이다. 본 실시예에 있어서는, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(13) 중, 청색 화소(10B)에 포함되는 영역(13B)의 두께 LB가 가장 얇기 때문에, 청색 화소(10B)에서 필요한 두께 LB로 되도록, 반도체 기판(13) 전체가 박형화된다.
이어서, 도 8의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 박형화된 반도체 기판(13)의 이면에 요철을 형성한다. 반도체 기판(13)의 이면의 요철은, 예를 들어 반도체 기판(13)과 동일 재료의 에피택셜 성장 등에 의해, 반도체 기판(13)을 부분적으로 두껍게 함으로써 설치한다.
구체적으로는, 제조 후의 고체 촬상 장치의 복수의 화소(10R, 10G, 10B)에 각각 포함되는 반도체 기판(13)의 영역(13R, 13G, 13B)의 두께가 서로 다르도록, 반도체 기판(13)을 부분적으로 두껍게 한다. 본 실시예에 있어서는, 예를 들어 제조 후의 녹색 화소(10G)에 포함되는 반도체 기판(13)의 영역(13G)의 두께가 LG(>LB), 제조 후의 적색 화소(10R)에 포함되는 반도체 기판(13)의 영역(13R)의 두께가 LR(>LG)로 되도록, 반도체 기판(13)을 부분적으로 두껍게 한다. 이 공정에 의해, 영역(13R), 영역(13G), 영역(13B)의 순으로 두께가 얇아지는 반도체 기판(13)이 형성된다.
또한, 이와 같이 반도체 기판(13)을 부분적으로 두껍게 해도, 제1 도전형 반도체층(15A)의 두께는, 도 7의 (a), (b)에 나타나는 반도체층(15A)의 두께로부터 변화하지 않는다. 따라서, 청색 화소(10B)에 포함되는 반도체 기판(13)의 영역(13B) 내의 반도체층(15A)은 전하 축적층(14)에 접하고, 또한 영역(13B)의 이면으로부터 노출되도록 형성되지만, 적색 화소(10R)에 포함되는 반도체 기판(13)의 영역(13R) 내의 반도체층(15A) 및 녹색 화소(10G)에 포함되는 반도체 기판(13)의 영역(13G) 내의 반도체층(15A)은 각각, 전하 축적층(14)에 접하고, 또한 영역(13R, 13G) 내에 매립되도록 형성된다. 반도체 기판(13)은 영역(13R, 13G, 13B)마다 두께가 다르지만, 모든 반도체층(15A)의 두께는 실질적으로 동일한 두께로 되어 있다.
이 후, 도 6의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(13)의 이면 위에 평탄화층(17)을 형성하고, 계속해서 평탄화층(17) 위의 소정 위치에, 적색 필터층(11R), 녹색 필터층(11G) 및 청색 필터층(11B)을 형성한다. 그리고, 마지막으로 적색 필터층(11R), 녹색 필터층(11G) 및 청색 필터층(11B) 위에 각각 마이크로 렌즈(18)를 형성한다. 이와 같이 해서, 도 1 및 도 2에 도시하는 고체 촬상 장치를 제조해도 된다.
또한, 이 제조 방법에 있어서는, 제조 후의 반도체 기판(13) 중, 가장 얇은 영역에서 필요한 두께에 맞춰서 반도체 기판(13)을 얇게 하기 때문에, 도 8의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(15A)도 이 공정에 따라서 얇아진다. 따라서, 도 8의 (a), (b)에 도시한 바와 같이 반도체 기판(13)의 이면에 요철을 형성한 후이며, 평탄화층(17)을 형성하기 전에, 필요에 따라, 도 2에 도시한 바와 같은 제1 도전형 반도체층(15A)을 더 형성해도 된다.
상술한 본 실시예에 따른 고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 제조 방법에 의하면, 각 화소(10R, 10G, 10B)가 각각 수광하는 광(R광, G광, B광)의 반도체 기판(13)에 대한 흡수 계수에 따라서, 반도체 기판(13)의 두께가, 각 화소(10R, 10G, 10B)마다 다르다. 반도체 기판(13)이 실리콘 기판인 경우, 반도체 기판(13)은, 영역(13B), 영역(13G), 영역(13R)의 순으로 두꺼워지도록 설치되어 있다. 따라서, 특히 R광을 수광하는 적색 화소(10R)의 감도를 향상시켜서, 고체 촬상 장치의 감도를 향상시킬 수 있음과 동시에, 특히 B광을 수광하는 청색 화소(10B)에서 발생하는 혼색을 억제하여, 고체 촬상 장치의 혼색을 억제할 수 있다.
상술한 제1 실시예에 있어서, 다른 화소군(12)에 각각 포함되는 예를 들어 적색 화소(10R)에서, 각 적색 화소(10R)에 포함되는 반도체 기판(13)의 영역(13R)의 두께 LR은, 실질적으로 동일하다. 마찬가지로, 다른 화소군(12)에 각각 포함되는 녹색 화소(10G)에서, 각 녹색 화소(10G)에 포함되는 반도체 기판(13)의 영역(13G)의 두께 LG는, 실질적으로 동일하고, 다른 화소군(12)에 각각 포함되는 청색 화소(10B)에서, 각 청색 화소(10B)에 포함되는 반도체 기판(13)의 영역(13B)의 두께 LB는, 실질적으로 동일하다. 그러나, 다른 화소군(12)에 각각 포함되는 예를 들어 적색 화소(10R)에서, 각 적색 화소(10R)에 포함되는 반도체 기판(13)의 영역(13R)의 두께 LR은, 반도체 기판(13)의 중앙부와 주변부에서 달라도 된다. 마찬가지로, 다른 화소군(12)에 각각 포함되는 녹색 화소(10G)에서, 각 녹색 화소(10G)에 포함되는 반도체 기판(13)의 영역(13G)의 두께 LG는, 반도체 기판(13)의 중앙부와 주변부에서 달라도 되고, 다른 화소군(12)에 각각 포함되는 청색 화소(10B)에서, 각 청색 화소(10B)에 포함되는 반도체 기판(13)의 영역(13B)의 두께 LB는, 반도체 기판(13)의 중앙부와 주변부에서 달라도 된다.
(제2 실시예)
도 9는 제2 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 주요부를 간략화하여 도시하는 상면도이다. 도 10은 도 9에 나타내는 고체 촬상 장치의 부분 단면도로서, (a)는 도 9의 일점쇄선 A-A'를 따른 단면도, (b)는 도 9의 일점쇄선 B-B'를 따른 단면도이다. 또한, 도 9에서도, 도 1과 마찬가지로, 마이크로 렌즈는 생략되어 있다.
도 9에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 고체 촬상 장치에 있어서, 반도체 기판의 중앙부에는, 도 1과 마찬가지인 화소군(22m)이 배치되고, 반도체 기판의 주변부에는, 반도체 기판의 두께를 제외하고 도 1과 마찬가지인 복수의 화소군(22o)이, 중앙부의 화소군(22m)을 둘러싸도록 배치되어 있다. 화소군(22m) 및 복수의 화소군(22o)은 2차원 배열되어 있다.
또한, 도 9에서는, 반도체 기판의 중앙부에 1개의 화소군(22m)이 배치되어 있지만, 반도체 기판의 중앙부에 복수개의 화소군(22m)이 2차원 배열되어 있어도 된다.
도 10의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(23)의 중앙부의 화소군(22m) 내에서, 반도체 기판(23)은, 적색 화소(20Rm)에 포함되는 영역(23Rm)의 두께, 녹색 화소(20Gm)에 포함되는 영역(23Gm)의 두께 및 청색 화소(20Bm)에 포함되는 영역(23Bm)의 두께가 서로 다르도록 설치되어 있다.
반도체 기판(23)이 실리콘 기판인 경우, 화소군(22m) 내에서, 적색 화소(20Rm)에 포함되는 영역(23Rm)의 두께 LRm은 가장 두껍게(도 10의 (a)), 청색 화소(20Bm)에 포함되는 영역(23Bm)의 두께 LBm은 가장 얇게 되어 있다(도 10의 (b)). 그리고, 녹색 화소(20Gm)에 포함되는 영역(23Gm)의 두께 LGm은, 영역(23Rm)보다 얇게, 또한 영역(23Bm)보다 두껍게 되어 있다(도 10의 (a), (b)).
각 영역(23Rm, 23Gm, 23Bm)의 두께 LRm, LGm, LBm은, 각 영역(23Rm, 23Gm, 23Bm)에 입사되는 광(R광, G광, B광)의 반도체 기판(23)에 대한 흡수 계수에 의존하여, 각 영역(23Rm, 23Gm, 23Bm)에 입사되는 광(R광, G광, B광)을 충분히 흡수할 수 있을 정도의 두께로 되어 있다. 또한, 각 영역(23Rm, 23Gm, 23Bm)의 두께 LRm, LGm, LBm은, 적색 화소(20Rm), 녹색 화소(20Gm) 및 청색 화소(20Bm)에서의 혼색을 충분히 억제할 수 있을 정도의 두께로 되어 있다.
반도체 기판(23)의 주변부의 화소군(22o) 내에서도 마찬가지로, 적색 화소(20Ro)에 포함되는 영역(23Ro)의 두께, 녹색 화소(20Go)에 포함되는 영역(23Go)의 두께 및 청색 화소(20Bo)에 포함되는 영역(23Bo)의 두께가 서로 다르다.
반도체 기판(23)이 실리콘 기판인 경우, 화소군(22o) 내에서, 적색 화소(20Ro)에 포함되는 영역(23Ro)의 두께 LRo는 가장 두껍게(도 10의 (a)), 청색 화소(20Bo)에 포함되는 영역(23Bo)의 두께 LBo는 가장 얇게 되어 있다(도 10의 (b)). 그리고, 녹색 화소(20Go)에 포함되는 영역(23Go)의 두께 LGo는, 영역(23Ro)보다 얇게, 또한 영역(23Bo)보다 두껍게 되어 있다(도 10의 (a), (b)).
그러나, 본 실시예에 따른 고체 촬상 장치에 있어서는, 주변부의 화소군(22o) 내의 적색 화소(20Ro)에 포함되는 영역(23Ro)의 두께 LRo가, 중앙부의 화소군(22m) 내의 적색 화소(20Rm)에 포함되는 영역(23Rm)의 두께 LRm보다 두껍게 되어 있다. 마찬가지로, 주변부의 화소군(22o) 내의 녹색 화소(20Go)에 포함되는 영역(23Go)의 두께 LGo는, 중앙부의 화소군(22m) 내의 녹색 화소(20Gm)에 포함되는 영역(23Gm)의 두께 LGm보다 두껍게 되어 있고, 주변부의 화소군(22o) 내의 청색 화소(20Bo)에 포함되는 영역(23Bo)의 두께 LBo는, 중앙부의 화소군(22m) 내의 청색 화소(20Bm)에 포함되는 영역(23Bm)의 두께 LBm보다 두껍게 되어 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 적색 필터층(11R), 녹색 필터층(11G), 청색 필터층(11B), 전하 축적층(14), 제1 도전형 반도체층(15A), 제2 도전형 반도체층(15B), 배선층(16), 평탄화층(17) 및 마이크로 렌즈(18)에 대해서는 각각, 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치와 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략함과 함께, 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치와 동일한 부호를 붙이고 있다.
이하에, 이 고체 촬상 장치의 제조 방법에 대해서, 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한다. 도 11 및 도 12는, 제2 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 각 도의 (a)는 도 10의 (a)에 대응하는 단면도, 각 도의 (b)는 도 10의 (b)에 대응하는 단면도이다.
우선, 도 3에 도시한 방법과 마찬가지로, 전하 축적층(14) 및 제1 도전형 반도체층(15A)이 형성된 반도체 기판(23)의 표면 위에 배선층(16)을 형성하고, 지지 기판(19)을, 반도체 기판(23)과 지지 기판(19) 사이에 배선층(16)이 개재되도록 부착한다.
이어서, 도 11의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(23) 전체를 이면으로부터 박형화한다. 반도체 기판(23)은, 소정의 두께가 될 때까지 박형화된다. 소정의 두께란, 예를 들어 제조 후의 반도체 기판(23) 중, 가장 두꺼운 영역에서 필요한 두께이다. 본 실시예에 있어서는, 도 10의 (a)에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(23) 중, 주변부의 화소군(22o) 내의 적색 화소(20Ro)에 포함되는 영역(23Ro)의 두께 LRo가 가장 두껍기 때문에, 적색 화소(20Ro)에서 필요한 두께 LRo로 되도록, 반도체 기판(23) 전체가 박형화된다.
또한, 소정의 두께란, 제조 후의 반도체 기판(23) 중, 가장 얇은 영역에서 필요한 두께여도 된다. 본 실시예에 있어서는, 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(23) 중, 중앙부의 화소군(22m) 내의 청색 화소(20Bm)에 포함되는 영역(23Bm)의 두께 LBm이 가장 얇기 때문에, 청색 화소(20Bm)에서 필요한 두께 LBm으로 되도록, 반도체 기판(23) 전체를 박형화해도 된다.
이어서, 도 12의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 박형화된 반도체 기판(23)의 이면에 요철을 설치한다. 반도체 기판(23)의 이면의 요철은, 예를 들어 에칭 또는 에피택셜 성장 등에 의해 설치한다. 도 11의 (a), (b)에 나타내는 공정에서, 반도체 기판(23) 전체를, 적색 화소(20Ro)에서 필요한 두께 LRo로 되도록 박형화한 경우, 요철은, 에칭 등에 의해 반도체 기판(23)을 부분적으로 얇게 함으로써 설치된다. 또한, 도 11의 (a), (b)에 나타내는 공정에서, 반도체 기판(23) 전체를, 청색 화소(20Bm)에서 필요한 두께 LBm으로 되도록 박형화한 경우, 요철은, 에피택셜 성장 등에 의해 반도체 기판(23)을 부분적으로 두껍게 함으로써 설치된다.
구체적으로는, 제조 후의 고체 촬상 장치의 중앙부의 화소군(22m) 내의 적색 화소(20Rm), 녹색 화소(20Gm), 청색 화소(20Bm)에 각각 포함되는 반도체 기판(23)의 영역(23Rm, 23Gm, 23Bm)의 두께가 서로 다름과 함께, 제조 후의 고체 촬상 장치의 주변부의 화소군(22o) 내의 적색 화소(20Ro), 녹색 화소(20Go), 청색 화소(20Bo)에 각각 포함되는 반도체 기판(23)의 영역(23Ro, 23Go, 23Bo)의 두께가 서로 다르도록, 요철을 형성한다. 또한, 주변부의 화소군(22o) 내의 적색 화소(20Ro)에 포함되는 반도체 기판(23)의 영역(23Ro)의 두께가, 중앙부의 화소군(22m) 내의 적색 화소(20Rm)에 포함되는 반도체 기판(23)의 영역(23Rm)의 두께와 다르고, 주변부의 화소군(22o) 내의 녹색 화소(20Go)에 포함되는 반도체 기판(23)의 영역(23Go)의 두께가, 중앙부의 화소군(22m) 내의 녹색 화소(20Gm)에 포함되는 반도체 기판(23)의 영역(23Gm)의 두께와 다르고, 주변부의 화소군(22o) 내의 청색 화소(20Bo)에 포함되는 반도체 기판(23)의 영역(23Bo)의 두께가, 중앙부의 화소군(22m) 내의 청색 화소(20Bm)에 포함되는 반도체 기판(23)의 영역(23Bm)의 두께와 다르도록, 요철을 형성한다.
본 실시예에 있어서는, 예를 들어 고체 촬상 장치 제조 후의 중앙부의 화소군(22m) 내에서, 적색 화소(20Rm)로 되는 반도체 기판(23)의 영역(23Rm)의 두께 LRm이, 녹색 화소(20Gm)로 되는 반도체 기판(23)의 영역(23Gm)의 두께 LGm보다 두껍고, 녹색 화소(20Gm)로 되는 반도체 기판(23)의 영역(23Gm)의 두께 LGm이, 청색 화소(20Bm)로 되는 반도체 기판(23)의 영역(23Bm)의 두께 LBm보다 두꺼워지도록 요철을 형성함과 함께, 고체 촬상 장치 제조 후의 주변부의 화소군(22o) 내에서도 마찬가지로, 적색 화소(20Ro)로 되는 반도체 기판(23)의 영역(23Ro)의 두께 LRo가, 녹색 화소(20Go)로 되는 반도체 기판(23)의 영역(23Go)의 두께 LGo보다 두껍고, 녹색 화소(20Go)로 되는 반도체 기판(23)의 영역(23Go)의 두께 LGo가, 청색 화소(20Bo)로 되는 반도체 기판(23)의 영역(23Bo)의 두께 LBo보다 두꺼워지도록 요철을 형성하며, 또한, 본 실시예에 있어서는, 주변부의 화소군(22o) 내의 적색 화소(20Ro)에 포함되는 반도체 기판(23)의 영역(23Ro)의 두께 LRo가, 중앙부의 화소군(22m) 내의 적색 화소(20Rm)에 포함되는 반도체 기판(23)의 영역(23Rm)의 두께 LRm보다 두껍고, 주변부의 화소군(22o) 내의 녹색 화소(20Go)에 포함되는 반도체 기판(23)의 영역(23Go)의 두께 LGo가, 중앙부의 화소군(22m) 내의 녹색 화소(20Gm)에 포함되는 반도체 기판(23)의 영역(23Gm)의 두께 LGm보다 두껍고, 주변부의 화소군(22o) 내의 청색 화소(20Bo)에 포함되는 반도체 기판(23)의 영역(23Bo)의 두께 LBo가, 중앙부의 화소군(22m) 내의 청색 화소(20Bm)에 포함되는 반도체 기판(23)의 영역(23Bm)의 두께 LBm보다 두꺼워지도록, 요철을 형성한다. 이 공정에 의해, 동일한 화소군 내에서는, 영역(23Rm, 23Ro), 영역(23Gm, 23Go), 영역(23Bm, 23Bo)의 순으로 두께가 두꺼워지고, 다른 화소군 사이에서는, 영역(23Ro)이 영역(23Rm)보다 두껍고, 영역(23Go)이 영역(23Gm)보다 두껍고, 또한 영역(23Bo)이 영역(23Bm)보다 두꺼워지는 반도체 기판(23)이 형성된다.
이와 같이 반도체 기판(23)의 이면에 요철을 형성한 후에, 도 6의 (a), (b)에 나타내는 공정과 마찬가지로, 반도체 기판(23)의 이면 위에 평탄화층(17)을 형성하고, 계속해서 평탄화층(17) 위의 소정 위치에, 적색 필터층(11R), 녹색 필터층(11G) 및 청색 필터층(11B)을 형성한다. 마지막으로, 적색 필터층(11R), 녹색 필터층(11G) 및 청색 필터층(11B) 위에 각각 마이크로 렌즈(18)를 형성하여, 도 9 및 도 10에 나타내는 고체 촬상 장치가 제조된다.
상술한 본 실시예에 따른 고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 제조 방법에 있어서도, 각 화소(20Rm, 20Ro, 20Gm, 20Go, 20Bm, 20Bo)가 각각 수광하는 광(R광, G광, B광)의 반도체 기판(23)에 대한 흡수 계수에 따라서, 동일 화소군(22m, 22o) 내에서의 반도체 기판(23)의 두께가, 각 화소(20Rm, 20Ro, 20Gm, 20Go, 20Bm, 20Bo)마다 다르다. 반도체 기판(23)이 실리콘 기판인 경우, 반도체 기판(23)은, 동일한 화소군(22m, 22o) 내에서, 영역(23Bm, 23Bo), 영역(23Gm, 23Go), 영역(23Rm, 23Ro)의 순으로 두꺼워지도록 설치되어 있다. 따라서, 특히 R광을 수광하는 적색 화소(20Rm, 20Ro)의 감도를 향상시켜서, 고체 촬상 장치의 감도를 향상시킬 수 있음과 동시에, 특히 B광을 수광하는 청색 화소(20Bm, 20Bo)에서 발생하는 혼색을 억제하여, 고체 촬상 장치의 혼색을 억제할 수 있다.
또한, 제2 실시예에 따른 고체 촬상 장치에 있어서는, 주변부의 화소군(22o) 내의 적색 화소(20Ro)에 포함되는 반도체 기판(23)의 영역(23Ro)의 두께 LRo가, 중앙부의 화소군(22m) 내의 적색 화소(20Rm)에 포함되는 반도체 기판(23)의 영역(23Rm)의 두께 LRm보다 두껍고, 주변부의 화소군(22o) 내의 녹색 화소(20Go)에 포함되는 반도체 기판(23)의 영역(23Go)의 두께 LGo가, 중앙부의 화소군(22m) 내의 녹색 화소(20Gm)에 포함되는 반도체 기판(23)의 영역(23Gm)의 두께 LGm보다 두껍고, 또한 주변부의 화소군(22o) 내의 청색 화소(20Bo)에 포함되는 반도체 기판(23)의 영역(23Bo)의 두께 LBo가, 중앙부의 화소군(22m) 내의 청색 화소(20Bm)에 포함되는 반도체 기판(23)의 영역(23Bm)의 두께 LBm보다 두껍게 되어 있다. 따라서, 주변부의 화소군(22o)에 포함되는 각 화소(20Ro, 20Go, 20Bo)의 감도를 향상시킬 수 있다. 이 결과, 각 화소(20Ro, 20Go, 20Bo)의 감도와, 중앙부의 화소군(22m)에 포함되는 각 화소(20Rm, 20Gm, 20Bm)의 감도의 차를 작게 할 수 있다. 이하에, 주변부의 화소군(22o)에 포함되는 각 화소(20Ro, 20Go, 20Bo)의 감도를 향상시킬 수 있는 이유를 설명한다.
도 13의 (a), (b)는 각각, 주변부의 화소군(22o)에 포함되는 각 화소(20Ro, 20Go, 20Bo)의 감도를 향상시킬 수 있는 이유를 설명하기 위한 도면으로서, 중앙부의 화소군(22m) 내의 임의의 1 화소에 포함되는 반도체 기판(23m) 및 주변부의 화소군(22o) 내의 임의의 1 화소에 포함되는 반도체 기판(23o)을, 모식적으로 도시하는 도면이다. 단, 중앙부의 화소군(22m) 내의 임의의 1 화소와, 주변부의 화소군(22o) 내의 임의의 1 화소란, 동일 색의 화소인 것으로 한다.
도 13의 (a)에 도시한 바와 같이, 중앙부의 화소군(22m) 내의 임의의 1 화소에 포함되는 반도체 기판(23m)에는, 반도체 기판(23m)의 이면에 대하여 거의 수직 방향으로부터 광 S가 입사된다. 따라서, 반도체 기판(23m)의 두께가, 이 기판(23m)에 입사되는 광 S를 충분히 흡수할 수 있는 두께이면, 중앙부의 화소군(22m) 내의 임의의 1 화소의 감도를, 원하는 감도로 할 수 있다.
그러나, 주변부의 화소군(22o) 내의 임의의 1 화소에 포함되는 반도체 기판(23o)에는, 반도체 기판(23o)의 이면에 대하여 경사 방향으로부터 광 S가 입사된다. 그리고, 입사된 광 S는, 반도체 기판(23o)을 비스듬히 가로지른다. 따라서, 반도체 기판(23o)의 두께를, 반도체 기판(23m)의 두께와 동일한 두께로 한 경우에도, 반도체 기판(23o)에 입사되는 광 S가, 반도체 기판(23o) 내를 진행하는 거리 L1은 짧다. 이로 인해, 광 S는 반도체 기판(23o)에 충분히 흡수되지 않는다. 따라서, 주변부의 화소군(22o) 내의 화소의 감도는, 중앙부의 화소군(22m) 내의 화소의 감도보다 저하한다. 이 결과, 주변부의 화소군(22o) 내의 화소의 감도는, 중앙부의 화소군(22m) 내의 화소의 감도와 다르다.
이에 반해, 도 13의 (b)에 도시한 바와 같이, 주변부의 화소군(22o) 내의 임의의 1 화소에 포함되는 반도체 기판(23o)의 두께를, 중앙부의 화소군(22m) 내의 임의의 1 화소에 포함되는 반도체 기판(23m)보다 두껍게 하면, 반도체 기판(23o)의 이면에 대하여 경사 방향으로부터 광 S가 입사되어도, 광 S가 반도체 기판(23o) 내를 진행하는 거리 L2을 L1보다 길게 할 수 있다. 이로 인해, 광 S를 반도체 기판(23o)에 충분히 흡수시킬 수 있다. 따라서, 주변부의 화소군(22o) 내의 화소의 감도를 향상시킬 수 있다. 이 결과, 중앙부의 화소군(22m) 내의 화소의 감도와, 주변부의 화소군(22o) 내의 화소의 감도의 차를 작게 할 수 있다.
상술한 이유에 의해, 제2 실시예에 따른 고체 촬상 장치에 있어서는, 주변부의 화소군(22o)에 포함되는 각 화소(20Ro, 20Go, 20Bo)의 감도를 향상시킬 수 있다.
(제3 실시예)
제3 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 상면도는, 도 9와 마찬가지이므로 도시를 생략한다. 이하에, 도 9 및 도 14를 참조하여, 제3 실시예에 따른 고체 촬상 장치를 설명한다. 도 14는 제3 실시예에 따른 고체 촬상 장치를 도시하는 부분 단면도로서, (a)는 도 9의 일점쇄선 A-A'를 따른 단면도, (b)는 도 9의 일점쇄선 B-B'를 따른 단면도이다.
도면에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 고체 촬상 장치에 있어서, 반도체 기판의 중앙부에는, 도 1과 마찬가지인 화소군(32m)이 배치되고, 반도체 기판의 주변부에는, 반도체 기판의 두께를 제외하고 도 1과 마찬가지인 복수의 화소군(32o)이, 중앙부의 화소군(32m)을 둘러싸도록 배치되어 있다. 화소군(32m) 및 복수의 화소군(32o)은, 2차원 배열되어 있다.
또한, 도 9에서는, 반도체 기판의 중앙부에 1개의 화소군(32m)이 배치되어 있지만, 반도체 기판의 중앙부에 복수개의 화소군(32m)이 2차원 배열되어 있어도 된다.
도 14의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(33)의 중앙부의 화소군(32m) 내에서, 반도체 기판(33)은, 적색 화소(30Rm)에 포함되는 영역(33Rm)의 두께, 녹색 화소(30Gm)에 포함되는 영역(33Gm)의 두께 및 청색 화소(30Bm)에 포함되는 영역(33Bm)의 두께가 서로 다른 것이다.
반도체 기판(33)이 실리콘 기판인 경우, 화소군(32m) 내에서, 적색 화소(30Rm)에 포함되는 영역(33Rm)의 두께 LRm은 가장 두껍게(도 14의 (a)), 청색 화소(30Bm)에 포함되는 영역(33Bm)의 두께 LBm은 가장 얇게 되어 있다(도 14의 (b)). 그리고, 녹색 화소(30Gm)에 포함되는 영역(33Gm)의 두께 LGm은, 영역(33Rm)보다 얇게, 또한 영역(33Bm)보다 두껍게 되어 있다(도 14의 (a), (b)).
각 영역(33Rm, 33Gm, 33Bm)의 두께 LRm, LGm, LBm은, 각 영역(33Rm, 33Gm, 33Bm)에 입사되는 광(R광, G광, B광)의 반도체 기판(33)에 대한 흡수 계수에 의존하여, 각 영역(33Rm, 33Gm, 33Bm)에 입사되는 광(R광, G광, B광)을 충분히 흡수할 수 있을 정도의 두께로 되어 있다. 또한, 영역(33Rm, 33Gm, 33Bm)의 두께 LRm, LGm, LBm은, 적색 화소(30Rm), 녹색 화소(30Gm) 및 청색 화소(30Bm)에 있어서의 혼색을 충분히 억제할 수 있을 정도의 두께로 되어 있다.
반도체 기판(33)의 주변부의 화소군(32o) 내에서도 마찬가지로, 적색 화소(30Ro)에 포함되는 영역(33Ro)의 두께, 녹색 화소(30Go)에 포함되는 영역(33Go)의 두께 및 청색 화소(30Bo)에 포함되는 영역(33Bo)의 두께가 서로 다르다.
반도체 기판(33)이 실리콘 기판인 경우, 화소군(32o) 내에서, 적색 화소(30Ro)에 포함되는 영역(33Ro)의 두께 LRo는 가장 두껍게(도 14의 (a)), 청색 화소(30Bo)에 포함되는 영역(33Bo)의 두께 LBo는 가장 얇게 되어 있다(도 14의 (b)). 그리고, 녹색 화소(30Go)에 포함되는 영역(33Go)의 두께 LGo는, 영역(33Ro)보다 얇게, 또한 영역(33Bo)보다 두껍게 되어 있다(도 14의 (a), (b)).
그러나, 본 실시예에 따른 고체 촬상 장치에 있어서는, 주변부의 화소군(32o) 내의 적색 화소(30Ro)에 포함되는 영역(33Ro)의 두께 LRo가, 중앙부의 화소군(32m) 내의 적색 화소(30Rm)에 포함되는 영역(33Rm)의 두께 LRm보다 얇게 되어 있다. 마찬가지로, 주변부의 화소군(32o) 내의 녹색 화소(30Go)에 포함되는 영역(33Go)의 두께 LGo는, 중앙부의 화소군(32m) 내의 녹색 화소(30Gm)에 포함되는 영역(33Gm)의 두께 LGm보다 얇게 되어 있고, 주변부의 화소군(32o) 내의 청색 화소(30Bo)에 포함되는 영역(33Bo)의 두께 LBo는, 중앙부의 화소군(32m) 내의 청색 화소(30Bm)에 포함되는 영역(33Bm)의 두께 LBm보다 얇게 되어 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 적색 필터층(11R), 녹색 필터층(11G), 청색 필터층(11B), 전하 축적층(14), 제1 도전형 반도체층(15A), 제2 도전형 반도체층(15B), 배선층(16), 평탄화층(17) 및 마이크로 렌즈(18)에 대해서는 각각, 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치와 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략함과 함께, 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치와 동일한 부호를 붙이고 있다.
이하에, 이 고체 촬상 장치의 제조 방법에 대해서, 도 15 및 도 16을 참조하여 설명한다. 도 15 및 도 16은 제3 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 각 도의 (a)는 도 14의 (a)에 대응하는 단면도, 각 도의 (b)는 도 14의 (b)에 대응하는 단면도이다.
우선, 도 3에 도시한 방법과 마찬가지로, 전하 축적층(14) 및 제1 도전형 반도체층(15A)이 형성된 반도체 기판(33)의 표면 위에 배선층(16)을 형성하고, 지지 기판(19)을, 반도체 기판(33)과 지지 기판(19) 사이에 배선층(16)이 개재되도록 부착한다.
이어서, 도 15의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(33) 전체를 이면으로부터 박형화한다. 반도체 기판(33)은, 소정의 두께가 될 때까지 박형화된다. 소정의 두께란, 예를 들어 제조 후의 반도체 기판(33) 중, 가장 두꺼운 영역에서 필요한 두께이다. 본 실시예에 있어서는, 도 14의 (a)에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(33) 중, 중앙부의 화소군(32m) 내의 적색 화소(30Rm)에 포함되는 영역(33Rm)의 두께 LRm이 가장 두껍기 때문에, 적색 화소(30Rm)에서 필요한 두께 LRm으로 되도록, 반도체 기판(33) 전체가 박형화된다.
또한, 소정의 두께란, 제조 후의 반도체 기판(33) 중, 가장 얇은 영역에서 필요한 두께여도 된다. 즉, 본 실시예에 있어서는, 도 14의 (b)에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(33) 중, 주변부의 화소군(32o) 내의 청색 화소(30Bo)에 포함되는 영역(33Bo)의 두께 LBo가 가장 얇기 때문에, 청색 화소(30Bo)에서 필요한 두께 LBo로 되도록, 반도체 기판(33) 전체를 박형화해도 된다.
이어서, 도 16의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 박형화된 반도체 기판(33)의 이면에 요철을 설치한다. 요철은, 예를 들어 에칭 또는 에피택셜 성장 등에 의해 설치한다. 도 15의 (a), (b)에 나타내는 공정에서, 반도체 기판(33) 전체를, 적색 화소(30Rm)에서 필요한 두께 LRm으로 되도록 박형화한 경우, 요철은, 에칭 등에 의해 반도체 기판(33)을 부분적으로 얇게 함으로써 설치된다. 또한, 도 15의 (a), (b)에 나타내는 공정에서, 반도체 기판(33) 전체를, 청색 화소(30Bo)에서 필요한 두께 LBo로 되도록 박형화한 경우, 요철은, 에피택셜 성장 등에 의해 반도체 기판(33)을 부분적으로 두껍게 함으로써 설치된다.
구체적으로는, 제조 후의 고체 촬상 장치의 중앙부의 화소군(32m) 내의 적색 화소(30Rm), 녹색 화소(30Gm), 청색 화소(30Bm)에 각각 포함되는 반도체 기판(33)의 영역(33Rm, 33Gm, 33Bm)의 두께가 서로 다름과 함께, 제조 후의 고체 촬상 장치의 주변부의 화소군(32o) 내의 적색 화소(30Ro), 녹색 화소(30Go), 청색 화소(30Bo)에 각각 포함되는 반도체 기판(33)의 영역(33Ro, 33Go, 33Bo)의 두께가 서로 다르도록, 요철을 형성한다. 또한, 주변부의 화소군(32o) 내의 적색 화소(30Ro)에 포함되는 반도체 기판(33)의 영역(33Ro)의 두께가, 중앙부의 화소군(32m) 내의 적색 화소(30Rm)에 포함되는 반도체 기판(33)의 영역(33Rm)의 두께와 다르고, 주변부의 화소군(32o) 내의 녹색 화소(30Go)에 포함되는 반도체 기판(33)의 영역(33Go)의 두께가, 중앙부의 화소군(32m) 내의 녹색 화소(30Gm)에 포함되는 반도체 기판(33)의 영역(33Gm)의 두께와 다르고, 주변부의 화소군(32o) 내의 청색 화소(30Bo)에 포함되는 반도체 기판(33)의 영역(33Bo)의 두께가, 중앙부의 화소군(32m) 내의 청색 화소(30Bm)에 포함되는 반도체 기판(33)의 영역(33Bm)의 두께와 다르도록, 요철을 형성한다.
본 실시예에 있어서는, 예를 들어 고체 촬상 장치 제조 후의 중앙부의 화소군(32m) 내에서, 적색 화소(30Rm)로 되는 반도체 기판(33)의 영역(33Rm)의 두께 LRm이, 녹색 화소(30Gm)로 되는 반도체 기판(33)의 영역(33Gm)의 두께 LGm보다 두껍고, 녹색 화소(30Gm)로 되는 반도체 기판(33)의 영역(33Gm)의 두께 LGm이, 청색 화소(30Bm)로 되는 반도체 기판(33)의 영역(33Bm)의 두께 LBm보다 두꺼워지도록 요철을 형성함과 함께, 고체 촬상 장치 제조 후의 주변부의 화소군(32o) 내에서도 마찬가지로, 적색 화소(30Ro)로 되는 반도체 기판(33)의 영역(33Ro)의 두께 LRo가, 녹색 화소(30Go)로 되는 반도체 기판(33)의 영역(33Go)의 두께 LGo보다 두껍고, 녹색 화소(30Go)로 되는 반도체 기판(33)의 영역(33Go)의 두께 LGo가, 청색 화소(30Bo)로 되는 반도체 기판(33)의 영역(33Bo)의 두께 LBo보다 두꺼워지도록 요철을 형성하며, 또한, 본 실시예에 있어서는, 주변부의 화소군(32o) 내의 적색 화소(30Ro)에 포함되는 반도체 기판(33)의 영역(33Ro)의 두께 LRo가, 중앙부의 화소군(32m) 내의 적색 화소(30Rm)에 포함되는 반도체 기판(33)의 영역(33Rm)의 두께 LRm보다 얇고, 주변부의 화소군(32o) 내의 녹색 화소(30Go)에 포함되는 반도체 기판(33)의 영역(33Go)의 두께 LGo가, 중앙부의 화소군(32m) 내의 녹색 화소(30Gm)에 포함되는 반도체 기판(33)의 영역(33Gm)의 두께 LGm보다 얇고, 주변부의 화소군(32o) 내의 청색 화소(30Bo)에 포함되는 반도체 기판(33)의 영역(33Bo)의 두께 LBo가, 중앙부의 화소군(32m) 내의 청색 화소(30Bm)에 포함되는 반도체 기판(33)의 영역(33Bm)의 두께 LBm보다 얇아지도록, 요철을 형성한다. 이 공정에 의해, 동일한 화소군 내에서는, 영역(33Rm, 33Ro), 영역(33Gm, 33Go), 영역(33Bm, 33Bo)의 순으로 두께가 두꺼워지고, 다른 화소군 사이에서는, 영역(33Ro)이 영역(33Rm)보다 얇고, 영역(33Go)이 영역(33Gm)보다 얇고, 또한 영역(33Bo)이 영역(33Bm)보다 얇아지는 반도체 기판(33)이 형성된다.
이와 같이 반도체 기판(33)의 이면에 요철을 형성한 후에, 도 6의 (a), (b)에 나타내는 공정과 마찬가지로, 반도체 기판(33)의 이면 위에 평탄화층(17)을 형성하고, 계속해서 평탄화층(17) 위의 소정 위치에, 적색 필터층(11R), 녹색 필터층(11G) 및 청색 필터층(11B)을 형성한다. 마지막으로, 적색 필터층(11R), 녹색 필터층(11G) 및 청색 필터층(11B) 위에 각각 마이크로 렌즈(18)를 형성하여, 도 9 및 도 14에 도시하는 고체 촬상 장치가 제조된다.
상술한 본 실시예에 따른 고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 제조 방법에 있어서도, 각 화소(30Rm, 30Ro, 30Gm, 30Go, 30Bm, 30Bo)가 각각 수광하는 광(R광, G광, B광)의 반도체 기판(33)에 대한 흡수 계수에 따라서, 동일한 화소군(32m, 32o) 내에서의 반도체 기판(33)의 두께가, 각 화소(30Rm, 30Ro, 30Gm, 30Go, 30Bm, 30Bo)마다 다르다. 반도체 기판(33)이 실리콘 기판인 경우, 반도체 기판(33)은, 동일한 화소군(32m, 32o) 내에서, 영역(33Bm, 33Bo), 영역(33Gm, 33Go), 영역(33Rm, 33Ro)의 순으로 두꺼워지도록 설치되어 있다. 따라서, 특히 R광을 수광하는 적색 화소(30Rm, 30Ro)의 감도를 향상시켜서, 고체 촬상 장치의 감도를 향상시킬 수 있음과 동시에, 특히 B광을 수광하는 청색 화소(30Bm, 30Bo)에서 발생하는 혼색을 억제하여, 고체 촬상 장치의 혼색을 억제할 수 있다.
또한, 제3 실시예에 따른 고체 촬상 장치에 있어서는, 주변부의 화소군(32o) 내의 적색 화소(30Ro)에 포함되는 반도체 기판(33)의 영역(33Ro)의 두께 LRo가, 중앙부의 화소군(32m) 내의 적색 화소(30Rm)에 포함되는 반도체 기판(33)의 영역(33Rm)의 두께 LRm보다 얇고, 주변부의 화소군(32o) 내의 녹색 화소(30Go)에 포함되는 반도체 기판(33)의 영역(33Go)의 두께 LGo가, 중앙부의 화소군(32m) 내의 녹색 화소(30Gm)에 포함되는 반도체 기판(33)의 영역(33Gm)의 두께 LGm보다 얇고, 또한 주변부의 화소군(32o) 내의 청색 화소(30Bo)에 포함되는 반도체 기판(33)의 영역(33Bo)의 두께 LBo가, 중앙부의 화소군(32m) 내의 청색 화소(30Bm)에 포함되는 반도체 기판(33)의 영역(33Bm)의 두께 LBm보다 얇아지고 있다. 따라서, 주변부의 화소군(32o)에 포함되는 각 화소(30Ro, 30Go, 30Bo)에서 발생하는 혼색을 억제할 수 있다. 이하에, 주변부의 화소군(32o)에 포함되는 각 화소(30Ro, 30Go, 30Bo)에서 발생하는 혼색을 억제할 수 있는 이유를 설명한다.
도 17의 (a), (b)는 각각, 주변부의 화소군(32o)에 포함되는 각 화소(30Ro, 30Go, 30Bo)에서 발생하는 혼색을 억제할 수 있는 이유를 설명하기 위한 도면으로서, 중앙부의 화소군(32m) 내의 임의의 1 화소에 포함되는 반도체 기판(33m) 및 주변부의 화소군(32o) 내의 임의의 1 화소에 포함되는 반도체 기판(33o)을, 모식적으로 도시하는 도면이다. 단, 중앙부의 화소군(32m) 내의 임의의 1 화소와, 주변부의 화소군(32o) 내의 임의의 1 화소란, 동일 색의 화소인 것으로 한다.
도 17의 (a)에 도시한 바와 같이, 중앙부의 화소군(32m) 내의 임의의 1 화소에 포함되는 반도체 기판(33m)에는, 반도체 기판(33m)의 이면에 대하여 거의 수직 방향으로부터 광 S가 입사된다. 따라서, 반도체 기판(33m)의 두께가, 혼색을 저감할 수 있는 두께이면, 중앙부의 화소군(32m) 내의 임의의 1 화소에서 발생하는 혼색을 억제할 수 있다.
그러나, 주변부의 화소군(32o) 내의 임의의 1 화소에 포함되는 반도체 기판(33o)에는, 반도체 기판(33o)의 이면에 대하여 경사 방향으로부터 광 S가 입사된다. 그리고, 입사된 광 S는, 반도체 기판(33o)을 비스듬히 가로지른다. 따라서, 반도체 기판(33o)의 두께를, 반도체 기판(33m)의 두께와 동일한 두께로 한 경우, 반도체 기판(33o)에 입사되는 광 S는, 이 화소에 인접하는 다른 화소 내에 침입한다. 따라서, 주변부의 화소군(32o) 내의 각 화소는, 중앙부의 화소군(32m) 내의 각 화소보다 혼색이 많이 발생한다.
이에 반해, 도 17의 (b)에 도시한 바와 같이, 주변부의 화소군(32o) 내의 임의의 1 화소에 포함되는 반도체 기판(33o)의 두께를, 중앙부의 화소군(32m) 내의 임의의 1 화소에 포함되는 반도체 기판(33m)보다 얇게 하면, 반도체 기판(33o)의 이면에 대하여 경사 방향으로부터 입사된 광 S는, 인접하는 다른 화소에 침입하기 전에, 광 S가 입사된 화소의 반도체 기판(33o)의 표면으로부터 외부에 출사된다. 이로 인해, 주변부의 화소군(32o) 내의 각 화소에서 발생하는 혼색을 억제할 수 있다.
상술한 이유에 의해, 제3 실시예에 따른 고체 촬상 장치에 있어서는, 주변부의 화소군(32o)에 포함되는 각 화소(30Ro, 30Go, 30Bo)에서 발생하는 혼색을 억제할 수 있다.
이상의 제1 내지 제3 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 설명은, 고체 촬상 장치 중 화소 어레이에 관한 설명이다. 따라서, 이하의 설명에 있어서, 제1 내지 제3 실시예에 따른 고체 촬상 장치를 화소 어레이라고 칭하고, 이 화소 어레이를 포함하는 고체 촬상 장치 전체를, 고체 촬상 장치라고 칭한다.
이하에, 제1 내지 제3 실시예에 따른 고체 촬상 장치를 적용한 디지털 카메라에 대하여 설명한다.
(다른 실시예)
도 18은 제1 내지 제3 실시예에 따른 고체 촬상 장치를 화소 어레이에 적용한 고체 촬상 장치 전체의 개략 구성을 도시하는 블록도이다. 도 18에 나타내는 고체 촬상 장치(40)는, 신호 처리 회로(41) 및 촬상 소자인 이미지 센서(42)를 구비한다. 이미지 센서(42)는, 예를 들어 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서이다. 이미지 센서(42)는 CMOS 이미지 센서 외에, CCD(Charge Coupled Device)여도 상관없다.
이미지 센서(42)는 제1 내지 제3 실시예에 따른 고체 촬상 장치 중 어느 하나를 적용한 화소 어레이(43), 수직 시프트 레지스터(44p), 수평 시프트 레지스터(44h), 타이밍 제어부(45), 상관 이중 샘플링부(CDS)(46), 자동 이득 제어부(AGC)(47) 및 아날로그/디지털 변환부(ADC)(48)를 갖는다.
화소 어레이(43)는 이미지 센서(42)의 촬상 영역에 설치되어 있다. 화소 어레이(43)는 상술한 각 실시예에 있어서 설명한 바와 같이, 수평 방향(행방향) 및 수직 방향(열방향)으로 어레이 형상으로 배치된 복수의 화소로 이루어진다.
또한, 신호 처리 회로(41)는, 하이 다이내믹 레인지(HDR) 합성 회로(49)를 갖는다.
도 19는, 도 18에 나타내는 고체 촬상 장치(40)를 구비하는 디지털 카메라(50)의 개략 구성을 도시하는 블록도이다. 도 19에 도시한 바와 같이, 디지털 카메라(50)는, 카메라 모듈(51) 및 후단 처리부(52)를 갖는다. 카메라 모듈(51)은, 촬상 광학계(53) 및 고체 촬상 장치(40)를 갖는다. 후단 처리부(52)는 이미지 시그널 프로세서(image signal processor;ISP)(54), 기억부(55) 및 표시부(56)를 갖는다. 카메라 모듈(51)은, 디지털 카메라(50) 이외에, 예를 들어 카메라 휴대폰 단말기 등의 전자 기기에 적용된다.
촬상 광학계(53)는 피사체로부터의 광을 받아들여, 피사체상을 결상시킨다.고체 촬상 장치(40)는, 피사체상을 촬상한다. ISP(54)는 고체 촬상 장치(40)에서의 촬상에 의해 얻어진 화상 신호의 신호 처리를 실시한다. 기억부(55)는 ISP(54)에서의 신호 처리를 거친 화상을 저장한다. 기억부(55)는 유저의 조작 등에 따라서 표시부(56)에 화상 신호를 출력한다. 표시부(56)는 ISP(54) 혹은 기억부(55)로부터 입력되는 화상 신호에 따라서 화상을 표시한다. 표시부(56)는, 예를 들어 액정 디스플레이이다.
도 20은 도 19에 나타내는 디지털 카메라(50)의 개략 구성을 도시하는 도면이다. 도 20에 도시한 바와 같이, 피사체로부터 디지털 카메라(50)의 촬상 광학계(53)로 입사한 광은, 메인 미러(101), 서브 미러(102) 및 메카니컬 셔터(106)를 거쳐서 고체 촬상 장치(40)로 진행한다. 디지털 카메라(50)는 고체 촬상 장치(40)에서 피사체상을 촬상한다.
서브 미러(102)에서 반사한 광은, 오토 포커스(AF) 센서(103)로 진행한다. 디지털 카메라(100)는, AF 센서(103)에서의 검출 결과를 사용하는 포커스 조정을 행한다. 메인 미러(101)에서 반사한 광은, 렌즈(104) 및 프리즘(105)을 거쳐서 파인더(108)로 진행한다.
상술한 디지털 카메라에 따르면, 감도의 향상과 혼색의 저감을 동시에 실현할 수 있는 고체 촬상 장치(40)를 사용하므로, 고품질의 디지털 카메라를 제공할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하지 않는다. 이들 신규의 실시 형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허 청구 범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.
Claims (20)
- 반도체 기판의 표면에 설치된 전하 축적층 및 상기 반도체 기판의 이면측에 설치된 필터층을 각각이 갖는 복수의 화소가 배열된 고체 촬상 장치로서,
상기 복수의 화소가 각각 갖는 상기 필터층의 투과 파장 영역은 서로 다르고,
상기 복수의 화소에 각각 포함되는 상기 반도체 기판의 두께는 서로 다른 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 필터층은, 적색 필터층, 녹색 필터층 또는 청색 필터층이고,
상기 복수의 화소는, 상기 적색 필터층을 갖는 적색 화소, 상기 녹색 필터층을 갖는 녹색 화소 및 상기 청색 필터층을 갖는 청색 화소이고,
상기 적색 화소에 포함되는 상기 반도체 기판의 두께, 상기 녹색 화소에 포함되는 상기 반도체 기판의 두께 및 상기 청색 화소에 포함되는 상기 반도체 기판의 두께는 서로 다른 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제2항에 있어서,
상기 반도체 기판은 실리콘 기판이고,
상기 적색 화소에 포함되는 상기 실리콘 기판의 두께는, 상기 녹색 화소에 포함되는 상기 실리콘 기판의 두께보다 두껍고, 또한 상기 녹색 화소에 포함되는 상기 실리콘 기판의 두께는, 상기 청색 화소에 포함되는 상기 실리콘 기판의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제2항에 있어서,
상기 적색 화소, 상기 녹색 화소 및 상기 청색 화소는 베이어 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 화소는 각각, 입사광이 조사되는 상기 반도체 기판의 이면으로부터, 상기 전하 축적층에 접하는 위치에 이르는 영역에 설치된 제1 도전형 반도체층과,
제1 도전형 반도체층과, 이 반도체층에 인접하는 다른 제1 도전형 반도체층 사이의 상기 반도체 기판에 설치되고, 이들 제1 도전형 반도체층을 서로 분리하는 제2 도전형 반도체층과,
상기 반도체 기판의 이면과 상기 필터층 사이에 설치된 평탄화층을 갖고,
상기 평탄화층의 두께는, 상기 화소마다 다른 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제5항에 있어서,
상기 평탄화층은, 상기 반도체 기판의 두께와 상기 평탄화층의 두께의 합이, 상기 각 화소에서 똑같아지도록 설치되어 있고,
상기 필터층은, 상기 평탄화층의 평탄한 표면 위에도 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 필터층은, 적색 필터층, 녹색 필터층 또는 청색 필터층이고,
상기 복수의 화소는, 각각이 상기 적색 필터층을 갖는 복수의 적색 화소, 각각이 상기 녹색 필터층을 갖는 복수의 녹색 화소 및 각각이 상기 청색 필터층을 갖는 복수의 청색 화소이고,
각각이 상기 적색 화소, 상기 녹색 화소 및 상기 청색 화소를 포함하는 복수의 화소군은 2차원 배열되어 있고,
동일한 상기 화소군 내에서, 상기 적색 화소에 포함되는 상기 반도체 기판의 두께, 상기 녹색 화소에 포함되는 상기 반도체 기판의 두께 및 상기 청색 화소에 포함되는 상기 반도체 기판의 두께는 서로 다르고,
상기 반도체 기판의 중앙부에 배치되는 상기 화소군 내의 상기 적색 화소에 포함되는 상기 반도체 기판의 두께는, 상기 반도체 기판의 주변부에 배치되는 상기 화소군 내의 상기 적색 화소에 포함되는 상기 반도체 기판의 두께와 다르고,
상기 반도체 기판의 중앙부에 배치되는 상기 화소군 내의 상기 녹색 화소에 포함되는 상기 반도체 기판의 두께는, 상기 반도체 기판의 주변부에 배치되는 상기 화소군 내의 상기 녹색 화소에 포함되는 상기 반도체 기판의 두께와 다르고,
상기 반도체 기판의 중앙부에 배치되는 상기 화소군 내의 상기 청색 화소에 포함되는 상기 반도체 기판의 두께는, 상기 반도체 기판의 주변부에 배치되는 상기 화소군 내의 상기 청색 화소에 포함되는 상기 반도체 기판의 두께와 다른 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제7항에 있어서,
상기 반도체 기판은 실리콘 기판이고,
동일한 상기 화소군 내에서, 상기 적색 화소에 포함되는 상기 실리콘 기판의 두께는, 상기 녹색 화소에 포함되는 상기 실리콘 기판의 두께보다 두껍고, 또한 상기 녹색 화소에 포함되는 상기 실리콘 기판의 두께는, 상기 청색 화소에 포함되는 상기 실리콘 기판의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제8항에 있어서,
상기 실리콘 기판의 주변부에 배치되는 상기 화소군 내의 상기 적색 화소에 포함되는 상기 실리콘 기판의 두께는, 상기 실리콘 기판의 중앙부에 배치되는 상기 화소군 내의 상기 적색 화소에 포함되는 상기 실리콘 기판의 두께보다 두껍고,
상기 실리콘 기판의 주변부에 배치되는 상기 화소군 내의 상기 녹색 화소에 포함되는 상기 실리콘 기판의 두께는, 상기 실리콘 기판의 중앙부에 배치되는 상기 화소군 내의 상기 녹색 화소에 포함되는 상기 실리콘 기판의 두께보다 두껍고,
상기 실리콘 기판의 주변부에 배치되는 상기 화소군 내의 상기 청색 화소에 포함되는 상기 실리콘 기판의 두께는, 상기 실리콘 기판의 중앙부에 배치되는 상기 화소군 내의 상기 청색 화소에 포함되는 상기 실리콘 기판의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제8항에 있어서,
상기 실리콘 기판의 주변부에 배치되는 상기 화소군 내의 상기 적색 화소에 포함되는 상기 실리콘 기판의 두께는, 상기 실리콘 기판의 중앙부에 배치되는 상기 화소군 내의 상기 적색 화소에 포함되는 상기 실리콘 기판의 두께보다 얇고,
상기 실리콘 기판의 주변부에 배치되는 상기 화소군 내의 상기 녹색 화소에 포함되는 상기 실리콘 기판의 두께는, 상기 실리콘 기판의 중앙부에 배치되는 상기 화소군 내의 상기 녹색 화소에 포함되는 상기 실리콘 기판의 두께보다 얇고,
상기 실리콘 기판의 주변부에 배치되는 상기 화소군 내의 상기 청색 화소에 포함되는 상기 실리콘 기판의 두께는, 상기 실리콘 기판의 중앙부에 배치되는 상기 화소군 내의 상기 청색 화소에 포함되는 상기 실리콘 기판의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 반도체 기판의 표면에 구비되는 전하 축적층 및 상기 반도체 기판의 이면측에 구비되는 필터층을 각각이 갖는 복수의 화소가 배열되고, 상기 복수의 화소가 각각 갖는 상기 필터층의 투과 파장 영역이 서로 다른 고체 촬상 장치의 제조 방법으로서,
복수의 상기 전하 축적층이 표면에 형성된 상기 반도체 기판을, 상기 반도체 기판이 소정의 두께가 될 때까지 이면측으로부터 깎아내고,
상기 복수의 화소에 각각 포함되는 상기 반도체 기판의 두께가 서로 다르도록, 상기 반도체 기판의 이면에 요철을 형성하고,
상기 요철이 형성된 상기 반도체 기판의 이면측에, 상기 투과 파장 영역이 서로 다른 복수의 상기 필터층을 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 필터층은, 적색 필터층, 녹색 필터층 또는 청색 필터층이고,
상기 복수의 화소는, 상기 적색 필터층을 갖는 적색 화소, 상기 녹색 필터층을 갖는 녹색 화소 및 상기 청색 필터층을 갖는 청색 화소인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법. - 제12항에 있어서,
상기 반도체 기판은 실리콘 기판이고,
상기 실리콘 기판의 이면의 요철은, 상기 적색 화소로 되는 영역의 상기 실리콘 기판의 두께가, 상기 녹색 화소로 되는 영역의 상기 실리콘 기판의 두께보다 두껍고, 또한 상기 녹색 화소로 되는 영역의 상기 실리콘 기판의 두께가, 상기 청색 화소로 되는 영역의 상기 실리콘 기판의 두께보다 두꺼워지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 요철이 형성된 상기 반도체 기판의 이면 위에, 표면이 평탄한 평탄화층을 형성하고,
상기 복수의 상기 필터층은, 상기 평탄화층의 표면 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 필터층은, 적색 필터층, 녹색 필터층 또는 청색 필터층이고,
상기 복수의 화소는, 각각이 상기 적색 필터층을 갖는 복수의 적색 화소, 각각이 상기 녹색 필터층을 갖는 복수의 녹색 화소 및 각각이 상기 청색 필터층을 갖는 복수의 청색 화소이고,
상기 고체 촬상 장치는, 각각이 상기 적색 화소, 상기 녹색 화소 및 상기 청색 화소를 포함하는 복수의 화소군이 2차원 배열된 것이며,
상기 반도체 기판의 이면의 요철은, 동일한 상기 화소군 내에서, 상기 적색 화소로 되는 영역의 상기 반도체 기판의 두께, 상기 녹색 화소로 되는 영역의 상기 반도체 기판의 두께 및 상기 청색 화소로 되는 영역의 상기 반도체 기판의 두께가 서로 다르도록 형성함과 함께,
상기 반도체 기판의 중앙부의 상기 화소군 내의 상기 적색 화소로 되는 영역의 상기 반도체 기판의 두께가, 상기 반도체 기판의 주변부의 상기 화소군 내의 상기 적색 화소로 되는 영역의 상기 반도체 기판의 두께와 다르고,
상기 반도체 기판의 중앙부의 상기 화소군 내의 상기 녹색 화소로 되는 영역의 상기 반도체 기판의 두께가, 상기 반도체 기판의 주변부의 상기 화소군 내의 상기 녹색 화소로 되는 영역의 상기 반도체 기판의 두께와 다르고, 또한
상기 반도체 기판의 중앙부의 상기 화소군 내의 상기 청색 화소로 되는 영역의 상기 반도체 기판의 두께가, 상기 반도체 기판의 주변부의 상기 화소군 내의 상기 청색 화소로 되는 영역의 상기 반도체 기판의 두께와 다르도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법. - 제15항에 있어서,
상기 반도체 기판은 실리콘 기판이고,
상기 실리콘 기판의 이면의 요철은, 동일한 상기 화소군 내에서, 상기 적색 화소로 되는 영역의 상기 실리콘 기판의 두께가, 상기 녹색 화소로 되는 영역의 상기 실리콘 기판의 두께보다 두껍고, 또한 상기 녹색 화소로 되는 영역의 상기 실리콘 기판의 두께가, 상기 청색 화소로 되는 영역의 상기 실리콘 기판의 두께보다 두꺼워지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법. - 제16항에 있어서,
상기 실리콘 기판의 이면의 요철은 또한 상기 실리콘 기판의 주변부에 형성되는 상기 화소군 내의 상기 적색 화소로 되는 영역의 상기 실리콘 기판의 두께가, 상기 실리콘 기판의 중앙부에 형성되는 상기 화소군 내의 상기 적색 화소로 되는 영역의 상기 실리콘 기판의 두께보다 두껍고,
상기 실리콘 기판의 주변부에 형성되는 상기 화소군 내의 상기 녹색 화소로 되는 영역의 상기 실리콘 기판의 두께가, 상기 실리콘 기판의 중앙부에 형성되는 상기 화소군 내의 상기 녹색 화소로 되는 영역의 상기 실리콘 기판의 두께보다 두껍고,
상기 실리콘 기판의 주변부에 형성되는 상기 화소군 내의 상기 청색 화소로 되는 영역의 상기 실리콘 기판의 두께가, 상기 실리콘 기판의 중앙부에 형성되는 상기 화소군 내의 상기 청색 화소로 되는 영역의 상기 실리콘 기판의 두께보다 두꺼워지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법. - 제16항에 있어서,
상기 실리콘 기판의 이면의 요철은 또한 상기 실리콘 기판의 주변부에 형성되는 상기 화소군 내의 상기 적색 화소로 되는 영역의 상기 실리콘 기판의 두께가, 상기 실리콘 기판의 중앙부에 형성되는 상기 화소군 내의 상기 적색 화소로 되는 영역의 상기 실리콘 기판의 두께보다 얇고,
상기 실리콘 기판의 주변부에 형성되는 상기 화소군 내의 상기 녹색 화소로 되는 영역의 상기 실리콘 기판의 두께가, 상기 실리콘 기판의 중앙부에 형성되는 상기 화소군 내의 상기 녹색 화소로 되는 영역의 상기 실리콘 기판의 두께보다 얇고,
상기 실리콘 기판의 주변부에 형성되는 상기 화소군 내의 상기 청색 화소로 되는 영역의 상기 실리콘 기판의 두께가, 상기 실리콘 기판의 중앙부에 형성되는 상기 화소군 내의 상기 청색 화소로 되는 영역의 상기 실리콘 기판의 두께보다 얇아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 반도체 기판의 이면의 요철은, 상기 반도체 기판의 이면을 부분적으로에칭함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 반도체 기판의 이면의 요철은, 상기 반도체 기판과 실질적으로 동일한 재료를 상기 반도체 기판의 이면에 부분적으로 에피택셜 성장시킴으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
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