KR20150067005A - 고체 촬상 장치 - Google Patents

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KR20150067005A
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요시타카 에가와
히로후미 야마시타
아이 시모무라
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가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

하나의 실시 형태에 따르면, 화소 어레이부는, 칼럼 방향에 대하여 비스듬히 배치된 2화소의 제1 및 제2 녹색용 광전 변환층과, 상기 제1 및 제2 녹색용 광전 변환층에 인접하여 배치된 2화소분의 청색용 광전 변환층과, 상기 청색용 광전 변환층과 깊이 방향으로 겹치도록 하여 설치된 적색용 광전 변환층이 매트릭스 형상으로 배치되고, 그린 필터는, 상기 제1 및 제2 녹색용 광전 변환층의 상부에 2화소분에 연속하여 설치되고, 마젠타 필터 또는 화이트 필터는, 상기 청색용 광전 변환층의 상부에 2화소분에 연속하여 설치되어 있다.

Description

고체 촬상 장치{SOLID-STATE IMAGING DEVICE}
<관련 출원의 참조>
본 출원은, 2013년 12월 9일에 출원된 일본 특허 출원 번호 2013-254037의 우선권 이익을 향수하고, 그 일본 특허 출원의 전체 내용은 본 출원에 있어서 원용된다.
본 발명은 일반적으로, 고체 촬상 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 휴대 전화 등에 탑재되는 카메라 모듈은, 박형화 및 고해상도화가 요청되도록 되어 있다. 카메라 모듈의 박형화 및 고해상도화에 대응하여, 이미지 센서는 화소의 미세화가 진행되고 있다. 이미지 센서는, 화소 면적이 작아질수록, 화소에 입사하는 광량이 적어지기 때문에, 신호량이 저하되어, 신호 대 노이즈비(SNR)가 열화된다. 이로 인해, 이미지 센서는, 광 이용 효율의 향상에 의한 고감도화의 실현이 요망되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 혼색을 억제하면서 감도를 향상시키는 것이 가능한 고체 촬상 장치를 제공하는 것이다.
일 실시 형태의 고체 촬상 장치는, 광전 변환된 전하를 축적하는 화소가 로우 방향 및 칼럼 방향으로 매트릭스 형상으로 배치된 화소 어레이부를 구비하고,
상기 화소 어레이부는, 상기 칼럼 방향에 대하여 비스듬히 배치된 2화소분의 제1 및 제2 녹색용 광전 변환층과, 상기 제1 및 제2 녹색용 광전 변환층에 인접하여 배치된 2화소분의 청색용 광전 변환층과, 상기 청색용 광전 변환층과 깊이 방향으로 겹치도록 하여 설치된 적색용 광전 변환층을 구비한다.
별도의 실시 형태의 고체 촬상 장치는, 광전 변환된 전하를 축적하는 화소가 칼럼 방향에 대하여 제1 경사 방향 및 제2 경사 방향으로 매트릭스 형상으로 배치된 화소 어레이부를 구비하고,
상기 화소 어레이부는, 1화소분의 제1 녹색용 광전 변환층과, 상기 제1 녹색용 광전 변환층에 상기 제1 경사 방향으로 인접하여 배치된 1화소분의 제2 녹색용 광전 변환층과, 상기 제1 및 제2 녹색용 광전 변환층에 상기 제2 경사 방향으로 인접하여 배치된 2화소분의 청색용 광전 변환층과, 상기 청색용 광전 변환층과 깊이 방향으로 겹치도록 하여 설치된 적색용 광전 변환층을 구비한다.
상기 구성의 고체 촬상 장치에 의하면, 혼색을 억제하면서 감도를 향상시키는 것이 가능하다.
도 1은, 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 개략 구성을 도시하는 블록도이다.
도 2는, 도 1의 고체 촬상 장치의 베이어 어레이에 있어서의 2화소 1셀 구성을 도시하는 회로도이다.
도 3은, 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 컬러 필터의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 4의 (a)는 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 마이크로렌즈의 레이아웃 예를 도시하는 평면도, 도 4의 (b)는 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 마이크로렌즈의 기타의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 5는, 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 포토다이오드, 플로팅 디퓨전 및 게이트 전극의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 6은, 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 포토다이오드, 플로팅 디퓨전 및 게이트 전극의 기타의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 7은, 도 3의 그린 필터를 따라 절단한 고체 촬상 장치의 개략 구성예를 도시하는 단면도이다.
도 8은, 도 3의 마젠타 필터를 따라 절단한 고체 촬상 장치의 개략 구성예를 도시하는 단면도이다.
도 9는, 도 3의 마젠타 필터를 따라 절단한 고체 촬상 장치의 기타의 개략 구성예를 도시하는 단면도이다.
도 10의 (a)는 제2 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 컬러 필터의 레이아웃 예를 도시하는 평면도, 도 10의 (b)는 제2 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 마이크로렌즈의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 11은, 도 10의 (a)의 마젠타 필터를 따라 절단한 고체 촬상 장치의 개략 구성예를 도시하는 단면도이다.
도 12의 (a)는 제3 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 컬러 필터의 레이아웃 예를 도시하는 평면도, 도 12의 (b)는 제3 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 컬러 필터 기타의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 13은, 도 12의 (a)의 화이트 필터와 그린 필터를 따라 절단한 고체 촬상 장치의 기타의 개략 구성예를 도시하는 단면도이다.
도 14는, 도 12의 (a)의 화이트 필터와 그린 필터를 따라 절단한 고체 촬상 장치의 기타의 개략 구성예를 도시하는 단면도이다.
도 15의 (a)는 제4 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 컬러 필터의 레이아웃 예를 도시하는 평면도, 도 15의 (b)는 제5 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 컬러 필터의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 16은, 도 15의 (b)의 컬러 필터의 레이아웃에 대응한 포토다이오드, 플로팅 디퓨전 및 게이트 전극의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 17의 (a)는 도 15의 (a) 또는 도 15의 (b)의 컬러 필터 어레이에 대한 마이크로렌즈의 레이아웃 예를 도시하는 평면도, 도 17의 (b)는 도 15의 (a)의 컬러 필터 어레이에 대한 마이크로렌즈의 기타의 레이아웃 예를 도시하는 평면도, 도 17의 (c)는 도 15의 (b)의 컬러 필터 어레이에 대한 마이크로렌즈의 기타의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 18의 (a)는 제6 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 컬러 필터의 레이아웃 예를 도시하는 평면도, 도 18의 (b)는 제6 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 마이크로렌즈의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 19는, 제7 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 베이어 어레이에 있어서의 4화소 1셀 구성예를 도시하는 회로도이다.
도 20은, 제7 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 베이어 어레이에 있어서의 기타의 4화소 1셀 구성예를 도시하는 회로도이다.
도 21은, 제7 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 포토다이오드, 플로팅 디퓨전 및 게이트 전극의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 22는, 제8 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 포토다이오드, 플로팅 디퓨전 및 게이트 전극의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 23은, 제9 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 포토다이오드, 플로팅 디퓨전 및 게이트 전극의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 24는, 제10 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치가 적용된 디지털 카메라의 개략 구성을 도시하는 블록도이다.
도 25는, 제11 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치가 적용된 카메라 모듈의 개략 구성을 도시하는 단면도이다.
하나의 실시 형태에 따르면, 화소 어레이부와, 그린 필터와, 마젠타 필터 또는 화이트 필터가 설치되어 있다. 화소 어레이부는, 칼럼 방향에 대하여 비스듬히 배치된 2화소의 제1 및 제2 녹색용 광전 변환층과, 상기 제1 및 제2 녹색용 광전 변환층에 인접하여 배치된 2화소분의 청색용 광전 변환층과, 상기 청색용 광전 변환층과 깊이 방향으로 겹치도록 하여 설치된 적색용 광전 변환층이 매트릭스 형상으로 배치되어 있다. 그린 필터는, 상기 제1 및 제2 녹색용 광전 변환층의 상부에 2화소분에 연속하여 설치되어 있다. 마젠타 필터 또는 화이트 필터는, 상기 청색용 광전 변환층의 상부에 2화소분에 연속하여 설치되어 있다.
이하에 첨부 도면을 참조하여, 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치를 상세하게 설명한다. 또한, 이들 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
(제1 실시 형태)
도 1은, 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 개략 구성을 도시하는 블록도이다.
도 1에 있어서, 고체 촬상 장치에는 광전 변환된 전하를 축적하는 화소 PC가 로우 방향 및 칼럼 방향으로 매트릭스 형상으로 배치된 화소 어레이부(1), 판독 대상으로 되는 화소 PC를 수직 방향으로 주사하는 수직 주사 회로(2), 각 화소 PC의 신호 성분을 CDS로 검출하는 칼럼 ADC 회로(3), 판독 대상으로 되는 화소 PC를 수평 방향으로 주사하는 수평 주사 회로(4), 각 화소 PC의 판독이나 축적의 타이밍을 제어하는 타이밍 제어 회로(5) 및 칼럼 ADC 회로(3)에 기준 전압 VREF를 출력하는 기준 전압 발생 회로(6)가 설치되어 있다. 또한, 타이밍 제어 회로(5)에는 마스터 클럭 MCK가 입력되고 있다.
여기서, 화소 어레이부(1)에 있어서, 로우 방향 RD에는 화소 PC의 판독 제어를 행하는 수평 제어선 Hlin이 설치되고, 칼럼 방향 CD에는 화소 PC로부터 판독된 신호를 전송하는 수직 신호선 Vlin이 설치되어 있다.
또한, 화소 어레이부(1)의 베이어 어레이 HP에서는, 한쪽의 대각 방향으로 2개의 녹색용 화소 g가 배치되고, 다른 쪽의 대각 방향의 화소 위치로부터 1개의 적색용 화소 r과 1개의 청색용 화소 b의 신호가 얻어지도록 적색용 화소 r과 청색용 화소 b가 배치된다. 이때, 화소 어레이부(1)에는 칼럼 방향 CD에 대하여 비스듬히 배치된 2화소의 제1 및 제2 녹색용 광전 변환층과, 제1 및 제2 녹색용 광전 변환층에 인접하여 배치된 2화소분의 청색용 광전 변환층과, 청색용 광전 변환층과 깊이 방향으로 겹치도록 하여 설치된 적색용 광전 변환층을 매트릭스 형상으로 배치할 수 있다. 제1 및 제2 녹색용 광전 변환층의 상부에는 2화소분에 연속하여 그린 필터를 설치할 수 있다. 상기 청색용 광전 변환층의 상부에는 2화소분에 연속하여 마젠타 필터 또는 화이트 필터를 설치할 수 있다.
그리고, 수직 주사 회로(2)에 의해 화소 PC가 수직 방향으로 주사됨으로써 로우 방향의 화소 PC가 선택되고, 그 화소 PC로부터 판독된 신호는 수직 신호선 Vlin을 통하여 칼럼 ADC 회로(3)에 보내진다. 그리고, 화소 PC로부터 판독된 신호의 신호 레벨과 기준 레벨에 차분이 취해짐으로써 각 화소 PC의 신호 성분이 CDS로 칼럼마다 검출되고, AD 변환한 디지털 출력 신호 Vout로서 출력된다.
도 2는, 도 1의 고체 촬상 장치의 베이어 어레이에 있어서의 2화소 1셀 구성을 도시하는 회로도이다.
도 2에 있어서, 이 베이어 어레이 HP에는 포토다이오드 PD-B, PD-R, PD-Gr, PD-Gb, 행 선택 트랜지스터 TRadr1, TRadr2, 증폭 트랜지스터 TRamp1, TRamp2, 리셋 트랜지스터 TRrst1, TRrst2 및 판독 트랜지스터 TGb, TGr, TGgr, TGgb가 설치되어 있다. 또한, 증폭 트랜지스터 TRamp1과 리셋 트랜지스터 TRrst1과 판독 트랜지스터 TGgr, TGgb의 접속점에는 검출 노드로서 플로팅 디퓨전 FD1이 형성되어 있다. 증폭 트랜지스터 TRamp2와 리셋 트랜지스터 TRrst2와 판독 트랜지스터 TGb, TGr과의 접속점에는 검출 노드로서 플로팅 디퓨전 FD2가 형성되어 있다. 여기서, 플로팅 디퓨전 FD1, 행 선택 트랜지스터 TRadr1, 증폭 트랜지스터 TRamp1 및 리셋 트랜지스터 TRrst1은 포토다이오드 PD-Gr, PD-Gb에서 공용되고, 플로팅 디퓨전 FD2, 행 선택 트랜지스터 TRadr2, 증폭 트랜지스터 TRamp2 및 리셋 트랜지스터 TRrst2는 포토다이오드 PD-B, PD-R에서 공용되고 있다. 판독 트랜지스터 TGb, TGr, TGgr, TGgb는, 포토다이오드 PD-B, PD-R, PD-Gr, PD-Gb마다에 설치되어 있다.
그리고, 판독 트랜지스터 TGgr의 소스는 포토다이오드 PD-Gr에 접속되고, 판독 트랜지스터 TGb의 소스는 포토다이오드 PD-B에 접속되고, 판독 트랜지스터 TGr의 소스는 포토다이오드 PD-R에 접속되고, 판독 트랜지스터 TGgb의 소스는 포토다이오드 PD-Gb에 접속되어 있다. 또한, 리셋 트랜지스터 TRrst1의 소스는 판독 트랜지스터 TGgr, TGgb의 드레인에 접속되고, 리셋 트랜지스터 TRrst2의 소스는 판독 트랜지스터 TGb, TGr의 드레인에 접속되고, 리셋 트랜지스터 TRrst1, TRrst2 예비행 선택 트랜지스터 TRadr1, TRadr2의 드레인은 전원 전위 VDD에 접속되어 있다. 또한, 증폭 트랜지스터 TRamp1의 소스는 수직 신호선 Vlin1에 접속되고, 증폭 트랜지스터 TRamp1의 게이트는 판독 트랜지스터 TGgr, TGgb의 드레인에 접속되고, 증폭 트랜지스터 TRamp1의 드레인은 행 선택 트랜지스터 TRadr1의 소스에 접속되어 있다. 증폭 트랜지스터 TRamp2의 소스는 수직 신호선 Vlin2에 접속되고, 증폭 트랜지스터 TRamp2의 게이트는 판독 트랜지스터 TGb, TGr의 드레인에 접속되고, 증폭 트랜지스터 TRamp2의 드레인은 행 선택 트랜지스터 TRadr2의 소스에 접속되어 있다.
도 3은, 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 컬러 필터의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 3에 있어서, 도 1의 녹색용 화소 g로서 녹색용 화소 Gr, Gb가 설치되고, 적색용 화소 r 및 청색용 화소 b로서 적색용 화소 R 및 청색용 화소 B가 설치되어 있다. 청색용 화소 B는 적색용 화소 R 상에 겹치도록 배치되어 있다. 또한, 적색용 화소 R 및 청색용 화소 B는 길이 방향이 칼럼 방향 CD에 대하여 경사지도록 배치되어 있다. 예를 들어, 녹색용 화소 Gr, Gb, 적색용 화소 R 및 청색용 화소 B의 길이 방향은 칼럼 방향 CD에 대하여 45도로 설정할 수 있다. 녹색용 화소 Gr, Gb는 적색용 화소 R 및 청색용 화소 B의 짧은 방향으로 배치되어 있다. 또한, 녹색용 화소 Gr, Gb는 동일 라인 상에 교대로 배치할 수 있다. 적색용 화소 R 및 청색용 화소 B는 동일 라인 상에 배치할 수 있다. 녹색용 화소 Gr, Gb가 배치되는 라인과, 적색용 화소 R 및 청색용 화소 B가 배치되는 라인은 교대로 배치할 수 있다. 녹색용 화소 Gr, Gb는 각각 1개분의 화소 PC의 면적을 할당할 수 있고, 적색용 화소 R 및 청색용 화소 B는 각각 2개분의 화소 PC의 면적을 할당할 수 있다. 적색용 화소 R 및 청색용 화소 B 상에는 마젠타 필터 Mg가 배치되고, 녹색용 화소 Gr, Gb 상에는 그린 필터 G가 배치되어 있다.
여기서, 적색용 화소 R 및 청색용 화소 B는 길이 방향이 칼럼 방향 CD에 대하여 경사지도록 배치함과 함께, 녹색용 화소 Gr, Gb는 적색용 화소 R 및 청색용 화소 B의 짧은 방향으로 배치함으로써, 녹색용 화소 Gr, Gb의 면적을 축소하지 않고, 적색용 화소 R 및 청색용 화소 B의 면적을 2화소분에 걸쳐서 확대할 수 있고, 혼색을 억제하면서 감도를 향상시킬 수 있다.
도 4의 (a)는 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 마이크로렌즈의 레이아웃 예를 도시하는 평면도, 도 4의 (b)는 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 마이크로렌즈의 기타의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 4의 (a)에 있어서, 녹색용 화소 Gr, Gb에서는 마이크로렌즈 Z1이 1개씩 설치되고, 적색용 화소 R 및 청색용 화소 B에서는 2개의 마이크로렌즈 Z1이 공통으로 설치되어 있다. 이에 의해, 녹색용 화소 Gr, Gb, 적색용 화소 R 및 청색용 화소 B에 대하여 마이크로렌즈 Z1의 사이즈 및 형상을 같게 할 수 있고, 녹색용 화소 Gr, Gb, 적색용 화소 R 및 청색용 화소 B에 대하여 마이크로렌즈 Z1의 변형에 의한 감도 불균일을 저감하는 것이 가능하게 됨으로써, 화질을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 적색용 화소 R 및 청색용 화소 B에서는 1개의 마이크로렌즈 Z2를 공통으로 설치해도 된다.
도 5는, 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 광전 변환층으로서 포토다이오드 PD, 플로팅 디퓨전 FD 및 게이트 전극 TG의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 5에 있어서, 적색용 화소 R에는 적색용 광전 변환층 PD-R이 설치되고, 청색용 화소 B에는 청색용 광전 변환층 PD-B가 설치되고, 녹색용 화소 Gr에는 녹색용 광전 변환층 PD-Gr이 설치되고, 녹색용 화소 Gb에는 녹색용 광전 변환층 PD-Gb가 설치되어 있다. 청색용 광전 변환층 PD-B는 적색용 광전 변환층 PD-R 상에 겹치도록 배치되어 있다. 또한, 적색용 광전 변환층 PD-R 및 청색용 광전 변환층 PD-B는 길이 방향이 칼럼 방향 CD에 대하여 경사지도록 배치되어 있다. 녹색용 광전 변환층 PD-Gr, PD-Gb는 적색용 광전 변환층 PD-R 및 청색용 광전 변환층 PD-B의 짧은 방향으로 배치되어 있다. 또한, 녹색용 광전 변환층 PD-Gr, PD-Gb는 적색용 광전 변환층 PD-R과 청색용 광전 변환층 PD-B 간에 대향하도록 배치할 수 있다.
여기서, 각 베이어 어레이 HP에는 게이트 전극 TGr, TGb, TGgr, TGgb 및 제1로부터 제4 플로팅 디퓨전 FD가 설치되어 있다. 여기서, 플로팅 디퓨전 FD는, 적색용 광전 변환층 PD-R 및 청색용 광전 변환층 PD-B의 길이 방향의 양단에 배치됨과 함께, 녹색용 광전 변환층 PD-Gr, PD-Gb 사이에도 배치되어 있다. 그리고, 각 베이어 어레이 HP에 있어서, 청색용 광전 변환층 PD-B의 전하는 게이트 전극 TGb를 통하여 제1 플로팅 디퓨전 FD에 전송되고, 적색용 광전 변환층 PD-R의 전하는 게이트 전극 TGr을 통하여 제2 플로팅 디퓨전 FD에 전송되고, 녹색용 광전 변환층 PD-Gr의 전하는 게이트 전극 TGgr를 통하여 제3 플로팅 디퓨전 FD에 전송되고, 녹색용 광전 변환층 PD-Gb의 전하는 게이트 전극 TGgb를 통하여 제4 플로팅 디퓨전 FD에 전송된다. 여기서, 제1 베이어 어레이 HP의 제1 플로팅 디퓨전 FD는, 제1 베이어 어레이 HP의 청색용 광전 변환층 PD-B와, 제1 베이어 어레이 HP에 경사 방향으로 인접하는 제2 베이어 어레이 HP의 적색용 광전 변환층 PD-R에 의해 공유되어 있다. 제1 베이어 어레이 HP의 제2 플로팅 디퓨전 FD는, 제1 베이어 어레이 HP의 적색용 광전 변환층 PD-R과, 제1 베이어 어레이 HP에 경사 방향으로 인접하는 제3 베이어 어레이 HP의 청색용 광전 변환층 PD-B에 의해 공유되어 있다. 제1 베이어 어레이 HP의 제3 플로팅 디퓨전 FD는, 제1 베이어 어레이 HP의 녹색용 광전 변환층 PD-Gr과, 제1 베이어 어레이 HP에 로우 방향 RD로 인접하는 제4 베이어 어레이 HP의 녹색용 광전 변환층 PD-Gb에 의해 공유되어 있다. 제1 베이어 어레이 HP의 제4 플로팅 디퓨전 FD는, 제1 베이어 어레이 HP의 녹색용 광전 변환층 PD-Gb와, 제1 베이어 어레이 HP에 로우 방향 RD로 인접하는 제5 베이어 어레이 HP의 녹색용 광전 변환층 PD-Gr에 의해 공유되어 있다.
여기서, 도 1의 베이어 어레이 HP를 2화소 1셀로 구성하기 위해서는, 도 1의 적색용 화소 r과 청색용 화소 b를 공통의 플로팅 디퓨전 FD에 접속할 필요가 있다. 이때, 적색용 화소 r, 청색용 화소 b 및 녹색용 화소 g의 변이 칼럼 방향 CD에 평행한 상태에서, 녹색용 화소 g의 면적을 크게 취하면, 적색용 화소 r과 청색용 화소 b의 접속부가 좁아진다. 이에 비해, 적색용 광전 변환층 PD-R, 청색용 광전 변환층 PD-B 및 녹색용 광전 변환층 PD-Gr, PD-Gb의 길이 방향을 칼럼 방향 CD에 대하여 기울이는 것에 의해, 녹색용 광전 변환층 PD-Gr, PD-Gb의 면적을 확보하면서, 적색용 광전 변환층 PD-R 및 청색용 광전 변환층 PD-B의 폭을 균일화할 수 있어, 전하 전송을 원활화할 수 있다.
또한, 적색용 광전 변환층 PD-R 및 청색용 광전 변환층 PD-B의 폭을 균일화함으로써, 녹색용 광전 변환층 PD-Gr, PD-Gb와의 인접부의 경계의 길이를 짧게 할 수 있어, 혼색을 저감할 수 있다.
도 6은, 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 포토다이오드, 플로팅 디퓨전 및 게이트 전극의 기타의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 6에 있어서, 적색용 광전 변환층 PD-R 및 청색용 광전 변환층 PD-B는, 길이 방향의 중간부가 양단부에 비하여 좁아지도록 구성되고, 그 중간부에 녹색용 광전 변환층 PD-Gr, PD-Gb가 감입되도록 배치되어 있다. 또한, 플로팅 디퓨전 FD는, 적색용 광전 변환층 PD-R 및 청색용 광전 변환층 PD-B의 길이 방향의 양단 측부에 배치됨과 함께, 녹색용 광전 변환층 PD-Gr, PD-Gb 사이에도 배치되어 있다. 여기서, 제1 베이어 어레이 HP의 제1 플로팅 디퓨전 FD는, 제1 베이어 어레이 HP의 청색용 광전 변환층 PD-B와, 제1 베이어 어레이 HP에 로우 방향 RD로 인접하는 제2 베이어 어레이 HP의 적색용 광전 변환층 PD-R에 의해 공유되어 있다. 제1 베이어 어레이 HP의 제2 플로팅 디퓨전 FD는, 제1 베이어 어레이 HP의 적색용 광전 변환층 PD-R과, 제1 베이어 어레이 HP에 로우 방향 RD로 인접하는 제3 베이어 어레이 HP의 청색용 광전 변환층 PD-B에 의해 공유되어 있다. 제1 베이어 어레이 HP의 제3 플로팅 디퓨전 FD는, 제1 베이어 어레이 HP의 녹색용 광전 변환층 PD-Gr과, 제1 베이어 어레이 HP에 칼럼 방향 CD로 인접하는 제4 베이어 어레이 HP의 녹색용 광전 변환층 PD-Gb에 의해 공유되어 있다. 제1 베이어 어레이 HP의 제4 플로팅 디퓨전 FD는, 제1 베이어 어레이 HP의 녹색용 광전 변환층 PD-Gb와, 제1 베이어 어레이 HP에 칼럼 방향 CD로 인접하는 제5 베이어 어레이 HP의 녹색용 광전 변환층 PD-Gr에 의해 공유되어 있다.
도 7은, 도 3의 그린 필터를 따라 절단한 고체 촬상 장치의 개략 구성예를 도시하는 단면도이다. 또한, 도 7은, 도 4의 (b) 및 도 5에 대응한 구성을 도시하였다.
도 7에 있어서, 반도체층 SB1에는 불순물 확산층 H1이 형성되고, 불순물 확산층 H1의 이면측에는 불순물 확산층 H0이 형성되어 있다. 또한, 녹색용 화소 Gr에 있어서, 반도체층 SB1에는 불순물 확산층 H2가 형성되고, 불순물 확산층 H2의 표면측에는 불순물 확산층 H4가 형성되어 있다. 또한, 녹색용 화소 Gb에 있어서, 반도체층 SB1에는 불순물 확산층 H3이 형성되고, 불순물 확산층 H3의 표면측에는 불순물 확산층 H5가 형성되어 있다. 또한, 반도체층 SB1의 표면측에 있어서, 불순물 확산층 H4, H5 사이에 불순물 확산층 H6이 형성됨으로써 플로팅 디퓨전 FD가 형성되어 있다. 또한, 불순물 확산층 H1은 p형으로 설정할 수 있다. 불순물 확산층 H2, H3은 n형으로 설정할 수 있다. 불순물 확산층 H0, H4, H5는 p+형으로 설정할 수 있다. 불순물 확산층 H6은 n+형으로 설정할 수 있다.
또한, 반도체층 SB1 상에 있어서, 불순물 확산층 H4, H6 사이의 불순물 확산층 H1 상에는 게이트 전극 TGgr가 배치되고, 불순물 확산층 H5, H6 사이의 불순물 확산층 H1 상에는 게이트 전극 TGgb가 배치되어 있다. 반도체층 SB1의 이면측에는 녹색용 화소 Gr, Gb마다 그린 필터 G가 형성되어 있다. 그린 필터 G 상에는 녹색용 화소 Gr, Gb마다 마이크로렌즈 Z1이 배치되어 있다.
그리고, 마이크로렌즈 Z1로 집광된 광은 그린 필터 G에 입사함으로써 녹색광이 추출되어, 녹색용 화소 Gr, Gb에 입사한다. 그리고, 각 녹색용 화소 Gr, Gb에 있어서 녹색광이 광전 변환됨으로써 전하가 생성되어, 녹색용 화소 Gr, Gb에 각각 축적된다. 그리고, 판독 전압이 게이트 전극 TGgr, TGgb에 인가됨으로써, 녹색용 화소 Gr, Gb에 각각 축적된 전하가 플로팅 디퓨전 FD에 판독된다.
도 8은, 도 3의 마젠타 필터를 따라 절단한 고체 촬상 장치의 개략 구성예를 도시하는 단면도이다. 또한, 도 8은, 도 4의 (b) 및 도 5에 대응한 구성을 도시하였다.
도 8에 있어서, 반도체층 SB1에는 불순물 확산층 H1이 형성되고, 불순물 확산층 H1의 이면측에는 불순물 확산층 H0이 형성되어 있다. 또한, 청색용 화소 B에 있어서, 반도체층 SB1에는 불순물 확산층 H7이 형성되어 있다. 또한, 적색용 화소 R에 있어서, 반도체층 SB1에는 불순물 확산층 H9가 형성되고, 불순물 확산층 H9의 표면측에는 불순물 확산층 H11이 형성되어 있다. 여기서, 불순물 확산층 H7은, 불순물 확산층 H9 아래에 배치되고, 불순물 확산층 H9의 가로를 통과하여 반도체층 SB1의 표면측에 인출되어 있다. 그리고, 불순물 확산층 H9의 인출부 상에는 불순물 확산층 H10이 형성되어 있다. 또한, 불순물 확산층 H7, H9 사이에는 불순물 확산층 H8이 배치되어 있다. 또한, 반도체층 SB1의 표면측에 있어서, 불순물 확산층 H10, H11의 양측에 불순물 확산층 H12, H13이 형성됨으로써 플로팅 디퓨전 FD가 형성되어 있다. 또한, 불순물 확산층 H7, H8, H9는 n형으로 설정할 수 있다. 불순물 확산층 H10, H11은 p+형으로 설정할 수 있다. 불순물 확산층 H12, H13은 n+형으로 설정할 수 있다.
또한, 반도체층 SB1 상에 있어서, 불순물 확산층 H10, H12 사이의 불순물 확산층 H1 상에는 게이트 전극 TGb가 배치되고, 불순물 확산층 H11, H13 사이의 불순물 확산층 H1 상에는 게이트 전극 TGr이 배치되어 있다. 반도체층 SB1의 이면측에는 청색용 화소 B 및 적색용 화소 R에 공통으로 마젠타 필터 Mg가 형성되어 있다. 마젠타 필터 Mg 상에는 청색용 화소 B 및 적색용 화소 R에 공통으로 마이크로렌즈 Z2가 배치되어 있다.
그리고, 마이크로렌즈 Z2로 집광된 광은 마젠타 필터 Mg에 입사함으로써 적색광 및 청색광이 추출되어, 청색광은 청색용 화소 B에 입사함과 함께, 적색광은 적색용 화소 R에 입사한다. 그리고, 청색용 화소 B에 있어서 청색광이 광전 변환됨으로써 전하가 생성되어, 청색용 화소 B에 축적된다. 그리고, 판독 전압이 게이트 전극 TGb에 인가됨으로써, 청색용 화소 B에 축적된 전하가 플로팅 디퓨전 FD에 판독된다. 또한, 적색용 화소 R에 있어서 적색광이 광전 변환됨으로써 전하가 생성되어, 적색용 화소 R에 축적된다. 그리고, 판독 전압이 게이트 전극 TGr에 인가됨으로써, 적색용 화소 R에 축적된 전하가 플로팅 디퓨전 FD에 판독된다.
여기서, 불순물 확산층 H7, H9 사이에 불순물 확산층 H8을 배치함으로써, 적색광과 청색광의 색 분리성을 개선할 수 있다.
도 9는, 도 3의 마젠타 필터를 따라 절단한 고체 촬상 장치의 기타의 개략 구성예를 도시하는 단면도이다. 또한, 도 9는, 도 4의 (a) 및 도 5에 대응한 구성을 도시하였다.
도 9에 있어서, 도 8의 마이크로렌즈 Z2 대신 마이크로렌즈 Z1이 청색용 화소 B 및 적색용 화소 R에 공통으로 배치되어 있다. 그 이외에는 도 8의 구성과 마찬가지이다.
(제2 실시 형태)
도 10의 (a)는 제2 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 컬러 필터의 레이아웃 예를 도시하는 평면도, 도 10의 (b)는 제2 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 마이크로렌즈의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 10의 (a)에 있어서, 이 고체 촬상 장치에서는, 도 3의 구성에 차광막 SH가 추가되어 있다. 또한, 차광막 SH의 재료는, 카본 등이 함유된 수지여도 되고, Al 또는 텅스텐 등의 금속이어도 된다. 여기서, 차광막 SH는, 적색용 화소 R 아래에 배치된 청색용 화소 B를 표현측에 인출하는 인출부를 덮도록 배치할 수 있다. 이에 의해, 이면 조사형 CMOS 센서에 있어서, 청색용 화소 B에 적색광이 입사하는 것을 억제할 수 있어, 혼색을 저감할 수 있다.
또한, 도 10의 (b)에 있어서, 마젠타 필터 Mg 및 차광막 SH 상에는 청색용 화소 B 및 적색용 화소 R에 공통으로 마이크로렌즈 Z3이 배치되어 있다. 여기서, 마이크로렌즈 Z3의 길이 방향의 양단은 차광막 SH 상에 배치되어 있다. 이에 의해, 청색광 및 적색광을 청색용 화소 B 및 적색용 화소 R에 각각 효율적으로 입사시킬 수 있다.
도 11은, 도 10의 (a)의 마젠타 필터를 따라 절단한 고체 촬상 장치의 개략 구성예를 도시하는 단면도이다.
도 11에 있어서, 이 고체 촬상 장치에서는, 도 8의 구성에 차광막 SH가 추가되어 있다. 여기서, 차광막 SH는, 마젠타 필터 Mg와 반도체층 SB1 사이에 배치할 수 있다. 또한, 차광막 SH는, 불순물 확산층 H7의 인출부 및 불순물 확산층 H12, H13을 덮도록 배치할 수 있다.
(제3 실시 형태)
도 12의 (a)는 제3 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 컬러 필터의 레이아웃 예를 도시하는 평면도, 도 12의 (b)는 제3 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 컬러 필터 기타의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 12의 (a)에 있어서, 이 고체 촬상 장치에서는, 도 3의 마젠타 필터 Mg 대신 화이트 필터 W가 적색용 화소 R 및 청색용 화소 B 상에 배치되어 있다. 이에 의해, 마젠타 필터 Mg에 의한 광의 손실을 저감할 수 있어, 고감도화를 도모할 수 있다.
또한, 도 12의 (b)에 있어서, 이 고체 촬상 장치에서는, 도 12의 (a)의 구성에 차광막 SH가 추가되어 있다. 도 12의 (a)의 차광막 SH는, 도 10의 (a)의 차광막 SH와 동일하게 배치할 수 있다.
도 13은, 도 12의 (a)의 화이트 필터와 그린 필터를 따라 절단한 고체 촬상 장치의 기타의 개략 구성예를 도시하는 단면도이다.
도 13에 있어서, 반도체층 SB2에는 불순물 확산층 H21이 형성되고, 불순물 확산층 H21의 이면측에는 불순물 확산층 H20이 형성되어 있다. 또한, 녹색용 화소 Gr(Gb)에 있어서, 반도체층 SB2에는 불순물 확산층 H22가 형성되고, 불순물 확산층 H22의 표면측에는 불순물 확산층 H23이 형성되어 있다. 또한, 청색용 화소 B에 있어서, 반도체층 SB2에는 불순물 확산층 H24가 형성되어 있다. 또한, 적색용 화소 R에 있어서, 반도체층 SB2에는 불순물 확산층 H26이 형성되고, 불순물 확산층 H26의 표면측에는 불순물 확산층 H27이 형성되어 있다. 여기서, 불순물 확산층 H24는, 불순물 확산층 H26 아래에 배치되어 있다. 또한, 불순물 확산층 H24, H26 사이에는 불순물 확산층 H25가 배치되어 있다. 여기서, 불순물 확산층 H25는, 불순물 확산층 H26의 가로를 통과하여 반도체층 SB2의 표면측에 인출되어 있다. 그리고, 불순물 확산층 H25의 인출부 상에는 불순물 확산층 H28이 형성되어 있다. 불순물 확산층 H28은 전원 전위 VDD에 접속되어 있다. 또한, 불순물 확산층 H21은 p형으로 설정할 수 있다. 불순물 확산층 H22, H24, H25, H26은 n형으로 설정할 수 있다. 불순물 확산층 H20, H23, H27은 p+형으로 설정할 수 있다. 불순물 확산층 H28은 n+형으로 설정할 수 있다.
또한, 반도체층 SB2의 이면측에는 녹색용 화소 Gr(Gb)마다 그린 필터 G가 형성됨과 함께, 청색용 화소 B 및 적색용 화소 R에 공통으로 화이트 필터 W가 형성되어 있다. 그린 필터 G 상에는 마이크로렌즈 Z1이 배치되어 있다. 또한, 화이트 필터 W 상에는 마이크로렌즈 Z2가 배치되어 있다.
그리고, 마이크로렌즈 Z1로 집광된 광은 그린 필터 G에 입사함으로써 녹색광이 추출되어, 녹색용 화소 Gr(Gb)에 입사한다. 그리고, 각 녹색용 화소 Gr(Gb)에 있어서 녹색광이 광전 변환됨으로써 전하가 생성되어, 녹색용 화소 Gr(Gb)에 축적된다.
또한, 마이크로렌즈 Z2로 집광된 광은 화이트 필터 W를 통과한다. 그리고, 청색광은 청색용 화소 B에 입사함과 함께, 적색광은 적색용 화소 R에 입사한다. 그리고, 청색용 화소 B에 있어서 청색광이 광전 변환됨으로써 전하가 생성되어, 청색용 화소 B에 축적됨과 함께, 적색용 화소 R에 있어서 적색광이 광전 변환됨으로써 전하가 생성되어, 적색용 화소 R에 축적된다. 또한, 화이트 필터 W를 통과한 녹색광은 불순물 확산층 H25에 입사한다. 그리고, 불순물 확산층 H25에 있어서 녹색광이 광전 변환됨으로써 전하가 생성되어, 전원 전위 VDD에 배출된다. 또한, 전원 전위 VDD는 DC 전위여도 되고, 펄스 구동해도 된다.
여기서, 불순물 확산층 H25에서 생성된 전하를 전원 전위 VDD에 배출함으로써, 청색용 화소 B 및 적색용 화소 R에 화이트 필터 W를 사용한 경우에 있어서도, 혼색을 저감할 수 있다.
도 14는, 도 12의 (a)의 화이트 필터와 그린 필터를 따라 절단한 고체 촬상 장치의 기타의 개략 구성예를 도시하는 단면도이다.
도 14에 있어서, 반도체층 SB3에는 불순물 확산층 H31이 형성되고, 불순물 확산층 H31의 이면측에는 불순물 확산층 H30이 형성되어 있다. 또한, 녹색용 화소 Gr(Gb)에 있어서, 반도체층 SB3에는 불순물 확산층 H32가 형성되고, 불순물 확산층 H32의 표면측에는 불순물 확산층 H33이 형성되어 있다. 또한, 청색용 화소 B에 있어서, 반도체층 SB3에는 불순물 확산층 H34가 형성되어 있다. 또한, 적색용 화소 R에 있어서, 반도체층 SB3에는 불순물 확산층 H36이 형성되고, 불순물 확산층 H36의 표면측에는 불순물 확산층 H37이 형성되어 있다. 여기서, 불순물 확산층 H34는, 불순물 확산층 H36 아래에 배치되어 있다. 또한, 불순물 확산층 H34, H36 사이에는 불순물 확산층 H32가 가로 방향으로 인출되어서 배치되어 있다. 또한, 불순물 확산층 H31은 p형으로 설정할 수 있다. 불순물 확산층 H32, H34, H36은 n형으로 설정할 수 있다. 불순물 확산층 H30, H33, H37은 p+형으로 설정할 수 있다.
또한, 반도체층 SB3의 이면측에는 녹색용 화소 Gr(Gb)마다 그린 필터 G가 형성됨과 함께, 청색용 화소 B 및 적색용 화소 R에 공통으로 화이트 필터 W가 형성되어 있다. 그린 필터 G 상에는 마이크로렌즈 Z1이 배치되어 있다. 또한, 화이트 필터 W 상에는 마이크로렌즈 Z2가 배치되어 있다.
그리고, 마이크로렌즈 Z1로 집광된 광은 그린 필터 G에 입사함으로써 녹색광이 추출되어, 녹색용 화소 Gr(Gb)에 입사한다. 그리고, 각 녹색용 화소 Gr(Gb)에 있어서 녹색광이 광전 변환됨으로써 전하가 생성되어, 녹색용 화소 Gr(Gb)에 축적된다.
또한, 마이크로렌즈 Z2로 집광된 광은 화이트 필터 W를 통과한다. 그리고, 청색광은 청색용 화소 B에 입사함과 함께, 적색광은 적색용 화소 R에 입사한다. 그리고, 청색용 화소 B에 있어서 청색광이 광전 변환됨으로써 전하가 생성되어, 청색용 화소 B에 축적됨과 함께, 적색용 화소 R에 있어서 적색광이 광전 변환됨으로써 전하가 생성되어, 적색용 화소 R에 축적된다. 또한, 화이트 필터 W를 통과한 녹색광은 불순물 확산층 H32의 인출부에 입사한다. 그리고, 불순물 확산층 H32의 인출부에 있어서 녹색광이 광전 변환됨으로써 전하가 생성되어, 녹색용 화소 Gr(Gb)에 축적된다. 여기서, 불순물 확산층 H32의 인출부에서 생성된 전하를 녹색용 화소 Gr(Gb)에 축적시킴으로써, 색 분리성을 개선하면서, 녹색광에 대한 감도를 향상시킬 수 있다.
(제4 실시 형태)
도 15의 (a)는 제4 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 컬러 필터의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 3의 구성에서는, 정사각 어레이로 배치한 화소 PC에 대하여 색 필터를 비스듬히 배치함으로써, 녹색용 화소 Gr, Gb의 경계가 적색용 화소 R 및 청색용 화소 B의 경계에 대하여 비켜놓아져 있다. 이에 비해, 도 15의 (a)의 구성에서는, 정사각 어레이로 배치한 화소 PC를 45도 회전시키고 있음으로써, 녹색용 화소 Gr, Gb의 경계가 적색용 화소 R 및 청색용 화소 B의 경계에 일치하고 있다. 이 구성에 의해, 도 3의 직사각형 컬러 필터에 대하여 정사각형을 45도 기울인 형성하기 쉬운 형상으로 할 수 있다. 도 15의 (a)의 구성에서는, 좌 경사 방향의 해상도가, 우 경사 방향의 해상도 1/2이 된다. 단, 도 15의 (a)의 구성에서는, 정사각 배치의 화소 어레이로 변환하는 보간 신호 처리에서, 녹색용의 신호는 수평 방향 및 수직 방향에서 각각 √2배의 해상도로 향상시킬 수 있다. 녹색의 화소수가 동일한 정사각 어레이의 베이어 어레이에 대하여 실효적으로 2배로 향상시킬 수 있다.
(제5 실시 형태)
도 15의 (b)는 제5 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 컬러 필터의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 15의 (b)에 있어서, 1조(set)의 녹색용 화소 Gr, Gb의 변이, 좌 경사 방향 및 우 경사 방향에 대하여 적색용 화소 R 및 청색용 화소 B의 변에 인접하도록 배치되어 있다. 이 구성에서는, 좌 경사 방향의 해상도와 우 경사 방향의 해상도를 같게 할 수 있다. 또한, 이 구성에서는, 정사각 배치의 화소 어레이로 변환하는 보간 신호 처리에서, 녹색용의 신호는 수평 방향 및 수직 방향에서 각각 √2배의 해상도로 향상시킬 수 있다. 녹색의 화소수가 동일한 정사각 어레이의 베이어 어레이에 대하여 실효적으로 2배로 향상시킬 수 있다.
도 16은, 도 15의 (b)의 컬러 필터의 레이아웃에 대응한 포토다이오드, 플로팅 디퓨전 및 게이트 전극의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 16에 있어서, 이 구성에서는, 도 5의 구성에 대하여 화소 PC가 45°만큼 기울여서 배치되어 있다. 그리고, 녹색용 광전 변환층 PD-Gr, PD-Gb는, 1개분의 화소 PC에 각각 수용되도록 배치되고, 적색용 광전 변환층 PD-R 및 청색용 광전 변환층 PD-B는, 2개분의 화소 PC에 수용되도록 배치되어 있다. 청색용 광전 변환층 PD-B는 적색용 광전 변환층 PD-R 상에 겹치도록 배치되어 있다. 이 화소 PC로부터 판독된 화소 신호는 수직 신호선을 통하여 Vlin을 통하여 칼럼 방향 CD에 전송할 수 있다.
도 17의 (a)는 도 15의 (a) 또는 도 15의 (b)의 컬러 필터 어레이에 대한 마이크로렌즈의 레이아웃 예를 도시하는 평면도, 도 17의 (b)는 도 15의 (a)의 컬러 필터 어레이에 대한 마이크로렌즈의 기타의 레이아웃 예를 도시하는 평면도, 도 17의 (c)는 도 15의 (b)의 컬러 필터 어레이에 대한 마이크로렌즈의 기타의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 17의 (a)에 있어서, 이 레이아웃에서는, 1화소분의 사이즈 마이크로렌즈 Z4가 설치되어 있다. 이 마이크로렌즈 Z4의 레이아웃은, 도 15의 (a) 또는 도 15의 (b)의 구성에 사용할 수 있다. 이 구성에서는, 녹색용 화소 Gr, Gb, 적색용 화소 R 및 청색용 화소 B에 대하여 마이크로렌즈 Z4의 사이즈 및 형상을 같게 할 수 있어, 마이크로렌즈 Z4의 변형에 의한 화질의 저하를 억제할 수 있다.
도 17의 (b) 및 도 17의 (c)에 있어서, 이 레이아웃에서는, 1화소분의 사이즈 마이크로렌즈 Z4 및 2화소분의 사이즈 마이크로렌즈 Z5가 설치되어 있다. 도 17의 (b)의 마이크로렌즈 Z4, Z5의 레이아웃은, 도 15의 (a)의 구성에 사용할 수 있다. 도 17의 (c)의 마이크로렌즈 Z4, Z5의 레이아웃은, 도 15의 (b)의 구성에 사용할 수 있다.
도 3과 도 4의 구성에서는, 1화소분의 컬러 필터와 마이크로렌즈가 직사각형인 것에 비해서, 도 15의 (a), 도 15의 (b) 및 도 17의 (a) 내지 도 17의 (c)의 1화소분의 컬러 필터와 마이크로렌즈는 정사각형을 45도 기울인 형성하기 쉬운 형상으로 할 수 있다. 이로 인해, 미세 화소에의 적용을 용이화하거나, 제조 편차를 보다 작게 하거나 할 수 있다.
(제6 실시 형태)
도 18의 (a)는 제6 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 컬러 필터의 레이아웃 예를 도시하는 평면도, 도 18의 (b)는 제6 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 마이크로렌즈의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 18의 (a)에 있어서, 이 고체 촬상 장치에서는, 도 15의 (a)의 구성에 차광막 SH가 추가되어 있다. 여기서, 차광막 SH는, 적색용 화소 R 아래에 배치된 청색용 화소 B를 표현측에 인출하는 인출부를 덮도록 배치할 수 있다.
또한, 도 18의 (b)에 있어서, 마젠타 필터 Mg 및 차광막 SH 상에는 청색용 화소 B 및 적색용 화소 R에 공통으로 마이크로렌즈 Z6이 배치되어 있다. 여기서, 마이크로렌즈 Z6의 길이 방향의 양단은 차광막 SH 상에 배치되어 있다.
(제7 실시 형태)
도 19는, 제7 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 베이어 어레이에 있어서의 4화소 1셀 구성예를 도시하는 회로도이다.
도 19에 있어서, 이 베이어 어레이 HP에는 포토다이오드 PD-B, PD-R, PD-Gr, PD-Gb, 행 선택 트랜지스터 TRadr, 증폭 트랜지스터 TRamp, 리셋 트랜지스터 TRrst 및 판독 트랜지스터 TGb, TGr, TGgr, TGgb가 설치되어 있다. 또한, 증폭 트랜지스터 TRamp과 리셋 트랜지스터 TRrst와 판독 트랜지스터 TGb, TGr, TGgr, TGgb의 접속점에는 검출 노드로서 플로팅 디퓨전 FD가 형성되어 있다. 여기서, 플로팅 디퓨전 FD, 행 선택 트랜지스터 TRadr, 증폭 트랜지스터 TRamp 및 리셋 트랜지스터 TRrst는 포토다이오드 PD-B, PD-R, PD-Gr, PD-Gb에서 공용되고 있다.
그리고, 판독 트랜지스터 TGgr의 소스는 포토다이오드 PD-Gr에 접속되고, 판독 트랜지스터 TGb의 소스는 포토다이오드 PD-B에 접속되고, 판독 트랜지스터 TGr의 소스는 포토다이오드 PD-R에 접속되고, 판독 트랜지스터 TGgb의 소스는 포토다이오드 PD-Gb에 접속되어 있다. 또한, 리셋 트랜지스터 TRrst의 소스는 판독 트랜지스터 TGb, TGr, TGgr, TGgb의 드레인에 접속되고, 리셋 트랜지스터 TRrst 및 행 선택 트랜지스터 TRadr의 드레인은 전원 전위 VDD에 접속되어 있다. 또한, 증폭 트랜지스터 TRamp의 소스는 수직 신호선 Vlin1에 접속되고, 증폭 트랜지스터 TRamp의 게이트는 판독 트랜지스터 TGb, TGr, TGgr, TGgb의 드레인에 접속되고, 증폭 트랜지스터 TRamp의 드레인은 행 선택 트랜지스터 TRadr의 소스에 접속되어 있다.
도 20은, 제7 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 베이어 어레이에 있어서의 기타의 4화소 1셀 구성예를 도시하는 회로도이다.
도 19의 구성에서는, 포토다이오드 PD-B, PD-R, PD-Gr, PD-Gb가 칼럼 방향 CD에 일렬로 배열되어 있다. 이에 비해, 도 20의 구성에서는, 포토다이오드 PD-B, PD-R, PD-Gr, PD-Gb가 칼럼 방향 CD 및 로우 방향 RD로 2행2열로 배열되어 있다.
도 21은, 제7 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 포토다이오드, 플로팅 디퓨전 및 게이트 전극의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다. 또한, 도 21의 구성은 도 20의 회로에 대응한다.
도 21에 있어서, 적색용 광전 변환층 PD-R, 청색용 광전 변환층 PD-B 및 녹색용 광전 변환층 PD-Gr, PD-Gb는, 도 6의 구성과 동일하게 배치되어 있다. 단, 도 6의 구성에서는, 1개의 베이어 어레이 HP에 4개의 플로팅 디퓨전 FD가 설치되어 있는 것에 비해, 도 21의 구성에서는, 1개의 베이어 어레이 HP에 2개의 플로팅 디퓨전 FD가 설치되어 있다. 여기서, 제1 베이어 어레이 HP의 제1 플로팅 디퓨전 FD는, 제1 베이어 어레이 HP의 청색용 광전 변환층 PD-B 및 녹색용 광전 변환층 PD-Gb와, 제1 베이어 어레이 HP에 칼럼 방향 CD로 인접하는 제2 베이어 어레이 HP의 적색용 광전 변환층 PD-R 및 녹색용 광전 변환층 PD-Gr에 의해 공유되어 있다. 제1 베이어 어레이 HP의 제2 플로팅 디퓨전 FD는, 제1 베이어 어레이 HP의 적색용 광전 변환층 PD-R 및 녹색용 광전 변환층 PD-Gr과, 제1 베이어 어레이 HP에 칼럼 방향 CD로 인접하는 제3 베이어 어레이 HP의 청색용 광전 변환층 PD-B 및 녹색용 광전 변환층 PD-Gb에 의해 공유되어 있다.
여기서, 4화소 1셀 구성을 사용함으로써, 도 6에 2화소 1셀 구성에 비하여 플로팅 디퓨전 FD, 행 선택 트랜지스터 TRadr, 증폭 트랜지스터 TRamp 및 리셋 트랜지스터 TRrst의 개수를 반감시킬 수 있고, 그만큼만 적색용 광전 변환층 PD-R, 청색용 광전 변환층 PD-B 및 녹색용 광전 변환층 PD-Gr, PD-Gb의 면적을 확대한 것이 가능하게 됨으로써, 감도와 포화 신호량을 향상시킬 수 있다.
(제8 실시 형태)
도 22는, 제8 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 포토다이오드, 플로팅 디퓨전 및 게이트 전극의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 22에 있어서, 이 구성에서는, 녹색용 광전 변환층 PD-Gr, PD-Gb에 인출부 PD-G1, PD-G2가 각각 설치되어 있다. 여기서, 인출부 PD-G1, PD-G2는 칼럼 방향 CD로 인출하고, 깊이 방향으로 적색용 광전 변환층 PD-R과 청색용 광전 변환층 PD-B 사이에 배치되어 있다. 또한, 인출부 PD-G1, PD-G2는, 도 14의 불순물 확산층 H32의 인출부와 동일하게 구성할 수 있다.
(제9 실시 형태)
도 23은, 제9 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 포토다이오드, 플로팅 디퓨전 및 게이트 전극의 레이아웃 예를 도시하는 평면도이다.
도 22의 구성에서는, 인출부 PD-G1, PD-G2는 칼럼 방향 CD로 인출되고 있었다. 이에 비해, 도 23의 구성에서는, 인출부 PD-G1, PD-G2는 로우 방향 RD로 인출되어 있다.
여기서, 녹색용 광전 변환층 PD-Gr, PD-Gb에 인출부 PD-G1, PD-G2를 각각 설치함으로써, 녹색광에 대한 감도를 향상시킬 수 있다.
(제10 실시 형태)
도 24는, 제10 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치가 적용된 디지털 카메라의 개략 구성을 도시하는 블록도이다.
도 24에 있어서, 디지털 카메라(11)는 카메라 모듈(12) 및 후단 처리부(13)를 갖는다. 카메라 모듈(12)은 촬상 광학계(14) 및 고체 촬상 장치(15)를 갖는다. 후단 처리부(13)는 이미지 시그널 프로세서(ISP)(16), 기억부(17) 및 표시부(18)를 갖는다. 또한, ISP(16)의 적어도 일부의 구성은 고체 촬상 장치(15)와 함께 1칩화하도록 해도 된다.
촬상 광학계(14)는 피사체로부터의 광을 도입하고, 피사체상을 결상시킨다. 고체 촬상 장치(15)는 피사체상을 촬상한다. ISP(16)는, 고체 촬상 장치(15)에서의 촬상에 의해 얻어진 화상 신호를 신호 처리한다. 기억부(17)는 ISP(16)에서의 신호 처리를 거친 화상을 저장한다. 기억부(17)는 유저의 조작 등에 따라, 표시부(18)에 화상 신호를 출력한다. 표시부(18)는 ISP(16) 또는 기억부(17)로부터 입력되는 화상 신호에 따라, 화상을 표시한다. 표시부(18)는, 예를 들어 액정 디스플레이다. 또한, 카메라 모듈(12)은 디지털 카메라(11) 이외에도, 예를 들어 카메라 핸드폰 단말기 등의 전자 기기에 적용하도록 해도 된다.
(제11 실시 형태)
도 25는, 제11 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치가 적용된 카메라 모듈의 개략 구성을 도시하는 단면도이다.
도 25에 있어서, 피사체로부터 카메라 모듈(21)의 렌즈(22)에 입사한 광은, 메인 미러(23), 서브 미러(24) 및 메카니즘 셔터(28)를 거쳐서 고체 촬상 장치(29)에 입사한다.
서브 미러(24)에서 반사된 광은, 오토 포커스(AF) 센서(25)에 입사한다. 카메라 모듈(21)에서는, AF 센서(25)에서의 검출 결과에 기초하여 포커스 조정이 행하여진다. 메인 미러(23)에서 반사된 광은, 렌즈(26) 및 프리즘(27)을 거쳐서 파인더(30)에 입사한다.
본 발명의 몇 가지의 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규의 실시 형태는, 기타의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 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)

  1. 광전 변환된 전하를 축적하는 화소가 로우 방향 및 칼럼 방향으로 매트릭스 형상으로 배치된 화소 어레이부를 구비하고,
    상기 화소 어레이부는,
    상기 칼럼 방향에 대하여 비스듬히 배치된 2화소분의 제1 및 제2 녹색용 광전 변환층과,
    상기 제1 및 제2 녹색용 광전 변환층에 인접하여 배치된 2화소분의 청색용 광전 변환층과,
    상기 청색용 광전 변환층과 깊이 방향으로 겹치도록 하여 설치된 적색용 광전 변환층을 구비하는 고체 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 녹색용 광전 변환층의 상부에 2화소분에 연속하여 설치한 그린 필터와,
    상기 청색용 광전 변환층의 상부에 2화소분에 연속하여 설치한 그린 필터와 상이한 필터를 구비하는 고체 촬상 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 그린 필터와 상이한 필터는 마젠타 필터 또는 화이트 필터이며, 상기 그린 필터와 상기 마젠타 필터 또는 화이트 필터가 2화소마다 교대로 배치된 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 화소 어레이부로부터의 출력 신호의 화소 어레이가 정사각 어레이로 출력되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 화소 어레이부로부터의 출력 신호의 화소 어레이가 정사각 어레이를 45도 기울인 어레이로 출력되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 녹색용 광전 변환층의 상부에 광을 집광하는 직사각형의 마이크로렌즈를 45도 기울여서 형성한 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 화소로부터 판독된 신호를 상기 칼럼 방향으로 전송하는 수직 신호선을 구비하는 고체 촬상 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 녹색용 광전 변환층의 일부는, 상기 청색용 광전 변환층과 상기 적색용 광전 변환층의 깊이 방향의 겹침 부분의 사이에 잡아늘여져 있는 고체 촬상 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 청색용 광전 변환층과 상기 적색용 광전 변환층의 깊이 방향의 겹침 부분의 사이에 설치된 전하 배출층을 구비하는 고체 촬상 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 칼럼 방향에 대하여 경사 방향으로 인접하는 상기 제1 및 제2 녹색용 광전 변환층에 의해 공유되는 제1 플로팅 디퓨전과,
    상기 칼럼 방향에 대하여 경사 방향으로 인접하는 상기 청색용 광전 변환층과 적색용 광전 변환층에 의해 공유되는 제2 플로팅 디퓨전을 구비하는 고체 촬상 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 플로팅 디퓨전과 상기 제2 플로팅 디퓨전은, 1칼럼 간격으로 1로우마다 교대로 배치되는 고체 촬상 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 칼럼 방향에 대하여 제1 경사 방향으로 인접하는 상기 제1 및 제2 녹색용 광전 변환층에 의해 공유되는 제1 플로팅 디퓨전과,
    상기 칼럼 방향에 대하여 제2 경사 방향으로 인접하는 상기 청색용 광전 변환층과 적색용 광전 변환층에 의해 공유되는 제2 플로팅 디퓨전을 구비하는 고체 촬상 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 플로팅 디퓨전과 상기 제2 플로팅 디퓨전은, 상기 칼럼 방향에 대하여 제1 경사 방향으로 교대로 배치되는 고체 촬상 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 칼럼 방향에 대하여 제1 경사 방향으로 인접하는 상기 제1 및 제2 녹색용 광전 변환층에 의해 공유됨과 함께, 상기 칼럼 방향에 대하여 제2 경사 방향으로 인접하는 상기 청색용 광전 변환층과 적색용 광전 변환층에 의해 공유되는 플로팅 디퓨전을 구비하는 고체 촬상 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 플로팅 디퓨전은, 1칼럼 간격 또한 1로우 간격으로 배치되는 고체 촬상 장치.
  16. 광전 변환된 전하를 축적하는 화소가 칼럼 방향에 대하여 제1 경사 방향 및 제2 경사 방향으로 매트릭스 형상으로 배치된 화소 어레이부를 구비하고,
    상기 화소 어레이부는,
    1화소분의 제1 녹색용 광전 변환층과,
    상기 제1 녹색용 광전 변환층에 상기 제1 경사 방향으로 인접하여 배치된 1화소분의 제2 녹색용 광전 변환층과,
    상기 제1 및 제2 녹색용 광전 변환층에 상기 제2 경사 방향으로 인접하여 배치된 2화소분의 청색용 광전 변환층과,
    상기 청색용 광전 변환층과 깊이 방향으로 겹치도록 하여 설치된 적색용 광전 변환층을 구비하는 고체 촬상 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 화소로부터 판독된 신호를 상기 칼럼 방향으로 전송하는 수직 신호선을 구비하는 고체 촬상 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 제1 경사 방향 및 상기 제2 경사 방향에 대하여 상기 제1 녹색용 광전 변환층과 상기 제2 녹색용 광전 변환층의 조(set)와, 상기 청색용 광전 변환층과 상기 적색용 광전 변환층의 조가 교대로 배치되어 있는 고체 촬상 장치.
  19. 제18항에 있어서, 로우 방향에 대하여 인접하는 상기 제1 및 제2 녹색용 광전 변환층에 의해 공유됨과 함께, 상기 칼럼 방향에 대하여 인접하는 상기 청색용 광전 변환층과 적색용 광전 변환층에 의해 공유되는 플로팅 디퓨전을 구비하는 고체 촬상 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 플로팅 디퓨전은, 1칼럼 간격 또한 1로우 간격으로 배치되는 고체 촬상 장치.
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