KR20150130974A - 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 및 전자 기기 - Google Patents

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

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Abstract

본 기술은, 촬상 화소의 사입사광 특성과 위상차 검출 화소의 AF 특성의 어느 것이나 양호하게 할 수 있도록 하는 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 및 전자 기기에 관한 것이다. 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 촬상 화소와, 촬상 화소 중에 산재하여 배치된 위상차 검출 화소를 갖는 고체 촬상 장치는, 촬상 화소마다 형성된 제1의 마이크로 렌즈와, 제1의 마이크로 렌즈상에 형성된, 제1의 마이크로 렌즈보다 굴절률이 낮은 평탄화막과, 위상차 검출 화소의 평탄화막상에만 형성된 제2의 마이크로 렌즈를 구비한다. 본 기술은, 예를 들면 CMOS 고체 촬상 장치에 적용할 수 있다.

Description

고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 및 전자 기기{SOLID-STATE IMAGING-PICKUP DEVICE, METHOD FOR PRODUCING SAME, AND ELECTRONIC EQUIPMENT}
본 기술은, 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 및 전자 기기에 관한 것으로, 특히, 촬상 화소의 사입사광(斜入射光) 특성과 위상차 검출 화소의 AF 특성의 어느 것이나 양호하게 할 수 있도록 하는 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 및 전자 기기에 관한 것이다.
이면 조사형의 고체 촬상 장치는, 수광면의 반대측에 배선층이 형성되기 때문에, 표면 조사형의 고체 촬상 장치보다 집광 구조를 저배화(低背化)할 수가 있고, 양호한 사입사광 특성을 실현할 수 있는 것으로 알려져 있다.
또한, 통상의 촬상 화소 중에, 광전 변환부의 일부가 차광된 위상차 검출 화소를 마련함으로써 위상차 검출을 행하는 고체 촬상 장치가 알려져 있다. 위상차 검출 화소에서는, 차광막에 집광 포인트를 맞추기 위해, 마이크로 렌즈와 차광막과의 거리를 크게 하는, 즉 집광 구조를 고배화(高背化)할 필요가 있다.
여기서, 이면 조사형의 고체 촬상 장치에 위상차 검출 화소를 마련하는 경우, 촬상 화소의 사입사광 특성을 얻기 위해 저배화가 요구되는 한편, 위상차 검출 화소의 AF 특성을 얻기 위해서는 고배화가 요구된다는 트레이드 오프가 생긴다.
이 트레이드 오프를 해소하기 위해, 촬상 화소와 위상차 검출 화소에서 마이크로 렌즈의 높이를 정돈한 채로, 위상차 검출 화소의 수광 소자를 낮게 형성하도록 한 촬상 소자가 제안되어 있다(특허 문헌 1 참조). 또한, 위상차 검출 화소의 마이크로 렌즈에 단차를 마련함으로써, 위상차 검출 화소의 결상 거리를 확보하는 것이 개시되어 있다(특허 문헌 2 참조).
일본 특개2008-71920호 공보 일본 특개2007-281296호 공보
그러나, 특허 문헌 1의 구조에서는, 촬상 화소와 위상차 검출 화소에서 Si 기판의 막두께가 다르기 때문에, 촬상 화소와 위상차 검출 화소에서, 포텐셜 설계나 이온 임플랜트 공정을 나눌 필요가 있다. 또한, 수광 소자를 파넣을 때의 에칭의 데미지에 의해 계면준위가 흐트러지고, 암흑시(暗時)의 특성에 영향을 미칠 우려가 있다.
또한, 특허 문헌 2에는, 위상차 검출 화소의 마이크로 렌즈에 단차를 마련하기 위한 구체적인 수법은 개시되어 있지 않고, 또한, 단차에 의해 형성된 벽부(壁部)에서의 반사에 의해 비네팅(vignetting)이 발생하기 때문에, 촬상 화소의 사입사광 특성의 열화는 피할 수가 없었다.
본 기술은, 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 촬상 화소의 사입사광 특성과 위상차 검출 화소의 AF 특성의 어느 것이나 양호하게 할 수 있도록 하는 것이다.
본 기술의 한 측면의 고체 촬상 장치는, 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 촬상 화소와, 상기 촬상 화소 중에 산재하여 배치된 위상차 검출 화소를 갖는 고체 촬상 장치로서, 상기 촬상 화소마다 형성된 제1의 마이크로 렌즈와, 상기 제1의 마이크로 렌즈상에 형성된, 상기 제1의 마이크로 렌즈보다 굴절률이 낮은 평탄화막과, 상기 위상차 검출 화소의 상기 평탄화막상에만 형성된 제2의 마이크로 렌즈를 구비한다.
상기 위상차 검출 화소에도, 상기 제1의 마이크로 렌즈가 형성되도록 할 수 있다.
상기 평탄화막의 굴절률은 1.5 이하가 되고, 또한, 상기 제1 및 제2의 마이크로 렌즈의 굴절률은 1.4 이상이 되도록 할 수 있다.
상기 제2의 마이크로 렌즈는, 상기 평탄화막과 동일한 조성이도록 할 수 있다.
상기 평탄화막은, 아크릴계 수지 또는 실록산계 수지에, 불소 또는 중공(中空) 실리카가 첨가되어 이루어지도록 할 수 있다.
상기 제1 및 제2의 마이크로 렌즈는, 스티렌계 수지, 아크릴계 수지, 스티렌-아크릴 공중합계 수지, 또는 실록산계 수지의 유기 재료로 이루어지도록 할 수 있다.
상기 제1 및 제2의 마이크로 렌즈는, 스티렌계 수지, 아크릴계 수지, 스티렌-아크릴 공중합계 수지, 실록산계 수지, 또는 폴리이미드 수지 중에 TiO 미립자를 분산시킨 유기·무기 하이브리드 재료로 이루어지도록 할 수 있다.
상기 제1 및 제2의 마이크로 렌즈는, SiN계 또는 SiON계의 무기 재료로 이루어지도록 할 수 있다.
상기 평탄화막에서의 상기 위상차 화소와 상기 촬상 화소와의 경계 부분에, 차광벽이 형성되도록 할 수 있다.
수광면측의 공극(空隙)이, 실 유리 및 실 수지에 의해 밀봉되어 있도록 할 수 있다.
상기 제2의 마이크로 렌즈상에 또한, 상기 제1 및 제2의 마이크로 렌즈보다 굴절률이 낮은 평탄화막이 형성되고, 상기 평탄화막상의 상기 공극이, 상기 실 유리 및 상기 실 수지에 의해 밀봉되어 있도록 할 수 있다.
상기 제2의 마이크로 렌즈상의 상기 공극이, 상기 실 유리 및 상기 실 수지에 의해 밀봉되어 있고, 상기 제2의 마이크로 렌즈의 굴절률은, 상기 실 수지의 굴절률보다 충분히 높도록 할 수 있다.
상기 제2의 마이크로 렌즈는, 상기 평탄화막상에 형성된 오목부에, 상기 평탄화막보다 높은 굴절률의 상기 실 수지가 밀봉됨에 의해 형성되도록 할 수 있다.
상기 실 수지는, 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 또는 에폭시계 수지로 이루어지도록 할 수 있다.
본 기술의 한 측면의 고체 촬상 장치의 제조 방법은, 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 촬상 화소와, 상기 촬상 화소 중에 산재하여 배치된 위상차 검출 화소를 갖는 고체 촬상 장치의 제조 방법으로서, 상기 촬상 화소마다 제1의 마이크로 렌즈를 형성하고, 상기 제1의 마이크로 렌즈상에, 상기 제1의 마이크로 렌즈보다 굴절률이 낮은 평탄화막을 형성하고, 상기 위상차 검출 화소의 상기 평탄화막상에만 제2의 마이크로 렌즈를 형성하는 스텝을 포함한다.
본 기술의 한 측면의 전자 기기는, 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 촬상 화소와, 상기 촬상 화소 중에 산재하여 배치된 위상차 검출 화소를 갖는 고체 촬상 장치로서, 상기 촬상 화소마다 형성된 제1의 마이크로 렌즈와, 상기 제1의 마이크로 렌즈상에 형성된, 상기 제1의 마이크로 렌즈보다 굴절률이 낮은 평탄화막과, 상기 위상차 검출 화소의 상기 평탄화막상에만 형성된 제2의 마이크로 렌즈를 구비하는 고체 촬상 장치와, 상기 고체 촬상 장치로부터 출력되는 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로와, 입사광을 상기 고체 촬상 장치에 입사하는 렌즈를 구비한다.
상기 신호 처리 회로에는, 상기 위상차 화소의 부근에 배치되어 있는 상기 촬상 화소에서 생기는 셰이딩을 보정시킬 수 있다.
상기 신호 처리 회로에는, 미리 구하여진, 셰이딩 보정의 대상이 되는 상기 촬상 화소의 배치에 대응한 셰이딩의 정도를 나타내는 셰이딩 함수를 이용하여, 상기 셰이딩을 보정시킬 수 있다.
상기 셰이딩 함수는, 상기 렌즈 부의 렌즈 파라미터에 응하여 구하여지도록 할 수 있다.
상기 신호 처리 회로에는, 셰이딩 보정의 대상이 되는 상기 촬상 화소에 가장 근접하는 같은 색의 상기 촬상 화소의 출력을 이용하여, 상기 셰이딩을 보정시킬 수 있다.
본 기술의 한 측면에서는, 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 촬상 화소와, 촬상 화소 중에 산재하여 배치된 위상차 검출 화소를 갖는 고체 촬상 장치에서, 제1의 마이크로 렌즈가 촬상 화소마다 형성되고, 제1의 마이크로 렌즈보다 굴절률이 낮은 평탄화막이 제1의 마이크로 렌즈상에 형성되고, 제2의 마이크로 렌즈가 위상차 검출 화소의 평탄화막상에만 형성된다.
본 기술의 한 측면에 의하면, 촬상 화소의 사입사광 특성과 위상차 검출 화소의 AF 특성의 어느 것이나 양호하게 하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 기술을 적용한 고체 촬상 장치의 개략 구성례를 도시하는 블록도.
도 2는 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 장치의 구성례를 도시하는 단면도.
도 3은 차광막의 형상의 예를 도시하는 도면.
도 4는 도 2의 고체 촬상 장치의 제조 처리에 관해 설명하는 플로 차트.
도 5는 고체 촬상 장치의 제조 공정에 관해 설명하는 도면.
도 6은 고체 촬상 장치의 제조 공정에 관해 설명하는 도면.
도 7은 고체 촬상 장치의 제조 공정에 관해 설명하는 도면.
도 8은 고체 촬상 장치의 변형례를 도시하는 단면도.
도 9는 고체 촬상 장치의 변형례를 도시하는 단면도.
도 10은 고체 촬상 장치의 변형례를 도시하는 단면도.
도 11은 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 장치의 구성례를 도시하는 단면도.
도 12는 도 11의 고체 촬상 장치의 제조 처리에 관해 설명하는 플로 차트.
도 13은 본 기술의 제3의 실시의 형태의 고체 촬상 장치의 구성례를 도시하는 단면도.
도 14는 도 13의 고체 촬상 장치의 제조 처리에 관해 설명하는 플로 차트.
도 15는 고체 촬상 장치의 변형례를 도시하는 단면도.
도 16은 고체 촬상 장치의 변형례를 도시하는 단면도.
도 17은 고체 촬상 장치의 변형례를 도시하는 단면도.
도 18은 고체 촬상 장치의 변형례를 도시하는 단면도.
도 19는 도 18의 고체 촬상 장치의 제조 처리에 관해 설명하는 플로 차트.
도 20릉 고체 촬상 장치의 변형례를 도시하는 단면도.
도 21은 본 기술의 제4의 실시의 형태의 전자 기기의 구성례를 도시하는 블록도.
도 22는 셰이딩에 관해 설명하는 도면.
이하, 본 기술의 실시의 형태에 관해 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 고체 촬상 장치의 개략 구성례
2. 제1의 실시의 형태(본 기술의 기본적인 고체 촬상 장치의 예)
3. 제2의 실시의 형태(화소 경계에 차광벽을 구비하는 고체 촬상 장치의 예)
4. 제3의 실시의 형태(캐비티레스(cavity-less) CSP 구조의 고체 촬상 장치의 예)
5. 제4의 실시의 형태(본 기술의 고체 촬상 장치를 구비하는 전자 기기의 예)
<1. 고체 촬상 장치의 개략 구성례>
도 1은, 본 기술의 각 실시의 형태에 적용된 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 고체 촬상 장치의 한 예의 개략 구성례를 도시하고 있다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 고체 촬상 장치(1)는, 반도체 기판(11)(예를 들면 실리콘 기판)에 복수의 광전 변환 소자를 포함하는 화소(2)가 규칙적으로 2차원적으로 배열된 화소 영역(이른바 촬상 영역)(3)과, 주변 회로부를 갖고서 구성된다.
화소(2)는, 광전 변환 소자(예를 들면 포토 다이오드)와, 복수의 화소 트랜지스터(이른바 MOS 트랜지스터)를 갖고서 이루어진다. 복수의 화소 트랜지스터는, 예를 들면, 전송 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 및 증폭 트랜지스터의 3개의 트랜지스터로 구성할 수 있고, 또한 선택 트랜지스터를 추가하여 4개의 트랜지스터로 구성할 수도 있다. 각 화소(2)(단위 화소)의 등가 회로는 일반적인 것과 마찬가지이기 때문에, 여기서는 상세한 설명은 생략한다.
또한, 화소(2)는, 공유 화소 구조로 할 수도 있다. 화소 공유 구조는, 복수의 포토 다이오드, 복수의 전송 트랜지스터, 공유되는 하나의 플로팅 디퓨전, 및, 공유되는 하나씩의 다른 화소 트랜지스터로 구성된다.
주변 회로부는, 수직 구동 회로(4), 칼럼 신호 처리 회로(5), 수평 구동 회로(6), 출력 회로(7), 및 제어 회로(8)로 구성된다.
제어 회로(8)는, 입력 클록이나, 동작 모드 등을 지령하는 데이터를 수취하고, 또한, 고체 촬상 장치(1)의 내부 정보 등의 데이터를 출력한다. 구체적으로는, 제어 회로(8)는, 수직 동기 신호, 수평 동기 신호, 및 마스터 클록에 의거하여, 수직 구동 회로(4), 칼럼 신호 처리 회로(5), 및 수평 구동 회로(6)의 동작의 기준이 되는 클록 신호나 제어 신호를 생성한다. 그리고, 제어 회로(8)는, 이들의 신호를 수직 구동 회로(4), 칼럼 신호 처리 회로(5), 및 수평 구동 회로(6)에 입력한다.
수직 구동 회로(4)는, 예를 들면 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 화소 구동 배선을 선택하고, 선택된 화소 구동 배선에 화소(2)를 구동하기 위한 펄스를 공급하고, 행 단위로 화소(2)를 구동한다. 구체적으로는, 수직 구동 회로(4)는, 화소 영역(3)의 각 화소(2)를 행 단위로 순차적으로 수직 방향으로 선택 주사하고, 수직 신호선(9)을 통하여 각 화소(2)의 광전 변환 소자에서 수광량에 응하여 생성한 신호 전하에 의거한 화소 신호를 칼럼 신호 처리 회로(5)에 공급한다.
칼럼 신호 처리 회로(5)는, 화소(2)의 예를 들면 열마다 배치되어 있고, 1행분의 화소(2)로부터 출력되는 신호를 화소열마다 노이즈 제거 등의 신호 처리를 행한다. 구체적으로는, 칼럼 신호 처리 회로(5)는, 화소(2) 고유의 고정 패턴 노이즈를 제거하기 위한 CDS(Correlated Double Sampling)나, 신호 증폭, A/D(Analog/Digital) 변환 등의 신호 처리를 행한다. 칼럼 신호 처리 회로(5)의 출력단에는, 수평 선택 스위치(도시 생략)가 수평 신호선(10)과의 사이에 접속되어 마련된다.
수평 구동 회로(6)는, 예를 들면 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 수평 주사 펄스를 순차적으로 출력함에 의해, 칼럼 신호 처리 회로(5)의 각각을 순번대로 선택하고, 칼럼 신호 처리 회로(5)의 각각으로부터 화소 신호를 수평 신호선(10)에 출력시킨다.
출력 회로(7)는, 칼럼 신호 처리 회로(5)의 각각으로부터 수평 신호선(10)을 통하여 순차적으로 공급되는 신호에 대해, 신호 처리를 행하여 출력한다. 출력 회로(7)는, 예를 들면, 버퍼링만을 행하는 경우도 있고, 흑레벨 조정, 열(列) 편차 보정, 각종 디지털 신호 처리 등을 행하는 경우도 있다.
입출력 단자(12)는, 외부와 신호의 교환을 하기 위해 마련된다.
<2. 제1의 실시의 형태>
[고체 촬상 장치의 구성]
도 2는, 본 기술의 고체 촬상 장치의 제1의 실시의 형태의 구성례를 도시하고 있다. 본 기술의 각 실시의 형태의 고체 촬상 장치는, 이면 조사형의 CMOS 고체 촬상 장치로서 구성된다.
제1의 실시의 형태의 고체 촬상 장치(20)에서는, 예를 들면 실리콘으로 이루어지는 반도체 기판(21)에 복수의 화소가 배열된 화소 영역(이른바 촬상 영역)과, 화소 영역의 주변에 배치된 주변 회로부(도시 생략)가 형성된다.
단위 화소(22)(이하, 단지 화소(22)라고 한다)는, 광전 변환부인 포토 다이오드(PD)와 복수의 화소 트랜지스터(Tr)로 구성된다. 포토 다이오드(PD)는, 반도체 기판(21)의 두께 방향의 전역에 걸치도록 형성되고, 제1 도전형(본 예에서는 n형) 반도체 영역(25)과, 기판의 표리 양면에 임하는 제2 도전형(본 예에서는 p형) 반도체 영역(26)에 의한 pn 접합형의 포토 다이오드로서 구성된다. 기판의 표리 양면에 임하는 p형 반도체 영역은, 암전류 억제를 위한 정공(正孔) 전하 축적 영역을 겸하고 있다.
포토 다이오드(PD) 및 화소 트랜지스터(Tr)로 이루어지는 화소(22)는, 수광한 피사체광에 의거하여 화상을 생성하기 위한 신호를 생성하는 촬상 화소(23)와, 위상차 검출 방식의 AF(Auto Focus)(위상차 AF)를 행하기 위한 신호를 생성하는 위상차 검출 화소(24)로 구별된다.
위상차 검출 화소(24)는, 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 촬상 화소(23) 중에 산재하여 배치된다. 구체적으로는, 위상차 검출 화소(24)는, 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 촬상 화소(23)의 중의 소정의 촬상 화소(23)의 일부가 치환됨으로써, 특정한 패턴으로 규칙적으로 배치되어 있다.
화소(22)(촬상 화소(23) 및 위상차 검출 화소(24))는 각각, 소자 분리 영역(27)에 의해 분리되어 있다. 소자 분리 영역(27)은, p형 반도체 영역으로 형성되고, 예를 들면 접지되어 있다. 화소 트랜지스터(Tr)는, 반도체 기판(21)의 기판 표면(21a)측에 형성한 p형 반도체웰 영역(28)에, 도시하지 않은 n형의 소스 영역 및 드레인 영역을 형성하고, 또한 양 영역 사이의 기판 표면에 게이트 절연막을 통하여 게이트 전극(29)를 형성하여 구성된다. 도 2에서는, 복수의 화소 트랜지스터를 하나의 화소 트랜지스터(Tr)에 의해 대표하여 나타냄과 함께, 게이트 전극(29)에 의해 모식적으로 나타내고 있다.
반도체 기판(21)의 기판 표면(21a)상에는, 층간 절연막(31)을 통하여 복수층의 배선(32)이 배치되어 이루어지는, 이른바 다층 배선층(33)이 형성된다. 다층 배선층(33)측에는 광이 입사되지 않기 때문에, 배선(32)의 레이아웃은 자유롭게 설정된다.
포토 다이오드(PD)의 수광면(34)이 되는 기판 이면(21b)상에는, 절연층이 형성된다. 이 절연층은, 본 예에서는 반사 방지막(36)으로 형성된다. 반사 방지막(36)은, 굴절률이 다른 복수층의 막으로 형성되고, 본 예에서는 하프늄 산화(HfO2)막(38)과 실리콘 산화막(37)의 2층의 막으로 형성된다.
반사 방지막(36)상의 화소 경계에는, 차광막(39)이 형성된다. 차광막(39)은, 광을 차광하는 재료라면 좋고, 차광성이 강하고, 또한 미세 가공, 예를 들면 에칭으로 정밀도 좋게 가공할 수 있는 재료로서, 금속, 예를 들면 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 또는 구리(Cu)의 막으로 형성하는 것이 바람직하다.
차광막(39)은, 그 일부의 평면 형상으로서, 도 3에 도시되는 바와 같은 형상을 갖는다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 차광막(39)은, 화소 경계에서 화소끼리의 혼색이나 입사각이 큰 광에 의한 플레어를 억제하는 격자형상의 영역을 갖는다. 또한, 차광막(39)은, 화소 영역의 외측을 덮어, 암흑시 출력의 기준이 되는 흑레벨을 검출하기 위한 OPB(Optical Black) 클램프 영역(39b)과, 위상차 검출 화소(24)에서 다른 사출동(射出瞳, exit pupil)으로부터의 광을 분리시키기 위한 분리부(39p)를 갖는다.
또한, 도 2에 도시되는 바와 같이, 위상차 검출 화소(24)는, 분리부(39p)에 의해 포토 다이오드(PD)의 좌측 반분(半分)이 차광되어 있다.
이들 차광막(39)에서의 각 영역은, 동시에 형성될 필요는 없고, 별개로 형성되도록 하여도 좋다. 또한, 예를 들면 혼색이나 플레어의 억제보다, 감도의 향상을 우선하여 도모하는 경우에는, 격자상의 영역의 폭을 작게 하도록 하여도 좋다.
차광막(39)을 포함하는 반사 방지막(36)상에는, 평탄화막(41)이 형성되고, 평탄화막(41)상에는, 화소(22)마다 컬러 필터(42)가 형성된다.
평탄화막(41)은, 예를 들면, 수지 등의 유기 재료를 회전 도포함에 의해 형성된다. 평탄화막(41)은, 컬러 필터(42)를 형성할 때의 회전 도포의 공정에서 발생하는 얼룩을 회피하기 위해 형성되지만, 그 얼룩이 허용할 수 있는 범위라면, 평탄화막(41)은 형성되지 않아도 좋다. 또한, 평탄화막(41)은, 예를 들면 SiO2 등의 무기막을 성막하여, CMP(Chemical Mechanical Polishing)에 의해 평탄화함으로써 형성되어도 좋다.
컬러 필터(42)는, 예를 들면 안료나 염료를 회전 도포함에 의해 형성된다. 컬러 필터(42)로서는, 예를 들면 베이어 배열의 컬러 필터가 사용되지만, 그 밖의 배열의 컬러 필터가 사용되도록 하여도 좋다.
컬러 필터(42)상에는, 화소(22)마다 마이크로 렌즈(43)가 형성된다.
마이크로 렌즈(43)는, 굴절률이 1.4 이상의 재료로 형성되고, 예를 들면 스티렌계 수지, 아크릴계 수지, 스티렌-아크릴 공중합계 수지, 또는 실록산계 수지 등의 유기 재료로 형성된다. 스티렌계 수지의 굴절률은 1.6 정도, 아크릴계 수지의 굴절률은 1.5 정도, 스티렌-아크릴 공중합계 수지의 굴절률은 1.5 내지 1.6 정도, 실록산계 수지의 굴절률은 1.45 정도가 된다.
또한, 마이크로 렌즈(43)는, 상술한 스티렌계 수지, 아크릴계 수지, 스티렌-아크릴 공중합계 수지, 실록산계 수지나, 폴리이미드 수지 중에 TiO 미립자를 분산시킨 유기·무기 하이브리드 재료로 형성되어도 좋다.
또한, 마이크로 렌즈(43)는, SiN계 또는 SiON계의 무기 재료로 형성되어도 좋다. SiN의 굴절률은 1.9 내지 2.0 정도, SiON의 굴절률은 1.45 내지 1.9 정도가 된다.
마이크로 렌즈(43)상에는, 저n 평탄화막(44)이 형성된다. 여기서, 「저n」은 저굴절률을 의미한다. 저n 평탄화막(44)은, 마이크로 렌즈(43)의 굴절률보다 낮은 재료(굴절률 1.5 이하의 재료)로 형성되고, 예를 들면 아크릴계 수지 또는 실록산계 수지에, 불소 또는 중공 실리카가 첨가됨으로써 형성된다. 이 경우, 저n 평탄화막(44)의 굴절률은 1.2 내지 1.45 정도가 된다.
또한, 저n 평탄화막(44)은, 예를 들면 SiO2 등의 무기막을 성막하고, CMP에 의해 평탄화함으로써 형성되어도 좋다. 이 경우, 저n 평탄화막(44)의 굴절률은 1.45 정도가 된다.
그리고, 위상차 검출 화소(24)의 저n 평탄화막(44)상에만, 층상(層上) 마이크로 렌즈(45)가 형성된다. 층상 마이크로 렌즈(45)는, 마이크로 렌즈(43)와 마찬가지로 굴절률이 1.4 이상의 재료로 형성되고, 예를 들면 스티렌계 수지, 아크릴계 수지, 스티렌-아크릴 공중합계 수지, 또는 실록산계 수지 등의 유기 재료로 형성된다. 또한, 층상 마이크로 렌즈(45)는, 이들의 유기 재료나, 폴리이미드 수지 중에 TiO 미립자를 분산시킨 유기·무기 하이브리드 재료로 형성되어도 좋고, SiN계 또는 SiON계의 무기 재료로 형성되어도 좋다.
[고체 촬상 장치의 제조 처리의 흐름]
다음에, 도 4 내지 도 7을 참조하여, 도 2의 고체 촬상 장치(20)의 제조 처리에 관해 설명한다. 도 4는, 고체 촬상 장치(20)의 제조 처리에 관해 설명하는 플로 차트이고, 도 5 내지 도 7은, 제조 공정에서의 고체 촬상 장치(20)의 단면도를 도시하고 있다.
우선, 스텝 S11에서, 반도체 기판(21)의 화소 영역을 형성하여야 할 영역에, p형 반도체 영역에 의한 소자 분리 영역(27)으로 분리한 각 화소(22)에 대응한 포토 다이오드(PD)를 형성한다.
스텝 S12에서, 기판 표면(21a)의 각 화소(22)에 대응하는 영역에 형성된 p형 반도체웰 영역(28)에, 각 복수의 화소 트랜지스터(Tr)를 형성한다.
스텝 S13에서, 기판 표면(21a)의 상부에, 층간 절연막(31)을 통하여 복수층의 배선(32)을 배치한 다층 배선층(33)을 형성한다.
스텝 S14에서, 도 5의 A에 도시되는 바와 같이, 수광면이 되는 기판 이면(21b)상에 반사 방지막(36)을 형성하고, 또한, 반사 방지막(36)상에 차광막 재료층(39a)을 형성한다.
스텝 S15에서, 리소그래피에 의해, 차광막 재료층(39a)상에 선택적으로 레지스트 마스크를 형성한다. 이 레지스트 마스크는, 도 3에 도시되는 바와 같은 형상으로 형성된다. 그리고, 도 5의 B에 도시되는 바와 같이, 레지스트 마스크를 통하여 차광막 재료층(39a)을 선택적으로 에칭 제거하여, 차광막(39)을 형성한다. 에칭은, 웨트 에칭 또는 드라이 에칭을 이용할 수 있다. 드라이 에칭을 이용한 경우에는, 차광막(39)의 미세선 폭이 정밀도 좋게 얻어진다.
스텝 S16에서, 도 6의 A에 도시되는 바와 같이, 차광막(39)을 포함하는 반사 방지막(36)상에 평탄화막(41)을 형성한다.
스텝 S17에서, 평탄화막(41)상에, 화소(22)마다 예를 들면 베이어 배열의 컬러 필터(42)를 형성한다.
스텝 S18에서, 도 6의 B에 도시되는 바와 같이, 화소(22)마다의 컬러 필터(42)상에 마이크로 렌즈(43)를 형성한다. 구체적으로는, 포토레지스트, 예를 들면 노볼락 수지를 주성분으로 한 감광성 재료를, 리소그래피에 의해 패터닝한다. 패터닝된 포토레지스트에 대해 열 연화점보다 높은 온도의 열처리를 시행하여, 렌즈 형상을 형성한다. 그리고, 렌즈 형상으로 형성된 포토레지스트를 마스크로 하여, 드라이 에칭을 이용하여, 하지가 되는 렌즈 재료에 렌즈 형상을 패턴 전사함으로써, 모든 화소(22)에 대해 마이크로 렌즈(43)가 형성된다.
스텝 S19에서, 도 7의 A에 도시되는 바와 같이, 마이크로 렌즈(43)상에, 저n 평탄화막(44)을 형성한다.
그리고, 스텝 S20에서, 도 7의 B에 도시되는 바와 같이, 위상차 검출 화소(24)의 저n 평탄화막(44)상에만, 층상 마이크로 렌즈(45)를 형성한다. 층상 마이크로 렌즈(45)는, 스텝 S17에서 마이크로 렌즈(43)가 형성된 수법과 마찬가지로 하여 형성된다.
또한, 마이크로 렌즈(43) 및 층상 마이크로 렌즈(45)의 형성에는, 상술한 수법으로 한하지 않고, 예를 들면, 감광성 수지로 이루어지는 렌즈 재료를 성막하고, 프리 베이크, 노광, 현상, 브리칭(bleaching) 노광의 각 처리를 순차적으로 행한 후에, 렌즈 재료의 열 연화점보다 높은 온도의 열처리를 시행하는 수법을 이용하도록 하여도 좋다.
이상의 처리에서는, 위상차 검출 화소(24)의 분리성을 좋게 하기 위해, 집광 포인트가 차광막(39)에 맞도록, 고체 촬상 장치(20) 전체의 층두께의 조정이나 마이크로 렌즈의 곡률의 조정이 행하여진다.
고체 촬상 장치(20) 전체의 층두께는, 예를 들면 저n 평탄화막(44)의 막두께나, 마이크로 렌즈(43) 및 층상 마이크로 렌즈(45)의 렌즈 재료의 막두께, 및 렌즈 재료의 에칭량에 의해 조정된다.
마이크로 렌즈의 곡률은, 렌즈 형성할 때의 리소그래피의 레지스트 막두께나 리플로, 드라이 에칭 조건(가스 종류, 처리 시간, 파워 등) 등에 의해 조정된다. 또한, 마이크로 렌즈(43) 및 층상 마이크로 렌즈(45)는, 집광 포인트가 정돈되도록, 어느 방향에서 보아도 곡률 일정하게 되는 렌즈 형상으로 형성된다. 구체적으로는, 화소 사이즈에 적합한 리소그래피의 레티클 형상(사각형, 8각형, 원형)이나 그 치수, 리플로 온도, 드라이 에칭 조건을 찾아냄에 의해, 어느 방향에서 보아도 곡률 일정하게 되는 렌즈 형상 마이크로 렌즈(43) 및 층상 마이크로 렌즈(45)가 형성된다.
여기서, 특허 문헌 2에 개시되어 있는, 위상차 검출 화소의 마이크로 렌즈에 단차를 마련하는 구성에서, 예를 들면, 이 단차를 마이크로 렌즈보다 먼저 형성하는 것을 생각한 경우, 렌즈 형성의 리소그래피에서, 레지스트 도포할 때에 단차에 기인하는 얼룩이 발생하거나, 다른 높이에 대한 리소그래피의 포커스 제어가 용이하지 않음에 의해, 렌즈 형상이 찌부러져 버릴 우려가 있다. 또한, 이 단차를 마이크로 렌즈보다 후에 형성하는 것을 생각한 경우, 위상차 검출 화소를 레지스트에 의해 마스크하고, 촬상 화소를 에칭하여 낮게 하는 것이 생각되는데, 과잉한 에칭에 의해 렌즈 형상이 찌부러져 버릴 우려가 있다.
또한, 특허 문헌 2에 개시되어 있는 구성의 조립 공정을 생각한 경우, 단차에 기인하여 BGR 테이프를 붙일 수 없거나, 그 테이프를 벗길 때에 단차를 구비한 구조가 파손될 우려가 있다.
또한, 단차에 의해 형성된 벽 부분에서, 공기와의 굴절률의 차에 의해 반사한 광이, 인접 화소에 영향을 미칠 우려도 있다.
이와 같이, 특허 문헌 2에 개시되어 있는 구성에서는, 촬상 소자와 위상차 검출 화소를 갖는 이면 조사형의 고체 촬상 장치에서, 촬상 화소의 저배화와 위상차 검출 화소의 고배화가 요구된다는 트레이드 오프를 해소하기는 어렵다.
한편, 이상의 처리에 의하면, 렌즈 형성의 리소그래피에서 얼룩이 발생하거나, 리소그래피의 디포커스나 과잉한 에칭에 의해 렌즈 형상이 찌부러져 버릴 우려는 없고, 또한, 단차를 위한 벽 부분이 형성되는 일은 없기 때문에, 인접 화소에 영향을 미칠 우려도 없고, 촬상 화소의 저배화와 위상차 검출 화소의 고배화가 요구된다는 트레이드 오프를 해소하는 구성을 실현할 수 있고, 촬상 화소의 사입사광 특성과 위상차 검출 화소의 AF 특성의 어느 것이나 양호하게 하는 것이 가능해진다.
또한, 굴절률이 다른 계면, 구체적으로는, 마이크로 렌즈(43)와 저n 평탄화막(44)과의 계면이나, 층상 마이크로 렌즈(45)와 공기와의 계면에서의 반사를 억제하기 위해, 마이크로 렌즈(43)나 층상 마이크로 렌즈(45)의 표면에 반사 방지막을 형성하도록 하여도 좋다.
구체적으로는, 층상 마이크로 렌즈(45)의 표면에, 컨포멀하게 산화막을 형성하거나, 마이크로 렌즈(43)의 표면에, 컨포멀하게 SiON을 형성한다. 또한, 반사 방지막의 막두께는, 입사하는 광의 간섭을 고려하여 결정된다.
이하에서는, 본 실시의 형태의 변형례에 관해 설명한다.
[변형례 1]
도 8은, 본 기술의 고체 촬상 장치의 제1의 실시의 형태의 변형례를 도시하고 있다.
또한, 도 8의 고체 촬상 장치(60)에서, 도 2의 고체 촬상 장치(20)에 마련된 것과 같은 기능을 구비하는 구성에 관해서는, 동일 명칭 및 동일 부호를 붙이기로 하고, 그 설명은, 적절히 생략하기로 한다.
도 8의 고체 촬상 장치(60)은, 위상차 검출 화소(61)에 마이크로 렌즈(43)를 형성하지 않은 구성으로 된다.
위상차 검출 화소에서는, 집광 포인트가 차광막에 맞는 것이 요구되는데, 도 2의 위상차 검출 화소(24)와 같이, 복수의 렌즈를 이용한 집광의 경우, 렌즈 형성에서의 편차가, 그 집광 특성에 영향을 줄 우려가 있다.
이에 대해, 도 8의 위상차 검출 화소(61)에서는, 층상 마이크로 렌즈(45)만에 의해 집광되기 때문에, 집광 특성이 렌즈 형성에서의 편차의 영향을 받는 일은 없고, 위상차(AF)의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 위상차 검출 화소(61)는, 위상차 검출 화소(24)보다 집광 파워가 떨어지지만, 층상 마이크로 렌즈(45)를 고배화 하거나, 층상 마이크로 렌즈(45)의 곡률을 올림으로써, 이것을 개선할 수 있다. 역으로, 위상차 검출 화소(24)는, 위상차 검출 화소(61)보다 집광 파워가 높기 때문에, 고체 촬상 장치 전체의 층두께를 낮게 억제할 수 있다.
[변형례 2]
도 9는, 본 기술의 고체 촬상 장치의 제1의 실시의 형태의 다른 변형례를 도시하고 있다.
또한, 도 9의 고체 촬상 장치(70)에서, 도 2의 고체 촬상 장치(20)에 마련된 것과 같은 기능을 구비하는 구성에 관해서는, 동일 명칭 및 동일 부호를 붙이기로 하고, 그 설명은, 적절히 생략하기로 한다.
도 9의 고체 촬상 장치(70)는, 위상차 검출 화소(71)의 저n 평탄화막(44)상에, 층상 마이크로 렌즈(72)를 형성한 구성으로 된다.
층상 마이크로 렌즈(72)는, 저n 평탄화막(44)과 동일한 조성이다. 층상 마이크로 렌즈(72)는, 도 4의 플로 차트의 스텝 S20에서, 저n 평탄화막(44)에 대해 리소그래피와 리플로에 의해 렌즈 형상을 형성하고, 드라이 에칭을 이용하여, 하지가 되는 저n 평탄화막(44)에 렌즈 형상을 패턴 전사함으로써 형성된다.
이와 같은 구성에 의해, 층상 마이크로 렌즈의 렌즈 재료를 도포하는 공정을 삭감할 수 있다.
[변형례 3]
도 10은, 본 기술의 고체 촬상 장치의 제1 실시의 형태의 또 다른 변형례를 도시하고 있다.
또한, 도 10의 고체 촬상 장치(80)에서, 도 8의 고체 촬상 장치(60)에 마련된 것과 같은 기능을 구비하는 구성에 관해서는, 동일 명칭 및 동일 부호를 붙이기로 하고, 그 설명은, 적절히 생략하기로 한다.
도 10의 고체 촬상 장치(80)는, 위상차 검출 화소(81)의 저n 평탄화막(44)상에, 도 9의 고체 촬상 장치(70)와 마찬가지로 하여, 저n 평탄화막(44)과 동일한 조성의 층상 마이크로 렌즈(72)를 형성한 구성으로 된다.
이와 같은 구성에 의해, 위상차(AF)의 정밀도를 향상시킬 수 있음과 함께, 층상 마이크로 렌즈의 렌즈 재료를 도포하는 공정을 삭감할 수 있다.
<3. 제2의 실시의 형태>
[고체 촬상 장치의 구성]
도 11은, 본 기술의 고체 촬상 장치의 제2의 실시의 형태의 구성례를 도시하고 있다.
또한, 도 11의 고체 촬상 장치(100)에서, 도 2의 고체 촬상 장치(20)에 마련된 것과 같은 기능을 구비하는 구성에 관해서는, 동일 명칭 및 동일 부호를 붙이기로 하고, 그 설명은, 적절히 생략하기로 한다.
도 11의 고체 촬상 장치(100)는, 저n 평탄화막(44)에서의 촬상 화소(23)와 위상차 검출 화소(101)와의 경계 부분에, 차광벽(102)을 형성한 구성으로 된다.
차광벽(102)은, 예를 들면, 저n 평탄화막(44)에서의 위상차 검출 화소(101)의 부분을 둘러싸도록 형성된 홈에, 차광 재료를 매입함에 의해 형성된다.
[고체 촬상 장치의 제조 처리의 흐름]
다음에, 도 12의 플로 차트를 참조하여, 고체 촬상 장치(100)의 제조 처리에 관해 설명한다.
또한, 도 12의 플로 차트의 스텝 S111 내지 S119, S121의 처리는, 도 4의 플로 차트의 스텝 S11 내지 S20의 처리와 마찬가지이기 때문에, 그 설명은 생략한다.
즉, 스텝 S119에서, 저n 평탄화막(44)이 형성된 후, 스텝 S120에서, 저n 평탄화막(44)에서의 위상차 검출 화소(101)의 주위에 차광벽(102)을 형성한다.
구체적으로는, 리소그래피에 의해, 저n 평탄화막(44)에서의 위상차 검출 화소(101)를 둘러싸도록 홈 패턴을 형성하고, 드라이 에칭을 이용하여 하지에 전사한다. 또한, 저n 평탄화막(44)을 감광성 재료에 의해 형성하도록 하여, 패턴 노광함으로써 홈 패턴을 형성하도록 하여도 좋다. 이 경우, 드라이 에칭의 공정을 삭감할 수 있다.
그리고, 예를 들면 카본 블랙을 포함하는 차광 재료를, 회전 도포에 의해 홈 패턴에 매입하고, 에치 백에 의해 평탄화를 행함으로써, 차광벽(102)이 형성된다.
이상의 처리에 의하면, 촬상 소자와 위상차 검출 화소를 갖는 이면 조사형의 고체 촬상 장치에서, 촬상 화소의 저배화와 위상차 검출 화소의 고배화가 요구된다는 트레이드 오프를 해소하는 구성을 실현하면서, 위상차 검출 화소 주변의 촬상 화소로부터의 혼색을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 도 11의 고체 촬상 장치(100)를, 위상차 검출 화소(101)에 마이크로 렌즈(43)를 형성하지 않은 구성으로 하도록 하여도 좋고, 층상 마이크로 렌즈(45)에 대신하여, 층상 마이크로 렌즈(72)를 구비하는 구성으로 하도록 하여도 좋다.
그런데, 근래, CMOS 고체 촬상 장치 등의 광학 센서의 간이한 패키지 기술로서, 칩 사이즈 패키지(CSP) 구조가 제안되어 있다. 그러나, 이 CSP 구조에서, 실 유리와 칩과의 사이(광학 센서)에 공극(이하, 캐비티라고 한다)이 존재하면, 리플로 등의 열 프로세스를 통과시킨 때, 열응력에 의해 칩이 휘어 버릴 우려가 있다.
이에 대해, 캐비티를 수지로 충전함으로써 캐비티를 갖지 않는 CSP 구조(이하, 캐비티레스 CSP 구조라고 한다)가 제안되어 있다.
그래서, 이하에서는, 캐비티레스 CSP 구조의 고체 촬상 장치에, 본 기술을 적용한 구성에 관해 설명한다. 또한, 이하에서는, 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 장치를 캐비티레스 CSP 구조로 한 구성에 관해 설명하지만, 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 장치를 캐비티레스 CSP 구조로 하는 것도 물론 할 수 있다.
<4. 제3의 실시의 형태>
[고체 촬상 장치의 구성]
도 13은, 본 기술의 고체 촬상 장치의 제3의 실시의 형태의 구성례를 도시하고 있다.
또한, 도 13의 고체 촬상 장치(200)에서, 도 2의 고체 촬상 장치(20)에 마련된 것과 같은 기능을 구비하는 구성에 관해서는, 동일 명칭 및 동일 부호를 붙이기로 하고, 그 설명은, 적절히 생략하기로 한다.
도 13의 고체 촬상 장치(200)에서는, 층상 마이크로 렌즈(45)를 포함하는 저n 평탄화막(44)상에, 저n 평탄화막(201)이 형성된다.
저n 평탄화막(201)은, 저n 평탄화막(44)과 마찬가지로, 마이크로 렌즈(43) 및 층상 마이크로 렌즈(45)의 굴절률보다 낮은 재료로 형성되고, 예를 들면 아크릴계 수지 또는 실록산계 수지에, 불소 또는 중공 실리카가 첨가된 것으로 형성된다. 이 경우, 저n 평탄화막(201)의 굴절률은 1.2 내지 1.45 정도가 된다.
또한, 저n 평탄화막(201)은, 예를 들면 SiO2 등의 무기막을 성막하고, CMP에 의해 평탄화함으로써 형성되어도 좋다. 이 경우, 저n 평탄화막(201)의 굴절률은 1.45 정도가 된다.
또한, 저n 평탄화막(201)과 저n 평탄화막(44)은 동일한 재료에 의해 형성되어도 좋고, 다른 재료에 의해 형성되어도 좋다.
저n 평탄화막(201)의 위에는, 실 수지(202)가 형성된다. 실 수지(202)는, 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 또는 에폭시계 수지 등에 의해 형성된다. 그리고, 실 수지(202)의 위에는, 실 유리(203)가 형성된다.
이와 같이, 고체 촬상 장치(200)는, 수광면측의 캐비티가 실 수지(202) 및 실 유리(203)에 의해 밀봉된, 캐비티레스 CSP 구조를 취한다.
[고체 촬상 장치의 제조 처리의 흐름]
다음에, 도 14의 플로 차트를 참조하여, 고체 촬상 장치(200)의 제조 처리에 관해 설명한다.
또한, 도 14의 플로 차트의 스텝 S211 내지 S220의 처리는, 도 4의 플로 차트의 스텝 S11 내지 S20의 처리와 마찬가지이기 때문에, 그 설명은 생략한다.
즉, 스텝 S220에서, 층상 마이크로 렌즈(45)가 형성된 후, 스텝 S221에서, 층상 마이크로 렌즈(45)를 포함하는 저n 평탄화막(44)상에, 저n 평탄화막(201)을 형성한다.
그리고, 스텝 S222에서, 실 수지(202)로 캐비티를 밀봉한다. 구체적으로는, 저n 평탄화막(201)상에 실 수지(202)를 형성하고, 또한 그 위에 실 유리(203)를 형성함으로써, 캐비티가 밀봉된다.
이상의 처리에 의하면, 촬상 소자와 위상차 검출 화소를 갖는 이면 조사형의 고체 촬상 장치에서, 촬상 화소의 저배화와 위상차 검출 화소의 고배화가 요구된다는 트레이드 오프를 해소하는 구성을 실현하면서, 캐비티레스 CSP 구조에 의한 효과를 얻는 것이 가능해진다.
이하에서는, 본 실시의 형태의 변형례에 관해 설명한다.
[변형례 1]
도 15는, 본 기술의 고체 촬상 장치의 제3의 실시의 형태의 변형례를 도시하고 있다.
또한, 도 15의 고체 촬상 장치(210)에서, 도 13의 고체 촬상 장치(200)에 마련된 것과 같은 기능을 구비하는 구성에 관해서는, 동일 명칭 및 동일 부호를 붙이기로 하고, 그 설명은, 적절히 생략하기로 한다.
도 15의 고체 촬상 장치(210)는, 위상차 검출 화소(61)에 마이크로 렌즈(43)를 형성하지 않은 구성으로 된다.
이와 같은 구성에 의해, 도 15의 고체 촬상 장치(210)에서는, 도 8의 위상차 검출 화소(61)와 마찬가지로, 집광 특성이 렌즈 형성에서의 편차의 영향을 받는 일은 없고, 위상차(AF)의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
[변형례 2]
도 16은, 본 기술의 고체 촬상 장치의 제3의 실시의 형태의 다른 변형례를 도시하고 있다.
또한, 도 16의 고체 촬상 장치(220)에서, 도 13의 고체 촬상 장치(200)에 마련된 것과 같은 기능을 구비하는 구성에 관해서는, 동일 명칭 및 동일 부호를 붙이기로 하고, 그 설명은, 적절히 생략하기로 한다.
도 16의 고체 촬상 장치(220)에서는, 층상 마이크로 렌즈(45)를 포함하는 저n 평탄화막(44)상에, 저n 평탄화막(201)은 형성되지 않고, 실 수지(202)가 형성된다. 그리고, 실 수지(202)의 위에는, 실 유리(203)가 형성된다. 이 경우, 도 14의 플로 차트에서, 스텝 S221의 처리는 스킵된다.
본 예에서는, 층상 마이크로 렌즈(45)는, 실 수지(202)의 굴절률(일반적으로는 1.5 정도)보다 높은 굴절률의 재료, 예를 들면, SiN계 또는 SiON계의 무기 재료로 형성된다. 상술한 바와 같이, SiN의 굴절률은 1.9 내지 2.0 정도, SiON의 굴절률은 1.45 내지 1.9 정도가 된다.
이와 같은 구성에 의해, 저n 평탄화막(201)을 형성하는 공정을 삭감할 수 있다.
[변형례 3]
도 17은, 본 기술의 고체 촬상 장치의 제3의 실시의 형태의 또 다른 변형례를 도시하고 있다.
또한, 도 17의 고체 촬상 장치(230)에서, 도 16의 고체 촬상 장치(220)에 마련된 것과 같은 기능을 구비하는 구성에 관해서는, 동일 명칭 및 동일 부호를 붙이기로 하고, 그 설명은, 적절히 생략하기로 한다.
도 17의 고체 촬상 장치(230)는, 위상차 검출 화소(61)에 마이크로 렌즈(43)를 형성하지 않은 구성으로 된다.
이와 같은 구성에 의해, 위상차(AF)의 정밀도를 향상시킬 수 있음과 함께, 저n 평탄화막(201)을 형성하는 공정을 삭감할 수 있다.
[변형례 4]
도 18은, 본 기술의 고체 촬상 장치의 제3의 실시의 형태의 또 다른 변형례를 도시하고 있다.
또한, 도 18의 고체 촬상 장치(240)에서, 도 16의 고체 촬상 장치(220)에 마련된 것과 같은 기능을 구비하는 구성에 관해서는, 동일 명칭 및 동일 부호를 붙이기로 하고, 그 설명은, 적절히 생략하기로 한다.
도 18의 고체 촬상 장치(240)는, 위상차 검출 화소(241)에, 아래로 볼록(下凸) 형상의 층상 마이크로 렌즈(242)를 형성한 구성으로 된다.
층상 마이크로 렌즈(242)는, 위상차 검출 화소(241)의 저n 평탄화막(44)에 형성된 오목부에, 저n 평탄화막(44)보다 높은 굴절률의 실 수지가 밀봉됨에 의해 형성된다.
[고체 촬상 장치의 제조 처리의 흐름]
다음에, 도 19의 플로 차트를 참조하여, 고체 촬상 장치(240)의 제조 처리에 관해 설명한다.
또한, 도 19의 플로 차트의 스텝 S261 내지 S269의 처리는, 도 14의 플로 차트의 스텝 S211 내지 S219의 처리와 마찬가지이기 때문에, 그 설명은 생략한다.
즉, 스텝 S269에서, 저n 평탄화막(44)이 형성된 후, 스텝 S270에서, 저n 평탄화막(44)상에 오목부를 형성한다.
구체적으로는, 예를 들면 특허 제4705499호 공보 등에 개시되어 있는 수법을 이용하여, 위상차 검출 화소(241)의 저n 평탄화막(44)상에, 레지스트로 볼록 렌즈를 형성하고, 이 볼록 렌즈보다 에이치 레이트가 느린 재료에 의해 평탄화하고, 에칭을 진행함에 의해, 저n 평탄화막(44)상에 오목부가 형성된다.
또한, 오목부를 형성하는 수법은, 상술한 수법으로 한하지 않고, 예를 들면, 레지스트로 핀 홀을 형성하고, 등방성 웨트 에칭에 의해 오목부를 형성하도록 하여도 좋고, 이방성 드라이 에칭에 의해, 저n 평탄화막(44)상에 사각형의 개구를 형성하고, 리플로에 의해 렌즈 형상의 오목부를 형성하도록 하여도 좋다.
그리고, 스텝 S271에서, 실 수지(202)로 캐비티를 밀봉한다. 구체적으로는, 저n 평탄화막(201)상에 실 수지(202)를 형성하고, 또한 그 위에 실 유리(203)를 형성함으로써, 아래로 볼록 형상의 층상 마이크로 렌즈(242)가 형성됨과 함께, 캐비티가 밀봉된다.
이상의 처리에 의하면, 층상 마이크로 렌즈의 렌즈 재료를 도포하는 공정을 삭감할 수 있다.
[변형례 5]
도 20은, 본 기술의 고체 촬상 장치의 제3의 실시의 형태의 또 다른 변형례를 도시하고 있다.
또한, 도 20의 고체 촬상 장치(250)에서, 도 18의 고체 촬상 장치(240)에 마련된 것과 같은 기능을 구비하는 구성에 관해서는, 동일 명칭 및 동일 부호를 붙이기로 하고, 그 설명은, 적절히 생략하기로 한다.
도 20의 고체 촬상 장치(250)는, 위상차 검출 화소(251)에 마이크로 렌즈(43)를 형성하지 않은 구성으로 된다.
이와 같은 구성에 의해, 도 20의 고체 촬상 장치(250)에서는, 도 8의 위상차 검출 화소(61)와 마찬가지로, 집광 특성이 렌즈 형성에서의 편차의 영향을 받는 일은 없고, 위상차(AF)의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
이상에서는, 본 기술을, 이면 조사형의 CMOS 고체 촬상 장치에 적용한 구성에 관해 설명하여 왔지만, 표면 조사형의 CMOS 고체 촬상 장치나 CCD(Charge Coupled Device) 고체 촬상 장치라는 고체 촬상 장치에 적용하도록 하여도 좋다.
또한, 본 기술은, 고체 촬상 장치에의 적용으로 한정되는 것이 아니고, 촬상 장치에도 적용 가능하다. 여기서, 촬상 장치란, 디지털 스틸 카메라나 디지털 비디오 카메라 등의 카메라 시스템이나, 휴대 전화기 등의 촬상 기능을 갖는 전자 기기인 것을 말한다. 또한, 전자 기기에 탑재된 모듈형상의 형태, 즉 카메라 모듈을 촬상 장치로 하는 경우도 있다.
<5. 제4의 실시의 형태>
[전자 기기의 구성례]
여기서, 도 21을 참조하여, 본 기술의 제4의 실시의 형태의 전자 기기의 구성례에 관해 설명한다.
도 21에 도시되는 전자 기기(300)는, 고체 촬상 장치(301), 광학 렌즈(302), 셔터 장치(303), 구동 회로(304), 및 신호 처리 회로(305)를 구비하고 있다. 고체 촬상 장치(301)로서는, 상술한 본 기술의 제1 내지 제3의 실시의 형태의 고체 촬상 장치가 마련된다.
광학 렌즈(302)는, 피사체로부터의 상광(입사광)을 고체 촬상 장치(301)의 촬상 면상에 결상시킨다. 이에 의해, 고체 촬상 장치(301) 내에 일정 기간 신호 전하가 축적된다. 셔터 장치(303)는, 고체 촬상 장치(301)에 대한 광조사 기간 및 차광 기간을 제어한다.
구동 회로(304)는, 고체 촬상 장치(301)의 신호 전송 동작 및 셔터 장치(303)의 셔터 동작을 제어하는 구동 신호를 공급한다. 구동 회로(304)로부터 공급되는 구동 신호(타이밍 신호)에 의해, 고체 촬상 장치(301)는 신호 전송을 행한다. 신호 처리 회로(305)는, 고체 촬상 장치(301)로부터 출력된 신호에 대해 각종의 신호 처리를 행한다. 신호 처리가 행하여진 영상 신호는, 메모리 등의 기억 매체에 기억되거나, 모니터에 출력된다.
그런데, 본 기술의 고체 촬상 장치, 예를 들면 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 장치(20)에서는, 도 22에 도시되는 바와 같이, 층상 마이크로 렌즈(45)에 의해, 본래라면 인접하는 촬상 화소(23)에 입사광(L)의 일부가, 광(L')으로서 위상차 검출 화소(24)에 받아들여짐으로써, 촬상 화소(23)에서의 셰이딩이 생겨 버린다.
그래서, 전자 기기(300)의 신호 처리 회로(305)는, 고체 촬상 장치(301)로부터 출력된 신호에 대해, 위상차 검출 화소(24)에 인접하는 촬상 화소(23)에서 생기는 셰이딩을 보정하는 처리를 행한다.
본 기술의 고체 촬상 장치를 구비하는 전자 기기에 의해 균일한 피사체를 촬상한 경우, 고체 촬상 장치로부터 출력된 신호는, 위상차 검출 화소 주변의 촬상 화소에서 다른 상고(像高, image height) 의존을 나타낸다. 또한, 이것은, 위상차 검출 화소에 대한 촬상 화소의 상대 위치에도 의존한다.
그래서, 그 신호(화소치)로부터, 셰이딩 보정의 대상이 되는 촬상 화소의 배치에 대응한 셰이딩의 정도를 나타내는 셰이딩 함수 G(x, y, i)를 미리 구하도록 한다. 여기서, x, y는, 화소 영역에서의 촬상 화소의 2차원 배치를 나타내는 좌표이고, i는, 위상차 검출 화소에 대한 촬상 화소의 상대 위치를 나타내고 있다.
셰이딩 함수 G(x, y, i)는, 광학 렌즈(302)의 렌즈 파라미터(렌즈 종류, 줌 값, F값 등)마다 구하여지고, 데이터베이스화되도록 한다. 여기서, 화소 영역의 대칭성을 고려하여, 다항식 근사 등을 이용하여 셰이딩 함수 G(x, y, i)를 간략화함에 의해, 데이터베이스화에 필요하게 되는 메모리 용량을 삭감하도록 하여도 좋다.
신호 처리 회로(305)는, 광학 렌즈(302)의 렌즈 파라미터에 의거하여, 대응하는 셰이딩 함수 G(x, y, i)를 판독하고, 실제의 촬상에 의해 고체 촬상 장치(301)로부터 출력된 신호에 대해 셰이딩 함수 G(x, y, i)에 의한 공제(deduction)를 행함으로써, 셰이딩을 보정한다.
또한, 셰이딩 함수 G(x, y, i)를 렌즈 파라미터마다 구한 것은 아니고, 렌즈 파라미터에 응한 모델 함수로서 구하도록 하여도 좋다.
이상의 구성에 의하면, 본 기술의 고체 촬상 장치에서, 층상 마이크로 렌즈에 인접하는 촬상 화소에서 생기는 셰이딩을 저감하는 것이 가능해진다.
또한, 신호 처리 회로(305)는, 셰이딩 함수 G(x, y, i)를 이용하지 않고, 셰이딩 보정의 대상이 되는 촬상 화소에 가장 근접하는 같은 색의 촬상 화소의 출력을 이용하여, 셰이딩을 보정하도록 하여도 좋다.
또한, 본 기술의 실시의 형태는, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이 가능하다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성을 취할 수 있다.
(1) 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 촬상 화소와, 상기 촬상 화소 중에 산재하여 배치된 위상차 검출 화소를 갖는 고체 촬상 장치로서,
상기 촬상 화소마다 형성된 제1의 마이크로 렌즈와,
상기 제1의 마이크로 렌즈상에 형성된, 상기 제1의 마이크로 렌즈보다 굴절률이 낮은 평탄화막과,
상기 위상차 검출 화소의 상기 평탄화막상에만 형성된 제2의 마이크로 렌즈를 구비하는 고체 촬상 장치.
(2) 상기 위상차 검출 화소에도, 상기 제1의 마이크로 렌즈가 형성되는 (1)에 기재된 고체 촬상 장치.
(3) 상기 평탄화막의 굴절률은 1.5 이하가 되고, 또한, 상기 제1 및 제2의 마이크로 렌즈의 굴절률은 1.4 이상이 되는 (1) 또는 (2)에 기재된 고체 촬상 장치.
(4) 상기 제2의 마이크로 렌즈는, 상기 평탄화막과 동일한 조성인 (1) 내지 (3)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(5) 상기 평탄화막은, 아크릴계 수지 또는 실록산계 수지에, 불소 또는 중공 실리카가 첨가되어 이루어지는 (1) 내지 (4)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(6) 상기 제1 및 제2의 마이크로 렌즈는, 스티렌계 수지, 아크릴계 수지, 스티렌-아크릴 공중합계 수지, 또는 실록산계 수지의 유기 재료로 이루어지는 (1) 내지 (5)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(7) 상기 제1 및 제2의 마이크로 렌즈는, 스티렌계 수지, 아크릴계 수지, 스티렌-아크릴 공중합계 수지, 실록산계 수지, 또는 폴리이미드 수지 중에 TiO 미립자를 분산시킨 유기·무기 하이브리드 재료로 이루어지는 (1) 내지 (5)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(8) 상기 제1 및 제2의 마이크로 렌즈는, SiN계 또는 SiON계의 무기 재료로 이루어지는 (1) 내지 (5)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(9) 상기 평탄화막에서의 상기 위상차 화소와 상기 촬상 화소와의 경계 부분에, 차광벽이 형성된 (1) 내지 (8)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(10) 수광면측의 공극이, 실 유리 및 실 수지에 의해 밀봉되어 있는 (1) 내지 (9)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(11) 상기 제2의 마이크로 렌즈상에 또한, 상기 제1 및 제2의 마이크로 렌즈보다 굴절률이 낮은 평탄화막이 형성되고,
상기 평탄화막상의 상기 공극이, 상기 실 유리 및 상기 실 수지에 의해 밀봉되어 있는 (10)에 기재된 고체 촬상 장치.
(12) 상기 제2의 마이크로 렌즈상의 상기 공극이, 상기 실 유리 및 상기 실 수지에 의해 밀봉되어 있고,
상기 제2의 마이크로 렌즈의 굴절률은, 상기 실 수지의 굴절률보다 충분히 높은 (10)에 기재된 고체 촬상 장치.
(13) 상기 제2의 마이크로 렌즈는, 상기 평탄화막상에 형성된 오목부에, 상기 평탄화막보다 높은 굴절률의 상기 실 수지가 밀봉됨에 의해 형성되는 (10)에 기재된 고체 촬상 장치.
(14) 상기 실 수지는, 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 또는 에폭시계 수지로 이루어지는 (10) 내지 (13)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(15) 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 촬상 화소와, 상기 촬상 화소 중에 산재하여 배치된 위상차 검출 화소를 갖는 고체 촬상 장치의 제조 방법으로서,
상기 촬상 화소마다 제1의 마이크로 렌즈를 형성하고,
상기 제1의 마이크로 렌즈상에, 상기 제1의 마이크로 렌즈보다 굴절률이 낮은 평탄화막을 형성하고,
상기 위상차 검출 화소의 상기 평탄화막상에만 제2의 마이크로 렌즈를 형성하는 스텝을 포함하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
(16) 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 촬상 화소와, 상기 촬상 화소 중에 산재하여 배치된 위상차 검출 화소를 갖는 고체 촬상 장치로서,
상기 촬상 화소마다 형성된 제1의 마이크로 렌즈와,
상기 제1의 마이크로 렌즈상에 형성된, 상기 제1의 마이크로 렌즈보다 굴절률이 낮은 평탄화막과,
상기 위상차 검출 화소의 상기 평탄화막상에만 형성된 제2의 마이크로 렌즈를 구비하는 고체 촬상 장치와,
상기 고체 촬상 장치로부터 출력되는 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로와,
입사광을 상기 고체 촬상 장치에 입사하는 렌즈를 구비하는 전자 기기.
(17) 상기 신호 처리 회로는, 상기 위상차 화소의 부근에 배치되어 있는 상기 촬상 화소에서 생기는 셰이딩을 보정하는 (16)에 기재된 전자 기기.
(18) 상기 신호 처리 회로는, 미리 구하여진, 셰이딩 보정의 대상이 되는 상기 촬상 화소의 배치에 대응한 셰이딩의 정도를 나타내는 셰이딩 함수를 이용하여, 상기 셰이딩을 보정하는 (17)에 기재된 전자 기기.
(19) 상기 셰이딩 함수는, 상기 렌즈 부의 렌즈 파라미터에 응하여 구하여지는 (18)에 기재된 전자 기기.
(20) 상기 신호 처리 회로는, 셰이딩 보정의 대상이 되는 상기 촬상 화소에 가장 근접하는 같은 색의 상기 촬상 화소의 출력을 이용하여, 상기 셰이딩을 보정하는 (17)에 기재된 전자 기기.
20 : 고체 촬상 장치
23 : 촬상 화소
24 : 위상차 검출 화소
43 : 마이크로 렌즈
44 : 저n 평탄화막
45 : 층상(層上) 마이크로 렌즈
60 : 고체 촬상 장치
61 : 위상차 검출 화소
70 : 고체 촬상 장치
71 : 위상차 검출 화소
72 : 층상 마이크로 렌즈
80 : 고체 촬상 장치
81 : 위상차 검출 화소
100 : 고체 촬상 장치
101 : 위상차 검출 화소
102 : 차광벽
200 : 고체 촬상 장치
201 : 저n 평탄화막
202 : 실 수지
203 : 실 유리
210 : 고체 촬상 장치
220 : 고체 촬상 장치
230 : 고체 촬상 장치
240 : 고체 촬상 장치
241 : 위상차 검출 화소
242 : 층상 마이크로 렌즈
250 : 고체 촬상 장치
251 : 위상차 검출 화소
300 : 전자 기기
301 : 고체 촬상 장치
305 : 신호 처리 회로

Claims (20)

  1. 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 촬상 화소와, 상기 촬상 화소 중에 산재하여 배치된 위상차 검출 화소를 갖는 고체 촬상 장치로서,
    상기 촬상 화소마다 형성된 제1의 마이크로 렌즈와,
    상기 제1의 마이크로 렌즈상에 형성된, 상기 제1의 마이크로 렌즈보다 굴절률이 낮은 평탄화막과,
    상기 위상차 검출 화소의 상기 평탄화막상에만 형성된 제2의 마이크로 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 검출 화소에도, 상기 제1의 마이크로 렌즈가 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 평탄화막의 굴절률은 1.5 이하가 되고, 또한, 상기 제1 및 제2의 마이크로 렌즈의 굴절률은 1.4 이상이 되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2의 마이크로 렌즈는, 상기 평탄화막과 동일한 조성인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 평탄화막은, 아크릴계 수지 또는 실록산계 수지에, 불소 또는 중공 실리카가 첨가되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2의 마이크로 렌즈는, 스티렌계 수지, 아크릴계 수지, 스티렌-아크릴 공중합계 수지, 또는 실록산계 수지의 유기 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2의 마이크로 렌즈는, 스티렌계 수지, 아크릴계 수지, 스티렌-아크릴 공중합계 수지, 실록산계 수지, 또는 폴리이미드 수지 중에 TiO 미립자를 분산시킨 유기·무기 하이브리드 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2의 마이크로 렌즈는, SiN계 또는 SiON계의 무기 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 평탄화막에서의 상기 위상차 화소와 상기 촬상 화소와의 경계 부분에, 차광벽이 형성된 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    수광면측의 공극이, 실 유리 및 실 수지에 의해 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2의 마이크로 렌즈상에 또한, 상기 제1 및 제2의 마이크로 렌즈보다 굴절률이 낮은 평탄화막이 형성되고,
    상기 평탄화막상의 상기 공극이, 상기 실 유리 및 상기 실 수지에 의해 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제2의 마이크로 렌즈상의 상기 공극이, 상기 실 유리 및 상기 실 수지에 의해 밀봉되어 있고,
    상기 제2의 마이크로 렌즈의 굴절률은, 상기 실 수지의 굴절률보다 충분히 높은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제2의 마이크로 렌즈는, 상기 평탄화막상에 형성된 오목부에, 상기 평탄화막보다 높은 굴절률의 상기 실 수지가 밀봉됨에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 실 수지는, 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 또는 에폭시계 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  15. 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 촬상 화소와, 상기 촬상 화소 중에 산재하여 배치된 위상차 검출 화소를 갖는 고체 촬상 장치의 제조 방법으로서,
    상기 촬상 화소마다 제1의 마이크로 렌즈를 형성하고,
    상기 제1의 마이크로 렌즈상에, 상기 제1의 마이크로 렌즈보다 굴절률이 낮은 평탄화막을 형성하고,
    상기 위상차 검출 화소의 상기 평탄화막상에만 제2의 마이크로 렌즈를 형성하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  16. 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 촬상 화소와, 상기 촬상 화소 중에 산재하여 배치된 위상차 검출 화소를 갖는 고체 촬상 장치로서,
    상기 촬상 화소마다 형성된 제1의 마이크로 렌즈와,
    상기 제1의 마이크로 렌즈상에 형성된, 상기 제1의 마이크로 렌즈보다 굴절률이 낮은 평탄화막과,
    상기 위상차 검출 화소의 상기 평탄화막상에만 형성된 제2의 마이크로 렌즈를 구비하는 고체 촬상 장치와,
    상기 고체 촬상 장치로부터 출력되는 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로와,
    입사광을 상기 고체 촬상 장치에 입사하는 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 신호 처리 회로는, 상기 위상차 화소의 부근에 배치되어 있는 상기 촬상 화소에서 생기는 셰이딩을 보정하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 신호 처리 회로는, 미리 구하여진, 셰이딩 보정의 대상이 되는 상기 촬상 화소의 배치에 대응한 셰이딩의 정도를 나타내는 셰이딩 함수를 이용하여, 상기 셰이딩을 보정하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 셰이딩 함수는, 상기 렌즈 부의 렌즈 파라미터에 응하여 구하여지는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 신호 처리 회로는, 셰이딩 보정의 대상이 되는 상기 촬상 화소에 가장 근접하는 같은 색의 상기 촬상 화소의 출력을 이용하여, 상기 셰이딩을 보정하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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