KR20150104010A - 고체 촬상 장치 - Google Patents

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KR20150104010A
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유키 스기우라
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가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

본 발명의 실시 형태에 의하면, 반도체층과, 유기 광전 변환층과, 마이크로렌즈를 구비하는 고체 촬상 장치가 제공된다. 반도체층에는 복수의 광전 변환 소자가 설치된다. 유기 광전 변환층은 반도체층의 수광면측에 설치되며, 소정 파장 영역의 광을 흡수하여 광전 변환하고, 소정 파장 영역 이외의 파장 영역의 광을 투과시킨다. 마이크로렌즈는, 유기 광전 변환층을 개재하여 복수의 광전 변환 소자의 각 수광면과 각각 대향하는 위치에 설치되고, 광을 광전 변환 소자에 집광한다.

Description

고체 촬상 장치{SOLID-STATE IMAGING DEVICE}
본 출원은 2014년 3월 4일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2014-042132호의 우선권의 이익을 향수하고, 그 일본 특허 출원의 전체 내용은 본 출원에서 원용된다. 본 실시 형태는 일반적으로 고체 촬상 장치에 관한 것이다.
종래, 고체 촬상 장치는 입사되는 광을 광전 변환하는 복수의 광전 변환 소자를 구비한다. 각 광전 변환 소자의 수광면측에는, 예를 들어 적색, 청색, 녹색 중 어느 하나의 색의 광을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터가, 2차원형으로 베이어 배열된다.
이러한 고체 촬상 장치는, 최근 들어 소형화가 진행됨에 따라, 촬상 화상의 각 화소에 대응하는 광전 변환 소자가 미세화되는 경향이 있다. 이에 수반하여, 고체 촬상 장치에서는 각 광전 변환 소자의 수광면의 면적이 축소되므로, 수광 감도가 저하된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 수광 감도를 향상시키는 것이 가능한 고체 촬상 장치를 제공하는 것이다.
일 실시 형태의 고체 촬상 장치는, 입사되는 광을 광전 변환하는 복수의 광전 변환 소자가 설치되는 반도체층과, 상기 반도체층의 수광면측에 설치되며, 소정 파장 영역의 광을 흡수하여 광전 변환하고, 상기 소정 파장 영역 이외의 파장 영역의 광을 투과시키는 유기 광전 변환층과, 상기 유기 광전 변환층을 개재하여 상기 복수의 광전 변환 소자의 각 수광면과 각각 대향하는 위치에 설치되고, 입사되는 광을 상기 광전 변환 소자에 집광하는 마이크로렌즈를 구비한다.
상기 구성의 고체 촬상 장치에 의하면, 수광 감도를 향상시키는 것이 가능하다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치를 구비하는 디지털 카메라의 개략 구성을 도시하는 블록도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 개략 구성을 도시하는 블록도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 화소 어레이의 상면을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 4는 도 3에 도시하는 화소 어레이의 P-P' 선에서의 단면을 도시하는 설명도이다.
도 5의 (a) 내지 도 5의 (d)는 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 제조 공정을 도시하는 단면 모식도이다.
도 6의 (a) 내지 도 6의 (c)는 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 제조 공정을 도시하는 단면 모식도이다.
도 7의 (a) 내지 도 7의 (c)는 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 제조 공정을 도시하는 단면 모식도이다.
도 8은 제1 실시 형태에 따른 화소 어레이의 구성의 일부를 도시하는 설명도이다.
도 9는 제2 실시 형태에 따른 화소 어레이의 구성의 일부를 도시하는 설명도이다.
도 10은 제3 실시 형태에 따른 이미지 센서의 일부를 도시하는 단면에서 본 설명도이다.
도 11은 제4 실시 형태에 따른 화소 어레이의 평면을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 12는 도 11에 도시하는 화소 어레이의 Q-Q' 선에서의 단면을 도시하는 설명도이다.
도 13은 제5 실시 형태에 따른 이미지 센서의 일부를 도시하는 단면에서 본 설명도이다.
본 실시 형태에 의하면, 고체 촬상 장치가 제공된다. 고체 촬상 장치는 반도체층과, 유기 광전 변환층과, 마이크로렌즈를 구비한다. 반도체층에는 입사되는 광을 광전 변환하는 복수의 광전 변환 소자가 설치된다. 유기 광전 변환층은 상기 반도체층의 수광면측에 설치되며, 소정 파장 영역의 광을 흡수하여 광전 변환하고, 상기 소정 파장 영역 이외의 파장 영역의 광을 투과시킨다. 마이크로렌즈는, 상기 유기 광전 변환층을 개재하여 상기 복수의 광전 변환 소자의 각 수광면과 각각 대향하는 위치에 설치되고, 입사되는 광을 상기 광전 변환 소자에 집광한다.
이하에 첨부 도면을 참조하여, 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 이들 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
(제1 실시 형태)
도 1은, 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치(14)를 구비하는 디지털 카메라(1)의 개략 구성을 도시하는 블록도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 디지털 카메라(1)는 카메라 모듈(11)과 후단 처리부(12)를 구비한다.
카메라 모듈(11)은 촬상 광학계(13)와 고체 촬상 장치(14)를 구비한다. 촬상 광학계(13)는 피사체로부터의 광을 도입하여, 피사체상을 결상시킨다. 고체 촬상 장치(14)는 촬상 광학계(13)에 의해 결상되는 피사체상을 촬상하고, 촬상에 의해 얻어진 화상 신호를 후단 처리부(12)에 출력한다. 이러한 카메라 모듈(11)은 디지털 카메라(1) 이외에, 예를 들어 카메라 핸드폰 단말기 등의 전자 기기에 적용된다.
후단 처리부(12)는 ISP(Image Signal Processor)(15), 기억부(16) 및 표시부(17)를 구비한다. ISP(15)는 고체 촬상 장치(14)로부터 입력되는 화상 신호의 신호 처리를 행한다. 이러한 ISP(15)는, 예를 들어 노이즈 제거 처리, 결함 화소 보정 처리, 해상도 변환 처리 등의 고화질화 처리를 행한다.
그리고, ISP(15)는 신호 처리 후의 화상 신호를 기억부(16), 표시부(17) 및 카메라 모듈(11) 내의 고체 촬상 장치(14)가 구비하는, 후술하는 신호 처리 회로(21)(도 2 참조)에 출력한다. ISP(15)로부터 카메라 모듈(11)에 피드백되는 화상 신호는, 고체 촬상 장치(14)의 조정이나 제어에 사용된다.
기억부(16)는 ISP(15)로부터 입력되는 화상 신호를 화상으로서 기억한다. 또한, 기억부(16)는 기억한 화상의 화상 신호를 사용자의 조작 등에 따라 표시부(17)에 출력한다. 표시부(17)는 ISP(15) 또는 기억부(16)로부터 입력되는 화상 신호에 따라 화상을 표시한다. 이러한 표시부(17)는, 예를 들어 액정 디스플레이 등이다.
다음으로 도 2를 참조하면서 카메라 모듈(1)이 구비하는 고체 촬상 장치(14)에 대해 설명한다. 도 2는, 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치(14)의 개략 구성을 도시하는 블록도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 고체 촬상 장치(14)는 이미지 센서(20)와, 신호 처리 회로(21)를 구비한다.
여기서는, 이미지 센서(20)가 입사광을 광전 변환하는 광전 변환 소자에서의, 입사광이 입사되는 면과는 반대면측에 배선층이 형성되는, 소위 이면 조사형 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서인 경우에 대해 설명한다.
또한, 제1 실시 형태에 따른 이미지 센서(20)는, 이면 조사형 CMOS 이미지 센서에 한정하는 것은 아니며, 표면 조사형 CMOS 이미지 센서나, CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서 등과 같은 임의의 이미지 센서이어도 된다.
이미지 센서(20)는 주변 회로(22)와, 화소 어레이(23)를 구비한다. 또한, 주변 회로(22)는 수직 시프트 레지스터(24), 타이밍 제어부(25), CDS(상관 이중 샘플링)(26), ADC(아날로그/디지털 변환부)(27) 및 라인 메모리(28)를 구비한다.
화소 어레이(23)는 이미지 센서(20)의 촬상 영역에 설치된다. 이러한 화소 어레이(23)에는, 촬상 화상의 각 화소에 대응하는 복수의 광전 변환 소자가 배치되어 있다. 그리고 화소 어레이(23)는, 각 화소에 대응하는 각 광전 변환 소자가 입사광량에 따른 신호 전하(예를 들어, 전자)를 발생시켜 축적한다.
타이밍 제어부(25)는 수직 시프트 레지스터(24)에 대해 동작 타이밍의 기준으로 되는 펄스 신호를 출력하는 처리부이다. 수직 시프트 레지스터(24)는 배치된 복수의 광전 변환 소자 중에서 신호 전하를 판독하는 광전 변환 소자를 행 단위로 순차 선택하기 위한 선택 신호를 화소 어레이(23)에 출력하는 처리부이다.
화소 어레이(23)는 수직 시프트 레지스터(24)로부터 입력되는 선택 신호에 의해 행 단위로 선택되는 각 광전 변환 소자에 축적된 신호 전하를, 각 화소의 휘도를 나타내는 화소 신호로서 광전 변환 소자로부터 CDS(26)에 출력한다.
CDS(26)는 화소 어레이(23)로부터 입력되는 화소 신호로부터, 상관 이중 샘플링에 의해 노이즈를 제거하여 ADC(27)에 출력하는 처리부이다. ADC(27)는 CDS(26)로부터 입력되는 아날로그 화소 신호를 디지털 화소 신호로 변환하여 라인 메모리(28)에 출력하는 처리부이다. 라인 메모리(28)는 ADC(27)로부터 입력되는 화소 신호를 일시적으로 유지하고, 화소 어레이(23)의 광전 변환 소자의 행마다 신호 처리 회로(21)에 출력하는 처리부이다.
신호 처리 회로(21)는 라인 메모리(28)로부터 입력되는 화소 신호에 대해 소정의 신호 처리를 행하여 후단 처리부(12)에 출력하는 처리부이다. 신호 처리 회로(21)는 화소 신호에 대해, 예를 들어 렌즈 쉐이딩 보정, 흠집 보정, 노이즈 저감 처리 등의 신호 처리를 행한다.
이와 같이 이미지 센서(20)에서는, 화소 어레이(23)에 배치되는 복수의 광전 변환 소자가, 입사광을 수광량에 따른 양(量)의 신호 전하로 광전 변환하여 축적하고, 주변 회로(22)가 각 광전 변환 소자에 축적된 신호 전하를 화소 신호로서 판독함으로써 촬상을 행한다.
이 이미지 센서(20)는, 소정 파장 영역 이외의 파장 영역의 광(예를 들어, 청색광 또는 적색광)을 수광하여 광전 변환하는 광전 변환 소자의 수광면측에, 소정 파장 영역의 광(예를 들어, 녹색광)을 흡수하여 광전 변환하고, 소정 파장 영역 이외의 파장 영역의 광을 투과시키는 유기 광전 변환층을 구비한다.
이러한 유기 광전 변환층은 복수의 광전 변환 소자의 수광면을 포함하는 영역 전체를 덮도록 형성된다. 이것에 의해 이미지 센서(20)에서는, 예를 들어 녹색광을 광전 변환하는 유기 광전 변환층의 광이 입사되는 측의 면 전체가, 녹색광용 수광면으로 된다. 따라서 이미지 센서(20)에서는, 녹색광을 유기 광전 변환층에 집광하는 마이크로렌즈가 불필요하게 된다.
이로 인해, 이미지 센서(20)에서는 종래, 녹색광용 마이크로렌즈가 설치되어 있던 공간을 청색광용 또는 적색광용 마이크로렌즈의 설치 공간으로서 사용하는 것이 가능해진다. 따라서 이미지 센서(20)에서는, 유기 광전 변환층의 수광면측에, 소정 파장 영역 이외의 파장 영역의 광(예를 들어, 청색광 또는 적색광)을 광전 변환 소자에 집광하는, 종래보다 수광 면적이 큰 마이크로렌즈가 설치된다.
이러한 이미지 센서(20)에 의하면, 예를 들어 유기 광전 변환층의 수광면 전체에 의해 녹색광을 수광하고, 종래보다 수광 면적이 큰 마이크로렌즈에 의해, 적색광과 청색광을 광전 변환 소자에 집광시킴으로써 수광 감도를 향상시킬 수 있다.
이하, 수광 감도를 향상시킨 화소 어레이(23)에 대해, 보다 구체적으로 설명한다. 도 3은, 제1 실시 형태에 따른 화소 어레이(23)의 상면을 모식적으로 도시하는 설명도이다. 또한 도 3에 있어서는, 위치 관계를 명확히 하기 위해, 서로 직교하는 X축, Y축 및 Z축을 규정하고, Z축 정방향을 연직 상방향으로 한다.
도 3에 도시한 바와 같이 화소 어레이(23)에서는, 반도체층 내의 적색광을 수광하는 광전 변환 소자(5a)와 청색광을 수광하는 광전 변환 소자(5b)가 평면에서 보아 지그재그 배열이 되도록 배치된다.
구체적으로는, 평면에서 보아 직사각형인 광전 변환 소자(5a)가 행렬형으로 소정의 폭을 두고 2차원 배열되고, 각 광전 변환 소자(5a)에 의해 사방이 둘러싸이는 영역의 중심에, 평면에서 보아 직사각형인 광전 변환 소자(5b)가 각각 배치된다.
또한 도 3에 있어서, 적색광을 수광하는 광전 변환 소자(5a)를 나타내는 직사각형 내에는 R의 문자를 붙이고, 청색광을 수광하는 광전 변환 소자(5b)를 나타내는 직사각형 내에는 B의 문자를 붙여, 각 광전 변환 소자(5a, 5b)의 배치 관계를 명확히 하고 있다. 또한 이하에 있어서, 적색광을 수광하는 광전 변환 소자(5a)를 적색용 광전 변환 소자(5a)라고 칭하고, 청색광을 수광하는 광전 변환 소자(5b)를 청색용 광전 변환 소자(5b)라고 칭한다.
또한, 화소 어레이(23)는 Z축 정방향에 있어서, 적색용 광전 변환 소자(5a)에 대향하는 위치에 적색광을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터가 설치되고, 청색용 광전 변환 소자(5b)에 대향하는 위치에 청색광을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터가 설치된다. 이들 컬러 필터에 대해서는, 편의상 도 3에 도시하고 있지 않으며, 후술하는 도 4에 도시한다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이 화소 어레이(23)는, 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)측에 제2 투명 전극에 상당하는 하부 투명 전극(4)이 설치된다. 이 하부 투명 전극(4)은, 후술하는 녹색광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 변환층에 의해 변환된 신호 전하를 1화소마다 판독하는 화소 전극이다. 유기 광전 변환층은, 하부 투명 전극(4)의 수광면 상에 각 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)을 덮도록 1매의 시트로서 설치된다.
즉, 녹색 화소로 되는 하부 투명 전극(4) 및 유기 광전 변환층은, 지그재그 배열된 적색 화소인 광전 변환 소자(5a) 및 청색 화소인 광전 변환 소자(5b)의 수광면(50)측에 적층된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 하부 투명 전극(4)은 평면에서 보아 직사각형으로 형성되며, 각 광전 변환 소자(5a, 5b)에 의해 사방이 둘러싸이는 영역과 Z축 정방향에 있어서 각각 대향하는 위치에, 평면에서 보아 허니컴(honeycomb) 배열로 배열된다. 구체적으로는 각 하부 투명 전극(4)은, 하부 투명 전극(4)의 Y축 방향에 평행한 대각선이 광전 변환 소자(5a, 5b)의 X축 방향에 평행한 변에 대해 90°로 되도록 각각 배열된다. 또한 도 3에 있어서, 하부 투명 전극(4)을 나타내는 직사각형 내에는 G의 문자를 붙여, 하부 투명 전극(4)의 배치 관계를 나타내고 있다.
이와 같이 배치된 각 하부 투명 전극(4)은, 하부 투명 전극(4)의 중심이 각 광전 변환 소자(5a, 5b)에 의해 사방이 둘러싸이는 영역의 중심에 위치하고, 하부 투명 전극(4)의 각 정점이, 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50) 상에 위치한다. 즉, 하부 투명 전극(4)은, 하부 투명 전극(4)의 4코너의 일부가 각 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)의 일부와 중첩되어 있다. 또한, 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)이란, 광전 변환 소자(5a, 5b)의 광이 입사되는 측의 단부면을 말한다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이 화소 어레이(23)는, 유기 광전 변환층의 수광면측에, 입사되는 광이 각 광전 변환 소자(5a, 5b)에 집광하는 마이크로렌즈(3)가 각 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)과 Z축 정방향에 있어서 각각 대향하는 위치에 설치된다.
구체적으로는, 평면에서 보아 원형 마이크로렌즈(3)가, 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)을 평면에서 보아 포함하도록 설치된다. 각 마이크로렌즈(3)의 광학 중심은, 각 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)의 중심에 각각 있다. 적색용 광전 변환 소자(5a)의 수광면(50)이 포함되는 마이크로렌즈(3)의 외주연은, 청색용 광전 변환 소자(5b)의 수광면(50)이 포함되는 마이크로렌즈(3)의 외주연에 접하고 있다. 즉, 마이크로렌즈(3)의 평면에서 본 면적은, 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)의 면적보다 크게 되어 있다.
이와 같이, 유기 광전 변환층의 수광면측에는, 적색용 광전 변환 소자(5a)에 입사되는 광을 집광하기 위한 마이크로렌즈(3)와, 청색용 광전 변환 소자(5b)에 입사되는 광을 집광하기 위한 마이크로렌즈(3)가 설치된다.
이러한 화소 어레이(23)에서는, 하부 투명 전극(4)의 수광면 상에 각 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)을 덮도록 1매의 시트로서 유기 광전 변환층이 형성된다. 이로 인해 유기 광전 변환층은, 화소 어레이(23)의 수광면의 전체면을 향하여 입사되는 광을 용이하게 포착하여 감지할 수 있다. 즉, 화소 어레이(23)에서는 적색, 청색 및 녹색광 중 녹색광을 확실하게 유기 광전 변환층에서 포착할 수 있기 때문에, 녹색광을 마이크로렌즈(3)에서 집광할 필요가 없다.
한편, 화소 어레이(23)에서는, 반도체층 내에서 적색용 광전 변환 소자(5a)와 청색용 광전 변환 소자(5b)가 산재해 있기 때문에, 이 광전 변환 소자(5a, 5b)에 광을 집광하기 위해 적색 화소용 마이크로렌즈(3)와 청색 화소용 마이크로렌즈(3)가 필요하다. 이로 인해 화소 어레이(23)에서는, 유기 광전 변환층의 수광면측에 있어서, 적색 화소용 마이크로렌즈(3)와, 청색 화소용 마이크로렌즈(3)가 설치된다.
이 점에서 화소 어레이(23)에서는, 유기 광전 변환층의 수광면측의 마이크로렌즈(3)의 설치 영역에 있어서, 적색 화소용 마이크로렌즈(3) 및 청색 화소용 마이크로렌즈(3)의 설치에 충분한 영역을 사용할 수 있다. 이것에 의해 화소 어레이(23)에서는, 각 광전 변환 소자(5a, 5b)와 각각 대향하는 위치에 설치되는 마이크로렌즈(3)의 설치 면적을 크게 설정할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 반도체층 내에서 적색, 청색 및 녹색 화소가 베이어 배열로 있는 화소 어레이에서는, 각 화소에 대응하는 위치에 마이크로렌즈가 설치되기 때문에, 각 마이크로렌즈가 사방에 있는 마이크로렌즈에 접한 상태에 있다. 즉, 마이크로렌즈는 화소의 수광 면적 이상으로 크게 할 수 없다.
한편, 화소 어레이(23)에서는, 녹색 화소용 마이크로렌즈가 불필요하기 때문에, 베이어 배열에 있어서 대각에 2개 배치한 녹색 화소 영역을 적색 화소용 마이크로렌즈(3) 및 청색 화소용 마이크로렌즈(3)의 설치에 사용할 수 있다.
이로 인해 화소 어레이(23)에서는, 베이어 배열된 각 화소와 각각 대향하는 위치에 설치된 마이크로렌즈에 비하여, 녹색 2화소의 점유 영역을 사용할 수 있으므로 마이크로렌즈(3)의 설치 면적을 약 2배에 가까운 크기로 설정할 수 있다. 이것에 의해 화소 어레이(23)에서는, 각 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)에 입사되는 광의 양을 대폭 증가시킬 수 있다.
또한 화소 어레이(23)에서는, 각 광전 변환 소자(5a, 5b)에 의해 사방이 둘러싸이는 영역과 각각 대향하는 위치에 하부 투명 전극(4)을 설치함으로써, 동일한 평면 상에 광전 변환 소자(5a, 5b)가 없기 때문에, 하부 투명 전극(4)의 화소 면적을 크게 설정할 수 있다.
구체적으로는, 하부 투명 전극(4)의 4코너를 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50) 상에 중첩시킬 수 있으므로, 각 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)의 면적에 비하여, 하부 투명 전극(4)의 화소 면적을 약 2배에 가까운 크기로 설정할 수 있다. 이것에 의해 화소 어레이(23)에서는, 유기 광전 변환층에 의해 변환된 신호 전하를 판독하는 양을 증가시킬 수 있다.
또한 화소 어레이(23)에서는, 하부 투명 전극(4) 및 유기 광전 변환층이 녹색 화소로 되기 때문에, 반도체층 내에서 녹색 화소 설치에 필요했던 영역을 적색용 광전 변환 소자(5a) 및 청색용 광전 변환 소자(5b)의 설치 영역으로서 유효하게 사용할 수 있다.
이와 같이 고체 촬상 장치(14)에서는, 적색, 청색 및 녹색 화소가 베이어 배열로 있는 화소 어레이와 동일한 크기이더라도, 녹색 화소로 되는 하부 투명 전극(4) 및 유기 광전 변환층을 형성함으로써, 종래의 고체 촬상 장치에 비하여 수광 감도를 향상시킬 수 있다.
다음으로 제1 실시 형태에 따른 화소 어레이(23)의 단면 구조에 대해, 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는, 도 3에 도시하는 화소 어레이(23)의 P-P' 선에서의 단면을 도시하는 설명도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 화소 어레이(23)는 제1 도전형(여기서는 P형이라고 함) 반도체(여기서는 Si: 실리콘이라고 함)층(51)을 구비한다. P형 Si층(51)의 내부에는, 제2 도전형(여기서는 N형이라고 함) Si 영역(52)이 형성된다. 화소 어레이(23)에서는, P형 Si층(51)과 N형 Si 영역(52)의 PN 접합에 의해 형성되는 포토 다이오드가, 상술한 광전 변환 소자(5a, 5b)로 된다.
P형 Si층(51)의 광(9)이 입사되는 측의 표면에는, 절연막(62) 및 투광성을 갖는 절연 재료를 포함하는 절연층(70)이 이 순서대로 형성된다. 절연층(70)의 내부에는, 적색광을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터(7a)와, 청색광을 선택적으로 투과하는 컬러 필터(7b)와, 차광 부재(63)가 매설된다.
또한 도 4에서는, 화소 어레이(23)의 컬러 필터(7a)가 광전 변환 소자(5a)의 바로 위에 설치된 개소의 단면을 도시하고 있으며, 컬러 필터(7b)가 도시되어 있지 않다. 컬러 필터(7b)에 대해서는, 이하에 있어서 청색광을 선택적으로 투과하는 컬러 필터를 의미하는 것으로서 기재한다.
이러한 컬러 필터(7a, 7b)는, 절연층(70) 내의 각 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)과 대향하는 위치에 각각 설치된다. 구체적으로는, 평면에서 보아 직사각형인 컬러 필터(7a)가, 절연막(62)의 상면에 광전 변환 소자(5a)의 수광면(50) 전체를 덮도록 설치된다. 또한, 평면에서 보아 직사각형인 컬러 필터(7b)가, 절연막(62)의 상면에 광전 변환 소자(5b)의 수광면(50) 전체를 덮도록 설치된다.
차광 부재(63)는, 절연층(70)의 각 광전 변환 소자(5a, 5b)에 의해 사방이 둘러싸이는 영역과 대향하는 위치에 각각 설치된다. 이 차광 부재(63)는, 마이크로렌즈(3)에 대해 비스듬한 방향으로 통과한 광(9)이, 인접한 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)에 입사하는 것에 의한, 소위 광학적 혼색을 억제한다.
또한, 절연층(70)의 광(9)이 입사되는 측의 표면에는, 하부 투명 전극(4), 유기 광전 변환층(40) 및 제1 투명 전극에 상당하는 상부 투명 전극(41)이 이 순서대로 형성된다. 또한, 하부 투명 전극(4)과 하부 투명 전극(4) 사이에는, 하부 투명 전극(4)을 1화소로서 구획하기 위한 절연막(45)이 형성된다.
상술한 하부 투명 전극(화소 전극)(4)은, 절연층(70)의 광(9)이 입사되는 측의 표면에 하부 투명 전극(4)을 P형 Si층(51)에 투영하여 형성되는 투영 영역의 주연부가, 평면에서 보아 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)의 일부와 중첩되도록 설치된다. 하부 투명 전극(4)은, 예를 들어 적어도 적색, 청색 파장 영역의 광(9)을 투과시킨다.
유기 광전 변환층(40)은 하부 투명 전극(4)의 수광면 상에, 복수의 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)을 덮도록 1매의 시트로서 설치된다. 유기 광전 변환층(40)은, 예를 들어 녹색 파장 영역의 광(9)을 흡수하고, 그 광(9)에 따른 전하를 발생시키며, 적어도 적색, 청색 파장 영역의 광(9)을 투과시킨다.
상부 투명 전극(41)은 유기 광전 변환층(40)의 수광면 상에, 복수의 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)을 덮도록 1매의 시트로서 설치된다. 상부 투명 전극(41)은, 예를 들어 적어도 적색, 청색 및 녹색 파장 영역의 광(9)을 투과시킨다. 또한, 상부 투명 전극(41)은 외부로부터 공급된 바이어스 전압을 유기 광전 변환층(40)에 인가한다. 이것에 의해, 유기 광전 변환층(40)에서 발생한 전하는, 각 하부 투명 전극(4)에 각각 모아진다.
또한 화소 어레이(23)에는, 하부 투명 전극(4)에서 모아진 전하를 배출(discharge)하기 위한 콘택트 플러그(6)와, 콘택트 플러그(6)에 의해 배출된 전하를 유지하기 위한 스토리지 다이오드(53)가 설치된다. 콘택트 플러그(6)는 도전막(60)과 절연막(61)으로 구성된다. 스토리지 다이오드(53)는, P형 Si층(51)의 광(9)이 입사되는 측과는 반대측의 표면에 N형 Si 영역으로서 형성된다.
콘택트 플러그(6)는, 각 광전 변환 소자(5a, 5b)에 의해 사방이 둘러싸이는 영역에 위치하고, 절연층(70)의 광(9)이 입사되는 측의 표면으로부터 차광 부재(63)를 개재하여 P형 Si층(51)의 광(9)이 입사되는 측과는 반대측의 표면을 향하여 연장되도록 매설된다.
콘택트 플러그(6)의 상단부는, 하부 투명 전극(4)의 광(9)이 입사되는 측과는 반대측의 표면에 전기적으로 접속된다. 콘택트 플러그(6)의 하단부는, 스토리지 다이오드(53)에 전기적으로 접속된다.
스토리지 다이오드(53)는 하부 투명 전극(4)에서 모아진 전하를 일시적으로 유지하는 전하 유지부로서 기능한다. 또한, 스토리지 다이오드(53)에 유지된 전하는, 후술하는 플로팅 디퓨전으로 전송된다.
이와 같이, 화소 어레이(23)에서는, P형 Si층(51)의 각 광전 변환 소자(5a, 5b)로 사방이 둘러싸이는 영역에, 콘택트 플러그(6) 및 스토리지 다이오드(53)가 각각 설치된다.
또한, 상부 투명 전극(41)의 수광면 상에는, 입사된 광(9)을 P형 Si층(51)측으로 유도하는 도파로(42)를 개재하여 상술한 마이크로렌즈(3)가 각 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)과 각각 대향하는 위치에 설치된다.
또한, 화소 어레이(23)는 P형 Si층(51)의 광(9)이 입사되는 측과는 반대측의 표면에, 내부에 다층 배선(33)이나 판독용 게이트(34) 등을 구비한 절연층(32), 접착층(31) 및 지지 기판(30)이 이 순서대로 설치된다.
다층 배선(33) 등은, 스토리지 다이오드(53)에 축적된 전하를 화소 신호로서 CDS(26)에 출력하기 위한 구성의 일부이다. 이들 구성에 대해서는, 도 8을 참조하여 후술한다.
이러한 화소 어레이(23)에서는, 우선 각 마이크로렌즈(3)에 의해 집광된 적색, 청색 및 녹색 파장 영역을 포함하는 광(9)이 유기 광전 변환층(40)에 입사된다. 또한, 유기 광전 변환층(40)은 각 마이크로렌즈(3)로 둘러싸이는 공간을 통과하는 적색, 청색 및 녹색 파장 영역을 포함하는 광(9)도 받는다.
유기 광전 변환층(40)은 녹색 파장 영역의 광(9)을 선택적으로 흡수하여 광전 변환하고, 그 흡수한 광(9)에 따른 전하를 발생시킨다. 이 전하는, 상부 투명 전극(41)을 통해 외부로부터 공급된 바이어스 전압을 유기 광전 변환층(40)에 인가함으로써, 각 하부 투명 전극(4)에 각각 모아진다. 하부 투명 전극(4)에 모아진 전하는, 콘택트 플러그(6)를 통해 스토리지 다이오드(53)에 배출된다.
한편, 적색 및 청색 파장 영역을 포함하는 광(9)은, 유기 광전 변환층(40)을 투과하여, 각 광전 변환 소자(5a, 5b)에 대응하여 설치된 컬러 필터(7a, 7b)에 각각 입사된다. 컬러 필터(7a)는 적색 파장 영역의 광(9)을 선택적으로 투과시킨다. 그리고, 광전 변환 소자(5a)는 입사되는 적색 파장 영역의 광(9)을 광전 변환하여, 입사광량에 따른 전하를 축적한다. 또한, 컬러 필터(7b)는 청색 파장 영역의 광(9)을 선택적으로 투과시킨다. 그리고, 광전 변환 소자(5b)는 입사되는 청색 파장 영역의 광(9)을 광전 변환하여, 입사광량에 따른 전하를 축적한다.
제1 실시 형태에 따른 화소 어레이(23)에서는, P형 Si층(51)의 수광면측에 컬러 필터(7a, 7b)를 통해 마이크로렌즈(3)에 의한 집광이 불필요한 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 변환층(40)이 형성된다.
이 점에서 화소 어레이(23)에서는, 유기 광전 변환층(40)의 수광면측의 마이크로렌즈(3)의 설치 영역에 있어서, 적색 화소용 마이크로렌즈(3) 및 청색 화소용 마이크로렌즈(3)의 설치에 충분한 영역을 사용할 수 있다.
이로 인해 화소 어레이(23)에서는, 각 광전 변환 소자(5a, 5b)와 각각 대향하는 위치에 설치되는 마이크로렌즈(3)의 설치 면적을 크게 설정할 수 있어, 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)에 입사되는 광의 양을 대폭 증가시킬 수 있다.
또한 화소 어레이(23)에서는, 각 광전 변환 소자(5a, 5b)에 의해 사방이 둘러싸이는 영역과 각각 대향하는 위치에 하부 투명 전극(4)을 설치함으로써, 하부 투명 전극(4)의 화소 면적을 크게 설정할 수 있다. 이것에 의해, 유기 광전 변환층(40)에 의해 변환된 신호 전하를 판독하는 양을 증가시킬 수 있다.
또한 화소 어레이(23)에서는, P형 Si층(51) 내에서 녹색 화소 설치에 필요했던 영역을 적색용 광전 변환 소자(5a) 및 청색용 광전 변환 소자(5b)의 설치 영역으로서 유효하게 사용할 수 있다. 이것에 의해, 각 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)의 면적을 크게 할 수 있다.
또한 화소 어레이(23)에서는, P형 Si층(51) 내에서 광전 변환 소자(5a, 5b)가 평면에서 보아 지그재그 배열이 되도록 배치된다. 이로 인해, P형 Si층(51) 내의 각 광전 변환 소자(5a, 5b)에 의해 사방이 둘러싸이는 영역에, 콘택트 플러그(6) 및 스토리지 다이오드(53)를 설치할 수 있다.
또한 화소 어레이(23)에서는, 평면에서 보아 P형 Si층(51) 내의 콘택트 플러그(6) 및 스토리지 다이오드(53)의 점유 면적이, 각 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)의 면적에 비하여 작다. 이로 인해, P형 Si층(51) 내의 콘택트 플러그(6) 및 스토리지 다이오드(53)의 주변의 빈 영역을 이용하여, 각 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)의 면적을 크게 할 수 있다.
다음으로 이러한 화소 어레이(23)의 형성 방법을 포함하는 고체 촬상 장치(14)의 제조 방법에 대해, 도 5의 (a) 내지 도 5의 (d), 도 6의 (a) 내지 도 6의 (c), 및 도 7의 (a) 내지 도 7의 (c)를 참조하여 설명한다. 또한, 고체 촬상 장치(14)의 화소 어레이(23) 이외의 부분의 제조 방법은, 일반적인 CMOS 이미지 센서와 마찬가지이다. 이 때문에 이하에서는, 고체 촬상 장치(14)의 화소 어레이(23) 부분의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 5의 (a) 내지 도 5의 (d), 도 6의 (a) 내지 도 6의 (c), 및 도 7의 (a) 내지 도 7의 (c)는, 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치(14)의 제조 공정을 도시하는 단면 모식도이다. 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 화소 어레이(23)를 제조하는 경우에는, 우선, Si 웨이퍼 등의 반도체 기판(43) 상에, 예를 들어 붕소 등의 P형 불순물이 도핑된 Si층을 에피택셜 성장시킴으로써, P형 Si층(51)을 형성한다.
계속해서, P형 Si층(51)의 광전 변환 소자(5a, 5b)의 형성 위치에, 예를 들어 인 등의 N형 불순물을 이온 주입하여 어닐링 처리를 행함으로써, P형 Si층(51) 내에 N형 Si 영역(52)을 지그재그 배열이 되도록 배치한다. 이것에 의해 화소 어레이(23)에는, P형 Si층(51)과 N형 Si 영역(52)의 PN 접합에 의해, 포토 다이오드인 광전 변환 소자(5a, 5b)가 형성된다.
그 후, P형 Si층(51)의 내면에, 예를 들어 인 등의 N형 불순물을 이온 주입하여 어닐링 처리를 행함으로써, 스토리지 다이오드(53) 및 후술하는 플로팅 디퓨전 등의 다른 반도체 영역을 형성한다.
계속해서, P형 Si층(51) 상에 다층 배선(33)이나 판독용 게이트(34)와 함께, 절연층(32)을 형성한다. 이러한 공정에서는, P형 Si층(51)의 상면에 판독용 게이트(34) 등을 형성한 후, 산화Si층을 형성하는 공정과, 산화Si층에 소정의 배선 패턴을 형성하는 공정과, 배선 패턴 내에 Cu 등을 매립하여 다층 배선(33)을 형성하는 공정을 반복한다. 이것에 의해, 내부에 다층 배선(33)이나 판독용 게이트(34) 등이 설치된 절연층(32)이 형성된다.
그리고, 절연층(32)의 상면에 접착제를 도포하여 접착층(31)을 형성하고, 접착층(31)의 상면에, 예를 들어 Si 웨이퍼 등의 지지 기판(30)을 접착한다. 이후, 도 5의 (a)에 도시하는 구조체의 상하를 반전시킨 후, 예를 들어 그라인더 등의 연마 장치에 의해 반도체 기판(43)을 이면측(여기서는, 상면측)부터 연마하여, 반도체 기판(43)을 소정의 두께로 되기까지 박화한다.
그리고, 예를 들어 CMP(Chemical Mechanical Polishing)에 의해 반도체 기판(43)의 이면측을 더 연마하여, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, P형 Si층(51)의 수광면으로 되는 이면(여기서는, 상면)을 노출시킨다.
계속해서, 도 5의 (c)에 도시한 바와 같이, P형 Si층(51)의 상면이, 예를 들어 SiN, SiO2, HfO, TaO 등의 투명한 절연 재료를 포함하는 절연막(62)을 형성한다. 그리고, 이 절연막(62)의 차광 부재(63)의 형성 위치에, 예를 들어 W, Al 등의 금속을 포함하는 차광 부재(63)를 패터닝에 의해 형성한다.
그런 후에, 절연막(62)의 각 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)과 대향하는 위치에, 적색 필터용 및 청색 필터용 안료 또는 염료를 사용하여 포토리소그래피에 의해 컬러 필터(7a, 7b)를 형성한다.
이후, 도 5의 (d)에 도시한 바와 같이, 절연막(62), 컬러 필터(7a, 7b) 및 차광 부재(63)의 표면에, 예를 들어 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해, 예를 들어 SiO2 등의 절연 재료를 포함하는 절연층(70)을 형성한다. 이것에 의해, 컬러 필터(7a, 7b) 및 차광 부재(63)가 절연층(70)에 매립되게 된다.
계속해서, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 콘택트 플러그(6)(도 4 참조)의 형성 위치에서의 절연층(70), 차광 부재(63), 절연막(62) 및 P형 Si층(51)을 예를 들어 RIE(Reactive Ion Etching)에 의해, 스토리지 다이오드(53)의 상단부까지 제거함으로써 트렌치(80)를 형성한다.
이 트렌치(80)의 형성에 의해, 차광 부재(63)의 표면 중앙에 관통 구멍이 형성된다. 그리고, 트렌치(80)의 내측면에, 예를 들어 CVD법에 의해, 예를 들어SiN 등의 절연 재료를 포함하는 절연막(61)을 형성한다.
그런 후에, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 절연막(61)에 의해 내측면이 피복된 트렌치(80)의 내부에, 예를 들어 CVD법에 의해, 예를 들어 Si, W 등의 도전성 재료를 포함하는 도전막(60)을 매설한다.
계속해서, 도 6의 (c)에 도시한 바와 같이, 절연층(70)의 상면 및 노출된 콘택트 플러그(6)의 상면에, 예를 들어 CVD법에 의해, 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ZnO 등의 투명한 도전성 재료를 포함하는 도전층(46)을 형성한다.
그리고, 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이 도전층(46)의 상면에, 예를 들어 레지스트(44)를 도포하고, 포토리소그래피에 의해 하부 투명 전극(4)의 형성 위치로 되는 부분(도 3 및 도 4 참조)의 레지스트(44)를 남기고, 그 이외의 레지스트(44)를 제거한다. 구체적으로 설명하면, 레지스트(44)는 광전 변환 소자(5a, 5b) 또는 컬러 필터(7a, 7b)의 수광면보다, 평면에서 보아 작은 개구를 갖는다.
이러한 레지스트(44)를 마스크로서 사용하여, 예를 들어 RIE를 행하여, 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이 레지스트(44)에 덮여 있지 않은 부분의 도전층(46)을 제거하여, 하부 투명 전극(4)을 형성한다. 이후, 마스크로서 사용한 레지스트(44)는 제거된다.
그리고, 하부 투명 전극(4)을 1화소로서 획정하기 위해 하부 투명 전극(4)과 하부 투명 전극(4) 사이에 형성된 개구에, 예를 들어 CVD법에 의해 절연막(45)을 형성한다. 이와 같이 하여, 하부 투명 전극(4)의 광(9)이 입사되는 측의 반대측 표면에 콘택트 플러그(6)가 접속된다.
그런 후에, 도 7의 (c)에 도시한 바와 같이 하부 투명 전극(4)의 상면에, 예를 들어 CVD법에 의해, 유기 광전 변환층(40)을 형성한다. 이 유기 광전 변환층(40)은 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하고, 다른 파장 영역의 광을 투과시키는 성질을 갖는 유기물을 포함한다. 이후, 유기 광전 변환층(40)의 상면에, 예를 들어 CVD법에 의해, 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ZnO 등의 투명한 도전성 재료를 포함하는 상부 투명 전극(41)을 형성한다.
그리고, 상부 투명 전극(41)의 상면에, 예를 들어 SiN 등을 포함하는 도파로(42)를 형성한다. 이후, 도파로(42)의 각 광전 변환 소자(5a, 5b)와 각각 대향하는 위치의 상면에, 예를 들어 아크릴계의 유기 화합물 등을 포함하는 마이크로렌즈(3)를, 평면에서 보아 수광면(50)을 포함하는 크기로 형성함으로써, 도 4에 도시하는 화소 어레이(23)가 형성된다.
이와 같이 화소 어레이(23)에서는, P형 Si층(51)의 수광면측에 컬러 필터(7a, 7b)를 개재하여 마이크로렌즈(3)에 의한 집광이 불필요한 녹색 파장 영역의 광(9)을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 변환층(40)이 형성된다.
이 점에서 화소 어레이(23)에서는, 유기 광전 변환층(40)의 수광면측의 마이크로렌즈(3)의 설치 영역에 있어서, 적색 화소용 마이크로렌즈(3) 및 청색 화소용 마이크로렌즈(3)의 설치에 충분한 영역을 확보할 수 있다.
이로 인해 화소 어레이(23)에서는, 각 광전 변환 소자(5a, 5b)와 각각 대향하는 위치에 설치되는 마이크로렌즈(3)를 크게 형성할 수 있어, 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)에 입사되는 광의 양을 대폭 증가시킬 수 있다.
또한 화소 어레이(23)에서는, 각 광전 변환 소자(5a, 5b)에 의해 사방이 둘러싸이는 영역과 각각 대향하는 위치에 하부 투명 전극(4)을 형성함으로써, 하부 투명 전극(4)을 크게 할 수 있다. 이것에 의해, 유기 광전 변환층(40)에 의해 변환된 신호 전하를 판독하는 양을 증가시킬 수 있다.
또한 화소 어레이(23)에서는, P형 Si층(51) 내에서 광전 변환 소자(5a, 5b)가, 평면에서 보아 지그재그 배열이 되도록 형성된다. 이로 인해, P형 Si층(51) 내의 각 광전 변환 소자(5a, 5b)에 의해 사방이 둘러싸이는 영역에, 콘택트 플러그(6) 및 스토리지 다이오드(53)를 형성할 수 있다.
다음으로 하부 투명 전극(4)으로부터 콘택트 플러그(6)를 통해 스토리지 다이오드(53)에 유지된 전하를 화소 신호로서 CDS(26)에 출력하기 위한 구성에 대해, 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8은, 제1 실시 형태에 따른 화소 어레이(23)의 구성의 일부를 도시하는 설명도이다. 구체적으로는 도 8은, 도 4에 있어서 다층 배선(33)이나 판독용 게이트(34) 등을 매설한 절연층(32)의 부분을 도시하고 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 화소 어레이(23)는 P형 Si층(51)의 광(9)이 입사되는 측과는 반대측의 표면 상에, 예를 들어 판독용 게이트(판독 전극)(64), 리셋용 게이트(65), 어드레스용 게이트(66) 및 증폭용 게이트(67)가, 도시하지 않은 절연막을 개재하여 설치된다. 이 게이트는, 예를 들어 폴리실리콘 등에 의해 형성된다.
또한 화소 어레이(23)는, P형 Si층(51)의 내부의 광(9)이 입사되는 측과는 반대측의 면측에, 상술한 스토리지 다이오드(53), 플로팅 디퓨전(68), 소스/드레인으로 되는 N형 확산 영역(69a, 69b, 69c)이 형성된다. 스토리지 다이오드(53), 플로팅 디퓨전(68) 및 N형 확산 영역(69a, 69b, 69c)은, P형 Si층(51)의 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)과는 반대면보다 하측의 영역에 각각 형성된다.
판독용 게이트(64)는 스토리지 다이오드(53)와 플로팅 디퓨전(68) 사이에 설치되고, 이것에 의해 전송 트랜지스터가 구성된다. 리셋용 게이트(65)는 플로팅 디퓨전(68)과 N형 확산 영역(69a) 사이에 설치되고, 이것에 의해 리셋 트랜지스터가 구성된다.
어드레스용 게이트(66)는 N형 확산 영역(69a, 69b) 사이에 설치되고, 이것에 의해 어드레스 트랜지스터가 구성된다. 증폭용 게이트(67)는 N형 확산 영역(69b, 69c) 사이에 설치되고, 이것에 의해 증폭 트랜지스터가 구성된다.
또한, 플로팅 디퓨전(68)에는 증폭용 게이트(67)에 연결되는 배선(71)이, N형 확산 영역(69a)에는 드레인선(72)이, N형 확산 영역(69c)에는 신호선(73)이 각각 접속된다. 또한 배선(71), 드레인선(72) 및 신호선(73)은 절연층(32)에 설치된 다층 배선(33)의 일부에 상당한다.
하부 투명 전극(4)에 모아진 전하는, 콘택트 플러그(6)를 통해 스토리지 다이오드(53)에 배출된다. 스토리지 다이오드(53)에 유지된 전하는, 전송 트랜지스터에 의해 플로팅 디퓨전(68)으로 전송된다. 이 전송 동작은, 판독용 게이트(64)에 제어 신호를 공급함으로써 행해진다.
플로팅 디퓨전(68)으로 전송된 신호 전하는, 증폭 트랜지스터에 의해 배선(71)을 통해 신호 전하의 전하량에 따른 증폭 신호로서 추출되어, 신호선(73)을 통해 CDS(26)에 출력된다. 이 출력 동작은 어드레스 트랜지스터에 어드레스 신호를 입력함으로써 행해진다.
한편, 광전 변환 소자(5a, 5b)에 축적된 전하는, P형 Si층(51) 상에 형성된 판독용 게이트(34)에 의해 전송되어, 절연층(32)에 설치된 다층 배선(33)을 통해 CDS(26)에 출력된다.
(제2 실시 형태)
다음으로 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 제1 실시 형태에 따른 화소 어레이(23)에서는, 판독용 게이트(64)를 사용함으로써 스토리지 다이오드(53)로부터 플로팅 디퓨전(68)으로의 전하의 전송 동작을 행하고 있다.
제2 실시 형태에 따른 화소 어레이(23a)에서는, 판독용 게이트(64)를 사용하지 않고, 증폭 트랜지스터에 의해 스토리지 다이오드(53)로부터 플로팅 디퓨전(68)으로의 전송을 행하고 있다. 이와 같은 구성에 대해, 도 9을 참조하면서 설명한다.
도 9는, 제2 실시 형태에 따른 화소 어레이(23a)의 구성의 일부를 도시하는 설명도이다. 또한, 도 9에 도시하는 구성 요소 중, 도 8에 도시하는 구성 요소와 마찬가지의 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는, 도 8에 나타내는 부호와 동일한 부호를 붙임으로써, 그 설명을 생략한다.
도 9에 도시한 바와 같이, 화소 어레이(23a)는 판독용 게이트(64)가 설치되어 있지 않은 점, 증폭용 게이트(67)에 근접하는 위치에 콘택트 플러그(6)가 설치되는 점 및, 플로팅 디퓨전(68)에 인접하여 스토리지 다이오드(53)가 설치되는 점을 제외하면, 도 8에 도시하는 화소 어레이(23)와 마찬가지의 구성이다.
하부 투명 전극(4)(도 4 참조)에 모인 전하는, 콘택트 플러그(6), 콘택트 플러그(6)와 배선(71)을 전기적으로 연결하는 접속부(도시하지 않음), 배선(71) 및 플로팅 디퓨전(68)을 통해 스토리지 다이오드(53)로 배출된다. 또한, 도시하지 않은 접속부는, 도 9에 도시하는 증폭용 게이트(67)의 안쪽에 설치되어 있다.
그리고, 스토리지 다이오드(53)에 유지된 전하는, 증폭 트랜지스터에 의해 플로팅 디퓨전(68)으로 전송된다. 이 전송 동작은, 증폭용 게이트(67)에 제어 신호를 공급함으로써 행해진다.
플로팅 디퓨전(68)으로 전송된 신호 전하는, 또한 증폭 트랜지스터에 의해 배선(71)을 통해 신호 전하의 전하량에 따른 증폭 신호로서 추출되어, 신호선(73)을 통해 CDS(26)에 출력된다. 이 출력 동작은, 어드레스 트랜지스터에 어드레스 신호를 입력함으로써 행해진다.
이와 같이, 화소 어레이(23a)에서는, 플로팅 디퓨전(68)에 인접하여 스토리지 다이오드(53)를 설치하는 구성으로 함으로써, 판독용 게이트(64)가 불필요하게 되어, 판독용 게이트(64)에 기인한 노이즈 전하의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 화소 어레이(23a)에서는, 증폭용 게이트(67)에 근접하는 위치에 콘택트 플러그(6)를 설치함으로써, 하부 투명 전극(4)으로부터 스토리지 다이오드(53)로의 전하의 배출 및 플로팅 디퓨전(68)으로부터의 신호의 추출을, 하나의 배선(71)으로 행할 수 있다.
(제3 실시 형태)
다음으로 제3 실시 형태에 대해 설명한다. 제1 실시 형태에 따른 화소 어레이(23)에서는, 컬러 필터(7a, 7b)가 유기 광전 변환층(40)의 광(9)이 입사되는 측과는 반대측의 위치에 설치된다. 이 형태에 한정되지 않으며, 컬러 필터는 유기 광전 변환층(40)의 광(9)이 입사되는 측의 위치에 설치해도 된다.
이 경우, 유기 광전 변환층(40)의 수광면측에는, 적색 및 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 투과하는 옐로우(Ye) 컬러 필터(8a)와 청색 및 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 투과하는 시안(Cy) 컬러 필터(8b)가 설치된다. 즉, 화소 어레이(23b)에서는, 보색형 컬러 필터(8a, 8b)가 사용된다.
도 10은, 제3 실시 형태에 따른 이미지 센서의 일부를 나타내는 단면에서 본 설명도이다. 도 10에는, 이면 조사형 이미지 센서의 화소 어레이(23b)의 모식적인 단면의 일부를 도시하고 있다. 또한, 도 10에 도시하는 구성 요소 중, 도 4에 도시하는 구성 요소와 마찬가지의 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는, 도 4에 도시하는 부호와 동일한 부호를 부여함으로써 그 설명을 생략한다.
도 10에 도시한 바와 같이, 화소 어레이(23b)에서는, 상부 투명 전극(41)의 광(9)이 입사되는 측의 표면에 절연막(62)과, 옐로우 컬러 필터(8a)와 시안 컬러 필터(8b)를 매설한 절연층(70)이 이 순서대로 형성된다.
옐로우 컬러 필터(8a)는 절연층(70)의 적색용 광전 변환 소자(5a)와 대향하는 위치에 설치되고, 시안 컬러 필터(8b)는 절연층(70)의 청색용 광전 변환 소자(5b)와 대향하는 위치에 설치된다.
화소 어레이(23b)에서는, 옐로우 컬러 필터(8a)를 투과한 적색 및 녹색 파장 영역의 광(9) 중 녹색 파장 영역의 광(9)이, 유기 광전 변환층(40)에서 흡수된다. 그리고, 유기 광전 변환층(40)을 투과한 적색 파장 영역의 광(9)이, 광전 변환 소자(5a)의 수광면(50)에 입사된다.
또한 화소 어레이(23b)에서는, 시안 컬러 필터(8b)를 투과한 청색 및 녹색 파장 영역의 광(9) 중 녹색 파장 영역의 광(9)이, 유기 광전 변환층(40)에서 흡수된다. 그리고, 유기 광전 변환층(40)을 투과한 청색 파장 영역의 광(9)이, 광전 변환 소자(5b)의 수광면(50)에 입사된다.
제3 실시 형태에 따른 화소 어레이(23b)를 구비한 고체 촬상 장치(14)에 있어서도, 제1 실시 형태에 따른 화소 어레이(23)와 마찬가지로 하여, 각 화소에 입사되는 광(9)의 양이나 화소 전극에 의해 신호 전하를 판독하는 양을 증가시키고 있으므로, 수광 감도가 향상된다.
또한, 제3 실시 형태에 따른 화소 어레이(23b)에서는, 유기 광전 변환층(40)의 수광면측에 컬러 필터(8a, 8b)를 형성함으로써, 절연층(70)에 매립하는 컬러 필터(8a, 8b)를 간단하게 형성할 수 있어, 화소 어레이(23b)의 제조를 용이하게 할 수 있다.
(제4 실시 형태)
다음으로 제4 실시 형태에 대해 설명한다. 제1 실시 형태에 따른 화소 어레이(23)에서는, P형 Si층(51) 내의, 평면에서 보아 직사각형인 광전 변환 소자(5a, 5b)가, 평면에서 보아 지그재그 배열이 되도록 배치하고 있다. 이 형태에 한정되지 않으며, P형 Si층(51) 내의, 평면에서 보아 직사각형인 광전 변환 소자(5a, 5b)는, 평면에서 보아 등간격으로 교대로 허니컴 배열로 해도 된다.
도 11은, 제4 실시 형태에 따른 화소 어레이(23c)의 상면을 모식적으로 도시하는 설명도이다. 도 11에 도시한 바와 같이, 화소 어레이(23c)에서는, 적색용 광전 변환 소자(5a)와 청색용 광전 변환 소자(5b)가, 평면에서 보아 등간격으로 교대로 허니컴 배열로 배열된다. 그리고, 하부 투명 전극(4a) 및 마이크로렌즈(3a)가, 각 광전 변환 소자(5a, 5b)와 Z축 정방향에 있어서 각각 대향하는 위치에 설치된다.
하부 투명 전극(4a)은, 각 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)을 덮도록, 평면에서 보아 직사각형으로 형성되며, 하부 투명 전극(4a)의 Y축 방향에 평행한 대각선이, 광전 변환 소자(5a, 5b)의 X축 방향에 평행한 대각선에 대해 90°로 되도록 배치된다. 마이크로렌즈(3a)는, 하부 투명 전극(4a) 내에 수납되도록, 평면에서 보아 원형으로 형성된다.
이와 같은 구성으로 함으로써, 화소 어레이(23c)에서는, 적색, 청색, 녹색 화소가 베이어 배열된 화소 어레이에 비하여, 적색 화소 및 청색 화소를 2배로 증가시킬 수 있어, 적색 및 청색 화소 해상도를 높일 수 있다.
이러한 화소 어레이(23c)의 단면 구조에 대해, 도 12를 참조하여 설명한다. 도 12는, 도 11에 도시하는 화소 어레이(23c)의 Q-Q' 선에서의 단면을 설명한 도면이다. 또한, 도 12에 도시하는 구성 요소 중, 도 4에 도시하는 구성 요소와 마찬가지의 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는, 도 4에 도시하는 부호와 동일한 부호를 붙임으로써 그 설명을 생략한다.
화소 어레이(23c)에서는, 평면에서 보아 직사각형인 광전 변환 소자(5a, 5b)가, 평면에서 보아 등간격으로 교대로 허니컴 배열로 배열되기 때문에, P형 Si층(51) 내의 각 광전 변환 소자(5a, 5b)의 사이가 좁게 되어 있다.
이로 인해 이러한 화소 어레이(23c)에서는, P형 Si층(51) 내에서 각 광전 변환 소자(5a, 5b) 사이에 설치된 콘택트 플러그(6)의 하단부에 스토리지 다이오드(53)를 설치하지 않는 구성으로 되어 있다. 즉, 이러한 화소 어레이(23c)에서는, 도 9를 사용하여 설명한 판독용 게이트(64)를 사용하지 않는 구성이 채용된다.
제4 실시 형태에 따른 화소 어레이(23c)를 구비하는 고체 촬상 장치(14)에서는, 적색 화소 및 청색 화소를, 평면에서 보아 등간격으로 교대로 허니컴 배열로 하고, 각 화소와 대향하는 위치에 녹색을 표시하는 하부 투명 전극(화소 전극)(4a)을 각각 설치하고 있으므로, 수광 감도가 향상된다.
(제5 실시 형태)
다음으로 제5 실시 형태에 대해 설명한다. 도 13은, 제5 실시 형태에 따른 이미지 센서의 일부를 도시하는 단면에서 본 설명도이다. 도 13에는, 표면 조사형 이미지 센서의 화소 어레이(23d)의 모식적인 단면의 일부를 도시하고 있다. 또한, 도 13에 도시하는 구성 요소 중, 도 4에 도시하는 구성 요소와 마찬가지의 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는, 도 4에 도시하는 부호를 붙임으로써 그 설명을 생략한다.
도 13에 도시한 바와 같이 화소 어레이(23d)는, P형 Si층(51)이 반도체 기판(43) 상에 형성되는 점 및, 다층 배선(33)이나 판독용 게이트(34) 등이 설치되는 절연층(32)이 P형 Si층(51)의 수광면(상면)측에 배치되는 점을 제외하면, 도 4에 도시하는 화소 어레이(23)와 마찬가지의 구성이다.
표면 조사형 이미지 센서의 화소 어레이(23d)에서는, 컬러 필터(7a, 7b)를 투과한 광(9)이, 다층 배선(33) 및 판독용 게이트(34) 등을 매설한 절연층(32)을 통해 각 광전 변환 소자(5a, 5b)의 수광면(50)에 입사된다.
제5 실시 형태에 따른 화소 어레이(23d)를 구비한 고체 촬상 장치(14)에 있어서도, 제1 실시 형태에 따른 화소 어레이(23)와 마찬가지로 하여, 각 화소에 입사되는 광(9)의 양이나 화소 전극에 의해 신호 전하를 판독하는 양을 증가시키고 있으므로, 수광 감도가 향상된다.
또한, 제1, 제2, 제3 및 제5 실시 형태에서는, 유기 광전 변환층(40)이 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하고, 다른 파장 영역의 광을 투과시키는 성질을 갖는 재료에 의해 구성되지만, 이 구성에 한정되지 않는다.
유기 광전 변환층(40)은 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하고, 다른 파장 영역의 광을 투과시키는 성질을 갖는 재료에 의해 구성해도 되고, 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하고, 다른 파장 영역의 광을 투과시키는 성질을 갖는 재료에 의해 구성해도 된다.
유기 광전 변환층(40)이 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하고, 다른 파장 영역의 광을 투과시키는 성질을 갖는 재료인 경우에는, 절연층(70)의 내부에, 청색광을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터(7)와 녹색광을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터(7)가 매설된다.
또한, 유기 광전 변환층(40)이 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하고, 다른 파장 영역의 광을 투과시키는 성질을 갖는 재료인 경우에는, 절연층(70)의 내부에, 적색광을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터(7)와 녹색광을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터(7)가 매설된다.
또한, 제1부터 제5 실시 형태에서는, Si층(51)을 P형, Si 영역(52)을 N형이라고 하고 있지만, Si층(51)을 N형, Si 영역(52)을 P형이라고 하여 화소 어레이(23)를 구성하도록 해도 된다. 이러한 경우, 스토리지 다이오드(53) 및 플로팅 디퓨전(68) 등의 다른 반도체 영역은 P형으로서 구성된다.
본 발명의 몇 가지 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규의 실시 형태는, 그 외의 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 아울러, 특허 청구 범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.

Claims (11)

  1. 고체 촬상 장치로서,
    입사되는 광을 광전 변환하는 복수의 광전 변환 소자가 설치되는 반도체층과,
    상기 반도체층의 수광면측에 설치되며, 소정 파장 영역의 광을 흡수하여 광전 변환하고, 상기 소정 파장 영역 이외의 파장 영역의 광을 투과시키는 유기 광전 변환층과,
    상기 유기 광전 변환층을 개재하여 상기 복수의 광전 변환 소자의 각 수광면과 각각 대향하는 위치에 설치되고, 입사되는 광을 상기 광전 변환 소자에 집광하는 마이크로렌즈를 구비하는, 고체 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유기 광전 변환층은 녹색에 대응하는 상기 소정 파장 영역의 광을 흡수하는, 고체 촬상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유기 광전 변환층의 수광면측에 설치되는 제1 투명 전극과,
    상기 유기 광전 변환층의 수광면측과는 반대면측에 설치되는 복수의 제2 투명 전극을 구비하고,
    상기 유기 광전 변환층 및 상기 제1 투명 전극은,
    상기 복수의 광전 변환 소자의 수광면측을 포함하는 영역을 덮도록 설치되며,
    상기 제2 투명 전극은,
    상기 제2 투명 전극을 상기 반도체층에 투영하여 형성되는 투영 영역의 일부가, 인접하는 상기 광전 변환 소자의 수광면측의 일부를 덮도록 설치되는, 고체 촬상 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈는,
    설치 면적이, 대향하는 상기 광전 변환 소자의 수광면의 면적보다 큰, 고체 촬상 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 반도체층의 내부의 수광면측과는 반대면측에 설치되고, 상기 제2 투명 전극에 의해 모아진 전하를 유지하는 스토리지 다이오드와,
    상기 반도체층 내에 매설되어, 상기 제2 투명 전극과 상기 스토리지 다이오드를 접속하고, 상기 제2 투명 전극으로부터 상기 스토리지 다이오드에 상기 전하를 배출하는 콘택트 플러그와,
    상기 반도체층의 내부의 수광면측과는 반대면측에 설치되고, 상기 스토리지 다이오드로부터 전송되는 상기 전하를 축적하는 플로팅 디퓨전과,
    상기 반도체층의 수광면측과는 반대 표면측에 설치되고, 상기 스토리지 다이오드로부터 상기 플로팅 디퓨전에 상기 전하를 전송하는 판독용 게이트를 더 구비하는, 고체 촬상 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈는,
    평면에서 보아, 중심 위치가 상기 광전 변환 소자의 중심 위치와 일치하고, 또한 상기 제2 투명 전극의 중심 위치로부터 어긋난 위치에 설치되는, 고체 촬상 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층과 상기 유기 광전 변환층 사이의 상기 복수의 광전 변환 소자의 각 수광면과 각각 대향하는 위치에 설치되고, 상기 소정 파장 영역 이외의 파장 영역의 광을 투과시키는 컬러 필터를 더 구비하는, 고체 촬상 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층의 인접하는 상기 광전 변환 소자들 사이의 영역의 광이 입사되는 측에 설치되어, 광을 차광하는 차광 부재를 더 구비하는, 고체 촬상 장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 반도체층의 내부의 수광면측과는 반대측에 설치되고, 상기 제2 투명 전극에 의해 모아진 전하를 유지하는 스토리지 다이오드와,
    상기 스토리지 다이오드에 인접하여 설치되고, 상기 스토리지 다이오드로부터 전송되는 상기 전하를 축적하는 플로팅 디퓨전과,
    상기 반도체층의 내부의 수광면측과는 반대측에 설치되고, 게이트가 배선을 통해 상기 플로팅 디퓨전에 접속되어, 상기 플로팅 디퓨전에 축적되는 전하를 증폭하는 증폭 트랜지스터를 더 구비하는, 고체 촬상 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 유기 광전 변환층을 개재하여 상기 복수의 광전 변환 소자의 각 수광면과 각각 대향하는 위치에 설치되고, 상기 소정 파장 영역의 광과 상기 소정 파장 영역보다 짧은 파장 영역의 광 또는 상기 소정 파장 영역보다 긴 파장 영역의 광을 투과시키는 컬러 필터를 더 구비하는, 고체 촬상 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 유기 광전 변환층의 수광면측에 설치되는 제1 투명 전극과,
    상기 유기 광전 변환층의 수광면측과는 반대면측에 설치되는 복수의 제2 투명 전극을 구비하고,
    상기 유기 광전 변환층 및 상기 제1 투명 전극은,
    상기 복수의 광전 변환 소자의 수광면측을 포함하는 영역을 덮도록 설치되며,
    상기 제2 투명 전극은,
    상기 복수의 광전 변환 소자의 각 수광면과 각각 대향하는 위치에 설치되는, 고체 촬상 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180066020A (ko) * 2015-10-06 2018-06-18 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 고체 이미지 센서, 및 전자 장치

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015012059A (ja) * 2013-06-27 2015-01-19 ソニー株式会社 固体撮像素子及びその製造方法、並びに撮像装置
JP6303803B2 (ja) * 2013-07-03 2018-04-04 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその製造方法
JP6527868B2 (ja) * 2014-07-22 2019-06-05 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子および電子機器
TWI742573B (zh) * 2014-11-05 2021-10-11 日商索尼半導體解決方案公司 固體攝像元件及其製造方法以及電子機器
JP2016167563A (ja) * 2015-03-10 2016-09-15 株式会社東芝 半導体装置、および撮像装置
JP6595804B2 (ja) * 2015-05-27 2019-10-23 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子および撮像装置
KR102327846B1 (ko) * 2015-06-19 2021-11-18 삼성전자주식회사 빛 샘 방지를 위한 촬영 장치 및 그 촬영 장치의 이미지 센서
KR102491580B1 (ko) 2015-12-15 2023-01-25 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법
DE102016124298B4 (de) 2015-12-15 2023-11-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Bildsensoren und Verfahren zum Bilden von Bildsensoren
US10020336B2 (en) * 2015-12-28 2018-07-10 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging device and electronic device using three dimentional (3D) integration
US9991249B2 (en) 2016-02-11 2018-06-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Integrated circuit and computer-implemented method of manufacturing the same
KR102551141B1 (ko) * 2016-03-31 2023-07-03 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치
US10644073B2 (en) 2016-12-19 2020-05-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensors and electronic devices including the same
KR102652981B1 (ko) * 2017-01-16 2024-04-02 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR102412617B1 (ko) 2017-05-10 2022-06-23 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR102572059B1 (ko) * 2018-02-12 2023-08-29 삼성전자주식회사 유기 광전층을 가지는 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR20200132845A (ko) * 2018-03-19 2020-11-25 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 장치
JP7242655B2 (ja) * 2018-05-18 2023-03-20 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子の駆動方法
KR102554417B1 (ko) 2018-06-18 2023-07-11 삼성전자주식회사 이미지 센서
US10985201B2 (en) 2018-09-28 2021-04-20 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor including silicon over germanium layer
KR102582669B1 (ko) 2018-10-02 2023-09-25 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR20200138522A (ko) * 2019-05-30 2020-12-10 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이의 제조 방법
KR20210007684A (ko) * 2019-07-12 2021-01-20 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센서
JP2021141552A (ja) * 2020-03-09 2021-09-16 キヤノン株式会社 撮像素子、撮像装置、コンピュータプログラム及び記憶媒体
WO2022131041A1 (ja) * 2020-12-16 2022-06-23 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子及び撮像装置
WO2024048488A1 (ja) * 2022-08-31 2024-03-07 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002111961A (ja) 2000-09-29 2002-04-12 Seiko Epson Corp 画像入力装置
TW200621083A (en) * 2004-09-07 2006-06-16 Fuji Electric Holdings Organic el display device and method of manufacturing the same
US7701024B2 (en) * 2006-12-13 2010-04-20 Panasonic Corporation Solid-state imaging device, manufactoring method thereof and camera
JP2008258474A (ja) 2007-04-06 2008-10-23 Sony Corp 固体撮像装置および撮像装置
US8169518B2 (en) * 2007-08-14 2012-05-01 Fujifilm Corporation Image pickup apparatus and signal processing method
JP5032954B2 (ja) 2007-11-27 2012-09-26 日本放送協会 カラー撮像装置
JP5353200B2 (ja) 2008-11-20 2013-11-27 ソニー株式会社 固体撮像装置および撮像装置
JP5564847B2 (ja) 2009-07-23 2014-08-06 ソニー株式会社 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
JP5534927B2 (ja) * 2010-05-06 2014-07-02 株式会社東芝 固体撮像装置
US20150091115A1 (en) * 2013-10-02 2015-04-02 Visera Technologies Company Limited Imaging devices with partitions in photoelectric conversion layer
JP5725123B2 (ja) 2013-10-04 2015-05-27 ソニー株式会社 固体撮像装置及び電子機器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180066020A (ko) * 2015-10-06 2018-06-18 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 고체 이미지 센서, 및 전자 장치

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015170620A (ja) 2015-09-28
US9349766B2 (en) 2016-05-24
CN104900664A (zh) 2015-09-09
US20150255498A1 (en) 2015-09-10
TW201535695A (zh) 2015-09-16

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